JP3527740B2 - ピリドビスイミダゾールに基く剛直なロッドポリマー - Google Patents
ピリドビスイミダゾールに基く剛直なロッドポリマーInfo
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Description
ドポリマー(rigid rod polymer)、その製造法、その
ようなポリマーが組込まれているところのポリマー組成
物、及びそれからフィルム、フィラメント及びヤーンを
製造するための方法に関する。
リマー(semi−ladder polymers)は、なかんずく米国
特許第4,533,692号明細書中に述べられている。該特許
明細書の請求項100に、テトラアミノピリジン及びテレ
フタル酸のホモポリマーが権利請求されている。しか
し、後者のモノマーに基く1.3より大きいηrelを持つポ
リマーを調製することは技術的に可能ではなく、あるい
は更に何かなしには可能でないことが分った。
ことができ、そしてポリリン酸中の重合溶液から押し出
されることができ、又は非常に好ましい物性のフィル
ム、フィラメント及びヤーンを形成するために紡糸され
ることができるところの冒頭の段落において述べた公知
のタイプの剛直なロッドポリマーを提供する。本発明に
従う剛直なロッドポリマーは、繰り返し基の少なくとも
50%が下記式に相当するところのポリマーからなる。
が米国特許第5,041,522号明細書中により以前に提案さ
れたことに注意されるべきである。しかし、そこに述べ
られたポリマーのどれも、複素環式モノマーテトラアミ
ノピリジンから誘導されなかった。また、テトラアミノ
ピリジン及びテレフタル酸に基くポリマーを調製すると
きに得られた劣る結果に鑑みて、テトラアミノピリジン
及び2,5−ジヒドロキシテレフタル酸から高分子量のポ
リマーを得ることができるばかりでなく、また、興味あ
る性質を持ち、かつその調製法が米国特許第5,041,522
号明細書中に述べられている、2,5−ジメルカプト−p
−フェニレンジアミン及び2,5−ジヒドロキシテレフタ
ル酸から得られる構造的に関連したポリ−[ベンゾ[1,
2−d:4,5−d′]ビスチアゾール−2,6−ジイル−(2,5
−ジヒドロキシ−p−フェニレン)]から作られる繊維
から好ましく異なるところの繊維をどう見てもそれから
紡糸することができることは、極めて驚くべきことと考
えられるべきである。
は、ピリドビスイミダゾール−2,6−ジイル(2,5−ジヒ
ドロキシ−p−フェニレン)の繰り返し基からなり、一
方、残りの基において、2,5−ジヒドロキシ−p−フェ
ニレンが置換されているか又は置換されていないアリー
レンにより置き換えられており、及び/又はピリドビス
イミダゾールが、ベンゾビスイミダゾール、ベンゾビス
チアゾール、ベンゾビスオキサゾール、ピリドビスチア
ゾール及び/又はピリドビスオキサゾールにより置き換
えられている。この場合に、繰り返し基の少なくとも75
%がピリドビスイミダゾール−2,6−ジイル(2,5−ジヒ
ドロキシ−p−フェニレン)から作られるところのラダ
ーポリマーが好ましく、一方、残りの基において、2,5
−ジヒドロキシ−p−フェニレンが置換されているか又
は置換されていないアリーレンにより置き換えられてお
り、及び/又はピリドビスイミダゾールが、ベンゾビス
イミダゾール、ベンゾビスチアゾール、ベンゾビスオキ
サゾール、ピリドビスチアゾール及び/又はピリドビス
オキサゾールにより置き換えられている。
え(せいぜい50%まで)の場合に、アリーレンジカルボ
ン酸、例えばイソフタル酸、テレフタル酸、2,5−ピリ
ジンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、4,
4′−ジフェニルジカルボン酸、2,6−キノリンジカルボ
ン酸及び2,6−ビス(4−カルボキシフェニル)ピリド
ビスイミダゾールのカルボキシル基の除去後に残るとこ
ろの化合物が好ましい。
り、25℃で、メタンスルホン酸中の0.25g/dlの濃度を持
つ溶液において測定される。
プ等の製造が要求されるなら、本発明のポリマーは、少
なくとも3.5の相対粘度ηrelを持たねばならない。好ま
しくは相対粘度ηrelは少なくとも5であり、より好ま
しくは約10以上である。今までのところでは、最適な結
果は、10を超えるηrelを持つホモポリマーポリ[ピリ
ドビスイミダゾール−2,6−ジイル(2,5−ジヒドロキシ
−p−フェニレン)]を用いて達成されている。ホモポ
リマーから繊維を紡糸するとき、もしηrelが約12より
高いなら非常に良好な結果が得られる。50を超える相対
粘度が、採用されなければならない何らかの特別な手段
なしに達成され得る。
及びピリドビスイミダゾールの量が少なくなればなるほ
ど、得られうる粘度は高くなり、そしてポリマーから得
られうる製品の特性が良好になるであろう。
