JP2006188797A - 剛直系複素環高分子からなる繊維 - Google Patents

剛直系複素環高分子からなる繊維 Download PDF

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Abstract

【課題】 ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾチアゾール等の剛直系複素環高分子より機械強度に優れた極細繊維を提供する。
【解決手段】 下記式(A)及びまたは(B)
【化1】
Figure 2006188797

(XはO、S、NHいずれかを表しArは炭素数6〜20の4価の芳香族基を表わし,YはN、CHのいずれかを表す。)
で表わされる繰り返し単位からなり、0.5g/100mlの濃度のメタンスルホン酸溶液で25℃にて測定した還元粘度が0.05〜200dl/gである剛直系複素環高分子からなる繊維成型品であって、単糸の繊度が1.1デシテックス以下である繊維。
【選択図】 なし

Description

本発明は剛直系複素環高分子からなる極細繊維に関する。
ポリベンゾビスオキサゾール系化合物については広範な紹介例があり(特許文献1)、その中にベンゾビスオキサゾールとピリジン−ベンゾビスオキサゾールの共重合体の製造についての記載があるが、繊維などの成形体の検討はなされていない。
またピリジン−ポリベンズビスイミダゾールについてはその製造および金属とのキレートの検討が紹介されているが(非特許文献1)、ポリマーの分子量、繊維等の成型、物性等の検討はされていなかった。
非特許文献2にはピリジン−ポリベンズビスチアゾールについての重合が紹介されているが、こちらも繊維等の成型、物性等の検討はされていなかった。
国際公開第85/04178号パンフレット Journal of Physical Chemistry B (2001), 105(37), 8838-8844 Polymer Preprints 2000, 41(1), 242
本発明の目的は、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾチアゾール等の剛直系複素環高分子にピリジン骨格及びまたはピラジン骨格を導入し、機械強度に優れた極細繊維を提供することにある。
すなわち本発明は、下記式(A)及びまたは(B)
Figure 2006188797
(XはO、S、NHいずれかを表しArは炭素数6〜20の4価の芳香族基を表わし,YはN、CHのいずれかを表す。)
で表わされる繰り返し単位からなり、0.5g/100mlの濃度のメタンスルホン酸溶液で25℃にて測定した還元粘度が0.05〜200dl/gである剛直系複素環高分子からなる繊維成型品で単糸の繊度が1.1デシテックス以下である繊維である。
本発明の剛直系複素環高分子からなる極細繊維は、強度や弾性に優れ、高い機械強度が求められる用途に用いることができる。
<剛直系複素環高分子組成物>
本発明の剛直系複素環高分子は下記式(A)及びまたは(B)
Figure 2006188797
(XはO、S、NHいずれかを表しArは炭素数6〜20の4価の芳香族基を表わし,YはN、CHのいずれかを表す。)
で表わされる繰り返し単位からなり、0.5g/100mlの濃度のメタンスルホン酸溶液で25℃にて測定した還元粘度が0.05〜100dl/gである剛直系複素環高分子である。
上記式(A)および(B)において、Arの芳香族基、およびピリジン環またはピラジン環は、その水素原子のうち1つまたは複数がそれぞれ独立に、フッ素、塩素、臭素等のハロゲン基;メチル基、エチル基、プロピル基、ヘキシル基等の炭素数1〜6のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の炭素数5〜10のシクロアルキル基;フェニル基等の炭素数6〜10の芳香族基で置換されていてもよい。
上記式(A)のなかでも下記式(A−1)
Figure 2006188797
(XはO、S、NHいずれかを表し、YはN、CHのいずれかを表す。)
が好ましい。
また上記式(B)のなかでも下記式(B−1)
Figure 2006188797
(XはO、S、NHいずれかを表し、YはN、CHのいずれかを表す。)
が好ましい。
本発明の剛直系複素環高分子の還元粘度は0.5g/100mlの濃度のメタンスルホン酸溶液で25℃にて測定した値が0.05〜200dl/gの範囲のものである。
本発明の剛直系複素環高分子の還元粘度の好ましい範囲は1.0以上100以下、さらに好ましくは10以上80以下である。
さらに本発明の剛直系複素環高分子には、必要に応じて、各種の副次的添加物を加えていろいろな改質を行うことが出来る。副次的添加物の例としては、安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、顔料、着色剤、各種フィラー、静電剤、離型剤、可塑剤、香料、抗菌・抗カビ剤、核形成剤、滑剤、難燃剤、発泡剤、充填剤等その他類似のものが挙げられる。
本発明における剛直系複素環高分子は、剛直なベンゾビスアゾール等の骨格中にピリジン環及びまたはピラジン環を導入したものであり、剛直系複素環高分子本来の優れた機械特性を維持しつつ酸性溶媒に対する溶解性を高めることができる。したがって成形性の向上により、強度等の物性に優れた極細繊維を得ることができる。
