(57)【要約】【課題】改質剤含有ポリマーが、紡糸口金から紡出される直前まで改質剤がベースポリマー中に均一に分散混合した状態に維持でき、その上、紡糸口金パック内で更に改質剤の分散を向上させることができる、品質と製糸性に優れた溶融紡糸口金パックを提供する。【解決手段】改質剤が混入されたベースポリマーを溶融紡糸するための紡糸口金に穿設された吐出孔の上流部において、改質剤を均一に分散させるために静的混合装置を装着した導入板を有し、更にその直上には濾過フィルターを有する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性のベースポリマー中に改質剤が添加された改質ポリマーを溶融紡糸するための紡糸口金パック内に設けられた口金に穿設された吐出孔と一対一に対応させて静的混合手段を設けた紡糸口金パック。
【請求項２】
前記静的混合手段を収容する収容部材の下面と前記口金の上面とを当接させた請求項１に記載の紡糸口金パック。
【請求項３】
前記収容部材の上面に濾過媒体を設けた請求項１又は２に記載の紡糸口金パック。
【請求項４】
前記静的混合手段がケニックス型スタティックミキサーであり、その混合エレメントの段数が１０以上である請求項１〜３の何れかに記載の紡糸口金パック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリオレフィンなどからなる熱可塑性合成重合体（以下、「ポリマー」と略称する）に対して、このポリマーの性質を改質するための改質剤が分散混合され混合ポリマーを溶融紡糸するための紡糸口金パックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィンなどのベース・ポリマー中に各種の改質剤を分散混合して溶融紡糸することが行われている。この際、溶融紡糸を行うためのベースポリマー中に改質剤を分散添加するために様々な技術が使用されている。例えば、このような改質剤の添加技術において、多品種生産体制に適した効率の良い技術として、改質剤からなるチップとベースポリマーチップとを所定の混合比率で予め混合しておき、混合したチップを溶融押出機に供給して溶融状態で紡糸機へ供給する技術がある。
【０００３】
しかしながら、このチップの状態でベースポリマーと改質剤とを予め混合する場合、性状のことなる改質剤チップとベースポリマーチップを溶融押出機内で均一に混合して、その混合比率を一定に制御することは困難である。特に、ベースポリマーと改質剤との間の溶融粘度差が大きくなると、両者を均一に混合した混合斑のない改質されたポリマーを得ることが困難である。
【０００４】
そこで、このような問題を解決するために、例えば、特開平９−１６２４号公報において、溶融押出機中で溶融状態にあるベースポリマー中へ改質剤を注入添加する注入ノズルを溶融押出機のシリンダーに設ける技術が提案されている。ただし、この技術では、注入ノズルの先端とスクリュー表面との距離を常に一定に保つようにするために、注入ノズルの先端がスクリューの回転に同調して鉛直方向に連動するようされている。また、特開平９−１６２５号公報において、溶融押出機シリンダーの周方向に等間隔に複数の注入口を設け、この注入口より添加剤をシリンダー内に注入して供給することが提案されている。
【０００５】
しかしながら、上記の技術は何れも、溶融押出機の内部に存在するベースポリマーに対して改質剤を添加するものであるため、ベースポリマーに対する改質剤の混合比率が少なくなると、ベースポリマー中へ均質に分散混合することが困難となるという問題を有している。特に、ベースポリマーに対する改質剤の添加比率が１０重量％以下といった小さい混合比率の場合にこの傾向が顕著となる。
【０００６】
そこで、この問題を解決するために、添加する改質剤をベースポリマー内へ均質に分散させる方法として、特開２００１−９８４２６号公報において、ポリマーの混練機能を向上させたマドック型またはダルメージ型スクリューを持った一軸または二軸の溶融押出機によって溶融混練した後、更に、ポリマーの輸送配管中または溶融紡糸パック内に静的混合装置を設けることが提案されている。
【０００７】
なお、この際使用する静的混合装置としては、混合エレメントを１０段以上有するものを用い、これによって、ポリマー流路の分割・細分化を行うことが好ましいとされている。更に、この静的混合装置を設ける場所として、特開平６−１０１１１０号公報では、溶融紡糸機へ改質剤を含有するポリマーを軽量しながら供給する計量ポンプの直前に静的混合装置を設けて静的混合を行うことが提案されている。
