JPS5826372B2 - Mesophase dope made of cellulose acetate and inorganic acid - Google Patents

Mesophase dope made of cellulose acetate and inorganic acid

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JPS5826372B2
JPS5826372B2 JP12196079A JP12196079A JPS5826372B2 JP S5826372 B2 JPS5826372 B2 JP S5826372B2 JP 12196079 A JP12196079 A JP 12196079A JP 12196079 A JP12196079 A JP 12196079A JP S5826372 B2 JPS5826372 B2 JP S5826372B2
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JP
Japan
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acid
dope
mesophase
cellulose acetate
cellulose
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邦彦 岡島
敏彦 松井
健二 上出
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、セルロースアセテート及びそれに対する溶媒
である無機酸とから構成されるメンフェイズドープ、及
び該ドープ構成要素の無機酸の加水分解作用によりメソ
フェイズの特徴を失なうことなく重合度及びアセチル化
度を低下させドープ粘度を紡糸製膜等の成形に適した領
域まで調整されたメンフェイズドープ、並びにその様な
ドープから製造される繊維及びフィルムに関する。
Detailed Description of the Invention The present invention provides a mesophase dope composed of cellulose acetate and an inorganic acid as a solvent for the mesophase dope, and a mesophase dope that loses its mesophase characteristics due to the hydrolysis action of the inorganic acid as a component of the dope. The present invention relates to a memphase dope in which the degree of polymerization and the degree of acetylation are lowered without reducing the degree of polymerization and the degree of acetylation and the dope viscosity is adjusted to a range suitable for forming into a spinning film, etc., and fibers and films produced from such a dope.

本発明の目的は、力学的に優れた新規な繊維やフィルム
及び新規な構造を有する繊維やフィルム製造に有用なセ
ルロース系メソフェイズドープの提供にある。
An object of the present invention is to provide a cellulose-based mesophase dope useful for producing novel mechanically excellent fibers and films and fibers and films having a novel structure.

ここでメソフェイズドープとは、ドープを形成する分子
の重心の移動に関しては流動的であるが分子の配向の変
化に対しては弾性的な性質を示す状態にあるドープを意
味し、流体力学的な場、例えば速度勾配を負荷した時に
その剪断力によって流動複屈折を具現する状態にあるド
ープとは異なる。
Here, mesophase dope refers to a dope that is fluid with respect to the movement of the center of gravity of the molecules forming the dope, but exhibits elastic properties with respect to changes in the orientation of the molecules. This is different from dope, which exhibits flow birefringence due to shear force when a velocity gradient is applied, for example.

換言すれば、外部からの刺激を加えずしてそのドープが
肉眼観察に於いても明らかに干渉色を示すか、又は、偏
光顕微鏡直交ニコル下で明視野を示す液体と固体の性質
を具備したドープをさし、液晶、光学的異方性液体、オ
ーダード・リキッド(Orderd l 1quid)
と同義である。
In other words, the dope exhibits clear interference colors even when observed with the naked eye without any external stimulation, or has the properties of a liquid and a solid that exhibits a bright field under crossed Nicols under a polarizing microscope. Dope, liquid crystal, optically anisotropic liquid, ordered liquid
is synonymous with

従って、かかるドープから紡糸される繊維は、延伸工程
を経ることなく、高度に配向した糸条を与えるであろつ
0 これまで分子鎖の堅いポリマー、例えば台底ポリペプチ
ド、芳香族ポリアミド、芳香族ポリアミドヒドラジド、
芳香族ポリエステル、ポリアゾメチン等の溶液又は融液
がメソフェイズを形成する例は数多く知られている。
Therefore, fibers spun from such dopes will provide highly oriented yarns without going through a drawing process. polyamide hydrazide,
Many examples are known in which solutions or melts of aromatic polyesters, polyazomethines, etc. form mesophases.

フロー!J (Flory)、プロシーデインダス・
オブ・ザ・ロイセル・ソサイユテイーシリーズ((Pr
oc、R,Soc、 5er)、A234,73(19
56)、lは、堅い粒子に関する統計的扱いを行ない混
合の自由エネルギーをモル数、溶質分子の軸比、ディス
オリエンテーション(disorientation)
係数の関数とする一般的表現を提案し、臨界濃度に於い
て、光学的等方性相と異方性相との分離を予言した。
flow! J (Flory), Proceedings
Of the Loiselle Society Series ((Pr.
oc, R, Soc, 5er), A234, 73 (19
56), l performs statistical treatment on hard particles and calculates the free energy of mixing by the number of moles, the axial ratio of solute molecules, and the disorientation.
We proposed a general expression as a function of coefficients and predicted the separation of optically isotropic and anisotropic phases at a critical concentration.

この相分離は粒子の非対称性の結果として起り、比較的
小さな正の相互作用エネルギーによって、異方性相の濃
度が著しく増加するとされている。
This phase separation is said to occur as a result of particle asymmetry, and the relatively small positive interaction energy significantly increases the concentration of the anisotropic phase.

又、分子鎖がある程度の屈曲性をもつポリマー(Sem
i−flexible Polymer)では、その溶
液の特性は、結合間の堅いセグメントの長さにより主に
決定されるとされている。
In addition, polymers whose molecular chains have a certain degree of flexibility (Sem
For i-flexible polymers, the solution properties are said to be determined primarily by the length of the rigid segments between the bonds.

