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アラミド繊維は芳香族ポリアミドの略で、耐熱性と強度に優れた合成繊維の一種です。航空宇宙や軍事用途、防弾仕様のボディアーマー 生地や防弾複合材、船舶用索具、船舶用船体補強材、アスベスト代替品として[1] 、携帯電話ケースからテニスラケットまでさまざまな軽量消費財に使用されています。
繊維内の鎖分子は繊維軸に沿って高度に配向しています。その結果、他の多くの合成繊維よりも高い化学結合率が繊維の強度に寄与します。アラミドの融点は非常に高くなっています (>500 °C (932 °F))。
一般的なアラミドのブランド名には、ケブラー、ノーメックス、トワロンなどがあります。
用語と化学構造
アラミドという用語は芳香族 ポリアミドの短縮形です。1972年に導入され、[2] 1974年に 米国連邦取引委員会によってナイロンとは異なる繊維の一般的なカテゴリの名前として承認され、[3] [4] 1977年に国際標準化機構によって採用されました。[引用が必要]
長い名前の芳香族は、6 つの炭素原子からなる芳香族環の存在を指します。アラミドでは、これらの環は、それぞれが NH 基に結合した CO 基を含むアミド結合を介して接続されています。
FTCのアラミドの定義を満たすには、[4]これらの結合の少なくとも85％が2つの芳香族環に結合されている必要があります。[5] 85％未満の場合は、その材料はナイロンとして分類されます。[4]
パラアラミドとメタアラミド
アラミドは、結合がリングに結合する位置によって2つの主なタイプに分けられます。リングの周りの炭素原子を順番に番号付けすると、パラアラミドは結合が位置1と4に結合し、メタアラミドは位置1と3に結合します。[6]つまり、結合点はパラアラミドでは正反対ですが、メタアラミドでは2つの原子が離れています。したがって、この図はパラアラミドを示しています。
歴史
芳香族ポリアミドは、1960年代初頭にデュポン社がHT-1として製造し、その後ノーメックスという商標名で販売されたメタ-アラミド繊維によって初めて商業的に利用されました。[7]この繊維は、通常の織物アパレル繊維と同様に扱われ、通常の酸素レベルでは溶けたり発火したりしないため、優れた耐熱性が特徴です。防護服、空気ろ過、断熱・電気絶縁体の製造、およびアスベストの代替品として広く使用されています。
メタ系アラミドは、オランダと日本ではテイジンアラミドがTeijinconex [7]という商標名で、東レがArawinという商標名で生産しているほか、中国では煙台大鵬がNew Starという商標名で、SROグループがX-Fiperという商標名で生産している。また、メタ系アラミドの変種はフランスでもKermelがKermelという商標名で生産している。
モンサント社とバイエル社による以前の研究に基づき、はるかに高い強度と弾性率を持つパラアラミド繊維も、レーヨン、ポリエステル、ナイロンの加工に関する知識を活かして、 1960年代と1970年代にデュポン社とアクゾノーベル社によって開発されました。1973年、デュポン社はパラアラミド繊維を初めて導入し、ケブラーと名付けました。これは今でも最もよく知られている[要出典]パラアラミドおよび/またはアラミドの1つです。
1978年、アクゾ社はほぼ同じ化学構造を持つ類似の繊維を発売し、これをトワロンと名付けました。製造プロセスに関する以前の特許が原因で、アクゾ社とデュポン社は1980年代に特許紛争に巻き込まれました。トワロンはその後、帝人アラミド社の所有となりました。2011年、煙台大和社は中国で タパランと呼ばれる類似の繊維を発売しました（製造を参照）。
パラアラミドは、防弾ボディアーマー 生地として、航空宇宙や軍事用途など、多くのハイテク用途で使用されています。
メタアラミド繊維とパラアラミド繊維の両方がアラミド紙の製造に使用できます。アラミド紙は、電気絶縁材やハニカムコアの建設資材として使用されます。デュポンは 1960 年代にアラミド紙を製造し、ノーメックス紙と呼んでいました。Yantai Metastar Special Paper は 2007 年にメタスター紙と呼ばれるアラミド紙を導入しました。デュポンと Yantai Metastar はどちらもメタアラミド紙とパラアラミド紙を製造しています。[引用が必要]
健康
