JP7584506B2 - Method for producing fibers containing meta-aramid - Google Patents

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Description

本発明は、メタアラミドと硫酸を含む紡糸原液を調製し、当該紡糸原液を紡糸口金に通すことによりメタアラミド繊維を製造する方法、及び当該方法により得られたメタアラミド繊維に関する。さらに、本発明は、スルホン酸基含有量が1meq/kg以上のメタアラミド繊維、当該繊維を含むマルチフィラメント糸、および布帛と防護衣にも関する。 The present invention relates to a method for producing meta-aramid fibers by preparing a spinning dope containing meta-aramid and sulfuric acid and passing the spinning dope through a spinneret, and to meta-aramid fibers obtained by the method. Furthermore, the present invention also relates to meta-aramid fibers having a sulfonic acid group content of 1 meq/kg or more, multifilament yarns containing the fibers, and fabrics and protective clothing.

アラミド繊維の紡糸法は周知である。 The method of spinning aramid fibers is well known.

KR20100001782には、アラミド繊維とその製造方法が記載されている。紡糸法では、各種パラアラミドポリマー(パラフェニレンテレフタルアミド、パラフェニレン-4,4′-ジフェニレンジカルボン酸アミド、パラフェニレン-2,6-ナフタレンジカルボン酸アミドなど)を使用することができ、ここで、パラアラミドを硫酸に溶解し、紡糸口金を通して紡糸原液を凝固浴に入れ、フィラメントを洗浄、乾燥して巻き取る。凝固浴の時間を調整して、フィラメントの断面の円形度を向上させてもよい。KR20100001782には、メタアラミドを硫酸に溶解するということは記述されていない。 KR20100001782 describes aramid fibers and a method for producing the same. In the spinning method, various para-aramid polymers (paraphenylene terephthalamide, paraphenylene-4,4'-diphenylenedicarboxylic acid amide, paraphenylene-2,6-naphthalenedicarboxylic acid amide, etc.) can be used, in which para-aramid is dissolved in sulfuric acid, the spinning solution is introduced into a coagulation bath through a spinneret, and the filaments are washed, dried, and wound up. The time in the coagulation bath may be adjusted to improve the circularity of the cross section of the filaments. KR20100001782 does not describe dissolving meta-aramid in sulfuric acid.

メタアラミド繊維の紡糸法が、US3094511に開示されている。本資料では、メタアラミドを有機溶媒に溶解し、紡糸口金から加熱した気柱を通す乾式紡糸法を開示している。後者の工程では、溶媒の蒸発が起こる。 A method for spinning meta-aramid fibers is disclosed in US 3,094,511. This document discloses a dry spinning process in which meta-aramid is dissolved in an organic solvent and passed through a spinneret with a heated air column. In the latter process, evaporation of the solvent occurs.

また、EP0226137などに記載されているように、紡糸口金から凝固浴に直接紡糸原液を通すメタアラミド湿式紡糸法も知られている。湿式紡糸法でも有機溶媒を使用する。 As described in EP 0226137, etc., a meta-aramid wet spinning method is also known in which the spinning solution is passed directly from a spinneret into a coagulation bath. Organic solvents are also used in the wet spinning method.

有機溶媒の使用には、いくつかの欠点がある。法規制により、将来的には環境上の理由から、有機溶媒の使用禁止またはより厳しい条件でしか使用できなくなる可能性がある。また、有機溶媒を使用して紡糸した繊維は、溶剤を除去するために徹底した洗浄が必要であり、経済的ではない。有機溶媒から紡糸されたメタアラミド繊維は、徹底した洗浄にもかかわらず、有機溶媒を含んでいる。 The use of organic solvents has several disadvantages. Legislation may in the future prohibit the use of organic solvents or allow their use only under more stringent conditions for environmental reasons. Also, fibers spun using organic solvents require extensive washing to remove the solvent, which is not economical. Meta-aramid fibers spun from organic solvents contain organic solvents, despite extensive washing.

そのため、有機溶媒を使用しないメタアラミドの紡糸法が求められている。 Therefore, there is a demand for a method of spinning meta-aramid that does not use organic solvents.

KR20140075197は、紡糸原液に酸化防止剤を添加して変色を防止するメタアラミド組成物に関する。KR20140075197には、濃度99%の硫酸にメタアラミド組成物を濃度20%溶解した後、メタアラミド繊維が製造されることが記載されている。紡糸口金を通した後、エアギャップを通さず、紡糸原液を直接凝固浴に入れ、フィラメントを洗浄、乾燥させ、巻き取る。KR20140075197は、300mN/tex以上の破断強度を有するメタアラミド繊維を開示していない。 KR20140075197 relates to a meta-aramid composition in which an antioxidant is added to the spinning dope to prevent discoloration. KR20140075197 describes that meta-aramid fibers are produced after dissolving the meta-aramid composition at a concentration of 20% in sulfuric acid at a concentration of 99%. After passing through a spinneret, the spinning dope is directly put into a coagulation bath without passing through an air gap, and the filaments are washed, dried, and wound. KR20140075197 does not disclose meta-aramid fibers having a breaking strength of 300 mN/tex or more.

本発明の目的は、有機溶媒を実質的に含まず、良好な機械的特性、特に高い破断強度を有するメタアラミド繊維を提供することである。また、本発明の目的は、改良されたメタアラミド繊維を提供することであり、特に難燃性が向上し、断面の均一性が向上したメタアラミド繊維を提供することである。 The object of the present invention is to provide a meta-aramid fiber that is substantially free of organic solvents and has good mechanical properties, particularly high breaking strength. It is also an object of the present invention to provide an improved meta-aramid fiber, particularly a meta-aramid fiber with improved flame retardancy and cross-sectional uniformity.

上記の目的を達成するために、本発明は、300mN/tex以上の破断強度を有するメタアラミドを含む繊維の製造方法を提供し、この製造方法は、メタアラミドと80wt%以上の濃度を有する硫酸とを含む紡糸原液を調製する工程と、紡糸口金を通してこの紡糸原液を凝固浴に入れる工程とを含み、ここで、紡糸原液は10wt%以上(紡糸原液の重量に対して)のメタアラミド濃度を有する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing fibers containing meta-aramid having a breaking strength of 300 mN/tex or more, the method comprising the steps of preparing a spinning dope containing meta-aramid and sulfuric acid having a concentration of 80 wt% or more, and feeding the spinning dope through a spinneret into a coagulation bath, wherein the spinning dope has a meta-aramid concentration of 10 wt% or more (based on the weight of the spinning dope).

好ましくは、メタアラミドを含む繊維は、破断強度が350mN/tex以上、より好ましくは400mN/tex以上、さらに好ましくは450mN/tex以上である。また、本方法では、500mN/tex以上の破断強度を有するメタアラミドを含む繊維をもたらし得る。 Preferably, the fiber containing meta-aramid has a breaking strength of 350 mN/tex or more, more preferably 400 mN/tex or more, and even more preferably 450 mN/tex or more. In addition, the method can produce a fiber containing meta-aramid having a breaking strength of 500 mN/tex or more.

メタアラミドを含む繊維の破断強度は、マルチフィラメント糸についてはASTM D7269-17に、シングルフィラメントについてはASTM D3822に準じて測定する。 The breaking strength of fibers containing meta-aramid is measured in accordance with ASTM D7269-17 for multifilament yarns and ASTM D3822 for single filaments.

また、メタアラミドを含む繊維をメタアラミド繊維と呼ぶこともある。 Fibers containing meta-aramid are also sometimes called meta-aramid fibers.

本発明の目的のために、メタアラミドという用語は、芳香族部分の間に70%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上のメタ配向結合を有する全芳香族ポリアミドポリマーおよびコポリマーの種類を意味する。一実施形態では、95%以上またはすべて(すなわち100%)の結合がメタ配向の結合である。そのため、芳香族部分の間のアミド結合は、芳香環のメタ配向またはほぼメタ配向の位置に実質的に配置されている(例えば、1,3-フェニレン基または1,3-ナフタレン基のように)。 For purposes of this invention, the term meta-aramid refers to a class of fully aromatic polyamide polymers and copolymers having 70% or more, preferably 80% or more, and more preferably 90% or more meta-oriented bonds between aromatic moieties. In one embodiment, 95% or more or all (i.e., 100%) of the bonds are meta-oriented bonds. Thus, the amide bonds between the aromatic moieties are substantially arranged in meta or near meta-oriented positions on the aromatic rings (e.g., as in 1,3-phenylene or 1,3-naphthalene groups).

本発明のメタアラミドは、式IおよびIIの繰り返し単位であってもよい:
-[-NH-Ar1-NH-CO-Ar2-CO-]-(式I)
-[-NH-Ar1-CO-]-(式II)、
ここで、Ar1およびAr2は、同じであっても異なっていてもよい芳香族の2価のメタ配向ラジカルであり、Ar1およびAr2の少なくとも1つは、m-フェニレンラジカルである。
The meta-aramids of the present invention may have repeat units of formulas I and II:
-[-NH-Ar1-NH-CO-Ar2-CO-]- (Formula I)
-[-NH-Ar1-CO-]- (Formula II),
Here, Ar1 and Ar2 are aromatic divalent meta-directed radicals which may be the same or different, and at least one of Ar1 and Ar2 is an m-phenylene radical.

