JPH03206116A - スルホン化ポリ(p―フエニレンテレフタルアミド)繊維 - Google Patents
スルホン化ポリ(p―フエニレンテレフタルアミド)繊維Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
リ(p−フエニレンテレフタルアミド)(PPD−T)
から製造された繊維及びこのような繊維を製造する方法
に関する。本発明の繊維は、高められた温度での熱処理
の前後に予想外の高い強力を示す。本発明の方法は、熱
老化後の非常に高い強度保持率及びスルホン化の条件を
考慮して予想外の高いインヘレント粘度を有するPPD
−Tを生じる。
ート基として0.5−3.0%硫黄を有するPPD−T
から製造した繊維が提供される。
ラム/デニールより大きい糸強力、90%より大きい熱
老化強度保持率及び18グラム/デニールより大きい浸
漬コード強度を有する。この繊維を製造する方法は、注
意深く制御された温度及び時間の下にドーブ製造におい
て高い濃度の硫酸に暴露することによるPPD−Tスル
ホン化を含む。
2月2l日及び1979年6月24日に発行された米国
特許第4,075,269号及び第4, 1 6 2,
3 4 6号は、低いインヘレント粘度及び低い強力
のスルホン化PPD−Tを使用する繊維の紡糸を開示し
ている。濃硫酸又は発煙硫酸を使用しそして特定的に定
められた時間及び温度条件を使用してPPD−Tをスル
ホン化することが開示されている。この発明の紡糸した
ままの繊維は、約10−15グラム/デニールにすぎな
い単一フィラメント強力を示しそして最適熱処理後に約
15−25グラム/デニールの強力を示す。
日に発行された米国特許出願第3,767,756号は
、PPD−Tに関するドーブ溶媒として発煙硫酸を使用
することができるが、発煙硫酸はポリマーを劣化させそ
してインヘレント粘度の減少及び減少した強力の繊維を
もたらすので、温度を低く保ちそして暴露時間を最小に
保たなければならないという注意を伴うことを開示して
いる。PPD−Tのスルホン化は述べられていない。
れた米国特許出願第3,671,542号は、100%
より僅かに高い濃度を有する硫酸を、PPD−Tに関す
る紡糸液溶媒として使用することができるが、溶液の温
度はほぼ室温でありそして溶液を作用させる時間は数日
であることを開示している。PPD−Tのスルホン化は
述べられていない。
2(1975)は、PPD−Tを99.1%硫酸中に7
5−80℃で17−20時間及び90−100℃で14
時間溶解することを開示している。ポリマーは劣化しそ
してこのポリマーから製造した繊維は約l5グラム/デ
ニールの強力を有することを開示している。PPD−T
のスルホン化は述べられていない。
供する。この繊維においては、このポリマーは高いイン
ヘレント粘度を有しそして結合したスルホン酸又はスル
ホネート基としての硫黄0.5−3.0重量%を含み、
この繊維は20グラム/デニールより大きい糸強力、1
8グラム/デニールより大きい浸漬コード強力、90%
より大きい熱老化強度保持率及び4.5より大きい糸イ
ンヘレント粘度を示す。
法であって、実質的に未スルホン化PPD−Tを100
.5−102.5%の濃度を有する硫酸中に70−80
℃で3時間撹拌してPPDTを溶解及びスルホン化し、
得られる溶液を、得られる溶液をオリフィスから不活性
非凝固性流体の層を通して凝固浴中に押出して、得られ
る繊維を凝固させそして繊維を乾燥して、高いインヘレ
ント粘度、高い強力及び良好な熱老化強度保持率を有す
るスルホン化PPD−Tの繊維を得ることより成る方法
も提供する。
いモジュラスについて周知されている。
、高温にさらす前に高い強度を示しそして高温にさらし
た後初期の高強度特性をより多く保持している繊維に対
する要求が示された。タイヤ製造のゴム加硫工程におけ
るような、後の加工中繊維を高温にさらす用途では、加
硫工程で実質的な強度を損失しないコードを手に入れる
ことが重要である。スルホン化PPD−Tから製造した
繊維は所望の高い初期強度を有しそして高温にさらした
後高い保持された強度も示すことが今回見出だされた。
た驚く程高い程度のスルホン化を与える。
ロイルクロライドの等モル重合から得られるホモポリマ
ー及びp−フ二二レンジアミンと共に少量の他のジアミ
ン及びテレフタロイルクロライドと共に少量の他の二酸
クロライドの導入から得られるコボリマーを意味する。
フエニレンジアミン又はテレフタロイルクロライドの約
10モル%までの量又は多分僅かに高い量で使用するこ
とができる。但し、他のジアミン及び二酸クロライドは
重合反応を妨害する反応性基を持たないことを条件とす
る。PPD−Tは、他の芳香族ジアミン及び例えば2.
