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JPH046737B2 - - Google Patents
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JPH046737B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH046737B2
JPH046737B2 JP61064871A JP6487186A JPH046737B2 JP H046737 B2 JPH046737 B2 JP H046737B2 JP 61064871 A JP61064871 A JP 61064871A JP 6487186 A JP6487186 A JP 6487186A JP H046737 B2 JPH046737 B2 JP H046737B2
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dope
film
optical anisotropy
ppta
moisture
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Shigemitsu Muraoka
Taichi Imanishi
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

(産業上の利用分野) 本発明は、ポリパラフエニレンテレフタラミド
(以下、PPTAと称する)からなるフイルムおよ
びその製造法に関し、さらに詳しくは透明でかつ
優れた面配向性により、フイルムの長尺方向(以
下、MD方向と称する)および幅方向(以下、
TD方向と称する)ともに優れた機械特性を示す
PPTAフイルムおよびそれを得る製造法に関する
ものである。 (従来の技術) PPTAに代表される直線配位性の芳香族ポリア
ミドは、特に優れた結晶性や高い融点を有し、ま
た剛直な分子構造のゆえに、耐熱性で高い機械的
強度を有しており、近年、特に注目されている高
分子素材である。またその光学異方性を示す濃厚
溶液から紡糸された繊維は高い強度およびモジユ
ラスを示すことが報告され、すでに工業的に実施
されるに到つているが、フイルムへの応用例の提
案は少なく、実用化例も未だ知られていない。 PPTAの有する問題点としては、その有用な高
分子量のポリマーは有機溶媒に難溶であり、濃硫
酸等の無機の強酸が溶媒として用いられねばなら
ないということが挙げられ、これを回避するため
に、例えば特公昭56−45421号公報では、直線配
位性芳香族ポリアミドの芳香核にハロゲン基を導
入した単位と、PPTA以外の芳香核に置換基を持
たない芳香族ポリアミドを共重合することにより
有機溶媒に可溶とし、それからフイルムを得よう
とする試みがなされている。しかし、これはモノ
マーが高価なため、コストが高くなる上に、折角
の直線配位性芳香族ポリアミドの耐熱性や結晶性
を損なう欠点がある。 一方、特公昭59−14567号公報には光学異方性
を有する芳香族ポリアミド溶液をスリツトから短
い空気層を介して凝固浴中に押出す方法が開示さ
れているが、この方法ではMD方向の機械的強度
のみ強く、それと直交するTD方向の機械的強度
は極端に弱く、裂けやすいものしか得られなかつ
た。 このように単に芳香族ポリアミドの光学異方性
ドープを押出し、そのまま凝固させただけでは、
吐出方向に過度に配向するために、フイブリル化
しやすくTD方向に弱いものとなつてしまうた
め、これを改良しようとするフイルム製造方法が
種々検討された。 例えば特公昭57−35088号公報には、光学異方
性を有する芳香族ポリアミド溶液を、リングダイ
から押出し、インフレーシヨン法を用いてドープ
の状態で2軸方向に同時流延させた後、湿式凝固
させることにより等方性のフイルムが得られると
している。しかし、この方法では均一な厚みのフ
イルムを得るのは難しく、機械的強度も低いとい
う欠点がある。 また特公昭59−5407号公報、特開昭54−132674
号公報では、直線配位性芳香族ポリアミドの光学
異方性または光学等方性のドープを、ダイ中で押
出し方向と直角の方向に機械的に剪断力を与える
ことにより、押出し時に押出し方向とその直角方
向の2軸方向に配向させる提案をしているが、ダ
イの構造が複雑で、工業的実施上の難点がある。 さらにJ.Appl.Polym.Sci.vol、27、No.8、
P.2965〜2985(1982)には、PPTAの光学異方性
ドープをリングダイより油塗布した円錐状のマン
ドレル上に押出すことにより、2軸配向したフイ
ルムが得られることが提案されているが、このフ
イルムは、等方的な機械強度が低く、ドラフトを
かけた場合、MD方向の機械的強度は高いが、
TD方向のそれは著しく低いものであつた。 特公昭57−17886号公報には、直線配位性芳香
族ポリアミドの光学異方性ドープを凝固直前に、
光学等方性となるまで加熱した後、凝固させるこ
とによつて、透明で機械的物性が等方的であるフ
イルムを得ることが記載されている。この方法
は、従来の光学異方性ドープの活用により高性能
を得んとする大方の概念に逆らつた独創的なもの
であり、これにより光学異方性ドープの極端な1
軸配向性の緩和と同時に、光学異方性ドープの液
晶ドメイン構造がドープを押出した後も残り、そ
のまま凝固して不透明なフイルムとなつてしまう
ことを回避することに成功している。しかし、こ
の方法も前述のごとく、PPTAは濃硫酸他の無機
強酸を溶媒とせざるを得ないため、光学異方性ド
ープを光学等方性となる温度にまで加熱する際に
ポリマーの分解を伴わざるを得ず、高い伸度のフ
イルムを得る上で問題があり、また単に加熱して
光学等方性ドープとしてから押出すのみでは、押
し出し時の流動配向は光学異方性ドープの場合よ
りは緩和されるものの、非常な高粘度となり、そ
もそも押出すこと自体が困難となる。 (発明が解決しようとする問題点) 以上のように、光学異方性ドープはポリマーが
液晶として集合したドメイン構造を有するため、
ドープをフイルム状とした際にもそのドメイン構
造が残り、得られたフイルムは不透明となる。こ
れを避けようとして光学等方性ドープを用いよう
とすれば、有用な高分子量のPPTMポリマーで
は極めて高粘度となり、約5重量%以下のポリマ
ー濃度でないと製膜不能となり、この濃度の光学
等方性ドープから製膜したフイルムは、凝固に際
してボイドを生成しやすく、また機械的物性も全
く不十分なものとなる。 本発明の目的は、すでに工業的に繊維が生産さ
れているPPTAを用いて、上記のごとき透明性に
優れ、かつフイルムのMD方向のみならず、TD
方向にも十分配向し、縦横両方向ともに高い強伸
度およびモジユラスを有する平面性に優れたフイ
ルムおよびその工業的な製法を提供することにあ
る。 (問題点を解決するための手段) 先に述べた特公昭57−17886号公報の概念は、
フイルムの機械的物性を高める上では好ましい高
いポリマー濃度のドープを用いながら、PPTAに
より自然に形成される液晶現象に伴うドープの低
粘度化を応用して、ポリマーの溶解や移送、形成
を容易とし、最後の凝固させる直前の短時間の
み、ドープを加熱することにより光学等方性化し
て、透明フイルムを得るというものである。本発
明者らは、この発想の応用とその欠点の克服につ
き鋭意検討した結果、偶然発見した現象とその機
構の解明により、次のごとき新規なフイルムとそ
の製造法が、前記問題点を解決することを見出
し、本発明を完成するに到つた。 本発明のポリパラフエニレンテレフタラミドフ
イルムは、対数粘度ηinhが2.5以上の実質的にポ
リパラフエニレンテレフタラミドよりなるフイル
ムであつて、その密度が1.365g/cm3から1.405
g/cm3の範囲にあり、ボイド数が5個/mm2以下、
光線透過率が55%以上、フイルム表面に直角に入
射したX線による(200)面の結晶向角が70゜以
上、およびフイルム表面に並行に入射したX線に
よる(010)面の結晶配向角が60゜以下であり破断
伸度が19%以上であることを特徴とする。 本発明のフイルムの製法は、対数粘度ηinhが
2.5以上であるポリパラフエニレンテレフタラミ
ドと98重量%以上の濃度の硫酸、クロル硫酸およ
びフルオル硫酸からなる群より選択された少なく
とも一種の溶媒とを含んでなる光学異方性ドープ
を、光学異方性を保つたまま支持面上にフイルム
状となし、絶対湿度1g(水)/Kg(乾燥空気)
以上でかつ相対湿度99%以下の雰囲気下で、吸湿
により該ドープが光学等方性ドープに実質的に転
化するまで放置した後、または光学異方性を失う
程度に吸湿させた後、もしくは吸湿させながら該
吸湿した光学異方性ドープが光学等方性ドープに
実質的に変化する温度に加熱して転化させた後、
凝固させ、次いで洗浄し、収縮を制限しつつ乾燥
することを特徴とする。 本発明に用いられるPPTAは実質的に で表わされるポリマーであり、従来公知のパラフ
エニレンジアミンとテレフタロイルクロライドか
ら、低温溶液重合法により製造するのが好都合で
ある。 本発明のポリマーの重合度は、あまり低いと本
発明の目的とする機械的性質の良好なフイルムが
得られなくなるため、通常2.5以上、好ましくは
3.5以上の対数粘度ηinh(硫酸100mlにポリマー0.2
gを溶解して30℃で測定した値)を与える重合度
のものが選ばれる。 本発明のフイルムは以下に述べる4つの要件を
満たして初めて目的を達せられるものである。 まず第1に該フイルムの密度が1.365g/cm3
ら1.405g/cm3の範囲になければならない。この
密度の値は四塩化炭素−トルエンを使用した密度
勾配管法により30℃で測定されたものある。この
密度の範囲は、公知のPPTA繊維のそれが1.43
g/cm3から1.46g/cm3の範囲にあるのに比べてか
なり小さい値である。この理由については明確で
はないが、恐らく後に述べる面配向性のために1
軸配向のもに比べて分子間のミクロな間隙が生
じ、密度が小さくなるものと思われる。該密度が
1.365g/cm3未満になると機械的物性が低下し、
1.405g/cm3を越えると面配向性の損なわれたフ
イルムとなる。いずれにしても、このように密度
が小さいことから、軽くて高強度のフイルムが得
られることになる。 第2に、以下に述べるボイド数が5個/mm2
下でなくてはならない。このボイド数は次のよう
に測定される。適当な大きさのフイルム片を、透
過光を用いた通常の光学顕微鏡により、100倍か
ら400倍の範囲の倍率で少なくとも異なつた5視
野について観察し、その長径が30μ以上の大きさ
のボイド数を数え、フイルム表面1mm2当たりに
換算する。5個/mm2を越えるボイド数を有するフ
イルムは機械的物性に劣り、透明性が低下し、は
なはだしい場合にはフイルムが曇つて見える。な
お、通常の光学等方性ドープより製膜したフイル
ムには、通常、50個/mm2以上のボイド数が観察
される。 第3にフイルムの光線透過率が55%以上でなけ
ればならない。光線透過率は次のように測定され
る。通常の光電光度計(または分光光度計)の液
体セルをセツトする場所にフイルムを張りつけ、
600nmの波長の可視光線を選択し、その透過率を
測定する。本発明によるフイルムの重要な特徴の
一つはこの透明性にある。なお、前述のように光
学異方性ドープをわずかなエアギヤツプを介して
直接凝固浴中に押出して得られるフイルムは失透
しており、通常は光線透過率は10%以下である。
この光線透過率はもちろんフイルムの厚みが増す
に従つて低下するが、本発明によるフイルムは通
常用いられる200μ程度の厚みまでは55%を十分
上回る透明性を有する。 第4に本発明のフイルムは以下に述べるX線回
