JP4708863B2

JP4708863B2 - エアレイド不織布用短繊維の製造方法

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Publication number: JP4708863B2
Application number: JP2005159347A
Authority: JP
Inventors: 裕憲合田
Original assignee: Teijin Fibers Ltd
Current assignee: Teijin Fibers Ltd
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2025-05-31
Also published as: JP2006336123A

Description

本発明は、エアレイド不織布用短繊維の製造方法に関し、さらに詳しくは、油剤エマルジョン付与後の乾燥工程において、乾燥効率を高め、エアレイド不織布の開繊性を良好にするエアレイド不織布用短繊維の製造方法に関するものである。

エアレイド法は、乾式不織布の製造方法の一つであり、高速生産性や、嵩高性で繊維配向が均一な不織布が得られるなどの特徴がある。（一例は特許文献１を参照）。元来は、ドライパルプを叩解し、空気開繊してウェブを成型し、接着剤で固定したパルプ不織布が主流であったが、高強度、高通気性、耐水性などを狙い、全て合成繊維からなるエアレイド不織布も検討されている。（特許文献２など）。
かかるエアレイド不織布用短繊維においては、空気開繊性が重要であり、得られるエアレイド不織布の品位を左右する。例えば、本発明者の検討によれば、特許文献３に記載されているポリエチレンテレフタレート／高密度ポリエチレン芯鞘型複合繊維やポリプロピレン／高密度ポリエチレン芯鞘型複合繊維のような繊維表面に高密度ポリエチレンが露出しているエアレイド不織布用短繊維は、空気開繊性が向上しており、形成されたエアレイドウェブ中に、数十本の繊維が平行に揃って束となった未開繊束や、繊維が絡合してできる毛玉状欠点が生成され難く、従来よりもウェブ品位が改善された不織布が得ることができる。
ところが、本発明者の検討によれば、前述のようなオレフィン系エアレイド不織布用短繊維であっても、テストプラントのような小規模の製綿装置では良好であっても、操業機の大規模製綿装置では開繊性が劣化し、未開繊束が多くなる傾向にあることを発見した。

エアレイド不織布用短繊維には、エアレイド通過性向上や親水性などの機能性を付与するための仕上油剤を表面に付着しており、一般的な製綿工程では、延伸トウに仕上油剤を水系エマルジョン（水溶液）で付与して、押し込み型クリンパーで捲縮を付与した後、トウを金網またはパンチングプレートによるコンベアで運搬しながら、連続的に熱風で乾燥と弛緩熱セットが２０〜２００分間程度行われる。（例えば、非特許文献１の２０８ｐを参照。）
製綿装置の規模が大きくなるにつれて、トウが大きくなり、コンベア上の乾燥すべきトウ密度が格段に大きくなるため、熱風の通過性が著しく悪くなり、結果として開繊性不良に繋がると考えられる。このような事例の報告は、これまでなされていない。
米国特許第４，６４０，８１０号明細書国際公開９７／４８８４６号パンフレット特開平１１−８１１１６号公報ルーデビッヒポリエステル繊維（１９６７年コロナ社刊）

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、製綿設備の規模の大小にかかわらず、開繊性の良好なエアレイド不織布用短繊維の提供を可能とする製造方法にある。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、油剤エマルジョン付与後の延伸トウを圧縮空気を用いて空気開繊して乾燥工程前の延伸トウのトウ水分率を８重量％以下に低減させることにより、上記の課題が解決することを発見し、本発明に到達した。

本発明によれば、従来の大規模短繊維製造設備を小改造するのみで、小規模装置に劣らぬエアレイド性の良好な短繊維を得ることが可能となり、従来の紡績用短繊維などの同様の生産能力に引き上げることができ、コストダウンに貢献する技術である。

以下、本発明について詳細に説明する。
最初に、一般的な短繊維の延伸工程について、図１に示す。
まず、複数の錘から紡糸される未延伸糸を一つに束ねてサブトウとして、原トウ缶１（またはケンス）に収納する。押し込み型クリンパー７に供給するために、複数の原トウ缶１を並べて、サブトウ２をさらに太いトウ３とし、ローラー４、温水バス５から構成された延伸機に供給する。トウを温水バス５で温水中、あるいは、蒸気で加熱延伸（樹脂によっては冷延伸）した後、仕上げ油剤エマルジョンバス６で仕上油剤のエマルジョンを付与して、図示されるような押し込み型クリンパー７に供給される。

