JP2774184B2 - 高強度・高染色性ポリエステル繊維 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は，常圧で塩基性染料及び分散染料によって染
色することができ，アルカリ減量速度が小さく，かつ，
機械的性質及び耐薬品性の優れたポリエステル繊維に関
するものである。

（従来の技術） ポリエチレンテレフタレート繊維で代表されるポリエ
ステル繊維は機械的性質，耐薬品性，耐候性等に優れ，
衣料用を始めとして幅広く用いられている。しかし，ポ
リエステル繊維の欠点として，その分子構造が強固なた
め染色性が劣り，さらには塩基性染料，酸性染料等のイ
オン系染料で染色できないため色鮮やかな染色物が得ら
れないという問題があった。この改良法として,5−ナト
リウムスルホイソフタル酸で代表される金属塩スルホネ
ート基を有する化合物を共重合した塩基性染料で染色可
能なポリエステルが開発されているが，常圧染色での染
色性が十分でなかったり，高染着性にするためには多量
に共重合しなければならず，機械的性質や耐薬品性が低
下するという問題があった。

これらの問題を解決するために数多くの方法が提案さ
れており，例えば，次のような方法がある。

（ａ）金属酸スルホネート基を有する化合物とポリアル
キレングリコール系化合物をポリエチレンテレフタレー
トに共重合し，常圧での塩基性染料による染色を可能に
したもの（特開昭57−117529号，同57−117530号，同57
−63325号，同57−210014号，特公昭59−28672号，同60
−54430号等） （ｂ）金属塩スルホネート基を有する化合物を共重合し
たポリエステルを高速で紡糸する方法（特公昭60−1012
6号），ポリアルキレングリコールを共重合したポリエ
ステルを高速で紡糸し，分散染料で易染性の繊維を得る
方法（特公昭60−15725号） （ｃ）ビスフェノール類にアルキレンオキシドを付加し
た化合物と金属塩スルホネート基を有するイソフタル酸
を共重合する方法（特開昭57−121032号） （ｄ）５−ナトリウムスルホイソフタル酸とアジピン酸
を共重合する方法（特開昭61−34022号） （ｅ）５−ナトリウムスルホイソフタル酸1.0〜2.5モル
％とエステル結合形成性基を有する長鎖の化合物を共重
合し，延伸温度（延伸時のホットプレート温度），仮撚
温度を規制した方法（特公昭57−369号） しかしながら，（ａ）や（ｃ）の方法の場合，共重合
したポリアルキレングリコール成分によって，耐候性
（耐光性）が劣り，表地として使用できないこと，風合
の改良，マイルドな光沢を得るため実施されるアルカリ
減量加工では加水分解速度が大きいため，その制御がし
にくく，他のポリエステルや他の繊維との混繊，交編織
等が難しくなる。次に，（ｂ）の方法の場合，高速紡糸
法を採用するため染色性は優れているが，繊維の機械的
性質，特に強度が著しく低下し，ポリエステル独特の優
れた性質が失われたり，さらには設備投資のためのコス
トがかかりすぎたりする。また，（ｄ）の方法の場合，
アジピン酸を用いるため，生成ポリエステルの色調が劣
ったり，共重合量によっては物性が劣るという欠点があ
る。さらに（ｅ）の方法の場合，延伸時の熱処理温度及
び仮撚時のヒータ温度が低いため十分な熱セットができ
ず，仮撚後の風合及び力や熱に対する回復性の乏しいも
のとなってしまい，さらに熱収縮率の調整が重要な織物
用としては熱収縮率が高いため使用できないといういう
欠点を有している。

（発明が解決しようとする課題） 本発明はポリエステル繊維特有の優れた性質，すなわ
ち，機械的性質，耐候性（耐光性），適度なアルカリ減
量速度等を損なうとなく，塩基性染料及び分散染料で常
圧（100℃近辺）で染色可能なポリエステル繊維を提供
しようとするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは，上記の課題を解決するために鋭意研究
を重ねた結果，次のような知見を得た。

