JP2006112012A

JP2006112012A - ポリ乳酸系複合バインダー繊維

Info

Publication number: JP2006112012A
Application number: JP2004301523A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Sakai; 大介酒井
Original assignee: Nippon Ester Co Ltd
Current assignee: Nippon Ester Co Ltd
Priority date: 2004-10-15
Filing date: 2004-10-15
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2024-10-15
Also published as: JP4578929B2

Abstract

【課題】
本発明は、製糸性、接着性に優れ、よりソフトな風合いを有する繊維構造体を得るために好適な生分解性を有するバインダー繊維を提供することを課題とする。
【解決手段】芯部がポリ乳酸で構成され、鞘部がポリアルキレンサクシネートに乳酸が１〜６モル％共重合した重合体で構成される芯鞘型複合繊維であることを特徴とするポリ乳酸系複合バインダー繊維。なお、鞘部の重合体は、熱接着成分として機能するものであるので、芯部のポリ乳酸の融点よりも低い融点を有するものである。

Description

本発明は、生分解性を有するバインダー繊維に関するものである。

従来より、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド等から構成される合成繊維のなかで、低融点成分を鞘部、高融点成分を芯部に配して、鞘部の成分を熱接着成分として機能させるバインダー繊維は、例えば、サーマルスルーなどの熱処理によって容易に不織布等の繊維構造物を作成できる素材として、様々な用途において使用されている。

しかし、これらの合成繊維は、使用後、自然界に放置されると、分解されにくく、その為にいろいろな問題が生じるものであった。例えば、これら合成繊維からなる生活資材、農業資材、土木資材等は、分解されにくい為、使用後は土中に埋める、焼却する等の処理が必要となり、土中に埋める場合には廃棄場所に制限があり、また、焼却の際には大きな熱量を要するものであった。

上記の問題より、自然界で分解性を有する、いわゆる生分解性樹脂の開発が盛んに行われている。そのなかでも、耐熱性、製糸性に優れるポリ乳酸が注目されており、ポリ乳酸を原料としたバインダー繊維についても検討されている。

例えば、特許文献１では、融点が低いポリ乳酸を鞘部、融点が高いポリ乳酸を芯部に配したバインダー繊維が提案されている。しかし、このバインダー繊維を熱処理により不織布とした場合、ポリ乳酸の性質上、再溶融した鞘部の熱接着成分の剛性が非常に強いため、得られる不織布はソフト性に欠けるものであった。
特許第３３５５０２６号公報

本発明は、上記の問題を解決し、製糸性、接着性に優れ、よりソフトな風合いを有する繊維構造体を得るために好適な生分解性を有するバインダー繊維を提供することを課題とする。

本発明者は、上記課題を達成するため、熱接着成分として、熱接着処理後であっても硬くなりにくいものを検討した。生分解性を有する樹脂として知られるポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネートを熱接着成分として用い、耐熱性や強度を考慮して芯部にポリ乳酸を配することを考えたが、両者は相溶性が極めて低いため、実用的な強度が得られなかった。そこで、実用的な強度を得ることをさらに検討したところ、ポリアルキレンサクシネートに特定量の乳酸を共重合した重合体を配することにより、熱接着処理後であっても、熱接着成分が硬くならず、また、実用的な強度を保持することを見出し、本発明に到達した。

すなわち、本発明は、芯部がポリ乳酸で構成され、鞘部がポリアルキレンサクシネートに乳酸が１〜６モル％共重合した重合体で構成される芯鞘型複合繊維であることを特徴とするポリ乳酸系複合バインダー繊維を要旨とするものである。

以下、本発明について詳細に説明する。

本発明のポリ乳酸系複合バインダー繊維は、芯鞘型の複合形態を有するものであり、芯部がポリ乳酸で構成される。芯部を構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）のいずれでもよい。

本発明で用いるポリ乳酸において、Ｌ−乳酸とＤ−乳酸の共重合体であるポリＤＬ−乳酸を用いる場合のＤ−乳酸とＬ−乳酸の共重合比（Ｄ−乳酸／Ｌ−乳酸）は、１００／０〜９５／５、５／９５〜０／１００であるとよい。上記共重合比を外れる共重合体は、融点が低くなり、また、非晶性が高くなり、芯部の融点と、熱接着成分である鞘部の重合体の融点との差が小さくなるため、熱処理の際に設定温度の幅が小さくなり、芯部に熱の影響を受けないようにするには、設定温度を十分に上げることができにくいため、熱接着成分が十分に溶融せず接着性が低下する傾向となる。

