JP2003293237A - ポリ乳酸繊維の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、新規な構造により、優れた高温力学
特性を発揮する従来には無かったポリ乳酸繊維の効率的
な製造方法を提供するものである。 【解決手段】結晶サイズが６ｎｍ以上のポリ乳酸未延伸
糸を延伸するに際し、延伸温度を８５℃以上、熱処理温
度を１２０℃以上、延伸倍率(ＤＲ)を下記範囲とするこ
とを特徴とするポリ乳酸繊維の製造方法あるいは結晶サ
イズが６ｎｍ未満のポリ乳酸未延伸糸を延伸するに際
し、延伸温度を１１０℃以上、熱処理温度を１２０℃以
上、延伸倍率(ＤＲ)を下記範囲とすることを特徴とする
ポリ乳酸繊維の製造方法。 ０.９０＋(未延伸糸伸度／100％)≦ＤＲ≦２.０＋(未延
伸糸伸度／100％)

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２５℃での強度な
らびに高温力学特性にも優れたポリ乳酸繊維の効率的な
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、地球的規模での環境問題に対し
て、自然環境の中で分解するポリマー素材の開発が切望
されており、脂肪族ポリエステル等、様々なポリマーの
研究・開発、また実用化の試みが活発化している。そし
て、微生物により分解されるポリマー、すなわち生分解
性ポリマーに注目が集まっている。

【０００３】一方、従来のポリマーはほとんど石油資源
を原料としているが、石油資源が将来的に枯渇するので
はないかということ、また石油資源を大量消費すること
により、地質時代より地中に蓄えられていた二酸化炭素
が大気中に放出され、さらに地球温暖化が深刻化するこ
とが懸念されている。しかし、二酸化炭素を大気中から
取り込み成長する植物資源を原料としてポリマーが合成
できれば、二酸化炭素循環により地球温暖化を抑制でき
ることが期待できるのみならず、資源枯渇の問題も同時
に解決できる可能性がある。このため、植物資源を原料
とするポリマー、すなわちバイオマス利用ポリマーに注
目が集まっている。

【０００４】上記２つの点から、バイオマス利用の生分
解性ポリマーが大きな注目を集め、石油資源を原料とす
る従来のポリマーを代替していくことが期待されてい
る。しかしながら、バイオマス利用の生分解性ポリマー
は一般に力学特性、耐熱性が低く、また高コストとなる
といった課題あった。これらを解決できるバイオマス利
用の生分解性ポリマーとして、現在、最も注目されてい
るのはポリ乳酸である。ポリ乳酸は植物から抽出したで
んぷんを発酵することにより得られる乳酸を原料とした
ポリマーであり、バイオマス利用の生分解性ポリマーの
中では力学特性、耐熱性、コストのバランスが最も優れ
ている。そして、これを利用した繊維の開発が急ピッチ
で行われている。

【０００５】ポリ乳酸繊維の開発としては、生分解性を
活かした農業資材や土木資材等が先行しているが、それ
に続く大型の用途として衣料用途や産業資材用途が期待
されている。特に産業資材用途では高強度ポリ乳酸繊維
が要求されるが、その製造方法としては、汎用合成繊維
であるポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)やナイロン
の高強度繊維の製造方法をポリ乳酸に適用したものが挙
げられる。しかし、この製造方法は多段延伸が前提であ
り、設備投資額が大きく、また高温で大径のネルソン型
のホットローラーを複数個使用するためエネルギー多消
費型プロセスとなり、高コストとなるものであった。こ
のため、例えば特開２０００−２４８４２６号公報等に
記載のように最終熱処理以外には熱板を使う省エネタイ
プのものも提案されてはいるが、やはりローラー数が多
くなるため高効率化や低コスト化は不充分であった。さ
らに、加熱手段として熱板を用いているため延伸速度を
上げると毛羽や糸切れが頻発するという問題があった。
一方、一段延伸によっても高強度ポリ乳酸繊維が得られ
ることが特開平８−２２６０１６号公報に記載されてい
るが、未延伸糸の伸度に対し延伸倍率が高すぎるため、
無理な変形により糸切れが頻発したり、糸斑が大きくな
るといった問題があった。

【０００６】また、従来の高強度ポリ乳酸繊維の製造方
法では、たしかに室温(２５℃)での強度は高い物が得ら
れていたが高温力学特性は低いという問題があった。こ
こで、高温力学特性が悪いとは、ポリ乳酸ポリマーのガ
ラス転移温度(Ｔ_g)である６０℃を超えると急激に軟化
することを指している。実際、温度を変更してポリ乳酸
繊維の引っ張り試験を行うと、７０℃付近から急激に軟
化し、９０℃では流動に近い形状を示し、低強度となる
ばかりか力学的寸法安定性が大きく低下するのである
(図５)。一方、従来のポリマーであるナイロン６ではこ
のような軟化現象は緩やかであり、９０℃でも充分な力
学特性を発揮している(図５)。

【０００７】このようにポリ乳酸繊維は高温力学特性が
不良であるため、実際に種々の問題が発生している。例
えば、織物の経糸に用いるときは、糸の集束性を高め製
織性を向上させる目的で糸を糊付けするが、熱風乾燥を
行うと経糸をぴんと張るためにかけている張力により、
糸が伸びてしまうトラブルが発生してしまう。また、ポ
リ乳酸繊維に仮撚を施すと、熱板上で糸が急激に軟化す
るため、糸に撚りがかからず捲縮特性が劣るばかりか、
熱板上で糸が破断してしまい、仮撚そのものが困難とな
る場合もある。さらに、このような熱板上でのトラブル
のため、熱板温度はたかだか１１０℃までしか上げられ
ず、熱セットが不足するため捲縮特性が低いのみなら
ず、沸騰水中での糸の収縮率(沸収)を実用レベルである
２０％以下まで低下させることも困難である。

