JP3109768B2 - 分解性複合繊維 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、分解性ポリエステルか
らなる複合繊維に関する。

【０００２】

【従来技術】近年、プラスチックなどの化学品や紙おむ
つなど使い捨ての衛生材料の廃棄物は処理能力を上回る
ペースで増加し、地球環境的な観点からその処理の問題
が取り沙汰されるようになり、様々な方面からの解決策
が試みられてきている。その一面として成形品や繊維の
原料ポリマーとして生物分解性の素材を使用することが
提案されている。例えば、特開昭４８−９６６３３号公
報にはポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、
ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルなどの
熱可塑性重合体に対してスターチ、マンニット、ラクト
ース、セルロース、リグニン、カルボキシメチルセルロ
ース、カゼインなどの微生物の栄養源になる有機物質を
４０重量％以上配合した組成物を成形品にし、該成形品
を微生物、黴、ゴキブリ等の生物により摂取分解させる
ことが提案されている。また、特開平４−１４６２１７
号公報にはポリエチレンと澱粉からなる生分解性繊維が
提案されている。さらに、特定の微生物によって産生さ
れる生分解性の共重合ポリエステルを溶融成形してシャ
ンプーの容器とする試みも最近なされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭４８−９６６３３号公報などに記載されている澱粉
を含む組成物を繊維化し衛生材料や衣料用に供するには
以下のような種々の不都合な点が存在している。 （１）澱粉と混合される相手のポリマーがポリエチレン
テレフタレートのような高融点のものである場合、澱粉
等の分解に伴う繊維の着色が生じる。 （２）澱粉粒子が繊維中に分散しにくいため紡糸断糸が
生じる。 （３）澱粉を多量に添加しているので所望の強度を達成
することが困難であるばかりか繊維製品としての風合が
不良である。 また、澱粉を含まない上記の共重合ポリエステルのよう
な場合でも該ポリエステル単独からなる繊維は十分な繊
維物性を有していないので繊維製品として実用的なもの
を製造することは困難であった。このように、従来公知
の分解性ポリマーを単に繊維化しても、衛生材料や衣料
用繊維として通常求められる繊維物性や品質（例えば、
着色がない）を備えたものを生産性よく得ることはでき
ないのが現状であり、一方、合成繊維の業界で汎用され
てきたポリエチレンテレフタレート系繊維に分解性を付
与しようとする試みもなされていないのが現状である。
本発明の目的は、従来の衣料用または衛材用ポリエステ
ル繊維が有する程度の物性や品質を持ち、しかも廃棄後
には経時的に分解して環境に対する悪影響の少ない繊維
を提供しようとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、生
分解性脂肪族ポリエステルを３０重量％含有するポリマ
ーを鞘成分とし、無機微粒子を２重量％以上含むエチレ
ンテレフタレート系ポリエステルを芯成分とし、鞘成分
と芯成分が重量比（鞘／芯）で８／２〜４／６で複合さ
れており、少なくとも芯成分にボイドが存在することを
特徴とする分解性複合繊維である。

【０００５】本発明の複合繊維の鞘成分には、生分解性
の脂肪族ポリエステルが３０重量％以上、好ましくは５
０重量％以上、さらに好ましくは７０重量％以上含有さ
れていることが必要である。該ポリエステルの含有量が
３０重量％未満の場合は、廃棄後の繊維の分解が遅く、
難分解性または非分解性のポリマーが多く残るため分解
という点では実用的な繊維とはならない。ここで、「生
分解性」というのは、微生物等の生物によって摂取・分
解され得ることを意味するものであり、このようなポリ
エステルとしては、例えば、３−ヒドロキシブチレート
単位と３−ヒドロキシバリレート単位とからなる共重合
ポリエステル、３−ヒドロキシブチレート単位と５−ヒ
ドロキシバリレート単位とからなる共重合ポリエステ
ル、３−ヒドロキシブチレート単位と４−ヒドロキシブ
チレート単位とからなる共重合ポリエステル、３−ヒド
ロキシブチレート単位と４−ヒドロキシブチレート単位
と３−ヒドロキシバリレート単位とからなる共重合ポリ
エステル等が挙げられる。特に、３−ヒドロキシバリレ
ート単位が０〜３０％である３−ヒドロキシブチレート
単位と３−ヒドロキシバリレート単位とからなる共重合
ポリエステルは「Ｂｉｏｐｏｌ」としてＩＣＩ社から入
手可能である。これらのポリエステルは水素細菌（アル
カリゲネスユートロファス（Alcaligenes eutrophu
s））による糖発酵で得られるものである。

