聚酯中空纖維球狀體的製作方法

2023-05-29 16:01:21 1

本發明涉及聚酯中空纖維球狀體。更詳細而言，本發明涉及不僅輕量且具有優異的蓬鬆性、而且柔軟且富有近似於羽毛的質地、保溫性優異、適合用作墊子或羽絨服等的填充物原材料的使用聚酯中空纖維而得到的纖維球狀體。

背景技術：

一直以來，作為羽絨服和睡袋的填充物原材料、墊子材料，廣泛使用羽毛、聚酯系短纖維。

羽毛通常使用水禽的羽毛，已知其質地豐盈、輕量且保溫性優異、容易貼合身體、蓬鬆度優異、恢復率高。然而，在想要獲得天然羽毛時，存在的課題在於其供給量有限，且供給量因自然條件、疫病的影響而發生變動。

進一步，從自然保護的觀點出發，在捕捉野生鳥方面存在極限，在想要飼養水禽而得到羽毛時，必須飼養大量的水禽，其結果是，不僅需要大量的飼料，還產生由水禽的排洩物而導致的水質汙染、傳染病的發生及其擴散的課題。

此外，為了能夠將羽毛用作填襯棉，需要經過採毛、甄選、消毒、脫脂和鋪蓋填充等多個步驟，並且在羽毛飛散這一方面，作業也變得繁雜，其結果是，存在使用羽毛得到的製品制具的價格變高的傾向。

進一步，採毛時在羽毛末端殘留有肉，從而成為腐爛臭味的原因，在歐洲等地，出於動物保護的觀點還出現了廢除羽毛的動向。

另一方面，聚酯系短纖維的價格低廉且蓬鬆性優異，製造纖維時的制絲性、加工成無紡布等製品時的加工性良好。因此，熟知的是：通過梳理機等將聚酯短纖維進行開纖並將纖維網層疊成層狀從而得到片材、並且用被殼覆蓋所得片材的方法。然而，該方法中存在的問題在於，為了用被殼覆蓋層狀的纖維網層疊體而耗費精力。

針對這樣的課題，提出了由質地柔軟且彈性優異、壓縮耐久性優異的具有形態穩定性的高彈性纖維球狀體(纖維球)形成的填充物(參照專利文獻1和專利文獻2)。

進一步，作為球狀棉的主體原材料，提出了聚酯纖維、聚醯胺纖維、聚烯烴纖維和丙烯酸類纖維(參照專利文獻3和專利文獻4)。

然而，前述專利文獻1、專利文獻2、專利文獻3和專利文獻4的提案中，所使用的纖維原材料是例如由聚酯纖維和粘結劑纖維形成的纖維球狀體，由於在形成球狀體時通過熱風等而使粘結劑纖維熱融合，因此存在的課題在於，在熱成型時纖維收縮而形成密度高的纖維球狀體，導致作為球狀體的柔軟性差，或者由於存在熱粘接部而導致球狀體的柔軟性差。

進一步，還提出了向球狀棉的表面噴灑粘結劑液體並進行模具成型、從而使球狀棉的表面與其它球狀棉的表面之間相粘接而得到的墊子材料(參照專利文獻5)。然而，該提案中存在的課題在於，由於向球狀棉噴灑粘結劑液體並進行模具形成，因此，由於使球狀體彼此粘接而導致加工成最終產品的加工性、即吹入性差，或者球狀體的流動性差，或者蓬鬆度降低。

此外，提出了纖維球狀體，其通過下述方式得到：將絲束拉伸後進行熱處理，使施予至表面的矽酮平滑劑熱固化，並在裁切後再次熱處理從而得到纖維，將所得纖維成型而得到纖維球狀體(參照專利文獻6)。然而，將絲束拉伸後進行熱處理，使矽酮平滑劑固化，在裁切後再次進行熱處理，由於使絲束在裁切之前進行熱固化，因此存在的課題在於，捲曲形態成為三維的螺旋狀，且形成s方向、z方向隨機的形態，所得纖維球狀體過度交纏，質地堅硬，進而蓬鬆性差。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2002-212868號公報

專利文獻2：日本特開2007-169846號公報

專利文獻3：日本特開h10-259559號公報

專利文獻4：日本特開s61-125377號公報

專利文獻5：日本特開2003-169978號公報

專利文獻6：日本特開昭62-033856號公報。

技術實現要素：

發明要解決的問題

因此，本發明的目的在於，解決上述現有技術的課題，提供不僅輕量且具有優異的蓬鬆性、而且柔軟且富有近似於羽毛的質地、適合用作墊子或羽絨服等的填充物原材料的聚酯中空纖維球狀體。

