JP3488312B2 - 生分解性複合モノフィラメントとその製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、優れた強度を有し、か
つ、生分解性の優れた生分解性複合モノフィラメントと
その製造法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、産業資材用のモノフィラメントと
しては、強度等の性能が優れとともに、耐候性に優れ、
長期にわたって使用可能なポリアミド、芳香族ポリエス
テル、ビニロン、ポリオレフィン等からなるものが使用
されていた。しかし、これらの繊維は耐候性が優れてい
るため、自然環境下に放置しても分解劣化が起こりにく
く、また、生分解性を有しないため、種々の公害や事故
を引き起こす原因になるという問題が生じていた。この
問題は、使用後、焼却、埋め立て、回収再生により処理
することによって解決されるが、これらの処理には多大
の費用や手間を要するために実際に処理することは困難
であり、使用されたモノフィラメントの大部分はこのよ
うな処理を施されていないのが現状である。

【０００３】そこで、上記の問題を解決する方法の一つ
として、生分解性ポリマーを原料として用いる方法、す
なわち、自然環境下において分解されてしまうポリマー
を原料として使用する方法が考えられる。しかし、生分
解性ポリマーは、汎用ポリマーに比べて融点が低い、得
られる繊維の糸質が要求を満足しない等の問題があっ
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、優れた強度
を有し、使用後は、自然環境下で速やかに分解される生
分解性複合モノフィラメントとその製造法を提供しよう
とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するために種々検討した結果、生分解速度の速
い海成分と生分解速度の遅い島成分とからなる特定の構
造の複合モノフィラメントとすることが有効であること
を見い出し、また、そのモノフィラメントを製造するの
に適切な条件を見出し、本発明に到達した。

【０００６】すなわち、本発明の要旨は、次のとおりで
ある。１．生分解速度の異なる２種の脂肪族ポリエステ
ルからなる複合モノフィラメントであって、生分解速度
の速い脂肪族ポリエステルＡからなる海成分中に生分解
速度の遅い脂肪族ポリエステルＢからなる複数個の島成
分が回転対称に配置された断面構造を有することを特徴
とする生分解性複合モノフィラメント。２．生分解速度
の速い脂肪族ポリエステルＡからなる海成分中に生分解
速度の遅い脂肪族ポリエステルＢからなる複数個の島成
分が回転対称に配置された断面構造を有する複合モノフ
ィラメントを溶融紡出し、脂肪族ポリエステルＡの結晶
化温度〜（結晶化温度−40℃) の温度の冷却浴中で冷却
し、得られた未延伸モノフィラメントに３〜６倍の延伸
倍率で第一段延伸を施し、次いで全延伸倍率が７倍以上
となるように第二段目以降の延伸を施すことを特徴とす
る生分解性複合モノフィラメントの製造法。

【０００７】以下、本発明について詳細に説明する。

【０００８】本発明のモノフィラメントは、図１に例示
するように、生分解速度の速い脂肪族ポリエステルＡか
らなる海成分中に生分解速度の遅い脂肪族ポリエステル
Ｂからなる複数個の島成分が回転対称に配置された断面
構造を有する。

【０００９】図１には島成分の断面形状が円形のものを
示したが、その形状は特に限定されるものではない。一
般に生分解速度はフィラメントの表面積が大きいほど速
くなるので、海成分が分解された後の島成分の分解速度
を制御する目的で島成分の形状を円形以外の楕円形、多
角形、Ｙ字形、星形等とすることもできる。しかし、モ
ノフィラメントの製造上、形態保持の容易性から円形断
面とするのが最も好ましい。ただし、海成分と島成分と
の溶融挙動の相違、複合位置等からの要因により製造段
階において、形状に若干のずれを生じても本発明の目的
とする糸質を十分に発揮できる。

【００１０】島成分の数は、モノフィラメントの繊径、
素材となる脂肪族ポリエステルの種類、紡糸条件、必要
とされる生分解性能等によって異なるが、３以上が好ま
しく、さらに好ましくは７以上である。島成分の数が３
より少ない場合は、モノフィラメント断面における円周
方向からの外力に対する糸質の斑が生じる。島成分の数
の上限は特に制限されないが、モノフィラメントの繊径
や製造上の問題から、21程度である。

【００１１】島成分は、回転対称に配置されていること
が必要である。すなわち、モノフィラメントの断面中心
から等距離にある島成分は、同じ大きさで、等間隔に配
置されていることが必要である。図１(a) で説明する
と、モノフィラメント断面中心から円周方向に等距離に
ある島成分B2〜B7は同じ大きさであり、かつ、等間隔に
配置されている。中心部の１個の島成分B1は、B2〜B7と
比較して大きく又は小さく構成することができる。図１
(b) のように複数の円周上に島成分を配置する場合は、
各円周上の島成分が同じ大きさで、かつ等間隔となるよ
うにする。

