KR20210132235A - 폴리아릴렌설피드 섬유 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
방사 시의 사절의 발생을 충분히 억제해서 제조할 수 있는 폴리아릴렌설피드 수지 또는 이를 포함하는 조성물로 이루어지는 폴리아릴렌설피드 섬유, 및 그 제조 방법을 제공한다. 구체적으로는, 폴리아릴렌설피드 수지 또는 이를 포함하는 조성물로 이루어지는 폴리아릴렌설피드 섬유가 개시된다. 상기 폴리아릴렌설피드 수지는, 디요오도 방향족 화합물과, 단체 황과, 중합금지제를, 상기 디요오도 방향족 화합물, 상기 단체 황 및 상기 중합금지제를 함유하는 용융 혼합물 중에서 반응시키는 것을 포함하는 방법에 의해 얻을 수 있는 것이며, 상기 폴리아릴렌설피드 수지가, 300℃에 있어서의 1.1 이상 1.5 이하의 비뉴토니언 지수, 및, 1.2 이상 3.5 이하의 Mw/Mtop를 갖고, 상기 Mw 및 Mtop는 각각 겔침투 크로마토그래피에 의해 측정되는 중량 평균 분자량 및 피크 분자량이다.
Description
본 발명은, 폴리아릴렌설피드 섬유 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 전기 전자 부품 분야를 비롯해 다양한 분야에서, 환경에 대한 대처로서 저할로겐화에의 움직임이 활발화하고 있다.
폴리페닐렌설피드 수지(이하 「PPS 수지」로 약기하는 경우가 있다)로 대표되는 폴리아릴렌설피드 수지(이하 「PAS 수지」로 약기하는 경우가 있다)는, 내열성, 내약품성, 전기절연성 등이 우수하며, 할로겐계 난연제를 사용하지 않고도 높은 난연성이 얻어지므로, 할로겐 프리 재료로서도 주목을 받고 있다.
상기와 같은 PAS 수지의 우수한 특성에 주목해, 각종 용도 전개가 시도되고 있다.
종래, 폴리페닐렌설피드 수지는, 예를 들면, p-디클로로벤젠과, 황화나트륨, 또는 수황화나트륨 및 수산화나트륨을 원료로 해서, 유기 극성 용매 중에서 중합 반응시키는 용액 중합에 의해 제조되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1, 2 참조). 현재 시판되고 있는 폴리페닐렌설피드 수지는, 일반적으로 이 방법에 의해 생산되고 있다.
그러나, 이 방법으로는 고분자량체를 얻는 것이 어렵다. 섬유 등으로 성형하는 것을 생각하면 저분자량분이 많아, 가공성이 충분치 않은 경우가 있다. 이것을 개선하는 방법으로서, 일반적으로는, 엘라스토머 성분 등의 첨가 또는 병용이 행해지고 있다. 또한, 폴리페닐렌설피드 수지는 결정화도가 높은 폴리머이기 때문에, 중합 조건을 조정해서 고분자량체를 얻은 경우여도, 가소제 등의 첨가가 요구된다.
그러나, 상기와 같은 방법으로는, 폴리아릴렌설피드 수지 자체의 특성을 충분히 발휘시키는 것이 곤란한 경우가 있다. 폴리아릴렌설피드 수지 자체를 조정해 용융 방사 시의 사절(絲切)의 억제를 시도한 예로서, PAS 수지의 일종인 PPS 수지의 Mw/Mn과 1-클로로나프탈렌에 용해 후의 잔사량을 제어하는 기술이 특허문헌 3에 개시되어 있지만, 가공성의 관점에서는 여전히 개선의 여지가 있다.
그래서, 본 발명이 해결하려고 하는 주된 과제는, 방사 시의 사절의 발생을 충분히 억제해서 제조할 수 있는 폴리아릴렌설피드 수지 또는 이를 포함하는 조성물로 이루어지는 폴리아릴렌설피드 섬유, 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은 각종 검토를 행한 결과, 디요오도 방향족 화합물(diiodo aromatic compound)과 단체(單體) 황과 중합금지제를 용융 중합시킴으로써 얻어지는 폴리아릴렌설피드 수지 또는 이를 포함하는 조성물로 이루어지는 섬유이고, 당해 폴리아릴렌설피드 수지의 비뉴토니언 지수 및 겔침투 크로마토그래피에 의해 측정되는 중량 평균 분자량 Mw와 피크 분자량 Mtop와의 비를 각각 소정의 범위로 함에 의해, 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은, 폴리아릴렌설피드 수지 또는 이를 포함하는 조성물로 이루어지는 폴리아릴렌설피드 섬유로서, 상기 폴리아릴렌설피드 수지는, 디요오도 방향족 화합물과, 단체 황과, 중합금지제를, 상기 디요오도 방향족 화합물, 상기 단체 황 및 상기 중합금지제를 함유하는 용융 혼합물 중에서 반응시키는 것을 포함하는 방법에 의해 얻을 수 있는 것이며, 상기 폴리아릴렌설피드 수지가, 300℃에 있어서의 1.1 이상 1.5 이하의 비뉴토니언 지수, 및, 1.2 이상 3.5 이하의 Mw/Mtop를 갖고, 상기 Mw 및 Mtop는 각각 겔침투 크로마토그래피에 의해 측정되는 중량 평균 분자량 및 피크 분자량인, 폴리아릴렌설피드 섬유를 제공한다.
본 발명에 따르면, 방사 시의 사절의 발생을 충분히 억제해서 제조할 수 있는 폴리아릴렌설피드 수지 또는 이를 포함하는 조성물로 이루어지는 폴리아릴렌설피드 섬유, 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
종래의 용융 중합에 의한 방법으로 얻어진 폴리아릴렌설피드 수지는, 가열에 의해 발생하는 가스의 양이 비교적 많다. 특히, 용융 방사 등에 의해 방사할 때에는, 폴리아릴렌설피드 수지의 융점 이상으로 가열하기 때문에, 가스의 발생의 문제가 현저해지는 경향이 있다. 그러나, 본 발명에 따른 폴리아릴렌설피드 수지는, 가열 용융 시의 가스 발생량이 낮게 억제되기 때문에, 가스 발생에 기인하는 섬유의 품질 저하를 충분히 억제할 수 있다.
이하, 본 발명의 호적(好適)한 실시형태에 대하여 상세히 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 실시형태로 한정되는 것은 아니다.
본 실시형태에 따른 폴리아릴렌설피드 섬유는, 폴리아릴렌설피드 수지 또는 이를 포함하는 조성물로 이루어지는 섬유이다.
본 실시형태에 사용되는 폴리아릴렌설피드 수지는, 디요오도 방향족 화합물과, 단체 황과, 중합금지제를, 상기 디요오도 방향족 화합물, 상기 단체 황 및 상기 중합금지제를 함유하는 용융 혼합물 중에서 반응시키는 것을 포함하는 방법에 의해 얻을 수 있다. 이러한 방법에 따르면, 필립스법을 비롯한 종래법에 비해, 비교적 고분자량의 중합체로서 폴리아릴렌설피드 수지를 얻을 수 있다.
디요오도 방향족 화합물은, 방향족 환과, 방향족 환에 직접 결합한 2개의 요오드 원자를 갖는다. 디요오도 방향족 화합물로서는, 디요오도벤젠, 디요오도톨루엔, 디요오도자일렌, 디요오도나프탈렌, 디요오도비페닐, 디요오도벤조페논, 디요오도디페닐에테르 및 디요오도디페닐설폰 등을 들 수 있지만, 이들로 한정되지 않는다. 2개의 요오드 원자의 치환 위치는 특히 한정되지 않지만, 바람직하게는 2개의 치환 위치가 분자 내에서 가능한 한 먼 위치에 있는 것이 바람직하다. 바람직한 치환 위치는, 파라 위치, 및 4,4'- 위치이다.
디요오도 방향족 화합물의 방향족 환은, 페닐기, 요오드 원자 이외의 할로겐 원자, 히드록시기, 니트로기, 아미노기, 탄소 원자수 1∼6의 알콕시기, 카르복시기, 카복실레이트, 아릴설폰 및 아릴케톤에서 선택되는 적어도 1종의 치환기에 의해서 치환되어 있어도 된다. 단, 폴리아릴렌설피드 수지의 결정화도 및 내열성 등의 관점에서, 미치환의 디요오도 방향족 화합물에 대한 치환된 디요오도 방향족 화합물의 비율은, 바람직하게는 0.0001∼5질량%의 범위, 보다 바람직하게는 0.001∼1질량%의 범위이다.
단체 황은, 황 원자만에 의해서 구성되는 물질(S8, S6, S4, S2 등)을 의미하며, 그 형태는 한정되지 않는다. 구체적으로는, 국방(局方) 의약품으로서 시판되고 있는 단체 황을 사용해도 되고, 범용적으로 입수할 수 있는, S8 및 S6 등을 포함하는 혼합물을 사용해도 된다. 단체 황의 순도도 특히 한정되지 않는다. 단체 황은, 실온(23℃)에서 고체이면, 입형상(粒形狀) 또는 분말상이어도 된다. 단체 황의 입경은, 특히 한정되지 않지만, 바람직하게는 0.001∼10㎜의 범위, 보다 바람직하게는 0.01∼5㎜의 범위, 더 바람직하게는 0.01∼3㎜의 범위이다.
