JP3693552B2 - ポリエステル繊維の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリトリメチレンテレフタレートからなる染色斑の小さいポリエステル繊維の製造方法に関する。さらに詳しくは、紡糸・延伸工程における巻取り時の、巻取り姿の耳高やバーストの発生を抑制して、染色性や強度等の性能にも優れたポリトリメチレンテレフタレート繊維を効率的に生産できる製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリトリメチレンテレフタレートは、弾性率が低くソフトな風合を呈し、且つ弾性回復性や染色性に優れるといったポリアミドに類似した性質、並びに耐光性、熱セット性、寸法安定性、低吸水率といったポリエチレンテレフタレートに類似した性質を併せ持つことから、これらの特徴を生かしてＢＣＦカーペット、ブラシ等の多くの分野への利用が提案されている（特開平９−３７２４号公報、特開平８−１７３２４４号公報、特開平５−２６２８６２号公報）。
【０００３】
すなわち、ポリトリメチレンテレフタレート繊維を用いると、耐光性、熱セット性等の性能が低いというポリアミド繊維の性質が改良されると同時に、低弾性率（ソフトな風合い）、優れた弾性回復性、易染性といったポリアミド類似の繊維を提供することが可能となり、そのために既存のポリアミド繊維と置き換えられる可能性が高い。
【０００４】
これまでに提案されているポリトリメチレンテレフタレート繊維の製造方法は、３００〜４０００ｍ／分で溶融紡糸した未延伸糸を、一旦巻取った後又は巻取ることなく連続して、未延伸糸のガラス転移温度以上の温度で一段又は多段に熱延伸する方法である。例えば、特開昭５２−５３２０号公報には、引取られた未延伸糸を２０〜８０℃の温度で該温度における最大延伸倍率の７０〜９９．９％の倍率で延伸する方法、特開昭５２−８１２３号公報には、複屈折率Δｎが０．００２５以上の未延伸糸を一旦巻取った後又は一旦巻取る事なく連続して延伸し次いで１４０〜１８０℃の加熱固体に接触させて熱処理する方法、特開昭５８−１０４２１６号公報には、速度２０００ｍ／分以上で溶融紡糸した複屈折率Δｎが０．０３５以上の未延伸糸を温度３５〜８０℃の熱ローラを用いて延伸する方法、特開平１１−１７２５２６号公報には、溶融吐出した糸条を保温領域を通過させた後に固化させて未延伸糸を得、これを一旦巻取ることなく連続して延伸熱処理を施した後巻取る方法などが開示されている。
【０００５】
しかしながら、本発明者の研究によれば、特に紡糸と延伸とを別々に行う方法では、得られるポリトリメチレンテレフタレート繊維は収縮力が強いため、例えばチーズ状に巻取る場合にはその巻き姿が耳高の形状になりやすく、また長時間巻取るとバーストを起こしやすいという工程安定性に問題があることがわかった。さらには、例え巻取ることができたとしても、その巻取り姿の不良に起因するためと推定され、染色すると周期的な染め斑が発生しやすいという問題もあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術を背景になされたもので、その目的は、良好な巻取り姿が安定して得られ、染色しても染色斑が発生し難く、しかも強度も良好なポリトリメチレンテレフタレート繊維の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らの研究によれば、上記目的は、「実質的にトリメチレンテレフタレート単位から構成された固有粘度が０．４〜１．５のポリトリメチレンテレフタレート系ポリエステルを紡糸口金より溶融押出し、該吐出糸条を送風領域を通過させて冷却固化させた後にローラーを介して５００〜４０００ｍ／分の速度で引取り、次いで巻取り張力０．０４４〜０．０７１ｃＮ／ｄｔｅｘの下、巻取り綾角４．５〜６．０度で巻取って未延伸糸を得る紡糸工程、及び、該未延伸糸を一段又は多段で熱延伸した後に巻取り張力０．０７１〜０．１３２ｃＮ／ｄｔｅｘ巻取って延伸糸を得る延伸工程とからなるポリエステル繊維の製造方法。」
により達成できることが見出された。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明で用いられるポリエステルは、繰返し単位が実質的にトリメチレンテレフタレート単位から構成されたポリトリメチレンテレフタレート系ポリエステルである。ここでいう「実質的に」とは、ポリトリメチレンテレフタレートホモポリエステルであっても、本発明の効果を損なわない範囲内、通常は全酸成分を基準として１０モル％以下、好ましくは５モル％以下の割合で共重合成分を有するコポリエステルであってもよいことを表す。共重合し得る成分としては、例えばイソフタル酸、コハク酸、アジピン酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、５−ナトリウムスルホイソフタル酸、５−スルホイソフタル酸テトラブチルホスホニウム塩等の酸成分や、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール等のグリコール成分、ε−カプロラクトン、４−ヒドロキシ安息香酸等のヒドロキシカルボン酸成分を挙げることができる。さらには、ポリオキシエチレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等の長鎖グリコール成分の場合には、ポリエステル重量を基準として１０重量％以下、好ましくは５重量％以下の割合で共重合されていてもよい。
