JP2023094152A

JP2023094152A - ポリエステルマルチフィラメント

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Publication number: JP2023094152A
Application number: JP2021209453A
Authority: JP
Inventors: 弘晃大西; Hiroaki Onishi; 聖英高堂; Kiyohide Takado; 健太郎高木; Kentaro Takaki
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2021-12-23
Filing date: 2021-12-23
Publication date: 2023-07-05

Abstract

【課題】発色性に優れた、捲縮性に優れた加工糸が得られるカチオン可染性のポリエステルマルチフィラメントを提供する。【解決手段】金属スルホネート基を含有するイソフタル酸成分をポリエステルの全ジカルボン酸に対して０．８～２．５モル％含有し、定応力伸長領域伸度が３０～５５％であるポリエステルマルチフィラメント。【選択図】なし

Description

本発明は、カチオン可染性のポリエステルマルチフィラメントに関するものである。さらに詳しくは、付加価値のある加工糸が得られるポリエステル高配向未延伸マルチフィラメントに関するものである。

高配向未延伸糸（以下、ＰＯＹと称する）は、延伸に用いることはもちろんのこと、そのまま延伸仮撚り加工にも供し得る利点を有しているため、工業的に重要な位置を占めている。仮撚り加工糸に関しては、このＰＯＹを用いて延伸と仮撚りを同時に行う延伸仮撚り加工を採用することにより、旧来の延伸糸を仮撚りする加工方法に比べて大幅な生産性の向上が達成された。

さらに、荷重－伸び曲線（以下、Ｓ－Ｓ曲線と称す）上で一定の応力で伸長される定応力伸長領域（以下、ＮＤＲと称する）を適度に持ったＰＯＹは、自然延伸比以下の倍率で不均一延伸加工することで、繊維長手方向に太細を発現して染色した際に濃淡染色差による杢感を発現することから、婦人・紳士用アウターやカジュアルウエアなどの薄地織物用途にて高評価を得ている。このように、ＰＯＹは、糸加工を施すことで付加価値を付け、バリエーションに富んだ加工糸が得られる。

一方、近年ファッションの多様化、用途の拡大が進み、婦人・紳士用アウターやカジュアルウエアなどでは、カラーに対する要望は依然として高い。ポリエステル繊維の染色性を向上させる技術として、各種の提案がなされている。例えば、特許文献１には、５－ナトリウムスルホイソフタル酸成分および／またはイソフタル酸成分を共重合することで発色性に優れるカチオン染料可染性ポリエステル繊維が提案されている。

また、特許文献２には、金属スルホネート基を含有するイソフタル酸成分とポリオキシアルキレングリコール成分を共重合することと、繊維表面改質の相乗効果で発色性に優れるポリエステル未延伸糸が提案されている。

特開２００８－６９４９０号公報特開２００７－６３７１３号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載のポリエステル繊維は、カチオン可染性成分を共重合している為、一般的なＰＯＹが示すＳ－Ｓ曲線挙動が得られず低伸度となり、単糸１万ｍ単位体積当たりのＮＤＲも発現しないか、著しく低くなる。

このような繊維では、糸加工を施す際に加工条件に制約ができ付加価値が得られないか、得られてもその特徴が十分に発揮できていなかった。例えば、ＮＤＲが小さいＰＯＹを加工する場合、延伸倍率を小さくした条件でしか加工ができないため、強度が低く、捲縮特性が低い糸しか得られない。また、ＮＤＲが小さいＰＯＹを用いて不均一延伸加工を施した場合、杢感が得られない。

そこで本発明は、上述した問題点を解決し、発色性に優れた付加価値（捲縮性）のある加工糸が得られるカチオン可染性のポリエステルマルチフィラメントを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は次の構成からなる。
（１）金属スルホネート基を含有するイソフタル酸成分をポリエステルの全ジカルボン酸に対して０．８～２．５モル％含有し、単糸１万ｍ単位体積当たりにおける定応力伸長領域伸度が３０～５５％であるポリエステルマルチフィラメント。
（２）７０℃、１５分処理の単糸１万ｍ単位体積当たりにおける温水熱収縮率が３５～６０％である（１）記載のポリエステルマルチフィラメント。
（３）単糸繊度が０．６～２．０ｄｔｅｘである（１）または（２）記載のポリエステルマルチフィラメント。