중합금지제는, 폴리아릴렌설피드 수지의 중합 반응에 있어서 당해 중합 반응을 금지 또는 정지하는 화합물이면, 특히 제한 없이 사용할 수 있다. 중합금지제는, 폴리아릴렌설피드 수지의 주쇄의 말단에 히드록시기, 아미노기, 카르복시기 및 카르복시기의 염으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 기를 도입할 수 있는 화합물을 함유하는 것이 바람직하다. 즉, 중합금지제로서는, 히드록시기, 아미노기, 카르복시기 및 카르복시기의 염으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 기를 1 또는 2 이상 갖는 화합물이 바람직하다. 또한, 중합금지제가 상기 관능기를 갖고 있어도 되고, 중합의 정지 반응 등에 의해서, 상기 관능기를 생성해도 된다.
히드록시기 또는 아미노기를 갖는 중합금지제로서는, 예를 들면, 하기 일반식(1) 또는 (2)으로 표시되는 화합물에서 선택되는 1종 이상의 화합물이 사용될 수 있다.
일반식(1)으로 표시되는 화합물에 의하면, 하기 식(1-1)으로 표시되는 1가의 기가 주쇄의 말단기로서 도입된다. 식(1-1) 중의 Y는, 중합금지제에 유래하는 히드록시기, 아미노기 등이다.
일반식(2)으로 표시되는 화합물에 의하면, 하기 식(2-1)으로 표시되는 1가의 기가 주쇄의 말단기로서 도입된다. 일반식(1)으로 표시되는 화합물에 유래하는 히드록시기가, 예를 들면, 식(2) 중의 카르보닐기의 탄소 원자와 황 라디칼과 결합함에 의해 폴리아릴렌설피드 수지 중에 도입될 수 있다.
식(1-1) 또는 (2-1)으로 표시되는 기는, 폴리아릴렌설피드 수지의 주쇄 중에 원료(단체 황)에 유래해 존재하는 디설피드 결합이 용융 온도 하에서 라디칼 개열(開裂)해 발생한 황 라디칼과, 일반식(1)으로 표시되는 화합물 또는 일반식(2)으로 표시되는 화합물이 결합함에 의해서, 폴리아릴렌설피드 수지 중에 도입되는 것으로 생각된다. 이들 특정 구조의 구성 단위의 존재는, 일반식(1) 또는 (2)으로 표시되는 화합물을 사용한 용융 중합에 의해 얻어진 폴리아릴렌설피드 수지에 특징적이다.
일반식(1)으로 표시되는 화합물로서는, 예를 들면, 2-요오도페놀, 2-아미노아닐린 등을 들 수 있다. 일반식(2)으로 표시되는 화합물로서는, 2-요오도벤조페논을 들 수 있다.
카르복시기를 갖는 중합금지제로서는, 예를 들면, 하기 일반식(3), (4) 또는 (5)으로 표시되는 화합물에서 선택되는 1종 이상의 화합물이 사용될 수 있다.
일반식(3) 중, R1 및 R2은 각각 독립적으로, 수소 원자, 또는, 하기 일반식(a), (b) 혹은 (c)으로 표시되는 1가의 기를 나타내며, R1 또는 R2 중 적어도 어느 한쪽은 일반식(a), (b) 또는 (c)으로 표시되는 1가의 기이다. 일반식(4) 중, Z는, 요오드 원자 또는 메르캅토기를 나타내고, R3은, 하기 일반식(a), (b) 또는 (c)으로 표시되는 1가를 나타낸다. 일반식(5) 중, R4은, 일반식(a), (b) 또는 (c)으로 표시되는 1가의 기를 나타낸다.
일반식(a)∼(c) 중의 X는, 수소 원자 또는 알칼리 금속 원자이지만, 반응성이 양호해지는 점에서 수소 원자가 바람직하다. 알칼리 금속 원자로서는, 나트륨, 리튬, 칼륨, 루비듐, 및 세슘 등을 들 수 있지만, 나트륨이 바람직하다. 일반식(b) 중, R10은 탄소 원자수 1∼6의 알킬렌기를 나타낸다. 일반식(c) 중, R11은 탄소 원자수 1∼3의 알킬렌기를 나타내고, R12은 탄소 원자수 1∼5의 알킬기를 나타낸다.
일반식(3)으로 표시되는 화합물로서는, 예를 들면, 4,4'-디티오비스벤조산 등을 들 수 있다.
일반식(3), (4) 또는 (5)으로 표시되는 화합물에 의하면, 하기 식(6) 또는 (7)으로 표시되는 1가의 기가 주쇄의 말단기로서 도입된다. 이들 특정 구조의 말단의 구성 단위의 존재는, 일반식(3), (4) 또는 (5)으로 표시되는 화합물을 사용한 용융 중합에 의해 얻어진 폴리아릴렌설피드 수지에 특징적이다.
(식 중, R5은, 일반식(a), (b) 또는 (c)으로 표시되는 1가의 기를 나타낸다)
(식 중, R6은, 일반식(a), (b) 또는 (c)으로 표시되는 1가의 기를 나타낸다)
중합금지제로서, 카르복시기 등의 관능기를 갖고 있지 않은 화합물 등을 사용해도 된다. 이러한 화합물로서는, 예를 들면, 디페닐디설피드, 모노요오도벤젠, 티오페놀, 2,2'-디벤조티아졸릴디설피드, 2-메르캅토벤조티아졸, N-시클로헥실-2-벤조티아졸릴설펜아미드, 2-(모르폴리노티오)벤조티아졸 및 N,N'-디시클로헥실-1,3-벤조티아졸-2-설펜아미드에서 선택되는 적어도 1종의 화합물을 사용할 수 있다.
본 실시형태의 폴리아릴렌설피드 수지는, 디요오도 방향족 화합물과, 단체 황과, 중합금지제와, 필요에 따라서 촉매를 포함하는 혼합물을 가열해서 얻어지는 용융 혼합물 중에서 용융 중합을 행함에 의해서 생성한다. 용융 혼합물 중의 디요오도 방향족 화합물의 비율은, 단체 황 1몰에 대해서, 바람직하게는 0.5∼2몰의 범위이며, 보다 바람직하게는 0.8∼1.2몰의 범위이다. 또한, 혼합물 중의 중합금지제의 비율은, 고체 황 1몰에 대해서, 바람직하게는 0.0001∼0.1몰의 범위이며, 보다 바람직하게는 0.0005∼0.05몰의 범위이다.
중합금지제를 첨가하는 시기는, 특히 제한되지 않지만, 디요오도 방향족 화합물, 단체 황 및 필요에 따라서 첨가되는 촉매를 포함하는 혼합물을 가열해서, 혼합물의 온도가 바람직하게는 200℃∼320℃의 범위, 보다 바람직하게는 250∼320℃의 범위로 된 시점에서 중합금지제를 첨가할 수 있다.
용융 혼합물에 니트로 화합물을 촉매로서 첨가해서, 중합 속도를 조절할 수 있다. 이 니트로 화합물로서는, 통상적으로, 각종 니트로벤젠 유도체를 사용할 수 있다. 니트로벤젠 유도체로서는, 예를 들면 1,3-디요오도-4-니트로벤젠, 1-요오도-4-니트로벤젠, 2,6-디요오도-4-니트로페놀 및 2,6-디요오도-4-니트로아민을 들 수 있다. 촉매의 양은, 통상적으로, 촉매로서 첨가되는 양이면 되며, 예를 들면 단체 황 100질량부에 대해서 0.01∼20질량부의 범위인 것이 바람직하다.
용융 중합의 조건은, 중합 반응이 적절히 진행하도록, 적의(適宜) 조정된다. 용융 중합의 온도는, 바람직하게는, 175℃ 이상, 생성하는 폴리아릴렌설피드 수지의 융점 +100℃ 이하의 범위, 보다 바람직하게는 180∼350℃의 범위이다. 용융 중합은, 절대압이 바람직하게는 1[cPa]∼100[㎪]의 범위, 보다 바람직하게는 13[cPa]∼60[㎪]의 범위에서 행해진다. 용융 중합의 조건은, 일정할 필요는 없다. 예를 들면, 중합 초기는 온도를 바람직하게는 175∼270℃의 범위, 보다 바람직하게는 180∼250℃의 범위로 하며, 또한, 절대압을 6.7∼100[㎪]의 범위로 하고, 그 후, 연속적으로 또는 계단상으로 승온 및 감압시키면서 중합을 행하며, 중합 후기는, 온도를 바람직하게는 270℃ 이상, 생성하는 폴리아릴렌설피드 수지의 융점 +100℃ 이하의 범위, 보다 바람직하게는 300∼350℃의 범위로 하며, 또한, 절대압을 1[cPa]∼6[㎪]의 범위로 해서 중합을 행할 수 있다. 본 명세서에 있어서, 수지의 융점은, 시차 주사 열량계(퍼킨엘머제 DSC 장치 Pyris Diamond)를 사용해서 JIS K 7121에 준거해 측정되는 값을 의미한다.
