ЛЕГКО ОКРАШИВАЕМОЕ ПОЛНОСТЬЮ АРОМАТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО МЕТА-ТИПА
EASY DYEABLE WHOLLY AROMATIC META-TYPE FIBRE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к окрашиваемому полностью ароматическому полиамидному волокну мета-типа. Более конкретно, изобретение относится к легко окрашиваемому полностью ароматическому арамидному волокну мета-типа, обладающему превосходной экологической безопасностью, а также отличной кислотостойкостью.
Уровень техники
Полностью ароматическое полиамидное волокно мета-типа, такое как полиметафенилентерефталамидное волокно, имеет молекулярную структуру, которая, главным образом, включает ароматические кольца, и поэтому проявляет превосходную термостойкость и стабильность размеров. С учетом превосходства указанных характеристик, полностью ароматическое полиамидное волокно мета-типа предпочтительно используется не только в отраслях промышленности, но также в таких областях, где приобретает значение термостойкость, огнезащитные свойства и огнестойкость, или в других областях применения. В последние годы наблюдается быстрое расширение применения в областях постельных принадлежностей, одежде, изделиях интерьера и тому подобном. Затем, особенно в области одежды, в дополнение к огнестойкости и огнезащитным свойствам, кроме того, также требуются окрашиваемость и кислотостойкость в качестве важных характеристик.
Однако полностью ароматическое полиамидное волокно мета-типа является неблагоприятным, так как трудно окрашивается обычными методами, что обусловлено жесткостью молекулярной цепи полимера.
В указанных обстоятельствах, в качестве метода улучшения окрашиваемости, предложен способ, в котором ониевую соль алкилбензолсульфокислоты добавляют в прядильный раствор, и таким образом, получают ароматическое полиамидное волокно мета-типа, которое относительно легко окрашивается катионным красителем (JP-A-08-081827). С использованием этого способа можно получить ароматическое полиамидное волокно мета-типа, имеющее подходящую окрашиваемость в отношении катионных красителей.
Однако, волокно, содержащее добавку ониевой соли имеет высокую стоимость. Кроме того, для того чтобы предотвратить выпадение ониевой соли из волокна в ходе производства пряжи, во время последующей обработки и т.п., нельзя определять жесткие условия коагуляции при производстве волокна. В результате, в волокне остается большое количество растворителя, что приводит к ухудшению экологической безопасности.
В качестве другого метода улучшения окрашиваемости предложен следующий способ. Получают аморфное волокно, имеющее поры, и волокно, набухшее в воде, нагревают паром, для того чтобы краситель диффундировал в поры волокна. В результате получают волокно, пропитанное красителем по всей структуре волокна. В последующем волокно нагревают паром в течение достаточного времени до температуры выше, чем температура стеклования, чтобы разрушить поры. В результате, краситель необратимо заключается в волокне, чтобы кристаллизовать волокно (JP-A-62-184127).
С использованием этого метода можно получить волокно, имеющее подходящую окрашиваемость, и имеющее небольшое остаточное содержание растворителя. Однако, при такой термической обработке с целью разрушения пор с использованием пара, нагретого до температуры от 110°C до 140°C, кристаллизация волокна является недостаточной, что затрудняет получение подходящей кислотостойкости.
Следовательно, до сих пор не получено полностью ароматическое полиамидное волокно мета-типа, обладающее легкой окрашиваемостью, в котором остается небольшое количество растворителя, причем волокно обладает кислотостойкостью.
Краткое раскрытие изобретения
Проблема, решаемая в настоящем изобретении
;
Настоящее изобретение выполнено с учетом уровня техники. Целью изобретения является разработка легко окрашиваемого полностью ароматического полиамидного волокна мета-типа, обладающего превосходной окрашиваемостью и кислотостойкостью, которое при этом имеет очень малое остаточное содержание растворителя.
Средства достижения цели изобретения
Авторы настоящего изобретения выполнили интенсивное исследование указанной проблемы. В результате установлено следующее: проблема может быть решена за счет соответствующего регулирования компонентов или условий в осадительной ванне для того, чтобы получить осажденную форму, не имеющую оболочки на ядре, осуществления пластифицирующего вытягивания при определенном соотношении, и завершения стадии промывки, с последующим осуществлением сухой термической обработки при определенной температуре. Это привело к завершению настоящего изобретения.
Другими словами, изобретение представляет собой легко окрашиваемое полностью ароматическое полиамидное волокно мета-типа, имеющее остаточное содержание растворителя 0,05 масс.% или больше и ОД масс.% или меньше в форме волокна, и имеющее показатель сохранения прочности 65% или больше и 73% или меньше в форме окрашенного волокна, после погружения на 150 часов при 50°C в водный раствор серной кислоты (20 масс.%), и имеющее степень извлечения красителя 90% или больше и 92,4% или меньше в форме окрашенного волокна.
Преимущества изобретения
В настоящем изобретении легко окрашиваемое полностью ароматическое полиамидное волокно мета-типа является подходящим по окрашиваемости по отношению к красителю, и обладает превосходной кислотостойкостью, а также экологической безопасностью. По этой причине волокно имеет весьма большое промышленное значение в областях, где требуются такие характеристики. Предпочтительно волокно может использоваться в областях, где приобретают значение эстетические свойства и визуальные характеристики, в таких, как постельные принадлежности, одежда и изделия интерьера.
Осуществление изобретения
Легко окрашиваемое полностью ароматическое полиамидное волокно мета-типа
В настоящем изобретении легко окрашиваемое полностью ароматическое полиамидное волокно мета-типа имеет следующие определенные физические характеристики. Ниже будет приведено описание физических характеристик, конфигурации, способа производства, и тому подобное, для легко окрашиваемого полностью ароматического полиамидного волокна мета-типа настоящего изобретения.
