JP2007314899A - Polylactic acid monofilament, method for producing the same, and application of the same - Google Patents

Polylactic acid monofilament, method for producing the same, and application of the same Download PDF

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Masato Yamamoto
誠人 山本
Akira Kinoshita
明 木下
Yuhei Maeda
裕平 前田
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Toray Monofilament Co Ltd
Toray Industries Inc
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Toray Monofilament Co Ltd
Toray Industries Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide biodegradable polylactic acid monofilament having a combination of both high heat resistance and mechanical strength having been difficult to be attained by prior art, to provide a method for producing the same, and to provide industrial fabrics using the same. <P>SOLUTION: The polylactic acid monofilament is made from a resin composition composed of poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid, wherein the poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid form a stereocomplex structure. The monofilament is 0.05-1.0 mm in diameter, 200-235°C in melting point, and 3.0 cN/dtex or higher in tensile strength determined in accordance with JIS L-1013:1999-8.5. The method for producing the polylactic acid monofilament is also provided. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、耐熱性に優れ、高い強度を有するポリ乳酸モノフィラメントおよびその製造方法、並びにポリ乳酸モノフィラメントを使用した工業用織物に関するものである。   The present invention relates to a polylactic acid monofilament having excellent heat resistance and high strength, a method for producing the same, and an industrial fabric using the polylactic acid monofilament.

近年、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期待されており、特に微生物により分解される生分解性ポリマーに注目が集まっている。 ポリエチレンテレフタレートやナイロンなどの従来の汎用樹脂は、そのほとんどが石油資源を原料としているが、これらの汎用樹脂は、使用後に焼却されると炭酸ガスを排出するため、汎用ポリマーを大量に焼却処分すると、二酸化炭素が大気中に多量に放出し、地球温暖化などの異常気象の原因の一つにもなっている。   In recent years, with respect to environmental problems on a global scale, development of polymer materials that can be decomposed in a natural environment has been expected, and in particular, biodegradable polymers that are decomposed by microorganisms have attracted attention. Most of the conventional general-purpose resins such as polyethylene terephthalate and nylon are made from petroleum resources, but these general-purpose resins emit carbon dioxide when incinerated after use. A large amount of carbon dioxide is released into the atmosphere, which is one of the causes of abnormal weather such as global warming.

また、近年では、地球温暖化問題に加えて、石油資源の枯渇や原油価格の上昇も問題となっており、これらの問題を一挙に解決できる技術開発が求められている。   In recent years, in addition to the global warming problem, the depletion of petroleum resources and the rise in the price of crude oil have become problems, and there is a need for technological development that can solve these problems all at once.

そこで、近年、石油資源を原料とする従来の汎用樹脂の代替として、植物資源を原料とするバイオマスを利用した樹脂、例えば、ポリ乳酸やポリカプロラクトンなどの生分解性樹脂が大きな注目を集めている。   Therefore, in recent years, as an alternative to conventional general-purpose resins made from petroleum resources, resins using biomass made from plant resources, such as biodegradable resins such as polylactic acid and polycaprolactone, have attracted a great deal of attention. .

これらの生分解性樹脂は、空気中の二酸化炭素を利用して光合成を行う植物を原料として利用しているため、二酸化炭素を循環利用することができるとともに、地球温暖化の抑制と資源枯渇等の問題を解決できる可能性を秘めている。   Since these biodegradable resins use plants that perform photosynthesis using carbon dioxide in the air as raw materials, they can circulate carbon dioxide, suppress global warming, deplete resources, etc. It has the potential to solve the problem.

しかし、ポリ乳酸やポリカプロラクトンなどの生分解性樹脂を使用した製品は、ポリエチレンテレフタレートやナイロンといった従来の汎用樹脂を使用した製品に比べて一般に力学的特性や耐熱性が劣るばかりか、生分解性樹脂を使用した製品はコストが高くなるため、生分解性樹脂の各種製品への利用は、まだ実用化できるレベルではなかった。   However, products using biodegradable resins such as polylactic acid and polycaprolactone generally have inferior mechanical properties and heat resistance compared to products using conventional general-purpose resins such as polyethylene terephthalate and nylon. Since products using resin are expensive, the use of biodegradable resins for various products has not yet been practically used.

生分解性樹脂の製品への利用として現在期待されているのは、モノフィラメントを使用した各種産業用資材であるが、特に抄紙用プレスフェルトや抄紙用ドライヤーキャンバスなど抄紙用織物、搬送用コンベアベルトおよび各種フィルターなどの各種工業用織物は、過酷な条件で使用される場合があるため、これら工業用織物に使用されるモノフィラメントには高い力学的特性と耐熱性が求められている。   The use of biodegradable resins for products is currently expected for various industrial materials using monofilaments, especially papermaking fabrics such as press felt for papermaking and dryer canvas for papermaking, conveyor belts for conveyance and Since various industrial fabrics such as various filters may be used under severe conditions, monofilaments used in these industrial fabrics are required to have high mechanical properties and heat resistance.

