JPH07252724A - 発泡ポリエステル繊維の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】発泡倍率が大きく、かつ微細な独立気泡を有す
る細径の発泡ポリエステル繊維を生産性よく連続的に製
造できる方法を提供すること。 【構成】発泡剤を含んだ熱可塑性ポリエステル樹脂を押
出機で溶融後、押出機の先端に取り付けた口金の吐出オ
リフィスから低圧領域に押出して発泡ポリエステル繊維
を製造するに際し、該熱可塑性ポリエステル樹脂に、発
泡核剤として平均の一次粒子径が２μｍ以下である不活
性無機微粒子を含有させ、かつ吐出オリフィスの背圧を
５０〜３００ｋｇ／ｃｍ² とするとともに、溶融樹脂が
吐出オリフィスを通過する時間を１〜１５ミリｓｅｃと
して該樹脂を押出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は発泡ポリエステル繊維の
製造方法に関し、更に詳しくは均一でかつ微細な独立気
泡構造を有し、建築用や構造体用の断熱材をはじめ、毛
布、クッション、冬物衣料やカーペットの充填保温用繊
維に好適な、繊維径の小さい発泡ポリエステル繊維の製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】発泡繊維、すなわち独立気泡を多数含有
するフィラメント状またはステープル状の繊維は、ポリ
オレフィンやポリスチレンから製造されたものが実用化
されている。

【０００３】上記発泡繊維の利点は、低密度で単位重量
あたりの充填材料の体積が大きく、軽量性、断熱性、保
温性、弾力性、浮揚性などに優れていることであるが、
反面耐熱性や寸法安定性あるいは剛性に劣るという欠点
がある。

【０００４】そこで、優れた耐熱性、寸法安定性、剛性
を有するポリエステル樹脂を発泡させて、発泡ポリエス
テル繊維を製造する試みが古くからなされている。

【０００５】例えば、多量の低沸点溶剤と発泡剤とを含
む樹脂を押出した後、断熱的に溶剤を蒸発させて発泡倍
率５０倍以上で繊維状発泡体を製造する方法（特公昭４
３−３９９３号公報など）、０．８〜４．０ｍｍの平均
直径を有する藺草状構造物（特開昭５５−９３８３１号
公報など）、１〜２００ｍｍ² の断面積を有する紐状発
泡体（特公昭６１−４８４１０号公報、特公昭６１−４
８４１１号公報など）が開示されている。

【０００６】しかし、これらの方法においては、ポリエ
ステル繊維中に気泡を発生せしめることは可能である
が、気泡の大きさが不均一になりやすい為、ポリエステ
ル繊維中に強度の低い部分が発生し、紡糸あるいは延伸
時に繊維の切断が起こりやすいという問題点がある。

【０００７】つまり、かかる方法によって得られる気泡
は、その大きさを制御することが極めて困難であり、気
泡の大きさが最大３００μｍにも及ぶ粗大な気泡となり
やすいので、細径の発泡ポリエステルを安定して得るこ
とはできない。

【０００８】一方、有機発泡剤とシリコーンオイルの添
加により空洞が形成された太細ポリエステル繊維（特開
昭６３−２１９６１９号公報など）や、重炭酸ナトリウ
ムとクエン酸とからなる発泡剤とポリカーボネートを用
いたポリエステル発泡繊維の製法（特開平４−２１４４
０７号公報など）も知られている。

【０００９】これらの方法によれば、気泡の最大の大き
さは２０μｍ程度と小さくできるが、発泡倍率が１．４
倍と低いものしか得られない。

【００１０】このような問題を解決するため、予め加圧
下で十数時間ガスを含浸させて、ガスの過飽和状態にし
た高分子ペレットを加圧ダイスで押出成形後に加熱発泡
する方法（米国特許第４，４７３，６６５号明細書な
ど）や、加圧室でガス含浸させたペレットを押出機で混
練後、加圧液化ガス槽に押出して連続的にガスを含浸さ
せ加熱発泡する方法（特開平４−２６８３４４号公報、
特開平４−２６８３４５号公報など）、成形品に加圧室
でガス含浸させ、結晶化度を３０％以上にした後に加熱
発泡する方法（特開平５−２３０２５９号公報など）が
提案されている。

【００１１】これらの方法によれば、気泡の最大の大き
さが２０〜４０μｍ程度と小さく、しかも発泡倍率が５
倍程度の大きいものが得られるが、加圧室でのガス含浸
に長い時間を要するため生産性が悪いという問題点があ
る。

【００１２】また、上記方法においては、加圧のために
工程をシールすることが必要になるので、連続的に繊維
を成形する場合は、該方法を適用することは極めて困難
となる。

