JP3892748B2 - Short fiber nonwoven fabric - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリ乳酸系重合体からなる短繊維不織布に関するものである。さらに詳しくは、耐熱性に優れた低熱収縮性のポリ乳酸ステレオコンプレックス繊維と生分解性バインダー繊維とからなる短繊維不織布に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、生分解性を有する熱可塑性プラスチックであるポリ乳酸を溶融紡糸法により繊維化する技術は広く知られている。特に、L−乳酸の含量の高いポリ−L−乳酸は結晶性で融点が約170℃と比較的高いために、これを主体繊維とし、生分解性バインダー短繊維と組み合わせて衣料用(例えば芯地や中入れ綿)あるいは産業用不織布として用いられることが考えられる。
【0003】
生分解性バインダー短繊維は、加工適性の点から融点は80℃程度より高いことを要し、このようなバインダー繊維を用いて、熱エアで加熱融着処理を施す場合、生産効率を考慮すると150℃程度以上の加熱温度が必要となる。そうすると、主体繊維であるポリ乳酸繊維自体が熱収縮しやすく、不織布の幅や厚みがコントロールしにくいという問題点を有していた。
【0004】
ところで、ポリ乳酸からなり融点がさらに高いものとして、ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸が立体特異的に結合したポリ乳酸ステレオコンプレックスとその繊維が知られている。例えば、特開昭63−264913号公報には、ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸のブレンド物から紡糸・延伸することにより製造したポリ乳酸繊維が開示されている。しかし、ステレオコンプレックス繊維は、融点はさらに高いものの必ずしも高温時収縮性が十分に改善されたものではない。すわなち、融点がポリ−L−乳酸よりも30℃以上高いにもかかわらず150℃程度の加熱で収縮し、不織布の風合いが硬くなることが観察されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来のポリ−L−乳酸短繊維と生分解性バインダー短繊維を用いた不織布が、熱融着加工時に収縮変形しやすいという欠点を解消し、芯地、フィルター、肩パット、家具用詰め綿やベッド、敷布団、座布団、マット、自動車・車両シート用クッションなどのクッション材、建築用や自動車用の吸音、防振材、自動車用成型天井基材、自動車用床材あるいはトランクルーム内装材等に用いられる、寸法安定性の良い熱融着あるいは熱成形された不織布を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、このような新規な不織布を開発すべく鋭意検討を重ねた結果、本発明に到達した。
【0007】
すなわち、本発明は、ポリ乳酸系重合体からなる主体繊維と、融点が80〜150℃のバインダー成分を少なくとも繊維の表面に有する生分解性バインダー繊維とからなる不織布であって、構成繊維同士はバインダー成分の軟化または溶融によって熱融着して一体化しており、主体繊維を構成するポリ乳酸系重合体がステレオコンプレックスを形成し、該重合体の高温結晶融解相の融解開始温度が190℃以上であり該主体繊維は延伸後にヒートドラムで120〜210℃の温度域にて熱セットすることにより得られたものであって、該主体繊維の熱水収縮率が2.6%以下であることを特徴とする短繊維不織布を要旨とするものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【0009】
本発明の短繊維不織布は、ポリ乳酸系重合体からなる主体繊維と、生分解性バインダー繊維とからなる不織布であり、主体繊維を構成するポリ乳酸系重合体がステレオコンプレックスを形成している。
【0010】
本発明において、ステレオコンプレックスを形成しているポリ乳酸系重合体は、L−乳酸を主成分とするポリ−L−乳酸と、D−乳酸を主成分とするポリ−D−乳酸とから構成される。
【0011】
ここで、L−乳酸を主成分とするポリ−L−乳酸とは、L−乳酸70〜100モル%とD−乳酸またはD−乳酸以外の共重合物0〜30モル%とから構成されるものであり、一方、D−乳酸を主成分とするポリ−D−乳酸とは、D−乳酸70〜100モル%とL−乳酸またはL−乳酸以外の共重合物0〜30モル%とから構成されているものをいう。
【0012】
また、D,L−乳酸以外の共重合モノマー成分としては、乳酸モノマーあるいはラクチドと共重合が可能な脂肪族あるいは芳香族のオキシカルボン酸、カルボン酸エステル、ラクトン、ジカルボン酸、多価アルコール等を挙げることができる。また、これら成分から構成され、かつエステル結合形成性の官能基を有する各種ポリエステル、ポリエーテル、ポリカーボネート等も挙げられる。
【0013】
次に、ポリ乳酸系重合体が形成しているステレオコンプレックスについて説明する。ポリ−L−乳酸は左巻きらせん構造を有するのに対し、ポリ−D−乳酸は右巻きらせん構造を有するところから、これらが分子レベルで均一に混合すると、2成分間に立体特異的な結合が生じ、ポリ−L−乳酸あるいはポリ−D−乳酸単独の場合に形成される結晶構造よりも緊密かつ強固な結晶構造を形成する。この結晶構造をステレオコンプレックスという。このステレオコンプレックスの形成により、ポリ乳酸系重合体の融点が高くなり、熱収縮率も低くすることができる。
【0014】
ポリ乳酸系重合体におけるステレオコンプレックスは、上記L−乳酸を主成分とするポリ−L−乳酸とD−乳酸を主成分とするポリ−D−乳酸を溶液状態あるいは溶融状態で混合して、これら2成分間に立体特異的な結合を生じさせることにより形成することができる。例えば、ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸をそれぞれ塩化メチレン、クロロホルム、塩化エタン、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、ブチロラクトン、トリオキサン等の溶剤に溶解して混合・攪拌後、溶剤を加熱・減圧下で除くことにより形成することができる。また、ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸のチップをそれぞれ2軸エクストルーダーで混合溶融・混練することにより形成することができる。これら2成分の混合比率は、L−乳酸単位とD−乳酸単位が実質的に1対1になるように配合することが望ましい。
【0015】
