JP2005054321A

JP2005054321A - 分割型ポリ乳酸系複合繊維

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Publication number: JP2005054321A
Application number: JP2003286800A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Sakai; 大介酒井; Hiroyuki Watanabe; 博之渡邉
Original assignee: Nippon Ester Co Ltd
Current assignee: Nippon Ester Co Ltd
Priority date: 2003-08-05
Filing date: 2003-08-05
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2023-08-05
Also published as: JP4298427B2

Abstract

【課題】生分解性を有し、分割性が良好であり、かつ不織布などにした際の風合いが非常にソフトな分割型ポリ乳酸系複合繊維を提供する。
【解決手段】ポリ乳酸と生分解性を有するガラス転移温度が４５℃以下の脂肪族−芳香族共重合ポリエステルとから成る複合繊維であって、前記複合繊維断面において、ポリ乳酸が脂肪族−芳香族共重合ポリエステルによって複数個に分割されているか、又は脂肪族−芳香族共重合ポリエステルがポリ乳酸によって複数個に分割されており、かつ、脂肪族−芳香族共重合ポリエステルが繊維表面に露出することがなく、ポリ乳酸に覆われている複合形態を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、生分解性を有する分割型のポリ乳酸系複合繊維に関するものである。

繊維断面において、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレートのようなポリアルキレンテレフタレート成分が、これと非相溶のポリオレフィン、ポリアミド等によって複数個に分割された複合形態を有する分割型複合繊維や、前記複合繊維を用いた布帛・不織布に物理的な衝撃を付与して複合繊維を分割させ、極細繊維を生成させる方法は周知であり、このような分割型ポリエステル複合繊維については種々提案されている。（例えば特許文献１）。

しかし、ポリアルキレンテレフタレート、ポリオレフィン、ポリアミドなどは、使用後に自然環境中に廃棄されると分解せずに蓄積し、環境を汚染するという問題があり、また焼却処理を行った場合でも、その発熱量が高いために焼却炉を傷めたり、有害ガスを発生する恐れがある。このため、近年の環境保全に対する社会的要求の高まりに伴い、微生物などにより分解可能な生分解性を有し、コンポストでの堆肥化処理が可能な生分解性の素材が求められるようになり、その開発が盛んに行われている。

このような取り組みのなかで、自然環境において分解される、環境にやさしい樹脂として、ポリ乳酸樹脂が注目されており、このポリ乳酸樹脂を使用した分割型複合繊維についても種々提案されている。

例えば、繊維断面において、ポリ乳酸によって、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレート、ポリオレフィン、ナイロンなどを分割するように配した複合繊維を、アルカリ溶液処理してポリ乳酸を溶解させ、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレートなどの細繊度糸を得る方法が提案されている（例えば特許文献２〜４）。

しかし、これらの分割型複合繊維は、ポリ乳酸自体を溶解させるため、ポリ乳酸自体の細繊度糸を得るには至っていない。

これを解決するために、ポリ乳酸とポリブチレンサクシネートなどの生分解性を示す脂肪族ポリエステルとの複合繊維を、物理的な衝撃によって分割させる繊維が提案されている（例えば特許文献５〜６）。しかし、これらのポリ乳酸と脂肪族ポリエステルとからなる分割型複合繊維は、ポリ乳酸と脂肪族ポリエステルに相溶性が若干あるため、特に分割数が多い場合などは分割性が悪いという問題があった。

また、ポリ乳酸繊維は剛性が強い反面、不織布の風合いが固いという問題点があり、その改善が望まれている。
特開平１０−２１２６２４号公報特開平８−３５１２１号公報特開平８−１８８９２２号公報特開２００３−１１９６２６号公報特開平９−０４１２２３号公報特開平９−２１７２３２号公報

本発明は、上記の問題を解決し、生分解性を有し、分割性が良好であり、かつ不織布などに加工した際の風合いが非常にソフトな分割型ポリ乳酸系複合繊維を提供することを技術的な課題とするものである。

本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、本発明に到達した。

すなわち、本発明は、次の構成を要旨とするものである。
（１）ポリ乳酸と生分解性を有するガラス転移温度が４５℃以下の脂肪族−芳香族共重合ポリエステルとから成る複合繊維であって、前記複合繊維断面において、ポリ乳酸が脂肪族−芳香族共重合ポリエステルによって複数個に分割されているか、又は脂肪族−芳香族共重合ポリエステルがポリ乳酸によって複数個に分割されており、かつ、脂肪族−芳香族共重合ポリエステルが繊維表面に露出することがなく、ポリ乳酸に覆われている複合形態を有することを特徴とする分割型ポリ乳酸系複合繊維。
（２）上記（１）記載の分割型ポリ乳酸系複合繊維を使用した不織布。