この様に分子鎖の固いポリマーについてはその特定溶液
がメソフェイズを形成するのは、実際的にも、又理論的
にも裏付けられていると云える 一方、セルロース誘導体の分子鎖の屈曲性については、
フロー’J (Flory)等の時代から議論されて
きた。
While it can be said that it is practically and theoretically supported that a specific solution of a polymer with a rigid molecular chain forms a mesophase, the flexibility of the molecular chain of a cellulose derivative is ,
This has been discussed since the time of Flo'J (Flory) and others.

しかしながら、これら議論は、溶媒の素抜は効果を適切
に考慮していなかった為、正確な議論とは云い難かった
However, these arguments could not be called accurate because they did not properly consider the effects of solvent removal.

最近上出等ポ1J7−。ジャーナル(Polym、Jo
urnal、10,4.409(1978))は、多く
のセルロース誘導体の溶液物性データをより正確に解析
し、それらの分子鎖の屈曲性について結論づけている。
Recently uploaded etc. 1J7-. Journal (Polym, Jo
urnal, 10, 4.409 (1978)) more accurately analyzed the solution physical property data of many cellulose derivatives and concluded about the flexibility of their molecular chains.

注目すべき点は、ビニル系ポリマーと異なり、セルロス
誘導体は置換度にもよるが、極性OH基や、ペテロ酸素
原子を分子間に持つため、その分子鎖の非摂動状態に於
ける広がり、ひいては堅さは、使用される溶媒によって
著しく異なり、かつその分子鎖の堅さはビニル系ポリマ
ーに比し充分堅い点である。
What should be noted is that, unlike vinyl polymers, cellulose derivatives have polar OH groups and Peter oxygen atoms in their molecules, depending on the degree of substitution, so the expansion of the molecular chain in an unperturbed state, and even The hardness varies significantly depending on the solvent used, and the hardness of its molecular chain is sufficiently stiffer than that of vinyl polymers.

この様にセルロース誘導体は特定溶媒との組合せでメン
フェイズドープを形成する潜在的能力を持つことが充分
予想される。
Thus, it is fully expected that cellulose derivatives have the potential to form memphaze dopes in combination with specific solvents.

セルロース誘導体と構造の類似するキチン質が複屈折ゲ
ルを形成することも既に認められて居すマーチャサルソ
ート(Merchesault)等、ネイチャーCNa
ture )、L旦」、補9.632(1959))、
前述の1つの証拠を与える。
It has already been recognized that chitin, which has a similar structure to cellulose derivatives, forms a birefringent gel.
ture), Ldan'', supplementary 9.632 (1959)),
One proof of the foregoing is given.

特開昭52−96230号公報に於いても、置換度1以
上のセルロース誘導体とそれに対する特定溶媒との組合
せで光学的異方性ドープが得られることが述られている
JP-A-52-96230 also states that an optically anisotropic dope can be obtained by combining a cellulose derivative with a degree of substitution of 1 or more and a specific solvent therefor.

該公報中でも、光学異方性ドープ形成の為には、溶媒の
選択が最つとも重要であることが記載されており、その
ような溶媒として有機溶媒が主に開示されているが、こ
れは、該公報に開示されているセルロース誘導体の置換
度が1,0以上であることから来る当然の帰結である。
In this publication, it is stated that the selection of a solvent is the most important for forming an optically anisotropic dope, and organic solvents are mainly disclosed as such solvents. This is a natural consequence of the fact that the degree of substitution of the cellulose derivative disclosed in the publication is 1.0 or more.

既ち、セルロース化学の知らしむる所によれば置換基、
特に疎水基、例えばアルキル基、エステル基がセルロー
スの水酸基中の水素原子との置換が増大すると、より有
機溶媒可溶性に変化する事実は衆知のことである。
According to what is known about cellulose chemistry, substituents,
In particular, it is well known that when the substitution of hydrophobic groups such as alkyl groups and ester groups with hydrogen atoms in the hydroxyl groups of cellulose increases, the cellulose becomes more soluble in organic solvents.

しかるに、有機溶媒を用いて、セルロース誘導体を溶解
する時、多くの場合、部分的ゲルの発生を伴ない均一な
溶液を得ることが難しいのが一般的であり、云んや、高
いポリマー濃度(15重量φ以上)が必要なメソフェイ
ズ形成過程では、上記の点が大きな問題となり、かかる
ドープから均質な成形品を得ることは、はなはだ困難で
あるばかりか、最終成形品から有機溶媒を完全に除去す
ることは困難で、品質上の問題を発生することは良く経
験する所である。
However, when dissolving cellulose derivatives using organic solvents, it is often difficult to obtain a homogeneous solution with partial gel formation, not to mention a high polymer concentration ( The above points become a major problem in the mesophase formation process that requires 15 weight φ or more, and not only is it extremely difficult to obtain a homogeneous molded product from such a dope, but it is also difficult to completely remove the organic solvent from the final molded product. It is difficult to do so, and it is common to experience quality problems.

一方、該公報中には、無機酸を溶媒として用いたセルロ
ース誘導体のメンフェイズ形成性には何ら触られていな
いが無機系溶媒を用いた例は数例示されている。
On the other hand, the publication does not mention the memphase-forming properties of cellulose derivatives using inorganic acids as solvents, but does list several examples using inorganic solvents.

