JP4797015B2 - 化学繊維の熱接着性改質剤及びその利用 - Google Patents

Description

本発明は、化学繊維の熱接着性改質剤及びその利用に関し、特に、化学繊維の天然繊維系の繊維に対する熱接着性を上げるための改質剤、この改質剤に改質されてなった改質ポリエチレン及びこの改質ポリエチレンを鞘層の材料とされた芯鞘複合繊維材に関する。

前記天然繊維系の繊維とは、天然繊維はもちろん、天然繊維の性質をもった物質、例えば木材パルプ、綿を原料として作り変えられ、且つ、天然繊維に似た性質を有する半合成繊維をも言う。

従来の使い捨ておむつや生理用ナプキンなどの衛生用品における吸収層は、化学繊維材、特に合成繊維材で水分吸収性の良い天然繊維（例えば綿）／半合成繊維（例えば、レーヨン）（以下、天然繊維系の繊維で称す）を所定の形状に保持固定してなる。この、天然繊維系の繊維を所定の形状に保持固定する化学繊維としては、ある程度以上の引張強度がもちろんであるが、天然繊維系の繊維に対する熱接着性も要求されるので、引張強度の良い繊維材の表面に天然繊維系の繊維に熱接着性が良い他の化学繊維材を施し、例えば、下記文献に開示されているように、融点の割合に高いポリプロピレンを芯層とし、融点の割合に低いポリエチレンを無水マレイン酸でグラフト重合させて改質した改質ポリエチレンを鞘層とした芯鞘複合繊維材がある。

この芯鞘複合繊維材は、前記改質ポリエチレン内にグラフトされている無水マレイン酸におけるカルボキシル基により、天然繊維系の繊維と水素結合となるので、天然繊維系の繊維と熱接着性がとても良い。

しかしながら、ポリエチレンの無水マレイン酸による改質は、グラフト重合によらなければならないので、ポリエチレンの融点ばかりでなくそれ以上かなり高い温度で行わなければならない上、化学反応の制御もとても困難である。その結果、加工の安定性やエネルギーの無駄による問題点がある。
米国特許第５，９８１，４１０号公報

本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、即ち、グラフト重合によらず、ただブレンドで鞘層の主成分としての化学繊維、例えばポリエチレンに天然繊維系の繊維に対する熱接着性を与えることができる改質剤、この改質剤に改質されてなった改質ポリエチレン及びこの改質ポリエチレンを鞘層の材料とされた芯鞘複合繊維材を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、化学繊維の天然繊維系の繊維に対する熱接着性を上げるための改質剤であって、エチレンアクリル酸共重合体及び／またはエチレンメタクリル酸共重合体と無水マレイン酸とからブレンドされてなった化学繊維の熱接着性改質剤を提供する。

前記無水マレイン酸を３〜４重量％含有していることが好ましい。
前記エチレンアクリル酸共重合体におけるエチレン成分／アクリル酸成分の重量比例は、９１／９〜８２／１８の範囲にあってもよく、該重量比例は好ましくは、９０／１０〜８５／１５の範囲にある。

前記エチレンメタクリル酸共重合体におけるエチレン成分／メタクリル酸成分の重量比例は、９６／４〜８５／１５の範囲にあってもよく、該重量比例は好ましくは、９１／９〜８５／１５の範囲にある。

本発明による前記化学繊維の熱接着性改質剤は、試験製作によると、グラフト重合によらず、ただブレンドで、鞘層の主成分としての化学繊維、例えばポリエチレンを改質し、該化学繊維に天然繊維系の繊維に対する熱接着性を与える上、該改質化学繊維を鞘層として天然繊維系の繊維に熱接着性の良い芯鞘複合繊維材を提供することができる。

前記本発明の、化学繊維に天然繊維系の繊維に対する熱接着性を与える無水マレイン酸の付加は、温度の高いグラフト重合の代わりに温度の低いブレンドだけを使用することができるのは、無水マレイン酸におけるカルボキシル基がエチレンアクリル酸共重合体及び／またはエチレンメタクリル酸共重合体におけるカルボキシル基及び天然繊維系の繊維におけるヒドロキシル基とそれぞれ水素結合により連結できるからであると思われる。

即ち、本発明は、前記化学繊維の熱接着性改質剤でブレンドされてなった改質ポリエチレンをも提供できる。

前記ポリエチレン成分／熱接着性改質剤成分の重量比例は、９５／５〜８８／１２の範囲にあってもよく、該重量比例は好ましくは、９４／６〜８９／１１の範囲にある。
改質ポリエチレンの融点が８８〜１３０℃の範囲にあることが好ましい。

