JP2004019007A

JP2004019007A - 熱接着性長繊維の製造法

Info

Publication number: JP2004019007A
Application number: JP2002170933A
Authority: JP
Inventors: Shuji Miyazaki; 宮崎　修二; Shiro Ishibai; 石灰　司郎
Original assignee: Unitika Fibers Ltd
Current assignee: Unitika Fibers Ltd
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】高強度の熱接着性長繊維を製糸性良く製造する方法を提供することを技術的な課題とするものである。
【解決手段】鞘成分が融点１３０〜２００℃の共重合ポリエステル、芯成分が鞘成分より高融点であるポリエステルで構成された熱接着性複合繊維を、複合紡糸口金より紡出し、加熱筒内を通過させて冷却した後、油剤を付与しながら引き取り、一旦巻き取ることなく連続して延伸と弛緩熱処理を行いながら１５００ｍ／分以上で巻き取るスピンドロー法において、付与する油剤を非水系油剤とする熱接着性長繊維の製造法。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業資材用途に好適な高強度の熱接着性長繊維を製糸性よく製造することが可能な製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、熱接着性繊維としては、繊維断面形状を芯鞘構造とし、鞘成分に低融点成分を用いたもので、延伸捲縮加工を施し、短繊維化して用いるものが一般的である。これらの熱接着性短繊維は通常の短繊維とブレンド等を行い、クッション材等の成形加工時に熱処理を施し、熱接着性短繊維の低融点成分を溶融させ、接着させるものであった。したがって、このような用途においては熱接着性繊維自体の高強度化はあまり要望視されていなかった。
【０００３】
近年、熱接着性の長繊維が提案されており、これらはメッシュシート等の網目状に加工した後、低融点成分の融点以上の温度で熱処理を行い、交点部を熱接着することで目ずれを防ぐことができると同時に、従来、一般的に行われている樹脂加工を行ったものと比較して交点部での高い接着強力を得ることができる。あるいは、接着成分を有しない常用のポリエステル長繊維と混繊し、成形加工等を行った後に熱処理を施すと、成形品の形状の固定や剛直性を付与することが可能であるため注目されるようになってきた。
【０００４】
このような産業資材用途に使用するためには、熱接着性長繊維自体の高強度化が要望視されている。従来、単一型である常用の産資用ポリエステル繊維を高強度化する場合、延伸倍率を高くしたり、粘度を高くする方法が一般的に採用されている。しかし、いずれの場合も紡出された糸条を口金直下に設置された長さ２０〜５０ｃｍ、温度３００〜５００℃程度に加熱された加熱筒内を通過させ、未延伸糸の分子配向を抑制することで高延伸倍率が可能となる。従って、芯成分にポリエステルを用いる熱接着性長繊維も同様のことが言える。
【０００５】
しかしながら、熱接着性長繊維の製造においては、鞘成分である低融点成分も紡糸口金内で高融点成分である芯成分に近い温度に加熱されて紡出されるのが一般的であり、前記のような加熱筒内を通過させた場合、油剤を付与するまでの糸条の冷却が不十分又は困難となり、これが原因で油剤付与後に集束された糸条の単糸同士が密着するという問題が生じる。このような密着が生じると、続く延伸工程において切断や毛羽が生じ、延伸性が劣るようになる。
このようなことから、加熱筒の温度を高くすることができず、したがって高倍率での延伸が行えないため、産業資材用途で要望される熱接着性長繊維の高強度化は困難であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題を解決し、高強度の熱接着性長繊維を製糸性よく製造する方法を提供することを技術的な課題とするものである。
【０００７】
【問題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく検討した結果、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、鞘成分が融点１３０〜２００℃の共重合ポリエステル、芯成分が鞘成分より高融点であるポリエステルで構成された熱接着性複合繊維を、複合紡糸口金より紡出し、加熱筒内を通過させて冷却した後、油剤を付与しながら引き取り、一旦巻き取ることなく連続して延伸と弛緩熱処理を行いながら１５００ｍ／分以上で巻き取るスピンドロー法において、付与する油剤を非水系油剤とすることを特徴とする熱接着性長繊維の製造法を要旨とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の製造法で得られる熱接着性長繊維は、芯鞘複合繊維であり、芯成分に用いるポリエステルの主成分は、寸法安定性のよい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、ポリエチレンナフタレート等の中でも、安価で汎用性があるポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと称す）が好ましい。
