JP2021025191A - 中空繊維 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明の目的は、軽量でボリューム感とクッション性のある風合いを有する中空繊維を提供することにある。【解決手段】本発明の中空繊維は、塩化ビニリデン系樹脂を主成分とする組成物からなる中空繊維であって、中空率が30%超70%以下であり、平均外径が50〜900μmであり、強度が0.7〜2g/dであり、100℃で15分加熱した後の熱収縮率が30%以下であることを特徴としている。【選択図】なし
Description
本発明は、中空繊維に関する。
塩化ビニリデン樹脂は、難燃性、耐薬品性、ガスバリア性等に優れる樹脂であり、フィルムやシートの原料として広く用いられている。しかしながら、塩化ビニリデン樹脂は、融解温度と分解温度とが互いに近く、加工が難しいため、特定形状の加工品の原料としての使用例は限られていた。
例えば、塩化ビニリデン樹脂の加工例として、塩化ビニリデン系樹脂からなる人工毛髪用中空繊維が知られている(特許文献1)。
例えば、塩化ビニリデン樹脂の加工例として、塩化ビニリデン系樹脂からなる人工毛髪用中空繊維が知られている(特許文献1)。
近年、塩化ビニリデン樹脂からなる中空繊維は、弾性、耐水性に優れる点から、人工芝等の様々な用途への応用が検討されている。特許文献1の繊維は、人工毛髪用に適した中空繊維である。しかしながら、人工毛髪以外の用途への応用のため、軽量でありながら、よりボリューム感とクッション性に優れる風合いを有する中空繊維が求められてきている。
従って、本発明の目的は、軽量でボリューム感とクッション性のある風合いを有する中空繊維を提供することにある。
従って、本発明の目的は、軽量でボリューム感とクッション性のある風合いを有する中空繊維を提供することにある。
すなわち、本発明は、以下の通りである。
[1]
塩化ビニリデン系樹脂を主成分とする組成物からなる中空繊維であって、
中空率が30%超70%以下であり、
平均外径が50〜900μmであり、
強度が0.7〜2g/dであり、
100℃で15分加熱した後の熱収縮率が30%以下であることを特徴とする、中空繊維。
[2]
前記組成物100質量%に対する前記塩化ビニリデン系樹脂の質量割合が80質量%以上である、[1]に記載の中空繊維。
[1]
塩化ビニリデン系樹脂を主成分とする組成物からなる中空繊維であって、
中空率が30%超70%以下であり、
平均外径が50〜900μmであり、
強度が0.7〜2g/dであり、
100℃で15分加熱した後の熱収縮率が30%以下であることを特徴とする、中空繊維。
[2]
前記組成物100質量%に対する前記塩化ビニリデン系樹脂の質量割合が80質量%以上である、[1]に記載の中空繊維。
本発明の中空繊維は、上記構成を有するため、軽量でボリューム感とクッション性のある風合いを有する。
以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」という。)について詳細説明する。本発明は、以下の実施形態にのみ限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施できる。
[中空繊維]
本実施形態の中空繊維は、塩化ビニリデン系樹脂を主成分とする組成物からなる中空繊維であって、中空率が30%超70%以下であり、平均外径が50〜900μmであり、強度が0.7〜2g/dであり、100℃で15分加熱した後の熱収縮率が30%以下である。
塩化ビニリデン系樹脂を主成分とする組成物からなる繊維は、他の樹脂からなる繊維に比べて、柔らかいため、加工が難しかった。特に、中空率が大きく、太く、且つ強度と熱収縮率に優れる繊維を得ることは難しかった。
塩化ビニリデン系樹脂を主成分とする組成物からなる、中空率が大きく、太く、且つ強度と熱収縮率に優れる本発明の中空繊維を得るには、組成物中の組成、紡糸時の紡口の形状(例えば、後述のたまり部幅/流路幅など)、紡口から吐出した繊維を冷水槽に浸すまでの時間、組成物の溶融粘度等の調整が有効である。
本実施形態の中空繊維は、塩化ビニリデン系樹脂を主成分とする組成物からなる中空繊維であって、中空率が30%超70%以下であり、平均外径が50〜900μmであり、強度が0.7〜2g/dであり、100℃で15分加熱した後の熱収縮率が30%以下である。
塩化ビニリデン系樹脂を主成分とする組成物からなる繊維は、他の樹脂からなる繊維に比べて、柔らかいため、加工が難しかった。特に、中空率が大きく、太く、且つ強度と熱収縮率に優れる繊維を得ることは難しかった。
塩化ビニリデン系樹脂を主成分とする組成物からなる、中空率が大きく、太く、且つ強度と熱収縮率に優れる本発明の中空繊維を得るには、組成物中の組成、紡糸時の紡口の形状(例えば、後述のたまり部幅/流路幅など)、紡口から吐出した繊維を冷水槽に浸すまでの時間、組成物の溶融粘度等の調整が有効である。
(組成物)
上記組成物は、塩化ビニリデン系樹脂を主成分として含む。さらに、他の成分等を含んでいてもよい。
なお、「塩化ビニリデン系樹脂を主成分とする組成物」とは、組成物全量100質量%に対して塩化ビニリデン系樹脂を80質量%以上含む組成物をいい、好ましくは80質量%超含む組成物であり、より好ましくは85質量%以上含む組成物であり、さらに好ましくは90質量%以上含む組成物である。塩化ビニリデン系樹脂を80質量%以上にすることで、人工芝等に必要な強度と外観が得られると共に、表面のベタツキが生じにくくソフトな風合いで回復性の良い人工芝が得られやすくなる。
上記組成物は、塩化ビニリデン系樹脂を主成分として含む。さらに、他の成分等を含んでいてもよい。