メタアラミドは、メタ型芳香族アミンと(メタ)ジカルボン酸ハライドの重合により製作することができる。 Meta-aramids can be produced by the polymerization of meta-type aromatic amines and (meth)dicarboxylic acid halides.

好適な芳香族(メタ)ジアミンは、メタフェニレンジアミン、3,4′-ジアミノジフェニルエーテル、および3,4′-ジアミノジフェニルスルホンであり;その芳香族環状構造に結合した、ハロゲン原子および/または1~3個の炭素原子を有するアルキル基などの置換基を有するそれらの誘導体、例えば2,4-トルイレンジアミン、2,6-トルイレンジアミン、2,4-ジアミノクロロベンゼン、および2,6-ジアミノクロロベンゼンを使用してもよい。好ましくは、メタフェニレンジアミンまたはメタフェニレンジアミンを85モル%以上、より好ましくは90モル%以上、さらに好ましくは95モル%以上含有する混合ジアミンを使用する。 Suitable aromatic (meth)diamines are metaphenylenediamine, 3,4'-diaminodiphenyl ether, and 3,4'-diaminodiphenyl sulfone; their derivatives having substituents such as halogen atoms and/or alkyl groups having 1 to 3 carbon atoms bonded to the aromatic ring structure, such as 2,4-toluylenediamine, 2,6-toluylenediamine, 2,4-diaminochlorobenzene, and 2,6-diaminochlorobenzene, may also be used. Preferably, metaphenylenediamine or a mixed diamine containing metaphenylenediamine in an amount of 85 mol % or more, more preferably 90 mol % or more, and even more preferably 95 mol % or more is used.

好適な芳香族(メタ-)ジカルボン酸ジハライドは、イソフタル酸のハロゲン化物、例えばイソフタル酸クロリドおよびイソフタル酸ブロミドであり;置換基、例えばハロゲン原子および/または1~3個の炭素原子を有するアルコキシ基を有するそれらの誘導体、例えば3-クロロイソフタル酸クロリドおよび3-メトキシイソフタル酸クロリドを使用できる。好ましくは、イソフタル酸クロリドと、イソフタル酸クロリドを85モル%以上、より好ましくは90モル%以上、さらに好ましくは95モル%以上含有する混合カルボン酸ハライドが使用できる。 Suitable aromatic (meta)dicarboxylic acid dihalides are halides of isophthalic acid, such as isophthalic acid chloride and isophthalic acid bromide; their derivatives having substituents, such as halogen atoms and/or alkoxy groups having 1 to 3 carbon atoms, such as 3-chloroisophthalic acid chloride and 3-methoxyisophthalic acid chloride, can be used. Preferably, isophthalic acid chloride and mixed carboxylic acid halides containing 85 mol % or more, more preferably 90 mol % or more, and even more preferably 95 mol % or more of isophthalic acid chloride can be used.

本発明のメタアラミドは、メタ型芳香族ジアミンおよびメタ型ジカルボン酸ハライド以外に、さらにモノマーを含んでいてもよい。ジアミンおよびカルボン酸ハライドと組み合わせて使用できる好適な共重合成分としては、パラ-フェニレンジアミン、2,5-ジアミノクロロベンゼン、2,5-ジアミノブロモベンゼン、およびアミノアニシジンなどのベンゼン誘導体;および1,5-ナフチレンジアミン、4,4′-ジアミノジフェニルエーテル、4,4,-ジアミノジフェニルケトン、4,4′-ジアミノジフェニルアミン、および4,4′-ジアミノジフェニルメタンなどが挙げられる。好適なコモノマー芳香族ジカルボン酸ジハライドとしては、テレフタル酸ジクロリド、1,4-ナフタレンジカルボン酸ジクロリド、2,6-ナフタレンジカルボン酸ジクロリド、4,4′-ジフェニルジカルボン酸ジクロリド、および4,4′-ジフェニルエーテルジカルボン酸ジクロリドなどが挙げられる。一実施形態では、本発明のメタアラミドポリマーは、このような共重合成分を15モル%以下、好ましくは10モル%以下、より好ましくは5モル%以下の含有量で含んでいてもよい。 The meta-aramid of the present invention may further contain a monomer other than the meta-type aromatic diamine and meta-type dicarboxylic acid halide. Suitable copolymerization components that can be used in combination with the diamine and carboxylic acid halide include para-phenylenediamine, 2,5-diaminochlorobenzene, 2,5-diaminobromobenzene, and benzene derivatives such as aminoanisidine; and 1,5-naphthylenediamine, 4,4'-diaminodiphenylether, 4,4,-diaminodiphenylketone, 4,4'-diaminodiphenylamine, and 4,4'-diaminodiphenylmethane. Suitable comonomer aromatic dicarboxylic acid dihalides include terephthalic acid dichloride, 1,4-naphthalenedicarboxylic acid dichloride, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid dichloride, 4,4'-diphenyldicarboxylic acid dichloride, and 4,4'-diphenyletherdicarboxylic acid dichloride. In one embodiment, the meta-aramid polymer of the present invention may contain such a copolymerization component in a content of 15 mol % or less, preferably 10 mol % or less, and more preferably 5 mol % or less.

一実施形態では、本発明で使用されるメタアラミドは、m-フェニレン以外の芳香族部分を5モル%以下含むコポリ(m-フェニレンイソフタルアミド)である。別の実施形態では、メタアラミドは、ポリ(m-フェニレンイソフタルアミド)である。 In one embodiment, the meta-aramid used in the present invention is a copoly(m-phenylene isophthalamide) containing 5 mole percent or less of aromatic moieties other than m-phenylene. In another embodiment, the meta-aramid is a poly(m-phenylene isophthalamide).

一実施形態では、紡糸原液はパラアラミドポリマーを含まない、すなわち、パラアラミドポリマーを5wt%未満、好ましくは1wt%未満、より好ましくは0.5wt%未満、最も好ましくは0.1wt%未満含む(紡糸原液の重量に対して)。 In one embodiment, the spinning dope does not contain para-aramid polymer, i.e., it contains less than 5 wt. %, preferably less than 1 wt. %, more preferably less than 0.5 wt. %, and most preferably less than 0.1 wt. % para-aramid polymer (by weight of the spinning dope).

一実施形態では、紡糸原液は、80wt%以上の濃度の硫酸とポリマーを含み、このポリマーは上で定義したメタアラミドをからなる。紡糸原液は、ポリマー、好ましくは上で定義したメタアラミドからなるポリマーと硫酸から構成されていてもよい。紡糸原液(および得られる繊維)には、添加物、特に酸化防止剤は含まれていなくてよい。 In one embodiment, the spinning dope comprises sulfuric acid at a concentration of 80 wt % or more and a polymer, the polymer being comprised of a meta-aramid as defined above. The spinning dope may be comprised of a polymer, preferably a polymer comprising a meta-aramid as defined above, and sulfuric acid. The spinning dope (and the resulting fiber) may be free of additives, in particular antioxidants.

紡糸原液は、紡糸原液の重量に対して、好ましくは10~30wt%、より好ましくは12~20wt%、さらに好ましくは14~16wt%の範囲のメタアラミド濃度を有することが好ましい。 The spinning solution preferably has a meta-aramid concentration in the range of 10 to 30 wt%, more preferably 12 to 20 wt%, and even more preferably 14 to 16 wt%, based on the weight of the spinning solution.

紡糸原液は、メタアラミドと硫酸を混合して調製してもよい。硫酸とポリマーの混合は、(二軸スクリュー)押出機や(二軸)混練機を用いて、好ましくは脱気を含めて行ってもよい。 The spinning solution may be prepared by mixing meta-aramid with sulfuric acid. The sulfuric acid and polymer may be mixed using a (twin-screw) extruder or (twin-screw) kneader, preferably with degassing.

好ましくは、紡糸原液は30~90℃の範囲の温度で調製する。 Preferably, the spinning solution is prepared at a temperature in the range of 30 to 90°C.

好ましくは、本発明の紡糸法は、ドライジェット湿式紡糸法である。これは、紡糸原液が紡糸口金を出た後、凝固浴に入る前に気体媒体を通過することを意味する。メタアラミドと硫酸を含む紡糸原液を、紡糸口金を通して凝固浴に入れて繊維へと処理する。スピニングマスを脱気し、紡糸温度まで加熱する。紡糸温度、すなわち紡糸原液が紡糸口金に導かれて通過する温度は、好ましくは110℃未満、より好ましくは25~80℃、または45~60℃の範囲内である。 Preferably, the spinning process of the present invention is a dry jet wet spinning process. This means that the spinning dope passes through a gaseous medium after leaving the spinneret and before entering the coagulation bath. The spinning dope, which contains meta-aramid and sulfuric acid, passes through the spinneret into the coagulation bath and is processed into fibers. The spinning mass is degassed and heated to the spinning temperature. The spinning temperature, i.e. the temperature at which the spinning dope is led through the spinneret, is preferably below 110°C, more preferably in the range of 25-80°C, or 45-60°C.