【０００８】このため、２５℃で高強度でありさらに高
温力学特性も優れたポリ乳酸繊維を得るための、高効率
で低コストなプロセスが望まれていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、２５℃での
強度ならびに優れた高温力学特性を有するポリ乳酸繊維
の効率的な製造方法を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、結晶サイズ
が６ｎｍ以上のポリ乳酸未延伸糸を延伸するに際し、延
伸温度が８５℃以上、熱処理温度が１２０℃以上、延伸
倍率(ＤＲ)が下記範囲であることを特徴とするポリ乳酸
繊維の製造方法、あるいは結晶サイズが６ｎｍ未満のポ
リ乳酸未延伸糸を延伸するに際し、延伸温度が１１０℃
以上、熱処理温度が１２０℃以上、延伸倍率(ＤＲ)が下
記範囲であることを特徴とするポリ乳酸繊維の製造方法
により達成される。

【００１１】０.９０＋(未延伸糸伸度／100％)≦ＤＲ≦
２.０＋(未延伸糸伸度／100％)

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明で言うポリ乳酸とは乳酸を
重合したものを言い、Ｌ体あるいはＤ体の光学純度は９
０％以上であると、融点が高く好ましい。本発明では、
Ｌ体あるいはＤ体の光学純度が９７％以上のものをホモ
ポリ乳酸と呼ぶ。また、ポリ乳酸の性質を損なわない範
囲で、乳酸以外の成分を共重合していても、ポリ乳酸以
外のポリマーや粒子、難燃剤、帯電防止剤等の添加物を
含有していても良い。ただし、バイオマス利用、生分解
性の観点から、ポリマーとして乳酸モノマーは５０重量
％以上とすることが重要である。乳酸モノマーは好まし
くは７５重量％以上、より好ましくは９６重量％以上で
ある。また、ポリ乳酸ポリマーの分子量は、重量平均分
子量で５万〜５０万であると、力学特性と製糸性のバラ
ンスが良く好ましい。

【００１３】本発明においては、１段延伸・熱処理とす
ることが設備費やエネルギー消費を抑制する点から好ま
しいが、必要に応じて多段延伸をすることももちろん可
能である。ただし、得られる糸の品質や性能の面から下
記の延伸条件を採用することが重要である。

【００１４】本発明の第１の方法は、結晶サイズが６ｎ
ｍ以上のポリ乳酸未延伸糸を延伸するに際し、延伸温度
が８５℃以上、熱処理温度が１２０℃以上、延伸倍率
(ＤＲ)が０.９０＋(未延伸糸伸度／100％)≦ＤＲ≦２.
０＋(未延伸糸伸度／100％)の範囲であることを特徴と
するポリ乳酸繊維の製造方法である。

【００１５】第１の方法では、結晶サイズが６ｎｍ以上
のポリ乳酸未延伸糸に延伸・熱処理を施すことが重要で
ある。結晶サイズが６ｎｍ以上の未延伸糸を用いること
によって、後述するような高倍率延伸を行っても糸切れ
や糸斑を抑制できるのである。未延伸糸の結晶サイズ
は、好ましくは７ｎｍ以上、より好ましくは９ｎｍ以上
である。さらに未延伸糸の結晶配向度が０.９０以上で
あると、後述するように結晶からの分子鎖の引き抜きが
安定して行えるため、高倍率延伸を行っても延伸が安定
化し好ましい。そして、このような結晶化した未延伸糸
を得るためには、ポリ乳酸を溶融紡糸し、未延伸糸の紡
糸速度を４０００ｍ／分以上とすることが好ましい。未
延伸糸の紡糸速度は、より好ましくは５０００ｍ／分以
上である。

【００１６】また、延伸温度を８５℃以上とすることが
重要であり、これにより高倍率延伸を行っても糸斑を小
さくできるのである。延伸温度は好ましくは１３０℃以
上である。ただし、通常のポリ乳酸は融点が１７０℃程
度であるため、延伸温度は１６０℃以下とすることが好
ましい。

【００１７】また、熱処理温度を１２０℃以上とするこ
とも重要であり、これにより得られる延伸糸の繊維構造
を安定化することができ、充分な強度が得られるととも
に沸収を低くすることができる。さらに、熱処理温度を
高くすることにより、延伸・熱処理が安定化し糸切れや
糸斑を抑制することができる。熱処理温度は好ましくは
１４０℃以上である。ただし、通常のポリ乳酸は融点が
１７０℃程度であるため、熱処理温度は１６５℃以下と
することが好ましい。

【００１８】また、延伸倍率(ＤＲ)は０.９０＋(未延伸
糸伸度／100％)≦ＤＲ≦２.０＋(未延伸糸伸度／100％)
とすることが重要であり、０.９０＋(未延伸糸伸度／10
0％)≦ＤＲとすることにより、２５℃での強度を充分高
くできるのみならず、高温力学特性も大幅に向上するこ
とができる。一方、ＤＲ≦２.０＋(未延伸糸伸度／100
％)とすることにより、繊維の無理な変形を抑制でき、
糸切れや糸斑を大幅に抑制することができる。ＤＲは好
ましくは０.９５＋(未延伸糸伸度／100％)≦ＤＲ≦１.
５＋(未延伸糸伸度／100％)、より好ましくは１.１＋
(未延伸糸伸度／100％)≦ＤＲ≦１.４＋(未延伸糸伸度
／100％)である。

【００１９】本発明の第２の方法は、結晶サイズ６ｎｍ
未満のポリ乳酸未延伸糸を延伸するに際し、延伸温度が
１１０℃以上、熱処理温度が１２０℃以上、延伸倍率
(ＤＲ)が０.９０＋(未延伸糸伸度／100％)≦ＤＲ≦２.
０＋(未延伸糸伸度／100％)の範囲であることを特徴と
するポリ乳酸繊維の製造方法である。

【００２０】第２の方法では、結晶化していない、すな
わち非晶、あるいは結晶化が不充分であるポリ乳酸未延
伸糸を用いるため、延伸温度の選定が特に重要であり、
延伸温度は１１０℃以上とすることが重要である。これ
により、延伸前の予熱により未延伸糸が配向結晶化、さ
らに結晶が十分成長し、本発明の第１の方法の如く、高
倍率延伸を行っても延伸の均一性が良好となる。延伸温
度は好ましくは１３０℃以上である。

