JP4457839B2

JP4457839B2 - 熱融着性繊維

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Publication number: JP4457839B2
Application number: JP2004293487A
Authority: JP
Inventors: 晃一郎前田; 広介関口; 武司杉本
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2004-10-06
Filing date: 2004-10-06
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2024-10-06
Also published as: JP2006104618A

Description

本発明は、熱融着性繊維およびこれを用いてなるクッション材に関するものである。さらに詳しくは、本発明は、車輌用などの比較的高い温度環境下に晒される機会の多い用途に対し、特に耐熱性を有するクッション材などに好適に用いられる熱融着性繊維およびクッション材に関するものである。

合成繊維、特にポリエステル繊維は、その優れた寸法安定性、耐候性、機械的特性および耐久性、さらにはリサイクル性等々の点から、衣料や産業資材などの用途において不可欠なものとなっており、不織布の分野においても広く使用されている。ルーフィング基材、自動車天井材および緩衝材等に用いられる繊維クッション材として使用される不織布繊維構造体においては、該不織布繊維構造体の構成繊維（以下、母材繊維という）相互間を接着する目的で、熱接着性繊維が広く使用されている。

繊維クッション材の母材繊維としては、比較的安価で優れたポリエステル繊維が多く使用されており、該母材繊維を接着する熱融着性繊維もリサイクルの容易性から、ポリエステル系素材を用いたものが多く使用されている。例えば、芯成分がポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴという）であり、鞘成分がイソフタル酸（以下、ＩＰＡという）成分を共重合した低融点の共重合ＰＥＴとする芯鞘型のポリエステル系の熱融着性繊維では、該熱融着性繊維を接着する温度に合わせて、低融点の共重合ＰＥＴにおけるＩＰＡ成分の共重合率を設計する。

一般にＰＥＴに対してＩＰＡの共重合率が多くなると、該共重合ＰＥＴの示差走査熱量計（以下、ＤＳＣという）で測定される融解温度は低下する。融解温度とはこの場合、ＤＳＣで測定される吸熱ピークに該当する温度をいう。例えば、共重合成分を含有しないホモＰＥＴの融解温度をＤＳＣで測定すると２５０〜２６０℃の範囲に吸熱ピークが確認されるが、ＩＰＡ２０モル％共重合ＰＥＴでは該吸熱ピークは２１０℃程度まで低下するとともに、吸熱ピークが観測される範囲が広くなる傾向にある。更に、ＩＰＡ４０モル％共重合ＰＥＴでは、融解温度は１１０℃程度まで低下するが、融解する温度領域が広くなりすぎるとともに、融解温度の際の吸熱量が低下し、融解ピークが観測できなくなる。この場合、ＤＳＣでは融解温度の測定が不可能となるので、融解温度は融点顕微鏡などで測定する。

一方、例えばポリエステル繊維を母材繊維としたクッション材を熱融着性繊維とともに熱処理する場合、母材繊維の耐熱性を考慮して、通常は２２０℃以下の熱接着温度で熱処理される。このような熱接着温度に対応すべく、ＩＰＡ４０モル％共重合ＰＥＴを熱融着成分とすることで融解温度を１１０℃程度にまで低下させて使用する方法がとられている（特許文献１、特許文献２および特許文献３参照）。しかしながら、ＩＰＡを４０モル％共重合させると融解温度は低下するが、該融解温度も広くなり、融解開始温度も大幅に低下し、７０℃近辺から徐々に融解を開始する。このように、ポリエステル熱融着性繊維は、実用的な接着温度で接着を可能とするとともに、一般的にＩＰＡを３０〜５０モル％共重合した共重合ＰＥＴが広く使用されている。しかしながら、該熱融着成分である共重合ＰＥＴの融解開始温度も７０〜８０℃に低下しているために、熱接着されたクッション材を９０〜１００℃の環境に晒すと、接着点の一部が再融解し、接着点が外れてクッション材が変形するなどの欠点を有している。従って例えば、自動車天井材用途などのように、９０〜１００℃の環境下に晒される用途では、ＩＰＡ共重合ＰＥＴで構成されるポリエステル熱融着性繊維は、クッション材の耐熱性の面で使用できなかった。