ドライジェット湿式紡糸法では、まず液状の紡糸原液が空気などの非凝固気体雰囲気を通過し、その直後に凝固浴に導かれる。スピニングマスが通過する気体ゾーン(エアギャップともいう)で、メタアラミドを延伸する。凝固後、形成されたフィラメントを凝固浴から取り出し、洗浄、乾燥してボビン上に取り込む。本発明の方法で使用される紡糸口金は、完全パラ-芳香族ポリアミドのドライジェット湿式紡糸法においてそれ自体周知のタイプのものであってもよい。気体の非凝固媒体は、好ましくは空気で構成される。 In the dry-jet wet spinning process, the liquid spinning dope is first passed through a non-coagulating gaseous atmosphere such as air and is immediately introduced into a coagulating bath. In the gaseous zone (also called air gap) through which the spinning mass passes, the meta-aramid is drawn. After coagulation, the formed filaments are removed from the coagulating bath, washed, dried and taken up on bobbins. The spinnerets used in the process of the invention may be of a type known per se for dry-jet wet spinning of fully para-aromatic polyamides. The gaseous non-coagulating medium preferably consists of air.

気体媒体(またはエアギャップ)は、好ましくは2~20mm、より好ましくは3~15mm、さらに好ましくは5~10mmの範囲の長さを有している。 The gas medium (or air gap) preferably has a length in the range of 2 to 20 mm, more preferably 3 to 15 mm, and even more preferably 5 to 10 mm.

本発明の方法では、紡糸口金の口を出たスピニングマスを、非凝固性の気体媒体中で延伸する。凝固浴を出たときのフィラメントの長さと、紡糸口を出たときのスピニングマスの平均長さの比である延伸度は、1.5~15、好ましくは2~6の範囲であってよい。 In the method of the present invention, the spinning mass leaving the nozzle of the spinneret is stretched in a non-coagulating gaseous medium. The degree of stretching, which is the ratio of the length of the filament when it leaves the coagulating bath to the average length of the spinning mass when it leaves the spinneret, may be in the range of 1.5 to 15, preferably 2 to 6.

凝固浴の組成は様々である。全体または一部が水や、塩基、酸、塩、有機溶媒などの他の物質で構成される。凝固浴は、0~40wt%、好ましくは2~20wt%の濃度を持つ希硫酸水からなるのが好ましい。凝固浴が希硫酸水を含む実施形態では、凝固浴のpHは、7未満、好ましくは2未満のpHを有していてもよい。別の実施形態では、凝固浴は、0~10wt%、好ましくは0.05~5wt%、特に0.1~1wt%の範囲の濃度を持つ希釈された苛性水溶液、例えばNaOH水溶液で構成されていてもよい。凝固浴は、水、特に軟水または脱塩水で構成されていてもよい。 The composition of the coagulation bath may vary. It may be composed in whole or in part of water and other substances such as bases, acids, salts, organic solvents, etc. The coagulation bath preferably consists of dilute aqueous sulfuric acid with a concentration of 0-40 wt%, preferably 2-20 wt%. In embodiments in which the coagulation bath comprises dilute aqueous sulfuric acid, the pH of the coagulation bath may have a pH of less than 7, preferably less than 2. In another embodiment, the coagulation bath may consist of a dilute aqueous caustic solution, e.g., an aqueous NaOH solution, with a concentration in the range of 0-10 wt%, preferably 0.05-5 wt%, especially 0.1-1 wt%. The coagulation bath may consist of water, especially softened or demineralized water.

凝固浴の温度は所望の任意の値でよい。他の紡糸条件に依存し、凝固浴の温度は一般的に-10℃~50℃、好ましくは0℃~25℃、より好ましくは2~10℃の範囲である。 The temperature of the coagulation bath can be any desired value. Depending on other spinning conditions, the temperature of the coagulation bath is typically in the range of -10°C to 50°C, preferably 0°C to 25°C, and more preferably 2°C to 10°C.

少量の残留酸は繊維の特性に悪影響を及ぼす可能性があるため、使用した硫酸は、特に洗浄または中和と洗浄によって、紡糸繊維から完全に除去しなければならない。中和は、凝固によって得られた繊維を、アルカリ性物質の溶液、例えばNaOH、NaHCOまたはNaCOの苛性溶液を用いて、室温または高温の処理で行ってもよい。一実施形態では、繊維は、0.1~2wt%、好ましくは0.3~1wt%の範囲のNaOH濃度を有する溶液で凝固後に処理する。好ましくは、中和溶液は9以上のpHを有し、より好ましくは11以上のpHを有する。 The sulfuric acid used must be completely removed from the spun fibers, in particular by washing or neutralization and washing, since small amounts of residual acid can adversely affect the properties of the fibers . Neutralization may be carried out by treatment of the fibers obtained by coagulation with a solution of an alkaline substance, for example a caustic solution of NaOH, NaHCO3 or Na2CO3 , at room temperature or at elevated temperature. In one embodiment, the fibers are treated after coagulation with a solution having a NaOH concentration in the range of 0.1-2 wt%, preferably 0.3-1 wt%. Preferably, the neutralization solution has a pH of 9 or higher, more preferably a pH of 11 or higher.

一実施形態では、繊維は、凝固後に水(例えば、脱塩水または軟水)で処理するだけであり、特に1回、2回、3回、または3回を超えて(中和を行わずに洗浄のみ)処理する。好ましい実施形態では、繊維は洗浄し、中和し、再び洗浄する。洗浄した後、繊維を乾燥させる。これは、オンラインまたはオフラインのいずれかの便利な方法で行ってもよい。(中和と)洗浄の直後に、例えば、50~220℃、好ましくは75~200℃、より好ましくは100~175℃または125~150℃の範囲の温度を有する加熱ローラー上に繊維を通過させることにより、乾燥を行うことが好ましい。 In one embodiment, the fibers are only treated with water (e.g. demineralized or softened water) after coagulation, in particular once, twice, three times or more than three times (washing only, without neutralization). In a preferred embodiment, the fibers are washed, neutralized and washed again. After washing, the fibers are dried. This may be done in any convenient way, either on-line or off-line. Drying is preferably carried out immediately after (neutralization and) washing, for example by passing the fibers over heated rollers having a temperature in the range of 50-220°C, preferably 75-200°C, more preferably 100-175°C or 125-150°C.

繊維の破断強度を向上させるために、任意に、本発明による方法で得られた繊維を湿式延伸工程に付すことができる。湿式延伸工程では、凝固した湿った繊維に張力をかけ、延伸率を1~2倍、好ましくは1.1~1.5倍にする。この方法のこの段階では、[湿式延伸工程後の繊維の長さ]÷[湿式延伸工程前の繊維の長さ]を延伸率とすることができる。連続的なオンライン法では、糸をガイドするゴデット(ガイドローラー)の湿式延伸の前後の速度に基づいて延伸率を決定してもよい。つまり、[湿式延伸工程後のゴデット(ガイドローラー)の速度]÷[湿式延伸工程前のゴデット(ガイドローラー)の速度]となる。好ましくは、湿式延伸の工程は、室温を超える温度で凝固と洗浄の間、洗浄中、または洗浄後に行う。 Optionally, the fibers obtained by the method according to the invention can be subjected to a wet drawing step in order to improve the breaking strength of the fibers. In the wet drawing step, tension is applied to the coagulated wet fibers to a drawing ratio of 1-2 times, preferably 1.1-1.5 times. At this stage of the method, the drawing ratio can be calculated as the length of the fiber after the wet drawing step divided by the length of the fiber before the wet drawing step. In a continuous online method, the drawing ratio can be determined based on the speed of the godet (guide roller) that guides the yarn before and after the wet drawing step, i.e., the speed of the godet (guide roller) after the wet drawing step divided by the speed of the godet (guide roller) before the wet drawing step. Preferably, the wet drawing step is carried out between, during or after the coagulation and washing at a temperature above room temperature.

繊維は、不活性または非不活性ガス中で張力下にて加熱する熱処理に付してもよい。熱処理は、乾燥工程の後(オンライン)に行ってもよいし、そうでなければ、繊維の巻き取り後(オフライン)に行ってもよい。熱処理は、1つまたは複数の張力下の加熱工程を含んでもよい。一実施形態では、本発明による方法は、少なくとも1つの加熱工程において、250~400℃、好ましくは280~350℃、好ましくは300~320℃の範囲の温度に繊維を加熱することを含む。 The fibre may be subjected to a heat treatment by heating under tension in an inert or non-inert gas. The heat treatment may be carried out after a drying step (online) or else after winding of the fibre (offline). The heat treatment may comprise one or more heating steps under tension. In one embodiment, the method according to the invention comprises heating the fibre in at least one heating step to a temperature in the range of 250-400°C, preferably 280-350°C, preferably 300-320°C.

