JPH09157948A - ポリベンザゾール繊維の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ポリベンザゾール繊維を大量生産
するに際し原単位を低下させ安価に製造することを目的
とする。 【構成】 ポリベンザゾールフィラメントの製造時に糸
切れが発生した際に紡糸ドープの供給を止めることなく
連続してステープル用製造工程に供するポリベンザゾー
ル繊維の製造法及びポリベンザゾールフィラメントの製
造装置における凝固浴の出口に配置された引取ロールの
下部に糸切れ糸条をステープルケンスに搬送するための
コンベアを設けたポリベンザゾール繊維の製造装置。 【効果】 本発明により、原料単位を理論値に近い値で
大量にポリベンザゾール繊維を生産することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高強度・高弾性率ポリベ
ンゾオキサゾールの繊維の製造方法に関する。さらに詳
しくは、高強度・高弾性率ポリベンゾオキサゾールの繊
維を低い原単位で製造する方法および装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来技術】ポリベンザゾール繊維は現在市販されてい
るスーパー繊維の代表であるポリパラフェニレンテレフ
タルアミド繊維の２倍以上の強度と弾性率を持つ。した
がって次世代のスーパー繊維として期待されている。ポ
リベンザゾール重合体のポリリン酸溶液から繊維を製造
することは公知である。例えば、紡糸方法については米
国特許５２９６１８５号、米国特許５２９４３９０号が
あり、乾燥方法については特開平７−１９７３０７号
が、熱処理方法については米国特許５２８８４４５号が
提案がなされている。またステープルの生産方法につい
ても米国特許出願００８／４２５４９３号が提案されて
いる。基本的にはこれらの生産技術でポリベンザゾール
繊維は生産し得るが、実際に多数錘を擁す生産ラインを
運転する場合糸切れによる欠錘が発生し原単位を下げる
問題を解決する必要がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ポリベンザゾールとポ
リリン酸から成る紡糸ドープを所謂、重合直接紡糸法で
多数の紡糸錘を用いて製造するに際し、通常の湿式紡糸
で行われるように糸切れの発生した錘のポリマー供給を
止めるあるいは別途紡糸用ドープとして蓄えることは極
めて困難である。なぜなら該錘にポリマー供給を停止す
れば重合プロセスにおけるポリマー品質の変動を惹起す
るし、これを避けるため該錘分のポリマーを備蓄する
と、ポリベンザゾールとポリリン酸からなる紡糸ドープ
は通常の湿式紡糸用のドープと異なり極めて粘度が高く
容易に紡糸温度でも１０万ポイズを越えるので別途備蓄
した紡糸ドープを使用することは工業的なスケールでは
困難であるからである。本発明ではこのような技術的困
難を克服し、ポリベンザゾール繊維を、糸切れ欠錘に伴
う原単位の低下を最小にするための高速製糸技術および
設備を提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、ポリベン
ザゾール繊維の生産を高速でかつ安価に製造することを
目的とし、鋭意研究し、解決手段を見いだした。即ち、
ポリベンザゾール重合体を酸溶媒中で溶液重合し、重合
溶液を直接紡糸ドープとして紡糸口金から押出し、得ら
れたドープフィラメントを凝固・洗浄・乾燥させてポリ
ベンザゾールフィラメントを製造する方法において、糸
切れが発生した際に紡糸ドープの供給を止めることなく
ドープフィラメントを連続してステープル用製造工程に
供することを特徴とするポリベンザゾール繊維の製造方
法。複数の紡糸錘から構成されたポリベンザゾールフィ
ラメントの製造装置において、各錘の凝固浴の出口に配
置された取引ロールの下部に凝固浴を通過した糸条をス
テープルケンスへ搬送するためのコンベアを設けること
を特徴とするポリベンザゾール繊維の製造装置。

【０００５】以下本発明を詳細に説明する。本発明にお
けるポリベンザゾール繊維とは、ポリベンザゾールポリ
マーよりなる繊維をいい、ポリベンザゾール（ＰＢＺ）
とは、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）ホモポリマ
ー、ポリベンゾチアゾール（ＰＢＴ）ホモポリマー及び
それらＰＢＯ、ＰＢＴのランダム、シーケンシャルある
いはブロック共重合ポリマーをいう。ここでポリベンゾ
オキサゾール、ポリベンゾチアゾール及びそれらのラン
ダム、シーケンシャルあるいはブロック共重合ポリマー
は、例えば Wolfe等の「Liquid Crystalline Polymer C
ompositions , Process and Products」米国特許第４７
０３１０３号（１９８７年１０月２７日）、「Liquid C
rystall-ine Polymer Compositions , Process and Pro
ducts 」米国特許４５３３６９２号（１９８５年８月６
日）、「Liquid Crystalline Poly(2,6-Benzothiazole)
Composition, Process and Products」米国特許第４５
３３７２４号（１９８５年８月６日）、「Liquid Crys
talline Polymer Compositions , Process and Product
s 」米国特許第４５３３６９３号（１９８５年８月６
日）、Evers の「Thermooxidative-ly Stable Articula
ted p-Benzobisoxazole and p-Benzobisthiazole Polym
res 」米国特許第４５３９５６７号（１９８２年１１月
１６日）、Tasi等の「Method for making Heterocyclic
Block Copolymer」米国特許第４５７８４３２号（１９
８６年３月２５日）、等に記載されている。ＰＢＺポリ
マーに含まれる構造単位としては、好ましくはライオト
ロピック液晶ポリマーから選択される。モノマー単位は
構造式（ａ）〜（ｈ）に記載されているモノマー単位か
らなり、さらに好ましくは、本質的に構造式（ａ）〜
（ｃ）から選択されたモノマー単位からなる。

