JP2010059580A

JP2010059580A - 芯鞘型複合繊維

Info

Publication number: JP2010059580A
Application number: JP2008228007A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Tsutsumi; 賢一堤; Katsuhiko Mochizuki; 克彦望月
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2010-03-18

Abstract

【課題】燃焼時のドリップが改善され、かつ難燃性が発現する芯鞘複合型系繊維を提供する。
【解決手段】芯成分（成分Ａ）がポリアルキレンテレフタレート、ポリアルキレンナフタレートおよびこれらの共重合ポリマーから選択されるポリエステルであり、鞘成分（成分Ｂと成分Ｃとのブレンドポリマー）が（成分Ｂ）ポリアルキレンテレフタレート、ポリアルキレンナフタレートおよびこれらの共重合ポリマーから選択されるポリエステルと（成分Ｃ）ポリアリーレンスルフィドのブレンドポリマーにより構成され、成分Ａ、成分Ｂおよび成分Ｃの重量比率が下記一般式（１）、（２）を満足することを特徴とする芯鞘型複合繊維。
０．０１≦（Ｂ／Ｃ）≦０．２（１）
０．０５≦（Ｂ＋Ｃ）／Ａ≦２０（２）
【選択図】なし

Description

本発明は、難燃性能を有した芯鞘型複合繊維に関するものである。

従来、易燃焼性繊維などの難燃化手法として、含塩素系難燃剤、含臭素系難燃剤等のハロゲン系難燃剤、またはハロゲン系難燃剤とアンチモン系難燃剤を含有した繊維構造物が数多く提案されている。しかしながら、これらの繊維構造物は難燃性には優れるもののハロゲン系難燃剤は燃焼時にハロゲン化ガスを発生させる懸念があるなど、これらの問題点を解決するために数多くの繊維構造物の検討がなされている。

例えば、繊維構造物中にハロゲン元素やアンチモン元素を含まないリン系化合物を使用したリン系難燃剤を含有した繊維構造物が数多く提案されているが、難燃性はハロゲン系、アンチモン系難燃剤よりも低く、難燃性能は不十分であった。

一方、ポリフェニレンスルフィド（以下ＰＰＳと略す）に代表されるポリアリーレンスルフィド（以下ＰＡＳと略す）樹脂は優れた難燃性を有したポリマーとして知られている。しかしながら、ＰＡＳは汎用樹脂と比較し高価であり用途が限られていた。

これらの問題を解決するため、他の繊維との混繊について提案されている（特許文献１参照）。しかし、ＰＰＳ繊維と汎用繊維とを混合した紡績糸では、混合・紡績工程が増えるため品質のバラツキに懸念がある。

また、バラツキを解消するためにＰＰＳとポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴと略す）のアロイを繊維化する方法が提案されている（特許文献２参照）。しかし、これではＰＰＳが９０％以上含有していないと難燃性が発現しないため、コスト面では以前高価なものであった。
特開２００１−２５４２７１号公報特開２００４−２３１９０８号公報

本発明は前記した現状に鑑み、燃焼時にドリップしないように改善され、かつ難燃性が発現する芯鞘複合型系繊維を提供することを目的とするものである。

上記課題は、芯成分（成分Ａ）がポリアルキレンテレフタレート、ポリアルキレンナフタレートおよびこれらの共重合ポリマーから選択されるポリエステルであり、鞘成分がポリアルキレンテレフタレート、ポリアルキレンナフタレートおよびこれらの共重合ポリマーから選択されるポリエステル（成分Ｂ）とポリアリーレンスルフィド（成分Ｃ）のブレンドポリマーにより構成され、成分Ａ、成分Ｂおよび成分Ｃの重量比率が下記一般式（１）、（２）を満足することを特徴とする芯鞘型複合繊維により解決できる。
０．０１≦（Ｂ／Ｃ）≦０．２（１）
０．０５≦（Ｂ＋Ｃ）／Ａ≦１（２）

本発明によれば、難燃繊維素材として用いられる用途、具体的には、例えば、衣料用途、非衣料用途、産業用途などで難燃性能が高い繊維構造物を提供できる。

以下、本発明について詳細に説明する。

本発明の芯鞘型複合繊維の芯成分（成分Ａ）は、ポリアルキレンテレフタレート、ポリアルキレンナフタレートおよびこれらの共重合ポリマーから選択されるポリエステルである。

