JP3032024B2 - 芳香族ポリアミド - Google Patents

芳香族ポリアミド

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JP3032024B2
JP3032024B2 JP3025140A JP2514091A JP3032024B2 JP 3032024 B2 JP3032024 B2 JP 3032024B2 JP 3025140 A JP3025140 A JP 3025140A JP 2514091 A JP2514091 A JP 2514091A JP 3032024 B2 JP3032024 B2 JP 3032024B2
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aramid
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寿嗣 松木
勉 桐山
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、強度,モジュラス等の
機械的物性にすぐれた耐薬品性,耐熱性に富んだ新規な
芳香族ポリアミドに関するものである。さらに詳しく
は、有機極性溶媒に可溶で、プロセス性の良好な高強
度,高モジュラスの新規な芳香族共重合ポリアミドに関
する。
【0002】
【従来の技術】芳香族ポリアミド(アラミド)は耐熱性
にすぐれた高性能素材として繊維,フイルム,シート等
巾広い用途に用いられるが、大別して2つの種類に分類
できる。すなわち、1つはポリパラフェニレンテレフタ
ラミドに代表される液晶型アラミドであり、硫酸溶液と
して液晶紡糸によって繊維に成型される
【0003】この方法によるアラミド繊維は、機械的な
性能が優れアラミドの主流を成している。しかしなが
ら、前述の通り成型に際して液晶紡糸を行う必要がある
ことや重合反応溶媒に特別の制約がある点で、プロセス
上の問題があること、また、繊維性能についてみれば機
械的物性のうち強度が必ずしも高くないこと及び伸度が
低く靭性が不十分であること等の欠点がみられる。
【0004】これらのうち、繊維物性を改良しようとす
る試みもいくつか提案されている。たとえば特開昭62
−263320号公報,特開昭63−75111号公報
等には2,6−ナフタレン基の如き第3成分を加えて結
晶性を乱し機械的性能を向上せしめる方法が提案されて
いる。しかしいづれの方法も、耐熱性を悪くするのみな
らず、また重合反応溶媒の制約という点での改良は期待
できず強度の点においても十分満足のいくものとはいい
がたい。
【0005】第2の種類のアラミドは、等方型アラミド
によるもので、有機極性溶媒で等方性溶液を与え、か
つ、その等方性溶液を用いて直接湿式紡糸等の成型を行
うものである。
【0006】この方法によると、硫酸に再溶解せしめる
ことなく重合反応後の溶液をそのまま成型に供すること
ができプロセス性に富むものである。
【0007】具体的には、ポリパラフェニレンテレフタ
ルアミド成分の中に溶解性を高めるためにたとえばエー
テル基や、メタ型成分を共重合することが必要であり、
例として3,4′−ジアミノジフェニルエーテルを共重
合成分として用いるのが有用であることが知られている
(特公昭53−32838号公報,特開昭61−252
229号公報,特開平1−204930号公報)。しか
しながら、この方法によるとその構造上、モジュラスの
低下、耐熱性の低下は避けられず、また、強度的にも十
分に満足のいくレベルのものではない。また、これらの
共重合タイプのアラミドはポリパラフェニレンテレフタ