【０００６】

【化１】

【０００７】

【化２】

【０００８】ＰＢＺポリマーのドープを形成するための
好適な溶媒としては、クレゾールやそのポリマーを溶解
し得る非酸化性の酸が含まれる。好適な酸溶媒の例とし
ては、ポリリン酸、メタンスルホン酸および高濃度の硫
酸あるいはそれらの混合物が挙げられる。さらに適する
溶媒はポリリン酸及びメタンスルホン酸である。また最
も適する溶媒は、ポリリン酸である。

【０００９】溶媒中のポリマー濃度は好ましくは少なく
とも約７重量％であり、さらに好ましくは少なくとも１
０重量％、最も好ましくは少なくとも１４重量％であ
る。最大濃度は、例えばポリマーの溶解性やドープ粘度
といった実際上の取扱い性により限定される。それらの
限界要因のために、ポリマー濃度は通常では２０重量％
を超えることはない。

【００１０】好適なポリマーやコポリマーあるいはドー
プは公知の手法により合成される。例えば Wolfe等の米
国特許第４５３３６９３号（１９８５年８月６日）、Sy
bert等の米国特許４７７２６７８号（１９８８年９月２
０日）、Harrisの米国特許第４８４７３５０号（１９８
９年７月１１日）に記載される方法で合成される。ＰＢ
Ｚポリマーは、Gregory 等の米国特許第５０８９５９１
号（１９９２年２月１８日）によると、脱水性の酸溶媒
中での比較的高温、高剪断条件下において高い反応速度
での高分子量化が可能である。

【００１１】このようにして重合されるドープは紡糸部
に供給され、紡糸口金から通常100℃以上の温度で吐出
される。口金細孔の配列は通常円周状、格子状に複数個
配列されるが、その他の配列であってもよい。口金細孔
数は特に限定されないが、紡糸口金面における紡糸細孔
の配列は、吐出糸条間の融着などが発生しないような孔
密度を保つ必要がある。

【００１２】該紡糸口金から非凝固性の気体中（いわゆ
るエアーギャップ）に吐出されたフィラメント状のドー
プはエアーギャップ中でドラフトを与えられる。該糸条
の冷却効率を高めるためエアーギャップ中に、冷却風を
用いて糸条を冷却するいわゆるクエンチチェンバーを設
けることは特に早い紡糸速度を得るためには有効であ
る。

【００１３】ついで該糸条は凝固液に導かれ凝固および
／または抽出洗浄される。凝固液はリン酸水溶液が好ま
しく、リン酸水溶液は１０％以上５０％のリン酸濃度
で、温度が３０℃以上８０℃以下であることがさらに好
ましい。

【００１４】凝固・洗浄後の糸条の残リン濃度は１００
００ｐｐｍ以下、好ましくは５０００ｐｐｍ以下が好ま
しい。また洗浄工程に中和工程が含まれ、中和薬剤とし
てアルカリ金属の塩基が用いられ、繊維中に残留するリ
ンに対するアルカリ金属の原子比が０．５以上１．５以
下とすることは、繊維の後加工中の物性保持の為特に好
ましいが、必須ではない。

【００１５】凝固・洗浄工程を経た糸条は乾燥機内で乾
燥される。前記好適な条件で紡糸・凝固・洗浄された紡
出糸は２００℃以上の高温度で繊維物性の低下を惹起す
るようなボイドを発生させることなく乾燥できる。勿論
ステップワイズに温度を上昇させ乾燥することも可能で
ある。乾燥機としては、熱ロール、オーブンその他の乾
燥機が用いることができる。

【００１６】かかるポリベンザゾールフィラメントの製
造方法を工業的な規模で生産に用いる場合、図１に示す
ように多数の紡糸口金を用いて生産する。このように多
数の糸条は同一の生産ラインに同時に糸掛けされている
ので、一般的には糸切れが生じた場合、原単位を低下さ
せないため紡糸ポンプ等の停止等により欠錘する。ポリ
ベンザゾールの紡糸は高粘度で重合直接紡糸法を採用す
ることが望ましい。この場合紡糸に要する紡糸ドープの
必要量の減少に対応して重合供給量を変動させること
は、ポリマーの安定性上好ましくない。またその問題を
解決する方法として、糸切れ錘を放流したままにしてお
くことは原料の無駄使いとなり原単位が上昇する。

