ポリエステル極細繊維
【課題】製糸性、溶出時の島成分形成性に優れた海島型複合繊維から形成される、強度や均一性を有する、従来技術の有する課題を克服した極細繊維を提供する。
【解決手段】下記を満足するポリトリメチレンテレフタレート極細繊維であって、
ａ）極細繊維が、平均単糸繊維径が５０〜２０００ｎｍ、平均単糸繊維径のＣＶ％が０〜２５％、強度が１．５〜６．０ｃＮ／ｄｔｅｘであること。
ｂ）極細繊維がポリトリメチレンテレフタレートを島成分とする海島型複合繊維の海成分を溶出処理することによって得られる極細繊維であること。
ｃ）海成分がポリエチレングリコール系化合物と５-ナトリウムスルホイソフタル酸との共重合ポリエステルで、ポリエチレングリコール系化合物がポリエステル全重量に対して５〜１２重量％、５−ナトリウムスルホイソフタル酸がポリエステル全酸成分に対して５〜８モル％共重合されているポリエステルであること。
【解決手段】下記を満足するポリトリメチレンテレフタレート極細繊維であって、
ａ）極細繊維が、平均単糸繊維径が５０〜２０００ｎｍ、平均単糸繊維径のＣＶ％が０〜２５％、強度が１．５〜６．０ｃＮ／ｄｔｅｘであること。
ｂ）極細繊維がポリトリメチレンテレフタレートを島成分とする海島型複合繊維の海成分を溶出処理することによって得られる極細繊維であること。
ｃ）海成分がポリエチレングリコール系化合物と５-ナトリウムスルホイソフタル酸との共重合ポリエステルで、ポリエチレングリコール系化合物がポリエステル全重量に対して５〜１２重量％、５−ナトリウムスルホイソフタル酸がポリエステル全酸成分に対して５〜８モル％共重合されているポリエステルであること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柔軟性と強度を有し、取り扱い性、審美性にも優れたポリトリメチレンテレフタレート極細繊維に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、衣料用布帛や人工皮革、フィルターなどの産業用資材には柔軟性や審美性、緻密性を発現させる為に極細繊維が用いられてきた。極細繊維の素材としては、汎用的にはナイロン６やナイロン６６などのポリアミドや、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステルが用いられている。しかし、ポリアミドからなる極細繊維は、この素材固有の特性から耐候性が悪く、黄変などの欠点があり、他方ポリエチレンテレフタレートからなる極細繊維は、優れた耐候性を有するものの、ナイロン６の様な柔軟性はなく、耐光性と柔軟性を併せ持ったものが望まれてきた。
【０００３】
かかる問題を解決する為に、ポリトリメチレンテレフタレートからなる極細マルチフィラメント（特許文献１）を用いることができるが、この方法は、直接製糸による方法であり、得られる繊度に限界があり、生産性や工程性にも問題がある。
他方、ポリトリメチレンテレフタレート極細繊維の製造方法として、例えば、特許文献２には海島型繊維から海成分を溶出してなるポリトリメチレンテレフタレート極細糸が開示されている。しかし、この場合も繊度が０．０１〜０．５ｄｔｅｘと太く、産業用資材用としては柔軟性や緻密性の点で不十分であった。
【０００４】
また、特許文献３には、ポリエステル極細繊維を得る方法として海島繊維１フィラメント当たり１００島以上の島数を有する海島複合繊維とすることが提案されている。確かに本方法によりポリトリメチレンテレフタレート極細を得ることができるが、産業用資材用としては不十分で、島成分の形成が不良で研磨したとき均一性が得られず、又ポリトリメチレンテレフタレートはポリエチレンテレフタレートに対して配向結晶化し難く強度を確保することは難しいという問題があった。
【０００５】
そのため、産業用資材用としてポリトリメチレンテレフタレートを島成分とする海島繊維の場合、海成分は溶解性除去性と、得られた極細繊維の強度、および製糸性を全て両立させることが必要でかなり制限されたものを選択する必要があった。
このように、従来の方法ではポリトリメチレンテレフタレートの極細化をさらに進めた場合の工程性や繊維強度の確保についての問題が依然残されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３１９９６６９号公報
【特許文献２】特開２００６−２６５７８６号公報
【特許文献３】ＷＯ２００５／０９５６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、製糸性、溶出時の島成分形成性に優れた海島型複合繊維から形成される、強度や均一性を有する、ポリトリメチレンテレフタレート極細繊維及びそれを含む布帛を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は、このような問題を解決するため検討した結果、ポリトリメチレンテレフタレートを島成分とする海島型複合繊維において特定の成分を共重合したポリエステルポリマーを海成分に用いることにより、島成分からなる極細繊維を均一且つ高物性化することができ目的を達成した。
【０００９】
すなわち、本発明によれば、
主たる繰り返し単位がトリメチレンテレフタレートからなるポリエステル極細繊維であって、下記要件を満足することを特徴とするポリエステル極細繊維、
ａ）極細繊維が、平均単糸繊維径が５０〜２０００ｎｍ、平均単糸繊維径のＣＶ％が０〜２５％、強度が１．５〜６．０ｃＮ／ｄｔｅｘであること。
ｂ）極細繊維がポリトリメチレンテレフタレートを島成分とする海島型複合繊維の海成分を溶出処理することによって得られる極細繊維であること。
