JP4076369B2

JP4076369B2 - ポリエステル系熱接着性中空複合短繊維及び不織布

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Publication number: JP4076369B2
Application number: JP2002131545A
Authority: JP
Inventors: 博之渡邉
Original assignee: Nippon Ester Co Ltd
Current assignee: Nippon Ester Co Ltd
Priority date: 2002-05-07
Filing date: 2002-05-07
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2022-05-07
Also published as: JP2003328234A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、短繊維からなる乾式不織布や湿式不織布等の不織布分野において主体繊維を熱接着するための熱接着性繊維であって、柔軟性と嵩高性及び耐熱性を有する不織布を得るのに好適なポリエステル系熱接着性中空複合短繊維及びこれから得られる不織布に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
合成繊維、特にポリエステル繊維は、その優れた寸法安定性、耐候性、機械的特性、耐久性、さらにはリサイクル性等の点から、衣料、産業資材として不可欠のものとなっており、不織布分野においても多く使用されている。
【０００３】
このポリエステル繊維からなる不織布分野において、最近、柔軟性と嵩高性及び耐熱性を兼ね備えた不織布が望まれている。
従来のポリエステル系短繊維からなる不織布には、主体繊維を熱接着するために熱接着性複合短繊維が使用されており、一般的には、芯部にポリエチレンテレフタレート、鞘部にイソフタル酸を共重合した低融点ポリマーを配した熱接着性複合短繊維が用いられている。
【０００４】
しかし、この熱接着性複合短繊維の芯成分に使用しているポリエチレンテレフタレートはポリマー自体の剛性が高いため、不織布に柔軟性を付与することが困難であった。
このような問題を解決する方法として、熱接着性複合短繊維の繊度を細くすることにより、繊維の剛性を低減し、不織布に柔軟性を付与することも数多く試みられている。
【０００５】
しかしながら、製糸工程において１dtex前後の細繊度繊維を得ようとすると、操業性の悪化を招いたり、製糸工程が煩雑なものとなったりするなど、容易に熱接着性複合短繊維を得ることは困難であった。
【０００６】
一方、不織布に耐熱性を付与するために、特開平７−119011号公報や特開平９−132850号公報には、芯部にポリエチレンテレフタレート、鞘部にテレフタル酸成分、脂肪族ラクトン成分、エチレングリコール成分及び１，４−ブタンジオール成分を共重合した低融点ポリマーを配した熱接着性複合短繊維を用いることが提案されている。
【０００７】
このような熱接着性複合短繊維は、耐熱性については従来のポリエステル系熱接着性複合短繊維よりも良好であるが、繊維形状が芯鞘構造であるため、得られる不織布の嵩高性に劣り、柔軟性も十分なものではなかった。
【０００８】
また、不織布に耐熱性と柔軟性を付与するために、特開2001-115340号公報には、芯部にポリトリメチレンテレフタレート、鞘部にテレフタル酸成分、脂肪族ラクトン成分、エチレングリコール成分及び１，４−ブタンジオール成分を共重合した低融点ポリマーを配した熱接着性複合短繊維を用いることが提案されている。
【０００９】
なるほど、この熱接着性複合短繊維は、耐熱性と柔軟性については従来のポリエステル系熱接着性複合短繊維よりも良好であるが、やはり繊維形状が芯鞘構造であるため、得られる不織布の嵩高性には劣るものであった。