6−ナフタロイルクロライド又はクロロもしくはジクロ
ロテレフタ口イルクロライドのような他の芳香族二酸ク
ロライドの導入により得られるコボリマーも意味する。
異方性紡糸ドープの製造を許容する量で存在することを
条件とする。PPD−Tの製造は米国特許第3,869
.429号、第4.308,374号及び第4,698
,414号に記載されている。
煙硫酸で処理してPPD−T分子をスルホン化させる。
少ないと同時に、所望の程度のスルホン化を達戊するよ
うに注意深く制御される。スルホン化されるべきPPD
−Tは、スルホン化の前に高いインヘレント粘度を有し
ておりモしてスルホン化後に高いインヘレント粘度を保
持している。
100%より高い硫酸でなければならないが、PPD−
Tの過度の劣化を引き起こす程高くすることはできない
。スルホン化の程度及び劣化の程度は、硫酸濃度、その
酸へのPPD−Tの暴露の時間及び暴露中の酸の温度に
より制御されるバランスを形成することが見出だされた
。約100%乃至約100.5%の濃度の硫酸はボリマ
ー劣化の程度又はひどさと比較して非常に少ないスルホ
ン化を生じたことが見出だされ、そしてそれは比較的高
い温度で長時間にわたってすら言えること及び約60℃
以下の温度で実質的にスルホン化がないことが見出ださ
れた。約103%以上の濃度の硫酸は、任意の時間の合
理的な温度でのスルホン化の程度と比較してPPD−T
の許容できない程ひどい劣化を引き起こす。本発明の驚
くべき要素及び特許性のある発明である考えられること
は、これらの条件の各側での先行技術に教示されている
にもかかわらず、70−80℃の温度で1−3時間の間
100.5−102.5%の濃度の硫酸にさらすことに
より、PPD−Tがスルホン化され且つ許容できない程
には劣化しないということである。
目安でありそして、ボリマーから製造した繊維に予想さ
れる強度の指示及びスルホン化プロセスでボリマーが受
ける劣化のひどさの目安として使用することができる。
インヘレント粘度を有するPPD−Tを使用して出発す
る。本発明のスルホン化方法に従って製造された繊維は
、約4.5より大きいインヘレント粘度を示す。
.5から約4.5への劣化は、先行技術の方法により経
験する劣化よりはるかにひどくないことが決定された。
Tを溶解しそして米国特許第4,162.346号(図
において“先行技術A”として示された量)からの発煙
硫酸スルホン化の条件を使用して紡糸すると、得られる
繊維中のポリマーは約2.9のインヘレント粘度を有す
る。米国特許第4,162,346号(図面の“先行技
術B”として示された体積)からの濃硫酸スルホン化の
条件を使用して製造した繊維中のポリマーは、約3.2
3のインヘレント粘度を有する。述べたように、本発明
の方法は、4.5以上のインヘレント粘度を有するPP
D−T繊維を生成するが、これは、明らかに、予想され
なかった低い劣化の程度を表す予想外に高いインヘレン
ト粘度である。 PPD−Tの溶液から紡糸することに
よる繊維の製造において、PPD−Tの溶媒は硫酸であ
る。PPD−Tの紡糸溶液は少なくとも98%の濃度の
硫酸中の所望の濃度でPPD−Tを溶解することにより
製造される。PPD−Tは、硫酸中のPPD−Tの異方
性溶液が形成されるような濃度でなければならない。本
発明を実施するためのPPD−Tの濃度は、一般に、1
7重量%乃至約20重量%である。硫酸に溶解されるP
PDTは、前以てスルホン化することができ、又は溶解
と同時にスルホン化する意図で溶解することができる。
のに上記した如くするべきである。紡糸溶液は、本発明