本発明によれば、発色性に優れた、捲縮性に優れた加工糸が得られるカチオン可染性のポリエステルマルチフィラメントを提供することができる。

定応力伸長領域（ＮＤＲ）を説明するためのＳ－Ｓ曲線

以下、本発明のポリエステルマルチフィラメントについて詳述する。

本発明におけるポリエステルの主成分は、テレフタル酸またはそのエステル形成性誘導体及びエチレングリコールまたはそのエステル形成性誘導体を、エステル化またはエステル交換反応させた後に得られるポリエチレンテレフタレートである。

本発明のポリエステルマルチフィラメントは、ポリエステルの全ジカルボン酸成分に対して金属スルホネート基を含有するイソフタル酸成分を０．８モル％～２．５モル％含有するものであり、良好なカチオン可染性を有するものである。好ましくは１．０モル％～２．０モル％である。０．８モル％より少ないと、カチオン染料染色性が不足し、発色性に劣る。２．５モル％より多いと、カチオン染料染色性は良くなるものの、得られる糸の強度が低くなり加工操業性が悪くなる。

この金属スルホネート基を含有するイソフタル酸成分は、公知の金属スルホネート基を含有するイソフタル酸成分を使用することができるが、好ましくは５－ナトリウムスルホイソフタル酸ジメチルである。

本発明のポリエステルマルチフィラメントは、そのＳ－Ｓ曲線において単糸１万ｍ単位体積当たりにおいて３０％～５５％の定応力伸長領域伸度（ＮＤＲ伸度Ａ）を示す。本発明でいうＮＤＲ伸度Ａとは、図１に示すＳ－Ｓ曲線において一定の応力で伸長される定応力伸長領域終点の伸度を単糸繊度で割った値である。かかる範囲とすることで、糸加工工程で適正な延伸倍率が設定でき、加工糸の付加価値を発現することができる。例えば、延伸仮撚りした場合には優れた捲縮特性が得られる。好ましくは３５％～４８％である。３０％未満の場合、加工する際の延伸倍率が低くなり、強度が低く捲縮特性が低い加工糸が得られる。５５％を超えると、定伸長応力領域が広く仮撚り加工時の加工張力が低くなり常用の加工延伸倍率で安定して加工できず、操業性が悪くなる。また、捲縮が不均一となり品質異常となる。

本発明のポリエステルマルチフィラメントの伸度は１５０％～２６０％であることが好ましい。伸度をかかる範囲とすることにより、糸加工工程で適正な加工延伸倍率が設定でき、加工糸の付加価値を発現することができ、安定した加工張力で生産可能となる。延伸仮撚りした場合には、優れた捲縮特性が得られる。

本発明のポリエステルマルチフィラメントの強度は１．２ｃＮ／ｄｔｅｘ～２．２ｃＮ／ｄｔｅｘであることが好ましい。強度をかかる範囲とすることにより、糸加工工程で適正な加工延伸倍率で加工しても、優れた操業性が得られる。また、得られる加工糸の強度や布帛の引き裂き強力に優れる。

本発明のポリエステルマルチフィラメントは、７０℃、１５分処理の温水熱収縮率が単糸１万ｍ単位体積当たりにおいて３５％～６０％であることが好ましい。単糸１万ｍ単位体積当たりの温水熱収縮率が３５％以上であると、繊維構造が安定化しており、強・伸度の経時変化が小さいため好ましい。さらに、加工時の延伸倍率を高く設定できることから捲縮特性に優れた加工糸が得られる。

本発明のポリエステルマルチフィラメントの総繊度は、特に限定しないが、衣料用途の場合、通常使用される総繊度であればよく、３００ｄｔｅｘ以下であることが好ましい。また、総繊度の下限は布帛製造に支障をきたさない範囲であれば特に限定はしないが、５ｄｔｅｘ以上であることが好ましい。

本発明のポリエステルマルチフィラメントの単糸繊度は０．６ｄｔｅｘ～２．０ｄｔｅｘであることが好ましい。定応力伸長領域は単糸繊度が細い程短くなり、０．６ｄｔｅｘ以上とすることにより高次加工に適した定応力伸長領域が得られる。２．０ｄｔｅｘ以下とすることにより、得られる加工糸を用いた布帛のソフト性に優れた風合いが得られる。

