JP4613701B2 - ポリフェニレンスルフィド繊維およびその製造方法 - Google Patents
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(1)ポリフェニレンスルフィドからなり、分子量分布において重量平均分子量をMw、数平均分子量をMnとしたときのMw/Mnが3.5以上、4.0以下であり、繊維の色調を示すL*値が50以上、70以下であり、かつ1−クロロナフタレンに溶解後の残査量が3.0重量%以下であることを特徴とするポリフェニレンスルフィド繊維。
(2)ポリフェニレンスルフィド樹脂にあらかじめ熱酸化処理を施し、熱酸化処理が1時間以上、5時間以下であり、メルトフローレートを100g/10分以上、500g/10分以下とし、その後紡糸することを特徴とする請求項1記載のポリフェニレンスルフィド繊維の製造方法。
(3)熱酸化処理が大気中160℃以上、260℃以下で行われることを特徴とする請求項2記載のポリフェニレンスルフィド繊維の製造方法。
(1)PPS
本発明におけるPPS繊維は、下記構造式(I)で示される繰り返し単位を有する重合体からなり、
[ポリハロゲン化芳香族化合物]
本発明で用いられるポリハロゲン化芳香族化合物とは、1分子中にハロゲン原子を2個以上有する化合物をいう。具体例としては、p−ジクロロベンゼン、m−ジクロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、1,3,5−トリクロロベンゼン、1,2,4−トリクロロベンゼン、1,2,4,5−テトラクロロベンゼン、ヘキサクロロベンゼン、2,5−ジクロロトルエン、2,5−ジクロロ−p−キシレン、1,4−ジブロモベンゼン、1,4−ジヨードベンゼン、1−メトキシ−2,5−ジクロロベンゼンなどのポリハロゲン化芳香族化合物が挙げられ、好ましくはp−ジクロロベンゼンが用いられる。また、異なる2種以上のポリハロゲン化芳香族化合物を組み合わせて共重合体とすることも可能であるが、p−ジハロゲン化芳香族化合物を主要成分とすることが好ましい。
[スルフィド化剤]
本発明で用いられるスルフィド化剤としては、アルカリ金属硫化物、アルカリ金属水硫化物、および硫化水素が挙げられる。
[重合溶媒]
本発明では重合溶媒として有機極性溶媒を用いる。具体例としては、N−メチル−2−ピロリドン、N−エチル−2−ピロリドンなどのN−アルキルピロリドン類、N−メチル−ε−カプロラクタムなどのカプロラクタム類、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ヘキサメチルリン酸トリアミド、ジメチルスルホン、テトラメチレンスルホキシドなどに代表されるアプロチック有機溶媒、およびこれらの混合物などが挙げられ、これらはいずれも反応の安定性が高いために好ましく使用される。これらのなかでも、特にN−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPと略記することもある)が好ましく用いられる。
[分子量調節剤]
本発明においては、生成するPPS樹脂の末端を形成させるか、あるいは重合反応や分子量を調節するなどのために、モノハロゲン化合物(必ずしも芳香族化合物でなくともよい)を、上記ポリハロゲン化芳香族化合物と併用することができる。
[重合助剤]
本発明においては、比較的高重合度のPPS樹脂をより短時間で得るために重合助剤を用いることも好ましい態様の一つである。ここで重合助剤とは得られるポリアリーレンスルフィド樹脂の粘度を増大させる作用を有する物質を意味する。このような重合助剤の具体例としては、例えば有機カルボン酸塩、水、アルカリ金属塩化物、有機スルホン酸塩、硫酸アルカリ金属塩、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属リン酸塩およびアルカリ土類金属リン酸塩などが挙げられる。これらは単独であっても、また2種以上を同時に用いることもできる。なかでも、有機カルボン酸塩および/または水が好ましく用いられる。
[重合安定剤]
