JP2006257598A - ゴム補強用合成繊維 - Google Patents

Abstract

【課題】弾性率、寸法安定性及びゴム接着性が向上した、タイヤコード、伝動ベルト、ゴムホースなどに好適なゴム補強用合成繊維を提供すること。
【解決手段】高分子１００重量部に対して、層状珪酸塩からなる無機成分を０．１〜１５重量部含有する合成繊維であって、ゴム用接着剤が付着していることを特徴とする。さらには、層状珪酸塩が有機オニウムイオンで６０〜１００%イオン交換されていること、合成繊維がポリエステル繊維であることや、ポリエチレンテレフタレート繊維あるいはポリエチレンナフタレート繊維であること、合成繊維がマルチフィラメントであること、ゴム用接着剤がレゾルシン・ホルマリン・ラテックス系接着剤であること、合成繊維が撚糸されたコードであることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明はゴム補強用合成繊維に関し、さらに詳しくは、弾性率、寸法安定性、ゴム接着性が向上した、タイヤコード、伝動ベルト、ゴムホースなどに好適なゴム補強用合成繊維に関する。

物理化学的特性が安定している合成樹脂は、近年、繊維、フィルム、樹脂等に幅広く用いられている。今後もその用途の拡大が期待され、それに伴う物性向上が求められている。特に繊維用途では、強度、弾性率、寸法安定性や耐熱温度の向上などによる使用温度範囲や耐摩擦性などの耐久性を向上させるというニーズがタイヤコードなどの各種産業用途において求められている。中でもポリエステル繊維はその優れた汎用性、機械特性や耐熱性からゴム補強用繊維としても広範に用いられており、更なる物性の向上が期待されている。

このようなゴム補強用合成繊維には、高強度で且つ低収縮性であることが要求される。例えば、コンベアベルト、ゴムホース用途においては成型時の寸法安定性から益々の低収縮化、過酷な使用条件下での耐久性、耐疲労性が要求されている。また、タイヤコード用繊維としては、タイヤ成型時の保留向上のため、更なる低収縮化、乗心地の向上のための高モジュラス化、また大型タイヤへの適用には耐疲労性の向上が、一方Ｖベルト用コードとしてはメンテナンスフリーのために高モジュラス化、耐疲労性が要求されている。このような観点からも高強度で低収縮、高モジュラス、耐疲労性を兼ね備えた合成繊維コードが期待されている。

そういった背景のもと、熱可塑性合成樹脂の機械特性向上のために様々な取組みが提案されている。中でも、熱可塑性樹脂へ無機充填剤を添加することによる弾性率、寸法安定性や耐熱性の向上などについて、射出成形用樹脂等で盛んに研究がなされ、例えばガラス繊維を使用した樹脂の補強が行われてきた。さらに近年では、繊維径０．４μｍ、繊維長１５〜２８μｍ、アスペクト比７〜１０の繊維状チタン酸カリウムや繊維状珪酸カルシウムを利用した樹脂組成物なども開示されている（特許文献１参照）。しかしながら、繊維用途として利用する為には、これらの粒子は大きすぎ、繊維製造時の糸切れや物性低下の原因となるために良好な合成繊維を得ることは困難であった。

また、例えば特許文献２などにトルマリンなどの微粒子を含有する繊維が開示されているが、特に強度が要求されるゴム補強用合成繊維においては、一般に無機物を添加すると強度や弾性率が低下してしまうと考えられていた。
特開２００１−１３１４０９号公報 特開２００４−１２４２６９号公報

本発明は、弾性率、寸法安定性及びゴム接着性が向上した、タイヤコード、伝動ベルト、ゴムホースなどに好適なゴム補強用合成繊維を提供することにある。

本発明のゴム補強用合成繊維は、ポリエステル１００重量部に対して、層状珪酸塩からなる無機成分を０．１〜１５重量部含有する合成繊維であって、ゴム用接着剤が付着していることを特徴とする。

さらには、層状珪酸塩が有機オニウムイオンで６０〜１００%イオン交換されていることや、有機オニウムイオンが下記式（１）で表されることが好ましい。

（式中、Ｍは窒素原子またはリン原子である。Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３及びＲ_４は、それぞれ独立に、炭素数１〜３０の炭化水素基またはヘテロ原子を含む炭化水素基、また任意のＲ_１，Ｒ_２，Ｒ_３及びＲ_４は環を形成していても良い。）

また、合成繊維がポリエステル繊維であることや、ポリエチレンテレフタレート繊維あるいはポリエチレンナフタレート繊維であること、合成繊維がマルチフィラメントであること、ゴム用接着剤がレゾルシン・ホルマリン・ラテックス系接着剤であること、合成繊維が撚糸されたコードであることが好ましい。

本発明によれば、弾性率、寸法安定性及びゴム接着性が向上した、タイヤコード、伝動ベルト、ゴムホースなどに好適なゴム補強用合成繊維が提供される。

本発明は繊維を構成する高分子に対して層状珪酸塩からなる無機成分を含有する合成繊維である。高分子としては、繊維を形成することができる高分子である合成樹脂であれば特に制限は無く、熱可塑性樹脂である、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ナイロン６、ナイロン６６等のポリアミド等が好ましくは挙げられる。

