JP3078319B2 - 改質ポリマーを用いた着色ナイロン繊維の加工 - Google Patents

改質ポリマーを用いた着色ナイロン繊維の加工

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Description

【発明の詳細な説明】 技術的分野 本発明はある種のランダム及び/又はブロックポリア
ミドから製造した着色ナイロン繊維及び熔融−紡糸着色
ナイロン繊維の配向に必要な延伸張力を低下させる方法
に関する。
発明の背景 ナイロンは酸性又はカチオン染料を用い、布又は絨毯
で用いることができる優れた着色糸に染色することがで
きる。近年、糸の製造者は紫外光による分解及び褪色に
対するその耐性を向上させ、化学品及び有害煙霧に対す
る耐性を向上させ、洗濯により除去されない永久着色を
与えるために着色顔料をナイロン糸に挿入し始めた。あ
る顔料はフィラメントの紡糸操作に悪影響を与えること
なく容易にナイロン糸中に混合することができるが、ほ
とんどの顔料−及び特に有機化合物−はナイロン中に混
合されている間、又はその後の熔融−紡糸及び延伸操作
でいくらか困難を引き起こす。一般に有機顔料はナイロ
ンに架橋し、その粘度を変え、繊維を弱体化する球晶を
形成し、延伸張力及びフィラメントの破断を増す原因と
なる。
紫外光はナイロンを分解し、分解はいくらかの顔料の
存在により加速され得る。これを防ぐために種々の形態
の銅がポリマーに加えられることが多い。紫外光による
ポリマーの分解を防ぐのに有効な量の銅も紡糸性能を悪
くする。顔料と銅が組み合わさるとさらに悪い。
1990年6月20日に公開され、ここに参照として挿入す
る欧州特許公開番号0373655(“Anton et al.")は、
許容し得る高さの紡糸性能を有する耐汚染性、顔料−着
色ポリアミド繊維の製造法を開示している。これらの方
法は最高4.0重量%の5−スルホイソフタル酸又はその
塩などのカオチン染料添加物を用いて作られるランダム
ナイロンコポリマーを形成し、最高4.5重量%の顔料厚
物をコポリマーに加え、顔料/ポリマーブレンドを熔融
−紡糸する段階を含む。しかしある種の顔料はそこに開
示されているコポリマーを用いてさえ紡糸が非常に困難
なままである。
Anton et al.は主に絨毯の用途に有用な着色繊維を
目的としているが、パラシュート布、ライフジャケット
及び工業的縫製などの高い靭性を必要とするある種の工
業的用途で用いるのに適した着色繊維を求める要求があ
る。しかしこの場合も顔料の存在が繊維の延伸を困難に
し、その結果非着色ナイロン糸の場合に得られるデニー
ル当たり7.5グラム以上という高さの靭性を達成するた
めには配向が不十分となる。
そのような顔料のナイロン紡糸及び延伸性能への影響
を軽減する方法は、有機及び無機の両方の着色顔料をよ
り広く選択して利用することを可能にし、繊維の製造者
が製品の欠陥及び操作上の困難を軽減しながら完全な範
囲の流行の色を提供することを可能にし、靭性の高い着
色ナイロン繊維の製造を可能にする。
発明の概略 ここで、ポリアミド及び着色顔料の均一熔融ブレンド
を形成し、ブレンドを紡糸して繊維を形成し、繊維に張
力を加えてそれを延伸し、それによりその配向を増す段
階による着色ヘキサメチレンアジパミドポリマー繊維の
熔融−紡糸法において、少なくとも80重量%の重合ヘキ
サメチレンアジパミド単位を有し、ヘキサメチレンアジ
パミドを形成する以外に少なくとも2種類の異なる二官
能基性繰り返しアミド−形成部分を有し、異なる該繰り
返しアミド−形成部分のそれぞれはポリアミドの0.25−
10重量%の量で存在し、ブロックの一部を構成する異な
るアミド−形成部分が以下の基:イソフタル、テレフタ
ル、ドデカン二酸、2−メチルペンタメチレンジアミノ
及びN,N′−ジブチルヘキサメチレンジアミノから成る
群より選ばれるランダム共重合ポリアミド又はブロック
ポリアミドをポリアミドとして用いることにより、繊維
においてあらかじめ決められた程度の延伸を達成するた
めに必要な延伸張力の低下に関する改良が得られること
を見いだした。(簡単のために後文でこれらは“ブロッ
ク−形成部分”と呼ぶ。) 本発明の形態のひとつにおいて、ナイロン6,6−形成
モノマー、すなわちヘキサメチレンジアミン及びアジピ
ン酸又はヘキサメチレンジアンモニウムアジペート塩、
及びそれぞれ0.25−10重量%、好ましくはそれぞれ0.4
−7.5重量%の2種類か又はそれ以上の異なる二官能基
性ポリアミド−形成モノマーのブレンドを重合し、三元
ポリマー又はマルチポリマーであるランダム共重合ポリ
アミドを製造することにより、紡糸するポリアミドに2
種類の繰り返しアミド−形成部分を挿入する。例えば後
文の実施例1は、ナイロン6,6形成モノマー、カプロラ
クタム及び5−スルホイソフタル酸ナトリウムの重合に
より形成された三元ポリマーを示す。
別の形態ではナイロン6,6ホモポリマーを、ポリアミ
ド鎖中にブロック−形成部分を有する1種類か又はそれ
以上の異なるポリアミドと熔融−配合することにより、
2種類の二官能基性繰り返しアミド−形成部分をポリア
ミド中に挿入する。適した時間及び温度条件下で、アミ
ド交換反応が起こり、ブロック−形成部分を有するポリ
アミド鎖がより短い鎖に分裂し、それがホモポリマーの
鎖とブロックを形成する。この方法で2種類の異なるブ
ロック−形成部分がホモポリマー中に挿入され、それぞ
れ0.25−10重量%の量で存在すると、本発明の方法の改
良が観察される。2種類の異なるブロック−形成部分
は、ポリ(N,N′−ジブチルヘキサメチレンドデカミ
ド)などの1個のポリマーのアミド交換反応により、又
はイソフタル酸及びテレフタル酸とヘキサメチレンジア
ミンのコポリマーなどのコポリマーにより、あるいは別
の場合にはホモポリマーと1種類より多いポリアミド、
例えばポリ(ヘキサメチレンイソフタルアミド)とポリ
(ヘキサメチレンテレフタルアミド)との熔融−配合に
より与えることができる。
さらに別の形態では、ナイロン6,6−形成モノマーと
0.25−10重量%、好ましくは0.4−7.5重量%の1種類の
異なる二官能基性ポリアミド−形成コモノマーのブレン
ドを重合してランダムコポリアミドを形成することによ
り、ランダム共重合ポリアミドとブロックポリアミドの
組み合わせを製造することができる。その後そのコポリ
アミドを、ポリアミド鎖中にブロック−形成部分を有す
る異なるポリアミドと共−熔融し、ナイロン6,6を形成
する以外に少なくとも2種類の異なる繰り返しアミド−
形成部分を有するランダム及びブロックポリアミドの組
み合わせを形成する。例えばヘキサメチレンジアミンと
アジピン酸及び少量の5−スルホイソフタル酸ナトリウ
ム塩を重合し、その後ポリ(ヘキサメチレンイソフタル
アミド)などのポリアミドにより与えられるイソフタル
部分と共にブロック重合することによりコポリマーを形
成することができる。
ブロックポリアミドの形成に異なるポリアミドを用い
た場合、主ポリマーと共に共−熔融するブロック−形成
ポリマーは場合により、着色顔料を前もって分散した濃
厚物の形態で存在することができる。典型的に、熔融−
ブレンド内で顔料粒子をより均一に混合するために担体
及び他の添加物を含む濃厚物が用いられるので、これは
ブロックの形成に用いられる異なるポリアミドを導入す
る簡便な方法となる。
前記の改良により達成された延伸張力の低下は、ナイ
ロンホモポリマー又はそのランダムコポリマーと共に顔
料を用いて繊維を紡糸した場合に得られるよりも優れた
加工作業性を与える。実際に作業性は非着色ナイロンホ
モポリマーの場合に近いことが多い。さらにそのような
加工性における改良は引張特性を失うことなく得ること
ができる。
本発明のさらに別の具体化において、これらの方法を
用いて得られる延伸張力の低下により着色ナイロン6,6
繊維の配向が十分に増し、デニール当たり7.5又は8.0グ
ラムかそれ以上の繊維靭性、ならびにデニール当たり30
−35グラムの弾性率さえ達成する。着色ポリアミド繊維
の場合そのような繊維の特性は、以前は容易に得ること
ができなかった。従って本発明は靭性がデニール当たり
少なくとも7.5グラム、好ましくはデニール当たり8.0グ
ラムである着色ヘキサメチレンアジパミドポリマー繊維
も含み、繊維はポリアミド及び着色顔料を含み、ポリア
ミドは少なくとも80重量%のヘキサメチレンアジパミド
単位及びヘキサメチレンアジパミドを形成する以外に少
なくとも2種類の異なる二官能基性繰り返しアミド−形
成部分を有するランダム共重合ポリアミド又はブロック
ポリアミドであり、、異なる該繰り返しアミド−形成部
分のそれぞれはポリアミドの0.25−10重量%の量で存在
し、ブロックの一部を構成するアミド−形成部分はイソ
フタル、テレフタル、ドデカン二酸、2−メチルペンタ
メチレンジアミノ及びN,N′−ジブチルヘキサメチレン
ジアミノから成る群より選ばれる。
本文で用いる用語“アミド−形成部分”は、官能末端
