JP4203978B2 - 低収縮ポリ乳酸繊維およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は低収縮で熱的に安定したポリ乳酸繊維およびその製造方法に関する。さらに詳しくは布帛構造を形成した場合の繊維の収縮率が低いために、布帛の熱収縮がきわめて小さく、そのため高次加工の工程通過性に優れたポリ乳酸繊維およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
脂肪族ポリエステル繊維は生分解性を有することなどから近年注目を集め、衣料用繊維用途にも多く用いられるようになってきている。これらの脂肪族ポリエステル繊維には、特開平5−59611号公報に見られるようなポリεカプロラクトン繊維や特開平9−74961号公報に見られるようなポリブチレンサクシネート繊維が知られている。しかし、ポリカプロラクトン繊維は融点が60℃程度と低いために染色工程を経ることができず、衣料用繊維としては満足のいくものではなかった。また、ポリブチレンサクシネート繊維も融点が110℃程度と低く、100℃熱水中における収縮率が極めて大きいため、布帛の高次加工における工程通過性に難のあるものであった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記の問題点を克服し、熱水中における収縮率、特に布帛構造としてみた収縮率が小さいポリ乳酸繊維およびその製造方法を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上述した本発明の課題は、工程中、唯一つの熱セット手段である100〜150℃に加熱された回転ローラーに、走行糸条を接触させて熱セットし、かつ該回転ローラーを離れた走行糸条の張力を0.2cN/dtex以下とする製造方法により得られた、95モル%以上がL−乳酸からなるポリ乳酸繊維であって、収縮応力の最大値が0〜0.2cN/dtexであり、無荷重下における沸騰水収縮率S0と0.01cN/dtex荷重下における沸騰水収縮率S1が下記式1、式2および式3の関係を満足していることを特徴とするポリ乳酸繊維によって解決が可能である。
【0005】
S1 ≦5 ・・・(式1)
S1 ≦S0 ×0.8 ・・・(式2)
S 0 ≦8 ・・・(式3)
【0006】
これらの特性を有する低収縮ポリ乳酸繊維を得るためには、工程中、唯一つの熱セット手段である加熱された回転ローラーに、走行糸条を接触させて熱セットを行う95モル%以上がL−乳酸からなるポリ乳酸繊維の製造方法において、前記回転ローラーの温度を100〜150℃とし、かつ該回転ローラーを離れた走行糸条の張力を0.2cN/dtex以下とすることを特徴とするポリ乳酸繊維の製造方法を採用することができる。
【0007】
また、工程中、唯一つの熱セット手段である加熱された熱板に、走行糸条を接触させて熱セットを行う95モル%以上がL−乳酸からなるポリ乳酸繊維の製造方法において、前記熱板の温度を110〜160℃とし、かつ該熱板を離れた走行糸条の張力を0.2cN/dtex以下とすることを特徴とするポリ乳酸繊維の製造方法を採用することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
布帛構造中の繊維は隣接の繊維によって拘束され、自由な収縮が困難な状態におかれる。しかし、収縮応力が0.2cN/dtexよりも高い場合には、布帛構造中の繊維の収縮の力が、隣接の繊維による拘束力に打ち勝って自由に収縮することが可能となり、低収縮の効果が得られない。本発明の脂肪族ポリエステル繊維は、収縮応力の最大値が0〜0.2cN/dtexである。低い収縮特性を得るためには、収縮応力は好ましくは0〜0.1cN/dtexであることがよい。
【0010】
また、本発明の脂肪族ポリエステル繊維は無荷重下における沸騰水収縮率S0 と0.01cN/dtex荷重下における沸騰水収縮率S1 が下記式1および式2の関係を満足していることが重要である。
