JP2011117105A - Method for producing rigid heterocyclic polymer fiber - Google Patents

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JP2011117105A
JP2011117105A JP2009276413A JP2009276413A JP2011117105A JP 2011117105 A JP2011117105 A JP 2011117105A JP 2009276413 A JP2009276413 A JP 2009276413A JP 2009276413 A JP2009276413 A JP 2009276413A JP 2011117105 A JP2011117105 A JP 2011117105A
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spinneret
air gap
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spinning
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Akimichi Oda
顕通 小田
Hiroaki Kuwabara
広明 桑原
Keimei Wakabayashi
啓明 若林
Naohiko Shindo
尚彦 新藤
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Teijin Ltd
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Teijin Techno Products Ltd
Teijin Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a rigid heterocyclic polymer fiber improved with fibrous physical properties and spinning stability. <P>SOLUTION: This method for producing the rigid heterocyclic polymer fiber is characterized by satisfying the following conditions (1) to (3): (1) a dope is extruded from a spinneret installed at a spinneret holder controlled in the temperature range from 150 to 250°C; (2) the air gap length from a spinneret outlet to a coagulation bath is ≥1.0 cm; and (3) the spinning is performed at the air gap part by keeping only the range from a spinneret outlet surface to 3.5 cm in its lower direction warmly at 30 to 250°C, or in the case that the air gap length is <3.5 cm, keeping the whole of the air gap part warmly at 30 to 250°C. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は剛直複素環高分子繊維の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a rigid heterocyclic polymer fiber.

ポリベンズオキサゾールやポリベンズチアゾールに代表される剛直複素環高分子から成る繊維の紡糸においては、これらの高分子が熱可塑性を示さないために溶媒としてポリリン酸を使用し、得られたライオトロピック液晶性ドープを紡糸口金より押し出し、エアギャップで引き伸ばし、溶媒を希釈し、ポリマーを溶解させない非溶媒と接触させることによって凝固する方法による。ここで使用するライオトロピック液晶性ドープは溶解している高分子の剛直性に起因してドープの粘度が高いため、糸切れが発生し易い、つまり紡糸安定性を欠くという問題がある。特許文献1及び2にはドープの送液方法や紡糸口金形状の工夫などにより紡糸安定性を改良しようとしているが、特殊な紡糸口金や装置を必要とするものであり、より簡便で容易な製造方法が求められていた。   In spinning fibers made of rigid heterocyclic polymers such as polybenzoxazole and polybenzthiazole, the resulting lyotropic liquid crystal is obtained by using polyphosphoric acid as a solvent because these polymers do not exhibit thermoplasticity. This is a method in which a coherent dope is extruded from a spinneret, stretched by an air gap, diluted with a solvent, and solidified by contact with a non-solvent that does not dissolve the polymer. The lyotropic liquid crystalline dope used here has a problem that the dope is likely to be broken, that is, the spinning stability is lacking, because the viscosity of the dope is high due to the rigidity of the dissolved polymer. Patent Documents 1 and 2 attempt to improve the spinning stability by means of a dope liquid feeding method and a spinneret shape, but require a special spinneret and equipment, and are simpler and easier to manufacture. A method was sought.

特開平7−157918号公報JP-A-7-157918 特開2003−128795号公報JP 2003-128795 A

本発明は、繊維物性や紡糸安定性が改善された剛直複素環高分子繊維の製造方法を提供するものである。   The present invention provides a method for producing a rigid heterocyclic polymer fiber with improved fiber properties and spinning stability.

本発明者らは、上記課題を鑑み鋭意検討した結果、剛直複素環高分子繊維の製造において、紡糸口金に設けたホルダー(以下、紡糸口金ホルダーと称することがある)の部分およびエアギャップを特定の温度条件に設定することにより、特異的に紡糸安定性が向上し、良好な機械物性の剛直系複素環高分子繊維が得られることを見出して、本発明を完成するに至った。即ち、本発明は、以下に示す構成からなるものである。   As a result of intensive studies in view of the above-mentioned problems, the present inventors have identified a portion of a holder (hereinafter sometimes referred to as a spinneret holder) provided in a spinneret and an air gap in the production of a rigid heterocyclic polymer fiber. By setting the temperature conditions, it was found that the spinning stability was specifically improved and a rigid heterocyclic polymer fiber having good mechanical properties was obtained, and the present invention was completed. That is, the present invention has the following configuration.

1. 下記式(A)および(B)

Figure 2011117105
Figure 2011117105
(nは1〜4の整数であり、XはO、SまたはNHであり、Arは炭素数4〜20の4価の芳香族基であり、そしてArは炭素数4〜20からなりそして(n+2)価の芳香族基である)
のそれぞれで表わされる繰返し単位よりなる群から選ばれる少なくとも1種の第1繰返し単位、および、
下記式(C)および(D)
Figure 2011117105
Figure 2011117105
(XはO、SまたはNHであり、Arは炭素数4〜20の4価の芳香族基であり、YおよびYはNまたはCHである、但しYおよびYの少なくともいずれか一方はNであるものとする)、
のそれぞれで表わされる繰返し単位よりなる群から選ばれる少なくとも1種の第2繰返し単位からなる剛直系複素環高分子をポリリン酸に溶解した紡糸用ドープから繊維を製造する方法において、下記(1)〜(3)の条件を満たすことを特徴とする剛直系複素環高分子繊維の製造方法。
(1)150〜250℃の温度範囲に制御された紡糸口金ホルダーに設置された紡糸口金より上記ドープを押し出し、
(2)紡糸口金出口〜凝固浴までのエアギャップ長が1.0cm以上であり、
(3)該エアギャップ部分において、紡糸口金出口面からその下方3.5cmまでの範囲だけを30〜250℃の温度で保温、またはエアギャップ長が3.5cm未満の場合はエアギャップ部分全体を30〜250℃の温度で保温して紡糸を行う。 1. The following formulas (A) and (B)
Figure 2011117105
Figure 2011117105
(N is an integer of 1 to 4, X is O, S or NH, Ar 1 is a tetravalent aromatic group having 4 to 20 carbon atoms, and Ar 2 is composed of 4 to 20 carbon atoms. And (n + 2) valent aromatic group)
And at least one first repeating unit selected from the group consisting of repeating units each represented by:
Formulas (C) and (D) below
Figure 2011117105
Figure 2011117105
(X is O, S or NH, Ar 3 is a tetravalent aromatic group having 4 to 20 carbon atoms, and Y 1 and Y 2 are N or CH, provided that at least one of Y 1 and Y 2 Either one is N),
In a method for producing a fiber from a spinning dope in which a rigid heterocyclic polymer composed of at least one second repeating unit selected from the group consisting of repeating units represented by each of the above is dissolved in polyphosphoric acid, the following (1) A method for producing a rigid heterocyclic polymer fiber, which satisfies the conditions (3) to (3).
(1) Extruding the dope from a spinneret installed in a spinneret holder controlled to a temperature range of 150 to 250 ° C.,
(2) The air gap length from the spinneret outlet to the coagulation bath is 1.0 cm or more,
(3) In the air gap portion, only the range from the spinneret outlet surface to the lower 3.5 cm is kept at a temperature of 30 to 250 ° C., or if the air gap length is less than 3.5 cm, the entire air gap portion Spinning is carried out at a temperature of 30 to 250 ° C.

2. 上記1項に記載の剛直系複素環高分子が下記式(i)
0.1≦(a+b)/(c+d)≦10 ・・・(i)
(a、b、cおよびdは、それぞれ、上記式(A)、(B)、(C)および(D)で表わされる各繰返し単位のモル数である)
を満足し、そして、メタンスルホン酸に2.5mg/8mLの濃度で溶解した溶液の25℃において測定した特有粘度が10.0dL/g以上のものである、上記1項に記載の製造方法。
2. The rigid heterocyclic polymer described in the above item 1 is represented by the following formula (i):
0.1 ≦ (a + b) / (c + d) ≦ 10 (i)
(A, b, c and d are the number of moles of each repeating unit represented by the above formulas (A), (B), (C) and (D), respectively)
And the specific viscosity measured at 25 ° C. of a solution dissolved in methanesulfonic acid at a concentration of 2.5 mg / 8 mL is 10.0 dL / g or more.

3. 紡糸時の最大ドラフト比(MDR)を18.5以上とする上記1項または2項に記載の製造方法。 3. 3. The production method according to 1 or 2 above, wherein the maximum draft ratio (MDR) during spinning is 18.5 or more.

