JP4803192B2 - 低収縮脂肪族ポリエステル繊維およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は低収縮で熱的に安定した脂肪族ポリエステル繊維およびその製造方法に関する。さらに詳しくは布帛構造を形成した場合の繊維の収縮率が低いために、布帛の熱収縮がきわめて小さく、そのため高次加工の工程通過性に優れた脂肪族ポリエステル繊維およびその製造方法に関する。

脂肪族ポリエステル繊維は生分解性を有することなどから近年注目を集め、衣料用繊維用途にも多く用いられるようになってきている。これらの脂肪族ポリエステル繊維には、特許文献１に見られるようなポリεカプロラクトン繊維や特許文献２に見られるようなポリブチレンサクシネート繊維が知られている。しかし、ポリカプロラクトン繊維は融点が６０℃程度と低いために染色工程を経ることができず、衣料用繊維としては満足のいくものではなかった。また、ポリブチレンサクシネート繊維も融点が１１０℃程度と低く、１００℃熱水中における収縮率が極めて大きいため、布帛の高次加工における工程通過性に難のあるものであった。
特開平５−５９６１１号公報 特開平９−７４９６１号公報

本発明の課題は、上記の問題点を克服し、熱水中における収縮率、特に布帛構造としてみた収縮率が小さい脂肪族ポリエステル繊維およびその製造方法を提供することにある。

上述した本発明の課題は、収縮応力の最大値が０〜０．２ｃＮ／ｄｔｅｘであり、無荷重下における沸騰水収縮率Ｓ₀ と０．０１ｃＮ／ｄｔｅｘ荷重下における沸騰水収縮率Ｓ_１が下記式１および式２の関係を満足していることを特徴とする脂肪族ポリエステル繊維によって解決が可能である。
Ｓ_１ ≦５ ・・・（式１）
Ｓ_１ ≦Ｓ₀ ×０．８・・・（式２）
またこの場合、脂肪族ポリエステルが実質的にＬ−乳酸および／またはＤ−乳酸を主たる繰り返し単位とするポリ乳酸であり、該ポリ乳酸のＬ−乳酸あるいはＤ−乳酸の比率が９５モル％以上であることが好ましい。

これらの特性を有する低収縮脂肪族ポリエステル繊維を得るためには、加熱された回転ローラーに走行糸条を接触させて熱セットを行う脂肪族ポリエステル繊維の製造方法において、前記回転ローラーの温度を１００〜１５０℃とし、かつ該回転ローラーを離れた走行糸条の張力を０．２ｃＮ／ｄｔｅｘ以下とすることを特徴とする脂肪族ポリエステル繊維の製造方法を採用することができる。

また、加熱された熱板に走行糸条を接触させて熱セットを行う脂肪族ポリエステル繊維の製造方法において、前記熱板の温度を１１０〜１６０℃とし、かつ該熱板を離れた走行糸条の張力を０．２ｃＮ／ｄｔｅｘ以下とすることを特徴とする脂肪族ポリエステル繊維の製造方法を用いることができる。

これらの製造方法を採用する際にも、脂肪族ポリエステルが、実質的にＬ−乳酸および／またはＤ−乳酸を主たる繰り返し単位とするポリ乳酸であり、該ポリ乳酸のＬ−乳酸あるいはＤ−乳酸の比率が９５モル％以上であることが好ましく採用できる。

本発明の繊維は収縮率および収縮応力が共に低いため、布帛構造としてみた収縮率が小さい。そのため、精練や染色などの熱水処理によっても布帛はほとんど収縮することが無く、ソフトな風合いの維持が可能であり、また幅入りが抑制されるため、低目付化が可能である。

布帛構造中の繊維は隣接の繊維によって拘束され、自由な収縮が困難な状態におかれる。しかし、収縮応力が０．２ｃＮ／ｄｔｅｘよりも高い場合には、布帛構造中の繊維の収縮の力が、隣接の繊維による拘束力に打ち勝って自由に収縮することが可能となり、低収縮の効果が得られない。本発明の脂肪族ポリエステル繊維は、収縮応力の最大値が０〜０．２ｃＮ／ｄｔｅｘである。低い収縮特性を得るためには、収縮応力は好ましくは０〜０．１ｃＮ／ｄｔｅｘであることがよい。

