芳香族ポリアミド繊維
【課題】芳香族ポリアミド繊維が持つ機械的物性を保持し、かつ難燃性、耐光性に優れた芳香族ポリアミド繊維を提供すること。
【解決手段】下記化１の構造反復単位（１）からなる芳香族ポリアミド（１）を主成分とし、かつ下記化２の構造反復単位（２）からなる芳香族ポリアミド（２）を０．１〜２０ｍｏｌ％含有している芳香族ポリアミド繊維。
【化１】
【化２】
（化1および化2中、Ａｒ１およびＡｒ２は各々独立であり、非置換あるいは置換された２価の芳香族基である。）
【解決手段】下記化１の構造反復単位（１）からなる芳香族ポリアミド（１）を主成分とし、かつ下記化２の構造反復単位（２）からなる芳香族ポリアミド（２）を０．１〜２０ｍｏｌ％含有している芳香族ポリアミド繊維。
【化１】
【化２】
（化1および化2中、Ａｒ１およびＡｒ２は各々独立であり、非置換あるいは置換された２価の芳香族基である。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、難燃性、耐光性、機械的物性に優れた芳香族ポリアミド繊維に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、芳香族ポリアミド繊維（アラミド繊維）は、耐熱性、機械特性、耐薬品性に優れ、自動車部品、電気・電子部品、機械部品などに広く利用されてきた。しかし、これらの用途においては、芳香族ポリアミドの更なる耐熱性、難燃性が要求されている。一般に、ポリマーの耐熱性、難燃性向上の手段として、充填剤、すなわち難燃剤とポリマーとの複合材料の開発が盛んに行われており、これまで、ポリマーの耐熱性や難燃性を向上させる目的で、繊維状、針状のフィラーが難燃化剤として用いられ、耐熱性、難燃性が向上することが知られている。
例えば、特開平１１−１００４９９号公報（特許文献１）には、水酸化マグネシウムおよびエラストマーをポリアミド樹脂にそれぞれ３０重量％以上、特に３〜２０重量％含有させ、難燃性を向上させたポリアミド樹脂が開示されている。
しかしながら、添加量の増加に伴ない、繊維の引張強度、弾性率などの機械的物性が低下し、難燃性、熱収縮性の向上と機械的物性の持続とは両立するとは限らない。
【０００３】
また、芳香族ポリアミド繊維は、耐光性が必ずしも満足のいくレベルではなく、繊維を日光暴露して使用する場合に繊維物性が劣化しやすく耐光性の改善された芳香族ポリアミド繊維の例は少ない。例えば、特開２００７−２３４５１号公報（特許文献２）、特開昭６４−８５３１６号公報（特許文献３）、特開平６−８１２１１号公報（特許文献４）には、芳香族ポリアミドにカーボンブラックを含有させることで、耐光性を向上させたポリアミド繊維が開示されている。
しかしながら、カーボンブラックの添加量の増加に伴ない、繊維の引張強度、弾性率などの機械的物性が低下し耐光性の向上と機械的物性の持続とは両立するとは限らない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１００４９９号公報
【特許文献２】特開２００７−２３４５１号公報
【特許文献３】特開昭６４−８５３１６号公報
【特許文献４】特開平０６−８１２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、本来、芳香族ポリアミド繊維が持つ機械的物性を保持し、かつ難燃性、耐光性に優れた芳香族ポリアミド繊維を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、下記化１の構造反復単位（１）からなる芳香族ポリアミド（１）を主成分とし、かつ下記化２の構造反復単位（２）からなる芳香族ポリアミド（２）を０．１〜２０ｍｏｌ％含有していることを特徴とする芳香族ポリアミド繊維に関する。
【０００７】
【化１】
【０００８】
【化２】
【０００９】
（化1および化2中、Ａｒ１およびＡｒ２は各々独立であり、非置換あるいは置換された２価の芳香族基である。）
【発明の効果】
【００１０】
本発明の芳香族ポリアミド繊維は、化１で表される構造反復単位（１）からなる芳香族コポリアミド（１）に、化２の構造反復単位（２）からなる芳香族ポリアミド（２）を含有する芳香族ポリアミド繊維であり、これにより、難燃性、耐光性、引張強度、弾性率に優れており、かつＬＯＩ値、収縮率にも優れている。従って、本発明の芳香族ポリアミド繊維は、マルチフィラメントヤーン、トウ、ステープルファイバー（短繊維）、紡績糸などとして、織物、編み物、不織布などの繊維構造物に形成し、消防、工業用衣料をはじめとする各種分野で有用である。なお、これらの製品を製造するに当り、本発明の芳香族ポリアミド繊維を他の繊維と組み合わせ、混繊、交撚、混紡、交織、交後などで使用することも可能である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明における芳香族ポリアミドとは、１種類または２種類以上の２価の芳香族基が直接アミド結合により連結されているポリマーであって、一般に公知の方法に従って、アミド系溶剤中で、芳香族ジカルボン酸ジクロライドと芳香族ジアミンの重縮合反応により得られる。このとき、上記芳香族基は２個の芳香環が酸素、硫黄、アルキル基で結合されたものであっても特に差し支えない。また、これらの２価の芳香環は、非置換またはメチル基やエチル基などの低級アルキル基や、メトキシ基、また塩素基などのハロゲン基で置換されていても差し支えは無く、その置換基の種類や置換基の数は特に限定されるものではない。
【００１２】
本発明の芳香族ポリアミド（１）〜（２）において、上記構造反復単位（１）あるいは（２）に用いられる芳香族ジカルボン酸ジクロライドとは、例えばテレフタル酸ジクロライド、２−クロロテレフタル酸ジクロライド、３−メチルテレフタル酸ジクロライド、４，４´−ビフェニルジカルボン酸ジクロライド、２，６−ナフタレンジカルボン酸ジクロライド、イソフタル酸ジクロライドなどが挙げられるが、汎用性や繊維の機械的物性などの面からテレフタル酸ジクロライドが最も好ましい。また、これら芳香族ジカルボン酸ジクロライドを１種類また２種類以上用いることもでき、その組成比は特に限定されるものではない。
【００１３】
また、本発明における芳香族ジアミンのうち、上記化（１）で表される構造反復単位（１）に用いられるジアミン（以下「第１のジアミン」ともいう）としては、ｐ-フェニレンジアミン、２-クロルｐ-フェニレンジアミン、２，５-ジクロルｐ-フェニレンジアミン、２，６-ジクロルｐ-フェニレンジアミン、ｍ-フェニレンジアミン、３，４’-ジアミノジフェニルエーテル、４，４’-ジアミノジフェニルエーテル、４，４’-ジアミノジフェニルメタン、４，４’-ジアミノジフェニルスルフォン、３，３’-ジアミノジフェニルスルフォンなどを単独あるいは２種以上挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００１４】
中でもジアミン成分として、ｐ-フェニレンジアミン、ｍ-フェニレンジアミンおよび３，４’-ジアミノジフェニルエーテルを単独あるいは２種以上使用することができる。
芳香族ポリアミド（１）としては、コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミドが好ましい。
【００１５】
また、芳香族ポリアミドに用いられるジアミンのうち、上記化（２）で表される構造反復単位（２）で用いられるジアミン（以下「第２のジアミン」ともいう）としては、置換または非置換のフェニルベンジミダゾール基を有する芳香族ジアミンであり、中でも入手のし易さ、得られる繊維の引張強度および初期モジュラスなどの点から、５（６）−アミノ−２−（４−アミノフェニル）ベンジミダゾールが好ましい。