この要求に対して、分子量が10000〜50000のポリ乳酸系樹脂を重量比で5〜50重量%と分子量50000〜200000のポリ乳酸系樹脂を重量比で50〜95重量%とからなり、融点が150℃以上のモノフィラメント(例えば、特許文献1参照)が知られている。このモノフィラメントは主に漁網や海洋構造物などに利用されるため十分な強度を有してはいるものの、融点が高々180℃と低く、漁網や海洋構造物以外の用途には十分に利用できるものではなかった。   In response to this requirement, the polylactic acid resin having a molecular weight of 10,000 to 50,000 consists of 5 to 50% by weight and the polylactic acid resin having a molecular weight of 50,000 to 200,000 in weight ratio of 50 to 95% by weight. Monofilaments of 150 ° C. or higher (for example, see Patent Document 1) are known. Although this monofilament has sufficient strength because it is mainly used for fishing nets and offshore structures, it has a melting point as low as 180 ° C and can be used for purposes other than fishing nets and offshore structures. It wasn't.

また、融点を向上させる技術としては、紡糸速度3500〜12000m/分の高速条件下で、ポリL乳酸とポリD乳酸のブレンド物を溶融紡糸し、紡糸線上でステレオコンプレックス構造を形成させたポリ乳酸繊維(例えば、特許文献2参照)が知られている。   As a technique for improving the melting point, polylactic acid obtained by melt-spinning a blend of poly-L lactic acid and poly-D lactic acid under a spinning speed of 3500 to 12000 m / min to form a stereocomplex structure on the spinning line. A fiber (for example, refer to Patent Document 2) is known.

このポリ乳酸繊維の製造方法は、高速紡糸を行うことにより、ポリ乳酸を紡糸線上で結晶化させ、さらに延伸および熱処理工程においてステレオコンプレックス構造を形成させるという、特にマルチフィラメントの製造に適した方法である。しかし、この方法をモノフィラメントの製造に適用しようとすると、モノフィラメントの場合は糸直径がマルチフィラメントに比べて太く、低速で紡糸せざるを得ないので、ポリ乳酸は紡糸線上で十分に結晶化されない。そして、このような結晶状態で延伸や熱セットを行ってもステレオコンプレックス構造が十分に形成されないため、耐熱性に欠けたモノフィラメントしか得られなかった。
特開2005−146425号公報 特許2003−293220号公報
This polylactic acid fiber production method is a method particularly suitable for the production of multifilaments in which polylactic acid is crystallized on a spinning line by high-speed spinning, and further a stereocomplex structure is formed in the drawing and heat treatment steps. is there. However, if this method is applied to the production of monofilaments, the monofilament has a larger yarn diameter than a multifilament and must be spun at a low speed, so that polylactic acid cannot be sufficiently crystallized on the spinning line. And even if it extended | stretched and heat-set in such a crystal state, since the stereocomplex structure was not fully formed, only the monofilament lacking heat resistance was obtained.
JP 2005-146425 A Japanese Patent No. 2003-293220

本発明の目的は、従来技術では達成することが困難であった高い耐熱性と強度とを兼ね備え、且つ生分解性を有するポリ乳酸モノフィラメントおよびその製造方法、並びにこのポリ乳酸モノフィラメントを使用した工業用織物を提供することにある。   The object of the present invention is a polylactic acid monofilament having high heat resistance and strength, which is difficult to achieve with the prior art, and having biodegradability, a method for producing the same, and industrial use using the polylactic acid monofilament To provide a woven fabric.

上記目的を達成するために本発明によれば、ポリL乳酸とポリD乳酸からなる脂組成物からなり、ポリL乳酸とポリD乳酸がステレオコンプレックス構造を形成しているモノフィラメントであって、直径が0.05〜1.0mm、融点が200〜235℃の範囲にあるとともに、JIS L−1013:1999−8.5に準じて測定した引張強度が3.0cN/dtex以上であることを特徴とするポリ乳酸モノフィラメントが提供される。   In order to achieve the above object, according to the present invention, a monofilament comprising a fat composition comprising poly-L lactic acid and poly-D lactic acid, wherein poly-L lactic acid and poly-D lactic acid form a stereocomplex structure, and having a diameter Is 0.05 to 1.0 mm, the melting point is in the range of 200 to 235 ° C., and the tensile strength measured according to JIS L-1013: 1999-8.5 is 3.0 cN / dtex or more. A polylactic acid monofilament is provided.

なお、本発明においては、前記樹脂組成物がポリL乳酸30〜70重量%とポリD乳酸70〜30重量%とからなること、JIS1013:1999−8.18に準じて測定した沸騰水収縮率が4%以下であることが、さらに好ましい条件として挙げられ、これらの条件を満たすことにより、さらに優れた効果を取得することができる。   In the present invention, the resin composition is composed of 30 to 70% by weight of poly-L lactic acid and 70 to 30% by weight of poly-D lactic acid, and the boiling water shrinkage measured according to JIS 1013: 1999-8.18. 4% or less is mentioned as a more preferable condition, and by satisfying these conditions, a further excellent effect can be obtained.

また、本発明のポリ乳酸モノフィラメントの製造方法は、ポリL乳酸とポリD乳酸との混合物を溶融紡糸した後、2段以上の多段延伸および熱セットをするに際し、多段延伸のうち少なくとも1段目の延伸温度が60〜150℃の範囲にあり、且つトータルの延伸倍率が4.0〜10.0倍であるとともに、熱セット温度が160〜230℃の範囲にあることを特徴とする。   The method for producing a polylactic acid monofilament according to the present invention comprises at least the first stage of the multi-stage drawing when melt-spinning a mixture of poly-L lactic acid and poly-D lactic acid and then performing multi-stage drawing and heat setting of two or more stages. The stretching temperature is in the range of 60 to 150 ° C., the total stretching ratio is 4.0 to 10.0 times, and the heat setting temperature is in the range of 160 to 230 ° C.

