JP7289920B2

JP7289920B2 - 歯ブラシ用ポリエステル系モノフィラメント

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Publication number: JP7289920B2
Application number: JP2021541413A
Authority: JP
Inventors: 茂森田; 明寛斉藤; 明香坂本
Original assignee: Asahi Kasei Advance Corp
Current assignee: Asahi Kasei Advance Corp
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2019-08-21
Publication date: 2023-06-12
Anticipated expiration: 2039-08-21
Also published as: CN114206259A; US20220218098A1; DE112019007638T5; WO2021033294A1; JPWO2021033294A1

Description

本発明は、歯ブラシ用ポリエステル系モノフィラメントに関する。より詳しくは、本発明は、柔軟性（使用感）、耐久性（耐毛折れ）、及び回復性（耐毛開き）に優れた歯ブラシ用ポリエステル系モノフィラメント、並びにその製造方法に関する。

近年、ポリトリメチレンテレフタレート（以下、「ＰＴＴ」と略す。）を成分とするモノフィラメント、及びこれを立毛部に用いた歯ブラシが、その優れた回復性能により着目されている。
以下の特許文献１には、ＰＴＴを用いた歯ブラシが開示され、優れた回復性を有することが記載されている。
また、以下の特許文献２には、ＰＴＴを毛材として使用した各種ブラシが開示され、歯ブラシとして用いた場合に、毛材のはりこしや弾性回復性に優れ、かつ、低吸湿のために、経時的変化が少ない高性能ブラシが記載されている。
また、以下の特許文献３には、ＰＴＴからなるモノフィラメントが開示され、屈曲回復性や長期使用に対する耐久性に優れたブラシが記載されている。具体的には、特許文献３には、ＰＴＴからなるモノフィラメントにおいて、弛緩率が－１０～＋１５％の範囲で熱処理することで、沸水収縮率を２％以下とすること、また、弛緩率が＋１５％を超え、熱処理後もモノフィラメント糸が弛んでいる状態は好ましくないことが記載されている。
特許文献３には、ＰＴＴモノフィラメントの製造にあたり、特定の条件で弛緩熱処理を施し沸水収縮率を２％以下とすることにより、ＰＴＴの分子構造が安定し、長期間使用において、毛開き耐久性に優れたブラシが得られることが記載されている。

また、以下の特許文献４には、ＰＴＴ５～４５ｗｔ％にＰＴＴ以外のポリエステル系樹脂９５～５５ｗｔ％を混合したモノフィラメントが開示され、吸水時の弾性変化が小さく、かつ、耐久性が向上したブラシ材が記載されている。
しかしながら、特許文献１～４に開示されたＰＴＴモノフィラメントからなる歯ブラシは、弾性回復性や屈曲耐久性に優れるものの、剛性が高く歯ブラシに使用すると柔軟性に乏しいために、幼児などには歯茎に刺激を与えるなどの問題がある。

また、以下の特許文献５には、透明性と柔軟性に優れ、且つ、清拭性と使用耐久性に優れた歯ブラシ用モノフィラメントとして、ＰＴＴと共重合ポリエステルＡが重量比で９０／１０～４５／５５の割合で混合され、共重合ポリエステルＡが特定の融点をもち、混合ポリマーが特定の結晶化ピーク温度と融点をもち、さらに無機系微粒子を特定の含有率で含むものが提案されている。そして共重合ポリエステルＡとして、具体的にはイソフタル酸共重合ＰＥＴ樹脂が使用されている。また、モノフィラメントの製造においては、一旦巻き取ったモノフィラメントを、非拘束下、８０℃で７２時間熱して、モノフィラメントを得ている。しかしながら、特許文献５で得られたモノフィラメントの沸水収縮率は２．５～３．７％であり、また、特許文献５には、沸水収縮率が１％未満では、モノフィラメントに過度な熱セットを施している状態であり、紡糸中に糸切れを起こしやすいと記載されている。

また、以下の特許文献６には、透明性と柔軟性に優れ、且つ、耐久性に優れた歯ブラシ用モノフィラメントとして、ＰＴＴとポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）が重量比で７０／３０～４５／５５の割合で混合され、沸水収縮率が１～５％であり、特定の結晶化ピーク温度と溶融ピーク温度をもち、さらに無機系微粒子を特定の含有率で含むものが提案されている。また、モノフィラメントの製造においては、一旦巻き取ったモノフィラメントを、非拘束下、８０℃で７２時間熱して、モノフィラメントを得ている。しかしながら、特許文献６における非拘束下の熱処理は、本発明における「熱処理終了まで弛緩状態を維持した状態でも熱処理」とは異なるため、特許文献５と同様に、特許文献６で得られたモノフィラメントの沸水収縮率は１．０％を超えており、また、沸水収縮率が１％未満では、モノフィラメントに過度な熱セットを施している状態であり、紡糸中に糸切れを起こしやすいと記載されている。さらに、特許文献６には、ＰＴＴの混合比が７０％を超えるとＰＢＴによる耐久性や柔軟性を上がる効果が低下すると記載されている。

