説明

着色弾性繊維不織布

【課題】弾性繊維不織布は、優れた伸縮性と柔軟性を備えているものの、引張り強度、引裂き強度が小さいことが問題となってきた。また、弾性繊維は染色堅牢度において色落ち、退色などに問題があった。これらの欠点を解消し、優れた伸縮性能を備えていると共に高い引張り強度、高い引裂き強度を兼ね備え、かつ染色堅牢度に優れる着色された弾性繊維不織布を提供すること。
【解決手段】弾性不織布を顔料が分散されたポリウレタン溶液またはポリウレタンエマルジョン溶液を塗布又は含浸した後に湿式処理又は乾式処理して顔料を繊維表面に固着させることにより、優れた伸縮性能を備えていると共に高い引張り強度、高い引裂き強度を兼ね備え、かつ染色堅牢度に優れる着色された弾性繊維不織布とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱可塑性エラストマー弾性繊維からなる不織布に関するものであり、特には水系ポリウレタン樹脂を含浸加工処理した、優れた伸縮性と高い引裂き強度を有する、染色堅牢度に優れる着色された不織布に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から多種多様な不織布が提案され、近年多くの分野で使用されている。この中で熱可塑性エラストマーからなる伸縮性弾性繊維不織布は、優れた伸縮性、柔軟性、通気性を有しており、紙おむつのサイドバンド、救急絆創膏、手袋、インナーキャップなど比較的人体の動きへの追随が要望される分野、或いはスポーツ衣料・伸縮性中綿などのアウター分野などの比較的ソフトな伸縮性を要望される分野で利用されている。
【0003】
熱可塑性エラストマー弾性繊維からなる不織布は、熱可塑性エラストマーを溶融紡糸後、高温気体流を噴射し、細化して得られたフィラメントをシート状に積層する、いわゆる「メルトブロー紡糸方法」によって製造することができる(特許文献1、特許文献2参照)。この種のポリウレタン弾性繊維不織布を合成皮革用の基材として使用することで、伸縮性に優れた合成皮革が得られることが開示されており、こういった合成皮革を靴、鞄、袋物、家具、インテリア、カーシート、衣服などの材料として使用することが提案されている(特許文献3、特許文献4参照)。
【0004】
また、ポリウレタンは染色性および染色後の安定性が悪いことが問題となってきた。その染色性を改善するために種々の検討がなされてきた。例えば、溶融紡糸されたフィラメントからなるポリウレタン繊維製品を分散染料、酸性染料、金属錯塩染料および酸性反応染料から選ばれる少なくとも1種の染料によって染色する方法(特許文献5参照)、ピロリドン基を有するポリウレタン組成物を添加する方法(特許文献6参照)、添加剤として各種顔料が混合されたポリウレタン弾性繊維(特許文献7参照)が開示提案されているが、未だにポリウレタン繊維の着色(染色)方法としては十分に改善されてものはない。
【0005】
【特許文献1】特開昭59−223347号公報
【特許文献2】特公平1−30945号公報
【特許文献3】特開平6−293117号公報
【特許文献4】特開2000−248454号公報
【特許文献5】特許第2896526号公報
【特許文献6】特開2001−40587号公報
【特許文献7】特開2003−247123号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
このような弾性繊維不織布は、優れた伸縮性と柔軟性を備えているものの、引張り強度、引裂き強度が小さいことが問題となってきた。不織布の引張り強度、引裂き強度を必要
とする用途によっては、実用に耐える製品が得られないといった問題がある。
また、弾性繊維は酸性染料、カチオン染料等の染色に必要な有効な染着座席を有しておらず、分散染料で染色した場合でも染料を吸着するものの染料が放出されやすく、色落ち・退色などに問題があった。そこで本発明では、これらの欠点を解消し、優れた伸縮性能を備えていると共に高い引張り強度、高い引裂き強度を兼ね備え、かつ染色堅牢度に優れる着色された弾性繊維不織布を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明においては、弾性繊維不織布を顔料が分散された水系ポリウレタンエマルジョン溶液中に含浸浸漬し、加熱乾燥を行って顔料を弾性繊維不織布の表面に固着させる。それにより、優れた伸縮性能を備えていると共に高い引張り強度、高い引裂き強度を兼ね備え、かつ染色堅牢度に優れる着色されたポリウレタン弾性繊維不織布を得ようとするものである。
【0008】