このように、不織布に柔軟性と嵩高性及び耐熱性を付与することが可能である熱接着性複合短繊維は、未だに得られていないのが現状である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような問題点を解決し、優れた柔軟性と嵩高性及び耐熱性を有する不織布を得ることができる熱接着性中空複合短繊維及びその不織布を提供することを技術的な課題とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討を行い、本発明に到達した。すなわち、本発明は、次の構成を有するものである。
（１）主たる繰り返し単位がアルキレンテレフタレートであるポリエステルＡと、テレフタル酸成分、エチレングリコール成分及び１，４−ブタンジオール成分を含有し、かつ、アジピン酸成分及び／又は脂肪族ラクトン成分を含有する共重合ポリエステルであり、ガラス転移点２０〜８０℃、結晶化温度８０〜１３０℃、融点１３０〜１８０℃である低融点ポリエステルＢとで構成されたサイドバイサイド型複合繊維であって、繊維軸方向に連続する中空部を有し、中空率が１０〜３０％であり、低融点ポリエステルＢが溶融することにより、ポリエステルＡで形成されたＣ型断面形状のものとなることを特徴とするポリエステル系熱接着性中空複合短繊維。
（２）（１）記載のポリエステル系熱接着性中空複合短繊維を含むことを特徴とする不織布。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の熱接着性中空複合短繊維は、主たる繰り返し単位がアルキレンテレフタレートであるポリエステル（ポリエステルＡ）と低融点ポリエステル（ポリエステルＢ）とで構成されたサイドバイサイド型の複合繊維である。ポリマー同士が剥離したり、製糸工程、加工工程で操業性が悪化することがないようにするため、本発明では複合繊維の両成分ともにポリエステルを使用する。
【００１３】
本発明において、ポリエステルＡは、紡糸の操業性、原綿物性、コスト等を考慮し、ポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと略する。）を用いることが好ましい。
ポリエステルＢは低融点ポリエステルであり、熱処理により溶融するが、ポリエステルＡは不織布を構成する主体繊維とともに、不織布を形成する成分となる。したがって、得られる不織布の効果を損なわない範囲であれば、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオールなどのジオール成分、ビスフェノールＡのエチレンオキシド付加体などの芳香族ジオール成分、アジピン酸やセバシン酸などの脂肪族ジカルボン酸成分、イソフタル酸などの芳香族ジカルボン酸成分などを共重合したものでもよく、さらに、安定剤、蛍光剤、顔料、抗菌剤、消臭剤、強化剤等を添加したものでもよい。
【００１４】
一方、ポリエステルＢは、ガラス転移点（Ｔｇ）が２０〜８０℃、結晶化温度（Ｔｃ）が８０〜１３０℃、融点（Ｔｍ）が１３０〜１８０℃であることが必要である。
Ｔｇが２０℃未満では、溶融紡糸時に単糸間の密着が発生し、製糸性が悪くなり、一方、Ｔｇが８０℃を超えると、製糸工程において高温で延伸することが必要になり、延伸による塑性変形と同時に部分的な結晶化が始まり、糸切れが発生するなど、延伸性が低下する。
【００１５】
また、ポリエステルＢのＴｃが８０℃未満では、熱延伸工程において結晶化が進行してしまうため、次の熱処理工程において安定な結晶構造を再構築することが困難となる。一方、Ｔｃが１３０℃を超えるとＴｍも並行して高まり、高温で熱処理する必要が生じて、熱接着処理時にＡ成分の分解が起こりやすくなるばかりか、経済的にも不利となる。
