JP5553307B2

JP5553307B2 - 耐光性に優れたポリエステル不織布の製造方法

Info

Publication number: JP5553307B2
Application number: JP2010136210A
Authority: JP
Inventors: 照夫堀; 敏夫井上
Original assignee: University of Fukui; JXTG Nippon Oil and Energy Corp
Current assignee: University of Fukui; Eneos Corp
Priority date: 2010-06-15
Filing date: 2010-06-15
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2030-06-15
Also published as: JP2012001836A

Description

本発明は、耐光性に優れたポリエステル不織布の製造方法に関し、特に細い繊維で構成される耐光性に優れたポリエステル不織布の製造方法に関する。

近年、ポリエステル不織布の用途は発展の一途をたどり、衣料用資材、防護用衣料、家具・インテリア用資材、人工皮革、フィルター、車両用資材、工業用資材、土木・建築用資材、農業・園芸用資材、生活用資材、医療用資材、衛生材料で使用されているが、更なる高機能化への要求は高く、特に、インテリア用資材、土木・建築用資材、農業・園芸用資材、関連では、優れた耐光剤を有する製品が期待されている。

しかしながら、ポリエステル不織布の製造においては、複数のノズルを有する成形機で多量の細径繊維を継続的に製造することが必要で、耐光安定剤のブリードアウト等によるノズルへの糸切れによるトラブルを避けるため、耐光安定剤の添加量は制限を受ける。
また、耐光安定剤の分子量が５００以下であると、一般に、ポリエステル不織布の紡糸工程中の周囲への飛散、チルロール、エンボスロール表面への付着等が避けられず、添加量の全てが最終製品中で耐光剤改良剤として機能することはできない。この傾向は、不織布を構成する繊維径が細くなるほど、例えば１５μｍ以下、特に１０μｍ以下になると強まる。また、ポリエステル不織布の耐光性改良には、ポリエステルの重縮合工程中に生成し、そのままポリエステル原料中に残留するオリゴマーを除去することも重要である。

ポリエステル系高分子材料の優れた耐光安定剤としては、ベンゾトリアゾール系耐光安定剤（紫外線吸収剤）、トリアジン系耐光安定剤（紫外線吸収剤）、ヒンダードアミン系耐光安定剤（紫外線吸収剤）などが知られているが、これらは、ポリエステル不織布に添加する場合に上記した問題を有している。

特許文献１には、超臨界二酸化炭素を利用して各種機能剤をプラスチック成形体に添加して機能化する方法が開示されているが、耐光安定剤の注入、ポリエステル不織布が抱える上記課題に対する解決法は提案されていない。
特許文献２において、ポリプロピレン繊維に対する耐光安定剤注入に関する記載はあるが、ポリエステル不織布に対する具体的開示はない。

特開２００４−３００５８８号公報特開２００８−１９５２２号公報

本発明の目的は、ポリエステル不織布、特に、細径のポリエステル繊維を構成材料とするポリエステル不織布にとって困難であった耐光安定剤の多量注入を可能とし、耐光性に優れたポリエステル不織布を製造することにある。

本発明者らは鋭意検討を行なったところ、超臨界二酸化炭素を利用することにより、ポリエステル不織布、特に、細径のポリエステル繊維を構成材料とするポリエステル不織布にとって困難であった耐光安定剤の注入が可能となり、また、耐光性に好ましくないオリゴマー成分の抽出が行なわれることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明は、［１］超臨界二酸化炭素中において、ポリエステル不織布に、分子量が５００以下である耐光安定剤を含浸させる工程を含む耐光性ポリエステル不織布の製造方法であって、ポリエステル不織布が、縦方向に配列され且つ延伸された平均繊維径１０μｍ以下のフィラメントウェブ集積体と、横方向に配列され且つ延伸された平均繊維径１０μｍ以下のフィラメントウェブ集積体とからなる経緯直交差不織布であることを特徴とする耐光性ポリエステル不織布の製造方法である。