弾性繊維不織布は紡糸時にフィラメント自体が有する自己接着性によってフィラメント相互を接着させて不織布を形成しているが、フィラメント相互の接着力は強固ではない。そこで、水系ポリウレタンエマルジョン溶液に弾性繊維不織布を含浸浸漬し、加熱乾燥させることによりフィラメント表面にポリウレタン皮膜が形成され、フィラメント間の接着はより強固となる。結果として、不織布の引張り強度、引裂き強度が改善され、また、水系ポリウレタンエマルジョン溶液中に顔料を分散することにより、同時に不織布繊維表面へ固着させることが可能となり、染色堅牢度に優れる着色された弾性繊維不織布が得られる。
【発明の効果】
【0009】
本発明により、優れた伸縮性と高い引裂き強度を有し、染色堅牢度に優れる着色された弾性繊維不織布を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
以下、本発明を具体的に説明する。
まず、本発明の繊維不織布を構成する樹脂について説明する。弾性繊維不織布に用いる熱可塑性樹脂としては公知の溶融紡糸可能な熱可塑性エラストマー樹脂であればよく、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、ポリスチレン系エラストマー、ポリオレフィン系エラストマー、ポリウレタン等が挙げられるが、本発明では優れた伸縮性能と回復性能を有するポリウレタンを用いることが好ましい。
【0011】
ポリウレタンは、ソフトセグメント部を形成する高分子量のポリオール化合物とハードセグメントを形成する低分子量ジオール化合物および有機ジイソシアネート化合物を重合反応させて製造される。
【0012】
高分子量ポリオール化合物としては、重縮合、付加重合(例えば、開環重合)または重付加などによって得られる分子量500〜6000の高分子ジオール化合物であり、代表的なものとしてはポリエステルジオール,ポリエーテルジオール、ポリカーボネートジオールまたはこれらの共縮合物(例えば、ポリエステルエーテルジオール)が挙げられる。これらは単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。
【0013】
ポリエステルジオールとしてはプロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、2−メチルプロパンジオールなどの炭素数2〜10のアルカンのジオール化合物またはこれらの混合物とグルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、セバシン酸、テレフタル酸、イソフタル酸等の炭素数4〜12の脂肪族もし
くは芳香族ジカルボン酸またはこれらの混合物とから得られる飽和ポリエステルジオール、あるいはポリカプロラクトングリコール、ポリバレロラクトングリコール等のポリラクトンジオールが好ましく使用される。また、ポリエーテルジオールとしてはポリエチレンエーテルグリコール、ポリプロピレンエーテルグリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリヘキサメチレンエーテルグリコールなどのポリアルキレンエーテルジオールが好ましく使用される。
【0014】
低分子量ジオール化合物としては分子量が500以下のジオール化合物であり、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタングリコール、3−メチルペンタングリコール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−ビスヒドロキシエチルベンゼンなどの脂肪族または芳香族ジオールが挙げられる。これらは単独で使用しても2種以上組合せて使用してもよい。
【0015】
有機ジイソシアネート化合物としては4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、水素化ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、2,6−ジイソシアネートメチルカプロエート、ヘキサメチレンジイソシアネート等の脂肪族または芳香族ジイソシアネート化合物が挙げられる。これらの有機ジイソシアネート化合物は単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。
【0016】
また、ヒンダードフェノール系、各種アミン系の酸化防止剤、ベンゾトリアゾール系、ヒンダードアミン系の紫外線吸収剤、アミドワックス、モンタン酸ワックス等の平滑剤、各種カルボジイミド化合物等の加水分解防止剤、酸化チタン、ベンガラ等の各種顔料、ガス黄変防止剤等のポリマー添加剤を必要に応じて添加してもよい。
【0017】
ポリマーの重合方法としては、連続溶融重合法、ニーダー法、バットキュア法、ベルト法等の種々の方法があるが、本発明ではいずれの重合方法を使用しても差し支えない。
【0018】