国際公開第９９／０５９３６号特開平０８－１７３２４４号公報国際公開第０１／７５２００号特開２００４－１４１５０４号公報特開２００６－３７２７３号公報特開２００６－２２５６号公報

前記した従来技術に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、従来の歯ブラシ用ポリエステル系モノフィラメントに比較して、柔軟性（使用感）、耐久性（耐毛折れ）、及び回復性（耐毛開き）に優れた歯ブラシ用ポリエステル系モノフィラメントを提供することである。

本発明者は、前記課題を解決すべく鋭意検討し実験を重ねた結果、ＰＰＴとＰＢＴの混合割合を最適化し、さらに溶融紡糸、延伸、熱処理したモノフィラメントを一旦巻き取った後、非拘束下で７０℃～１１０℃、及び３６時間以上の弛緩熱処理することにより、得られるモノフィラメントの沸水収縮率を下げて、柔軟性（使用感）、耐久性（耐毛折れ）、及び回復性（耐毛開き）に優れた歯ブラシ用ポリエステル系モノフィラメントが得られることを予想外に見出し、本発明を完成するに至ったものである。

すなわち、本発明は以下のとおりのものである。
［１］ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）とポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）が重量比８５／１５～６５／３５の割合で混合されており、かつ、沸水収縮率が、１．０％未満であることを特徴とする歯ブラシ用ポリエステル系モノフィラメント。
［２］前記モノフィラメントのタフネス＝破断強度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）×√破断伸度（％）が、１８以上であり、かつ、破断伸度が５５％以上である、前記［１］に記載の歯ブラシ用ポリエステル系モノフィラメント。
［３］前記モノフィラメントの繊維直径が、１５０μｍ～２００μｍである、前記［１］又は［２］に記載の歯ブラシ用ポリエステル系モノフィラメント。
［４］前記［１］～［３］のいずれかに記載の歯ブラシ用ポリエステル系モノフィラメントを立毛部に用いた歯ブラシ。
［５］以下の工程：
ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）とポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）を重量比８５／１５～６５／３５の割合で混合した後、溶融紡糸する工程；
溶融紡糸されたモノフィラメントを、延伸し、次いで、熱処理し、一旦巻き取る工程；及び
巻き取ったモノフィラメントを、非拘束下において、７０℃～１１０℃の熱処理温度、及び３６時間以上の熱処理時間で、熱処理終了まで弛緩状態を維持した状態で熱処理する工程；
を含む、前記［１］～［３］のいずれかに記載の歯ブラシ用ポリエステル系モノフィラメントの製造方法。

本発明の歯ブラシ用ポリエステル系モノフィラメントは、従来の歯ブラシ用ポリエステル系モノフィラメントに比較して、柔軟性（使用感）、耐久性（耐毛折れ）、及び回復性（耐毛開き）に優れる。

本実施形態のモノフィラメント溶融紡糸延伸機の一例を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本実施形態に係る歯ブラシ用ポリエステル系モノフィラメントは、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）とポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）が重量比８５／１５～６５／３５の割合で混合されており、かつ、沸水収縮率が、１．０％未満である。

本実施形態において、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）とポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）は、それぞれ、９０モル％以上がトリメチレンテレフタレートと９０モル％以上がブチレンテレフタレートを繰り返し単位として含むものをいう。これらの繰り返し単位が９０モル％未満であると、ＰＴＴとＰＢＴの融点がそれぞれ２００℃以下の低温となり資材用途には適さない。

本実施形態において、ＰＴＴとＰＢＴは、それぞれ、１０モル％以下のその他のエステル繰り返し単位を含む、ホモ又は共重合ポリトリメチレンテレフタレートとホモ又は共重合ポリブチレンテレフタレートであることができる。共重合成分の代表例として、例えば、酸成分としては、イソフタル酸、５－ナトリウムスルホイソフタル酸に代表される芳香族ジカルボン酸、アジピン酸、イタコン酸に代表される脂肪族ジカルボン酸等が挙げられる。グリコール成分としては、エチレングリコール、ブチレングリコール、ポリエチレングリコール等が挙げられる。また、ヒドロキシ安息香酸等のヒドロキシカルボン酸を用いてもよい。これらの酸成分、グリコール成分が複数共重合されたものでもよい。

本実施形態の１の特徴は、混合する２種のポリエステルとして、ＰＴＴとＰＢＴを、重量比８５／１５～６５／３５という特定の割合で選択することにある。かかる特定の混合比とすることで、得られるモノフィラメントの柔軟性（使用感）、耐久性（耐毛折れ）、及び回復性（耐毛開き）のいずれもが満足できるものとなる。
以下、その理由を説明する。