さらにゴム補強用合成繊維としては強度に優れたポリエステル繊維であることが好ましい。ここでポリエステルは、従来公知の方法でカルボン酸及び／またはその誘導体とジオールを重縮合したもの、あるいは、ヒドロキシカルボン酸からなるもの、あるいは、さらにこれらの共重合体を指す。

好ましい態様であるポリエステルを構成するカルボン酸成分としては、テレフタル酸、イソフタル酸、２，６-ナフタレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸、シュウ酸、コハク酸、マレイン酸及びフマル酸等の脂肪族ジカルボン酸、１，４-シクロヘキサンジカルボン酸などの環状脂肪族ジカルボン酸などが挙げられる。ジオールとしては、エチレングリコール、１，２-プロピレングリコール、１，３-プロピレングリコール、１，３-ブタンジオール、トリメチレングリコール、ジエチレングリコールなどの脂肪族ジオールや、ヒドロキノン、レゾルシノール、ビスフェノールＡ等のジフェノール類が挙げられる。ヒドロキシカルボン酸としては、ｐ-ヒドロキシ安息香酸等の芳香族ヒドロキシカルボン酸などが挙げられる。

かかるポリエステル樹脂の具体例としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ（１，３-トリメチレンテレフタレート）、ポリブチレンテレフタレート、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリエチレンイソフタレート-テレフタレート共重合体、ポリブチレンイソフタレート-テレフタレート共重合体、ポリシクロヘキシレンジメチレンイソフタレート-テレフタレート共重合体などが挙げられる。

さらに本発明では、合成繊維がポリエチレンテレフタレート繊維あるいはポリエチレンナフタレート繊維であることが好ましい。特にこれらのポリエステルが分子鎖中にエチレンテレフタレートあるいはエチレンナフタレート繰返単位を９０モル％以上、好ましくは９５モル％以上を含有するポリエステルであることが、結晶性の良好な繊維が得られるため、弾性率や強度の点で好ましい。かかるポリエステルはポリエチレンテレフタレートあるいはポリ（エチレン２，６−ナフタレート）で構成されているが、１０モル％未満、好ましくは５モル％未満の割合で他の共重合成分を含んでも差し支えない。このような共重合成分としては例えばイソフタル酸、テレフタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、２，５−ナフタレンジカルボン酸、２，７−ナフタレンジカルボン酸、１，５−ナフタレンジカルボン酸、アジピン酸、ｐ−オキシ安息香酸、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、１，４−ブチレングリコール、トリメリット酸、ペンタエリスリトール等が挙げられる。また、これらのポリエステル中には、二酸化チタンなどの艶消剤、リン酸、亜リン酸、それらのエステル化合物などの安定剤、着色剤等の添加剤を含んでも差し支えない。

本発明のゴム補強用合成繊維は、高分子１００重量部に対して、層状珪酸塩からなる無機成分を０．１〜１５重量部含有するものである。ここで本発明で使用する層状珪酸塩は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｌｉ等を含む八面体シート構造を２枚のＳｉＯ_４四面体シート構造が挟んだ形の２：１型が好適であり、具体的には、サポナイト、ヘクトライト、フッ素ヘクトライト、モンモリロナイト、バイデライト、スチブンサイト等のスメクタイト系粘土鉱物、Ｌｉ系フッ素テニオライト、Ｎａ型フッ素テニオライト、Ｎａ型四珪素フッ素雲母、Ｌｉ型四珪素フッ素雲母等の膨潤性合成雲母、バーミキュライト、ハロサイト、膨潤性マイカ等を挙げることができる。また、これらは、天然のものでも、合成のものでも構わない。これらのうち、陽イオン交換容量などの点から、モンモリロナイト、ヘクトライト等のスメクタイト系粘土鉱物、Ｌｉ型フッ素テニオライト、Ｎａ型四珪素フッ素雲母等を好適に使用することができる。

本発明の層状珪酸塩はこうした層状珪酸塩を有機オニウムイオンによりイオン交換能対比６０〜１００％イオン交換されたものを好ましく使用することができる。

有機オニウムイオンとしては、ホスホニウム、アンモニウム等の４級オニウムイオンであり、へテロ原子が環構造の一部を構成していても良い。具体的には、有機オニウムイオンが下記式（１）で示されるものを挙げることができる。

（式中、Ｍは窒素原子またはリン原子である。Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３及びＲ_４は、それぞれ独立に、炭素数１〜３０の炭化水素基またはヘテロ原子を含む炭化水素基、また任意のＲ_１，Ｒ_２，Ｒ_３及びＲ_４は環を形成していても良い。）

炭素数１〜３０の炭化水素基としては、アルキル基、芳香族基を挙げることができる。アルキル基としては、炭素数１〜１８のアルキル基が好ましく、メチル、エチル、ｎ−プロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ドデシル、ｎ−テトラデシル、ｎ−ペンタデシル、ｎ−ヘキサデシル、ｎ−ヘプタデシル、及びｎ−オクタデシルを例示することができる。また、芳香族基としては、フェニル基、ビフェニル基、ベンジル基、トシル基などを例示することができる。Ｒ_１〜Ｒ_４は、それらの熱安定性に影響を及ぼさないメチル、エチル、フッ素、塩素などのような置換基を有してもよい。

