(57)【要約】  本発明は減少した摩擦係数を有する架橋したオレフィン弾性繊維に関する。より特徴的には、本発明は有機または無機の充填剤を含む架橋したオレフィン弾性繊維に関する。さらにより特徴的には、本発明は無機充填剤を含む弾性繊維に基づく架橋したポリエチレンに関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
架橋オレフィンポリマーおよび0.1から5重量パーセントの1種またはそれ以上の有機または無機充填剤を含む繊維。
【請求項２】
該架橋オレフィンポリマーがポリエチレン／アルファ・オレフィン・コポリマーを含む、請求項１の繊維。
【請求項３】
該ポリエチレン／アルファ・オレフィン・コポリマーがエチレン／オクテン・コポリマーである、請求項２の繊維。
【請求項４】
該充填剤が無機充填剤である、請求項１の繊維。
【請求項５】
該無機充填剤がタルク、合成シリカ、沈殿炭酸カルシウム、酸化亜鉛、硫酸バリウムおよび二酸化チタニウム、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項４の繊維。
【請求項６】
該無機充填剤がタルクである、請求項５の繊維。
【請求項７】
該有機または無機充填剤が、0.1ないし5ミクロンの範囲の平均粒径を有する、請求項１の繊維。
【請求項８】
該有機または無機充填剤が一般的に球形を有する、請求項１の繊維。
【請求項９】
該有機または無機充填剤が繊維の0.25ないし4重量パーセントを含む、請求項１の繊維。
【請求項１０】
該有機または無機充填剤が繊維の0.5ないし3重量パーセントを含む、請求項１の繊維。
【請求項１１】
繊維表面にさらに潤滑剤を含む、請求項１の繊維。
【請求項１２】
該潤滑剤がシリコン油である、請求項１１の繊維。
【請求項１３】
繊維が弾性繊維である、請求項１の繊維。
【請求項１４】
オレフィンポリマーを含む弾性繊維の動的係数を改良する方法であって、前記方法は線維形成前に、オレフィンポリマーに１種またはそれ以上の有機または無機充填剤を添加することを含む方法。
【請求項１５】
該有機または無機充填剤がオレフィンポリマー中に溶融混合される、請求項１４の方法。
【請求項１６】
該充填剤が無機であり、タルク、合成シリカ、沈殿炭酸カルシウム、酸化亜鉛、硫酸バリウムおよび二酸化チタニウム、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１４の方法。
【請求項１７】
該無機充填剤がタルクである、請求項１６の方法。
【請求項１８】
該無機充填剤が0.1ないし5ミクロンの範囲の平均粒径を有する、請求項１４の方法。
【請求項１９】
該無機充填剤が一般的に球形を有する、請求項１４の方法。
【請求項２０】
該無機充填剤が繊維の0.1ないし5重量パーセントを含む、請求項１４の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減少摩擦係数を有する架橋オレフィン弾性繊維に関する。より特には、本発明は無機充填剤を含む架橋オレフィン弾性繊維に関する。さらにより特には、本発明は無機充填剤を含む架橋ポリエチレンに基づく弾性繊維に関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第5,824,717号；第6,048,935号；第6,140,442号；第6,194,532号；第6,437,014号；および第6,500,540号に開示されるように、ポリオレフィン材料および特に架橋したポリオレフィン材料から作られる弾性繊維は、最近、織物および衣服の分野で非常に注目を受けている。架橋したオレフィン弾性繊維にはエチレンポリマー、プロピレンポリマー、および（触媒修飾ポリマーとして知られる）十分に水素化したスチレン・ブロック・コポリマーが含まれる。エチレンポリマーにはエチレン-スチレン・インターポリマー同様、均一に分枝したおよび実質上直鎖状の均一に分枝したエチレンポリマーが含まれる。これらの架橋したオレフィン弾性繊維は、それらの化学的および熱耐性、それらの耐久力およびそれらの快適な弾性が称賛され、それらは従って、織物および編物分野の両者で人気が増大している。
