JP2004169239A - 繊維成型体再利用品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】変形等なく繊維成型体をへたりから回復させ、その再利用を可能とする。
【解決手段】成型時圧縮面に対してに対して使用時受圧面を略垂直にしてなる繊維成型体に対し、使用後に１００〜２００℃の熱を与える、繊維成型体の再利用品の製造方法。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維成型体の再利用品の製造方法に関する。具体的には、繊維成型体を使用によるへたり等から回復させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、繊維成型体としては多種開発されており、一般的に融点が異なる繊維を混綿・開繊し熱風加熱し、繊維の一部を融着させ繊維成形体とするものが主流である。しかしこれらのものは、ユーザー等で使用されるにつれ劣化し、硬さや厚みが低下していき、やがては破砕や焼却等により廃棄されるものである。
【０００３】
かかる問題に対し、特定の繊維を不織布とした後に繊維構造体とし、使用後の再度の熱処理により初期のクッション性能を復元するクッション材が開示されている（特許文献１参照。）。しかしこの技術では、再度の熱処理を施すと元の厚さ以上に膨らんだり、無理に押さえつけながら熱処理をすると繊維の再溶融により変形したり、柔軟性が損なわれるという問題があった。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−９８４５２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、変形等なく繊維成型体をへたりから回復させ、その再利用を可能とすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、成型時圧縮面に対して使用時受圧面を略垂直にしてなる繊維成型体に対し、使用後に１００〜２００℃の熱を与える、繊維成型体の製造方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明について実施態様例を挙げながら詳細に説明する。
【０００８】
本発明で採用する繊維成型体は、成型時圧縮面に対して使用時受圧面を略垂直にしてなることが重要である。
【０００９】
成型時圧縮面とは、繊維成型体の圧縮成型時に圧縮を受ける面（圧縮方向に垂直な面）を言う。
【００１０】
成型時圧縮面は、繊維成型体における繊維の配列から判定することが可能である。というのは、図２の様に成型時に圧縮を受ける際、繊維は圧縮面内に平らに配列する方向で成型されるからである。従って、図３の様に８の方向から圧縮した場合には、成型時圧縮面とは垂直の面から見ると、繊維が成型時圧縮面と略平行に配列しているのが観察できる。
【００１１】
また、使用時受圧面とは、繊維成型体をクッション材等として使用する際に主に圧力を受ける面を言う。すなわち、繊維成型体をクッション材等として用いると、この使用時受圧面の法線方向にへこみ（へたり）が生じやすいことになる。
【００１２】
図１は、本発明で採用する繊維成型体の一例をモデル的に示す断面図である。１の方向と３の方向を面内に含むとして規定される面が使用時受圧面に該当し、例えばベッドマット用クッション材として使用する場合には、この上に使用者が寝そべる。
【００１３】
上記のような繊維成型体に対し、使用後に熱を与えて、その再利用品を製造する（以下、この熱処理を「熱回復処理」とも呼ぶ。）。成型時圧縮面に対して使用時受圧面を略垂直にしてなる繊維成型体に使用後に熱を与えることで、元の厚さ以上に大きく膨らむということがなく、元のクッション性や柔軟性を損なわずに回復させることができる。
【００１４】