本発明は、さらに、前記改質ポリエチレンからなった鞘層と、前記改質ポリエチレンより高い融点を有するポリマーからなり、且つ前記鞘層に被覆されている芯層とからなった芯鞘複合繊維材をも提供できる。

また、前記芯鞘複合繊維材の芯層として、ポリプロピレン（融点：約１５０〜１７０℃）、ポリアミド（融点：約２１０〜２６０℃）、ポリ乳酸（融点：約１５０〜１７０℃）及びポリエステル（融点：約２００〜２５５℃）の群から選んで作られたものを使用することが好ましい。

以下、実施例によって、比較例を対照しながら、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
Ａ、化学繊維の熱接着性改質剤の製造
［実施例Ａ１］：
使用成分：
１．エチレンメタクリル酸共重合体（ａ１）：デュポン社製；品番：Ｎｕｃｒｅｌ ９２５（メタクリル酸１５ｗｔ％；融点９２℃）
２．無水マレイン酸：ＵＰＣ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ製
３．メチルエチルケトン：Ｌｉｓｏｎｓ Ｉｎｃ．製；品番：ＴＴ−３０８
４．ジクミルペルオキシド：Ｌｉｓｏｎｓ Ｉｎｃ．製；品番：０５２９Ｆ
使用装置：
二軸混練押出機：ＪＳＷ日本製鋼所製（ｃｏ−ｒｏｔａｔｉｎｇ：二軸同方向回転押出機）

まず、ａ１を二軸押出機に投入してから、４／４／０．２の比例となる無水マレイン酸、メチルエチルケトン、ジクミルペルオキシドを１．３ｋｇ／ｈｒの速度で注入し、表（１）の条件にてブレンドし本発明の改質剤１を形成した。得た化学繊維の熱接着性改質剤１は、融点９１．０４℃である。

［実施例Ａ２］：
エチレンメタクリル酸共重合体（ａ１）の代わりに、エチレンメタクリル酸共重合体（ａ２）（デュポン社製；品番：Ｎｕｃｒｅｌ ０９０３；メタクリル酸９ｗｔ％；融点１０１℃）を使用する以外、他の成分及び条件を実施例Ａ１と同じようにし、本発明の改質剤２を形成した。得た化学繊維の熱接着性改質剤２は、融点９８．６５℃である。
［実施例Ａ３］：
エチレンメタクリル酸共重合体（ａ１）の代わりに、エチレンアクリル酸共重合体（ｂ１）（デュポン社製；品番：Ｎｕｃｒｅｌ ２８０６；アクリル酸１８ｗｔ％；融点８３℃）を使用する以外、他の成分及び条件を実施例Ａ１と同じようにし、本発明の改質剤３を形成した。得た化学繊維の熱接着性改質剤３は、融点８２．５６℃である。
［実施例Ａ４］：
エチレンメタクリル酸共重合体（ａ１）の代わりに、エチレンアクリル酸共重合体（ｂ２）（ＥＸＸＯＮ製；品番：ＥＳＣＯＲ ５２００；アクリル酸１５ｗｔ％；融点８８℃）を使用する以外、他の成分及び条件を実施例Ａ１と同じようにし、本発明の改質剤４を形成した。得た化学繊維の熱接着性改質剤４は、融点８９．６０℃である。
※接触角試験
油圧機を使用し、下記成分を用いて２００℃、７０ｋｇ／ｃｍ^２の条件で１５分間にわたって圧出成形して厚さ３ｃｍの試験片１〜４を作製し、そして、脱イオン水に対する各試験片の接触角（５回テストの平均値）を測定し、下記表（２）に示した。
使用成分：
試験片１：実施例Ａ１の改質剤１
試験片２：ポリエチレン（ＵＳＩ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ製；品番：ＬＨ−５２０；融点１３０℃）
試験片３：グラフト重合させて改質した改質ポリエチレン（ＤＯＷ Ｃｈｅｍｉｃａｌ製；品番：ＡＭＰＬＩＦＹ ＧＲ２０４）
試験片４：エチレンメタクリル酸共重合体（ａ１）
使用装置：
接触角計；ＫＹＯＷＡ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ；Ｍｏｄｅｌ ＣＡ−Ｄ

