JPS6254725A - 芳香族ポリアミド及びその製造方法 - Google Patents

芳香族ポリアミド及びその製造方法

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JPS6254725A
JPS6254725A JP12027086A JP12027086A JPS6254725A JP S6254725 A JPS6254725 A JP S6254725A JP 12027086 A JP12027086 A JP 12027086A JP 12027086 A JP12027086 A JP 12027086A JP S6254725 A JPS6254725 A JP S6254725A
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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】 1泉よL皿里匁盟 本発明は改良された芳香族ポリアミド及びその製造方法
に関するものである。更に詳細には、界面重合法により
製造される芳香族ポリアミド、及び該芳香族ポリアミド
の¥J造に際し生産性を向上すると共に得られるポリマ
ーの品質を向上させる方法に関するものである。
炙米玄止 メタフェニレンジアミン(MPDA)及びイソフタル酸
クロライド(IPC)を原料として、界面重合法により
、ポリ(メタフェニレンイソフタルアミド)を製造しよ
うとする試みは、古くから行われており、例えば、特公
昭35−14399月公報にはMPDAの炭酸ソーダ水
溶液に等モル量のIPCのテトラヒドロフラン(T )
−I F >溶液を加える方法が示されている。
しかし、この方法では、MPDA溶液を激しく攪拌して
おき、これにIPc溶液を瞬時に加えなければならない
ため、反応の際の添加速度やI2度によって得られる手
合体の品質(特に重合度)が大きく変動し、また、重合
度の高いものが得られないという問題がある。
かかる”問題を解消する方法として、等モル量のMPD
AとPICを−rHF中で反応させて各々が片側だけで
縮合し反応活性を保持した中間体を得、次いで、これを
炭酸ソーダ水溶液と混合して顆粒状の高重合体を得る方
法が提案されている(特公昭47−1oaea@公報参
照)。
この方法は、原料のモル比が最初から保たれているので
、反応の際の添加速度やIii度の影響が少なく、反応
が2段に別れているので反応熱の除去も容易となり、工
業的に極めて有用な方法であるが、近年、芳香族ポリア
ミドの繊維。
フィルム等が種々の用途に広く使用されるにつれて、そ
の特性及びコストに対する市場の要求が高まり、従来の
ものに比べてより品質の優れた全芳香族ポリアミド、及
びそれをより高い生産性にて製造する方法、の出現が期
待されている。
及則り旦狛 本発明の第1の目的は、従来の方法では!!1逃し得な
い高重合度で分子争分布がシャープでかつ均一な重合度
を有する芳香族ポリアミド、特にポリ(メタフェニレン
イソフタルアミド)を提供することにある。本発明の第
2の目的は、従来の同種ポリマーからなるものに比べて
強伸度及び耐熱性の良好な繊維、フィルム、その伯の成
形品となし得る高重合度芳香族ポリアミドを提供覆るこ
とにある。本発明の第3の目的は前記芳香族ポリアミド
を高い生産性にて製造する方法を提供することにある。
1哩五里風 本発明者らは、前述の諸口的を達成すべく特公昭47−
10863号で提案された方法の改良について鋭意研究
の結果、芳香族ジカルボン酸ハライドと芳香族ジアミン
との反応(第1段反応)を行わせる場合、前者のTHF
溶液を後者のTHE溶液中に滴下させ、しかも反応系の
温度を常に一3℃以下の温度に維持すると、反応が順調
かつ円滑に進行し、反応に要する時間も大幅に短縮され