折による結晶配向角で定義される面配向性を持た
なければならない。すなわちフイルム表面に直角
に入射したX線による(200)面の結晶配向角が
70゜以上であり、フイルム表面に並行に入射した
X線による(010)面の結晶配向角が60゜以下でな
ければならない。 X線の入射は第1図に示すごとく、フイルム表
面に直角に入射する場合(以下、TV方向と称す
る)と表面に並行に入射する場合(以下、SV方
向と称する)とに分けられる。PPTAの結晶構造
については広く論じられており、例えば高柳ら
(J.Appl.Polym.Sci.,第23巻、915頁(1979))の
研究がある。 本発明のフイルムはTV方向からのX線による
(200)面の反射である2θ≒23゜に大きな回折ピー
クを持つが、この2θ≒23゜における結晶配向角が
70゜以上である必要がある。すなわちこの配向角
は回折写真においてほぼDebye環として現れる。
さらにSV方向からの入射による(010)面の反射
である2θ≒18゜の大きな回折ピークが赤道線上に
現れるが、この2θ≒18゜における結晶配向角が60゜
以下である必要がある。これらの両方の結晶配向
角が満たされて初めて本発明のフイルムが面配向
の構造を持つということがいえ、この範囲から外
れた結晶配向角を持つフイルムは面配性を有する
とはいえず、したがつて本発明の目的とする、
MD方向およびTD方向に高い機械的物性を有す
るフイルムは得られない。 結晶配向角の測定方法としては公知の方法が採
用でき、例えば次のような方法によつて行なわれ
る。所定の2θの角度に計数管を置き、フイルムを
180゜回転することにより、回折強度曲線を得る。
なお、TVにおいては、最高強度を中心とし、前
後90゜の間を回転させる。この曲線の最高強度の、
最低強度点間に引いたベースラインに対する半分
の強度を示す点に対応する、回折写真における円
弧長を度で表わした値(すなわち、最高強度のベ
ースラインに対する50%の点に対する角度)を測
定し、それを試料の結晶配向角とする。測定に際
し、フイルムは必要により何故か重ねて回折強度
を測ることができる。 本発明のフイルムを引き裂いた断面を走査型電
子顕微鏡で観察したところ、フイルム表面に並行
な層状構造が観察され、このことも本発明のフイ
ルムの面配向構造を支持する事実のひとつと見做
される。 さらに本発明のフイルムは破断伸度が19%以上
である。 次にこのようなPPTAフイルムを得るための簡
便な方法について述べる。すなわち1つは光学異
方性ドープを支持面上にフイルム状に保持し、そ
の状態で光学異方性ドープを吸湿により光学等方
性ドープに転化させるものであり、他の1つは該
支持面上の光学異方性ドープを吸湿させた後、ま
たは吸湿させながら光学等方性ドープに変化する
温度に加熱して転化させるものである。 本発明のPPTAフイルムの成型に用いるドープ
を調製するのに適した溶媒としては、98重量%以
上の濃度の硫酸、クロル硫酸、フルオル硫酸また
はそれらの混合物が挙げられる。硫酸は100%以
上のもの、すなわち発煙硫酸、トリハロゲン化酢
酸などを、本発明の効果を損なわない範囲で混合
して用いてもよい。 本発明に用いられるドープ中のポリマー濃度
は、常温(約20〜30℃)またはそれ以上の温度で
光学異方性を示す濃度以上のものが好ましく用い
られ、具体的には約10重量%以上、好ましくは約
12重量%以上で用いられる。これ以下のポリマー
濃度、すなわち常温またはそれ以上の温度で光学
異方性を示さないポリマー濃度では、成型された
PPTAフイルムが好ましい機械的性質を持たなく
なることが多い。ドープのポリマー濃度の上限は
特に限定されるものではないが、通常は25重量%
以下、特に高いηinhのPPTAに対しては20重量%
以下が好ましく用いられる。 本発明のドープには普通の添加剤、例えば、増
量剤、除光沢剤、紫外線安定化剤、熱安定化剤、
抗酸化剤、顔料、溶解助剤などを混入してもよ
い。 ドープが光学異方性か光学等方性であるかは、
公知の方法、例えば特公昭50−8474号公報記載の
方法で調べることができるが、その臨界点は、溶
媒の種類、温度、ポリマー濃度、ポリマーの重合
度、非溶媒の含有量等に依存するので、これらの
関係を予め調べることによつて、光学異方性ドー
プをつくり、光学等方性ドープとなる条件に変え
ることで、光学異方性から光学等方性に変えるこ
とができる。 本発明の機械的性質に優れた透明フイルムを得
る方法は、ドープを支持面上にフイルム状にした
後、凝固に先立つてドープを光学異方性から光学
等方性に転化するものである。 光学異方性から光学等方性にするには、具体的
には支持面上にフイルム状にした光学異方性ドー
プを凝固に先立ち、吸湿させてドープを形成する
溶剤の濃度を下げ、溶剤の溶解能力およびポリマ
ー濃度の変化により光学等方性域に転移させる
か、または吸湿によるドープの光学異方性領域の
変化に加えて加熱することによりドープを昇温
し、同時または遂次的にドープの相を光学等方性
に転移させることにより達成できる。 ドープを吸湿させる方法としては、絶対湿度1
g(水)/Kg(乾燥空気)以上で、かつ相対湿度
99%以下の雰囲気中を通過させることにより達成
することができる。絶対湿度1g(水)/Kg(乾
燥空気)未満では、吸湿速度が遅いため実用的で
なく、特に室温近辺で吸湿のみにより光学異方性
ドープから光学等方性ドープにする場合は3g
(水)/Kg(乾燥空気)以上が好ましく、さらに
好ましくは10g(水)/Kg(乾燥空気)以上、特
に好ましくは20g(水)/Kg(乾燥空気)であ
る。また通常の湿度雰囲気にさらに積極的に加湿
を施す工夫は、光学等方性化するまでの時間を短
く、また加熱を併用する場合にはその加熱温度を
低くできる点から望ましい実施態様である。相対
湿度99%を越えると、低温ではドープ上に水が凝
縮するためにポリマーが析出したり、フイルムの
平面性が失われるので好ましくない。また吸湿と
同時また吸湿させた後加熱を併用する方法におい
ては、例えば、硫酸を溶媒に使つたとき光学異方
性が実質的に消失し、ドープが光学等方性に転化
する温度は、ポリマー濃度、ポリマーの重合度、
硫酸濃度ドープの厚み、さらには吸湿の程度によ
り変動するが、通常約45℃以上が好ましく、また
その上限は、ポリマーの分解性を考慮した場合、
一般的にあまり高くないことが望ましく、フイル
ム状のドープの温度が200℃を越えない程度に選
ばれることが望ましい。 このようにPPTAが光学異方性ドープを光学等
方性化する際に吸湿させることが本発明の製造法
の重要な特徴である。これにより、透明性が非常
に優れ、強伸度ともに大きいフイルムを工業的に
も容易にかつ、フイルムの物性も損なうことなく
製膜することができる。この吸湿により光学等方
性化する機構は必ずしも明らかではないが、恐ら
く吸湿することによりポリマー濃度と溶媒濃度の
低下により、PPTA−溶媒系の液晶域がかなり縮
小するためであろうと思われる。この吸湿だけで
も十分光学等方性化するが、これにさらに加熱が
伴えば、短時間の等方性化が可能となる。この方
法は特にドープの厚みが厚いときに有効である。 この光学等方性化する際に、吸湿を伴わず加熱
のみで行なおうとすると、高温かつ長時間の加熱
が必要となり、得られるフイルムもポリマーの一
部分解を伴う結果、物性の劣つたものとなりやす
い。 本発明において、ドープの凝固液として使用で
きるのは、例えば水、約70重量%以下の希硫酸、
約20重量%以下の水酸化ナトリウム水溶液および
アンモニア水、約50重量%以下の塩化ナトリウム
水溶液および塩化カルシウム水溶液などである。
凝固浴の温度は特に制限されるものではなく、通
常約−5〜50℃の範囲で行なわれる。 凝固されたフイルムはそのままでは酸が含まれ
ているため、加熱による機械的物性の低下の少な
いフイルムを製造するには酸分の洗浄、除去をで
きるだけ行なう必要がある。酸化の除去は、具体
的には約500ppm以下まで行なうことが望ましい。
洗浄液としては水が通常用いられるが、必要に応
じて温水が行なつたり、アルカリ水溶液で中和洗
浄した後、水などで洗浄してもよい。洗浄は、例
えば洗浄液中でフイルムを走行させたり、洗浄液
を噴霧する等の方法により行なわれる。 洗浄されたフイルムは、次に乾燥されるが、こ
こで乾燥とは、フイルムに付着している洗浄液な
どを取り除く操作をいい、洗浄液などが取り除か
れるならばいかなる方法でもよく、常温で風乾、
加熱された非活性気体、例えば空気、窒素、アル
ゴンなどでの雰囲気下の乾燥、加熱ロール上での
乾燥、テンターでの加熱雰囲気下の乾燥などいず
れでもよい。また乾燥は、フイルムに皺が寄るの
を防ぐため、あるいはフイルムの平面性を出すた
め緊張下または定長下に、フイルムの収縮を制限
して行なうことが必要である。 乾燥温度は、特に制限されるものではないが、
常温以上また、機械的強度を効果的にするために
は、高温のほうが好ましく、100℃以上、さらに
好ましくは200℃以上が用いられる。乾燥の最高
温度は、特に限定されるものではないが、乾燥エ
ネルギーやポリマーの分解性を考慮すれば、500
℃以下が好ましい。 本発明の方法によりフイルムを製造する上で、
上記の工程は、いずれも回分式に行なわれても連
続的であつてもよく、また全工程を通して連続し
てフイルムを走行させつつ製造することも好まし
い実施態様の1つである。また任意の工程で油
剤、識別用の染料などをフイルムに付与してもさ
しつかえない。 (実施例) 以下に実施例および参考例(PPTAの製造例)
を示すが、これらの参考例および実施例は本発明
を説明するものであつて、本発明を限定するもの
ではない。なお、実施例中特に規定しない場合は
重量部または重量%を示す。対数粘度ηinhは98%
硫酸100mlにポリマー0.2gを溶解し、30℃で常温
で測定した。ドープの粘度は、B型粘度計を用い
1rpmの回転速度で測定した。フイルムの厚さは、
直径2mmの測定面を持つたダイヤルゲージで測定
した。強伸度およびモジユラスは、定速伸長型強
伸度測定機により、フイルム試料を100mm×10mm
の長方形に切り取り、最初のつかみ長さ30mm、引
張り速度30mm/分で荷重−伸長曲線を5回描き、
これより算出したものである。なお、全実施例の
フイルムについて偏光顕微鏡観察を行なつたとこ
ろ、光線透過率が55%以上のフイルムは全て密集
した縞模様は観測されなかつた。 参考例(PPTAの製造) 低温溶液重合法により、次のごとくPPTAを得
た。特公昭53−43986号公報に示された重合装置
中でN−メチルピロリドン1000部に無水塩化リチ
ウム70部を溶解し、次いでパラフエニレンジアミ
ン48.6部を溶解した。8℃に冷却した後、テレフ
タル酸ジクロライド91.4部を粉末状で一度に加え
た。数分後に重合反応物はチーズ状に固化したの
で、特公昭53−43986号公報記載の方法に従つて
重合装置より重合反応物を排出し、直ちに2軸の
密閉型ニーダーに移し、同ニーダー中で重合反応
物を微粉砕した。次に微粉砕物をヘシシエルミキ
サー中に移し、ほぼ等量の水を加えさらに粉砕し
た後、濾過し数回温水中で洗浄して、110℃の熱
風中で乾燥した。ηinhが6.5の淡黄色のPPTAポ
リマー95部を得た。なお、異なつたηinhのポリマ
ーは、N−メチルピロリドンとモノマー(パラフ
エニレンジアミンおよびテレフタル酸ジクロライ
ド)の比、または/およびモノマー間の比等を変
えることによつて容易に得ることができる。 実施例 1 ηinhが5.0のPPTAを99.7%の硫酸にポリマー
濃度13.0%で溶解し、50℃で光学異方性のあるド
ープを得た。このドープの常温における粘度は
14000ポイズであつた。製膜しやすくするために、
このドープをビーカーに入れ約70℃に保つた。そ