【００１３】つまり、従来公知の方法では、発泡倍率が
大きく、しかも微細な気泡を有する発泡ポリエステル繊
維を、生産性よく連続的に得ることは困難であった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、発泡
倍率が大きく、かつ微細な独立気泡を有する発泡ポリエ
ステル繊維を生産性よく連続的に製造できる方法を提供
することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
達成するために鋭意検討した結果、発泡剤を含んだ熱可
塑性ポリエステル樹脂を押出機から押出す際、特定の発
泡核剤を含有させ、かつ溶融樹脂が吐出オリフィスを通
過する時間を一定範囲に制御するとき、上記目的が達成
できる事を究明した。

【００１６】かくして本発明によれば、発泡剤を含んだ
熱可塑性ポリエステル樹脂を押出機で溶融後、押出機の
先端に取り付けた口金の吐出オリフィスから低圧領域に
押出して発泡ポリエステル繊維を製造するに際し、該熱
可塑性ポリエステル樹脂に、発泡核剤として平均の一次
粒子径が２μｍ以下である不活性無機微粒子を含有さ
せ、かつ吐出オリフィスの背圧を５０〜３００ｋｇ／ｃ
ｍ² とするとともに、溶融樹脂が吐出オリフィスを通過
する時間を１〜１５ミリｓｅｃとして該樹脂を押出すこ
とを特徴とする発泡ポリエステル繊維の製造方法が提供
される。

【００１７】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１８】本発明で使用する熱可塑性ポリエステル樹
脂としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレ
ンテレフタレート、ポリナフタレンテレフタレートなど
のポリエステルの他、ポリブチレンテレフタレートとポ
リテトラメチレングリコールブロック共重合体の如きポ
リエステル・エーテルエラストマーなどが挙げられる。
これらのポリエステルの極限粘度（オルトクロロフェ
ノール、３５℃での測定値）は好ましくは０．５以上、
更に好ましくは０．６以上のものが用いられる。

【００１９】また、本発明においては、溶融物が紡糸オ
リフィスから低圧領域に押出されたとき、個々の気泡の
発泡圧に対して適度の抵抗を持つように、上記熱可塑性
ポリエステル樹脂に斯界でしばしば用いられている増粘
剤を含有させてもよい。

【００２０】上記増粘剤としては、該熱可塑性ポリエス
テル樹脂の融点より１５℃高い温度における粘度が、８
０００ポイズ以上のものを使用することが必要であり、
従来公知の多官能グリシジルエステル化合物や多官能カ
ルボン酸無水物などをあげることができる。

【００２１】上記ポリエステル樹脂に添加する発泡剤と
しては、下記ア）〜エ）のものが例示される。 ア）ポリエステル溶融体に対して実質的に不活性な気
体、例えば、炭酸ガス、窒素、ヘリウムなど。 イ）ポリエステル樹脂の溶融時又は押出し時に気化して
その体積を著しく増大させ、しかもポリエステル溶融体
に対して実質的に不活性な有機液体、例えばキシレン、
トルエン、ジフェニルエーテル、クロロベンゼン、アニ
ソールなど。 ウ）ポリエステルの溶融時に反応してガスを発生させる
ポリマー、例えばポリカーボネートなど。 エ）加熱すると分解してガスを発生する熱分解型発泡
剤、例えば、重炭酸ソーダや炭酸アンモニウムのような
無機発泡剤や、アゾ化合物、Ｎ−ニトロソ化合物、 ス
ルホニルヒドラジド化合物、スルホニルセミカルバジド
化合物、スルホニル ヒドラゾン化合物などのような有
機発泡剤。

【００２２】さらに、本発明においては、溶融ポリエス
テルポリマーを押出す際の気泡の凝集と繊維外へのガス
飛散損失を抑制し、気泡の大きさを微細かつ均一にする
ために、発泡核剤を上記の発泡剤と併用することが必要
である。

【００２３】発泡核剤は、平均の一次粒子径が２μｍ以
下である不活性無機微粒子であることが必要があり、中
でも含珪素無機微粒子、元素周期律表第II族金属の酸化
物からなる無機微粒子、元素周期律表第II族金属の塩類
からなる無機微粒子、酸化アルミニウムおよび酸化ジル
コニウムからなる群から選ばれた少なくとも一種の無機
微粒子を使用することが好ましい。