その理由としては明らかではないが、成型時圧縮面と使用時受圧面とが平行な繊維成型体を採用する従来の技術では、クッション性を得る上で繊維間の融着の要素が大きいため、熱回復処理におけるクッション性の保持が不安定なのに対し、成型時圧縮面と使用時受圧面とが垂直な繊維成型体を採用する本発明では、クッション性を得る上で個々の繊維の形態保持の要素が大きいため、熱回復処理においてもクッション性の保持が安定しているからではないかと推察する。
【００１５】
熱回復処理の温度としては、１００〜２００℃である。１００℃未満で熱処理しても高い回復率は得られにくく、２００℃を超える温度では成型体を構成する繊維のヤング率が低下し、形態保持の観点から好ましくない。
【００１６】
熱回復処理の手段としては例えば、ユーザーに使用されへたりが発生した製品が、ベッドマット程度の大きさのものであれば、エアスルー型の乾熱式のヒートセッタを通過させる方法や、紡績の撚り止めで使用されているスチームセッタを使用する方法、リネン業者などで使用されている乾燥機などを使用する方法などがあげられ、また座布団やまくら程度の大きさであれば、恒温型の乾燥機などを使用する方法も良い。また、簡易的にはヘアードライヤを使用する方法もあるが、その時は熱風で押しつけられないように、製品との距離や熱風の強さに注意すると良い。
【００１７】
熱回復処理による、使用時受圧方向の厚み回復率は９０〜１００％、使用時受圧面表面の硬度回復率は７０〜１００％であることが好ましい。厚み回復率と硬度回復率は次の定義に従う。
厚み回復率（％）＝（Ｔ／Ｔ_０）×１００
Ｔ_０：使用前における厚み。
Ｔ：使用後の熱付与後（熱回復処理後）における厚み。
硬度回復率（％）＝（Ｋ／Ｋ_０）×１００
Ｋ_０：使用前における硬度。
Ｋ：使用後の熱付与後（熱回復処理後）における硬度。
【００１８】
また、成型時圧縮面に対して使用時受圧面を略垂直にしてなるということは、水切れ性や乾燥性が良好となるという点からも好ましい。というのは、例えばベッドマット用クッション材のように、繊維成型体は通常、使用時受圧方向を比較的薄くして使用され、本発明で採用する繊維成型体においては構成繊維は前述のように成型時圧縮面と略平行であるので、脱水時や乾燥時において繊維構造体内部からの水の抜けが良くなるからである。
【００１９】
次に、本発明で採用する繊維成型体の好ましい態様について説明する。
【００２０】
繊維成型体は、これを構成する繊維（以下、構成繊維と呼ぶ。）が、融点がその他の構成繊維よりも低い熱可塑性重合体（以下、低融点熱可塑性重合体と呼ぶ。）を少なくとも繊維表面に有する繊維（以下、低融点型繊維と呼ぶ。）を含むことが好ましい。
【００２１】
低融点型繊維の構成繊維における含有量は、２０〜６０重量％とすることが好ましい。低融点型繊維を２０重量％以上とすることで、繊維同士の熱接着点を多くとることができ、形態安定性が向上する。また、６０重量％以下とすることで、繊維成型体のソフト感を維持し、触感が粗硬にならない。
【００２２】
低融点型繊維における低融点熱可塑性重合体は、熱処理により低融点型繊維同士および低融点型繊維と他の構成繊維との接触点の一部または全部が接着する性質、すなわち熱接着性を有する。
【００２３】
低融点型繊維としては、繊維成型体の使用耐久性を向上させる観点から、低融点熱可塑性重合体を鞘側に配し、低融点熱可塑性重合体よりも融点が２０℃以上高い熱可塑性重合体を芯側に配した芯鞘型の複合繊維がより好ましい。
【００２４】
低融点熱可塑性重合体としては例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレン共重合体、エチレンブテン共重合体、エチレン酢酸ビニル共重合体等のポリオレフィンあるいはオレフィン共重合体、ポリへキサメチレンテレフタレート、ポリヘキサメチレンブチレンテレフタレート、ポリヘキサメチレンテレフタレートイソフタレート等のポリエステルあるいは共重合ポリエステル等の熱可塑性ポリマーから選ばれ、少なくとも一種類のポリマーを用いることができる。その融点としては、繊維間の熱接着性や圧縮に対する回復性、つまり圧縮残留ひずみの観点から８０〜１７０℃であることが好ましい。