【０００３】
これらの弾性繊維を用いた編物には、延伸型の織物への弾性フィラメントの取り込みを含む。伸縮性の一貫性および伸縮量（ドラフト）は、弾性繊維のポジティブ・アンワインディングまたは一定張力フィーダーの使用により得られる。（メミンジャー(Memminger) -IRO GmbHにより生産されるような）ポジティブ・アンワインディングを特色とする円形織物において、ドラフトは織物機械への非弾性または硬質のフィラメントの送出速度に比較した、織物機械への弾性繊維の送出速度の割合によりコントロールされる。特定のドラフトにおける繊維はある張力を有する。供給装置(feeding device)とガイディング・エレメント（guiding element）の間に遭遇する張力はガイディング・エレメントにおける摩擦のために低くなる。減少量は、その動的(dynamic)摩擦係数に関して定量化できるガイド・エレメントに対して繊維の摩擦性を反射する。高い動的摩擦係数は、ファイバー・ブレーキ同様ドラフトにおいて減少を引き起こす張力におけるかなりの低下を導く。動的摩擦係数は、繊維の表面性、ガイディング・エレメント機械の表面性およびガイディング・エレメント機械の配置形状により発効する。例えば、低摩擦プーリー、セラミックの小穴、セラミックのチューブなどを含み、それぞれが異なる配置と摩擦係数を有する、円形編物機において用いられる異なる型のガイディング・エレメントがある。
【０００４】
ラストールのようなポリオレフィンに基づく弾性繊維は、一般により高い動的な摩擦係数を有し、これらの繊維にとってこの問題を特に重要なものにする。現在、これらの繊維にとって、摩擦係数は繊維表面に適用される仕上げの潤滑剤または「スピン仕上げ」の使用により減少する。異なるスピン仕上げの処方が、織物油に分散する金属石鹸（例えば、米国第3,039,895号または米国第6,652,599号）、基油中の界面活性剤（例えば、米国公報2003/0024052）およびポリアルキルシロキサン（例えば、米国第3,296,063号または米国第4,999,120号）のような弾性繊維とともに用いられることが報告されている。
【０００５】
有益ではあるが、これらのスピン仕上げはそれでもまだ、問題を解消せず、ガイディング・エレメントにおける摩擦係数はいまだに特に小穴やチューブ型のガイドでかなり高い。それゆえ、アンワインディング・デバイスとガイドの間の領域で、ドラフトおよび張力はまだ、かなり低くなる。これは、機械を止める（繊維破断を検出するようにデザインされた）アンワインディング・デバイスにおいて、ストップ-モーション・プーリーの誘引となる十分な張力の欠如、およびボビンから繊維を引き離すのに必要な力より時折少ない非常に低レベルの巻取り力によるアンワインディングの、それによる繊維破断を導く不規則性を含むいくつかの問題を導く。針床に先立つ金属またはセラミックのガイディング・エレメントにおける減少した摩擦係数は、ボビンと針床の間の繊維張力の保持の増加をもたらし、これら両者の問題を解決する。
【０００６】
タルク、合成シリカ、沈殿炭酸カルシウム、酸化亜鉛、硫酸バリウムおよび二酸化チタンのような一つまたはそれ以上の無機充填剤が繊維をつぐむ前にポリマーに含まれる場合に、動的摩擦係数が減少することが発見されている。この効果は無機充填剤の使用とスピン仕上げの使用を組合わせることにより改良される。
【０００７】
従って、本発明の一つの局面は、5重量パーセントまでの一つまたはそれ以上の無機充填剤を有する架橋したオレフィン・ポリマーを含む弾性繊維である。これらの物質は好都合なことに、繊維をつぐむ前にポリマー物質に溶融混合される。
【０００８】
本発明の繊維は好ましくはシリコン油のようなスピン仕上げでコートされる。
【０００９】
