(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリオレフィン系樹脂を溶融紡糸、延伸した後、延伸糸束を厚さ３ｍｍ以下になるように拡げ、水分率５％以下の状態で５〜１００ｍ／分の速度で走行させながら１．０〜１．２倍の緊張状態で、処理温度１５０℃〜１７０℃の雰囲気でのオゾンガス処理により繊維表面を改質処理させることを特徴とする表面改質された親水性ポリオレフィン系繊維の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、吸液性に優れ、かつ、特に不織布の水流交絡法に好適に使用される加工性に優れたポリオレフィン系繊維とその製造方法及び、それを使用した不織布に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ポリオレフィン系繊維は様々な用途、例えば使い捨ておむつや生理用ナプキンなどの衛生材料、ウエットティッシュ、フィルター、ワイパー、ティーパック、電池用セパレータなど親水性を要求される分野にも使用されることが多々ある。元来ポリオレフィン系繊維は疎水性であるために、親水性を高めるために様々なことがなされてきた。
【０００３】
例えば、特開昭５３−８３７２号公報などの様に界面活性剤などの親水性の繊維処理剤を繊維表面に処理する方法、特開昭５４−１３９３９号公報のように親水性モノマーのグラフト重合による繊維表面の改質方法、特開昭５５−１０５９６２号公報のように繊維表面をスルホン化処理をして親水性能を付与させる方法、または特開昭５６−１３２７６８号公報のように親水化ポリマーを繊維表面などに被覆して親水化を高める方法、更に特開昭５４−１３５３２８号公報、特開平１−８６４４５号公報、特開平３−５５７５６号公報などに記載されているようにコロナ放電或いはプラズマ放電法によって繊維表面に放電処理をして繊維に親水化を施す技術が開示されてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭５３−８３７２号公報のように界面活性剤を繊維表面に塗布する方法では水流交絡法や湿式抄造法などの様に水を使用する不織布加工法に用いた場合、繊維表面に塗布された界面活性剤が簡単に洗い流されてしまい、不織布製造後に十分な親水性が得られなくなってしまう。また特開昭５２−１３９３９号公報の様に親水化モノマーをグラフト重合させる方法ではグラフト率が少なく、親水性が十分でなくかつ、未反応モノマーの除去が必要であるなど工程が複雑化するので好ましくなく、特開昭５５−１０５９６２号公報のようにスルホン化する場合には、熱濃硫酸や発煙硫酸などの腐食性の薬品を使用するために多大な設備投資を必要とし、更には不織布が黒色化するという問題もあった。更に特開昭５４−１３５３２８号公報、特開平１−８６４４５号公報などに記載されているコロナ放電あるいはプラズマ放電法では、簡便な方法ではあるが、繊維の表面近傍が改質されずまた、放電処理であるために均一に表面改質されなく安定生産ができないといった問題点があった。
【０００５】
上記のような問題点を解消するために、比較的簡便で、親水効果が期待される方法として例えば、特開平５−２７２００６号公報などの様に親水化剤をポリオレフィン系樹脂に配合し、溶融紡糸した親水性ポリオレフィン系繊維が開示されている。しかしながら親水化剤を樹脂中に練りこんだ繊維は、親水化剤の繊維表面へのしみ出し速度を調整するのが困難であり、目的に応じた耐久親水性を得るには十分といえない問題点がある。
本発明はかかる事情を鑑みてなされたものであり、様々な不織布加工法、特に、水流交絡法や湿式抄造法など水を使用した不織布加工法に最適で、かつ親水性を要求する分野に使用可能な、親水性能の耐久性に優れたポリオレフィン系繊維及びこれを用いた不織布を提供することを目的とする。
【０００６】
すなわち本発明は、処理温度１５０℃〜１７０℃の雰囲気でのオゾンガス処理により表面改質されたポリオレフィン系繊維であって、ＥＳＣＡにて測定した炭素に対する酸素の元素組成比（Ｏ／Ｃ）が０．０２〜０．３０である親水性ポリオレフィン系繊維である。このような繊維は水流交絡法や湿式抄造法など水を使用する不織布の製造に使用すると作業効率がよくまた品質のよい不織布や紙が得られる。さらにオゾンガス処理後のポリオレフィン系繊維の表面に繊維油剤を付与することは後工程の例えばカード通過性をよくするために必要であるが、油剤は親水性の繊維処理剤であることが好ましい。