【００２５】
芯側に配する熱可塑性重合体としては例えば、テレフタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸あるいはそれらのエステルを主たるジカルボン酸成分とし、エチレングリコールもしくはテトラメチレングリコールを主たるグリコール成分とする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あるいは、２，６−ナフタレートなどの線状ポリエステルを用いることができる。このうちポリエチレンテレフタレートが好ましい。
【００２６】
鞘側に配する低融点熱可塑性重合体と芯側に配する熱可塑性重合体との重量比としては、２０：８０〜６０：４０が好ましく、より好ましくは２０：８０〜５０：５０である。
【００２７】
また、低融点型繊維には、必要に応じてその他の重合体成分や、酸化チタン、カーボンブラック等の顔料や、各種の抗酸化剤、着色防止剤、耐光剤、帯電防止剤等を、本来の機能を喪失しないかぎり、複合や混合などにより添加することができる。
【００２８】
低融点型繊維の形態としては、繊維成型体の形態安定性および均一な密度を得る観点から、繊度が１〜１２ｄｔｅｘ、繊維長が１０〜１００ｍｍの短繊維を好ましく用いることができる。
【００２９】
また低融点型繊維は捲縮糸であることが好ましく、捲縮形態は繊維成型体の用途によって適宜選択すればよいが、一般的には、嵩高性、ソフト感、圧縮に対する回復性をよくする上で、捲縮数が３山／２５ｍｍ以上、捲縮度が５％以上であるのが好ましく、より好ましくは、捲縮数が５山／２５ｍｍ以上、捲縮度が１５％以上である。
【００３０】
低融点型繊維と混合するその他の構成繊維としては、低融点熱可塑性重合体の融点より高ければ良く、用途によって数種類使用することができる。例えば、ポリエステルの他にも、６−ナイロン、６６−ナイロン、６１０−ナイロン、１０９−ナイロン、１１−ナイロン、１２−ナイロン等のポリアミドを用いることができるが、なかでもポリエステルが好ましい。
【００３１】
また、低融点型繊維とその他の構成繊維をいずれもポリエステル系とすることも好ましい。ポリエステルは、圧縮特性（圧縮回復性）、熱接着形態固定性に優れ、燃焼ガスの毒性が低く、リサイクルできるなどの総合的な面で、好ましい材料である。
【００３２】
「その他の構成繊維」の融点としては、繊維成型体の使用耐久性を向上させる観点から、低融点型繊維の低融点熱可塑性重合体成分の融点よりも２０℃以上高いことが好ましい。
【００３３】
「その他の構成繊維」の形態としては、繊維成型体の嵩、圧縮抵抗、圧縮回復性、触感、形状保持性および密度の均一性の観点から、繊度が０．５〜３４ｄｔｅｘ、繊維長が１０〜１００ｍｍの短繊維を好ましく用いることができる。繊度を太くするほど、水切れ性が良くなり乾燥性に優れた繊維成形体を得られる傾向にある。一方３４ｄｔｅｘ以下とすることで、触感が粗硬になるのを防ぐことができる。
【００３４】
また「その他の構成繊維」も捲縮糸であることが好ましく、捲縮形態は繊維成型体の用途によって適宜選択すればよいが、一般的には、嵩高性、ソフト感、圧縮に対する回復性をよくする上で、捲縮数が３山／２５ｍｍ以上、捲縮度が５％以上であるのが好ましく、より好ましくは、捲縮数が５山／２５ｍｍ以上、捲縮度が１５％以上である。
【００３５】
また、「その他の構成繊維」は、複数種類を混合して用いてもよい。
【００３６】