용융 중합은, 산화 가교 반응을 방지하면서, 높은 중합도를 얻는 관점에서, 바람직하게는, 비산화성 분위기 하에서 행한다. 비산화성 분위기에 있어서, 기상(氣相)의 산소 농도는 바람직하게는 5체적% 미만의 범위, 보다 바람직하게는 2체적% 미만의 범위이며, 더 바람직하게는 기상이 산소를 실질적으로 함유하지 않는다. 비산화성 분위기는, 바람직하게는, 질소, 헬륨, 및 아르곤 등의 불활성 가스 분위기이다.
용융 중합은, 예를 들면, 가열 장치, 감압 장치 및 교반 장치를 구비하는 용융 혼련기를 사용해서 행할 수 있다. 용융 혼련기로서는, 예를 들면, 밴버리 믹서, 니더, 연속 혼련기, 단축(單軸) 압출기, 및 2축 압출기를 들 수 있다.
용융 중합을 위한 용융 혼합물은, 용매를 실질적으로 함유하지 않는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 용융 혼합물에 함유되는 용매의 양이, 디요오도 방향족 화합물과, 단체 황과, 중합금지제와, 필요에 따라서 촉매와의 합계 100질량부에 대해서, 바람직하게는 10질량부 이하의 범위, 보다 바람직하게는 5질량부 이하의 범위, 더 바람직하게는 1질량부 이하의 범위이다. 용매의 양은, 0질량부 이상, 0.01질량부 이상의 범위, 또는 0.1질량부 이상의 범위여도 된다.
용융 중합 후의 용융 혼합물(반응 생성물)을 냉각해서 고체 상태의 혼합물을 얻은 후, 감압 하, 또는 비산화성 분위기의 대기압 하에서, 혼합물을 가열해 중합 반응을 더 진행시켜도 된다. 이것에 의해 분자량을 더 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 생성한 요오드 분자가 승화되어 제거되기 때문에, 폴리아릴렌설피드 수지 중의 요오드 원자 농도를 낮게 억제할 수 있다. 바람직하게는 100∼260℃의 범위, 보다 바람직하게는 130∼250℃의 범위, 더 바람직하게는 150∼230℃의 범위의 온도까지 냉각함으로써, 고체 상태의 혼합물을 얻을 수 있다. 고체 상태에의 냉각 후의 가열은, 용융 중합과 마찬가지의 온도 및 압력 조건 하에서 행할 수 있다.
용융 중합 공정에 의해 얻어진 폴리아릴렌설피드 수지를 함유하는 반응 생성물은, 그대로 직접, 용융 혼련기에 투입하는 등의 방법에 의해 수지 조성물을 제조할 수도 있지만, 당해 반응 생성물에 당해 반응 생성물이 용해하는 용매를 가해서 용해물을 조제하고, 당해 용해물의 상태에서 반응 장치로부터 반응 생성물을 취출하는 것이, 생산성이 우수할 뿐만 아니라 반응성도 더 양호해지기 때문에 바람직하다. 당해 반응 생성물이 용해하는 용매의 첨가는, 용융 중합 후에 행하는 것이 바람직하지만, 용융 중합의 반응 후기에 행해도 되며, 또한, 상기한 바와 같이 용융 혼합물(반응 생성물)을 냉각해서 고체 상태의 혼합물을 얻은 후, 가압 하, 감압 하, 또는 비산화성 분위기의 대기압 하에서, 혼합물을 가열해 중합 반응을 더 진행시킨 후여도 된다. 당해 용해물을 조제하는 공정은, 비산화성 분위기 하에서 행해도 된다. 또한, 가열 용해의 온도로서는, 상기 반응 생성물이 용해하는 용매의 융점 이상의 범위이면 되며, 바람직하게는 200∼350℃의 범위, 보다 바람직하게는 210∼250℃의 범위이고, 가압 하에서 행하는 것이 바람직하다.
상기 용해물을 조제하기 위하여 사용하는, 상기 반응 생성물이 용해하는 용매의 배합 비율은, 폴리아릴렌설피드 수지를 함유하는 반응 생성물 100질량부에 대해서, 바람직하게는 90∼1000질량부의 범위, 보다 바람직하게는 200∼400질량부의 범위이다.
반응 생성물이 용해하는 용매로서는, 예를 들면, 필립스법 등의 용액 중합에 있어서 중합 반응 용매로서 사용되는 용매를 사용할 수 있다. 바람직한 용매의 예로서는, N-메틸-2-피롤리돈(이하, NMP로 약기), N-시클로헥실-2-피롤리돈, 2-피롤리돈, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논산, ε-카프로락탐, N-메틸-ε-카프로락탐 등의 지방족 환상 아미드 화합물, 헥사메틸인산트리아미드(HMPA), 테트라메틸요소(TMU), 디메틸포름아미드(DMF), 및 디메틸아세트아미드(DMA) 등의 아미드 화합물, 폴리에틸렌글리콜디알킬에테르(중합도는 2000 이하이며, 탄소 원자수 1∼20의 알킬기를 갖는 것) 등의 에테르화 폴리에틸렌글리콜 화합물, 그리고, 테트라메틸렌설폭시드, 및 디메틸설폭시드(DMSO) 등의 설폭시드 화합물을 들 수 있다. 그 밖의 사용 가능한 용매의 예로서, 벤조페논, 디페닐에테르, 디페닐설피드, 4,4'-디브로모비페닐, 1-페닐나프탈렌, 2,5-디페닐-1,3,4-옥사디아졸, 2,5-디페닐옥사졸, 트리페닐메탄올, N,N-디페닐포름아미드, 벤질, 안트라센, 4-벤조일비페닐, 디벤조일메탄, 2-비페닐카르복시산, 디벤조티오펜, 펜타클로로페놀, 1-벤질-2-피롤리디온, 9-플루오레논, 2-벤조일나프탈렌, 1-브로모나프탈렌, 1,3-디페녹시벤젠, 플루오렌, 1-페닐-2-피롤리디논, 1-메톡시나프탈렌, 1-에톡시나프탈렌, 1,3-디페닐아세톤, 1,4-디벤조일부탄, 페난트렌, 4-벤조일비페닐, 1,1-디페닐아세톤, o,o'-비페놀, 2,6-디페닐페놀, 트리페닐렌, 2-페닐페놀, 티안트렌, 3-페녹시벤질알코올, 4-페닐페놀, 9,10-디클로로안트라센, 트리페닐메탄, 4,4'-디메톡시벤조페논, 9,10-디페닐안트라센, 플루오란텐, 디페닐프탈레이트, 디페닐카르보네이트, 2,6-디메톡시나프탈렌, 2,7-디메톡시나프탈렌, 4-브로모디페닐에테르, 피렌, 9,9'-비-플루오렌, 4,4'-이소프로필리덴-디페놀, ε-카프로락탐, N-시클로헥실-2-피롤리돈, 디페닐이소프탈레이트 및 디페닐테레프탈레이트 및 1-클로로나프탈렌으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 용매를 들 수 있다.
반응 장치로부터 취출된 당해 용해물은, 후처리를 행한 후, 후술하는 무기질 충전제나 폴리아릴렌설피드 수지 이외의 수지, 그 밖의 첨가제(이하, 다른 성분이라 하는 경우가 있다)와 용융 혼련해서 수지 조성물을 조제하는 것이, 반응성이 보다 양호해지기 때문에 바람직하다. 용해물의 후처리의 방법으로서는, 특히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 이하의 방법을 들 수 있다.
(1) 당해 용해물을, 그대로, 또는 산 혹은 염기를 가한 후, 감압 하 또는 상압 하에서 용매를 증류 제거하고, 다음으로 용매 증류 제거 후의 고형물을 물, 당해 용해물에 사용한 용매(또는 저분자 폴리머에 대해서 동등한 용해도를 갖는 유기 용매), 아세톤, 메틸에틸케톤, 및 알코올류 등에서 선택되는 용매로 1회 또는 2회 이상 세정하고, 추가로 중화, 수세, 여과 및 건조하는 방법.
(2) 당해 용해물에 물, 아세톤, 메틸에틸케톤, 알코올, 에테르, 할로겐화탄화수소, 방향족 탄화수소, 및 지방족 탄화수소 등의 용매(당해 용해물의 용매에 가용(可溶)이며, 또한 적어도 폴리아릴렌설피드 수지에 대해서는 빈용매(貧溶媒)인 용매)를 침강제로서 첨가해서, 폴리아릴렌설피드 수지 및 무기염 등을 포함하는 고체상 생성물을 침강시키고, 고체상 생성물을 여과 분별, 세정 및 건조하는 방법.
(3) 당해 용해물에, 당해 용해물에 사용한 용매(또는 저분자 폴리머에 대해서 동등한 용해도를 갖는 유기 용매)를 가해서 교반한 후, 여과해서 저분자량 중합체를 제거한 후, 물, 아세톤, 메틸에틸케톤, 및 알코올 등에서 선택되는 용매로 1회 또는 2회 이상 세정하고, 그 후 중화, 수세, 여과 및 건조를 하는 방법.