【０００７】
上記本発明の親水性ポリオレフィン系繊維は、ポリオレフィン系樹脂を溶融紡糸、延伸した後、延伸糸束を厚さ３ｍｍ以下になるように拡げ、水分率５％以下の状態で５〜１００ｍ／分の速度で走行させながら１．０〜１．２倍の緊張状態で、処理温度１５０℃〜１７０℃の雰囲気でのオゾンガス処理により繊維表面を改質処理させることにより製造することができる。
【０００８】
また上記本発明の親水性ポリオレフィン系繊維を使用した水流交絡法による不織布は、ＪＩＳ  Ｌ１０１８における吸水度（Ｂ法）が１０ｍｍ以上である。この不織布の繊維密度（ｄ１）とこの不織布と同一目付で表面改質されていないポリオレフィン系繊維によって構成された不織布の繊維密度（ｄ２）との比ｄ１／ｄ２は１．０６以上を示す。親水性ポリオレフィン繊維とすることにより同じ圧力の高圧水流処理でも繊維の交絡度が高く、不織布密度が高い不織布を得ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に使用されるポリオレフィン系繊維としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリブテン−１、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸メチル共重合体などのポリオレフィン系重合体、共重合体、三元共重合体、或いはそれらの変性体が得ようとする繊維形態に応じて１種または２種以上用いられる。繊維形態は単一繊維または複合繊維の何れであってもよく、複合繊維は芯鞘型、偏心芯鞘型、並列型、分割型の何れであっても差し支えない。断面形状においても、円状、異型状、中空状の何れであっても差し支えないが工程性を考慮すると単一繊維が好まし
い。
【００１０】
本発明のポリオレフィン系繊維において、表面改質処理前及び／または後に繊維処理剤を付与することができるが、工程性、親水性能付与の効率化などを考慮すると、表面改質後に繊維処理剤を繊維表面に付与させることが好ましい。そして、ここで使用することができる繊維処理剤は特に限定は無く、通常使用される様々な親水性付与性能を有する繊維処理剤を使用することができる。例えば、アルキルリン酸エステルなどのリン酸系アニオン活性剤、脂肪族カルボン酸石けんなどの石けん系アニオン活性剤、アルキルサルフェートなどのサルフェート系アニオン活性剤などを使用することができ、これらを２種以上混合してもよい。
【００１１】
前記の繊維処理剤は、繊維重量に対して０．１〜１．０重量％繊維表面に付与させることが好ましい。繊維処理剤の付与方法としては、浸漬法、スプレー法、コーティング法の何れでもよい。繊維処理剤の付与量が０．１重量％未満であると、初期の親水性が不十分であり、１．０重量％より大きいと、不経済となる。
【００１２】
そして、表面改質及び繊維処理剤によって親水化されたポリオレフィン系繊維には、繊維表面に親水性の官能基が導入される。導入される親水性の官能基としては、例えば、−ＣＨＯ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−などが挙げられる。本発明においては、繊維表面に繊維処理剤が付着したポリオレフィン系繊維において、繊維表面における酸素元素量と炭素元素量との比（Ｏ／Ｃ）が０．０２〜０．３０を満たすことにより、後述する様々な不織布加工法に対応でき、その中でも水流交絡法や湿式抄造法などの水を使用した不織布加工法に適し、かつ親水性能の耐久性に優れたポリオレフィン系繊維となす。
【００１３】
前記酸素元素量と炭素元素量との比（Ｏ／Ｃ）は、株式会社島津製作所製のＥＳＣＡ−３３００を使用し、繊維表面の元素組成分析を行い、測定したものである。試料は両面テープの片面に、無脂状態に調製した約１１００ｄｔｅｘの延伸糸の束を引き揃えて並べて貼り付けた。測定条件としては、線源はMg／Al、出力８ｋｗ、３０ｍＡとし、測定面積５０ｍｍ2 、繊維表面からの深度１０ｎｍで繊維表面に存在するオレフィン主鎖及び側鎖の全炭素元素、及び全酸素元素の割合を測定した。（Ｏ／Ｃ）が０．０２以上であれば親水性が十分であり、水流交絡法により不織布を製造するにあたり同じ処理回数でも繊維同士が交絡しやすく、高密度がえられる、また目付斑を生じにくいという特長がある。（Ｏ／Ｃ）が０．３０を越えると親水性能は増大するが繊維劣化が著しく、高コストとなるために経済的に好ましくない。
