JP3669107B2

JP3669107B2 - 繊維構造物

Info

Publication number: JP3669107B2
Application number: JP08441697A
Authority: JP
Inventors: 義和近藤; 宏史梶山; 秀樹日名子; 邦夫市橋
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1997-03-17
Filing date: 1997-03-17
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2017-03-17
Also published as: JPH10251492A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自然分解性で植物の生育に有用な成分を含有し、植物の栽培に適する新規な自然分解性の繊維構造物及びその植物栽培用品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石油を原料とする合成樹脂は優れた性能と低コストであるため広く使われているが、自然環境下での分解性が低く、又焼却時の発熱が大きい為に、環境保護の見地からの見直しが必要である。また農業、林業、園芸その他の植物栽培において、多量の合成樹脂製品が用いられているが、自然環境下では分解しないため環境汚染の原因となったり、また廃棄が厄介であるため問題となっている。このため、脂肪族ポリエステルからなる自然分解性樹脂が開発されつつあるが、自然分解性だけでなく、更に植物栽培に適する製品が求められているのが現状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
植物栽培用品には、植物の成長を促進する作用があることが好ましい。また有害な細菌などの増殖を抑制する作用も好ましい。本発明の目的は、それらの作用を有し且つ自然環境下で分解する自然分解性の繊維構造物及びその植物栽培用品を提供するにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記本発明の目的は、脂肪族ポリエステル（Ａ）と、Ｐ，Ｋ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｂ，Ｍｎ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｚｎの群から選ばれた少なくとも２種の元素のイオン及び／又は水溶性化合物を水中に放出する無機ガラス粒子（Ｂ）とを含有し、（Ａ）がポリ乳酸または乳酸成分を６０重量％以上含む変性（他成分の共重合及び／又は混合によるもの）ポリ乳酸且つ（Ａ）が９９．９〜５０重量％、（Ｂ）が０．１〜５０重量％を占める自然分解性樹脂組成物を少なくとも一部に用いた繊維構造物によって達成される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
脂肪族ポリエステル（Ａ）は、ポリ乳酸および乳酸成分を６０重量％以上含む変性（他成分の共重合及び／又は混合によるもの）ポリ乳酸であり、このものは性能（耐熱性、強度）、幅広い分解速度及びコストに優れる。
【０００７】
またテレフタル酸、イソフタル酸、ヒドロキシ安息香酸、ナフタレンジカルボン酸などの芳香族成分も、少量なら（例えば１０重量％以下）応用することが出来る。そのような少量の芳香族成分を含む場合も、実質的に脂肪族ポリマーと見なす。
【０００８】
本発明に用いる脂肪族ポリエステルは、成形性、耐熱性、強度などの実用性から結晶性で融点は８０℃以上が好ましく、更に好ましくは１１０℃以上、特に好ましくは１３０℃以上である。
【０００９】