本発明に用いる弾性繊維不織布は、スパンボンド紡糸法、メルトブロー紡糸法等の公知の製造方法であれば特に限定されないが、中でもメルトブロー紡糸法が好ましい。
【0019】
メルトブロー紡糸の一般的な方法を説明すると以下のようになる。原料−例えば熱可塑性ポリウレタン−を押出機で溶融し、ギアポンプで溶融ポリマーを計量した後、一列に配した紡糸ノズル孔から吐出する。ノズル孔の両側に配したスリットから高温加熱気体を高速で噴射し、その高速気体流によりノズル孔から押し出されたポリマーを細化、冷却して連続したフィラメントを形成させる。細化されたフィラメントは実質的に集束されることなく、移動するコンベアネットの捕集装置上で気体流と分離され、該ネット上に積層される。積層されたフィラメントは自己の有する熱により積層された状態でその接触点が融着により接合される。捕集装置上に積層後冷却固化する前又は後にローラー等を用い加熱加圧して接合せしめてもよい。フィラメント相互間の接触点の接合を強固にするためには紡糸ノズルから捕集装置上に積層する位置までの間隔は余り長くない方がよく、10〜100cmに設定するのがよい。好ましくは20〜50cmである。ノズルと捕集装置の間に気体流の誘導通路を設けることも出来るが、なくても差支えない。
【0020】
本発明に用いる弾性繊維不織布は、フィラメントが実質的に繊維長手方向に亘って集束することなく開繊して積層されていることが好ましい。単糸が開繊されずに集束された状態で融着されていると、弾性繊維不織布の均一性が低下しまた柔軟性が著しく損われる。
【0021】
本発明で用いる弾性繊維不織布は、繊維径が1〜50μm、好ましくは5〜30μmであり、目付が約20〜1200g/m2であり(大きな強度を付与するためには300g
/m2以上、一方柔軟性を付与するためには600g/m2以下とすることが好ましい。)、伸度が通常200%以上、好ましくは300%以上であり、強度(25mm幅、1g/m3あたり)は厚さにより異なるが、通常単位目付あたり20cN以上、好ましくは25cN以上であり、引裂強度(25mm幅、1g/m3あたり)が単位目付あたり5cN以上、好ましくは7.5cN以上である。また、100%伸長時の回復率は通常80%以上、好ましくは85%以上で伸縮回復性に優れた弾性繊維不織布である。また他の特長は、極めて優れた通気性と柔軟な風合を有することであり、通気度としては5〜200cm3/cm2/sであることが好ましい。
【0022】
本発明において、弾性繊維不織布を構成している繊維の繊維間どうしの接着状態を強化させ、また、繊維表面に顔料を固着させるため、ポリウレタン溶液又はエマルジョンをディピング法、コーティング法、グラビア法、スプレー法等により塗布又は含浸した後に水中に浸漬してポリウレタンを析出、凝固させる湿式再生又は高温乾燥機中で乾式処理する方法が好適である。
【0023】
このようにして得られるポリウレタン溶液又はエマルジョンを塗布又は含浸した弾性繊維不織布は弾性繊維不織布の表面および繊維空隙にポリウレタン溶液又はエマルジョンが浸入してポリウレタン皮膜が形成されるため、ポリウレタン弾性繊維不織布を成型している繊維はポリウレタン形成皮膜層との間で強固に一体化される。湿式再生又は乾式処理に用いるポリウレタン溶液又はエマルジョンは各種市販されており容易に入手可能である。
【0024】
本発明で用いることのできる顔料としては、従来からインキや塗料等に用いられるものであればよく、例えば、有機顔料や無機顔料が挙げられるが、特に限定されない。有機顔料としては、アゾ顔料、ニトロソ顔料、ニトロ顔料、フタロシアニン顔料、キナクリドン顔料、イソインドリノン顔料、ペリレン顔料、アントラキノン顔料、レーキ顔料、インジゴ顔料などが挙げられる。無機顔料としてはチタン白、亜鉛華、リトポン、鉛白などの白色顔料、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、珪酸カルシウムなどの透明性白色顔料、カーボンブラック、黒鉛などの黒色顔料、ベンガラ、鉛丹などの赤色顔料、黄鉛、ジンククロメート、黄酸化鉄などの黄色顔料、クロム緑、酸化クロム、ビリジアンなどの緑色顔料、群青、紺青などの青色顔料、マルス紫、淡口コバルト紫などの紫色顔料、アルミニウム粉、銅粉、ブロンズ粉などの金属粉顔料等が挙げられる。これらの顔料を単独または2種類以上を併用して使用できる。
【0025】
顔料を分散したポリウレタンエマルジョン溶液に、ポリウレタン弾性繊維不織布を含浸浸漬させた後に加熱乾燥させることにより着色されたポリウレタン弾性繊維不織布を得る。顔料の添加濃度は1〜20%、好ましくは、5〜15%である。ポリウレタンエマルジョン含浸溶液は、不揮発性成分が5〜50重量%であることが好ましく、さらには10〜40重量%であることが好ましい。
【0026】
