热熔着性复合纤维及其制造方法、使用其的无纺布
技术领域
本发明涉及一种热熔着性复合纤维,更具体而言,涉及一种芯成分具有特定范围的取向度及结晶度的热熔着性复合纤维。
背景技术
以往,利用热风或加热辊的热能量、可通过热熔着而成形的热熔着性复合纤维容易获得蓬松性或柔软性优异的无纺布,故广泛用于尿布、卫生巾、护垫等卫生材料,或者生活用品或过滤器等产业资材等。特别是卫生材料与人体肌肤直接接触且需要快速吸收尿、经血等液体,因此蓬松性或柔软性的重要程度极高。为了获得蓬松性,具有代表性的是使用高刚性的树脂的方法,或通过以高倍率延伸而具有刚性的方法,但此情况下,所获得的无纺布的柔软性下降。另一方面,若优先考虑柔软性,则所获得的无纺布的蓬松性下降,液体吸收性恶化。
因此,提出有大量的获得能够兼具蓬松性与柔软性的纤维及无纺布的方法。例如,揭示有一种如下的制造方法,其通过使用将高全同规整度(High isotacticity)的聚丙烯设为芯成分且将主要包含聚乙烯的树脂设为鞘成分的鞘芯型复合纤维而制造蓬松的无纺布(参照专利文献1)。所述方法通过在复合纤维的芯侧使用高刚性的树脂,而对所获得的无纺布赋予蓬松性,但柔软性不充分,特别是若热接着温度成为高温,则所获得的无纺布的蓬松性也下降,从而难以兼具。
另外,专利文献2中,对包含分割型复合纤维的纤维网进行三维交络处理,将分割型复合纤维分割而形成极细纤维,从而获得柔软性。通过对无纺布表面赋予凹凸而获得蓬松的无纺布。根据所述方法虽然获得柔软性与蓬松性,但具有若分割性恶化则无法成为极细纤维而柔软性下降等问题,缺乏稳定性。
另外,专利文献3中揭示有如下的热熔着性复合纤维:能够容易且稳定地表现出流动延伸过程,所述热熔着性复合纤维中将聚酯系聚合体设为第1成分(芯),将熔点低于第1成分的烯烃系聚合体设为第2成分(鞘),作为第1成分的聚酯的双折射为0.150以下,且第1成分与第2成分的双折射比为3.0以下。专利文献3的发明中揭示一种可稳定地生产细纤度的热熔着性纤维,且记载可优选地用于卫生材料用途或产业资材用途。然而,即使为如专利文献3的发明那样经过流动延伸过程而制造的热熔着性复合纤维,制成无纺布时的柔软性或蓬松性也未必充分。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开昭63-135549号公报
专利文献2:日本专利特开2009-13544号公报
专利文献3:日本专利特开2009-114613号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的问题在于提供一种对无纺布赋予柔软性与蓬松性两者的热熔着性复合纤维,及使用其的无纺布。
解决问题的技术手段
本发明者等人为了达成所述问题而反复进行努力研究,结果发现,着眼于芯成分中的分子状态,制成抑制芯成分的取向度且结晶度高的热熔着性复合纤维,由此可解决所述问题,从而完成了本发明。
更具体地说,本发明具有以下的构成。
第1项.一种热熔着性复合纤维,其中第1成分为聚酯系树脂,第2成分为熔点低于所述第1成分的烯烃系树脂,
所述聚酯系树脂的取向度为6.0以下,且结晶度为20%以上。
第2项.根据第1项所述的热熔着性复合纤维,其为所述第1成分为芯成分且所述第2成分为鞘成分的鞘芯型复合纤维。
第3项.根据第1项或第2项所述的热熔着性复合纤维,其中在示差扫描热析法(Differential Scanning Calorimetry,DSC)测定中,位于245℃至250℃的范围的吸热峰值的最大吸热峰值的峰值高度(峰值1)与位于251℃至256℃的范围的吸热峰值的最大吸热峰值的峰值高度(峰值2)的峰值比(峰值1/峰值2)为2.2以上。
第4项.根据第1项至第3项中任一项所述的热熔着性复合纤维,其中单丝纤维强度为3.2cN/dtex以下。