Физические характеристики легко окрашиваемого полностью ароматического полиамидного волокна мета-типа
Остаточное содержание растворителя
Обычно полностью ароматическое полиамидное волокно мета-типа производится из исходного прядильного раствора, содержащего полимер, растворенный в амидном растворителе. Следовательно, естественно, что растворитель остается в волокне. Однако согласно изобретению для полностью ароматического полиамидного волокна мета-типа количество растворителя, оставшегося в волокне, составляет 0,1 масс.% или меньше в расчете на массу волокна. Указанное количество, по существу, составляет 0,1 масс.% или меньше, и более предпочтительно 0,08 масс.% или меньше.
Когда количество растворителя, оставшегося в волокне, составляет больше чем 0,1 масс.%) в расчете на массу волокна, в ходе обработки или использования в атмосфере с высокой температурой, доходящей больше чем до 200°С, остаточный растворитель испаряется, что приводит к ухудшению экологической безопасности. Кроме того, разрушается молекулярная структура, что нежелательно, так как приводит к значительному снижению прочности.
В настоящем изобретении для того, чтобы установить остаточное содержание растворителя в волокне на уровне 0,1 масс.% или меньше, на стадии производства волокна компоненты или условия в осадительной ванне регулируются таким образом, чтобы получить осажденную форму, не имеющую оболочки на ядре, и пластифицирующее вытягивание проводится при определенном соотношении.
В этой связи, выражение "остаточное содержание растворителя в волокне" в изобретении означает величину, полученную следующим образом.
Метод измерения остаточного содержания растворителя
Собирают около 8,0 г волокна и высушивают при 105°С в течение 120 минут. Затем волокну дают охладиться в сушильном шкафу и определяют массу волокна (M1). После этого проводят экстракцию волокна в кипящем метаноле в течение 1,5 часов с использованием экстрактора Сокслета. Таким образом, осуществляется экстракция амидного растворителя, содержащегося в волокне. Вынимают волокно, которое подверглось полной экстракции, и высушивают в вакууме при 150°C в течение 60 минут. Затем волокну дают охладиться в сушильном шкафу и определяют массу волокна (M2). Количество N(%) растворителя (масса амидного растворителя), оставшегося в волокне, рассчитывают с использованием полученных значений M1 и M2 по следующему уравнению:
N(%)=[(M1-M2)/M1]×100.
Показатель сохранения прочности окрашенного волокна
Согласно изобретению для легко окрашиваемого полностью ароматического полиамидного волокна мета-типа показатель сохранения прочности окрашенного волокна, после погружения на 150 часов при 50°C в водный раствор серной кислоты (20 масс.%) составляет 65% или больше. Показатель сохранения прочности, по существу, составляет 65% или больше, предпочтительно 70% или больше, и более предпочтительно 75% или больше.
Показатель сохранения прочности окрашенного волокна служит индикатором кислотостойкости. Когда показатель сохранения прочности составляет меньше 65%, то кислотостойкость волокна при его использовании в качестве рабочей одежды является недостаточной, что приводит к нежелательному снижению безопасности.
Согласно изобретению для того, чтобы установить показатель сохранения прочности окрашенного волокна на уровне 65% или больше, на стадии производства волокна компоненты или условия в осадительной ванне регулируются таким образом, чтобы получить осажденную форму, не имеющую оболочки на ядре, и завершается стадия промывки, и затем проводится сухая термическая обработка при определенной температуре.
В этой связи, "показатель сохранения прочности" в изобретении означает величину, которую можно получить следующим образом.
Метод определения показателя сохранения прочности (испытание кислотостойкости)
В разъемную колбу загружают водный раствор серной кислоты (20 масс.%) и погружают в него 51 мм окрашенного волокна. После этого разъемную колбу помещают в нагревающую ванну, и выдерживают при температуре 50°C. Окрашенное волокно погружают в эту ванну на 150 часов. Для волокна до и после окрашивания проводят измерение прочности на растяжение для того, чтобы определить показатель сохранения прочности волокна после погружения.
В этой связи, термин "прочность на растяжение" согласно изобретению определяет величину, полученную при измерении в следующих условиях с использованием модели прибора 5565, произведенного фирмой INSTRON Co., согласно стандарту Японии JIS L 1015.
Условия измерения
Длина захвата: 20 мм
Начальная нагрузка: 0,044 сН (1/20 г)/децитекс
Скорость растяжения: 20 мм/мин
В то же время термин "окрашивание" согласно изобретению означает окрашивание с использованием следующего метода крашения, если не указано другое.
Метод окрашивания
Готовят окрашивающий раствор, содержащий 6% катионного красителя (фирменное наименование: Kayacryl Blue GSL-ED (В-54), произведен на фирме NIPPON KAYAKU Co., Ltd.), 0,3 мл/л уксусной кислоты, 20 г/л нитрата натрия, 70 г/л бензилового спирта в качестве транспортирующего агента и 0,5 г/л вспомогательного агента окрашивания (фирменное наименование: DISPER TL, произведен на фирме MEISE1 CHEMICAL WORKS, Ltd.) в качестве диспергирующего агента. В последующем проводят 60-минутную окрашивающую обработку при 120°C и соотношении волокна к окрашивающему раствору в ванне равном 1:40. После окрашивающей обработки с использованием обрабатывающего раствора, содержащего 2,0 г/л гидросульфита, 2,0 г/л AM1RADINE D (фирменное наименование AMlRADINE D, произведен на фирме DAI-ICHI KOGYO SEIYAKU CO., Ltd.), и 1,0 г/л гидроксида натрия, в указанных соотношениях, проводят 20-минутную восстановительную промывку при 80°C при соотношении в ванне, равном 1:20. После промывки водой, проводят сушку, что приводит к окрашенному волокну.
Прочность на растяжение и удлинение при разрыве волокна
Предпочтительно прочность на растяжение (волокна до окрашивания) легко окрашиваемого полностью ароматического полиамидного волокна мета-типа согласно изобретению составляет 2,5 cН/децитекс или больше. Более предпочтительно оно составляет 2,7 cН/децитекс или больше, и особенно предпочтительно 3,0 cН/децитекс или больше. Когда прочность на растяжение составляет меньше чем 2,5 cН/децитекс, волокно разрушается в ходе последующей стадии обработки, такой как прядение, и происходит нежелательное ухудшение проходимости.
