JP4174092B2

JP4174092B2 - ポリエステル溶融成形物の製造方法

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Publication number: JP4174092B2
Application number: JP33687297A
Authority: JP
Inventors: 隆志越智
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1997-12-08
Filing date: 1997-12-08
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2017-12-08
Also published as: JPH11172528A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は生産性向上とともに省エネルギーや省力化を達成できるポリエステル溶融成形方法、特に溶融紡糸方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ポリエステル繊維は、機械的特性をはじめとして様々の優れた特性を有しているため、衣料用途をはじめとして産業資材用途にも広く利用されている。
【０００３】
近年、特にポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴと略す）繊維の製造においては、紡糸における引取速度を５０００ｍ／分以上と高速にして、引伸ばすことなく、１工程で実用的な繊維を得る高速紡糸法が工業的に採用されている。紡糸工程における生産性は単位時間当りの吐出量に大きく依存するため、高速にすればするほどこのような１工程法の生産性は向上する。また、従来からの２工程法においても同一伸度の未延伸糸をより高速紡糸により得ることができれば、それだけ生産性が向上するのである。
【０００４】
従来から特開昭56-9103、57-11211、58-144117、60-209015号公報、公表平7-504717号公報等に開示されているように特定のポリマをポリエステルにブレンドして高速紡糸する方法や、特開昭53-292、58-186611、63-75112号公報等に開示されているように特定の分岐剤をポリエステルに共重合して高速紡糸する方法、特開昭61-111358、特開平5-195320号公報に開示されているように特定の粒子をポリエステルに分散させて高速紡糸する方法が知られている。また、最近特定のポリマと複合紡糸する方法が特開平8-246247号公報に開示されている。
しかしながら、いずれの方法もポリマ改質や新たな設備投資が必要であり、吐出量が増大し生産性が向上してもコストの点で問題が残っていた。
【０００５】
また、通常ポリエステルの溶融紡糸は、Ｔｍ（ＤＳＣで測定されるポリエステルポリマの融解ピーク温度）＋２５〜４０℃で行われている。しかしながら、２８５℃以上の高温の紡糸温度では吐出ポリマや酸化チタン等粒子の昇華、滲みだし、堆積による口金汚れに起因する糸切れや、口金汚れ清掃のため一時的に紡糸を中断し、それに伴う糸くずが大量に発生し生産性が低下していた。しかも、口金汚れ清掃のための要員確保も必須となっていた。
【０００６】
口金汚れの低減に関しては、従来から特開昭63-120109号公報、特開平1-168907号公報等に開示されているように口金孔ディメンジョンの適正化する方法、特開昭63-270807号公報等に開示されているように口金材質を改質する方法や、特開昭52-32709、58-115112号公報に開示されているように窒素や二酸化炭素等のガスや水蒸気により口金下をシールする方法が開示されている。しかし、口金単価の上昇や口金下シールのための設備投資が大きく、加えて糸斑等の品質の低下があり課題が解決されたわけではなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来よりも簡便な方法により前記吐出量増加、口金汚れ低減により生産性を向上させ、実質的なコストダウンを達成するものである。
【０００８】
上記目的は、二酸化炭素が吸収および／または吸着されたポリエステルを溶融紡糸することを特徴とするポリエステル繊維の製造方法により達成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明について詳細に説明する。
ポリエステルは、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等が挙げられるが、ポリエチレンテレフタレートが最も汎用的に使用されており好ましい。
