JP3886808B2

JP3886808B2 - ポリ乳酸自発捲縮繊維

Info

Publication number: JP3886808B2
Application number: JP2002001448A
Authority: JP
Inventors: 大介酒井; 博之渡邉
Original assignee: Nippon Ester Co Ltd
Current assignee: Nippon Ester Co Ltd
Priority date: 2002-01-08
Filing date: 2002-01-08
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2022-01-08
Also published as: JP2003201629A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土壌や大気中で生分解し、不織布用途、紡績用途等に好適なポリ乳酸自発捲縮繊維に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
生活資材、農業資材、漁業資材、土木資材等に使用されている繊維としては、一般にポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド等の合成繊維が挙げられる。これらの繊維は、使用後、自然界に放置されても分解され難く、そのために種々の問題が生じている。例えば、これらの繊維を用いた生活資材、農業資材、土木資材等は分解され難いため、使用後は土中に埋める、焼却する等の処理が必要であるが、土中に埋めても生分解性が低いため、その廃棄には制限があった。また、漁業資材は水中に放置されることがあるが、これらが海洋を汚染する等の問題もあった。
このような問題を解決するために、土中又は水中で分解される素材を用いることが考えられてきたが、未だ十分なものは得られていない。
【０００３】
従来の生分解性ポリマーとしては、セルロース、セルロース誘導体、キチン、キトサン等の多糖類、タンパク質、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の共重合体等の微生物により作られるポリマー、ポリグリコリド、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン等の脂肪族ポリエステルが知られている。主に使用されているセルロース系のコットン、再生セルロースは安価であるが、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が用いられるため、生分解され難いという問題があった。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、３−ヒドロキシブチレートと３−ヒドロキシバリレートの共重合体等は、高価であるため用途が限定され、強度が低いという問題もあった。
さらに、ポリカプロラクトンやポリブチレンサシサクシネートは、溶融紡糸可能な熱可塑性である生分解性ポリマーであるが、融点が低く、耐熱性という点で問題があった。
【０００４】
一方、ポリカプロラクトン等と同様に熱可塑性樹脂であるポリ乳酸は、溶融紡糸が容易で、耐熱性もあるが、単一成分で繊維を形成しても、嵩高性、風合い等の面で不満足な点があり、その改善が望まれている。
ポリ乳酸繊維のこれらの問題を解決するために、特開平9-209216号公報では、溶融時の吸熱量が異なる脂肪族ポリエステルを単繊維内で偏心的に接合された自発捲縮複合繊維が提案されている。しかし、この繊維は、結晶性の低い樹脂を用いているため、耐熱性の面で問題があり、また、ポリ乳酸にポリエチレングリコール等を共重合しているため、重合コストが高いなどの問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題を解決し、土壌や大気中で生分解性を示し、不織布用途、クッション用途等に好適な嵩高性、風合い及び伸縮性に優れたポリ乳酸自発捲縮繊維を提供することを技術的な課題とするものである。
【０００６】
【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鋭意検討した結果、本発明に到達した。すなわち、本発明は次の構成を要旨とするものである。