本発明により、特殊な紡糸口金や装置を使うことなく、良好な機械物性の剛直系複素環高分子繊維を優れた紡糸安定性にて製造することができる。   According to the present invention, a rigid heterocyclic polymer fiber having good mechanical properties can be produced with excellent spinning stability without using a special spinneret or apparatus.

本発明は、上記式(A)および(B)のそれぞれで表わされる繰返し単位よりなる群から選ばれる少なくとも1種の第1繰返し単位、および上記式(C)および(D)のそれぞれで表わされる繰返し単位よりなる群から選ばれる少なくとも1種の第2繰返し単位からなる剛直系複素環高分子繊維の製造方法である。   The present invention is represented by at least one first repeating unit selected from the group consisting of repeating units represented by the above formulas (A) and (B), and each of the above formulas (C) and (D). This is a method for producing a rigid heterocyclic polymer fiber comprising at least one second repeating unit selected from the group consisting of repeating units.

上記式(A)および(B)におけるArまたは上記式(C)および(D)におけるArは炭素数4〜20の4価の芳香族基であり、ArおよびArともに1〜2個の環員窒素原子を含有していてもよい。ArおよびArとして例えば、

Figure 2011117105
を好ましいものとして挙げることができる。 Ar 1 in the above formulas (A) and (B) or Ar 3 in the above formulas (C) and (D) is a tetravalent aromatic group having 4 to 20 carbon atoms, and both Ar 1 and Ar 3 are 1 to 2 May contain one ring member nitrogen atom. Ar 1 and Ar 3 are, for example,
Figure 2011117105
Can be mentioned as preferred.

Arは炭素数4〜20からなりそして(n+2)価の芳香族基である(ここで、nは上記式(A)及び(B)において定義されたものである)。上記式(A)及び(B)中のArを含む下記部分

Figure 2011117105
で表される基として例えば、
Figure 2011117105
(nは上記式(A)及び(B)におけるものと同じ1〜4の整数であり、nは1〜3の整数であり、nおよびnは0〜4の整数である、但しn+nは1〜4であるものとする)
で表わされる基を好ましいものとして挙げることができる。 Ar 2 has 4 to 20 carbon atoms and is an (n + 2) -valent aromatic group (where n is defined in the above formulas (A) and (B)). The following part containing Ar 2 in the above formulas (A) and (B)
Figure 2011117105
As a group represented by
Figure 2011117105
(N is the same integer of 1 to 4 as in the above formulas (A) and (B), n 1 is an integer of 1 to 3, and n 2 and n 3 are integers of 0 to 4, provided that n 2 + n 3 is assumed to be 1 to 4)
The group represented by can be mentioned as a preferable thing.

上記式(A)及び(B)において、XはO、SまたはNHであり、これらのうちOまたはSが好ましく、nは1〜4の整数であり、n=2のものが好ましい。   In the above formulas (A) and (B), X is O, S or NH, among which O or S is preferable, n is an integer of 1 to 4, and n = 2 is preferable.

上記第1繰返し単位としては、下記式(A−1)

Figure 2011117105
(Xの定義は上記式(A)及び(B)に同じであり、ZおよびZはそれぞれ独立に、NまたはCHである。)
及び下記式(B−1)
Figure 2011117105
(Xの定義は上記式(A)及び(B)に同じであり、ZおよびZはそれぞれ独立に、NまたはCHである)
のそれぞれで表わされる繰返し単位よりなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。 As said 1st repeating unit, following formula (A-1)
Figure 2011117105
(The definition of X is the same as in the above formulas (A) and (B), and Z 1 and Z 2 are each independently N or CH.)
And the following formula (B-1)
Figure 2011117105
(The definition of X is the same as in the above formulas (A) and (B), and Z 1 and Z 2 are each independently N or CH).
At least one selected from the group consisting of repeating units represented by

また、上記式(C)及び(D)において、Arは炭素数4〜20の4価の芳香族基である。Arとしては、Arについて既に例示した基と同じ基を好ましいものとして挙げることができる。 In the above formula (C) and (D), Ar 3 is a tetravalent aromatic group having 4 to 20 carbon atoms. As Ar 3 , the same groups as those already exemplified for Ar 1 can be mentioned as preferred.

上記式(C)及び(D)において、XはO、SまたはNHであり、これらのうち、O、Sが好ましく、Y及びYはNまたはCHであるが、Y及びYのいずれか一方はNである。つまり、上記式(C)及び(D)におけるY及びYを含む下記

Figure 2011117105
の基は
Figure 2011117105
のいずれかである。 In the above formulas (C) and (D), X is O, S or NH, and among these, O and S are preferred, and Y 1 and Y 2 are N or CH, but Y 1 and Y 2 Either one is N. That is, the following including Y 1 and Y 2 in the above formulas (C) and (D)
Figure 2011117105
The basis of
Figure 2011117105
One of them.

上記第2繰返し単位としては下記式(C−1)

Figure 2011117105
(X、YおよびYの定義は上記式(C)及び(D)に同じであり、ZおよびZの定義は上記式(A−1)に同じである。)
および下記式(D−1)
Figure 2011117105
(X、YおよびYの定義は上記式(C)及び(D)に同じであり、ZおよびZの定義は上記式(B−1)に同じである。)
のそれぞれで表わされる繰返し単位よりなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。 As said 2nd repeating unit, following formula (C-1)
Figure 2011117105
(The definitions of X, Y 1 and Y 2 are the same as in the above formulas (C) and (D), and the definitions of Z 1 and Z 2 are the same as in the above formula (A-1).)
And the following formula (D-1)
Figure 2011117105
(The definitions of X, Y 1 and Y 2 are the same as in the above formulas (C) and (D), and the definitions of Z 1 and Z 2 are the same as in the above formula (B-1).)
At least one selected from the group consisting of repeating units represented by

本発明の製造方法における剛直系複素環高分子は、上記式(A−1)で表わされる第1繰返し単位と上記式(C−1)で表わされる第2の繰返し単位の組合せからなるか、または上記式(B−1)で表わされる第1繰返し単位と上記式(D−1)で表わされる第2繰返し単位の組合せからなるものが好ましく、第1繰返し単位と第2繰返し単位とを下記式(i)を満足する割合で含有するものが特に好ましい。
0.1≦(a+b)/(c+d)≦10 (i)
(上記式(i)において、a、b、c及びdは、それぞれ、上記式(A)、(B)、(C)および(D)で表わされる各繰返し単位のモル数である)
上記の第1繰返し単位と第2繰返し単位の割合が下記式(i−1)を満たすものであるとより好ましい。
0.1≦(a+b)/(c+d)≦1 (i−1)
(上記式(i−1)においてa、b、cおよびdの定義はそれぞれ、上記式(i)に同じである。)
The rigid heterocyclic polymer in the production method of the present invention comprises a combination of the first repeating unit represented by the above formula (A-1) and the second repeating unit represented by the above formula (C-1), Or what consists of a combination of the 1st repeating unit represented by the said Formula (B-1) and the 2nd repeating unit represented by the said Formula (D-1) is preferable, and a 1st repeating unit and a 2nd repeating unit are shown below. What contains a ratio which satisfies Formula (i) is especially preferable.
0.1 ≦ (a + b) / (c + d) ≦ 10 (i)
(In the above formula (i), a, b, c and d are the number of moles of each repeating unit represented by the above formula (A), (B), (C) and (D), respectively)
More preferably, the ratio of the first repeating unit and the second repeating unit satisfies the following formula (i-1).
0.1 ≦ (a + b) / (c + d) ≦ 1 (i−1)
(In the above formula (i-1), the definitions of a, b, c and d are the same as in the above formula (i).)

