JP2007332517A

JP2007332517A - ポリエチレンナフタレート繊維の溶融紡糸方法

Info

Publication number: JP2007332517A
Application number: JP2006168473A
Authority: JP
Inventors: Kensuke Nakahara; 健介仲原; Fuyuki Terasaka; 冬樹寺阪
Original assignee: Teijin Fibers Ltd
Current assignee: Teijin Frontier Co Ltd
Priority date: 2006-06-19
Filing date: 2006-06-19
Publication date: 2007-12-27

Abstract

【課題】ポリエチレンナフタレート繊維の溶融紡糸する方法であって、品質斑の少ない繊維を長期間安定して紡糸できる製造方法を提供すること。
【解決手段】固有粘度が０．６以上のポリエチレンナフタレートからなるポリマーをスクリュー型の押出機にて溶融し、次いで紡糸口金を装着した紡糸パックにて紡糸する溶融紡糸方法であって、押出機のスクリュー部がシリンダーヒーターによって加熱され、押出機におけるスクリュー部の剪断エネルギー（Ｅｓ）とシリンダーヒーターから与えられる熱エネルギー（Ｅｈ）の比（Ｅｓ／Ｅｈ）が１５〜５０の範囲であり、かつ押出機の紡糸パック側の温度と溶融ポリマーの温度差が１０℃以内である事を特徴とする。さらには、ポリマーがポリエチレン２，６−ナフタレートであることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、品質の安定したポリエチレンナフタレート繊維を断糸や毛羽を発生させずに品位よく製造する溶融紡糸方法に関する。

ポリエチレンナフタレート繊維は、高強力・高モジュラスであり、耐熱性や寸法安定性にも優れており、衣料用途のみならず産業資材用途でも広く使用されている。そしてその繊維の物性を向上させる方法としては種々の技術が提案されている（例えば特許文献１など）。

また、汎用的なポリエステル繊維であるポリエチレンテレフタレート繊維等の製造技術を、ポリエチレンナフタレート繊維の製造方法にそのまま転用することも行われてきた。例えば汎用ポリエステル繊維の製造方法では、熱劣化をできるだけ減少させるために、完全溶融を押出機のスクリューの早い段階で完了させ、溶融後、紡糸口金まではできるだけ低温にて輸送する事が行われている。

しかし、ポリエチレンナフタレートを溶融紡糸するに際してこの手法を採用した場合、紡糸後の繊維物性、品質が安定せず、各単繊維の斑が拡大し、製糸性も悪いものになるという問題があった。

また、繊維の機械物性を向上させる方法として、紡糸する前の溶融ポリマーを高ＩＶ化する方法が、特にタイヤコードなどの産業用ポリエステル繊維では一般的であるが、この時ポリエステル樹脂の溶融粘度が増加するために、より対応が困難であった。
特開平１０−８８４２２号公報

本発明は、上述した従来技術に於ける問題点の解決を課題として検討した結果達成されたものであり、本発明の課題は、ポリエチレンナフタレート繊維の溶融紡糸する方法であって、品質斑の少ない繊維を長期間安定して紡糸できる製造方法を提供することにある。

本発明のポリエチレンナフタレート繊維の溶融紡糸方法は、固有粘度が０．６以上のポリエチレンナフタレートからなるポリマーをスクリュー型の押出機にて溶融し、次いで紡糸口金を装着した紡糸パックにて紡糸する溶融紡糸方法であって、押出機のスクリュー部がシリンダーヒーターによって加熱され、押出機におけるスクリュー部の剪断エネルギー（Ｅｓ）とシリンダーヒーターから与えられる熱エネルギー（Ｅｈ）の比（Ｅｓ／Ｅｈ）が１５〜５０の範囲であり、かつ押出機の紡糸パック側の温度と溶融ポリマーの温度差が１０℃以内である事を特徴とする。

また、該紡糸パック中の溶融ポリマー温度が３００〜３３０℃の範囲であることや、口金下に３０〜５００ｃｍの加熱帯があり、該加熱帯の温度が３００〜４２０℃の範囲であることが好ましい。さらには、糸後の固有粘度が０．６以上であることや、ポリマーがポリエチレン２，６−ナフタレートであることが最適である。

本発明によれば、品質斑の少ないポリエチレンナフタレート繊維を長期間安定して溶融紡糸できる製造方法が提供される。

本発明は、固有粘度が０．６以上のポリエチレンナフタレートからなるポリマーをスクリュー型の押出機にて溶融し、次いで紡糸口金を装着した紡糸パックにて紡糸する溶融紡糸方法に関する。