まず、ＰＴＴとＰＢＴという２種のポリエステルはいずれも、ポリエステル樹脂であるため、吸湿性が低く、環境中の湿度変化に伴う物性・機能変化が小さい。ＰＴＴは、分子鎖が平面ジグザグ構造を呈することから、伸張回復性能に優れる特徴を有する。この特徴は、歯ブラシ用毛材に使用した際に、毛材が塑性変形を起こす現象、いわゆる「毛開き」を抑制する効果をもたらす。他方、ＰＢＴも、ＰＴＴに及ばないものの、比較的伸張回復性能に優れるポリマーであるため、ＰＴＴにＰＢＴを混合しても、伸張回復性能はさほど低下しない。また、ＰＢＴとＰＴＴはいずれも芳香族ポリエステルであり、比較的構造が近似しているので、適度な相溶性を有しており、混合した際に両ポリマー境界部からの剥離は生じ難い。融点は、ＰＴＴ、ＰＢＴともに２３０℃前後で近似しているので、溶融時のポリマーブレンド（混合）も行いやすい。

本実施形態のモノフィラメントでは、非晶相ではＰＴＴとＰＢＴが相溶しており、結晶相ではＰＴＴとＰＢＴがそれぞれ独立に存在していると推定される。非晶相で相溶していることにより、モノフィラメントの透明性が向上し、結晶相が独立して存在することにより、ＰＴＴの特徴の１つである伸張回復性が発現する。
他方、２種のポリエステルは、溶融状態で混合すると、一般的にエステル交換反応を起こして共重合化する。生成される共重合物が多くなるに伴い、共重合物が相溶化剤の役割を果たすためにＰＴＴとＰＢＴの相溶性が増し、ＰＴＴ及びＰＢＴの結晶性が低下する傾向がある。

耐久性（耐毛折れ）が向上する理由としては、次のように推定する。
ＰＢＴのガラス転移温度は約２５℃であり、ＰＴＴのガラス転移温度である約５０℃よりも低いため一般的な使用温度である２５～５０℃の範囲では、ＰＴＴとＰＢＴの混合物の非晶相ではガラス状態であるＰＴＴとゴム状態であるＰＢＴとが存在することとなる。口腔内温度は約３６℃で上記温度範囲内であることから、ＰＴＴとＰＢＴの混合物を歯ブラシ用毛材として用い、その歯ブラシを長時間使用した際、歯ブラシ表面にできる傷がクラックに成長し、さらに毛の破断、いわゆる「毛折れ」へと成長する現象をゴム状態のＰＢＴが防ぐ効果を有している。そのため、ＰＴＴとＰＢＴの混合物は、ＰＴＴ１００％のモノフィラメントよりも耐久性（耐毛折れ）が向上する。

回復性（耐毛開き）が向上する理由としては、次のように推定する。
ＰＢＴがゴム状態に転移すると非晶部の弾性率が低下することから、モノフィラメントの柔軟性が増すことになる。したがって、ＰＢＴの混合割合が高すぎると、前記したＰＴＴの毛材が塑性変形を起こす現象、いわゆる「毛開き」を抑制する効果を減じ、回復性（耐毛開き）を悪化させることになる。

本実施形態のモノフィラメントでは、ＰＴＴとＰＢＴの混合比は、重量比で８５／１５～６５／３５の割合であることが必要である。ＰＴＴの混合比が６５ｗｔ％未満であると、ＰＴＴ結晶相が少ないことにより、モノフィラメントの伸張回復性能が不足する。他方、ＰＴＴの混合比が８５％を超えると、前述したＰＢＴによる柔軟性向上効果、及び回復性（耐毛開き）向上効果が低下する。ＰＴＴとＰＢＴの好ましい混合比は、重量比で８０／２０～７０／３０であることができる。

本実施形態の他の特徴は、熱セット後のモノフィラメントの沸水収縮率を１．０％未満にすることである。かかる特定範囲の沸水収縮率とすることで、前記したＰＴＴとＰＢＴを重量比８５／１５～６５／３５という特定の割合で選択することと相俟って、得られるモノフィラメントの柔軟性（使用感）、耐久性（耐毛折れ）、及び回復性（耐毛開き）のいずれもが満足できるものとなる。下限は特に限定されないが、０．１％以上が好ましく、０．２５％以上であることがより好ましい。
以下、その理由を説明する。