ポリアルキレンテレフタレートとは、ジオール成分とテレフタル酸成分を用いて得られる重合体が挙げられる。ジオール成分としては、エチレングリコール、１，４ブタンジオール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、シクロヘキサンジメタノール、２，２−ビス（２′−ヒドロキシエトキシフェニル）プロパンなどおよびエステル形成能を持つそれらの誘導体が挙げられる。１，４ブタンジオールおよびそのエステル形成能を有するその誘導体、トリメチレングリコールおよびそのエステル形成能を有する誘導体、エチレングリコールまたはエステル形成能を有するその誘導体とテレフタル酸またはエステル形成能を有するその誘導体を重縮合して得られるポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）およびＰＥＴであり、難燃性の効果が大きいため好ましく用いられる。

また、ポリアルキレンナフタレートとは、ジオール成分とナフタレンジカルボン酸成分を用いて得られる重合体が挙げられる。ジオール成分としては、エチレングリコール、１，４ブタンジオール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、シクロヘキサンジメタノール、２，２−ビス（２′−ヒドロキシエトキシフェニル）プロパンなどおよびエステル形成能を持つそれらの誘導体が挙げられる。１，４ブタンジオールおよびそのエステル形成能を有するその誘導体、トリメチレングリコールおよびそのエステル形成能を有する誘導体、エチレングリコールまたはエステル形成能を有するその誘導体とナフタレンジカルボン酸またはエステル形成能を有するその誘導体を重縮合して得られるポリブチレンナフタレート、ポリトリメチレンナフタレートおよびポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）であり、難燃性の効果が大きいため好ましく用いられる。

中でもＰＥＴは熱安定性に優れ、且つ、比較的安価なポリマーであることからより好ましく用いることができる。

本発明の芯鞘型複合繊維の芯成分（成分Ａ）には、本発明の目的とするドリップ抑制の効果、難燃性、繊維の物性、加工特性などの低下が無い範囲で、他の有機ポリマーや無機化合物とのブレンド、アロイ、コンポジットなどを用いることも可能である。

また、本発明の芯鞘型複合繊維の芯成分（成分Ａ）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、アントラキノン系、ペリノン系、キナクリドン系などの有機顔料、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も良い。

本発明の芯鞘型複合繊維の鞘成分は、ポリアルキレンテレフタレート、ポリアルキレンナフタレートおよびこれらの共重合ポリマーから選択されるポリエステル（成分Ｂ）とポリアリーレンスルフィド（成分Ｃ）のブレンドポリマーにより構成される。

本発明の成分Ｂは、ポリアルキレンテレフタレート、ポリアルキレンナフタレートおよびこれらの共重合ポリマーから選択されるポリエステルである。

上記ポリアルキレンテレフタレートとは、ジオール成分とテレフタル酸成分を用いて得られる重合体が挙げられる。ジオール成分としては、エチレングリコール、１，４−ブタンジオール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、シクロヘキサンジメタノール、２，２−ビス（２′−ヒドロキシエトキシフェニル）プロパンなどおよびエステル形成能を持つそれらの誘導体が挙げられる。ジオール成分とテレフタル酸またはそのエステル形成能を有するその誘導体を重縮合して得られるＰＢＴ、ＰＴＴおよびＰＥＴであり、難燃性の効果が大きく好ましく用いられる。

また、ポリアルキレンナフタレートとはジオール成分とナフタレンジカルボン酸成分を用いて得られる重合体が挙げられる。ジオール成分としては、エチレングリコール、１，４−ブタンジオール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、シクロヘキサンジメタノール、２，２−ビス（２′−ヒドロキシエトキシフェニル）プロパンなどおよびエステル形成能を持つそれらの誘導体が挙げられる。ジオール成分とナフタレンジカルボン酸またはそのエステル形成能を有するその誘導体を重縮合して得られるポリブチレンナフタレート、ポリトリメチレンナフタレートおよびＰＥＮであり、難燃性の効果が大きく好ましく用いられる。

本発明の成分Ａと成分Ｂは、同一であると芯鞘型複合繊維の芯成分と鞘成分の接着性が良好となり好ましい。

本発明は、鞘成分の成分Ｃがポリアリーレンスルフィド（ＰＡＳ）である。本発明におけるＰＡＳ樹脂とは、式−（Ａｒ−Ｓ）−の繰り返し単位を主要構成単位とするホモポリマーまたはコポリマーである。上記Ａｒとしては、下記式（Ａ）から式（Ｋ）などで表わされる単位などが例示されるが、なかでも式（Ａ）で表わされる単位が特に好ましい。