또, 상기 (1)∼(3)에 예시한 바와 같은 후처리 방법에 있어서, 폴리아릴렌설피드 수지의 건조는 진공 중에서 행해도 되고, 공기 중 또는 질소와 같은 불활성 가스 분위기 중에서 행해도 된다. 산소 농도가 5∼30체적%인 범위의 산화성 분위기 중 또는 감압 조건 하에서 열처리를 행해, 폴리아릴렌설피드 수지를 산화 가교시킬 수도 있다.
폴리아릴렌설피드 수지가 용융 중합에 의해 생성하는 반응을, 이하에 예시한다.
반응식(1)∼(5)은, 예를 들면 일반식(a), (b) 또는 (c)으로 표시되는 기를 포함하는 치환기R을 갖는 디페닐디설피드를 중합금지제로서 사용했을 경우의, 폴리페닐렌설피드가 생성하는 반응의 예이다. 반응식(1)은, 중합금지제 중의 -S-S- 결합이, 용융 온도 하에서 라디칼 개열하는 반응이다. 반응식(2)은, 반응식(1)으로 발생한 황 라디칼이 성장 중인 주쇄의 말단 요오드 원자의 인접 탄소 원자를 공격해, 요오드 원자가 탈리함으로써, 중합이 정지함과 함께, 주쇄의 말단에 치환기R이 도입되는 반응이다. 반응식(3)은, 폴리아릴렌설피드 수지의 주쇄 중에 원료(단체 황)에 유래해 존재하는 디설피드 결합이 용융 온도 하에서 라디칼 개열하는 반응이다. 반응식(4)은, 반응식(3)으로 발생한 황 라디칼과, 반응식(1)으로 발생한 황 라디칼과의 재결합에 의해서, 중합이 정지함과 함께, 치환기R이 주쇄의 말단에 도입되는 반응이다. 탈리한 요오드 원자는 유리(遊離) 상태(요오드 라디칼)에 있거나, 또는, 반응식(5)과 같이 요오드 라디칼끼리가 재결합함으로써, 요오드 분자가 생성한다.
용융 중합에 의해 얻어지는 폴리아릴렌설피드 수지를 함유하는 반응 생성물은, 원료에 유래하는 요오드 원자를 함유한다. 그 때문에, 폴리아릴렌설피드 수지는, 통상적으로, 요오드 원자를 포함하는 혼합물의 상태로, 방사용 수지 조성물의 조제 등을 위하여 사용된다. 당해 혼합물에 있어서의 요오드 원자의 농도는, 예를 들면, 폴리아릴렌설피드 수지에 대해서 0.01∼10000ppm의 범위이며, 바람직하게는 10∼5000ppm의 범위이다. 요오드 분자의 승화성을 이용해서, 요오드 원자 농도를 낮게 억제하는 것도 가능하며, 그 경우에는, 900ppm 이하의 범위, 바람직하게는 100ppm 이하의 범위, 또한 10ppm 이하의 범위로 하는 것도 가능하다. 요오드 원자를 검출 한계 이하로 더 제거하는 것도 가능하지만, 생산성을 생각하면 실용적이지는 않다. 검출 한계는, 예를 들면 0.01ppm 정도이다. 용융 중합에 의해 얻어지는 본 실시형태의 폴리아릴렌설피드 수지 또는 이를 함유하는 반응 생성물은, 요오드 원자를 함유하고 있는 점에서, 예를 들면, 필립스법 등의 디클로로 방향족 화합물의 유기 극성 용매 중에서의 용액 중합법에 의해 얻어진 폴리아릴렌설피드와 명확히 구별될 수 있다.
상기 반응식으로부터도 이해되는 바와 같이, 용융 중합에 의해 얻어지는 폴리아릴렌설피드 수지는, 디요오도 방향족 화합물에 유래하는 방향족 환 및 이것에 직접 결합한 황 원자로 이루어지는 아릴렌설피드 단위로 주로 구성되는 주쇄와, 당해 주쇄의 말단에 결합한 소정의 치환기R을 함유한다. 소정의 치환기R은, 주쇄의 말단의 방향족 환에, 직접, 또는 중합금지제에 유래하는 부분 구조를 통해서 결합해 있다.
일 실시형태에 따른 폴리아릴렌설피드 수지로서의 폴리페닐렌설피드 수지는, 예를 들면, 하기 일반식(10) :
으로 표시되는 반복 단위(아릴렌설피드 단위)를 포함하는 주쇄를 갖는다. 식(10)으로 표시되는 반복 단위는, 파라 위치에서 결합하는 하기 식(10a) :
으로 표시되는 반복 단위, 및, 메타 위치에서 결합하는 하기 식(10b) :
으로 표시되는 반복 단위인 것이 보다 바람직하다. 이들 중에서도, 식(10a)으로 표시되는 파라 위치에서 결합한 반복 단위가, 수지의 내열성 및 결정성의 면에서 바람직하다.
일 실시형태에 따른 폴리페닐렌설피드 수지는, 하기 일반식(11) :
(식 중, R20 및 R21은, 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소 원자수 1∼4의 알킬기, 니트로기, 아미노기, 페닐기, 메톡시기, 또는 에톡시기를 나타낸다)으로 표시되는, 방향족 환에 결합한 측쇄로서의 치환기를 갖는 반복 단위를 포함할 수 있다. 단, 결정화도 및 내열성의 저하의 관점에서, 폴리페닐렌설피드 수지는, 일반식(11)의 반복 단위를 실질적으로 포함하지 않는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 식(11)으로 표시되는 반복 단위의 비율은, 식(10)으로 표시되는 반복 단위와 식(11)으로 표시되는 반복 단위와의 합계에 대해서, 바람직하게는 2질량% 이하의 범위, 보다 바람직하게는 0.2질량% 이하의 범위이다.
본 실시형태의 폴리아릴렌설피드 수지는, 상기 아릴렌설피드 단위로 주로 구성되지만, 통상적으로, 원료의 단체 황에 유래하는, 하기 식(20) :
으로 표시되는 디설피드 결합에 따른 구성 단위도 주쇄 중에 포함한다. 내열성, 기계적 강도의 점에서, 식(20)으로 표시되는 구성 단위의 비율은, 아릴렌설피드 단위와, 식(20)으로 표시되는 구성 부위와의 합계에 대해서, 바람직하게는 2.9질량% 이하의 범위, 보다 바람직하게는 1.2질량% 이하의 범위이다.
본 실시형태에 따른 폴리아릴렌설피드 수지의 Mw/Mtop는, 1.2 이상3.5 이하의 범위이며, 바람직하게는 1.7 이상 2.5 이하의 범위이다. Mw/Mtop를 이러한 범위로 함으로써, 폴리아릴렌설피드 수지의 가공성을 향상시킬 수 있으며, 또한 얻어지는 섬유에 적당한 신장성 및 유연성을 부여할 수 있다. 본 명세서에 있어서, Mw는 겔침투 크로마토그래피에 의해 측정되는 중량 평균 분자량을 나타내고, Mtop는 같은 측정에 의해 얻어지는 크로마토그램의 검출 강도가 최대로 되는 점의 평균 분자량(피크 분자량)을 나타낸다. Mw/Mtop는, 측정 대상의 분자량의 분포를 나타내며, 통상적으로, 이 값이 1에 가까우면 분자량의 분포가 좁은 것을 나타내고, 이 값이 커짐에 따라서, 분자량의 분포가 넓은 것을 나타낸다. 또, 겔침투 크로마토그래피의 측정 조건은, 본 명세서의 실시예와 동일한 측정 조건으로 한다. 단, Mw, Mw/Mtop의 값에 실질적인 영향을 미치지 않는 범위에서, 측정 조건을 변경하는 것은 가능하다.
본 실시형태에 따른 폴리아릴렌설피드 수지의 중량 평균 분자량은, 36,000∼105,000의 범위인 것이 바람직하며, 51,000∼75,000의 범위인 것이 보다 바람직하다.
본 실시형태에 따른 폴리아릴렌설피드 수지의 비뉴토니언 지수는, 1.1 이상 1.5 이하의 범위이며, 바람직하게는 1.2 이상 1.3 이하의 범위이다. 비뉴토니언 지수를 이러한 범위로 함으로써, 폴리아릴렌설피드 수지의 가공성을 향상시킬 수 있다. 본 명세서에 있어서, 비뉴토니언 지수는 온도 300℃의 조건 하에 있어서의 전단 속도와 전단 응력과의 하기 관계식을 만족시키는 지수를 말한다. 비뉴토니언 지수는, 측정 대상의 분자량, 또는 직쇄, 분기, 가교와 같은 분자 구조에 관한 지표로 될 수 있으며, 통상적으로, 이 값이 1에 가까우면 수지의 분자 구조가 직쇄상인 것을 나타내고, 이 값이 커짐에 따라서, 분기나 가교 구조가 많이 포함되는 것을 나타낸다.