芳香族ポリアミド（２）としては、テレフタル酸ジクロライドと５（６）−アミノ−２−（４−アミノフェニル）ベンジミダゾールとの重縮合物が好ましい。
【００１６】
次に、本発明の芳香族ポリアミド（１）〜（２）の重合や紡糸に用いられるアミド系溶剤としては、例えばＮ−メチル−２−ピロリドン（以下ＮＭＰと記す）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルイミダゾリジノンなどが挙げられるが、汎用性、有害性、取り扱い性、芳香族ポリアミドポリマーに対する溶解性などの観点から、ＮＭＰが最も好ましい。
【００１７】
また、本発明におけるポリマードープとは、芳香族ポリアミドポリマーが、これに溶解可能な溶剤に溶解したポリマー溶液を指す。また、芳香族ジカルボン酸ジクロライドと芳香族ジアミンの重縮合反応の際に用いる溶剤が、芳香族ポリアミドポリマーに対しても良溶剤である場合は、重縮合反応後のポリマーを単離することなくそのままポリマードープとして用いることができる。また、ポリマーの溶剤への溶解性を高める目的で無機塩を溶解助剤として用いることもできる。この無機塩としては、例えば塩化カルシウム、塩化リチウムなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。ポリマードープに対する無機塩の添加量としては特に限定されるものではないが、ポリマー溶解性向上の効果や、無機塩の溶剤への溶解度などの観点からポリマードープ重量に対して３〜１０重量％が好ましい。
本発明における等方性のポリマードープとは、ポリマーが溶剤に溶解した状態で液晶を形成しておらず、特定の方向性を持たないポリマードープを指す。
【００１８】
次に、本発明における重合方法を説明する。
本発明においては、例えば先ず芳香族ポリアミドポリマー（１）を重合する。
すなわち、例えばアミド系溶剤であるＮＭＰに、第１の芳香族ジアミン、例えばパラフェニレンジアミンおよび３，４’−ジアミノジフェニルエーテルをそれぞれ溶解させる。
次に、芳香族ジカルボン酸ジクロライド、例えばテレフタル酸ジクロライドを溶解する。このとき添加する芳香族ジカルボン酸ジクロライドの量は、芳香族ジアミンに対して、９５〜１０５モル％である。芳香族ジカルボン酸ジクロライドが９５モル％未満および１０５モル％を超える場合、芳香族ジアミンとの反応が十分に進まず、高い重合度が得られないため好ましくない。
【００１９】
また、反応の際、系内に水分や酸素があると、反応を著しく阻害するため、反応の前に系内から十分に水を除去し、窒素などの不活性ガスで置換しておく必要がある。
【００２０】
その後、系を加熱し、公知の撹拌機を用いて芳香族ジアミンと芳香族ジカルボン酸ジクロライドとの重縮合反応を行う。このときの反応温度は５０〜１００℃が好ましく、さらに好ましくは６０〜９５℃、最も好ましくは７０〜９０℃である。反応温度が６０℃未満の場合、反応が十分に進まないため好ましくない。また反応温度が１００℃を超える場合、反応が急速に進みすぎ、反応を制御することが困難となるため、好ましくない。このときの反応時間は、反応温度により大きく異なるため、重合の進行を見ながら適宜調整することができる。
【００２１】
反応終了後、重縮合反応により系内に塩酸が発生し、系内が酸性になるため、中和する目的で、水酸化カルシウムなどのアルカリを添加する。アルカリの添加量は、アルカリの種類や芳香族ジアミンとテレフタル酸ジクロライドの添加量により異なるが、水酸化カルシウムを用いる場合、テレフタル酸ジクロライドに対して９５〜１００モル％が好ましい。水酸化カルシウムが９５モル％未満の場合、十分に中和を行うことができず、系内は依然として酸性を示し、解重合の原因になるため好ましくない。また１００モル％を超える場合、系内がアルカリを示し、同じく解重合の原因となり好ましくない。
【００２２】
中和反応により発生する塩化カルシウムは、生成したポリマーの溶剤への溶解を高める溶解助剤としてそのまま用いることができるため、系内から除去する必要はない。
【００２３】
次に、芳香族ポリアミド（２）の重合は、上記芳香族ジカルボン酸ジクロライド、例えばテレフタル酸ジクロライドと、第２のジアミン、例えば５（６）−アミノ−２−（４−アミノフェニル）ベンジミダゾールを用いて重縮合反応を行う以外は、上記芳香族コポリアミド（１）の重縮合と同様である。
【００２４】
得られる芳香族ポリアミド（１）あるいは（２）からなるポリマーは、それぞれ、ＮＭＰに溶解した、等方性ポリマードープであり、単離することなくそのまま、製糸工程で用いることができる。ただし、このとき芳香族ポリアミドポリマーの濃度は、ポリマードープの粘度や安定性に著しく影響し、後の製糸工程において曵糸性などに大きく影響する。そのため、ポリマー濃度は、２〜１０重量％であることが好ましい。そのため、得られたポリマードープは、ポリマー濃度や粘度調整をする目的で、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを適量添加することができる。
【００２５】
ここで、得られる芳香族ポリアミド（１）あるいは（２）の固有粘度（９８％濃度の硫酸中、ポリマー濃度０．５ｇ／ｄｌの溶液について３０℃で測定した値）は、通常、それぞれ、２．５〜４．５、４．０〜６．０程度である。
【００２６】
本発明のポリアミド繊維においては、上記芳香族ポリアミド（１）を主成分とし、これに上記芳香族ポリアミド（２）を０．１〜２０モル％、好ましくは０．１〜６モル％ブレンドした繊維から構成されている。
本発明のポリアミド繊維中、芳香族ポリアミド（２）が０．１モル％未満では、難燃性、耐光性、寸法安定性に乏しくなり、一方、２０モル％を超えると、機械的物性、特に強度が低下するため好ましくない。
【００２７】
次に、芳香族ポリアミドポリマードープを用い製糸を行う。
先ず、芳香族ポリアミド（１）に芳香族ポリアミド（２）がブレンドされたポリマードープを紡糸口金から吐出する。このとき、紡糸口金の孔径は０．０５〜０．２５ｍｍであることが好ましく、さらに好ましくは０．０６〜０．２ｍｍ、最も好ましくは０．０７〜０．１５ｍｍである。孔径が０．０５ｍｍ未満の場合、紡糸口金の加工が困難になるばかりでなく、ポリマードープを吐出する際の圧力が著しく高くなり好ましくない。一方、０．２５ｍｍを超える場合、吐出されるポリマードープが口金を通過するときにかかる剪断力が小さくなるために、曵糸性が悪くなり製糸作業性が低下するばかりでなく、得られる繊維の分子配向が低くなるため好ましくない。
【００２８】
また、紡糸口金のノズル長は、０．３〜５ｍｍが好ましく、さらに好ましくは０．３６〜４ｍｍ、最も好ましくは０．４２〜３ｍｍである。ノズル長が０．３ｍｍ未満の場合、ポリマードープが口金を通過して吐出する際、ポリマードープにかかる剪断力が小さくなるために、曵糸性が悪くなり製糸作業性が低下するばかりでなく、得られる繊維の分子配向が低くなるため好ましくない。またノズル長が５ｍｍを超える場合、紡糸口金の加工が困難になるばかりでなく、ポリマードープを吐出する際の圧力が著しく高くなり好ましくない。
【００２９】
この際、ノズル長と孔径の長さの比は６〜２０が好ましく、さらに好ましくは７〜１８、最も好ましくは８〜１６である。ノズル長と孔径の比が６未満の場合、ポリマードープにかかる剪断力が小さくなるために、曵糸性が悪くなり製糸作業性が低下するばかりでなく、得られる繊維の分子配向が低くなるため好ましくない。また、ノズル長と孔径の比が２０を超える場合、紡糸口金の加工が困難になるばかりでなく、ポリマードープを吐出する際の圧力が著しく高くなり好ましくない。
【００３０】
紡糸口金の素材は、ＮＭＰに対して腐食しない素材であれば特に限定されるものではないが、汎用性、口金の穴の加工性、耐腐食性などの観点からＳＵＳ３１６が最も好ましい。