【０００９】
また、必要に応じて、各種の添加剤、例えば、艶消し剤、熱安定剤、消泡剤、整色剤、難燃剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、結晶核剤、蛍光増白剤などを、ポリエステルの重合時に添加して共重合又は混合してもよいし、重合後のポリエステルに添加して混合してもよい。
【００１０】
このようなポリエステルの固有粘度［ＩＶ］は、０．４〜１．５好ましくは０．８〜１．２の範囲が、紡糸の工程安定性と得られる延伸糸の機械的特性の点から必要である。固有粘度が０．４未満の場合には、分子量が低すぎるために強度が低下するため好ましくない。なお、固有粘度が０．４以上でも０．８未満の場合には、１５００ｍ／分以下の低紡糸速度で巻取った未延伸糸の安定性が不十分なため、経時変化により結晶化が進行して安定に延伸することができなくなるだけでなく、得られる延伸糸の品質にも斑を生じ易くなるので、０．８以上が好ましい。一方、固有粘度が１．５を越える場合には、溶融粘度が高くなりすぎるため、紡糸時にメルトフラクチャーや紡糸不良が生じるので好ましくない。
【００１１】
本発明においては、上記ポリトリメチレンテレフタレート系ポリエステルを紡糸口金より溶融押出し、該吐出糸条を送風領域を通過させて冷却固化させた後にローラーを介して５００〜４０００ｍ／分の速度で引取る。
【００１２】
溶融押出し温度（紡糸温度）は、高すぎるとポリマーの熱分解による着色や強伸度劣化が起りやすく、一方低すぎると十分な強伸度の繊維を得ることが困難になるので、２５０〜２８５℃の範囲が適当であり、特に２６０〜２８０℃の範囲が好ましい。
【００１３】
溶融吐出した糸条は、送風領域を通過させて冷却固化させる前に、保温領域を通過させて急激な冷却を抑制することが好ましい。この保温領域を通過させることにより、ポリマーの急激な冷却による微細結晶や高度に配向した非晶部分の生成が抑制され、後述する延伸工程で延伸されやすい非晶構造を作ることができ、良好な物性を有する繊維が安定して得ることができる。特に本発明が対象とするポリトリメチレンテレフタレート系ポリエステルは、例えばポリエチレンテレフタレート等のポリエステルに比較すると遥かに速い結晶化速度を有しているので、このような徐冷を行うことは、微細な結晶や極度に配向した非晶部分の生成を抑制する上で極めて有効な方法である。雰囲気温度は８０〜２２０℃の範囲が適当であり、なかでも１００〜２２０℃、特に１５０〜２００℃の範囲が適当である。また、この保温領域の長さは５〜８０ｃｍ、特に１０〜４０ｃｍの範囲が適当である。
【００１４】
また、送風領域における風量は、少なすぎると十分に冷却することが困難になって繊維物性のバラツキ、糸斑が激しくなる傾向にあり、一方多すぎると風による糸条の揺れが激しくなって糸斑が激しくなると共に紡糸性も低下するので０．５〜２．５ｍ3／分の範囲とするのが適当であり、特に１．０〜２．０ｍ3／分の範囲が好ましい。
【００１５】
冷却固化された糸条は、ローラーを介して５００〜４０００ｍ／分の速度、好ましくは１５００〜３５００ｍ／分の速度で引取る必要がある。ここで引取速度が５００ｍ／分未満の場合には、紡糸安定性の面では良好ではあるが、生産性が大きく低下するため好ましくない。一方４０００ｍ／分を越える場合には、得られる未延伸糸の非晶部配向や部分的な結晶化が進みすぎ、後述する延伸工程で十分な延伸倍率で延伸することが困難になり、安定した生産性の下で十分な強度を有する延伸糸を得ることが困難になるので好ましくない。なお、引取る際のローラーの数は特に限定されず、単独でも２以上の複数であってもよいが、通常は一対のローラー群を介して引取られる。この際、第一のローラーと第二のローラーの回転速度（周速）は、紡糸安定性を損なわない範囲内で異ならしてもよいが、通常は同一速度とする。
【００１６】
次いで引取られた糸条は、巻取り装置により巻き取られるが、この際、巻取り張力を０．０４４〜０．０７１ｃＮ／ｄｔｅｘの範囲、好ましくは０．０４９〜０．０６２ｃＮ／ｄｔｅｘの範囲とし、且つ巻取り綾角を４．５〜６．０度、好ましくは５．０〜５．８度の範囲として一旦未延伸糸として巻き取る。巻取り張力が０．０４４ｃＮ／ｄｔｅｘ未満の場合には引取りローラーに糸条が巻付きやすくなるため好ましくない。逆に０．０７１ｃＮ／ｄｔｅｘを超える場合にはポリトリメチレンテレフタレート系ポリエステルの高い弾性回復性能に起因し、巻き締まりが発生して巻き姿が変形するため、それから得られる延伸糸は強度や染色性等に斑が発生しやすくなるので好ましくない。なお、巻取り張力を制御する方法は任意であるが、例えば巻取機の速度を引取りローラー群の最終のローラーの速度よりも低くすることにより、容易に達成できる。
