(57)【要約】【課題】他の繊維を混繊したり、または複合繊維化することなく、ポリプロピレン繊維内部の構造を制御することによって、ポリプロピレン単独でひずみが少なく、さらに、残留ひずみが小さく、かつ、柔らかい風合いと強度とを兼ね備えたポリプロピレン繊維を提供する。【解決手段】ヤング率が５〜１５ｃＮ／ｄｔｅｘであり、１ｃＮ／ｄｔｅｘの応力を５ｈｒ負荷した後のクリープ残留ひずみが２０％以下であるポリプロピレン繊維、及び、メルトフローレートが１０〜５０ｇ／１０分、結晶化度が６０％以上のポリプロピレンを溶融紡糸し延伸した後、１２５〜１５０℃の温度で５〜６０秒間、乾熱の気流下で熱処理することを特徴とするポリプロピレン繊維の製造方法。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヤング率が５〜１５ｃＮ／ｄｔｅｘであり、１ｃＮ／ｄｔｅｘの応力を５ｈｒ負荷した後のクリープ残留ひずみが２０％以下であるポリプロピレン繊維。
【請求項２】
Ｘ線小角散乱により、子午線方向に２点の長周期像が存在し、長周期が１０〜２０ｎｍである請求項１記載のポリプロピレン繊維。
【請求項３】
メルトフローレートが１０〜５０ｇ／１０分、結晶化度が６０％以上のポリプロピレンを溶融紡糸し延伸した後、１２５〜１５０℃の温度で５〜６０秒間、乾熱の気流下で熱処理することを特徴とするポリプロピレン繊維の製造方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、残留ひずみが小さく、柔らかい風合いと強度とを兼ね備えたポリプロピレン繊維およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリプロピレン繊維は、撥水性、非吸水性および耐摩擦性に優れ、低比重であるため軽く、また変色や退色がないことからロープやネットなどの産業資材、建造物や自動車などの内装材、医療・衛生材、衣料素材などに広く用いられており、さらにリサイクル性に優れることから、再生ポリプロピレン繊維としての使用量も増えてきている。
【０００３】
しかしながら、ポリプロピレン繊維は、荷重をかけたときに生じた変形ひずみが荷重を除いた後も消失しにくい傾向があり、特に、長期間使用した際に問題となる。たとえば、ポリプロピレン繊維を建造物の内装材としてフロアカーペットに用いた場合、人の歩行や家具等を置くことによってカーペットが圧縮され、荷重を取り除いてもカーペットの厚さが回復しなくなる「へたり」と呼ばれる現象を生じる。この「へたり」現象は荷重が負荷された状態が長時間続くいわゆるクリープ荷重によって塑性変形（クリープひずみ）を生じ、さらに荷重を除いた後の残留ひずみが大きいことに起因する。
【０００４】
カーペットや不織布マット等のひずみを低減する、あるいはひずみがない状態への回復性を改善する手段としては、特許文献１には収縮性などの力学特性の異なる繊維を混繊する方法、特許文献２には並列型または芯鞘型の複合紡糸繊維を用いる方法が提案されている。しかしこれらの方法では、製造プロセスが複雑になったり、リサイクル性に優れるというポリプロピレンの特長を損なうなどの問題がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１８１６３９号公報
【０００６】
【特許文献２】特開平１０−１１０３７９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる従来技術の欠点を解決するものであって、他の繊維を混繊したり、または複合繊維化することなく、ポリプロピレン繊維内部の構造を制御することによって、ポリプロピレン単独でひずみが少なく、残留ひずみが小さく、かつ、柔らかい風合いと強度とを兼ね備えたポリプロピレン繊維を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の要旨は、ヤング率が５〜１５ｃＮ／ｄｔｅｘであり、１ｃＮ／ｄｔｅｘの応力を５ｈｒ負荷した後のクリープ残留ひずみが２０％以下であるポリプロピレン繊維にある。