Ｍが窒素原子である四級アンモニウムの具体例としては、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、トリエチルベンジルアンモニウム、テトラオクチルアンモニウム、トリメチルデシルアンモニウム、トリメチルドデシルアンモニウム、トリメチルヘキサデシルアンモニウム、トリブチルドデシルアンモニウム、トリブチルオクタデシルアンモニウム、トリオクチルエチルアンモニウム、トリブチルヘキサデシルアンモニウム、メチルトリフェニルアンモニウム、エチルトリフェニルアンモニウム等の各種のテトラアルキルアンモニウムを好適なものとして挙げられる。

また、Ｍがリンである有機ホスホニウムの具体例としてはテトラエチルホスホニウム、トリエチルベンジルホスホニウム、テトラブチルホスホニウム、テトラオクチルホスホニウム、トリメチルデシルホスホニウム、トリメチルドデシルホスホニウム、トリメチルヘキサデシルホスホニウム、トリメチルオクタデシルホスホニウム、トリブチルメチルホスホニウム、トリブチルドデシルホスホニウム、トリブチルオクタデシルホスホニウム、トリフェニルホスホニウム、エチルトリフェニルホスホニウム、ジフェニルジオクチルホスホニウム、トリフェニルオクタデシルホスホニウム、テトラフェニルホスホニウム、トリブチルアリルホスホニウムなどが挙げられる。

さらに、上記式（１）のＲ_１，Ｒ_２，Ｒ_３及びＲ_４のいずれかがヘテロ原子を含む炭化水素基の場合、上述の炭素数１〜３０の炭化水素基Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３及びＲ_４の少なくとも一部が、炭素数１〜３０のヒドロキシ置換炭化水素基、イミド置換炭化水素基からなる群から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。更に好ましくは、下記置換基およびその異性体を例示することができる。

ヒドロキシ置換炭化水素基：

イミド置換炭化水素基：

（ここで上記式中、ａは１〜２９の整数である。）

さらに、Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３及びＲ_４が環を形成する場合にはピリジン、メチルピリジン、エチルピリジン、ジメチルピリジン、ヒドロキシピリジン、ジメチルアミノピリジン等のピリジン誘導体、イミダゾール、メチルイミダゾール、ジメチルイミダゾール、ベンズイミダゾール等のイミダゾール誘導体、ピラゾール、メチルピラゾール、ジメチルピラゾール、エチルピラゾール、ベンズピラゾール等のピラゾール誘導体からなる有機オニウムイオンを挙げることができる。イミダゾール誘導体としては、Ｎ−メチルイミダゾリニウム、Ｎ−エチルイミダゾリニウム、Ｎ−ヘキシルイミダゾリニウム、Ｎ−オクチルイミダゾリニウム、Ｎ−ドデシルイミダゾリニウム、Ｎ−ヘキサデシルイミダゾリニウム等のアルキル置換イミダゾリウムの一部が、イミド置換炭化水素基で示される構造でＮ置換されたイミダゾリウム及びそれらのアルキル置換体を例示することができる。

上述した有機オニウムは、単独でも複数の組み合わせでも用いることができる。有機オニウムイオンとしては、層状珪酸塩の耐熱性の点からホスホニウム、イミダゾリウム構造を有するものが好ましい。更に好ましくは、有機オニウムとして具体的には、テトラブチルホスホニウム、テトラオクチルホスホニウム、トリブチルドデシルホスホニウム、トリブチルヘキサデシルホスホニウムなどのアルキルホスホニウムやＮ−メチルイミダゾリニウム、Ｎ−エチルイミダゾリニウム、Ｎ−ヘキシルイミダゾリニウム、Ｎ−オクチルイミダゾリニウム、Ｎ−ドデシルイミダゾリニウム、Ｎ−ヘキサデシルイミダゾリニウム等のアルキル置換イミダゾリウム、そして、アルキル基の一部がイミド置換炭化水素基で置換された下記のオニウムを例示することができる。

上述のような置換基において、分散させるクレイや熱可塑性樹脂の種類、あるいは組み合わせにより好適なａの値が変わりうる。

本発明で使用される層状珪酸塩は、こうした有機オニウムにより、層状珪酸塩の陽イオン交換能に対して６０〜１００％イオン交換されているものであることが好ましい。層状珪酸塩のイオン交換能は、従来公知の方法で測定可能であるが、本発明で使用される層状珪酸塩のイオン交換能としては、先述の層状珪酸塩のうち、２０〜３００当量／１００ｇ程度のものが好適に使用できる。陽イオン交換能が、２０当量／１００ｇ以上あるほうが、有機オニウムの導入率が高くなるために層状珪酸塩の合成樹脂、特にポリエステルへの分散性の点で有利である。逆に、３００当量／１００ｇ以下のもののほうが、有機オニウムのイオン交換が容易となるために本発明の層状珪酸塩を製造する上で好ましい。更に好ましくは、陽イオン交換能としては８０〜１５０当量／１００ｇである。本発明で使用する層状珪酸塩は、こうした陽イオン交換能のうち、６０〜１００％が上述の有機オニウムによりイオン交換されているものである。こうした陽イオンの交換率（カチオン交換率）は、下記式（２）によって算出することができる。
カチオン交換率（％）＝｛Ｗｆ／（１−Ｗｆ）｝／（Ｍｏｒｇ／Ｍｓｉ）×１００・・・・（２）
（Ｗｆは２０℃／ｍｉｎの昇温速度で１２０℃から８００℃まで測定した層状珪酸塩の示差熱天秤による重量減少率、Ｍｏｒｇは該イミダゾリウムイオンの分子量、Ｍｓｉは層状珪酸塩の陽イオン部分における１電荷あたりの分子量を表す。層状珪酸塩の陽イオン部分における１電荷あたりの分子量は、層状珪酸塩の陽イオン交換容量（単位：グラム当量またはｅｑ／１００ｇ）の逆数で算出される値である。）

