JPH04361610A - ポリエステル繊維の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はポリエステル繊維の製造
方法に関し、さらに詳しくは超高速紡糸方法によって優
れた物性を有するポリエステル繊維を製造する方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ポリエステル繊維、特にポリエチレンテ
レフタレート繊維は、耐熱性、耐薬品性および力学的特
性などに優れているので、衣料用途や産業用途に広く利
用されている。単糸デニールが２〜３デニール程度の通
常の衣料用ポリエステル繊維は、溶融したポリエステル
を紡糸口金から繊維状に押し出し、１０００〜３５００
ｍ／分の引き取り速度で一旦巻き取り、次いで延伸、熱
セットなどを行なう紡糸・延伸の二工程を経て製造され
ている。

【０００３】近年、引き取り速度を４０００ｍ／分以上
にすることにより、延伸工程を通さなくとも十分実用特
性を満足し得る繊維を得ることが可能な高速紡糸方法が
生産性向上を目的として、開発され実用化されてきた。 この高速紡糸方法には、紡糸口金から溶融紡出した糸条
を■再加熱することなく直接５０００ｍ／分以上で引き
取る超高速紡糸法、■一旦冷却固化した後、ホットチュ
ーブのような加熱雰囲気で繊維を再加熱しながら延伸熱
処理し４０００ｍ／分以上で引き取るホットチューブ延
伸紡糸法、■第１引き取りロールで引き取った後、第２
引き取りロールとの間で延伸し３０００ｍ／分以上で引
き取る直接紡糸延伸法などがある。これらの高速紡糸方
法では、従来の延伸工程が不要となることによる設備の
簡素化・省スペ−ス・省エネルギ−・必要人員の削減等
コストの軽減が期待され、さらに引き取り速度が大幅に
向上するので、生産性の著しい向上も見込まれる。

【０００４】このうち、ホットチューブ延伸紡糸法は超
高速紡糸法と比較すると、口金直下での糸速の急激な変
化が起こらず、よって糸切れが少ない、また、これまで
の紡糸・延伸の二工程を経た延伸糸とほぼ同等な物性を
有する繊維が得られる等の利点がある。また、直接紡糸
延伸法との比較でも、ロールの本数を少なくすることが
可能である、加熱ロールを使用する必要がない等、低コ
ストで製造できる利点がある。このようにホットチュー
ブ延伸紡糸法は、高速紡糸方法において優れた紡糸法で
あるといえる。しかし、生産性の向上を一層図るために
、引き取り速度を上げて行くと、ホットチューブ延伸紡
糸法では、加熱帯域の上方で高速紡糸特有のネッキング
変形が起こり加熱帯域入口の糸条速度が急激に高くなる
ことが明らかとなった。このため糸切れが多発し製糸性
が著しく低下し、生産性は向上するどころか、かえって
低下する。加熱帯域入口での糸条速度が４５００ｍ／分
以上になると、冷却過程での配向結晶化が進行し、非晶
部が緩和し結晶サイズが大きくなるとともに、糸条の冷
却速度が大きいため、糸の表層と内部で温度差が生じて
、繊維の構造が表層と内部で異なるなど、繊維物性が超
高速紡糸法で得られる繊維の物性に類似したものに変化
する。このため、従来の延伸糸と同等の物性が得られる
というホットチューブ延伸紡糸法での生産する利点はほ
とんどなくなってしまう。このため現在採用されている
引き取り速度を越えてホットチューブ延伸紡糸法で紡糸
することは難しく技術障壁の一つとなっていた。