【００１７】
また、巻取り綾角綾角が４．５度未満の場合には、綾落ちしやすくなって安定に巻取ることができなくなり、逆に６．０度を越える場合には糸の大きな収縮力によって巻き姿が変形し、巻取り面とタッチローラーとの接する部分にバラツキが生じてタッチローラーとの接触面積が少なくなり、その結果接圧の集中が起こってバーストしやすくなるので好ましくない。
【００１８】
なお、上記の紡糸工程においては、必要に応じて糸条をインターレース等の交絡付与装置を通して交絡を付与してもよい。その際、交絡付与装置は引取りローラーの前後いずれであってもよく、また、複数のローラー群を介して引取る場合にはその中間の位置であってもよい。さらには、必要に応じて２ヶ所以上の位置で交絡処理してもよい。
【００１９】
本発明においては、上記紡糸工程で一旦巻取られた未延伸糸は、一段又は多段で熱延伸した後に巻取り張力０．０７１〜０．１３２ｃＮ／ｄｔｅｘ、好ましくは０．０８０〜０．１２０ｃＮ／ｄｔｅｘで巻き取る。
【００２０】
延伸温度は、低すぎると均一な延伸を行うことが困難になり繊維性能に斑を生じやすくなり、一方、高すぎると融着が発生しやすくなるので、５０〜９０℃の範囲が適当であり、特に６０〜８０℃の範囲が好ましい。また、その際の延伸倍率は、低すぎると繊維特性が不十分となり、一方高すぎると延伸時に毛羽や断糸が発生しやすくなるので、該未延伸糸の該延伸温度における最大延伸倍率（ＤＲＭＡＸ）の０．６〜０．９５倍、特に０．７〜０．９倍の範囲で延伸するのが適等である。
【００２１】
延伸された糸条は、沸水収縮率を抑制するため、温度１００〜１７０℃、好ましくは１２０〜１５０℃で熱セットを施す。熱セット温度が１００℃未満の場合にはセット効果が不十分で沸水収縮率が高くなる傾向にあり、一方１７０℃を超える場合にはヒーターに糸が融着して単糸切れや断糸が多発するようになる。なお、熱セットに使用されるヒーターには特に制限はなく、プレートヒーター、加熱ローラー、非接触ヒーター等従来公知のヒーターを使用することができる。
【００２２】
熱セットされた糸条は、例えばオーバーフィード（最終延伸ローラーの速度に対して巻取りローラーの速度を遅くする割合）を３〜１０％とすることにより、巻取り張力０．０７１〜０．１３２ｃＮ／ｄｔｅｘ、好ましくは０．０８０〜０．１２０ｃＮ／ｄｔｅｘで巻取る必要がある。ここで、巻取り張力が０．０７１ｃＮ／ｄｔｅｘ未満の場合には安定に巻取ることが困難になり、逆に０．１３２ｃＮ／ｄｔｅｘを超える場合には、最終ローラーと巻取機の間で延伸が起こって得られる延伸糸の物性がばらついてしまうので好ましくない。
【００２３】
以上に説明した本発明の製造方法により得られるポリエステル繊維は、例えば衣料用途における一般的な伸度である１０〜４５％に伸度を調整した場合、強度は３．０〜５．０ｇ／ｄｅ、１０％伸長時の弾性回復率は８５〜１００％、熱応力のピーク値は０．２６５〜０．８８３ｃＮ／ｄｔｅｘ、沸水収縮率は５〜１７％の範囲の性能の繊維が得られる。
【００２４】
本発明者のさらなる詳細な検討によれば、前記延伸熱セット条件を適宜選択して熱応力のピーク値が０．３５３ｇ／ｄｔｅｘ以上、伸度が３５％以下となるようにすれば、弾性回復性能は向上して１０％伸長時の弾性回復率が良好となりストレッチ性に優れた織編物が得られること、熱応力のピーク値を高くしすぎて０．７０６ｃＮ／ｄｔｅｘを超えるようにすれば、弾性回復率は向上するものの収縮が大きくなりすぎるため織編密度を低くしても得られる布帛が堅くなりやすいこと、沸水収縮率を７％未満にすれば、熱応力のピーク値が十分高くても収縮量が小くなりすぎるため得られる布帛はペーパーライクになりやすいことが見出された。また、熱応力のピーク温度は１５０〜１８０℃の範囲とするのが適当であり、かくすれば、この温度範囲で得られる布帛を熱セットすることにより、十分かつ適切に収縮処理することができ、１５０℃未満では低すぎるため、使用時にアイロンを当てる際、繊維の微細構造変化が起こりやすいことが見出された。
【００２５】
本発明にかかるポリエステル繊維は、衣料用途においてはマルチフィラメント糸が好ましい。その際、総繊度は特に限定する必要はないが、通常は１１〜２２０ｄｔｅｘ、特に３３〜１１０ｄｔｅｘの範囲が適当であり、単糸繊度も特に限定する必要はないが０．１１〜５．６ｄｔｅｘ、特に１．１〜３．３ｄｔｅｘの範囲が適当である。また、繊維の断面形状は丸、三角、その他の多角形、扁平、Ｌ型、Ｗ型、十字型、井型、ドッグボーン型等制限はなく、さらには中実繊維であっても中空繊維であってもよい。
【００２６】
【実施例】