D=α×Sn
(상기 식 중, D는 전단 속도를 나타내고, S는 전단 응력을 나타내고, α는 상수를 나타내고, n은 비뉴토니언 지수를 나타낸다)
상술한 특정 범위의 Mw/Mtop 및 비뉴토니언 지수를 갖는 폴리아릴렌설피드 수지는, 예를 들면, 디요오도 방향족 화합물과, 단체 황과, 중합금지제를, 상기 디요오도 방향족 화합물, 상기 단체 황 및 상기 중합금지제를 함유하는 용융 혼합물 중에서 반응(용융 중합)시키는 방법에 있어서, 이러한 폴리아릴렌설피드 수지를 어느 정도 고분자량화시킴에 의해 얻는 것이 가능하다.
본 실시형태에 따른 폴리아릴렌설피드 수지의 융점은, 바람직하게는 250∼300℃의 범위, 보다 바람직하게는 265∼300℃의 범위이다. 폴리아릴렌설피드 수지의 300℃에 있어서의 용융 점도(V6)는, 바람직하게는 1∼2000[㎩·s]의 범위, 보다 바람직하게는 5∼1700[㎩·s]의 범위이다. 여기에서, 용융 점도(V6)는, 플로우 테스터를 사용해서, 온도 300℃, 하중 1.96㎫, 오리피스 길이와 오리피스 직경과의 비(오리피스 길이/오리피스 직경)가 10/1인 오리피스를 사용해서 6분간 유지한 후의 용융 점도를 의미한다.
본 실시형태에 따른 폴리아릴렌설피드 수지의 백색도(핫프레스 L값/L*값)는, 70∼90의 범위인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 75∼85의 범위이다. L*값이 이러한 범위로 함으로써, 용융 방사 시의 착색이 충분히 억제된 섬유로 할 수 있다. L*값은, 측정 대상의 백색도에 관한 지표이지만, 산화 가교의 지표로도 될 수 있다. 폴리아릴렌설피드 수지는 열산화 처리를 받으면 착색해, L*값이 저하하는 경향이 있다.
상기 본 실시형태에 따른 폴리아릴렌설피드 수지의 가열 시의 가스 발생량은, 0.2질량% 이하의 범위로 할 수 있으며, 바람직하게는 0.15질량% 이하의 범위로 할 수 있다. 가열 시의 가스 발생량을 억제할 수 있음에 의해, 방사 시의 사절을 보다 억제하는 것이 가능해, 가스 발생에 기인하는 섬유의 품질 저하를 충분히 억제할 수 있다.
폴리아릴렌설피드 수지를 함유하는 조성물은, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 1종 또는 2종 이상의 무기질 충전제를 더 함유할 수 있다. 무기질 충전제가 배합됨에 의해, 고강성, 고내열안정성(高耐熱安定性)을 섬유에 부여할 수 있다. 무기질 충전제로서는, 예를 들면 카본 블랙, 탄산칼슘, 실리카 및 산화티타늄 등의 분말상 충전제, 탈크 및 마이카 등의 판상 충전제, 유리 비드, 실리카 비드 및 유리 벌룬 등의 입상(粒狀) 충전제, 유리 섬유, 탄소 섬유 및 규회석(wollastonite) 섬유 등의 섬유상(纖維狀) 충전제, 그리고 유리 플레이크 등을 들 수 있다. 폴리아릴렌설피드 수지 조성물은, 유리 섬유, 탄소 섬유, 카본 블랙, 및 탄산칼슘으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 무기질 충전제를 함유하는 것이 특히 바람직하다.
무기질 충전제의 함유량은, 폴리아릴렌설피드 수지 100질량부에 대해서, 바람직하게는 1∼300질량부의 범위, 보다 바람직하게는 5∼200질량부의 범위, 더 바람직하게는 15∼150질량부의 범위이다. 무기질 충전제의 함유량이 이러한 범위에 있음에 의해, 섬유로 했을 때의 인장 강도 등의 인장 특성의 점에서 보다 우수한 효과가 얻어진다.
폴리아릴렌설피드 수지 조성물은, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 열가소성 수지, 엘라스토머, 및 가교성 수지에서 선택되는, 폴리아릴렌설피드 수지 이외의 수지를 함유할 수 있다. 이들 수지는, 무기질 충전제와 함께 수지 조성물 중에 배합할 수도 있다.
폴리아릴렌설피드 수지 조성물에 배합되는 열가소성 수지로서는, 예를 들면, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌에테르, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리사불화에틸렌, 폴리이불화에틸렌, 폴리스티렌, ABS 수지, 실리콘 수지, 및 액정 폴리머(액정 폴리에스테르 등)를 들 수 있다.
폴리아미드는, 아미드 결합(-NHCO-)을 갖는 폴리머이다. 폴리아미드 수지로서는, 예를 들면, (i)디아민과 디카르복시산의 중축합으로부터 얻어지는 폴리머, (ⅱ)아미노카르복시산의 중축합으로부터 얻어지는 폴리머, 및 (ⅲ)락탐의 개환 중합으로부터 얻어지는 폴리머 등을 들 수 있다. 폴리아미드는, 단독으로 또는 2종 이상을 조합해서 사용할 수 있다.
폴리아미드를 얻기 위한 디아민의 예로서는, 지방족계 디아민, 방향족계 디아민, 및 지환족계 디아민류를 들 수 있다. 지방족계 디아민으로서는, 직쇄상 또는 측쇄를 갖는 탄소수 3∼18의 디아민이 바람직하다. 호적한 지방족계 디아민의 예로서는, 1,3-트리메틸렌디아민, 1,4-테트라메틸렌디아민, 1,5-펜타메틸렌디아민, 1,6-헥사메틸렌디아민, 1,7-헵타메틸렌디아민, 1,8-옥타메틸렌디아민, 2-메틸-1,8-옥탄디아민, 1,9-노나메틸렌디아민, 1,10-데카메틸렌디아민, 1,11-운데칸메틸렌디아민, 1,12-도데카메틸렌디아민, 1,13-트리데카메틸렌디아민, 1,14-테트라데카메틸렌디아민, 1,15-펜타데카메틸렌디아민, 1,16-헥사데카메틸렌디아민, 1,17-헵타데카메틸렌디아민, 1,18-옥타데카메틸렌디아민, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌디아민, 및 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디아민을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합해서 사용할 수 있다.
방향족계 디아민으로서는, 페닐렌기를 갖는 탄소수 6∼27의 디아민이 바람직하다. 호적한 방향족계 디아민의 예로서는, o-페닐렌디아민, m-페닐렌디아민, p-페닐렌디아민, m-자일릴렌디아민, p-자일릴렌디아민, 3,4-디아미노디페닐에테르, 4,4'-디아미노디페닐에테르, 4,4'-디아미노디페닐메탄, 3,3'-디아미노디페닐설폰, 4,4'-디아미노디페닐설폰, 4,4'-디아미노디페닐설피드, 4,4'-디(m-아미노페녹시)디페닐설폰, 4,4'-디(p-아미노페녹시)디페닐설폰, 벤지딘, 3,3'-디아미노벤조페논, 4,4'-디아미노벤조페논, 2,2-비스(4-아미노페닐)프로판, 1,5-디아미노나프탈렌, 1,8-디아미노나프탈렌, 4,4'-비스(4-아미노페녹시)비페닐, 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]헥사플루오로프로판, 1,4-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 1,3-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 1,3-비스(3-아미노페녹시)벤젠, 1,3-비스(3-아미노페녹시)벤젠, 4,4'-디아미노-3,3'-디에틸-5,5'-디메틸디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3',5,5'-테트라메틸디페닐메탄, 2,4-디아미노톨루엔, 및 2,2'-디메틸벤지딘을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합해서 사용할 수 있다.
지환족계 디아민으로서는, 시클로헥실렌기를 갖는 탄소 원자수 4∼15의 디아민이 바람직하다. 호적한 지환족계 디아민의 예로서는, 4,4'-디아미노-디시클로헥실렌메탄, 4,4'-디아미노-디시클로헥실렌프로판, 4,4'-디아미노-3,3'-디메틸-디시클로헥실렌메탄, 1,4-디아미노시클로헥산, 및 피페라진을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합해서 사용할 수 있다.
폴리아미드를 얻기 위한 디카르복시산으로서는, 지방족계 디카르복시산, 방향족계 디카르복시산, 및 지환족계 디카르복시산을 들 수 있다.
지방족계 디카르복시산으로서는, 탄소수 2∼18의 포화 또는 불포화의 디카르복시산이 바람직하다. 호적한 지방족계 디카르복시산의 예로서는, 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 운데칸이산, 도데칸이산, 브라실산, 테트라데칸이산, 펜타데칸이산, 옥타데칸이산, 말레산, 및 푸마르산을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합해서 사용할 수 있다.