上記課題の耐熱性を改善すべく、特殊共重合ポリエステルが提案されているが、いずれも特殊な成分を共重合成分に用いる必要があり、原材料コストやポリマーの複雑な製造工程を要し、製造コストが高くなるという問題点がある（特許文献４および特許文献５参照）。
特開昭５８−４１９１２号公報特開平２−１３９４６６号公報特開平６−２８０１４７号公報特開平７−１１９０１１号公報特開２０００−１６０４３０号公報

本発明の目的は、上述した従来技術では達成成しえなかった耐熱性を有するクッション材に好適に用いられる熱融着性繊維とその熱融着性繊維を用いたクッション材を提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明は、次の構成を有するものである。
すなわち、本発明の熱融着性繊維は、複数のポリマ成分からなる複合繊維であって、少なくとも一部が繊維表面に露出しているポリマ成分が、全酸成分のうち、テレフタル酸及び／又はその誘導体が７５〜６０モル％、他の芳香族ジカルボン酸成分が５モル％以上で構成され、グリコール成分がブチレングリコールのみからなり、融解温度が１４０〜１９０℃であるポリブチレンテレフタレート系共重合ポリエステルのみからなることを特徴とする熱融着性繊維である。
その好ましい態様のひとつは、前記繊維が芯鞘型複合繊維であり、鞘成分が前記ポリブチレンテレフタレート系共重合ポリエステルのみからなることである。

また、本発明の熱融着性繊維は、全酸成分のうち、テレフタル酸及び／又はその誘導体が７５〜６０モル％、他の芳香族ジカルボン酸成分が５モル％以上で構成され、グリコール成分がブチレングリコールのみからなり、融解温度が１４０〜１９０℃であるポリブチレンテレフタレート系共重合ポリエステルのみからなることを特徴とする熱融着性繊維である。

その熱融着繊維は、繊維長３〜１００ｍｍの短繊維であることが好ましい。

また、本発明のクッション材は、母材繊維が前記の本発明にかかる熱融着性繊維により接着されているクッション材である。

本発明によれば、車輌用などの比較的高い温度環境下に晒される機会の多い用途、特に優れた耐熱性を有するクッション材や固綿などに適用される熱接着性繊維が得られる。また、本発明によれば、熱接着性繊維を母材繊維に適用して、母材繊維の接点が剥がれにくく、かつヘタラない耐熱性に優れたクッション材や固綿等を得ることができる。

以下、本発明の熱融着性繊維について詳細に詳述する。

本発明の熱融着性繊維は、少なくとも一部が繊維表面に露出している熱融着性ポリマ成分が、融解温度が１４０〜１９０℃のポリブチレンテレフタレート系共重合ポリエステルのみからなる熱融着性の複合繊維もしくは単独繊維である。本発明において、融解温度とは、ＤＳＣで測定される融解曲線において、吸熱ピークに該当する温度をいう。また、ＤＳＣで測定される融解曲線において、吸熱ピークが確認できないものは融点顕微鏡で測定した温度をいう。

本発明で用いられる、融解温度が１４０〜１９０℃のポリブチレンテレフタレート系共重合ポリエステルは、主たる構成成分が、ブチレンテレフタレートの繰り返し単位である。一般に改質（共重合）されていないポリブチレンテレフタレート（以下、ＰＢＴという）の融解温度は２３０〜２３５℃であるため、本発明で用いられる融解温度が１４０〜１９０℃のポリブチレンテレフタレートとするには、融解温度を下げなければならない。ＰＢＴの融解温度は、ＰＥＴの場合と同様に第三成分を共重合することで下げることができる。
本発明におけるポリブチレンテレフタレート系共重合ポリエステルは、全酸成分のうちテレフタル酸及び／又はその誘導体が７５〜６０モル％、他の芳香族ジカルボン酸成分が５モル％以上共重合されてなることが必要である。テレフタル酸成分以外の他の芳香族ジカルボン酸成分を共重合することにより、融解温度が下がるとともにガラス転移温度も下がる。ガラス転移温度が下がることにより、ポリマーはソフトな特性を示すこととなる。本発明において他の芳香族ジカルボン酸成分を５モル％以上共重合成分として用いることにより、ガラス転移点の降下を抑制することで、融着した際の接点が硬いものとなり、高温下での接点再溶融による軟化を防ぐ働きをする。他の芳香族ジカルボン酸成分は５モル％以上共重合されていることが必要であるが、特に剛性を必要とする固綿等の用途に用いる際には、全酸成分のうちテレフタル酸及び／又はその誘導体を除く共重合成分の全てに他の芳香族ジカルボン酸成分を使用しても良い。すなわち、全酸成分のうちテレフタル酸及び／又はその誘導体を７５〜６０モル％、他の芳香族ジカルボン酸成分を２５〜４０モル％用いることができる。