В то же время удлинение при разрыве (волокна до окрашивания) легко окрашиваемого полностью ароматического полиамидного волокна мета-типа согласно изобретению предпочтительно составляет 30% или больше. Более предпочтительно оно составляет 35% или больше, и особенно предпочтительно 40% или больше. Когда удлинение при разрыве составляет меньше чем 30%, нежелательно ухудшается проходимость в ходе последующей стадии обработки, такой как прядение.
В этой связи термины "прочность на растяжение" и "удлинение при разрыве", используемые в изобретении означают величины, полученные при измерении в условиях "прочность на растяжение" согласно стандарту JIS L 1015.
В настоящем изобретении "прочность на растяжение" легко окрашиваемого полностью ароматического полиамидного волокна мета-типа можно регулировать с помощью операции с подходящим коэффициентом вытяжки на стадии пластифицирующего вытягивания в ванне и температуры термической обработки на стадии сухой термической обработки в способе производства, описанном позже. Для получения прочности на растяжение на уровне 2,5 сН/децитекс или больше, большое значение имеет только то, что коэффициент вытяжки установлен в диапазоне от 3,5 до 5,0 раз, и кроме того, температура сухого нагревания установлена в диапазоне от 260 до 330°C.
Согласно изобретению "удлинение при разрыве" легко окрашиваемого полностью ароматического полиамидного волокна мета-типа можно регулировать, создавая подходящие условия в осадительной ванне на стадии коагуляции в способе производства, описанном позже. С целью достижения удлинения в 30% или больше, большое значение имеет только то, что коагуляционный раствор представляет собой водный раствор с концентрацией N-метил-2-пирролидона (NМП) от 45 до 60 масс.%, причем температура раствора в ванне установлена в диапазоне от 10 до 35°C.
Степень извлечения красителя окрашенным волокном
Что касается легко окрашиваемого полностью ароматического полиамидного волокна мета-типа согласно изобретению, степень извлечения красителя окрашенным волокном с помощью указанного выше метода окрашивания красителем предпочтительно составляет 90% или больше. Степень извлечения. красителя окрашенным волокном предпочтительно составляет 90% или больше, и более предпочтительно 92% или больше. Когда окрашенное волокно имеет степень извлечения красителя меньше, чем 90%, то это нежелательно по соображениям эстетических свойств, требуемых в области одежды. Таким образом, окрашенное волокно не может быть окрашено в желательный цветовой тон.
В этой связи, термин "степень извлечения красителя" в изобретении означает величину, которую можно получить следующим образом.
Степень извлечения красителя
К раствору с оставшимся красителем, которым было окрашено волокно, добавляют дихлорметан в объеме, равном объему раствора с оставшимся красителем, чтобы экстрагировать оставшийся краситель. После этого измеряют величину оптической плотности экстракционного раствора при длине волны 670 нм, 540 нм и 530 нм, соответственно. По данным калибровочной кривой при указанных значениях длины волны, построенной предварительно для дихлорметановых растворов с известной концентрацией красителя, соответственно определяют концентрацию красителя в экстракционном растворе. Средняя величина концентраций при трех длинах волны принимается за концентрацию красителя (С) экстракционного раствора. Указанную величину, полученную с использованием концентрации красителя до окрашивания (Со) из следующего уравнения, называют степенью извлечения красителя (U).
Степень извлечения красителя (U)=[(Со-С)/Со]×100
Согласно изобретению, степень извлечения красителя окрашенным волокном легко окрашиваемого полностью ароматического полиамидного волокна мета-типа можно регулировать путем оптимизации степени кристаллизации волокна следующим образом. На стадии коагуляции способа производства, описанного ниже, условия в осадительной ванне регулируются таким образом, чтобы получить осажденную форму, не имеющую оболочки на ядре. Кроме того, на стадии сухой термической обработки, указанную термическую обработку проводят при определенной температуре. Для того чтобы установить степень извлечения красителя окрашенным волокном на уровне 90% или больше, большое значение имеет только выполнение следующих условий: коагуляционный раствор является водным раствором с концентрацией NMP от 45 до 60 масс.%; температура раствора в ванне составляет от 10 до 35°С; и температура сухой термической обработки находится в диапазоне от 260 до 330°С, что равно или выше температуры стеклования (Tg) волокна.
Конфигурация полностью ароматического полиамида мета-типа
Полностью ароматический полиамид мета-типа, образующий легко окрашиваемое полностью ароматическое полиамидное волокно мета-типа согласно изобретению включает в себя компонент ароматического диамина мета-типа и компонент ароматической дикарбоновой кислоты мета-типа. Другие. сополимеризующиеся компоненты, такие как пара-изомеры компонентов, могут сополимеризоваться вместе с мета-изомерами в указанном диапазоне, пока они не ухудшают продукт изобретения.
С точки зрения динамических характеристик и термостойкости особенно предпочтительными компонентами, применяемыми в настоящем изобретении, являются полностью ароматические полиамиды мета-типа, содержащие в качестве основного компонента звено мета-фениленизофталимида. Предпочтительно полностью ароматический полиамид мета-типа, включающий звенья мета-фениленизофталимида, содержит звенья мета-фениленизофталимида в количестве 90 мол.% или больше, более предпочтительно 95 мол.% или больше, и особенно предпочтительно 100 мол.%, в расчете на суммарное количество повторяющихся звеньев.