、工業的に実施する場合に生産性が著しく向上すること
、更には、反応系の温度を一10℃よりも低い温度に維
持すると、驚くべきことに、jqられるポリマーの分子
の分布がシV−プとなり、低重合物の含有率が顕著に低
下するとともに平均重合度が向上し、このポリマーから
得られた繊維、フィルム、その他の成形品は、従来のも
のに比して強伸度、耐熱性の双方にすぐれていることを
見出し、本発明を完成したものである。
すなわら、本発明の一つは、ポリマー繰返し単位の85
モル%以上がポリ(メタフェニレンイソフタル7ミド)
であり、ポリマーの固有粘度が1.80以上、全末端基
数中に占めるアミン末端基数の割合が9〜48%であり
、かつポリマー中のオリゴマー量が1〜5%で必ること
を特徴とする全芳香族ポリアミドである。本発明の今一
つは、芳香族ジアミンと芳香族ジカルボン酸ハライドと
を生成ポリアミドに対し良溶媒ではない有機溶媒中で反
応ぜしめで活性中間体を含む分散液をつくり、しかる後
該分散液を酸受容剤の水溶液と接触せしめて反応を行う
ことにより、芳香族ポリアミドを製造するに際し、 a)芳香族ジカルボン酸ハライドをテトラヒドロフラン
(−r HF )に溶解した溶液中に芳香族ジアミンを
テトラヒドロフラン(THF)に溶解した溶液を滴下し
て反応させるとともに、 b)その系を、反応開始から反応終了までの間、常に一
3℃以下(例えば−3〜−10°Cあるいは一10℃よ
り低温)に維持して、活性中間体を含む分散液をつくる ことを特徴とづる、芳香族ポリアミドの製造方法である
本発明で使用する芳香族ジアミンとしてはメタフェニレ
ンジアミンが好ましい。また、このジアミン以外に少量
(寸なわら15モル%以下)のパラフェニレンジアミン
、3,4−ジアミノジフェニルエーテル、4.4’−ジ
アミノジフェニルエーテル、パラキシリレンジアミン、
ビフェニレンジアミン等の他の芳香1)χジアミンを共
重合成分として使用することもできる。
一方、芳香族ジカルボン酸ハライドとしては、イソフタ
ル酸クロライドが好ましい。これを単独で使用してもよ
いが、少量(すなわら15モル%以下)の他の芳香族ジ
カルボン酸ハライド、例えばテレフタル酸クロライド、
ナフタレン−2,6−ジカルボン酸クロライド、ナフタ
レン−2,7−ジカルボン酸クロライド等を共重合成分
として使用することもできる。
また、これらの芳香族ジアミンあるいは芳香族ジカルボ
ン酸ハライドは、その芳香族の水素の一部がハロゲンで
置換されていてもよい。
本発明方法においては、反応を円滑に行いかつ重合度の
高いポリマーを得る為には、芳香族ジカルボン酸ハライ
ドの純度が特に重要であり、不純物の含有量が1100
0pp以下、特に400ppm以下が好ましい。
一方、前記各反応成分を溶解する溶媒としては、テトラ
ヒドロフラン(、T HF )を使用する。
この溶媒は、反応成分は良く溶解するが生成ポリマーに
対しては貧溶媒であって、活性中間体をつくる第1段反
応を効率的に行うことができるばかりでなく、回収工程
等における取扱い性も良いので好適である。
本発明方法を実施する場合、使用するT HEの含有水
分率を極力低くする必要があり、含有水分率を500p
pm以下、特に200ppm以下に調整するのが好まし
い。
本発明方法では、前述の如き芳香族ジアミンの−[トI
F溶液と芳香族ジカルボン酸ハライドT]1F:溶液と
を接触させて、両成分を反応させるに当り、芳香族ジカ
ルボン酸ハライドのT−HF溶液中に芳香族ジアミンの
T HE溶液を滴下する必要がある。
これを逆にして、芳香族ジアミン溶液中に芳香族ジカル
ボン酸ハライド溶液を添加又は滴Fづると、活性中間体
が均一粒子の乳化液とならず得られる重合体の固有粘度
が低く、また固有粘度のバラツキが大きくなるという問
題があり、好ましくない。
この滴下により生ずる両成分の反応で著しい反応熱が発
