(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂に二酸化炭素および／または窒素を０．５〜６重量％添加し溶融混合させた熱可塑性樹脂混合物(Ａ)と、熱可塑性樹脂に二酸化炭素および／または窒素を０．５重量％未満添加し溶融混合させた熱可塑性樹脂混合物(Ｂ)の２つの樹脂混合物を用いて複合紡糸を行い発泡させる発泡繊維の製造方法。
【請求項２】
熱可塑性樹脂がポリエステルであることを特徴とする請求項１記載の発泡繊維の製造方法。
【請求項３】
紡糸速度が５０００ｍ／ｍｉｎ以上であることを特徴とする請求項１または２記載の発泡繊維の製造方法。
【請求項４】
熱可塑性樹脂が３以上の官能基を有する化合物を主鎖に含む分岐高分子であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の発泡繊維の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発泡繊維の製造方法に関するものであり、詳しくは力学特性が改善された発泡繊維の製糸性に優れ、かつ環境への負荷が少ない製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発泡繊維、すなわち不連続な気孔を含むフィラメントまたはステープル状の繊維は、低密度であることから軽量であり、かつ気孔を有することから保温性に優れるため、カーペット用、詰綿用、冬物衣料のライニング用の他にも服地用としても好適に使用される。
【０００３】
さて、ポリエステルに代表される合成繊維の発泡技術としては、例えば特開平4-214407号公報に開示されているように炭酸ナトリウム、クエン酸、ポリカーボネートを添加するものである。しかし、この方法では確かに発泡はするものの得られる繊維の力学特性は不十分であり、かつ口金孔近辺の汚れも激しく、製糸性も満足できるものではないといった問題があった。加えて該技術で使用する炭酸ナトリウム、クエン酸、ポリカーボネートは基本的に合成繊維を形成する熱可塑性樹脂とは異なる物であるため、リサイクル性を損なうため環境への負荷も懸念されるといった課題もあった。
【０００４】
一方、発泡成形の分野では溶融ポリマーに二酸化炭素などを添加する技術が多数知られている。ところがポリエステルやポリアミドの溶融紡糸での添加についてはわずかに特開平11-172528号公報などに見られるのみであり、さらに該公報は二酸化炭素の添加による伸度向上効果を述べているのみであり、発泡繊維の製造技術については何ら示唆を与えていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解消し、力学特性が改善された発泡繊維の製糸性に優れ、かつ環境への負荷が少ない製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは二酸化炭素や窒素の溶融紡糸における添加・混合技術ならびに発泡技術、さらには得られる繊維の力学特性の改善について鋭意検討を重ねてきた。その中で、二酸化炭素や窒素の添加量がある一定条件を満たす成分を用いて複合紡糸を行うことによって従来技術の欠点を解消できることを見出し本発明に到達したものである。
【０００７】
すなわち、本発明は熱可塑性樹脂に二酸化炭素および／または窒素を0.5〜６重量％添加し、溶融混合させた熱可塑性樹脂混合物(Ａ)と熱可塑性樹脂に二酸化炭素および／または窒素を0.5重量％未満添加し、溶融混合させた熱可塑性樹脂混合物(Ｂ)の２つの樹脂混合物を用いて複合紡糸を行うことを特徴とする発泡繊維の製造方法を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の要件は二酸化炭素および／または窒素を0.5〜６重量％添加し、溶融混合させた熱可塑性樹脂混合物(Ａ)と二酸化炭素および／または窒素を0.5重量％未満添加し、溶融混合させた熱可塑性樹脂混合物(Ｂ)の２つの樹脂混合物を用いて複合紡糸を行うことである。このような条件で溶融紡糸を行うことで力学特性が改善された発泡繊維を環境への少ない負荷で製造できるのである。その理由を以下に説明する。
【０００９】
二酸化炭素や窒素を溶融樹脂に添加混合し、発泡させる技術については公知であり、本発明者らも溶融紡糸への適用を検討した。しかし、溶融紡糸においては口金汚れや曳糸性悪化による製糸性の不良、さらには得られる繊維の力学特性の低下といった問題が判明した。そこで、本発明者らは紡糸線での挙動について解析を進めたところ、口金吐出孔付近での発泡が製糸性悪化の要因であることを見出した。しかし発泡そのものを抑制すると目的とする発泡繊維が得られないという相反する問題に行き着いた。
【００１０】