本発明の分割型ポリ乳酸系複合繊維は、生分解性を有する脂肪族−芳香族共重合ポリエステルとポリ乳酸とで構成されているので、繊維も生分解性を有しており、また、前記二成分は相溶性が乏しいので、物理的な衝撃による分割性が良好である。
さらに、脂肪族−芳香族共重合ポリエステルはガラス転移温度が４５℃以下なので、この繊維を使用した不織布などは、繊維の分割後に風合いが非常にソフトになり、しかも、分割前の複合繊維の状態では脂肪族−芳香族共重合ポリエステルがポリ乳酸に覆われているので、紡糸、延伸工程などの製糸工程で単糸同士が密着することもなく、安定して製造できるものである。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の分割型ポリ乳酸系複合繊維は、その繊維断面において、ポリ乳酸が脂肪族−芳香族共重合ポリエステルによって複数個に分割されているか、又は脂肪族−芳香族共重合ポリエステルがポリ乳酸によって複数個に分割されている複合繊維である。
本発明の複合繊維の一方を形成する脂肪族−芳香族共重合ポリエステルは、少なくとも構成成分として脂肪族ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸及び脂肪族ジオールを有する共重合ポリエステルであって、そのガラス転移温度は４５℃以下であることが必要であり、より好ましくは０℃以下である。ガラス転移温度の下限は特に限定されるものではないが、通常使用される熱可塑性樹脂で最も低いもので−２０〜−４０℃程度であり、−４０℃以上のものであれば好適に使用される。
本発明の複合繊維を使用した不織布などは、繊維の分割後に風合いが非常にソフトになるが、その理由は、脂肪族−芳香族共重合ポリエステルのガラス転移温度が４５℃以下と、常温に近いか、常温以下なので、ポリマーは非結晶状態で分子鎖同士の結合が弱く、このため、風合いがソフトになるものと推定される。
一方、ガラス転移温度が４５℃を超えると、繊維の剛性が高くなり、この繊維や、この繊維を用いた紡績糸、不織布、布帛において、ソフトな風合いが得られなくなる。

また、上記の脂肪族−芳香族共重合ポリエステルは、生分解性を有していることが必要である。本発明において、生分解性を有するとは、例えばＪＩＳＫ６９５３に準ずる生分解率が６０％以上であればよい。

脂肪族−芳香族共重合ポリエステルが生分解性を有しない場合、ポリ乳酸が生分解性を有していても、複合繊維や不織布では、生分解性がないと判断されるため、本発明の効果が得られない。

このような脂肪族−芳香族共重合ポリエステルを構成する脂肪族ジカルボン酸としては、アジピン酸、コハク酸、スベリン酸、セバシン酸、ドデカン二酸などが挙げられる。また、芳香族ジカルボン酸としては、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸などが挙げられる。ポリ乳酸との相溶性を低くし、複合繊維の分割性を高めるために、芳香族ジカルボン酸の共重合量は全酸成分の１０ｍｏｌ％以上が好ましく、３０〜８０ｍｏｌ％がより好ましい。

さらに、脂肪族ジオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノールなどが挙げられる。そして、これらから少なくとも１種以上選択して重縮合することにより、目的とする脂肪族−芳香族共重合ポリエステルが得られ、必要に応じて、イソシアネートや酸無水物、エポキシ化合物、有機過酸化物などを用いて長鎖分岐を構造上持たせることもできる。また、生分解性に影響を与えない範囲で、ウレタン結合、アミド結合、エーテル結合などを導入してもよい。

次に、脂肪族−芳香族共重合ポリエステルとともに本発明の複合繊維を形成するポリ乳酸としては、ポリＬ−乳酸、ポリＤ−乳酸、Ｌ−乳酸とＤ−乳酸の共重合体であるポリＤＬ−乳酸、あるいはポリＬ乳酸とポリＤ乳酸の混合物（ステレオコンプレックス）のいずれでもよく、また数平均分子量は、３万〜１５万であるものが好ましく、９万〜１３万の範囲にあるものがより好ましい。数平均分子量が３万未満になると、溶融押出が困難となるだけでなく、繊維の機械的強力が低下する傾向を示す。また、数平均分子量が１５万を超えると、溶融押出が困難となる。なお、本発明におけるポリ乳酸には、分子量の増大を目的として、少量の鎖延長剤、例えば、有機過酸化物、ビスオキサゾリン化合物、ジイソシアネート化合物、エポキシ化合物、酸無水物などが配合されていてもよい。
また、本発明において、ポリ乳酸がポリＬ−乳酸やポリＤ−乳酸である場合には、光学純度は９５％以上であることが好ましく、９８％以上であることがより好ましい。ポリ乳酸樹脂の光学純度とは、ポリ乳酸樹脂を構成する乳酸が、Ｌ−乳酸を主体とする場合には、全乳酸におけるＬ−乳酸の含有率で表し、ポリ乳酸樹脂を構成する乳酸が、Ｄ−乳酸を主体とする場合には、全乳酸におけるＤ−乳酸の含有率で表す。例えば、ポリ乳酸がＬ−乳酸９５％、Ｄ−乳酸５％からなる場合には、このポリ乳酸樹脂の光学純度は９５％となる。

