JP2022052859A - 熱接着性複合繊維、その製造方法および熱接着性複合繊維を用いた不織布 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]ポリエステル系樹脂を含む第1成分と、前記ポリエステル系樹脂の融点より15℃以上低い融点を有するポリオレフィン系樹脂を含む第2成分で構成され、繊維の長さ方向と直交する繊維断面において、前記第2成分が繊維外周を占める偏心鞘芯型の構造を有する熱接着性複合繊維であって、
破断伸度が200%以上であり、三次元の顕在捲縮を有しており、捲縮弾性率が85~100%である、熱接着性複合繊維。
[2]破断伸度と繊度の比が80%/dtex以上である、[1]に記載の熱接着性複合繊維。
[3]破断強度が0.5~1.5cN/dtexである、[1]または[2]に記載の熱接着性複合繊維。
[4]120℃での乾熱収縮率が0~15%である、[1]~[3]のいずれかに記載の熱接着性複合繊維。
[5]ポリエステル系樹脂を含む第1成分と、前記ポリエステル系樹脂の融点より15℃以上低い融点を有するポリオレフィン系樹脂を含む第2成分とを、該第2成分が繊維外周を占める、偏心鞘芯型の断面形状となるように溶融紡糸して未延伸繊維を得る工程と、前記未延伸繊維を延伸して延伸繊維を得る工程と、前記延伸繊維を熱処理する工程と、を含む熱接着性複合繊維の製造方法であって、
下記式で表される延伸効率が40~75%である、熱接着性複合繊維の製造方法。
延伸効率(%)={未延伸繊維の繊度(dtex)/延伸倍率(%)/熱接着性複合繊維の繊度(dtex)}×100
[6]前記延伸繊維を得る工程が、未延伸繊維を延伸倍率1.5倍以上で延伸する工程である、[5]に記載の熱接着性複合繊維の製造方法。
[7]前記熱処理する工程が、第1成分を構成するポリエステル系樹脂のガラス転移温度の10~70℃以上高温で、かつ第2成分を構成するポリオレフィン系樹脂の融点未満の温度範囲で熱処理する工程である、[5]または[6]に記載の熱接着性複合繊維の製造方法。
[8]延伸工程の後に、延伸繊維に二次元の機械捲縮を付与する工程を含む、[5]~[7]のいずれかに記載の熱接着性複合繊維の製造方法。
[9][1]~[4]のいずれかに記載の熱接着性複合繊維を用いて得られた不織布。
[10]伸度が90~150%であり、比容積が30~75cm3/gである、[9]に記載の不織布。
本発明の第1成分を構成するポリエステル系樹脂としては、特に限定されるものではなく、ポリエチレンテレフタレートやポリトリメチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどのポリアルキレンテレフタレート類、ポリ乳酸、ポリブチレンサクシネート、ポリグリコール酸などの生分解性ポリエステル、及び、これらと他のエステル形成成分との共重合体を例示できる。他のエステル形成成分としては、特に限定されず、ジエチレングリコール、ポリメチレングリコールなどのグリコール類、イソフタル酸、ヘキサヒドロテレフタル酸などの芳香族ジカルボン酸を例示できる。他のエステル形成成分との共重合体の場合、その共重合組成は、特に限定されるものではないが、結晶性を大きく損なわない程度であることが好ましく、かかる観点からは、共重合成分は10質量%以下、より好ましくは5質量%以下であることがより好ましい。これらは単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いても何ら問題ない。
なかでも、原料コスト、得られる繊維の熱安定性などを考慮すると、ポリエステル系樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸、ポリブチレンサクシネートからなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、ポリエチレンテレフタレートのみで構成された未変性ポリマーであることがより好ましい。
本発明の第2成分を構成するポリオレフィン系樹脂は、第1成分を構成するポリエステル系樹脂の融点よりも15℃以上低い融点を有するという条件を満たす限り、特に限定されるものではなく、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、これらエチレン系重合体の無水マレイン酸変性物、エチレン-プロピレン共重合体、エチレン-ブテン-プロピレン共重合体、ポリプロピレン、プロピレン系重合体の無水マレイン酸変性物、ポリ4-メチルペンテン-1を例示できる。これらは単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いても何ら問題ない。
なかでも、繊維表面に露出したポリオレフィン系樹脂同士が、紡糸時に冷却固化しきれずに融着する現象を抑制する観点からは、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、およびポリプロピレンからなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、高密度ポリエチレンのみで構成されていることがより好ましい。
本発明の複合繊維における第1成分と第2成分の組み合わせは、第2成分を構成するポリオレフィン系樹脂が、第1成分を構成するポリエステル系樹脂の融点よりも15℃以上低い融点を有するという条件を満たす限り、特に限定されず、前記で説明した第1成分及び第2成分から選択して使用できる。なお第1成分が2種以上のポリエステル系樹脂の混合物であり、及び/又は、第2成分が2種以上のポリオレフィン系樹脂の混合物である場合には、“第2成分を構成するポリオレフィン系樹脂が、第1成分を構成するポリエステル系樹脂の融点よりも15℃以上低い融点を有する”とは、第2成分を構成するポリオレフィン系樹脂の混合物において最も高い融点を有する樹脂が、第1成分を構成するポリエステル系樹脂の混合物において最も低い融点を有する樹脂の融点よりも15℃以上低い融点を有することをいう。