例えば、ヒドロキシプロピルセルo −7,、(RPC
)/水、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩(
CMCNa7水、CMCNa /荷性ソーダ水溶液、C
MCNa/塩化ナトリウム水溶液、硫酸セルロースナト
リウム塩/水等が列示されている。
For example, hydroxypropyl cell o-7, (RPC
)/water, sodium salt of carboxymethyl cellulose (
CMCNa7 water, CMCNa/loading soda aqueous solution, C
MCNa/sodium chloride aqueous solution, cellulose sulfate sodium salt/water, etc. are listed.

しかしながら、これらの殆んどが、そのメソフェイズド
ープ形成の為にポリマーの固体重量が50重重量板上必
要であり、実際の成形には、全く、適さない。
However, most of these require a solid weight of polymer on a 50-weight plate for mesophase dope formation, and are completely unsuitable for actual molding.

又、固体重量が30重量φ程度でメンフェイズドープを
形成するものでも、全体が糊状を呈し、曳糸性等に問題
が発生する。
Further, even when the solid weight is about 30 weight φ and the membrane phase dope is formed, the whole becomes pasty, and problems occur in spinnability and the like.

塩系溶媒やアルカリ性溶媒を用いる場合は、上記に指運
した問題点の他に、成形品中の残留金属の問題や排水等
の点に致命的問題を生ずる恐れがある。
When a salt solvent or an alkaline solvent is used, in addition to the problems mentioned above, there is a possibility that fatal problems such as residual metal in the molded product and drainage may occur.

他方、該公報には、全く触れられていない無機酸類は、
セルロースに対する解重合作用を利用して、種々の重合
度のパルプ製造等に応用されてはいるが、一般にセルロ
ース誘導体に溶媒として、無機酸を用いることは、工業
的見地からも学問的見地からも敬遠されてきた。
On the other hand, inorganic acids, which are not mentioned at all in the publication, are
Utilizing the depolymerization effect on cellulose, it has been applied to the production of pulp with various degrees of polymerization, but in general, the use of inorganic acids as solvents for cellulose derivatives is difficult from both an industrial and academic standpoint. It has been shunned.

飼えば酢酸セルロースや硝酸セルロースの製造に際し触
媒として加える硫酸の為、著しいポリマーの解重合やか
くして得られた原料中の残留SO「イオンの為、そのも
のの有機溶媒溶液中でのゲルの発生等を経験したセルロ
ース工業に於いて、無機酸の使用は弔み嫌われてきたし
、又、セルロース化学全般を良く、まとめであるセルロ
ース・パートI〜m (Cel lu 1osePar
tJ〜■、)セルロース・アンド・セルロース・デリバ
テイブス・パートIV + V(Ce1lulosea
nd Ce1lulose Derivativcs
PartI%’、V)〔以上、イー・オツトー・スパー
リン(E、0tto。
Due to the sulfuric acid added as a catalyst during the production of cellulose acetate and cellulose nitrate, significant depolymerization of the polymer and residual SO ions in the resulting raw materials may cause gel formation in organic solvent solutions. In my experience in the cellulose industry, the use of inorganic acids has been frowned upon, and I have read Cellulose Parts I to M, which is a good summary of cellulose chemistry in general.
tJ~■,) Cellulose and Cellulose Derivatives Part IV + V (Celulosea
nd Ce1lulose Derivativecs
Part I%', V) [The above, E.Otto.

5purlin)共編、インターサイエンス(Inte
r−sc 1ence )) に於いてさえ、セルロ
ース誘導体の溶解性については、それが、アルカリ可溶
性か、水可溶性か、又は、有機溶媒可溶性かについての
記述が殆んどで無機酸についての溶解性の議論は皆無に
等しいのである。
5purlin), co-edited by Interscience (Inte
Regarding the solubility of cellulose derivatives, even in the literature, most of the descriptions are about whether it is alkali-soluble, water-soluble, or organic solvent-soluble, but about the solubility of cellulose derivatives in inorganic acids. There is no debate at all.

この様に無機酸をセルロース誘導体に使用して、その利
点を見い出そうとする努力は皆無であったといっても過
言ではない。
It is no exaggeration to say that there has been no effort to discover the benefits of using inorganic acids in cellulose derivatives.

本発明の基本的原理は、種々のセルロース誘導体の種々
の溶媒中でのその非摂動状態に於ける分子鎖の広がり、
ひいては堅さについての詳細な解析に基づいて、極性ポ
リマーは極性溶媒中に於いて、その非摂動状態での分子
鎖の広がりは増大するという真理に基づき、かつ有機溶
媒や無機塩系を溶媒として用いる場合の欠点を考慮し、
セルロース及びセルロース誘導体と溶媒とからなるメソ
フェイズ発現性につき鋭意検討した結果おどろくべき事
に、無機酸をセルロース誘導体に適用する困難性にもか
かわらず、無機酸/水系を溶媒とするセルロースアセテ
ートドープが広範なドープ濃度範囲及び広範な酸濃度範
囲で、極めて安定なメソフェイズドープを形成すること
を見い出し本発明に至ったものである。
The basic principle of the present invention is the expansion of the molecular chains of various cellulose derivatives in their unperturbed state in various solvents;
Furthermore, based on a detailed analysis of stiffness, it is based on the truth that the molecular chain extension of polar polymers increases in a polar solvent in an unperturbed state, and when organic solvents and inorganic salts are used as solvents. Considering the disadvantages when using
As a result of intensive studies on the mesophase expression properties of cellulose and cellulose derivatives and solvents, we were surprised to find that, despite the difficulty of applying inorganic acids to cellulose derivatives, cellulose acetate dope using an inorganic acid/water system as a solvent has been widely used. The inventors have discovered that an extremely stable mesophase dope can be formed in a wide range of doping concentrations and a wide range of acid concentrations, leading to the present invention.