（ｉ）塩基性染料を吸着する金属塩スルホネート基を有
する化合物を共重合しても，常圧においては塩基性染料
はポリエステルの強固な分子構造により内部拡散を邪魔
され，理論どおり吸着せず，高染着性にするにはポリエ
ステルの分子構造を乱し，染料を繊維内部へ浸透し易く
しなければならない。

（ii）分子構造の屈曲した化合物を共重合すると強伸度
特性が著しく低下するので,5−ナトリウムスルホイソフ
タル酸のような化合物の共重合量はなるべく少なくし，
染料を繊維内部へ浸透し易くし，物性低下の少ない直鎖
状の共重合成分を用いるべきであり,5−ナトリウムスル
ホイソフタル酸に吸着する染料を繊維内部へ浸透し易く
する成分の共重合量を特定の割合にする必要がある。

（iii）織物用や仮撚用に適した延伸糸の性質としては
製織後，精練や染色による熱収縮を小さくしなければな
らず，沸水収縮率をおよそ15％以下にする必要がある。
また，仮撚用としては仮撚後の繊維を嵩高とし，さらに
回復性の優れたものとするために仮撚時の熱処理温度を
高くする必要があり，仮撚前の延伸糸の熱収縮率を低く
しなければならない。延伸糸の熱収縮率を低くすること
によって，優れた形態安定性を有する加工糸が得られ
る。

本発明はこのような知見に基づいてなされたものであ
り，その要旨は次のとおりである。

繰り返し単位の80モル％以上がエチレンテレフタレー
トであり，金属塩スルホネート基を有するイソフタル酸
成分Ａとメチレン基の数が５〜18の脂肪族飽和ジカルボ
ン酸成分Ｂとが共重合されたポリエステルからなる繊維
であって，次の要件〜を満足することを特徴とする
高強度・高染色性ポリエステル繊維。

Ａの共重合量をａモル％,Bの共重合量をｂモル％とし
たとき， 1.0≦ａ≦2.5 8/a≦ｂ≦20/a 切断時の強度（Ｔ） 4.5g/d以上 複屈折率（Δｎ） 0.150以上 沸水収縮率 15％以下 飽和染料吸着能 塩基性染料での染色性が100℃における飽和染料吸着
量に達した繊維1gから染料を溶剤で抽出し,1000mlに希
釈した液の透過度がその染料の最大吸収波長において30
％以下 20％水酸化ナトリウム水溶液を使用し，浴比1:50,温
度70℃がアルカリ処理したときのアルカリ減量速度
（Ｖ）が 以下，本発明を詳細に説明する。

まず，ポリエステルに共重合する金属塩スルホネート
基を有するイソフタル酸成分Ａの量であるが，酸成分に
対し,1.0〜2.5モル％が適当であり,2.5モル％を超える
と繊維の物性が著しく劣るようになったり，さらにはア
ルカリ減量速度が大きくなりすぎ，利用範囲が少なくな
る。逆に1.0モル％未満であると塩基性染料での染色性
が劣るようになる。

次に，高染着性にするために用いるポリエステルの結
晶構造を乱す成分として，メチレン基の数が５〜18の脂
肪族飽和ジカルボン酸成分Ｂを共重合する。脂肪族飽和
ジカルボン酸のメチレン基の数が５未満であるとポリエ
ステルが黄味を帯び，色調が劣るようになり，逆に18を
超えると結晶構造が乱れすぎ，強度低下が生じたり，熱
収縮率の制御が困難になる。このような脂肪族飽和ジカ
ルボン酸としは，アゼライン酸及びセバシン酸が好適で
ある。

脂肪族飽和ジカルボン酸成分Ｂの共重合量は，金属塩
スルホネート基を有するイソフタル酸成分Ａの共重合量
と関係し，金属塩スルホネート基を有するイソフタル酸
成分の共重合量をａモル％，脂肪族飽和ジカルボン酸の
共重合量をｂモル％とした場合，次式を満足するように
することが必要である。

8/a≦ｂ≦20/a これはａが多ければｂを少なくすることができ,bが多
ければａを少なくすることができるということであり，
両者とも多くなれば染色性は増すが強伸度特性が劣り，
両者とも少なくなればその逆となる。