このため本発明者らは曳糸性および力学特性を担う成分(Ｂ)と発泡を主に行わせる成分(Ａ)を用いて複合紡糸を行うことで上述した問題を解決できることを見出したのである。
【００１１】
本発明でいう「発泡繊維」とは不連続な気孔を含む繊維であり、具体的には繊維横断面に複数個、好ましくは10個以上の気孔を有している繊維である。気孔の数および孔径は樹脂の粘度や製糸条件に依存するため特に限定されないが、気孔の全体量の目安となる比重は、窒素および／または二酸化炭素を添加せずに同一の製糸条件で得た繊維に比べて３％以上小さいことが好ましい。
【００１２】
本発明で(Ａ)および(Ｂ)成分に用いる熱可塑性樹脂は特に限定するものではないが、ポリエステルやポリアミドを用いることが繊維物性、製造コストの観点から好ましく、更に好ましくはポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリヘキサメチレンアジパミドまたはポリカプラミドであり、最も好ましくはポリエチレンテレフタレートである。また本発明でいう結晶性熱可塑性樹脂には発明の主旨を損ねない範囲で他の成分が共重合されていても良く、さらに艶消剤、難燃剤、滑剤等の添加剤を少量含有しても良い。なお(Ａ)および(Ｂ)成分の樹脂は異なっていても良いが、使用樹脂および製造工程の簡素化のため組成(分子量、添加剤、共重合成分などを除く)は同一であることが好ましい。
【００１３】
また樹脂の重合度も任意であるが、破泡による糸切れなどを抑えつつ、かつ十分に発泡させるために、重合度の目安となる樹脂の溶融粘度が290℃、20sec-1で1000〜5000poiseであることが好ましい。
【００１４】
さらに(Ａ)および(Ｂ)成分の樹脂は発泡径を小さくするため、ポリスチレンなどの発泡核剤を０．５〜２％程度添加しても構わない。しかし樹脂組成を均一にするためには樹脂の伸長粘度を高めることが好ましく、３以上の官能基を有する化合物を主鎖に含む分岐高分子であることが好ましい。樹脂がポリエステルである場合、このような化合物としては例えばトリメリット酸、トリメシン酸、ピロメリット酸およびそのエステル化物、エポキシ類などが挙げられる。
【００１５】
本発明で熱可塑性樹脂に添加する物質は基質となる樹脂と反応せず、かつ環境への負荷が少ないものという点で窒素または二酸化炭素が選ばれる。これらのいずれも、あるいは二つを同時に用いることも可能であるが、効果の観点からは二酸化炭素を用いる方が好ましい。
【００１６】
窒素および／または二酸化炭素を樹脂に添加する手法としては特に制限されるものではなく、例えば溶融前のポリマーチップのバンカー内に加圧状態で窒素および／または二酸化炭素ガスを導入する、あるいは溶融した樹脂に窒素および／または二酸化炭素(気体・液体問わず)を注入するといった公知の手法が採用される。ただし、装置改造が少ない点などからエクストルーダーで溶融した樹脂に窒素および／または二酸化炭素を注入する手法が好ましい。
【００１７】
窒素および／または二酸化炭素の添加量は発泡を主に行わせる成分(Ａ)では0.5〜６重量％である。これよりも添加量が少ないと効果が見られず、また多いと発泡が激しくなり製糸性が悪化する。好ましい添加量は二酸化炭素であれば１〜４重量％、窒素であれば0.5〜１重量％である。なお、本発明における添加量は実施例記載の手法により求められる値とする。
【００１８】
また曳糸性および力学特性を担う成分(Ｂ)の窒素および／または二酸化炭素の添加量は0.5重量％未満である。これよりも添加量が多いと発泡により曳糸性および得られる繊維の力学特性が悪化する。
【００１９】
本発明で行う複合紡糸の形態は、成分(Ａ)、(Ｂ)がともに繊維長手方向に連続して存在していれば特に限定されるものではなく、目的に応じて任意の形態が採用でき、例えば成分(Ａ)を鞘、成分(Ｂ)を芯にした芯鞘複合紡糸を行えば表面に気孔が存在する吸放湿性に優れた繊維が得られ、成分(Ａ)と成分(Ｂ)のサイドバイサイド型の複合紡糸を行えば片面だけに気孔が存在する繊維が得られる。また製糸性の向上のためには表面が発泡しないことが好ましく、成分(Ａ)を芯、成分(Ｂ)を鞘とすることが好ましい。
【００２０】
また成分(Ａ)と成分(Ｂ)の比率も任意であるが、得られる繊維の力学特性向上のためには成分(Ｂ)が吐出量全体の40重量％以上であることが好ましい。
【００２１】
吐出した樹脂を繊維化する際の手段としては特に限定されるものではなく、加熱筒や保温筒などによる口金近辺の雰囲気制御、整流空気などの流体による冷却、仕上げ剤の付与などは任意である。ただし口金孔近辺での発泡の抑制という観点から、吐出後の樹脂は速やかに冷却されることが望ましく、溶融紡糸条件としては各孔での吐出線速度は10cm/sec以上であり、吐出後２秒以内に固化が完了する程度の冷却速度が好ましい。
【００２２】