【００２４】ここで、含珪素無機微粒子とは、５００℃
で２時間加熱した後に酸化珪素として２０重量％以上の
珪素を含有し、ポリエステルに実質的に不溶性の無機微
粒子を意味し、この例としてタルク、マイカ、カオリ
ン、ガラス粉末、珪酸ジルコニウム、酸化珪素などを挙
げることができる。

【００２５】また、元素周期律表第II族金属の酸化物か
らなる無機微粒子あるいは元素周期律表第II族金属の塩
類からなる無機微粒子としては、酸化亜鉛、炭酸カルシ
ウム、硫酸カルシウム、炭酸バリウム、硫酸バリウム、
リン酸バリウム、リン酸マグネシウム、硫酸ストロンチ
ウムなどを挙げることができる。

【００２６】また、上記不活性無機微粒子の平均の一次
粒子径は２μｍ以下であることが必要であり、好ましく
は１μｍ以下、特に好ましくは０．２μｍ以下である。

【００２７】ここで平均粒径とは測定した全粒子の５０
重量％の点にある粒子の等価球形直径であり、粒子の電
子顕微鏡写真または通常の沈降法による測定から計算す
ることができる。

【００２８】一次粒子径が２μｍを越えると、ポリマー
中に粗大粒子が混入するため、発泡ポリエステル繊維の
気泡が粗大化したり気泡が不均一になる上、紡糸工程で
の濾過層の目詰まりや糸切れなどのトラブルが発生する
ため好ましくない。

【００２９】不活性無機微粒子の平均の一次粒子径を２
μｍ以下とするためには自然沈降法や遠心分離法などの
方法で分級し、粗大粒子を除去する方法などが好ましく
利用できる。

【００３０】上記不活性無機微粒子の平均の一次粒子径
の下限は０．０１μｍが好ましい。

【００３１】上記不活性無機微粒子の添加量は生成する
ポリエステル組成物に対して、０．１〜４重量％が好ま
しく、０．３〜２重量％が特に好ましい。添加量が０．
１重量％未満では、発泡核剤としての効果が不十分で好
ましくなく、一方、４重量％を越えると、発泡核剤とし
ての効果が飽和してしまうだけでなく、得られるポリエ
ステル中の粗大粒子数も増加するので好ましくない。

【００３２】また不活性無機微粒子の添加時期は、前記
発泡剤添加と同時または発泡剤添加以前であることが好
ましい。発泡剤添加後に不活性無機微粒子を添加した場
合は、ポリマー押出時に気泡が凝集しやすく、気泡の大
きさが大きく不均一となるため好ましくない。

【００３３】本発明においては、前記発泡剤および発泡
核剤を含んだポリエステル溶融体を、押出機の先端に取
り付けた口金の吐出オリフィスから低圧領域に押出して
発泡ポリエステル繊維を製造するが、その際、吐出オリ
フィスの背圧を５０〜３００ｋｇ／ｃｍ² 、好ましくは
１００〜３００ｋｇ／ｃｍ² とすることが必要である。

【００３４】上記の背圧が５０ｋｇ／ｃｍ² 未満では、
ポリエステル内部での気泡壁の破裂が多くなり、独立し
た気泡が少なく、従って気泡の大きさが大きく不均一と
なるため好ましくない。一方、吐出オリフィスの背圧が
３００ｋｇ／ｃｍ² を越える場合も、気泡の大きさが不
均一になるため好ましくない。

【００３５】上記の背圧は、吐出オリフィスの形状、孔
径またはランド長等を変更することにより、調整するこ
とができる。

【００３６】さらに、本発明においては、溶融樹脂が吐
出オリフィスを通過する時間を１〜１５ミリｓｅｃ、よ
り好ましくは１〜１０ミリｓｅｃとして押出すことが必
要である。

【００３７】ここで、吐出オリフィスとは、押出機の最
下流側に取り付けられた、溶融樹脂を低圧領域に押出し
てモノフィラメントを得るための成形孔であり、例えば
図１や図２のＶ_t で表わされる部分をいう。

【００３８】溶融樹脂が吐出オリフィスを通過する時間
ｔが１５ミリｓｅｃ以下では、気泡が均一且つ微細とな
るため、発泡ポリエステル繊維の太さ斑が小さく、例え
ば直径５００μｍ未満の細い発泡ポリエステル繊維が紡
糸および延伸時の糸切れもなく安定して得られる。

【００３９】溶融樹脂が吐出オリフィスを通過する時間
を１５ミリｓｅｃ以下とする手段としては、一つの吐出
オリフィスから単位時間に押出される樹脂量を少なくす
るか、吐出オリフィス部の体積を小さくするかのいずれ
かの手段をとることができる。

