JP3587525B2 - ポリカーボネートを含む着色ポリアミドファイバーの製造方法および得られるファイバー - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、着色ポリアミドファイバーの改善された製造方法およびそれにより得られたファイバーに関する。本方法は、紡糸口金を通して溶融物を押出す前に、ポリアミド溶融物にポリカーボネートを加えて、ファイバーを形成する工程を含む。
発明の背景
今日、ファイバー製造業者は、しばしば溶液染色としてよく知られた方法を用い、「着色」ナイロンファイバーを製造する。ここで用いられているような「着色」という用語は、有色顔料により与えられる積極的な着色剤明度（colorant value）を意味し、TiO₂のような白化剤およびタクルまたはクレーのような充填剤の単なる使用は除く。この溶液染色法は、ナイロンファイバー形成ポリマーとともに一種類以上の顔料を直接配合し、紡糸口金を通して配合物を押出し、着色ファイバーを製造する工程を含む。別法として、ポリマーマトリックス中に分散された一種類以上の顔料を含み、滑剤および艶消剤（TiO₂）のような添加剤も含む濃厚顔料が、まず調製される。そして濃厚顔料は、ナイロンファイバー形成ポリマーと配合され、その配合物は、着色ファイバーへと紡糸される。例えば、Antonによる米国特許第5,108,684号には、顔料がナイロン6/6,6/6,10のターポリマーに分散され、ターポリマーの着色ペレットが形成されるという方法が含まれている。そして、これらのペレットは、等量またはより多い量のナイロン６中に再び溶解されるか「ゆるめ」られ（let−down）、均一の分散を形成するため完全に混合され、再び固化され、そしてペレット化される。このようにして得られた濃厚顔料は、芳香族スルホネートまたはそのアルカリ金属塩を含むナイロンコポリマーに配合される。そして、溶融配合物は紡糸され、耐汚染性の着色ファイバーを形成する。
現在、上述したようなニート（希釈されていない）の形で導入されたいくつかの顔料が、溶融ポリアミドを、やや解重合させるということがわかっている。このことが、ポリマー溶融粘度の低下の原因となり、フィラメント紡糸破壊の数の増加および円形でないフィラメントの断面形状の変化によって、溶融紡糸方法に悪影響を与える。ある例では、顔料が濃厚顔料の形で導入される場合、紡糸操作にも問題がある。特に、顔料と導入される低分子量、低溶融粘度のポリアミドが、全体のポリマー溶融粘度を十分に低下させる原因となり、紡糸破壊の原因となる。
前記した観点から、溶融紡糸法に悪影響を与えることなしに、ポリアミドファイバーに顔料を導入する方法を有することが望ましい。本発明は、得られるファイバーとともにそのような方法を提供する。
発明の要旨
本発明は、着色ナイロンファイバーの改善された製造方法を提供する。一般に、本方法には、ナイロンポリマー、顔料、および溶融配合物の重量を基にして約0.1〜約3.0重量パーセントのポリカーボネートを含むファイバー紡糸可能な溶融配合物を形成する工程を含む。溶融配合物は、紡糸口金を通して押出され、着色ナイロンファイバーを形成する。好ましくは、ナイロンポリマーとは、ナイロン6,6ホモポリマー、ナイロン６ホモポリマー、またはそれらのコポリマー、芳香族スルホネートまたはそのアルカリ金属塩より誘導された単位を有するスルホン化ナイロン6,6コポリマーまたはスルホン化ナイロン６コポリマー、および２−メチル−ペンタメチレンジアミンおよびイソフタル酸から誘導された単位を有するナイロン6,6コポリマーまたはナイロン６コポリマーよりなる群から選ばれる。好ましくは、５−スルホイソフタル酸のナトリウム塩から誘導された単位を約1.0〜約4.0重量パーセント有するナイロン6,6コポリマーが使われる。
顔料は、添加剤とともに混合物として、ニートの形で、または濃厚顔料の形で、ナイロンポリマー溶融物に加えられてもよい。濃厚顔料は、限定はされていないが、ナイロン６またはナイロン6/6,6/6,10のターポリマーのようなナイロンポリマーマトリックスに分散されている顔料を含む。
ポリカーボネートは、顔料または添加剤との混合物として、ニートの形で、またはナイロンポリマーマトリックス中に分散されたポリカーボネートを含む濃厚物の形で、ナイロンポリマー溶融物に加えられる。ポリカーボネート濃厚物は、ポリマーマトリックス中に分散された顔料も含む。
本発明は、また、上記の方法から生成されたファイバー、好ましくは、５−スルホイソフタル酸のナトリウム塩より誘導された単位を有するナイロン6,6コポリマーファイバーを含む。ファイバーは、嵩高にされた連続フィラメントまたはステープルファイバーである。
