WO2007052825A1 - ドープおよび該ドープを用いた繊維の製造方法 - Google Patents

ドープおよび該ドープを用いた繊維の製造方法 Download PDF

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Masayuki Chokai
Anton Peter De Weijer
Hiroaki Kuwahara
Dennis Wilbers
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Teijin Limited
Teijin Techno Products Limited
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    • C08L2205/02Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group

Definitions

  • the present invention relates to a dope useful for producing a molded product of polyoxazole having excellent heat resistance and mechanical properties, and a method for producing a fiber using the dope.
  • Background Art-Polyparaphenylene terephthalamide represented by Twaron, K ev 1 ar (hereinafter sometimes referred to as PPTA), Polyparaphenylene dilenbenzobisoxazole represented by Z y 1 on (hereinafter referred to as PPTA) PBO) is known to be useful as a raw material for fibers and other molded products with excellent heat resistance and mechanical properties.
  • Patent Document 1 describes the production of a copolymer of benzobisoxazole and pyridine benzobisoxazole.
  • Patent Document 2 describes that an aqueous solution of an alkali metal salt of an aromatic polyamide having a biphenylhydroxy group as a substituent is extruded into a coagulation liquid, and then stretched to obtain a film or fiber. .
  • Patent Document 1 W0 8 5 0 4 1 7 8 pamphlet
  • Patent Document 2 GB 1 1 4 2 0 7 1 Disclosure of Invention
  • the present inventor has found that an optically anisotropic dope can be obtained when a high molecular weight aromatic polyamide having a hydroxyl group is contained in a basic solvent at a high concentration.
  • the present inventors completed the present invention by discovering that the optically anisotropic dope is wet-spun and heat-treated to obtain a highly oriented polyoxazole fiber having excellent mechanical properties such as strength and elasticity.
  • the present inventors have found that fibers having excellent mechanical properties can be obtained by spinning a dope, drawing and coagulating in a coagulating liquid, compared with the case of drawing after coagulation.
  • the present invention also provides the following formula (I)
  • a fiber comprising polyoxazole containing at least one repeating unit selected from the group consisting of: .
  • the dope of the present invention contains a polyamide and a basic solvent, and the polyamide concentration is
  • optical anisotropy is exhibited at 50 when it exceeds 10% by weight and not more than 30% by weight.
  • Polyamide has the following formula (I)
  • Polyamide is composed of 50 to 100 mol% of the repeating unit represented by the formula (I) and 50 to 0 mol% of the following formula (II). It is preferable that the repeating unit represented by these is included.
  • the polyamide preferably contains 80 to 100 mol% of repeating units represented by the formula (I) and 20 to 0 mol% of repeating units represented by the formula (II).
  • the polyamide preferably contains 90 to 100 mol% of the repeating unit represented by the formula (I) and 10 to 0 mol% of the repeating unit represented by the formula (II).
  • the polyamide preferably contains 95 to 100 mol% of the repeating unit represented by the formula (I) and 5 to 0 mol% of the repeating unit represented by the formula (II). .
  • the specific viscosity (W inh ) of the polyamide is preferably 1 or more, more preferably 1.5 to 50, and still more preferably 3 to 10.
  • the specific viscosity is the value measured at 30 in a solution of 0.5 g of the polyamide in 95% by weight of concentrated sulfur 1d1.
  • the solvent is a basic solvent.
  • basic solvents include sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, and lithium hydroxide.
  • aqueous hydroxide solutions of alkali metals and alkaline earth metals can be mentioned. These may be used alone or in combination.
  • the basic solvent is preferably sodium hydroxide or potassium hydroxide.
  • the pH of the dope is preferably 7 or more, more preferably 10 to: 14.
  • the dope of the present invention is characterized by exhibiting optical anisotropy at 50.
  • the optical anisotropy is a state where optical anisotropy is observed under crossed Nicols with a microscope, for example, with a dope sandwiched between two glass plates.
  • the polyamide is dissolved at a high concentration.
  • the concentration of polyamide in the dope is more than 10% by weight and not more than 30% by weight, preferably 12 to 30% by weight, more preferably 15 to 30% by weight, and particularly preferably 15 to 25% by weight.
  • the dope of the present invention comprises: (a) an aromatic dicarboxylic acid compound; and (b) an aromatic diamine that is subjected to solution polymerization, and the polyamide is isolated from the solution. It can be prepared by dissolving in
  • aromatic dicarboxylic acid compound examples include compounds represented by the following formula (A).
  • X is a group represented by ⁇ H, a halogen atom, or OR, and R represents a monovalent aromatic group having 6 to 20 carbon atoms.
  • Aromatic groups include aryl groups such as phenyl groups.
  • dicarboxylic acids other than those represented by the above formula (A) can be further copolymerized. Specific examples include isofuric acid chloride and 2,6-naphthalenedicarboxylic acid chloride.
  • Aromatic diamine used in the present invention includes the following formula (B) '
  • Aromatic diamine (3,3'-dihydroxybenzidine) represented by the following formula (C)
  • aromatic diamine represented by the formula (1,4-diamino-2,5-dihydroxybenzen), or the hydrochloride, sulfate, and phosphate thereof.
  • diamine In order to improve the properties of the resulting polyamide, the following diamine can be copolymerized.
  • diamine include P-phenylenamine, m-phene direnamine, 1,4-diaminonaphthalene, 1,5-diaminonaphthalene, 1,8-diaminonaphthalene, 2,6-diaminonaphthalene, 2 , 7-Diaminonaphthalene, 2, 5-Diaminopyridine, 2, 6-Diaminopyridine, 3, 5— Diaminopyridine, 3, 3, -diaminobiphenyl, 3, 3 '— Dicyclodiphenyl, 3, 3' — Diaminodiphenyl ether, 3, 4 '— Diaminodiphenyl ether, 4, 4'-diaminodiphenyl Examples include ether. Of these, p-phenylenediamine is preferred.
