JP5569022B2

JP5569022B2 - アクリル繊維の製造方法

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Publication number: JP5569022B2
Application number: JP2010030924A
Authority: JP
Inventors: 和也松田
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2010-02-16
Filing date: 2010-02-16
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2030-02-16
Also published as: JP2011168895A

Description

本発明は、抗ピル性細繊度アクリル繊維を湿式紡糸により製造する方法に関するものである。

アクリル繊維は、羊毛に似た優れた嵩高性、風合い、染色鮮明性等の特性を有し、ニット、ジャージ等の衣料分野にて幅広い用途がある。また、アクリル系繊維からなる繊維製品は、着用中にピリングが発生し易いという欠点があり、ピリングの発生し難い抗ピル性に優れたアクリル繊維が開発されてきている。加えて近年においては、抗ピル性を有すると共に、肌さわりが一層ソフトな風合いであることが求められ、あるいは、繊維布帛に蓄熱性を求める要望も高まっている。これらの要求特性を満たす商品を開発するには、抗ピル性を有したアクリル繊維を細繊度化することが必須である。

ところが、抗ピル性アクリル繊維において細繊度化を図ると、一定時間あたりに生産できる繊維量が少なくなり生産性が低下する。これを補う為には紡糸速度を増速することにより生産量を高めることが一般的である。しかし、アクリル繊維は湿式紡糸法にて製造されるので、紡糸原液を紡糸口金から凝固浴液中に紡出し凝固させる際、凝固浴中を走行する糸条近傍に生じる随伴流が、紡糸速度の増速に伴って大きくなる。随伴流が増大すると糸揺れが大きくなって単糸切れが発生し易くなり、操業性が悪化することとなる。この結果、アクリル繊維の場合では紡糸速度を単に高めることでは生産性を向上させることが困難である。また紡糸速度を単に増速した場合、乾熱処理時間が短くなり、乾熱処理による繊維緻密化が十分に得られ難くなり、抗ピル性の低下が生じる。このように、抗ピル性アクリル繊維の優れた抗ピル性能を維持しつつ細繊度化し、かつ生産性を維持する事は難しいと考えられてきた。

抗ピル性の細繊度アクリル繊維の製造方法としては、これまでにも種々の提案がなされている。特許文献1には抗ピル性細繊度アクリル繊維を製造するために、紡糸原液の濃度、凝固浴温度、延伸倍率等の条件を特定範囲内とする方法が開示されている。また、特許文献2においては特定の繊維断面形状とすることが開示されている。しかし、これらの方法を採用しても、紡糸速度を高くすることによる操業性の低下を回避できない。即ち、高い操業安定性を得るためには生産性の低下は避けられない。

また安定紡糸を図るためには、特許文献3にて開示されるように、吐出線速度と自由吐出線速度の関係の最適化を図り、安定な生産を可能にする方法が提案されている。しかし、この方法を適用した場合でも、紡糸速度を上げると紡糸糸条近傍の随伴流が増大し凝固浴槽内に乱れが生じ、単糸切れが増加する。特許文献4には随伴流による凝固浴の乱れを防ぐための整流装置が開示されている。この整流装置により凝固浴の乱れを抑制できても、紡糸速度を上げたことによる熱処理不足や、これによる抗ピル性低下の問題は防ぐことが困難である。

特開2006-176937号公報特開2008-150752号公報特開平03-51309号公報特開平11-229227号公報

本発明の目的は、抗ピル性に優れ且つ細繊度であるアクリル繊維を湿式紡糸にて製造するにあたり、高い操業安定性と高生産性を兼備することができ、工業生産プロセスとして最適な湿式紡糸方法を提供する事にある。

本発明は、アクリロニトリルを８７重量％以上含有するアクリロニトリル系ポリマーからなる抗ピル性細繊度アクリル繊維を湿式紡糸により製造する方法であって、総繊度と吐出線速度との関係が下記式を満たし、延伸倍率が３．５〜５．０倍であり、延伸後の緩和率が５％以下であり、緊張熱処理温度が１６０℃以上であり、製造されるアクリル繊維の単糸繊度が０．３〜１．０ｄｔｅｘであることを特徴とする抗ピル性細繊度アクリル繊維の製造方法である。
２．５≦総繊度／吐出線速度≦１５．９

このとき使用する紡糸口金として紡糸原液吐出孔数が紡糸口金表面積あたり５．０Ｈ／ｍｍ^２以上であるものを用い、製造されるアクリル繊維の繊維強度が２．３５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、結節強度が１．２５〜１．９０ｃＮ／ｄｔｅｘであり、総繊度１５０〜２１０キロテックスであることが好ましい。