すなわち本発明は、1種以上の無機酸を少なくとも5重
量φ含む無機酸水溶液と、この水溶液中に少なくとも1
0重量φの量で存在するセルロースアセテートとを主成
分として構成され、かつ、流体力学的外力を加えること
なくしてメソフェイズ性を示すドープである。
That is, the present invention provides an inorganic acid aqueous solution containing at least 5 weight φ of one or more inorganic acids, and at least one inorganic acid in this aqueous solution.
This dope is composed mainly of cellulose acetate present in an amount of 0 weight φ and exhibits mesophase properties without applying any external hydrodynamic force.

本発明のドープに有用なセルロースアセテートは、飼え
ば、メソード・イン・カルボハイドレート・ケミストリ
ー(Methods in Carbohydrate
Chem 1stry )ロイ・エル・ライストラ−(
Roy。
The cellulose acetate useful in the dope of the present invention can be prepared using Methods in Carbohydrate Chemistry.
Chem 1stry) Roy L. Leistler (
Roy.

L、Whistler )編アカデミツクプレス・ニュ
ーヨーク(AcademicPress、New Yo
rk、1963)で定義される結合酢酸量が61.3%
(DS=2.9)以下であって、本質的に無機酸水溶液
に溶解可能なものである。
Edited by L. Whistler, Academic Press, New York.
The amount of bound acetic acid defined by R.K., 1963) is 61.3%.
(DS=2.9) or less, and is essentially soluble in an aqueous inorganic acid solution.

置換度DSは結合酢酸量(%表示)より換算できD8−
2,77×結合酢酸■102.4一種口ぢ相変 1.395 と表示される。
The degree of substitution DS can be calculated from the amount of bound acetic acid (in %) D8-
It is displayed as 2,77× combined acetic acid ■102.4 one-mouth phase change 1.395.

以下、説明の簡略のため、上式で定義されるDSを用い
ることとする。
Hereinafter, to simplify the explanation, the DS defined by the above equation will be used.

溶媒を無機酸とするため、セルロースアセテートの置換
度は小くても(DS<1.0)、メソフェイズドープを
形成できる。
Since the solvent is an inorganic acid, a mesophase dope can be formed even if the degree of substitution of cellulose acetate is small (DS<1.0).

この事実は特開昭53−96230号公報に記載のメソ
フェイズ系にはない特長である。
This fact is a feature not found in the mesophase system described in JP-A-53-96230.

無機酸系に対するセルロースアセテートの溶解性は、そ
の重合度や特に置換度によって左右される。
The solubility of cellulose acetate in inorganic acid systems depends on its degree of polymerization and especially on its degree of substitution.

DS=2.9が無機酸に対する溶解性を示す上限である
DS=2.9 is the upper limit of solubility in inorganic acids.

しかも濃厚な酸にしか溶解しない。Moreover, it only dissolves in concentrated acids.

又DSが0.5以下になると、稀酸から濃厚な酸に至る
まで、広範な濃度の酸水溶液に溶解する。
Furthermore, when the DS is 0.5 or less, it dissolves in acid aqueous solutions with a wide range of concentrations, from dilute acids to concentrated acids.

酸に対するセルロースアセテートの溶解性、メンフェイ
ズドープの形成のし易さの点でセルロースアセテートの
置換度は2.7〜0.3が好適である。
The degree of substitution of cellulose acetate is preferably 2.7 to 0.3 from the viewpoint of solubility of cellulose acetate in acids and ease of forming memphase dope.

これらセルロースアセテートの無機酸系への高溶解性は
、メソフェイズドープ製造に際し重要であり、セルロー
スアセテートは少くとも10重重量板上の濃度で溶解し
ていることが必要である。
The high solubility of cellulose acetate in inorganic acid systems is important in the production of mesophase dope, and it is necessary that cellulose acetate be dissolved at a concentration of at least 10 weight plates.

同一重合度のセルロースアセテートで置換度が増すと、
ある特定種の無機酸との組合せでメソフェイズを発現す
るポリマー濃度は一般に低下スる。
When the degree of substitution increases with cellulose acetate of the same degree of polymerization,
The concentration of polymers that exhibit mesophase in combination with certain types of inorganic acids generally decreases.

同一置換度のセルロースアセチ−トラ用いると、その重
合度が増すと、メンフェイズを形成するポリマー濃度は
低下する。
When using cellulose acetate with the same degree of substitution, as the degree of polymerization increases, the concentration of the polymer forming memphase decreases.

