JP2023034421A - 高異形断面ポリプロピレン繊維 - Google Patents

Abstract

【課題】嵩高性を兼ね備え、風合いに優れ、繊維構造体として好適に採用できるポリプロピレン繊維を提供する。【解決手段】繊維横断面において、異形度Ｍ値が１．２～３．０であることを特徴とするポリプロピレン繊維【選択図】図１

Description

本発明は、ポリプロピレン繊維に関するものである。

ポリオレフィンの一種であるポリプロピレンは、汎用樹脂の中で比重が軽く、比較的高い強度を有すると共に、優れた耐薬品性を有しており、通常の溶融押出機で簡易に成形可能といった、優れた成形性を有することから、自動車部品から家電製品、文房具、更には医療材料まで幅広い用途で使用されている。また、この優れた特性を活用した繊維製品も存在し、マスクやおむつといった衛材用途や、タイルカーペット、家庭用敷物、自動車用マットなどのインテリア用途やロープ、養生ネット、ろ過布、細幅テープ、組紐、椅子張りなどの資材用途で展開がなされているものの、衣料用途での事例は少ない。

これは、ポリプロピレン繊維が極性官能基を持たず、染色が困難であるという衣料における問題を有していることが要因である。

一方で、ポリプロピレン繊維の軽量性や撥水性といった機能性に注目し、衣料用展開を可能とすべく、該繊維の着色を試みる取り組みがなされており、顔料や染色可能なポリマーの添加等による着色に関する提案として、特許文献１では、鮮やかで深みのある発色性を付与するために、染色可能なポリマーであるシクロヘキサンジカルボン酸を共重合した共重合ポリエステルをポリプロピレンへブレンドしたポリマーアロイ繊維である、可染性ポリプロピレン繊維に関する技術開示がなされている。

特許文献１のような衣料用テキスタイルとしての発色性を担保する技術が提案されることにより、衣料用展開も可能となったポリプロピレン繊維は、ポリマー特性を活用したさらなる高度化による快適衣料繊維としての活用が期待される。ポリプロピレン繊維のポリマー特性を活用した高度化としては、例えば、異形断面化による風合いや嵩高・軽量性、撥水性の向上への取り組みが考えられる。

繊維の異形断面化による高度化について、特許文献２では、風合いや、嵩高・軽量性、白色性、遮光性、保温性を向上させ、さらに微細空隙を有するものの製造工程通過性や、製品の耐久性を保持するために、繊維断面の異形断面化と、内包する微細空隙を制御した技術が開示されている。

特許文献３では、十分な捲縮性を有し、優れた嵩高・軽量性、保温性をも兼ね備える、中空潰れの無い中空異形断面を得るために、中空部を有するコア部とフィン部から成る異形断面と、異方冷却による捲縮発現について技術が開示されている。

国際公開２０１７／１５４６６５号 特開２００６－１６１２１８号公報 特開２０２０－７０５３０号公報

繊維の異形断面化により触感や機能性を高める試みについては、比較的古くから開示されるものの、いずれもポリエステルやポリアミドといった衣料用テキスタイルとして使用される合成繊維に関するものが多く、ポリプロピレン繊維で異形断面化を達成した事例はない。これは、ポリプロピレンのポリマー特性として、比熱が非常に大きく、更には、融点やガラス転移点が低いことが理由である。すなわち、繊維の異形断面化に関しては、異形孔が具備された紡糸口金から吐出した後、速やかに、固化点まで冷却し、高異形断面を維持した状態で、形態を固化させる必要がある。しかし、ポリプロピレンの場合には、上記した熱的特性を有しているため、ポリエステルやポリアミド等の比較的固化が早いポリマーと比較して、口金から吐出され、繊維として固化するまでの時間が長く、溶融状態から半溶融状態で、表面張力が強く作用するので、繊維の異形度が大きく低下してしまうことが、ポリプロピレン繊維の高異形断面化を困難にしているためである。

このため、特許文献１では、染料が固定化されないポリプロピレン繊維に易染色成分をブレンドすることで、染色後の発色性を担保する可染色なポリプロピレン繊維を達成するものであるが、異形断面化による機能性を訴求する技術思想はなく、これを達成するための手段についての開示もなされていない。

また、特許文献２や特許文献３においては、ポリエステルもしくはポリエステルを主体とした繊維において、紡糸口金の異形吐出孔のスリット孔を一定の幅で穿設することにより、異形断面や中空異形断面を有した繊維を達成したことの開示がある。しかしながら、特許文献２や特許文献３においても、ポリプロピレン繊維の高異形断面化に関する記載やその達成手段に関する開示はない。更には、ポリプロピレン繊維を高異形断面化することによる機能性の向上や技術思想に関する記載もない。

以上のように、染色が可能となり、衣料用として必要とする機能性の高度化がなされたポリプロピレン繊維が要望されており、したがって、本発明の目的は、上記のポリプロピレン繊維に関わる技術課題を解決し、衣料用途から産業資材用途までの幅広い繊維素材に展開が可能な高異形断面ポリプロピレン繊維を提供することにある。

上記課題は、繊維横断面において、異形度Ｍ値が１．２～３．０であることを特徴とするポリプロピレン繊維によって解決することができる。

本発明によれば、従来繊維には無い嵩高性・軽量性に加え、ポリプロピレン特有の撥水性の高さ、ならびに異形断面化することでロータス効果による長期的な高撥水性が発現し、風合いに優れ、繊維構造体として好適に採用できるポリプロピレン繊維を提供することができる。本発明により得られるポリプロピレン繊維は、繊維構造体とすることで、優れた軽量性と撥水性が要求される用途で好適に用いることができる。

図１は、本発明の中空部を有さない場合のポリプロピレン繊維の断面形状の一例を示す図である。 図２は、本発明の中空部を有する場合のポリプロピレン繊維の断面形状の一例を示す図である。

本発明は、繊維横断面において、異形度Ｍ値が１．２～３．０のポリプロピレン繊維である。
本発明のポリプロピレン繊維は、ポリプロピレンを主成分とするのであれば、ポリプロピレン単独で構成されても、さらに他の熱可塑性樹脂を含有する複数の成分から構成されるポリマーアロイ繊維であってもよい。

