優れた特性を有するポリアミドの糸、繊維、または、フィラメント
本願発明は、ナノ粒子が分散したポリアミドの糸、繊維、または、フィラメント、それらの製造方法、およびそれらの使用に関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械的特性、特に伸び、および、圧壊強度（横方向の耐力）が改善された、特にポリアミドに基づいたフィラメント、繊維、または、糸の合成に関する。
【０００２】
本発明は、また、フィラメントの紡績と、様々な分野、特に、濾過、加圧または脱水を含んだ方法へのフィラメント、繊維、または、糸の使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
優れた機械的特性を有するポリアミド繊維は、すでに広く知られている。特に、国際公開第９９／６００５７号パンフレットに、分散したケイ酸ナノ粒子を離層させるポリアミドを基礎としたマトリックスが開示されている。同様に、国際公開第０１／１２６７８号パンフレットに、分離したケイ酸を含むポリアミドの生成の方法について記述されている。
【０００４】
特許第２７１６８１０号公報によると、ケイ酸０．０５〜３０重量％を含むフィラメント用ポリアミドは、例えば複層のクレイは、強靭性、伸び、強度、延伸など、機械的特性が優れている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ここにさらに優れた機械的特性を有したフィラメント、繊維、または、糸が必要となる。
【０００６】
したがって、本発明の最初の目的は、高い破断伸びを有するポリアミドフィラメント、 繊維、または、糸を供給することである。
【０００７】
本発明の２つめの目的は、高い伸びと、高い横方向の耐力を有したポリアミドフィラメント、繊維、または、糸である。
【０００８】
本発明の別の目的としては、本発明の２つめの目的は、高い伸びと、高い横方向の耐力を有し、ナノ粒子の量が比較的少量のみ含まれているポリアミドフィラメント、繊維、または、糸である。
【０００９】
本発明の別の目的としては、本発明の２つめの目的は、高い伸びと、高い横方向の耐力を有し、ナノ粒子の量が比較的少量のみ含まれており、伸びを得るために既知のものより高い強度を有するポリアミドフィラメント、繊維、または、糸である。
【００１０】
さらに、他の目的は以下の明細書中の記述により明白である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の実施形態によると、本発明は、０．０１重量％〜５重量％、好ましくは０．０２重量％〜３重量％、より好ましくは０．０５重量％〜２重量％のナノ粒子が分散したポリアミドマトリックスを含み、横方向の耐力が４０〜１５０ＭＰａ、好ましくは４５〜９５ＭＰａであり、相対湿度５０％、２３℃で、破断伸びが２０％〜１４０％、好ましくは４０％〜１００％であるフィラメント、繊維、または、糸に関するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の糸、繊維、または、フィラメントを製造するポリアミドマトリックスは、既存のポリアミドのあらゆるものを含んでも良いが、特に、織物製物品、糸、または、繊維など分野で高性能物品に通常使用されるポリアミドを含む。
【００１３】
本発明はこれに限定されるものではないが、糸、繊維、または、フィラメントのマトリックスはポリアミド、または、コポリアミド、またはポリアミドのブレンドであり、平均分子量は、２５０００ｇ／ｍｏｌ〜１０００００ｇ／ｍｏｌ、好ましくは３００００ｇ／ｍｏｌ〜９００００ｇ／ｍｏｌ、さらに好ましくは、４００００ｇ／ｍｏｌ〜８５０００ｇ／ｍｏｌである。
【００１４】
本発明を制限するわけではないが、本発明で使用されるポリアミドの例としては、ナイロン６，６、ナイロン６、ナイロン６／６，６共重合体、ポリアミド６Ｔ、Ａｍｏｄｅｌ（登録商標）（Ａｍｏｃｏ社製）、ＨＴＮ（登録商標）（ＤｕＰｏｎｔ社製）などの半芳香族ポリアミド、およびナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン４−６などのその他のポリアミド、ならびにそれらをあらゆる割合で混合したブレンドなどが挙げられる。
【００１５】
ポリアミドは、スターポリアミド（ロディア製のブレンド名Ｔｅｃｈｎｙｌｓｔａｒ（登録商標））などの直鎖、または、枝分かれ構造を有していて良い。
【００１６】
本発明においては、ポリアミドは、ナイロン６，６、ナイロン６、ナイロン６／６，６共重合体およびそれらの２つか、３つ以上をあらゆる割合で混合したブレンドであることが好ましい。
【００１７】
本発明の糸、繊維、または、フィラメントは、本明細書で後に述べるように、組成物を満たした溶解紡績により得ることができる。
【００１８】
さらには、糸、繊維、または、フィラメントの製造の分野での、あらゆる既知のステップを利用しても良い。例えば、（熱硬化性の）糸、繊維、または、フィラメントの寸法安定化、または、糸、繊維、または、フィラメントをスタッフィング（圧接）ボックス通してバルクを与えることなどである。また、糸、繊維、または、フィラメントの製造のためのあらゆる方法も、また、好適に使用できる。
【００１９】
本発明で使用することができる糸、繊維、または、フィラメントの断面は、円形、平ら、ノコギリ状、縦溝彫り(fluted)であって良く、豆状の形状、多葉性、特に三葉性、五葉性の形状、Ｘの形状、テープ状、へこみ、四角、三角、楕円の形状、またはその他の形状であって良い。
【００２０】
しかしながら、これらの断面の形は、本発明にとって重要な特徴でない。糸、繊維、または、フィラメントの製造の方法の結果得られる断面であれば、どのようなものであっても良い。同様に、本発明に使用される糸、繊維、または、フィラメントは一定の直径、および／または、一定の断面を有していて良く、また、様々な直径、および／または、断面を有していても良い。
【００２１】
最終的には、表現「本発明の糸、繊維、または、フィラメント」は、少なくとも一つの上記のポリアミドを構成要素として含んだ多成分の糸、繊維、または、フィラメント（例えば、“コアシェル(core-shell)”タイプ）を例とする一般的な紡績物品を意味すると理解すべきである。
【００２２】
用語「糸」は、モノフィラメント、連続的なマルチフィラメントの糸、または、ステープル繊維糸であると理解して良く、単繊維またはいくつかのタイプの繊維を混合したものから得られる。連続的な糸は、また、いくつかのマルチフィラメントの糸を集合させて得られる。用語「繊維」は、フィラメント、または、削られたフィラメント、分解フィラメント、もしくは、転換フィラメントの集合体である。
【００２３】
一般に、本発明の糸、繊維、または、フィラメントは、線密度(strand linear density)により定義できる。一般には、１．９decitexより大きく、（例えば、１．９ｇ／１００００ｍより大きい）、１３０decitex(dtex)未満であり、好ましくは１００ｄｔｅｘ未満である。好ましくは糸、繊維、または、フィラメントの線密度は、好ましくは１．９〜１００ｄｔｅｘで、より好ましくは１．９〜６６ｄｔｅｘである。
【００２４】
用語「ナノ粒子」は、本発明の範囲においては、アスペクト比が３以上で、４〜１０００、より好ましくは５〜５００であるフィラーを意味する。本発明においては、ナノ粒子の大きさは１ナノから２０または３０ナノメータの範囲にある。ナノ粒子は、各々独立していても良いし、塊になっていても良い。
【００２５】
本発明の好ましい実施形態例によると、ポリアミドマトリックス中に分散しているナノ粒子は、４〜１０００のアスペクト比を有しており、粒子の最小寸法は１００ｎｍ以下であり、より好ましくは７５ｎｍ以下、さらには５０ｎｍ以下である方が有利である。
