JP4397935B2 - パラ型芳香族ポリアミド短繊維 - Google Patents

Description

本発明は、紡績性に優れたパラ型芳香族ポリアミド短繊維に関するものである。さらに詳しくは、本発明は、紡績工程における繊維の集束性と制電性とに優れ、紡績工程においてローラー等への捲き付きやスカムの発生が少なく、しかも、極圧摩擦下での潤滑性にも優れているので、高品質のアラミド１００％紡績糸や他繊維との混紡糸を安定して製造することができるパラ型芳香族ポリアミド短繊維に関するものである。

パラ配向の芳香族ジカルボン酸成分と芳香族ジアミン成分とからなるパラ型芳香族ポリアミド繊維は、その高強度、高弾性率、高耐熱性といった特性を生かして産業資材用途や機能性衣料用途に広く利用されている。殊に近年、高強度、高耐熱性が要求される消防服、防護衣料、安全手袋等の機能性衣料用途を中心にパラ型芳香族ポリアミド短繊維の需要が高まってきている。
しかしながら、パラ型芳香族ポリアミド繊維は剛性が高く、押し込み捲縮を施しても十分な捲縮性能を付与することが困難なため、その高弾性率と相俟って紡績工程における集束性が不十分となり、嵩高化による取扱い性不良やウェブ切れ等が発生しやすいという問題がある。
また、高配向高強度繊維であるが故、フィブリル化によるスカムや、静電気が発生し易いといったパラ型芳香族ポリアミド独自の特性に起因した紡績工程における種々の問題も顕在化してきている。
このような問題に対して、従来のパラ型芳香族ポリアミド繊維においては、他種繊維、例えば産業資材用のポリエステル長繊維や短繊維、ポリアミド繊維等に使用されている油剤が流用されることが多かったが、上記の問題点が明らかになるにつれ、パラ型芳香族ポリアミドの特性に適合した独自の油剤の必要性が高まり、その開発が試みられている。
例えば、特開平３−１８５１８０号公報には、エトキシル化アルキル燐酸エステル塩を付与して繊維表面の減摩性を改善する（スカムを抑制する）方法、特開平９−１８８９６９号公報には、特定炭素数の長鎖アルキル燐酸エステル塩を含む油剤を付与し、全芳香族ポリアミド繊維のフィブリル化を抑制して紡績工程での繊維の脱落を防止する方法が提案されている。
しかしながら、エトキシル化アルキル燐酸エステル塩は制電性や減摩性には優れているものの、その吸湿性のために粘着性が経時変化しやすく、紡績工程で各種ローラー類への捲付きが発生しやすいという問題がある。一方、炭素数１８〜２０の長鎖アルキル燐酸エステル塩は、紡績スカムやローラー捲付きの減少には有効であるものの、繊維の集束性が不十分であるため紡績性は未だ不十分であるという問題がある。
かかる問題を改善するため、特開２００１−２０７３７９号公報には、炭素数１４〜１６のアルキル燐酸エステル塩と制電剤とを含む油剤を付与する方法が提案されている。確かにこの方法によれば、集束性および制電性が向上し、ローラー等への捲き付きも低減して紡績性が改善されるものの、低温、低湿度下での制電性が未だ不十分なために他の制電剤を併用する必要があり、さらなる改善が望まれている。
また近年、高生産性、省力化、高能率化による紡績コストの低減を目的として、カード、練条、粗紡のみならず、精紡においても著しい高速化が進んでいる。このように紡績が高速化されると、紡機を通過する繊維量が速度に比例して多くなるためスカムが増加し、清掃周期が短くなって操業性を低下させるだけでなく糸切れの要因となり、問題となっている。このような問題を改善するため、特開平６−１０８３６１号公報には、アルキル燐酸エステルカリウム塩、パラフィンワックスおよびカチオン型界面活性剤よりなる油剤を付与する方法が提案され、また特開平１０−１８３４６９号公報には、アルキルアミンの酸化エチレン付加物の末端水酸基の少なくとも一部をアルキル基、アルケニル基またはアシル基で封鎖した化合物、そのような化合物のリン酸またはリン酸エステルによる中和物、およびそのような化合物の４級化物からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物と平滑成分とを含有する油剤を付与する方法が提案されている。しかしながら、これらは何れも芳香族ポリアミド繊維に対してはその効果が未だ不十分であり、さらなる改善が求められている。