  • the solvent used for the polymerization is not particularly limited, but dissolves the raw material monomers (A;), (B), (C) as described above, and is substantially nonreactive with them, preferably Any solvent can be used as long as it can obtain a polyamide having a specific viscosity of at least 1.0 or more, more preferably 1.2 or more.
  • N, N, ⁇ ', N'-tetramethylurea (TMU), N, N-dimethylacetamine' (DMAC), N, N-jetylacetamide (DEAC), N, N-dimethylamine Lopionamide (DMPR), N, N-dimethylbutyramide (NMBA), N, N-dimethylisobutylamide (NMIB), N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP), N-cyclohexyl-1-pyrrolidinone (NCP), N-ethylpyrrolidone 1 (NEP), N-methylcaprolactam (NMC), N, N-dimethylmethoxyacetamide, N-acetylpyrrolidine (NARP), N-acetylbiperidine, N-methylbiperidone 1 2 (NMPD), N, ⁇ '-dimethylethyleneurea, ⁇ , ⁇ '-dimethylpropyleneurea, ⁇ , ⁇ , ⁇ ', N'
  • an appropriate amount of a known inorganic salt may be added before, during or at the end of polymerization.
  • examples of such inorganic salts include lithium chloride and calcium chloride.
  • the polyamide is produced in the same manner as in the usual solution polymerization method of polyamide in the above-mentioned solvent obtained by dehydrating the monomers (A), (B), and (C).
  • the reaction temperature at this time is 80 or less, preferably 60 or less.
  • the concentration at this time is the monomer concentration and Therefore, about 1 to 20% by weight is preferable.
  • trialkylsilyl chloride can also be used for the purpose of increasing the degree of polymerization of polyamide.
  • aliphatic and aromatic amines and quaternary ammonium salts can be used in combination to trap acids such as hydrogen chloride.
  • the obtained polyamide does not dissolve in the polymerization solvent at a high concentration (generally, several percent by weight is the upper limit of the concentration), after polymerization, After the polyamide is isolated, it is dissolved in a basic solvent. ⁇ Fiber manufacturing method>
  • the present invention includes a method of producing a fiber made of polyoxazole by spinning the dope, drawing and coagulating in a coagulation liquid, and heat-treating the obtained fiber at 200 to 900. To do.
  • the dope is extruded through a spinneret to form a fiber.
  • the spinneret is preferably a corrosion-resistant one made of gold, platinum, palladium, rhodium, or an alloy thereof.
  • the spun fiber is stretched before it is solidified in the coagulation liquid. Stretching is preferably performed at the air gap.
  • the air gap is a space provided between the spinneret and the coagulation liquid.
  • the shear force in the pores orients the liquid crystal domain in the flow direction.
  • the orientation of the liquid crystal domain is disturbed by the viscoelastic properties of the dope. This is because the turbulence can be recovered by performing stretching at the air gap.
  • the disorder of orientation can be easily recovered by stretching the fiber and making it thin by tension.
  • the draw ratio is preferably 1.5 to 300, more preferably 2 to 100, and still more preferably 3 to 30.
  • the draw ratio depends on the dope discharge speed and solidification from the die. It is calculated from the ratio of the yarn winding speed.
  • the fibers that have been thinned by stretching coagulate in the coagulation liquid while maintaining a highly oriented molecular structure As a result, highly crystalline and highly oriented fibers can be obtained.
  • the coagulation liquid is preferably an aqueous solution of sulfuric acid or hydrochloric acid, an aqueous solution of ammonium chloride, or acetone.
  • the temperature of the coagulation liquid is preferably 30 to 15 Ot :, more preferably 0 to 100 ° C., and further 5 to 50.
  • washing, neutralization, washing and drying are preferably performed.
  • the obtained fiber is heat-treated at 200 to 900 ° C.
  • the heat treatment temperature is preferably 250 to 700, more preferably 300 to 550.
  • the heat treatment can be performed in air, under an inert atmosphere such as nitrogen or argon.
  • Heat treatment causes substitution of A r 1 in formula (I) —the cyclization reaction occurs between the H group and the amide bond, and the formula (I 1 a), formula (I 1 b) or formula A polyoxazole having repeating units (I a) and (Ib) is obtained. Furthermore, it is preferable to perform the heat treatment under tension.
  • the tension applied during the heat treatment is preferably 0.1 to 8.0%, more preferably 1 to 30% of the breaking strength of the fiber before the heat treatment.
  • the heat treatment time is preferably 0.01 to 1,800 seconds, more preferably 0.1 to 600 seconds, and further preferably 1 to 300 seconds.
  • the fibers obtained by the method of the present invention have the following formulas (I 1 a) and (I 1 b)
  • a polyoxazole containing at least one repeating unit selected from the group consisting of The polyoxazol is 50 to 100 mol% of at least one repeating unit selected from the group consisting of formulas (I a) and (Ib), and 50 to 0 mol% of the following formula (II)
  • repeating unit represented by these is included.
  • polyoxazole is composed of at least one repeating unit selected from the group consisting of 80 to 100 mol% of the formula (I-3) and (1b), and 2 to 0 mol% of the formula (II It is preferable to include a repeating unit of The polyoxazol is composed of 90 to 100 mol% of at least one repeating unit selected from the group consisting of formulas (I 1 a) and (I 1 b), and 10 to 0 mol% of formula (II). It is preferable to include a return unit.