基を除去した後の二酸、ジアミン又はラクタムを言う。
やはり本文で用いる“ヘキサメチレンアジパミド単位”
は、2種類の繰り返しアミド−形成部分、すなわちモノ
マーヘキサメチレンジアミンから形成されるヘキサメチ
レンジアミノ部分−(NH−(CH2−NH)−及びモノ
マーアジピン酸から形成されるアジピン酸部分−(OC−
(CH2−CO)−から形成されたナイロン6,6単位を言
う。“共重合ポリアミド”という用語は,2種類又はそれ
以上の異なる繰り返し単位を含み、その結果ポリマー鎖
の一部として少なくとも3個の異なるアミド−形成部分
を有するランダムポリアミドを総称的に言うのに用いら
れる。そのようなポリアミドには、ナイロン6,6形成モ
ノマーであるヘキサメチレンジアミン及びアジピン酸と
1個又はそれ以上の異なるポリアミド形成モノマーの重
合により形成されるいずれのランダムポリアミドも含ま
れる。“コポリマー”(又は“コポリアミド”)という
用語は、2種類のみの異なる繰り返し単位を有し、その
ような単位のそれぞれがアミン及び酸部分を有するポリ
マー(又はポリアミド)を言うために用いられる。従っ
てナイロン6,6のコポリマーは3種類の異なる繰り返し
アミド−形成部分を有する。“三元ポリマー”(又は
“三元ポリアミド”)という用語は、3種類の異なる繰
り返し単位を含み、4種類の異なるアミド−形成部分を
必要とするポリマー(ポリアミド)を言う。ナイロン6,
6三元ポリマーの例は、ナイロン6,6形成モノマーと2種
類の異なるコモノマー、例えばイソフタル酸及び2−メ
チルペンタメチレンジアミンとの反応生成物である。
“マルチポリマー”(又は“マルチ−ポリアミド”)と
いう用語は3種類以上の異なる繰り返し単位を含むポリ
マー(ポリアミド)を言う。“ブロックポリマー”又は
“ブロックポリアミド”という用語は、2種類か又はそ
れ以上の異なるポリマーを一緒に共−熔融し、その後さ
らに加工して異なるポリマーそれぞれの繰り返しアミド
−形成部分を含むブロックを形成することにより得られ
るポリマーを言う。
図面の簡単な説明 図1はダークプラム(dark plum)及びネイビー(na
vy)の顔料濃厚物を用いて製造した種々の繊維に関する
延伸張力の関数としての工程中断のプロットであり、こ
れらのデータを通る最適合(best−fit)直線は延伸張
力と工程中断の正比例関係を示している。
図2はダークプラム及びネイビーの顔料濃厚物を用い
て製造した種々の繊維に関するクエンチ面積の関数とし
ての工程中断のプロットであり、これらのデータを通る
最適合直線はクエンチ面積と工程中断の正比例関係を示
している。
発明の詳細な説明 これらのポリアミド繊維の向上した加工性は、それら
を熔融−紡糸及び延伸する条件の分析により理解するこ
とができる。下記の議論でわかる通り、熔融−紡糸され
たばかりのナイロン6,6ホモポリマーの着色フィラメン
トは非−着色フィラメントより急速に急冷される傾向が
ある。急速急冷フィラメントは紡糸の間に破断する傾
向、及び延伸の間に繊維を配向させるのにより大きな張
力を必要とする傾向の両方がある。延伸の間に繊維に与
える力を増すと今度は又破断の量が増加する。実施例に
示す通りここに記載する顔料−着色ランダム及びブロッ
クポリアミドは急冷も比較的遅いし、延伸に必要な力も
小さく、それにより加工の間の破断を少なくする。
本発明の方法は、配向の程度が異なる、従って引張特
性の異なるナイロン繊維の製造に用いることができる。
繊維の配向が増すと共に例えばその靭性が増す。与えら
れた最終用途に適用するために必要な靭性及び他の繊維
の性質に依存して所望の配向の程度を決定する。かくし
てその配向度、従って所望の繊維の性質を得るために必
要な合計の機械的延伸を設定する。紡糸されたばかりの
繊維は、典型的に供給ロール及び速−回転(fastEr−tu
rning)引き取りロールの間で延伸することにより延伸
し、2つの間の比率(延伸比)が得られる延伸及び配向
度の尺度である。いずれの与えられた延伸比において
も、延伸されている時の繊維への張力が高すぎると破断
が起こり、工程は中断される。従ってあらかじめ決めら
れた延伸比を得るために必要な延伸張力を低下させるの
が望ましい。
例えば生地及び絨毯の用途で用いられる繊維は比較的
低い引張強さを必要とし、紡糸されたばかりの繊維は典
型的に生地糸の場合の約150%から絨毯繊維に適した引
張特性(約3グラム/デニールの靭性及び約65%の伸び
率)を与える約250−300%という小さい延伸比で延伸さ
れる。
しかし工業的用途の場合、靭性がより高い繊維が望ま
しく、その結果より高い配向が必要である。本方法を用
いて繊維の延伸に必要な力を低下させることにより、よ
り高い配向度と言い換えることができるより高い延伸
比、及び従ってより高い靭性を得ることができる。ここ
で、4.5−5.5Xの範囲で繊維を延伸することにより、少
なくともデニール当たり7.5グラムの靭性を有する顔料
−着色ポリアミド繊維を、ポリアミド及び着色顔料濃厚
物の組成物から熔融−紡糸することができる。そのよう
な繊維の製造のための好ましい組み合わせには、コモノ
マーとしてナイロン6,6塩とカプロラクタム及び5−ス
ルホイソフタル酸又はその塩、特にナトリウム塩のいず
れかから製造された共重合ポリアミドが含まれる。特に
好ましい靭性の高い黒い繊維は、チャネルブラック(Ch
annel black)(PBK−7)及びインダントロンブルー
(Indanthrone Blue)(PB−60)を含む黒色顔料濃厚
物、及び約2−4重量%のカプロラクタムならびに約1
−3重量%の5−スルホイソフタル酸のナトリウム塩を
加えたヘキサメチレンジアンモニウムアジペートから製
造されたランダム三元ポリアミドの熔融組成物から商業
的条件下で紡糸することができる。これらの繊維はパラ
シュート材料としての生地ならびに高強度縫製糸及び他
の工業的用途に有用である。
ナイロン6,6形成モノマーと共に用い、本発明で用い
られるランダム共重合ポリマー中に見られる異なる繰り
返しアミド−形成部分を与えることができる適した二官
能基性コモノマーには、脂肪族及び芳香族二酸、脂肪族
及び芳香族ジアミン、ラクタム及びそのような化合物を
用いて形成された塩が含まれる。そのような化合物の例
にはイソフタル酸、ドデカン二酸、2−メチル−1,5−
ジアミノペンタン、m−キシリルジアミン、5−スルホ
イソフタル酸及びその塩、特にアルカリ金属塩、カプロ
ラクタムなどが含まれるがこれらに限られるわけではな
い。下記の実施例でさらに詳細に調べ、記載する広い範
囲のコモノマーに基づき、ある種のコモノマーが他より
有効であるが、十分重合し、ナイロン6,6形成モノマー
と共に熔融−紡糸することができるいずれの組み合わせ
も、ほとんどの顔料により持ち込まれる加工の問題を防
ぐのを少なくともある程度助けると思われる。
ナロン6,6及びナイロン6,6ベースポリマーと共にブロ
ックポリアミドを形成して本発明の方法の改良を達成す
るのに有用なポリアミドは、前記で議論した特定のブロ
ック−形成部分を与えることができるポリアミドであ
る。そのようなポリアミドの例にはポリ(N,N′−ジブ
チルヘキサメチレンドデカミド)、イソフタル酸及びテ
レフタル酸とヘキサメチレンジアミンのコポリマー、及
び2−メチルペンタメチレンジアミンとイソフタル酸、
テレフタル酸、ドデカン二酸のポリマー、あるいはこれ
らの組み合わせが含まれる。ナイロン6,6ベースポリマ
ーとポリ(N,N′−ジブチルヘキサメチレンドデカミ
ド)及びイソフタル酸/テレフタル酸コポリアミドを熔
融−配合することにより、特に優れた結果が得られた。
ナイロン6,6ベースポリマーはナイロン6,6ホモポリマー
又は少なくとも80重量%のヘキサメチレンアジパミド単
位を有するコポリマーのいずれかであることができ、好
ましいコポリマーはヘキサメチレンアジパミド及び最高
4重量%の5−スルホイソフタレートのナトリウム塩の
ランダムナイロン6,6コポリマーである。
そのような熔融−配合ブロックポリアミドは、ブロッ
クを形成する各アミド−形成部分を、用いたそれぞれの
ポリアミドに依存して少なくとも約0.25重量%必要とす
る。しかし一般にベースポリマーを改質して紡糸性能の
十分な改良を得るのに必要な化合物の量は、上記のラン
ダム三元−又はマルチ−共重合ポリアミドを用いた場合
より熔融−配合ブロックポリアミドを形成する場合の方
が多い。アミド−形成部分の0.25−10重量%範囲内の正
確な必要量は、含まれる特定のポリアミド及び顔料、な
らびに所望の改良の程度に依存する。
ブロックポリマーは、2種類か又はそれ以上のポリア
ミドを、異なるポリマー鎖間のアミド交換反応(すなわ
ちアミド交換)を起こすのに適した時間及び温度条件下
で熔融−配合することにより形成する。時間及び温度
は、種々のブロック形成の程度を得るために調節するこ
とができるが、ある程度のブロック形成を起こすために
は典型的熔融−紡糸条件が一般に十分である。
10重量%の異なる繰り返しアミド−形成部分が実際の