本発明の目的は、上記従来技術の有する問題点を解決し、紡績工程における繊維の集束性と制電性とに優れ、紡績工程においてローラー等への捲き付きやスカムの発生が少なく、しかも、極圧摩擦下での潤滑性にも優れたパラ型芳香族ポリアミド短繊維を提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明の目的は、下記ＡおよびＢを同時に満足する、炭素数１２のアルコールの燐酸エステルアルカリ金属塩が、繊維重量を基準として０．０５〜１．０重量％付着していることを特徴とするパラ型芳香族ポリアミド短繊維によって達成される。
Ａ．モノエステル塩のモル分率が４５〜７０モル％
Ｂ．ジエステル塩のモル分率が１０〜４０モル％

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明におけるパラ型芳香族ポリアミド短繊維は、パラ配向の芳香族ジカルボン酸成分と芳香族ジアミン成分、もしくは芳香族アミノカルボン酸成分から構成されるパラ型全芳香族ポリアミド、またはこれらのパラ型芳香族共重合ポリアミドからなる短繊維であり、これらの芳香族基は２個の芳香環が酸素、硫黄、アルキレン基または直接結合で結合されたものであってもよく、また、これらの芳香族基にはメチル基、エチル基などの低級アルキル基、メトキシ基、クロル基などのハロゲン基などが置換されていてもよい。
かかるパラ型芳香族ポリアミド短繊維の具体例としては、ポリパラフェニレンテレフタルアミド短繊維、コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミド短繊維をあげることができる。
本発明においては、上記のパラ型芳香族ポリアミド短繊維の表面に、炭素数１２のアルコールの燐酸エステルアルカリ金属塩が、繊維重量を基準として０．０５〜１．０重量％、好ましくは０．１〜０．５重量％、さらに好ましくは０．１５〜０．４重量％付着していることが肝要である。該燐酸エステルアルカリ金属塩の付着量が０．０５重量％未満の場合には、制電性と集束性が不十分となって安定に紡績することができなくなる。一方該付着量が１．０重量％を超える場合には、粘着性が大きくなりすぎて紡績時にスカムやローラー捲付きが多発するので好ましくない。
ここで燐酸エステルアルカリ金属塩のアルコールの炭素数は重要で１２である必要がある。通常燐酸エステルアルカリ金属塩中にはモノエステル、ジエステル等が存在するが、アルコールの炭素数が１２の時には、これらの含有割合を特定すると、粘着性によるローラー捲付きやスカムの発生を増大させることなく、優れた集束性や制電性が達成され、高品位の紡績糸が得られるのである。すなわち、モノエステルのモル分率が４５〜７０モル％、好ましくは５０〜６０モル％であり、ジエステルのモル分率が１０〜４０モル％、好ましくは１５〜３０モル％である必要がある。ここで、モノエステルのモル分率が４５モル％未満になると制電性が不良となり、一方、モノエステルのモル分率が７０モル％を超えると紡績工程での捲き付きが多くなるので好ましくない。また、ジエステルのモル分率が１０モル％未満の場合には、紡績工程での捲き付きが多くなるので好ましくなく、一方、ジエステルのモル分率が４０モル％を超える場合には、制電性が低下するので好ましくない。なお、本発明の燐酸エステルアルカリ金属塩には、アルコールの付加していない燐酸アルカリ金属塩、また、ポリ燐酸のアルカリ金属塩、さらには、ポリ燐酸エステルアルカリ金属塩等（これらを合せてその他と称することがある）を含んでいてもよい。