生するが、シャワー(噴霧)状に滴下することにより、
反応熱が局在化せず全体の系の温度が均一化するので好
ましい。この場合、液滴の大きさを直径5mm以下とす
るのが最適である。
本発明方法では、この反応において、反応開始から反応
終了までの間、反応系の温度を常に−3℃以下に維持す
ることが必要である。反応系の温度が一3℃よりも高い
と、活性中間体の分子量が大きくならず、また、T H
Fと反応試薬との副反応が傍菟して充分な重合度のポリ
マーが得られにくい。
これに対し、反応系の温tiを一3℃〜−10℃に維持
すると、従来に比べ反応時間を大幅に短縮することが可
能となり、重合工程の生産性を向上させることができる
また、反応系の温度を一10℃より低温に維持すると、
前述の効果に加え、生成ポリマーにおける重合度分イ0
がシV−プとなり、低重合物の含有量が顕著に少なくな
り、ポリマーの高重合度化が達成される。例えば、従来
の方法では固有粘度(ηinh )にして島々1.8未
満のものしか得られないが、この方法では2.7に達す
るものも得られる。
この反応は、前述の如く発熱反応であるから、反応系を
前記温度に維持するには、供給する溶液の温度をあらか
じめ−15〜−25℃に調整しておくとと′bに、反応
器内外に冷媒のジャケットや配管を設けて、系を積極的
に冷却し反応熱を効率的に除去することが必要である。
反応中は、系を激しく攪拌するのが好ましい。
反応時間は反応系の容量によって異なるが、工業的規模
で実/1!する場合は通常10分〜3時間程度である。
かくして、芳香族ジアミンと芳香族ジカルボン酸ハライ
ドとが反応して結合した活性中間体がT HF中に分散
した液が得られる。
本発明方法では、この分散液を酸受容剤の水溶液と接触
させて反応(第2段反応)させることにより、芳香族ポ
リアミドが生成する。
酸受容剤としては、炭酸ソーダが好適であり、通常、1
1度1〜18重量%の水溶液として使用される。
この第2段反応においては、活性中間体の分散液を酸受
容剤水溶液中に添加するのが好ましく、この際の反応系
の温度は5〜15℃が好ましく、系は攪拌するのが好ま
しい。
なお、この反応はきわめて短時間に行われるので添加開
始から2〜5分後には、芳香族ポリアミドの粒子が析出
、沈澱する。
かくして得られた芳香族ポリアミドは、その固有粘度が
1.80以上であり、かつ全末端基中に占めるアミン末
端基数の割合が9〜48モル%であり、しかもポリマー
中のオリゴマー量が1〜5%であるという、従来の間挿
芳香族ポリアミドにはみられない1ぐれた性質を有する
前記芳香族ポリアミドの有するボテンシVルを、II、
フィルム、フィブリッド、その他の成形物において充分
発揮し、従来のものに比べて良好な物性の製品を(qる
ためには、固有粘度にして1.80以上、好ましくは1
.85以上の高い重合度を有することが必要である。ま
た、前記芳香族ポリアミドの場合、高分子ω物の末端は
カルボ末端であってアミノ末端基が多いということは分
子量の低い分子が多いということであり、この点からは
アミノ末端基が少ないほど好ましいが、該芳香族ポリア
ミドをアミド系溶媒に溶解する場合アミノ末端基が多い
方が溶解度が増大し、溶液の熱安定性も良好である。従
って、本発明では全末端基数に対するアミノ末端基数の
割合が8〜48%の範囲内にあることが要求される。更
に、オリゴマー量は一般に少なければ少ないほど良いが
、若干量のオリゴマーを含む方が、紡糸、製膜、延伸等
の成形性が向上する。
このため本発明のポリマーにあっては1〜5%のオリゴ
マーを含むことが必要である。
発明の効果 上述の如き本発明の芳香族ポリアミドは、紡糸性、製膜
性等が良好であり、該芳香族ポリアミドを用いて繊維、
フィルム、その他の成形物を製造すると、従来のものに
比べ強伸度物性がすぐれ、かつ耐熱性の良好な製造を(
