JP2010065348A - ポリエステル複合繊維の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ケミカルリサイクルやマテリアルリサイクルによるリサイクルポリエステルのみの使用でも、操業性がよく、嵩高性に優れたポリエステル複合繊維を製造できる方法を提供する。
【解決手段】 ポリエステル系樹脂Aとポリエステル系樹脂Bとを溶融複合紡糸してサイドバイサイド型構造複合繊維を製造する方法において、ポリエステル系樹脂Aは、ジエチレングリコール１．５〜４重量％、末端カルボキシル基３０〜５０当量／トン含有するケミカルリサイクルポリマであり、ポリエステル系樹脂Bは、ジエチレングリコール１．５重量％未満、末端カルボキシル基３５当量／トン未満含有するマテリアルリサイクルポリマであり、ポリエステル系樹脂Aとポリエステル系樹脂Bとの固有粘度差が、０．０１〜０．１５、ポリエステル系樹脂Aの固有粘度が０．５６以上であり、かつ、三次元捲縮を有する複合繊維を製造する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、ジエチレングリコール（以下ＤＥＧという）の含有量、末端カルボキシル基（以下ＣＯＯＨという）の含有量、固有粘度の異なる２種類のポリエステル樹脂として、ケミカルリサイクルポリエステルとマテリアルリサイクルポリエステルを用い、サイドバイサイド型構造に複合紡糸して三次元捲縮を有する嵩高ポリエステル繊維を製造する方法に関するものである。

ポリエチレンテレフタレート（以下PETという）をはじめとするポリエステルは低コストで、高融点、耐薬品性等に優れ、繊維以外にも、フィルムやPETボトル等の成型品に広く用いられている。

近年、資源の再利用や環境問題等の面から様々な分野でのリサイクルが求められており、また種々の試みが行われている。ポリエステルにおいてもPETボトルをはじめとするポリエステル成型品を再溶融または低分子量化した後、重合してチップ化し、再び繊維やフィルムや成型品を製造するというリサイクルが行われている。このように資源の再利用に貢献することは、企業の最も重要な活動の一つと位置づけられる。そして、このようなケミカルリサイクルポリエステルを使用した製品の一つとしてポリエステル繊維があり、衣料や詰綿に使用されている。

ケミカルリサイクルポリエステルは、様々な製品に加工、使用された後に回収されたポリエステル製品を解重合し、再度重合して得られるものであり、回収品に付着している不純物による重合度低下を招き、紡糸工程による固有粘度の低下が起こり、操業性が悪くなる問題がある。そのために通常、リサイクルポリエステルを使用する際には、操業性をよくするためにバージンポリエステルチップの混合や（特許文献１）、複合紡糸が行われる（特許文献２）。

一方のマテリアルリサイクルでは、主としてＰＥＴボトルを回収して洗浄、粉砕後、再溶融してチップとする。一度成形品となっているものを再溶融するだけであるので、紡糸工程においても粘度の低下がしにくいのが特徴である。しかし、市場から回収されてくるＰＥＴボトルなどのポリエステルは様々な不純物を含んでいることが多く、このチップのみを使用した場合、紡糸工程において糸切れなどの操業不良を招く（特許文献３）。

そのため、リサイクルポリエステルによる樹脂やマテリアルリサイクルによる樹脂を使用するには用途が限られ、大量に使用できないことが問題となっている。
特開平10-72725号公報 特開2003-313729号公報 特許第４０６２４７６号公報

本発明は、前記した従来技術の問題を解消し、ケミカルリサイクルやマテリアルリサイクルによるリサイクルポリエステルのみの使用でも、操業性がよく、嵩高性に優れたポリエステル複合繊維を製造できる方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、ポリエステル系樹脂Aとポリエステル系樹脂Bとを溶融複合紡糸してサイドバイサイド型構造複合繊維を製造する方法において、ポリエステル系樹脂Aは、ジエチレングリコールを１．５〜４重量％、末端カルボキシル基を３０〜５０当量／トン含有するケミカルリサイクルポリマであり、ポリエステル系樹脂Bは、ジエチレングリコールを１．５重量％未満、末端カルボキシル基を３５当量／トン未満含有するマテリアルリサイクルであり、ポリエステル系樹脂Aとポリエステル系樹脂Bとの固有粘度差が、０．０１〜０．１５であって、ポリエステル系樹脂Aの固有粘度が０．５６以上であり、かつ、三次元捲縮を有する複合繊維を製造することを特徴とするものである。