繊維の熱処理は、少なくとも2つの段階で構成されていてもよい。本発明による1つの方法では、上述のような第1加熱工程で得られた繊維を、第2加熱工程で、250~400℃、好ましくは280~350℃、好ましくは300~320℃の範囲の温度に加熱する。 The heat treatment of the fibers may consist of at least two stages. In one method according to the invention, the fibers obtained in the first heating step as described above are heated in a second heating step to a temperature in the range of 250-400°C, preferably 280-350°C, preferably 300-320°C.

好ましい実施形態では、少なくとも1つの加熱工程では、1.5~10、好ましくは1.5~2.5の範囲の延伸率になるような張力をかけ、他の加熱工程では、張力をかけない(弛緩)か、処理装置(ガイドロールなど)上を繊維が搬送できる程度の張力、または1.5以下の延伸率になるような張力をかける。第1加熱工程または第2加熱工程のどちらにでも、より高い張力をかけてもよい。第1加熱工程により高い延伸率をかけるのが好ましい。別の実施形態では、各加熱工程中に張力がかけられ、その結果、総延伸率が1.5~10、好ましくは1.5~2.5の範囲になる。この方法のこの段階では、[加熱工程後の繊維の長さ]÷[加熱工程前の繊維の長さ]を延伸率としてもよい。延伸率は1つの熱処理工程のものを指し、総延伸率は処理されたすべての熱処理工程で達成された延伸(累積)を指す。連続的なオンライン法では、糸をガイドするゴデット(ガイドローラー)の熱処理の前後の速度に基づいて延伸率を決定してもよい。つまり、[少なくとも1つの加熱工程後のゴデット(ガイドローラー)の速度]÷[少なくとも1つの加熱工程前のゴデット(ガイドローラー)の速度]である。 In a preferred embodiment, at least one heating step is tensioned to a stretch ratio in the range of 1.5 to 10, preferably 1.5 to 2.5, and the other heating steps are either no tension (relaxed), or tensioned to allow the fiber to be transported over the processing equipment (guide rolls, etc.), or tensioned to a stretch ratio of 1.5 or less. Higher tension may be applied in either the first or second heating step. It is preferred to apply a higher stretch ratio in the first heating step. In another embodiment, tension is applied during each heating step, resulting in a total stretch ratio in the range of 1.5 to 10, preferably 1.5 to 2.5. At this stage of the method, the stretch ratio may be [length of fiber after heating step] divided by [length of fiber before heating step]. The stretch ratio refers to one heat treatment step, and the total stretch ratio refers to the stretch (cumulative) achieved in all heat treatment steps processed. In a continuous on-line method, the draw ratio may be determined based on the speed of the godet (guide roller) that guides the yarn before and after the heat treatment, i.e., [speed of the godet (guide roller) after at least one heating step] divided by [speed of the godet (guide roller) before at least one heating step].

この方法は、湿式延伸工程と熱処理を含んでもよい。 The method may include a wet stretching step and a heat treatment.

本発明による方法は、溶剤ベースの方法である。メタアラミドポリマーの溶媒には濃硫酸を使用する。好ましくは、硫酸は85wt%以上、より好ましくは90wt%以上、さらに好ましくは95wt%以上の濃度である。98wt%以上または99wt%以上の濃度の硫酸が特に好ましい。 The process according to the present invention is a solvent-based process. Concentrated sulfuric acid is used as a solvent for the meta-aramid polymer. Preferably, the sulfuric acid has a concentration of 85 wt% or more, more preferably 90 wt% or more, and even more preferably 95 wt% or more. Sulfuric acid with a concentration of 98 wt% or more or 99 wt% or more is particularly preferred.

この方法からメタアラミド繊維、好ましくはマルチフィラメント糸が得られる。また、本発明は、上記のいずれかの実施形態に開示されているように、本発明の方法によって得られるメタアラミド繊維にも関する。 The method results in a meta-aramid fiber, preferably a multifilament yarn. The present invention also relates to a meta-aramid fiber obtained by the method of the present invention, as disclosed in any of the above embodiments.

本発明の範囲において、繊維は、幅に対する長さの比率が高い柔軟な物質の単位と理解される(幅は、繊維の長さに垂直な断面積を横切って定義される)。繊維には、特に長さ制限のないフィラメント、1本以上の撚り混繊または無撚りフィラメントを含むフィラメント糸(モノフィラメントおよびマルチフィラメント糸)、実質的に撚りをかけずに束ねた多数のフィラメントの集まりから成るトウなど、通常のあらゆる種類の繊維が含まれる。紡糸中に形成される実質的に長さ制限のないフィラメントは、必要に応じて切断してステープルファイバーにしてもよく、順番に紡績糸へと処理することができる。フィラメント糸は、切断してさらに小さな長さのフロックと呼ばれるものにしてもよい。さらに、フィラメント糸は処理してパルプにしてもよい。これらの繊維の変形は「繊維」という言葉に包含される。マルチフィラメント糸は、本発明による繊維と他の材料の繊維を含む可能性がある。本発明の繊維またはフィラメントの断面は、どのような形状でもよいが、典型的には円形(丸い)である。 In the scope of the present invention, a fiber is understood as a flexible unit of material having a high ratio of length to width (width being defined across the cross-sectional area perpendicular to the length of the fiber). Fibers include all common fiber types, in particular filaments of unlimited length, filament yarns (monofilament and multifilament yarns) containing one or more twisted or untwisted filaments, and tows consisting of a collection of many filaments bound together with substantially no twist. The virtually unlimited length filaments formed during spinning may be cut into staple fibers as required, which in turn may be processed into spun yarns. Filament yarns may be cut into smaller lengths, called flocks. Furthermore, filament yarns may be processed into pulp. These fiber variations are encompassed by the term "fiber". Multifilament yarns may include fibers according to the invention and fibers of other materials. The cross section of the fibers or filaments of the present invention may be of any shape, but is typically circular (round).

また、本発明は、300mN/tex以上の破断強度を有し、スルホン酸基含有量が0.001wt%(質量/繊維質量)以上であるメタアラミド繊維にも関する。一般に、スルホン酸基の含有量は1wt%以下、好ましくは0.5wt%以下、より好ましくは0.3wt%以下である。また、ppmで表してもよく、そうするとスルホン酸基の含有量は>1ppm、好ましくは5~300ppm、より好ましくは10~100ppmとなる。スルホン酸基は、メタアラミドの溶媒として硫酸を使用した結果として形成される。芳香族では、芳香族基の水素部分がスルホン酸基に置き換わる芳香族置換反応がある程度起こる。これらの基が中和されていることが好ましい。 The present invention also relates to meta-aramid fibers having a breaking strength of 300 mN/tex or more and a sulfonic acid group content of 0.001 wt% or more (mass/mass of fibers). In general, the sulfonic acid group content is 1 wt% or less, preferably 0.5 wt% or less, more preferably 0.3 wt% or less. It may also be expressed in ppm, so that the sulfonic acid group content is >1 ppm, preferably 5-300 ppm, more preferably 10-100 ppm. The sulfonic acid groups are formed as a result of using sulfuric acid as a solvent for the meta-aramid. In aromatics, aromatic substitution reactions occur to some extent in which the hydrogen moieties of the aromatic groups are replaced by sulfonic acid groups. It is preferred that these groups are neutralized.

スルホン酸基の含有量は、熱処理をしていない未処理の糸の試料で、核磁気共鳴分析(NMR)、特にH-NMRによって測定される。スルホン酸基含有量の測定方法を、実施例の項に記載する。 The sulfonic acid group content is measured by nuclear magnetic resonance analysis (NMR), in particular 1 H-NMR, on untreated yarn samples that have not been heat treated. The method for measuring the sulfonic acid group content is described in the Examples section.

また、繊維のスルホン化度を得るために、硫黄分を測定することもできる。一実施形態では、本発明による繊維の硫黄含有量は、0.025wt%以上、好ましくは0.05wt%以上(繊維の重量に対して)である。硫黄含有量は、得られたメタアラミド繊維(熱処理した繊維を含む)について測定してもよい。硫黄含有量は、実施例の項で詳述するように、誘導結合プラズマ発光分光分析(ICP-OES)によって測定してもよい。 The sulfur content can also be measured to obtain the degree of sulfonation of the fiber. In one embodiment, the sulfur content of the fiber according to the invention is 0.025 wt% or more, preferably 0.05 wt% or more (based on the weight of the fiber). The sulfur content may be measured on the resulting meta-aramid fiber (including the heat treated fiber). The sulfur content may be measured by inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES) as detailed in the Examples section.