一般に、合成繊維糸条の沸水収縮率が低いことは、過度な熱セットが施され、結晶化が進んでおり、曲げ変性に対する回復性に優れる、すなわち、直線性に優れ、柔軟性が低下した糸となっていることを意味していると理解される。逆に、沸水収縮率が高いと、柔軟性が増し、前記したＰＴＴの毛材が塑性変形を起こす現象、いわゆる「毛開き」を抑制する効果を減じ、回復性（耐毛開き）を悪化させることになる。
前記したように、特許文献３には、ＰＴＴからなるモノフィラメントにおいて、特定の条件、具体的には弛緩率が－１０～＋１５％の範囲で熱処理することで、沸水収縮率を２％以下とすること、また、弛緩率が＋１５％を超え、熱処理後もモノフィラメント糸が弛んでいる状態は好ましくないことが記載されている。それゆえ、特許文献３に記載される弛緩率の範囲内であれば、熱処理初期は非拘束状態であっても、熱処理中に糸の収縮が進み、拘束状態での熱処理になっていると推測される。しかしながら、かかる特定の条件下では、ＰＴＴ単独のモノフィラメントの沸水収縮率を１％未満にすることは可能であると考えられるものの、ＰＴＴとＰＢＴとが特定比率で混合されたモノフィラメントの沸水収縮率を１％未満とすることは困難である。
また、前記したように、特許文献６には、ＰＴＴとＰＢＴが重量比で７０／３０～４５／５５の割合で混合され、沸水収縮率が１～５％である歯ブラシ用モノフィラメントが記載されている。また、特許文献６では、モノフィラメントの製造において、巻き取ったモノフィラメントを、非拘束下、８０℃で７２時間熱して、モノフィラメントを得ている（すなわち、巻糸体の状態のままで熱処理している）が、得られたモノフィラメントの沸水収縮率は１．０％を超えている。また、沸水収縮率が１％未満の状態は、モノフィラメントに過度な熱セットを施している状態であり、かかる状態では紡糸中に糸切れを起こしやすいと記載されている。

本願発明者らは、特許文献３や６の教示に反し、熱処理終了まで弛緩状態を維持した状態で熱処理することで、熱セット後のモノフィラメントの沸水収縮率を特定範囲、すなわち、１．０％未満とし、さらに、ＰＴＴとＰＢＴを重量比８５／１５～６５／３５という特定の混合割合とすることで、得られるモノフィラメントの柔軟性（使用感）、耐久性（耐毛折れ）、及び回復性（耐毛開き）のいずれもが満足できるものとなることを見出したものである。

前記したように、特許文献６では、一旦巻き取ったモノフィラメントを、非拘束下、８０℃で７２時間熱するという熱セット条件下でモノフィラメントを得ているが、以下に説明するように、本実施形態では、巻き取ったモノフィラメントを、非拘束下、例えば、かせ巻き状態において、７０℃～１１０℃の熱処理温度、及び３６時間以上の熱処理時間で、熱処理終了まで弛緩状態を維持した状態で熱処理する工程（以下、単に弛緩熱処理と記載する）を経て、１．０％未満という特定範囲の沸水収縮率のモノフィラメントを得ている。すなわち、本実施形態では、非拘束下のかせ巻き状態における弛緩熱処理とすることで、特許文献６で教示された１～５％の沸水収縮率の範囲よりも低い範囲の沸水収縮率としている。本実施形態では、特定混合割合のＰＴＴとＰＢＴからなる歯ブラシ用モノフィラメントにおいて従来技術の沸水収収縮率よりも低い範囲とすることで、柔軟性（使用感）、耐久性（耐毛折れ）、及び回復性（耐毛開き）の全てを満足できる歯ブラシ用モノフィラメントを提供しいている。本実施形態の歯ブラシ用ポリエステル系モノフィラメントの沸水収縮率は、好ましくは０．４５％～０．９５％、より好ましくは０．５０～０．９０％である。
本実施形態では、非拘束下、例えば、かせ巻き状態において、７０℃～１１０℃の熱処理温度、及び３６時間以上の熱処理時間で、熱処理終了まで弛緩状態を維持した状態で弛緩熱処理する工程を経ている。かかる熱セット工程は、モノフィラメントが過度な熱セットを施している状態ではないため、糸切れ等を起こすことはなく、他方、モノフィラメントの熱セットが不十分な状態でもないため、モノフィラメントを長期間保管した際に、巻き締まりによる解舒不良を起こすことがない。
従来の、特定の弛緩率で熱処理する方法としては、例えば、かせ巻き状態のモノフィラメントを加熱室内に配置した２本の棒の間に掛けて熱処理する方法が挙げられる。これに反し、本実施形態の歯ブラシ用ポリエステル系モノフィラメントを製造する際の熱処理としては、例えば、かせ巻き状態のモノフィラメントを加熱室内に、拘束せずに静置して熱処理する方法が挙げられ、これにより熱処理終了まで弛緩状態を維持することができる。モノフィラメントを特定の長さ（例えば、歯ブラシの植毛長さ）に切り揃えて束にして熱処理する方法も考えられるが、加熱状態が不均一となった場合、束内の糸長さがばらつき、製品として不適切になるおそれがあるため、好ましくない。

本実施形態のモノフィラメントのタフネス＝破断強度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）×√破断伸度（％）は、好ましくは１８以上であり、かつ、破断伸度が５５％以上である。
モノフィラメントの破断伸度は、５５～７０％であることが好ましい。破断伸度がこの範囲であれば、モノフィラメント糸は強靭であり、長時間の使用によっても、歯ブラシ毛のささくれが起こることがなく、また、モノフィラメント糸の糸長方向の太さに斑がなく均一で商品価値が高い。
また、モノフィラメントの破断強度は、２．２ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが好ましい。破断強度がこの範囲であれば、強度が十分であり、長時間の使用によっても、歯ブラシ毛のささくれが起こることがなく、また、摩耗が発生しない。
本実施形態のモノフィラメントのタフネス＝破断強度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）×√破断伸度（％）は、１６．３以上であることができるが、好ましくは１８以上である。

