JP7445776B2 - 耐汚染性分岐鎖状ポリアミド - Google Patents
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関連出願の相互参照
本出願は、その全内容が参照により本明細書に援用される、２０２０年２月１９日に出願された米国仮特許出願第６２／９７８，４６５号の優先権を主張するものである。
本出願は、その全内容が参照により本明細書に援用される、２０２０年２月１９日に出願された米国仮特許出願第６２／９７８，４６５号の優先権を主張するものである。
本開示は、望ましい加工性及び耐汚染性を有する分岐鎖状ポリアミドを提供する。
高分子量ポリアミドは、広く様々な用途において望ましい基材である。しかし、そのようなポリマーの合成は、多量のエネルギー及び労力を要し得る組成物からの水の除去が必要であることにより、困難なものである。さらに、分子量が増加するに従って、粘度が増加する。ポリアミドが溶融加工などの加工条件に掛けられる場合、基材のさらなる重合が発生し得る。重合が継続するに従って、粘度が上昇し、このことは、高速紡糸などの用途において、設備の損傷及び一貫性のない加工挙動に繋がる可能性がある。
他方、多くの場合高速である紡糸が、ナイロン繊維の製造に一般的には用いられる。そうして製造されたナイロン繊維は、物質で繊維が濡れた場合に汚染され得る。いくつかの耐汚染性繊維が入手可能であるが、これらの現在用いられている繊維は、加工性及び／又はより高強度の繊維のためのより高い延伸率の実現における困難さという欠点を有する。利用可能な製造技術を用いて容易に加工される高耐汚染性繊維を有することが望ましい。
本開示は、以下の一般式に従うポリアミド組成物及びポリアミド組成物の製造方法を提供し、
式中、Ｍは、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、又は水素イオンであり、ａ＝６～１０、ｂ＝６～１０、ｃ＝４～１０、ｄ＝４～１０、ｎ＝１～２０、ｐ＝１～１０００、ｍ＝１～４００、及びｘ＝４～２００である。
その１つの形態では、本開示は、以下の式を含むポリアミド組成物を提供し、
式中、Ｍは、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、又は水素イオンであり、ａ＝６～１０、ｂ＝６～１０、ｃ＝４～１０、ｄ＝４～１０、ｎ＝１～２０、ｐ＝１～１０００、ｍ＝１～４００、及びｘ＝４～２００である。
ポリアミド組成物は、５－スルホイソフタル酸の塩の残基を含み得る。スルホイソフタル酸の塩は、５－スルホイソフタル酸ナトリウム、５－スルホイソフタル酸リチウム、及び５－スルホイソフタル酸カリウムから成る群より選択され得る。スルホイソフタル酸の塩の残基の濃度は、ポリアミド組成物の総重量に基づいて、０．１重量％～１５重量％であり得る。
ポリアミド組成物は、各々が６個以上の炭素を有する２つの炭素鎖を含むダイマー酸の残基を含み得る。ダイマー酸の残基の濃度は、ポリアミド組成物の総重量に基づいて、６重量％～１８重量％であり得る。ポリアミド組成物の総アミン末端基濃度は、約５ミリモル／キログラム～約５０ミリモル／キログラムであり得る。
ポリアミド組成物の相対粘度（ＲＶ）は、ＧＢ／Ｔ １２００６．１－２００９／ＩＳＯ ３０７：２００７によって特定した場合、約２．０～約７．０ＲＶであり得る。ポリアミド組成物のギ酸粘度は、ＡＳＴＭ Ｄ－７８９－０７によって測定した場合、約２００ＦＡＶ～約９５０ＦＡＶであり得る。ＣＩＥ ＤＥ２０００に従う色差ΔＥは、１０未満であり得る。
その別の形態では、本開示は、上記で列挙したポリアミド組成物のいずれかから形成される繊維を提供し、繊維は、４．８～７．０グラム／デニールのテナシティを有する。繊維は、６．０～７．０グラム／デニールのテナシティを有し得る。
その別の形態では、本開示は、以下の式を有するポリアミド組成物の製造方法を提供し、
式中、Ｍは、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、又は水素イオンであり、ａ＝６～１０、ｂ＝６～１０、ｃ＝４～１０、ｄ＝４～１０、ｎ＝１～２０、ｐ＝１～１０００、ｍ＝１～４００、及びｘ＝４～２００である。方法は、カプロラクタム、ダイマー酸、ジアミン、及び５－スルホイソフタル酸塩又は５－スルホイソフタル酸のうちの少なくとも１つを反応器に供給することと；カプロラクタム、ダイマー酸、ジアミン、並びに５－スルホイソフタル酸塩及び５－スルホイソフタル酸のうちの少なくとも１つを反応器中で一緒に混合することと、カプロラクタム、ダイマー酸、ジアミン、並びに５－スルホイソフタル酸塩及び５－スルホイソフタル酸のうちの少なくとも１つを反応器中、反応温度で反応させることと、を含む。