以下、実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明する。なお、実施例中における各特性値は下記の方法で測定した。
【００２７】
（１）固有粘度
温度３５℃のオルソクロロフェノールを溶媒として常法にしたがって求めた。
【００２８】
（２）張力測定
東レ（株）社製ＴＥＮＳＩＯＮ ＡＮＡＬＹＺＥＲ ＭＯＤＥＬＴＴＡ−８０１を用い、紡糸の場合には最終引取りローラーと巻取りローラーの間、延伸の場合には最終延伸ローラーと巻取りローラー間で測定した。
【００２９】
（３）破断強伸度
島津製作所製オートグラフ引張試験機を用い、サンプル長２００ｍｍ、引張速度２００ｍｍ／分で破断強度及び伸度を試料３点につき測定し、その平均を求めた。
【００３０】
（４）沸水収縮率（ＢＷＳ）
試料を１０回巻いて作った２００ｍｍのかせに、０．０２６５ｃＮ／ｄｔｅｘ（０．０３ｇ／ｄｅ）の荷重をぶら下げた時の長さＬ0を測定し、その後、無荷重の状態で温度１００℃の沸騰水中に３０分浸した後、十分乾燥させてから上記と同様の荷重をかけた時の長さＬ1を測定する。沸水収縮率（ＢＷＳ）を下記式から算出した。
ＢＷＳ（％）＝１００×（Ｌ0−Ｌ1）／Ｌ0
【００３１】
（５）１０％伸長時の弾性回復率
試料繊維を、チャック間距離２５０ｍｍで引張試験機に取付け、引張速度５０ｍｍ／分で伸長率１０％まで伸長した後１分間放置する。次いで、引張と同じ５０ｍｍ／分の速度で元の試料長までもどし、この時応力がかかっている状態でのチャックの移動距離（Ｌ’ｍｍ）を読みとり、以下の式に従って求めた。
弾性回復率（％）＝〔Ｌ’／２５〕×１００
【００３２】
（６）熱応力
鐘紡エンジニアリング社製のＫＥ−２を用いた。初過重０．０４４２ｃＮ／ｄｔｅｘ（０．０５ｇ／ｄ）、昇温速度１００℃／分で測定した。得られたデーターを、横軸に温度、縦軸に熱応力をプロットし、熱応力の最大点の値を熱応力のピーク値とし、その時の温度を熱応力のピーク温度とした。
【００３３】
［実施例１］
固有粘度が１．０２５のポリトリメチレンテレフタレート定法により乾燥して水分を５０ｐｐｍにした後、２６５℃で溶融させ、直径０．３ｍｍの吐出孔を３６個有する一重配列の紡糸口金を通して押出した。押出された溶融吐出糸条は、長さ１０ｃｍ、温度１８０℃の保温領域を通過させた後、風量１．２ｍ3／分の送風領域を通過させて急冷固化させた。次にこの固化した糸条を速度２５２５ｍ／分の第一ロール及び速度２５２５ｍ／分の第二ロールを介して引取り、次いで速度２５００ｍ／分の巻取機で巻き取った。この時、第二ロールと巻取りロール間の張力は０．０５６ｃＮ／ｄｔｅｘ（０．０６４ｇ／ｄｅ）であった。綾角は５．５°に設定した。
【００３４】
得られた未延伸糸は、延伸温度６０℃、セット温度（プレートヒーター）１３０℃、延伸倍率１．８倍（ＤＲＭＡＸの０．８２倍）、オーバーフィード率５．６％、巻取速度５００ｍ／分の条件で一段延伸して８３ｄｔｅｘ/３６ｆｉｌ（７５ｄ／３６ｆ）の延伸糸を得た。この時の巻取り張力は０．１１４ｃＮ／ｄｔｅｘ（０．１３ｇ／ｄｅ）であった。紡糸延伸条件及び得られた繊維の評価結果を表１に示す。紡糸、延伸過程で糸切れ、毛羽の発生は認められず、巻取り姿も良好であった。また、弾性回復率は９０％以上を示し、かつ筒網染色結果において染斑も見られず良好なものであった。
【００３５】
［実施例２〜６］
実施例１において、表１に記載のように紡糸延伸条件を変更する以外は実施例１と同様に行って８３ｄｔｅｘ/３６ｆｉｌ（７５ｄ／３６ｆ）の繊維を得た。紡糸延伸条件及び得られた繊維の評価結果を合わせて表１に示す。いずれも紡糸、延伸過程で糸切れ、毛羽の発生は認められず、巻取り姿も良好であった。また、弾性回復率は８５％以上を示し、かつ筒網染色結果において染斑も見られず良好なものであった。
【００３６】
【表１】
【００３７】
［比較例１〜６］
実施例１のポリマーを用いて、表２に示した条件で８３ｄｔｅｘ/３６ｆｉｌ（７５ｄ／３６ｆ）の繊維を得た。表２に示すようにいずれも本発明の範囲をはずれるものであり、巻き姿が耳高で不良かつ染色斑が激しかった。
【００３８】
【表２】
【００３９】
【発明の効果】
本発明のポリエステル繊維の製造方法によれば、染色しても染色斑が発生し難く、且つ強度等も良好な高品質のポリトリメチレンテレフタレート系ポリエステル繊維を安定して製造することができ、工業的価値は極めて大きいものである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリトリメチレンテレフタレートからなる染色斑の小さいポリエステル繊維の製造方法に関する。さらに詳しくは、紡糸・延伸工程における巻取り時の、巻取り姿の耳高やバーストの発生を抑制して、染色性や強度等の性能にも優れたポリトリメチレンテレフタレート繊維を効率的に生産できる製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリトリメチレンテレフタレートは、弾性率が低くソフトな風合を呈し、且つ弾性回復性や染色性に優れるといったポリアミドに類似した性質、並びに耐光性、熱セット性、寸法安定性、低吸水率といったポリエチレンテレフタレートに類似した性質を併せ持つことから、これらの特徴を生かしてＢＣＦカーペット、ブラシ等の多くの分野への利用が提案されている（特開平９−３７２４号公報、特開平８−１７３２４４号公報、特開平５−２６２８６２号公報）。