방향족계 디카르복시산으로서는, 페닐렌기를 갖는 탄소 원자수 8∼15의 디카르복시산이 바람직하다. 호적한 방향족계 디카르복시산의 예로서는, 이소프탈산, 테레프탈산, 메틸테레프탈산, 비페닐-2,2'-디카르복시산, 비페닐-4,4'-디카르복시산, 디페닐메탄-4,4'-디카르복시산, 디페닐에테르-4,4'-디카르복시산, 디페닐설폰-4,4'-디카르복시산, 2,6-나프탈렌디카르복시산, 2,7-나프탈렌디카르복시산, 및 1,4-나프탈렌디카르복시산을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합해서 사용할 수 있다. 추가로, 트리멜리트산, 트리메스산, 및 피로멜리트산 등의 다가(多價) 카르복시산을, 용융 성형 가능한 범위 내에서 사용할 수도 있다.
아미노카르복시산으로서는, 탄소 원자수 4∼18의 아미노카르복시산이 바람직하다. 호적한 아미노카르복시산의 예로서는, 4-아미노부티르산, 6-아미노헥산산, 7-아미노헵탄산, 8-아미노옥탄산, 9-아미노노난산, 10-아미노데칸산, 11-아미노운데칸산, 12-아미노도데칸산, 14-아미노테트라데칸산, 16-아미노헥사데칸산, 및 18-아미노옥타데칸산을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합해서 사용할 수 있다.
폴리아미드를 얻기 위한 락탐으로서는, 예를 들면, ε-카프로락탐, ω-라우로락탐, ζ-에난토락탐, 및 η-카프릴락탐을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합해서 사용할 수 있다.
바람직한 폴리아미드의 원료의 조합으로서는, ε-카프로락탐(나일론6), 1,6-헥사메틸렌디아민/아디프산(나일론6,6), 1,4-테트라메틸렌디아민/아디프산(나일론4,6), 1,6-헥사메틸렌디아민/테레프탈산, 1,6-헥사메틸렌디아민/테레프탈산/ε-카프로락탐, 1,6-헥사메틸렌디아민/테레프탈산/아디프산, 1,9-노나메틸렌디아민/테레프탈산, 1,9-노나메틸렌디아민/테레프탈산/ε-카프로락탐, 1,9-노나메틸렌디아민/1,6-헥사메틸렌디아민/테레프탈산/아디프산, 및 m-자일릴렌디아민/아디프산을 들 수 있다. 이들 중에서도, 1,4-테트라메틸렌디아민/아디프산(나일론4,6), 1,6-헥사메틸렌디아민/테레프탈산/ε-카프로락탐, 1,6-헥사메틸렌디아민/테레프탈산/아디프산, 1,9-노나메틸렌디아민/테레프탈산, 1,9-노나메틸렌디아민/테레프탈산/ε-카프로락탐, 또는 1,9-노나메틸렌디아민/1,6-헥사메틸렌디아민/테레프탈산/아디프산으로부터 얻어지는 폴리아미드 수지가 더 바람직하다.
열가소성 수지의 함유량은, 폴리아릴렌설피드 수지 100질량부에 대해서, 바람직하게는 1∼300질량부의 범위, 보다 바람직하게는 3∼100질량부의 범위, 더 바람직하게는 5∼45질량부의 범위이다. 폴리아릴렌설피드 수지 이외의 열가소성 수지의 함유량이 이러한 범위에 있음에 의해, 내열성, 내약품성 및 기계적 물성의 추가적인 향상이라는 효과가 얻어진다.
폴리아릴렌설피드 수지 조성물에 배합되는 엘라스토머로서는, 열가소성 엘라스토머가 사용되는 경우가 많다. 열가소성 엘라스토머로서는, 예를 들면, 폴리올레핀계 엘라스토머, 불소계 엘라스토머 및 실리콘계 엘라스토머를 들 수 있다. 또, 본 명세서에 있어서, 열가소성 엘라스토머는, 상기 열가소성 수지가 아닌 엘라스토머로 분류된다.
엘라스토머(특히 열가소성 엘라스토머)는, 식(1)으로 표시되는 기와 반응할 수 있는 관능기를 갖는 것이 바람직하다. 이에 따라, 접착성 및 내충격성 등의 점에서 특히 우수한 수지 조성물을 얻을 수 있다. 이러한 관능기로서는, 에폭시기, 아미노기, 수산기, 카르복시기, 메르캅토기, 이소시아네이트기, 옥사졸린기, 및, 식 : R(CO)O(CO)- 또는 R(CO)O-(식 중, R은 탄소 원자수 1∼8의 알킬기를 나타낸다)으로 표시되는 기를 들 수 있다. 이러한 관능기를 갖는 열가소성 엘라스토머는, 예를 들면, α-올레핀과 상기 관능기를 갖는 비닐 중합성 화합물과의 공중합에 의해 얻을 수 있다. α-올레핀은, 예를 들면, 에틸렌, 프로필렌 및 부텐-1 등의 탄소 원자수 2∼8의 α-올레핀류를 들 수 있다. 상기 관능기를 갖는 비닐 중합성 화합물로서는, 예를 들면, (메타)아크릴산 및 (메타)아크릴산에스테르 등의 α, β-불포화카르복시산 및 그 알킬에스테르, 말레산, 푸마르산, 이타콘산 및 그 밖의 탄소 원자수 4∼10의 α,β-불포화디카르복시산 및 그 유도체(모노 또는 디에스테르, 및 그 산무수물 등), 그리고 글리시딜(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 에폭시기, 카르복시기, 및, 식 : R(CO)O(CO)- 또는 R(CO)O-(식 중, R은 탄소 원자수 1∼8의 알킬기를 나타낸다)으로 표시되는 기로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 관능기를 갖는 에틸렌-프로필렌 공중합체 및 에틸렌-부텐 공중합체가, 인성(靭性) 및 내충격성의 향상의 점에서 바람직하다.
엘라스토머의 함유량은, 그 종류, 용도에 따라 다르기 때문에 일률적으로 규정할 수 없지만, 예를 들면, 폴리아릴렌설피드 수지 100질량부에 대해서 바람직하게는 1∼300질량부의 범위, 보다 바람직하게는 3∼100질량부의 범위, 더 바람직하게는 5∼45질량부의 범위이다. 엘라스토머의 함유량이 이러한 범위에 있음에 의해, 섬유의 내열성, 인성의 확보의 점에서 한층 더 우수한 효과가 얻어진다.
폴리아릴렌설피드 수지 조성물에 배합되는 가교성 수지는, 2 이상의 가교성 관능기를 갖는다. 가교성 관능기로서는, 에폭시기, 페놀성수산기, 아미노기, 아미드기, 카르복시기, 산무수물기, 및 이소시아네이트기 등을 들 수 있다. 가교성 수지로서는, 예를 들면, 에폭시 수지, 페놀 수지, 및 우레탄 수지를 들 수 있다.
에폭시 수지로서는, 방향족계 에폭시 수지가 바람직하다. 방향족계 에폭시 수지는, 할로겐기 또는 수산기 등을 갖고 있어도 된다. 호적한 방향족계 에폭시 수지의 예로서는, 비스페놀A형 에폭시 수지, 비스페놀F형 에폭시 수지, 비스페놀S형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 테트라메틸비페닐형 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, 크레졸노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀A노볼락형 에폭시 수지, 트리페닐메탄형 에폭시 수지, 테트라페닐에탄형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔-페놀 부가 반응형 에폭시 수지, 페놀아랄킬형 에폭시 수지, 나프톨노볼락형 에폭시 수지, 나프톨아랄킬형 에폭시 수지, 나프톨-페놀 공축 노볼락형 에폭시 수지, 나프톨-크레졸 공축 노볼락형 에폭시 수지, 방향족 탄화수소 포름알데히드 수지 변성 페놀 수지형 에폭시 수지, 및 비페닐노볼락형 에폭시 수지를 들 수 있다. 이들 방향족계 에폭시 수지는, 단독으로 또는 2종 이상을 조합해서 사용할 수 있다. 이들 방향족계 에폭시 수지 중에서도 특히, 다른 수지 성분과의 상용성(相溶性)이 우수한 점에서, 노볼락형 에폭시 수지가 바람직하며, 크레졸노볼락형 에폭시 수지가 보다 바람직하다.
가교성 수지의 함유량은, 폴리아릴렌설피드 수지 100질량부에 대해서, 바람직하게는 1∼300질량부의 범위, 보다 바람직하게는 3∼100질량부의 범위, 더 바람직하게는 5∼30질량부의 범위이다. 가교성 수지의 함유량이 이러한 범위에 있음에 의해, 섬유의 강성 및 내열성의 향상이라는 효과가 특히 현저하게 얻어진다.
폴리아릴렌설피드 수지 조성물은, 식(1)으로 표시되는 기와 반응할 수 있는 관능기를 갖는 실란 화합물을 함유할 수 있다. 이러한 실란 화합물로서는, 예를 들면, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디에톡시실란 및 γ-글리시독시프로필메틸디메톡시실란 등의 실란커플링제를 들 수 있다.
실란 화합물의 함유량은, 예를 들면, 폴리아릴렌설피드 수지 100질량부에 대해서 0.01∼10질량부의 범위인 것이 바람직하며, 0.1∼5질량부의 범위인 것이 보다 더 바람직하다. 실란 화합물의 함유량이 이러한 범위에 있음에 의해, 폴리아릴렌설피드 수지와 상기 다른 성분과의 상용성 향상이라는 효과가 얻어진다.