【００４０】なお、口金の押出ノズル孔部分を通過する
時間が１ミリｓｅｃ未満の口金も設計可能であるが、そ
の場合、口金の押出ノズル孔の背圧を３００ｋｇ／ｃｍ
² 以下にするには、押出ノズルのランド長を極めて短く
する必要がある。そのため口金内のノズル孔間の背圧の
バラツキが大きくなり、繊維径のホール間斑を招くため
好ましくない。

【００４１】吐出オリフィスの形状や孔径、ランド長な
どには特に制限はなく、所望の繊維形状、繊維径、繊維
特性に応じて適宜設定すれば良い。

【００４２】また、口金に複数個の吐出オリフィスを設
け、同時に複数本の発泡ポリエステル繊維を製造するこ
ともできる。

【００４３】本発明のポリエステル繊維の製造方法は、
直径５００デニール程度未満の発泡ポリエステル繊維を
製造するのに適している。

【００４４】何故なら、本発明の方法により、直径５０
０デニール以上の繊維を製造しようとすると、吐出オリ
フィスの孔径を大きくしなければならず、吐出オリフィ
スの背圧が低くなりすぎて、気泡の大きさが大きく不均
一となるからである。

【００４５】

【作用】本発明においては、前記発泡剤および発泡核剤
を含んだポリエステル溶融体を、５０〜３００ｋｇ／ｃ
ｍ² の背圧で、且つ溶融体が吐出オリフィスを通過する
時間を１〜１５ミリｓｅｃとして低圧領域に押出すこと
により、均一かつ微細な気泡を有する細径の発泡ポリエ
ステル繊維を安定して製造することができる。

【００４６】溶融樹脂が吐出オリフィスを通過する時間
が１５ミリｓｅｃという値を限界として、これ以下の通
過時間で、気泡の最大の大きさが約２００μｍ以下の微
細な独立気泡が生じやすくなるという事実は、全く予想
外の事実である。

【００４７】本発明者らの検討した結果では、前述の核
剤を使用した場合、吐出オリフィスの単位横断面積から
単位時間内に押し出される樹脂量の大小にかかわらず、
溶融樹脂が吐出オリフィスを通過する時間が１５ミリｓ
ｅｃを越える時は気泡の大きさが粗く不均一となりやす
く、１５ミリｓｅｃ以下の時は気泡の大きさが微細で均
一となることが判明した。

【００４８】押し出された繊維中の気泡が均一かつ微細
となる理由は明確ではないが、背圧の作用によって気泡
の発生ができるだけ低圧領域に近いところまで抑制され
る上、押出される際に発泡核剤を核として気泡が均一に
発生し、しかも吐出オリフィス部でのポリマーの滞留時
間が短いために気泡核の衝突による気泡の凝集成長が抑
制されるためであろうと推定される。

【００４９】

【実施例】以下実施例によって本発明をさらに具体的に
説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。

【００５０】［実施例１］極限粘度０．６４のポリエチ
レンテレフタレートのペレット１００重量部を１６０℃
で５時間熱風乾燥した後、増粘剤としてピロメリット酸
無水物０．３重量部、発泡核剤として一次粒子径０．０
５μｍの炭酸カルシウム（発泡核剤Ａと略称する）０．
５重量部、発泡剤マスターバッチとして永和化成工業製
ポリスレンＥＳ−２０１、７．５重量部をＶ型ブレンダ
ーにて混合し、シリンダー直径３０mm、Ｌ／Ｄ32の押出
機で、シリンダー温度を供給ゾーン 260℃、可塑化ゾー
ン 280℃、メタリングゾーン 280℃、スクリュー回転数
50ｒｐｍで溶融させた。

【００５１】ギヤポンプで、60ｇ／分となるよう計量し
て 280℃のダイ部に導き、孔径０．７ｍｍφ、ランド長
１．４０ｍｍの吐出オリフィスを１２個有する口金か
ら、吐出量６０ｇ／分で押出し、エアギャップ３０ｃｍ
で水冷した後、紡糸速度７５ｍ／分で引き取り、単糸３
５０μｍ径の紡出糸を得た。

【００５２】第１表に、発泡押出条件と吐出オリフィス
の背圧Ｐ、溶融樹脂が吐出オリフィスを通過する時間ｔ
を、第２表に紡出糸の見掛け比重、発泡倍率、気泡の最
大の大きさ、単糸の繊維径を示す。

【００５３】さらに紡出糸を、９５℃の温水浴で４．０
倍の倍率、３０ｍ／分の速度で延伸した後、２５０℃の
スリットヒーターで１．５倍の倍率、１０ｍ／分の速度
で延伸し、単糸１６０μｍ径の延伸糸を得た。第３表に
延伸糸の見掛け比重、発泡倍率、気泡の最大の大きさ、
単糸の繊維径を示す。

