JP2010084237A - 易染色性メタ型全芳香族ポリアミド繊維 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スキンコアを有しない凝固形態となるよう凝固浴のNMP濃度は45〜60重量%の水溶液を、凝固浴温度10〜35℃の範囲とする。凝固繊維が可塑状態にあるうちに、可塑延伸浴中にて3.5〜5.0倍の範囲で延伸する。可塑延伸浴の温度は20〜90℃の範囲とする。洗浄後、260〜330℃の範囲で乾熱処理を行う。
【選択図】なし
Description
そこで、染色性を向上させる方法として、アルキルベンゼンスルホン酸オニウム塩を紡糸液に添加することにより、カチオン染料に対して易染色性なメタ型芳香族ポリアミド繊維を得る方法が提案されている(特許文献1参照)。この方法によればカチオン染料に対しては、良好な染色性を有するメタ型芳香族ポリアミド繊維を得ることができる。
したがって、易染色性を有するメタ型全芳香族ポリアミド繊維であって、繊維に残存する溶媒量が少なく、かつ、耐酸性を有する繊維は、いまだ得られていなかった。
本発明の易染色性メタ型全芳香族ポリアミド繊維は、以下の特定の物性を備える。本発明の易染色性メタ型全芳香族ポリアミド繊維の物性、構成、および、製造方法等について以下に説明する。
〔残存溶媒量〕
メタ型全芳香族ポリアミド繊維は、通常、ポリマーをアミド系溶媒に溶解した紡糸原液から製造されるため、必然的に該繊維に溶媒が残存する。しかしながら、本発明のメタ型全芳香族ポリアミド繊維は、繊維中に残存する溶媒の量が、繊維質量に対して0.1質量%以下である。0.1質量%以下であることが必須であり、0.08質量%以下であることがより好ましい。
なお、本発明における「原繊維の残存溶媒量」とは、以下の方法で得られる値をいう。
原繊維を約8.0g採取し、105℃で120分間乾燥させた後にデシケーター内で放冷し、繊維質量(M1)を秤量する。続いて、この繊維について、メタノール中で1.5時間、ソックスレー抽出器を用いて還流抽出を行い、繊維中に含まれるアミド系溶媒の抽出を行う。抽出を終えた繊維を取り出して、150℃で60分間真空乾燥させた後にデシケーター内で放冷し、繊維質量(M2)を秤量する。繊維中に残存する溶媒量(アミド系溶媒質量)N(%)は、得られるM1およびM2を用いて、下記式により算出する。
N(%)=[(M1−M2)/M1]×100
本発明の易染色性メタ型全芳香族ポリアミド繊維は、50℃の20質量%硫酸水溶液に150時間浸漬した後の染色繊維の強度保持率が65%以上である。強度保持率は、65%以上であることが必須であり、70%以上であることが好ましく、75%以上であることがさらに好ましい。
なお、本発明における「強度保持率」とは、以下の方法で得られる値をいう。
セパラブルフラスコへ20質量%の硫酸水溶液を入れ、染色された染色繊維51mmを浸漬する。続いて、セパラブルフラスコを恒温水槽中に浸漬し、温度50℃に維持し、染色繊維を150時間浸漬する。染色前後の繊維につき、それぞれ、破断強度の測定を実施し、浸漬後の繊維の強度保持率を求める。
なお、本発明における「破断強度」とは、JIS L 1015に基づき、インストロン社製、型番5565を用いて、以下の条件で測定して得られる値をいう。
つかみ間隔 :20mm
初荷重 :0.044cN(1/20g)/dtex
引張速度 :20mm/分
また、本発明における「染色」とは、特に指定されない場合には、以下の染色方法による染色を意味する。
カチオン染料(日本化薬社製、商品名:Kayacryl Blue GSL−ED(B−54))6%owf、酢酸0.3mL/L、硝酸ナトリウム20g/L、キャリア剤としてベンジルアルコール70g/L、分散剤として染色助剤(明成化学工業社製、商品名:ディスパーTL)0.5g/Lを含む染色液を用意する。引き続き、繊維と当該染色液の浴比を1:40として、120℃下60分間の染色処理を実施する。染色処理後、ハイドロサルファイト2.0g/L、アミラジンD(第一工業製薬社製、商品名:アミラジンD)2.0g/L、水酸化ナトリウム1.0g/Lの割合で含有する処理液を用いて、浴比1:20で80℃下20分間の還元洗浄を実施し、水洗後に乾燥することにより染色繊維を得る。