本発明の複合繊維は、ポリ乳酸が脂肪族−芳香族共重合ポリエステルによって複数個に分割されているか、又は脂肪族−芳香族共重合ポリエステルがポリ乳酸によって複数個に分割されている複合形態を有している。本発明の複合繊維の横断面の具体例を模式的に図１で示すが、複合繊維の横断面は、これらに限定されるものではなく、扁平断面、中空断面など、周知の形状のいずれであってもよい。図１において、１はポリ乳酸成分、２は脂肪族−芳香族共重合ポリエステル成分を示しており、（Ａ）は３葉断面、（Ｂ）は４葉断面、（Ｃ）は花弁型断面の複合繊維である。
ポリ乳酸成分と脂肪族−芳香族共重合ポリエステル成分との複合比率は、複合繊維の単糸繊度、複合形態、断面形態、分割数、分割後の繊維の単糸繊度等を考慮して決定すればよく、通常は９５／５〜３０／７０、好ましくは９０／１０〜５０／５０の質量比の範囲で選択するのが好ましい。

また、本発明の複合繊維は、脂肪族−芳香族共重合ポリエステルが繊維表面に露出することがなく、ポリ乳酸樹脂に覆われていることが必要である。

本発明において、脂肪族−芳香族共重合ポリエステルは、ガラス転移温度が４５℃以下であるため、繊維の表面に一部でも露出していると、紡糸、延伸工程などの製糸工程において、単糸同士の密着が起こり、安定して製造することができなくなる。また、単糸同士が密着した複合繊維を分割しても、細繊度化することが困難となる。

上述したように、本発明の複合繊維は、脂肪族−芳香族共重合ポリエステルが繊維表面に露出することがなく、ポリ乳酸樹脂に覆われているが、例えば図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のように脂肪族−芳香族共重合ポリエステルは薄肉のポリ乳酸で覆われている部分があるので、物理的な衝撃により薄肉のポリ乳酸部分が破れ、細繊度化することができる。

本発明の不織布は、少なくともその一部に本発明の複合繊維を使用したものであり、不織布によりソフトな風合いを付与するためには、全部に本発明の複合繊維を使用したものが好ましい。

前述したように、本発明の複合繊維は、相溶性が乏しい脂肪族−芳香族共重合ポリエステルとポリ乳酸とで構成されているので、この繊維あるいはこの繊維を使用した不織布や織編物に物理的な衝撃を与えることにより、繊維を良好に分割して細繊度化することができる。これらの繊維、紡績糸、不織布、織編物は、細繊度によるソフト性に加えて、ガラス転移温度が４５℃以下の脂肪族ポリエステルから成る繊維が含まれるため、非常にソフトな風合いを有したものとなる。

本発明の複合繊維を分割する物理的な衝撃とは、延伸工程における機械クリンプ付与時などの製糸工程における物理的な衝撃や、混打綿、カード機などのウェブを作成する際の物理的な衝撃、ウェブをニードルパンチ、スパンレース処理などで不織布化する際の物理的な衝撃など、いずれでもよい。

本発明において、複合繊維の単糸繊度、繊維長などの繊維物性は、繊維に要求される特性に応じて適宜決定すればよく、分割数、分割後の単糸繊度にもよるが、生産性、操業安定性などの点から単糸繊度の範囲は概ね１〜６ｄｔｅｘである。

単糸繊度が１ｄｔｅｘ未満では、目的とする断面形態が得られ難い場合があり、また、溶融紡糸する際の紡糸口金の単孔当たりの吐出量が低下し、生産量が低下する傾向を示す。一方、生産量を向上させるために、紡糸口金の孔数を増加させると、紡糸工程が不安定になりやすい。
また、単糸繊度が６ｄｔｅｘを超えると、分割後の繊度が太くなり、分割後に細繊度の単糸を得ようとすると分割数が多くなるため、煩雑な紡糸装置が必要となるため、好ましくない。
一方、分割数が多ければ分割後の繊度が小さくなるという利点があるが、逆に分割後の個々の形態が均一になり難いという問題もあり、実際には両成分の合計で分割数を４〜３０とすることが好ましい。