【０００９】
また、その極限粘度〔η〕は０．６〜１．０程度が好ましく、この範囲より小さくなると高強度化が難しくなり、また、大きくなり過ぎると一般的に延伸時のローラの温度を鞘成分の融点以下とするため、芯成分の熱処理が不十分となり、熱収縮率が高くなり好ましくない。
【００１０】
芯成分には延伸性や強度を損なわない程度に耐候剤、顔料、着色剤、難燃剤、艶消剤等が添加されていてもよい。
【００１１】
次に、鞘成分は、融点１３０〜２００℃の共重合ポリエステルを用いる。摩擦や屈曲による芯成分との剥離がし難く、芯成分との相溶性がある共重合ポリエステルを用いることが好ましく、このような重合体は、２塩基酸またはその誘導体の１種もしくは２種以上と、グリコール系の１種もしくは２種以上とを反応させて得ることができる。
【００１２】
２塩基酸の例としては、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、Ｐ−オキシ安息香酸、５−ナトリウムスルホイソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸等の芳香族２塩基酸、シュウ酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、ドデカンジカルボン酸の脂肪族２塩基酸、１，２−シクロブタンジカルボン酸等の脂肪族２塩基酸等が挙げられる。
【００１３】
一方、グリコール類の例としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロパンジオール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、ネオペンタンジオール、Ｐ−キシレンクリコール等やポリエチレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等のポリアルキレングリコール類が挙げられる。
【００１４】
これらの２塩基酸又はその誘導体の１種もしくは２種以上と、グリコール系の１種もしくは２種以上からなる重合体は、熱的に安定性が良好であると共に、原料が比較的安価に供給されるので工業的に有利である。その中でも、特にテレフタル酸成分、脂肪族ラクトン成分、エチレングリコール成分及び１，４−ブタンジオール成分からなる共重合ポリエステルは、比較的結晶化速度が速く、紡糸時の糸条冷却の面からも好ましい。
【００１５】
また、その融点は１３０〜２００℃である必要があるが、好ましくは１４０〜２００℃であり、この範囲より小さいと紡糸時の冷却がより困難になったり、用途が限られるようになり好ましくない。また、大きいと熱接着時の温度が高くなるためコスト面で不利益となったり、芯成分の強度が低下するようになり好ましくない。
【００１６】
また、極限粘度〔η〕は０．５〜０．７程度が好ましく、この範囲より小さいと複合形態の均一性が困難となり、大きくなると溶融接着時に流動性が劣るようになるため接着斑が発生しやすくなり好ましくない。
【００１７】
さらに、鞘成分には、製糸性や接着性を損なわない程度に、艶消剤、着色剤、抗菌剤、難燃剤、結晶核剤、制電剤等を含有していてもよい。
【００１８】
そして、本発明で得られる熱接着性長繊維の芯鞘質量比（芯：鞘）は、１：１〜５：１とすることが好ましく、さらには２：１〜３：１が好ましい。鞘成分がこの範囲より小さくなると接着力が劣るようになり、大きくなると補強成分である芯成分が減少するため高強度化が困難になりやすい。
【００１９】
本発明の熱接着性長繊維の製造法について説明する。まず、本発明は、高倍率延伸を可能とすることで高強度化を行うため、紡糸口金下部に加熱筒を用いるが、その長さは５〜２０ｃｍ程度が好ましい。これより短くなると加熱筒での分子配向の抑制効果が劣るようになり、長すぎると冷却が困難になり好ましくない。また、温度は鞘成分の融点や冷却状態、加熱筒の長さにより調整するが、２００〜４００℃程度の範囲内で可能なかぎり高温に設定することが好ましい。
【００２０】
加熱筒内を通過させた糸条をその後、吹き付け長１００〜２００ｃｍ程度の横型冷却装置で温度１０〜３０℃、好ましくは１０〜２０℃の冷却風（空気）を０．３〜０．８ｍ／秒程度で吹き付けて冷却し、油剤を付与して集束し、引き取るが、付与する油剤は非水系油剤とする必要がある。
【００２１】