のスルホン化に必要な濃度の硫酸を使用して製造するこ
とができ、そしてスルホン化温度及びスルホン化の時間
の範囲も又紡糸溶液の製造及び使用と適合性である。
り教示されたPPD−Tのスルホン化の限界が示されて
いる。“先行技術A”として示された体積は、発煙硫酸
の使用を可能とするものとして米国特許第4, 1 6
2, 3 4 6号に教示された条件を表す。“先行
技術B”として示された体積は、濃硫酸の使用によりP
PD−T繊維の製造を可能とするものとして、この特許
及び特開昭50−16762に教示された条件を表す。
スルホン化PPD−Tを生成する本発明の条件を表す。
酸又はスルホネート基として0.5−3重量%の硫黄レ
ベルをもたらす。0. 5%未満の硫黄レベルは本発
明の改良を生じるけれども、この改良は大きくなく、実
際問題として努力する価値がないと結論することができ
る。PPD−T繊維中の硫黄含有率の実際的上限は約3
%に設定された。硫黄レベルの正確な決定は困難である
。前記米国特許第4,162,346号は、この方法の
PPD−Tが約0.5−3%の硫黄の範囲でスルホン化
されることを開示しているが、下記する実施例で示され
るように、その特許の製品のスルホン化の実際のレベル
は多くはO−0.9%のオーダーであるようである。
定的に記載された紡糸条件を使用して紡糸することがで
きる。異方性紡糸ドーブを製造しモしてPPD−Tのス
ルホン化の条件が満たされれると、PPD−T溶液は、
直径約0.025−0.25開、又は多分僅かにそれよ
り大きいか又は小さい範囲のオリフィスを有する紡糸口
金を通して押出すことができる。オリフィスの数、サイ
ズ及び形状は、決定的ではない。押出されたドーブを非
凝固性流体層を通して凝固浴に導く。流体層にいる間に
、押出されたドーブをその初期長さの1倍乃至15倍(
紡糸延伸係数)延伸する。流体眉は一般に空気であるが
、他の不活性ガスであるか又はドーブのための非凝固剤
である液体であってもよい。非凝固性流体層は、一般に
厚さが0.110センチメートルである。
硫酸の範囲に及ぶ。浴温度は、凝固点以下から約28℃
、又は多分僅かにそれより高い温度までの範囲にあるこ
とができる。凝固浴の温度は約10℃以下、更に好まし
くは5℃以下に保って、最も高い初期強度を有する繊維
を得ることが好ましい。
凝固させて水膨潤繊維とする。繊維製造のこの時点で、
繊維は、乾燥繊維材料を基準として約50−100%の
水性凝固媒体を含んでおり、そして十分に洗浄して膨潤
した繊維の内部から塩を除去し且つ硫酸塩をなくする。
かにアルカリ性であることができる。湿潤し且つ膨潤し
た繊維は、洗浄及び中和から繊維乾燥工程に導かれる。
力なしに、150℃又はそれより僅かに高い温度までの
温度で繊維を乾燥することができる。
及びモジュラスと強力の増加が起こる。
ができ、又は或る場合には、熱処理は、繊維の最終用途
での工程として行うことができる。
、約150℃乃至550℃、又は多分それより僅かに高
い温度の範囲の温度、約0. 2−12グラム/デニ
ールの張力及び約1−60秒又は多分それより僅かに多
い秒の時間で達或することができる。より低い熱処理温
度では、より長い時間を使用することができ、より高い
温度では、より短い時間を使用することができる。一般
に、熱処理は、繊維の強力を有意に減少させるが、本発
明のスルホン化PPD−T繊維の強力は、大抵のの熱処
理条件により問題となる程変わらないようである。まだ
乾燥されていない繊維は、決して乾燥されていない繊維
(never−dried fibers)に適用され
るような熱処理操作中に暴露の時間を単に増加させるこ
