JPS61245303A - アクリル系繊維およびその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高強力、高弾性率を有し、高温湿熱特性に優れ
たアクリル系繊維およびその製造法に関するものである
。

さらに詳しくは、本発明は、強度が６９７ｄ以上で、初
期弾性率が８０ｇ’／ｄ以上であり、かつＰＭ（９〜１
３のアルカリ性水溶液中１８０℃で８時間の湿潤処理後
の強度および初期弾性率の保持率が６０チ以上であるア
クリル系繊維およびそのような繊維を工業的に、安価に
製造する技術に関する。

〔従来の技術〕

従来、アクリル系繊維は、その特徴として柔軟な風合い
、嵩高性、鮮明な発色性等によシ、主に衣料、インテリ
ア、寝装、雑品分野への用途を展開して来た。しかしな
がら、アクリル系繊維の欠点として、他の合成繊維（ポ
リエステル、ナイロン、？リプロピレン、ビニロン等）
で見られる様な高弾性率、高強度等の物性を有しないこ
とから、これまで産業資材用途などの高弾性率、高強度
等の高性能を必要とする分野への用途展開が極めて困難
でありた。さらに、産業資材用途、例えば、工業用濾過
布等の分野において要求される繊維性能としては、強度
、弾性率のみならず耐薬品性、耐熱（乾熱、湿熱）性が
あシ、こうした点では上記合成繊維も使用を極端に制限
され、この分野にはアラミド系、カーゲンファイバー等
の非常に高価な素材を用いる必要が生じている。また、
土木建築資材分野においては、近年世界的なアスベスト
規制の波によシ、アスベスト代替素材としての安価なア
クリルやビニロン等の合成繊維がセメント補強材として
研究されるようになってきた。

しかし、セメント成形体の安定性を向上させる合理的な
手法としては、高圧蒸気による養生工程を経る場合が多
く、その時点においては補強用繊維はセメント水溶液が
示すアルカリ性と高圧蒸気による高温度、高湿度条件に
耐える必要が生じてくるのである。こうした条件下では
補強用繊維は一過布等の分野以上に使用範囲が制限され
、特にビニロンは１１０℃以上の湿熱処理条件ではその
使用が不可能となる。

また、アクリル系繊維については高強力化、高弾性率化
の提案が種々なされておシ、その製造法としては紡糸後
、湿式延伸を行ない、乾燥緻密化後加圧スチームや乾熱
条件下で再延伸する方法が採られている。特に、特開昭
５８−１２０８１１号公報には湿式紡糸、延伸、水洗、
乾燥した後、少くとも１０５℃の加圧スチーム中で二次
延伸し、該延伸糸条を収縮緩和せしめることな（，１５
０〜２５０℃の加熱雰囲気中で緊張下に熱固定し、引き
続いて該糸条を緊張下に保持して冷却することによシセ
メント補強用アクリル系繊維を得ることが開示されてい
るが、該繊維は８０℃、３０分間の温水処理によシその
初期弾性率は１４２１１／ｄから９０９／ｄと急激に低
下し、その初期弾性率の保持率は６３チしがなく、それ
以上の温度範囲では初期弾性率の低下や高温下のアルカ
リによる繊維劣化が生じる為、該繊維を用いた繊維補強
セメントの養生温度は室温から９０℃以下と狭い範囲に
制限されていた。しかし、近年のセメント成形体の養生
法は製品の安定性、工程の合理性等の点から高温スチー
ム養生に主眼が置かれておシ、コンクリート補強用繊維
に対しても高温スチーム養生時でも強度、初期弾性率の
変化が少なく、さらに耐アルカリ性に優れた性能が要求
されるようになってきた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、本発明者が検討した結果、アクリル系繊
維は、該繊維を製造する際の延伸方法及びそれに引き続
き行なわれる構造固定方法によって、高温、多湿条件下
での処理後の該繊維の強度及び初期弾性率が大きく変化
し、繊維性能の安定性がないこと、さらには該繊維を構
成するアクリロニトリル共重合体の弁型、金成分の種類
及び割合によって耐アルカリ性が変化し、高温、多湿条
件下では溶解、膨潤あるいは劣化することなど多くの問
題点があることを見いだした。すなわち、高温、多湿条
件、特にセメント補強用繊維としては、アルカリ性水溶
液（ｐＨ９〜１３）中で、１８０℃。

８時間程度の高温スチーム養生に際して、その強度及び
初期弾性率を高度に保持し、セメントへの補強効果を発
揮することのできるアクリル系繊維を開発するとともに
、該繊維の工業的な製造法を確立する必要があるのであ
り、本発明はこのような問題点を解決しようとするもの
である。