【0011】
S1 ≦5 ・・・(式1)
S1 ≦S0 ×0.8 ・・・(式2)
0.01cN/dtex荷重下の沸騰水収縮率S1 は繊維が織物や編物などの布帛構造として存在する場合の沸騰水中における繊維の収縮率に相当する。このS1 は5%以下であるものであり、3%以下であることがより好ましい。
【0012】
本発明の脂肪族ポリエステルは十分に収縮応力が小さいので、0.01cN/dtex荷重下の沸騰水収縮率S1 は、無荷重下における繊維の収縮率S0 よりも小さな値となる。S1 はS0×0.8以下であり、より低い収縮特性のためには、S1 は好ましくはS0 ×0.5以下であることがよい。
【0013】
本発明の繊維はL−乳酸および/またはD−乳酸を主たる繰り返し単位とするポリ乳酸からなるが、該ポリ乳酸のL−乳酸の比率は95モル%以上である。
【0014】
ポリ乳酸の製造方法には、L−乳酸および/またはD−乳酸を原料として一旦環状二量体であるラクチドを生成せしめ、その後開環重合を行う二段階のラクチド法と、L−乳酸および/またはD−乳酸を原料として溶媒中で直接脱水縮合を行う一段階の直接重合法が知られている。本発明で用いるポリ乳酸はいずれの製法によって得られたものであってもよい。
【0015】
ポリ乳酸の平均重量分子量は、通常少なくとも5万、好ましくは少なくとも10万、好ましくは10〜30万である。平均重量分子量が5万よりも低い場合には繊維の強度物性が低いものしか得られないため好ましくない。
【0016】
ポリ乳酸の融点は、100℃以上、好ましくは140℃以上、最も好ましくは160℃以上である。融点が100℃に満たない場合には、単糸間の融着の発生による延伸性不良や、染色加工時、熱セット時、摩擦加熱時に溶融欠点が生じるなど、製品の品位が著しく低いものとなるため、水着用途に用いることができない。ここで融点とはDSC測定によって得られた1stラン溶融ピークのピーク温度を意味する。
【0017】
また、本発明におけるポリ乳酸は、L−乳酸、D−乳酸の他にエステル形成能を有するその他の成分を共重合した共重合ポリ乳酸であってもよい。共重合可能な成分としては、グリコール酸、3−ヒドロキシ酪酸、4−ヒドロキシ酪酸、4−ヒドロキシ吉草酸、6−ヒドロキシカプロン酸などのヒドロキシカルボン酸類の他、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール等の分子内に複数の水酸基を含有する化合物類またはそれらの誘導体、アジピン酸、セバシン酸、フマル酸など分子内に複数のカルボン酸基を含有する化合物類またはそれらの誘導体が挙げられる。
【0018】
また、溶融粘度を低減させるため、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネートのような脂肪族ポリエステルポリマーを内部可塑剤として、あるいは外部可塑剤として用いることができる。さらには、艶消し剤、消臭剤、難燃剤、糸摩擦低減剤、抗酸化剤、着色顔料などとして無機微粒子や有機化合物を必要に応じて添加することができる。
【0019】
ただし、低い収縮率を維持するためには、L−乳酸がポリ乳酸ポリマー中の95モル%を占めることが必要である。
【0020】
また、本発明における脂肪族ポリエステル繊維は、繊維の強度が2cN/dtex以上であることが望ましい。強度が2cN/dtexに満たない場合には、製編織時の糸切れ停台が発生したり、布帛、編地の強力低下による製品強度の低下を招くため好ましくない。より、好ましくは3cN/dtex以上であり、最も好ましくは4cN/dtex以上である。
【0021】