本発明のポリプロピレンは、プロピレン単独重合体であっても、他のα－オレフィンとの共重合体であってもよい。他のα－オレフィン（以下、単にα－オレフィンと称する場合もある）は、１種または２種以上を共重合してもよい。

α－オレフィンの炭素数は２～２０であることが好ましく、α－オレフィンの分子鎖は直鎖状でも分岐鎖状でもよい。α－オレフィンの具体例として、エチレン、１－ブテン、１－ペンテン、１－ヘキセン、１－オクテン、１－デセン、１－ドデセン、１－テトラデセン、１－ヘキサデセン、１－オクタデセン、１－エイコセン、３－メチル－１－ブテン、３－メチル－１－ペンテン、３－エチル－１－ペンテン、３－エチル－１－ヘキセンなどが挙げられるが、これらに限定されない。

α－オレフィンの共重合率は２０ｍｏｌ％以下であることが好ましい。α－オレフィンの共重合率が２０ｍｏｌ％以下であれば、力学特性や耐熱性が良好なポリプロピレン繊維が得られるため好ましい。

本発明におけるポリマーアロイ繊維とは、島成分が不連続に分散して存在する繊維のことである。ここで、島成分が不連続とは、島成分が繊維長手方向に適度な長さを有して存在しており、その長さは数十ｎｍ～数十万ｎｍであり、同一単繊維内の任意の間隔において観察した２つの、繊維軸に対して垂直な断面、すなわち繊維横断面における海島構造の形状が異なる状態であることである。本発明における島成分の不連続性は、実施例記載の方法で確認することができる。島成分が不連続に分散して存在する場合、海島界面の比界面積を十分大きくすることができるため、界面剥離を抑制することができ、力学特性ならびに耐摩耗性に優れるポリマーアロイ繊維を得ることができる。また、界面剥離が抑制されているため、染色した場合には、界面剥離に起因する散乱光の増加に伴う発色性の低下を抑制することができ、鮮明で深みのある発色が得られる。以上より、本発明におけるポリマーアロイ繊維は、１つまたは複数の島が繊維軸方向に連続かつ同一形状に形成される海島複合繊維とは本質的に異なるものである。かかるポリマーアロイ繊維は、例えば、溶融紡糸が完結する以前の任意の段階において、ポリプロピレンと熱可塑性樹脂を混練して形成したポリマーアロイ組成物から成形することで得ることができる。

本発明におけるポリマーアロイ繊維は、主成分であるポリプロピレンが海成分である。また、島成分としてはポリエステルやポリアミド、ポリオレフィンなどが挙げられるが、これらに限定されない。本発明のポリプロピレン繊維の発色性を向上させる場合、染色可能なポリマーが島成分として用いられるが、ポリエステルを島成分として用いることが好ましく、特に共重合ポリエステルを用いることがより好ましい。

発色性を向上させる場合、共重合ポリエステルの結晶性を低くすること、共重合ポリエステルの屈折率を低くすることが挙げられるが、共重合ポリエステルの屈折率を低くすることの方がより高い効果を得ることができる。

染料は結晶部分には吸尽されにくく、非晶部分に吸尽されやすいため、発色性を向上させるには、共重合ポリエステルの結晶性は低ければ低いほど好ましく、非晶性であることがより好ましい。

また、共重合ポリエステルの屈折率を低くした場合には、共重合ポリエステル表面における反射光が少なくなり、共重合ポリエステル内部まで十分に光が浸透し、鮮やかで深みのある発色性を付与することができる。共重合ポリエステルの屈折率を低くするには、共重合ポリエステルの芳香環濃度を低くすることが有効である。

本発明の共重合ポリエステルは、主成分がテレフタル酸とエチレングリコールであり、共重合成分を有していることが好ましい。共重合ジカルボン酸成分としてフタル酸、イソフタル酸、１，２－シクロヘキサンジカルボン酸、１，３－シクロヘキサンジカルボン酸、１，４－シクロヘキサンジカルボン酸、５－ナトリウムスルホイソフタル酸、１，５－ナフタレンジカルボン酸、２，６－ナフタレンジカルボン酸、２，２’－ビフェニルジカルボン酸、３，３’－ビフェニルジカルボン酸、４，４’－ビフェニルジカルボン酸、アントラセンジカルボン酸などの芳香族ジカルボン酸、マロン酸、フマル酸、マレイン酸、コハク酸、イタコン酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、１，１１－ウンデカンジカルボン酸、１，１２－ドデカンジカルボン酸、１，１４－テトラデカンジカルボン酸、１，１８－オクタデカンジカルボン酸、１，２－シクロヘキサンジカルボン酸、１，３－シクロヘキサンジカルボン酸、ダイマー酸などの脂肪族ジカルボン酸が挙げられ、共重合ジオール成分として、カテコール、ナフタレンジオール、ビスフェノールなどの芳香族ジオール、トリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジメタノールなどの脂肪族ジオールなどが挙げられる。これらの共重合成分は１種のみを使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

本発明におけるポリマーアロイ繊維は、繊維組成の合計１００重量部に対し、共重合ポリエステルを５．０～２０．０重量部含有していることが好ましい。共重合ポリエステルの含有量が５．０重量部以上であれば、海成分に対して多数存在する島成分を染色することによって、島成分へ透過した光による発色効率が向上し、鮮やかで深みのある発色が得られるため好ましい。一方、共重合ポリエステルの含有量が２０．０重量部以下であれば、屈折率が低く、発色性の高い共重合ポリエステルが、屈折率の低いポリプロピレンに散在しているため、鮮やかで深みのある発色を実現できる。加えて、ポリプロピレンの軽量性、均染性、品位を損なわないため好ましい。