ｃ）海成分が、５−ナトリウムスルホイソフタル酸をポリエステル全酸成分に対して５モル％以上、ポリエチレングリコール化合物をポリエステル全重量に対して５％以上共重合されたポリエステルであること。
が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のポリエステル極細繊維は、繊維、紡績糸、不織布といずれの形態にも加工することが可能であり、柔らかく、均一で強度にも優れていることから、上述した通り、産業資材をはじめ、衣料用途、医療用途に好適に使用できるものである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明のポリエステル極細繊維について詳述する。
本発明のポリエステル極細繊維は、主たる繰り返し単位がトリメチレンテレフタレートからなるポリエステルであるポリトリメチレンテレフタレートからなり、テレフタル酸を主たる酸成分とし、１，３−プロパンジオールを主たるグリコール成分として得られるポリエステルである。ここでいう、主たる、とは８０モル％以上含有していることを指し、本発明の効果を損なわない範囲で、２０モル％以下の割合で他のエステル結合を形成可能な共重合成分を含むものであっても良い。共重合可能な化合物は、酸成分として、例えばイソフタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸、アジピン酸、ダイマー酸、セバシン酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸などのジカルボン酸類、グリコール成分としては、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジメタノール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどを挙げることができるが、これらに限られるものではない。
また、必要に応じて各種の添加剤、例えば、艶消し剤、熱安定剤、難燃剤、帯電防止剤、滑剤、着色顔料、消泡剤などを共重合または混合しても良い。
【００１２】
本発明に用いるポリトリメチレンテレフタレートは、公知の方法により重合することができる。
本発明のポリエステル極細繊維は極限粘度が０．８〜２．０であることが好ましい。極限粘度が０．８未満の場合、強度など機械的物性が低下するとともに、耐磨耗性が劣るものとなり、２．０を超えると、極細繊維を安定して製造することができない。より好ましい極限粘度は０．９〜１．５である。
【００１３】
また、本発明のポリエステル極細繊維の平均単糸直径は５０〜２０００ｎｍであることが必要である。５０ｎｍ未満では繊維トータルでの強力が低下し、産業資材用途として使用困難であり、２０００ｎｍを越えると十分な柔軟性や極細糸としての性能発現が低下する。好ましい範囲は３００〜１５００ｎｍである。
【００１４】
さらに、本発明のポリエステル極細繊維の平均繊維径のＣＶ％は、０〜２５％である。ＣＶ％が２５％を超えると、直径ばらつきが大きく極細繊維としての性能低下が著しくなり、より好ましくは０〜２０％、さらに好ましくは０〜１５％である。本発明の極細繊維はＣＶ％が小さく直径のばらつきが少ないことから、ナノレベルで微細単繊維の繊維径のコントロールが可能となり、用途に合わせた商品設計が可能となる。例えば、フィルター用途では、微細単繊維径において吸着できる物質を選択しておけば、用途に合わせて繊維径の設計をすることが可能になり、非常に効率的に商品設計を行うことが可能になる。
【００１５】
本発明のポリエステル極細繊維の強度は、極細繊維を繊維束として測定した際の引張強度として、１．５〜６．０ｃＮ／ｄｔｅｘであることが必要である。引張り時の強度が１．５ｃＮ／ｄｔｅｘとなると用途が限定されてしまい、実用に供することが困難となる。また、６．０ｃＮ／ｄｔｅｘを超える繊維は、生産工程上伸度とのバランスを考慮すると好ましくない。より好ましい範囲は１．８〜５．５ｃＮ／ｄｔである。また、その破断時の伸び率は１０〜８０％、沸水中における収縮率は５〜２０％であることが好ましい。
【００１６】
本発明のポリエステル極細繊維の製造方法としては従来公知の方法を挙げることができるが、多島構造の海島複合繊維から海成分を除去して製造する方法が最も好ましい。その際の海成分ポリマーとしては島成分ポリマーよりも溶解性が高い組合せである限り、適宜選定できるが、特に溶解速度比（海／島）が２００以上であることが好ましい。この溶解速度比が２００未満の場合には、繊維断面中央部の海成分を溶解させている間に繊維断面表層部の島成分の一部も溶解されるため、海成分を完全に溶解除去するためには、島成分の何割かも減量されてしまうことになり、島成分の太さ斑や溶剤浸食による強度劣化が発生して、毛羽及びピリングなどを生じ、製品の品位を低下させることがある。
【００１７】
アルカリ溶出による海成分除去を行なう場合、海成分ポリマーは、例えば、アルカリ水溶液易溶解性ポリマーとして、アルカリ易溶解性と海島断面形成性とを両立させるため、ポリエステル系のポリマーとしては、５−ナトリウムスルホイソフタル酸をポリエステル全酸成分に対して５〜８モル％、好ましくは６〜８モル％を共重合させることが必要である。さらに数平均分子量４０００〜１２０００のポリエチレングリコールをポリエステル全重量に対して５〜１２重量％、好ましくは５〜１０重量％共重合させたものである。海成分の固有粘度は０．４〜０．６であることが好ましい。ここで、５−ナトリウムイソフタル酸は、得られる共重合体の親水性と溶融粘度の向上に寄与し、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）は得られる共重合体の親水性を向上させる。
【００１８】
