JP2005533932A - 低収縮ポリプロピレン・テープ繊維およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

特定のポリプロピレン／テープ繊維における熱収縮および水分収縮の問題を防止する際の改善が提供される。そのような繊維は、基本的には、非常に薄いが、平坦な（非常に大きい断面アスペクト比を有する）テープ・繊維にその後にスリットされるポリプロピレンのフィルムまたはチューブを最初に製造することによって造られる。そのような繊維（ならびに従って初期のフィルムおよび／またはチューブ）では、熱硬化後の目的とするポリプロピレン・テープ繊維に剛性を迅速かつ効果的にもたらすある種の化合物の存在が要求される。一般に、これらの化合物は、初期のペレット化ポリマーを融解させるために十分な熱にさらされた後、そのような溶融物を冷却させたとき、目的とするポリプロピレンの内部にポリマー結晶の核を形成させる何らかの構造を含む。そのような化合物は、冷却時に核形成剤を伴わない目的とするポリプロピレンよりも高い温度でポリマー結晶の核を形成させなければならない。そのような様式において、「剛性化」核剤化合物はポリプロピレンの結晶成長のための核形成部位をもたらす。初期のフィルムおよび／またはチューブをスリットした後、繊維は、結晶性の網目組織を成長させ、従って、所望する配置に繊維を保持するために十分な温度にさらされる。好ましい「剛性化」化合物には、ジベンジリデンソルビトール型化合物が含まれ、そしてまた、それほど好ましくはないが、安息香酸ナトリウム、ある種のリン酸ナトリウム塩およびリン酸リチウム塩（例えば、NA-11として別途知られている2,2’-メチレン-ビス-（4,6-ジ-tert-ブチルフェニル）リン酸ナトリウムなど）などの化合物が含まれる。そのような本発明のテープ繊維の具体的な製造方法、ならびにそのような方法から作製される繊維物品もまた、本発明に包含される。

Description

本発明は、特定のポリプロピレン・テープ繊維における熱収縮および水分収縮の問題を防止する際の改善に関する。そのような繊維は、基本的には、非常に薄いが、平坦な（非常に大きい断面アスペクト比を有する）テープ・繊維にその後にスリットされるポリプロピレンのフィルムまたはチューブを最初に製造することによって造られる。そのような繊維（ならびに従って初期のフィルムおよび／またはチューブ）では、熱硬化後の目的とするポリプロピレン・テープ繊維に剛性を迅速かつ効果的にもたらすある種の化合物の存在が要求される。一般に、これらの化合物は、初期のペレット化ポリマーを融解させるために十分な熱にさらした後、そのような配向ポリマーを冷却させると、目的とするポリプロピレンの内部にポリマー結晶の核を形成させる何らかの構造を含む。そのような化合物は、冷却時に、核形成剤を伴わない目的とするポリプロピレンよりも高い温度でポリマー結晶の核を形成させなければならない。そのような方法では、「剛性化」核剤化合物はポリプロピレンの結晶成長のための核形成部位をもたらす。初期のフィルムおよび／またはチューブをスリットした後、繊維は、結晶性の網目組織を成長させ、従って、所望する配置に繊維を保持するために十分な温度にさらされる。好ましい「剛性化」化合物には、ジベンジリデンソルビトール型化合物が含まれ、そしてまた、それほど好ましくはないが、安息香酸ナトリウム、ある種のリン酸ナトリウム塩およびリン酸リチウム塩（例えば、NA-11として別途知られている2,2’-メチレン-ビス-（4,6-ジ-tert-ブチルフェニル）リン酸ナトリウムなど）などの化合物が含まれる。そのような本発明のテープ繊維の具体的な製造方法、ならびにそのような方法から作製される繊維物品もまた、本発明に包含される。

ポリプロピレン・テープ繊維は、物品の補強または寸法安定性の目的のために、カーペット裏地、スクリム織物および他の織物を含む様々な最終用途で利用されている。残念ながら、標準的なポリプロピレン・テープ繊維を利用する従来の適用は、主にテープ繊維成分のために、比較的大きい収縮率に悩まされている。熱、水分および他の環境的要因はすべてが、テープ繊維（およびそれから作製された糸）の様々な収縮可能性の一因であり、それにより残留収縮作用を物品自体の内部に生じさせている。従って、そのようなポリプロピレン繊維は、カーペット裏地のような最終用途では非常に所望されるが、残念ながら、収縮は、最終的なカーペット製品の非常に望ましくないねじれまたは波しわの原因となっている。あるいは、成形カーペット（例えば、カーペットタイルなど）の製造方法では、無駄な材料の発生、または少なくとも、カーペット自体の予想される収縮による多量の比較的な高価な完成したカーペット材料の喪失、カーペット裏地繊維自体によって示される収縮率の結果のすべてをもたらす予想される大きい収縮が補償されている。さらに、以前に製造および実施されたそのようなテープ繊維は、比較的低い引張強さに悩まされている。スクリム織物の場合（屋根用物品、アスファルト補強材などにおける場合）、そのような収縮率問題は、最も良い全体的な補強能を目的とする物品に付与し、補強された物品を平坦なままにすることを可能にするためにもまた非常に重要である。はるかにより高価なポリエステルおよびポリアミドを成分繊維として利用することが、（カーペット裏地およびスクリム用途の両方について）、収縮率が大きく、引張強さが低いこれまでのそのような問題的なテープ繊維に対する唯一の代替法となっている。