【００１６】
さらに、ポリエステルＢのＴｍが１３０℃未満では、たとえ繊維化しても、高温雰囲気下で使用した場合、耐熱性を得ることができない。一方、Ｔｍが１８０℃を超えると、不織布化する際に高温下での熱処理が必要となり、経済的にも不利となるので好ましくない。また、ポリエステルＡとの融点差も縮小し、加工性が悪化するとともに、得られる不織布の柔軟性も乏しくなる。
【００１７】
ポリエステルＢは、具体的には、テレフタル酸成分、エチレングリコール成分及び１，４−ブタンジオール成分を含有し、かつ、アジピン酸成分と脂肪族ラクトン成分の少なくとも一成分を含有する共重合ポリエステルである。これらの共重合量を調整することにより、上記したような低融点のポリエステルとすることができる。
【００１８】
まず、テレフタル酸成分、エチレングリコール成分及び１，４−ブタンジオール成分を含有することでＴｍを１８０℃程度にすることができる。このとき、エチレングリコール成分と１，４−ブタンジオール成分のモル比を５０／５０とすると、Ｔｍを最も低くすることができる。さらに、アジピン酸成分と脂肪族ラクトン成分の少なくとも一成分を共重合させることにより、Ｔｍをさらに低下させることができる。
【００１９】
１，４−ブタンジオール成分を共重合することにより、得られる不織布に柔軟性を付与することができる。従って、上記のＴｍとの関係を考慮して、エチレングリコール成分と１，４−ブタンジオール成分のモル比を４０／６０〜６０／４０とすることが好ましい。
【００２０】
さらに、脂肪族ラクトン成分を単独で共重合する場合、全酸成分（テレフタル酸成分及び脂肪族ラクトン成分の合計）に対して１０〜２０モル％となるようにすることが好ましい。脂肪族ラクトン成分が１０モル％未満では結晶性はよくなるが、Ｔｍが１８０℃を超えやすく、不織布化する際、高温下での熱処理が必要となり、加工性等が悪化するため好ましくない。また、２０モル％を超えると、Ｔｇ、Ｔｃ、Ｔｍの各温度が低くなり、紡糸時に密着が発生したり、製糸性が低下しやすい。上記した熱特性を満足しうる脂肪族ラクトン成分としては、炭素数４〜１１のラクトンが好ましく、中でも好適なラクトンとして、ε−カプロラクトンやδ−バレロラクトンが挙げられる。
【００２１】
アジピン酸成分を単独で共重合する場合も、全酸成分（テレフタル酸成分及びアジピン酸成分の合計）に対して１０〜２０モル％となるようにすることが好ましい。また、脂肪族ラクトン成分とアジピン酸成分を併用する場合も、全酸成分に対して１０〜２０モル％となるようにすることが好ましい。これらの範囲外のものであると、上記の脂肪族ラクトン成分の場合と同様の理由で好ましくない。
【００２２】
なお、低融点共重合ポリエステルであるポリエステルBは、本発明の効果を損なわない範囲で、イソフタル酸、フタル酸、セバシン酸、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールなどの共重合成分を少量含有していてもよい。
【００２３】
次に、本発明の繊維は、ポリエステルＡとポリエステルＢがサイドバイサイド型に貼り合わされたものであり、中空部を有するものである。このような形とすることにより、低融点ポリエステルであるポリエステルＢが溶融すると、ポリエステルＡのみがＣ型断面形状のものとなり、嵩高性に優れた不織布を得ることが可能となる。
【００２４】
ポリエステルＡとポリエステルＢの構成比（Ａ／Ｂ）は、体積比で４０／６０〜６０／４０であることが好ましく、特に、４５／５５〜５５／４５であることがより好ましい。ポリエステルＡの割合が６０％を超えると、熱接着性が低下して不織布性能が低下するため好ましくない。一方、ポリエステルＡの割合が４０％未満ではポリエステルＢが溶融した後のポリエステルＡのＣ型形状が小さいものとなり、得られる不織布は嵩高性が不足し、ペーパーライクなものになるため好ましくない。