本実施形態のモノフィラメントの繊維直径は、好ましくは、１５０μｍ～２００μｍである。モノフィラメントの繊維直径が１５０μｍ以上２００μｍであれば、強力、屈曲回復性が共に十分であり、歯ブラシ用としての要求性能を満たすことができる。

本実施形態のモノフィラメントの繊度は、歯ブラシの種類に応じて任意に設定できるが、モノフィラメントのもつ柔軟性と透明性、耐久性に優れ、使用時に歯垢の除去効果に優れた歯ブラシが得られる観点から、２００～４００ｄｔｅｘが好ましい。
また、本実施形態のモノフィラメントの断面形状は特に限定されるものではなく、丸、三角、四角、Ｈ、Ｗ字状の異型断面や、中空型断面形状であってもよい。

以下、本実施形態のモノフィラメントの製造方法を詳細に説明する。
本実施形態のモノフィラメントの製造方法は、以下の工程：
ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）とポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）を重量比８５／１５～６５／３５の割合で混合した後、溶融紡糸する工程；
溶融紡糸されたモノフィラメントを、延伸し、次いで、熱処理し、一旦巻き取る工程；及び
巻き取ったモノフィラメントを、非拘束下、例えば、かせ巻き状態において、７０℃～１１０℃の熱処理温度、及び３６時間以上の熱処理時間で、熱処理終了まで弛緩状態を維持した状態で熱処理する工程；
を含む。

本実施形態において、ＰＴＴ及びＰＢＴポリマーの製造方法は、公知のものでよく、その代表例は一定の固有粘度までは溶融重合で重合度を上げ、続いて固相重合で所定の固有粘度に相当する重合度まで上げる２段階重合法で得られる高粘度ＰＴＴ及びＰＢＴ樹脂である。
本実施形態のポリエステル系モノフィラメントは、図１に示す公知の水冷紡糸機及びそれに連続する延伸熱処理機用いて、ＰＴＴとＰＢＴの混合樹脂を溶融紡糸し、冷却し、続いて延伸し、更に続いて熱処理することにより得られる。そして、そのとき紡糸条件、延伸温度、延伸比、熱処理温度、巻取速度等を調節することによって、所望の物性を有するポリエステル系モノフィラメントが得られる。熱処理は延伸後別ラインで行ってもよいし、紡糸に連続して引き続き延伸してもよい。但し、本実施形態においては、一旦巻き取ったモノフィラメント、すなわち、図１に示す巻取機以降のモノフィラメントを、非拘束下、例えば、かせ巻き状態のように、熱処理終了まで弛緩状態が維持される状態で、７０℃～１１０℃の熱処理温度、及び３６時間以上の熱処理時間で、弛緩熱処理する工程を経ることで、沸水収縮率を所定範囲内に収めている。熱処理温度は好ましくは９０℃以下であり、熱処理時間は好ましくは７２時間以下、より好ましくは４８～７２時間である。

重量比で８５／１５～６５／３５の割合で予め混合されたＰＴＴとＰＢＴ樹脂混合物を、乾燥機１中で乾燥し、次いで混合物を押出機２に供給し、樹脂混合物の溶融体とする。樹脂混合物の溶融体は次にベンド３を経てスピンヘッド４に送られ、その中に装着されるギヤポンプ５で計量され、紡糸口金６より紡出される。
紡出された樹脂混合物はフィラメント状ポリマー７となり、冷却浴８中に導かれて冷却されつつ、一定速度で回転している第１ロール群９によって引っ張られて所定の繊度まで細化され、未延伸モノフィラメントとなる。冷却浴の温度は、２０～６０℃、好ましくは３０～５０℃が採用される。未延伸モノフィラメントは第１ロール群９を経た後、所定の温度の延伸浴１０内で、一定速度で回転する第２ロール群１１に引っ張られて第１段の延伸が施される。延伸浴の温度は、好ましくは４０～９０℃、更に好ましくは５０～７０℃である。その後モノフィラメントは所定の温度の熱処理浴１２中で熱セット処理を受け、第３ロール群１３を経た後、巻取機１４にて巻き取られる。熱処理浴の温度は、１２０～１８０℃であることが好ましく、より好ましくは１４０～１８０℃である。

本実施形態のポリエステル系モノフィラメントの製造では、延伸工程は１段延伸でよいが、複数回に分けた２段延伸以上の延伸工程を設けるのが好ましい。その後、前記した、非拘束下のかせ巻き状態において、７０℃～１１０℃の熱処理温度、及び３６時間以上の熱処理時間で、熱処理終了まで弛緩状態を維持した状態で熱処理する工程に先立って、得られたモノフィラメントを所定の温度、時間、及び所定のリラックス状態で熱処理を行うことによりモノフィラメントの沸水収縮率を所望の値に予め調節してもよい。熱処理浴１３に使用する熱媒としては、熱風やスチーム、シリコン油、アルキレングリコールなどから選択される。熱処理時間は、生産性を阻害しない範囲で長時間である方が好ましく、通常、１～１００秒が好ましい。