さらに、本発明の産業用資材、特に工業用織物は、上記ポリ乳酸モノフィラメントを少なくとも一部に使用したことを特徴とする。   Furthermore, the industrial material of the present invention, particularly the industrial fabric, is characterized in that the polylactic acid monofilament is used at least in part.

本発明によれば、以下に説明する通り、従来技術では達成することが困難であった高い耐熱性と強度とを兼ね備え、且つ生分解性を有するポリ乳酸モノフィラメントおよび高い耐熱性と耐久性を兼ね備えた工業用織物を得ることができる。   According to the present invention, as will be described below, the polylactic acid monofilament having high heat resistance and strength, which were difficult to achieve with the prior art, and having biodegradability, and high heat resistance and durability are combined. Industrial textiles can be obtained.

以下、本発明のポリ乳酸モノフィラメント、その製造方法並びに工業用織物について説明する。   Hereinafter, the polylactic acid monofilament of the present invention, the production method thereof, and the industrial fabric will be described.

本発明のポリ乳酸モノフィラメントは、ポリL乳酸とポリD乳酸からなる樹脂組成物からなり、ポリL乳酸とポリD乳酸がステレオコンプレックス構造を形成しているモノフィラメントであって、直径が0.05〜1.0mm、融点が200〜235℃の範囲にあるとともに、JIS L−1013:1999−8.5に準じて測定した引張強度が3.0cN/dtex以上であることを特徴とする。   The polylactic acid monofilament of the present invention is a monofilament comprising a resin composition comprising poly L lactic acid and poly D lactic acid, wherein the poly L lactic acid and poly D lactic acid form a stereocomplex structure, and has a diameter of 0.05 to The tensile strength measured according to JIS L-1013: 1999-8.5 is 3.0 cN / dtex or more, while being 1.0 mm, melting | fusing point is in the range of 200-235 degreeC.

本発明のポリ乳酸モノフィラメントは、これを構成するPLLAとPDLAとが、後に説明する製造方法によりステレオコンプレックス構造を有することが必要であり、ステレオコンプレックス構造を有していない場合は、融点が200〜235℃という耐熱性に優れたポリ乳酸モノフィラメントが得られにくくなる。   The polylactic acid monofilament of the present invention requires that the PLLA and PDLA constituting it have a stereocomplex structure by a production method described later. When the polylactic acid monofilament does not have a stereocomplex structure, the melting point is 200 to It becomes difficult to obtain a polylactic acid monofilament excellent in heat resistance of 235 ° C.

また、本発明のポリ乳酸モノフィラメントの直径は0.05〜1.0mmであることが必要であり、さらに好ましくは0.08〜0.7mmである。   The diameter of the polylactic acid monofilament of the present invention needs to be 0.05 to 1.0 mm, and more preferably 0.08 to 0.7 mm.

この理由は、直径が上記範囲を下まわると、ポリ乳酸モノフィラメントを溶融紡糸する際に、糸切れ等のトラブルが発生しやすく、操業性が困難になりやすいからであり、逆に、直径が上記範囲を上まわると、ポリ乳酸モノフィラメントを溶融紡糸する際に結晶化が十分になされず、延伸および熱セット工程においてステレオコンプレックス構造が十分に形成されにくくなり、耐熱性に欠けたポリ乳酸モノフィラメントが得られやすいからである。   This is because, when the diameter is below the above range, troubles such as thread breakage are likely to occur when melt spinning the polylactic acid monofilament, and the operability tends to be difficult. If the range is exceeded, the polylactic acid monofilament will not be sufficiently crystallized during melt spinning, making it difficult for the stereocomplex structure to be sufficiently formed in the stretching and heat setting processes, resulting in a polylactic acid monofilament lacking heat resistance. It is because it is easy to be done.

さらに、本発明のポリ乳酸モノフィラメントは、後に説明する製造方法により、JIS L−1013:1999−8.5に準じて測定した引張強度が3.0cN/dtex以上であることが必要であり、さらには5.0cN/dtex以上であることが好ましい。   Furthermore, the polylactic acid monofilament of the present invention is required to have a tensile strength of 3.0 cN / dtex or more according to JIS L-1013: 1999-8.5 by a production method described later. Is preferably 5.0 cN / dtex or more.

この理由は、引張強度が上記範囲を下まわると、産業用資材、特に工業用織物に使用した場合に、耐久性の低い製品が得られやすくなるからである。   This is because when the tensile strength falls below the above range, a product with low durability is easily obtained when used for industrial materials, particularly industrial fabrics.

なお、本発明のポリ乳酸モノフィラメントの引張強度は高いほど、工業用織物などの各種産業用資材用途として好ましいが、引張強度が高くなるにともない、伸度が低くなり、衝撃性に欠けたポリ乳酸モノフィラメントが得られやすいことから、引張強度の上限は8.0cN/dtexであることが好ましい。   The higher the tensile strength of the polylactic acid monofilament of the present invention, the more preferable it is for various industrial materials such as industrial fabrics. However, as the tensile strength increases, the elongation decreases and the polylactic acid lacks impact properties. Since the monofilament is easily obtained, the upper limit of the tensile strength is preferably 8.0 cN / dtex.

ここで、本発明で言うPLLAおよびPDLAとは、モノマーである乳酸やその2量体、さらにはオリゴマーなどを重合したものであるが、本発明で使用するPLLAおよびPDLAは、高融点のポリ乳酸モノフィラメントが得られやすいとの理由から、L体光学純度およびD体光学純度が90%以上であることが好ましい。   Here, PLLA and PDLA referred to in the present invention are those obtained by polymerizing lactic acid that is a monomer, dimer thereof, and further oligomers. PLLA and PDLA used in the present invention are polylactic acid having a high melting point. It is preferable that the L-form optical purity and the D-form optical purity are 90% or more because a monofilament is easily obtained.

