JP2000027030A - ポリ乳酸モノフィラメントとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 生分解性を有しながら、産業資材用にも供す
ることができる十分な強度と弾性率を有するポリ乳酸モ
ノフィラメントと、このポリ乳酸モノフィラメントを生
産性よく製造する方法を提供する。 【解決手段】 平均分子量が７万以上、光学純度が９
５．０〜９９．５％のポリ−Ｌ−乳酸からなり、引張強
度が４．０ｇ／ｄ以上、初期弾性率が６０ｇ／ｄ以上で
あり、かつ、密度が１．２４５ｇ／ｃｍ³ 以上である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生分解性を有しな
がら、実用的に十分な強度と弾性率を有するモノフィラ
メントとその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、産業廃棄物が環境を汚染するのを
防止するために、生分解性（微生物分解性又は自然分解
性）の素材を用いることが注目されており、その中でも
特に脂肪族ポリエステルからなる生分解性繊維が注目さ
れている。

【０００３】生分解性モノフィラメントは、釣糸等のレ
ジャー用品、漁網、幼木保護、防虫、防鳥等のネット
類、法面保護緑化シート等への要望が強く、開発が望ま
れているが、脂肪族ポリエステルからなる生分解性モノ
フィラメントは、一般に強度が低くて透明性に乏しく、
釣糸等への適用が難しいとともに、耐熱性に劣るものが
多く、用途が限定されるという欠点がある。また、原料
ポリマーのコストが高く、工業的に安価に製造すること
が困難なものが多い。

【０００４】ポリ乳酸は、比較的安価にポリマーが得ら
れ、実用的な強度と耐熱性の成型物を製造することが可
能な生分解性樹脂であるが、延伸工程でミクロボイドに
よる白化が起こりやすく、物性が急激に低下するという
欠点がある。

【０００５】また、特開平１０−６０７３３号公報に
は、ナイロンやポリエステルの製造方法で使用されるよ
うに二段目以降を熱風による乾熱延伸にすると、ほとん
ど延伸できない上、繊維が容易に切れてしまい、高強度
・高弾性率のポリ乳酸系モノフィラメントを得ることは
できないと記載されている。そして、熱水による延伸工
程を二工程以上行うことにより、高強度・高弾性率のポ
リ乳酸系モノフィラメントを得ることができると記載さ
れているが、この方法で高延伸倍率で延伸する場合は、
熱水処理時間（距離）を長くする必要があるとともに、
必要以上に高延伸倍率としなければならず、生産性及び
作業性が悪いという問題がある。また、この方法では、
０．４００ｍｍ以上の太い断面直径で、高強度のモノフ
ィラメントを得ることは困難であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を解決し、生分解性を有しながら、産業資材用にも供す
ることができる十分な強度と弾性率を有するポリ乳酸モ
ノフィラメントと、このポリ乳酸モノフィラメントを生
産性よく製造する方法を提供することを技術的な課題と
するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために、次の構成を有するものである。 (1) 平均分子量が７万以上、光学純度が９５．０〜９
９．５％のポリ−Ｌ−乳酸からなり、引張強度が４．０
ｇ／ｄ以上、初期弾性率が６０ｇ／ｄ以上であり、か
つ、密度が１．２４５ｇ／ｃｍ³ 以上であることを特徴
とするポリ乳酸モノフィラメント。 (2) 平均分子量が７万以上である、光学純度９５．０〜
９９．５％のポリ−Ｌ−乳酸からなるモノフィラメント
を溶融紡出し、液浴中で一旦冷却固化した後、得られた
未延伸糸をポリ乳酸樹脂の（ガラス転移温度＋１０）℃
以上の水浴中で２〜５倍に第一段延伸し、次いでポリ乳
酸樹脂の（ガラス転移温度＋５０）℃以上の温度で全延
伸倍率が６倍以上となるように第二段延伸することを特
徴とするポリ乳酸モノフィラメントの製造方法。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。

【０００９】本発明のポリ乳酸モノフィラメントは、Ｌ
−乳酸とＤ−乳酸の光学異性体の共重合体を主成分と
し、このうち、Ｌ−乳酸の光学純度が９５．０〜９９．
５％であることが必要である。乳酸は光学活性な炭素を
有しており、そのためにＤ体、Ｌ体の光学異性体が存在
する。ポリ乳酸は樹脂の改質において、他の共重合ポリ
マーを使用することなく、Ｄ体をＬ体に共重合させるこ
とにより、ポリ乳酸の結晶性や融点を低下させることが
できる。このＬ体とＤ体の比率は、耐熱性や生分解性に
影響する要因であり、Ｌ体の純度がこの範囲より低いと
結晶性が低下し、融点が低下して耐熱性の劣った繊維と
なるとともに生分解速度が速くなる。また、Ｌ体の純度
がこの範囲より高いと、結晶化が高いため生分解速度が
遅いモノフィラメントとなる。

