JP2905545B2 - 耐熱水性にすぐれた高強度高弾性率ポリビニルアルコール系繊維 - Google Patents

耐熱水性にすぐれた高強度高弾性率ポリビニルアルコール系繊維

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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は高強度高弾性率を有し、しかも耐熱水性にす
ぐれたポリビニルアルコール(以下PVAと略記する)系
繊維に関するものであり、特に産業資材用および複合材
強化用で耐熱水性が要求されるような用途に適したPVA
系繊維に関するものである。
(従来の技術) 従来PVA系繊維はポリアミド、ポリエステル、ポリア
クリロニトリル系繊維に比べて強度、弾性率が高く、そ
の主用途である産業資材用繊維として利用されている以
外にも、アスベスト繊維代替としてセメント補強用繊維
等にも利用されてきている。
最近の技術では、さらに高強度高弾性率を有するPVA
系繊維を得る方法として、高分子量ポリエチレンのゲル
紡糸−超延伸の考え方を応用した、特開昭59−100710
号、特開昭59−130314号、特開昭61−108711号が提案さ
れている。しかしながら、これらの方法では高強度高弾
性率のPVA系繊維は得られても、一部の用途分野で要求
されるような高度な耐熱水性を具備することはできなか
つた。
PVA系繊維の耐熱水性を高めようとする試みは、古く
アセタール化による水不溶化処理に始まるが、最近の高
重合度高強力PVA系繊維では、非晶部の分子配向が進み
水に対する寸法安定性は上述の水不溶化処理を行なわな
くても達成できるようになつた。しかし、例えば120℃
の熱水中ではたちまち溶断し、オートクレーブ養生のセ
メント成形物の補強材や摩擦熱を受け易いロープ等の用
途にはまだまだ不満足であつた。
また、特開平1−156517号や特開平1−207435号、あ
るいは特開平1−104815号にみられる如くパーオキサイ
ド系化合物やイソシアネート化合物あるいはホウ酸など
により架橋処理により、耐熱水性を向上させる方法は公
知である。しかしこれらの方法は延伸前に架橋し延伸性
が損われ、分子配向が不十分のため強度や弾性率を低下
させる。一方延伸後に架橋させようとした場合は架橋剤
の繊維内部浸透を強化させるため繊維を膨潤させたり、
高温熱処理をする必要があり、その結果分子配向乱れや
PVAの分解、損傷が起こり、強度弾性率の低下を招き易
い問題があつた。
(発明が解決しようとする課題) 以上の背景をふまえて、本発明者は高強力高弾性率を
維持しながら、耐熱水性に優れたPVA系繊維を提供しよ
うとするものである。
(課題を解決するための手段) 本発明者らは、上記課題解決に向けて鋭意検討した結
果、PVA系ポリマーの重合度に対応した強度弾性率を維
持しかつ耐熱水性が著しく高い繊維を見出し、本発明に
至つたものである。
ところで、PVAの重合度が増大すると、一般的に強度
弾性率、耐熱水性は向上するが、本発明の繊維は、重合
度を同じくして比較した場合従来法で得られる繊維に比
してはるかに高い耐熱水性を有する高強力高弾性率PVA
系繊維を提供せんとするものである。すなわち本発明
は、「紡糸原液に界面活性剤を添加して紡糸し延伸して
得られる、粘度平均重合度が3,000以上のポリビニルア
ルコール系ポリマーからなる繊維であつて、熱水溶解温
度が次式を満足し、かつ引張強度が16g/d以上、弾性率
が350g/d以上であることを特徴とする耐熱水性に優れた
高強度高弾性率PVA系繊維。
WTb≧1.2 0.35+115 (≧3,000) 但し WTbは荷重200mg/d下の熱水溶解温度 はPVA系ポリマーの粘度平均重合度」 に関するものである。
このような本発明の耐熱水性に優れた高強度高弾性率
を有するPVA系繊維は、例えば、PVA原液に界面活性剤を
添加し、紡糸工程でそれを除くという方法を採用するこ
とによつて得られる。以下本発明の繊維並びにその製造
法について詳しく説明するが、本発明の繊維は、以下の