さらに、本発明の層状珪酸塩に対して陽イオン交換に関与しなかったオニウムの有無は、蛍光Ｘ線や、原子吸光分析などの従来公知の方法で、原料に使用したオニウム化合物の対イオンの有無を測定することなどから確認することが可能である。

本発明においては、イオン交換率は６０〜１００％が好ましい。イオン交換率は低いと合成樹脂、特にポリエステルと混合した際に層状珪酸塩の分散性が低くなることがある。また、イオン交換率が高すぎると陽イオン交換された層状珪酸塩に占める有機オニウムイオンの割合が高くなりすぎ、例えば耐熱性や分子量の低下など、ポリマーの特性がかえって損なわれることがある。イオン交換率は７０〜９８％がより好ましく、７５〜９６％がさらに好ましく、７７〜９５％が最も好ましい。

さらに本発明で用いる層状珪酸塩は、窒素雰囲気下、２０℃／ｍｉｎの昇温速度で示差熱天秤によって測定した５重量％重量減少時の温度が、３１０℃以上であることが好ましい。５重量％重量減少時の温度が３１０℃より低いと、合成樹脂と溶融混合する際の分解が大きく、層状珪酸塩の再凝集が起こったり、分解ガスが発生するなどポリマー特性を低下させる傾向にある。こうした点から５重量％重量減少時の温度は高いほど好ましいが、本発明の層状珪酸塩では、良好な分散性を与えるオニウムの構造を勘案すると、好ましくは３３０℃以上、より好ましくは３４０℃以上、さらに好ましくは３５０℃以上である。

有機オニウムで層状珪酸塩の陽イオンを交換する方法としては、従来公知の方法が可能である。具体的には水、エタノール、メタノールなどの極性溶媒に原料となる層状珪酸塩を分散させておき、そこへ有機オニウムを添加する、あるいは、有機オニウムを含む溶液を添加する方法である。修飾反応に好ましい濃度としては、層状珪酸塩の濃度として、０．１〜５重量％で、溶解した有機オニウムと反応させることが好ましい。０．１重量％よりも濃度が低い場合には、溶液全体の量が多くなり過ぎ取扱う上で好ましくない。一方、５重量％を超える場合には、層状珪酸塩の分散液の粘度が高くなり過ぎるため、陽イオン交換率が低下する傾向にある。層状珪酸塩の濃度としては、０．５〜４．５重量％がより好ましく、１〜４重量％がさらに好ましい。反応時の温度としては、層状珪酸塩の分散液を攪拌するのに充分低い粘度を有すればよく、例えば、水の場合には、概略２０〜８０℃程度で陽イオン交換反応を行うことが好ましい。

本発明のゴム補強用合成繊維は、高分子１００重量部に対して、層状珪酸塩を無機成分として０．１〜１５重量部含有するものである。このとき層状珪酸塩は有機オニウムイオンで６０〜１００％イオン交換されたものであることが好ましい。無機成分とは、空気中で８００℃までの熱重量分析を行った際の残渣であるとする。無機成分としての含有量が０．１重量部以上を占める方が層状珪酸塩の添加による機械物性向上の点で好ましい。また、１５重量部以下であることが、得られた合成繊維の溶融成型、延伸を行う上で好ましい。無機成分としての含有量はこうした点から、高分子１００重量部に対して、無機成分として０．５〜１２重量部であることがさらに好ましく、１〜８重量部であることがより好ましい。

こうした高分子と層状珪酸塩からなる組成物は、高分子からなる樹脂の重合のいずれかの段階で、層状珪酸塩を添加する、二軸押出機などを利用してポリマーの溶融状態で混練する、また、ポリマーと実質的に反応しない溶剤に分散させたものを、二軸押出機などを利用してポリマーの溶融状態で混合する、といった方法で製造可能である。

このようにして得られた無機充填物と高分子の組成物は、例えば常法に従いポリマーの流動温度で溶融して紡糸口金より吐出し、紡糸することによって本発明のゴム補強用合成繊維とすることができる。延伸する際には、細化点を固定するための加熱帯及び冷却チムニーを通じ、引き続いて油剤を付与したのちに３０００ｍ／ｍｉｎ以下の紡糸速度にて引取り、一旦捲取後に延伸に供する、あるいは一旦捲取ることなく引き続き延伸に供することが好ましい。さらには全延伸倍率３．５〜８倍にて２段以上の多段延伸をすることや、融点以下の温度にて熱処理を施したのちにパッケージに捲取ることが好ましい。このとき繊度が大きすぎる場合には紡糸口金よりポリマーを吐出したのちに冷却チムニーでの冷却が不充分となり易く、単糸間の膠着が起きることによって安定した繊維の製造が困難となる傾向にある。

