JP2007070750A - High strength polylactic acid fiber and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は強度に優れたポリ乳酸繊維およびその製造方法に関する。また、本発明は該繊維からなる繊維製品に関する。 The present invention relates to a polylactic acid fiber excellent in strength and a method for producing the same. The present invention also relates to a fiber product comprising the fiber.
近年、地球環境保護の目的から、自然環境下で分解される生分解性ポリマーが注目され、世界中で研究されている。生分解性ポリマーとして、ポリヒドロキシブチレート、ポリカプロラクトン、脂肪族ポリエステル、ポリ乳酸等が知られ、これらは溶融成型が可能であり、汎用性ポリマーとしても期待されている。これらの中でポリ乳酸は、その原料である乳酸あるいはラクチドが、天然物から製造することが可能であり汎用性ポリマーとして利用も検討されつつある。ポリ乳酸は、透明性が高く、強靭であるが、水の存在下では容易に、加水分解でき、さらに廃棄後には環境を汚染することなく分解するので、環境への負荷が少ない。
ポリ乳酸の融点は１５０℃から１７０℃の範囲にあり、ポリエステルやポリブチレンテレフタレートのごときエンジニアリングプラスチックの代替として用いるには不十分であると考えられている。また、ポリ乳酸はクロロホルムなどの有機溶媒に簡単に溶解するため、オイルなど有機溶剤などと接触する用途に用いることは不可能である。
In recent years, for the purpose of protecting the global environment, biodegradable polymers that are decomposed in a natural environment have attracted attention and are being studied all over the world. As the biodegradable polymer, polyhydroxybutyrate, polycaprolactone, aliphatic polyester, polylactic acid and the like are known, and these can be melt-molded and are expected to be versatile polymers. Among these, polylactic acid, which is a raw material of lactic acid or lactide, can be produced from natural products, and its use as a versatile polymer is being studied. Polylactic acid is highly transparent and tough, but can be easily hydrolyzed in the presence of water, and further decomposes without polluting the environment after disposal, so there is little impact on the environment.
The melting point of polylactic acid is in the range of 150 ° C. to 170 ° C. and is considered insufficient for use as an alternative to engineering plastics such as polyester and polybutylene terephthalate. In addition, since polylactic acid is easily dissolved in an organic solvent such as chloroform, it cannot be used for applications that come into contact with an organic solvent such as oil.
一方で、Ｌ乳酸単位のみからなるポリＬ乳酸（以下、ＰＬＬＡと略すことがある）とＤ乳酸単位のみからなるポリＤ乳酸（以下、ＰＤＬＡと略すことがある）を溶液あるいは溶融状態で混合することにより、ステレオコンプレックスが形成されることが知られている（特許文献１および非特許文献１）。このステレオコンプレックスポリ乳酸はＰＬＬＡやＰＤＬＡに比べて、高融点、高結晶性を示し、興味深い現象が発見され、繊維などに利用することが検討されている。
例えばポリＬ乳酸とポリＤ乳酸を等モル量含む組成物を溶融紡糸した０．５ｃＮ／ｄＴｅｘ程度の繊維が提案されている（特許文献１）。
またポリＬ乳酸とポリＤ乳酸の混合物を溶融紡糸した未延伸糸を熱処理た繊維が提案されている。しかしこの繊維は、熱処理時に繊維内部の分子配向が緩和して繊維の強度は２．３ｃＮ／ｄＴｅｘである（非特許文献２）。
また、ステレオコンプレックスポリ乳酸を高速紡糸で巻き取ったあと、多段延伸を行なった８．０ｃＮ／ｄＴｅｘの高強度の繊維が提案されている（特許文献２）。しかし、該繊維のステレオコンプレックス化率は６５％以下と低く、高強度かつ高ステレオ化率の繊維を作るには至っていないのが現状である。
For example, a fiber of about 0.5 cN / dTex obtained by melt spinning a composition containing equimolar amounts of poly L lactic acid and poly D lactic acid has been proposed (Patent Document 1).
Further, there has been proposed a fiber obtained by heat-treating an undrawn yarn obtained by melt spinning a mixture of poly L lactic acid and poly D lactic acid. However, this fiber relaxes the molecular orientation inside the fiber during heat treatment, and the strength of the fiber is 2.3 cN / dTex (Non-patent Document 2).
In addition, a high-strength fiber of 8.0 cN / dTex that has been subjected to multistage drawing after winding the stereocomplex polylactic acid by high-speed spinning has been proposed (Patent Document 2). However, the stereocomplexization rate of the fibers is as low as 65% or less, and the present situation is that the fibers have not yet been made with high strength and high stereoization rate.
本発明の目的は、強度および耐熱性に優れたポリ乳酸繊維を提供することにある。また本発明は、該繊維からなる繊維製品を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a polylactic acid fiber excellent in strength and heat resistance. Moreover, this invention is providing the textiles which consist of this fiber.