具体的な第1成分/第2成分の組み合わせとしては、ポリエチレンテレフタレート/ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート/高密度ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート/直鎖状低密度ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート/低密度ポリエチレンを例示できる。この中でより好ましい組み合わせは、ポリエチレンテレフタレート/高密度ポリエチレンである。
偏心鞘芯型とは、繊維の長さ方向と直交する繊維断面において、芯側と鞘側の重心が異なっている状態をいい、その偏心比は紡糸性や三次元の顕在捲縮(以下、単に「顕在捲縮」という場合がある。)の発現性から、0.05~0.50が好ましく、より好ましくは0.15~0.30である。尚、ここで偏心比とは特開2006-97157号公報に記載されている下記式にて表される。
偏心比=d/R
ここでd及びRは次のとおりである。
d:複合繊維の中心点と芯を構成する第1成分の中心点との距離
R:複合繊維の半径
偏心鞘芯中空型複合繊維も芯の断面形状は円形だけでなく、異形にすることもでき、例えば、星形、楕円形、三角形、四角形、五角形、多葉形、アレイ形、T字形及び馬蹄形等の異形を挙げることができる。なかでも、芯側の断面形状は三次元の顕在捲縮の発現性の観点から円形、半円形、楕円形が好ましく、不織布強度の観点から円形が特に好ましい。
本発明でいう破断伸度とは、JIS L 1015に準じ、引張試験機を用い、試料のつかみ間隔を20mmとして引張試験を行い、破断したときの伸びをその繊維の破断伸度とする。
三次元の顕在捲縮とは、例えば螺旋やオーム状(山谷の形が鋭角でなく丸みを帯びて三次元にねじれている形状)といった立体捲縮形状を有することをいい、一種単独の立体捲縮形状でもよいし、混在する立体捲縮形状でもよく、特に限定されるものではない。かかる立体捲縮形状を有することで、嵩高で柔軟な不織布を得やすくなる。
捲縮弾性率については、JIS L 2080において「繊維の捲縮を伸ばしたときの長さと,これを緩めて所定時間放置した後の長さとの差の,伸ばしたときの長さと元の長さとの差に対する百分率」と規定されている。具体的な測定方法はJIS L 1015に規定されている。
本発明の複合繊維は、ポリエステル系樹脂を含む第1成分と、前記ポリエステル系樹脂の融点より15℃以上低い融点を有するポリオレフィン系樹脂を含む第2成分とを、該第2成分が繊維外周を占める、偏心鞘芯型の断面形状となるように溶融紡糸して未延伸繊維を得る工程(以下、紡糸工程という場合がある。)と、前記未延伸繊維を、特定の条件で延伸して延伸繊維を得る工程(以下、延伸工程という場合がある。)と、前記延伸繊維を熱処理する工程(以下、熱処理工程という場合がある。)と、を含み、その際、下記式で表される延伸効率が40~75%の範囲になるように調整することによって製造することができる。
延伸効率(%)={未延伸繊維の繊度(dtex)/延伸倍率(倍)/熱接着性複合繊維の繊度(dtex)}×100
従来から、ポリエステル系未延伸繊維をガラス転移点より高い温度で延伸(流動延伸)することによって、比較的高伸度の繊維が得られることは知られていたが、繊維剛性が低く捲縮の形状安定性が低いために、この繊維を用いて得られる不織布は嵩が低いものであった。しかし、本発明者は、流動延伸された複合繊維をさらに熱処理することによって、さらに高伸度化するとともに、捲縮の形状安定性が改善されることを見出した。特定の理論に拘束されるものではないが、流動延伸後に熱処理することにより、第1成分を構成するポリエステル系樹脂が低結晶、高配向の状態から、熱によって配向緩和することにより高伸度化し、さらに第2成分を構成するポリオレフィン系樹脂が配向結晶化することによって繊維剛性が向上するためであると考えられる。この効果は、流動延伸後の熱処理によって、繊度が上がり、かつ、繊維が長さ方向に収縮する現象に基づくものと考えられる。例えば、熱処理後の延伸繊維の繊度が、熱処理前の延伸繊維の繊度に対して120%以上、好ましくは125%以上、より好ましくは130%以上である。その上限としては、特に限定されないが、現実的には200%以下である。また、熱処理後の延伸繊維の長さが、熱処理前の延伸繊維の長さに対して90%以下、好ましくは85%以下、より好ましくは80%以下である。その下限としては、特に限定されないが、現実的には50%以上である。すなわち、延伸効率としては、40~75%であり、より好ましくは50~75%であり、さらに好ましくは60~75%で得られた複合繊維は、高い伸度と捲縮の形状安定性を兼ね備えるため、嵩高性に優れ、かつ複雑な形状や繊維変形応力の高い加工に対しても追随する賦形加工性に優れた不織布を作製することができる。上記のような効果は、従来技術の中では予測されておらず、本発明で見出された新規の効果である。
延伸効率は、後述する紡糸温度、紡糸速度、延伸倍率、延伸温度、熱処理温度などを適宜選択することによって制御することが可能である。
紡糸工程では、当該第1成分と第2成分とを、それぞれ、公知の偏心鞘芯型用の紡糸ノズルを用いて、偏心鞘芯型の断面形状となるように溶融紡糸することで未延伸繊維を得る。溶融紡糸時の温度(以下、紡糸温度という場合がある。)としては、第1成分および第2成分を融解できる温度である限り、特に制限されるものではないが、第1成分の融点以上であることが好ましく、第1成分の融点+30℃以上であることがより好ましく、第1成分の融点+50℃以上であることがさらに好ましい。紡糸温度が第1成分の+30℃以上であれば、紡糸時の断糸回数を少なくし、かつ延伸後の伸度を残しやすい未延伸糸を得られるので好ましく、+50℃以上であれば、これら効果がより顕著になるので好ましい。温度の上限は、好適に紡糸できる温度であればよく、特に限定されるものではない。また、紡糸速度としても、未延伸繊維が得られる範囲であれば、特に制限されるものではないが、300~1500m/minであることが好ましく、550~1000m/minであることがより好ましい。紡糸速度が300m/min以上であれば、任意の繊度の未延伸繊維を得ようとする際の単孔吐出量を多くし、満足できる生産性が得られるので好ましい。