また、本発明は、［２］耐光安定剤が、ベンゾトリアゾール系耐光安定剤、トリアジン系耐光安定剤およびヒンダードアミン系耐光安定剤から選択されるいずれかであることを特徴とする前記［１］に記載の耐光性ポリエステル不織布の製造方法である。

また、本発明は、［３］２重量％以上の耐光安定剤を含浸させることを特徴とする前記［１］または［２］に記載の耐光性ポリエステル不織布の製造方法である。

また、本発明は、［４］耐光安定剤を含浸させる工程が、密閉容器内において行なわれることを特徴とする前記［１］ないし［３］のいずれかに記載の耐光性ポリエステル不織布の製造方法である。

本発明の方法により、ポリエステル不織布、特に、細径のポリエステル繊維を構成材料とするポリエステル不織布にとって困難であった耐光安定剤の多量注入を可能とし、耐光性に優れたポリエステル不織布を製造することができる。

本発明にかかる耐光性ポリエステル不織布の製造装置の概略図を示す。

本発明は、超臨界二酸化炭素中において、ポリエステル不織布に耐光安定剤を含浸させる工程を含むことを特徴とする耐光性に優れたポエステル不織布の製造方法である。

超臨界二酸化炭素とは、７．３８ＭＰａ以上、かつ３１℃以上の状態にある二酸化炭素を指す。
二酸化炭素は、超臨界状態になると、耐光安定剤の溶解力および不織布中のポリエステル繊維の膨潤力が向上する。超臨界二酸化炭素中に、ポリエステル不織布と耐光安定剤と接触させることで、超臨界流体に溶解した耐光安定剤を、膨潤したポリエステル繊維に、繊維表面から均一に含浸することができる。すなわち、最も露光条件が厳しい繊維表層に効率的に耐光安定剤が効率的に配置できる。
また、膨潤したポリエステル繊維中のオリゴマーが超臨界二酸化炭素に溶解し、ポリエステル繊維中からオリゴマーを抽出除去できる。
その際、密閉容器内にポリエステル不織布と耐光安定剤を含浸させて温度および圧力を調整すると、溶解度の膨潤度を容易かつ安定化するので好ましい。
耐光安定剤をポリエステル不織布に含浸させるには、不織布表面に耐光安定剤を付着させるか、超臨界二酸化炭素で充填された密閉容器内に不織布表面に耐光安定剤の両者を共存させることが好ましい。

超臨界二酸化炭素中でポリエステル不織布に耐光安定剤を含浸させる工程における温度および圧力は、二酸化炭素が超臨界状態にある条件、かつ不織布を構成するポリエステルの融点以下であれば特に制限はないが、圧力は１０〜３０ＭＰａ、温度は５０℃〜ポリエステルの融点の５０℃以下が好ましい。圧力が１０ＭＰａ未満では、超臨界二酸化炭素の密度が小さくポリエステルへの浸透が十分でなく、３０ＭＰａ超では、設備が大型化して経済的ではない。温度がポリエステルの融点まで５０℃ない場合は、不織布の変形が生じる可能性がある。具体的には、ポリエステルがポリエチレンテレフタレートの場合は５０℃〜１８０℃、ポリブチレンテレフタレートの場合は５０℃〜１６０℃が好ましい。経済的観点から、温度と圧力を調整して、含浸時間を５時間以下とすることが好ましい。

本発明に用いることができる耐光安定剤（耐光剤、光安定剤とも称する。）については特に制限はないが、ポリエステルとの親和性の高さから、ベンゾトリアゾール系耐光安定剤、トリアジン系耐光安定剤およびヒンダードアミン系耐光安定剤が好ましい。これら耐光安定剤は、市場から、ベンゾトリアゾール系耐光安定剤としては、「ＴＩＮＵＶＩＮＰ」、「ＴＩＮＵＶＩＮ２３４」、「ＴＩＮＵＶＩＮ３２６」、「ＴＩＮＵＶＩＮ３２８」、「ＴＩＮＵＶＩＮ３２９」、トリアジン系耐光安定剤としては、「ＴＩＮＵＶＩＮ１５７７ＦＦ」、ヒンダードアミン系耐光安定剤としては、「ＴＩＮＵＶＩＮ１４４」、「ＴＩＮＵＶＩＮ７６５」、「ＴＩＮＵＶＩＮ７７０ＤＦ」（以上ＢＡＳＦ（株）製）が入手できる。