用於解決問題的方法

本發明人等認為：為了獲得兼具輕量性和蓬鬆度的纖維球狀體，適合使用聚酯中空纖維。此外，著眼於聚酯中空纖維的捲曲形態與所得纖維球狀體的蓬鬆度之間的關係，為了獲得恰當的捲曲形態而反覆進行了研究。進一步，還反覆研究了聚酯中空纖維的單纖維纖度和中空率，從而想到了本發明。

即，本發明是為了實現上述目的而進行的，本發明的聚酯中空纖維球狀體是單纖維纖度為2.0~6.6dtex、中空率為15~35%、捲曲數為2~8個/25mm、捲曲率為6~14%、纖維長度為20~50mm的纖維球狀體，其特徵在於，蓬鬆度為8,200以上~11,500cm3/50g以下。

根據本發明的聚酯中空纖維球狀體的優選方式，前述聚酯中空纖維的特性粘度為0.60~0.75。

根據本發明的聚酯中空纖維球狀體的優選方式，以相對於前述聚酯中空纖維的質量為0.3~1.0質量%的比例附著有包含聚矽氧烷的油劑。

根據本發明的聚酯中空纖維球狀體的優選方式，前述聚酯中空纖維的纖維摩擦係數μs為0.06~0.14。

根據本發明的聚酯中空纖維球狀體的優選方式，前述聚酯中空纖維的下述式(1)所示的捲曲率數比為1.5~3.0，

・捲曲率數比=捲曲率/捲曲數・・・・(1)。

本發明的前述聚酯中空纖維球狀體的製造方法的特徵在於，將聚酯從中空絲用紡絲管頭紡出，從紡出絲的單側吹附冷卻風從而進行非對稱冷卻後，進行牽拉、熱拉伸，然後不經過捲曲賦予步驟而施予包含聚矽氧烷的油劑，裁切為規定的纖維長度後，通過加熱蒸汽處理而使捲曲表現為螺旋狀，然後進行熱定型，得到聚酯中空纖維，對所得聚酯中空纖維進行開纖，加工成纖維球狀體。

發明的效果

根據本發明，能夠得到不僅輕量且具有優異的蓬鬆性、柔軟且富有近似於羽毛的質地、保溫性優異、適合用作墊子或羽絨服等的填充物原材料的使用聚酯中空纖維而得到的纖維球狀體。

附圖說明

圖1為例示出本發明的聚酯中空纖維球狀體的附圖替代照片。

具體實施方式

接著，針對本發明的聚酯中空纖維球狀體及其製造方法的實施方式進行具體說明。

本發明的聚酯中空纖維球狀體是使用聚酯中空纖維而得到的纖維球狀體，所述聚酯中空纖維是由特性粘度為0.60~0.75的聚酯形成的聚酯中空纖維，所述聚酯中空纖維的單纖維纖度為2.0~6.6dtex、中空率為15~35%、捲曲數為2~8個/25mm、捲曲率為6~14%、纖維長度為20~50mm，以相對於聚酯纖維質量為0.3~1.0%的比例附著有包含聚矽氧烷的油劑，纖維摩擦係數μs為0.06~0.14；並且，所述聚酯中空纖維球狀體是蓬鬆度為8,200以上~11,500cm3/50g以下的由聚酯中空纖維形成的球狀體。

作為構成本發明中使用的聚酯中空纖維的聚酯，可以舉出聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸1,3-丙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯和聚萘二甲酸丁二醇酯等，其中，優選使用聚對苯二甲酸乙二醇酯。

本發明中使用的聚酯的特性粘度優選為0.60~0.75。特性粘度進一步優選為0.62~0.72。特性粘度低於0.6時，捲曲的表現力降低、捲曲程度變低，導致加工成纖維球狀體時纖維難以團成球狀，難以形成纖維球狀體。進一步，由於纖維的剛性也變低，導致存在無法得到具有充分蓬鬆度的纖維球狀體的情況。另一方面，如果特性粘度超過0.75，則存在熔融粘度變高、難以製造纖維的情況。

重要的是，本發明中使用的聚酯中空纖維的單纖維纖度為2.0~6.6dtex。單纖維纖度優選為2.2~4.4dtex。如果公量單纖維纖度低於2.0dtex，則公量單纖維纖度變細，因此捲曲的表現力降低、捲曲程度變低，導致加工成纖維球狀體時纖維難以團成球狀，難以形成纖維球狀體。進一步，由於纖維的剛性變低，因此形成欠缺蓬鬆度的纖維球狀體。另一方面，如果單纖維纖度超過6.6dtex，則製成纖維時的剛性變高，導致無法得到柔軟且近似於羽毛的纖維球狀體。