【００２６】
粒子の最小寸法の最小値は、重要ではない。しかしながら、粒子の最小寸法の最小値が１ｎｍ以下になるのは好ましくない。
【００２７】
本発明の糸、繊維、または、フィラメント中には、ナノ粒子は、０．０１重量％〜５重量％、好ましくは０．０２重量％〜３重量％、より好ましくは０．０５重量％〜２重量％存在する。
【００２８】
本発明においては、好適なナノ粒子は、好ましくは層状の既知の補強フィラーであり、一般に、糸、繊維、または、フィラメントの補強に使用されるフィラーから選択されると良い。
【００２９】
特に、本発明においては、層状の形状を有しているあらゆる鉱物化合物の粒子を使用することができ、特に、チタン、セリウム、シリコン、ジルコニウム、カドミウムおよび亜鉛などの金属または非金属の酸化物、硫化物、リン酸塩であって良く、好ましくはリン酸ジルコニウムである。
【００３０】
この鉱物化合物の粒子は「インターカレート」形状を有していても良い。この形状は、少なくとも一つの鉱物または／および有機インターカレーション試薬の反応によるものである。
【００３１】
上記に挙げた種々の粒子やフィラーの混合はあらゆる比率で行って良い。
【００３２】
例として、前記粒子は鉱物粒子である場合、特にクレイ、スメクタイトクレイ、膨張スメクタイトクレイを含んだ雲母タイプのフィロケイ酸を挙げられる。また、これらのクレイには、特に以下のものを含む、
・種々の中間層に含まれるジ八面体スメクタイトクレイであり、ジ八面体スメクタイトクレイとしては、モンモリロナイト（アスカナイト(askanite)、コンフォレンサイト(confolensite)、エリナイト(erinite)、ガラペサイト(galapectite)、マルサイト(malthacite)）と他の鉱物でマイナーな置換があったモンモリロナイトの類似物）、バイデライト（クロメバイデライト(chromebeidellite)、フェロバイデライト(ferribeidellite)、フェロモンモリロナイト(ferromontmorillonite)、グラセライト(glaserite)、ノントロナイト(nontronite)、プロトロナイト(protonontronite)、ボルコンスコアイト(volkonskoite)、他の一般名バイデライトを有している類似のクレイ、および特に、網羅的ではないが、アマルゴサイト(amargosite)、クロサイト(cloisite)、ベントナイト(bentonite)、オテライト(otaylite)などこれらの鉱物名を形成するに対応するクレイが含まれる。
・種々の中間層に含まれるトリ八面体スメクタイトクレイであり、トリ八面体スメクタイトクレイとしては、スティーブンサイト(stevensite)（ガースライト(ghassoulite)を含む）、ヘクトライト(hectorite)（対応する合成クレイすなわちラポナイト(laponite)も含む）、サポナイト(saponite)(サポナイト(bowlingite)、ソーコナイト(sauconite)、グリッフィサイト(griffithite)を含み、これらに対応する構造にマイナーな置換のこれらの類似物、すなわちフェロサポナイト(ferrisaponites)、レンベルガイト(lembergites)、および、他のカルデナイト）、バーミキュライト（バタバイト、および、カルサジート(culsageeite)、ケライト(kerrite)、レニライト(lennilite)、ハライト(hallite)、フィラデファイト(philadelphite)、バーライト(vaalite)、モコナイト(maconite)などの他のバーミキュライトファミリーを含む）また、最終的には、これらの鉱物名を形成するに対応するクレイが含まれる。
【００３３】
また、イライト(illite)、セピオライト(sepiollite)、アタパルジャイト(palygorskite)、白雲母(muscovite)、レクトライト(allevardite)、アメサイト(amesites)、タルク(talc)、フロロヘクトライト(fluorohectorites)、スティーブンサイト(stevensite)、雲母、フロロ雲母、バーミキュライト、フロロバーミキュライト、ハロイサイトからなる。
【００３４】
これらのクレイは、全て、お互いより広いまたは狭い範囲で積層した層状粒子の塊を含む原材料を有する。
【００３５】
好ましくはナノ粒子は、お互いがシートとして積層し、タクトイド(tactoid)と呼ばれる密な積層を形成する、層状粒子である。これらのタクトイドはインターカレートされていても、されてなくても良く、また、さらには当業者にとって既知の技術を使用して、任意に、部分的に、または、完全に、剥離（または膨張）されていても良い。既知の技術としては、特に、例えば水酸化ナトリウムなどの無機塩基、ヘキサメチレンジアミン、カプロラクタムなどの有機塩基のような無機または有機膨張剤を使用するものが挙げられる。
【００３６】
本発明の一実施例によれば、ナノ粒子はリン酸ジルコニウム粒子であり、単独か、上記に挙げた他のフィラーと化合していても良い。リン酸ジルコニウムは、種々の結晶構造を有し、特に、「α」タイプと、「γ」タイプがあり、今後、本出願中では、それぞれ、「α−ＺｒＰ」および「γ−ＺｒＰ」と示す。本発明においては、リン酸ジルコニウムについてその種々の結晶構造を使用することができ、例えば、国際公開第０３／０７０８１８号パンフレット、および、国際公開第０４／０９６９０３号パンフレットに示されており、ここでは、これらを取り入れている。
【００３７】
リン酸ジルコニウムの「α」結晶構造は、インターカレートされていなくても良く、好ましくは国際公開第０２／１６２６４号パンフレットに示されている例のように、インターカレートされていれば良く、その内容をここで取り込むことは、特に、より好ましい。
【００３８】
より良い実施例によると、本発明の糸、繊維、または、フィラメントは、リン酸ジルコニウムのナノ粒子が０．０１重量％〜１重量％、好ましくは０．０１重量％〜０．５重量％分散しているポリアミドマトリックスを含み、好ましくは国際公開第０２／１６２６４号パンフレットに示されているように、α結晶構造「α−ＺｒＰ」を形成していれば良い。
【００３９】
本発明の糸、繊維、または、フィラメントの紡績物品は、非常に優れた機械的特性を有し、また、特に横方向の耐力は４０ＭＰａを超え、極めて優れている。残りの本明細書中に、本発明の例として示される、用語「横方向の耐力」は、横圧縮力を意味する。
【００４０】
さらに、本発明の糸、繊維、または、フィラメントは、高い強靭性を有し、一般的には、３０〜８５ｃＮ／ｔｅｘであり、好ましくは３５〜７５ｃＮ／ｔｅｘである。
【００４１】
上記に示した糸、繊維、または、フィラメントの注目すべき特性は、本発明の一方の目的である特に下記に示す紡績方法により得られるものである。
【００４２】
ここで、本発明は、組成物を溶融紡糸することで糸、繊維、または、フィラメントを生成する方法に関するものであり、前記組成物は、０．０１重量％〜５重量％、好ましくは０．０２重量％〜３重量％、より好ましくは０．０５重量％〜２重量％のナノ粒子が分散したポリアミドマトリックスを少なくとも一つ含み、巻き取り速度／押出成形速度の比が、２０〜３００、好ましくは３０〜２００、より好ましくは４０〜１８０、例えば、５０〜９０であることを特徴とする方法である。
【００４３】
ポリアミドとしては、本明細書中に示したポリアミドを使用すればよい。ナノ粒子も同様に、上記に示したナノ粒子を使用すれば良い。ナノ粒子は、重合反応の媒体、すなわち重合反応前のモノマー中に導入することで、もしくは、マスターバッチなどで溶融している重合体中に導入することで、マトリックス中に取り込まれていれば良い。
【００４４】