本発明の易染色性メタ型全芳香族ポリアミド繊維の原繊維(染色前の繊維)の破断強度は、2.5cN/dtex以上であることが好ましい。2.7cN/dtex以上であることがさらに好ましく、3.0cN/dtex以上であることが特に好ましい。破断強度が2.5cN/dtex未満である場合には、紡績等の後加工工程において繊維が破断し、通過性が悪化するため好ましくない。
なお、ここでいう「破断強度」および「破断伸度」とは、JIS L 1015に基づき、上記した「破断強度」の測定条件で測定して得られる値をいう。
本発明の易染色性メタ型全芳香族ポリアミド繊維は、上記した染色方法で染色した染色繊維の染着率が90%以上であることが好ましい。染色繊維の染着率は、90%以上であることが好ましく、92%以上であることがさらに好ましい。染色繊維の染着率が90%未満の場合には、衣料分野において求められる審美性の点で好ましなく、所望の色相に染色することができない。
なお、本発明における「染着率」とは、以下の方法によって得られる値をいう。
原繊維を染色した染色残液に、この染色残液と同容積のジクロロメタンを加え、残染料を抽出する。引き続き、抽出液について、波長670nm、540nm、530nmの吸光度をそれぞれ測定し、あらかじめ染料濃度が既知のジクロロメタン溶液から作成した上記3波長の検量線から抽出液の染料濃度をそれぞれ求め、上記3波長における濃度の平均値を抽出液の染料濃度(C)とする。染色前の染料濃度(Co)を用いて、以下の式にて得られる値を染着率(U)とする。
染着率(U)=[(Co−C)/Co]×100
本発明の易染色性メタ型全芳香族ポリアミド繊維を構成するメタ型全芳香族ポリアミドは、メタ型芳香族ジアミン成分とメタ型芳香族ジカルボン酸成分とから構成されるものであり、本発明の目的を損なわない範囲内で、パラ型等の他の共重合成分が共重合されていてもよい。
(メタ型芳香族ジアミン成分)
メタ型全芳香族ポリアミドの原料となるメタ型芳香族ジアミン成分としては、メタフェニレンジアミン、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルスルホン等、および、これらの芳香環にハロゲン、炭素数1〜3のアルキル基等の置換基を有する誘導体、例えば、2,4−トルイレンジアミン、2,6−トルイレンジアミン、2,4−ジアミノクロロベンゼン、2,6−ジアミノクロロベンゼン等を例示することができる。なかでも、メタフェニレンジアミンのみ、または、メタフェニレンジアミンを85モル%以上、好ましくは90モル%以上、特に好ましくは95モル%以上含有する混合ジアミンであることが好ましい。
メタ型全芳香族ポリアミドの原料となるメタ型芳香族ジカルボン酸成分としては、例えば、メタ型芳香族ジカルボン酸ハライドを挙げることができる。メタ型芳香族ジカルボン酸ハライドとしては、イソフタル酸クロライド、イソフタル酸ブロマイド等のイソフタル酸ハライド、および、これらの芳香環にハロゲン、炭素数1〜3のアルコキシ基等の置換基を有する誘導体、例えば3−クロロイソフタル酸クロライド等を例示することができる。なかでも、イソフタル酸クロライドそのもの、または、イソフタル酸クロライドを85モル%以上、好ましくは90モル%以上、特に好ましくは95モル%以上含有する混合カルボン酸ハライドであることが好ましい。
メタ型全芳香族ポリアミドの製造方法は、特に限定されるものではなく、例えば、メタ型芳香族ジアミン成分とメタ型芳香族ジカルボン酸クロライド成分とを原料とした溶液重合や界面重合等により製造することができる。
本発明の易染色性メタ型全芳香族ポリアミド繊維は、上記の製造方法によって得られたメタ型全芳香族ポリアミドを用いて、例えば、以下に説明する紡糸液調製工程、紡糸・凝固工程、可塑延伸浴延伸工程、洗浄工程、弛緩処理工程、熱処理工程を経て製造される。
紡糸液調製工程においては、メタ型全芳香族ポリアミドをアミド系溶媒に溶解して、紡糸液(メタ型全芳香族ポリアミド重合体溶液)を調整する。紡糸液の調整にあたっては、通常、アミド系溶媒を用い、使用されるアミド系溶媒としては、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)等を例示することができる。これらのなかでは溶解性と取り扱い安全性の観点から、NMPまたはDMAcを用いることが好ましい。