本発明に用いられるポリマーは、固有粘度が０．６以上のポリエチレンナフタレート樹脂であるが、好ましいポリエチレンナフタレート樹脂としては、例えばナフタレン−２，６−ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体を触媒の存在下適当な反応条件のもとにエチレングリコールと重縮合させることによって合成されるポリエチレン−２，６−ナフタレートである。さらには、全繰り返し単位中の少なくとも９０モル％がエチレン−２，６−ナフタレート単位であるポリエチレンナフタレート（以下ＰＥＮという）から形成されることが好ましく、少なくとも９５モル％がエチレン−２，６−ナフタレート単位であることが最も好ましい。また、本発明の目的を阻害しない範囲内、例えば全酸成分を基準として１０モル％以下、さらに好ましくは５モル％以下の範囲内で第三成分が共重合されたものであってもよい。好ましく用いられる共重合成分としては、例えば、酸成分としてイソフタル酸、ジフェニルジカルボン酸、ジフェノキシエタンジカルボン酸、β−ヒドロキシエトキシ安息香酸、ｐ−オキシ安息香酸、アジピン酸、セバシン酸、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸等を挙げることができ、また、ジオール成分としてエチレングリコール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコール、シクロヘキサン−１，４−ジメタノール、ネオペンチルグリコール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＳ等を挙げることができる。さらに、上記ポリエチレンナフタレート中には少量の他の重合体や酸化防止剤、制電剤、顔料、蛍光増白剤その他の添加剤が含有されていてもよい。

かかるポリエチレンナフタレートの固有粘度は、０．６以上であることが必要である。該固有粘度が０．６未満の場合には、製糸後の切断強度や切断伸度が低くなり産業用途等に好ましくない。一方、固有粘度があまりに大きくなりすぎると、繊維の製造が困難となる傾向にあるため、１．５以下であることが好ましい。また本発明の溶融紡糸方法では、紡糸後の固有粘度が０．６以上であることが好ましく、さらには０．７〜１．２の範囲にあることが好ましい。

ここで本発明に用いられるスクリュー型の押出機や、紡糸口金を装着した紡糸パックとしては従来公知の通常の溶融紡糸に用いられる設備を用いることができるが、押出機に使用するスクリューの前半部には混練ゾーンを設けて剪断エネルギーを与える事が好ましい。このような混練ゾーンによってポリマーの溶融粘度の不均一性をより減少させることが可能である。

本発明では、押出機のスクリュー部がシリンダーヒーターによって加熱されているが、押出機におけるスクリュー部の剪断エネルギー（Ｅｓ）とシリンダーヒーターから与えられる熱エネルギー（Ｅｈ）の比（Ｅｓ／Ｅｈ）が１５〜５０の範囲であることを必須とする。さらには比（Ｅｓ／Ｅｈ）が２０〜４０の範囲であることが好ましい。本発明では、押出機において溶融押し出しに必要な全エネルギーのうち、ポリマーに与える剪断エネルギー（Ｅｓ）と熱エネルギー（Ｅｈ）の比（Ｅｓ／Ｅｈ）を適切な範囲とする事によって、高品質の繊維を安定して生産することが可能となった。Ｅｓ／Ｅｈ比が１５より小さい場合、ポリマーの溶融粘度が不均一となり製品品質の低下を引き起こしてしまうばかりでなく、押し出し機スクリューに低粘度成分が滞留して経時的に品質の悪化や糸切れを発生しやすくなる。また、この範囲以上である場合には実質的に溶融ポリマーをシリンダーヒーター側で冷却する効果が大きくなり、かえって溶融粘度が不均一となる。

ちなみに一般的なポリエステルポリマーである通常のポリエチレンテレフタレートポリマーでは、例えばこのＥｓ／Ｅｈ比率は１０前後の範囲であることが好ましい。しかし本発明では、温度によってその粘度が変化しやすいポリエチレンナフタレート、特に粘度が高い固有粘度は、０．７以上のポリエチレンナフタレートポリマーを用いているために、剪断エネルギー（Ｅｓ）と熱エネルギー（Ｅｈ）の比（Ｅｓ／Ｅｈ）を１５〜５０の範囲とすることが肝要なのである。

また本発明では、押出機の紡糸パック側の温度と溶融ポリマーの温度差が１０℃以内である事が重要である。さらには押出機の紡糸パック側である最後部のシリンダーヒーター温度と溶融ポリマーの温度差は±５℃以内であることが好ましい。このような温度範囲を外れると、シリンダーヒーター側でのポリマーの溶融粘度が不均一となり、高品質で均一な単糸からなる繊維を製造することができない。

また該紡糸パック中の溶融ポリマー温度が３００〜３３０℃であることが好ましい。このような温度範囲を用いることにより安定した紡糸が可能になる。溶融ポリマーの温度が低すぎる場合には吐出時の温度低下により口金背圧が上昇して紡糸しにくい傾向にある。逆に溶融ポリマーの温度が高すぎる場合には口金直上でのポリマー劣化が発生するため紡糸安定性が低下する。

さらに本発明では口金下に３０〜５００ｃｍの加熱帯があり、該加熱帯温度が３００〜４２０℃の範囲であることが好ましい。このような加熱帯は加熱筒を設置することによって制御することができる。加熱帯を設けることにより口金面を直接加熱するのではなく周囲の雰囲気温度によって間接的に加熱することができ、口金面全体を均一に加熱することが可能となる。

