JP3716470B2

JP3716470B2 - 生分解性袋

Info

Publication number: JP3716470B2
Application number: JP32634595A
Authority: JP
Inventors: 守北村
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 1995-11-21
Filing date: 1995-11-21
Publication date: 2005-11-16
Anticipated expiration: 2015-11-21
Also published as: JPH09142485A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生分解性袋、特に自然界において生分解性を有し、かつ耐水性と接着加工性に優れた不織布を用いた生分解性袋に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、生活資材、衛生資材、医療資材等に用いられている袋の素材にはポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド等の熱可塑性重合体からなる織編物、不織布またはフィルム等が広く用いられている。しかし、これらの織編物、不織布、フイルムなどは、使用後自然界に放置された場合に分解されにくいため、いろいろな問題を生じている。例えば、これらの袋は生ゴミ、枯れ葉等を入れて土中に埋められたとき、生分解性が低いため、長期間にわたり土中に残留するのでその後の土地の利用の仕方には制限があった。
【０００３】
このような問題を解決するには土中で全体が容易に分解される重合体からなる素材を用いることが考えられる。
【０００４】
即ち、上記目的のための生分解性重合体としてセルロース系のコットン、再生セルロース繊維、微生物により作られるポリ３−ヒドロキシブチレートや３−ヒドロキシブチレートと３−ヒドロキシバリレートとの共重合体、ポリカプロラクトン等が知られている。
【０００５】
これらのうち、セルロース系のコットン、再生セルロース繊維は入手が容易であるが、熱可塑性でないためバインダーを必要とし、バインダー繊維としてポリオレフィン、ポリエステル繊維等を用いると、これらの繊維は自然界で分解されにくいため残留するという問題がある。
【０００６】
また、微生物により作られるポリ３−ヒドロキシブチレートや３−ヒドロキシブチレートとヒドロキシバリレートとの共重合体等は、低い強度の繊維しか得られない上に入手が容易でなく、用途が限定されるという問題がある。
【０００７】
また、ポリカプロラクトンは、比較的入手が容易な生分解性重合体であるが、融点が約６０℃と低いため、自然界において夏期であれば流通段階で繊維が融解をおこし得る温度であり、耐熱性という点で問題があった。
【０００８】
一方、入手が容易な素材としてポリエチレンに澱粉を混合した繊維が検討されているが、ポリエチレンは生分解性がなく、また、均一な機械特性の繊維を得ることができていない。
【０００９】
ところが、近年、生ゴミ処理に家庭用コンポスターが使用されるようになり、生ゴミと共にゴミ袋（水切り袋）をコンポスター内で処理する要求が高まっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の生分解性素材からなる袋には、比較的入手が容易で、実用的な耐水性を持ちながら微生物により速やかに分解され、かつ薄くても実用的な強度と加工性を備えた袋を得ることができなかった。
【００１１】
本発明は、上記課題を達成する生分解性袋を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の生分解性袋は、セルロース系繊維と生分解性脂肪族ポリエステル繊維との混合繊維からなる生分解性袋において、生分解性脂肪族ポリエステルが、ポリマー分子末端をエステル化したポリ乳酸及び／又はポリ乳酸を主体とし、酸価が下記式１の範囲内である熱可塑性重合体でありかつ上記セルロール系繊維と生分解性脂肪族ポリエステル繊維との接触部分の一部又は全部が熱接着している不織布からなることを特徴とする。