なお、「塩化ビニリデン系樹脂を主成分とする組成物」とは、組成物全量100質量%に対して塩化ビニリデン系樹脂を80質量%以上含む組成物をいい、好ましくは80質量%超含む組成物であり、より好ましくは85質量%以上含む組成物であり、さらに好ましくは90質量%以上含む組成物である。塩化ビニリデン系樹脂を80質量%以上にすることで、人工芝等に必要な強度と外観が得られると共に、表面のベタツキが生じにくくソフトな風合いで回復性の良い人工芝が得られやすくなる。
−塩化ビニリデン系樹脂−
上記塩化ビニリデン系樹脂としては、塩化ビニリデンに由来する構成単位のみからなる単独重合体、塩化ビニリデンに由来する構成単位と他の単量体に由来する構成単位とを含む共重合体が挙げられる。これらは、1種を単独で用いることも、2種以上を併用することもできる。
上記塩化ビニリデン系樹脂としては、塩化ビニリデンに由来する構成単位のみからなる単独重合体、塩化ビニリデンに由来する構成単位と他の単量体に由来する構成単位とを含む共重合体が挙げられる。これらは、1種を単独で用いることも、2種以上を併用することもできる。
上記他の単量体としては、塩化ビニリデンと共重合可能なものであれば、任意の単量体を用いることができ、繊維の物性をより改善するために、塩化ビニリデンと共重合可能なエチレン誘導体モノマーが好ましい。
上記エチレン誘導体モノマーとしては、(メタ)アクリルニトリル、メチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリル酸、アクリルアミド、酢酸ビニル、アリルアルコール、塩化ビニル、等が挙げられる。中でも、熱安定性の観点から、メチルアクリレート、塩化ビニルが好ましく、より好ましくは塩化ビニルである。
上記他の単量体は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
上記エチレン誘導体モノマーとしては、(メタ)アクリルニトリル、メチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリル酸、アクリルアミド、酢酸ビニル、アリルアルコール、塩化ビニル、等が挙げられる。中でも、熱安定性の観点から、メチルアクリレート、塩化ビニルが好ましく、より好ましくは塩化ビニルである。
上記他の単量体は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
上記他の単量体として塩化ビニルを用いる場合、上記共重合体中の塩化ビニリデンに由来する構成単位と、塩化ビニルに由来する構成単位との質量割合(塩化ビニリデン/塩化ビニル)は、65/35以上98/2以下であることが好ましく、より好ましくは80/20以上95/5以下である。塩化ビニルに由来する構成単位の質量割合が35質量%以下であると、塩化ビニリデン系樹脂の透明度に優れ、2質量%以上であると、塩化ビニリデン系樹脂の溶融粘度が低く維持されて、上記組成物の溶融押出がより容易になる。
また、上記他の単量体としてメチルアクリレートを用いる場合、上記共重合体中の塩化ビニリデンに由来する構成単位と、メチルアクリレートに由来する構成単位との質量割合(塩化ビニリデン/メチルアクリレート)は、80/20以上99/1以下であることが好ましい。
また、上記他の単量体としてメチルアクリレートを用いる場合、上記共重合体中の塩化ビニリデンに由来する構成単位と、メチルアクリレートに由来する構成単位との質量割合(塩化ビニリデン/メチルアクリレート)は、80/20以上99/1以下であることが好ましい。
上記塩化ビニリデン系樹脂の重量平均分子量としては、強度に優れる繊維が得られ、紡糸時に押出機内部で樹脂の熱分解が起こりにくくなり、紡口からの吐出時に詰まりが生じ難くなり、紡口を交換せずに連続的に繊維の製造が可能となることで生産性が向上する観点から、5万〜8万であることが好ましく、より好ましくは5.5万〜7.5万、さらに好ましくは6万〜7万である。
上記重量平均分子量は、例えば、重合開始剤量を従来と比較して多めに用いる、または重合温度を従来と比較して高めに設定する、または両者を併用する等の方法により、上記範囲に調整することができる。
上記重量平均分子量は、例えば、重合開始剤量を従来と比較して多めに用いる、または重合温度を従来と比較して高めに設定する、または両者を併用する等の方法により、上記範囲に調整することができる。
上記塩化ビニリデン系樹脂の、塩化ビニリデン系樹脂全量に対する、分子量1万以下の低分子量成分の割合としては、3〜10%であることが好ましく、より好ましくは3〜9%、さらに好ましくは4〜8%、特に好ましくは5〜7%である。
上記分子量1万以下の低分子量成分の割合は、例えば、樹脂の重合率を高く設定する、重合開始剤量を従来と比較して多めに用いる等の方法により、上記範囲に調整することができる。
上記分子量1万以下の低分子量成分の割合は、例えば、樹脂の重合率を高く設定する、重合開始剤量を従来と比較して多めに用いる等の方法により、上記範囲に調整することができる。
上記塩化ビニリデン系樹脂の分子量分布(Mw/Mn)としては、2.0〜5.0であることが好ましく、より好ましくは2.1〜4.0、さらに好ましくは2.2〜3.0である。
なお、重量平均分子量、分子量分布、分子量が1万以下の低分子量成分の割合は、以下のゲルパーミエイションクロマトグラフィ法により測定することができる。分子量が1万以下の低分子量成分の上記割合は、得られたGPCチャートにおいて、ピークの全面積に対する分子量が1万以下の低分子量成分が占める面積の比率により定義される。
−GPC−
液体クロマトグラフィ装置(型名:LC−10AD(島津製作所製))、商品名「ショウデックス、アサヒパックGS−310 7E」(昭和電工社製)を2本直列としたカラム、キャリアはテトロヒドロフランを用い、測定温度を40℃、ポリスチレン標準試料(ジーエルサイエンス社製)を外部標準として行った。