上記条件により得られた未延伸繊維を、延伸工程において延伸処理する。延伸工程において、温度や延伸倍率を変更し、第1成分、及び/又は第2成分の分子鎖の配向性や結晶性を制御することによって、複合繊維の強度や伸度、耐熱性等の物性を制御することができる。
1段延伸は、図1aに示すように、複数のロールからなる第1ドローフレーム11と、複数のロールからなる第2ドローフレーム12とを有する延伸機10によって行われる。具体的には、第1ドローフレーム11によって送り出される繊維の速度よりも第2ドローフレーム12によって引っ張られる繊維の速度を大きくし、第2ドローフレーム12によって繊維Fを引っ張ることによって延伸する。このように延伸することにより、分子鎖の配向性や結晶性を制御することによって、複合繊維の強度や伸度、耐熱性等の物性を制御することができる。なお、第1ドローフレーム11および第2ドローフレーム12との間にスチームチャンバー13を設けても良い。
このような図1aの延伸機10において、第1ドローフレーム11の速度をX1とし、第2ドローフレーム12の速度をX2として延伸した場合、その繊維Fの延伸倍率はX2/X1で表わされる。また、延伸温度とは、延伸開始位置における繊維の温度を意味する。つまり、上記延伸機10において、第1ドローフレーム11における繊維の温度を意味する。
各回の延伸倍率は、上流側のドローフレームによる繊維の速度をXnとし、下流側のドローフレームによる繊維の速度をXn+1として延伸した場合、その繊維の延伸倍率はXn+1/Xnで表わされる。そして、2段延伸の全体の延伸倍率は、1回目の延伸倍率と2回目の延伸倍率の積で表される。また、延伸温度とは、最初の延伸開始位置における繊維の温度を意味する。つまり、上記延伸機20において、第1ドローフレーム21における繊維の温度を意味する。
次いで、延伸工程で得られた延伸繊維を熱処理し、三次元の顕在捲縮を付与するとともに、第1成分を構成するポリエステル系樹脂の配向を緩和させて複合繊維の伸度を高め、さらには第2成分を構成するポリオレフィン系樹脂の結晶化度を高めて捲縮の形状安定性を向上させる。
本発明の熱処理工程は、特に限定されるものではないが、加熱空気や蒸気による熱処理であっても、熱ロールなどへの接触による熱処理であってもよい。また、繊維が定長拘束された状態での熱処理であってもよく、弛緩した状態での熱処理であってもよい。熱処理温度としては、特に限定されるものではないが、第1成分を構成するポリエステル系樹脂のガラス転移温度の10~70℃以上高温で、かつ第2成分を構成するポリオレフィン系樹脂の融点未満の温度範囲であることが好ましく、第1成分を構成するポリエステル系樹脂のガラス転移温度の30~60℃以上高温で、かつ第2成分を構成するポリオレフィン系樹脂の融点の5度以下の温度範囲であることがより好ましい。熱処理温度が、第1成分を構成するポリエステル系樹脂のガラス転移温度の+10℃以上、より好ましくは+30℃以上であれば、顕在捲縮の発現性、捲縮弾性率の向上による捲縮の形状安定化、および高伸度化が図られるため好ましく、+70℃以下、より好ましくは+60℃以下であれば、第2成分であるポリオレフィン系樹脂同士の融着による延伸過程の不安定化を抑制できるため好ましい。また、熱処理温度は、延伸温度以上の温度とすることが好ましい。さらに、熱処理の時間も特に限定されないが、操業性を損なわない範囲で長いことが好ましく、具体的には5秒以上、より好ましくは30秒以上、更に好ましくは3分以上である。
なお、本発明において、熱処理工程の前に、クリンパーなどによって二次元の機械捲縮を付与してもよい。機械捲縮を行うことによって、カード通過性を向上させることができる。このような機械捲縮は、平面ジグザグ構造(屈曲形状)などの二次元の捲縮形状を有し、三次元の顕在捲縮とは異なるものである。
捲縮工程で付与する二次元の機械捲縮の捲縮数としては、特に限定されるものではなく、5~10山/2.54cmであることが好ましく、7~9山/2.54cmであることがより好ましい。
機械捲縮数は、例えば、押し込み型クリンパーにおけるスタッフィングボックス圧力を適宜変更することで調整可能である。さらに、この機械捲縮を付与する前に、必要に応じて乾熱、湿熱、蒸気などの雰囲気化でアニーリング処理を施すことにより、熱履歴を改善し、応力緩和の抑制を行い、熱処理工程での熱収縮の微調整を行うことも可能である。
また、本発明の複合繊維は、その表面が各種の繊維処理剤で処理されていてもよく、これによって親水性、撥水性、制電性、表面平滑性、耐摩耗性などの機能を付与することができる。
繊維処理剤の付着工程については、繊維処理剤を、未延伸繊維の引取り時にキスロールにて付着する方法や、延伸時及び/又は延伸後にタッチロール法、浸漬法、噴霧法などで付着する方法を例示できる。
熱処理された複合繊維は、短繊維にカットされてもよい。カット長としては、用途に応じて選択でき、特に限定されないが、カーディング処理を行う場合には20~102mmの範囲であることが好ましく、30~51mmの範囲であることがより好ましいである。
本発明の不織布は、高い伸度と捲縮の形状安定性を兼ね備えた複合繊維を用いているため、嵩高性と、複雑な形状や繊維変形応力の高い加工に対しても追随する賦形加工性に優れている。すなわち、不織布の伸度の好ましい範囲は90~150%であり、比容積の好ましい範囲は30~75cm3/gである。不織布の加工条件は、特に限定されるものではないが、例えばローラーカード機を用いて得たカードウェブを第2成分の融点以上で熱処理加工して、不織布とする方法が挙げられる。熱処理方法としては、特に限定されるものではないが、スルーエアー加工法などは不織布の柔軟性を良好に加工することができる点で好ましい。
