JPH10226922A - 黒色ポリベンザゾール繊維 - Google Patents

黒色ポリベンザゾール繊維

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JPH10226922A
JPH10226922A JP2401797A JP2401797A JPH10226922A JP H10226922 A JPH10226922 A JP H10226922A JP 2401797 A JP2401797 A JP 2401797A JP 2401797 A JP2401797 A JP 2401797A JP H10226922 A JPH10226922 A JP H10226922A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐光性および湿熱性に優れるポリベンザゾー
ル繊維を提供する。 【解決手段】 少なくとも繊維表面から繊維外層部にか
けてジカルボン酸及び/又はその誘導体の炭化物やカ−
ボンブラック,等の炭化有機物を含有することを特徴と
する黒色ポリベンザゾール繊維。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は高強度・高弾性率の
黒色ポリベンザゾール繊維に関する。さらに詳しくは、
耐湿熱性、耐光性に優れる高強度・高弾性率ポリベンゾ
オキサゾール繊維に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ポリベンザゾール繊維は現在市販されて
いるスーパー繊維の代表であるポリパラフェニレンテレ
フタルアミド繊維の2倍以上の強度と弾性率を持つ。し
たがって次世代のスーパー繊維として期待されている。
ポリベンザゾール重合体のポリリン酸溶液から繊維を製
造することは公知である。例えば、紡糸方法については
特開平7-157918号公報及び、特開平7-157919号公報に開
示されており、乾燥方法については特開平7-197307号公
報が、熱処理方法については特開平7-157920号公報に各
々開示されている。しかしながらその優れた力学特性も
弱点がないわけではなく、湿熱と耐光性については他の
特性に比べ見劣りがする。このため、湿熱特性を改良す
るためにはリン酸残留物の中和が有効であることが特願
平7-251137号にまた耐光性の改良方法として種々の耐光
剤が有効であることが米国特許第5552221 号に提案され
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来技術によると、優
れた力学特性を有しかつ耐光性および耐湿熱性にも優れ
たポリベンザゾール繊維を製造するには、工程数が多く
かつ複雑であるため莫大な設備投資を必要とする。本発
明は、このような技術的困難を克服し、比較的安価に、
しかも安定的に供給し得る、優れた力学特性を有しかつ
耐光性および耐湿熱性にも優れたポリベンザゾール繊維
を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、耐湿熱性
・耐光性に優れるポリベンザゾール繊維の生産を高速で
かつ安価に製造することを目的とし、係る目的を達成す
べく鋭意研究した結果、その解決手段を見い出した。即
ち、ポリベンザゾールの耐光性の改善には可視光の遮断
が有効で、耐湿熱性の改善には残留リン酸の中和が有効
であり、特に中和剤がアルカリ金属を含有する場合には
耐光性の改善にも有効であることを見い出した。そのた
めの手段は、最終的に黒色を呈する有機系炭化物もしく
はその前駆体を含み、実質的にポリベンザゾールとポリ
リン酸から成る紡糸ドープを、紡糸口金から溶融紡出
し、通常エアーギャップと呼ばれる非凝固性の気体中で
ドラフトを糸条に与えた後、凝固及び/又は抽出する。
抽出後の工程において、アルカリ金属化合物を含む水溶
液で処理し、乾燥後に必要に応じて熱処理するという製
造方法である。
【0005】以下本発明を詳細に説明する。本発明にお
けるポリベンザゾール繊維とは、ポリベンザゾールポリ
マーよりなる繊維をいい、ポリベンザゾール(PBZ)
とは、ポリベンゾオキサゾール(PBO)ホモポリマ