本発明のポリエステルマルチフィラメントの製造方法を説明する。

本発明におけるポリエステルマルチフィラメントは、ＤＳＣにより測定される融点の異なる２種のポリエステルを溶融混合紡糸してなるものである。

融点の異なる２種類のポリエステルとして、ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体及びジオールまたはそのエステル形成性誘導体を、エステル化またはエステル交換反応させた後に得られるポリエチレンテレフタレート（以下、ポリエステルＡと称す）と
ポリエステルＡに第３成分として金属スルホネート基を含有するイソフタル酸成分を共重合したポリエチレンテレフタレート（以下、共重合ポリエステルＢと称す）を用いる。

また、ポリエステルＡと共重合ポリエステルＢのそれぞれに対して、酸化チタンやシリカ微粒子を添加してもよい。酸化チタンは白色顔料であるため、添加量に応じてクリア～マット調のカラーを演出することができる。また、シリカ微粒子添加による繊維表面状態の改質を行うと、さらなる発色性向上が期待できる。

本発明におけるカチオン可染性ポリエステルマルチフィラメントは、ＤＳＣにより測定される融点の異なる２種のポリエステルを溶融混合して得られるため、そのＳ－Ｓ曲線挙動は、共重合ポリエステルＢ単独のＰＯＹのＳ－Ｓ曲線挙動よりも定応力伸長領域が広く、ＮＤＲ伸度、伸度も高伸度側にシフトし、ポリエステルＡ単独のＰＯＹのＳ－Ｓ曲線寄りになる。このＮＤＲ伸長を３０％以上にするには、溶融混合する２種のポリエステルの重量混合比率を変更することで調整できる。

ポリエステルＡと共重合ポリエステルＢを溶融混合する方法として、２種のポリエステルポリマーを別々に溶融し、ミキサーで溶融混練する溶融混練法、２種のポリエステルポリマーをチップの状態で混合し溶融する方法などを用いることができる。

また、これらを組み合わせた方法を用いると共重合ポリエステルＢを偏りなくマルチフィラメント中に分散させ、Ｓ－Ｓ曲線において３０～５５％のＮＤＲ伸度Ａを有するＰＯＹが得られる。また、破断強度も高く保つことができる。より具体的には、ポリエステルＡと共重合ポリエステルＢをそれぞれチップ化、計量し、混合した後、エクストルーダーを用いて溶融混練し、更に配管ミキサーにより攪拌混合する。

溶融混練では、単軸あるいは複軸のエクストルーダーにより強固に混練することが好ましい。溶融混練後の攪拌混合に用いる配管ミキサーは、配管内に１８０度の右捻りエレメントと左捻りエレメントとを移送方向（流れ方向）に交互に直交位置に隣接させて配することで、被移送体へ位置変換と分割作用とを繰返し与えるものが好ましい。分割、位置変換の回数は５回以上とすると、２種のポリエステルポリマーを強固に攪拌混合できるため好ましい。より好ましくは６回以上である。

共重合ポリエステルＢにおいて、共重合される金属スルホネート基を含有するイソフタル酸成分は、共重合ポリエステルＢにおける全カルボン酸成分に対して３．９～６．０モル％であることが相溶性の観点から好ましい。金属スルホネート基を含有するイソフタル酸成分の割合をかかる範囲とすることにより、２種のポリエステルポリマーの相溶性が増し、本発明のポリエステルマルチフィラメントの破断強度を保ちつつＮＤＲ伸度を調整することができ好ましい。

ポリエステルＡと共重合ポリエステルＢの混合重量比は、ポリエステルＡと共重合ポリエステルＢの合計量１００重量％に対して、ポリエステルＡの割合を５５重量％以上とする。好ましくは８０重量％以下である。ポリエステルＡの割合をかかる範囲とすることにより、ポリエステルＡ単独マルチフィラメントのＳ－Ｓ曲線側にシフトし、単糸１万ｍ単位体積当たりにおけるＮＤＲ伸度が３０％以上になる。

すなわち、糸加工工程で適正な延伸倍率が設定でき、加工糸の付加価値を発現することができ、安定した加工張力で生産可能となる。例えば、延伸仮撚りした場合には優れた捲縮特性が得られる。