これらの共重合量の規定は本発明のポリエステル極細繊維を得る為には重要であり、５−ナトリウムイソフタル酸はポリエステルを構成する全酸成分に対して５〜８モル％、好ましくは６〜８モル％であることが必要である。８モル％を超える場合は、著しく製糸性が低下し、安定生産が困難となり、所定の強度のものを得ることはできず、５モル％未満ではポリトリメチレンテレフタレートとの溶解速度差が十分ではなくなり、海成分のみの溶出が不可能となる。一方、ポリエチレングリコールは全海成分ポリエステル重量に対して５〜１２重量％、好ましくは６〜１０重量％であることが必要である。ポリエチレングリコールの共重合量が１２重量％を超えると、ポリエチレングリコールには本来溶融粘度低下作用、可塑化作用があるので、繊維断面形成性が困難となり、５重量％未満となると製糸工程の安定性、特に延伸性が低下し、強度確保が困難となる他、海成分のみの溶出が困難となる。したがって、上記の範囲で、両成分を共重合することが好ましい。
【００１９】
上記の海成分ポリマーと島成分ポリマーからなる海島型複合繊維は、溶融紡糸時における海成分の溶融粘度が島成分ポリマーの溶融粘度よりも高いことが好ましい。このような関係がある場合には、海成分の複合質量比率が４０％未満のように低くなっても、島同士が互いに接合したり、或は島成分の大部分が互いに接合した海島型海島型とは異なる断面形状のものを形成することがない。好ましい溶融粘度比（海／島）は、１．１〜２．０であり１．３〜１．５の範囲内にあることがより好ましい。この比が１．１倍未満の場合には、工程の安定性溶融紡糸時に島成分が互いに接合しやすくなり、一方それが２．０倍を越える場合には、粘度差が大きすぎるために紡糸工程の安定性が低下しやすい。
【００２０】
次に島成分数は、多いほど海成分を溶解除去して極細繊維を製造する場合の生産性が高くなり、しかも得られる極細繊維も顕著に細くなって、超微細繊維特有の柔らかさ、滑らかさ、光沢感などを発現することができるので、島成分数は１００以上であることが重要であり好ましくは５００以上である。ここで島成分数が１００未満の場合には、海成分を溶解除去しても極細単繊維からなるハイマルチフィラメント糸を得ることができず、本発明の目的を達成することができない。なお、島成分数があまりに多くなりすぎると、紡糸口金の製造コストが高くなるだけでなく、紡糸口金の加工精度自体も低下しやすくなるので、島成分数を１０００以下とすることが好ましい。
【００２１】
さらに、本発明の海島型複合繊維は、その海島複合質量比率（海：島）は、４０：６０〜５：９５の範囲内にあることが好ましく、特に３０：７０〜１０：９０の範囲内にあることが好ましい。上記範囲内にあれば、島成分間の海成分の厚さを薄くすることができ、海成分の溶解除去が容易となり、島成分の極細繊維への転換が容易になる。ここで海成分の割合が４０％を越える場合には、海成分の厚さが厚くなりすぎ、一方５％未満の場合には海成分の量が少なくなりすぎて、島間に相互接合が発生しやすくなる。
【００２２】
海成分、島成分は別々に溶融し、口金内で海島型に複合し、吐出される。その後、冷却風などによって固化させた後、好ましくは４００〜６０００ｍ／分の速度、より好ましくは１０００〜３０００ｍ／分で未延伸繊維として引き取る。紡糸速度は低い方が得られる繊維強度が高くなり好ましいが、４００ｍ／分以下では生産性が不十分であり、また、６０００ｍ／分以上では紡糸安定性が不良になる。
【００２３】
得られた未延伸繊維は、一旦巻き取った後、あるいは、巻き取ることなく引き続いて延伸工程を通した後に巻き取る方法のいずれかの方法で延伸される。延伸温度は６０〜９０℃、好ましくは７０℃〜８０℃の予熱ローラー上で予熱し、延伸倍率１．１〜６．０倍、好ましくは１．２〜５．０倍で延伸し、糸温度として１２０〜１８０℃、好ましくは１３０〜１６０℃で熱セットを実施することが好ましい。スリット型ヒーターであれば１８０〜２２０℃が好ましく用いられる。予熱温度不足の場合には、目的とする高倍率延伸を達成することができなくなり、セット温度が低すぎると、得られる延伸繊維の収縮率が高すぎるため好ましくない。また、セット温度が高すぎると、得られる延伸繊維の物性が著しく低下するため好ましくない。
【００２４】
なお、本発明において、特に微細な島成分径を有する海島型複合繊維を高効率で製造するために、通常のいわゆる配向結晶化を伴うネック延伸（配向結晶化延伸）に先立って、繊維構造は変化させないで繊維径のみを微細化する流動延伸工程を採用することも可能である。具体的には、引き取られた複合繊維を６０〜１００℃、好ましくは６０〜８０℃の範囲の温水バスに浸漬して均一加熱を施しながら延伸倍率は１０〜３０倍、供給速度は１〜１０ｍ／分、巻取り速度は３００ｍ／分以下、特に１０〜３００ｍ／分の範囲で予備流動延伸を実施することが好ましい。
【００２５】
本発明のポリトリメチレンテレフタレート極細繊維は、上記の海島型複合繊維を以下の方法により製造することができる。すなわち、島成分がポリトリメチレンテレフタレートからなり、かつ島成分の径が５０〜２０００ｎｍである海島型複合繊維を、例えば特定のカバーファクターおよび厚みを有する織物を織成した後、アルカリ水溶液処理を施し、前記海島型複合繊維の海成分を公知のアルカリ減量装置を用いてアルカリ水溶液で溶解除去することにより、単繊維径が５０〜２０００ｎｍの極細繊維束として得られる。
【００２６】
海成分を除去するには、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムのようなアルカリ金属化合物水溶液で処理することが好ましく、なかでも水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムが特に好ましく用いられる。アルカリ水溶液の濃度、処理温度、処理時間は、使用するアルカリ化合物の種類により異なるが、濃度は１０〜３００ｇ／Ｌ、温度は４０℃〜１８０℃、処理時間は２分〜２０時間の範囲で行うが好ましい。