本発明においては、重合反応系を安定化し、副反応を防止するために、重合安定剤を用いることもできる。重合安定剤は、重合反応系の安定化に寄与し、望ましくない副反応を抑制する。副反応の一つの目安としては、チオフェノールの生成が挙げられ、重合安定剤の添加によりチオフェノールの生成を抑えることができる。重合安定剤の具体例としては、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属水酸化物、およびアルカリ土類金属炭酸塩などの化合物が挙げられる。そのなかでも、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、および水酸化リチウムなどのアルカリ金属水酸化物が好ましい。上述のアルカリ金属カルボン酸塩も重合安定剤として作用するので、本発明で使用する重合安定剤の一つに入る。また、スルフィド化剤としてアルカリ金属水硫化物を用いる場合には、アルカリ金属水酸化物を同時に使用することが特に好ましいことを前述したが、ここでスルフィド化剤に対して過剰となるアルカリ金属水酸化物も重合安定剤となり得る。
[前工程]
本発明に用いるPPS樹脂粉粒体の製造方法において、スルフィド化剤は通常水和物の形で使用されるが、ポリハロゲン化芳香族化合物を添加する前に、有機極性溶媒とスルフィド化剤を含む混合物を昇温し、過剰量の水を系外に除去することが好ましい。なお、この操作により水を除去し過ぎた場合には、不足分の水を添加して補充することが好ましい。
また、上述したように、スルフィド化剤として、アルカリ金属水硫化物とアルカリ金属水酸化物から、反応系においてin situで、あるいは重合槽とは別の槽で調製されるアルカリ金属硫化物も用いることができる。この方法には特に制限はないが、望ましくは不活性ガス雰囲気下、常温〜150℃、好ましくは常温〜100℃の温度範囲で、有機極性溶媒にアルカリ金属水硫化物とアルカリ金属水酸化物を加え、常圧または減圧下、少なくとも150℃以上、好ましくは180〜260℃まで昇温し、水分を留去させる方法が挙げられる。この段階で重合助剤を加えてもよい。また、水分の留去を促進するために、トルエンなどを加えて反応を行ってもよい。
[重合反応工程]
本発明においては、有機極性溶媒中でスルフィド化剤とポリハロゲン化芳香族化合物とを200℃以上290℃未満の温度範囲内で反応させることによりPPS樹脂粉粒体を製造する。
一般に、最終的には250〜290℃の温度まで昇温し、その温度で通常0.25〜50時間、好ましくは0.5〜20時間反応させる。
なお、ポリハロゲン化芳香族化合物(ここではPHAと略記)の転化率は、以下の式で算出した値である。PHA残存量は、通常、ガスクロマトグラフ法によって求めることができる。
(a)ポリハロゲン化芳香族化合物をアルカリ金属硫化物に対しモル比で過剰に添加した場合
転化率=〔PHA仕込み量(モル)−PHA残存量(モル)〕/〔PHA仕込み量(モル)−PHA過剰量(モル)〕
(b)上記(a)以外の場合
転化率=〔PHA仕込み量(モル)−PHA残存量(モル)〕/〔PHA仕込み量(モル)〕
[回収工程]
本発明で用いるPPS樹脂粉粒体の製造方法においては、重合終了後に、重合体、溶媒などを含む重合反応物から固形物を回収する。
[後処理工程]
本発明で用いられるPPS樹脂粉粒体は、上記重合、回収工程を経て生成した後、酸処理、熱水処理または有機溶媒による洗浄を施されたものであってもよい。
また、処理の雰囲気は、末端基の分解は好ましくないので、これを回避するため不活性雰囲気下とすることが望ましい。さらに、この熱水処理操作を終えたPPS樹脂は、残留している成分を除去するため温水で数回洗浄するのが好ましい。
[メルトフローレート:MFR]測定温度315.5℃、5000g荷重とし、ASTM D1238−70に準ずる方法で測定した。
[L*値]スガ試験機社製SM−3 カラーコンピュ−ターを用い、金属板に繊維を下地の色がほぼ無視できる程度まで密に積層し均一に巻き付けL*値を測定した。
[糸強度および伸度]JIS L−1073(1965)に従い行った。
[分子量分布]ゲル浸透クロマトグラフ(GPC220)を用い210℃の1−クロロナフタレンに溶解し測定を行った。
[溶解性]200℃の1−クロロナフタレンに溶解した後濾過を行い残査量を測定した。