第5项.根据第1项至第4项中任一项所述的热熔着性复合纤维,其中单丝纤维伸长率为100%以上。
第6项.一种片状纤维集合体,其包含根据第1项至第5项中任一项所述的热熔着性复合纤维。
第7项.根据第6项所述的片状纤维集合体,其为无纺布。
第8项.一种热熔着性复合纤维的制造方法,其包括:
(1)将聚酯系树脂设为芯成分,将具有较所述聚酯系树脂低的熔点的烯烃系树脂设为鞘成分,通过熔融纺丝而获得未延伸的鞘芯型复合纤维的步骤;以及
(2)以较所述聚酯系树脂的玻璃化温度高30℃以上的温度对通过所述步骤(1)而获得的未延伸的鞘芯型复合纤维进行延伸的步骤。
第9项.一种无纺布的制造方法,其包括:
(1)将聚酯系树脂设为芯成分,将具有较所述聚酯系树脂低的熔点的烯烃系树脂设为鞘成分,通过熔融纺丝而获得未延伸的鞘芯型复合纤维的步骤;
(2)以较所述聚酯系树脂的玻璃化温度高30℃以上的温度对通过所述步骤(1)而获得的未延伸的鞘芯型复合纤维进行延伸的步骤;
(3)使用作为通过所述步骤(2)而获得的鞘芯型复合纤维的热熔着性复合纤维,通过梳棉法来形成纤维网的步骤;以及
(4)以所述烯烃系树脂的熔点以上且小于所述聚酯系树脂的熔点的温度对利用所述步骤(3)而获得的纤维网进行热处理,从而使所述纤维网的交络部分接着的步骤。
发明的效果
本发明的热熔着性复合纤维的特征在于,芯成分的取向度低,且结晶度高,具有本发明的构成的热熔着性复合纤维可对无纺布赋予柔软性与蓬松性两者。另外,根据本发明的制造方法,可稳定地提供一种具有所述构成的热熔着性复合纤维或无纺布。
具体实施方式
以下,对本发明进一步详细地说明。
本发明的热熔着性复合纤维是将聚酯系树脂配置于第1成分、且将熔点较第1成分低的烯烃系树脂配置于第2成分而构成。
(第1成分)
构成本发明的热熔着性复合纤维(以下,有时简称为“复合纤维”)的第1成分的聚酯系树脂可由二醇与二羧酸利用缩聚而获得。作为用于聚酯系树脂的缩聚的二羧酸,可列举对苯二甲酸、间苯二甲酸、2,6-萘二羧酸、己二酸、癸二酸等。另外,作为所使用的二醇,可列举乙二醇、二乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇、1,4-环己烷二甲醇等。
作为本发明所使用的聚酯系树脂,可优选地利用聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯等芳香族聚酯。另外,除所述芳香族聚酯以外也可使用脂肪族聚酯,作为优选的脂肪族聚酯树脂,可列举聚乳酸或聚丁二酸丁二酯(Polybutylenesuccinate)。这些聚酯系树脂不仅为均聚物,也可为共聚合聚酯(共聚酯)。在上述情况下,作为共聚合成分,可利用己二酸、癸二酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、2,6-萘二羧酸等二羧酸成分,二乙二醇、新戊二醇等二醇成分,L-乳酸等光学异构体。此种共聚物的具体例包括聚对苯二甲酸丁二酯己二酸酯等。进而,可混合使用这些聚酯系树脂的两种以上。
若考虑原料成本、所获得的纤维的热稳定性等,则第1成分最优选为仅包含聚对苯二甲酸乙二酯的未改性聚合物。
若在第1成分中包含聚酯系树脂,则并无特别限定,优选为包含80质量%以上的聚酯系树脂,更优选为包含90质量%以上的聚酯系树脂。在不妨碍本发明的效果的范围内,视需要可适宜地进而添加抗氧化剂、光稳定剂、紫外线吸收剂、中和剂、成核剂、环氧稳定剂、润滑剂、抗菌剂、阻燃剂、抗静电剂、颜料及塑化剂等添加剂。
(第2成分)
