JPH01118666A - 表面処理した芳香族ポリエステル繊維 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は表面処理した高強度、高弾性率を有するポリエ
ステル系サーモトロピック液晶高分子化合物よシ成る繊
維に関する。

〔従来の技術〕

近年高強度、高弾性率を有する各種の高分子化合物よシ
成る繊維が研究開発されており、高重合度ポリエチレン
よ）超延伸して得られる繊維やポリパラフェニレンテレ
７タルアミド繊維（Ｄｕ−■ Ｐｏｎｔ社のケプラ　　）に代表される湿式液晶紡糸さ
れた繊維等がある。一般にこれら高強度、高弾性率を有
する繊維は、繊維軸方向の分子鎖の配向度が極端に高い
と言う形態を有するため、繊維軸方向の張力に対しては
強いが、逆に繊維軸と垂直な方向の張力に対しては弱い
と言う性質を持っている。このため、繊維表面のフィブ
リル化や圧縮疲労を受けた後の強力保持率が、一般のポ
リビニルアルコールやポリエステルなどの繊維に較べて
悪いなどの欠点が指摘されていた。

ところで最近特に注目されている液晶高分子化合物に異
方性溶融相を形成し得るポリエステル系サーモトロピッ
ク液晶高分子化合物（以下略して芳香族ポリエステル化
合物とする）がある。この化合物は、従来のポリエステ
ル繊維に用いられる溶融紡糸法によシ繊維化が可能であ
わ、容易に高強度、高弾性率を有する繊維を製造できる
ことが知られている。これは、該化合物が剛直な分子鎖
骨格を有し溶融状態で液晶を構成するため、せん断方向
に容易に配向すると言う性質を利用したもので、溶融紡
糸で繊維化するならば、ノズル内で高配向状態が紡糸後
も維持され、紡糸原糸の状態で高い配向性と結晶性を有
することになる。さらに軟化温度付近にて熱処理するこ
とで一層強度、弾性率ともに向上させることもできる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが上記芳香族ポリエステル化合物から成る繊維は
、繊維軸方向に分子鎖が高度に配向しミクロフィブリル
構造を形成し易いため、繊維の断面方向への力には弱く
簡単にフィブリル化する性質があり、特に繊維表面で起
こシ易い。また熱処理時における固相重合の際、低繊維
表面の融着や副生成物が、単繊維間に膠着として発生し
易い。

この様な膠着が存在する繊維束（以下ヤーンとする）に
張力をかけると単繊維−本一本へ均一に張力を分散させ
ることができずヤーンの強度を低下させることとなシ、
言わゆる強力利用率の低下の原因になる。繊維間の膠着
は、繊維軸方向の応力を繊維軸に対して垂直な方向の応
力へ一部変換するため、前述した繊維表層におけるフィ
ブリル化が一層増幅されることになる。この他に繊維の
構造的理由に因る耐圧縮疲労性の悪さを有するため製造
技術が比較的容易であるにも拘らず、高強力繊維として
の性能を十分発揮するには至っていない０ 〔問題点を解決するための手段〕 この様に芳香族ポリエステル繊維は、繊維自身も硬くフ
ィブリル化し易くなっておシ、さらに熱処理系は、程度
の差こそ有れ単繊維間に膠着が生じている。本発明者等
は、紡糸原糸及び熱処理系についてフィブリル化が生じ
る繊維表面からの深さを注意深く観察した結果、繊維の
組成、太さ及び製造条件にも多少差があるが、概ね表面
よシ約１μｍｏ深さまでに大半生じていることが分った
。

芳香族ポリエステル化合物よシ成型されたインジェクシ
ョンフィルムには、フィルム表層に存在する高度に分子
鎖が配向したスキン層と、スキン層はど高度に配向して
いないコア層から成る構造が報告されている（ジャーナ
ル　オプ　マテリアルズ　サイエンス、２１．７４４（
１９８６））。芳香族ポリエステル繊維に配向度の異な
るスキン層とコア層が存在するか否かについては分らな
いが、前記の如くフィブリル化が発生し易い表層は確か
に存在する。分子鎖が繊維軸方向に高度に配向すれば、
ミクロフィブリル構造が発現してその垂直方向の強度は
弱くなり、フィブリル化し易くなる。