【００１７】本発明は、ポリマーの安定供給と生産性を
両立させるため、凝固浴（２）出口に設けた引き取りロ
ール（３）の下部にコンベア（５）を設置し、ポリベン
ザゾールフィラメントの製造時に糸切れが発生した錘の
糸条は連続してコンベア上部の吸引装置（４）によりコ
ンベア上に振り落とす。該コンベアは凝固浴と糸条を分
離するためネットコンベアが好適である。該コンベア出
口にはステープルケンス（６）が設けられており、糸切
れ錘の糸条はケンスに引き取られる。勿論生産ライン全
糸条の糸掛けに至る糸切れ本数が生産性を考慮して決定
されているわけで、糸切れ本数が設定値に達したところ
でライン全糸条の再糸掛けが行われる。

【００１８】このようにして、一定期間ステープルケン
スに引き取られた糸切れ錘の糸条はケンスを集め複数の
糸条として別途オフラインの処理装置により上述のフィ
ラメントの製造と同様に洗浄・乾燥される。好適にはオ
フライン処理機はステープルの製造装置で、乾燥後、糸
条にクリンプを付与し、ロータリーカッターで切断され
ステープルを生産する。勿論加工の順番は変更しても良
く、ステープルケンスを用いることなくコンベア上で洗
浄・乾燥等の処理を施すことも可能である。本発明の必
須の技術としては、フィラメント製造ラインと別の処理
工程を設置し、ポリマー原単位を低下させる事にある。

【実施例】以下に実施例を示すが本発明はこれらの実施
例に限定されるものではない。 ＜実施例＞米国特許４５３３６９３号示す方法により得
られた、３０℃のメタンスルホン酸溶液で測定した固有
粘度が２４．４ｄＬ／ｇのポリベンザゾール１４．０
（重量）％と五酸化リン含有率８３．１７％のポリリン
酸からなる紡糸ドープを紡糸に用いた。ドープは金属網
状の濾材を通過させ、次いで２軸からなる混練装置で混
練と脱泡を行った後、昇圧させ、重合体溶液温度を１７
０℃に保ち、孔数３３４を有する紡糸口金４錘から１７
０℃で紡出し、温度６０℃の冷却風を用いて吐出糸条を
冷却した後、凝固浴中に導入した。紡糸速度は６００ｍ
／分で、５０℃、２０％リン酸水溶液で凝固させ、引き
取りロールで紡糸速度を与えた後、第２、第３の抽出浴
中で糸条を洗浄した後、０．１規定の水酸化ナトリウム
溶液に浸漬し中和処理した。さらに水洗浴で洗浄した
後、乾燥機を用いて直ちに乾燥を行った。乾燥条件およ
び得られた繊維の物性を同じく表１に示す。この４錘の
糸条のうち一錘を人為的に糸切れさせた後、ロール下部
に設けたネットコンベアに吸引機を用い振り落とした。
ネットコンベアノの端部からケンスに落とした糸条を別
途水洗・乾燥した。繊維の物性は表１に示すように、フ
ィラメントの物性に見劣りしないものであった。

【００１９】別途ケンスに集めた繊維を水洗した後クリ
ンパーで捲縮を与えた後４４ｍｍに切断し、乾燥しステ
ープルを作成した。該ステープルを紡績工程を経て紡績
糸にしたところ、製造工程において何等問題なく加工で
きまた得られた紡績糸は表１に示すように優れた糸物性
を保持しており、本発明の方法で得られる紡績糸は製品
として全く遜色が無く、生産方式として十分なものであ
ることが分かる。したがって本発明の方法により１ライ
ン中に多数錘が存在するような大量生産設備にあっても
ポリベンザゾール繊維が理論原単位に近い値で安価に製
造できる。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【発明の効果】本発明により、ポリベンザゾール繊維が
工業的規模で安価に製造可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造装置の概略図。

【符号の説明】

１．紡糸口金、２．凝固浴、３．引き取りロール、４．
吸引装置、５．コンベア ６．ステープルケンス

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリベンザゾール重合体を酸溶媒中で溶
   液重合し、重合溶液を直接紡糸ドープとして紡糸口金か
   ら押出し、得られたドープフィラメントを凝固・洗浄・
   乾燥させてポリベンザゾールフィラメントを製造する方
   法において、糸切れが発生した際に紡糸ドープの供給を
   止めることなくドープフィラメントを連続してステープ
   ル用製造工程に供することを特徴とするポリベンザゾー
   ル繊維の製造方法。
2. 【請求項２】 複数の紡糸口金からドープフィラメント
   を押出し、糸切れが発生した錘のみを連続してステープ
   ル用製糸工程に供することを特徴とする請求項１記載の
   ポリベンザゾール繊維の製造方法。
3. 【請求項３】 複数の紡糸錘から構成されたポリベンザ
   ゾールフィラメントの製造装置において、各錘の凝固浴
   の出口に配置された取引ロールの下部に凝固浴を通過し
   た糸条をステープルケンスへ搬送するためのコンベアを
   設けることを特徴とするポリベンザゾール繊維の製造装
   置。
4. 【請求項４】 引取ロールとコンベアの間に凝固浴を通
   過した糸条の吸引装置を設けることを特徴とする請求項
   ３記載のポリベンザゾール繊維の製造装置。