図の簡単な説明
図１は、ポリカーボネートが押出機に供給されることを特徴とする本発明の方法を示す概略図である。
図２は、ポリカーボネートが移動ラインに射出されることを特徴とする本発明の方法を示す概略図である。
発明の詳細
図１は、本発明の着色ナイロンファイバーの製造方法であり、この方法では、ポリアミドフレークがポリカーボネートおよび有色顔料とともに押出機10に供給される。そして、この配合物は、溶融され、紡糸口金16を通して移動させられる。ファイバー18は、紡糸口金から、冷却用空気が熱いファイバーを越えて吹き抜かれている急冷煙突に移る。ファイバー18は、引取装置または供給ロール24によって急冷部を通して引っ張られる。急冷した後、ファイバーは、仕上げアプリケーター（finish applicator）22に接触することによってスピンドロー仕上げの処理をされる。
次に、フィラメントは、供給ロール24のまわりに進み、そこからヤーンが一対の加熱された引取ロール28に引っ張られる。得られたファイバーは、けん縮（crimped）されステープルに切られるか、嵩高（bulked）連続フィラメント（BCF）を作るために嵩高処理される。BCFに対し、ファイバーは、嵩高処理のために、BreenおよびLauterbachによる米国特許第3,186,155号に記述されたタイプのホットエアージェット30を用いて加熱され進められる。熱媒液は、穴のあいた表面を有する回転ドラム32に対して糸線とともに排出する。ドラム32上では、ヤーンはけん縮をセットするように冷却される。ドラム32から、糸線は、駆動引取ロール34、第二の仕上げアプリケーター36を通り、回転コア38および38a上に移り、パッケージ40および40aを形成する。
図１に示したように、ファイバー形成ナイロンポリマーは、押出機10に供給される。本発明に用いるのに適切なファイバー形成ナイロンポリマーは、限定されてはいないが、ポリヘキサメチレンアジパミド（ナイロン6,6）およびポリカプロラクタム（ナイロン６）のようなナイロンホモポリマーおよびそれらのコポリマーすなわちナイロン6,6/ナイロン６、および他のナイロンコポリマーが含まれる。このようなコポリマーとしては、ヘキサメチレンアジパミド単位、および芳香族スルホネートまたは５−スルホイソフタル酸のナトリウム塩のようなそのアルカリ金属塩、２−メチル−ペンタメチレンジアミン（MPMD）、N,N−ジブチルヘキサメチレンジアミン、カプロラクタム、ドデカンジオイック酸（dodecanedioic acid）、イソフタル酸、テレフタル酸またはこれらの組み合わせから誘導される単位、を含むコポリアミドのようなものがある。これらのコポリマーは、本当のコポリマー（ランダムまたはブロック）または溶融配合物であってもよい。ナイロン６コポリマーも調製される。好ましくは、５−スルホイソフタル酸のナトリウム塩から誘導される単位を約1.0〜約4.0重量％含むナイロン6,6コポリマーが用いられる。他の好ましいコポリマーは、５−スルホイソフタル酸のナトリウム塩から誘導される単位およびMPMDおよびイソフタル酸から誘導される単位を含むナイロン6,6ターポリマーである。
加えて、有色顔料は、押出機にともに供給される。有色顔料は、ニートの形で、「添加剤」とともに混合物として、または顔料がナイロンポリマーマトリックスに分散されている濃厚物として、加えてもよい。適切なナイロンポリマーマトリックスは、例えば、低分子量のナイロン、およびナイロンコポリマーを含む。このようなものとしては、重量平均分子量約28,900を有するナイロン６、ナイロン6/6,6/6,10のターポリマー（Elvamide 8063としてDuPontより入手）、イソフタル酸およびテレフタル酸より誘導される単位を有するナイロン6,6ターポリマー、およびポリ（N,N−ジブチルヘキサメチレンドデカンジアミドのような液体N,N′−ジアルキルポリカーボンアミドのようなものがある。好ましいケースとしては、顔料は、ナイロン6/6,6/6,10ターポリマー（「マルチポリマー」）中に分散され、この組合せ物は溶融され、再び固化されて、マルチポリマーの着色ペレットが形成される。このようにして、これらのペレットは、再び溶融されるか、等量またはより多量のナイロン６に「ゆるめ」られるかされ、均一の分散を形成するように十分に混合され、再び固化され、そしてペレット化される。