また、本発明のポリ乳酸モノフィラメントを構成するPLLAとPDLAの組成比は、ステレオコンプレックス構造を形成しやすいとの理由から、PLLAが30〜70重量%に対してPDLAが70〜30重量%であることが好ましく、さらには、PLLAが45〜55重量%に対してPDLAが55〜45重量%であることがより好ましい。   Moreover, the composition ratio of PLLA and PDLA constituting the polylactic acid monofilament of the present invention is such that the PLLA is 30 to 70% by weight with respect to the PLLA of 30 to 70% by weight because it is easy to form a stereocomplex structure. More preferably, the PLLA is 45 to 55% by weight, and the PDLA is more preferably 55 to 45% by weight.

特に、PLLAの重量平均分子量をl、PDLAの重量平均分子量をdとした際のl/dまたはd/lの値が1.5〜20の範囲にあると、より優れた耐熱性を発揮するとの理由からより好ましい。   In particular, when the weight average molecular weight of PLLA is 1 and the weight average molecular weight of PDLA is d, the value of l / d or d / l is in the range of 1.5 to 20 to exhibit better heat resistance. It is more preferable for the reason.

ポリ乳酸モノフィラメントのステレオコンプレックス構造の形成状態を調べる方法としては、従来から示差走査熱量計(DSC)による融解ピーク温度と融解熱量で判断する方法が知られているが、本発明においては、ポリ乳酸モノフィラメントを広角X線回折(以下、WAXDと称す)で分析し、赤道線においてθ=12.0°付近に観測されるステレオコンプレックス結晶の(100)面に由来するX線のピーク強度の有無を調べる方法が採用される。   As a method for examining the formation state of the stereocomplex structure of polylactic acid monofilament, a method for determining the melting peak temperature and the heat of fusion using a differential scanning calorimeter (DSC) is conventionally known. In the present invention, polylactic acid is used. The monofilament was analyzed by wide-angle X-ray diffraction (hereinafter referred to as WAXD), and the presence or absence of X-ray peak intensity derived from the (100) plane of the stereocomplex crystal observed near θ = 12.0 ° on the equator line. A method of checking is adopted.

本発明において、ポリ乳酸モノフィラメントのステレオコンプレックス構造の状態をWAXDで判断する理由は以下の通りである。   In the present invention, the reason why the state of the stereocomplex structure of the polylactic acid monofilament is determined by WAXD is as follows.

繊維学会予稿集F−133(1989)には、未延伸糸のWAXD結果からは結晶化もステレオコンプレックス構造も認められないが、熱分析では225℃付近でステレオコンプレックス構造の融解ピークが観測されたことが記載されている。   In the Textile Society Proceedings F-133 (1989), from the WAXD results of undrawn yarn, neither crystallization nor stereocomplex structure was observed, but thermal analysis showed a melting peak of stereocomplex structure around 225 ° C. It is described.

これは、熱分析の昇温過程において、90℃付近でPLLAとPDLAが単独で結晶化し、180℃付近でそれらが融解、再結晶化してステレオコンプレックス構造を形成し、さらに225℃付近でステレオコンプレックス構造が融解したためによるものであると考えられる。   This is because PLLA and PDLA crystallize independently at around 90 ° C in the temperature rising process of thermal analysis, and melt and recrystallize at around 180 ° C to form a stereocomplex structure, and further stereocomplex at around 225 ° C. This is thought to be due to the melting of the structure.

よって、分析前はステレオコンプレックス構造が形成されていない状態であっても、熱分析を行うと、あたかも分析前はステレオコンプレックス構造が形成されていたと判断される問題があるため、本発明においては、DSCによる上記問題点を回避すべく、非破壊試験の一種であるWAXDを採用したのである。   Therefore, even if the stereo complex structure is not formed before the analysis, there is a problem that it is determined that the stereo complex structure was formed before the analysis when the thermal analysis is performed. In order to avoid the above problems caused by DSC, WAXD, which is a kind of nondestructive test, was adopted.

さらにまた、本発明のモノフィラメントは、特に工業用織物用途として使用した場合に、織物の寸法変化に不具合が生じにくいとの理由から、JIS1013:1999−8.18に準じて測定した沸騰水収縮率が4%以下であることが好ましい。   Furthermore, the monofilament of the present invention has a boiling water shrinkage measured according to JIS1013: 1999-8.18 because it is difficult to cause a problem in dimensional change of the fabric, particularly when used as an industrial fabric. Is preferably 4% or less.

本発明のポリ乳酸モノフィラメントは、以下の方法で製造することができる。   The polylactic acid monofilament of the present invention can be produced by the following method.

まず、PLLAチップとPDLAチップとを公知の溶融紡糸機、例えば、エクストルーダー型溶融紡糸機に供給し、溶融紡糸機内で両方のチップを十分に溶融混練した後、溶融状態の樹脂組成物を口金孔から押し出す。   First, a PLLA chip and a PDLA chip are supplied to a known melt spinning machine, for example, an extruder type melt spinning machine, and both the chips are sufficiently melt-kneaded in the melt spinning machine. Extrude through hole.