また、本発明のゴム補強用合成繊維は、対疲労性や柔軟性の観点からマルチフィラメントであることが好ましい。総繊度としては２００〜３０００ｄｔｅｘであることが好ましい。繊度が小さすぎる場合には強度が不足する傾向にある。逆に繊度が大きすぎる場合には太くなりすぎて柔軟性が得られない問題や、紡糸時に単糸間の膠着が起こりやすく安定した繊維の製造が困難となる傾向にある。さらには、本発明のゴム補強用合成繊維が糸条を構成する場合の総繊度は、２５０〜２５００ｄｔｅｘの範囲であることがさらに好ましく、特には５００〜２０００ｄｔｅｘであることが好ましい。糸条を構成するフィラメント数は５０〜２０００であることが好ましい。

また本発明のゴム補強用合成繊維の強度は５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが好ましい。高強度であるほど好ましく、強度が５ｃＮ／ｄｔｅｘ未満の場合には、ゴム補強用繊維として耐久性が低下する傾向にある。さらには５．５〜１１ｃＮ／ｄｔｅｘの範囲が好ましく、６〜９．５ｃＮ／ｄｔｅｘの範囲が最も好ましい。

このような強度とするためには本発明のゴム補強用合成繊維は、ポリエステル繊維である場合に、その極限粘度が０．６０〜１．２０であることが好ましい。更に好ましくは０．７０〜１．１０である。極限粘度が０．６０未満では強度、タフネスが低下する傾向にある。一方、極限粘度が１．２０以上の繊維は溶融粘度が非常に高く溶融紡糸が不良となり易く、合成繊維を製造しにくい傾向にある。

また本発明の合成繊維は、紡糸時に油剤を０．０５〜２重量％付着したものであることが好ましく、より好ましくは０．１〜１重量％である。このような油剤の付与方法としては、ストレート（原油もしくは溶剤希釈など非含水）油剤又はエマルジョン（水での乳化）油剤を、ローラー給油法、計量ポンプを用いたガイド給油法、浸漬給油法、スプレー給油法等公知の方法により付与することで得ることができる。付与する工程は、紡出糸条が固化した時点以降いずれの時点でも良いが、通常は引取ローラーより前の時点で繊維糸条に付与することが好ましい。

本発明のゴム補強用合成繊維に付与する油剤としては、特に制限されるものでなく、公知のものを製糸・加工工程や用途に応じて用いても良いが、ゴムとの接着性及び耐熱性に優れ、製糸時あるいは製織加工時の毛羽発生や生産性低下のないものが好ましく、例えば、タイヤコード用途には脂肪族エステル化合物及び／あるいは脂肪族アルコール及びそのエステル化合物等が油剤の主成分として好適に挙げられる。さらに好ましくは、脂肪族エステル化合物としては、例えば、オレイルオレート等のモノエステル、ジオレイルチオジプロピオネート等のジエステルを例示することができる。一方、脂肪族アルコール及びそのエステル化合物としては、ヤシ油、ナタネ油等のトリグリセライドや、トリメチロールプロパントリラウレート、ペンタエリスリトールトリラウレート等の多価アルコールエステルを例示することができる。かかるような油剤の主体成分を１種もしくは２種以上を組み合わせて油剤の主成分として用いることができる。

また、油剤組成物として、必要に応じて乳化剤、高分子活性剤、制電剤、酸化防止剤等の成分を１種あるいは２種以上組み合わせて適時調整して用いることができることは言うまでも無い。さらに、本発明における合成繊維には、ゴム接着に対する前処理剤として、エポキシ化合物、イソシアネート化合物、ウレタン化合物やポリイミン化合物等を製糸工程で付与しても差し支えなく、取扱い上の利便性からはエポキシ化合物を特に好適に用いることができる。

さらに本発明のゴム補強用合成繊維は、ゴム用接着剤が付着していることを必須とする。このゴム・繊維用の接着剤としては汎用的に用いられているレゾルシン・ホルマリン・ラテックス系接着剤（以下ＲＦＬ接着剤と記す）であることが好ましい。ＲＦＬ接着剤はレゾルシン、ホルマリンの初期縮合物にゴムラテックスを混合したものである。

さらに本発明の合成繊維を用いる際には、撚糸しなくても用いることはできるが、合成繊維が撚糸されたコードであることが好ましい。撚りとしては５０〜１０００回／ｍの範囲であることが好ましく、下撚りと上撚りを行い合糸することも好ましい。

このようなコードは、上記のゴム補強用合成繊維に、常法に従って撚糸を加え、或いは無撚の状態でＲＦＬ処理剤を付着させ、緊張熱処理、定長熱処理あるいは弛緩熱処理を施すことにより得ることができ、タイヤ、ホース、ベルトなどのゴム補強用に好適に使用できる処理コードとなる。

本発明のゴム補強用合成繊維は、繊維軸方向に配向しナノ分散した層状珪酸塩により補強され、高強度、高弾性率かつ寸法安定性、ゴム接着力に優れたゴム補強用繊維として好適に使用することができる。

以下、本発明を実施例により詳しく説明する。ただし、これらの実施例により本発明の範囲が限定されるものではない。

（１）層状珪酸塩
モンモリロナイト（クニミネ工業（株）製 クニピアＦ（陽イオン交換容量０．１当量／１００ｇ）を使用した。層間距離は１．３ｎｍであった。この層状珪酸塩の陽イオン部分における１電荷あたりの分子量は９０９である。