テレフタル酸の誘導体としては、テレフタル酸ジメチル、テレフタル酸ジエチル、テレフタル酸メチルエチルエステル等が挙げられる。

他の芳香族ジカルボン酸成分としては、イソフタル酸（以下、ＩＰＡ）やフタル酸などを用いることができるが、製造コスト面およびポリマーの耐熱性の面を考慮するとＩＰＡを共重合成分とすることが好ましい。

また、本発明で用いられるポリブチレンテレフタレート系共重合ポリエステルを構成するためのグリコール成分は、ブチレングリコールである。

その他の共重合成分としては、本発明の性能を損なわない範囲であれば、アジピン酸およびセバシン酸などの二官能性カルボン酸を用いても良い。

本発明に係る熱融着性繊維は、全酸成分のうち、テレフタル酸及び／又はその誘導体が７５〜６０モル％、それ以外の他の芳香族ジカルボン酸成分が５モル％以上で構成され、グリコール成分がブチレングリコールのみであり、融解温度が１４０〜１９０℃であるポリブチレンテレフタレート系共重合ポリエステルを、単独で溶融紡糸するか、あるいは他ポリマーと複合して溶融紡糸し、延伸し、必要に応じ所定長に切断することにより製造することができる。

本発明で用いられる熱融着性繊維は、上記のポリブチレンテレフタレート系共重合ポリエステルのみからなる熱融着ポリマ成分が少なくとも一部繊維表面に露出していることが重要である。繊維表面にクッション材の強度特性の点からを露出させるには、単独で溶融紡糸するか、他のポリマーと複合して溶融紡糸する。好適な形態の一つとして、同心または偏芯の芯鞘型、サイドバイサイド型、海島型などの複合繊維とすることが出来る。同心の芯鞘型にすると製糸性が良く、偏芯型にすると潜在捲縮性となるので、用途に応じて適切な複合形態を選択することができる。

芯鞘型形態とする場合には、クッション材の強度特性の点から、該熱融着ポリマ成分としてのポリブチレンテレフタレート系共重合ポリエステルのみを鞘成分として用い、芯成分には融解温度が２２０℃以上のポリエステル等の他のポリマーを用いることが好ましい。芯成分のポリエステルとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレートおよびポリブチレンテレフタレートが好ましく用いられる。また、資源の再利用、環境保護の視点から、芯成分には再生ポリエステルを用いることが出来る。更に、芯成分は、本発明の効果が損なわれない範囲で、２種類以上のポリマーが混合されていても良く、芯成分をバイメタル複合形態としても良い。また、芯成分には、二酸化チタンなどの艶消し材や滑剤などの添加剤を添加しても良い。芯鞘の複合比率は、製糸性の面から、２０／８０〜８０／２０が好ましく、接着性および高次加工性の面から、芯鞘の複合比率は、より好ましくは４０／６０〜６０／４０である。

本発明の熱接着性繊維の横断面の形状は、円形であっても、異形であっても良い。本発明の熱接着性繊維は紡糸を行った後、延伸することなく用いてもよく、あるいは延伸して用いてもよく、所望に応じたけん縮を付与してもよい。また、本発明の熱接着性繊維は、長繊維のまま用いることができるが、所望の繊維長に切断して短繊維として用いることができる。

繊維長は、３ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。繊維長が３ｍｍ未満では、ベース綿との間を架橋する割合が少なくなり、構造体としての剛性に劣るものとなる。また、繊維長が１００ｍｍを越える範囲になると、カーディング性等悪化し、製品加工での不具合が生じたりする。製品加工時のカーディング性と不織布の地合を良くするという点から、繊維長は、２０〜７０ｍｍの範囲であることが好ましい。

