JP3736432B2

JP3736432B2 - 吸湿性に優れたポリエステル繊維

Info

Publication number: JP3736432B2
Application number: JP2001347761A
Authority: JP
Inventors: 敏弘佐々木; 恵寛成瀬; 雅俊青山
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2001-11-13
Publication date: 2006-01-18
Anticipated expiration: 2021-11-13
Also published as: JP2002363824A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は吸湿性、粒子分散性に優れたポリエステル繊維に関する。より詳しくは、吸湿性、粒子分散性に優れたポリエステル繊維を均一かつ安定して生産化できるため、粗大粒子による紡糸時の糸切れが少なく、生産性に優れるばかりか着用快適性を有する合成繊維用途や帯電防止性を有するポリエステル繊維に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリエチレンテレフタレートを始めとするいわいるポリエステルは、強度や熱安定性、耐薬品性などに優れるため、繊維やフィルム、組成物などの用途に広く用いられている。しかし、ポリエチレンテレフタレートは本質的に疎水性であるため、きわめて吸放湿性に乏しく、衣服として用いられる場合には、高湿時において“むれ感”を生じたり、冬場の低湿時には静電気を生じたりと、着用快適性においては好ましい素材とはいえない。
【０００３】
この欠点を解消するため、例えば特開昭48-8270号公報に提案されているように、側鎖にオキシアルキレングリコールを有するジオールの共重合、特開平2-26985号公報におけるスルホン酸金属塩含有ジカルボン酸の共重合など、吸湿性能を有する化合物をポリエステルに共重合する方法が提案されている。しかし吸湿成分を共重合することによってポリマー全体が改質されてしまい、耐候性が低下したり、優れた機械的特性というポリエステルの持つ本来の利点が失われてしまうという大きな問題を抱えている。
【０００４】
また、特開昭52-74020号公報にみられるように、ポリエステル繊維にアクリル酸やメタアクリル酸をグラフト重合して、それらのカルボキシル基をアルカリ金属で置換することにより吸湿性を付与する方法が知られている。しかし、耐光性の低下、吸湿部分が組成物あるいは繊維表層に付着していることによるぬめりの発生や経時的な強度低下の問題を有していることから、実用化には至っていない。
【０００５】
これらの問題を解決するため、繊維用途においては高い吸湿性を有する吸湿性樹脂を芯部とし、ポリエステルの鞘部で覆った芯鞘型複合繊維が特開平2-99612号公報、特開平4-361616号公報、特開平4-341617号公報、特開平9-132871号公報等に提案されている。しかしながら、これら芯鞘型複合繊維の場合、精練や染色などの熱水処理時に芯部の吸湿性樹脂が水を含んで大きく膨潤するため、繊維表面にひび割れ（鞘割れ）が発生し、吸湿性樹脂の外部への流出や、染色堅牢性の著しい悪化など布帛品位が低下する欠点があった。この鞘割れを抑制する目的で、前もって溶融紡糸の段階から吸湿性の芯成分に隣接する中空部を設けておく方法が、特開平9-111579号公報また特開昭52-55721号公報により提案されているが、たとえ中空部を有する形状に繊維化した場合にも繊維に撚糸加工や仮撚加工を施した場合には中空部の潰れが生じ、その後の熱水処理によって前述の場合と同じく吸湿ポリマーの膨潤に起因する鞘割れが生じてしまう欠点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前記従来技術の問題点を克服して、ポリエステルの優れた特性を維持しながら、高い吸湿特性能、粒子分散性に優れたポリエステル繊維を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題は、細孔容積が０．５ｍｌ／ｇ以上、比表面積が５００ｍ^２／ｇ以上のシリカ系無機粒子を１〜２０重量％と、該シリカ系無機粒子とは粒子表面の電位が相反する酸化アルミニウム粒子または硫酸バリウム粒子を含有してなる吸湿性に優れたポリエステル繊維で解決することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内容を具体的に説明する。