ポリカーボネートは、押出機にともに供給される。ポリカーボネートは、ニートの形で、顔料、銅濃厚物および／または「添加剤」とともに混合物として、またはその中でポリカーボネートが、上述した低分子量のナイロンまたはナイロンコポリマーのようなナイロンポリマーマトリックス中に分散されている濃厚物として、加えられてもよい。ポリカーボネートは、それ自体または顔料、および／または添加剤とともに、ポリマーマトリックスに分散されてもよい。別法として、ポリカーボネート自身を、一つ以上の添加剤に対してポリマーマトリックスとして用いてもよい。
ここで用いられている「添加剤」という用語は、得られるファイバーの機能的特徴を調整するために本発明の顔料およびポリカーボネートとともにポリアミド溶融物に加えられるマテリアルを意味し、このマテリアルは、限定はされていないが、安定剤、消臭剤、難燃剤、艶消剤、および抗微生物剤を含む。
本発明の他の例は、図２に示されている。供給部112からの溶融ポリカーボネートは、ファイバー形成ポリアミドの供給部とミキサー114の間のどこかのポイント111で、移動ライン110に射出される。ファイバー形成ポリアミドの供給部は、連続重合機または押出機（示されていない）であってもよい。動的ミキサー、静止ミキサー、または動的および静止ミキサーの組み合わせであるミキサー114は、ポリカーボネートが、ファイバーに押し出される前に、ファイバー形成ポリアミドとよく混合されることを、確かにしている。顔料は、ポリカーボネートが導入されるポイント111の前に溶融ポリアミドに含まれている。別法として、顔料は、ポリカーボネート供給部112の中に含まれているか、または顔料は、示されてはいないがミキサー114の前のポイントで、移動ライン110に別個に射出されることができる。供給部112中のポリカーボネートは、低分子量ポリアミドまたはポリアミドコポリマーのようなポリマーマトリックス中に分散されている。
本発明に有用なポリカーボネートは、次の一般式を有し：
［−CO−Ｏ−Ｒ−Ｏ−］_ｎ
ここで、Ｒは、−Ar−、−Ar−Ｒ′−Ar−のような芳香族部分であり、ｎは、２より大きく約160より小さい。−Ar−は、フェニル基または置換基が−CH₃、−CH₂CH₃、−CH₂CH₂CH₃、またはジフェニルである置換されたフェニル基、およびナフタレンである。Ｒ′は、−CH₂−、−（CH₃）Ｃ（CH₃）−、−SO₂−、−Ｏ−、−（CH₃）CH−、および−Ｓ−を表している。Ｒは、−CH₂CH₂−、−（CH₂）_３−、−（CH₂）_４−、−（CH₂）_５−、−（CH₂）_６−、メチルエチレン、エチルプロピレン、および環状ヘキシレンのような脂肪族部分でもある。
好ましくは、Ｒ＝−ph−Ｃ（CH₃）_２−ph−であり、ここで、phは、フェニル基である。
好ましくは、ポリカーボネートの数平均分子量は、約10,000から約16,000の間であり、重量平均分子量は、約20,000から約40,000の間である。
いくつかのファクターが、紡糸方法を改善するために用いられるべきポリカーボネートの最適量に影響する。ファクターには、ポリアミドの初期RV、所望の最終RV、ポリアミドアミン末端のレベル、ポリカーボネートとポリアミドが反応する温度、反応が起こっている時間、ポリカーボネートの分子量、および溶融物での湿度レベルが含まれる。例えば、初期RVが約50、所望のRVが約60、温度が280〜295℃の範囲内で、そしてアミン末端の数がポリマーの10⁶グラム当たり約30価であるとき、わずか約0.25重量パーセントのポリカーボネート（ファイバー形成溶融配合物の総重量を基にして）が、紡糸に対して受け入れ可能なレベルにポリアミドRVを増加させるのに必要である。
一般に、約0.1重量％という最小量のポリカーボネートは、ポリアミドRVを効果的に増加させるのに加えられ、約3.0重量％という最大量が必要とされる。初期RVが所望の最終RVよりかなり低いとき、ポリアミドアミン末端のレベルが低いとき、反応温度または反応時間が低いとき、ポリカーボネート分子量が高いとき、または溶融物の湿度レベルが高いとき、約3.0重量％以下のポリカーボネートが、所望のレベルにポリアミドRVをあげるのに必要とされる。
多くの例で、もし溶融配合物が、約３重量％以上のポリカーボネートを含むのなら、溶融配合物をファイバーに紡糸することは困難である。その理由は、最終ポリアミドRVが、高すぎるからである。ところが、ある例では、ポリカーボネートを、上述したような所望の最終ポリアミドRVおよび他の要因によって、約３重量％より多く加えることが、望ましいことであることが認識されるべきである。
好ましくは、ポリカーボネートの十分な量が、約50〜約100の範囲で最終レベルにポリアミドRVをあげるために加えられ、より好ましくは、ポリアミドに加えられるポリカーボネートの量は、ファイバー形成溶融配合物の総量を基に、約0.2〜約0.8重量％の範囲内にある。
