JP6376844B2 - 高吸湿性繊維 - Google Patents

Description

本発明は、ポリアミドやポリエステルなどの熱可塑性樹脂に有機系吸湿性微粒子を配合した高吸湿性繊維に関するものである。

ポリアミドやポリエステルなどの熱可塑性樹脂は、強度、耐熱性、耐薬品性などに優れるために、それからなる合成繊維は、衣料や産業用途などに広く使用されている。しかし、これらの合成繊維は、吸湿性能に劣るため、肌に直接触れるような衣料用途では、肌から発生する汗によって快適性が損なわれる問題があった。かかる問題を克服するために、親水性化合物を合成繊維に添加する方法が検討されている。

熱可塑性樹脂からなる繊維に吸湿性を付与する方法としては、繊維表面に吸湿剤を付与する方法が存在するが、洗濯耐久性の点で問題があった。また、吸湿剤で吸湿性を得ると、吸湿した結果として繊維表面が湿って、快適性の点で問題があった。

かかる問題を克服するために、繊維内部に加工を施す方法が知られているが、繊維強度などの物理特性に影響を及ぼす問題があった。また、繊維形成時に吸湿性を付与するために、繊維形成性の熱可塑性樹脂自体を親水化させる方法が提案されているが、繊維の吸湿性能、物理特性に影響を及ぼす問題があった。さらに、吸湿性ポリマーの持つ吸湿性能と熱可塑性樹脂の物理特性を同時に得るために熱可塑性樹脂と吸湿性ポリマーを複合することが提案されている（特許文献１及び特許文献２参照）。しかし、これらの複合繊維は、複雑な製造装置を必要とするためコストが高く、しかも芯鞘型を採用するために芯部の吸湿性樹脂の膨潤により繊維表面に亀裂が生じ、そこから芯部のポリマーが溶出する問題があった。

これらの問題を考慮して、熱可塑性樹脂に吸湿性ポリマーを添加し、溶融紡糸することも提案されている（特許文献３参照）。しかし、この方法は、紡糸性及び染色耐久性の点で吸湿性ポリマーの添加量に限界があった。また、吸湿性ポリマーの添加は、染色や洗濯によって容易に溶出し、相溶性に劣るポリマーを添加すると紡糸性に問題があった。

また、樹脂溶出可能成分による物理的改質によって吸湿性の向上を図る方法も提案されている（特許文献４参照）。しかし、この方法では、溶出成分の量によって吸湿性能や物理強度が左右され、両特性を同時に満足させることに問題があった。

さらに、上記の問題を克服するために、熱可塑性樹脂に吸湿性ポリアミドを５〜４０重量％ブレンドする方法が提案されている（特許文献５参照）。しかし、そこで使用する吸湿性ポリアミドは、ナイロン６／アミノエチルピペラジン／アジピン酸からなる線状高分子であるため、ブレンド後の繊維から温水処理等によりブリードアウトする問題があった。吸湿性ポリアミドが溶出することは、製造ロスを生み出すだけでなく、染色工程等の繊維後加工において工程汚染を引き起こす問題があった。

特開平３−２１３５１９号公報 特開平５−２０９３１６号公報 特開平９−１８８９１７号公報 特開昭６０−２４６８１８号公報 特開２００６−２６５７８７号公報

本発明は、上述の従来技術の問題点を克服するために創案されたものであり、その目的は、高い吸湿性を有し、かつ繊維強度などの物理特性が高く維持されている吸湿性繊維を提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、熱可塑性樹脂に特定の有機系吸湿微粒子を特定量配合することによって所望の効果が達成されることを見出し、本発明の完成に至った。
即ち、本発明は、以下の（１）〜（２）の構成を有するものである。
（１）熱可塑性樹脂に有機系吸湿性微粒子を１〜２０重量％配合した繊維であって、繊維の２０℃×４０％ＲＨ条件下での吸湿率と３０℃×９０％ＲＨ条件下での吸湿率の差が４．０％以上であること、繊維強度が１．５〜１０ｃＮ／ｄｔｅｘであること、熱可塑性樹脂がポリアミドまたはポリエステルであること、及び有機系吸湿性微粒子がポリアクリル酸塩架橋体であることを特徴とする吸湿性繊維。
（２）（１）に記載の吸湿性繊維を１重量％以上含むことを特徴とする繊維構造体。