本実施形態のポリエステル系モノフィラメントには、モノフィラメントの平滑性を高め、溶融紡糸性を上げるため無機系微粒子や、後工程の工程通過性を良くするために摩擦抵抗を低下させたり、制電性を付与する等の機能を有する仕上げ剤を付与してもよく、更に、要求される機能に応じて撥水剤、吸水剤等を付与してもよい。仕上げ剤の付与は、第３ロール群１３以降で行うことが好ましい。

本実施形態のモノフィラメントの製造方法では、溶融温度を２５０～２７０℃とすることが好ましく、より好ましく２５５～２６５℃である。溶融温度が２５０℃未満であると、ＰＴＴ及び／又はＰＢＴの溶融が不完全であるためにモノフィラメントを工業的に安定して製造することができない。他方、溶融温度が２７０℃を超えると、ＰＴＴ及び／又はＰＢＴの熱分解・分子量低下が進み、モノフィラメントの回復性、耐久性が低下する。

本実施形態のモノフィラメントの製造方法では、樹脂混合物を押出機に投入してから紡出されるまでの溶融体としての滞留時間を２～２０分とすることが好ましい。ＰＴＴとＰＢＴを溶融状態で混合すると、エステル交換反応を起こして共重合化する。生成される共重合物が多くなるに伴い、共重合物が相溶化剤の役割を果たすためにＰＴＴとＰＢＴの相溶性が増し、ＰＴＴ及びＰＢＴの結晶性が低下する傾向がある。滞留時間が２０分を超えると、共重合が進み、結果としてＰＴＴの結晶性が低下するので、モノフィラメントの回復性が低下する。他方、滞留時間が２分未満であると、ＰＴＴ及び／又はＰＢＴの溶融が不完全であるためにモノフィラメントを工業的に安定して製造することができない。

本実施形態のモノフィラメントの製造方法では、スクリュー剪断速度を５～３００（１／秒）とすることが好ましい。ここで、スクリュー剪断速度は、次式：
スクリュー剪断速度＝πＤＮ／６０／Ｈ
｛式中、π：円周率、Ｄ：スクリュー直径（ｍｍ）、Ｎ：スクリュー回転数（ｒｐｍ）、そしてＨ：スクリュー計量部の溝深さ（ｍｍ）｝で計算される。
スクリュー剪断速度が５（１／秒）未満では、ＰＴＴとＰＢＴの樹脂混合物を安定して押出機内に導入することができない。他方、スクリュー剪断速度が３００（１／秒）を超えると、樹脂混合物の剪断発熱が大きくなるために、ＰＴＴ及び／又はＰＢＴの熱分解・分子量低下が進み、モノフィラメントの回復性、耐久性が低下する。

以下、実施例、比較例により本発明を具体的に説明する。
まず、実施例、比較例における物性の測定方法、測定条件を説明する。

（１）強力（引張強さ）（Ｎ）
ＪＩＳ－Ｌ－１０１３に準拠して測定した。１０回の測定値の平均値を求めた。

（２）破断強度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）
ＪＩＳ－Ｌ－１０１３に準拠して測定した。１０回の測定値の平均値を求めた。

（３）破断伸度（％）
ＪＩＳ－Ｌ－１０１３に準拠して測定した。１０回の測定値の平均値を求めた。

（４）タフネス
下記式：
タフネス＝破断強度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）×√破断伸度（％）
により求めた。

（５）沸水収縮率（％）
熱処理する工程の前後（熱セット後と熱セット前）のモノフィラメントの沸水収縮率を、ＪＩＳ－Ｌ－１０１３の熱水寸法変化率Ｂ法（フィラメント収縮率）に準拠して測定し、沸水収縮率とした。初期測定長は５００ｍｍとし、小数点以下２桁まで測定した寸法変化率１０回の測定値の平均値を求めた。尚、測定長５００ｍｍが確保できないサンプルしかない場合には、測定長１００ｍｍでの測定を行い、測定長１００ｍｍが確保できない場合は、初期荷重をかけず、測定長をできるだけ長くとるようにして測定した。この場合には測定誤差が大きくなるため、２０回の測定値の平均値を求めた。

（６）耐久性（耐毛折れ）
耐久性（毛折れ）については、得られたモノフィラメントを歯ブラシの毛材とした際の、毛折れ等の損傷程度で評価した。ブラシ毛材の長さを７．００±０．１５ｍｍに水平に切りそろえた歯ブラシを、公知の方法で作製した。その歯ブラシを実際に１０人のモニターに１ヶ月使用してもらい、１０本の歯ブラシの平均的な損傷の程度を、以下の評価基準で判定した：
○：毛折れ等の損傷がない
△：毛折れ等の損傷が僅かにある
×：毛折れ等の損傷が著しい