有機有色顔料および無機有色顔料の広範囲の種類が、本発明において用いられる。このような顔料の例には、フタロブルー（Phthalo Blue）R/S（PB−15:1）、ペリレンレッド（PR−179）、イダントロンブルー（Idanthrone Blue）（PB−60）、フタログリーン（PG−36）、イエロークロム錯体（SY−21）、およびランプブラック、ファーネスブラック、またはチャンネルブラックのようなカーボンブラック（PBK−７）類の顔料が含まれる。他には、フタロブルー（PB−15:2）、アンチモニー−クロム−チタン錯体（PB−24）、酸化鉄YSおよび酸化鉄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（Filamid Red）3B（SR−226）、フタロブルーG/S（PB−16）および酸化亜鉛二鉄（III）（PY−119）が、含まれる。これらの全ての顔料は、単独か互いに組合わせて用いられる。ここで、用いられているように、「有色顔料」という用語は、長く艶消しナイロンに対して少量用いられている二酸化チタンのような白色顔料を除くことを意味する。好ましくは、顔料は、上述されたように濃厚顔料の形で加えられ、加えられる濃厚顔料の量は、ファイバー形成溶融配合物の総量を基にして、約1.0〜約10.0重量％である。
本発明は、さらに下記のテスト方法を用いた後の実施例で説明されるが、これらの実施例は、本発明の範囲を制限するものではない。
テスト方法
相対粘度（RV）：
90％ギ酸中にヤーン10.28gを溶解させ、25℃で自動粘度計でその相対粘度を測定する。これは、Jenningsによる米国特許第4,702,875号の第２カラム、第42〜51行に記載されたもので、この開示を参照することによって、当該米国特許出願の明細書の内容が本明細書の一部を構成するものとする。
分子量：
ヘキサフルオロイソプロパノール10ml中にヤーン20mgを溶解させる。フェノゲルサイズ排除カラムシリーズ（phenogel size exclusion column series）に10μｌ（マイクロリッター）の溶液を注入した。流量は、35℃で1.0ml/分である。水410濃度の検出機（Waters 410 concentration detector）、連続粘度計、およびレーザー光散乱光度計が、分子量を分析するのに用いられた。
実施例
実施例１
ナイロン6,6および５−スルホイソフタル酸のナトリウム塩のランダムコポリマーが、Antonによる米国特許第5,108,684号に記載されているように、ヘキサメチレンアジペート塩とヘキサメチレン５−スルホイソフタル酸塩を配合し、重合することによって調製された。得られたポリマーは、５−スルホイソフタル酸ナトリウム３重量％を含む。
次の表Ｉに記載されたように、ナイロン6/6,6/6,10ターポリマー（DuPontより入手したElvamide8063）およびナイロン６を含むマルチポリマー系に分散された顔料を含む種々の濃厚顔料が、製造された。これらの濃厚顔料は、押出機でナイロン6,6コポリマーに加えられた。同時に、約13,600の数平均分子量を有するポリカーボネート（General Electric Co.より入手したLEXAN101）が量を種々に変えて、押出機にともに供給された。押出機での温度は、ほぼ288℃であった。溶融混合物は、ほぼ５分内に移動ラインを通して紡糸口金に送られた。128フィラメント中空品フィラメントヤーン（filament hollow filament yarn）が、74lb/hrで紡糸された。冷却用空気（10℃）が、約250立方ft/minの流量で熱いフィラメントを吹き抜けた。ヤーン束は、953ヤーン／分で回転する引取装置または供給ロールによって紡糸口金から急冷部を通して引かれた。急冷した後、フィラメントは、スピンドロー仕上げを用いて処理された。次に、190℃で2597ヤード／分で回転する一対の引取ロールによって、一対の引取ピン上に延伸される。ヤーンフィラメントは、BreenおよびLauterbachによる米国特許第3,186,155号に記載されているように、加熱し、嵩高にされた。嵩高用空気温度は240℃であった。最終製造物は、1245デニール、フィラメントヤーン当たり19.5デニールであった。得られたヤーンのRVは、研究室で測定され、表IIに報告された。