「組成物を溶融紡糸すること」という表現は、ポリマー組成物を溶融紡糸する従来技術に対応し、ここで、ナノ粒子を含んだポリアミドマトリックスを溶融し、糸、繊維、または、フィラメントを形成するために、制御された押出成形速度で紡糸口金を通して、押出成形する。紡糸口金から吐出されるとき、糸、繊維、または、フィラメントは、従来技術により（空気または水）、可能な限り冷却され、いわゆる巻き取り速度で巻き取りロールに巻き取られる。
【００４５】
巻き取り速度は、一般に、１５０ｍ／分〜２０００ｍ／分であり、好ましくは２００ｍ／分〜１５００ｍ／分である。また、押出成形速度は、一般に、５ｍ／分〜２５ｍ／分である。
【００４６】
本発明の方法を実施するための一つの方法によると、押出成形速度は、５ｍ／分〜２５ｍ／分であり、巻き取り速度は３００ｍ／分〜１５００ｍ／分であり、また、巻き取り速度／押出成形速度の比は上記に規定した通りである。
【００４７】
本発明は、これに限定されるわけではないが、本発明の方法は、押出成形速度が１０、１２、又は１５ｍ／分であるのに対して、巻き取り速度が８００ｍ／分であると良い。
【００４８】
一般に、糸、繊維、または、フィラメントは熱せられるか、冷却されて、さらに延伸比３または５まで延伸される。
【００４９】
糸、繊維、または、フィラメントの紡績製品は、マットリックスの重合反応の直後に、溶融状態で、一般的な紡績技術を使用して製造される。また、組成物を含んだ顆粒からも、製造しても良い。
【００５０】
本発明の紡績製品は連続的な紡績のステップを経て、処理が実行されることで、得ることができる。すなわち、延伸、織り、捲縮、加温、撚り、染色、大きさをそろえる、削る、などを行うことができる。これらの補足的な操作は、紡績の後、連続的に、もしくは、まとめて一気に、行っても良いし、また、バッチ工程として行っても良い。紡績の後のこれらの操作により、効果が制限されることはない。
【００５１】
上記に示した本発明方法で得られ、上記に定義した性質を有する糸、繊維、または、フィラメントの紡績製品は、その優れた物理的性質のおかげで、非常に多くの分野で利用することができる。
【００５２】
本発明の、糸、繊維、または、フィラメントの紡績製品は優れた物理的性質を有しており、また、含まれている補強フィラーの量が少ないため、特に横方向の耐力について優れている。
【００５３】
本発明は、また、上記の糸、繊維、または、フィラメントを含んだ物品に関するものである。本発明の糸、繊維、または、フィラメントは織物、編物、不織布中で使用されると良い。
【００５４】
本発明の糸、繊維、または、フィラメント、紡績物品は、多くの応用が考えられる。例えば、濾過、押圧およびスクリーン印刷の分野だけでなく、カーペット、ラグ、マットなどの製品にも使用することができる。本発明の繊維は、製紙機械のためのフェルトの製造、特に製紙産業で使用される製紙機械フェルトのための不織布に好適である。
【００５５】
本発明の糸、繊維、または、フィラメントは、じゅうたん織糸としても、また使用することができる。また、本発明の糸、繊維、または、フィラメントは、特にモノフィラメントは、スクリーン印刷の分野においてファブリックを得るために、プリント転写のために、また、濾過の分野のためにも、使用することができる。
【００５６】
また、本発明の糸、繊維、または、フィラメントは、特にマルチフィラメントは、ロープの製造、特にクライミング用のロープの製造、また、ベルトの製造、特にベルトコンベア用のベルトの製造にも、また、使用することができる。
【００５７】
最終的に、本発明の糸は、ネット、特にフィッシングネットの製造などに利用される。
【００５８】
最終的に、本発明の詳細と利点は、以下の実施例によりより明白になる。以下の実施例は本発明を限定するものではない。
【実施例】
【００５９】
実施例１：α−ＺｒＰナノ粒子の生成
国際公開第０２／１６２６４号パンフレットの実施例４で生成された、ＺｒＯ2の濃度が２．１ｍｏｌ／ｌであるジルコニウムオキシクロライド（３２．８％ ＺｒＯ2が含まれる粉末状態）の水溶液から得られるα−ＺｒＰリン酸ジルコニウムを使用した。
【００６０】
５０ｍｌの塩酸（Ｐｒｏｌａｂｏ（登録商標）３６％、ｄ＝１．１９）、５０ｍｌのリン酸（Ｐｒｏｌａｂｏ（登録商標）８５％、ｄ＝１．６９５）、および、１５０ｍｌの脱イオン水を、撹拌しながら１リットルの反応容器に入れた。ブレンドを撹拌した後、１４０ｍｌの２．１Ｍ水性ジルコニウムオキシクロライドを、５．７ｍｌ／分の割合で、連続的に添加した。ジルコニウムオキシクロライド溶液を全て添加した後、撹拌を１時間、継続した。
【００６１】
母液を除去した後、１２００ｍｌのリン酸（２０ｇ／Ｌ Ｈ3ＰＯ4）と共に、４５００ｒｐｍで遠心分離することで、導電率（上澄）６．５ｍＳとなるまで、沈殿を洗浄した。リン酸ジルコニウムを基本とした沈殿が得られた。
【００６２】
その沈殿を、１リットルの１０Ｍ水性リン酸溶液に分散させた。得られた分散液を２リットルの反応容器に移し、１１５℃に熱した。この温度を５時間保持した。
【００６３】
得られた分散液を、脱イオン水と遠心分離することで、導電率（上澄）１ｍＳ未満となるまで、沈殿を洗浄した。固体の内容物が２０％近くになるように、遠心分離で得られた固体を細分散させた。分散液のｐＨは１〜２であった。
【００６４】
リン酸ジルコニウムを基礎とした層状構造（透過電子顕微鏡法（ＴＥＭ）により分析）を有した結晶性物質の分散液が得られた。その層状構造は、六方晶系であり、２００〜５００ｎｍの寸法であった。粒子は、平行板の積み重ねから構成され、積み重ねの垂直方向の厚さは約２００ｎｍであった。
【００６５】
ＸＲＤ（Ｘ線回折）分析により、Ｚｒ（ＨＰＯ4）2 １Ｈ2Ｏ結晶相の存在が確認され、固体量は１８．９重量％であり、ｐＨは１．８、導電率は８ｍＳであった。
【００６６】
粒子は、ＨＭＤ（ヘキサメチレンジアミン）の添加により中和した。この分散液に７０％水性ＨＭＤ溶液を、ｐＨが５となるまで、添加した。その後、Ultraturax（登録商標）ホモジナイザで、得られた分散液をホモジナイズした。最終的な固体量は、脱イオン水によって調整した（固体量１５重量％）。
【００６７】
実施例２：ヘキサメチレンジアミン処理したα−ＺｒＰリン酸ジルコニウムを基礎としたナノ粒子を含有したポリアミド組成物
実施例１で得られたα−ＺｒＰ粒子の水性分散液を重合反応の媒体に投入し、一般的な方法でカプロラクタムからナイロン−６を合成した。導入したリン酸ジルコニウムを基礎とした化合物の割合は２重量％であった。また、ナノ粒子を含んでいないポリマーも合成した（比較例）。
【００６８】
重合反応の後、ポリマーを顆粒状にした。残留カプロラクタムを除去するために、これらを洗浄した。洗浄のために、顆粒を９０℃で、２、３時間過剰の水に浸した。その顆粒を低圧下（＜０．５ｍｂａｒ）で、１６時間、１１０℃で乾燥させた。
【００６９】
張力テストは、３０日間、２３℃、相対湿度５０％で、押し出しロッドで行った。ロッドの直径は、０．５ｍｍ〜１ｍｍであった。ＩＮＳＴＲＯＮ（登録商標）１１８５張力テストマシンを１００Ｎのロードセル(100N load cell)で、５０ｍｍ／分の引っぱり速度で使用した。相対的なひずみの応力(nominal stress)（Palmer直径測定により測定される断面積当たりの力の割合）を測定した。その結果を表１に示す。
【表１】
【００７０】
ポリアミドを基礎とした組成物は、鉱物を含まないものより、破断伸びが大きく、またその係数も改善された。
【００７１】
上記で得られた組成物は、ナイロン−６を含み、２％のリン酸ジルコニウムを基礎とした化合物であり、ＴＥＭで０．１μｍの厚さで断面を観察した。薄さは、ナノ単位であり、幅が５０〜１００ｎｍの鉱物の層状の多くの分散が存在が観察された。
【００７２】
実施例３：本発明の方法により得られた糸の機械的特性
