JP2014065993A - ポリエステル系繊維構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】吸放湿性と洗濯耐久性などの実用特性が極めて高く、経時的な強度低下の少ないポリエステル系繊維構造物を提供するものである
【解決手段】少なくとも過硫酸アンモニウムとベンゾイルパーオキサイドとを重合開始剤として用い、少なくとも一つのカルボキシル基を含有する有機酸と、ポリアルキレングリコールジメタクリレートとを重合成分として含有する組成物を重合してなる重合体からなる皮膜を繊維表面に有し、さらに、該重合体が該皮膜上にグラフト重合されて存在することを特徴とするポリエステル系繊維構造物。
【選択図】なし

Description

本発明は、吸放湿性や洗濯耐久性などの実用特性が極めて高く、経時的な強度低下の少ないポリエステル系繊維構造物に関するものである。

ポリエステル系繊維等の合繊繊維は、多くの優れた特性を有するため、広く衣料や工業用途に用いられている。しかしながら、かかる合繊繊維は、疎水性でかつ緻密な分子構造であることから、綿、麻等の天然繊維やレーヨン等の化学繊維に比べ、吸水性、吸湿性が低く、運動時などの着用快適性が要求される分野での使用は不向きとされていた。
従来、ポリエステル系繊維等の合繊繊維に吸水性や吸湿性機能を付与しようとする試みが種々検討されてきた。
例えば、特許文献１には、繊維内部にポリアルキレンオキサイドを配合し、且つ繊維表面にポリアルキレングリコール誘導体がグラフト重合されているポリエステル繊維が提案されている。しかし、このポリエステル繊維は、ポリアルキレンオキサイドが繊維内部に存在するため、繊維外部にある水分と接触する確率が低く、また繊維表面に存在するポリアルキレングリコール誘導体は吸湿性を向上させる効果は小さく、天然繊維並の吸湿性は得られていない。
また、特許文献２には、中空糸の中空部にアクリル酸系重合体やメタクリル酸系重合体を充填・固定化する方法が提案されている。しかし、染色加工時の熱水により芯部の吸湿性ポリマーが大きく膨潤するため、繊維表面にひび割れが生じ、水に対する親和性が高い芯部のポリマーが外部に流出してしまうという問題点があった。
また、特許文献３には、疎水系ラジカル開始剤、フタルイミド系化合物およびエチレン性不飽和有機酸を混合し、浴中で重合させる方法が提案されている。しかし、浴中でフタルイミド系化合物およびエチレン性不飽和有機酸が重合されるため、重合ムラが発生しやすいという問題点があった。また、繰り返しの洗濯や空気中の水分により、加水分解を起こし、経時的に徐々に繊維の強度低下を起こし、実用上、非常に大きな問題を有していた。
また、特許文献４には、親水性高分子とジビニルモノマーと重合開始剤とを含有する処理剤を用いて浴中処理する方法が提案されている。しかし、繊維表面に吸湿性高分子を皮膜状に付与するため、繰り返しの洗濯により皮膜が剥離し、洗濯耐久性に欠けるものであった。

特開２０００−５４２６２ 特開平８−３２５９４５ 特許第４３１４５０１号 特開２００１−３０３４４７

本発明は、吸放湿性と洗濯耐久性などの実用特性が極めて高く、経時的な強度低下の少ないポリエステル系繊維構造物を提供するものである。

本発明は、上記課題を解決するために、次のような構成を有する。
少なくとも過硫酸アンモニウムとベンゾイルパーオキサイドとを重合開始剤として用い、少なくとも一つのカルボキシル基を含有する有機酸と、ポリアルキレングリコールジメタクリレートとを重合成分として含有する組成物を重合してなる重合体からなる皮膜が繊維表層に存在することを特徴とするポリエステル系繊維構造物。

本発明によれば、合繊繊維の特性を有しながら、綿、絹、レーヨンなどの天然繊維や化学繊維に近い耐久性のある吸放湿性能を有し、且つ経時的な物性変化が少ないポリエステル系繊維構造物を提供することができる。

本発明の繊維構造物は、吸放湿性を付与することで着用時の蒸れ感等が軽減されるため、肌着などのインナーは勿論、ドレスシャツやズボンなどの衣料や、シーツ、布団カバーなどの寝装品、および布団類の中綿材用途としても好適に使用できる。