本発明の熱接着性繊維を用いてクッション材となしたときの、母材繊維の接点数による強度特性へ与える影響を鑑み、熱接着性繊維の単繊維繊度は５０ｄｔｅｘ以下が好ましく、ベースとなる母材繊維との混綿性や高次加工性を考慮すると、より好ましくは１０ｄｔｅｘ以下である。

また、単繊維繊度が０．５ｄ以下の範囲になると、溶融後の接点自体が小さくなるため、目標とする剛性が劣るものとなり、好ましくない。単繊維繊度は、接点の十分な剛性を得るという面から、２ｄｔｅｘ以上であることが好ましい。

本発明にかかるクッション材は、本発明の上述した熱接着性繊維により母材繊維が接着されて構成されてなるものである。該クッション材に含まれる熱接着性繊維の重量比率は、用途によって選択することができ、また本発明の効果が損なわれない範囲であれば、本発明の熱接着繊維以外の熱接着繊維と併用してもよい。

本発明のクッション材は、本発明の熱接着性繊維からなる短繊維を、通常のポリエステル繊維等の短繊維（母材繊維）と混綿し、カード機あるいはエアレイ装置にかけ、不織ウェッブとした後、必要に応じて、ニードルパンチや水流絡合を施した後、所定の温度にて熱処理を施し、熱融着性繊維を溶融し接着させることによって得ることができる。

熱処理温度については、接着成分の冷却固化後の結晶性を向上する、すなわち高温雰囲気下での接点を保持するという点から、融解温度＋１０〜３０℃程度の処理温度が好ましい。

本発明のクッション材に用いられる母材繊維は、コストとリサイクル性の面でポリエステル繊維が好ましく用いられる。母材繊維は用途によっても相違するが、一般的には、例えば、クッション材や嵩高が要求されるものであれば、６〜３０ｄｔｅｘのポリエステル繊維が用いられ、あるいはソフトな風合いが要求されるものであれば、１〜６ｄｔｅｘのポリエステル繊維が母材繊維として用いられる。また、資源の再利用や環境保護の視点から再生ポリエステル繊維を母材繊維として用いてもよい。さらに２種類以上の母材繊維を用いてもよい。これらの母材繊維は、母材の剛性と接着程度のバランスから、母材繊維／熱接着性繊維の混合比が２０／８０〜８０／２０重量％の範囲で混合されることが好ましい。

以下、本発明の熱接着性繊維について実施例を用いて詳細を説明する。本発明で定義する各特性値は、以下の方法で求めたものである。

（１）融解温度
Ａ．示差走査型熱量計（ＤＳＣ）で窒素気流下、１０℃／分の昇温速度で測定した。
Ｂ．上記のＤＳＣで融解温度が確認出来ないものは融点顕微鏡を用い、１０℃／分の昇温速度下で、融解開始温度と融解完了温度を観測し、下式で求めた。
融解温度（℃）＝（融解開始温度＋融解完了温度）／２
（２）耐熱ヘタリ性評価
適宜条件にて作成したクッション材から、１３０ｍｍ×２５ｍｍ×１０ｍｍの形状に切り出して得られたサンプルの縦方向（１３０ｍｍ）の一端から２０ｍｍの領域を台上に固定し、残りの１１０ｍｍを台から突出させた。次いで、この状態を維持したまま、９０℃の温度に設定した恒温槽に８時間放置し、直方体の台から突出した部分の先端における垂れ下がり量（ｍｍ）を測定した。判定は次のとおりである。垂れ下がり量が１２ｍｍ以下のものは耐熱性に優れていると評価できる。
◎；非常に良好（垂れ下がり量９ｍｍ以下）
○；良好（垂れ下がり量が９ｍｍより大きく１２ｍｍ以下）
×；不良（垂れ下がり量１２ｍｍより大きい）。