本発明によれば、物理的強度が高く維持され、かつ吸湿性能が極めて高い吸湿性繊維が提供される。

本発明の吸湿性繊維について以下詳細に説明する。本発明の吸湿性繊維は、熱可塑性樹脂に有機系吸湿性微粒子を１〜２０重量％配合した繊維である。

熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィンなどが使用されることができ、これらの単独または複数種を組み合わせて使用してもよい。

ポリアミドとしては、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン４６、ナイロン９、ナイロン１０、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン６１２等、又はそれらとアミド形成官能基を有する化合物を含有する共重合ポリアミドが使用されることができる。ポリアミドには、ポリアクリル酸ソーダ、ポリＮビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、架橋ポリエチレンオキサイドポリマーなどが含有されることができる。

ポリエステルとしては、アルコールとカルボン酸の重縮合より合成されてなり、２種類以上の分子から、または分子内にカルボン酸とアルコールを有する分子から合成されるものが使用されることができる。カルボン酸としては、テレフタル酸、イソフタル酸等の芳香族ジカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸等の脂肪族ジカルボン酸などがある。アルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコールなどがある。また、分子内にカルボン酸とアルコールを有する分子としては、乳酸がある。

有機系吸湿性微粒子は、ナイロン６やナイロン６６よりも高い吸湿性を持つ有機系微粒子であり、２０℃×６５％ＲＨ条件下での吸湿率が１０％以上、好ましくは２０％以上のものである。

有機系吸湿性微粒子としては、天然系樹脂微粒子や合成系樹脂微粒子が挙げられる。天然系樹脂微粒子としては、動物性タンパク質微粒子であるコラーゲン類パウダー、エラスチン系パウダー、ケラチン系パウダー、シルクパウダー、海綿パウダー等の硬タンパク質パウダーやウールパウダー等を好適に用いることができ、植物性微粒子として木綿、麻、パルプ、海藻等のセルロースから得られるセルロース系パウダー等を好適に用いることができる。一方、合成系樹脂微粒子としては、ポリアクリル酸系樹脂微粒子、ポリビニール系樹脂微粒子、ポリアミド系樹脂微粒子、ポリウレタン系樹脂微粒子、尿素ホルマリン樹脂系微粒子やメラミンホルマリン樹脂系微粒子等を使用することができる。その中でも、ポリアクリル酸系樹脂微粒子が好ましく、さらに好ましくはポリアクリル酸塩架橋体である。ポリアクリル酸塩架橋体を用いることで、高い吸湿性と繊維強度などの物理特性が高く維持することができる。

ポリアクリル酸塩架橋体の有機系吸湿性微粒子としては、アクリロニトリルを５０重量％以上含む原料モノマーにジビニルベンゼン又はトリアリルイソシアヌレートを添加、共重合して架橋構造を導入するか、アクリロニトリル系重合体にヒドラジン処理により架橋構造を導入し、残存しているニトリル基を加水分解により塩型カルボキシル基に化学変換したものが挙げられ、塩型カルボキシル基を１．０ｍｍｏｌ／ｇ以上有するものが好ましい。より具体的には、例えば、（ａ）アクリロニトリルを８５重量％以上含有するアクリロニトリル系重合体に、窒素含有量の増加が１．０〜１５．０重量％となるようヒドラジン処理により架橋構造を導入し、残存しているニトリル基を加水分解により塩型カルボキシル基に化学変換したものであって、塩型カルボキシル基を１．０ｍｍｏｌ／ｇ以上有するアクリル系金属変換粒子、（ｂ）ジビニルベンゼンまたはトリアリルイソシアヌレートによる架橋構造が導入され、かつ、アクリロニトリルを５０重量％以上含むアクリロニトリル系重合体において、残存しているニトリル基を加水分解により塩型カルボキシル基に化学変換したものであって、塩型カルボキシル基を２．０ｍｍｏｌ／ｇ以上有するアクリル系金属変換粒子などが挙げられる。塩型カルボキシル基量の上限は、通常１５ｍｍｏｌ／ｇ以下である。

これら金属変換粒子は架橋アクリル系重合体微粒子であるが、その出発微粒子であるアクリロニトリル系重合体において、アクリロニトリルと併用するモノマーとしては、ハロゲン化ビニル、ハロゲン化ビニリデン、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、ｐ−スチレンスルホン酸などのスルホン酸含有モノマーおよびその塩、アクリル酸などのカルボン酸含有モノマー及びその塩、アクリルアミド、スチレン、酢酸ビニルなどが挙げられる。

