JP7315378B2 - Meta-type wholly aromatic polyamide fiber and method for producing the same - Google Patents

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本発明は、強度と伸度の積の平方根で示されるタフネス値が15以上であり、しかも繊維中の残留溶剤量が少ないメタ型全芳香族ポリアミド繊維及びその製造方法に関するものである。さらに詳しくは、無機塩を含む重量平均分子量20~60万のメタ型全芳香族ポリアミドドープを高濃度の無機塩凝固液にて湿式紡糸することにより、タフネス値が15以上であり、且つ繊維中の残留溶剤量が0.1質量%以下であるメタ型全芳香族ポリアミド繊維を製造する方法に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a meta-type wholly aromatic polyamide fiber having a toughness value represented by the square root of the product of strength and elongation of 15 or more and having a small amount of residual solvent in the fiber, and a method for producing the same. More specifically, the present invention relates to a method for producing a meta-type wholly aromatic polyamide fiber having a toughness value of 15 or more and a residual solvent amount of 0.1% by mass or less in the fiber by wet-spinning a meta-type wholly aromatic polyamide dope having a weight average molecular weight of 200,000 to 600,000 containing an inorganic salt with a high-concentration inorganic salt coagulating solution.

従来より、芳香族ジアミンと芳香族ジカルボン酸ジハライドとから製造される全芳香族ポリアミドが耐熱性および難燃性に優れていることは周知であり、かかる全芳香族ポリアミドのうち、ポリメタフェニレンイソフタルアミドで代表されるメタ型全芳香族ポリアミド(以下メタアラミドと称する場合がある。)の繊維は、耐熱・難燃性繊維として特に有用なものである。これらの特性を発揮して、例えば防護衣等の防災安全衣料用途やフィルター、電子部品等の産業用途に用いられている。 Conventionally, it is well known that wholly aromatic polyamides produced from aromatic diamines and aromatic dicarboxylic acid dihalides are excellent in heat resistance and flame retardancy. Among such wholly aromatic polyamides, fibers of meta-type wholly aromatic polyamides (hereinafter sometimes referred to as meta-aramids) typified by polymetaphenylene isophthalamide are particularly useful as heat-resistant and flame-retardant fibers. Taking advantage of these properties, it is used for disaster prevention and safety clothing such as protective clothing, and for industrial applications such as filters and electronic parts.

そして、近年では社会の高度化により、上記各用途においても、軽量化、高強力化のニーズが高まってきており、紡績糸としては繊維の破断強度が4.5cN/dtexを超える高強力メタアラミド繊維からなるものが、好適に用いられている。 In recent years, due to the sophistication of society, the need for lighter weight and higher strength has increased in each of the above applications, and spun yarns made of high-strength meta-aramid fibers with a fiber breaking strength exceeding 4.5 cN / dtex are suitably used.

さらに、上記各用途においては、さらなる加工性や耐疲労性向上に対する要求が高まって来ており、それを満足させるためには、繊維の破断強度を確保しつつ伸度を向上させる、即ち、高タフネス化させることが必要となって来ている。 Furthermore, in each of the above applications, there is an increasing demand for further improvement in workability and fatigue resistance, and in order to satisfy it, it is necessary to improve the elongation while ensuring the breaking strength of the fiber, that is, to increase toughness.

特に、衣料用途において繊維の伸度は重要な要素の一つであり、高伸度繊維からなる衣料は、柔軟性が発揮され、風合いや快適性の向上に繋がる。そのため、破断強度を満足しつつ、高伸度を有するメタアラミド繊維が得られれば、その工業的価値は極めて高い。 In particular, the elongation of fibers is one of the important factors in clothing applications, and clothing made of high-elongation fibers exhibits flexibility, leading to improved texture and comfort. Therefore, if a meta-aramid fiber having high elongation while satisfying breaking strength is obtained, its industrial value is extremely high.

また、メタアラミドはアミド系極性溶媒に可溶であり、該重合体溶液から乾式紡糸、湿式紡糸、半乾半湿式紡糸などの方法により繊維となし得ることもよく知られているが、一方で、アミド系溶媒は繊維中に残留すると高温雰囲気下における繊維の着色や黄変などが発生するだけでなく、衣料用途として用いる場合は人体への悪影響が懸念される。このことから残留溶媒が少ない繊維を得る紡糸方法の開発はメタアラミド繊維の製造において重要なものとなる。 It is also well known that meta-aramid is soluble in amide-based polar solvents and can be made into fibers from the polymer solution by methods such as dry spinning, wet spinning, semi-dry and semi-wet spinning. On the other hand, if the amide-based solvent remains in the fiber, it not only causes coloring and yellowing of the fiber in a high-temperature atmosphere, but also has an adverse effect on the human body when used for clothing. For this reason, the development of a spinning method for obtaining fibers with little residual solvent is important in the production of meta-aramid fibers.

ここで、従来公知の乾式紡糸(例えば、特公昭35-14399号公報)は、紡糸口金より紡出された繊維状のポリマー溶液において、形成された繊維状物の表面付近から溶媒が揮発・乾燥するため、繊維表面に緻密で強固なスキン層を生じる。このため、引き続き、繊維状物に対して水洗などにより洗浄を行っても、残存する溶媒を十分に除去することは困難であった。 Here, in the conventionally known dry spinning (for example, Japanese Patent Publication No. 35-14399), in the fibrous polymer solution spun from the spinneret, the solvent evaporates and dries from the vicinity of the surface of the formed fibrous material, so that a dense and strong skin layer is formed on the fiber surface. Therefore, even if the fibrous material is subsequently washed with water or the like, it is difficult to sufficiently remove the remaining solvent.

一方、湿式紡糸においては、スキン層の形成を抑制し、繊維内部に微細なボイド構造を形成させることで残留溶媒を効果的に洗浄することが可能な方法が開発されている。例えば、
(a)実質的に塩類を含まないメタアラミド重合体溶液をアミド系溶媒と水からなる凝固浴中に吐出し凝固させて繊維状物(糸条体)とし、続いて、アミド系溶媒と水からなる可塑延伸浴中にて延伸した後に水洗、熱処理する方法(特開2001-303365号公報、特開2003-301326号公報、特開2003-342832号公報など)、
(b)メタアラミドと塩類を含むアミド系溶媒からなる重合体溶液をアミド系溶媒と水からなり、塩類を実質的に含まない凝固浴中に吐出して多孔質の線状体として凝固せしめ、続いてアミド系溶媒の水性溶液からなる可塑延伸浴中にて延伸し、これを水洗後熱処理する方法(特開2005-232598号公報)、
(c)アミド系溶媒中で溶液重合し、水酸化カルシウム、酸化カルシウムなどで中和して生成した塩化カルシウムと水とを含むメタアラミド重合体溶液を、実質的に無機塩を含まずアミド系溶媒の濃度が45~60質量%の水性凝固浴中に紡出させて繊維状物に成形する方法(国際公開第2007/089008号パンフレット、国際公開第2011/118022号パンフレット)
などが例示される。
On the other hand, in wet spinning, a method has been developed in which the formation of a skin layer is suppressed and a fine void structure is formed inside the fiber, thereby effectively washing away the residual solvent. for example,
(a) A method in which a meta-aramid polymer solution substantially free of salts is discharged into a coagulation bath consisting of an amide solvent and water to be coagulated to form a fibrous material (filament), followed by drawing in a plastic drawing bath consisting of an amide solvent and water, followed by washing with water and heat treatment (JP-A-2001-303365, JP-A-2003-301326, JP-A-2003-342832, etc.);
(b) A method in which a polymer solution composed of an amide solvent containing meta-aramid and a salt is discharged into a coagulation bath composed of an amide solvent and water and substantially free of salts to solidify it as a porous linear body, which is then stretched in a plastic stretching bath composed of an aqueous solution of an amide solvent, and then subjected to heat treatment after washing with water (JP-A-2005-232598).
(c) A method in which a meta-aramid polymer solution containing water and calcium chloride produced by solution polymerization in an amide-based solvent and neutralized with calcium hydroxide, calcium oxide, etc. is spun in an aqueous coagulation bath containing substantially no inorganic salt and having an amide-based solvent concentration of 45 to 60% by mass to form a fibrous material (International Publication No. 2007/089008 pamphlet, International Publication No. 2011/118022 pamphlet).
etc. are exemplified.