本発明におけるポリマーアロイ繊維において、海成分のポリプロピレンへの島成分の分散性の向上や分散状態の制御、海成分のポリプロピレンと島成分の界面接着性の向上を目的として、必要に応じて相溶化剤を添加してもよい。また、溶融紡糸によって海島構造を形成させる際には、口金直下においてバラスと呼ばれる膨らみが発生し、繊維の細化変形が不安定になる傾向があるため、このバラスに伴う糸切れの抑制などの製糸操業性の改善や、繊度斑が小さく、繊維長手方向の均一性に優れる高品位の繊維を得ることを目的として、相溶化剤を用いてもよい。

本発明における相溶化剤は、海成分のポリプロピレンと島成分の組成、海のポリプロピレンと島成分との複合比率などに応じて適宜選択することができる。なお、相溶化剤は１種のみを使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

相溶化剤を添加する場合、本発明のポリプロピレン繊維は、組成の合計１００重量部に対し、相溶化剤を０．１～１０．０重量部含有することが好ましい。相溶化剤の含有量が０．１重量部以上であれば、海成分のポリプロピレンと島成分との相溶化効果が得られるため、島成分の分散径が小さくなり、染料化合物の凝集を抑制して単分散に近づけることができ、発色効率が向上し、鮮やかで深みのある発色が得られるため好ましい。また、糸切れの抑制など製糸操業性が改善されるとともに、繊度斑が小さく、繊維長手方向の均一性に優れる高品位の繊維を得ることができるため好ましい。一方、相溶化剤の含有量が１０．０重量部以下であれば、ポリプロピレン繊維を構成する海成分のポリプロピレンや島成分に由来する繊維特性や外観、風合いを維持することができるため好ましい。また、過度の相溶化剤による製糸操業性の不安定化を抑制できるため好ましい。

本発明のポリプロピレン繊維は、繊維軸に対して垂直な断面、すなわち繊維横断面において、異形度Ｍ値が１．２～３．０である。異形断面については、線対称や点対称などの対称性を有していても、非対称であってもよいが、均一な繊維物性を得るため、対称性を有していることが好ましい。異形度Ｍ値とは、単繊維横断面における外接円Ｒ１の直径ｒ１と、内接円Ｒ２の直径ｒ２の比（ｒ１／ｒ２）である。外接円Ｒ１とは、単繊維横断面において、単繊維横断面の外周の形状の少なくとも２点以上と接し、単繊維横断面の外周の形状に対し内側を通過しない真円のなかで最小直径の真円である。内接円Ｒ２とは、単繊維横断面において、単繊維横断面の外周の形状に対し内側に存在し、単繊維横断面の外周の形状に対し外部を通過しない真円のなかで最大直径の真円である。この内接円Ｒ２において、単繊維横断面の外周の形状に対し内側に存在し、単繊維横断面の外周の形状に対し外部を通過しなければ、単繊維横断面中の中空部を通過しても良い。異形度Ｍ値が１．２以上であれば、単繊維間に十分な空隙を有することができ嵩高くなる。また、十分な空隙を有することで、ロータス効果により撥水性も向上する。異形度Ｍ値が１．５以上であれば、より撥水性が向上するため好ましい。一方、異形度Ｍ値が３．０以下であれば、摩擦が加えられた際に異形度の変化が小さく、嵩高性、撥水性が保持される、また、繊維強度や工程通過性が良好となる。異形度Ｍ値が２．０以下であれば、撥水性が優れるのみでなく、耐摩耗性も保持されるため好ましい。

本発明のポリプロピレン繊維は、繊維横断面中心に対して放射状に突出した突起部を有し、突起部において、突起形状ａ／ｂが１．５以上３．０以下である断面形状であることが好ましい。ａとは、単繊維横断面において、突起部が内接円Ｒ２と接する底辺の最大長さである。ｂとは、突起部が外接円Ｒ１に接する頂点から内接円Ｒ２と接する最大長さを有する底辺へ下した垂線において、底辺に平行な直線を垂線の中央に引いた際の突起部の幅である。突起形状ａ／ｂが１．５以上であれば、突起部間に十分な空隙を有することができ、嵩高くなるため好ましく、十分な空隙を有することで、ロータス効果により撥水性も向上するため好ましい。一方、突起形状ａ／ｂが３．０以下であれば、突起部が他単繊維の突起部間空隙に入り込む確立が低くなり、嵩高性の低減が抑制されるため好ましい。また、摩擦が加えられた際の突起部の変形や剥離が抑制され、嵩高性、撥水性が保持されるため好ましい。突起形状ａ／ｂは、２．０以下であることがより好ましい。また、突起部において、ａ／ｃが０．５以上３．０以下である断面形状であることが好ましい。ｃとは、突起部が外接円Ｒ１に接する頂点から内接円Ｒ２と接する最大長さを有する底辺へ下した垂線の長さである。突起形状ａ／ｃが０．５以上であれば、摩擦が加えられた際の突起部の変形や剥離が抑制され、嵩高性、撥水性が保持されるため好ましい。一方、突起形状ａ／ｃが３．０以下であれば、突起部間に十分な空隙を有することができ、嵩高くなるため好ましく、十分な空隙を有することで、ロータス効果により撥水性も向上するため好ましい。

本発明のポリプロピレン繊維は、繊維横断面中心に対して放射状に突出した突起部を複数箇所有する場合、繊維横断面の外周において等間隔に同形状の突起部を有していることが好ましい。同形状の突起部を等間隔に有することで対称性を有した断面となり、均一な繊維物性を得ることができるため好ましい。

本発明のポリプロピレン繊維は、繊維横断面中心に対して放射状に突出した５カ所以上の突起部を有していることが好ましい。４カ所以下の場合、突起部同士の間隔が広い際に繊維表面に平坦部を形成してしまい、突起部が無い場合の繊維表面に曲面を有する丸断面と比較し、水との接触面が増加してしまい、空気層の形成量が減少し撥水性が低下することから好ましくない。また、繊維表面に平坦部が増加することにより、単繊維同士がより近傍に配置可能となり、嵩高性も低下するため好ましくない。５カ所以上の突起部を有していれば、同単繊維中に存在する突起部同士の間隔が十分に狭く、他単繊維の突起部が入り込み嵩高性が低減することが少ないため好ましい。また、単繊維表面において平坦部が形成されることなく、水滴を滴下した際に突起部同士の間隔に水滴が入り込みにくくなり、空気層の形成量が増えることから撥水性が向上するため好ましい。

