JP5059734B2 - ゴム補強用ショートカット繊維 - Google Patents

Description

本発明は、ゴム補強用ショートカット繊維に関する。さらに詳細には物性に優れながらゴム中での分散が良好なゴム補強用ショートカット繊維に関する。

従来より、芳香族ポリアミド繊維は優れた耐熱性と耐炎性を有しているため、難燃性繊維として、消防服等の耐熱性が要求される用途に広く使用されてきていた。さらに最近では、繊維として用いるだけでなく、ゴム繊維複合体として、芳香族ポリアミドのショートカット繊維をゴムに練り込むことが広く行われるようになってきた。特にこのような芳香族ポリアミドショートカット繊維は、ゴム繊維複合材が擦過されても補強繊維が剥がれ難く、静音ベルト等への用途展開が考えられている。

しかし、ベルトの補強材に使用される芳香族ポリアミド繊維は、通常の合成繊維であるポリエステル繊維あるいは脂肪族ポリアミド繊維と異なり、同様の油剤を用いた場合には、高強度繊維であるがゆえのローラ巻き付きやスカムの発生が多いという問題があった。

そこで例えば特許文献１には芳香族ポリアミド短繊維に適した油剤として部分リン酸エステルアルカリ金属塩が提案されている。しかしこのものは芳香族ポリアミド繊維として優れた生産性は得られるものの、得られたショートカット繊維はゴムに均一に分散できず、得られるゴム繊維複合体の品質を十分に高めることが出来ないという問題があった。
特開２００２−２２７０７６号公報

本発明は、上記、従来技術を背景になされたもので、その目的は、ゴム補強材の製造時、ショートカット繊維の分散性が良好で、かつ品質の優れたゴム補強材を製造することが可能なゴム補強用ショートカット繊維を提供することを目的とする。

本発明のゴム補強用ショートカット繊維は、芳香族ポリアミド繊維に下記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の各成分を含有する油剤が付与されていることを特徴とする。
（Ａ）炭素数８〜１８の飽和又は不飽和アルコールに、エチレンオキサイドが１〜１０モル付加した硫酸エステルのナトリウム塩又はカリウム塩；６０〜９０重量％
（Ｂ）炭素数８〜１８の飽和又は不飽和アルコールに、プロピレンオキサイド又はエチレンオキサイドが１〜１０モル付加した燐酸エステルのナトリウム塩又はカリウム塩；５〜２０重量％
（Ｃ）分子量が８００〜３０００の非イオン性界面活性剤；５〜２０重量％。

さらには、（Ｃ）成分の非イオン性界面活性剤が、多価アルコールの部分エステル、多価アルコールエステルのエチレンオキサイド付加物、ヒマシ油及び又は硬化ヒマシ油のエチレンオキサイド付加物、芳香族化合物のエチレンオキサイド付加物のいずれか一つ以上であることや、芳香族ポリアミド繊維が、メタ系芳香族ポリアミド繊維であることが好ましい。また、芳香族ポリアミド繊維の繊維長が１〜１０ｍｍ、繊度が０．５〜５ｄｔｅｘであることや、油剤付着量が繊維重量に対して０．１〜０．４重量％であることが好ましい。

本発明によれば、ゴム補強材の製造時、ショートカット繊維の分散性が良好で、かつ品質の優れたゴム補強材を製造することが可能なゴム補強用ショートカット繊維が提供される。

本発明のゴム補強用ショートカット繊維は、芳香族ポリアミド繊維に下記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の各成分を含有する油剤を付与したものである。
（Ａ）炭素数８〜１８の飽和又は不飽和アルコールに、エチレンオキサイドが１〜１０モル付加した硫酸エステルのナトリウム塩又はカリウム塩；６０〜９０重量％
（Ｂ）炭素数８〜１８の飽和又は不飽和アルコールに、プロピレンオキサイド又はエチレンオキサイドが１〜１０モル付加した燐酸エステルのナトリウム塩又はカリウム塩；５〜２０重量％
（Ｃ）分子量が８００〜３０００の非イオン性界面活性剤；５〜２０重量％