JIS K 7210に準拠して測定を行った。
<繊度、破断強度、破断伸度、破断伸度と繊度の比>
JIS L 1015に準拠し、未延伸繊維の繊度、複合繊維の繊度、破断強度、および破断伸度の測定を行った。また、破断伸度[%]を繊度[dtex]で除することで、破断伸度と繊度の比を算出した。
<総捲縮数>
25mm(或いは20mm)の試料繊維に0.18mN/texの初荷重をかけた時の長さを測定し、その時の捲縮数を数え、25mm(或いは20mm)間あたりの捲縮数を求めた。
<捲縮弾性率>
25mm(或いは20mm)試料繊維に0.18mN/texの初荷重をかけた時の長さを測定した。次に4.41mN/texの初荷重をかけた時の長さを測定した。その後全荷重を除き、2分間放置後、初荷重をかけて長さを測定し、捲縮弾性率(%)を算出した。
<乾熱収縮率>
収縮性繊維を約500mmの長さになるように切り出し、これを120℃の循環オーブン中で5分間熱処理し、以下の式により算出した。
乾熱収縮率(%)=(熱処理前繊維長-熱処理後繊維長)÷熱処理前繊維長×100
<ウェブ熱収縮率>
熱接着性複合繊維をローラーカード機に掛け、目付け約200g/m2のウェブシートを採取し、約25cm四方に切り出し、繊維の流れ方向の長さA0を測定した。145℃に加熱された熱風循環乾燥機中に5分間放置して熱処理を行い、収縮処理後のシートにおける繊維の流れ方向の長さA1を測定し、以下の式よりウェブ熱収縮率を算出した。
ウェブ熱収縮率(%)=[(A0-A1)/A0]×100
<不織布の比容積>
熱接着性複合繊維をローラーカード機に掛け、得られたウェブを熱処理して得られた不織布を、デジマチックインジケータ(Mitutoyo製)を用いて、3.5g/cm2 の荷重をかけた状態で厚みを測定した。測定した厚みから下記の数式を用いて比容積を算出した。
不織布の比容積(cm3/g)=不織布の厚み(mm)/不織布の目付け(m2 /g)×1000
得られた比容積の値からか嵩高性を評価した。
<不織布の伸度>
熱接着性複合繊維をローラーカード機に掛け、得られたウェブを熱処理して得られた不織布を、機械方向を長辺として、15cm×5cmの大きさに切り出した。切り出した不織布サンプルを、株式会社島津製作所製オートグラフAGS-Jにて、試料長100mm、試験速度100m/minで引っ張り、不織布が破断した時の伸度を、不織布の伸度とした。
<追随性の評価>
熱接着性複合繊維をローラーカード機に掛け、得られたウェブを熱処理して得られた不織布を、機械方向を長辺として、15cm×5cmの大きさに切り出した。切り出した不織布サンプルを、株式会社島津製作所製オートグラフAGS-Jにて延伸処理した。試料長10cm、引張速度100m/minとして、10cmの延伸処理を行い、追随性評価用のサンプルを作製した。得られたサンプルの追随性を、以下の4段階で判定した。
〔評価基準〕
◎:不織布が全体的に延伸されており、不織布の部分的な破断も見られない。
○:不織布が局所的に延伸されており、不織布の部分的な破断も見られない。
×:延伸処理で不織布が破断する、あるいは部分的な不織布の破断が見られる。
<熱接着性複合繊維の製造>
固有密度0.64、ガラス転移温度が70℃であるポリエチレンテレフタレート(略記号PET)を芯側に、密度0.96g/cm3、MFR(190℃、荷重21.18N)が16g/10min、融点が130℃である高密度ポリエチレン(略記号PE)を鞘側に配し、偏心鞘芯ノズルを用いて、これらを第1成分(芯)/第2成分(鞘)=50/50(容量分率)の断面形態で複合化し、紡糸速度900m/minの条件にて、繊度が8.0dtexの未延伸繊維を得た。次いで、得られた未延伸繊維を、表1に示す条件で延伸、機械捲縮処理、および熱処理を行い、熱接着性複合繊維を得た。
固有密度0.64、ガラス転移温度が70℃であるポリエチレンテレフタレート(略記号PET)を芯側に、密度0.96g/cm3、MFR(190℃、荷重21.18N)が16g/10min、融点が130℃である高密度ポリエチレン(略記号PE)を鞘側に配し、同心鞘芯ノズルを用いて、これらを第1成分(芯)/第2成分(鞘)=60/40(容量分率)の断面形態で複合化し、紡糸速度600m/minの条件にて8.0dtexの未延伸繊維を得た。次いで、得られた未延伸繊維を、表1に示す条件で延伸、機械捲縮処理、および熱処理を行い、熱接着性複合繊維を得た。
比較例1および2の複合繊維は、破断伸度が200%未満であり、不織布の伸度が小さく、追随性が悪いものであった。
比較例3の複合繊維は、破断伸度は非常に高く、この複合繊維を用いて作製した不織布は高伸度であり、追随性は優れるものであったが、三次元の顕在捲縮が発現せず、嵩が低いものであった。
11 第1ドローフレーム
12 第2ドローフレーム
13 スチームチャンバー
20 延伸機
21 第1ドローフレーム
22 第2ドローフレーム
23 第3ドローフレーム
24 スチームチャンバー
F 繊維
[1]ポリエステル系樹脂を含む第1成分と、前記ポリエステル系樹脂の融点より15℃以上低い融点を有するポリオレフィン系樹脂を含む第2成分で構成され、繊維の長さ方向と直交する繊維断面において、前記第2成分が繊維外周を占める偏心鞘芯型の構造を有する熱接着性複合繊維であって、
破断伸度が200%以上であり、三次元の顕在捲縮を有しており、捲縮弾性率が85~100%である、熱接着性複合繊維。
[2]破断伸度と繊度の比が80%/dtex以上である、[1]に記載の熱接着性複合繊維。
[3]破断強度が0.5~1.5cN/dtexである、[1]または[2]に記載の熱接着性複合繊維。
[4]120℃での乾熱収縮率が0~15%である、[1]~[3]のいずれかに記載の熱接着性複合繊維。
[5]ポリエステル系樹脂を含む第1成分と、前記ポリエステル系樹脂の融点より15℃以上低い融点を有するポリオレフィン系樹脂を含む第2成分とを、該第2成分が繊維外周を占める、偏心鞘芯型の断面形状となるように溶融紡糸して未延伸繊維を得る工程と、前記未延伸繊維を延伸して延伸繊維を得る工程と、前記延伸繊維を熱処理する工程と、を含む熱接着性複合繊維の製造方法であって、