重要的是，本發明中使用的聚酯中空纖維的中空率為15~35%。中空率更優選為20~30%。如果中空率低於15%，則非對稱冷卻變得不足、捲曲的表現力降低、捲曲程度變低，導致加工成纖維球狀體時纖維難以團成球狀，難以形成纖維球狀體。另一方面，如果中空率超過35%，則有時制絲中的斷頭多、難以穩定地製造纖維。

該聚酯中空纖維的中空率可以通過纖維橫截面放大照片算出中空部分面積相對於包括中空部分在內的纖維截面的總面積的比例，並用%來表示。

本發明中，中空是指：在纖維橫截面中，在纖維外形內部具有空洞部。空洞部優選位於纖維中心部，但還存在從纖維中心部偏離而處於偏心位置的情況，空洞部優選位於纖維中心。

中空率取決於管頭設計、聚酯特性粘度和冷卻條件，本領域技術人員可以通過各種特定的設定來進行控制。

重要的是，本發明中使用的聚酯中空纖維的捲曲數為2~8個/25mm。捲曲數優選為3~7個/25mm。如果捲曲數低於2個/25mm，則加工成纖維球狀體時纖維難以團成球狀，難以形成纖維球狀體。另一方面，如果捲曲數超過8個/25mm，則所得纖維球狀體的直徑小、其密度變高，從而形成欠缺蓬鬆度的纖維球狀體。

本發明中使用的聚酯中空纖維的捲曲率優選為6~14%。捲曲率更優選為8~12%。如果捲曲率低於6%，則加工成纖維球狀體時纖維難以團成球狀，難以形成纖維球狀體。另一方面，如果捲曲率超過14%，則所得纖維球狀體的直徑變小、密度變高，從而形成欠缺蓬鬆度的纖維球狀體。

重要的是，本發明中使用的聚酯中空纖維的纖維長度為20~50mm。纖維長度優選為25~40mm。如果纖維長度低於20mm，則加工成纖維球狀體時纖維彼此的交纏變弱、纖維的交纏解除，導致難以維持球狀體的形狀。另一方面，如果纖維長度超過50mm，則加工成纖維球狀體時纖維難以團成球狀，難以形成纖維球狀體，進一步纖維球狀體彼此容易交纏，因此欠缺流動性、製品品級變差。

優選以相對於本發明中使用的聚酯中空纖維的質量為0.3~1.0質量%的範圍(比例)施予並附著有包含聚矽氧烷的油劑。油劑附著量進一步優選為0.4~0.8質量%。包含聚矽氧烷的油劑低於0.3質量%時，纖維的平滑性變低、纖維球狀體彼此容易交纏，因此存在纖維球狀體欠缺流動性、製品品級變差的情況。另一方面，即使油劑附著量超過1.0質量%，也觀察不到纖維平滑性的進一步提高，還存在導致單位消耗惡化的問題。

作為本發明中使用的聚矽氧烷，可以使用例如氨基改性矽酮等。為了對聚酯中空纖維施予聚矽氧烷並使其附著，可以通過施予包含聚矽氧烷的油劑來實施。該油劑優選在包含聚矽氧烷的基礎上，還包含磷酸系化合物、脂肪族化合物和滷素系化合物，進一步優選的方式是包含抗氧化劑、阻燃劑和防靜電劑。

該包含聚矽氧烷的油劑的施予優選在製造本發明中使用的聚酯中空纖維的短纖維的步驟中，在即將裁斷絲束之前進行施予。施予油劑時，優選的是，製成聚矽氧烷的濃度優選為3~10質量%、進一步優選為4~8質量%的油劑水溶液，並施予至聚酯中空纖維，其後在任意溫度下進行乾燥。

本發明中使用的聚酯中空纖維的纖維摩擦係數μs優選為0.06~0.14。纖維摩擦係數μs進一步優選為0.07~0.12。纖維摩擦係數μs低於0.07時，纖維的平滑性變低、纖維球狀體彼此容易交纏，導致存在纖維球狀體欠缺流動性、製品品級變差的情況。另一方面，即使纖維摩擦係數μs超過0.12，也觀察不到纖維平滑性的進一步提高。

重要的是，聚酯中空纖維球狀體的蓬鬆度為8,200以上~11,500cm3/50g以下。蓬鬆度優選為9,000以上~10,700cm3/50g以下。如果蓬鬆度低於8,200cm3/50g，則無法得到蓬鬆度，形成輕量感、充盈感差的纖維球狀體。另一方面，難以獲得可得到蓬鬆度超過11,500cm3/50g的纖維球狀體的製造條件。