従って、本発明の目的は、アクリル系繊維の弱点である
強度及び初期弾性率を向上させ、かつ、アルカリ性水溶
液中（ｐＨ９〜１３）、１８０℃。

８時間の処理後でも強度及び初期弾性率の保持率が６０
％以上という高度に耐湿熱、耐アルカリ性を有するアク
リル系繊維を提供するとともに１該繊維を工業的に製造
する為の技術を開発し、提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は即ち次の構成からなる。

１．アクリロニトリル９０〜１００重量％と、アクリロ
ニトリルと共重合可能なビニル系モノマー０〜１０重量
％とから成るアクリル系重合体繊維であって、強度が６
　ｇ／ｄ以上で、初期弾性率が８０ｐ／ｄ以上であり、
かつ、ＰＨ９〜１３のアルカリ性水溶液中１８０℃で８
時間の湿潤処理後の強度及び初期弾性率の保持率が６０
チ以上であることを特徴とするアクリル系繊維。

２、　アクリａ二）ジル９０〜１００重量％と、アクリ
ロニトリルと共重合可能なビニル系モノマー０〜１０重
量％とから成るアクリル系重合体溶液を紡糸原液として
用い、これを湿式、乾湿式あるいに乾式紡糸後、延伸、
水洗し、さらに沸水あるいは蒸気中で延伸を施し、次い
で該延伸糸の含水率が５〜６０重量％になるまで乾燥処
理を施し、次に１２０℃〜２００℃の温度で該第に１：
１．０〜１：３．０の延伸処理を施し、さらにｉｓｏ℃
〜３００℃の温度下に該第を緊張状態で熱処理すること
を特徴とするアクリル系繊維の製造法。

以下、本発明について詳しく説明する。

まず、本発明Ｋｎるアクリル系繊維は繊維を形成する成
分の９０〜１００重責チがアクリロニトリルからな）、
そしてその１０〜０重量％がアクリロニトリルと共重合
可能なビニル系モノマー、たとえば、アクリル酸メチル
、メタクリル酸メチル、メタクリロニトリル、アクリル
アミド、メタクリルアミド、Ｎ−メチルアクリルアミド
、Ｎ−エチルアクリルアミド、アクリル酸、メタクリル
酸、イタコン酸、アクリル酸ジメチルアミド、酢酸ビニ
ル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、アリルアルコール、
メタクリルアルコール、アリルスルホン酸ソーダ、メタ
リルスルホン酸ソーダ等から構成されることが必要であ
る。

すなわち、繊維を構成するアクリル系重合体組成は、繊
維の可紡性、延伸性、熱処理性等に関係すると共に、高
温湿熱性及び耐アルカリ性に大きく関係し、該アクリル
系重合体の重合組成が前記範囲外にあると、仮ＬＫ繊維
として優れた物性を有するものが得られたとしても、ア
ルカリ性水溶液（ｐＨ９〜１３）中１８０℃、８時間の
湿潤処理下では、該繊維は溶解、膨潤あるいは樹脂化状
態となシ、該繊維物性が極端に低下したシ、あるいはも
はや繊維形態をとどめなくなってしまう。かかる点から
、共重合成分であるビニル系モノマーの共重合割合は共
重合成分の種類によって異なるが、製造時の可紡性、延
伸性及び熱処理性等の製糸性を満足する＠シにおいて、
出来る＠シ少ない方がよく、共重合成分の割合としては
１０重量％以下、好ましくは５重量％以下の朝日にする
のがよい。

また、本発明の繊維は、その繊維物性として、強度が６
ｇ／ｄ以上かつ初期弾性率が８０ｇ／ｄ以上で、これら
は可能な限シ高い方がよく、シかも７　Ａ／　力１７性
水溶液（ｐＨ９〜１３）中１８０℃、８時間での湿潤処
理後の該繊維の強度及び初期弾性率の保持率が６０％以
上であることが必要である。

すなわち、産業資材分野、特に、アスベスト代替のセメ
ント補強用繊維として該繊維を使用する場合においては
、セメントスラリー中に該繊維を混合し、自然養生もし
くは９０℃以下の湿熱養生をする場合と、１２０℃〜１
８０℃、２．０〜１０．０に９／、、”で８〜１０時間
の高温スチーム養生を行なう場合があるが、特に高温ス
チーム養生に際しては該繊維の強度及び初期弾性率が初
期の６０％以上に保持される必要があ夛、この高度に保
持された強度及び初期弾性率によってのみセメントに対
する補強効果が、従来見い出し得なかった程に、高く発
現し得るのである 本発明でいう繊維の強度及び初期弾性率の保持率とは、
処理前の繊維の強度及び初期弾性率を基準とし、処理後
の各々の値の変化状態を把握する１つの指標として下記
式にょシ算出した。