酸価≦６０／（ηｓｐ／Ｃ）（式１）
【００１３】
上記の構成からなる本発明の生分解性袋において用いるセルロース系繊維は、綿、麻、レーヨン、ポリノジック等を単独、あるいは複数種類混合して用いることができる。セルロース系繊維は、繊維長５〜１２０ｍｍ、好ましくは１０〜８０ｍｍ、さらに好ましくは１０〜３０ｍｍの短繊維あるいはフィラメントであり、単繊維径１〜１０デニール、好ましくは１．５〜６デニールある。セルロール系繊維の捲縮数は５〜４０個／２５ｍｍであることが好ましい。捲縮数が５個／２５ｍｍより小さいとカードを通す場合に解繊不良が発生しやすく、４０個／２５ｍｍより大きくても解繊不良を発生しやすく好ましくない。
【００１４】
本発明に用いられる生分解性脂肪族ポリエステルは、上記のとおり、ポリ乳酸及び／又はポリ乳酸を主体とする熱可塑性重合体を示すことができる。
【００１５】
また、上記生分解性脂肪族ポリエステルは必要に応じて帯電防止性、集束性等を考慮して、ラウリルホスフェートカリウム塩等のアニオン系界面活性剤、四級アンモニウム塩等のカチオン系界面活性剤、脂肪族高級アルコールや高級脂肪酸のエチレンオキサイド付加物等のノニオン系界面活性剤、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコール・ポリプロピレングリコールブロック共重合体等のポリアルキレングリコール類、ジメチルポリシロキサン、ポリエーテル変性シリコーンオイル、高級アルコキシ変性シリコーンオイル等のシリコーンオイル類を一種または二種以上含有または、表面に付着させるることができる。
【００１６】
さらに、本発明に用いる生分解性脂肪族ポリエステルには、ポリアルキレングリコール、ポリアミノ酸等のポリマー、タルク、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、塩化カルシウム等の無機物、澱粉、タンパク質、食品添加物等を一種または二種以上適量混合することができ、機械特性、生分解特性等を種々変化させることができる。
【００１７】
本発明に用いる生分解性脂肪族ポリエステルは、溶融紡糸温度を融点以上２３０℃以下として溶融紡糸することが好ましい。２３０℃を越えると生分解性脂肪族ポリエステルの熱安定性に影響を与えることがある。
【００１８】
溶融紡糸された未延伸糸は、空冷または２０℃〜６０℃の水浴または油浴中で冷却した後、通常一度巻き取り、次いで１段または２段以上の延伸工程で延伸される。全延伸倍率は、使用目的と要求性能により異なるが、２〜８倍に延伸することが必要である。また、溶融紡糸法としては、他にスピンドロー法、高速紡糸法を用いることもできる。
【００１９】
本発明に用いる生分解性脂肪族ポリエステル繊維は、強度２ｇ／ｄ以上、好ましくは３ｇ／ｄ以上である。強度が２ｇ／ｄに満たないと不織布を製造する場合に加工性が良くなく、不織布の強度が得られず好ましくない。単繊維径は、１〜２０デニールが好ましい。
【００２０】
本発明の生分解性袋を得るための不織布は、セルロース系繊維と生分解性脂肪族ポリエステル繊維とからパラレルウェッバー、ランダムウェッバー等によりウェッブとした後、必要に応じニードルパンチ、水流交絡処理し、次いで得られたウェッブを加熱されたエンボスローラーまたはカレンダーローラにより部分的、または全体的に熱接着する。通常エンボスローラーによる熱接着面積は５〜５０％であり、好ましくは１０〜３０％である。
【００２１】
熱接着温度は、生分解性脂肪族ポリエステルの融点より３０℃低い温度から融点より３０℃高い温度以下が通常である。熱接着温度が融点を越えると不織布強度が低下する傾向があり、融点より３０℃高い温度を越えるとエンボスローラーやカレンダーローラに巻き付いたり表面を汚すので良くない。接着温度を高くするには、セルロース系繊維の混合率を多くする方がよい。
【００２２】