本發明中使用的聚酯中空纖維的捲曲率數比優選為1.5~3.0。捲曲率數比更優選為8~12%。如果捲曲率數比低於1.5，則加工成纖維球狀體時纖維難以團成球狀，導致難以形成纖維球狀體。另一方面，如果捲曲率數比超過3.0，則難以穩定地進行用於獲得高捲曲表現性的纖維製造。

捲曲率數比用下述式(1)表示。

捲曲率數比=捲曲率/捲曲數・・・・(1)。

接著，針對本發明中使用的聚酯中空纖維和聚酯中空纖維球狀體的製造方法，具體地例示出一個方式來進行說明。

首先，將聚酯熔融，通過優選具有90~400個中空纖維用噴出孔的紡絲管頭，在比熔點高15~30℃左右的紡絲溫度下熔融紡出以形成中空部，緊接紡出之後，使溫度優選為10~25℃的空氣以優選80~130m/分鐘的風量進行非對稱冷卻後，進一步使溫度優選為10~25℃的空氣以優選140~170m/分鐘的風量進行冷卻，施予紡絲油劑，優選以1000~1700m/分鐘的牽拉速度暫時容納於釜中，從而得到未拉伸絲束。

接著，將所得未拉伸絲束優選以2.3~3.0倍的拉伸倍率、優選使用溫度為75~100℃的液浴實施1級拉伸，不經過捲曲賦予步驟而通過噴淋以相對於纖維質量優選達到0.3~1.0質量%範圍的方式施予優選以3~10質量%的濃度含有包含聚矽氧烷的油劑的油劑水溶液，裁切成規定的纖維長度，通過優選100~250℃的加熱蒸汽處理而使捲曲表現為螺旋狀，在優選145~165℃的溫度下進行優選5~20分鐘的熱定型，從而能夠製造聚酯中空纖維。

上述螺旋捲曲是指纖維表現出的線圈狀捲曲。

本發明的聚酯中空纖維球狀體的形成方法中，使用設有多個在表面設置了鋸齒條的輥的梳理機等，對以前述方式得到的聚酯中空纖維充分地進行開纖，在室內的容易引發空氣紊流的圓筒狀空間中設置帶有多個葉片並旋轉的旋轉體，在所述室內，對充分進行了開纖的纖維通過能夠將其吹入並以規定時間進行紊流攪拌後將其取出的裝置等進行球狀體化，或者，對充分進行了開纖的纖維通過在一定程度較大的室內引發空氣渦流並使其滯留從而進行球狀體化，通過經受源自剛體(葉片)、空氣的力學作用力，由此圈狀的捲曲進一步加劇，能夠形成纖維球狀體。

此外，聚酯中空纖維球狀體的尺寸優選平均直徑為3~8mm、更優選為4~6mm。平均直徑低於3mm的纖維球狀體的加工困難，如果平均直徑超過8mm，則纖維球狀體形成欠缺吹入等製品加工性的製品。

圖1是例示出本發明的聚酯中空纖維球狀體的附圖替代照片。圖1的聚酯中空纖維球狀體的尺寸偏差小，蓬鬆性良好，基本不存在未成型纖維。

本發明的聚酯中空纖維球狀體不僅輕量且具有優異的蓬鬆性，而且柔軟且富有近似於羽毛的質地，適合用作墊子、羽絨服等的填充物原材料。

實施例

接著，針對本發明的聚酯中空纖維球狀體及其製造方法，使用實施例進行詳細說明。物性等的測定方法如下所示。

(特性粘度)

將試樣溶解於鄰氯苯酚中，使用烏氏粘度計測定自然下落時間，以其與標準試樣的相對值的形式用n=3的平均值來求出特性粘度。

(單纖維纖度、捲曲數、捲曲率、纖維長度和纖維摩擦係數μs)

按照jisl1015(2010年)進行測定。

(捲曲率數比)

按照jisl1015(2010年)來測定捲曲數和捲曲率，通過式1所示的方法來算出捲曲率數比。

(式1)捲曲率數比=捲曲率/捲曲數。

(包含聚矽氧烷的油劑相對於纖維質量的附著量)

將試樣用發煙硫酸和發煙硝酸分解，用電爐碳化後，用鹼溶解。其後，用鉬酸銨使其顯色，用分光光度計測定吸光度，由標準曲線算出無機矽酮(si)量，將n=3的平均值換算成油分量。