表（２）に示す結果から分かるように、改質剤１からなる試験片１は、試験片２〜４のポリエチレン、改質ポリエチレンまたはエチレンメタクリル酸共重合体（無水マレイン酸を含有していない）からなる各試験片より、水の接触角がはるかに小さいので、親水性がはるかに良いと判断できる。

親水性が良いことはアルコール性ヒドロキシル基の数が多くあることによるのと思われるが、アルコール性ヒドロキシル基の数が多くあれば、ヒドロキシル基の数が多い天然繊維系の繊維に対する熱接着性も良いと思われる。
従って、本発明の改質剤１は、天然繊維系の繊維に対する熱接着性も強いことが分かった。
Ｂ、改質ポリエチレンの製造及び熱接着性試験
［実施例Ｂ１〜Ｂ４］：
押出機を使用し、表（３）の各重量比例の条件でポリエチレンに実施例Ａ１から得た改質剤１を混入し、該改質剤１で該ポリエチレンを改質した改質ポリエチレンの粒子を作成した。

実施例Ｂ１〜Ｂ４で製作した改質ポリエチレンの粒子を原料とし、表（６）に示す紡糸条件で紡糸し、繊維のサンプルを作った。

作ったサンプルを綿布の上に置いて、オーブン（Ｌａｂｏｒｔｅｘ ｃｏ．，Ｌｔｄ製；Ｒ−３）に入れて１３５℃の温度で３分間の熱処理を行った後、綿布に対する熱接着性を観測した。また、改質剤１を添加しなくただポリエチレンを１００ｗｔ％使用してなるものを同じ手順で処理観測し、比較例としてそれらと対照的に示した。その結果は、下記表（３）の通りである。

表（３）に示す結果から分かるように、改質剤１が多くなるに従って、接着性が向上する。しかし、表に示していないが、改質剤の添加量が５ｗｔ％未満になると、熱接着性の改善があまり出て来ず、１２ｗｔ％以上になると、可紡性が悪くなるので、改質剤の混合比率は、５〜１２ｗｔ％の範囲が好ましい。
［実施例Ｂ５〜Ｂ７］：
押出機を使用し、表（４）の各重量比例の条件でポリエチレン（８９ｗｔ％）に実施例Ａ２〜Ａ４から得た改質剤２〜４（１１ｗｔ％）を混入し、該改質剤で改質した改質ポリエチレンの粒子を作成した。

実施例Ｂ５〜Ｂ７で製作した改質ポリエチレンの粒子を原料とし、表（６）に示す紡糸条件で紡糸し、繊維のサンプルを作った。

作ったサンプルを綿布の上に置いて、オーブン（Ｌａｂｏｒｔｅｘ ｃｏ．，Ｌｔｄ製；Ｒ−３）に入れて１３５℃の温度で３分間の熱処理を行った後、綿布に対する熱接着性を観測した。また、改質剤１を添加しなく、ただポリエチレンを１００ｗｔ％使用してなるものを同じ手順で処理観測し、比較例としてそれらと対照的に示した。その結果は、下記表（４）の通りである。

表（４）に示す結果から分かるように、メタクリル酸含量の多い実施例Ｂ２の熱接着性がメタクリル酸含量のそれより少ない実施例Ｂ５より良く、また、アクリル酸含量の多い実施例Ｂ６の熱接着性がアクリル酸含量のそれより少ない実施例Ｂ７より良い。それで、メタクリル酸またはアクリル酸が多くなるに従って、接着性は向上する傾向があることが確認できる。
低い温度の熱処理を行った後の熱接着性
表（４）の各重量比例と同じ条件で改質ポリエチレン粒子を作成してから繊維のサンプルを作ったが、次のオーブンによる熱処理は１３５℃より低い１２５℃で行った。その観測の結果は、下記表（５）の通りである。

表（５）にから分かるように、その結果は表（４）の結果とまったく同じなので、本発明の改質ポリエチレンは従来より低い温度で熱処理を行っても良い。それで、熱加工時のエネルギーの無駄による問題点が改善できる。
Ｃ、芯鞘複合繊維材の製造
［実施例Ｃ１］：
表（６）に示す条件に基づく溶融紡糸法により、実施例Ｂ２の改質ポリエチレンからなった鞘層と、前記改質ポリエチレンより高い融点を有するポリプロピレン（ＴＡＩＷＡＮ ＰＯＬＹＰＲＯＰＹＬＥＮＥ ＣＯ．，ＬＴＤ．製；品番：６２３１Ｆ；融点１６６．１℃）からなり、且つ前記鞘層に被覆されている芯層とをその鞘芯比が６５／３５となるように、１．５ｄ×３８ｍｍの芯鞘複合繊維材を形成した。