当するところのポリマーからなる剛直なロッドポリマー
が好ましい。
リマーが、最も好ましい態様である。
書、米国特許第4,533,692号明細書及び米国特許第5,04
1,522号明細書中の記載と比較して簡素化された方法で
調製され得る。ホモポリマーの調製は、強ポリリン酸中
への2,5−ジヒドロキシテレフタル酸及びテトラアミノ
ピリジンのトリヒドロクロリド−モノハイドレートの等
モル混合物の、強力な攪拌を伴う混合により実行され得
る。強ポリリン酸は、例えば、市場で入手可能なポリリ
ン酸及びP2O5を混合することにより、あるいはリン酸を
P2O5と混合することにより得られうる。数回の真空排気
及び窒素導入の後、混合物の温度は、ゆっくりと100〜1
10℃に加熱され、その後、50ミリバールより低い圧力ま
で15〜75分間でゆっくり真空排気される。ここで、塩酸
の蒸発の間に好ましくない発泡を防ぐために注意がはら
われることを条件とする。最後に、1.5時間以下、100℃
でこの減圧下において攪拌がされ、その後、実質的に透
明な反応混合物が得られるまで、1時間かけて、温度は
135℃にゆっくりと上げられる。次に、約1時間又は2
時間後、重合温度が180℃を超えて上がるまで、加熱が
続けられる。もし、混合物の相対粘度が、(25℃で、メ
タンスルホン酸の100ミリリットル中の0.25グラムに基
づいて測定して)3.5以上、好ましくは5を超える所望
の粘度より低いなら、所望の粘度が得られるまで加熱が
続けられる。ポリマーは次に、紡糸装置を用いて水中で
析出され、アンモニアで洗浄され、そして真空中で乾燥
される。
去される必要がない故に、ハイドロクロリド塩よりむし
ろ、重合反応のための出発モノマーとしてテトラアミノ
ピリジンのリン酸塩の使用が非常に望ましい。リン酸塩
は、その場で、あるいは例えば別の工程においてハイド
ロクロリドをリン酸塩に転化することにより調製され得
る。
ける加熱速度は早められる。更に、220℃まで重合反応
の最終温度を上昇することは、テトラアミノピリジンが
そのハイドロクロリド又はそのリン酸塩の形式で使用さ
れた場合に、改善された紡糸特性を得られた溶液に与え
るであろう。
ジニウムジヒドロキシテレフタレートが、テトラアミノ
ピリジンのトリハイドロクロリドモノハイドレートの代
わりに出発物質として使用される。テトラアミノピリジ
ンと2,5−ジヒドロキシテレフタル酸のこの塩は、強力
な攪拌を伴って、2,5−ジヒドロキシテレフタル酸のア
ルカリ性溶液にテトラアミノピリジンのトリハイドロク
ロリドモノハイドレートの水溶液を加えることにより調
製されることができる。ここで、該攪拌は所望なら酸素
の存在なしに行い、次に、好ましくは、例えば0〜18℃
に冷却され、適当な脱ガスされた媒体例えば脱ガスされ
た水で洗われ、そして最後に、窒素が流され、そして乾
燥される。そのように調製された塩は、非常に良好な安
定性を持つ。更に、非常に高いηrelが得られ、80まで
のηrelが認められる。従って、この出発物質を使用す
ることは、次の工程、即ち、 a.テトラアミノピリジニウムジヒドロキシテレフタレー
ト及び強ポリリン酸からスラリーを調製すること、 b.約1時間、約100℃で、そのように得られたスラリー
を均一化すること、 c.約1時間、約140℃で混合物を継続攪拌すること、 d.0.3時間を超え2.5時間以下、好ましくは1〜2.5時
間、約180℃で重合する間、残余の2,5−ジヒドロキシテ
レフタル酸を溶解するために180℃まで温度を急速に上
昇すること が実行されるところのポリマーのためのたやすく利用で
きる調製法を提供する。
る。もし、高い分子量が所望なら、ポリリン酸溶液中の
ポリマーの濃度は好ましくはいくぶん低く、例えば約14
〜18重量%である。ヤーンを作るために、濃度は12〜19
重量%の範囲にあることが所望される。重合反応から得
られる混合物は、混合物になんらかの更なる処置又は添
加物を要求されることなしに、繊維、フィルム又はテー
プに紡糸又は押出すために直接に使用され得る。それ
故、好ましい実施態様において、一つの連続するプロセ
スにおいてポリマーが調製され、そして紡糸又は押出さ
れる。このことは、非常に強い繊維、例えばポリ(p−
フェニレンテレフタルアミド)の紡糸のために使用され
る他のポリマーよりも明らかに有利である。直接に紡糸
又は押出され得る溶液を得るために、反応が終わった
後、P2O5/H2O溶媒系中のP2O5の濃度が少なくとも79.5重
量%そして好ましくは84重量%より大きくないことが所
望される。P2O5の84重量%より大きい濃度において、粘
度が非常に高く上昇することを防止するために、重合反
応の間に連鎖停止剤、例えば安息香酸を存在せしめるこ
とが、いくつかの状況下で必要かもしれない。
えばフィルム、フィラメント又はヤーンに押出されるた
めに適しているところのポリマー組成物に関し、該組成
物はポリリン酸の溶液中に本発明に従うラダーポリマー