また、本発明の複合繊維には、各種顔料、染料、撥水剤、吸水剤、難燃剤、安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、金属粒子、結晶核剤、滑剤、可塑剤、抗菌剤、香料その他の添加剤を混合することができる。

次に、本発明の複合繊維の製造法について説明する。
まず、ポリ乳酸成分と脂肪族−芳香族共重合ポリエステル成分は、従来公知の溶融複合紡糸法で紡糸され、横吹付や環状吹付などの従来公知の冷却装置を用いて、吹付風により冷却された後、油剤を付与され、引き取りローラを介して未延伸糸として巻取機に巻取られる。
巻取られた未延伸糸は、公知の延伸機にて周速の異なるローラ群間で延伸され、必要に応じて油剤の付与が行なわれる。目的とする繊維が短繊維の場合は、必要に応じてクリンパーなどでの機械クリンプの付与を行い、ＥＣカッター、ギロチンカッターなどのカッタ−で目的とする長さに切断すればよい。目的とする繊維が長繊維の場合は、そのまま捲き取り、必要に応じて、撚糸、仮撚加工等の加工を行う。
（実施例）
次に、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

なお、実施例における特性値等の測定法は、次の通りである。
（１）相対粘度（ηＲ）
フェノール／四塩化エタンの等質量混合溶液を溶媒とし、ウベローデ粘度計を使用して２０℃で測定した。
（２）光学純度（％）
超純水と１Ｎの水酸化ナトリウムのメタノール溶液の等質量混合溶液を溶媒とし、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）法により測定した。カラムにはｓｕｍｉｃｈｉｒａｌＯＡ６１００を使用し、ＵＶ吸収測定装置により検出した。
（３）ガラス転移温度（Ｔｇ）（℃）
示差走査熱量計(パーキンエルマー社製ＤＳＣ−７型)を用いて、昇温速度２０℃／分で測定した。
（４）生分解性
ＪＩＳＫ６９５３に準じて測定した。生分解率６０％以上を○、３０％以上〜６０％未満を△、３０％未満を×とし、生分解率６０％以上を合格とした。
（５）単糸繊度（ｄｔｅｘ）
ＪＩＳＬ−１０１５７−５−１−１Ａの方法により測定した。
（６）単糸の密着
未延伸糸を５ｍｍの長さにカットし、水に分散させ、単糸の密着の程度を観察し、次の３段階で評価した。
○：密着なし、 △：密着が一部見られる、 ×：ほとんどの単糸が密着している。
（７）不織布の通気度（ｃｍ３／ｃｍ２・ｓｅｃ）
カトーテック社製、通気性測定装置ＫＥＳＦ−８型を用い、ＪＩＳＬ−１０９６の方法により測定した。通気度４０ｃｍ３／ｃｍ２・ｓｅｃ以下を合格とした。
（８）不織布のソフト性
ＪＩＳＬ−１０９６−６−１９−１Ａに準じて、４５度カンチレバー法により測定した。２×１５ｃｍの不織布片を、縦と横を測定するために５枚ずつ採取し、剛軟性を示す剛軟度は試験片が移動した長さで評価するものとし、各々５枚の表裏を測り、縦横それぞれについて平均値で表した。縦８０ｍｍ、横４０ｍｍ以下を合格とした。

光学純度が９８．７％であり、［ηＲ］＝１．８７０であるＬ−乳酸を主体とするポリ乳酸と、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）にアジピン酸を５０ｍｏｌ％共重合したガラス転移温度が−２３℃の脂肪族−芳香族ポリエステルとを、孔数１０１４孔、繊維断面形状が図１の（Ｂ）に示すようなものとなる、分割数が５個（両成分の合計）であり、脂肪族−芳香族ポリエステルが繊維表面に露出することなく、ポリ乳酸樹脂に覆われるように配した四葉断面複合紡糸口金を用い、複合比を溶融容積比として５０／５０、紡糸温度２３０℃、紡糸速度１１００ｍ／分で溶融紡糸し、分割型ポリエステル複合繊維の未延伸糸を得た。
次いで、得られた未延伸糸を延伸温度６０℃、延伸倍率３．５０倍で延伸した後、押し込み式クリンパーにて機械捲縮を付与し、仕上げ油剤を付与後に切断し、繊度２．２ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍの分割型ポリ乳酸系複合繊維を得た。