【００１４】
以下に本発明の親水性ポリオレフィン系繊維の製造方法について説明する。まず、ポリオレフィン系樹脂は、公知の溶融紡糸法により紡糸される。得られた未延伸糸は、温水、湿熱、或いは乾熱中で所定の倍率に延伸されて延伸糸トウを得る。次いで、水分率５％以下に調整した５５０００〜１４５００００ｄｔｅｘの延伸糸トウを５ｍ／分以上の速度で走行させながら、１．０〜１．２倍の緊張状態で処理温度１５０℃〜１７０℃の雰囲気でのオゾンガス処理により繊維表面を改質処理する。このとき延伸糸トウはフィードロールに沿って櫛歯状の分繊ガイドやトウの接触面が凸状になって回転するエキスパンドロールなどにより均一に薄膜状に薄く広げる必要があり、特にその厚みはできるだけ薄いほうが効率よく表面改質処理ができるため、３ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下とするとよい。そして表面改質処理は延伸糸トウの両面を少なくとも一回処理される。表面改質処理が片面だけであると、親水性が不十分であり、均一な表面改質が施されないために、均一な不織布が得にくいからである。
【００１５】
本発明のオゾンガス処理による繊維表面の改質は繊維表面の改質の状態が均一である点、生産効率の点で他の方法よりも優れている。たとえばフッ素処理法による表面改質は繊維表面の状態が均一になる点では同様に優れているが、フッ素ガスの毒性及び生産効率がオゾンガス処理法ほど上がらないために効率よく表面改質を行うのに適した方法とはいい難い。更にフッ素処理法に対してオゾンガス処理法のほうが比較的ソフトに表面処理が行われるために、同程度の表面改質を施したとしても、繊維改質時に受ける繊維のダメージはフッ素処理法に比べてオゾンガス処理法の方が少ないために繊維強力の低下をある程度抑えた状態で表面改質を行うことができる。また、コロナ放電処理法、プラズマ放電処理法でも繊維表面の改質は可能であるが、放電処理であるが故に、オゾンガス処理法よりも表面改質状態が不均一であるので、安定した表面改質状態を得ることが困難となる。
【００１６】
上記のオゾンガス処理はオゾンガスと酸素ガスとの混合ガスを使用して処理される。このときの混合ガス中のオゾンガス濃度は１万〜５０万ｐｐｍであり、より好ましくは５万〜３０万ｐｐｍである。また、該オゾンガス処理の処理温度は１５０℃〜１７０℃である。
【００１７】
そして、上記のように表面改質処理が行われた後に前述した繊維処理剤を付与させる。該繊維処理剤を付与後、アニーリング処理、乾燥、或いは湿潤状態のままで所定の繊維長に切断されて、乾燥状態、或いは湿潤状態のポリオレフィン系繊維を得る。得られたポリオレフィン系繊維の繊度は、不織布の用途などに応じて適宜決定すればよいが、０．２〜１７ｄｔｅｘが好ましい。一般に繊度が細いと繊維の表面積が大きくなるため、表面改質した繊維の表面の親水基などが水に接触しやすくなって親和性が増大し、不織布の均一性や生産性に寄与する。
【００１８】
得られた表面改質されたポリオレフィン系繊維は、繊維単独、繊維成形体、或いは不織布として使用される。不織布ウエブを得る方法としては、公知方法によってウエブを得ることができるが、公知のカード法によるカードウエブとなることが好ましい。使用できる前記のカードウエブとしては、例えば、パラレルカードウエブ、セミランダムカードウエブ、ランダムカードウエブ、クロスウエブなどであり、該ポリオレフィン系繊維の繊維長はカード通過性を考慮すると３０〜９０ｍｍとすることが好ましい。そして上記不織布ウエブは、単層、或いはこれらの積層体を用途に応じて決定される。
【００１９】
上記の不織布のうち、本発明の親水性ポリオレフィン系繊維は、スパンレース不織布のような高圧水流を利用する不織布加工法において、最も効果的である。例えば、スパンレース不織布に用いた場合、３ＭＰａ以上の水圧の水流が２回以上噴射されるために、初回の水流により通常の繊維に付与されている繊維処理剤は簡単に洗い流されてしまうので２回目以降の水流交絡処理では繊維の撥水性が強くなり交絡の進行が遅くなるのであるが、本発明の表面改質されたポリオレフィン系繊維を使用すると、水流により繊維表面が瞬時にぬれて、水流エネルギーが繊維ウエブの内部にまで浸透しやすくなり、水流による交絡性を増大させると共に、短繊維の飛び散りが極端に減少し、均一な不織布を得ることができる。
【００２０】