図２に示すように、未捲縮トウ１２はニップローラー１３に挟まれてスタフィングボックスに詰め込まれていくが、スタフィングボックスに詰め込まれたトウとニップローラーの把持点の間で坐屈し、平面ジグザク状の捲縮（機械捲縮という）が付与される。スタフィングボックスの出口は圧空シリンダー１６などで一定の背圧をかけており、捲縮トウ９がボックスより排出される。なお、捲縮を付与しない場合や三次元立体捲縮を付与する場合などは、スタフィングボックスの背圧をかけずに、ニップローラーの把持のみ行う場合がある。ニップローラーを通過した捲縮トウ９は、シュート８からコンベア１０に乗って熱風ドライヤー１１を通過し（図１参照）、エマルジョンの乾燥と弛緩熱処理が行われ、エアレイド法における空気開繊性をよくするために、２〜３０ｍｍ程度の短い繊維長にカットされ（図示せず）、梱包工程に輸送される。良好な開繊性を維持するため、繊維の水分率は０．５重量％以下に小さくすることが好ましい。なお、図２において、１４はクリンパー７（図１参照）を構成するドクターブレイド、１５はフラッパーである。

本発明では、熱風ドライヤー１１（図１参照）に供する直前の延伸トウのトウ水分率を８重量％とする。好ましくは６重量％以下、さらに好ましくは４重量％以下であり、少ないほど良好である。延伸トウのトウ水分率が８重量％を超えると、ドライヤーでエマルジョン中の水分を蒸発させる負荷が高くなり、コンベア上のトウ密度が大きくなるにつれ、乾燥されにくくなり、短繊維の水分率が高くなることでエアレイドにおける開繊性が劣化し、未開繊束が生じやすくなる。

クリンパー内に具備されるニップローラー１３（図２参照）を通過することで、延伸トウのエマルジョン付着率がほぼ決定するが、クリンパー以前の条件や樹脂、繊度により、付着率は変化する。一般的に、単糸繊度が細くなるほど、付着率は高くなる方向にあり、単糸繊度が大きいほど（例えば５デシテックス以上）開繊性が良好で、単糸繊度が小さいほど開繊性が悪化方向であることの一因である。ニップローラーの把持圧を大きくすることで、ある程度は付着率を下げることは可能であるが、捲縮数の制約や捲縮形態安定性、ＯＰＵの制約などにより、これにより全てをコントロールすることは不可能である。
また、エマルジョン付与前の乾燥ローラーによる水分除去やクリンパー前の乾燥やスチーム付与といった方法で付着率を下げる方法もあるが、バインダー繊維のような高い温度で融着する繊維や油剤の安定性、目標捲縮性能による制約などで必ずしも全ての繊維に適用できる技術ではない。

本発明者が鋭意検討の結果、クリンパーを通過したエマルジョンが付着している延伸トウを、次のような方法で空気開繊することで、エマルジョン付着率を下げ、トウ水分率を８重量％以下とすることによって、エアレイド性が著しく向上することを発見し、本発明に到達した。

延伸トウを空気開繊する装置の例を図３〜図５に上げて説明する。
図３（タイプＡ）は、クリンパー７から出た捲縮トウ９を、コンベア１０上に設置した円筒型のエジェクター１８を通過させて、空気を含ませ、かつテーパー状の管内で延伸トウの嵩を増やしながら該トウを開繊する方法である。すなわち、図３（ａ）に示すように、クリンパー７で捲縮を付与された捲縮トウ９はトウ引き取りギアで把持されたのち、円筒型エジェクター１８で空気開繊され、開繊トウ１９としてコンベア１０に載置される。図３(ｂ)は、円筒型エジェクター１８の断面構成図であり、２０はトウ吸引口、２１は圧空取り入れ口、２２はトウ排出口である。

また、図４（タイプＢ）は、図４（ａ）に示すように、コンベア１０上に捲縮を付与した延伸トウ９を載せる直前に矩形型のエジェクター２３で該トウを開繊し、開繊トウ１９とする方法である。図４(ｂ)は、矩形型エジェクター２３の斜視構成図であり、２０はトウ吸引口、２１は圧空取り入れ口、２２はトウ排出口である。