ルアミドに比べて、伸度は比較的高いものの、靭性,タ
フネス,耐疲労性の向上等のためには更なる伸度の向上
が望まれている。
【0008】
【発明の構成】本発明者らは、高強力でかつ高モジュラ
ス,高伸度のアラミドであってプロセス性が良好で有機
溶媒に可溶でドープから直接紡糸等の成型が可能なアラ
ミドについて検討した結果、本発明に到達したものであ
る。
【0009】すなわち本発明は、主たる酸成分の結合単
位が下記式(1a),(1b)および(1c)で、主た
るアミン成分の結合単位が下記式(2a)および(2
b)で構成された芳香族ポリアミドであって、
【0010】
【化3】
【0011】結合単位(1b)および(1c)のモル比
率が下記式を同時に満足することを特徴とする芳香族ポ
リアミドである0.001≦(1b)/[(1a)+(1b)+(1c)]≦0.70 0.001≦(1c)/[(1a)+(1b)+(1c)]≦0.70
【0012】ここで結合単位(1b)で示されるナフタ
レン含有成分としては2,6−ナフタレンジカルボン
酸ハライド,2,7−ナフタレンジカルボン酸ハライ
ド,1,5−ナフタレンジカルボン酸ハライド,1,4
−ナフタレンジカルボン酸ハライドなどのナフタレンジ
カルボン酸成分があげられるが、結合手が互いに平行で
ある2,6−位,1,5−位,1,4−位が好ましく、
とりわけ2,6−ナフタレンジカルボン酸ハライドから
得られる単位が好ましい。
【0013】結合単位(1c)で示されるジフェニル
含有成分としては4,4′−ジフェニルジカルボン酸ハ
ライド,2,2′−ジフェニルジカルボン酸ハライドな
ジフェニルジカルボン酸成分があげられるが好まし
くは4,4′−ジフェニルジカルボン酸ハライドであ
る。
【0014】結合単位(2a)で示されるエーテル結合
含有ジアミン成分としては、例えば3,4′−ジアミノ
ジフェニルエーテル,1,4−ビス(4−アミノフェノ
キシ)フェニレン,4,4′−ジアミノジフェニルエー
テル,1,4−ビス(3−アミノフェノキシ)フェニレ
ン,1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)フェニレ
ン,3,3′−ジアミノジフェニルエーテル,4,4′
−ビス(4−アミノフェノキシ)ジフェニルエーテル,
4,4′−ビス(3−アミノフェノキシ)ジフェニルエ
ーテルなどがあげられるが2つの結合手は平行な関係に
あるのが好ましい。具体的には3,4′−ジアミノジフ
ェニルエーテル,1,4−ビス(4−アミノフェノキ
シ)フェニレン,1,4−ビス(3−アミノフェノキ
シ)フェニレン,1,3−ビス(4−アミノフェノキ
シ)フェニレン等である。
【0015】これらの成分は、得られる芳香族ポリアミ
ドが有機極性溶媒に可溶な構成比とする必要があるが、
ここでいう有機極性溶媒とはN−メチルピロリドン,ジ
メチルアセトアミド,ジメチルスルホン,ジメチルホル
ムアミド,N−メチルカプロラクタム,テトラメチル尿
素,N,N′−ジメチル−2−イミダゾリジノン等が挙
げられる。これらは2種以上の混合溶媒として用いても
よいし、必要に応じて塩化水素,ハロゲン化金属たと
えば塩化リチウム,塩化カルシウム,塩化カリウム等を
併用して溶解性を向上せしめてもよい。
【0016】本発明において、結合単位(1b)の全カ
ルボン酸成分中に占める割合は、特定の範囲にあるのが
よく、モル比率(1b)/((1a)+(1b)+(1
c))が0.001以上、0.70以下が好ましい。特
に好ましくは0.01以上0.60以下である。
【0017】また、結合単位(1c)の全カルボン酸成
分中に占める割合も特定の範囲にあるのがよく、モル比
率(1c)/((1a)+(1b)+(1c))が0.