なお、重量平均分子量、分子量分布、分子量が1万以下の低分子量成分の割合は、以下のゲルパーミエイションクロマトグラフィ法により測定することができる。分子量が1万以下の低分子量成分の上記割合は、得られたGPCチャートにおいて、ピークの全面積に対する分子量が1万以下の低分子量成分が占める面積の比率により定義される。
−GPC−
液体クロマトグラフィ装置(型名:LC−10AD(島津製作所製))、商品名「ショウデックス、アサヒパックGS−310 7E」(昭和電工社製)を2本直列としたカラム、キャリアはテトロヒドロフランを用い、測定温度を40℃、ポリスチレン標準試料(ジーエルサイエンス社製)を外部標準として行った。
塩化ビニリデン系樹脂の製造方法としては、例えば、上記の単量体を、攪拌翼を備えた反応槽に投入して、一定の重合条件下、攪拌しながら重合する方法等が挙げられる。
−他の成分−
上記他の成分としては、塩化ビニリデン系樹脂以外の他の樹脂、可塑剤、熱安定剤、界面活性剤、滑剤、帯電防止剤、酸化防止剤、光安定化剤、顔料等を挙げることができる。
上記他の成分としては、塩化ビニリデン系樹脂以外の他の樹脂、可塑剤、熱安定剤、界面活性剤、滑剤、帯電防止剤、酸化防止剤、光安定化剤、顔料等を挙げることができる。
塩化ビニリデン系樹脂以外の上記他の樹脂としては、塩化ビニル樹脂、(メタ)アクリル酸アルキル樹脂等が挙げられる。
上記可塑剤としては、ジイソブチルアジペート、ジブチルアジペート、クエン酸アセチルトリブチル、セバチン酸ジブチル、アジピン酸ジオクチル、フタル酸ジオクチル等が挙げられる。中でも、得られる繊維の手触り感の改善の観点から、ジイソブチルアジペート、ジブチルアジペート、クエン酸アセチルトリブチルが好ましく、より好ましくはクエン酸アセチルトリブチルである。
上記可塑剤の含有量としては、溶融押出しの加工性が改良されて繊維の生産性をさらに向上させることができ、流動性が向上されウェルド部分の混合を促進し界面の混合により糸割れを防ぐことができ、繊維の柔軟性と回復性を向上することができ、また、余剰の可塑剤が繊維表面に移行して繊維表面がべたつくことを抑える観点から、組成物100質量%に対して、12質量%以下であることが好ましく、より好ましくは10質量%以下、さらに好ましくは8質量%以下である。また、1質量%以上であることが好ましく、より好ましくは3質量%以上、さらに好ましくは5質量%以上である。
上記可塑剤の含有量としては、溶融押出しの加工性が改良されて繊維の生産性をさらに向上させることができ、流動性が向上されウェルド部分の混合を促進し界面の混合により糸割れを防ぐことができ、繊維の柔軟性と回復性を向上することができ、また、余剰の可塑剤が繊維表面に移行して繊維表面がべたつくことを抑える観点から、組成物100質量%に対して、12質量%以下であることが好ましく、より好ましくは10質量%以下、さらに好ましくは8質量%以下である。また、1質量%以上であることが好ましく、より好ましくは3質量%以上、さらに好ましくは5質量%以上である。
上記熱安定剤としては、エポキシ化アマニ油、エポキシ化大豆油、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ペンタエリスリチル−テトラキス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、エポキシ化ステアリン酸ブチル、エポキシ化ステアリン酸オクチル、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、パラフィン等が挙げられる。中でも、エポキシ化安定剤が好ましく、より好ましくはエポキシ化大豆油である。
上記熱安定剤の含有量としては、塩化ビニリデン系樹脂の熱分解を抑え、また、余剰の熱安定剤が繊維表面に移行して繊維表面がべたつくことを抑える観点から、組成物100質量%に対して、5質量%以下であることが好ましく、より好ましくは4質量%以下であり、さらに好ましくは1〜3質量%である。
上記熱安定剤の含有量としては、塩化ビニリデン系樹脂の熱分解を抑え、また、余剰の熱安定剤が繊維表面に移行して繊維表面がべたつくことを抑える観点から、組成物100質量%に対して、5質量%以下であることが好ましく、より好ましくは4質量%以下であり、さらに好ましくは1〜3質量%である。
上記可塑剤と上記熱安定剤との合計含有量としては、繊維表面のべたつきを抑える観点から、組成物100質量%に対して、17質量%以下であることが好ましく、より好ましくは14質量%以下である。
(中空繊維の特性)
本実施形態の中空繊維の中空率は、30%超70%以下であり、好ましくは30%超60%以下、より好ましくは40〜60%である。中空率が30%超であると、軽量でボリューム感とクッション性のある風合いとなる。中空率が70%以下であると、紡糸時の糸割れが少なく、また、加工時に糸切れしにくい強度が得られる。
上記中空率は、例えば、紡口の形状(例えば、後述のたまり部幅/流路幅を好適範囲とするなど)、紡口から吐出した繊維を冷水槽に浸すまでの距離、組成物の溶融粘度、樹脂温度等により上記範囲に調整することができる。
ここで、中空率とは、繊維の長さ方向に直交する断面を顕微鏡で観察し、繊維外径で画される断面積に対して、繊維の中空部分の断面積が占める割合をいう。中空繊維の中空率は、中空繊維の5つの断面について中空率を求め、その平均値としてよい。なお、本明細書において、中空繊維の長さ方向とは、紡口から繊維が吐出する方向としてよい。
本実施形態の中空繊維の中空率は、30%超70%以下であり、好ましくは30%超60%以下、より好ましくは40〜60%である。中空率が30%超であると、軽量でボリューム感とクッション性のある風合いとなる。中空率が70%以下であると、紡糸時の糸割れが少なく、また、加工時に糸切れしにくい強度が得られる。
上記中空率は、例えば、紡口の形状(例えば、後述のたまり部幅/流路幅を好適範囲とするなど)、紡口から吐出した繊維を冷水槽に浸すまでの距離、組成物の溶融粘度、樹脂温度等により上記範囲に調整することができる。