ここで芳香族ポリアミド繊維としては、パラ系芳香族ポリアミド繊維やメタ系芳香族ポリアミド繊維が例示されるが、耐熱性、生産性の観点からはメタ系芳香族ポリアミド繊維であることが好ましい。特にはポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維であることが好ましく、より具体的には、下記（イ）〜（ハ）の芳香族ポリアミドを混合したポリマーからなる繊維であることが好ましい。
（イ）アミン成分が、キシレンジアミン３５〜１００モル％、芳香族ジアミン６５〜０モル％、酸成分が芳香族ジカルボン酸からなる芳香族ポリアミド。
（ロ）アミン成分が、炭素数１〜４のアルキル置換基を少なくとも１つ有するフェニレンジアミンまたは置換基を有さない芳香族ジアミンであり、酸成分が芳香族ジカルボン酸よりなる芳香族ポリアミド。
（ハ）アミン成分が、１〜４のハロゲン置換基を有するフェニレンジアミン４０〜１００モル％と、置換基を有さない芳香族ジアミン６０〜０モル％とからなり、酸成分が芳香族
ジカルボン酸からなる芳香族ポリアミド。

また、本発明の芳香族ポリアミド繊維としては、より強力を高めるためにメタ系芳香族ポリアミド繊維に対し、パラ系芳香族ポリアミド繊維を混合することも好ましく、分量としてはパラ系芳香族ポリアミド繊維が約２０重量％程度であることが好ましい。パラ系芳香族ポリアミド繊維としては、共重合芳香族ポリアミド繊維であることも好ましい。

芳香族ポリアミド繊維の固有粘度としては、０．５ｇ／１００mlの濃硫酸溶液（３０℃）で測定した値が０．８〜４．０、特に１．０〜３．０のものが好ましい。また、難燃剤、着色剤、耐光向上剤、艶消し剤、導電剤などの添加剤は、発明の目的を損なわない範囲で含有されていてもよいのは言うまでも無い。

本発明の芳香族ポリアミド繊維はゴム補強用ショートカット繊維として用いられるが、繊維長としては１〜１０ｎｍであることが好ましい。特に好ましくは１〜５ｍｍの範囲であり、最も好ましくは２〜３ｍｍの範囲である。また芳香族ポリアミド繊維の繊度としては０．５〜５ｄｔｅｘであることが好ましい。さらには１〜３ｄｔｅｘであることが好ましい。繊度にもよるが芳香族ポリアミド繊維の繊維長が１ｍｍ未満であると、カールが生じやすく好ましくない傾向にある。一方、１０ｍｍを越えるとゴム補強のためにゴム中にショートカット繊維を混練した際、分散性が悪く好ましくない傾向にある。

本発明のゴム補強用ショートカット繊維は、上記の芳香族ポリアミド繊維（以下アラミド繊維とする）に特定の油剤が付与されたものであるが、油剤付着量としては繊維重量に対し０．１〜０．４重量％であることが好ましい。油剤付着量が少なすぎる場合には、静電気発生によってトウがバラケやすくなり、カット長斑が発生しやすくなりゴムに混練の際の分散性が不良になりやすく好ましくない傾向にある。逆に油剤付着量が多すぎると、製造時の繊維束の集束性が高くなり、ゴム中にショートカット繊維を分散する際に単糸に分かれ難くなり、ゴム中に繊維が均一分散することが困難になる傾向にある。

さて次に本発明のゴム補強用ショートカット繊維に必須とされる各油剤成分について述べる。
（Ａ）成分は特定のアルキレンオキサイド付加硫酸エステル塩であるが、炭素数８〜１８の飽和又は不飽和アルコールに、エチレンオキサイドが１〜１０モル付加した硫酸エステルのナトリウム塩及び又はカリウム塩であることが必要である。ここで炭素数８〜１８の飽和又は不飽和アルコールとしては例えば、カプリルアルコール、ラウリルアルコール、セチルアルコール、ステアリルアルコール、オレイルアルコール等が挙げられる。付加するエチレンオキサイドとしては１〜１０モルであることが必須だが、好ましくは２〜６である。本（Ａ）成分は耐硬水性があり、水不溶の塩にイオン交換し難いため安定したエマルジョンが得られる。また、配合量としては６０〜９０重量％であることが必要である。平滑、集束、制電性に優れている点から主成分として配合することが必要であり、配合量が６０％未満ではこれらの効果を発現することが出来ない。