例えばDS=2.56のセルロースアセテートで、65
重量饅硝酸を溶媒とした場合DP=600のものでは、
メソフェイズ発現最低ポリマー濃度は10重量饅である
のに対し、DP=250では、30重重量上要である。
For example, for cellulose acetate with DS = 2.56, 65
When heavy duty nitric acid is used as a solvent, with DP=600,
The minimum polymer concentration for mesophase development is 10% by weight, whereas at DP=250, it is 30% by weight or more.

セルロースアセテートの平均重合度(DP)は本発明の
ドープからの成形用途には100以上であることが好ま
しい。
The average degree of polymerization (DP) of cellulose acetate is preferably 100 or more for use in molding from the dope of the present invention.

本発明のメソフェイズドープ形成に有用な無機酸は、硝
酸、塩酸、硫酸、リン酸、メタリン酸、ピロリン酸、次
リン酸、亜硫酸、フルオロ硫酸、クロロ硫酸、塩素酸、
次亜塩素酸、亜塩素酸、過塩素酸、臭素酸、過臭素酸、
次亜臭素酸、フッ化水素酸、チオシアン酸、チオ硫酸等
であり、特に硝酸、硫酸、リン酸、塩酸等が経済性、操
作性等の点で好適に用いられる。
Inorganic acids useful in forming the mesophase dope of the present invention include nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, metaphosphoric acid, pyrophosphoric acid, hypophosphoric acid, sulfite, fluorosulfuric acid, chlorosulfuric acid, chloric acid,
hypochlorous acid, chlorous acid, perchloric acid, bromic acid, perbromic acid,
Hypobromous acid, hydrofluoric acid, thiocyanic acid, thiosulfuric acid, etc. are used, and nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, hydrochloric acid, etc. are particularly preferably used from the point of view of economy, operability, etc.

実際の使用に当っては、これら酸類を少くとも5重量袈
含む水溶液が用いられる。
In actual use, an aqueous solution containing at least 5 parts by weight of these acids is used.

しかし、より好しい酸濃度は、セルロースアセテートの
置換度、酸の種類及び系のメンフェイズ形成性により決
定される。
However, the more preferred acid concentration is determined by the degree of substitution of cellulose acetate, the type of acid, and the memphase forming properties of the system.

例えば1)S=2.57のセルロースアセテートの場合
、硝酸で25〜75重量φ水溶液、硫酸で40〜85重
量多水溶液が好適に溶媒として利用される。
For example, 1) in the case of cellulose acetate with S=2.57, a 25 to 75 weight φ aqueous solution of nitric acid and a 40 to 85 weight φ aqueous solution of sulfuric acid are suitably used as the solvent.

DS=0.35のセルロースアセテートを用いた場合、
硝酸で5〜75重量饅重量澄水溶液で20〜98重量φ
水溶液が溶媒として好適である。
When using cellulose acetate with DS = 0.35,
5-75 weight with nitric acid, 20-98 weight with clear water solution φ
Aqueous solutions are suitable as solvents.

一般に無機酸と水の混合物は、その組成により、その系
中に存在する成分自体が変化し、単に水によってその極
限状態で解離した状態にあるわけではない。
In general, in a mixture of an inorganic acid and water, the components present in the system change depending on its composition, and are not simply dissociated by water in their extreme state.

この点が、有機酸に水を混合した系と異っている所と考
えられ、種々の置換度を有するセルロースアセテートを
メソフェイズ化する重要な因子の1つであろう。
This point is considered to be different from a system in which water is mixed with an organic acid, and is probably one of the important factors for converting cellulose acetate having various degrees of substitution into mesophase.

本発明に於いて、無機酸は単独でも、二種以上の混合酸
でもメンフェイズ形成能を有す。
In the present invention, the inorganic acid has a memphase forming ability either alone or as a mixture of two or more acids.

無機酸を溶媒とするため、ある温度条件下で既存メソフ
ェイズドープの特性を変えることなくドープ粘度並びに
置換度を適宜調整できる。
Since an inorganic acid is used as a solvent, the dope viscosity and degree of substitution can be adjusted as appropriate under certain temperature conditions without changing the characteristics of the existing mesophase dope.

例えばセルロースアセテート(DP=300、DS2.
45)/硝酸(65重量%)系でセルロースアセテート
40重量饅含むメソフェイズドープの粘度を初期の/2
まで低下せしめてもメンフェイズ特性を保持させること
が出来る。
For example, cellulose acetate (DP=300, DS2.
45)/Nitric acid (65% by weight) based mesophase dope containing 40% cellulose acetate has an initial viscosity of /2
It is possible to maintain the Menphase characteristic even if the temperature is reduced to .

又、置換度調整が可能なためにはじめに用いたセルロー
スアセテートとは異なった溶解性を有するセルロースア
セテートが成形できる。
Furthermore, since the degree of substitution can be adjusted, cellulose acetate having a different solubility from the cellulose acetate initially used can be molded.

例えばアセトン可溶性セルロースアセテートと65重量
饅硝酸水溶液からなるメソフェイズドープから、耐有機
溶媒性を示し、なおかつ、新規な構造の成形品を製造す
ることも可能である。
For example, it is possible to produce a molded article having a novel structure and exhibiting organic solvent resistance from a mesophase dope made of acetone-soluble cellulose acetate and a 65 weight aqueous nitric acid solution.