とにより、同時に乾燥及び熱処理することができる。
用する際に、タイヤコードが加硫可能なサブコーティン
グ材料に浸漬された後タイヤコードを加硫する最後の工
程は、少なくとも240℃の温度で約60秒の時間加熱
することを含む。このような温度でこのような時間加熱
することは、強化繊維の熱処理条件に相当する。熱処理
の結果として改良された性質を有する本発明のスルホン
化繊維は、タイヤ製造に使用することができ、そしてタ
イヤ加硫プロセスの結果として改良することができる。
T繊維に対して、大幅に改良された強力、浸漬されたコ
ード強度及び熱老化強度保持率を示すことが見出だされ
た。
リマー0.5g)であり、η7.2は、毛管粘度計で3
0℃で測定して、ポリマー溶液の流下時間と溶媒の流下
時間の比である、 により定義される。本明細書に報告されそして特定され
たインヘレント粘度値は、濃硫酸(96%1{2SO4
)を使用して決定された。
ジュラスは、強力と同じ単位に変換された初期応力/歪
曲線の勾配として報告される。伸びは、破断点伸びの百
分率増加である。強力及びモジュラスは、最初g/デニ
ール単位として計算し、これに0.8838を乗じると
dN/tex単位となる。各報告された測定値は、10
個の破断の平均値である。
た後24℃及び55%相対湿度で測定する。試験の前に
、各糸を1.1撚り係数(twist multipl
ier)に加撚する(例えば、公称1500デニール糸
を約0.8回/cm加撚する)。各加撚された試料は、
25.4cmの試験長を有し、そして典型的な記録用応
力/歪装置を使用して、50%/分(もとの未延伸長さ
を基準として)引き伸ばす。
iは撚り/インチであり、 tpcは撚り/センチメートルである、として定義され
る。
多くを保持しているかを決定する試験である。HASR
は、制御された熱にさらした後保持されている破断強度
の百分率で報告される。
及び24℃で14時間状態調節する。試料の一部を24
0℃の温度で3時間乾燥熱にさらし、次いで引張強度(
破断強度 )を試験する。
度未老化)も試験する。
の撚り係数に加撚し、次いでそれらを反対方向に6.5
の撚り係数で2又は3ブライして、1.500/1/2
又は1500/1/3コードを形威する。得られるコー
ドを1. 0gpd張力下にエポキシサブコート中に
浸漬しそして245℃で約1分間加硫し、続いて0.3
gpdで標準RFLラテックス配合物中に浸漬しそして
約235℃で約1分間乾燥する。次いでコードを引張強
度について試験する。
に溶解し、次いで水を加えてポリマーを沈でんさせる。
て、硫酸ナトリウムのような遊離硫酸塩をボリマーから
除去する。得られるポリマー試料を更に乾燥しそして、
純粋な酸素と共に燃焼させるためのショニガーフラスコ
(Schonigerflask)に入れる前に注意深
く重量を秤る。燃焼により発生したSO2及びSOsを
水に吸収させて硫酸を形或させる。塩化バリウムを使用
して酸を滴定して、もとの糸試料の結合したスルホン酸
又はスルホネート基として硫黄含有率を決定する。
、101%硫酸に溶解して19.4重量%のボリマー濃
度とし、80℃の温度で約30分の滞留時間で連続ミキ
サー中に保持した。得られる溶液を直接紡糸ドープとし
て使用し、そして約3時間の滞留時間でドープ保持槽中
に約75℃に保った。
3の紡糸延伸係数で、0.6cmのエアギャップを通し
、次いで約8%希硫酸濃度を有する凝固浴へと押出した
。凝固浴の温度を約3℃に維持した。生成した繊維を水
で洗浄し、そして約0.6 gpdの張力に保持しなが
ら希カセイアルカリ溶液で中和した。次いで、約0.