【０００６】また、本発明においては、鞘成分の融点ま
たは軟化点を１８０℃以下１００℃以上とし、鞘成分を
熱融着成分として複合繊維を熱バインダー繊維として使
用することが好ましい。この融点または軟化点は、例え
ば、上記ポリエステルの共重合成分の組成割合を変更す
ることにより適宜コントロールすることができる。そし
て、本発明の複合繊維とセルロース繊維とを混綿して不
織布となし、鞘成分による繊維間の熱接着により形態保
持された不織布繊維製品は、使用中は良好な強度物性等
を有しているが、廃棄後は繊維間の固定点である脂肪族
ポリエステルが微生物によって分解されるのでその製品
形態を容易に破壊することができ、化学的および物理的
分解が促進されるので好ましい。

【０００７】本発明の複合繊維の芯成分は無機微粒子を
２重量％以上含むエチレンテレフタレート系ポリエステ
ルであることが重要である。該無機微粒子は紫外線を吸
収して活性化されるものが好ましく、例えば、二酸化チ
タン、酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化ジルコニウム等の
金属酸化物微粒子を使用することが可能である。かかる
微粒子は自然光の中の紫外線を吸収し活性化され、その
エネルギーによりポリエステルの分解がおこり、芯成分
を経時的に分解させる働きを有するものであり、本発明
においては無機微粒子として特に二酸化チタンが好まし
く使用される。また、無機微粒子の平均粒径は特に限定
されないが、大きすぎると紡糸時フィルター詰まりが生
じやすく、また、小さすぎても凝集によりやはりフィル
ター詰まりの原因となるので、好ましくは０．０２〜２
μｍ、特に０．０３〜０．８μｍ程度の微粒子が使用さ
れる。

【０００８】さらに、無機微粒子を含有するポリエステ
ル繊維は延伸時に粒子とポリマーとの界面で剥離が生じ
ボイドが発生しやすい。ボイドの存在は繊維の物性およ
び発色性に影響を及ぼすので通常の衣料用途においては
ボイドが発生しないように配慮されてきた。しかし、本
発明においては、敢えてボイドを発生させて繊維の内部
構造を多孔化しておくことにより、無機微粒子によるポ
リエステルの化学的な分解とともに、物理的な分解をも
早めることに特徴がある。無機微粒子の含有量が芯成分
中に２重量％未満であると上記のような分解の効果が十
分期待できないので好ましくは３重量％以上含有させる
ことが望まれる。添加量が多いほどボイドの数も増える
ので分解促進効果が大きいが、ポリエステルの生産性、
成形性や商品を形成する過程の加工性あるいは成形体の
性能の点から５０重量％以下であることが望ましい。

【０００９】本発明においては、効果を損なわない範
囲、即ち繊維の着色や繊維物性に悪影響が出ない程度で
芯成分に澱粉、マンニット、ラクトース、セルロース、
リグニン、カルボキシメチルセルロース、カゼインなど
微生物の栄養源になる有機物質を配合してもよい。この
ような有機物質を配合する場合、芯成分のボイドが多い
ほど微生物による分解が促進されるので好ましい。この
ように本発明においてはボイドが効果的に作用するた
め、該有機物質は従来のように４０重量％以上という多
量配合する必要がなく、１５重量％以下、特に１０重量
％以下という少量で満足できる結果が得られると同時に
配合量を少量とすることにより紡糸時の着色や繊維物性
の低下を最小限に抑えることができるものである。

【００１０】芯成分のポリエステルはエチレンテレフタ
レート系のポリエステルであれば、ホモポリエステルで
あっても共重合ポリエステルであってもよい。共重合成
分としては、例えば、イソフタル酸、５−金属スルフォ
イソフタル酸、ナフタリン−２，６−ジカルボン酸、フ
タール酸、α，β−（４−カルボキシフェノキシ）エタ
ンなどの芳香族ジカルボン酸、アジピン酸、セバチン酸
などの脂肪族ジカルボン酸、プロピレングリコール、ジ
エチレングリコール、１，４−ブタンジオール、ネオペ
ンチルグリコール、ヘキサンジオール、シクロヘキサン
ジメタノール、ペンタエリスリトール、ポリエチレング
リコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチ
レングリコールなどのポリオール化合物が使用できる。