[熱減量]示差熱熱天秤・質量同時測定装置(Seiko Instruments Inc.製 EXSTAR6000、TG/DTA6200)を用いサンプル重量5〜10mgの範囲でN2下室温から400℃まで3℃/分で昇温し、熱減量を測定した。
[参考例1]PPS−1の調製
撹拌機および底に弁のついたオートクレーブに、47.5%水硫化ナトリウム水溶液8267g(70.00モル)、96%水酸化ナトリウム2925g(70.20モル)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)13860.00g(140.00モル)、酢酸ナトリウム2187g(26.67モル)、及びイオン交換水10500gを仕込み、常圧で窒素を通じながら240℃まで約3時間かけて徐々に加熱し、水14740gおよびNMP280.0gを留出したのち、反応容器を160℃に冷却した。仕込みアルカリ金属硫化物1モル当たりの系内残存水分量は、NMPの加水分解に消費された水分を含めて1.08モルであった。また、硫化水素の飛散量は仕込みアルカリ金属硫化物1モル当たり0.023モルであった。
得られたケークおよびイオン交換水90リットルを、撹拌機付きオートクレーブに仕込み、オートクレーブ内部を窒素で置換した後、192℃まで昇温し、30分保持した。その後オートクレーブを冷却して内容物を取り出した。
[参考例2]PPS−2の調製
96%水酸化ナトリウムの仕込量を2943g(70.63モル)、酢酸ナトリウムの仕込量を1856g(22.64モル)、p−DCBの仕込量を10480g(71.28モル)とした以外は、参考例1と同様にして行った。
[参考例3]PPS−3の調製
p−DCBの仕込量を10320g(70.24モル)とした以外は、参考例1と同様にして行った。
[参考例4]PPS―4の調整
オートクレーブに、47%水硫化ナトリウム9.44kg(80モル)、96%水酸化ナトリウム3.43kg(82.4モル)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)13.0kg(131モル)、酢酸ナトリウム2.86kg(34.9モル)、及びイオン交換水12kgを仕込み、常圧で窒素を通じながら235℃まで約3時間かけて徐々に加熱し、水17.0kgおよびNMP0.3kg(3.23モル)を留出したのち、反応容器を160℃に冷却した。硫化水素の飛散量は2モルであった。
PPS−1を200℃でメルトフローレイトが152g/10分になるまで大気中で2.5時間の熱酸化処理を行った。得られたPPS粉粒体を、日本製鋼所社製TEX30型2軸ベント付き押出機で、シリンダー設定温度を290℃に設定し、160rpmのスクリュー回転にて溶融混練し、ストランドカッターによりペレット化した。その後、165℃で5時間真空乾燥を行った後、該ポリマーを用いて、公知の溶融紡糸設備を用い、紡糸温度320℃、吐出量46.1g/分、引取速度1000m/分にて巻き取り、461dtex、72フィラメントの未延伸糸を得た。この未延伸糸を、延伸倍率3.2倍、第1ホットローラー温度90℃、第2ホットローラー温度150℃の延伸機で延伸をおこない144dtex、72フィラメントの延伸糸を得た。紡糸時の糸切れ頻度は10時間/1回、初期樹指圧に対する10時間紡糸後の樹脂内圧上昇率は2%、糸強度4.2cN/dtex、糸伸度35%、L*値55.3であった。この繊維の分子量分布を測定したところMw/Mn=3.83、Mz/Mw=1.93であり、繊維のメルトフローレートは164g/10分、1−クロロナフタレンに溶解後の残査量は1.5wt%、さらに揮発成分を定量化するためTG−DTAにて320℃までの減量を確認したところ減量率は0.2%であった。
PPS−1を200℃でメルトフローレートが161g/10分になるまで大気中で1.5時間の熱酸化処理を行った。実施例1と同様にペレタイズ、乾燥、紡糸、評価を行った。紡糸時の糸切れ頻度は9時間/1回、初期樹指圧に対する10時間紡糸後の樹脂内圧上昇率は5%、糸強度4.5cN/dtex、糸伸度37%、L*値60.2であった。この繊維の分子量分布を測定したところMw/Mn=3.93、Mz/Mw=1.92であり、繊維のメルトフローレートは173g/10分、1−クロロナフタレンに溶解後の残査量は1.2wt%、さらに揮発成分を定量化するためTG−DTAにて320℃までの減量を確認したところ減量率は0.2%であった。
