JP5600592B2 - ポリプロピレン弾性繊維の製造方法およびポリプロピレン系弾性繊維 - Google Patents
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Description
このように、ポリオレフィンを用いて弾性繊維を製造するためにはさらなる技術開発が必要な状況にある。
すなわち本発明は、
(1) 原料を、紡糸ノズルを用いて100〜300℃で溶融押出しする工程、
溶融押出し後の繊維を0〜50℃の水浴で冷却する工程、および
冷却された繊維を巻き取る工程を含む弾性繊維の製造方法であって、
該原料として、以下の(a)〜(g)を満たす低結晶性ポリプロピレンまたは該低結晶性ポリプロピレンを含有する結晶性樹脂組成物であって、以下の(A)および(B)を満たすものを使用する、弾性繊維の製造方法、
(a)[mmmm]=20〜60モル%
(b)[mm]=50〜90モル%
(c)[rrrr]/(1−[mmmm])≦0.1
(d)[rmrm]>2.5モル%
(e)[mm]×[rr]/[mr]2≦2.0
(f)重量平均分子量(Mw)=10,000〜200,000
(g)分子量分布(Mw/Mn)<4
(A)示差走査型熱量計(DSC)で測定した結晶化温度(Tc)が20〜100℃である。
(B)示差走査型熱量計(DSC)を用いて、窒素雰囲気下−10℃で5分間保持した後10℃/分で昇温させることにより得られる融解吸熱カーブの最も高温側に観測されるピークのピークトップとして定義される融点(Tm−D)が0〜120℃である。
(2) 結晶性樹脂組成物が結晶核剤を含有する、上記1に記載の弾性繊維の製造方法、
(3) 冷却された繊維を巻き取る工程の後に、初期長さの200%以上に延伸する工程を含む、上記1または2に記載の弾性繊維の製造方法、
(4) 以下の(a)〜(g)を満たす低結晶性ポリプロピレンまたは該低結晶性ポリプロピレンを含有する結晶性樹脂組成物であって、以下の(A)および(B)を満たすものを少なくとも芯成分として使用して得られる芯鞘型複合弾性繊維であって、以下の(I)式により算出される総低結晶性ポリプロピレン分率が80〜99質量%である芯鞘型複合弾性繊維、
(a)[mmmm]=20〜60モル%
(b)[mm]=50〜90モル%
(c)[rrrr]/(1−[mmmm])≦0.1
(d)[rmrm]>2.5モル%
(e)[mm]×[rr]/[mr]2≦2.0
(f)重量平均分子量(Mw)=10,000〜200,000
(g)分子量分布(Mw/Mn)<4
(A)示差走査型熱量計(DSC)で測定した結晶化温度(Tc)が20〜100℃である。
(B)示差走査型熱量計(DSC)を用いて、窒素雰囲気下−10℃で5分間保持した後10℃/分で昇温させることにより得られる融解吸熱カーブの最も高温側に観測されるピークのピークトップとして定義される融点(Tm−D)が0〜120℃である。
[式1]
総低結晶性ポリプロピレン分率=(Ws×Xs+Wc×Xc)/100 (I)
Ws:鞘成分の質量分率
Wc:芯成分の質量分率
Xs:鞘成分中の、低結晶性ポリプロピレンの質量分率
Xc:芯成分中の、低結晶性ポリプロピレンの質量分率
(5) Ws≦Wcであることを特徴とする上記4に記載の芯鞘型複合弾性繊維
を提供するものである。
上記低結晶性ポリプロピレンは、メソペンタッド分率[mmmm]が20〜60モル%である。メソペンタッド分率が20モル%より小さいと、溶融後の固化が非常に遅いため、繊維が巻取りロールに付着して連続成形が困難になり、また、60モル%より大きいと、結晶化度が高すぎるため、弾性回復性が低下する。このような観点から、メソペンタッド分率[mmmm]は、好ましくは30〜50モル%、より好ましくは40〜50モル%である。