本発明の製造方法における剛直系複素環高分子は、メタンスルホン酸に2.5mg/8mLの濃度で溶解した溶液の25℃において測定した特有粘度が10.0dL/g以上であることが好ましい。剛直系複素環高分子の特有粘度が10.0dL/gよりも低いと、得られる繊維が実用に耐えうる十分な強度を発現しないため好ましくない。本発明における剛直系複素環高分子の特有粘度のより好ましい範囲は10.0〜50.0dL/gであり、剛直系複素環高分子の特有粘度が50.0dL/gよりも高いとドープ粘度が著しく高くなり、重縮合工程において均一に攪拌することができず均一なドープを作製できず、また紡糸工程においても、紡糸口金から押し出すことが不可能となる、単糸切れが発生し紡糸工程が不安定化する、各単糸間での繊度ムラが顕著となる、所望の繊度まで十分にドープを引き伸ばすことができない、などの問題が発生するため好ましくない。上記の剛直系複素環高分子の特有粘度としては、12〜40dL/gであるとより好ましく15〜35dL/gであると更に好ましい。   The rigid heterocyclic polymer in the production method of the present invention preferably has a specific viscosity of 10.0 dL / g or more measured at 25 ° C. in a solution in which methanesulfonic acid is dissolved at a concentration of 2.5 mg / 8 mL. If the specific viscosity of the rigid heterocyclic polymer is lower than 10.0 dL / g, the resulting fiber does not exhibit sufficient strength to withstand practical use, which is not preferable. The more preferable range of the specific viscosity of the rigid heterocyclic polymer in the present invention is 10.0 to 50.0 dL / g, and when the specific viscosity of the rigid heterocyclic polymer is higher than 50.0 dL / g, the dope viscosity In the polycondensation process, it is impossible to produce a uniform dope, and even in the spinning process, it is impossible to push out from the spinneret, and a single yarn breakage occurs and the spinning process. Undesirably, the unevenness of fineness between the single yarns becomes remarkable, and the dope cannot be sufficiently stretched to the desired fineness. The specific viscosity of the rigid heterocyclic polymer is preferably 12 to 40 dL / g, more preferably 15 to 35 dL / g.

本発明における剛直性複素環高分子は、必要により、下記式(E)

Figure 2011117105
および下記式(F)
Figure 2011117105
(Arは炭素数4〜20の4価の芳香族基である)
のそれぞれで表わされる繰返し単位よりなる群から選ばれる少なくとも1種の第3繰返し単位を、さらに含有することができる。Arは炭素数4〜20の4価の芳香族基であり、その例としては、Arについて既に記載した具体例と同じ基を挙げることができる。第3繰返し単位は、第1繰返し単位、第2繰返し単位および第3繰返し単位の総和を基準にして、好ましくは30モル%以下、より好ましくは10モル%以下で用いられる。 The rigid heterocyclic polymer in the present invention is optionally represented by the following formula (E):
Figure 2011117105
And the following formula (F)
Figure 2011117105
(Ar 4 is a tetravalent aromatic group having 4 to 20 carbon atoms)
Further, at least one third repeating unit selected from the group consisting of repeating units represented by each of the above can be further contained. Ar 4 is a tetravalent aromatic group having 4 to 20 carbon atoms, and examples thereof include the same groups as the specific examples already described for Ar 1 . The third repeating unit is preferably used in an amount of 30 mol% or less, more preferably 10 mol% or less, based on the sum of the first repeating unit, the second repeating unit, and the third repeating unit.

次に、本発明における剛直系複素環高分子は、下記式(G)及び(H)

Figure 2011117105
Figure 2011117105
(上記式(G)及び(H)において、XおよびArの定義は上記式(A)及び(B)における定義と同じである。)
のそれぞれで表わされる芳香族アミンおよびその強酸塩よりなる群から選ばれる少なくとも1種の第1原料と、下記式(I)
Figure 2011117105
(上記式(I)において、Arおよびnの定義は上記式(A)及び(B)に同じでありそしてLはOH、ハロゲン原子またはORで表わされる基であり、Rは炭素数6〜20の1価の芳香族基である)
で表わされる第1芳香族ジカルボン酸類よりなる群から選ばれる少なくとも1種の第2原料、および下記式(J)
Figure 2011117105
(上記式(J)において、Lの定義は上記式(I)に同じであり、YおよびYの定義は上記式(C)及び(D)に同じである)
で表わされる第2芳香族ジカルボン酸類よりなる群から選ばれる少なくとも1種の第3原料とを重縮合せしめることによって製造される。 Next, the rigid heterocyclic polymer in the present invention has the following formulas (G) and (H):
Figure 2011117105
Figure 2011117105
(In the above formulas (G) and (H), the definitions of X and Ar 1 are the same as the definitions in the above formulas (A) and (B).)
And at least one first raw material selected from the group consisting of aromatic amines and strong acid salts thereof, and the following formula (I)
Figure 2011117105
(In the above formula (I), the definitions of Ar 2 and n are the same as in the above formulas (A) and (B) and L is a group represented by OH, a halogen atom or OR, and R is a group having 6 to 6 carbon atoms. 20 monovalent aromatic groups)
And at least one second raw material selected from the group consisting of first aromatic dicarboxylic acids represented by the formula (J):
Figure 2011117105
(In the above formula (J), the definition of L is the same as that of the above formula (I), and the definitions of Y 1 and Y 2 are the same as those of the above formulas (C) and (D)).
Is produced by polycondensation with at least one third raw material selected from the group consisting of the second aromatic dicarboxylic acids represented by the formula:

第1原料としては、下記式(G−1)

Figure 2011117105
(上記式(G−1)において、ZおよびZの定義は上記式(A−1)に同じである)
及び下記式(G−2)
Figure 2011117105
(上記式(G−2)において、ZおよびZの定義は上記式(A−1)に同じである)
のそれぞれで表わされる化合物およびこれらの化合物の強酸塩よりなる群から選ばれる少なくとも1種または、下記式(H−1)
Figure 2011117105
(上記式(H−1)において、ZおよびZの定義は上記式(B−1)に同じである)
及び下記式(H−2)
Figure 2011117105
(上記式(H−2)において、ZおよびZの定義は上記式(B−1)に同じである)
のそれぞれで表わされる化合物およびこれらの化合物の強酸塩よりなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。 As a 1st raw material, following formula (G-1)
Figure 2011117105
(In the above formula (G-1), the definitions of Z 1 and Z 2 are the same as in the above formula (A-1)).
And the following formula (G-2)
Figure 2011117105
(In the above formula (G-2), the definitions of Z 1 and Z 2 are the same as in the above formula (A-1))
Or at least one selected from the group consisting of strong acid salts of these compounds, or the following formula (H-1)
Figure 2011117105
(In the above formula (H-1), the definitions of Z 1 and Z 2 are the same as in the above formula (B-1))
And the following formula (H-2)
Figure 2011117105
(In the above formula (H-2), the definitions of Z 1 and Z 2 are the same as in the above formula (B-1))
And at least one selected from the group consisting of compounds represented by each of these and strong acid salts of these compounds.

なお、上記式(G)、(H)、(G−1)、(G−2)、(H−1)、(H−2)で表される化合物の強酸塩における、強酸とは塩酸、硫酸、リン酸の如き無機酸あるいはメタンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸の如き有機酸から選ばれる1種類以上であり、特に塩酸が好ましい。
上記式(I)において、Ar及びnの定義は前記式(A)及び(B)に同じであり、上記式(J)において、Y及びYの定義は前記式(C)及び(D)に同じである。
The strong acid in the strong acid salt of the compound represented by the above formula (G), (H), (G-1), (G-2), (H-1), (H-2) is hydrochloric acid, One or more kinds selected from inorganic acids such as sulfuric acid and phosphoric acid, or organic acids such as methanesulfonic acid and p-toluenesulfonic acid, with hydrochloric acid being particularly preferred.
In the formula (I), the definitions of Ar 2 and n are the same as those in the formulas (A) and (B). In the formula (J), the definitions of Y 1 and Y 2 are the formulas (C) and ( Same as D).

上記式(I)及び(J)において、Lは、それぞれ独立にOH、ハロゲン原子またはORであり、ここでRは炭素数6〜20の1価の芳香族基である。上記のハロゲン原子としては、例えば塩素原子、臭素原子等を挙げることができる。上記のRである炭素数6〜20の1価の芳香族基としては、例えばフェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、4−(2−フェニルプロピル)フェニル基、フェノキシフェニル基、フェニルチオフェニル基、フェニルスルホニルフェニル基、ベンゾイルフェニル基等を挙げることができる。なお、これらの芳香族基は水素原子のうち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。   In the above formulas (I) and (J), L is each independently OH, a halogen atom or OR, where R is a monovalent aromatic group having 6 to 20 carbon atoms. As said halogen atom, a chlorine atom, a bromine atom, etc. can be mentioned, for example. Examples of the monovalent aromatic group having 6 to 20 carbon atoms as R include a phenyl group, a naphthyl group, a biphenyl group, a 4- (2-phenylpropyl) phenyl group, a phenoxyphenyl group, a phenylthiophenyl group, A phenylsulfonylphenyl group, a benzoylphenyl group, etc. can be mentioned. In these aromatic groups, one or more of the hydrogen atoms are each independently a halogen group such as fluorine, chlorine or bromine; an alkyl having 1 to 6 carbon atoms such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group or a hexyl group. A cycloalkyl group having 5 to 10 carbon atoms such as a cyclopentyl group and a cyclohexyl group; and an alkoxycarbonyl group such as a methoxycarbonyl group and an ethoxycarbonyl group.