本発明の繊維は、減少した動的摩擦係数を示すだけでなく、また改善した引っ張り強さを示し、電子線が架橋するのに用いられる際に、改善した電子線収量を可能にする。さらに、ダイビルドアップ（die-buildup）はまた、その中に無機充填剤を有するオレフィン材料を用いた場合減少し、不透明性が増加し、それは一般に繊維が裸の形態で用いられる用途に望ましい。
【００１０】
本発明の目的のため、以下の用語は与えられた意味を有する：
「ポリマー」は同一または異なる型のモノマーが重合することにより調製される高分子化合物を意味する。「ポリマー」には、ホモポリマー、コポリマー、ターポリマー、インターポリマー、等が含まれる。用語「インターポリマー」は、少なくとも2種類のモノマーまたはコモノマーの重合化により調製されるポリマーを意味する。限定されないが、（３種またはそれ以上の異なる型のモノマーまたはコモノマーから作られるポリマーとして引用される「インターポリマー」としばしば互換的に用いられるのだが、二つの異なる型のモノマーまたはコモノマーから調製されるポリマーとして通常引用される）コポリマー、（３種の異なる型のモノマーまたはコモノマーから調製されるポリマーとして通常引用される）ターポリマー、（４種の異なる型のモノマーまたはコモノマーから調製されるポリマーとして通常引用される）テトラポリマー、などを含む。用語「モノマー」または「コモノマー」は、互換的に用いられ、それらはポリマーを生産するためのリアクターに添加される重合できる部分を有する全ての化合物を意味する。ポリマーが、一つまたはそれ以上のモノマーを含むと記述される場合、例えば、プロピレンおよびエチレンを含むポリマーの場合、そのポリマーはもちろん、モノマー、例えば、-CH2-CH2-に由来する単位を含み、モノマー自身、例えば、CH2=CH2を含まない。
【００１１】
「繊維」は、長さの直径に対する比が約10超の物質を意味する。繊維は典型的にはその直径により分類される。フィラメント繊維は通常、約15デニールより大きく、通常約30デニールより大きい、個々の繊維直径を有するとして定義される。微細デニールの繊維は一般に、約15デニールより小さい直径を有する繊維として引用される。マイクロデニール繊維は通常、約100ミクロン・デニールより小さい直径を有する繊維として定義される。
【００１２】
「フィラメント繊維」または「モノフィラメント繊維」は、限定的な長さの物質の不連続の鎖（すなわち、所定の長さの断片に切られた、あるいはさもなければ分けられた鎖）である「短繊維」とは対照的に、不明確な（すなわち、所定ではない）長さの物質の単一の連続的な鎖を意味する。
【００１３】
「ホモフィラメント繊維」は、その長さを超えた単一ポリマー領域またはドメインを有し、（複合繊維が有するような）その他の異なるポリマー領域を有さない繊維を意味する。「複合繊維（bicomponent fiber）」は、その長さを超えた二つまたはそれ以上の異なるポリマー領域を有する繊維を意味する。複合繊維はまた、共役した、または多成分の繊維として知られる。二つまたはそれ以上の成分が同一のポリマーを含むのだが、ポリマーは通常互いに異なる。ポリマーは複合繊維の横断面にわたって、実質的に異なるゾーンに配置され、通常複合繊維の長さに沿って継続的に広がる。複合繊維の形状は、例えば、（一つのポリマーが他に取り囲まれる）カバー/コア（またはシース/コア）配列、並んだ配列、パイ配列または「海中の島」配列である。複合繊維またはコンジュゲート繊維は、さらにUSP 6,225,243号、6,140,442号、5,382,400号、5,336,552号および5,108,820号に記述されている。
【００１４】
「弾性の（elastic）」は、繊維が最初の引っ張りと４度目の引っ張りの後に100パーセント歪（2倍の長さ）まで少なくとも約50パーセントのそのストレッチ長さを回復することを意味する。弾性はまた、繊維の「パーマネント・セット」により記述される。パーマネント・セットは弾性の逆数である。繊維はある点まで伸ばされ、次いで伸ばされる前の元の位置までリリースされ、その後再び伸ばされる。繊維が荷重を引き始める点がパーセント・パーマネントとして指定された。