の溶液を含み、ここで、反応が終わった後のP2O5/H2O溶
媒系中のP2O5の濃度は、少なくとも79.5重量%、そして
好ましくは84重量%より大きくないことを条件とする。
され得る。高い紡糸温度での高濃度のポリリン酸の使用
のために、紡糸装置の少なくとも一部を耐腐食性物質か
ら作られることが大いに好ましい。適切な物質は、例え
ば、ブリティシュ コロージョン ジャーナル(Britis
h Corrosion Journal)、第26巻、第4号、第265〜267
頁、1991年中に述べられている。
に直接に供給され得る。ポリ(p−フェニレンテレフタ
ルアミド)を紡糸することに適用される技術はまた、本
発明のポリマー溶液の紡糸のためにも適している。例え
ば、単軸押出機及び/又はブースターポンプが採用され
ることができ、その後、物質は、フィルター及び紡糸金
口を通して凝固浴中にエアーギャップ(air gap)を経
て押出される。好ましくは、繊維は、高められた温度、
好ましくは100〜300℃、そして特に150〜250℃の温度で
紡糸される。紡糸金口は、慣用的な数の紡糸穴、例えば
約10〜1000を備えられることができ、ここで、紡糸穴の
大きさは50〜250μmの範囲である。エアーギャップは
好ましくは、5〜500mmの長さを持つ。非常に適切な凝
固媒体として、水又は稀薄な水性のリン酸が使用され得
る。凝固後、繊維は、好ましくは水で洗浄されることが
でき、及び/又は洗浄に先立って、又は洗浄後に、又は
二つの洗浄工程の間に中和されることができる。所望な
ら、後処理、例えば張力をかけた状態で繊維を保持する
熱処理が、繊維中の分子鎖を更に配列させるために適用
されることができ、そしてそれは所望する機械的性質を
更に増大させる。
溶液から得られるところの組成物から直接に作られ得
る。少なくとも一つの方向において非常に小さいところ
のそれらの物体、例えば繊維、テープ又はフィルムは、
そのまま使用されることができ(そしてそれ故、本発明
のポリマーからなる)、あるいはそれらは他の物質から
作られた類似の物体と組合せて使用されることができ
る。後者の場合において、他の物質と組合せて本発明の
物体を含むところの製品が作られ得る。有利に、製品
は、高温で使用され、あるいは温度が上昇し得るところ
の製品中に強化物質として使用され得る。更に繊維は、
切断されそしてステープルファイバーとして、あるいは
フィブリル化された時にパルプとして使用され得る。
とが分かった。ここで、それから作られた繊維の機械的
特性の非常に低い損失が、500℃の温度で試験する時に
示される。
を持つことを立証するために、本発明の物質の繊維が、
内部剪断弾性係数試験を用いて試験された。この試験
は、数種の異なる特性、例えば引張及びねじりモジュラ
スの良好な表示を提供する。
のヤーン(後処理を受けていない)は、2.0GPa以上、そ
して更に3.0GPaより高い内部剪断弾性係数を持つことが
分かった。張力をかけた状態での加熱を用いることによ
るヤーンの処理により、機械的性質の更に重大な改善が
得られ得ることが分かった。非常に適切な方法は、100
℃より高い温度のオーブン又は他の加熱手段中での紡糸
されたままのヤーンの処理において見出された。200℃
以上、又は約250℃以上の温度における張力をかけた状
態での処理が、好ましいことが分かった。本発明のヤー
ンの機械的性質は、600℃又は更により高い温度までの
温度で殆ど低下しない。
係数を示すであろう。ここで、4.0GPaを超え、そして更
に4.5GPaを超える剪断弾性係数が得られる。
ろう。これら実施例は、本発明を限定するものではな
い。
剛直なロッドポリマーのヤーンの全体の密度のための値
は、密度勾配カラムを使用して測定された。カラムは、
密度が1600から1800kg/m3にカラム全体に亘って徐々に
上昇するような様式で、1305kg/m3の密度を持つ脱気さ
れたオルト−ジクロロベンゼン及び2967kg/m3の密度の
テトラ−ブロモ−エタンの混合物を入れられた。カラム
の温度は、23℃に注意深く保持された。測定されるべき
試料は混合物中に沈められ、そして24時間の液浸時間の
後、試料の高さが測定された。密度が性格に知られてい
る試料を、同一のカラム中で測定することにより得られ
たキャリブレーションカーブを用いて、勾配カラム中で
の試料の密度が決定された。
挿された、実施例XIVにおいて述べられる内部剪断弾性
係数g試験のために測定されたEsonである。
するため及び真空にするために必要な接続を備え、そし
てイカリ型攪拌機を更に持ったところの200ミリリット
ルのガラス製管状反応器中に、15グラム(0.0563モル)
の2,3,5,6−テトラアミノピリジン−トリハイドロクロ
リド−モノハイドレート[そのための調製法は、ゲルベ
ル(Gerber)によりジャーナル オブ ポリマー サイ
エンス(J.Pol.Sci.)(ポリマー ケミストリー(Pol.
