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グラフト重合加工ポリエステル繊維成形品 - 東洋紡績株式会社
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発明の名称 グラフト重合加工ポリエステル繊維成形品
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−271271(P2001−271271A)
公開日 平成13年10月2日(2001.10.2)
出願番号 特願2000−78456(P2000−78456)
出願日 平成12年3月21日(2000.3.21)
代理人
発明者 桑原 展宏 / 石田 誠治
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】繊維断面の異形断面係数(繊維断面の内外周長/(繊維断面積)1/2)Rが4.5以上のポリエステル繊維にエチレン性不飽和有機酸系化合物がグラフト重合され、20℃の65%RH環境下での吸湿率が5%以上で、かつアンモニア消臭性を有するグラフト重合加工ポリエステル繊維成形品。
【請求項2】 JIS-L0217-103法による繰り返し洗濯試験10回後の20℃の65%RH環境下での吸湿率が4%以上である請求項1記載のグラフト重合加工ポリエステル繊維成形品。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、エチレン性不飽和有機酸系化合物をグラフト重合して得られたポリエステル繊維成形品に関し、洗濯耐久性に優れたアンモニア消臭性能及び吸湿発熱性を有し、衣料・寝装品・生活資材・インテリア等に好適なポリエステル繊維成形品である。
【0002】
【従来の技術】ポリエステル繊維は多くの優れた特徴を有している為に合成繊維として様々な用途を有している。しかし、その反面、天然高分子素材と比較して、吸湿性に乏しいため、帯電しやすく、油性汚れが落ちにくい等の欠点を有するほか、タバコの火等により溶融して孔が飽きやすいなどの欠点を有している。また、特に衣料、寝装等の用途に用いる場合、吸水性、吸湿性がないためにべとつき、蒸し暑いといった欠点を有している。また、従来のポリエステル繊維は天然高分子素材、特に羊毛繊維などの動物性繊維と異なり、吸湿発熱性や保温性を有するものではなかった。
【0003】これらの欠点を改良するためにポリエステルに後加工で機能剤を付与する方法が提案されているが、風合い硬化のため、高い性能がつけられないうえ、洗濯耐久性も低い。また、ポリエステル高分子に吸湿性機能剤をを製糸工程にて練り込む方法も提案されている。この場合、風合いの硬化は避けられ、洗濯耐久性も比較的よいが、添加量が増えると繊維の機械的特性が低下するため、高い性能を付けるのが難しく、吸湿性機能剤の含水成分が製糸工程で大きな問題になり工業的生産が非常に難しくなる。また、重合段階で、ポリエステルに様々な吸湿性のモノマーやポリマーを共重合させる方法も提案されているが、高機能化のためにはその共重合量を多くする必要があり、この場合、紡糸、延伸等の製糸工程での安定生産が非常に困難になるうえ、ポリエステルの優れた機械的特性も低下する欠点がある。また、繊維に後加工で親水性不飽和重合体をグラフト重合する方法では、グラフト重合効率が低く、また、グラフト重合が不均一になりやすい欠点があった。
【0004】一方、衣料・寝装品・生活資材・インテリア等の分野では、汗や尿などから発せられるアンモニア臭が問題となる場合がある。