耐光安定剤を不織布に含浸させるには、不織布表面に耐光安定剤を付着させるか、超臨界二酸化炭素で充填された密閉容器内に不織布表面に耐光安定剤の両者を共存させることが好ましい。耐光安定剤は、通常０．５重量％以上添加することで改良効果が得られるが、本発明の方法によれば、ポリエステル不織布に耐光安定剤を多量に含浸させることが可能となる。通常、ポリエステル不織布製造装置において、耐光安定剤を１重量％以上添加することはトラブルを生ずる要因となるが、本発明の製造方法によれば、２重量％以上を含浸することが可能であり、極めて耐光性に優れたポリエステル不織布を得ることができる。また、耐光安定剤の不織布への含浸量は、必要とする耐光特性に応じて適宜増減可能である。

本発明にかかるポリエステル不織布の構成材料であるポリエステルは、ジカルボン酸化合物とジヒドロキシ化合物の重縮合、オキシカルボン酸化合物の重縮合、又はこれらの誘導体の混合物の重縮合などによって得られる熱可塑性ポリエステルである。
なかでも好ましいのは、細径繊維の成形性の観点から、酸性分の９５モル％以上がテレフタル酸であり、アルコール成分の９５モル％以上が脂肪族ジオールであるポリアルキレンテレフタレートである。その代表的なものはポリブチレンテレフタレート及びポリエチレンテレフタレートである。
なお、ポリブチレンテレフタレート及びポリエチレンテレフタレートは、重縮合工程中で生成するオリゴマーが残留物となることが避けられないので、良好な耐光性を得るためには、これらのオリゴマーを抽出除去することが好ましい。

本発明において用いられるポリエステル不織布について、その不織布の形成法については特に制限はない。例えば、フリース形成法（「乾式法」、「湿式法」、「スパンボンド法」、「メルトブロー法」）、フリース結合法（「サーマルボンド法」、「ケミカルボンド法」、「ニードルパンチ法」、「スパンレース法（水流絡合法）」、「ステッチボンド法」、「スチームジェット法」）などのいずれの方法であってもよい。

本発明にかかる不織布の目付け、構成する繊維径には特に制限はない。ただし、耐光安定剤の注入およびオリゴマー抽出とも、超臨界二酸化炭素の繊維表面への吸着を起点として注入、抽出へ進行するので、比表面積が大きい細径繊維で構成される不織布、また、同じ径の繊維で構成される不織布であれば、繊維分布が疎である低目付け不織布が好ましい。繊維径は１０μ以下、目付けは１０μ繊維径であれば、４０ｇ／ｍ^２以下、好ましくは、３０ｇ／ｍ^２以下とすることで、大きな効果を得ることができる。

以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって何ら制限されるものではない。

（縦延伸不織布の製造）
メルトブロー紡糸装置により、極限粘度ＩＶ値が０．６２のポリエステル樹脂（ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）。以下同じ。）からなる縦方向に配列したフィラメントウェブを集積し、これを縦方向に延伸して、平均繊維径が約１０μｍ、目付が１５ｇ／ｍ^２のもの（縦延伸不織布ａ）を得た。

メルトブロー紡糸装置により、極限粘度ＩＶ値が０．６２のポリエステル樹脂からなる縦方向に配列したフィラメントウェブを集積し、これを縦方向に延伸して、平均繊維径が約１０μｍ、目付が２０ｇ／ｍ^２のもの（縦延伸不織布ｂ）を得た。