【００２１】また、熱処理温度を１２０℃以上とするこ
とも重要であり、これにより得られる延伸糸の繊維構造
を安定化することができ、充分な強度が得られるととも
に沸収を低くすることができるのである。さらに、熱処
理温度を高くすることにより、延伸・熱処理が安定化し
糸切れや糸斑を抑制することができるのである、熱処理
温度は好ましくは１４０℃以上である。ただし、通常の
ポリ乳酸は融点が１７０℃程度であるため、熱処理温度
は１６５℃以下とすることが好ましい。

【００２２】また、延伸倍率(ＤＲ)は０.９０＋(未延伸
糸伸度／100％)≦ＤＲ≦２.０＋(未延伸糸伸度／100％)
とすることが重要であり、０.９０＋(未延伸糸伸度／10
0％)≦ＤＲとすることにより、２５℃での強度を充分高
くできるのみならず、高温力学特性も大幅に向上するこ
とができる。一方、ＤＲ≦２.０＋(未延伸糸伸度／100
％)とすることにより、繊維の無理な変形を抑制でき、
糸切れや糸斑を大幅に抑制することができる。ＤＲは好
ましくは０.９５＋(未延伸糸伸度／100％)≦ＤＲ≦１.
５＋(未延伸糸伸度／100％)、より好ましくは１.１＋
(未延伸糸伸度／100％)≦ＤＲ≦１.４＋(未延伸糸伸度
／100％)である。

【００２３】なお、本発明でいう未延伸糸とは、上記し
た延伸条件を採用しても、安定して延伸できる繊維のこ
とをいうものである。このため、未延伸糸の伸度は２５
％以上であることが好ましい。また、生産効率向上の観
点から紡糸したままの糸を用いることが好ましい。

【００２４】ところで、得られるポリ乳酸繊維の糸斑が
大きいと、繊維製品の品位が劣るばかりか、高次加工工
程において毛羽・弛み等を発生しやすく種々の問題が発
生してしまう。特に、マルチフィラメントで用いる用途
では染色や機能物質を後加工される場合が多いが、糸斑
が大きいと染色斑や加工斑が発生し易い。このため、本
発明の製造方法で得られるポリ乳酸繊維では糸斑の指標
であるウースター斑が２.０％以下とするように、延伸
・熱処理条件を決定することが重要である。このため、
未延伸糸のウースター斑も小さい方が延伸・熱処理工程
が安定化し、得られる繊維の糸斑が抑制でき、好まし
い。未延伸糸のウースター斑は好ましくは２.０％以
下、より好ましくは１.５％以下、さらに好ましくは１.
２％以下である。また、本発明の製造方法により得られ
るポリ乳酸繊維のウースター斑は好ましくは２.０％以
下、より好ましくは１.５％以下、さらに好ましくは１.
２％以下なるように、延伸温度、延伸倍率等の延伸条件
を種々調整することが重要である。

【００２５】なお、ポリ乳酸繊維は摩擦係数が高いた
め、高速紡糸工程、仮撚加工や流体加工のような糸加工
工程、ビーミング、製織、製編のような製布工程での毛
羽が発生し易いという問題がある。このため、繊維用油
剤としては、ポリエーテル主体のものを避け、脂肪酸エ
ステルや鉱物油等の平滑剤を主体とするものを用いる
と、ポリ乳酸繊維の摩擦係数を低下させることができ、
上記工程での毛羽を大幅に抑制でき、好ましい。

【００２６】本発明のポリ乳酸製造方法は、生産効率が
非常に高いというメリットがあるが、それを以下に述べ
る。生産効率の指標の一つとして紡糸の際の単位時間当
たりの吐出量を用いることができることが特開平８−２
４６２４７号公報や特開２０００−８９９３８号公報に
記載されている。すなわち、所望の繊度の繊維を得るま
での紡糸速度と延伸倍率の積が大きいほど単位時間当た
りの吐出量が大きく、単位時間当たりの生産効率が高い
と言える。この観点から本発明を見ると、本発明の製造
方法では従来のポリ乳酸繊維の製造方法に比べ、延伸倍
率を高く採ることができるため生産効率が非常に高くな
る。例えば、紡糸速度３０００ｍ／分の未延伸糸を用い
た場合では、本発明では紡糸速度×延伸倍率＝６１５０
(実施例７)と従来の製造方法の紡糸速度×延伸倍率＝４
９５０(比較例３)に比べ大幅に単位時間当たりの生産性
が高い。さらに未延伸糸に高速紡糸繊維を用いた場合
は、さらに単位時間当たりの生産性を高くすることが可
能であり、実施例４では紡糸速度×延伸倍率＝１０５０
０にまで達する。

【００２７】本発明の製造方法により得られるポリ乳酸
繊維は、工程通過性や製品の力学的強度を充分高く保つ
ことを考慮すると、高強度であることが好ましく、得ら
れる繊維の２５℃での強度は４.０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上
であることが好ましい。ポリ乳酸繊維の２５℃での強度
は、より好ましくは５.５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である。
また、ポリ乳酸繊維の２５℃での伸度は１５〜７０％で
あると、ポリ乳酸繊維を繊維製品にする際の工程通過性
が向上し、好ましい。

【００２８】さらに本発明の製造方法を用いると、得ら
れるポリ乳酸繊維の高温力学特性を大幅に向上させるこ
とも可能である。繊維や繊維製品の工程通過性を考慮す
ると、ポリ乳酸繊維の９０℃での強度は１.０ｃＮ／ｄ
ｔｅｘ以上であることが好ましい。９０℃での強度は、
より好ましくは１.３ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、さらに好ま
しくは１.５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である。また、本発明
の製造方法で得られるポリ乳酸繊維では、９０℃で０.
７ｃＮ／ｄｔｅｘ応力下での伸びを１５％以下とするこ
とも可能であり、高温時の力学的な寸法安定性を大幅に
向上させることも可能である。ここで、９０℃で０.７
ｃＮ／ｄｔｅｘ応力下での伸びとは、９０℃で繊維の引
っ張り試験を行い、強伸度曲線図において、応力０.７
ｃＮ／ｄｔｅｘでの伸度を読むことにより求めることが
できる。そして、この９０℃で０.７ｃＮ／ｄｔｅｘ応
力下での伸びが１５％以下であれば、高温での寸法安定
性を向上でき、ポリ乳酸繊維の糊付け乾燥での伸びを抑
制し、さらに仮撚での工程通過性、捲縮特性が向上でき
るのである。９０℃で０.７ｃＮ／ｄｔｅｘ応力下での
伸びは、好ましくは１０％以下、より好ましくは６％以
下である。