そのようなポリプロピレン・テープ（大きいアスペクト比）繊維を、織物を補強するためなどに、アパレルからカーペット裏地（ならびにカーペットパイル織物）に及ぶ（上記で暗に示されるような）様々な異なる製造物において利用することが引き続き望まれている。そのようなポリプロピレン・テープ繊維は、優れた強度特性を示し、ある種の「破壊的」な化学薬品にさらされたとき、容易に劣化または摩滅しない。しかしながら、そのうな注目される有益な性質、そして、比較的安価に製造することができ、また石油精製副産物として容易に入手可能である多量のポリプロピレンを用いた場合でさえ、そのような繊維は、使用時、洗浄時などの間に比較的高温にさらされる製造物では広く利用されていない。これは、主に、典型的なポリプロピレン・テープ繊維によって示される、上記の大きく、そして、一般には不均一な熱収縮特性および水分収縮特性のためである。そのような繊維は、熱に対して安定でなく、標準的な温度（150℃および130℃の温度など）にさらされたとき、収縮は、約2％（沸騰水中）から、約3〜4％（熱気暴露の場合）まで、5〜6％（より高温の熱気の場合）まで及ぶ。従って、これらの極めて大きい一定しない収縮率は、熱安定性を要求する最終用途（例えば、カーペットパイル、カーペット裏地、成型品など）については特に、非常に望ましいポリプロピレン繊維の利用性および加工性を非常に低くしている。

カーペット裏地におけるポリプロピレン・テープ繊維のこれまでの使用は、最終的な製造物について不均一な収縮率を見積もり、従って、基本的には、そのような製造および／またはさらなる処理の間に、ある一定量の製造物の喪失を予想することが不可欠であった。例えば、タフテッド繊維構成要素がプリント時の寸法安定性のためにその一次カーペット裏地構成要素に最初に付けられた後、そのような工程が、様々なパターンの着色または全体的な均一な着色を目的のタフテッド基材に付与するために所望される場合である。プリント後には、乾燥工程が、着色をその位置に固定し、そしてそこからの潜在的なブリードを低下させるために要求される。そのようなプリント工程のために要求される温度（例えば、130℃およびそれ以上）が、一般にはプリント用アセンブリーに付属する加熱された領域においてもたらされる。そのような高温では、典型的なポリプロピレン・テープ繊維含有裏地は上記の大きい収縮率を示す（例えば、平均して2〜4％の間）。そのような収縮はまた、残念なことに、プリントされたタフテッド基材の寸法形態もまた支配しており、従って、二次裏地を取り付ける前の全体的な製造物の最終的な大きさを決定している。従って、そのような二次裏地は、典型的には、タフテッド構成要素／一次裏地品の予想されるサイズに関連するサイズに切断される。従って、収縮の不均一性、ならびに異なるサイズの二次裏地を一次のタフテッド構成要素に付与しなければならないことは、低収縮性ポリプロピレン・テープ繊維の一次カーペット裏地が必要であることを明らかに示している。収縮能が本質的にゼロである場合、二次裏地のために均一かつ適正なサイズを確実に選択することは、そのようなカーペットの製造における無駄およびコストを削減するのに明らかに役立つ。

プリントが所望されない場合、潜在的な問題が高収縮性のテープ繊維の一次裏地織物に関して依然として存在する。すなわち、ラテックス接着剤が、残る二次裏地構成要素（ならびに他の構成要素）をタフテッド基材／一次裏地品へ取り付けるために要求される場合である。乾燥が、そのような接着剤の迅速な硬化を達成するために依然として必要である。十分な高温にさらされたとき、サンドイッチ状のポリプロピレン・テープ繊維含有一次裏地は、最終的な製造物の座屈（またはそのようなカーペット品の内部における構成要素部分のサイズが異なることに伴う他の問題）をそれにより生じさせ得るあるレベルの収縮を受ける。

今日まで、そのような問題に対する簡単な解決策はなく、少なくとも、そのようなより高収縮性のテープ繊維によって示される実質的に同じ引張強さを提供する解決策はなかった。非テープ状ポリプロピレン繊維の収縮率特性を改善するための考えのいくつかには、それぞれの繊維におけるポリプロピレン成分自体の分子量分布を狭くし、かつ制御すること、または、熱硬化の前および熱硬化時に目的の繊維を機械的に処理することが含まれていた。残念ながら、分子量制御は、最初に達成することが極めて困難であり、（織物業界での広範囲の利用には依然として大きすぎる）上記に示された収縮率をもたらしただけであった。さらに、非常に高い熱硬化温度を機械処理のときに用いることは、ほとんどの場合、対象とする繊維にとって良好な持ち味の喪失をもたらしている。この問題に対する別の解決策は、繊維を予備収縮させることであり、これには、繊維を加熱炉に入れ、長時間収縮させることを可能にする粉砕可能な紙包装材に繊維を巻くこと、（紙包装材を粉砕すること）、そして、その後、さらなる加工のために利用可能な包装材に再び巻くことが伴う。このプロセスは、受け入れられ得る糸をもたらす一方で、高価であり、ポリエステルおよびナイロン繊維と比較した場合、得られる繊維は競合力がなくなる。結果として、関連する先行技術分野には、ポリプロピレン繊維技術において熱および／または水分による収縮の何らかの改善をもたらす教示または開示は何ら存在しない。さらに、非テープ状繊維についてのこれらの限定された収縮率改善法はテープ繊維に移転せず、実質的な低収縮性の利益を何ら提供しないことが見出されている。

上記のように、本発明に関する主要な事項は、低収縮性ポリプロピレン・テープ繊維を製造することである。本発明の目的のために、用語「テープ繊維」または繊維は、少なくとも2：1の断面アスペクト比を示すモノフィラメント繊維を包含することが意図され、従って、比較的幅が広く、かつ平坦な繊維である。上記のように、そのようなテープ繊維は、一般には、所望する繊維がその後にスリットされるポリプロピレンのフィルムおよび／またはチューブを最初に作製すること（それにより、所望する平坦な形態を、目的とする繊維自体に実質的に均一なアスペクト比を与えるために、実際のスリットプロセスの間相互に実質的に均一な間隔で設置された刃などのスリット手段と、そのようなスリット法を介して調和させること）によって製造される。

従って、本発明の１つの目的は、引張強さを大きく低下させることなく、改善された収縮率をポリプロピレン・テープ繊維に与えることである。本発明のさらなる目的は、広範囲の濃度で低いレベルの収縮および／またはより大きいレベルの引張強さをそのような本発明のテープ繊維（およびそれらから作製された糸）に与えるある種類の添加剤を提供することである。本発明のさらなる目的は、非常に低い熱収縮率を示すポリプロピレン裏地を用いて作製されたカーペットを提供することである。本発明の別の目的は、それを用いたそのような低収縮性の引張強さの大きい織物の最終的な製造を可能にする核剤含有ポリプロピレン・テープ繊維を製造するための特定の方法を提供することである。本発明のさらに別の目的は、非常に低い収縮を示す比較的安価なポリプロピレン繊維が半分以上含まれる裏地を有するカーペット品を提供することである。