上記低結晶性ポリプロピレンは、立体規則性指数[mm]が50〜90モル%である。[mm]が50モル%より小さいと、べたつきが生じ易く、90モル%より大きいと製造工程における操作性が低下する。このような観点から、[mm]は、好ましくは60〜90モル%、より好ましくは60〜80モル%である。
上記低結晶性ポリプロピレンは、[rrrr]/(1−[mmmm])が0.1以下である。[rrrr]/(1−[mmmm])は、低結晶性ポリプロピレンの規則性分布の均一さを示す指標である。この値が大きくなると既存触媒系を用いて製造される従来のポリプロピレンのように高規則性ポリプロピレンとアタクチックポリプロピレンの混合物となり、べたつきの原因となる。このような観点から、[rrrr]/(1−[mmmm])は、好ましくは0.05以下、より好ましくは0.04以下である。
上記低結晶性ポリプロピレンは、ラセミメソラセミメソ分率[rmrm]が2.5モル%を超えるものである。2.5モル%以下であると、低結晶性ポリプロピレンのランダム性が減少し、アイソタクチックポリプロピレンブロック鎖による結晶化によって結晶化度が高くなり、弾性回復性が低下する。[rmrm]は、好ましくは2.6モル%以上、より好ましくは2.7モル%以上である。その上限は、通常10モル%程度である。
上記低結晶性ポリプロピレンは、[mm]×[rr]/[mr]2が、2.0以下である。[mm]×[rr]/[mr]2は、重合体のランダム性の指標を示し、小さいほどランダム性が高くなり、弾性回復性に優れる。この値が2.0以下であると、紡糸により得られた繊維において十分な弾性回復性が得られ、かつべたつきも抑制される。
上記十分な弾性回復性を得る観点から、[mm]×[rr]/[mr]2は、好ましくは0.25を超え1.8以下、より好ましくは0.5〜1.5である。
装置:日本電子(株)製JNM−EX400型13C−NMR装置
方法:プロトン完全デカップリング法
濃度:220mg/ミリリットル
溶媒:1,2,4−トリクロロベンゼンと重ベンゼンの90:10(容量比)混合溶媒
温度:130℃
パルス幅:45°
パルス繰り返し時間:4秒
積算:10000回
上記低結晶性ポリプロピレンは、重量平均分子量が10,000〜200,000である。10,000以上であると、該低結晶性ポリプロピレンの粘度が低すぎず適度のものとなるため、紡糸の際の糸切れが抑制される。また、重量平均分子量が200,000以下であると、上記低結晶性ポリプロピレンの粘度が高すぎず、紡糸性が向上する。この重量平均分子量は、好ましくは30,000〜150,000であり、より好ましくは50,000〜150,000である。
上記低結晶性ポリプロピレンは、分子量分布が4未満である。分子量分布(Mw/Mn)が4未満であると、紡糸により得られた繊維におけるべたつきの発生が抑制される。この分子量分布は、好ましくは3以下である。
GPC測定装置カラム:TOSO GMHHR−H(S)HT
検出器:液体クロマトグラム用RI検出器 WATERS 150C
測定条件
溶媒:1,2,4−トリクロロベンゼン
測定温度:145℃
流速:1.0ミリリットル/分
試料濃度:2.2mg/ミリリットル
注入量:160マイクロリットル
検量線:Universal Calibration
解析プログラム:HT−GPC(Ver.1.0)
(A)示差走査型熱量計(DSC)で測定した結晶化温度(Tc)が20〜100℃である。
結晶化温度(Tc)は好ましくは20〜90℃である。ここで、Tcは原料の結晶化速度を表す指標であり、Tcが高いほど結晶化速度が大きい。Tcが20℃以上であると、結晶化速度が小さすぎず適度のものとなり、紡糸直後の糸が十分に固化するため付着や収縮が生じず、均一な糸や不織布を得ることができる。一方、Tcが100℃以下であると、結晶化速度が抑制され、これに伴って結晶化度が抑制されるため、紡糸により得られた繊維の弾性回復性が高くなる。