本発明の繊維は細い繊度を有し、単糸で0.011以上1.1デシテックス以下、好ましくは0.11以上1.1デシテックス以下、さらには0.11以上0.88デシテックス以下である。
(全芳香族縮合系高分子の製造方法)
上記の如き全芳香族縮合系高分子(A)、(B)は、本発明に従って次の方法によって良好な生産性で工業的に製造することができる。
すなわち下記式(C)、または(D)
Figure 2006188797
(XはO、S、NHいずれかを表し、Arは炭素数6〜20の4価の芳香族基を表わす)
で表わされる芳香族アミン誘導体およびその塩酸塩からなる群から選択される少なくとも1種と、下記式(E)
Figure 2006188797
(R,R’は各々独立に水素あるいは炭素数6〜20の芳香族基を表し、YはN、CHのいずれかを表す。)
で表わされる芳香族ジカルボン酸誘導体の少なくとも1種とを反応させる方法が挙げられる。
また上記式(E)におけるピリジン環またはピラジン環は、その水素原子のうち1つまたは複数がそれぞれ独立に、フッ素、塩素、臭素等のハロゲン基;メチル基、エチル基、プロピル基、ヘキシル基等の炭素数1〜6のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の炭素数5〜10のシクロアルキル基;フェニル基等の炭素数6〜10の芳香族基で置換されていてもよい。
上記式(C)、(D)におけるArは全芳香族アゾールの組成に関して説明したArと同じであり、また、一般式(E)におけるR,R’,は各々独立に、水素あるいは炭素数6〜20の1価の芳香族基を表わし、芳香族基の具体例はフェニレン基、ナフタレン基、ビフェニレン基、イソプロピリデンジフェニル基、ジフェニルエーテル基、ジフェニルスルフィド基、ジフェニルスルホン基、ジフェニルケトン基等である。これらの芳香族基の水素原子のうち1つまたは複数が各々独立にフッ素、塩素、臭素等のハロゲン基;メチル基、エチル基、プロピル基、ヘキシル基等の炭素数1〜6のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の炭素数5〜10のシクロアルキル基;メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基等で置換されていてもよい。
各モノマー(反応成分)のモル数が、下記数式(1)
0.8≦ (c+d)/e ≦1.2 (1)
(上記式中cは上記式(C)で表される芳香族アミン誘導体、dは上記式(D)で表される芳香族アミン誘導体、eは上記式(E)で表される芳香族ジカルボン酸誘導体の各仕込みモル数である。)
を満たすことが好ましい(c+d)/eが0.8より小さい場合や1.2より大きい場合には、重合度の十分なポリマーを得ることが困難である場合がある。(c+d)/eの下限としては、0.9以上が好ましく、より好ましくは0.93以上、さらに好ましくは0.95以上である。また、(c+d)/eの上限としては、1.1以下が好ましく、より好ましくは1.07以下、さらに好ましくは1.05以下である。従って、本発明における(c+d)/eの最適範囲は0.95≦(c+d)/e≦1.05ということができる。
(C)、(D)はそれぞれ単独で用いても、併用してもよく、(C):(D)のモル比は0:100〜100:0の任意の比率で適宜選択できる。
反応は、溶媒中で行う反応、無溶媒の加熱溶融反応のいずれも採用できるが、例えば、後述する反応溶媒中で攪拌下に加熱反応させるのが好ましい。反応温度は、50℃から500℃が好ましく、100℃から350℃がさらに好ましい。50℃より温度が低いと反応が進まず、500℃より温度が高いとあるいは分解等の副反応が起こりやすくなるためである。反応時間は温度条件にもよるが、通常は1時間から数十時間である。反応は加圧下から減圧下で行うことができる。
反応は、通常、無触媒でも進行するが、必要に応じてエステル交換触媒を用いてもよい。本発明で用いるエステル交換触媒としては三酸化アンチモンといったアンチモン化合物、酢酸第一錫、塩化錫、オクチル酸錫、ジブチル錫オキシド、ジブチル錫ジアセテートといった錫化合物、酢酸カルシウムのようなアルカリ土類金属塩、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムのようなアルカリ金属塩等、亜リン酸ジフェニル、亜リン酸トリフェニル等の亜リン酸を例示することができる。
反応に際しては、必要に応じて溶媒を用いることが出来る。好ましい溶媒としては1―メチル―2−ピロリドン、1―シクロヘキシル−2―ピロリドン、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ジフェニルエーテル、ジフェニルスルホン、ジクロロメタン、クロロロホルム、テトラヒドロフラン、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、りん酸、ポリりん酸等を挙げることが出来るがこれに限定されるものではない。
剛直系複素環高分子の分解及び着色を防ぐため、反応は乾燥した不活性ガス雰囲気下で行うことが望ましい。