１）強度：破断伸びおよび張力強度
上記実施例２で生成したＨＭＤがインターカレートしたα−ＺｒＰ粒子を含むナイロン−６の紡績試験を行い、１０フィラメントから成る糸が得られた。押出成形速度は、１２ｍ／分であった。巻き取り速度は、６５０ｍ／分から１１００ｍ／分へ変化させた。次の延伸工程は１４０℃で行った。試験を行った糸各々の糸の熱ロールの間の延伸率は下記の表２に示した。張力の特性については表３に示した。これらの特性について２３℃、相対湿度（ＲＨ）５０％で、標準寸法２００ｍｍの１０Ｎのロードセル(10N load cell)で、２００ｍｍ／分の引っぱり速度で測定した。
【表２】
【表３】
【００７３】
２）加圧：横方向の係数(transverse modulus)および横方向の耐力(transverse yield strength)
フィラメントの横方向の加圧試験は、土木工学で使用される一般的な機械的試験を小スケールにして行い、原理は以下の通りである。
直径Ｄの繊維、または、糸から形成したシングルフィラメントを２つの表面の間に設置する。上記繊維と、上記表面の角度は平行とする。２つの表面は動かすことが可能であり、長さＬ、力Ｆで糸に加圧する。その試験の結果得られるのは、力／変位の一般的な曲線である。図１はその曲線の例である。この曲線を使用することで、最初に、横方向の係数(transverse modulus)（Ｅ）を、次に横方向の耐力（Ｒy）を決定することができる。
【００７４】
係数は最初の線領域から決定される。計算において仮定を行う必要がある。すなわち、０．３〜０．５に変化する値であるにも関わらず、ポイズン比(Poisson's ratio)を、０．４と固定することである。係数の計算におけるその仮定の影響はほんのわずかである。計算に適用される式は以下の通りである：
【数１】
式中、Ｆは力であり、ΔＤは測定した変位であり、νはポイズン比(Poisson's ratio)である。
【００７５】
他方、横方向の耐力(transverse yield strength)（Ｒy）も決定される。この値は、繊維の中心にて決定される。この時、圧力は２つの直交方向に向かって共存している。耐力の基準−ｖｏｎ Ｍｉｓｅｓ基準−は、したがって、耐力を評価する。圧力の状態を考慮に入れることで、横方向の耐力(transverse yield strength)(Ry)は以下の式のように表される。
【数２】
【００７６】
当該試験は、多くの繊維製品、ラグおよびカーペット、特に製紙で使用されるフェルトなどの性質を理解するのに利点を有する。
【００７７】
延伸率および層状フィラーの含有量などが異なる様々な糸の横方向の特質を表４に示した。これらの特質はα−ＺｒＰが存在することで、一般に、改善されている。
【表４】
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】力と変位の関係を表した曲線である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械的特性、特に伸び、および、圧壊強度（横方向の耐力）が改善された、特にポリアミドに基づいたフィラメント、繊維、または、糸の合成に関する。
【０００２】
本発明は、また、フィラメントの紡績と、様々な分野、特に、濾過、加圧または脱水を含んだ方法へのフィラメント、繊維、または、糸の使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
優れた機械的特性を有するポリアミド繊維は、すでに広く知られている。特に、国際公開第９９／６００５７号パンフレットに、分散したケイ酸ナノ粒子を離層させるポリアミドを基礎としたマトリックスが開示されている。同様に、国際公開第０１／１２６７８号パンフレットに、分離したケイ酸を含むポリアミドの生成の方法について記述されている。
【０００４】
特許第２７１６８１０号公報によると、ケイ酸０．０５〜３０重量％を含むフィラメント用ポリアミドは、例えば複層のクレイは、強靭性、伸び、強度、延伸など、機械的特性が優れている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ここにさらに優れた機械的特性を有したフィラメント、繊維、または、糸が必要となる。
【０００６】
したがって、本発明の最初の目的は、高い破断伸びを有するポリアミドフィラメント、 繊維、または、糸を供給することである。
【０００７】
本発明の２つめの目的は、高い伸びと、高い横方向の耐力を有したポリアミドフィラメント、繊維、または、糸である。
【０００８】
本発明の別の目的としては、本発明の２つめの目的は、高い伸びと、高い横方向の耐力を有し、ナノ粒子の量が比較的少量のみ含まれているポリアミドフィラメント、繊維、または、糸である。
【０００９】
本発明の別の目的としては、本発明の２つめの目的は、高い伸びと、高い横方向の耐力を有し、ナノ粒子の量が比較的少量のみ含まれており、伸びを得るために既知のものより高い強度を有するポリアミドフィラメント、繊維、または、糸である。
【００１０】
さらに、他の目的は以下の明細書中の記述により明白である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の実施形態によると、本発明は、０．０１重量％〜５重量％、好ましくは０．０２重量％〜３重量％、より好ましくは０．０５重量％〜２重量％のナノ粒子が分散したポリアミドマトリックスを含み、横方向の耐力が４０〜１５０ＭＰａ、好ましくは４５〜９５ＭＰａであり、相対湿度５０％、２３℃で、破断伸びが２０％〜１４０％、好ましくは４０％〜１００％であるフィラメント、繊維、または、糸に関するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の糸、繊維、または、フィラメントを製造するポリアミドマトリックスは、既存のポリアミドのあらゆるものを含んでも良いが、特に、織物製物品、糸、または、繊維など分野で高性能物品に通常使用されるポリアミドを含む。
【００１３】
本発明はこれに限定されるものではないが、糸、繊維、または、フィラメントのマトリックスはポリアミド、または、コポリアミド、またはポリアミドのブレンドであり、平均分子量は、２５０００ｇ／ｍｏｌ〜１０００００ｇ／ｍｏｌ、好ましくは３００００ｇ／ｍｏｌ〜９００００ｇ／ｍｏｌ、さらに好ましくは、４００００ｇ／ｍｏｌ〜８５０００ｇ／ｍｏｌである。
【００１４】
本発明を制限するわけではないが、本発明で使用されるポリアミドの例としては、ナイロン６，６、ナイロン６、ナイロン６／６，６共重合体、ポリアミド６Ｔ、Ａｍｏｄｅｌ（登録商標）（Ａｍｏｃｏ社製）、ＨＴＮ（登録商標）（ＤｕＰｏｎｔ社製）などの半芳香族ポリアミド、およびナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン４−６などのその他のポリアミド、ならびにそれらをあらゆる割合で混合したブレンドなどが挙げられる。
【００１５】
ポリアミドは、スターポリアミド（ロディア製のブレンド名Ｔｅｃｈｎｙｌｓｔａｒ（登録商標））などの直鎖、または、枝分かれ構造を有していて良い。
【００１６】
本発明においては、ポリアミドは、ナイロン６，６、ナイロン６、ナイロン６／６，６共重合体およびそれらの２つか、３つ以上をあらゆる割合で混合したブレンドであることが好ましい。
【００１７】
本発明の糸、繊維、または、フィラメントは、本明細書で後に述べるように、組成物を満たした溶解紡績により得ることができる。
【００１８】
さらには、糸、繊維、または、フィラメントの製造の分野での、あらゆる既知のステップを利用しても良い。例えば、（熱硬化性の）糸、繊維、または、フィラメントの寸法安定化、または、糸、繊維、または、フィラメントをスタッフィング（圧接）ボックス通してバルクを与えることなどである。また、糸、繊維、または、フィラメントの製造のためのあらゆる方法も、また、好適に使用できる。