次に，切断時の強度Ｔであるが，これは通常の引張試
験において得られる切断強度T₀,すなわち切断強力を引
張試験前の繊度で除した値とは異なり，伸度をＥ（％）
としたとき，次式の関係を有するものである。

Ｔ＝（１＋E/100）T₀ ここで，切断時の強度Ｔのもつ意味について詳細に説
明する。例えば，通常の切断強度T₀が3.5g/d,伸度Ｅが3
0％の場合,Tは4.55g/dとなる。このときＴが一定で伸度
が20％の場合,T₀は3.79g/d,伸度が40％の場合,T₀は3.25
g/dとなる。延伸倍率の設定により，高強度の場合は低
伸度，低強度の場合は高伸度となる。本発明の場合，伸
度はおよそ20〜40％の範囲が適しており，このときの切
断強度T₀は前述したような範囲をもっていても差し支え
なく，糸条としての特性値，すなわち，切断時の強度Ｔ
の方が重要となってくるのであるである。なお，本発明
においてはＴは4.5g/d以上であることが重要であり,4.5
g/d未満であると製織等の後工程で糸切れ等が発生す
る。また，前述したように強度が低くなるとポリエステ
ル繊維としての優れた特性が損なわれる。

次に，延伸糸の複屈折率Δｎであるが，これは0.150
以上であることが必要である。ポリエステル繊維の優れ
た機械的性質は他の繊維に比べ，高配向であるが故のも
のであり，複屈折率Δｎが0.150未満では強伸度特性や
初期弾性率が劣ったものとなってしまう。通常，複屈折
率Δｎを高くするには延伸時の延伸倍率を高くすればよ
いが,5−ナトリウムスルホイソフタル酸等の屈曲した分
子構造を有する化合物を共重合した場合，高配向にする
ために高延伸倍率にすると糸条が切断したり，残留伸度
の小さいものになってしまい，後加工時に糸切れや羽毛
が発生し易くなり，トラブルの原因となる。したがっ
て，本発明においては５−ナトリウムスルホイソフタル
酸等の共重合量を抑え，直線的分子構造を有する脂肪族
飽和ジカルボン酸を共重合し，塩基性染料を繊維内部へ
浸透し易くし，かつ高配向の糸とするのである。

次に沸水収縮率であるが，これは15％以下にすること
が必要である。沸水収縮率が15％を超えると前述したよ
うに織物用として用いた場合，製織後の精練や染色工程
において，収縮が大きくなり，織物用として用いること
ができなかったり，さらに加工糸用として用いる場合，
加工糸の形態安定性を増すために行う仮撚時の熱処理温
度を高くすることができない。延伸糸の沸水収縮率が15
％を超える領域で仮撚時の熱処理温度を高くすると未解
撚や糸切れが多発したり，加工糸の風合が劣ったものと
なってしまう。したがって，延伸糸の沸水収縮率は15％
以下にし，仮撚加工する場合，仮撚時の熱処理温度を高
くする必要がある。

次に，塩基性染料の染料吸着能であるが，これは100
℃，常圧染色における飽和染料吸着能が次の条件を満足
しなければならない。すなわち，飽和染料吸着量に達し
た染色物1gから染料を溶剤で抽出し,1000mlに希釈した
液の透過度がその染料の最大吸収波長において30％以下
であることが必要である。この透過度が30％を超えると
糸条に吸着する染料が少なく，常圧における染色性が優
れているとはいえない。なお，飽和染料吸着量とは染料
濃度や染色時間を大きくしてもこれ以上染料を吸着しな
くなった染料吸着量であり，染色した糸条から抽出した
染料を一定量に希釈した液の透過度が変化しなくなれば
飽和染料吸着量に達したといえる。本発明者らの実験に
よれば常圧,100℃で通常の塩基性染料で染色する場合，
染料濃度20％owf,染色時間60分で染色すれば飽和染料吸
着量に達する。

次に，アルカリ減量速度であるが，これは繊維の表面
積に関係し，総繊度が一定であれば，単糸繊度が大きけ
れば速度が小さく，逆に単糸の繊度D₀が小さければ速度
は大きくなる。したがって，アルカリ減量速度は単糸繊
度の平方根に逆比例し，本発明におけるアルカリ減量速
度は,20％水酸化ナトリウム水溶液を使用し，浴比1:50,
温度70℃でアルカリ処理したときのアルカリ減量速度Ｖ
が次式を満足するようにすることが必要である。