ここで、中空率とは、繊維の長さ方向に直交する断面を顕微鏡で観察し、繊維外径で画される断面積に対して、繊維の中空部分の断面積が占める割合をいう。中空繊維の中空率は、中空繊維の5つの断面について中空率を求め、その平均値としてよい。なお、本明細書において、中空繊維の長さ方向とは、紡口から繊維が吐出する方向としてよい。
本実施形態の中空繊維の平均外径は、ボリューム感、クッション性の観点から、50〜900μmであり、好ましくは100〜700μm、より好ましくは150〜350μmである。
上記平均外径は、例えば、紡口の形状(例えば、たまり部幅/流路幅を好適範囲とするなど)、紡口からの樹脂の吐出量、延伸倍率、組成物の溶融粘度等により上記範囲に調整することができる。
ここで、外径とは、繊維の長さ方向に直交する断面を株式会社キーエンス製「マイクロスコープVHX−6000」で観察し、断面形状が真円である場合の形状を推定し、得られた推定真円の外径をいう。中空繊維の平均外径は、中空繊維の5つの断面について外形を求め、その平均値としてよい。
上記平均外径は、例えば、紡口の形状(例えば、たまり部幅/流路幅を好適範囲とするなど)、紡口からの樹脂の吐出量、延伸倍率、組成物の溶融粘度等により上記範囲に調整することができる。
ここで、外径とは、繊維の長さ方向に直交する断面を株式会社キーエンス製「マイクロスコープVHX−6000」で観察し、断面形状が真円である場合の形状を推定し、得られた推定真円の外径をいう。中空繊維の平均外径は、中空繊維の5つの断面について外形を求め、その平均値としてよい。
本実施形態の中空繊維の強度は、人工芝等への加工時において、撚糸やタフティング(塩化ビニル樹脂シート等の基布に中空繊維を打ち込む加工)の際に糸切れしにくい強さの観点から、0.7〜2.0g/dであり、好ましくは0.9〜1.7g/d、より好ましくは1.0〜1.5g/dである。
上記強度は、上記組成物の組成、中空率、延伸倍率、延伸温度等により、上記範囲に調整することができる。
ここで、強度とは、後述の実施例に記載の方法により測定される値をいう。
上記強度は、上記組成物の組成、中空率、延伸倍率、延伸温度等により、上記範囲に調整することができる。
ここで、強度とは、後述の実施例に記載の方法により測定される値をいう。
本実施形態の中空繊維の100℃で15分間加熱した後の熱収縮率は、ボリューム感、クッション性の観点から、30%以下であり、熱加工時でも形状や機能を保持できる観点から、好ましくは20%以下、より好ましくは15%以下、さらに好ましくは10%以下である。
上記熱収縮率は、上記組成物の組成、中空率、延伸倍率、延伸温度等により、上記範囲に調整することができる。
ここで、熱収縮率とは、加熱前の中空繊維の長さに対する、100℃15分加熱後の中空繊維の長さと加熱前の中空繊維の長さの差の割合をいう。
上記熱収縮率は、上記組成物の組成、中空率、延伸倍率、延伸温度等により、上記範囲に調整することができる。
ここで、熱収縮率とは、加熱前の中空繊維の長さに対する、100℃15分加熱後の中空繊維の長さと加熱前の中空繊維の長さの差の割合をいう。
本実施形態の中空繊維の断面形状としては、特に限定されず、円状、楕円状、多角形状等の形状が挙げられる。上記断面形状は、繊維の長さ方向で異なっていてもよいし、同一形状であってもよい。
本実施形態の中空繊維は、長さ方向の一方の端と他方の端とを貫通する一つの孔を有し、端以外には中空内部から外部に貫通する孔を有さないことが好ましい。
本実施形態の中空繊維は、長さ方向の一方の端と他方の端とを貫通する一つの孔を有し、端以外には中空内部から外部に貫通する孔を有さないことが好ましい。
(中空繊維の製造方法)
本実施形態の中空繊維の製造方法としては、例えば、上記組成物を、押出機に供給し、溶融押出しして紡口より吐出した後、冷水槽で冷却し、目的に応じた延伸温度や延伸倍率で延伸してからボビン等に巻き取る方法等で製造できる。また、中空繊維は乾燥をさせてもよい。
本実施形態の中空繊維の製造方法としては、例えば、上記組成物を、押出機に供給し、溶融押出しして紡口より吐出した後、冷水槽で冷却し、目的に応じた延伸温度や延伸倍率で延伸してからボビン等に巻き取る方法等で製造できる。また、中空繊維は乾燥をさせてもよい。
上記紡口は、複数の吐出孔を備えている。
上記紡口に備えられる吐出孔の数としては、特に定めはなく、中空繊維の平均外径と押出機の吐出量(吐出孔からの樹脂流量)、紡糸速度の観点から、適宜選択することができる。
上記紡口に備えられる吐出孔の数としては、特に定めはなく、中空繊維の平均外径と押出機の吐出量(吐出孔からの樹脂流量)、紡糸速度の観点から、適宜選択することができる。
上記吐出孔としては、例えば、複数のスリット(例えば、弧状スリット、直線状スリット、曲線を有するスリット等)が、隙間を挟んで並べられ、円状、多角形状等の形状を形成するように配置された吐出孔等が挙げられる。
図1の吐出孔1は、4個の弧状スリット2が、キャナル3(隙間)を挟んで円状に並べられた吐出孔である。弧状スリットから吐出された繊維は、バラス効果によって隣り合うスリットから吐出された繊維が接合し、中空繊維が得られる。
本明細書において、吐出孔1のキャナル3における吐出孔の幅をたまり部幅4、キャナル3間の中間点における吐出孔の幅を流路幅5、と称する場合がある。上記吐出孔の幅は、たまり部幅4で最も広く、流路幅5で最も狭いことが好ましい(図1)。また、キャナル3からキャナル間の中間点に向けて、吐出孔の幅が狭くなる又は一定となる形状(吐出孔の幅が広がらない形状)が好ましい(図1)。
図1の吐出孔1は、4個の弧状スリット2が、キャナル3(隙間)を挟んで円状に並べられた吐出孔である。弧状スリットから吐出された繊維は、バラス効果によって隣り合うスリットから吐出された繊維が接合し、中空繊維が得られる。