本発明において、主体繊維を構成するステレオコンプレックスを形成してなるポリ乳酸系重合体は、示差走査熱分析を行った際、高温結晶融解相の融解開始温度が190℃以上である。
【0016】
図1に、本発明のステレオコンプレックスを形成してなるポリ乳酸系重合体からなる繊維を、示差走査熱分析(DSC:Differntial Scanning Calorimetrey)を行った際の融解吸熱曲線(DSC曲線)を示す。融解吸熱曲線(a)において、吸熱ピークの熱量(結晶融解熱量)は、重合体における結晶相の量の多少を示し、この吸熱量は、図の斜線部の面積で表される。
【0017】
ステレオコンプレックスを形成してなるポリ乳酸系重合体においては、構成する重合体成分種あるいは組成比、並びにそのステレオコンプレックスの調製条件、および形成状態に応じて、通常は少なくとも2つの吸熱ピークを示し、2つの結晶相が存在することを示す。1つは、ポリ−L−乳酸やポリ−D−乳酸のような個々のポリマー成分に固有の融点である165〜180℃に観測される低温結晶融解相(X)で、もう一つは、ステレオコンプレックスの形成に伴い認められる190〜230℃の高温結晶融解相(Y)である。
【0018】
高温結晶融解相および低温結晶融解相の相対的比率は、それぞれの結晶融解熱量の大きさ、すなわち、融解吸熱曲線(a)の2つの吸熱ピークで表される面積の大きさから算出することができる。したがって、結晶相全体に対する高温結晶融解相の比率は、下記式により求められる。
結晶相全体に対する高温結晶融解相の比率(%)=Y×100/(Y+X)
上式において、Y:高温結晶融解相の吸熱ピークで表される面積、X:低温結晶融解相の吸熱ピークで表される面積とする。
【0019】
本発明において、結晶相全体に対する高温結晶融解相の比率は、90%以上であることが好ましい。結晶相全体に対する高温結晶融解相の比率が90%以上とすることにより、重合体は耐熱性に優れるものとなり、この重合体からなる繊維を用いて、不織布を製造・加工するにおいて、熱処理ゾーンや熱ロールを通す等の熱処理を行った際に、繊維が収縮したり、また、熱ロールに絡みついたりするというトラブルが生じにくい。また、この繊維からなる不織布製品にアイロン掛けを行った際に、繊維が軟化し一部融解を始めたり、不織布製品の風合いが硬くなる等のトラブルが生じにくいためである。
【0020】
高温結晶融解相の融解開始温度についてであるが、これは、高温融解結晶相の吸熱ピークの開始(onset)温度であり、吸熱ピークの低温側のDSC曲線の傾きが最大の点で引いた接線と低温側のベースラインを高温側に延長した直線とが交差する点の温度をいう。より具体的には、パーキンエルマー社製パイリス(pyris)1を用い、昇温速度20℃/分で自動計測した場合に表示されるonset温度である。
【0021】
本発明において、主体繊維を構成するステレオコンプレックスを形成してなるポリ乳酸系重合体の高温結晶融解相の融解開始温度が、190℃未満であると、この繊維からなる不織布製品にアイロン掛けを行った際に、繊維が軟化し一部融解を始めることがあり、不織布製品の風合いが硬くなり好ましくない。また、この繊維を用いて不織布を製造・加工するにおいて、熱処理ゾーンや熱ロールを通す等の熱処理を行った際に、繊維が収縮して、不織布の幅や厚みをコントロールすることが困難であったり、また、熱ロールに絡みついたりするというトラブルが生じやすくなる。
【0022】
本発明においては、主体繊維を構成するステレオコンプレックスを形成してなるポリ乳酸系重合体の高温結晶融解相の融解開始温度が、190℃以上であるが、好ましくは200℃以上、さらに好ましくは210℃以上である。本発明において、生分解性バインダー短繊維により熱融着してなる不織布を効率的に生産しようとすると、熱融着加工時に150℃程度の温度に耐え得ることを要件とするため、ステレオコンプレックスを形成してなるポリ乳酸系重合体の高温結晶相の融解開始温度は、最低190℃以上であることが必須の要件となる。
【0023】
なお、主体繊維を構成するポリ乳酸系重合体は、結晶相全体に対する高温結晶融解相の比率が100%であり、融解開始温度が190℃以上である高温結晶融解相のみからなるものであってもよい。
【0024】
ステレオコンプレックスを形成してなるポリ乳酸系重合体からなる主体繊維の熱水収縮率は、2.6%以下である。主体繊維の熱水収縮率が2.6%を超えると、不織布を製造・加工する際の熱処理工程で、繊維が収縮してしまい、不織布の幅や厚みをコントロールすることが困難であったり、また、得られる不織布の風合いが劣るものとなったり、また、処理工程において、不織布が熱ロールに絡みつく等のトラブルが発生しやすくなる。また、不織布製品とした後において、アイロン掛けを行う際、特にスチームを付与してアイロン掛けを行う際に、その熱により繊維が収縮する等により、風合いが硬くなったりする。
【0025】
本発明の熱水収縮率は、沸騰水(100℃)中に50mmの長さの繊維を30分間浸漬し、浸漬後の長さ(N(mm))を測定し、下記式により算出する。
【0026】
熱水収縮率(%)=((50−N)/50)×100
本発明において、ポリ乳酸からなる主体繊維は、その断面形態が丸断面であっても異型断面であってもよい。また、中空部を有する中空断面であってもよい。
【0027】
また、主体繊維の単糸繊度は特に限定されるものでなく、不織布の用途に応じた要求特性によって決めればよいが、0.5〜200デシテックス程度のものとする。また、繊維の形態は、ノークリンプのものであっても、機械捲縮あるいは立体捲縮を有するものであってもよい。例えば、クッション材等の柔軟性、嵩高性を要求される用途には、重合度や共重合率の異なる2種のステレオコンプレックスを形成してなるポリ乳酸系重合体からなるコンジュゲートタイプの立体捲縮を有する繊維が好ましい。
【0028】
ポリ乳酸からなる主体繊維には、通常のポリエステル繊維用の乾式不織布用油剤、湿式不織布用油剤あるいは紡績用油剤を付与してもよい。また、特に滑りの良いシリコン系あるいは非シリコン系の易滑性油剤を付与してもよい。
【0029】
上記した本発明のステレオコンプレックスを形成してなるポリ乳酸系重合体からなる主体繊維は、次のようにして得ることができる。
【0030】
ステレオコンプレックスを形成してなるポリ乳酸系重合体において、結晶相全体に対する高温結晶融解相の比率は、構成対裳体であるL−乳酸とD−乳酸の組成比により、また、ステレオコンプレックスの調製・形成条件に依存する。L−乳酸とD−乳酸との組成比を1対1に近くし、また、ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸を溶液状態あるいは溶融状態で分子レベルで均一に混合させることにより高温結晶融解相の比率を高めることができる。