본 실시형태에 따른 폴리아릴렌설피드 수지 조성물은, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 이형제(離型劑), 착색제, 내열안정제, 자외선안정제, 발포제, 방청제, 난연제 및 활제(滑劑) 등의 그 밖의 첨가제를 함유해도 된다. 첨가제의 함유량은, 예를 들면, 폴리아릴렌설피드 수지 100질량부에 대해서, 1∼10질량부의 범위인 것이 바람직하다.
폴리아릴렌설피드 수지는, 펠렛상의 형태로 얻을 수 있다. 또한, 폴리아릴렌설피드 수지를 함유하는 조성물은, 폴리아릴렌설피드 수지와, 상기 다른 성분을 용융 혼련하는 방법에 의해, 예를 들면, 펠렛상의 컴파운드 등의 형태로 얻을 수 있다. 용융 혼련의 온도는, 예를 들면, 250∼350℃의 범위인 것이 바람직하며, 290∼330℃의 범위인 것이 보다 더 바람직하다. 용융 혼련은, 2축 압출기 등을 사용해서 행할 수 있다.
본 실시형태에 따른 폴리아릴렌설피드 수지로 이루어지는 섬유는, 예를 들면, 상기 수지를 용융 방사함에 의해 얻어진다. 용융 방사에 있어서는, 일반적으로 사용되는 용융 방사장치를 사용하는 것이 가능하며, 단축·2축 익스트루더형 방사기 등을 사용할 수 있다.
방사 공정의 온도는, 겔화를 억제하는 관점에서, 폴리아릴렌설피드 수지가 용융하기에 충분한 온도이며, 또한 가능한 한 저온인 것이 바람직하다. 일반적으로는, 구금으로부터 토출되는 폴리아릴렌설피드 수지의 온도가, 250∼350℃의 범위인 것이 바람직하며, 270∼330℃의 범위인 것이 보다 바람직하다. 또한, 방사 공정은, 질소 분위기 하에서 행하는 것이 바람직하다.
구금은, 용융 방사에 통상적으로 사용되는 것을 사용할 수 있으며, 예를 들면, 토출 구경이 0.1∼1.0㎜φ이고, 토출공 깊이가 0.1∼5.0㎜ 정도인 것을 바람직하게 사용할 수 있다. 본 실시형태에 따른 섬유의 단면 형상은 특히 제한되는 것은 아니며, 통상의 원형 단면뿐만 아니라, 삼각형 단면, 사각형 단면, Y자 단면, 십자 단면, C형 단면, 중공 단면, 전형(田型) 단면 등의 이형(異形) 단면을 채용할 수 있다.
구금으로부터 토출한 사조는, 일반적으로는, 방출 후에 풍속이 5∼100m/min의 범위로 되는 바람에 노출함에 의해 냉각되고, 권취된다. 이때, 필요에 따라서, 집속제로서 유제를 부여시켜도 된다. 권취 속도는, 특히 제한되는 것은 아니지만, 300∼5000m/min의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 제조 프로세스도 저속 방사(UY) 또는 고속 방사(POY)의 상태에서 일단 권취하고, 공지의 연신기를 사용해서 연신 처리하는 연신 연사(撚絲)(UY-DT 방식, POY-DT 방식 등) 방식, 방사 공정과 연신 공정을 연속해서 행하는 직접 방사 연신(DSD) 방식 등을 적용해도 된다. 또한, POY-가연(假撚) 공정이나 DT-가연 공정 등의 공정도 적용하는 것도 가능하다.
얻어지는 폴리아릴렌설피드 섬유의 특성은, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위이면 특히 한정되지 않지만, 사절 방지의 관점에서, 단사(單絲) 섬도(纖度)가 0.1∼100dtex의 범위인 것이 바람직하며, 0.5∼10.0dtex의 범위인 것이 보다 바람직하다. 또한, 폴리아릴렌설피드 섬유의 건열수축률은 0∼20%인 것이 바람직하며, 0∼10%인 것이 보다 바람직하다.
폴리아릴렌설피드 섬유의 인장 강도는 1.5cN/dtex 이상인 것이 바람직하며, 2.5cN/dtex 이상인 것이 보다 바람직하고, 3.0cN/dtex 이상인 것이 더 바람직하고, 4.0cN/dtex 이상인 것이 특히 바람직하다. 또한, 인장 신도는 10∼100%의 범위인 것이 바람직하다.
상기 방사 방법에 대해서는, 상기 폴리아릴렌설피드 수지를 함유하는 조성물에 대해서도 적용할 수 있다.
본 실시형태에 따른 섬유는, 폴리아릴렌설피드 수지 또는 이를 포함하는 조성물로 이루어지므로, 내열성, 성형 가공성, 치수 안정성 등이 우수한 섬유로 할 수 있다. 또한, 상기 폴리아릴렌설피드 수지는, 가열되었을 때의 가스 발생량이 적으므로, 사절 등이 억제된 고품질의 섬유의 용이한 제조를 가능케 한다.
본 실시형태에 따른 섬유는, 폴리아릴렌설피드 수지가 본래 갖는 내열성, 치수 안정성 등의 제반 성능도 구비하고 있으므로, 예를 들면, 커넥터, 프린트 기판 및 봉지(封止) 성형품 등의 전기·전자 부품, 램프 리플렉터 및 각종 전장품(電裝品) 부품 등의 자동차 부품, 각종 건축물, 항공기 및 자동차 등의 내장용 재료, OA 기기 부품, 카메라 부품 및 시계 부품 등의 정밀 부품 등의 분야에서 사용되는 섬유로서 사용할 수 있다. 보다 구체적으로는, 리튬이온 배터리 등에 사용되는 세퍼레이터나, 백 필터(bag filter) 등에 사용되는 필터용으로 호적하게 사용할 수 있다. 이들 용도로 사용할 때에는, 본 실시형태에 따른 섬유를 단독으로 사용해도 되고, 그 밖의 섬유와 적의 조합해서 사용해도 된다.
[실시예]
이하, 실시예를 들어 본 발명에 대하여 더 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
1. 평가법
1-1. 폴리아릴렌설피드 수지의 용융 점도
폴리아릴렌설피드 수지를 시마즈세이사쿠쇼제 플로우 테스터, CFT-500C를 사용해, 300℃, 하중 : 1.96×106㎩, L/D=10/1에서, 6분간 유지한 후에 용융 점도를 측정했다.
1-2. 폴리아릴렌설피드 수지 중의 요오드 함유량
다이안인스트루먼츠 연소 가스 흡수 장치를 사용해, 폴리아릴렌설피드 수지를 연소시켜, 발생한 가스 및 잔사를 순수에 흡수시켰다. 흡수액 중의 요오드이온을 다이오넥스 이온 크로마토그래프로 정량했다.
1-3. 색조L*값
백색도(핫프레스L*값)는, 폴리아릴렌설피드 수지를 320℃에서 1.5분간 예열 후, 320℃에서 1.5분간, 계속해서 130℃에서 1.5분간, 30㎏/㎠의 압력으로 핫프레스에 의해 가압 성형해서 원반상 플레이트를 제작했다. 이것에 대하여, 색채색차계(도쿄덴쇼쿠가부시키가이샤제, Color Ace)를 사용해서 측정했다.
1-4. 비뉴토니언 지수
폴리아릴렌설피드 수지를 캐필러리 레오미터로, 온도 300℃의 조건 하, 직경 1㎜, 길이 40㎜의 다이스를 사용해서 100∼1000(sec-1)의 전단 속도에 대한 전단 응력을 측정하고, 이들의 대수(對數) 플롯한 기울기로부터 계산한 값이다.
1-5. Mw 및 Mw/Mtop(분자량 분포)
폴리아릴렌설피드 수지의 중량 평균 분자량 및 피크 분자량을, 겔침투 크로마토그래피를 사용해서, 하기의 측정 조건에 의해 측정했다. 얻어진 Mw 및 Mtop로부터 Mw/Mtop를 산출했다. 6종류의 단분산 폴리스티렌을 교정에 사용했다.
장치 : 초고온 폴리머 분자량 분포 측정 장치(가부시키가이샤센슈가가쿠제 「SSC-7000」)
칼럼 : UT-805L(쇼와덴코가부시키가이샤제)
칼럼 온도 : 210℃
용매 : 1-클로로나프탈렌
측정 방법 : UV 검출기(360㎚)
1-6. 발생 가스량
가스 크로마토그래프 질량 분석 장치를 사용해서, 폴리아릴렌설피드 수지 또는 수지 조성물의 소정량의 샘플을 325℃에서 15분간 가열해, 그때의 발생 가스량을 질량%로서 정량했다.
1-7. 인장 특성
JIS L-1015에 따라 행했다.
1-8. 사절
폴리아릴렌설피드 섬유의 제조 시의 사절 상황을 평가했다. 평가는 폴리머 합계 30000질량부를 제사(製絲)하고, 1회의 사절 발생까지의 평균 시간을 산출했다(시간/회).