1990年代、アラミド繊維の試験管内試験では、アラミド繊維が「アスベストと同様の多くの影響を上皮細胞に及ぼし、 DNAへの放射性標識ヌクレオチドの取り込みの増加やODC（オルニチン脱炭酸酵素）酵素活性の誘導」を示し、発がん性の可能性が指摘された。[8] しかし、2009年には、吸入したアラミド繊維は短くなり、体内からすぐに排出されるため、ほとんどリスクがないことが示された。[9]後に、研究の著者は「このレビューはデュポン社と帝人アラミド社から委託され資金提供を受けたが、論文の内容と執筆の責任は著者のみにある」と利益相反の訂正を表明した。[10]
生産
パラアラミドの世界生産能力は、2002年には年間41,000トン（40,000ロングトン、45,000ショートトン）と推定され、毎年5～10％増加しています。[11] 2007年には、総生産能力は年間約55,000トンになります。[要出典]
ポリマーの準備
アラミドは、一般的にアミン基とカルボン酸 ハロゲン化物基との反応によって製造されます。単純な ABホモポリマーは、−(NH−C 6 H 4 −CO) n −という結合構造を持ちます。
ケブラー、トワロン、ノーメックス、ニュースター、テイジンコーネックスなどのよく知られたアラミドポリマーは、ジアミンと二酸（または同等品）の前駆体から製造されます。これらのポリマーは、芳香族サブユニット上の結合によってさらに分類できます。ノーメックス、テイジンコーネックス、ニュースターには主にメタ結合が含まれます。これらはポリメタフェニレンイソフタルアミド（MPIA）と呼ばれます。対照的に、ケブラーとトワロンはどちらもパラ結合を特徴としています。これらは p-フェニレンテレフタルアミド（PPTA）と呼ばれます。PPTAは、 p-フェニレンジアミン（PPD）とテレフタロイルジクロリド（TDCまたはTCl）の生成物です。
PPTA の製造には、アミド基の水素結合を占有するイオン成分 (塩化カルシウム、CaCl 2 ) と芳香族ポリマーを溶解する有機成分 ( N-メチルピロリドン、NMP)を含む共溶媒が使われます。このプロセスは、Akzo 社の Leo Vollbracht 氏によって発明されました。発がん性のHMPT以外に、ポリマーを溶解する実用的な代替手段はまだ知られていません。NMP/CaCl 2システムの使用は、Akzo 社と DuPont 社の間で長期にわたる特許紛争を引き起こしました。
紡糸
ポリマーの製造後、溶解したポリマーを液体化学混合物から固体繊維に紡糸することによってアラミド繊維が製造されます。PPTA を紡糸するためのポリマー溶媒は、通常、100%無水 硫酸(H 2 SO 4 ) です。
出演
その他のアラミド
ノーメックスのようなメタアラミドのほかにも、アラミド繊維にはさまざまな種類があります。これらは主に共ポリアミドタイプで、帝人によって開発され1976年に導入されたテクノーラというブランド名で最もよく知られています。テクノーラの製造プロセスでは、PPDと3,4'-ジアミノジフェニルエーテル（3,4'-ODA）をテレフタロイルクロリド（TCl）と反応させます。[12] この比較的単純なプロセスでは、1種類のアミド溶媒のみを使用するため、ポリマー製造後すぐに紡糸を行うことができます。
アラミド繊維の特性
アラミド繊維は、超高分子量ポリエチレンなどの他の繊維と高度な配向性を共有しており、これがアラミド繊維の特性を支配する特徴です。
一般的な
- 耐摩耗性に優れている
- 有機溶剤に対する耐性が良好
- 非導電性[曖昧]
- 非常に高い融点（>500 °C（932 °F））
- 難燃性
- 高温でも生地の健全性が良好
- 酸や塩に敏感です[どのように？ ]
- 紫外線 に 敏感[どのように？ ]
- 仕上げを施さないと静電気が発生しやすい[13]
パラアラミド
用途
- 耐火衣類
- 耐熱服とヘルメット
- 防弾チョッキ[14]は、ダイニーマやスペクトラなどのポリエチレンベースの繊維製品と競合している。
- 複合材料
- アスベストの代替（例：ブレーキライニング）
- 熱風ろ過 布
- タイヤ、新たにサルフロン（硫黄改質トワロン）として
- 機械ゴム製品の補強
- ロープとケーブル[15]
- Vベルト（自動車、機械、設備など）
- 火の踊りの芯
- 光ファイバーケーブルシステム
- 帆布（必ずしもレースボートの帆ではない）
- スポーツ用品
