JP2000509443A - 断面形状保持性の改良されたシリコーン及び／又はコポリマーを含有する非円形ポリエステル繊維及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 約99.9〜約98.5重量％の少なくとも１種のポリエステルと、約0.1〜約1.5重量％の添加剤とを組み合わせることによって製造された溶融押出組成物は、この添加剤を含有しない溶融押出組成物から製造された同じ繊維に比較して、少なくとも４％改良された形状保持性を有するポリエステル又はコポリエステル非円形断面繊維を与える。この添加剤は、溶融紡糸の間に空気−ポリマー界面に存在する。この繊維の製造方法も開示される。

Description

【発明の詳細な説明】 断面形状保持性の改良されたシリコーン及び／又はコポリマーを含有する非円形 ポリエステル繊維及びその製造方法技術分野 本発明は、一般的には非円形断面形状合成繊維に関する。更に詳しくは、本発 明は、ポリマー流体の表面張力の低下によって繊維の断面形状を持続するポリマ ー流体用の添加剤に関する。発明の背景 円形以外の断面形状を有する合成繊維から、ある種の利点がもたらされる。流 体移動、高い嵩、絶縁値、触感及び視覚審美性は、多くの利点の幾つかである。 これらの非円形断面形状繊維は、ポリマー流体の溶融紡糸及び溶液紡糸から得ら れる。紡糸口金の孔形状は、これらの繊維の所望の断面形状を与えるように設計 されている。 これらの非円形断面形状繊維の紡糸の間に、紡糸流体の表面張力は、紡糸口金 孔設計によって繊維に作られる断面形状を変形する、即ち、円形にするように作 用する。しかしながら、ポリマー流体の溶融粘度は、表面張力とは反対の作用を する。従って、元の断面形状が変形する程度は、溶融粘度対表面張力比の初期値 並びに固化の強さに依存する。 繊維に於ける非円形断面形状の保持性を改良することを目的とする先行技術に は、溶融粘度の強化又は表面張力の低下が含まれる。溶融粘度の強化は、溶融紡 糸温度の低下、加速された冷却、分子量の増加又は化学構造の修正によって行わ れてきた。 ポリマー流体の表面張力の低下は、溶融紡糸工程に表面活性添加 剤を添加することによりナイロンの三角（trilobal）フィラメント断面について 得られている。特に、下記の比較例で示されるように、脂肪酸の第一級脂肪族ア ミド及びエトキシル化脂肪酸は、ナイロン繊維の断面形状保持性を顕著に改良し た。 米国特許第4,923,914号（Nohrら）には、熱可塑性組成物に所望の特性を与え るために、部分Ａ及びＢを有する添加剤を使用することが開示されている。これ らの部分は一緒になると、熱可塑性組成物とその溶融押出温度で相溶性であるが 、別々の化合物としては相溶性ではない。この所望の特性を与えるのは部分Ｂで ある。Nohrの特許に開示されているそれらの特性は、改良された湿潤性、強化さ れた疎水性、緩衝容量（buffering capacity）、紫外線吸収性及び光安定性であ る。改良された形状保持性の所望の特性は開示されなかった。 従って、先行技術は、表面張力が非円形断面形状を円形に変化する作用をする こと及び表面活性剤の特別の種類がナイロン繊維の断面形状を保持する上で有効 であると示されたことを教示している。しかしながら、先行技術は、添加剤が、 仮にあったとしても、ポリエステル繊維の断面形状を保持する上で有効であるこ とを開示していない。従って、本発明が主として指向するものは、非円形断面を 有するポリエステル繊維におけるこのような改良された形状保持性を提供するこ とである。発明の要約 本発明は、約99.9〜約98.5重量％の少なくとも１種のポリエステルと、約0.1 〜約1.5重量％の添加剤とを組み合わせることによって製造する溶融押出組成物 を提供する。この溶融押出組成物から製造されるポリエステル又はコポリエステ ルの非円形断面繊維は、こ の添加剤を含有しない少なくとも１種のポリエステルの第二の溶融押出組成物か ら製造される同じ非円形断面を有する第二の繊維に比較して、少なくとも４％改 良された形状保持性を有する。この添加剤は、溶融紡糸の間に空気−ポリマー界 面に集結する。 本発明はまた、非円形断面繊維の形状保持性の改良方法を提供する。この方法 の第一工程は、約99.9〜約98.5重量％の少なくとも１種のポリエステルと、約0. 1〜約1.5重量％の添加剤とを組み合わせて、溶融押出組成物を形成することを要 する。