口金の孔数は、紡糸口金の面積や孔径により異なるため、特に限定されるものではないが、汎用性や取り扱い性の観点から１０〜２,０００が好ましい。
紡糸口金を通過する際のポリマードープの温度、および紡糸口金の温度は特に限定されるものではないが、曵糸性や吐出圧の観点から８０〜１２０℃が好ましい。
【００３１】
次に、紡糸口金から吐出したポリマードープを凝固液中で凝固する。この際、紡糸口金と凝固液の温度が大きく異なる場合、紡糸口金と凝固液が接触するとそれぞれの温度が変化し、制御が困難になるため、エアギャップを設けることができる。このときのエアギャップの長さは、特に限定されるものではないが、温度の制御性、曵糸性などの観点から５〜１５ｍｍが好ましい。
【００３２】
ここで用いる凝固液は、ＮＭＰ水溶液であり、その温度は温度３０〜７０℃、またＮＭＰ濃度が２０〜６０重量％であることが好ましい。凝固液の温度が３０℃未満の場合、吐出したポリマードープから凝固浴中へのＮＭＰの溶出が起こりにくく、曵糸性が悪くなるばかりでなく、繊維へＮＭＰが残留しやすくなり、それを抑制するためには多くの水洗工程を経る必要があるため好ましくない。凝固液の温度が７０℃を超える場合、吐出したポリマードープから凝固浴中へのＮＭＰの溶出が多くなることにより、吐出されたポリマードープの表面近傍のみが急速に凝固されてスキン層を形成し、繊維内部のＮＭＰの除去が困難になるとともに曵糸性が悪くなるばかりでなく、凝固液中の水が蒸発しやすくなり、凝固液のＮＭＰ濃度の調整が困難になるため好ましくない。
【００３３】
また、ＮＭＰ濃度が２０重量％未満の場合、吐出したポリマードープから凝固浴中へのＮＭＰの溶出が多くなることにより、吐出されたポリマードープの表面近傍のみが急速に凝固されてスキン層を形成し、繊維内部のＮＭＰの除去が困難になるとともに曵糸性が悪くなるため好ましくない。一方、ＮＭＰ濃度が７０重量％を超える場合、吐出したポリマードープから凝固浴中へのＮＭＰの溶出が起こりにくく、曵糸性が悪くなるばかりでなく、繊維へＮＭＰが残留しやすくなり、それを抑制するためには多くの水洗工程を経る必要があるため好ましくない。
【００３４】
次に、別のＮＭＰ水溶液浴中で延伸を行う。このときに用いるＮＭＰ水溶液は、温度が５〜４０℃、またＮＭＰ濃度が３０〜８０重量％であることが好ましい。浴中の温度が５℃未満の場合、繊維からＮＭＰの溶出が起こりにくく、繊維は延伸のために必要な可塑性を保持しやすくなるために延伸性は向上するが、その可塑性が高すぎるために製糸作業性が低下し好ましくない。４０℃を超える場合、繊維からＮＭＰの溶出が起こりやすくなるが、それに伴い繊維の可塑性が低下し、十分に延伸を行うことができないため好ましくない。
【００３５】
また、ＮＭＰ濃度が３０重量％未満の場合、繊維からＮＭＰの溶出が起こりやすくなるが、それに伴い繊維の可塑性が低下し、十分に延伸を行うことができないため好ましくない。一方、ＮＭＰ濃度が８０重量％を超える場合、繊維からＮＭＰの溶出が起こりにくく、繊維は延伸のために必要な可塑性を保持しやすくなるために延伸性は向上するが、その可塑性が高すぎるために製糸作業性が低下し好ましくない。
【００３６】
次に、延伸は、回転速度の異なる１対のローラーに糸を複数回巻きつけ、その回転速度の違いにより延伸を行う。また、回転速度が同じでも、ローラー径が異なる１対のローラーであっても同様に延伸を行うことができる。なお、この延伸は、ローラー径の半分以上がＮＭＰ水溶液に浸漬した状態で行う。
また、この工程における延伸倍率は、１．２〜２．５倍であることが好ましい。延伸倍率が１．２倍未満の場合、延伸による繊維中の分子の配向が起こりにくくなり、その結果として引張強度が高い繊維が得られにくくなるため好ましくない。一方、延伸倍率が２．５倍を超える場合、繊維中の分子の配向は促進するものの、繊維を構成する単繊維の一部または全てが切れやすくなり、製糸作業性が著しく低下するとともにそれに伴い引張強度も低下するため好ましくない。
【００３７】
なお、この延伸工程で得られる繊維の配向度は７０％以上であることが好ましい。その理由は、この工程で得られる繊維の配向度と、熱処理後の繊維の引張強度に明確な正の相関性が見られ、配向度が７０％未満の場合、目標とする引張強度を得ることができないためである。
【００３８】
延伸後の繊維は、繊維中のＮＭＰ、および溶解助剤として用いた無機塩を除去する目的で適宜水洗を行う。なお、水洗工程における、水洗浴中の液種、ならびに温度は特に限定されるものではなく、ＮＭＰおよび溶解助剤の除去が十分に行え得る条件であれば問題はない。
【００３９】
次に、水洗後の繊維を乾燥する。このときの乾燥条件は特に限定されるものではなく、繊維に付着した水分を十分に除去できる条件であれば問題はないが、作業性や繊維の熱による劣化を考慮すると、１２０〜２００℃が好ましい。また、乾燥は、ローラーなどの接触型の乾燥装置や、乾燥炉中を繊維が通過するなどといった非接触型の乾燥装置のいずれも用いることができる。
【００４０】
次いで、乾燥後の繊維を熱処理する。この熱処理温度は、３００〜５５０℃が好ましく、さらに好ましくは３２０℃〜５３０℃、最も好ましくは３５０〜５００℃である。熱処理温度が３００℃未満の場合、分子の配向が進まず、高強度の繊維が得られないため好ましくない。一方、熱処理温度が５５０℃を超える場合、分子の配向および分子間の架橋により、繊維の引張強度は向上するものの、高温のために繊維が熱劣化し、強度低下が起こるため好ましくない。
この熱処理を行う際の雰囲気については特に限定されるものではないが、繊維の酸化劣化が懸念されるため、窒素などの不活性ガス中で行うことが好ましい。
熱処理を行う際の繊維の張力については特に限定されるものではないが、この工程で繊維の配向をさらに促進させる目的で、繊維中の単繊維および全てが断糸しない程度の張力を掛けることが好ましい。
また、熱処理の際、繊維を構成する単繊維同士の融着が起こる可能性があるため、それを抑制する目的で、熱処理前に単繊維表面に無機物を付着させることもできる。
【００４１】
本発明の芳香族ポリアミド繊維は、高い難燃性を有しており、その理由としては定かではないが、化１の構造反復単位（１）からなる芳香族ポリアミド分子と化２の構造反復単位（２）からなる芳香族ポリアミド分子が均一に分散し、これらが配向することにより分子間での水素結合などの分子間力が働くためであると考えられる。
かくして、本発明の芳香族ポリアミド繊維は、ＪＩＳ Ｌ１０９１ Ｅ法に準拠して測定した限界酸素指数（ＬＯＩ値）が２５以上、好ましくは２６〜３０である。
本発明の芳香族ポリアミド繊維において、芳香族ポリアミド全体に、芳香族ポリアミド（２）を０．１〜２０モル％含有させることにより、限界酸素指数を２５以上にすることが可能である。
【００４２】
また、本発明の芳香族ポリアミド繊維は、優れた機械的物性を保持しつつ、耐光性が向上する。この理由としては定かではないが、化１の構造反復単位（１）からなる芳香族ポリアミド分子と化２の構造反復単位（２）からなる芳香族ポリアミド分子が均一に分散、配向することにより強度を保持しつつ耐光性が向上すると考えられる。
かくして、本発明の芳香族ポリアミド繊維は、ＪＩＳ Ｌ０８４２−７１に準拠して測定した４０時間の光照射後の強度保持率が７０％以上、好ましくは７５％〜１００％である。
本発明の芳香族ポリアミド繊維において、芳香族ポリアミド全体に、芳香族ポリアミド（２）を０．１〜２０モル％含有させることにより、光照射後の強度保持率を７０％以上にすることができる。
【００４３】
かくして得られる芳香族コポリアミド繊維は、引張強度が２０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、好ましくは２５〜４０ｃＮ／ｄｔｅｘ、初期弾性率が５００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、好ましくは５００〜１,０００ｃＮ／ｄｔｅｘである。