下記式で表される延伸効率が40~75%である、熱接着性複合繊維の製造方法。
延伸効率(%)={未延伸繊維の繊度(dtex)/延伸倍率(倍)/熱接着性複合繊維の繊度(dtex)}×100
[6]前記延伸繊維を得る工程が、未延伸繊維を延伸倍率1.5倍以上で延伸する工程である、[5]に記載の熱接着性複合繊維の製造方法。
[7]前記熱処理する工程が、第1成分を構成するポリエステル系樹脂のガラス転移温度の10~70℃以上高温で、かつ第2成分を構成するポリオレフィン系樹脂の融点未満の温度範囲で熱処理する工程である、[5]または[6]に記載の熱接着性複合繊維の製造方法。
[8]延伸工程の後に、延伸繊維に二次元の機械捲縮を付与する工程を含む、[5]~[7]のいずれかに記載の熱接着性複合繊維の製造方法。
[9][1]~[4]のいずれかに記載の熱接着性複合繊維を用いて得られた不織布。
[10]伸度が90~150%であり、比容積が30~75cm 3 /gである、[9]に記載の不織布。
本発明の第1成分を構成するポリエステル系樹脂としては、特に限定されるものではなく、ポリエチレンテレフタレートやポリトリメチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどのポリアルキレンテレフタレート類、ポリ乳酸、ポリブチレンサクシネート、ポリグリコール酸などの生分解性ポリエステル、及び、これらと他のエステル形成成分との共重合体を例示できる。他のエステル形成成分としては、特に限定されず、ジエチレングリコール、ポリメチレングリコールなどのグリコール類、イソフタル酸、ヘキサヒドロテレフタル酸などの芳香族ジカルボン酸を例示できる。他のエステル形成成分との共重合体の場合、その共重合組成は、特に限定されるものではないが、結晶性を大きく損なわない程度であることが好ましく、かかる観点からは、共重合成分は10質量%以下、より好ましくは5質量%以下であることがより好ましい。これらは単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いても何ら問題ない。
なかでも、原料コスト、得られる繊維の熱安定性などを考慮すると、ポリエステル系樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸、ポリブチレンサクシネートからなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、ポリエチレンテレフタレートのみで構成された未変性ポリマーであることがより好ましい。
本発明の第2成分を構成するポリオレフィン系樹脂は、第1成分を構成するポリエステル系樹脂の融点よりも15℃以上低い融点を有するという条件を満たす限り、特に限定されるものではなく、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、これらエチレン系重合体の無水マレイン酸変性物、エチレン-プロピレン共重合体、エチレン-ブテン-プロピレン共重合体、ポリプロピレン、プロピレン系重合体の無水マレイン酸変性物、ポリ4-メチルペンテン-1を例示できる。これらは単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いても何ら問題ない。
なかでも、繊維表面に露出したポリオレフィン系樹脂同士が、紡糸時に冷却固化しきれずに融着する現象を抑制する観点からは、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、およびポリプロピレンからなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、高密度ポリエチレンのみで構成されていることがより好ましい。
本発明の複合繊維における第1成分と第2成分の組み合わせは、第2成分を構成するポリオレフィン系樹脂が、第1成分を構成するポリエステル系樹脂の融点よりも15℃以上低い融点を有するという条件を満たす限り、特に限定されず、前記で説明した第1成分及び第2成分から選択して使用できる。なお第1成分が2種以上のポリエステル系樹脂の混合物であり、及び/又は、第2成分が2種以上のポリオレフィン系樹脂の混合物である場合には、“第2成分を構成するポリオレフィン系樹脂が、第1成分を構成するポリエステル系樹脂の融点よりも15℃以上低い融点を有する”とは、第2成分を構成するポリオレフィン系樹脂の混合物において最も高い融点を有する樹脂が、第1成分を構成するポリエステル系樹脂の混合物において最も低い融点を有する樹脂の融点よりも15℃以上低い融点を有することをいう。
具体的な第1成分/第2成分の組み合わせとしては、ポリエチレンテレフタレート/ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート/高密度ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート/直鎖状低密度ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート/低密度ポリエチレンを例示できる。この中でより好ましい組み合わせは、ポリエチレンテレフタレート/高密度ポリエチレンである。
偏心鞘芯型とは、繊維の長さ方向と直交する繊維断面において、芯側と鞘側の重心が異なっている状態をいい、その偏心比は紡糸性や三次元の顕在捲縮(以下、単に「顕在捲縮」という場合がある。)の発現性から、0.05~0.50が好ましく、より好ましくは0.15~0.30である。尚、ここで偏心比とは特開2006-97157号公報に記載されている下記式にて表される。
偏心比=d/R
ここでd及びRは次のとおりである。
d:複合繊維の中心点と芯を構成する第1成分の中心点との距離
R:複合繊維の半径