得られたセルロース系繊維と生分解性脂肪族ポリエステル繊維との混合繊維からなりかつ上記セルロール系繊維と生分解性脂肪族ポリエステル繊維との接触部分の一部又は全部が熱接着している不織布は公知の製袋方法を用いて袋にすることができる。
【００２３】
例えば、上記不織布の熱接着性を利用して、重ねた２枚の不織布を三方シール製袋機により熱接着させる。また、不織布を筒状に合わせて、センターシール機により合掌貼りを行うこともできる。また、生分解性ポリマーを接着剤にして袋を形成してもよい。
【００２４】
本発明の生分解性袋は不織布を構成するセルロース系繊維と生分解性脂肪族ポリエステル繊維との混合割合やそれぞれの繊維径や繊維長を変え、あるいはそれらの熱接着の程度を変えることにより袋の生分解性や強度、耐水性などをコントロールする事ができ、複雑な構造にすることは必要でない。
【００２５】
本発明の生分解性袋は、家庭用コンポスター用の生ゴミ処理などに使用されるゴミ袋に使用される場合は、生ゴミと共にゴミ袋（水切り袋）もコンポスター内で処理されるが、生分解するだけでなくゴミ袋が攪拌機等に絡まることなく解袋、分解することができる。
【００２６】
また、本発明の生分解性袋は、セルロース系繊維及び生分解性脂肪族ポリエステル繊維のいずれもが短繊維であることを特徴とする。
【００２７】
上記の構成からなる本発明の生分解性袋は生ゴミを処理するコンポスターに用いたときに容易に原形をとどめなくなり、さらに生ゴミと共に容易に生分解される。この場合、セルロース系繊維及び生分解性脂肪族ポリエステル繊維の繊維長は８０ｍｍ以下であることが望ましい。８０ｍｍを越えるとコンポスター中の攪拌棒に絡まる傾向が強いのである。
【００２８】
生分解性脂肪族ポリエステルの短繊維は、溶融紡糸し延伸した後、または高速紡糸した後カットすることにより得ることができる。生分解性脂肪族ポリエステル繊維には、カットする前に機械的捲縮加工を加えることができる。機械的捲縮加工としては、押込ギアー法、スタフィングボックス法等を使用することができる。捲縮数は、５〜５０個／２５ｍｍ、好ましくは１０〜３０個／２５ｍｍ付与し、カット長１０〜８０ｍｍ、好ましくは１５〜６０ｍｍ、さらに好ましくは１５〜３０ｍｍに切断する。不織布製造時、捲縮数が５個／２５ｍｍより少ないと開繊時未開繊部分が生じやすく、５０個／２５ｍｍを越えると均一な開繊が得られない。
【００２９】
なお、捲縮率は５％以上であり、好ましくは８％以上である。捲縮率が５％未満であると、カードにかけたとき均一なウェーブが得られず、疎密部分が発生して良くない。
【００３０】
また、本発明の生分解性袋は、該袋を形成する不織布のセルロース系繊維と生分解性脂肪族ポリエステル繊維との混合比率が９０／１０〜１０／９０（重量比）であることを特徴とする。
【００３１】
上記の構成からなる生分解性袋は、セルロース系繊維と生分解性脂肪族ポリエステル繊維との混合割合により、強度と生分解性のしやすさを調節することができる。好ましくは３０／７０〜８０／２０、さらに好ましくは４０／６０〜７０／３０である。１０／９０より小さいと接着加工時、作業性が良くない。また９０／１０より大きいと接着加工しても強度が得られず、好ましくない。
【００３２】
また、本発明の生分解性袋は、該袋を形成する不織布の生分解性脂肪族ポリエステル繊維の融点が１２０℃〜２００℃であることを特徴とする。
【００３３】
上記の構成からなる本発明の生分解性袋は、夏期における製品の温度が８０℃程度のところに保管される場合にも熱融着を起こすことがない。生分解性脂肪族ポリエステル繊維の融点としては、１２０℃以上好ましくは１３０℃以上であるのが実用的である。
【００３４】
また、本発明の生分解性袋は、該袋を形成する不織布の生分解性脂肪族ポリエステルの重合体がポリ乳酸及び／またはポリ乳酸を主体とする熱可塑性重合体であることを特徴とする。
【００３５】
上記構成からなる本発明の生分解性袋は、入手が容易であり、かつ加工性に優れたものである。ポリ乳酸及び／またはポリ乳酸を主体とする熱可塑性重合体の粘度平均分子量は５０００以上であり、好ましくは１０^４から１０^６のものである。５０００以下では、繊維として十分な強度が得られない。また、粘度平均分子量が１０^６以上では紡糸時に高溶融粘度となり、製糸性が劣り好ましくない。