その理由は、非水系油剤を付与することで、単糸同士の密着が発生しにくくなるためであり、一方、水系エマルジョン油剤を付与して糸条を集束すると、単糸同士の密着が発生しやすい。この要因としては、鞘成分に用いる共重合ポリエステルは、一般的に結晶性や結晶化速度が劣ったり、あるいはガラス転移点（ＴＧ）温度の低いものが多いために冷却が不十分な糸条となりやすく、このような冷却が不十分な糸条に水系エマルジョン油剤を付与すると、油剤中に含まれる水分が何らかの影響を与え、単糸同士の密着を促進させるものと推察される。そこで、非水系油剤を付与すると、油剤中に含まれる鉱物油が何らかの影響を与えるのか、水系エマルジョン油剤で生じるような単糸同士の密着の発生を抑制することができる。
【００２２】
このように単糸同士の密着の発生を防ぐことができるので、続く延伸工程において切断や毛羽が生じることなく、高倍率延伸を行うことができる。また、油剤を付与する前の加熱筒の温度も高く設定することができるので、これによっても高倍率延伸が可能となり、高強度の繊維とすることができる。
【００２３】
本発明の製造法に使用する非水系油剤の成分や濃度等は何ら制限するものではく、低粘度鉱物油で油剤成分（平滑剤：３０〜８０質量％、乳化剤：２０〜７０質量％、その他添加剤適量で全体を１００質量％とする）を濃度３０〜６０質量％程度に希釈して用いればよい。濃度がこの範囲よりも小さくなると鉱物油の使用量が多くなりコスト面で好ましくなく、大きくなると均一な油剤付与が難しくなることがある。
【００２４】
また、繊維に対する油剤成分の付着量も常用のポリエステル繊維に採用される０．１〜１．０質量％程度でよく、この範囲より小さくなると糸条の集束性が損なわれて延伸性が劣るようになったり、大きくなると延伸熱処理時に希釈に用いる低粘度鉱物油の発煙が多くなるばかりでなくコスト面からも好ましくない。
【００２５】
また、油剤の付与方法としては、通常溶融紡糸において用いられるオイリングローラ方式、或いはスリット給油方式の何れも採用することができるが、油剤付与前や付与時に単糸同士の接触を少なくする方法が好ましく、このような方法としてオイリングローラ方式が好ましい。また、油剤の付与は一段階のみでなく、複数のオイリングローラを用いて多段階で付与してもよい。
【００２６】
このように油剤を付与された糸条は、その後オイリング装置下部のガイド等で適度に集束され、通常は冷却筒や整流管等の筒内を通過させて引き取りローラに引き取られる。
【００２７】
次に、この繊維を一旦巻き取ることなく連続して延伸及び弛緩熱処理を行いながら、１５００ｍ／分以上で巻き取る。このようなスピンドロー法で行うことがコスト面で有利であり、巻取速度は１５００ｍ／分以上で行う必要があるが、好ましくは２０００〜４０００ｍ／分である。巻取速度がこれよりも小さいとコスト面で不利益となり好ましくなく、また、大きくなり過ぎると吐出量の増加により、さらに冷却が困難となりやすく、単糸間の密着が生じやすくなる。
【００２８】
図１は、本発明の熱接着性長繊維を製造する際に用いる延伸巻取装置の一実施態様を示す概略工程図である。紡糸口金１０より紡出された糸条は、加熱筒６を通過し、冷却装置７で冷却固化された後、オイリングローラ８で油剤が付与され、集束ガイド９で集束される。続いて、非加熱の第１ローラ１に複数回掛けて引き取られ、引き続いて加熱された第２ローラ２に複数回掛けて引き揃え、加熱された第３ローラ３に複数回掛けて延伸された後、加熱された第４ローラ４に複数回掛けて弛緩熱処理を施され、目的とする熱接着性長繊維としてワインダー５で巻取られる。
【００２９】
以上のように、本発明の製造法で製造される熱接着性長繊維は、産業資材用途に用いるため、繊維の総繊度は２５０〜２０００ｄｔｅｘ、単糸繊度５〜１５ｄｔｅｘ程度とすることが好ましく、強度は４．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、より好ましくは５．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上とすることが好ましい。また、繊維の断面形状も異型でもよいが、高強度が得やすい芯鞘型同心円の丸断面形状とすることが好ましい。
【００３０】
【実施例】
次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。
なお、実施例における各物性値は、次の方法で測定した。また、紡糸油剤（非水系油剤、水系エマルジョン油剤）の成分も以下に示す。
（ａ）ＰＥＴ、共重合ポリエステルの極限粘度
フェノールと四塩化エタンとの等重量混合物を溶媒とし、濃度０．５ｇ／ｄｌ、温度２０℃で測定した。
（ｂ）強伸度
ＪＩＳＬ−１０１３に従い、島津製作所製オートグラフＤＳＳ−５００を用い、試料長２５ｃｍ、引っ張り速度３０ｃｍ／分で測定した。
（ｃ）融点
パーキンエルマー社製の示差走査熱量計ＤＳＣー７型を使用し、昇温速度２０℃／分で測定した。
（ｄ）単糸同士の融着の有無