（ただし、式中のＲ１，Ｒ２は、水素、アルキル基、アルコキシ基およびハロゲン基から選ばれた置換基であり、Ｒ１とＲ２は同一であっても異なっていてもよい）この繰り返し単位を主要構成単位とする限り、下記式（Ｌ）から式（Ｎ）などで表される少量の分岐単位または架橋単位を含むことができる。これら分岐単位または架橋単位の共重合量は、−（Ａｒ−Ｓ）−単位に対して０〜５モル％の範囲であることが好ましく、１モル％以下の範囲であることがより好ましい。

また、本発明におけるＰＡＳ樹脂は、下記繰り返し単位を含むランダム共重合体、ブロック共重合体およびそれらの混合物であってもよい。

これらＰＡＳ樹脂の代表例としては、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリフェニレンスルフィドケトン、これらのランダム共重合体、ブロック共重合体およびそれらの混合物などが挙げられる。特に好ましいＰＡＳ樹脂としては、ポリマーの主要構成単位としてｐ−フェニレン単位

を９０モルパーセント以上含有するＰＰＳ、ポリフェニレンスルフィドスルホンおよびポリフェニレンスルフィドケトンが挙げられ、ＰＰＳが特に好ましい。

本発明の芯鞘型複合繊維の鞘成分は、成分Ｂと成分Ｃの重量比率が下記一般式（１）である。
０．０１≦（Ｂ／Ｃ）≦０．２（１）
成分Ｂと成分Ｃの重量比率Ｂ／Ｃが０．０１より小さい場合、芯鞘複合繊維の製造工程において芯成分との紡糸性が悪くなり、得られた繊維の物性の低下、特に強伸度が低下する。また、Ｂ／Ｃが０．２を超えると難燃性が得られない。本発明の範囲とすることによって複合繊維の繊維物性と難燃性を両立することができる。成分Ｂと成分Ｃの重量比率は０．１以下が好ましく、０．０５以下が難燃性能のほかに燃焼時のドリップ（溶融滴下）が抑制されるため好ましい。

本発明の鞘成分は、紡糸機内でのブレンドや予め成分Ｂと成分Ｃを溶融混練しアロイ化した後、繊維化することが好ましい。

本発明の溶融混練の方法は特に限定されず、公知の加熱溶融混合装置を使用することができる。

加熱溶融混合装置としては単軸押出機、二軸押出機、それらの組み合わせの二軸押出機、ニーダー・ルーダー等を使用することができる。中でも、二軸押出機を用いるとＰＰＳとポリアルキレンテレフタレートの分散性が向上することから好ましく用いられる。より好ましくは、ニーディングゾーンが２箇所以上ある二軸押出機を用いることである。

本発明の芯鞘型複合繊維の芯鞘比率は下記一般式（２）であることを特徴としている。
０．０５≦（Ｂ＋Ｃ）／Ａ≦１（２）
上記一般式において（Ｂ＋Ｃ）／Ａが０．０５より小さいと難燃性が得られない。（Ｂ＋Ｃ）／Ａが０．０５以上とすることでドリップが抑制され難燃性の良好な複合繊維を得ることができる。これは、ＰＰＳが燃焼時に炭化しやすいためであり、繊維が燃焼した際に表面のＰＰＳが炭化層を形成するためドリップが抑制され且つ難燃性が得られていると考えられる。０．１以上とすることで炭化層が厚くなるため難燃性、ドリップ抑制性が向上する傾向にあるため好ましい。一方、（Ｂ＋Ｃ）／Ａが１より大きいと繊維が黄色く着色する。好ましくは０．５以下である。

本発明の芯鞘型複合繊維の鞘成分には、本発明の目的とする難燃性、繊維の物性、加工特性などの低下が無い範囲で、他の有機ポリマーや無機化合物とのブレンド、アロイ、コンポジットなどを用いることも可能である。

また、本発明のポリエステルには、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、アントラキノン系、ペリノン系、キナクリドン系などの有機顔料、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も良い。

また本発明の複合繊維は、フィラメントもしくはステープルのいずれの形態でも有用に用いることができる。

例えば衣料用途のフィラメントとしては、単糸繊度が０．１ｄｔｅｘから十数ｄｔｅｘの範囲であり、総繊度として５０ｄｔｅｘから３００ｄｔｅｘでフィラメント数が１０から１００本のマルチフィラメントが好適に用いられる。

また、例えば産業用途のフィラメントとしては、単糸繊度が十数Ｄｔｅｘから数百Ｄｔｅｘの範囲であり、総繊度として数百Ｄｔｅｘから数千Ｄｔｅｘでフィラメント数が１０から１００本の範囲のマルチフィラメントが好適に用いられる。