Chem.))11号、第1703頁、1973年に述べられてい
る]、11.15グラム(0.0563モル)の2,5−ジヒドロキシ
テレフタル酸(そのための調製法は、オーストリア特許
第263,754号公報に述べられている)、10.98グラムのP2
O5、及び75.48グラムの84%ポリリン酸が仕込まれた。
3時間で温度が105℃まで上げられ、次いで、混合物の
上部に窒素を僅かに流しながら、40ミリバールまで1時
間で圧力が下げられた。次の30分間に亘って、温度が13
0℃まで上げられ、全ての固体が溶液中に溶けた。2時
間30分に亘って、そして攪拌を伴って、温度が180℃ま
で更に上げられた。ここで、ネマチックフロー挙動(ne
matic flow behaviour)と関係づけられる第一の現象は
135℃で既に現われた。
ーの一部が紡糸された。一方、他の部分は凝固されて、
比較的太いフィラメントを形成する。これは、紡糸装置
の媒介なしに粘凋な混合物から引張られた。水、稀薄な
アンモニア、そして再度水で順次洗浄された後、4.72の
粘度が測定された(25℃でメタンスルホン酸の100ミリ
リットル中の0.25グラムのポリマーに基づいて測定され
た)。
ることによるテトラアミノピリジンのリン酸塩の調製 窒素雰囲気下、500.0グラムの塩酸(1.87モル)が、
2リットルの酸素を含まない水と330グラムの酸素を含
まない85%リン酸(2モル)中に完全に溶解された。30
0ミリリットルの25%アンモニア(4モル)が、テトラ
アミノピリジン結晶中に存在するHClを中和するために
加えられた。150ミリリットルのアンモニアの更なる添
加はテトラアミノピリジンリン酸塩を沈殿させ、フィル
ターへの都合のよい移送のためにはむしろ含有量の多す
ぎるスラリーを製造する。スラリーは、全て窒素雰囲気
下において、吸入により濾過され、1リットルの酸素を
含まない水で3回、そして1リットルの酸素を含まない
エタノールで2回洗浄された。フィルターケーキは、2
時間窒素でフラッシュされた。そして、生成物は、50
℃、1ミリバールで25時間乾燥され、266.4グラムの明
るい黄色のテトラアミノピリジンリン酸塩が収率60%で
生じた。
リジンのリン酸塩(2,3,5,6−テトラアミノピリジンの
一塩)、10.46グラムの2,5−ジヒドロキシテレフタル
酸、61.37グラムのポリリン酸の84%溶液(84%のP
2O5)、及び15.66グラムのP2O5が、イカリ型攪拌機を備
えた250ミリリットルのガラス製オートクレーブに加え
られた。オートクレーブは数回脱気され、そして窒素で
通気された。その後、少量の窒素が加えられた。得られ
たスラリーは、別のやり方で示されたところを除き、次
の表により、攪拌を伴って加熱された。
一部は紡糸され、他の部分は凝固されて、比較的太いフ
ィラメントを形成する。これは、紡糸装置の媒介なしに
粘凋な混合物から引張られた。水、稀薄なアンモニア、
そして再度水で順次洗浄された後、夫々3.58及び3.98の
粘度が測定された。
リジンのリン酸塩、10.46グラムの2,5−ジヒドロキシテ
レフタル酸、61.56グラムのポリリン酸(84%P2O5)、1
5.67グラムのP2O5及び0.29グラムの塩化すずが、ガラス
製オートクレーブに加えられ、そして最初にゆっくり
と、次いで次第に急速に攪拌しつつ、0.33時間で100℃
に加熱され、そして1時間、攪拌しつつその温度に保持
された。スラリーは次に、0.25時間で140℃まで加熱さ
れ、そしてその温度で0.75時間攪拌された。その後、温
度は、0.25時間で180〜185℃に上げられた。生成物は、
180℃で約2.5時間の攪拌の後に、最大相対粘度に達し
た。生成物は、180℃で合計4.5時間攪拌した後に、取り
出された。ポリマーの一部は紡糸され、他の部分は凝固
されて、比較的太いフィラメントを形成する。これは、
紡糸装置の媒介なしに粘凋な混合物から引張られた。
水、稀薄なアンモニア、そして再度水で順次洗浄された
後、14.2の粘度が測定された。
ートの調製 窒素雰囲気下、脱ガスされた水中で、次の溶液が作ら
れた。即ち、 a)140グラムの水中の9.91グラムの2,5−ジヒドロキシ
テレフタル酸及び6.05グラムのNaOHが、攪拌を伴って約
50℃に加熱することにより作られた。
ジンヒドロクロライドが室温で作られた。
a)に加えられ、濃い黄色の沈殿が生成した。5分間の
更なる断熱的攪拌の後、スラリーは攪拌を伴って約10℃
まで冷却され、そして濾過され、約250ミリリットルの
脱ガスされた水で3回及び脱ガスされたエタノールで2
回、その全ては空気の導入なしに洗浄され、45分間窒素
でフラッシュされ、そしてテトラアミノピリジン及び2,
5−ジヒドロキシテレフタル酸の塩16.56グラム(98.2%
の収率に対応する)を製造するために18時間、1ミリバ
ール、50℃で乾燥された。この塩は、NMRにおいて、1:1
のテトラアミノピリジン/2,5−ジヒドロキシテレフタル
酸の組成を示した。標準状態において非常に高い重合度
のポリマーにそれを重合し得ることが分かった。窒素雰
囲気下に代えて空気雰囲気下でテトラアミノピリジンと
2,5−ジヒドロキシテレフタル酸の塩の試料を貯蔵する
ことは、その色の緩やかな変色のみを示した。
のすず粉末、732.41グラムの84%−ポリリン酸、及び12
4.06グラムのP2O5が、攪拌を伴って、100℃に0.25時間
で加熱され、そして次第に増大する速度での攪拌を伴っ
て0.75時間、100℃に保持された。スラリーは、0.67時
間で140℃に更に加熱され、そして更に55分間、攪拌を
伴ってその温度で保持された。温度は、0.33時間で180
℃に更に上昇された。そしてスラリーは、更に2.25時
間、その温度で攪拌された。その後、オートクレーブの
内容物は、ポリマー押出機の貯蔵室に供給された。少量
のポリマーが、ηrelを測定するためにオートクレーブ
から取り出され、該ηrelは31.6であることが分かっ
た、 実施例V 実施例IVにおいて示されたと同じ方法において、13.7
9グラムのテトラアミノピリジニウム ジヒドロキシ
テレフタレート、3.23グラムのテトラアミノピリジンの
リン酸塩、及び2.28グラムのテレフタル酸、0.13グラム
のすず粉末、67.31グラムの84%−ポリリン酸、及び13.
