JP4715387B2

JP4715387B2 - ポリエステル繊維

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Publication number: JP4715387B2
Application number: JP2005240957A
Authority: JP
Inventors: 泰一岡田; 浩亨前田; 由治奥村
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2005-08-23
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2025-08-23
Also published as: JP2007056387A

Description

本発明は耐候性に優れたポリエステル繊維に関する。さらに詳しくは安全ネット、安全ロープ、重布、漁網などの産業資材用途、シートベルト、カーシートなどの車輌資材用途に好適に使用される高耐候性、高強力、高タフネスを兼ね備えたポリエステル繊維に関するものである。

ポリエステル繊維は高強度、高タフネスを有し、耐熱性、寸法安定性にも優れることから多くの産業資材用途に使用されている。耐候性についても、ナイロン繊維に較べれば格段に良好であり、屋外で使用する用途にも幅広く適用されている。しかしながら、長時間の紫外線照射など過酷条件下においては強伸度等の物性低下を伴い、ポリエステル繊維の耐候性向上は永年の課題となっている。

特に近年では安全ネット、安全ロープなどの保安用品において、その安全基準が厳格化する傾向にあり、繊維部材に要求される耐候性レベルも高くなりつつある。また、自動車自体の耐久年数が飛躍的に伸びるなか、シートベルト等の車輌資材についても、耐久性・耐候性に対する要求がますます高くなってきている。

このような状況のもと、古来よりポリエステル繊維の耐候性を向上させる技術は数多く提案され続けており、なかでもポリマ中に紫外線吸収剤や酸化防止剤を添加する方法が各種提案されている。

特許文献１ではポリエステルにベンゾフェノン系紫外線吸収剤を添加することで耐候性を向上させる方法が開示されている。しかしながら、その効果は十分ではなく、近年要求される耐候性レベルを満足するものではなかった。

特許文献２ではポリエステル繊維に添加する耐候剤として、トリアゾール系紫外線吸収剤はじめ幾種の化合物が提案されている。この化合物の添加により耐候性は向上するものの、添加量の増大に伴い、繊維の強伸度特性が低下するばかりか、製糸性の悪化や毛羽発生などの品位不良を招き、物性、生産性の両面で問題を残すものであった。

これらの問題を解消する方法として特許文献３の方法が提案されている。特許文献３には、いったん耐候剤を添加したポリエステル繊維を得た後、布帛形状に加工する段階もしくは加工した後に、さらに耐候性を向上させる目的で、紫外線吸収剤を含んだ溶液を塗布、固着させる方法が記載されている。確かに特許文献３の方法によると製糸性の悪化、物性低下を招くことなく、耐候性に優れた繊維製品を得ることができるが、余分な工程を増やすことは大幅なコストアップ要因となり、せっかくポリマコストが比較的安価なポリエステル繊維を使用するメリットが消失してしまう。

このように、近年においては繊維製品全般に対するコストダウン要求は少なくなく、工程の簡略化、省略化が望まれるようになっており、繊維製造段階における繊維物性の向上、機能性、意匠性の付与は重要な開発テーマとなっている。
特開昭５９−１３０３１８号公報（特許請求の範囲）特開昭６２−２４０３４９号公報（特許請求の範囲）特開平１０−１８６８号公報（特許請求の範囲）

以上述べてきたとおり、特別な工程を通すことなく、近年要求される高いレベルの耐候性を実現することは非常に難しく、これまでのところ達成できていないのが実状であった。

本発明は、上述の問題を解消し、工程追加が不要でコストアップを伴わずに、高耐候性、高強力、高タフネスを兼ね備えたポリエステル繊維を得ることを目的とする。さらに本発明ではポリエステル繊維自体が着色しており、染色工程の省略が可能となる。

上記目的を達成するため、本発明は主として次の構成を有する。

すなわち、有機系着色剤としてシアニンブルーと、無機系着色剤としてカーボンブラックのみからなる着色剤を含有したポリエステル繊維であって、強度が５．０〜８．０ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度が１０〜２５％、紫外線を２０時間照射した強制劣化試験後の強力保持率が７０％以上であることを特徴とする耐候性に優れたポリエステル繊維である。