これら紡糸方法により製造されたメタアラミド繊維は凝固浴としてアミド系溶媒と水の混合溶媒を使用し、凝固過程において糸状からの溶剤の系外への拡散と凝固液成分の糸状への侵入のバランスを厳密に調整することで非常に微細なボイド構造を形成させ、スキン構造の形成を抑制している。これにより、水洗、乾燥、熱処理を経た繊維中の残留溶媒量はいずれも0.1質量%以下であり、また上記各用途に使用する上で必要最低限の強度を有していることが報告されている。 The meta-aramid fibers produced by these spinning methods use a mixed solvent of amide solvent and water as a coagulation bath, and during the coagulation process, the diffusion of the solvent out of the system from the filaments and the infiltration of the coagulation liquid components into the filaments are strictly controlled to form a very fine void structure and suppress the formation of a skin structure. As a result, it is reported that the amount of residual solvent in the fiber after washing with water, drying, and heat treatment is all 0.1% by mass or less, and that it has the minimum necessary strength for use in each of the above applications.

しかし、このようなアミド系溶媒と水の混合溶媒を使用した凝固方式は、非常に厳密な温度、凝固液組成、ポリマーの分子量条件の設定が必要である上、凝固糸が多孔構造になることから破断強度が非常に弱く、延伸による高強度化には特殊な環境下での取扱いが必要となる。 However, the coagulation method using such a mixed solvent of amide solvent and water requires very strict setting of temperature, coagulation liquid composition, and polymer molecular weight condition, and the coagulation thread has a porous structure, so the breaking strength is very weak, and it needs to be handled under a special environment to increase the strength by stretching.

また、上記各引用文献においては、得られた繊維の破断伸度は30%程度である場合が多く、高い伸度を持ったメタアラミド繊維は報告されていない。従って、残留溶媒を低減させつつ高タフネス、即ち、高強度かつ高伸度のメタアラミド繊維を工業的に得るためには、非常に厳密な工程管理が必要であり、メタアラミド繊維の安定な生産を困難にしている。 In addition, in each of the above-cited documents, the breaking elongation of the obtained fibers is often about 30%, and meta-aramid fibers with high elongation have not been reported. Therefore, in order to industrially obtain meta-aramid fibers with high toughness, that is, high strength and high elongation while reducing residual solvent, very strict process control is required, which makes stable production of meta-aramid fibers difficult.

さらに、メタアラミド繊維の湿式紡糸法として、上記に挙げた以外に次のようなものが報告されている。例えば、
(d)メタアラミド重合体粉末をアミド系溶媒に再溶解した後、15~25質量%のメタ型全芳香族ポリアミド溶液を35~45質量%の高濃度無機塩を含む水性凝固浴中に紡出して凝固せしめる湿式紡糸法(特公昭48-17551号公報)、などである。
Furthermore, as a wet spinning method for meta-aramid fibers, the following methods have been reported in addition to those mentioned above. for example,
(d) A wet spinning method in which meta-aramid polymer powder is redissolved in an amide solvent, and then 15 to 25% by mass of a meta-type wholly aromatic polyamide solution is spun into an aqueous coagulation bath containing 35 to 45% by mass of a high-concentration inorganic salt for coagulation (JP-B-48-17551).

上記の方法では、紡出された繊維状ポリマーを水性凝固浴あるいは高濃度の無機塩を含有する水性凝固浴に導入した際に、繊維状ポリマーの表面近傍から水性凝固浴内へ溶媒が一方向へ脱離するために乾式紡糸と同様な強固なスキン層を形成する。したがって繊維中に残存する溶媒を十分に除去することは困難であるが、スキン層が高い凝固糸強度を与えるため紡糸工程全体を通して安定した製造が可能であり、最終的に得られる繊維強度も4.5cN/dtexを超えるものとなる。 In the above method, when the spun fibrous polymer is introduced into an aqueous coagulating bath or an aqueous coagulating bath containing a high concentration of inorganic salt, the solvent is unidirectionally desorbed from the vicinity of the surface of the fibrous polymer into the aqueous coagulating bath, forming a firm skin layer similar to dry spinning. Therefore, it is difficult to sufficiently remove the solvent remaining in the fiber, but since the skin layer provides high coagulated yarn strength, stable production is possible throughout the spinning process, and the final fiber strength exceeds 4.5 cN / dtex.

しかし、このような紡糸方法においても高強度でかつ高伸度を満足する、即ち高タフネス化されたメタアラミド繊維は報告されておらず、高強度、高伸度かつ残留溶媒量が少ない製造方法が開発できれば、産業上きわめて有用なものとなる。 However, even with such a spinning method, a meta-aramid fiber that satisfies high strength and high elongation, that is, has high toughness, has not been reported. If a manufacturing method with high strength, high elongation and low residual solvent amount can be developed, it will be very useful industrially.

特公昭35-14399号公報Japanese Patent Publication No. 35-14399 特開2001-303365号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-303365 特開2003-301326号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-301326 特開2003-342832号公報JP 2003-342832 A 特開2005-232598号公報JP-A-2005-232598 国際公開第2007/089008号パンフレットInternational Publication No. 2007/089008 pamphlet 国際公開第2011/118022号パンフレットInternational Publication No. 2011/118022 pamphlet 特公昭48-17551号公報Japanese Patent Publication No. 48-17551

本発明の目的は、かかる従来技術における問題点を解消し、耐熱性、難燃性、機械物性などの優れた性質を持ったメタアラミド繊維において、低残留溶剤かつ破断強度が高く、高伸度であることから防護衣料用途に好適に用いることができるメタアラミド繊維を提供することにある。 An object of the present invention is to solve the problems in the prior art, and to provide a meta-aramid fiber having excellent properties such as heat resistance, flame retardancy, and mechanical properties, which has low residual solvent, high breaking strength, and high elongation, so that it can be suitably used for protective clothing.

本発明者は、上記の課題を解決するために鋭意検討をおこなった結果、メタ型全芳香族ポリアミドの重量平均分子量を巧みに制御するとき、スキン層を形成するような高濃度無機塩凝固液を使用した湿式紡糸手法によっても、残留溶剤量が少なく、かつ繊維の強度と伸度の積の平方根で示されるタフネス値が15以上の高タフネス化されたメタ型全芳香族ポリアミド繊維が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result, the present invention is conducted on a firm consideration to solve the above issues, and when skillfully controlling the weight average molecular weight of the meta -type full aromatic polyamide, the amount of residual solvent is small and the intensity of fibers is small and the intensity of fibers is small and the intensity of fibers is small and the amount of fibers is small. The found that the toughness value indicated by the square root of the accumulation of 15 or more can be obtained, and the present invention has been completed, and the present invention has been completed.