供給工程において、５－スルホイソフタル酸塩及び５－スルホイソフタル酸のうちの少なくとも１つは、ポリアミド組成物の総重量に基づいて、０．１重量％～１５重量％であり得る。供給工程において、５－スルホイソフタル酸塩及び５－スルホイソフタル酸のうちの少なくとも１つは、５－スルホイソフタル酸ナトリウム、５－スルホイソフタル酸リチウム、及び５－スルホイソフタル酸カリウムから成る群より選択される５－スルホイソフタル酸塩であり得る。供給工程において、ジアミンは、ヘキサメチレンジアミンを含み得る。供給工程において、ダイマー酸は、ポリアミド組成物の総重量に基づいて、６重量％～１８重量％であり得る。
反応工程において、反応器は、反応工程の一部分で加圧され得る。反応工程において、反応器は、反応工程の一部分で真空下とされ得る。反応工程において、反応温度は、約２２５℃～約２９０℃であり得る。
その別の形態では、本開示は、繊維の製造方法を提供する。方法は、上記で述べたようにして製造されたポリアミド組成物を押出すこと、及び押出したポリアミド組成物を約２００メートル毎分～約２０００メートル毎分の巻き取り速度で紡糸すること、を含む。巻き取り速度は、約４００メートル毎分～約１６００メートル毎分であり得る。
本発明の上述の及び他の特徴、並びにそれらを達成する方法は、以下の記述を参照することによって、より明らかとなり、本発明自体も、より良く理解されることになる。
ポリアミド組成物は、カプロラクタムなどの前駆体から、加水分解、付加重合、及び重縮合の反応を介して形成され得る。これらの材料がカプロラクタムから形成される場合、ラクタム環が開環されて、１つのアミンと１つのカルボン酸又はカルボキシレートとの２つの末端基が形成される。付加重合によってラクタムモノマーが組み合わされて、中間分子量のオリゴマーとなり、重縮合によってオリゴマーが組み合わされて、より高分子量のポリマーとなる。
重縮合によって水が生成される。水の除去によって、より高分子量のポリマーの形成が推進される。水を除去するための１つの方法は、高分子量ポリマーが所望される場合に、真空度を高めながら適用することを含む。しかし、長い時間にわたって真空度を高めながら適用することは実用的ではなく、なぜなら、混合物中の水が少なくなるために、抽出することがより困難となるからである。
ポリアミド組成物は、アミン末端基とカルボン酸又はカルボキシレート末端基とが互いに反応を継続する場合も、経時で分子量を継続的に増加させ得る。この分子量の不安定性は、ポリアミド組成物の粘度を増加させる可能性があり、例えば高速紡糸用途などにおいて変動する又は一貫性のない加工をもたらす結果となり得る。
本開示は、耐汚染性分岐鎖状ポリアミド組成物を提供する。ポリアミド組成物は、ダイマー酸残基を含む。ダイマー酸残基は、ポリアミド組成物に分岐鎖構造を付与する。分岐鎖状ポリアミド組成物は、より高い分子量の直鎖状ポリマーに類似する特性を呈する。加えて、分岐鎖状ポリアミドからの水の除去は、高分子量ポリマーからの場合よりも非常に容易である。したがって、分岐鎖状ポリアミドの製造は、残留水による困難さが引き起こされることなく、高分子量ポリマーの望ましい特性を有するポリアミド組成物が得られる結果となり得る。
ポリアミド組成物は、５－スルホイソフタル酸塩又は５－スルホイソフタル酸の残基をさらに含む。５－スルホイソフタル酸又は５－スルホイソフタル酸塩を分岐鎖状ポリアミド組成物中に組み込むことによって、利用可能な製造技術を用いてポリアミド組成物から容易に加工することができる高耐汚染性繊維が得られることが見出された。典型的には、ナイロンコポリマーにおいて、ジカルボン酸は、ジアミンと化学量論的に釣り合っている。しかし、ダイマー酸及び５－スルホイソフタル酸塩又は５－スルホイソフタル酸を過剰に用いることによって、アミン末端基の濃度を低下させることができる。いかなる理論にも束縛されるものではないが、アミン末端基の濃度を低下させることによって、主として酸性の性質である食品汚染がポリアミド組成物と結合し得る利用可能な部位が減少するものと考えられる。
アミン末端基の濃度を低下させることはまた、ポリアミド組成物の分子量を安定化させるものでもあり、なぜなら、カルボン酸又はカルボキシレート末端が、反応を起こす相手であるアミン末端基が存在しないことで、さらなる付加重合又は重縮合反応を起こさなくなるからである。５－スルホイソフタル酸塩又は５－スルホイソフタル酸が組み込まれると共に分岐鎖が組み込まれたポリアミド組成物は、繊維などの高耐汚染性製品に、より一貫性をもって、及び予想通りに加工される。
本開示は、以下の式を有するポリアミド組成物を提供し、
式中、Ｍは、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、又は水素イオンであり、ａ＝６～１０、ｂ＝６～１０、ｃ＝４～１０、ｄ＝４～１０、ｎ＝１～２０、ｐ＝１～１０００、ｍ＝１～４００、及びｘ＝４～２００である。式Ｉで表されるポリアミド組成物がランダムコポリマーであることは理解される。
