JPH0248642B2 - Konododoopunochoseihoho - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高分子材料の高濃度溶液の調製方法
に関する。さらに詳しくは、高分子材料からなる
紡糸用の均一な高濃度溶液を容易にしかも短時間
に調製する方法に関する。本発明の方法は、特に
溶媒の体積に比較して高分子材料の体積が著しく
大きく、通常の方法で溶媒と高分子材料を混合し
た状態では、溶媒を均一に高分子材料に浸透して
溶解さすことが困難な場合により有効な方法であ
る。

高分子溶液から種々の繊維が乾式紡糸法や湿式
紡糸法あるいはこれらの方法を組み合せた紡糸方
法によつて製造されていることは周知のとうりで
ある。これらの紡糸法に使用されている高分子溶
液は一般に５〜25重量％程度の比較的低い濃度範
囲で高分子材料を溶存しており、且つ比較的低い
粘土を持つている。これは、この濃度範囲で高分
子溶液が紡糸するのに適当な粘土及び曳糸性等の
良好な性質を発現し、比較的容易に繊維に成形が
可能なためと、紡糸に好適な高分子材料未溶解物
を殆ど含まない均一な溶液が撹拌操作によつて容
易に得られるためである。高分子溶液の特性は、
高分子材料の濃度及び重合度ならびに温度に著し
い影響を受ける。通常使用される100℃以下の温
度において高分子溶液を調整する場合、濃度を上
昇させると撹拌操作のみによつて均一な溶解を達
成することが困難となる。この溶解が困難になる
限界濃度は、重合度の上昇とともに低下する。こ
の均一な溶解が困難な理由としては２つの因子が
考えられる。一つは、濃度の上昇に伴う粘土の上
昇によつて撹拌ができなくなることであり、他の
一つは、濃度の上昇に伴つて溶媒の体積に比較し
て高分子材料の体積が著しく大きくなることか
ら、溶媒が均一に高分子材料全体に浸透し得なく
なつて部分的にしか溶解が起きないことである。

一方、高分子材料の均一な高濃度溶液は、紡糸
して繊維を製造するに際して、生産性を向上でき
ること、溶媒の回収コストを低減できること、さ
らには溶液が光学異方性を示し、高強力で高弾性
率を有する繊維を製造できる可能性があることな
どの点で当業者にとつて非常に大きな興味をそそ
る重要な課題である。しかしながら、そのような
高濃度均一溶液を容易に調製する方法として十分
満足できるものはこれまで知られていない。

本発明者らは、このような現状に鑑み、鋭意検
討を重ねた結果、遠心力による溶媒の浸透と剪断
力付与ローラによる溶解を組み合わせることによ
つて、紡糸に良好な高分子材料の均一な高濃度溶
液を容易にしかも短時間に調整できる方法を完成
するに至つた。

すなわち、本発明に係る高分子材料の均一な高
濃度溶液を調製する方法は、高分子材料の高濃度
溶液を調製するにあたり、遠心力によつて溶媒を
高分子材料に浸透させた後、少なくとも１本の剪
断力付与ローラを持つ溶解機中に、溶媒が浸透し
た高分子材料を投入して溶解させることを特徴と
する。

本発明の方法に使用される高分子材料として
は、天然セルロース、再生セルロース、セルロー
ス誘導体、ポリアミド、ポリエステル、ポリアク
リロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化
ビニル、ポリ塩化ピニリデンなどが挙げられる
が、特に限定されるものではない。

使用される高分子材料の溶媒に対する重量分率
すなわち濃度は、使用される高分子材料の種類、
平均重合度、溶媒の種類および溶解温度によつて
異なるが、濃度に最も影響を与えるのは平均重合
度である。すなわち、平均重合度は高分子溶液の
粘土に著しく影響を及ぼし、平均重合度が高い
程、低い濃度で高分子溶液の粘土が上昇して溶解
が困難になる。本発明に使用される高分子材料の
溶媒に対する重量分率は少なくとも５％であるこ
とが好ましく、特に数平均重合度と次式の関係で
示される濃度がより好ましい。