本発明によれば、ポリエステル系樹脂Aとポリエステル系樹脂Bがサイドバイサイド型構造に複合されてなる三次元捲縮複合繊維を製造する際、ポリエステル系樹脂Aとしてケミカルリサイクルによるポリエステルを使用し、ポリエステル系樹脂Aのみに紡糸工程での固有粘度低下を生じさせることによって、三次元捲縮を有するポリエステル複合繊維が得られ、その紡糸、延伸工程の操業性に優れ、かつ、リサイクルポリエステルの量的な使用が可能となる。

以下に本発明のポリエステル複合繊維の製造方法について詳細に説明する。

本発明法によるポリエステル複合繊維の製造では、ジエチレングリコール量、末端カルボキシル基量、固有粘度の異なる二種類のポリエステル（それぞれをポリエステル系樹脂Aとポリエステル系樹脂Ｂとする）を使用し、サイドバイサイド型複合することで三次元捲縮を有する複合繊維を製造する。

該ポリエステル複合繊維の製造に供するポリエステル系樹脂Aは、ジエチレングリコールを１．５〜４重量％、より好ましくは２．０〜３．０重量％含有し、末端カルボキシル基は３０〜５０当量／トン、より好ましくは３５〜４０当量／トン含有する。その上限値を超えると、紡糸工程での固有粘度の低下が起こらずに捲縮不良を起こす。また、その下限値未満になると、紡糸工程が不安定になり好ましくない。

ポリエステル系樹脂Aの固有粘度はポリエステル系樹脂Bの固有粘度よりも低いものであって、その固有粘度差が０．０１〜０．１５、より好ましくは０．０５〜０．１である。その上限値を超えると、捲縮の発現が高くなり、三次元の捲縮数が多くなりすぎたり、紡糸工程での固有粘度低下による操業不良、原綿物性の悪化が起こったり好ましくない。また、良好な捲縮を発現させるためにポリエステルの固有粘度は高いことが望ましく、複合繊維においても双方のポリエステルの固有粘度が高いことが望ましいが、固有粘度を高くしすぎると紡糸工程不良となるため好ましくない。よってポリエステル系樹脂Aの固有粘度は０．５６以上、より好ましくは０．６〜０．６５である。

該ポリエステル複合繊維の製造に供するポリエステル系樹脂Bは、ジエチレングリコールを１．５重量％未満、末端カルボキシル基を３５当量／トン未満含有することが必要である。これ以上になると、紡糸工程で固有粘度の低下を引き起こし、操業性ならびに捲縮不良を起こす。

ポリエステル系樹脂Aについて、テレフタル酸とエチレングリコールのエステル化反応時にテトラエチルアンモニウムを生成物量に対して０．０２５〜０．０６重量％、より好ましくは０．０３５〜０．４５重量％である。その上限値を超えると、紡糸工程での固有粘度低下が著しくなり、操業不良、捲縮不良を引き起こす。その下限値未満になると、紡糸工程での固有粘度低下が起こらず捲縮不良となる。また、重縮合反応温度を２７０〜２８５℃、より好ましくは２７５〜２８０℃とする。その上限値を超えると、紡糸工程での固有粘度低下が起こらず好ましくない。その下限値未満になると、樹脂の重合度が下がり操業悪化となる。

ポリエステル系樹脂Ａとしては、一度製品として使用されたポリエチレンテレフタレート繊維等のポリエステル製品を回収し、解重合してモノマーや低重合物に戻した後に、再度重合することにより製造したケミカルリサイクルポリマを用いる。このケミカルリサイクルポリマの製造は、通常の方法で行えばよいが、回収品中に混在する不純物が極力除去できるようなプロセスを採用することが好ましい。固有粘度の低い方のポリエステル系樹脂Ａとしてケミカルリサイクルポリマを用いれば、紡糸工程時に固有粘度が低下するというケミカルリサイクルポリマの特性を有効に利用することができる。

ポリエステル系樹脂Bとしては、一度製品として使用されたポリエチレンテレフタレート繊維等のポリエステル製品を回収し、溶融しペレタイズ化することにより製造したマテリアルリサイクルポリマを用いる。このマテリアルリサイクルポリマの製造は、通常の方法で行えばよいが、回収品中に混在する不純物が極力除去できるようなプロセスを採用することが好ましい。このポリエステル系樹脂Ｂとしてケミカルリサイクルポリマを使用すると、紡糸工程においてポリマの固有粘度が著しく低下するため、操業性の悪化、また繊維にハリやコシといった強度がないために捲縮不良という不具合を引き起こすので、マテリアルリサイクル物の使用が必要である。

本発明により製造される繊維は、サイドバイサイド型構造をもつ複合繊維であり、例えば、半円状のＡ層とＢ層とが接合した構造でもよいし、弧状のＡ層とＢ層とが接合した環状である中空複合構造でもよい。