本明細書において、吐出孔1のキャナル3における吐出孔の幅をたまり部幅4、キャナル3間の中間点における吐出孔の幅を流路幅5、と称する場合がある。上記吐出孔の幅は、たまり部幅4で最も広く、流路幅5で最も狭いことが好ましい(図1)。また、キャナル3からキャナル間の中間点に向けて、吐出孔の幅が狭くなる又は一定となる形状(吐出孔の幅が広がらない形状)が好ましい(図1)。
各吐出孔のキャナル3の数としては、2〜8個であることが好ましく、より好ましくは2〜6個、さらに好ましくは4個である。キャナルの数が少なすぎると、中空率の高い繊維を得ようとした場合に、キャナルに組成物吐出時の圧力が集中し、キャナルが折れる等により吐出孔が壊れることがあるため、好ましくない。また、キャナルの数が多すぎると、キャナル部分での塩化ビニリデン系樹脂の滞留により熱劣化が進み、糸切れ増加などによる生産性が低下することがあるため、好ましくない。
本発明者らは、中空率が高く、太い中空繊維を形成する際に、吐出孔を大きくするだけでは目的形状の中空繊維が形成されないことを見出した。そして、鋭意検討の結果、吐出孔の形状を調整すること等により、中空率が高く、外径が大きい本発明の中空繊維が得られることを見出した。
上記吐出孔は、流路幅5に対するたまり部幅4の割合(たまり部幅/流路幅)が、1.00〜1.70であることが好ましく、より好ましくは1.20〜1.67、さらに好ましくは1.30〜1.60である。
たまり部幅/流路幅を上記範囲とすることにより、中空繊維の中空率を特定範囲(例えば、30%超70%以下)とすることができる。また、厚さが均一な中空状の繊維が得られる。
上記吐出孔は、流路幅5に対するたまり部幅4の割合(たまり部幅/流路幅)が、1.00〜1.70であることが好ましく、より好ましくは1.20〜1.67、さらに好ましくは1.30〜1.60である。
たまり部幅/流路幅を上記範囲とすることにより、中空繊維の中空率を特定範囲(例えば、30%超70%以下)とすることができる。また、厚さが均一な中空状の繊維が得られる。
上記組成物を溶融押出しする際の樹脂温度は160〜200℃としてよく、中空形状を成すためには160℃以上であることが好ましい。塩化ビニリデン系樹脂の熱分解による糸切れを防ぐためには200℃以下であることが好ましい。より好ましくは170℃〜190℃であり、さらに好ましくは175〜185℃である。紡口温度及び/又は組成物の温度を調整することにより、吐出された樹脂の接合性、組成物の粘度等を制御できるため、中空率が大きく(例えば、30%超70%以下)、平均外径が大きい(例えば、平均外径が50〜900μm)である、本発明の中空繊維を得やすくなる。
紡口から吐出した繊維は、中空状の形状を保持し、延伸配向をかけるための適度な結晶性とする観点から、冷却することが好ましい。冷却の方法としては、特に限定されず、空冷、水冷等が挙げられる。例えば、吐出孔の複数のスリットから吐出した繊維は、隣り合うスリットから吐出された繊維同士が空冷中に接合し、接合した中空繊維をさらに冷水槽で水冷してよい。
中でも、隣り合うスリットから吐出された繊維同士を吐出後に接合でき、且つ厚さがより均一な中空状の繊維が得られる観点、及び形成した中空繊維の形状を維持しやすくなる観点から、紡口から吐出した樹脂が、吐出してから冷水槽(例えば、温度5〜15℃の冷水槽)に浸されるまでの時間は、1秒以内であることが好ましく、より好ましくは0.02〜0.6秒、さらに好ましくは0.2〜0.5秒である。
また、冷水槽に保持される時間は、例えば、0.3〜1.0秒としてよい。
中でも、隣り合うスリットから吐出された繊維同士を吐出後に接合でき、且つ厚さがより均一な中空状の繊維が得られる観点、及び形成した中空繊維の形状を維持しやすくなる観点から、紡口から吐出した樹脂が、吐出してから冷水槽(例えば、温度5〜15℃の冷水槽)に浸されるまでの時間は、1秒以内であることが好ましく、より好ましくは0.02〜0.6秒、さらに好ましくは0.2〜0.5秒である。
また、冷水槽に保持される時間は、例えば、0.3〜1.0秒としてよい。
吐出後の繊維は延伸してもよい。延伸は、冷水槽中で行ってもよい。
延伸温度は、40〜60℃としてよい。
また、延伸倍率としては、樹脂の配向をそろえて中空繊維の強度をあげ、長さ方向の熱収縮率を制御し、中空繊維の外径、繊度を目的の範囲とする観点から、2〜5倍であることが好ましく、より好ましくは2.5〜4.5倍である。
延伸温度は、40〜60℃としてよい。
また、延伸倍率としては、樹脂の配向をそろえて中空繊維の強度をあげ、長さ方向の熱収縮率を制御し、中空繊維の外径、繊度を目的の範囲とする観点から、2〜5倍であることが好ましく、より好ましくは2.5〜4.5倍である。
ドラフト比としては、樹脂の配向をそろえて中空繊維の強度をあげ、中空繊維の外径、繊度を目的の範囲とする観点から、5〜40であることが好ましく、より好ましくは10〜30である。ドラフト比が低いほど繊度が高い中空繊維が得られ、ドラフト比が高いほど繊度が低い中空繊維が得られる。
ここで、ドラフト比は、以下の式から算出することができる。
ドラフト比=[{紡口吐出孔の断面積(cm2)×樹脂の密度(g/cm3)×9000(m)}/{単糸繊度(デニール)×延伸倍率(倍)}]×100
ここで、ドラフト比は、以下の式から算出することができる。
ドラフト比=[{紡口吐出孔の断面積(cm2)×樹脂の密度(g/cm3)×9000(m)}/{単糸繊度(デニール)×延伸倍率(倍)}]×100
本実施形態の中空繊維は、軽量でボリューム感とクッション性のある風合いを有するため、人工芝、タワシ、不織布フィルター等に用いることができる。
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
