JP3554617B2 - 吸放湿性を有する生分解性複合繊維とその製造法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、天然繊維の木綿並みの吸水性と吸放湿性を有し、かつ糸質性能に優れた生分解性複合繊維とその製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
昨今、高付加価値の衣料用繊維として、従来の吸水、吸湿性繊維の代表例である木綿に相当するあるいは木綿以上の吸水、吸湿性を有する繊維の要望が極めて高い。その特性としては、吸水、吸湿性はもちろんのこと、放湿性も要求されている。
【０００３】
本発明者らは、先に、ポリエチレンオキサイドの架橋物からなる熱可塑性吸水樹脂を芯成分とし、通常のポリエステル又はポリアミドを鞘成分とした吸放湿性を有する複合繊維を提案した （特願平７− ２０１５２号） 。しかし、通常のポリエステルやポリアミドの紡糸温度は、ポリエチレンオキサイドの架橋物の分解点に近いため、溶融紡糸時にポリマーが分解して、繊維が着色したり、単糸切れや単糸の飛び出し等が発生し、操業上が悪いという問題があった。また、この複合繊維は、化学的に安定であり、廃棄物を埋め立て処理する場合、土中で長期間にわたって元のまま残るという問題もあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、天然繊維の木綿並みの吸水性と吸放湿性を有し、糸質性能に優れた生分解性複合繊維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】
本発明は、上記課題を解決するもので、その要旨は、次の通りである。
１．芯成分がポリエチレンオキサイドの架橋物からなる熱可塑性吸水性樹脂もしくはこれを主体とする熱可塑性樹脂、鞘成分が生分解性脂肪族ポリエステル樹脂で構成された芯鞘型複合繊維であって、芯／鞘複合重量比が１０／９０〜４０／６０であることを特徴とする吸放湿性を有する生分解性複合繊維。
２．前項記載の複合繊維を製造するに際し、下記 （１）〜（２） 式を満足する紡糸温度で溶融紡出し、紡出糸条を冷却後、一旦巻き取った後又は巻き取ることなく連続して延伸することを特徴とする複合繊維の製造法。
Ｔｍ＋４０≦Ｔ≦Ｔｍ＋１５０ （１）
Ｔ≦３００ （２）
ここで、Ｔは紡糸温度（℃）、Ｔｍは鞘成分のポリエステル樹脂の融点（℃）を示す。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に本発明について詳細に説明する。
本発明において芯成分として用いられるポリチレンオキサイドの架橋物からなる熱可塑性吸水性樹脂としては、高分子量のポリチレンオキサイドをイソシアネートで架橋させたものやポリチレンオキサイドとジオールをイソシアネートで架橋させたものが挙げられる。このようなポリチレンオキサイドの架橋物からなる熱可塑性吸水性樹脂は、例えば、住友精化社から「アクアコーク」、明成化学社から「アクアプレーン」の商品名で市販されている。
【０００７】
なお、芯成分は、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリ−Ｎ−ビニルピロリドン、ポリアクリル酸及びその共重合体、ポリメタクリル酸及びその共重合体、ポリビニルアルコールの共重合体等の熱可塑性樹脂を本発明の効果を阻害しない範囲で含有していてもよい。
【０００８】