本発明は、前記課題、ポリエステル系繊維構造物に、綿並の吸放湿性を付与しながら、経時的な強度低下が少ないポリエステル系繊維創出について鋭意検討した結果、少なくとも過硫酸アンモニウムとベンゾイルパーオキサイドとを重合開始剤として用い、少なくとも一つのカルボキシル基を含有する有機酸と、ポリアルキレングリコールジメタクリレートとを重合成分として含有する組成物を重合してなる重合体からなる皮膜が繊維表層に存在することを特徴とするポリエステル系繊維構造物がかかる課題を一挙に解決することを見いだしたものである。

かかる問題解決の理由としては、ポリエステル系繊維表層において少なくとも一つのカルボキシル基を含有する有機酸と、ポリアルキレングリコールジメタクリレートとを重合成分として重合すると、主にポリアルキレングリコールジメタクリレートを重合成分とした重合体からなる親水性皮膜が繊維表層付近に形成され、また、主にカルボキシル基を含有する有機酸を重合成分としてなるグラフト重合体が、繊維表層付近において繊維表面や、繊維内部方向に向かって形成される。ポリアルキレングリコールジメタクリレートを重合成分とした親水性皮膜が繊維表層付近に存在するために、カルボキシル基を含有する有機酸を重合成分としたグラフト重合体の繊維内部への浸透が抑制され、浸透し過ぎないために、繊維内部での加水分解による経時劣化を抑制することができたものであると考えられる。
本発明においては、少なくとも一つのカルボキシル基を含有する有機酸とポリアルキレングリコールジメタクリレートを有する化合物を重合成分として用いる。
カルボキシル基を含有する有機酸のみでは、繊維表層に皮膜を形成することができず、ポリアルキレングリコールジメタクリレートを有する化合物のみでは、繊維表層においてグラフト重合体が形成されない。カルボキシル基を含有する有機酸と、ポリアルキレングリコールジメタクリレートとを重合成分として含有する組成物を用いることにより、繊維表層に、吸湿性皮膜と、グラフト重合体とを形成することができる。グラフト重合体は、ポリエステル系繊維に直接重合するか、ポリアルキレングリコールジメタクリレートの皮膜を分岐点としてグラフト重合する場合もある。いずれにしてもグラフト重合体のみを形成する場合に比べて、ポリアルキレングリコールジメタクリレートの皮膜が存在することにより、その繊維内部への浸透が抑制される。
少なくとも一つのカルボキシル基を含有する有機酸としては、親水性ビニルモノマーが好ましく用いられる。親水性ビニルモノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸およびマレイン酸、イタコン酸、スチレンスルホン酸、クロトン酸などが挙げられる。

吸湿性に優れる点で特に好ましくはアクリル酸、メタクリル酸が用いられる。これらは単独で使用しても両者を混合し使用しても良い。また、より高い吸湿性を得るためにはメタクリル酸の使用が好ましい。ポリアルキレングリコールジメタクリレートとしては、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、ポリテトラメチレングリコールジメタクリレート、ポリ（エチレングリコール／プロピレングリコール）ジメタクリレート、ポリ（エチレングリコール／テトラメチレングリコール）ジメタリレート、ポリ（プロピレングリコール／テトラメチレングリコール）ジメタクリレート、ポリ（エチレングリコール／プロピレングリコール／エチレングリコール）ジメタクリレートなどが挙げられる。

少なくとも一つのカルボキシル基を含有する有機酸とポリアルキレングリコールジメタクリレートを有する化合物の合計の使用量は、加工浴に対して１ｇ／Ｌ〜２００ｇ／Ｌ程度が好ましい。１ｇ／Ｌ未満では吸湿性が不十分である場合があり、また２００ｇ／Ｌを超えると風合いが硬化する傾向がある。本発明のモノマーを共重合させるための重合開始剤として、過硫酸アンモニウムと、ベンゾイルパーオキサイドとを含有していることが必要である。過硫酸アンモニウムは主にポリアルキレングリコールジメタクリレートの重合に寄与し、ベンゾイルパーオキサイドは主にカルボキシル基を含有する有機酸の重合に寄与する。したがって、これら両重合開始剤を用いることで、前記の吸湿性皮膜と、グラフト重合体とが形成される。
その結果、高い洗濯耐久性を付与することができ、また強度低下を防ぐこともできる。