【0031】
ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸を溶液状態あるいは溶融状態で混合する、あるいは、ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸のチップをそれぞれ2軸エクストルーダーで混合溶融・混練することによりステレオコンプレックスを形成させ、その後、溶融押し出し機を用いた溶融紡糸を行うことにより繊維を形成する。あるいは、有機溶媒中に溶解したポリマー混合溶液を紡糸原液とし、水、メタノール、エタノール、アセトンあるいはこれらと紡糸原液に用いた有機溶媒との混合液を凝固液として湿式紡糸を行うことにより繊維を形成する。製造コストの点からは溶融紡糸法が有利である。
【0032】
次いで、得られた繊維に、高温結晶融解相の融解開始温度よりも低い温度で、かつ、結晶化を促進する温度域、すなわち120〜210℃、より好ましくは160〜175℃で熱セットする。この熱セットにより結晶化を促進させて、高温結晶融解相の比率を高め、高温結晶融解相の融解開始温度を向上させ、かつ熱水収縮率を抑えることができる。この熱セットは、ポリ乳酸ステレオコンプレックス繊維の延伸後ヒートドラムを用いることにより行う。このような高温で熱セットを行うことは、ステレオコンプレックスを形成してなるポリ乳酸系重合体が、190〜230℃のような高温の結晶融点を有するため可能であり、従来の単なるポリ−L−乳酸のような融点が170℃程度のものでは不可能なことであった。
【0033】
熱セットを行った繊維は、所望の油剤を付与し、機械捲縮を付与し、次いで、25〜70mm位にカットして主に乾式不織布用のクリンプ綿とする。あるいは機械捲縮を付与せずに、ストレートの繊維のまま3〜20mmにカットして主に湿式抄紙用の短繊維とする。
【0034】
次に、本発明における生分解性バインダー繊維について説明する。生分解性バインダー繊維は、融点(融点を有しないものについては、軟化点を融点とみなす。)が80〜150℃のバインダー成分を少なくとも繊維の表面に有する。バインダー成分は、繊維表面の少なくとも一部を形成しているものであればよく、その形態としては、バインダー成分のみからなる単相繊維や、バインダー成分とバインダー成分よりも高融点の成分とからなる2成分の繊維であって、貼り合せ型、芯鞘型等の複合繊維であってもよい。本発明においては、芯鞘型の複合繊維であることが好ましい。なお、複合繊維の場合、高融点の成分とバインダー成分との融点差は、20℃以上であることが好ましく、さらには30℃以上であることが好ましい。
【0035】
バインダー成分の融点が80℃未満であると、融点が低すぎて、梳綿機などでウエブを作成する時に生じる摩擦熱により、ネップが発生するなどのトラブルを起こすことがあり好ましくない。一方、融点が150℃を超えると、熱融着加工温度として高い温度を設定する必要があり、熱融着加工時に不織布の寸法変化が大きくなり、安定して製造することができにくくなり好ましくない。
【0036】
生分解性バインダー繊維を構成する生分解性熱可塑性重合体としては、例えば、ポリグリコール酸やポリ乳酸のようなポリ(α−ヒドロキシ酸)またはこれらを主たる繰り返し単位とする共重合体があげられる。また、ポリ(ε−カプロラクトン)、ポリ(β−プロピオラクトン)のようなポリ(ω−ヒドロキシアルカノエート)やポリ−3−ヒドロキシプロピオネート、ポリ−3−ヒドロキシブチレート、ポリ−3−ヒドロキシカプロネート、ポリ−3−ヒドロキシヘプタノエート、ポリ−3−ヒドロキシオクタノエートのようなポリ(β−ヒドロキシアルカノエート)あるいは、これらの繰り返し単位とポリ−3−ヒドロキシバリレートやポリ−4−ヒドロキシブチレートの繰り返し単位との共重合体などが挙げられる。
【0037】
さらに、グリコールとジカルボン酸の重縮合体からなるポリアルキレンアルカノエートの例としては、例えばポリエチレンオキサレート、ポリエチレンサクシネート、ポリエチレンアジペート、ポリエチレンアゼレート、ポリブチレンオキサレート、ポリブチレンサクシネート、ポリブチレンアジペート、ポリブチレンセバケート、ポリヘキサメチレンセバケート、ポリネオペンチルオキサレートまたはこれらを主たる繰り返し単位とするポリアルキレンアルカノエート共重合体が挙げられる。
【0038】
また、芳香族カルボン酸を含有するものであっても、例えばポリブチレンテレフタレートアジペート、ポリエチレンテレフタレートアジペートなどでもさしつかえない。
【0039】
ここで、ポリ乳酸系重合体の場合は、化学構造的に種々の融点のポリマーを作ることができるので好ましく、融点の異なる2種のポリ乳酸系重合体を採用してなる複合繊維をバインダー繊維として用いることが好ましい。このような複合繊維が、融点の異なるポリ乳酸の組み合わせである場合について説明する。
【0040】
ポリ乳酸の融点の制御についてであるが、乳酸モノマーは光学活性の炭素を有しており、D−乳酸とL−乳酸の光学異性体が存在する。L−乳酸にD−乳酸を1モル%共重合させると融点170℃、D−乳酸を3モル%共重合させると融点150℃、D−乳酸を7モル%共重合させると融点130℃、D−乳酸を12モル%共重合させると融点110℃といった具合にポリ乳酸の融点のコントロールが可能である。D−乳酸が18モル%以上となると明確な結晶融点は観察されず、軟化温度90℃未満位の非晶性の強いポリマーとなる。相互に融点が20℃以上異なる2種のポリ乳酸が、芯鞘型、サイドバイサイド型、海島型、割繊型に複合された繊維が本発明の生分解性バインダー短繊維として好ましく使用することができる。また、一方が融点110℃以上のポリ乳酸、他方が軟化点90℃未満の非晶性の強いポリ乳酸といった組み合わせでも差し支えない。なお、このような非晶性の強いポリ乳酸の場合は便宜上、目視での軟化温度を融点とする。
【0041】
これらのうち、芯鞘型で、芯部が融点170℃以上のポリ乳酸あるいは融点200℃以上のポリ乳酸ステレオコンプレックス、鞘部が融点130℃程度のポリ乳酸という組み合わせの複合繊維が熱融着加工のし易さ、接着力の高さから、さらに好ましい。すなわち、不織布とするときの熱融着加工の際、バインダー繊維が単一成分からなる単相繊維である場合、熱カレンダー装置を用いた熱処理における熱圧着する条件によっては、バインダー繊維がフィルム状に潰れ、不織布の目開きのコントロールが困難な場合がある。また、不織布を用いて、袋体に加工する際、2辺ないしは3辺をヒートシールするが、この場合もバインダー繊維が単相繊維であると、フィルム状に潰れて裂けやすくなる場合がある。前記のごとく、ある程度融点差のあるポリ乳酸を組み合わせた芯鞘型の複合形態とすることで、熱融着加工の際、バインダー短繊維がフィルム状に潰れるのを避けることができる。