【００２９】本発明の製造方法により得られるポリ乳酸
繊維では、糸の太さ斑の指標であるウースター斑(Ｕ％)
は２％以下とすることも可能であり、繊維や繊維製品の
品位を向上させることができる。Ｕ％は、好ましくは
１.５％以下、より好ましくは１.２％以下である。

【００３０】また、本発明の製造方法により得られるポ
リ乳酸繊維は、沸収が０〜２０％であれば繊維および繊
維製品の寸法安定性が良く好ましい。沸収は好ましくは
２〜１０％である。

【００３１】本発明の製造方法により得られるポリ乳酸
繊維の断面形状については、丸断面、中空断面、三葉断
面等の多葉断面、その他の異形断面についても自由に選
択することが可能である。また、繊維の形態は、長繊
維、短繊維等特に制限は無く、長繊維の場合マルチフィ
ラメントでもモノフィラメントでも良い。

【００３２】本発明の製造方法により得られるポリ乳酸
繊維において、前記したように高温力学特性が向上する
理由はよくわからないが、以下に記載するように通常の
ポリ乳酸繊維には存在しない、３₁らせん構造を採る分
子鎖が形成されていることによるものと推定される。以
下に３₁らせん構造について詳述する。

【００３３】まず、通常のポリ乳酸繊維中の分子鎖の構
造について説明する。ポリ乳酸繊維中では通常、α晶と
いう結晶形が生成しているが、α晶中での分子鎖の形態
は１０₃らせん構造を採っていることが J. Biopolym.,
vol.6, 299(1968).等に記載されている。ここで、１０₃
らせん構造とは、図４に示すように１０個のモノマーユ
ニット当たり３回回転するらせん構造を意味している。
一方、超高分子量ポリ乳酸(粘度平均分子量５６万〜１
００万)のクロロホルム／トルエン混合溶媒からの溶液
紡糸(紡糸速度１〜７ｍ／分)により得られた繊維を融点
以上の超高温(２０４℃)で超高倍率延伸(１２〜１９
倍、延伸速度１.２ｍ／分以下)して得られたポリ乳酸繊
維中には、β晶という通常のα晶とは異なる結晶が生成
することがMacromolecules, vol.23, 642(1990).等記載
されている。ここでβ晶とは、３個のモノマーユニット
当たり１回回転するらせん構造(３₁らせん構造、図４)
から形成されていることが該文献等に記載されている。
ところで、この３₁らせん構造は、見方を変えると９個
のモノマーユニット当たり３回回転するらせん構造であ
り、１０₃らせん構造を若干引き伸ばした緊張型の形態
と言える。

【００３４】また発明者らの固体¹³Ｃ−ＮＭＲによる解
析では、従来のポリ乳酸繊維では１０₃らせん構造に対
応する１７０.２ｐｐｍ付近のピークしか観測されない
が、本発明の繊維ではそれより低磁場である１７１.６
ｐｐｍ付近にピークが観測(図１)されることが分かっ
た。これは、従来ポリ乳酸繊維の１０₃らせん構造とは
明らかにコンフォメーション、すなわち構造の異なるら
せん構造が生成していると考えられる。そして、これは
広角Ｘ線回折(ＷＡＸＤ)測定からβ晶類似のパターンが
観測された(図３)ことから、３₁らせん構造が形成され
ていることが確認された。すなわち、固体¹³Ｃ−ＮＭＲ
において、１７１.６ｐｐｍ付近にピークが観測されれ
ば、３₁らせん構造が生成していることを意味している
ことを発明者らは発見した。

【００３５】そして、本発明のポリ乳酸繊維では、緊張
型である３₁らせん構造を有しているため引っ張りに対
し強い抵抗力を発揮し、室温だけでなく９０℃以上の高
温下でも充分な力学特性を示すものと考えられる。

【００３６】３₁らせん構造は繊維中の少なくとも一部
に含まれていれば良いが、固体¹³Ｃ−ＮＭＲスペクトル
において、３₁らせん構造に対応するピークの面積強度
(３₁比)が１６５〜１７５ｐｐｍに観測されるピークの
面積強度の５％以上であると、９０℃での強度を１.０
ｃＮ／ｄｔｅｘ以上とすることができ好ましい。また、
３₁らせん構造は必ずしも結晶化している必要はない
が、図３のようにＷＡＸＤで確認できるほど結晶化して
いると９０℃での強度を１.５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上とす
ることもでき好ましい。

【００３７】また、本発明の製造方法により、上記した
繊維構造(３₁らせん構造)が発現する理由は以下のよう
に推定される。

【００３８】本発明ではポリ乳酸未延伸糸を通常の延伸
に比べ高倍率延伸するものであるが、これによりポリ乳
酸分子鎖が引き抜かれ、さらに分子鎖に高応力がかかる
ことにより１０₃らせん構造から３₁らせん構造へ転移す
るものと考えられる。そして、熱処理によりこの構造が
安定化されるものと考えられる。すなわち、未延伸糸の
繊維構造を延伸により破壊しながら再構築することで、
従来のポリ乳酸繊維とも未延伸糸とも異なる構造が発現
していると考えられる。

【００３９】なお、通常のポリ乳酸繊維の延伸倍率は、
衣料用途で０.７５＋(未延伸糸伸度／100％)以下(比較
例２、３)であり、産業用途であっても、例えば特開２
０００−２４８４２６号公報では１段目の延伸倍率は
０.７５＋(未延伸糸伸度／100％)以下であり、本発明の
０.９０＋(未延伸糸伸度／100％)に比べればはるかに低
倍率延伸なのである。このため、これらの製造方法で得
られたポリ乳酸繊維には３ ₁らせん構造は形成されてお
らず、高温力学特性が低いものであった。

