説明

難燃性繊維複合体

【課題】 本発明の目的は、ポリエステル系繊維と全芳香族ポリアミド繊維の複合体において、耐切創性、プリーツ性、防しわ性などの形態保持性に優れ、かつ、耐熱作業服や消防服等に求められる高度な難燃性をを有した難燃性繊維複合体を提供することにある。
【解決手段】 シリコーン系化合物を含有したポリエステル系繊維と全芳香族ポリアミド系繊維から構成される難燃性繊維複合体により解決される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、シリコーン系化合物を含有したポリエステル系繊維と全芳香族ポリアミド系繊維から構成される難燃性繊維複合体に関するものである。詳細には、耐切創性、プリーツ性、防しわ性などの形態保持性に優れ、かつ、高度な難燃性に優れた難燃性繊維複合体に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年では、作業効率化、高速化、省力化が進み、労働、交通災害の危険性が高くなり、人命尊重の観点から安全性向上が強く望まれている。一方スポーツにおいても多岐に渡り参加人数も増え活発になり、スノーボード、フィッシング、登山などのアウトドアスポーツへの参加人口の伸びが著しく、それにともないスポーツ衣料素材も従来以上に耐久性、機能性が要求されるようになり、特に、耐切創性、耐熱性などの機能性に優れ、プリーツ性、防しわ性、形態保持性などの審美性の優れたものが望まれている。また溶接や製鉄工場などで用いる耐熱作業服や消防服等においても高度の耐熱性が要求されている。
【0003】
これに対して、耐切創性に優れ、耐熱性が高く、耐薬品性、糸強度が高い全芳香族ポリアミド繊維が幅広く用いられるている。例えばパラ系アラミド繊維100%のフィラメント糸や紡績糸を部分的に用いて交織したものが提案されている(特許文献1〜3)。
【0004】
これらはいずれも引裂抵抗性、耐切創性は向上するが、パラ系アラミド繊維は本質的に耐熱性繊維であるがため熱セット性が乏しく、縫製された衣服の仕立て栄え、着用中のプリーツの消去としわの発生という形態保持性が劣る欠点がある。
【0005】
これら欠点を解決するものとして、パラ系アラミド繊維とポリエステル繊維の複合紡績糸とする方法が提案されている(特許文献4〜6)。
【0006】
これらはいずれも、縫製された衣服の仕立て栄え、着用中のプリーツの消去としわの発生という形態保持性が劣るという欠点については解決されるものの、燃焼しやすいポリエステル繊維を含有するため、耐熱作業服や消防服等に求められる高度の耐熱性、防炎性が低下してしまうという問題がある。
【0007】
これらの問題を解決するものとして、従来の難燃ポリエステル繊維であるリン化合物を共重合した難燃ポリエステル繊維との複合体が考えられるが、リン化合物を共重合した難燃ポリエステルは、接炎による粘度低下により炎が速やかに離れるドリップ型と呼ばれる難燃挙動であり、芳香族ポリアミド繊維との複合体では芳香族ポリアミド繊維がドリップの挙動を阻害するため難燃性は発現しない。また、リンの共重合率を高くすることで自己消化性を発現することができるが、共重合率を高くしたポリエステル繊維は形態保持性が劣るものであり、芳香族ポリアミド繊維の形態保持性を改善することはできない。
【0008】
ノンドリップ型の難燃ポリエステル繊維として、シリコーン化合物含有したポリエステル繊維が提案されている(特許文献7)。しかし、このポリエステル繊維は難燃性能がやや低く、難燃剤や炭化剤を後加工する必要があるため、布帛の風合が低下するという問題があった。
【0009】
このほか、全芳香族ポリアミド原料自体のコストが高いものであり、従って、全芳香族ポリアミド繊維にはポリエステルなどの他の繊維と比較してコスト的に高いレベルであることも障害となっている。
【特許文献1】実公平1−36600号公報(請求項2)
【特許文献2】特開昭59−20652公報(請求項8)
【特許文献3】特開平2−292036号公報(請求項1)
【特許文献4】特開平3−830号公報(請求項1)
【特許文献5】特開平6−220730号公報(請求項1)
【特許文献6】特開2000−256927号公報(請求項1)