一方、鞘成分としては、生分解性脂肪族ポリエステル樹脂が用いられる。具体的には、ポリブチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネートとポリエチレンサクシネートとの共重合体、ポリブチレンサクシネートとポリブチレンアジペートとの共重合体及びポリ乳酸が、適度の融点を有し、製糸性が良好である点で好ましく用いられる。これらの他、ポリ（ε−カプロラクトン）、ポリ−３−ヒドロキシブチレートとポリ−３−ヒドロキシバリレートとの共重合体、ポリ−３−ヒドロキシブチレートとポリ−４−ヒドロキシブチレートとの共重合体等を使用することもできる。
【０００９】
生分解性脂肪族ポリエステル樹脂は、数平均分子量が２０，０００以上、好ましくは４０，０００以上、さらに好ましくは６０，０００以上のものが製糸性及び得られる糸条の特性の点で好ましい。また、重合度を高めるために少量のジイソシアネートやテトラカルボン酸二無水物等で鎖延長したものでもよい。
【００１０】
本発明の繊維は、芯鞘型の複合構造を有することが必要である。芯成分用の重合体は単独では、製糸が困難であり、仮に製糸できても実用に供し得る強伸度特性を有する繊維は得られない。一方、鞘成分用の重合体を単独で製糸しても吸水性と吸放湿性を有する繊維は得られない。また、芯成分用の重合体が繊維表面に露出した複合構造とすると、溶融紡出した糸条の冷却性が悪く、単糸の密着等が発生し、製糸性が悪いとともに、繊維物性が劣ったものとなる。
【００１１】
本発明の芯鞘構造にすることにより、鞘成分によって製糸性や糸質性能が向上し、鞘成分によって吸水性と吸放湿性が付与され、製糸性良く、吸水性と吸放湿性を有する糸質性能に優れた生分解性繊維が得られる。なお、本発明の複合繊維は、多芯芯鞘構造となっていてもよい。
【００１２】
また、本発明の複合繊維は、芯／鞘複合重量比が１０／９０〜４０／６０であることが必要である。この範囲よりも芯成分の割合が大きいと、吸水性及び吸放湿性は優れるものの、繊維の強度が低下し、製糸性も悪くなるため、好ましくない。また、芯成分の割合が上記の範囲よりも小さいと、製糸性は向上するものの、吸水性及び吸放湿性が低下するとともに、繊維の断面形状が安定せず、好ましくない。
【００１３】
複合繊維の断面形状は、特に限定されず、円形断面の他、多葉断面、扁平断面等の異形断面でもよい。
【００１４】
次に、本発明の複合繊維の製造法について説明する。
まず、芯鞘複合繊維用の紡糸口金を用いて、前記芯成分用重合体及び鞘成分用重合体を複合紡糸するが、その際の紡糸温度を前記 （１）〜（２） 式を満たす範囲とすることが必要である。紡糸温度が （１）式及び （２）式で規定される値よりも高くなると、紡出糸条が冷却され難くなり、単糸が密着してしまい、好ましくない。また、紡糸温度が （１）式で規定される値よりも低くなると重合体が十分に溶融せず、製糸性が著しく劣るため、好ましくない。
【００１５】
鞘成分の脂肪族ポリエステルは、低融点ものが多く、前記 （１）〜（２） 式を満たす範囲の温度で溶融紡糸することにより、分解開始温度の低い熱可塑性吸水性樹脂を熱分解させることなく、効率よく紡糸することができる。
【００１６】
溶融紡出糸条は、公知の冷却装置で冷却され、紡糸油剤が付与された後、引取りローラで未延伸糸として引き取られる。この未延伸糸は一旦巻き取った後あるいは巻き取ることなく連続して延伸される。
【００１７】
延伸は、１段又は２段以上の多段で行うことができ、延伸温度や延伸倍率は繊維を構成する重合体の種類や所望の強伸度特性等を考慮して適切に選定される。
【００１８】