従って、本発明は、少なくとも10 ppmの核剤化合物を含み、少なくとも3グラム／デニールの引張強さを示すポリプロピレン・テープ繊維を包含する。また、本発明には、少なくとも10 ppmの核剤化合物を含み、150℃の熱気暴露後の収縮率が2％以下であるポリプロピレン・テープ繊維が包含され、この場合、前記繊維はさらに、少なくとも2.5グラム／デニールの引張強さを示す。また、本発明は、散乱ピークの中心が最大でも0.4度であるようなＸ線散乱パターンを示すポリプロピレン・テープ繊維を包含する。そのような本発明の繊維を含むある種の糸および織物物品もまた本発明に包含される。特に注目されるものは、上部側および底部側を有するカーペット品で、タフテッド繊維、ベルベル繊維または同様なタイプのいずれかの繊維基材が前記上部側に取り付けられ、そして、ポリプロピレン繊維が半分以上含まれる裏地であって、前記繊維が少なくとも10 ppmの核剤化合物を含む裏地が前記底部側に取り付けられているカーペット品である。好ましくは、そのようなカーペット品は、上記に示された収縮率と同等の非常に低い収縮率を示す。

さらに、本発明はまた、そのような繊維を製造する方法であって、下記の一連の工程；a）約2000 ppm以下、好ましくは約1500 ppm以下、より好ましくは約1000 ppm以下、最も好ましくは約800 ppm以下の核剤化合物を含むポリプロピレンの加熱組成物をフィルムまたはチューブに押し出す工程；b）直ちに、工程a）のフィルムまたはチューブを、ポリプロピレン結晶の配向を妨げる温度に急冷する工程；c）前記フィルムまたはチューブに対し長手方向に配向させる切断手段で前記フィルムまたはチューブをスリットすることにより、個々のテープ繊維をそれらから製造する工程；d）前記繊維を250〜360°F、好ましくは260〜330°F、最も好ましくは270〜300°Fの間の温度に暴露しながら、前記個々のテープ繊維を少なくとも5：1の延伸倍率で機械的に延伸することにより、ポリプロピレンの結晶配向を行う工程を含む方法に関する。好ましくは、工程b）は、95℃以下で、かつ少なくとも約5℃の温度で、好ましくは5〜60℃の間の温度で、最も好ましくは10〜40℃の間の温度で、（または、浴が約25〜30℃の温度で環境に順応することを単に可能にすることによって、液体についてはできる限り室温に近い温度で）行われる。再度ではあるが、そのような温度は、成分ポリマー（これは、ポリプロピレン、および、おそらくは、その収縮特性に大きく影響しない構造強化添加剤としての、ポリエチレンなどの他のポリマー成分である）が結晶配向を示さないことを保証するために必要とされる。加熱された延伸工程のとき、目的とするテープ繊維の必要な剛性化をもたらし、そのような繊維の強度および弾性率を増大させるために今回決定されたそのような配向が達成される。延伸速度対ライン速度の比率は、切断手段に至るフィルムの移動速度の少なくとも5倍の比率を超えるべきである。好ましくは、そのような延伸速度は400〜700フィート／分であり、一方、切断手段に至るフィルムの事前の速度は約50〜400フィート／分であり、これらの２つの領域の間での延伸速度比率が約3：1〜約10：1で、好ましい方法そのものであるように、より詳しくは下記において議論される。最後の熱硬化温度は、押し出しおよび延伸の後、ポリプロピレンの結晶性構造をその位置に「ロック」するために必要である。そのような熱硬化工程は、一般には、1秒から、潜在的には数分までの期間（すなわち、約1／10秒、好ましくは約1／2秒から、約3分まで、好ましくは1／2秒超）続く。熱硬化温度は、延伸温度を十分に上回らなければならず、少なくとも265°Fで、より好ましくは少なくとも約290°Fで、最も好ましくは少なくとも約300°F（そして380°Fもの高温）でなければならない。用語「機械的に延伸する」は、ポリマーをその中で伸ばすために伸展力を繊維にかけることを基本的には伴う任意の数の手法を包含することが意図される。そのような手法は、ゴデットロール、ニップロール、スチームカン、高温または低温のガスジェット（空気またはスチーム）、および他の同様な機械的手段（これらに限定されない）を含む任意の数の装置を用いて達成することができる。

そのようなテープ糸はまた、大きいアスペクト比および十分なサイズを有する個々の繊維を押し出し、その後、そのような低収縮率を得るために延伸工程および熱硬化工程を行うことによって製造することができる。収縮値が本発明の繊維およびその製造方法に関連するように議論されている収縮値はすべて、約5分のそれぞれの試験（熱気および沸騰水）についての暴露時間に対応する。熱気中での約150℃での熱収縮は、上記のように、本発明の繊維については2.0％以下である。好ましくは、この熱収縮は1％以下であり、より好ましくは0.5％以下であり、最も好ましくは0.1％以下である。また、本発明の繊維に存在する核形成剤の量は少なくとも10 ppmである。好ましくは、この量は少なくとも50 ppmであり、最も好ましくは少なくとも100 ppmで、約700〜800 ppmの（引張強さの保持のための）好ましい最大値までである。この範囲内の任意の量が、所望する収縮率を繊維自体の熱硬化後にもたらすために十分であるはずである。しかしながら、再度ではあるが、過剰な量（例えば、約2,000 ppm以上）は、主にコストおよび引張強さ問題のために避けるべきである。

しかしながら、非常に大きい加工速度（例として、初期延伸速度または熱硬化延伸速度のいずれか）が、非常に迅速な繊維製造のために実施される場合、より多量の核剤化合物（１つまたは複数）が、例えば、そのような大きい延伸速度でより速い結晶化速度をもたらすためには、約2000 ppmまでで所望されることがある。