【０００３】
すなわち、ポリトリメチレンテレフタレート繊維を用いると、耐光性、熱セット性等の性能が低いというポリアミド繊維の性質が改良されると同時に、低弾性率（ソフトな風合い）、優れた弾性回復性、易染性といったポリアミド類似の繊維を提供することが可能となり、そのために既存のポリアミド繊維と置き換えられる可能性が高い。
【０００４】
これまでに提案されているポリトリメチレンテレフタレート繊維の製造方法は、３００〜４０００ｍ／分で溶融紡糸した未延伸糸を、一旦巻取った後又は巻取ることなく連続して、未延伸糸のガラス転移温度以上の温度で一段又は多段に熱延伸する方法である。例えば、特開昭５２−５３２０号公報には、引取られた未延伸糸を２０〜８０℃の温度で該温度における最大延伸倍率の７０〜９９．９％の倍率で延伸する方法、特開昭５２−８１２３号公報には、複屈折率Δｎが０．００２５以上の未延伸糸を一旦巻取った後又は一旦巻取る事なく連続して延伸し次いで１４０〜１８０℃の加熱固体に接触させて熱処理する方法、特開昭５８−１０４２１６号公報には、速度２０００ｍ／分以上で溶融紡糸した複屈折率Δｎが０．０３５以上の未延伸糸を温度３５〜８０℃の熱ローラを用いて延伸する方法、特開平１１−１７２５２６号公報には、溶融吐出した糸条を保温領域を通過させた後に固化させて未延伸糸を得、これを一旦巻取ることなく連続して延伸熱処理を施した後巻取る方法などが開示されている。
【０００５】
しかしながら、本発明者の研究によれば、特に紡糸と延伸とを別々に行う方法では、得られるポリトリメチレンテレフタレート繊維は収縮力が強いため、例えばチーズ状に巻取る場合にはその巻き姿が耳高の形状になりやすく、また長時間巻取るとバーストを起こしやすいという工程安定性に問題があることがわかった。さらには、例え巻取ることができたとしても、その巻取り姿の不良に起因するためと推定され、染色すると周期的な染め斑が発生しやすいという問題もあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術を背景になされたもので、その目的は、良好な巻取り姿が安定して得られ、染色しても染色斑が発生し難く、しかも強度も良好なポリトリメチレンテレフタレート繊維の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らの研究によれば、上記目的は、「実質的にトリメチレンテレフタレート単位から構成された固有粘度が０．４〜１．５のポリトリメチレンテレフタレート系ポリエステルを紡糸口金より溶融押出し、該吐出糸条を送風領域を通過させて冷却固化させた後にローラーを介して５００〜４０００ｍ／分の速度で引取り、次いで巻取り張力０．０４４〜０．０７１ｃＮ／ｄｔｅｘの下、巻取り綾角４．５〜６．０度で巻取って未延伸糸を得る紡糸工程、及び、該未延伸糸を一段又は多段で熱延伸した後に巻取り張力０．０７１〜０．１３２ｃＮ／ｄｔｅｘ巻取って延伸糸を得る延伸工程とからなるポリエステル繊維の製造方法。」
により達成できることが見出された。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明で用いられるポリエステルは、繰返し単位が実質的にトリメチレンテレフタレート単位から構成されたポリトリメチレンテレフタレート系ポリエステルである。ここでいう「実質的に」とは、ポリトリメチレンテレフタレートホモポリエステルであっても、本発明の効果を損なわない範囲内、通常は全酸成分を基準として１０モル％以下、好ましくは５モル％以下の割合で共重合成分を有するコポリエステルであってもよいことを表す。共重合し得る成分としては、例えばイソフタル酸、コハク酸、アジピン酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、５−ナトリウムスルホイソフタル酸、５−スルホイソフタル酸テトラブチルホスホニウム塩等の酸成分や、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール等のグリコール成分、ε−カプロラクトン、４−ヒドロキシ安息香酸等のヒドロキシカルボン酸成分を挙げることができる。さらには、ポリオキシエチレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等の長鎖グリコール成分の場合には、ポリエステル重量を基準として１０重量％以下、好ましくは５重量％以下の割合で共重合されていてもよい。
【０００９】