これを超えるとポリエチレンテレフタレートとアルカ
リ減量速度が異なりすぎ，ポリエチレンテレフタレート
繊維との混繊や交編，さらには他の繊維との混繊，交編
が難しくなる。

最後に，本発明のポリエステル繊維を製造するための
紡糸，延伸条件であるが，紡糸速度は1000m/分以上，延
伸時の熱処理温度は150℃以上とするのが望ましい。紡
糸速度が1000m/分未満となると延伸性が悪くなり，熱収
縮率を抑えるための延伸時の熱処理温度を高くすること
ができず，さらには糸切れや単糸の切断が多発する。ま
た，延伸時の熱処理温度は低くしても延伸は可能である
が，延伸時の熱処理温度が低いと熱収縮率が高くなり，
前述したように織物用原糸として用いることができなか
ったり，仮撚用として用いるとき仮撚工程で熱処理温度
を高くすることができず，得られる加工糸が形態安定性
の乏しいものとなってしまう。また，延伸糸を仮撚加工
する場合，その熱処理温度は160℃以上とするのが望ま
しい。仮撚加工時の熱処理温度が低いと前述したように
形態安定性の乏しいものとなってしまう。

なお，本発明のポリエステル繊維は，異収縮混繊糸や
異繊度混繊糸としたり，さらには他の繊維（特にウール
や絹）と交編，交織したりしても差し支えない。

（実施例） 次に，本発明を実施例によって説明する。

なお，例中の特性値は次の方法で測定した。

極限粘度〔η〕 フェノールと四塩化エタンとの等量混合溶媒を使用
し,20℃で測定した。

強伸度特性 オリエンティック社製テンシロンUTM−４−100型を用
い，試料長50cm,引張速度50cm/分で測定した。

アルカリ減量速度 20％水酸化ナトリウム水溶液を使用し，浴比1:50,温
度70℃で15分間処理して減量率を求め，その減量率を15
で除して求めた。

沸水収縮率 東洋紡エンジニアリング社製εメータを用い，試料長
50cm,処理温度98℃，荷重0.001g/d,処理時間10秒で測定
した。

飽和染料吸着能 延伸糸を筒編し，下記の条件で染色した。

塩基性染料 20％owf 酢酸 0.2ml/ 酢酸ナトリウム 0.2g/ 浴比 1:50 温度 100℃ 染色時間 60分 染色後の筒編地1gをとり,60℃のジメチルホルムアミ
ド50mlを用いて染料を抽出し，水で1000mlに希釈した。
この液の透過度を日立製作所製分光光度計EPS−3T型を
用い，使用染料の最大吸収波長で測定した。

複屈折率Δｎ ニコン社製POH型偏光顕微鏡を用い，白色光で測定し
た。

耐光堅牢度 延伸糸を筒編し，染色後，金井科学社製カーボンアー
クフェードメータを用い，次の条件で処理し，変色度合
を目視で判定した。

アーク電圧 130V 電流 16A 機内温度 63℃ 処理時間 40時間 加工糸の伸長率及び弾性率 JIS L 1077 A法に準じて測定した。

実施例１〜４及び比較例１〜４ テレフタル酸及びエチレングリコールを主成分とし，
第１表に示した化合物を共重合した極限粘度〔η〕0.70
のポリエステルを調製した。

これらのポリエステルを常法によって，減圧乾燥した
後，通常の紡糸装置を用い，実施例１〜４及び比較例１
〜３は紡糸速度1400m/分で，比較例４は紡糸速度6000m/
分で紡糸した。なお，この特，延伸後の銘柄が75d/36f
になるように吐出量を補正した。ただし，比較例４のみ
は紡糸後の銘柄が75d/36fになるように吐出量を補正し
た。

得られた未延伸糸を残留伸度が約30％になるように第
２図に示した延伸倍率（DR）で，他の条件は同一で，予
熱ローラを温度70℃，熱処理板温度を165℃として延伸
した（比較例４は延伸せず）。

