(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１００℃における収縮応力が０．０５〜０．５ｃＮ／ｄｔｅｘであり、無荷重下における沸騰水収縮率Ｓ０（％）と０．０１ｃＮ／ｄｔｅｘ荷重下における沸騰水収縮率Ｓ１（％）が下記式１、式２および式３の関係を満足していることを特徴とするポリ乳酸繊維。
５＜Ｓ１＜１１．５          ・・・（式１）
Ｓ０  ×０．７＜Ｓ１          ・・・（式２）
Ｓ０≦１２．５                ・・・（式３）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱水中で適度に収縮が可能であるポリ乳酸繊維およびその製造方法に関する。さらに詳しくは、布帛構造中で荷重がかかった状態においても、繊維の収縮が可能なために、しぼ立て用繊維や収縮差混繊糸用繊維など風合い加工を施される織編物用繊維として特に好適なポリ乳酸繊維に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリ乳酸繊維は自然環境中において分解する生分解性繊維として、また発色性や触感に優れた新規な繊維として大きな注目を集めつつあり、衣料用繊維用途にも多く用いられるようになってきている。
【０００３】
衣料用繊維に用いられるポリ乳酸繊維は、たとえば特開平７−３０５２２７号公報などに記載されているように、一旦紡糸した未延伸糸を延伸することによって得られ、この製造方法としては通常の溶融紡糸および延伸方法が採用されている。通常の延伸方法、すなわち加熱ローラーまたは熱板を用いて延伸を行い、その後熱セットを付与した後に冷却して巻き取る延伸方法では、熱セットを行うローラー速度と冷却を行うローラー速度がほぼ同一の条件が採用されており、この場合、得られるポリ乳酸繊維の収縮応力が低く、特に１００℃における収縮応力がほとんど発生しないという問題があった。
【０００４】
衣料用繊維として織編物に用いる場合、リラックス精練、しぼ立てや糸長差発現など風合い出しのため熱水処理によって布帛構造が収縮することが必要となる場合があるが、前述の通常の延伸方法によって得られるポリ乳酸繊維は収縮応力が不十分であるので、布帛構造中での拘束力によりほとんど収縮することができず、風合い加工が施せないという欠点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記の問題点を克服し、熱水中における収縮、特に布帛構造としてみた場合に適度に収縮が可能なポリ乳酸繊維およびその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】
上述した本発明の課題は、１００℃における収縮応力が０．０５〜０．５ｃＮ／ｄｔｅｘであり、無荷重下における沸騰水収縮率Ｓ０と０．０１ｃＮ／ｄｔｅｘ荷重下における沸騰水収縮率Ｓ１が下記式１、式２および式３の関係を満足していることを特徴とするポリ乳酸繊維によって解決が可能である。
【０００７】
５＜Ｓ１＜１１．５            ・・・（式１）
Ｓ０  ×０．７＜Ｓ１            ・・・（式２）
Ｓ０≦１２．５                ・・・（式３）
このようなポリ乳酸繊維を得るためには、未延伸糸を一旦巻き取って延伸した後、或いは一旦巻き取ることなく延伸した後に、加熱された回転ローラーに走行糸条を接触させて熱セットを行うポリ乳酸繊維の製造方法において、前記熱セットローラーの温度を９０〜１４０℃とし、かつ該熱セットローラーにて熱セットされた糸条を、熱セットローラーよりも高速で回転する冷ローラーにて、１．０５〜２．０倍にストレッチすることを特徴とするポリ乳酸繊維の製造方法を採用することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