乾式紡糸法により本発明の吸湿性繊維を紡糸する際に、紡糸に使用する有機溶媒に不溶の有機系吸湿性微粒子を添加すると、有機系吸湿性微粒子が相対的に繊維表面に多く存在するため、吸湿性に優れた繊維となりやすい。有機溶媒に可溶な吸湿性微粒子では、通常の紡糸条件の変更範囲内であった場合、吸湿性微粒子は繊維断面内ででほぼ均等に存在しやすくなる。しかし有機溶媒に不溶の吸湿性微粒子であれば、ノズル内の流体速度の比較的遅い繊維表面側への偏在が進みやすくなる。これは吸湿性を効率よく発揮するばかりでなく、繊維の強伸度物性の低下を防ぐことができる。従って、本発明の吸湿性繊維においては、熱可塑性樹脂の紡糸に使用する有機溶媒に不溶の有機吸湿性微粒子を使用することが好ましい。

本発明の吸湿性繊維は、上述のような有機系吸湿性微粒子を特定量配合しているために、３０℃×９０％ＲＨ条件下での吸湿率と２０℃×４０％ＲＨ条件下での吸湿率差が４．０％以上を達成することができ、着用時の快適性が極めて良好である。

有機系吸湿性微粒子は、吸湿性繊維の吸湿性を向上させる観点から、２０℃×６５％ＲＨ条件下での吸湿率が高いほうが好ましく、２０％以上であることが好ましい。より好ましくは２５％以上であり、さらに好ましくは３０％以上である。この吸湿率が大きい場合、熱可塑性樹脂に添加する有機系吸湿性微粒子の量を少なくしても高い吸湿性能が得られる。

本発明において有機系吸湿性微粒子を使用する目的は、吸湿性能付与以外に熱可塑性樹脂にブレンドした後に染色、洗濯等の処理によってもブリードアウトさせないことにある。ブリードアウトを抑制するためには、有機系吸湿性微粒子の平均粒子径は大きいことが好ましく、０．１μｍ以上であることが好ましい。但し、一般的な熱可塑性樹脂の溶融紡糸に使用する場合には、紡糸ノズルサイズあるいはノズル前に入れるプレフィルターの目開きを通過させることを考えると、有機系吸湿性微粒子の平均粒子径は２０μｍ以下であることが好ましい。

本発明の吸湿性繊維は、衣料用途に求められる強度があればよく、熱水処理後の強度が１．５〜１０ｃＮ／ｄｔｅｘであることが好ましい。より好ましくは２．０〜１０ｃＮ／ｄｔｅｘである。

有機系吸湿性微粒子を熱可塑性樹脂に配合する割合は、繊維に十分な吸湿性を付与するため、１〜２０重量％である。好ましくは３〜１２重量％である。配合割合が上記範囲より低いと、吸湿性が不十分になり、上記範囲を超えると繊維強度が低下する傾向がある。

また、有機系吸湿性微粒子は、熱可塑性樹脂に混合して溶融紡糸する場合、耐熱性が高い方が好ましい。また、有機系吸湿性微粒子の熱分解を抑制するために、溶融紡糸の温度は低い方が好ましい。従って、熱可塑性樹脂の融点は２６０℃以下であることが好ましく、さらに好ましくは２４０℃以下である。熱可塑性樹脂は、ナイロン６、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリ乳酸などが好ましい。

また、有機系吸湿性微粒子を熱可塑性樹脂に配合するには、例えば単純に常温で有機系吸湿性微粒子と熱可塑性樹脂ペレットを攪拌混合する方法、あるいは、有機系吸湿性微粒子と熱可塑性樹脂を溶融混練して、有機系吸湿性微粒子および／または熱可塑性樹脂が微分散化した有機系吸湿性微粒子／熱可塑性樹脂からなるポリマーアロイを得て、これを溶融紡糸する方法により達成されることができる。

上述した本発明の吸湿性繊維は、繊維構造体に加工されることができる。この場合、吸湿性繊維の含有量は、好ましくは１重量％以上、より好ましくは３重量％以上、さらに好ましくは５重量％以上である。繊維構造体としては、フィラメント、ステープル、織物、編物、不織布、衣料などが挙げられる。衣料の場合、肌に密着するもの、特にインナー、肌着、靴下などが好ましい。