本発明者は、ポリＬ乳酸とポリＤ乳酸との混合物を溶融紡糸してポリ乳酸繊維を製造する際に、所定の水分率の混合物を用い溶融紡糸し、かつ、所定の温度で予熱した後、所定の延伸倍率で延伸することにより、ステレオコンプレックス結晶に由来する単一の融解ピークを有し、耐熱性、強度に優れた繊維が得られることを見出し、本発明を完成した。
即ち本発明は、ポリＬ乳酸とポリＤ乳酸とからなる繊維であり、強度が４．５ｃＮ／ｄＴｅｘ以上であり、示差走査熱量計（ＤＳＣ）測定において、ステレオコンプレックス結晶に由来する単一の融解ピークを有し、融点が２１０℃以上であることを特徴とするポリ乳酸繊維である。
ポリＬ乳酸の重量平均分子量が１０万〜５０万であり、ポリＤ乳酸の重量平均分子量が１０万〜５０万であることが好ましい。ポリＬ乳酸中のスズイオンの含有量が５ｐｐｍ以下であり、ポリＤ乳酸中のスズイオンの含有量が５ｐｐｍ以下であることが好ましい。ポリＬ乳酸が１００モル％のＬ乳酸単位から構成され、ポリＤ乳酸が１００モル％のＤ乳酸単位から構成され、これらの重量平均分子量が１０万〜５０万であることが好ましい。ポリＬ乳酸およびポリＤ乳酸が、それぞれ２６０℃における溶融状態での重量平均分子量の低下率が２０％以下であることが好ましい。
The present inventor, when producing a polylactic acid fiber by melt spinning a mixture of poly L lactic acid and poly D lactic acid, melt spinning using a mixture having a predetermined moisture content, and preheating at a predetermined temperature The present inventors have found that a fiber having a single melting peak derived from a stereocomplex crystal and excellent in heat resistance and strength can be obtained by stretching at a predetermined stretching ratio.
That is, the present invention is a fiber composed of poly-L lactic acid and poly-D lactic acid, has a strength of 4.5 cN / dTex or more, and is a single melt derived from a stereocomplex crystal in differential scanning calorimetry (DSC) measurement. A polylactic acid fiber having a peak and a melting point of 210 ° C. or higher.
It is preferable that the weight average molecular weight of poly L lactic acid is 100,000 to 500,000, and the weight average molecular weight of poly D lactic acid is 100,000 to 500,000. The tin ion content in the poly-L lactic acid is preferably 5 ppm or less, and the tin ion content in the poly-D lactic acid is preferably 5 ppm or less. It is preferable that poly L lactic acid is composed of 100 mol% L lactic acid units, poly D lactic acid is composed of 100 mol% D lactic acid units, and the weight average molecular weight thereof is 100,000 to 500,000. It is preferable that the poly L lactic acid and the poly D lactic acid each have a decrease rate of the weight average molecular weight in a molten state at 260 ° C. of 20% or less.
また本発明は、（１）ポリＬ乳酸とポリＤ乳酸との混合物であって、水分率が１００ｐｐｍ以下の混合物を溶融紡糸し未延伸糸を得る工程、
（２）未延伸糸を７０〜１００℃に予熱した後、３．５〜５．５倍に延伸することからなるポリ乳酸繊維の製造方法である。
ポリＬ乳酸およびポリＤ乳酸中のラクチド含有量がそれぞれ４００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
The present invention also includes (1) a process of obtaining an undrawn yarn by melt spinning a mixture of poly L lactic acid and poly D lactic acid having a moisture content of 100 ppm or less,
(2) A method for producing polylactic acid fibers comprising preheating unstretched yarn at 70 to 100 ° C. and then stretching the unstretched yarn by 3.5 to 5.5 times.
It is preferable that the lactide content in poly L lactic acid and poly D lactic acid is 400 ppm or less, respectively.
さらに本発明は、上記ポリ乳酸繊維を含有してなる繊維製品を包含する。 Furthermore, this invention includes the textiles formed by containing the said polylactic acid fiber.
本発明のポリ乳酸繊維は強度および耐熱性に優れている。 The polylactic acid fiber of the present invention is excellent in strength and heat resistance.
以下に本発明について詳細に説明をする。 The present invention is described in detail below.
＜ポリ乳酸繊維＞
ポリＬ乳酸は、Ｌ乳酸を主たるモノマー成分とするポリエステルおよびポリエステルセグメントである。このＬ乳酸を主たるモノマー成分とするポリエステルは、実質的にＬ乳酸単位だけで構成されるポリＬ乳酸、他のポリエステルとの共重合体、その他のポリマーとの共重合体などが上げられるが、特に実質的にＬ乳酸単位だけで構成されるポリＬ乳酸であることが好ましい。このポリＬ乳酸中のＬ乳酸単位は、好ましくは９０〜１００モル％、より好ましくは９５〜１００モル％、さらに好ましくは９８〜１００モル％である。またＤ乳酸単位および／または乳酸以外の共重合成分は、好ましくは０〜１０モル％、好ましくは０〜５モル％、さらに好ましくは０〜２モル％である。
<Polylactic acid fiber>
Poly-L-lactic acid is a polyester and polyester segment containing L-lactic acid as a main monomer component. Examples of the polyester having L lactic acid as a main monomer component include poly L lactic acid substantially composed of only L lactic acid units, copolymers with other polyesters, copolymers with other polymers, and the like. In particular, poly-L lactic acid substantially composed of only L lactic acid units is preferable. The L lactic acid unit in the poly L lactic acid is preferably 90 to 100 mol%, more preferably 95 to 100 mol%, and still more preferably 98 to 100 mol%. The D lactic acid unit and / or the copolymerization component other than lactic acid is preferably 0 to 10 mol%, preferably 0 to 5 mol%, more preferably 0 to 2 mol%.