qることができる。
また、上述の如き本発明方法によれば、界面重合工程、
とりわけ第1段反応に要する時間が大幅に短縮され、生
産性が著しく向上する。
ざらに、第1段反応において反応系の温度を−10℃よ
り低い温度に維持すると、生成ポリマーの重合度のバラ
ツキが少なくなり、しかも平均重合度が大となる。
各指標の測定法 本明細書で言う各指標の測定法は次の通りである。
(a)全芳香族ポリアミドのアミノ末端基数の割合 自動電位滴定法により末端基の定量を行い、(A、 m
lKpewkobら、“口racm、 Haccbi 
 1968(10) 52参照)、下記式より算出する
[−N )(2末端基]数の割合− [−N l]2末端基]数 (b)オリゴマー量 高速液体クロマトグラフィー(tlLc)のチャートか
ら算出する。
測定条件: [1EC機器・・・東洋ソーダHLC80211Rカラ
ム−2orbax PS)f 603〜10003キャ
リヤー・・・DHF 締出条件: 上記条件で測定した11[Cチャート(添付図面)より
、ピークA、B、C,Dをそれぞれ棹出し、 オリゴマーω(%)= X100(%) A + B 十〇 + D により算出する。
(C)固有粘度 重合体の重合度は濃硫酸ioo Ir1l中0.5gを
溶解した溶液の30℃(おける固有粘度(ηinh )
で表わす。
叉亙± 次に、本発明の実施例及び比較例を詳述するが、本発明
はこれにより限定されるものではない。
実施例1 イソフタル酸クロライド(IPC)(純度99.95%
> 213.18k(Jを脱水してテトラヒドロフラン
(THE>(水分率10100pl) 750 flに
溶解し、これを攪拌機、冷却コイル、冷却ジロケットを
有する容12m3の反応槽に入れ、毎分約300回転の
攪拌を行いながら一10℃迄冷却した。
一方、攪拌機、冷に1コイル、冷却ジャケットを有する
容ff11m3の溶解槽でメタフェニレンジアミン(M
PDA)(純度99.93%)を750.11の脱水し
たT)−IF(水分率10100ppに溶解し一15°
C迄冷却した。冷却されたMPDAのTHF溶液を8.
5.ll/分の添加速度でノズル口より粒径0.1mm
以下の噴霧状でIPCのTHE溶液中に12()分間で
攪拌下に添/Jtlすると白濁した乳化液が得られた。
このときの反応槽の内温は一4°Cであった。添加終了
後約5分間攪拌を継続した。高速攪拌機を有する容量5
m3の反応槽に炭酸ソーダ156kCIを水1750.
1!に溶解した水溶液を加え、毎分1700回転に攪拌
後、速やかに前記の白濁した乳化液を加え、約5分間攪
拌を継続した。反応系は数秒後に粘度が増大し、再び低
下して白色の懸濁系が得られた。ン濾過により白色粉末
を)戸別し、水洗後乾燥し、248.7kg(収率99
,5%)の白色ポリマーが1qられた。このポリマーの
固有粘度は2.05.  [−N82末端基]数の割合
38%、オリゴマー量3.5%であった。
また、この重合条件でそれぞれ10回重合を繰返し得ら
れるポリマーの固有粘度の平均(7)は2.05.固有
粘度のバラツキ(σ)は0.03であり、固有粘度が高
くかつバラツキも小さかった。
比較例1 イソフタル酸クロライド(IPC)(純度99、95%
) 213.18kgを脱水したテトラヒドロフラン(
THE>(水分率1o0ppm> 750.1)に溶解
し、これを攪拌機、冷却コイル、冷却ジャケットを有す
る容量2 m3の反応槽に入れ、毎分約300回転の攪
拌を行いながらO℃迄冷却した。
一方、攪拌機、冷却コイル、冷却ジャケットを有する容
M1m3の溶解槽でメタフェニレンジアミン(MPDA
)(III!反99.93%)を脱水したT)−1F(
水分率1oopp…) 760 、Gに溶解し、−7°
C迄冷却した。 冷却されたMPDAのTl−1F:溶
液を4.3.0/分の添加速度でノズル口より粒径0.