紡糸・凝固工程においては、上記で得られた紡糸液(メタ型全芳香族ポリアミド重合体溶液)を凝固液中に紡出して凝固させる。
また、紡糸口金から紡出する際の紡糸液(メタ型全芳香族ポリアミド重合体溶液)の温度は、10〜90℃の範囲が適当である。
可塑延伸浴延伸工程においては、凝固浴にて凝固して得られた繊維が可塑状態にあるうちに、可塑延伸浴中にて繊維を延伸処理する。
可塑延伸浴液としては特に限定されるものではなく、従来公知の浴液を採用することができる。
可塑延伸浴の温度は、10〜90℃の範囲が好ましい。好ましくは温度20〜90℃の範囲にあると、工程調子がよい。
洗浄工程においては、可塑延伸浴にて延伸された繊維を、十分に洗浄する。洗浄は、得られる繊維の品質面に影響を及ぼすことから、多段で行うことが好ましい。特に、洗浄工程における洗浄浴の温度および洗浄浴液中のアミド系溶媒の濃度は、繊維からのアミド系溶媒の抽出状態および洗浄浴からの水の繊維中への浸入状態に影響を与える。このため、これらを最適な状態とする目的においても、洗浄工程を多段とし、温度条件およびアミド系溶媒の濃度条件を制御することが好ましい。
乾熱処理工程においては、洗浄工程を経た繊維を、乾燥・熱処理する。乾熱処理の方法としては特に限定されるものではないが、例えば、熱ローラー、熱板等を用いる方法を挙げることができる。乾熱処理を経ることにより、最終的に、本発明の易染色性メタ型全芳香族ポリアミド繊維を得ることができる。
実施例および比較例における各物性値は、下記の方法で測定した。
JIS L 1015に基づき、正量繊度のA法に準拠した測定を実施し、見掛繊度にて表記した。
JIS L 1015に基づき、インストロン社製、型番5565を用いて、以下の条件で測定した。
(測定条件)
つかみ間隔 :20mm
初荷重 :0.044cN(1/20g)/dtex
引張速度 :20mm/分
原繊維を染色した染色残液に、この染色残液と同容積のジクロロメタンを加え、残染料を抽出する。引き続き、抽出液について、波長670nm、540nm、530nmの吸光度をそれぞれ測定し、あらかじめ染料濃度が既知のジクロロメタン溶液から作成した上記3波長の検量線から抽出液の染料濃度をそれぞれ求め、上記3波長における濃度の平均値を抽出液の染料濃度(C)とした。染色前の染料濃度(Co)を用いて、以下の式にて得られる値を染着率(U)とした。
染着率(U)=[(Co−C)/Co]×100
セパラブルフラスコへ20質量%の硫酸水溶液を入れ、染色された染色繊維51mmを浸漬した。続いて、セパラブルフラスコを恒温水槽中に浸漬し、温度50℃に維持し、染色繊維を150時間浸漬した。染色前後の繊維につき、それぞれ、上記の測定方法によって破断強度の測定を実施し、浸漬後の繊維の強度保持率を求めた。
原繊維を約8.0g採取し、105℃で120分間乾燥させた後にデシケーター内で放冷し、繊維質量(M1)を秤量した。続いて、この繊維について、メタノール中で1.5時間、ソックスレー抽出器を用いて還流抽出を行い、繊維中に含まれるアミド系溶媒の抽出を行った。抽出を終えた繊維を取り出して、150℃で60分間真空乾燥させた後にデシケーター内で放冷し、繊維質量(M2)を秤量した。繊維中に残存する溶媒量(アミド系溶媒質量)N(%)は、得られたM1およびM2を用いて、下記式により算出した。
N(%)=[(M1−M2)/M1]×100
[紡糸液調整工程]
特公昭47−10863号公報記載の方法に準じた界面重合法により製造した、固有粘度(I.V.)が1.9のポリメタフェニレンイソフタルアミド粉末20.0質量部を、−10℃に冷却したN−メチル−2−ピロリドン(NMP)80.0質量部中に懸濁させ、スラリー状にした。引き続き、懸濁液を60℃まで昇温して溶解させ、透明なポリマー溶液Aを得た。
上記ポリマー溶液Aを紡糸原液として、孔径0.07mm、孔数500の紡糸口金から、浴温度30℃の凝固浴中に吐出して紡糸した。凝固液の組成は、水/NMP=45/55(質量部)であり、凝固浴中に糸速7m/分で吐出して紡糸した。
引き続き、温度40℃の水/NMP=45/55の組成の可塑延伸浴中にて、3.7倍の延伸倍率で延伸を行った。
延伸後、20℃の水/NMP=70/30の浴(浸漬長1.8m)、続いて20℃の水浴(浸漬長3.6m)で洗浄し、さらに60℃の温水浴(浸漬長5.4m)に通して十分に洗浄を行った。
