JP2012193476A - ポリエステル極細繊維 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、高強度で寸法安定性に優れたポリエステル極細繊維を提供することにある。
【解決手段】単糸繊維径が１０〜１０００ｎｍで、単糸繊維径のばらつき（ＣＶ％）が０〜２５％、極細繊維束として引張強度が４．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、破断伸度が１０〜８０％、１５０℃での乾熱収縮率が５％以下であるポリエステル極細繊維。
【選択図】なし

Description

本発明は、高強度で、寸法安定性に優れたポリエステル極細繊維に関するものである。

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
から黄変などの耐候性が悪く用途が限定されるという問題があった。他方ポリエステルからなる極細繊維は、優れた耐候性を有するものの柔軟性やしなやかさに欠けるという問題があった。

そこで、柔軟性をますためには繊度をさらに細くする必要があるが、ポリエステル極細繊維の製造方法として、特許文献１（Ｗ０２００５／０９５６８６号公報）では、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から、海成分を除去することで、柔軟でしなやかな超極細ポリエステル繊維とすることが提案されている。確かに本方法により、実用強度があり、柔軟性を有するポリエステル極細繊維を得ることができるが、産業資材用途に用いるには強度、熱寸法安定性共にいまだ満足できるものではなく、更なる向上が求められていた。

Ｗ０２００５／０９５６８６号公報

本発明の目的は、産業資材用途に適する柔軟で高強度、熱寸法安定性に優れたポリエステル極細繊維を提供することにある。

本発明者等は、上記課題を解決するため検討した結果本発明に到達した。
すなわち本発明は、単糸繊維径が１０〜１０００ｎｍで、単糸繊維径のばらつき（ＣＶ％）が０〜２５％、極細繊維束として引張強度が４．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、破断伸度が１０〜８０％、１５０℃での乾熱収縮率が５％以下であることを特徴とするポリエステル極細繊維であり、好ましくはポリエステルがポリエチレンナフタレートであり、また別の発明の形態として、上記ポリエステル極細繊維を含む繊維製品、が提供される。

本発明のポリエステル極細繊維は、単糸径が１０〜１０００ｎｍであることにより、肌触りや柔らかさなどの風合い、および摩擦性、吸着性、吸水性、防透性、防風性などの機能性に優れた極細繊維構造体となる。また、引張強度が４．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることにより、特に産業用途など機械的強度が必要とされる分野で使用可能である。さらに、１５０℃での乾熱収縮率が５％以下であることにより、寸法安定性が向上する。また、極細繊維の主成分がポリエチレンナフタレートである極細繊維とすることで、高モジュラス、高強度となり、耐熱性、耐薬品性、耐振性が向上する。

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海島型複合繊維の海成分を溶解除去して得られる島成分ポリエステルからなる極細繊維（束）である。

本発明のポリエステル極細繊維の単糸繊維径は１０〜１０００ｎｍである。単糸繊維径が１０ｎｍ未満の場合には、繊維構造自身が不安定で、物性及び繊維形態が不安定になるので好ましくなく、一方１０００ｎｍを越える場合には超極細繊維特有の柔らかさや風合いが得られず、好ましくない。海島型複合繊維断面内の各島成分径により単糸繊維径は決まるが、その径が均一であるほどポリエステル極細繊維からなるハイマルチフィラメント糸の品位及び耐久性が向上する。

また、本発明のポリエステル極細繊維束を構成する単糸繊維繊度のばらつきを表すＣＶ％値は、０〜２５％であることが必要である。より好ましくは０〜２０％、さらに好ましくは０〜１５％である。このＣＶ値が低いことは、繊度のばらつきが少ないことを意味する。ここで海島成分の溶融粘度比を０．８〜２．５とすることによりＣＶ％を上記の範囲とすることが可能となったものである。

本発明のポリエステル極細繊維は、ナノレベルの繊維径でばらつきも少なく、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、単糸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。

本発明のポリエステル極細繊維の繊維束としての引張り強度は４．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、その切断伸度が１０〜８０％であることが必要である。前記極細繊維の物性、特に引張り強度が４．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが重要である。引張り強さが４．０ｃＮ／ｄｔｅｘ未満の場合、用途が限定されてしまう。超極細で柔軟性がある上に高強度であることにより様々な用途に応用展開可能となる。