上記の第2原料としては、下記式(I−1)

Figure 2011117105
(上記式(I−1)において、Lの定義は上記式(I)に同じであり、nの定義は上記式(A)及び(B)に同じである。)
で表わされる第1ベンゼンジカルボン酸類が好ましく、Lが塩素原子でありn=2のものが特に好ましい。 As said 2nd raw material, following formula (I-1)
Figure 2011117105
(In the above formula (I-1), the definition of L is the same as in the above formula (I), and the definition of n is the same as in the above formulas (A) and (B).)
The first benzenedicarboxylic acids represented by the formula (1) are preferred, and those in which L is a chlorine atom and n = 2 are particularly preferred.

また、第3原料としては下記式(J−1)

Figure 2011117105
(上記式(J−1)において、Lの定義は上記式(I)に同じである)
で表わされる第2芳香族ジカルボン酸類が好ましく、Lが塩素原子のものが特に好ましい。 Moreover, as a 3rd raw material, following formula (J-1)
Figure 2011117105
(In the above formula (J-1), the definition of L is the same as in the above formula (I))
Are preferred, and those in which L is a chlorine atom are particularly preferred.

上記の第1、第2および第3原料は、下記式(ii)および(iii)
0.8≦(g+h)/(i+j)≦1.2 (ii)
0.1≦i/j≦10 (iii)
(上記式(ii)及び(iii)において、g,h,iおよびjは、それぞれ、上記式(G)、(H)、(I)および(J)で表わされる第1原料、第2原料および第3原料のモル数である。)
を満足する割合で用いられることが好ましく、更に下記式(iii−1)も満足する割合で用いられるとより好ましい。
0.1≦i/j≦1 (iii−1)
(上記式(iii−1)において、iおよびjの定義は上記式(iii)に同じである。)
を満足するのが好ましい。
The first, second and third raw materials are represented by the following formulas (ii) and (iii)
0.8 ≦ (g + h) / (i + j) ≦ 1.2 (ii)
0.1 ≦ i / j ≦ 10 (iii)
(In the above formulas (ii) and (iii), g, h, i and j are the first and second raw materials represented by the above formulas (G), (H), (I) and (J), respectively) And the number of moles of the third raw material.)
Is preferably used at a rate that satisfies the above, and more preferably when used at a rate that also satisfies the following formula (iii-1).
0.1 ≦ i / j ≦ 1 (iii-1)
(In the above formula (iii-1), the definitions of i and j are the same as in the above formula (iii).)
It is preferable to satisfy

上記の第1原料、第2原料および第3原料は、上記割合でそのまま混合して剛直系複素環高分子を得るための重縮合反応に供しても良く、または第1原料と第2原料、第1原料と第3原料、あるいはその双方の組合せの塩を予め形成して該重縮合反応に用いることもできる。   The first raw material, the second raw material and the third raw material may be mixed as they are in the above ratio and subjected to a polycondensation reaction for obtaining a rigid heterocyclic polymer, or the first raw material and the second raw material, A salt of the first raw material and the third raw material, or a combination of both can be formed in advance and used in the polycondensation reaction.

本発明における剛直系複素環高分子を得るための重縮合反応は、溶媒中で行う溶液反応、無溶媒の加熱溶融反応のいずれで行うこともできる。中でも、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、50〜500℃が好ましく、70〜350℃がさらに好ましい。50℃より温度が低いと反応が進みにくく、500℃より温度が高いと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。反応は窒素などの不活性ガス雰囲気下や加圧下または減圧下で行うことができる。   The polycondensation reaction for obtaining the rigid heterocyclic polymer in the present invention can be carried out by either a solution reaction performed in a solvent or a solvent-free heating and melting reaction. Especially, it is preferable to make it heat-react with stirring in the reaction solvent. The reaction temperature is preferably 50 to 500 ° C, more preferably 70 to 350 ° C. This is because if the temperature is lower than 50 ° C., the reaction hardly proceeds, and if the temperature is higher than 500 ° C., side reactions such as decomposition tend to occur. Although the reaction time depends on temperature conditions, it is usually 1 hour to several tens of hours. The reaction can be carried out under an inert gas atmosphere such as nitrogen, under pressure or under reduced pressure.

上記の重縮合反応は、無触媒でも進行するが、原料である上記式(I)又は(J)の芳香族ジカルボン酸類がエステル化合物の場合など、必要に応じてエステル交換触媒を用いてもよい。エステル交換触媒としては、例えば三酸化アンチモンの如きアンチモン化合物、酢酸第一錫、塩化錫(II)、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の如き錫化合物、酢酸カルシウムの如きアルカリ土類金属塩、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムの如きアルカリ金属塩等、亜リン酸ジフェニル、亜リン酸トリフェニルの如き亜リン酸を挙げることができる。   The polycondensation reaction proceeds even without a catalyst, but a transesterification catalyst may be used if necessary, such as when the aromatic dicarboxylic acid of the above formula (I) or (J) as a raw material is an ester compound. . Examples of the transesterification catalyst include antimony compounds such as antimony trioxide, stannous acetate, tin (II) chloride, tin octylate, dibutyltin oxide, tin compounds such as dibutyltin diacetate, and alkaline earths such as calcium acetate. Examples thereof include metal salts, alkali metal salts such as sodium carbonate and potassium carbonate, and phosphorous acid such as diphenyl phosphite and triphenyl phosphite.

上記の重縮合反応に用いる好ましい溶媒としては、例えば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、ポリリン酸等を挙げることができ、この中でもポリリン酸が好適に使用される。重縮合ドープ中における高分子の濃度は、好ましくは5〜25重量%であり、より好ましくは10〜20重量%である。また、ポリリン酸を重縮合溶媒として使用する際には、特に、Pの含有割合が80〜84重量%であるポリリン酸が好ましい。 Preferred solvents used in the above polycondensation reaction include, for example, 1-methyl-2-pyrrolidone, 1-cyclohexyl-2-pyrrolidone, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, diphenyl ether, diphenyl sulfone, dichloromethane, chloroform, tetrahydrofuran, o-cresol, Examples thereof include m-cresol, p-cresol, phosphoric acid, polyphosphoric acid, and the like. Among these, polyphosphoric acid is preferably used. The polymer concentration in the polycondensation dope is preferably 5 to 25% by weight, more preferably 10 to 20% by weight. Further, when using polyphosphoric acid as polycondensation solvent, in particular, the content of P 2 O 5 polyphosphoric acid is preferably from 80 to 84 wt%.

重縮合反応の装置には任意の装置を使用することができる。ドープ各所での温度ムラや重縮合度ムラの低減や、重縮合反応速度の向上および、ドープ中の不溶成分に由来する異物低減などのために、重縮合反応装置として好ましくは二軸混練機やニーダー、多軸遊星型混練機などが用いられる。   Any apparatus can be used as the apparatus for the polycondensation reaction. In order to reduce temperature unevenness and polycondensation degree unevenness at various parts of the dope, to improve the polycondensation reaction rate, and to reduce foreign matters derived from insoluble components in the dope, a polycondensation reaction apparatus is preferably a biaxial kneader or A kneader, a multi-axis planetary kneader or the like is used.

上記の重縮合反応により得られる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。本発明の高分子には、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。   In order to prevent decomposition and coloring of the rigid heterocyclic polymer obtained by the above polycondensation reaction, the reaction is desirably performed in a dry inert gas atmosphere. The polymer of the present invention can be variously modified by adding various secondary additives as necessary. Examples of secondary additives include stabilizers, antioxidants, UV absorbers, pigments, colorants, various fillers, electrostatic agents, mold release agents, plasticizers, fragrances, antibacterial and antifungal agents, nucleation And other similar agents such as agents, lubricants, flame retardants, foaming agents, fillers and the like.