また、ポリ乳酸の粘度は、ＡＳＴＭＤ１２３８に記載の方法に準じて、温度２１０℃、荷重２０．２Ｎ（２１６０ｇｆ）で測定したメルトフローレート（以下、ＭＦＲと略記する。）が１０〜８０ｇ／１０分であることが好ましく、２０〜４０ｇ／１０分であることがより好ましい。ＭＦＲが１０ｇ／１０分未満であると、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にある。一方、ＭＦＲが８０ｇ／１０分を超えても、溶融押出により良好に繊維化しにくい。

ポリ乳酸は、本発明の複合バインダー繊維の耐久性を向上させる目的で、ポリ乳酸に脂肪族アルコール、カルボジイミド化合物、オキサゾリン化合物、オキサジン化合物、エポキシ化合物などの末端封鎖剤が添加されたものであってもよい。

また、ポリ乳酸には、本発明の目的を損なわない範囲で、ε−カプロラクトン等の環状ラクトン類、α−ヒドロキシ酪酸、α−ヒドロキシイソ酪酸、α−ヒドロキシ吉草酸等のα−オキシ酸類、エチレングリコール、１，４−ブタンジオール等のグリコール類、コハク酸、セバシン酸等のジカルボン酸類が含有されていてもよい。

本発明のポリ乳酸系複合バインダー繊維は、鞘部がポリアルキレンサクシネートに乳酸が１〜６モル％共重合した重合体で構成される。なお、鞘部の重合体は、熱接着成分として機能するものであるので、芯部のポリ乳酸の融点よりも低い融点を有するものである。

鞘部の重合体におけるポリアルキレンサクネートとしては、エチレンサクシネート、ブチレンサクシネート、プロピレンサクシネート等の、エチレングリコール、ブタンジオール等のアルキレンジオールとコハク酸を共重合したものである。また、本発明の目的を損なわない範囲で、上の繰り返し単位に、ε−カプロラクトン等の環状ラクトン類、α−ヒドロキシ酪酸、α−ヒドロキシイソ酪酸、α−ヒドロキシ吉草酸等のα−オキシ酸類、エチレングリコール、１，４−ブタンジオール等のグリコール類、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、リンゴ酸等のジカルボン酸類を共重合させてもよいが、これらの共重合量は３０モル％以下の範囲であることが好ましい。

鞘部の重合体は、ポリアルキレンサクシネートに乳酸が１〜６モル％共重合されている。鞘部の重合体が、乳酸が共重合してなるものであることによって、鞘部を構成する重合体と芯部を構成するポリ乳酸との相溶性が飛躍的に良化する。芯部と鞘部の重合体の相溶性が低い場合、バインダー繊維からなる繊維構造体に熱処理を施した際、溶融した鞘部の重合体が、芯部との界面を小さくするために、流動して島状に凝集するという現象が起こるため、接着強力が低くなる。本発明のバインダー繊維では、鞘部の重合体に乳酸を含有させることで、すなわち、芯部を構成するポリ乳酸と共通の成分を含有させることにより、鞘部の重合体と芯部のポリ乳酸との相溶性が良化し、前述のような現象が起こりにくく、接着強力が向上し、繊維構造体自体の強力を向上させることができる。また、バインダー繊維は、通常、他の繊維（主体繊維）と混合して用いることが多いため、主体繊維として、ポリ乳酸繊維を用いた場合は、主体繊維との接着性および強力が向上するという効果も得られる。

鞘部において、共重合する乳酸が１モル％未満であると、鞘部の重合体と芯部のポリ乳酸の相溶性が十分に良化せず、上記の効果が得られにくい。一方、共重合する乳酸が６モル％を超えると、ポリ乳酸との相溶性はより良好ではあるが、ポリアルキレンサクシネートの本来有する柔軟性が損なわれ、得られる不織布はソフト性に欠けたものになってしまうため、本発明の目的が達成されない。

なお、ポリアルキレンサクシネートに共重合する乳酸は、Ｌ−乳酸であっても、Ｄ−乳酸でもよい。また、乳酸は、モノマー単位で共重合してなるものを基本とするが、本発明の効果を損なわない範囲でオリゴマー単位（２個〜１０個程度）のものが一部含まれていてもよい。