ここでは仮にフィブリル化の発生頻度の高い表層をスキ
ン層と呼ぶことにする。

従来ポリエチレンテレフタレートなどの衣料用ポリエス
テル繊維をアルカリ減量して風合を改善することは良く
知られている。しかし芳香族ポリエステル繊維は、従来
のポリエステル繊維と違って良好な耐アルカリ性を有す
ることも知られている。本発明者等は、芳香族ポリエス
テル繊維の熱処理によるフィブリル化の発生は、前述の
如く礒維表層部のスキン層との間で大なる相関関係があ
ることを鑑み、従来のポリエステル繊維の場合の様な大
なる減量を必要とせず、繊維のスキン層だけを除去でき
れば良いとの観点に立ち、耐アルカリ性の良好な芳香族
ポリエステル繊維を減量処理することに思い至った。

即ち芳香族ポリエステル繊維は、曳好表耐アルカリ性を
有するものの、そのアルカリ処理によって表層のスキン
層程度は加水分解ができ、フィブリル化が生じ易いスキ
ン層を除去することが可能となったものである。そして
さらに繊維金アルカリ処理することによって、繊維表面
の円周方向に伸びる凹部あるいは凸部が形成され、この
凹部並びに凸部から成る凹凸部が形成されることで、さ
らに生じるフィブリル化をこの凹部で止め、それ以上に
成長することを防ぐことが可能になった。

同時に単繊維間に存在した膠着も消滅せしめ得ることが
判明し、これらよシ本発明に至ったのである。

即ち本発明は、 「（１）ポリエステル系サーモトロピック液晶高分子化
合物から成る繊維の表層をアルカリ性溶液にて除去した
芳香族ポリエステル繊維であって、該ｍ維は、その表面
に繊維軸に対して直角な外周方向に向く微細な凹部並び
に凸部から成る凹凸部が存在することを特徴とする芳香
族ポリエステル繊維。

（２）凹凸部は、凸部の長さが０．０５μｍ以上であり
、かつ繊維軸方向に存在する凹部の最底点と隣合う凹部
の最底点までの平面距離をＸとする時該Ｘが０．０５か
ら０．５μｍを満足することを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の芳香族ポリエステル繊維。

（８）凹凸部が繊維表面上にその面積の３０１以上存在
することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の芳香
族ポリエステル繊維。」である。

本発明に用いられる光学的に異方性溶融相を形成し得る
サーモトロピック液晶高分子化合物としては、芳香族ポ
リエステル化合物や芳香族ポリウレタン化合物等既に多
数知られているが、低水分率である繊維を得ることの容
易さから芳香族ポリエステル化合物がよシ好ましい。ま
たサーモトロピック液晶高分子化合物のこの様な特性は
、垂交偏交子を用いた顕微鏡下に於いてホットステイジ
に載せた試料を窒素雰囲気下で加熱して観察することに
より、光学的に異方性溶融相が形成されていることを容
易に観察できる。かかるサーモトロピック液晶高分子化
合物としては、具体的には下記の構造単位を含む高分子
化合物が一例として挙げられる。

υ　　　　　Ｕ　　　　　υ このようなサーモトロピック液晶高分子化合物からｌａ
ｍを形成することは公知の溶融紡糸技術によシ得られ、
例えば特開昭５０−４３２２３号、特開昭５０−１５７
６１９号、特開昭５０−１５８６９５号、特開昭５４−
７７６９１号等に記載されている。