【0042】
バインダー繊維の断面形状は、通常の丸断面のほかに三角断面、Y型断面、十字断面、偏平断面等の異型断面であってもよい。
【0043】
バインダー繊維は、その単糸繊度については特に限定されるものではないが、生産しやすさから、0.5〜20デシテックス程度の範囲が好ましい。
【0044】
本発明における生分解性バインダー繊維は、単相繊維の場合でも複合繊維の場合でも、概ね従来技術を踏襲した方法で製造することができる。例えば、複合繊維の場合を説明すると、まず汎用の複合溶融紡糸装置を用いて、互いに融点の異なる2種類の生分解性熱可塑性重合体を溶融紡糸する。紡糸に際し、安定剤、顔料、強化剤などを共存させてもよい。紡出された繊維は、必要に応じて連続的または別工程で延伸、熱処理される。繊維は、油剤を付与し、数万〜数百万デシテックスのトウに引き揃えて、クリンパーボックスなどを用いて機械的に捲縮を付与し、25〜70mm位にカットして主に乾式不織布用のクリンプ綿とする。あるいはトウに引き揃えたストレートの繊維のまま3〜20mmにカットして主に湿式抄紙用の短繊維とする。
【0045】
本発明の短繊維不織布は、上述したポリ乳酸系重合体からなる主体繊維と、生分解性バインダー繊維とからなり、構成繊維は、バインダー成分の軟化または溶融によって熱融着により一体化している。主体繊維とバインダー繊維との混合比率については、不織布に求めれる要求特性、用途に応じて適宜選択できるが、20/80〜80/20(質量比)程度であることが好ましい。
【0046】
次に、本発明の短繊維不織布の製造方法の一例について説明する。
【0047】
本発明の短繊維不織布は、例えば、乾式不織布の場合、ステレオコンプレックスを形成しているポリ乳酸系重合体からなる繊維に捲縮を付与し、5〜100mm、好ましくは25〜70mmにカットした主体繊維と、生分解性バインダー短繊維を用途あるいはその要求特性により決定した割合にて混綿し、梳綿機等でウエブを形成した後、熱処理によりバインダー成分を溶融または軟化させて、不織布として一体化する。熱処理としては、サクションバンド、サクションドラムのような加熱エアーを用いた熱融着処理装置で溶融接着する方法、あるいは熱エンボス装置、熱カレンダー装置(1対のフラットロールからなる装置)などの熱処理装置を通してバインダー成分を溶融圧着して、繊維間を融着により点接合する方法等が挙げられる。なお、熱処理を施す前に、ニードリング加工やスパンレース加工を行ってもよい。
【0048】
また、湿式不織布の場合、主体繊維およびバインダー繊維において、捲縮を付与することなく3〜20mm、好ましくは5〜15mmにカットした繊維を水中に分散混合して抄紙し、シートを形成した後、ヤンキードラムドライヤで乾燥し、熱エンボスロールや熱フラットロールなどの熱処理装置を通して、バインダー繊維を軟化圧着して繊維間を融着により点接合することにより得ることができる。
【0049】
本発明の短繊維不織布をクッション材やフィルターとして用いる場合には、厚みを5mm以上とするのが好ましい。厚みの上限は特に限定しないが、製造設備、製造コスト、使い易さの点から150mm程度が好ましい。また、クッション材の密度は、0.01g/cm3以上とするのが好ましい。
【0050】
本発明の短繊維不織布の厚みと密度を規制する方法としては、ニードリング加工による針打ち込み密度を適宜選択することや、熱融着加工時にスペーサー等を用いて厚み規制して製造すること等が挙げられる。
【0051】
本発明の短繊維不織布は、主体繊維は、ステレオコンプレックスを形成してなるポリ乳酸系重合体からなる繊維を採用するものであるが、本発明の目的を損なわない程度であれば、他の繊維が混綿されたものであってもよい。他の繊維としては、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維、ポリプロピレン繊維などの合成繊維やレーヨン繊維などの半合成繊維、ウール、木綿、麻、パルプなどの天然繊維などが挙げられる。なかでもポリエステル繊維たとえばエチレンテレフタレート単位やブチレンブチレンテレフタレート単位あるいはエチレンナフタレート、特にエチレン−2,6−ナフタレート単位を主たる構成成分とするものが好ましいが、その変形のしにくさなどの物性および経済性の面からとりわけポリエチレンテレフタレート繊維が好ましい。なお、その特性を損なわない範囲でイソフタル酸、5−スルホイソフタル酸、ジエチレングリコール等の他の成分が共重合されたポリエステルであっても差し支えない。また、生分解性を考慮すると、レーヨン繊維等の半合成繊維、天然繊維を混合することが好ましい。
【0052】
【実施例】
以下、実施例によって本発明を詳しく説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。なお、実施例に記述した諸物性の評価法は、次のとおりである。
(1) 相対粘度
フエノールと四塩化エタンの等重量混合物を溶媒とし、試料濃度0.5g/dl、温度20℃で測定した。
【0053】
(2) 結晶融解開始温度および融点(℃)
パーキンエルマー社製パイリス(pyris)1を用い、昇温速度20℃/分で自動計測した場合に自動表示されるonset温度が結晶融解開始温度であり、結晶融解ピーク温度が融点である。
【0054】
実施例1
D−乳酸単位を1モル%含有する融点169℃、相対粘度1.89のポリ−L−乳酸チップと、L−乳酸単位を1モル%含有する融点168℃、相対粘度1.90のポリ−D−乳酸チップとを等重量混合し攪拌しながら減圧乾燥した。
【0055】
得られた混合チップを通常の溶融紡糸装置を使用し、紡糸温度を235℃、総吐出量を313g/分として溶融紡糸した。紡出糸条を冷却した後引取速度1000m/分で引き取って未延伸繊維糸条を得た。得られた糸条を集束し、11万デシテックスのトウにして、延伸倍率2.9、延伸温度80℃で延伸し、160℃のヒートドラムで熱処理してから、押し込み式クリンパを使用して捲縮を付与した後、長さ51mmに切断して、融点218℃、結晶融解開始温度206℃、高温結晶融解相の比率99%、単糸繊度4.4デシテックス、単糸強度4.1cN/デシテックス、単糸伸度36%、100℃における熱水収縮率1.8%のポリ乳酸ステレオコンプレックス繊維を得た。
【0056】