【００２５】
そして、本発明の熱接着性中空複合短繊維は、繊維軸方向に連続する中空部を有し、中空部の割合である中空率が１０〜３０％であることが必要である。なお、中空率とは繊維軸方向に対して垂直方向の繊維の断面積に占める中空部の断面積をいう。中空率が１０％未満では、得られる不織布の嵩高性が不十分となる。一方、中空率が３０％を超えると、溶融紡糸時に中空割れが発生し、紡糸操業性、品位が低下するため好ましくない。
【００２６】
本発明の熱接着性中空複合短繊維は、糸条をカットして短繊維とするものであるが、その繊維長は特に限定されるものではなく、用途に応じて３〜１５０ｍｍ程度に切断したものとすればよい。
【００２７】
本発明の熱接着性中空複合短繊維の製造方法について説明する。
まず、上記したポリエステルＡとポリエステルＢを用いて、通常用いられるサイドバイサイド型複合中空紡糸装置により溶融紡糸し、サイドバイサイド型の熱接着性中空複合未延伸糸を得る。次いで未延伸糸を集束した後、常法により延伸し、必要に応じて押し込み式クリンパーにより機械捲縮を付与し、仕上げ油剤を付与した後、用途に応じて３〜１５０ｍｍに切断し、熱接着性中空複合短繊維とする。
【００２８】
次に、本発明の不織布について説明する。
本発明の不織布は、上記した本発明のポリエステル系熱接着性中空複合短繊維を含むものである。すなわち、本発明の不織布は、本発明の短繊維のみからなるものでも、本発明の短繊維と主体繊維からなるものでもよい。中でも本発明の熱接着性中空複合短繊維が１０〜５０質量％、好ましくは２５〜５０質量％の割合となるように主体繊維と混綿することが好ましい。
また、主体繊維は特に限定されるものではないが、ポリエステル系の繊維を用いることが好ましく、嵩高性を向上させるためには中空部を有する繊維とすることが好ましい。
【００２９】
本発明の不織布の製造方法について説明する。
本発明の熱接着性中空複合短繊維のみ、又は熱接着性中空複合短繊維と主体繊維とを混綿し、カード機にかけウエブを作成する。このウエブを、熱接着性中空複合短繊維の低融点成分のＴｍ以上、低融点成分のＴｍ＋５０℃以下の温度に設定した熱処理装置で熱処理して低融点成分を溶融し、接着させ、不織布を作成する。次いで、一旦、室温まで冷却した後、低融点成分のＴｃ以上、低融点成分のＴｃ＋３０℃以下の温度で結晶化熱処理を行い、熱接着性中空複合短繊維の低融点成分の結晶性を促進させ、本発明の不織布を得る。この場合、熱処理の前にニードリング加工を行ってもよい。熱処理装置としては、熱風ドライヤー、回転ドラム乾燥機等が用いられる。
【００３０】
【実施例】
次に、本発明を実施例により具体的に説明する。
なお、実施例中の性能評価は、下記方法に従って測定したものである。
（１）Ｔｇ、Ｔｃ及びＴｍ
パ−キンエルマー社製示差走査型熱量計ＤＳＣ−７型を用い、昇温速度２０℃／分で測定した。
（２）単糸繊度
ＪＩＳＬ−１０１５の方法により測定した。
（３）不織布の目付及び密度
ＪＩＳＰ−８１４２の方法により測定した。
（４）中空率（％）
繊維を構成する単繊維のうち、任意に選んだ３０本において、繊維軸方向に対して垂直方向に切断したときの繊維の断面積に占める中空部の断面積を下記式にて求め、その平均値とした。
中空率（％）＝（Ａ／Ｂ）×１００
Ａ：中空部の断面積
Ｂ：単繊維全体の断面積
（５）不織布の耐熱性（以下の不織布の作成条件は、耐熱性の評価のみに利用）
ａ：不織布の作成条件
主体繊維：ポリエステル系（ＰＥＴ）短繊維４．４ｄｔｅｘ×５１ｍｍ
混率：主体繊維／熱接着性中空複合短繊維＝７０／３０（質量比）
処理温度：熱接着性中空複合短繊維のポリエステルＢの（Ｔｍ＋３０℃）×１分
結晶化処理：１１０℃×２０分
目付：５０ｇ／ｍ²
ｂ：室温下での不織布強力（測定温度：２３℃）