さらに、図５（タイプＣ）は、図５（ａ）に示すように、ドライヤーに入る前の捲縮トウ９を多数の空気噴出孔を設けたパイプ２４で開繊する方法である。図５(ｂ)は、パイプ２４の斜視構成図であり、２５は圧空取り入れ口、２６は圧空噴射ノズルである。

本発明者は、捲縮の少ない斑の部分に乾燥過程でエマルジョンが集中し、これがそのまま結束状として残る傾向があることを発見した。これは、延伸設備の規模の大小にかかわらず見られるものであるが、未開繊束数に規模の差が出るということは、延伸トウに対して熱風が小規模設備の場合通りやすく、大規模になると通りにくいことを示唆している。従って、乾燥の前に圧空により延伸トウを開繊しておくことで、集束した延伸トウがある程度のブロックの繊維束まで小さくされ、また、ある程度は単糸間に空気を含むようになることで、繊維の自由度が上がると同時に、乾燥工程でドライヤーの熱風通過性を助ける、空間が大きくなることで繊維表面から効率良く水分が蒸発する、といった効果があるものと推定する。

本発明の対象となる短繊維に用いられる樹脂としては、ポリプロピレン、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、プロピレンと他のα−オレフインからなる結晶性プロピレン共重合体などのポリオレフイン類、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１１などのポリアミド類、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ジオールとテレフタル酸／イソフタル酸などを共重合した低融点ポリエステル、ポリエステルエラストマーなどのポリエステル類、フッソ樹脂などが例示できる。
一般に、ポリオレフィン系樹脂からなる繊維が良好な開繊性を示すが、これらに比べて開繊性の劣るポリエステル系樹脂についても、本発明の製造方法を用いることで開繊性のレベルを向上することが可能である。

本発明に適用される繊維は、これらの単一成分からなる繊維でも、２種類以上の樹脂からなるポリマーブレンド繊維や複合繊維であってもよい。
また、樹脂中には、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、蛍光増白剤、着色顔料などが含有されていてもよい。中実繊維であっても中空繊維であってもよい。なお、繊維断面形状も丸断面に限定されることはなく、楕円断面、３〜８葉断面などの多葉断面、３〜８角形などの多角形断面など異形断面でもよい。

また、仕上油剤の組成については特に限定を受けないが、炭素数１０〜２０であるアルキルリン酸アルカリ金属塩あるいは炭素数１０〜３０のアルキルエーテルを３０〜９０重量％、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレングラフト重合ポリシロキサンあるいはポリジメチルシロキサンを１０〜７０重量％含む油剤が好ましい例として挙げられる。油剤付着率は０．０１〜５重量％が適正範囲である。０．０１重量％未満であると、エアレイドウェブ成形中に静電気が発生し易くなり、５重量％を超えると、繊維が集束し易くなり、空気開繊性が低下する傾向にある。

以下、実施例により、本発明をさらに具体的に説明する。
なお、実施例における各項目は次の方法で測定した。
（１）極限粘度（〔η〕）
オルトクロロフェノールを溶媒として、温度３５℃で測定した。
（２）メルトフローレイト（ＭＦＲ）
ＪＩＳＫ７２１０記載の方法に従った。
（３）融点（Ｔｍ）
ＪＩＳＫ７１２１記載の示査走査熱量測定（ＤＳＣ）に従って得たＤＳＣ曲線における吸熱ピーク温度として定義した。

（４）繊度
ＪＩＳＬ１０１５７．５．１Ａ法に記載の方法により測定した。
（５）繊維長
ＪＩＳＬ１０１５７．４．１Ｃ法に記載の方法により測定した。
（６）捲縮数
所定の繊維長に切断前の延伸トウより単糸を取り、ＪＩＳＬ１０１５７．１２に記載の方法により測定した。

（７）油剤付着率
所定繊維重量に対し、繊維から３０℃のメタノールによって浴比１：２０で１０分間抽出した残査の重量を測定し、所定繊維重量で除した値を用いた。
（８）エマルジョン付着率
ドライヤーに入る直前の延伸トウを適量サンプリングし、直ちに秤量ビン（重量：Ｗｏ）に入れ、密閉し、重量（Ｗａ）を測定する。トウサンプルを秤量ビンより取り出し、１２０℃の熱風循環型乾燥機に入れ、約６０分乾燥した後、予め乾燥した同一の秤量ビンに入れ、重量（Ｗｂ）を測定する。これを以下の式で算出し、エマルジョン付着率（ＥＰＵ）とする。
ＥＰＵ（重量％）＝〔（Ｗａ−Ｗｂ）／（Ｗｂ−Ｗｏ）〕×１００