芯の断面形状は円形だけでなく、異形にすることもでき、例えば、星形、楕円形、三角形、四角形、五角形、多葉形、アレイ形、T字形及び馬蹄形等の異形を挙げることができる。なかでも、芯側の断面形状は三次元の顕在捲縮の発現性の観点から円形、半円形、楕円形が好ましく、不織布強度の観点から円形が特に好ましい。
本発明でいう破断伸度とは、JIS L 1015に準じ、引張試験機を用い、試料のつかみ間隔を20mmとして引張試験を行い、破断したときの伸びをその繊維の破断伸度とする。
三次元の顕在捲縮とは、例えば螺旋やオーム状(山谷の形が鋭角でなく丸みを帯びて三次元にねじれている形状)といった立体捲縮形状を有することをいい、一種単独の立体捲縮形状でもよいし、混在する立体捲縮形状でもよく、特に限定されるものではない。かかる立体捲縮形状を有することで、嵩高で柔軟な不織布を得やすくなる。
捲縮弾性率については、JIS L 2080において「繊維の捲縮を伸ばしたときの長さと,これを緩めて所定時間放置した後の長さとの差の,伸ばしたときの長さと元の長さとの差に対する百分率」と規定されている。具体的な測定方法はJIS L 1015に規定されている。
本発明の複合繊維の製造方法は、ポリエステル系樹脂を含む第1成分と、前記ポリエステル系樹脂の融点より15℃以上低い融点を有するポリオレフィン系樹脂を含む第2成分とを、該第2成分が繊維外周を占める、偏心鞘芯型の断面形状となるように溶融紡糸して未延伸繊維を得る工程(以下、紡糸工程という場合がある。)と、前記未延伸繊維を、特定の条件で延伸して延伸繊維を得る工程(以下、延伸工程という場合がある。)と、前記延伸繊維を熱処理する工程(以下、熱処理工程という場合がある。)と、を含み、その際、下記式で表される延伸効率が40~75%の範囲になるように調整することによって製造することができる。
延伸効率(%)={未延伸繊維の繊度(dtex)/延伸倍率(倍)/熱接着性複合繊維の繊度(dtex)}×100
従来から、ポリエステル系未延伸繊維をガラス転移点より高い温度で延伸(流動延伸)することによって、比較的高伸度の繊維が得られることは知られていたが、繊維剛性が低く捲縮の形状安定性が低いために、この繊維を用いて得られる不織布は嵩が低いものであった。しかし、本発明者は、流動延伸された複合繊維をさらに熱処理することによって、さらに高伸度化するとともに、捲縮の形状安定性が改善されることを見出した。特定の理論に拘束されるものではないが、流動延伸後に熱処理することにより、第1成分を構成するポリエステル系樹脂が低結晶、高配向の状態から、熱によって配向緩和することにより高伸度化し、さらに第2成分を構成するポリオレフィン系樹脂が配向結晶化することによって繊維剛性が向上するためであると考えられる。この効果は、流動延伸後の熱処理によって、繊度が上がり、かつ、繊維が長さ方向に収縮する現象に基づくものと考えられる。例えば、熱処理後の延伸繊維の繊度が、熱処理前の延伸繊維の繊度に対して120%以上、好ましくは125%以上、より好ましくは130%以上である。その上限としては、特に限定されないが、現実的には200%以下である。また、熱処理後の延伸繊維の長さが、熱処理前の延伸繊維の長さに対して90%以下、好ましくは85%以下、より好ましくは80%以下である。その下限としては、特に限定されないが、現実的には50%以上である。すなわち、延伸効率としては、40~75%であり、より好ましくは50~75%であり、さらに好ましくは60~75%で得られた複合繊維は、高い伸度と捲縮の形状安定性を兼ね備えるため、嵩高性に優れ、かつ複雑な形状や繊維変形応力の高い加工に対しても追随する賦形加工性に優れた不織布を作製することができる。上記のような効果は、従来技術の中では予測されておらず、本発明で見出された新規の効果である。
延伸効率は、後述する紡糸温度、紡糸速度、延伸倍率、延伸温度、熱処理温度などを適宜選択することによって制御することが可能である。
紡糸工程では、当該第1成分と第2成分とを、それぞれ、公知の偏心鞘芯型用の紡糸ノズルを用いて、偏心鞘芯型の断面形状となるように溶融紡糸することで未延伸繊維を得る。溶融紡糸時の温度(以下、紡糸温度という場合がある。)としては、第1成分および第2成分を融解できる温度である限り、特に制限されるものではないが、第1成分の融点以上であることが好ましく、第1成分の融点+30℃以上であることがより好ましく、第1成分の融点+50℃以上であることがさらに好ましい。紡糸温度が第1成分の融点+30℃以上であれば、紡糸時の断糸回数を少なくし、かつ延伸後の伸度を残しやすい未延伸繊維を得られるので好ましく、+50℃以上であれば、これら効果がより顕著になるので好ましい。温度の上限は、好適に紡糸できる温度であればよく、特に限定されるものではない。また、紡糸速度としても、未延伸繊維が得られる範囲であれば、特に制限されるものではないが、300~1500m/minであることが好ましく、550~1000m/minであることがより好ましい。紡糸速度が300m/min以上であれば、任意の繊度の未延伸繊維を得ようとする際の単孔吐出量を多くし、満足できる生産性が得られるので好ましい。
上記条件により得られた未延伸繊維を、延伸工程において延伸処理する。延伸工程において、温度や延伸倍率を変更し、第1成分、及び/又は第2成分の分子鎖の配向性や結晶性を制御することによって、複合繊維の強度や伸度、耐熱性等の物性を制御することができる。
1段延伸は、図1aに示すように、複数のロールからなる第1ドローフレーム11と、複数のロールからなる第2ドローフレーム12とを有する延伸機10によって行われる。具体的には、第1ドローフレーム11によって送り出される繊維の速度よりも第2ドローフレーム12によって引っ張られる繊維の速度を大きくし、第2ドローフレーム12によって繊維Fを引っ張ることによって延伸する。このように延伸することにより、分子鎖の配向性や結晶性を制御することによって、複合繊維の強度や伸度、耐熱性等の物性を制御することができる。なお、第1ドローフレーム11および第2ドローフレーム12との間にスチームチャンバー13を設けても良い。