本発明の繊維は、単糸繊度が １．５〜１０ｄ、特に２〜６ｄとなるようにすることが好ましい。単糸繊度が １．５ｄ未満であると溶融紡糸時の冷却性には優れるものの、製糸時の糸切れが多く、また、生産性が劣る等の問題がある。逆に、単糸繊度が１０ｄを超えると生産性は向上するものの、溶融紡糸時の冷却性に劣るため、好ましくない。
【００１９】
なお、本発明の繊維には、必要に応じて、艶消剤、顔料、光安定剤、熱安定剤、酸化防止剤等の各種添加剤を含有させることができる。
【００２０】
【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、測定、評価法は、次の通りである。
（ａ） メルトフローレート（ＭＦＲ）
ＪＩＳ Ｋ ７２１０の方法に準じて荷重２１６０ｇで測定した。
（ｂ） Ｔｍ
パーキンエルマ社製示差走査型熱量計 ＤＳＣ−２型を用い、試料重量を３ｍｇ、昇温速度を１０℃／分で測定して得た融解吸熱曲線の最大値を与える温度を融点とした。
（ｃ） 製糸性
１時間製糸を行い、その間の糸切れ、ローラへの単糸巻き付き等の状況により、○：良好、×：不良の２段階で評価した。
（ｄ） 強伸度
島津製作所製オートグラフ ＤＳＳ−５００ 型を用いて、試料長３０ｃｍ、つかみ間隔５ｃｍで、２０回／５ｃｍの撚りを加え、引張速度３０ｃｍ／分で伸長し、得られた切断時荷重値を単位太さ当たりに換算し、その平均値を繊維の強度とした。また、同時に得られた切断時伸長率の平均値を伸度とした。（測定回数２０回とし、平均値を求めた。）
（ｅ） 吸水能力
チップの状試料を温度２０℃、相対湿度６５％の雰囲気下で調湿して重量Ｃ_０ を測定した後、２０℃の水道水中に２０分間浸漬して取り出し、定性濾紙に挟んで脱水した後、重量Ｃを測定し、次式で吸水能力を求めた。
吸水能力（ｇ／ｇ）＝（Ｃ−Ｃ_０ ）／Ｃ_０
（ｅ） 吸放湿性
編物状の試料を温度 １０５℃で２時間乾燥して重量Ｗ_０ を測定し、その後、温度２５℃、相対湿度６０％の条件下で２時間調湿して重量Ｗ_１ を測定し、下記の式▲１▼で初期水分率Ｍ_０ を求める。次にこのサンプルを温度３４℃、相対湿度９０％の条件下で２４時間吸湿させた後、重量Ｗ_２ を測定し、水分率Ｍ_１ を下記の式▲２▼で求める。その後、このサンプルを引き続き温度２５℃、相対湿度６０％の条件下でさらに２４時間放置した後、重量Ｗ_３ を測定し、放湿後の水分率Ｍ_２ を下記の式▲３▼で求める。
Ｍ_０ （％）＝〔（Ｗ_１ −Ｗ_０）／Ｗ_０ 〕×１００ ▲１▼
Ｍ_１ （％）＝〔（Ｗ_２ −Ｗ_０）／Ｗ_０ 〕×１００ ▲２▼
Ｍ_２ （％）＝〔（Ｗ_３ −Ｗ_０）／Ｗ_０ 〕×１００ ▲３▼
（ｆ） 生分解性
得られた繊維を土中に埋設し、１、３、６、１２カ月後に掘り起こし、繊維の強度を測定し、埋設前の強度Ｔ_０ に対する埋設後の強度Ｔの比（強度保持率）を求めて評価した。
強度保持率（％）＝（Ｔ／Ｔ_０）×１００
【００２１】
実施例１
Ｔｍが １１４℃、 １９０℃でのＭＦＲが２５ｇ／１０分であるポリブチレンサクシネートを鞘成分、 ２５０℃でのＭＦＲが５０ｇ／１０分で、吸水能力が２８ｇ／ｇの「アクアコーク」を芯成分として、芯／鞘複合重量比２０／８０で同心円状の芯鞘複合繊維糸条を製造した。
この際、紡糸温度を １８０℃とし、２４孔の紡糸口金を使用し、溶融紡出した糸条に１５℃の空気を吹き付けて冷却し、油剤を付与した後、１５００ｍ／分の速度で未延伸糸を巻き取った。未延伸糸を延伸機に供給し、供給ローラと非加熱の延伸ローラとの間で ３．０倍に延伸し、繊度７５ｄ／２４ｆの糸条を得た。
製糸性の良否及び得られた糸条の特性値等を表１に示す。
