説明

紡績糸

【課題】耐熱性・難燃性のみならず耐酸性を有し、破断強度と高温雰囲気下での寸法安定性とのバランスに優れ、その結果、長期耐久性に優れた、新規なメタ型全芳香族ポリアミド繊維を用いた紡績糸を提供する。
【解決手段】メタ型全芳香族ポリアミド繊維を用いた紡績糸であって、該メタ型全芳香族ポリアミド繊維は、分子量10,000未満の低分子量の含有率が1.0質量%以下であり、繊維中に残存する残存溶媒量が1.0質量%以下であり、300℃での乾熱収縮率が3.0%以下であり、破断強度が3.0cN/dtex以上であり、25℃の20質量%硫酸水溶液に600時間浸漬したときの繊維の強度保持率が60%以上であるメタ型全芳香族ポリアミド繊維から構成される紡績糸。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、メタ型全芳香族ポリアミド繊維を用いた紡績糸に関するものである。さらに詳しくは、耐熱性・難燃性のみならず耐酸性を有し、破断強度と高温雰囲気下での寸法安定性とのバランスに優れ、その結果、長期耐久性に優れた、新規なメタ型全芳香族ポリアミド繊維を含む紡績糸に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、芳香族ジアミンと芳香族ジカルボン酸ジハライドとから製造される全芳香族ポリアミドが耐熱性及び難燃性に優れていることは公知であり、かかる全芳香族ポリアミドのうち、ポリメタフェニレンイソフタルアミドに代表されるメタ型全芳香族ポリアミド(「メタアラミド」と称されることもある)繊維は、耐熱・難燃性繊維として特に有用なものである。
【0003】
メタ型全芳香族ポリアミド繊維からなる紡績糸は、その特性を活かし、高温状態に暴露される分野において広く使用されており、例えば、都市ゴミ焼却炉などの排ガス中の微粒子を捕集するバッグフィルターの不織布およびスクリムとして広く使用されている。
【0004】
しかしながら、排ガス中には、硫酸ミスト、塩酸ミストなどが含まれているため、バッグフィルターは酸性雰囲気下に長期間曝される状況となる。その結果、耐熱性・難燃性に優れたメタ型全芳香族ポリアミド繊維からなる紡績糸を用いたバッグフィルターであっても、繊維の機械的強度の低下により劣化が発生し、ひいては破損してしまうという問題点があった。したがって、酸性雰囲気での強度の低下を抑制できるメタ型全芳香族ポリアミド繊維からなる紡績糸の出現が、強く求められていた。
【0005】
ところで、メタ型全芳香族ポリアミド繊維は、その製造プロセスにアミド系有機溶媒を使用することが一般的であり、これにより、繊維中にアミド系溶媒が残留することが避けられない(特許文献1参照)。繊維中に残存する溶媒は、高温加工時において揮発あるいは分解してガスを発生するだけでなく、本来、メタ型全芳香族ポリアミドが有している特性である難燃性の発現を阻害する。このため、メタ型全芳香族ポリアミド繊維の難燃性の維持・向上にあたっては、残留溶媒量を低減することが手段のひとつとなっている。
【0006】
ここで、メタ型全芳香族ポリアミド繊維に含まれる溶媒を低減する方法として、メタ型全芳香族ポリアミドと塩類を含むアミド系溶媒からなる重合体溶液を、アミド系溶媒と水からなり塩類を実質的に含まない凝固浴中に吐出して、多孔質の線状体として凝固せしめ、続いて、アミド系溶媒の水性溶液からなる可塑延伸浴中にて延伸し、これを水洗後、熱処理する方法が提案されている(特許文献2参照)。
【0007】
しかしながら、特許文献2に記載された方法では、凝固せしめた後に可塑延伸浴にて延伸するため、繊維の分子配向を一旦は高めるものの、続いて実施する水洗および/または温水洗浄工程により配向が緩和されやすくなる。このため、高い強度を有する繊維を得るためには、熱処理工程において再度延伸を施し、分子配向を高める必要があった。しかしながら、熱処理工程においては、配向と同時に急激な結晶化が進行し、急激な結晶化は、結果として不十分な結晶化となり、得られる繊維は、高温下での熱収縮率が高くなってしまうという問題が生じていた。すなわち、特許文献2の方法によれば、残存溶媒量が低減された繊維を得ることができる一方で、強度を高くするために、高温下での熱収縮率を犠牲にするほかなかった。
【0008】
したがって、耐熱性・難燃性のみならず耐酸性を有し、破断強度と高温雰囲気下での寸法安定性とのバランスに優れ、その結果、長期耐久性に優れた、メタ型全芳香族ポリアミド繊維を用いた紡績糸は、未だ知られていないのが実情であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開2001−348726号公報
【特許文献2】特開2005−232598号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明は、上記従来技術を背景になされたものであり、その目的とするところは、耐熱性・難燃性のみならず耐酸性を有し、破断強度と高温雰囲気下での寸法安定性とのバランスに優れ、その結果、長期耐久性に優れた、新規なメタ型全芳香族ポリアミド繊維を用いた紡績糸を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明者は、上記の課題に鑑み鋭意研究を重ねた。その結果、特定の凝固浴を用いて湿式紡糸することにより多孔質の凝固糸を得て、続いて、特定倍率で可塑延伸を実施し、さらに、飽和水蒸気中で特定の熱処理を施して得られるメタ型全芳香族ポリアミド繊維を用いれば、耐熱性・難燃性のみならず耐酸性を有し、破断強度と高温雰囲気下での寸法安定性とのバランスに優れ、その結果、長期耐久性に優れた紡績糸が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0012】