2. 폴리아릴렌설피드 수지의 합성
(합성예 1)
p-디요오도벤젠(도쿄가세이가부시키가이샤, p-디요오도벤젠 순도 98.0% 이상) 300.0질량부, 고체 황(간토가가쿠가부시키가이샤제, 황(분말)) 27.00질량부, 4,4'-디티오비스벤조산(와코준야쿠고교가부시키가이샤제, 4,4'-디티오비스벤조산, Technical Grade) 1.0질량부를 180℃로 가열해서 그들을 질소 하에서 용융, 혼합했다. 다음으로 220℃로 승온하고, 절대압 26.6㎪까지 감압했다. 얻어진 용융 혼합물을, 320℃이며 절대압 133㎩로 되도록, 단계적으로 온도와 압력 변화시켜서, 8시간 용융 중합했다. 반응 종료 후, NMP 200질량부를 가해서, 220℃에서 가열 교반해, 얻어진 용해물을 여과했다. 여과 후의 용해물에 NMP320질량부를 가해, 케이크를 세정 여과했다. 얻어진 NMP를 함유하는 케이크에 이온 교환수 1000질량부를 가해, 오토클레이브 중에서 200℃ 10분간 교반했다. 다음으로 케이크를 여과하고, 여과 후의 케이크에 70℃의 이온 교환수 1000질량부를 가해 케이크를 세정했다. 얻어진 함수 케이크에 이온 교환수 1000질량부를 가해서 10분간 교반했다. 다음으로 케이크를 여과하고, 여과 후의 케이크에 70℃의 이온 교환수 1000질량부를 가해 케이크를 세정했다. 이 조작을 다시 한번 반복한 후, 케이크를 120℃에서 4시간 건조해, PPS 수지 91질량부를 얻었다.
(합성예 2)
상기 「4,4'-디티오비스벤조산 1.0질량부」 대신에, 「4,4'-디티오비스벤조산 0.60질량부」를 사용한 것 이외는 합성예 1과 마찬가지로 해서 PPS 수지 89질량부를 얻었다.
(합성예 3)
상기 「4,4'-디티오비스벤조산 1.0질량부」 대신에 「디페닐디설피드(스미토모세이카가부시키가이샤 DPDS) 1.0질량부」를 사용한 것 이외는 합성예 1과 마찬가지로 해서 PPS 수지 91질량부를 얻었다.
(합성예 4)
상기 「4,4'-디티오비스벤조산 1.0질량부」 대신에, 「4,4'-디티오비스벤조산 2.0질량부」를 사용한 것 이외는 합성예 1과 마찬가지로 해서 PPS 수지 86질량부를 얻었다.
(합성예 5)
p-디요오도벤젠 300.0질량부, 2,5-디요오도벤조산 170.0질량부, 고체 황 27.00질량부, 디페닐디설피드 0.60질량부를 180℃로 가열해서 그들을 질소 하에서 용융, 혼합했다. 이후의 조작을 합성예 1과 마찬가지로 행해, 측쇄에 카르복시기를 갖는 PPS 수지 95질량부를 얻었다.
(합성예 6)
상기 「4,4'-디티오비스벤조산 1.0질량부」 대신에, 「4,4'-디티오비스벤조산 0.15질량부」를 사용한 것 이외는 합성예 1과 마찬가지로 해서 PPS 수지 93질량부를 얻었다.
(합성예 7)
온도 센서, 냉각탑, 적하조, 적하 펌프, 유출물 분리조를 연결한 교반익(攪拌翼) 구비 티타늄제 반응 가마에 파라디클로로벤젠(이하, 「p-DCB」로 약기한다) 1838질량부(12.5킬로몰), N-메틸피롤리돈(이하, 「NMP」로 약기한다) 4958질량부(50킬로몰), 물 90질량부(5.0킬로몰)를 실온에서 투입하고, 교반하면서 질소 분위기 하에서 100℃까지 20분에 걸쳐서 승온하고, 계를 닫고, 추가로 220℃까지 40분에 걸쳐서 승온하고, 그 온도에서 내압을 0.22㎫로 컨트롤해서, Na2S·xH2O 1500질량부, NaSH·yH2O 225질량부, 물 425질량부의 혼합액(Na2S : 11.4킬로몰, NaSH : 3.2킬로몰, 수분 50.3질량%)을 3시간에 걸쳐서 적하했다. 적하 중은 동시에 탈수 조작을 행해, 물은 계 외로 제거하고, 물과 함께 유출하는 p-DCB는 연속적으로 오토클레이브로 돌려보냈다.
또, 탈수 조작과 p-DCB를 돌려보내는 조작은 240℃ 승온 완료까지 행하고, 승온 완료 시에 계를 밀폐했다. 그 후, 그대로인 온도 압력으로 1시간 유지한 후, 1시간에 걸쳐서, 내압을 0.17㎫로 낮추면서, 내온을 240℃까지 승온하고, 그 온도에서 1시간 유지해서 반응을 종료해, 실온까지 냉각했다. 유출액의 분석 결과에 따르면, 반응 종료 시의 반응계 내의 수분량은 모든 사용 설피드화제에 대해서 0.17(몰/몰)이었다.
얻어진 반응 슬러리를 감압 하(-0.08㎫), 120℃로 가열함에 의해 반응 용매를 증류 제거하고, 잔사에 물을 붓고 80℃에서 1시간 교반한 후, 여과했다. 이 케이크를 다시 탕에서 1시간 교반, 세정한 후, 여과했다.
이 조작을 3회 반복하고, 추가로 물을 가해, 200℃에서 1시간 교반 후, 여과하고, 열풍 건조기로 120℃-10시간 건조해서 백색 분말상의 폴리머를 얻었다.
3. 폴리아릴렌설피드 섬유의 제조와 평가
합성예 1∼7에서 얻어진 백색 분말상의 폴리머 30000질량부를 텀블러를 사용해서 균일하게 혼합한 후, 2축 혼련 압출기(TEM-35B, 도시바기카이)를 사용해 300℃에서 용융 혼련해서, 펠렛상의 폴리머를 얻었다. 얻어진 펠렛을 방사온도 320℃, 토출량 46.1질량부/min, 인장 속도 1000m/min로 권취해, 미연신사(未延伸絲)를 얻었다. 이 미연신사를, 연신 배율 3.2배, 제1 핫롤러 온도 90℃, 제2 핫롤러 온도 150℃의 연신기로 연신을 행해, 폴리아릴렌설피드 섬유를 얻었다. 얻어진 폴리아릴렌설피드 섬유에 대해, 각종 평가를 행했다. 평가 결과를 표 1에 나타낸다.
[표 1]
각 표에 나타나는 결과로부터 명확한 바와 같이, 합성예 1∼3의 폴리아릴렌설피드 수지는, 합성예 4∼7과 비교해서, 발생 가스량이 억제되며, 방사했을 때의 인장 특성이 우수한 것이 확인되었다. 또한, 사절에 관해서도, 합성예 1∼3의 폴리아릴렌설피드 수지를 사용한 실시예 쪽이 비교예에 비해, 현저하게 억제되어 있는 것이 확인되었다.
Claims (3)
- 폴리아릴렌설피드 수지 또는 이를 포함하는 조성물로 이루어지는 폴리아릴렌설피드 섬유로서,
상기 폴리아릴렌설피드 수지가, 디요오도 방향족 화합물과, 단체(單體) 황과, 중합금지제를, 상기 디요오도 방향족 화합물, 상기 단체 황 및 상기 중합금지제를 함유하는 용융 혼합물 중에서 반응시키는 것을 포함하는 방법에 의해 얻을 수 있는 것이고,
상기 폴리아릴렌설피드 수지가, 300℃에 있어서의 1.1 이상 1.5 이하의 비뉴토니언 지수, 및, 1.2 이상 3.5 이하의 Mw/Mtop를 갖고,
상기 Mw 및 Mtop는 각각 겔침투 크로마토그래피에 의해 측정되는 중량 평균 분자량 및 피크 분자량인 폴리아릴렌설피드 섬유. - 제1항에 있어서,
상기 폴리아릴렌설피드 수지가, 상기 중합금지제에 유래하는 히드록시기, 아미노기, 카르복시기 및 카르복시기의 염으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 기를 갖는 폴리아릴렌설피드 섬유. - 폴리아릴렌설피드 수지 또는 이를 포함하는 조성물을 방사(紡絲)하는 공정을 갖고,
상기 폴리아릴렌설피드 수지가, 디요오도 방향족 화합물과, 단체 황과, 중합금지제를, 상기 디요오도 방향족 화합물, 상기 단체 황 및 상기 중합금지제를 함유하는 용융 혼합물 중에서 반응시키는 것을 포함하는 방법에 의해 얻을 수 있는 것이고,
상기 폴리아릴렌설피드 수지가, 300℃에 있어서의 1.1 이상 1.5 이하의 비뉴토니언 지수, 및, 1.2 이상 3.5 이하의 Mw/Mtop를 갖고,
상기 Mw 및 Mtop는 각각 겔침투 크로마토그래피에 의해 측정되는 중량 평균 분자량 및 피크 분자량인 폴리아릴렌설피드 섬유의 제조 방법.
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