鞘部の重合体の融点は、９０〜１２０℃が好ましい。融点が９０℃未満であると、紡糸や延伸時に密着が起こりやすく、操業性に劣る傾向にあり、一方、融点が１２０℃を超えると、芯部を構成するポリ乳酸の融点との差が小さくなるため、熱処理の際に設定温度の幅が小さくなり、芯部に熱の影響を受けないようにするには、設定温度を十分に上げることができにくいため、熱接着成分が十分に溶融せず接着性が低下する傾向となる。

鞘部の重合体の粘度は、ＡＳＴＭＤ１２３８に記載の方法に準じて、温度１９０℃、荷重２０．２Ｎ（２１６０ｇｆ）で測定したＭＦＲが１０〜８０ｇ／１０分であることが好ましく、２０〜４０ｇ／１０分であることがより好ましい。ＭＦＲが１０ｇ／１０分未満であると、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にある。一方、ＭＦＲが８０ｇ／１０分を超えても、溶融押出により良好に繊維化しにくい。

本発明のポリ乳酸系複合バインダー繊維の繊度は、生産性、操業安定性、接着性能などを考慮して１．０〜８０デシテックス程度が好ましく、１．７〜５０デシテックスがより好ましい。

本発明の複合バインダー繊維において、芯部と鞘部と芯鞘比率については、特に限定しないが、操業性、コストの面から、芯／鞘の容積比で３０／７０〜７０／３０が好ましい範囲である。

また、本発明のポリ乳酸系複合バインダー繊維の形状は、円形断面に限定されるものではなく、芯部のポリ乳酸を鞘部の重合体が覆っているものであればよく、扁平形、多角形、多葉形、ひょうたん形、アルファベット形、その他各種の非円形（異形）などであってもよい。

さらに、本発明のポリ乳酸系複合バインダー繊維は、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、添加してもよい。

本発明のポリ乳酸系複合バインダー繊維は、芯部にポリ乳酸、鞘部がポリアルキレンサクシネートを主たる繰り返し単位とし、これに乳酸が１〜６モル％共重合した重合体となるように、両成分を常法によって複合紡糸することにより得られる。

すなわち、まず、鞘部に配する重合体と芯部に配するポリ乳酸とを、芯鞘型複合口金を用いて、従来公知の溶融複合紡糸法で溶融紡糸し、横吹付や環状吹付等の従来公知の冷却装置を用いて、吹付風により冷却した後、油剤を付与し、引き取りローラを介して未延伸糸として巻取機に巻取る。巻取った未延伸糸は、公知の延伸機にて周速の異なるローラ群間で延伸し、押し込み型の捲縮機などで捲縮を付与した後に、ＥＣ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。繊維の形態として長繊維を得たい場合は、延伸機にて延伸後、捲き取り、必要に応じて、撚糸、仮撚加工等の加工を行う。

本発明のポリ乳酸系複合バインダー繊維は、それ単独からなる繊維構造物としてもよいが、他の繊維と混綿してウェブとし熱処理により一体化させて不織布としたり、また、混綿ウェブを紡績して紡績糸としたり、他の繊維と混繊して混繊糸とする等の繊維構造物として用いることができる。混綿、混繊、混紡する際の他の繊維としては、繊維構造物の用途に応じて適宜選択すればよいが、生分解性や接着性を考慮すると、ポリ乳酸からなる繊維が好ましく用いられる。なお、本発明において、繊維構造物とは、前記した混合紡績糸や混繊糸を含む織編物も含んでいることはいうまでもない。

本発明は、芯部がポリ乳酸により構成され、鞘部がポリアルキレンサクシネートに特定量の乳酸が共重合してなる重合体により構成されるため、生分解性を有しながら、製糸性、接着性に優れ、かつソフトな風合いを有するバインダー繊維を提供することができ、また、ソフトな風合いを有し、かつ実用的な強力を有する繊維構造物を得ることができる。

以下、実施例によって本発明を詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例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。また、ＭＦＲの測定法は上記したとおりである。
（１）融点（℃）
パーキンエルマ社製の示差走査型熱量計ＤＳＣ−２型を用い、昇温速度２０℃／分の条件で測定し、得られた融解吸熱曲線において極値を与える温度を融点とした。

（２）単糸繊度（ｄｔｅｘ）
ＪＩＳＬ−１０１５７−５−１−１Ａの方法により測定した。

（３）不織布の引張強力（ｃＮ／２５ｍｍ幅）
不織布を幅２５ｍｍ、長さ１５０ｍｍの短冊状に切断し、試料を作成した。この試料をオリエンテック社製ＵＴＭ−４型のテンシロンを用いて、つかみ間隔１００ｍｍ、引張速度１００ｍｍ／分の条件で伸長切断し、最大強力を読みとった。本発明においては、引張強力１０００ｃＮ以上を実用的な強力を有するとした。