すなわち、本発明は、メタ型全芳香族ポリアミド繊維を含む紡績糸であって、前記メタ型全芳香族ポリアミド繊維は、分子量10000未満の低分子量成分の含有率が1.0質量%以下であり、残存溶媒量が1.0質量%以下であり、300℃での乾熱収縮率が3.0%以下であり、破断強度が3.0cN/dtex以上である紡績糸である。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、耐熱性のみならず耐酸性が良好であり、破断強度と高温雰囲気下での寸法安定性とのバランスに優れ、その結果、長期耐久性に優れたしたがって、本発明に係るメタ型全芳香族ポリアミド繊維を用いた紡績糸は、より過酷な高温酸性雰囲気においても、優れた長期の耐久性を示すので、例えば、都市ゴミ焼却炉の排ガス、工場排気ガス等の排ガス中の微粒子を捕集するバッグフィルターのスクリムとして、好適に使用することができる。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明について詳細に説明する。
<メタ型全芳香族ポリアミド繊維>
本発明の紡績糸に用いられるメタ型全芳香族ポリアミド繊維は、以下の特定の物性を備える。本発明のメタ型全芳香族ポリアミド繊維の物性、構成、および、製造方法等について以下に説明する。
【0015】
[メタ型全芳香族ポリアミド繊維の物性]
〔分子量10000未満の低分子量成分の含有率〕
メタ型全芳香族ポリアミド繊維における分子量10000未満の低分子量成分の含有率は、繊維質量全体に対して1.0質量%以下であることが必要である。低分子量成分の含有率が1.0質量%を超える場合には、低分子量成分が多量に存在することから繊維中の非晶領域におけるガラス転移温度が低下し、高温使用環境において強度の低下が起こりやすくなる。また、繊維中の低分子量成分の加水分解が著しく早く進行するため、酸性雰囲気における各種物性の低下が起こりやすくなる。
【0016】
分子量10000未満の低分子量成分の含有率は、繊維質量全体に対して0.8質量%以下であることが好ましく、0.6質量%以下であることがさらに好ましい。
繊維における分子量10000未満の低分子量成分の含有率を1.0質量%以下とするためには、例えば、繊維の製造方法における凝固工程において、実質的に塩を含まない凝固液用いることにより、実現することができる。
【0017】
なお、本発明における「分子量10000未満の低分子量成分の含有率」は、以下の測定方法で測定して得られる値をいう。
(低分子量成分の含有率の測定方法)
N−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPと略す)に塩化リチウム(LiCl)を0.01モル/Lとなるよう溶解した溶液に繊維を溶解し、ポリスチレン換算のゲル浸透クロマトグラフ(GPC)測定を実施する。低分子量成分量(OV)は、GPCで求められる分子量(M)から、次式により求める。
OV(%)=100×ΣMi(10000未満)Ni/ΣMi(Total)Ni
なお、式中、MiおよびNiは、以下の通りである。
Mi:GPC測定から得られるi番目の溶出時間の分子量
Ni:分子量Miの個数
【0018】
〔残存溶媒量〕
メタ型全芳香族ポリアミド繊維は、通常、ポリマーをアミド系溶媒に溶解した紡糸液から製造されるため、必然的に繊維中に数%の溶媒が残存するのが通常である。しかしながら、本発明に用いられるメタ型全芳香族ポリアミド繊維は、繊維中に残存する溶媒の量(残存溶媒量)が、繊維質量に対して1.0質量%以下であることが必須である。1.0質量%以下であることが必須であり、0.7質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以下であることがさらに好ましい。
【0019】
繊維質量に対して1.0質量%を超えて溶媒が繊維中に残存している場合には、高温雰囲気下での加工や使用の際に、残存溶媒が揮発するために環境安全性に劣ったり、繊維が黄変したりするため好ましくない。また、分子構造が破壊されることにより、著しく強度が低下する。さらに、残存する溶媒は引火点以上では容易に引火、燃焼するため、例えば限界酸素指数(LOI値)を28以上とすることが困難となる。
繊維中の残存溶媒量を1.0質量%以下とするためには、繊維の製造工程において、スキンコアを有しない凝固形態となるよう凝固浴の成分あるいは条件を調節し、かつ、特定倍率で可塑延伸を実施し、さらに、飽和水蒸気中で特定の熱処理を実施する。
【0020】
なお、本発明における「残存溶媒量」は、以下の方法で測定して得られる値をいう。
(残存溶媒量の測定方法)
洗浄工程の出側にて繊維をサンプリングし、該繊維を遠心分離機(回転数5,000rpm)に10分かけ、このときの繊維質量(M1)を測定する。この繊維を、質量M2gのメタノール中で4時間煮沸し、繊維中のアミド系溶媒および水を抽出する。抽出後の繊維を105℃雰囲気下で2時間乾燥し、乾燥後の繊維質量(P)を測定する。また、抽出液中に含まれるアミド系溶媒の質量濃度(C)を、ガスクロマトグラフにより求める。
繊維中に残存する溶媒量(アミド系溶媒質量)N(%)は、上記のM1、M2、P、およびCを用いて、下記式により算出する。
N=[C/100]×[(M1+M2−P)/P]×100
【0021】
〔300℃での乾熱収縮率〕
本発明の紡績糸を構成するメタ型全芳香族ポリアミド繊維は、300℃乾熱収縮率が3.0%以下である。3.0%以下であることが必須であり、2.9%以下が好ましく、2.8%以下がさらに好ましい。
収縮率が3.0%を超える場合には、高温雰囲気下での使用時に製品寸法が変化し、製品の破損が生じる等の問題が発生するため好ましくない。