【特許文献7】特開2005−264417号公報(請求項4)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明は、ポリエステル系繊維と全芳香族ポリアミド繊維の繊維複合体において、耐切創性、プリーツ性、防しわ性などの形態保持性に優れ、かつ、耐熱作業服や消防服等に求められる高度な難燃性をを有した難燃性繊維複合体を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明はかかる目的を達成するために以下の構成を有する。即ち、本発明の難燃性繊維複合体は、
(1)シリコーン系化合物を含有したポリエステル系繊維と全芳香族ポリアミド系繊維から構成される難燃性繊維複合体
(2)ポリエステル系繊維の割合が10〜40重量%であることを特徴とする(1)に記載の難燃性繊維複合体
(3)シリコーン系化合物が、構成するモノマー単位において、RSiO1.5(R:水素または有機基)単位が50mol%以上100mol%以下である有機化シリコーンレジンであり、有機基Rがフェニル基を含むことを特徴とする(1)または(2)に記載の難燃性繊維複合体
(4)ポリエステル系繊維に更にイミド構造を有する化合物を含有することを特徴とする(1)〜(3)のいずれか1項に記載の難燃性繊維複合体
(5)イミド構造を有する化合物のガラス転移温度が、130℃以上300℃以下のポリマーであることを特徴とする(4)に記載の難燃性繊維複合体
(6)イミド構造を有する化合物が、ポリエーテルイミドであることを特徴とする(4)または(5)に記載の難燃性繊維複合体
である。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、ポリエステル系繊維と全芳香族ポリアミド繊維の複合体において、耐切創性、プリーツ性、防しわ性などの形態保持性に優れ、かつ、耐熱作業服や消防服等に求められる高度の難燃性を有した難燃性繊維複合体を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
以下、本発明の難燃性繊維複合体の最良の形態について詳細に説明する。
【0014】
本発明の難燃性繊維複合体はシリコーン系化合物を含有したポリエステル系繊維と全芳香族ポリアミド系繊維から構成されることを特徴としている。
【0015】
本発明におけるポリエステル系繊維を構成するポリエステル組成物は、ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体及びジオールまたはそのエステル形成性誘導体から合成されるポリエステル組成物であって、溶融紡糸により繊維化が可能なポリエステル組成物である。
【0016】
このようなポリエステルとして具体的には、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリテトラメチレンテレフタレート、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、ポリエチレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレート、ポリエチレン−1,2−ビス(2−クロロフェノキシ)エタン−4,4’−ジカルボキシレート、ポリ−L−乳酸、ポリ−D−乳酸等が挙げられる。本発明は、なかでも最も汎用的に用いられているポリエチレンテレフタレートまたは主としてエチレンテレフタレート単位を含むポリエステル共重合体において好適である。
【0017】
また、これらのポリエステルには、共重合成分としてアジピン酸、イソフタル酸、セバシン酸、フタル酸、ナフタレンジカルボン酸、4,4’−ジフェニルジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸等のジカルボン酸及びそのエステル形成性誘導体、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ポリプロピレングリコール、シクロヘキサンジメタノール等のジオキシ化合物、p−(β−オキシエトキシ)安息香酸等のオキシカルボン酸及びそのエステル形成物誘導体等が共重合されていてもよい。