さらに、本発明のポリエステル繊維においては、着色剤をポリエステル繊維全体に対して０．１〜３．０重量％含有することが好ましい態様であり、この要件を満足することでさらに優れた効果が期待できる。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明のポリエステル繊維をなすポリマは特に限定されるものではないが、高強度、高タフネスの繊維を得るためにはエチレンテレフタレートを主な繰り返し単位とするポリエチレンテレフタレートが好適に用いられる。ポリマの一部にはこれらの特性を阻害しない範囲において、イソフタル酸、アジピン酸、セバシン酸、ダイマー酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸などの酸成分、ブタンジオール、ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、１，４−シクロヘキサンジオールなどのジオール成分を含むものであっても良い。

本発明のポリエステル繊維は、３６５ｎｍでの紫外線照度が１００ｍＷ／ｃｍ^２である紫外線を２０時間照射した強制劣化試験において、試験後の繊維強力を試験前の繊維強力で除した値、すなわち強力保持率が７０％以上である。この条件の強制劣化試験は、例えば、使用、回収・保管を繰り返す安全ネット用途に適用した場合では、およそ７〜１０年間分に相当すると見積もられている。また、強力保持率が７０％以上であれば、強度が５．０〜８．０ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度が１０〜２５％の条件を満たす限りにおいて、実質的には衝撃による破断が起こる可能性が極めて低いものである。つまり、本発明の耐候性に優れたポリエステル繊維を使用すれば、安全性を確保したまま屋外環境下における使用期間の延長が期待できる。また、耐候性が高いことは劣化の進行速度が遅く、一気に強力が低下しないことを示しており、破断等の危険性を未然に防ぐことが可能となる。一方、強制劣化試験後の強力保持率が７０％未満の場合、屋外で使用を続けるうちに衝撃等で破断に繋がる恐れがあり、人体の安全性を護る保安用品用のポリエステル繊維として不安を残すものである。なお、強力保持率については、高ければ高いほどよいが、現時点での技術レベルでは、紫外線照射によるポリエステル繊維の劣化を完全に抑制することは不可能であり、強制劣化試験後の強力保持率は９０％程度が限界レベルである。

本発明のポリエステル繊維においては、着色剤を含有することにより、ポリエステル繊維の耐候性向上に大きく寄与するものである。勿論、染色工程を省略化できるメリットもある。耐候性の点において、無機系着色剤としてカーボンブラック、有機系着色剤としてシアニンブルーを同時に含有することで耐候性は飛躍的に向上する。耐候性が飛躍的に向上するメカニズムについては定かではないが、無機系化合物による紫外線を遮蔽のはたらきと有機系化合物による紫外線を吸収・分解のはたらきが、互いにそのはたらきを助長する役割を担っているものと考えられる。また、両者は適度に相互作用することでポリエステル繊維中で均一かつ微細に分散し、耐候性向上に繋がっている可能性が考えられる。

着色剤の含有量はポリエステル繊維全体に対し０．１〜３．０重量％であることが好ましく、かかる範囲の含有量であれば、強伸度特性をほとんど低下させることなく、優れた耐候性の発現が期待できる。

また、難燃性を付与する目的でリン系などの難燃剤成分を含有していても良く、艶消しの目的で酸化チタン、酸化ケイ素などの無機物を含有していても良い。また、耐摩耗性を向上させるため炭酸カルシウム、エチレンビスステアリルアミドなどの滑剤を含有するものであっても何ら差し支えない。もちろん、耐候性の向上を図る目的でさらに少量のベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系などの紫外線吸収剤、耐酸化剤、ラジカル補足剤などを含有していても何ら問題ないことは言うまでもない。

本発明のポリエステル繊維は、強度５．０〜８．０ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度１０〜２０％である。かかる範囲の強伸度を有するポリエステル繊維を使用することで、人体を危険から護るに適正な強力、エネルギー吸収性能を保持した安全ネット、安全ロープなどの保安用品、シートベルトなどの車輌資材を得ることができる。ポリエステル繊維の強度が５．０ｃＮ／ｄｔｅｘに満たない場合、伸度が１０％未満および２０％を越える場合のいずれであっても、上記安全性を確保する産業資材用途に使用することは困難である。一方、着色剤を含有するポリエステル繊維を生産するうえで、８．０ｃＮ／ｄｔｅｘを越える高強度繊維を良好な品位で安定生産するのは、現時点では非常に難しい。