本発明のポリプロピレン繊維は、少なくとも１か所以上の中空部を有し、該中空部の中空率が１０％～５０％であることが好ましい。中空率が１０％以上であれば、軽量性、嵩高性が発現し、中実の繊維と比べ軽量となるため好ましい。また、中空率が５０％以下であれば、製糸性の悪化や繊維物性の低下、耐摩耗性の低下が防げるため好ましい。

発明のポリプロピレン繊維は、酸化防止剤を含有していることが好ましい。酸化防止剤を含有することにより、長期保管やタンブラー乾燥によるポリプロピレンの酸化分解を抑制するだけではなく、機械的特性などの繊維特性の耐久性が向上するため好ましい。

本発明における酸化防止剤は、フェノール系化合物、リン系化合物、イオウ系化合物、ヒンダードアミン系化合物のいずれかであることが好ましい。これらの酸化防止剤は１種のみを使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

本発明のポリプロピレン繊維は、繊維の形態に関して特に制限がなく、モノフィラメント、マルチフィラメント、ステープルなどのいずれの形態であってもよいが、異形断面による嵩高性等の特性を生かすためにもマルチフィラメントやステープルなどの形態であることが好ましい。

本発明のポリプロピレン繊維の単繊維繊度は、特に制限がなく、用途や要求特性に応じて適宜選択することができるが、０．５～２０ｄｔｅｘであることが好ましい。本発明における単繊維繊度とは、実施例記載の方法で測定される繊度を単繊維数で除した値を指す。ポリプロピレン繊維の単繊維繊度が０．５ｄｔｅｘ以上であれば、糸切れが少なく、工程通過性が良好であることに加え、使用時に毛羽の発生が少なく、耐久性に優れるため好ましい。一方、ポリプロピレン繊維の単繊維繊度が２０ｄｔｅｘ以下であれば、繊維ならびに繊維構造体の柔軟性を損なうことがないため好ましい
本発明のポリプロピレン繊維のマルチフィラメントとしての繊度は、特に制限がなく、用途や要求特性に応じて適宜選択することができるが、１０～３０００ｄｔｅｘであることが好ましい。本発明における繊度とは、実施例記載の方法で測定される値を指す。ポリプロピレン繊維の繊度が１０ｄｔｅｘ以上であれば、糸切れが少なく、工程通過性が良好であることに加え、使用時に毛羽の発生が少なく、耐久性に優れるため好ましい。一方、ポリプロピレン繊維の繊度が３０００ｄｔｅｘ以下であれば、繊維ならびに繊維構造体の柔軟性を損なうことがないため好ましい。

本発明のポリプロピレン繊維の伸度は、用途や要求特性に応じて後述する製造方法によって調整して使用することが好適である。ここで、本発明の伸度とは、実施例記載の方法で測定される値を指し、伸度は高いほど、急激な変形を加えても繊維が伸長変形して、破断することがなくなるものの、成形加工時に伸長変形することで、繊維製品の特性が不安定になる可能性もあるため、この繊維の取扱性を鑑みると、本発明の繊維の伸度は、３０～６０％であることがより好ましい。特に、伸度が６０％以下であれば、繊維ならびに繊維構造体の寸法安定性が良好となるため好適ある。

また、本発明のポリプロピレン繊維は、その使用に必要となる伸度にあわせて調整すると良く、衣料用途で使用する場合には、３０～５０％、非衣料用途で使用する場合には、２０～４０％に調整することが特に好ましい。

本発明のポリプロピレン繊維は、その少なくとも一部を用いて繊維構造体とした場合、繊維構造体の見かけ比重が１．０以下であることが好ましい。繊維構造体の見かけ比重が１．０以下であれば、本発明のポリプロピレン繊維の嵩高性、軽量性が十分に発揮されており、軽量性繊維構造体として使用できるため好ましい。ここで、繊維構造体の形体については特に制限はなく、編地であっても、織物であっても、または不織布やバインダー繊維を介した構造体であっても良い。

次に、本発明のポリプロピレン繊維の製造方法を以下に示す。

本発明のポリプロピレン繊維の製造方法としては、公知の溶融紡糸方法、延伸方法を用いることができる。

本発明では、溶融紡糸を行う前に原料の含水率を０．３重量％以下としておくことが好ましいため、必要に応じて原料を乾燥させることが好ましい。含水率が０．３重量％以下であれば、溶融紡糸の際に水分によって発泡することがなく、安定して紡糸を行うことが可能となるため好ましい。また、熱可塑性樹脂を含有する場合、その種類によっては加水分解による機械的特性の低下や色調の悪化が抑制されるため好ましい。含水率は０．２重量％以下であることがより好ましく、０．１重量％以下であることが更に好ましい。

ポリマーアロイ型紡糸を行う場合には、紡糸口金から吐出して繊維糸条とする方法として、以下に示す例が挙げられるが、これらに限定されない。第一の例として、海成分と島成分をエクストルーダーなどで事前に溶融混練して海島構造を均一化した複合チップを必要に応じて乾燥した後、溶融紡糸機へチップを供給して溶融し、計量ポンプで計量する。その後、紡糸ブロックにおいて加温した紡糸パックへ導入して、紡糸パック内で溶融ポリマーを濾過した後、紡糸口金から吐出して繊維糸条とする方法が挙げられる。第二の例として、必要に応じてチップを乾燥し、チップの状態で海成分と島成分を混合した後、溶融紡糸機へ混合したチップを供給して溶融し、計量ポンプで計量する。その後、紡糸ブロックにおいて加温した紡糸パックへ導入して、紡糸パック内で溶融ポリマーの海島成分を混練し濾過した後、紡糸口金から吐出して繊維糸条とする方法が挙げられる。第三の例として、最終的な繊維の組成よりも島成分の重量％を多くした複合チップを必要に応じて乾燥した後、複合チップと海成分のチップを別々に供給して溶融し、計量ポンプで計量する。その後、紡糸ブロックにおいて加温した紡糸パックへ導入して、紡糸パック内で溶融ポリマーの海島成分を混練し濾過した後、紡糸口金から吐出して繊維糸条とする方法が挙げられる。第四の例として、最終的な繊維の組成よりも島成分の重量％を多くした複合チップを必要に応じて乾燥した後、複合チップと海成分のチップをチップの状態で混合した後、溶融紡糸機へ混合したチップを供給して溶融し、計量ポンプで計量する。その後、紡糸ブロックにおいて加温した紡糸パックへ導入して、紡糸パック内で溶融ポリマーの海島成分を混練し濾過した後、紡糸口金から吐出して繊維糸条とする方法が挙げられる。