【０００５】このホットチューブ延伸紡糸法を用いて、
引き取り速度を６０００ｍ／分以上に高速化した例とし
ては、いくつか挙げられる。特開昭５１−１４７６１３
号公報は糸条を分割して随伴気流を分離し、さらに延伸
倍率を低く抑えて加熱帯域入口速度を高くすることによ
り、加熱帯域に入る糸の張力を高めて糸揺れや糸道の乱
れを極力押さえようとしたものである。このため該公報
では、６０００ｍ／分の引き取り速度の場合、加熱帯域
入口速度を４５００ｍ／分以上、すなわち約４６００ｍ
／分〜５７００ｍ／分にするとしている。通常のホモポ
リエチレンテレフタレート（ホモＰＥＴ）を本プロセス
に適用した場合には、加熱帯域入口速度はこの程度にな
るのが普通であり、この速度では実質的にネッキングが
ホットチューブ入口以前に起こっており、上述のように
繊維物性が超高速紡糸法で得られる繊維の物性に変化し
ていると考えられる。このため、従来の延伸糸に類似し
た物性が得られないばかりでなく、かえって糸切れが多
発し製糸性が低下してしまう恐れがある。これらの挙動
は前記したようにホモＰＥＴの本質的な問題であり、製
糸条件の変更では克服することは困難である。

【０００６】また、特公昭５８−３０４９号公報では紡
糸口金直下にポリマーの融点以上の高温の加熱帯域を設
け、糸条の冷却および再加熱温度を管理することによっ
て、６０００ｍ／分以上で引き取ることを提案している
。しかし、この方法では温度の異なる二つの加熱帯域が
必要なことから二つの加熱装置を必要とするので装置が
大がかりで、かつ複雑なものとなる。また、口金面に生
じる汚れを除去する口金修正作業などや保守管理などが
繁雑となる。さらに、口金直下の雰囲気がかなりの高温
となっているため、吐出されるポリマからの分解物など
の昇華が激しくなり、口金面の汚れや糸条の長手方向や
単糸間の均一性の低下を招くと考えられる。またこの方
法では、再加熱処理をフィラメント集束後に行うため、
単糸間で熱のかかり方が不均一となり易く、熱処理斑が
発生する恐れがある。このように、これまでのホットチ
ューブ延伸紡糸法の高速化は紡糸方法を変更することに
よってのみ検討されており、積極的に紡糸される糸の成
分を変更することによって高速化を試みたものは少なく
、またその改善効果は十分なものではなかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
したホットチューブ延伸紡糸法において従来よりも高速
で引き取り、かつ従来の延伸糸並みの優れた特性を有す
るポリエステル繊維の製造法の提供にある。また、本発
明の他の目的は従来よりも高い引取速度で引き取っても
糸切れすることなく糸質の安定した、高い生産性と優れ
た製糸性を有するポリエステル繊維の製造方法を提供す
ることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、炭素数
８以上の脂肪族ジカルボン酸を全ジカルボン酸に対して
２〜２０モル％共重合したポリエチレンテレフタレート
を紡糸口金から溶融紡糸し、ガラス転移温度以下まで一
旦冷却した後、加熱帯域中に該糸条を走行せしめ、該糸
条をガラス転移温度以上融点以下に再加熱して延伸熱処
理せしめ、引き取り速度６２００ｍ／分以上の第１引き
取りロールで引き取ることを特徴とするポリエステル繊
維の製造方法によって達成できる。

【０００９】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
最大の特徴は特定の共重合ポリエステルをホットチュー
ブ延伸紡糸におけるポリエステル原料として用いること
により、優れた物性・均質性を有する糸を製糸性を損な
うことなく、ホットチューブ延伸紡糸法の高速化が初め
て図れた点にある。これはホットチューブ延伸紡糸法に
おいて、ホモＰＥＴの場合、高速化していくと、上述の
ようにホットチューブの入口側ですでにネッキング変形
を受け、糸条速度が４５００ｍ／分以上の高速度となっ
て、繊維物性が低強度・高伸度・低配向度の超高速紡糸
特有の物性へと変化しまうのに対し、本発明のポリエス
テルを用いると、共重合しているジカルボン酸成分によ
って、分子鎖の柔軟性が増加するため、引き取り速度を
増大させていっても、ホットチューブ入口の糸条速度を
従来速度程度に抑えることができるためである。これに
よって、より高速度でも、強度、伸度、および複屈折率
の値が従来の延伸糸並みの糸を得ることができるように
なったのである。