49グラムのP2O5が、攪拌を伴って、100℃に0.25時間で
加熱され、そして攪拌を伴って0.9時間、この温度に保
持された。スラリーは、0.67時間で140℃に更に加熱さ
れ、そして更に55分間、攪拌を伴って、その温度で保持
された。温度は、0.33時間で180℃に更に上昇された。
そしてスラリーは、更に2.5時間、その温度で攪拌され
た。25%テレフタル酸を含むコポリマーのηrelは、6.7
7であった。
製されるような方法で繰り返された。調製されたコポリ
マーのηrelは4.19であった。
ジヒドロキシ テレフタレート、10.36グラムのテト
ラアミノピリジンのリン酸塩、及び7.33グラムのテレフ
タル酸が使用されたことを除き、繰り返された。ηrel
は1.15であることが測定された。そして、それ故、いか
なる目的のためにも非常につまらないものであった。
レートに代えて、テトラアミノピリジンのリン酸塩が、
テトラアミノピリジンとテレフタル酸のホモポリマーを
作るために要求される量でテレフタル酸と一緒に使用さ
れたことを除き、実施例VIIが繰り返された。得られた
反応生成物は、液晶状又は均質でもなく、実質的量の固
体を含み、そして1.1より小さいηrelを持っていた。
マーは、19mmの単軸押出機によって0.6ccの定量ポンプ
に195℃の温度で供給された。ポリマーは、25μmのフ
ィルター容器を通過され、そして続いて、100μmの直
径の40個の紡糸穴を含む紡糸金口を通して、6.5cc/分の
流量及び205℃の温度で押出された。
t)紡糸法により製造され、ここで、水が凝固媒体とし
て使用された。エアーギャップの長さは20mmであり、エ
アーギャップ中での延伸比は4.65であった。繊維はボビ
ン上に巻き取られ、そして48時間水で洗浄され、アンモ
ニアで中和され、そして再度洗浄された。これらの未乾
燥の繊維は、実施例XII及びXIIIにおいて述べられるよ
うな更なる試験のために使用された。
2.8であった。
直径の40個の紡糸穴を含む紡糸金口及び20mmのエアーギ
ャップ及び水中での凝固を通して紡糸することにより、
実施例IXに述べられたように繊維が製造された。エアー
ギャップ中、ゴデット(godet)からの力の使用による
延伸は生じなかった。実質的に未延伸の繊維がボビン上
に巻き取られ、48時間を超えて水中で洗浄され、希釈さ
れた水性の水酸化アンモニウムで中和され、60℃の水で
再度洗浄され、そして乾燥された。ηrelは、上記の手
法に従って測定され、そして29.3であることが分かっ
た。
て述べられたように調製された連続する紡糸されたまま
の湿ったヤーンから、フィラメントが採られ、そして性
質が測定された。エアーギャップ中での延伸比及び測定
の結果は、下記の表Iに示す通りである。試験法は、一
つのヤーンから採られた単一のフィラメントにおいて実
行され、そして100mmの伸び前のクランプ間の長さ及び5
mN/texの初荷重で、ツブィック延伸ベンチタイプ1445
(Zwick draw bench type 1445)において実行された。
試験のための延伸は、1分当り10%の長さの増加の速度
で実行される。この実施例及び更なる実施例において、
σbrは破断時の引張強度であり、εbrは破断時の伸びで
あり、Eiは初期モジュラス、即ち5〜25cN/texの範囲で
測定されたモジュラスである。
されたような増加する温度で後処理を受けた。そのため
に、ヤーンは管状オーブン中に置かれ、加熱は600mmの
長さを亘って与えられた。ヤーンの一端は固定され、そ
して他端に1.084kgの荷重が少なくとも1分間与えられ
た。従って、加熱処理されたヤーンが調製され、そして
ヤーンから採られた単一のフィラメントの機械的性質
が、表II中に掲げられた(実施例XIに示されたように測
定された)試験結果を与えた。これらの結果は、測定さ
れた20本の単一フィラメントの平均値である。結果が40
本の単一フィラメントの平均値であるところのそれは
(40)として示される。
れた、洗浄されそして中和されているが未乾燥の紡糸さ
れたままのヤーンは、熱処理を受けた。そのために、湿
ったヤーンが、1分当り1.75メートルの速度に設定され
た高精度ローラーを使用して巻き取られた。巻き取りの
十分な数が使用され、従って、スリップが生じ得なかっ
た。処理のために、約1メートルの内部長さ及び600℃
に設定された温度を持つオーブンが使用され、ここで、
いくらかの窒素が通された。表III中に示された温度
は、処理の時にオーブン中で測定された最高温度であ
る。ヤーンは、第一ローラーと同じである第二ローラー
を使用してオーブン中で延伸された。ここで、第二ロー
ラーの速度は、第一ローラーより2.2%速い速度に設定
される。試験法は、実施例XIにおいて述べられたと同じ
方法で実行された。
り、平均引張強度は2.6GPaであり、破断時の伸びは1.2
%であり、初期モジュラスは222GPaであり、及びソニッ
クモジュラス(sonic modulus)は254GPaであった。
機械的性質は非常に高かった。結果が、下記の表III中
に与えられている。
質を持つことを立証するため、実施例IXにおいて述べら
れた方法に従って調製された繊維、実施例XII及びXIII
に従って調製された繊維、及び先行技術の繊維が、内部
剪断弾性係数試験を用いて試験された。該試験は、加え
られた引張歪みの関数としてのソニックモジュラスの測
定を含む。
が、種々の異なる特性、例えば引張モジュラス、ねじれ
モジュラスに与えられることができ、そして繊維の軸圧
縮強度が内部剪断弾性係数と全て明確に相関する。従っ
て、内部剪断弾性係数は、本発明の繊維の一般の機械的
性質を、当業者に公知の強力な繊維、例えばポリ(p−