なお、上記Tcは、示差走査型熱量計(パーキン・エルマー社製、DSC−7)を用い、試料10mgを窒素雰囲気下、220℃で5分間保持した後、20℃/分で−30℃まで降温させることにより得られた発熱カーブのピークのピークトップとして求める。
融点(Tm−D)が0℃以上であると、紡糸により得られた繊維におけるべたつきの発生が抑制され、120℃以下であると、十分な弾性回復性が得られる。このような観点から、融点(Tm−D)は、好ましくは0〜100℃である。
なお、上記融点(Tm−D)は、示差走査型熱量計(パーキン・エルマー社製、DSC−7)を用い、試料10mgを窒素雰囲気下−10℃で5分間保持した後、10℃/分で昇温させることにより得られた融解吸熱カーブの最も高温側に観測されるピークのピークトップとして求める。
熱可塑性樹脂としては、結晶性樹脂組成物が上記特性(A)および(B)を満たす限り特に制限はないが、オレフィン系重合体が好ましい。オレフィン系重合体としては、ポリプロピレン、プロピレン−エチレン共重合体、プロピレン−エチレン−ジエン共重合体、ポリエチレン、エチレン/α−オレフィン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、水素添加スチレン系エラストマー等が挙げられる。これらは、一種単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
一般に、結晶核剤は多数の結晶化開始部分により結晶化を開始させるため、結晶核剤を含有する樹脂組成物はより高温で結晶化し、結晶化度が高くなり、融点が高くなる。しかしながら、本発明においては低結晶性ポリプロピレンを使用する。このため、結晶核剤の添加は結晶核生成過程には効果があり結晶化温度を上げる一方で、融点の上昇を抑えることができ、比較的低温で溶融させることができる。このことは上記結晶化温度の上昇とともに冷却工程に有利に作用し、生産性の向上にもつながる。
結晶核剤の含有量は、樹脂組成物基準で10〜10000質量ppmであることが好ましく、100〜5000質量ppmがより好ましい。
本願第2発明で使用するポリプロピレンは、第1発明において説明した低結晶性ポリプロピレンと同じ特性を有するものであり、以下の(a)〜(g)を満たす低結晶性ポリプロピレンである。
(a)[mmmm]=20〜60モル%
(b)[mm]=50〜90モル%
(c)[rrrr]/(1−[mmmm])≦0.1
(d)[rmrm]>2.5モル%
(e)[mm]×[rr]/[mr]2≦2.0
(f)重量平均分子量(Mw)=10,000〜200,000
(g)分子量分布(Mw/Mn)<4
なお、(a)〜(g)に関する詳しい説明は先に第1発明において説明したとおりである。また、上記(a)〜(g)を満たすものであれば、本発明の目的を損なわない範囲においてプロピレン以外のコモノマーを使用した共重合体であってもよい。この場合コノモマーの量は通常2質量%以下である。コモノマーとしては、エチレン,1−ブテン,1−ペンテン,4−メチル−1−ペンテン,1−ヘキセン,1−オクテン,1−デセン,1−ドデセン,1−テトラデセン,1−ヘキサデセン,1−オクタデセン,1−エイコセンなどが挙げられ、本発明においては、これらのうち一種又は二種以上を用いることができる。
(A)示差走査型熱量計(DSC)で測定した結晶化温度(Tc)が20〜100℃である。
(B)示差走査型熱量計(DSC)を用いて、窒素雰囲気下−10℃で5分間保持した後10℃/分で昇温させることにより得られる融解吸熱カーブの最も高温側に観測されるピークのピークトップとして定義される融点(Tm−D)が0〜120℃である。
なお、(A)および(B)に関する詳しい説明は先に第1発明において説明したとおりである。