紡糸口金は、スリット状であることが好ましく、異形度Ｍ値を上げるためには、吐出孔外周に向かうにつれて、スリット幅が広がることが好ましい。吐出孔中心に最も近いスリット幅に対し、最外部のスリット幅が１．２～２．０倍に広がっていくことが好ましい。最外部のスリット幅が１．２倍以上であれば、比熱が高いポリプロピレンが紡糸口金から吐出してからも繊維温度が高く変形が進行してしまう場合でも、異形度Ｍ値が十分な値となるため好ましい。一方、最外部のスリット幅が２．０倍以下であれば、異形度Ｍ値が十分な値となり、かつ突起部の繊維中央部側が細くなり耐摩耗性が低下することを防ぐことができるため好ましい。

紡糸口金から吐出された繊維糸条は、冷却装置によって冷却固化し、第１ゴデットローラーで引き取り、第２ゴデットローラーを介してワインダーで巻き取り、巻取糸とする。なお、巻き取り時の張力は、０．０５～０．１０ｃＮ／ｄｔｅｘであることが好ましい。巻き取り時の張力は０．０５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であれば、第２ゴデットローラーとワインダー間の張力が十分となり、安定した巻き取りが行えるため好ましい。一方、巻き取り時の張力が０．１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以下であれば、第２ゴデットローラーとワインダー間の張力が高いことによる糸の擦過過剰による操業性の悪化や、巻取糸の経時での収縮による巻取糸の内層と外層の物性変化を抑制できるため好ましい。また、給油装置を用いて繊維糸条へ給油してもよく、交絡装置を用いて繊維糸条へ交絡を付与してもよい。

溶融紡糸における紡糸温度は、繊維中の各成分の融点や耐熱性などに応じて適宜選択することができるが、２２０～３００℃であることが好ましい。紡糸温度が２２０℃以上であれば、紡糸口金より吐出された繊維糸条の伸長粘度が十分に低下するため吐出が安定し、さらには、紡糸張力が過度に高くならず、糸切れを抑制することができるため好ましい。紡糸温度は２４０℃以上であることがより好ましい。一方、紡糸温度が３００℃以下であれば、紡糸時の熱分解を抑制することができ、得られるポリプロピレン繊維の機械的特性の低下や着色を抑制できるため好ましい。紡糸温度は２６０℃以下であることがより好ましい。

溶融紡糸における紡糸速度は、繊維中の各成分の複合比率、紡糸温度などに応じて適宜選択することができるが、二工程法の場合は１０００～３０００ｍ／分であることが好ましい。二工程法の場合の紡糸速度が１０００ｍ／分以上であれば、走行糸条が安定し、糸切れを抑制することができるため好ましい。一方、二工程法の場合の紡糸速度が３０００ｍ／分以下であれば、紡糸張力の抑制により糸切れなく、安定した紡糸を行うことができ、また紡糸後に巻き取った糸が収縮することのよる巻取糸の内層と外層の物性変化を抑制できるため好ましい。また、一旦巻き取ることなく紡糸と延伸を同時に行う一工程法の場合の紡糸速度は、低速ローラーを１０００～３０００ｍ／分、高速ローラーを２５００～６０００ｍ／分とすることが好ましい。低速ローラーおよび高速ローラーが上記の範囲内であれば、走行糸条が安定するとともに、糸切れを抑制することができ、安定した紡糸を行うことができるため好ましい。

一工程法または二工程法により延伸を行う場合には、一段延伸法または二段以上の多段延伸法のいずれの方法によってもよい。延伸における加熱方法としては、走行糸条を直接的あるいは間接的に加熱できる装置であれば、特に限定されない。

延伸を行う場合の延伸温度は、繊維中の各成分のガラス転移温度や融点、延伸後の繊維の強度、伸度などに応じて適宜選択することができるが、３０～１２０℃であることが好ましい。延伸温度が３０℃以上であれば、延伸に供給される糸条の予熱が充分に行われ、延伸時の熱変形が均一となり、繊度斑の発生を抑制することができ、繊維長手方向の均一性に優れる高品位の繊維を得ることができるため好ましい。一方、延伸温度が１２０℃以下であれば、加熱ローラーとの接触に伴う繊維同士の融着や熱分解を抑制することができ、工程通過性や品位が良好であるため好ましい。また、延伸ローラーに対する繊維の滑り性が良好となるため、糸切れが抑制され、安定した延伸を行うことができるため好ましい。延伸温度は９０℃以下であることがより好ましい。また、１２０～１５０℃の熱セットを行うことが好ましい。１２０℃以上で熱セットを行えば、熱セットで繊維が十分に結晶化し、経時で収縮することによる延伸後の繊維の内層と外層の物性変化を抑制できるため好ましい。一方、熱セット温度が１５０℃以下であれば、繊維同士の融着や熱分解を抑制することができ、工程通過性や品位が良好であるため好ましい。

延伸を行う場合の延伸倍率は、延伸前の繊維の伸度や、延伸後の繊維の強度や伸度などに応じて適宜選択することができるが、１．０２～５．０倍であることが好ましい。延伸倍率が１．０２倍以上であれば、延伸によって繊維の強度や伸度などの機械的特性を向上させることができるため好ましい。延伸倍率は、１．２倍以上であることがより好ましい。一方、延伸倍率が５．０倍以下であれば、延伸時の糸切れが抑制され、安定した延伸を行うことができるため好ましい。延伸倍率は３．５倍以下であることがより好ましい。