【００４０】このように、本発明では高倍率延伸により
はじめて３₁らせん構造が形成できるのであるが、延伸
前にポリ乳酸分子鎖を引き揃えて並べておくと、高倍率
延伸であっても均一な延伸が可能となり、繊維の白化や
延伸斑が発生することを抑制できる。そして、延伸前に
ポリ乳酸分子鎖を引き揃えて並べる具体的方法として、
本発明の第１の方法のように、高速紡糸による配向結晶
化構造を利用すると予備延伸や予備熱処理のようなプロ
セスを付加することが不要であり、高効率で、しかも低
コスト化を達成することができるのである。なお、本発
明の第２の方法のように、紡糸速度３０００ｍ／分付近
で得られる未延伸糸は、ある程度分子配向が進んでいる
が結晶化には至らず非晶の場合が多いが、延伸温度を１
１０℃以上に高温化することで、第１ホットローラー等
の予熱部分で充分配向結晶化し、高倍率延伸が可能とな
る。

【００４１】本発明の製造方法により得られるポリ乳酸
繊維は、織物、編物、不織布、カップ等の成形品等の様
々な繊維製品の形態を採ることができる。

【００４２】本発明の製造方法により得られるポリ乳酸
繊維は、仮撚加工等の捲縮加工用の原糸、シャツやブル
ゾン、パンツといった衣料用途のみならず、カップやパ
ッド等の衣料資材用途、カーテンやカーペット、マッ
ト、家具等のインテリア用途や車両内装用途、ベルト、
ネット、ロープ、重布、袋類、縫い糸等の産業資材用
途、この他フェルト、不織布、フィルター、人工芝等に
も好適に用いることができる。また、本発明の製造方法
により得られるポリ乳酸繊維をさらに延伸・熱処理する
ことにより、超高強度ポリ乳酸繊維を得ることも可能で
ある。

【００４３】

【実施例】以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明す
る。なお、実施例中の測定方法は以下の方法を用いた。

【００４４】Ａ.ポリ乳酸の重量平均分子量 試料のクロロホルム溶液にＴＨＦ(テトロヒト゛ロフラン)を混合し
測定溶液とした。これをWaters社製ゲルパーミテーショ
ンクロマトグラフィー(ＧＰＣ)Waters2690を用いて２５
℃で測定し、ポリスチレン換算で重量平均分子量を求め
た。

【００４５】Ｂ.２５℃での強度および伸度 室温(２５℃)で、初期試料長＝２００ｍｍ、引っ張り速
度＝２００ｍｍ／分とし、ＪＩＳ Ｌ１０１３に示され
る条件で荷重−伸長曲線を求めた。次に破断時の荷重値
を初期の繊度で割り、それを強度とし、破断時の伸びを
初期試料長で割り伸度として強伸度曲線を求めた。

【００４６】Ｃ.９０℃での強度 測定温度９０℃で、上記Ｃと同様に強伸度曲線を求め、
荷重値を初期の繊度で割り９０℃での強度とした。

【００４７】Ｄ.９０℃で０.７ｃＮ／ｄｔｅｘ応力下で
の伸び 上記Ｄで求めた９０℃での強伸度曲線において、０.７
ｃＮ／ｄｔｅｘ応力下での伸度を読み、９０℃で０.７
ｃＮ／ｄｔｅｘ応力下での伸びとした。

【００４８】Ｅ.沸収 糸をかせ取りし、沸騰水中で処理し、その前後の寸法変
化から下記式により沸収を求めた。

【００４９】 沸収(％)＝［(Ｌ０−Ｌ１)／Ｌ０)］×１００(％) Ｌ０：延伸糸をかせ取りし初荷重0.09cN/dtex下で測定
したかせの原長 Ｌ１：Ｌ０を測定したかせを実質的に荷重フリーの状態
で沸騰水中で１５分間処理し、風乾後初荷重0.09cN/dte
x下でのかせ長 Ｆ.ウースター斑(Ｕ％) zellweger uster社製USTER TESTER 4を用いて給糸速度
２００ｍ／分、ノーマルモードで測定した。

【００５０】Ｇ.固体¹³Ｃ−ＮＭＲ Chemagnetics社製CMX-300 infinity型ＮＭＲ装置を用
い、以下の条件により¹³Ｃ核のＣＰ／ＭＡＳ ＮＭＲス
ペクトルを測定し、エステル結合のカルボニル炭素部分
の解析を行った。そして、カーブフィッティングによ
り、１０₃らせん構造に帰属される１７０.２ｐｐｍ付近
のピークと３₁らせん構造に帰属される１７１.６ｐｐｍ
付近のピークとをピーク分割し、１６５〜１７５ｐｐｍ
に観測されるピークの面積強度全体に対する１７１.６
ｐｐｍ付近のピークの面積強度比(３ ₁比)を求めた。

【００５１】 装置 ： Chemagnetics社製CMX-300 infinity 測定温度 ： 室温 基準物質 ： Ｓｉゴム(内部基準：１.５６ｐｐｍ) 測定核 ： ７５.１９１０ＭＨｚ パルス幅 ： ４.０μｓｅｃ パルス繰り返し時間 ： ＡＣＱＴＭ＝0.06826sec ＰＤ＝5sec データ点 ： ＰＯＩＮＴ＝８１９２ ＳＡＭＰＯ＝２０４８ スペクトル幅 ： ３０.００３ｋＨｚ パルスモード ： 緩和時間測定モード コンタクトタイム： ５０００μｓｅｃ Ｈ.広角Ｘ線回折(ＷＡＸＤ) 理学電機社製4036A2型Ｘ線回折装置を用い、以下の条件
でＷＡＸＤプレート写真を撮影した。