【００１９】
本発明で使用することができる糸、繊維、または、フィラメントの断面は、円形、平ら、ノコギリ状、縦溝彫り(fluted)であって良く、豆状の形状、多葉性、特に三葉性、五葉性の形状、Ｘの形状、テープ状、へこみ、四角、三角、楕円の形状、またはその他の形状であって良い。
【００２０】
しかしながら、これらの断面の形は、本発明にとって重要な特徴でない。糸、繊維、または、フィラメントの製造の方法の結果得られる断面であれば、どのようなものであっても良い。同様に、本発明に使用される糸、繊維、または、フィラメントは一定の直径、および／または、一定の断面を有していて良く、また、様々な直径、および／または、断面を有していても良い。
【００２１】
最終的には、表現「本発明の糸、繊維、または、フィラメント」は、少なくとも一つの上記のポリアミドを構成要素として含んだ多成分の糸、繊維、または、フィラメント（例えば、“コアシェル(core-shell)”タイプ）を例とする一般的な紡績物品を意味すると理解すべきである。
【００２２】
用語「糸」は、モノフィラメント、連続的なマルチフィラメントの糸、または、ステープル繊維糸であると理解して良く、単繊維またはいくつかのタイプの繊維を混合したものから得られる。連続的な糸は、また、いくつかのマルチフィラメントの糸を集合させて得られる。用語「繊維」は、フィラメント、または、削られたフィラメント、分解フィラメント、もしくは、転換フィラメントの集合体である。
【００２３】
一般に、本発明の糸、繊維、または、フィラメントは、線密度(strand linear density)により定義できる。一般には、１．９decitexより大きく、（例えば、１．９ｇ／１００００ｍより大きい）、１３０decitex(dtex)未満であり、好ましくは１００ｄｔｅｘ未満である。好ましくは糸、繊維、または、フィラメントの線密度は、好ましくは１．９〜１００ｄｔｅｘで、より好ましくは１．９〜６６ｄｔｅｘである。
【００２４】
用語「ナノ粒子」は、本発明の範囲においては、アスペクト比が３以上で、４〜１０００、より好ましくは５〜５００であるフィラーを意味する。本発明においては、ナノ粒子の大きさは１ナノから２０または３０ナノメータの範囲にある。ナノ粒子は、各々独立していても良いし、塊になっていても良い。
【００２５】
本発明の好ましい実施形態例によると、ポリアミドマトリックス中に分散しているナノ粒子は、４〜１０００のアスペクト比を有しており、粒子の最小寸法は１００ｎｍ以下であり、より好ましくは７５ｎｍ以下、さらには５０ｎｍ以下である方が有利である。
【００２６】
粒子の最小寸法の最小値は、重要ではない。しかしながら、粒子の最小寸法の最小値が１ｎｍ以下になるのは好ましくない。
【００２７】
本発明の糸、繊維、または、フィラメント中には、ナノ粒子は、０．０１重量％〜５重量％、好ましくは０．０２重量％〜３重量％、より好ましくは０．０５重量％〜２重量％存在する。
【００２８】
本発明においては、好適なナノ粒子は、好ましくは層状の既知の補強フィラーであり、一般に、糸、繊維、または、フィラメントの補強に使用されるフィラーから選択されると良い。
【００２９】
特に、本発明においては、層状の形状を有しているあらゆる鉱物化合物の粒子を使用することができ、特に、チタン、セリウム、シリコン、ジルコニウム、カドミウムおよび亜鉛などの金属または非金属の酸化物、硫化物、リン酸塩であって良く、好ましくはリン酸ジルコニウムである。
【００３０】
この鉱物化合物の粒子は「インターカレート」形状を有していても良い。この形状は、少なくとも一つの鉱物または／および有機インターカレーション試薬の反応によるものである。
【００３１】
上記に挙げた種々の粒子やフィラーの混合はあらゆる比率で行って良い。
【００３２】
例として、前記粒子は鉱物粒子である場合、特にクレイ、スメクタイトクレイ、膨張スメクタイトクレイを含んだ雲母タイプのフィロケイ酸を挙げられる。また、これらのクレイには、特に以下のものを含む、
・種々の中間層に含まれるジ八面体スメクタイトクレイであり、ジ八面体スメクタイトクレイとしては、モンモリロナイト（アスカナイト(askanite)、コンフォレンサイト(confolensite)、エリナイト(erinite)、ガラペサイト(galapectite)、マルサイト(malthacite)）と他の鉱物でマイナーな置換があったモンモリロナイトの類似物）、バイデライト（クロメバイデライト(chromebeidellite)、フェロバイデライト(ferribeidellite)、フェロモンモリロナイト(ferromontmorillonite)、グラセライト(glaserite)、ノントロナイト(nontronite)、プロトロナイト(protonontronite)、ボルコンスコアイト(volkonskoite)、他の一般名バイデライトを有している類似のクレイ、および特に、網羅的ではないが、アマルゴサイト(amargosite)、クロサイト(cloisite)、ベントナイト(bentonite)、オテライト(otaylite)などこれらの鉱物名を形成するに対応するクレイが含まれる。
・種々の中間層に含まれるトリ八面体スメクタイトクレイであり、トリ八面体スメクタイトクレイとしては、スティーブンサイト(stevensite)（ガースライト(ghassoulite)を含む）、ヘクトライト(hectorite)（対応する合成クレイすなわちラポナイト(laponite)も含む）、サポナイト(saponite)(サポナイト(bowlingite)、ソーコナイト(sauconite)、グリッフィサイト(griffithite)を含み、これらに対応する構造にマイナーな置換のこれらの類似物、すなわちフェロサポナイト(ferrisaponites)、レンベルガイト(lembergites)、および、他のカルデナイト）、バーミキュライト（バタバイト、および、カルサジート(culsageeite)、ケライト(kerrite)、レニライト(lennilite)、ハライト(hallite)、フィラデファイト(philadelphite)、バーライト(vaalite)、モコナイト(maconite)などの他のバーミキュライトファミリーを含む）また、最終的には、これらの鉱物名を形成するに対応するクレイが含まれる。
【００３３】
また、イライト(illite)、セピオライト(sepiollite)、アタパルジャイト(palygorskite)、白雲母(muscovite)、レクトライト(allevardite)、アメサイト(amesites)、タルク(talc)、フロロヘクトライト(fluorohectorites)、スティーブンサイト(stevensite)、雲母、フロロ雲母、バーミキュライト、フロロバーミキュライト、ハロイサイトからなる。
【００３４】
これらのクレイは、全て、お互いより広いまたは狭い範囲で積層した層状粒子の塊を含む原材料を有する。
【００３５】
好ましくはナノ粒子は、お互いがシートとして積層し、タクトイド(tactoid)と呼ばれる密な積層を形成する、層状粒子である。これらのタクトイドはインターカレートされていても、されてなくても良く、また、さらには当業者にとって既知の技術を使用して、任意に、部分的に、または、完全に、剥離（または膨張）されていても良い。既知の技術としては、特に、例えば水酸化ナトリウムなどの無機塩基、ヘキサメチレンジアミン、カプロラクタムなどの有機塩基のような無機または有機膨張剤を使用するものが挙げられる。
【００３６】