また、必要に応じて、各種の添加剤、例えば、艶消し剤、熱安定剤、消泡剤、整色剤、難燃剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、結晶核剤、蛍光増白剤などを、ポリエステルの重合時に添加して共重合又は混合してもよいし、重合後のポリエステルに添加して混合してもよい。
【００１０】
このようなポリエステルの固有粘度［ＩＶ］は、０．４〜１．５好ましくは０．８〜１．２の範囲が、紡糸の工程安定性と得られる延伸糸の機械的特性の点から必要である。固有粘度が０．４未満の場合には、分子量が低すぎるために強度が低下するため好ましくない。なお、固有粘度が０．４以上でも０．８未満の場合には、１５００ｍ／分以下の低紡糸速度で巻取った未延伸糸の安定性が不十分なため、経時変化により結晶化が進行して安定に延伸することができなくなるだけでなく、得られる延伸糸の品質にも斑を生じ易くなるので、０．８以上が好ましい。一方、固有粘度が１．５を越える場合には、溶融粘度が高くなりすぎるため、紡糸時にメルトフラクチャーや紡糸不良が生じるので好ましくない。
【００１１】
本発明においては、上記ポリトリメチレンテレフタレート系ポリエステルを紡糸口金より溶融押出し、該吐出糸条を送風領域を通過させて冷却固化させた後にローラーを介して５００〜４０００ｍ／分の速度で引取る。
【００１２】
溶融押出し温度（紡糸温度）は、高すぎるとポリマーの熱分解による着色や強伸度劣化が起りやすく、一方低すぎると十分な強伸度の繊維を得ることが困難になるので、２５０〜２８５℃の範囲が適当であり、特に２６０〜２８０℃の範囲が好ましい。
【００１３】
溶融吐出した糸条は、送風領域を通過させて冷却固化させる前に、保温領域を通過させて急激な冷却を抑制することが好ましい。この保温領域を通過させることにより、ポリマーの急激な冷却による微細結晶や高度に配向した非晶部分の生成が抑制され、後述する延伸工程で延伸されやすい非晶構造を作ることができ、良好な物性を有する繊維が安定して得ることができる。特に本発明が対象とするポリトリメチレンテレフタレート系ポリエステルは、例えばポリエチレンテレフタレート等のポリエステルに比較すると遥かに速い結晶化速度を有しているので、このような徐冷を行うことは、微細な結晶や極度に配向した非晶部分の生成を抑制する上で極めて有効な方法である。雰囲気温度は８０〜２２０℃の範囲が適当であり、なかでも１００〜２２０℃、特に１５０〜２００℃の範囲が適当である。また、この保温領域の長さは５〜８０ｃｍ、特に１０〜４０ｃｍの範囲が適当である。
【００１４】
また、送風領域における風量は、少なすぎると十分に冷却することが困難になって繊維物性のバラツキ、糸斑が激しくなる傾向にあり、一方多すぎると風による糸条の揺れが激しくなって糸斑が激しくなると共に紡糸性も低下するので０．５〜２．５ｍ3／分の範囲とするのが適当であり、特に１．０〜２．０ｍ3／分の範囲が好ましい。
【００１５】
冷却固化された糸条は、ローラーを介して５００〜４０００ｍ／分の速度、好ましくは１５００〜３５００ｍ／分の速度で引取る必要がある。ここで引取速度が５００ｍ／分未満の場合には、紡糸安定性の面では良好ではあるが、生産性が大きく低下するため好ましくない。一方４０００ｍ／分を越える場合には、得られる未延伸糸の非晶部配向や部分的な結晶化が進みすぎ、後述する延伸工程で十分な延伸倍率で延伸することが困難になり、安定した生産性の下で十分な強度を有する延伸糸を得ることが困難になるので好ましくない。なお、引取る際のローラーの数は特に限定されず、単独でも２以上の複数であってもよいが、通常は一対のローラー群を介して引取られる。この際、第一のローラーと第二のローラーの回転速度（周速）は、紡糸安定性を損なわない範囲内で異ならしてもよいが、通常は同一速度とする。
【００１６】
次いで引取られた糸条は、巻取り装置により巻き取られるが、この際、巻取り張力を０．０４４〜０．０７１ｃＮ／ｄｔｅｘの範囲、好ましくは０．０４９〜０．０６２ｃＮ／ｄｔｅｘの範囲とし、且つ巻取り綾角を４．５〜６．０度、好ましくは５．０〜５．８度の範囲として一旦未延伸糸として巻き取る。巻取り張力が０．０４４ｃＮ／ｄｔｅｘ未満の場合には引取りローラーに糸条が巻付きやすくなるため好ましくない。逆に０．０７１ｃＮ／ｄｔｅｘを超える場合にはポリトリメチレンテレフタレート系ポリエステルの高い弾性回復性能に起因し、巻き締まりが発生して巻き姿が変形するため、それから得られる延伸糸は強度や染色性等に斑が発生しやすくなるので好ましくない。なお、巻取り張力を制御する方法は任意であるが、例えば巻取機の速度を引取りローラー群の最終のローラーの速度よりも低くすることにより、容易に達成できる。
【００１７】
また、巻取り綾角綾角が４．５度未満の場合には、綾落ちしやすくなって安定に巻取ることができなくなり、逆に６．０度を越える場合には糸の大きな収縮力によって巻き姿が変形し、巻取り面とタッチローラーとの接する部分にバラツキが生じてタッチローラーとの接触面積が少なくなり、その結果接圧の集中が起こってバーストしやすくなるので好ましくない。