构成本发明的复合纤维的第2成分的聚烯烃系树脂只要满足具有较构成第1成分的聚酯系树脂的熔点低的熔点这一条件,则并无特别限定。例如可使用聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯-1、聚己烯-1、聚辛烯-1、聚4-甲基戊烯-1、聚甲基戊烯、1,2-聚丁二烯、1,4-聚丁二烯等。基于构成所述均聚物的单量体以外的成分这一条件,进而可在这些均聚物中含有少量的乙烯、丙烯、丁烯-1、己烯-1、辛烯-1或4-甲基戊烯-1等α-烯烃作为共聚合成分。另外,可含有少量的丁二烯、异戊二烯、1,3-戊二烯、苯乙烯及α-甲基苯乙烯等其他乙烯系不饱和单体作为共聚合成分。
另外,可混合使用两种以上的这些聚烯烃系树脂。这些不仅为由通常的戚格勒-纳他(Ziegler-Natta)催化剂聚合而成的聚烯烃系树脂,也可优选地使用由茂金属催化剂聚合而成的聚烯烃系树脂、及这些的共聚物。另外,可优选地使用的聚烯烃系树脂的熔体质量流动速率(以下,略称为MFR(Melt Mass-Flow Rate))只要为能够纺丝的范围,则并无特别限定,优选为1g/10min~100g/10min,更优选为5g/10min~70g/10min。
构成本发明的复合纤维的第2成分的聚烯烃系树脂,优选的是选自由聚乙烯、聚丙烯及以丙烯为主成分的共聚物所组成的群组中的至少一种聚烯烃系树脂。具体例包括高密度聚乙烯、直链状低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯(丙烯均聚物)、以丙烯为主成分的乙烯-丙烯共聚物、以丙烯为主成分的乙烯-丙烯-丁烯-1共聚物。此处,所谓“以丙烯为主成分的共聚物”是指在构成所述共聚物的共聚合成分中,丙烯单元占最多量的共聚物。
所述MFR以外的聚烯烃的物性,例如Q值(重量平均分子量/数量平均分子量)、洛氏硬度(Rockwell hardness)、分支甲基链数等物性只要满足本发明的必要条件,则并无特别限定。第2成分中只要包含聚烯烃系树脂,则并无特别限定,优选为包含80质量%以上的聚烯烃系树脂,更优选为包含90质量%以上的聚烯烃系树脂。视需要也可在不妨碍本发明的效果的范围内,适宜地包含所述第1成分所例示的添加剂。
(复合纤维)
本发明的复合纤维优选为将所述的第1成分设为芯成分且将第2成分设为鞘成分的鞘芯型复合纤维。本发明的复合纤维的第1成分与第2成分的组合只要满足构成第2成分的聚烯烃系树脂具有较构成第1成分的聚酯系树脂的熔点低的熔点这一条件,则并无特别限定,可自所述所说明的第1成分及第2成分中选择而使用。第1成分/第2成分的组合的具体例包括聚对苯二甲酸乙二酯/聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯/高密度聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯/直链状低密度聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯/低密度聚乙烯等。其中更优选的组合为聚对苯二甲酸乙二酯/高密度聚乙烯。
复合纤维的复合形态,只要将第1成分作为芯成分而配置于纤维的内侧、将第2成分作为鞘成分而配置于纤维的外侧,则并无特别限制,优选为第2成分完全覆盖纤维表面的复合形态,其中优选为同心或偏心的鞘芯结构。作为纤维的剖面形状可使用圆及椭圆等圆形,三边及四边等边形、星形及八叶形等异形、或中空形等的任一种。
将第1成分与第2成分复合时的构成比率并无特别限制,第1成分/第2成分优选为10/90~70/30(容积比),更优选为30/70~60/40(容积比)。通过设为所述范围的构成比率,形成使无纺布具有蓬松性与柔软性,且与对无纺布的加工性的平衡优异的倾向,因此优选。