本発明の一実施例によれば、ナノ粒子はリン酸ジルコニウム粒子であり、単独か、上記に挙げた他のフィラーと化合していても良い。リン酸ジルコニウムは、種々の結晶構造を有し、特に、「α」タイプと、「γ」タイプがあり、今後、本出願中では、それぞれ、「α−ＺｒＰ」および「γ−ＺｒＰ」と示す。本発明においては、リン酸ジルコニウムについてその種々の結晶構造を使用することができ、例えば、国際公開第０３／０７０８１８号パンフレット、および、国際公開第０４／０９６９０３号パンフレットに示されており、ここでは、これらを取り入れている。
【００３７】
リン酸ジルコニウムの「α」結晶構造は、インターカレートされていなくても良く、好ましくは国際公開第０２／１６２６４号パンフレットに示されている例のように、インターカレートされていれば良く、その内容をここで取り込むことは、特に、より好ましい。
【００３８】
より良い実施例によると、本発明の糸、繊維、または、フィラメントは、リン酸ジルコニウムのナノ粒子が０．０１重量％〜１重量％、好ましくは０．０１重量％〜０．５重量％分散しているポリアミドマトリックスを含み、好ましくは国際公開第０２／１６２６４号パンフレットに示されているように、α結晶構造「α−ＺｒＰ」を形成していれば良い。
【００３９】
本発明の糸、繊維、または、フィラメントの紡績物品は、非常に優れた機械的特性を有し、また、特に横方向の耐力は４０ＭＰａを超え、極めて優れている。残りの本明細書中に、本発明の例として示される、用語「横方向の耐力」は、横圧縮力を意味する。
【００４０】
さらに、本発明の糸、繊維、または、フィラメントは、高い強靭性を有し、一般的には、３０〜８５ｃＮ／ｔｅｘであり、好ましくは３５〜７５ｃＮ／ｔｅｘである。
【００４１】
上記に示した糸、繊維、または、フィラメントの注目すべき特性は、本発明の一方の目的である特に下記に示す紡績方法により得られるものである。
【００４２】
ここで、本発明は、組成物を溶融紡糸することで糸、繊維、または、フィラメントを生成する方法に関するものであり、前記組成物は、０．０１重量％〜５重量％、好ましくは０．０２重量％〜３重量％、より好ましくは０．０５重量％〜２重量％のナノ粒子が分散したポリアミドマトリックスを少なくとも一つ含み、巻き取り速度／押出成形速度の比が、２０〜３００、好ましくは３０〜２００、より好ましくは４０〜１８０、例えば、５０〜９０であることを特徴とする方法である。
【００４３】
ポリアミドとしては、本明細書中に示したポリアミドを使用すればよい。ナノ粒子も同様に、上記に示したナノ粒子を使用すれば良い。ナノ粒子は、重合反応の媒体、すなわち重合反応前のモノマー中に導入することで、もしくは、マスターバッチなどで溶融している重合体中に導入することで、マトリックス中に取り込まれていれば良い。
【００４４】
「組成物を溶融紡糸すること」という表現は、ポリマー組成物を溶融紡糸する従来技術に対応し、ここで、ナノ粒子を含んだポリアミドマトリックスを溶融し、糸、繊維、または、フィラメントを形成するために、制御された押出成形速度で紡糸口金を通して、押出成形する。紡糸口金から吐出されるとき、糸、繊維、または、フィラメントは、従来技術により（空気または水）、可能な限り冷却され、いわゆる巻き取り速度で巻き取りロールに巻き取られる。
【００４５】
巻き取り速度は、一般に、１５０ｍ／分〜２０００ｍ／分であり、好ましくは２００ｍ／分〜１５００ｍ／分である。また、押出成形速度は、一般に、５ｍ／分〜２５ｍ／分である。
【００４６】
本発明の方法を実施するための一つの方法によると、押出成形速度は、５ｍ／分〜２５ｍ／分であり、巻き取り速度は３００ｍ／分〜１５００ｍ／分であり、また、巻き取り速度／押出成形速度の比は上記に規定した通りである。
【００４７】
本発明は、これに限定されるわけではないが、本発明の方法は、押出成形速度が１０、１２、又は１５ｍ／分であるのに対して、巻き取り速度が８００ｍ／分であると良い。
【００４８】
一般に、糸、繊維、または、フィラメントは熱せられるか、冷却されて、さらに延伸比３または５まで延伸される。
【００４９】
糸、繊維、または、フィラメントの紡績製品は、マットリックスの重合反応の直後に、溶融状態で、一般的な紡績技術を使用して製造される。また、組成物を含んだ顆粒からも、製造しても良い。
【００５０】
本発明の紡績製品は連続的な紡績のステップを経て、処理が実行されることで、得ることができる。すなわち、延伸、織り、捲縮、加温、撚り、染色、大きさをそろえる、削る、などを行うことができる。これらの補足的な操作は、紡績の後、連続的に、もしくは、まとめて一気に、行っても良いし、また、バッチ工程として行っても良い。紡績の後のこれらの操作により、効果が制限されることはない。
【００５１】
上記に示した本発明方法で得られ、上記に定義した性質を有する糸、繊維、または、フィラメントの紡績製品は、その優れた物理的性質のおかげで、非常に多くの分野で利用することができる。
【００５２】
本発明の、糸、繊維、または、フィラメントの紡績製品は優れた物理的性質を有しており、また、含まれている補強フィラーの量が少ないため、特に横方向の耐力について優れている。
【００５３】
本発明は、また、上記の糸、繊維、または、フィラメントを含んだ物品に関するものである。本発明の糸、繊維、または、フィラメントは織物、編物、不織布中で使用されると良い。
【００５４】
本発明の糸、繊維、または、フィラメント、紡績物品は、多くの応用が考えられる。例えば、濾過、押圧およびスクリーン印刷の分野だけでなく、カーペット、ラグ、マットなどの製品にも使用することができる。本発明の繊維は、製紙機械のためのフェルトの製造、特に製紙産業で使用される製紙機械フェルトのための不織布に好適である。
【００５５】
本発明の糸、繊維、または、フィラメントは、じゅうたん織糸としても、また使用することができる。また、本発明の糸、繊維、または、フィラメントは、特にモノフィラメントは、スクリーン印刷の分野においてファブリックを得るために、プリント転写のために、また、濾過の分野のためにも、使用することができる。
【００５６】
また、本発明の糸、繊維、または、フィラメントは、特にマルチフィラメントは、ロープの製造、特にクライミング用のロープの製造、また、ベルトの製造、特にベルトコンベア用のベルトの製造にも、また、使用することができる。
【００５７】
最終的に、本発明の糸は、ネット、特にフィッシングネットの製造などに利用される。
【００５８】
最終的に、本発明の詳細と利点は、以下の実施例によりより明白になる。以下の実施例は本発明を限定するものではない。
【実施例】
【００５９】
実施例１：α−ＺｒＰナノ粒子の生成
国際公開第０２／１６２６４号パンフレットの実施例４で生成された、ＺｒＯ2の濃度が２．１ｍｏｌ／ｌであるジルコニウムオキシクロライド（３２．８％ ＺｒＯ2が含まれる粉末状態）の水溶液から得られるα−ＺｒＰリン酸ジルコニウムを使用した。
【００６０】
５０ｍｌの塩酸（Ｐｒｏｌａｂｏ（登録商標）３６％、ｄ＝１．１９）、５０ｍｌのリン酸（Ｐｒｏｌａｂｏ（登録商標）８５％、ｄ＝１．６９５）、および、１５０ｍｌの脱イオン水を、撹拌しながら１リットルの反応容器に入れた。ブレンドを撹拌した後、１４０ｍｌの２．１Ｍ水性ジルコニウムオキシクロライドを、５．７ｍｌ／分の割合で、連続的に添加した。ジルコニウムオキシクロライド溶液を全て添加した後、撹拌を１時間、継続した。
【００６１】
母液を除去した後、１２００ｍｌのリン酸（２０ｇ／Ｌ Ｈ3ＰＯ4）と共に、４５００ｒｐｍで遠心分離することで、導電率（上澄）６．５ｍＳとなるまで、沈殿を洗浄した。リン酸ジルコニウムを基本とした沈殿が得られた。
【００６２】
その沈殿を、１リットルの１０Ｍ水性リン酸溶液に分散させた。得られた分散液を２リットルの反応容器に移し、１１５℃に熱した。この温度を５時間保持した。
【００６３】