【００１０】本発明のポリエステルを構成する主たるジ
カルボン酸成分はテレフタル酸成分であり、全ジカルボ
ン酸成分の２〜２０モル％は炭素数８以上の脂肪族ジカ
ルボン酸である。本発明に使用するポリエステルは、上
述したテレフタル酸成分および炭素数８以上の脂肪族ジ
カルボン酸成分を必須のジカルボン酸成分とするが、そ
れら以外のジカルボン酸成分を本発明の目的を逸脱しな
い範囲で併用しても良い。しかしながら、芳香族ジカル
ボン酸などは本発明の目的を阻害する可能性があるので
含まれていないことが望ましい。本発明のポリエステル
を構成する主たるジオール成分はエチレングリコールで
あるが、それ以外の成分、たとえば、１，４−ブタンジ
オール、１，６−ヘキサンジオール、ポリエチレングリ
コール、ポリテトラメチレングリコール、１，４−シク
ロヘキサンジメタノールなどのジオール成分などを、本
発明の目的を逸脱しない範囲で併用しても良い。

【００１１】本発明における炭素数８以上の脂肪族ジカ
ルボン酸成分は、その２個のカルボキシル基間に、カル
ボキシル基を構成する炭素原子を含め８個以上の炭素原
子で構成される脂肪族ジカルボン酸成分であり、直鎖状
でも、分岐状でも良い。具体例として、スベリン酸（炭
素数＝８）、アゼライン酸（炭素数＝９）、セバシン酸
（炭素数＝１０）、ドデカン二酸（炭素数＝１２）、ブ
ラシル酸（炭素数＝１３）、エイコサン二酸（炭素数＝
２０）、ダイマー酸（炭素数＝３６など）などの脂肪族
ジカルボン酸成分を挙げることができる。高速紡糸に供
した場合、強度、伸度、ヤング率などの力学的特性がよ
り優れた繊維が得られる点から、炭素数が８〜３６の脂
肪族ジカルボン酸成分であることが好ましく、コストや
得られる繊維の力学的特性の点から炭素数が８〜２２の
脂肪族ジカルボン酸成分であることがより好適であり、
共重合成分が炭素数が８〜１２の脂肪族ジカルボン酸で
あることがさらにより好適である。上記した脂肪族ジカ
ルボン酸成分は複数組み合わせて使用しても良い。また
、本発明において、上記した脂肪族ジカルボン酸成分量
は、ポリエステルを構成する全ジカルボン酸成分の２〜
２０モル％であり、コストと得られる繊維の力学的特性
に対する改善効果の点から６〜１３モル％であることが
好適である。２モル％未満では、得られる繊維の力学的
特性に対する改善効果がほとんど得られず、２０モル％
を越えると共重合しても得られる繊維の力学的性質は向
上しなくなり、また、耐熱性が低く、よって製糸性に問
題が生じてくる。また、本発明のポリエステルには、各
種の添加剤、たとえば、艶消剤、難燃剤、酸化防止剤、
紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、結晶核剤、螢光増白剤な
どを必要に応じて共重合または混合していても良い。

【００１２】本発明の共重合ポリエステルは具体的に次
の方法によって製造できる。すなわち、テレフタル酸と
エチレングリコールとのエステル化反応、テレフタル酸
ジメチルとエチレングリコールとのエステル交換反応、
あるいはテレフタル酸とエチレンオキサイドとの付加反
応によってビス（２−ヒドロキシエチルテレフタレート
）および／またはその低重合体を合成し、続いて、これ
を所定の重合度になるまで加熱・減圧下で重縮合するこ
とによって製造されている通常のポリエチレンテレフタ
レートの製造工程において、たとえば、重縮合反応が完
結する以前の任意の段階で、炭素数８以上の脂肪族ジカ
ルボン酸成分を、ジカルボン酸あるいはジカルボン酸の
低級アルキルエステルとして、上記の反応系に添加し共
重合することによって製造できる。その際、共重合成分
である炭素数８以上の脂肪族ジカルボン酸成分は、粉末
状、あるいはエチレングリコールなどの適当な溶剤に分
散、溶解、または加熱処理してから添加してもよい。