本发明的复合纤维的纤度并无特别限定,优选为0.9dtex~8.0dtex,具体而言,相对于如卫生材料资材中所使用的纤维,优选为1.0dtex~6.0dtex,更优选为1.3dtex~4.4dtex。通过设为所述范围的纤度,容易达成蓬松性与柔软性的兼具。
在本发明的复合纤维中,作为第1成分(芯成分)的聚酯系树脂的取向度为6.0以下,更优选为3.0~6.0。通过设为所述范围的取向度,可使无纺布具有柔软性。取向度优选为低,若取向度超过6.0,则柔软性变得不充分。另外,聚酯系树脂的结晶度为20%以上,更优选为20%~30%。通过设为所述范围的结晶度,可使无纺布具有蓬松性。结晶度优选为高,若结晶度未满20%,则难以获得充分的蓬松性。本发明发现,热熔着性复合纤维的芯成分的取向度与结晶度对无纺布的物性带来决定性的影响,且提供通过将取向度与结晶度设为所述的范围而兼具柔软性与蓬松性的无纺布。
本发明所规定的复合纤维的芯成分的取向度及结晶度可利用公知的方法测定。取向度例如可通过双折射或X射线衍射、激光拉曼分光的方法获得。结晶度例如可通过双折射或X射线衍射、激光拉曼分光获得。特别是本发明中“取向度为6.0以下”,是指依据于后述实施例中详细地叙述的基于激光拉曼分光法的取向度的测定而获得的值为6.0以下。另外,本发明中“结晶度为20%以上”,是指依据于后述实施例中详细地叙述的基于激光拉曼分光法的结晶度的测定而获得的值为20%以上。
在本发明的复合纤维中,在DSC测定中的位于245℃至250℃的范围的吸热峰值的最大吸热峰值的峰值高度(峰值1)与位于251℃至256℃的范围的吸热峰值的最大吸热峰值的峰值高度(峰值2)的峰值比(峰值1/峰值2)优选为2.2以上,更优选为2.2~8.0。认为本发明所规定的峰值比为反映复合纤维的芯成分的结晶度的值,通过使用所述范围的峰值比,可对纤维赋予刚性与蓬松性。
本发明的复合纤维的单丝纤维伸长率优选为100%以上,更优选为100%~200%。通过使用所述范围的伸长率的复合纤维,可对无纺布赋予柔软性。
本发明的复合纤维的单丝纤维强度并无特别限定,例如相对于如卫生材料中所使用的纤维,优选为1.0cN/dtex~4.0cN/dtex,更优选为2.0cN/dtex~3.2cN/dtex。通过使用所述范围的强度,能够兼具纤维的形态稳定性与蓬松性。
(复合纤维的制造方法)
对本发明的复合纤维的制造方法进行说明。
所述复合纤维例如可如以下那样进行制造。首先,将用作本发明的复合纤维的原料的聚酯系树脂配置于第1成分,将具有较第1成分低的熔点的烯烃系树脂配置于第2成分,通过熔融纺丝而制成将第1成分与第2成分复合化为同芯鞘芯型的未延伸纤维。
熔融纺丝时的温度条件并无特别限制,纺丝温度优选为250℃以上,更优选为280℃以上,进而优选为300℃以上。若纺丝温度为250℃以上,则可获得减少纺丝时的断丝次数、且容易将延伸后的伸长率残留的未延伸丝,因此优选,若为280℃以上,则这些效果更显著,若为300℃以上,则进一步显著,因此优选。温度的上限只要为可优选地纺丝的温度即可,并无特别限定。
另外,纺丝速度并无特别限制,优选为300m/min~1500m/min,更优选为400m/min~1000m/min。若纺丝速度为300m/min以上,则使获得未延伸丝时的单孔吐出量变多,获得可满足的生产性,因此优选。
在延伸步骤中对通过所述条件而获得的未延伸纤维进行延伸处理。延伸温度为较构成第1成分的聚酯系树脂的玻璃化温度高30℃~70℃且小于构成第2成分的聚烯烃系树脂的熔点的温度,优选为较聚酯系树脂的玻璃化温度高30℃~60℃且小于聚烯烃系树脂的熔点的温度。