製法に限定されるものではない。
本発明に使用されるPVA系ポリマーとは30℃の水溶液
の極限粘度から求めた粘度平均重合度が3,000以上、好
ましくは6,000以上、さらに好ましくは10,000以上のも
のであり、ケン化度が98モル%以上で分岐度の低い直鎖
状のPVAが好ましい。なお2モル%以下の他のビニル化
合物を共重合したものや、3重量%以下のホウ酸、酸化
防止剤、紫外線吸収剤などの添加剤を加えることも可能
である。なお重合度3,000未満では耐熱水性を向上させ
る効果はほとんどなくなる。
本発明に、使用されるPVA系ポリマーの溶剤としては
エチレングリコール、トリメチレングリコール、ジエチ
レングリコール、グリセリン等の多価アルコールやジメ
チルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジエチレン
トリアミン、水さらにはこれらの2種以上の混合系、あ
るいはロダン塩水溶液、プロパノール水溶液等が挙げら
れる。特にこれらの中でも透明で均一なゲル状繊維を得
る上では多価アルコールやジメチルスルホキシドおよび
それらと水との混合溶剤が好ましい。
界面活性剤はPVA溶液の中で100μ以下の大きさで分散
しているか又は溶解しているものが好ましい。500μを
超えて、大きな凝集物があると紡糸時に断糸したり、分
子配向を乱したり、除去時の空隙で欠陥部をつくり易
く、繊維性能が低下する。界面活性剤はPVA溶剤に微粒
子分散または溶解し、かつそれ自体分解や着色の少ない
ものであれば一般に市販されているノニオン系、アニオ
ン系、カチオン系および両性系のいずれであつてもまた
2種以上であつても何ら支障ない。
PVA溶液への添加方法はPVAが溶剤に溶解する前添加混
合したり、予め該溶剤に界面活性剤を分散又は溶解し
て、PVA溶液に途中添加するなど界面活性剤が均一分散
又は溶解する方法ならいずれでも良い。
添加量はPVAに対して1重量%以上、好ましくは3重
量%以上であるが、20重量%以上は耐熱水性の効果は変
らず、逆に除去する手間がかかつて好ましくない。
本製造法において、該界面活性剤を添加したPVA系ポ
リマー溶液(原液)をノズルより押出し繊維状に成形せ
しめる方法としては、一般に行なわれている乾式法、湿
式法および乾湿式法(ゲル紡糸法も含む)のいずれの方
法をも採用することが出来るが、本発明の目的とする耐
熱水に優れた高強度高弾性率繊維を得るには、PVA濃度
が下げられる湿式法または乾湿式法が好ましい。
凝固浴としては、メタノール、エタノールなどのアル
コール類、アセトンおよびそれらと溶剤または水との混
合系、あるいはアルカリや硫酸ナトリウムなどの無機塩
水溶液、さらには上記凝固浴に界面活性剤を添加したも
の等いずれでも良い。
本製造法では、溶剤の抽出、乾燥までに添加した界面
活性剤を除去する必要があり、残存量としてはPVA繊維
に対し2重量%以下、好ましくは1重量%以下である。
界面活性剤が繊維中に多量に残つている場合は水に対
する親和性が増大したり、水の繊維内部への浸透を助長
して、耐熱水性を低下させるので好ましくない。
界面活性剤を添加し、除去することにより耐熱水性が
向上する理由は明らかでないが、PVAが溶解される時溶
液中でのPVA分子鎖の広がりやからみ状態が界面活性剤
添加により変化し、かつゲル形成と共に、界面活性剤が
除去されることにより、PVA微結晶間のタイ分子が多く
なつたり、その後の延伸で配向し易くなると言つた微細
構造の変化が原因と思われる。
このようにして得られた乾燥紡糸原糸を常法により熱
延伸しPVA分子鎖の配向と結晶化を高める。なお紡糸工
程において溶剤を含んだ状態で2〜6倍湿延伸すること
は配向を促進する点で好ましいが、湿延伸倍率を含めて
全延伸倍率は16倍以上、好ましくは18倍以上、さらに好
ましくは20倍以上である。
熱延伸の温度は200℃以上、好ましくは230℃以上であ
り、高温高倍率延伸は高配向高結晶化を伴い、強度、弾
性率と友に耐熱水性も向上させるので望ましいが、高温
しすぎてPVAの分解が起らないように注意する必要があ
る。