【００１２】複合比は、島成分の面積比率が５〜80％と
なるようにすることが望ましい。島成分の面積比率が５
％未満の場合は、島成分の性能がモノフィラメントの糸
質に反映されず、80％より多い場合は、逆に、海成分の
性能が発現されにくい。また、島成分の面積比率が大き
い場合、製造上の問題からモノフィラメント断面におい
て回転対称に島成分を複数個配置することが困難とな
る。

【００１３】上記のような構造にすることでモノフィラ
メントは、断面の円周方向からの外力に対する性質変化
が少なく、さらに、全体の性質が均一なる。

【００１４】本発明のモノフィラメントの海成分として
用いる生分解速度の速い脂肪族ポリエステルＡとして
は、ポリブチレンサクシネート成分含有量が65〜85モル
％で、ポリエチレンサクシネート成分、ポリブチレンア
ジペート成分、ポリブチレンセバケート成分等の共重合
成分を35〜15モル％含有する共重合ポリエステル及びポ
リ（ε−カプロラクトン) 、ポリ（β−プロピオラクト
ン) 等のポリ（ω−ヒドロキシアルカノエート) が好適
である。

【００１５】海成分としてポリブチレンサクシネート系
共重合体を用いる場合、共重合成分含有量が35モル％よ
り多いと結晶化能力が低くて製糸性が悪く、逆に15モル
％未満であると十分な生分解速度を示さず、また、柔軟
性が乏しく好ましくない。

【００１６】島成分として用いる生分解速度の遅い脂肪
族ポリエステルＢとしては、ポリブチレンサクシネート
成分含有量が85〜100 モル％のポリエステルが好適であ
る。これを用いることによって優れた強度を発現させる
ことができる。共重合成分含有量が15モル％より多いと
モノフィラメントの強度が低くなるとともに、生分解速
度が速くなりすぎる。

【００１７】なお、海成分、島成分ともポリブチレンサ
クシネート系重合体を用いる場合、両成分のポリブチレ
ンサクシネート成分含有量の差が５モル％以上となるよ
うにすることが望ましく、この差があまり小さいと生分
解速度に差が小さくなり、本発明の目的を達成すること
ができない。

【００１８】また、加工性や柔軟性を向上させる目的で
可塑剤を含有させることも可能であり、特に島成分に可
塑剤を添加すると製糸過程での加工性が向上し、海成分
に可塑剤を添加すると柔軟性の向上が図れる。可塑剤と
してはトリアセチン、脂肪族エステル等を用いることが
できる。可塑剤を含有させる場合、その添加量は、５重
量％以下とすることが好ましく、５重量％より多く添加
すると溶融粘度の低下が顕著となり、製糸性が悪化す
る。

【００１９】さらに、製糸性向上の目的で、タルク、シ
リカ、二酸化チタン、炭酸カルシウム、アルミナ等の無
機系結晶核剤を含有させることも可能である。

【００２０】次に、本発明のモノフィラメントの製造法
について説明する。まず、通常の溶融紡糸法によって海
島型複合モノフィラメントを紡出する。溶融紡糸温度
は、各成分に使用するポリマーの融点、溶融粘度等によ
って異なるが、 140〜280 ℃とすることが好ましい。紡
糸温度が 140℃より低いとポリマーの完全溶融及び定量
押し出しが困難であり、 280℃より高温にするとポリマ
ーの熱分解が起こり、目的の糸質を示すモノフィラメン
トを得ることが困難となる。

【００２１】紡出された複合モノフィラメントは、脂肪
族ポリエステルＡの結晶化温度〜（結晶化温度−40℃)
の温度の液体冷却浴中で冷却される。冷却温度が高すぎ
ると得られる未延伸モノフィラメントの冷却固化及び結
晶化が不十分となり、引き取りが困難となる。一方、冷
却温度が低すぎると過冷却となり、未延伸モノフィラメ
ント中に歪みによるボイドが発生したり、結晶化が十分
に進行しないため、延伸工程において糸切れや融解等の
問題を引き起こす。冷却浴に用いる液体としては、水、
エチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセ
リン、シリコーンオイル等を使用することができるが、
作業性の問題、モノフィラメントの付着液体の除去の問
題及び液体が未延伸モノフィラメントに与える抵抗等の
点から、水を用いるのが最も好ましい。