メソフェイズドープの特性は種々の方法によって決定で
きる。
The properties of mesophase doping can be determined by various methods.

本発明のドープではその殆んどが真珠様を示すため肉眼
でも確認できる。
Most of the dope of the present invention has a pearl-like appearance, which can be seen with the naked eye.

又、これをスライドグラス及びカバーグラス間に置き偏
光顕微鏡直交ニコル下で観察する時、剪断力を与えるこ
となく明視野を呈すので容易に確認することができる。
Moreover, when this is placed between a slide glass and a cover glass and observed under a polarizing microscope under crossed Nicols, a bright field is displayed without applying any shearing force, so it can be easily confirmed.

メソフェイズドープを特長づけるポリマーの濃度範囲は
、そのドープの粘度−濃度プロットより決定される。
The concentration range of the polymer that characterizes the mesophase dope is determined from the viscosity-concentration plot of the dope.

第1図はその代表例としてDP250、D82.57の
セルロースアセテート−65重量多硝酸系A1比較例と
して同じセルロースアセテート−アセトン系Bの挙動を
示している。
FIG. 1 shows the behavior of cellulose acetate-65 weight polynitric acid system A with DP250 and D82.57 as a representative example, and the same cellulose acetate-acetone system B as a comparative example.

ドープ粘度はコーンプレート型回転粘度計を用い、剪断
速度20sec1.5℃下で測定した。
The dope viscosity was measured using a cone-plate rotational viscometer at a shear rate of 20 seconds and 1.5°C.

Aの系ではメンフェイズ相の分離がはじまる濃度域でド
ープ粘度は急激に減少しはじめ、分離が完結する濃度で
再びドープ粘度は上昇する。
In system A, the dope viscosity begins to decrease rapidly in the concentration range where the menphase phase separation begins, and the dope viscosity increases again at the concentration where the separation is completed.

一方メンフエイズを形成しないBの系はドープ粘度はほ
ぼ直線的に増加する。
On the other hand, in the case of system B which does not form memphazes, the dope viscosity increases almost linearly.

又、可視透過率−濃度プロットからも定性的にメソフェ
イズ形成濃度範囲は与えられ、メンフェイズ相形成域で
一度ドープの透過率の上昇が認められる。
Also, the visible transmittance-concentration plot qualitatively gives the mesophase formation concentration range, and it is observed that the dope transmittance increases once in the mesophase formation region.

本発明のドープは、セルロースアセテート及び適当な無
機酸の水溶液を室温又は冷却しながら攪拌することに依
って短時間でゲルのない均一な状態に製造できる。
The dope of the present invention can be produced in a gel-free, uniform state in a short time by stirring an aqueous solution of cellulose acetate and a suitable inorganic acid at room temperature or while cooling.

又、かくして得たメンフェイズドープ中のセルロースア
セテートを適当な酸種及び温度条件下で解重合並びに脱
置換し所望のメンフェイズドープに変化調整することも
可能である。
It is also possible to depolymerize and desubstitute the cellulose acetate in the memphaze dope thus obtained under appropriate acid species and temperature conditions to adjust the cellulose acetate to a desired memphaze dope.

このようにセルロースアセテートと無機酸とからなるメ
ンフェイズドープの効果は、■溶媒が安価で経済的であ
る、■酸の加水分解作用により、メンフェイズドープの
特徴を保持した範囲内でドープ粘度を調整でき、成形上
有利である、■メンフェイズの緩和時間が非常に長く、
適当な温度条件の保存下では、通常数日〜数週間以上安
定に存在する、■基本的に単独溶媒でメソフェイズ形成
能をもつため取扱いが簡単でかつ溶媒回収が容易である
、■繊維、フィルム等への成形に於いて、成形物中への
溶媒の残留は有機溶媒系に比しはるかに少なく、そのた
め成形された繊維等の純度、自席等が優れる、■置換度
範囲の広いセルロースアセテートからメンフェイズドー
プを製造出来、種々の性能を有する新規な成形品が製造
可能である、■力学的(例えば強度)に優れた新規な繊
維やフィルムかえられる。
In this way, the effects of memphaze dope, which is made of cellulose acetate and inorganic acid, are as follows: (1) The solvent is inexpensive and economical; (2) The hydrolysis action of the acid allows the dope to maintain its viscosity within a range that maintains the characteristics of memphase dope. Can be adjusted and is advantageous for molding. ■Relaxation time of the men phase is very long.
When stored under appropriate temperature conditions, it usually exists stably for several days to several weeks or more. ■Easy to handle and easy to recover the solvent because it basically has the ability to form mesophase with a single solvent. ■Fibers and films. When molded into molded products, the amount of solvent remaining in the molded product is much lower than that of organic solvent systems, and as a result, the purity and self-sufficiency of the molded fibers are excellent. Memphase dope can be produced, and new molded products with various performances can be produced. (2) New fibers and films with excellent mechanical properties (for example, strength) can be produced.

かかるドープから紡糸される繊維は、延伸工程を経るこ
となく高度に配向した糸条がえられる。
Fibers spun from such dopes can be obtained into highly oriented yarns without going through a drawing process.