本発明の繊維を製造する方法としては、常法によることができる。
たとえば、予めポリエステルポリマに着色剤を溶融添加し着色のマスターペレットを作成した後、直色剤を含まない無色のベースポリマと任意の割合で混練し、溶融紡糸・延伸法により繊維化することができる。マスターペレット中に添加する着色剤の量、およびマスターペレットとベースポリマの混練割合は主として目標とする原着繊維の色調により決められるもので、特に限定されるものではないが繊維の耐候性、強伸度、生産コスト等の観点から、着色剤の含有量は５〜２５重量％、マスターペレット：ベースポリマの比率は１：１００〜１０：１００の範囲とすることが好ましい。

溶融紡出された糸条は高温に保持された加熱筒内を通過した後、チムニー風で冷却固化される。高強度、高伸度繊維を品位よく得るためには、加熱筒内の温度は２８０℃〜３３０℃であることが好ましく、加熱筒長さは５０ｍｍ〜５００ｍｍが好ましい。冷却後の糸条は油剤を付与された後、ローラで引き取られ、引き続き延伸に供される。延伸条件は目標とする繊維の繊度、強度、伸度、収縮率等によって適宜選択すればよく、通常はトータル３．５〜６．５の倍率を２〜３段に分けて実施するのが一般的である。延伸後の糸条は弛緩熱処理され巻き取り機にて巻き取られる。形態安定性の優れた繊維を得るためには弛緩熱処理することが好ましく、弛緩率は１〜８％、熱処理温度２００〜２５０℃の範囲が良い。かくして本発明のポリエステル繊維を得ることができる。

以下実施例により本発明を具体的に説明する。なお、各種物性値は次の方法により測定、算出した。

［固有粘度］：
試料８．０ｇにオルソクロロフェノール１００ｍｌを加えて、１６０℃・１０分間加熱溶解した溶液の相対粘度ηｒをオストワルド粘度計を用いて測定し、次の近似式に従い算出した。
固有粘度＝０．０２４２ηｒ＋０．２６３４。

［繊度］：
ＪＩＳＬ−１０１３の方法に準じ、正量繊度を測定した。

［強度・伸度］：
ＪＩＳＬ−１０１３の方法に準じ、気温２０℃、湿度６５％に温調室において、（株）オリエンテック社製“テンシロン”引張試験機を用い、試長２５０ｍｍ、引張速度３００ｍｍ／ｍｉｎの条件で測定した。

［強力保持率］
岩崎電気（株）製超促進耐候性試験機“アイ・スーパーＵＶテスター”を用い、試料を３６５ｎｍにおける照度１００ｍＷ／ｃｍ２の条件で２０時間処理した。処理後の試料の強力を“テンシロン”引張試験機にて測定し、次式に従い紫外線照射後の強力保持率を算出した。
強力保持率（％）＝（処理後の強力／処理前の強力）×１００。

［編地の耐貫通性試験］
ラッセル編機にて編地試料を作製し、岩崎電気（株）製超促進耐候性試験機“アイ・スーパーＵＶテスター”にて３６５ｎｍにおける照度１００ｍＷ／ｃｍ^２の条件で２０時間処理した。処理後の編地試料を用い、ＪＩＳＡ−８９５２の方法に準じ、耐貫通性試験を実施し貫通および破断・損傷の有無を観察した。