得られる芳香族ポリアミド繊維の引張強度、初期弾性率を上記範囲内にするには、延伸工程における延伸倍率や熱処理温度、凝固、水洗時の張力などを調整すればよい。
【００４４】
なお、本発明の芳香族ポリアミド繊維は、芳香族ポリアミド（２）の含有率が０．１〜６．０モル％の場合、引張強度は２０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、好ましくは２２〜２７ｃＮ／ｄｔｅｘとなる。
【００４５】
さらに、本発明の芳香族ポリアミド繊維は、５５０℃で１分間、熱処理したのちの収縮率は、１．０〜２．５％、好ましくは１．５〜２．５％である。
芳香族ポリアミド（２）の含有率が０．１〜２０．０モル％の場合、収縮率を上記範囲内とすることが可能となり、かつ、引張強度を２０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の芳香族ポリアミド繊維を得ることができる。
【実施例】
【００４６】
以下、実施例により、本発明をさらに詳しく具体的に説明する。ただし、これらの実施例は本発明の範囲を限定するものではない。なお、実施例中の物性は、下記の方法により測定した。
＜芳香族コポリアミドの固有粘度＞
前掲
＜繊維の引張強度、初期弾性率＞
ＡＳＴＭ
Ｄ８８５に準拠し、下記条件により繊維の引張強度、初期弾性率をそれぞれ測定した。
温度：室温
試験機：ＩＮＳＴＲＯＮ ５５６５型（ＩＮＳＴＲＯＮ社製）を用い、糸試験用チャックを用いて引張試験を行った。
試験片：７５ｃｍ
試験速度：２５０ｍｍ／分
チャック間距離：５００ｍｍ
この測定結果を表１に示す。
【００４７】
＜限界酸素指数＞
限界酸素指数の測定は、ＪＩＳ Ｌ １０９１ Ｅ法に準拠した測定法にて測定を実施した。
＜収縮率＞
繊維の初期長をＬｏとし、当該繊維に対して５００℃雰囲気の乾燥熱処理を１０分間施した後の繊維長をＬとしたとき、下記式により計算される（Ｓ）を乾熱収縮率とした。
［式１］
Ｓ（％）＝（Ｌｏ−Ｌ）／Ｌｏ × １００
＜耐光性測定＞
耐光性測定は、ＪＩＳ Ｌ ０８４２−７１に準拠し４０時間の光照射前後で強度測定を実施した。これより、以下の式を用いて強度保持率を求めた。
強度保持率（％）＝（光照射後の繊維強度／光照射前の繊維強度）×１００
【００４８】
［実施例１］
化２の構造反復単位（２）からなる芳香族ポリアミド（２）を、コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミド（共重合モル比が１：１の芳香族ポリアミド）の濃度６重量％のＮＭＰ溶液中に、パラフェニレンジアミン、５（６）−アミノ−２−（４−アミノフェニル）ベンジミダゾール、テレフタル酸クロライド（共重合比が１５：３５：５０の芳香族コポリアミド）からなる重合体を添加して紡糸用ドープを作成した。この芳香族ポリアミド（２）の固有粘度は、４．２であった。
この芳香族ポリアミド（２）を含むＮＭＰ溶液を、コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミド（共重合モル比が１：１の芳香族ポリアミド、帝人テクノプロダクツ社製、固有粘度＝３．３９）の濃度６ｗｔ％のＮＭＰ溶液中に、芳香族ポリアミドの全物質量を基準として３ｍｏｌ％となる割合で添加し、温度８０℃下４時間撹拌混合した。得られたドープを用い、孔数２５ホールの紡糸口金から吐出し、半乾半湿式紡糸法によりエアギャップ約１０ｍｍを介してＮＭＰ濃度３０重量％の水溶液中に紡出し凝固した後、水洗、乾燥し、次いで、温度５００℃下で１１倍に延伸した後、巻き取ることにより化２の構造反復単位（２）からなる芳香族ポリアミド（２）が良好に分散した状態で添加されたパラ型芳香族ポリアミド繊維を得た。
その結果、得られた芳香族ポリアミド繊維は、総繊度４２ｄｔｅｘ、フィラメント数２５フィラメント、単糸繊度１．６８ｄｅｔｘ／フィラメントであり、強度は２６．１ｃＮ／ｄｔｅｘ、初期弾性率は５６３ｃＮ／ｄｔｅｘ、限界酸素指数は２６．０、収縮率は２．１％、強度保持率は７６．３％であった。その結果を表１に示す。
【００４９】
［実施例２］
ブレンドする化２の構造反復単位（２）からなる芳香族ポリアミド（２）が芳香族ポリアミドの６ｍｏｌ％となる割合で添加する以外は、実施例１と同様にして、化２の構造反復単位（２）からなる芳香族ポリアミド（２）を含有する芳香族ポリアミド繊維を作成し、その原糸の限界酸素指数、収縮率および機械的物性評価を実施した。その結果を表１に示す。
【００５０】
［実施例３］
ブレンドする化２の構造反復単位（２）からなる芳香族ポリアミド（２）が芳香族ポリアミドの９ｍｏｌ％となる割合で添加する以外は、実施例１と同様にして、化２の構造反復単位（２）からなる芳香族ポリアミド（２）を含有する芳香族ポリアミド繊維を作成し、その原糸の限界酸素指数、収縮率および機械的物性評価を実施した。その結果を表１に示す。
【００５１】
［実施例４］
ブレンドする化２の構造反復単位（２）からなる芳香族ポリアミド（２）が芳香族ポリアミドの２０ｍｏｌ％となる割合で添加する以外は、実施例１と同様にして、化２の構造反復単位（２）からなる芳香族ポリアミド（２）を含有する芳香族ポリアミド繊維を作成し、その原糸の限界酸素指数、収縮率および機械的物性評価を実施した。その結果を表１に示す。
【００５２】
［比較例１］
化１の構造反復単位（１）からなる芳香族ポリアミド（１）のみからなる未添加の芳香族ポリアミド繊維を作成し、その原糸の限界酸素指数、収縮率、耐光性および機械的物性評価を実施した。その結果を表１に示す。
【００５３】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明に係る化２の構造反復単位（２）からなる芳香族ポリアミド（２）を含有する芳香族ポリアミド繊維は、難燃性、耐光性、引張強度、弾性率が大変良好であるため、これらの特性が要求される衣料用素材、工業用資材など広い分野で有効に使用される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、難燃性、耐光性、機械的物性に優れた芳香族ポリアミド繊維に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、芳香族ポリアミド繊維（アラミド繊維）は、耐熱性、機械特性、耐薬品性に優れ、自動車部品、電気・電子部品、機械部品などに広く利用されてきた。しかし、これらの用途においては、芳香族ポリアミドの更なる耐熱性、難燃性が要求されている。一般に、ポリマーの耐熱性、難燃性向上の手段として、充填剤、すなわち難燃剤とポリマーとの複合材料の開発が盛んに行われており、これまで、ポリマーの耐熱性や難燃性を向上させる目的で、繊維状、針状のフィラーが難燃化剤として用いられ、耐熱性、難燃性が向上することが知られている。
例えば、特開平１１−１００４９９号公報（特許文献１）には、水酸化マグネシウムおよびエラストマーをポリアミド樹脂にそれぞれ３０重量％以上、特に３〜２０重量％含有させ、難燃性を向上させたポリアミド樹脂が開示されている。
しかしながら、添加量の増加に伴ない、繊維の引張強度、弾性率などの機械的物性が低下し、難燃性、熱収縮性の向上と機械的物性の持続とは両立するとは限らない。
【０００３】
また、芳香族ポリアミド繊維は、耐光性が必ずしも満足のいくレベルではなく、繊維を日光暴露して使用する場合に繊維物性が劣化しやすく耐光性の改善された芳香族ポリアミド繊維の例は少ない。例えば、特開２００７−２３４５１号公報（特許文献２）、特開昭６４−８５３１６号公報（特許文献３）、特開平６−８１２１１号公報（特許文献４）には、芳香族ポリアミドにカーボンブラックを含有させることで、耐光性を向上させたポリアミド繊維が開示されている。