（２）カチオン交換率
（株）リガク製示差熱天秤ＴＧ８１２０を用いて窒素雰囲気下２０℃／ｍｉｎで８００℃まで加熱した際の１２０〜８００℃までの重量減少率から次式（２）を用いて用いた。
カチオン交換率（％）＝｛Ｗｆ／（１−Ｗｆ）｝／（Ｍｏｒｇ／Ｍｓｉ）×１００
・・・・（２）
（Ｗｆは２０℃／ｍｉｎの昇温速度で１２０℃から８００℃まで測定した層状珪酸塩の示差熱天秤による重量減少率、Ｍｏｒｇは該イミダゾリウムイオンの分子量、Ｍｓｉは層状珪酸塩の陽イオン部分における１電荷あたりの分子量を表す。）

（３）樹脂組成物中のポリマーと層状珪酸塩の無機成分との重量比
（株）リガク製示差熱天秤ＴＧ８１２０を用いて窒素雰囲気下２０℃／ｍｉｎで８００℃まで加熱した際の重量減少率から求めた。

（４）熱分解温度：
（株）リガク製示差熱天秤ＴＧ８１２０を用いて窒素雰囲気下２０℃／ｍｉｎで８００℃まで加熱した際の５重量％重量減少した温度を求めた。

（５）層状珪酸塩の層間距離
（株）リガク製粉末Ｘ線回折装置ＲＡＤ−Ｂを用いて回折ピーク位置から算出した。

（６）極限粘度（［η］）
（ａ）ポリエチレンナフタレート繊維０．６ｇをフェノールとオルトジクロロベンゼンとの混合溶液（容積比６：４）５０ｃｍ^３に溶解し、オストワルド式粘度管を用いて３５℃の温度条件にて常法に従って測定した粘度から算出した。
（ｂ）ポリエチレンテレフタレート繊維０．６ｇをオルトクロロフェノール５０ｃｍ^３に溶解し、オストワルド式粘度管を用いて３５℃の温度条件にて常法に従って測定した粘度から算出した。

（７）繊維の強伸度及びモジュラス（中間荷伸、ヤング率）
引張荷重測定器（（株）島津製作所製オートグラフ）を用い、ＪＩＳ Ｌ−１０１３に従って測定した。尚、繊維の中間荷伸は強度４ｃＮ／ｄｔｅｘ時の伸度を、処理コードの中間荷伸は強力４４Ｎ時の伸度を表した。

（８）乾熱収縮率
ＪＩＳ−Ｌ１０１３に従い、２０℃、６５％ＲＨの温湿度管理された部屋で２４時間放置後、無荷重状態で、乾燥機内で１７７℃×３０ｍｉｎ熱処理し、熱処理前後の試長差より算出した。

（９）製糸性
紡糸・延伸工程における製糸性について、以下の３段階評価で表した。毛羽発生・糸切れが無く非常に良好（○）、やや毛羽の発生があるものの糸切れが無く良好（△）、毛羽・糸切れが発生（×）。

（１０）剥離接着力
処理コードとゴムとの接着力を示すものである。天然ゴムを主成分とするカーカス配合の未加硫ゴムシート表層近くに７本のコードを埋め、１６０℃、５００Ｎ／ｃｍ^２のプレス圧力で加硫し、次いで、両端のコードを残し５本のコードをゴムシート面に対し９０度の方向へ２００ｍｍ／分の速度で剥離するのに要した力をＮ／ｃ（コード）で示したものである。ただし、加硫時間はポリエチレンテレフタレート繊維は６０分、ポリエチレンナフタレート繊維は１８０分とした。

［有機オニウム化合物及び層状珪酸塩の調整］
フラスコにフタルイミドカリウム８５重量部、１，１０−ジブロモデカン１００８重量部、無水ジメチルホルムアミド４３０重量部を入れ、攪拌し、１００℃で２０時間加熱した。加熱後、揮発性成分を全て除去し、残渣をキシレンで抽出した。抽出した溶液から揮発性成分を留去し、残渣を室温で放置することで１０−ブロモデカメチレンフタルイミドの結晶を得た。

フラスコにトリオクチルホスフィン２０重量部、フタルイミドデカメチレンイミダゾリウムブロミド２０重量部を入れ攪拌し、約１００℃で８〜１０時間攪拌し、Ｎ−フタルイミドデカメチレントリイオクチルホスホニウムブロミドを得た。（下記式）

続いて、フラスコにクニピアＦ１００重量部、水３０００重量部、メタノール５００重量部を入れ、８０℃で加熱攪拌した。ここにＮ−フタルイミドデカメチレントリオクチルホスホニウムブロミド１２０重量部をメタノール３００重量部で溶解させた溶液を加え、さらに８０℃で３時間攪拌した。混合物から固体を濾別し、メタノールで３回、水で３回洗浄したのち、陽イオン交換された層状珪酸塩を得た。陽イオン交換率は６５％、熱分解温度は３７４℃、層間距離は２４．７Åであった。

