JP5567363B2 - 芳香族ポリアミド短繊維 - Google Patents

Description

本発明は芳香族ポリアミド短繊維、特には紡績性能に優れた芳香族ポリアミド短繊維に関する。

芳香族ポリアミド繊維は、ポリエステル繊維や脂肪族ポリアミド繊維等の汎用合成繊維に比べ物性に優れ、近年では各種産業用途や機能性衣料として広く利用されている。中でも高結晶性で耐熱性に優れ大量生産に適することから、一定長に切断された短繊維が、消防服等の特に難燃性が要求される産業用資材や衣料用途に広く使用されている。

しかし、芳香族ポリアミド繊維は他の合成繊維に比べて極めて静電気を帯び易く、紡績のカード工程でのシリンダー部への捲付き、あるいはウェア斑が発生し易く、安定した品質の紡績糸が得られないとの問題があった。さらに、粗紡や精紡工程では各種ローラやガイドとの擦過によって繊維がフィブリル化し易く、油剤の粘性も加わって糸導に堆積し易く清掃の頻度が多くなり、作業負担が大きく、作業効率が低下するという問題があった。特に近年では高速で紡績を実施するリング紡績やＭＪＳに使用する場合が増え、繊維のフィブリル化が更に発生しやすく、スカムの付着やローラ捲付きが多く発生するため、紡績工程の通過性が極めて悪化してきているという問題が顕在化してきた。

これらの問題に対し、特許文献１では、フィブリル化を抑制するために特定炭素数の長鎖アルキル燐酸エステル塩を含む処理剤が提案されている。しかしこの処理剤は特に低湿度下の条件において静電気が発生しやすいという問題があった。そこで特許文献２には若干炭素数の少ないアルキル燐酸エステル塩と含窒素ノニオン型の制電剤を併用することにより、集束性と制電性を両立させた処理剤が開示されている。しかしいずれの方法を用いた場合にも、静電気の発生を抑制しながら、スカムの発生やローラへの巻付きを十分には抑えることができない、という問題があった。

特開平９−１８８９６９号公報 特開２００１−２０７３７９号公報

本発明は、工程通過性に優れた芳香族ポリアミド短繊維を提供することにある。

本発明の芳香族ポリアミド短繊維は、芳香族ポリアミド繊維の表面に油剤が付着している芳香族ポリアミド短繊維であって、該油剤が（Ａ）成分を５０〜９５重量％、（Ｂ）成分を５〜２０重量％含有し、かつ該油剤の高濃度エマルジョン粘度が５０Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする。
（Ａ）炭素数が６〜１２の燐酸エステルのアルカリ金属塩
（Ｂ）３０℃での動粘度が５〜５０ｍｍ^２／ｓである多価アルコール脂肪酸エステルのエチレンオキサイド付加物であって、多価アルコールに脂肪酸をエステル化反応させ、次いでエチレンオキサイドを付加させた物であり、多価アルコールがグリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、ソルビタンの群から選ばれた一つであり、脂肪酸が炭素数８〜１８の高級脂肪酸である多価アルコール脂肪酸エステルのエチレンオキサイド付加物。

さらには、繊維重量に対する付着量が０．２〜１．０重量％であることや、芳香族ポリアミド繊維が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い。
そして、本発明の紡績糸は、上記本発明の芳香族ポリアミド短繊維からなるものであり、紡績することを特徴とする。

本発明によれば、工程通過性に優れた芳香族ポリアミド短繊維が提供される。

本発明は、芳香族ポリアミド繊維の表面に油剤が付着している芳香族ポリアミド短繊維に関するものである。ここで芳香族ポリアミド繊維を構成する芳香族ポリアミドについて述べると、一般式−ＮＨ−Ａｒ_１−ＮＨ−ＣＯ−Ａｒ_２−ＣＯ−及び／または−ＮＨ−Ａｒ_３−ＣＯ−なる繰返し単位（Ａｒ_１、Ａｒ_２、Ａｒ_３はそれぞれ独立に二価の芳香族基である）で表わされるものである。具体例としては、ポリパラフェニレンテレフタルアミド、ポリメタフェニレンイソフタルアミド、ポリパラベンゾアミド、ポリ-３，４′−オキシジフェニレンテレフタルアミド／ポリパラフェニレンテレフタルアミド共重合体である。

本発明の芳香族ポリアミド繊維は、以上のような芳香族ポリアミドからなるパラ系芳香族ポリアミド繊維（いわゆるパラ系アラミド繊維）やメタ系芳香族ポリアミド繊維（いわゆるメタ系アラミド繊維）を挙げることができるが、本発明の効果は短繊維として生産、加工が行われることが多いメタ系芳香族ポリアミド繊維であることが、特に好ましい。