本発明のポリエステル極細繊維の１５０℃での乾熱収縮率が５％以下であることが必要である。ポリエステル極細繊維の１５０℃での乾熱収縮率が５％を超える場合熱寸法安定性が悪く用途が限定されてしまう。

本発明のポリエステル極細繊維の製造方法について詳述する。
海島型複合繊維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。

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。

その際の海成分用易溶解性ポリマーとしては、ポリ乳酸、超高分子量ポリアルキレンオ
キサイド縮合系ポリマー、ポリエチレングリコール系化合物共重合ポリエステル、及び、
ポリエチレングリコール系化合物と５一ナトリウムスルホイソフタル酸との共重合ポリエ
ステルから選択される少なくとも１種のアルカリ水溶液易溶解性ポリマーを含むことが好
ましい。

本発明の海島型複合繊維において、前記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が、６〜１２モル％の５一ナトリウム
スルホン酸および３〜１０重量％の分子量４０００〜１２０００のポリエチレングリコー
ルが共重合されているポリエチレンテレフタレート共重合体から選ばれることが好ましい。

一方、島成分ポリマーは上述の通りポリエステルであるが、ポリエステルとして全芳香族ポリエステル、ポリエチレンナフタレート等が好ましい。ポリエチレンナフタレートとしては、例えばナフタレン−２，６−ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体を触媒の存在下適当な反応条件のもとにエチレングリコールと重縮合させることによって合成されるポリエチレン−２，６−ナフタレートが挙げられる。さらには、全繰り返し単位中の少なくとも９０モル％がエチレン−２，６−ナフタレート単位であるポリエチレンナフタレート（以下ＰＥＮという）から形成されることが好ましく、少なくとも９５モル％がエチレン−２，６−ナフタレート単位であることが最も好ましい。また、本発明の目的を阻害しない範囲内、例えば全酸成分を基準として１０モル％以下、さらに好ましくは５モル％以下の範囲内で第三成分が共重合されたものであってもよい。好ましく用いられる共重合成分としては、例えば、酸成分としてイソフタル酸、ジフェニルジカルボン酸、ジフェノキシエタンジカルボン酸、β−ヒドロキシエトキシ安息香酸、ｐ一オキシ安息香酸、アジピン酸、セバシン酸、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸等を挙げることができ、また、ジオール成分としてエチレングリコール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコール、シクロヘキサン−１，４−ジメタノール、ネオペンチルグリコール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＳ等を挙げることができる。さらに、上記ポリエチレンナフタレート中には少量の他の重合体や酸化防止剤、制電剤、顔料、蛍光増白剤その他の添加剤が含有されていてもよい。

また前記ポリエチレンナフタレートは、極限粘度［η］が０．４５〜１．０のものを使用することが好ましい。ここで極限粘度［η］は、ポリマーをフェノールとオルトジクロロベンゼンとの混合溶媒（混合比６：４）に溶解し、３５℃で測定した粘度から求めた値である。極限粘度［η］が１．０を超えると溶融粘度が異常に高くなって溶融紡糸が困難となり、［η］が０．４５未満では目的とする高融点を有し、物性も良好な繊維が得られないので好ましくない。

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、ポリマーの溶融粘度比（海／島）は、０．８〜２．０範囲内にあることが好ましい。０．８倍未満の場合には、海成分の複合質量比率が５０％未満のように低くなると、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。

さらに、海島型複合繊維は、海成分の複合質量比率が５０％未満であることが好ましい。その海島複合質量比率（海：島）は、３０：７０〜５：９５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５０％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。

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／分で未延伸糸として引き取る。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。

得られた未延伸糸は、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１００〜１５０℃、好ましくは１１０℃〜１３０℃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１２０〜２５０℃、好ましくは１８０〜２２０℃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２００〜２５０℃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、得られる延伸糸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、得られる延伸糸の物性が著しく低下するため好ましくない。