【００１３】こうして得られたポリエステルを溶融紡糸
する。まず紡糸口金から溶融吐出したポリエステルは冷
却風によりガラス転移温度以下まで一旦冷却する。冷却
はその後の延伸熱処理が安定して行えるように、ポリエ
ステル糸条が固化する温度、すなわちガラス転移温度以
下になるまで冷却する。口金から加熱帯域入口までの距
離は、口金下での充分な冷却、作業性、および空気抵抗
力により生ずる充分な張力を付与するために、０．５〜
４．０ｍが好ましく、１．０〜３．０ｍがより好ましい
。

【００１４】一旦冷却した糸条を加熱帯域に導き、再加
熱し延伸熱処理する。加熱帯域では糸条が自由に延伸で
きるように、入口あるいは出口の糸道規制部以外では糸
条には何物とも接触させないことが好ましい。加熱筒は
周囲から加熱されているもの、加熱導入された乾熱空気
、飽和蒸気あるいは加熱蒸気が満たされているもの、あ
るいはこれらを組み合わせることが好ましく用いられる
。加熱帯域では、通過する糸条が延伸熱処理されるため
に必要かつ十分な、張力と温度が必要である。

【００１５】加熱温度は繊維が実用的強度を保持し、か
つ糸条に処理斑をおこさない程度の温度が好ましく、糸
条の延伸倍率との関係から限定が難しいが、延伸が起こ
るためには加熱帯域の温度は５０〜８０℃以上が必要で
ある。また、さらに充分な熱処理のためには１０５℃以
上、好ましくは１１０℃以上が必要である。このとき、
延伸が起こっても充分な熱処理が起こらない場合には沸
騰水収縮率が３０％を越えてしまい、寸法安定性の劣っ
たものとなる。加熱帯域の上限温度としては、加熱温度
が糸条の融点近傍の温度になると、繊維長手方向の単糸
間の均一性が低下し均質な糸条を得ることができなくな
ることがあるので、融点以下好ましくは２５０℃以下が
よく、エネルギーコストの見地から２００℃以下が好ま
しい。

【００１６】延伸熱処理が起こっていることは、熱収縮
応力のピーク温度が１０５℃以上、好ましくは１１０℃
以上、かつ熱収縮応力が０．３ｇ／ｄ以上となっている
ことで確認することができる。延伸熱処理とは、延伸お
よびそれに引き続く熱処理のことである。延伸が起こる
ためには、延伸に必要かつ十分な張力が糸条に加わり、
かつ加熱帯域から十分な熱が供給されることが必要であ
る。ここでの張力とは、（加熱帯域入口でのマルチフィ
ラメントの実張力）÷（巻取糸デニール）のことであり
、巻取り糸の単糸デニール、引き取り速度、口金から加
熱帯域までの距離などにより変化するが、延伸に必要な
張力は通常０．３ｇ／ｄ以上である。０．３ｇ／ｄに満
たない場合は、延伸が不充分となり、力学的特性が低下
する。加熱帯域の長さは、安定した延伸熱処理、エネル
ギーコストの面から、０．５〜３．０ｍが好ましく、１
．０〜２．０ｍがより好ましい。