メタアラミド繊維のスルホン化は、メタアラミド繊維の難燃性や耐炎性の向上に有利なようである。特に、本発明の繊維のLOI(限界酸素指数)は、有機溶媒から紡糸したメタアラミド繊維よりも高い。好ましくは、本発明によるメタアラミド繊維のLOIは、有機溶媒から紡糸した繊維と比較して、10%以上増加している。LOIは、実施例の項で詳述するように、ASTM D2863に準じて測定する。 Sulfonation of meta-aramid fibers appears to be advantageous in improving the flame retardancy and flame resistance of meta-aramid fibers. In particular, the LOI (Limiting Oxygen Index) of the fibers of the present invention is higher than meta-aramid fibers spun from organic solvents. Preferably, the LOI of meta-aramid fibers of the present invention is increased by 10% or more compared to fibers spun from organic solvents. LOI is measured according to ASTM D2863, as detailed in the Examples section.

好ましくは、メタアラミド繊維は、破断強度が350mN/tex以上、より好ましくは400mN/tex以上、さらに好ましくは450mN/tex以上である。メタアラミド繊維は、500mN/tex以上の破断強度を有していてもよい。 Preferably, the meta-aramid fiber has a breaking strength of 350 mN/tex or more, more preferably 400 mN/tex or more, and even more preferably 450 mN/tex or more. The meta-aramid fiber may have a breaking strength of 500 mN/tex or more.

メタアラミド繊維の破断強度は、マルチフィラメント糸についてはASTM D7269-17、シングルフィラメントについてはASTM D3822に準じて測定する。 The breaking strength of meta-aramid fibers is measured in accordance with ASTM D7269-17 for multifilament yarns and ASTM D3822 for single filaments.

本発明のメタアラミド繊維の利点の一つは、有機溶媒の含有量が少ないことである。一実施形態では、メタアラミド繊維は、250ppm未満、好ましくは100ppm未満、より好ましくは50ppm未満の有機溶媒含有量を有し、これは0.025wt%未満(糸の重量に対して)、好ましくは0.01wt%未満、より好ましくは0.005wt%未満の有機溶媒含有量に相当する。これは、有機溶媒、特にNMP(N-メチルピロリドン)、THF(テトラヒドロフラン)、DMAc(ジメチルアセトアミド)の合計含有量が250ppm未満、好ましくは100ppm未満、より好ましくは50ppm未満であることを意味する。なお、有機溶媒含有量が100ppm未満のメタアラミド繊維を「実質的に有機溶媒を含まない」と言うことがある。残留有機溶媒の含有量が非常に少ないのは、メタアラミドの重合時に使用された溶剤の影響かもしれない。 One advantage of the meta-aramid fiber of the present invention is that it has a low organic solvent content. In one embodiment, the meta-aramid fiber has an organic solvent content of less than 250 ppm, preferably less than 100 ppm, more preferably less than 50 ppm, which corresponds to an organic solvent content of less than 0.025 wt% (based on the weight of the yarn), preferably less than 0.01 wt%, more preferably less than 0.005 wt%. This means that the total content of organic solvents, especially NMP (N-methylpyrrolidone), THF (tetrahydrofuran), and DMAc (dimethylacetamide), is less than 250 ppm, preferably less than 100 ppm, more preferably less than 50 ppm. Note that meta-aramid fibers with an organic solvent content of less than 100 ppm are sometimes referred to as "substantially organic solvent-free." The very low content of residual organic solvents may be due to the solvent used during the polymerization of the meta-aramid.

有機溶媒の含有量は、具体的な有機溶媒に応じて種々の方法で測定してもよい。繊維中の有機溶媒の含有量、例えばNMPやDMAcの含有量を測定するには、一般的にガスクロマトグラフィー(GC)、NMR(核磁気共鳴)、MS(質量分析)が適している。本発明の文脈では、有機溶媒の含有量は、実施例の項で詳述するように、ガスクロマトグラフィーによって測定する。 The organic solvent content may be measured by various methods depending on the specific organic solvent. Gas chromatography (GC), NMR (nuclear magnetic resonance), and MS (mass spectrometry) are generally suitable for measuring the organic solvent content in the fibers, such as the NMP and DMAc content. In the context of the present invention, the organic solvent content is measured by gas chromatography, as detailed in the Examples section.

また、本発明は、このメタアラミド繊維を含むメタアラミドマルチフィラメント糸にも関する。メタアラミドマルチフィラメント糸は、メタアラミド繊維からなっていてもよい。 The present invention also relates to a meta-aramid multifilament yarn containing the meta-aramid fiber. The meta-aramid multifilament yarn may be made of meta-aramid fiber.

好ましくは、メタアラミドマルチフィラメント糸は、350mN/tex以上、より好ましくは400mN/tex以上、さらに好ましくは450mN/tex以上の破断強度を有する。好ましくは、メタアラミドマルチフィラメント糸は、15%以上、好ましくは20%以上、より好ましくは25%以上の破断伸度を有する。一実施形態では、メタアラミドマルチフィラメント糸は、350mN/tex以上の破断強度と、25%以上の破断伸度を有する。メタアラミド糸の機械的特性は、ASTM D7269-17に準じて測定する。 Preferably, the meta-aramid multifilament yarn has a breaking strength of 350 mN/tex or more, more preferably 400 mN/tex or more, and even more preferably 450 mN/tex or more. Preferably, the meta-aramid multifilament yarn has a breaking elongation of 15% or more, preferably 20% or more, and more preferably 25% or more. In one embodiment, the meta-aramid multifilament yarn has a breaking strength of 350 mN/tex or more and a breaking elongation of 25% or more. The mechanical properties of the meta-aramid yarn are measured in accordance with ASTM D7269-17.

一実施形態では、本発明は、個々のフィラメントの50%以上が、[最大内接円の直径]に対する[最小外接円の直径]の比率の平均値が1.3以下、好ましくは1.1以下であるような丸い断面を有するマルチフィラメント糸に関する。 In one embodiment, the present invention relates to a multifilament yarn in which at least 50% of the individual filaments have a round cross section, with the average ratio of the diameter of the smallest circumscribing circle to the diameter of the largest inscribing circle being 1.3 or less, preferably 1.1 or less.

「最小外接円」とは、マルチフィラメント糸の1本のフィラメントの断面の輪郭と少なくとも2点で外接し、1本のフィラメントの断面の全領域を含む最も小さいまたは最小の円を意味する。「最大内接円」とは、前記断面の輪郭と少なくとも2点で内接し、かつ前記断面の輪郭内に収まる最も大きいまたは最大の円を意味する。[最大内接円の直径]に対する[最小外接円の直径]の比率の平均値は、マルチフィラメント糸の断面を用意し、50本の別個のフィラメントについて最小外接円の直径、最大内接円の直径、および対応する比率を求め、その平均値を算出することで求められる。完全な円形の場合、最小の外接円と最大の内接円が重なり、直径が同じになるため、比率は1.0になる。 "Minimum circumscribing circle" means the smallest or smallest circle that circumscribes the contour of the cross section of one filament of a multifilament yarn at at least two points and includes the entire area of the cross section of one filament. "Maximum inscribing circle" means the largest or largest circle that inscribes the contour of the cross section at at least two points and fits within the contour of the cross section. The average value of the ratio of the [diameter of the minimum circumscribing circle] to the [diameter of the maximum inscribing circle] is found by preparing a cross section of a multifilament yarn, determining the diameter of the minimum circumscribing circle, the diameter of the maximum inscribing circle, and the corresponding ratios for 50 separate filaments, and calculating the average value. In the case of a perfect circle, the minimum circumscribing circle and the maximum inscribing circle overlap and have the same diameter, so the ratio is 1.0.

この丸い断面は、先行技術のメタアラミド繊維に対する本発明のメタアラミド繊維のもう一つの利点である。 This round cross-section is another advantage of the meta-aramid fibers of the present invention over the meta-aramid fibers of the prior art.

本発明のメタアラミド繊維は、先行技術のメタアラミド繊維よりも空隙率が低い。空隙率が低いため、本発明の繊維はより優れた機械的特性を持つかもしれない。特に有利なのは、本メタアラミド繊維の特性の組み合わせである。この繊維は、均一で丸い断面を持ち、難燃性が向上し、空隙率が低くなっている。 The meta-aramid fibers of the present invention have a lower porosity than meta-aramid fibers of the prior art. Because of the lower porosity, the fibers of the present invention may have better mechanical properties. Particularly advantageous is the combination of properties of the present meta-aramid fibers: the fibers have a uniform, round cross-section, improved flame retardancy, and lower porosity.

また、本用途は、本発明のメタアラミド繊維および/またはメタアラミドマルチフィラメント糸を含む布帛にも関する。布帛は、織った、編んだ、または組んだ布帛、または織物または不織の布帛の形態を有していてもよい。 The application also relates to fabrics comprising the meta-aramid fibers and/or meta-aramid multifilament yarns of the invention. The fabrics may have the form of woven, knitted, or braided fabrics, or woven or nonwoven fabrics.