1m/m以下の噴霧状でIPCのTHF溶液に200分
間で攪拌下に添加づると白濁した乳化液が19られ、こ
のときの内温は0℃であった。
添加終了後約5分間攪拌を継続した。
高速攪拌機を右づる容ff15m3の反応槽に炭酸ソー
ダ156kgを水1750.11に溶解した水溶液を/
Jllえ、毎分1700700攪拌俊速やかに前記の白
濁した乳化液を加え約5分間攪拌を継続した。
、 反応系は数秒後に粘度が増大し、再び低下し白色の
懸濁系が1qられた。濾過により白色粉末を汗i過し水
洗後乾燥し、247.4k(]  (収率99.O%)
の白色ポリマーが得られた。このポリマーの固有粘度は
1.85であり、[NHz末端基]数の割合は57%、
オリゴマー量は5.2%であった。
また、実施例1と同様にして求めた固有粘度のバラツキ
(σ)は0.06であった。
比較例2 メタフェニレンジアミン(MPDA)(純度99、93
%) 1i3.55kgを脱水したテトラヒドロフラン
(THE)(水分率10100pp 7501 ニ溶解
し、これを攪拌機、冷却コイル、冷却ジャケットを有す
る容量2m3の反応槽に入れ、毎分300回転の攪拌を
行いながら一り0℃′迄冷却した。
一方、攪拌機、冷却コイル、冷却ジャケットを有する容
f11m3の溶解槽でイソフタル酸クロライド(IPC
)(純度99.95%> 213.18kaを脱水した
THE(水分率10100pp 750.1! ニ溶解
し一15℃迄冷却した。 冷却されたIPCのTI−I
 F溶液を8.5.ll/分の添加速度でノズル口より
0.1mm以下の噴霧状でMPDAのT HF溶液中に
120分間で攪拌下に添加すると初期には、白濁した乳
化液が得られ、約40分後からは、乳化液中にガム状の
沈澱物が発生しはじめた。このときの反応槽の内温は一
4℃であった。添加終了後約5分間攪拌を継続した。
高速攪拌機を有する容量5m3の反応槽に炭酸ソーダ1
56k(Jを水1750.1)に溶解した水溶液を加え
て、毎分1100回転に攪拌俊速やかに前記の白濁した
ガム状沈澱物の混在した乳化液を加え約5分間攪拌を継
続した。
反応系は、数秒後に粘度が増大し、再び低下、白色の懸
濁系が1qられた。)濾過により白色粉末を?戸別し、
水洗後乾燥し、246.7k(1(収率98.7%)の
白色ポリマーが得られた。
このポリマーは固有粘i1.67、  [−NH2末喘
堆]数の割合70%、オリゴマー量7.1%であった。
実施例2 イソフタル酸クロライド(IPC>(純度、99.95
%> 213.18k(]を脱水したテトラヒドロフラ
ン(1斗IF)(水分率10100pp 750.1!