【００１０】また、ポリ乳酸の平均分子量は７万以上で
あることが必要である。平均分子量がこの範囲より低い
と、十分な強度や弾性率を発揮することができないので
好ましくない。さらに、ポリ乳酸のメルトフローレート
は、ＪＩＳ Ｋ−７２１０（試験条件１４）において、
５０ｇ／１０分以下であることが好ましい。メルトフロ
ーレートがこの範囲より高いと、吐出線速度が速く十分
な冷却ができ難くなり、後の延伸工程での操業性が低下
するとともに、基本性能の劣ったモノフィラメントとな
りやすい。

【００１１】次に、ポリ乳酸モノフィラメントの密度は
１．２４５ｇ／ｃｍ³ 以上とすることにより、初めて高
強度を発現することが可能となる。密度がこの範囲より
低いと、ミクロボイドの発生による基本物性の低下が起
こり好ましくない。

【００１２】本発明のモノフィラメントは、引張強度が
４．０ｇ／ｄ以上、初期弾性率が６０ｇ／ｄ以上と優れ
たものである。特に初期弾性率を６０ｇ／ｄ以上とする
ことで、釣糸やネットにしたときの張りが向上し、釣糸
であればあたりがよく分かり、ネット等にした場合は型
崩れせず、形態をしっかりと保持できる。そして、これ
らの物性を同時に満たすことにより、幅広い用途に使用
することができ、例えば、使用初期の力学特性の要求性
能が高い産業資材用途に使用することも可能となる。

【００１３】次に、本発明のポリ乳酸モノフィラメント
の製造方法について説明する。

【００１４】本発明に使用されるポリ乳酸は、Ｌ−乳酸
とＤ−乳酸の光学異性体の共重合体を主成分とし、Ｌ−
乳酸の光学純度が９５．０〜９９．５％であることが必
要である。Ｌ体の純度がこの範囲より低いと、耐熱性の
劣ったモノフィラメントしか得られず、また、Ｌ体の純
度がこの範囲より高いと、製糸性に劣り、本発明に適用
できない。

【００１５】ポリ乳酸の平均分子量は７万以上であるこ
とが必要である。平均分子量がこの範囲より低いと、十
分な強度や弾性率を発揮することができない。また、ポ
リ乳酸のメルトフローレートは、ＪＩＳ Ｋ−７２１０
（試験条件１４）において、５０ｇ／１０分以下である
ことが好ましい。メルトフローレートがこの範囲より高
いと、吐出線速度が速く十分な冷却ができ難くなり、後
の延伸工程での糸径斑の原因となるとともに、糸切れや
白化が起こりやすくなる。

【００１６】なお、本発明においては、得られるポリ乳
酸モノフィラメントの基本特性を損なわない範囲におい
て、顔料、無機物、金属石鹸、無機フィラー、カーボン
ブラック、可塑剤、蛍光増白剤、末端封鎖剤、耐熱剤等
を添加することができる。

【００１７】本発明の特徴は、溶融紡出し、液浴中で一
旦冷却した後、得られた未延伸糸をポリ乳酸樹脂の（ガ
ラス転移温度＋１０）℃以上の水浴中で２〜５倍に第一
段延伸し、次いでポリ乳酸樹脂の（ガラス転移温度＋５
０）℃以上の温度で全延伸倍率が６倍以上となるように
第二段延伸することにより、高強度、高弾性率のモノフ
ィラメントを得ることにある。

【００１８】上記工程において、第一段延伸は、ポリ乳
酸樹脂の（ガラス転移温度＋１０）℃以上、で２〜５
倍、好ましくは２．５〜４．５倍の範囲で延伸すること
が必要である。水浴の温度がこの範囲より低いと、熱量
の不足により、モノフィラメントの白化や密度低下が起
こるとともに基本物性が低下するので好ましくない。延
伸倍率が２倍より低いと、部分的に未延伸糸が発生し、
延伸が困難となるとともに糸斑の原因となり、５倍より
大きいとミクロボイドによる白化や密度低下が起こると
ともに基本特性が低下するので好ましくない。

【００１９】なお、第一段延伸でボイドによる密度低下
や白化が起こると、第二段目以降で延伸を施しても、密
度の回復や白化の解消はもちろん、延伸倍率の上昇によ
る強度や弾性率の飛躍的な向上も望めない。