融点１１０℃以上のポリエステルの例としては、ポリＬ−乳酸（融点約１７５℃）、ポリＤ−乳酸（融点約１７５℃）、及びそれらを主成分とし他の成分を少量（例えば３０％以下）共重合したり混合したものが挙げられる。
【００１１】
一般に融点が高い脂肪族ポリエステル例えばポリ乳酸は硬く脆い性質があるが、それに融点が比較的低いもの例えばポリブチレンサクシネート、ポリブチレンアジペート（融点約６９℃）、ポリエチレンセバケート（融点約７２℃）、ポリカプロラクトン（融点約６０℃）などを３〜３０重量％程度混合したりブロック共重合して、融点はあまり低下させずに柔軟性や耐衝撃性、分解速度などを改善したものは、本発明に特に好ましく用いることが出来る。
【００１２】
また、光学活性モノマーであるＬ−乳酸及びＤ−乳酸の共重合体では、融点や結晶性を任意に制御できるために、より好ましい。
【００１３】
同様に、他成分の混合や共重合などにより、分解速度、成形性、離型性、安定性その他を改良したものも本発明に好ましく用いられる。ポリ乳酸ホモポリマーは、脂肪族ポリエステルの中でも最も分解速度が遅い（長期間使用可能）が、他成分の混合や共重合などにより、分解速度を高めることが可能であり、幅広い分解速度が得られる。
【００１４】
本発明に用いる脂肪族ポリエステルの分子量は特に限定されないが、５万以上が好ましく、７万〜３０万の範囲が更に好ましく、８万〜２０万が特に好ましいことが多い。
【００１５】
本発明に用いる無機ガラス粒子（Ｂ）は、Ｐ，Ｋ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｂ，Ｍｎ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｚｎの群から選ばれた少なくとも２種の元素のイオン及び／又は水溶性化合物を水中に放出する能力を有するものである。
【００１６】
無機ガラスは、複数の金属酸化物などの混合物で非結晶性又は低結晶性（通常結晶化度５０％以下、好ましくは３０％以下）のものであり、製造の容易な溶融可能なものが好ましい。
【００１７】
本発明に用いる無機ガラス粒子（Ｂ）は、Ｐ，Ｋ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｂ，Ｍｎ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｚｎの群から選ばれた少なくとも２種の元素の酸化物を成分として含むものが好ましい。
【００１８】
植物の生育には、成長の時期に応じて必要とされる元素が異なり、それらを複数個有することが好ましい。例えば、酸化物の好ましい含有率は無機ガラス粒子（Ｂ）の総量に対して、Ｐ₂Ｏ₅：高々６５重量％、特に５５〜１０重量％、Ｋ₂Ｏ：高々３５重量％、特に３０〜５重量％、ＭｇＯ：高々４５重量％、特に４０〜５重量％、ＣａＯ：高々４５重量％、特に４０〜５重量％、Ｂ₂Ｏ₃：高々６５重量％、特に５０〜５重量％、ＭｎＯ：高々４５重量％、特に４０〜１重量％、Ｍｏ₂Ｏ₃: 高々２５重量％、特に２０〜２重量％、Ｆｅ₂Ｏ₃：高々２５重量％、特に２０〜２重量％、ＣｕＯ：高々２５重量％、特に２０〜２重量％などである。
【００１９】
それらが混合されたガラスからは、例えばリン酸、リン酸イオン、カリウムイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、ホウ酸イオン、マンガンイオン、モリブテンイオン、鉄イオン、銅イオン、亜鉛イオン、或いはそれらの金属の水酸化物などが水中に徐々に放出され、植物の栄養素として有効である。
【００２０】
また亜鉛イオンや銅イオンは細菌を抑制する作用があり、植物の病気や腐敗を防ぐ効果がある。本発明に用いる無機ガラス粒子（Ｂ）には、上記有効成分以外の成分、例えば酸化ケイ素、酸化アルミニウムなどを、少量（通常５０％以下、好ましくは３０％以下）含んでいても良い。