本発明で採用される繊維形成体と、本発明で製造される繊維成型体の再利用品は、寝装用ベッド中材、マットレス、こたつ、家具用ソファー、クッション、電車、自動車などの車両用シート中材、パット材、ドアトリム、サンバイザー、衣料用パッドなど、主にクッション材や、その他フィルター、住宅遮音材、断熱材など遮蔽材として好適に使用することができる。中でもベッド中材、マットレスや電車、自動車などのシート材として、好適に使用することによりへたり等劣化が生じても熱を与えることによりほぼ元の状態に復元され容易に再利用が可能となるものである。
【００３７】
次に、本発明で好ましく採用される繊維成型体の製造方法について説明する。図２は、当該製造方法の一例に用いられる装置の金型をモデル的に示す縦断面図である。
【００３８】
低融点型繊維とその他の構成繊維とを、給綿機、混綿機、開繊機を通して、充分に混綿、開繊し、繊維混合物としたのち、例えば、目的用途に応じた形状の型枠に、送綿ファンによる空気流などの気体と共に、繊維混合物を吹き込んで充填する。吹き込んで充填するためには、型枠が適度の通気性を有するものであることが望まれ、通気性としては、ＪＩＳ Ｌ １０７９−１９６６フラジール型通気性試験機による測定で、５〜２００ｃｃ／ｃｍ^２ ・ｓｅｃの範囲が好ましい。このような型枠としては、例えば、図２に示すパンチング金属板を用いた金型４，５を用いることができる。吹き込み口６から通気性型枠内に吹き込まれた繊維７は、タテ、ヨコ、厚み方向にランダムに配列した状態となる。
【００３９】
次いで気体の通気方向に圧縮し、この状態で熱接着処理する。熱接着処理により、低融点型繊維同士、または低融点型繊維とその他の繊維との接触点の少なくとも一部を接着して形態を固定する。熱処理の温度は低融点型繊維の鞘側である低融点熱可塑性重合体が溶融接着する温度であればよく、一般的には、８０〜２００℃が好ましい。熱接着処理の時間は、繊維成型体の密度やサイズ等によって適宜選択しうる。
【００４０】
【実施例】
次に、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。諸特性の測定方法等は次の通りである。尚、繊維成型体における使用時受圧方向を、以下では単に「厚み」とも呼ぶ。
【００４１】
［繊度］
ＪＩＳ Ｌ １０１５−７−５１Ａの方法に基づいて測定した。
【００４２】
［平均繊維長（カット長）］
ＪＩＳ Ｌ １０１５Ａ法（ステープルダイヤグラム法）に基づいて測定した。
【００４３】
［捲縮数および捲縮度］
捲縮数および捲縮度はそれぞれ、ＪＩＳ Ｌ １０１５−７−１２−１およびＪＩＳ Ｌ １０１５−７−１２−２の方法に基づいて測定した。
【００４４】
［密度］
一辺が１０ｃｍの立方体の試験片を３個準備し、２０℃×６５％ＲＨの室内に２４時間放置した後、その室内で試験片の重さ（Ｗ）を測定し、次式により密度を求めて、３回の平均値で示した。
密度（ｇ／ｃｍ^３）＝Ｗ／（１０×１０×１０） 。
【００４５】
［乾燥性］
タテ３０ｃｍ、ヨコ１５ｃｍ、厚み１０ｃｍの直方体試験片を３個準備し、
シリカゲルデシケーター内にて２４ｈｒ放置したのち、試験片の重量（Ａ_０）を測定し、水に試験片が浮かないように５分間浸け、取り出しその重さ（Ａ）を経時的に測定し、その含水率変化を次式により求めた。
含水率（％）＝（Ａ−Ａ_０）／Ａ_０×１００ 。
【００４６】
［使用圧縮処理］
繊維成型体を各評価項目に応じたサイズの試験片に切り出し、初期厚みの５０％の位置までの圧縮を３万回繰り返し、繊維成型体の長期使用によるへたり等の状態を得た。
【００４７】
［熱回復処理］
恒温乾燥機を用い、各実施例・比較例における所定の温度および時間にて処理した。
【００４８】
［厚み回復率・硬度回復率］
使用時受圧面の一辺が１５ｃｍ、厚みが１０ｃｍの試験片を３個準備し、それぞれについて上記の使用圧縮処理を施し、次の定義により求めた。
厚み回復率（％）＝（Ｔ／Ｔ_０）×１００
Ｔ_０：使用前における厚み（１０ｃｍ）。
Ｔ：熱回復処理後における厚み。