  • the polyoxazol is composed of 95-100 mol% of at least one repeating unit selected from the group consisting of formulas (I 1 a) and (I 1 b), and 5 to 0 mol% of formula (II) It is preferable to include a repeating unit. (Physical properties of fibers)
  • the specific viscosity (7? Inh ) of the polyazole constituting the fiber obtained by the present invention is preferably 1.5 to 100, more preferably 2.0 to 50, and still more preferably 3.0 to 40.
  • the specific viscosity ( inh ) is the value measured at 30 at a polymer concentration of 0.OS gZl O 2 OmL using methanesulfonic acid.
  • the content of phosphorus atoms in the fiber obtained in the present invention is preferably 30 ppm or less, more preferably 0 to 20 ppm, and still more preferably 0 to I 0 ppm.
  • the elastic modulus of the fiber obtained in the present invention is 1 OGpa or more, preferably 30 to 500 Gpa, more preferably 70 to 350 Gpa.
  • the fineness of the fiber obtained in the present invention is preferably 0.01 to 100 dtex, more preferably 0.1 to 10 dtex, and further 0.5 to 5 dtex.
  • the strength of the fiber obtained in the present invention is preferably 100 to: I 0, OO OmNZtex, more preferably 300 to 5,000 OmN / tex, and further preferably 500 to 4,000 OmNZ te X.
  • the breaking elongation of the fiber obtained in the present invention is preferably 0.5 :! to 30%, more preferably 0.5 to 10%, and still more preferably 1.0 to 8%.
  • the fiber made of polyoxazole obtained by the present invention has the following formula ( ⁇ )
  • (X is the azimuth angle in X-ray diffraction measurement
  • I is the X-ray diffraction intensity
  • the orientation factor F obtained by is preferably 0.3 or more.
  • the orientation factor F is more preferably 0. 5 or more, more preferably 0.8 or more. The higher the value of the orientation coefficient F, the better the fiber having a higher elastic modulus, and the theoretical upper limit of the orientation coefficient F when fully oriented is 1.0. Examples
  • the specific viscosity of the polyamide was measured at 30 with a polymer concentration of 0.5 g Zd 1 using 95% by weight concentrated sulfuric acid. Polyazole specific viscosity was measured at 30 at a polymer concentration of 0.03 gZl 00 mL using methanesulfonic acid.
  • a single fiber was pulled with a Tensilon universal testing machine 1225A manufactured by Orientec Co., Ltd.
  • the tensile measurement was performed at a tension speed of 1 OmmZmin.
  • the sample was placed in a wet decomposition vessel with reflux cooling, and after adding concentrated sulfuric acid, the organic matter was completely decomposed by adding nitric acid gradually so that the sample did not scatter while heating. After standing to cool, pure water was added and the volume was measured in a white transparent glass container, and phosphorus atoms were quantified by ICP emission spectrometry. (4) X-ray diffraction measurement
  • the X-ray generator (RU-B type, manufactured by Rigaku Corporation) was measured under the conditions of target CuKa line, voltage 45 kV, and current 70 mA. Incident X-rays were condensed and monochromated by an Osmic multilayer mirror and the cross section of the sample was measured by the vertical transmission method. The diffraction X-ray was detected using an imaging plate (manufactured by Fuji Photo Film) with a size of 20 Omm x 250 mm and a camera length of 25 Omm.
  • an imaging plate manufactured by Fuji Photo Film
  • polyamide After completion of the reaction, it was poured into a large amount of ion exchange water to precipitate polyamide.
  • the obtained polyamide was separated by filtration, further washed with ethanol and acetone, and then vacuum-dried.
  • the specific viscosity (7? Inh ) of polyamide was 5.73.
  • Example 2 The dope obtained in Example 1 was transferred to a cylinder, heated to 70 ° C. under reduced pressure and deaeration.
  • the loop was discharged from a thin metal spinneret with a 100 micron diameter hole using a mechanically driven syringe.
  • the discharged fiber is stretched twice while passing through a 1.0 cm air gap provided between the spinneret and the coagulation bath, and the electric drive is wound up through the coagulation bath. I wound up the machine.
  • a solution consisting of 1.5 N hydrochloric acid was used as the coagulation liquid.
  • the coagulation liquid was set at 25 ° C. After passing the coagulation liquid 30 cm, the yarn was pulled up from the water at an angle of 45 degrees and wound on the above-described electric drive winder.
  • the fiber was wound on a stainless steel bobbin at a rate of 20 m, washed on a pobin with room temperature water for 1 hour, and dried with a hot air dryer at 80 to obtain a fiber.
  • the resulting poly (P-dihydroxy-biphenylene terephthalamide) yarn was wound on a rigid metal frame and heated at 450 for 10 minutes.
  • the chemical structure of the dark red yarn was identified as benzoxazole by IR spectrum.
  • 4 l Ot maximum weight loss rate near, stable region between 450 and 6 10 was observed.
  • the measured weight loss due to cyclization is 10.8%, which is close to 10.5% of the theoretical value. This indicates that the conversion is progressing quantitatively.
  • the decomposition start temperature was 630 (5% weight loss).
  • the obtained fiber had a specific viscosity (7? Inh ) of 7.6 and a phosphorus atom content of 12 ppm.
  • Table 1 shows the measurement results of the physical properties of the fibers before and after heat treatment. table 1 The invention's effect
  • the dope of the present invention is excellent in moldability, and can be formed into a fiber, a film, a pulp-like particle or the like by a wet method. Further, the dope of the present invention can be formed into a molded body having molecular orientation and excellent elastic modulus and heat resistance simply by molding. In addition, since the dope of the present invention uses a solvent that is less corrosive to metals, corrosion of the device due to the dope can be suppressed.
  • a fiber excellent in heat resistance, strength and elastic modulus can be manufactured.