この際、溶融紡糸時の分解ガスの発生を抑制し、ポリ乳酸の分子量低下を抑制するために、溶融紡糸機内の温度は200〜250℃となるようにすることが好ましい。また、PLLAとPDLAとが互いに微分散されていると、ステレオコンプレックス構造が形成されやすくなるとの理由から、紡糸パック内に静止混練器や金属製不織フィルターを用いるとさらに好ましい。   At this time, the temperature in the melt spinning machine is preferably 200 to 250 ° C. in order to suppress the generation of decomposition gas during melt spinning and to suppress the decrease in the molecular weight of polylactic acid. In addition, if PLLA and PDLA are finely dispersed with each other, it is more preferable to use a static kneader or a metal nonwoven filter in the spinning pack because a stereocomplex structure is easily formed.

その後、押し出された樹脂組成物は、冷却浴内で冷却固化され、さらに多段延伸および熱セット処理が施されるが、延伸および熱セット工程において、ステレオコンプレックス構造を形成しやすくするためには、まずPLLAおよびPDLAの結晶化を促進させる必要がある。そこで、多段延伸の前段階の延伸工程においてPLLAおよびPDLAの結晶化を促進させるため、少なくとも1段目の延伸温度を60〜150℃の範囲にすることが必要であり、さらには60〜130℃の範囲にすることが好ましい。   Thereafter, the extruded resin composition is cooled and solidified in a cooling bath, and further subjected to multistage stretching and heat setting treatment. In order to facilitate the formation of a stereocomplex structure in the stretching and heat setting process, First, it is necessary to promote crystallization of PLLA and PDLA. Therefore, in order to promote the crystallization of PLLA and PDLA in the stretching step before the multi-stage stretching, it is necessary to set the stretching temperature of at least the first stage to a range of 60 to 150 ° C, and further to 60 to 130 ° C. It is preferable to be in the range.

この理由は、少なくとも1段目の延伸温度が上記範囲を下まわる場合は、PLLAおよびPDLAが結晶化されないため、ステレオコンプレックス構造が形成されにくく、耐熱性の低いポリ乳酸モノフィラメントが得られやすくなるばかりか、非晶状態で延伸されるため、低強度のポリ乳酸モノフィラメントが得られやすくなるからであり、逆に、延伸温度が上記範囲を上まわる場合は、PLLAおよびPDLAの分子配向度が全体的に低下するため、低強度のポリ乳酸モノフィラメントが得られやすくなるからである。   This is because when at least the first stage stretching temperature is below the above range, PLLA and PDLA are not crystallized, so that a stereocomplex structure is hardly formed, and a polylactic acid monofilament with low heat resistance is easily obtained. In other words, since it is stretched in an amorphous state, it becomes easy to obtain a low-strength polylactic acid monofilament. On the contrary, when the stretching temperature exceeds the above range, the molecular orientation degree of PLLA and PDLA is overall. This is because a low-strength polylactic acid monofilament is easily obtained.

なお、本発明においては、さらに結晶化を促進させるために、2段目以降の延伸温度も上記範囲に設定することができるが、延伸工程の段数が多すぎると設備上の問題や高コストの問題が生じる場合があるため、延伸工程の段数は2段または3段が好ましい。   In the present invention, in order to further promote crystallization, the stretching temperature after the second stage can also be set within the above range. However, if the number of stages in the stretching process is too large, there are problems in equipment and high costs. Since a problem may occur, the number of steps in the stretching process is preferably two or three.

さらに、高強度のポリ乳酸モノフィラメントを得るためには、延伸工程におけるトータル延伸倍率が4.0〜10.0倍であることが必要であり、さらには7.0〜10.0倍であることが好ましい。   Furthermore, in order to obtain a high-strength polylactic acid monofilament, the total draw ratio in the drawing step needs to be 4.0 to 10.0 times, and more preferably 7.0 to 10.0 times. Is preferred.

次に、延伸工程で結晶化および分子配向されたPLLAとPDLAは、熱セット工程においてステレオコンプレックス構造に形成される。ここで、ステレオコンプレックス構造を形成させるためには、熱セット温度が160〜230℃の範囲にあることが必要であり、さらには200℃〜220℃の範囲にあることがより好ましい。   Next, PLLA and PDLA crystallized and molecularly oriented in the stretching process are formed into a stereocomplex structure in the heat setting process. Here, in order to form a stereo complex structure, the heat set temperature needs to be in the range of 160 to 230 ° C, and more preferably in the range of 200 to 220 ° C.

この理由は、熱セット温度が上記範囲を下まわる場合は、ステレオコンプレックス構造が形成しにくくなるため、耐熱性に欠けたポリ乳酸モノフィラメントが得られやすくなるからであり、逆に、熱セット温度が上記範囲を上まわる場合は、ステレオコンプレックス構造が溶融し、低強度のポリ乳酸モノフィラメントが得られやすくなるからである。   This is because when the heat setting temperature is below the above range, it becomes difficult to form a stereocomplex structure, and it becomes easier to obtain polylactic acid monofilaments lacking heat resistance. When the above range is exceeded, the stereocomplex structure is melted and low-strength polylactic acid monofilaments are easily obtained.

なお、熱セット工程も延伸工程と同じく2段以上の多段で行うことができ、さらにステレオコンプレックス構造を形成させる上でより好ましい。   The heat setting step can be performed in two or more stages as in the stretching step, and is more preferable for forming a stereo complex structure.