このような図1aの延伸機10において、第1ドローフレーム11の速度をX 1 とし、第2ドローフレーム12の速度をX 2 として延伸した場合、その繊維Fの延伸倍率はX 2 /X 1 で表わされる。また、延伸温度とは、延伸開始位置における繊維の温度を意味する。つまり、上記延伸機10において、第1ドローフレーム11における繊維の温度を意味する。
各回の延伸倍率は、上流側のドローフレームによる繊維の速度をXnとし、下流側のドローフレームによる繊維の速度をXn+1として延伸した場合、その繊維の延伸倍率はXn+1/Xnで表わされる。そして、2段延伸の全体の延伸倍率は、1回目の延伸倍率と2回目の延伸倍率の積で表される。また、延伸温度とは、最初の延伸開始位置における繊維の温度を意味する。つまり、上記延伸機20において、第1ドローフレーム21における繊維の温度を意味する。
次いで、延伸工程で得られた延伸繊維を熱処理し、三次元の顕在捲縮を付与するとともに、第1成分を構成するポリエステル系樹脂の配向を緩和させて複合繊維の伸度を高め、さらには第2成分を構成するポリオレフィン系樹脂の結晶化度を高めて捲縮の形状安定性を向上させる。
本発明の熱処理工程は、特に限定されるものではないが、加熱空気や蒸気による熱処理であっても、熱ロールなどへの接触による熱処理であってもよい。また、繊維が定長拘束された状態での熱処理であってもよく、弛緩した状態での熱処理であってもよい。熱処理温度としては、特に限定されるものではないが、第1成分を構成するポリエステル系樹脂のガラス転移温度の10~70℃以上高温で、かつ第2成分を構成するポリオレフィン系樹脂の融点未満の温度範囲であることが好ましく、第1成分を構成するポリエステル系樹脂のガラス転移温度の30~60℃以上高温で、かつ第2成分を構成するポリオレフィン系樹脂の融点の5度以下の温度範囲であることがより好ましい。熱処理温度が、第1成分を構成するポリエステル系樹脂のガラス転移温度の+10℃以上、より好ましくは+30℃以上であれば、顕在捲縮の発現性、捲縮弾性率の向上による捲縮の形状安定化、および高伸度化が図られるため好ましく、+70℃以下、より好ましくは+60℃以下であれば、第2成分であるポリオレフィン系樹脂同士の融着による延伸過程の不安定化を抑制できるため好ましい。また、熱処理温度は、延伸温度以上の温度とすることが好ましい。さらに、熱処理の時間も特に限定されないが、操業性を損なわない範囲で長いことが好ましく、具体的には5秒以上、より好ましくは30秒以上、更に好ましくは3分以上である。
なお、本発明において、熱処理工程の前に、クリンパーなどによって二次元の機械捲縮を付与してもよい。機械捲縮を行うことによって、カード通過性を向上させることができる。このような機械捲縮は、平面ジグザグ構造(屈曲形状)などの二次元の捲縮形状を有し、三次元の顕在捲縮とは異なるものである。
捲縮工程で付与する二次元の機械捲縮の捲縮数としては、特に限定されるものではなく、5~10山/2.54cmであることが好ましく、7~9山/2.54cmであることがより好ましい。
機械捲縮数は、例えば、押し込み型クリンパーにおけるスタッフィングボックス圧力を適宜変更することで調整可能である。さらに、この機械捲縮を付与する前に、必要に応じて乾熱、湿熱、蒸気などの雰囲気下でアニーリング処理を施すことにより、熱履歴を改善し、応力緩和の抑制を行い、熱処理工程での熱収縮の微調整を行うことも可能である。
また、本発明の複合繊維は、その表面が各種の繊維処理剤で処理されていてもよく、これによって親水性、撥水性、制電性、表面平滑性、耐摩耗性などの機能を付与することができる。
繊維処理剤の付着工程については、繊維処理剤を、未延伸繊維の引取り時にキスロールにて付着する方法や、延伸時及び/又は延伸後にタッチロール法、浸漬法、噴霧法などで付着する方法を例示できる。
熱処理された複合繊維は、短繊維にカットされてもよい。カット長としては、用途に応じて選択でき、特に限定されないが、カーディング処理を行う場合には20~102mmの範囲であることが好ましく、30~51mmの範囲であることがより好ましい。
本発明の不織布は、高い伸度と捲縮の形状安定性を兼ね備えた複合繊維を用いているため、嵩高性と、複雑な形状や繊維変形応力の高い加工に対しても追随する賦形加工性に優れている。すなわち、不織布の伸度の好ましい範囲は90~150%であり、比容積の好ましい範囲は30~75cm 3 /gである。不織布の加工条件は、特に限定されるものではないが、例えばローラーカード機を用いて得たカードウェブを第2成分の融点以上で熱処理加工して、不織布とする方法が挙げられる。熱処理方法としては、特に限定されるものではないが、スルーエアー加工法などは不織布の柔軟性を良好に加工することができる点で好ましい。
JIS K 7210に準拠して測定を行った。
<繊度、破断強度、破断伸度、破断伸度と繊度の比>
JIS L 1015に準拠し、未延伸繊維の繊度、複合繊維の繊度、破断強度、および破断伸度の測定を行った。また、破断伸度[%]を繊度[dtex]で除することで、破断伸度と繊度の比を算出した。
<総捲縮数>
25mm(或いは20mm)の試料繊維に0.18mN/texの初荷重をかけた時の長さを測定し、その時の捲縮数を数え、25mm(或いは20mm)間あたりの捲縮数を求めた。
<捲縮弾性率>
25mm(或いは20mm)試料繊維に0.18mN/texの初荷重をかけた時の長さを測定した。次に4.41mN/texの初荷重をかけた時の長さを測定した。その後全荷重を除き、2分間放置後、初荷重をかけて長さを測定し、捲縮弾性率(%)を算出した。
<乾熱収縮率>
熱接着性複合繊維を約500mmの長さになるように切り出し、これを120℃の循環オーブン中で5分間熱処理し、以下の式により算出した。
乾熱収縮率(%)=(熱処理前繊維長-熱処理後繊維長)÷熱処理前繊維長×100
<ウェブ熱収縮率>
熱接着性複合繊維をローラーカード機に掛け、目付け約200g/m 2 のウェブシートを採取し、約25cm四方に切り出し、繊維の流れ方向の長さA0を測定した。145℃に加熱された熱風循環乾燥機中に5分間放置して熱処理を行い、収縮処理後のシートにおける繊維の流れ方向の長さA1を測定し、以下の式よりウェブ熱収縮率を算出した。