ー、ポリベンゾチアゾール(PBT)ホモポリマー及び
それらPBO、PBTのランダム、シーケンシャルある
いはブロック共重合ポリマーをいう。ここでポリベンゾ
オキサゾール、ポリベンゾチアゾール及びそれらのラン
ダム、シーケンシャルあるいはブロック共重合ポリマー
は、例えば Wolfe等の「Liquid Crystalline Polymer C
ompositions, Process and Products 」米国特許第47
03103号(1987年10月27日)、「Liquid C
rystall-ine Polymer Compositions , Process and Pro
ducts 」米国特許4533692号(1985年8月6
日)、「Liquid Crystalline Poly(2,6-Benzothiazole)
Composition, Process and Products」米国特許第45
33724号(1985年8月6日)、「 Liquid Cryst
alline Polymer Compositions , Process and Product
s」米国特許第4533693号(1985年8月6
日)、Evers の「Thermoox idative-lyStable Articula
ted p-Benzobisoxazole and p-Benzobisthiazole Polym
res」米国特許第4539567号(1982年11月
16日)、Tasi等の「Methodformaking Heterocyclic B
lock Copolymer 」米国特許第4578432号(19
86年3月25日)、等に記載されている。PBZポリ
マーに含まれる構造単位としては、好ましくはライオト
ロピック液晶ポリマーから選択される。モノマー単位は
構造式(a)〜(h)に記載されているモノマー単位か
らなり、さらに好ましくは、本質的に構造式(a)〜
(d)から選択されたモノマー単位からなる。
【0006】
【化1】
【0007】
【化2】
【0008】PBZポリマーのドープを形成するための
好適な溶媒としては、クレゾールやそのポリマーを溶解
し得る非酸化性の酸が含まれる。好適な酸溶媒の例とし
ては、ポリリン酸、メタンスルホン酸および高濃度の硫
酸あるいはそれらの混合物が挙げられる。さらに適する
溶媒はポリリン酸及びメタンスルホン酸である。また最
も適する溶媒は、ポリリン酸である。
【0009】溶媒中のポリマー濃度は好ましくは少なく
とも約7重量%であり、さらに好ましくは少なくとも1
0重量%、最も好ましくは少なくとも14重量%であ
る。最大濃度は、例えばポリマーの溶解性やドープ粘度
といった実際上の取扱い性により限定される。それらの
限界要因のために、ポリマー濃度は通常では20重量%
を超えることはない。
【0010】好適なポリマーやコポリマーあるいはドー
プは公知の手法により合成される。例えばWolfe 等の米
国特許第4533693号(1985年8月6日)、Sy
bert等の米国特許4772678号(1988年9月2
0日)、Harrisの米国特許第4847350号(198
9年7月11日)に記載される方法で合成される。PB
Zポリマーは、Gregory 等の米国特許第5089591
号(1992年2月18日)によると、脱水性の酸溶媒
中での比較的高温、高剪断条件下において高い反応速度
での高分子量化が可能である。
【0011】このようにして重合されるドープに有機炭
化物に炭化しうる有機物をを0.1〜5重量%、さらに
好ましくは0.2〜3重量%添加し均一に混合した後、
紡糸部に供給され、紡糸口金から通常100℃以上の温
度で吐出される。尚、本発明で言う有機炭化物とは有機
化合物を炭化することにより得られる物質を言うが、本
発明の目的とする繊維の遮光効果をを最も直接的かつ効
果的に達成するには、カーボンブラックが望ましい。ま
たかかる目的を工業的手段を用いて合理的に達成するに
は、米国特許第5089591 号記載の方法のように、二軸の
混練機を用る場合、重合時にテレフタル酸等のジカルボ
ン酸又はその誘導体のポリリン酸溶液を添加するに際
し、下記式で示すPBZモノマ−に対し過剰のジカルボ