【００２１】
本発明に用いる無機ガラス粒子（Ｂ）は、水中に浸漬すると徐々に成分が溶出する。溶出する成分やその量によって水の水素イオン濃度指数ＰＨが変わるが、ＰＨが７．５以上のアルカリ性の場合、脂肪族ポリエステルの分解が促進されるので、使用期間が例えば１年以内の用途（農業や園芸用の一部）に適する。
【００２２】
無機ガラス粒子（Ｂ）は、樹脂組成物の総量に対して０．１〜５０重量％、好ましくは５〜４５重量％、特に好ましくは１０〜４０重量％である。無機ガラス粒子（Ｂ）が０．１重量％未満の場合は、溶出速度や溶出量も小さく植物の育成に対して効果が小さい。又、５０重量％を超える場合は該樹脂組成物を製造するにあたり、操業効率や生産性が非常に落ちるばかりか、製品の物性や取扱い性も悪くなるのである。
【００２３】
またＰＨが７の中性の場合や７以下の酸性の場合は、分解はあまり促進されないので、長期間の使用に適する。従って、本発明に用いる無機ガラスの成分を調節し、水に溶出する成分の中の酸性成分とアルカリ性成分の量を調整し、溶出成分のＰＨを用途に合わせることが出来る。一般に植木を定植したり土木工事で種付きのシートを使用する場合などは、１年以上の長期間、強度が保たれることが望ましく、ガラス溶出成分のＰＨは中性か弱酸性（ＰＨ７〜５程度）が好ましい。
【００２４】
本発明に用いる無機ガラス粒子（Ｂ）の大きさは特に限定されないが、平均粒径０．０１μｍ〜１００μｍ程度のものが好ましく用いられる。例えば繊維やフィルムなどには平均粒径０．０１μｍ〜２μｍ、特に０．１μｍ〜１．５μｍ程度のものが好ましく、押出し成形や射出成形用には、０．０１μｍ〜１００μｍ、特に０．１μｍ〜２０μｍ程度のものが好ましく、０．１μｍ〜１０μｍの範囲が最も好ましい。
【００２５】
粒子の形状も任意で、球形、細片状、針状、不定形などでもよい。同様に粒子は多孔質でもよく、その場合はイオンや水溶性成分の放出速度が高められる。同様に多孔質や粒子径が小さい場合、他の物質の吸着性が高まり、上記の有効元素成分（イオンや化合物）を吸着、含有させることが出来る。
【００２６】
上記元素以外の有効（肥料）成分として、硝酸、硝酸塩、アンモニア、アンモニウム塩など植物の栄養となる窒素化合物を含有させたものも有用である。同様に、樹脂中での分散性の改善や有効成分の放出速度の改善（抑制など）のため、粒子を油脂類、界面活性剤、ポリマーなどで表面処理したものも好ましく用いられる。
【００２７】
本発明に用いる上記特殊ガラス粒子は、その１０倍（重量比）の純水に分散し、２０℃で２４時間放置した時の水中に抽出される前期有効成分元素の総量が１ｐｐｍ以上，好ましくは５ｐｐｍ以上である。
【００２８】
本発明で用いる組成物の製造方法、特に混合方法は限定されないが、脂肪族ポリエステルの溶融状態又は溶剤溶液で、上記特殊ガラス粒子を混合することが出来る。混合時には、水分が無い又は極度に少ない状態が、脂肪族ポリエステルの分解を防ぐために好ましい。例えば混合系の水分率は２０ｐｐｍ以下が好ましく、１０ｐｐｍ以下が特に好ましく、５ｐｐｍ以下が最も好ましい。
【００２９】
同様に、脂肪族ポリエステルの溶融重合又は溶液重合時に、重合原料にガラス粒子を混合したり、重合プロセス中に混合することも出来る。例えば脂肪族ポリエステルをスクリュー押出機で溶融し、その溶融ポリマーにガラス粒子を添加し１軸又は２軸の押出機で連続的に混合してもよい。同様に流れの分割と合流とを多段的に行う静止混合器を用いてもよく、静止混合器と機械的攪拌装置を併用してもよい。
【００３０】
溶液状態で混合するときは、攪拌装置を有する容器の中で、連続的または間欠的に混合してもよい。混合状態や粒子の分散状態を改善するため、又は粒子の疎水性を強めるために、分散剤や界面活性剤、油脂類、シリコン油やシリコン樹脂、フッ素化合物などを応用することもできる。