次いで、この溶融押出組成物を、非円形断面形状の紡糸口金孔を通して押 し出し、この添加剤を含有しない少なくとも１種のポリエステルの第二の溶融押 出組成物から製造され、この紡糸口金孔を通して押し出した第二の繊維に比較し たとき、形状保持性の少なくとも４％の改良を有する繊維を形成する。この繊維 は冷却され、次いで巻き取られる。図面の簡単な説明 図１は、本発明の例で使用するためのＨ字形断面を有する繊維のための紡糸口 金孔である。 図２は、例１〜８のポリエステル繊維の形状因子へのPDMS添加剤の量の影響を 示すグラフである。 図３は、例１〜８についてのESCA％へのPDMS添加剤の量の影響を示すグラフで ある。 図４は、例１〜８に於けるPDMS添加剤を含有するポリエステル繊維の形状因子 へのESCA％の影響を示すグラフである。 図５は、例９〜15のポリエステル繊維の形状因子へのSILWET（商標）添加剤の 量の影響を示すグラフである。 図６は、例９〜15についてのESCA％へのSILWET添加剤の量の影響を示すグラフ である。 図７は、例16〜17のポリエステル繊維の形状因子へのTEGOPREN（商標）添加剤 の量の影響を示すグラフである。 図８は、例18〜19のポリエステル繊維の形状因子へのMASIL(商標)添加剤の影 響を示すグラフである。 図９は、例20のポリエステル繊維の形状因子へのフルオロ脂肪族ポリマーエス テル添加剤の量の影響を示すグラフである。 図10は、例21〜22のナイロン66繊維の形状因子へのTWEEN(商標)添加剤の量の 影響を示すグラフである。発明の詳細な説明 本発明は、表面活性添加剤の使用によって、溶融紡糸工程の間に溶融ポリエス テル又はコポリエステル樹脂の紡糸流体中の表面張力の低下を与える。好ましく は、この添加剤は、シリコーン、シリコーンコポリマー又はフルオロ脂肪族ポリ マーエステルであり、溶融押出組成物中に存在する。この溶融押出組成物は、約 99.9〜約98.5重量％の少なくとも１種のポリエステルと、約0.1〜約1.5重量％の 添加剤、好ましくは約99.6〜約99.0重量％の少なくとも１種のポリエステルと、 約0.4〜約1.0重量％の添加剤とを組み合わせることによって製造される。この溶 融押出組成物から紡糸された得られるポリエステル繊維は、同じ形状を有し、こ の添加剤を含有しない溶融押出組成物から製造された繊維に比較して、少なくと も４％、好ましくは少なくとも40％改良された断面形状保持性を有する。 270〜300℃での純粋な（neat）溶融ポリエステル及びコポリエステルの表面張 力は、約28〜26ダイン／cmである。溶融紡糸の間に、溶融したフィラメントは、 フィラメント形状を変形することができる表面張力に付される。従って、その溶 融フィラメント状態で繊維の形状を有効に維持するために、溶融ポリエステルの 表面張力を 、ポリマーの表面張力対粘度比に悪影響を与えることなく、低下させなくてはな らない。本発明の添加剤を使用することによって、このような所望の結果を達成 することができる。この添加剤は、所望の形状保持を得るために溶融紡糸の間に モノ分子空気−ポリマー界面でフィラメントの表面に影響を与える。 改良された形状保持性を測定するために、添加剤を含有させて製造したフィラ メントの形状因子を、添加剤を含有させないで製造した同じフィラメントの形状 因子と比較する。形状因子は： （式中、周辺長及び面積は、繊維断面のものである） のように定義される。特定の紡糸口金からのフィラメントについてのより高い形 状因子は、より良い形状保持性を示す。形状保持性に於ける改良％は： のように定義される。 本発明の繊維は、約99.9〜約98.5重量％の少なくとも１種のポリエステルと、 約0.1〜約1.5重量％の添加剤とを組み合わせて、溶融押出組成物を形成すること によって製造される。この溶融押出組成物を非円形断面形状の紡糸口金孔を通し て押し出して、繊維を形成する。この繊維を冷却し、次いで巻き取る。この繊維 は、溶融押出組成物が添加剤を含有しない以外は同じ方法で製造した第二の繊維 と比較して、少なくとも４％、好ましくは少なくとも40％改良された形状保持性 を有する。実施例 例１〜８ 例１〜８に於ける添加剤は、下記に示すような変化させた重量平均分子量のポ リジメチルシロキサン（PDMS）流体である。 