また上記不織布には本発明の表面改質されたポリオレフィン系繊維以外の繊維を含有させることも可能である。そのとき疎水性繊維を混入する場合には、不織布の親水性の保持が阻害されない程度に他の繊維を含有させることが必要であり、その含有量は３０重量％以下であり、表面改質されたポリオレフィン系繊維以外の繊維の含有量が３０重量％を越えると十分な親水性をえることができなくなるために好ましくない。一方親水性繊維を使用した場合にはポリオレフィン系繊維特有の嵩高性、腰硬度、および、耐薬品性を損なわないためにも、該表面改質されたポリオレフィン系繊維を少なくとも３０重量％含有させる必要がある。
【００２１】
そして、上記不織布に混合される他の繊維素材としては、例えば、綿、麻、レーヨンなどのセルロース系繊維、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル系繊維、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２などのポリアミド系繊維、アクリル系繊維、或いはポリオレフィン系繊維などが挙げられる。またその繊維形状も限定されず、単一繊維、芯鞘型複合繊維、偏心芯鞘型複合繊維、並列型複合繊維、海島型複合繊維、分割型複合繊維などであり、その断面形状は例えば、円形、異型、中空型のものが挙げられる。
【００２２】
更に、不織布に強力を付与させる場合には適切なバインダー機能を有する繊維を混在させることもできる。例えば、繊維表面の少なくとも一部が低融点樹脂からなる熱接着性繊維、或いはエチレン−ビニルアルコール共重合体からなる湿熱接着性繊維などが挙げられ、熱接着性繊維としては、ポリエチレン、ポリブテン−１、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸メチル共重合体などの樹脂からなる単一繊維、芯鞘型複合繊維、偏心芯鞘型複合繊維、並列型複合繊維、海島型複合繊維、分割型複合繊維などであり、その断面形状は例えば、円形、異型、中空型のものが挙げられる。また上記バインダー繊維を使用する場合には例えば、単一繊維であれば該単一繊維成分が溶融する温度、また、複合繊維では低融点成分が溶融し、高融点成分が溶融しない温度であり、なおかつ該表面改質されたポリオレフィン系繊維が繊維形態を保持する程度の温度で熱処理する必要があり、具体的な加工温度としては、１００〜１３０℃とすることが好ましく、そのためには、上記加工温度で適切なバインダー効果を奏でる成分を含有した繊維をバインダー繊維とすることが望まれる
。
【００２３】
上記のようにして得られた不織布は、ＪＩＳ  Ｌ１０１８における吸水度（Ｂ法）が１０ｍｍ以上であることが必要である。吸水度が１０ｍｍ以上であると不織布にするための水流交絡処理にあたり優れた処理効果が得られ、繊維密度のばらつきが少なく、表面状態のきれいな不織布が得られるのである。また、このようなポリオレフィン繊維を使用して構成された不織布の繊維密度をｄ１とし、この不織布と同一目付で表面改質されていないポリオレフィン系繊維によって構成された不織布の繊維密度をｄ２とすると両者の繊維密度比ｄ１／ｄ２は１．０６以上のものが得られる。親水性が充分であれば未処理ポリオレフィン系繊維を使用した不織布との水流交絡処理の差がここに現れるのである。この繊維密度比ｄ１／ｄ２が１．０６未満では本発明の親水性ポリオレフィン系繊維として親水性不充分ということである。
【００２４】
以上のようにして得られた不織布はワイパー、フィルター、電池用セパレータ、更には使い捨ておむつや生理用ナプキンなどの衛生材料、ウエットティッシュなどに好適である。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の内容を実施例を挙げて説明する。なお、単繊維繊度、単繊維強力、単繊維伸度、吸水度、不織布厚み、不織布引張強度、不織布引張伸度、不織布繊維密度は下記の様にして測定した。
【００２６】
［単繊維繊度］
ＪＩＳ  Ｌ１０１３に準じて測定した。
【００２７】
［単繊維強度、単繊維伸度］
ＪＩＳ  Ｌ１０１５に準じ、引張試験機を用いて、試料の掴み間隔を２０ｍｍとし、繊維が切断したときの荷重値及び、伸びを測定し、それぞれを単繊維強度及び、単繊維伸度とした。
【００２８】
［吸水度］
