(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高いポリマー濃度の紡糸用ドープ溶液を紡糸口金のオリフィスから押出して繊維を製造するための方法であって、
前記ポリマーが芳香族ポリアミドであり、
前記高いポリマー濃度が１０〜２５重量％であり、
前記紡糸用ドープ溶液中のポリマー濃度を該溶液中の超音波の伝搬速度をインライン測定することによって決定し、そして
前記インライン測定が、必要なときに紡糸用ドープ溶液中のポリマー濃度を補正してポリマー濃度の変動を避けるための信号またはコマンドを与える電子またはコンピュータシステムによって自動的に制御されて行われるものである、前記方法。
【請求項２】
高いポリマー濃度が１６〜２１重量％である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
芳香族ポリアミドがポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）である請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
伝搬速度が超音波用のエミッターおよびレシーバーを備える超音波装置を用いて測定される請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維を製造するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリマー研究、特に機械的特性に関しての拠り所および動機となる技術の一領域に繊維工業がある。最も広く用いられる繊維形成方法は、溶融紡糸および溶液紡糸である。両方法において、ポリマーは紡糸口金のオリフィスから押出される。溶融紡糸においては溶融したポリマーが用いられるが、溶液紡糸においては紡糸用ドープ溶液がポリマー源である。
【０００３】
繊維の物理的および機械的特性に影響を与える多くの因子がある。紡糸用ドープ溶液が繊維の製造に用いられる場合、これらの特性を決定する鍵となる因子の１つは溶液中におけるポリマー濃度である。一定の一次の密度並びに引張弾性率、緩和作用および繊維強度のような一定の特性を有する繊維を製造するためには、この濃度における変動をできる限り避けるべきである。ポリマー濃度の変動を避けることは、高いポリマー濃度の紡糸用ドープ溶液が用いられる場合により一層重要となる。この場合において、濃度の小さな増加は、均質でないまたは高い粘性の紡糸用ドープ溶液の形成を起こす。そしてそれは一定の特性を有する繊維の製造に適さず、また、しばしば繊維の製造の際に都合の悪い製造装置の問題をもたらす。したがって、できる限り迅速且つ正確に濃度を決定することが重要である。
【０００４】
光の散乱、密度、導電率および屈折率の測定並びに赤外、近赤外、ラマンおよびＵＶ分光法のように、溶液中のポリマー濃度を決定するためのいくつかの方法が当該技術分野において知られている。最も一般的であるのは、紡糸用ドープ溶液中のポリマー濃度を溶液の密度を測定することによって決定するものである。しかしながら、しばしば前記測定は、認めるべき紡糸用ドープ溶液中のポリマー濃度にもたらされる変動に足りるほど正確ではない。さらに、紡糸用ドープ溶液の密度を測定するための装置は、清浄にするのが困難である。これらの欠点は、測定がインラインで行われる場合により一層重要となる。
【０００５】
したがって、本発明の第１の目的は、紡糸用ドープ溶液中のポリマー濃度を迅速且つ正確に決定するための方法を提供することにある。さらに、この決定に用いられる装置は好ましいことに、他の現在市販されている装置よりも清浄にするのが容易である。
【０００６】
驚いたことには、紡糸用ドープ溶液中のポリマー濃度を迅速且つ正確に決定する方法が発見されている。該決定は溶液中の超音波の伝搬速度を測定することによって行われるということに特徴付けられる。
【０００７】
紡糸用ドープ溶液中のポリマー濃度の迅速且つ正確な決定は、この濃度における変動をできる限り多く回避することができる。それゆえ、この方法は、一定の特性を有する繊維の製造用途に非常に適している。本発明による方法において用いられる超音波装置は、他の現在市販されている装置よりも清浄にし、取り付けそして校正するのが容易である。したがって、該超音波装置は、溶液中のポリマー濃度を決定するために、紡糸用ドープ溶液中の超音波の伝搬速度をインラインで測定する用途にも非常に適している。
【０００８】