本開示によって提供されるポリアミド組成物は、カプロラクタム、１又は複数のダイマー酸、１又は複数のジアミン、及び５－スルホイソフタル酸塩又は５－スルホイソフタル酸から形成され得る。得られるポリアミド組成物は、カプロラクタムの残基、ダイマー酸の残基、ジアミンの残基、及び５－スルホイソフタル酸塩又は５－スルホイソフタル酸の残基を含む。
カプロラクタム（ヘキサノ－６－ラクタム、アゼパン－２－オン、及びε－カプロラクタムとも称される）を以下に示す。
ダイマー酸は、以下に示される通りであってよく、
式中、ａ及びｂは、各々独立して、６～１０の範囲内であってよく、ｃ及びｄは、各々独立して、４～１０の範囲内であってよい。ダイマー酸は、飽和であってよく、又は１若しくは複数の不飽和結合を含んでいてもよい。式ＩＩＩの炭素原子数ｃ及びｄによって識別される２つの炭素鎖は、式Ｉに示されるように、主ポリマー鎖から分岐し、したがって、式Ｉのポリマー組成物を分岐鎖状ポリアミド組成物としている。２つの分岐炭素鎖は、各々、４～１０個の炭素原子を有し得る。短鎖（１０個以下の炭素）分岐を有するポリアミド組成物は、その対応する非分岐鎖状物と比較して、より高い溶融粘度を、さらには低せん断速度において比較的高い複素粘度、及び高いせん断速度において比較的低い複素粘度を呈することが見出された。
二量体化脂肪酸とも称されるダイマー酸は、不飽和脂肪酸を二量体化することによって製造されるジカルボン酸である。ダイマー酸に関するさらなる情報は、Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Volume 2, pp. 1-13に見出すことができる。ダイマー酸としては、例えば、Ｃｒｏｄａ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｐｌｃ，Ｅｄｉｓｏｎ，ＮＪから入手可能であるＰｒｉｐｏｌ（商標）１０１３、又はＴｈｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｊａｍｅｓｔｏｗｎ，ＲＩから入手可能であるＣ３６ダイマー酸が挙げられ得る。
ポリアミド組成物は、ダイマー酸の残基を、低くは４重量％、５重量％、６重量％、７重量％、８重量％、９重量％、１０重量％、１１重量％、若しくは１２重量％、又は高くは１３重量％、１４重量％、１５重量％、１６重量％、１７重量％、若しくは１８重量％、又は例えば４重量％～１８重量％、５重量％～１７重量％、６重量％～１６重量％、７重量％～１５重量％、８重量％～１４重量％、９重量％～１３重量％、１０重量％～１２重量％、１２重量％～１４重量％、若しくは１０重量％～１３重量％などの上記の値のいずれか２つの間で定められるいずれかの範囲内の量で含み得る。本明細書で列挙されるすべての重量パーセントは、ポリアミド組成物の総重量に基づいている。
ジアミンは、例えばＣ４～Ｃ６直鎖状又は分岐鎖状ジアミンであり得る。ジアミンは、例えばＳｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｏｒｐ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯから入手可能であるヘキサメチレンジアミンを含み得る。
ポリアミド組成物は、ジアミンの残基を、低くは０．５重量％、０．６重量％、０．８重量％、１重量％、１．２重量％、１．５重量％、２重量％、２．５重量％、若しくは３重量％、又は高くは３．５重量％、４重量％、５重量％、６重量％、８重量％、１０重量％、１５重量％、若しくは２０重量％、又は例えば０．５重量％～２０重量％、０．６重量％～１５重量％、０．８重量％～１０重量％、１重量％～８重量％、１．２重量％～６重量％、１．５重量％～５重量％、２重量％～４重量％、２．５重量％～３．５重量％、１重量％～３重量％、２重量％～６重量％、若しくは４重量％～１０重量％などの上記の値のいずれか２つの間で定められるいずれかの範囲内の量で含み得る。
５－スルホイソフタル酸の塩は、５－スルホイソフタル酸リチウム、５－スルホイソフタル酸ナトリウム、５－スルホイソフタル酸カリウム、又はこれらの組み合わせであり得る。５－スルホイソフタル酸リチウムを以下に示す。
５－スルホイソフタル酸ナトリウムを以下に示す。
５－スルホイソフタル酸カリウムを以下に示す。