メタ型全芳香族ポリアミド繊維の300℃での乾熱収縮率は、繊維の製造工程において、飽和水蒸気中で特定の熱処理を実施することにより制御することができる。300℃乾熱収縮率を3.0%以下とするためには、飽和水蒸気処理工程における延伸倍率を、0.7〜5.0倍の範囲とすればよい。延伸倍率が5.0倍を超える場合には、延伸時の単糸切れが増大し、毛羽や工程断糸が発生するため好ましくない。
【0022】
なお、本発明における「300℃での乾熱収縮率」とは、以下の方法で得られる値をいう。
(300℃での乾熱収縮率の測定方法)
約3,300dtexのトウに98cN(100g)の荷重を吊るし、互いに30cm離れた箇所に印をつける。荷重を除去後、トウを300℃雰囲気下に15分間置いた後、再び98cN(100g)の荷重を吊るし、印間の長さLを測定する。測定結果Lをもとに、下記式にて得られる値を300℃乾熱収縮率(%)とする。
300℃乾熱収縮率(%)=[(30−L)/30]×100
【0023】
〔破断強度〕
本発明の紡績糸に用いられるメタ型全芳香族ポリアミド繊維の破断強度は、3.0cN/dtex以上である。3.0cN/dtex以上であることが必須であり、3.5cN/dtex以上であることがより好ましく、4.0cN/dtex以上であることが特に好ましい。破断強度が3.0cN/dtex未満である場合には、紡績糸を得るための加工工程において繊維が破断し、通過性が悪化するため好ましくない。また、得られる紡績糸、さらには紡績糸を加工した製品の破断強度も低くなる。
メタ型全芳香族ポリアミド繊維の「破断強度」は、繊維の製造工程において、特定倍率で可塑延伸を実施することにより制御することができる。破断強度を3.0cN/dtex以上とするためには、可塑延伸浴延伸工程における延伸倍率を1.5〜10倍とすればよい。
【0024】
なお、本発明における「破断強度」とは、JIS L 1015に基づき、測定機器としてインストロン社製、型番5565を用いて、下記の測定条件で測定して得られる値をいう。
(測定条件)
つかみ間隔 :20mm
初荷重 :0.044cN(1/20g)/dtex
引張速度 :20mm/分
【0025】
〔強度保持率(耐酸性)〕
本発明の紡績糸に用いられるメタ型全芳香族ポリアミド繊維は、25℃で20質量%の硫酸水溶液中で600時間浸漬した後の強度保持率(耐酸性試験後の強度保持率)が60%以上であることが好ましい。さらには65%以上であることが好ましく、70%以上であることが特に好ましい。
強度保持率が、60%未満である場合には、当該メタ型全芳香族ポリアミド繊維から構成される本発明の紡績糸を用いたフィルター材を酸性雰囲気で長期間使用した場合に、繊維の機械的強度の低下によりフィルター材の劣化が発生し、ひいては破損してしまう。
強度保持率を60%以上とするためには、繊維の製造工程において、スキンコアを有しない凝固形態となるよう凝固浴の成分あるいは条件を調節し、かつ、洗浄工程を経た後に特定温度で乾熱処理を実施する。
【0026】
なお、本発明における「25℃で20質量%硫酸水溶液中に600時間浸漬した後の強度保持率」は、以下の測定方法で測定して得られる値をいう。
(測定方法)
セパラブルフラスコへ20質量%の硫酸水溶液を入れ、繊維51mmを浸漬する。続いて、セパラブルフラスコを恒温水槽中に浸漬し、温度25℃に維持し、繊維を600時間浸漬する。浸漬前後の繊維につき、それぞれ、破断強度の測定を実施し、浸漬後の繊維の強度保持率を求める。
【0027】
〔破断伸度〕
メタ型全芳香族ポリアミド繊維の破断伸度は、30%以上であることが好ましい。35%以上であることがさらに好ましく、40%以上であることが特に好ましい。破断伸度が30%未満である場合には、紡績加工工程における通過性が悪化するため好ましくない。
メタ型全芳香族ポリアミド繊維の「破断伸度」は、製造方法における紡糸・凝固工程において、凝固浴条件を適正化することにより制御することができる。30%以上とするためには、凝固浴中のアミド系溶剤濃度を40〜60質量%とし、凝固浴温度を20〜90℃とすればよい。
なお、ここでいう「破断伸度」とは、JIS L 1015に基づき、測定機器としてインストロン社製、型番5565を用いて、上記した「破断強度」と同一の測定条件で測定して得られる値をいう。
【0028】
〔断面形状および繊度〕
なお、本発明に用いられるメタ型全芳香族ポリアミド繊維の断面形状は、円形、楕円形、その他任意の形状であってよく、また、単繊維の繊度(単糸繊度)は、一般に0.5〜10.0dtexの範囲であることが好ましい。
また、本発明に用いられるメタ型全芳香族ポリアミド繊維は、多数の紡糸孔を有する紡糸口金を用いた湿式紡糸で得られるものであるが、例えば1口金あたり100〜30000ホールで200〜70000dtexの総繊度とすることが好ましく、1000〜20000ホールで2000〜45000dtexの総繊度とすることがさらに好ましい。
【0029】
<メタ型全芳香族ポリアミド繊維からなる紡績糸>
本発明のメタ型全芳香族繊維からなる紡績糸は、公知の方法により得られる。例えば、上記のメタ型全芳香族ポリアミド繊維に捲縮を施し、短くカットした後、打綿、梳綿、練条、粗紡、精紡、仕上などを行うことで、紡績糸を得ることができる。
【0030】
[捲縮数、捲縮率]
本発明に用いられるメタ型全芳香族ポリアミド繊維は、捲縮付与工程にて捲縮が付与される。捲縮数としては、例えば、5〜20T/in、捲縮度としては、例えば、5〜20(%)を例示することができるが、特に限定されるものではない。
【0031】
[カット長]
本発明に用いられるメタ型全芳香族ポリアミド繊維は、カット工程にてカットされる。例えば、10〜500mmにカットされるが、特に限定されるものではない。