上限であると思われるが、ある場合には10重量%以上の
量も、含まれるベースポリアミドの性質を繊維が失い始
めるが同様の加工性能の改良を与えることが予想され
る。従って繰り返しアミド−形成部分のそれぞれの上限
は、経済性に対する考慮及び最終的用途における性能の
要求のみに束縛されると思われる。
本発明の方法により製造する着色糸は、広範囲の有機
及び無機顔料の両方を用いて製造することができ、それ
らは一般に1種類か又はそれ以上の顔料及び例えばナイ
ロン6及びナイロン6/6,6/6,10(46/34/20%)の三元ポ
リマーなどの1種類か又はそれ以上の既知のポリアミド
担体及び潤滑剤ならびに他のポリマー添加物を含む他の
材料を含む濃厚組成物の形態で導入され、顔料の数、色
及び割合は最終的に所望の色相に基づく。
本文に記載の方法を用いたポリアミド繊維で有効に使
用することができる着色顔料の中には、下表Aで示すよ
うなフタロブルー(PB−15:2)、ペリレンレッド(PR−
179)、インダントロンブルー(PB−60)、フタログリ
ーン(PG−36)、イエロークロム錯体(SY−21)及びカ
ーボンブラック(PBK−7)群の顔料、例えばランプブ
ラック、ファーネスブラック又はチャネルブラックがあ
る。他にはフタロブルーR/S(PB−15:1)、アンチモン
−クロム−チタン錯体(PB−24)、酸化鉄YS及び酸化鉄
BS(PR−101)、ジアゾアントロキノン(PR−177)、コ
バルトブルー(PB−28)、カルバゾールバイオレット
(PY−23)、フィラミドレッド3B(SR−226)、フタロ
ブルーG/S(PB−16)及び亜鉛フェライト(PY119)が含
まれる。これらの顔料はすべて単独で、又は互いの組み
合わせとして用いることができる。本文で用いる“着色
顔料”という用語は、長い間ナイロンの艶消しのたに少
量で用いられてきた二酸化チタンなどの白色顔料を含む
ものとする。
ナイロン6,6ホモ−あるいはコポリマーと共に用いて
特に困難な紡糸の問題を起こさない着色顔料を用いた場
合でさえ、本文に記載のランダム及びブロックポリアミ
ドからポリアミド繊維を紡糸する時に延伸張力の低下が
観察されることに注意しなければならない。そのような
顔料の例には上記の酸化鉄顔料が含まれる。
繊維の製造におけるその利用の他に、本文に記載の顔
料−着色ランダム及びブロックポリアミドは、例えばフ
ィルム及び吹き込み成型品を含む多様な非−繊維用途で
も有用であることができる。
本発明の加工の利点を達成するために用いるコモノマ
ー又は追加のポリマーの選択は、一部にはポリアミド繊
維の目的とする最終的用途により決定される。例えばポ
リアミドから製造される繊維又は他の製品の耐汚染の向
上のために、Anton et al.は0.5−4.0重量%のカチオ
ン染料添加物、例えば5−スルホイソフタル酸のナトリ
ウム塩をナイロン6,6又は6と共重合させることができ
ることを開示している。従って耐汚染繊維が所望の場
合、異なる繰り返しアミド部分のひとつを与えるための
そのようなカオチン染料添加物が理論的に選ばれる。し
かし例えば酸性染料による高度の染色性が必要な最終用
途(例えば生地又は絨毯の酸性染料オーバープリントあ
るいは酸性染料染色−抵抗性の繊維製品との区別のため
に)のように、そのような添加物の使用が完成製品で望
ましくない場合、代わりのコモノマー又は追加のポリマ
ーが理論的に選ばれる。
ポリマー形成 本文で用いられるホモポリマー及びランダム共重合ポ
リアミドは、種々の重合法により製造することができる
が、縮合重合が好ましい方法である。本発明の記載のラ
ンダム共重合ポリアミド製造に用いられる特に簡便な方
法は、2種類か又はそれ以上の塩水溶液を与えることで
あり、そのひとつはナインロ6,6前駆体であるヘキサメ
チレンジアンモニウムアジペートであり、他はナイロン
6,6ポリマー鎖中に挿入される異なる繰り返し単位の前
駆体である。ナイロン6,6ポリマーの改質に用いられる
そのような他のコモノマーの塩溶液は、多くの場合改質
コモノマー及び釣り合う量のナインロ6,6モノマーから
形成される。例えばイソフタル酸又はスルホン化イソフ
タル酸を用いてナイロン6,6コポリマーを形成する場
合、塩は等モル量のヘキサメチレンジアミンを用いて釣
り合わせる。同様に2−メチルペンタメチレンジアミン
を用いてナイロン6,6コポリマーを形成する場合、追加
の塩は等モル量のアジピン酸を用いて釣り合わせる。別
の場合、同一の塩により2個の異なるアミド−形成部分
を与えることができ、その塩は例えば等モル量のイソフ
タル酸及び2−メチルペンタメチレンジアミンから形成
する。適した量の異なる塩溶液を混合し、所望の完成ポ
リマー組成物のための複合塩溶液を製造することができ
る。別の場合、ナイロン6,6−形成モノマー及びランダ
ム共重合ポリアミドの異なる繰り返し単位の形成に用い
られる改質コモノマーを、重合法の前に、又はその間に
塩の形態ではなく“正味”で加えることができる。
縮合重合はバッチ又は連続反応器中で行うことができ
る。方法の制御のために通常種々の添加物を加えるのが
望ましい。ナイロン6,6ホモポリマーの重合で用いるた
めの多様な触媒、例えばフェニルホスホン酸、次亜リン
酸マンガンなどが既知であり、これらは本文に記載のラ
ンダム共重合ポリアミドの重合で有用であることが見い
だされた。同様に、反応容器内の発泡を抑制するために
多様な消泡剤を用いることができる。所望なら、特定の
最終用途の要求を満たすために他の添加物も加えること
ができる。
所望の添加物を含む塩溶液は、オートクレーブなどの
適した反応容器内で、不活性雰囲気下で反応させる。塩
溶液は、ヘキサメチレンジアミンなどの揮発性有機化合
物の損失を最小にするために約300PSIAに圧力を増しな
がら、175−200℃の温度に加熱する。これには典型的に
約1時間かかり、オリゴマーが形成される。その後ポリ
マー組成に依存して温度を250−275℃に上げる。その後
圧力をゆっくり解放し、蒸気を放出し、反応を重合に向
かわせる。大体同一の温度を保ちながら、十分な時間反
応混合物を一定の低圧に保ち、所望の程度の反応を得
る。その後反応容器からポリアミドを押し出し、簡便に
細断し、乾燥してフレークを製造する。オートクレーブ
からのナイロン6,6共重合ポリマーの相対粘度(RV)
(蟻酸溶液を用いて測定)は、15−80の範囲であること
ができるが、一般に20−55である。
かくして製造されたポリアミドは、それが製造された
RVにて紡糸するか、又は従来の固相重合法により(例え
ば不活性ガス下、制御された温度及び湿度にて水を除去
することにより)さらに重合させてより高いRVとするこ
とができる。別の場合、紡糸の前に押し出し機中でポリ
マーを熔融する時に水を放出するなどの他の方法によっ
てもRVを増すことができる。
艶消剤、酸化防止剤及び顔料などのいずれの種々の既
知の添加物もポリマー製造の適した時点でポリアミドに
加えることができる。しかし紡糸の進行中、押し出し機
内でフレークが熔融している時に、顔料をポリマーフレ
ークに加えるのが好ましい。これは分散を良くし、オー
トクレーブ容器が顔料で汚染するのを防ぎ、顔料及びポ
リマーの両方の分解を軽減するので顔料添加の好ましい
方法である。
紡糸 本発明で用いられるポリマーは典型的にフレークの形
態で押し出し機、好ましくはスクリューメルター型の押
し出し機中で熔融する。典型的にポリマー担体中の濃厚
物として分散された着色顔料は押し出し機に共−供給さ
れ、そこで共−熔融され、均一な熔融−ブレンドを与え
る。前記のブロック−形成部分から製造されたポリアミ
ドを従来の顔料担体の代わりに、又はそれに追加して用
い、本発明で有用なブロックポリアミドの製造に用いら
れる部分を与えることができる。別の場合そのような部
分は、顔料及び主要ナイロン6,6ホモポリマー又はコポ
リマーフレークと共に押し出し機に別に供給される異な
るポリアミドの形態で与えることができる。後文の実施
例24−25を参照。
均一な熔融−ブレンドの調製の後、着色ポリマー熔融
物は典型的に移送ラインを通って紡糸口金にポンプ輸送
され、紡糸口金オリフィスを通り、急冷煙突中に紡糸さ
れ、フィラメントを形成し、それは空気の直交流により
不粘着状態に冷却される。フィラメントは供給ロールに
より急冷領域を通って引っ張られ、場合によりスチーム
コンディショナー管を通って煙突から引き取られる。そ
の後フィラメントは延伸され、配向を増す。U.S.特許第
4,612,150号(DeHowitt)に記載の連結紡糸−延伸法(c
oupled spin−draw process)又はU.S.特許第3,311,6
91号(Good)に記載の2段階延伸法を含む種々の延伸法
が既知である。
実施例 以下の実施例は本発明の例示を目的として示すもので
あり、制限を目的としたものではない。他に指示がなけ
ればパーセントは重量による。本文に記載の結果を得る
ために以下の試験法を用いた。
試験法の説明 ポリアミドの蟻酸相対粘度(RV)は、Jennings,U.S.