また、使用する湿式紡糸装置の凝固浴の槽としては、糸条走行方向に沿って深さが浅くなる槽を用い、該槽の糸条走行方向に沿った側断面が口金設置部分を下辺とする台形であり、該台形における上辺と下辺の比が1：（2.5〜3.5）である事が好ましい。

本発明法によると、細繊度化でかつ優れた抗ピル性を有する高品質のアクリル繊維を、高生産性と高操業安定性を兼備した製造工程でもって製造することが可能である。即ち、細繊度化における操業安定性と抗ピル性の保持の両立が可能となり、高い生産性で抗ピル性細繊度アクリル繊維の製造が可能となる。

本発明（請求項３）における凝固浴槽を用いた凝固工程の概略を示す鉛直方向断面図である。従来における凝固浴槽を用いた凝固工程の概略を示す鉛直方向断面図である。

本発明法において製造する抗ピル性細繊度アクリル繊維は、抗ピル性に優れかつ細繊度を有するアクリル繊維であり、具体的には、単糸繊度が0.3〜1.0dtexであり、抗ピル性が3.5級以上であるアクリル繊維を指す。

本発明法により製造する抗ピル性細繊度アクリル系繊維は、アクリロニトリルを87wt%以上、好ましくは90wt%％以上含有するアクリル系ポリマーからなる繊維である。アクリル系ポリマーにおけるアクリロニトリルが87wt%未満では、繊維としての耐熱性が劣るものとなるので、製糸工程で予め付与された緊張状態でのヒートセット性が高次加工工程における染色あるいは蒸熱処理等によって著しく低下する。

また、アクリル系ポリマーには、アクリロニトリルと共重合可能なビニル系モノマーが13wt%以下含まれていてもよい。かかるアクリロニトリルと共重合可能なビニル系モノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸或いはこれらのアルキルエステル、酢酸ビニル、アクリルアミド、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、アリルスルホン酸ナトリウム、スチレンスルホン酸ナトリウム、塩化ビニル、塩化ビニリデン等が挙げられる。

このアクリル系ポリマーを製造するための重合方法は、懸濁重合法，乳化重合法，溶液重合法等のうちいずれでも良い。連鎖移動効果による重合原液安定性と湿式紡糸における紡糸生産性の観点から、有機溶媒のジメチルスルホキシド（以下DMSOという）を使用した溶液重合法にて重合することが望ましい。

紡糸原液は、上記アクリル系ポリマーを溶媒に溶解させ、必要に応じて添加剤を含有させたポリマ溶液であり、溶媒としてはDMSOを用いればよい。

紡糸原液における重合体濃度は、紡糸生産性、原液安定性、繊維の光沢感等を考慮すると、20〜25wt%にする事が好ましい。該重合体濃度が20wt%より少ないと得られる繊維が失透し光沢が失われるとともに発色性低下をきたす。一方重合体濃度が25wt%を超えると紡糸性が悪化する。かくして作製された紡糸原液は、通常の湿式紡糸装置を使用して紡糸される。本発明法において紡糸口金から吐出される際の紡糸原液の温度は、60〜80℃、好ましくは65〜75℃であり、口金より吐出された紡出糸は、溶剤と水からなる溶剤濃度が30〜65 wt%、温度が30〜60℃の凝固浴中で凝固されて繊維化する。紡糸原液の温度が60℃未満であるとポリマー未溶解部分が増加し、これに伴いフィルター等の濾過設備の濾材閉塞を早める。80℃より高いと凝固浴液の温度との乖離が大きくなり温度管理が難しくなる。

凝固浴としては、DMSO、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等の有機溶剤を含む水溶液、特にDMSO水溶液が好ましい。凝固浴における溶剤濃度が30 wt%未満では、繊維表層面の凝固が著しく早く、内部の凝固が進行しない為に紡糸性が著しく低下する傾向にある。また65 wt%を超えると、凝固浴での凝固速度が遅くなる為に繊維間での接着等が発生し易くなる。また凝固浴の温度が30℃未満では、紡糸性の低下、引張伸度及び結節伸度が大きくなる為、抗ピル性が低下する。逆に60℃を超えると繊維が脆くなり易く、繊維物性の劣化、紡績工程での通過性が悪化する。

湿式紡糸において用いる紡糸口金は、所定の単糸繊度（0.3〜1.0dtex）が得られる吐出孔径をもつものであればよい。その吐出孔は、口金表面積に対する吐出孔数が5.0H/mm^２以上であることが生産効率性の観点から好ましい。また、口金錘数については所定の総繊度（例えば150〜210キロテックス）になるようであれば、特に数に限定はない。