【0032】
<メタ型全芳香族ポリアミド>
[メタ型全芳香族ポリアミドの構成]
本発明の紡績糸を構成するメタ型全芳香族ポリアミド繊維の原料となるメタ型全芳香族ポリアミドは、メタ型芳香族ジアミン成分とメタ型芳香族ジカルボン酸成分とから構成されるものであり、本発明の目的を損なわない範囲内で、パラ型等の他の共重合成分が共重合されていてもよい。
本発明において特に好ましく使用されるのは、力学特性、耐熱性の観点から、メタフェニレンイソフタルアミド単位を主成分とするメタ型全芳香族ポリアミドである。メタフェニレンイソフタルアミド単位から構成されるメタ型全芳香族ポリアミドとしては、メタフェニレンイソフタルアミド単位が、全繰り返し単位の90モル%以上であることが好ましく、さらに好ましくは95モル%以上、特に好ましくは100モル%である。
【0033】
〔メタ型全芳香族ポリアミドの原料〕
(メタ型芳香族ジアミン成分)
メタ型全芳香族ポリアミドの原料となるメタ型芳香族ジアミン成分としては、メタフェニレンジアミン、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルスルホン等、および、これらの芳香環にハロゲン、炭素数1〜3のアルキル基等の置換基を有する誘導体、例えば、2,4−トルイレンジアミン、2,6−トルイレンジアミン、2,4−ジアミノクロルベンゼン、2,6−ジアミノクロルベンゼン等を例示することができる。なかでも、メタフェニレンジアミンのみ、または、メタフェニレンジアミンを70モル%以上含有する混合ジアミンであることが好ましい。
【0034】
(メタ型芳香族ジカルボン酸成分)
メタ型全芳香族ポリアミドの原料となるメタ型芳香族ジカルボン酸成分としては、例えば、メタ型芳香族ジカルボン酸ハライドを挙げることができる。メタ型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、イソフタル酸ブロマイド等のイソフタル酸ハライド、および、これらの芳香環にハロゲン、炭素数1〜3のアルコキシ基等の置換基を有する誘導体、例えば3−クロルイソフタル酸クロライド、3−メトキシイソフタル酸クロライド等を例示することができる。なかでも、イソフタル酸クロライドのみ、または、イソフタル酸クロライドを70モル%以上含有する混合カルボン酸ハライドであることが好ましい。
【0035】
(共重合成分)
上記のメタ型芳香族ジアミン成分とメタ型芳香族ジカルボン酸成分以外で使用しうる共重合成分としては、例えば、芳香族ジアミンとして、パラフェニレンジアミン、2,5−ジアミノクロルベンゼン、2,5−ジアミノブロムベンゼン、アミノアニシジン等のベンゼン誘導体、1,5−ナフチレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルケトン、4,4’−ジアミノジフェニルアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン等が挙げられる。一方、芳香族ジカルボン酸成分としては、テレフタル酸クロライド、1,4−ナフタレンジカルボン酸クロライド、2,6−ナフタレンジカルボン酸クロライド、4,4’−ビフェニルジカルボン酸クロライド、4,4’−ジフェニルエーテルジカルボン酸クロライド等が挙げられる。
これらの共重合成分の共重合比は、あまりに多くなりすぎるとメタ型全芳香族ポリアミドの特性が低下しやすいため、ポリアミドの全酸成分を基準として20モル%以下とすることが好ましい。特に、好適なメタ型全芳香族ポリアミドは、上記した通り、全繰返し単位の90モル%以上がメタフェニレンイソフタルアミド単位であるポリアミドであり、なかでもポリメタフェニレンイソフタルアミドが特に好ましい。
【0036】
〔メタ型全芳香族ポリアミドの製造方法〕
メタ型全芳香族ポリアミドの製造方法は、特に限定されるものではなく、例えば、メタ型芳香族ジアミン成分とメタ型芳香族ジカルボン酸クロライド成分とを原料とした溶液重合や界面重合等により製造することができる。
メタ型全芳香族ポリアミドの重合度としては、30℃の濃硫酸を溶媒として測定した固有粘度(IV)として、1.3〜3.0の範囲が適当である。
【0037】
<メタ型全芳香族ポリアミド繊維の製造方法>
本発明の紡績糸に用いられるメタ型全芳香族ポリアミド繊維は、上記の製造方法によって得られたメタ型全芳香族ポリアミドを用いて、例えば、以下に説明する紡糸液調製工程、紡糸・凝固工程、可塑延伸浴延伸工程、洗浄工程、飽和水蒸気処理工程、乾熱処理工程を経て製造される。
【0038】
[紡糸液調製工程]
紡糸液調製工程においては、メタ型全芳香族ポリアミドをアミド系溶媒に溶解して、紡糸液(メタ型全芳香族ポリアミド重合体溶液)を調製する。紡糸液の調製にあたっては、通常、アミド系溶媒を用い、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)等の単独、またはこれらアミド系溶媒の少なくとも1種を含む混合溶媒を例示することができる。これらのなかでは溶解性と取扱い安全性の観点から、NMPまたはDMAcを用いることが好ましい。
溶液濃度としては、次工程である紡糸・凝固工程での凝固速度および重合体の溶解性の観点から、適当な濃度を適宜選択すればよく、例えば、ポリマーがポリメタフェニレンイソフタルアミドで溶媒がNMPの場合には、通常は10〜30質量%の範囲とすることが好ましい。なお、紡糸液には、塩化カルシウム、塩化リチウム等の無機塩を少量(例えば10質量%以下)含んでいても差しつかえない。
【0039】
[紡糸・凝固工程]