また、本発明の脂肪族ポリエステル繊維は無荷重下における沸騰水収縮率Ｓ₀と０．０１ｃＮ／ｄｔｅｘ荷重下における沸騰水収縮率Ｓ_１が下記式１および式２の関係を満足していることが重要である。
Ｓ_１ ≦５ ・・・（式１）
Ｓ_１ ≦Ｓ₀ ×０．８・・・（式２）
０．０１ｃＮ／ｄｔｅｘ荷重下の沸騰水収縮率Ｓ_１ は繊維が織物や編物などの布帛構造として存在する場合の沸騰水中における繊維の収縮率に相当する。このＳ_１ は５％以下であるものであり、３％以下であることがより好ましい。

本発明の脂肪族ポリエステルは十分に収縮応力が小さいので、０．０１ｃＮ／ｄｔｅｘ荷重下の沸騰水収縮率Ｓ_１は、無荷重下における繊維の収縮率Ｓ₀ よりも小さな値となる。Ｓ_１ はＳ₀×０．８以下であり、より低い収縮特性をためには、Ｓ_１は好ましくはＳ₀ ×０．５以下であることがよい。

本発明の繊維は脂肪族ポリエステルよりなるが、脂肪族ポリエステルとしては、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ−３−ヒドロキシプロピオネート、ポリ−３−ヒドロキシブチレート、ポリ−３−ヒドロキシブチレートバリレートなどのポリオキシ酸類、脂肪族ジカルボン酸と脂肪族ジオールの重縮合物類、ポリピバロラクトンなどの脂肪族環状エステルを開環重合して得られるポリエステル類、およびこれらのブレンド物、変性物等を例示することができるが、これらに限定されるものではない。中でも高い融点および低収縮率の観点から、実質的にＬ−乳酸および／またはＤ−乳酸を主たる繰り返し単位とするポリ乳酸であることが好ましく、該ポリ乳酸のＬ−乳酸あるいはＤ−乳酸の比率が９５モル％以上であることが好ましく採用できる。

ポリ乳酸の製造方法には、Ｌ−乳酸および／またはＤ−乳酸を原料として一旦環状二量体であるラクチドを生成せしめ、その後開環重合を行う二段階のラクチド法と、Ｌ−乳酸および／またはＤ−乳酸を原料として溶媒中で直接脱水縮合を行う一段階の直接重合法が知られている。本発明で用いるポリ乳酸はいずれの製法によって得られたものであってもよい。

ポリ乳酸の平均重量分子量は、通常少なくとも５万、好ましくは少なくとも１０万、好ましくは１０〜３０万である。平均重量分子量が５万よりも低い場合には繊維の強度物性が低いものしか得られないため好ましくない。

ポリ乳酸の融点は、１００℃以上、好ましくは１４０℃以上、最も好ましくは１６０℃以上である。融点が１００℃に満たない場合には、単糸間の融着の発生による延伸性不良や、染色加工時、熱セット時、摩擦加熱時に溶融欠点が生じるなど、製品の品位が著しく低いものとなるため、水着用途に用いることができない。ここで融点とはＤＳＣ測定によって得られた１ｓｔラン溶融ピークのピーク温度を意味する。

また、本発明におけるポリ乳酸は、Ｌ−乳酸、Ｄ−乳酸の他にエステル形成能を有するその他の成分を共重合した共重合ポリ乳酸であってもよい。共重合可能な成分としては、グリコール酸、３−ヒドロキシ酪酸、４−ヒドロキシ酪酸、４−ヒドロキシ吉草酸、６−ヒドロキシカプロン酸などのヒドロキシカルボン酸類の他、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール等の分子内に複数の水酸基を含有する化合物類またはそれらの誘導体、アジピン酸、セバシン酸、フマル酸など分子内に複数のカルボン酸基を含有する化合物類またはそれらの誘導体が挙げられる。

また、溶融粘度を低減させるため、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネートのような脂肪族ポリエステルポリマーを内部可塑剤として、あるいは外部可塑剤として用いることができる。さらには、艶消し剤、消臭剤、難燃剤、糸摩擦低減剤、抗酸化剤、着色顔料などとして無機微粒子や有機化合物を必要に応じて添加することができる。

ただし、低い収縮率を維持するためには、Ｌ−乳酸あるいはＤ−乳酸のいずれかが脂肪族ポリエステルポリマー中の９５モル％を占めることが好ましい。

また、本発明における脂肪族ポリエステル繊維は、繊維の強度が２ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが望ましい。強度が２ｃＮ／ｄｔｅｘに満たない場合には、製編織時の糸切れ停台が発生したり、布帛、編地の強力低下による製品強度の低下を招くため好ましくない。より、好ましくは３ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、最も好ましくは４ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である。