引き取られた未延伸糸（油剤付与後、第１ローラで引き取られた繊維であって、第２ローラに引き取られる前の繊維を取り出した）を、チョ−クで摩擦し、静電気による単糸の開繊状態で判定した。
○　・・・　　４８フィラメント全てが開繊
△　・・・　　３０フィラメン以上が開繊
×　・・・　　３０フィラメント未満が開繊
（ｅ）操業性
連続して４時間の延伸を行い、毛羽等による糸切れ回数で評価した。
○　　・・・　０〜２回
△　　・・・　　３〜５回
×　・・・　　６回以上
（ｆ）紡糸油剤（非水系油剤、水系エマルジョン油剤）
油剤成分が、オレイルオレエート（７５重量部）、ＰＯＥ硬化ヒマシ油エーテル（１１重量部）、ＰＯＥラウリルアミノエーテル（１３重量部）、ＰＯＥオレイルホスフェートＮａ（１重量部）の組成で１００重量部の油剤を用いて、下記の紡糸油剤を作液した。
非水系油剤（Ａ）：低粘度鉱物油で油剤が５０質量％になるように希釈した。
水系エマルジョン油剤（Ｂ）：イオン交換水で油剤が２０質量％になるように希釈した。
【００３１】
実施例１
芯成分として、極限粘度〔η〕０．７５のＰＥＴ（融点２５５℃）を用い、鞘成分にはテレフタル酸とエチレングリコールとのエステル化反応で得られたテレフタル酸成分とエチレングリコール成分とのモル比が、１：１．１３のＰＥＴオリゴマーに、ε−カプロラクトンを酸成分に対して１５モル％、及び１，４−ブタンジオールをジオール成分に対して５０モル％の割合で添加して重合された極限粘度〔η〕０．６４、融点１６０℃の共重合ポリエステルを用いた。
両成分を常用の溶融複合紡糸装置に孔直径が０．５ｍｍの芯鞘型の溶融複合紡糸口金を装着し、温度２８０℃、芯鞘質量比を３：１で紡出し、長さ２０ｃｍ、壁面温度３００℃に加熱された加熱筒内を通過させた後、長さ１５０ｃｍの横型吹き付け装置で、温度１５℃の冷却風を０．７ｍ／秒で吹き付けて冷却した。続いて、吹き付け装置の下方に設置されたオイリングローラにより、油剤（Ａ）を油剤成分の付着量が０．３質量％になるように油剤を付与した。その後、非加熱の第１ローラに４回掛けて引き取り、温度１００℃の第２ローラに５回掛けて１．０２倍の引き揃えを行い、引き続いて温度１４０℃の第３ローラに４回掛けて延伸倍率５．４で二段目の延伸を行った後、速度３０３０ｍ／分、温度１２０℃の第４ローラに６回掛けて２％の弛緩熱処理を行い、速度３０００ｍ／分のワインダーで巻き取り、５５５ｄｔｅｘ／４８フィラメントの同心丸断面形状の芯鞘型熱接着性長繊維を得た。
【００３２】
実施例２
加熱筒の温度を３５０℃として、２段目の延伸倍率を５．６とした以外は実施例１と同様に行った。
【００３３】
比較例１
油剤（Ａ）に代えて、油剤（Ｂ）を用いた以外は実施例１と同様に行った。
【００３４】
比較例２
加熱筒の温度を２００℃にして、２段目の延伸倍率を５．０とした以外は比較例１と同様に行った。
【００３５】
実施例１〜２、比較例１〜２で得られた繊維の評価結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】

【００３７】
表１から明らかなように、実施例１〜２では単糸同士の融着もなく、操業性が良好であり、切断強度、伸度共優れた熱接着性長繊維を得ることができた。一方、比較例１はほとんどの単糸同士が融着していたため、延伸することができなかった。また、比較例２は融着を抑えるために、加熱筒の温度を低くしたが、融着を防止するまでには至らなかったため、操業性も悪く、延伸倍率も低下し、得られた繊維は実施例と比較して切断強度、伸度ともに劣っていた。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の熱接着性長繊維の製造法によれば、糸条の集束後、単糸間の密着を防止することができるので、延伸工程等における毛羽や糸切れの発生を抑えることができ、また、加熱筒の温度も高く設定できるため、高倍率での延伸が可能となり、高強度の熱接着性長繊維を製糸性よく製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱接着性長繊維を製造する際の延伸巻取装置の一実施態様を示す概略工程図である。
【符号の説明】
１　第１ローラ
２　第２ローラ
３　第３ローラ
４　第４ローラ
５　ワインダー
６　加熱筒
７　冷却装置
８　オイリングローラ
９　集束ガイド
１０　紡糸口金

Claims

鞘成分が融点１３０〜２００℃の共重合ポリエステル、芯成分が鞘成分より高融点であるポリエステルで構成された熱接着性複合繊維を、複合紡糸口金より紡出し、加熱筒内を通過させて冷却した後、油剤を付与しながら引き取り、一旦巻き取ることなく連続して延伸と弛緩熱処理を行いながら１５００ｍ／分以上で巻き取るスピンドロー法において、付与する油剤を非水系油剤とすることを特徴とする熱接着性長繊維の製造法。
鞘成分の主成分がテレフタル酸成分、脂肪族ラクトン成分、エチレングリコール成分及び１，４−ブタンジオール成分からなる共重合ポリエステルである請求項１記載の熱接着性長繊維の製造法。