すなわち本発明によれば、
1.紡糸液が、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、及び塩化リチウムからなる群から選ばれた少なくとも1種の無機塩を含む、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド(DMF)、及びジメチルアセトアミド(DMAc)からなる群から選ばれた少なくとも1種のアミド系極性溶媒溶液であり、凝固浴が、塩化カルシウム及び塩化マグネシウムからなる群から選ばれた少なくとも1種の無機塩を含む、NMP水溶液であって、該紡糸液を該凝固浴中に紡出して凝固させることにより得られ、且つ下記測定方法にて測定した重量平均分子量が20万~60万のメタ型全芳香族ポリアミドからなる繊維であって、該繊維の破断強度と破断伸度との積の平方根で示されるタフネス値が15~18.4、繊維中に残存する溶媒量が0.1質量%以下であることを特徴とするメタ型全芳香族ポリアミド繊維、
(重量平均分子量の測定方法)
JIS-K-7252に準じ、サイズ排除クロマトグラフィー用カラムを装着した高速液体クロマトグラフィー装置にて分析をおこない、展開溶媒にはジメチルホルムアミド(塩化リチウムを0.01モル%含有)を用いて測定した。なお、標準分子量サンプルとしてはシグマアルドリッチ製ポリスチレンセット(ピークトップ分子量Mp=400~2000000)を用いた、
及び、
2.メタ型全芳香族ポリアミドの濃度が10~30質量%、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、及び塩化リチウムからなる群から選ばれた少なくとも1種の無機塩の濃度が1~20質量%の、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド(DMF)、及びジメチルアセトアミド(DMAc)からなる群から選ばれた少なくとも1種のアミド系極性溶媒溶液を湿式紡糸することによりメタ型全芳香族ポリアミド繊維を製造するに際し、重量平均分子量が20万~60万のメタ型全芳香族ポリアミドを用い、該極性溶媒溶液を30~45質量%の塩化カルシウム及び塩化マグネシウムからなる群から選ばれた少なくとも1種の無機塩および3~15質量%のNMPを含む水性凝固浴中に紡出した後凝固せしめることを特徴とするメタ型全芳香族ポリアミド繊維の製造方法、
が提供される。
That is, according to the present invention,
1.紡糸液が、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、及び塩化リチウムからなる群から選ばれた少なくとも1種の無機塩を含む、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド(DMF)、及びジメチルアセトアミド(DMAc)からなる群から選ばれた少なくとも1種のアミド系極性溶媒溶液であり、凝固浴が、塩化カルシウム及び塩化マグネシウムからなる群から選ばれた少なくとも1種の無機塩を含む、NMP水溶液であって、該紡糸液を該凝固浴中に紡出して凝固させることにより得られ、且つ下記測定方法にて測定した重量平均分子量が20万~60万のメタ型全芳香族ポリアミドからなる繊維であって、該繊維の破断強度と破断伸度との積の平方根で示されるタフネス値が15~18.4、繊維中に残存する溶媒量が0.1質量%以下であることを特徴とするメタ型全芳香族ポリアミド繊維、
(Method for measuring weight average molecular weight)
According to JIS-K-7252, analysis was performed using a high performance liquid chromatography apparatus equipped with a column for size exclusion chromatography, and dimethylformamide (containing 0.01 mol % of lithium chloride) was used as a developing solvent. As a standard molecular weight sample, a Sigma-Aldrich polystyrene set (peak top molecular weight Mp = 400 to 2000000) was used.
as well as,
2.メタ型全芳香族ポリアミドの濃度が10~30質量%、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、及び塩化リチウムからなる群から選ばれた少なくとも1種の無機塩の濃度が1~20質量%の、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド(DMF)、及びジメチルアセトアミド(DMAc)からなる群から選ばれた少なくとも1種のアミド系極性溶媒溶液を湿式紡糸することによりメタ型全芳香族ポリアミド繊維を製造するに際し、重量平均分子量が20万~60万のメタ型全芳香族ポリアミドを用い、該極性溶媒溶液を30 ~45質量%の塩化カルシウム及び塩化マグネシウムからなる群から選ばれた少なくとも1種の無機塩および3 ~15質量%のNMPを含む水性凝固浴中に紡出した後凝固せしめることを特徴とするメタ型全芳香族ポリアミド繊維の製造方法、
is provided.

本発明によれば、残留溶剤量が少なく、かつ繊維の強度と伸度の積の平方根で示されるタフネス値が15以上の高タフネス化されたメタ型全芳香族ポリアミド繊維が得られるので、該繊維を衣料用途として用いる場合、柔軟性が発揮され、風合いや快適性の向上に繋がる。また、該繊維中に含まれる残留溶媒量が少ないので、高温雰囲気下における繊維の着色や黄変を抑制するだけでなく、衣料用途として用いる場合の人体への悪影響が無い。 According to the present invention, a meta-type wholly aromatic polyamide fiber having a small amount of residual solvent and a toughness value of 15 or more, which is indicated by the square root of the product of the strength and elongation of the fiber, can be obtained. In addition, since the amount of residual solvent contained in the fibers is small, not only is the coloring and yellowing of the fibers suppressed in a high-temperature atmosphere, but there is no adverse effect on the human body when used for clothing.

以下、本発明について詳細を説明する。
本発明のメタアラミド繊維を構成するメタ型全芳香族ポリアミドは、メタ型芳香族ジアミン成分とメタ型芳香族ジカルボン酸成分とから構成されるものであり、本発明の目的を損なわない範囲内で、パラ型等の他の共重合成分が共重合されていてもよい。
The present invention will be described in detail below.
The meta-type wholly aromatic polyamide constituting the meta-aramid fiber of the present invention is composed of a meta-type aromatic diamine component and a meta-type aromatic dicarboxylic acid component, and within a range that does not impair the object of the present invention, other copolymerization components such as para-type may be copolymerized.

本発明において特に好ましく使用されるのは、力学特性、耐熱性、難燃性の観点から、メタフェニレンイソフタルアミド単位を主成分とするメタ型全芳香族ポリアミドである。メタフェニレンイソフタルアミド単位から構成されるメタ型全芳香族ポリアミドとしては、メタフェニレンイソフタルアミド単位が、全繰り返し単位の90モル%以上であることが好ましく、さらに好ましくは95モル%以上、特に好ましくは100モルである。 Particularly preferably used in the present invention is a meta-type wholly aromatic polyamide containing metaphenylene isophthalamide units as a main component from the viewpoint of mechanical properties, heat resistance, and flame retardancy. In the meta-type wholly aromatic polyamide composed of metaphenylene isophthalamide units, metaphenylene isophthalamide units preferably account for 90 mol% or more, more preferably 95 mol% or more, and particularly preferably 100 mol, of all repeating units.

メタ型全芳香族ポリアミドの原料となるメタ型芳香族ジアミン成分としては、メタフェニレンジアミン、3,4’-ジアミノジフェニルエーテル、3,4’-ジアミノジフェニルスルホン等、および、これらの芳香環にハロゲン、炭素数1~3のアルキル基等の置換基を有する誘導体、例えば、2,4-トルイレンジアミン、2,6-トルイレンジアミン、2,4-ジアミノクロロベンゼン、2,6-ジアミノクロロベンゼン等を例示することができる。なかでも、メタフェニレンジアミンのみ、または、メタフェニレンジアミンを85モル%以上、好ましくは90モル%以上、特に好ましくは95モル%以上含有する混合ジアミンであることが好ましい。 Examples of the meta-aromatic diamine component that is a raw material for the meta-type wholly aromatic polyamide include metaphenylenediamine, 3,4'-diaminodiphenyl ether, 3,4'-diaminodiphenylsulfone, etc., and derivatives having substituents such as halogens and alkyl groups having 1 to 3 carbon atoms on the aromatic ring thereof, such as 2,4-toluylenediamine, 2,6-toluylenediamine, 2,4-diaminochlorobenzene, and 2,6-diaminochlorobenzene. Among them, meta-phenylenediamine alone or a mixed diamine containing meta-phenylenediamine in an amount of 85 mol % or more, preferably 90 mol % or more, particularly preferably 95 mol % or more, is preferable.

メタ型全芳香族ポリアミドを構成するメタ型芳香族ジカルボン酸成分の原料としては、例えば、メタ型芳香族ジカルボン酸ハライドを挙げることができる。メタ型芳香族ジカルボン酸ハライドとしては、イソフタル酸クロライド、イソフタル酸ブロマイド等のイソフタル酸ハライド、および、これらの芳香環にハロゲン、炭素数1~3のアルコキシ基等の置換基を有する誘導体、例えば3-クロロイソフタル酸クロライド等を例示することができる。なかでも、イソフタル酸クロライドそのもの、または、イソフタル酸クロライドを85モル%以上、好ましくは90モル%以上、特に好ましくは95モル%以上含有する混合カルボン酸ハライドであることが好ましい。 Examples of raw materials for the meta-aromatic dicarboxylic acid component constituting the meta-type wholly aromatic polyamide include meta-aromatic dicarboxylic acid halides. Examples of meta-type aromatic dicarboxylic acid halides include isophthalic acid halides such as isophthalic acid chloride and isophthalic acid bromide, and derivatives having substituents such as halogens and alkoxy groups having 1 to 3 carbon atoms on the aromatic rings thereof, such as 3-chloroisophthalic acid chloride. Among them, isophthaloyl chloride itself or a mixed carboxylic acid halide containing 85 mol % or more, preferably 90 mol % or more, particularly preferably 95 mol % or more of isophthaloyl chloride is preferable.