表 １ PDMS添加剤の分子量及び粘度 PDMS 例 分子量 粘度（センチトークス） 1 3800 50 2 6000 100 3 9400 200 4 13700 350 5 17300 500 6 28000 1000 7 49300 5000 8 62700 10000 計量ポンプを使用して、PDMS流体を0.1〜2.0重量％（wt％）の量で、24／１の 長さ／直径比を有する１インチ（2.54cm）押出機の供給口に添加する。押出機は 、65％／35％フェノール／テトラクロロエタン中で測定して0.61のインヘレント 粘度を有するポリエチレンテレフタレート(PET)を押し出しながら、285℃の溶融 物出口温度で操作した。供給ポリエステルはパターソン(Patterson)真空タンブ ル乾燥器内で115℃で８時間乾燥した。繊維を、図１に示すようなＨ字形断面を 有する非円形断面の紡糸口金孔から紡糸した。この繊維を環境横断流空気で31フ ィート／分の速度で冷却した。この繊維を、1000メートル／分で巻き付けること によって巻き取った。紡糸したままの繊維は、各フィラメント当たり30デニール であった。 個々の紡糸したままのフィラメントの形状因子を、コンピュータベースの画像 解析技術で測定した。この画像解析システムは、顕微 鏡、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータベース画像処理ワークステーション 、ビデオモニター及びビデオプリンタからなっていた。 形状因子への添加剤の量の影響を、例１〜８について図２に示す。比較は、添 加剤を含有しない対照を、変化させた量のPDMS流体を有する例に対して行った。 全ての例に於いて、形状因子に於ける顕著な改良が観察された。200センチスト ークス（分子量＝9400）又はそれより大きい粘度を有するPDMS流体が、形状因子 に於けるより高い改良を示した。約0.5重量％より上にPDMS流体のレベルを上昇 させることによる、形状保持性に於ける大きな増加は見られなかった。これらの 例に於いて、PDMS流体を添加すると、形状因子に於ける40％改良が観察された。 繊維の表面に於けるPDMS添加剤のレベルは、電子分光法（ESCA）によって測定 した。繊維のバルク（bulk）レベルの関数としての表面でのPDMSレベルを図３に 示す。この表面レベルは、表面での元素状ケイ素の量の測定から得られ、添加剤 中のケイ素のパーセントを知って添加剤のレベルに転換された。 形状因子へのフィラメントの表面でのPDMS添加剤のESCA測定レベルの影響を図 ４に示す。200センチストークス又はそれより大きい粘度を有するPDMS流体につ いて、室温フィラメントの表面上の約15％の添加剤が約3.5以上の形状因子をも たらし、他方添加剤を含有しない対照は2.7の平均形状因子を有していた。約60 ％以下のフィラメント表面レベルが4.0のように高い形状因子を有すると測定さ れた。例９〜15 改良された形状保持性を与えるシリコーンコポリマーは、コネチカット州Danb uryのオーシ・スペシャルティーズ社（OSi Specialt ies，Inc.)から入手できるSILWET 7002，7600，722，7602，7230，7500及び7622 である。これらのコポリマーは、ポリアルケンオキシド変性ポリジメチルシロキ サンである。例９〜15は、これらのシリコーンコポリマー及び例１〜８に於ける のと同じ溶融紡糸条件を使用して得られた。形状因子への添加剤の量の影響の得 られたデータを図５に示す。ポリエステルポリマーの中に計量した添加剤のバル クレベルの関数としての（ESCAにより測定）フィラメントの表面上の添加剤のレ ベルを図６に示す。 このシリコーンコポリマーは、表２に示すような分子の設計に依存する広範囲 の親水性親油性比(HLB)を有している。低いHLB範囲（５〜８）、中間HLB範囲（ ９〜12）又は高HLB範囲（13〜17）を有するものは全て、これらのHLB値に無関係 に形状保持性を与える。 表 ２ 形状保持性を示すSilwetシリコーンコポリマー 例 添加剤 分子量 推定HLB 9 SILWET L-7002 8000 ９〜12 10 SILWET L-7600 4000 13〜17 11 SILWET L-722 3000 ５〜８ 12 SILWET L-7602 3000 ５〜８ 13 SILWET L-7230 30000 ９〜12 14 SILWET L-7500 3000 ５〜８ 15 SILWET L-7622 10000 ５〜８ 16 TEGOPREN 5863 15444 17 TEGOPREN 5830 18 MASIL 1066C 6359 19 MASIL 1066D 7677 例16〜17 例16及び17（表２）は、形状保持性を与えるTEGOPRENシリコーンコポリマーで ある。