PPS−3を200℃でメルトフローレートが231g/10分になるまで大気中で4時間の熱酸化処理を行った。実施例1と同様にペレタイズ、乾燥、紡糸、評価を行った。紡糸時の糸切れ頻度は10時間/1回、初期樹指圧に対する10時間紡糸後の樹脂内圧上昇率は4%、糸強度3.8cN/dtex、糸伸度42%、L*値53.4であった。この繊維の分子量分布を測定したところMw/Mn=3.73、Mz/Mw=1.97であり、繊維のメルトフローレートは256g/10分、1−クロロナフタレンに溶解後の残査量は1.8wt%、揮発成分を定量化するためTG−DTAにて320℃までの減量を確認したところ減量率は0.2%であった。
PPS−1を用い、熱酸化処理を施さなかった以外は、実施例1と同様にペレタイズ、乾燥、紡糸、評価を実施した。紡糸時の糸切れ頻度は1時間/1回、初期樹指圧に対する10時間紡糸後の樹脂内圧上昇率は50%、糸強度2.8cN/dtex、糸伸度32%、L*値75.3であった。この繊維の分量分布を測定したところMw/Mn=4.13、Mz/Mw=2.08であり、繊維のメルトフローレートは221g/10分、1−クロロナフタレンに溶解後の残査量は1.2wt%、揮発成分を定量化するためTG−DTAにて320℃までの減量を確認したところ減量率は1.2%であった。
PPS−1を220℃でメルトフローレートが60g/10分になるまで大気中で15時間の熱酸化処理を行った。実施例1と同様にペレタイズ、乾燥、紡糸、評価を行った。紡糸時の糸切れ頻度は4時間/1回、初期樹指圧に対する10時間紡糸後の樹脂内圧上昇率は10%、糸強度3.2cN/dtex、糸伸度28%、L*値47.3であった。この繊維の分量分布を測定したところMw/Mn=3.72、Mz/Mw=2.12であり、繊維のメルトフローレートは83g/10分、1−クロロナフタレンに溶解後の残査量は4.2wt%、揮発成分を定量化するためTG−DTAにて320℃までの減量を確認したところ減量率は0.5%であった。
PPS―2を220℃でメルトフローレートが190g/10分になるまで大気中で13時間の熱酸化処理を行った。その後、実施例1と同様にペレタイズ、乾燥、紡糸、評価を行った。紡糸時の糸切れ頻度は3時間/1回、初期樹指圧に対する10時間紡糸後の樹脂内圧上昇率は25%、糸強度3.8cN/dtex、糸伸度35%、L*値52.2であった。この繊維の分子量分布を測定したところMw/Mn=3.90、Mz/Mw=1.87であり、繊維のメルトフローレートは203g/10分、1−クロロナフタレンに溶解後の残査量は8.8wt%、さらに揮発成分を定量化するためTG−DTAにて320℃までの減量を確認したところ減量率は0.5%であった。
PPS−4を実施例1と同様にペレタイズ乾燥、紡糸、評価を行った。紡糸時の糸切れ頻度は8時間/1回、初期樹指圧に対する10時間紡糸後の樹脂内圧上昇率は2%、糸強度4.5cN/dtex、糸伸度37%、L*値79.5であった。この繊維の分量分布を測定したところMw/Mn=3.33、Mz/Mw=1.97であり、繊維のメルトフローレートは175g/10分、1−クロロナフタレンに溶解後の残査量は1.8wt%、揮発成分を定量化するためTG−DTAにて320℃までの減量を確認したところ減量率は0.8%であった。
Claims (3)
- ポリフェニレンスルフィドからなり、分子量分布において重量平均分子量をMw、数平均分子量をMnとしたときのMw/Mnが3.5以上、4.0以下であり、繊維の色調を示すL*値が50以上、70以下であり、かつ1−クロロナフタレンに溶解後の残査量が3.0重量%以下であることを特徴とするポリフェニレンスルフィド繊維。
- ポリフェニレンスルフィド樹脂にあらかじめ熱酸化処理を施し、熱酸化処理が1時間以上、5時間以下であり、メルトフローレートを100g/10分以上、500g/10分以下とし、その後紡糸することを特徴とする請求項1記載のポリフェニレンスルフィド繊維の製造方法。
- 熱酸化処理が大気中160℃以上、260℃以下で行われることを特徴とする請求項2記載のポリフェニレンスルフィド繊維の製造方法。
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