ポリウレタンエマルジョン含浸溶液中に適宜、紫外線吸収剤、酸化防止剤、浸透剤、増粘剤、防カビ剤、抗菌剤、界面活性剤などを添加することもできる。
【0027】
本発明において、ポリウレタンエマルジョン溶液を不織布基布に含浸処理する方法は特に制限は無く、浸漬法、スプレー法、コーティング処理などが利用できる。例えば、弾性繊維不織布をポリウレタンエマルジョン溶液中に浸漬し、マングルやスリットマングルなどを用いて含浸処理することができる。ポリウレタン弾性繊維不織布を水系ポリウレタンエマルジョン処理溶液中に浸漬後に、マングルで絞ってピックアップ量を調整する。含浸処理後は加熱乾燥され、さらに必要に応じてポリウレタン弾性不織布との接着性がより強固となるようにキュアリングを実施する。加熱乾燥の温度は100〜130℃が好ましく、より好ましくは、110〜120℃である。キュアリング温度は110〜170℃が好
ましく、より好ましくは130〜160℃である。不織布の目付などにより不織布中に含まれる水分が完全になくなるまでの時間が選ばれる。また、ポリウレタンエマルジョン溶液を含浸処理する際の絞り率(ピックアップ率)、塗布量に特に制限はない。不織布の重量に対して、50〜400重量%、好ましくは、100〜300重量%である。
【実施例】
【0028】
以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこの実施例に限定されない。実施例の説明中の不織布の評価は下記に示す方法により測定を実施した。
【0029】
不織布の平均繊維径:走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、不織布表面の500倍拡大写真を撮影し、50本の繊維の直径を測定し平均値を平均繊維径とした。
【0030】
不織布目付および厚さ:JIS L1906 「一般長繊維不織布 試験方法」に準拠して測定した。目付は100×100mmの試験片を採取し、重量を測定して1m2あたりに換算した。厚みはダイアルシックネスゲージ(尾崎製作所製)を用いて測定した。
【0031】
不織布強度および伸度:JIS L1906 「一般長繊維不織布 試験方法」に準拠して測定した。幅25mm、長さ200mmの試験片を採取し、引張試験機(オリエンテック製)を用いて、チャック間を100mmに設定して試験片を固定した。引張速度300mm/minで伸長させ、試験片が破断した時の強度(25mm幅、1g/m3あたり、単位目付あたりに換算)および伸度を測定した。
【0032】
不織布通気度:JIS L1906 「一般長繊維不織布 試験方法」のフラジール形法に準拠して測定した。約200×200mmの試験片を採取し、通気性試験機(TEXTEST製)を用いて測定した。
【0033】
不織布伸張回復率:JIS L1096 「一般織物試験方法」に準拠して測定した。ただし、本発明における評価は伸度50%での回復率とし、幅25mm、長さ200mmの試験片を採取し、引張試験機(オリエンテック製)を用いて、チャック間を100mmに設定して試験片を固定した。引張速度300mm/minで50%まで伸長させ後、クロスヘッドを伸長時と同じ速度で元の位置に戻し、不織布にかかる応力を0とした。再び同じ速度で50%まで伸長させ、応力負荷が再び始まる時の不織布の伸びた長さをLmmとした。伸長回復率は下記の式に従って求めた。
伸長回復率(%)=((50−L)/50)×100
【0034】
不織布の染色堅牢度:JIS L1096 「一般織物試験方法」に準拠して測定した(耐光堅牢度、洗濯堅牢度、ドライクリーニング堅牢度、汗堅牢度)。
【0035】
[実施例1]
分子量2000のポリブチレンアジペート(PBA)、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)及び1,4−ブタンジオール(BD)を重合比率がPBA/MDI/BD=80/59/17.5で混合し、2軸押出機連続重合装置を用いてワンショット方式で塊状重合することにより、ショアーA硬度が95の熱可塑性ポリウレタンを得た。この熱可塑性ポリウレタンを温度80℃で24時間真空乾燥した。この熱可塑性ポリウレタンの水分率をカールフィッシャー方法で測定すると100ppmであった。
【0036】
この熱可塑性ポリウレタンを230℃の押出機で溶融混練し、ギアポンプで計量し、直径0.5mmの孔を2mmピッチで一列に配したメルトブローノズルから吐出させ、ノズルの1ホール当たり0.36g/minの吐出条件でポリマーを押し出し、ノズルの両側から吹き出す加熱エア(236℃、9Nl/cm/min)にて細化・固化することによ