ポリアミド組成物は、５－スルホイソフタル酸塩又は５－スルホイソフタル酸の残基を、低くは０．１重量パーセント（重量％）、０．５重量％、１重量％、１．５重量％、２重量％、２．５重量％、３重量％、４重量％、若しくは５重量％、又は高くは６重量％、７重量％、８重量％、９重量％、１０重量％、１２重量％、若しくは１５重量％、又は例えば０．１重量％～１５重量％、０．５重量％～１２重量％、１重量％～１０重量％、１．５重量％～９重量％、２重量％～８重量％、２．５重量％～７重量％、３重量％～６重量％、４重量％～５重量％、０．５重量％～５重量％、６重量％～１５重量％、８重量％～１２重量％、若しくは０．５重量％～１．５重量％などの上記の値のいずれか２つの間で定められるいずれかの範囲内の量で含み得る。
このポリアミド組成物は、非常に優れた耐汚染特性を呈することが示された。上記で述べたように、コーヒー、ワイン、及び食品の着色分などの一般的な汚染は、酸性の性質である。これらの物質は、ナイロン（ポリアミド）繊維を、ナイロンポリマー中の末端塩基性アミン基に結合することによって汚染し得る。ポリマー中の負に荷電した基は、酸性物質を寄せ付けない補助となることができ、繊維を耐汚染性とすることができる。理論に束縛されるものではないが、５－スルホイソフタル酸塩又は５－スルホイソフタル酸の残基が、ポリマー組成物の負電荷を増加させることによって耐汚染性を高めるものと考えられる。
耐汚染性の１つの尺度は、全色差ΔＥである。ΔＥは、ＣＩＥ ＤＥ２０００に従う、標準色サンプルと比較した汚染サンプルの視知覚の変化の尺度である。０のΔＥ値は、汚染サンプルと標準色サンプルとの間に測定可能な差が存在しないことを意味する。およそ２のΔＥ値が、一般的に、人間の眼によって知覚可能な最小色差と見なされている。
ポリアミド組成物のΔＥは、１０未満、９未満、８未満、７未満、６未満、５未満、４未満、３未満、若しくは２未満、又は上記の値のいずれか２つの間で定められるいずれかの範囲内のいずれかの値未満であり得る。
アミン末端基濃度（ＡＥＧ）は、７０％フェノール及び３０％メタノールの溶媒中のポリアミド組成物サンプルを滴定するのに要する塩酸（０．１Ｎの標準ＨＣｌ）の量により、以下の式１に従って特定することができる。
ポリアミド組成物は、低くは約５ミリモル毎キログラム（ｍｍｏｌ／ｋｇ）、約１０ｍｍｏｌ／ｋｇ、約１５ｍｍｏｌ／ｋｇ、約２０ｍｍｏｌ／ｋｇ、若しくは約２５ｍｍｏｌ／ｋｇ、又は高くは約３０ｍｍｏｌ／ｋｇ、約３５ｍｍｏｌ／ｋｇ、約４０ｍｍｏｌ／ｋｇ、約４５ｍｍｏｌ／ｋｇ、若しくは約５０ｍｍｏｌ／ｋｇ、又は例えば約５ｍｍｏｌ／ｋｇ～約５０ｍｍｏｌ／ｋｇ、約１０ｍｍｏｌ／ｋｇ～約４５ｍｍｏｌ／ｋｇ、約１５ｍｍｏｌ／ｋｇ～約４０ｍｍｏｌ／ｋｇ、約２０ｍｍｏｌ／ｋｇ～約３５ｍｍｏｌ／ｋｇ、約２５ｍｍｏｌ／ｋｇ～約３０ｍｍｏｌ／ｋｇ、約１０ｍｍｏｌ／ｋｇ～約３５ｍｍｏｌ／ｋｇ、約１０ｍｍｏｌ／ｋｇ～約２０ｍｍｏｌ／ｋｇ、若しくは約３０ｍｍｏｌ／ｋｇ～約４０ｍｍｏｌ／ｋｇなどの上記の値のいずれか２つの間で定められるいずれかの範囲内の総アミン末端基濃度を有し得る。
ポリアミド組成物は、低くは約２．０ＲＶ、約２．５ＲＶ、約３．０ＲＶ、約３．５ＲＶ、約４．０ＲＶ、約４．５ＲＶ、又は高くは約５．０ＲＶ、約５．５ＲＶ、約６．０ＲＶ、約６．５ＲＶ、約７．０ＲＶ、又は例えば約２．０ＲＶ～約７．０ＲＶ、約２．５ＲＶ～約６．５ＲＶ、約３．０ＲＶ～約６．０ＲＶ、約３．５ＲＶ～約５．５ＲＶ、約４．０ＲＶ～約５．０ＲＶ、約４．５ＲＶ～約５．０ＲＶ、約２．０ＲＶ～約４．５ＲＶ、若しくは約５．０ＲＶ～約７．０ＲＶなどの上記の値のいずれか２つの間で定められるいずれかの範囲内の相対粘度（ＲＶ）を有し得る。本明細書におけるすべての相対粘度測定値は、ＧＢ／Ｔ １２００６．１－２００９／ＩＳＯ ３０７：２００７によって測定された場合である。
ポリアミド組成物は、低くは約２００ＦＡＶ、約２５０ＦＡＶ、約３００ＦＡＶ、約３５０ＦＡＶ、約４００ＦＡＶ、約４５０ＦＡＶ、約５００、又は高くは約５５０ＦＡＶ、約６００ＦＡＶ、約６５０ＦＡＶ、約７００ＦＡＶ、約７５０ＦＡＶ、約８００ＦＡＶ、約８５０ＦＡＶ、約９００ＦＡＶ、若しくは約９５０ＦＡＶ、又は例えば約２００ＦＡＶ～約９５０ＦＡＶ、約２５０ＦＡＶ～約９００ＦＡＶ、約３００ＦＡＶ～約８５０ＦＡＶ、約３５０ＦＡＶ～約８００ＦＡＶ、約４００ＦＡＶ～約７５０ＦＡＶ、約４５０ＦＡＶ～約７００ＦＡＶ、約５００ＦＡＶ～約６５０ＦＡＶ、約５５０ＦＡＶ～約６００ＦＡＶ、約３５０ＦＡＶ～約５５０ＦＡＶ、約３００ＦＡＶ～約６００ＦＡＶ、若しくは約４００ＦＡＶ～約５００ＦＡＶなどの上記の値のいずれか２つの間で定められるいずれかの範囲内のギ酸粘度（ＦＡＶ）を有し得る。本明細書におけるすべてのＦＡＶ測定値は、ＡＳＴＭ Ｄ－７８９－０７によって測定された場合である。
ポリアミド組成物は、ＡＳＴＭ Ｄ－６８６９によって測定した場合、低い水分レベルを有し得る。水分レベルは、約１５００ｐｐｍ未満、約１２００ｐｐｍ未満、約１０００ｐｐｍ未満、約８００ｐｐｍ未満、約６００ｐｐｍ未満、約５００ｐｐｍ未満、若しくは約４００ｐｐｍ未満、又は上記の値のいずれか２つの間で定められるいずれかの範囲内の水分含有量未満であり得る。