【0005】ポリエステルにアンモニア消臭機能を付与するためには、後加工でアンモニア消臭性の機能剤をバインダー樹脂で付与する方法が提案されているが、前記同様、風合い硬化の問題があるうえに洗濯耐久性も低い。また、本発明者等は、先に、グラフト重合により有機酸系モノマーをポリエステルに反応させることにより、耐久性のあるアンモニア消臭性を付与することを可能にしたが、高い吸湿発熱性を得ようと有機酸末端を金属塩等に置換していくと、アンモニア消臭性能が低下してしまい、両性能を実現するためにグラフト重合率を高くすると、ポリエステル繊維の機械的特性の低下や、グラフト重合時のモノマーやキャリアの残存臭気等の問題が起こり、高いアンモニア消臭性能と高吸湿発熱性とを簡便に両立させることは困難であった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、衣料・寝装品・生活資材・インテリア等の用途に好適な高いアンモニア消臭性能と高吸湿発熱性とを簡便に両立させることができるポリエステル繊維成形品を提供するものであり、エチレン性不飽和有機酸系化合物を効率的にグラフト重合せしめ、洗濯耐久性に優れたアンモニア消臭性能を有し、吸湿発熱性に優れたポリエステル繊維成形品を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、(1)繊維断面の異形断面係数(繊維断面の内外周長/(繊維断面積)1/2 )Rが4.5以上のポリエステル繊維にエチレン性不飽和有機酸系化合物がグラフト重合され、20℃の65%RH環境下での吸湿率が5%以上であり、かつアンモニア消臭性を有するグラフト重合加工ポリエステル繊維成形品であり、さらに(2)JIS-L0217-103法による繰り返し洗濯試験10回後の20℃65%RH環境下での吸湿率が4%以上である前記(1)記載のポリエステル繊維成形品である。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明におけるポリエステルとは、繊維形成性のポリエステルであれば特に限定されないが、例えばテレフタル酸、イソフタル酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸を主たるカルボン酸成分とし、エチレングリコール、プロピレングリコール、もしくはテトラメチレングリコールを主たるグリコール成分とするポリエチレンテレフタレート、ポリメチレンテレフタレート、ポリエチレンイソフタレート、ポリブチレンテレフタレート、あるいはポリエチレン2,6-ナフタレート等の線状ポリエステルを主成分としたものが好ましく、特にポリエチレンテレフタレートが好ましい。
【0009】また、本発明におけるポリエステルは、用途によっては難燃性、易染性、制電性等の機能を有する化合物が共重合されていも、ダル剤、無機粒子等の添加剤が含まれていても構わない。
【0010】本発明におけるポリエステルの繊維断面の形状は、繊維断面の内外周長/(繊維断面積)1/2で示される異形断面係数Rが、4.5以上である必要がある。より具体的に示せば、中空率5%以上の中空断面や△断面、扁平糸のように、表面積が大きく嵩高な繊維である。このような繊維は、ポリエステル紡糸時に、例えば、異形断面のノズルを使うことにより作ることが出来る。
【0011】この異形断面係数Rが4.5以上であることにより、グラフト重合加工して得られたポリエステル繊維は、軽量で、かつ嵩高性で、さらに優れた吸湿性、吸湿発熱性、アンモニア消臭機能、すなわち吸放湿速度、アンモニア消臭速度が異形断面係数Rが小さい場合に比べて著しい向上が見られ、快適性能が飛躍的に向上するのみならず、後述するようにグラフト加工が均一に、かつ、効率よく行われるのである。それらの表面積効果をより効率よく発揮させるためには、さらに短繊維の状態でグラフト加工を行うことが望ましい。
【0012】本発明におけるポリエステル繊維成形品及びそれらを含む製品とは、その成形品形態は、綿、トウ、糸、織編物、不織布、敷物などの布帛などいずれでもよい。