【００５２】 Ｘ線源 ： Ｃｕ−Ｋα線(Ｎｉフィルター) 出力 ： ４０ｋＶ×２０ｍＡ スリット ： １ｍｍφピンホールコリメータ カメラ半径 ： ４０ｍｍ 露出時間 ： ８分間 フィルム ： Ｋｏｄａｋ ＤＥＦ−５ Ｉ.結晶サイズ 理学電機社製4036A2型Ｘ線回折装置を用い、以下の条件
で赤道線方向の回折強度を測定した。

【００５３】 Ｘ線源 ： Ｃｕ−Ｋα線(Ｎｉフィルター) 出力 ： ４０ｋＶ×２０ｍＡ スリット ： ２ｍｍφ−１゜−１゜ 検出器 ： シンチレーションカウンター 計数記録装置 ： 理学電機社製ＲＡＤ−Ｃ型 ステップスキャン ： ０.０５゜ステップ 積算時間 ： ２秒 (200)面方向結晶サイズＬは下記Scherrerの式を用いて
計算した。

【００５４】Ｌ＝Ｋλ／(β₀ｃｏｓθ_B) Ｌ ： 結晶サイズ(ｎｍ) Ｋ ： 定数＝１.０ λ ： Ｘ線の波長＝０.１５４１８ｎｍ θ_B ： ブラッグ角 β₀＝(β_E ²−β_I ²)^1/2 β_E ： 見かけの半値幅(測定値) β_I ： 装置定数＝１.０４６×１０^-2ｒａｄ. Ｊ.結晶配向度 (200)面方向結晶配向度は下記のようにして求めた。

【００５５】(200)面に対応するピークを円周方向にス
キャンして得られる強度分布の半値幅から下記式により
計算した。

【００５６】結晶配向度(π)＝(１８０−Ｈ)／１８０ Ｈ：半値幅(ｄｅｇ.) 測定範囲 ： ０〜１８０° ステップスキャン ： ０.５゜ステップ 積算時間 ： ２秒 Ｋ.仮撚加工糸の捲縮特性、ＣＲ値 仮撚加工糸をかせ取りし、実質的に荷重フリーの状態で
沸騰水中１５分間処理し、２４時間風乾した。このサン
プルに０.０８８ｃＮ／ｄｔｅｘ(0.1gf/d)相当の荷重を
かけ水中に浸漬し、２分後のかせ長Ｌ’０を測定した。
次に、水中で０.０８８ｃＮ／ｄｔｅｘ相当のかせを除
き０.００１８ｃＮ／ｄｔｅｘ(2mgf/d)相当の微荷重に
交換し、２分後のかせ長Ｌ’１を測定した。そして下式
によりＣＲ値を計算した。

【００５７】 ＣＲ(％)＝［(Ｌ’０−Ｌ’１)／Ｌ’０］×１００(％) 実施例１、２ 光学純度９９.５％のＬ乳酸から製造したラクチドを、
ビス(２−エチルヘキサノエート)スズ触媒(ラクチド対
触媒モル比＝１００００：１)存在させてチッソ雰囲気
下１８０℃で１８０分間重合を行った。得られたホモポ
リＬ乳酸の重量平均分子量は１９万、光学純度は９９％
Ｌ乳酸であった。これを２４０℃で溶融紡糸し、チムニ
ー４により２５℃の冷却風で糸を冷却固化させた後、集
束給油ガイド６により脂肪酸エステルを主体とする繊維
用油剤を付与し、交絡ガイド７により糸に交絡を付与し
た(図７)。その後、周速５０００ｍ／分(紡糸速度５０
００ｍ／分)の非加熱の第１引き取りローラー８で引き
取った後、非加熱の第２引き取りローラー９を介し未延
伸糸１０を巻き取った。巻き取ったホモポリＬ乳酸未延
伸糸の(２００)面方向の結晶サイズは９.２ｎｍ、結晶
配向度は０.９６、伸度は５６％、Ｕ％は０.８％であっ
た。この未延伸糸１０に図８の装置を用い、延伸速度
(第２ホットローラー１３の周速)８００ｍ／分、表１に
示す条件で１段延伸・熱処理を施し、８４ｄｔｅｘ、１
２フィラメント、丸断面の延伸糸を得た。紡糸、延伸で
の糸切れは発生せず、工程安定性も良好であった。

【００５８】これらの延伸糸の固体ＮＭＲスペクトルを
図１に示すが、実施例１の繊維では３₁らせん構造に帰
属される１７１.６ｐｐｍ付近のピークがはっきり観測
され、実施例２の繊維ではショルダーピークとして観測
された。そして、これらのピーク分割を行い、１７１.
６ｐｐｍ付近のピークの面積強度比(３₁比)を求めたと
ころ、実施例１で２９％、実施例２で１７％であった
(図２)。また、ＷＡＸＤ測定を行ったところ実施例１の
繊維では、Macromolecules, vol.23, 642(1990).記載の
β晶類似のパターンが得られ、３₁らせん構造を持つ結
晶が生成していることが確認された(図３)。一方、実施
例２の繊維では、３₁らせん構造からなる結晶のＷＡＸ
Ｄパターンとはならなかった。実施例１の９０℃での強
伸度曲線を図６、物性値を表２に示すが、従来の高強度
ポリ乳酸繊維(比較例１)に比べ、９０℃での力学特性が
大幅に向上していた。

【００５９】実施例３〜５ 紡糸速度６０００ｍ／分としてして実施例１と同様に表
１に示す条件で紡糸、延伸を行い８４ｄｔｅｘ、９６フ
ィラメントの延伸糸を得た。未延伸糸の物性は表１に示
す。

【００６０】これらの延伸糸の固体ＮＭＲスペクトルか
ら３₁らせん構造の生成を確認できた。また、物性値を
表２に示すが、従来の高強度ポリ乳酸繊維(比較例１)に
比べ、９０℃での力学特性が大幅に向上していた。

【００６１】実施例６ 紡糸速度４０００ｍ／分としてして実施例１と同様に表
１に示す条件で紡糸、延伸を行い１６５ｄｔｅｘ、４８
フィラメントの延伸糸を得た。未延伸糸の物性は表１に
示す。