紡糸・凝固工程においては、上記で得られた紡糸液(メタ型全芳香族ポリアミド重合体溶液)を凝固液中に紡出して凝固させ、多孔質繊維状物を得る。紡糸方法は特に限定されないが、繊維中に残存する低分子量成分の低減が可能であることから、湿式紡糸法あるいは半乾半湿式紡糸法を採用することが好ましい。
【0040】
紡糸装置としては特に限定されるものではなく、従来公知の湿式紡糸装置を使用することができる。また、安定して湿式紡糸できるものであれば、紡糸口金の紡糸孔数、配列状態、孔形状等は特に制限する必要はなく、例えば、孔数が500〜30,000個、紡糸孔径が0.05〜0.2mmのスフ用の多ホール紡糸口金等を用いてもよい。
また、紡糸口金から紡出する際の紡糸液(メタ型全芳香族ポリアミド重合体溶液)の温度は、10〜90℃の範囲が適当である。
【0041】
残存溶媒量が十分に低減した繊維を得るためには、十分な程度にまで繊維の緻密化を行う必要があり、そのためには、紡糸・凝固工程の凝固段階で形成される多孔質繊維状物(凝固糸)の構造を、できる限り均質なものとすることが極めて重要である。ここで、多孔構造と凝固浴の条件とは緊密な関係があり、凝固浴の組成と温度条件等の選定は極めて重要である。
【0042】
本発明で使用する繊維を得るための凝固浴は、実質的にアミド系溶媒と水との2成分からなる水溶液で構成される。この凝固浴組成におけるアミド系溶媒としては、メタ型全芳香族ポリアミドを溶解し、水と良好に混和するものであれば特に限定されるものではないが、特に、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルイミダゾリジノン等を好適に用いることができる。
【0043】
アミド系溶媒と水との最適な混合比は、重合体溶液の条件によっても若干変化するが、一般的に、アミド系溶媒の割合が水溶液全体に対して40質量%〜60質量%の範囲であることが好ましい。この範囲を下回る条件では、凝固糸表面に強固なスキン層が形成され低分子量成分の残存量が多くなる。さらに凝固糸中に非常に大きなボイドが生じやすくなり、その後の糸切れの原因となりやすくなる。一方で、この範囲を上回る条件では、凝固が進まず、繊維の融着が起こりやすくなる。
【0044】
凝固糸表面に強固なスキン層が形成されることを抑制するためには、アミド系溶媒の水溶液からなり、実質的に塩を含まない凝固液を用いることが重要である。実質的に塩を含まない凝固液を用いることにより、凝固糸表面に強固なスキン層が形成されることを抑制し、その結果、効率的に低分子量成分を除去することができる。
【0045】
実質的に塩を含まない凝固液としては、実質的にアミド系溶媒と水だけで構成されることが好ましい。しかしながら、塩化カルシウム、水酸化カルシウム等の無機塩類がポリマー溶液中から抽出されてくるため、実際には、凝固液にはこれらの塩類が少量含まれる。工業的な実施における塩類の好適濃度は、凝固液全体に対して0.3質量%〜10%質量の範囲である。無機塩濃度を0.3質量%未満とするためには、凝固液の回収プロセスにおける精製のための回収コストが著しく高くなるため適切ではない。一方で、無機塩濃度が10質量%を超える場合には、凝固速度が遅くなることから、紡糸口金から吐出された直後の繊維に融着が発生しやすくなり、また、凝固時間が長時間となるため凝固設備を大型化せざるを得なくなり好ましくない。
【0046】
凝固浴の温度は、凝固液組成と密接な関係があるが、一般的には、生成繊維中にフィンガーとよばれる粗大な気泡上の空孔が出来にくいため、高温にする方が好ましい。しかしながら、凝固液濃度が比較的高い場合には、あまり高温にすると繊維の融着が激しくなる。このため、凝固浴の好適な温度範囲は20〜90℃であり、より好ましくは25〜85℃である。
【0047】
なお、凝固浴中での繊維状物(糸条体)の浸漬時間は、1.5〜30秒の範囲とすることが好ましい。浸漬時間が1.5秒未満の場合には、繊維状物の形成が不十分となり断糸が発生する。一方で、浸漬時間が30秒を超える場合には、生産性が低くなるため好ましくない。
【0048】
[可塑延伸浴延伸工程]
可塑延伸浴延伸工程においては、凝固浴にて凝固して得られた多孔質繊維状物(糸条体)からなる繊維束が可塑状態にあるうちに、当該繊維束を可塑延伸浴中にて延伸処理する。
【0049】
本発明の紡績糸に使用するメタ型全芳香族ポリアミド繊維を得るための可塑延伸浴は、アミド系溶媒の水溶液からなり、塩類は実質的に含まれない。このアミド系溶媒としては、メタ型アラミドを膨潤させ、かつ、水と良好に混和するものであれば、特に限定されるものではない。かかるアミド系溶媒しては、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルイミダゾリジノン等を挙げることができる。工業的には、可塑延伸浴液とするアミド系溶媒は、上記凝固浴に用いたものと同じ種類の溶媒を用いることが特に好ましい。すなわち、重合体溶液、凝固浴および可塑延伸浴に用いるアミド系溶媒は同種であることが好ましく、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミドのうちから選ばれる単独溶媒、または、2種以上からなる混合溶媒を用いることが好都合である。同種のアミド系溶媒を用いることによって、回収工程を統合・簡略化することができ、経済的に有益となる。
【0050】
可塑延伸浴の温度と組成とはそれぞれ密接な関係にあるが、アミド系溶媒の質量濃度が20〜70質量%、かつ、温度が20〜70℃の範囲であれば、好適に用いることができる。この範囲より低い領域では、多孔質繊維状物の可塑化が十分に進まず、可塑延伸において十分な延伸倍率をとることが困難となる。一方で、これの範囲より高い領域では、多孔質繊維の表面が溶解して融着するため、良好な製糸が困難となる。