本発明におけるPVA系繊維の熱水溶解温度は実験デー
タに基づいた次式を満足し、第1図の斜線上部に属する
ものである。
WTb≧1.2 0.35+115 (≧3,000) 但し、WTbは熱水溶解温度を表わし、単繊維25本にデ
ニール当り200mgの荷重をかけて水中に吊した後、1〜
2℃/minの昇温速度で加熱し繊維が溶断した時の温度を
意味する。なお200mg/dの荷重下では繊維の収縮が起こ
らず溶断するが、低荷重下では収縮が起こり易く、デー
タのバラツキが大きい。
はPVA系ポリマーの粘度平均重合度であり、JISK
−6726に準じ、30℃の水溶液の極限粘度〔η〕の測定値
よりlog=1.63log(〔η〕×104/8.29)の式から求
めた値である。
一般に、熱水溶解温度は、高重合度ほど増大するが、
従来技術の界面活性剤未添加の延伸繊維では本発明より
低い温度(第1図の斜線下部)となり、いずれの重合度
においても、本発明の繊維は5〜50℃高い熱水溶解温度
を維持する。
本発明における繊維は、引張強度16g/d以上、弾性率3
50g/d以上を有するが、これらの値も重合度が高くなる
ほど増大し、例えば重合度4,000では、強度約18g/d、弾
性率約400g/d、重合度17,000では強度約22g/d、弾性率
約500g/dとなる。
一方界面活性剤未添加で公知の架橋処理などを施した
場合、各重合度に対し対熱水性は本発明と同程度となつ
たが、強度、弾性率は低くなり、本発明の如く強度、弾
性率、耐熱水性が共に高い繊維は得られなかつた。
(発明の効果) 本発明の繊維は、従来に見られない高耐熱水性、高強
度、高弾性率のPVA系繊維であり、ロープ、帆布等の産
業資材、アスベスト代替セメント補強材、タイヤ補強
材、高温、高圧用ホース補強材、FRP用補強材、オート
クレーブ養生セメント補強材等幅広い活用が期待でき
る。
(実施例) 以下実施例により本発明をさらに具体的に説明する。
なお引張強伸度、弾性率はJISL−1013に準じ、予め調
湿されたヤーンを試長20cmで0.25g/dの初荷重および100
%/minの引張速度にて破断強伸度および初期弾性率を求
め、10点以上の平均値を採用した。またデニールは重量
法により測定した。
実施例1、2および比較例1、2 粘度平均重合度が7,000(実施例1)および18,000
(実施例2)の完全ケン化PVAをそれぞれ9重量%およ
び5重量%になるようにグリセリンに混合し、同時にシ
ヨ糖脂肪酸エステルの界面活性剤をPVAに対し5重量%
になるように添加して180℃にて溶解せしめた。
実施例1、2いずれの場合も透明な溶液となつたが、
次いで該溶液をホール数150、孔径0.17mmのノズルより
空気中に吐出させ25mm下の凝固浴に落下させた。該凝固
液の組成は、メタノール/グリセリン=7/3(重量比)
であり、温度は0℃に保つた。この段階でいずれの場合
もほぼ真円に近い透明なゲル状繊維を得たが凝固浴で8
割〜9割の溶剤および界面活性剤が抽出された。続いて
40℃のメタノール中で4倍湿延伸し、さらに続くメタノ
ール浴でほぼ完全に溶剤および界面活性剤を抽出した後
80℃の熱風で乾燥して紡糸原糸を得た。
界面活性剤の残存量をNMRより求めたが実施例1は0.2
5重量%、実施例2は検知できなかつた。
次に該原糸を重合度7,000の場合は250℃の熱風炉で全
延伸倍率が19.6倍、重合度18,000の場合は256℃の熱風
炉で全延伸倍率が18.5倍、になるように延伸した。
比較例1、2として実施例1、2で界面活性剤を添加
しない場合を実施し、繊維性能の結果を第1表に併記し
た。
重合度7,000の実施例1ではヤーン強度19.6g/d、弾性
率492g/d、熱水溶解温度は159g/dを示し、界面活性剤未
添加の比較例1に比べて特に耐熱水性の向上がみられ
た。
重合度18,000の実施例2では強度22.4g/d、弾性率537
g/dとさらに高強度、高弾性となり、しかも熱水溶解温
度は178℃で、界面活性剤未添加の比較例2に比べて約3
0℃高くなつた。特に実施例2で得られた繊維は通常のP
VA繊維とは別のイメージを与え、前述の如く幅広い用途