【００２７】
本発明のポリトリメチレンテレフタレート極細繊維の用途としては、組み紐状糸、短繊維からなる紡績状糸、織物、編物、フェルト、不織布などの中間製品を挙げることができる。また、これらを用いた、カーペット、ソファー、カーテンなどのインテリア製品、カーシートなどの車輌内装品、化粧品、化粧品マスク、ワイピングクロス、健康用品などの生活用途や研磨布、フィルター、有害物質除去製品、電池用セパレーターなどの環境・産業資材用途や、縫合糸、スキャフォールド、人工血管、血液フィルターなどの医療用途、およびジャケット、スカート、パンツ、下着などの衣料、スポーツ衣料、衣料資材をあげることが出来る。ポリトリメチレンテレフタレートのソフト性、柔軟性と極細繊維の触感を併せ持つ繊維製品を提供できる。
【実施例】
【００２８】
本発明を下記実施例によりさらに説明する。
下記実施例及び比較例において、下記の測定及び評価を行った。
（１）平均単糸繊維径
海成分溶解除去後の微細繊維の３００００倍のＴＥＭ観察により、繊維径を求めた。ここで繊維径は膠着していない単糸の繊維径を測定した。ランダムに選択した１００本の微細繊維の繊維径データにおいて、平均単糸繊維径ｒを算出した。
（２）平均単糸繊維径のばらつきＣＶ％
平均単糸繊維径を求めるに際し、その標準偏差σを算出し、以下で定義する繊維径変動係数ＣＶ％を算出した。
ＣＶ％＝標準偏差σ／平均単糸繊維径ｒ×１００ （％）
（３）強伸度
海島複合繊維から筒編みを作成し、アルカリ溶液にて海成分を溶出して極細繊維束を作成した。この極細繊維束を２０℃、６５％ＲＨの雰囲気下で、引張試験機により、試料長２０ｃｍ、速度２０ｃｍ／分の条件で破断時の強力、および伸度を測定した。測定数は１０とし、強力の平均値を平均単糸繊維径から求めた繊度を用いて算出し、強度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）とした。
（４）工程安定性
紡糸性、延伸性、減量性について次の通り評価した。
紡糸性；４８時間紡糸を行い、断糸やトラブルが０〜１回のものを○、数回程度のものを△、数時間で巻き取り不可となるものを×とした。
延伸性；紡糸で得られた複合繊維を延伸、熱セットし、毛羽の発生や断糸が殆どみられないものを○、数回の断糸が見られるものを△、工程が不安定で不可のものを×とした。
減量性；アルカリ溶液中で処理し、繊維の断面をＳＥＭで観察し、海成分のみの除去が可能なものを○、海成分のみの除去が可能な減量条件を見つけられなかったものを×とした。
【００２９】
［実施例１］
島成分として固有粘度０．９６（３５℃、オルソクロロフェノール中）のポリトリメチレンテレフタレート、海成分として５−ナトリウムスルホイソフタル酸６モル％と数平均分子量４０００のポリエチレングリコール６重量％を共重合した固有粘度０．５４のポリエチレンテレフタレートを用い、別々に溶融後、複合口金内で合流させ、海：島＝３０：７０、島数＝８３６の海島型複合未延伸繊維を、紡糸温度２７０℃、紡糸速度１５００ｍ／分で溶融紡糸し、巻き取った。紡糸は４８時間行なったが全く断糸はみられなかった。得られた未延伸糸を、延伸温度８０℃、延伸倍率３．５倍でローラー延伸し、次いで２２０℃の非接触型ヒーターで熱セットして巻き取り、海島型複合延伸糸を得た。延伸工程においても毛羽や断糸の発生はなく、全ての未延伸糸は問題なく延伸可能であった。得られた海島型複合延伸糸は５６ｄｔｅｘ／１０ｆｉｌであり、筒編みを作成し、９０℃、３．５ｇ／ｌのアルカリ溶液中で減量処理したところ、海成分のみが溶出されており、島成分の平均繊維径は７１０ｎｍ、ＣＶ％は１２％、強度は２．２ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度は６１％であった。
【００３０】
［実施例２、比較例１、比較例２、比較例３］
海成分として、表１に示す様な組成の海ポリマーを用い、実施例１と同様の方法で海島型複合繊維を得た。得られた海島型複合繊維から溶出して得られた極細糸の物性を表１に示す。
表１に示す通り、実施例１、２では紡糸性、延伸性、減量性とも問題なく、また極細繊維としても強度や均一性に優れたものを得ることが出来た。
海ポリマーの組成として、５−ナトリウムスルホイソフタル酸の共重合量を増やし、ポリエチレングリコールの共重合量を減らした比較例１は紡糸性、延伸性共に悪く、生産するには安定性に乏しく、５−ナトリウムスルホイソフタル酸、およびポリエチレングリコールの共重合量を減らした比較例２、３においては、減量性が悪く、極細繊維を得ることが出来なかった。
【００３１】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明のポリトリエチレンテレフタレート極細繊維は、カーペット、ソファー、カーテンなどのインテリア製品、カーシートなどの車輌内装品、化粧品、化粧品マスク、ワイピングクロス、健康用品などの生活用途や研磨布、フィルター、有害物質除去製品、電池用セパレーターなどの環境・産業資材用途や、縫合糸、スキャフォールド、人工血管、血液フィルターなどの医療用途、およびジャケット、スカート、パンツ、下着などの衣料、スポーツ衣料、衣料資材に使用することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柔軟性と強度を有し、取り扱い性、審美性にも優れたポリトリメチレンテレフタレート極細繊維に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、衣料用布帛や人工皮革、フィルターなどの産業用資材には柔軟性や審美性、緻密性を発現させる為に極細繊維が用いられてきた。極細繊維の素材としては、汎用的にはナイロン６やナイロン６６などのポリアミドや、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステルが用いられている。しかし、ポリアミドからなる極細繊維は、この素材固有の特性から耐候性が悪く、黄変などの欠点があり、他方ポリエチレンテレフタレートからなる極細繊維は、優れた耐候性を有するものの、ナイロン６の様な柔軟性はなく、耐光性と柔軟性を併せ持ったものが望まれてきた。