【０００９】
本発明に於いて細孔容積が０．５ｍｌ／ｇ以上、比表面積が５００ｍ²／ｇ以上のシリカ系無機粒子は繊維に吸湿性を付与するための必須成分であり、具体的には粒子の５０％以上がＳｉＯ₂で構成される粒子であり、ホワイトカーボン、シリカゾル、シリカゲル等が挙げられ、好ましくはＳｉＯ₂含有量が９５％以上のシリカ、さらに好ましくは湿式シリカである。
【００１０】
本発明で用いられるシリカ系無機粒子はその比表面積が５００ｍ²／ｇ以上であることが好ましい。この比表面積が小さい場合には吸湿性能が不十分なものしか得られない。
【００１１】
本発明で用いられるシリカ系無機粒子はその細孔容積が０．５（ｍｌ／ｇ）以上であることが好ましい。この細孔容積が小さい場合には吸湿性能が不十分なものしかえられない。
【００１２】
本発明において用いられるシリカ系無機粒子の平均粒径は重合時の増粘性、溶融成型性から０．０１〜１０μmが好ましい。より好ましいシリカ系無機微粒子の平均粒径は０．１〜５μmである。
【００１３】
また本発明で用いるシリカ系無機粒子には、吸湿性という観点から３個／ｎｍ²以上のシラノール基が粒子表面に存在することが好ましい。
【００１４】
また、シリカ系無機粒子の標準状態での吸湿率は、これを用いた合成繊維の吸湿性を高めるため、高ければ高い方が好ましいが、２０％以上であることが好ましく、さらに好ましくは２５％以上である。
【００１５】
本発明のシリカ系無機粒子には該粒子と相反する表面電位を有する無機粒子を含有する必要がある。両者を併用することで吸湿性能を維持できるばかりか、粒子分散性に優れたポリエステル繊維とすることができる。表面電位は、ζ−電位として測定でき、純水中に無機粒子を添加して稀薄スラリーとし、通常の電気泳動法によって測定した値である。無機粒子の濃度は、ζ−電位に直接関係ないが無機粒子を純水中に分散させるに際して、通常、無機粒子を純水に対して１〜１００ｐｐｍの濃度とするのが好ましい。
【００１６】
表面電位の相反する無機粒子としては、細孔容積が０．５ｍｌ／ｇ以上、比表面積が５００ｍ^２／ｇ以上のシリカ系無機粒子がマイナスの電位であればプラス帯電の無機粒子を用いる。ζ−電位がプラスの無機粒子は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムである。酸化アルミニウム、硫酸バリウムはポリエステル合成時の溶融粘度上昇を抑制でき生産安定性が良好となり好ましい。
【００１７】
本発明におけるポリエステルは、優れた強度という観点から、その８０モル％以上がアルキレンテレフタレート繰り返し単位からなるものであり、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリ−１，３−プロピレンテレフタレート、ポリエチレン−２，６−ナフタレンジカルボキシレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート等が挙げられ、中でも繊維とした場合の強度、耐光性などの点から、ポリエチレンテレフタレート、ポリ−１，３−プロピレンテレフタレートが好ましい。
【００１８】
このエチレンテレフタレートを主たる繰り返し単位とするポリエステルは、本発明の目的を損なわない範囲で他の第３成分が共重合されていてもよい。例えば、テレフタル酸の代わりに用いうる化合物としては、イソフタル酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルジカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸等の、芳香族、脂肪族、脂環族ジカルボン酸及びそれらの誘導体を挙げることが出来る。エチレングリコールの代わりに用いうるジオール化合物としては、プロピレングリコール、テトラメチレングリコール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ポリアルキレングリコール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＳのような芳香族、脂肪族、脂環族のジオール化合物を挙げることができる。なお、これらのポリマーには必要に応じてたとえば艶消し剤、制電剤、消臭剤、微細孔形成剤等を含有せしめても良い。