上記メタアラミドの重合方法としてはメタフェニレンジアミンとイソフタル酸クロライドとを含む生成ポリアミドの良溶媒ではない有機溶媒系(例えばテトラヒドロフラン)と無機の酸受容剤ならびに可溶性中性塩を含む水溶液系とを接触させることによって、ポリメタフェニレンイソフタルアミド重合体の粉末を単離する方法(特公昭47-10863号公報)、またはアミド系溶媒で上記ジアミンと酸クロライドを溶液重合し次いで水酸化カルシウム、酸化カルシウム等で中和する方法(特開平8-074121号公報、特開平10 88421号公報)などに記載の方法が挙げられるが、これに限定されるものではない。 As a method for polymerizing the meta-aramid, a method of isolating a polymetaphenylene isophthalamide polymer powder by contacting an organic solvent system (e.g., tetrahydrofuran), which is not a good solvent for the produced polyamide containing metaphenylenediamine and isophthalic acid chloride, with an aqueous solution system containing an inorganic acid acceptor and a soluble neutral salt (JP-B-47-10863), or a method of solution-polymerizing the above-mentioned diamine and acid chloride in an amide solvent, followed by neutralization with calcium hydroxide, calcium oxide, etc. Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-074121, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-88421), etc., but not limited thereto.

なお、本発明に用いられるメタアラミドの重量平均分子量は、残留溶媒量が少なく、かつ高タフネス、即ち高強度、高伸度である繊維を形成し得る観点から、後述する分析方法に従い20万~60万の範囲のポリマーであることが必要である。 The weight-average molecular weight of the meta-aramid used in the present invention must be in the range of 200,000 to 600,000 according to the analysis method described later, from the viewpoint of forming a fiber with a small amount of residual solvent and high toughness, that is, high strength and high elongation.

また、残留溶媒量が0.1%以下を確実に達成する繊維を得るには、重量平均分子量30万~50万の範囲のポリマーが好ましい。さらに、高強度、高伸度、とりわけタフネス値が15以上で、残留溶媒量が減少された繊維を得るには重量平均分子量40万~50万の範囲のポリマーが特に好ましい。 Further, in order to obtain a fiber that reliably achieves a residual solvent amount of 0.1% or less, a polymer having a weight average molecular weight in the range of 300,000 to 500,000 is preferable. Furthermore, a polymer having a weight average molecular weight in the range of 400,000 to 500,000 is particularly preferable in order to obtain a fiber having high strength, high elongation, especially toughness value of 15 or more, and reduced amount of residual solvent.

本発明で規定する分子量を持ったポリマーは、低分子量ポリマーと高分子量ポリマーの混合物も使用することができ、混合比の調整により全体分子量が目的の値であればよい。例えば、重量平均分子量が20万のポリマーと80万のポリマーを混合し、全体重量平均分子量が50万であった場合、本発明への利用は何ら問題ない。 A mixture of a low molecular weight polymer and a high molecular weight polymer can also be used as the polymer having the molecular weight specified in the present invention, and the overall molecular weight may be the desired value by adjusting the mixing ratio. For example, if a polymer having a weight-average molecular weight of 200,000 and a polymer having a weight-average molecular weight of 800,000 are mixed and the overall weight-average molecular weight is 500,000, there is no problem in using the mixture in the present invention.

一方で分子量20万未満の場合、強度を持った繊維を得ることができないので、目標とするタフネス値が達成できず、一方分子量が60万を越えると今度は低伸度となって、やはりタフネス値が達成できないばかりか、残留溶媒量が0.1%を超えてしまう。 On the other hand, if the molecular weight is less than 200,000, a fiber with strength cannot be obtained, and the target toughness value cannot be achieved.

本発明のメタ型全芳香族ポリアミド繊維は、上記の製造方法によって得られたメタアラミド重合体を用いて、例えば、以下に説明する紡糸液調製工程、紡糸・凝固工程、洗浄工程、沸水延伸工程、乾熱処理工程、熱延伸工程を経て製造される。 The meta-type wholly aromatic polyamide fiber of the present invention is produced by using the meta-aramid polymer obtained by the above production method, for example, through the following steps of spinning solution preparation, spinning and coagulation, washing, boiling water drawing, dry heat treatment, and hot drawing.

紡糸液調製工程においては、メタアラミド重合体を溶媒に溶解して、紡糸液(ドープ)を調製する。紡糸液の調製にあたっては、通常アミド系溶媒を用い、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)等を例示することができる。これらの中では溶解性と取扱い安全性の観点から、NMP、またはDMAcを用いることが好ましい。 In the spinning solution preparation step, the meta-aramid polymer is dissolved in a solvent to prepare a spinning solution (dope). In preparing the spinning solution, an amide solvent is usually used, and examples thereof include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF) and dimethylacetamide (DMAc). Among these, it is preferable to use NMP or DMAc from the viewpoint of solubility and handling safety.

溶液濃度としては、次工程である紡糸・凝固工程での凝固速度および重合体の溶解性の観点から、適当な濃度を適宜選択すればよく、通常は10~30質量%の範囲とすることが好ましい。安定な紡糸を達成するためには15~25質量%の範囲とすることがさらに好ましい。 The concentration of the solution may be appropriately selected from the viewpoint of the coagulation rate and the solubility of the polymer in the spinning/coagulation step, which is the next step, and is usually in the range of 10 to 30% by mass. In order to achieve stable spinning, the range of 15 to 25% by mass is more preferable.

本発明ではドープ中に無機塩を導入する必要があり、ドープに対して1~20質量%の無機塩を含むことが好ましく、安定した紡糸性を得るためには1~10質量%の無機塩がさらに好ましく、残留溶媒量が0.1%以下でかつタフネスが15以上の繊維を得るためには2~5質量%の塩を含むことが特に好ましい。 In the present invention, it is necessary to introduce an inorganic salt into the dope, and the dope preferably contains 1 to 20% by mass of the inorganic salt, more preferably 1 to 10% by mass of the inorganic salt in order to obtain stable spinnability, and particularly preferably 2 to 5% by mass of the salt in order to obtain a fiber having a residual solvent amount of 0.1% or less and a toughness of 15 or more.

ここで、20質量%を超えた無機塩を含むと凝固速度が速くなりすぎてしまい、繊維中に多数のボイドを形成することから目的の物性を持った繊維を得ることができない。なお、無機塩としては塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化リチウムなどの塩化物塩を使用することが好ましい。 Here, if the inorganic salt content exceeds 20% by mass, the coagulation rate becomes too fast and a large number of voids are formed in the fiber, making it impossible to obtain a fiber having the desired physical properties. As inorganic salts, chloride salts such as calcium chloride, magnesium chloride and lithium chloride are preferably used.

紡糸・凝固工程においては、上記で得られたドープを凝固液中に紡出して凝固させる。紡糸装置としては特に限定されるものではなく、従来公知の湿式紡糸装置を使用することができる。安定して湿式紡糸できるものであれば、紡糸口金の紡糸孔数、配列状態は特に制限する必要はなく、例えば、孔数が10~30000個、紡糸孔径が0.03~0.2mmのステープルファイバー用の多ホール紡糸口金等を用いてもよい。また、紡糸口金から紡出する際のドープの温度は、20~90℃の範囲が適当であるが、特に70~90℃が好ましい。 In the spinning/coagulating step, the dope obtained above is spun into a coagulating liquid and coagulated. The spinning device is not particularly limited, and a conventionally known wet spinning device can be used. The number of spinning holes in the spinneret and the arrangement state of the spinneret are not particularly limited as long as they can be stably wet-spun. For example, a multi-hole spinneret for staple fibers having 10 to 30,000 holes and a spinning hole diameter of 0.03 to 0.2 mm may be used. The temperature of the dope during spinning from the spinneret is suitably in the range of 20 to 90.degree. C., preferably 70 to 90.degree.