【０００３】
かかる問題を解決する為に、ポリトリメチレンテレフタレートからなる極細マルチフィラメント（特許文献１）を用いることができるが、この方法は、直接製糸による方法であり、得られる繊度に限界があり、生産性や工程性にも問題がある。
他方、ポリトリメチレンテレフタレート極細繊維の製造方法として、例えば、特許文献２には海島型繊維から海成分を溶出してなるポリトリメチレンテレフタレート極細糸が開示されている。しかし、この場合も繊度が０．０１〜０．５ｄｔｅｘと太く、産業用資材用としては柔軟性や緻密性の点で不十分であった。
【０００４】
また、特許文献３には、ポリエステル極細繊維を得る方法として海島繊維１フィラメント当たり１００島以上の島数を有する海島複合繊維とすることが提案されている。確かに本方法によりポリトリメチレンテレフタレート極細を得ることができるが、産業用資材用としては不十分で、島成分の形成が不良で研磨したとき均一性が得られず、又ポリトリメチレンテレフタレートはポリエチレンテレフタレートに対して配向結晶化し難く強度を確保することは難しいという問題があった。
【０００５】
そのため、産業用資材用としてポリトリメチレンテレフタレートを島成分とする海島繊維の場合、海成分は溶解性除去性と、得られた極細繊維の強度、および製糸性を全て両立させることが必要でかなり制限されたものを選択する必要があった。
このように、従来の方法ではポリトリメチレンテレフタレートの極細化をさらに進めた場合の工程性や繊維強度の確保についての問題が依然残されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３１９９６６９号公報
【特許文献２】特開２００６−２６５７８６号公報
【特許文献３】ＷＯ２００５／０９５６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、製糸性、溶出時の島成分形成性に優れた海島型複合繊維から形成される、強度や均一性を有する、ポリトリメチレンテレフタレート極細繊維及びそれを含む布帛を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は、このような問題を解決するため検討した結果、ポリトリメチレンテレフタレートを島成分とする海島型複合繊維において特定の成分を共重合したポリエステルポリマーを海成分に用いることにより、島成分からなる極細繊維を均一且つ高物性化することができ目的を達成した。
【０００９】
すなわち、本発明によれば、
主たる繰り返し単位がトリメチレンテレフタレートからなるポリエステル極細繊維であって、下記要件を満足することを特徴とするポリエステル極細繊維、
ａ）極細繊維が、平均単糸繊維径が５０〜２０００ｎｍ、平均単糸繊維径のＣＶ％が０〜２５％、強度が１．５〜６．０ｃＮ／ｄｔｅｘであること。
ｂ）極細繊維がポリトリメチレンテレフタレートを島成分とする海島型複合繊維の海成分を溶出処理することによって得られる極細繊維であること。
ｃ）海成分が、５−ナトリウムスルホイソフタル酸をポリエステル全酸成分に対して５モル％以上、ポリエチレングリコール化合物をポリエステル全重量に対して５％以上共重合されたポリエステルであること。
が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のポリエステル極細繊維は、繊維、紡績糸、不織布といずれの形態にも加工することが可能であり、柔らかく、均一で強度にも優れていることから、上述した通り、産業資材をはじめ、衣料用途、医療用途に好適に使用できるものである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明のポリエステル極細繊維について詳述する。
本発明のポリエステル極細繊維は、主たる繰り返し単位がトリメチレンテレフタレートからなるポリエステルであるポリトリメチレンテレフタレートからなり、テレフタル酸を主たる酸成分とし、１，３−プロパンジオールを主たるグリコール成分として得られるポリエステルである。ここでいう、主たる、とは８０モル％以上含有していることを指し、本発明の効果を損なわない範囲で、２０モル％以下の割合で他のエステル結合を形成可能な共重合成分を含むものであっても良い。共重合可能な化合物は、酸成分として、例えばイソフタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸、アジピン酸、ダイマー酸、セバシン酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸などのジカルボン酸類、グリコール成分としては、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジメタノール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどを挙げることができるが、これらに限られるものではない。
また、必要に応じて各種の添加剤、例えば、艶消し剤、熱安定剤、難燃剤、帯電防止剤、滑剤、着色顔料、消泡剤などを共重合または混合しても良い。
【００１２】