特許第4,702,875号中の欄2、42−51行に記載の要領で
測定する。
アミン及びカルボキシル末端は、John Wiley & Son
s,Inc.により発刊された“Encyclopedia of Industri
al Chemical Analysis"の17巻、293−294頁(1973)
に記載の方法により測定する。
糸のデニールは、ASTM Desination D−1907−80に
従って測定する。
引張特性(靭性、弾性率及び伸び率)は、U.S.特許第
4,521,484号中の欄2、61行から欄3、1行にてLiによ
り記載の要領で測定する。
急冷面積−糸の速度を紡糸口金から種々の距離の糸上
の数点にて急冷煙突中で測定する。通常速度は、紡糸口
金の9インチ下からその55インチ下までの12位置で測定
する。3又は4本の糸につき測定し、各位置における平
均速度を算出する。位置に対する糸の速度のグラフをプ
ロットし、曲線をデータに合わせ、曲線の下の面積を決
定する。急冷面積の高い値、すなわち曲線の下の面積の
高い値は、悪い紡糸作業性の高い可能性と相関してい
る。
延伸張力は、繊維中にあらかじめ決められた程度の延
伸を得るのに必要な張力である。これは手−保持(hand
−held)張力計、Tensitron,Inc.,Harvard,Mass.からの
型番TR2000を用い、糸が延伸されている間に延伸領域で
測定する。3又は4本の糸につき測定し、平均延伸張力
を記録する。延伸比、処理量及び糸温度が測定値に影響
し、延伸張力を測定している間は一定に保たなければな
らない。
延伸比は糸が延伸される程度の指標であり、延伸ロー
ル速度を供給ロール速度で割ることにより算出する。2
個の延伸ロールがある2段階延伸法の場合、延伸ロール
速度は2番目の延伸ロールの速度である。
破断点延伸比(DRB)は、糸が延伸ロールの回りに巻
かれる毎に糸が破断するまで糸の延伸比を増加させるこ
とにより決定する。低いDRBは破断することなく糸が十
分に配向できないことを示しており、従って劣った紡糸
/延伸性能の指標である。
実%延引張力効率(%DTEact)は、ランダム共重合ポ
リアミド中の非−ナイロン6,6アミド−形成部分の重量
%当たりに得られた延伸張力の低下である。これは式: により算出され、ここで: (DT)HP=顔料を含むナイロン6,6の延伸比 (DT)MP=顔料を含む改質ポリマーの延伸比 (DT)NP=非−着色ナイロン6,6の延伸比 及び重量%添加物=共重合ポリアミド中の非−ナイロ
ン6,6アミド−形成部分の合計重量%である。
実施例1−5 上記の従来の縮合重合法を経て水を除去することによ
り、pHが8.2±0.1のヘキサメチレンジアンモニウムアジ
ペート塩を重合させ、表Bに記載の標準1を製造し、そ
の後ポリマーを切断してフレークとした。製造された標
準のナイロン6,6フレークは、59当量/106gポリマーの−
NH2末端を有し、蟻酸相対粘度(RV)が41であった。そ
の後このポリマーを固相重合法を介してさらに重合し、
スクリューメルターを用いて熔融し、紡糸し、270%の
延伸比を用いて連結法で延伸し、ばらにして1245−デニ
ール、19dpf生成物を形成した。標準1には顔料を加え
なかった。
種々の方法及び生成物の特性化法を用いてベースライ
ン状態を確立した。例えばフイラメントの速度(ヤード
/分)分布を急冷領域で紡糸口金からの距離の関数とし
て測定し、この曲線の下の面積を表Bの第4欄に記録す
る。繊維の延伸に必要な力、ならびに10万ポンドの紡糸
繊維当たりの品質−関連工程中断の数(QB)を測定し、
それぞれ第5及び9欄に記録する。これらは顔料を含ま
ないナイロン6,6工程の典型的値である。
標準2は同一のナイロン6,6であるが、表Aに記載す
る組成を有するダークプラム顔料濃厚物を、スクリュー
メルターにて繊維の1.98重量%の比率で加え、均一に配
合してポリマー熔融物とした。ポリマー状態は標準1と
同一の熔融粘度に調節し、それは紡糸口金への移送ライ
ンにおける圧力低下として測定する。急冷面積及び延伸
のための力(延伸張力)の両方が有意にそれぞれ31%及
び84%増加した。この観察は、顔料がナイロンと相互作
用し、急冷速度を実質的に変化させ、それが今度は高い
延伸張力に至るという仮定と矛盾しない。この変化は、
糸を脆く感ずるのに十分な程劇的である。しかし主要な
影響は紡糸性能にあり、工程中断が実質的に増加し(第
9欄)、収率を40%以下に低下させる。
それぞれ標準3及び4の場合、ヘキサメチレンジアン
モニウムアジペート塩をカプロラクタム(標準3)及び
等モル量の5−スルホイソフタル酸とヘキサメチレンジ
アミンから形成した塩(標準4)と配合し、2種類のブ
レンドのそれぞれを重合させ、ポリマーを切断してフレ
ークとすることによりナイロン6,6の5%ナイロン6及
び2%5−スルホイソフタル酸ナトリウムコポリマーを
製造した。これらの修飾ポリマーはそれぞれ、重合の前
に酢酸銅として加えられた66ppmの銅を含んだ。RV及び
−NH2末端はそれぞれ標準3の場合37及び64であり、標
準4の場合30及び57であった。標準1と同様の熔融粘度
下及びダークプラム顔料を含んで、急冷面積、延伸張力
及び中断の低下が観察されたが、以前としてこれらの値
は標準1よりかなり高く、ナイロン−顔料相互作用の影
響が完全に除去されていないことを示した。%DTE
actは、延伸張力の低下という点でカプロラクタムより
5−スルホイソフタレートナトリウム部分が優れている
ことを明白に示している。
ナイロン6,6コポリマーにおいてより多量の5−スル
ホイソフタル酸ナトリウムを用いると、標準5及び6で
示される通り延伸張力、急冷面積及び品質関連中断がさ
らに低下する。しかしポリマー流延法及びゲル形成がこ
のポリマーの場合の懸念である。さらにこの添加物をよ
り多量に用いると%延伸張力効率が低下する。
標準7では、ヘキサメチレンジアンモニウムアジペー
ト塩及びヘキサメチレンジアンモニウムイソフタレート
塩を配合し、その後標準条件下で重合し、流延してフレ
ークとすることにより、1.84%のイソフタル酸を含むナ
イロン6,6コポリマーを製造した。このポリマーは酢酸
銅として加えられた66ppmの銅を含む通常の添加物を含
んだ。表Bに示す通りイソフタル酸の場合のコモノマー
のパーセント当たりの%延伸張力効率はカプロラクタム
の場合よりかなり高いが5−スルホイソフタル酸ナトリ
ウムよりかなり低い。
実施例1は、塩の形態の成分を配合し、前記の通りに
重合することにより製造したナイロン6,6、3重量%の
カプロラクタムの重合単位、及び2重量%の5−スルホ
イソフタル酸ナトリウムの重合単位のランダム三元ポリ
マーである。繊維は、標準5−7と同一条件下でダーク
プラム顔料を用いて製造した。驚くべきことに延伸張
力、急冷面積、及び品質関連中断がかなり減少し、ほと
んど標準1の非−着色糸の程度に回復する。すなわちナ
イロン−顔料相互作用がほとんど除去される。さらに驚
くべきことは、ナイロン6,6−形成モノマーを、主要ヘ
キサメチレンアジパミド単位以外の2種類の異なる繰り
返し二官能基性アミド単位を形成するコモノマーと配合
することにより影響されたポリマー組成における小さい
変化が、延伸張力、急冷面積及び工程中断を減少させる
ことにより工程の効率を予想以上に向上させることであ
る。表Bの第7欄に示す予想%DTEを算出することによ
り、2種類の異なる繰り返し単位の相乗効果がわかる。
標準3及び4の場合の%DTEactに基づき、カプロラクタ
ムはパーセント当たり延伸張力を7.8%低下させ、5−
スルホイソフタル酸ナトリウムはパーセント当たり延伸
張力を25.9%低下させることが予想される。従って実施
例1の場合に予想される添加物のパーセント当たりの%
DTEは、 [3(7.8)+2(25.9)]/5=15.04%である。実施
例1の共重合ポリアミドの場合の%DTEactは19.04なの
で、この特定のランダム三元ポリマーを用いて26.3%の
相乗効果が達成される。
実施例1A−5のランダム三元ポリマーは、ポリマーの
製造に用いたアミド−形成コモノマーの量及び種類を表
Bの第3欄に示すように変化させる以外は実施例1と同
様の方法で製造した。実施例1Aと実施例1を比較するこ
とにより、ランダム三元ポリマー中のカプロラクタムの