本発明のメタアラミド繊維は、例えば、編物や織物を含む布帛、またはホースの補強に用いられる紐における用途、または防護衣、特に耐火性用途におけるテキスタイル用途に用いてもよい。本発明のメタアラミド繊維は、メタアラミド繊維やその繊維を含む織物が直接肌に触れるテキスタイル用途に特に適している。 The meta-aramid fibers of the present invention may be used in textile applications, for example in fabrics, including knits and wovens, or in strings used to reinforce hoses, or in protective clothing, especially in fire-resistant applications. The meta-aramid fibers of the present invention are particularly suitable for textile applications in which the meta-aramid fibers or fabrics containing the fibers come into direct contact with the skin.

また、本発明は、本発明の布帛を含む防護衣にも関する。防護衣は、例えば、手袋、ジャケット、ズボン、シャツなどであってよい。 The present invention also relates to protective clothing comprising the fabric of the present invention. The protective clothing may be, for example, gloves, jackets, trousers, shirts, etc.

フィラメントの断面を撮影した顕微鏡写真。A micrograph of a cross section of a filament.

本発明は、以下の実施例を参照してより詳細に説明されるが、これらは本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。 The present invention will now be described in more detail with reference to the following examples, which should not be construed as limiting the scope of the invention.

測定方法
1.機械的特性
メタアラミドマルチフィラメント糸の破断強度、破断伸度、破断靭性は、ASTM D 7269-17に準じて測定する。
Measurement Methods 1. Mechanical Properties The breaking strength, breaking elongation, and breaking toughness of meta-aramid multifilament yarn are measured in accordance with ASTM D 7269-17.

2.スルホン酸基含有量
スルホン酸基の含有量はH-NMRによって測定する。未処理の糸の非熱処理試料20mgを1mLのDMSO-d6に溶解し、その550μLを5mmのNMR試料管に移す。H NMRスペクトルは、BBFO-plus 5mmブロードバンドプローブを装備したBruker Avance III 400MHz NMRスペクトロメーターを用いて、300Kで記録する。スペクトルは、プリスキャンディレイ6秒およびアクイジションタイム4秒を用い、30°の励起パルスで、64回の積算スキャンを記録する。得られたH NMRスペクトルは、DMSO-d6の残留溶媒シグナルを2.5ppmに設定して規準とした。スルホン酸基の含有量は、下記式で算出し、meq/kg(mmol/kg)で表す。
sMPD=integral(singlet@8.97ppm)[mol]
meta aramid=(integral8.86-7.08ppm-(6*AsMPD))/8[mol]
sMPD=(AsMPD*186.1844)[mg]
meta aramid=(Ameta aramid*238.2414)[mg]
S=(sMPD/(sMPD+meta aramid))*(32.065/186.1844)*100%
スルホン酸基含有量=106*(S/100)/32.065[meq/kg]
2. Sulfonic acid group content The sulfonic acid group content is measured by 1 H-NMR. 20 mg of a non-heat-treated sample of untreated yarn is dissolved in 1 mL of DMSO-d6, and 550 μL is transferred to a 5 mm NMR sample tube. 1 H NMR spectra are recorded at 300 K using a Bruker Avance III 400 MHz NMR spectrometer equipped with a BBFO-plus 5 mm broadband probe. Spectra are recorded with 64 cumulative scans at an excitation pulse of 30°, using a prescan delay of 6 seconds and an acquisition time of 4 seconds. The resulting 1 H NMR spectrum was referenced to the residual solvent signal of DMSO-d6 set at 2.5 ppm. The sulfonic acid group content is calculated using the following formula and expressed in meq/kg (mmol/kg):
A sMPD = integral (singlet@8.97ppm) [mol]
A meta aramid = (integral8.86-7.08ppm-(6*AsMPD))/8 [mol]
sMPD=(A sMPD *186.1844) [mg]
meta aramid=(A meta aramid *238.2414) [mg]
S=(sMPD/(sMPD+meta aramid))*(32.065/186.1844)*100%
Sulfonic acid group content = 106 * (S / 100) / 32.065 [meq / kg]

3.硫黄含有量
硫黄の含有量は、誘導結合プラズマ発光分光分析(ICP-OES)で測定してもよい。繊維100mgに濃硝酸(70wt%)9mlを加える。この混合物を、Ultrawave(Milestone社製)中で、透明な液体が得られるまでマイクロ波に曝し分解する。MilliQ水を加えて容量を25mlに調整する。ろ過によってこの溶液から析出物を除去する。澄んだ濾液をPerkin Elmer Optima 8300 DV装置中でICP-OESによって分析する。硫黄含有量の測定には、181,972nmと180,669nmの波長の輝線を使用する。
3. Sulfur Content The sulfur content may be measured by inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES). 100 mg of fiber is added with 9 ml of concentrated nitric acid (70 wt%). The mixture is decomposed in microwaves in an Ultrawave (Milestone) until a clear liquid is obtained. The volume is adjusted to 25 ml with MilliQ water. The solution is filtered to remove precipitate. The clear filtrate is analyzed by ICP-OES in a Perkin Elmer Optima 8300 DV instrument. Emission lines at wavelengths of 181,972 nm and 180,669 nm are used to measure the sulfur content.

4.有機溶媒含有量
有機溶媒の含有量はガスクロマトグラフィーで測定する。約l.0mgの繊維を採取し、電気炉で500℃以上に加熱した。ガスクロマトグラフィー(株式会社島津製作所、型式:GC-2010)を用いて、繊維から蒸発したアミド溶媒量を測定した。その後、アミド系溶媒を標準試料として作成した検量線を用いて、繊維中の残留溶媒濃度を算出した。
4. Organic solvent content The organic solvent content is measured by gas chromatography. Approximately 1.0 mg of fiber was collected and heated to 500°C or higher in an electric furnace. The amount of amide solvent evaporated from the fiber was measured using gas chromatography (Shimadzu Corporation, model: GC-2010). The residual solvent concentration in the fiber was then calculated using a calibration curve created using an amide solvent as the standard sample.

5.相対粘度
ポリマー試料を50℃の真空オーブン中で2時間乾燥させ、水分を除去する。その後、乾燥した試料を室温で一晩かけて硫酸に溶解する。続いて、96%(w/w)硫酸に溶解した0.25%(w/V)の試料溶液を、ウベローデ型粘度計(Schott AVS370など)中において25℃で流出時間を測定した。同じ条件で、溶媒の流出時間も測定した。観察された2つの流出時間の比として相対粘度を算出した。
5. Relative Viscosity Polymer samples are dried in a vacuum oven at 50° C. for 2 hours to remove moisture. The dried samples are then dissolved in sulfuric acid at room temperature overnight. The efflux time of a 0.25% (w/V) sample solution in 96% (w/w) sulfuric acid is then measured in an Ubbelohde viscometer (such as Schott AVS370) at 25° C. The efflux time of the solvent is also measured under the same conditions. The relative viscosity is calculated as the ratio of the two observed efflux times.

6.顕微鏡観察
溶かしたパラフィン中に糸を埋め込み、約5分間放置して固める。その後、埋め込んだ試料をミクロトームで繊維軸に垂直に切断し、厚さ5~7μmの切断片を得る。その後、切断片をスライドグラスに乗せ、加熱してパラフィンを溶かす。その後、キシレンとエタノールで溶けたパラフィンを除去した。次に、光学顕微鏡(株式会社ニコン製、商品名”ECLIPSE”LV100N)を用いて繊維の断面を観察・撮影し、断面写真を得る。倍率は100~1000の範囲で必要に応じて選択する。
6. Microscopic Observation The thread is embedded in melted paraffin and left to harden for about 5 minutes. The embedded sample is then cut perpendicular to the fiber axis with a microtome to obtain a section of 5 to 7 μm thick. The section is then placed on a slide glass and heated to melt the paraffin. The dissolved paraffin is then removed with xylene and ethanol. Next, the cross section of the fiber is observed and photographed using an optical microscope (Nikon Corporation, product name "Eclipse" LV100N) to obtain a cross-sectional photograph. The magnification is selected as necessary within the range of 100 to 1000.

7.LOI
限界酸素指数(LOI)は、ASTM D2863に準じて測定する。各試料から、必要な本数の糸を組み合わせて168000dtexの糸試料を作成する。糸の公称線密度に基づいた、5±3mN/texの巻き取り時糸張力で、糸を高精度なリールに巻き取る。この試料は、細い銅線で囲まれている。各試験片は、長さ約150mm、幅約10±0.5mm、厚さ約3±0.25mmである。試験片には、点火する端から約50mmの位置に印をつける。試験の直前に、試験片を23±2℃、相対湿度50±5%に88時間以上馴染ませる。試験片は,ASTM D2863のオプションA(上面点火)に準じて試験した。
7. Letter of Inquiry
The limiting oxygen index (LOI) is measured according to ASTM D2863. From each sample, the required number of yarns are combined to produce a yarn sample of 168,000 dtex. The yarn is wound on a precision reel with a winding tension of 5±3 mN/tex based on the nominal linear density of the yarn. The sample is surrounded by a thin copper wire. Each specimen is approximately 150 mm long, 10±0.5 mm wide, and 3±0.25 mm thick. The specimen is marked approximately 50 mm from the end to be ignited. Immediately prior to testing, the specimen is conditioned at 23±2°C and 50±5% relative humidity for at least 88 hours. The specimens were tested according to ASTM D2863, Option A (top ignition).