このようにして製造される剛直系複素環高分子の還元粘度は、0.5g/100mlの濃度のメタンスルホン酸溶液で25℃にて測定した値が0.05〜200dl/gの範囲のものである。本発明の剛直系複素環高分子の還元粘度の好ましい範囲は1.0以上100以下、さらに好ましくは10以上80以下である。
本発明の繊維成型体の製造方法は湿式紡糸、ドライジェット紡糸等公知の技術が好ましく利用できる。
上記記載の重合方法により得られたポリマーを溶媒に溶かしポリマードープとする、あるいは、溶液重合によって得られた反応溶液をそのままポリマードープとして用いることが出来る。
本発明の繊維は紡糸工程において高いドラフト比あるいは延伸倍率を示し、紡糸口金から押し出された繊維は50倍以上、好ましくは80倍以上のドラフト比あるいは延伸倍率で巻き取ることが好ましく利用できる。
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。なお、以下の実施例における各測定値は次の方法により求めた値である。
(1)還元粘度:0.5g/100mlの濃度のメタンスルホン酸溶液で25℃にて測定した値である。
(2)デシテックス:単糸の10000mあたりの重さ(グラム)を測定した値である。
[参考例1](ピリジン−ベンゾビスオキサゾールモノマーの合成、及び重合)
4,6−ジアミノ−1,3−ベンゼンジオール二塩酸塩7重量部を、窒素で脱気した水33重量部に溶解した。ピリジンジカルボン酸5.347重量部を、1M水酸化ナトリウム水溶液64重量部に溶解し窒素で脱気した。4,6−ジアミノ−1,3−ベンゼンジオール二塩酸塩水溶液を、ピリジンジカルボン酸二ナトリウム塩水溶液に10分間かけて滴下し、4,6−ジアミノ−1,3−ベンゼンジオール/ピリジンジカルボン酸塩の白色沈殿を形成させた。この際、反応温度は90℃に維持した。得られた塩を、ろ過し、窒素で脱気した水3000重量部に分散混合し、再度ろ過を行った。この分散混合、ろ過操作を3回繰り返し行った。
このようにして得られた4,6−ジアミノ−1,3−ベンゼンジオールのピリジンジカルボン酸塩13.1gにポリりん酸43.3重量部、5酸化りん15.0重量部、塩化スズ0.1重量部を加え80℃にて1時間攪拌混合した。その後2時間かけ150℃に昇温し150℃にて6時間攪拌を行った。その後1時間かけて200℃に昇温し200℃にて1時間反応を行った。得られたポリマーのポリりん酸溶液ドープは偏光顕微鏡による観察の結果液晶性を示した。この液晶ドープを水にて再沈殿し得られたポリマーの還元粘度は36dl/gであった。
[参考例2](ポリベンゾビスオキサゾール)
ピリジンジカルボン酸の代わりにテレフタル酸5.3重量部を用いたほかは実施例1と同様の操作を行った。
得られたポリマーのポリりん酸溶液ドープは偏光顕微鏡による観察の結果液晶性を示した。この液晶ドープを水にて再沈殿し得られたポリマーの還元粘度は39dl/gであった。
[実施例1](ピリジン−ポリベンゾビスオキサゾールの紡糸)
参考例1にて得られたポリマードープを孔径0.2mm、孔数1個のキャップを用いド−プ温度を180℃に保ち、2.0/minでイオン交換水の凝固浴に押し出した。キャップ面と凝固浴との距離は20cmとした。押し出した繊維の最大巻き取り速度を測定したところ200m/minであった。押し出された繊維を195/minで巻き取った。得られた繊維の単糸繊度は0.77デシテックスであった。以下表1に得られた繊維の物性を示す。
[比較例1](ピリジン−ポリベンゾビスオキサゾールの紡糸)
参考例2にて得られたポリマードープを孔径0.2mm、孔数1個のキャップを用いド−プ温度を180℃に保ち、2.0/minでイオン交換水の凝固浴に押し出した。キャップ面と凝固浴との距離は20cmとした。押し出した繊維の最大巻き取り速度を測定したところ55m/minであった。押し出された繊維を50/minで巻き取った。得られた繊維の単糸繊度は6.82デシテックスであった。以下表1に得られた繊維の物性を示す。
Figure 2006188797

Claims (3)

  1. 下記式(A)及びまたは(B)
    Figure 2006188797
    (XはO、S、NHいずれかを表しArは炭素数6〜20の4価の芳香族基を表わし,YはN、CHのいずれかを表す。)
    で表わされる繰り返し単位からなり、0.5g/100mlの濃度のメタンスルホン酸溶液で25℃にて測定した還元粘度が0.05〜200dl/gである剛直系複素環高分子からなり、単糸の繊度が1.1デシテックス以下である繊維。
  2. 上記式(A)が下記式(A−1)
    Figure 2006188797
    (XはO、S、NHいずれかを表し、YはN、CHのいずれかを表す。)
    で表わされることを特徴とする請求項1記載の繊維。
  3. 上記式(B)が下記式(B−1)
    Figure 2006188797
    (XはO、S、NHいずれかを表し、YはN、CHのいずれかを表す。)
    で表わされることを特徴とする請求項1記載の繊維。
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