本発明の製造方法において紡糸に供するドープを作製する際の溶媒としてはポリリン酸が用いられる。重縮合溶媒としてポリリン酸を使用した場合には重縮合反応により得られたドープをそのまま紡糸に供することができる。さらに、重縮合後ドープ粘度が紡糸に供するには適していない場合には粘度調整のためにポリリン酸を重縮合ドープに添加し粘度調製することもできる。また、重縮合反応においてポリリン酸以外の溶媒を重縮合溶媒として使用した場合には、重縮合反応によって得られたドープを水などの生成高分子の貧溶媒に接触させ剛直系複素環高分子を再沈殿させて分離し、これをポリリン酸に再溶解させることによっても紡糸用ドープを作製することができる。   Polyphosphoric acid is used as a solvent for producing a dope for spinning in the production method of the present invention. When polyphosphoric acid is used as the polycondensation solvent, the dope obtained by the polycondensation reaction can be used for spinning as it is. Further, when the dope viscosity after polycondensation is not suitable for spinning, the viscosity can be adjusted by adding polyphosphoric acid to the polycondensation dope for viscosity adjustment. In addition, when a solvent other than polyphosphoric acid is used as a polycondensation solvent in the polycondensation reaction, the dope obtained by the polycondensation reaction is brought into contact with a poor solvent of the produced polymer such as water to form a rigid heterocyclic polymer. A dope for spinning can also be produced by reprecipitation and separation, and re-dissolution in polyphosphoric acid.

ポリリン酸添加によるドープ粘度調整や、生成した剛直系複素環高分子をポリリン酸へ再溶解する場合においては任意の方法を採用することができ、使用可能な装置として、例えばベント式二軸押出機やニーダー、ナウターミキサー、バンバリーミキサー、多軸遊星型混練機などを挙げることができる。   In the case of adjusting the dope viscosity by adding polyphosphoric acid or re-dissolving the produced rigid heterocyclic polymer in polyphosphoric acid, any method can be adopted, and as a usable apparatus, for example, a vent type twin screw extruder And kneaders, nauter mixers, Banbury mixers, and multi-axis planetary kneaders.

本発明の製造方法において、紡糸用ドープ溶媒として使用されるポリリン酸としては、特に、Pの含有割合が80〜84重量%であるポリリン酸が好ましい。溶液中における高分子の濃度は、好ましくは5〜25重量%であり、より好ましくは10〜20重量%である。かかる紡糸用ドープを形成する溶液はライオトロピック液晶質である。 In the production method of the present invention, the polyphosphoric acid used as the spinning dope solvent is particularly preferably polyphosphoric acid having a P 2 O 5 content of 80 to 84% by weight. The concentration of the polymer in the solution is preferably 5 to 25% by weight, more preferably 10 to 20% by weight. The solution forming the spinning dope is a lyotropic liquid crystal.

本発明の製造方法は上記手法により作製した紡糸用ドープ用い、下記(1)〜(3)の条件を満たして剛直系複素環高分子繊維を製造するものである。
(1)150〜250℃の温度範囲に制御された紡糸口金ホルダーに設置された紡糸口金より上記ドープを押し出し、
(2)紡糸口金出口〜凝固浴までのエアギャップ長が1.0cm以上であり、
(3)該エアギャップ部分において、紡糸口金出口面からその下方3.5cmまでの範囲だけを30〜250℃の温度で保温、またはエアギャップ長が3.5cm未満の場合はエアギャップ部分全体を30〜250℃の温度で保温して紡糸を行う。
The production method of the present invention uses the spinning dope produced by the above method to produce rigid heterocyclic polymer fibers satisfying the following conditions (1) to (3).
(1) Extruding the dope from a spinneret installed in a spinneret holder controlled to a temperature range of 150 to 250 ° C.,
(2) The air gap length from the spinneret outlet to the coagulation bath is 1.0 cm or more,
(3) In the air gap portion, only the range from the spinneret outlet surface to the lower 3.5 cm is kept at a temperature of 30 to 250 ° C., or if the air gap length is less than 3.5 cm, the entire air gap portion Spinning is carried out at a temperature of 30 to 250 ° C.

紡糸口金ホルダー温度が150℃よりも低いとドープの粘度が著しく高くなり、紡糸口金から押し出すことができない、または押し出されたドープが十分な柔軟性を有さずに所望の繊度および強度を有する繊維を作製することができず、好ましくない。また、紡糸口金ホルダー温度が250℃よりも高いと紡糸工程において高分子の熱劣化が顕著となるため好ましくない。紡糸口金ホルダーは160〜230℃の温度範囲に制御されていることがより好ましい。   When the spinneret holder temperature is lower than 150 ° C., the viscosity of the dope becomes remarkably high and cannot be extruded from the spinneret, or the extruded dope is not sufficiently flexible and has a desired fineness and strength. Cannot be produced, which is not preferable. In addition, if the spinneret holder temperature is higher than 250 ° C., thermal degradation of the polymer becomes remarkable in the spinning process, which is not preferable. More preferably, the spinneret holder is controlled in a temperature range of 160 to 230 ° C.

また、紡糸口金出口〜凝固浴までの距離、つまりエアギャップ長は1.0cm以上であることが好ましい。エアギャップ長の上限は特に制限は無いが、100m(10cm)以下が好ましく、10m(10cm)以下であるとより好ましく5m(5×10cm)以下であると更に好ましく、1m(100cm)以下であるとよりいっそう好ましい。 Further, the distance from the spinneret outlet to the coagulation bath, that is, the air gap length is preferably 1.0 cm or more. The upper limit of the air gap length is not particularly limited, but is preferably 100 m (10 4 cm) or less, more preferably 10 m (10 3 cm) or less, still more preferably 5 m (5 × 10 2 cm) or less, and 1 m (100 cm) or less is even more preferable.

更に、本発明の製造方法においては、上記エアギャップ部分において、紡糸口金出口面からその下方3.5cmまでの範囲だけを250℃以下の温度に保温、またはエアギャップ長が3.5cm未満の場合はエアギャップ部分全体を250℃以下の温度に保温して紡糸を行う。保温される範囲(以下、ホットゾーンと称することがある)および保温温度がこれら範囲を外れると(上記範囲を保温した上、他の範囲を更に保温する場合も含む)、紡糸工程において単糸切れが発生し紡糸工程が不安定化する、各単糸間での繊度ムラが顕著となる、所望の繊度まで十分にドープを引き伸ばすことができない、などの問題が発生するため好ましくない。上記ホットゾーンの保温温度は30℃以上であると好ましく、100℃以上であるとより好ましく、さらに好ましくは150〜200℃である。   Further, in the production method of the present invention, in the air gap portion, only the range from the spinneret outlet surface to the lower 3.5 cm is kept at a temperature of 250 ° C. or lower, or the air gap length is less than 3.5 cm. Spins while keeping the entire air gap portion at a temperature of 250 ° C. or lower. If the temperature range (hereinafter sometimes referred to as a hot zone) and the temperature range deviate from these ranges (including the case where the above range is maintained and other ranges are further maintained), the single yarn breaks in the spinning process. The spinning process becomes unstable and the fineness unevenness between the single yarns becomes remarkable, and the dope cannot be sufficiently stretched to the desired fineness. The temperature of the hot zone is preferably 30 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher, and further preferably 150 to 200 ° C.

本発明の製造方法において、上記のホットゾーンの保温方法としては、任意の方法を用いることができ、例えば、加熱した空気や窒素を紡糸口金出口〜凝固浴間の所望の領域において吹き付ける、ヒーター内蔵の筒状、スリット状またはサンドイッチ状構造体を所望の温度に加熱しホットゾーンとする、などの方法を用いることができる。   In the production method of the present invention, any method can be used as the method for keeping the hot zone above, for example, heated air or nitrogen is blown in a desired region between the spinneret outlet and the coagulation bath. A method of heating the cylindrical, slit-shaped or sandwich-shaped structure to a desired temperature to form a hot zone can be used.

エアギャップの雰囲気は凝固に影響を与えたり障害を来したりするものでなければ何を含んでいてもよく、空気、窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素の様なものであってもよい。   The atmosphere of the air gap may contain anything as long as it does not affect or interfere with solidification, and may be something like air, nitrogen, argon, helium, carbon dioxide.