【００１８】
なお、上記の紡糸工程においては、必要に応じて糸条をインターレース等の交絡付与装置を通して交絡を付与してもよい。その際、交絡付与装置は引取りローラーの前後いずれであってもよく、また、複数のローラー群を介して引取る場合にはその中間の位置であってもよい。さらには、必要に応じて２ヶ所以上の位置で交絡処理してもよい。
【００１９】
本発明においては、上記紡糸工程で一旦巻取られた未延伸糸は、一段又は多段で熱延伸した後に巻取り張力０．０７１〜０．１３２ｃＮ／ｄｔｅｘ、好ましくは０．０８０〜０．１２０ｃＮ／ｄｔｅｘで巻き取る。
【００２０】
延伸温度は、低すぎると均一な延伸を行うことが困難になり繊維性能に斑を生じやすくなり、一方、高すぎると融着が発生しやすくなるので、５０〜９０℃の範囲が適当であり、特に６０〜８０℃の範囲が好ましい。また、その際の延伸倍率は、低すぎると繊維特性が不十分となり、一方高すぎると延伸時に毛羽や断糸が発生しやすくなるので、該未延伸糸の該延伸温度における最大延伸倍率（ＤＲＭＡＸ）の０．６〜０．９５倍、特に０．７〜０．９倍の範囲で延伸するのが適等である。
【００２１】
延伸された糸条は、沸水収縮率を抑制するため、温度１００〜１７０℃、好ましくは１２０〜１５０℃で熱セットを施す。熱セット温度が１００℃未満の場合にはセット効果が不十分で沸水収縮率が高くなる傾向にあり、一方１７０℃を超える場合にはヒーターに糸が融着して単糸切れや断糸が多発するようになる。なお、熱セットに使用されるヒーターには特に制限はなく、プレートヒーター、加熱ローラー、非接触ヒーター等従来公知のヒーターを使用することができる。
【００２２】
熱セットされた糸条は、例えばオーバーフィード（最終延伸ローラーの速度に対して巻取りローラーの速度を遅くする割合）を３〜１０％とすることにより、巻取り張力０．０７１〜０．１３２ｃＮ／ｄｔｅｘ、好ましくは０．０８０〜０．１２０ｃＮ／ｄｔｅｘで巻取る必要がある。ここで、巻取り張力が０．０７１ｃＮ／ｄｔｅｘ未満の場合には安定に巻取ることが困難になり、逆に０．１３２ｃＮ／ｄｔｅｘを超える場合には、最終ローラーと巻取機の間で延伸が起こって得られる延伸糸の物性がばらついてしまうので好ましくない。
【００２３】
以上に説明した本発明の製造方法により得られるポリエステル繊維は、例えば衣料用途における一般的な伸度である１０〜４５％に伸度を調整した場合、強度は３．０〜５．０ｇ／ｄｅ、１０％伸長時の弾性回復率は８５〜１００％、熱応力のピーク値は０．２６５〜０．８８３ｃＮ／ｄｔｅｘ、沸水収縮率は５〜１７％の範囲の性能の繊維が得られる。
【００２４】
本発明者のさらなる詳細な検討によれば、前記延伸熱セット条件を適宜選択して熱応力のピーク値が０．３５３ｇ／ｄｔｅｘ以上、伸度が３５％以下となるようにすれば、弾性回復性能は向上して１０％伸長時の弾性回復率が良好となりストレッチ性に優れた織編物が得られること、熱応力のピーク値を高くしすぎて０．７０６ｃＮ／ｄｔｅｘを超えるようにすれば、弾性回復率は向上するものの収縮が大きくなりすぎるため織編密度を低くしても得られる布帛が堅くなりやすいこと、沸水収縮率を７％未満にすれば、熱応力のピーク値が十分高くても収縮量が小くなりすぎるため得られる布帛はペーパーライクになりやすいことが見出された。また、熱応力のピーク温度は１５０〜１８０℃の範囲とするのが適当であり、かくすれば、この温度範囲で得られる布帛を熱セットすることにより、十分かつ適切に収縮処理することができ、１５０℃未満では低すぎるため、使用時にアイロンを当てる際、繊維の微細構造変化が起こりやすいことが見出された。
【００２５】
本発明にかかるポリエステル繊維は、衣料用途においてはマルチフィラメント糸が好ましい。その際、総繊度は特に限定する必要はないが、通常は１１〜２２０ｄｔｅｘ、特に３３〜１１０ｄｔｅｘの範囲が適当であり、単糸繊度も特に限定する必要はないが０．１１〜５．６ｄｔｅｘ、特に１．１〜３．３ｄｔｅｘの範囲が適当である。また、繊維の断面形状は丸、三角、その他の多角形、扁平、Ｌ型、Ｗ型、十字型、井型、ドッグボーン型等制限はなく、さらには中実繊維であっても中空繊維であってもよい。
【００２６】
【実施例】
以下、実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明する。なお、実施例中における各特性値は下記の方法で測定した。
【００２７】
（１）固有粘度
温度３５℃のオルソクロロフェノールを溶媒として常法にしたがって求めた。
【００２８】
（２）張力測定
東レ（株）社製ＴＥＮＳＩＯＮ ＡＮＡＬＹＺＥＲ ＭＯＤＥＬＴＴＡ−８０１を用い、紡糸の場合には最終引取りローラーと巻取りローラーの間、延伸の場合には最終延伸ローラーと巻取りローラー間で測定した。
【００２９】
（３）破断強伸度
島津製作所製オートグラフ引張試験機を用い、サンプル長２００ｍｍ、引張速度２００ｍｍ／分で破断強度及び伸度を試料３点につき測定し、その平均を求めた。