此处,延伸温度是指延伸开始位置的纤维的温度。若延伸温度为“作为第1成分的聚酯系树脂的玻璃化温度+30℃”以上,则即使以高应变速度、即以高倍率来延伸,也可获得所述效果,因此优选。另外,延伸温度需要设为小于作为第2成分的烯烃系树脂的熔点以抑制由纤维彼此的熔着而导致的延伸过程的不稳定化。例如在对将玻璃化温度为70℃的聚对苯二甲酸乙二酯配置于第1成分、将熔点为130℃的高密度聚乙烯配置于第2成分的未延伸纤维进行延伸的情况下,设为100℃以上且小于130℃的延伸温度。若延伸温度为100℃以上,则相对于纤维的热量变多,聚对苯二甲酸乙二酯与高密度聚乙烯的延伸性的差异变小。由此,在无纺布化步骤中的梳棉加工时引起鞘芯剥离的担忧变小。
延伸倍率为未延伸纤维的断裂延伸倍率的75%~95%,优选为80%~95%,更优选为85%~90%的范围。此外,断裂延伸倍率是指在对未延伸纤维进行延伸的情况下,使纤维产生断裂时的延伸倍率。
继而,对延伸步骤中所获得的延伸纤维赋予机械卷缩,其后通过热处理使其干燥而进行结晶化。作为干燥温度,干燥优选为在低于第2成分的熔点但不低于15℃以上的温度范围内进行。
当将本发明的复合纤维加工成无纺布时,在采用梳棉步骤的情况下,为了通过梳棉机而需要将纤维切割成任意的长度。切割纤维的长度、切割长度考虑到纤度或梳棉机的通过性能,而可自15mm~125mm的范围选择,优选为30mm~75mm。
为了将本发明的复合纤维加工成无纺布,优选为使用在形成纤维网后进行热处理,使构成纤维网的纤维的交络点热熔着而无纺布化的方法。形成纤维网的方法有使以所述方式切割成规定长度的纤维通过梳棉机的梳棉法,在形成蓬松的纤维网时,优选为使用梳棉法。
对利用梳棉法而形成的纤维网进行热处理的公知的方法的具体例包括热风接着法或热辊接着法等方法,作为将本发明的复合纤维形成为纤维网后所进行的热处理法,优选为热风接着法。热风接着法为通过使经加热的空气或蒸气通过纤维网的整体或一部分,使构成纤维网的复合纤维的低熔点成分软化、熔融而将纤维交络部分接着的方法,并非是如热辊接着法那样将一定面积压破而损伤蓬松度的方法,因此为适于本发明的课题即提供蓬松且手感良好的无纺布的热处理法。
实施例
下述的实施例只不过是以例示为目的。本发明的范围并不限定于本实施例。
此外,本发明中的物性评价是利用以下所示的方法进行。
(熔体质量流动速率(MFR)的测定)
依据日本工业标准(Japanese Industrial Standards,JIS)K 7210进行熔体质量流动速率的测定。此处,熔融指数(Melt Index,MI)依据附属书A表1的条件D(试验温度:190℃、负荷:2.16kg)测定,MFR依据条件M(试验温度:230℃、负荷:2.16kg)测定。
(取向度)
使用纳米光子(Nanophoton)公司制造的激光拉曼显微镜进行测定。在纤维的长度方向照射偏光的激光光,将检测在纤维的长度方向偏光的拉曼散射光而获得的拉曼光谱的1615cm-1附近的(苯环C=C伸缩带(stretching band))峰值强度设为Iyy,在纤维的直径方向照射偏光的激光光,将检测在纤维的直径方向偏光的拉曼散射光而获得的拉曼光谱的1615cm-1带的峰值强度设为Ixx时,利用下式求出纤维的取向度。
取向度=Iyy/Ixx
(结晶度)
使用纳米光子(Nanophoton)公司制造的激光拉曼显微镜并通过以下的式子算出。
对比密度ρ(g/cm3)=(305-Δυ1730)/209
结晶度χ(%)=100×(ρ-1.335)/(1.455-1.335)
此外,Δυ1730为1730(cm-1)附近的拉曼带(C=O伸缩带)的半峰全幅值。
(DSC)
使用美国TA仪器(TAInstruments),股份有限公司制造的DSC“Q-10”进行测定。以成为4.20mg~4.80mg的质量的方式切割纤维,将其填充至样品盘而加以覆盖。在N2吹扫(purging)内,以30℃~300℃为止,10℃/min的升温速度测定,获得熔融图。分析图而求出位于245℃至250℃的范围的吸热峰值的最大吸热峰值的峰值高度(峰值1)与位于251℃至256℃的范围的吸热峰值的最大吸热峰值的峰值高度(峰值2)的峰值比(峰值1/峰值2)。