（７）柔らかさ（使用感）
柔らかさ（使用感）については、得られたモノフィラメントを歯ブラシの毛材とした際の、官能評価で評価した。ブラシ毛材の長さを７．００±０．１５ｍｍに水平に切りそろえた歯ブラシを、公知の方法で作製した。その歯ブラシを実際に１０人のモニターに１ヶ月使用してもらい、以下の評価基準で判定した：
○：柔らかい
△：普通
×：硬い

（８）回復性（耐毛開き）
回復性（毛開き）については、得られたモノフィラメントを歯ブラシの毛材とした際の、毛開きの程度で評価した。ブラシ毛材の長さを７．００±０．１５ｍｍに水平に切りそろえた歯ブラシを、公知の方法で作製した。その歯ブラシを実際に１０人のモニターに１ヶ月使用してもらい、１０本の歯ブラシの平均的な毛開きの程度を、以下の評価基準で判定した：
○：毛開きしていない
△：僅かに毛開きしている
×：著しく毛開きしている

（９）総合評価
総合評価については、前記した耐久性（毛折れ）、柔らかさ（使用感）、及び回復性（毛開き）の結果を、以下の評価基準で総合的に判定した：
◎：耐久性（毛折れ）、柔らかさ（使用感）、及び回復性（毛開き）の全てが〇
○：耐久性（毛折れ）、柔らかさ（使用感）、及び回復性（毛開き）のいずれかに一項目に△がありそれ以外は○
△：耐久性（毛折れ）、柔らかさ（使用感）、及び回復性（毛開き）のいずれか二項目以上に△があり×がない
×：耐久性（毛折れ）、柔らかさ（使用感）、及び回復性（毛開き）のいずれかに×がある

［実施例１］
極限粘度［η］＝０．９２ｄｌ／ｇの酸化チタンを含まないＰＴＴ（ＤｕＰｏｎｔ社製）８０ｗｔ％と極限粘度［η］＝０．８４ｄｌ／ｇの酸化チタンを含まないＰＢＴ（ウィンテックポリマー（株）製）２０ｗｔ％を予め混合し、１１０℃で乾燥後、以下の製造条件でモノフィラメントを巻き取った。
ポリマー吐出量：２．５２（ｇ／分）
スクリュー剪断速度：９．２（／秒）
滞留時間：８（分）
紡糸温度：２６０（℃）
冷却浴水温：４０（℃）
引き取りロール（第１ロール）周速：１５．８（ｍ／分）
延伸浴水温：５５（℃）
延伸ロール（第２ロール）周速：８０（ｍ／分）
熱処理浴温度：１６０（℃）
熱処理媒体：熱風
第３ロール周速：７２（ｍ／分）
巻き取り速度：７２（ｍ／分）。
上記条件で巻き取ったモノフィラメントを、市販のかせ巻装置を用いて、円周が３６０ｃｍ、総重量３０ｋｇのかせ巻きを作製し、非拘束下のかせ巻き状態のまま、８０℃に設定された熱風乾燥機内に静置された、熱処理終了まで弛緩状態が維持される状態において、４８時間弛緩熱処理して、モノフィラメントを得た。
次いで、常法により、得られたモノフィラメントを用いて歯ブラシを作製した。得られたモノフィラメントの物性等を以下の表１に示す。耐久性（毛折れ）、柔らかさ（使用感）、及び回復性（毛開き）の全てが〇であり、総合評価は◎であった。

［実施例２］
実施例１におけるＰＴＴとＰＢＴの混合比を変更した以外は、実施例１と同じ製造条件でモノフィラメントを巻き取り、熱セットを経た後、モノフィラメントを得た。
次いで、常法により、得られたモノフィラメントを用いて歯ブラシを作製した。
得られたモノフィラメントの物性等を以下の表１に示す。耐久性（毛折れ）、柔らかさ（使用感）、及び回復性（毛開き）の全てが〇であり、総合評価は◎であった。

［実施例３］
実施例１におけるＰＴＴとＰＢＴの混合比を変更した以外は、実施例１と同じ製造条件でモノフィラメントを巻き取り、熱セットを経た後、モノフィラメントを得た。
次いで、常法により、得られたモノフィラメントを用いて歯ブラシを作製した。
得られたモノフィラメントの物性等を以下の表１に示す。耐久性（毛折れ）、柔らかさ（使用感）、及び回復性（毛開き）の全てが〇であり、総合評価は◎であった。

［実施例４］
実施例１における熱セットの時間を変更した以外は、実施例１と同じ製造条件でモノフィラメントを巻き取り、熱セットを経た後、モノフィラメントを得た。
次いで、常法により、得られたモノフィラメントを用いて歯ブラシを作製した。
得られたモノフィラメントの物性等を以下の表１に示す。耐久性（毛折れ）は△であったが、柔らかさ（使用感）、及び回復性（毛開き）の両項目が〇であり、総合評価は〇であった。