本発明に用いるポリトリメチレンテレフタレートは、公知の方法により重合することができる。
本発明のポリエステル極細繊維は極限粘度が０．８〜２．０であることが好ましい。極限粘度が０．８未満の場合、強度など機械的物性が低下するとともに、耐磨耗性が劣るものとなり、２．０を超えると、極細繊維を安定して製造することができない。より好ましい極限粘度は０．９〜１．５である。
【００１３】
また、本発明のポリエステル極細繊維の平均単糸直径は５０〜２０００ｎｍであることが必要である。５０ｎｍ未満では繊維トータルでの強力が低下し、産業資材用途として使用困難であり、２０００ｎｍを越えると十分な柔軟性や極細糸としての性能発現が低下する。好ましい範囲は３００〜１５００ｎｍである。
【００１４】
さらに、本発明のポリエステル極細繊維の平均繊維径のＣＶ％は、０〜２５％である。ＣＶ％が２５％を超えると、直径ばらつきが大きく極細繊維としての性能低下が著しくなり、より好ましくは０〜２０％、さらに好ましくは０〜１５％である。本発明の極細繊維はＣＶ％が小さく直径のばらつきが少ないことから、ナノレベルで微細単繊維の繊維径のコントロールが可能となり、用途に合わせた商品設計が可能となる。例えば、フィルター用途では、微細単繊維径において吸着できる物質を選択しておけば、用途に合わせて繊維径の設計をすることが可能になり、非常に効率的に商品設計を行うことが可能になる。
【００１５】
本発明のポリエステル極細繊維の強度は、極細繊維を繊維束として測定した際の引張強度として、１．５〜６．０ｃＮ／ｄｔｅｘであることが必要である。引張り時の強度が１．５ｃＮ／ｄｔｅｘとなると用途が限定されてしまい、実用に供することが困難となる。また、６．０ｃＮ／ｄｔｅｘを超える繊維は、生産工程上伸度とのバランスを考慮すると好ましくない。より好ましい範囲は１．８〜５．５ｃＮ／ｄｔである。また、その破断時の伸び率は１０〜８０％、沸水中における収縮率は５〜２０％であることが好ましい。
【００１６】
本発明のポリエステル極細繊維の製造方法としては従来公知の方法を挙げることができるが、多島構造の海島複合繊維から海成分を除去して製造する方法が最も好ましい。その際の海成分ポリマーとしては島成分ポリマーよりも溶解性が高い組合せである限り、適宜選定できるが、特に溶解速度比（海／島）が２００以上であることが好ましい。この溶解速度比が２００未満の場合には、繊維断面中央部の海成分を溶解させている間に繊維断面表層部の島成分の一部も溶解されるため、海成分を完全に溶解除去するためには、島成分の何割かも減量されてしまうことになり、島成分の太さ斑や溶剤浸食による強度劣化が発生して、毛羽及びピリングなどを生じ、製品の品位を低下させることがある。
【００１７】
アルカリ溶出による海成分除去を行なう場合、海成分ポリマーは、例えば、アルカリ水溶液易溶解性ポリマーとして、アルカリ易溶解性と海島断面形成性とを両立させるため、ポリエステル系のポリマーとしては、５−ナトリウムスルホイソフタル酸をポリエステル全酸成分に対して５〜８モル％、好ましくは６〜８モル％を共重合させることが必要である。さらに数平均分子量４０００〜１２０００のポリエチレングリコールをポリエステル全重量に対して５〜１２重量％、好ましくは５〜１０重量％共重合させたものである。海成分の固有粘度は０．４〜０．６であることが好ましい。ここで、５−ナトリウムイソフタル酸は、得られる共重合体の親水性と溶融粘度の向上に寄与し、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）は得られる共重合体の親水性を向上させる。
【００１８】
これらの共重合量の規定は本発明のポリエステル極細繊維を得る為には重要であり、５−ナトリウムイソフタル酸はポリエステルを構成する全酸成分に対して５〜８モル％、好ましくは６〜８モル％であることが必要である。８モル％を超える場合は、著しく製糸性が低下し、安定生産が困難となり、所定の強度のものを得ることはできず、５モル％未満ではポリトリメチレンテレフタレートとの溶解速度差が十分ではなくなり、海成分のみの溶出が不可能となる。一方、ポリエチレングリコールは全海成分ポリエステル重量に対して５〜１２重量％、好ましくは６〜１０重量％であることが必要である。ポリエチレングリコールの共重合量が１２重量％を超えると、ポリエチレングリコールには本来溶融粘度低下作用、可塑化作用があるので、繊維断面形成性が困難となり、５重量％未満となると製糸工程の安定性、特に延伸性が低下し、強度確保が困難となる他、海成分のみの溶出が困難となる。したがって、上記の範囲で、両成分を共重合することが好ましい。
【００１９】
上記の海成分ポリマーと島成分ポリマーからなる海島型複合繊維は、溶融紡糸時における海成分の溶融粘度が島成分ポリマーの溶融粘度よりも高いことが好ましい。このような関係がある場合には、海成分の複合質量比率が４０％未満のように低くなっても、島同士が互いに接合したり、或は島成分の大部分が互いに接合した海島型海島型とは異なる断面形状のものを形成することがない。好ましい溶融粘度比（海／島）は、１．１〜２．０であり１．３〜１．５の範囲内にあることがより好ましい。この比が１．１倍未満の場合には、工程の安定性溶融紡糸時に島成分が互いに接合しやすくなり、一方それが２．０倍を越える場合には、粘度差が大きすぎるために紡糸工程の安定性が低下しやすい。
【００２０】
次に島成分数は、多いほど海成分を溶解除去して極細繊維を製造する場合の生産性が高くなり、しかも得られる極細繊維も顕著に細くなって、超微細繊維特有の柔らかさ、滑らかさ、光沢感などを発現することができるので、島成分数は１００以上であることが重要であり好ましくは５００以上である。ここで島成分数が１００未満の場合には、海成分を溶解除去しても極細単繊維からなるハイマルチフィラメント糸を得ることができず、本発明の目的を達成することができない。なお、島成分数があまりに多くなりすぎると、紡糸口金の製造コストが高くなるだけでなく、紡糸口金の加工精度自体も低下しやすくなるので、島成分数を１０００以下とすることが好ましい。