本発明に於けるアルカリ性溶液とは、アルカリ金属及び
アルカリ土類金属の水酸化物、並びに選酸塩、重炭酸塩
、炭素数６以下の脂切酸塩、芳香族カルボン酸塩及び芳
香族フェノール塩から選ばれる一稽類以上のアルカリ性
化合物の溶液や水溶液、アンモニヤ、エチレンジアミン
やアミン類の化合物よシ成るアルカリ性水溶液を意味す
る。尚、水に代わる溶媒としては、例えばメタノール、
エタノール、グロバノール、ジメチルホルムアミド、７
メチルスルホキ７ド等の有機溶媒を単独で又は２種類以
上混合して、あるいは水との混和性の物は水と混合して
使用することも可能である。また溶媒中のアルカリ減量
促進剤としては、４級アミン塩縮合物等が有効であシ、
例えば閉成化学工業（株）製の「オリナツクス枦」や「
ダイベリン−」等を使用しても構わない。

アルカリ減量条件としては、アルカリ性溶液濃度が０．
５　ｇ量チから４０ｉ量チが好ましく、さらに好ましく
は５．０重量％から２０重量％である。

処理温度は、アルカリ性溶液の種類、濃度及び処理時間
にもよるが、水酸化す）　ＩＪウム水溶液の場合、７０
℃から１００℃が好ましく、さらに好ましくは９０℃か
ら１００℃である。減量方法としては、減量すべきヤー
ンを総状もしくはチーズ状に整形し、この条件で調製さ
れたアルカリ溶液へ浸す、一般にポリエステル繊維へ適
用されている手法が用いられる。アルカリ処理後のｇ＆
維は、つぎに弱酸性の水溶液中へ導き、その後必要なら
水の洗浄槽へ導いて乾燥させることで達成できる。

アルカリ減量して得られた繊維の表面は、一般に繊維軸
に対してほぼ垂直な外周方向に向いた凹凸が形成され、
減量の程度によってはクレータ−状の凹部を有する様に
なる。これらの点を示したのが、該繊維表面を電子顕微
鏡を用いて観察した図面第１〜４図で、第１〜３図が熱
処理した依維の表面、第４図が熱処理を行っていない紡
糸原糸のものである。減量前の繊維表面は、第１図で示
される様に凹凸のない滑らかな表面であるが、減量処理
すると繊維表面に繊維軸に対してほぼ直角な、即ちＲ維
の外周方向に伸びた微細で無数の凹凸が形成されること
が第２図で示される。この第２図の場合には、また前記
の微細で無数の凹凸と更にクレータ−状の凹部が形成さ
れる場合も示されている０第３図は、前記微細な凹凸を
よシ良く観察、計測するためのさらに高倍率の写真で、
この場合繊維の外周方向に伸びる微細な凹凸が繊維表面
全体に渡って形成されている場合を示す。さらに紡糸原
糸の第４図でも前記の微細な凹凸が観察でき、アルカリ
減量による凹凸の発現は、未熱処理系にも可能であるこ
とがわかる。

本発明者は、芳香族ポリエステル繊維に種々の条件でア
ルカリ減量を行い、この処理条件と本発明の課題である
、フィブリル化が生じ難たく耐摩耗性向上の効果も現れ
る表面構造との相関に着目し、その効果とアルカリ減量
処理後の繊維表面構造の面から、繊維軸に対してほぼ直
角な外周方向に向いた微細な凹部及び凸部から成る密な
凹凸部が形成されることによって、本発明の課題が解決
されることを見出だした。またその凹凸は、その凸部の
長さが０．０５μｍ以上であり、かつその凸部の幅と凸
部の繊維軸方向で現れる密度とを加味した平面距離Ｘ１
すなわち繊維軸方向に存在する凹部の最底点と隣合う最
底点までの平面距離Ｘが、０．０５から０．５μｍのも
のである時に本発明の課題が達せられることを見出だし
た。さらにまた、アルカリ処理条件によっては、前記凹
凸が形成されるその繊維表面に占める割合が異なってく
るが、この凹凸の占める割合が好ましくは３０チ以上、
さらに好ましくは５０％以上と高割合となることによっ
て、フィブリル化防止効果が向上することが見出だされ
た。本発明に於いては、前述の如くこの様な微細で繊維
外周方向に伸びた凹凸の形成によって、フィブリル化が
生じてもこの凹部で止まシ、それ以上に成長することを
防ぐことが可能となったと考えられる。

