JP2005299067A - ポリ乳酸繊維 - Google Patents
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Abstract
本発明は、優れた力学特性を有するとともに、短時間熱処理で結晶性を高めることができる高温での力学特性にも優れたポリ乳酸繊維を提供するものである。
【解決手段】
重量平均分子量が9万〜50万であるポリ乳酸からなり、結晶核剤として以下の特性を示すタルクが0.2〜5重量%含有された繊維であって、繊維の強伸度積が12以上、DSCにおける降温結晶化ピークTc’が90〜120℃であり、かつ結晶化熱量△Hが10〜50J/gであることを特徴とするポリ乳酸繊維
(1)タルクの平均粒子径D50が5μm以下
(2)粒子径10μm以上のタルクが、タルク全量に対して0〜4.5体積%
【選択図】図1
Description
(1)タルクの平均粒子径D50が5μm以下
(2)粒子径10μm以上のタルクが、タルク全量に対して0〜4.5体積%
(1)タルクの平均粒子径D50が5μm以下
(2)粒子径10μm以上のタルクが、タルク全量に対して0〜4.5体積%
Waters社製のゲルパーミエーションクロマトグラフィー2690を用い、ポリスチレンを標準として測定した。
精秤した試料をo−クレゾール(水分5%)に溶解し、この溶液にジクロロメタンを適量添加した後、0.02規定のKOHメタノール溶液にて滴定することにより求めた。この時、乳酸の環状2量体であるラクチド等のオリゴマーが加水分解し、カルボキシル基末端を生じるため、ポリマーのカルボキシル基末端およびモノマー由来のカルボキシル基末端、オリゴマー由来のカルボキシル基末端の全てを合計したカルボキシル基末端濃度が求まる。
試料1gをジクロロメタン20mlに溶解し、この溶液にアセトン5mlを添加する。さらにシクロヘキサンで定容して析出させ、島津社製GC17Aを用いて液体クロマトグラフにより分析し、絶対検量線にてラクチド量を求めた。
島津製作所製SALD−2000Jを用い、レーザー回折法によりタルクの平均粒子径D50(μm)を測定した。また、得られた粒度分布から10μm以上のタルクの体積%を求めた。
試料をオリエンテック(株)社製テンシロン(TENSILON)UCT-100でJIS L1013(化学繊維フィラメント糸試験方法、1998年)に示される定速伸長条件で測定した。なお、破断伸度はS−S曲線における最大強力を示した点の伸びから求めた。また、強伸度積は伸度(%)の平方根と強度(cN/dtex)との積によって求めた(下式参照)。
強伸度積=強度(cN/dtex)×{伸度(%)}0.5
Perkin elmer社製DSC−7を用い、試料を200℃まで昇温させてそのまま5分間保持した後、降温速度16℃/分にて50℃まで降温させてTc’を測定した。また、このときのピーク面積から結晶化熱量△Hを求めた。この時の試料重量は約10mgとした。
紡糸の際のパック内圧を長野計器製圧力計により測定した。
紡糸により約25kgのサンプリングを行い、4段階で評価を行った。糸切れゼロを◎、糸切れ1〜2回を○、糸切れ3〜4回を△、糸切れ5回以上を×とした。
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)を存在させて窒素雰囲気下180℃でそれぞれ200分、270分、410分重合時間を変え、分子量の異なる3種類のポリ乳酸を得た。引き続いて180℃減圧下で脱ラクチド処理した。なお、重合時に安定剤としてGE社製“Ultranox 626”をラクチド対比0.2重量%加えた。得られたポリ乳酸の重量平均分子量は、それぞれ11万、15万、23万、トータルカルボキシル基末端濃度(当量/ton)は18、20、19、残存ラクチド量(ppm)は240、250、270であった。
ポリ乳酸の製造で得られた重量平均分子量15万のポリ乳酸に、結晶核剤として平均粒子径D50が0.98μmのタルク(粒子径10μm以上の含有量はタルク全量に対して0体積%)を2重量%、(株)日清紡製のポリカルボジイミド化合物「LA−1」(カルボジイミド1当量/カルボジイミド化合物247g)を0.7重量%(トータルカルボキシル基末端量に対し1.4倍当量)をそれぞれ添加して2軸押出混練機にて溶融混合し、ペレタイズした。該ペレットをホッパー1に仕込み、1軸押出混練機2に導き、溶融温度T1:220℃で溶融混練し、引き続き紡糸温度T2:220℃に加温された紡糸ブロック3にて溶融ポリマーを計量・排出し、内蔵された紡糸パック4に溶融ポリマーを導き、吐出孔径0.3mm、孔深度1.0mm、孔数300孔の口金5から紡出した(図1参照)。このとき、口金下10cmの位置に吸引装置6を設置し、吸引速度25m/分にて昇華するモノマー及びオリゴマーを取り除いた。紡糸時の紡糸パックの内圧は15.5MPaであり、安定して紡出することができた。