【0018】
ポリエステル系繊維は、糸形状物や帯形状物、繊維断面形状は丸型、異形(三角、四角、多角、扁平、中空断面など)を問わない。また、2種類または2種類以上のポリエステル組成物を組み合わせた複合繊維でも構わない。複合繊維としてはサイドバイサイド型、芯鞘型等を問わないが、シリコーン系化合物を含有したポリエステルを少なくとも1種含まれることが必要である。
【0019】
本発明で用いられるシリコーン系化合物とは有機ケイ素化合物のことであり、シロキサン結合とケイ素原子に直接結合する有機基を同一分子内に有している化合物のことである。シリコーン化合物としては、1官能性のRSiO0.5(M単位)、2官能性のRSiO1.0(D単位)、3官能性のRSiO1.5(T単位)、4官能性のSiO2.0(Q単位)で示される単位のいずれかから構成されるものである。具体的には、シリコーンオイル、シリコーンレジン、シリコーンゴム、シランカップリング剤およびシリコーンパウダーなどの形態が考えられるが、シロキサン結合とケイ素原子に直接結合する有機基を同一分子内有している化合物であればこの限りではない。これらのシリコーン系化合物は単独もしくは複数で用いることができる。
【0020】
本発明のシリコーン系化合物は、構成するモノマー単位においてRSiO1.5(R:水素または有機基)単位が50mol%以上100mol%以下で、有機基Rにフェニル基を含む有機化シリコーンレジンであることが好ましい。RSiO1.5(R:水素または有機基)単位を含むシリコーンレジンをポリエステルに含有させることによって、燃焼時に何らかの作用により炭化物の形成性を向上させることで、形状変化を抑制しノンドリップ型になると推測される。更に、炭化物が燃焼性分解ガスの発生を抑制するため、難燃性も向上すると考えられる。RSiO1.5(R:水素または有機基)単位がシリコーンレジン中の50mol%以上含まれることにより、シリコーンレジンの耐熱性が向上し、ポリエステルへ含有させることでポリエステルの燃焼時のノンドリップ性が向上する。また、シリコーンレジンを構成するRSiO1.5単位の有機基Rにフェニル基を含むことにより、シリコーンレジンの耐熱性が向上し、ポリエステルへの分散性が向上することから好ましい。
【0021】
本発明のシリコーンレジンの重量平均分子量は20000以下であるとポリエステルへの分散性が向上することから好ましい。
【0022】
ポリエステル系繊維に含まれるシリコーン系化合物の含有量は、本発明の基本性能を発現するのに必要な糸強度と本発明における効果・作用がともに具備できるに有効な含有量であればよい。繊維物性の観点から0.5重量%以上30重量%以下が好ましい。0.5重量%以上とすることで炭化物の形成が促進されノンドリップ型となりやすい傾向であり好ましい。また、30重量%以下とすることでポリマー中での分散性が良好となる傾向であり、糸強度が十分に発現され、ひいては繊維複合体の強度が低下しないため好ましい。
【0023】
ポリエステル系繊維は、シリコーン系化合物のほかに更にイミド構造を有する化合物を含有することが好ましい。イミド構造を有する化合物とは、分子構造中に−CO−NR−CO−(R:有機基)の構造を有する化合物のことをいう。ここでいう有機基は、C1〜C12のアルキル基、アルケン基、芳香族(ベンゼン環、縮合ベンゼン環、非ベンゼン型芳香環)のことをいう。
【0024】
このようなイミド構造を有する化合物として、具体的には、フェニルフタルイミド、シクロヘキサン−1,2−ジカルボキシイミド、シクロヘキサ−3−エン−1,2−ジカルボキシイミド等の環式のジアシルアミン、アセチル(ベンゾイル)アザン、ビス(シクロヘキサンカルボニル)アザン、ジアセチル(シクロペンチル)アザン、アセチル(ベンゾイル)(3−クロロプロパノイル)アザン等の非環式のジアシルアミン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド等のイミド系ポリマーが挙げられるが分子内構造中にイミド構造有する化合物であればこの限りではない。
【0025】