［比較例１］：
鞘層としてポリエチレンを使用し、且つ表（６）における１段目の加熱温度を２００℃に設定する以外、他の成分及び条件を実施例Ｃ１と同じようにし、１．５ｄ×３８ｍｍの芯鞘複合繊維材を形成した。
［比較例２］：
鞘層として実施例Ｂ２の改質ポリエチレンの代わりに、ポリエチレン（８９ｗｔ％）と市販の改質剤（１１ｗｔ％、ＤＯＷ Ｃｈｅｍｉｃａｌ製；品番：ＡＭＰＬＩＦＹ ＧＲ２０４）とからなった改質ポリエチレンを使用し、且つ表（６）における１段目の加熱温度を２００℃、３段目の加熱温度を２３５℃に設定する以外、他の成分及び条件を実施例Ｃ１と同じようにし、１．５ｄ×３８ｍｍの芯鞘複合繊維材を形成した。
［比較例３］：
直接に市販のポリエチレン／ポリプロピレン芯鞘複合繊維材（チッソ株式会社製）を購入した。
そして、実施例Ｃ１と比較例１〜３におけるそれぞれの繊維材の下記物性を測定し、その結果を下記表（７）に示した。

［実施例Ｃ２］：
表（８）に示す条件に基づく溶融紡糸法により、ポリエチレン（９２ｗｔ％）に実施例Ａ１から得た改質剤（８ｗｔ％）を混入してからなった鞘層と、前記改質ポリエチレンより高い融点を有するポリエステル（Ｆａｒ Ｅａｓｔｅｒｎ Ｔｅｘｔｉｌｅ Ｌｔｄ．， Ｔａｉｗａｎ製；品番：ＣＳＳ−９１０；融点２５５℃）からなり、且つ前記鞘層に被覆されている芯層とをその鞘芯比が５５／４５となるように、２．０ｄ×３８ｍｍの芯鞘複合繊維材を形成した。

［比較例４］：
鞘層としてポリエチレンを使用し、且つ表（８）における１段目／２段目／３段目／４段目／５段目の加熱温度を２５０／２５０／２５５／２５５／２５５（℃）に設定する以外、他の成分及び条件を実施例Ｃ２と同じようにし、芯鞘複合繊維材を形成した。
［比較例５］：
鞘層として実施例Ａ１の改質ポリエチレンの代わりに、ポリエチレン（９０ｗｔ％）と市販の改質剤（１０ｗｔ％、ＤＯＷ Ｃｈｅｍｉｃａｌ製；品番：ＡＭＰＬＩＦＹ ＧＲ２０４）とからなった改質ポリエチレンを使用し、且つ表（８）における１段目／２段目／３段目／４段目／５段目の加熱温度を２５０／２５０／２５５／２５５／２５５（℃）に設定する以外、他の成分及び条件を実施例Ｃ２と同じようにし、芯鞘複合繊維材を形成した。

表（７）及び表（９）に示す結果から分かるように、実施例Ｃ１及びＣ２における繊維材の物性は比較例１〜３及び比較例４〜５における各繊維材の物性とは差異が少ないので、本発明の改質剤は繊維の可紡性にあまり影響を与えず、実用性がある。
Ｄ、不織布の製造及びその熱接着性
［実施例Ｄ１］：
実施例Ｃ１で製作した繊維材３０ｗｔ％とレーヨンの繊維材７０ｗｔ％（Ｖｉｃｕｎｈａ Ｔｅｘｔｉｌ Ｓ／Ａ製；２ｄ×３８ｍｍ）とを用いて、開綿機により開綿し、網目状にさせ、そしてオーブンに入れて１４５℃の温度で３分間の熱処理を行った後、目付１００ｇ／ｍ^２の不織布を形成した。また、不織布を３０ｃｍ×５ｃｍのサイズにカットして試験片を作製した。
［比較例６〜８］：
実施例Ｃ１で製作した繊維材の代わりに、比較例１〜３で製作した繊維材を使用する以外、他の成分及び条件を実施例Ｄ１と同じようにし、不織布の試験片を作製した。
そして、引張試験機（ＩＮＳＴＲＯＮ−４３０１）を使用して各試験片の破断強度及び伸度を測定し、得られた結果を表（１０）に示した。