一方、D−乳酸単位を1.5モル%含有する融点168℃、相対粘度1.85のポリ−L−乳酸と、D−乳酸単位を8.2モル%含有する融点132℃、相対粘度1.88のポリ−L−乳酸との2種のチップを減圧乾燥した後、通常の複合溶融紡糸装置を使用して溶融し、融点132℃のポリ−L−乳酸が鞘部に配して、芯鞘に複合(質量比1:1)するようにして紡糸温度210℃で複合溶融紡糸した。
【0057】
紡出糸条を冷却した後、引取速度1000m/分で引き取って未延伸糸条を得た。得られた糸条を収束し、延伸倍率3.4倍、延伸温度75℃で延伸してから、押し込み式クリンパを使用して捲縮を付与した後、長さ51mmに切断し、繊度2デシテックス、単糸強度3.7cN/デシテックス、単糸伸度40%の生分解性バインダー短繊維を得た。
【0058】
得られたポリ乳酸ステレオコンプレックス繊維を75%および生分解性バインダー短繊維を25%の割合で混合し、梳綿機を通した後クロスラッパーで積層して400g/m2のウエブを作成した。このウエブの150℃における熱処理時の収縮率は2%であり、ウエブの熱収縮としては小さいものであった。なお、このウエブの熱処理時の収縮率は、以下に方法により測定した、すなわち、縦30cm×横30cmのウエブ(5枚)をフリーの状態でサクションバンド式の熱融着加工機で150℃、2分間処理し、処理後の縦、横の長さを測定し、その平均値Mcmを算出する。さらに、次式により熱処理時の収縮率を算出する。
熱処理時の収縮率(%)=[(30−M)/30]×100
次いで、得られたウエブをサクションバンド式の熱処理機を用いて150℃で熱融着加工を行い、十分な接着強度を有する短繊維不織布を得た。熱融着加工前後のウエブの幅変化は微小なものであり、加工工程においても実用上問題ないものであった。
【0059】
実施例2
実施例1において、D−乳酸単位を4.5モル%含有する融点154℃、相対粘度1.827のポリ−L−乳酸チップと、L−乳酸単位を6.0モル%含有する融点151℃、相対粘度1.873のポリ−D−乳酸チップとを等質量混合すること以外は、実施例1と同様にして実施した。
【0060】
得られたポリ乳酸ステレオコンプレックス繊維は、融点205℃、結晶融解開始温度196℃、高温結晶融解相の比率92%、単糸繊度4.4デシテックス、熱水収縮率2.6%であった。また、ウエブの150℃における熱処理時の収縮率は、4%と小さいものであった。また、熱融着加工前後のウエブの幅変化は微小なものであり、加工工程においても実用上問題ないものであった。
【0061】
比較例1
実施例1において、コハク酸を32モル%共重合した相対粘度1.881のポリ−L−乳酸チップ(DSCによる融点は認められない。)と、コハク酸を3モル%共重合した相対粘度1.875のポリ−D−乳酸チップ(DSCによる融点は認められない。)とを等質量混合したこと、延伸時のヒートドラム熱セット温度を110℃としたこと(さらに高温とするとドラムに巻きついてしまうため)以外は、実施例1と同様にして実施した。
【0062】
得られたポリ乳酸ステレオコンプレックス繊維は融点192℃、結晶融解開始温度174℃、単糸繊度4デニール、100℃における熱水収縮率3.6%であった。また、このウエブの150℃における熱処理時の収縮率は35%と大きいものであった。また、熱融着加工前後のウエブの幅変化や場所による目付斑は著しく大きく、実用上問題があるものであった。
【0063】
実施例3
実施例1において、ウエブの目付を50g/m2としたこと、サクションバンド式の熱処理機で処理する代わりに、ロール温度を150℃に設定したエンボス装置を用いて熱融着処理を行ったこと以外は、実施例1と同様にして実施した。
【0064】
ウエブの150℃における熱処理時の収縮率は3%と小さいものであった。また、得られた短繊維不織布は、十分な接着強度を有するものであり、熱融着処理前後のウエブの幅変化は微小で、加工工程において実用上問題ないものであった。
【0065】
実施例4〜6、比較例2
実施例1において、生分解性バインダー短繊維を得るに際して、表1に示すごときD、L−乳酸の含有率の異なるポリ乳酸を使用したこと以外は、実施例1と同様に実施した。
【0066】
実施例4〜6においては、ウエブの150℃における熱処理時の収縮率はいずれも3%以下と小さいものであり、良好に熱融着加工が可能であった。
【0067】
一方、比較例2においては、熱融着加工温度を150℃に設定した場合、全く融着せず、加工温度を175℃まで温度を上げところ、熱融着加工前後のウエブの幅変化が平均して38%と大きく、場所による目付斑が激しく、実用上問題があるものであった。
【0068】
【表1】
【0069】
実施例7
実施例1において、ポリ乳酸ステレオコンプレックス繊維およびバインダー短繊維を作成する際に、トウに機械クリンプを付与することなく5mmにカットして、ポリ乳酸ステレオコンプレックス繊維および生分解性バインダー短繊維を得た。
【0070】
得られたポリ乳酸ステレオコンプレックス繊維を50質量%、生分解性バインダー短繊維を20質量%および木材パルプを25質量%の割合で混合し、湿式抄紙を行って、目付25g/m2のシートを作成した。引き続いて一対のフラットロール熱処理機を用いて130℃で熱圧着処理を行った。得られた不織布は、目付斑がなく均一であり、十分な接着強力を有するものであった。
【0071】
【発明の効果】
本発明の短繊維不織布においては、主体繊維がポリ乳酸ステレオコンプレックス繊維であり、繊維を構成する重合体が高温結晶融解相の融解開始温度が190℃以上で、かつ繊維の熱水収縮率が3%以下である。したがって、この主体繊維とバインダー繊維とを混綿して不織ウエブに熱処理を施して、不織布を製造・加工する際、加熱により主体繊維が収縮して幅や厚みをコントロールしにくいという問題や、ウエブが熱ロールに絡みついたりするというようなトラブルが生じにくく、熱処理前後の不織布の幅変化や厚み変化が小さく、均一で高品質の不織布を安定して得ることができる。また、不織布製品にアイロン掛けを行ったりしても、風合いを損なうことがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】ステレオコンプレックスを形成してなるポリ乳酸系重合体からなる繊維の融解吸熱曲線(DSC曲線)の例を示す。
【符号の説明】
a:融解吸熱曲線
X:低温結晶融解相
Y:高温結晶融解相