【００２１】
さらに、本発明の海島型複合繊維は、その海島複合質量比率（海：島）は、４０：６０〜５：９５の範囲内にあることが好ましく、特に３０：７０〜１０：９０の範囲内にあることが好ましい。上記範囲内にあれば、島成分間の海成分の厚さを薄くすることができ、海成分の溶解除去が容易となり、島成分の極細繊維への転換が容易になる。ここで海成分の割合が４０％を越える場合には、海成分の厚さが厚くなりすぎ、一方５％未満の場合には海成分の量が少なくなりすぎて、島間に相互接合が発生しやすくなる。
【００２２】
海成分、島成分は別々に溶融し、口金内で海島型に複合し、吐出される。その後、冷却風などによって固化させた後、好ましくは４００〜６０００ｍ／分の速度、より好ましくは１０００〜３０００ｍ／分で未延伸繊維として引き取る。紡糸速度は低い方が得られる繊維強度が高くなり好ましいが、４００ｍ／分以下では生産性が不十分であり、また、６０００ｍ／分以上では紡糸安定性が不良になる。
【００２３】
得られた未延伸繊維は、一旦巻き取った後、あるいは、巻き取ることなく引き続いて延伸工程を通した後に巻き取る方法のいずれかの方法で延伸される。延伸温度は６０〜９０℃、好ましくは７０℃〜８０℃の予熱ローラー上で予熱し、延伸倍率１．１〜６．０倍、好ましくは１．２〜５．０倍で延伸し、糸温度として１２０〜１８０℃、好ましくは１３０〜１６０℃で熱セットを実施することが好ましい。スリット型ヒーターであれば１８０〜２２０℃が好ましく用いられる。予熱温度不足の場合には、目的とする高倍率延伸を達成することができなくなり、セット温度が低すぎると、得られる延伸繊維の収縮率が高すぎるため好ましくない。また、セット温度が高すぎると、得られる延伸繊維の物性が著しく低下するため好ましくない。
【００２４】
なお、本発明において、特に微細な島成分径を有する海島型複合繊維を高効率で製造するために、通常のいわゆる配向結晶化を伴うネック延伸（配向結晶化延伸）に先立って、繊維構造は変化させないで繊維径のみを微細化する流動延伸工程を採用することも可能である。具体的には、引き取られた複合繊維を６０〜１００℃、好ましくは６０〜８０℃の範囲の温水バスに浸漬して均一加熱を施しながら延伸倍率は１０〜３０倍、供給速度は１〜１０ｍ／分、巻取り速度は３００ｍ／分以下、特に１０〜３００ｍ／分の範囲で予備流動延伸を実施することが好ましい。
【００２５】
本発明のポリトリメチレンテレフタレート極細繊維は、上記の海島型複合繊維を以下の方法により製造することができる。すなわち、島成分がポリトリメチレンテレフタレートからなり、かつ島成分の径が５０〜２０００ｎｍである海島型複合繊維を、例えば特定のカバーファクターおよび厚みを有する織物を織成した後、アルカリ水溶液処理を施し、前記海島型複合繊維の海成分を公知のアルカリ減量装置を用いてアルカリ水溶液で溶解除去することにより、単繊維径が５０〜２０００ｎｍの極細繊維束として得られる。
【００２６】
海成分を除去するには、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムのようなアルカリ金属化合物水溶液で処理することが好ましく、なかでも水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムが特に好ましく用いられる。アルカリ水溶液の濃度、処理温度、処理時間は、使用するアルカリ化合物の種類により異なるが、濃度は１０〜３００ｇ／Ｌ、温度は４０℃〜１８０℃、処理時間は２分〜２０時間の範囲で行うが好ましい。
【００２７】
本発明のポリトリメチレンテレフタレート極細繊維の用途としては、組み紐状糸、短繊維からなる紡績状糸、織物、編物、フェルト、不織布などの中間製品を挙げることができる。また、これらを用いた、カーペット、ソファー、カーテンなどのインテリア製品、カーシートなどの車輌内装品、化粧品、化粧品マスク、ワイピングクロス、健康用品などの生活用途や研磨布、フィルター、有害物質除去製品、電池用セパレーターなどの環境・産業資材用途や、縫合糸、スキャフォールド、人工血管、血液フィルターなどの医療用途、およびジャケット、スカート、パンツ、下着などの衣料、スポーツ衣料、衣料資材をあげることが出来る。ポリトリメチレンテレフタレートのソフト性、柔軟性と極細繊維の触感を併せ持つ繊維製品を提供できる。
【実施例】
【００２８】
本発明を下記実施例によりさらに説明する。
下記実施例及び比較例において、下記の測定及び評価を行った。
（１）平均単糸繊維径
海成分溶解除去後の微細繊維の３００００倍のＴＥＭ観察により、繊維径を求めた。ここで繊維径は膠着していない単糸の繊維径を測定した。ランダムに選択した１００本の微細繊維の繊維径データにおいて、平均単糸繊維径ｒを算出した。
（２）平均単糸繊維径のばらつきＣＶ％
平均単糸繊維径を求めるに際し、その標準偏差σを算出し、以下で定義する繊維径変動係数ＣＶ％を算出した。
ＣＶ％＝標準偏差σ／平均単糸繊維径ｒ×１００ （％）
（３）強伸度
海島複合繊維から筒編みを作成し、アルカリ溶液にて海成分を溶出して極細繊維束を作成した。この極細繊維束を２０℃、６５％ＲＨの雰囲気下で、引張試験機により、試料長２０ｃｍ、速度２０ｃｍ／分の条件で破断時の強力、および伸度を測定した。測定数は１０とし、強力の平均値を平均単糸繊維径から求めた繊度を用いて算出し、強度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）とした。
（４）工程安定性