【０００９】
本発明の第２の要旨は、メルトフローレートが１０〜５０ｇ／１０分、結晶化度が６０％以上のポリプロピレンを溶融紡糸し延伸した後、１２５〜１５０℃の温度で５〜６０秒間、乾熱の気流下で熱処理することを特徴とするポリプロピレン繊維の製造方法にある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のポリプロピレン繊維は、ヤング率が５〜１５ｃＮ／ｄｔｅｘであることが必要である。ヤング率が５ｃＮ／ｄｔｅｘ未満の場合は、繊維の強度が低く各種用途への使用が困難である。また、ヤング率が１５ｃＮ／ｄｔｅｘを超える場合は、繊維の強度は高くなるものの硬い繊維となるため、柔らかな風合いが得られなくなる。
【００１１】
また本発明では、１ｃＮ／ｄｔｅｘの応力を５ｈｒ負荷した後のクリープ残留ひずみが２０％以下であることが必要である。
【００１２】
該クリープ残留ひずみが２０％を超える場合は、応力による変形が該応力を取り除いた後に回復せず、「へたり」を生じる。
【００１３】
なお、該クリープ残留ひずみは１ｃＮ／ｄｔｅｘの応力を５ｈｒ負荷した後、該応力を除去し５ｈｒ後の残留ひずみである。
【００１４】
さらに本発明では、残留ひずみが小さく「へたり」が生じないために、繊維内部の結晶領域と非晶領域との境界が明瞭であり、結晶領域が規則正しく配列していることが好ましい。このため小角Ｘ線散乱（ＳＡＸＳ）により、子午線方向に２点の長周期像が存在し、長周期が１０〜２０ｎｍであることが好ましい。
【００１５】
長周期が１０ｎｍ未満では、結晶領域の配列規則性が不十分でクリープ残留ひずみが小さくなりにくく、２０ｎｍを超えると、繊維を引張変形した時の弾性率が高くなったり破断伸度が低下するなどの問題を生じやすい。
【００１６】
また、本発明のポリプロピレン繊維の形態は、モノフィラメントまたはマルチフィラメントの長繊維、あるいは短繊維のいずれであってもよいが、クリープ残留ひずみが小さいという特性を十分に生かす上ではモノフィラメントまたはマルチフィラメントの長繊維であることが好ましい。
【００１７】
さらに、繊維の断面形状も特に制限はなく、円形断面であっても、多角形断面等の異形断面のいずれであってもよい。
【００１８】
また本発明のポリプロピレン繊維には、繊維を着色するための顔料が添加されていてもよい。用いられる顔料としては、アゾ系顔料、フタロシアニン系顔料、レーキ顔料、蛍光顔料、キナクリドン系顔料、ジオキサジン系顔料、イソインドリノン系顔料、金属塩系顔料などの有機系顔料、クロム酸塩系、硫化物系、酸化物系、シアン化物系などの無機系合成顔料、その他タルクやカーボンブラックなどが挙げられる。
【００１９】
さらに本発明のポリプロピレン繊維には、必要に応じて加工助剤、紫外線吸収剤、酸化安定剤、抗菌剤、帯電防止剤、難燃化剤、核剤、無機充填剤等が添加されていてもよい。
【００２０】
次に本発明の製造方法を説明する。
【００２１】
本発明では、メルトフローレート（ＭＦＲ）が１０〜５０ｇ／１０分、結晶化度が６０％以上のポリプロピレンを溶融紡糸し延伸することが必要である。
【００２２】
ポリプロピレンのＭＦＲが１０ｇ／１０分未満の場合には、溶融紡糸時または延伸時に糸切れが発生する。また、ＭＦＲが５０ｇ／１０分を超える場合には、得られる繊維の破断強度が低下する。なお、工業的な紡糸安定性と生産性の点から、１５〜４０ｇ／１０分が好ましい。ＭＦＲは、ＪＩＳ  Ｋ７２１０に従って２３０℃で測定した
さらに、結晶化度が６０％未満の場合には、繊維内部の構造形成が不十分となり、クリープ荷重を負荷した時の分子鎖のすべり変形を拘束する効果が小さくなるために残留ひずみが大きくなる。
【００２３】
また、本発明に使用されるポリプロピレンとしては、上記ＭＦＲの範囲内でＭＦＲの異なる２種以上のポリプロピレンを混合して用いることもでき、さらに、未使用のポリプロピレンに限定されるものではなく、リサイクル品のような使用済みのポリマーと未使用のポリマーとを混合して使用することもできる。