【００２２】
実施例２
芯鞘複合重量比を１０／９０とした以外は実施例１とほぼ同様にして同心円状の芯鞘複合繊維糸条を製造した。
製糸性の良否及び得られた糸条の特性値等を表１に示す。
【００２３】
実施例３
芯鞘複合重量比を４０／６０とした以外は実施例１とほぼ同様にして同心円状の芯鞘複合繊維糸条を製造した。
製糸性の良否及び得られた糸条の特性値等を表１に示す。
【００２４】
実施例４
Ｔｍが １０８℃、 １９０℃でのＭＦＲが２５ｇ／１０分であるポリブチレンサクシネートとポリエチレンサクシネートとのモル比９０／１０の共重合体を鞘成分、実施例１同じ「アクアコーク」を芯成分として、芯／鞘複合重量比２０／８０の同心円状の芯鞘複合繊維糸条を製造した。
この際、紡糸温度を １７０℃とし、２４孔の紡糸口金を使用し、溶融紡出した糸条に１５℃の空気を吹き付けて冷却し、油剤を付与した後、１５００ｍ／分の速度で未延伸糸を巻き取った。未延伸糸を延伸機に供給し、供給ローラと非加熱の延伸ローラとの間で ３．２倍に延伸し、繊度７５ｄ／２４ｆの糸条を得た。
製糸性の良否及び得られた糸条の特性値等を表１に示す。
【００２５】
実施例５
Ｔｍが １０８℃、 １９０℃でのＭＦＲが２５ｇ／１０分であるポリブチレンサクシネートとポリブチレンアジペートとのモル比８０／２０の共重合体を鞘成分、実施例１と同じ「アクアコーク」を芯成分として、芯／鞘複合重量比２０／８０の同心円状の芯鞘複合繊維糸条を製造した。
この際、紡糸温度を １７０℃とし、２４孔の紡糸口金を使用し、溶融紡出した糸条に１５℃の空気を吹き付けて冷却し、油剤を付与した後、１５００ｍ／分の速度で未延伸糸を巻き取った。未延伸糸を延伸機に供給し、供給ローラと非加熱の延伸ローラとの間で ３．２倍に延伸し、繊度７５ｄ／２４ｆの糸条を得た。
製糸性の良否及び得られた糸条の特性値等を表１に示す。
【００２６】
実施例６
Ｔｍが １８０℃、 １９０℃でのＭＦＲが２５ｇ／１０分であるポリ−Ｌ−乳酸を鞘成分、実施例１と同じ「アクアコーク」を芯成分として、芯／鞘複合重量比２０／８０の同心円状の芯鞘複合繊維糸条を製造した。
この際、紡糸温度を ２４０℃とし、２４孔の紡糸口金を使用し、溶融紡出した糸条に１５℃の空気を吹き付けて冷却し、油剤を付与した後、１５００ｍ／分の速度で未延伸糸を巻き取った。未延伸糸を延伸機に供給し、供給ローラと非加熱の延伸ローラとの間で ２．９倍に延伸し、繊度７５ｄ／２４ｆの糸条を得た。
製糸性の良否及び得られた糸条の特性値等を表１に示す。
【００２７】
実施例７
未延伸糸を巻き取ることなく、連続して延伸する方法を採用した以外は実施例１と同様にして芯鞘複合繊維糸条を製造した。
すなわち、未延伸糸条を速度１５００ｍ／分の引き取りローラで引取り、引き取りローラと速度４５００ｍ／分の延伸ローラとの間で延伸倍率 ３．０倍の条件で延伸し、繊度７５ｄ／２４ｆの糸条を得た。
製糸性の良否及び得られた糸条の特性値等を表１に示す。
【００２８】
比較例１
芯／鞘複合重量比を５／９５とした以外は実施例１とほぼ同様にして同心円状の芯鞘複合繊維糸条を製造した。
製糸性の良否及び得られた糸条の特性値等を表１に示す。
【００２９】
比較例２
芯／鞘複合重量比を４５／５５とした以外は実施例１とほぼ同様にして同心円状の芯鞘複合繊維糸条を製造した。
製糸性の良否及び得られた糸条の特性値等を表１に示す。
【００３０】
比較例３
紡糸温度を １５０℃とした以外は実施例１と同様にして紡糸した。
製糸性の良否を表１に示す。
【００３１】
比較例４
紡糸温度を ２７０℃とした以外は実施例１と同様にして紡糸した。