【００６２】この延伸糸の固体ＮＭＲスペクトルから３
₁らせん構造の生成を確認できた。また、物性値を表２
に示すが、従来の高強度ポリ乳酸繊維(比較例１)に比
べ、９０℃での力学特性が大幅に向上していた。

【００６３】実施例７ 紡糸速度３０００ｍ／分としてして実施例１と同様に表
１に示す条件で紡糸、延伸を行い８４ｄｔｅｘ、２４フ
ィラメントの延伸糸を得た。未延伸糸の物性は表１に示
すが、実施例１〜６で用いた未延伸糸とは異なりＷＡＸ
Ｄで結晶性のパターンが得られず、非晶性であった。こ
のため、問題となるほどではないが、第１ホットローラ
ー上での糸揺れがやや大きいものであった。

【００６４】この延伸糸の固体ＮＭＲスペクトルから３
₁らせん構造の生成を確認できた。また、物性値を表２
に示すが、従来の高強度ポリ乳酸繊維(比較例１)に比
べ、９０℃での力学特性が大幅に向上していた。

【００６５】実施例８ 光学純度９９.５％のＬ乳酸から製造したラクチドを、
ビス(２−エチルヘキサノエート)スズ触媒(ラクチド対
触媒モル比＝１００００：１)存在させてチッソ雰囲気
下１８０℃で１３０分間重合を行った。得られたホモポ
リＬ乳酸の重量平均分子量は１４万、光学純度は９９％
Ｌ乳酸であった。これを２２０℃で溶融紡糸し、実施例
１と同様にして未延伸糸を得た。得られた未延伸糸の物
性は表１に示す。これに表１に示す条件で実施例１と同
様に延伸・熱処理を施し、８４ｄｔｅｘ、３６フィラメ
ントの三葉断面延伸糸を得た。

【００６６】これの固体ＮＭＲを測定したところ、３₁
らせん構造の生成を確認できた。また、物性値を表２に
示すが、従来の高強度ポリ乳酸繊維(比較例１)に比べ、
９０℃での力学特性が大幅に向上していた。

【００６７】実施例９ 表２に示す条件で、実施例５と同様に溶融紡糸、延伸・
熱処理を行い、８４ｄｔｅｘ、３６フィラメントの中空
断面延伸糸(中空率２０％)を得た。得られた未延伸糸の
物性は表１に示す。

【００６８】これの固体ＮＭＲを測定したところ、３₁
らせん構造の生成を確認できた。また、物性値を表２に
示すが、従来の高強度ポリ乳酸繊維(比較例１)に比べ、
９０℃での力学特性が大幅に向上していた。

【００６９】比較例１ 光学純度９９.５％のＬ乳酸から製造したラクチドを、
ビス(２−エチルヘキサノエート)スズ触媒(ラクチド対
触媒モル比＝１００００：１)存在させてチッソ雰囲気
下１８０℃で１４０分間重合を行った。得られたホモポ
リＬ乳酸の重量平均分子量は１５万、光学純度は９９％
Ｌ乳酸であった。これを用い、特開２０００−２４８４
２６号公報実施例９に準じて３段延伸・熱処理により高
強度ポリ乳酸繊維を得た。この時、未延伸糸紡糸速度は
２２００ｍ／分、１段目延伸温度は８２℃、２段目の延
伸温度は１３０℃、３段目の延伸温度は１６０℃、１段
目延伸倍率は１.５３倍、２段目の延伸倍率は１.５５
倍、３段目の延伸倍率は１.５５倍、最終熱処理温度は
１５５℃とした。

【００７０】これの固体ＮＭＲを測定したところ、１７
１.６ｐｐｍ付近の３₁らせん構造に対応するピークは観
測されなかった(図１)。また、ＷＡＸＤ測定も行ったと
ころ、高度に結晶化していたものの通常のα晶(１０₃ら
せん構造)に対応するパターンしか得られなかった。さ
らに、物性を表２に示すが、室温での強度は高いが、９
０℃での力学特性は低いものであった。

【００７１】なお、延伸倍率を全て１.０、熱板温度、
熱処理温度を室温として、紡糸速度２２００ｍ／分の未
延伸糸を巻き取り物性を測定したところ、この未延伸糸
は結晶化しておらず、伸度は１２０％であった。これよ
り、本比較例における１段延伸目の延伸倍率は０.３３
＋(未延伸糸伸度／100％)であった。

【００７２】比較例２、３ 表１に示す紡糸速度として実施例１と同様にポリ乳酸未
延伸糸を得た。得られた未延伸糸は非晶であり、結晶サ
イズは測定できなかった。この未延伸糸に表１の条件で
実施例１と同様に延伸・熱処理を施し８４ｄｔｅｘ、２
４フィラメント、丸断面の延伸糸を得た。

【００７３】これの固体ＮＭＲを測定したところ、１７
１.６ｐｐｍ付近の３₁らせん構造に対応するピークは観
測されなかった。また、ＷＡＸＤ測定も行ったところ、
高度に結晶化していたもののα晶(１０₃らせん構造)に
対応するパターンしか得られなかった。さらに、物性を
表２に示すが、９０℃での力学特性は低いものであっ
た。

【００７４】

【表１】

【００７５】

【表２】 実施例１０ 実施例１および２で得たポリ乳酸繊維に図９に示す装置
で、表３に示す条件で延伸仮撚を施した。なお、延伸ロ
ーラー２０の速度である加工速度は４００ｍ／分とし、
セカンドヒーター２１は使用しなかった。仮撚回転子１
９としては３軸ツイスターを用いた。これの糸物性は表
３に示すが、ＣＲ≧２５％と充分な捲縮特性を示す仮撚
加工糸を得た。また、沸収も２０％以下と充分なもので
あった。

【００７６】実施例１１ 実施例２の未延伸糸を用い、セカンドヒーター２１の温
度を１５０℃、延伸ローラー２０とデリバリーローラー
２２の間のリラックス率を８％とし、実施例８と同様に
仮撚加工糸を得た。これの糸物性は表３に示すが、セカ
ンドヒーターの効果により、沸収を４％と低収縮化する
ことができた。