次に（Ｂ）成分としては、特定なアルキレンオキサイド付加燐酸エステル塩であるが、炭素数８〜１８の飽和又は不飽和アルコールに、プロピレンオキサイド又はエチレンオキサイドが１〜１０モル付加した燐酸エステルのナトリウム塩又はカリウム塩である。ここで炭素数８〜１８の飽和又は不飽和アルコールとしては、前述の（Ａ）成分に使用したものを例としてあげることが出来る。本（Ｂ）成分も耐硬水性があり、平滑、集束、制電性を高める効果も、（Ａ）成分ほどではないが（Ａ）成分と同様に有している。さらに（Ａ）成分と（Ｂ）成分を併用することで、各成分をそれぞれ単独で使用した場合に比べ、顕著に耐熱性が向上して、タール化し難い特徴がある。また、（Ｂ）成分中のプロピレンオキサイド及びエチレンオキサイドは、それぞれ単独成分で用いても良いが混合して用いることも出来る。また、燐酸エステルのナトリウム塩及びカリウム塩も、単独だけでなく混合して用いることが可能である。

この（Ｂ）成分の配合量としては５〜２０重量％であることが必要である。配合量が５重量％未満では耐熱性の改善がみとめられない。逆に配合量が２０重量％を超えると他成分の比率を低下せざるをえず、平滑、集束、制電性等の面で性能が低下する傾向にある。

本発明の油剤に用いられる（Ｃ）成分は、分子量が８００〜３０００の非イオン性界面活性剤である。さらには１０００〜２０００の分子量であることが好ましい。本発明ではこの（Ｃ）成分を油剤中に配合して用いることによって、ゴム中での分散性の非常に優れたゴム補強用ショートカット繊維となった。理由はよく判らないものの、ゴムに対する親和性が低いこのような（Ｃ）成分を併用することによって、ショートカット繊維のゴム中での分散性が顕著に向上したのである。ちなみに、本発明の繊維に併用して用いられる先述の（Ａ）成分や（Ｂ）成分は、繊維の製造工程における平滑性や集束性及び制電性を付与するために必要であるものの、（Ｃ）成分と併用せず単独で用いた場合には、ゴムに対する親和性が高く、ゴム膨潤によって繊維のゴム中分散性を悪くする欠点があった。

このような非イオン性界面活性剤としては、具体的には多価アルコールの部分エステル、多価アルコールエステルのエチレンオキサイド付加物、ヒマシ油及び又は硬化ヒマシ油のエチレンオキサイド付加物、芳香族化合物のエチレンオキサイド付加物等が挙げられる。ここで多価アルコールとしてはエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビタン、ソルビトール等が好ましく用いられる。さらに詳細に述べると、エチレングリコールジラウレートのエチレンオキサイド（ＥＯ）付加物、ネオペンチルグリコールモノオレートのＥＯ付加物、グリセリンジラウレートのＥＯ付加物、ソルビタンジオレート、ソルビタンモノオレートのＥＯ付加物、ソルビトールジオレートの（ＥＯ）付加物等が好ましい例として挙げられる。芳香族化合物としてはノニルフェノールのＥＯ付加物、ベンジルアルコールのＥＯ付加物、スチレン化フェノールのＥＯ付加物、ベンジルフェニルフェノールのＥＯ付加物、トリスチレン化フェノールのＥＯ付加物等であることが好ましい。

（Ｃ）成分の配合量としては、５〜２０重量％であることが好ましい。５重量％未満では、ショートカット繊維のゴム中への分散性を改善できない。一方、２０重量％を越えると、平滑性が損なわれて、製糸工程での工程通過性が不良となり品質の高いショートカット繊維とならない。

以上、本発明に用いられる必須の油剤成分について説明したが、上記以外の成分、例えば防錆び、抗菌、酸化防止剤その他の成分も、本発明の目的を損なわない範囲で使用することも出来る。

本発明のゴム補強用ショートカット繊維は、芳香族ポリアミド繊維を紡糸したのちに（Ａ）、（Ｂ）（Ｃ）成分を含有する油剤を塗布し乾燥して得ることができ、より効率的に生産するためには紡糸の段階にて単繊維が多数集合したトウとして生産し、油剤の付与、乾燥を行った後に所定の長さに切断して得ることにより製造することが出来る。

そしてこのようにして得られた本発明のゴム補強用ショートカット繊維は、ゴムに練り込んでゴム繊維複合体を製造することができる。そして、繊維の分散性が良好で繊維の強度がゴム補強に有効に活用できるため、得られたゴム繊維複合体はゴム資材、なかでもゴムベルト等に最適に使用される。