ン酸を添加して重合し、その後重合ドープを紡糸し、繊
維の熱処理工程において未反応の過剰ジカルボン酸を黒
色の有機炭化物に炭化させて遮光剤とする方法も採用で
きる。この場合O-アミノフェノ−ル等の末端封鎖剤を用
いて重合度或いは未反応の過剰ジカルボン酸残量を調整
してもよい。特にこの方法の利点は、モノマ−の仕込み
比率を変更するのみで本発明の目的を達成することがで
きる点にある。なお、ジカルボン酸を下記式で示すモノ
マ−に対し1.005 〜1.25モル%の割合で重合するのが好
ましい。
【0012】
【化3】
【0013】紡糸に用いる、口金細孔の配列は通常円周
状、格子状に複数個配列されるが、その他の配列であっ
てもよい。口金細孔数は特に限定されないが、紡糸口金
面における紡糸細孔の配列は、吐出糸条間の融着などが
発生しないような孔密度を保つ必要がある。該紡糸口金
から非凝固性の気体中(いわゆるエアーギャップ)に吐
出されたフィラメント状のドープはエアーギャップ中で
ドラフトを与えられる。該糸条の冷却効率を高めるため
エアーギャップ中に、冷却風を用いて糸条を冷却するい
わゆるクエンチチェンバーを設けることは特に早い紡糸
速度を得るためには有効である。
【0014】ついで該糸条は凝固液に導かれ凝固および
または抽出される。凝固浴はリン酸水溶液若しくは水が
好ましく、10〜30%の濃度のリン酸水溶液がさらに
好ましい。凝固浴の温度は0〜80℃が好ましく、更に
好ましくは30〜70℃である。
【0015】この条件下に0.02〜10秒の凝固を行
った後さらに水洗する。水洗後のリン濃度は10000
ppm以下、好ましくは5000ppm以下が好まし
い。水洗後該繊維はアルカリ金属を含む塩基性化合物の
水溶液で処理される。アルカリ金属化合物としてはNaI
、NaOH、KOH 、LiOHなどが好ましく、なかんずく工業
的に安価なためNaOHが特に好ましい。もちろん化合物と
してはアルカリ金属を含む塩基であれば上記に限定する
ものではない。
【0016】該繊維とアルカリ金属塩基との接触は、凝
固以降の工程であればどこでも良いが、乾燥前の繊維は
繊維中にボイド(キャピラリー)が連続した状態で存在
するため、該アルカリ金属化合物に起因するイオンが繊
維中に速やかに拡散することから乾燥前での処理が最も
好適である。
【0017】繊維中に侵入するアルカリ金属はリン酸残
渣と会合するため通常繊維中に残存するリンに対し0.
5〜2.5倍の原子比率を示すことが、耐湿熱劣化性を
改良する目的に必要である。中和された繊維は再度水洗
され、ついで乾燥される。
【0018】乾燥された繊維がすでに黒色を呈するもの
はそのままでよいが、有機物が炭化前駆体である場合
は、前駆体を炭化するため熱処理される。熱処理温度は
550〜750℃でかつ酸素を含有する雰囲気で行われ
る。特に酸素量を増加させる必要はなく空気雰囲気でよ
い。温度は好ましくは600〜700℃である。炭化過
程はベンザゾール繊維が熱処理中に赤色に変化するにも
かかわらず糸切れが発生せず、不思議な光景である。熱
処理後の糸は黒色に変化しており、少なくとも繊維表面
から繊維外層部にかけて炭化有機物を含有すものであっ
た。
【0019】
【実施例】以下に実施例を示すが本発明はこれらの実施
例に限定されるものではない。 <実施例1>米国特許5089591号示す方法によ
り、30φの二軸エクストルーダ(真空ベント付き)を
用いて重合するに際し、あらかじめ2モル%過剰にジア
ミノレゾルシン塩酸塩を仕込み、二軸エクストルーダ重
合時に3モル%のテレフタル酸を7%リン酸溶液として
添加し、さらにo-アミノフェノールを1.5モル%添加して重合
を完了させ、ドープ温度を170℃に保ち、孔数166
を有する紡糸口金から170℃で紡出し、温度60℃の
冷却風を用いて吐出糸条を冷却した後、凝固浴中に導入
した。紡糸速度、凝固浴温度および凝固浴のリン酸水溶
液濃度は表1に示す条件とした。凝固に引き続いて第二
の抽出浴中でイオン交換水で糸条を洗浄した後、0.1
規定の水酸化ナトリウム溶液浸漬し中和処理した。さら
に水洗浴で洗浄した後、乾燥機を用いて直ちに乾燥を行
った。乾燥した糸条は650℃で5秒間熱処理しテレフ
タル酸の残滓を炭化し、黒色の繊維を得た。得られた繊