一般に布帛構造中の繊維は、隣接の繊維によって拘束されて自由な収縮が困難な状態におかれる。特にリラックス精練、しぼ立て、糸長差発現などの風合い出し加工を施そうとする場合には、布帛構造中において繊維が隣接の繊維の拘束にうち勝ち、適度に収縮できることが必要となる。
【０００９】
この適度な収縮を可能とするためには、１００℃における繊維の収縮応力が０．０５〜０．５ｃＮ／ｄｔｅｘであることが重要である。
【００１０】
ポリ乳酸繊維の無荷重下の収縮率は収縮処理温度が高くなれば高くなるほど大きくなるが、一方、収縮応力は７０℃程度にピーク値をとった後、それ以上高い温度領域では温度上昇と共に漸減してしまう。そのため、風合い加工が行われる常圧装置でとりうる最高温度である１００℃において、収縮応力が０．０５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが非常に重要である。１００℃における収縮応力が０．０５ｃＮ／ｄｔｅｘに満たない場合には、隣接の繊維の拘束力によってその繊維は十分に収縮することができない。逆に０．５ｃＮ／ｄｔｅｘを越える高い収縮応力を示す繊維は、パッケージの巻き締まりなど製糸プロセス上の問題を生じ、品質にも問題が懸念されるため望ましくない。より良好な収縮特性の観点からは、１００℃における繊維の収縮応力は０．０７〜０．１５ｃＮ／ｄｔｅｘである。
【００１１】
また、本発明のポリ乳酸繊維は無荷重下における沸騰水収縮率Ｓ０（％）と０．０１ｃＮ／ｄｔｅｘ荷重下における沸騰水収縮率Ｓ１（％）が下記式１、式２および式３の関係を満足していることが重要である。
【００１２】
５＜Ｓ１＜１１．５            ・・・（式１）
Ｓ０  ×０．７＜Ｓ１          ・・・（式２）
Ｓ０≦１２．５                ・・・（式３）
０．０１ｃＮ／ｄｔｅｘ荷重下の沸騰水収縮率Ｓ１は繊維が織物や編物などの布帛構造として存在する場合の沸騰水中における繊維の収縮率に相当する。このＳ１が５％以下の場合には、布帛構造として収縮が起こらず、しぼ立てや糸長差発現などの風合い出し効果が得られないため好ましくない。また、１１．５％以上の場合には、過度の収縮によって布帛硬化が生じることがあるため好ましくない。
【００１３】
０．０１ｃＮ／ｄｔｅｘ荷重下の沸騰水収縮率Ｓ1 は、無荷重下における繊維の収縮率Ｓ0 よりも一般に小さな値となるが、本発明のポリ乳酸繊維は十分に１００℃における収縮応力の値が高いので、Ｓ1 はＳ0 ×０．７よりも大きい値となる。より良好な収縮特性の観点からはＳ1 はＳ0 ×０．８よりも大きい値であることが好ましい。
【００１４】
本発明のポリ乳酸繊維は、Ｌ−乳酸および／またはＤ−乳酸を主たる繰り返し単位とするポリ乳酸よりなるが、該ポリ乳酸のＬ−乳酸あるいはＤ−乳酸いずれかの比率が９５モル％以上であることが好ましく採用できる。耐熱性の観点からは、該ポリ乳酸のＬ−乳酸あるいはＤ−乳酸の比率が９８％以上であることが、より好ましく採用できる。
【００１５】
ポリ乳酸の製造方法には、Ｌ−乳酸および／またはＤ−乳酸を原料として一旦環状二量体であるラクチドを生成せしめ、その後開環重合を行う二段階のラクチド法と、Ｌ−乳酸および／またはＤ−乳酸を原料として溶媒中で直接脱水縮合を行う一段階の直接重合法が知られている。本発明で用いるポリ乳酸はいずれの製法によって得られたものであってもよい。
【００１６】