本発明法にて使用する湿式紡糸装置の凝固浴槽は、図１に示すように、糸条走行方向に沿って深さが浅くなる槽であることが好ましい。この槽は、糸条走行方向に沿った側断面が口金設置側を下辺とする台形であり、凝固浴液の側断面が台形となる。即ち、凝固浴槽の口金設置部位側を下辺、凝固浴槽出口部側を上辺とした場合、口金から槽出口に近づくにつれて槽の底の位置が高くなっていき、凝固液の垂直断面積を小さくなる形状である。この時の上辺と下辺の長さ比が1：（2.5〜3.5）を満たす関係にある事が好ましく、特に１：３であることが好ましい。このとき凝固浴槽に供給される液供給部は、紡糸糸条に対する悪影響が少ない口金設置部位側の槽底辺に設けることが好ましい。この上辺/下辺の比(凝固浴槽口金設置部位深さ/槽出口側深さの比に相当する）が、小さ過ぎると供給される凝固液濃度と紡糸糸条近傍の濃度に斑が生じ、大き過ぎると供給液による乱流の影響を受ける為、好ましくない。

紡糸原液を凝固浴（DMSO水溶液）中に紡出する際の紡糸ドラフトは1.5〜2.2の範囲が好ましい。紡糸ドラフトが1.5未満であると口金から引取ローラーまでの糸が弛み易く、凝固浴液の乱流による糸揺れが大きくなり易く、口金面で糸が切れ易いので好ましくない。また紡糸ドラフトが2.2を超えると糸が張りすぎて口金面で糸が切れ易いので同様に好ましくない。

口金から吐出され凝固された糸条は、3.5〜5.0倍に延伸される。この延伸倍率が3.5倍より小さいと紡糸操業性が低下し、延伸倍率が5.0倍を越えると得られる繊維の曲げ強度が高くなり抗ピル性能の良い繊維を得ることが困難になる。このように適正な倍率で延伸する事が、高い紡糸操業性と抗ピル性を共に発現させる上で必須条件となる。延伸された糸条は温水、例えば40〜60℃の水中で該糸条中に含まれている溶媒を除去した後、150℃以上、好ましくは155〜165℃の乾熱下、5.0%以下の緩和率にての乾燥・緻密化及び緊張熱処理が施される。この緩和率が5%を越える場合、紡糸ドラフトにて繊維配向を高めた効果が維持されず、高次加工工程において顕著な配向緩和が起こる為に曲げ強度が高くなって抗ピル性が悪化する。また緻密化処理した繊維を少なくとも160℃以上で緊張熱処理することで、収縮による糸条間の絡みが低減され、抗ピル性が発現する。なお乾燥緻密化と緊張熱処理は、通常分離した工程ではなく同じ熱風乾燥機内で連続して行われるが、分離する方式を用いてもよい。

このように抗ピル性を発現させるためには、上記した適正条件下で乾燥・緻密化及び緊張熱処理することが必要であり、さらに、総繊度と吐出線速度の比を適正範囲内とすることが必要がある。

本発明法においては、総繊度/吐出線速度の比が２．５〜15.9となるように条件設定することが必要であり、好ましくは３．５〜１４．０である。ここで、総繊度は、製造されるアクリル繊維の延伸後のトウ段階での総繊度（Ktex）である。また、吐出線速度は、紡糸ドラフトを全くかけない状態での口金からのポリマー吐出線速度（m/min）であり、次式により求めることができる。
吐出線速度(m/min)＝紡糸速度(m/min)／紡糸ドラフト

総繊度/吐出線速度の比が２．５未満である場合には、単糸切れ等による紡糸安定性及び抗ピル性が悪化し、１５．９を超える場合には前述の悪化は軽減するが生産性が低く、生産効率が悪い。

本発明法で特定した製造条件を採用することにより、それぞれの条件による効果が相乗的に最大限に発揮され、抗ピル性、発色性および高い生産性を具備し、汎用性に富んだ商品価値の高いアクリル繊維を安定的に高生産性で製造することが可能となる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。なお実施例における繊維強度、結節強度、操業性、抗ピル性については次の方法に拠った。

(繊維強度、結節強度)
JIS L1015化学繊維ステープル試験方法に基づいて、30回測定し、その平均値を求める。

(操業性)
操業性については、紡糸性と工程安定性の観点から評価する。紡糸性は口金面での糸切れの有無により判定する。工程安定性は延伸ローラーへの単糸巻付きの有無により判定する。
○：紡糸性、工程安定性ともに良好
△：紡糸性、工程安定性のいずれかが不良
×：紡糸性、工程安定性のいずれも不良