またポリＬ乳酸は、結晶性を有しておりその融点が１５０〜１９０℃であることが好ましく、さらには１６０〜１９０℃であることがより好ましい。これらの範囲に入るポリエステルであれば、より高融点のステレオコンプレックス結晶を形成し、且つ、結晶化度をあげることが出来るからである。
ポリＬ乳酸は、その重量平均分子量が好ましくは１０万〜５０万、より好ましくは１４万〜２５万である。
The poly-L lactic acid has crystallinity, and its melting point is preferably 150 to 190 ° C, and more preferably 160 to 190 ° C. This is because if the polyester falls within these ranges, a stereocomplex crystal having a higher melting point can be formed and the crystallinity can be increased.
The poly L lactic acid has a weight average molecular weight of preferably 100,000 to 500,000, more preferably 140,000 to 250,000.
共重合成分としては、特に指定するものではないが、例えば、Ｄ乳酸、グリコール酸、カプロラクトン、ブチロラクトン、プロピオラクトンなどのヒドロキシカルボン酸類、エチレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，２−プロパンジオール、１，４−プロパンジオール、１，５−プロパンジオール、ヘキサンジオール、オクタンジオール、デカンジオール、ドデカンジオール、炭素数が２から３０の脂肪族ジオール類、コハク酸、マレイン酸、アジピン酸、炭素数２から３０の脂肪族ジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ヒドロキシ安息香酸、ヒドロキノンなど芳香族ジオール、芳香族ジカルボン酸などから選ばれる１種以上のモノマーを選ぶことが出来る。 The copolymerization component is not particularly specified. For example, hydroxycarboxylic acids such as D lactic acid, glycolic acid, caprolactone, butyrolactone, propiolactone, ethylene glycol, 1,3-propanediol, 1,2-propane Diol, 1,4-propanediol, 1,5-propanediol, hexanediol, octanediol, decanediol, dodecanediol, aliphatic diols having 2 to 30 carbon atoms, succinic acid, maleic acid, adipic acid, carbon One or more monomers selected from the group consisting of aliphatic dicarboxylic acids of 2 to 30, aromatic diols such as terephthalic acid, isophthalic acid, hydroxybenzoic acid, and hydroquinone, and aromatic dicarboxylic acids can be selected.
ポリＤ乳酸は、Ｄ乳酸を主たるモノマー成分とするポリエステルおよびポリエステルセグメントである。このＤ乳酸を主たるモノマー成分とするポリエステルは、実質的にＤ乳酸単位だけで構成されるポリＤ乳酸、他のポリエステルとの共重合体、その他のポリマーとの共重合体などが上げられるが、特に実質的にＤ乳酸単位だけで構成されるポリＤ乳酸であることが好ましい。このポリＤ乳酸中のＤ乳酸単位は、９０〜１００モル％、好ましくは９５〜１００モル％、さらに好ましくは９８〜１００モル％である。またＤ乳酸単位および／または乳酸以外の共重合成分は、０〜１０モル％、好ましくは０〜５モル％、さらに好ましくは０〜２モル％である。 Poly-D lactic acid is a polyester and polyester segment containing D-lactic acid as a main monomer component. Examples of the polyester having D-lactic acid as a main monomer component include poly-D-lactic acid substantially composed of only D-lactic acid units, copolymers with other polyesters, copolymers with other polymers, and the like. In particular, poly-D lactic acid that is substantially composed only of D-lactic acid units is preferable. The D-lactic acid unit in this poly-D lactic acid is 90 to 100 mol%, preferably 95 to 100 mol%, more preferably 98 to 100 mol%. Moreover, the copolymerization component other than D lactic acid unit and / or lactic acid is 0-10 mol%, preferably 0-5 mol%, more preferably 0-2 mol%.
ポリＤ乳酸は、結晶性を有しておりその融点が１５０〜１９０℃であることが好ましく、さらには１６０〜１９０℃であることがより好ましい。これらの範囲に入るポリエステルであれば、より高融点のステレオコンプレックス結晶を形成し、且つ、結晶化度をあげることが出来るからである。
ポリＤ乳酸は、その重量平均分子量が好ましくは１０万〜５０万、より好ましくは１４万〜２５万である。
Poly-D lactic acid has crystallinity, and its melting point is preferably 150 to 190 ° C, and more preferably 160 to 190 ° C. This is because if the polyester falls within these ranges, a stereocomplex crystal having a higher melting point can be formed and the crystallinity can be increased.
Poly D lactic acid has a weight average molecular weight of preferably 100,000 to 500,000, more preferably 140,000 to 250,000.
共重合成分としては、特に指定するものではないが、例えば、Ｌ乳酸、グリコール酸、カプロラクトン、ブチロラクトン、プロピオラクトンなどのヒドロキシカルボン酸類、エチレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，２−プロパンジオール、１，４−プロパンジオール、１，５−プロパンジオール、ヘキサンジオール、オクタンジオール、デカンジオール、ドデカンジオール、炭素数が２から３０の脂肪族ジオール類、コハク酸、マレイン酸、アジピン酸、炭素数２から３０の脂肪族ジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ヒドロキシ安息香酸、ヒドロキノンなど芳香族ジオール、芳香族ジカルボン酸などから選ばれる１種以上のモノマーを選ぶことが出来る。 The copolymer component is not particularly specified. For example, hydroxycarboxylic acids such as L lactic acid, glycolic acid, caprolactone, butyrolactone, propiolactone, ethylene glycol, 1,3-propanediol, 1,2-propane Diol, 1,4-propanediol, 1,5-propanediol, hexanediol, octanediol, decanediol, dodecanediol, aliphatic diols having 2 to 30 carbon atoms, succinic acid, maleic acid, adipic acid, carbon One or more monomers selected from the group consisting of aliphatic dicarboxylic acids of 2 to 30, aromatic diols such as terephthalic acid, isophthalic acid, hydroxybenzoic acid, and hydroquinone, and aromatic dicarboxylic acids can be selected.