ポリカーボネートなしで、濃厚顔料ブルーが加えられると、RV（およびポリマーの分子量）は、63.3から50.3に降下し、濃厚顔料グレーが加えられると、RVは、63.3から52.6に降下した。これらの両方の例においては、紡糸操作をしている間、非常に多くのフィラメント破壊が起こった。ポリカーボネートの添加によってRVが十分にあがるので、紡糸の操作性（spinning processability）は改善され、ほんのわずかなフィラメント破壊のみが観測された。
実施例２
実施例１で用いられたのと同じナイロン6,6コポリマーが、本実施例で用いられた。実施例１で行われたように押出機に別々に、ポリカーボネートを加えるより、ポリカーボネートは、濃厚顔料が作られるときに、濃厚顔料に混ぜ合わせられた。ほぼ13,600という数平均分子量を有するポリカーボネート（LEXAN 101）が、本実施例で用いられた。次の表IIIに記載されたように、ポリカーボネート、ならびにナイロン6/6,6/6,10ターポリマー（DuPontより入手したElvamide 8063）およびナイロン６のマルチポリマー系に分散された種々の顔料を含む濃厚顔料が、作られた。
濃厚顔料およびナイロンコポリマーは、押出機にともに供給された。押出機の温度は、ほぼ288℃に保たれた。得られた溶融ポリマーは、実施例１になされたように紡糸口金を通して押し出されファイバーにされた。ファイバーRV値は、表IVに報告されている。

顔料１^＊−本実施例に対する顔料配合は、表Ｉでさらに詳しく記載したように実施例１で用いた濃厚顔料１の配合と同様である。

本実施例２は、本発明の例のうちの一つであり、この中で、ポリカーボネートは、別々にポリカーボネートを加えるより濃厚顔料に含まれている。ファイバー紡糸品質は、ポリカーボネートを含んでいる二つのアイテムに対して良かった。

Claims (10)

1. 着色ナイロンファイバーの製造方法であって：
   ａ） ナイロンポリマー、顔料、および、溶融配合物の重量を基にして0.1から0.8重量パーセントのポリカーボネートを含むファイバー紡糸可能な溶融配合物を形成する工程と、
   ｂ） 紡糸口金を通して溶融配合物を押出し、着色ナイロンファイバーを形成する工程と、
   を具えることを特徴とする製造方法。
2. ナイロンポリマーが、ナイロン6,6ホモポリマー、ナイロン６ホモポリマー、ナイロン6,6/6コポリマー、芳香族スルホネートまたはそのアルカリ金属塩より誘導された単位を有するスルホン化ナイロン6,6コポリマーまたはスルホン化ナイロン６コポリマー、ならびに２−メチル−ペンタメチレンジアミンおよびイソフタル酸より誘導された単位を有するナイロン6,6コポリマーまたはナイロン６コポリマーよりなる群から選ばれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ナイロンポリマーが、５−スルホイソフタル酸のナトリウム塩より誘導された単位を有するナイロン6,6コポリマーであり、顔料が、濃厚顔料の形で加えられ、前記濃厚顔料がナイロンポリマーマトリックスに分散された顔料を有することを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. ナイロン6,6コポリマーが、５−スルホイソフタル酸のナトリウム塩から誘導された単位を1.0か ら4.0重量パーセント含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 顔料が、ナイロン6/6,6/6,10コポリマーマトリックス中に分散され、溶融配合物が1.0から10.0重量パーセントの濃厚顔料を含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
6. ポリカーボネートが濃厚物の形で加えられ、前記濃厚物がナイロンポリマーマトリックス中に分散されたポリカーボネートを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. ポリカーボネート濃厚物が、さらにナイロンポリマーマトリックス中に分散された顔料を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 請求項１の方法において製造された0.1か ら0.8重量パーセントのポリカーボネートを含む着色ナイロンファイバー。
9. ナイロンファイバーが、５−スルホイソフタル酸のナトリウム塩から誘導された単位を有するナイロン6,6を含むことを特徴とする請求項８に記載のナイロンファイバー。
10. ファイバーが嵩高にされた連続フィラメントまたはステープルファイバーであることを特徴とする請求項８に記載のファイバー。

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