以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。なお実施例における各特性の評価は次の通りである。

（１）油剤エマルジョンの白濁性
トウを処理する処理槽の２％エマルジョン液を１時間毎に採取し、濁度及び沈殿状スカムの有無を肉眼判定した。
○；エマルジョン液が透明で沈殿物も発生しない。
△；エマルジョン液がやや白濁で沈殿物が僅か発生している。
×；エマルジョン液が白濁し沈殿物も多い。

（２）油剤の着色性
油剤２ｇをステンレス皿に採取し、１４０℃で３時間加熱後のステンレス皿に残存した油剤の着色状態を肉眼判定した。
○；着色が少ない。
△；やや着色している。
×；黒色に着色している。

（３）油剤の付着量
ソックスレー抽出装置を用い、トウをシクロヘキサン溶媒にて油剤分を抽出後、溶媒を蒸発、させた後油剤の重量を測定して算出した。
油剤付着量（％）＝（抽出油剤重量／抽出前のトウ重量）×１００

（４）繊維カット長
ＪＩＳ Ｌ １０１５ ７．４の方法により測定した。

（５）ショートカット繊維の分散性
切断後のショートカット繊維を肉眼で表面観察し、○、△、×の３段階で評価した。
○；繊維の絡みやカールがなく単糸に分散している。
△；繊維の絡みやカールが多少ある。
×；繊維の絡みやカールが多い。

（６）ゴム中のショートカット繊維の分散性
１５０℃で溶融したゴム中にショートカットした繊維を２重量％混合し、ニーダ混練した後、金型に入れて固化する。固化したゴムを縦１０ｃｍ、幅１０ｃｍ、厚み０．５ｃｍのサンプルを採取し、肉眼で表面観察し、繊維の分散性、カールの有無を○、△、×の３段階で評価した。
○；繊維の絡みやカールがなく単糸に分散している。
△；繊維の絡みやカールが多少ある。
×；繊維の絡みやカールが多い。

［実施例１−３、比較例１−４］
固有粘度１．８のポリメタフェニレンイソフタルアミドを塩化カルシウム水溶液中に押し出し、凝固させ単糸繊度２．２ｄｔｅｘの繊維が集合した１４．２万ｄｔｅｘ（１２．８万デニール）のトウとなし、これを水洗後３．２倍に沸水中で延伸し、ついで乾燥し３４０℃で熱処理し、ついで第１表に示される油剤を常温でトウに付着させノークリンプトウを得た。これを２ｍｍの長さに切断したショートカット繊維を得た。繊維に対する油剤の付着量はいずれも０．２０％であった。この繊維を用い、ゴム中のショートカット繊維の分散性を評価した。結果を併せて表１に示した。

また、実施例１と同じ条件にて油剤の付着量のみを０．２％から０．４％に変更してゴム中のショートカット繊維の分散性を評価したところ、実施例１と同じく繊維の絡みやカールがなく単糸に分散している結果となった。

Claims (5)

1. 芳香族ポリアミド繊維に下記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の各成分を含有する油剤が付与されていることを特徴とするゴム補強用ショートカット繊維。
   （Ａ）炭素数８〜１８の飽和又は不飽和アルコールに、エチレンオキサイドが１〜１０モル付加した硫酸エステルのナトリウム塩又はカリウム塩；６０〜９０重量％
   （Ｂ）炭素数８〜１８の飽和又は不飽和アルコールに、プロピレンオキサイド又はエチレンオキサイドが１〜１０モル付加した燐酸エステルのナトリウム塩又はカリウム塩；５〜２０重量％
   （Ｃ）分子量が８００〜３０００の非イオン性界面活性剤；５〜２０重量％
2. （Ｃ）成分の非イオン性界面活性剤が、多価アルコールの部分エステル、多価アルコールエステルのエチレンオキサイド付加物、ヒマシ油及び又は硬化ヒマシ油のエチレンオキサイド付加物、芳香族化合物のエチレンオキサイド付加物のいずれか一つ以上である請求項１記載のゴム補強用ショートカット繊維。
3. 芳香族ポリアミド繊維が、メタ系芳香族ポリアミド繊維である請求項１または２記載のゴム補強用ショートカット繊維。
4. 芳香族ポリアミド繊維の繊維長が１〜１０ｍｍ、繊度が０．５〜５ｄｔｅｘである請求項１〜３のいずれか１項記載のゴム補強用ショートカット繊維。
5. 油剤付着量が繊維重量に対して０．１〜０．４重量％である請求項１〜４のいずれか１項記載のゴム補強用ショートカット繊維。