【００１５】
「充填剤」は、その表面の相互作用またはその欠如により、および/または、それ自身の物理的特性により、物質の物理的および化学的特性を変化できる固体の物質である。充填剤は無機または有機であってよい。有機充填剤の例は木材充填剤（wood filler）である。無機充填剤は一般に本発明で好ましく用いられる。
【００１６】
ある局面では、本発明は5重量パーセントまでの一つまたはそれ以上の有機または無機の充填剤を含む架橋したオレフィン・ポリマーを含む弾性繊維である。
【００１７】
本発明で用いられるオレフィン・ポリマーは、エチレン-アルファ・オレフィン・インターポリマー、実質的に水素化されたブロック・ポリマー、（プロピレン・エチレン・コポリマーを含む）プロピレン・アルファ・オレフィン・インターポリマー、スチレン・ブタジエン・スチレン・ブロック・ポリマー、スチレン-エチレン/ブテン-スチレン・ブロック・ポリマー、エチレン・スチレン・インターポリマー、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリウレタンおよびそれらの組合せを含む繊維を形成できるいずれかのオレフィンに基づく物質であってよい。均質に分枝したエチレン・ポリマーは米国第6,437,014号に述べられ、特に実質的に線状のエチレン・ポリマーが特に本発明の使用に十分適している。
【００１８】
繊維形成前に、充填剤物質がポリマーに、化合物質の少なくとも0.1重量パーセント、好ましくは0.25、より好ましくは少なくとも化合物質の0.5パーセントの量で添加される。あまりに多くの充填剤が膨らみおよび紡糸性における問題を導いていると考えられるので、無機充填剤は化合物質の5重量パーセント未満、好ましくは4未満、より好ましくは化合物質の3パーセント未満を含むことが望ましい。充填剤の最適範囲は無機充填剤の特異的比重同様粒度分布（size distribution）に依存する。
【００１９】
充填剤は、その表面の相互作用またはその欠如により、および/または、それ自身の物理的特性により、物質の物理的および化学的特性を変化できる固体の物質であってよい。好ましくは、充填剤は無機充填剤である。さらに好ましくは、無機充填剤は、タルク、合成シリカ、沈殿炭酸カルシウム、酸化亜鉛、硫酸バリウムおよび酸化チタンからなる群から選択される。タルクが本発明の使用に最も好ましい充填剤である。
【００２０】
充填剤物質のサイズはまた、所望の用途に最適化される。一般に、平均粒子サイズは約10ミクロン未満である。0.1ミクロン程度の平均粒子サイズを有する充填剤が本発明の使用に効果的であることが観察され、より小さい粒子サイズでさえまた、効果的であることが可能である。非環状粒子に関して、等価環状粒子サイズが一般的に技術的に知られているように（実質的には2次元イメージが3次元物体から作られ、この影の領域が決定され、同一の領域を有する円が同等の円形粒子サイズとして与えられ）計算される。同様に、充填剤の形状もまた、その形状は充填剤の選択により大きく決定される（即ち、充填剤の選択は特徴的な形状を有する傾向にある）のだが、異なる効果で変化する。
【００２１】
無機充填剤をオレフィン・ポリマーに取り込む全ての手段が本発明で用いられる。最も好都合なことに、無機充填剤はポリマーに溶融混合される。また、充填剤は紡糸前にそのまま、またはマスターバッチとして添加されてもよい。
【００２２】
繊維は技術的に知られている多くの過程により形成され、例えば繊維はメルトブローやスパンボンド処理される。無機充填剤を欠くが、その他の点では本発明の使用に適している繊維が、US 6,437,014号に開示されている。この参考文献に見られるように、繊維は最も好ましくは、10から400デニールの繊維の厚さで変化できる。
【００２３】