イミド構造を有する化合物は加工性の観点から、熱可塑性を有するポリマーであることが好ましい。すなわち、ガラス転移温度が130℃以上300℃以下のイミド系ポリマーが好ましく、具体的には、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド等のイミド系ポリマーが挙げられ、なかでも加工性の観点から、ポリエーテルイミドが好ましい。
【0026】
ポリエステル系繊維に含まれるイミド構造を有する化合物の含有量は、本発明の基本性能を発現するのに必要な糸強度と本発明における効果・作用がともに具備できるに有効な含有量であればよい。繊維物性の観点から0.5重量%以上50重量%以下が好ましい。0.5重量%以上とすることで炭化物の形成が促進されノンドリップ型となりやすい傾向であり好ましい。また、50重量%以下とすることでポリマー中での分散性が良好となる傾向であり、糸強度が十分に発現され繊維複合体の強度が低下しない傾向にあり、また、ポリエステル系繊維の形態保持性能が十分に発現できるため好ましい。
【0027】
本発明の全芳香族ポリアミド繊維は、パラ系アラミド繊維、メタ系アラミド繊維であることが好ましく、両繊維を任意の割合で混紡、混繊した糸であってもよく、あるいは各々100%でも要求される防護被服特性により選定するのがよい。また、上記パラ系アラミド繊維として、例えばポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維やコポリパラフェニレン−3,4’−オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維が挙げられる。また、上記メタ系アラミド繊維として、例えばポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維が挙げられる。
【0028】
本発明は、ポリエステル系繊維と全芳香族ポリアミド系繊維との繊維複合体とすることで難燃性が著しく向上すること見出したものである。ポリエステル系繊維はノンドリップ性能、難燃性は高いものの、まだ十分なノンドリップ性、難燃性とは云いがたい。しかしながら、全芳香族ポリアミド系繊維と繊維複合体を形成することにより、全芳香族ポリアミド繊維が支持体となるためノンドリップ性が向上し、且つ、ポリエステル系繊維の難燃性が向上する。難燃性が向上する原因は明らかではないが、全芳香族ポリアミド繊維に含有する窒素成分が接炎時に不燃性ガスを生成し酸素を遮断するためポリエステル系繊維の燃焼性を抑制したと考えられる。
【0029】
難燃性繊維複合体は、混繊糸、混紡糸などの糸形状物、織物、編物、不織布などの布帛形状物、綿形状物など挙げられる。
【0030】
糸形状物の複合体の場合、上記ポリエステル系繊維および全芳香族ポリアミド系繊維の形態は短繊維、長繊維または短繊維と長繊維の混合体であっても構わない。
【0031】
織物の場合、糸形状の複合体で構成された織物のほかに、経糸に上記ポリエステル系繊維、緯糸に全芳香族ポリアミド系繊維とした織物、又は経糸に全芳香族ポリアミド系繊維、緯糸に上記ポリエステル系繊維とした織物であってもよい。
【0032】
ポリエステル系繊維と全芳香族ポリアミド系繊維の混合比率は、複合体に占めるポリエステル系繊維の割合が10重量%以上40重量%以下であることが好ましい。ポリエステル系繊維が10重量%以上であることでポリエステル繊維の特徴である熱セット性、形態保持性を付与されやすく好ましい。また、ポリエステル系繊維の割合が40重量%以下であると耐切創性、耐熱性など、全芳香族ポリアミド繊維の優れた高性能を十分に発揮することができることから好ましい。
【0033】
本発明の難燃性繊維複合体にはヒンダートフェノール系、アミン系、ホスファイト系、チオエステル系などの酸化防止剤、ベンゾトリアゾール系、ベンゾフェノン系、シアノアクリレート系などの紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、シアニン系、スチルベン系、フタロシアニン系、アンスラキノン系、ペリノン系、キナクリドン系の有機顔料、無機顔料、蛍光増白剤、炭酸カルシウム、シリカ、酸化チタン等の粒子、抗菌剤、静電剤などの添加剤が含有されていても良い。また、本発明の難燃性繊維複合体はさまざまな後加工をすることもできる。