のときもドープは光学異方性を示し粘度は4000ポ
イズであつた。このドープを30℃のガラス板上
に、0.1mmの段差を有するアプリケーターで塗布
した。塗布直後に、直径15cmのガラス製シヤーレ
をそのドープの一部にかぶせ、空気中の湿気を遮
断した。このガラス板を、絶対湿度8.7g
(水)/Kg(乾燥空気)に保たれた大気中で60℃
で保温しつつ放置した。 2分間後にシヤーレで囲つた部分以外は透明化
したので、シヤーレを取り去り、ガラス板ごと10
℃の水浴中に浸漬した。これにより凝固したフイ
ルムは、シヤーレで囲つた部分は不透明のままで
あつたが、それ以外はドープ段階で光学異方性か
ら等方性に転化した結果、透明であつた。この凝
固フイルムの周辺を金属製の枠に固定し、120℃
のエアオーブン中で乾燥した。 乾燥中にフイルムはシヤーレを置いた円周に沿
つて破れたので、再度製膜をやり直し、凝固後に
シヤーレ内の不透明部と、それ以外の透明部を切
り難し、別々に金属枠を固定して同様に乾燥を行
なつた。両フイルムの性質を第1表に示す。
(Industrial Application Field) The present invention relates to a film made of polyparaphenylene terephthalamide (hereinafter referred to as PPTA) and a method for producing the same, and more specifically, the present invention relates to a film made of polyparaphenylene terephthalamide (hereinafter referred to as PPTA) and a method for producing the same. The ulnar direction (hereinafter referred to as MD direction) and the width direction (hereinafter referred to as
(referred to as TD direction) exhibits excellent mechanical properties.
The present invention relates to a PPTA film and a manufacturing method for obtaining the same. (Prior art) Linearly coordinated aromatic polyamides, represented by PPTA, have particularly excellent crystallinity and a high melting point, and due to their rigid molecular structure, they have heat resistance and high mechanical strength. It is a polymer material that has received particular attention in recent years. It has also been reported that fibers spun from concentrated solutions exhibiting optical anisotropy exhibit high strength and modulus, and have already been implemented industrially, but there are few proposals for application to films. There are still no known examples of practical use. The problem with PPTA is that its useful high molecular weight polymer is poorly soluble in organic solvents, and strong inorganic acids such as concentrated sulfuric acid must be used as a solvent. For example, in Japanese Patent Publication No. 56-45421, by copolymerizing a unit in which a halogen group is introduced into the aromatic nucleus of a linearly coordinating aromatic polyamide and an aromatic polyamide other than PPTA that does not have a substituent in the aromatic nucleus. Attempts have been made to make it soluble in organic solvents and to obtain films from it. However, since the monomer is expensive, this increases the cost and has the drawback of impairing the heat resistance and crystallinity of the linearly coordinated aromatic polyamide. On the other hand, Japanese Patent Publication No. 59-14567 discloses a method in which an aromatic polyamide solution having optical anisotropy is extruded from a slit through a short air space into a coagulation bath. Only the mechanical strength was strong, but the mechanical strength in the TD direction perpendicular to the mechanical strength was extremely weak and could only be easily torn. In this way, simply extruding an optically anisotropic dope of aromatic polyamide and solidifying it as is,
Because the film is excessively oriented in the discharge direction, it tends to become fibrillated and becomes weak in the TD direction. Various film manufacturing methods have been studied to improve this problem. For example, in Japanese Patent Publication No. 57-35088, an aromatic polyamide solution having optical anisotropy is extruded from a ring die, and after being simultaneously cast in a doped state in two axes using an inflation method, It is said that an isotropic film can be obtained by wet coagulation. However, this method has the disadvantage that it is difficult to obtain a film with uniform thickness and its mechanical strength is low. Also, Japanese Patent Publication No. 59-5407, Japanese Patent Publication No. 54-132674
In the publication, an optically anisotropic or optically isotropic dope of a linearly coordinated aromatic polyamide is mechanically applied with a shearing force in a direction perpendicular to the extrusion direction in a die, so that the dope is aligned with the extrusion direction during extrusion. Although it has been proposed that the die be oriented in two axes perpendicular to that direction, the structure of the die is complicated and there are difficulties in industrial implementation. Furthermore, J.Appl.Polym.Sci.vol, 27, No. 8,
P.2965-2985 (1982) proposes that a biaxially oriented film can be obtained by extruding an optically anisotropic dope of PPTA from a ring die onto an oil-coated conical mandrel. However, this film has low isotropic mechanical strength, and when drafted, although it has high mechanical strength in the MD direction,
It was significantly lower in the TD direction. Japanese Patent Publication No. 57-17886 discloses that an optically anisotropic dope of a linear aromatic polyamide is coated immediately before solidification,
It is described that a transparent film having isotropic mechanical properties can be obtained by heating until it becomes optically isotropic and then solidifying it. This method is an original method that goes against the conventional concept of achieving high performance by utilizing optically anisotropic doping.