本発明に用いるポリＬ乳酸およびポリＤ乳酸は、例えばそれぞれの乳酸を直接脱水縮合する方法で製造したり、それぞれの乳酸を一度脱水環化してラクチドとした後に開環重合する方法で製造することができる。これらの製造方法において用いる触媒は、ポリＬ乳酸やポリＤ乳酸が所定の特性を有するように重合させることが出来るものであれば、いずれも用いることができるが、オクチル酸スズ、塩化スズ、スズのアルコキシドなどの２価のスズ化合物、酸化スズ、酸化ブチルスズ、酸化エチルスズなど４価のスズ化合物、金属スズ、亜鉛化合物、アルミニウム化合物、カルシウム化合物、ランタニド化合物などを例示することが出来る。 The poly L lactic acid and poly D lactic acid used in the present invention are produced, for example, by a method of directly dehydrating and condensing each lactic acid, or by a method of ring-opening polymerization after each lactic acid is once dehydrated and cyclized to lactide. Can do. Any catalyst can be used as the catalyst used in these production methods as long as poly L-lactic acid or poly-D lactic acid can be polymerized so as to have predetermined characteristics. However, tin octylate, tin chloride, tin can be used. Examples include divalent tin compounds such as alkoxides, tetravalent tin compounds such as tin oxide, butyltin oxide, and ethyltin oxide, metal tin, zinc compounds, aluminum compounds, calcium compounds, and lanthanide compounds.
ポリＬ乳酸およびポリＤ乳酸は、２６０℃における溶融状態における、３〜５分での重量平均分子量の低下率が２０％以下であるものが好ましい。高温での分子量低下が激しいと、紡糸が困難になるばかりでなく、得られた糸の物性が低下し、好ましくない。
本発明のポリ乳酸繊維は溶融紡糸法により得られる。乾式あるいは湿式などの溶液紡糸では工業的な観点から見ると生産性が低く、またポリＬ乳酸とポリＤ乳酸をブレンドした溶液の安定性が低いために、安定した糸が得られにくい。
また、本発明のポリ乳酸繊維は強度が４．５ｃＮ／ｄＴｅｘ以上であり、好ましくは４．８ｃＮ／ｄＴｅｘ以上、さらに好ましくは５．０ｃＮ／ｄＴｅｘ以上である。衣料用および産業用として使用するにあたり、４．５ｃＮ／ｄＴｅｘ以上の強度を有している繊維は実用面での使用範囲が広く、好ましい。
Poly L lactic acid and poly D lactic acid are preferably those having a weight average molecular weight reduction rate of 20% or less in a molten state at 260 ° C. in 3 to 5 minutes. When the molecular weight is drastically reduced at high temperatures, spinning is not only difficult, but physical properties of the obtained yarn are lowered, which is not preferable.
The polylactic acid fiber of the present invention is obtained by a melt spinning method. From the industrial point of view, solution spinning such as dry type or wet type has low productivity, and the stability of a solution obtained by blending poly-L lactic acid and poly-D lactic acid is low, so that it is difficult to obtain a stable yarn.
The polylactic acid fiber of the present invention has a strength of 4.5 cN / dTex or more, preferably 4.8 cN / dTex or more, and more preferably 5.0 cN / dTex or more. When used for clothing and industrial use, fibers having a strength of 4.5 cN / dTex or more are preferred because of their wide practical use range.
本発明のポリ乳酸繊維は、示差走査熱量計（ＤＳＣ）測定において、ステレオコンプレックス結晶に由来する融解ピークを有する。本発明のポリ乳酸繊維のＤＳＣ測定において、融解ピークはこのステレオコンプレックス結晶に由来する融解ピークのみである。また融点のピーク温度は２１０℃以上である。ステレオコンプレックス結晶はポリＬ乳酸およびポリＤ乳酸から形成される。
ステレオコンプレックス結晶を有するポリ乳酸においては、成分、組成比および製造条件に応じて、通常は低温結晶融解相（Ａ）と高温結晶融解相（Ｂ）の少なくとも２つの吸熱ピークを示すことが知られている。本発明のポリ乳酸繊維には、（Ａ）は全く観察されず、（Ｂ）の単一融解ピークのみが見られる。また、高温結晶融解相（Ｂ）の融解開始温度は１９０℃以上であり、好ましくは２００℃以上である。
The polylactic acid fiber of the present invention has a melting peak derived from a stereocomplex crystal in a differential scanning calorimeter (DSC) measurement. In the DSC measurement of the polylactic acid fiber of the present invention, the melting peak is only the melting peak derived from this stereocomplex crystal. The peak temperature of the melting point is 210 ° C. or higher. Stereocomplex crystals are formed from poly L lactic acid and poly D lactic acid.
It is known that polylactic acid having a stereocomplex crystal usually shows at least two endothermic peaks of a low-temperature crystal melt phase (A) and a high-temperature crystal melt phase (B) depending on the components, composition ratio and production conditions. ing. In the polylactic acid fiber of the present invention, (A) is not observed at all, and only the single melting peak of (B) is observed. The melting start temperature of the high-temperature crystal melting phase (B) is 190 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or higher.