（１）分子量と光学純度の異なるポリ乳酸樹脂Ａとポリ乳酸樹脂Ｂとが、単繊維内において偏心的に接合されてなる複合繊維であって、ポリ乳酸樹脂Ａとポリ乳酸樹脂Ｂとが下記式１〜３を満足し、かつ自発捲縮能を有し、捲縮数が４０個／２５ｍｍ以上であることを特徴とするポリ乳酸自発捲縮繊維。
５５０００≦ＭＡ、ＭＢ≦９００００（式１）
ＲＡ、ＲＢ≧９０（式２）
│１−（ＭＡ／ＭＢ）×（ＲＢ／ＲＡ）^３│≧０．１０（式３）
ただし、ＭＡ：ポリ乳酸樹脂Ａの数平均分子量
ＭＢ：ポリ乳酸樹脂Ｂの数平均分子量
ＲＡ：ポリ乳酸樹脂Ａの光学純度（％）
ＲＢ：ポリ乳酸樹脂Ｂの光学純度（％）
（２）繊維形態が短繊維である請求項１記載のポリ乳酸自発捲縮繊維。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のポリ乳酸自発捲縮繊維について詳細に説明する。
本発明の自発捲縮繊維は、分子量と光学純度の異なるポリ乳酸樹脂Ａとポリ乳酸樹脂Ｂとが、単繊維内において偏心的に接合して形成されているが、本発明でいうポリ乳酸とは、ポリ乳酸及び／又はポリ乳酸を主体とする共重合物である。ポリ乳酸を製造するための乳酸としては、Ｄ体のみ、Ｌ体のみ、Ｄ体とＬ体の混合物のいずれでもよい。ポリ乳酸を主体とする共重合物としては、乳酸（Ｄ体のみ、Ｌ体のみ、Ｄ体とＬ体の混合物のいずれでもよい。）と、例えば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、セバシン酸等のジカルボン酸類から選ばれるモノマーの一種又は二種以上とを共重合したものが挙げられる。共重合の割合としては、乳酸１００質量部に対して、共重合させるモノマーは１０質量部以下が好ましく、１〜５質量部がより好ましい。
【０００８】
本発明では、ポリ乳酸樹脂Ａ、Ｂが式１を満足することが必要である。すなわち、ポリ乳酸樹脂Ａ、Ｂの数平均分子量がいずれも５５０００以上、９００００以下、好ましくは６００００以上、８５０００以下あることが必要である。ポリ乳酸樹脂Ａ、Ｂのいずれかの数平均分子量が５５０００未満になると、紡糸時に低粘度となるため製糸性が悪くなり、また、９００００より大きいと、紡糸時に高粘度で製糸が困難となる。
【０００９】
溶融紡糸時のポリ乳酸樹脂の温度は、その融点以上、かつ２３０℃以下、特にその融点以上、かつ２１０℃以下であることが好ましい。溶融紡糸時のポリ乳酸樹脂の温度が２３０℃を超えると、ラクチドを再生成しやすくなり、熱劣化しやすくなる。
【００１０】
本発明でいうポリ乳酸樹脂の光学純度とは、ポリ乳酸樹脂を構成する乳酸が、Ｌ−乳酸を主体とする場合は、全乳酸におけるＬ−乳酸の含有率で表し、ポリ乳酸樹脂を構成する乳酸がＤ−乳酸を主体とする場合は、全乳酸におけるＤ−乳酸の含有率で表す。例えば、ポリ乳酸がＬ−乳酸を９５質量％、Ｄ−乳酸５質量％からなる場合には、このポリ乳酸樹脂の光学純度は９５％となる。
【００１１】
本発明においては、ポリ乳酸樹脂Ａ、Ｂが式２を満足することも必要である。すなわち、本発明で用いるポリ乳酸樹脂Ａ、Ｂは、光学純度が９０％以上であることが必要である。ポリ乳酸樹脂の光学純度が９０％未満になると、樹脂の融点が低くなり、十分な耐熱性が得られなくなる。
【００１２】
さらに、本発明では、ポリ乳酸樹脂Ａ、乳酸樹脂Ｂが式３を満足することも必要である。
｜１−（ＭＡ／ＭＢ）×（ＲＢ／ＲＡ）³｜≧０．１０（式３）
ここで、ＭＡ、ＭＢは、ポリ乳酸樹脂Ａ、Ｂの数平均分子量であり、また、ＲＡ、ＲＢは、ポリ乳酸樹脂Ａ、Ｂの光学純度（％）を表す。
この式は、ポリ乳酸樹脂Ａとポリ乳酸樹脂Ｂの数平均分子量の比と、ポリ乳酸樹脂Ｂとポリ乳酸樹脂Ａの光学純度の比を３乗した値との積を、１から引いたものの絶対値であり、この値は、ポリ乳酸樹脂Ａとポリ乳酸樹脂Ｂの収縮性の差異を表すパラメーターである。すなわち、この数値が高いほど収縮性の差が大きくなり、数値が小さいほど収縮性の差は小さくなる。
【００１３】
本発明において、この式３の値が、０．１０以上であることが必要である。この値が０．１０以上であれば、ポリ乳酸樹脂Ａとポリ乳酸樹脂Ｂの収縮差が十分であり、熱処理で自発捲縮が発現するが、０．１０未満になると、ポリ乳酸樹脂Ａとポリ乳酸樹脂Ｂの収縮差が十分ではなく、自発捲縮が発現し難くなり、本発明の目的が達成できない。
【００１４】