延伸を行う場合の延伸速度は、延伸方法が一工程法または二工程法のいずれであるかなどに応じて適宜選択することができる。一工程法の場合には、上記紡糸速度の高速ローラーの速度が延伸速度に相当する。二工程法により延伸を行う場合の延伸速度は、１００～１０００ｍ／分であることが好ましい。延伸速度が１００ｍ／分以上であれば、走行糸条が安定し、糸切れが抑制できるため好ましい。一方、延伸速度が１０００ｍ／分以下であれば、延伸時の糸切れが抑制され、安定した延伸を行うことができるため好ましい。

本発明の繊維構造体の製造方法は特に制限がなく、公知の方法を用途や要求特性に応じて適宜選択することができる。

以下、実施例により本発明をより詳細に説明する。なお、実施例中の各特性値は、以下の方法で求めた。

Ａ．異形度Ｍ値
得られた繊維をエポキシ樹脂で包埋した後、ＬＫＢ製ウルトラミクロトームＬＫＢ－２０８８を用いてエポキシ樹脂ごと、繊維軸に対して垂直方向に繊維を切断し、繊維横断面出しを行った包埋ブロックを作製し、白金－パラジウム合金で蒸着し、日立製走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）Ｓ－４０００型を用いて、倍率１０００～１００００倍の任意の倍率で横断面観察を行い、顕微鏡写真を撮影した。得られた写真から無作為に１０本の繊維を抽出し、画像処理ソフト（三谷商事製ＷＩＮＲＯＯＦ）を用いて、全ての繊維横断面の外接円の直径と、内接円の直径を測定後、１０本の平均値を算出し、繊維横断面の外接円Ｒ１の直径ｒ１（μｍ）と、内接円Ｒ２の直径ｒ２（μｍ）とした。

異形度Ｍ値は、上記で算出した外接円Ｒ１の直径ｒ１と、内接円Ｒ２の直径ｒ２を用いて、下記式
異形度Ｍ値＝ｒ１／ｒ２
によって算出した。

Ｂ．突起形状ａ／ｂ、ａ／ｃ
上記Ａにおいて写真から抽出した１０本の繊維の繊維横断面において、突起部が内接円Ｒ２と接する底辺の最大長さａ（μｍ）、突起部が外接円Ｒ１に接する頂点から内接円Ｒ２と接する最大長さを有する底辺へ下した垂線において、底辺に平行な直線を垂線の中央に引いた際の突起部の幅ｂ（μｍ）、突起部が外接円Ｒ１に接する頂点から内接円Ｒ２と接する最大長さを有する底辺へ下した垂線の長さｃ（μｍ）を測定し、ａ／ｂ、ａ／ｃをそれぞれ算出し、その平均値を算出した。

Ｃ．中空率
上記Ａにおいて写真から抽出した１０本の繊維の繊維横断面における断面の全面積（Ｓ１）と中空部の面積（Ｓ２）を測定し、下記式によって中空率（％）を算出した。

中空率（％）＝（Ｓ２／Ｓ１）×１００
ただし、繊維横断面に複数の中空部が存在する場合は、全ての中空部の面積の総和を中空部の面積（Ｓ２）とし、その平均値を中空率（％）とした。

Ｄ．繊度
温度２０℃、湿度６５％ＲＨの環境下において、ＩＮＴＥＣ製電動検尺機を用いて、得られた繊維１００ｍをかせ取りした。得られたかせの重量を測定し、下記式を用いて繊度（ｄｔｅｘ）を算出した。
繊度（ｄｔｅｘ）＝繊維１００ｍの重量（ｇ）×１００
なお、測定は１試料につき５回行い、その平均値を繊度とした。

Ｅ．強度、伸度
強度および伸度は、得られた繊維を試料とし、ＪＩＳ Ｌ１０１３：２０１０（化学繊維フィラメント糸試験方法）８．５．１に準じて算出した。温度２０℃、湿度６５％ＲＨの環境下において、オリエンテック社製テンシロンＵＴＭ－ＩＩＩ－１００型を用いて、初期試料長２０ｃｍ、引張速度２０ｃｍ／分の条件で引張試験を行った。最大荷重を示す点の応力（ｃＮ）を繊度（ｄｔｅｘ）で除して強度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）を算出し、最大荷重を示す点の伸び（Ｌ１）と初期試料長（Ｌ０）を用いて下記式によって伸度（％）を算出した。
伸度（％）＝｛（Ｌ１－Ｌ０）／Ｌ０｝×１００
なお、測定は１試料につき１０回行い、その平均値を強度および伸度とした。

Ｆ．見かけ比重
見かけ比重は、中空部を有さない繊維については、ＪＩＳ Ｌ１０１３：２０１０（化学繊維フィラメント糸試験方法）８．１７．１（比重（浮沈法））に準じて算出した。重液には水を用い、軽液にはエチルアルコールを用いて比重測定液を調製した。温度２０±０．１℃の恒温槽中において、試料約０．１ｇを比重測定液に３０分間放置した後、試料の浮沈状態を観察した。浮沈状態に応じて重液または軽液を添加して、さらに３０分間放置した後に試料が浮沈平衡状態となったのを確認して、比重測定液の比重を測定し、試料の比重を算出した。

中空部を有する繊維は、中空部を有さない同組成の繊維の見かけ比重（ｄ１）を上記浮沈法より算出し、上記Ｄより算出した中空率（ｈ（％））を用い、下記式を用いて中空部を有する場合の見かけ比重（ｄ２）を算出した。
ｄ２＝ｄ１×（１００－ｈ）÷１００
なお、実施例２５～３０、比較例３の編地の見かけ比重については、編地を構成する撥水性繊維、親水性繊維の見かけ比重を上記条件より算出し、混率を基に算出した。