また、繊維構造物としては、織物、編み物、不織布などの種々の布帛形態で用いることが可能である。

例えば衣料用途の場合には、上記のフィラメントを、例えば一重組織である三原組織や変化組織、二重組織であるよこ二重組織やたて二重組織などの織物に製織すればよい。このときの織物の質量は５０ｇ／ｍ^２以上５００ｇ／ｍ^２以下の範囲が好ましい。

また、産業用途のフィラメントについても、衣料用途と同様に織物に製織して用いることができる。このときの繊維構造物の質量は３００ｇ／ｍ^２以上１５００ｇ／ｍ^２以下の範囲である。

また、本発明の複合繊維は後加工による影響を受けないため、様々な後加工をすることができる。例えば、浴中加工、吸尽加工、コーティング加工、Ｐａｄ−ｄｒｙ加工、Ｐａｄ−ｓｔｅａｍ加工などにより撥水性、親水性、制電性、消臭性、抗菌性、深色性などの機能を付与することができる。

本発明の複合繊維は、ドリップ抑制の効果、難燃性、樹脂組成物の物性、加工特性などの低下が無い範囲で、他の繊維との混紡や混繊などが可能であるが、繊維構造物中に主成分として含有していることが好ましく、繊維構造物に対して重量比で７０％以上含有していることがより好ましい。

本発明の複合繊維の製造方法は、例えば以下に示す方法を採用することができる。

まず、芯部Ａ及び芯部Ｂに用いるポリエステルを選択する。

次に、鞘成分のポリエステルとＰＡＳ樹脂を上記に示した方法により溶融混練しＰＡＳ／ポリエステルブレンド樹脂を製造する。

芯部のポリエステルおよび鞘部のＰＡＳ／ポリエステルブレンド樹脂はそれぞれ、別々に２８０〜３２０℃で溶融・計量し、２８０〜３２０℃に加熱された紡糸ブロックに導き、紡糸ブロックに内蔵された紡糸パックに送り、パック内でポリマーを濾過した後、紡糸口金で芯鞘構造に貼り合わせた後、吐出した糸条を得る。紡出された糸条は一旦冷却、固化されたあと、給油ガイドで油剤を付与され、交絡装置で適度な交絡を与えられた後、ゴデットロールで８００〜４０００ｍ／分の速度で引き取られ、巻き取られる。

更に延伸温度８０〜１００℃で延伸し、１２０〜１５０℃で熱セットすることにより芯鞘型複合繊維を得ることができる。

本発明の繊維構造物は、繊維製品として特に難燃性が必要な繊維製品、例えばカーシートやカーマットなどの車両内装材、カーテン、カーペット、椅子張り地などのインテリア素材、衣料素材などでドリップが抑制され、かつ難燃性を発現する繊維製品として好適に用いることができる。中でも染色工程が必須である用途において好適に用いられる。

以下に本発明を実施例で具体的に説明する。

尚、各物性の評価方法は以下に示す方法によりそれぞれ測定した。

（１）複合繊維の芯鞘比率の測定
複合繊維の断面方向の超薄切片をＳｏｒｖａｌｌ社製ウルトラミクロトーム（ＭＴ６０００型）を用いて作成した。この切片を、透過型電子顕微鏡（日立Ｈ８００型）を用いて３０００倍で観察した。視野を変えて５視野の写真を撮影し、それぞれの写真について芯部分と鞘部分を切り取り、重量法で芯鞘の割合を算出し、５視野の平均値を芯鞘比率とした。

（２）燃焼性評価
評価する繊維を用いて筒編地とし、長さ１００ｍｍ、質量１ｇの試験片を作成し、ＪＩＳＬ１０９１：１９９９Ｄ法に準じて評価した。このとき、試料を全て燃焼させるまでに要した接炎回数と接炎時および残炎時のドリップ回数を評価した。

接炎回数は３回以上を合格とし、ドリップ回数は０回を合格とした。

（３）紡糸性・延伸性
公知の複合紡糸機を用いて、紡糸温度３００℃、紡糸速度１５００ｍ／分、口金口径０．２３ｍｍ−２４Ｈ（ホール）、吐出量４０ｇ／分の条件で２４時間紡糸を行い、糸切れの発生しなかったものを良好と判断した。

また、加工速度４００ｍ／分、延伸温度９０℃、セット温度１５０℃の条件で、得られる延伸糸の繊度が８５ｄｔｅｘ−２４フィラメントになるような延伸倍率で延伸を行い、糸切れが発生しなかったものを良好と判断した。