硬度回復率（％）＝（Ｋ／Ｋ_０）×１００
Ｋ_０：使用前における硬度。
Ｋ：使用後の熱付与後（熱回復処理後）における硬度。
【００４９】
［表面硬度］
高分子機器株式会社製 アスカーＦ型硬度計を用いて熱回復率の試験片１個につき３回測定し、その平均値で示した。
【００５０】
［形態安定性］
熱回復処理後の繊維成形体に、ゆがみやハクリなどの変形・破壊が起きなかったものを○とし、起きたものを×とした。
【００５１】
次の３項目について、成型して未使用のままの繊維成型体を「未使用品」とし、また前述の使用圧縮処理と熱回復処理を施したものを「再利用品」とした。
【００５２】
［圧縮残留ひずみ］
未使用品と再利用品のそれぞれについて、使用時受圧面の一辺が１５ｃｍ、厚みが１０ｃｍの試験片を３個ずつ準備し、それぞれの試験片について上記の使用圧縮処理を施し、室温で３０分間放置した後、厚さｔ（ｃｍ）を測定し、次式による圧縮残留ひずみについて、３つの平均値を算出した。
圧縮残留ひずみ（％）＝｛（１０−ｔ）／１０｝×１００ 。
【００５３】
［圧縮応力損失］
未使用品と再利用品のそれぞれについて、使用時受圧面の一辺が１５ｃｍ、厚みが１０ｃｍの試験片を３個ずつ準備し、それぞれの試験片についてインストロン型の引張り試験機の圧縮装置で圧縮応力２００ｇ／ｃｍ^２ までの圧縮・回復曲線を描き、圧縮時１００ｇ／ｃｍ^２ 応力時の圧縮ひずみ率と同等回復率での回復応力（σ）を測定し、次式による圧縮応力損失について、３つの平均値を算出した。
圧縮応力損失（％）＝｛（１００−σ）／１００）｝×１００ 。
【００５４】
［撓み量］
未使用品と再利用品のそれぞれについて、成型時圧縮方向を幅方向にとり、幅１０ｃｍ、長さ５０ｃｍ、厚み５ｃｍの試験片を３個ずつ準備した。それぞれの試験片について、水平な台上にのせ、試験片をすべらせて台の端から長さ３０ｃｍ出した状態で１分間放置後、台の上面と試験片の先端の下面との高さの差（撓み量）をスケールで読みとり、３つの平均値を算出した。
【００５５】
（実施例１）
低融点熱可塑性重合体としてイソフタル酸を４０モル％共重合したポリエチレンテレフタレート（極限粘度：０．５５、融点：１１０℃）を用いて芯鞘型複合繊維の鞘成分とした。また、通常のポリエチレンテレフタレート（極限粘度０．６５、融点２５５℃）を用いて芯鞘型複合繊維の芯成分とした。鞘成分と芯成分との重量比を５０：５０とし、吐出量３６．２２ｇ／ｍｉｎ、紡糸温度２８５℃、紡糸口金孔数２４孔、引取速度１３５０ｍ／ｍｉｎで芯鞘型複合繊維を紡糸した。
【００５６】
次いで、この未延伸糸を延伸後のトウ繊度が１０万デニールとなるように合糸して、延伸倍率３倍、延伸浴温度８０℃で延伸し、クリンパで機械捲縮を付与した。さらに、７０℃の熱セッターで乾燥した後、仕上げ油剤を付与して、カット長５１ｍｍに切断して、繊度４．４ｄｔｅｘ、表面層の融点が約１１０℃の低融点型繊維の複合短繊維Ａを得た。
【００５７】
一方、その他の構成繊維として、極限粘度０．６５、融点２５５℃のポリエチレンテレフタレートを用い、紡糸・延伸した後、カット長６４ｍｍ、繊度約１４．４ｄｔｅｘ、中空率３８％の中空丸断面の短繊維Ｂを得た。
【００５８】
前記複合短繊維Ａを４０重量％、短繊維Ｂを６０重量％混綿し、ローラーカードでさらに混綿、開繊し、繊維混合物を得た。この繊維混合物を、図２に示すような金型において、その吹込口５から、各面にパンチングが施された、内面の幅×長さ×高さが１０００ｍｍ×１０００ｍｍ×１０００ｍｍの下金型１に、空気流と共に吹き込んだ。各面にパンチングが施された上金型４で吹き込まれた繊維混合物４を圧縮して、高さ５００ｍｍ、密度０．０４０ｇ／ｃｍ^３まで圧縮し、機械的に固定した。金型に圧縮固定した繊維混合物６を、熱風強制循環式の大型乾熱セッターで１４５℃×２０ｍｉｎ乾熱セットし、構成繊維同士を熱接着した。
【００５９】
この繊維圧縮体の成型時圧縮面に対し垂直な面を使用時受圧面として繊維成型体を得た。