Ｇ．耐摩耗性
得られた繊維を試料とし、英光産業製丸編機ＮＣＲ－ＢＬ（釜径３インチ半（８．９ｃｍ）、２７ゲージ）を用いて筒編み約２ｇを作製した後、炭酸ナトリウム１．５ｇ／Ｌ、明成化学工業製界面活性剤”グランアップ“ＵＳ－２０ ０．５ｇ／Ｌを含む水溶液中、８０℃で２０分間精練後、流水で３０分水洗し、６０℃の熱風乾燥機内で６０分間乾燥した。精練後の筒編みを１３５℃で１分間乾熱セットし、乾熱セット後の筒編みを試料とし、ＪＩＳ０８４９（２０１３）に記載された摩擦試験機II形（学振形）法に準じ、２Ｎの荷重で１００回往復摩擦させた後、上記Ａ．繊維横断面形状観察に従って断面形状の変化を確認し、Ｓ、Ａ、Ｂ、Ｃの４段階で評価した。評価は、Ｓが最も良く、Ａがその次、Ｂがさらにその次、Ｃが最も劣ることを示す。「断面形状の変化なし」をＳ、「若干の断面形状の変化有り」をＡ、「明確な断面形状の変化有り」をＢ、「断面形状の変化が激しい」をＣとした。

Ｈ．撥水性
得られた繊維を、英光産業製整列巻評価装置（ｍｏｄｅｌ ＳＡＷ－Ｓ０５－６０）を用いて巻取ピッチ０．３ｍｍ、トラバース８回でプレート巻を作製したのち、エタノールに２４時間浸漬させ油剤を除去したプレート巻を試料とし、協和界面化学製接触角計ＤｒｏｐＭａｓｔｅｒ（ＤＭｏ－５０１ＳＡ）を用いて撥水性の評価を行った。

接触角は、カメラ目線に対し水平方向に繊維が巻き取られているようにプレート巻を固定し、２μＬの水滴を滴下し測定した。測定は１試料に対し５回行い、その平均値を接触角とした。

滑落角は、カメラ目線に対し垂直方向に繊維が巻き取られているようにプレート巻を固定し、７μＬの水滴を滴下し、傾斜角度を１°／秒の割合で０°から９０°まで稼働させ、液滴が滑落しカメラ画像上から消える角度を測定した。測定は１試料に対し５回行い、その平均値を滑落角とした。

Ｉ．島成分の不連続性
得られた繊維をエポキシ樹脂で包埋した後、ＬＫＢ製ウルトラミクロトームＬＫＢ－２０８８を用いてエポキシ樹脂ごと、繊維軸に対して垂直方向に繊維を切断し、厚さ約１００ｎｍの超薄切片を得た。得られた超薄切片を四酸化ルテニウムの気相中に常温で約４時間保持して染色した後、染色された面をウルトラミクロトームで切断し、四酸化ルテニウムで染色された超薄切片を作製した。染色された超薄切片について、日立製透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）Ｈ－７１００ＦＡ型を用いて、加速電圧１００ｋＶの条件で繊維軸に対して垂直な断面、すなわち繊維横断面を同一単繊維内において単繊維直径の少なくとも１００００倍以上の任意の間隔で観察し、繊維横断面の顕微鏡写真を５枚撮影した。撮影された写真について、それぞれの繊維横断面における島成分の数および海島構造の形状が異なる場合、島成分が不連続であるとし、島成分が不連続である場合を「Ｙ」、島成分が不連続でない場合を「Ｎ」とした。

Ｊ．Ｌ^＊値
上記Ｇで得られた乾熱セット後の筒編みに対して、分散染料としてＨｕｎｔｓｍａｎ製ＴＥＲＡＴＯＰ Ｂｌｕｅ ＮＦＢを３．０重量％加え、ｐＨを５．０に調整した染色液中、浴比１：３０、１３０℃で４５分間染色後、流水で３０分水洗し、６０℃の熱風乾燥機内で６０分間乾燥した。染色後の筒編みを、水酸化ナトリウム２ｇ／Ｌ、亜ジチオン酸ナトリウム２ｇ／Ｌ、明成化学工業製界面活性剤“グランアップ”ＵＳ－２０ ０．５ｇ／Ｌを含む水溶液中、浴比１：３０、８０℃で２０分間還元洗浄後、流水で３０分水洗し、６０℃の熱風乾燥機内で６０分間乾燥した。還元洗浄後の筒編みを１３５℃で１分間乾熱セットし、仕上げセットを行った。仕上げセット後の筒編みを試料とし、ミノルタ製分光測色計ＣＭ－３７００ｄ型を用いてＤ６５光源、視野角度１０°、光学条件をＳＣＥ（正反射光除去法）としてＬ^＊値を測定した。なお、測定は１試料につき３回行い、その平均値をＬ^＊値とした。

Ｋ．吸水性
得られた編地に対して、撥水性繊維の面積占有率が多い面を表面とし、表面の吸水性をＪＩＳ Ｌ１９０７：２０１０（繊維製品の吸水試験方法）７．１．１（滴下法）に準じて評価した。

さらに洗濯１００回後についても、同様に吸水性を評価した。洗濯方法は、ＪＩＳ Ｌ０２１７：１９９５（繊維製品の取扱いに関する表示記号及びその表示方法）１０３法に準じた。

（実施例１）
ポリプロピレン（ＰＰ）（ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ製ＰＰ３１５５Ｅ５、融解ピーク温度１６３℃、ＭＦＲ３６ｇ／１０分）をエクストルーダー型溶融紡糸機へ供給して溶融させ、紡糸温度２４０℃、吐出量２８．０ｇ／分で紡糸口金（吐出スリット幅（中心部）０．０７ｍｍ、吐出スリット幅（外周部）０．１０ｍｍ、吐出孔長０．３５ｍｍ、孔数４８、六葉孔）から吐出させて紡出糸条を得た。この紡出糸条を、風温２０℃、風速２５ｍ／分の冷却風で冷却し、給油装置で油剤を付与して収束させ、２０００ｍ／分で回転する第１ゴデットローラーで引き取り、第１ゴデットローラーと同じ速度で回転する第２ゴデットローラーを介して、ワインダーで巻き取り１４０ｄｔｅｘ－４８ｆの未延伸糸を得た。得られた未延伸糸を第１ホットローラー温度３０℃、第２ホットローラー温度１４０℃、延伸倍率２．５倍の条件で延伸し、５６ｄｔｅｘ－４８ｆの延伸糸を得た。