本発明の脂肪族ポリエステル繊維は、例えば加熱された回転ローラーに走行糸条を接触させて熱セットを行う脂肪族ポリエステル繊維の製造方法において、前記回転ローラーの温度を１００〜１５０℃とし、かつ該回転ローラーを離れた走行糸条の張力を０．２ｃＮ／ｄｔｅｘ以下とすることを特徴とする脂肪族ポリエステル繊維の製造方法によって製造することができる。温度が１００℃に満たない場合には、収縮率が高すぎることがあるため好ましくない。加熱された回転ローラーの温度が高いほど繊維の収縮率Ｓ₀ を低くすることができるが、１５０℃を超える温度では繊維の融着が発生することがあるため、好ましくない。加熱された回転ローラーの温度は、より好ましくは１１０〜１３０℃である。

回転ローラーへの走行糸条の接触方法は、ローラーの周の一部に繊維が接触するようにしてもよいし、あるいは、加熱された回転ローラーと軸をずらしたセパレートローラーを併用して複数回周回させてもよい。加熱された回転ローラーは鏡面であってもよいし、鏡面より表面が粗い梨地ローラーであってもよい。

また、加熱ローラーに接触した後の走行糸条の張力は０．２ｃＮ／ｄｔｅｘ以下であることが好ましい。張力が高すぎる場合には収縮応力が高くなる傾向にあるため、本発明の低収縮の効果を減ずる方向となる。

図１は本発明の脂肪族ポリエステル繊維の製造方法の一例を示す工程図である。図１において、走行糸条はフィードローラー３により一定速度で供給され予熱ローラー４によって予熱された後、加熱された回転ローラーである熱セット手段１との間の延伸ゾーン５で延伸される。加熱された回転ローラーである熱セット手段１を離れた走行糸条は、次のローラーとの間である張力測定場所２において張力を測定されるが、この値が０．２ｃＮ／ｄｔｅｘ以下であることが好ましい。

図２は本発明の脂肪族ポリエステル繊維の製造方法の他の一例を示す工程図である。図
３において、走行糸条は予熱ローラー４によって引き取られ、加熱された回転ローラーで
ある熱セット手段１との間で延伸される。加熱された回転ローラーである熱セット手段１
を離れた走行糸条はワインダーとの間である張力測定場所である２において張力を測定さ
れるが、この値が０．２ｃＮ／ｄｔｅｘ以下であることが好ましい。

これらの製造方法を採用する際にも、脂肪族ポリエステルが、実質的にＬ−乳酸および／またはＤ−乳酸を主たる繰り返し単位とするポリ乳酸であり、該ポリ乳酸のＬ−乳酸あるいはＤ−乳酸の比率が９５モル％以上であることは好ましく採用できる。

以下、実施例によって本発明をより詳細に説明する。なお、実施例中の各特性値は次の方法で求めた。

Ａ．収縮応力
２０ｃｍの試料をループにして１０ｃｍとし、初荷重０．０３ｃＮ／ｄｔｅｘ、昇温速度１５０℃／分の条件で、カネボウエンジニアリング製熱応力測定機ＴＹＰＥＫＥ−２Ｓを用いて室温から２００℃まで昇温した熱収縮応力曲線を得る。このときの最大収縮応力（ｃＮ／ｄｔｅｘ）を読みとり、繊維の収縮応力（ｃＮ／ｄｔｅｘ）とした。

Ｂ．強度
オリエンテック社製引張試験機（テンシロンＵＣＴ−１００型）を用いて、試料長２０ｃｍ、引張速度２０ｃｍ／分の条件で引張試験を行い、破断点の応力を繊維の強度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）とした。

Ｃ．無荷重下における沸騰水収縮率（Ｓ₀ ）
試料を１０回巻きの綛取りにし、０．１ｃＮ／ｄｔｅｘの荷重下で原長Ｌ0 を測定する。荷重を取り外して無荷重にした後、１００℃に調温された沸水バスの中で試料の綛を１５分間処理して取り出す。これを風乾した後、０．１ｃＮ／ｄｔｅｘの荷重下で処理後長Ｌ1 を測定する。次式によって得られる値を無荷重下における沸騰水収縮率とした。
Ｓ₀ （％）＝｛（Ｌ0 −Ｌ1 ）／Ｌ0 ｝×１００