【００１７】引き取り速度は得られる繊維の機械的性質
、紡糸糸切れ、生産性向上等を考慮して決められる。 本発明の共重合ポリエステルでは、引き取り速度が低い
と延伸が不充分で複屈折率が０．１３未満となり、実用
特性を満足し得る繊維を得ることができないので、少な
くとも６２００ｍ／分以上で引き取る必要がある。本発
明のポリエステルでは、上述した引き取り速度では、従
来法で得られる延伸糸と同等な物性の糸が得られ、ポリ
エステル繊維の生産性を向上することが可能になる。得
られる繊維の機械的性質、高速化に伴う紡糸糸切れによ
る製糸性の悪化のデメリットおよび生産性向上の点から
メリットを考慮した場合、引き取り速度は、９０００ｍ
／分以下が好ましい。

【００１８】本発明の方法により得られた繊維の物性が
、前記の引き取り速度範囲である高速紡糸方法を採用し
ても優れている理由は、炭素数が８以上であるメチレン
基含量の高い脂肪族ジカルボン酸成分を比較的多量共重
合しているので、通常のポリエステルよりも、ポリエス
テルの単位体積当りに含まれる芳香族環濃度が小さくな
り、分子鎖の柔軟性が増加するため、ポリエステル分子
鎖間の相互作用が小さく、延伸時の拘束点が少なく拘束
力も弱いため、高速紡糸に供した場合も配向結晶化が起
こりにくく、延伸倍率を高く設定できるので従来よりも
高速でも従来の延伸糸並みの優れた物性の繊維が得られ
るものと思われる。

【００１９】

【実施例】実施例中の各特性値は次の方法にしたがって
求めた。 （Ａ）　繊維の強度、伸度 東洋ボールドウィン社製テンシロン引張試験機を用いて
荷重伸長曲線から求めた。 （Ｂ）　複屈折率 干渉顕微鏡（カールツアイス社製）により、繊維軸に平
行方向（ｎｈ　）　と垂直方向（ｎｐ）の屈折率を繊維
の直径を通過する光から求め、複屈折率Δｎ　＝　ｎｈ
　−　ｎｐとした。 （Ｃ）　製糸性 １０００Ｋｇ製糸した際の糸切れ回数で評価した。 ◎：糸切れ回数　　０〜１回の場合 ○：糸切れ回数　　１〜２回の場合 △：糸切れ回数　　３〜５回の場合 ×：糸切れ回数　　６〜　　回の場合 実施例１、比較例１ エチレングリコール７５重量部、テレフタル酸１５０重
量部およびセバシン酸２０重量部（全ジカルボン酸に対
して１０モル％）を共重合成分として用い、通常のエス
テル化反応によって得た低重合体に、着色防止剤として
正リン酸８５％水溶液を０．０３重量部、重縮合触媒と
して三酸化アンチモンを０．０６重量部、調色剤として
酢酸コバルト４水塩を０．０６重量部添加して重縮合反
応を行ない、共重合ポリエステルを得た。このポリマを
２９０℃で溶融し、孔数２４個の口金から吐出した。口
金から吐出した糸条に２５ｍ／分、２５℃の冷却風を１
ｍの長さにわたって当てて、糸条を一旦室温まで冷却し
た後、口金下２ｍに設置された長さ２．０ｍ，内径２０
ｍｍφの加熱筒に糸条を導入した。このとき加熱筒の筒
内壁温度は２００℃に設定した。引き取った糸条が５０
デニール／２４フィラメントの太さになるように吐出量
および引き取り速度を変更して、ポリエステル繊維を得
た。

【００２０】また、上記と全く同じ方法により、エチレ
ングリコール７５重量部とテレフタル酸１６６重量部と
から共重合していないホモポリエステル繊維を作成した
。

【００２１】表１に得られた各繊維の複屈折率（　Δｎ
　）　値、強度、伸度、ヤング率、ホットチューブ入口
糸条速度および製糸性を示した。

【００２２】

【表１】

【００２３】表１から明らかなように、共重合成分を添
加していない比較例１は、引き取り速度５５００ｍ／分
以上でΔｎ　が０．１３を大きく下回り、従来の延伸糸
並の強度と伸度に達せず、また製糸性も不良であるのに
対し、本発明の共重合ポリエステルである実施例１で得
られた高速紡糸繊維は、引き取り速度６２００ｍ／分以
上であってもΔｎ　≧０．１３で、強度・伸度ともに実
用上十分な繊維物性を示し、製糸性も良好である。