【００１０】
ポリエステルは、ジオール成分および酸成分の一部が各々１５ｍｏｌ％以下の範囲で他の共重合可能な成分で置換されたものであってもよい。また、これらは艶消剤、難燃剤、帯電防止剤、顔料などの添加物を含有していてもよい。
【００１１】
本発明は、二酸化炭素が吸収および／または吸着されたポリエステルの溶融成形、特に溶融紡糸において、通常に比べ紡糸速度を高速化して生産性向上し、紡糸温度を低く設定して省エネルギーできるものである。この理由はよくわからないが、例えばK. Mizoguchi et al.,Polymer,vol.28,p1298-1302(1987).やD. Knittel et al.,Angew. Makromol. Chem.,vol.218,p69-79(1994).等に記載されているように、吸収および／または吸着された二酸化炭素がポリエステルに対し可塑剤として働くことが一因であると考えられる。
【００１２】
前記文献では固体ポリエステルに二酸化炭素を吸収および／または吸着させているが、これには高圧下で長時間（数時間以上）の処理または超臨界二酸化炭素という厳しい状態が必要であり、そのままではポリエステルの成形加工に利用するのは実用的ではない。本発明では成形前、すなわち溶融状態でポリエステルに二酸化炭素を吸収および／または吸着させることが好ましく、特に１軸または２軸押出機を用いた場合は二酸化炭素は圧縮（高圧）を受ける状態である時間攪拌されるため、効率的に二酸化炭素の吸収および／または吸着できるのである。
【００１３】
なお、口金孔からポリエステルを吐出させた後では二酸化炭素を吸収および／または吸着させるのは非常に困難である。例えば、溶融紡糸において口金下を二酸化炭素でシールする方法もあるが、二酸化炭素とポリエステルの接触時間が非常に短く、また効率が悪く効果が低い、二酸化炭素を効率的に吸収および／または吸着させるため高圧条件とするには多大な設備投資が必要等の点から本発明に比べ劣るものである。
【００１４】
紡糸速度の高速化や紡糸温度の低温化の程度は、ポリエステルに吸収および／または吸着された二酸化炭素量に依存する。すなわち、二酸化炭素の吸収および／または吸着量が高い方が紡糸速度高速化の程度が高くなる。通常、二酸化炭素の吸収および／または吸着量は０．２重量％以上であれば十分な効果を発現する。二酸化炭素の吸収および／または吸着量は次のようにして見積もることができる。まず、溶融紡糸において口金孔から吐出された溶融ポリエステルを口金下３０ｃｍのところで水槽で冷却しながら５０ｇ程度サンプリングする。次に速やかに高圧気流により余分な水分を除去後重量を測定し、９６時間後の重量と比較することにより、二酸化炭素の吸収および／または吸着量を知ることができる。
【００１５】
二酸化炭素の供給方法、また溶融紡糸装置およびそれの付帯装置（ポリマチップバンカー等）への導入方法等は公知の方法を採用することができるが、特に制限されるものではない。ただし、加水分解によるポリエステルの劣化を防ぐため、水分を除去した乾燥二酸化炭素を用いることが好ましい。
【００１６】
二酸化炭素の吸収および／または吸着方法は特に制限されるものではない。以下、図面を用いて説明する。従来、ポリエステル溶融紡糸はポリエステルチップ乾燥から口金７より溶融ポリマ吐出までの工程全てにわたって乾燥窒素によってシールされ、水分の混入を防止しているが、乾燥窒素に代わり、乾燥二酸化炭素を適用することにより、ポリエステルに二酸化炭素を吸収および／または吸着させることができる。少なくともポリマ溶融装置３〜紡糸パック５内までを乾燥二酸化炭素でシールすることで充分吸収および／または吸着される。ただし、ポリエステルの二酸化炭素の吸収および／または吸着はポリエステルと長時間接触した方が安定すること、および使用用役の全体の効率化を考え、乾燥二酸化炭素シールは好ましくはチップ配管２から、より好ましくはポリマチップバンカー１から、さらに好ましくはチップ乾燥以後からである。
【００１７】
溶融紡糸、巻取装置は公知の物をそのまま使用できるが、ポリマ溶融装置３として１軸または２軸押出機を用いることが好ましい。これは、ポリエステルの二酸化炭素の吸収および／または吸着は二酸化炭素の圧力が高い方が有利であるが、押出機内では溶融／移送過程でポリマに圧縮力が働くため、見かけ上二酸化炭素圧力を高くできるためである。さらに押出機では二酸化炭素の膨張／圧縮も発生するため、さらに二酸化炭素の圧力が上昇し好ましいのである。なお、押出機は従来公知の物が使用可能である。軸数は１軸よりも２軸の方が二酸化炭素とポリエステルの接触効率が向上する点から好ましいが、２軸押出機とすることによるコストアップも考慮すると、両者の兼ね合いで押出機の軸数は決定すればよい。