特に、本発明の製造方法においては、エアギャップ長が3.5cm以上で、紡糸口金出口面からその下方3.5cmまで以下の範囲を30〜250℃の温度に保温して紡糸を行うことが好ましく、当該保温温度が100〜200℃であると更に好ましい。   In particular, in the production method of the present invention, the air gap length is 3.5 cm or more, and the following range from the spinneret outlet surface to 3.5 cm below is kept at a temperature of 30 to 250 ° C. for spinning. Preferably, the heat retention temperature is more preferably 100 to 200 ° C.

上記エアギャップにおいて紡糸口金から押し出されたドープが引き伸ばされる。ドープの引き伸ばしの可否およびその程度の尺度としては、最大ドラフト比(MDR)が用いられる。本発明においてはこのMDRの値が18.5以上であることが好ましく、紡糸工程ではドラフト比が2.0以上で紡糸することが好ましい。紡糸時のドラフト比が2.0以下であると得られた繊維が実用に耐えうる機械物性を有さないため好ましくない。   The dope extruded from the spinneret in the air gap is stretched. The maximum draft ratio (MDR) is used as a measure of whether or not the dope can be stretched. In the present invention, the MDR value is preferably 18.5 or more, and in the spinning process, it is preferable to perform spinning at a draft ratio of 2.0 or more. It is not preferred that the draft ratio during spinning is 2.0 or less because the obtained fiber does not have mechanical properties that can withstand practical use.

エアギャップにおいて所望のドラフト比で引き伸ばされたドープは凝固浴に入り、繊維化される。凝固浴には上記の剛直複素環高分子に対して溶解性がない流体が用いられるが、取り扱いの容易さやコストなどの点で水溶液を用いることが好ましい。   The dope stretched at the desired draft ratio in the air gap enters the coagulation bath and is fiberized. A fluid that is not soluble in the rigid heterocyclic polymer is used for the coagulation bath, but it is preferable to use an aqueous solution in view of ease of handling and cost.

凝固及び紡糸よって得られた繊維に残存する酸成分を除去するために、当該繊維を洗浄する必要がある。洗浄工程においては通常本発明の上記の剛直複素環高分子に対して溶解性がない流体と接触させる事により洗浄される。流体は水蒸気のような気体であってもよいが、好ましくは液体が良くより好ましくは水溶液が良い。洗浄は1段の工程でも良く、また多段の工程でも良い。水洗工程は巻き取りの前あるいは後にそれぞれ何段行っても良い。また、巻き取りの前後に分けて行っても良い。   In order to remove the acid component remaining in the fiber obtained by coagulation and spinning, it is necessary to wash the fiber. In the washing step, the washing is usually carried out by bringing it into contact with a fluid that is not soluble in the above-mentioned rigid heterocyclic polymer. The fluid may be a gas such as water vapor, but preferably a liquid and more preferably an aqueous solution. The cleaning may be performed in a single step or a multi-step process. Any number of washing steps may be performed before or after winding. Further, it may be performed separately before and after winding.

本発明の製造方法においては、洗浄後の繊維中の残存リン量を、1.0質量%以下にすることが好ましい。洗浄後の繊維中の残存リン量が、3.0質量%以上だと特に作製された繊維の保存性が著しく悪化し、所望の強度を保持することが困難となるため好ましくない。   In the production method of the present invention, it is preferable that the amount of residual phosphorus in the washed fiber is 1.0% by mass or less. If the amount of residual phosphorus in the fiber after washing is 3.0% by mass or more, the storage stability of the produced fiber is particularly deteriorated, and it becomes difficult to maintain a desired strength.

洗浄された繊維の乾燥方法としては任意の方法が用いられる。このような乾燥の方法としては過熱炉を通すあるいは過熱ローラーに巻き付けて通過させるあるいは熱風または減圧下にさらす方法等が用いられる。乾燥は本発明の剛直複素環高分子の熱劣化および酸化劣化などの影響を避けるために300℃以下の温度で行う事が好ましい。   Any method can be used as a method of drying the washed fibers. As such a drying method, a method of passing through a superheated furnace, winding it around a superheated roller, or passing it through hot air or reduced pressure is used. Drying is preferably performed at a temperature of 300 ° C. or lower in order to avoid the influence of thermal degradation and oxidation degradation of the rigid heterocyclic polymer of the present invention.

本発明では必要に応じて熱処理を行うことができる。例えば、良く知られた加熱炉の中を張力下で通過させるポリベンザゾールの熱処理手法があり、米国特許第4,554,119号明細書(Chenevy)の例に見られる手法を合わせて用いることができる。   In the present invention, heat treatment can be performed as necessary. For example, there is a heat treatment method of polybenzazole that passes through a well-known heating furnace under tension, and the method shown in the example of US Pat. No. 4,554,119 (Chenevy) is used together. Can do.

本発明の製造方法では上記の剛直性複素環高分子の繊維を比較的安定に紡糸することができる。紡糸工程においては少なくともおよそ0.1km以上単糸切れを起こすことなく紡糸することができることが好ましく、0.5km以上単糸切れを起こすことなく紡糸することができることがより好ましく、およそ1km以上単糸切れを起こすことなく紡糸することができることがさらに好ましい。 本発明の製造方法で得られる剛直性複素環高分子繊維の平均引っ張り強度は少なくともおよそ1800mN/tex以上が好ましく、より好ましくは少なくともおよそ2000mN/tex以上、更に好ましくは2200mN/tex以上が良い。   In the production method of the present invention, the above-mentioned rigid heterocyclic polymer fiber can be spun relatively stably. In the spinning process, it is preferable that spinning can be performed at least about 0.1 km or more without causing a single yarn breakage, more preferably 0.5 km or more can be spun without causing a single yarn breakage, and about 1 km or more More preferably, spinning can be performed without causing breakage. The average tensile strength of the rigid heterocyclic polymer fiber obtained by the production method of the present invention is preferably at least about 1800 mN / tex or more, more preferably at least about 2000 mN / tex or more, and further preferably 2200 mN / tex or more.

以下の実施例により本発明の詳細をより具体的に説明する。しかし、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
特有粘度(ηinh)はメタンスルホン酸に2.5mg/8mLの濃度で溶解した溶液の25℃において測定した相対粘度(ηrel)を基に下記式により求めた値である。
ηinh=(lnηrel)/C
(上記式においてηrelは相対粘度、Cは濃度を表す)
得られた繊維の引張強度測定はオリエンテック株式会社製テンシロン万能試験機1225Aにて行った。
紡糸におけるMDRは、各条件下において引き取り速度を上昇させていき、口金出口より押し出されたドープが切れた点の引き取り速度より下記式により計算した。
MDR=ドープ引き取り速度(m/min)÷キャピラリーでのドープの平均流速(m/min)
繊度は、単糸の10000mあたりの重さ(グラム)を測定した値である(単位:デシテックス)。
また、紡糸時の安定性については下記の評価基準に基づいて判定した。
○:紡糸時、0.1km以上に亘って単糸切れを起こすこと無く連続巻き取りできた。
×:紡糸時、連続巻き取り長0.1km以下で単糸切れが発生した。
The details of the present invention will be described more specifically by the following examples. However, the present invention is not limited to these examples.
The specific viscosity (η inh ) is a value obtained by the following formula based on the relative viscosity (η rel ) measured at 25 ° C. of a solution dissolved in methanesulfonic acid at a concentration of 2.5 mg / 8 mL.
η inh = (lnη rel ) / C
(In the above formula, η rel is relative viscosity and C is concentration)
The tensile strength of the obtained fiber was measured with a Tensilon universal testing machine 1225A manufactured by Orientec Corporation.
The MDR in spinning was calculated by the following formula from the take-up speed at the point where the dope extruded from the die outlet was cut while increasing the take-up speed under each condition.
MDR = dope take-up speed (m / min) ÷ average flow rate of dope in capillary (m / min)
The fineness is a value obtained by measuring the weight (gram) per 10,000 m of a single yarn (unit: decitex).
Further, the stability during spinning was determined based on the following evaluation criteria.
A: During spinning, continuous winding was possible without causing breakage of a single yarn over 0.1 km or more.
X: During spinning, single yarn breakage occurred at a continuous winding length of 0.1 km or less.