【0013】グラフト重合加工で得られた吸湿発熱性及びアンモニア消臭性を有するポリエステル繊維成形品は、それらのみでも良いが、製品の機械的特性やコスト等を考慮に入れると、混繊、混紡、交織編、等の方法で他の繊維と混合されるのが望ましい。また、吸湿発熱性、アンモニア消臭機能性を考えると、製品中に10重量%以上使用することが好ましい。
【0014】グラフト重合されるエチレン性不飽和有機酸系化合物としては、アクリル酸、メタアクリル酸、マレイン酸、スチレンスルホン酸、クロトン酸、ブテントリカルボン酸等が例示され、各々単独または混合物としてグラフト重合に用いられるが、特にアクリル酸及び/またはメタクリル酸が好ましい。また、これらの化合物の金属塩や不飽和有機酸以外のエチレン性不飽和単量体を共存させても良い。
【0015】グラフト重合率(GT%)、すなわちポリエステル繊維成形物に対する、エチレン性不飽和有機酸の重合による重合増加率は12%以上が望ましい。これよりもグラフト率が低いと、目標とする吸湿発熱性もしくはアンモニア消臭機能性のいずれかの機能が十分発揮出来ない。性能の点からより望ましくは15%以上である。グラフト重合率(GT%)は、反応前の絶乾重量(W0)からグラフト重合し洗浄した後の絶乾重量(W1)への重量増加率から計算できるものである。グラフト重合率(GT%)=(W1−W0)×100/W0【0016】グラフト重合方法は特に限定されるものではないが、疎水性ラジカル開始剤、アルキルフタルイミド系化合物、界面活性剤及びエチレン性不飽和有機酸を含む水性乳化中に、本発明における異形断面係数のポリエステル繊維成形品を浸漬、加熱処理する方法が好ましい。これらの方法により、効率よく均一にグラフト重合することができ、繊維物理特性の低下が少ない。
【0017】グラフト重合浴中におけるエチレン性不飽和有機酸の濃度は、1〜10重量%が好ましい。このような濃度で加工することにより、通常12%以上のグラフト重合率を得ることが可能となる。
【0018】疎水性のラジカル開始剤としては、ベンゾルパーオキサイド、トルイルパーオキサイド、芳香族アルキルパーオキサイド系化合物、ジクロルベンゾイルパーオキサイド、ジクロミルパーオキサイド、アゾビスイソブチロニトリル、キュメンハイドロパーオキサイド、過安息香酸、過安息香酸エステル等が挙げられる。なお、疎水性のラジカル重合開始剤の使用量は、グラフト重合浴に対して、0.01〜5.0重量%程度である。
【0019】アルキルフタルイミド系化合物とは、フタルアミドのN基に脂肪族もしくは芳香族のアルキル基を有する化合物であるが、加工処理後の製品への残存量、臭気、安全性、取り扱い性を考えると、メチル、エチル、プロピル、イソピロピル、ブチル、イソブチル等の低分子量脂肪族アルキル基が望ましい。また、これらは単独で用いても、数種類混合して用いても良い。
【0020】このアルキルフタルイミド系化合物の使用量は、グラフト重量浴に対して、0.01〜2.0重量%が望ましい。これより少ないと、均一にグラフト重合が行われず、重合率も上がらない。また、これ以上使用量を増やしても、重合率は高くならず、最終製品に残存するアルキルフタルイミドの量も多くなり、臭気が残り、消費特性上好ましくない。また、安全性、処理コスト、反応性の点から、より好ましくは0.1〜1.0重量%である。
【0021】調整されたグラフト重合浴中にポリエステル繊維成形品を浸漬して加熱処理するが、処理条件は通常50℃から150℃で5分から3時間であり、好ましくは70℃から130℃で30分から120分間である。雰囲気としては窒素ガス雰囲気が好ましい。
【0022】さらにグラフト重合した後、塩基性アルカリ金属化合物と金属イオン封鎖剤を含む水溶液で、その水溶液pHが8以上10未満になるまで処理することにより、高い吸湿発熱性能とアンモニア消臭性能の両性能を得ることが出来る。