【００１８】
本発明は、通常のポリエステル溶融紡糸に比べ紡糸速度を高速化しても同等の残留伸度を持つ繊維を得ることができる。すなわち、単位時間あたりの吐出量が増加し生産性を向上できる。この際、紡糸速度は３０００〜１２０００ｍ／分以上であれば分子配向が適度に進んでいるため延伸、延伸仮撚り加工に供したり、そのままで使用可能な繊維を得ることができる。好ましくは紡糸速度４０００ｍ／分以上である。
【００１９】
また、溶融紡糸された糸条をそのまま巻き取っても、一旦第一ホットロールで引き取り第二ホットロール間で延伸し熱固定後巻き取っても（いわゆる紡糸直接延伸）、紡糸線上で一旦ポリマのガラス転移温度以下に冷却した後非接触ホットチューブに通し加熱延伸後巻き取っても良い。
【００２０】
通常、ポリエステル繊維は延伸時の糸切れや延伸均一性を考慮してガラス転移温度＋５〜２０℃程度（ＰＥＴでは８０〜９５℃）で延伸されているが、本発明で得られるポリエステル繊維はガラス転移温度以下で延伸しても通常のポリエステル延伸糸と同等の品質のものが得られ、しかも糸切れ等も発生しない。このため、延伸工程でも省エネルギーに貢献できるものである。
【００２１】
本発明では通常のポリエステル溶融紡糸に比べ紡糸温度を通常より低く設定しても紡糸性が良好であり、省エネルギーに寄与することができる。紡糸温度はＴｍ＋２０℃以下とすることが可能である。ただし、紡糸温度がＴｍ−１０℃以下とすると紡糸性が低下するのでこれ以上の温度とすることが好ましい。
【００２２】
このように紡糸温度を設定することにより、吐出ポリマや酸化チタン等粒子の昇華、滲みだし、堆積による口金汚れを大幅に低減できる。そのため、汚れに起因する糸切れ、口金清掃に伴う屑の発生削減や屑整理要員、口金清掃要員の削減を行うことができ、収率を向上させるとともに省力化も可能となるのである。
【００２３】
また、本発明により得られた繊維を織編物とした後、空気中に放置しておくと、吸収および／または吸着されていた二酸化炭素が放出され繊維内にミクロボイドが形成され、染色性や吸湿性が通常のポリエステル繊維織編物に比べ向上する効果を奏し、従来より染色性や吸湿性に優れたポリエステル織編物を得ることができる。さらに、繊維内のミクロボイドによる消臭効果も付与される。
【００２４】
本発明で得られたポリエステル繊維は、生糸のままで、あるいは撚糸、仮撚加工糸として、裏地、スポーツウエア、スラックス、ブルゾン、ブラウスなどの衣料用途や、リボン、テープ、ベルトなどの資材用途に好適に用いることができる。
【００２５】
また、本発明は溶融紡糸のみならず、フィルム成形や射出成形等様々な溶融成形に適用できるものである。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明する。なお、実施例中の測定方法は以下の方法を用いた。
【００２７】
Ａ．極限粘度［η］
オルソクロロフェノール中２５℃で測定した。
【００２８】
Ｂ．ガラス転移温度およびＴｍ
二酸化炭素を吸収および／または吸着する前のポリエステルチップをPerkin Elmer 社製 DSC 7 を用い、試料量１０ｍｇ、昇温速度１６℃/分で測定し、ガラス転移温度および融解に対応する吸熱のピーク温度（Ｔｍ）を測定した。
【００２９】
Ｃ．強度および伸度
ＪＩＳＬ１０１３に示される条件で荷重−伸長曲線を求めた。次に荷重値を初期の繊度で割り強度とし、伸びを初期試料長で割り伸度とした。
【００３０】
実施例１
極限粘度０．６３、ガラス転移温度７５℃、Ｔｍ２５５℃のホモＰＥＴをポリエステルチップとし、図１に示す溶融紡糸装置を用い溶融紡糸を行った。この時、チップ乾燥工程以後は全て乾燥二酸化炭素でシールを行った。ポリマ溶融装置３としては１軸押出機を用いた。また、パック内で絶対濾過径５μのステンレス製不織布フィルタ６を用い濾過を行った後、孔径０．２５ｍｍ、孔長０．４ｍｍ、孔数３６の口金７から吐出した。紡糸温度は２７０℃、吐出量は単糸繊度４ｄｔｅｘになるように調整した。吐出した糸条は、吐出後常法によりチムニー９により冷却、給油ガイド１０にて紡糸油剤を付与した後、インターレースノズル１１にて交絡を付与し、引取ローラー１２（室温、同一周速）を介して巻取機１３で巻取った。糸条が最初に触れる引取ローラーの周速度を紡糸速度として表１に示す（実験Ｎｏ．１〜５）。
【００３１】
紡糸性は良好であり、口金汚れもほとんど発生しなかった。また、全ての紡糸速度域でＰＥＴの通常溶融紡糸（比較例１）に比べ残留伸度向上効果がみられた。