また、ここでいう強度及び初期弾性率とはｌｏ。

チの伸びに対する各々の値をチャートから求めた。

このような、本発明の高強度、高弾性率を有し、高温湿
熱特性に優れたアクリル系繊維の製造法としては、一般
の衣料用繊維とは異なる高い強度及び初期弾性率を有す
る繊維としなければならないこと、さらにはアルカリ性
水溶液中での高温湿潤処理に対して高度に繊維物性を保
持しなければならないことから、さらにまたアクリロニ
トリル単独あるいは前述した特定の共重合組成を有する
アクリル系重合体を繊維形成性重合体として用いる必要
があることから、従来のアクリル系繊維の製造法を任意
に適用出来るものではない。

すなわち、本発明のアクリル系繊維の製造法としては、
繊維を形成する成分の９０〜１００重量％がアクリロニ
トリルから、そして１０〜０重量％がアクリロニトリル
と共重合可能な前記ビニル系モノマーからなるアク１ン
ル系重合体を硝酸、塩化亜鉛、ロダンソーダ、ジメチル
ホルムアミド（ＤＭＦ　）、ジメチルスルホキシド（Ｄ
ＭＳＯ’）　、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）など
の各種溶剤に溶解し、得られた紡糸原液を紡糸口金から
吐出し、凝固浴中に導いて固化させ、延伸、水洗後、さ
らに沸水あるいは蒸気中で凝固浴捲取速度を基準にして
６〜２０倍、好ましくは８〜１５倍の延伸処理を施した
後、該延伸糸の含水率が５〜６０重量％になるまで乾燥
処理を施す方法が用いられる。そして、この乾燥処理に
際しては、特に制限するものではないが、好ましくは延
伸糸条が自由に収縮緩和してしまわない様に０．９〜１
．１倍程度の比率で緊張下に保持するのがよい。この際
、乾燥装置としては熱を非接触あるいは接触式で該延伸
糸条に与えるものであり、かつ含水率を５〜６０重量％
、好ましくは１０〜５０重量％に調整しうるものであれ
ばよく、さらに乾燥装置の温度についても特に制限する
ものではない。しかし、工業的にかつ安定に乾燥処理を
施すには、熱風循環式熱ドラム型乾燥装置または加熱シ
リンダー型乾燥装置等を用い、１００〜１３０℃程度の
温度で数秒間乾燥処理することが好ましい。次に、こう
して得られた５〜６０重量％の含水率を有する糸条体の
表面温度を１２０〜２００℃、好ましくは１３０〜１８
０℃に加熱昇温させつつ咳糸に１：１．Ｏ〜１：３．０
の延伸処理を施すことによシ、繊維糸条体の延伸性を高
め、かつ高配向、高結晶化を生じさせることが出来る。

すなわち、糸条体の含水率が６０重量％よシ大きいと糸
条体内部に存在する水の蒸発作用に熱量が吸収され、糸
条体の表面温度は９８℃程度までしか上昇せず、との段
階で糸条体に延伸処理を施しても、充分に延伸性が確保
されないとともに、該延伸倍率に対する繊維の結晶化度
や配向度が低くなシ、従来のアクリル系繊維に近い繊維
物性しか得られない。また、含水率が５重量％よシ小さ
いと、前述のアクリル系繊維に関する特許公報に見られ
るように延伸時の延伸応力が高くなシ、結晶化度や配向
度の高い繊維糸条が得られるが、延伸性にとぼしく、さ
らに延伸時の内部歪が繊維糸条内部に大きく残存する為
に製品を１８０℃以下で湿熱処理をすると内部歪が露呈
され、強度及び初期弾性率の保持率が６０％を維持出来
ないのである。すなわち、含水率に対しての温度、延伸
性および繊維物性（特に結晶化度や配向度）をみてみる
と、含水率が１０〜６０重量％、好ましくは２０〜５０
重量％、延伸性が１：１．０〜１：３．０の範囲で、か
つ結晶化度や配向度がピーク値を示す領域があシ、この
領域では繊維内部の水は延伸時の延伸応力を減少させつ
つ、繊維の結晶化や配向化を最も良く高め、かつ延伸時
の内部歪が小さいことから、１８０℃という極めて高温
の湿熱処理を施しても繊維物性を高度に保持しうる繊維
となシ得るのである。