実施例1
相対粘度1.55のm-アラミドポリマー(ポリ(m-フェニルイソフタルアミド))を含む紡糸原液から繊維を紡いだ。Theysohn社製20mm二軸押出機中で、このm-アラミドポリマーに99.8wt%の硫酸をポリマー濃度18w/w%になるように加え、温度85℃、回転数300rpmで混合し紡糸原液を得た。この紡糸原液を、55℃でフィルター、85℃で紡糸口金、エアギャップを通して静止凝固浴に入れて、フィラメントへと処理した(表1に示す条件化下)。凝固浴の温度は3℃であった。
Example 1
Fibers were spun from a spinning dope containing m-aramid polymer (poly(m-phenylisophthalamide)) with a relative viscosity of 1.55. The m-aramid polymer was mixed with 99.8 wt % sulfuric acid at a polymer concentration of 18 w/w % in a Theysohn 20 mm twin screw extruder at 85° C. and 300 rpm to obtain a spinning dope. The spinning dope was passed through a filter at 55° C., a spinneret at 85° C., an air gap, and then into a static coagulation bath to process into filaments (under the conditions shown in Table 1). The temperature of the coagulation bath was 3° C.

Figure 0007584506000001
Figure 0007584506000001

凝固後に得られたマルチフィラメント糸を、続いて水、0.4%NaOH、および再度水の槽を通し、洗浄と中和を行った。その糸を150℃で乾燥させ、ボビン上に巻いた。 The multifilament yarn obtained after coagulation was subsequently washed and neutralized by passing it through baths of water, 0.4% NaOH, and again water. The yarn was dried at 150°C and wound onto a bobbin.

乾燥後に得られた糸(「未処理の糸」とも表記)の特性を測定した。

Figure 0007584506000002
The properties of the resulting yarn after drying (also referred to as "untreated yarn") were measured.
Figure 0007584506000002

試料1-1のスルホン酸基含有量を測定し、116meq/kgであった。試料1-1は、2段階のプロセスで熱処理を行った。糸をボビンから引き出し、延伸率1.6を適用した第1オーブンと、延伸率を1、温度333℃に保った第2オーブンを通した。延伸率とは、オーブン後の速度をオーブン前の速度で除したものとして定義される。両方のオーブンでの滞留時間(オーブン間の速度に基づく)は18.8秒であった。 The sulfonic acid content of sample 1-1 was measured to be 116 meq/kg. Sample 1-1 was heat treated in a two-stage process. The yarn was pulled from the bobbin and passed through a first oven where a draw ratio of 1.6 was applied and a second oven where a draw ratio of 1 was applied and the temperature was maintained at 333°C. The draw ratio is defined as the speed after the oven divided by the speed before the oven. The residence time in both ovens (based on the speed between the ovens) was 18.8 seconds.

Figure 0007584506000003
Figure 0007584506000003

実施例2
相対粘度1.55のm-アラミドポリマーを含む紡糸原液から繊維を紡いだ。Theysohn社製20mm二軸押出機中で、このm-アラミドポリマーに99.8wt%の硫酸をポリマー濃度16wt/wt%または17.5wt/wt%になるように加え、温度55℃(2-1、2-3)または60℃(2-2、2-4)、回転数450rpmで混合し、紡糸原液を得た。この紡糸原液を、フィルター、紡糸口金、延伸率3.41を適用した5mmのエアギャップを通して静止凝固浴に入れて、フィラメントへと処理した(表4に示す条件下)。凝固浴の温度は5℃であった。
Example 2
Fibers were spun from a spinning dope containing m-aramid polymer with a relative viscosity of 1.55. The m-aramid polymer was mixed with 99.8 wt % sulfuric acid at a polymer concentration of 16 wt/wt % or 17.5 wt/wt % in a Theysohn 20 mm twin screw extruder at 55° C. (2-1, 2-3) or 60° C. (2-2, 2-4) at 450 rpm to obtain a spinning dope. The spinning dope was passed through a filter, a spinneret, a 5 mm air gap with a draw ratio of 3.41 into a static coagulation bath and processed into filaments (under the conditions shown in Table 4). The temperature of the coagulation bath was 5° C.

Figure 0007584506000004
Figure 0007584506000004

凝固後に得られたマルチフィラメント糸を、続いて水、0.25%NaOH、および再度水の槽を通し、洗浄と中和を行った。その糸を150℃で乾燥させ、ボビン上に巻いた。乾燥後に得られた糸(「未処理の糸」とも表記)の特性を測定した。 The multifilament yarn obtained after coagulation was subsequently washed and neutralized by passing it through baths of water, 0.25% NaOH, and again water. The yarn was dried at 150°C and wound onto a bobbin. The properties of the yarn obtained after drying (also referred to as "untreated yarn") were measured.

Figure 0007584506000005
Figure 0007584506000005

Figure 0007584506000006
Figure 0007584506000006

試料2-3は、2段階のプロセスで熱処理を行った。糸はボビンから引き出し、温度305℃で様々な延伸率を適用した第1オーブンと、延伸率を1、温度333℃に保った第2オーブンを通した。延伸率とは、オーブン後の速度をオーブン前の速度で除したものとして定義される。両オーブンの滞留時間は、両オーブン間の速度から算出した。試料2-3の硫黄含有量を測定し、0.18wt%であった。 Sample 2-3 was heat treated in a two-stage process. The yarn was pulled from a bobbin and passed through a first oven at 305°C with various stretch ratios and a second oven with a stretch ratio of 1 and a temperature of 333°C. The stretch ratio is defined as the speed after the oven divided by the speed before the oven. The residence time in both ovens was calculated from the speed between the two ovens. The sulfur content of sample 2-3 was measured to be 0.18 wt%.

Figure 0007584506000007
Figure 0007584506000007

実施例3
相対粘度1.58のm-アラミドポリマーを含む紡糸原液から繊維を紡いだ。Clextral社製53mm二軸押出機中で、このm-アラミドポリマーに99.8wt%の硫酸をポリマー濃度12wt/wt%になるように加え、温度45℃、回転数250rpmで混合し、紡糸原液を得た。
Example 3
Fibers were spun from a spinning dope containing m-aramid polymer with a relative viscosity of 1.58. The m-aramid polymer was mixed with 99.8 wt % sulfuric acid in a Clextral 53 mm twin screw extruder at a temperature of 45° C. at a rotation speed of 250 rpm to obtain a spinning dope.

この紡糸原液を、50℃でフィルター、50℃で直径65μmの毛細管1000本を有する紡糸口金、エアギャップを通し、ここでフィラメントを2.9倍に延伸し、フォーリングジェット凝固浴に入れて、フィラメントへと処理した(表1に示す条件下)。凝固浴の温度は5℃であった。凝固後に得られたマルチフィラメント糸を、続いて水、0.35%NaOH、および再度水の槽を通し、洗浄と中和を行った。その糸を160℃のゴデット(ガイドローラー)上で乾燥させた。また、加熱したゴデット(ガイドローラー)上で糸を熱延伸し、ボビンに巻いてもよかった。 The spinning dope was passed through a filter at 50°C, a spinneret with 1000 capillaries with a diameter of 65 μm at 50°C, and an air gap, where the filaments were stretched 2.9 times and processed into filaments in a falling jet coagulation bath (under the conditions shown in Table 1). The temperature of the coagulation bath was 5°C. The multifilament yarn obtained after coagulation was subsequently washed and neutralized by passing it through a bath of water, 0.35% NaOH, and again water. The yarn was dried on a godet (guide roller) at 160°C. The yarn could also be hot-stretched on a heated godet (guide roller) and wound onto a bobbin.

Figure 0007584506000008
Figure 0007584506000008

得られた糸の特性を測定し、表9に示す。 The properties of the resulting yarn were measured and are shown in Table 9.

Figure 0007584506000009
Figure 0007584506000009

実施例4
相対粘度1.55のメタアラミドポリマーを含む紡糸原液から繊維を紡いだ。Theysohn社製20mm二軸押出機中で、このm-アラミドポリマーに99.8wt%の硫酸をポリマー濃度16wt/wt%になるように加え、温度60℃、回転数450rpmで混合し、紡糸原液を得た。この紡糸原液を、フィルター、紡糸口金、延伸率2.08を適用した5mmのエアギャップを通し、動的凝固浴に入れて、フィラメントへと処理した(表10に示す条件下)。凝固浴の温度は5℃であった。凝固浴の後、糸を2つのローラーセットの間で湿式延伸した。
Example 4
Fibers were spun from a spinning dope containing a meta-aramid polymer with a relative viscosity of 1.55. The m-aramid polymer was mixed with 99.8 wt % sulfuric acid at a polymer concentration of 16 wt/wt % in a Theysohn 20 mm twin screw extruder at 60° C. and 450 rpm to obtain a spinning dope. The spinning dope was passed through a filter, a spinneret, a 5 mm air gap with a draw ratio of 2.08, and into a dynamic coagulation bath where it was processed into filaments (under the conditions shown in Table 10). The temperature of the coagulation bath was 5° C. After the coagulation bath, the yarn was wet drawn between two sets of rollers.