Исходный материал для полностью ароматического полиамида мета-типа
Компонент ароматического диамина мета-типа
В качестве компонентов ароматических диаминов мета-типа, используемых в качестве исходных материалов для полностью ароматического полиамида мета-типа, могут быть упомянуты мета-фенилендиамин, 3,4'-диаминодифениловый простой эфир, 3,4'-диаминодифенилсульфон, и тому подобное, и их производные, имеющие при ароматических кольцах такие заместители, как галоген и алкильные группы, имеющие от 1 до 3 атомов углерода, например, 2,4-толуилендиамин, 2,6-толуилендиамин, 2,4-диаминохлорбензол и 2,6-диаминохлорбензол. Из них предпочтительными являются чистый мета-фенилендиамин, или смешанный диамин, содержащий мета-фенилендиамин в количестве 85 мол.% или больше, предпочтительно 90 мол.% или больше, и особенно предпочтительно 95% или больше.
Компонент ароматической дикарбоновой кислоты мета-типа
В качестве компонентов ароматической дикарбоновой кислоты мета-типа, используемых в качестве исходных материалов для полностью ароматического полиамида мета-типа, могут быть упомянуты, например, галогениды ароматических дикарбоновых кислот мета-типа. В качестве галогенидов ароматических дикарбоновых кислот мета-типа могут быть упомянуты галогениды изофталевой кислоты, такие как хлорид изофталевой кислоты и бромид изофталевой кислоты, и их производные, имеющие при ароматических кольцах такие заместители, как галоген и алкоксильные группы, имеющие от 1 до 3 атомов углерода, например, хлорид 3-хлоризофталевой кислоты. Из них предпочтительными являются собственно хлорид изофталевой кислоты или смешанный галогенид карбоновой кислоты, содержащий хлорид изофталевой кислоты в количестве 85 мол.% или больше, предпочтительно 90 мол.% или больше, и особенно предпочтительно 95% или больше.
Способ получения полностью ароматического полиамида мета-типа
Способ производства полностью ароматического полиамида мета-типа конкретно не ограничивается. Например, производство может быть осуществлено с использованием полимеризации в растворе, межфазной полимеризации, или тому подобного, с использованием в качестве исходных материалов компонента ароматического диамина мета-типа и компонента хлорида ароматической дикарбоновой кислоты мета-типа.
Способ получения полностью ароматического полиамидного волокна мета-типа
Согласно изобретению легко окрашиваемое полностью ароматическое полиамидное волокно мета-типа производится с использованием полностью ароматического полиамида мета-типа, полученного вышеизложенным способом производства, например, с последовательными стадиями приготовления прядильного раствора, прядения/коагуляции, пластифицирующего вытягивания из ванны, промывки, релаксационной обработки и стадии термической обработки, описанной ниже.
Стадия приготовления прядильного раствора
На стадии приготовления прядильного раствора полностью ароматический полиамид мета-типа растворяется в амидном растворителе с целью приготовления прядильного раствора (раствор полностью ароматического полиамидного полимера мета-типа). Обычно для приготовления прядильного раствора используется амидный растворитель. В качестве амидных растворителей, которые будут использованы, могут быть упомянуты N-метил-2-пирролидон (NMP), диметилформамид (ДМФ), диметилацетамид (DMAc) и тому подобные. Из них предпочтительно используются NMP или DMAc с точки зрения растворимости и безопасности манипулирования.
Что касается концентрации раствора, то соответствующая концентрация может быть выбрана надлежащим образом с точки зрения скорости коагуляции на стадии прядения/коагуляции, которая является следующей стадией, и растворимости полимера. Например, когда полимер представляет собой полиметафениленизофталимид, и растворителем является NMP, обычно предпочтительная концентрация устанавливается в диапазоне от 10 до 30 масс.%.
Стадия прядения/ коагуляции
На стадии прядения/ коагуляции полученный выше прядильный раствор (раствор полностью ароматического полиамидного полимера мета-типа) подвергается прядению в осаждающем растворе и коагулирует (осаждается).
Устройство прядения конкретно не ограничивается. Могут быть использованы традиционно известные устройства мокрого прядения. Кроме того, в устройстве не требуется конкретно ограничивать количество отверстий для прядения, порядок размещения и форму отверстий в фильере и т.п. при условии, что мокрое прядение может быть осуществлено стабильно. Например, могут быть использованы многодырочные фильеры для прядения искусственного волокна, имеющие от 500 до 30000 прядильных отверстий с диаметром от 0,05 до 0,2 мм.
В то же время подходящая температура прядильного раствора (раствор полностью ароматического полиамидного полимера мета-типа), когда прядильный раствор подвергается прядению из фильеры, находится в диапазоне от 10 до 90°C.
В качестве осадительной ванны, которая может быть использована для получения волокна согласно изобретению, используется водный раствор, не содержащий неорганических солей и имеющий концентрацию NMP от 45 до 60 масс.%, при температуре раствора в ванне в диапазоне от 10 до 35°С. При концентрации NMP меньше, чем 45 масс.% образуется структура с толстой оболочкой, что уменьшает эффективность промывки на стадии промывки. Это приводит к трудностям получения волокна с заданным остаточным содержанием растворителя на уровне 0,1 масс.% или меньше. В то же время, когда концентрация NMP превышает 60 масс.%, невозможно осуществить равномерную коагуляцию внутри волокна. Это приводит к трудностям получения волокна с заданным остаточным содержанием растворителя на уровне 0,1 масс.% или меньше, и кроме того, приводит к неудовлетворительной кислотостойкости. В этой связи, подходящее время погружения волокна в осадительную ванну находится в диапазоне от 0,1 до 30 секунд.
В настоящем изобретении путем регулирования компонентов или условий в осадительной ванне, как описано выше, возможно уменьшение толщины оболочки, образовавшейся на поверхности волокна, и получить равномерную структуру внутри всего волокна. В результате, возможно дополнительное улучшение окрашиваемости и кислотостойкости, и кроме того, улучшение показателя удлинения при разрыве полученного волокна.
Стадия пластифицирующего вытягивания в ванне
На стадии пластифицирующего вытягивания в ванне, пока волокно, полученное при коагуляции в осадительной ванне, находится в пластифицированном состоянии, волокно подвергается вытягивающей обработке в ванне пластифицирующего вытягивания.