ポリ乳酸の平均重量分子量は、通常少なくとも５万、好ましくは少なくとも１０万、好ましくは１０〜３０万である。平均重量分子量が５万よりも低い場合には繊維の強度物性が低いものしか得られないため好ましくない。
【００１７】
ポリ乳酸の融点は、１００℃以上、好ましくは１４０℃以上、最も好ましくは１６０℃以上である。融点が１００℃に満たない場合には、単糸間の融着の発生による延伸性不良や、染色加工時、熱セット時、摩擦加熱時に溶融欠点が生じるなど、製品の品位が著しく低いものとなるため、衣料用途に用いることができない。ここで融点とはＤＳＣ測定によって得られたファーストラン溶融ピークのピーク温度を意味する。
【００１８】
また、本発明におけるポリ乳酸は、Ｌ−乳酸、Ｄ−乳酸の他にエステル形成能を有するその他の成分を共重合した共重合ポリ乳酸であってもよい。共重合可能な成分としては、グリコール酸、３−ヒドロキシ酪酸、４−ヒドロキシ酪酸、４−ヒドロキシ吉草酸、６−ヒドロキシカプロン酸などのヒドロキシカルボン酸類の他、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール等の分子内に複数の水酸基を含有する化合物類またはそれらの誘導体、アジピン酸、セバシン酸、フマル酸など分子内に複数のカルボン酸基を含有する化合物類またはそれらの誘導体が挙げられる。
【００１９】
また、溶融粘度を低減させるため、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネートのような脂肪族ポリエステルポリマーを内部可塑剤として、あるいは外部可塑剤として用いることができる。
【００２０】
また、耐加水分解性を向上させるため、ポリ乳酸のカルボキシル末端基を、カルボジイミド化合物、エポキシ化合物、オキサゾリン化合物、オキサジン化合物、アジリジン化合物、ジオール化合物、長鎖アルコール化合物などの末端封鎖剤によって封鎖したポリ乳酸であってもよい。この場合、ポリ乳酸の末端カルボキシル基濃度が０〜１０ｅｑ／ｔであると、熱水処理時の強力低下を抑制することができるので、リラックス精練や染色加工などの風合い出しのための加工を十分に行うことができるようになる。
【００２１】
さらには、艶消し剤、消臭剤、難燃剤、糸摩擦低減剤、抗酸化剤、着色顔料などとして無機微粒子や有機化合物を必要に応じて添加することができる。
【００２２】
また、本発明におけるポリ乳酸繊維は、繊維の強度が２ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが望ましい。強度が２ｃＮ／ｄｔｅｘに満たない場合には、製編織時の糸切れ停台が発生したり、布帛、編地の強力低下による製品強度の低下を招くため好ましくない。より、好ましくは３ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、最も好ましくは４ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である。
【００２３】
本発明のポリ乳酸繊維は、未延伸糸を一旦巻き取った後、或いは一旦巻き取ることなく延伸した後に、加熱された回転ローラーに走行糸条を接触させて熱セットを行うポリ乳酸繊維の製造方法において、前記熱セットローラーの温度を９０〜１４０℃とし、かつ該熱セットローラーにて熱セットされた糸条を、熱セットローラーよりも高速で回転する冷ローラーにて、１．０５〜２．０倍にストレッチすることを特徴とするポリ乳酸繊維の製造方法によって製造することができる。
【００２４】