特に、熱可塑性樹脂としては結晶性ポリオレフィンが好ましい。なお、ここでいう結晶性ポリオレフィンとは、常温で固体であって、融点を有するポリオレフィンをいう。結晶性ポリオレフィンの具体例としては、例えばエチレン系重合体、プロピレン系重合体、ブテン系重合体などが挙げられる。これらは単独重合体であってもよく、共重合体であってもよい。共重合可能なモノマーとしては、例えば、エチレンや、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセンなどの炭素数3〜20のα−オレフィン、アクリル酸メチルなどのアクリル酸エステル、酢酸ビニルなどが挙げられる。
上記結晶性ポリオレフィンの中で、MFRが20〜80g/10分のポリプロピレンまたは10〜70g/10分のポリエチレンが特に好ましい。
総低結晶性ポリプロピレン分率(質量%)=(Ws×Xs+Wc×Xc)/100 (I)
また、本願第2発明のポリプロピレン系弾性繊維においては、鞘成分中よりも芯成分中に低結晶性ポリプロピレンが多く含まれるもの、すなわち、Ws×Xs≦Wc×Xcを満たすものが好ましい。
攪拌機付きの内容積20Lのステンレス製反応器に、n−ヘプタンを20L/h、トリイソブチルアルミニウムを15mmol/h、さらに、ジメチルアニリニウムテトラキスペンタフルオロフェニルボレートと(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)−ビス(3−トリメチルシリルメチルインデニル)ジルコニウムジクロライドとトリイソブチルアルミニウムとプロピレンとを質量比1:2:20で、事前に接触させて得られた触媒成分を、ジルコニウム換算で6μmol/hで連続供給した。
重合温度を67℃に設定し、反応器の気相部の水素濃度が0.8モル%、反応器内の全圧が0.75MPa・Gに保たれるように、プロピレンと水素を連続供給し、重合反応を行った。
得られた重合溶液に、酸化防止剤としてイルガノックス1010(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)をその含有割合が500質量ppmになるように添加し、次いで溶媒であるn−ヘプタンを除去することにより、低結晶性ポリプロピレンを得た。
得られた低結晶性ポリプロピレンについて、上述した方法により、融点(Tm−D)、立体規則性指数([mm])、メソペンタッド分率[mmmm]、ラセミメソラセミメソ分率[rmrm]、[rrrr]/(1−[mmmm])、[mm]×[rr]/[mr]2、重量平均分子量(Mw)及び分子量分布(Mw/Mn)を測定した。結果を第1表に示す。
製造例1で得られた低結晶性ポリプロピレンを、φ20mm単軸押出機(田辺プラスチックスVS20)を用いて樹脂温度170℃で原料を溶融押出し、ノズル径3mmのノズルより溶融樹脂を単孔当たり50g/min吐出させ、20℃の冷却水槽で冷却した後、巻取り速度0.33m/minで巻取りロールに巻き取った。後述するように、巻き取られた繊維をロールからリリースする際の状態を観察し、ロールリリース性を評価した。
さらに、上記の方法で得られた繊維を、引張試験機(島津製作所、オートグラフAGF100)を用いて、初期長を100mmに設定し、300mm/minで400%延伸して弾性繊維を得た。
実施例1において、巻取り速度を0.17m/minとし、冷却温度を15℃とした以外は、実施例1と同様にして弾性繊維を成形した。
実施例1において、吐出量を0.73g/min、巻取り速度を0.17m/minとし、冷却温度を15℃とした以外は、実施例1と同様にして弾性繊維を成形した。
実施例1において延伸を行わなかった以外は、実施例1と同様にして弾性繊維を成形した。
実施例1において延伸倍率を200%とした以外は、実施例1と同様にして弾性繊維を成形した。
実施例1において延伸倍率を700%とした以外は、実施例1と同様にして弾性繊維を成形した。