【００２２】次いで、冷却された未延伸モノフィラメン
トは、一旦巻き取った後又は巻き取ることなく延伸され
る。延伸は、延伸点の移動を起こさない30〜95℃の温度
の液体浴中で３〜６倍の第一段延伸を行い、続いて第一
段延伸より高温の90〜250 ℃の温度の液体又は気体中で
全延伸倍率が７倍以上となるように二段目以降の延伸を
行うことが必要である。第一段延伸倍率が３倍より少な
いと延伸斑が起こり、満足な糸質を示すモノフィラメン
トを得ることが困難であり、６倍より高いと塑性変形に
分子配向が対応できなくなり、ボイドの発生や糸切れ等
の問題を引き起こす。第一段延伸温度が30℃より低い温
度であると未延伸モノフィラメントへの熱処理が不十分
になる結果、良好な延伸を行うことが困難であり、95℃
より高い温度であると未延伸モノフィラメントの融解等
の問題が起こったり、作業性が悪化したりする。第一段
延伸の液体浴としては、冷却浴と同様なものを使用する
ことができるが、高温での熱延伸を行わないこと、付着
液体の除去の問題、延伸工程でのモノフィラメントに対
する抵抗力の問題等から水を用いることが最も好まし
い。第二段目以降の延伸には第一段目延伸と同様な液体
浴又はオーブンヒーターや加熱ローラを用いた気体中で
の延伸を行うことが可能である。その延伸温度が90℃よ
り低い温度であると熱不足のため良好な延伸を行うこと
が困難であり、 250℃より高い温度であるとポリマーの
熱分解等を引き起こし、満足な糸質を示すモノフィラメ
ントを得ることが困難となる。全延伸倍率が７倍より低
いと強度の優れたモノフィラメントを得ることが困難で
ある。

【００２３】また、延伸後、 100〜300 ℃の気体中で20
％以下の弛緩率で弛緩熱処理を行うことも好ましい。弛
緩熱処理の温度が 100℃より低いとフィラメントに対す
る熱処理効果が不十分となりやすく、 300℃より高くす
るとモノフィラメント表面からのポリマーの熱分解が起
こり、目標とする性能を示すモノフィラメントが得られ
ない。また、20％を超える弛緩率で弛緩熱処理すると糸
のたるみが発生し、操業性が悪いとともに、目標の糸質
を示すモノフィラメントを得ることが困難である。

【００２４】

【作用】本発明のモノフィラメントは、生分解速度の速
い海成分中に生分解速度の遅い複数個の島成分が回転対
称に配置された断面構造を有するため、通常の芯鞘型複
合モノフィラメントと比較して、モノフィラメント内部
領域まで存在する海成分の生分解がより速く進行し、生
分解速度の遅い島成分は複数の繊径の小さいフィラメン
トとして残留する。このモノフィラメントに外部応力を
与えた時、残留した島成分に応力集中が起こるため、分
解されていないモノフィラメントと比較して強度が小さ
くなる。そして、残留した島成分は表面積が増加するこ
とにより生分解が加速されるため、モノフィラメント全
体の生分解速度が速くなる。また、繊維軸と平行方向に
強度保持を担う複数個の島成分の層が連続して存在して
いるため、モノフィラメントが優れた強度を示す。

【００２５】

【実施例】次に、実施例によって本発明を具体的に説明
する。なお、特性値は次の測定法により決定した。 (1) 強度 JIS L 1013に準じて測定した。 (2) 結晶化温度（Ｔｃ） パーキンエルマー社製 DSC-7型示差走査型熱量計で、窒
素雰囲気下、降温速度20℃／分の条件で測定した。 (3) 強力保持率（生分解性） 長さ10ｍのモノフィラメントを直径約５cmのかせ状に
し、６カ月間土中に埋設した後の強力を測定し、未処理
モノフィラメントの強力に対する強力保持率を求めた。
（強力保持率「０％」は、埋設後のモノフィラメントが
非常に弱く、強力の測定が不能であったことを示す。）

【００２６】実施例１ ポリエチレンサクシネート成分を30モル％共重合した数
平均分子量40,000のポリブチレンサクシネート共重合体
（Ｔｃ＝30℃) を海成分に、ポリエチレンサクシネート
成分を10モル％共重合した数平均分子量50,000のポリブ
チレンサクシネート共重合体を島成分として用い、各成
分をそれぞれ 160℃及び 165℃で溶融し、島成分の数が
７、面積比率が35％の図１(a) に示した断面形状の複合
モノフィラメントを紡出し、20℃の水浴を用いて冷却
し、未延伸モノフィラメントを引き取った。この未延伸
モノフィラメントに、65℃の温水浴中で延伸倍率(DR₁)
5.5倍で第一段目延伸を施し、引き続いて、 120℃のオ
ーブンヒーター中で全延伸倍率(TDR)が 7.5倍となるよ
うに第二段目の延伸を施し、さらに、 125℃のオーブン
ヒーター中で弛緩率５％の弛緩熱処理を施して、巻き取
った。