【0051】
本発明の紡績糸に用いられるメタ型全芳香族ポリアミド繊維を得るにあたっては、可塑延伸浴中の延伸倍率を、1.5〜10倍の範囲とする必要があり、好ましくは2.0〜6.0倍の範囲とする。延伸倍率が1.5倍未満の場合には、得られる繊維の強度、弾性率等の力学特性が低くなり、本発明の紡績糸を構成する繊維に必要な破断強度を達成することが困難となる。また、多孔質繊維状物からの脱溶剤を十分に促進することが困難となり、最終的に得られる繊維の残存溶媒量を1.0質量%以下とすることが困難となる。なお、可塑延伸浴延伸工程において高倍率で延伸を施すことにより、強度、弾性率等が向上して良好な物性を示す繊維が得られるようになると同時に、多孔質繊維状物の微細孔が引きつぶされ、後の熱処理工程における緻密化が良好に進行するようになる。ただし、延伸倍率が10倍を超えるような高倍率で延伸した場合には、工程の調子が悪化して毛羽や単糸切れが多く発生するため好ましくない。
【0052】
[洗浄工程]
洗浄工程においては、上記可塑延伸浴延伸工程を経た繊維を、十分に洗浄する。洗浄は、得られる繊維の品質面に影響を及ぼすことから、多段で行うことが好ましい。特に、洗浄工程における洗浄浴の温度および洗浄浴液中のアミド系溶媒の濃度は、繊維からのアミド系溶媒の抽出状態および洗浄浴からの水の繊維中への浸入状態に影響を与える。このため、これらを最適な状態とする目的においても、洗浄工程を多段とし、温度条件およびアミド系溶媒の濃度条件を制御することが好ましい。洗浄工程を多段とすることにより、低分子量成分を低減させることができる。
【0053】
温度条件およびアミド系溶媒の濃度条件については、最終的に得られる繊維の品質を満足できるものであれば特に限定されるものではないが、最初の洗浄浴を60℃以上の高温とすると、水の繊維中への浸入が一気に起こるため、繊維中に巨大なボイドが生成し、品質の劣化を招く。このため、最初の洗浄浴は、30℃以下の低温とすることが好ましい。引き続き、50〜90℃の温水で洗浄することが好ましい。
【0054】
[飽和水蒸気処理工程]
飽和水蒸気処理工程においては、洗浄工程において洗浄された繊維を、飽和水蒸気中で熱処理する。飽和水蒸気処理をおこなうことにより、繊維の結晶化を抑制しつつ配向を高めることが可能となる。飽和水蒸気雰囲気での熱処理は、乾熱処理と比較して繊維束内部まで均一に熱処理することが可能となり、均質な繊維を得ることができる。
【0055】
さらに驚くべきことに、飽和水蒸気雰囲気で熱処理を行うと、繊維表面が結晶化せず、スキン層が形成されない。このため、繊維束の各単繊維中に残存する溶媒を、急速に拡散することができ、繊維内部からほぼ完全に除去することが可能となる。したがって、飽和水蒸気熱処理を実施することにより、最終的に得られる繊維中の残存溶媒量を、1.0質量%以下にまで低減することが可能となる。
【0056】
飽和水蒸気処理工程における飽和水蒸気圧は、0.02〜0.50MPaの範囲とする。好ましくは0.03〜0.30MPaの範囲、さらに好ましくは0.04〜0.20MPaの範囲である。飽和水蒸気圧が0.02MPa未満の場合には、十分な蒸気処理効果が得られず、残存溶媒量を低減させる効果が小さくなるため好ましくない。一方で、飽和水蒸気圧が0.50MPaを超える場合には、繊維の結晶化が促進されすぎて繊維表面にスキン層が形成されるため、残存溶媒量を十分に低減することが困難となる。
【0057】
飽和水蒸気処理工程における延伸倍率は、繊維の強度の発現にも密接な関係を持っている。延伸倍率は、製品に求められる物性を考慮して必要な倍率を任意に選択すればよいが、本発明においては0.7〜5.0倍の範囲であり、好ましくは1.1〜2.0倍の範囲とすることが好ましい。延伸倍率が0.7倍未満の場合には、飽和水蒸気雰囲気中での繊維束(糸条)の収束性が低下するので好ましくない。一方で、延伸倍率が5倍を超える場合には、延伸時の単糸切れが増大し、毛羽や工程断糸が発生するため好ましくない。また、飽和水蒸気処理工程における延伸倍率を0.7〜5.0倍の範囲とすれば、本発明の紡績糸を構成する繊維に必要な300℃での乾熱収縮率を3.0%以下とすることができる。
【0058】
なお、ここでいう延伸倍率とは、処理前の繊維長に対する処理後の繊維長の比で表される。例えば、延伸倍率0.7倍とは、飽和水蒸気処理工程により繊維が原長の70%に制限収縮処理されることを意味し、1.1倍とは10%伸長するよう処理されることを意味する。
【0059】
なお、飽和水蒸気処理の時間は、0.5〜5.0秒の範囲とすることが好ましい。走行する繊維束を連続的に処理する場合には、水蒸気処理槽中の繊維束の走行距離と走行速度とによって処理時間が決まるため、これらを適宜調整して最も効果のある処理時間を選択すればよい。
【0060】
[乾熱処理工程]
乾熱処理工程においては、飽和水蒸気処理工程を経た繊維を、乾燥・熱処理する。乾熱処理の方法としては特に限定されるものではないが、例えば、熱板、熱ローラ等を用いる方法を挙げることができる。乾熱処理を経ることにより、最終的に、本発明の紡績糸を構成するメタ型全芳香族ポリアミド繊維を得ることができる。
乾熱処理工程における熱処理温度は、250〜400℃の範囲とすることが好ましく、より好ましくは300〜380℃の範囲である。乾熱処理温度が250℃未満である場合には、多孔質の繊維を十分に緻密化させることが出来ないため、得られる繊維の力学特性が不十分となる。一方で、乾熱処理温度が400℃を超える高温では、繊維の表面が熱劣化し、品位が低下するため好ましくない。
【0061】