At the same time as relaxing the axial orientation, the liquid crystal domain structure of the optically anisotropic dope remained even after the dope was extruded, and succeeded in preventing it from solidifying into an opaque film. However, as mentioned above, this method has no choice but to use concentrated sulfuric acid or other inorganic strong acids as a solvent, so the polymer decomposition occurs when the optically anisotropic dope is heated to a temperature at which it becomes optically isotropic. Unavoidably, there is a problem in obtaining a film with high elongation, and if the film is simply heated to form an optically isotropic dope and then extruded, the flow orientation during extrusion is lower than that of an optically anisotropic dope. Although it is relaxed, the viscosity becomes extremely high, making it difficult to extrude it in the first place. (Problems to be solved by the invention) As described above, since the optically anisotropic dope has a domain structure in which polymers are aggregated as liquid crystals,
Even when the dope is made into a film, the domain structure remains, and the resulting film becomes opaque. If an attempt is made to use an optically isotropic dope to avoid this, the useful high molecular weight PPTM polymer will have an extremely high viscosity, and it will not be possible to form a film unless the polymer concentration is approximately 5% by weight or less. Films made from oriented dopes tend to produce voids during solidification, and their mechanical properties are also completely inadequate. The purpose of the present invention is to use PPTA, whose fibers are already produced industrially, to have excellent transparency as described above, and to produce a film not only in the MD direction but also in the TD direction.
It is an object of the present invention to provide a film that is sufficiently oriented in both the longitudinal and lateral directions, has excellent flatness, has high strength and elongation and modulus in both the longitudinal and lateral directions, and an industrial method for producing the same. (Means for solving the problem) The concept of the above-mentioned Japanese Patent Publication No. 17886-1986 is as follows.
While using a dope with a high polymer concentration, which is preferable for improving the mechanical properties of the film, we also applied the low viscosity of the dope due to the liquid crystal phenomenon naturally formed by PPTA to make it easier to dissolve, transport, and form the polymer. , the dope is heated for a short time just before final solidification to make it optically isotropic and to obtain a transparent film. The inventors of the present invention have diligently studied the application of this idea and overcome its shortcomings, and as a result of the incidentally discovered phenomenon and elucidation of its mechanism, the following novel film and its manufacturing method have been developed to solve the above-mentioned problems. This discovery led to the completion of the present invention. The polyparaphenylene terephthalamide film of the present invention is a film consisting essentially of polyparaphenylene terephthalamide having a logarithmic viscosity ηinh of 2.5 or more, and having a density of 1.365 g/cm 3 to 1.405
g/cm 3 and the number of voids is 5/mm 2 or less,
The light transmittance is 55% or more, the crystal orientation angle of the (200) plane is 70° or more when X-rays are incident perpendicular to the film surface, and the crystal orientation angle of the (010) plane when X-rays are incident parallel to the film surface. is 60° or less and the elongation at break is 19% or more. In the film manufacturing method of the present invention, the logarithmic viscosity ηinh is
2.5 or more and at least one solvent selected from the group consisting of sulfuric acid, chlorosulfuric acid, and fluorosulfuric acid at a concentration of 98% by weight or more. Formed into a film on the supporting surface while maintaining anisotropy, absolute humidity 1g (water)/Kg (dry air)
or more and in an atmosphere with a relative humidity of 99% or less, after leaving the dope until it is substantially converted into an optically isotropic dope by absorbing moisture, or after absorbing moisture to the extent that it loses its optical anisotropy, or after absorbing moisture. After heating and converting the optically anisotropic dope that has absorbed moisture to a temperature at which it substantially changes into an optically isotropic dope while
It is characterized by solidifying, then washing and drying with limited shrinkage. The PPTA used in the present invention is substantially It is a polymer represented by, and is conveniently produced from conventionally known paraphenylene diamine and terephthaloyl chloride by a low-temperature solution polymerization method. The degree of polymerization of the polymer of the present invention is usually 2.5 or more, preferably 2.5 or more, because if it is too low, a film with good mechanical properties, which is the object of the present invention, cannot be obtained.
Logarithmic viscosity ηinh of 3.5 or higher (polymer 0.2 in 100 ml of sulfuric acid
A degree of polymerization is selected that gives a value measured at 30°C after dissolving g. The film of the present invention can achieve its purpose only if it satisfies the following four requirements. First of all, the density of the film must be in the range of 1.365 g/cm 3 to 1.405 g/cm 3 . This density value was measured at 30° C. using a density gradient tube method using carbon tetrachloride-toluene. This density range is 1.43 compared to that of known PPTA fibers.
This value is considerably smaller than the range of g/cm 3 to 1.46 g/cm 3 . The reason for this is not clear, but it is probably due to the plane orientation described later.
It is thought that compared to the axially oriented one, there are micro-gaps between molecules, resulting in a lower density. The density is
If it is less than 1.365g/ cm3 , the mechanical properties will deteriorate,
If it exceeds 1.405 g/cm 3 , the film will have poor planar orientation. In any case, this low density results in a light and high-strength film. Second, the number of voids described below must be 5/mm 2 or less. The number of voids is measured as follows. A film piece of an appropriate size is observed in at least 5 different fields of view at a magnification ranging from 100x to 400x using a normal optical microscope using transmitted light, and the number of voids with a major axis of 30μ or more is determined. Count and convert it to 1 mm 2 of the film surface. A film having more than 5 voids/mm 2 has poor mechanical properties, lowers transparency, and in extreme cases, the film appears cloudy. Incidentally, in a film made from a normal optically isotropic dope, the number of voids of 50/mm 2 or more is usually observed. Third, the film must have a light transmittance of 55% or more. Light transmittance is measured as follows. Attach a film to the place where the liquid cell of a normal photoelectric photometer (or spectrophotometer) is set,
Select visible light with a wavelength of 600 nm and measure its transmittance. One of the important features of the film according to the invention is its transparency. As mentioned above, the film obtained by directly extruding an optically anisotropic dope into a coagulation bath through a slight air gap is devitrified and usually has a light transmittance of 10% or less.
Although this light transmittance naturally decreases as the film thickness increases, the film according to the present invention has a transparency well above 55% up to the commonly used thickness of about 200 μm. Fourthly, the film of the present invention must have plane orientation defined by the crystal orientation angle determined by X-ray diffraction as described below. In other words, the crystal orientation angle of the (200) plane due to X-rays incident at right angles to the film surface is
70° or more, and the crystal orientation angle of the (010) plane measured by X-rays incident parallel to the film surface must be 60° or less. As shown in FIG. 1, the incidence of X-rays can be divided into two cases: one incident perpendicular to the film surface (hereinafter referred to as the TV direction) and the other incident parallel to the surface (hereinafter referred to as the SV direction). The crystal structure of PPTA has been widely discussed; for example, there is a study by Takayanagi et al. (J. Appl. Polym. Sci., Vol. 23, p. 915 (1979)). The film of the present invention has a large diffraction peak at 2θ≒23°, which is the reflection of the (200) plane by X-rays from the TV direction, but the crystal orientation angle at 2θ≒23° is
It must be at least 70°. That is, this orientation angle appears almost as a Debye ring in the diffraction photograph.