  • an aromatic polyoxazole fiber having a low content of a phosphorus compound such as polyphosphoric acid can be produced. Further, the production method of the present invention has an advantage that the residual solvent can be removed by washing in a short time. Industrial applicability
  • the fiber obtained by spinning the dope of the present invention can be widely used in the fields of ropes, belts, insulating fabrics, thermosetting or thermoplastic resin reinforcements, and protective clothing.

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Description

明 細 書 ド一プぉよび該ドープを用いた繊維の製造方法 技術分野
本発明は, 耐熱性および力学的性質の優れたポリオキサゾールの成形体を製造 するのに有用なドープおよび該ド一プを用いた繊維の製造方法に関する。 背景技術 - Tw a r o n , K e v 1 a rに代表されるポリパラフエ二レンテレフタルアミ ド (以下、 P P T Aということがある)、 Z y 1 o nに代表されるポリパラフエ 二レンべンゾビスォキサゾール (以下、 P B Oということがある) は耐熱性、 機 械的特性の優れた繊維、 その他の成形品の原料として有用であることが知られて いる。
特許文献 1には、 ベンゾビスォキサゾ一ルとピリジン一べンゾビスォキサゾー ルの共重合体の製造についての記載がある。
特許文献 2には、 ビフエ二ルヒドロキシ基を置換基として有する芳香族ポリア ミドのアルカリ金属塩の水溶液を凝固液中に押出成形した後、 延伸してフィルム や繊維を得ることが記載されている。
(特許文献 1 ) W0 8 5 0 4 1 7 8号パンフレット
(特許文献 2 ) G B 1 1 4 2 0 7 1号公報 発明の開示
本発明の目的は、 成形性に優れ、 湿式法により、 繊維、 フィルム、 パルプ状粒 子等に成形することができるドープを提供することにある。 また本発明の目的は、 成形するだけで、 分子配向し、 弾性率および耐熱性に優れた成形体となるドープ を提供することにある。 また本発明の目的は、 金属に対する腐食性の少ない溶媒 を用い、 装置の腐食を抑えることができるドープを提供することにある。 さらに本発明の目的は、 耐熱性、 強度および弾性率に優れた繊維を製造する方 法を提供することにある。
本発明者は、 ヒドロキシル基を有する高分子量の芳香族ポリアミドを塩基性溶 媒中に高濃度に含有させると光学異方性のドープが得られることを見出した。 そ の光学異方性のドープを湿式紡糸し、 熱処理すると高度に配向し、 強度および弾 性率などの機械的特性に優れたポリォキサゾールの繊維が得られることを見出し、 本発明を完成した。
また、 ド一プを紡糸した後、 延伸し、 凝固液中で凝固させると、 凝固後に延伸 する場合に比べ機械的特性に優れた繊維が得られることを見出し、 本発明を完成 した。
即ち本発明は、 下記式 (I )
よび
Figure imgf000004_0001
からなる群より選ばれる少なくとも一種の置換基である、
で表される繰り返し単位を含み、 特有粘度が 1以上のポリアミドおよび塩基性溶 媒を含有し、 ポリアミド濃度が 1ひ重量%を超え 3 0重量%以下で、 5 0 にお いて光学異方性を示すドープである。
また本発明は、 下記式 ( I )
Figure imgf000004_0002
からなる群より選ばれる少なくとも一種の置換基である、
で表される繰り返し単位を含み、 特有粘度が 1以上のポリアミドおよび塩基性溶 媒を含有し、 ポリアミド濃度が 1 0重量%を超え 3 0重量%以下で、 5 0 にお いて光学異方性を示すドープを、.紡糸した後、 延伸し、 凝固液中で凝固させ、 得 られた繊維を 2 0 0〜9 0 0 で熱処理し、 下記式 (I一 a ) および (I— b )
Figure imgf000005_0001
からなる群より選ばれる少なくとも一種の繰り返し単位を含むポリオキサゾール からなる繊維を製造する方法である。 .
発明を実施するための最良の形態
〈ド—プ〉 本発明のドープは、 ポリアミドおよび塩基性溶媒を含有し、 ポリアミド濃度が
1 0重量%を超え 3 0重量%以下で、 5 0 において光学異方性を示す。
(ポリアミド)
ポリアミドは、 下記式 (I )
Figure imgf000005_0002
からなる群より選ばれる少なくとも一種の置換基である、 で表される繰り返し単位を含み、 特有粘度が 1以上である。
ポリアミドは、 5 0〜1 0 0モル%の式 (I ) で表される繰り返し単位、 およ び 5 0〜0モル%の下記式 (I I )
Figure imgf000005_0003
で表される繰り返し単位を含むことが好ましい。 またポリアミドは、 80〜10 0モル%の式 (I) で表される綠り返し単位、 および 20〜0モル%の式 (I I) で表される繰り返し単位を含むことが好ましい。 またポリアミドは、 90〜 100モル%の式 (I) で表される繰り返し単位、 および 10〜0モル%の式 (I I) で表される繰り返し単位を含むことが好ましい。 またポリアミドは、 9 5〜100モル%の式 (I) で表される繰り返し単位、 および 5〜0モル%の式 (I I) で表される繰り返し単位を含むことが好ましい。 .