Раствор в ванне пластифицирующего вытягивания конкретно не ограничивается. Могут быть использованы традиционно известные растворы в ванне.
С целью получения волокна согласно изобретению требуется, чтобы коэффициент вытяжки в ванне пластифицирующего вытягивания находился в диапазоне от 3,5 до 5,0 раз, и более предпочтительно в диапазоне от 3,7 до 4,5 раз. В настоящем изобретении, за счет проведения пластифицирующего вытягивания в диапазоне определенных соотношений в ванне пластифицирующего вытягивания, можно стимулировать удаление растворителя из коагулированной пряжи. В результате остаточное содержание растворителя в волокне может быть задано на уровне 0,1 масс.% или меньше.
Когда коэффициент пластифицирующий вытяжки в ванне пластифицирующего вытягивания составляет меньше, чем 3,5 раз, степень удаления растворителя из коагулированной пряжи становится неудовлетворительной. В результате, становится трудно поддержать остаточное содержание растворителя в волокне на уровне 0,1 масс.% или меньше. Кроме того, прочность на растяжение становится неудовлетворительной, что приводит к затруднениям при управлении такими технологическими стадиями, как стадия прядения. С другой стороны, когда коэффициент вытяжки превышает 5,0 раз, происходит разрыв отдельных нитей, таким образом, ухудшается стабильность продукции.
Температура в ванне пластифицирующего вытягивания предпочтительно находится в диапазоне от 10 до 90°C. Когда температура находится в предпочтительном диапазоне от 10 до 90°C, условия стадии являются удовлетворительными.
Стадия промывки
На стадии промывки волокно, вытянутое из ванны пластифицирующего вытягивания, эффективно промывается. Промывка влияет на показатели качества получаемого волокна, и поэтому предпочтительно проводится в несколько стадий. Конкретно, температура в промывающей ванне на стадии промывки и концентрация амидного растворителя в промывающем растворе влияют на состояние экстракции амидного растворителя из волокна и состояние проникновения воды из промывающей ванны внутрь волокна. По этой причине, также с целью поддержания этих показателей в оптимальном состоянии, предпочтительно стадия промывки проводится в несколько стадий, и регулируются температурные условия и значение концентрации амидного растворителя.
Условия температуры и концентрации амидного растворителя конкретно не ограничиваются при условии, что они могут обеспечить получение волокна удовлетворительного качества. Однако когда значение температуры в промывающей ванне доходит до уровня 60°C или больше, проникновение воды в волокно происходит быстро. Соответственно, в волокне образуются огромные пустоты, что вызывает ухудшение качества. По этой причине, значение температуры в первой промывающей ванне предпочтительно установлено на уровне 30°C или меньше.
Когда растворитель остается в волокне, то экологическая безопасность при обработке продуктов с использованием такого волокна, и применение продуктов, полученных с использованием этого волокна, становится нежелательным. По этой причине, количество растворителя, содержащегося в волокне согласно изобретению, составляет 0,1 масс.% или меньше, и более предпочтительно 0,08 масс.% или меньше.
Стадия сухой термической обработки
На стадии сухой термической обработки волокно, которое было обработано на стадии промывки, подвергают сушке/термической обработке. Метод сухой термической обработки конкретно не ограничивается. Однако в качестве примера может быть упомянут метод с использованием горячего барабана, нагревательной плиты или т.п. По завершении сухой термической обработки в итоге может быть получено легко окрашиваемое, полностью ароматическое полиамидное волокно мета-типа, согласно изобретению.
С целью получения волокна согласно изобретению требуется, чтобы температура на стадии сухой термической обработки находилась в диапазоне от 260 до 330°C, и более предпочтительно в диапазоне от 270 до 310°C. Когда температура при термической обработке волокна составляет меньше 260°C, кристаллизация волокна становится неудовлетворительной. Соответственно, становится неудовлетворительной целевая кислотостойкость. С другой стороны, когда температура выше, чем 330°C, степень кристаллизации волокна становится слишком большой. Соответственно, значительно снижается окрашиваемость волокна. Кроме того, регулирование температуры сухой термической обработки в диапазоне от 260 до 330°C дает вклад в улучшение прочности на растяжение полученного волокна.
Примеры
Ниже, настоящее изобретение будет более конкретно описано с помощью примеров и т.п., что не следует рассматривать в плане ограничения объема изобретения.
Метод измерения
Соответствующие значения физических характеристик в примерах и Сравнительных примерах измеряют следующим образом.
Тонина пряжи
Измерения проводят в соответствии с методом А стандарта JIS L 1015 определения тонины пряжи в расчете на скорректированную массу, причем эту величину выражают в единицах кажущейся тонины пряжи.
Прочность на растяжение, удлинение при разрыве
Измерения проводят с помощью модели 5565 прибора, произведенного на фирме INSTRON Co., по стандарту JIS L 1015, в следующих условиях:
Условия измерения
Длина захвата: 20 мм
Начальная нагрузка: 0,044 cН (1/20 г)/децитекс
Скорость растяжения: 20 мм/мин
Степень извлечения красителя
К раствору с оставшимся красителем, которым было окрашено волокно, добавляют дихлорметан в объеме, равном объему раствора с оставшимся красителем, чтобы экстрагировать оставшийся краситель. После этого измеряют величину оптической плотности экстракционного раствора при длине волны 670 нм, 540 нм и 530 нм, соответственно. По данным калибровочной кривой при указанных значениях длины волны, построенной предварительно для дихлорметановых растворов с известной концентрацией красителя, соответственно определяют концентрацию красителя в экстракционном растворе. Средняя величина концентраций при трех длинах волны принимается за концентрацию красителя (C) экстракционного раствора. Указанную величину, полученную с использованием концентрации красителя до окрашивания (Cо) из следующего уравнения, называют степенью извлечения красителя (U).