一方、共重合ポリエステルＢの割合が４５重量％を超える場合、共重合ポリエステルＢ単独のマルチフィラメントのＳ－Ｓ曲線側にシフトし、定応力伸長領域が狭く、単糸１万ｍ単位体積当たりにおけるＮＤＲ伸度も３０％未満となる。例えば、延伸仮撚する場合には、延伸倍率を低く設定するしかなく、捲縮特性も低くなる。

本発明のポリエステルマルチフィラメントの紡糸温度におけるポリエステルＡの溶融粘度（Ｐａ）と共重合ポリエステルＢの溶融粘度（Ｐｂ）の比（Ｐｂ／Ｐａ）は０．７～２．０とするのが相溶性の観点から好ましい。より好ましくは０．９～１．６である。溶融粘度比をかかる範囲とすることにより、２種類のポリエステルの相溶性が増し、本発明のポリエステルマルチフィラメントの破断強度を保ちつつ単糸１万ｍ単位体積当たりにおけるＮＤＲ伸度を調整することができ好ましい。

本発明において、２種のポリエステルポリマーのエステル交換反応の抑制は、各々のポリエステルが溶融混合される時間を短くすることで可能となる。溶融混合している時間が長いと各々のポリエステルがエステル交換反応を起こし、各々のポリエステル固有の融点ピークが消失し１つの融点ピークになるので好ましくなく、溶融混合している時間は３０分以下が好ましく、２０分以下であれば更に好ましい。

本発明のポリエステルマルチフィラメントは、２０００ｍ／分～４０００ｍ／分で引き取る。２０００ｍ／分以上で引き取ることで、繊維構造が安定化し、強度１．２ｃＮ／ｄｔｅｘ以上のＰＯＹが得られる。２０００ｍ／分未満で引き取る場合、繊維構造が不安定で未延伸糸に近い状態となり強度が低くなる。４０００ｍ／分以下で引き取ることで、１５０％以上の伸度を保持し３０％以上の単糸１万ｍ単位体積当たりにおけるＮＤＲ伸度が得られる。４０００ｍ／分を超える速度で引き取る場合、伸度が低くなる。原糸の操業性が悪化し、原糸毛羽が発生しやすくなる。好ましい引き取り速度は２２００ｍ／分～２８００ｍ／分である。

本発明のポリエステルマルチフィラメントは、公知の糸加工が施される。糸加工の方法は限定されるものではないが、例示すると、仮撚加工法、不均一延伸加工法、タスラン混繊等の複合加工等が挙げられる。例えば、仮撚り加工では捲縮、不均一延伸加工では杢感というように、加工法独特の特徴が付与できる。

以下、実施例を挙げて具体的に説明する。なお、実施例の主な測定値は以下の方法で測定した。

（１）溶融粘度
チップ試料を、真空乾燥機によって水分率２００ｐｐｍ以下とし、東洋精機製キャピログラフ１Ｂによって、歪速度を段階的に変更して溶融粘度を測定した。なお、測定温度は紡糸温度と同様にし、実施例あるいは比較例には１２１６ｓ^－１の溶融粘度を記載している。ちなみに、加熱炉にサンプルを投入してから測定開始までを５分とし、窒素雰囲気下で測定を行った。

（２）金属スルホネート基を含有するイソフタル酸成分のモル率（Ｓ分量）
チップ、繊維（ＰＯＹ）試料を、蛍光Ｘ線分析装置（（株）リガク製ＺＳＸ－１００ｅ）を用い、元素を分析した。Ｓ元素量にＳ成分の分子量を乗ずることで算出した。

（３）ＤＳＣ曲線
チップ、繊維（ＰＯＹ）試料を、示差走査熱量計（ＴＡｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製ＤＳＣ２９２０）を用い、２０℃から２７０℃まで２℃／分の昇温条件で、ＤＳＣ曲線を測定した。２００～２７０℃の間に観測される吸熱ピークの温度を融点（Ｔｍ）とした。