乾熱処理工程における延伸倍率は、得られる繊維の強度の発現に密接な関係を持っている。延伸倍率は、繊維に要求される強度等に応じて任意の倍率を選ぶことができるが、0.7〜4倍の範囲とすることが好ましく、1.1〜3倍の範囲とすることがさらに好ましい。延伸倍率が0.7倍未満の場合には、工程張力が低くなるために繊維の力学特性が低下し、一方で、延伸倍率が4倍を超える場合には、延伸時の単糸切れが増大し、毛羽や工程断糸が発生する。なお、ここでいう延伸倍率とは、上記飽和水蒸気処理工程で説明したのと同様に、延伸処理前の繊維長に対する処理後の繊維長の比で表される。例えば、延伸倍率0.7倍とは、乾熱処理工程により繊維が原長の70%に制限収縮処理されることを意味し、延伸倍率1.0倍とは定長熱処理を意味する。
乾熱処理工程における処理時間は、1.0〜45秒の範囲とすることが好ましい。処理時間は、繊維束の走行速度と熱板、熱ローラ等との接触長とによって調整することができる。
【0062】
<メタ型全芳香族ポリアミド繊維からなる紡績糸の製造方法>
本発明のメタ型全芳香族ポリアミド繊維からなる紡績糸は、公知の方法により製造される。すなわち、上記で得られたメタ型全芳香族ポリアミド繊維(トウ)に捲縮を付与したのち、短くカットし、打綿、梳綿、練条、粗紡、巻返し工程を経て、メタ型全芳香族ポリアミド繊維からなる紡績糸を得ることが出来る。
【0063】
[捲縮工程]
紡績糸を得るためには、先ず、メタ型全芳香族ポリアミド長繊維に捲縮を施す。捲縮を施す方法としては、特に限定されるものではなく、公知の方法を採用することができる。
【0064】
[カット工程]
引き続き、捲縮処理が施された長繊維をカットすることにより、紡績工程に付すための短繊維を得る。カットする方法は特に限定されるものではなく、公知の方法を採用することができる。例えば、ギロチンカッターを用いて、長繊維を所定の繊維長にカットする方法が挙げられる。
【0065】
[紡績工程]
続いて、捲縮が打綿、梳綿、練条、粗紡、精紡、仕上などを行うことで、紡績糸を得ることができる。紡績糸を作製する方法は特に限定されるものではなく、公知の方法を採用することができる。
【実施例】
【0066】
以下、実施例および比較例により本発明をさらに詳しく具体的に説明する。ただし、これらの実施例および比較例は本発明の理解を助けるためのものであって、これらの記載によって本発明の範囲が限定されるものではない。
なお、例中の「部」および「%」は特に断らない限り質量基準に基づくものであり、量比は特に断らない限り質量比を示す。
【0067】
<測定方法>
実施例および比較例における各物性値は、下記の方法で測定した。
【0068】
[固有粘度(I.V.)]
ポリマー溶液から芳香族ポリアミドポリマーを単離して乾燥した後、ポリマー濃度が100mg/100mLとなるよう97%濃硫酸に溶解し、得られた溶液をオストワルト粘度計を用いて、30℃において測定した。
【0069】
[ポリマー溶液のポリマー濃度(PN濃度)]
ポリマー溶液(紡糸液)の全質量部に対するポリマーの質量%、すなわちPN濃度は、次式により求めた。
PN濃度(%)={重合体/(重合体+溶媒+その他成分)}×100
【0070】
[繊維中に残存する低分子量成分量N(%)]
N−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPと略す)に塩化リチウム(LiCl)を0.01モル/Lとなるよう溶解した溶液に繊維を溶解し、ポリスチレン換算のゲル浸透クロマトグラフ(GPC)測定を実施した。低分子量成分量Nは、GPCで求められる分子量(M)から、次式により求めた。
N(%)=100×ΣMi(10000未満)Ni/ΣMi(Total)Ni
なお、式中、MiおよびNiは、以下の通りである。
Mi:GPC測定から得られるi番目の溶出時間の分子量
Ni:分子量Miの個数
【0071】
[繊度]
JIS L1015に基づき、正量繊度のA法に準拠した測定を実施し、見掛繊度にて表記した。
【0072】
[紡績糸を構成する単繊維の破断強度、破断伸度]
JIS L1015に基づき、インストロン社製 型番5565を用いて、以下の条件で測定した。
(測定条件)
つかみ間隔 :20mm
初荷重 :0.044cN(1/20g)/dtex
引張速度 :20mm/分
【0073】
[紡績糸の破断強度、破断伸度]
JIS L1095に基づき、インストロン社製 型番5565を用いて、以下の条件で測定した。
(測定条件)
つかみ間隔 :500mm
初荷重 :0.074cN/dtex
引張速度 :250mm/分
【0074】
[繊維中に残存する溶媒量(アミド化合物溶媒質量)SV(%)]
洗浄工程の出側にて繊維をサンプリングし、該繊維を遠心分離機(回転数5,000rpm)に10分かけ、このときの繊維質量(M1)を測定した。この繊維を、質量M2gのメタノール中で4時間煮沸し、繊維中のアミド系溶媒および水を抽出した。抽出後の繊維を105℃雰囲気下で2乾燥し、乾燥後の繊維質量(P)を測定した。また、抽出液中に含まれるアミド系溶媒の質量濃度(C)を、ガスクロマトグラフにより求めた。
繊維中に残存する溶媒量(アミド系溶媒質量)SV(%)は、上記のM1、M2、P、およびCを用いて、下記式により算出した。
SV=[C/100]×[(M1+M2−P)/P]×100
【0075】
[300℃乾熱収縮率]
約3,300dtexのトウに98cN(100g)の荷重を吊るし、互いに30cm離れた箇所に印をつけた。荷重を除去後、トウを300℃雰囲気下に15分間置いた後、印間の長さLを測定した。測定結果Lをもとに、下記式にて得られる値を300℃乾熱収縮率(%)とした。
300℃乾熱収縮率(%)=[(30−L)/30]×100
【0076】
[紡績糸を構成する単繊維の強度保持率(耐酸性)]