（ポリエチレンテレフタレート繊維）
［実施例１］
フラスコにテレフタル酸ジメチル２００重量部、エチレングリコール１４０重量部の混合物を入れ、前述の方法で得た層状珪酸塩３重量部、酢酸カルシウム一水和物０．１２８重量部を加圧反応が可能なステンレス製容器に仕込み、窒素で０．０７ＭＰａに加圧し１４０℃から２４０℃まで昇温しながらエステル交換反応させた後、トリエチルホスホノアセテート０．０７重量部を添加してエステル交換反応を終了させた。その後、反応生成物を重合容器に移し、三酸化アンチモン０．０４重量部を添加し、２９０℃で１時間かけて常圧から０．５Ｔｏｒｒまで減圧し、そのまま１時間重合反応し、ポリエチレンテレフタレートと層状珪酸塩の組成物（ポリエチレンテレフタレートと無機成分の重量比＝１００：１）を得た。この組成物の融点は２５４℃、極限粘度は０．６３であった。得られたポリマーをペレット状に成形後、窒素雰囲気下１６０℃にて３時間の乾燥、予備結晶化し、さらに２３０℃真空下にて固相重合反応を行い、極限粘度０．９８のポリエチレンテレフタレートと層状珪酸塩の組成物ペレットを得た。

これを溶融温度２９６℃にて口径直径０．５ｍｍ、１２０孔数の紡糸口金より紡出、冷却し、オレイルオレートを主体成分とするエマルジョン油剤を、繊維の油剤付着量が０．５％となるようにローラー式油剤付与装置で油剤付与したのち、５００ｍ／ｍｉｎの速度で引取り、引き続いて９０℃で表１に示す延伸倍率で２段延伸を行い、最終ローラで２２０℃熱セットしたのちに繊維を捲き取り、合成繊維の原糸とした。

さらに、得られた原糸を２本合糸し、さらにそれを下撚数４７０回／ｍ、上撚数４７０回／ｍで撚糸して生コードを得た。次いで、該生コードを、エポキシ化合物及びブロックイソシアネート化合物の混合液からなる第１処理液中に浸漬させた後、１３０℃のオーブンで２．０％の伸長率を与えながら６０秒間緊張乾燥させた後、得られる処理コードの中間荷伸が４．０％となるように伸長率を調整しながら２４０℃のオーブンで１２０秒間熱処理を施した。引き続きレゾルシン−ホルマリン−ラテックス（以下ＲＦＬと称する）からなるゴム用接着剤である第２処理液中に浸漬させ、１７０℃のオーブンで０．３％の伸長率を与えながら６０秒間緊張乾燥させた後、０．６％の伸長率を与えながら２４０℃のオーブンで６０秒間熱処理を施し、次いで１．３％の弛緩率を与えながら２４０℃のオーブンで６０秒間弛緩熱処理を施し、ゴム補強用合成繊維である処理コードを得た。得られた原糸及び処理コードの物性を表１にまとめて示す。

［実施例２］
トータル延伸倍率を実施例１の４．７倍から４．９倍に変更し、処理コードの中間荷伸を実施例１の４．０に合わせるように（荷伸合わせ）熱処理を行った以外は実施例１と同様に行い、ゴム補強用合成繊維を得た。得られた測定値を表１に併せて示す。

［比較例１］
層状珪酸塩を添加しない以外は実施例１と同様にして、極限粘度０．９８のポリエチレンテレフタレートのペレットを得た。

さらに実施例１と同様に紡糸、延伸を行い、引き続き処理コードの中間荷伸を実施例１の４．０に合わせるように（荷伸合わせ）熱処理を行い、ゴム補強用合成繊維を得た。得られた測定値を表１に併せて示す。

［比較例２］
比較例１と同じく、層状珪酸塩を添加しない以外は実施例１と同様にして、極限粘度０．９８のポリエチレンテレフタレートのペレットを得た。

さらに実施例１と同様に紡糸を行い、中間荷伸を実施例に合わせるべくトータル延伸倍率を実施例１の４．７倍から５．２倍に上げて合成繊維を得たが、糸切れが多く処理コードの製造はできなかった。得られた測定値を表１に併せて示す。

（ポリエチレンナフタレート繊維）
［実施例３］
フラスコに２，６−ビス（ヒドロキシエチル）ナフタレンジカルボキシレート２５０重量部、前述の方法で得た層状珪酸塩４．５重量部、三酸化アンチモン０．０４重量部を入れ、攪拌しながら窒素雰囲気下、常圧にて２３０℃から２９０℃まで２時間かけて昇温した。さらに２９０℃で１時間かけて常圧から０．５Ｔｏｒｒまで減圧し、そのまま１時間重合反応し、ポリエチレンナフタレートと層状珪酸塩の組成物（ポリエチレンナフタレートと無機成分の重量比＝１００：１．５）を得た。この組成物の融点は２６５℃、極限粘度は０．５３であった。得られたポリマーをペレット状に成形後、窒素雰囲気下１６０℃にて３時間の乾燥、予備結晶化し、さらに２３０℃真空下にて固相重合反応を行い、極限粘度０．７８のポリエチレンナフタレートと層状珪酸塩の組成物ペレットを得た。

これを溶融温度３２０℃にて口径直径０．５ｍｍ、１２０孔数の紡糸口金より紡出・冷却し、オレイルオレートを主体成分とするエマルジョン油剤を、繊維の油剤付着量が０．５％となるようにローラー式油剤付与装置で油剤付与したのち、５００ｍ／ｍｉｎの速度で引取り、引き続いて１４０℃で表２に示す延伸倍率で２段延伸を行い、最終ローラで２２０℃熱セットしたのちに繊維を捲き取り、合成繊維の原糸とした。