洗浄後の繊維について、表面温度280℃の熱ローラーにて乾熱処理を施し、メタ型全芳香族アラミド繊維を得た。
得られた繊維の物性は、繊度1.7dtex、破断強度2.8cN/dtex、破断伸度51.0%、残存溶媒量0.08質量%であり、良好な力学特性を示した。得られた繊維の物性を表1に示す。
カチオン染料(日本化薬社製、商品名:Kayacryl Blue GSL−ED(B−54))6%owf、酢酸0.3mL/L、硝酸ナトリウム20g/L、キャリア剤としてベンジルアルコール70g/L、分散剤として染色助剤(明成化学工業社製、商品名:ディスパーTL)0.5g/Lを含む染色液を用意した。試料繊維をトウの状態で、繊維と当該染色液の浴比を1:40として、120℃下60分間の染色処理を実施した。染色処理後、ハイドロサルファイト2.0g/L、アミラジンD(第一工業製薬社製、商品名:アミラジンD)2.0g/L、水酸化ナトリウム1.0g/Lの割合で含有する処理液を用いて、浴比1:20で80℃下20分間の還元洗浄を実施し、水洗後に乾燥することにより染色繊維を得た。
染色繊維の染着率は92.4%であり、良好な染色性を示した。また、染色繊維の破断強度は2.9cN/dtex、耐酸性テストを実施した後の染色繊維の破断強度は1.9cN/dtexであり、強度保持率は66%と良好な耐酸性を示した。得られた繊維の物性を表1に示す。
[紡糸液調整工程]
撹拌装置および原料投入口を備えた反応容器に、N−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPと略す)854.8部を入れ、このNMP中にメタフェニレンジアミン(以下、MPDAと略す)83.4部を溶解した。さらに、該溶液にイソフタル酸クロライド(以下、IPCと略す)156.9部を撹拌しながら徐々に添加し、反応を実施した。反応開始から40分間攪拌を継続した後、水酸化カルシウム粉末を57.1部添加し、さらに40分間撹拌した後に反応を終了させた。反応容器から重合溶液を取り出したところ、重合溶液は透明であり、ポリマー濃度は16%であった。
得られた重合溶液を紡糸原液とし、可塑延伸浴中延伸倍率を3.5倍、乾熱処理工程の表面温度310℃とした以外は、実施例1と同様にしてポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維を得た。
得られた繊維の物性は、繊度1.7dtex、破断強度3.2cN/dtex、破断伸度45.3%、残存溶媒量0.10質量%であった。得られた繊維の物性を表1に示す。
得られた繊維に対し、実施例1と同様に染色工程を実施した。
染着率は91.0%であり、良好な染色性を示した。また、染色繊維の破断強度は3.2cN/dtex、耐酸性テストを実施した後の染色繊維の破断強度は2.4cN/dtexであり、強度保持率75%と良好な耐酸性を示した。得られた繊維の物性を表1に示す。
[原繊維の製造]
可塑延伸浴中延伸倍率を4.5倍、乾熱処理工程での表面温度を280℃とした以外は、実施例2と同様にしてポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維を得た。
得られた繊維の物性は、繊度1.7dtex、破断強度3.6cN/dtex、破断伸度36.1%、残存溶媒量0.06質量%であった。得られた繊維の物性を表1に示す。
得られた繊維に対し、実施例1と同様に染色工程を実施した。
染着率は91.5%であり、良好な染色性を示した。また、染色繊維の破断強度は3.5cN/dtex、耐酸性テストを実施した後の染色繊維の破断強度は2.5cN/dtexであり、強度保持率71%と良好な耐酸性を示した。得られた繊維の物性を表1に示す。
[原繊維の製造]
紡糸・凝固工程において凝固液組成を水/NMP=55/45とした以外は、実施例3と同様にしてポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維を得た。
得られた繊維の物性は、繊度1.7dtex、破断強度3.7cN/dtex、破断伸度32.0%、残存溶媒量0.05質量%であった。
得られた繊維に対し、実施例1と同様に染色工程を実施した。