Степень извлечения красителя (U)=[(Cо-C)/Cо]×100
Показатель сохранения прочности (испытание кислотостойкости)
В разъемную колбу загружают водный раствор серной кислоты (20 масс.%) и погружают в него 51 мм окрашенного волокна. После этого разъемную колбу помещают в нагревающую ванну, и выдерживают при температуре 50°C. Окрашенное волокно погружают в эту ванну на 150 часов. Для волокна до и после окрашивания проводят измерение прочности на растяжение для того, чтобы определить показатель сохранения прочности волокна после погружения.
Остаточное содержание растворителя в волокне
Собирают волокно в количестве около 8,0 г и высушивают при 105°C в течение 120 минут. Затем волокну дают охладиться в сушильном шкафу и определяют массу волокна (M1). После этого проводят экстракцию волокна в кипящем метаноле в течение 1,5 часов с использованием экстрактора Сокслета. Таким образом, осуществляется экстракция амидного растворителя, содержащегося в волокне. Вынимают волокно, которое подверглось полной экстракции, и высушивают в вакууме при 150°C в течение 60 минут. Затем волокну дают охладиться в сушильном шкафу и определяют массу волокна (M2). Количество N(%) растворителя (масса амидного растворителя), оставшегося в волокне, рассчитывают с использованием полученных значений M1 и M2 по следующему уравнению:
N(%)=[(M1-M2)/M1]×100
Пример 1. Стадия приготовления прядильного раствора
Порошок полиметафениленизофталимида в количестве 20 частей по массе, с характеристической вязкостью (ХВ), равной 1,9, произведен с использованием метода межфазной полимеризации согласно способу, описанному в документе JP-B-47-10863, суспендируют в N-метил-2-пирролидоне (NMP, 80,0 частей по массе), охлажденном до - 10°C, чтобы получить суспензию. После этого суспензию нагревают до 60°C с целью растворения, что приводит к прозрачному полимерному раствору А.
Стадия прядения/коагуляции
Полимерный раствор А выгружают в качестве исходного прядильного раствора через фильеру с диаметром отверстия 0,07 мм и с 500 отверстиями внутри осадительной ванны при температуре 30°C в ванне для прядения. Коагуляционный раствор имеет состав вода/NMP=45/55 (частей по массе), и вводится в осадительную ванну для прядения со скоростью 7 м/мин.
Стадия пластифицирующего вытягивания в ванне
После этого проводят вытягивание при коэффициенте вытяжки в ванне пластифицирующего вытягивания, равном 3,7 раз, при температуре 40°C и составе раствора вода/NMP=45/55.
Стадия промывки
После вытягивания проводят промывку волокна в ванне (длина погружения 1,8 м) при 20°C, соотношение вода/NMP=70:30, и после этого в ванне с водой при 20°C (длина погружения 3,6 м). Кроме того, проводят окончательную промывку в ванне с теплой водой при 60°C (длина погружения 5,4 мм).
Стадия сухой термической обработки Волокно после промывки подвергают сухой термической обработке с использованием горячего барабана с температурой поверхности 280°C, что приводит к получению полностью ароматического арамидного волокна мета-типа.
Физические характеристики волокна
Полученное волокно имеет следующие физические характеристики: тонина пряжи 1,7 децитекс, прочность на растяжение 2,8 сН/децитекс, удлинение при разрыве 51,0%, и остаточное содержание растворителя 0,08 масс.%, и демонстрирует подходящие динамические характеристики. Физические характеристики полученного волокна показаны в таблице 1.
Стадия окрашивания
Готовят окрашивающий раствор, содержащий 6% катионного красителя (фирменное наименование: Kayacryl Blue GSL-ED (В-54), произведен на фирме NIPPON KAYAKU Co., Ltd.), 0,3 мл/л уксусной кислоты, 20 г/л нитрата натрия, 70 г/л бензилового спирта в качестве транспортирующего агента и 0,5 г/л вспомогательного агента окрашивания (фирменное наименование: DISPER TL, произведен на фирме MEISEl CHEMICAL WORKS, Ltd.) в качестве диспергирующего агента. Образец волокна в буксируемом состоянии подвергают окрашивающей обработке при 120°C в течение 60 минут и соотношении волокна к окрашивающему раствору в ванне равном 1:40. После окрашивающей обработки с использованием обрабатывающего раствора, содержащего 2,0 г/л гидросульфита, 2,0 г/л AMlRADINE D (фирменное наименование AMlRADINE D, произведен на фирме DAI - ICHI KOGYO SEIYAKU CO., Ltd.) и 1,0 г/л гидроксида натрия, в указанных соотношениях, проводят 20-минутную восстановительную промывку при 80°C при соотношении в ванне, равном 1:20. После промывки водой проводят сушку, что приводит к окрашенному волокну.
Физические характеристики окрашенного волокна и тому подобное
Степень извлечения красителя окрашенным волокном составляет 92,4%, и продемонстрирована подходящая окрашиваемость. Кроме того, прочность на растяжение окрашенного волокна составляет 2,9 сН/децитекс, и прочность на растяжение окрашенного волокна после проведения испытания кислотостойкости равна 1,9 cН/децитекс, и показатель сохранения прочности составляет 66%. Таким образом, продемонстрирована подходящая кислотостойкость. Физические характеристики полученного волокна показаны в таблице 1.
Пример 2. Стадия приготовления прядильного раствора
В реакционный сосуд, оборудованный устройством перемешивания и отверстием для загрузки исходных материалов, вводят 854,8 части метил-2-пирролидона (в последующем используется сокращение NMP). Растворяют 83,4 части мета-фенилендиамина (в последующем используется сокращение МФДА) в NMP. Дополнительно в этот раствор при перемешивании постепенно добавляют 156,9 части хлорида изофталевой кислоты (в последующем используется сокращение ХИФК) для того, чтобы осуществить реакцию. Перемешивание продолжают в течение 40 минут от начала реакции, затем добавляют 57,1 части порошка гидроксида кальция. Перемешивание продолжают еще в течение 40 минут, и затем реакцию прерывают. Полимеризационный раствор выливают из реакционного сосуда. В результате получают прозрачный полимеризационный раствор с концентрацией полимера, равной 16%.