ａで得られた不織布を幅２．５ｃｍ、長さ１５ｃｍの短冊状に切断し、試料を作製した。この試料を測定温度２３℃で、オリエンテック社製ＵＴＭ−４型のテンシロンを用いて、引っ張り速度１０ｃｍ／分の条件で伸長切断し、最大強力を読み取った。
ｃ：高温雰囲気下での不織布強力（測定温度：１１０℃）
ａで得られた不織布を幅２．５ｃｍ、長さ１５ｃｍの短冊状に切断し、試料を作製した。この試料を温度１１０℃の恒温槽で１分間放置後、オリエンテック社製ＵＴＭ−４型のテンシロンを用いて、引っ張り速度１０ｃｍ／分の条件で伸長切断し、最大強力を読み取った。
ｄ：不織布の強力保持率（％）（耐熱性）
室温下での不織布強力（Ａ）と高温雰囲気下での不織布強力（Ｂ）より、下記式で高温雰囲気下での強力保持率を算出した。高温雰囲気下での強力保持率は、５０％以上を耐熱性良好とした。
強力保持率（％）＝（Ｂ／Ａ）×１００
（６）不織布の柔軟性（剛軟度）
ＪＩＳＬ−１０９６に準じ、以下の方法で行った。得られた不織布を用いて試料幅１０ｃｍ、試料長１０ｃｍの試料片を３枚準備し、ＤＡＩＥＩＫＥＩＫＩ製風合メータ（ＭＯＤＥＬＦＭ−２）を使用して評価した。まず、１５ｍｍ幅のスリット上に試料片を置いて、アームが試料をスリット間に押し込む時に、最高何ｃＮの力が必要かを試料の表裏について、縦横方向、４箇所で測定し、その合計値を求めた。試料片３枚の平均値を不織布剛軟度（ｃＮ）として評価した。なお、剛軟度が７０ｃＮ以下を合格とした。
（７）不織布の嵩高性
得られた不織布を縦２０ｃｍ×横２０ｃｍに切り、試料を１０枚作成する。試料を１０枚重ね、その上に荷重１９０ｇの板（２５ｃｍ×２５ｃｍ）を載せ、試料の四隅の高さを測定し、平均高さ（ｈ）を求める。下記式にて嵩高性を算出した。嵩高性が３０ｃｍ³ ／ｇ以上を合格とした。
嵩高性（ｃｍ³ ／ｇ）＝（２０×２０×ｈ）／８０
（８）紡糸操業性評価
○：糸切れ、単糸間の密着もなく、操業性が良好
×：糸切れ、単糸間の密着のいずれか一方でも発生し、操業性が不良
（９）総合評価
○：紡糸操業性が良好で不織布の高温雰囲気下での強力保持率が５０％以上、嵩高性が３０ｃｍ³ ／ｇ以上、剛軟度が７０ｃＮ以下。
×：紡糸操業性、不織布の高温雰囲気下での強力保持率、嵩高性、剛軟度のいずれか一つでも劣っている。
【００３１】
実施例１
ポリエステルＡとして、融点２５６℃、〔η〕が０．６８のＰＥＴ、ポリエステルＢとして、ε−カプロラクトンを全酸成分に対して１５モル％と１，４−ブタンジオールをグリコール成分に対し６０モル％共重合した、Ｔｇ４０℃、Ｔｃ９４℃、Ｔｍ１６０℃の低融点共重合ポリエステルを用い、溶融複合紡糸装置を用いて、紡糸温度２７０℃、吐出量６４２ｇ／分で紡糸し、速度７００ｍ／分で引き取り、サイドバイサイド型中空複合繊維の未延伸糸を得た。なお、ポリエステルＡとポリエステルＢの構成比（Ａ／Ｂ）は、体積比で５０／５０であった。
次いで、この未延伸糸を１１万ｄｔｅｘのトウに収束し、延伸倍率３．８倍、延伸温度５５℃で延伸を行い、押し込み式クリンパーで捲縮を付与した後、切断して単糸繊度４．４ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍの熱接着性中空複合短繊維を得た。
さらに、得られた熱接着性中空複合短繊維３０質量％と、主体繊維として、繊度６．６ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍの中空複合短繊維７０質量％を混綿し、カード機にかけウェブとなした後、連続熱処理機にて１９０℃、１分間の熱処理を行い、一旦冷却後、１１０℃×２０分の結晶化熱処理を行い、目付２００ｇ／ｍ²の不織布を得た。（耐熱性の評価用としては前記の条件で不織布を作成した。）
【００３２】
実施例２
ポリエステルＢの共重合成分として、ε−カプロラクトンに代えてアジピン酸（共重合量１５モル％）を用いた以外は、実施例１と同様にして熱接着性中空複合短繊維と不織布を得た。
【００３３】