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１０〜３００
ｇ／Ｌ、温度は４０℃〜１８０℃、処理時間は２分〜２０時間の範囲で行うのが好ましい。

一般的には海島型複合繊維を含む製編織物または短繊維として紡績糸や不織布として布帛などの繊維構造体とした後アルカリ金属化合物水溶液処理することが好ましい。公知のアルカリ減量装置を用いて処理することができる。

上記の海成分を除去後の島成分からなる繊維構造体は超極細ポリエステル繊維構造体であり、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、カーシートなどの車輌内装品、カーペット、ソファー、カーテンなどのインテリア製品、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、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、衣料資材などに用いられる。

本発明を下記実施例によりさらに詳細に説明する。
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）極細繊維の繊度
海島型複合繊維の繊度Ｄ（前記（１）断面観察に記載の方法により測定）及び、海ポリマーを溶解させた際の減量率Ｒａから、得られた極細繊維の繊度を下記式により算出した。
極細繊維の繊度＝Ｄ×（１−Ｒａ）

（４）極細繊維の引張強度および破断伸度
海島型複合繊維から、質量１ｇ以上の筒編みを作成し、この編物を溶剤処理し、海成分を除去した。得られた極細繊維からなる編物をほどき、得られた極細繊維の荷重−伸度曲線チャートを、室温、初期試料長＝２００ｍｍ、引張速度＝２００ｍｍ／分の条件下で作成した。上記チャートから、極細繊維の引張強度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）及び破断伸度（％）を求めた。

（５）乾熱収縮率
極細繊維を、試料を枠周１．１２５ｍｍの検尺機を用いて、１０回捲きつけて、かせを作成し、荷重１／３０ｃＮ／ｄｔｅｘ下における、長さＬ０を測定した。かせから前記荷重を除き、フリー状態で恒温乾燥機中に入れ、１５０℃で３０分間の加熱処理を施した。この乾燥されたかせに１／３０ｃＮ／ｄｔｅｘの荷重をかけて、乾熱処理後のかせの長さＬ１を測定した。この極細繊維の乾熱収縮率ＨＤＳを下記式から算出した。
ＨＤＳ（％）＝［（Ｌ０−Ｌ１）／Ｌ０］×１００

（６）溶融粘度
ポリマーを乾燥し、溶融紡糸用押出機の溶融温度に設定されたオリフィス中にセットし、５分間溶融状態に保持したのち、所定水準の荷重下で押出し、このときのせん断速度と溶融粘度とをプロットした。上記操作を、複数水準の荷重下において繰り返した。上記データに基いて、剪断速度が１０００秒^−１のときの溶融粘度を見積もる。

［実施例１］
島成分として固有粘度０．６２（３５℃、オルソクロロフェノール中）のポリエチレンナフタレート、海成分として５−ナトリウムスルホイソフタル酸９モル％と数平均分子量４０００のポリエチレングリコール３重量％を共重合した固有粘度０．４９のポリエチレンテレフタレートを用い、Ｗ０２００５／０９５６８６号公報の方法を用いて海島型複合繊維を得た。海成分と島成分それぞれの溶融粘度は、２８３Ｐａ・ｓ、２５０Ｐａ・ｓであり、ポリマーの溶融粘度比（海／島）は、０．９であった。別々に溶融後、複合口金内で合流させ、海：島＝３０：７０、島数＝９００の海島型複合未延伸繊維を、紡糸温度３００℃、紡糸速度１０００ｍ／分で溶融紡糸し、巻き取った。得られた未延伸糸を、延伸温度１３０℃、延伸倍率３．９倍でローラー延伸し、次いで２００℃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６２ｄｔｅｘ／１０ｆｉｌであり、筒編みを作成し、９８℃、３．５ｇ／ｌのアルカリ溶液中で１分間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単糸繊維径は７００ｎｍ，ＣＶ％は１２％、強度は５．８ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度は２５％、乾熱収縮率は１．５％であった。