ここでメタ系芳香族ポリアミドについてさらに詳細に述べると、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ほう芳香族ポリアミド
（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。

そして好ましいメタ系芳香族ポリアミド繊維としては、２０重量％までは、他の共重合成分を混合しても良く、共重合成分としては、パラ系芳香族ポリアミド成分であることが特に好ましい。

なお、この好ましいメタ系芳香族ポリアミド繊維としては、固有粘度は、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のものであることが好ましい。さらに、難燃剤、着色剤、耐光向上剤、艶消し剤、導電剤などの添加剤を、本発明の目的を損なわない範囲で含有してもよい。

また本発明の芳香族ポリアミド短繊維の長さとしては２００ｍｍ以下、通常は０．２〜１５０ｍｍ、より好ましくは３８〜７６ｍｍの範囲であることが好ましい。また繊度としては２５ｄｔｅｘ以下、通常は０．５〜１５ｄｔｅｘ、より好ましくは１．３〜３．３ｄｔｅｘの範囲であることが好ましい。このような形状の短繊維であると、紡績して紡績糸とすることが容易となる。

本発明の芳香族ポリアミド繊維は、このような繊維の表面に油剤が付着しているものであって、その油剤が下記の（Ａ）成分を５０〜９５重量％含有し、かつ（Ｂ）成分を５〜２０重量％含有することを必須とするものである。
（Ａ）炭素数が６〜１２の燐酸エステルのアルカリ金属塩
（Ｂ）３０℃での動粘度が５〜５０ｍｍ^２／ｓである多価アルコール脂肪酸エステルのエチレンオキサイド付加物であって、多価アルコールに脂肪酸をエステル化反応させ、次いでエチレンオキサイドを付加させた物であり、多価アルコールがグリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、ソルビタンの群から選ばれた一つであり、脂肪酸が炭素数８〜１８の高級脂肪酸である多価アルコール脂肪酸エステルのエチレンオキサイド付加物。

ここで本発明において、芳香族ポリアミド系短繊維に付与せしめられる処理剤についてさらに説明をする。（Ａ）成分である燐酸エステルのアルカリ金属塩は、空気中の水分を吸湿し易く、低湿度下の環境でも静電気の発生を抑制させることが可能となる。さらにこのようなアルカリ金属塩は、アラミド繊維表面に付着した油剤中に含有されることにより、紡績機のローラやガイド等と繊維との擦過によって、ガイド等の金属表面に吸着、配向し、繊維と金属との摩擦抵抗を低く保つことができる。そのため本発明の短繊維はカードや練条及び精紡工程での糸切れが防止され、生産性向上がはかられるのである。さらに、アラミド繊維の表面に存在するこのようなアルカリ金属塩は、吸湿した場合でも油剤の粘性を低く保たれている。本発明の短繊維は、紡績機でのローラ捲き付きが極めて少なくなり、紡績の工程通過性が極めて安定化するのである。

このような本発明で使用される燐酸エステル塩は、従来より広く使用されている炭素数が６〜１２の高級アルコールと無水燐酸から合成することが可能である。さらに本発明の効果をより発揮するためには、炭素数が６〜８の燐酸エステルのアルカリ金属塩であることが好ましい。本発明のアルカリ金属塩としては、ナトリウム塩、カリ塩、リチウム塩が好ましい。より具体的にはカプロイルホスフェートのカリ塩、カプロイルホスフェートのナトリウム塩、カプリルホスフェートのカリ塩、カプリルホスフェートのナトリウム塩、ラウリルホスフェートのカリ塩、ラウリルホスフェートのナトリウム塩等を挙げることができる。

本発明で用いる燐酸エステルのアルカリ金属塩の繊維表面に付着した油剤成分中の含有量としては、５０〜９５重量％であることが必要である。５０重量％未満の場合、制電性が不良となり静電気発生に伴うローラ捲き付き等が発生し易く、紡績性を著しく損ない、使用が困難となる。逆に、９５重量％を越えると油剤中の（Ｂ）成分が不足し、十分な効果を得ることができない。

次に（Ｂ）成分について説明する。（Ｂ）成分とは、３０℃での動粘度が５〜５０ｍｍ２／ｓである多価アルコール脂肪酸エステルのエチレンオキサイド付加物である。この（Ｂ）成分を本発明の短繊維に用いることによって、短繊維からなるスライバーに適度な集束性を付与することが可能となり、後工程のローラ捲付きの防止に特に有効である。