ポリアミドの特有粘度 (W inh) は、 好ましくは 1以上、 より好ましくは 1. 5〜50、 さらに好ましくは 3〜 10である。 特有粘度は、 95重量%の濃硫 1 d 1に 0. 5 gの当該ポリアミドを溶解した溶液で 30でにおいて測定した値 である。
(溶媒)
溶媒は塩基性溶媒である。 塩基性溶媒として、 水酸化ナトリウム、 水酸化カリ ゥム、 水酸化カルシウム、 水酸化リチウム等力挙げられる。 また、. アルカリ金属、 アルカリ土類金属の水酸化物水溶液が挙げられる。 これらはそれぞれ単独で用い ても良く、 併用してもかまわない。 塩基性溶媒は好ましくは、 水酸化ナトリウム または水酸化カリウムである。 ドープの. pHは、 好ましくは 7以上、 より好まし くは 10〜: 14である。
本発明のドープは 50でにおいて光学異方性を示すことを特徴とする。 ここで 光学異方性とは、 例えば 2枚のガラス板間でドープをはさみ顕微鏡によりクロス ニコル下で光学異方性が観察される状態である。 ドープが光学異方性を示すため には、 ポリアミドが高濃度で溶解していることが必要である。 ドープにおけるポ リアミド濃度は、 10重量%を超え 30重量%以下であり、 好ましくは 12〜3 0重量%、 さらに好ましくは 15〜30重量%、 特に好ましくは 15~25重 量%である。
(ドープの調製)
本発明のドープは、 (a) 芳香族ジカルボン酸化合物、 および (b) 芳香族ジ アミンを用いて溶液重合を行い、 ポリアミドを溶液から単離した後、 これを溶媒 に溶解することにより調製することができる。
(a) 芳香族ジカルボン酸化合物として、 下記式 (A) で表される化合物が挙 げられる。
Figure imgf000007_0001
式 (A) 中、 Xは〇H、 ハロゲン原子、 または ORで表される基であり、 Rは 炭素数 6〜 20の 1価の芳香族基を表す。 芳香族基としてフエニル基などのァリ —ル基が挙げられる。
(a) 芳香族ジカルボン酸化合物として、 X = C 1のテレフタル酸クロリド 好ましい。 得られるポリアミドの性質を改良する目的でさらに上記式 (A) 以外 のジカルボン酸類を共重合することもできる。 具体的にはイソフ夕ル酸クロリド、 2, 6—ナフ夕レンジカルボン酸クロリドが挙げられる。
本発明で使用される (b) 芳香族ジァミンとしては、 下記式 (B) '
Figure imgf000007_0002
で表される芳香族ジァミン (3, 3 ' ―ジヒドロキシベンジジン)、 下記式 (C)
Figure imgf000007_0003
で表される芳香族ジァミン (1, 4ージァミノ— 2, 5—ジヒドロキシベンゼ ン)、 或いはこれらの塩酸塩、 硫酸塩、 リン酸塩が挙げられる。
なお、 得られるポリアミドの性質を改良する目的で下記のジァミンを共重合す ることもできる。 ジァミンの具体例としては P—フエ二レンジァミン、 m—フエ 二レンジァミン、 1, 4ージァミノナフ夕レン、 1, 5—ジァミノナフ夕レン、 1, 8—ジァミノナフ夕レン、 2, 6—ジァミノナフ夕レン、 2, 7—ジァミノ ナフ夕レン、 2, 5—ジァミノピリジン、 2, 6—ジァミノピリジン、 3, 5— ジァミノピリジン、 3, 3, ージアミノビフエニル、 3, 3' —ジクロ口べンジ ジン、 3, 3' —ジアミノジフエニルエーテル、 3, 4' —ジアミノジフエニル エーテル、 4, 4' ージアミノジフエニルエーテル等が挙げられる。 なかでも p 一フエ二レンジァミンが好ましい。
重合を行うのに用いる溶媒については、 特に限定はされないが上記の如き原料 モノマー (A;)、 (B)、 (C) を溶解し、 かつそれらと実質的に非反応性であり、 好ましくは特有粘度が少なくとも 1. 0以上、 より好ましくは 1. 2以上のポリ アミドを得ることが可能なものであれば如何なる溶媒も使用できる。 例えば、 N, N, Ν' , N' —テトラメチル尿素 (TMU)、 N, N—ジメチルァセトアミ ' (DMAC)、 N, N—ジェチルァセトアミド (DEAC)、 N, N—ジメチルプ ロピオンアミド (DMPR)、 N, N—ジメチルブチルアミド (NMBA)、 N, N—ジメチルイソブチルアミ ド (NM I B)、 N—メチル— 2—ピロリジノン (NMP)、 N—シクロへキシル一2—ピロリジノン (NCP)、 N—ェチルピロ リドン一 2 (NEP)、 N—メチルカプロラクタム (NMC)、 N, N—ジメチル メトキシァセトアミド、 N—ァセチルピロリジン (NARP)、 N—ァセチルビ ペリジン、 N—メチルビペリドン一 2 (NMPD), N, Ν' ージメチルェチレ ン尿素、 Ν, Ν' —ジメチルプロピレン尿素、 Ν, Ν, Ν' , N' ーテトラメチ ルマロンアミド、 Ν—ァセチルピロリドン等のアミド系溶媒、 ρ—クロルフエノ ール、 フエノール、 m—クレゾ一ル、 p—クレゾール、 2, 4—ジクロルフエノ ール等のフエノール系溶媒もしくはこれらの混合物をあげることができる。 これ らの中でも好ましい溶媒は N, N—ジメチルァセトアミ.ド (DMAC)、 N—メ チルー 2—ピロリジノン (NMP) である。
この場合、 溶解性を挙げるために重合前、 途中、 あるいは終了時に公知の無機 塩を適当量添加しても差し支えない。 このような無機塩として例えば、 塩化リチ ゥム、 塩化カルシウム等が挙げられる。
ポリアミドの製造は、 前記モノマー (A)、 (B)、 (C) を脱水した上記の溶媒 中で通常のポリアミドの溶液重合法と同様に製造する。 この際の反応温度は 8 0で以下、 好ましくは 60で以下とする。 また、 この時の濃度はモノマー濃度と して 1〜 2 0重量%程度が好ましい。