燐酸エステルアルカリ金属塩のアルカリ金属としては、ナトリウム、カリウム、リチウムなどが挙げられるが、なかでもカリウムが好ましい。
なお、燐酸エステルアルカリ金属塩は、通常五酸化燐と所定量のアルコールとを反応させて部分燐酸エステルを合成し、次いで過剰の酸をアルカリ金属水酸化物で中和することにより製造されるが、本発明で用いられる燐酸エステルアルカリ金属塩は、アルコールの使用量と反応温度を適宜調整すれば容易に製造することができる。
本発明のパラ型芳香族ポリアミド繊維には、上記の燐酸エステルアルカリ金属塩に加えて、脂肪酸アルカノールアミドおよび／またはポリオキシエチレン脂肪酸アミドが、繊維重量を基準として０．０１〜０．２重量％、好ましくは０．０３〜０．１５重量％、特に好ましくは０．０３〜０．１０重量％付着していることが好適である。なお、ここでいう脂肪酸アルカノールアミドとは、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、イソプロパノールアミンなどのアルカノールアミンと脂肪酸とからなる縮合生成物を対象とし、一方ポリオキシエチレン脂肪酸アミドとは、脂肪酸アミドに酸化エチレンを付加させた付加重合物または脂肪酸アミドとポリエチレングリコールの脱水縮合物を対象とする。すなわち、脂肪酸アミドの窒素原子に結合する二つの活性水素に酸化エチレンを付加重合するか、またはポリエチレングリコールを脱水縮合した非イオン界面活性剤である。
この様な脂肪族アルカノールアミドおよび／またはポリオキシエチレン脂肪酸アミドが、上記の燐酸エステル塩に加えて付着していると極圧摩擦下での潤滑性に優れ、高速化された紡績工程においても安定的に紡績することができ、各工程の各ガイド、ローラー上へのスカムの堆積が減少するだけでなく、これら各ガイド、ローラーから受ける損傷も著しく低減されるので、糸切れが著しく抑制され、得られる紡績糸の品位も著しく向上する。
本発明においては、本発明の目的を阻害しない範囲内、通常は前記成分の２０重量％以下の範囲内であれば、必要に応じて平滑剤（例えば流動パラフィンなどの鉱物油類、ラウリルオレエート、イソトリデシルステアレートなどの１価脂肪酸エステル、ジオレイルアジペート、ジオクチルセバケートなどの２塩基酸ジエステル、トリメチロールプロパントリラウレート、ヤシ油などの多価アルコールエステル、プロピレンオキサイド／エチレンオキサイド共重合ポリエーテル）、離型剤、防腐剤、消泡剤などの他の繊維処理剤成分を適宜添加してもよい。
本発明のパラ型芳香族ポリアミド短繊維は、その単糸繊度、繊維長、捲縮数、捲縮率などは特に限定する必要はないが、特に単糸繊度は０．８〜５．０ｄｔｅｘ、繊維長は３８〜７６ｍｍ、捲縮数は６〜１５個／２５ｍｍ、捲縮率は７．５〜１９％の範囲にあるものが適当である。
上記の燐酸エステルアルカリ金属塩を繊維表面に付着する方法は特に限定されず、従来公知の方法、例えば上記組成物を含有する水溶液または水分散液（以下単に処理剤と略記することがある）を繊維に噴霧する方法、浴中に繊維を浸漬する方法、給油ローラーやガイドに接触させる方法など、任意の方法を採用することができる。