超音波を用いてポリマー濃度を決定する方法は、Ｒ．Ｓ．Ｂｅａｒらによる”広い温度範囲にわたってポリマーブレンドを定量的に制御するための、非線形校正を用いた超音波パルス法”Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｖｏｌ．６５，Ｎｏ．９，１１６９−７３（１９９３）に述べられている。しかし、該方法は紡糸用ドープ溶液中のポリマー濃度を決定するのに用いられることができる、ということについては開示されていない。さらに、該方法は一定の特性を有する繊維の製造に有利に用いられることができる、ということについても開示されていない。そしてとりわけ、該方法は溶液中の超音波の伝搬速度をインラインで測定することによって紡糸用ドープ溶液中のポリマー濃度を決定するのに用いられることができる、ということについて開示されていない。
【０００９】
本発明による方法は、任意の溶媒または任意の溶液中に任意のポリマーを溶解させることによってまたは懸濁させることによって、回分式または連続式のうちのいずれか一方で調製される紡糸用ドープ溶液を用いて利用されることができる。さらに、任意のポリマー濃度を有する紡糸用ドープ溶液を用いることができる。したがって、該方法は任意の繊維の製造に適用できる。高い引張弾性を有する繊維の製造に関しては、例えば芳香族ポリアミドの１種、より詳しくはポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）がポリマーとして用いられ、所望の特性を得るために高いポリマー濃度を有する紡糸用ドープ溶液を使用することがしばしば必要とされる。該方法は変動を制御するのに非常に適しているので、前記繊維の製造に有利に用いることができる。
【００１０】
高いポリマー濃度とは、不均一な紡糸用ドープ溶液が形成されるか、または、溶液が紡糸工程で用いるには高すぎる粘度になるような、少なくとも７０％、好ましくは少なくとも８０％の濃度を意味する。この高い濃度は一般に、１０重量％と２５重量％の間である。ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）が硫酸溶液（約９９．８重量％）中のポリマーとして用いられる場合、この高い濃度は約１６〜２１重量％である。紡糸液濃度がこのように高い濃度で一定に保持されない場合、紡糸用ドープ溶液は、第１に一定の特性を有する繊維の製造においていくつかの問題をもたらし、そして繊維の製造の際製造装置に関する非常に都合の悪い問題にも通ずる。
【００１１】
本発明によるポリマー濃度の決定は、紡糸用ドープ溶液およびそれらの試料に利用することができ、そして超音波用のエミッターおよびレシーバーを含む超音波装置を用いて、溶液中の超音波の伝搬速度を測定することによって行われる。装置はエミッターで超音波波長を発生させ、このようなエミッターからの波長が溶液を通ってレシーバーに到達する時までに要する時間を測定し、エミッターとレシーバーの間の距離をこの時間で割って伝搬速度を計算する。５０ｋＨｚと１００ＭＨｚの間の周波数の超音波が用いられる。紡糸用ドープ溶液中のポリマー濃度は、この溶液中の超音波の伝搬速度をリファレンスの伝搬速度の値とグラフを含めて比較することによって決定されることができる。これらのリファレンスの値は、濃度が決定されなければならない紡糸用ドープ溶液と同じである、ポリマーを懸濁または溶解するための溶媒または溶液を用い、公知量のポリマーの紡糸用ドープ溶液中で測定されてきた。
【００１２】
超音波の伝搬速度（ｖ）は、以下の式に従って、溶液の密度（ｄ）および断熱圧縮率（ｃ）に一般に依存する。
【００１３】
【数１】
0004582751.tif 000002
【００１４】
その結果として、溶液の密度が減少した場合、溶液中の超音波の伝搬速度は増加する。密度は、温度、圧力および溶液中のポリマー濃度に依存する。それゆえ、紡糸用ドープ溶液中の超音波の伝搬速度は、ポリマー濃度のみならずこの溶液中の温度および圧力にも依存する。超音波の伝搬速度を測定するために用いられる超音波装置は、エミッターとレシーバー間の溶液中の温度について局所的な調節をするために、温度センサーを備えるのが好ましい。
【００１５】
紡糸用ドープ溶液中の超音波の伝搬速度は、測定が行われる溶液の流れにもわずかに依存する。伝搬速度は流れ方向に対して垂直に測定されるのが好ましい。エミッターとレシーバー間の距離もある役割を演じる。正確な測定に関して、エミッターとレシーバー間の溶液の温度と圧力が一定に保持され得る、比較的大きな距離が好ましい。実際的な距離は１ｃｍと１０ｃｍの間であるが、この範囲に本発明を限定することを意味するものではない。最も実際的であるのは、１ｃｍと５ｃｍの間の距離である。