通常、芳香族ポリアミド繊維を高速で紡績を実施する場合には、高速練条や超高速空気革新精紡機のＭＴＳ(ムラタ・ツインスピナー)、ＭＪＳ(ムラタ・ジェットスピナー)等が２００〜３００ｍ／分と高速なため、スライバーが金属やゴムローラー等の擦過によって集束性が低下するという問題があった。スライバーの一部の単糸が金属やゴムローラーに捲付き易くなり、紡績を続行することが困難になるためである。本発明の短繊維では、その現象を有効に抑えることが可能となったのである。

このような本発明で使用される多価アルコールのエチレンオキサイド付加物は、例えばグリセリンやペンタエリスリトール、ソルビトール、あるいはソルビタンに脂肪酸及び水酸化ナトリウムを加え、加熱することによってエステル化反応させ、次いでエチレンオキサイドを付加させることで合成することが可能である。ここで多価アルコールと反応させる脂肪酸としては、炭素数８〜１８の高級脂肪酸が好ましく、例えばカプリル酸、ラウリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸等を挙げることができる。エチレンオキサイドの付加モル数として５〜４０モルの範囲が好ましい。より具体的には、例えばグリセリンモノラウレートのエチレンオキサイド付加物、ペンタエリスリトールのエチレンオキサイド付加物、ソルビタンモノラウレートのエチレンオキサイド付加物、ソルビタンモノステアレートのエチレンオキサイド付加物、ペンタエリスリトールモノラウレート等を挙げることができる。

またこの本発明で用いる（Ｂ）成分としては、３０℃での動粘度が５〜５０ｍｍ^２／ｓであることが非常に重要である。このような動粘度を満たすことにより、紡績時の集束性を高い状態に保つことが可能となったのである。動粘度が低い場合には集束性不良による糸バラケが多くなり糸切れの要因となり、逆に動粘度が高すぎる場合には繊維に付着した剤の粘性が高くなり、ゴムや金属ローラに捲き付きやすいという問題が起こる。

この（Ｂ）成分である多価アルコール脂肪酸エステルのエチレンオキサイド付加物は、本発明の短繊維表面に存在する油剤中に、５〜２０重量％の範囲で含有することが必要である。５重量％未満ではスライバーの集束性の効果が低下し、単糸間のバラケが多くなり、スライバーの太さ斑が発生し、均一な紡績糸を得ることはできない。一方、２０重量％を越えると集束性は良好であるものの油剤の粘性が増大し、高速練条や超高速空気革新精紡機（ＭＴＳ、ＭＪＳ等）の、ゴムローラー表面に油剤が堆積し、スライバーがゴムローラーに捲付くために、安定生産を行うことができない。

そして本発明では上記（Ａ）成分と（Ｂ）成分を規定量含有することに加え、高濃度油剤エマルジョン粘度が５０Ｐａ・ｓ以下の油剤であることが必須である。高濃度とは２０重量％以上の濃度をいい、さらには濃度が２０〜７０重量％のすべての範囲において油剤のエマルジョン粘度が５０Ｐａ・ｓ以下であることが好ましい。さらには１０〜４０Ｐａ・ｓのエマルジョン粘度を保つことが好ましい。このように高濃度であってもエマルジョン粘度を低く保つことにより、繊維表面に付着した後の様々な工程において有効に油剤の効果を発揮することが可能となる。紡績工程での工程通過性を良好させることが可能となったのであり、低湿から高湿までの様々な環境下において、ロール等への巻付きやスカムの発生を有効に防止しえたのである。なおここでいう高濃度油剤エマルジョン粘度は、所定の濃度に調整した後、Ｂ型粘度計を用い、３０℃に調整した油剤エマルジョン中で円筒または円盤を回転させたときに、円筒・円盤間に働く液体の粘性抵抗トルクを測定したものである。

また本発明の芳香族ポリアミド短繊維の表面に存在する油剤には、上記の（Ａ）成分及び（Ｂ）成分以外に、通常の短繊維用油剤に使用されているアニオン界面活性剤や、ノニオン界面活性剤、さらには乳化調整剤、抗菌剤、防腐剤、紫外線吸収剤等を、本発明の目的を損なわない範囲で適宜選択使用することも好ましい。

本発明の芳香族ポリアミド短繊維は、上記の成分からなる油剤が付着したものであるが、その油剤の付着量としては、繊維重量に対して０．２〜１．０重量％であることが好ましい。その付着方法は特に限定する必要はないが、例えば、油剤を１〜１０％の水溶液として、ローラ法、浸漬法、飛沫を塗布するスプレー法等の任意の方法により、紡糸、延伸等任意の段階で付与することができる。処理剤の付着量は、繊維に対して０．２〜１．０重量％、さらには０．３から０．８重量％とすることが望ましい。本発明で用いる油剤はその高濃度のエマルジョン粘度が低く保たれているため、工程途中の金属ロール上などにスカムが発生するなどの問題点を克服できたのである。