メルトブロー紡糸装置により、トリアジン系耐光安定剤（紫外線吸収剤）「ＴＩＮＵＶＩＮ１５７７ＦＦ（分子量４２６）」（ＢＡＳＦ社製）を１ｗｔ％混合した極限粘度ＩＶ値が０．６２のポリエステル樹脂からなる縦方向に配列したフィラメントウェブを集積し、これを縦方向に延伸して、平均繊維径が約１０μｍ、目付が１５ｇ／ｍ^２のもの（縦延伸不織布ｃ）を得た。なお、１ｗｔ％を超える耐光安定剤の添加では、フィラメント切れが発生した。

（横延伸不織布の製造）
スプレイ紡糸装置により、極限粘度ＩＶ値が０．５５のポリエステル樹脂を使用して横方向に配列したフィラメントウェブを集積し、これを横方向に延伸して、平均繊維径が約１０μｍ、目付が１５ｇ／ｍ^２のもの（横延伸不織布ａ）を得た。

スプレイ紡糸装置により、極限粘度ＩＶ値が０．５５のポリエステル樹脂を使用して横方向に配列したフィラメントウェブを集積し、これを横方向に延伸して、平均繊維径が約１０μｍ、目付が２０ｇ／ｍ^２のもの（横延伸不織布ｂ）を得た。

スプレイ紡糸装置により、トリアジン系耐光安定剤（紫外線吸収剤）「ＴＩＮＵＶＩＮ１５７７ＦＦ（分子量４２６）」（ＢＡＳＦ社製）を１ｗｔ％混合した極限粘度ＩＶ値が０．５５のポリエステル樹脂を使用して横方向に配列したフィラメントウェブを集積し、これを横方向に延伸して、平均繊維径が約１０μｍ、目付が１５ｇ／ｍ^２のもの（横延伸不織布ｃ）を得た。なお、１ｗｔ％を超えた耐光安定剤の添加では、フィラメント切れが発生した。

（ポリエステル不織布の製造）
縦延伸不織布と横延伸不織布とを２００℃の加熱エンボスロールにより積層し、経緯直交不織布を得た。組み合わせは、以下のとおりである。なお、不織布Ｃの製造時には、エンボスロールに耐光安定剤の付着が観察された。
不織布Ａ：縦延伸不織布ａと横延伸不織布ａを積層
不織布Ｂ：縦延伸不織布ｂと横延伸不織布ｂを積層
不織布Ｃ：縦延伸不織布ｃと横延伸不織布ｃを積層

製造装置（図１）は、二酸化炭素ボンベ１０と、ポンプ１１と、容器１２と、恒温槽１３と、バルブ１４、１５とを含んで構成される。容器１２中には、ポリエステル不織布および耐光安定剤を収容する。恒温槽１３は、容器１２内の温度が所定の温度となるように加温する。その後、流体が充填されたボンベ１０からポンプ１１により所定の圧力に加圧した流体を容器１２に供給する。この流体は、バルブ１４を介して供給され、バルブ１５を介して排出される。また、容器１２は、圧力調整弁およびバルブ１４，１５などによって、内部の圧力が所定の圧力となるように調整される。容器１２内の温度および圧力は、温度計および圧力計などによって測定される。

（不織布Ａへの耐光安定剤注入−１）
１．不織布Ａから、１８ｃｍ×１５０ｃｍを切り出し、穴あきチューブに巻きつけ、容器１２内に設置した。
２．ガラス濾紙に１０ｗｔ％耐光安定剤「ＴＩＮＵＶＩＮ１５７７ＦＦ（分子量４２６）」（ＢＡＳＦ社製）クロロホルム溶液を滴下、溶液を蒸発させて製造した耐光安定剤坦持体を容器１２内に設置した。
３．恒温槽１３を運転して容器１２を１２０℃とし、バブル１４を開、バブル１５を閉としてポンプ１１を運転してボンベ１０から二酸化炭素を送り込み、容器圧力を上昇させ、容器１２内を、１２０℃、２５ＭＰａとし、バルブ１４を閉とした。
４．１時間処理後、バブル１５を開として、容器１２を大気圧とし、不織布Ａを取り出した。
５．容器１２の内壁に、ポリエステル中から抽出されたオリゴマーが付着していることを確認した。