001以上、0.70以下が好ましい。特に好ましくは
0.01以上0.60以下である。
【0018】これらの領域をはずれると、機械的物性が
著しく低下するか、みるべき改善効果が得られない。さ
らに曳糸性等の成型性が悪くなる。高い機械的物性が可
能な組成は上述の如くさらに限定された領域となる。
【0019】ジアミン成分(2a),(2b)の比率は
単に有機溶媒可溶性を得るためだけであれば特に制限は
ないが、本発明の目的のためには剛直成分である(2
b)の比率をできるだけ高くした方がよい。
【0020】次に、本発明のアラミドの製法について述
べる。一般にアラミドの重合では溶液重合法,界面重合
法,直接重合法,イソシアネート法等がある。本発明の
製法も特に限定されるものではないが、一般的には、溶
液重合法が好ましい。即ちカルボン酸ジハライドとジア
ミンとの反応により脱ハロゲン化水素反応で重合する
が、本反応は急激に進行するため反応速度制御のため比
的低温で反応させなければならない。たとえば−十数
℃から100℃以下の範囲で行なう。反応溶媒は前述の
有機極性溶媒が用いられるが溶解助剤として塩化金属化
合物を併用してもよい。また、生成ポリマーの溶媒への
溶解度,溶液粘度によって異なるが、ポリマー濃度は1
0重量%以下が好ましい。一方、生産性,曳糸性の点か
ら1重量%以上が好ましく、ポリマー組成の内容と組成
比,溶解度,溶液粘度,取扱性,脱泡の容易性から総合
的に判断して濃度は決められるべきである。この点で好
ましい領域は、2重量%以上たとえば6重量%程度が最
適な濃度である。
【0021】原料の添加方法は、反応溶媒にジアミンを
添加し、低温下で溶解したのち、一方の原料である酸ク
ロライド等のジカルボン酸ハライドを添加する。この場
合ジアミンの劣化を防ぐために窒素雰囲気下で行なわね
ばならない。該ジアミンと酸ハライドとのモル比率は、
基本的には等モルとすべきであるが、重合度の制御のた
め一方の原料であるジアミンあるいは酸成分を過剰に加
えてもよいし単官能の有機物、たとえばアニリン,ナフ
チルアミン,酢酸クロライド,ベンゾイルクロライド等
の化合物を適量加えてもよい。
【0022】また、このような共重合アラミドの場合、
積極的にポリマーのシーケンスを変更し構造を改善する
目的で、ジアミンあるいは酸クロライドの一部を反応せ
しめたのち、残りの原料を添加するというようにポリマ
ーのブロック化を意図した添加方法も採用してよい。
【0023】このようにして得た重合反応物は、副生物
であるハロゲン化水素を伴なうために、中和を必要とす
る。中和剤は一般に知られている塩基性化合物であれば
特に限定する必要はない。このような化合物としては、
水酸化リチウム,水酸化ナトリウム,水酸化カリウム,
水酸化マグネシウム,水酸化カルシウム,酸化マグネシ
ウム,酸化カルシウム,トリエチルアミン,トリプロピ
ルアミン,ベンジルジメチルアミン,テトラエチルアン
モニウム塩等が用いられるが、経済的な理由から酸化カ
ルシウム,水酸化カルシウムが好適である。また、この
ような中和剤は、単独に粉体で添加してもよいが、微粉
化して有機溶媒中にスラリーとして分散せしめたものを
用いるのが、反応性,操作性の上からも好ましい。
【0024】さらに最終組成が本発明の組成であれば、
別々に重合した溶液あるいはポリマーを少なくとも2種
以上混合して成型用溶液としてもよい。この場合も等方
性溶液であることが望ましい。
【0025】以上の方法で得たアラミド溶液は、水,メ
タノール等の貧溶媒中で分離しアラミドパルプに成型し
たり、中和反応後の溶液もそのまま成型用溶液として用
い湿式ドライジェット紡糸や製膜に供することができ
る。
【0026】成型時に用いる凝固液は、重合反応に用い
た有機極性溶媒と水との混合溶媒が好ましい。
【0027】
【発明の効果】本発明の新規なアラミドによれば、得ら
れるアラミド繊維の高強度化,高モジュラス化,高伸度
化を達成することができる。即ち、ジカルボン酸成分の
一つとして用いるテレフタル酸,4,4′−ジフェニル
ジカルボン酸成分の導入による高モジュラス化効果,エ
ーテル結合をもつジアミン成分の共重合による有機極性
溶媒への可溶化効果、さらにナフタレン骨格の導入によ