［実施例５］
実施例１における熱セットの温度と時間とを変更した以外は、実施例１と同じ製造条件でモノフィラメントを巻き取り、熱セットを経た後、モノフィラメントを得た。
次いで、常法により、得られたモノフィラメントを用いて歯ブラシを作製した。
得られたモノフィラメントの物性等を以下の表１に示す。耐久性（毛折れ）、柔らかさ（使用感）、及び回復性（毛開き）の全てが〇であり、総合評価は◎であった。

［実施例６］
実施例１における熱セット温度を変更した以外は、実施例１と同じ製造条件でモノフィラメントを巻き取り、熱セットを経た後、モノフィラメントを得た。
次いで、常法により、得られたモノフィラメントを用いて歯ブラシを作製した。
得られたモノフィラメントの物性等を以下の表１に示す。柔らかさ（使用感）は△であったが、耐久性（対毛切れ）、及び回復性（毛開き）の両項目が○であり、総合評価は○であった。

［比較例１］
実施例１におけるＰＴＴとＰＢＴの混合比を変更した以外は、実施例１と同じ製造条件でモノフィラメントを巻き取り、熱セットを経た後、モノフィラメントを得た。
次いで、常法により、得られたモノフィラメントを用いて歯ブラシを作製した。
得られたモノフィラメントの物性等を以下の表１に示す。耐久性（毛折れ）は×、柔らかさ（使用感）は△、そして回復性（毛開き）のみが〇であり、総合評価は×であった。

［比較例２］
実施例１におけるＰＴＴとＰＢＴの混合比を変更した以外は、実施例１と同じ製造条件でモノフィラメントを巻き取り、熱セットを経た後、モノフィラメントを得た。
次いで、常法により、得られたモノフィラメントを用いて歯ブラシを作製した。
得られたモノフィラメントの物性等を以下の表１に示す。耐久性（毛折れ）は×、柔らかさ（使用感）は△、そして回復性（毛開き）は×であり、総合評価は×であった。

［比較例３］
実施例１における熱セットの時間を変更した以外は、実施例１と同じ製造条件でモノフィラメントを巻き取り、熱セットを経た後、モノフィラメントを得た。
次いで、常法により、得られたモノフィラメントを用いて歯ブラシを作製した。
得られたモノフィラメントの物性等を以下の表１に示す。耐久性（毛折れ）は△、柔らかさ（使用感）は△、そして回復性（毛開き）は×であり、総合評価は×であった。

［比較例４］
巻き取ったモノフィラメントを巻糸体のまま、熱風乾燥機内に置いて熱処理を行った。本処理では巻糸体内の糸が外部から拘束を受けていない、いわゆる非拘束下の処理であるが、熱処理中に糸収縮が進んで糸に張力がかかった状態で熱処理される方法であった。このように弛緩熱処理を変更した以外は、実施例１と同じ製造条件でモノフィラメントを巻き取り、熱セットを経た後、モノフィラメントを得た。
次いで、常法により、得られたモノフィラメントを用いて歯ブラシを作製した。
得られたモノフィラメントの物性等を以下の表１に示す。耐久性（毛折れ）は△、柔らかさ（使用感）は△、そして回復性（毛開き）は×であり、総合評価は×であった。

本発明の歯ブラシ用ポリエステル系モノフィラメントは、従来技術の歯ブラシ用ポリエステル系モノフィラメントに比較して、柔軟性（使用感）、耐久性（耐毛折れ）、及び回復性（耐毛開き）に優れるため、歯ブラシの立毛部に好適に利用可能である。

１乾燥機
２押出機
３ベンド
４スピンヘッド
５ギヤポンプ
６紡糸口金
７フィラメント状ポリマー
８冷却浴
９第１ロール群
１０延伸浴
１１第２ロール群
１２熱処理浴
１３第３ロール群
１４巻取機

Claims

ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）とポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）が重量比８５／１５～６５／３５の割合で混合されており、かつ、沸水収縮率が、０．５０％～０．９０％であることを特徴とする歯ブラシ用ポリエステル系モノフィラメント。
前記モノフィラメントのタフネス＝破断強度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）×√破断伸度（％）が、１８以上であり、かつ、破断伸度が５５％以上である、請求項１に記載の歯ブラシ用ポリエステル系モノフィラメント。
前記モノフィラメントの繊維直径が、１５０μｍ～２００μｍである、請求項１又は２に記載の歯ブラシ用ポリエステル系モノフィラメント。
請求項１～３のいずれか１項に記載の歯ブラシ用ポリエステル系モノフィラメントを立毛部に用いた歯ブラシ。
以下の工程：
ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）とポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）を重量比８５／１５～６５／３５の割合で混合した後、溶融紡糸する工程；
溶融紡糸されたモノフィラメントを、延伸し、次いで、熱処理し、一旦巻き取る工程；及び
巻き取ったモノフィラメントを、非拘束下、７０℃～１１０℃の熱処理温度、及び４８時間～７２時間の熱処理時間で、熱処理終了まで弛緩状態を維持した状態で熱処理する工程；
を含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の歯ブラシ用ポリエステル系モノフィラメントの製造方法。