Furthermore, a large diffraction peak at 2θ≒18°, which is a reflection of the (010) plane due to incidence from the SV direction, appears on the equator line, but the crystal orientation angle at this 2θ≒18° needs to be 60° or less. It can be said that the film of the present invention has a planar orientation structure only when both of these crystal orientation angles are satisfied, and a film with a crystal orientation angle outside of this range cannot be said to have planar orientation. Therefore, the object of the present invention is to
A film with high mechanical properties in the MD and TD directions cannot be obtained. A known method can be used to measure the crystal orientation angle, for example, the following method. Place the counter at the specified 2θ angle and insert the film.
Obtain the diffraction intensity curve by rotating 180°.
For TVs, rotate 90 degrees from front to back, centering on the highest intensity. The highest intensity of this curve,
Measure the arc length in degrees in the diffraction photograph corresponding to the point showing half the intensity with respect to the baseline drawn between the lowest intensity points (i.e., the angle with respect to the 50% point with respect to the highest intensity baseline). , which is taken as the crystal orientation angle of the sample. During measurement, the diffraction intensity can be measured by overlapping the films if necessary. When a cross-section of the film of the present invention was torn and observed with a scanning electron microscope, a parallel layered structure was observed on the surface of the film, and this is considered to be one of the facts supporting the planar orientation structure of the film of the present invention. Ru. Furthermore, the film of the present invention has an elongation at break of 19% or more. Next, a simple method for obtaining such a PPTA film will be described. Specifically, one method is to hold an optically anisotropic dope in the form of a film on a support surface, and in that state, the optically anisotropic dope is converted into an optically isotropic dope by absorbing moisture. After the optically anisotropic dope on the surface absorbs moisture, or while absorbing moisture, it is converted by heating to a temperature at which it changes to an optically isotropic dope. Suitable solvents for preparing the dope for forming the PPTA film of the present invention include sulfuric acid, chlorosulfuric acid, fluorosulfuric acid, or mixtures thereof at a concentration of 98% by weight or more. Sulfuric acid of 100% or more, ie, fuming sulfuric acid, trihalogenated acetic acid, etc., may be mixed and used within a range that does not impair the effects of the present invention. The concentration of the polymer in the dope used in the present invention is preferably at least a concentration that exhibits optical anisotropy at room temperature (approximately 20 to 30°C) or higher, and specifically, approximately 10% by weight or more. , preferably about
Used at 12% by weight or more. At polymer concentrations below this, that is, polymer concentrations that do not exhibit optical anisotropy at room temperature or higher temperatures, the molded
PPTA films often no longer have favorable mechanical properties. The upper limit of the polymer concentration in the dope is not particularly limited, but is usually 25% by weight.
Below, 20% by weight especially for PPTA with high ηinh
The following are preferably used. The dope of the present invention contains conventional additives, such as fillers, anti-glare agents, UV stabilizers, heat stabilizers,
Antioxidants, pigments, solubilizing agents, etc. may be mixed. Whether the dope is optically anisotropic or optically isotropic is
It can be investigated by known methods, such as the method described in Japanese Patent Publication No. 50-8474, but the critical point depends on the type of solvent, temperature, polymer concentration, degree of polymerization of the polymer, content of non-solvent, etc. Therefore, by examining these relationships in advance, optical anisotropy can be changed to optical isotropy by creating optically anisotropic dope and changing the conditions to optically isotropic dope. The method of obtaining a transparent film with excellent mechanical properties according to the present invention is to form a dope into a film on a supporting surface, and then convert the dope from optically anisotropic to optically isotropic prior to solidification. In order to change optical anisotropy to optical isotropy, the optically anisotropic dope formed into a film on the supporting surface is made to absorb moisture to lower the concentration of the solvent forming the dope before solidifying. The dope can be changed to an optically isotropic region by changing the solubility and polymer concentration, or the dope can be heated to increase its temperature by heating in addition to changing the optically anisotropic region of the dope due to moisture absorption. This can be achieved by transitioning the phase to optical isotropy. Absolute humidity 1 is the method for making dope absorb moisture.
g (water)/Kg (dry air) or more, and relative humidity
This can be achieved by passing through an atmosphere of 99% or less. If the absolute humidity is less than 1g (water)/Kg (dry air), the rate of moisture absorption is slow and it is not practical, especially when converting an optically anisotropic dope to an optically isotropic dope only by absorbing moisture near room temperature.
(water)/Kg (dry air) or more, more preferably 10 g (water)/Kg (dry air) or more, particularly preferably 20 g (water)/Kg (dry air). Further, actively applying humidification to a normal humid atmosphere is a desirable embodiment because it shortens the time until optical isotropy is achieved, and when heating is used in combination, the heating temperature can be lowered. If the relative humidity exceeds 99%, water condenses on the dope at low temperatures, leading to polymer precipitation and loss of flatness of the film, which is undesirable. In addition, in a method that uses both moisture absorption and heating after moisture absorption, for example, when sulfuric acid is used as a solvent, the optical anisotropy substantially disappears, and the temperature at which the dope converts to optical isotropy is the temperature at which the polymer concentration, degree of polymerization of the polymer,
The sulfuric acid concentration varies depending on the thickness of the dope and the degree of moisture absorption, but it is usually preferably about 45°C or higher, and the upper limit is when considering the degradability of the polymer.
Generally, it is preferable that the temperature is not too high, and it is preferable that the temperature of the film-like dope is selected so as not to exceed 200°C. An important feature of the production method of the present invention is that PPTA absorbs moisture when making the optically anisotropic dope optically isotropic. As a result, a film with excellent transparency and high strength and elongation can be produced industrially and easily without impairing the physical properties of the film. Although the mechanism of optical isotropy caused by this moisture absorption is not necessarily clear, it is probably because the liquid crystal region of the PPTA-solvent system is considerably reduced due to the decrease in polymer concentration and solvent concentration due to moisture absorption. This moisture absorption alone is sufficient to achieve optical isotropy, but if this is further accompanied by heating, isotropy can be achieved in a short period of time. This method is particularly effective when the dope is thick. If this optical isotropy is achieved only by heating without moisture absorption, heating at high temperatures and for a long time will be required, and the resulting film will also have poor physical properties due to partial decomposition of the polymer. Cheap. In the present invention, the dope coagulating liquid can be used, for example, water, dilute sulfuric acid of about 70% by weight or less,
Examples include aqueous sodium hydroxide solutions and aqueous ammonia of up to about 20% by weight, aqueous sodium chloride solutions and aqueous calcium chloride solutions of up to about 50% by weight.
The temperature of the coagulation bath is not particularly limited, and is usually in the range of about -5 to 50°C. Since the solidified film as it is contains acid, it is necessary to wash and remove the acid content as much as possible in order to produce a film whose mechanical properties are less likely to deteriorate due to heating. Specifically, it is desirable to remove oxidation to about 500 ppm or less.
Water is usually used as the cleaning liquid, but if necessary, warm water may be used, or washing may be performed with water after neutralization with an alkaline aqueous solution. Cleaning is carried out, for example, by running the film in a cleaning liquid or by spraying the cleaning liquid. The washed film is then dried. Drying here refers to the operation of removing cleaning liquid etc. adhering to the film. Any method may be used as long as the cleaning liquid etc. can be removed, such as air drying at room temperature,
Any method may be used, such as drying under a heated inert gas atmosphere, such as air, nitrogen, or argon, drying on a heated roll, or drying under a heated atmosphere using a tenter. Further, in order to prevent the film from wrinkling or to improve the film's flatness, drying must be carried out under tension or at a constant length, with the shrinkage of the film being restricted. The drying temperature is not particularly limited, but
In order to effectively improve the mechanical strength, a high temperature is preferred, and a temperature of 100° C. or higher, more preferably 200° C. or higher, is used. The maximum temperature for drying is not particularly limited, but considering the drying energy and degradability of the polymer, the maximum temperature is 500
℃ or less is preferable. In producing a film by the method of the present invention,
All of the above steps may be carried out batchwise or continuously, and one preferred embodiment is to manufacture the film while running it continuously throughout the entire process. Further, an oil agent, an identification dye, etc. may be added to the film in any step. (Example) Below are examples and reference examples (manufacturing example of PPTA)
However, these reference examples and examples are for explaining the present invention, and are not intended to limit the present invention. In the examples, parts by weight or weight % are shown unless otherwise specified. Logarithmic viscosity ηinh is 98%
0.2 g of polymer was dissolved in 100 ml of sulfuric acid and measured at room temperature at 30°C. The viscosity of the dope is measured using a B-type viscometer.
Measurements were made at a rotation speed of 1 rpm. The thickness of the film is
Measurements were made using a dial gauge with a measuring surface of 2 mm in diameter. Strength and elongation and modulus are measured using a constant speed extension type strength and elongation measuring machine.
Cut out a rectangle, draw a load-extension curve 5 times with an initial grip length of 30 mm and a pulling speed of 30 mm/min.