本発明の自発捲縮繊維は、熱処理を受けると潜在捲縮が発現する。熱処理温度は、用いたポリ乳酸樹脂の融点、目的とする用途、捲縮の発現状況によって任意に設定できるが、捲縮性能を上げるためには、高い温度が望ましい。ただし、熱処理温度が繊維の外層に露出しているポリ乳酸樹脂の融点に近いと、繊維同士が融着してしまう場合があるため、繊維が融着しない温度とする必要がある。一般にポリ乳酸繊維の場合の熱処理温度は、繊維の外層に露出しているポリ乳酸樹脂の融点（ただし、ポリ乳酸樹脂Ａ、Ｂ共に繊維の外層に露出している場合には、融点が低い方のポリ乳酸樹脂の融点）よりも２０℃以上低い温度、より好ましくは３０℃以上低い温度がよい。
【００１５】
本発明の自発捲縮繊維は、短繊維として原綿の段階で熱処理を行い、顕在捲縮綿とすることもできるし、原綿を不織布などの繊維構造物にした後に熱処理を行う潜在捲縮綿として使用することもできる。また、顕在捲縮や潜在捲縮の長繊維として使用することもできる。
【００１６】
熱処理によって発現される捲縮数は、使用用途に応じて任意に設定すればよいが、潜在捲縮綿として、不織布に高い伸縮性を付与するためには、熱処理後の捲縮数が４０個／２５ｍｍ以上となることが必要である。捲縮数は、複合構造の偏心度合いや、熱処理時の温度によって適宜調整することができる。
【００１７】
また、本発明の自発捲縮繊維を潜在捲縮綿として使用する場合には、不織布等の作成工程通過時に、ネップや未開繊トラブルが発生しない程度に、通常の押し込み式捲縮機などにより、機械捲縮を８〜２０個／２５ｍｍ付与することが望ましい。
【００１８】
前述したように、本発明の自発捲縮繊維は、分子量と光学純度の異なるポリ乳酸樹脂Ａとポリ乳酸樹脂Ｂとが、単繊維内において偏心的に接合して形成されたものであるが、好ましい複合構造の具体例である単繊維の横断面を図１〜３に示す。図１〜３において、イはポリ乳酸樹脂Ａを、ロはポリ乳酸樹脂Ｂを、ハは中空部をそれぞれ示す。図１は並列型で偏心性が高い例であり、図２は偏心の芯鞘型であり、図３は中空並列型である。図１〜３以外のどのような複合構造でも、両成分が偏心的に配置されているものは、本発明に応用することができる。
【００１９】
ポリ乳酸樹脂Ａとポリ乳酸樹脂Ｂとの複合比率（断面積比）は、特に限定されず、目的に応じて任意に選択すればよい。通常、複合比は１／１０〜１０／１の範囲、特に１／５〜５／１の範囲が好ましく、１／３〜３／１の範囲が最も広く用いられる。
【００２０】
本発明の自発捲縮繊維の断面は、円形、長円形、ひょうたん形、多角形、多葉形、アルファベット形その他各種の非円形（異形）、中空形など任意に選択することができる。繊度も同様に使用目的に応じて任意に選択できるが、通常、単糸繊度０．１〜５０ｄｔｅｘ程度の範囲、特に０．５〜３０ｄｔｅｘの範囲が好ましく用いられる。
また短繊維として用いる場合の繊維長も、使用目的に応じて任意に選択できるが、通常は２０〜８０ｍｍ、特に３０〜７０ｍｍの範囲が好ましく用いられる。
【００２１】
本発明の複合繊維には、各種顔料、染料、着色剤、撥水剤、吸水剤、難燃剤、安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、金属粒子、無機化合物粒子、結晶核剤、滑剤、可塑剤、抗菌剤、香料その他の添加剤を混合することができる。
【００２２】
本発明の自発捲縮繊維は、単独で、又は他の繊維と混用して糸、紐、ロープ、編物、織物、不織布、紙、複合材料その他の構造物の製造に用いることができる。他の繊維と混用する場合、綿、羊毛、絹などの天然有機繊維、脂肪族ポリエステル繊維等の自然分解性繊維と混合使用すれば、完全に自然分解性の製品が得られるので特に好ましい。
【００２３】
【実施例】
次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
なお、実施例における特性値等の測定法は、次の通りである。
（１）相対粘度（ηＲ）
フェノール／四塩化エタンの等重量混合溶液を溶媒とし、ウベローデ粘度計を使用して２０℃で測定した。
（２）単糸繊度（ｄｔｅｘ）
ＪＩＳＬ−１０１５７−５−１−１Ａの方法により測定した。
（３）繊維強度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）
ＪＩＳＬ−１０１５７−７−１の方法により測定した。
（４）捲縮数（個／２５ｍｍ）
ＪＩＳＬ−１０１５７−１２−１の方法により測定した。
（５）数平均分子量
テトラヒドロフランを溶媒として、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）法により測定した。充填剤として、ｗａｔｅｒｓ社製のＳｔｙｒａｇｅｌＨＲ＃５４４６０、及び＃４４２２５、Ｕｌｔｒａｓｔｙｒａｇｅｌ＃１０５７１の３種類を使用し、屈折率計を使用して測定した。