実施例1において、低結晶性ポリプロピレンに結晶核剤(新日本理化(株)製、ゲルオールMD)を5000質量ppm添加した以外は、実施例1と同様にして弾性繊維を成形した。
実施例1において水槽による冷却を行わなかった以外は、実施例1と同様にして弾性繊維を成形した。
実施例1において水槽の水温を80℃にした以外は、実施例1と同様にして弾性繊維を成形した。
上記の方法によって得られた弾性繊維について以下のように評価した。結果を第1表に示す。
〔ロールリリース性〕
巻取りロールに巻き取られた繊維をロールからリリースする際に、問題なく剥離する場合を○、繊維どうしで付着があるが、1本ずつ剥離できた場合を△、繊維どうしが付着し、剥離できない場合を×としてロールリリース性を評価した。
〔弾性回復率〕
引張試験機((株)島津製作所製、オートグラフAGF100)を用いて、初期長L0を50mmに設定し、引張速度150mm/分で100%伸長した後、直ちに150mm/分で初期位置まで戻し、再度、引張速度150mm/分で100%伸長した。2度目の延伸過程において張力が0から立ち上がるストローク長さL(mm)を測定した。下記式により弾性回復率(%)を算出した。
弾性回復率(%)=(1−L/L0)×100
鞘成分として、製造例1で得られた低結晶性ポリプロピレン(低結晶性PP)92質量%、JISK7210に準拠し、温度230℃、荷重21.18Nの条件で測定したメルトフローレート(MFR)が60g/10分の高結晶性ポリプロピレン(高結晶性PP)(株式会社プライムポリマー、Y6005GM)8質量%の配合比でペレット状態に混合したものを用い、芯成分として、製造例1で得られた低結晶性PPのみを用いて以下のようにポリプロピレン系弾性繊維を製造した。
鞘成分樹脂と芯成分樹脂を別々の単軸押出機を用いて樹脂温度220℃で溶融押出し、ノズル径0.3mmの芯鞘複合ノズル(孔数35ホール)より、単孔当たり1.0g/分の速度で、溶融樹脂を鞘成分:芯成分の質量比が50:50となるように吐出させた。
吐出した繊維を5℃の冷却風により冷却し、巻取り速度2000m/分で巻取りロールに巻き取った。得られたポリプロピレン系弾性繊維について、上記の方法で弾性回復率の評価を行った。結果を第3表に示す。
芯成分と鞘成分の質量分率をそれぞれ60質量%、40質量%とし、鞘成分中の低結晶性PP分率を90質量%とした以外は実施例8と同様にしてポリプロピレン系弾性繊維を成形し、弾性回復率の評価を行った。結果を第3表に示す。
芯成分と鞘成分の質量分率をそれぞれ70質量%、30質量%とし、鞘成分中の低結晶性PP分率を87質量%とした以外は実施例8と同様にしてポリプロピレン系弾性繊維を成形し、弾性回復率の評価を行った。結果を第3表に示す。
芯成分と鞘成分の質量分率をそれぞれ80質量%、20質量%とし、鞘成分中の低結晶性PP分率を80質量%とした以外は実施例8と同様にしてポリプロピレン系弾性繊維を成形し、弾性回復率の評価を行った。結果を第3表に示す。
芯成分と鞘成分の質量分率をそれぞれ90質量%、10質量%とし、鞘成分中の低結晶性PP分率を60質量%とした以外は実施例8と同様にしてポリプロピレン系弾性繊維を成形し、弾性回復率の評価を行った。結果を第3表に示す。
芯成分と鞘成分の質量分率をそれぞれ90質量%、10質量%とし、鞘成分中の低結晶性PP分率を50質量%とした以外は実施例8と同様にしてポリプロピレン系弾性繊維を成形し、弾性回復率の評価を行った。結果を第3表に示す。
芯成分と鞘成分の質量分率をそれぞれ80質量%、20質量%とし、鞘成分中の低結晶性PP分率を50質量%とした以外は実施例8と同様にしてポリプロピレン系弾性繊維を成形し、弾性回復率の評価を行った。結果を第3表に示す。
芯成分と鞘成分の質量分率をそれぞれ90質量%、10質量%とし、鞘成分を高結晶性PP100質量%とした以外は実施例8と同様にしてポリプロピレン系弾性繊維を成形し、弾性回復率の評価を行った。結果を第3表に示す。