量を3%から5%に増しても、やはり標準2及び3と比
較して延伸張力は低いがそれ以上の利点は与えないこと
がわかる。
3%のカプロラクタム及び3%の5−スルホイソフタ
ル酸ナトリウムを含む実施例2のランダム三元ポリマー
の場合にも相乗効果が観察され、急冷面積ならびに工程
中断の両方が種々の標準と比較して低い。
イソフタル酸とカプロラクタム(実施例3)ならびに
イソフタル酸と5−スルホイソフタル酸ナトリウム(実
施例4)を含むランダム三元ポリマーの場合にも相乗効
果が観察され、工程中断はかなり減少する。実施例4及
び5は前の実施例及び標準(ダークプラム)と異なる顔
料濃厚物(ネイビー)を用いて行った。2つの色の間に
類似性が観察されるので、ダークプラムの標準の場合の
値を用いて、表Bに示すこれらの実施例の場合の予想%
DTE及び相乗効果を算出する。
図1及び2は、表Bに示すデータに関するそれぞれ延
伸張力及び急冷面積と工程中断の関係をプロットしたも
のである。延伸張力及び急冷面積測定値が工程中断と良
く相関していることが明白にわかる。これらの工程特性
化法は、ナイロン−顔料相互作用の軽減における改質ポ
リマーの効率、従って工程中断の減少における効率を決
定するのに非常に有効に用いられる。このような方法を
用いることにより、例えば新規ポリマー、新規紡糸法あ
るいは新規顔料の開発費用及び時かをかなり短縮するこ
とができる。同様の理由でこれらの方法を下記で議論す
る後の実施例で用いた。
実施例6−9 この系列の実施例の場合、ヘキサメチレンジアンモニ
ウムアジペートの塩及び種々のコモノマーを配合し、前
記の条件と同等の工程条件下で縮合重合してコ−、三元
−及びマルチポリマーマトリックスを製造することによ
り、多様な改質ランダム共重合ポリアミドを製造した。
その後これらのポリマーをフレークに変換し、前記の固
相重合反応によりさらに重合した。顔料濃厚物の添加比
率を表Aに記載の繊維の1.98重量%の代わりに総てのポ
リマーの場合に繊維の2.25重量%で一定に保つ以外は、
表Aに記載のダークプラム顔料をスクリューメルターの
前で各ポリマー中に導入した。標準8の場合は顔料を加
えなかった。ある種類のポリマーから他の種類のポリマ
ーに移る場合、スクリューメルターから紡糸容器の前の
ポリマーマニホールドへのポリマー移送ラインにおける
圧力低下により測定する熔融粘度を同一にするために、
固相重合条件に少しの調節が必要であった。
その後これらのポリマーを典型的連結紡糸機及び前記
の紡糸条件を用い、紡糸口金を通してそれぞれ押し出し
て紡糸し、260%の延伸比で延伸し、ばらにして1140デ
ニールの四角い4穴中空フィラメント17dpf繊維生成物
を形成した。延伸張力及び急冷面積などの前記の特性化
法を用い、顔料を含まない場合に観察される条件と同等
の条件に工程を導く場合の、異なるランダム共重合ポリ
アミドの効率を決定した。
この系列で用いられたコモノマーには、カプロラクタ
ム(A)、5−スルホイソフタル酸ナトリウム(B)、
イソフタル酸(C)、2−メチルペンタメチレンジアミ
ン(D)、ドデカン二酸(E)、グルタル酸(F)及び
m−キシレンジアミン(G)が含まれる。完成ポリマー
中の重量%で表した各添加物の量を、表Cの第3欄にて
これらの改質ポリマーにて関して括弧内に示す。標準ポ
リマーの製造の場合、酸コモノマー(標準10、12及び1
3)を含む場合は釣り合う量のヘキサメチレンジアミン
が存在し、ジアミンコモノマー(標準11及び14)を含む
場合は釣り合う量のアジピン酸が存在した。実施例7は
アジピン酸を用いて釣り合わせて所望の重量%の添加物
を得、実施例6及び8の場合は存在する添加物と釣り合
わせるためのナイロン6,6−形成モノマーは必要でなか
った。
これらの結果から、延伸に必要な力の減少及び急冷面
積の減少という点で、異なるコモノマーは異なる効率を
有することが結論できる。種々のポリマー標準の延伸張
力効率は、約3%−約11%の範囲であった(標準10−1
4)。これらのコモノマーの効率は、延伸張力効率の結
果及び実施例6−9の場合の算出された相乗効果の値に
示される通り、ランダム三元ポリアミド又はマルチ−ポ
リアミドの製造に1種類より多くが用いられた場合に実
質的に向上する。ヘキサメチレンアジパミド形成モノマ
ーとカプロラクタム、5−スルホイソフタル酸ナトリウ
ム(ヘキサメチレンジアミンで釣り合い)、ドデカン二
酸で釣り合わせた2−メチルペンタメチレンジアミン
を、アジピン酸で釣り合わせた少量の分枝剤トリス(2
−アミノエチル)アミン(TREN)と共に重合することに
より形成した実施例9のマルチポリアミドが特に有効で
あった。この特定のマルチポリマーを見ると、用いられ
たコモノマーのほとんどは個別の効率が非常に低い
(A、D及びEの場合3−7%)ことに気付き、興味深
い。(比較的個別で有効な5−スルホイソフタル酸ナト
リウム添加物は0.4重量%という非常に少量で用いられ
ている。)この実施例は、個別の効率が低いコモノマー
を用いてさえランダムマルチポリマー系で釣り合わせる
ことによりポリマーの効率を実質的に向上させることが
できることを明白に示している。分枝剤TRENを用いない
場合でさえ効率は高いであろうことが予想される。従っ
て本発明の工程改良の達成に有用な特に有効なランダム
共重合ポリアミドは、ヘキサメチレンアジパミド−形成
モノマーをカプロラクタム、5−スルホイソフタル酸又
はその塩、2−メチルペンタメチレンジアミン、及びド
デカン二酸と共に含む組成物を重合することにより形成
されるマルチポリマーの使用を含み、かくして製造され
たランダムマルチ−ポリアミドは、1−3重量%のカプ
ロラクタムの重合単位、少なくとも0.4重量%の5−ス
ルホイソフタル酸又はその塩の重合単位、1−2重量%
の2−メチルペンタメチレンジアミンの重合単位、及び
1−3重量%のドデカン二酸の重合単位を含むと思われ
る。
これらの着色繊維の靭性(gpd)及び%伸び率も測定
した。表Cの第9欄は、この系列の繊維の場合の靭性及
び伸び率の平方根の積の値を示す。このパラメーターは
繊維の総合的延伸性を定義するのに特に有用であると考
えられる。ナイロン6,6に顔料を加えるとTxE1/2が約30
%低下することが明らかである(標準8及び9)。この
性質の損失は、標準3−7のコポリマー系を用いると少
し軽減されるが、実施例6−8のランダム三元ポリマー
の場合にかなり軽減され、実施例9のマルチポリマーの
場合には実際に除去される。TxE1/2における改良は、よ
り強い繊維、ならびに少ない工程中断で製造することが
できる繊維を与える。
実施例10−14 表Dに記載の組成を有するランダム共重合ポリアミド
を用いても一系列の実験を行った。標準17及び18は5−
スルホイソフタル酸ナトリウムの塩及び釣り合う等モル
量のヘキサメチレンジアミンを用いて製造した。実施例
はヘキサメチレンジアンモニウムアジペート塩及びイソ
フタル酸と2−ペンタメチレンジアミンから形成した塩
の組み合わせから、前記の縮合重合及び固相重合法を用
いて製造した。表Aに示した組成及び添加比率を有する
2種類の異なる顔料濃厚物を用いた。この場合も顔料の
添加はスクリューメルターの入り口で行った。
その後ポリマー及び顔料を押し出して修正比が2.3の
三葉フィラメントとし、265%の延伸比にて連結紡糸−
延伸法を用いて18dpf、1235デニールの生成物を形成し
た。各繊維に関して延伸張力をオンラインで測定した。
さらに延伸領域におけるせん光下で視覚による検査を行
い、3分の時間内の破断フィラメントを計数した。この
方法を数回繰り返し、第7欄に記録する破断フィラメン
トの平均数を得た。
表Dで標準15に関して記録る値は実際は、特に標準17
/18、実施例10/12、11/14及び13で用いた4種類の異な
るポリマーに関する非−着色系の場合の平均値である。
標準16に関して記録されている値は測定していないが、
この系列の他の繊維の工程パラメーター又は生成物特性
の間の直線関係の仮定に基づいて誘導する。
これらの、及び前記の実施例から、以下のことが観察
される: 顔料効果:三葉又は中空フィラメントの繊維断面に関
係なく、顔料は繊維加工性能を低下させる。顔料は又、
繊維の物理的性質(靭性及び伸び率)も劇的に低下さ
せ、種々の生地、絨毯又は工業的最終用途に対する有用