重合開始剤である過硫酸アンモニウムとベンゾイルパーオキサイドの合計使用量は、加工浴に対し０．１ｇ／Ｌ〜１０ｇ／Ｌ程度が好ましい。０．１ｇ／Ｌ未満では重合が不十分となる傾向があり、また１０ｇ／Ｌを超えて使用しても重合性が向上するものではない。
かかる重合開始剤の乳化剤は、重合開始剤を繊維内部にも吸尽拡散させるために有機溶剤により溶解されていることが好ましい。有機溶剤については、溶解できるものであれば特に限定されるものではないが、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素が好ましく用いられ、さらにポリエステル系繊維を染色する際に染色性を向上させるために使用されるキャリヤー剤を併用することが好ましい。キャリヤー剤としては、フタルイミド化合物、安息香酸誘導体、サルチル酸誘導体、ケトン類、フェーノール誘導体、エーテル類、ハロゲン化合物、フェノールメタン誘導体、ジフェニール誘導体などが用いられる。
これらキャリヤー剤の中では、環境と繊維内部への残留時による染色堅牢度等への影響からフタルイミド化合物、安息香酸誘導体が好ましい。本発明の繊維構造物を製造する方法については特に限定されるものではないが、次のような方法が適用できる。
第一の方法は、乳化分散されたベンゾイルパーオキサイドを含む処理液にポリエステル繊維構造物を浸漬し、６０〜９０℃の温度条件で浴中加熱処理を行い、その後、過硫酸アンモニウムと有機酸とポリアルキレングリコールジメタクリレートを含む液に繊維構造物を浸漬し、１００〜１２０℃の温度条件で浴中加熱処理を行う、２段階処理方法である。
第二の方法は、乳化分散されたベンゾイルパーオキサイドと過硫酸アンモニウム、有機酸、ポリアルキレングリコールジメタクリレートが全て含まれた処理液中にポリエステル繊維構造物を浸漬し、１００〜１２０℃の温度条件で浴中加熱処理を行う１段階処理方法である。
また、第三の方法としては、乳化分散されたベンゾイルパーオキサイドを含む処理液にポリエステル繊維構造物を浸漬し、６０〜９０℃の温度条件で浴中加熱処理を行い、その後過硫酸アンモニウム、有機酸、ポリアルキレングリコールジメタクリレートを含む乳化分散した処理液をパディング法により付与してから８０〜１０５℃で５〜１０分間、乾熱処理または蒸熱処理する２段階の処理方法である。乾熱処理としては、ピンテンター、クリップテンター、カレンダーなどが用いられる。蒸熱処理としては、スチーム処理機を用い、飽和水蒸気雰囲気中で処理をする。
また、第四の方法としては、乳化分散されたベンゾイルパーオキサイド、過硫酸アンモニウム、有機酸、ポリアルキレングリコールジメタクリレートが全て含まれた処理液を用いてポリエステル繊維構造物にパディング法により付与し、８０〜１０５℃で５〜１０分間の乾熱処理または蒸熱処理する１段階処理方法である。

工程通過性や加工コストの面から、第四の方法がもっとも好ましい。かかる乾熱処理や蒸熱処理を行った後、未反応のモノマーの除去および染色堅牢度確保のために、５０〜９５℃の温度での湯洗いを行うことが好ましい。

本発明においては、より高い吸湿性を得るためにはグラフト処理により導入された酸性基の少なくとも一部を金属塩で置換することが好ましい。手法としては水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等の少なくとも１種を溶解した水浴中に繊維構造物を浸漬し、６０〜８０℃の温度で１０〜３０分間処理を行うことで金属置換することができる。
また、同様の手法で導入した酸性基の一部を亜鉛、銅、銀などの金属塩に置換することも可能であり、かかる亜鉛、銅、銀などの金属塩に置換することで、吸湿性能の他に消臭性能をも得ることができる。
本発明で用いられるポリエステル系繊維は、通常のフラットヤーン以外に仮撚加工糸、強撚糸、タスラン加工糸や、太細糸および混繊糸等のフィラメントヤーンであってもよく、ステープルファイバーやトウ、あるいは紡績糸などの各種形態の繊維であってもよい。繊維構造物としては、織物、編物および不織布などの布帛の形態のものを使用することができる。
本発明の繊維構造物は、撥水剤、抗菌剤、帯電防止剤、消臭剤などの機能性薬剤が付与されていてもよい。