［実施例１］
固有粘度が１．０のポリエチレンテレフタレートのペレット（Ａ）、固有粘度が０．７でカーボンブラックを２０重量％含有するポリエチレンテレフタレートのペレット（Ｂ）、固有粘度が０．７でシアニンブルーを２０重量％含有するポリエチレンテレフタレートのペレット（Ｃ）をそれぞれＡ：Ｂ：Ｃ＝１００：１：２の割合で混合したブレンドペレットを、１４４個の吐出孔を有する紡糸口金に配し２９５℃の温度で溶融紡糸した。紡出された糸条を温度３２０℃、長さ４００ｍｍの加熱筒を通過させた後、冷却風を吹き付け冷却固化させ、油剤を付与した後引き取った。引き続き一旦巻き取ることなく、２段延伸にてトータルの延伸倍率が５．８倍となるように延伸し、２３０℃の温度で熱弛緩処理した後、３０００ｍ／ｍｉｎの速度で巻き取ることにより１４００ｄｔｅｘのポリエチレンテレフタレート繊維を製造した。得られたポリエステル繊維の強力、強度、伸度および紫外線照射後の強力、強力保持率を測定した結果を表１に示す。

引き続き、得られたポリエステル繊維を３本引き揃えてフロント糸とし、２本引き揃えてバック糸としてラッセル編機にて編み目１５ｍｍとなるように編網した後、１５０℃・３分間の熱セットを施し、ネットを作製した。ネットの紫外線照射後の耐貫通性試験結果を表１に併せて示す。

［実施例２］
Ａ：Ｂ：Ｃ＝１００：３：３の割合で混合したブレンドペレットを用い、実施例１と同様の方法で１４００ｄｔｅｘのポリエチレンテレフタレート繊維を製造した。得られたポリエステル繊維の強力、強度、伸度、紫外線照射後の強力、強力保持率およびネットの耐貫通試験結果を測定した結果を表１に示す。

［比較例３］
固有粘度が０．７でシアニングリーンを２０重量％含有するポリエチレンテレフタレートのペレット（Ｄ）とペレット（Ａ）をＡ：Ｄ＝１００：３の割合で混合したブレンドペレットを用い、実施例１と同様の方法で１４００ｄｔｅｘのポリエチレンテレフタレート繊維を製造した。得られたポリエステル繊維の強力、強度、伸度、紫外線照射後の強力、強力保持率およびネットの耐貫通試験結果を測定した結果を表１に示す。

［比較例１］
ペレットＡのみを用い、実施例１と同様の方法で１４００ｄｔｅｘのポリエチレンテレフタレート繊維を製造した。得られたポリエステル繊維の強力、強度、伸度、紫外線照射後の強力、強力保持率およびネットの耐貫通試験結果を測定した結果を表１に示す。

［比較例２］
Ａ：Ｂ：Ｃ＝１００：１０：１０の割合で混合したブレンドペレットを用い、実施例１と同様の方法で１４００ｄｔｅｘのポリエチレンテレフタレート繊維を製造した。得られたポリエステル繊維の強力、強度、伸度、紫外線照射後の強力、強力保持率およびネットの耐貫通試験結果を測定した結果を表１に示す。

表１から明らかなように、本発明のポリエステル繊維は優れた耐候性を有し、該ポリエステル繊維からなるネットは衝撃を受けた際に貫通や破網が発生せず優れた性能を保持するものであった。一方、比較例１ではポリエステル繊維の耐候性が低く、耐貫通試験においてネットの一部が破断した。また、比較例２では、もとのポリエステル繊維の強力が低いことから、紫外線照射後の強力が低く、該繊維からなるネットは耐貫通試験において、その一部が破断し十分に満足のいくものではなかった。

本発明のポリエステル繊維は高強度、高タフネス、さらには耐候性に優れていることから屋外で使用される安全ネット、安全ロープ、重布、漁網などの産業資材用途、シートベルト、カーシートなどの車輌資材用途に好適に使用できる、極めて有用なポリエステル繊維である。

Claims

有機系着色剤としてシアニンブルーと、無機系着色剤としてカーボンブラックのみからなる着色剤を含有したポリエステル繊維であって、強度が５．０〜８．０ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度が１０〜２５％、紫外線を２０時間照射した強制劣化試験後の強力保持率が７０％以上であることを特徴とするポリエステル繊維。
着色剤をポリエステル繊維全体に対して０．１〜３．０重量％含有することを特徴とする請求項１に記載のポリエステル繊維。
強力保持率が７８％以上であることを特徴とする請求項１または２記載のポリエステル繊維。