（４）不織布の剛軟度（ｃｍ）
ＪＩＳＬ−１０９６記載の４５度カンチレバー法に準じて、不織布の先端が４５度の斜面に接触するまでの移動距離（ｃｍ）を測定した。本発明においては、剛軟度（移動距離）が１０ｃｍ未満を柔軟性が良好とした。

（５）不織布の風合い
不織布を１０人のパネラーによる手触りにより、風合いのソフト性を官能評価した。１０人中９人以上が風合いがソフトであると評価した場合は○、５〜８人が風合いがソフトであると評価した場合は△、１〜４人であれば×とした。

実施例１
ポリ乳酸（ＭＦＲ２１ｇ／１０分、Ｄ−乳酸／Ｌ乳酸の共重合比＝１．３／９８．７、融点１７０℃）を芯部とし、Ｌ−乳酸を３．０モル％共重合したポリブチレンサクシネート（ＭＦＲ３２ｇ／１０分、融点１０９℃）を鞘部とし、孔数５６０孔、円形断面芯鞘複合紡糸口金を用い、芯鞘比率が溶融容積比として芯：鞘＝５０：５０となるように計量し、紡糸温度２３０℃、紡糸速度８００ｍ／分で溶融紡糸し、ポリ乳酸系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倍で延伸を行い、次いで、押し込み式の捲縮機により捲縮を付与した後、仕上げ油剤を付与後に、７０℃で乾燥させ、繊維長５１ｍｍに切断し、繊度が２．２ｄｔｅｘであるポリ乳酸系複合バインダー繊維を得た。

繊度１．７ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍのポリ乳酸レギュラー繊維（融点１７０℃）を主体繊維として、得られたポリ乳酸系複合バインダー繊維と主体繊維とを、主体繊維が７０質量％、バインダー繊維が３０質量％となるようして、カード機にかけ、ランダムウェーバーで平均目付５０ｇ／ｍ²のウェブを作成した。このウェブを連続熱処理機に通し、１３０℃にて１分間の熱処理を行い、不織布を作成した。

この不織布の引裂強力および剛軟性を評価した結果を表１に示す。

実施例２〜３、比較例１〜２
鞘部の重合体として、ポリブチレンサクシネートに共重合する乳酸の共重合量を表１に示すものを用いたこと以外は、実施例１と同様にしてポリ乳酸系複合バインダー繊維および不織布を得た。結果を表１に示す。

実施例４
鞘部の重合体として、Ｌ−乳酸を３．０モル％共重合したポリエチレンサクシネート（ＭＦＲ＝２９ｇ／１０分、融点１０１℃）を用いたこと以外は、実施例１と同様にしてポリ乳酸系バインダー複合繊維および不織布を得た。結果を表１に示す。

比較例３
鞘部の重合体として、ポリ乳酸（ＭＦＲ（ＡＳＴＭＤ１２３８に記載の方法に準じ、温度２１０℃、荷重２０．２Ｎ（２１６０ｇｆ））が２４ｇ／１０分、Ｄ−乳酸／Ｌ乳酸の共重合比＝８．８／９１．２、融点１３０℃）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、ポリ乳酸系複合バインダー繊維および不織布を得た。結果を表１に示す。

表１より、明らかなように、本発明の要件を満たす実施例１〜４は、不織布の強力も十分高く、また、風合いも非常にソフトであった。

一方、比較例１は、鞘部の重合体における乳酸の共重合量が少なく、ポリ乳酸との相溶性が十分ではないため、接着性が悪くなり、不織布の強力が劣るものとなった。

また、比較例２では、鞘部の重合体における乳酸の共重合量が多すぎるため、ポリブチレンサクシネートのソフト性が低下し、得られた不織布もソフト性に劣るものとなった。

また、鞘部に低融点のポリ乳酸を用いた比較例３は、不織布の強力は高いが、不織布の剛性が強く、ソフト性を欠くものであった。

Claims

芯部がポリ乳酸で構成され、鞘部がポリアルキレンサクシネートに乳酸が１〜６モル％共重合した重合体で構成される芯鞘型複合繊維であることを特徴とするポリ乳酸系複合バインダー繊維。