に使用可能となつた。
また粘弾性測定より求めた動的弾性率E′の25℃と10
0℃での比E′100/E′25において、活性剤添加の実施例
1、2は共に未添加の比較例1、2より高い値となつ
た。これは高温での分子運動が束縛されていることを意
味し、非晶部がより強固な状態で結晶間を連結している
と思われ、これが耐熱水性を高める一因になつていると
推察される。
実施例3 粘度平均重合度が17,000でケン化度が99.9モル%のPV
Aを5重量%になるようにジメチルスルホキシドに溶解
した。また界面活性剤としてノニポール−500(商品
名、三洋化成製、主成分 をPVAに対し5重量%加えた。溶解は98℃で3〜5時間
撹拌しながら実施した。得られた溶液を室温のメタノー
ル浴中にて乾湿式紡糸し、5.0倍の湿熱延伸をし、次い
で熱風乾燥により溶剤であるメタノールを除去した。更
に170℃及び235℃の2段階の輻射式ヒーターにて延伸
し、総延伸倍率23.0倍の延伸糸を得た。
乾燥後の紡糸原糸における界面活性剤残存量は0.08重
量%であり、延伸8時間での単糸切れはなく、繊維に欠
陥部や形態斑が少ないことが裏付けられた。また延伸糸
に白化現象は認められなかつた。得られた延伸糸のヤー
ン強度は20.6g/d、弾性率は498g/dであつた。単糸はデ
ニールが3.8、強度が22.2g/d、伸度3.2%、弾性率520g/
dであつた。また熱水溶解温度は152℃を示し、耐熱水性
にすぐれた高強力、高弾性繊維となつた。
実施例4 粘度平均重合度が4,100でケン化度が99.5モル%のPVA
を8重量%になるようにジメチルスルホキシドに混合
し、同時にPOE(40)ノニルフエノールエーテルを3重
量%添加して90℃にて溶解せしめた。得られた溶液は少
し白濁しており、界面活性剤の微粒子が分散していた。
次いで該溶液をホール数300、孔径0.12mmのノズルより
凝固浴に吐出させ湿式紡糸した。該凝固浴はエタノール
/ジメチルスルホキシド=8/2(重量比)であり、温度
は10℃に保つた。続いてエタノール中で5倍湿延伸し、
さらにエタノール浴でほぼ完全に溶剤および界面活性剤
を抽出し、乾燥して紡糸原糸を得た。
界面活性剤の残存量は0.22重量%であつた。
次いで該原糸を236℃の熱風炉で全延伸倍率が19.2倍
になるように延伸した。得られた延伸糸のヤーン強度は
18.5g/d、弾性率は435g/d、熱水溶解温度は148℃を示
し、耐熱水性に優れた高強度高弾性率のPVA繊維となつ
た。
【図面の簡単な説明】
第1図は、熱水溶解温度(WTb)とPVA系ポリマーの重合
度()の関係を示した図であり、本発明繊維は斜線
上部の範囲に属し、従来の界面活性剤未添加繊維は斜線
下部の範囲に属することを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永松 健治 岡山県倉敷市酒津1621番地 株式会社ク ラレ内 審査官 渕野 留香 (56)参考文献 特開 平1−104815(JP,A) 特開 昭47−16724(JP,A) 特開 平3−167310(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) D01F 6/14

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】紡糸原液に界面活性剤を添加して紡糸し延
    伸して得られる、粘度平均重合度が3,000以上のポリビ
    ニルアルコール系ポリマーからなる繊維であって、熱水
    溶解温度が次式を満足し、かつ引張強度が16g/d以上、
    弾性率が350g/d以上であることを特徴とする耐熱水性に
    優れた高強度高弾性率ポリビニルアルコール系繊維。 WTb≧1.2PA 0.35+115 (PA≧3,000) 但し、WTbは荷重200mg/d下の熱水溶解温度、PAはポリビ
    ニルアルコール系ポリマーの粘度平均重合度
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