【００３１】
本発明で用いる組成物には、主成分である脂肪族ポリエステルと上記の特殊ガラス粒子の他に、酸化防止剤、紫外線吸収剤、着色剤、顔料、染料、離型剤、抗菌剤、流動性改善剤、分散剤、界面活性剤その他の各種添加剤、各種ポリマー、無機化合物、金属などの粒子、繊維、各種フィラーなどを必要に応じ、適宜混合することが出来る。
【００３２】
本発明の、上記組成物を少なくとも一部に用いた、繊維、糸、ひも、ロープ、編物、織物、不織布等の繊維構造物は、特に植物の栽培用品に極めて有用且つ効果的である。
【００３３】
なおガラス粒子を多量に、例えば繊維に混合すると、摩擦によって相手（ガイトや編針など）を磨耗、損傷させる傾向があるが、ガラス粒子を含むポリマーを芯に、それを含まないか少量（例えば２％以下）しか含まないポリマーを鞘にして、芯／鞘複合繊維とすることにより、磨耗の問題を解決することが出来る。
【００３４】
この場合、芯と鞘の複合比率（体積比）は任意であるが、例えば１／９〜９／１の範囲、特に３／７〜７／３の範囲が好ましく用いられる。又、繊維とフィルムや樹脂とを複合することも出来る。
【００３５】
本発明の繊維構造物が特に好ましく用いられる用途や製品の例としては、植生用の布や不織布、種や苗を付着したシート状、布状又はテープ状の材料、苗床ポット、植木鉢、杭、苗保護用のシート、袋、ロープ、根の保護用のシートや包装材料等が挙げられる。一年以内に成長し、しっかり根を張る場合は、分解時間が比較的短い脂肪族ポリエステルが適し、しっかり根を張るのに時間が掛かる植木や法面の補強用の種付きシートなどは、分解時間が２年以上のものが好ましい。前者には、ＰＨ８以上のガラス粒子を使用した組成物を好ましく応用出来、後者にはＰＨ７以下のガラス粒子を使用した組成物が好ましい。
【００３６】
【実施例】
以下の実施例において、％、部は特に断らない限り重量比である。
実施例１
Ｌ−ラクチドに対しオクチル酸錫を１００ｐｐｍ混合し、窒素雰囲気中１８８℃で８分間、２軸混練押出機中で重合し、冷却チップ化後、１４０℃の窒素雰囲気中で処理（固相重合）してポリＬ−乳酸ホモポリマーＰ１を得た。Ｐ１の融点は１７７℃、分子量は１５．５万であった。
【００３７】
Ｐ₂Ｏ₅４５％、Ｂ₂Ｏ₃１０％、Ｋ₂Ｏ２５％、ＣａＯ８％、ＺｎＯ３％、ＭｇＯ４％、ＣｕＯ４％の組成からなり、平均粒経０．８μｍのガラス粒子をＧ１とする。１Ｔｏｒｒの窒素ガス中、２００℃で２４時間乾燥した粒子Ｇ１に、同じく窒素中１２０℃、１０Ｔｏｒｒで１０時間乾燥したステアリン酸マグネシウム５％を混合したものを、２軸押出機を用い１９５℃で、ポリマーＰ１に対して１０％混合したものをポリマーＰ２とする。
【００３８】
溶融したポリマーＰ２を芯とし、別に溶融したポリマーＰ１を鞘とし、両者を２／１（体積比）で芯鞘型に複合し、２２０℃、直径０．３０ｍｍの円形口金孔より紡出し、空気中で冷却し油剤を付与した後１５００ｍ／ｍｉｎの速度で巻き取り、合糸して５０万デニールのトウとし、９０℃で２．９倍延伸し押込み型の巻縮装置で巻縮し、切断して単糸繊度４．５デニール、長さ５５ｍｍのステープルＳ１を得た。比較のため、ポリマーＰ１のみから同様にして得た単一成分のステープルをＳ２とする。
【００３９】
ステープルＳ１を用いカード法により目付け７５ｇ／ｍ²の不織布を製造し、それに澱粉糊に西洋芝の種子を混合して自然乾燥したものをＦ１とする。比較のためステープルＳ２を用い、同様にして得た種子付きの不織布をＦ２とする。同じく比較のため、通常のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のステープルからなる同様の不織布に芝の種子を付着したものをＦ３とする。
【００４０】