【００１９】
また、ポリマー自体の吸湿性を向上させる目的から、スルホイソフタル酸金属塩を０．５〜２０モル％共重合することが好ましい。これらの共重合比率は、十分な吸放湿性、強度という観点から、より好ましくは１〜１０モル％である。
【００２０】
さらに同様な目的から分子量６００〜２００００のポリオキシアルキレングリコールを０．５〜１５重量％共重合することが好ましく、より好ましくは２〜１０重量％である。
また、用いるポリオキシアルキレングリコールとして具体的にはポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリエチレンオキシド・ポリプロピレンオキシドブロック共重合体、ポリエチレンオキシド・ポリテトラメチレンオキシドブロック共重合体、ポリプロピレンオキシド・ポリテトラメチレンオキシドブロック共重合体等が挙げられるが、好ましくはポリエチレングリコールである。
【００２１】
本発明で用いられるシリカ系無機粒子の添加量は１〜２０重量％である。添加量が１重量％に満たないとポリエステル組成物の吸放湿性が不十分となり、また、２０重量％を超えると組成物の溶融粘度が著しく高くなるため成形が困難となる。より好ましい添加量は５〜１５重量％である。また、該粒子と相反する表面電位を有する無機粒子の添加量としてはポリエステル組成物の溶融粘度上昇抑制効果、耐熱性の観点から該粒子に対して０．１〜２０重量％が好ましい。より好ましい添加量は０．５〜１０重量％である。
【００２２】
実用上の着用快適性を得るためには合成繊維の標準状態での吸湿率は１．０％以上が好ましく、さらに好ましくは１．５％以上である。
【００２３】
本発明においてポリエステルに無機粒子および表面電位の相反する無機粒子を含有させる方法としては、ポリエステルのエステル化あるいはエステル交換反応時、重縮合反応時、重縮合反応後溶融成形前のいずれかの段階において混合させればよく、予め混合した無機粒子を合成段階に添加してもよいし、個別に添加して反応缶内で混合してもよい。また、無機粒子を溶媒に分散、粉砕させる段階で両者を共存させても勿論構わない。
【００２４】
本発明のポリエステルを用いる繊維の製法としては従来公知の方法で製造することができ、以下に製造法を示す。無機粒子含有ポリエステルを溶融し、紡糸パックに導き口金吐出孔から紡出する。
【００２５】
紡出したフィラメント糸を所定の速度で引取った後、一旦パッケージに巻上げ、得られた未延伸糸を通常の延伸機にて延伸する。また、この延伸は紡出糸を引取った後巻取ることなく連続して行い巻上げてもよいし、４０００ｍ／分以上の高速で引取り実質的に延伸することなく一挙に所望の繊維性能を得る方法をとってもよい。
【００２６】
直接紡糸延伸法としては、例えば、紡出糸を１０００〜５０００ｍ／分で引取り、引続いて３０００〜６０００ｍ／分で延伸・熱固定する方法が挙げられる。
【００２７】
本発明の合成繊維の断面形状は丸ばかりでなく、三角、偏平、多葉型などの異形断面でも良い。また、該合成繊維の糸状形態は、フィラメント、ステープルのどちらでも良く、用途によって適宜選定される。布帛形態としては、織物、編物、不織布など目的に応じて適宜選択できる。
【００２８】
【実施例】
以下本発明を実施例により、さらに詳細に説明する。なお、実施例中の各特性値は次の方法によって求めた。
【００２９】
Ａ．ポリエステルの極限粘度［η］
オルトクロロフェノール溶液とし、２５℃で求めた。
【００３０】
Ｂ．粒子およびそれを含有した繊維の吸湿率
吸湿率は粒子の場合、粒子１ｇを用い、また繊維の場合には原糸または布帛１〜３ｇを用い、絶乾時の重量と標準状態（２０℃×６５％ＲＨ）の雰囲気下、恒温恒湿器（タバイ製ＰＲ−２Ｇ）中に２４時間放置後の重量との重量変化から、次式で求めた。