しかし、延伸倍率が１：１．Ｏよシ小さい場合は、糸条
体の熱収縮現象のみ起こシ、得られた繊維の強度及び初
期弾性率は低いものとなシ、好ましくない。また、延伸
倍率が１：３．Ｏよシ大きい場合は、延伸時の延伸応力
が非常に大きくなシすぎて、延伸切れを起こしたシ、す
るいは不均一な延伸状態が発生し、工業的に安定して操
業できる条件とは成シ得ないため、好ましくない。

また、５〜６０重量−の含水率を有する糸条体の表面温
度を１２０〜２００℃、好ましくは１３０〜１８０℃に
加熱昇温させる方法としては、特に制限するものではな
いが、シリンダーロール型加熱装置や接触式熱板型加熱
装置を用いる方法があムこれによシ効果的に糸条体温度
を上昇させることが出来、また同時に延伸することも容
易と々シ、工業的に好ましい方法である。また、ここで
の延伸比率は糸条体の延伸比率によシ異なるが、繊維の
全延伸比率が１０〜３０倍、好ましくは１３〜２５倍に
なる範囲に設定することがよく、５〜６０重量％の含水
率を有する糸条体の延伸比率としては１：１．Ｏ〜１：
３．０の範囲に設定することによ）、本発明になる繊維
の性能を充分に発揮し得ることになるのである。

さらに、上記繊維糸条体をひきつづいて１８０〜３００
℃の温度下、該第を緊張状態に保ちつつ熱処理すること
によシ、本発明になる繊維が得られるのである。すなわ
ち、上記繊維糸条体への熱処理方法として、該第の配向
度、結晶化度を高度に維持させつつ、延伸による内部歪
を取シ除くという意味において、該第を緊張状態で熱処
理する必要があるが、緊張状態の程度としては１：０．
９〜１：１．０が好ましく、この範囲であれば特に制限
するものではない。また、熱処理温度は１８０〜３００
℃の範囲であれば−に制限はないが、処理時間としては
、例えば、１８０℃の温度条件下では５〜３０秒の範囲
が好ましく、また３００℃の温度条件下では１〜１０秒
の範囲が好ましい。

すなわち、繊維の強度や初期弾性率を最終的に決定する
熱処理条件は熱処理温度と処理時間で一義的に決まるも
のである。繊維の高温スチーム処理時の強度及び初期弾
性率の保持率の程度を簡易に知る方法としては、該繊維
の製水収縮率測定があシ、本発明になる繊維は少なくと
も沸水中で２４時間処理後の収縮率が３チ以下、好まし
くは１ｔｓ以下であることが必要である。ここでいう沸
水中の収縮率は、該繊維の高温湿潤特性を示す１つの尺
度であり、沸水収縮率が３チよシ大きいと１８０℃、８
時間の高温スチーム処理において該繊維の強度及び初期
弾性率の保持率が６０％よシ低くなシ、補強用繊維とし
ての性能に信頼性がなく々るという経験的知見から採用
するものである。

かくして得られる繊維は、前述したように一般衣料とは
異なった高い強度と初期弾性率を有し、しかも１８０℃
、８時間の高温湿潤処理後の該繊維の強度及び初期弾性
率の保持率が６０％以上となシ、産業資材分野、特に高
温スチームと養生用セメント補強用繊維として使用する
ことが可能である。

〔実施例〕

以下、実施例によシ本発明を更に説明する。

以下余白 実施例１ アクリロニトリル９５重量％、メタクリロートリル５重
量％からなり、固有粘度〔η〕が１．８２であるアクリ
ル系共重合体の７０重量％硝酸溶液（ポリマー濃度１４
．０重量％）を紡糸原液とし、孔数２００００個、孔径
０．１２■の紡糸口金を通し〜Ｏ℃、３５重量％硝酸水
溶液中に５ｍ／分の引取り速度で導入して湿式凝固させ
、引き続いて６０℃、４０重量％硝酸水溶液中で２倍に
延伸した後、水洗洗浄し、硝酸残分を除去した。続いて
熱水浴中で４倍延伸し、１１５℃の飽和蒸気圧下でさら
に１．５倍延伸し、凝固浴引取時からの延伸倍率が１２
倍の延伸糸を得た。この際の延伸糸の含水率は１１８重
量係であった。この延伸糸を熱風循環式熱ドラム乾燥装
置で含水率が表１に示す値になる様に乾燥処理を施し、
次にシリンダーロール型加熱延伸装置を用いて該装置温
度を１６０℃に設定し、延伸比率を１：１．２〜１：２
．５に設定した。