紡糸性、延伸性、減量性について次の通り評価した。
紡糸性；４８時間紡糸を行い、断糸やトラブルが０〜１回のものを○、数回程度のものを△、数時間で巻き取り不可となるものを×とした。
延伸性；紡糸で得られた複合繊維を延伸、熱セットし、毛羽の発生や断糸が殆どみられないものを○、数回の断糸が見られるものを△、工程が不安定で不可のものを×とした。
減量性；アルカリ溶液中で処理し、繊維の断面をＳＥＭで観察し、海成分のみの除去が可能なものを○、海成分のみの除去が可能な減量条件を見つけられなかったものを×とした。
【００２９】
［実施例１］
島成分として固有粘度０．９６（３５℃、オルソクロロフェノール中）のポリトリメチレンテレフタレート、海成分として５−ナトリウムスルホイソフタル酸６モル％と数平均分子量４０００のポリエチレングリコール６重量％を共重合した固有粘度０．５４のポリエチレンテレフタレートを用い、別々に溶融後、複合口金内で合流させ、海：島＝３０：７０、島数＝８３６の海島型複合未延伸繊維を、紡糸温度２７０℃、紡糸速度１５００ｍ／分で溶融紡糸し、巻き取った。紡糸は４８時間行なったが全く断糸はみられなかった。得られた未延伸糸を、延伸温度８０℃、延伸倍率３．５倍でローラー延伸し、次いで２２０℃の非接触型ヒーターで熱セットして巻き取り、海島型複合延伸糸を得た。延伸工程においても毛羽や断糸の発生はなく、全ての未延伸糸は問題なく延伸可能であった。得られた海島型複合延伸糸は５６ｄｔｅｘ／１０ｆｉｌであり、筒編みを作成し、９０℃、３．５ｇ／ｌのアルカリ溶液中で減量処理したところ、海成分のみが溶出されており、島成分の平均繊維径は７１０ｎｍ、ＣＶ％は１２％、強度は２．２ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度は６１％であった。
【００３０】
［実施例２、比較例１、比較例２、比較例３］
海成分として、表１に示す様な組成の海ポリマーを用い、実施例１と同様の方法で海島型複合繊維を得た。得られた海島型複合繊維から溶出して得られた極細糸の物性を表１に示す。
表１に示す通り、実施例１、２では紡糸性、延伸性、減量性とも問題なく、また極細繊維としても強度や均一性に優れたものを得ることが出来た。
海ポリマーの組成として、５−ナトリウムスルホイソフタル酸の共重合量を増やし、ポリエチレングリコールの共重合量を減らした比較例１は紡糸性、延伸性共に悪く、生産するには安定性に乏しく、５−ナトリウムスルホイソフタル酸、およびポリエチレングリコールの共重合量を減らした比較例２、３においては、減量性が悪く、極細繊維を得ることが出来なかった。
【００３１】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明のポリトリエチレンテレフタレート極細繊維は、カーペット、ソファー、カーテンなどのインテリア製品、カーシートなどの車輌内装品、化粧品、化粧品マスク、ワイピングクロス、健康用品などの生活用途や研磨布、フィルター、有害物質除去製品、電池用セパレーターなどの環境・産業資材用途や、縫合糸、スキャフォールド、人工血管、血液フィルターなどの医療用途、およびジャケット、スカート、パンツ、下着などの衣料、スポーツ衣料、衣料資材に使用することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主たる繰り返し単位がトリメチレンテレフタレートからなるポリエステル極細繊維であって、下記要件を満足することを特徴とするポリエステル極細繊維。
ａ）極細繊維が、平均単糸繊維径が５０〜２０００ｎｍ、平均単糸繊維径のＣＶ％が０〜２５％、強度が１．５〜６．０ｃＮ／ｄｔｅｘであること。
ｂ）極細繊維がポリトリメチレンテレフタレートを島成分とする海島型複合繊維の海成分を溶出処理することによって得られる極細繊維であること。
ｃ）海成分がポリエチレングリコール系化合物と５-ナトリウムスルホイソフタル酸との共重合ポリエステルで、ポリエチレングリコール系化合物がポリエステル全重量に対して５〜１２重量％、５−ナトリウムスルホイソフタル酸がポリエステル全酸成分に対して５〜８モル％共重合されているポリエステルであること。
【請求項１】
主たる繰り返し単位がトリメチレンテレフタレートからなるポリエステル極細繊維であって、下記要件を満足することを特徴とするポリエステル極細繊維。
ａ）極細繊維が、平均単糸繊維径が５０〜２０００ｎｍ、平均単糸繊維径のＣＶ％が０〜２５％、強度が１．５〜６．０ｃＮ／ｄｔｅｘであること。
ｂ）極細繊維がポリトリメチレンテレフタレートを島成分とする海島型複合繊維の海成分を溶出処理することによって得られる極細繊維であること。
ｃ）海成分がポリエチレングリコール系化合物と５-ナトリウムスルホイソフタル酸との共重合ポリエステルで、ポリエチレングリコール系化合物がポリエステル全重量に対して５〜１２重量％、５−ナトリウムスルホイソフタル酸がポリエステル全酸成分に対して５〜８モル％共重合されているポリエステルであること。
【公開番号】特開２０１１−１５７６４６（Ｐ２０１１−１５７６４６Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８８２９（Ｐ２０１０−１８８２９）
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（３０２０１１７１１）帝人ファイバー株式会社 (1,101)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（３０２０１１７１１）帝人ファイバー株式会社 (1,101)
【Ｆターム（参考）】
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