等多岐に亘る。これらのメソフェイズドープは有用で新
規な構造を有すフィルム及び繊維に成形できる。
A wide variety of things. These mesophase dopes can be formed into films and fibers with useful novel structures.

高強力セルロースアセテート繊維の製造には、エアーギ
ャップ紡糸法が適当である。
Air gap spinning is suitable for producing high strength cellulose acetate fibers.

本方法に於いては、紡糸口を凝固浴より水平面上2±1
.8cr11の位置に保持し、紡糸口より吐出された糸
条を凝固浴中に鉛直に通した後、浴内のピンに浴って糸
条を走らせ巻取る。
In this method, the spinneret is placed 2±1 points above the coagulation bath on the horizontal plane.
.. The yarn is held at a position of 8 cr 11, and the yarn discharged from the spinneret is passed vertically into a coagulation bath, and then the yarn is run on pins in the bath and wound.

凝固浴温度は0〜15℃の範囲が好ましい。The coagulation bath temperature is preferably in the range of 0 to 15°C.

凝固剤は、ポリマーの置換度、酸種によって適宜選択さ
れるが好ましくはアルコール、エーテル、水、アセトン
及びこれらと無機酸、無機塩との混合物が用いられる。
The coagulant is appropriately selected depending on the degree of substitution of the polymer and the type of acid, but alcohol, ether, water, acetone, and mixtures of these with inorganic acids and inorganic salts are preferably used.

又、本発明のドープから構造されるフィルムは、上記凝
固剤を含む浴で容易に製膜できる。
Further, a film constructed from the dope of the present invention can be easily formed in a bath containing the above-mentioned coagulant.

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。Hereinafter, the present invention will be specifically explained with reference to Examples.

実施例 1 本実施例は、種々の置換度を有する約重合度250〜3
00の未分別セルロースアセテートと酸の組合せによる
メソフェイズドープを表1に例示する。
Example 1 This example describes a polymerization degree of about 250 to 3 with various degrees of substitution.
Table 1 illustrates a mesophase dope made of a combination of No. 00 unfractionated cellulose acetate and an acid.

本実施例は、ポリマーの重合度を維持する目的で0℃に
てドープを調整した。
In this example, the dope was adjusted at 0° C. in order to maintain the degree of polymerization of the polymer.

表中、×X印はポリマーが不溶を意味し、×印は、溶解
するがメソフェイズを形成しない事を、又、流動複屈折
は、メソフェイズ形成に極めて近い状態にまで達するこ
とを意味する。
In the table, the mark x means that the polymer is insoluble, the mark x means that the polymer is dissolved but does not form a mesophase, and the flow birefringence reaches a state extremely close to the formation of a mesophase.

DSが高い(22,93)のものでは、流動複屈折を示
す例があるだけで、完全なメソフェイズを5示すものは
なかった。
Among those with high DS (22, 93), there were only examples showing flow birefringence, and none showing complete mesophase.

実施例 2 本実施例は、市販のセルロースジアセテート(DS=2
.56)をアセトン/エタノール系で分別して得た種々
の重合度のセルロースジアセテートについてメソフェイ
ズ形成性を示すものである。
Example 2 This example uses commercially available cellulose diacetate (DS=2
.. Cellulose diacetate with various degrees of polymerization obtained by fractionating 56) using an acetone/ethanol system exhibits mesophase forming property.

表2には、種々の酸を使用した場合のメソフェイズ形成
に必要な最低ポリマー濃度を示している。
Table 2 shows the minimum polymer concentrations required for mesophase formation using various acids.

実施例 3 本実施例はアセトン可溶性セルロースアセテート(DP
=250、DS=2.57)と60重量φ硝酸とからな
るメンフェイズドープより、新規な構造を有し、かつ耐
有機溶媒性を示す繊維の製造法を例示する。
Example 3 This example uses acetone-soluble cellulose acetate (DP
250, DS=2.57) and 60 wt.

1tの反応容器中で60重量多硝酸325グとセルロー
スアセテ−)175Pを室温下で攪拌しメンフェイズド
ープ(35重量俤)を製造した。
In a 1 ton reaction vessel, 325 g of 60 weight polynitric acid and 175 g of cellulose acetate were stirred at room temperature to produce memphaze dope (35 weight).

得られたドープを30分、50℃下に保たせた後0℃下
で1昼夜放置した。
The obtained dope was kept at 50°C for 30 minutes and then left at 0°C for one day and night.

しかる後減圧下で脱泡処理した紡糸ドープをo、osm
m〆、50ホールのノズルから0.5CrILのエアギ
ャップを通し稀硝酸/硝酸ナトリウム水溶液(0〜4℃
)を凝固浴として紡糸した。
After that, the spinning dope, which has been defoamed under reduced pressure, is
Dilute nitric acid/sodium nitrate aqueous solution (0 to 4℃) through a 0.5CrIL air gap from a 50-hole nozzle.
) was used as a coagulation bath for spinning.

得られる糸条を6077Z/分で巻取り、ボビンのまま
水でよく洗滌した後風乾せしめた。
The resulting yarn was wound up at 6077 Z/min, thoroughly washed with water as a bobbin, and then air-dried.

得られた糸の物性は、Den/T、S/T、E/Mi
−142/4.4/8.5/73であった。
The physical properties of the obtained yarn are Den/T, S/T, E/Mi
-142/4.4/8.5/73.