本発明の繊維を得るために用いる凝固浴としては、塩化カルシウムまたは塩化マグネシウム等の無機塩を30質量%以上、好ましくは35~45質量%含み、アミド系溶媒を1~20質量%、好ましくは3~15質量%含む水溶液を50~90℃の範囲で用いる。また、実質的に無機塩を含まないアミド系溶媒の水溶液を用いる方法も考案されているが、このような凝固液では凝固糸表面にスキンを形成しないことから必要十分な強度の糸を得ることができない。 As the coagulation bath used to obtain the fiber of the present invention, an aqueous solution containing 30% by mass or more, preferably 35 to 45% by mass of an inorganic salt such as calcium chloride or magnesium chloride, and 1 to 20% by mass, preferably 3 to 15% by mass of an amide solvent is used at a temperature in the range of 50 to 90°C. A method using an aqueous solution of an amide-based solvent that does not substantially contain inorganic salts has also been devised. However, such a coagulating solution does not form a skin on the surface of the coagulated yarn, so it is not possible to obtain a yarn with necessary and sufficient strength.

かくして得られた凝固糸は水性洗浄浴にて十分水洗され、沸水延伸工程に送られる。沸水延伸浴中の延伸倍率は1.5~5.0倍が適当であり、さらに好ましくは2.0~4.0倍の範囲である。本発明においては、延伸を当該倍率の範囲で行い、分子鎖配向を上げることにより、最終的に得られる繊維の強度を確保することができる。 The coagulated yarn thus obtained is thoroughly washed in an aqueous washing bath and sent to a boiling water drawing step. The stretching ratio in the boiling water stretching bath is suitably 1.5 to 5.0 times, more preferably 2.0 to 4.0 times. In the present invention, the strength of the finally obtained fiber can be ensured by stretching within the range of the magnification and increasing the molecular chain orientation.

上記洗浄・延伸工程を経た繊維に対して、好ましくは、乾熱処理工程を実施する。乾熱処理工程においては、上記洗浄工程により洗浄が実施された繊維を、好ましくは100~250℃、さらに好ましくは100~200℃の範囲で、乾熱処理をする。ここで、乾熱処理は、特に限定されないが、定長下で行うのが好ましい。なお、上記の乾熱処理の温度は、熱板、加熱ローラーなどの繊維加熱手段の設定温度をいう。 A dry heat treatment step is preferably performed on the fibers that have undergone the washing and drawing steps. In the dry heat treatment step, the fibers washed in the above washing step are subjected to dry heat treatment at a temperature of preferably 100 to 250°C, more preferably 100 to 200°C. Here, the dry heat treatment is not particularly limited, but is preferably performed under a constant length. The temperature of the dry heat treatment mentioned above refers to the set temperature of fiber heating means such as a hot plate and a heating roller.

本発明においては、上記乾熱処理工程を経た繊維に対して、熱延伸工程を施す。熱延伸工程においては、300~380℃で熱処理を加えながら、延伸を実施する。延伸倍率は1.2~5.0倍が適当であり、さらに好ましくは1.5~3.5倍の範囲である。 In the present invention, the fiber subjected to the dry heat treatment is subjected to a hot drawing process. In the hot drawing step, drawing is performed while applying heat treatment at 300 to 380°C. A suitable draw ratio is 1.2 to 5.0 times, more preferably 1.5 to 3.5 times.

以上の方法により得られるメタアラミド繊維のタフネス値は15以上であり、残留溶媒量は0.1質量%以下である。タフネス値に関しては15以上が必要であり、16以上が特に好ましい。残留溶媒量に関しては0.1質量%以下が必須であり、0.05質量%以下であることが好ましい。さらに0.01質量%以下であることが特に好ましい。残留溶剤量が0.1質量%を超える場合、高温雰囲気下における繊維の着色や黄変などが発生するだけでなく、衣料用途として用いる場合は人体への悪影響が懸念される。 The meta-aramid fiber obtained by the above method has a toughness value of 15 or more and a residual solvent amount of 0.1% by mass or less. A toughness value of 15 or more is required, and 16 or more is particularly preferable. The amount of residual solvent must be 0.1% by mass or less, preferably 0.05% by mass or less. Furthermore, it is especially preferable that it is 0.01 mass % or less. If the amount of residual solvent exceeds 0.1% by mass, not only will the fibers be colored or yellowed in a high-temperature atmosphere, but there is also concern about adverse effects on the human body when used for clothing.

以上の方法により得られるメタアラミド繊維の破断強度は4.5cN/dtex以上であることが好ましい。該強度が4.5cN/dtex未満の場合は、残留溶媒量が0.1%以下であったとしても工程通過性に支障が出る、より高度な用途において製品の耐久性が低下する、等の問題が発生する。 The breaking strength of the meta-aramid fiber obtained by the above method is preferably 4.5 cN/dtex or more. If the strength is less than 4.5 cN/dtex, even if the amount of residual solvent is 0.1% or less, problems such as difficulty in processability and deterioration in product durability in more advanced applications occur.

さらに、以上の方法により得られるメタアラミド繊維の単繊維繊度は0.5~10.0dtexであることが好ましい。該繊度が0.5dtex未満の場合、工程通過性が劣り、或いは該繊度が10.0dtexを越える場合は、単糸が太すぎて目的の残留溶媒量0.1%以下を達成することが出来ない。 Further, the single fiber fineness of the meta-aramid fiber obtained by the above method is preferably 0.5 to 10.0 dtex. If the fineness is less than 0.5 dtex, process passability is poor, and if the fineness exceeds 10.0 dtex, the single yarn is too thick to achieve the target residual solvent amount of 0.1% or less.

以下、実施例および比較例により、本発明を詳細に説明するが、本発明の範囲は、以下の実施例及び比較例に制限されるものではない。尚、実施例および比較例における各物性値は、下記の方法で測定した。 The present invention will be described in detail below with reference to Examples and Comparative Examples, but the scope of the present invention is not limited to the following Examples and Comparative Examples. Each physical property value in Examples and Comparative Examples was measured by the following methods.

[重量平均分子量Mw]
JIS-K-7252に準じ、サイズ排除クロマトグラフィー用カラムを装着した高速液体クロマトグラフィー装置にて分析をおこない、展開溶媒にはジメチルホルムアミド(塩化リチウムを0.01モル%含有)を用いて測定した。なお、標準分子量サンプルとしてはシグマアルドリッチ製ポリスチレンセット(ピークトップ分子量Mp=400~2000000)を用いた。
[単繊維繊度]
JIS-L-1015に準じ、正量繊度のA法に準拠した測定を実施し、見掛け繊度にて表記した。
[破断強度、破断伸度]
引張試験機(インストロン社製、型式:5565)を用いて、JIS-L-1015に基づき、以下の条件で測定した。
(測定条件)
つかみ間隔 :20mm
初荷重 :0.044cN(1/20g/dtex)
引張速度 :20mm/分
[タフネス値]
上記方法により測定した破断強度(cN/dtex)、破断伸度(%)の値を用い、下記式により算出した。
タフネス値=(破断強度×破断伸度)1/2
[残留溶媒量]
繊維を1mg秤量し、熱分解ガスクロマトグラフィーにて残留溶媒量を測定した。なお、溶媒量の決定のために標準サンプルを用いた検量線を作成し、ピーク面積値から算出した。
[Weight average molecular weight Mw]
According to JIS-K-7252, analysis was performed using a high performance liquid chromatography apparatus equipped with a column for size exclusion chromatography, and dimethylformamide (containing 0.01 mol % of lithium chloride) was used as a developing solvent. As a standard molecular weight sample, a Sigma-Aldrich polystyrene set (peak top molecular weight Mp=400 to 2,000,000) was used.
[Single fiber fineness]
In accordance with JIS-L-1015, measurement was carried out in accordance with the A method of regular fineness, and the apparent fineness was expressed.
[Breaking strength, breaking elongation]
Using a tensile tester (manufactured by Instron, model: 5565), measurements were made under the following conditions based on JIS-L-1015.
(Measurement condition)
Grip interval: 20mm
Initial load: 0.044cN (1/20g/dtex)
Tensile speed: 20mm/min [Toughness value]
Using values of breaking strength (cN/dtex) and breaking elongation (%) measured by the above method, it was calculated by the following formula.
Toughness value = (breaking strength x breaking elongation) 1/2
[Residual solvent amount]
1 mg of fiber was weighed and the amount of residual solvent was measured by pyrolysis gas chromatography. In order to determine the amount of solvent, a calibration curve was prepared using a standard sample and calculated from peak area values.