得られた分散液を、脱イオン水と遠心分離することで、導電率（上澄）１ｍＳ未満となるまで、沈殿を洗浄した。固体の内容物が２０％近くになるように、遠心分離で得られた固体を細分散させた。分散液のｐＨは１〜２であった。
【００６４】
リン酸ジルコニウムを基礎とした層状構造（透過電子顕微鏡法（ＴＥＭ）により分析）を有した結晶性物質の分散液が得られた。その層状構造は、六方晶系であり、２００〜５００ｎｍの寸法であった。粒子は、平行板の積み重ねから構成され、積み重ねの垂直方向の厚さは約２００ｎｍであった。
【００６５】
ＸＲＤ（Ｘ線回折）分析により、Ｚｒ（ＨＰＯ4）2 １Ｈ2Ｏ結晶相の存在が確認され、固体量は１８．９重量％であり、ｐＨは１．８、導電率は８ｍＳであった。
【００６６】
粒子は、ＨＭＤ（ヘキサメチレンジアミン）の添加により中和した。この分散液に７０％水性ＨＭＤ溶液を、ｐＨが５となるまで、添加した。その後、Ultraturax（登録商標）ホモジナイザで、得られた分散液をホモジナイズした。最終的な固体量は、脱イオン水によって調整した（固体量１５重量％）。
【００６７】
実施例２：ヘキサメチレンジアミン処理したα−ＺｒＰリン酸ジルコニウムを基礎としたナノ粒子を含有したポリアミド組成物
実施例１で得られたα−ＺｒＰ粒子の水性分散液を重合反応の媒体に投入し、一般的な方法でカプロラクタムからナイロン−６を合成した。導入したリン酸ジルコニウムを基礎とした化合物の割合は２重量％であった。また、ナノ粒子を含んでいないポリマーも合成した（比較例）。
【００６８】
重合反応の後、ポリマーを顆粒状にした。残留カプロラクタムを除去するために、これらを洗浄した。洗浄のために、顆粒を９０℃で、２、３時間過剰の水に浸した。その顆粒を低圧下（＜０．５ｍｂａｒ）で、１６時間、１１０℃で乾燥させた。
【００６９】
張力テストは、３０日間、２３℃、相対湿度５０％で、押し出しロッドで行った。ロッドの直径は、０．５ｍｍ〜１ｍｍであった。ＩＮＳＴＲＯＮ（登録商標）１１８５張力テストマシンを１００Ｎのロードセル(100N load cell)で、５０ｍｍ／分の引っぱり速度で使用した。相対的なひずみの応力(nominal stress)（Palmer直径測定により測定される断面積当たりの力の割合）を測定した。その結果を表１に示す。
【表１】
【００７０】
ポリアミドを基礎とした組成物は、鉱物を含まないものより、破断伸びが大きく、またその係数も改善された。
【００７１】
上記で得られた組成物は、ナイロン−６を含み、２％のリン酸ジルコニウムを基礎とした化合物であり、ＴＥＭで０．１μｍの厚さで断面を観察した。薄さは、ナノ単位であり、幅が５０〜１００ｎｍの鉱物の層状の多くの分散が存在が観察された。
【００７２】
実施例３：本発明の方法により得られた糸の機械的特性
１）強度：破断伸びおよび張力強度
上記実施例２で生成したＨＭＤがインターカレートしたα−ＺｒＰ粒子を含むナイロン−６の紡績試験を行い、１０フィラメントから成る糸が得られた。押出成形速度は、１２ｍ／分であった。巻き取り速度は、６５０ｍ／分から１１００ｍ／分へ変化させた。次の延伸工程は１４０℃で行った。試験を行った糸各々の糸の熱ロールの間の延伸率は下記の表２に示した。張力の特性については表３に示した。これらの特性について２３℃、相対湿度（ＲＨ）５０％で、標準寸法２００ｍｍの１０Ｎのロードセル(10N load cell)で、２００ｍｍ／分の引っぱり速度で測定した。
【表２】
【表３】
【００７３】
２）加圧：横方向の係数(transverse modulus)および横方向の耐力(transverse yield strength)
フィラメントの横方向の加圧試験は、土木工学で使用される一般的な機械的試験を小スケールにして行い、原理は以下の通りである。
直径Ｄの繊維、または、糸から形成したシングルフィラメントを２つの表面の間に設置する。上記繊維と、上記表面の角度は平行とする。２つの表面は動かすことが可能であり、長さＬ、力Ｆで糸に加圧する。その試験の結果得られるのは、力／変位の一般的な曲線である。図１はその曲線の例である。この曲線を使用することで、最初に、横方向の係数(transverse modulus)（Ｅ）を、次に横方向の耐力（Ｒy）を決定することができる。
【００７４】
係数は最初の線領域から決定される。計算において仮定を行う必要がある。すなわち、０．３〜０．５に変化する値であるにも関わらず、ポイズン比(Poisson's ratio)を、０．４と固定することである。係数の計算におけるその仮定の影響はほんのわずかである。計算に適用される式は以下の通りである：
【数１】
式中、Ｆは力であり、ΔＤは測定した変位であり、νはポイズン比(Poisson's ratio)である。
【００７５】
他方、横方向の耐力(transverse yield strength)（Ｒy）も決定される。この値は、繊維の中心にて決定される。この時、圧力は２つの直交方向に向かって共存している。耐力の基準−ｖｏｎ Ｍｉｓｅｓ基準−は、したがって、耐力を評価する。圧力の状態を考慮に入れることで、横方向の耐力(transverse yield strength)(Ry)は以下の式のように表される。
【数２】
【００７６】
当該試験は、多くの繊維製品、ラグおよびカーペット、特に製紙で使用されるフェルトなどの性質を理解するのに利点を有する。
【００７７】
延伸率および層状フィラーの含有量などが異なる様々な糸の横方向の特質を表４に示した。これらの特質はα−ＺｒＰが存在することで、一般に、改善されている。
【表４】
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】力と変位の関係を表した曲線である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．０１重量％〜５重量％、好ましくは０．０２重量％〜３重量％、より好ましくは０．０５重量％〜２重量％のナノ粒子が分散したポリアミドマトリックスを含み、横方向の耐力が４０〜１５０ＭＰａ、好ましくは４５〜９５ＭＰａであり、破断伸びが２０％〜１４０％、好ましくは４０％〜１００％である糸、繊維、または、フィラメント。
【請求項２】
マトリックスがナイロン−６（ＰＡ−６）、ナイロン−６，６（ＰＡ−６，６）、もしくは、ナイロン−６／６，６共重合体またはこれらの２つもしくは３つ以上の任意の比率のブレンドから選択されるポリアミドである請求項１に記載の糸、繊維、または、フィラメント。
【請求項３】
線密度が１．９〜１３０ｄｔｅｘ、好ましくは１．９〜１００ｄｔｅｘ、より好ましくは１．９〜６６ｄｔｅｘである請求項１または２に記載の糸、繊維、または、フィラメント。
【請求項４】
ナノ粒子は、アスペクト比が３以上、好ましくは４〜１０００、より好ましくは、５〜５００である層状フィラーである請求項１〜３のいずれか一項に記載の糸、繊維、または、フィラメント。
【請求項５】
ナノ粒子の最小寸法が、１〜３０ｎｍである請求項１〜４のいずれか一項に記載の糸、繊維、または、フィラメント。
【請求項６】
ポリアミドマトリックス中に分散しているナノ粒子は、４〜１０００のアスペクト比を有しており、粒子の最小寸法は１００ｎｍか１００ｎｍ未満であり、より好ましくは７５ｎｍか７５ｎｍ未満、さらに好ましくは５０ｎｍか５０ｎｍ未満である請求項１〜４のいずれか一項に記載の糸、繊維、または、フィラメント。
【請求項７】
ナノ粒子が、雲母タイプのフィロケイ酸および剥離した金属または非金属の酸化物、硫化物またはリン酸塩から選択される請求項１〜６のいずれか一項に記載の糸、繊維、または、フィラメント。
【請求項８】
ナノ粒子が、クレイ、または、リン酸ジルコニウム（好ましくはα結晶構造のリン酸ジルコニウム「α−ＺｒＰ」）から選択される請求項１〜７のいずれか一項に記載の糸、繊維、または、フィラメント。