C〓≧−P_o／60＋25 式中、C〓：重量分率、P_o：数平均重合度であ
る。この濃度範囲より低い濃度を有する溶液は通
常の撹拌による溶解操作によつて調製が可能であ
るが、前述したように、生産性の向上は期待でき
ないし、溶媒の回収コストも増大する。また、濃
度を増大することによつて、所望される繊維性質
の改良や光学異方性の発現は全く期待できない。

本発明の最大の利点は、従来の撹拌操作では全
く達成できなかつた高分子材料の高濃度溶液、特
に加温下で分解しやすい高分子材料の高濃度溶液
を容易に且つ短時間にしかも高分子材料の分解劣
化を伴うことなく調製できる点にある。

本発明の方法で得られる高濃度溶液の調製可能
な上限濃度は、特に限定されるものではないが、
下限濃度と同様に平均重合度に依存して決まる。
通常、数平均重合度が800以上の高分子材料では
60重量％以下の範囲が好適に使用され、数平均重
合度800未満では80重量％以下の範囲が好適に使
用される。これらの濃度範囲より高い濃度では著
しい粘土の上昇によつて調製が不能となつたり、
調製可能であるとしても非常に長時間を必要とし
たり、部分的な溶解や多数の未溶解物の発生など
の現象により、到底繊維を成形するのに好適な紡
糸用ドーブとはなり得ない。

本発明方法においては、まず、高分子材料と溶
媒との混合物に遠心力を作用させて溶媒を高分子
材料になるべく均一に浸透させる。すなわち、開
繊、粉砕あるいは粉末化された高分子材料を遠心
機の容器に入れる。これに溶媒を投入し、遠心効
果Ｚが100〜30000になるように遠心機を回転させ
ることが好ましい。遠心効果Ｚは次式で与えられ
る。

Ｚ＝Rω²／ｇ 式中、Ｚは遠心効果、Ｒ（ｍ）は回転半径、ω
（rad／sec）は角速度、ｇ（ｍ／sec²）は重力加速
度である。溶媒の体積が高分子材料の体積に比較
して少なくなる程遠心効果Ｚは大きく、かつ保持
時間も長くする必要がある。通常は遠心効果Ｚが
500〜15000の範囲である状態を５〜60分間保持す
ることが望ましい。もし、溶媒が室温で固体であ
る場合には、遠心機の温度を少くとも溶媒の融点
まで上昇させ、この温度で遠心効果を付与する場
合もある。遠心力を付与することによつて溶媒が
高分子材料に均一に浸透する。遠心効果Ｚが小さ
すぎると溶媒の浸透が十分でなく、溶解に時間を
要したり、末溶解物が多量に溶液中に残つたりす
る。逆に、遠心効果Ｚが大きすぎると、遠心分離
効果が発生し、小さい場合と同様に溶媒が高分子
材料に均一に浸透せず溶解に時間を要したり、末
溶解物が多量に溶液中に残つたりする。溶解力の
強い溶媒と高分子材料の組み合せの場合には、こ
の遠心力付与工程において溶解がかなり進行する
場合もある。

次に、溶媒の浸透した高分子材料を少なくとも
１本の剪断力付与ローラを有する溶解機に投入
し、完全に溶解が完了するまでローラを回転させ
て十分な剪断力を付与することにより高濃度溶液
を得る。溶解機は少なくとも１本の剪断力付与ロ
ーラを有することが特徴であり、ローラが１本の
溶解機を使用する場合は、試料にずり応力をかけ
るための固定板を具備せしめることが必要であ
る。固定板はローラと通常５mm以下の空間を隔て
てセツトされ、その形状は特に限定されるもので
はないが、通常は円柱をローラに平行に取り付け
たものや、平板が用いられる。好ましくは、２本
以上のローラが使用され、より好適には、互に逆
方向に回転する一対のローラを有する溶解機が用
いられる。一対のローラの間隔は通常５mm以下の
空間を隔ててセツトされ、溶解が進行するに伴な
い小さくなるようにし、最終的には0.5mm以下に
なることが望ましい。