性を減少させる。
ポリマー効果:実施例10−14から、特定の対の異なる
繰り返しアミド単位の重量%の増加は、工程性能の改良
に有意な効果を有することが観察される。1.5%のイソ
フタル酸の重合単位及び1.0%の2−メチルペンタメチ
レンジアミンの重合単位を含むポリマーの場合、紡糸工
程は運転できないが、それぞれ4.5%及び3%の同一の
2つの添加物を含むポリマーの場合(実施例14)紡糸工
程は何の困難もなく運転することができる。この特定の
ランダム共重合ポリアミドの場合、紡糸工程が急冷面
積、延伸張力及び破断フィラメントの平均数の点で非−
着色ナイロンに近いので特に興味深いと思われる。又、
物理的性質も標準17及び18よりかなり良く、優れた繊維
であることを示している。
これらの実施例の間に製造した繊維は、Anton et a
l.に記載の汚染試験法を用いて汚染に関しても調べた。
標準17及び18は両方共非−汚染性であったが、実施例10
−14の繊維は容易に汚染した。従ってこのランダム共重
合ポリマーは、大きな工程上の困難に会うことなく汚染
可能着色繊維を製造するために特に有用である。そのよ
うな繊維はオーバープリンティングの用途において有用
であるか、又はさらに染色して独特の彩色効果を得るこ
とができる。
実施例15−20 この系列のポリマーは、卓上オートクレーブ中で製造
した。これらの改質ナイロン6,6ポリマーはそれぞれ、
秤量した量のヘキサメチレンジアンモニウムアジペート
塩を用い、秤量した量の種々のコモノマーをオートクレ
ーブ容器に加えることにより製造した。先行の実施例の
場合と同様に、NH2/COOH末端の釣り合いは等モル量のヘ
キサメチレンジアミンを加えて5−スルホイソフタル酸
ナトリウムの末端基と釣り合わせることにより保った。
消泡剤などの他の添加物もオートクレーブに加えた。そ
の後容器を密封し、窒素ガスを10回パージして酸素を除
去した。
その後熱を点火し、水の蒸発過程を開始した。最初は
ガス抜きバルブを閉じたままにして圧力を250psiとし、
蒸気ガス抜きバルブを自動制御に保ち、オートクレーブ
中のポリマー温度が約285℃に達するまで250psiの圧力
を維持した。この時点で蒸気ガス抜きバルブを開放し、
この後の90分をかけてポリマー温度を保ちながら圧力を
250psiから0psiに下げた。圧力の低下サイクルの最後
に、低速でオートクレーブに窒素をパージし、水分を除
去し、従って平衡をより高い重合度に強制した。窒素に
よる掃去(nitrogen sweep)を30分行った後、より高
い窒素圧をかけ、ポリマーを押し出し、ノズルに押し通
し、リボンを形成した。リボンを水を用いて急冷し、片
に切断し、繊維の形成のための紡糸及び延伸工程でその
後用いるためのフレーク状ポリマーを製造した。
この方法で製造したポリマー試料を乾燥し、18″のH2
O圧にて窒素パージ下の炉中でさらに重合した。固相重
合のこの段階の場合、試料を炉に入れる時の炉は室温で
あった。その後炉の温度を2.5−3.0時間で170℃にゆっ
くり上げ、この温度で保持して所望の相対粘度を得る。
初期のポリマーのRV及び又添加物の種類に依存して時間
は変えられる。一定温度の期間の最後に炉を消火し、冷
却してからフレークを炉から取り出す。フレークの最終
的RVは51−57の範囲であった。
これらのポリマー試料を、工業的最終用途に適した靭
性の高い繊維の製造における使用に関して調べた。この
系列の場合に使用した顔料は、表Aにミントとして記載
してある。この系列の高靭性繊維試料は、卓上規模の装
置で製造し、そこで顔料及び予備的状態調節をしたポリ
マーフレークを予備混合し、スクリューメルタに供給し
た。その後フレーク−顔料混合物を熔融し、丸穴紡糸口
金を通して押し出し、丸断面、7フィラメント、45dtex
を形成した。糸は温度制御空気により急冷し、第1仕上
げ剤を適用した。フィラメントの束はその後、速度可変
モーターにより駆動される方向変換ロール上を通過し
た。その後、フィラメントの束は、この場合も速度可変
モーターにより駆動される2組の延伸ロール上を通過し
た。方向変換(供給)ロールは約50℃に加熱され、延伸
の間の糸の温度を上げ、糸は延伸を助長するために約20
0℃に加熱された第2延伸領域の3メートルの長さのプ
レート上を通過した。この方法で製造された繊維をその
後パッケージとして巻き上げる。
繊維に加えられる合計の機械的延伸は、延伸ロールの
速度を調節することにより変えることができる。それぞ
れの種類のフレークに対して、4.4x、4.8x及び5.2xの3
種類の異なる機械的延伸比で試料を製造し、4.8の延伸
比が公称であると思われる。各試料に関して靭性を測定
し、各種類のフレークに関する機械的延伸比に対してプ
ロットし、表Eの第9欄に記録する8.0gpd靭性を得るの
に必要な延伸比を決定した。
さらに、フィラメントの束が過剰の応力のために破断
する点まで延伸比を増加させた。この方法を数回繰り返
し(少なくとも4回)、破断点延伸比の一貫平均値(av
erage consistent value)を決定した(表E、第7
欄)。空気抵抗(air drag)及び引き取り(snub)な
どの数個の因子のために煙突中で繊維の配向がいくらか
起こるので、機械的延伸段階の前に繊維の予備延伸があ
る。第1段階延伸の前に方向変換ロール上に集められた
試料の複屈折(第5欄)を測定することにより、第6欄
に記録する予備延伸を決定することができる。
延伸性(第8欄)は、予備延伸(第6欄)及び破断点
延伸比(第7欄)の積である。同様に、8gpd靭性の場合
の合計延伸(第10欄)も第5欄と第9欄の積である。残
留延伸(第11欄)は延伸性と8gpd靭性の場合の合計延伸
の間の差である。このパラメーターは、繊維に与えるこ
とができる最大延伸と所望の性質を得る工程設定の間の
運転窓(operating window)を示すので、繊維の製造
に関して異なるポリマーを評価する場合に特に重要であ
る。残留延伸の値が増すと、所望の性質を得るためにず
っと低い延伸比で運転することになるので工程中断が減
少する。
延伸のための力(延伸張力)は、4.8x延伸比における
第1段階延伸ロールと第2段階延伸ロールの間で測定
し、第4欄に記録する。標準19を除いてすべてのポリマ
ーの場合に表Aに記載したミント顔料濃厚物を用いた。
ミント顔料をナイロン6,6に加えると(標準20対標準1
9)延伸及び予備−延伸の力はかなり増加する。他方、
延伸性は実質的に低下し、所望の8.0gpd靭性を得るため
に高い合計延伸を必要とし、残留延伸が低くなる。5.2x
機械的延伸比では中断回数が非常に多くなるため、工程
を運転できないことも観察された。繊維試料は集められ
なかった。これは、残留延伸性がポリマー性能の優れた
予言者であることを確証している。これらの観察はすべ
て中程度の靭性の糸(〜3.0gpd)の製造に関する以前の
観察と一貫しており、すなわち顔料の添加が延伸張力を
上げ、与えられた延伸比率においてより弱い(引張特性
がより悪い)糸を与え、工程中断をかなり増加させる。
着色高靭性ナイロン6,6の製造の間に、少なくとも2
つの異なる繰り返しアミド−形成部分を導入することに
より、実施例15−20から、ナイロン6,6ホモポリマー及
びミント顔料の紡糸は多い中断のために継続的である
が、ナイロン6,6を形成する以外に2個の異なる繰り返
しアミド−形成部分を優する改質ランダム共重合ポリア
ミドを用いることにより容易に運転可能にできることが
観察される。さらに、これらのランダム共重合ポリアミ
ドの利用により、これらの着色繊維において7.5か又は
8.0gpdもの靭性を得るのに十分な配向が可能になる。
実施例21 表Fに記載の系列のポリマーも前記の卓上オートクレ
ーブで製造した。標準25及び26のナイロン6ホモポリマ
ーの場合、水中の70%カプロラクタム溶液を他の添加物
と共にオートクレーブに装填し、前記の記載の方法であ
るが標準25の場合にポリ(e−カプロアミド)の低い融
点を補うための修正を少し施した方法を用いて重合し
た。標準27及び実施例21のポリマーの場合、5−スルホ
イソフタル酸ナトリウム及びアジピン酸と釣り合わせた
2−メチルペンタメチレンジアミンをオートクレーブ中
のカプロラクタム溶液に加えた。両ポリマーの場合の重