【０００８】
確かに、溶融押出機内で改質剤とベースポリマーの混練を行ったり、溶融押出機から吐出された後に静的混合装置を用いて改質剤含有ポリマーを混合すれば、ベースポリマー内へ改質剤をより均一に分散させることが可能である。
【０００９】
しかしながら、一旦、このようにしてベースポリマー中へ改質剤を均一に分散混合したとしても、紡糸口金パックに至るまでに、改質剤含有ポリマーは輸送配管の分岐や合流にともなって、分流や合流を行うので、このような分流や合流に伴い、分散されていた改質剤が合体したりして、ベースポリマー中に偏在することが起こる。特に、改質剤がベースポリマーと非相溶性である場合には、このような問題が顕著に生じる。
【００１０】
【特許文献１】
特開平９−１６２４号公報
【００１１】
【特許文献２】
特開平９−１６２５号公報
【００１２】
【特許文献３】
特開２００１−９８４２６号公報
【００１３】
【特許文献４】
特開平６−１０１１１０号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
以上に述べた従来技術が有する問題点に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、次の通りである。
【００１５】
すなわち、本発明の目的は、紡糸口金パックの口金から吐出する改質剤含有ポリマーに関して、口金からポリマーが吐出される直前までベースポリマー中に改質剤を均一に分散混合した状態に維持することができ、更には、紡糸口金パック内でその均一な分散を向上させることができ、これによって安定した溶融紡糸することができる溶融紡糸口金パックを提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
ここに、前記の課題を解決するための本発明として、請求項１に記載の「熱可塑性のベースポリマー中に改質剤が添加された改質ポリマーを溶融紡糸するための紡糸口金パック内に設けられた口金に穿設された吐出孔と一対一に対応させて静的混合手段を設けた紡糸口金パック」が提供される。
【００１７】
その際、請求項２に記載の本発明のように、「前記静的混合手段を収容する収容部材の下面と前記口金の上面とを当接させた請求項１に記載の紡糸口金パック」とすることが好ましい。
【００１８】
また、請求項３に記載の本発明のように、「前記収容部材の上面に濾過媒体を設けた請求項１又は２に記載の紡糸口金パック」とすることが好ましい。
【００１９】
更には、請求項４に記載の本発明のように、「前記静的混合手段がケニックス型スタティックミキサーであり、その混合エレメントの段数が１０以上である請求項１〜３の何れかに記載の紡糸口金パック」とすることが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、その前に、本発明で使用する「ベースポリマー」と「改質剤」とについて定義しておく。
【００２１】
先ず、本発明で「ベースポリマー」は熱可塑性合成樹脂重合体をさし、熱可塑性を示す結晶性または無定形の高分子樹脂である。このような高分子樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリアミドのような重縮合系高分子、ポリウレタンのような付加縮合系高分子、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリレートなどのメタクリル樹脂のようなビニル系高分子を包含する。なお、その際、前記ベースポリマーに対して、その特性を失わない範囲で、予め微小粒子や添加剤を含有させたり、共重合させたりしておいてもよく、本発明においては、このようなポリマーをも「ベースポリマー」と称する。
【００２２】
次に、本発明でいう「改質剤」の例としては、コロイダルシリカ、湿式シリカ、乾式シリカなどの酸化珪素、酸化チタン、炭酸カルシウム、カオリナイト、チャイナクレー、タルク、アルミナ、ゼオライト、グラファイト、長石、二硫化モリブデン、カーボンブラック、硫酸バリウム等、さらには、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、メチルメタクリレート共重合体、メチルメタクリレート共重合架橋体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリアクリロニトリル、ベンゾグアナミン樹脂、架橋シリコーン樹脂等を例示することができる。