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a short fiber nonwoven fabric made of a polylactic acid polymer. More specifically, the present invention relates to a short fiber nonwoven fabric comprising a low heat shrinkable polylactic acid stereocomplex fiber excellent in heat resistance and a biodegradable binder fiber.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a technique for fiberizing polylactic acid, which is a biodegradable thermoplastic, by a melt spinning method is widely known. In particular, poly-L-lactic acid having a high L-lactic acid content is crystalline and has a relatively high melting point of about 170 ° C., so that it is used as a main fiber and combined with a biodegradable binder short fiber for clothing (for example, a core). It may be used as a non-woven fabric for industrial use.
[0003]
The biodegradable binder short fiber requires a melting point higher than about 80 ° C. from the viewpoint of processability. When such a binder fiber is subjected to heat fusion treatment with hot air, the production efficiency is considered. A heating temperature of about 150 ° C. or higher is required. As a result, the polylactic acid fiber itself, which is the main fiber, easily contracts by heat, and the width and thickness of the nonwoven fabric are difficult to control.
[0004]
By the way, a polylactic acid stereocomplex in which poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid are stereospecifically bonded and fibers thereof are known as those made of polylactic acid and having a higher melting point. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-264913 discloses a polylactic acid fiber produced by spinning and drawing from a blend of poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid. However, although the stereocomplex fiber has a higher melting point, the shrinkage at high temperature is not necessarily sufficiently improved. That is, it has been observed that although the melting point is higher by 30 ° C. or more than poly-L-lactic acid, it shrinks by heating at about 150 ° C. and the texture of the nonwoven fabric becomes harder.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention eliminates the drawback that nonwoven fabrics using such conventional poly-L-lactic acid short fibers and biodegradable binder short fibers are easily shrunk and deformed during heat fusion processing. Pads, padding for furniture, beds, mattresses, cushions, mats, cushioning materials such as cushions for automobiles and vehicle seats, sound absorption materials for buildings and automobiles, vibration-proof materials, molded ceiling materials for automobiles, automotive flooring materials or An object of the present invention is to provide a heat-bonded or thermoformed nonwoven fabric with good dimensional stability, which is used for trunk room interior materials.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The inventor of the present invention has reached the present invention as a result of intensive studies to develop such a novel nonwoven fabric.