維の物性を同じく表1に示す。
【0020】<実施例2>米国特許5089591号示
す方法により、30φの二軸エクストルーダ(真空ベント
付き)を用いて重合するに際し、あらかじめ2モル%過
剰にテレフタル酸を仕込み二軸エクストルーダ重合時に
1.5モル%ジアミノレゾルシンリン酸塩の7%リン酸
溶液として添加して重合を完了させ、ドープ温度を17
0℃に保ち、孔数166を有する紡糸口金から170℃
で紡出し、温度60℃の冷却風を用いて吐出糸条を冷却
した後、凝固浴中に導入した。紡糸速度、凝固浴温度お
よび凝固浴のリン酸水溶液濃度は表1に示す条件とし
た。凝固に引き続いて第二の抽出浴中でイオン交換水で
糸条を洗浄した後、0.1規定の水酸化ナトリウム溶液
浸漬し中和処理した。さらに水洗浴で洗浄した後、乾燥
機を用いて直ちに乾燥を行った。乾燥した糸条は 650℃
で5秒間熱処理しテレフタル酸の残滓を炭化し、黒色の
繊維を得た。繊維の物性を同じく表1に示す。
【0021】<実施例3>米国特許5089591号示
す方法により、30φの二軸エクストルーダ(真空ベン
ト付き)を用いて重合するに際し、あらかじめ2モル%
過剰にジアミノレゾルシン塩酸塩を仕込み、二軸エクス
トルーダ重合時に1.8モル%のテレフタル酸を7%ポ
リリン酸溶液として添加し、さらにカーボンブラックの
7%ポリリン酸溶液を7wt%添加して重合を完了させ、
ドープ温度を170℃に保ち、孔数166を有する紡糸
口金から170℃で紡出し、温度60℃の冷却風を用い
て吐出糸条を冷却した後、凝固浴中に導入した。紡糸速
度、凝固浴温度および凝固浴のリン酸水溶液濃度は表1
に示す条件とした。凝固に引き続いて第二の抽出浴中で
イオン交換水で糸条を洗浄した後、0.1規定の水酸化
ナトリウム溶液浸漬し中和処理した。さらに水洗浴で洗
浄した後、乾燥機を用いて直ちに乾燥を行った。繊維の
物性を同じく表1に示す。
【0022】<比較例1>カーボンブラックを添加しな
いことおよび中和処理を行わないこと以外は実施例3の
方法により黄金色の繊維を比較例として得た。得られた
繊維の物性を表1に示す。
【0023】実施例1〜3および比較例1の繊維の耐光
試験および耐湿熱試験を行った。耐光試験はキセノンラ
ンプを用いたウエザオメータ(アトラス社、形式Ci35
A)で行い、繊維をニット・デニットした資料をサンプ
ルホルダーにセットして83℃で24時間照射した後、強度
の保持率を測定した。また湿熱試験はオートクレーブを
用いて 180℃の飽和水蒸気中に30時間暴露し、暴露後の
強度保持率を測定した。それらの結果を同じく表1に示
す。この表で明らかなように、本発明による黒色の繊維
は従来技術によるものに比べ、初期の物性の低下もなく
かつ耐光性、耐湿熱性が顕著に改善されている事が認め
られる。本発明の技術によりより少ない設備投資により
極めて効率的に係るポリベンザゾール繊維が製造できる
ことを明らかにした。
【0024】
【表1】
【0025】
【発明の効果】本発明により、耐光性・耐湿熱性に優れ
た黒色のポリベンザゾール繊維が工業的規模で容易に製
造することを可能とした。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも繊維表面から繊維外層部にか
    けて炭化有機物を含有することを特徴とする黒色ポリベ
    ンザゾール繊維。
  2. 【請求項2】 炭化有機物がジカルボン酸及び/又はそ
    の誘導体を炭化することにより得られた物質であること
    を特徴とする請求項1記載の黒色ポリベンザゾール繊
    維。
  3. 【請求項3】 炭化有機物がカ−ボンブラックであるこ
    とを特徴とする黒色ポリベンザゾ−ル繊維。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1029957A1 (en) * 1999-02-15 2000-08-23 Toyo Boseki Kabushiki Kaisha Polybenzazole article and production method thereof

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