（３）単繊維繊度
ＪＩＳＬ−１０１５（１９９９）−８−５−１に示される方法により単繊維繊度の測定を行った。

（４）固有粘度
ｏ−クロロフェノール溶液中、２５℃で測定した溶液粘度から算出した。

（実施例１）
酸成分としてテレフタル酸ジメチル６５ｍｏｌ％とイソフタル酸３５ｍｏｌ％を用い、グリコール成分としてブチレングリコール１００ｍｏｌ％を用いてエステル交換反応させ、次いで重縮合反応させ得られた固有粘度［η］が０．６２である共重合ポリエステル（Ａ成分、融点１６０℃）と、別に用意した固有粘度［η］が０．６４でかつ融点が２６０℃のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ、Ｂ成分）とを、紡糸温度２８０℃で紡糸口金から吐出させ、引取速度１５００ｍ／分にて、複合溶融紡糸し、芯成分がＢ成分からなり、かつ鞘成分がＡ成分からなる、芯鞘の複合比率が５０：５０の芯鞘型複合未延伸糸を得た。

次いで、得られた芯鞘複合未延伸糸を、８０℃の温度の温水中で３倍に延伸して４．４ｄｔｅｘの延伸糸とし、油剤（アニオン系界面活性剤）を油剤有効成分が繊維重量比率０．１５ｗｔ％付着するように付与した後、クリンプ処理（捲縮数：１０山／２５ｍｍ）を施し、次いで、繊維長３８ｍｍに切断し短繊維形状の熱融着性繊維を得た。

得られた熱融着性繊維７０重量％と、別に開繊機で開繊して得られた繊維長３８ｍｍ、繊度１４．４ｄｔｅｘのポリエチレンテレフタレート繊維３０重量％を混綿し、カード機で厚みが３０ｍｍで目付が８００ｇ／ｍ^２のウェッブとなし、このウェッブを表面温度が１８０℃となった鉄板間に挟み、厚み１０ｍｍまで圧縮して熱風乾燥機内で１８０℃の温度で２分間熱処理し不織布を得た。次いで、得られた不織布を、表面温度が２２０℃となった鉄板間に挟み、厚み１０ｍｍまで圧縮して熱風乾燥機内にて２２０℃の温度で３分間熱処理しクッション材を得た。得られたクッション材の耐熱ヘタリ性を表１に示す。耐熱性は、７ｍｍと非常に良好な特性を示した。

（実施例２）
実施例１と同様の製法によって、固有粘度［η］が０．６２の共重合ポリエステル（Ａ成分、融点１６０℃）を得た。この共重合ポリエステルを用いて、紡糸温度２８０℃で紡糸口金から吐出させ、引取速度１５００ｍ／分で、溶融紡糸し未延伸糸を得た。

次いで、得られた未延伸糸を８０℃の温度の温水中で３倍に延伸し、４．４ｄｔｅｘの延伸糸とし、油剤（アニオン系界面活性剤）を油剤有効成分が繊維重量比率０．１５ｗｔ％付与した後、クリンプ処理（捲縮数：１０山／２５ｍｍ）を施し、次いで、繊維長３８ｍｍに切断し短繊維形状の熱融着性繊維を得た。

得られた熱融着性繊維７０重量％と、別に開繊機で開繊して得られた繊維長３８ｍｍ、繊度１４．４ｄｔｅｘのポリエチレンテレフタレート繊維３０重量％を混綿し、カード機でウェッブを積層し、厚みが３０ｍｍで目付が８００ｇ／ｍ^２のウェッブとなし、このウェッブを表面温度が１８０℃となった鉄板間に挟み、厚み１０ｍｍまで圧縮して熱風乾燥機内にて１８０℃の温度で２分間熱処理し不織布を得した。次いで、得られた不織布を、表面温度が２２０℃となった鉄板間に挟み、厚み１０ｍｍまで圧縮して熱風乾燥機内にて２２０℃の温度で３分間熱処理しクッション材を得た。得られたクッション材の耐熱ヘタリ性を表１に示す。耐熱性は、９ｍｍと非常に良好な特性を示した。