【００２４】実施例２，３　　比較例２，３エチレング
リコール７５重量部、テレフタル酸１５０重量部および
表２、表３に示す、脂肪族ジカルボン酸（全ジカルボン
酸に対して１０モル％）またはイソフタル酸１０％を共
重合成分として用い、通常のエステル化反応によって得
た低重合体に、実施例１と同様な方法で引き取り速度を
変更して溶融紡糸し、５０デニール／２４フィラメント
のポリエステル繊維を得た。実施例２、３と比較例２、
３のポリエステルのΔｎ、強度、伸度、製糸性を表２、
表３に示した。

【００２５】

【表２】

【００２６】

【表３】

【００２７】炭素数８未満の脂肪族ジカルボン酸である
アジピン酸（Ｃ＝　６）やイソフタル酸を共重合したポ
リマーでは引き取り速度５５００ｍ／分または６０００
ｍ／分を越えるとΔｎの値が低下し、伸度が大きく増加
して、超高速紡糸の糸物性になっているが、炭素数８以
上の脂肪族ジカルボン酸であるエイコサン二酸（Ｃ＝２
０）、ダイマー酸（Ｃ＝３６）を共重合成分として用い
たものは引き取り速度６０００ｍ／分以上ではΔｎ　≧
０．１３となっており、強度、伸度特性とも従来の延伸
糸並みの実用上十分な繊維であることがわかる。

【００２８】実施例４，５　　比較例４，５，６エチレ
ングリコール７５重量部、テレフタル酸１５０重量部お
よびセバシン酸を共重合成分として用い、共重合量を変
更した共重合ポリエステルを実施例１と同様な処理を施
し、同様な方法で引き取り速度を変更して溶融紡糸し、
５０デニール／２４フィラメントのポリエステル繊維を
得た。また、加熱筒を使用しない以外は実施例１と同様
にして、５０デニール／２４フィラメントのポリエステ
ル繊維を得た。実施例４、５と比較例４、５、６のポリ
エステルのΔｎ、強度、伸度、製糸性を表４、表５、表
６に示した。

【００２９】

【表４】

【００３０】

【表５】

【００３１】

【表６】

【００３２】セバシン酸の共重合量が２モル％未満であ
る比較例４の場合は引き取り速度６０００ｍ／分以上で
Δｎの値が低下し、セバシン酸を共重合したことによる
改善効果がほとんど出ておらず、また高速ほど製糸性が
低下している。一方、セバシン酸の共重合量が２０モル
％以上である場合には伸度が大きく、強度が向上してお
らず、また、耐熱性不良のため製糸性が悪く、実用には
適さない。また、ホットチューブを使用しない場合は高
伸度、低強度の典型的な超高速紡糸の繊維物性となって
いるほかに、セバシン酸を共重合したことによってこの
傾向がより顕著になっている。

【００３３】

【発明の効果】本発明の方法によれば、ホットチューブ
紡糸法において従来の引き取り速度を越えた高速製糸方
法を採用しても、製品特性を悪化させることなく、強伸
度特性が優れ、かつ耐熱性や製糸性に優れたポリエステ
ル繊維を提供できるので、ポリエステル繊維の生産性を
著しく向上できる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　炭素数８以上の脂肪族ジカルボン酸を
   全ジカルボン酸に対して２〜２０モル％共重合したポリ
   エチレンテレフタレートを紡糸口金から溶融紡糸し、ガ
   ラス転移温度以下まで一旦冷却した後、加熱帯域中に該
   糸条を走行せしめ、該糸条をガラス転移温度以上融点以
   下に再加熱して延伸熱処理せしめ、引き取り速度６２０
   ０ｍ／分以上の第１引き取りロールで引き取ることを特
   徴とするポリエステル繊維の製造方法。