【００２３】
また、前記以外の「改質剤」の例としては、「機能性改質剤」を挙げることができ、このような「機能性改質剤」としては、例えば、公知の難燃剤、制電剤、易染剤、耐熱剤、酸化防止剤、深色化剤、結晶性改質剤、紫外線吸収剤、紫外線安定剤などを挙げることができる。例えば、前記ベースポリマーが重縮合系のポリマー、例えばポリエステルであれば、鮮明染色剤として５−ナトリウムスルホンイソフタル酸又はそのエステル形成性誘導体、ないしそれらの４級ホスホニウム置換体塩が挙げられ、成形性改良剤としてイソフタル酸、アジピン酸、セバシン酸もしくはそれらのエステル成形性誘導体が挙げられる。さらに、ジオール成分の物性改質剤としては、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ビスフェノールＡエチレンオキサイド付加物などが挙げられる。また、溶融紡糸における伸長助剤として、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレンなどを挙げることができる。
【００２４】
なお、以上に述べたように、ベースポリマー中に改質剤を分散混合したポリマーを本発明においては、「改質ポリマー」とも称することにする。
【００２５】
本発明者は、改質剤を均一に分散混入させた改質ポリマーを調整し、このように調整したポリマーを溶融紡糸装置に供給して、この溶融紡糸装置に装着された紡糸口金パックから改質ポリマーを紡出しても、驚くべきことに、従来より使用されている紡糸口金パックを使用する限り、紡出後に得た繊維中に改質剤が想定したほどには均一に分散混合されていないことを知った。そこで、その原因を究明する過程において、本発明に到達したものである。
【００２６】
したがって、従来の紡糸口金パックについての構造を知った上で、これと本発明の紡糸口金パックとを対比することが、本願発明の特徴の理解を容易する。そこで、図２に模式的に示した概略正断面図を援用しながら従来の紡糸口金パックについて、先ず説明する。
【００２７】
図２に例示した従来の紡糸口金パックの構成を簡単に説明すると、１’は周知の溶融紡糸機のパックドーム（図示せず）などに装着されて通常使用される従来の紡糸口金パックの一実施態様を示したものである。なお、この実施態様例では、改質ポリマーを導入する上部ブロック１０’、中間部ロック１１’、及び下部ブロック１２’の３ブロックから構成されている。そして、これらの３ブロック１０’、１１’、１２’はボルトなどの締結部材（図示せず）によって、下記に説明する紡糸部材を図２の一点鎖線で示した位置で互いに係合させられて締め付けられる。
【００２８】
ここで、従来の紡糸口金パック１’には、図の白抜き矢印方た向から導入流路１０ａ’改質ポリマーが導入される。次いで、このようにして導入された改質ポリマーは、メタルサンド、ガラスビーズなどからなる濾過材が充填された濾過層３’によって濾過され、濾過層３’を支持すると共に濾過層３’を流れてきた改質ポリマーを一箇所に集める役割を果たすブリッジプレート４’を流れる。なお、通常、濾過層３’上下部には紡糸フィルター８’及び９’が設けられている。
【００２９】
以上に述べたようにして一箇所に集められた改質ポリマーは静的混合手段５’によって静的に混合され、この静的混合によって、濾過層３’などの異なる経路を流れてきた改質ポリマーの熱履歴が均等化される。次いで、このような静的混合手段５’による改質ポリマーの均等化の後、最終的に、口金直上フィルター６’を介して口金７’に穿設された各吐出孔７ａ’に分配供給され、吐出孔７ａ’群から紡出されて繊維化される。
【００３０】
以上に述べた従来の紡糸口金パック１’では、濾過層３’の上部で濾過面積を多くとるために改質ポリマーが拡流され、各流された改質ポリマー流が静的混合手段５’に流入する直前で再び縮流され、更に、縮流された改質ポリマー流が口金７’に分散させて穿設された吐出孔７ａ’へ供給するために拡流される。このように従来の紡糸口金パック１’では、改質ポリマー流がその内部で縮流−拡流−縮流−拡流を繰り返すことになり、このような繰り返しの結果、改質ポリマー中に含まれる改質剤が再凝集して改質剤の分散性が低下しているものと推定される。なお、ベースポリマーと相溶性のある改質剤であれば、このような再凝集もそれほど顕著ではないが、非相溶性の改質剤では大きな問題となる。