さらに、今回、10〜1000 ppmの間の核剤化合物が、一次（または二次）カーペット裏地に配合されるポリプロピレン繊維に存在することにより、裏地の収縮、ならびにタフテッド基材／裏地複合材の収縮、または完全なカーペット品の収縮さえもが認められるほど大きくないという非常に望ましい結果がもたらされることが明らかにされた。従って、そのような核剤化合物を（必要量で、好ましくは200〜800 ppmの間で、最も好ましくは約400〜700 ppmの間で）含むポリプロピレン繊維が半分以上含まれる低収縮性カーペット裏地構成要素はどれも、必要な低い収縮性をもたらす。本発明のテープタイプ、ならびにポリプロピレンのステープルタイプ、マルチフィラメントタイプおよびモノフィラメントタイプの繊維および／または糸は、そのような改善された低収縮カーペット品についてそのような能力を利用することができる。

用語「ポリプロピレン」は、プロピレンモノマーを、単独で、または他のランダムに選択された配向ポリオレフィン、ジエンもしくは他のモノマー（例えば、エチレンおよびブチレンなど）との混合物もしくは共重合体でのいずれかで含む任意のポリマー組成物を包含することが意図される。そのような用語はまた、構成モノマーの任意の異なる形態および配置（例えば、シンジオタクチックおよびイソタクチックなど）を包含する。従って、繊維に適用されるこの用語は、延伸ポリマーの実際の長いストランド、テープおよびスレッドなどを包含することが意図される。ポリプロピレンは、（試験による）任意の標準的なメルトフローを有し得る。しかしながら、標準的な繊維規格のポリプロピレン樹脂は、約2〜50の間で様々な範囲のメルトフローインデックスを有する。標準的なプラック、容器およびシートなど（例えば、米国特許第4,016,118号（Hamada他）に教示されるものなど）とは反対に、繊維は、その断面領域（例えば、円形の繊維については直径）をはるかに超える長さを示さなければならないので、構造が明らかに異なる。繊維は押し出され、延伸される。様々な物品が、２つの異なる製造方法を挙げれば、ブロー成型または射出成型により成型される。また、繊維内のポリプロピレンの結晶形態学は、標準的な物品、プラックおよびシートなどの結晶形態学とは異なる。例えば、そのようなポリプロピレン繊維のdpfは最大で約5000であり、これに対して、これらの他の物品のdpfはそれよりもはるかに大きい。ポリプロピレン製物品は球晶性結晶を一般には示し、一方で、繊維は、細長い伸張した結晶構造を示す。従って、繊維とポリプロピレン製物品との間には構造的に大きな違いが存在し、その結果、核形成したポリプロピレンの球晶性粒子（結晶）についてなされた予測はどれも、ポリプロピレン繊維における添加剤としてのそのような核剤の有効性を決定するための何らかの基礎とはならない。

用語「核剤」、用語「核剤化合物」、用語「核形成剤」および用語「核形成剤」は、一般には、その溶融状態から固体の冷却された状態に転移することからポリプロピレン結晶のための核形成部位を生じさせる、ポリプロピレンへの任意の添加剤を単独または組合せで包含することが意図される。従って、ポリプロピレン組成物（核剤化合物を含む）は、繊維自体を最終的に押し出すために融解されなければならないので、核剤化合物は、ポリプロピレンがその溶融状態から冷えるとき、そのような核形成部位をもたらす。そのような化合物が必要な核形成部位を提供する唯一の方法は、そのような部位が、ポリプロピレン再結晶化そのものの前に生じるかどうかである。従って、そのような有益な作用および性質を示す任意の化合物がこの定義に含まれる。より詳細には、そのような核剤化合物には、ジベンジリデンソルビトール型が含まれ、これには、ジベンジリデンソルビトール（DBS）、モノメチルジベンジリデンソルビトール（例えば、1,3:2,4-ビス（p-メチルベンジリデン）ソルビトール（p-MDBS）など）、ジメチルジベンジリデンソルビトール（例えば、1,3:2,4-ビス（3,4-ジメチルベンジリデン）ソルビトール（3,4-DMDBS）など）が含まれるが、これらに限定されない。このタイプの他の化合物には、再度ではあるが、安息香酸ナトリウムおよびNA-11などが含まれるが、これらに限定されない。目的とするポリプロピレン繊維におけるそのような核形成剤の（全）濃度は少なくとも10 ppmであり、好ましくは少なくとも50 ppmである。例えば、約10〜約2000 ppm、好ましくは約50 ppm〜約1500 ppm、最も好ましくは約100 ppm〜約800 ppmである。さらに、そのような本発明のテープ繊維は、上記に概略されたように、基本的には、押し出されたフィルムまたはチューブをスリットすることによって製造されなければならない。

また、何らかの特定の科学理論によって限定されないが、最も良い性能を発揮する収縮低下核剤は、プロピレンそのものにおいて比較的大きい溶解性を示す核剤であるようである。従って、容易に溶解する化合物、例えば、1,3:2,4-ビス（p-メチルベンジリデン）ソルビトールなどは、最も低い収縮率を所望するポリプロピレン繊維にもたらす。DBS誘導体化合物は、低い結晶性サイズがそのような化合物によってもたらされるので、本発明において最も良い収縮低下核剤であると考えられる。NA-11などの他の核剤もまた、受け入れられるほどの低い収縮特性を目的とするポリプロピレン繊維にもたらし、従って、本発明における潜在的な核剤化合物添加剤として見なされる。基本的に、そのような核剤化合物の要求される選択基準は、粒子サイズ（低いほど、取り扱い、混合、および目的とする樹脂との配合のために良好である）、目的とする樹脂内における粒子分散性（最も効果的な核形成性をもたらすために）、そして、核形成温度（例えば、結晶化温度、これは、溶融した核形成樹脂の示差走査熱量測定分析によって樹脂サンプルについて測定される）（そのような温度が高いほど、良好である）である。