引き取り手法についてもローラーやエアーアスピレーターなど任意の手法で引き取ることができ、紡糸速度も特に限定されるものではないが、気孔の形状を維持するため紡糸線上で変形が完了する高速紡糸は好ましい実施形態である。樹脂がポリエステルの場合、分子量にも依存するが、紡糸速度5000m/min以上であることが好ましい。
【００２３】
【実施例】
以下実施例により、本発明を具体的かつより詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。なお、実施例中の物性値は以下の方法によって測定した。
Ａ．290℃、20sec-1での溶融粘度
東洋精機社製キャピログラフ１型を用いて20sec-1および2000sec-1付近の剪断速度域で測定を行い、近似により20sec-1および2000sec-1の溶融粘度を求めた。
Ｂ．窒素または二酸化炭素の添加量
Fisher-Rosemount社製コリオリ式流量計マイクロモーションエリート型を用い、窒素および／または二酸化炭素の吐出量を計測した。樹脂の吐出量は、窒素および／または二酸化炭素を添加した樹脂を吐出し、これを水槽で受けて急冷させた後、大気中で24時間風乾したものの重量から求め、これと窒素および／または二酸化炭素の吐出量から下記式を用いて樹脂に対する添加量を算出した。
【００２４】
【数１】
0003705185.tif 000002
Ｃ．強度・伸度
オリエンテック社製テンシロン引張試験機を用い、初期試料長200mm、引張速度200mm/minで測定した。
Ｄ．比重
ミラージュ貿易株式会社製電子比重計ＳＤ−１２０Ｌを用いて測定した。
実施例１〜４、比較例１
290℃、20sec-1での溶融粘度が2600poiseであるポリエチレンテレフタレートを２軸エクストルーダーで溶融し、シリンダー途中に設けた注入口から二酸化炭素を添加したものを成分(Ａ)、重合時にトリメリット酸のエステル化物を0.2重量％添加し、重合度を調整することで、290℃、20sec-1での溶融粘度を2000poiseとしたポリエチレンテレフタレート組成物を成分(Ｂ)として、成分(Ａ)を芯、成分(Ｂ)を鞘とした芯鞘複合紡糸を行った。なお紡糸温度は295℃、樹脂総吐出量は47.3g/min(芯：鞘比率＝５：５)であり、孔数36の口金を用い、室温のローラーを用いて3000m/minの速度で引き取った。二酸化炭素の添加量は成分(Ａ)吐出量に対し０(比較例１)、0.5(実施例１)、２(実施例２)、４(実施例３)、６(実施例４)重量％とした。これを90℃、140℃の加熱ローラーを用いて速度600m/minで延伸を行った。延伸倍率は延伸後の繊維の伸度が約35％となるよう調整した。各条件で製糸性は概ね良好であったが、添加量６％の場合(実施例４)では製糸終了後に口金面に汚れが付着しており、これよりも添加量が多い場合には製糸性の悪化が懸念される。
【００２５】
製糸条件および延伸糸物性を表１に示す。また添加量の増加とともに延伸糸の比重が低下して、二酸化炭素を添加していない比較例１に対して、実施例１は3.06％、実施例２は8.5％、実施例３は17.5％、実施例４は26.2％小さくなっており、発泡繊維が得られていることが分かる。
【００２６】
【表１】
0003705185.tif 000003
比較例２
鞘側の成分(Ｂ)に二酸化炭素を２％添加した以外は実施例２と同様の手法で紡糸ならびに延伸を行った。しかし製糸性は悪く、ごく少量の延伸糸しか得られなかった。製糸条件および延伸糸物性を表２に併せて示す。成分(Ｂ)に二酸化炭素が添加されていない実施例２と比較して、比重は低下しているが、同一の延伸倍率では強度・伸度が大幅に低下していることが分かる。
【００２７】
実施例５
290℃、20sec-1での溶融粘度が2200poiseであるポリエチレンテレフタレートにポリスチレン(旭化成社製スタイロン685)を１％混合したものを２軸エクストルーダーで溶融し、シリンダー途中に設けた注入口から二酸化炭素を２重量％となるよう添加したものを成分(Ａ)、290℃、20sec-1での溶融粘度が2000poiseであるポリエチレンテレフタレートを成分(Ｂ)として成分(Ａ)を鞘、成分(Ｂ)を芯とした芯鞘複合紡糸を行った。なお紡糸温度は290℃、樹脂総吐出量は48.8g/min(芯：鞘比率＝６：４)であり、孔数36の口金を用い、室温のローラーを用いて6500m/minの速度で引き取った。製糸性は概ね良好であり、得られた繊維の物性(表２)も比重、力学特性とも十分な特性を有している。
【００２９】
【表２】
0003705185.tif 000004
【００３０】
【発明の効果】
本発明の製造方法で得られる発泡繊維は力学特性が改善され、種々の用途に好適に使用できる。さらに複合紡糸を行うことで曳糸性が向上し安定した製糸が可能である。加えて窒素および／または二酸化炭素を用いるため発泡剤による環境負荷が軽減される。