ここで、本発明のポリ乳酸モノフィラメンを溶融紡糸する際の紡糸速度は、10〜1000m/分の紡糸速度で行うことが好ましく、さらには50〜300m/分の紡糸速度で行うことがより好ましい。   Here, the spinning speed at the time of melt spinning the polylactic acid monofilament of the present invention is preferably 10 to 1000 m / min, more preferably 50 to 300 m / min. .

この理由は、紡糸速度が上記範囲を下まわる場合は、延伸および熱セット工程において糸が部分的に融解し、糸が粗硬化するばかりか、強度の低いポリ乳酸モノフィラメントが得られやすくなるからであり、逆に、紡糸速度が上記範囲を上まわる場合は、延伸および熱セット工程おいてステレオコンプレックス構造が十分に形成することができず、耐熱性に欠けたポリ乳酸モノフィラメントが得られやすくなるからである。   This is because when the spinning speed falls below the above range, the yarn partially melts in the drawing and heat setting processes, and the yarn is not only hard-set, but also a polylactic acid monofilament with low strength is easily obtained. On the contrary, if the spinning speed exceeds the above range, the stereocomplex structure cannot be sufficiently formed in the stretching and heat setting processes, and it becomes easy to obtain polylactic acid monofilaments lacking heat resistance. It is.

こうして得られたポリ乳酸モノフィラメントは、実際にWAXDで分析をするとθ=12.0付近にステレオコンプレックス結晶に由来するピークが観察されるため、ステレオコンプレックス構造を有するものであることが分かる。   When the polylactic acid monofilament thus obtained is actually analyzed by WAXD, a peak derived from a stereocomplex crystal is observed in the vicinity of θ = 12.0, so that it can be seen that it has a stereocomplex structure.

そして、このポリ乳酸モノフィラメントは、従来のポリ乳酸モノフィラメントに比べて高い耐熱性と強度を有しているため、各種産業用資材、例えば、釣り糸や漁網などの水産資材、歯ブラシ、化粧ブラシ、ボディブラシ、工業用ブラシなどのブラシ分野、ガット、楽器弦、電気部材、園芸用資材などに使用することができ、特に抄紙用プレスフェルトや抄紙用ドライヤーキャンバスなど抄紙用織物、搬送用コンベアベルトおよび各種フィルターなどの各種工業用織物に使用した場合は、耐熱性と耐久性に優れた工業用織物を得ることができる。   And since this polylactic acid monofilament has higher heat resistance and strength than conventional polylactic acid monofilaments, various industrial materials such as fishery materials such as fishing lines and fishing nets, toothbrushes, makeup brushes, body brushes It can be used in the field of brushes such as industrial brushes, guts, musical instrument strings, electrical components, horticultural materials, and in particular, paper fabrics such as paper felt press felts and paper dryer drier canvas, conveyor belts for transport and various filters. When used for various industrial fabrics, such as industrial fabrics excellent in heat resistance and durability can be obtained.

以下、実施例を基に本発明のポリ乳酸モノフィラメントをさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the polylactic acid monofilament of the present invention will be described in more detail based on examples.

なお、直径、融点、引張強度、沸騰水収縮率、ステレオコンプレックス構造の確認および操業性評価については次の方法で行った。   The diameter, melting point, tensile strength, boiling water shrinkage, stereocomplex structure confirmation and operability evaluation were performed by the following methods.

[直径]
MITUTOYO社製マイクロメータを使用して測定した。
[diameter]
Measurement was performed using a micrometer manufactured by MITUTOYO.

[融点]
DSC(PERKIN ELMER社製 DSC−7)を使用して、1st runの融点Tmを得られたポリ乳酸モノフィラメントの融点(℃)とした。
[Melting point]
DSC (DSC-7 manufactured by PERKIN ELMER) was used to obtain the melting point Tm of 1 st run as the melting point (° C.) of the polylactic acid monofilament.

[引張強度]
JIS L1013:1999−8.5の規定に準じて、糸長250mmのポリ乳酸モノフィラメントを引張速度300mm/分の条件で測定し、破断時の引張強力(N)を求めた。そして、引張強力(N)をポリ乳酸モノフィラメントの繊度(dtex)で割り返して引張強度(cN/dtex)を算出した。この測定および算出を10本のポリ乳酸モノフィラメントについて行い、その平均値を引張強度(cN/dtex)とした。
[Tensile strength]
In accordance with JIS L1013: 1999-8.5, a polylactic acid monofilament having a yarn length of 250 mm was measured under a tensile speed of 300 mm / min, and the tensile strength (N) at break was determined. Then, the tensile strength (cN / dtex) was calculated by dividing the tensile strength (N) by the fineness (dtex) of the polylactic acid monofilament. This measurement and calculation were performed on ten polylactic acid monofilaments, and the average value was taken as the tensile strength (cN / dtex).

[沸騰水収縮率]
JIS L1013:1999−8.18の規定に準じて測定した。
[Boiling water shrinkage]
Measured according to JIS L1013: 1999-8.18.

[ステレオコンプレックス構造の確認]
得られたポリ乳酸モノフィラメントをWAXD(理学電機社製 4036A2型X線回折装置)を使用して分析し、赤道線においてθ=12.0°付近に観測されるステレオコンプレックス結晶の(100)面に由来するX線のピークの高さH12とθ=16.0°付近に観測されるホモPLLAまたはホモPDLAのピークの高さH16とから、H12とH16の比H12/H16を求めた。
[Confirmation of stereo complex structure]
The obtained polylactic acid monofilament was analyzed using WAXD (4036A2 type X-ray diffractometer manufactured by Rigaku Corporation), and the (100) plane of the stereocomplex crystal observed at θ = 12.0 ° around the equator line. from derived peak heights of the X-ray H 12 and theta = 16.0 ° peak heights of homo PLLA or homo PDLA observed near H 16 Prefecture, the ratio of H 12 and H 16 H 12 / H 16 Asked.