It was calculated from this. Note that when the films of all Examples were observed under a polarizing microscope, no dense striped pattern was observed in any of the films having a light transmittance of 55% or more. Reference Example (Production of PPTA) PPTA was obtained as follows by a low temperature solution polymerization method. In a polymerization apparatus shown in Japanese Patent Publication No. 53-43986, 70 parts of anhydrous lithium chloride was dissolved in 1000 parts of N-methylpyrrolidone, and then 48.6 parts of paraphenylenediamine were dissolved therein. After cooling to 8° C., 91.4 parts of terephthalic acid dichloride was added all at once in powder form. After a few minutes, the polymerization reaction product solidified into a cheese-like shape, so the polymerization reaction product was discharged from the polymerization apparatus according to the method described in Japanese Patent Publication No. 53-43986, and immediately transferred to a twin-screw closed kneader. The polymerization reaction product was finely pulverized. Next, the finely pulverized product was transferred to a Heshisiel mixer, and approximately the same amount of water was added thereto for further pulverization, followed by filtration, washing in hot water several times, and drying in hot air at 110°C. 95 parts of pale yellow PPTA polymer with ηinh of 6.5 was obtained. Note that polymers with different ηinh can be easily obtained by changing the ratio of N-methylpyrrolidone and monomers (paraphenylenediamine and terephthalic acid dichloride), and/or the ratio between monomers. Example 1 PPTA having an ηinh of 5.0 was dissolved in 99.7% sulfuric acid at a polymer concentration of 13.0% to obtain a dope with optical anisotropy at 50°C. The viscosity of this dope at room temperature is
It was 14,000 poise. In order to make film formation easier,
This dope was placed in a beaker and kept at approximately 70°C. At that time as well, the dope exhibited optical anisotropy and a viscosity of 4000 poise. This dope was applied onto a glass plate at 30° C. with an applicator having a step of 0.1 mm. Immediately after application, a 15 cm diameter glass shear was placed over a portion of the dope to block moisture from the air. The absolute humidity of this glass plate is 8.7g.
(water)/Kg (dry air) at 60℃ in the atmosphere.
I left it there while keeping it warm. After 2 minutes, the area other than the area surrounded by the shear became transparent, so the shear was removed and the entire glass plate was
immersed in a water bath at °C. The film thus solidified remained opaque in the area surrounded by the shear, but the rest remained transparent as a result of conversion from optical anisotropy to isotropy during the doping step. The periphery of this coagulated film was fixed to a metal frame and heated to 120°C.
dried in an air oven. During drying, the film tore along the circumference where the shear dish was placed, so I re-formed the film again, and after solidifying, it was difficult to cut the opaque part inside the shear dish and the other transparent parts, so I fixed the metal frame separately. Drying was carried out in the same manner. The properties of both films are shown in Table 1.

【表】 比較例 1 実施例1におけるシヤーレに囲まれた不透明部
を特公昭57−17886号公報に開示された方法によ
り透明化するため、ドープ塗布直後にシヤーレを
かぶせた後、そのガラス板を130℃のエアオーブ
ン中で加熱したところ、7分後に漸く透明化し
た。これを実施例1と同様に、凝固、洗浄、乾燥
したフイルムの性質を第2表に示すが、ηinhが低
下しており、ポリマーが一部分解した結果、強度
も低くなつていることが分かる。すなわち、実施
例1で吸湿した箇所は60℃×2minで透明化した
のに対して、シヤーレをかぶせ吸湿させなかつた
箇所は透明化するのに130℃×7minかかり、また
得られたフイルムも物性の劣るものであつた。 特公昭57−17886号公報の方法を追試するため
に、ηinh=4.3のPPTAを99.0%の硫酸に溶解し
た光学異方性ドープを用い、実施例1と同様にガ
ラス板にドープを塗布した。すぐにシヤーレをか
ぶせ、95℃に保つて透明化を行つた。約2分でシ
ヤーレをかぶせた部分のドープが透明化したの
で、シヤーレを取り去つて約10℃の水に入れて凝
固させた。実施例1と同様に乾燥フイルムを得
た。シヤーレをかぶせて、加熱のみにて透明化し
た部分のフイルムは、シヤーレをかぶせなかつた
(従つて加湿による透明化も少し行われている)
部分のフイルムに比べ透明性が少し劣り、光線透
過率は43%であつた。シヤーレをかぶせた部分か
らのフイルムの他の特性は、ηinh=4.2、強度25
Kg/mm2(MD)および23Kg/mm2(TD)、伸度
4.7%(MD)および4.8%(TD)であつた。
[Table] Comparative Example 1 In order to make the opaque area surrounded by the shear in Example 1 transparent by the method disclosed in Japanese Patent Publication No. 57-17886, the glass plate was covered with the shear immediately after applying the dope, and then the glass plate was covered with the shear. When heated in an air oven at 130°C, it finally became transparent after 7 minutes. Table 2 shows the properties of the film that was coagulated, washed, and dried in the same manner as in Example 1. It can be seen that ηinh has decreased, and as a result of partial decomposition of the polymer, the strength has also decreased. That is, in Example 1, the area that absorbed moisture became transparent in 60℃ x 2 minutes, whereas the area that was covered with shear film and did not absorb moisture took 130℃ x 7 minutes to become transparent, and the obtained film also had poor physical properties. It was inferior. In order to repeat the method disclosed in Japanese Patent Publication No. 57-17886, an optically anisotropic dope prepared by dissolving PPTA with ηinh=4.3 in 99.0% sulfuric acid was applied to a glass plate in the same manner as in Example 1. Immediately covered with shear glass and kept at 95°C to make it transparent. After about 2 minutes, the dope in the area covered with the shear became transparent, so the shear was removed and the dope was placed in water at about 10°C to coagulate. A dry film was obtained in the same manner as in Example 1. The part of the film that was covered with a shear coat and made transparent only by heating was not covered with a shear coat (therefore, some transparency was also done by humidification)
Transparency was slightly lower than that of the film, with a light transmittance of 43%. Other properties of the film from the part covered with shear are: ηinh = 4.2, strength 25
Kg/mm 2 (MD) and 23Kg/mm 2 (TD), elongation
They were 4.7% (MD) and 4.8% (TD).

【表】 実施例 2 ηinhや5.5のPPTAポリマーを99.7%の硫酸に
ポリマー濃度13.0%で溶解し、60℃で光学異方性
のあるドープを得た。このドープの粘度を常温で
測定したところ、14500ボイズだつた。製膜しや
すくするために、このドープをタンクに入れ約70
℃に保つた。この場合も上記と同じく光学異方性
を有し、粘度は4200ポイズであつた。タンクから
ギアポンプを経てダイに到る1.5mの曲管を約70
℃に保ち、0.2mm×300mmのスリツトを有するダイ
から、鏡面に磨いたハステロイ製のベルトにキヤ
ストし、絶対湿度15.4g(水)/Kg(乾燥空気)
に調湿された25℃の空気中に200秒曝露し、ドー
プが透明になつた後、8℃、3%の硫酸中に凝固
させた。この凝固フイルムを常温の水で1晩洗浄
した後、200℃の熱風にて定長乾燥を行なつた。
このフイルムの性質を物3表に示す。
[Table] Example 2 A PPTA polymer of ηinh or 5.5 was dissolved in 99.7% sulfuric acid at a polymer concentration of 13.0% to obtain a dope with optical anisotropy at 60°C. When the viscosity of this dope was measured at room temperature, it was 14,500 voids. To make it easier to form a film, put this dope in a tank and heat it for about 70 minutes.
It was kept at ℃. This case also had the same optical anisotropy as above, and the viscosity was 4200 poise. Approximately 70 1.5m bent pipes from the tank to the die via the gear pump
℃ and cast from a die with a 0.2 mm x 300 mm slit onto a mirror-polished Hastelloy belt, with an absolute humidity of 15.4 g (water)/Kg (dry air).
The dope was exposed to air at 25° C. for 200 seconds, and after the dope became transparent, it was coagulated in 3% sulfuric acid at 8° C. The coagulated film was washed overnight with water at room temperature and then dried at a fixed length with hot air at 200°C.
The properties of this film are shown in Table 3.