【００３０】
（４）沸水収縮率（ＢＷＳ）
試料を１０回巻いて作った２００ｍｍのかせに、０．０２６５ｃＮ／ｄｔｅｘ（０．０３ｇ／ｄｅ）の荷重をぶら下げた時の長さＬ0を測定し、その後、無荷重の状態で温度１００℃の沸騰水中に３０分浸した後、十分乾燥させてから上記と同様の荷重をかけた時の長さＬ1を測定する。沸水収縮率（ＢＷＳ）を下記式から算出した。
ＢＷＳ（％）＝１００×（Ｌ0−Ｌ1）／Ｌ0
【００３１】
（５）１０％伸長時の弾性回復率
試料繊維を、チャック間距離２５０ｍｍで引張試験機に取付け、引張速度５０ｍｍ／分で伸長率１０％まで伸長した後１分間放置する。次いで、引張と同じ５０ｍｍ／分の速度で元の試料長までもどし、この時応力がかかっている状態でのチャックの移動距離（Ｌ’ｍｍ）を読みとり、以下の式に従って求めた。
弾性回復率（％）＝〔Ｌ’／２５〕×１００
【００３２】
（６）熱応力
鐘紡エンジニアリング社製のＫＥ−２を用いた。初過重０．０４４２ｃＮ／ｄｔｅｘ（０．０５ｇ／ｄ）、昇温速度１００℃／分で測定した。得られたデーターを、横軸に温度、縦軸に熱応力をプロットし、熱応力の最大点の値を熱応力のピーク値とし、その時の温度を熱応力のピーク温度とした。
【００３３】
［実施例１］
固有粘度が１．０２５のポリトリメチレンテレフタレート定法により乾燥して水分を５０ｐｐｍにした後、２６５℃で溶融させ、直径０．３ｍｍの吐出孔を３６個有する一重配列の紡糸口金を通して押出した。押出された溶融吐出糸条は、長さ１０ｃｍ、温度１８０℃の保温領域を通過させた後、風量１．２ｍ3／分の送風領域を通過させて急冷固化させた。次にこの固化した糸条を速度２５２５ｍ／分の第一ロール及び速度２５２５ｍ／分の第二ロールを介して引取り、次いで速度２５００ｍ／分の巻取機で巻き取った。この時、第二ロールと巻取りロール間の張力は０．０５６ｃＮ／ｄｔｅｘ（０．０６４ｇ／ｄｅ）であった。綾角は５．５°に設定した。
【００３４】
得られた未延伸糸は、延伸温度６０℃、セット温度（プレートヒーター）１３０℃、延伸倍率１．８倍（ＤＲＭＡＸの０．８２倍）、オーバーフィード率５．６％、巻取速度５００ｍ／分の条件で一段延伸して８３ｄｔｅｘ/３６ｆｉｌ（７５ｄ／３６ｆ）の延伸糸を得た。この時の巻取り張力は０．１１４ｃＮ／ｄｔｅｘ（０．１３ｇ／ｄｅ）であった。紡糸延伸条件及び得られた繊維の評価結果を表１に示す。紡糸、延伸過程で糸切れ、毛羽の発生は認められず、巻取り姿も良好であった。また、弾性回復率は９０％以上を示し、かつ筒網染色結果において染斑も見られず良好なものであった。
【００３５】
［実施例２〜６］
実施例１において、表１に記載のように紡糸延伸条件を変更する以外は実施例１と同様に行って８３ｄｔｅｘ/３６ｆｉｌ（７５ｄ／３６ｆ）の繊維を得た。紡糸延伸条件及び得られた繊維の評価結果を合わせて表１に示す。いずれも紡糸、延伸過程で糸切れ、毛羽の発生は認められず、巻取り姿も良好であった。また、弾性回復率は８５％以上を示し、かつ筒網染色結果において染斑も見られず良好なものであった。
【００３６】
【表１】
［比較例１〜６］
実施例１のポリマーを用いて、表２に示した条件で８３ｄｔｅｘ/３６ｆｉｌ（７５ｄ／３６ｆ）の繊維を得た。表２に示すようにいずれも本発明の範囲をはずれるものであり、巻き姿が耳高で不良かつ染色斑が激しかった。
【００３８】
【表２】
【発明の効果】
本発明のポリエステル繊維の製造方法によれば、染色しても染色斑が発生し難く、且つ強度等も良好な高品質のポリトリメチレンテレフタレート系ポリエステル繊維を安定して製造することができ、工業的価値は極めて大きいものである。
Claims (4)
- 実質的にトリメチレンテレフタレート単位から構成された固有粘度が０．４〜１．５のポリトリメチレンテレフタレート系ポリエステルを紡糸口金より溶融押出し、該吐出糸条を送風領域を通過させて冷却固化させた後にローラーを介して５００〜４０００ｍ／分の速度で引取り、次いで巻取り張力０．０４４〜０．０７１ｃＮ／ｄｔｅｘの下、巻取り綾角４．５〜６．０度で巻取って未延伸糸を得る紡糸工程、及び、該未延伸糸を一段又は多段で熱延伸した後に巻取り張力０．０７１〜０．１３２ｃＮ／ｄｔｅｘ巻取って延伸糸を得る延伸工程とからなるポリエステル繊維の製造方法。
- ポリトリメチレンテレフタレート系ポリエステルを紡糸温度２５０〜２８５℃で紡糸口金より押出し、該吐出糸条を雰囲気温度が８０〜２２０℃、長さ５〜８０ｃｍの保温領域を通過させた後に送風領域を通過させる請求項１記載のポリエステル繊維の製造方法。
- 送風領域の風量が０．５〜２．５ｍ3／分である請求項１又は２記載のポリエステル繊維の製造方法。
- 延伸温度５０〜９０℃で未延伸糸の最大延伸倍率の０．６〜０．９５倍に延伸し、次いで温度１００〜１７０℃で熱セットした後に巻取る請求項１〜３のいずれか１項に記載のポリエステル繊維の製造方法。
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