再生ポリエステルフィラメント糸における不純物除去：原料前処理から溶融フィルトレーションまで

持続可能なテキスタイルへの需要が高まる中、再生ポリエステルフィラメント糸の品質管理はますます重要になっています。再生ポリエステルステープルファイバーと比較して、フィラメント糸では一般的に、より厳しい不純物管理が求められます。わずかな異物でも、スピンネットの目詰まり、フィラメントの断糸、フワつき、黒点や色ムラなどの生地不良を引き起こし、生産効率や最終製品の品質に悪影響を及ぼします。

このため、原料の前処理から溶融紡糸に至るまでの全工程において、不純物の除去が不可欠です。主な対策には、ボトルフレークの前処理、高度な溶融フィルトレーション、および特定の製造工程における化学的リサイクル・精製があります。

ⅰ．ボトルフレークの前処理：不純物を発生源で除去

前処理では、主に廃PETボトルフレークからPET以外のプラスチック、金属、ラベル、接着剤、油分、砂などの不純物を除去します。

1．素材の選別およびラベル除去

開梱後、廃ボトルは近赤外線（NIR）による素材識別、X線検出、渦電流分離、AIを活用した光学式選別などの技術を用いて選別されます。これらの技術により、PVC、PP、金属などの異物や不適切なボトル素材を除去できます。その後、機械式ラベル除去装置を用いて、ラベルおよび接着剤の残留物を低減します。

2．粉砕および洗浄

ボトルは通常、約5～12 mmのフレーク状に粉砕されます。その後、予備洗浄、加熱洗浄、および複数段階のすすぎ工程を経ます。加熱洗浄には、約75～85℃のアルカリ性溶液が用いられ、油分、糖分残留物、接着剤などの不純物を効果的に除去します。

3．密度差による分離および二次選別

密度差による分離により、異なる素材を区別します。通常の水系条件下では、PETフレークは沈降し、PPやPEなどの軽い素材は浮上するため、これらを分離できます。

その後、空気分選、振動篩、二次光学式選別、および手作業による検品を行い、粉塵、微細粒子、変色したフレーク、および残留汚染物質を除去します。

4．脱水および乾燥

洗浄後、フレークは遠心脱水および乾燥工程を経て水分量を低減し、高温加工時の加水分解劣化リスクを最小限に抑えます。原料の状態や設備・工程条件によって異なりますが、一部の製造プロセスでは50ppm未満の水分レベルを達成しています。

ⅱ．溶融紡糸：多段階溶融フィルター処理

前処理により、目視で確認できる大部分の汚染物質は除去されますが、微細な固体粒子、炭化残渣、ゲル状物質などが残留する場合があります。そのため、高度な溶融フィルトレーションは、再生ポリエステルフィラメント糸の品質を維持する上で不可欠な工程です。

1．押出・溶融

前処理済みのPETフレークまたは再生PETチップを押出機に供給し、制御された温度条件下で溶融させます。一般的なPET溶融加工温度は約260～280℃ですが、実際の設定は原料および製造プロセスによって異なります。

2．多段連続溶融フィルトレーション

生産ラインでは、通常、異なる等級のフィルター媒体を備えたプレート型またはキャンドル型フィルターを用い、汚染物質を段階的に捕集します。

製品仕様に応じて、フィラメント糸の製造には約20～40μmのフィルトレーション精度が用いられることが多く、一方、極細繊維フィラメントの製造プロセスでは、約10μmレベルのフィルトレーションが必要となる場合があります。

差圧監視により、フィルターの目詰まりを検出できます。システム設計に応じて、フィルターを切り替えたり交換したりすることで、溶融流の安定性を維持し、スピンネットの目詰まり、フワッとした糸（ファズ）、糸切れのリスクを低減します。

3．固相重縮合と最終ろ過

固相重縮合（SSP）を採用する製造工程では、PETチップを真空下または不活性雰囲気中で処理し、固有粘度を高め、その後の紡糸性能を向上させます。この工程は、揮発性の低分子量化合物を低減する効果もあります。

一部の生産ラインでは、溶融樹脂がスピンネットに入る直前に追加のろ過装置を設けており、残留粒子に対する最終的なバリア機能を提供しています。ただし、SSPは主にポリマーの物性改善を目的としており、溶融ろ過の代替にはなりません。

ⅲ．化学リサイクル：加水分解によるさらなる精製

機械的リサイクルに加えて、一部の再生ポリエステルフィラメント糸製造工程では、化学的リサイクルが用いられる。例えば、廃棄されたPETは、グリコール分解などのプロセスによって脱重合される。得られたモノマーまたはオリゴマーは、蒸留、結晶化、吸着などの方法で精製された後、再びPETとして重合される。

この手法により、特定の不純物を除去し、高純度の再生原料を製造することが可能である。ただし、化学的リサイクルは一般に、より複雑な工程、高度な設備および高いエネルギー消費を要し、従来の機械的リサイクルと比較して製造コストも高くなる。

ⅳ．不純物除去がフィラメント糸品質に与える影響

不純物除去の効果は、生産の安定性および最終製品の品質に直接影響を与える。

• 残留するPVCその他の非適合材料： これらの材料は高温で分解し、溶融状態の樹脂を汚染して変色や色ムラを引き起こす可能性がある。
• 金属および硬質粒子： これらの異物はフィルター媒体やスピネレットの穴を塞ぎ、フサフサや糸の切断リスクを高めます。
• 炭化残渣およびゲル： これらは糸や生地に黒点や色斑を生じさせ、外観品質を低下させます。
• 水分管理の不十分さ： 水分はポリエチレンテレフタレート（PET）の加水分解を引き起こし、分子量、溶融粘度、紡糸安定性に影響を与えます。
• 変色した異物： これらは糸の色ムラを招き、後工程の染色や品質管理を困難にします。

ⅴ．結論

再生ポリエステルフィラメント糸の製造における不純物除去は、原料の選別・洗浄から乾燥、溶融フィルトレーションに至るまで、一貫した効果的な管理が求められる体系的なプロセスです。

前処理工程で大部分の異物を除去し、さらに高度な溶融フィルトレーションによって微粒子、炭化残渣、ゲルなどの不純物をさらに制御します。原料品質の向上、適切なフィルター設備の選定、および主要な工程パラメーターの厳密な管理により、紡糸時の欠陥を低減し、生産の安定性を高め、製品品質の一貫性を向上させることができます。

したがって、不純物の効果的な制御は、高品質な再生ポリエステル長繊維糸の製造に不可欠な基盤であり、持続可能な繊維素材のより広範な普及を支える重要な要素です。