さらに繊維は好ましくはホモフィラメント繊維であるが、コンジュゲート(conjugate)繊維であってもよい。コンジュゲート繊維の場合、減少した動的摩擦係数の利点を得るために、少なくとも繊維表面の部分を作り出す物質に無機充填剤物質が少なくとも配置することが望ましい。同様に、減少した動的摩擦係数の利点がモノフィラメントで最大であるのだが、本発明の繊維にとって短繊維（staple fiber）であることも可能である。二つまたはそれ以上のモノフィラメント繊維が形成するために結合することはまた考えられる。
【００２４】
本発明の繊維が形成された後、それらは好ましくは、シリコン油のような、技術的に既知のスピン仕上げでコートされる。該仕上げは最終ロールを浸漬し、詰め物をし、スプレーすることにより、または繊維形成ポリマーを用いた同時押し出しのために化合物ポリマーに添加することにより、繊維に適用できる。該仕上げは通常、それらが適用されるのに対してフィラメント重量の0.25および3パーセントの間に達する。
【００２５】
本発明の繊維は、そのまま（あるいは、ありのままに（bare））用いられ、綿、ウール、またはポリエステルやナイロンのような合成物質のような弾力性のない繊維と編み糸に組み合わされる。しかし、減少した動的摩擦係数の利点は、繊維がきちんとしている場合、最も顕著である。
【００２６】
編み糸中でそれだけで用いられるか、他の物質と用いられるかに関わらず、繊維は、織物または編物のような既知の製造方法により織物を作るために他の編み糸だけあるいは一緒に用いられる。
【実施例】
【００２７】
繊維生産
以下の実施例を、本発明の繊維の有効性を示すために実施した。これらの実施例において、ベースとなる樹脂はASTM D-792が決定するように0.875 g/ccおよびASTM D-1238により決定される3 MI、（正式には、「条件（Ｅ）」としておよびＩ2として知られる）条件190℃/2.16 kgをもつエチレン-オクテン・コポリマーであった。樹脂を処理補助として3000ppmのシアノックス1790、3000ppmのキマソーブ944および7000ppmのPDMSOを添加して化合した。充填剤繊維として、タルクおよびTiO2がまた、終濃度0.5重量パーセントのタルクおよび0.5重量パーセントのTiO2となるように化合工程で添加した。タルクは0.924 g cm-3密度および20MIのLLDPE中50重量パーセントでのAmpacetマスターバッチ、100165-Cであった。産物文献に示されるように、平均粒子サイズ5 μｍを有するステアリン酸亜鉛の被覆グレードであった。TiO2は0.92 g cm-3密度および8MIのLDPE中50重量パーセントでのAmpacetマスターバッチ、11078であった。産物シートはTiO2が平均粒子サイズ0.20-0.25 μｍを有するルチル型をコートしていることを示している。
【００２８】
40デニールのモノフィラメント繊維を300 gのボビン中で溶融紡糸した。Lurol 8517（Goulstronテクノロジーズ）のスピン仕上げを、繊維を溶融から固体化した後にスピン仕上げアプリケーター経由で繊維表面に2重量パーセントでアプライした。
【００２９】
（実施例１）
ダイナミック繊維-セラミック・ピン摩擦試験
繊維の摩擦性を編物の間にガイドを通って弾性繊維をまねるような方法を用いて測定した。比較のために、市販のスパンデックス(spandex)繊維（40デニールのDorlastan v850）を本研究に含んだ。全ての測定をローソン・ヘンフィル（Lawson Hemphill）社のエレクトロニック・コンスタント・テンション・トランスポーター・ユニット（「ECTT」）を用いて行った。機構の図を図１に示す。ECTTは独立にコンピュータにより制御されているフィード・ロールとテイク-アップ・ロールからなる。スパンデックス弾性繊維で用いるための大直径の円形の編物機に典型的に用いられるフィーダー（メミンジャー-IRO MER2）はECTTに付随し、ドライブ・ベルトを介してECTTのフィード・ロールにより駆動される。ボビンは28.5 m/minでアンワインドされ、100 m/minで取り上げられ、合計3.5Xのドラフトを与える。該繊維がアンワインドされるので、90°のラップ角度で1/4インチ直径のセラミック・ピン（Heany Industries-R.250SP2）を通過する。セラミック・ピンは、製造者により測定されたように、32 rmsの表面のでこぼこを有する。二つの100 cN テンショメーター（ロスチャイルド-パーマ-テンス 100p/100cN）を用いて、セラミック・ピンの前後でロードを測定した。二つの張力、およびラップ角度から、動的摩擦係数をオイラーの式：