【００２０】第二段延伸は、ポリ乳酸樹脂の（ガラス転
移温度＋５０）℃以上の雰囲気気体中、又は液浴中で全
延伸倍率が６倍以上となるように延伸することが必要で
ある。延伸温度がポリ乳酸樹脂の（ガラス転移温度＋５
０）℃より低いと、ミクロボイドの発生による白化が起
こりやすくなるとともに、高強度とするのに十分な延伸
倍率で延伸することができなくなり、十分な強度や弾性
率のモノフィラメントを得ることができなくなる。

【００２１】また、第二段目以降を熱水で延伸すると、
延伸温度を１００℃以上とすることができず、０．４０
０ｍｍ以上の太い断面直径のモノフィラメントを延伸す
るには熱量不足となり、ミクロボイドによる密度低下や
白化が起こり、高強度・高弾性率のモノフィラメントを
製造することが困難となる。しかし、本発明を採用し、
第一段延伸目の延伸を行い、次いで第二段目の延伸をポ
リ乳酸樹脂の（ガラス転移温度＋５０）℃以上で延伸す
ることにより、０．４００ｍｍ以上の太い断面直径を有
する高強度・高弾性率のモノフィラメントを得ることが
可能となる。

【００２２】次に、本発明のポリ乳酸モノフィラメント
の具体的な製造方法について説明する。

【００２３】まず、ポリ乳酸樹脂を常法によって紡糸速
度５〜３０ｍ／分で溶融紡出し、未延伸モノフィラメン
トを得る。この際の紡糸温度は１９０℃〜２２０℃とす
るのが適当であり、紡糸温度が低すぎると完全に溶融さ
せることが困難となり、高すぎるとポリマーの熱分解が
起こるので好ましくない。

【００２４】紡出された糸条は０〜１００℃、好ましく
は２０〜８０℃の液浴中で冷却固化される。冷却温度が
低すぎると温度管理が困難であるとともに作業性が悪く
なり、高すぎると冷却固化が不完全となるので好ましく
ない。冷却固化した未延伸モノフィラメントは、一旦巻
き取った後、又は、巻き取ることなく延伸される。

【００２５】延伸は一段又は二段以上の多段で行うこと
ができるが、本発明においては二段以上の延伸方法が採
用される。すなわち、ポリ乳酸樹脂の（ガラス転移温度
＋１０）℃以上の水浴で２〜５倍の延伸倍率で第一段延
伸し、次いで、オーブンヒータ又はエチレングリコール
等の液浴を用いポリ乳酸樹脂の（ガラス転移温度＋５
０）℃以上の温度で全延伸倍率が６倍以上となるように
第二段目の延伸をする。その後、必要に応じて第三段目
の延伸及び／又は弛緩熱処理が施される。なお、第二段
延伸は、エチレングリコール等の液浴よりもオーブンヒ
ータを用い雰囲気気体中で施すのが安全面から好まし
い。

【００２６】延伸・熱処理後のモノフィラメント繊度
は、１００〜３０００ｄとなるようにするのが好まし
い。

【００２７】本発明においては、平均分子量が７万以
上、好ましくはメルトフローレートが５０ｇ／１０分以
下である、光学純度９５．０〜９９．５％のポリ−Ｌ−
乳酸からなるモノフィラメントを溶融紡出し、液浴中で
一旦冷却固化した後、得られた未延伸糸をポリ乳酸樹脂
の（ガラス転移温度＋１０）℃以上の水浴中で２〜５倍
に第一段延伸し、次いでポリ乳酸樹脂の（ガラス転移温
度＋５０）℃以上での温度で全延伸倍率が６倍以上とな
るように第二段延伸することにより、引張強度が４．０
ｇ／ｄ以上、初期弾性率が６０ｇ／ｄ以上、密度が１．
２４５ｇ／ｃｍ³以上のポリ乳酸モノフィラメントを得
ることができる。また、本発明で得られたポリ乳酸モノ
フィラメントは、コンポスト化により容易に分解するこ
とが可能である。