耐汚染性分岐鎖状ポリアミド組成物は、カプロラクタム、ダイマー酸、ジアミン、及び５－スルホイソフタル酸塩又は５－スルホイソフタル酸、及び水を反応器に供給することと；カプロラクタム、ダイマー酸、ジアミン、及び５－スルホイソフタル酸塩又は５－スルホイソフタル酸を反応器中で一緒に混合することと、カプロラクタム、ダイマー酸、ジアミン、及び５－スルホイソフタル酸塩又は５－スルホイソフタル酸を反応器中、反応温度で反応させることと、によって合成することができる。ジアミンは、水溶液として供給され得る。水は、カプロラクタム、ダイマー酸、ジアミン、及び５－スルホイソフタル酸塩又は５－スルホイソフタル酸を反応器中で反応させる前に反応器に投入され得る。反応器は、反応工程の少なくとも一部分の過程で、反応圧力下とされ得る。反応工程の過程で発生した水を除去するために、反応器に真空が適用され得る。混合は、反応工程の少なくとも一部分の過程で、連続され得る。
反応温度は、低くは約２２５℃、約２３０℃、約２３５℃、又は高くは約２６０℃、約２７０℃、約２８０℃、約２９０℃、又は例えば約２２５℃～約２９０℃、約２３０℃～約２８０℃、約２３５℃～約２７０℃、約２３０℃～約２６０℃、約２６０℃～約２８０℃、若しくは約２６０℃～約２７０℃などの上記の値のいずれか２つの間で定められるいずれかの範囲内であり得る。
供給工程において、縮合触媒が供給され得る。適切な縮合触媒としては、例えば次亜リン酸塩又は次亜リン酸ナトリウムが挙げられる。縮合触媒は、低くは約５０ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ、若しくは約１５０ｐｐｍ、又は高くは約２００ｐｐｍ、約２５０ｐｐｍ、若しくは約３００ｐｐｍ、又は例えば約５０ｐｐｍ～約３００ｐｐｍ、１００ｐｐｍ～約２５０ｐｐｍ、１５０ｐｐｍ～約２００ｐｐｍ、約５０ｐｐｍ～約１５０ｐｐｍ、若しくは約１５０ｐｐｍ～約２５０ｐｐｍなどの上記の値のいずれか２つの間で定められるいずれかの範囲内の濃度で供給され得る。
図は、本明細書で開示されるポリアミド組成物から繊維又はフィラメントを形成するためのシステム及びプロセス１２０を示す模式図である。図に例示的に示されるように、ポリアミド組成物は、押出機１２４のホッパーにフィード１２２として供給され、続いて押出機中で溶融され、紡糸口金１２６を通して繊維１２８として押出される。加熱されたポリアミド組成物は、円形又は三角形断面の個々の繊維１２８を形成するための１又は複数の出口部を含み得る紡糸口金１２６を用いて紡糸される。個々の繊維１２８は、次に、１３２で回収されて、１又は複数の延伸ローラー１３４上で延伸されてよく、その後、得られた繊維１３６は、巻き取りボビン１３８で回収される（テキスタイル及びカーペット繊維として）。各繊維１３６は、少なくは３０、３２、３４、又は多くは５６、５８、６０のフィラメント、又は例えば３０～６０、３２～５８、若しくは３４～５６のフィラメントなどの上記の値のいずれか２つの間で定められるいずれかの範囲内のフィラメントを含有し得る。
上記で述べた方法によって製造されたポリアミド組成物は、押出され、紡糸されて、中程度の巻き取り速度及び増加する延伸率で半延伸糸（ＰＯＹ）及び延伸糸（ＦＤＹ）の繊維が形成され、このことにより、より高強度の繊維の製造が可能となる。
繊維は、低くは２００メートル毎分（ｍ／分）、３００ｍ／分、４００ｍ／分、若しくは５００ｍ／分、又は高くは１２００ｍ／分、１４００ｍ／分、１６００ｍ／分、１８００ｍ／分、若しくは２０００ｍ／分、又は例えば２００ｍ／分～２０００ｍ／分、３００ｍ／分～１８００ｍ／分、４００ｍ／分～１６００ｍ／分、５００ｍ／分～１４００ｍ／分、１６００ｍ／分～２０００ｍ／分、６００ｍ／分～１２００ｍ／分、若しくは１２００ｍ／分～２０００ｍ／分などの上記の値のいずれか２つの間で定められるいずれかの範囲内の巻き取り速度で形成され得る。
繊維は、低くは３．０グラム／デニール（ｇｐｄ）、３．２ｇｐｄ、３．４ｇｐｄ、３．６ｇｐｄ、３．８ｇｐｄ、４．０ｇｐｄ、４．２ｇｐｄ、４．４ｇｐｄ、４．６ｇｐｄ、４．８ｇｐｄ、若しくは５．０ｇｐｄ、又は高くは５．２ｇｐｄ、５．４ｇｐｄ、５．６ｇｐｄ、５．８ｇｐｄ、６．０ｇｐｄ、６．２ｇｐｄ、６．４ｇｐｄ、６．６ｇｐｄ、６．８ｇｐｄ、若しくは７．０ｇｐｄ、又は例えば３．０ｇｐｄ～７．０ｇｐｄ、３．２ｇｐｄ～６．８ｇｐｄ、３．４ｇｐｄ～６．６ｇｐｄ、３．６ｇｐｄ～６．４ｇｐｄ、３．８ｇｐｄ～６．２ｇｐｄ、４．０ｇｐｄ～６．０ｇｐｄ、４．２ｇｐｄ～５．８ｇｐｄ、４．４ｇｐｄ～５．６ｇｐｄ、４．６ｇｐｄ～５．４ｇｐｄ、４．８ｇｐｄ～５．２ｇｐｄ、４．８ｇｐｄ～７．０ｇｐｄ、若しくは５．０ｇｐｄ～６．０ｇｐｄなどの上記の値のいずれか２つの間で定められるいずれかの範囲内のテナシティを有し得る。