本発明のポリ乳酸繊維は、工程中、唯一つの熱セット手段である加熱された回転ローラーに、走行糸条を接触させて熱セットを行う95%以上がL−乳酸からなるポリ乳酸繊維の製造方法において、前記回転ローラーの温度を100〜150℃とし、かつ該回転ローラーを離れた走行糸条の張力を0.2cN/dtex以下とすることを特徴とするポリ乳酸繊維の製造方法によって製造することができる。温度が100℃に満たない場合には、収縮率が高すぎることがあるため好ましくない。加熱された回転ローラーの温度が高いほど繊維の収縮率S0を低くすることができるが、150℃を超える温度では繊維の融着が発生することがあるため、好ましくない。加熱された回転ローラーの温度は、より好ましくは110〜130℃である。
【0022】
回転ローラーへの走行糸条の接触方法は、ローラーの周の一部に繊維が接触するようにしてもよいし、あるいは、加熱された回転ローラーと軸をずらしたセパレートローラーを併用して複数回周回させてもよい。加熱された回転ローラーは鏡面であってもよいし、鏡面より表面が粗い梨地ローラーであってもよい。
【0023】
また、加熱ローラーに接触した後の走行糸条の張力は0.2cN/dtex以下であることが好ましい。張力が高すぎる場合には収縮応力が高くなる傾向にあるため、本発明の低収縮の効果を減ずる方向となる。
【0024】
図1は本発明のポリ乳酸繊維の製造方法の一例を示す工程図である。図1において、走行糸条はフィードローラー3により一定速度で供給され予熱ローラー4によって予熱された後、加熱された回転ローラーである工程中、唯一つの熱セット手段1との間の延伸ゾーン5で延伸される。加熱された回転ローラーである熱セット手段1を離れた走行糸条は、次のローラーとの間である張力測定場所2において張力を測定されるが、この値は0.2cN/dtex以下である。
【0025】
図3は本発明のポリ乳酸繊維の製造方法の他の一例を示す工程図である。図3において、走行糸条は予熱ローラー4によって引き取られ、加熱された回転ローラーである工程中、唯一つの熱セット手段1との間で延伸される。加熱された回転ローラーである熱セット手段1を離れた走行糸条はワインダーとの間である張力測定場所である2において張力を測定されるが、この値は0.2cN/dtex以下である。
【0026】
また、本発明のポリ乳酸繊維は、工程中、唯一つの熱セット手段である加熱された熱板に走行糸条を接触させて熱セットを行うポリ乳酸繊維の製造方法において、前記熱板の温度を110〜160℃とし、かつ該熱板を離れた走行糸条の張力を0.2cN/dtex以下とすることを特徴とする95モル%以上がL−乳酸からなるポリ乳酸繊維の製造方法によって製造することができる。温度が110℃に満たない場合には、収縮率が高すぎることがあるため好ましくない。加熱された熱板の温度が高いほど繊維の収縮率S0を低くすることができるが、160℃を超える温度では繊維の融着が発生することがあるため、好ましくない。加熱された熱板の温度は、より好ましくは120〜150℃である。
【0027】
また、加熱された熱板に接触した後の走行糸条の張力は0.2cN/dtex以下であることが重要である。張力が高すぎる場合には収縮応力が高くなる傾向にあるため、本発明の低収縮の効果を減ずることとなる。
【0028】
図2は本発明のポリ乳酸繊維の製造方法のさらに他の一例を示す工程図である。図2において、走行糸条はフィードローラー3により一定速度で供給され予熱ローラー4によって予熱された後、加熱されたあるいは室温の回転ローラーとの間の延伸ゾーン5において延伸される。その後走行糸条は加熱された熱板である工程中、唯一つの熱セット手段1に接触した後熱板を離れ、次のローラーとの間である張力測定場所2において張力を測定されるが、この値が0.2cN/dtex以下である。
【0030】
【実施例】
以下、実施例によって本発明をより詳細に説明する。なお、実施例中の各特性値は次の方法で求めた。
A.収縮応力
20cmの試料をループにして10cmとし、初荷重0.03cN/dtex、昇温速度150℃/分の条件で、カネボウエンジニアリング製熱応力測定機TYPE KE−2Sを用いて室温から200℃まで昇温した熱収縮応力曲線を得る。このときの最大収縮応力(cN/dtex)を読みとり、繊維の収縮応力(cN/dtex)とした。