フェニレンベンゾビスオキサゾール)及びポリ(p−フ
ェニレンテレフタルアミド)の機械的性質と比較するた
めの非常に適切なパラメーターである。
向度を持つ繊維のために測定された鎖配向パラメーター
に対しソニックコンプライアンス(sonic compliance)
をプロットすること、あるいはソニックコンプライアン
ス対回転歪みを表す曲線から決定され得る。
は、ソニックコンプライアンス(S=Eson -1)対回転歪
み(εrot)を示す曲線の初期勾配αから計算される。
εrotは εrot=ε−σ/Ec により定義される。ここで、εrotは鎖モジュラスであ
り、そしてσは引張歪みである。ソニックモジュラスE
sonは、式 Eson=ρ・v2 により、音速vから計算されたモジュラスの値である。
ここで、ρは繊維の密度であり、そしてvは繊維中の音
速である。この速度は、次の段落で述べられる手法に従
って測定される短いソニックパルス(sonic pulse)の
伝播速度である。
は、下記により与えられる。
よりポリマー(Polymer)、第26巻、第310頁、1985年に
おいて定義されたように、gは引張変形のための内部剪
断弾性係数であり、φはhte繊維軸に関する鎖軸の配向
角であり、そして<sin2φ>Eは繊維軸に関する鎖軸の
配向分布f(φ)に亘って平均された配向パラメーター
である。
より与えられる。
方、第二項は回転歪み、及び繊維軸に向かう鎖軸の回
転、そして従って鎖配向分布の収縮に帰する剪断変形に
起因する寄与である。
期勾配αのための式に帰する。該αは従って、下記式に
より与えられる。
l)におけるコンプライアンス(1/Eson)の変化であ
り、そしてΔεrotはソニックモジュラス対歪みを表す
曲線の同一の歪み間隔に亘る回転歪みにおける変化であ
る。
下記式 により定義される。
規定されるソニックモジュラス対歪み曲線における歪み
間隔に亘って採られる。本発明の繊維のために定数Cは
1.1であった。
ックコンプライアンス対回転歪み曲線の初期勾配αから
計算される。
測定するための音波利用の装置を備えた任意の適切な手
動的又は自動的に操作される引張試験機により測定され
得る。試験機は、一つの可動クランプ及びロードセルを
備えている。試験される束のゲージ長さは、1800mm以上
である。引張試験機は、ASTM E83において規定されて
いるような伸び計システムを備えている。歪みの固定及
び変化し得る誤差は、2・10-3%超えてはならない。ロ
ードセルは、試験の最大指示値の±1%の精度で荷重を
表示する。音速の測定のために使用されるソニックパル
スは、独特な第1ピークを持つ。第1ピークの上昇端
は、25μsより短い上昇時間で滑らかなクロック形(cl
ock−shape)を持つ。音波速度は、ピークの最大高さの
50%で第1ピークの上昇端の伝播速度を測定することに
より決定される。伝播速度は、1.0メートルより大きい
間隔に亘って測定される。音波利用の装置は、5%より
大きい絶対精度及び1%より大きい相対精度で音速を測
定する。
幅は、エル.イー.アレキサンダー(L.E.Alexander)
著、エックス−レイ ディフラクション メソッズ イ
ン ポリマー サイエンス(X−ray Diffraction Meth
ods in Polymer Science)(マラバル(Malabar)、フ
ロリダ(Florida):アール.イー.クリーガー(R.E.K
rieger)出版社刊、1985年)において与えられている手
法に従って、平板カメラを使用してお互いに平行に配列
された少数の繊維のX線回折パターンを作ることにより
測定される。約0.335nmの面間隔を持つこの回折パター
ン中の主要なエクアトリアル反射(equatorial reflect
ion)の方位角の分布は、鎖軸の配向分布を示すと考え
られる。
により測定される。そのために、500±1mmの間隔でヤー
ン上に固定されている二つの目印を使用して、5mN/tex
の低い初荷重下に平らな表面上に固定されている繊維か
ら試料が切り取られる。試料の重量Mは、1%を超える
精度で天秤の使用により測定される。結果Mは、ミリグ
ラムで表わされる。試料の番手は、 番手=10・(M/0.5) によりdTexで計算される。
ち、調節されたヤーンは、音波利用の装置を備えた引張
試験機中にクランプで締められる。ソニックモジュラス
歪み試験のための歪みのゼロ点は5mN/texの初期応力で
測定される。ヤーンの歪みは、規定された初期応力での
ヤーンの長さに関して計算される。繊維の歪みは、0〜
5・10-3m/m歪みから5・10-4m/mより小さい段階まで順
次増加される。夫々の段階で、フィラメントの歪み、応
力及び音速が記録される。応力及び音速の値は、歪みが
増加されてから30秒間以内で測定される。
て応力及び歪みから計算される。αの値は、繊維歪みの
ための5・10-3〜5・10-4の間隔中のデータ点における
線形回帰によりコンプライアンス及び回転歪みの値から
最もありうる回帰線を計算することにより決定される。
回帰の相関係数は0.95より高くなければならない。
は、少なくとも三つの試料のために決定され、そしてこ
れらの三つ以上の試料の内部剪断弾性係数の平均値と考
えられる。明らかに、中心を離れた値は、剪断弾性係数
の平均値の決定のために使用されるべきではない。
udents't−test)及び95%の確率間隔(probability in
terval)を用いて、平均値から見積もられた標準偏差で
ある。
の計算において使用される鎖モジュラスのための値E
cは、本発明の繊維のために475GPaである。
て得られた紡糸したままの繊維は、上記方法に従って試
験された。測定された内部剪断弾性係数値は、3.9(0.