【0023】すなわち、これらの方法によりグラフト重合されたポリエステル繊維成形品は、共重合したエチレン不飽和有機酸の酸末端の一部をアルカリ金属塩化することにより、高い吸湿発熱性能をえることが出来る。また、不飽和有機酸の酸末端の一部はアルカリ金属塩化せずに残す必要がある。残った酸末端により、アンモニア消臭機能を得ることが出来る。これらの両性能を得るためには、グラフト重合した後の塩基性アルカリ金属化合物と金属イオン封鎖剤を含む水溶液での処理において、アルカリ添加量を徐々に追加するか、低濃度で数回に分けて、処理液中のpHが8以上10未満の地点になるまで処理する必要がある。水溶液pHが8未満の場合は十分な吸湿性能が得られず、10以上になるとアンモニア消臭機能が得られるだけでなく、繊維の機械的特性の低下も激しく、製品として望ましくない。
【0024】このアルカリ金属塩化に用いる金属塩としては、ナトリウム、リチウム、カリウム等が挙げられ、塩基性アルカリ化合物としては、具体的には水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなどがアルカリ金属水酸化物、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、リン酸-2-ナトリウム、リン酸-3-ナトリウムなどの無機弱酸のアルカリ金属塩、酢酸ナトリウム、プロピオン酸ナトリウムなどの有機弱酸のアルカリ金属塩、亜硫酸ナトリウム、珪酸ナトリウム等の水に溶けてアルカリ性を示す化合物であり、これらは単独または2種遺贈の混合物として用いられる。なお、該アルカリ金属化合物の使用濃度は10g/Lの濃度で使用されるが、機械的性能上望ましい。
【0025】本発明において、上記〔0022〕に記載のアルカリ金属化合物と共に用いられる金属イオン封鎖剤は公知の物質が使用される。一般に金属イオン封鎖剤としては、ピロリン酸ナトリウム、トリリン酸ナトリウム、トリメタリン酸ナトリウム、テトラメタリン酸ナトリウム、ポリリン酸ナトリウム等の縮合リン酸塩類、エチレンジアミンテトラ酢酸の2ナトリウム塩、エチレンジアミンテトラ酢酸の4ナトリウム塩、エチレンジアミンテトラ酢酸の2アンモニウム塩、エチレンジアミンテトラ酢酸の4アンモニウム塩等のエチレンジアミンテトラ酢酸塩、N-ヒドロキシエチルエチレンジアミン-N、N'N'-トリ酢酸塩、ジエチレントリアミンペンタ酢酸、グリコールエーテルジアミンテトラ酢酸、シクロヘキサンジアミンテトラ酢酸、ニトリロトリ酢酸類等が挙げられる。これらの金属イオン封鎖剤の使用量は用水中に溶存する多価金属イオンの量にもよるが、一般には0.01〜5.0g/Lの濃度で使用すれば十分である。
【0026】アルカリ金属化合物と金属イオン封鎖剤を含む水溶液によるグラフト重合したポリエステル繊維成形品のアルカリ金属塩化処理は、一般的には常温から100℃の範囲で行われる。
【0027】この方法により、20℃の65%RH環境下での吸湿率が5%以上であり、且つ、吸湿発熱性能やアンモニア消臭性能を有した軽量で嵩だか性を有したポリエステル繊維形成品を得ることが出来る。
【0028】本発明におけるアンモニア消臭性とは、3Lのポリ容器に100ppmの濃度になるようになるようにアンモニア水を滴下し、そのポリ容器にサンプルを3g入れ、密閉し20分後のポリ容器中にアンモニア濃度が10ppm以下にすることができる性能のことを言う。アンモニア濃度はガステック社製のガス検知管を使用して測定する。20分後に10ppmより高いアンモニア濃度であれば、実使用において、臭気の吸収は不十分であり、十分な消臭性能とは言えない。
【0029】これらの吸湿発熱性、アンモニア消臭機能ポリエステル繊維成形品は、洗濯による性能低下も非常に低く、JIS L0217-103法による繰り返し洗濯試験10回後も20℃の65%RH環境下での4%以上で、アンモニア消臭機能の低下が無く実用的に有用である。