しかしながら、カーボンブラックの添加量の増加に伴ない、繊維の引張強度、弾性率などの機械的物性が低下し耐光性の向上と機械的物性の持続とは両立するとは限らない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１００４９９号公報
【特許文献２】特開２００７−２３４５１号公報
【特許文献３】特開昭６４−８５３１６号公報
【特許文献４】特開平０６−８１２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、本来、芳香族ポリアミド繊維が持つ機械的物性を保持し、かつ難燃性、耐光性に優れた芳香族ポリアミド繊維を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、下記化１の構造反復単位（１）からなる芳香族ポリアミド（１）を主成分とし、かつ下記化２の構造反復単位（２）からなる芳香族ポリアミド（２）を０．１〜２０ｍｏｌ％含有していることを特徴とする芳香族ポリアミド繊維に関する。
【０００７】
【化１】
【０００８】
【化２】
【０００９】
（化1および化2中、Ａｒ１およびＡｒ２は各々独立であり、非置換あるいは置換された２価の芳香族基である。）
【発明の効果】
【００１０】
本発明の芳香族ポリアミド繊維は、化１で表される構造反復単位（１）からなる芳香族コポリアミド（１）に、化２の構造反復単位（２）からなる芳香族ポリアミド（２）を含有する芳香族ポリアミド繊維であり、これにより、難燃性、耐光性、引張強度、弾性率に優れており、かつＬＯＩ値、収縮率にも優れている。従って、本発明の芳香族ポリアミド繊維は、マルチフィラメントヤーン、トウ、ステープルファイバー（短繊維）、紡績糸などとして、織物、編み物、不織布などの繊維構造物に形成し、消防、工業用衣料をはじめとする各種分野で有用である。なお、これらの製品を製造するに当り、本発明の芳香族ポリアミド繊維を他の繊維と組み合わせ、混繊、交撚、混紡、交織、交後などで使用することも可能である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明における芳香族ポリアミドとは、１種類または２種類以上の２価の芳香族基が直接アミド結合により連結されているポリマーであって、一般に公知の方法に従って、アミド系溶剤中で、芳香族ジカルボン酸ジクロライドと芳香族ジアミンの重縮合反応により得られる。このとき、上記芳香族基は２個の芳香環が酸素、硫黄、アルキル基で結合されたものであっても特に差し支えない。また、これらの２価の芳香環は、非置換またはメチル基やエチル基などの低級アルキル基や、メトキシ基、また塩素基などのハロゲン基で置換されていても差し支えは無く、その置換基の種類や置換基の数は特に限定されるものではない。
【００１２】
本発明の芳香族ポリアミド（１）〜（２）において、上記構造反復単位（１）あるいは（２）に用いられる芳香族ジカルボン酸ジクロライドとは、例えばテレフタル酸ジクロライド、２−クロロテレフタル酸ジクロライド、３−メチルテレフタル酸ジクロライド、４，４´−ビフェニルジカルボン酸ジクロライド、２，６−ナフタレンジカルボン酸ジクロライド、イソフタル酸ジクロライドなどが挙げられるが、汎用性や繊維の機械的物性などの面からテレフタル酸ジクロライドが最も好ましい。また、これら芳香族ジカルボン酸ジクロライドを１種類また２種類以上用いることもでき、その組成比は特に限定されるものではない。
【００１３】
また、本発明における芳香族ジアミンのうち、上記化（１）で表される構造反復単位（１）に用いられるジアミン（以下「第１のジアミン」ともいう）としては、ｐ-フェニレンジアミン、２-クロルｐ-フェニレンジアミン、２，５-ジクロルｐ-フェニレンジアミン、２，６-ジクロルｐ-フェニレンジアミン、ｍ-フェニレンジアミン、３，４’-ジアミノジフェニルエーテル、４，４’-ジアミノジフェニルエーテル、４，４’-ジアミノジフェニルメタン、４，４’-ジアミノジフェニルスルフォン、３，３’-ジアミノジフェニルスルフォンなどを単独あるいは２種以上挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００１４】
中でもジアミン成分として、ｐ-フェニレンジアミン、ｍ-フェニレンジアミンおよび３，４’-ジアミノジフェニルエーテルを単独あるいは２種以上使用することができる。
芳香族ポリアミド（１）としては、コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミドが好ましい。
【００１５】
また、芳香族ポリアミドに用いられるジアミンのうち、上記化（２）で表される構造反復単位（２）で用いられるジアミン（以下「第２のジアミン」ともいう）としては、置換または非置換のフェニルベンジミダゾール基を有する芳香族ジアミンであり、中でも入手のし易さ、得られる繊維の引張強度および初期モジュラスなどの点から、５（６）−アミノ−２−（４−アミノフェニル）ベンジミダゾールが好ましい。
芳香族ポリアミド（２）としては、テレフタル酸ジクロライドと５（６）−アミノ−２−（４−アミノフェニル）ベンジミダゾールとの重縮合物が好ましい。
【００１６】
次に、本発明の芳香族ポリアミド（１）〜（２）の重合や紡糸に用いられるアミド系溶剤としては、例えばＮ−メチル−２−ピロリドン（以下ＮＭＰと記す）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルイミダゾリジノンなどが挙げられるが、汎用性、有害性、取り扱い性、芳香族ポリアミドポリマーに対する溶解性などの観点から、ＮＭＰが最も好ましい。
【００１７】
また、本発明におけるポリマードープとは、芳香族ポリアミドポリマーが、これに溶解可能な溶剤に溶解したポリマー溶液を指す。また、芳香族ジカルボン酸ジクロライドと芳香族ジアミンの重縮合反応の際に用いる溶剤が、芳香族ポリアミドポリマーに対しても良溶剤である場合は、重縮合反応後のポリマーを単離することなくそのままポリマードープとして用いることができる。また、ポリマーの溶剤への溶解性を高める目的で無機塩を溶解助剤として用いることもできる。この無機塩としては、例えば塩化カルシウム、塩化リチウムなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。ポリマードープに対する無機塩の添加量としては特に限定されるものではないが、ポリマー溶解性向上の効果や、無機塩の溶剤への溶解度などの観点からポリマードープ重量に対して３〜１０重量％が好ましい。
本発明における等方性のポリマードープとは、ポリマーが溶剤に溶解した状態で液晶を形成しておらず、特定の方向性を持たないポリマードープを指す。
【００１８】
次に、本発明における重合方法を説明する。
本発明においては、例えば先ず芳香族ポリアミドポリマー（１）を重合する。
すなわち、例えばアミド系溶剤であるＮＭＰに、第１の芳香族ジアミン、例えばパラフェニレンジアミンおよび３，４’−ジアミノジフェニルエーテルをそれぞれ溶解させる。
次に、芳香族ジカルボン酸ジクロライド、例えばテレフタル酸ジクロライドを溶解する。このとき添加する芳香族ジカルボン酸ジクロライドの量は、芳香族ジアミンに対して、９５〜１０５モル％である。芳香族ジカルボン酸ジクロライドが９５モル％未満および１０５モル％を超える場合、芳香族ジアミンとの反応が十分に進まず、高い重合度が得られないため好ましくない。
【００１９】
また、反応の際、系内に水分や酸素があると、反応を著しく阻害するため、反応の前に系内から十分に水を除去し、窒素などの不活性ガスで置換しておく必要がある。
【００２０】