【請求項９】
好ましくはα結晶構造「α−ＺｒＰ」を形成しているリン酸ジルコニウムのナノ粒子が０．０１重量％〜１重量％、好ましくは０．０１重量％〜０．５重量％分散しているポリアミドマトリックスを含む請求項１〜８のいずれか一項に記載の糸、繊維、または、フィラメント。
【請求項１０】
組成物を溶融紡糸することで糸、繊維、または、フィラメントを製造する方法であって、前記組成物は、０．０１重量％〜５重量％、好ましくは０．０２重量％〜３重量％、より好ましくは０．０５重量％〜２重量％のナノ粒子が分散したポリアミドマトリックスを少なくとも一つ含み、巻き取り速度／押出成形速度の比が、２０〜３００、好ましくは３０〜２００、より好ましくは４０〜１８０、例えば、５０〜９０であることを特徴とする方法。
【請求項１１】
巻き取り速度が、１５０ｍ／分〜２０００ｍ／分であり、好ましくは２００ｍ／分〜１５００ｍ／分である請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
押出成形速度が、５ｍ／分〜２５ｍ／分である請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
押出成形速度が１０、１２、又は１５ｍ／分であるのに対して、巻き取り速度が８００ｍ／分である請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
請求項１〜９のいずれか一項に記載のまたは、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の方法により得られた糸、繊維、および／または、フィラメントを備えた物品。
【請求項１５】
製紙機械用のフェルトであることを特徴とする請求項１４に記載の物品。
【請求項１６】
カーペット、ラグ、または、マットであることを特徴とする請求項１４に記載の物品。
【請求項１７】
ロープ、または、ベルトであることを特徴とする請求項１４に記載の物品。
【請求項１８】
転写用、または、濾過用の織物であることを特徴とする請求項１４に記載の物品。
【請求項１９】
ネットであることを特徴とする請求項１４に記載の物品。
【請求項１】
０．０１重量％〜５重量％、好ましくは０．０２重量％〜３重量％、より好ましくは０．０５重量％〜２重量％のナノ粒子が分散したポリアミドマトリックスを含み、横方向の耐力が４０〜１５０ＭＰａ、好ましくは４５〜９５ＭＰａであり、破断伸びが２０％〜１４０％、好ましくは４０％〜１００％である糸、繊維、または、フィラメント。
【請求項２】
マトリックスがナイロン−６（ＰＡ−６）、ナイロン−６，６（ＰＡ−６，６）、もしくは、ナイロン−６／６，６共重合体またはこれらの２つもしくは３つ以上の任意の比率のブレンドから選択されるポリアミドである請求項１に記載の糸、繊維、または、フィラメント。
【請求項３】
線密度が１．９〜１３０ｄｔｅｘ、好ましくは１．９〜１００ｄｔｅｘ、より好ましくは１．９〜６６ｄｔｅｘである請求項１または２に記載の糸、繊維、または、フィラメント。
【請求項４】
ナノ粒子は、アスペクト比が３以上、好ましくは４〜１０００、より好ましくは、５〜５００である層状フィラーである請求項１〜３のいずれか一項に記載の糸、繊維、または、フィラメント。
【請求項５】
ナノ粒子の最小寸法が、１〜３０ｎｍである請求項１〜４のいずれか一項に記載の糸、繊維、または、フィラメント。
【請求項６】
ポリアミドマトリックス中に分散しているナノ粒子は、４〜１０００のアスペクト比を有しており、粒子の最小寸法は１００ｎｍか１００ｎｍ未満であり、より好ましくは７５ｎｍか７５ｎｍ未満、さらに好ましくは５０ｎｍか５０ｎｍ未満である請求項１〜４のいずれか一項に記載の糸、繊維、または、フィラメント。
【請求項７】
ナノ粒子が、雲母タイプのフィロケイ酸および剥離した金属または非金属の酸化物、硫化物またはリン酸塩から選択される請求項１〜６のいずれか一項に記載の糸、繊維、または、フィラメント。
【請求項８】
ナノ粒子が、クレイ、または、リン酸ジルコニウム（好ましくはα結晶構造のリン酸ジルコニウム「α−ＺｒＰ」）から選択される請求項１〜７のいずれか一項に記載の糸、繊維、または、フィラメント。
【請求項９】
好ましくはα結晶構造「α−ＺｒＰ」を形成しているリン酸ジルコニウムのナノ粒子が０．０１重量％〜１重量％、好ましくは０．０１重量％〜０．５重量％分散しているポリアミドマトリックスを含む請求項１〜８のいずれか一項に記載の糸、繊維、または、フィラメント。
【請求項１０】
組成物を溶融紡糸することで糸、繊維、または、フィラメントを製造する方法であって、前記組成物は、０．０１重量％〜５重量％、好ましくは０．０２重量％〜３重量％、より好ましくは０．０５重量％〜２重量％のナノ粒子が分散したポリアミドマトリックスを少なくとも一つ含み、巻き取り速度／押出成形速度の比が、２０〜３００、好ましくは３０〜２００、より好ましくは４０〜１８０、例えば、５０〜９０であることを特徴とする方法。
【請求項１１】
巻き取り速度が、１５０ｍ／分〜２０００ｍ／分であり、好ましくは２００ｍ／分〜１５００ｍ／分である請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
押出成形速度が、５ｍ／分〜２５ｍ／分である請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
押出成形速度が１０、１２、又は１５ｍ／分であるのに対して、巻き取り速度が８００ｍ／分である請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
請求項１〜９のいずれか一項に記載のまたは、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の方法により得られた糸、繊維、および／または、フィラメントを備えた物品。
【請求項１５】
製紙機械用のフェルトであることを特徴とする請求項１４に記載の物品。
【請求項１６】
カーペット、ラグ、または、マットであることを特徴とする請求項１４に記載の物品。
【請求項１７】
ロープ、または、ベルトであることを特徴とする請求項１４に記載の物品。
【請求項１８】
転写用、または、濾過用の織物であることを特徴とする請求項１４に記載の物品。
【請求項１９】
ネットであることを特徴とする請求項１４に記載の物品。
【図１】
【公表番号】特表２００８−５４２５７６（Ｐ２００８−５４２５７６Ａ）
【公表日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５１５２５６（Ｐ２００８−５１５２５６）
【出願日】平成１８年６月９日（２００６．６．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００６／００１３０９
【国際公開番号】ＷＯ２００６／１３１６５８
【国際公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【出願人】（３９００２３１３５）ロディア・シミ (146)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月９日（２００６．６．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００６／００１３０９
【国際公開番号】ＷＯ２００６／１３１６５８
【国際公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【出願人】（３９００２３１３５）ロディア・シミ (146)
【Ｆターム（参考）】
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