(单丝强度伸长率)
依据JIS L 1015对延伸丝进行了测定。
(柔软性)
将试样无纺布切出为150mm×150mm,就表面的光滑度、缓冲性、悬垂性等观点而言,由5人的检测员利用官能试验进行判断。将其评价结果如以下所述那样分类。以如下的3阶段的基准来评价。
良:5人全部感到“良好”
及格:1~2人感到“差”
差:3人以上感到“差”
(比容积(蓬松度))
使用数显指示器(digimatic indicator)(日本三丰(Mitutoyo)公司制造),以施加3.5g/cm2的负荷的状态下对无纺布测定厚度。根据所测定的厚度并使用下述的数式算出比容积。
无纺布的比容积(cm3/g)=无纺布的厚度(mm)/无纺布的单位面积质量(m2/g)×1000
根据所获得的比容积的值来评价蓬松性,如以下所述那样分类。以如下的3阶段的基准来评价。
良:比容积为70cm3/g以上。
及格:比容积为60cm3/g~69cm3/g
差:比容积小于60cm3/g
依照以下的材料及表1所示的条件,制造实施例及比较例的热熔着性复合纤维及无纺布。
(热塑性树脂)
使用以下的树脂作为构成复合纤维的热塑性树脂。
第1成分:固有粘度为0.64、玻璃化温度为70℃的聚对苯二甲酸乙二酯(略称记号为PET)。
第2成分:密度为0.96g/cm3、MFR(190℃,负荷:21.18N)为16g/10min、熔点为130℃的高密度聚乙烯(略称记号为PE)。
(热熔着性复合纤维的制造)
使用表1所示的热塑性树脂,将第1成分配置于芯侧,将第2成分配置于鞘侧,利用表1所示的挤出温度与复合比(容量比)进行纺丝。
使用延伸机并设定延伸温度为90℃~125℃,以表1所示的条件对所获得的未延伸纤维进行延伸步骤。其后,使用热风循环型干燥机,以表1所示的干燥温度(热处理温度)实施5分钟干燥步骤(热处理步骤)而获得热熔着性复合纤维。
(无纺布加工)
将热熔着性复合纤维挂载于辊梳棉机而获取纤维网,自纤维网切出100cm×30cm而使用热风循环式的热处理机,以加工温度为130℃进行热处理而使鞘成分热熔着,制成单位面积质量约为25g/m2的无纺布。
将各实施例及比较例的制造条件、物性评价结果汇总示于表1。
表1
根据表1的结果,本发明的实施例1~实施例4的取向度为6.0以下,结晶度为20%以上。通过抑制取向度且提高结晶度,使用本发明的复合纤维所制作的无纺布具有柔软性与蓬松性。
另一方面,在比较例2的复合纤维中,取向度为6.0以下,但结晶度并非为20%以上,因此使用所述复合纤维所制作的无纺布具有柔软性但不蓬松。在比较例3的复合纤维中,结晶度为20%以上,但取向度并非为6.0以下,因此使用所述复合纤维所制作的无纺布的蓬松性提高,但柔软性不良。
产业上的可利用性
根据本发明的热熔着性复合纤维,通过抑制聚酯系树脂的取向度且提高结晶度,可制作柔软性高且蓬松性优异的无纺布。由本发明的热熔着性复合纤维所获得的无纺布的柔软性优异、蓬松性优异,故可利用于要求蓬松性与柔软性两者的用途,例如尿布、卫生巾、失禁垫等吸收性物品,长袍、手术衣等医疗卫生材料,壁用片板、窗户纸、室内地面材料等室内内装材料,帐篷布(cover cloth)、清扫用抹布(wiper)、生活垃圾用罩等生活相关材料,一次性座便器、座便器用垫(cover)等卫生间制品(toiletry product),宠物垫(petsheet)、宠物用尿布、宠物用毛巾等宠物用品,擦拭材料、过滤器、缓冲材料、油吸附材料、油墨罐(ink tank)用吸附材料等产业资材,一般医疗材料,床品材料,护理用品等各种要求蓬松性、柔软性的纤维制品的用途。