4)GPaであった。
得られた試料はまた、上記方法に従って試験された。測
定された内部剪断弾性係数値は、4.6(0.6)GPaであっ
た。
クロペディア オブ ポリマー サイエンス アンド
エンジニアリング(Encyclopedia of Polymer Science
and Engineering)、第2版、第11巻、第601頁中に述べ
られた方法により得られうるポリ(p−フェニレンベン
ゾビスオキサゾール)が、実施例XI中に述べられた方法
と類似の紡糸法により繊維に紡糸された。紡糸ドープの
温度は155℃であった。そして、繊維は、夫々70μmの
直径の30個の穴を持つ紡糸金口を通して紡糸された。延
伸比λは2.7であり、巻き付ける速度は、1分当り2.7メ
ートルであった。ソニックコンプライアンス対回転歪み
曲線からのg値の計算に使用される、この物質の鎖モジ
ュラスの値Ecは、例えば、プラスチックス アンド ラ
バー インスティチュート(Plastics and Rubber Inst
itute)により出版された、ダブリュー.アダムス(W.A
dams)らによるコンファレンス プロシーディングズ
オブ ザ セブンス インターナショナル コンファレ
ンス オン デホーメーション、イールド アンド フ
ラクチャー オブ ポリマーズ(Conf.Proc.of the 7th
Intern.Conf.on Deformation,Yield and Fracture of
Polymers)(1988年、英国、ケンブリッジにおいて)中
に示されたような475GPaであることが採用された。測定
された内部剪断弾性係数は0.65(0.2)GPaであった。
レンベンゾビスオキサゾール)繊維は、実施例XIII中に
述べられたと同一の方法で熱処理を受けた。決定された
内部剪断弾性係数は2.9(0.7)GPaであった。
クゾ ノーベル フェンノート シャップ(Akzo Nobel
N.V.)から市場において入手可能なポリ(p−フェニ
レンテレフタルアミド)]の繊維のために、鎖モジュラ
スEcは、例えば、エム.ジー.ノルソルト(M.G.Northo
lt)及びディー.ジェー.シッケマ(D.J.Sikkema)に
よるアドバンスィズ イン ポリマー サイエンス(Ad
vances in Polymer Science)第98巻、第115頁中に示さ
れたような220GPaであることが採用された。
5(0.1)GPaであると決定された。実施例XIIIの繊維の
ために述べられたと同一の方法で処理された熱処理繊維
のために、g値は2.3(0.3)GPaであると決定された。
と同一の方法で調製された。そのように得られたポリマ
ー溶液は、14重量%の濃度、及び夫々17及び45のηrel
を持っていた。バッチは両者とも、195℃の温度で19mm
の単軸押出機により0.6ccの定量ポンプに供給された。
ポリマーは、25μmのフィルター容器を通され、そして
次に3.1cc/分の流量及び205℃の温度で75μmの直径の4
0個の紡糸穴を含む紡糸金口を通して押出された。繊維
はドライ−ジェット−ウエット紡糸法により製造され、
そして水が凝固媒体として使用された。エアーギャップ
の長さは30mmであった。そして繊維はボビン上に未乾燥
で巻き取られた。次に、繊維は48時間洗浄され、アンモ
ニアで中和され、そして再度洗浄された。エアー−ギャ
ップ中で得られた延伸比は、4.2であった。
IIにおいて述べられたと同じ方法で580℃の温度で延伸
を受けた。ヤーンは、第一ローラーと同一である第二ロ
ーラーを用いてオーブン中で延伸された。ここで、第二
ローラーの速度は、第一ローラーより夫η0、0.5、1.