また、 本発明ではトリアルキルシリルクロライドをポリアミドの高重合度化の 目的で使用することも可能である。
また、 一般に用いられる酸クロライドとジァミンの反応においては生成する塩 化水素のごとき酸を捕捉するために脂肪族や芳香族のァミン、 第 4級アンモニゥ ム塩を併用できる。
ここで、 得られたポリアミドは、 上記重合溶媒には高濃度で溶解しないため (一般には、 数重量%程度が濃度の上限値となる)、 目的とするドープを得るた めには重合後、 ポリアミドを単離したのち、 塩基性溶媒に溶解する。 、 〈繊維の製造方法〉
本発明は、 前記ドープを、 紡糸した後、 延伸し、 凝固液中で凝固させ、 得られ た繊維を 2 0 0〜9 0 0 で熱処理し、 ポリオキサゾールからなる繊維を製造す る方法を包含する。
(紡糸)
本発明においては、 紡糸口金を通して、 ドープを押出し、 繊維を形成する。 紡 糸口金は、 金、 白金、 パラジウム、 ロジウム、 これらの合金からなる耐腐食性の ものが好ましい。
(延伸)
紡糸された繊維は、 凝固液中で凝固させる前に延伸する。 延伸は、 エアギヤッ プの部分で行うことが好ましい。 エアギヤプとは紡糸口金と凝固液との間に設け た空間のことを言う。
ドープが紡糸口金の細孔から押し出される時、 細孔でのせん断が液晶ドメイン を流れの方向に配向させる力 細孔の出口ではドープの粘弾性特性により液晶ド メインの配向が乱れる。 エアギャップの部分で延伸を行うことによりこの乱れを 回復させることができるからである。 配向の乱れは、 繊維が延伸され張力により 細くなることで容易に回復する。
延伸倍率は、 好ましくは 1 . 5〜3 0 0、 より好ましくは 2〜1 0 0、 さらに 好ましくは 3〜3 0倍である。 延伸倍率は、 口金からのドープの吐出速度と凝固 糸の巻き取り速度の比から算出される。
(凝固)
延伸により細くなつた繊維は高配向した分子構造を保ったまま凝固液中で凝固 する。 その結果、 高結晶性で、 高配向性の繊維を得ることができる。
凝固液は、 硫酸若しくは塩酸の水溶液、 塩化アンモニゥムの水溶液またはァセ トンであることが好ましい。 凝固液の温度は、 好ましくは一 30〜15 Ot:、 よ り好ましくは 0〜100°C、 さらには 5〜50でである。
その後、 洗浄、 中和、 洗浄、 乾燥を行うことが好ましい。
(熱処理)
本発明においては、 さらに得られた繊維を 200〜900°Cで熱処理する。 熱 処理温度は、 好ましくは 250〜700で、 より好ましくは 300〜550でで ある。 熱処理は、 空気中、 窒素、 アルゴンといった不活性雰囲気下で行うことが できる。
熱処理することにより式 (I) において A r 1に置換している—〇H基とアミ ド結合との間で環化反応が起こり、 式 (I一 a)、 式 (I一 b) または式 (I一 a) および (I—b) の繰り返し単位を有するポリオキサゾールが得られる。 さらに、 熱処理を張力下で行うことが好ましい。 熱処理時に加える張力は、 熱 処理前の繊維の破断強度の好ましくは 0. 1〜8.0%、 より好ましくは 1〜3 0%である。 熱処理の時間は、 好ましくは 0. 01〜1, 800秒、 より好まし くは 0. 1〜600秒、 さらに好ましくは 1〜300秒である。
本発明方法により得られる繊維は、 下記式 (I一 a) および (I一 b)
)
Figure imgf000010_0001
からなる群から選ばれる少なくとも一種の繰り返し単位を含むポリオキサゾール からなる。 ポリオキサゾ一ルは、 50〜; 100モル%の式 (I一 a) および (I— b) か らなる群から選ばれる少なくとも一種の繰り返し単位、 および 50〜0モル%の 下記式 (I I)
Figure imgf000011_0001
で表される繰り返し単位を含むことが好ましい。
またポリオキサゾールは、 80〜: 100モル%の式 (Iー 3) ぉょび (1ー b) からなる群から選ばれる少なくとも一種の繰り返し単位、 および 2ひ〜 0モ ル%の式 (I I) の繰り返し単位を含むことが好ましい。 またポリオキサゾ一ル は、 90〜100モル%の式 (I一 a) および (I一 b) からなる群から選ばれ る少なくとも一種の繰り返し単位、 および 10〜0モル%の式 (I I) の繰り返 し単位を含むことが好ましい。 またポリオキサゾ一ルは、 95〜100モル%の 式 (I一 a) および (I一 b) からなる群から選ばれる少なくとも一種の繰り返 し単位、 および 5〜0モル%の式 (I I) の繰り返し単位を含むことが好ましい。 (繊維の物性)
本発明で得られる繊維を構成するポリアゾールの特有粘度 (7? i n h) は、 好ま しくは 1. 5〜; 100、 より好ましくは 2. 0〜50、 さらに好ましくは 3. 0 〜40である。 特有粘度 ( inh) は、 メタンスルホン酸を用いてポリマー濃度 0. O S gZl O OmLで 30でにおいて測定した値である。
本発明で得られる繊維中のリン原子の含有量は好ましくは 30 p pm以下、 よ り好ましくは 0〜20 p pm、 さらに好ましくは 0〜: I 0 p pmである。
本発明で得られる繊維の弾性率は, l OGpa以上、 好ましくは 30〜500 Gpa、 より好ましくは 70〜350 Gp aである。
本発明で得られる繊維の繊度は、 好ましくは 0. 01〜100d t e x、 より 好ましくは 0. 1~10 d t e X、 さらには 0. 5〜5 d t exである。