表（１０）に示す結果から分かるように、実施例Ｄ１で製作した試験片の強度が、比較例７、８に比べるとやや高い上、比較例６に比べるとはるかに高いので、本発明で製作した繊維材の半合成繊維に対する熱接着性が良いと判断できる。
［実施例Ｄ２］：
実施例Ｃ２で製作した繊維材３０ｗｔ％とレーヨンの繊維材７０ｗｔ％（Ｖｉｃｕｎｈａ Ｔｅｘｔｉｌ Ｓ／Ａ製；２ｄ×３８ｍｍ）とを用いて、開綿機により開綿し、網目状にさせ、そしてオーブンに入れて１４５℃の温度で３分間の熱処理を行った後、目付１００ｇ／ｍ^２の不織布を形成した。また、不織布を３０ｃｍ×５ｃｍのサイズにカットして試験片を作製した。
［比較例９〜１０］：
実施例Ｃ２で製作した繊維材の代わりに、比較例４〜５で製作した繊維材を使用する以外、他の成分及び条件を実施例Ｄ１と同じようにし、不織布の試験片を作製した。

そして、引張試験機（ＩＮＳＴＲＯＮ−４３０１）を使用して各試験片の破断強度及び伸度を測定し、得られた結果を表（１１）に示した。

表（１１）に示す結果から分かるように、実施例Ｄ２で製作した試験片の強度が、比較例１０に比べるとやや高い上、比較例９に比べるとはるかに高いので、本発明で製作した繊維材の半合成繊維に対する熱接着性が良いと判断できる。

本発明による前記化学繊維の熱接着性改質剤は、試験製作によると、グラフト重合によらず、ただブレンドで、鞘層の主成分としての化学繊維、例えばポリエチレンを改質し、該化学繊維に天然繊維系の繊維に対する熱接着性を与える上、該改質化学繊維を鞘層として天然繊維系の繊維に熱接着性の良い芯鞘複合繊維材を提供することができる。

Claims (12)

1. 化学繊維の天然繊維系の繊維に対する熱接着性を上げるための改質剤であって、エチレンアクリル酸共重合体及び／またはエチレンメタクリル酸共重合体と無水マレイン酸とからブレンドされてなったことを特徴とする化学繊維の熱接着性改質剤。
2. 前記無水マレイン酸を３〜４重量％含有していることを特徴とする請求項１に記載の化学繊維の熱接着性改質剤。
3. 前記エチレンアクリル酸共重合体におけるエチレン成分／アクリル酸成分の重量比例は９１／９〜８２／１８の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の化学繊維の熱接着性改質剤。
4. 前記エチレンアクリル酸共重合体におけるエチレン成分／アクリル酸成分の重量比例は９０／１０〜８５／１５の範囲にあることを特徴とする請求項３に記載の化学繊維の熱接着性改質剤。
5. 前記エチレンメタクリル酸共重合体におけるエチレン成分／メタクリル酸成分の重量比例は９６／４〜８５／１５の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の化学繊維の熱接着性改質剤。
6. 前記エチレンメタクリル酸共重合体のエチレン成分／メタクリル酸成分の重量比例は９１／９〜８５／１５の範囲にあることを特徴とする請求項５に記載の化学繊維の熱接着性改質剤。
7. 前記請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の熱接着性改質剤の混入で改質されてなった改質ポリエチレン。
8. 前記ポリエチレン成分／熱接着性改質剤成分の重量比例は９５／５〜８８／１２の範囲にあることを特徴とする請求項７に記載の改質ポリエチレン。
9. 前記ポリエチレン成分／熱接着性改質剤成分重量比例は９４／６〜８９／１１の範囲にあることを特徴とする請求項８に記載の改質ポリエチレン。
10. 融点が８８〜１３０℃の範囲にある請求項７に記載の改質ポリエチレン。
11. 前記請求項７〜請求項１０のいずれか一項に記載の改質ポリエチレンからなった鞘層と、前記改質ポリエチレンより高い融点を有するポリマーからなり、且つ前記鞘層に被覆されている芯層とからなったことを特徴とする芯鞘複合繊維材。
12. 前記芯層として、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリ乳酸及びポリエステルの群から選んで作られたものを使用することを特徴とする請求項１１に記載の芯鞘複合繊維材。