0、1.5、2.0及び2.2%速い速度に設定された。
により決定された。結果は、表IV中に与えられている。
Claims (23)
- 【請求項1】剛直なロッドポリマーにおいて、繰り返し
基の少なくとも50%が下記式に相当するポリマー。 - 【請求項2】繰り返し基の少なくとも50%がピリドビス
イミダゾール−2,6−ジイル(2,5−ジヒドロキシ−p−
フェニレン)から成り、そして残りの基において、2,5
−ジヒドロキシ−p−フェニレンが、置換されているか
又は置換されていないアリーレンにより置き換えられて
おり、及び/又はピリドビスイミダゾールが、ベンズビ
スイミダゾール、ベンゾビスチアゾール、ベンゾビスオ
キサゾール、ピリドビスチアゾール及び/又はピリドビ
スオキサゾールにより置き換えられていることを特徴と
する請求項1記載のロッドポリマー。 - 【請求項3】繰り返し基の少なくとも75%がピリドビス
イミダゾール−2,6−ジイル(2,5−ジヒドロキシ−p−
フェニレン)から成り、そして残りの基において、2,5
−ジヒドロキシ−p−フェニレンが、置換されているか
又は置換されていないアリーレンにより置き換えられて
おり、及び/又はピリドビスイミダゾールが、ベンゾビ
スイミダゾール、ベンゾビスチアゾール、ベンゾビスオ
キサゾール、ピリドビスチアゾール及び/又はピリドビ
スオキサゾールにより置き換えられていることを特徴と
する請求項1又は2記載のロッドポリマー。 - 【請求項4】繰り返し基の少なくとも90%がピリドビス
イミダゾール−2,6−ジイル(2,5−ジヒドロキシ−p−
フェニレン)から成り、そして残りの基において、2,5
−ジヒドロキシ−p−フェニレンが、置換されているか
又は置換されていないアリーレンにより置き換えられて
おり、及び/又はピリドビスイミダゾールが、ベンゾビ
スイミダゾール、ベンゾビスチアゾール、ベンゾビスオ
キサゾール、ピリドビスチアゾール及び/又はピリドビ
スオキサゾールにより置き換えられていることを特徴と
する請求項1〜3のいずれか一つに記載されたロッドポ
リマー。 - 【請求項5】置換されているか又は置換されていないア
リーレンが、イソフタル酸、テレフタル酸、2,5−ピリ
ジンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、4,
4′−ジフェニルジカルボン酸、2,6−キノリンジカルボ
ン酸、2,6−ビス(4−カルボキシフェニル)ピリドビ
スイミダゾール、及び他のアリーレンジカルボン酸のカ
ルボキシル基の除去後に残る二価の残基を示すことを特
徴とする請求項3又は4記載のロッドポリマー。 - 【請求項6】ピリドビスイミダゾール−2,6−ジイル
(2,5−ジヒドロキシ−p−フェニレン)の繰り返し基
から成ることを特徴とする請求項1記載のロッドポリマ
ー。 - 【請求項7】ポリマーが、3.5を超えるηrel(25℃でメ
タンスルホン酸中において0.25g/dl)を持つことを特徴
とする請求項1〜6のいずれか一つに記載されたロッド
ポリマー。 - 【請求項8】粘度の故に繊維及びフィルムへと押し出さ
れるために適しているポリマー組成物において、組成物
がポリリン酸中の請求項1〜7のいずれか一つに記載さ
れたロッドポリマーの溶液を含み、ここで、P2O5/H2O溶
媒系中のP2O5の濃度が少なくとも79.5重量%であり、か
つ84重量%より高くないところのポリマー組成物。 - 【請求項9】ポリマー組成物中のロッドポリマーの濃度
が、10〜21重量%の範囲であることを特徴とする請求項
8記載のポリマー組成物。 - 【請求項10】ポリマーが、強ポリリン酸溶液中のテト
ラアミノピリジンのリン酸塩及び2,5−ジヒドロキシテ
レフタル酸から調製されることを特徴とする請求項1〜
9のいずれか一つに記載されたロッドポリマーの調製
法。 - 【請求項11】ポリマーが、テトラアミノピリジニウム
ジヒドロキシテレフタレートの重合により調製されるこ
とを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載され
たロッドポリマーの調製法。 - 【請求項12】成形品を作るための方法において、請求
項8又は9に記載されたポリマー組成物が、紡糸される
ところの方法。 - 【請求項13】成形品を作るための方法において、請求
項8又は9に記載されたポリマー組成物が、押し出され
るところの方法。 - 【請求項14】押し出された製品が、200℃より高い温
度で張力をかけた状態で処理されることを特徴とする請
求項12又は13記載の方法。 - 【請求項15】請求項1〜7のいずれか一つに記載され
たロッドポリマーを含むことを特徴とする繊維。 - 【請求項16】請求項1〜7のいずれか一つに記載され
たロッドポリマーを含むことを特徴とするテープ。 - 【請求項17】請求項1〜7のいずれか一つに記載され
たロッドポリマーを含むことを特徴とするフィルム。 - 【請求項18】請求項1〜7のいずれか一つに記載され
たロッドポリマーより成ることを特徴とする繊維。 - 【請求項19】請求項1〜7のいずれか一つに記載され
たロッドポリマーより成ることを特徴とするテープ。 - 【請求項20】請求項1〜7のいずれか一つに記載され
たロッドポリマーより成ることを特徴とするフィルム。 - 【請求項21】繊維が請求項12に記載された方法により
調製され、そして繊維が得られた後直ちに測定された
時、2.0以上の内部剪断弾性係数を持つことを特徴とす
る請求項15又は18に記載の繊維。 - 【請求項22】繊維が、請求項12に記載された方法によ
り調製され、そして3.0より大きい内部剪断弾性係数を
持つことを特徴とする請求項15又は18に記載の繊維。 - 【請求項23】繊維が、4.0より大きい内部剪断弾性係
数を持つことを特徴とする請求項22記載の繊維。
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