一対の剪断力付与ローラを使用する場合、表面
速度の比が１／１〜１／５の範囲であることが望
ましい。これより大きい表面速度比に設定すると
発熱や極度に大きいずり応力による高分子材料の
分解や劣化が生じる。通常使用されるローラの表
面速度は、0.5cm／ｓ〜１ｍ／ｓの範囲であるが
特に限定されるものではない。

ローラの表面温度は、使用する高分子材料と溶
媒の組み合せによつて変るが、−５〜150℃の温度
範囲に制御されることが好ましい。通常は、10〜
40℃の温度範囲が好んで用いられる。高分子材料
と無機酸の組み合せでは、高分子材料の分解、劣
化が激しいため、−５〜10℃という低い温度範囲
に制御される。また、室温では高粘度で溶解が困
難なものや、溶媒が室温で固体である場合には、
40〜150℃の温度範囲が使用される。このため、
ローラ溶解機には加熱、冷却用の温度制御装置を
取り付けることが好ましい。

本発明方法によれば、高分子材料の高濃度溶液
を容易に、均一に、しかも高分子材料の分解、劣
化を発生させないで短時間に調製することができ
る。この方法は特に溶媒の体積に比較して高分子
材料の体積が著しく大きくなるような場合により
有効である。

本発明によつて得られるドーブの形態は通常は
粘稠な水あめ状であるが、濃度が非常に高い場合
や溶媒が室温で固体の場合はゴム状や固体状の場
合もある。

以下、実施例によつて本発明をさらに詳細に説
明する。

実施例 １ 本実施例は、市販のメチルセルロースの高濃度
溶液を調製する方法を示す。

市販のメチルセルロース（置換度1.8、数平均
重合度580）の粉末175ｇと85重量％リン酸水溶液
325ｇをあらかじめ混合し、遠心機に投入し、室
温で遠心効果Ｚ＝2500にセツトして30分間回転さ
せた。この混合物を、表面速度が各々５cm／ｓ、
10cm／ｓの逆方向に回転する１対の剪断力付与ロ
ーラを有する室温にセツトされたローラ溶解機に
投入し、20分間溶解し、紡糸用の高濃度溶液を調
製した。この時、一対のローラの間隔は最初３mm
で、最終的には0.1mmになるようにした。得られ
た溶液は偏光顕微鏡のクロスニコル下で光学異方
性を示した。また、得られた溶液はアルコールを
凝固浴として、空中吐出湿式紡糸され、繊維に成
形された。

実施例 ２ 本実施例は、市販のセルロースアセテートの高
濃度溶液を調製する方法を示す。

セルロースアセテート（置換度2.5、数平均重
合度200）のフレーク100ｇと70重量％硝酸水溶液
100ｇを予備混合し、遠心機に投入した。遠心機
は５℃に温度制御され、遠心効果Ｚ＝1000で20分
間回転させた。この混合物を５℃にセツトされた
ローラ溶解機に投入した。ローラ溶解機は１対の
剪断力付与ローラをもち、各々５cm／ｓの表面速
度で回転させた。20分後に均一に溶解した高濃度
溶液が得られた。この高濃度溶液は良好な曳糸性
を有し、光学異方性を示した。また、顕微鏡下で
未溶解物は殆んど観察されなかつた。この溶液を
水を凝固溶として空中吐出湿式紡糸して、強度
4.5ｇ／ｄ、伸度5.5％初期弾性率160ｇ／ｄの優
れた物性を有する繊維を得た。