【００３６】
ポリ乳酸を主体とする熱可塑性繊維としては、乳酸にε−カプロラクトン等の環状ラクトン類、α−ヒドロキシ酪酸、α−ヒドロキシイソ酪酸、α−ヒドロキシ吉草酸等のα−オキシ酸類、エチレングリコール、１，４−ブタンジオール等のグリコール類、コハク酸、セバチン酸等のジカルボン酸類が一種または二種以上共重合されたものを用いることができる。共重合体には、ランダム共重合体及び／またはブロック共重合体を用いることができる。
【００３７】
また、ポリマー末端の水酸基は、ラウリン酸、ステアリン酸等の脂肪族カルボン酸類に代表される分子末端にカルボキシル基を持つ化合物でポリマー分子末端をエステル化処理することが好ましい。溶融紡糸時の熱分解安定性を改善することができる。
【００３８】
ポリマー末端のカルボニル基は、オクチルアルコール、ラウリルアルコール、ステアリルアルコール等の高級アルコール類に代表される分子末端に水酸基を持つ化合物で、ポリマー分子末端をエステル化処理することが好ましい。溶融紡糸時の熱安定性及び溶融紡糸時の繊維の経時安定性を改善することができる。
【００３９】
本発明において用いられるポリ乳酸及び／又はポリ乳酸を主体とする熱可塑性重合体の酸価は、式１の範囲内であることが好ましい。
酸価≦６０／（ηｓｐ／Ｃ）（式１）
好ましくは酸価≦４０／（ηｓｐ／Ｃ）
さらに好ましくは酸価≦３０／（ηｓｐ／Ｃ）
である。
酸価が式１の範囲外であると、溶融紡糸時の熱安定性及び室温貯蔵安定性が良くない。
【００４０】
なお、本発明の生分解性袋を生ゴミ処理用ゴミ袋（水切り袋）として使用する場合は、その水切り速度を速めるために穴や切り込みを設けてもよい。穴の場合は直径１〜５ｍｍの穴を開孔面積率０．５〜２０％程度に設けるのがよく、また、切り込みの場合は３〜１０ｍｍの切り込みを切り込み率０．２〜１本／ｃｍ^２程度に設けるのがよい。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の生分解性袋の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００４２】
【実施例】
実施例における特性値の測定法は次のとおりである。
（１）還元比粘度：溶媒をクロロホルムとし、試料ポリマーを０．５ｇ／ｄ１精秤し、溶かした試料溶液により、ウベローデ粘度計を用い測定した。
【００４３】
（２）酸価：試料ポリマーを精秤し、クロロホルム／メタノール（体積比１：１）混合溶媒により溶解し、この溶液をナトリウムメトキシド／メタノール溶液で滴定することにより測定した。
【００４４】
（３）引張強度：ＪＩＳＬ１９０６に準じ測定した。
【００４５】
（４）破断伸度：ＪＩＳＬ１９０６に準じ測定した。
【００４６】
（５）融点：島津製作所製ＤＳＣ−５０を用い、１０℃／分の速度で昇温し測定した。
【００４７】
（６）強度保持率：室温２５℃の水中に２４時間放置し乾燥後の強度と処理前の強度より、式２から求めた。
強度保持率（％）＝Ｔ／Ｔ０×１００（式２）
Ｔ：室温２５℃の水中に２時間放置後の引張強度（ｇ／５ｃｍ）
Ｔ０：初期引張強度（ｇ／５ｃｍ）
【００４８】
（７）生分解性：土壌中にゴミ袋を埋没し、６ヶ月後の分解状態を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し評価した。
Ａ：繊維形状が失われている（生分解性良好）
Ｂ：繊維形状が一部保持されている
Ｃ：繊維形状が元のままである（生分解性なし）
【００４９】
（８）製袋接着加工性：ヒートシーラーにて接着加工したときの加工性をシール面の接着性及び操作性から３段階で評価した。
Ａ：製袋接着加工性良好
Ｂ：製袋接着加工性ほぼ良好
Ｃ：製袋接着加工性なし
【００５０】
（９）コンポスター分解性：生ゴミ約２００ｇをゴミ袋に入れ、日立製作所製家庭用生ゴミ処理機（ＢＧＤ−１０型）に投入して２４時間後の分解状態を評価した。