結晶相全体が高温結晶融解相（Ｂ）のみからなるポリ乳酸繊維は、この繊維からなる繊維製品にアイロン掛けを行った際に、繊維の一部が軟化し、融解するという恐れが無いため、繊維製品の布質や風合いをアイロン掛けにより損ねることがなく、好ましい。
本発明のポリ乳酸繊維では、溶融紡糸に供するポリＬ乳酸およびポリＤ乳酸中のスズイオンの含有量が共に５ｐｐｍ以下であることを特徴とする。
Since the polylactic acid fiber whose entire crystal phase consists only of the high-temperature crystal melting phase (B) is not feared that a part of the fiber softens and melts when ironing a fiber product made of this fiber, The fabric quality and texture of the textile product are preferably not damaged by ironing.
The polylactic acid fiber of the present invention is characterized in that the content of tin ions in both poly L lactic acid and poly D lactic acid subjected to melt spinning is 5 ppm or less.
＜繊維の製造方法＞
本発明の繊維は、（１）ポリＬ乳酸とポリＤ乳酸との混合物であって、水分率が１００ｐｐｍ以下の混合物を溶融紡糸し未延伸糸を得る工程、
（２）未延伸糸を７０〜１００℃に予熱した後、３．５〜５．５倍に延伸することにより製造することができる。
ポリＬ乳酸、ポリＤ乳酸は、繊維の項で説明したとおりである。混合物中のポリＬ乳酸とポリＤ乳酸との重量比は、前者／後者が、好ましくは６０／４０〜４０／６０、より好ましくは５５／４５〜４５／５５である。
混合物は、水分率が１００ｐｐｍ以下、好ましくは５０ｐｐｍ以下、より好ましくは１０ｐｐｍ以下である。混合物中の水分は、減圧乾燥することで低減することができる。水分率が高いとポリＬ乳酸とポリＤ乳酸の加水分解が促進され、分子量が著しく低下し、紡糸が困難になるばかりでなく、得られた糸の物性が低下する。
<Fiber manufacturing method>
The fiber of the present invention is (1) a step of obtaining an undrawn yarn by melt spinning a mixture of poly L lactic acid and poly D lactic acid having a moisture content of 100 ppm or less,
(2) After preheating the undrawn yarn to 70 to 100 ° C., it can be produced by drawing 3.5 to 5.5 times.
Poly-L lactic acid and poly-D lactic acid are as described in the section of fiber. The weight ratio of poly L lactic acid to poly D lactic acid in the mixture is preferably 60/40 to 40/60, more preferably 55/45 to 45/55 for the former / the latter.
The mixture has a moisture content of 100 ppm or less, preferably 50 ppm or less, more preferably 10 ppm or less. Moisture in the mixture can be reduced by drying under reduced pressure. When the moisture content is high, hydrolysis of poly L-lactic acid and poly-D lactic acid is promoted, the molecular weight is remarkably lowered, spinning becomes difficult, and physical properties of the obtained yarn are lowered.
ポリＬ乳酸およびポリＤ乳酸中のラクチド含有量がそれぞれ４００ｐｐｍ以下であることが好ましい。ラクチド含有量がそれぞれ４００ｐｐｍ以下であると、紡糸性および延伸性が向上し好ましい。ラクチド法によって得られるポリ乳酸中に含有するラクチドは溶融紡糸時に気化して糸斑の原因になることがあるため、ラクチド量を４００ｐｐｍ以下に抑えることが好ましい。ポリＬ乳酸およびポリＤ乳酸中のラクチドは、溶媒洗浄または真空高温乾燥することにより低減することができる。 It is preferable that the lactide content in poly L lactic acid and poly D lactic acid is 400 ppm or less, respectively. When the lactide content is 400 ppm or less, spinnability and stretchability are improved, which is preferable. Since the lactide contained in the polylactic acid obtained by the lactide method may vaporize during melt spinning and cause thread spots, the amount of lactide is preferably suppressed to 400 ppm or less. Lactide in poly L lactic acid and poly D lactic acid can be reduced by solvent washing or vacuum high temperature drying.
混合物として、ポリＬ乳酸とポリＤ乳酸とのチップブレンドが挙げられる。この場合の溶融押出し機としては、プレッシャーメルター型や１軸あるいは２軸エクストルーダー型など通常の溶融押出し機を使用することができる。ただし、ステレオコンプレックス結晶の形成にあたっては、ポリＬ乳酸とポリＤ乳酸を十分に混合することが重要であり、その観点からすれば、１軸あるいは２軸エクストルーダー型が好ましい。混ざり具合をよくするために、ポリマー流路中に静止混練機を組み込むことが好ましい。
またポリＬ乳酸とポリＤ乳酸とのチップブレンド物を混練機にて溶融した後、チップ化した、予備混練されたチップが好ましい。
An example of the mixture is a chip blend of poly L lactic acid and poly D lactic acid. As the melt extruder in this case, a normal melt extruder such as a pressure melter type or a single-screw or twin-screw extruder type can be used. However, in forming a stereocomplex crystal, it is important to sufficiently mix poly-L lactic acid and poly-D lactic acid. From this viewpoint, a uniaxial or biaxial extruder type is preferable. In order to improve mixing, it is preferable to incorporate a static kneader in the polymer flow path.
A pre-kneaded chip obtained by melting a chip blend of poly-L lactic acid and poly-D lactic acid in a kneader and then forming chips is preferable.