B.強度
オリエンテック社製引張試験機(テンシロンUCT−100型)を用いて、試料長20cm、引張速度20cm/分の条件で引張試験を行い、破断点の応力を繊維の強度(cN/dtex)とした。
C.無荷重下における沸騰水収縮率(S0 )
試料を10回巻きの綛取りにし、0.1cN/dtexの荷重下で原長L0 を測定する。荷重を取り外して無荷重にした後、100℃に調温された沸水バスの中で試料の綛を15分間処理して取り出す。これを風乾した後、0.1cN/dtexの荷重下で処理後長L1 を測定する。次式によって得られる値を無荷重下における沸騰水収縮率とした。
【0031】
S0 (%)={(L0 −L1 )/L0 }×100
D.0.01cN/dtex荷重下における沸騰水収縮率( S1 )
試料を10回巻きの綛取りにし、0.1cN/dtexの荷重下で原長L0 を測定する。荷重を取り外した後、0.01cN/dtexとなるように荷重を取り付け、100℃に調温された沸水バスの中で試料の綛を15分間処理して取り出す。荷重を外してこれを風乾した後、0.1cN/dtexの荷重下で処理後長L1 を測定する。次式によって得られる値を無荷重下における沸騰水収縮率とした。
【0032】
S1 (%)={(L0 −L1 )/L0 }×100
E.布帛の収縮率
測定する繊維を用いてタテ糸密度100本/cm、ヨコ糸密度100本/cmの平織物(タフタ)を作製する。該織物のヨコ糸方向に10cmの線を引き、両端にマーカーにて印を付けた後、100℃×1hrの熱水処理を行う。風乾後、マーカー間の距離L1 (cm)を測定して、次式によって得られる値を布帛の収縮率とした。
【0033】
布帛収縮率(%)={(10−L1 )/10}×100
F.走行糸条の張力
走行中の繊維の張力(cN)を3点式張力計を用いて測定し、測定個所の繊維の繊度(dtex)で除した値を走行糸条の張力(cN/dtex)とした。
実施例1
融点が168℃、重量平均分子量12万、L体比率が98モル%であるポリL乳酸のチップを、105℃に設定した真空乾燥器で12時間乾燥した。乾燥したチップをプレッシャーメルター型紡糸機にて、メルター温度220℃にて溶融し、紡糸温度220℃とした溶融紡糸パックへ導入して、0.23mmφ−0.30mmLの口金孔より紡出した。この紡出糸を20℃、30m/minのチムニー風によって冷却し、油剤を付与して収束した後、3000m/minで引き取って未延伸糸を得た。得られた未延伸糸の品種は122dtex−36fであった。
【0034】
この未延伸糸をホットローラー−ホットローラー系の延伸機を用いて、1stローラー温度90℃で予熱・延伸し、2ndローラー温度120℃で熱セットを行った。3rdローラー温度は室温とした。なお、延伸速度は800m/min、各ローラーは周回数6回とし、1stローラーと2ndローラーの間は倍率1.44倍、2ndローラーと3rdローラーの間は1.005倍とした。熱セットローラーである2ndローラーと3rdローラー間の張力は0.02cN/dtexであった。
【0035】
繊維物性は表1に示す通りであり、機械的特性に優れており、取り扱い上の問題を生じなかった。この繊維を用いて作成した布帛の収縮率は2.2%ときわめて小さい値であった。
実施例2
2ndローラーの温度を130℃とする以外は、実施例1と同様にして繊維を得た。
この繊維を用いて作成した布帛の収縮率は1.3%ときわめて小さい値であった。
【0037】
比較例1
無機粒子として二酸化チタンを0.05wt%含有する融点が262℃であるポリエチレンテレフタレートを、150℃に設定した真空乾燥機で5時間乾燥した。乾燥したチップをプレッシャーメルター型紡糸機にて、メルター温度285℃にて溶融させ、紡糸温度290℃とした溶融パックへ導入して、0.23mmφ−0.30mmの口金孔より紡出した。この紡出糸を30m/minのチムニー風によって冷却し、油剤を付与して収束した後、3000m/minで引き取って未延伸糸を得た。得られた未延伸糸の品種は156dtex−36fであった。