そして求めたH12/H16の値から、ステレオコンプレックス構造の形成状態を次の2つの基準で評価した。
○:0.1以上、
×:0.1未満。
And the formation state of the stereocomplex structure was evaluated from the obtained H 12 / H 16 value according to the following two criteria.
○: 0.1 or more
X: Less than 0.1.

[操業性]
4日間連続して溶融紡糸を行い、延伸工程における糸切れの発生頻度を次の3段階で評価した。
○:全く問題なく、至って良好であった、
△:糸切れが多少発生したが、十分操業可能であった、
×:糸切れが多発し、操業が極めて困難であった。
[Operability]
Melt spinning was performed continuously for 4 days, and the occurrence frequency of yarn breakage in the drawing process was evaluated in the following three stages.
○: No problem at all, very good,
Δ: Some yarn breakage occurred, but operation was possible sufficiently.
X: Yarn breakage occurred frequently, and operation was extremely difficult.

[PLLAチップの作製]
温度180℃の窒素雰囲気中で、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)を使用して、光学純度99.5%のL乳酸からなるラクチドを180分間重合し、重量平均分子量19万、且つL体光学純度99%のPLLAチップを得た。
[Preparation of PLLA chip]
Using a bis (2-ethylhexanoate) tin catalyst (lactide to catalyst molar ratio = 10000: 1) in a nitrogen atmosphere at a temperature of 180 ° C., a lactide composed of L lactic acid having an optical purity of 99.5% was obtained. Polymerization was performed for minutes, and a PLLA chip having a weight average molecular weight of 190,000 and an L-form optical purity of 99% was obtained.

[PDLAチップの作製]
温度180℃の窒素雰囲気中で、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)を使用して、光学純度99.5%のD乳酸からなるラクチドを100分間重合し、重量平均分子量10万、且つD体光学純度99%のPDLAチップを得た。
[Production of PDLA chip]
Using a bis (2-ethylhexanoate) tin catalyst (lactide to catalyst molar ratio = 10000: 1) in a nitrogen atmosphere at a temperature of 180 ° C., lactide consisting of D-lactic acid with an optical purity of 99.5% was converted to 100 Polymerization was carried out for a minute to obtain a PDLA chip having a weight average molecular weight of 100,000 and a D-form optical purity of 99%.

[実施例1]
PLLAチップ40重量%とPDLAチップ60重量%との混合物をエクストルーダー型溶融紡糸機に供給した後、240℃で溶融混練した樹脂組成物を口金孔から押し出し、冷却浴中に導いて冷却固化して未延伸糸を得た。
[Example 1]
After supplying a mixture of 40% by weight of PLLA chips and 60% by weight of PDLA chips to an extruder-type melt spinning machine, the resin composition melt-kneaded at 240 ° C. is extruded from the mouthpiece hole, led to a cooling bath and solidified by cooling. Thus, an undrawn yarn was obtained.

その後、紡糸速度150m/分の条件で、未延伸糸を100℃且つ4.0倍の条件で1段目の延伸を行い、さらに190℃且つ2.0倍の条件で2段目の延伸を行い、トータル8.0倍の延伸を行った。そして、さらに200℃且つ0.90倍の条件で熱セットをすることにより、直径0.4mmのポリ乳酸モノフィラメントを製糸した。   Thereafter, the undrawn yarn is stretched at the first stage under conditions of 100 ° C. and 4.0 times under the condition of spinning speed of 150 m / min, and further stretched at the second stage under conditions of 190 ° C. and 2.0 times. A total of 8.0 times stretching was performed. Further, a polylactic acid monofilament having a diameter of 0.4 mm was produced by heat setting under the conditions of 200 ° C. and 0.90 times.

[実施例2〜9]
紡糸速度、延伸および熱セット条件を表1に示すように変更したこと以外は実施例1と同じ方法でポリ乳酸モノフィラメントを製糸した。
[Examples 2 to 9]
A polylactic acid monofilament was produced in the same manner as in Example 1 except that the spinning speed, stretching, and heat setting conditions were changed as shown in Table 1.

[実施例10〜12]
PLLAチップとPDLAチップの配合量を表1に示すように変更したこと以外は実施例1と同じ方法でポリ乳酸モノフィラメントを製糸した。
[Examples 10 to 12]
A polylactic acid monofilament was produced by the same method as in Example 1 except that the blending amounts of the PLLA chip and the PDLA chip were changed as shown in Table 1.

[比較例1〜8]
紡糸速度、延伸温度および熱セット温度を表1に示すように変更したこと以外は実施例1と同じ方法によりポリ乳酸モノフィラメントを製糸した。
[Comparative Examples 1-8]
A polylactic acid monofilament was produced by the same method as in Example 1 except that the spinning speed, the drawing temperature, and the heat setting temperature were changed as shown in Table 1.

[比較例9〜10]
直径を表1に示すように変更したこと以外は実施例1と同じ方法によりポリ乳酸モノフィラメントを製糸した。
[Comparative Examples 9 to 10]
A polylactic acid monofilament was produced by the same method as in Example 1 except that the diameter was changed as shown in Table 1.