目的とする溶融ポリプロピレン樹脂において良好な溶解性を示す（従って、繊維製造プロセスにおけるその段階のときに事実上液体である）核剤化合物が効果的な低収縮特性をもたらすことが明らかにされた。従って、低置換のDBS化合物（DBS、p-MDBSを含む）が、完成したポリプロピレン繊維そのものにおけるより低い収縮性だけでなく、より少ない製造上の問題をもたらすようである。p-MDBSが好ましいが、しかしながら、上記に述べられた核剤はどれも、そのような化合物の利用によって、Ｘ線散乱測定が満たされるか、または低収縮の要件が達成される限り、本発明において利用することができる。そのような核剤の混合物もまた、そのような低収縮性、ならびに可能な感覚的改善、加工の容易化、またはコストを提供するために、加工時に使用することができる。

上記されたそのような化合物に加えて、安息香酸ナトリウムおよびNA-11が、標準的なポリプロピレン組成物（例えば、上記のプラック、容器、フィルムおよびシートなど）に対する核形成剤として広く知られており、優れた再結晶化温度および非常に迅速な射出成型サイクル時間をそれらの目的のために示す。ジベンジリデンソルビトール型は、同じタイプの性質、ならびに優れた透明性を、そのような標準的なポリプロピレン形態物（プラック、シートなど）において示す。本発明の目的のために、ジベンジリデンソルビトール型が目的のポリプロピレン繊維における核剤化合物として好ましいことが見出された。

最も近い先行技術参考文献には、一般的なポリプロピレン組成物への核剤化合物の添加が教示される（例えば、上記で参照される米国特許第4,016,118号などにおいて）。しかしながら、いくつかの教示には、ある種のDBS化合物を、多成分ポリプロピレン組織構造における繊維の限定された割合内で利用することが含まれる。例えば、米国特許第5,798,167号（Connor他）および同第5,811,045号（Pike）にはともに、繊維形態のポリプロピレンへのDBS化合物の添加が教示される。しかしながら、それらの開示と本発明との間には極めて大きな違いがある。例えば、両特許では、上記の多成分構造の繊維が要求される。従って、DBS化合物をそれぞれの繊維タイプでのいくつかのポリプロピレン繊維構成要素において用いた場合でさえ、それぞれに対する収縮率は、核形成剤の利点を有しないそれ以外のポリプロピレン繊維構成要素によって左右される。また、熱硬化後の工程が行われないために、ポリプロピレン繊維内に形成された20 nmよりも厚い、（小角X線散乱により測定されるような）長周期をもたらすラメラが存在しない。再度ではあるが、これらの厚いラメラは、所望される本発明のより大きい熱収縮繊維をもたらす。また、例えば、Connor他は、核形成剤添加剤を含有しないポリプロピレン内部織物積層体の周りに配置された、DBS添加剤を含有する不織ポリプロピレン織物積層体を要求するという事実は重要である。内部層は、核形成剤添加剤の助けを伴わないポリプロピレンであるので、この構造に対する収縮率を決定する。さらに、特許権者らは、低い収縮が特許権者らの目的ではないので、糸自体の結晶性繊維構造を永続的に形成させるために糸および繊維を熱硬化法にさらしていない。

さらに、Spruiell他、Journal of Applied Polymer Science、第62巻、1965〜75頁（1996）には、紡糸時の核形成速度を増大させるために、核形成剤MDBSを0.1％で使用することが明らかにされており、しかし、テープ繊維については明らかにされていない。しかしながら、繊維を結晶化および延伸した後、Spruiell他は、核形成させた繊維を、非常に良好な収縮性を付与するために必要である何らかの熱にさらしていない。従って、Spruiell他の繊維の収縮は、核形成剤添加剤を伴わない従来のポリプロピレン繊維に類似していた。

特に注目され、そして、そのことが、そのような本発明の低収縮性ポリプロピレン繊維の製造では非常に重要であると明らかにされたことは、少なくとも、熱硬化させたポリプロピレン繊維に核形成剤が存在することにより、ポリプロピレン自体の結晶性ラメラについて大きい長周期の測定値がもたらされるという観測結果である。この観測結果は、下記によって最も良く説明される。

ポリマーは、動的温度および応力条件のもとで溶融物から結晶化させられるとき、最初は過冷却し、その後、核形成部位の数に依存する結晶化速度、およびポリマーの成長速度で結晶化する。これらの速度はともに、次に、ポリマーが冷える際、ポリマーが受ける熱的処理および機械的処理に関連づけられる。これらのプロセスは、通常の繊維延伸ラインでは特に複雑である。しかしながら、この複雑な結晶化の結果は、小角Ｘ線散乱（SAXS）を使用して測定することができ、測定されたSAXS長周期により、平均結晶化温度が表される。より大きいSAXS長周期は、（PPのような半結晶性ポリマーに特徴的なプレート様ポリマー結晶である）より厚いラメラに対応する。そのようなSAXS長周期は、比較用の非核形成ポリプロピレン・テープ繊維の場合よりも低い散乱角を中心とするSAXSピークによって明瞭に示される。平均結晶の結晶化温度が高いほど、測定されるSAXS長周期は厚くなる。さらに、より大きいSAXS長周期は、より熱的に安定なポリマー結晶に特徴的である。より短いSAXS長周期を有する結晶は、より大きいSAXS長周期を有する結晶よりも低い温度で、「融解」または緩和して、新しい、より厚い結晶に再結晶化する。より大きいSAXS長周期を有する結晶は、より高い温度に対して依然として安定なままであり、結晶性構造を脱安定化するためにはより多くの熱を要する。

繊維などの高度に配向したポリマーサンプルにおいて、より大きいSAXS長周期を有するポリマーサンプルは、より高い温度に対して依然として安定なままである。従って、収縮は、高度に配向したポリマーサンプルの緩和の正常な作用であるが、より低いSAXS長周期を有するそのような高度に配向したポリマーサンプルにおけるよりも高い温度に対して低いままである。本発明では、これらの測定から明らかであるように、核形成用添加剤が熱処理とともに使用されて、非常に安定であり、かつ非常に高い温度まで低い収縮を示す、より厚いラメラに対応する、最大でも0.4度のSAXS散乱ピークの中心を示す繊維が作製される。