本発明を例示的な設計に関して記載してきたが、本発明は、本開示の趣旨及び範囲内でさらに改変されてよい。さらに、本出願は、本発明が属する技術分野における公知の又は慣習的な実践の範囲内に含まれるような本開示からの逸脱も包含することを意図している。
本明細書で用いられる場合、「上記の値のいずれか２つの間で定められるいずれかの範囲内」の句は、文字通り、値が列挙の低い値の方にあるか、又は列挙の高い値の方にあるかにかかわらず、その句の前に列挙された値のいずれか２つからのいずれの範囲が選択されてもよいことを意味する。例えば、値の対は、低い方の値２つ、高い方の値２つ、又は低い方の値及び高い方の値、から選択され得る。
実施例
例１ － ５－スルホイソフタル酸塩の残基を含む分岐鎖状ポリアミド組成物の製造（分岐鎖状ＳＩＰＡポリアミド）
この例では、５－スルホイソフタル酸塩（ＳＩＰＡ）の残基を含む分岐鎖状ポリアミド組成物の製造について示す。反応器は、１２Ｌのステンレス鋼容器にらせん型撹拌器を取り付けることで準備した。反応器に供給した反応物は、４７６０グラムのカプロラクタム（ＡｄｖａｎＳｉｘ Ｒｅｓｉｎｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ ＬＬＣ，Ｐａｒｓｉｐｐａｎｙ，ＮＪ）、６７２グラムのＰｒｉｐｏｌ（商標）１０１３ダイマー酸（Ｃｒｏｄａ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ ＤＥ）、３９．８グラムの５－スルホイソフタル酸ナトリウム（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｏｒｐ．，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ）、及び７０重量％のヘキサメチレンジアミン及び３０重量％の水から本質的に成る１９５グラムの溶液（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｏｒｐ．，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ）を含んでいた。縮合触媒も、次亜リン酸塩の形態で約１００ｐｐｍの濃度で反応器に供給し、さらには１００グラムの脱イオン水も供給した。
例１ － ５－スルホイソフタル酸塩の残基を含む分岐鎖状ポリアミド組成物の製造（分岐鎖状ＳＩＰＡポリアミド）
この例では、５－スルホイソフタル酸塩（ＳＩＰＡ）の残基を含む分岐鎖状ポリアミド組成物の製造について示す。反応器は、１２Ｌのステンレス鋼容器にらせん型撹拌器を取り付けることで準備した。反応器に供給した反応物は、４７６０グラムのカプロラクタム（ＡｄｖａｎＳｉｘ Ｒｅｓｉｎｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ ＬＬＣ，Ｐａｒｓｉｐｐａｎｙ，ＮＪ）、６７２グラムのＰｒｉｐｏｌ（商標）１０１３ダイマー酸（Ｃｒｏｄａ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ ＤＥ）、３９．８グラムの５－スルホイソフタル酸ナトリウム（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｏｒｐ．，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ）、及び７０重量％のヘキサメチレンジアミン及び３０重量％の水から本質的に成る１９５グラムの溶液（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｏｒｐ．，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ）を含んでいた。縮合触媒も、次亜リン酸塩の形態で約１００ｐｐｍの濃度で反応器に供給し、さらには１００グラムの脱イオン水も供給した。
反応物、触媒、及び水を反応器中で一緒に混合した。反応器を約２３０℃の反応温度まで加熱し、反応物を１時間混合した。約６．５バールの反応器圧が観察された。１時間後、反応器を排気して、圧力を開放した。反応温度を２３０℃に維持して１時間保持し、同時に反応器に窒素を通し（２Ｌ／分）、内容物をらせん型撹拌器で混合して、ポリアミド組成物の分子量を増加させた。１時間後、ポリアミド組成物を真空蒸留し、らせん型撹拌器が約５５Ｎｍのトルク限界値に到達するまで混合した。ポリマー組成物を、反応器から水槽中に押出して、ポリアミド組成物を冷却した。冷却したポリアミド組成物を、ペレタイザーでペレット化して、ポリアミド組成物のチップを形成した。チップを、約１５ｐｓｉの圧力下、１２０℃で１時間の脱イオン水中での浸出に３回掛け、合計３時間で未反応カプロラクタムを除去した。このリンスしたポリアミド組成物を、８０℃及び２８水銀柱インチの真空度の真空オーブン中で乾燥して、水分含有量約８００ｐｐｍのポリアミド組成物を製造した。