（９）エアレイドウェブ欠点数（エアレイド性）
Ｄａｎ−Ｗｅｂｆｏｒｍｉｎｇ社のフォーミングドラムユニット（６００ｍｍ幅、フォーミングドラムの孔形状２．１ｍｍ×２４．５ｍｍの長方形、開孔率３８％）を用いてドラム周速度２００ｍ／ｍｉｎ、ニードルロール回転数９００ｒｐｍ、ウェブ搬送速度２０ｍ／分の条件で、短繊維１００％からなる目付１７ｇ／ｍ２のエアレイドウェブを採取した。ウェブから１ｇ分を１０箇所ランダムに採取し、これに含まれる、繊維が平行に凝集した未開繊束で長径が１ｍｍ以上であるものと直径５ｍｍ以上の毛玉状欠点を数えて、１ｇ当りの平均個数を算出し、欠点数が１０個以下を合格とした。
○：良好（未開繊束が１０個以下で、一見では未開繊束が意識されない。）
△：やや不良（未開繊束が１１〜３０個の範囲で、少数の未開繊束があることが意識される。）
×：不良（未開繊束が多量に感じられ、著しく外観品位を損なっている。）

実施例１
ＭＦＲが２０ｇ／１０分、融点（Ｔｍ）が１３１℃の高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）と、１２０℃で１６時間真空乾燥した固有粘度［η］が０．６１ｄＬ／ｇ、Ｔｍが２５６℃のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を各々別のエクストルーダーで溶融し、各々２５０℃と２９０℃の溶融ポリマーとして、前者を鞘成分Ａ、後者を芯成分Ｂとし、複合比率Ａ：Ｂ＝５０：５０（重量比）として、孔径０．３０ｍｍの丸孔吐出孔を１，０３２孔有する芯鞘型複合紡糸口金を用いて、複合化して溶融吐出させた。この際、口金温度は２８５℃、吐出量は７５７ｇ／分であった。さらに、吐出ポリマーを口金下４０ｍｍの位置で２５℃の冷却風で空冷し１１５０ｍ／分で巻き取り、未延伸糸を得た。

この未延伸糸を束ねてトウとするが、７０℃温水中で２．６倍に延伸し、さらに９０℃温水中で１．１５倍に延伸を行った後のトウ繊度を９３，０００テックスとし、１６０ｍｍ幅の押し込みクリンパーに供給して、捲縮数１１個／２５ｍｍの捲縮を付与した。クリンパー供給前に、ラウリルホスフェートカリウム塩／ポリオキシエチレン変性シリコーン（重量比）＝８０／２０からなる仕上油剤の３．５重量％水溶液（水系エマルジョン）を満たしたバスにトウをディップし、クリンパー内のニップローラーでエマルジョンを絞ったが、このときのエマルジョン付着量は１２重量％であった。延伸速度は１５０ｍ／ｍｉｎとした。

クリンパー〜乾燥工程間に図３に示す開繊装置Ａを取り付け、圧空流入量の調整により、乾燥前の延伸トウのエマルジョン付着量を６重量％とした。これを熱風温度が１０５℃の熱風循環式連続ドライヤーにパンチングプレート製のコンベア上に延伸トウを載せて５０分間乾燥した後、ロータリーカッターで５ｍｍの繊維長にカットした。このときのドライヤーに供するコンベア上のトウ密度は３１０ｋｇ／ｍ^３であった。
得られた短繊維の繊度は２．４デシテックス、油剤付着率は０．２５重量％、捲縮数１１個／２５ｍｍであった。この短繊維からなるエアレイドウェブの未開繊束数は２個／ｇであり、良好であった。
本例の実施条件と得られた結果の集約を表１に示す。

実施例２
図３に示す開繊装置Ｂを取り付け、圧空流入量の調整により、乾燥前の延伸トウのエマルジョン付着量を４重量％とした他は、実施例１と同様の条件とした。その結果、エアレイドウェブの未開繊束数は１個／ｇであり、良好であった。
本例の実施条件と得られた結果の集約を表１に示す。