合条件は状態調節法を含み標準であった。
これらのポリマーの両方を顔料と共に、又は顔料を含
まずに同一の条件下で卓上規模の装置で紡糸した。ポリ
(e−カプロラクタム)のホモポリマーは顔料を含む場
合も含まない場合も4.4x延伸比でさえ延伸できなかっ
た。しかしカプロラクタム(主要成分)、5−スルホイ
ソフタル酸ナトリウム(3.0%)及び2−メチルペンタ
メチレンジアミンの重合単位を有する三元ポリマーは紡
糸して5.2x延伸比で延伸することができた。又、この三
元ポリマーの場合は顔料を含んでも含まなくても延伸性
がかなり高い(〜1.3x高い延伸)。従って三元ポリマー
組成物は着色ナイロン6,6繊維の加工性の改良に有用な
ばかりでなく、着色6ナイロン繊維の製造にも有用であ
ることが示されている。他のナイロンの場合も一般に紡
糸性能及び/又は繊維の性質の改良に類似の向上が期待
される。
実施例22−23 実施例15にて前に記載したポリマーを、商業的機械の
原型である二位置展開機で紡糸し、延伸した。前記の方
法により製造したポリマーは、95重量%ナイロン6,6、
2重量%の5−スルホイソフタル酸ナトリウムの重合単
位、及び3重量%のカプロラクタムの重合単位、ならび
に66ppmの酢酸銅として加えられた銅を含んだ。このポ
リマーを固相重合により約60RVに状態調節し、表Aに記
載の黒色顔料と共にスクリューメルターに共供給し、そ
こでそれを熔融し、丸型毛細管紡糸口金を通して押し出
してフィラメントを形成した。その後これらのフィラメ
ントを直交−流空気により急冷し、U.S.特許第3,311,69
1号(Good)に記載の2−段階延伸法により延伸した。
生成物は〜6dtex/フィラメントであり、合計dtexは235
であった。
標準23−25及び実施例22の場合、紡糸口金からのイン
チで測定した煙突中のフィラメントの急冷点は、スクリ
ュードライバーなどの物体でさわった時にフィラメント
が固体であると思われた点である。第2段階で繊維の延
伸に必要な延伸力又は延伸張力も測定した。最終パッケ
ージについての繊維の物理的性質も特に靭性及び伸び率
を含んで測定した。数個のパッケージを測定し、本文に
記録する数は平均値である。異なる項目に関する各中断
の間の平均時間を算出した。結果を表Gに示す。以下の
観察を行うことができる: 6,6ナイロンに顔料を加えると、延伸のための力は約8
6%増加し、靭性は17%低下し、伸び率の平方根をかけ
た靭性は18%減少し、工程中断は工程が運転できなるな
る点まで増加する(標準23対標準25)。
*実施例22のランダム改質ポリマーを顔料と共に用い
ると、生成物及び工程の両方共標準23及び24と同等であ
る。より低い延伸比を用いてもホモポリマー(標準25)
と比較して0.5gpd高い靭性が得られることは驚くべきこ
とである。
標準25と比較した実施例22及び23の結果は、これらの
糸が商業的紡糸装置で紡糸され、従ってこれらの改質ポ
リアミドを用いて商業的条件下で靭性の高い繊維を製造
できることを示しているので特に印象的である。実施例
23から、4.8xの延伸比にて靭性が8.1gpdであり、弾性が
35.1の黒色着色ナイロン糸を製造できることが観察さ
れ、実施例22から、より低い4.59の延伸比で7.49の靭性
値及び31.7の弾性を達成できることが観察される。
実施例24−25 結果を表Hに示す実施例24−25は、従来の顔料濃厚物
を用いるが、イソフタル、テレフタル又は2−メチルペ
ンタメチレンジアミン部分を有し、アミド交換反応の後
にナイロン6,6コポリマーと共にブロックを形成する異
なるポリアミドをスクリューメルターに共−供給するこ
とを用いたブロックポリマーの形成を示す。
この系列では前記のナイロン6,6の2.0%5−スルホイ
ソフタル酸ナトリウムコポリマーを、ナイロン6(1.0
重量%)及び46%/34%/20%ナイロン6/6,6/6,10三元ポ
リマー(0.5重量%)中に分散したフタロブルー顔料
(0.5重量%)とスクリューメルター中で混合し、そこ
でそれを熔融して移送ラインを通して紡糸装置にポンプ
輸送した。実施例24の場合、イソフタル酸の重合部分
(4.0重量%)及びテレフタル酸の重合部分(1.7重量
%)を含み、これらの部分が繊維の5.7重量%を構成す
るイソフタル酸/テレフタル酸/ヘキサメチレンジアミ
ンコポリアミド(数平均分子量8900)9.75重量%をスク
リューメルターに共供給した。実施例25の場合、数平均
分子量が12,700のイソフタル酸(5.75重量%)及び2−
メチルペンタメチレンジアミン(4.0重量%)のポリマ
ー9.75重量%をメルターに共供給した。それぞれの場合
にポリマー組成物を287℃に約3−4分保ち、連結法を
用いて265%の延伸比にて18dpf三葉フィラメント(修正
比2.3)、1235デニール糸に紡糸した。前記の通りこれ
らの試料につき延伸張力を測定し、標準26と比較して低
い延伸張力が向上した紡糸性能を示している。
実施例26 この実施例は顔料濃厚物中のブロック形成部分を用い
たブロックポリアミドの形成を示す。
25%のフタルブルー(PB15:2)、25%の、ブチル化ヘ
キサメチレンジアミンとドデカン二酸の重合により製造
したポリ(N,N′−ジブチルヘキサメチレンドデカミ
ド)及び50%のナイロン6/6,6/6,10(46%/34%/20%)
三元ポリマーを含む顔料濃厚物を、2軸スクリュー押し
出し機の首部の添加物供給路を通して加え、ナイロン6,
6の2%5−スルホイソフタル酸ナトリウムランダムコ
ポリマーと混合した。ポリ(N,N′−ジブチルヘキサメ
チレンドデカミド)の数平均分子量は2400であった。そ
の後混合されたポリマー/濃厚物を熔融し、285℃に加
熱し、3−4分保ち、紡糸し、連結法を用いて2.6の延
伸比で延伸して1225デニール(136フィラメント)、2.3
修正比の三葉断面の糸とした。糸の速度は1000ypmであ
った。糸が0.35重量%の顔料、従って0.35%のN,N′−
ジブチルヘキサメチレンドデカミドポリアミドを含むよ
うに(重量により)顔料濃厚物の添加の割合を調節し、
後者は285℃の紡糸温度でコポリマーと共にN,N′−ジブ
チルヘキサメチレンジアミノ部分及びドデカン二酸部分
の両方を有するブロックを形成することができると思わ
れる。この糸は約2時間中断することなく紡糸すること
ができた。25%の同一のフタロブルー顔料及び75%のナ
イロン6/6,6/6,10三元ポリマーのみを含む顔料濃厚物を
用いる以外は上記の実施例と同様の方法で製造した標準
糸は、糸中の顔料がわずか0.10%であってもかなりの回
数の紡糸の中断なしに紡糸できない。
実施例27 別の試験において、25%のダークプラム顔料(チャネ
ルブラック(PBK−7)、フタロブルー(PB−15:2)及
びペリレンレド(PR−159)顔料の混合物)、25%の前
実施例で用いたものと同一のポリ(N,N′−ジブチルヘ
キサメチレンドデカミド)及び50%のナイロン6/6,6/6,
10(46%/34%/20%)三元ポリマーを含むダークプラム
顔料濃厚物を、2軸スクリュー押し出し機の首部の添加
物供給路を通って加え、98重量%のナイロン6,6及び2
重量%の5−スルホイソフタル酸ナトリウムのランダム
共重合ポリアミドを含むナイロンペレットと混合した。
その後混合されたポリマー/濃厚物を熔融し、285℃に
加熱し、3−4分保ち、紡糸し、連結法を用いて2.75の
延伸比で延伸して1225デニール(128フィラメント)、
四角中空フィラメント断面糸とした。糸の速度は869ypm
であった。糸が0.37重量%の顔料、従って0.37%のN,
N′−ジブチルヘキサメチレンドデカミドポリアミドを
含むように(重量により)顔料濃厚物の添加の割合を調
節し、後者は285℃の紡糸温度でコポリマーと共にN,N′
−ジブチルヘキサメチレンジアミノ部分及びドデカン二
酸部分の両方を有するブロックを形成することができる
と思われる。この糸は約2時間中断することなく良く紡
糸でき、測定した延伸張力は約1200グラム又は約0.980g
pdであった。28.4%のダークプラム顔料及び71.6%のナ
イロン6/6,6/6,10三元ポリマーのみを含む顔料濃厚物を
用いる以外は同様の方法で製造した標準糸は、優れた紡
糸ができず、測定した延伸張力は約1450グラム又は約1.