熱セットローラーの温度が９０℃に満たない場合には、得られる繊維の収縮率が高すぎることがあるため好ましくない。加熱された回転ローラーの温度が高いほど繊維の収縮率Ｓ0を低くすることができるが、１４０℃を超える温度では収縮率そのものの値が小さくなりすぎて本発明の効果である布帛構造の適度な収縮が不可能となることがあるので好ましくない。また、これ以上の温度では繊維の融着が発生することがある。加熱された回転ローラーの温度は、より好ましくは１１０〜１３０℃である。
【００２５】
回転ローラーへの走行糸条の接触方法は、ローラーの周の一部に繊維が接触するようにしてもよいし、あるいは、加熱された回転ローラーとセパレートローラーを併用して、または加熱された回転ローラーともう一つの加熱された回転ローラーを用いて複数回周回させてもよい。加熱された回転ローラーの一部または全部が鏡面であってもよいし、あるいは鏡面より表面が粗い梨地ローラーであってもよい。
【００２６】
また、熱セットローラーにて熱セットされた糸条は、その後熱セットローラーよりも高速で回転する冷ローラーにて、１．０５〜２．０倍にストレッチされることが重要である。冷ローラーの温度は熱セットを行う加熱ローラーの温度よりも低い温度であればよく、積極的に加熱を行わず室温で維持するようにしてもよい。冷ローラーの温度が熱セットローラーと同じかそれよりも高い温度である場合には、配向緩和によって収縮応力が非常に低い繊維となってしまう。
【００２７】
また、ポリ乳酸繊維はポリエチレンテレフタレートなど一般の芳香族ポリエステル繊維と異なり、熱セット後のストレッチ率が１．０５倍に満たない場合には、急激に配向緩和が生じて、収縮応力がほとんど発生しない繊維となる。このことはポリ乳酸繊維に非常に特異的な現象である。また、ストレッチ率が２．０倍より大きいと、得られる繊維に残存するひずみが大きくなりすぎて巻き締まりやパッケージフォーム異常などの工程トラブルが生じることがあるため好ましくない。
良好な収縮特性及び工程通過性の観点からストレッチ率は好ましくは１．１〜１．８倍であり、最も好ましくは１．１５〜１．５倍である。
【００２８】
図１は本発明のポリ乳酸繊維の製造方法の一例を示す工程図である。図１において、溶融紡糸されて一旦巻き取られた未延伸糸は、予熱ローラー１によって予熱された後、加熱された回転ローラーである熱セットローラー２との間の延伸ゾーンで延伸される。予熱温度は延伸張力が高くなりすぎないよう適宜設定することができる。熱セットローラー２を離れた走行糸条は、次の冷ローラー３との間であるストレッチゾーン４において１．０５〜２．０倍にストレッチされる。
【００２９】
図２は本発明のポリ乳酸繊維の製造方法の他の一例を示す工程図である。図２において、溶融紡糸された走行糸条は一旦巻き取られることなく予熱ローラー１によって引き取られて予熱され、加熱された回転ローラーである熱セットローラー２との間で延伸される。熱セットローラー２を離れた走行糸条は該熱セットローラーよりも高速で回転する冷ローラー４との間で１．０５〜２．０倍にストレッチされる。この冷ローラーとしてはワインダーのローラーベールを代用してもよい。
【００３０】
【実施例】
以下、実施例によって本発明をより詳細に説明する。なお、実施例中の各特性値は次の方法で求めた。
【００３１】
Ａ．収縮応力
２０ｃｍの試料をループにして１０ｃｍとし、初荷重０．０３ｃＮ／ｄｔｅｘ、昇温速度１５０℃／分の条件で、カネボウエンジニアリング製熱応力測定機ＴＹＰＥ  ＫＥ−２Ｓを用いて室温から２００℃まで昇温した熱収縮応力曲線を得る。この熱収縮応力曲線から１００℃における収縮応力を読みとり、繊維の収縮応力（ｃＮ／ｄｔｅｘ）とした。
【００３２】
Ｂ．強度