- ドラムヘッド
- フィブラセルブランドなどの管楽器用リード
- スピーカーの振動板
- 船体材質
- 繊維強化コンクリート
- 強化熱可塑性パイプ
- テニスストリング（例：アシュアウェイ社、プリンス社製）
- ホッケーのスティック（通常は木材やカーボンなどの材料で作られる）
- スノーボード
- ジェットエンジンの筐体
- 釣りリールのドラグシステム
- アスファルト補強
- ロッククライマー用のプルージック（メインロープに沿って滑るため、摩擦により溶けることがあります）。
- スノーボードコア補強
参照
パラアラミド
メタアラミド
- ノーメックス
- 帝人コーネックス
その他
注釈と参考文献
- ^ Hillermeier, Karlheinz (1984). 「アスベスト代替品としてのアラミドの展望」Textile Research Journal . 54 (9): 575–580. doi :10.1177/004051758405400903. S2CID 136433442.
- ^ Gooch, JW 編 (2006) 「アラミド」 ポリマー百科事典。ニューヨーク: Springer。pp. 64–65。doi :10.1007 / 978-0-387-30160-0_760。ISBN 978-0-387-31021-3. 2021年9月16日閲覧。
- ^ ウィンゲート、イザベル・バーナム (1979)。フェアチャイルドのテキスタイル辞典。インターネットアーカイブ。ニューヨーク：フェアチャイルド出版。p. 25。ISBN 978-0-87005-198-2。
- ^ abc Commercial Practices、パート303、§303.7 合成繊維の一般名と定義。
- ^ アラミド繊維の完全な定義は、「繊維形成物質が長鎖合成ポリアミドであり、そのアミド結合の少なくとも 85% () が2 つの芳香族環に直接結合している製造繊維」であり、括弧内の図は垂直に配向した CO 基が水平に NH 基に結合していることを示しています。C 原子への入力結合と NH 基からの出力結合があります。
- ^ 位置 1 は、チェーンの 1 つが取り付けられているポイントとして単純に選択されます。次に、リングの周りを最短方向に数えて、もう一方のチェーンに到達します。
- ^ ab James A. Kent編 (2006).工業化学およびバイオテクノロジーハンドブック. Springer. p. 483. ISBN 978-0-387-27842-1。
- ^ Marsh, JP; Mossman, BT; Driscoll, KE; Schins, RF; Borm, PJA (1994 年 1 月 1 日)。「高強度合成繊維アラミドの in Vitro 呼吸器細胞への影響」。薬物および化学毒性学。17 (2): 75–92。doi :10.3109/01480549409014303。PMID 8062644 。
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- ^ 「アラミドケーブル」。FibreMax。2021年12月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。
さらに読む
ウィキメディア・コモンズには、アラミドに関連するメディアがあります。
- JA Reglero Ruiz; M Trigo-López; FC Garcia; JM Garcia (2017). 「機能性芳香族ポリアミド」.ポリマー. 9 (12): 414. doi : 10.3390/polym9090414 . PMC 6419023. PMID 30965723 .
- JWS Hearle (2000)。高性能繊維。Woodhead Publishing LTD.、アビントン、英国 – 繊維協会。ISBN 978-1-85573-539-2。
- Doetze J. Sikkema (2002). 「人造繊維100年：ポリマーとポリマー設計」J Appl Polym Sci (83): 484–488.
- Kh. Hillermeier & HG Weijland (1977)。「プラスチック強化用アラミド糸」。Plastica ( 11): 374–380。
- デュポンと帝人、アラミド生産を拡大 – 2004 年 9 月