セパラブルフラスコへ20質量%の硫酸水溶液を入れ、サンプル糸51mmを浸漬固定した。続いて、セパラブルフラスコを恒温水槽中に浸漬し、温度25℃に維持し、サンプル糸を600時間浸漬した。浸漬前後のサンプル糸につきそれぞれ、上記の測定方法によって単繊維の破断強度の測定を実施し、浸漬後の繊維の強度保持率を求めた。
【0077】
<実施例1>
[繊維の作製]
(紡糸液調整工程)
乾燥窒素雰囲気下の反応容器に、水分率が100ppm以下のNMP721.5部を秤量し、このNMP中にメタフェニレンジアミン97.2部(50.18モル%)を溶解させて0℃に冷却した。この冷却したジアミン溶液に対して、イソフタル酸クロライド(以下IPCと略す)181.3部(49.82モル%)を、徐々に撹拌しながら添加して重合反応を行った。粘度変化が止まった後に、40分間の攪拌を継続した。
次に、重合反応が完了したポリマー溶液に対して、平均粒径が10μm以下の水酸化カルシウム粉末を66.6部秤量し、ゆっくり加えて中和反応を行った。水酸化カルシウムの投入が完了した後、40分間撹拌を継続し、透明なポリマー溶液Cを得た。
このポリマー溶液Cからポリメタフェニレンイソフタルアミドを単離して固有粘度(IV)を測定したところ、1.25であった。また、溶液のポリマー濃度は、20%であった。
【0078】
(紡糸・凝固工程)
上記で得られたポリマー溶液Cを紡糸原液として、孔径0.07mm、孔数1,500の紡糸口金より、浴温度40℃、水/NMP=45/55の組成の凝固浴中に、糸速7m/分で吐出して紡糸した。凝固浴への浸漬長(有効凝固浴長)を60cmとし、糸速5.6m/分で通過させた後、得られた凝固糸束をいったん空気中に引き出した。
【0079】
(可塑延伸浴延伸工程)
引き続き、温度40℃で水/NMP=40/60の組成の可塑延伸浴中にて、5.0倍の延伸倍率で延伸を行った。
【0080】
(洗浄工程)
可塑延伸の後、20℃の水/NMP=70/30の浴、続いて20℃の水浴で洗浄し、さらに60℃の温水浴に通して十分に洗浄を行った。
【0081】
(飽和水蒸気処理工程)
引き続き、飽和水蒸気で満たされ、内圧0.05MPaに保たれた容器中にて、延伸倍率1.1倍で飽和水蒸気による熱処理を行った。このとき、繊維束が約1.0秒間飽和水蒸気で処理されるよう諸条件を調整した。
【0082】
(乾熱延伸処理工程)
続いて、得られた繊維を表面温度150℃の乾燥ローラーに巻回して乾燥させ、引き続き、表面温度360℃の熱ローラにて乾熱処理を施し、ポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維を得た。
【0083】
(繊維の物性)
得られた繊維の力学的特性は、表1に示すとおり、繊度2.30、300℃乾熱収縮率1.8%、破断強度3.45cN/dtex、破断伸度52%となり、いずれも良好な数値を示した。また、繊維中の分子量10,000未満の低分子量成分は0.97%、残存溶媒量は0.21%であり、25℃で20%の硫酸水溶液中で600時間保持した後の強度保持率は71%と優れた耐酸性を示した。
【0084】
[紡績糸の作製]
得られた繊維のトウ(総繊度11万Dtex)に押込捲縮を付与した後、2インチにカットし、通常の紡績工程を通して20番手平の紡績糸を得た。
【0085】
(紡績糸の物性)
得られた紡績糸は、破断強度は3.0cN/dtexであり、紡績糸として優れた破断強度を示した。
【0086】
<比較例1>
[繊維の作製]
浴温度125℃、NMP/水/CaCl=18/42/40の組成の凝固浴を用いた以外は、実施例1と同様にしてポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維を製造した。得られた繊維の力学特性等を、表1に示す。
【0087】
[紡績糸の作製]
得られた繊維を用いて、実施例1と同様に紡績糸を作製した。得られた紡績糸の力学特性を、表1に示す。
【0088】
【表1】

【産業上の利用可能性】
【0089】
本発明のメタ型全芳香族ポリアミド繊維からなる紡績糸は、耐熱性のみならず耐酸性が良好であり、破断強度と高温雰囲気下での寸法安定性とのバランスに優れ、その結果、長期耐久性に優れたとなる。このため、本発明に係るメタ型全芳香族ポリアミド繊維を用いた紡績糸は、より過酷な高温酸性雰囲気においても、優れた長期の安定性を有するため、例えば、都市ゴミ焼却炉の排ガス、工場排気ガス等の排ガス中の微粒子を捕集するバッグフィルターのスクリム等に好適に使用することができる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
メタ型全芳香族ポリアミド繊維を含む紡績糸であって、
前記メタ型全芳香族ポリアミド繊維は、捲縮が付与されたものであり、分子量10000未満の低分子量成分の含有率が1.0質量%以下であり、残存溶媒量が1.0質量%以下であり、300℃での乾熱収縮率が3.0%以下であり、破断強度が3.0cN/dtex以上である紡績糸。
【請求項2】
前記メタ型全芳香族ポリアミド繊維は、25℃の20質量%硫酸水溶液に600時間浸漬した後の強度保持率が60%以上である請求項1記載の紡績糸。
【請求項3】
メタ型全芳香族ポリアミドが、ポリメタフェニレンイソフタルアミドである請求項1または2記載の紡績糸。

【公開番号】特開2012−97362(P2012−97362A)
【公開日】平成24年5月24日(2012.5.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−243685(P2010−243685)
【出願日】平成22年10月29日(2010.10.29)
【出願人】(303013268)帝人テクノプロダクツ株式会社 (504)
【Fターム(参考)】