オリエンテック社製引張試験機（テンシロンＵＣＴ−１００型）を用いて、試料長２０ｃｍ、引張速度２０ｃｍ／分の条件で引張試験を行い、破断点の応力を繊維の強度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）とした。
【００３３】
Ｃ．無荷重下における沸騰水収縮率（Ｓ0 ）
試料を１０回巻きの綛取りにし、０．１ｃＮ／ｄｔｅｘの荷重下で原長Ｌ0 を測定する。荷重を取り外して無荷重にした後、１００℃に調温された沸水バスの中で試料の綛を１５分間処理して取り出す。これを風乾した後、０．１ｃＮ／ｄｔｅｘの荷重下で処理後長Ｌ1 を測定する。次式によって得られる値を無荷重下における沸騰水収縮率とした。
【００３４】
Ｓ0 （％）＝｛（Ｌ0 −Ｌ1 ）／Ｌ0 ｝×１００
Ｄ．０．０１ｃＮ／ｄｔｅｘ荷重下における沸騰水収縮率（Ｓ1）
試料を１０回巻きの綛取りにし、０．１ｃＮ／ｄｔｅｘの荷重下で原長Ｌ0 を測定する。荷重を取り外した後、０．０１ｃＮ／ｄｔｅｘとなるように荷重を取り付け、１００℃に調温された沸水バスの中で試料の綛を１５分間処理して取り出す。荷重を外してこれを風乾した後、０．１ｃＮ／ｄｔｅｘの荷重下で処理後長Ｌ1 を測定する。次式によって得られる値を０．０１ｃＮ／ｄｔｅｘ荷重下における沸騰水収縮率とした。
【００３５】
Ｓ1 （％）＝｛（Ｌ0 −Ｌ1 ）／Ｌ0 ｝×１００
Ｅ．布帛の収縮率
測定する繊維を用いてタテ糸密度４０本／ｃｍ、ヨコ糸密度４０本／ｃｍの平織物（タフタ）を作製する。該織物のヨコ糸方向に１０ｃｍの線を引き、両端にマーカーにて印を付けた後、１００℃×１ｈｒの熱水処理を行う。風乾後、マーカー間の距離Ｌ1 （ｃｍ）を測定して、次式によって得られる値を布帛の収縮率とした。
【００３６】
布帛収縮率（％）＝｛（１０−Ｌ1 ）／１０｝×１００
実施例１
融点が１６８℃、重量平均分子量１２万、Ｌ体比率が９８モル％であるポリＬ乳酸のチップを、１０５℃に設定した真空乾燥器で１２時間乾燥した。乾燥したチップをプレッシャーメルター型紡糸機にて、メルター温度２２０℃にて溶融し、紡糸温度２２０℃とした溶融紡糸パックへ導入して、０．２３ｍｍφ−０．３０ｍｍＬの口金孔より紡出した。この紡出糸を２０℃、３０ｍ／ｍｉｎのチムニー風によって冷却し、油剤を付与して収束した後、３０００ｍ／ｍｉｎで引き取って未延伸糸を得た。得られた未延伸糸の品種は１２２ｄｔｅｘ−３６ｆであった。
【００３７】
この未延伸糸を図１に示したホットローラー／ホットローラー系の延伸機を用いて、予熱ローラー１（温度９０℃）で予熱し、予熱ローラー１と熱セットローラー２の間で延伸倍率が１．２倍となるように延伸した。延伸された走行糸条は熱セットローラー２で温度１３０℃で熱セットを行い、その後室温の冷ローラー３との間（ストレッチゾーン）で１．２倍になるようにストレッチを行った。なお、延伸速度は８００ｍ／ｍｉｎ、各ローラーは周回数６回とした。得られた繊維は８４ｄｔｅｘ−３６ｆであった。
【００３８】
表１に示す通り、繊維は機械的特性に優れており、取り扱い上の問題を生じなかった。繊維の無荷重下での収縮率Ｓ０は１１．０％であった。１００℃における収縮応力は０．０８ｃＮ／ｄｔｅｘと十分高い値であり、荷重下の収縮率Ｓ１は９．４％であって、Ｓ０の０．８５倍と高い値であった。
【００３９】
この繊維を用いて作成した布帛の収縮率を測定したところ８．５％と十分高い値であり、風合い出し加工が可能な布帛であることが分かった。
【００４０】
実施例２、３
加熱ローラー２の温度と、加熱ローラー２と冷ローラー３の間のストレッチ率を表１に記載した値とする以外は、実施例１と同様にして８４ｄｔｅｘ−３６ｆの繊維を得た。
【００４１】