【００１１】特に、本発明においてはポリエステルとし
て、ジエチレングリコール、ポリアルキレングリコール
等をポリエステル中に導入したものを用いると芯成分の
分解性をさらに向上させることができるので好ましい。
この時、ポリエステルの主鎖を形成するエーテル結合数
がエステル結合数の１０％以上、さらには２０％以上含
有されていることが好ましい。１０％未満では分解性に
大きく寄与せずエーテル結合を導入したことの意義がな
くなる。また、上限については、特に制限はないが、ポ
リエステルの生産性、成形性あるいは基本的性能から考
えると通常は５０％以下であることが望まれる。また、
ここで「導入する」とは積極的に共重合したり、溶融成
形時に混練したりすることは当然であるが、ポリエステ
ル製造過程で生じるジエチレングリコール成分も共重合
した場合と同様な効果を持つものである。また、ポリエ
チレングリコール等のポリアルキレングリコールについ
ては共重合でなくブレンドしたものでも効果を有する。
なお、結合数の比率については、赤外吸収スペクトルや
核磁気共鳴スペクトルによる測定が可能である。さら
に、本発明においては、芯成分にも鞘成分に使用する生
分解性の脂肪族ポリエステルを少量、好ましくは芯成分
に対して５０％重量以下配合すると分解がさらに促進さ
れるので好ましい。

【００１２】本発明においては、上記鞘成分と芯成分と
が重量比（鞘／芯）で８／２〜４／６で複合されている
ことが必要である。該比が８／２を越えると繊維の耐熱
性が低下するので好ましくなく、また４／６未満では分
解性が十分に発揮されにくいものとなる。

【００１３】本発明の複合繊維は、従来公知の芯鞘型複
合繊維の製造装置を使用して従来公知の方法で製造する
ことが可能であり、長短両繊維の製法に適用可能であ
る。無機微粒子の添加時期はポリエステルの重合終了ま
での段階で添加しておくことが好ましい。特に、本発明
においては無機微粒子の配合により延伸時ボイドを発生
させることが好ましいので、延伸倍率としては３．５倍
以上、特に３．８倍以上とすることが望まれる。また、
単繊維繊度は特に限定されないが１〜３０デニール程度
で用途によって変更することができる。繊維の断面形状
は円形以外の各種異型断面であってもよい。さらに、本
発明の複合繊維には、必要に応じて各種添加剤を配合し
てもよく、例えば、紫外線吸収剤、難燃剤、着色剤、芳
香剤等を含有していてもよい。

【００１４】本発明の複合繊維は、単独または他の繊維
と併用して常法に従い各種繊維製品とすることができ、
使用・廃棄後は自然環境下において微生物や紫外線によ
り自己分解するので繁雑な後処理を必要とせず、ティッ
シュペーパー、合成紙、農業用シート、土木用シート、
衛材の表面材や各種使い捨ての繊維製品に広く利用する
ことが可能である。併用する他の繊維としては天然繊
維、再生繊維、合成繊維など特に限定されないが、セル
ロース系繊維や分解を有する合成繊維を使用することが
望ましい。

【００１５】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明は何等これらに限定されるものではない。

【００１６】実施例１ 鞘成分ポリマーとして、発酵法によって合成された３−
ヒドロキシブチレート単位（３−ＨＢ）と３−ヒドロキ
シバリレート単位（３−ＨＶ）とからなる共重合ポリエ
ステル（モル比、３−ＨＢ：３−ＨＶ＝２５：７５、
「バイオポール」ＩＣＩ社製）を用い、芯成分ポリマー
として平均粒径が０．３μｍの二酸化チタン微粒子を
３．５重量％含有し、〔η〕が０．６５であるポリエチ
レンテレフタレートを用いて、芯鞘重量比を５０対５０
にし、紡糸温度２８０℃、吐出量５２０ｇ／分、巻取速
度７００ｍ／分にて丸断面の原糸を得た。この原糸を浴
温７０−９０℃にて４倍に延伸し、捲縮付与、熱固定、
切断を行なって、単繊維繊度２．２デニール繊維長５１
mmの複合繊維ステープルを製造した。該ステープルの断
面を電子顕微鏡で観察したところ、芯成分において多数
のボイドの存在が認められた。このステープル５０重量
％とレーヨン５０重量％を混綿したものを用いてローラ
ーカードによりウェブを作成し、共重合ポリエステルの
融点よりも１０℃以上高い温度で熱処理を施して不織布
を製造した。得られた不織布は実用上問題のない物性を
有するものであった。また、該不織布を１か月間、日当
たりのよい場所に放置後４か月間土中に埋めて観察した
ところ、不織布形態の保持が困難なほどに分解が進行し
ていた。