これらのコポリマーは、バージニア州Hopewellのゴールドシュミット・ケ ミカル社（Goldschmidt Chemical Corporation）から入手できるポリエーテル− ポリジメチルシロキサンである。ポリエステルフィラメントへのこれらの適用は 、例１〜８に記載したものと同様である。図７は、添加剤の重量％に対する形状 保持性の比較を示す。例18〜19 例18及び19（表２）は、例１〜８に従って適用したとき、ポリエステルフィラ メントのために改良された形状保持性を示すMASILシリコーンコポリマーである 。これらのコポリマーは、ポリアルキレンオキシド変性シリコーンである。形状 データを図８に示す。これらのコポリマーは、イリノイ州Gurneeのピーピージー ・インダストリーズ社（PPG Industries，Inc.）の一ディビジョンであるマーツ ェル・ケミカルズ社(Mazer Chemicals)から入手できる。例20 例20は、ポリエステルポリマーに有効な形状保持性を与えるフルオロ脂肪族ポ リマーエステル添加剤である。溶融フィラメントへのその適用は、例１〜８に於 けるものと同じである。形状因子への添加剤レベルの影響を図９に示す。例21〜25（比較） 例21及び22は、Gerhard Nachtrab及びHeinz Gilch、標題「溶融紡糸の間の表 面活性添加剤による非円形フィラメント断面の改良（Improvement of Noncircul ar Filament Cross Sections Through Surface-Active Additives During Melt Spinning）」によりChemiefasern／Textileindustrie，24／76，1974年に公表さ れた文献に開 示されているようなナイロンについて開示された形状保持性の先行技術の反復性 を示す。例２３〜２５は、このような添加剤が本発明のポリエステルで有効でな いことを示す。 表 ３ 例 商品名 ポリマー 21 TWEEN 80 ナイロン 22 TWEEN 81 ナイロン 23 TWEEN 80 ポリエステル 24 TWEEN 81 ポリエステル 25 KENAMIDE S ポリエステル Tween 80及びTween 81は、デラウェア州Wilmingtonのアイシーアイ・スペシャ ルティ・ケミカルズ社(ICI Specialty Chemicals)から入手できるエトキシル化 脂肪酸である。Tween 80はポリオキシエチレン（20）ソルビタンモノオレアート であり、Tween 81はポリオキシエチレン（５）ソルビタンモノオレアートである 。両方を、デラウェア州Wilmingtonのデュポン社（DuPont Co.）から入手できる ZYTELナイロン66 101と共に２重量％以下のレベルで押出機内に注入した。この ポリマーを乾燥剤乾燥器内で80℃で一夜乾燥させた。押出機は275℃で運転した 。他の紡糸条件は例１〜８と同様であった。ナイロン66中のこの添加剤の有効性 は、形状因子が増加しているので、図10に見られる。 例23のTween 80及び例24のTween 81を、例１〜８に於けるような条件を使用し てポリエステルに添加したとき、これらは有効な形状保持剤ではなかった。例２ ５に於いて、脂肪酸の第一級脂肪族アミドをポリエステルに添加した。テネシー 州Memphisのフンコ・ケミカル・ディビジョン、ウィトコ社(Humko Chemical Div ision，Witco Corp.)から入手可能のKenamide Sは、ポリエステル繊維用の有 効な形状保持剤ではないことが分かった。Kenamide Sはステアリン酸の飽和脂肪 第一級アミドである。 種々の分子量を有する広範囲のポリジメチルシロキサンが、本発明の実施に有 用である。多数のシリコーンコポリマー又はシリコーンコポリマーのブレンドも 、本発明で使用できる。このコポリマー又はブレンドは、種々の分子量、エチレ ンオキシド対プロピレンオキシド比及び親水親油バランスを有してよい。例えば 、これらは、ヒドロシリル化反応によりグラフト化されたポリエーテルのような ポリマーを含有する線状ポリジメチルシロキサン型又は縮合化学を通して結合さ れたポリエーテルのようなポリマーを含有する分岐状ポリジメチルシロキサン型 であってよい。 この添加剤及びポリマーは、種々の方法で組み合わせることができる。