【００５４】［実施例２〜４、比較例１］吐出オリフィ
スの孔径、ランド長、ホール数、紡糸速度を変更する以
外は、実施例１と同様に行った。結果を第１表、第２
表、第３表に示す。

【００５５】［実施例５、比較例２］極限粘度０．６４
のポリエチレンテレフタレートのペレット１００重量部
を１６０℃で５時間熱風乾燥した後、増粘剤としてピロ
メリット酸無水物０．３重量部、発泡核剤として一次粒
子径０．０６μｍの炭酸カルシウム０．５重量部をＶ型
ブレンダーにて混合し、シリンダー直径３０mm、Ｌ／Ｄ
32の押出機で溶融した。

【００５６】押出機シリンダー中央部より、発泡剤とし
て炭酸ガスをポリエチレンテレフタレート１００重量部
当り３部の割合で４５ｋｇ／ｃｍ² の圧力下圧入する以
外は、実施例５と同様に行った。結果を第１表、第２
表、第３表に示す。

【００５７】溶融樹脂が吐出オリフィスを通過する時間
ｔが１５ミリｓｅｃ以下の場合は、気泡の最大の大きさ
が、紡出糸では３５〜２００μｍ、延伸糸では２０〜７
５μｍの均一で微細な独立気泡が得られ、発泡ポリエス
テル繊維の太さ斑が小さく、直径５００μｍ以下の細い
発泡ポリエステル繊維が安定して得られる。これに対し
て、溶融樹脂が吐出オリフィスを通過する時間ｔが１５
ミリｓｅｃを越えた比較例１〜２では、ポリエステル繊
維径に対して相対的に大きい気泡しか得られず、繊維の
太さ斑が大きくなることが明らかである。

【００５８】［実施例６〜８、比較例３〜４］発泡核剤
の種類を、一次粒子径０．２μｍの炭酸カルシウム（発
泡核剤Ｂと略称する）、一次粒子径０．２μｍの酸化ア
ルミニウム（発泡核剤Ｃと略称する）、一次粒子径０．
２μｍの酸化ジルコニウム（発泡核剤Ｄと略称する）、
一次粒子径２．５μｍの炭酸カルシウム（発泡核剤Ｅと
略称する）、一次粒子径２．２μｍのタルク（発泡核剤
Ｆと略称する）に変更する以外は、実施例６と同様に行
った。結果を第１表、第２表、第３表に示す。

【００５９】比較例３〜４のように、不活性無機微粒子
の平均の一次粒子径が２μｍを越えると、発泡ポリエス
テル繊維の気泡の大きさが増大し気泡が不均一になり、
紡出糸および延伸糸の繊維径斑が大きくなることが明ら
かである。

【００６０】

【表１】

【００６１】

【表２】

【００６２】

【表３】

【００６３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
発泡倍率が比較的大きく、かつ気泡の大きさが微細で均
一な独立気泡構造を有した細径の発泡ポリエステル繊維
を生産性よく連続的に製造することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いる吐出オリフィスの一例を示す断
面図。

【図２】本発明で用いる吐出オリフィスの他の例を示す
断面図。

【符号の説明】

Ｖ_t 吐出オリフィス

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｄ０１Ｆ 6/92 ３０１ Ｍ Ｑ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発泡剤を含んだ熱可塑性ポリエステル樹
   脂を押出機で溶融後、押出機の先端に取り付けた口金の
   吐出オリフィスから低圧領域に押出して発泡ポリエステ
   ル繊維を製造するに際し、該熱可塑性ポリエステル樹脂
   に、発泡核剤として平均の一次粒子径が２μｍ以下であ
   る不活性無機微粒子を含有させ、かつ吐出オリフィスの
   背圧を５０〜３００ｋｇ／ｃｍ² とするとともに、溶融
   樹脂が吐出オリフィスを通過する時間を１〜１５ミリｓ
   ｅｃとして該樹脂を押出すことを特徴とする発泡ポリエ
   ステル繊維の製造方法。
2. 【請求項２】 不活性無機微粒子が含珪素無機微粒子、
   元素周期律表第II族金属の酸化物からなる無機微粒子、
   元素周期律表第II族金属の塩類からなる無機微粒子、酸
   化アルミニウムおよび酸化ジルコニウムからなる群から
   選ばれた少なくとも一種の無機微粒子である請求項１記
   載の発泡ポリエステル繊維の製造方法。