さらに、そのような繊維はまた、他の審美的特徴を最終用途に与えるために着色されることがある。従って、繊維はまた、着色剤を含むことができ、例えば、顔料を、耐光堅牢性目的のための固定剤とともに含むことができる。この理由のために、視認される着色を目的の繊維に与えない核形成剤を利用することが望ましい。他の添加剤もまた存在させることができ、これらには、帯電防止剤、光沢性化合物、透明化剤、酸化防止剤、抗菌剤（好ましくは、銀系のイオン交換化合物、例えば、Milliken & Companyから入手可能なALPHASAN（登録商標）抗菌剤など）、UV安定化剤および充填剤などが含まれる。さらに、そのような本発明の繊維から作製される任意の織物には、織布、ニット、不織布、インレイドスクリム、それらの任意の組合せなどがあるが、これらに限定されない。さらに、そのような織物は本発明のポリプロピレン繊維以外の繊維を含むことができるが、これらには、天然繊維、例えば、綿、羊毛、マニラ麻、麻、ラミーなど；合成繊維、例えば、ポリエステル、ポリアミド、ポリアラミド、他のポリオレフィン（非低収縮性ポリプロピレンを含む）、ポリ乳酸など；無機繊維、例えば、ガラス繊維、ホウ素含有繊維など；およびそれらの混合物が含まれるが、これらに限定されない。

そのような本発明のテープ繊維のための最終用途として特に注目されるものは、一次カーペット裏地、および、従って、そのような裏地構成要素を含むカーペットである。これらを下記においてより詳しく記載する。

添付されている図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する一方で、本発明の低収縮性ポリプロピレン繊維を製造する潜在的に好ましい実施形態を例示し、そして、説明と一緒になって、本発明の原理を説明するために役立つ。

図1には、本発明の低収縮性ポリプロピレン・テープ繊維を製造する際に従われる非限定的な好ましい手順が示される。全体的な繊維製造アセンブリー10は、押し出し機12にその後に移される溶融ポリマーおよび添加剤（例えば、上記の核剤化合物など）を配合するための混合マニホールド11を含む。押し出されたポリマーは、その後、計量ポンプ14を通ってダイアセンブリー16に送られ、そこでフィルム17が製造される。フィルム17は、その後、5〜95℃の温度（この場合、好ましくは、室温付近）で設定された液体（例えば、水など）を含む急冷浴18に直ちに移される。この所におけるフィルムの延伸速度は、約100フィート／分の速度で１組の延伸ロールおよび引張ロール（20、22、24、26、28）によって決定される。だが、好ましくは、初期延伸速度がその後の手順での加熱延伸速度の最大でも約1／5である限り、速度は約20フィート／分から約200フィート／分までの任意にすることができる。急冷されたフィルム19は、さらなる加工のために、ポリマーの何らかの認められるほどの結晶配向を示してはならない。サンディングロール（30、31、32、33、34、35）を、所望する場合には、フィルムの艶消しのために場合により利用することができる。急冷されたフィルム19は、その後、複数の固定されたナイフ38が、所望される任意の距離で離れて置かれている切断区域36に移される。好ましくは、そのようなナイフ38は、延伸速度の平方根が目的とする繊維の最終的な幅により乗ぜられる式によって決定される距離の間隔で設置される（従って、延伸倍率が5：1で、最終的な幅が約3mmである場合、刃のすき間の大きさは約6.7mmになるはずである）。急冷されたフィルム19を繊維40にスリットするとき、そのような繊維は、一連のニップロールおよび引張ロール（42、43、44、45）を介して均一に移動し、その後、約280〜350°Fの間の温度レベル（この場合、約310°F）で設定された高温炉46の中に、上記に示された速度（すなわち、初期延伸速度の少なくとも5倍の速度）で延伸される。そのような増大した延伸速度は、結晶配向したばかりの繊維54が通過する（それぞれが約360〜400°Fの温度の）一連の加熱された延伸ロール（48、50）によって達成される。最後の引張ロール52は、仕上がったテープ繊維54を巻き取るためのスプール（図示されず）に至る。

次に、図２を参照すると、本発明のカーペット品110が示されるが、これは、（構造的に織布またはニットまたは不織布であってもよく、そして、さらなる繊維として、任意のタイプの天然繊維（例えば、綿など）または合成繊維（例えば、ポリアミドなど）を含むが、好ましくは、ポリアミド繊維を含む織布基材である）本発明の繊維113を含む一次裏地層またはタフト処理用基材を介してタフト処理され、かつ、安定化層116（例えば、ガラスマットなど）が結合する１つ以上の接着層115内に埋め込まれたタフテッド繊維114を含むパイル層112と、（織物（例えば、フェルトなど）または樹脂（例えば、ポリ塩化ビニル、他の同様な化合物など）であり得るが、好ましくは、ポリウレタンフォームである）フォーム層またはクッション層118とを含む。安定化層116はパイル層112およびクッション層118の両方に接着されて、所望するカーペット品110を形成する。本発明の一次裏地層113は、そのような低収縮性ポリプロピレン・テープ繊維を含んでおり、従って、所望する低収縮特性をカーペット品110全体そのものに調和させる。当然のことではあるが、カーペット技術分野およびカーペット産業において一般的な無数の他の変化と同様に、様々な代わりの形態および配置の裏地層（例えば、要求される数の増大または減少など）ならびにパイル層内の繊維のタイプ（例えば、ベルベル、短いパイルなど）を用いることができる。例えば、そのようなカーペット製造物の例として、米国特許第6,203,881号または同第6,468,623号を参照のこと。