【００１７】実施例２ 鞘成分ポリマーとして、実施例１で使用した共重合ポリ
エステル６０重量％と〔η〕が０．８６のポリヘキサメ
チレンテレフタレート４０重量％との混合物を用い、芯
成分ポリマーとして平均粒径が０．４μｍの酸化亜鉛微
粒子を２．８重量％含有し、〔η〕が０．６５であるポ
リエチレンテレフタレートを用いて、芯鞘重量比を４０
対６０にし、実施例１と同様にして複合繊維ステープル
を製造した。該ステープルの断面は、芯成分において多
数のボイドの存在が認められた。さらに、該ステープル
５０重量％とレーヨン５０重量％を混綿したものを用い
てローラーカードによりウェブを作成し、共重合ポリエ
ステルの融点よりも１０℃以上高い温度で熱処理を施し
て不織布を製造した。得られた不織布は実用上問題のな
い物性を有するものであった。また、該不織布を１か月
間、日当たりのよい場所に放置後４か月間土中に埋めて
観察したところ、実施例１に比べやや劣るものの、不織
布形態の保持が困難なほどに分解が進行していた。

【００１８】実施例３ 鞘成分ポリマーとして、発酵法によって合成された４−
ヒドロキシブチレート単位（４−ＨＢ）と３−ヒドロキ
シバリレート単位（３−ＨＶ）とからなる共重合ポリエ
ステル（モル比、４−ＨＢ：３−ＨＶ＝３０：７０）を
用い、芯成分ポリマーとして平均粒径が０．３μｍの二
酸化チタン微粒子を４．０重量％含有し、分子量２００
０のポリエチレングリコールを１０重量％共重合した
〔η〕０．８１の共重合ポリエチレンテレフタレートを
用いて、芯鞘重量比を５０対５０にし、実施例１と同様
にして複合繊維ステープルを製造した。該ステープルの
断面は、芯成分において多数のボイドの存在が認められ
た。このステープル５０重量％とレーヨン５０重量％を
混綿したものを用いてローラーカードによりウェブを作
成し、共重合ポリエステルの融点よりも１０℃以上高い
温度で熱処理を施して不織布を製造した。得られた不織
布は実用上問題のない物性を有するものであった。ま
た、該不織布を１か月間、日当たりのよい場所に放置後
４か月間土中に埋めて観察したところ、実施例１の不織
布に比べ明らかに分解が進行していた。

【００１９】比較例１ 鞘成分ポリマーとして、イソフタル酸を３０モル％共重
合したポリエチレンテレフタレートを用い、芯成分ポリ
マーとして平均粒径が０．３μｍの二酸化チタン微粒子
を２．５重量％含有し、〔η〕が０．６５であるポリエ
チレンテレフタレートを用いて、芯鞘重量比を５０対５
０にし、実施例１と同様にして複合繊維ステープルを製
造した。このステープル５０重量％とレーヨン５０重量
％を混綿したものを用いてローラーカードによりウェブ
を作成し、共重合ポリエステルの融点よりも１０℃以上
高い温度で熱処理を施して不織布を製造した。得られた
不織布は実用上問題のない物性を有するものであった。
しかし、該不織布を１か月間、日当たりのよい場所に放
置後４か月間土中に埋めて観察したところ、該不織布は
殆ど分解が起こっていなかった。

【００２０】比較例２ 鞘成分ポリマーとして、実施例１と同じポリエステルを
用い、芯成分ポリマーとして平均粒径が０．４μｍの酸
化亜鉛微粒子を３．０重量％含有し、〔η〕が０．６５
であるポリエチレンテレフタレートを用いて、芯鞘重量
比を１０対９０にし、実施例１と同様にして複合繊維ス
テープルを製造した。このステープル５０重量％とレー
ヨン５０重量％を混綿したものを用いてローラーカード
によりウェブを作成し、共重合ポリエステルの融点より
も１０℃以上高い温度で熱処理を施して不織布を製造し
た。得られた不織布は１か月間、日当たりのよい場所に
放置後４か月間土中に埋めて観察したところ、不織布形
態の保持が困難なほどに分解が進行しており分解性の面
では問題なかったが、不織布物性が劣っており、実用性
に問題があった。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 生分解性脂肪族ポリエステルを３０重量
   ％含有するポリマーを鞘成分とし、無機微粒子を２重量
   ％以上含有するエチレンテレフタレート系ポリエステル
   を芯成分とし、鞘成分と芯成分が重量比（鞘／芯）で８
   ／２〜４／６で複合されており、少なくとも芯成分にボ
   イドが存在することを特徴とする分解性複合繊維。