また本発明の芳香族ポリアミド短繊維は、後の加工が行いやすいように捲縮をかけたものであることが好ましく、捲縮数としては６〜１５個／２５ｍｍ、捲縮率としては７．５〜１９％の範囲であることが好ましい。

この本発明の芳香族ポリアミド短繊維は、特に低湿度の条件下において、捲付きやスカムの発生が極めて少なく安定した紡績性が得られる。これは低粘度の油剤が均一に斑無く付着し、低湿度下でも静電気の発生が少なくすることができたためであると考えられる。本発明の芳香族ポリアミド系短繊維は、カード工程、練条工程等の紡績工程における工程通過性が極めて優れているのである。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。なお、実施例中の％はすべて重量％を示す。また夫々の評価は下記の方法に従った。

（１）カード通過性
２５℃、６５％ＲＨの条件下で３００ゲレン／ヤード（０．９１４４ｍ）、１２ｒｐｍでカードにかけ口出し時のコイラーチュ−ブ詰りおよびカレンダーロールとコイラー間でのスライバーの垂れを観察した。総合的に問題のないものを○とし、紡績性等が特に不良で円滑に加工できない場合を×、中間のものを△と判定した。

（２）カード静電気発生量
２５℃、４５％ＲＨの条件下で３００ゲレン／ヤード（０．９１４４ｍ）、１２ｒｐｍでカードにかけドッファ−と引取ローラとの間でウェブから１０ｃｍ離れた高さ（位置）で春日式静電気測定器で静電気量（キロボルト：ｋＶ）を測定した。

（３）練条通過性
また、練条工程における特性としては、２５℃、湿度６５％の条件下で３００ゲレン／ヤード（０．９１４４ｍ）を１８０ｍ／分の紡速で練条機を３回通過させ、口出し時の練条ローラ詰りや練条ローラへの捲付きを観察し、総合的に良好なものを○とし、特に不良で円滑に練条工程を通過できないものを×、中間を△と判定した。

（４）高濃度エマルジョン粘度
油剤エマルジョンの濃度を、それぞれ２０、３０、４０、５０、６０、７０重量％に調整し、それぞれ３０℃の恒温水槽に入れた後、２時間後にＢ型粘度計にて粘度を測定した。各測定値のうち最大粘度（Ｐａ・ｓ）を高濃度エマルジョン粘度とした。

［実施例１］
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ュウム水溶液中に押し出し、凝固させ単繊維繊度２．２ｄｔｅｘ、計１４万ｄｔｅｘ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、表１記載の各油剤に再度浸漬し、クリンパ−に供給して、クリンパ−での絞り率を調整して油剤付着量を０．５％とした後、クリンパ−で捲縮性能を付与し、１２０℃で乾燥熱処理を行い、５１ｍｍの長さに切断し芳香族ポリアミド短繊維を得た。
短繊維は捲縮数１２山／インチ（２．５４ｃｍ）、捲縮度は１９％であった。得られた短繊維の紡績性を評価した結果を表１に示す。

［実施例２，３、比較例１〜３］
実施例１の油剤を表記載のように変更した以外は、実施例１と同じ条件にて芳香族ポリアミド短繊維を得た。得られた短繊維の紡績性を評価し、結果を表１に併せて示す。

Claims (5)

1. 芳香族ポリアミド繊維の表面に油剤が付着している芳香族ポリアミド短繊維であって、該油剤が（Ａ）成分を５０〜９５重量％、（Ｂ）成分を５〜２０重量％含有し、かつ該油剤の高濃度エマルジョン粘度が５０Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする芳香族ポリアミド短繊維。
   （Ａ）炭素数が６〜１２の燐酸エステルのアルカリ金属塩
   （Ｂ）３０℃での動粘度が５〜５０ｍｍ^２／ｓである多価アルコール脂肪酸エステルのエチレンオキサイド付加物であって、多価アルコールに脂肪酸をエステル化反応させ、次いでエチレンオキサイドを付加させた物であり、多価アルコールがグリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、ソルビタンの群から選ばれた一つであり、脂肪酸が炭素数８〜１８の高級脂肪酸である多価アルコール脂肪酸エステルのエチレンオキサイド付加物。
2. 繊維重量に対する付着量が０．２〜１．０重量％である請求項１記載の芳香族ポリアミド短繊維。
3. 芳香族ポリアミド繊維がポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維である請求項１または２記載の芳香族ポリアミド短繊維。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載の芳香族ポリアミド短繊維からなる紡績糸。
5. 請求項１〜３のいずれか１項記載の芳香族ポリアミド短繊維を紡績することを特徴とする紡績糸の製造方法。