（４）繊維の色
スガ試験機社製ＳＭ−３カラーコンピュ−ターを用い、金属板に繊維を下地の色がほぼ無視できる程度まで密に積層し均一に巻き付けｂ＊値を測定し、ｂ＊が３．０以下を白色、３．０より大きいと黄色とした。
また、実施例で用いた原料は以下に示したものを使用した。
［ＰＥＴ］
公知の方法により得られた固有粘度０．６５のＰＥＴのペレットを乾燥温度１５０℃、真空下で１０時間乾燥したものを用いた。
［ＰＥＮ］
公知の方法により得られた固有粘度０．７０の２，６−ＰＥＮのペレットを乾燥温度１５０℃、真空下で１０時間乾燥したものを用いた。
［ＰＰＳ］
公知の方法により得られたＭＦＲ２９８ｇ／１０分のＰＰＳのペレットを乾燥温度１５０℃、真空下で１０時間乾燥したものを用いた。

実施例１
ＰＰＳチップ９７重量％およびＰＥＴチップ３重量％を３００℃に加熱されたニーディングゾーンが２箇所有したベント式２軸混練押出機に供給して、せん断速度１００ｓｅｃ^−１、滞留時間１分にて溶融押出した。混練時の樹脂温度は３００℃であった。混練機より冷水中にストランド状に吐出、直ちにカッティングしてＰＰＳ９７重量％およびＰＥＴ３重量％であるポリマーチップを得た。

次に、ＰＥＴを芯成分、及び混練で得たＰＰＳ／ＰＥＴ組成物を鞘成分に用い、複合紡糸を行った。各ポリマーを事前に真空乾燥機で１５０℃、１０時間、２Ｔｏｒｒで乾燥した後、それぞれ別々に溶融し、公知の複合紡糸機を用いて、所定の芯鞘比率５０／５０、紡糸温度３００℃、紡糸速度１５００ｍ／分、口金口径０．２３ｍｍ−２４Ｈ（ホール）、吐出量４０ｇ／分の条件で紡糸を行い、未延伸糸を得た。

次いで、加工速度４００ｍ／分、延伸温度９０℃、セット温度１５０℃の条件で、得られる延伸糸の繊度が８５ｄｔｅｘ−２４フィラメントになるような延伸倍率で延伸を行い、延伸糸を得た。

その後、得られた延伸糸を筒編み機で編物の繊維構造物を作製し、難燃性の評価方法を行った結果、接炎回数５回以上であり難燃性を有した繊維であった。結果を表１に示した。

実施例２〜４
鞘成分のＰＰＳ／ＰＥＴポリマー比率を変更した以外は実施例１と同様にして行った。結果を表１に示す。

実施例５〜７
芯鞘比率を変更した以外は実施例１と同様にして行った。結果を表２に示す。

実施例８
ＰＥＴをＰＥＮに変更した以外は実施例１と同様にして行った。結果を表２に示す。

比較例１
鞘成分をＰＰＳ単独とした以外は実施例１と同様にして行った。結果を表３に示す。

比較例２
鞘成分のＢ／Ｃを０．５とした以外は実施例１と同様にして行った。結果を表３に示す。

比較例３
芯成分に用いたＰＥＴのみで紡糸した単成分繊維とした以外は実施例１と同様にして行った。結果を表３に示す。

比較例４
芯鞘複合比率を３０／７０に変更した以外は実施例１と同様にして行った。結果を表３に示す。

表１、２に示したとおり、本発明の範囲内にある複合繊維は、製糸工程での糸切れがほとんど認められず成形加工時の高い安定性を示した。また、ドリップが無く良好なドリップ抑制効果を発現するとともに、接炎回数が多く難燃性が高いことが確認された。

Claims

芯成分（成分Ａ）がポリアルキレンテレフタレート、ポリアルキレンナフタレートおよびこれらの共重合ポリマーから選択されるポリエステルであり、鞘成分（成分Ｂと成分Ｃとのブレンドポリマー）が（成分Ｂ）ポリアルキレンテレフタレート、ポリアルキレンナフタレートおよびこれらの共重合ポリマーから選択されるポリエステルと（成分Ｃ）ポリアリーレンスルフィドのブレンドポリマーにより構成され、成分Ａ、成分Ｂおよび成分Ｃの重量比率が下記一般式（１）、（２）を満足することを特徴とする芯鞘型複合繊維。
０．０１≦（Ｂ／Ｃ）≦０．２（１）
０．０５≦（Ｂ＋Ｃ）／Ａ≦１（２）
成分Ｃがポリフェニレンスルフィドであることを特徴とする請求項１記載の芯鞘型複合繊維
成分Ａがポリエチレンテレフタレートであることを特徴とする請求項１または２記載の芯鞘型複合繊維
成分Ｂがポリエチレンテレフタレートであることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の芯鞘型複合繊維