る延伸性の向上とその効果としての高強力化効果,高伸
度化効果である。特に高伸度化効果が著しい。これによ
り、寸法安定性の向上,伸度向上による靭性,タフネ
ス,耐疲労性の向上といった効果も得られる。
【0028】本発明によって得られるアラミドは、繊
維,フイルム,パルプ等巾広い用途に用いることができ
る。例えば、タイヤコード,ベルト,ロープ,テンショ
ンメンバー,耐弾衣,防刃衣等の防護衣,アスベスト代
替の産業資材等にその有用性が発揮できる。
【0029】
【実施例】以下実施例をあげて、本発明を詳細に説明す
るが、本発明はこれに限定されるものではない。実施例
中に用いる略号は、次の通りである。又、固有粘度(I
V)は乾燥ポリマー0.5gを100mlの98%濃硫
酸に溶解せしめ30℃で測定した。溶液粘度は所定の温
度下での落球法で測定した。 TPC:テレフタル酸クロリド 2,6−NDC:2,6−ナフタレンジカルボン酸クロ
リド 4,4′−DC:4,4′−ジフェニルジカルボン酸ク
ロリド 3,4′−DAPE:3,4′−ジアミノジフェニルエ
ーテル PPDA:P−フェニレンジアミン
【0030】[実施例1] 十分に乾燥した三口フラスコに乾燥脱水したN−メチル
ピロリドン(NMP)を1904.33部採り、つい
で、窒素雰囲気中で PPDA 24.396部 3,4′−DAPE 30.116部 を投入し、均一に撹拌しながら溶解せしめた。つづいて
常温下で高速撹拌しながら TPC 61.071部 2,6−NDC 9.513部 4,4′−DC 10.490部 を添加し重合反応を行った(ポリマー濃度:5重量
%)。常温下で窒素を流しながら3時間撹拌し、続いて
80℃に昇温したのち1時間反応をつづけた。得られた
淡黄色で透明のドープ中に、中和剤として水酸化カルシ
ウム22.5重量%を含有するNMPスラリー123.
44部を添加し均一に混合しながら中和反応を終了し
た。このドープの100℃での落球粘度は463ポイズ
であり、かつ水から再沈したポリマーを硫酸溶液として
測定した固有粘度は3.23であった。
【0031】<紡糸> 上で得たドープを孔径0.3mmφ25孔の口金を備え
たシリンダーにとり120℃で脱泡したのち、ピストン
でNMP30重量%を含有する水溶液中へ10mmのエ
アーギャップを経由して押しだした。引取速度を12.
5m/分とし、水洗工程,乾燥工程を経由したのち第一
段の延伸温度300℃、つづいて第二段の延伸温度48
0℃で延伸し表1に示した糸をえた。
【0032】[実施例2〜6] 表1に示した条件以外は実施例1と同様にして重合紡糸
を行った。結果を表1に示す。
【0033】
【表1】
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−27431(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 69/00 - 69/50 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主たる酸成分の結合単位が下記式(1
    a),(1b)および(1c)で、主たるアミン成分の
    結合単位が下記式(2a)および(2b)で構成された
    芳香族ポリアミドであって、 【化1】 結合単位(1b)および(1c)のモル比率が下記式を
    同時に満足することを特徴とする芳香族ポリアミド。 0.001≦(1b)/[(1a)+(1b)+(1c)]≦0.70 0.001≦(1c)/[(1a)+(1b)+(1c)]≦0.70
  2. 【請求項2】 主たる酸成分の結合単位が下記式(1
    a),(1b´)および(1c´)で、主たるアミン成
    分の結合単位が下記式(2a´)および(2b)で構成
    された芳香族ポリアミドであって、 【化2】 結合単位(1b´)および(1c´)のモル比率が下記
    式を同時に満足する芳香族ポリアミド。 0.01≦(1b´)/[(1a)+(1b´)+(1c´)]≦0.60 0.01≦(1c´)/[(1a)+(1b´)+(1c´)]≦0.60
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