本発明の繊維および糸の製造

下記の非限定的な実施例は本発明の好ましい実施形態を示す。

カーペット裏地スリットフィルム繊維を、下記のように、600ft／分の延伸速度で、上記されるような標準的な製造設備において作製した。メルトフローがA3.5〜3.8であるホモポリマーポリプロピレン樹脂（P4G32-050、Huntsman製）を、10％の4-メチル-DBSおよび90％のホモポリプロピレン樹脂（4MFI）からなる添加剤濃縮物と混合した。下記の表に示されるように、混合比を変化させて、最終的な添加剤レベルを調節した。PP樹脂および添加剤からなるこの混合物を単軸スクリュー押出し機で約72インチ幅のフィルムダイから押し出した。PPの流れを調節して、約0.002インチの最終的なテープ厚さを得た。溶融フィルムを室温（約25℃）の水で急冷し、その後、ローラーによって一連のナイフに移し、それによりフィルムを平行ストリップ物に切断した。約100 ppmの濃度の4-メチル-DBS（別名、p-メチル-DBS）が利用された。製造時、フィルムは透明な状態で生じた。フィルムは、ストリップ物にスリットされた後、110ft／分ですべてが稼働する３つの大きなロールを介して、炉（これは、長さが約14ftで、約330°Fの温度に設定されている）に入れられ、そこで延伸された。炉から出た後、フィルムのストリップ物は、600ft／分、500ft／分および500ft／分の速度でそれぞれ稼働する３つのさらなるロールに移された。最初の２つのロールは熱油によって367°Fの温度に加熱されていた。これらのフィルムストリップ物は、その後、巻き取り機に達し、そこでストリップ物が個々に巻き取られた。従って、これらの最終的なフィルムストリップ物はポリプロピレン・テープ繊維と呼ばれる。

数種のテープ繊維を、最終的な添加剤レベルを調節するために高濃度の添加剤−PP混合物のレベルを調節して、このようにして作製した。これらのテープ繊維をMTS Sinteck 10／G装置で引張り特性について試験した。これらのテープ繊維はまた、熱気中での150℃および155℃での収縮についても、ストリップ物を、上記の温度で5分間、炉内で暴露し、その後、ストリップ物を取り出し、得られた長さを測定して5枚の10"ストリップ物を測定することによって試験された。収縮は、その初期長さに対する5枚のストリップ物の平均収縮として計算された。テープ繊維における4-メチル-DBSの濃度レベルもまた、ガスクロマトグラフィーによって測定された。これらの結果のすべてが、異なる繊維における種々の核剤化合物レベルについて下記の表に報告される（デニールはXg／9000mで測定され、収縮率は熱気中での150℃で測定された）。

このように、本発明の繊維は優れた低い収縮率および非常に良好な物理的特性もまたもたらした。

Ｘ線散乱分析
上記糸のいくつかの長周期間隔を小角Ｘ線散乱（SAXS）によって試験した。小角Ｘ線散乱データは、チャンバーが100mTorr以下の圧力に排気されたAnton-Paar真空チャンバー内にサンプルから105cmの距離で置かれたBruker AXS（Madison、WI）Hi-Starマルチワイヤ検出器で集められた。Ｘ線（λ＝1.54178Å）を、MacScience社の回転陰極を用いて発生させ（40kV、40mA）、３つのピンホールを通過させて0.2mmのサイズに収束させた。このシステム全体（発生器、検出器、ビーム行路、サンプルホルダーおよびソフトウエア）が１つの装置としてBruker AXSから市販されている。検出器は、ベヘン酸銀のサンプルを使用して、製造者の推奨法に従って校正した。

典型的なデータ収集は下記のように行った。サンプルを調製するために、糸を、2mmの穴が開けられている3mmの黄銅チューブの周りに巻き付け、その後、糸が穴を介してX線ビームにさらされるように、チューブをＸ線装置におけるAnton-Paar真空サンプルチャンバーに入れた。サンプルを通るＸ線ビームの行路長は2〜3mmの間であった。サンプルチャンバーおよびビーム行路を100mTorr未満に排気し、サンプルをX線ビームに1時間さらした。二次元データフレームが検出器によって集められ、システムソフトウエアによって自動的にひずみが除かれた。データは、2ピクセルたたみこみを使用するシステムソフトウエア内で平滑化され、その後、積算された。強度散乱データ［I（q）］を散乱角［2θ］の関数として得るために、データは、bin総和法を使用して0.01°の増分で0.2°〜2.5°の2θ範囲を得るために製造者のソフトウエアセットを用いてΦに関して積分された。

データが、そのような高温に半時間さらされたときに得られ、そして、テープ繊維サンプルを所定位置に伴わない類似するデータを取得することによって得られるベースラインを差し引いた。散乱ピークの中心が、サンプル上方60度のくさび形を積分することによって得られ、この場合、前記くさび形は、テープ繊維の方向を規定する軸を中心とする。ピークは、２つの方法で、すなわち、ピークの中心に近い最大カウント数の位置として、または、ピークの左側半最大値および右側半最大値の位置の平均としてのいずれかで定義される。最大カウント数の位置、および中心を下記の表に示す。

上記テープ繊維の糸は、その後、カーペットタイル用の一次カーペット裏地構成要素に織られた。そのようなテープ繊維は、およそ1100デニールおよび600デニールの両方の測定値を有する糸が作製されるように、テープを種々の幅に切断するために設定されたナイフを用いて作製された。600デニールの糸が、24ヤーン／インチで、約168インチの全幅についてねじられた。その後、これらのねじられた糸は、裏地基材を得るために、幅のより広い1100デニールの糸とともに、約12ピック／インチでレピア織機において織られた。そのような裏地（18インチの幅）をタフテッド基材（これもまた18インチの幅である）に取り付け、その後、裏地自体の反対側の表面を液体着色剤および色素でプリントし、得られた複合材を、次いで、乾燥温度（約130℃）にさらした。完成した複合材は、以降、その大きさの認められるほどの大きな変化を何ら示さなかった。比較用のポリプロピレン・テープ繊維を含有する一次裏地は、約4〜5％の収縮率を示し、それにより、類似する量で比較用のタフテッド基材／一次裏地複合材の大きさが減少した。従って、本発明のテープ繊維は、今日利用されている典型的かつ従来的な最新のポリプロピレン・テープ繊維を上回る実質的な改善であることが明らかである。