[実施例1]
溶液重合により合成し水洗精製した重量平均分子量47万のメタアラミド重合体粉末および塩化カルシウム粉末を、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)に溶解させ、透明なポリマー溶液を得た。この際、ポリマー溶液に対してメタアラミド重合体の質量濃度が25%、塩化カルシウムが2.5%になるよう調整した。
[Example 1]
A meta-aramid polymer powder having a weight average molecular weight of 470,000 and calcium chloride powder synthesized by solution polymerization and washed with water were dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to obtain a transparent polymer solution. At this time, the polymer solution was adjusted so that the mass concentration of the meta-aramid polymer was 25% and the mass concentration of calcium chloride was 2.5%.

このポリマー溶液を80℃に加温し紡糸原液として、孔径0.1mm、孔数100の吐出孔が円形の紡糸口金から80℃の凝固浴中に吐出して紡糸した。この凝固浴の組成は、塩化カルシウムが35質量%、NMPが3質量%、残りの水が62質量%であり、浸漬長(有効凝固浴長)120cmにて糸速5.0m/分で通過させた後、いったん空気中に引き出した。 This polymer solution was heated to 80° C. and spun into a coagulation bath at 80° C. through a spinneret having a hole diameter of 0.1 mm and 100 circular ejection holes. The composition of this coagulation bath was 35% by mass of calcium chloride, 3% by mass of NMP, and 62% by mass of the remaining water.

この凝固糸条を第1~第2水洗浄浴にて水洗し、この際の総浸漬時間は250秒とした。なお、第1~第2水性洗浄浴温度はそれぞれ20、30℃の水を用いた。次に、この洗浄糸条を90℃の沸水中にて2.7倍に延伸し、引続き90℃の温水中に40秒浸漬し、洗浄した。 The coagulated filaments were washed with water in the first and second water washing baths for a total immersion time of 250 seconds. The first and second aqueous washing bath temperatures used were 20° C. and 30° C., respectively. Next, the washed yarn was stretched 2.7 times in boiling water at 90°C, then immersed in warm water at 90°C for 40 seconds and washed.

次に表面温度170℃のローラーに巻回して乾熱処理した後、表面温度340℃の熱板にて1.5倍に延伸し、メタ型全芳香族ポリアミド繊維を得た。 Next, after being wound around a roller having a surface temperature of 170° C. and subjected to a dry heat treatment, it was drawn 1.5 times with a hot plate having a surface temperature of 340° C. to obtain a meta-type wholly aromatic polyamide fiber.

得られた繊維は繊度2.6dtex、強度4.9cN/dtex、伸度50.0%、タフネス値は15.7であった。また、残留溶媒量は0.001質量%以下(検出限界)であった。 The resulting fiber had a fineness of 2.6 dtex, a strength of 4.9 cN/dtex, an elongation of 50.0% and a toughness value of 15.7. Moreover, the amount of residual solvent was 0.001% by mass or less (detection limit).

[実施例2]
溶液重合により合成した重量平均分子量47万のメタアラミド重合体を、NMPに溶解させ、透明なポリマー溶液を得た。この際、ポリマー溶液に対してメタアラミド重合体の質量濃度が22%、塩化カルシウムが5.0%になるよう調整した。
このポリマー溶液を実施例1と同様の方法で紡糸し、メタ型全芳香族ポリアミド繊維を得た。
[Example 2]
A meta-aramid polymer having a weight average molecular weight of 470,000 synthesized by solution polymerization was dissolved in NMP to obtain a transparent polymer solution. At this time, the polymer solution was adjusted so that the mass concentration of the meta-aramid polymer was 22% and the mass concentration of calcium chloride was 5.0%.
This polymer solution was spun in the same manner as in Example 1 to obtain a meta-type wholly aromatic polyamide fiber.

得られた繊維は繊度2.6dtex、強度4.7cN/dtex、伸度57.5%、タフネス値は16.4であった。また、残留溶媒量は0.001質量%以下(検出限界)であった。 The resulting fiber had a fineness of 2.6 dtex, a strength of 4.7 cN/dtex, an elongation of 57.5% and a toughness value of 16.4. Moreover, the amount of residual solvent was 0.001% by mass or less (detection limit).

[実施例3]
界面重合により合成し水洗精製した重量平均分子量53万のメタアラミド重合体粉末および塩化カルシウム粉末を、NMPに溶解させ、透明なポリマー溶液を得た。この際、ポリマー溶液に対してメタアラミド重合体の質量濃度が22%、塩化カルシウムが2.5%になるよう調整した。
[Example 3]
A meta-aramid polymer powder having a weight-average molecular weight of 530,000 and calcium chloride powder synthesized by interfacial polymerization and washed with water were dissolved in NMP to obtain a transparent polymer solution. At this time, the polymer solution was adjusted so that the mass concentration of the meta-aramid polymer was 22% and the mass concentration of calcium chloride was 2.5%.

このポリマー溶液を85℃に加温し紡糸原液として、孔径0.1mm、孔数2000の吐出孔が円形の紡糸口金から83℃の凝固浴中に吐出して紡糸した。この凝固浴の組成は、塩化カルシウムが38質量%、NMPが5質量%、残りの水が57質量%であり、浸漬長(有効凝固浴長)180cmにて糸速7.8m/分で通過させた後、いったん空気中に引き出した。 This polymer solution was heated to 85° C. and spun into a coagulation bath at 83° C. through a spinneret having a circular pore diameter of 0.1 mm and 2000 holes. The composition of this coagulation bath was 38% by mass of calcium chloride, 5% by mass of NMP, and 57% by mass of the remaining water.

この凝固糸条を第1~第3水洗浄浴にて水洗し、この際の総浸漬時間は360秒とした。なお、第1~第3水性洗浄浴温度はそれぞれ20、30、50℃の水を用いた。次に、この洗浄糸条を90℃の沸水中にて2.2倍に延伸し、引続き90℃の温水中に50秒浸漬し、洗浄した。 The coagulated filaments were washed in the first to third water washing baths for a total immersion time of 360 seconds. The first to third aqueous washing bath temperatures used were 20, 30 and 50° C., respectively. Next, the washed yarn was stretched 2.2 times in boiling water at 90°C, then immersed in hot water at 90°C for 50 seconds and washed.

次に表面温度170℃のローラーに巻回して乾熱処理した後、表面温度340℃の熱板にて2.25倍に延伸し、メタ型全芳香族ポリアミド繊維を得た。 Next, after being wound around a roller having a surface temperature of 170° C. and subjected to a dry heat treatment, it was drawn 2.25 times with a hot plate having a surface temperature of 340° C. to obtain a meta-type wholly aromatic polyamide fiber.

得られた繊維は繊度2.0dtex、強度4.5cN/dtex、伸度65.9%、タフネス値は17.2であった。また、残留溶媒量は0.014質量%であった。 The resulting fiber had a fineness of 2.0 dtex, a strength of 4.5 cN/dtex, an elongation of 65.9% and a toughness value of 17.2. Moreover, the residual solvent amount was 0.014% by mass.