以下、実施例を挙げて本発明の構成および効果をさらに詳細に説明する。なお、実施例における各物性は次の方法で求めた。
（１）集束性
処理剤を付与したパラ型芳香族ポリアミド短繊維の打綿工程でのラップ嵩（ｃｍ^３／ｇ）を測定し、２１ｃｍ^３／ｇ以下であれば良と判定した。
（２）制電性
２０℃×６５％ＲＨに調湿されたカード工程において、ウェブ上１０ｃｍの静電電位を測定し、その絶対値が０．５ｋＶ以下である場合を良と判定した。
（３）紡績スカム
パラ型芳香族ポリアミド短繊維１００ｋｇを２０℃×６５％ＲＨに調湿された練条工程に通し、ゴムローラー、金属ローラーおよびガイド類に付着したスカムの総量を測定し、その重量が１５ｍｇ／１００ｋｇ以下である場合を良と判定した。
（４）ローラー捲付き
パラ型芳香族ポリアミド短繊維１００ｋｇを２０℃×６５％ＲＨに調湿された練条工程に通した時のローラー捲付き回数を測定し、２回／１００ｋｇ以下である場合を良と判定した。
（５）高速精紡における繊維の損傷
下記の条件で精紡を行い、コップ下部（糸とアンチノードリングが接触）の糸からランダムに切り取った長さ５ｃｍの糸片５０本について、存在するフィブリルの個数を光学顕微鏡で観察して数え、５個未満であれば、良と判定した。
スピンドル回転数：２００００ｒｐｍ
リング径：３８ｍｍ
リフト：６インチ
トータルドラフト：４０倍
糸番手：４０番
［実施例１〜５］
パラフェニレンジアミン成分２５モル％、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル成分２５モル％、およびテレフタル酸成分５０モル％からなるパラ型芳香族共重合ポリアミドの１６７０ｄｔｅｘ／１０００ｆｉｌの延伸糸に、表１に記載された組成の処理剤（処理剤中の燐酸エステル塩はラウリルホスフェートカリウム塩、その他の燐酸エステル塩の具体例としては、アルコールの付加していない燐酸アルカリ金属塩、また、ポリ燐酸のアルカリ金属塩、さらには、３以上のアルコールが付加した燐酸エステルアルカリ金属塩等）を浸漬方式で表１記載の付着量となるように付与し、次いで予熱温度９５℃で押し込み捲縮を施し１０５℃で乾燥した後、５１ｍｍに切断して捲縮数１１．０個／２５ｍｍ、捲縮率１３．５％のパラ型芳香族ポリアミド短繊維を夫々１００ｋｇ得た。これらの短繊維をシングルスカッチャーに通してラップを形成し、カードに供給してカードスライバーを形成し、これを練条機に通した。これらの工程を通過中に上記の各評価を実施し、得られた結果を表１に示す。この表から明らかなように、本発明のパラ型芳香族ポリアミド短繊維はいずれも良好な紡績性を有していることが分かる。
［比較例１〜５］
実施例１において、処理剤組成またはその付着量を表１に記載の如く変更する以外は、実施例１と同様にして、各水準のパラ型芳香族ポリアミド短繊維を夫々１００ｋｇ得た。
得られた短繊維を実施例１と同様に評価した結果を表１にあわせて示す。
この表から明らかな様に、モノエステルのモル分率が高すぎる場合（比較例１）は、紡績スカムが多くなるだけでなく、ローラー捲き付き回数も増加する。また、モノエステルのモル分率が低すぎる場合（比較例２）、および、ジエステルのモル分率が高すぎる場合（比較例３）は、制電性が悪化する。さらには、処理剤付着量が高すぎる場合（比較例４および５）は、紡績スカムが多くなるだけでなく、ローラー捲き付き回数も増加する。これらの場合は、いずれも、紡績性の低下につながることがわかる。

本発明のパラ型芳香族ポリアミド短繊維は、粘着性や減摩性に優れていると共に集束性および制電性にも優れているため、紡績工程等における種々のトラブルが抑制され、極めて安定して高品位の紡績糸を提供することができる。したがって、この特性を生かして防護衣料用途を始めとして各種産業用途に好適に使用することができる。

Claims (3)

1. 下記ＡおよびＢを同時に満足する、炭素数１２のアルコールの燐酸エステルアルカリ金属塩が、繊維重量を基準として０．０５〜１．０重量％付着していることを特徴とするパラ型芳香族ポリアミド短繊維。
   Ａ．モノエステル塩のモル分率が４５〜７０モル％
   Ｂ．ジエステル塩のモル分率が１０〜４０モル％
2. 燐酸エステルアルカリ金属塩に加えて、脂肪酸アルカノールアミドおよび／またはポリオキシエチレン脂肪酸アミドが０．０１〜０．２０重量％付着している請求項１記載のパラ型芳香族ポリアミド短繊維。
3. パラ型芳香族ポリアミドが、コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミドである請求項１記載のパラ型芳香族ポリアミド短繊維。