さらに、得られた原糸を２本合糸し、さらにそれを下撚数４７０回／ｍ、上撚数４７０回／ｍで撚糸して生コードを得た。次いで、該生コードを、エポキシ化合物及びブロックイソシアネート化合物の混合液からなる第１処理液中に浸漬させた後、１３０℃のオーブンで３．５％の伸長率を与えながら６０秒間緊張乾燥させた後、得られる処理コードの中間荷伸が２．０％となるように伸長率を調整しながら２４０℃のオーブンで１２０秒間熱処理を施した。引き続きレゾルシン−ホルマリン−ラテックス（以下ＲＦＬと称する）からなるゴム用接着剤である第２処理液中に浸漬させ、１７０℃のオーブンで定長下で１２０秒間乾燥させた後、次いで０．５％の弛緩率を与えながら２４０℃のオーブンで１２０秒間弛緩熱処理を施し、ゴム補強用合成繊維である処理コードを得た。得られた原糸及び処理コードの物性を表２にまとめて示す。

［実施例４］
トータル延伸倍率を実施例１の５．１倍から５．４倍に変更し、処理コードの中間荷伸を実施例１の１．９％に合わせるように（荷伸合わせ）熱処理を行った以外は実施例１と同様に行い、ゴム補強用合成繊維を得た。得られた測定値を表２に併せて示す。

［比較例３］
層状珪酸塩を添加しない以外は実施例３と同様にして、極限粘度０．７８のポリエチレンナフタレートのペレットを得た。

さらに実施例３と同様に紡糸、延伸を行い、引き続き処理コードの中間荷伸を実施例３の１．９に合わせるように（荷伸合わせ）熱処理を行い、ゴム補強用合成繊維を得た。得られた測定値を表２に併せて示す。

［比較例４］
比較例３と同じく、層状珪酸塩を添加しない以外は実施例３と同様にして、極限粘度０．７８のポリエチレンナフタレートのペレットを得た。

さらに実施例３と同様に紡糸を行い、中間荷伸を実施例の３．０％に合わせるべくトータル延伸倍率を実施例３の５．１倍から５．４倍に上げて合成繊維を得たが、糸切れが多く処理コードの製造はできなかった。得られた測定値を表２に併せて示す。

表１、２に示した結果から、本発明における層状珪酸塩を分散せしめた合成繊維（実施例１〜４）は、層状珪酸塩を含有しない比較例１〜４で得られた繊維に比べて高強度を維持しつつモジュラスが高く、さらに低収縮であることが明らかであり、本発明における層状珪酸塩によってポリエステル繊維が効果的に補強され、モジュラス及び寸法安定性が向上したことを示すものである。

比較例２、４はそれぞれ実施例１、３に対して、トータル延伸倍率を上げることによって、実施例１、３と同レベルの中間荷伸、ヤング率を得ようと試みたものであるが、いずれの繊維もヤング率が本発明における実施例より低く、さらに糸切れが発生し製糸性が低下した。

また、特筆すべきは、本発明の実施例で得られた合成繊維処理コードは比較例に比べて、高強度、寸法安定性が向上している点である。実施例１、３をそれぞれ比較例１、３と比較すると、同等の高強度が得られている一方で、実施例１、３では低収縮な処理コードが得られた。また、実施例２、４をそれぞれ比較例１、３と比較すると、ほぼ同等の乾熱収縮率である一方で、実施例２、４では高強度な処理コードが得られている。このことは、本発明における層状珪酸塩によって処理コードの強度と寸法安定性が効果的に向上したことを示すものである。

さらに、本発明における実施例では比較例に比べて剥離接着力が向上しており、そのメカニズムは明らかではないが、ポリエステル繊維中へ層状珪酸塩を分散させることによって繊維の接着剤とゴムとの親和性の向上あるいは耐熱性の向上効果が得られたものと思われる。

また、得られた合成繊維の透過型電子顕微鏡写真では、本発明における合成繊維中に含有する層状珪酸塩はナノスケールで均一に繊維ポリマー中に分散しており、かつその層状珪酸塩は繊維軸方向に配向していた。

Claims (8)

1. 高分子１００重量部に対して層状珪酸塩からなる無機成分を０．１〜１５重量部含有する合成繊維であって、ゴム用接着剤が付着していることを特徴とするゴム補強用合成繊維。
2. 層状珪酸塩が有機オニウムイオンで６０〜１００%イオン交換されている請求項１記載のゴム補強用合成繊維。
3. 有機オニウムイオンが下記式（１）
   

   

   （式中、Ｍは窒素原子またはリン原子である。Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３及びＲ_４は、それぞれ独立に、炭素数１〜３０の炭化水素基またはヘテロ原子を含む炭化水素基、また任意のＲ_１，Ｒ_２，Ｒ_３及びＲ_４は環を形成していても良い。）
   で表される請求項２記載のゴム補強用合成繊維。
4. 合成繊維がポリエステル繊維である請求項１〜３のいずれか１項に記載のゴム補強用合成繊維。
5. 合成繊維がポリエチレンテレフタレート繊維あるいはポリエチレンナフタレート繊維である請求項１〜３のいずれか１項に記載のゴム補強用合成繊維。
6. 合成繊維がマルチフィラメントである請求項１〜５のいずれか１項に記載のゴム補強用合成繊維。
7. ゴム用接着剤がレゾルシン・ホルマリン・ラテックス系接着剤である請求項１〜６のいずれか１項に記載のゴム補強用合成繊維。
8. 合成繊維が撚糸されたコードである請求項１〜７のいずれか１項に記載のゴム補強用合成繊維。