って、繊維径が20μmのフィラメントを形成し、このフィラメントをノズルから20cm離れた位置にある移動コンベアネット上に吹き付けると共にコンベアネットの直下に設けられた吸引装置によって加熱エアの3倍の吸引量(吸引速度=6m/s)で吸引することで、目付が350g/m2のポリウレタン弾性繊維不織布を得た。なお、このときの紡糸温度は235℃であった。
【0037】
次に水系ポリウレタンエマルジョンとしてエバファノールAP−12(日華化学(株)製)、マイグレーション防止剤ネオステッカーN(日華化学(株)製)及び水性顔料ニューラクチミンカラー黒(大日精化工業(株)製)を使用し、水/AP−12/ネオステッカーN/顔料=100/100/1/10に調整したエマルジョン溶液中に、前記ポリウレタン弾性繊維不織布を含浸処理し、マングルを用いて過剰な液を絞り、110℃で15分間加熱乾燥した。130℃、5分間キュアリング処理を実施し、目付500g/m2の水系ポリウレタン含浸加工不織布を得た。通気性を有し、ソフトな伸縮性を持つとともに強度、引裂強度を持つ不織布であった。不織布の染色堅牢度(耐光堅牢度、洗濯堅牢度、ドライクリーニング堅牢度、汗堅牢度)はともに4−5級であった。表1に得られた不織布の物性測定結果、表2に不織布の染色堅牢度測定結果を示す。
【0038】
[実施例2]
実施例1のポリウレタン弾性繊維不織布の目付250gに変更する以外は、実施例1と同様にして不織布を作製し、目付363g/m2の水系ポリウレタン含浸不織布を作製した。
【0039】
[実施例3]
実施例1のポリウレタン弾性繊維不織布の目付200gに変更する以外は、実施例1と同様にして不織布を作製し、目付285g/m2の水系ポリウレタン含浸不織布を作製した。
【0040】
[実施例4]
重量比率がPBA/MDI/BD=66/82/26.5、ショアーA硬度が97(ショアーD硬度が64)である熱可塑性ポリウレタンを使用した点を除いて、実施例1と同様の方法で目付が350g/m2のポリウレタン弾性繊維不織布を得た。繊維径が22μmのフィラメントを形成、このときの紡糸温度は245℃、加熱エア温度は247℃、加熱エア風量は9Nl/cm/minであった。実施例1同様にして、目付482g/m2の水系ポリウレタン含浸加工不織布を得た。
【0041】
[比較例1]
実施例1のポリウレタン不織布作製の際に、黒色顔料着色カラーマスター(カーボンブラック20%混練チップ)を2%添加して目付が367g/m2の黒色原着ポリウレタン弾性繊維不織布を得た。
【0042】
[比較例2]
実施例1の目付が350g/m2のポリウレタン弾性繊維不織布を染色調整液(メイサンPM(明成化学工業(株)製)1g/l、酸性染料NylonsanBlue 1%(0.W.F)、浴比1:15)に投入し、室温から昇温後、100℃で30分間染色処理した。その後、水洗し脱水乾燥し、染色ポリウレタン弾性繊維不織布を得た。
【0043】
【表1】

【0044】
【表2】

【産業上の利用可能性】
【0045】
本発明はスポーツ素材、シューズ素材等、不織布として引張り強度、引裂き強度を必要とし、かつ各種の色彩を必要とするようなファッション性の高い素材として、優れた伸縮性能を備えていると共に高い引張り強度、高い引裂き強度を兼ね備え、かつ染色堅牢度に優れる着色された弾性繊維不織布を提供することができる。


【特許請求の範囲】
【請求項1】
溶融紡糸された熱可塑性エラストマー弾性繊維が相互に溶融接着された弾性繊維不織布において、顔料が分散されたポリウレタン溶液またはポリウレタンエマルジョン溶液を塗布又は含浸した後に湿式処理又は乾式処理して顔料を繊維表面に固着させた通気性を有する弾性繊維不織布。
【請求項2】
熱可塑性エラストマー弾性繊維がポリウレタンである請求項1に記載の弾性繊維不織布。
【請求項3】
弾性繊維不織布の通気度が5〜200cm3/cm2/sであることを特徴とする請求項1〜2のいずれか1項に記載の弾性繊維不織布。
【請求項4】
弾性繊維不織布の単位目付あたりの強度(25mm幅、1g/m3あたり)が25cN以上、伸度が300%以上、単位目付あたりの引裂強度(25mm幅、1g/m3あたり)が7.5cN以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の弾性繊維不織布。
【請求項5】
弾性繊維不織布がメルトブロー法によって作られたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の弾性繊維不織布。


【公開番号】特開2007−92217(P2007−92217A)
【公開日】平成19年4月12日(2007.4.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−281939(P2005−281939)
【出願日】平成17年9月28日(2005.9.28)
【出願人】(305037123)KBセーレン株式会社 (97)
【Fターム(参考)】