例２ － 分岐鎖及び５－スルホイソフタル酸塩残基がある場合とない場合でのポリアミド組成物の比較
この例では、例１の分岐鎖状ＳＩＰＡポリアミド組成物の性能を、二重末端封止ポリアミドポリマーＤＴＰＰ（Ａｅｇｉｓ（登録商標）ＭＢＭ、ＡｄｖａｎＳｉｘ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ，Ｐａｒｓｉｐｐａｎｙ，ＮＪから入手可能）、非末端封止ナイロン－６（Ａｅｇｉｓ（登録商標）Ｈ５５ＺＩＥ、ＡｄｖａｎＳｉｘ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄから入手可能）、及び市販の耐汚染性ポリアミドポリマーと比較する。例１の分岐鎖状ＳＩＰＡポリアミド組成物のマルチフィラメント繊維を、６～１２ポンド／時間の速度で一軸押出機から分岐鎖状ＳＩＰＡポリアミド組成物を押出すことによって製造した。押出機は、２インチの軸径及び２７対１の長さ対軸径比を有する混合を伴うものであった。押出機のゾーン温度は、約７５０ｐｓｉｇの押出機圧力（３５００－１～７０００秒－１のキャピラリーせん断粘度（capillary shear viscosity））のために、２５５℃～２６５℃に設定した。クロスフローエアクエンチング（cross flow air quenching）（４０％フロー、２４℃、５０％相対湿度）を伴う０．４ｍｍ径キャピラリーを有する紡糸口金を用いて、紡糸口金の出口部から最初の駆動巻き取りロールまで約１０フィートのスタック高さ（stack height）で繊維を紡糸した。
この例では、例１の分岐鎖状ＳＩＰＡポリアミド組成物の性能を、二重末端封止ポリアミドポリマーＤＴＰＰ（Ａｅｇｉｓ（登録商標）ＭＢＭ、ＡｄｖａｎＳｉｘ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ，Ｐａｒｓｉｐｐａｎｙ，ＮＪから入手可能）、非末端封止ナイロン－６（Ａｅｇｉｓ（登録商標）Ｈ５５ＺＩＥ、ＡｄｖａｎＳｉｘ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄから入手可能）、及び市販の耐汚染性ポリアミドポリマーと比較する。例１の分岐鎖状ＳＩＰＡポリアミド組成物のマルチフィラメント繊維を、６～１２ポンド／時間の速度で一軸押出機から分岐鎖状ＳＩＰＡポリアミド組成物を押出すことによって製造した。押出機は、２インチの軸径及び２７対１の長さ対軸径比を有する混合を伴うものであった。押出機のゾーン温度は、約７５０ｐｓｉｇの押出機圧力（３５００－１～７０００秒－１のキャピラリーせん断粘度（capillary shear viscosity））のために、２５５℃～２６５℃に設定した。クロスフローエアクエンチング（cross flow air quenching）（４０％フロー、２４℃、５０％相対湿度）を伴う０．４ｍｍ径キャピラリーを有する紡糸口金を用いて、紡糸口金の出口部から最初の駆動巻き取りロールまで約１０フィートのスタック高さ（stack height）で繊維を紡糸した。
例１の分岐鎖状ＳＩＰＡポリアミド組成物のマルチフィラメント繊維を、４００ｍｐｍ～１６００ｍｐｍの巻き取り速度で加工して様々なＰＯＹ及びＦＤＹサンプルを製造した場合の紡糸加工性能及び得られる引張特性について評価した。製造したＰＯＹ／ＦＤＹサンプル繊維は、繊維あたり３６の個別のフィラメントを有し、７０～２７００デニールであった。
分岐鎖状ＳＩＰＡポリアミド組成物の繊維を、テナシティ及び引張伸び率について評価した。ＤＴＰＰ、ナイロン－６、及び市販の耐汚染性ポリアミドポリマーから製造した繊維も紡糸し、比較のために評価した。結果を以下の表１に示す。
表１に示されるように、例１の分岐鎖状ＳＩＰＡポリアミド組成物から製造したＰＯＹ／ＦＤＹ繊維は、ＤＴＰＰ又はナイロン－６から製造した繊維と同等又はそれより良好な機械的延伸率及びテナシティを達成し、テナシティは、市販の耐汚染性ポリアミドよりも非常に良好であった。
分岐鎖状ＳＩＰＡポリアミド組成物及び比較ポリアミドポリマーを、全色差ΔＥによって示される耐汚染性について評価した。ＦＤ＆Ｃ Ｒｅｄ ４０染料の溶液１００ｍｇを２００ｍＬの水に溶解し、クエン酸を添加して約２．８のｐＨとした。サンプルをＲｅｄ ４０染料溶液中に３０秒間入れ、続いて水でリンスした。これらの汚染サンプルを、９０℃の真空オーブン中に２４時間入れて乾燥させた。汚染サンプル及び非汚染オリジナルサンプルの両方を白色の板紙製カードに巻き付け、分光光度計（コニカミノルタＣＭ－５分光光度計）で色を測定して、ＣＩＥ Ｌａｂ色空間のＬ、ａ、及びｂの値を特定した。標準ΔＥ値を、色測定値に基づいて式２を用いて算出した。標準ΔＥは、染料取り込みによる汚染に起因する色変化の尺度となる。