【0030】本発明の方法により作られたポリエステル繊維成形品は、吸湿性、吸湿発熱性能、且つ、アンモニア消臭性能を兼ね備えており、従来ポリエステル繊維を用いた場合に問題となっていたベトツキ、蒸し暑いという点を改善することが出来た上、高度なアンモニア消臭機能が付与されているため、衣料・寝装品・生活資材・インテリア等に非常に優れた性能を発揮する。また、その性能は実使用における洗濯後も継続され、多くの用途に使うことが可能である。
【0031】
【実施例】以下、実施例により本発明を説明する。実施例また比較例における吸湿性ポリエステル繊維成形品の評価方法は以下の通りである。
(1)洗濯耐久性試験:JIS L0217-103法にて10回洗濯試験する。
(2)グラフト重合率(GT%):反応前の絶乾重量(W0)からグラフト重合し洗浄した後の絶乾重量(W1)への重量増加率から計算した。
グラフト率(GT%)=(W1−W0)×100/W0(3)吸湿率(M%):最終品の絶乾重量(S0)から20℃の65%RH環境下で48時間放置した後の重量(S1)への重量増加量を計算した。
吸湿率(M%)=(S1−S0)×100/S0(4)アンモニア消臭性能:3Lのポリ容器に100ppmの濃度になるようになるようにアンモニア水を滴下し、そのポリ容器にサンプルを3g入れ、密閉し20分後のポリ容器中のアンモニア濃度をガステック社製のガス検知管を使用して測定した。
(5)吸湿発熱性能:製品を絶乾(乾燥条件:105℃、3時間)したのちデシケーターに入れて、このデシケーターを30℃、相対湿度75%の環境に10時間以上置くことで布帛の調温を行い、その後サンプルを取り出して、製品の表面最高温度を日本電気三栄株式会社製THERMO TRACER TH3100及びDETECTOR UNIT TH 3100で測定した。
(6)異形断面係数(R):市販の光学顕微鏡を用いて、繊維の断面形状を撮影し、画像ソフトを用いて、繊維断面の内外周長および繊維断面積を算出し、以下の式により計算した。
異形断面係数(R)=繊維断面の内外周長/(繊維断面積)1/2【0032】(実施例1、実施例2、比較例1、比較例2)吸湿性、吸湿発熱性能且つ吸湿発熱性繊維の製造方法:グラフト重合浴の1/15重量の表1に示したポリエチレンテレフタレート綿(6.6dtex-64mm)をベンゾルパーオキサイド0.1重量%、N-ブチルフタルイミド、炭酸ナトリウム及びポリエチレングリコールとアニオン系の界面活性剤よりなる乳化水溶液に、アクリル酸とメタクリル酸の等量混合モノマーを加えてグラフト重合浴を調整した溶液に浸漬した。そして、窒素ガス雰囲気下、100℃で1時間グラフト重合を行った。次いで、80℃の熱水で10分処理し、その後、炭酸ナトリウム3g/L及びジエチレンジアミンテトラ酢酸-4-ナトリウム塩0.5g/Lの水溶液を用いて、70℃×10分の処理を処理液が所定のpHになるまで繰り返し、その後、湯水洗を行い、乾燥機(140℃×10分)を用いて乾燥させで最終製品を得た。この最終製品はブロード織物とし、目付を100g/m2とした。
【0033】比較例3として、ポリエチレンテレフタレート綿(6.6dtex-64mm)のグラフト加工を実施していないものも、最終製品を得た。この最終製品は〔0032〕と同様にブロード織物とし、目付を100g/m2とした。
【0034】上記、実施例1〜2及び比較例1〜3で得られた繊維製品について、異形断面度係数、グラフト重合率、吸湿率(初期・洗濯後)、吸湿発熱最大温度(初期・洗濯後)、アンモニア消臭性能、N-アルキルフタルイミド残存量及び最終製品の臭気を調べた結果を表1に示す。
【0035】
【表1】

【0036】
【発明の効果】本発明によると、吸湿性、吸湿発熱性及びアンモニア消臭性能を兼ね備え、洗濯耐久性に優れたポリエステル繊維成形物が効率よく得られる。また、これらの製品からの臭気は非常に少ないため、消費特性上も好ましく、衣料・寝装品・生活資材・インテリア等への活用に非常に有用である。




 

 


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