又、得られた繊維の耐有機溶媒性を検討したセルロース
ジアセテート、トリアセテートの溶剤には不溶であった
Furthermore, the obtained fibers were insoluble in the cellulose diacetate and triacetate solvents examined for their organic solvent resistance.

実施例 4 本実施例は、実施例1に記載した置換度0.35のセル
ロース七ノアセテート(水溶性)と60重量置板塩素酸
の組合せよりなるメソフェイズドープより新規な構造を
有す繊維の製造法を示す。
Example 4 This example describes a fiber having a new structure than the mesophase dope made of a combination of cellulose heptanoacetate (water soluble) with a degree of substitution of 0.35 and 60 weight plate chloric acid described in Example 1. The manufacturing method is shown below.

ドープ濃度40重置板のセルロースモノアセテート/過
塩素酸系メソフェイズドープより単孔ノズル及びメタノ
ールを凝固浴として実施例1と同様にエアギャップ(0
,5CIfL)紡糸し、メタノール/エチルエーテルで
充分洗滌した後風乾させた。
The air gap (0
, 5CIfL), thoroughly washed with methanol/ethyl ether, and air-dried.

得られたモノフィラメント繊維は、従来のセルロース系
繊維と異なり繊維軸にほぼ垂直な筋が観察された。
The obtained monofilament fibers had streaks almost perpendicular to the fiber axis, unlike conventional cellulose fibers.

第2図にその特長的な繊維の偏光顕微鏡写真(倍率52
0倍)を示す。
Figure 2 shows a polarized light micrograph of the characteristic fiber (magnification: 52
0 times).

得られた糸の物性は、T−8/ T−E / M 1
== 4.1/4/92であった。
The physical properties of the obtained yarn are T-8/TE/M1
== 4.1/4/92.

(S’/d)(%) (S’/d) 一方、比較例として60重量俤過塩素酸のかわりに水を
用いて同一条件下で紡糸したが、第2図で示される特徴
的な構造は認められなかった。
(S'/d) (%) (S'/d) On the other hand, as a comparative example, spinning was carried out under the same conditions using 60% water instead of perchloric acid. No structure was observed.

得られた糸の物性はT、S/T、E/Mi= 1.3グ
/d/6%/ 17 P/dであった。
The physical properties of the obtained yarn were T, S/T, E/Mi = 1.3 g/d/6%/17 P/d.

更に、比較例として上記セルロース七ノアセテートの有
機溶媒として100重量φトリフルオロ酢酸を用い同様
の操作を行なった。
Furthermore, as a comparative example, the same operation was carried out using 100 weight φ trifluoroacetic acid as the organic solvent for the cellulose heptanoacetate.

しかしながら、メンフェイズドープを得るのに60重量
多以上のポリマーを要し、15〜20時間の攪拌によっ
ても、未溶解部分が多く、紡糸用ドープとしては全く適
さなかった。
However, 60 weight or more polymer was required to obtain the memphaze dope, and even after stirring for 15 to 20 hours, there was a large amount of undissolved portion, making it completely unsuitable as a spinning dope.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、メソフェイズを形成するドープのドブ粘度と
ドープ濃度の関係を示している。 図中A及びBは各々DP=2501DS=2.57のセ
ルロースアセテート/65重量優硝酸系、同一ポリマー
/アセトン系である。 第2図は、実施例3のセルロース七ノアセテート/過塩
素酸系より得られたモノフィラメントの偏光顕微鏡写真
(側面)である。
FIG. 1 shows the relationship between the dope viscosity and the dope concentration that forms the mesophase. In the figure, A and B are cellulose acetate/65 weight eunitric acid system with DP=2501DS=2.57, and the same polymer/acetone system, respectively. FIG. 2 is a polarized light micrograph (side view) of a monofilament obtained from the cellulose heptanoacetate/perchloric acid system of Example 3.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 11種以上の無機酸を少なくとも5重量係合む無機酸水
溶液と、この水溶液中に少なくとも10重量多の量で存
在するセルロースアセテートとを主成分として構成され
、かつ、流体力学的外力を加えることなくしてメソフェ
イズ性を示す成形用ドープ。 2 無機酸が塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、メタリン酸、
ピロリン酸、次リン酸、亜硫酸、フルオロ硫酸、クロロ
硫酸、塩素酸、次亜塩素酸、亜塩素酸、過塩素酸、臭素
酸、過臭素酸、次亜臭素酸、フッ化水素酸、チオシアン
酸、チオ硫酸である特許請求の範囲第1項記載の成形用
ドープ。
[Scope of Claims] A fluid comprising an inorganic acid aqueous solution containing at least 5 by weight of 11 or more types of inorganic acids, and cellulose acetate present in this aqueous solution in an amount of at least 10% by weight, and A molding dope that exhibits mesophase properties without applying any external mechanical force. 2 Inorganic acids include hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, metaphosphoric acid,
Pyrophosphoric acid, hypophosphoric acid, sulfurous acid, fluorosulfuric acid, chlorosulfuric acid, chloric acid, hypochlorous acid, chlorous acid, perchloric acid, bromic acid, perbromic acid, hypobromous acid, hydrofluoric acid, thiocyanic acid The molding dope according to claim 1, which is thiosulfuric acid.
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