【0034】
以上のことから、本発明の難燃性繊維複合体は、難燃素材として、産業用途、インテリア、高度の耐熱性、防炎性が要求される耐熱作業着や消防服などの用途に好適に用いることができる。
【実施例】
【0035】
以下、実施例を用いて本発明を更に具体的に説明する。実施例における各測定および評価は次の通りに行った。
<プリーツ特性>
編物のタテ方向に長さ25cmの試料を切り取り、長さ方向5cm間隔で印をつけ(4箇所)中央部の15cmを折り込み、5cmの長さで試料が3重になるように折り、通常のプレス機でプレス温度140℃、プレス圧力0.5kg/cmで10秒間プレスしたのちバキューム処理を10分間行い試料を冷却する。プリーツ性(プリーツのつき方)は肉眼で級判定した。判定基準を下記する。(5級:非常にシャープなプリーツ、4級:シャープなプリーツ、3級:プリーツがある、2級:プリーツが少しある、1級:プリーツがほとんどない)
<プリーツ保持性>
プリーツ性を評価した試料を用いJIS L0217(1995)−103法にもとづき洗濯後試料のプリーツ性を評価した、結果をプリーツ保持性として級判定した。
【0036】
本条件で評価した洗濯前の試験試料は全て5級であった。
<燃焼性評価>
JIS L1091(1992) A−4法に準じ接炎時・接炎後のドリップの有無、接炎後の自己消火性の有無を評価した。
・ドリップなし:○
あり:×
・自己消火性:○(着火せず)
△(自己消火するまでの時間:0〜3秒未満)
×(自己消火するまでの時間:3秒以上)
<シリコーン系化合物の調整>
各実施例記載のシリコーン系化合物の調整方法は下記の通り行った。
A.シリコーン単位のM、D、T、Q単位の割合の調整
SiOCl(M単位に相当)、RSiOCl(D単位に相当)、RSiOCl(T単位に相当)、SiOCl(Q単位に相当)を所望のモル比にて縮合し、M、D、T、Q単位の割合が異なるシリコーン系化合物を製造した。
【0037】
更に、分子量を大きくするため、2Torr、180℃で所定の時間脱水縮合し目的の重合度のシリコーン系化合物を得た。
B.フェニル基、メチル基の割合
前記したR部分を各々フェニル基、メチル基で置換し、モル比でフェニル基、メチル基の割合の異なるシリコーン系化合物を調整した。
C.シラノール基、フェニル基の含有量
シリコーン系化合物を縮合する際の反応時間を各々調整し、得られたシリコーン系化合物をNMRによりシラノール基、フェニル基の比率を測定し、含有量を算出した。
D.分子量
シリコーン系化合物を縮合する際の反応時間を各々調整し、得られたシリコーン系化合物をゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を用いて、重量平均分子量を測定した。
<ポリエステル系繊維の製造方法>
シリコーン系化合物、イミド構造を有した化合物および固有粘度0.64のポリエチレンテレフタレートを混練温度300℃で混練しシリコーン系化合物およびイミド構造を有する化合物を含有したポリエステル系チップを得た。このチップを150℃、10時間、真空乾燥し、紡糸温度295℃、紡糸速度1250m/分で紡糸を行い、延伸熱処理後、捲縮を付与し、単糸繊度1.2dtex、繊維長38mmのシリコーン系化合物およびイミド構造を有する化合物を含有したポリエステル系繊維の短繊維を得た。
【0038】
尚、実施例で用いたポリエステル系繊維A、B、C、D、Eのシリコーン系化合物、イミド構造を有した化合物の種類と混合率を表1に示した。
【0039】
【表1】

【0040】
実施例1
シリコーン系化合物としてT単位の分岐構造を有し、末端基が水酸基でありシリコーン系化合物の側鎖有機基に対応するフェニル基の含有量が100mol%である重量平均分子量5000のシリコーン系化合物(シリコーン化合物A)、ポリエーテルイミド(GE社製)(以下、PEIと略す)(Tg=216℃)および固有粘度0.64のポリエチレンテレフタレート(以下、PETと略す)をPET:PEI:シリコーン系化合物A=82.5:2.5:15で混練温度300℃で混練しシリコーン系化合物およびPEIを含有したポリエステル系チップを得た。このチップを150℃、10時間、真空乾燥し、紡糸温度295℃、紡糸速度1250m/分で紡糸を行い、延伸熱処理後、捲縮を付与し、単糸繊度1.2dtex、繊維長38mmのシリコーン系化合物およびPEIを含有したポリエステル系繊維の短繊維(ポリエステル系繊維A)を得た。