[0007]
That is, the present invention is a nonwoven fabric composed of a main fiber composed of a polylactic acid polymer and a biodegradable binder fiber having at least a binder component having a melting point of 80 to 150 ° C. on the fiber surface, It is integrated by heat fusion by softening or melting of the binder component, and the polylactic acid polymer constituting the main fiber forms a stereo complex, and the melting start temperature of the high-temperature crystal melting phase of the polymer is 190 ° C. or higher. And , The main fiber is obtained by heat setting in a temperature range of 120 to 210 ° C. with a heat drum after stretching, The hot water shrinkage of the main fiber is 2.6 The short fiber nonwoven fabric is characterized by being not more than%.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[0009]
The short fiber nonwoven fabric of the present invention is a nonwoven fabric composed of a main fiber composed of a polylactic acid polymer and a biodegradable binder fiber, and the polylactic acid polymer constituting the main fiber forms a stereocomplex.
[0010]
In the present invention, the polylactic acid-based polymer forming the stereocomplex is composed of poly-L-lactic acid containing L-lactic acid as a main component and poly-D-lactic acid containing D-lactic acid as a main component. The
[0011]
Here, poly-L-lactic acid containing L-lactic acid as a main component is composed of 70 to 100 mol% of L-lactic acid and 0 to 30 mol% of D-lactic acid or a copolymer other than D-lactic acid. On the other hand, poly-D-lactic acid mainly composed of D-lactic acid is composed of 70 to 100 mol% of D-lactic acid and 0 to 30 mol% of L-lactic acid or a copolymer other than L-lactic acid. It means what is configured.
[0012]
In addition, as copolymerizable monomer components other than D, L-lactic acid, aliphatic or aromatic oxycarboxylic acids, carboxylic acid esters, lactones, dicarboxylic acids, polyhydric alcohols and the like that can be copolymerized with lactic acid monomers or lactides are included. Can be mentioned. In addition, various polyesters, polyethers, polycarbonates and the like that are composed of these components and have an ester bond-forming functional group are also included.
[0013]
Next, the stereocomplex formed by the polylactic acid polymer will be described. Poly-L-lactic acid has a left-handed helical structure, whereas poly-D-lactic acid has a right-handed helical structure. When these are uniformly mixed at the molecular level, a stereospecific bond is formed between the two components. As a result, a crystal structure closer and stronger than the crystal structure formed in the case of poly-L-lactic acid or poly-D-lactic acid alone is formed. This crystal structure is called a stereo complex. By forming this stereocomplex, the melting point of the polylactic acid polymer is increased and the heat shrinkage rate can be lowered.
[0014]
The stereocomplex in the polylactic acid polymer is prepared by mixing poly-L-lactic acid containing L-lactic acid as a main component and poly-D-lactic acid containing D-lactic acid as a main component in a solution state or a molten state. It can be formed by creating a stereospecific bond between the two components. For example, poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid are dissolved in a solvent such as methylene chloride, chloroform, ethane chloride, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, tetrahydrofuran, butyrolactone, trioxane, etc. It can be formed by removing under heating and reduced pressure. Further, it can be formed by mixing, melting and kneading poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid chips with a biaxial extruder, respectively. The mixing ratio of these two components is desirably such that the L-lactic acid unit and the D-lactic acid unit are substantially 1: 1.
[0015]
In the present invention, the polylactic acid polymer formed from the stereocomplex constituting the main fiber has a melting start temperature of 190 ° C. or higher in the high-temperature crystal melting phase when differential scanning calorimetry is performed.
[0016]
FIG. 1 shows a melting endothermic curve (DSC curve) when a differential scanning calorimetry (DSC) is performed on a fiber made of a polylactic acid-based polymer that forms the stereocomplex of the present invention. In the melting endothermic curve (a), the amount of heat of the endothermic peak (crystal melting heat amount) indicates the amount of the crystalline phase in the polymer, and this endothermic amount is represented by the area of the hatched portion in the figure.
[0017]
In a polylactic acid-based polymer formed with a stereocomplex, it usually shows at least two endothermic peaks depending on the constituent polymer component species or composition ratio, the preparation condition of the stereocomplex, and the formation state, It shows that there are two crystalline phases. One is a low-temperature crystal melting phase (X) observed at 165 to 180 ° C., which is an inherent melting point of individual polymer components such as poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid, and the other is It is a high-temperature crystal melting phase (Y) of 190 to 230 ° C. observed with the formation of the stereocomplex.
[0018]
The relative ratio of the high-temperature crystal melting phase and the low-temperature crystal melting phase can be calculated from the magnitude of each crystal melting heat quantity, that is, the area size represented by the two endothermic peaks of the melting endothermic curve (a). it can. Therefore, the ratio of the high-temperature crystal melting phase to the entire crystal phase is obtained by the following formula.
Ratio of high-temperature crystal melt phase to total crystal phase (%) = Y × 100 / (Y + X)
In the above formula, Y is an area represented by an endothermic peak of a high-temperature crystal melting phase, and X is an area represented by an endothermic peak of a low-temperature crystal melting phase.