なお、実施例と比較例の条件と結果については、表1にまとめた。
なお、実施例と比較例の条件と結果については、表1にまとめた。
(実施例1)
塩化ビニリデン81.5質量部と、塩化ビニル18.5質量部と、重合開始剤としてジイソプロピルパーオキシジカーボネート0.5質量部とからなるモノマー混合物を用意し、これを重合温度60℃でラジカル重合して塩化ビニリデン−塩化ビニル共重合体樹脂(A樹脂)を得た。重合率は90%で分子量(Mw)が94000であった。
塩化ビニリデン85質量部と、塩化ビニル15質量部と、重合開始剤としてt−ブチルパーオキシピバレート0.5質量部とからなる混合物を用意し、これを重合温度65℃でラジカル重合して塩化ビニリデン−塩化ビニル共重合体樹脂(B樹脂)を得た。重合率は93%で、分子量(Mw)が50000であった。
A樹脂66.4質量%と、B樹脂28.4質量%と、可塑剤としてクエン酸アセチルトリブチル〔森村商事株式会社製、商品名:シトロフレックスA−4〕3.6質量%、熱安定剤としてエポキシ化アマニ油〔日本油脂株式会社製、商品名:NEWCIZER−51〕1.6質量%を、V型ブレンダーで混合して、樹脂組成物を得た。
次に、この樹脂組成物を、スクリュー径65mmφサイズの単軸押出機(押出量50kg/hr)に投入し、押出温度180℃で紡口A(孔の直径3mm、たまり部幅/流路幅の比率が1.44)より溶融紡出し、10℃に調整した冷水槽で0.5秒間かけて急冷した。また、吐出から冷水槽に浸されるまでの時間を0.22秒とした。その後、50℃の温水槽に通し、速度差ローラーで4倍延伸して図2(a)の断面中空形状である250デニールの繊維を得た。当該繊維の中空率は51.4%であった。また、平均外径は236μm、強度は1.09g/d、100℃で15分加熱後の収縮率は11.9%であった。当該繊維から人工芝を加工し回復率を測定すると80%以上であり、○(良好)と判定した。
塩化ビニリデン81.5質量部と、塩化ビニル18.5質量部と、重合開始剤としてジイソプロピルパーオキシジカーボネート0.5質量部とからなるモノマー混合物を用意し、これを重合温度60℃でラジカル重合して塩化ビニリデン−塩化ビニル共重合体樹脂(A樹脂)を得た。重合率は90%で分子量(Mw)が94000であった。
塩化ビニリデン85質量部と、塩化ビニル15質量部と、重合開始剤としてt−ブチルパーオキシピバレート0.5質量部とからなる混合物を用意し、これを重合温度65℃でラジカル重合して塩化ビニリデン−塩化ビニル共重合体樹脂(B樹脂)を得た。重合率は93%で、分子量(Mw)が50000であった。
A樹脂66.4質量%と、B樹脂28.4質量%と、可塑剤としてクエン酸アセチルトリブチル〔森村商事株式会社製、商品名:シトロフレックスA−4〕3.6質量%、熱安定剤としてエポキシ化アマニ油〔日本油脂株式会社製、商品名:NEWCIZER−51〕1.6質量%を、V型ブレンダーで混合して、樹脂組成物を得た。
次に、この樹脂組成物を、スクリュー径65mmφサイズの単軸押出機(押出量50kg/hr)に投入し、押出温度180℃で紡口A(孔の直径3mm、たまり部幅/流路幅の比率が1.44)より溶融紡出し、10℃に調整した冷水槽で0.5秒間かけて急冷した。また、吐出から冷水槽に浸されるまでの時間を0.22秒とした。その後、50℃の温水槽に通し、速度差ローラーで4倍延伸して図2(a)の断面中空形状である250デニールの繊維を得た。当該繊維の中空率は51.4%であった。また、平均外径は236μm、強度は1.09g/d、100℃で15分加熱後の収縮率は11.9%であった。当該繊維から人工芝を加工し回復率を測定すると80%以上であり、○(良好)と判定した。
(実施例2)
吐出から冷水槽に浸されるまでの時間を0.44秒、冷水槽での冷却時間を0.55秒とすることだけを変更し、実施例1と同様の方法で、500デニールの繊維を得た。
吐出から冷水槽に浸されるまでの時間を0.44秒、冷水槽での冷却時間を0.55秒とすることだけを変更し、実施例1と同様の方法で、500デニールの繊維を得た。
(実施例3)
紡口B(孔直径3mm、たまり部幅/流路幅の比率を1.67)を使用することだけを変更し、実施例1と同様の方法で、250デニールの繊維を得た。
紡口B(孔直径3mm、たまり部幅/流路幅の比率を1.67)を使用することだけを変更し、実施例1と同様の方法で、250デニールの繊維を得た。
(実施例4)
紡口Bを使用、吐出から冷水槽に浸されるまでの時間を0.44秒、冷水槽での冷却時間を0.55秒とすることを変更し、実施例1と同様の方法で、500デニールの繊維を得た。
紡口Bを使用、吐出から冷水槽に浸されるまでの時間を0.44秒、冷水槽での冷却時間を0.55秒とすることを変更し、実施例1と同様の方法で、500デニールの繊維を得た。
(実施例5)
A樹脂93.4質量%、可塑剤としてクエン酸アセチルトリブチル〔森村商事株式会社製、商品名:シトロフレックスA−4〕5.3質量%、熱安定剤としてエポキシ化アマニ油〔日本油脂株式会社製、商品名:NEWCIZER−51〕1.3質量%を、V型ブレンダーで混合して、樹脂組成物を得た。
吐出から冷水槽に浸されるまでの時間を0.55秒、冷水槽での冷却時間を0.55秒として、その他は実施例1と同様の方法で、500デニールの繊維を得た。
A樹脂93.4質量%、可塑剤としてクエン酸アセチルトリブチル〔森村商事株式会社製、商品名:シトロフレックスA−4〕5.3質量%、熱安定剤としてエポキシ化アマニ油〔日本油脂株式会社製、商品名:NEWCIZER−51〕1.3質量%を、V型ブレンダーで混合して、樹脂組成物を得た。
吐出から冷水槽に浸されるまでの時間を0.55秒、冷水槽での冷却時間を0.55秒として、その他は実施例1と同様の方法で、500デニールの繊維を得た。
(実施例6)