実施例３
図３に示す開繊装置Ｃを取り付け、圧空流入量の調整により、乾燥前の延伸トウのエマルジョン付着量を８重量％とした他は実施例１と同様の条件とした。その結果、エアレイドウェブの未開繊束数は４個／ｇであり、良好であった。
本例の実施条件と得られた結果の集約を表１に示す。

比較例１
乾燥前の延伸トウ開繊装置を設けない以外は、実施例１と同様の条件とした。その結果、乾燥前の延伸トウのエマルジョン付着量は１２重量％であり、エアレイドウェブの未開繊束数は５０個／ｇを超え、不良であった。
本例の実施条件と得られた結果の集約を表１に示す。

比較例２
乾燥前の延伸トウ開繊装置を設けず、延伸速度を７５ｍ／ｍｉｎとして乾燥トウ密度を２１０ｋｇ／ｍ^３に下げた以外は、実施例１と同様の条件とした。その結果、乾燥前の延伸トウのエマルジョン付着量は１２重量％であり、エアレイドウェブの未開繊束数は１２個／ｇで、やや不良であった。
本例の実施条件と得られた結果の集約を表１に示す。

比較例３
実施例１と同じ紡糸未延伸糸を用いて、小規模延伸機で開繊装置を設けずに試作を行った。クリンパー幅３８ｍｍ、延伸トウ繊度１５,０００テックス、延伸速度７０ｍ／ｍｉｎ以外の条件は実施例１と同様の条件で、このときのドライヤーに供するコンベア上のトウ密度は１７６ｋｇ／ｍ^３、エマルジョン付着率は１２重量％であった。得られた短繊維のエアレイドウェブの未開繊束数は０個／ｇで、良好であった。
本例の実施条件と得られた結果の集約を表１に示す。

本発明によれば、従来の大規模短繊維製造設備を小改造するのみで、小規模装置に劣らぬエアレイド性の良好な短繊維を得ることが可能となり、従来の紡績用短繊維などの同様の生産能力に引き上げることができ、コストダウンに貢献する技術である。得られる捲縮が付与された短繊維は、開繊性が良好であり、エアレイド不織布用短繊維として有用である。

一般的な短繊維製造工程（延伸部分）を示した模式図である。一般的なクリンパーの構造を示した模式図である。本発明の空気開繊装置の一例（タイプＡ）を示した模式図であり、（ａ）は配置図、（ｂ）は円筒型エジェクターの断面構成図である。本発明の空気開繊装置の一例（タイプＢ）を示した模式図であり、（ａ）は配置図、（ｂ）は矩形型エジェクターの斜視構成図である。本発明の空気開繊装置の一例（タイプＣ）を示した模式図であり、（ａ）は配置図、（ｂ）は圧空噴射管の斜視構成図である。

符号の説明

１：原トウ缶
２：サブトウ（未延伸糸）
３：トウ（未延伸糸）
４：ローラー
５：温水バス
６：仕上油剤エマルジョンバス
７：クリンパー
８：シュート
９：捲縮トウ
１０：コンベア
１１：熱風ドライヤー
１２：未捲縮トウ（延伸糸）
１３：ニップローラー
１４：ドクターブレイド（ボックスフレーム）
１５：フラッパー
１６：圧空シリンダー
１７：トウ引き取り用ギア
１８：円筒型エジェクター
１９：開繊トウ
２０：トウ吸引口
２１：圧空取入れ口
２２：トウ排出口
２３：矩形型エジェクター
２４：圧空噴出管
２５：圧空取り入れ口
２６：圧空噴出ノズル

Claims

延伸トウに油剤エマルジョンを付与した後に乾燥する工程を有するエアレイド不織布用短繊維の製造方法において、油剤エマルジョン付与した後から乾燥する工程までの間に、延伸トウを空気開繊し、乾燥前の延伸トウのトウ水分率を８重量％以下とすることを特徴とするエアレイド不織布用短繊維の製造方法。
延伸トウに、油剤エマルジョンを付与した後、延伸トウをクリンパーに供給して捲縮を付与し、しかる後、空気開繊する請求項１記載のエアレイド不織布用短繊維の製造方法。