【００３２】
比較例１
乾燥二酸化炭素を乾燥窒素に変更し、紡糸温度を２９５℃とした以外は実施例１と同様の条件で溶融紡糸を行った（実験Ｎｏ．６〜１０）。顕著な口金汚れが発生し、糸切れが多発した。また、得られた繊維の同一紡速での残留伸度も二酸化炭素が吸収および／または吸着されたＰＥＴを溶融紡糸した場合に比べ低いものであった。
【００３３】
実施例２
実施例１において紡糸速度４０００ｍ／分で巻き取った繊維を延伸倍率１．８０倍、第１ホットローラー温度６０℃、第２ホットローラー温度１３０℃にて常法（図２）により延伸した。得られた延伸糸の強伸度特性および糸斑は良好であった。また、この延伸糸を経糸、緯糸に用い平織物を作成し染色したところ、染色性良好であり、染色斑等も発生しなかった。
【００３４】
実施例３
実施例１において紡糸速度４０００ｍ／分で巻き取った繊維を延伸倍率１．８３倍、ヒーター温度２１０℃にて常法（図３）により延伸仮撚り加工した。得られた延伸糸の強伸度特性、捲縮特性および糸斑は良好であった。また、この延伸糸を経糸、緯糸に用い平織物を作成し染色したところ、染色性良好であり、染色斑等も発生しなかった。
【００３５】
実施例４
紡糸温度を２７５、２６５、２５５℃、紡糸速度を４０００ｍ／分とした以外は実施例１と同様の条件で紡糸を行った（実験Ｎ０．１１〜１３）。紡糸性は良好であり、口金汚れもほとんど発生しなかった。また、通常のＰＥＴ溶融紡糸に比べ残留伸度向上効果がみられた。
【００３６】
実施例５
紡糸温度を２９５℃とした以外は実施例１と同様の条件で紡糸を行った（実験Ｎｏ．１４）。口金汚れは発生したが、巻き取り糸の残留伸度向上効果は紡糸温度２７５℃の場合（実施例３）よりも大きくなった。
【００３７】
【表１】

実施例６
第１引き取りロール、第２引き取りロールともネルソン型の加熱ロールとした紡糸直接延伸法により製糸した以外は実施例１と同様の条件で紡糸を行った（実験Ｎｏ．１５）。この時、第１引き取りロールは周速度４０００ｍ／分、温度６０℃、第２引き取りロールは周速度８０００ｍ／分、温度１５０℃とし、２．００倍の延伸を行った。この場合第１引き取りロール温度が延伸温度となる。得られた巻き取り糸の強伸度特性および糸斑は良好であった。また、この延伸糸を経糸、緯糸に用い平織物を作成し染色したところ、染色性良好であり、染色斑等も発生しなかった。
【００３８】
【発明の効果】
本発明のポリエステル繊維の製造方法を採用することにより、単位時間あたりの吐出量を増加させ生産性を向上させるとともに、紡糸温度の低温下による省エネルギー、口金汚れの低減による収率向上、省力化を行うことが可能となり、トータルでコストダウンが可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶融紡糸装置を示す図である。
【図２】延伸装置を示す図である。
【図３】延伸仮撚り装置を示す図である。
【符号の説明】
１：ポリマチップバンカー１４：未延伸糸
２：チップ配管１５：フィードローラー
３：ポリマ溶融装置（押出機）１６：第１ホットローラー
４：スピンブロック１７：第２ホットローラー
５：紡糸パック１８：コールドローラー
６：不織布フィルター１９：延伸糸
７：口金２０：未延伸糸
８：糸条２１：フィードローラー
９：チムニー２２：ヒーター
１０：給油ガイド２３：ツイスター
１１：インターレースノズル２４：第２ローラー
１２：引取ローラー２５：第３ローラー
１３：巻取機２６：仮撚り加工糸

Claims

ポリマ溶融装置として１軸または２軸押出機を用い、ポリマ溶融装置から紡糸パック内までを乾燥二酸化炭素でシールして、二酸化炭素を吸収および／または吸着させたポリエステルを溶融紡糸することを特徴とするポリエステル繊維の製造方法。
ポリエステルの溶融紡糸装置が１軸または２軸押出機を含んでいる請求項１記載のポリエステル繊維の製造方法。
紡糸速度が３０００〜１２０００ｍ／分である請求項１または２記載のポリエステル繊維の製造方法。
紡糸温度がＴｍ＋２０℃以下である請求項１〜３のうちいずれか１項記載のポリエステル繊維の製造方法。
Ｔｍ：ＤＳＣで測定されるポリエステルポリマの融解ピーク温度
ポリエステルがポリエチレンテレフタレートである請求項１〜４のうちいずれか１項記載のポリエステル繊維の製造方法。
請求項１〜５により得られたポリエステル繊維に延伸または延伸仮撚り加工を施すポリエステル繊維の製造方法。
延伸温度がガラス転移温度以下である請求項６記載のポリエステル繊維の製造方法。
請求項１〜７により得られたポリエステル繊維を用いた織編物。