[実施例4]
溶液重合により合成し水洗精製した重量平均分子量47万のメタアラミド重合体粉末および塩化カルシウム粉末を、NMPに溶解させ、透明なポリマー溶液を得た。この際、ポリマー溶液に対してメタアラミド重合体の質量濃度が22%、塩化カルシウムが5.0%になるよう調整した。
[Example 4]
A meta-aramid polymer powder having a weight average molecular weight of 470,000 and calcium chloride powder synthesized by solution polymerization and washed with water were dissolved in NMP to obtain a transparent polymer solution. At this time, the polymer solution was adjusted so that the mass concentration of the meta-aramid polymer was 22% and the mass concentration of calcium chloride was 5.0%.

このポリマー溶液を87℃に加温し紡糸原液として、孔径0.1mm、孔数100の吐出孔が円形の紡糸口金から85℃の凝固浴中に吐出して紡糸した。この凝固浴の組成は、塩化カルシウムが41質量%、NMPが15質量%、残りの水が44質量%であり、浸漬長(有効凝固浴長)120cmにて糸速5.0m/分で通過させた後、いったん空気中に引き出した。 This polymer solution was heated to 87° C. and spun into a coagulation bath at 85° C. through a spinneret having a hole diameter of 0.1 mm and 100 circular ejection holes. The composition of this coagulation bath was 41% by mass of calcium chloride, 15% by mass of NMP, and 44% by mass of the remaining water.

この凝固糸条を第1~第2水洗浄浴にて水洗し、この際の総浸漬時間は250秒とした。なお、第1~第2水性洗浄浴温度はそれぞれ20、30℃の水を用いた。次に、この洗浄糸条を90℃の沸水中にて2.4倍に延伸し、引続き90℃の温水中に40秒浸漬し、洗浄した。 The coagulated filaments were washed with water in the first and second water washing baths for a total immersion time of 250 seconds. The first and second aqueous washing bath temperatures used were 20° C. and 30° C., respectively. Next, the washed yarn was stretched 2.4 times in boiling water at 90°C, then immersed in warm water at 90°C for 40 seconds and washed.

次に表面温度170℃のローラーに巻回して乾熱処理した後、表面温度340℃の熱板にて1.8倍に延伸し、メタ型全芳香族ポリアミド繊維を得た。 Next, after being wound around a roller with a surface temperature of 170° C. and subjected to a dry heat treatment, it was drawn 1.8 times with a hot plate having a surface temperature of 340° C. to obtain a meta-type wholly aromatic polyamide fiber.

得られた繊維は繊度2.3dtex、強度4.6cN/dtex、伸度62.7%、タフネス値は17.0であった。また、残留溶媒量は0.001質量%以下(検出限界)であった。 The resulting fiber had a fineness of 2.3 dtex, a strength of 4.6 cN/dtex, an elongation of 62.7% and a toughness value of 17.0. Moreover, the amount of residual solvent was 0.001% by mass or less (detection limit).

[実施例5]
溶液重合により合成し水洗精製した重量平均分子量48万のメタアラミド重合体粉末および塩化カルシウム粉末を、NMPに溶解させ、透明なポリマー溶液を得た。この際、ポリマー溶液に対してメタアラミド重合体の質量濃度が22%、塩化カルシウムが5.0%になるよう調整した。
[Example 5]
A meta-aramid polymer powder having a weight average molecular weight of 480,000 and calcium chloride powder synthesized by solution polymerization and washed with water were dissolved in NMP to obtain a transparent polymer solution. At this time, the polymer solution was adjusted so that the mass concentration of the meta-aramid polymer was 22% and the mass concentration of calcium chloride was 5.0%.

このポリマー溶液を85℃に加温し紡糸原液として、孔径0.1mm、孔数100の吐出孔が円形の紡糸口金から83℃の凝固浴中に吐出して紡糸した。この凝固浴の組成は、塩化カルシウムが41質量%、NMPが15質量%、残りの水が44質量%であり、浸漬長(有効凝固浴長)120cmにて糸速5.0m/分で通過させた後、いったん空気中に引き出した。 This polymer solution was heated to 85° C. and spun into a coagulation bath at 83° C. through a spinneret having a circular pore diameter of 0.1 mm and 100 holes as a spinning dope. The composition of this coagulation bath was 41% by mass of calcium chloride, 15% by mass of NMP, and 44% by mass of the remaining water.

この凝固糸条を第1~第2水洗浄浴にて水洗し、この際の総浸漬時間は250秒とした。なお、第1~第2水性洗浄浴温度はそれぞれ20、30℃の水を用いた。次に、この洗浄糸条を90℃の沸水中にて2.4倍に延伸し、引続き90℃の温水中に40秒浸漬し、洗浄した。 The coagulated filaments were washed with water in the first and second water washing baths for a total immersion time of 250 seconds. The first and second aqueous washing bath temperatures used were 20° C. and 30° C., respectively. Next, the washed yarn was stretched 2.4 times in boiling water at 90°C, then immersed in warm water at 90°C for 40 seconds and washed.

次に表面温度170℃のローラーに巻回して乾熱処理した後、表面温度330℃の熱板にて2.0倍に延伸し、メタ型全芳香族ポリアミド繊維を得た。 Next, after being wound around a roller with a surface temperature of 170° C. and subjected to a dry heat treatment, it was drawn 2.0 times with a hot plate having a surface temperature of 330° C. to obtain a meta-type wholly aromatic polyamide fiber.

得られた繊維は繊度1.2dtex、強度5.3cN/dtex、伸度63.6%、タフネス値は18.4であった。また、残留溶媒量は0.001質量%以下(検出限界)であった。 The resulting fiber had a fineness of 1.2 dtex, a strength of 5.3 cN/dtex, an elongation of 63.6% and a toughness value of 18.4. Moreover, the amount of residual solvent was 0.001% by mass or less (detection limit).

[比較例1]
溶液重合により合成した重量平均分子量78万のメタアラミド重合体を、NMPに溶解させ、透明なポリマー溶液を得た。この際、ポリマー溶液に対してメタアラミド重合体の質量濃度が22%になるよう調整した。
該ポリマー溶液を実施例1と同様の方法で紡糸し、メタ型全芳香族ポリアミド繊維を得た。
[Comparative Example 1]
A meta-aramid polymer having a weight average molecular weight of 780,000 synthesized by solution polymerization was dissolved in NMP to obtain a transparent polymer solution. At this time, the mass concentration of the meta-aramid polymer was adjusted to 22% with respect to the polymer solution.
The polymer solution was spun in the same manner as in Example 1 to obtain a meta-type wholly aromatic polyamide fiber.

得られた繊維は繊度2.5dtex、強度4.8cN/dtex、伸度38.9%、タフネス値は13.7であった。また、残留溶媒量は8.8質量%であった。 The resulting fiber had a fineness of 2.5 dtex, a strength of 4.8 cN/dtex, an elongation of 38.9% and a toughness value of 13.7. Moreover, the residual solvent amount was 8.8% by mass.

[比較例2]
溶液重合により合成した重量平均分子量80万のメタアラミド重合体粉末および塩化カルシウム粉末を、NMPに溶解させ、透明なポリマー溶液を得た。この際、ポリマー溶液に対してメタアラミド重合体の質量濃度が22%、塩化カルシウムが2.5%になるよう調整した。
このポリマー溶液を実施例1と同様の方法で紡糸し、メタ型全芳香族ポリアミド繊維を得た。
[Comparative Example 2]
A meta-aramid polymer powder having a weight average molecular weight of 800,000 synthesized by solution polymerization and calcium chloride powder were dissolved in NMP to obtain a transparent polymer solution. At this time, the polymer solution was adjusted so that the mass concentration of the meta-aramid polymer was 22% and the mass concentration of calcium chloride was 2.5%.
This polymer solution was spun in the same manner as in Example 1 to obtain a meta-type wholly aromatic polyamide fiber.