（溶融紡糸）
ポリＬ乳酸とポリＤ乳酸の混合物は、溶融された後、ギアポンプにより計量され、パック内で濾過された後、口金に設けられたノズルから吐出される。口金の形状、口金数は特に制限されるものではなく、円形、異形、中実、中空等のいずれも採用することができる。吐出された糸は直ちに冷却・固化された後集束され、油剤を付加されて巻き取られる。巻き取り速度は、特に限定されるものではないが、ステレオコンプレックス結晶が形成されやすくなることから３００ｍ／分から５０００ｍ／分の間が好ましい。
(Melt spinning)
The mixture of poly L lactic acid and poly D lactic acid is melted, weighed by a gear pump, filtered in a pack, and then discharged from a nozzle provided in a base. The shape of the base and the number of the bases are not particularly limited, and any of circular, irregular, solid, hollow and the like can be adopted. The discharged yarn is immediately cooled and solidified, then converged, added with oil, and wound. The winding speed is not particularly limited, but is preferably between 300 m / min and 5000 m / min because a stereocomplex crystal is easily formed.
（延伸）
巻き取られた未延伸糸は、延伸工程に供されるが、紡糸工程と延伸工程は必ずしも分離する必要はなく、紡糸後いったん巻き取ることなく引き続き延伸を行う直接紡糸延伸法を採用しても構わない。
延伸は、１段延伸でも、２段以上の多段延伸でも良く、高強度の繊維を製造する観点から、延伸倍率は３．５倍以上、好ましくは３．５〜５．５倍である。しかし、延伸倍率が高すぎると繊維が失透し白化するため、繊維の強度が低下し、好ましくない。
延伸の予熱は７０〜１００℃、好ましくは７０〜９０℃で行なう。予熱は、ロールの昇温、平板状あるいはピン状の接触式加熱ヒータ、非接触式熱板、熱媒浴などにより行うことができる。
延伸に引き続き、巻き取り前にはポリマーの融点より低い温度で、熱処理が行われることが好ましい。熱処理にはホットローラーのほか、接触式加熱ヒータ、非接触式熱板など任意の方法を採用することができる。
本発明によれば、本発明のポリ乳酸繊維を含有してなる繊維製品が提供される。繊維製品として、織物、編物などが挙げられる。
(Stretching)
The wound undrawn yarn is subjected to a drawing step, but the spinning step and the drawing step are not necessarily separated from each other. Even if a direct spinning drawing method is used in which the drawing is continued without being wound once after spinning. I do not care.
The stretching may be single-stage stretching or multi-stage stretching of two or more stages. From the viewpoint of producing a high-strength fiber, the stretching ratio is 3.5 times or more, preferably 3.5 to 5.5 times. However, when the draw ratio is too high, the fiber is devitrified and whitened, which is not preferable because the strength of the fiber is lowered.
The preheating for stretching is performed at 70 to 100 ° C, preferably 70 to 90 ° C. Preheating can be performed by raising the temperature of a roll, a flat or pin-like contact heater, a non-contact hot plate, a heat medium bath, or the like.
Subsequent to stretching, it is preferable to perform heat treatment at a temperature lower than the melting point of the polymer before winding. In addition to the hot roller, any method such as a contact heater or a non-contact hot plate can be adopted for the heat treatment.
According to the present invention, a fiber product containing the polylactic acid fiber of the present invention is provided. Textile products include woven fabrics and knitted fabrics.
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に何等限定を受けるものではない。また実施例中における各値は下記の方法で求めた。
（１）還元粘度：
ポリマー０．１２ｇを１０ｍＬのテトラクロロエタン／フェノール（容量比１／１）に溶解し、３５℃における還元粘度（ｍＬ／ｇ）を測定した。
（２）水分率
水分率は得られたチップをカールフィッシャー水分率計（三菱化学 ＣＡ−１００ 気化装置つき）を用いて測定した。
（３）ラクチド含有量
ポリ乳酸中のラクチド含有量は、重クロロホルム中、日本電子製核磁気共鳴装置ＪＮＭ−ＥＸ２７０スペクトルメーターを使用し、ポリ乳酸由来の四重線ピーク面積比（５．１０〜５．２０ｐｐｍ）に対するラクチド由来の四重線ピーク面積比（４．９８〜５．０５ｐｐｍ）として算出した。
（４）重量平均分子量および低下率
樹脂ならびに繊維の重量平均分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）によって以下の条件によって測定した。また、測定した重量平均分子量より下記の式によって分子量低下率を算出した。
重量平均分子量（Ｍｗ）測定法：ショーデックス製ＧＰＣ−１１を使用し、ポリ乳酸５０ｍｇを５ｍｌのクロロホルムに溶解させ、４０℃のクロロホルムにて展開した。重量平均分子量（Ｍｗ）、はポリスチレン換算値として算出した。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples. Moreover, each value in an Example was calculated | required with the following method.
(1) Reduced viscosity:
0.12 g of the polymer was dissolved in 10 mL of tetrachloroethane / phenol (volume ratio 1/1), and the reduced viscosity (mL / g) at 35 ° C. was measured.
(2) Moisture content The moisture content was measured using the Karl Fischer moisture meter (with Mitsubishi Chemical CA-100 vaporizer).
(3) Lactide content The lactide content in polylactic acid was determined by using a JEOL nuclear magnetic resonance apparatus JNM-EX270 spectrum meter in deuterated chloroform, and using a polylactic acid-derived quadruple peak area ratio (5.10 to 10). It was calculated as a ratio of the quadruple peak area derived from lactide (4.98 to 5.05 ppm) relative to 5.20 ppm.
(4) Weight average molecular weight and reduction rate The weight average molecular weight of the resin and fiber was measured by gel permeation chromatography (GPC) under the following conditions. Further, the molecular weight reduction rate was calculated from the measured weight average molecular weight according to the following formula.