A樹脂63.1質量%と、B樹脂27.1質量%と、可塑剤としてクエン酸アセチルトリブチル〔森村商事株式会社製、商品名:シトロフレックスA−4〕8.3質量%、熱安定剤としてエポキシ化アマニ油〔日本油脂株式会社製、商品名:NEWCIZER−51〕1.5質量%を、V型ブレンダーで混合して、樹脂組成物を得た。
吐出から冷水槽に浸されるまでの時間を0.55秒、冷水槽での冷却時間を0.55秒として、その他は実施例1と同様の方法で、500デニールの繊維を得た。
A樹脂63.1質量%と、B樹脂27.1質量%と、可塑剤としてクエン酸アセチルトリブチル〔森村商事株式会社製、商品名:シトロフレックスA−4〕8.3質量%、熱安定剤としてエポキシ化アマニ油〔日本油脂株式会社製、商品名:NEWCIZER−51〕1.5質量%を、V型ブレンダーで混合して、樹脂組成物を得た。
吐出から冷水槽に浸されるまでの時間を0.55秒、冷水槽での冷却時間を0.55秒として、その他は実施例1と同様の方法で、500デニールの繊維を得た。
(実施例7)
A樹脂63.1質量%と、B樹脂27.1質量%と、可塑剤としてクエン酸アセチルトリブチル〔森村商事株式会社製、商品名:シトロフレックスA−4〕8.3質量%、熱安定剤としてエポキシ化アマニ油〔日本油脂株式会社製、商品名:NEWCIZER−51〕1.5質量%を、V型ブレンダーで混合して、樹脂組成物を得た。
吐出から冷水槽に浸されるまでの時間を0.31秒、冷水槽での冷却時間を0.31秒として、その他は実施例1と同じ方法で、285デニールの繊維を得た。
A樹脂63.1質量%と、B樹脂27.1質量%と、可塑剤としてクエン酸アセチルトリブチル〔森村商事株式会社製、商品名:シトロフレックスA−4〕8.3質量%、熱安定剤としてエポキシ化アマニ油〔日本油脂株式会社製、商品名:NEWCIZER−51〕1.5質量%を、V型ブレンダーで混合して、樹脂組成物を得た。
吐出から冷水槽に浸されるまでの時間を0.31秒、冷水槽での冷却時間を0.31秒として、その他は実施例1と同じ方法で、285デニールの繊維を得た。
(比較例1)
紡口C(孔直径3mm、たまり部幅/流路幅の比率を1.86)を使用することだけを変更し、実施例1と同様の方法で、250デニールの繊維を得た。断面観察をしたところ、中空形状が形成されていなかった。
紡口C(孔直径3mm、たまり部幅/流路幅の比率を1.86)を使用することだけを変更し、実施例1と同様の方法で、250デニールの繊維を得た。断面観察をしたところ、中空形状が形成されていなかった。
(比較例2)
紡口C(孔直径3mm、たまり部幅/流路幅の比率を1.86)を使用、吐出から冷水槽に浸されるまでの時間を0.44秒、冷水槽での冷却時間を0.55秒することを変更し、実施例1と同様の方法で、500デニールの繊維を得た。断面観察をしたところ、中空形状が形成されていなかった。
紡口C(孔直径3mm、たまり部幅/流路幅の比率を1.86)を使用、吐出から冷水槽に浸されるまでの時間を0.44秒、冷水槽での冷却時間を0.55秒することを変更し、実施例1と同様の方法で、500デニールの繊維を得た。断面観察をしたところ、中空形状が形成されていなかった。
(比較例3)
紡口D(孔直径3mm、たまり部幅/流路幅の比率を1.71)を使用することだけを変更し、実施例1と同様の方法で、250デニールの繊維を得た。断面観察をしたところ、中空形状が形成されていなかった。
紡口D(孔直径3mm、たまり部幅/流路幅の比率を1.71)を使用することだけを変更し、実施例1と同様の方法で、250デニールの繊維を得た。断面観察をしたところ、中空形状が形成されていなかった。
(比較例4)
紡口D(孔直径3mm、たまり部幅/流路幅の比率を1.71)を使用、吐出から冷水槽に浸されるまでの時間を0.44秒、冷水槽での冷却時間を0.55秒することを変更し、実施例1と同様の方法で、500デニールの繊維を得た。断面観察をしたところ、中空形状が形成されていなかった。
紡口D(孔直径3mm、たまり部幅/流路幅の比率を1.71)を使用、吐出から冷水槽に浸されるまでの時間を0.44秒、冷水槽での冷却時間を0.55秒することを変更し、実施例1と同様の方法で、500デニールの繊維を得た。断面観察をしたところ、中空形状が形成されていなかった。
(比較例5)
紡口E(孔直径1.2mm、たまり部幅/流路幅の比率を1.67)を使用、吐出から冷水槽に浸されるまでの時間を0.05秒、冷水槽での冷却時間を0.55秒することを変更し、実施例1と同様の方法で、200デニールの繊維を得た。断面観察により中空形状の形成を確認したが、中空率は27.7%であった。
紡口E(孔直径1.2mm、たまり部幅/流路幅の比率を1.67)を使用、吐出から冷水槽に浸されるまでの時間を0.05秒、冷水槽での冷却時間を0.55秒することを変更し、実施例1と同様の方法で、200デニールの繊維を得た。断面観察により中空形状の形成を確認したが、中空率は27.7%であった。
[評価]
実施例及び比較例で得られた中空繊維または繊維について、下記の測定を行った。
実施例及び比較例で得られた中空繊維または繊維について、下記の測定を行った。
(断面形状)
得られた中空繊維を、レザー刃により長さ方向に直交する方向に切断し、断面を株式会社キーエンス製「マイクロスコープVHX−6000」により観察し、断面を撮影した。
得られた中空繊維を、レザー刃により長さ方向に直交する方向に切断し、断面を株式会社キーエンス製「マイクロスコープVHX−6000」により観察し、断面を撮影した。
(中空率)
各中空繊維につき、5つの断面を撮影し、各画像の、繊維外径で画される断面積に対する繊維の中空部分の断面積が占める割合の平均値を中空率(%)とした。
各中空繊維につき、5つの断面を撮影し、各画像の、繊維外径で画される断面積に対する繊維の中空部分の断面積が占める割合の平均値を中空率(%)とした。
(平均外径)