(中空率)

使用顯微鏡以400倍的倍率拍攝所得聚酯中空纖維的截面，進一步放大複印截面照片。針對複印得到的紙，切取纖維部截面，用電子天平測定n=20的質量。接著切取中空部，用電子天秤測定n=20的質量，以下述式(2)所示的質量比率的形式進行計算。

中空率(%)=(中空部質量/纖維部截面質量)×100・・・(2)。

(纖維球狀體的蓬鬆度)

量取纖維球狀體樣品50g±0.1g，投入至內徑為28.8cm且高度為50cm的測定缸中，施加94.3g的載重並測定5分鐘後的蓬鬆度。測定結果取5次的平均值，通過下述式(3)進行計算。

蓬鬆度=v=πd2h/4(單位：cm3/50g)・・・(3)

(式中，d為下述測定缸的內徑d=28.8cm；h為試樣的蓬鬆度(平均值)，單位為cm)。

(纖維球狀體的直徑)

通過遊標卡尺來測定任意選擇的纖維球狀體的直徑，求出n=100的平均值。

(纖維球狀體的質地/柔軟度)

10人專家組對用手觸碰時的觸感(質地；柔軟性/柔軟度)進行分級，將良好~不良評價為5~0分。如果其平均分超過4分，則記作質地良好(○)，低於4分時評價為質地不良(×)。

[實施例1]

通過下述方法來製造聚酯中空纖維。將特性粘度為0.650的聚對苯二甲酸乙二醇酯(熔點為260℃)熔融，通過具有300個噴出孔的中空管頭，在280℃的紡絲溫度下熔融紡絲，緊接從管頭紡絲之後，使溫度為20℃的空氣以100m/分鐘的風量進行非對稱冷卻後，以1500m/分鐘的牽拉速度得到未拉伸絲束。

接著，使用溫度為80℃的液浴，將所得未拉伸絲束以2.6倍的拉伸倍率實施1級拉伸，不經過捲曲賦予步驟而通過噴淋來施予包含聚矽氧烷的油劑，裁切成表1中記載的規定纖維長度，通過溫度為200℃的加熱蒸汽處理使卷取表現成螺旋狀，在165℃的溫度下進行10分鐘的熱定型，從而製作表1所示的各特性的聚酯中空纖維。

接著，通過設有多個在表面設置了鋸齒條的輥的梳理機，對所得聚酯中空纖維充分地進行開纖，在室內的容易引發空氣紊流的圓筒狀空間中設置帶有多個葉片並旋轉的旋轉體，在所述室內，通過能夠吹入纖維並以規定時間進行紊流攪拌後將其取出的裝置，得到聚酯中空纖維球狀體。確認到的是，所得纖維結構體具有優異的蓬鬆度，且為質地柔軟的聚酯中空纖維球狀體。將結果示於表1。

[比較例1]

除了製成纖維長度為64mm的聚酯中空纖維之外，在與實施例1相同的條件下製造聚酯中空纖維，得到聚酯中空纖維球狀體。構成所得聚酯中空纖維球狀體的聚酯中空纖維由於纖維長度長，因此在加工成纖維球狀體時纖維難以團成球狀，導致確認到纖維球狀體形狀的不良部分、纖維球狀體彼此交纏的部分。將結果示於表1。

[比較例2]

除了製成單纖維纖度為1.7dtex的聚酯中空纖維之外，在與實施例1相同的條件下製造聚酯中空纖維，得到纖維球狀體。由於單纖維纖度和捲曲率低，因此在加工成纖維球狀體時纖維難以團成球狀，導致無法形成聚酯中空纖維球狀體。將結果示於表1。

[比較例3]

除了製成單纖維纖度為7.5dtex的聚酯中空纖維之外，在與實施例1相同的條件下製造聚酯中空纖維，得到纖維球狀體。由於單纖維纖度大、纖維的剛性高，因此得到欠缺柔軟度的纖維球狀體。將結果示於表1。

[比較例4]

實施例1中至通過噴淋來施予包含聚矽氧烷的油劑的步驟為止均相同，其後，在160℃的溫度下進行10分鐘的熱定型，然後裁切成規定的纖維長度，在160℃的溫度下進行10分鐘的熱定型，由此製造表1所示的各特性的聚酯中空纖維，得到纖維球狀體。捲曲形態成為三維的螺旋狀，且形成s方向、z方向隨機的形態，因此所得纖維球狀體過度交纏，質地堅硬，進而形成蓬鬆性差的纖維球狀體。將結果示於表1。

[表1]

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