ＪＩＳ  Ｌ１０１８の吸水性Ｂ法（バイレック試験法）に準じ、幅２．５ｃｍ、長さ１５ｃｍの試験片を縦方向及び横方向にそれぞれ５枚採取し、試験片の一端を水に浸し水の吸い上げ高さのそれぞれの平均値を測定した。
【００２９】
［不織布厚み］
厚み測定機（商品名：ＴＨＩＣＫＮＥＳＳ  ＧＡＵＧＥ  モデル  ＣＲ−６０Ａ  株式会社大栄科学精器製作所製）を用い、試料１ｃｍ2 あたり３ｇの荷重を加えたときの状態で測定した。
【００３０】
［不織布引張強度、不織布引張伸度］
ＪＩＳ  Ｌ１０９６に準じ、幅５ｃｍ、長さ１５ｃｍの試験片を掴み間隔１０ｃｍで把持し、定速伸長型引張試験機を用いて引張速度３０ｃｍ／分で伸長し、切断時の荷重値及び伸長率を測定し、それぞれ不織布引張強度及び不織布引張伸度とした。
【００３１】
［不織布繊維密度］
目付を厚みで割り返した値を不織布繊維密度（ｇ／ｃｍ3 ）とした。
【００３２】
［実施例１］
樹脂として融点１６５℃、ＭＦＲ２５ｇ／１０分（ＪＩＳ  Ｋ７２１０、２３０℃）のポリプロピレン樹脂を用い、紡糸温度２７０℃、引き取り速度４２７ｍ／分で溶融紡糸し、７．８ｄｔｅｘの未延伸糸を得た。得られた未延伸糸を延伸温度１５０℃延伸倍率４倍で乾熱延伸して延伸糸トウを得た。前記で得られた水分率２．０％、トータル１３．２万ｄｔｅｘの延伸糸トウを５ｍ／分の速度で走行させながら、１．１倍の緊張状態を保ちながら、フィードロールを経て、均一に薄膜状に厚み１．０ｍｍに拡げた状態で、処理温度１５０℃、オゾンガス濃度７万ｐｐｍのオゾンガスと酸素ガスの混合ガスにて２０秒間オゾンガス処理を施し、表面改質処理された延伸糸トウを得た。その後、ジアルキルスルホン酸系繊維処理剤を含む７０℃のオイルバス槽に該延伸糸トウを浸漬して、該繊維処理剤を０．３重量％付着させた。次いで捲縮機により該延伸糸トウに１５山／２５ｍｍの捲縮を付与後、次いで１１０℃で乾燥させた後、切断することにより繊度２．２ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍの表面改質されたポリプロピレン繊維を得た。
【００３３】
上記で得られた表面改質されたポリプロピレン系繊維１００重量％からなる目付４０ｇ／ｍ2 のパラレルカードウエブを、１００メッシュの支持体の上に載せ、孔径０．１３ｍｍのオリフィスが１．０ｍｍ間隔で設けられたノズルから水圧４．９ＭＰａの高圧水流を表裏各１回噴射することで繊維同士を交絡させ、乾燥温度１００℃で乾燥することでスパンレース不織布を得た。前記水流交絡処理では高圧水流においてウエブ上に水はじきがなく、地合いのよいスパンレース不織布となすことができた。
【００３４】
［実施例２］
表面改質処理としてオゾンガス濃度９万ｐｐｍのオゾンガスと酸素ガスの混合ガスを使用した以外は実施例１と同様にして表面改質されたポリプロピレン繊維及び、スパンレース不織布を得た。なお水流交絡処理では高圧水流においてウエブ上に水はじきがなく、地合いのよいスパンレース不織布となすことができた。
【００３５】
［実施例３］
使用繊維として実施例１で得られた表面改質されたポリプロピレン系繊維重量７０％、繊度１．７ｄｔｅｘ、繊維長４４ｍｍのレーヨン繊維（商品名：コロナ、ダイワボウレーヨン株式会社製）を３０重量％とした以外は実施例１と同様にしてスパンレース不織布を得た。なお水流交絡処理では高圧水流においてウエブ上に水はじきがなく、地合いのよいスパンレース不織布となすことができた。
【００３６】
［比較例１］
表面改質処理としてオゾンガス処理を行わなかった以外は実施例１と同様にして、ポリプロピレン系繊維及びスパンレース不織布を得た。水流交絡処理では高圧水流においてウエブ上に水はじきが多く発生し、交絡性が不十分で表面に乱れのあるスパンレース不織布となった。
実施例１〜３及び比較例１の各物性を表１に示す。
【００３７】
【表１】
0003958548.tif 000002
【００３８】
【発明の効果】
本発明の表面改質されたポリオレフィン系繊維は、繊維表面を親水化処理することで表面改質し、（Ｏ／Ｃ）を所定量導入することで親水性、特に、耐久親水性に優れた繊維を得ることができる。また本発明の表面改質されたポリオレフィン系繊維を使用した不織布は特に水流交絡法などの水を使用した不織布形成法においては、優れた交絡性と地合いを有した不織布を得ることができ、例えば、使い捨ておむつ、生理用ナプキンなどの衛生材料、フィルター、ワイパー、ティーパック、電池用セパレータなどの耐久親水性を必要とする分野に好適に使用される。