さらに、得られた繊維糸条に対して１：１．Ｏの緊張状
態を保ちつつ、２４０℃のシリンダーロール上で１０秒
間熱処理を行なった。得られた繊維の物性を表ＩＫ示す
。さらに、表ＩＫ示された繊維を１８０℃で８時間、ア
ルカリ性水溶液（４ルトランドセメントｐ水ｐＨ１２，
５）中で高温スチーム処理し、得られた繊維の物性を測
定し、その結果を第２表に示した。

比較例１ 実施例１で得られる延伸糸を含水率がＯｔｓになるまで
乾燥緻密化処理し、シリンダーロール型加熱延伸装置で
１６０℃、１：１．５の延伸処理を施し、次いで実施例
１と同様の熱処理後、高温スチーム処理を行ない、繊維
を測定した。また、同熱処理系を沸水中、２４時間処理
し、繊維の物性を測定した。結果を表１２表２に示した
。

比較例２ 実施例１で得られる延伸糸の含水率を１１８重量％及び
８０重量％とし、その他は比較例１と同様の方法で繊維
を処理し、得られた繊維物性を表１及び表２に示した。

実施例２ 過硫酸アンモニウムと酸性亜硫酸ソーダを重合触媒とし
、水系懸濁重合法を用いて重合組成を表３に示すように
変化させたアクリロニトリル単独重合体及びアクリル系
共重合体を得た。この重合体を用いて実施例ＩＫ示した
実験番号１−２（表１）と同様の方法で繊維を得、得ら
れた繊維について各々実施例１で行なりた高温スチーム
処理を行ない、得られた繊維の物性を比較した。その結
果を表３に示した。

実施例３ ９５重量％のアクリロニトリルおよび５重量％のメタク
リロエトリルから成る固有粘度１．８２の懸濁−沈殿重
合体の１８００１１を８２００ｆ９のジメチルホルムア
ミド中に一２０℃で懸濁し、１２０分間に８０℃で攪拌
しながら溶解して均質な紡糸ＩＩＫ液を調製した。この
原液を孔数３００個、孔径０．１０−の紡糸口金を通し
て５５％のジメチルホルムアミドと４５％の水とから成
り、かつ、４０℃の温度を有する凝固浴中に５ｍ／分の
引取速度で導入して湿式凝固させ、引き続いて６０％の
ジメチルホルムアミドと４０チの水とからなる温度９０
℃の延伸浴中で３５ｍ／分に延伸し、さらに沸水中で４
５ｍ／分に延伸した。得られた延伸糸の含水率は１８５
重量−であった。この延伸糸を実施例１１Ｃ示したと同
様の乾燥方法で含水率を１５％Ｋｐｌ製し、実施例１の
実験番号１−２（表１）と同様に加熱延伸比率を１：２
．０とし、その後同様の熱処理を行なった。また、比較
として含水率を０１１、乾燥緻密化した後、加熱延伸比
率を１：２．Ｏとし、その後同様の熱処理を行なりた。

それぞれ得られた繊維を１８０℃で８時間、アルカリ性
水溶液（ポルトランドセメントＦ水−１２，５）中で高
温スチーム処理し、得られた繊維の物性を測定した。そ
の結果を表４に示した。

以下余白

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アクリロニトリル９０〜１００重量％と、アクリロ
   ニトリルと共重合可能なビニル系モノマー０〜１０重量
   ％とから成るアクリル系重合体繊維であって強度が６ｇ
   ／ｄ以上で、初期弾性率が８０ｇ／ｄ以上であり、かつ
   ｐＨ９〜１３のアルカリ性水溶液中１８０℃で８時間の
   湿潤処理後の強度および初期弾性率の保持率が６０％以
   上であることを特徴とするアクリル系繊維。 ２、アクリロニトリル９０〜１００重量％と、アクリロ
   ニトリルと共重合可能なビニル系モノマ−０〜１０重量
   ％とから成るアクリル系重合体溶液を紡糸原液として用
   い、これを湿式、乾湿式あるいは乾式紡糸後、延伸、水
   洗し、さらに沸水あるいは蒸気中で延伸を施し、次いで
   該延伸糸の含水率が５〜６０重量％になるまで乾燥処理
   を施し、次に１２０℃〜２００℃の温度で該糸に１：１
   ．０〜１：３．０の延伸処理を施し、さらに１８０℃〜
   ３００℃の温度下に該糸を緊張状態で熱処理することを
   特徴とするアクリル系繊維の製造法。