6gpdの張力下に、約150℃の温度の加熱された
ロール上で繊維を乾燥した。糸を5 5 0 ypmの
速度で前進させた。
漬コードに加工した。糸及びコードの性質を表1に報告
する。
05℃の温度を連続ミキサー中で使用しそして約80℃
をドーブ保持槽で使用したことを除いては、実施例1に
記載の方法と同し方法で紡糸ドープを製造した。糸を実
施例1に記載の方法と同じくして紡糸しそして試験し、
得られる繊維の性質を表Aに示す。
ール : 14g2強力、gpd
: 24.5破断強度、lbs
: 79.9熱老化破断強度、LB
S :63.8HASR,%
:80浸漬コード強力、gpd + 1
8.5硫黄含有率、重量% :0.24本発
明の方法により処理した材料の硫黄含有率は、比較実施
例からの材料の硫黄含有率と比較して非常に高かった。
、糸の強力がほぼ同じであるとしても、比較実施例の材
料のそれらよりはるかに高いことも明らかである。
ー中でのバッチプロセスにより紡糸ドーブを製造した。
ボリマーを表2に記載の種々の時間、温度及びボリマー
濃度下に種々の硫酸濃度で溶解した。ドーブを267そ
ホールの紡糸口金を通しそして0.6cmのエアギャッ
プを通し次いで水を有する凝固浴中に押出した。凝固浴
の温度を約3℃に維持した。生成した繊維を、軟水で洗
浄しモしてカセイアルカリ溶液で中和し、その間約0.
6gpdの張力下に保持した。糸を850YPMの速度
で前進させた。得られる糸の性質を表2に示す。
420 強力・qpd 21. 9硫黄含有率重
量、wt% 0.85 101.00 100.07 100.07 99.
60 99.6019.4 19,4 20.0
20.0 20.09090 28.5 22.5 5.9 2.4 3.2 395 428 396 23.5 11.6 14.3 0,22 0.87 0.03 3.6 403 14.0 0、00 ポリマーを2つの異なる条件一−90℃で10.5時間
、続いて95℃で5.25時間一一にさらした。
ン化又は過度の劣化又はその両方を示すのに対して、高
いスルホン化度及び比較的低い程度の劣化を示す。
Tをスルホン化するための本発明の条件の三次元グラフ
表示である。 本発明の主なる特徴及び態様は以下のとおりである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、スルホン化PPD−Tから製造した繊維であって、
該繊維のPPD−Tは4.5より大きいインヘレント粘
度を有しそして結合したスルホン酸又はスルホネート基
として0.5−3重量%の硫黄を含み、該繊維は20グ
ラム/デニールより大きい糸強力及び90%より大きい
熱老化強度保持率を示すことを特徴とする繊維。 2、18グラム/デニールより大きい浸漬コード強度を
示す、特許請求の範囲第1項に記載の繊維から製造され
たコード。 3、a)6より大きいインヘレント粘度を有する実質的
にスルホン化していないPPD−Tを、100.5−1
02.5%の濃度を有する硫酸中で、該硫酸中にPPD
−T17−20重量%が存在するような量で、70−8
0℃の温度で1−3時間の期間撹拌して、PPD−Tを
溶解及びスルホン化し、 b)得られる溶液を、オリフィスから不活性非凝固性流
体の層を通して、凝固浴中に押出して、得られる繊維を
凝固させ、 c)該繊維を乾燥して、4.5より大きいインヘレント
粘度を有しそして、結合したスルホン酸又はスルホネー
ト基として0.5−3.0%硫黄のスルホン化を受けた
PPD−Tの乾燥した紡糸したままの繊維を生成させる
、 工程より成ることを特徴とする、スルホン化PPD−T
から繊維を製造する方法。
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