18gpdであった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI D01F 6/80 311 D01F 6/80 311B 321 321B (72)発明者 シユリドハラニ, ケタン・ガンバント ライ アメリカ合衆国サウスカロライナ州 29020カムデン・リツジクレストドライ ブ416 (72)発明者 ウイツト, ピーター・レイ アメリカ合衆国サウスカロライナ州 29078ルゴフ・アンダーソンサークル136 (56)参考文献 特表 平5−504385(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) D01F 6/00 - 6/96 D01F 1/04

Claims (27)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ポリアミド及び着色顔料の均一熔融ブレン
    ドを形成し、ブレンドを紡糸して繊維を形成し、繊維に
    張力を加えてそれを延伸し、それによりその配向を増す
    段階を含み、あらかじめ決められた延伸度を得るために
    必要な延伸張力を低下させる改良において、ポリアミド
    が少なくとも80重量%のヘキサメチレンアジパミド単
    位、及びヘキサメチレンアジパミドを形成する以外に少
    なくとも2種類の異なる二官能基性繰り返しアミド−形
    成部分を有するランダム共重合ポリアミド又はブロック
    ポリアミドであり、前記異なる該繰り返しアミド−形成
    部分のそれぞれはポリアミドの0.25−10重量%の量で存
    在し、異なるアミド−形成部分がイソフタル、テレフタ
    ル、ドデカン二酸、2−メチルペンタメチレンジアミノ
    及びN,N′−ジブチルヘキサメチレンジアミノから成る
    群より選ばれる、着色ナイロン繊維の熔融−紡糸の方
    法。
  2. 【請求項2】ポリアミドがランダム共重合ポリアミドで
    ある、請求の範囲1に記載の方法。
  3. 【請求項3】共重合ポリアミドの異なる繰り返しアミド
    −形成部分がポリアミドのそれぞれ0.4−7.5重量%の量
    で存在する、請求の範囲2に記載の方法。
  4. 【請求項4】共重合ポリアミドが、ヘキサメチレンアジ
    パミド形成モノマー、カプロラクタム及び5−スルホイ
    ソフタル酸又はその塩のいずれかの重合により形成され
    る、請求の範囲3に記載の方法。
  5. 【請求項5】共重合ポリアミドが約2−4重量%のカプ
    ロラクタムの重合単位及び約1−3重量%の5−スルホ
    イソフタル酸ナトリウム塩の重合単位を有する、請求の
    範囲4に記載の方法。
  6. 【請求項6】共重合ポリアミドがヘキサメチレンアジパ
    ミド形成モノマー、カプロラクタム及びイソフタル酸の
    重合により形成される、請求の範囲3に記載の方法。
  7. 【請求項7】共重合ポリアミドがヘキサメチレンアジパ
    ミド形成モノマー、イソフタル酸及び5−スルホイソフ
    タル酸又はその塩の重合により形成される、請求の範囲
    3に記載の方法。
  8. 【請求項8】共重合ポリアミドがヘキサメチレンアジパ
    ミド形成モノマー、イソフタル酸及び2−メチルペンタ
    メチレンジアミンの重合により形成される、請求の範囲
    3に記載の方法。
  9. 【請求項9】共重合ポリアミドがヘキサメチレンアジパ
    ミド形成モノマー、ドデカン二酸及び2−メチルペンタ
    メチレンジアミンの重合により形成される、請求の範囲
    3に記載の方法。
  10. 【請求項10】共重合ポリアミドがヘキサメチレンアジ
    パミド形成モノマー、イソフタル酸及びm−キシレンジ
    アミンの重合により形成される、請求の範囲3に記載の
    方法。
  11. 【請求項11】共重合ポリアミドがヘキサメチレンアジ
    パミド形成モノマー、カプロラクタム、5−スルホイソ
    フタル酸のナトリウム塩、2−メチルペンタメチレンジ
    アミン、及びドデカン二酸の重合により形成される、請
    求の範囲3に記載の方法。
  12. 【請求項12】共重合ポリアミドがヘキサメチレンアジ
    パミド形成モノマー、ドデカン二酸及びドデカンジアミ
    ンの重合により形成される、請求の範囲3に記載の方
    法。
  13. 【請求項13】ポリマーがブロックポリアミドでてあ
    る、請求の範囲1に記載の方法。
  14. 【請求項14】ヘキサメチレンアジパミドベースポリマ
    ーを、イソフタル酸、テレフタル酸及びヘキサメチレン
    ジアミンから形成されたポリマーと共に熔融−配合する
    ことによりブロックポリアミドを形成する、請求の範囲
    13に記載の方法。
  15. 【請求項15】ヘキサメチレンアジパミドベースポリマ
    ーを、イソフタル酸及び2−メチルペンタメチレンジア
    ミンから形成されたポリマーと共に熔融−配合すること
    によりブロックポリアミドを形成する、請求の範囲13に
    記載の方法。
  16. 【請求項16】ヘキサメチレンアジパミドベースポリマ
    ーをポリ(N,N′−ジブチルヘキサメチレンドデカミ
    ド)と共に熔融−配合することによりブロックポリアミ
    ドを形成する、請求の範囲13に記載の方法。
  17. 【請求項17】熔融−配合の形成に用いる着色顔料を顔
    料濃厚物中に分散し、該濃厚物がポリ(N,N′−ジブチ
    ルヘキサメチレンドデカミド)も含む、請求の範囲16に
    記載の方法。
  18. 【請求項18】ベースポリマーがヘキサメチレンアジパ
    ミド及び最高4重量%の5−スルホイソフタル酸のナト
    リウム塩のコポリマーである、請求の範囲14−17のいず
    れかひとつに記載の方法。
  19. 【請求項19】靭性がデニール当たり少なくとも7.5グ
    ラムであり、繊維がポリアミド及び着色顔料を含み、ポ
    リアミドが少なくとも80重量%のヘキサメチレンアジパ
    ミド単位、及びヘキサメチレンアジパミドを形成する以
    外に少なくとも2種類の異なる二官能性繰り返しアミド
    −形成部分を有するランダム共重合ポリアミド又はブロ
    ックポリアミドであり、前記異なる該繰り返しアミド−
    形成部分のそれぞれはポリアミドの0.25−10重量%の量
    で存在し、異なるアミド−形成部分がイソフタル、テレ
    フタル、ドデカン二酸、2−メチルペンタメチレンジア
    ミノ及びN,N′−ジブチルヘキサメチレンジアミノから
    成る群より選ばれる、着色ヘキサメチレンアジパミドポ
    リマー繊維。
  20. 【請求項20】ポリマーが、ヘキサメチレンアジパミド
    形成モノマー、カプロラクタム及び5−スルホイソフタ
    ル酸又はその塩のいずれかの重合により形成されるラン
    ダム共重合ポリアミドである、請求の範囲19に記載の繊
    維。
  21. 【請求項21】共重合ポリアミドの異なる繰り返し単位
    が約2−4重量%のカプロラクタム重合単位及び約1−
    3重量%の5−スルホイソフタル酸のナトリウム塩の重
    合単位である、請求の範囲20に記載の繊維。
  22. 【請求項22】顔料がカーボンブラック(PBK−7)及
    びインダントロンブルー(PB−60)の群から選ばれるひ
    とつ又はそれ以上である、請求の範囲21に記載の繊維。
  23. 【請求項23】靭性がデニール当たり少なくとも8.0グ
    ラムである、請求の範囲19−22のいずれかひとつに記載
    の繊維。
  24. 【請求項24】ポリマーが、約1−5重量%のイソフタ
    ル酸の重合単位、及び約1−5重量%の2−メチルペン
    タメチレンジアミンの重合単位を有するランダム共重合
    ポリアミドである、請求の範囲19に記載の繊維。
  25. 【請求項25】ポリマーが、約1−5重量%のスルホイ
    ソフタル酸又はその塩の重合単位及び約1−5重量%の
    イソフタル酸の重合単位を有するランダム共重合ポリア
    ミドである、請求の範囲19に記載の繊維。
  26. 【請求項26】ポリマーが、約1−5重量%のドデカン
    二酸の重合単位及び約1−5重量%のドデカンジアミン
    の重合単位を有するランダム共重合ポリアミドである、
    請求の範囲19に記載の繊維。
  27. 【請求項27】顔料がフタログリーン(PG−36)及びイ
    エロークロム錯体(SY−21)の群から選ばれるひとつか
    又はそれ以上である、請求の範囲19,20,21,24,25又は26
    に記載の繊維。
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