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものでは
ない。また、実施例中の性能評価は次の方法で測定した。
＜重量変化率（グラフト率）（％）＞
重量変化率（％）＝｛（加工後重量（ｇ）−加工前重量（ｇ））／加工前重量（ｇ）｝×１００
＜吸湿率差；△ＭＲ（％）＞
自動反転渦巻き電気洗濯機に、ＪＩＳ Ｋ ３３７に規定される弱アルカリ性合成洗剤を０．２％の濃度になるように溶解し、織編物を浴比１：５０で４０±２℃の温度で、１０分洗濯し、次いで排水し水洗を５分する工程を１回とし、これを１０回繰り返した後の吸湿性能を測定し、洗濯による耐久性を調べた。

洗濯開始前と、上記１０回繰り返し洗濯後に、以下の条件により吸湿率差を求め、吸湿率差から吸湿性能を確認した。
ΔＭＲ（％）＝ＭＲ２−ＭＲ１
ＭＲ１；２０℃×６５％ＲＨ雰囲気下に２４時間放置した時の吸湿率（％）
ＭＲ２；３０℃×９０％ＲＨ雰囲気下に２４時間放置した時の吸湿率（％）
＜分解糸強力低下率（％）；加速試験前後の分解糸強力測定＞
加速試験；１３０℃の熱水中に編物を浸漬し、２４０分間浴中処理を行った後、取り出し、水洗、脱水、風乾した。
分解糸強力測定；ＪＩＳ Ｌ１０１３（１９９９）に準拠し、島津製作所製オートグラフを用いて、加速試験前後において、編物から取り出したマルチフィラメント（以下、「分解糸」という）の強力を測定した。分解糸は、編物の異なる場所からそれぞれ繊維を取出し合計５本とし、５本の測定値の平均を求めた（ｎ数＝５）。
低下率は次式により求めた。
分解糸強力低下率（％）＝（加速試験後の分解糸強力／加速試験前の分解糸強力）×１００
＜吸湿速度；重量増加率（％）＞
絶乾状態（１０５℃×２時間放置）の重量をスタートとし、３０℃×９０％ＲＨ雰囲気下に１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，３０分放置したときの重量増加率（％）を調べた。
重量増加率（％）＝｛（Ａ−Ｂ）／Ｂ｝×１００
Ａ：３０℃×９０％ＲＨ雰囲気下の重量
Ｂ：絶乾状態（１０５℃×２時間放置）の重量
（実施例１〜６、比較例１〜６）
８４デシテックス７２フィラメントからなるポリエステル糸を用い、３６ゲージで目付２２７ｇ／ｍ^２の編物を作成し、常法により精練した後、１８０℃でピンテンターを使用し熱セットを行い、得られた編物を以下に示す方法で処理、性能を評価した結果を表１に示した。
＜重合開始剤＞
ベンゾイルパーオキサイドとトルイルオア−オキサイド混合物とのキシレン溶液（“ナイパーＢＭＴ−Ｋ４０”、日本油脂(株)製）と、過硫酸アンモニウムとを、各実施例において表１に示す使用量で用いた。
＜重合性モノマー＞
モノマーＡ（有機酸）として、アクリル酸および／またはメタクリル酸を、各実施例において表１に記載のとおりの使用量で用いた。

モノマーＢ（ポリエチレングリコールジメタクリレート）として、“ＮＫエステル２３Ｇ”（新中村化学工業(株)製）を、表１に記載の使用量で用いた。
＜キャリヤー＞
安息香酸ベンジルと、Ｎ−ブチルフタルイミドとの混合物を、各実施例において表１に記載のとおりの使用量で用いた。
＜処理方法＞
以下の蒸熱処理、浴中処理について、各実施例において、表１に記載の処理を採用した。

(1) 蒸熱処理；表１に記載のモノマーＡ、Ｂ、キャリヤー、重合開始剤の水溶液に編物を浸漬し、水系液の付着量が１００重量％になるようにマングルで絞った。次いで、１００℃の温度の飽和水蒸気で５分間処理を行った後、６０℃の温度で湯洗い、水洗した。次いで炭酸ナトリウム５ｇ／Ｌのアルカリ水溶液を作成し、編物と炭酸ナトリウムのアルカリ水溶液の重量比を１：２０に調整して、６０℃で３０分間処理し金属塩化処理を行った後、湯洗・水洗・脱水し、１３０℃で乾燥した後、１６０℃で３分間の熱処理を行った。