【００１６】
超音波を用いて最も正確に紡糸用ドープ溶液中のポリマー濃度を決定するには、第１にポリマーが溶液中に均一に溶解しているかまたは分散していること、第２に溶液に気泡がないこと、そして最後に溶液中に存在する任意のポリマーまたは粒子の長さが、用いられる超音波の波長の半分よりも小さいこと、も好ましい。さらに、最も正確にポリマーの濃度を決定するのに十分な感度を得るために、ポリマーと、このポリマーを溶解させるかまたは懸濁させるために用いた溶液との間の密度に比較的大きな差があることが好ましい。
【００１７】
紡糸用ドープ溶液中のポリマー濃度の決定が溶液中の超音波の伝搬速度のインライン測定によって行われる場合、濃度の変動を制御するためおよびこのような変動を避けるのに適当な測定をするために、それはより一層実際的なものになる。インライン測定は、測定が紡糸用ドープ溶液中またはこの溶液を含む任意の工程流れ中で連続的にまたはある時間間隔で行われる、ということを意味する。インライン測定は自動的に、例えば電子またはコンピューターシステムによって制御されて行われるのが好ましい。このような電子またはコンピューターシステムは、必要なときできる限りすぐに紡糸用ドープ溶液中のポリマー濃度を補正し、それによってできる限り多くこの濃度における変動を避けるための信号またはコマンドを与えることができるのがより一層好ましい。
【００１８】
紡糸用ドープ溶液中のポリマー濃度を決定することに加えて、インラインでの超音波の伝搬速度を測定する超音波装置は、しばしば気泡および非溶解粒子の如き溶液中の他の異常を質的に制御するのにも用いられることができる。この制御は、一定の組成および特性の繊維の製造にさらに関連する。
【００１９】
本発明を以下の例と関連してさらに示す。
【００２０】
【実施例】
密度の測定を密度計測計ＤＩＭＦ２．０（Ｂｏｐｐ  ａｎｄ  Ｒｅｕｔｅｒ）を用いてインラインで行った。そして、約１．５ＭＨｚの周波数を有する超音波の伝搬速度の測定を超音波装置としてＬｉｑｕｉＳｏｎｉｃＴＭ（ＳｅｎｓｏＴｅｃｈ）を用いてインラインで行った。本実施例においてインラインとは、１６ｍｍの内径を有するチューブを通じて貯蔵タンクから紡糸口金へ流れる紡糸用ドープ溶液内を意味する。超音波装置のエミッターおよびレシーバーは、発生した超音波が流れ方向に対して垂直に伝搬し、そしてエミッターとレシーバー間の距離が約２ｃｍであるように配置されている。
【００２１】
１８．０４，１８．６０，１９．０３，１９．６０および１９．８３重量％のＰＰＴＡ（＝ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）を含む紡糸用ドープ溶液を、それぞれ硫酸（９９．８重量％）溶液中にＰＰＴＡの必要とされる量を分散させることによって回分式で調整した。
【００２２】
各紡糸用ドープ溶液中の超音波の密度および伝搬速度を、それぞれ８５℃、３５バールおよび２０ｋｇ／時の一定の温度、圧力および流速でインラインで測定した。
【００２３】
表Ｉの結果から、第１に、密度とＰＰＴＡ濃度の間にほとんど一次の関係があるということ、そして第２に、本実施例における密度測定の感度が％ＰＰＴＡ当たり約２．７ｋｇ／ｍ3であるということが結論される。このような測定の本質的な誤差は約０．０７４％ＰＰＴＡであり、これは測定の感度によって決定される密度計測計の明記された再現性（０．２０ｋｇ／ｍ3）として計算される。
【００２４】
さらに、表Ｉの結果から、第１に、超音波の伝搬速度もＰＰＴＡ濃度とほとんど一次の関係があるということ、そして第２に、本実施例における伝搬速度測定の感度が％ＰＰＴＡ当たり約１６．７ｍ／ｓであるということが結論付けられる。前記測定の本質的な誤差は約０．００６０％ＰＰＴＡであり、これは測定の感度によって決定される密度計測計の明記された再現性（０．１０ｍ／ｓ）として計算される。
【００２５】
本実施例は、超音波の伝搬速度の測定が密度の測定よりも％ＰＰＴＡについてはるかに敏感であるということを示す。また、超音波測定の結果における本質的な誤差は、密度測定の結果における本質的な誤差よりもはるかに小さい。したがって、本実施例の超音波測定は、紡糸用ドープ溶液中のＰＰＴＡ濃度の決定について密度測定よりもはるかに正確であるということが結論付けられる。
【００２６】
測定後、装置を清浄にした。超音波装置を清浄にするのは非常に容易であるが、密度測定に用いられる装置を清浄にするのはほとんど不可能であるということが明白になった。
【００２７】
【表１】
0004582751.tif 000003