（６）光学純度
超純水と１Ｎの水酸化ナトリウムのメタノール溶液の等重量混合溶液を溶媒とし、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）法により測定した。カラムにはｓｕｍｉｃｈｉｒａｌＯＡ６１００を使用し、ＵＶ吸収測定装置により検出した。
【００２４】
実施例１
光学純度が９８．８％であり、数平均分子量８１２００、〔ηＲ〕＝１．８５０であるＬ−乳酸を主体とするポリ乳酸樹脂Ａと、光学純度が９８．９％であり、数平均分子量７０１００、〔ηＲ〕＝１．６７０であるＬ−乳酸を主体とするポリ乳酸樹脂Ｂとを、孔数が４４３である通常の複合繊維用のノズルを用いて、吐出量２４０ｇ／分、温度２２０℃にて並列型（複合比１／１）に複合紡糸し、引取速度１０００ｍ／分で引き取り、未延伸糸を得た。この時、紡糸断糸はなく、工程調子は極めて良好であった。
【００２５】
得られた未延伸糸をトウ繊度が６４キロテックスになるように集め、延伸倍率を一段目２．９２、二段目１．２０、延伸温度６０℃で延伸し、１２５℃で緊張熱処理を行った後、押し込み式捲縮機に供給して、捲縮数１２個／２５ｍｍの捲縮を付与した後、７０℃で乾燥し、５１ｍｍにカットして繊度１．７ｄｔｅｘ、強度３．５ｃＮ／ｄｔｅｘのポリ乳酸複合繊維を得た。
このポリ乳酸複合繊維の１４０℃×５分における無荷重下熱処理時の捲縮発現数は、５０．６個／２５ｍｍであった。
【００２６】
実施例２〜７、比較例１〜６
ポリ乳酸樹脂の光学純度、分子量を種々変更し、その他は実施例１と同様にしてポリ乳酸複合繊維を得た。ただし、捲縮性能評価の熱処理温度は、樹脂が融着しない範囲の最も高い温度とし、無荷重下での熱処理後捲縮数が４０個／２５ｍｍ以上を合格とした。
実施例１〜７と比較例１〜６におけるポリ乳酸樹脂の組合せと複合繊維の評価結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】

【００２８】
表１から明らかなように、実施例１〜７で得られたポリ乳酸複合繊維は、紡糸性、耐熱性が良好で、熱処理後の捲縮発現数も４５個／２５ｍｍ以上と優れた捲縮繊維であった。
【００２９】
一方、比較例１は、ポリ乳酸樹脂Ａの数平均分子量が小さく、溶融紡糸時の溶融粘度が低かったため、紡糸が不可能であった。また、比較例２は、ポリ乳酸樹脂Ａの数平均分子量が大きく、溶融紡糸時の溶融粘度が高いので紡糸パックのろ圧が高くなり、安定生産が困難であった。比較例３は、ポリ乳酸樹脂Ｂの光学純度が低くて融点が低いため、延伸工程や乾燥工程で繊維の融着が起こり、得られた繊維は耐熱性が悪いものであった。
さらに、比較例４〜６は、ポリ乳酸樹脂が式３を満足しないため、紡糸性や繊維の耐熱性は良好であったが、自発捲縮性が不十分であった。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、従来のポリ乳酸繊維では到底得ることができなかった特性、すなわち、土壌や大気中で生分解性示しながらも、嵩高性、風合い及び伸縮性に優れた特性を有し、不織布用途、貼布材、衛生材、クッション等の用途分野に展開が可能なポリ乳酸自発捲縮繊維が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のポリ乳酸自発捲縮繊維を構成する単繊維の並列型の複合構造を示す横断面図である。
【図２】本発明のポリ乳酸自発捲縮繊維を構成する単繊維の偏心芯鞘型の複合構造を示す横断面図である。
【図３】本発明のポリ乳酸自発捲縮繊維を構成する単繊維の中空並列型の複合構造を示す横断面図である。
【符号の説明】
イポリ乳酸樹脂Ａ
ロポリ乳酸樹脂Ｂ
ハ中空部

Claims

分子量と光学純度の異なるポリ乳酸樹脂Ａとポリ乳酸樹脂Ｂとが、単繊維内において偏心的に接合されてなる複合繊維であって、ポリ乳酸樹脂Ａとポリ乳酸樹脂Ｂとが下記式１〜３を満足し、かつ自発捲縮能を有し、捲縮数が４０個／２５ｍｍ以上であることを特徴とするポリ乳酸自発捲縮繊維。
５５０００≦ＭＡ、ＭＢ≦９００００（式１）
ＲＡ、ＲＢ≧９０（式２）
│１−（ＭＡ／ＭＢ）×（ＲＢ／ＲＡ）^３│≧０．１０（式３）
ただし、ＭＡ：ポリ乳酸樹脂Ａの数平均分子量
ＭＢ：ポリ乳酸樹脂Ｂの数平均分子量
ＲＡ：ポリ乳酸樹脂Ａの光学純度（％）
ＲＢ：ポリ乳酸樹脂Ｂの光学純度（％）
繊維形態が短繊維である請求項１記載のポリ乳酸自発捲縮繊維。