T2/T1=eμθ
を用いて計算した。ここで、μは摩擦係数、Ｔ2はピンの後の張力、Ｔ1はピンの前の張力、θはラップ角度（π/2）である。5分のスキャンを行った。摩擦測定において、繊維に接触する全てのガイディング・エレメントおよびローラーを、摩擦ピン同様、イソプロピルアルコールで、それぞれの運転前に、沈着物の集積を除去するために洗浄した。
【００３０】
動的摩擦試験の結果を表１に掲げている。結果は、タルクおよびTiO2の添加は、スパンデックス（Dorlastan v850）で測定されたものにかなり近い、0.66から0.39に摩擦係数が下がっていることを示している。
【００３１】
【表１】
2008523257.tif 000002
【００３２】
（実施例２）
繊維の摩擦応答をまた、円形編物で評価した。96個の弾性フィーダー（elastic feeder）（MER-2）を持つ30インチ直径で28ゲージのメイヤー円形織物機（1988）を本実験に用いた。70/2デニールの織られたポリアミドをコンパニオン繊維として用いた。機械の速度を、ハード編み糸フィーディング速度155 m/minで、弾性フィーディング速度43 m/minで、22 rpmにセットし、弾性ドラフトが3.6xとなった。
【００３３】
ニードル・ベッドに弾性繊維を供給するために用いられる編み糸キャリアの組成および幾何学的形状は、ニードルへの入り口前に繊維により遭遇する摩擦抵抗性に影響する。二つの異なる型の弾性編み糸キャリアを評価した：
(a)タイプＡ：スチール・ロケーターに続くセラミック小穴
(b)タイプＢ：スチール・ガイドに続くプラスチック自由回転プーリー
【００３４】
キャリアに先立つ領域における弾性繊維の張力をZivy 張力-メーターで測定し、それぞれのキャリアについてTAおよびTBとして表ＩＩに報告している。巻き取り速度155 m/分でMER-2デバイスによる速度43 m/分で繊維を供給しながら、除去されるセラミック・ピンを用いて、例１に記述されるように、ECTTユニットで測定されるように、いかなる摩擦障害もなしに、3.6ｘドラフトでそれぞれの繊維について動的張力を比較した。TAおよびTBの張力は常に、編み糸キャリアと繊維の摩擦相互作用のために、同一のドラフトで、全ての摩擦障害なしに測定される張力よりもいくらか低くなる。両者の張力の割合は繊維と編み糸キャリア・アセンブリーの間の効果的な摩擦係数に関する。当業者が徐々に理解するように、１に近い割合はより少ない摩擦を示す。
【００３５】
二つの異なる型のキャリアにより供給される3つの異なる型の繊維の編み機で、張力計で測定した張力を表ＩＩに示す。張力の読みをそれぞれ1分間で測定した、10ボビンに対する平均値で表す。3つの繊維に対して、ECTTを用いて測定した、5分間のスキャンでの、平均動的張力値を表ＩＩにまた示す。本例において、用いたスパンデックスは40デンのLycra 136Bであった。
【００３６】
【表２】
2008523257.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、以下に述べるように動的繊維-セラミック摩擦試験で用いられたエレクトロニック・コンスタント・テンション・トランスポート・ユニット（「ECTT」）の模式図である。
【図１】
2008523257.tif 000004
【国際調査報告】
2008523257.tif 000005
2008523257.tif 000006