本発明の溶融紡糸方法では、上記のように溶融紡糸した未延伸のポリエチレンナフタレート繊維を、紡糸口金より溶融吐出した後に、冷却しながら引取りローラーによって引き取ることによって最適な物性値の繊維とする。より具体的には、例えば引取速度３００〜７００ｍ／分、さらに好ましくは４００〜５５０ｍ／分で引取り、延伸倍率４．８〜６．７倍さらに好ましくは５．０〜６．０倍で延伸し、巻取り速度２０００〜３５００ｍ／分、さらに好ましくは２２００〜３０００ｍ／分で巻き取ることによって、より高品質なポリエチレンナフタレート繊維とすることができる。

そしてこのような本発明の溶融紡糸方法により、ポリエチレンナフタレート溶融ポリマーの溶融粘度斑が低減し、また押出機スクリューのクリーニング性も高まる事によって低粘度成分の滞留を抑制できるため、斑の少ない品質の安定したポリエチレンナフタレート繊維が、長期間安定して製造できるのである。

以下実施例により、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの具体例により限定されるものではない。なお、本発明の評価に用いた測定法は以下の通りである。

（１）固有粘度
乾燥・結晶化したポリエチレンナフタレートについてはフェノールと２，４，６−トリクロロフェノールとの混合液（６：４）を溶媒として使用し３５℃で測定した。
紡糸後の無定形ポリエチレンナフタレートについては、フェノールとオルソクロロベンゼンとの混合液（６：４）を溶媒として用いて測定した。

（２）溶融押し出しに必要なエネルギー量（Ｅｓ、Ｅｈ）
下記計算式により、押し出し機から与える剪断エネルギーＥｓと、シリンダーヒーターから与える熱エネルギーＥｈを、それぞれ求めた。
Ｅｓ：押し出し機から与える剪断エネルギー(ｋＷ)＝押し出し機の使用電圧(Ｖ)×（ポリマー吐出時の押し出し機の使用電流(Ａ)−空運転時の押し出し機の使用電流(Ａ)）／１０００
Ｅｈ：シリンダーヒーターから与える熱エネルギー(ｋＷ)＝シリンダーヒーターの使用電圧(Ｖ)×（ポリマー吐出時のシリンダーヒーターの使用電流(Ａ)−空運転時のシリンダーヒーターの使用電流(Ａ)）／１０００

（３）溶融粘度の均一性
未延伸糸５０本の直径を測り、その分散と平均値との比(ＣＶ％)を求めた。

［実施例１、２、比較例１〜３］
固有粘度が０．６３のポリエチレン２，６−ナフタレートチップを減圧下２３０℃〜２４０℃で固相重合して固有粘度０．７４の固相重合チップを得た。このポリマーチップの融点は２６５℃であり、スクリュー型の押出機にて３０５℃の温度となるように溶融した。その他の条件は表１記載の種々の条件にて溶融して、溶融チップを押出機から紡糸口金を装着したパックに導入してろ過した後、孔径が０．５ｍｍφの吐出孔を２５０ホール配置した口金より溶融ポリマーを吐出させた。その吐出糸条を３６０〜４００℃に熱せられた加熱域を３００ｍｍ通過したのち、走行糸条の外周円筒より円筒内に吹出す２５℃の整流された冷却風を吹き付けて冷却固化し引取りローラーにて引き取った。

Claims

固有粘度が０．６以上のポリエチレンナフタレートからなるポリマーをスクリュー型の押出機にて溶融し、次いで紡糸口金を装着した紡糸パックにて紡糸する溶融紡糸方法であって、押出機のスクリュー部がシリンダーヒーターによって加熱され、押出機におけるスクリュー部の剪断エネルギー（Ｅｓ）とシリンダーヒーターから与えられる熱エネルギー（Ｅｈ）の比（Ｅｓ／Ｅｈ）が１５〜５０の範囲であり、かつ押出機の紡糸パック側の温度と溶融ポリマーの温度差が１０℃以内である事を特徴とするポリエチレンナフタレート繊維の溶融紡糸方法。
該紡糸パック中の溶融ポリマー温度が３００〜３３０℃の範囲である請求項１記載のポリエチレンナフタレート繊維の溶融紡糸方法。
口金下に３０〜５００ｃｍの加熱帯があり、該加熱帯の温度が３００〜４２０℃の範囲である請求項１または２記載のポリエチレンナフタレート繊維の溶融紡糸方法。
紡糸後の固有粘度が０．６以上である請求項１〜３のいずれか１項記載のポリエチレンナフタレート繊維の溶融紡糸方法。
ポリマーがポリエチレン２，６−ナフタレートである請求項１〜４のいずれか１項記載のポリエチレンナフタレート繊維の溶融紡糸方法。