吸湿率（％）＝（吸湿後の重量 − 絶乾時の重量）／絶乾時の重量 ×１００
Ｃ．粒子の平均粒径
粒子の平均粒径はＨＯＲＩＢＡ製粒径分析装置（ＬＡ−７００）にて測定を行った。
【００３１】
Ｄ．粒子の比表面積、細孔容積
窒素吸着法により、温度７７Ｋで測定し、比表面積についてはＢＥＴ法、細孔容積についてはＤＨ法で解析した。
【００３２】
Ｅ．表面のシラノール基の定量
微粉末シリカを圧力０．１kPa以下、温度120℃で乾燥した後ジオキサン中で水素化リチウムアルミニウムと反応させ水素量を測定して求めた。
【００３３】
Ｆ．無機粒子の表面電位（ζ−電位）
無機粒子を純水中に均一に分散した後、ＰＥＮＫＥＭ社ＬＡＳＥＲＺＥＥ^TMＭｏｄｅｌ５０１を用いて測定した。
【００３４】
Ｇ．ポリエステルチップのチップ化率
重合反応終了後に得られたチップ量を計量し次式で求めた。８０％以上を合格とした。
（チップ量／理論ポリマ量）×１００
Ｈ．ポリエステル中の粒子分散性
ポリエステルチップをカバーガラス上で溶融し、光学顕微鏡（３００倍）で観察し１視野あたりの凝集粒子の個数で判定した。
【００３５】
凝集粒子なし ○
凝集粒子２０個以下 △
凝集粒子２１個以上 ×
Ｉ．強度、伸度
東洋ボールドウィン社製テンシロン引張り試験機を用いて試長20cm、引張り速度10cm／分の条件で応力−歪み曲線から値を求めた。
【００３６】
実施例１
シリカ系無機粒子としてＳｉＯ₂が９５％以上、平均粒径２．８μｍ、細孔容積１．１０ｍｌ／ｇ、比表面積が６１０ｍ²／ｇ、シラノール基を３個／ｎｍ²有する湿式シリカ粒子６．４重量部（ζ−電位が−１８）にエチレングリコール５８重量部、粒子表面の電位が相反する無機粒子としてζ−電位が＋５８の酸化アルミニウムをシリカ粒子に対して５重量部加えエチレングリコールスラリーとした。
【００３７】
ポリエステルとして、ジメチルテレフタル酸１９４部、エチレングリコール１２４部、酢酸カルシウム０．０７部を加え、１４０〜２３０℃でメタノールを留出しつつエステル交換反応を行った後、リン酸トリメチル０．０５部のエチレングリコール溶液、上記の粒子含有エチレングリコールスラリー、および三酸化アンチモン０．０３部を加え、０．１ｋＰａの減圧下２９０℃に昇温した条件下で重合を行いポリエステルを得た。このポリエステルの特性を表２に示した。
【００３８】
該ポリエステルを溶融し、同心円口金から吐出して未延伸糸を得、次いで延伸、熱処理することにより８３デシテックス２４フィラメントのポリエステル繊維を得た。この繊維を筒編み後、精練、染色し、吸湿率を測定したところ１．３％であり、強伸度特性も良好であった。
【００３９】
実施例２〜４、比較例１
実施例１においてポリエステル中のシリカ系無機粒子の種類、添加量、該粒子と粒子表面の電位が相反する無機粒子の種類、添加量を変更する以外は同様な方法によりポリエステル繊維を得た。比較例１においてはシリカ系無機粒子と粒子表面電位を同じとしたためポリエステル合成時の粘度上昇が激しくチップ化率、粒子分散性が悪く品位の劣る物であった。
【００４０】
【表１】

【００４１】
【表２】

実施例５
ポリエステルとして、ジメチルテレフタル酸１９４部、エチレングリコール１３５部、５−ナトリウムスルホイソフタル酸ジメチル２６．６部、酢酸カルシウム０．０６部を加え、１４０〜２３０℃でメタノールを留出しつつエステル交換反応を行った後、リン酸トリメチル０．０４部のエチレングリコール溶液、実施例１記載の粒子含有エチレングリコールスラリー、および三酸化アンチモン０．０３部を加え、０．１ｋＰａの減圧下２９０℃に昇温した条件下で重合を行いポリエステルを得た。このポリエステルのシリカ粒子の含有量は６重量％、５−ナトリウムスルホイソフタル酸の共重合量は５mol％であった。
【００４２】
該ポリエステルを溶融し、同心円口金から吐出して未延伸糸を得、次いで延伸、熱処理することにより８３デシテックス２４フィラメントのポリエステル繊維を得た。この繊維を筒編み後、精練、染色し、吸湿率を測定したところ吸湿率２．５％であり、強伸度特性も強度３．３CN/dtex、伸度３９．５％で良好であった。