実施例 ３ 本実施例は、市販のセルロースアセテートの高
濃度溶液の調製法を示す。

市販のセルロースアセテート（置換度2.5、数
平均重合度200）のフレーク80ｇとジメチルアセ
トアミド120ｇを予備混合し、室温にセツトされ
た遠心機に投入した。遠心効果Ｚ＝2500で30分間
回転させた。この混合物を表面速度が各々10cm／
ｓ、15cm／secで回転する１対の剪断力付与ロー
ラを有するローラ溶解機に投入した。室温で30分
間回転させて調製物を得た。

実施例 ４ 本実施例は市販のセルロースアセテートの高濃
度溶液の調製法を示す。

市販のセルロースアセテート（置換度2.9、数
平均重合度350）のフレーク70ｇと80重量％モノ
クロル酢酸水溶液130ｇを予備混合し、室温にセ
ツトされた遠心機に投入した。遠心効果Ｚ＝
10000で50分間回転させた。この混合物を表面速
度が各々10cm／ｓで回転する１対の剪断力付与ロ
ーラを有するローラ溶解機に投入した。室温で20
分間回転させて均一で粘稠な液体状の調製物を得
た。この調製物を室温で水とアルコールを凝固浴
にして空中吐出湿式紡糸して繊維を成形した。得
られた繊維は、強度38ｇ／ｄ、伸度５％、初期弾
性率150ｇ／ｄであつた。

実施例 ５ 本実施例は、市販のセルロースアセテートの高
濃度溶液の調製法を示す。

市販のセルロースアセテート（置換度2.9、数
平均重合度350）のフレーク90ｇとモノクロル酢
酸（室温で固体）110ｇを混合した。これを65℃
にセツトされた遠心機に投入し、遠心効果Ｚ＝
10000で60分間回転させた。この混合物を70℃に
セツトされたローラ溶解機に投入した。ローラ溶
解機は一対の剪断力付与ローラが各々５cm／ｓ、
10cm／ｓの表面速度になるようにセツトした。溶
解は30分で完了した。

実施例 ６ 本実施例はナイロン６の高濃度溶液の調製法を
示す。

ナイロン６（数平均分子量16000）の粉末80ｇと
ジクロル酢酸120ｇを混合し、遠心機に投入し、
室温で遠心効果Ｚ＝2500で15分間回転させた。混
合物を40℃にセツトされたローラ溶解に投入し
た。ローラ溶解機は１対の剪断力付与ローラが
各々10cm／ｓの表面速度で回転するようにセツト
した。20分間で溶解が完了した。

実施例 ７ 本実施例は市販のポリビニルアルコールの高濃
度溶液の調製法を示す。

市販のポリビニルアルコール（数平均重合度
1200）の粉末80ｇとジクロル酢酸120ｇを混合し、
遠心機に投入し、室温で遠心効果Ｚ＝1000で20分
間回転させた。混合物を室温にセツトされたロー
ラ溶解機に投入した。ローラ溶解機は１対の剪断
力付与ローラが各々10cm／ｓの表面速度で回転す
るようにセツトした。20分間で溶解が完了し、粘
稠な高濃度溶液が得られた。

実施例 ８ 本実施例は、水容性のセルロースアセテートの
高濃度溶液の調製法を示す。

セルロースアセテート（置換度0.8、数平均重
合度1000）のフレーク100ｇと水100ｇを混合し、
遠心機に入れ、遠心効果Ｚ＝2500で30分間回転さ
せた。この混合物を表面速度が各々５cm／ｓ、10
cm／ｓにセツトされた互に逆方向に回転する１対
の剪断力付与ローラを有するローラ溶解機に投入
し、室温で30分間溶解を行なつた。得られた溶解
物はは室温でゴム状のシート物になつた。