Стадии прядения/коагуляции, пластифицирующего вытягивания из ванны, промывки, стадии релаксационной термической обработки водяным паром и сухой термической обработки
Волокно из полиметафениленизофталимида получают таким же образом, как в примере 1, за исключением того, что полученный полимеризационный раствор используется в качестве исходного прядильного раствора, коэффициент вытяжки в ванне пластифицирующего вытягивания установлен на уровне 3,5 раз, и температура поверхности на стадии сухой термической обработки равна 310°C.
Физические характеристики волокна
Полученное волокно имеет следующие физические характеристики: тонина пряжи 1,7 децитекс, прочность на растяжение 3,2 cН/децитекс, удлинение при разрыве 45,3%, и остаточное содержание растворителя 0,10 масс.%). Физические характеристики полученного волокна показаны в таблице 1.
Стадия окрашивания
Полученное волокно обрабатывают на стадии окрашивания таким же образом, как в примере 1.
Физические характеристики окрашенного волокна и тому подобное
Степень извлечения красителя составляет 91,0%, и продемонстрирована подходящая окрашиваемость. Кроме того, прочность на растяжение окрашенного волокна составляет 3,2 cН/децитекс, и прочность на растяжение окрашенного волокна после проведения испытания кислотостойкости равна 2,4 cН/децитекс, и показатель сохранения прочности составляет 75%. Таким образом, продемонстрирована подходящая кислотостойкость. Физические характеристики полученного волокна показаны в таблице 1.
Пример 3. Производство волокна
Волокно из полиметафениленизофталимида получают таким же образом, как в примере 2, за исключением того, что коэффициент вытяжки в ванне пластифицирующего вытягивания установлен на уровне 4,5 раз, и температура поверхности на стадии сухой термической обработки равна 280°C.
Физические характеристики волокна
Полученное волокно имеет следующие физические характеристики: тонина пряжи 1,7 децитекс, прочность на растяжение 3,6 сН/децитекс, удлинение при разрыве 36,1%, и остаточное содержание растворителя 0,06 масс.%. Физические характеристики полученного волокна показаны в таблице 1.
Стадия окрашивания
Полученное волокно обрабатывают на стадии окрашивания таким же образом, как в примере 1.
Физические характеристики окрашенного волокна и тому подобное
Степень извлечения красителя составляет 91,5%, и продемонстрирована подходящая окрашиваемость. Кроме того, прочность на растяжение окрашенного волокна составляет 3,5 cН/децитекс, и прочность на растяжение окрашенного волокна после проведения испытания кислотостойкости равна 2,5 cН/децитекс, и показатель сохранения прочности составляет 71%. Таким образом, продемонстрирована подходящая кислотостойкость. Физические характеристики полученного волокна показаны в таблице 1.
Пример 4. Производство волокна
Волокно из полиметафениленизофталимида получают таким же образом, как в примере 3, за исключением того, что устанавливают состав коагуляционного раствора с соотношением вода/NMP=55/45 на стадии прядения/коагуляции.
Физические характеристики волокна
Полученное волокно имеет следующие физические характеристики: тонина пряжи 1,7 децитекс, прочность на растяжение 3,7 cН/децитекс, удлинение при разрыве 32,0%, и остаточное содержание растворителя 0,05 масс.%. Физические характеристики полученного волокна показаны в таблице 1.
Стадия окрашивания
Полученное волокно обрабатывают на стадии окрашивания таким же образом, как в примере 1.
Физические характеристики окрашенного волокна и тому подобное
Степень извлечения красителя составляет 90,4%, и продемонстрирована подходящая окрашиваемость. Кроме того, прочность на растяжение окрашенного волокна составляет 3,7 сН/децитекс, и прочность на растяжение окрашенного волокна после проведения испытания кислотостойкости равна 2,7 сН/децитекс, и показатель сохранения прочности составляет 73%. Таким образом, продемонстрирована подходящая кислотостойкость. Физические характеристики полученного волокна показаны в таблице 1.
Сравнительный пример 1. Производство волокна
Волокно из полиметафениленизофталимида получают таким же образом, как в примере 2, за исключением того, что устанавливают состав коагуляционного раствора с соотношением вода/ NMP=70/30. на стадии прядения/ коагуляции, коэффициент вытяжки в ванне пластифицирующего вытягивания равен 3,7 раз, и температура поверхности на стадии сухой термической обработки равна 280°C.
Физические характеристики волокна
Полученное волокно имеет следующие физические характеристики: тонина пряжи 1,7 децитекс, прочность на растяжение 2,5 сН/децитекс, удлинение при разрыве 25,0%, и остаточное содержание растворителя 0,30 масс.%. Физические характеристики полученного волокна показаны в таблице 1.
Стадия окрашивания
Полученное волокно обрабатывают на стадии окрашивания таким же образом, как в примере 1.
Физические характеристики окрашенного волокна и тому подобное
Прочность на растяжение окрашенного волокна составляет 2,6 сН/децитекс, и прочность на растяжение окрашенного волокна после проведения испытания кислотостойкости равна 1,8 сН/децитекс, и показатель сохранения прочности составляет 69%. Таким образом, продемонстрированы подходящие результаты. Однако степень извлечения красителя составляет 85,3%, что является неудовлетворительным результатом. Физические характеристики полученного волокна показаны в таблице 1.
Сравнительный пример 2
Волокно из полиметафениленизофталимида получают таким же образом, как в примере 2, за исключением того, что устанавливают состав коагуляционного раствора с соотношением вода/ NMP=30/70 на стадии прядения/ коагуляции, коэффициент вытяжки в ванне пластифицирующего вытягивания равен 3,7 раз, и температура поверхности на стадии сухой термической обработки равна 280°C.