その後、系を加熱し、公知の撹拌機を用いて芳香族ジアミンと芳香族ジカルボン酸ジクロライドとの重縮合反応を行う。このときの反応温度は５０〜１００℃が好ましく、さらに好ましくは６０〜９５℃、最も好ましくは７０〜９０℃である。反応温度が６０℃未満の場合、反応が十分に進まないため好ましくない。また反応温度が１００℃を超える場合、反応が急速に進みすぎ、反応を制御することが困難となるため、好ましくない。このときの反応時間は、反応温度により大きく異なるため、重合の進行を見ながら適宜調整することができる。
【００２１】
反応終了後、重縮合反応により系内に塩酸が発生し、系内が酸性になるため、中和する目的で、水酸化カルシウムなどのアルカリを添加する。アルカリの添加量は、アルカリの種類や芳香族ジアミンとテレフタル酸ジクロライドの添加量により異なるが、水酸化カルシウムを用いる場合、テレフタル酸ジクロライドに対して９５〜１００モル％が好ましい。水酸化カルシウムが９５モル％未満の場合、十分に中和を行うことができず、系内は依然として酸性を示し、解重合の原因になるため好ましくない。また１００モル％を超える場合、系内がアルカリを示し、同じく解重合の原因となり好ましくない。
【００２２】
中和反応により発生する塩化カルシウムは、生成したポリマーの溶剤への溶解を高める溶解助剤としてそのまま用いることができるため、系内から除去する必要はない。
【００２３】
次に、芳香族ポリアミド（２）の重合は、上記芳香族ジカルボン酸ジクロライド、例えばテレフタル酸ジクロライドと、第２のジアミン、例えば５（６）−アミノ−２−（４−アミノフェニル）ベンジミダゾールを用いて重縮合反応を行う以外は、上記芳香族コポリアミド（１）の重縮合と同様である。
【００２４】
得られる芳香族ポリアミド（１）あるいは（２）からなるポリマーは、それぞれ、ＮＭＰに溶解した、等方性ポリマードープであり、単離することなくそのまま、製糸工程で用いることができる。ただし、このとき芳香族ポリアミドポリマーの濃度は、ポリマードープの粘度や安定性に著しく影響し、後の製糸工程において曵糸性などに大きく影響する。そのため、ポリマー濃度は、２〜１０重量％であることが好ましい。そのため、得られたポリマードープは、ポリマー濃度や粘度調整をする目的で、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを適量添加することができる。
【００２５】
ここで、得られる芳香族ポリアミド（１）あるいは（２）の固有粘度（９８％濃度の硫酸中、ポリマー濃度０．５ｇ／ｄｌの溶液について３０℃で測定した値）は、通常、それぞれ、２．５〜４．５、４．０〜６．０程度である。
【００２６】
本発明のポリアミド繊維においては、上記芳香族ポリアミド（１）を主成分とし、これに上記芳香族ポリアミド（２）を０．１〜２０モル％、好ましくは０．１〜６モル％ブレンドした繊維から構成されている。
本発明のポリアミド繊維中、芳香族ポリアミド（２）が０．１モル％未満では、難燃性、耐光性、寸法安定性に乏しくなり、一方、２０モル％を超えると、機械的物性、特に強度が低下するため好ましくない。
【００２７】
次に、芳香族ポリアミドポリマードープを用い製糸を行う。
先ず、芳香族ポリアミド（１）に芳香族ポリアミド（２）がブレンドされたポリマードープを紡糸口金から吐出する。このとき、紡糸口金の孔径は０．０５〜０．２５ｍｍであることが好ましく、さらに好ましくは０．０６〜０．２ｍｍ、最も好ましくは０．０７〜０．１５ｍｍである。孔径が０．０５ｍｍ未満の場合、紡糸口金の加工が困難になるばかりでなく、ポリマードープを吐出する際の圧力が著しく高くなり好ましくない。一方、０．２５ｍｍを超える場合、吐出されるポリマードープが口金を通過するときにかかる剪断力が小さくなるために、曵糸性が悪くなり製糸作業性が低下するばかりでなく、得られる繊維の分子配向が低くなるため好ましくない。
【００２８】
また、紡糸口金のノズル長は、０．３〜５ｍｍが好ましく、さらに好ましくは０．３６〜４ｍｍ、最も好ましくは０．４２〜３ｍｍである。ノズル長が０．３ｍｍ未満の場合、ポリマードープが口金を通過して吐出する際、ポリマードープにかかる剪断力が小さくなるために、曵糸性が悪くなり製糸作業性が低下するばかりでなく、得られる繊維の分子配向が低くなるため好ましくない。またノズル長が５ｍｍを超える場合、紡糸口金の加工が困難になるばかりでなく、ポリマードープを吐出する際の圧力が著しく高くなり好ましくない。
【００２９】
この際、ノズル長と孔径の長さの比は６〜２０が好ましく、さらに好ましくは７〜１８、最も好ましくは８〜１６である。ノズル長と孔径の比が６未満の場合、ポリマードープにかかる剪断力が小さくなるために、曵糸性が悪くなり製糸作業性が低下するばかりでなく、得られる繊維の分子配向が低くなるため好ましくない。また、ノズル長と孔径の比が２０を超える場合、紡糸口金の加工が困難になるばかりでなく、ポリマードープを吐出する際の圧力が著しく高くなり好ましくない。
【００３０】
紡糸口金の素材は、ＮＭＰに対して腐食しない素材であれば特に限定されるものではないが、汎用性、口金の穴の加工性、耐腐食性などの観点からＳＵＳ３１６が最も好ましい。
口金の孔数は、紡糸口金の面積や孔径により異なるため、特に限定されるものではないが、汎用性や取り扱い性の観点から１０〜２,０００が好ましい。
紡糸口金を通過する際のポリマードープの温度、および紡糸口金の温度は特に限定されるものではないが、曵糸性や吐出圧の観点から８０〜１２０℃が好ましい。
【００３１】
次に、紡糸口金から吐出したポリマードープを凝固液中で凝固する。この際、紡糸口金と凝固液の温度が大きく異なる場合、紡糸口金と凝固液が接触するとそれぞれの温度が変化し、制御が困難になるため、エアギャップを設けることができる。このときのエアギャップの長さは、特に限定されるものではないが、温度の制御性、曵糸性などの観点から５〜１５ｍｍが好ましい。
【００３２】
ここで用いる凝固液は、ＮＭＰ水溶液であり、その温度は温度３０〜７０℃、またＮＭＰ濃度が２０〜６０重量％であることが好ましい。凝固液の温度が３０℃未満の場合、吐出したポリマードープから凝固浴中へのＮＭＰの溶出が起こりにくく、曵糸性が悪くなるばかりでなく、繊維へＮＭＰが残留しやすくなり、それを抑制するためには多くの水洗工程を経る必要があるため好ましくない。凝固液の温度が７０℃を超える場合、吐出したポリマードープから凝固浴中へのＮＭＰの溶出が多くなることにより、吐出されたポリマードープの表面近傍のみが急速に凝固されてスキン層を形成し、繊維内部のＮＭＰの除去が困難になるとともに曵糸性が悪くなるばかりでなく、凝固液中の水が蒸発しやすくなり、凝固液のＮＭＰ濃度の調整が困難になるため好ましくない。
【００３３】
また、ＮＭＰ濃度が２０重量％未満の場合、吐出したポリマードープから凝固浴中へのＮＭＰの溶出が多くなることにより、吐出されたポリマードープの表面近傍のみが急速に凝固されてスキン層を形成し、繊維内部のＮＭＰの除去が困難になるとともに曵糸性が悪くなるため好ましくない。一方、ＮＭＰ濃度が７０重量％を超える場合、吐出したポリマードープから凝固浴中へのＮＭＰの溶出が起こりにくく、曵糸性が悪くなるばかりでなく、繊維へＮＭＰが残留しやすくなり、それを抑制するためには多くの水洗工程を経る必要があるため好ましくない。
【００３４】
次に、別のＮＭＰ水溶液浴中で延伸を行う。このときに用いるＮＭＰ水溶液は、温度が５〜４０℃、またＮＭＰ濃度が３０〜８０重量％であることが好ましい。浴中の温度が５℃未満の場合、繊維からＮＭＰの溶出が起こりにくく、繊維は延伸のために必要な可塑性を保持しやすくなるために延伸性は向上するが、その可塑性が高すぎるために製糸作業性が低下し好ましくない。４０℃を超える場合、繊維からＮＭＰの溶出が起こりやすくなるが、それに伴い繊維の可塑性が低下し、十分に延伸を行うことができないため好ましくない。