【００２７】実施例２ 海成分に数平均分子量80,000のポリ（ε−カプロラクト
ン) （Ｔｃ＝20℃) を用い、紡出糸条の冷却温度を15℃
とした以外は、実施例１と同様にしてモノフィラメント
を得た。

【００２８】実施例３ 海成分にポリブチレンアジペート成分を30モル％共重合
した数平均分子量40,000のポリブチレンサクシネート共
重合体（Ｔｃ＝25℃) を用い、紡出糸条の冷却温度を15
℃とした以外は、実施例１と同様にしてモノフィラメン
トを得た。

【００２９】実施例４ 海成分にポリブチレンセバケート成分を30モル％共重合
した数平均分子量40,000のポリブチレンサクシネート共
重合体（Ｔｃ＝25℃) を用い、紡出糸条の冷却温度を15
℃とした以外は、実施例１と同様にしてモノフィラメン
トを得た。

【００３０】実施例５ 島成分に数平均分子量50,000のポリブチレンサクシネー
トの単一重合体を用いた以外は、実施例１と同様にして
モノフィラメントを得た。

【００３１】実施例６ 断面形態を図１の（c)のように変更し、島成分の面積比
率を20％とした以外は、実施例１と同様にしてモノフィ
ラメントを得た。

【００３２】比較例１ ポリエチレンサクシネート成分を30モル％共重合した数
平均分子量40,000のポリブチレンサクシネート共重合体
のみを用い、実施例１と同様な条件で製糸し、単層モノ
フィラメントをを得た。

【００３３】比較例２ ポリエチレンサクシネート成分を10モル％共重合した数
平均分子量50,000のポリブチレンサクシネート共重合体
（Ｔｃ＝55℃) のみを用い、実施例１と同様な条件で製
糸し、単層モノフィラメントをを得た。

【００３４】比較例３ 実施例１における海成分用共重合体を鞘成分とし、実施
例１における島成分用共重合体を芯成分として用い、複
合面積比が２／１の鞘芯二層複合モノフィラメントを得
た。この際、DR₁ を 5.8倍、TDR を 7.8倍とした以外
は、実施例１と同様な製糸条件を採用した。

【００３５】上記の実施例及び比較例で得られたモノフ
ィラメントの強度及び強力保持率（生分解性）を表１に
示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、優れた強度を有し、使
用後は、自然環境下で速やかに分解される生分解性複合
モノフィラメントが提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のモノフィラメントの具体例の断面模式
図である。

【符号の説明】

Ａ 海成分 Ｂ 島成分

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−93316（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−207324（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−278965（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−144127（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−151129（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) D01F 8/14

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 生分解速度の異なる２種の脂肪族ポリエ
   ステルからなる複合モノフィラメントであって、生分解
   速度の速い脂肪族ポリエステルＡからなる海成分中に生
   分解速度の遅い脂肪族ポリエステルＢからなる複数個の
   島成分が回転対称に配置された断面構造を有することを
   特徴とする生分解性複合モノフィラメント。
2. 【請求項２】 脂肪族ポリエステルＡがポリブチレンサ
   クシネート成分含有量65〜85モル％のポリエステル、脂
   肪族ポリエステルＢがポリブチレンサクシネート成分含
   有量85〜100 モル％のポリエステルであり、両ポリエス
   テルのポリブチレンサクシネート成分含有量の差が５モ
   ル％以上である請求項１記載の生分解性複合モノフィラ
   メント。
3. 【請求項３】 脂肪族ポリエステルＡがポリ（ω−ヒド
   キシアルカノエート）、脂肪族ポリエステルＢがポリブ
   チレンサクシネート成分含有量85〜100 モル％のポリエ
   ステルである請求項１記載の生分解性複合モノフィラメ
   ント。
4. 【請求項４】 生分解速度の速い脂肪族ポリエステルＡ
   からなる海成分中に生分解速度の遅い脂肪族ポリエステ
   ルＢからなる複数個の島成分が回転対称に配置された断
   面構造を有する複合モノフィラメントを溶融紡出し、脂
   肪族ポリエステルＡの結晶化温度〜（結晶化温度−40
   ℃) の温度の冷却浴中で冷却し、得られた未延伸モノフ
   ィラメントに３〜６倍の延伸倍率で第一段延伸を施し、
   次いで全延伸倍率が７倍以上となるように第二段目以降
   の延伸を施すことを特徴とする生分解性複合モノフィラ
   メントの製造法。