（４）繊度・単糸繊度
ＪＩＳＬ１０１３（２０１０、化学繊維フィラメント糸試験方法）に従い測定した。

繊維（ＰＯＹ、仮撚り糸）試料を、解舒張力を調整し、枠周１．０ｍの検尺機で１００回巻き、天秤を用いて重量を測定し、１００倍することにより得られた重量を繊度とした。また、繊度をフィラメント数で除した値を単糸繊度とした。なお、解舒張力は、仮撚糸の場合は１／１１．１（ｇ／ｄｔｅｘ）、ＰＯＹの場合は１／３３．３（ｇ／ｄｔｅｘ）とした。

（５）Ｓ－Ｓ曲線（強度、伸度、ＮＤＲ伸度）
繊維（ＰＯＹ）試料を、引張り試験機（オリエンテック製ＴＥＮＳＩＬＯＮＲＴＣ－１２１０Ａ）を用い、ＪＩＳＬ１０１３（２０１０、化学繊維フィラメント糸試験方法）に従い、掴み間隔は５ｃｍ、引張り速度は４０ｃｍ／分で、荷重－伸び曲線（Ｓ－Ｓ曲線）を測定した。伸度はＳ－Ｓ曲線における破断強力を示した点の伸びから求めた。強度は破断強力を繊度で除して算出した。ＮＤＲ伸度は、引張り試験機で得た図１に示すチャート上のＡの伸度を読み取った。なお、Ｎ＝５の測定値の算術平均値で表した。単糸１万ｍ単位体積当たりにおけるＮＤＲ伸度は、以下計算式より算出した。
単糸１万ｍ単位体積当たりにおけるＮＤＲ伸度＝算出したＮＤＲ／（総繊度／フィラメント数）。

（６）温水熱収縮率
繊維（ＰＯＹ）試料を、枠周１．０ｍの検尺機を用い、１０回分のカセを作製し、以下の式に従い計算した。なお、原長、処理後長ともに測定時は荷重｛（表示繊度（ｄｔｅｘ）×２）ｇ｝をかけて測定した。収縮処理について７０℃、１５分間浸漬処理した。さらに、単糸１万ｍ単位体積当たりの温水熱収縮率を以下計算式より算出した。
温水熱収縮率（％）＝｛（原長（Ｌ１）－処理後長（Ｌ２））／原長（Ｌ１）｝×１００
単糸１万ｍ単位体積当たりの温水熱収縮率（％）＝温水熱収縮率／（総繊度／フィラメント数）。

（７）発色性（Ｌ値）
＜筒編み地作成、染色＞
繊維（仮撚糸）試料を用いて、目付１５０ｇ／ｍ^２の筒編み地を作製し、染料アイゼンカチロンブルーＧＬＨ０．７％ｏｗｆ、助剤に酢酸０．５ｃｃ／Ｌ、酢酸ソーダ０．１５ｇ／Ｌの染液の中に作製した丸編物を投入し、５０℃の温度で１５分間染色後に、９８℃／３０分の条件で昇温し、更に２０分間撹拌染色を行った。
＜Ｌ値＞
染色筒編み地を、色差計（スガ試験機製、ＳＭカラーコンピュータ型式ＳＭ－Ｔ４５）を用い、Ｌ値を測定した。Ｌ値は２０～４０の範囲を合格とした。

（８）伸縮復元率ＣＲ
繊維（仮撚糸）試料を、周長１．０ｍの検尺機にて１０回巻きしてカセ取りした後、このカセに繊度×０．００２×巻取回数×２／１．１１１ｇの初加重をかけて、９０℃×２０分間熱水処理し、脱水後１２時間以上放置する。放置後のカセに初荷重と繊度×０．１×巻取回数×２／１．１１１ｇの測定加重をかけて水中に垂下し２分間放置する。放置したカセの長さを測りＬとする。さらに、測定荷重を除き初荷重だけにした状態で３分間放置し、カセの長さを測りＬ１とする。次式により、伸縮復元率ＣＲを求めた。
伸縮復元率ＣＲ（％）＝｛（Ｌ－Ｌ１）／Ｌ｝×１００。

［実施例１］
融点２５５℃であるポリエチレンテレフタレートに酸化チタン０．３０重量％含有するポリエステルＡと、ポリエチレンテレフタレートに５－ナトリウムスルホイソフタル酸をＳ分量が４．９２ｍｏｌ％共重合した、酸化チタンを含有してない、融点２４０℃である共重合ポリエステルＢを用いた。ポリエステルＡと共重合ポリエステルＢの溶融粘度比（Ｐｂ／Ｐａ）は１．３とした。