(2) 前処理＋蒸熱処理：
まずは前処理を行った。
表１に記載の重合開始剤ベンゾイルパーオキサイドをキャリヤーで乳化分散した液に編物を浸漬し、編物と、重合開始剤を乳化分散した水溶液との重量比を１：４０に調整した。次いでＭｉｎｉカラー染色機（テクサム技研社製）で４０℃から２℃／分の昇温速度で昇温し、８５℃で１５分間処理した。
上記処理液を降温、湯洗、水洗した後、以下の蒸熱処理を行った。
表１に記載の重合開始剤過硫酸アンモニウムとモノマーＡ，Ｂ液の水溶液に編物を浸漬し、水系液の付着量が１００％になるようにマングルで絞り、１００℃の温度の飽和水蒸気で５分間処理を行い、６０℃の温度で湯洗い、水洗した。次いで炭酸ナトリウム５ｇ／Ｌのアルカリ水溶液を作成し、編物と、重合開始剤とモノマーの水溶液との重量比を１：２０に調整し６０℃で３０分間処理し金属塩化処理を行った。引き続き、湯洗・水洗・脱水し、１３０℃で乾燥した後、１６０℃で３分間の熱処理を行った。

(3) 浴中処理（１段階処理）；表１に記載のモノマーＡ、Ｂ、キャリヤー、重合開始剤２種の水溶液に編物を浸漬し、浴比を１：４０に調整した後、４０℃から２℃／分の昇温速度で昇温し、１１０℃で３０分間処理を行い、６０℃の温度で湯洗い、水洗した。次いで炭酸ナトリウム５ｇ／Ｌのアルカリ水溶液を作成し、編物と炭酸ナトリウムのアルカリ水溶液の重量比を浴比１：２０に調整し６０℃で３０分間処理し金属塩化処理を行った後、引き続き、湯洗・水洗・脱水し、１３０℃で乾燥した後、１６０℃で３分間の熱処理を行った。
(4) 浴中処理（２段階処理）；表１に記載のキャリヤー、重合開始剤ベンゾールパーオキサイトの水溶液に編物を浸漬し、浴比を１：４０に調整した後、４０℃から２℃／分の昇温速度で昇温し、８５℃で１５分間処理を行い、６０℃の温度で湯洗い、水洗した後、重合開始剤過硫酸アンモニウムと表１記載のモノマーＡ，Ｂの水溶液に編物を浸漬し、浴比を１：４０に調整した後、１１０℃で３０分間処理を行い、６０℃の温度で湯洗い、水洗した。次いで炭酸ナトリウム５ｇ／Ｌのアルカリ水溶液を作成し、編物と炭酸ナトリウムのアルカリ水溶液の重量比を浴比１：２０に調整し６０℃で３０分間処理し金属塩化処理を行った後、引き続き、湯洗・水洗・脱水し、１３０℃で乾燥した後、１６０℃で３分間の熱処理を行った。

性能を評価した結果を表１に示した
表１から本発明によるものは、高い吸放湿性と洗濯耐久性および経時劣化の少ない繊維構造物であると言える。

本発明の繊維構造物は、吸湿性を付与することで蒸れ感等が軽減されるため、肌着などのインナーは勿論、ドレスシャツやズボンなどの衣料や、シーツ、布団カバーなどの寝装品、およびワタとして布団ワタなどにも好適に使用できる。

Claims (3)

1. 少なくとも過硫酸アンモニウムとベンゾイルパーオキサイドとを重合開始剤として用い、少なくとも一つのカルボキシル基を含有する有機酸と、ポリアルキレングリコールジメタクリレートとを重合成分として含有する組成物を重合してなる重合体からなる皮膜が繊維表層に存在することを特徴とするポリエステル系繊維構造物。
2. 該少なくとも一つのカルボキシル基を含有する有機酸が、アクリル酸またはメタクリル酸であることを特徴とする請求項１記載のポリエステル系繊維構造物。
3. 該ポリアルキレングリコールジメタクリレートが、ポリエチレングリコールジメタクリレートであることを特徴とする請求項１記載のポリエステル系繊維構造物。