【００３１】
しかも、例えば、ケニックス型の静的混合手段５’などを使用して、ベースポリマー中への改質剤の一層の分散混合を強化しようとすると、その混合エレメント数を可能な限り多くする必要が生じる。しかしながら、紡糸口金パック１’内での静的混合手段５’が設けられる流路長（Ｌ）と等価流路直径（Ｄ）とは、改質ポリマーの流れを一箇所に集中させるような従来方式では、改質ポリマーが流れる際の流路抵抗などの要因を考慮しなければならない。
【００３２】
そうすると、どうしても等価流路直径（Ｄ）を大きくせざるを得ず、Ｌ／Ｄの関係上、これに比例して流路長（Ｌ）も長くせざるを得ない。したがって、実用的な高さに紡糸口金パック１’の寸法を収めようとすると、増やさなければならないはずの混合エレメントの数を増やすことができなくなるという問題を有する。このような理由から、期待するような均一な混合流が得られないことになる。
【００３３】
ただし、前述の従来の紡糸口金パック１’は、紡糸するポリマーの種類、ポリマー漏れを防ぐシール方式などの違いによって種々の変形構造が考えられるが、その基本的な機能については略同じであって、その構造面からではなく機能面から見ても、同様の問題を有している。
【００３４】
以上に述べた従来の紡糸口金パック１’が有する問題点を念頭に置いて、図１に模式的に例示した概略正断面図である本発明の紡糸口金パック１を改めて見ると、本発明の特徴が極めて明瞭となる。なお、本発明の紡糸口金パックは、溶融紡糸時に、従来と同様に改質剤が均一に分散された改質ポリマーが紡糸口金パックに導入されると、この均一な分散状態が口金６から紡出される直前まで維持されていることを一大特徴とする。そこで、この点に関して、以下に詳細に説明する。
【００３５】
本発明の実施形態例である、図１に示した紡糸口金パック１が備える紡糸部品としては、改質ポリマーの流れに沿って、その上流側から下流側へと、ポリマーの導入部材２、外縁シール材付き濾過媒体３、静的混合手段４、混合手段の収容部材５、口金６を含んで構成され、これらの紡糸部品２〜６はパックケース７内に収納されている。なお、本例では、ポリマー導入部材２の外周に螺設された雄ネジと、パックケース７の内周上端部に螺設された雌ネジとを互いに螺合させることによって紡糸部品を一体として組み込む構造とされているが、本発明はこのような組み込み構造に特徴があるのではないことを付言しておく。
【００３６】
ここで、図１に例示した本発明の紡糸口金パック１では、図示したように、静的混合手段４が、口金６に穿設された吐出孔６ａのそれぞれに対応して一対一に設けられている。したがって、静的混合手段４を設ける流路に関しては、その流路直径（Ｄ）を吐出孔６ａのポリマー導入部の小さな孔径に対応させて小さくできる。しかも、口金６に穿設された吐出孔６ａ群の数だけ、静的混合手段４を設ける流路を設けることができるために、改質ポリマーが通過する際の流路抵抗を極めて小さくすることができる。しかも、流路直径（Ｄ）を小さくできることから、流路長（Ｌ）が実用的な長さであっても、Ｌ／Ｄを本質的に小さくすることができるために、静的混合手段４の混合エレメント数が従来の紡糸口金パック１’では１０個程度が限界であったものを、本例の紡糸口金パック１では１０個以上にすることもできる。
【００３７】
しかも、改質ポリマーが本例の紡糸口金パック１へ導入され、口金６から紡出されるまでの間のポリマーの流動状態をみると、従来の紡糸口金パック１’のように頻繁に拡流と縮流とが繰り返して行われることがない。すなわち、白抜き矢印で示した方向から導入孔２ａへ流入した改質ポリマーは、後続の吐出孔６ａ群へ分配するために一度だけ拡流された後、その後は拡流も縮流もほとんど行われることなく、濾過媒体３の内部で細流化及び分流化され、次いで、この流れが静的混合手段４内で分散混合されて、最終的に、口金６に穿設された吐出孔６ａ群から紡出されて繊維化される。
【００３８】