【００２４】
溶融紡糸は、通常の設備を用い通常の条件で行えば良いが、引取り速度／吐出線速度の比である紡糸ドラフトが５０〜５００であることが好ましい。
【００２５】
紡糸ドラフトが５０未満では、ヤング率を５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上とするために、延伸倍率を高くすることが必要となり、延伸工程での糸切れが発生しやすくなる。また紡糸ドラフトが５００を超えると、紡糸工程での糸切れが発生しやすくなる。
【００２６】
さらに本発明では、延伸工程は溶融紡糸した糸条を一旦ボビンに巻取た後、あるいは巻き取ることなく行うことができる。延伸温度は、後の熱処理工程において繊維構造を効果的に発現するための前駆体構造を短時間で形成するという点から８５〜１４５℃が好ましい。
【００２７】
延伸倍率は１．８〜３．８倍が好ましく、延伸倍率が１．８未満では、ヤング率が５ｃＮ／ｄｔｅｘ未満、クリープ残留ひずみが２０％を超えやすく、３．８倍を超えると、ヤング率が１５ｃＮ／ｄｔｅｘを超え、クリープ残留ひずみが２０％を超えるものとなりやすい。
【００２８】
また本発明では紡糸、延伸した後に、１２５〜１５０℃の温度で５〜６０秒間、乾熱の気流下で熱処理することが必要である。
【００２９】
熱処理温度が１２５℃未満では、十分な熱処理効果がなくクリープ残留ひずみが２０％を超え、１５０℃を超えると、ヤング率が低下し、クリープ残留ひずみも２０％を超える。
【００３０】
さらに、本発明では工業生産性を損なわないために、短時間で熱処理を行うことが必要であり、熱処理は５〜６０秒間、乾熱の気流下で熱処理行うことが必要である。熱処理時間が５秒未満では、繊維構造の形成が不十分でクリープ残留ひずみが２０％を超えるものとなる。また熱処理時間が６０秒を超えてもクリープひずみ特性は発現するが、製造設備が長大になるなどの問題があり工業的に好ましくない。
【００３１】
また、短時間で繊維への伝熱効率を高めるために、乾熱の気流下で熱処理行うことが必要である。
【００３２】
なお熱処理は定長下であってもよいし、伸長下あるいは緩和下であってもよく、さらに伸長後に緩和させてもよいが、より短時間で熱処理の効果を得るために、伸長変形させながら、あるいは伸長−緩和変形させながら行うことが好ましい。
【００３３】
熱処理の際に伸長変形または伸長−緩和変形等のひずみを与えると、熱エネルギーにより、繊維構造が形成されていく過程で分子鎖がすべり変形しやすくなり、繊維内部の結晶領域と非晶領域との境界が明瞭で、結晶領域が規則正しく配列している繊維構造の形成が促進されやすくなる。
【００３４】
さらに、分子鎖のすべり変形を助長するとともに安定で規則的な繊維構造の形成を行うには、熱処理中に伸長−緩和変形を繰り返し与えることがより好ましい。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。なお、実施例中の諸物性の測定は以下の方法で行った。
【００３６】
（１）ヤング率；ＪＩＳ  Ｌ１０１５に記載の方法に準じて、定速伸長型引張試験機（（株）オリエンテック社製ＵＴＭ−ＩＩ）を用いて測定した。つかみ間隔は２０ｍｍとし、変形速度をつかみ間隔に対して１００％／ｍｉｎとして伸長して、ひずみが５〜２０％の範囲での応力変化から算出した。単繊維を１０本測定して、平均値を求めた。
【００３７】
（２）クリープ残留ひずみ；繊維の一端を固定して、（５．８８ｍＮ×表示テックス数）の初荷重をかけた状態で初期長さを測定し、他端に繊維にかかる張力が１ｃＮ／ｄｔｅｘとなる荷重を吊り下げて５時間経過した後に、荷重を初荷重に戻して５時間経過した後の残留ひずみ量を測定し、初期長さに対する割合（％）で示した。単繊維を１０本測定して平均値をクリープ残留ひずみとした。
【００３８】
（３）Ｘ線小角散乱；（株）リガク社製ｕｌｔｒａＸ１８を用い、管電圧４０ｋＶ、管電流２００ｍＡ、カメラ長１１８０ｍｍ、露光時間２ｈｒの条件で、小角散乱像（ＳＡＸＳ）をイメージングプレートに記録し、長周期像の有無、長周期間隔を判定した。