当然のことではあるが、下記の請求項の精神および範囲に含まれることが意図される、本発明の多くの代わりの実施形態および改変が存在する。

低収縮性ポリプロピレン・テープ繊維を製造する潜在的に好ましい方法の概略図である。 本発明の繊維を裏地内に含む好ましいカーペット品の側面図である。

Claims (37)

1. 少なくとも１０ｐｐｍの核剤化合物を含み、少なくとも３グラム／デニールの引張強さを示すポリプロピレン・テープ繊維。
2. 前記核剤化合物は、ｐ−ＭＤＢＳ、３，４−ＤＭＤＢＳ、２，４，５−ＴＭＤＢＳ、ＤＢＳ、安息香酸ナトリウム、ＮＡ−１１、ＮＡ−２１およびそれらの任意の混合物よりなる群から選択される、請求項１に記載のポリプロピレン・テープ繊維。
3. 前記成核剤がｐ−ＭＤＢＳである請求項２に記載のポリプロピレン・テープ繊維。
4. 少なくとも請求項１に記載のポリプロピレン・テープ繊維を含んでなる繊維物品。
5. 少なくとも請求項２に記載のポリプロピレン・テープ繊維を含んでなる繊維物品。
6. 少なくとも請求項３に記載のポリプロピレン・テープ繊維を含んでなる繊維物品。
7. 前記物品がカーペット裏地である請求項４に記載の繊維物品。
8. 前記物品がカーペット裏地である請求項５に記載の繊維物品。
9. 前記物品がカーペット裏地である請求項６に記載の繊維物品。
10. 少なくとも１０ｐｐｍの核剤化合物を含み、１５０℃熱気暴露後の収縮率が２％未満であり、２．５グラム／デニールより大きい引張強さを示すポリプロピレン・テープ繊維。
11. 前記核剤化合物は、ｐ−ＭＤＢＳ、３，４−ＤＭＤＢＳ、２，４，５−ＴＭＤＢＳ、ＤＢＳ、安息香酸ナトリウム、ＮＡ−１１、ＮＡ−２１およびそれらの任意の混合物よりなる群から選択される、請求項１０に記載のポリプロピレン・テープ繊維。
12. 前記核剤化合物がｐ−ＭＤＢＳである請求項１１に記載のポリプロピレン・テープ繊維。
13. 少なくとも請求項１０に記載のポリプロピレン・テープ繊維を含んでなる繊維物品。
14. 少なくとも請求項１１に記載のポリプロピレン・テープ繊維を含んでなる繊維物品。
15. 少なくとも請求項１２に記載のポリプロピレン・テープ繊維を含んでなる繊維物品。
16. 前記物品がカーペット裏地である請求項１３に記載の繊維物品。
17. 前記物品がカーペット裏地である請求項１４に記載の繊維物品。
18. 前記物品がカーペット裏地である請求項１５に記載の繊維物品。
19. 少なくとも１０ｐｐｍの核剤化合物を含み、散乱ピークの中心が０．４度またはそれ以下であるようなＸ線散乱パターンを示すポリプロピレン・テープ繊維。
20. 前記核剤化合物が、ｐ−ＭＤＢＳ、３，４−ＤＭＤＢＳ、２，４，５−ＴＭＤＢＳ、ＤＢＳ、安息香酸ナトリウム、ＮＡ−１１、ＮＡ−２１およびそれらの任意の混合物よりなる群から選択される請求項１９に記載のポリプロピレン・テープ繊維。
21. 前記核剤化合物がｐ−ＭＤＢＳである請求項２０に記載のポリプロピレン・テープ繊維。
22. 少なくとも請求項１９に記載のポリプロピレン・テープ繊維を含んでなる繊維物品。
23. 少なくとも請求項２０に記載のポリプロピレン・テープ繊維を含んでなる繊維物品。
24. 少なくとも請求項２１に記載のポリプロピレン・テープ繊維を含んでなる繊維物品。
25. 前記物品がカーペット裏地である請求項２２に記載の繊維物品。
26. 前記物品がカーペット裏地である請求項２３に記載の繊維物品。
27. 前記物品がカーペット裏地である請求項２４に記載の繊維物品。
28. ポリプロピレン・テープ繊維の製造方法であって、
    ａ）約２０００ｐｐｍ以下、好ましくは約１５００ｐｐｍ以下、より好ましくは約１０００ｐｐｍ以下、最も好ましくは約８００ｐｐｍ以下の核剤化合物を含むポリプロピレンの加熱組成物を、フィルムまたはチューブへ押し出し、
    ｂ）直ちに、工程ａ）のフィルムまたはチューブを、ポリプロピレン結晶の配向を妨げる温度に急冷し、
    ｃ）該フィルムまたはチューブに対し長手方向に配向する切断手段で、該フィルムまたはチューブをスリットすることにより、個々のテープ繊維を製造し、
    ｄ）該テープ繊維を２５０〜３６０℃、好ましくは２６０〜３３０℃、最も好ましくは２７０〜３００℃の間の温度に暴露しながら、該個々のテープ繊維を少なくとも５：１の延伸倍率で機械的に延伸することにより、ポリプロピレンの結晶配向を行う、
    一連の工程を含む方法。
29. 工程ａ）において存在する核剤化合物量は、約１５００ｐｐｍ以下である請求項２８に記載の方法。
30. 工程ａ）において存在する核剤化合物量は、約１０００ｐｐｍ以下である請求項２９に記載の方法。
31. 工程ａ）において存在する核剤化合物量は、約８００ｐｐｍ以下である請求項３０に記載の方法。
32. 工程ｅ）の延伸温度は、２５０〜３６０°Ｆの間である請求項２８に記載の方法。
33. 工程ｅ）の延伸温度は、２６０〜３３０°Ｆの間である請求項３２に記載の方法。
34. 工程ｅ）の延伸温度は、２７０〜３００°Ｆの間である請求項３３に記載の方法。
35. 工程ｅ）の延伸温度は、２５０〜３６０°Ｆの間である請求項３０に記載の方法。
36. 工程ｅ）の延伸温度は、２６０〜３３０°Ｆの間である請求項３５に記載の方法。
37. 工程ｅ）の延伸温度は、２７０〜３００°Ｆの間である請求項３６に記載の方法。

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