Ａ：攪拌棒に絡まることなく分解しているもの
Ｂ：攪拌棒にやや絡まっているもの
Ｃ：攪拌棒に若干絡まっているもの
Ｄ：不織布の原形をとどめて絡まっているもの
−：測定不可（製袋が出来ていない）
【００５１】
・繊維例１
還元比粘度が１．５２の、分子末端カルボキシル基をラウリルアルコールでエステル化したポリ乳酸を紡糸温度１９０℃で直径０．３ｍｍの紡糸孔を２０個有する紡糸ノズルから紡速５００ｍ／ｍｉｎで溶融紡糸した。未延伸糸を一旦巻き取った後、１４０℃で４．５倍に延伸し、単糸繊度２．０ｄ、還元比粘度が１．４６、酸価＝２０（ｅｑ／１０^３ｋｇ）、融点１７０℃の繊維を得た。（繊維１）
・繊維例２
還元比粘度が１．９３の、分子末端カルボキシル基をラウリルアルコールでエステル化したポリ乳酸を紡糸温度２００℃で直径０．３ｍｍの紡糸孔を２０個有する紡糸ノズルから紡速３５００ｍ／ｍｉｎで高速溶融紡糸した。単糸繊度２．２ｄ、還元比粘度が１．８６、酸価＝１６（ｅｑ／１０^３ｋｇ）、融点１７２℃の繊維を得た。（繊維２）
・繊維例３
還元比粘度が１．５２のポリ乳酸／ポリカプロラクトンのブロック共重合体（重合モル比乳酸／カプロラクトン＝９０：１０）を紡糸温度１９０℃で直径０．３ｍｍの紡糸孔を２０個有する紡糸ノズルから紡速５００ｍ／ｍｉｎで溶融紡糸した。未延伸糸を一旦巻き取った後、１３０℃で４．５倍に延伸し、単糸繊度２．０ｄ、還元比粘度が１．４７、酸価＝３０（ｅｑ／１０^３ｋｇ）、融点１６８℃の短繊維を得た。（繊維３）
・繊維例４
市販の単糸繊度２デニールのレーヨンステープル糸を用いた。（繊維４）
・不織布、袋の製造とテスト
繊維１〜３で得られた生分解性繊維をスタフィングボックス法で捲縮加工した後、カットしカード用の短繊維を得た。その短繊維と繊維４の繊維とをランダムウェッバーによりウェッブとした後、エンボス加工またはカレンダー加工し不織布を得た。エンボス加工による熱接着面積は２５％であり、接着点は１０個／ｃｍ^２であった。また、カレンダー加工による接着点は１０個／ｃｍ^２であった。得らられた不織布を切断し、二枚重ねて三方シール製袋機により袋を製造した。袋サイズは縦２５ｃｍ、横２５ｃｍである。
それらの特性値を表１に示す。
【００５２】
【表１】

【００５３】
表１より、本発明の生分解性袋が耐水性、生分解性に優れ、かつ薄くても実用的な強度を有することがわかる。
【００５４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の生分解性袋は、比較的入手が容易で、実用的な耐水性を持ちながら微生物により速やかに分解され、かつ薄くても実用的な強度と加工性を備える。
請求項２記載の発明の生分解性袋は、生ゴミを処理するコンポスターに用いたときに容易に原形をとどめなくなり、さらに生ゴミと共に容易に生分解される。
請求項３記載の発明の生分解性袋は、袋の強度と生分解性のバランスがとれている。
請求項４記載の発明の生分解性袋は、夏期の保存にも袋相互の熱融着をおこさないものとなる。

Claims

セルロース系繊維と生分解性脂肪族ポリエステル繊維との混合繊維からなる生分解性袋において、生分解性脂肪族ポリエステルが、ポリマー分子末端をエステル化したポリ乳酸及び／又はポリ乳酸を主体とし、酸価が下記式１の範囲内である熱可塑性重合体でありかつ上記セルロール系繊維と生分解性脂肪族ポリエステル繊維との接触部分の一部又は全部が熱接着している不織布からなることを特徴とする生分解性袋。
酸価≦６０／（ηｓｐ／Ｃ）（式１）
セルロース系繊維及び生分解性脂肪族ポリエステル繊維のいずれもが短繊維であることを特徴とする請求項１記載の生分解性袋。
セルロース系繊維と生分解性脂肪族ポリエステル繊維との混合比率が９０／１０〜１０／９０（重量比）であることを特徴とする請求項１又は２記載の生分解性袋。
生分解性脂肪族ポリエステルの融点が１２０℃〜２００℃であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の生分解性袋。