本発明で得られる繊維の強度は、 好ましくは 100〜: I 0, O O OmNZt e x、 より好ましくは 300〜5, 00 OmN/t e x さらに好ましくは 500 〜4, 00 OmNZ t e Xである。 本発明で得られる繊維の破断伸度は、 好ましくは 0. :!〜 30%、 より好まし くは 0. 5〜: 10%、 さらに好ましくは 1. 0〜8%である。
本発明で得られるポリオキサゾールからなる繊維は下記式 (ΠΙ)
Figure imgf000012_0001
式中 ( ま X線回折測定における方位角、 Iは X線の回折強度である、 にて求められる配向係数 Fが 0. 3以上であることが好ましい。 配向係数 Fはさ らに好ましくは 0. 5以上、 より好ましくは 0. 8以上である。 配向係数 Fの値 は高ければ高いほど弾性率の高い繊維どなり好ましい。 完全配向した場合の理論 上の配向係数 Fの上限値は 1. 0である。 実施例
以下に実施例を示し、 本発明を更に具体的に説明する力 本発明はこれら実施 例の記載に限定されるものではない。 実施例中の物性値は以下の方法で測定した。
(1) 特有粘度 (r? iIlh)
ポリアミドの特有粘度は、 95重量%の濃硫酸を用いてポリマー濃度 0. 5 g Zd 1で 30でにおいて測定した。 ポリアゾールめ特有粘度はメタンスルホン酸 を用いてポリマー濃度 0. 03 gZl 00mLで 30でにおいて測定した。
(2) 強度、 破断伸度、 弾性率
オリエンテック株式会社製テンシロン万能試験機 1225Aにて単繊維を引つ 張り速度 1 OmmZm i nで引っ張り測定した。
(3) リン原子の含有量
試料を還流冷却付き湿式分解容器に採り、 濃硫酸を添加後加熱しながら、 試料 が飛散しないように徐々に硝酸を滴下して有機物を完全に分解した。 放冷後、 純 水を加え白色透明ガラス容器に定容して、 I C P発光分析法によりリン原子を定 量した。 (4) X線回折測定
X線発生装置 (理学電機社製 RU— B型) はターゲット CuKa線、 電圧 45 kV、 電流 70mAの条件にて測定した。 入射 X線はォスミック社製多層膜ミラ 一により集光及び単色化して、 試料の断面を垂直透過法で測定した。 回折 X線の 検出は大きさ 20 OmmX 250mmのイメージングプレート (富士写真フィ ルム製) を用い、 カメラ長 25 Ommの条件で測定した。
実施例 1
(ポリアミド製造)
塩化カルシウム 30重量部を ¾素気流下、 フラスコ内で 250 にて 1時間乾 燥させ、 フラスコ内の温度を室温に戻した後、 N—メチル _ 2—ピロリジノン (NMP) 562重量部を加えた。 4, 4 ' —ジアミノー 3, 3 ' —ビフエニル ジオール 18. 75重量部を加え溶解させた。 この溶液を外部冷却により 0 に 保ち、 テレフタル酸クロリド 17. 6037重量部添加し、 0でで 1時間、 5 0°Cで 2時間反応せしめ、 水酸化カルシウム 12. 84重量部を加え反応を終了 した。
反応終了後、 大量のイオン交換水中に投入しポリアミドを析出させた。 得られ たポリアミドを濾別し、 更にエタノール、 アセトンで洗浄後、 真空乾燥した。 ポ リアミドの特有粘度 (7? i nh) は 5. 73であった。
(ドープの調製)
得られたポリアミド 6 gをステンレス鋼製の機械的攪拌機を備えた乾燥した丸 底フラスコに投入した。 フラスコを、 真空で 30分間 100でまで加熱し、 残留 する水分を除去した。 フラスコを室温 (略 25で) まで冷却した後、 348の1 Nの NaOH水溶液を添加し、 攪拌した。 この温度で数時間保持し、 一定時間ご とにこの溶液を光学顕微鏡でチェックし、 溶解の状況をモニタ一した。 95%の ポリアミド粒子が溶解したときの、 当該溶液は 50°Cまで加熱されていた。 40 分間攪拌して、 均一で粘稠なドープを得た。 得られたドープを顕微鏡によりクロ スニコル下で観察すると 50でで光学異方性が観察された。 ドープが光学等方性 になる温度 Tn iは、 溶媒の沸点よりも高いため検出できなかった。 実施例 2
(紡糸)
実施例 1で得られたドープをシリンダーに移し、 減圧し脱気しながら 70°Cに 加熱した。 ド一プを機械駆動のシリンジを用いて、 100ミクロンの直径のホー ルを持つ薄い金属の紡糸口金から吐出した。
(延伸)
吐出された繊維は、 紡糸口金から凝固浴までの間に設けられた 1. 0 cmのェ ァギャップを通過する間に、 2倍延伸されるようにし、 凝固浴を経由して電気駆 動の巻き上げ機に巻き取った。
(凝固)
凝固液として 1. 5規定塩酸からなる溶液を用いた。 凝固液は 25°Cに設定し た。 凝固液を 30 cm通過した後、 糸を水から 45度の角度で引き揚げて、 前述 の電気駆動の巻き上げ機に巻き取った。 繊維をステンレス鋼製のボビンに 20m ノ分で巻き取って、 ポビン上で室温の水で 1時間洗浄し、 80での熱風乾燥機で 乾燥させ繊維を得た。
(熱処理)
得られたポリ一 P—ジヒドロキシ—ビフエ二レンテレフタルアミド糸を剛直な 金属枠に捲き、 450 で 10分間加熱した。 暗赤色の糸の化学構造は、 I Rス ぺクトルでベンゾォキサゾールであることが同定された。 紡糸前駆体繊維の TG A分析 (昇温速度 10°C/分、 窒素雰囲気下で測定。) においては、 4 l Ot:近 傍で最大減量速度が、 450と 6 10での間で安定領域が観測された。 測定され た環化による減量は 10. 8%であり、 この値は理論値の 10. 5%に近い。 こ れは、 転換が定量的に進行していることを示している。 分解開始温度は 630で であった (5%減量)。 得られた繊維の特有粘度 (7? i n h) は 7. 6、 リン原子 の含有量は 12 p pmであった。 表 1に熱処理前の繊維および熱処理後の繊維の 物性の測定結果を示す。 表 1