［実施例２］
島成分として固有粘度０．５０（３５℃、オルソクロロフェノール中）のポリエチレンナフタレート用いた以外は実施例１と同様に行った。海成分と島成分それぞれの溶融粘度は、２１２Ｐａ・ｓ、２１３Ｐａ・ｓであり、ポリマーの溶融粘度比（海／島）は、１．０であった。別々に溶融後、複合口金内で合流させ、海：島＝３０：７０、島数＝９００の海島型複合未延伸繊維を、紡糸温度３００℃、紡糸速度１０００ｍ／分で溶融紡糸し、巻き取った。得られた未延伸糸を、延伸温度１３０℃、延伸倍率３．９倍でローラー延伸し、次いで２００℃の非接触型ヒーターで熱セットして巻き取り、海島型複合繊維を得た。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６２ｄｔｅｘ／１０ｆｉｌであり、筒編みを作成し、９８℃、３．５ｇ／１のアルカリ溶液中で１分間減量処理したところ、海成分のみが溶出されており、島成分の平均単糸繊維径は７００ｎｍ、ＣＶ％は１２％、強度は４．５ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度は２３％、乾熱収縮率は２．０％であった。

［比較例１］
島成分として固有粘度１．０２（３５℃、オルソクロロフェノール中）のポリエ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９モル％と数平均分子量４０００のポリエチレングリコール３重量％を共重合した固有粘度０．４６のポリエチレンテレフタレートを用いた以外は実施例１と同様の方法で行った。海成分と島成分それぞれの溶融粘度は、２１２Ｐａ・ｓ、３５１Ｐａ・ｓであり、ポリマーの溶融粘度比（海／島）は、０．６であった。別々に溶融後、複合口金内で合流させ、海：島＝３０：７０、島数＝９００の海島型複合未延伸繊維を、紡糸温度３００℃、紡糸速度１０００ｍ／分で溶融紡糸し、巻き取った。得られた未延伸糸を、延伸温度１００℃、延伸倍率４．５倍でローラー延伸し、次いで１８０℃の非接触型ヒーターで熱セットして巻き取り、海島型複合繊維を得た。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、９８℃、３．５ｇ／Ｌのアルカリ溶液中で１分間減量処理したところ、海成分のみが溶出されており、島成分の平均単糸繊維径は７００ｎｍ、ＣＶ％は１２％、強度は５．５ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度は２９％、乾熱収縮率は６．０％であった。

［比較例２］
島成分として固有粘度０．５０（３５℃、オルソクロロフェノール中）のポリエチレンナフタレート、海成分として５−ナトリウムスルホイソフタル酸９モル％と数平均分子量４０００のポリエチレングリコール３重量％を共重合した固有粘度０．４２のポリエチレンテレフタレートを用いた以外は実施例１と同様の方法で行った。海成分と島成分それぞれの溶融粘度は、１１４Ｐａ・ｓ、２１３Ｐａ・ｓであり、ポリマーの溶融粘度比（海／島）は、０．５４であった。
別々に溶融後、複合口金内で合流させ、海：島＝５０：５０、島数＝９００の海島型複合未延伸繊維を、紡糸温度３００℃、紡糸速度１０００ｍ／分で溶融紡糸し、巻き取った。
得られた未延伸糸を、延伸温度１３０℃・延伸倍率３・７倍でローラー延伸し、次いで２００℃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６４ｄｔｅｘ／１０ｆｉｌであり、筒編みを作成し、９８℃、３．５ｇ／ｌのアルカリ溶液中で３分間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６１０ｎｍ，ＣＶ％は１５％、強度は３．８ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度は３０％、乾熱収縮率は２．８％であった。

本発明のポリエステル極細繊維は、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、カーシートなどの車輌内装品、カーペット、ソファー、カーテンなどのインテリア製品、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、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。

Claims (3)

1. 単糸繊維径が１０〜１０００ｎｍで、単糸繊維径のばらつき（ＣＶ％）が０〜２５％、極細繊維束として引張強度が４．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、破断伸度が１０〜８０％、１５０℃での乾熱収縮率が５％以下であることを特徴とするポリエステル極細繊維。
2. ポリエステルがポリエチレンナフタレートである請求項１記載のポリエステル極細繊維。
3. 請求項１〜２いずれかに記載のポリエステル極細繊維を含む繊維製品。