【００２８】

【実施例】次に、本発明を実施例により具体的に説明す
る。なお、測定法と評価法は、次のとおりである。 (1) 引張強伸度特性 ＪＩＳ Ｌ １０１３に準じて測定した。 (2) メルトフローレート（ＭＦＲ） ＪＩＳ Ｋ−７２１０（試験条件１４）に準じて測定し
た。 (3) 平均分子量 試料に０．４重量％クロロホルム溶液を用い、ＧＰＣ測
定により測定し、スチレン換算で算出した数平均値を示
す。 (4) 密度 試料を臭化ナトリウム水溶液中で洗浄脱泡し、同水溶液
の勾配管（２５℃）に投入、４時間後の浮遊位置により
求めた。 (5) ガラス転移温度 Ｐｅｒｋｉｎ−Ｅｌｍｅｒ社製のＤＳＣ−７を用いたＤ
ＳＣ測定において、２０℃／分で２００℃まで昇温し、
５分ホールドした後、−２０℃／分で２０℃まで降温
し、再び２０℃／分で２００℃まで昇温したとき、再昇
温時に現れるピーク値をガラス転移温度として求めた。 (6) 生分解性評価 試料を土壌中に１２カ月間埋設した後取り出し、引張強
度を測定して初期引張強度に対する強度保持率で評価し
た。

【００２９】実施例１〜９ 表１に示す平均分子量、光学純度、メルトフローレー
ト、ガラス転移温度のポリ−Ｌ−乳酸をエクストルーダ
ー型溶融紡糸機に供給し、紡糸温度２１０℃で溶融し、
直径１．５ｍｍの紡糸孔を４個有する口金から紡出し、
６０℃の水浴中で冷却固化し、未延伸糸を得た。次いで
この未延伸糸を巻き取ることなく、表１の条件で熱水中
で第一段延伸し、次いでオーブンヒータを用い、表１に
示す温度の雰囲気気体中で第二段延伸を行い、１０００
ｄのモノフィラメントを得た。得られたモノフィラメン
トの特性値を併せて表１に示す。

【００３０】実施例１０、１１ 表１に示す条件で、繊度が２０００ｄ（断面直径０．４
７ｍｍ）となるようにモノフィラメントを製造した。得
られたモノフィラメントの特性値を併せて表１に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１から明らかなように、実施例１〜１１
では、断面直径の大きい、高強度・高弾性率のポリ乳酸
モノフィラメントを得ることができた。

【００３３】比較例１〜８ 表２に示す条件で、紡糸・延伸を実施し、１０００ｄの
モノフィラメントを得た。得られたモノフィラメントの
特性値を併せて表２に示す。

【００３４】

【表２】

【００３５】表２から明らかなように、比較例１は全延
伸倍率が低いので、得られたモノフィラメントは強度、
弾性率ともに劣るものであった。比較例２、６は延伸温
度が低いのでボイドによる白化が起こり、モノフイラメ
ントは密度が低下するとともに、強度も低いものであっ
た。また、比較例３は樹脂の平均分子量が低く、メルト
フローレートが高いため、水浴中での冷却を十分に行う
ことができず、比較例４では光学純度が低いため結晶化
が遅く、いずれもモノフイラメントの製造が困難であっ
た。次に、実施例５は光学純度が高く、延伸での白化と
切断が多発し、高強度・高弾性率のモノフィラメントを
採取することができなかった。比較例７は第一段目の延
伸倍率が低く、部分的に未延伸部分が存在したので、第
二段延伸で容易に切断が起こり、延伸糸を採取すること
ができなかった。さらに、比較例８は第一段目の延伸倍
率が高すぎたためにボイドによる白化が起こり、モノフ
イラメントは密度が低下するとともに、強度・弾性率と
もに低いものであった。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、生分解性を有しなが
ら、産業資材用にも供することができる十分な強度と弾
性率を有するポリ乳酸モノフィラメントと、このポリ乳
酸モノフィラメントを生産性よく製造する方法が提供さ
れる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平均分子量が７万以上、光学純度が９
   ５．０〜９９．５％のポリ−Ｌ−乳酸からなり、引張強
   度が４．０ｇ／ｄ以上、初期弾性率が６０ｇ／ｄ以上で
   あり、かつ、密度が１．２４５ｇ／ｃｍ³ 以上であるこ
   とを特徴とするポリ乳酸モノフィラメント。
2. 【請求項２】 平均分子量が７万以上である、光学純度
   ９５．０〜９９．５％のポリ−Ｌ−乳酸からなるモノフ
   ィラメントを溶融紡出し、液浴中で一旦冷却固化した
   後、得られた未延伸糸をポリ乳酸樹脂の（ガラス転移温
   度＋１０）℃以上の水浴中で２〜５倍に第一段延伸し、
   次いでポリ乳酸樹脂の（ガラス転移温度＋５０）℃以上
   の温度で全延伸倍率が６倍以上となるように第二段延伸
   することを特徴とするポリ乳酸モノフィラメントの製造
   方法。
3. 【請求項３】 ポリ−Ｌ−乳酸のメルトフローレートが
   ５０ｇ／１０分以下である請求項２記載のポリ乳酸モノ
   フィラメントの製造方法。