【００６０】
さらに、前述した使用圧縮処理と、１５０℃での熱回復処理を施し、繊維成型体の再利用品を得た。
【００６１】
表１に、繊維成型体の未使用品の物性等を、表２に未使用品の乾燥性を、表３に未使用品および再利用品の各評価結果を示す。
【００６２】
厚み回復率・硬度回復率・形態安定性はいずれも良好であり、再利用品の圧縮残留ひずみ・圧縮応力損失・撓み量・取扱性・ソフト性などは、未使用品と同等で遜色のないものであった。
【００６３】
（実施例２）
熱回復処理を１２０℃で行った以外は、実施例１を繰り返した。
厚み回復率・硬度回復率・形態安定性はいずれも良好であり、再利用品の圧縮残留ひずみ・圧縮応力損失・撓み量・取扱性・ソフト性およびなどは未使用品と同等で遜色のないものであった。
【００６４】
（比較例１）
繊維混合物を金型に入れて圧縮して、乾熱セットにより構成繊維同士を熱接着したところまでは、実施例１を繰り返した。
【００６５】
この繊維圧縮体の成型時圧縮面に対し垂直な面を使用時受圧面として繊維成型体を得た。
【００６６】
さらに、使用圧縮処理と、１５０℃での熱回復処理を施し、繊維成型体の再利用品とした。
【００６７】
未使用品の取扱性は良好であったが、熱回復処理においてはもとの厚さ以上に膨れ上がり、厚み回復率・硬度回復率ともに悪かった。
また、再利用品は未使用品に比べ圧縮残留ひずみが大きく、圧縮応力損失の変動が大きく、またソフト性の劣るものであった。
【００６８】
（比較例２）
熱回復処理を８０℃で行った以外は、実施例１を繰り返した。
その結果、充分な厚み回復率・硬度回復率が得られなかった。
【００６９】
（比較例３）
熱回復処理を２２０℃で行った以外は、実施例１を繰り返した。
成型体にゆがみや端部が崩れたりして、形態安定性が劣るものであった。
【００７０】
【表１】

【００７１】
【表２】

【００７２】
【発明の効果】
本発明によれば、変形等なく繊維成型体をへたりから回復させ、その再利用を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の繊維成型体の一例を示す模式的概略断面図である。
【図２】本発明の繊維成型体の製造方法に用いられる装置（金型）の一例を示す模式的概略縦断面図である。
【図３】本発明の繊維成型体の一例を示す模式的概略斜視図である。
【図４】成型時圧縮面と使用時受圧面とを垂直にした場合（実施例１等）と、成型時圧縮面と使用時受圧面とを平行にした場合（比較例１）との、乾燥性を比較したグラフである。
【符号の説明】
１：繊維成形体長さ方向
２：繊維成形体厚み方向
３：繊維成形体幅方向
４：下金型
５：上金型
６：気体および繊維混合物の吹き込み口
７：繊維混合物
８：成型時圧縮方向
９：使用時受圧方向

Claims (3)

1. 成型時圧縮面に対して使用時受圧面を略垂直にしてなる繊維成型体に対し、使用後に１００〜２００℃の熱を与える、繊維成型体の再利用品の製造方法。
2. 熱を与えることによる、使用時受圧方向の厚み回復率が９０〜１００％、使用時受圧面表面の硬度回復率が７０〜１００％である、請求項１記載の繊維成型体の再利用品の製造方法。
   厚み回復率と硬度回復率は次の定義に従う。
   厚み回復率（％）＝（Ｔ／Ｔ_０）×１００
   Ｔ_０：使用前における厚み。
   Ｔ：使用後の熱付与後におけるの厚み。
   硬度回復率（％）＝（Ｋ／Ｋ_０）×１００
   Ｋ_０：使用前における表面の硬度。
   Ｋ：使用後の熱付与後における表面の硬度。
3. 繊維成型体を構成する繊維が、融点がその他の構成繊維よりも低い熱可塑性重合体を少なくとも繊維表面に有する低融点型繊維を２０〜６０重量％含む、請求項１または２記載の繊維成形体。

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