式２：
ΔＥ＝（（ΔＬ２）＋（Δａ２）＋（Δｂ２））０．５
標準ΔＥは、染料取り込みによる汚染に起因する色変化の尺度となる。ポリマーチップ、及びポリマーチップから形成した繊維の両方について測定した。結果を表２に示す。
式２：
ΔＥ＝（（ΔＬ２）＋（Δａ２）＋（Δｂ２））０．５
標準ΔＥは、染料取り込みによる汚染に起因する色変化の尺度となる。ポリマーチップ、及びポリマーチップから形成した繊維の両方について測定した。結果を表２に示す。
分岐鎖状ＳＩＰＡポリアミド繊維の繊維は、驚くべきことに、市販の耐汚染性ポリアミドポリマーと比較した場合であっても、優れた耐汚染性を示す。したがって、比較ポリアミドポリマーのいずれとも異なり、分岐鎖状ＳＩＰＡポリアミドにより、非常に優れた機械的延伸率及びテナシティ、さらには非常に優れた耐汚染性を有する繊維が製造される。
Claims (20)
- 以下の式を有し、
ａ＝６乃至１０、
ｂ＝６乃至１０、
ｃ＝４乃至１０、
ｄ＝４乃至１０、
ｎ＝１乃至２０、
ｐ＝１乃至１０００、
ｍ＝１乃至４００、及び
ｘ＝４乃至２００、であるポリアミド組成物。 - ５－スルホイソフタル酸の塩の残基を含む、請求項１に記載のポリアミド組成物。
- 前記スルホイソフタル酸の塩が、５－スルホイソフタル酸ナトリウム、５－スルホイソフタル酸リチウム、及び５－スルホイソフタル酸カリウムから成る群より選択される、請求項２に記載のポリアミド組成物。
- 前記スルホイソフタル酸の塩の前記残基の濃度が、前記ポリアミド組成物の総重量に基づいて、０．１重量％乃至１５重量％である、請求項２に記載のポリアミド組成物。
- 各々が６個以上の炭素を有する２つの炭素鎖を含むダイマー酸の残基を含む、請求項１に記載のポリアミド組成物。
- 前記ダイマー酸の残基の濃度が、前記ポリアミド組成物の総重量に基づいて、６重量％乃至１８重量％である、請求項５に記載のポリアミド組成物。
- 前記ポリアミド組成物の総アミン末端基濃度が、約５ミリモル／キログラム乃至約５０ミリモル／キログラムである、請求項１に記載のポリアミド組成物。
- 前記ポリアミド組成物の相対粘度（ＲＶ）が、ＧＢ／Ｔ １２００６．１－２００９／ＩＳＯ ３０７：２００７によって特定した場合、約２．０乃至約７．０ＲＶである、請求項１に記載のポリアミド組成物。
- 前記ポリアミド組成物のギ酸粘度が、ＡＳＴＭ Ｄ－７８９－０７によって測定した場合、約２００ＦＡＶ乃至約９５０ＦＡＶである、請求項１に記載のポリアミド組成物。
- ＣＩＥ ＤＥ２０００に従う色差ΔＥが、１０未満である、請求項１に記載のポリアミド組成物。
- ３．０乃至７．０グラム／デニールのテナシティを有する、請求項１に記載のポリアミド組成物から形成された繊維。
- ６．０乃至７．０グラム／デニールのテナシティを有する、請求項１１に記載の繊維。
- 以下の式を有するポリアミド組成物の製造方法であって、
カプロラクタム、ダイマー酸、ジアミン、及び、５－スルホイソフタル酸塩又は５－スルホイソフタル酸のうちの少なくとも１つを反応器に供給することと、
前記カプロラクタム、前記ダイマー酸、前記ジアミン、並びに５－スルホイソフタル酸塩及び５－スルホイソフタル酸のうちの前記少なくとも１つを前記反応器中で一緒に混合することと、
前記カプロラクタム、前記ダイマー酸、前記ジアミン、並びに５－スルホイソフタル酸塩及び５－スルホイソフタル酸のうちの前記少なくとも１つを前記反応器中、反応温度で反応させることと、
を含む、方法。 - 前記供給工程において、５－スルホイソフタル酸塩及び５－スルホイソフタル酸のうちの前記少なくとも１つが、前記ポリアミド組成物の総重量に基づいて、０．１重量％乃至１５重量％である、請求項１３に記載の方法。
- 前記供給工程において、５－スルホイソフタル酸塩及び５－スルホイソフタル酸のうちの前記少なくとも１つが、５－スルホイソフタル酸ナトリウム、５－スルホイソフタル酸リチウム、及び５－スルホイソフタル酸カリウムから成る群より選択される５－スルホイソフタル酸塩である、請求項１３に記載の方法。
- 前記供給工程において、前記ジアミンが、ヘキサメチレンジアミンを含む、請求項１３に記載の方法。
- 前記供給工程において、前記ダイマー酸が、前記ポリアミド組成物の総重量に基づいて、６重量％乃至１８重量％である、請求項１３に記載の方法。
- 前記反応工程において、前記反応器が、前記反応工程の一部分で加圧される、請求項１３に記載の方法。
- 前記反応工程において、前記反応器が、前記反応工程の一部分で真空下とされる、請求項１３に記載の方法。
- 前記反応工程において、前記反応温度が、約２２５℃乃至約２９０℃である、請求項１３に記載の方法。
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