芯成分と鞘成分の質量分率をそれぞれ90質量%、10質量%とし、鞘成分を高密度ポリエチレン(HDPE)(株式会社プライムポリマー、HIZEX120YK)100質量%とした以外は実施例8と同様にしてポリプロピレン系弾性繊維を成形し、弾性回復率の評価を行った。結果を第3表に示す。
芯成分と鞘成分の質量分率をそれぞれ70質量%、30質量%とし、鞘成分中の低結晶性PP分率を50質量%とした以外は実施例8と同様にしてポリプロピレン系弾性繊維を成形し、弾性回復率の評価を行った。結果を第3表に示す。
芯成分と鞘成分の質量分率をそれぞれ80質量%、20質量%とし、鞘成分をHDPE100質量%とした以外は実施例8と同様にしてポリプロピレン系弾性繊維を成形し、弾性回復率の評価を行った。結果を第3表に示す。
Claims (5)
- 原料を、紡糸ノズルを用いて100〜300℃で溶融押出しする工程、
溶融押出し後の繊維を0〜50℃の水浴で冷却する工程、および
冷却された繊維を巻き取る工程を含む弾性繊維の製造方法であって、
該原料として、以下の(a)〜(g)を満たす低結晶性ポリプロピレンまたは該低結晶性ポリプロピレンを含有する結晶性樹脂組成物であって、以下の(A)および(B)を満たすものを使用する、弾性繊維の製造方法。
(a)[mmmm]=20〜60モル%
(b)[mm]=50〜90モル%
(c)[rrrr]/(1−[mmmm])≦0.1
(d)[rmrm]>2.5モル%
(e)[mm]×[rr]/[mr]2≦2.0
(f)重量平均分子量(Mw)=10,000〜200,000
(g)分子量分布(Mw/Mn)<4
(A)示差走査型熱量計(DSC)で測定した結晶化温度(Tc)が20〜100℃である。
(B)示差走査型熱量計(DSC)を用いて、窒素雰囲気下−10℃で5分間保持した後10℃/分で昇温させることにより得られる融解吸熱カーブの最も高温側に観測されるピークのピークトップとして定義される融点(Tm−D)が0〜120℃である。 - 結晶性樹脂組成物が結晶核剤を含有する、請求項1に記載の弾性繊維の製造方法。
- 冷却された繊維を巻き取る工程の後に、初期長さの200%以上に延伸する工程を含む、請求項1または2に記載の弾性繊維の製造方法。
- 以下の(a)〜(g)を満たす低結晶性ポリプロピレンまたは該低結晶性ポリプロピレンを含有する結晶性樹脂組成物であって、以下の(A)および(B)を満たすものを少なくとも芯成分として使用して得られる芯鞘型複合弾性繊維であって、以下の(I)式により算出される総低結晶性ポリプロピレン分率が80〜99質量%である芯鞘型複合弾性繊維。
(a)[mmmm]=20〜60モル%
(b)[mm]=50〜90モル%
(c)[rrrr]/(1−[mmmm])≦0.1
(d)[rmrm]>2.5モル%
(e)[mm]×[rr]/[mr]2≦2.0
(f)重量平均分子量(Mw)=10,000〜200,000
(g)分子量分布(Mw/Mn)<4
(A)示差走査型熱量計(DSC)で測定した結晶化温度(Tc)が20〜100℃である。
(B)示差走査型熱量計(DSC)を用いて、窒素雰囲気下−10℃で5分間保持した後10℃/分で昇温させることにより得られる融解吸熱カーブの最も高温側に観測されるピークのピークトップとして定義される融点(Tm−D)が0〜120℃である。
[式1]
総低結晶性ポリプロピレン分率=(Ws×Xs+Wc×Xc)/100 (I)
Ws:鞘成分の質量分率
Wc:芯成分の質量分率
Xs:鞘成分中の、低結晶性ポリプロピレンの質量分率
Xc:芯成分中の、低結晶性ポリプロピレンの質量分率 - Ws≦Wcであることを特徴とする請求項4に記載の芯鞘型複合弾性繊維。
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