【表】 比較例 2 実施例2において、ベルト上にキヤストする代
わりに、ドープを1cmの空気層を介して8℃、3
%の硫酸中に供給して直接凝固させた。その後の
処理を実施例2と同様に行なつたフイルムの性質
を第3表に示したが、このフイルムは液晶のドメ
インが残つたまま全く不透明であり、またTD方
向の強度はすこぶる弱く、非常にフイブリル化し
やすいものであつた。 実施例 3 ηinhが6.2のPPTAを60℃でポリマー濃度が
14.0%になるように99.6%の硫酸に溶解した。こ
のドープは80℃で光学異方性を示し、粘度は3300
ポイズであつた。このドープを25℃のガラス板上
に、0.1mmの段差のついたアプリケーターにより
塗布した。その後、絶対湿度7.5g(水)/Kg
(乾燥空気)に保たれた18℃の空気中で1分間放
置した後のドープを採取して分析したところ、硫
酸濃度が94.4%まで低下するぐらいまでに吸湿し
ていることが分かつた。しかし、この時点ではド
ープはまだ不透明であり、この後、乾燥窒素オー
ブン中で120℃に90秒間加熱したところ、光学等
方性化してドープは透明となつた。これを15℃の
水で凝固させた後、5%のカセインソーダ水溶液
で中和処理を行ない、その後さらに水洗いして酸
分の濃度を400ppmとした。この湿フイルムを250
℃で30分間、定長乾燥した後のフイルムの性質を
第3表に示す。 比較例 3 実施例3の光学異方性ドープを同様にガラス板
に塗布した後、すぐさま120℃の乾燥窒素オーブ
ン中に入れ、90秒間保つた。このドープは光学等
方性化していなかつたが、実施例3と同様に凝
固、中和、水洗、乾燥処理を行なつた。このフイ
ルムの性質を第3表に示す。 またこの不透明フイルムの表面を走査型電子顕
微鏡で観察したところ、10μから20μ単位の凹凸
が無数に見られた。これは液晶ドメインのひとつ
の単位に相当すると思われ、ドメインが解消した
透明フイルムには全く観察されないものであつ
た。 実施例 4 ηinhが3.4のPPTAをポリマー濃度が15.0%に
なるように99.5%の硫酸に溶解した。このドープ
は60℃で光学異方性に示し、粘度は2400ポイズで
あつた。タンクからギアポンプを経てダイに到る
1.5mの曲管を60℃に保ち、0.1mm×800mmのスリ
ツトを持つたダイから約1/3を水中に浸した、鏡
面に磨いたタンタルライニングの、直径1.5mの
回転ドラム上に該光学異方性ドープをキヤスト
し、絶対湿度6.6g(水)/Kg(乾燥空気)の15
℃で空気中に40秒間保つた後、140℃の熱風を吹
きつけるゾーンの中を4秒間で通過させたとこ
ろ、光学等方性の透明なドープとなつた。ただし
120℃の熱風では透明にならなかつた。得られた
透明なドープをさらに回転するドラム上で、5℃
の水中で凝固させた。その後、水洗、中和、水洗
の各工程からなる連続プロセスで処理し、酸分の
濃度を450ppmとした。この湿フイルムを300℃で
20分間、定長乾燥したフイルムの性質を第3表に
示す。 実施例 5 実施例4と同じドープを用い、同じスリツトダ
イより同じ回転ドラム上にキヤストした後、同じ
雰囲気の空気中を走行させる際に、市販の加湿器
により絶対湿度を約10g(水)/Kg(乾燥空気)
に調整したボツクスを途中に設け、そのゾーンの
中を20秒間で走らせながら、キヤスト地点から熱
風ゾーンまでは実施例4と同じく40秒間かかるよ
うな速度で、次に70℃の熱風を吹きつけるゾーン
の中を4秒間で通過させたところ、光学等方性の
透明なドープが得られた。その後の凝固、水洗、
乾燥工程は実施例4と全く同様に行なつた、得ら
れたフイルムの性質を第3表に示す。 比較例 4 ηinhが4.6のPPTAをポリマー濃度が4.0%にな
るように99.8%の硫酸に溶解した。このドープは
50℃で光学等方性であり、粘度は7100ポイズであ
つた。このドープを実施例2と同じくダイからベ
ルト上にキヤストし、同じ調湿された空気中に曝
露した後、全く同様に凝固、洗浄、乾燥をしてフ
イルムを得た。この少し曇つて見える透明フイル
ムの性質を第4表に示す。
[Table] Comparative Example 2 In Example 2, instead of casting the dope onto the belt, the dope was poured at 8°C through a 1cm air layer at 3°C.
% sulfuric acid for direct coagulation. Table 3 shows the properties of the film that was processed in the same manner as in Example 2. The film was completely opaque with the liquid crystal domains remaining, and the strength in the TD direction was very weak. It was easily fibrillated. Example 3 Polymer concentration of PPTA with ηinh of 6.2 at 60℃
Dissolved in 99.6% sulfuric acid to a concentration of 14.0%. This dope exhibits optical anisotropy at 80℃ and has a viscosity of 3300
It was poise. This dope was applied onto a glass plate at 25° C. using an applicator with a 0.1 mm step. After that, absolute humidity 7.5g (water)/Kg
When the dope was collected and analyzed after being left in air at 18°C (dry air) for one minute, it was found that it had absorbed moisture to the extent that the sulfuric acid concentration had dropped to 94.4%. However, the dope was still opaque at this point, and when it was then heated to 120° C. for 90 seconds in a dry nitrogen oven, it became optically isotropic and became transparent. After coagulating this with 15°C water, it was neutralized with a 5% casein soda aqueous solution, and then further washed with water to bring the acid concentration to 400 ppm. 250% of this wet film
Table 3 shows the properties of the film after constant length drying at ℃ for 30 minutes. Comparative Example 3 After applying the optically anisotropic dope of Example 3 to a glass plate in the same manner, it was immediately placed in a dry nitrogen oven at 120°C and kept for 90 seconds. Although this dope was not optically isotropic, it was coagulated, neutralized, washed with water, and dried in the same manner as in Example 3. The properties of this film are shown in Table 3. When the surface of this opaque film was observed using a scanning electron microscope, numerous irregularities measuring 10 to 20 microns were observed. This is thought to correspond to one unit of a liquid crystal domain, and was not observed at all in the transparent film in which the domains were dissolved. Example 4 PPTA having an ηinh of 3.4 was dissolved in 99.5% sulfuric acid so that the polymer concentration was 15.0%. This dope exhibited optical anisotropy at 60°C and had a viscosity of 2400 poise. From the tank to the die via the gear pump
A 1.5 m bent pipe was kept at 60°C and the optical fiber was placed on a rotating drum with a mirror-polished tantalum lining and a mirror-polished tantalum lining, about 1/3 of which was immersed in water from a die with a 0.1 mm x 800 mm slit. Cast anisotropic dope, absolute humidity 6.6g (water)/Kg (dry air) 15
After keeping it in air at ℃ for 40 seconds, it was passed through a zone blowing hot air at 140℃ for 4 seconds, resulting in an optically isotropic transparent dope. however
It did not become transparent with hot air at 120℃. The resulting transparent dope was further heated at 5°C on a rotating drum.
coagulated in water. After that, it was treated in a continuous process consisting of water washing, neutralization, and water washing steps, and the acid concentration was adjusted to 450 ppm. This wet film was heated to 300℃.
Table 3 shows the properties of the film dried for 20 minutes at a constant length. Example 5 Using the same dope as in Example 4, after casting on the same rotating drum from the same slit die, when running in the same atmosphere of air, the absolute humidity was reduced to about 10 g (water)/Kg using a commercially available humidifier. (dry air)
A box adjusted to 70°C was set up in the middle, and while running through the zone for 20 seconds, it took 40 seconds from the casting point to the hot air zone, as in Example 4, and then a zone where hot air at 70°C was blown. When the dope was passed through the dope for 4 seconds, an optically isotropic transparent dope was obtained. Subsequent coagulation, washing with water,
The drying process was carried out in exactly the same manner as in Example 4. The properties of the obtained film are shown in Table 3. Comparative Example 4 PPTA having an ηinh of 4.6 was dissolved in 99.8% sulfuric acid so that the polymer concentration was 4.0%. This dope is
It was optically isotropic at 50°C and had a viscosity of 7100 poise. This dope was cast onto a belt from a die in the same manner as in Example 2, exposed to the same humidity-controlled air, and then coagulated, washed and dried in exactly the same manner to obtain a film. Table 4 shows the properties of this slightly cloudy-looking transparent film.

【表】 実施例 6 ηinhが6.5dl/gのPPTAポリマーを99.7%の
硫酸にポリマー濃度12.0%で溶解し、60℃で光学
異方性のあるドープを得た。このドープの粘度を
常温で測定したところ、16300ポイズだつた。製
膜しやすくするために、このドープを約80℃に保
つたまま、真空下に脱気した。この場合も上記と
同じく光学異方性を有し、粘度は6400ポイズであ
つた。タンクからフイルターを通し、ギアポンプ
を経てダイに到る1.5mの曲管を約75℃に保ち、
0.2mm×300mmのスリツトを有するダイから、鏡面
に磨いたハステロイ製のベルト(2m/分で移
動)にキヤストし、相対湿度約90%の約85℃の空
気を吹きつけて、流延ドープを光学等方性化し
(約12秒の滞留)、ベルトとともに、0℃の10重量
%硫酸水溶酸の中に導いて凝固させた。次いで凝
固フイルムをベルトからひきはがし、約30℃の温
水中を走行させて洗浄した。洗浄の終了したフイ
ルムをテンター乾燥機に入れ、定長で最初150℃
の熱風で次いで220℃の熱風で乾燥した。 得られたフイルムの性質を第5表に示す。
[Table] Example 6 A PPTA polymer having an ηinh of 6.5 dl/g was dissolved in 99.7% sulfuric acid at a polymer concentration of 12.0% to obtain a dope with optical anisotropy at 60°C. When the viscosity of this dope was measured at room temperature, it was 16,300 poise. To facilitate film formation, this dope was degassed under vacuum while being maintained at approximately 80°C. This case also had optical anisotropy as above, and the viscosity was 6400 poise. The 1.5m curved pipe from the tank through the filter to the gear pump to the die is maintained at approximately 75℃.