実施例 ９ 本実施例は天然セルロースの高濃度溶液の調製
法を示す。

市販のレオニアパルプ（数平均重合度1200）12
ｇを粉砕機で開繊した。これを遠心機に入れ、そ
の上から、80重量％の塩化亜鉛水溶液188ｇを加
えた。遠心機を室温で遠心効果Ｚ＝2500になるよ
うにセツトし、30分間回転させた。次に95℃に設
定された互に逆方向に回転する１対の剪断力付与
ローラを有するローラ溶解機に投入し、30分間溶
解を行なつた。この時のローラの表面速度は各々
10cm／ｓ、15cm／ｓであつた。得られた調製物は
透明で粘稠な液体であつた。この溶液は偏光顕微
鏡のクロスニコル下で応力を加えると、数秒〜数
十秒間光学異方性を示し、流動複屈折性を持つて
いた。この溶液から、室温で水を凝固浴として空
中吐出湿式紡糸することによつて、容易に繊維を
得ることができた。得られた繊維は延伸工程なし
で光学異方性を示した。

実施例 10 本実施例は、天然セルロースの高濃度溶液の調
製法を示す。

市販のアラスカパルプ（数平均重合度700）30
ｇを粉砕機を用いて開繊した。これを遠心機に入
れ、その上から80重量％の塩化亜鉛水溶液170ｇ
を加えた。遠心機を室温で遠心効果Ｚ＝2500にな
るようにして30分間回転させた。次に95℃に設定
された互に逆方向に回転する１対のローラを有す
るローラ溶解機に投入し30分間溶解を行なつた。
この時のローラ表面速度は各々10cm／sec、15
cm／secであつた。得られた調製物は透明で粘稠
な液体であつた。

実施例 11 本実施例は、市販のメチルセルロースの高濃度
溶液を調製する方法を示す。

市販のメチルセルロース（置換度1.8、数平均
重合度580）の粉末80ｇと85重量％リン酸水溶液
120ｇをあらかじめ混合し、遠心機に投入し、室
温で遠心効果Ｚ＝2500にセツトし、30分間回転さ
せた。この混合物を、直径120mmφの剪断力付与
ローラ１本とこれに平行に固定された直径120mm
φステンレス製の円柱を有する溶解機に投入し
た。ローラの表面速度20cm／ｓ、ローラと固定円
柱の初期間隔１mmで最終間隔0.1mmで、室温で40
分間溶解された。得られた高濃度溶液は粘稠で均
一であり、紡糸に良好な曳糸性を示した。

以上説明したように、本発明方法によれば、各
種の高分子材料の高濃度溶液を容易に、均一に、
しかも高分子材料の分解、劣化を生じない短時間
に調製することができる。この方法によつて、従
来の紡糸原液の濃度上昇が計れ、生産性の向上や
回収コストの低減に寄与できる。また、従来は未
溶解物が多くて紡糸原液として不適当と思われて
いたものも均一に溶解することが可能となり、新
しい紡糸法や、新しい繊維の製造に寄与すること
が可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高分子材料の高濃度溶液を調製するのにあた
   り、遠心力によつて溶媒を高分子材料に浸透させ
   て後、少なくとも１本の剪断力付与ローラを持つ
   溶解機に、溶媒を浸透せしめた高分子材料を投入
   して溶解させることを特徴とする高分子材料の均
   一な高濃度溶液の調製方法。 ２ 高分子材料の溶媒に対する重量分率C〓（％）
   が次式で与えられる特許請求の範囲第１項記載の
   方法。 C〓≧−P_o／60＋25 ただし、P_o：数平均重合度。 ３ 遠心力による遠心効果Ｚ（Ｚは下記式で定義
   される）が100〜30000であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項または第２項記載の方法。 Ｚ＝Rω²／ｇ ただし、Ｒ：回転半径（ｍ）、ω：角速度
   （rad／sec）、ｇ：重力加速度（ｍ／s²）である。 ４ 一対の剪断力付与ローラを持つ溶解機を使用
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項ない
   し第３項のいずれかに記載の方法。 ５ 一対の剪断力付与ローラの表面温度が−５〜
   150℃の温度範囲であることを特徴とする特許請
   求の範囲第４項記載の方法。 ６ 一対の剪断力付与ローラの表面速度の比が１
   〜５であることを特徴とする特許請求の範囲第４
   項または第５項記載の方法。