（実施例３）
酸成分としてテレフタル酸ジメチル６５ｍｏｌ％とフタル酸３５ｍｏｌ％を用い、グリコール成分としてブチレングリコール１００ｍｏｌ％を用いてエステル交換反応させ、次いで重縮合反応させ固有粘度［η］が０．６５である共重合ポリエステル（融点１６０℃）を得た。得られた共重合ポリエステルをＡ成分として使用したこと以外は、実施例１と同様の方法で、芯鞘型複合繊維を得、次いで、実施例１同様の方法にてクッション材を得た。得られたクッション材の耐熱ヘタリ性を表１に示す。耐熱性は、１０ｍｍと良好な特性を示した。

（比較例１）
酸成分としてテレフタル酸ジメチル１００ｍｏｌ％を用い、グリコール成分としてブチレングリコールを３３ｍｏｌ％とエチレングリコール６７ｍｏｌ％を用いてエステル交換反応させ、次いで重縮合反応させ固有粘度［η］が０．６６の共重合ポリエステル（融点１７８℃）を得た。得られた共重合ポリエステルをＡ成分の代わりに使用したこと以外は、実施例１と同様の方法で、芯鞘型複合繊維を得、次いで、実施例１同様の方法でクッション材を得た。得られたクッション材の耐熱ヘタリ性を表１に示す。耐熱性は、１５ｍｍと垂れ下がり量が大きく、耐熱性に劣るものとなった。

（比較例２）
酸成分としてテレフタル酸ジメチル６０ｍｏｌ％とイソフタル酸４０ｍｏｌ％を用い、グリコール成分としてエチレングリコール１００ｍｏｌ％を用いてエステル交換反応させ、次いで重縮合反応させ固有粘度［η］が０．６０の共重合ポリエステル（融点１１０℃）を得た。得られた共重合ポリエステルをＡ成分の代わりに使用したこと以外は、実施例１と同様の方法で芯鞘型複合繊維を得、次いで、実施例１同様の方法でクッション材を得た。得られたクッション材の耐熱ヘタリ性を表１に示す。耐熱性は、２７ｍｍと極めて垂れ下がり量が大きく、耐熱性に劣るものとなった。

（比較例３）
酸成分としてテレフタル酸ジメチル６０ｍｏｌ％とイソフタル酸４０ｍｏｌ％を用い、グリコール成分としてエチレングリコール１００ｍｏｌ％を用いてエステル交換反応させ、次いで重縮合反応させ固有粘度［η］が０．６０である共重合ポリエステル（融点１１０℃）を得た。得られた共重合ポリエステルをＡ成分の代わりに使用したこと以外は、実施例２と同様の方法にて、繊維を得、次いで、実施例１同様の方法にてクッション材を得た。得られたクッション材の耐熱ヘタリ性を表１に示す。耐熱性は３０ｍｍと極めて垂れ下がり量が大きく、耐熱性に劣るものとなった。

本発明によって、優れた耐熱性を有するクッション材や固綿などを得ることが出来る熱接着性繊維と、それを用いてなるクッション材や固綿などを得ることが出来、産業上有用である。

Claims

複数のポリマ成分からなる複合繊維であって、少なくとも一部が繊維表面に露出しているポリマ成分が、全酸成分のうち、テレフタル酸及び／又はその誘導体が７５〜６０モル％、他の芳香族ジカルボン酸成分が５モル％以上で構成され、グリコール成分がブチレングリコールのみからなり、融解温度が１４０〜１９０℃であるポリブチレンテレフタレート系共重合ポリエステルのみからなることを特徴とする熱融着性繊維。
繊維が芯鞘型複合繊維であり、鞘成分が前記ポリブチレンテレフタレート系共重合ポリエステルのみからなる請求項１記載の熱融着性繊維。
全酸成分のうち、テレフタル酸及び／又はその誘導体が７５〜６０モル％、他の芳香族ジカルボン酸成分が５モル％以上で構成され、グリコール成分がブチレングリコールのみからなり、融解温度が１４０〜１９０℃であるポリブチレンテレフタレート系共重合ポリエステルのみからなることを特徴とする熱融着性繊維。
繊維が繊維長３〜１００ｍｍの短繊維である請求項１〜３のいずれかに記載の熱融着性繊維。
母材繊維が、請求項１〜４のいずれかに記載の熱融着繊維により接着されていることを特徴とするクッション材。