【0041】
次いで、得られたポリエステル系繊維10重量%と単糸繊度1.3dtex、繊維長38mmのパラ系アラミド(ポリ(p−フェニレンテレフタルアミド))繊維90重量%とを均一に混紡し繊維複合体を得た。
【0042】
得られた繊維複合体を用いて平織物を作成した。織密度は経糸78本/インチ、緯糸65本/インチ、織幅98cmを作成後、プリーツ性、燃焼性を評価した。結果を表2に示した。
【0043】
実施例2〜15、比較例1
ポリエステル系繊維を表1に示したポリエステル系繊維に変更したこと、ポリエステル系繊維とパラ系アラミド繊維の比率を表2に示した比率に変更したこと以外は実施例1と同様にして行った。結果を表2に示した。
【0044】
実施例16
パラ系アラミド繊維をメタ系アラミド繊維に変更したこと以外は実施例1と同様にして行った。結果を表2に示した。
【0045】
比較例2
ポリエステル系繊維Aをシリコーン系化合物やイミド構造を有した化合物を含有していないポリエチレンテレフタレート繊維(PET繊維)に変更したこと以外は実施例1と同様にして行った。結果を表2に示した。
【0046】
【表2】

【0047】
実施例1〜16に示すとおり本願の請求の範囲内のものはプリーツ保持性がよく形態保持性が良好であり、且つJIS L1091 A−4法に準じた燃焼試験においても自己消化性、ドリップ性が良好である。
【0048】
実施例6〜8に示したとおりイミド構造を有した化合物が含有しないものについては、自己消火性がやや低下するが高度な難燃性を有している。
【0049】
しかしながら、比較例1に示すとおりアラミド繊維のみのものについては形態保持性に劣るものであった。また、比較例2に示したシリコーン系化合物が含まれていないポリエステル繊維をもちいた繊維複合体は自己消火性やドリップ性に劣るものであった。
【0050】
即ち、本願の請求の範囲の中にあるものは形態保持性に優れ、難燃性、ドリップ性が良好である。しかしながら、本願の請求の範囲外のものについては形態保持性に劣ったり、または難燃性、ドリップ性に劣るものであった。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
シリコーン系化合物を含有したポリエステル系繊維と全芳香族ポリアミド系繊維から構成される難燃性繊維複合体。
【請求項2】
ポリエステル系繊維の割合が10〜40重量%であることを特徴とする請求項1に記載の難燃性繊維複合体。
【請求項3】
シリコーン系化合物が、構成するモノマー単位においてRSiO1.5(R:水素または有機基)単位が50mol%以上100mol%以下である有機化シリコーンレジンであり、有機基Rがフェニル基を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の難燃性繊維複合体。
【請求項4】
ポリエステル系繊維にイミド構造を有する化合物を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の難燃性繊維複合体。
【請求項5】
イミド構造を有する化合物のガラス転移温度が、130℃以上300℃以下のポリマーであることを特徴とする請求項4に記載の難燃性繊維複合体。
【請求項6】
イミド構造を有する化合物が、ポリエーテルイミドであることを特徴とする請求項4または5に記載の難燃性繊維複合体。

【公開番号】特開2008−19519(P2008−19519A)
【公開日】平成20年1月31日(2008.1.31)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−190553(P2006−190553)
【出願日】平成18年7月11日(2006.7.11)
【出願人】(000003159)東レ株式会社 (7,677)
【Fターム(参考)】