Figure 0007584506000010
Figure 0007584506000010

凝固と湿式延伸後に得られたマルチフィラメント糸を、続いて水、0.25%NaOH、および再度水の槽を通し、洗浄と中和を行った。その糸を150℃で乾燥させ、ボビン上に巻いた。 The multifilament yarn obtained after coagulation and wet drawing was subsequently washed and neutralized by passing it through baths of water, 0.25% NaOH, and again water. The yarn was dried at 150°C and wound onto a bobbin.

乾燥後に得られた糸(「未処理の糸」とも表記)の特性を測定した。 The properties of the yarn obtained after drying (also referred to as "untreated yarn") were measured.

Figure 0007584506000011
Figure 0007584506000011

試料4-2は、2段階のプロセスで熱処理を行った。糸をボビンから引き出し、温度315℃で延伸率1が適用された第1オーブンと、温度315℃で延伸率を変化させた第2オーブンを通した。延伸率とは、オーブン後の速度をオーブン前の速度で除したものとして定義される。 Sample 4-2 was heat treated in a two-stage process. The yarn was pulled from the bobbin and passed through a first oven at 315°C with a stretch ratio of 1, and a second oven at 315°C with varying stretch ratios. The stretch ratio is defined as the speed after the oven divided by the speed before the oven.

Figure 0007584506000012
Figure 0007584506000012

実施例5
相対粘度1.55のメタアラミドポリマーを含む紡糸原液から繊維を紡いだ。Theysohn社製20mm二軸押出機中で、このm-アラミドポリマーに99.8wt%の硫酸をポリマー濃度16wt/wt%になるように加え、温度50℃、回転数300rpmで混合し、紡糸原液を得た。この紡糸原液を、フィルター、温度約75℃に保たれ直径65μmの毛細管106本を有する紡糸口金、延伸率1.95が適用された10mmのエアギャップを通し、動的凝固浴に入れて、フィラメントへと処理した。凝固浴の後の速度は40m/minであった。凝固浴の後、糸は2つのローラーセットの間で1.4倍に湿式延伸した。凝固および湿式延伸後に得られた糸を、続いて水、0.25%NaOH、および再度水の槽を通し、洗浄と中和を行った。その糸を220℃に設定したローラー上で乾燥させた。糸は2つの連続したローラーセットに移動し、その設定を表13に示す。
Example 5
Fibers were spun from a spinning dope containing a meta-aramid polymer with a relative viscosity of 1.55. The m-aramid polymer was mixed with 99.8 wt % sulfuric acid at a polymer concentration of 16 wt/wt % in a Theysohn 20 mm twin screw extruder at 50° C. and 300 rpm to obtain a spinning dope. The spinning dope was processed into filaments through a filter, a spinneret with 106 capillaries with a diameter of 65 μm kept at a temperature of about 75° C., a 10 mm air gap with a draw ratio of 1.95, and a dynamic coagulation bath. The speed after the coagulation bath was 40 m/min. After the coagulation bath, the yarn was wet-drawn 1.4 times between two sets of rollers. The yarn obtained after coagulation and wet drawing was subsequently washed and neutralized by passing through baths of water, 0.25% NaOH, and again water. The yarn was dried on rollers set at 220° C. The yarn was transferred to two successive roller sets, the settings of which are shown in Table 13.

Figure 0007584506000013
Figure 0007584506000013

糸をボビン上に巻いた。この糸の機械的特性を表14に示す。 The yarn was wound onto a bobbin. The mechanical properties of this yarn are shown in Table 14.

Figure 0007584506000014
Figure 0007584506000014

実施例6 - 有機溶媒の含有量
市販のTeijinConex(登録商標) B、Nomex(登録商標)およびYantai Tayho Advanced Materialsのメタアラミド糸のNMPおよびDMAcの含有量をガスクロマトグラフィーで測定した。その結果を表13に示す。本発明による糸は、有機溶媒を含まない。
Example 6 - Organic Solvent Content The NMP and DMAc contents of commercially available meta-aramid yarns from TeijinConex® B, Nomex® and Yantai Tayho Advanced Materials were measured by gas chromatography, and the results are shown in Table 13. The yarn according to the invention is free of organic solvents.

Figure 0007584506000015
Figure 0007584506000015

実施例7 - フィラメントの断面図
比較試料1~3(実施例6で使用したもの)と本発明によるメタアラミド糸を埋め込んだバンドルの顕微鏡写真を作成した。フィラメントの断面を撮影した顕微鏡写真を図1に示す。パネルa)は比較例1のフィラメント、パネルb)は比較例2のフィラメント、パネルc)は比較例3のフィラメント、およびパネルd)は本発明によるメタアラミド糸のフィラメントの断面を示す。
Example 7 - Cross-sections of filaments Photomicrographs were made of bundles embedded with comparative samples 1-3 (used in Example 6) and meta-aramid yarns according to the invention. Photomicrographs of cross-sections of filaments are shown in Figure 1. Panel a) shows cross-sections of filaments from Comparative Example 1, panel b) filaments from Comparative Example 2, panel c) filaments from Comparative Example 3, and panel d) filaments of a meta-aramid yarn according to the invention.

この比較からわかるように、本発明のフィラメントは均一な円形の断面を有しているが、比較例のフィラメントは長円形の断面や、直径が異なる断面を有している。 As can be seen from this comparison, the filaments of the present invention have a uniform circular cross section, while the filaments of the comparative examples have oval cross sections and cross sections with different diameters.

実施例8 - 限界酸素指数
本発明によるメタアラミド糸と、市販のメタアラミド糸のLOIを測定した。その結果を表14に示す。
Example 8 - Limiting Oxygen Index The LOI of meta-aramid yarns according to the invention and a commercially available meta-aramid yarn was measured and the results are shown in Table 14.

Figure 0007584506000016
Figure 0007584506000016

このデータは、本発明による試料が、先行技術による比較試料よりも高いLOI値を有することを示している。 This data shows that the samples according to the present invention have higher LOI values than the comparative samples according to the prior art.

Claims (9)

300mN/tex以上の破断強度を有するメタアラミドを含む繊維の製造方法であって、メタアラミドと80wt%以上の濃度を有する硫酸を含む紡糸原液を調製する工程と、紡糸口金を通して紡糸原液を凝固浴に送る工程とを含み、該紡糸原液が10wt%以上のメタアラミド濃度を有前記繊維が少なくとも1つの加熱工程で250~400℃の範囲の温度に加熱され、任意に続いてさらなる加熱工程で250~400℃の範囲の温度で加熱される、前記製造方法。 1. A method for producing a fiber comprising meta-aramid having a breaking strength of 300 mN/tex or more, comprising the steps of preparing a spinning dope comprising meta-aramid and sulfuric acid having a concentration of 80 wt % or more, and passing the spinning dope through a spinneret to a coagulation bath, the spinning dope having a meta-aramid concentration of 10 wt % or more, the fiber being heated to a temperature in the range of 250-400°C in at least one heating step, and optionally subsequently heated to a temperature in the range of 250-400°C in a further heating step . 前記メタアラミドを含む繊維の破断強度が350mN/tex以上である、請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the breaking strength of the fiber containing meta-aramid is 350 mN/tex or more. 前記紡糸原液が10~30wt%の範囲のメタアラミド濃度を有する、請求項1または2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein the spinning dope has a meta-aramid concentration in the range of 10 to 30 wt %. 前記メタアラミドが、m-フェニレン以外の芳香族部分を5モル%以下含むコポリ(m-フェニレンイソフタルアミド)である、請求項1~3のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the meta-aramid is a copoly(m-phenylene isophthalamide) containing 5 mol % or less of an aromatic moiety other than m-phenylene. 前記紡糸原液がメタアラミドと硫酸を混合して調製される、請求項1~4のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the spinning dope is prepared by mixing meta-aramid and sulfuric acid. 前記紡糸原液が30~90℃の範囲の温度で調製される、請求項1~5のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the spinning dope is prepared at a temperature in the range of 30 to 90°C. 前記紡糸原液が、紡糸口金を出た後、凝固浴に入る前に、気体の媒体を通過する、請求項1~6のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the spinning dope passes through a gaseous medium after leaving the spinneret and before entering the coagulation bath. 前記紡糸原液が、2~20mmの範囲の長さの気体の媒体を通過する、請求項7に記載の方法。 The method according to claim 7, wherein the spinning solution is passed through a gas medium having a length in the range of 2 to 20 mm. 前記硫酸が85wt%以上の濃度を有する、請求項1~8のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the sulfuric acid has a concentration of 85 wt% or more.
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