後者の中空複合構造の場合、その製造に用いる口金孔は、湾曲した弧状スリットを２〜４個円形に配したものであって、その弧状スリットの一部からポリエステル系樹脂Aを紡出し、他の弧状スリットからポリエステル系樹脂Ｂを紡出し、それらを接合して環状とすればよい。

本発明により製造されるポリエステル複合繊維を中空繊維とする場合には、その中空率は１０〜５０％、より好ましくは２０〜４０％とする。中空率が高いほど、嵩高性、軽量性、保温性に優れるが、５０％より大きくなると断面が変形し、中空形状が潰れて、嵩高特性は低下する。また、１０％未満になると、嵩高性や軽量性、保温性が著しく低下するため好ましくない。中空率の制御は、溶融紡糸口金のスリット幅の厚みを変える、口金直下の糸条を冷却する冷却風量または冷却風温度を変えることで可能となる。冷却風量を変化させる方法を例にとると、風量を下げることにより口金直下の糸条の冷却が鈍化し中空率は低下する。

本発明法によって溶融複合紡糸されたポリエステル複合繊維の未延伸糸は、通常の方法により延伸される。延伸の後、乾燥され、所定長さに切断されて短繊維（原綿）が製造される。得られる短繊維は、固有粘度差のあるサイドバイサイド型複合構造であることから３次元捲縮が発現されている。

以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。

本発明で定義する各物性値は以下の方法で求めた。
［固有粘度］
オストワルド粘度計を用いて２５℃で測定した。
［ジエチレングリコール（ＤＥＧ）量］
ポリエステルチップをモノエタノールアミンで加熱分解し、生成物にエタノールを添加してＰＥＴを析出させ、濾液中のＤＥＧをガスクロマトグラフで測定する。次式によってＤＥＧ量を算出する。
ＤＥＧ量（重量％）＝（面積比×検量線係数／試料（ｇ）×１０００）×１００
［末端カルボキシル基（ＣＯＯＨ）量］
ポリエステルチップをＯ−クレゾール・クロロホルム混液で加熱溶解し、塩化リチウムを加えてＮ／２５エタノール性苛性ソーダ溶液で非水中和滴定を行い、標準チップに対する相対値により末端カルボキシル基量（当量／トン）を求める。
［中空率］
中空率(%)＝（中空部の断面積／全繊維の断面積）×１００
［嵩特性］
短繊維試料をカード開繊機にかけてシート状ウェッブにした後に１０ｃｍ×１０ｃｍに切り取り、全体の重量が１０ｇとなるまで積み重ねる。該積み重ね試料に５０ｇの初期荷重をゆっくりと加える。さらに５００ｇの荷重を１０秒加えたら該５００ｇ荷重のみを取り除くことを３回行った後、３０秒後に試料の高さを測定する（A ｃｍ）。さらに、該積み重ね試料に１ｋｇの荷重を加えて、３０秒後の高さを測定する（B ｃｍ）。次いで、該積み重ね試料から１ｋｇの荷重を取り除き３０秒後の試料の高さを測定する（C ｃｍ）。得られた値より、次式で算出する。
嵩高（ｃｃ／ｇ）＝１０×１０×A／１０
回復率（％）＝（Ｃ−Ｂ）／（Ａ−Ｂ）×１００
本発明では、嵩高および回復率については、次式の基準で良否を判定し、次式を満足するものを良と判断した。
嵩高（ｃｃ／ｇ） ≧１００
回復率（％） ≧９０
［紡糸性］
紡糸工程において、単糸切れの回数が３０分間に２回以下発生したものについて、紡糸性良好（○）とした。30分間に３回以上発生したものは紡糸性不良（×）とした。
［実施例１〜４］
表１に示す２種の固有粘度のポリエステル系樹脂Ａ、ポリエステル系樹脂Ｂとしては、それぞれ、次の方法で準備したケミカルリサイクルによるポリエチレンテレフタレートチップ、マテリアルリサイクルによるポリエチレンテレフタレートチップを用いた。