同表面凹凸の状態を立体的に拡大観察する手段として走
査型電子顕微鏡が有用であることは周知のことであシ、
走査型電子顕微鏡によって撮影した表面写真においては
、通常製部が凹部として、またより濃い部分がより深い
凹部として観察されることが普通である。本願発明にお
いても、例えば数１０ミリμｍオーダーの微細凹凸が識
別可能な程度の倍率の写真を撮ｐ、その写真上での黒白
に二って凹部及び凸部とし、凸部の長さ並びに前記Ｘを
計測したものである。もつとも凹部の最底点については
次の様にして定めた。即ち、電顕写真において、繊維軸
方向の直線上で濃淡差を順次識別しながら、相隣合う各
製部の濃さを比較し、原則として前後（両側）の製部に
比較して濃い部分（製部）を繊維表面を形成する凹凸の
凹部の最底点と判定した。

ところで芳香族ポリエステル化合物よシ得られた紡糸原
糸を熱処理した場合、単繊維間に膠着が生じるが、これ
を抑制する方法に特開昭６１−２３１２１８号がある。

この方法では、芳香族ボリエステル繊維の紡糸原糸に塩
基性溶液を付着させて熱処理するもので、熱処理後の単
礒維間には塩基性物質の付着量に応じて膠着の度合いが
抑制されている。第５図に以下の実施例で用いた芳香族
ポリエステル繊維の紡糸原糸に１．０重量％の水酸化す
）　＋７ウム水溶液を付着させて熱処理した繊維表面の
電顕写真を示す。前述の如くこの技術は、アルカリ性溶
液を付着させて熱処理し、アルカリ性物質を繊維表面に
付着させておく手段をとるもので、本発明の如く繊維を
アルカリ性溶液中で浸漬しその書面をアルカリ溶液中へ
溶出させるものとは技術を異にする。従ってこの技術で
得られる繊維の繊維表面には、本発明に当たる微細な凹
凸は全く存在しないことが観察される。

尚、単繊離間膠着を消失せしめる程度にアルカリ減債を
行うことは勿論可能であシ、減量すべきヤーンが総状も
しくはチーズ状であるなら上記減量粂件で処理時間を短
くすればよい。一方ボビンに巻かれた熱処理系ならば、
仕上げ用油剤を付着する工程中にアルカリ水溶液槽を入
れて連続的に減量処理を行うことも可能である。この場
合ヤーンがアルカリ水溶液中を通過する時間が短いため
、高濃度のアルカリ水溶液を高温に保つ必要があり、例
えばアルカリ性水溶液が水酸化ナトリウム水溶液である
場合、濃度は１．０重量−以上で可能であるが、好まし
くは１０１ｉ量チ以上でかつ温度が９５℃以上であるこ
とが望ましい。

アルカリ減量した繊維をゴムやエポキシ樹脂等に強化用
繊維として用いた場合、繊維やゴムと樹脂間の接着性の
向上がみられ、耐圧縮疲労性も向上する傾向にある。ま
九減量によシ繊維が柔らかくなり、布とした場合には風
合が向上し、染色を行うと特公昭５９−２４２３３号に
記載される如き濃色効果も生じるなど、従来のポリエス
テル繊維と同様な効果を有する外観も与えることが可能
である。

〔発明の効果〕

高強度、高弾性率を有する液晶高分子化合物から成る繊
維の構造的欠点である表層部のフィブリル化、さらには
熱処理した芳香族ポリエステル砿維の単ｆａｍ間膠着を
消滅せしめることが可能とな９、よって高性能の繊維を
工業的に製造する手段を提供し得たことが本発明の利点
である。この手段で得られるヤーンは、タイヤコード、
ロープ。