例えば 、コンセントレート中の添加剤をバルクポリマーと混合し、その後に押出機の中 に入れることができる。また、この添加剤は、供給口、転移若しくは計量ゾーン 、混合部又は紡糸ブロックでのような種々の点で、ポリマーを含有する押出機の 中に計量又は注入することによって導入することができる。 改良された断面形状保持性を有するこの新しい繊維は、創傷ケア用品、おむつ 、月経用製品及び成人失禁用製品のような吸収性製品で有用である。吸収性製品 に於ける繊維のこのような用途は、1994年８月24日特許査定、欧州特許第466,77 8号及び1994年２月２日特許査定、欧州特許第536,308号に記載されている。これ らはまた、繊維充填物として並びに衣服、履き物、手袋及びスポーツ衣服のよう なその他の絶縁製品でも有用である。このような絶縁製品は、1996年４月４日公 開のPCT公開第96／10108号公報に記載されている。 本発明をその好ましい態様を特に参照して詳細に記載したが、変 更及び修正が発明の精神及び範囲内で実施できることはいうまでもない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．99.9〜98.5重量％の少なくとも１種のポリエステルと0.1〜1.5重量％の添 加剤とを組み合わせることによって製造され、形状保持性の改良された非円形断 面繊維を形成するために特に適合したポリエステル又はコポリエステルの溶融押 出組成物であって、該添加剤が、溶融紡糸の間に空気−ポリマー界面に存在し、 かつ該添加剤を含有しない該少なくとも１種のポリエステルの第二の溶融押出組 成物から製造された同じ非円形断面を有する第二の繊維に比較して、該添加剤を 含む溶融押出組成物から製造された非円形断面の繊維に少なくとも４％改良され た形状保持性を与える、溶融押出組成物。 ２．該ポリエステルが99.6〜99.0重量％の量で存在し、該添加剤が0.4〜1.0重 量％の量で存在する、請求の範囲第１項に記載の溶融押出組成物。 ３．該添加剤が、シリコーン、シリコーンコポリマー又はフルオロ脂肪族ポリ マーエステルからなる群から選択される、請求の範囲第１項に記載の溶融押出組 成物。 ４．該添加剤がポリジメチルシロキサンである請求の範囲第３項に記載の溶融 押出組成物。 ５．該ポリジメチルシロキサンが、200センチストークスより大きい粘度及び9 400より大きい分子量を有する、請求の範囲第４項に記載の溶融押出組成物。 ６．該添加剤がポリアルキレンオキシド変性ポリジメチルシロキサンである請 求の範囲第３項に記載の溶融押出組成物。 ７．該添加剤がポリエーテル−ポリメチルシロキサンコポリマーである請求の 範囲第３項に記載の溶融押出組成物。 ８．請求の範囲第１項に記載の該組成物から製造された少なくとも４％改良さ れた形状保持性を有するポリエステル又はコポリエステル非円形断面繊維。 ９．少なくとも40％改良された形状保持性を有する請求の範囲第８項に記載の 繊維。 10．ａ）99.9〜98.5重量％の少なくとも１種のポリエステルと、0.1〜1.5重量 ％の添加剤とを組み合わせて、溶融押出組成物を形成する工程、 ｂ）該溶融押出組成物を、非円形断面形状の紡糸口金孔を通して押し出して、 該添加剤を含有しない該少なくとも１種のポリエステルの第二の溶融押出組成物 から製造され、該紡糸口金孔を通して押し出された第二の繊維に比較して、形状 保持性の少なくとも４％の改良を有する繊維を形成する工程、 ｃ）該繊維を冷却する工程並びに ｄ）該繊維を巻き取る工程 を含んでなる非円形断面繊維の形状保持性の改良方法。 11．該ポリエステルを、0.4〜1.0重量％の量の該添加剤と、99.6〜99.0重量％ の量で組み合わせる、請求の範囲第10項に記載の方法。 12．該添加剤が、シリコーン、シリコーンコポリマー又はフルオロ脂肪族ポリ マーエステルからなる群から選択される請求の範囲第10項に記載の方法。 13．請求の範囲第10項に記載の方法によって製造された非円形断面繊維。 14．請求の範囲第10項又は第13項に記載の方法によって製造された、99.9〜98 .5重量％の少なくとも１種のポリエステルと、0.1〜1.5重量％の添加剤とを組み 合わせることによって製造された溶融 押出組成物から製造された非円形断面繊維であって、該繊維は、該添加剤を含有 しない該少なくとも１種のポリエステルの第二の溶融押出組成物から製造された 該繊維に比較して、少なくとも４％改良された形状保持性を有する非円形断面繊 維。