ウェブ熱収縮率(%)=[(A0-A1)/A0]×100
<不織布の比容積>
熱接着性複合繊維をローラーカード機に掛け、得られたウェブを熱処理して得られた不織布を、デジマチックインジケータ(Mitutoyo製)を用いて、3.5g/cm 2 の荷重をかけた状態で厚みを測定した。測定した厚みから下記の数式を用いて比容積を算出した。
不織布の比容積(cm 3 /g)=不織布の厚み(mm)/不織布の目付け(g/m 2 )×1000
得られた比容積の値からか嵩高性を評価した。
<不織布の伸度>
熱接着性複合繊維をローラーカード機に掛け、得られたウェブを熱処理して得られた不織布を、機械方向を長辺として、15cm×5cmの大きさに切り出した。切り出した不織布サンプルを、株式会社島津製作所製オートグラフAGS-Jにて、試料長100mm、試験速度100m/minで引っ張り、不織布が破断した時の伸度を、不織布の伸度とした。
<追随性の評価>
熱接着性複合繊維をローラーカード機に掛け、得られたウェブを熱処理して得られた不織布を、機械方向を長辺として、15cm×5cmの大きさに切り出した。切り出した不織布サンプルを、株式会社島津製作所製オートグラフAGS-Jにて延伸処理した。試料長10cm、引張速度100m/minとして、10cmの延伸処理を行い、追随性評価用のサンプルを作製した。得られたサンプルの追随性を、以下の3段階で判定した。
〔評価基準〕
◎:不織布が全体的に延伸されており、不織布の部分的な破断も見られない。
○:不織布が局所的に延伸されており、不織布の部分的な破断も見られない。
×:延伸処理で不織布が破断する、あるいは部分的な不織布の破断が見られる。
<熱接着性複合繊維の製造>
固有密度0.64、ガラス転移温度が70℃であるポリエチレンテレフタレート(略記号PET)を芯側に、密度0.96g/cm 3 、MFR(190℃、荷重21.18N)が16g/10min、融点が130℃である高密度ポリエチレン(略記号PE)を鞘側に配し、偏心鞘芯ノズルを用いて、これらを第1成分(芯)/第2成分(鞘)=50/50(容量分率)の断面形態で複合化し、紡糸速度900m/minの条件にて、繊度が8.0dtexの未延伸繊維を得た。次いで、得られた未延伸繊維を、表1に示す条件で延伸、機械捲縮処理、および熱処理を行い、熱接着性複合繊維を得た。
固有密度0.64、ガラス転移温度が70℃であるポリエチレンテレフタレート(略記号PET)を芯側に、密度0.96g/cm 3 、MFR(190℃、荷重21.18N)が16g/10min、融点が130℃である高密度ポリエチレン(略記号PE)を鞘側に配し、同心鞘芯ノズルを用いて、これらを第1成分(芯)/第2成分(鞘)=60/40(容量分率)の断面形態で複合化し、紡糸速度600m/minの条件にて8.0dtexの未延伸繊維を得た。次いで、得られた未延伸繊維を、表1に示す条件で延伸、機械捲縮処理、および熱処理を行い、熱接着性複合繊維を得た。
比較例1および2の複合繊維は、破断伸度が200%未満であり、不織布の伸度が小さく、追随性が悪いものであった。
比較例3の複合繊維は、破断伸度は非常に高く、この複合繊維を用いて作製した不織布は高伸度であり、追随性は優れるものであったが、三次元の顕在捲縮が発現せず、嵩が低いものであった。
11 第1ドローフレーム
12 第2ドローフレーム
13 スチームチャンバー
20 延伸機
21 第1ドローフレーム
22 第2ドローフレーム
23 第3ドローフレーム
24 スチームチャンバー
F 繊維
Claims (10)
- ポリエステル系樹脂を含む第1成分と、前記ポリエステル系樹脂の融点より15℃以上低い融点を有するポリオレフィン系樹脂を含む第2成分で構成され、繊維の長さ方向と直交する繊維断面において、前記第2成分が繊維外周を占める偏心鞘芯型の構造を有する熱接着性複合繊維であって、
破断伸度が200%以上であり、三次元の顕在捲縮を有しており、捲縮弾性率が85~100%である、熱接着性複合繊維。 - 破断伸度と繊度の比が80%/dtex以上である、請求項1に記載の熱接着性複合繊維。
- 破断強度が0.5~1.5cN/dtexである、請求項1または2に記載の熱接着性複合繊維。
- 120℃での乾熱収縮率が0~20%である、請求項1~3のいずれか1項に記載の熱接着性複合繊維。
- ポリエステル系樹脂を含む第1成分と、前記ポリエステル系樹脂の融点より15℃以上低い融点を有するポリオレフィン系樹脂を含む第2成分とを、該第2成分が繊維外周を占める、偏心鞘芯型の断面形状となるように溶融紡糸して未延伸繊維を得る工程と、前記未延伸繊維を延伸して延伸繊維を得る工程と、前記延伸繊維を熱処理する工程と、を含む熱接着性複合繊維の製造方法であって、
下記式で表される延伸効率が40~75%である、熱接着性複合繊維の製造方法。
延伸効率(%)={未延伸繊維の繊度(dtex)/延伸倍率(%)/熱接着性複合繊維の繊度(dtex)}×100 - 前記延伸繊維を得る工程が、未延伸繊維を延伸倍率1.5倍以上で延伸する工程である、請求項5に記載の熱接着性複合繊維の製造方法。
- 前記熱処理する工程が、第1成分を構成するポリエステル系樹脂のガラス転移温度の10~70℃以上高温で、かつ第2成分を構成するポリオレフィン系樹脂の融点未満の温度範囲で熱処理する工程である、請求項5または6に記載の熱接着性複合繊維の製造方法。
- 延伸工程の後に、延伸繊維に二次元の機械捲縮を付与する工程を含む、請求項5~7のいずれか1項に記載の熱接着性複合繊維の製造方法。
- 請求項1~4のいずれか1項に記載の熱接着性複合繊維を用いて得られた不織布。
- 伸度が90~150%であり、比容積が30~75cm3/gである、請求項9に記載の不織布。
Priority Applications (5)
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