【００３９】
［実施例１］
ポリプロピレンポリマーとして日本ポリケム社製、ＴＡ−３０（ＭＦＲ＝３０ｇ／１０分、結晶化度６５％、融点１６５℃）を使用し、フタロシアニン系顔料を０．２％添加して単軸押出機にて２００℃で溶融した後、孔径１ｍｍφのノズルを用いてノズル温度２００℃、吐出線速度３ｍ／ｍｉｎでポリマーを吐出した。
【００４０】
吐出したフィラメントを冷却筒中で却固化し、４５０ｍ／ｍｉｎ（紡糸ドラフト１５０）で巻き取って未延伸糸を得た。次いで、得られた未延伸糸を１００℃に保温した熱ローラー間で２．７倍に熱延伸して延伸糸を得た。さらに、
得られた延伸糸を熱風循環式乾熱炉中で、１４０℃の加熱空気を流しながら定長で５秒間熱処理して約８００ｄｔｅｘ／４０ｆのマルチフィラメントの長繊維を得た。なお、加熱空気の温度は、繊維周囲を流れる空気の温度を熱電対により測定した。得られた繊維についての長周期像、ヤング率、クリープ残留ひずみの評価結果を表１に示した。
【００４１】
［実施例２］
実施例１において、熱処理の際に変形速度１×１０４％／ｍｉｎの条件で５％伸長した以外は、実施例１と同様にしてポリプロピレン繊維を得た。得られた繊維についての長周期像、ヤング率、クリープ残留ひずみの評価結果を表１に示した。
【００４２】
［実施例３］
実施例１において、熱処理の際に変形速度１×１０２％／ｍｉｎの条件で５％緩和した以外は、実施例１と同様にしてポリプロピレン繊維を得た。得られた繊維についての長周期像、ヤング率、クリープ残留ひずみの評価結果を表１に示した。
【００４３】
［実施例４］
実施例１において、熱処理の際に変形速度１×１０４％／ｍｉｎの条件で５％伸長したのち同じ変形速度条件で元の長さまで緩和した以外は、実施例１と同様にしてポリプロピレン繊維を得た。得られた繊維についての長周期像、ヤング率、クリープ残留ひずみの評価結果を表１に示した。
【００４４】
［実施例５］
実施例１において、熱処理の際に変形速度１×１０４％／ｍｉｎの条件で５％伸長したのち同じ変形速度条件で元の長さまで緩和することを繰り返し行った以外は、実施例１と同様にしてポリプロピレン繊維を得た。得られた繊維についての長周期像、ヤング率、クリープ残留ひずみの評価結果を表１に示した。
【００４５】
［実施例６］
実施例１において、熱処理の際の温度を１３０℃とした以外は、実施例１と同様にしてポリプロピレン繊維を得た。得られた繊維についての長周期像、ヤング率、クリープ残留ひずみの評価結果を表２に示した。
【００４６】
［比較例１］
実施例１において、熱処理の際の温度を１２０℃とした以外は、実施例１と同様にしてポリプロピレン繊維を得た。得られた繊維についての長周期像、ヤング率、クリープ残留ひずみの評価結果を表２に示した。
【００４７】
［比較例２］
実施例１において、熱処理の際に加熱空気を流さずに行った以外は、実施例１と同様にしてポリプロピレン繊維を得た。得られた繊維についての長周期像、ヤング率、クリープ残留ひずみの評価結果を表２に示した。
【００４８】
［比較例３］
実施例１において、熱処理の際の時間を１秒とした以外は、実施例１と同様にしてポリプロピレン繊維を得た。得られた繊維についての長周期像、ヤング率、クリープ残留ひずみの評価結果を表２に示した。
【００４９】
［比較例４］
実施例１において、熱処理の際の温度を１５３℃とした以外は、実施例１と同様にしてポリプロピレン繊維を得た。得られた繊維についての長周期像、ヤング率、クリープ残留ひずみの評価結果を表２に示した。
【００５０】
【表１】
2004232117.tif 000002
【００５１】
【発明の効果】
本発明は、他の繊維を混繊したり、または複合繊維化することなく、ポリプロピレン繊維内部の構造を制御することによって、ポリプロピレン単独でひずみが少なく、さらに、残留ひずみが小さく、かつ、柔らかい風合いと強度とを兼ね備えたポリプロピレン繊維が得られる。