表１に示す通り、繊維は機械的特性に優れており、取り扱い上の問題を生じなかった。１００℃における繊維の収縮応力は０．０６〜０．１０ｃＮ／ｄｔｅｘと十分高い値であり、荷重下の収縮率Ｓ１は７．４〜１１．５％であって、Ｓ０の０．９０〜０．９２倍と高い値であった。
【００４２】
この繊維を用いて作成した布帛の収縮率を測定したところ６．６〜１０．４％と十分高い値であり、風合い出し加工が可能な布帛であることが分かった。
【００４９】
比較例１
予熱ローラー１と熱セットローラー２の間の延伸倍率を１．４４倍とし、熱セットローラー２と冷ローラー３の間（ストレッチゾーン）のストレッチ率を１．００７倍とする以外は実施例１と同様にして８４ｄｔｅｘ−３６ｆの延伸糸を得た。
【００５０】
表３に示すように、この延伸糸の１００℃における収縮応力は０．０１ｃＮ／ｄｔｅｘときわめて低い値であり、無荷重下における収縮率Ｓ0 は５．２％と適度な値であったが、荷重下における収縮率Ｓ1 は２．０％ときわめて低い値であった。そのため、布帛の収縮率は１．２％とほとんど収縮せず、風合い出し加工が行えない布帛であることが分かった。
【００５１】
比較例２
熱セットローラー２の温度を１００℃とする以外は比較例１と同様にして８４ｄｔｅｘ−３６ｆの延伸糸を得た。
【００５２】
表３に示すように、この延伸糸の１００℃における収縮応力は０．０２ｃＮ／ｄｔｅｘときわめて低い値であり、無荷重下における収縮率Ｓ0 は９．０％と適度な値であったが、荷重下における収縮率Ｓ1 は４．８％ときわめて低い値であった。そのため、布帛の収縮率は２．２％とほとんど収縮せず、風合い出し加工が行えない布帛であることが分かった。
【００５３】
比較例３
熱セットローラー２の温度を３０℃とする以外は実施例１と同様にして、８４ｄｔｅｘ−３６ｆの延伸糸を得た。
【００５４】
表３に示す通り、この繊維の１００℃における収縮応力は０．０６ｃＮ／ｄｔｅｘと適度な値であったが、無荷重下の収縮率Ｓ0が８２．５％ときわめて大きく、荷重下における収縮率Ｓ1も６０．８％と大きすぎる値であった。そのため、布帛の収縮率は５５．２％であり、著しく収縮してきわめて粗硬な衣料用途には用いることのできない布帛となることが分かった。
【００５５】
比較例４
熱セットローラー２の温度を１６０℃とする以外は実施例１と同様にして延伸を試みたが、熱セットローラー上にて融着が発生して延伸ができなかった。
【００５６】
比較例５
熱セットローラー２と冷ローラー３の間のストレッチ率を２．５倍とする以外は実施例４と同様にして延伸を行ったが、熱セットローラー上での単巻きが激しく延伸性がきわめて不良であったため、さらなる評価を行うことができなかった。
【００５７】
【表１】
0003692950.tif 000002
【００５９】
【表３】
0003692950.tif 000003
【００６０】
【発明の効果】
本発明の繊維は適度な収縮率を有し、かつ１００℃における収縮応力が高いため、布帛構造を構成している場合にも繊維の収縮が可能である。そのため、精練や染色などの熱水処理によって、布帛は適度に収縮が可能であり、しぼ立てや糸長差発現などの風合い出し加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の脂肪族ポリエステル繊維の製造方法の一例を示す工程概略図である。
【図２】本発明の脂肪族ポリエステル繊維の製造方法の他の一例を示す工程概略図である。
【符号の説明】
１：予熱ローラー
２：熱セットローラー
３：冷ローラー
４：ストレッチゾーン
【図１】
0003692950.tif 000004
【図２】
0003692950.tif 000005