【0038】
この未延伸糸をホットローラー−ホットローラー系の延伸機を用いて、1stローラー温度90℃で予熱・延伸し、2ndローラー温度130℃で熱セットを行った。3rdローラー温度は室温とした。なお、延伸速度は800m/min、各ローラーは周回数6回とし、1stローラーと2ndローラーの間は倍率1.80倍、2ndローラーと3rdローラーの間は1.005倍とした。熱セットローラーである2ndローラーと3rdローラー間の張力は0.31cN/dtexであった。
【0039】
繊維物性は表1に示す通りであり、強度が5.0cN/dtexと高い値であったが、収縮応力が0.44cN/dtexと高いため、S0とS1が同じ値であった。そのため、布帛の収縮率も7.3%と高いものであった。
比較例2
ポリL乳酸に替えて融点が150℃、重量平均分子量が15万、L/Dの比率が94.8/5.2のD体共重合ポリ乳酸を用いる他は、実施例1と同様にして延伸糸を得た。
【0040】
表1に示す通り、収縮応力は0.12cN/dtexと低い値であったが、S0 が46.9%と非常に高い値であったため、S1 も25.0と高い値であった。そのため、この繊維を用いて作製した布帛の収縮率は21.1%であり、大幅に収縮して極めて粗硬なものであった。
比較例3
実施例1と同様にしてポリL乳酸の未延伸糸を得た。この未延伸糸をホットローラー−ホットローラー系の延伸機を用いて、1stローラー温度70℃で予熱・延伸し、2ndローラー温度90℃で熱セットを行った。3rdローラー温度は室温とした。なお、延伸速度は800m/min、各ローラーは周回数6回とし、1stローラーと2ndローラーの間は倍率1.4倍、2ndローラーと3rdローラーの間は1.05倍とした。熱セットローラーである2ndローラーと3rdローラー間の張力は0.24cN/dtexであった。
【0041】
繊維物性は表1に示す通りであり、機械的特性に優れており、取り扱い上の問題を生じなかった。しかし、この繊維のS0 は15.4%と高く、S1 も12.9%と高い値であった。そのため、この繊維を用いて作成した布帛の収縮率は10.7%と高いものであり、布帛の形態安定性に劣っていた。
【0042】
【表1】
【0043】
【発明の効果】
本発明の繊維は収縮率および収縮応力が共に低いため、布帛構造としてみた収縮率が小さい。そのため、精練や染色などの熱水処理によっても布帛はほとんど収縮することが無く、ソフトな風合いの維持が可能であり、また幅入りが抑制されるため、低目付化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の脂肪族ポリエステル繊維の製造方法の一例を示す工程概略図である。
【図2】本発明の脂肪族ポリエステル繊維の製造方法の他の一例を示す工程概略図である。
【図3】本発明の脂肪族ポリエステル繊維の製造方法のさらに他の一例を示す工程概略図である。
【符号の説明】
1:熱セット手段
2:張力測定場所
3:フィードローラー
4:予熱ローラー
5:延伸ゾーン
Claims (1)
- 工程中、加熱延伸後、唯一つの熱セット手段である100〜150℃に加熱された回転ローラーに、走行糸条を接触させて熱セットし、かつ該回転ローラーを離れた走行糸条の張力を0.2cN/dtex以下とする製造方法により得られた、95モル%以上がL−乳酸からなるポリ乳酸繊維であって、収縮応力の最大値が0〜0.2cN/dtexであり、無荷重下における沸騰水収縮率S0と0.01cN/dtex荷重下における沸騰水収縮率S1が下記式1、式2および式3の関係を満足していることを特徴とするポリ乳酸繊維。
S1 ≦5 ・・・(式1)
S1 ≦S0 ×0.8 ・・・(式2)
S0≦8 ・・・(式3)
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