染着率は90.4%であり、良好な染色性を示した。また、染色繊維の破断強度は3.7cN/dtex、耐酸性テストを実施した後の染色繊維の破断強度は2.7cN/dtexであり、強度保持率73%と良好な耐酸性を示した。得られた繊維の物性を表1に示す。
[原繊維の製造]
紡糸・凝固工程において凝固液組成を水/NMP=70/30とし、可塑延伸浴中延伸倍率を3.7倍、乾熱処理工程での表面温度を280℃とした以外は実施例2と同様にしてポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維を得た。
得られた繊維の物性は、繊度1.7dtex、破断強度2.5cN/dtex、破断伸度25.0%、残存溶媒量0.30質量%であった。得られた繊維の物性を表1に示す。
得られた繊維に対し、実施例1と同様に染色工程を実施した。
染色繊維の破断強度は2.6cN/dtex、耐酸性テストを実施した後の染色繊維の破断強度は1.8cN/dtexであり、強度保持率69%と良好な結果であったが、染着率は85.3%と不十分な結果であった。得られた繊維の物性を表1に示す。
紡糸・凝固工程において凝固液組成を水/NMP=30/70とし、可塑延伸浴中延伸倍率を3.7倍、乾熱処理工程での表面温度を280℃とした以外は実施例2と同様にしてポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維を得た。
得られた繊維の物性は、繊度1.7dtex、破断強度2.4cN/dtex、破断伸度28%、残存溶媒量0.60質量%であった。得られた繊維の物性を表1に示す。
得られた繊維に対し、実施例1と同様に染色工程を実施した。
染着率は94.0%であり、良好な染色性を示すものの、染色繊維の破断強度は2.4cN/dtex、耐酸性テストを実施した後の染色繊維の破断強度は1.2cN/dtexであり、強度保持率50%と耐酸性が不十分な結果であった。
[原繊維の製造]
実施例2と同様にして紡糸原液を作製し、可塑延伸浴中延伸倍率を3.0倍、乾熱処理工程での表面温度を280℃とした以外は、実施例2と同様にしてポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維を得た。
得られた繊維の物性は、繊度1.7dtex、破断強度2.2cN/dtex、破断伸度55.3%、残存溶媒量0.60質量%であった。得られた繊維の物性を表1に示す。
得られた繊維に対し、実施例1と同様に染色工程を実施した。
染着率は93.8%であり、良好な染色性を示すものの、染色繊維の破断強度は2.2cN/dtex、耐酸性テストを実施した後の染色繊維の破断強度は1.2cN/dtexであり、強度保持率55%と耐酸性が不十分な結果であった。
[原繊維の製造]
可塑延伸浴中延伸倍率を5.5倍、乾熱処理工程での表面温度を280℃とした以外は、実施例2と同様にしてポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維の製造を試みた。しかしながら、工程調子が不良であったため、長時間安定して原繊維を採取することが困難な結果となった。
[原繊維の製造]
可塑延伸浴延伸倍率を3.7倍、乾熱処理工程での表面温度を220℃とした以外は、実施例2と同様にしてポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維を得た。
得られた繊維の物性は、繊度1.7dtex、破断強度2.6cN/dtex、破断伸度53.0%、残存溶媒量0.08質量%であった。得られた繊維の物性を表1に示す。
得られた繊維に対し、実施例1と同様に染色工程を実施した。
染着率は94.8%であり、良好な染色性を示すものの、染色繊維の破断強度は2.7cN/dtex、耐酸性テストを実施した後の染色繊維の破断強度は1.2cN/dtexであり、強度保持率44%と耐酸性が不十分な結果であった。
Claims (2)
- 原繊維の残存溶媒量が0.1質量%以下であり、50℃の20質量%硫酸水溶液に150時間浸漬した後の染色繊維の強度保持率が65%以上である易染色性メタ型全芳香族ポリアミド繊維。
- 染色繊維の染着率が90%以上である請求項1記載の染色性メタ型全芳香族ポリアミド繊維。
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