上記の種子付きの不織布を、消石灰を用いてＰＨ７に調整した畑土の上の並べ、その上に畑土を１０ｍｍかぶせ、２０℃の温室中で一週間に一回水及び二週間に一回塩化アンモニウム０．０５％溶液をやりながら９０日間栽培した。そのときの芝一本当たりの重さは、不織布Ｆ１（本発明）を用いたものが０．１２ｇであり、不織布Ｆ２（比較例）を用いたものは０．０８ｇであり、不織布Ｆ３（比較例）を用いたものは０．０６ｇであった。
【００４１】
このことにより、本発明による不織布Ｆ１の苗の育成効果が明らかであることがわかる。なお栄養成分を持たない不織布Ｆ２（比較例）が、通常のＰＥＴ不織布Ｆ３（比較例）を用いたものよりも、やや生育促進効果があるのは、ポリ乳酸の効果と思われる。
【００４２】
実施例２
Ｌ−ラクチド８８部、両末端に水酸基を持つ分子量１４万のポリブチレンサクシネート１０部、エチレングリコール（ＥＧ）５部、両末端に水酸基を持つ分子量１万のポリエチレングリコール（ＰＥＧ）３部、チバガイギー社の酸化防止剤イルガノックス１０１０を０．１部、オクチル酸錫０．０１部を混合し、以下実施例１のポリマーＰ１と同様にして、分子量１４万融点１７２℃のポリＬ−乳酸／ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）／ＰＥＧブロック共重合物ＢＰ１を得た。
【００４３】
ＢＰ１を用い、以下実施例１のステープルＳ１と同様にしてステープルＳ４を得、それを用いて同様に種子付きの不織布Ｆ４（本発明）を得た。不織布Ｆ４を実施例１と同様にして芝の苗を９０日間栽培したところ、苗一本当たりの重量は０．１３ｇであった。不織布Ｆ４が、実施例１の不織布Ｆ１よりも育成効果がやや高いのは、ガラス転移温度の低いＰＢＳ及びＰＥＧを共重合したことにより、ポリ乳酸中の水や有効成分の拡散速度が早まったためと思われる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によって、自然分解性であり環境汚染することが少なく、植物の生育を促進する効果のある、繊維、糸、ロープ、ひも、編物、織物、不織布などの繊維構造物、各種植生シート、育苗材料、園芸材料及び用品、農業材料及び用品、林業材料及び用品、植栽用、土木用材料及び用品など、植物の育成、栽培、保護などの目的に好適且つ効果的に利用することができる。特にポリ乳酸を主成分とする場合は、原料の乳酸が澱粉、セルロースなどの農産物から得られるため、石油を原料とする合成樹脂の製品よりも環境に対する悪影響が少ないという特徴がある。

Claims

脂肪族ポリエステル（Ａ）と、Ｐ，Ｋ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｂ，Ｍｎ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｚｎの群から選ばれた少なくとも２種の元素のイオン及び／又は水溶性化合物を水中に放出する能力を有する無機ガラス粒子（Ｂ）とを含有し、（Ａ）がポリ乳酸または乳酸成分を６０重量％以上含む変性（他成分の共重合及び／又は混合によるもの）ポリ乳酸であり、且つ（Ａ）が９９．９〜５０重量％、（Ｂ）が０．１〜５０重量％を占める自然分解性樹脂組成物を少なくとも一部に用いた繊維構造物。
無機ガラス粒子（Ｂ）の平均粒径が０．１〜１０μｍであり、その含有率が５〜４５重量％である請求項１記載の繊維構造物。
無機ガラス粒子（Ｂ）が、Ｐ，Ｋ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｂ，Ｍｎ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｃｕ，及びＺｎの群から選ばれた少なくとも２種の元素の酸化物を含有するものである請求項１または２記載の繊維構造物。
請求項１〜３のいずれかに記載の繊維構造物を少なくとも一部に使用した植物栽培用品。