得られた繊維は繊度2.2dtex、強度4.6cN/dtex、伸度44.8%、タフネス値は14.4であった。また、残留溶媒量は0.25質量%であった。 The resulting fiber had a fineness of 2.2 dtex, a strength of 4.6 cN/dtex, an elongation of 44.8% and a toughness value of 14.4. Moreover, the residual solvent amount was 0.25% by mass.

[比較例3]
溶液重合により合成した重量平均分子量52万のメタアラミド重合体粉末を、NMPに溶解させ、透明なポリマー溶液を得た。この際、ポリマー溶液に対してメタアラミド重合体の質量濃度が22%になるよう調整した。
このポリマー溶液を実施例1と同様の手法で紡糸し、メタ型全芳香族ポリアミド繊維を得た。
[Comparative Example 3]
A meta-aramid polymer powder having a weight average molecular weight of 520,000 synthesized by solution polymerization was dissolved in NMP to obtain a transparent polymer solution. At this time, the mass concentration of the meta-aramid polymer was adjusted to 22% with respect to the polymer solution.
This polymer solution was spun in the same manner as in Example 1 to obtain a meta-type wholly aromatic polyamide fiber.

得られた繊維は繊度2.3dtex、強度5.6cN/dtex、伸度29.3%、タフネス値は12.8であった。また、残留溶媒量は1.52質量%であった。
実施例及び比較例で得られたメタ型全芳香族ポリアミド繊維の物性を表1に示す。
The resulting fiber had a fineness of 2.3 dtex, a strength of 5.6 cN/dtex, an elongation of 29.3% and a toughness value of 12.8. Moreover, the residual solvent amount was 1.52% by mass.
Table 1 shows the physical properties of the meta-type wholly aromatic polyamide fibers obtained in Examples and Comparative Examples.

Figure 0007315378000001
Figure 0007315378000001

本発明によれば、タフネス値が15以上でかつ残留溶媒量が0.1質量%以下のメタ型全芳香族ポリアミド繊維が得られる。そのため、布帛として用いる場合、高伸度であることから柔軟性が発揮され、風合いや快適性の向上に繋がる。また、低残留溶媒であることから高温雰囲気下における繊維の着色や黄変を抑制するだけでなく、衣料用途として用いる場合の人体への悪影響が無い。 According to the present invention, a meta-type wholly aromatic polyamide fiber having a toughness value of 15 or more and a residual solvent amount of 0.1% by mass or less can be obtained. Therefore, when used as a fabric, flexibility is exhibited due to the high elongation, leading to improvement in texture and comfort. In addition, since it has a low residual solvent, it not only suppresses the coloring and yellowing of fibers in a high-temperature atmosphere, but also has no adverse effect on the human body when used for clothing.

さらに、本発明の製造方法は使用するポリマーの粘度が低いため操作性が向上する。加えて、厳密な紡糸条件の管理を行わなくても強度の高い凝固糸を与える手法であることから安定な生産を行うことができ、その工業的価値は極めて大きい。
Furthermore, the production method of the present invention improves the operability because the viscosity of the polymer used is low. In addition, since it is a technique that gives a coagulated yarn with high strength without strict control of spinning conditions, stable production can be carried out, and its industrial value is extremely high.

Claims (4)

紡糸液が、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、及び塩化リチウムからなる群から選ばれた少なくとも1種の無機塩を含む、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド(DMF)、及びジメチルアセトアミド(DMAc)からなる群から選ばれた少なくとも1種のアミド系極性溶媒溶液であり、凝固浴が、塩化カルシウム及び塩化マグネシウムからなる群から選ばれた少なくとも1種の無機塩を含む、NMP水溶液であって、該紡糸液を該凝固浴中に紡出して凝固させることにより得られ、且つ下記測定方法にて測定した重量平均分子量が20万~60万のメタ型全芳香族ポリアミドからなる繊維であって、該繊維の破断強度と破断伸度との積の平方根で示されるタフネス値が15~18.4、繊維中に残存する溶媒量が0.1質量%以下であることを特徴とするメタ型全芳香族ポリアミド繊維。
(重量平均分子量の測定方法)
JIS-K-7252に準じ、サイズ排除クロマトグラフィー用カラムを装着した高速液体クロマトグラフィー装置にて分析をおこない、展開溶媒にはジメチルホルムアミド(塩化リチウムを0.01モル%含有)を用いて測定した。なお、標準分子量サンプルとしてはシグマアルドリッチ製ポリスチレンセット(ピークトップ分子量Mp=400~2000000)を用いた。
紡糸液が、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、及び塩化リチウムからなる群から選ばれた少なくとも1種の無機塩を含む、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド(DMF)、及びジメチルアセトアミド(DMAc)からなる群から選ばれた少なくとも1種のアミド系極性溶媒溶液であり、凝固浴が、塩化カルシウム及び塩化マグネシウムからなる群から選ばれた少なくとも1種の無機塩を含む、NMP水溶液であって、該紡糸液を該凝固浴中に紡出して凝固させることにより得られ、且つ下記測定方法にて測定した重量平均分子量が20万~60万のメタ型全芳香族ポリアミドからなる繊維であって、該繊維の破断強度と破断伸度との積の平方根で示されるタフネス値が15~18.4、繊維中に残存する溶媒量が0.1質量%以下であることを特徴とするメタ型全芳香族ポリアミド繊維。
(Method for measuring weight average molecular weight)
According to JIS-K-7252, analysis was performed using a high performance liquid chromatography apparatus equipped with a column for size exclusion chromatography, and dimethylformamide (containing 0.01 mol % of lithium chloride) was used as a developing solvent. As a standard molecular weight sample, a Sigma-Aldrich polystyrene set (peak top molecular weight Mp=400 to 2,000,000) was used.
繊維の破断強度が4.5~5.3cN/dtexである請求項1記載のメタ型全芳香族ポリアミド繊維。 The meta-type wholly aromatic polyamide fiber according to claim 1, which has a breaking strength of 4.5 to 5.3 cN/ dtex . 繊維中に残存する溶媒がN-メチル-2-ピロリドン、ジメチルアセトアミドおよびジメチルホルムアミドからなる群から選ばれる少なくとも1種のアミド系溶媒である請求項1又は2記載のメタ型全芳香族ポリアミド繊維。 3. The meta-type wholly aromatic polyamide fiber according to claim 1, wherein the solvent remaining in the fiber is at least one amide solvent selected from the group consisting of N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylacetamide and dimethylformamide. メタ型全芳香族ポリアミドの濃度が10~30質量%、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、及び塩化リチウムからなる群から選ばれた少なくとも1種の無機塩の濃度が1~20質量%の、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド(DMF)、及びジメチルアセトアミド(DMAc)からなる群から選ばれた少なくとも1種のアミド系極性溶媒溶液を湿式紡糸することによりメタ型全芳香族ポリアミド繊維を製造するに際し、重量平均分子量が20万~60万のメタ型全芳香族ポリアミドを用い、該極性溶媒溶液を30~45質量%の塩化カルシウム及び塩化マグネシウムからなる群から選ばれた少なくとも1種の無機塩および3~15質量%のNMPを含む水性凝固浴中に紡出した後凝固せしめることを特徴とするメタ型全芳香族ポリアミド繊維の製造方法。 When producing meta-type wholly aromatic polyamide fibers by wet spinning a solution of at least one amide-based polar solvent selected from the group consisting of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), and dimethylacetamide (DMAc), in which the concentration of the meta-type wholly aromatic polyamide is 10 to 30% by mass and the concentration of at least one inorganic salt selected from the group consisting of calcium chloride, magnesium chloride, and lithium chloride is 1 to 20% by mass, the weight-average molecular weight is Using a meta-type wholly aromatic polyamide of 200,000 to 600,000, the polar solvent solution is~45mass%ofat least one inorganic salt selected from the group consisting of calcium chloride and magnesium chloride and three~15mass%ofA method for producing a meta-type wholly aromatic polyamide fiber, characterized by spinning in an aqueous coagulating bath containing NMP and then coagulating the fiber.
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