[参考例1] (ピリジンジカルボン酸/4,6−ジアミノ−1,3−ベンゼンジオール塩の合成)
4,6−ジアミノ−1,3−ベンゼンジオール二塩酸塩191重量部を、窒素で脱気した水1400重量部に溶解した。ピリジンジカルボン酸150重量部を0.7M水酸化ナトリウム水溶液2670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約1.5時間かけて滴下し、ピリジンジカルボン酸/4,6−ジアミノ−1,3−ベンゼンジオール塩の白色沈殿を形成させた。この際、反応温度は70℃に維持した。得られた塩を、ろ過し、ろ紙上の粉末固体を窒素で脱気した水4000重量部で洗浄し、その後真空条件下にて3時間脱水した。得られた粉末固体を真空条件下、70℃にて16〜24時間乾燥させることによりピリジンジカルボン酸/4,6−ジアミノ−1,3−ベンゼンジオール塩を得た。
[Reference Example 1] (Synthesis of pyridinedicarboxylic acid / 4,6-diamino-1,3-benzenediol salt)
191 parts by weight of 4,6-diamino-1,3-benzenediol dihydrochloride was dissolved in 1400 parts by weight of water deaerated with nitrogen. 150 parts by weight of pyridinedicarboxylic acid was dissolved in 2670 parts by weight of a 0.7M aqueous sodium hydroxide solution and degassed with nitrogen. An aqueous solution of 4,6-diamino-1,3-benzenediol dihydrochloride is dropped into an aqueous solution of disodium pyridinedicarboxylic acid over about 1.5 hours, and pyridinedicarboxylic acid / 4,6-diamino-1,3- A white precipitate of benzenediol salt was formed. At this time, the reaction temperature was maintained at 70 ° C. The obtained salt was filtered, and the powder solid on the filter paper was washed with 4000 parts by weight of water deaerated with nitrogen, and then dehydrated under vacuum conditions for 3 hours. The obtained powder solid was dried at 70 ° C. for 16 to 24 hours under vacuum to obtain pyridinedicarboxylic acid / 4,6-diamino-1,3-benzenediol salt.

[参考例2] (2,5−ジヒドロキシテレフタル酸/4,6−ジアミノ−1,3−ベンゼンジオール塩の合成)
4,6−ジアミノ−1,3−ベンゼンジオール二塩酸塩150重量部を、窒素で脱気した水1100重量部に溶解した。2,5−ジヒドロキシテレフタル酸139重量部を、0.5M水酸化ナトリウム水溶液2860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、2,5−ジヒドロキシテレフタル酸二ナトリウム塩水溶液に約1.5時間かけて滴下し、4,6−ジアミノ−1,3−ベンゼンジオール/2,5−ジヒドロキシテレフタル酸塩の黄色沈殿を形成させた。この際、反応温度は70℃に維持した。得られた塩を、ろ過し、ろ紙上の粉末固体を窒素で脱気した水4000重量部で洗浄し、その後真空条件下にて3時間脱水した。得られた粉末固体を真空条件下、70℃にて12〜24時間乾燥させることにより2,5−ジヒドロキシテレフタル酸/4,6−ジアミノ−1,3−ベンゼンジオール塩を得た。
[Reference Example 2] (Synthesis of 2,5-dihydroxyterephthalic acid / 4,6-diamino-1,3-benzenediol salt)
150 parts by weight of 4,6-diamino-1,3-benzenediol dihydrochloride was dissolved in 1100 parts by weight of water deaerated with nitrogen. 139 parts by weight of 2,5-dihydroxyterephthalic acid was dissolved in 2860 parts by weight of 0.5 M aqueous sodium hydroxide solution and degassed with nitrogen. An aqueous solution of 4,6-diamino-1,3-benzenediol dihydrochloride is dropped into an aqueous solution of disodium salt of 2,5-dihydroxyterephthalate over about 1.5 hours, and 4,6-diamino-1,3-3- A yellow precipitate of benzenediol / 2,5-dihydroxyterephthalate was formed. At this time, the reaction temperature was maintained at 70 ° C. The obtained salt was filtered, and the powder solid on the filter paper was washed with 4000 parts by weight of water deaerated with nitrogen, and then dehydrated under vacuum conditions for 3 hours. The obtained powdered solid was dried at 70 ° C. for 12 to 24 hours under vacuum to obtain 2,5-dihydroxyterephthalic acid / 4,6-diamino-1,3-benzenediol salt.

[参考例3] (重縮合反応および紡糸用ドープ作製)
参考例1で得たピリジンジカルボン酸/4,6−ジアミノ−1,3−ベンゼンジオール塩450重量部、参考例2で得た2,5−ジヒドロキシテレフタル酸/4,6−ジアミノ−1,3−ベンゼンジオール塩248重量部、ポリリン酸1400重量部、五酸化二リン900重量部、塩化スズ二水和物4.96重量部を重合装置(二軸遊星型混練機)に仕込み、真空窒素置換を2回実施した後に、重合装置熱媒温度80℃の条件下で30分間攪拌した。その後、約90分かけて熱媒温度を150℃昇温し約1時間、熱媒温度160℃で1.5時間攪拌した。その後、ドープ温度を160℃に昇温し3時間さらにドープ温度170℃で3時間攪拌した。得られたドープは粘性液体であった。該ドープの一部を採取し、水を貧溶媒として用いて再沈殿することにより得た高分子試料の特有粘度を測定したところ15.5dL/gであった。
[Reference Example 3] (Preparation of polycondensation reaction and spinning dope)
450 parts by weight of pyridinedicarboxylic acid / 4,6-diamino-1,3-benzenediol salt obtained in Reference Example 1, 2,5-dihydroxyterephthalic acid / 4,6-diamino-1,3 obtained in Reference Example 2 -248 parts by weight of benzene diol salt, 1400 parts by weight of polyphosphoric acid, 900 parts by weight of diphosphorus pentoxide, and 4.96 parts by weight of tin chloride dihydrate were charged into a polymerization apparatus (biaxial planetary kneader) and replaced with vacuum nitrogen. Then, the polymerization apparatus was stirred for 30 minutes under the condition of the polymerization apparatus heat medium temperature of 80 ° C. Thereafter, the temperature of the heating medium was increased by 150 ° C. over about 90 minutes and stirred for about 1 hour and at a heating medium temperature of 160 ° C. for 1.5 hours. Thereafter, the dope temperature was raised to 160 ° C., and the mixture was further stirred for 3 hours at a dope temperature of 170 ° C. for 3 hours. The obtained dope was a viscous liquid. A part of the dope was collected, and the specific viscosity of a polymer sample obtained by reprecipitation using water as a poor solvent was measured to be 15.5 dL / g.

[実施例1]
参考例3で得られた紡糸用ドープを定量押し出し用ギヤポンプ(0.14cc/回転、10回転/分)を用いてキャピラリー径0.1mm、キャピラリー長0.15mm、ホール数100個のキャップから凝固浴に押し出した。押し出したドープは26m/minにて水洗バス中で巻き取り、繊維を得た。このときのキャピラリーでのドープの平均流速は1.78m/minであった。紡糸口金出口〜凝固浴との距離(エアギャップ)は66cmとし、紡糸口金ホルダー温度を185℃に設定し、紡糸口金からその下方3.5cmまでの範囲にヒーター内蔵の筒状部を設け、180℃に設定した(ホットゾーン1)。この条件下でのMDR、得られた繊維の物性および紡糸時安定性などを表1に示す。
[Example 1]
The spinning dope obtained in Reference Example 3 was coagulated from a cap having a capillary diameter of 0.1 mm, a capillary length of 0.15 mm, and 100 holes using a gear pump (0.14 cc / rotation, 10 rotations / min) for quantitative extrusion. Extruded into the bath. The extruded dope was wound up in a washing bath at 26 m / min to obtain a fiber. At this time, the average flow rate of the dope in the capillary was 1.78 m / min. The distance (air gap) from the spinneret outlet to the coagulation bath was 66 cm, the spinneret holder temperature was set to 185 ° C., and a cylindrical part with a built-in heater was provided in the range from the spinneret to 3.5 cm below, 180 It was set to ° C. (Hot Zone 1). Table 1 shows MDR under these conditions, physical properties of the obtained fiber, stability during spinning, and the like.

[実施例2]
紡糸口金ホルダー温度を190℃に設定し、紡糸口金からその下方3.5cmまでの範囲にヒーター内蔵の筒状部を設け、187℃に設定した(ホットゾーン1)以外は実施例1と同様の操作を行った。結果を表1に示す。
[Example 2]
The spinneret holder temperature was set to 190 ° C., a cylindrical part with a built-in heater was provided in the range from the spinneret to 3.5 cm below, and it was set to 187 ° C. (hot zone 1). The operation was performed. The results are shown in Table 1.