Ｄ．０．０１ｃＮ／ｄｔｅｘ荷重下における沸騰水収縮率（Ｓ_１）
試料を１０回巻きの綛取りにし、０．１ｃＮ／ｄｔｅｘの荷重下で原長Ｌ0 を測定する。荷重を取り外した後、０．０１ｃＮ／ｄｔｅｘとなるように荷重を取り付け、１００℃に調温された沸水バスの中で試料の綛を１５分間処理して取り出す。荷重を外してこれを風乾した後、０．１ｃＮ／ｄｔｅｘの荷重下で処理後長Ｌ1 を測定する。次式によって得られる値を無荷重下における沸騰水収縮率とした。
Ｓ_１ （％）＝｛（Ｌ0 −Ｌ1 ）／Ｌ0 ｝×１００

Ｅ．布帛の収縮率
測定する繊維を用いてタテ糸密度１００本／ｃｍ、ヨコ糸密度１００本／ｃｍの平織物（タフタ）を作製する。該織物のヨコ糸方向に１０ｃｍの線を引き、両端にマーカーにて印を付けた後、１００℃×１ｈｒの熱水処理を行う。風乾後、マーカー間の距離Ｌ1 （ｃｍ）を測定して、次式によって得られる値を布帛の収縮率とした。
布帛収縮率（％）＝｛（１０−Ｌ1 ）／１０｝×１００

Ｆ．走行糸条の張力
走行中の繊維の張力（ｃＮ）を３点式張力計を用いて測定し、測定個所の繊維の繊度（ｄｔｅｘ）で除した値を走行糸条の張力（ｃＮ／ｄｔｅｘ）とした。

実施例１
融点が１６８℃、重量平均分子量１２万、Ｌ体比率が９８モル％であるポリＬ乳酸のチップを、１０５℃に設定した真空乾燥器で１２時間乾燥した。乾燥したチップをプレッシャーメルター型紡糸機にて、メルター温度２２０℃にて溶融し、紡糸温度２２０℃とした溶融紡糸パックへ導入して、０．２３ｍｍφ−０．３０ｍｍＬの口金孔より紡出した。この紡出糸を２０℃、３０ｍ／ｍｉｎのチムニー風によって冷却し、油剤を付与して収束した後、３０００ｍ／ｍｉｎで引き取って未延伸糸を得た。得られた未延伸糸の品種は１２２ｄｔｅｘ−３６ｆであった。

この未延伸糸をホットローラー−ホットローラー系の延伸機を用いて、１ｓｔローラー温度９０℃で予熱・延伸し、２ｎｄローラー温度１２０℃で熱セットを行った。３ｒｄローラー温度は室温とした。なお、延伸速度は８００ｍ／ｍｉｎ、各ローラーは周回数６回とし、１ｓｔローラーと２ｎｄローラーの間は倍率１．４４倍、２ｎｄローラーと３ｒｄローラーの間は１．００５倍とした。熱セットローラーである２ｎｄローラーと３ｒｄローラー間の張力は０．０２ｃＮ／ｄｔｅｘであった。

繊維物性は表１に示す通りであり、機械的特性に優れており、取り扱い上の問題を生じなかった。この繊維を用いて作成した布帛の収縮率は２．２％ときわめて小さい値であった。

実施例２
２ｎｄローラーの温度を１３０℃とする以外は、実施例１と同様にして繊維を得た。この繊維を用いて作成した布帛の収縮率は１．３％ときわめて小さい値であった。

実施例４
実施例１と同様にして紡出した繊維を、２０℃、３０ｍ／ｍｉｎのチムニー風によって冷却し、油剤を付与して収束した後、１５００ｍ／ｍｉｎで回転する第１ホットローラーと４５００ｍ／ｍｉｎで回転する第２ホットローラーの間で３倍に延伸した。第１ホットローラーは９０℃、第２ホットローラーは１４０℃とした。第２ホットローラーを出た走行糸の張力を０．１５ｃＮ／ｄｔｅｘとなるようにして巻き取りを行った。