原料のポリ乳酸の重量平均分子量を変更した以外は実施例1と同様に実施した。結果を表1に示す。重量平均分子量11万のポリ乳酸原料を用いた実施例2は強度が2.5cN/dtex、伸度38%(強伸度積15.4)とやや低いものであり、用途が限定されるものであった。また、重量平均分子量19万のポリ乳酸原料を用いた実施例3は実施例1よりも優れた力学特性を示したが、Tc’97℃、△H28.8J/gであり、実施例1よりもやや結晶化特性が劣るものであった。
重量平均分子量11万のポリ乳酸原料を用い、1軸押出混練機2の溶融温度T1を240℃、スピンブロック温度T2を240℃にした以外は実施例2と同様に実施した。比較例1の繊維の重量平均分子量は8.8万であった。また、このポリ乳酸繊維の強度は2cN/dtex、伸度は35%(強伸度積11.8)と力学特性の低いものであり、実用性に欠けるものであった。
タルクの含有量を変更した以外は実施例1と同様に実施した。結果を表2に示す。タルクの添加量を多くすることでTc’が高く、△Hも大きくなり、結晶化速度の向上度合いが大きくなるが、一方でタルク含有量を高くすることで紡糸、延伸での糸切れや毛羽立ちが多くなる傾向にあるとともに、力学特性も低下するものであった。
タルクの含有量を6.0重量%とした以外は実施例1と同様に実施した。比較例2は紡糸での糸切れが多く、安定して未延伸糸を巻くことができなかった。また、延伸後の強度及び伸度のバラツキが大きいものであった。
タルクを未添加とした以外は実施例1と同様に実施した。比較例3はDSCでの降温結晶化ピークが観測されず、結晶化速度が極めて遅いものであった。
タルクの平均粒子径の異なるものを添加した以外は実施例1と同様に実施した。タルクの平均粒子径D50が4.60μmであり、かつ10μm以上のタルク含有量がタルク全量に対し4.8体積%である比較例4は、紡糸での糸切れが多発するとともに、濾圧上昇が大きく量産に適応しにくいものであった。
ポリ乳酸の製造で得られた重量平均分子量15万のポリ乳酸に、結晶核剤として平均粒子径D50が0.98μmのタルク(粒子径10μm以上の含有量はタルク全量に対して0体積%)を1重量%、(株)日清紡製のポリカルボジイミド化合物「LA−1」(カルボジイミド1当量/カルボジイミド化合物247g)を0.7重量%(トータルカルボキシル基末端量に対し1.4倍当量)、ε−カプロラクタムを1重量%をそれぞれ添加して2軸押出混練機にて溶融混合し、ペレタイズした以外は実施例1と同様に実施した。実施例11の紡糸時の紡糸パックの内圧は9.3MPaであり、実施例1よりも40%圧力損失を低減することができた。さらに得られたポリ乳酸の原綿をヘンプ繊維と1:1の割合で混合して厚さ5mmのウェブを作成した。得られたウェブを210℃で熱圧成形した後、110℃で1分間熱処理し、厚さ1mmのポリ乳酸/ヘンプのボードを作成した。得られたボードは引っ張り強度、曲げ強度ともに極めて優れたものであり、資材用途に好適に用いられるものであった。
ε−カプロラクタムの添加量を4.0重量%とした以外は実施例11と同様に実施した。
(株)日清紡製のポリカルボジイミド化合物「LA−1」を添加しなかったこと以外は実施例1と同様に実施した。実施例13の原綿は力学特性、結晶化特性ともに実施例1と同等レベルであった。しかしながら、該原綿を紡績糸とし、さらに布帛にした後80℃で精練、120℃で染色したところ、加水分解により重量平均分子量が65,000まで低下してしまった。そのため、実施例12は染色しない用途に限定されるものであった。
2:1軸押出混練機
3:紡糸ブロック
4:紡糸パック
5:口金
6:吸引装置
7:冷却チムニー
8:糸条
9:給油装置
10:第1ゴデットロール
11:第2ゴデットロール
12:巻取機
13:巻取糸の糸条パッケージ
Claims (3)
- 重量平均分子量が9万〜50万であるポリ乳酸からなり、結晶核剤として以下の特性を示すタルクが0.2〜5重量%含有された繊維であって、繊維の強伸度積が12以上、DSCにおける降温結晶化ピークTc’が90〜120℃であり、かつ結晶化熱量△Hが10〜50J/gであることを特徴とするポリ乳酸繊維。
(1)タルクの平均粒子径D50が5μm以下
(2)粒子径10μm以上のタルクが、タルク全量に対して0〜4.5体積% - ラクタムおよび/またはラクタムオリゴマーを0.1〜5重量%含有していることを特徴とする請求項1記載のポリ乳酸繊維。
- トータルカルボキシル基末端濃度が10当量/ton以下であることを特徴とする請求項1または請求項2記載のポリ乳酸繊維。
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