（不織布Ａへの耐光安定剤注入−２）
６．別個の不織布Ａにつき、上記４．の処理時間を３時間に変えて、耐光安定剤の注入を行なった。なお、この処理においても、オリゴマーの抽出を確認した。

（不織布Ｂへの耐光安定剤注入）
１．不織布Ｂについても、処理時間を２時間処理した以外は、不織布Ａと同様の処理を行なった。また、オリゴマーの抽出を確認した。

（耐光安定剤注入量の測定）
１．ＴＩＮＵＶＩＮ１５７７ＦＦ（分子量４２６）」（ＢＡＳＦ社製）／クロロホルム溶液の濃度検量線を島津製作所（株）製ＵＶ−ｖｉｓ分光光度計ＵＶ−１７００を使用して作成した。
２．注入処理後の不織布Ａ、不織布Ｂから縦横５ｃｍ×５ｃｍの試験片を切り出し、秤量後、ソックスレー抽出器に入れ、クロロホルムを溶媒で２時間抽出した。抽出液をクロロホルム希釈し、１．で作成した検量線から不織布Ａ、不織布Ｂ中の耐光安定剤濃度を求め、注入量とした。

（耐光試験）
１．所定条件で製造した不織布から縦横３５ｃｍ×１８ｃｍの試験片を切り出し、スガ試験機（株）製紫外線フェードメーターＵ４８−ＨＢでカーボンアーク灯照射時間、６３℃、９６ｈｒの耐光試験を行った。
２．試験前後の不織布から縦横５ｃｍ×５ｃｍの試験片を１０枚切り出し、島津製作所（株）製引張試験機ＡＪＳ−Ｊを用いてつかみ具間３ｃｍで引張試験を行った。

上記結果から、超臨界二酸化炭素中で耐光安定剤を注入することにより（実施例１、２）、未注入品（比較例１、２）に較べて引張破壊強さの保持率が大幅に向上することが確認できた。また、予め耐光安定剤を練り込んで形成した不織布Ｃ（参考例１）においては、耐光安定剤の注入量の限界、オリゴマーの抽出が行なわれないことから、引張破壊強さの保持率は、実施例１に比べて小さなものとなっている。

本発明の方法で得られるポリエステル不織布は優れた耐光性を有し、衣料用資材、防護用衣料、家具・インテリア用資材、人工皮革、フィルター、車両用資材、工業用資材、土木・建築用資材、農業・園芸用資材、生活用資材、医療用資材、衛生材料、特に、インテリア用資材、土木・建築用資材、農業・園芸用資材、関連での用途が期待できる。

Claims

超臨界二酸化炭素中において、ポリエステル不織布に、分子量が５００以下である耐光安定剤を含浸させる工程を含む耐光性ポリエステル不織布の製造方法であって、ポリエステル不織布が、縦方向に配列され且つ延伸された平均繊維径１０μｍ以下のフィラメントウェブ集積体と、横方向に配列され且つ延伸された平均繊維径１０μｍ以下のフィラメントウェブ集積体とからなる経緯直交差不織布であることを特徴とする耐光性ポリエステル不織布の製造方法。
耐光安定剤が、ベンゾトリアゾール系耐光安定剤、トリアジン系耐光安定剤およびヒンダードアミン系耐光安定剤から選択されるいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の耐光性ポリエステル不織布の製造方法。
２重量％以上の耐光安定剤を含浸させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の耐光性ポリエステル不織布の製造方法。
耐光安定剤を含浸させる工程が、密閉容器内において行なわれることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の耐光性ポリエステル不織布の製造方法。