【００７７】比較例４ 比較例３で得た従来ポリ乳酸繊維に、延伸倍率１.３５
倍、ヒーター温度１３０℃として実施例１０と同様にフ
リクションディスク仮撚加工を施したが、熱板上で糸切
れが発生し糸かけ不能であった。次に、ヒーター温度を
１１０℃に下げて加工を施したところ、やはり糸かけに
問題があったが、糸を巻き取ることは可能であった。捲
縮特性の指標であるＣＲ値は２０％であったが、ヒータ
ー温度が低すぎるため沸収が２５％と高すぎるものであ
った。

【００７８】比較例５ 比較例３で得た従来ポリ乳酸繊維に、セカンドヒーター
２１の温度を１５０℃、延伸ローラー２０とデリバリー
ローラー２２の間のリラックス率を８％とし、比較例４
と同様に仮撚加工糸を得た。これの糸物性は表３に示す
が、セカンドヒーターの効果により沸収を８％と低収縮
化することができたが、ＣＲ値が３％とほとんど捲縮の
無いものになってしまった。

【００７９】

【表３】 実施例１２ 実施例１で得られた糸を経糸および緯糸に用い、平織り
を作製した。経糸の糊付け乾燥を１１０℃で行ったが、
毛羽の発生や糸が伸びるトラブルは発生しなかった。得
られた平織りを常法にしたがい６０℃で精練した後、１
４０℃で中間セットを施した。さらに常法にしたがい１
１０℃で染色した。得られた布帛は、きしみ感、ソフト
感があり、衣料用として優れた風合いを有していた。

【００８０】実施例２〜９で得られた糸も同様にして製
織、布帛評価を行ったが、毛羽の発生や糸が伸びるトラ
ブルも発生せず、得られた布帛は、きしみ感、ソフト感
があり、衣料用として優れた風合いを有していた。

【００８１】比較例６ 比較例３で得られた糸を経糸および緯糸に用い、実施例
１２と同様に平織りを作製した。経糸の糊付け乾燥を１
１０℃で行ったが、糸が伸びてしまい乾燥が不可能であ
った。そこで、比較例３で得られた糸を用い、筒編みを
作製し、常法にしたがい１１０℃で染色を施したが染色
斑が大きく品位に劣るものであった。

【００８２】実施例１３ 実施例２で得られたポリ乳酸繊維に図８の装置を用い、
延伸温度１５０℃、延伸倍率１.１５倍、熱処理温度１
５５℃として再延伸・熱処理を施した。得られたポリ乳
酸繊維は室温強度８.０ｃＮ／ｄｔｅｘ、室温伸度１５
％、９０℃強度３.０ｃＮ／ｄｔｅｘ、９０℃、０.７ｃ
Ｎ／ｄｔｅｘでの伸び３％、沸収２％、Ｕ％＝１.２％
の高強度ポリ乳酸繊維であった。また、固体ＮＭＲスペ
クトルから３₁らせん構造の生成を確認できた。

【００８３】

【発明の効果】本発明の新規な構造を有するポリ乳酸繊
維により、高温力学特性を大幅に向上させることが可能
であり、仮撚加工や製織工程での問題点を解決でき、ポ
リ乳酸繊維の用途展開を大きく拡げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明および従来高強度ポリ乳酸繊維の固体Ｎ
ＭＲスペクトルを示す図である。

【図２】固体ＮＭＲスペクトルのピーク分割を示す図で
ある。

【図３】実施例１の広角Ｘ線回折パターンを示す図であ
る。

【図４】ポリ乳酸分子鎖のらせん構造を示す図である。

【図５】従来ポリ乳酸繊維(比較例３)およびナイロン６
繊維の強伸度曲線を示す図である。

【図６】実施例１および従来高強度ポリ乳酸繊維(比較
例１)の９０℃での強伸度曲線を示す図である。

【図７】紡糸装置を示す図である。

【図８】延伸装置を示す図である。

【図９】延伸仮撚装置を示す図である。

【符号の説明】

１：スピンブロック ２：紡糸パック ３：口金 ４：チムニー ５：糸条 ６：集束給油ガイド ７：交絡ガイド ８：第１引き取りローラー ９：第２引き取りローラー １０：未延伸糸 １１：フィードローラー １２：第１ホットローラー １３：第２ホットローラー １４：第３ローラー(室温) １５：延伸糸 １６：フィードローラー １７：ヒーター １８：冷却板 １９：仮撚回転子 ２０：延伸ローラー ２１：セカンドヒーター ２２：デリバリーローラー ２３：仮撚加工糸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4L035 BB33 BB89 BB91 EE01 HH01 4L036 MA05 MA26 MA33 PA03 PA18 PA42 UA07

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】結晶サイズが６ｎｍ以上のポリ乳酸未延伸
   糸を延伸するに際し、延伸温度が８５℃以上、熱処理温
   度が１２０℃以上、延伸倍率(ＤＲ)が下記範囲であるこ
   とを特徴とするポリ乳酸繊維の製造方法。 ０.９０＋(未延伸糸伸度／100％)≦ＤＲ≦２.０＋(未延
   伸糸伸度／100％)
2. 【請求項２】紡糸速度４０００ｍ／分以上で得られたポ
   リ乳酸未延伸糸を用いることを特徴とする請求項１記載
   のポリ乳酸繊維の製造方法。
3. 【請求項３】結晶サイズが６ｎｍ未満のポリ乳酸未延伸
   糸を延伸するに際し、延伸温度が１１０℃以上、熱処理
   温度が１２０℃以上、延伸倍率(ＤＲ)が下記範囲である
   ことを特徴とするポリ乳酸繊維の製造方法。 ０.９０＋(未延伸糸伸度／100％)≦ＤＲ≦２.０＋(未延
   伸糸伸度／100％)
4. 【請求項４】ポリ乳酸未延伸糸のウースター斑が２.０
   ％以下であることを特徴とする請求項１〜３のうちいず
   れか１項記載のポリ乳酸繊維の製造方法。
5. 【請求項５】延伸が１段延伸であることを特徴とする請
   求項１〜４のうちいずれか１項記載のポリ乳酸繊維の製
   造方法。