(抗ピル性)
JIS L 1076A法に従って測定する。この測定方法は、コルク・シートを内張りした箱内（内側の一辺が23mmの立方体）で、10cm×12cmの試験片を特殊なゴム管に巻き付け、規定時間運転し、試験片相互又はコルク面とランダムに接触させる事による摩擦作用を、穏やかに時間をかけてゆっくりと加え、ピルを発生させる。この際にもみ及び屈曲作用は加わらない。JIS L1076 A法にて5時間試験(ICI法)した結果（ICI 5Hr）により評価し、抗ピル性の等級で示す。試験片としては、試料のアクリル繊維原綿から番手が1/52の紡績糸を作製し、常法により編成、染色を行って筒編地とし、この筒編地を所定寸法に切り取ったものを用いた。

（実施例1）
共重合成分して、メタクリルスルホン酸ソーダ0.3wt％及びアクリル酸メチルを含みアクリロニトリルを９２．０ｗｔ％含有するアクリロニトリル系ポリマーと溶媒（ＤＭＳＯ）とから紡糸原液（紡糸原液濃度22.0wt％）を調整した。

７７℃の紡糸原液を紡糸口金から吐出し、凝固浴（４１℃、濃度６８％のＤＭＳＯ水溶液）を通過させて凝固させ、紡糸ドラフト１．９０で引き取った。この際、吐出線速度が１２．０となるように、紡糸ドラフト１．９０を維持しつつ紡糸速度を調整した。紡糸口金としては、口金表面あたりの口金孔数が５．３個／ｍｍ^２である９５，０００ホールの口金を用いた。凝固浴の槽は、図１に示す台形槽（上辺/下辺の比が１：３）を用いた。

凝固された糸条を４．５倍に延伸し、４．５％で緩和させ、１６５℃で緊張熱処理を施し、総繊度１９０キロテックス、単糸繊度0.7dtexのアクリル繊維トウとし、続いて、長さ３８mmに切断しアクリル繊維（原綿）を製造した。

得られたアクリル原綿について繊維強度、結節強度、抗ピル性を測定した。測定値は、製造工程における操業性の評価結果と共に表１に示した。

（実施例２及び比較例１〜４）
表１に記載する製造条件（総繊度、吐出線速度、口金孔数、原液温度、延伸倍率、緩和率、乾燥熱処理温度、凝固浴断面形状）に変更した以外は、実施例１と同様にしてアクリル繊維トウとし、アクリル繊維（原綿）を製造した。比較例２及び４において用いた長方形の凝固浴槽は、図２に示す形状のものである。

表1の結果から、本発明法で特定した諸条件を全て満足させることによれば、優れた抗ピル性能、特性を有する細繊度アクリル繊維を、高い操業安定性でもって製造できることがわかる。

本発明法によって得られるアクリル繊維は、細繊度でかつ優れた抗ピル性を有している事から、優れた風合い、良好な品質及び性能の繊維製品を製造するために好適である。例えば、得られたアクリル繊維単独で、或いは綿やレーヨン等と混紡し、紡績糸を製造する用途の場合には、細繊度アクリル繊維の抗ピル効果が大きく、抗ピル性が要求される肌着等の衣料用途に特に好適である。

1:凝固浴の槽 2:凝固浴の液 3:紡糸口金 4:凝固した繊維束 5:ガイドロール 6:引取りローラー 7:凝固液の供給部 8: 凝固液の溢流出口

Claims

アクリロニトリルを８７重量％以上含有するアクリロニトリル系ポリマーからなる抗ピル性細繊度アクリル繊維を湿式紡糸により製造する方法であって、総繊度と吐出線速度との関係が下記式を満たし、延伸倍率が３．５〜５．０倍であり、延伸後の緩和率が５％以下であり、緊張熱処理温度が１６０℃以上であり、製造されるアクリル繊維の単糸繊度が０．３〜１．０ｄｔｅｘであることを特徴とする抗ピル性細繊度アクリル繊維の製造方法。
２．５≦総繊度／吐出線速度≦１５．９
紡糸口金における紡糸原液吐出孔数が紡糸口金表面積あたり５．０Ｈ／ｍｍ^２以上であり、製造されるアクリル繊維の繊維強度が２．３５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、結節強度が１．２５〜１．９０ｃＮ／ｄｔｅｘであり、総繊度１５０〜２１０キロテックスであることを特徴とする請求項１に記載の抗ピル性細繊度アクリル繊維の製造方法。
凝固浴の槽として糸条走行方向に沿って深さが浅くなる槽を用い、該槽の糸条走行方向に沿った側断面が口金設置側を下辺とする台形であり、該台形における上辺と下辺の比が１：（２．５〜３．５）であることを特徴とする請求項１又は２に記載の抗ピル性細繊度アクリル繊維の製造方法。