得られた繊維の繊維特性および布帛特性の評価結果を表１に示す。得られたポリプロピレン繊維は耐摩耗性、撥水性ともに優れていた。

（実施例２～４、比較例１、２）
Ｍ値を表１に示す通りの断面形状となる口金に変更した以外は、実施例１と同様に延伸糸を作製した。

得られた繊維の繊維特性および布帛特性の評価結果を表１に示す。比較例１では丸断面であるために撥水性が劣り、比較例２では耐摩耗性に劣るものであった。

（実施例５～１２）
突起形状ａ／ｂ、ａ／ｃの値を表２に示す通りの断面形状となる口金に変更した以外は、実施例１と同様に延伸糸を作製した。

得られた繊維の繊維特性および布帛特性の評価結果を表２に示す。実施例８では突起形状ａ／ｂの値が大きく、つまり突起形状が先細りとなっているために、耐摩耗性が低下した。

（実施例１３～１６）
突起数を表３に示す通りの断面形状となる口金に変更した以外は、実施例１と同様に延伸糸を作製した。

得られた繊維の繊維特性および布帛特性の評価結果を表３に示す。突起数が増えるにつれ、撥水性が向上した。

（実施例１７～２１）
中空率を表３に示す通りの断面形状となる口金に変更した以外は、実施例１と同様に延伸糸を作製した。

得られた繊維の繊維特性および布帛特性の評価結果を表３に示す。中空率が増えるにつれ、より軽量となっているものの、強度と耐摩耗性が低下した。

（実施例２２～２４）
ポリマー種を、海成分としてＰＰ（ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ製ＰＰ３１５５Ｅ５）を８９．０重量％、島成分として１，４－シクロヘキサンジカルボン酸を３５ｍｏｌ％共重合したポリエチレンテレフタレートを１０．０重量％、相溶化剤として官能基としてアミノ基を有するスチレン－ブタジエン－ブチレン－スチレン共重合体（旭化成製タフテックＭＰ１０）を１．０重量％の配合に変更した以外は、実施例２２は実施例１、実施例２３は実施例１８、実施例２４は実施例１９と同様に延伸糸を作製した。

得られた繊維の繊維特性および布帛特性の評価結果を表４に示す。この結果から、染色可能な高異形断面ポリプロピレン繊維が作製できたことが確認された。

（実施例２５）
実施例１で得られたポリプロピレン繊維を撥水性繊維として、編地重量中の撥水性繊維の重量比率を百分率で示した際の混率が５０％となるようにし、撥水性繊維がニードル面に、親水性繊維として８４ｄｔｅｘ－４８ｆのポリエチレンテレフタレート糸がシンカー面に配されるように、リバーシブル天竺組織の編地を編成した。編地を炭酸ナトリウム１．５ｇ／Ｌ、明成化学工業製界面活性剤“グランアップ”ＵＳ－２０ ０．５ｇ／Ｌを含む水溶液中、８０℃で２０分間精練後、流水で３０分水洗し、６０℃の熱風乾燥機内で６０分間乾燥し、精練後の編地を１３５℃で１分間乾熱セットした。

得られた編地の特性を表５に示す。吸水性について、初期、洗濯１００回後ともに６０秒以上と、撥水性に優れており、洗濯耐久性もあることがわかる。

（実施例２６～３０）
使用した撥水性繊維とその混率を表５に示す通りに変更した以外は、実施例２５と同様に編地を編成した。

得られた編地の特性を表５に示す。中空繊維を用いることで、見かけ比重が１．０以下と軽く、かつ撥水性に優れた編地が編成できたことがわかる。

（比較例３）
使用した撥水性繊維を、８４ｄｔｅｘ－４８ｆの撥水性ポリエチレンテレフタレート糸に変更した以外は、実施例２５と同様に編地を編成した。ここで、撥水性ポリエチレンテレフタレート糸とは、チーズ染色機で撥水剤を浴中吸尽させ撥水加工したポリエチレンテレフタレート繊維であり、撥水剤としては環境面に配慮したパーフルオロオクタン酸およびパーフルオロオクタンスルホン酸の濃度が０～５ｎｇ／ｇ以下の弗素系撥水剤が２．０ｗｔ％のものを使用した。

得られた編地の特性を表５に示す。見かけ比重が１．４と重く、また初期では吸水性が６０秒以上と撥水性に優れているものの、洗濯１００回後の吸水性が１秒と、洗濯を行うことで撥水性が低下していることがわかる。

本発明のポリプロピレン繊維は、嵩高性を兼ね備え、風合いに優れ、繊維構造体として好適に採用できるポリプロピレン繊維を提供する。

Claims (6)

1. 繊維横断面において、異形度Ｍ値が１．２～３．０であることを特徴とするポリプロピレン繊維。
   ※異形度Ｍ値 ＝ ｒ１／ｒ２
   但し、ｒ１：単繊維の横断面の外接円Ｒ１の直径（μｍ）、ｒ２：単繊維の横断面の内接円Ｒ２の直径（μｍ）
2. 繊維横断面中心に対して放射状に突出した突起部を有し、突起部において、突起形状ａ／ｂが１．５以上３．０以下である請求項１に記載のポリプロピレン繊維。
   ただし、ａ：単繊維横断面おいて、突起部が内接円Ｒ２と接する底辺の最大長さ（μｍ）、ｂ：突起部が外接円Ｒ１に接する頂点から内接円Ｒ２と接する最大長さを有する底辺へ下した垂線において、底辺に平行な直線を垂線の中央に引いた際の突起部の幅（μｍ）
3. 繊維横断面中心に対して放射状に突出した５カ所以上の突起部を有していることを特徴とする請求項１または２に記載のポリプロピレン繊維。
4. 少なくとも１か所以上の中空部を有し、該中空部の中空率が１０％～５０％であることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載のポリプロピレン繊維。
5. 請求項１～４のいずれかに記載のポリプロピレン繊維を少なくとも一部に用いることを特徴とする繊維構造体。
6. 見かけ比重が１．０以下である、請求項５に記載の繊維構造体。
   

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