ポリエステルＡと共重合ポリエステルＢとを、それぞれ別のホッパーからポリエステルＡと共重合ポリエステルＢを６７：３３の割合で仕込み、一軸押出混練機の混練温度２８５℃、混練時の軸回転数を１２０ｒｐｍとして混練し、分割、位置変換の回数１２回の配管ミキサーを通し、溶融滞留時間１５分にて、紡糸パックに供した。

溶融紡糸装置に内蔵された紡糸パック（紡糸温度２９０℃）に上述した溶融ポリマを導き、濾過した後、円形の吐出口金から紡出し、糸条の外側から内側へ冷却風を当てて糸条を冷却固化し、給油装置により油剤を付与したのち（純油分０．９質量％）、引取速度２４００ｍ／分で巻き取り、１２５ｄｔｅｘ、９６フィラメントのポリエステルマルチフィラメント（ＰＯＹ）を得た。

得られたポリエステルＰＯＹを、第１ヒーター温度１７６℃で熱処理を施し、加工速度５８４ｍ／分、加工倍率２．０倍で、仮撚具にフリクションディスクを使用した延伸仮撚を行い、６６ｄｔｅｘ、９６フィラメントのポリエステル仮撚加工糸を得た。評価結果は表１の通りである。

［実施例２～５］
共重合ポリエステルＢ中Ｓ分量とポリエステルＡと共重合ポリエステルＢの混合重量比を表１の通り変更した以外は実施例１に準じて製糸し、ポリエステルＰＯＹを得た。評価結果は表１の通りである。

［実施例６～９］
共重合ポリエステルＢ中Ｓ分量とポリエステルＡと共重合ポリエステルＢの混合重量比を表１の通り変更した以外は実施例１に準じて製糸し、ポリエステルＰＯＹを得た。評価結果は表１の通りである。

［実施例１０］
分割、位置変換の回数５回の配管ミキサーを用いる以外は実施例１に準じて製糸し、ポリエステルＰＯＹを得た。評価結果は表１の通りである。

［実施例１１、１２］
ポリエステルＡと共重合ポリエステルＢの溶融粘度比を表１の通り変更した以外は実施例１に準じて製糸し、ポリエステルＰＯＹを得た。評価結果は表１の通りである。

［比較例１］
ジメチル（５－ナトリウムスルホ）イソフタル酸を全ジカルボン酸に対して１．６モル％含有する共重合ポリエステルを用いたこと以外は、実施例１に準じて製糸し、ポリエステルＰＯＹを得た。評価結果は表２の通りである。

［比較例２］
ポリエステルＡを１００％で用いたこと以外は、実施例１に準じて製糸し、ポリエステルＰＯＹを得た。評価結果は表２の通りである。

［比較例３、４］
共重合ポリエステルＢ中Ｓ分量とポリエステルＡと共重合ポリエステルＢの混合重量比を表２の通り変更した以外は実施例１に準じて製糸し、ポリエステルＰＯＹを得た。評価結果は表２の通りである。

［比較例５，６］
共重合ポリエステルＢ中Ｓ分量とポリエステルＡと共重合ポリエステルＢの混合重量比を表２の通り変更した以外は実施例１に準じて製糸し、ポリエステルＰＯＹを得た。評価結果は表２の通りである。

［比較例７］
共重合ポリエステルＢ中Ｓ分量を表２の通り変更した以外は実施例１に準じて製糸し、ポリエステルＰＯＹを得た。評価結果は表２の通りである。

Ａ：定応力伸長領域伸度
Ｂ：破断点伸度

Claims

金属スルホネート基を含有するイソフタル酸成分をポリエステルの全ジカルボン酸に対して０．８～２．５モル％含有し、単糸１万ｍ単位体積当たりにおける定応力伸長領域伸度が３０～５５％であるポリエステルマルチフィラメント。
７０℃、１５分処理の単糸１万ｍ単位体積当たりにおける温水熱収縮率が３５～６０％である請求項１記載のポリエステルマルチフィラメント。
単糸繊度が０．６～２．０ｄｔｅｘである請求項１または２記載のポリエステルマルチフィラメント。