このとき、静的混合手段４を収容する収容部材５の下面は口金６の上面とが余分な部材を介さずに直接当接していることが好ましい。なお、この場合、当接面は凹凸が無い極めて滑らかな状態でメタルタッチしており、このメタルタッチによって当接面からポリマーが漏れ出さないようにしておくことが肝要である。しかしながら、口金から紡出される改質ポリマー中には、微粒子状の改質剤が凝集した粗大粒子や異物を含まないことが、その品質を保証したり、単繊維切れなどをなくして製糸工程の工程調子を安定化する上で好ましい。このため、口金直上に設置することができなかった濾過媒体３を収容部材５の上面に設けることが必要となる。
【００３９】
本例の紡糸口金パック１は、以上に述べたような構成を有するので、ベースポリマーに非相溶性の改質剤であったとしても、これらの改質剤が合体せずに改質ポリマー内で均一に分散された状態が維持され、このように良好な分散状態が維持されたままで、更に静的混合手段４によって強力に混合される。したがって、紡糸口金パックに導入される際の改質ポリマー内での改質剤の分散状態が、紡糸口金パック１内で悪化するどころか、逆に、良化した状態で吐出孔６ａ群から吐出されることになる。
【００４０】
ここで、本発明の紡糸口金パック１に使用する濾過媒体３については、改質ポリマーの濾過と、改質ポリマーに含まれる改質剤を吐出孔６ａのポリマー導入部へ均等に分配するために設けられている。また、改質剤が微粒子の形態を採る場合には、これらが凝集して粗大粒子になったりするので、濾過媒体３の微細空隙へ導くことによって、凝集した粗大粒子を分散させたり、あるいは分散できない場合には、これらを捕捉してしまったりする役割を果たす。なお、濾過媒体３の濾過精度は改質剤の分配性に問題なければ特に限定されないが、前記粗大粒子などの異物を通過させないという点から、その粒子の等価直径が１００μｍ以下のものを捕捉する能力を有することが好ましい。
【００４１】
また、静的混合手段４については、ケニックス型スタティックミキサー、スルーザー型スタティックミキサーなどを好適に使用することができる。しかしながら、改質剤をポリマー内に均一に分散混合させる機能を有していれば、その種類、混合エレメント数などについて特に限定する理由はない。ただし、直径が小さい流路に設置することを考えると、ケニックス型スタティックミキサーが好ましい。その際、混合エレメントの段数としては、５エレメント以上、特に、１０エレメントが好ましい。ただし、静的混合手段４の設置数と設置位置は改質剤を均一に分散させた状態の改質ポリマーを各吐出孔６ａへそれぞれ分配供給するために、吐出孔６ａと同じ数とこれに一対一で対応する位置でなければならないことは、既に述べたとおりである。
【００４２】
なお、本発明の紡糸口金パック１に備えられた口金６から繊維状に紡出された前述の改質ポリマーは、その後、周知の溶融紡糸装置が有する冷却装置、油剤付与装置、交絡付与装置、延伸処理装置、引取り装置、巻取り装置などによって、定法に従って、最終的に糸条として巻き取られることは言うまでもない。
【００４３】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の紡糸口金パックを用いることによって、ベースポリマー中の改質剤の存在状態を均一な分散状態に維持したままで、更に、紡糸口金パックの内部においてもその均一分散状態を向上させることができる。
【００４４】
したがって、改質ポリマーを口金から紡出させて繊維としたとき、改質剤が繊維内に偏在することがなく、均一に分散した状態で存在するので，品質に優れた繊維を紡糸することができる。更には、繊維内で改質剤が偏在することがないために、紡糸時や延神時に大きな張力が走行する繊維（糸条）に加わったとしても、改質剤が偏在する箇所が欠陥として作用しない。このために、短繊維切れなどの発生が少なく、製紙工程調子はきわめて良好となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の紡糸口金パックの一実施形態を模式的に例示した概略正断面図である。
【図２】従来の紡糸口金パックの一実施形態を模式的に例示した概略正断面図である。
【符号の説明】
１    紡糸口金パック本体
２    ポリマーの導入部剤
２ａ  導入孔
３    濾過媒体
４    静的混合手段
５    収容部材
６    口金
６ａ  吐出孔
７    パックケース
【図１】
2005002534.tif 000003
【図２】
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