実施例および比較例で得られたポリ乳酸モノフィラメントの各種物性および評価結果を表1〜4に併せて記載する。   Various physical properties and evaluation results of the polylactic acid monofilaments obtained in Examples and Comparative Examples are listed in Tables 1-4.

Figure 2007314899
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表1〜4に結果から明らかなように、本発明の製造条件により得られたポリ乳酸モノフィラメント(実施例1〜11)は、融点が高く、且つ十分な強度を有するものであることが分かる。   As is clear from the results in Tables 1 to 4, it can be seen that the polylactic acid monofilaments (Examples 1 to 11) obtained under the production conditions of the present invention have a high melting point and sufficient strength.

これに対して、本発明の製造条件を満たさずに得られたポリ乳酸モノフィラメント(比較例1〜11)は、融点や強度が低いことが分かる。   On the other hand, it turns out that the polylactic acid monofilaments (Comparative Examples 1 to 11) obtained without satisfying the production conditions of the present invention have a low melting point and strength.

よって、この結果から、実施例1〜11のポリ乳酸モノフィラメントは、十分な結晶状態とステレオコンプレックス構造を有し、従来の汎用樹脂と同じように、各種産業用資材として利用できるものであることが分かる。   Therefore, from this result, the polylactic acid monofilaments of Examples 1 to 11 have a sufficient crystal state and a stereocomplex structure, and can be used as various industrial materials in the same manner as conventional general-purpose resins. I understand.

本発明のポリ乳酸モノフィラメントは、生分解性を有するのみならず、従来のポリ乳酸モノフィラメントに比べて融点が高く、且つ十分な強度を兼ね備えているため、耐熱性と耐久性が要求される各種産業用資材、特に抄紙用プレスフェルトや抄紙用ドライヤーキャンバスなど抄紙用織物、搬送用コンベアベルトおよび各種フィルターなどの各種工業用織物に使用した場合は、耐熱性と耐久性に優れた工業用織物を得ることができる。   The polylactic acid monofilament of the present invention not only has biodegradability, but also has a high melting point and sufficient strength compared to conventional polylactic acid monofilaments, so various industries that require heat resistance and durability are required. When used for various industrial fabrics such as papermaking fabrics such as press felt for papermaking and paper dryer drier canvas, conveyor belts for conveyance and various filters, etc., obtain industrial fabrics with excellent heat resistance and durability. be able to.

Claims (6)

ポリL乳酸とポリD乳酸からなる樹脂組成物からなり、ポリL乳酸とポリD乳酸がステレオコンプレックス構造を形成しているモノフィラメントであって、直径が0.05〜1.0mm、融点が200〜235℃の範囲にあるとともに、JIS L−1013:1999−8.5に準じて測定した引張強度が3.0cN/dtex以上であることを特徴とするポリ乳酸モノフィラメント。 A monofilament comprising a resin composition comprising poly-L lactic acid and poly-D lactic acid, wherein poly-L lactic acid and poly-D lactic acid form a stereocomplex structure, having a diameter of 0.05 to 1.0 mm and a melting point of 200 to A polylactic acid monofilament characterized by being in a range of 235 ° C. and having a tensile strength of 3.0 cN / dtex or more measured according to JIS L-1013: 1999-8.5. 前記樹脂組成物がポリL乳酸30〜70重量%とポリD乳酸70〜30重量%とからなることを特徴とする請求項1に記載のポリ乳酸モノフィラメント。 2. The polylactic acid monofilament according to claim 1, wherein the resin composition comprises 30 to 70% by weight of poly L lactic acid and 70 to 30% by weight of poly D lactic acid. JIS1013:1999−8.18に準じて測定した沸騰水収縮率が4%以下であることを特徴とする請求項1〜2のいずれか1項に記載のポリ乳酸モノフィラメント。 The polylactic acid monofilament according to any one of claims 1 to 2, wherein the boiling water shrinkage measured according to JIS 1013: 1999-8.18 is 4% or less. 請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリ乳酸モノフィラメントを少なくとも1部に使用したことを特徴とする産業用資材。 The industrial material characterized by using the polylactic acid monofilament according to any one of claims 1 to 3 in at least one part. 工業用織物であることを特徴とする請求項4に記載の産業用資材。 The industrial material according to claim 4, which is an industrial fabric. ポリL乳酸とポリD乳酸との混合物を溶融紡糸した後、2段以上の多段延伸および熱セットをするに際し、多段延伸のうち少なくとも1段目の延伸温度が60〜150℃の範囲にあり、且つトータルの延伸倍率が4.0〜10.0倍であるとともに、熱セット温度が160〜230℃の範囲にあることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリ乳酸モノフィラメントの製造方法。 After melt spinning a mixture of poly-L lactic acid and poly-D lactic acid, when performing two-stage or more multi-stage stretching and heat setting, at least the first stage of the multi-stage stretching has a stretching temperature in the range of 60 to 150 ° C., The polylactic acid according to any one of claims 1 to 3, wherein the total draw ratio is 4.0 to 10.0 and the heat setting temperature is in the range of 160 to 230 ° C. Monofilament manufacturing method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009191411A (en) * 2008-02-15 2009-08-27 Teijin Fibers Ltd Polylactic acid twisted yarn, fabric, and textile product
JP2016094679A (en) * 2014-11-13 2016-05-26 ユニチカ株式会社 Polylactic acid monofilament
CN111996636A (en) * 2020-08-31 2020-11-27 浙江伟星实业发展股份有限公司 Yarn capable of realizing complete degradation, zipper cloth belt and zipper

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