【００４３】
実施例６
ポリエステルとして、ジメチルテレフタル酸１９４部、エチレングリコール１２４部、酢酸カルシウム０．０７部を加え、１４０〜２３０℃でメタノールを留出しつつエステル交換反応を行った後、分子量２０００のポリエチレングリコール２０部、リン酸トリメチル０．０５部のエチレングリコール溶液、実施例１記載の粒子含有エチレングリコールスラリー、および三酸化アンチモン０．０２部を加え、０．１ｋＰａの減圧下２９０℃に昇温した条件下で重合を行いポリエステルを得た。このポリエステルのシリカ粒子の含有量は６重量％、ポリエチレングリコールの共重合量は１０重量％であった。
【００４４】
該ポリエステルを溶融し、同心円口金から吐出して未延伸糸を得、次いで延伸、熱処理することにより８３デシテックス２４フィラメントのポリエステル繊維を得た。この繊維を筒編み後、精練、染色し、吸湿率を測定したところ２．４％であり、強伸度特性も強度３．４CN/dtex、伸度３７．１％で良好であった。
【００４５】
実施例７
シリカ系無機粒子としてＳｉＯ_２が９５％以上、平均粒径２．８μｍ、細孔容積１．１０ｍｌ／ｇ、比表面積が６１０ｍ^２／ｇ、シラノール基を３個／ｎｍ^２有する湿式シリカ粒子６．４重量部（ζ−電位が−１８）に１，３−プロパンジオール５８重量部、粒子表面の電位が相反する無機粒子としてζ−電位が＋５８の酸化アルミニウムをシリカ粒子に対して５重量部加え１，３−プロパンジオールスラリーとした。
【００４６】
ポリエステルとして、ジメチルテレフタル酸１９４部、１，３−プロパンジオール１５２部、テトラブチルチタネート０．１部を加え、１４０〜２３０℃でメタノールを留出しつつエステル交換反応を行った後、リン酸トリメチル０．０２部の１，３−プロパンジオール溶液、上記の粒子含有１，３−プロパンジオールスラリーを加え、０．１ｋＰａの減圧下２５０℃温度一定の条件下で重合を行いポリエステルを得た。このポリエステルの特性を表２に示した。
【００４７】
該ポリエステルを溶融し、同心円口金から吐出して未延伸糸を得、次いで延伸、熱処理することにより８３デシテックス２４フィラメントのポリエステル繊維を得た。この繊維を筒編み後、精練、染色し、吸湿率を測定したところ１．４％であり、強伸度特性も強度３．０CN/dtex、伸度３５．１％で良好であった。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によって得られた合成繊維は着用快適性を得るのに十分な吸湿性を有するばかりか、生産性にも優れるものである。また、ドライタッチな風合いと高い染色堅牢性や耐光性を有している。本発明の合成繊維は下着、シャツ、ブラウス類、中衣、スポーツウェア、スラックス類、外衣、裏地、カーテン、壁紙、さらには、シーツ、フトンカバー、詰め綿等の寝装用に適しており、極めて実用性の高いものである。

Claims

細孔容積が０．５ｍｌ／ｇ以上、比表面積が５００ｍ^２／ｇ以上のシリカ系無機粒子１〜２０重量％と、該シリカ系無機粒子とは粒子表面の電位が相反する酸化アルミニウム粒子または硫酸バリウム粒子を含有してなる吸湿性に優れたポリエステル繊維。
シリカ系無機粒子が湿式法で得られたシリカ粒子である請求項１記載のポリエステル繊維。
ポリエステル繊維の吸湿率が１．０％以上である請求項１または２のいずれか１項に記載の吸湿性に優れたポリエステル繊維。
ポリエステルとして、その８０モル％以上がアルキレンテレフタレート繰り返し単位からなるポリエステルであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の吸湿性に優れたポリエステル繊維。
ポリエステルの全酸成分に対して０．５〜２０モル％のスルホイソフタル酸金属塩成分を共重合したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の吸湿性に優れたポリエステル繊維。
ポリエステルに対し分子量６００〜２００００のポリオキシアルキレングリコールを０．５〜１５重量％共重合したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の吸湿性に優れたポリエステル繊維。