得られた複合繊維をカード機で開繊し、目付８０ｇ／ｍ２のウエブを作成した。次いで、このウエブを１００メッシュスクリーンからなるネットコンベアーに載置し、孔径０．１２ｍｍ、孔間隔１．０ｍｍの噴射孔を複数個有する噴射ノズルを３段階に設け、前段１９６０ｋＰａ、中段２９４０ｋＰａ、後段２９４０ｋＰａの水圧でウエブの表裏に水流交絡処理を施して、繊維が分割された不織布を得た。

ＰＢＴにアジピン酸を３０ｍｏｌ％共重合した、ガラス転移温度が−１５℃の脂肪族−芳香族ポリエステルを使用した以外は、実施例１の方法と同様にして、分割型ポリ乳酸系複合繊維と不織布を得た。

ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）にアジピン酸を３０ｍｏｌ％共重合した、ガラス転移温度が１０℃の脂肪族−芳香族ポリエステルを使用した以外は、実施例１の方法と同様にして、分割型ポリ乳酸系繊維と不織布を得た。

ＰＥＴにエチレングリコール（ＥＧ）を５０ｍｏｌ％、ε−カプロラクタム（ε−ＣＬ）を１５ｍｏｌ％共重合した、ガラス転移温度が３５℃の脂肪族−芳香族ポリエステルを使用した以外は、実施例１の方法と同様にして、分割型ポリ乳酸系複合繊維と不織布を得た。

孔数８５０、繊維断面形状が図１の（Ｃ）に示すようなものとなる、分割数が２０個（両成分の合計）になる花弁型断面複合紡糸口金を用いた以外は、実施例１の方法と同様にして、分割型ポリ乳酸系複合繊維と不織布を得た。
（比較例１）
ＰＢＴにアジピン酸を１０ｍｏｌ％共重合した、ガラス転移温度が５３℃の脂肪族−芳香族ポリエステルを使用した以外は、実施例１の方法と同様にして、分割型ポリ乳酸系繊維と不織布を得た。
（比較例２）
ガラス転移温度が２５℃のＰＢＴを脂肪族−芳香族ポリエステルとして使用した以外は、実施例１の方法と同様にして、分割型ポリ乳酸系繊維と不織布を得た。
（比較例３）
脂肪族−芳香族ポリエステルではなく、脂肪族ポリエステルであるポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）を使用した以外は、実施例１の方法と同様にして、分割型ポリ乳酸系繊維と不織布を得た。
（比較例４）
繊維断面形状を、脂肪族−芳香族ポリエステルが繊維表面に露出するように配した四葉断面とした以外は実施例１の方法と同様にして、分割型ポリ乳酸系繊維を得た。
実施例1〜５及び比較例1〜４で得られた複合繊維と不織布の評価結果を表１に示す

表１から明らかなように、実施例１〜５では、製糸工程での繊維の密着がなく、分割性が良好であり、ソフトな風合いを有する生分解性の不織布が得られた。

一方、比較例１は、脂肪族−芳香族ポリエステルのガラス転移温度が高いため、得られた不織布はソフト性に欠けるものであった。

また、比較例２は、脂肪族−芳香族ポリエステルとしてＰＢＴを使用したので、ソフト性が良好な不織布が得られたが、ＰＢＴは生分解性を示さず、目的である生分解性の繊維、不織布は得られなかった。

比較例３は、脂肪族ポリエステルを使用したため、分割性が悪く、通気度が高くなり、得られた不織布もソフト性を欠くものであった。

さらに、比較例４は、脂肪族−芳香族ポリエステルが繊維の表面に露出していたため、紡糸工程での単糸の密着が著しく、不織布の作成は不可能であった。

本発明の分割型ポリ乳酸系複合繊維の横断面の実施態様を示す模式図である。

符号の説明

１ポリ乳酸成分
２脂肪族−芳香族共重合ポリエステル成分

Claims

ポリ乳酸と生分解性を有するガラス転移温度が４５℃以下の脂肪族−芳香族共重合ポリエステルとから成る複合繊維であって、前記複合繊維断面において、ポリ乳酸が脂肪族−芳香族共重合ポリエステルによって複数個に分割されているか、又は脂肪族−芳香族共重合ポリエステルがポリ乳酸によって複数個に分割されており、かつ、脂肪族−芳香族共重合ポリエステルが繊維表面に露出することがなく、ポリ乳酸に覆われている複合形態を有することを特徴とする分割型ポリ乳酸系複合繊維。
請求項１記載の分割型ポリ乳酸系複合繊維を使用した不織布。