繊維物性は表１に示す通りであり、機械的特性に優れており、取り扱い上の問題を生じなかった。この繊維を用いて作成した布帛の収縮率は３．５％と小さい値であった。

比較例１
無機粒子として二酸化チタンを０．０５ｗｔ％含有する融点が２６２℃であるポリエチレンテレフタレートを、１５０℃に設定した真空乾燥機で５時間乾燥した。乾燥したチップをプレッシャーメルター型紡糸機にて、メルター温度２８５℃にて溶融させ、紡糸温度２９０℃とした溶融パックへ導入して、０．２３Ｄ−０．３０Ｌ口金孔より紡出した。この紡出糸を３０ｍ／ｍｉｎのチムニー風によって冷却し、油剤を付与して収束した後、３０００ｍ／ｍｉｎで引き取って未延伸糸を得た。得られた未延伸糸の品種は１５６ｄｔｅｘ−３６ｆであった。

この未延伸糸をホットローラー−ホットローラー系の延伸機を用いて、１ｓｔローラー温度９０℃で予熱・延伸し、２ｎｄローラー温度１３０℃で熱セットを行った。３ｒｄローラー温度は室温とした。なお、延伸速度は８００ｍ／ｍｉｎ、各ローラーは周回数６回とし、１ｓｔローラーと２ｎｄローラーの間は倍率１．８０倍、２ｎｄローラーと３ｒｄローラーの間は１．００５倍とした。熱セットローラーである２ｎｄローラーと３ｒｄローラー間の張力は０．３１ｃＮ／ｄｔｅｘであった。

繊維物性は表１に示す通りであり、強度が５．０ｃＮ／ｄｔｅｘと高い値であったが、収縮応力が０．４４ｃＮ／ｄｔｅｘと高いため、Ｓ₀ とＳ_１が同じ値であった。そのため、布帛の収縮率も７．３％と高いものであった。

比較例２
ポリＬ乳酸に替えて融点が１５０℃、重量平均分子量が１５万、Ｌ／Ｄの比率が９４．８／５．２のＤ体共重合ポリ乳酸を用いる他は、実施例１と同様にして延伸糸を得た。

表１に示す通り、収縮応力は０．１２ｃＮ／ｄｔｅｘと低い値であったが、Ｓ₀ が４６．９％と非常に高い値であったため、Ｓ_１も２５．０と高い値であった。そのため、この繊維を用いて作製した布帛の収縮率は２１．１％であり、大幅に収縮して極めて粗硬なものであった。

比較例３
実施例１と同様にしてポリＬ乳酸の未延伸糸を得た。この未延伸糸をホットローラー−ホットローラー系の延伸機を用いて、１ｓｔローラー温度７０℃で予熱・延伸し、２ｎｄローラー温度９０℃で熱セットを行った。３ｒｄローラー温度は室温とした。なお、延伸速度は８００ｍ／ｍｉｎ、各ローラーは周回数６回とし、１ｓｔローラーと２ｎｄローラーの間は倍率１．４倍、２ｎｄローラーと３ｒｄローラーの間は１．０５倍とした。熱セットローラーである２ｎｄローラーと３ｒｄローラー間の張力は０．２４ｃＮ／ｄｔｅｘであった。

繊維物性は表１に示す通りであり、機械的特性に優れており、取り扱い上の問題を生じなかった。しかし、この繊維のＳ₀ は１５．４％と高く、Ｓ_１も１２．９％と高い値であった。そのため、この繊維を用いて作成した布帛の収縮率は１０．７％と高いものであり、布帛の形態安定性に劣っていた。

本発明の脂肪族ポリエステル繊維の製造方法の一例を示す工程概略図である。 本発明の脂肪族ポリエステル繊維の製造方法のさらに他の一例を示す工程概略図である。

符号の説明

１：熱セット手段
２：張力測定手段
３：フィードローラー
４：予熱ローラー
５：延伸ゾーン

Claims (1)

1. 予熱ローラー（Ａ）と加熱された回転ローラー（Ｂ）の間で加熱延伸を行う、９５モル％以上がＬ−乳酸からなるポリ乳酸繊維の製造方法において、前記加熱された回転ローラー（Ｂ）が、繊維を紡出し、延伸工程を経て、巻き取るまでの工程において唯一の熱セット手段であり、前記加熱された回転ローラー（Ｂ）に走行糸条を接触させて熱セットを行うにあたって、前記回転ローラー（Ｂ）の温度を１００〜１５０℃とし、かつ該回転ローラー（Ｂ）を離れた走行糸条の張力を０．２ｃＮ／ｄｔｅｘ以下とすることを特徴とするポリ乳酸繊維の製造方法。

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