【００３５】
また、ＮＭＰ濃度が３０重量％未満の場合、繊維からＮＭＰの溶出が起こりやすくなるが、それに伴い繊維の可塑性が低下し、十分に延伸を行うことができないため好ましくない。一方、ＮＭＰ濃度が８０重量％を超える場合、繊維からＮＭＰの溶出が起こりにくく、繊維は延伸のために必要な可塑性を保持しやすくなるために延伸性は向上するが、その可塑性が高すぎるために製糸作業性が低下し好ましくない。
【００３６】
次に、延伸は、回転速度の異なる１対のローラーに糸を複数回巻きつけ、その回転速度の違いにより延伸を行う。また、回転速度が同じでも、ローラー径が異なる１対のローラーであっても同様に延伸を行うことができる。なお、この延伸は、ローラー径の半分以上がＮＭＰ水溶液に浸漬した状態で行う。
また、この工程における延伸倍率は、１．２〜２．５倍であることが好ましい。延伸倍率が１．２倍未満の場合、延伸による繊維中の分子の配向が起こりにくくなり、その結果として引張強度が高い繊維が得られにくくなるため好ましくない。一方、延伸倍率が２．５倍を超える場合、繊維中の分子の配向は促進するものの、繊維を構成する単繊維の一部または全てが切れやすくなり、製糸作業性が著しく低下するとともにそれに伴い引張強度も低下するため好ましくない。
【００３７】
なお、この延伸工程で得られる繊維の配向度は７０％以上であることが好ましい。その理由は、この工程で得られる繊維の配向度と、熱処理後の繊維の引張強度に明確な正の相関性が見られ、配向度が７０％未満の場合、目標とする引張強度を得ることができないためである。
【００３８】
延伸後の繊維は、繊維中のＮＭＰ、および溶解助剤として用いた無機塩を除去する目的で適宜水洗を行う。なお、水洗工程における、水洗浴中の液種、ならびに温度は特に限定されるものではなく、ＮＭＰおよび溶解助剤の除去が十分に行え得る条件であれば問題はない。
【００３９】
次に、水洗後の繊維を乾燥する。このときの乾燥条件は特に限定されるものではなく、繊維に付着した水分を十分に除去できる条件であれば問題はないが、作業性や繊維の熱による劣化を考慮すると、１２０〜２００℃が好ましい。また、乾燥は、ローラーなどの接触型の乾燥装置や、乾燥炉中を繊維が通過するなどといった非接触型の乾燥装置のいずれも用いることができる。
【００４０】
次いで、乾燥後の繊維を熱処理する。この熱処理温度は、３００〜５５０℃が好ましく、さらに好ましくは３２０℃〜５３０℃、最も好ましくは３５０〜５００℃である。熱処理温度が３００℃未満の場合、分子の配向が進まず、高強度の繊維が得られないため好ましくない。一方、熱処理温度が５５０℃を超える場合、分子の配向および分子間の架橋により、繊維の引張強度は向上するものの、高温のために繊維が熱劣化し、強度低下が起こるため好ましくない。
この熱処理を行う際の雰囲気については特に限定されるものではないが、繊維の酸化劣化が懸念されるため、窒素などの不活性ガス中で行うことが好ましい。
熱処理を行う際の繊維の張力については特に限定されるものではないが、この工程で繊維の配向をさらに促進させる目的で、繊維中の単繊維および全てが断糸しない程度の張力を掛けることが好ましい。
また、熱処理の際、繊維を構成する単繊維同士の融着が起こる可能性があるため、それを抑制する目的で、熱処理前に単繊維表面に無機物を付着させることもできる。
【００４１】
本発明の芳香族ポリアミド繊維は、高い難燃性を有しており、その理由としては定かではないが、化１の構造反復単位（１）からなる芳香族ポリアミド分子と化２の構造反復単位（２）からなる芳香族ポリアミド分子が均一に分散し、これらが配向することにより分子間での水素結合などの分子間力が働くためであると考えられる。
かくして、本発明の芳香族ポリアミド繊維は、ＪＩＳ Ｌ１０９１ Ｅ法に準拠して測定した限界酸素指数（ＬＯＩ値）が２５以上、好ましくは２６〜３０である。
本発明の芳香族ポリアミド繊維において、芳香族ポリアミド全体に、芳香族ポリアミド（２）を０．１〜２０モル％含有させることにより、限界酸素指数を２５以上にすることが可能である。
【００４２】
また、本発明の芳香族ポリアミド繊維は、優れた機械的物性を保持しつつ、耐光性が向上する。この理由としては定かではないが、化１の構造反復単位（１）からなる芳香族ポリアミド分子と化２の構造反復単位（２）からなる芳香族ポリアミド分子が均一に分散、配向することにより強度を保持しつつ耐光性が向上すると考えられる。
かくして、本発明の芳香族ポリアミド繊維は、ＪＩＳ Ｌ０８４２−７１に準拠して測定した４０時間の光照射後の強度保持率が７０％以上、好ましくは７５％〜１００％である。
本発明の芳香族ポリアミド繊維において、芳香族ポリアミド全体に、芳香族ポリアミド（２）を０．１〜２０モル％含有させることにより、光照射後の強度保持率を７０％以上にすることができる。
【００４３】
かくして得られる芳香族コポリアミド繊維は、引張強度が２０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、好ましくは２５〜４０ｃＮ／ｄｔｅｘ、初期弾性率が５００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、好ましくは５００〜１,０００ｃＮ／ｄｔｅｘである。
得られる芳香族ポリアミド繊維の引張強度、初期弾性率を上記範囲内にするには、延伸工程における延伸倍率や熱処理温度、凝固、水洗時の張力などを調整すればよい。
【００４４】
なお、本発明の芳香族ポリアミド繊維は、芳香族ポリアミド（２）の含有率が０．１〜６．０モル％の場合、引張強度は２０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、好ましくは２２〜２７ｃＮ／ｄｔｅｘとなる。
【００４５】
さらに、本発明の芳香族ポリアミド繊維は、５５０℃で１分間、熱処理したのちの収縮率は、１．０〜２．５％、好ましくは１．５〜２．５％である。
芳香族ポリアミド（２）の含有率が０．１〜２０．０モル％の場合、収縮率を上記範囲内とすることが可能となり、かつ、引張強度を２０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の芳香族ポリアミド繊維を得ることができる。
【実施例】
【００４６】
以下、実施例により、本発明をさらに詳しく具体的に説明する。ただし、これらの実施例は本発明の範囲を限定するものではない。なお、実施例中の物性は、下記の方法により測定した。
＜芳香族コポリアミドの固有粘度＞
前掲
＜繊維の引張強度、初期弾性率＞
ＡＳＴＭ
Ｄ８８５に準拠し、下記条件により繊維の引張強度、初期弾性率をそれぞれ測定した。
温度：室温
試験機：ＩＮＳＴＲＯＮ ５５６５型（ＩＮＳＴＲＯＮ社製）を用い、糸試験用チャックを用いて引張試験を行った。
試験片：７５ｃｍ
試験速度：２５０ｍｍ／分
チャック間距離：５００ｍｍ
この測定結果を表１に示す。
【００４７】
＜限界酸素指数＞
限界酸素指数の測定は、ＪＩＳ Ｌ １０９１ Ｅ法に準拠した測定法にて測定を実施した。
＜収縮率＞
繊維の初期長をＬｏとし、当該繊維に対して５００℃雰囲気の乾燥熱処理を１０分間施した後の繊維長をＬとしたとき、下記式により計算される（Ｓ）を乾熱収縮率とした。
［式１］
Ｓ（％）＝（Ｌｏ−Ｌ）／Ｌｏ × １００
＜耐光性測定＞
耐光性測定は、ＪＩＳ Ｌ ０８４２−７１に準拠し４０時間の光照射前後で強度測定を実施した。これより、以下の式を用いて強度保持率を求めた。
強度保持率（％）＝（光照射後の繊維強度／光照射前の繊維強度）×１００
【００４８】
［実施例１］