Figure imgf000015_0001
発明の効果
本発明のドープは、 成形性に優れ、 湿式法により繊維、 フィルム、 パルプ状粒 子等に成形することができる。 また本発明のドープは、 成形するだけで、 分子配 向した、 弾性率、 耐熱性に優れた成形体となる。 また本発明のドープは、 金属に 対する腐食性の少ない溶媒を用いているので、 ドープによる装置の腐食を抑える ことができる。
本発明の繊維の製造方法によれば、 耐熱性、 強度および弾性率に優れた繊維を 製造することができる。
また本発明の製造方法によれば、 ポリリン酸のようなリン化合物の含有量の少 ない芳香族ポリォキサゾール繊維を製造することができる。 また本発明の製造方 法は、 短時間の水洗で残存溶媒を除去できる利点がある。 産業上の利用可能性
本発明のドープを紡糸して得られた繊維は、 ロープ、 ベルト、 絶縁布、 熱硬化 性または熱可塑性樹脂の補強材、 さらには防護衣料等の分野に広く使用すること ができる。

Claims

下記式 ( I )
Figure imgf000016_0001
力、らなる群より選ばれる少なくとも一種の置換基である、 で表される繰り返し単位を含み、 特有粘度が 1以上のポリアミドおよび塩基性溶 媒を含有し、 ポリアミド濃度が 10重量%を超え 30重量%以下で、 50でにお いて光学異方性を示すドープ。
10 塩基性溶媒が、 水酸化ナトリゥムまたは水酸化力リゥムである請求項 1記 ープ。
3. ポリアミドが、 50〜: I 00モル%の下記式 (I)
Figure imgf000016_0002
からなる群より選ばれる少なくとも一種の置換基である、 で表される繰り返し単位、 および 50 0モル%の下記式 (I I)
(I D
Figure imgf000016_0003
20 で表される繰り返し単位を含む請求項 1記載のドープ,
4. ポリケ ドが、 δ o〜: i α ¾)ι¾ 'の ¾ .( r)で表される繰り返し単位、 および 2ひ〜 0モル%の式 (I I) で表される繰り返し単位を含む請求項 3記載 のドープ。
5. ポリアミドが、 90〜100モル%の式 (I) で表される繰り返し単位、 および 10〜0モル%の式 (I I) で表される繰り返し単位を含む請求項 3記載 のド一プ。
6. 下記式 (I)
Figure imgf000017_0001
力、らなる群より選ばれる少なくとも一種の置換基である、
で表される繰り返し単位を含み、 特有粘度が 1以上のポリアミドおよび塩基性溶 媒を含有し、 ポリアミド濃度が 10重量%を超え 30重量%以下で、 50でにお いて光学異方性を示すド一プを、 紡糸した後、 延伸し、 凝固液中で凝固させ、 得 られた繊維を 200〜900 で熱処理し、 下記式 (I _a) および (I— b)
Figure imgf000017_0002
からなる群より選ばれる少なくとも一種の繰り返し単位を含むポリォキサゾール からなる繊維を製造する方法。
7. ドープ中のポリアミドが、 50〜100モル%の式 (I) で表される繰り 返し単位、 および 50〜Ό 'モル%の下記式 (I I)
Figure imgf000018_0001
で表される繰り返し単位を含む請求項 6記載の方法。
8. ドープ中のポリアミドが、 80〜100モル%の式 (I) で表される繰り 返し単位、 および 20〜0モル%の式 (I I) で表される繰り返し単位を含む請 求項 7記載の方法。
9. ドープ中のポリアミドが、 90〜100モル%の式 ( I ) で表される繰り 返し単位、 および 10〜0モル%の式 (I I) で表される繰り返し単位を含む請 求項 7記載の方法。
10. 凝固液が、 硫酸若しくは塩酸の水溶液、 塩化アンモニゥムの水溶液また はアセトンである請求項 6記載の方法。
11.. 熱処理を張力下で行う請求項 6記載の方法。
12. ポリオキサゾールが、 50〜: L 00モル%の式 (I一 a) および (I— b) からなる群から選ばれる少なくとも一種の繰り返し単位、 および 50〜0モ ル%の下記式 (I I)
Figure imgf000018_0002
で表される繰り返し単位を含む請求項 6記載の方法。
13. ポリオキサゾールが、 80〜: I 00モル%の式 ( I一 a) および ( I一 b) からなる群から選ばれる少なくとも一種の繰り返し単位、 および 20〜0モ ル%の式 (I I) で表される繰り返し単位を含む請求項 12記載の方法。
14. ポリオキサゾールが、 9.0〜100モル%の式 (I _a) および (I一 b) からなる群から選ばれる少なくとも一種の繰り返し単位、 および 10〜0モ ル%の式 (I I) で表される繰り返し単位を含む請求項 12記載の方法。
15. 得られる繊維のリン原子の含有量が 30 ppm以下である請求項 6に記 載の方法。
16. 得られる繊維の弾性率が 1 OGp a以上である請求項 6に記載の方法。 _
17. 得られる繊維について、 下記式 (III)
Figure imgf000019_0001
=3く cos 〉 - 1 (III)
2
式中 < ま X線回折測定における方位角、 Iは X線の回折強度である、 にて求められる配向係数 Fが 0. 3以上である請求項 6に記載の方法。
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