に溶解し、これを撹拌機、冷却コイル、冷却ジャケット
を有した容12m3の反応槽に入れ、毎分300回転の
攪拌を行いながら一22℃迄冷却した。
一方、攪拌機、冷却コイル、冷却ジャケットを有する容
ff11m3の溶解槽で、メタフェニレンジアミン(M
PDA)(純度99.93%> 113.55kgを7
50 、Qの王t−IF(水分率1100pp>に溶解
し一22℃迄冷却した。冷却されたMPDAのTHEH
F溶液、31/分の添加速度で多数のノズル[1より粒
径0.1mm以下の噴霧状でIPCの−「HF溶液に2
00分間で攪拌下に添加すると白濁した乳化液が得られ
、このときの反応槽の内温は一15℃であった。添加終
了後約5分間攪拌を継続した。
高速攪拌機を有する容量5 m3の反応槽に炭酸ソーダ
isehgを水1750.1!に溶解した水溶液を加え
毎分1700700攪拌俊速やかに前記の白濁した乳化
液を加え約5分間攪拌を継続した。
反応系は数分後に粘度が増大し、再び低下、白色の懸濁
液が得られた。濾過により白色粉末をン戸別水洗後乾燥
し249.4kg  (収率99.8%)の白色ポリマ
ーが得られた。
このポリマーは、固有粘度2.53.  [−Ntlz
末端基末端基割数12%、オリゴマーm3.1%であっ
た。
このポリマーを用いて公知の方法で湿式紡糸。
延伸、熱処理をして17られた糸の物性は以下のとおり
であった。
繊度        2.02de 強度        6.8 g/de伸度     
   29% 初期ヤング率    1160k(1/mm2
【図面の簡単な説明】
図面は全芳香族ポリアミドの高速液体クロマトグラフィ
ー(HLC)チV−トであり、図中のA。 Bがそれぞれ高分子量物のピーク、Cが低分子量物のピ
ーク、Dがオリゴマーのピークである。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ポリマー繰返し単位の85モル%以上がポリ(メ
    タフェニレンイソフタルアミド)であり、ポリマーの固
    有粘度が1.80以上、全末端基数中に占めるアミノ末
    端基数の割合が9〜48%であり、かつポリマー中のオ
    リゴマー量が1〜5%であることを特徴とする全芳香族
    ポリアミド。
  2. (2)ポリマー繰返し単位の95モル%以上がポリ(メ
    タフェニレンイソフタルアミド)である特許請求の範囲
    第(1)項記載の全芳香族ポリアミド。
  3. (3)芳香族ジアミンと芳香族ジカルボン酸ハライドと
    を生成ポリアミドに対し良溶媒でない有機溶媒中で反応
    せしめて活性中間体を含む分散液をつくり、しかる後該
    分散液を酸受容剤の水溶液と接触せしめて反応を行うこ
    とにより、芳香族ポリアミドを製造するに際し、 a)芳香族ジカルボン酸ハライドをテトラヒドロフラン
    に溶解した溶液中に芳香族ジアミンをテトラヒドロフラ
    ンに溶解した溶液を滴下して反応させるとともに、 b)その系を、反応開始から実質上の反応終了までの間
    、−3℃以下の温度に維持して活性中間体を含む分散液
    をつくる ことを特徴とする芳香族ポリアミドの製造方法。
  4. (4)反応系を、反応開始から反応終了までの間、常に
    −3℃〜−10℃に維持する、特許請求の範囲第(3)
    項記載の芳香族ポリアミドの製造方法。
  5. (5)反応系を、反応開始から反応終了までの間常に−
    10℃より低い温度に維持する、特許請求の範囲第(3
    )項記載の芳香族ポリアミドの製造方法。
  6. (6)芳香族ジカルボン酸ハライドのテトラヒドロフラ
    ン溶液をシャワー状で滴下する特許請求の範囲第(3)
    項記載の芳香族ポリアミドの製造方法。
  7. (7)芳香族ジカルボン酸ハライドとして、不純物含有
    量が1000ppm以下のものを使用する特許請求の範
    囲第(3)項記載の芳香族ポリアミドの製造方法。
  8. (8)テトラヒドロフランとして、含有水分率が500
    ppm以下のものを使用する特許請求の範囲第(3)項
    記載の芳香族ポリアミドの製造方法。
  9. (9)酸受容剤が炭酸ソーダ水溶液である特許請求の範
    囲第(3)項記載の芳香族ポリアミドの製造方法。
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