Weight average molecular weight (Mw) measurement method: Using GPC-11 manufactured by Shodex, 50 mg of polylactic acid was dissolved in 5 ml of chloroform and developed with chloroform at 40 ° C. The weight average molecular weight (Mw) was calculated as a polystyrene equivalent value.
分子量低下率（％）＝紡糸前の樹脂の分子量／繊維の分子量×１００
（５）スズイオン含有量
試料に捕捉剤を添加して灰化後、硫酸水素カリウムで融解した。希硝酸に溶解して、島津製作所製ＩＣＰＳ８１００を使用し、ＩＣＰ発光分析法によりスズイオン成分の含有量を算出した。
Molecular weight reduction rate (%) = molecular weight of resin before spinning / molecular weight of fiber × 100
(5) Tin ion content A sample was added to the sample and incinerated, and then melted with potassium hydrogen sulfate. It melt | dissolved in dilute nitric acid, Shimadzu Corporation ICPS8100 was used, and the content of the tin ion component was computed by the ICP emission spectrometry.
（製造例１：ポリマーＡ１の製造）
Ｌラクチド（株式会社武蔵野化学研究所）１００重量部を重合容器に加え、系内を窒素置換した後、ステアリルアルコール０．２重量部、触媒としてオクチル酸スズ０．０５重量部を加え、１９０℃、２時間、重合を行い、ポリマーを製造した。このポリマーを７％５Ｎ塩酸のアセトン溶液で洗浄し、触媒を除去し、ポリマーＡ１を得た。得られたポリマーＡ１の還元粘度は２．９２（ｍＬ／ｇ）、重量平均分子量１９万であった。融点（Ｔｍ）は１６８℃であった。結晶化点（Ｔｃ）は１２２℃であった。ラクチド含有量は１５０ｐｐｍ、スズイオン含有量は４．５ｐｐｍであった。
(Production Example 1: Production of polymer A 1 )
After adding 100 parts by weight of L-lactide (Musashino Chemical Laboratory Co., Ltd.) to the polymerization vessel and replacing the system with nitrogen, 0.2 parts by weight of stearyl alcohol and 0.05 parts by weight of tin octylate as a catalyst were added, and 190 ° C. Polymerization was carried out for 2 hours to produce a polymer. The polymer was washed with acetone solution of 7% 5N hydrochloric acid to remove the catalyst and to obtain a polymer A 1. Obtained had a reduced viscosity of the polymer A 1 is 2.92 (mL / g), a weight average molecular weight 190,000. The melting point (Tm) was 168 ° C. The crystallization point (Tc) was 122 ° C. The lactide content was 150 ppm and the tin ion content was 4.5 ppm.
（製造例２：ポリマーＡ２の製造）
Ｄラクチド（株式会社武蔵野化学研究所）１００重量部を重合容器に加え、系内を窒素置換した後、ステアリルアルコール０．２重量部、触媒としてオクチル酸スズ０．０５重量部を加え、１９０℃、２時間、重合を行い、ポリマーを製造した。このポリマーを７％５Ｎ塩酸のアセトン溶液で洗浄し、触媒を除去し、ポリマーＡ２を得た。得られたポリマーＡ２の還元粘度は２．６５（ｍＬ／ｇ）、重量平均分子量２０万であった。融点（Ｔｍ）は１７６℃であった。結晶化点（Ｔｃ）は１３９℃であった。ラクチド含有量は１５０ｐｐｍ、スズイオン含有量は１．９ｐｐｍであった。
(Production Example 2: Production of Polymer A 2)
After adding 100 parts by weight of D-lactide (Musashino Chemical Laboratory Co., Ltd.) to the polymerization vessel and replacing the inside of the system with nitrogen, 0.2 part by weight of stearyl alcohol and 0.05 part by weight of tin octylate as a catalyst were added. Polymerization was carried out for 2 hours to produce a polymer. The polymer was washed with acetone solution of 7% 5N hydrochloric acid to remove the catalyst and to obtain a polymer A 2. The reduced viscosity of the obtained polymer A 2 is 2.65 (mL / g), a weight average molecular weight of 200,000. The melting point (Tm) was 176 ° C. The crystallization point (Tc) was 139 ° C. The lactide content was 150 ppm and the tin ion content was 1.9 ppm.
（実施例１）
ポリマーＡ１およびポリマーＡ２のチップを、ポリマーＡ１／ポリマーＡ２＝５０／５０の割合でチップブレンドした後、８０℃で１６時間減圧乾燥した。水分率は８５ｐｐｍであった。
このチップを１軸ルーダー付溶融紡糸機を用い、２４０℃で溶融し、０．２５Φの吐出孔を３６ホールもつ口金から４０ｇ／分で吐出させた。吐出直後のパック下の温度は１８０℃、紡糸筒により冷却した後集束し、油剤を付加して、５００ｍ／分の速度で未延伸糸を巻き取った。この未延伸糸を予熱９０℃で４．９倍に延伸し、引き続き１４０℃で熱セットを行い、１６０ｄｔｅｘ／３６ｆｉｌのポリ乳酸繊維を得た。得られた延伸糸は、示差走査熱量計（ＤＳＣ）測定において、ポリＬ乳酸およびポリＤ乳酸からなるステレオコンプレックス結晶の単一融解ピークを示し、融点が２２４℃であった。また、繊維の強度は４．６ｃＮ／ｄｔｅｘであり、実用上十分な強度を保有していた。
Example 1
Chips of polymer A 1 and polymer A 2 were chip-blended at a ratio of polymer A 1 / polymer A 2 = 50/50, and then dried under reduced pressure at 80 ° C. for 16 hours. The moisture content was 85 ppm.