ポリエステル系樹脂Ａ：
PET屑２５００ｋｇに対して、エチレングリコール８７０ｋｇを反応装置１に仕込み、同時に昇温開始して、常圧下で２．８時間解重合反応を開始した。得られたPET低重合体を反応装置２に移液し、テトラエチルアンモニウム（以下ＥＡＨという）を生成物量に対して０．０２５〜０．０６重量％添加して２７０〜２８５℃で２．８時間重縮合反応させた。このときDEGが１．５〜４重量％、COOHが３０〜５０当量／トンを目標として、ＥＡＨ添加量および重縮合反応温度を変化させた。その後、ペレタイズ化してチップを得た。なお、ＥＡＨ量および反応温度は下記の通りとした。
実施例１、２・・・ＥＡＨ添加量：０．０３５重量％、反応温度：２８０℃
実施例３ ・・・・・ＥＡＨ添加量：０．０４重量％、反応温度：２８０℃
実施例４ ・・・・・ＥＡＨ添加量：０．０５重量％、反応温度：２７０℃
ポリエステル系樹脂Ｂ：
一度製品として使用されたポリエチレンテレフタレート繊維等のポリエステル製品を回収し、２９０℃で２．５〜４時間溶融した。このときDEGが１．５重量％未満、COOHが３５当量／トン未満を目標として、溶融時間を変化させた。その後、ペレタイズ化することによりチップを得た。なお、溶融時間を下記の通りとした。
実施例１、３・・・溶融時間：３時間
実施例２・・・溶融時間：２．８時間
実施例４・・・溶融時間：３．３時間
ポリエステル系樹脂Ａとポリエステル系樹脂Ｂとを複合比率が１：１になるように、紡糸温度２９０℃、４分割の中空用口金（孔数１８０H）、吐出量４７０ｇ／ｍｉｎ、引取速度１４００ｍ／ｍｉｎで紡糸した。得られた未延伸糸の断面は中空形状を有し、中空率は３５％であった。

次に、得られた未延伸糸を集束して糸条束とし、延伸温度９０℃、延伸速度８０ｍ／ｍｉｎで２．７倍に延伸し、無荷重下で１６０℃の温度で１５分間乾燥した後、６４ｍｍに切断して単糸繊度６．６ｄｔｅｘの短繊維延伸糸を製造した。
［比較例１〜４］
実施例１〜４と同様の方法で各チップを調製した。但し、ポリエチレンテレフタレートのテレフタル酸とエチレングリコールのエステル化反応時のＥＡＨ量および重縮合反応温度を下記の通りとした。
ポリエステル系樹脂Ａ：
比較例１ ・・・・・ＥＡＨ添加量：０．０１重量％、反応温度：２８０℃
比較例２ ・・・・・ＥＡＨ添加量：０．０８重量％、反応温度：２８０℃
比較例３ ・・・・・ＥＡＨ添加量：０．０８重量％、反応温度：２６０℃
比較例４ ・・・・・ＥＡＨ添加量：０．０５重量％、反応温度：２６０℃
ポリエステル系樹脂Ｂ：
比較例１ ・・・・・溶融時間：２時間
比較例２ ・・・・・溶融時間：２．８時間
比較例３ ・・・・・溶融時間：４．２時間
比較例４ ・・・・・溶融時間：１．８時間
実施例１〜４、比較例１〜４において製造された短繊維について、捲縮数、嵩高および回復率を測定した結果を表１に示した。

実施例１、２と比較例１、２との対比から、ポリエステル樹脂A、B間の固有粘度の差を大きくすることにより嵩高および嵩回復率が向上することが分かる。

実施例２と比較例２、４との対比から、DEG量、COOH量が多過ぎると操業性が悪化し、品質の低下を招くことが分かる。

比較例３より、ポリエステル系樹脂Aの固有粘度が低過ぎると操業性が悪化し、品質も悪くなることが分かる。

本発明法は、リサイクルポリエステルを用いて嵩高性に優れたポリエステル複合繊維原綿を製造する場合に好適である。

Claims (3)

1. ポリエステル系樹脂Aとポリエステル系樹脂Bとを溶融複合紡糸してサイドバイサイド型構造複合繊維を製造する方法において、ポリエステル系樹脂Aは、ジエチレングリコールを１．５〜４重量％、末端カルボキシル基を３０〜５０当量／トン含有するケミカルリサイクルポリマであり、ポリエステル系樹脂Bは、ジエチレングリコールを１．５重量％未満、末端カルボキシル基を３５当量／トン未満含有するマテリアルリサイクルポリマであり、ポリエステル系樹脂Aとポリエステル系樹脂Bとの固有粘度差が、０．０１〜０．１５であり、ポリエステル系樹脂Aの固有粘度が０．５６以上であり、かつ、三次元捲縮を有する複合繊維を製造することを特徴とするポリエステル複合繊維の製造方法。
2. ポリエステル系樹脂Aは、ケミカルリサイクルによって得られたテレフタル酸とエチレングリコールとをエステル化反応させる重縮合反応時に、テトラエチルアンモニウムを生成物量に対して０．０２５〜０．０６重量％添加し、２７０〜２８５℃で重縮合反応することにより得られたポリエステル系樹脂Aであり、かつ、ポリエステル系樹脂Ｂは回収ポリエチレンテレフタレートのみからなることを特徴とする請求項１記載のポリエステル複合繊維の製造方法。
3. サイドバイサイド型構造の複合繊維の横断面が環状部とその内側の中空部とからなり、かつ、環状部が少なくとも２つの弧状部が接合したものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のポリエステル複合繊維の製造方法。