Физические характеристики волокна
Полученное волокно имеет следующие физические характеристики: тонина пряжи 1,7 децитекс, прочность на растяжение 2,4 сН/децитекс, удлинение при разрыве 28,0%, и остаточное содержание растворителя 0,60 масс.%. Физические характеристики полученного волокна показаны в таблице 1.
Стадия окрашивания
Полученное волокно обрабатывают на стадии окрашивания таким же образом, как в примере 1.
Физические характеристики окрашенного волокна и тому подобное
Степень извлечения красителя составляет 94,0%, что демонстрирует подходящую окрашиваемость. Однако прочность на растяжение окрашенного волокна 2,4 cН/децитекс, и прочность на растяжение окрашенного волокна после проведения испытания кислотостойкости равна 1,2 cН/децитекс, и показатель сохранения прочности составляет 50%, что является неудовлетворительным результатом для показателя кислотостойкости.
Сравнительный пример 3. Производство волокна
Волокно из полиметафениленизофталимида получают путем образования исходного прядильного раствора таким же образом, как в примере 2, за исключением того, что устанавливают коэффициент вытяжки в ванне пластифицирующего вытягивания на уровне 3,0 раз, и температура поверхности на стадии сухой термической обработки составляет 280°C.
Физические характеристики волокна
Полученное волокно имеет следующие физические характеристики: тонина пряжи 1,7 децитекс, прочность на растяжение 2,2 сН/децитекс, удлинение при разрыве 55,3%, и остаточное содержание растворителя 0,60 масс.%. Физические характеристики полученного волокна показаны в таблице 1.
Стадия окрашивания
Полученное волокно обрабатывают на стадии окрашивания таким же образом, как в примере 1.
Физические характеристики окрашенного волокна и тому подобное
Степень извлечения красителя составляет 93,8%, что демонстрирует подходящую окрашиваемость. Однако прочность на растяжение окрашенного волокна 2,2 сН/децитекс, и прочность на растяжение окрашенного волокна после проведения испытания кислотостойкости равна 1,2 сН/децитекс, и показатель сохранения прочности составляет 55%, что является неудовлетворительным результатом для показателя кислотостойкости.
Сравнительный пример 4. Производство волокна
Предпринята попытка производства волокна из полиметафениленизофталимида таким же образом, как в примере 2, за исключением того, что устанавливают коэффициент вытяжки в ванне пластифицирующего вытягивания на уровне 5,5 раз, и температура поверхности на стадии сухой термической обработки составляет 280°C. Однако эти условия стадии были неудачными, что привело к затруднениям стабильного сбора волокна в течение длительного периода.
Сравнительный пример 5. Производство волокна
Волокно из полиметафениленизофталимида получают таким же образом, как в примере 2, за исключением того, что устанавливают коэффициент вытяжки в ванне пластифицирующего вытягивания на уровне 3,7 раз, и температура поверхности на стадии сухой термической обработки составляет 220°C.
Физические характеристики волокна
Полученное волокно имеет следующие физические характеристики: тонина пряжи 1,7 децитекс, прочность на растяжение 2,6 сН/децитекс, удлинение при разрыве 53,0%, и остаточное содержание растворителя 0,08 масс.%. Физические характеристики полученного волокна показаны в таблице 1.
Стадия окрашивания
Полученное волокно обрабатывают на стадии окрашивания таким же образом, как в примере 1.
Физические характеристики окрашенного волокна и тому подобное
Степень извлечения красителя составляет 94,8%, что демонстрирует подходящую окрашиваемость. Однако прочность на растяжение окрашенного волокна равна 2,7 сН/децитекс, и прочность на растяжение окрашенного волокна после проведения испытания кислотостойкости равна 1,2 сН/децитекс, и показатель сохранения прочности составляет 44%, что является неудовлетворительным результатом для показателя кислотостойкости.
Пример №
1
2
3
4
Сравни-тельный 1
Сравни-тельный 2
Сравни-тельный 3
Сравни-тельный 4
Сравни-тельный 5
Состав осадительной ванны NMP (вода/NMP)
45/55
45/55
45/55
55/45
70/30
30170
45/55
45/55
45/55
Коэффициент пластифицирующего вытягивания в ванне (разы)
3,7
3,5
4,5
4,5
3,7
3,7
3,0
5,5
3,7
Температура сухой термической обработки (°C)
280
310
280
280
280
280
280
280
220
Физические характеристики волокна
Тонина пряжи (децитекс)
1,7
1,7
1,7
1,7
1,7
1,7
1,7
-
1,7
Прочность на растяжение (сН/децитекс)
2,8
3,2
3,6
3,7
2,5
2,4
2,2
-
2,6
Удлинение при разрыве (%)
51,0
45,3
36,1
32,0
25,0
28,0
55,3
-
53,0
Остаточное содержание растворителя (%)
0,08
0,10
0,06
0,05
0,30
0,60
0,60
-
0,08
Физические характеристики окрашенного волокна
Степень извлечения красителя (%)
92,4
91,0
91,5
90,4
85,3
94,0
93,8
-
94,8
Прочность на растяжение (сН/децитекс)
2,9
3,2
3,5
3,7
2,6
2,4
2,2
-
2,7
После проведения испытания кислотостойкости
Прочность на растяжение (сН/децитекс)
1,9
2,4
2,5
2,7
1,8
1,2
1,2
-
1,2
Показатель сохранения прочности
Показатель сохранения прочности (%)
66
75
71
73
69
50
55
-
44
Промышленная применимость
Легко окрашиваемое полностью ароматическое полиамидное волокно мета-типа настоящего изобретения представляет собой волокно с превосходной окрашиваемостью и кислотостойкостью, имеет очень малое остаточное содержание растворителя в волокне, и обладает превосходной экологической безопасностью. По этой причине, промышленное значение указанного волокна является значительным в областях, где требуются такие характеристики. В областях, где приобретает значение эстетические свойства и визуальные характеристики, таких как постельные принадлежности, одежда и изделия интерьера, могут быть получены совершенно безопасные продукты, и поэтому они обладают весьма значительной полезностью.