[実施例3]
紡糸口金ホルダー温度を195℃に設定し、紡糸口金からその下方3.5cmまでの範囲にヒーター内蔵の筒状部を設け、193℃に設定した(ホットゾーン1)以外は実施例1と同様の操作を行った。結果を表1に示す。
[Example 3]
The spinneret holder temperature was set to 195 ° C., a cylindrical part with a built-in heater was provided in the range from the spinneret to 3.5 cm below, and it was set to 193 ° C. (hot zone 1). The operation was performed. The results are shown in Table 1.

[実施例4]
エアギャップを30cmとした以外は実施例3と同様の操作を行った。結果を表1に示す。
[Example 4]
The same operation as in Example 3 was performed except that the air gap was 30 cm. The results are shown in Table 1.

[実施例5]
エアギャップを18cmとした以外は実施例3と同様の操作を行った。結果を表1に示す。
[Example 5]
The same operation as in Example 3 was performed except that the air gap was 18 cm. The results are shown in Table 1.

[実施例6]
エアギャップを4cmとした以外は実施例3と同様の操作を行った。結果を表1に示す。
[Example 6]
The same operation as in Example 3 was performed except that the air gap was 4 cm. The results are shown in Table 1.

[比較例1]
参考例3で得られた紡糸用ドープを定量押し出し用ギヤポンプ(0.14cc/回転、10回転/分)を用いてキャピラリー径0.1mm、キャピラリー長0.15mm、ホール数100個のキャップから凝固浴に押し出した。このときのキャピラリーでのドープの平均流速は1.78m/minであった。エアギャップは66cmとし、紡糸口金ホルダー温度を185℃に設定し、紡糸口金からその下方3.5cmまでの範囲にヒーター内蔵の筒状部を設け、182℃に設定した(ホットゾーン1)。さらに、ホットゾーン1より下方に長さ60cmのヒーター内蔵の筒状部を設け、この筒状部の上部から下部に均等に3分割した領域の温度を上部からそれぞれ、190℃、140℃、90℃に設定した(ホットゾーン2)。この条件下では押し出されたドープの切断が頻繁に観測され、繊維を作製することが不可能であった。結果を表1に示す。
[Comparative Example 1]
The spinning dope obtained in Reference Example 3 was coagulated from a cap having a capillary diameter of 0.1 mm, a capillary length of 0.15 mm, and 100 holes using a gear pump (0.14 cc / rotation, 10 rotations / min) for quantitative extrusion. Extruded into the bath. At this time, the average flow rate of the dope in the capillary was 1.78 m / min. The air gap was 66 cm, the spinneret holder temperature was set to 185 ° C., and a cylindrical part with a built-in heater was provided in the range from the spinneret to 3.5 cm below it, and set to 182 ° C. (hot zone 1). Further, a cylindrical part with a built-in heater having a length of 60 cm is provided below the hot zone 1, and the temperatures of the areas equally divided into three parts from the upper part to the lower part of the cylindrical part are respectively 190 ° C., 140 ° C., 90 ° from the upper part. It was set to ° C. (Hot Zone 2). Under these conditions, cutting of the extruded dope was frequently observed, making it impossible to produce fibers. The results are shown in Table 1.

[比較例2]
ホットゾーンを設けず、185℃に設定した紡糸口金ホルダーに設置された紡糸口金から押し出されたドープを17m/minにて水洗バス中で巻き取った以外は実施例1と同様の操作を行った。結果を表1に示す。
[Comparative Example 2]
The same operation as in Example 1 was performed except that the dope pushed out from the spinneret installed in the spinneret holder set at 185 ° C. without winding a hot zone was wound up in a washing bath at 17 m / min. . The results are shown in Table 1.

Figure 2011117105
Figure 2011117105

本発明の製造方法は、ゴムやプラスチックの補強材、耐熱フェルトといった産業資材、消防服や安全手袋といった防護用途などでの利用に好適な剛直系複素環高分子繊維を極めて安定生産することを可能するものである。   The production method of the present invention enables extremely stable production of rigid heterocyclic polymer fibers suitable for use in industrial materials such as rubber and plastic reinforcements, heat-resistant felt, and protective applications such as fire-fighting clothes and safety gloves. To do.

Claims (3)

下記式(A)および(B)
Figure 2011117105
Figure 2011117105
(nは1〜4の整数であり、XはO、SまたはNHであり、Arは炭素数4〜20の4価の芳香族基であり、そしてArは炭素数4〜20からなりそして(n+2)価の芳香族基である)
のそれぞれで表わされる繰返し単位よりなる群から選ばれる少なくとも1種の第1繰返し単位、および、
下記式(C)および(D)
Figure 2011117105
Figure 2011117105
(XはO、SまたはNHであり、Arは炭素数4〜20の4価の芳香族基であり、YおよびYはNまたはCHである、但しYおよびYの少なくともいずれか一方はNであるものとする)、
のそれぞれで表わされる繰返し単位よりなる群から選ばれる少なくとも1種の第2繰返し単位からなる剛直系複素環高分子をポリリン酸に溶解した紡糸用ドープから繊維を製造する方法において、下記(1)〜(3)の条件を満たすことを特徴とする剛直系複素環高分子繊維の製造方法。
(1)150〜250℃の温度範囲に制御された紡糸口金ホルダーに設置された紡糸口金より上記ドープを押し出し、
(2)紡糸口金出口〜凝固浴までのエアギャップ長が1.0cm以上であり、
(3)該エアギャップ部分において、紡糸口金出口面からその下方3.5cmまでの範囲だけを30〜250℃の温度で保温、またはエアギャップ長が3.5cm未満の場合はエアギャップ部分全体を30〜250℃の温度で保温して紡糸を行う。
The following formulas (A) and (B)
Figure 2011117105
Figure 2011117105
(N is an integer of 1 to 4, X is O, S or NH, Ar 1 is a tetravalent aromatic group having 4 to 20 carbon atoms, and Ar 2 is composed of 4 to 20 carbon atoms. And (n + 2) valent aromatic group)
And at least one first repeating unit selected from the group consisting of repeating units each represented by:
Formulas (C) and (D) below
Figure 2011117105
Figure 2011117105
(X is O, S or NH, Ar 3 is a tetravalent aromatic group having 4 to 20 carbon atoms, and Y 1 and Y 2 are N or CH, provided that at least one of Y 1 and Y 2 Either one is N),
In a method for producing a fiber from a spinning dope in which a rigid heterocyclic polymer composed of at least one second repeating unit selected from the group consisting of repeating units represented by each of the above is dissolved in polyphosphoric acid, the following (1) A method for producing a rigid heterocyclic polymer fiber, which satisfies the conditions (3) to (3).
(1) Extruding the dope from a spinneret installed in a spinneret holder controlled to a temperature range of 150 to 250 ° C.,
(2) The air gap length from the spinneret outlet to the coagulation bath is 1.0 cm or more,
(3) In the air gap portion, only the range from the spinneret outlet surface to the lower 3.5 cm is kept at a temperature of 30 to 250 ° C., or if the air gap length is less than 3.5 cm, the entire air gap portion Spinning is carried out at a temperature of 30 to 250 ° C.
請求項1に記載の剛直系複素環高分子が下記式(i)
0.1≦(a+b)/(c+d)≦10 ・・・(i)
(a、b、cおよびdは、それぞれ、上記式(A)、(B)、(C)および(D)で表わされる各繰返し単位のモル数である)
を満足し、そして、メタンスルホン酸に2.5mg/8mLの濃度で溶解した溶液の25℃において測定した特有粘度が10.0dL/g以上のものである、請求項1に記載の製造方法。
The rigid heterocyclic polymer according to claim 1 is represented by the following formula (i):
0.1 ≦ (a + b) / (c + d) ≦ 10 (i)
(A, b, c and d are the number of moles of each repeating unit represented by the above formulas (A), (B), (C) and (D), respectively)
And a specific viscosity measured at 25 ° C. of a solution dissolved in methanesulfonic acid at a concentration of 2.5 mg / 8 mL is 10.0 dL / g or more.
紡糸時の最大ドラフト比(MDR)を18.5以上とする請求項1または2に記載の製造方法。   The production method according to claim 1 or 2, wherein the maximum draft ratio (MDR) during spinning is 18.5 or more.
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