This chip was melted at 240 ° C. using a melt spinning machine with a single screw rudder and discharged from a die having 36 holes of 0.25Φ at a rate of 40 g / min. The temperature under the pack immediately after discharge was 180 ° C., cooled by a spinning cylinder, converged, added with an oil agent, and wound an undrawn yarn at a speed of 500 m / min. This undrawn yarn was drawn 4.9 times at 90 ° C. and then heat-set at 140 ° C. to obtain a 160 dtex / 36 fil polylactic acid fiber. The obtained drawn yarn showed a single melting peak of a stereocomplex crystal composed of poly-L lactic acid and poly-D lactic acid in a differential scanning calorimeter (DSC) measurement, and had a melting point of 224 ° C. Further, the strength of the fiber was 4.6 cN / dtex, and the fiber had sufficient strength for practical use.
（実施例２）
ポリマーＡ１／ポリマーＡ２＝５０／５０の割合のチップブレンドを準備し、溶融温度を２６０℃として紡糸すること以外は実施例１と同様の方法で１６０ｄｔｅｘ／３６ｆｉｌのポリ乳酸繊維を得た。２６０℃溶融後の分子量低下率は１７％であった。得られた延伸糸は、ＤＳＣ測定において、ポリＬ乳酸およびポリＤ乳酸からなるステレオコンプレックス結晶の単一融解ピークを示し、融点が２１５℃であった。また、繊維の強度は４．７ｃＮ／ｄｔｅｘであり、実用上十分な強度を保有していた。
(Example 2)
A chip blend having a ratio of polymer A 1 / polymer A 2 = 50/50 was prepared, and 160 dtex / 36 fil polylactic acid fibers were obtained in the same manner as in Example 1 except that spinning was performed at a melting temperature of 260 ° C. The molecular weight reduction rate after melting at 260 ° C. was 17%. The obtained drawn yarn showed a single melting peak of a stereocomplex crystal composed of poly-L lactic acid and poly-D lactic acid in DSC measurement, and the melting point was 215 ° C. Further, the strength of the fiber was 4.7 cN / dtex, and the strength was practically sufficient.
（実施例３）
延伸工程における予熱温度を７０℃に設定したこと以外は実施例１と同様の方法で１５８ｄｔｅｘ／３６ｆｉｌのポリ乳酸繊維を得た。得られた延伸糸は、ＤＳＣ測定において、ポリＬ乳酸およびポリＤ乳酸からなるステレオコンプレックス結晶の単一融解ピークを示し、融点が２２３℃であった。また、繊維の強度は４．５ｃＮ／ｄｔｅｘであり、実用上十分な強度を保有していた。
(Example 3)
A 158 dtex / 36 fil polylactic acid fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that the preheating temperature in the stretching step was set to 70 ° C. The obtained drawn yarn showed a single melting peak of a stereocomplex crystal composed of poly-L lactic acid and poly-D lactic acid in DSC measurement, and the melting point was 223 ° C. Further, the strength of the fiber was 4.5 cN / dtex, and the fiber had sufficient strength for practical use.
（比較例１）
延伸工程における予熱温度を１１０℃に設定したこと以外は実施例１と同様の方法で１６０ｄｔｅｘ／３６ｆｉｌのポリ乳酸繊維を得た。
得られた延伸糸は、ＤＳＣ測定において、ポリＬ乳酸およびポリＤ乳酸からなるステレオコンプレックス結晶の単一融解ピークを示したが、繊維の強度は３．３ｃＮ／ｄｔｅｘと低かった。
(Comparative Example 1)
A 160 dtex / 36 fil polylactic acid fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that the preheating temperature in the stretching step was set to 110 ° C.
The obtained drawn yarn showed a single melting peak of a stereocomplex crystal composed of poly L lactic acid and poly D lactic acid in DSC measurement, but the strength of the fiber was as low as 3.3 cN / dtex.
（比較例２）
延伸工程における延伸倍率を２．９倍に設定したこと以外は実施例１と同様の方法で２６５ｄｔｅｘ／３６ｆｉｌのポリ乳酸繊維を得た。得られた延伸糸は、ＤＳＣ測定において、ポリＬ乳酸およびポリＤ乳酸からなるステレオコンプレックス結晶の単一融解ピークを示したが、繊維の強度は２．２ｃＮ／ｄｔｅｘと低かった。
実施例１〜３、比較例１〜２の製糸条件を表１に示す。
(Comparative Example 2)
A 265 dtex / 36 fill polylactic acid fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that the draw ratio in the drawing step was set to 2.9 times. The obtained drawn yarn showed a single melting peak of a stereocomplex crystal composed of poly-L lactic acid and poly-D lactic acid in DSC measurement, but the fiber strength was as low as 2.2 cN / dtex.
Table 1 shows the yarn production conditions of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2.
Claims (8)
（２）未延伸糸を７０〜１００℃に予熱した後、３．５〜５．５倍に延伸することからなるポリ乳酸繊維の製造方法。 (1) a step of melt spinning a mixture of poly L lactic acid and poly D lactic acid having a moisture content of 100 ppm or less to obtain an undrawn yarn,
(2) A method for producing a polylactic acid fiber, comprising preheating an unstretched yarn to 70 to 100 ° C. and then stretching it to 3.5 to 5.5 times.
A fiber product comprising the polylactic acid fiber according to claim 1.
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