製糸性の良否を表１に示す。
【００３２】
【表１】

【００３３】
表１から明らかなように、実施例１では、製糸性が良好で、得られた糸条は十分な強度と吸放湿性を有し、さらに生分解性を有するものであった。
実施例２では、実施例１よりも芯成分、すなわち、熱可塑性吸水性樹脂の割合が少ないため吸放湿性にやや劣るものの、製糸性が良好で、得られた糸条は十分な強度を有し、生分解性を有するものであった。
実施例３では、実施例１よりも芯成分、すなわち、熱可塑性吸水性樹脂の割合が多いため、強度がやや劣るものの、得られた糸条は優れた吸放湿性を有し、生分解性を有するものであった。
実施例４及び実施例５では、鞘成分に共重合体を使用しているため、実施例１よりも強度がやや劣るものの、得られた糸条は十分な吸放湿性を有し、優れた生分解性を有するものであった。
実施例６では、鞘成分に融点が比較的高い重合体を使用しているため、紡糸温度が実施例１よりも高くなり、製糸性がやや劣るものの、得られた糸条は十分な吸放湿性を有し、優れた生分解性を有するものであった。
実施例７では、紡出糸条を巻き取ることなく延伸しているため、得られた糸条は強度が実施例１よりもやや劣るものの、実用上十分な強度を有し、製糸性も良好で、吸放湿性と生分解性を有するものであった。
これら実施例に対し、比較例１では、実施例１よりも芯成分すなわち、熱可塑性吸水性樹脂の割合が少ないため、十分な強度を有し、製糸性も良好であるものの、吸放湿性に劣るものであった。
比較例２では、実施例１よりも芯成分すなわち、熱可塑性吸水性樹脂の割合が多いため、製糸性が悪く、糸条を得ることができなかった。
比較例３では、紡糸温度が低すぎるために鞘成分の重合体が十分に溶融せず、糸条を得ることができなかった。
比較例４では、紡糸温度が高すぎるため、紡出糸条が十分に冷却せず、密着してしまい、糸の飛び出し等も発生し、糸条を得ることができなかった。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、天然繊維の木綿並みの吸水性と吸放湿性を有し、糸質性能に優れ、かつ、優れた生分解性を有する繊維が提供される。
また、本発明の方法によれば、製糸性良く、上記の特性を有する繊維を得ることができる。
本発明による繊維は、衣料材料、衛生材料、生活関連用素材、産業用素材として極めて好適であり、生分解性を有するので、自然環境保護の観点からも有益である。

Claims (3)

1. 芯成分がポリエチレンオキサイドの架橋物からなる熱可塑性吸水性樹脂もしくはこれを主体とする熱可塑性樹脂、鞘成分が生分解性脂肪族ポリエステル樹脂で構成された芯鞘型複合繊維であって、芯／鞘複合重量比が１０／９０〜４０／６０であることを特徴とする吸放湿性を有する生分解性複合繊維。
2. 鞘成分の生分解性脂肪族ポリエステル樹脂がポリブチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネートとポリエチレンサクシネートとの共重合体、ポリブチレンサクシネートとポリブチレンアジペートとの共重合体又はポリ乳酸である請求項１記載の複合繊維。
3. 請求項１記載の複合繊維を製造するに際し、下記 （１）〜（２） 式を満足する紡糸温度で溶融紡出し、紡出糸条を冷却後、一旦巻き取った後又は巻き取ることなく連続して延伸することを特徴とする複合繊維の製造法。
   Ｔｍ＋４０≦Ｔ≦Ｔｍ＋１５０ （１）
   Ｔ≦３００ （２）
   ここで、Ｔは紡糸温度（℃）、Ｔｍは鞘成分のポリエステル樹脂の融点（℃）を示す。