化２の構造反復単位（２）からなる芳香族ポリアミド（２）を、コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミド（共重合モル比が１：１の芳香族ポリアミド）の濃度６重量％のＮＭＰ溶液中に、パラフェニレンジアミン、５（６）−アミノ−２−（４−アミノフェニル）ベンジミダゾール、テレフタル酸クロライド（共重合比が１５：３５：５０の芳香族コポリアミド）からなる重合体を添加して紡糸用ドープを作成した。この芳香族ポリアミド（２）の固有粘度は、４．２であった。
この芳香族ポリアミド（２）を含むＮＭＰ溶液を、コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミド（共重合モル比が１：１の芳香族ポリアミド、帝人テクノプロダクツ社製、固有粘度＝３．３９）の濃度６ｗｔ％のＮＭＰ溶液中に、芳香族ポリアミドの全物質量を基準として３ｍｏｌ％となる割合で添加し、温度８０℃下４時間撹拌混合した。得られたドープを用い、孔数２５ホールの紡糸口金から吐出し、半乾半湿式紡糸法によりエアギャップ約１０ｍｍを介してＮＭＰ濃度３０重量％の水溶液中に紡出し凝固した後、水洗、乾燥し、次いで、温度５００℃下で１１倍に延伸した後、巻き取ることにより化２の構造反復単位（２）からなる芳香族ポリアミド（２）が良好に分散した状態で添加されたパラ型芳香族ポリアミド繊維を得た。
その結果、得られた芳香族ポリアミド繊維は、総繊度４２ｄｔｅｘ、フィラメント数２５フィラメント、単糸繊度１．６８ｄｅｔｘ／フィラメントであり、強度は２６．１ｃＮ／ｄｔｅｘ、初期弾性率は５６３ｃＮ／ｄｔｅｘ、限界酸素指数は２６．０、収縮率は２．１％、強度保持率は７６．３％であった。その結果を表１に示す。
【００４９】
［実施例２］
ブレンドする化２の構造反復単位（２）からなる芳香族ポリアミド（２）が芳香族ポリアミドの６ｍｏｌ％となる割合で添加する以外は、実施例１と同様にして、化２の構造反復単位（２）からなる芳香族ポリアミド（２）を含有する芳香族ポリアミド繊維を作成し、その原糸の限界酸素指数、収縮率および機械的物性評価を実施した。その結果を表１に示す。
【００５０】
［実施例３］
ブレンドする化２の構造反復単位（２）からなる芳香族ポリアミド（２）が芳香族ポリアミドの９ｍｏｌ％となる割合で添加する以外は、実施例１と同様にして、化２の構造反復単位（２）からなる芳香族ポリアミド（２）を含有する芳香族ポリアミド繊維を作成し、その原糸の限界酸素指数、収縮率および機械的物性評価を実施した。その結果を表１に示す。
【００５１】
［実施例４］
ブレンドする化２の構造反復単位（２）からなる芳香族ポリアミド（２）が芳香族ポリアミドの２０ｍｏｌ％となる割合で添加する以外は、実施例１と同様にして、化２の構造反復単位（２）からなる芳香族ポリアミド（２）を含有する芳香族ポリアミド繊維を作成し、その原糸の限界酸素指数、収縮率および機械的物性評価を実施した。その結果を表１に示す。
【００５２】
［比較例１］
化１の構造反復単位（１）からなる芳香族ポリアミド（１）のみからなる未添加の芳香族ポリアミド繊維を作成し、その原糸の限界酸素指数、収縮率、耐光性および機械的物性評価を実施した。その結果を表１に示す。
【００５３】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明に係る化２の構造反復単位（２）からなる芳香族ポリアミド（２）を含有する芳香族ポリアミド繊維は、難燃性、耐光性、引張強度、弾性率が大変良好であるため、これらの特性が要求される衣料用素材、工業用資材など広い分野で有効に使用される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記化１の構造反復単位（１）からなる芳香族ポリアミド（１）を主成分とし、かつ下記化２の構造反復単位（２）からなる芳香族ポリアミド（２）を０．１〜２０ｍｏｌ％含有していることを特徴とする芳香族ポリアミド繊維。
【化１】
【化２】
（化1および化2中、Ａｒ１およびＡｒ２は各々独立であり、非置換あるいは置換された２価の芳香基である。）
【請求項２】
ＪＩＳ Ｌ１０９１ Ｅ法に準拠して測定した限界酸素指数（ＬＯＩ値）が２５以上である請求項1記載の芳香族ポリアミド繊維。
【請求項３】
強度２０ｃＮ／ｄｔｅｘ、弾性率５００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である請求項１または２記載の芳香族ポリアミド繊維。
【請求項４】
５５０℃で１分間、熱処理したのちの収縮率が１．０〜２．５％である請求項１〜３いずれかに記載の芳香族ポリアミド繊維。
【請求項５】
ＪＩＳ Ｌ０８４２−７１に準拠して測定した４０時間の光照射後の強度保持率が７０％以上である請求項１〜４いずれかに記載の芳香族ポリアミド繊維。
【請求項６】
化２の構造反復単位からなる芳香族ポリアミドの含有率が０．１〜６．０ｍｏｌ％のときに、強度が２０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である請求項１〜５いずれかに記載の芳香族ポリアミド繊維。
【請求項７】
化１の構造反復単位（１）からなる芳香族ポリアミド（１）が、コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレンテレルタルアミドである請求項１〜６いずれかに記載の芳香族ポリアミド繊維。
【請求項１】
下記化１の構造反復単位（１）からなる芳香族ポリアミド（１）を主成分とし、かつ下記化２の構造反復単位（２）からなる芳香族ポリアミド（２）を０．１〜２０ｍｏｌ％含有していることを特徴とする芳香族ポリアミド繊維。
【化１】
【化２】
（化1および化2中、Ａｒ１およびＡｒ２は各々独立であり、非置換あるいは置換された２価の芳香基である。）
【請求項２】
ＪＩＳ Ｌ１０９１ Ｅ法に準拠して測定した限界酸素指数（ＬＯＩ値）が２５以上である請求項1記載の芳香族ポリアミド繊維。
【請求項３】
強度２０ｃＮ／ｄｔｅｘ、弾性率５００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である請求項１または２記載の芳香族ポリアミド繊維。
【請求項４】
５５０℃で１分間、熱処理したのちの収縮率が１．０〜２．５％である請求項１〜３いずれかに記載の芳香族ポリアミド繊維。
【請求項５】
ＪＩＳ Ｌ０８４２−７１に準拠して測定した４０時間の光照射後の強度保持率が７０％以上である請求項１〜４いずれかに記載の芳香族ポリアミド繊維。
【請求項６】
化２の構造反復単位からなる芳香族ポリアミドの含有率が０．１〜６．０ｍｏｌ％のときに、強度が２０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である請求項１〜５いずれかに記載の芳香族ポリアミド繊維。
【請求項７】
化１の構造反復単位（１）からなる芳香族ポリアミド（１）が、コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレンテレルタルアミドである請求項１〜６いずれかに記載の芳香族ポリアミド繊維。
【公開番号】特開２０１０−２２９５９２（Ｐ２０１０−２２９５９２Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７８６４６（Ｐ２００９−７８６４６）
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【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）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【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）】
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