ケーブル、テンションメンバー、防弾チョッキ、各種繊
維補強材等の幅広い用途分野に利用できる。

以下実施例により本発明をより具体的に説明するが、本
発明はこれらの実施例に示されている具体例に限定され
るものではない。

実施例１ ｐ−オキシベンゾイル成分７０ｍｏ１％及び６−オキシ
−２〜ナフトイル成分３０　ｍｏｌ　％の組成から成る
ポリエステル系サーモトロピック液晶高分子化合物を溶
融紡糸し、５００デニールで１００フイラメントの原糸
を得た。この糸を穴空きボビンに巻き、窒素雰囲気中で
２８０℃、６時間熱処理した。得られた糸（熱処理系）
は、単繊維間に膠着が見られた。この熱処理系を５０ｆ
取りし、表１に示す濃度の水酸化ナトリウム水溶液中で
２時間アルカリ減量を行い、１重量％の墳酸水溶液中に
て繊ｆａＫ付着した水酸化ナトリウムを中和して水洗し
た。得られた繊維のフィブリル化程度と凹凸部形状、該
凹凸部の面積率及び強度を測定し、その主な結果を表１
に示す。尚フィブリル化の程度とは、ヤーンを親指と人
差し指の間で２０回もんだ後、光学顕微鏡下で観察した
際の程度である。

以下余白 表１の通り水酸化ナトリウムの濃度が０．５重量％以上
で膠着が無（，５，ＯＪｉ量チ以上で膠着及びフィブリ
ル化の無い高強度繊維が得られた。またフィブリル化程
度が無のヤーンは、ＡＩのヤーンに較べて柔軟であシ、
布にすると風合の向上が見られた。また、＆４から＆６
における繊維表面の電顕写真の計測から、これらの場合
、繊維表面に繊維外周方向に伸びる０、１μｍ以上の凸
部が存在し、しかもその凹凸は、前記Ｘが０．０５から
０．５μｍを満足する凹凸が存在するものであった。

実施ｆ０２ 実施例１と同様にして得られた熱処理系を、２０？Ｐ！
／分の速度で９５℃の３０重量％濃度の水酸化ナトリウ
ムと減量促進剤である「オリナックスＢ■」（閉成化学
工業（株）製）５重量％を混合した工程１０ｍ長の水溶
液槽を通過させた後、１５０℃の熱風槽、…−５の酢酸
水溶液槽そして水洗槽の各５？ＦＡ長の行程をこの順番
で通過させた後、乾熱ローラーによって乾燥させた。得
られたヤーンの減量率は０．５重量％、凹凸部の面積率
は３０％で、単繊維間の膠着は無く、強度は２４．９ｆ
／ｄであった。尚この行程の後に従来の油付着行程を連
結できる。この処理した繊維での表面凹凸は、０．１μ
ｍ以上の繊維の外周方向に伸びる凸部が存在し、Ｘが０
．０５から０．５μｍを満足する凹凸が存在するもので
あった。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図は、全て芳香族ポリエステル繊維の表
面状態を示す走査電顕写真で、第１図は熱処理後の表面
状態（倍率３，５００倍）、第２図及び第３図は熱処理
後アルカリ処理した表面状態（倍率３，５００倍及び１
０，０００倍）、第４図は熱処理していない紡糸原糸を
アルカリ溶出処理した表面状態（倍率３，５００倍）、
第５図は紡糸原糸に水酸化ナトリウムを付着し熱処理し
た表面状態（倍率３，５００倍）を、それぞれ示す。 特許出願人　株式会社　り　ラ　し

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ポリエステル系サーモトロピツク液晶高分子化合
   物から成る繊維の表層をアルカリ性溶液にて除去した芳
   香族ポリエステル繊維であつて、該繊維は、その表面に
   繊維軸に対して直角な外周方向に向く微細な凹部並びに
   凸部から成る凹凸部が存在することを特徴とする芳香族
   ポリエステル繊維。
2. （２）凹凸部は、凸部の長さが０．０５μｍ以上であり
   、かつ繊維軸方向に存在する凹部の最底点と隣合う凹部
   の最底点までの平面距離をＸとする時、該Ｘが０．０５
   から０．５μｍを満足することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の芳香族ポリエステル繊維。（３）凹凸
   部が繊維表面上にその面積の３０％以上存在することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の芳香族ポリエス
   テル繊維。