以下、本発明の効果を実施例を用いて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例中の特性値の評価は以下の方法に依った。

（１）吸湿率及び吸湿率差
試料繊維５ｇを石油エーテル１００ｍｌで洗浄した後、絶乾状態での重量Ｗ１（ｇ）を測定する。２０℃×４０％ＲＨ及び３０℃×９０％ＲＨの各々の雰囲気下で２４時間放置した後の重量Ｗ２（ｇ）を測定し、下記式によって、吸湿率を求める。
吸湿率（％）＝｛（Ｗ２−Ｗ１）／Ｗ１｝×１００
吸湿率差（％）＝｜（３０℃×９０％ＲＨの吸湿率（％））−（２０℃×４０％ＲＨの吸湿率（％））｜

（２）繊維強度
吸湿性繊維の重量を測定して繊維の繊度を求めた後、引張速度＝２００ｍｍ／分とし、ＪＩＳ−Ｌ１０１３に示される条件で５回測定し、荷重−伸長曲線を求めた。次に破断時の荷重値を初期の繊度で割り、繊維強度を求めた。

実施例１〜５、比較例１〜３
アクリロニトリル４５０部、アクリル酸メチル４０部、ｐ−スチレンスルホン酸ソーダ１６部及び水１１８部をオートクレーブに仕込み、重合開始剤としてジーｔｅｒ−ブチルパーオキサイドを単量体全量に対して０．５％添加した後、密閉し、次いで攪拌下において１５０℃の温度にて２０分間重合せしめ、平均粒子径２μｍ（光散乱光度計で測定）の原料微粒子の水分散体を得た。この水分散体に浴中濃度が３５％になるようにヒドラジンを加え、１０２℃で２．５時間架橋処理を行い、続いて浴中濃度が１０％となるようにＮａＯＨを加え、１０２℃で５時間の加水分解処理を行った後、流水中で透析、脱塩、乾燥後、有機系吸湿性微粒子を得た。有機系吸湿性微粒子の窒素増加量は３．３％、塩型カルボキシル基４．３ｍｍｏｌ／ｇ、６５％ＲＨでの吸湿率は５５％、平均粒子径は２μｍであった。有機系吸湿性微粒子を７０℃で１２時間真空乾燥後、６５％ＲＨ（２０℃）のデシケーターに１０分間放置後の吸湿率は１０％であり、２４時間後は５５％であった。９０％ＲＨ（２０℃）のデシケーター２４時間後の吸湿率は１０４％であり、該有機微粒子を２０℃×４０％ＲＨのデシケーターに１時間放置した後の吸湿率は３５％であり、吸放湿性が確認された。

上記のようにして得られた有機系吸湿性微粒子を表１に示す量で表１に従ってナイロン６またはポリエステル（ＰＢＴ）に添加し、２軸押出混練機で混練した。この混練で得られたポリマーアロイチップを通常の溶融紡糸方法により２４０℃で溶融し、２４ホールの口金より吐出し、紡糸速度７５０ｍ／分で巻取りしたところ、紡糸性は良好であった。そして、これを第１ホットローラーの温度を９０℃、第２ホットローラーの温度を１３０℃として延伸倍率３．６倍で延伸熱処理した。得られた実施例１〜５及び比較例１〜３の吸湿性繊維の吸湿率差及び繊維強度を測定し、その結果を表１に示す。

表１からわかるように、本発明の吸湿性繊維の条件を満足する実施例１〜５は吸湿性と繊維強度を高いレベルで両立しているのに対して、本発明の条件を満足しない比較例１〜３は吸湿率差と繊維強度のいずれかで問題があった。

本発明によれば、物理的強度が高く維持され、かつ吸湿性能が極めて高い吸湿性繊維が提供される。

Claims (2)

1. 熱可塑性樹脂に有機系吸湿性微粒子を１〜２０重量％配合した繊維であって、繊維の２０℃×４０％ＲＨ条件下での吸湿率と３０℃×９０％ＲＨ条件下での吸湿率の差が４．０％以上であること、繊維強度が１．５〜１０ｃＮ／ｄｔｅｘであること、熱可塑性樹脂がポリアミドまたはポリエステルであること、及び有機系吸湿性微粒子がポリアクリル酸塩架橋体であることを特徴とする吸湿性繊維。
2. 請求項１に記載の吸湿性繊維を１重量％以上含むことを特徴とする繊維構造体。