実施例３〜４
ポリエステルＢのε−カプロラクトンの共重合量を表１のように変更し、カードウエブの連続熱処理機での熱処理温度を実施例３は２０５℃、実施例４は１８５℃とした以外は、実施例１と同様にして熱接着性中空複合短繊維と不織布を得た。
【００３４】
比較例１
ポリエステルＡを融点２３０℃、〔η〕が０．９２のＰＴＴに変更した以外は、実施例１と同様にして熱接着性中空複合短繊維と不織布を得た。
【００３５】
比較例２
ポリエステルＢのε−カプロラクトンの共重合量を表１のように変更し、カードウエブの連続熱処理機での熱処理温度を２２５℃とした以外は、実施例１と同様にして熱接着性中空複合短繊維と不織布を得た。
【００３６】
比較例３
ポリエステルＢのε−カプロラクトンの共重合量を表１のように変更し、カードウエブの連続熱処理機での熱処理温度を１７０℃とした以外は、実施例１と同様にして熱接着性中空複合短繊維と不織布を得た。
【００３７】
比較例４
ポリエステルＢの共重合成分として、ε−カプロラクトンに代えてイソフタル酸を４０モル％共重合し、非晶性共重合ポリエステル（Ｔｇ６２℃、軟化点温度１１０℃）とし、カードウエブの連続熱処理機での熱処理温度を１５０℃とした以外は、実施例１と同様にして熱接着性中空複合短繊維と不織布を得た。
【００３８】
比較例５
ポリエステルＡを芯成分、ポリエステルＢを鞘成分とし、中空部のない芯鞘構造糸とした以外は実施例１と同様にして熱接着性複合短繊維と不織布を得た。
【００３９】
実施例１〜４、比較例１〜５で得られた熱接着性複合短繊維と不織布の物性値と評価結果を表１、２に示す。
【００４０】
【表１】

【００４１】
【表２】

【００４２】
表１、表２から明らかなように、実施例１〜４の熱接着性中空複合短繊維は紡糸操業性に優れ、得られた不織布は、耐熱性、嵩高性、柔軟性ともに優れたものであった。
一方、比較例１の熱接着性中空複合短繊維は中空率が低かったため、得られた不織布は嵩高性に劣るものであった。比較例２は、熱接着性中空複合短繊維のポリエステルＢの共重合成分のε−カプロラクトンの共重合量が少なく、Tmが高かったため、加工性が悪く、得られた不織布は柔軟性に劣るものであった。比較例３では、熱接着性中空複合短繊維のポリエステルＢの共重合成分のε−カプロラクトンの共重合量が多く、Tgが低かったため、紡糸時に融着が生じ、中空率も低くなり、得られた不織布は嵩高性に劣るものであった。比較例４では、熱接着性中空複合短繊維のポリエステルBの共重合成分がイソフタル酸であり、非晶性であったため、得られた不織布は耐熱性と柔軟性に劣るものであった。比較例５では、熱接着性複合短繊維の断面形状が非中空の芯鞘構造であるため、得られた不織布は嵩高性に劣るものであった。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の熱接着性中空複合短繊維によれば、優れた嵩高性と柔軟性及び耐熱性とを同時に有する不織布を得ることが可能であり、本発明の繊維を用いた不織布は優れた性能を生かして様々な用途に使用することができる。

Claims

主たる繰り返し単位がアルキレンテレフタレートであるポリエステルＡと、テレフタル酸成分、エチレングリコール成分及び１，４−ブタンジオール成分を含有し、かつ、アジピン酸成分及び／又は脂肪族ラクトン成分を含有する共重合ポリエステルであり、ガラス転移点２０〜８０℃、結晶化温度８０〜１３０℃、融点１３０〜１８０℃である低融点ポリエステルＢとで構成されたサイドバイサイド型複合繊維であって、繊維軸方向に連続する中空部を有し、中空率が１０〜３０％であり、低融点ポリエステルＢが溶融することにより、ポリエステルＡで形成されたＣ型断面形状のものとなることを特徴とするポリエステル系熱接着性中空複合短繊維。
請求項１記載のポリエステル系熱接着性中空複合短繊維を含むことを特徴とする不織布。