得られた延伸糸の物性を第２表に示す。

これらの延伸糸を筒編し，第３表に示した塩基性染料
を用いて飽和染料吸着能測定用条件で染色した。

染色後の筒編地を乾燥後，飽和染料吸着能（透過度）
を測定した。

結果を第４表に示す。

次に染料No.4を用い，染料濃度を２％owfとした以外
は飽和染料吸着能測定用条件と同じ条件で筒編地を染色
し，耐光堅牢度を測定した。

また，筒編地をアルカリ減量処理し，減量速度を算出
した。

これらの結果を第５表に示す。

次にこれらの糸を整経し，糊付を行った後，経糸と
し,75d/36fのポリエチレンテレフタレート後を緯糸と
し，津田駒社製ウォータージェットルームZW−303型を
用い,500rpmの速度で製織した。

製織時の状況及び得られた布帛をアルカリ減量加工
（平均で20％減量）した後，塩基性染料（第３表の染料
No.4）で染色した布帛の状態を併せて第６表に示す。

以上の結果から明らかなように本発明の繊維は塩基性
染料での染色性，強伸度特性，耐候性，製織性，染色後
の布帛の状態すべての面で優れているのに対し，比較例
の糸条は前記項目のいずれかで劣っていることがわか
る。

実施例５及び比較例５ 実施例２のポリエステルを用い，常法によって減圧乾
燥した後，通常の紡糸装置を用い，紡糸速度1200m/分
で，三角断面糸を紡糸した。なお，この時，延伸後の繊
度が50dになるように吐出量を調整した。

この未延伸糸を通常の延伸機を用い，第７表に示した
延伸条件で延伸し，得られた延伸糸の性能を第８表に示
した。

なお，複屈折率Δｎは同条件で丸断面糸を製造して測
定した。

次にこの延伸糸を用い，三菱重工社製LS−６型仮撚機
を用い，スピンドル回転数335,000rpm,撚数3,650T/M,オ
ーバーフィード率２％，速度90m/分の条件で仮撚加工を
行った。なお，ヒータ温度は実施例５については170
℃，比較例５については140℃と170℃の２条件とした。

得られた加工糸の性能を第９表に示す。なお，風合及
び光沢（シルキー調）は加工糸を筒編し，目視によって
○（良），△，×（不良）の３段階で評価した。

第９表から明らかなように本発明の繊維からなる加工
糸は伸縮性に優れ，未解撚の発生もなく，優れた風合及
び光沢を有する布帛を与える加工糸である。

（発明の効果） 本発明によれば，塩基性染料や分散染料での常圧染色
性，強伸度特性，耐候性に優れ，製織や仮撚等の後工程
において，トラブルがほとんどない，優れた性能を有す
るポリエステル繊維が提供される。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】繰り返し単位の80モル％以上がエチレンテ
   レフタレートであり，金属塩スルホネート基を有するイ
   ソフタル酸成分Ａとメチレン基の数が５〜18の脂肪族飽
   和ジカルボン酸成分Ｂとが共重合されたポリエステルか
   らなる繊維であって，次の要件〜を満足することを
   特徴とする高強度・高染色性ポリエステル繊維。 Ａの共重合量をａモル％,Bの共重合量をｂモル％とし
   たとき， 1.0≦ａ≦2.5 8/a≦ｂ≦20/a 切断時の強度（Ｔ） 4.5g/d以上 複屈折率（Δｎ） 0.150以上 沸水収縮率 15％以下 飽和染料吸着能 塩基性染料での染色性が100℃における飽和染料吸着量
   に達した繊維1gから染料を溶剤で抽出し,1000mlに希釈
   した液の透過度がその染料の最大吸収波長において30％
   以下 20％水酸化ナトリウム水溶液を使用し，浴比1:50,温
   度70℃でアルカリ処理したときのアルカリ減量速度
   （Ｖ）が
2. 【請求項２】脂肪族飽和ジカルボン酸がアゼライン酸又
   はセバシン酸である請求項１記載の高強度・高染色性ポ
   リエステル繊維。