The cast dope is cast from a die with a 0.2 mm x 300 mm slit onto a mirror-polished Hastelloy belt (moving at 2 m/min) and blown with air at about 85°C and a relative humidity of about 90%. It was made optically isotropic (retention time of about 12 seconds), and then introduced together with the belt into 10% by weight aqueous sulfuric acid at 0°C to solidify. The coagulated film was then peeled off from the belt and washed by running it in warm water at about 30°C. Put the washed film into a tenter dryer and dry it at a fixed length at 150℃ for the first time.
It was then dried with hot air at 220°C. The properties of the obtained film are shown in Table 5.

【表】 実施例 7〜10 ηinhが5.7dl/gのPPTAポリマーを99.3%の
硫酸にポリマー濃度12.3%で溶解し、60℃で光学
異方性のあるドープを得た。このドープを約80℃
に保つたまま、真空下に脱気した。この場合も光
学異方性を有し、粘度は5800ポイズであつた。タ
ンクからフイルターを通し、ギアポンプを経てダ
イに到る1.5mの曲管を約75℃に保ち、0.3mm×
300mm(実施例7、8)および0.2mm×300mm(実
施例9、10)のスリツトを有するダイから、鏡面
に磨いたタンタル製のベルト(ダイ下端とベルト
面との距離は約1cm)にキヤストし、高温高湿の
空気を吹きつけて、流延ドープを光学等方化し、
ベルトとともに、10℃の水中に導いて凝固させ
た。ドープの光学等方化のために使用した空気の
温度および湿度条件、光学等方化のために流延ド
ープを高温高湿空気に曝した時間を、結果ととも
に第6表にまとめて記す。なお、時間はベルトの
移動速度を変えることによつて調節した。次いで
凝固フイルムをベルトからひきはがし、約30℃の
温水、室温の3%カセイソーダ水溶液、室温の水
での順に洗浄した。洗浄の終了したフイルムをテ
ンター乾燥機に入れ、定長で最初150℃の熱風で
次いで220℃の熱風で乾燥した。 得られたフイルムの性質を第6表に示す。
[Table] Examples 7 to 10 A PPTA polymer having an ηinh of 5.7 dl/g was dissolved in 99.3% sulfuric acid at a polymer concentration of 12.3% to obtain a dope with optical anisotropy at 60°C. This dope at about 80℃
It was degassed under vacuum while maintaining the temperature. This case also had optical anisotropy and a viscosity of 5800 poise. The 1.5m bent pipe that passes from the tank through the filter to the die via the gear pump is maintained at approximately 75℃, and is heated to 0.3mm x
Cast from a die with slits of 300 mm (Examples 7 and 8) and 0.2 mm x 300 mm (Examples 9 and 10) onto a mirror-polished tantalum belt (distance between the bottom edge of the die and the belt surface is approximately 1 cm). Then, the cast dope is made optically isotropic by blowing high temperature and high humidity air.
Together with the belt, it was introduced into water at 10°C to solidify. The temperature and humidity conditions of the air used to make the dope optically isotropic, and the time period during which the cast dope was exposed to high-temperature, high-humidity air to make the dope optically isotropic are summarized in Table 6 together with the results. Note that the time was adjusted by changing the moving speed of the belt. The coagulated film was then peeled off from the belt and washed with warm water at about 30°C, a 3% aqueous solution of caustic soda at room temperature, and water at room temperature in this order. The washed film was placed in a tenter dryer and dried at a fixed length, first with hot air at 150°C and then with hot air at 220°C. The properties of the obtained film are shown in Table 6.

【表】【table】

【表】 (発明の効果) 本発明のフイルムは、実施例に示したように市
販のフイルムには見られない高い強度と高いモジ
ユラスで表わされる良好な機械的性質を有し、し
かもMD方向とTD方向に極めてバランスのとれ
た物性を示す。またこれらの機械的特性のみなら
ず、優れた電気絶縁性、耐熱性、耐油性、耐圧
性、強酸以外の耐薬品性、構造の緻密性を有す
る。このため、本発明のフイルムは、高速回転す
る電気機器やコンデンサーの絶縁材料や磁気テー
プ、フレキシブルプリント配線基板、電線被覆
材、濾過膜等に好適に使用することができ、さら
にもうひとつの特徴である透明性に優れているこ
とから、包装材料、製版材料、写真フイルム等に
も有用なものである。このように優れた性質をも
つPPTAフイルムを、工業実施上極めて容易な方
法で、かつ特に2軸延伸機を用いる必要もなく、
製造し得ることは本発明の重要な効果のひとつで
ある。
[Table] (Effects of the Invention) As shown in the examples, the film of the present invention has good mechanical properties such as high strength and high modulus that are not found in commercially available films, and also has good mechanical properties in the MD direction. Exhibits extremely well-balanced physical properties in the TD direction. In addition to these mechanical properties, it also has excellent electrical insulation, heat resistance, oil resistance, pressure resistance, resistance to chemicals other than strong acids, and dense structure. Therefore, the film of the present invention can be suitably used for high-speed rotating electrical equipment, insulating materials for capacitors, magnetic tapes, flexible printed circuit boards, wire coating materials, filtration membranes, etc. Due to its excellent transparency, it is also useful for packaging materials, plate-making materials, photographic films, etc. A PPTA film with such excellent properties can be produced by a method that is extremely easy to implement industrially and does not require the use of a biaxial stretching machine.
One of the important effects of the present invention is that it can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、結晶配向角を求める際の、X線の入
射方向を示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the incident direction of X-rays when determining the crystal orientation angle.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 対数粘度ηinhが2.5以上の実質的にポリパラ
フエニレンテレフタラミドよりなるフイルムであ
つて、その密度が1.365g/cm3から1.405g/cm3
範囲にあり、ボイド数が5個/mm2以下、光線透過
率が55%以上、フイルム表面に直角に入射したX
線による(200)面の結晶配向角が70゜以上、フイ
ルム表面に並行に入射したX線による(010)面
の結晶配向角が60゜以下、および破断伸度が19%
以上であることを特徴とするポリパラフエニレン
テレフタラミドフイルム。 2 対数粘度ηinhが2.5以上であるポリパラフエ
ニレンテレフタラミドと98重量%以上の濃度の硫
酸、クロル硫酸およびフルオル硫酸からなる群よ
り選択された少なくとも一種の溶媒とを含んでな
る光学異方性ドープを、光学異方性を保つたまま
支持面上にフイルム状となし、絶対湿度1g
(水)/Kg(乾燥空気)以上でかつ相対湿度99%
以下の雰囲気下で、吸湿により該ドープが光学等
方性ドープに実質的に転化するまで放置した後、
または光学異方性を失う程度に吸湿させた後、も
しくは吸湿させながら該吸湿した光学異方性ドー
プが光学等方性ドープに実質的に変化する温度に
加熱して転化させた後、凝固させ、次いで洗浄
し、収縮を制限しつつ乾燥することを特徴とする
ポリパラフエニレンテレフタラミドフイルムの製
法。
[Claims] 1. A film substantially consisting of polyparaphenylene terephthalamide having a logarithmic viscosity ηinh of 2.5 or more, the density of which is in the range of 1.365 g/cm 3 to 1.405 g/cm 3 , The number of voids is less than 5/ mm2 , the light transmittance is more than 55%, and the X incident perpendicularly to the film surface
The crystal orientation angle of the (200) plane measured by X-rays is 70° or more, the crystal orientation angle of the (010) plane measured by X-rays incident parallel to the film surface is 60° or less, and the elongation at break is 19%.
A polyparaphenylene terephthalamide film characterized by the above. 2. Optical anisotropy comprising polyparaphenylene terephthalamide having a logarithmic viscosity ηinh of 2.5 or more and at least one solvent selected from the group consisting of sulfuric acid, chlorosulfuric acid, and fluorosulfuric acid with a concentration of 98% by weight or more. The dope was formed into a film on the supporting surface while maintaining its optical anisotropy, and the absolute humidity was 1 g.
(water)/Kg (dry air) or more and relative humidity 99%
After leaving the dope in the following atmosphere until the dope is substantially converted into an optically isotropic dope by moisture absorption,
Alternatively, after absorbing moisture to the extent that it loses optical anisotropy, or after absorbing moisture and heating to a temperature at which the optically anisotropic dope that has absorbed moisture is converted into an optically isotropic dope, solidifying the dope. , followed by washing and drying while limiting shrinkage.
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JP60-71664 1985-04-04
JP7166485 1985-04-04
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2020203325A (en) * 2019-06-14 2020-12-24 リンテック株式会社 Cutting apparatus and cutting method

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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