得られた断面画像から、外周の長さを側長し、断面形状が真円である場合の形状を推定し、各画像の推定真円の外径を求めた。5つの断面について同様の測定を行い、平均値を平均外径とした。
得られた断面画像から、外周の長さを側長し、断面形状が真円である場合の形状を推定し、各画像の推定真円の外径を求めた。5つの断面について同様の測定を行い、平均値を平均外径とした。
(強度)
JIS L1013法により、引張試験機(株式会社島津製作所製「オートグラフAGS−J」)を用いて、中空繊維の引張強度を測定した。長さ450mmの中空繊維を1本取り、チャック間300mm、引張速度300mm/minで試験を行い、破断時の引張強度を測定する。なお、各引張強度は、5本の中空繊維の測定値から求めた平均値とした。
JIS L1013法により、引張試験機(株式会社島津製作所製「オートグラフAGS−J」)を用いて、中空繊維の引張強度を測定した。長さ450mmの中空繊維を1本取り、チャック間300mm、引張速度300mm/minで試験を行い、破断時の引張強度を測定する。なお、各引張強度は、5本の中空繊維の測定値から求めた平均値とした。
(熱収縮率)
長さ1mの中空繊維を、100℃15分加熱した。加熱前の中空繊維の長さに対する、100℃15分加熱後の中空繊維の長さと加熱前の中空繊維の長さの差の割合(加熱後の中空繊維長さと加熱前の中空繊維の長さの差/加熱前の中空繊維長さ×100)を熱収縮率(%)とした。
長さ1mの中空繊維を、100℃15分加熱した。加熱前の中空繊維の長さに対する、100℃15分加熱後の中空繊維の長さと加熱前の中空繊維の長さの差の割合(加熱後の中空繊維長さと加熱前の中空繊維の長さの差/加熱前の中空繊維長さ×100)を熱収縮率(%)とした。
(回復性)
得られた中空繊維を捲縮加工後に、幅500mmのポリエステル製の裏打ち基布に、パイル長30mm、3kg/m2の目付けでタフティングし、基布裏面にパイルが抜けないようにラテックスを塗布乾燥して、巻取ってロール状の人工芝を作製した。
上記ロール状の人工芝から、巾100mm、長さ100mmを切出し、裏打ち基布面からの中空繊維のパイルの高さを測定し、その平均値を荷重前パイル高さ(mm)とした。そしてパイル高さを測定した中空繊維を含む人工芝上に、巾100mm、長さ100mmで重さ25kgの重りを150時間静置し、重りを除いた後、同様にして中空繊維のパイル高さを測定し、荷重後パイル高さ(mm)とした。そして、24時間放置した後、同様にして中空繊維のパイル高さを測定し、回復後パイル高さ(mm)とした。
そして、以下の式により、回復率を算出した。
回復率(%)=回復後パイル高さ/荷重前パイル高さ×100
回復率の数値により、下記基準で判定した。
◎(優良):85%以上〜100%以下
○(良好):70%以上〜85%未満
×(劣る):70%未満
得られた中空繊維を捲縮加工後に、幅500mmのポリエステル製の裏打ち基布に、パイル長30mm、3kg/m2の目付けでタフティングし、基布裏面にパイルが抜けないようにラテックスを塗布乾燥して、巻取ってロール状の人工芝を作製した。
上記ロール状の人工芝から、巾100mm、長さ100mmを切出し、裏打ち基布面からの中空繊維のパイルの高さを測定し、その平均値を荷重前パイル高さ(mm)とした。そしてパイル高さを測定した中空繊維を含む人工芝上に、巾100mm、長さ100mmで重さ25kgの重りを150時間静置し、重りを除いた後、同様にして中空繊維のパイル高さを測定し、荷重後パイル高さ(mm)とした。そして、24時間放置した後、同様にして中空繊維のパイル高さを測定し、回復後パイル高さ(mm)とした。
そして、以下の式により、回復率を算出した。
回復率(%)=回復後パイル高さ/荷重前パイル高さ×100
回復率の数値により、下記基準で判定した。
◎(優良):85%以上〜100%以下
○(良好):70%以上〜85%未満
×(劣る):70%未満
(軽量性)
軽量性は、3kg/m2の目付けで作製した人工芝の外観により、下記基準で評価した。
◎(優良):パイルが良く詰まっており、ボリューム感がある
○(良好):パイルが詰まっており、隙間が少ない
×(不良):パイルの隙間が多くみられる
軽量性は、3kg/m2の目付けで作製した人工芝の外観により、下記基準で評価した。
◎(優良):パイルが良く詰まっており、ボリューム感がある
○(良好):パイルが詰まっており、隙間が少ない
×(不良):パイルの隙間が多くみられる
1 吐出孔
2 弧状スリット
3 キャナル
4 たまり部幅
5 流路幅
2 弧状スリット
3 キャナル
4 たまり部幅
5 流路幅
Claims (2)
- 塩化ビニリデン系樹脂を主成分とする組成物からなる中空繊維であって、
中空率が30%超70%以下であり、
平均外径が50〜900μmであり、
強度が0.7〜2g/dであり、
100℃で15分加熱した後の熱収縮率が30%以下であることを特徴とする、中空繊維。 - 前記組成物100質量%に対する前記塩化ビニリデン系樹脂の質量割合が80質量%以上である、請求項1に記載の中空繊維。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019141380 | 2019-07-31 | ||
JP2019141380 | 2019-07-31 |
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---|---|---|---|
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Country | Link |
---|---|
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-
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