[0019]
In the present invention, the ratio of the high-temperature crystal melt phase to the entire crystal phase is preferably 90% or more. By setting the ratio of the high-temperature crystal melt phase to the entire crystal phase to be 90% or more, the polymer has excellent heat resistance, and in the production and processing of nonwoven fabrics using fibers made of this polymer, a heat treatment zone or When heat treatment such as passing through a hot roll is performed, troubles such as fiber shrinkage or entanglement with the hot roll are unlikely to occur. In addition, when ironing a non-woven product made of this fiber, troubles such as the softening of the fiber and partial melting or the texture of the non-woven product becoming hard are unlikely to occur.
[0020]
Regarding the melting start temperature of the high-temperature crystal melting phase, this is the onset temperature of the endothermic peak of the high-temperature melting crystal phase, and the tangent line drawn by the maximum slope of the DSC curve on the low temperature side of the endothermic peak. And the temperature at which the straight line extending from the low-temperature base line to the high-temperature side intersects. More specifically, it is an onset temperature displayed when a pyris 1 manufactured by PerkinElmer is used and automatically measured at a temperature rising rate of 20 ° C./min.
[0021]
In the present invention, when the melting start temperature of the high-temperature crystal melting phase of the polylactic acid polymer formed from the stereocomplex constituting the main fiber is less than 190 ° C., the nonwoven fabric product made of this fiber is ironed. In this case, the fibers may soften and partly start melting, which is not preferable because the texture of the nonwoven fabric product becomes hard. In addition, when manufacturing and processing a nonwoven fabric using this fiber, it is difficult to control the width and thickness of the nonwoven fabric due to shrinkage of the fiber when heat treatment such as passing through a heat treatment zone or a heat roll is performed. Or entangled with the heat roll.
[0022]
In the present invention, the melting start temperature of the high-temperature crystal melting phase of the polylactic acid polymer formed from the stereocomplex constituting the main fiber is 190 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or higher, and more preferably 210 ° C. It is above ℃. In the present invention, in order to efficiently produce a non-woven fabric formed by heat fusion with a biodegradable binder short fiber, it is necessary to be able to withstand a temperature of about 150 ° C. during heat fusion processing. It is an essential requirement that the melting start temperature of the high-temperature crystal phase of the polylactic acid polymer formed is at least 190 ° C. or higher.
[0023]
The polylactic acid polymer constituting the main fiber is composed only of a high-temperature crystal melt phase in which the ratio of the high-temperature crystal melt phase to the entire crystal phase is 100% and the melting start temperature is 190 ° C. or higher. Also good.
[0024]
The hot water shrinkage rate of the main fiber composed of a polylactic acid polymer formed with a stereocomplex is 2.6 % Or less. The hot water shrinkage of the main fiber 2.6 If the percentage exceeds 50%, the fibers shrink in the heat treatment step when manufacturing and processing the nonwoven fabric, and it is difficult to control the width and thickness of the nonwoven fabric, and the resulting nonwoven fabric has a poor texture. In addition, troubles such as the nonwoven fabric entangled with the heat roll easily occur in the treatment process. Moreover, after making it into a non-woven fabric product, when ironing, particularly when ironing with steam, the texture becomes hard due to the shrinkage of the fibers due to the heat.
[0025]
The hot water shrinkage of the present invention is calculated by the following formula by immersing a fiber having a length of 50 mm in boiling water (100 ° C.) for 30 minutes, measuring the length (N (mm)) after the immersion.
[0026]
Hot water shrinkage (%) = ((50−N) / 50) × 100
In the present invention, the main fiber made of polylactic acid may have a round cross section or an irregular cross section. Moreover, the hollow cross section which has a hollow part may be sufficient.
[0027]
In addition, the single yarn fineness of the main fiber is not particularly limited, and may be determined according to the required characteristics according to the use of the nonwoven fabric, but is about 0.5 to 200 dtex. The form of the fiber may be a no crimp or may have a mechanical crimp or a three-dimensional crimp. For example, for applications that require flexibility and bulkiness such as cushioning materials, conjugate type three-dimensional cages composed of polylactic acid polymers formed from two types of stereocomplexes having different degrees of polymerization and copolymerization rates. A fiber having shrinkage is preferred.
[0028]
The main fiber made of polylactic acid may be provided with a normal dry nonwoven oil for polyester fibers, a wet nonwoven oil or a spinning oil. Also, a silicon-based or non-silicone easy-to-slip oil that is particularly slippery may be applied.
[0029]
The main fiber made of the polylactic acid polymer formed by forming the above-described stereocomplex of the present invention can be obtained as follows.
[0030]
In a polylactic acid-based polymer formed with a stereocomplex, the ratio of the high-temperature crystal melt phase to the entire crystal phase depends on the composition ratio of L-lactic acid and D-lactic acid, which are structural elements, and the preparation of the stereocomplex.・ Depends on formation conditions. The composition ratio of L-lactic acid and D-lactic acid is close to 1: 1, and poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid are uniformly mixed at a molecular level in a solution state or a molten state, thereby producing high-temperature crystals. The ratio of the melt phase can be increased.
[0031]
By mixing poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid in a solution state or in a molten state, or by mixing and melting and kneading poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid chips with a biaxial extruder, respectively. A stereo complex is formed, and then fibers are formed by performing melt spinning using a melt extruder. Alternatively, a fiber is formed by performing wet spinning using a polymer mixed solution dissolved in an organic solvent as a spinning stock solution and water, methanol, ethanol, acetone or a mixture of these and the organic solvent used in the spinning stock solution as a coagulating solution. To do. From the standpoint of production cost, the melt spinning method is advantageous.
[0032]
Next, the obtained fiber is heat-set at a temperature lower than the melting start temperature of the high-temperature crystal melting phase and in a temperature range that promotes crystallization, that is, 120 to 210 ° C, more preferably 160 to 175 ° C. Crystallization can be promoted by this heat setting, the ratio of the high-temperature crystal melt phase can be increased, the melting start temperature of the high-temperature crystal melt phase can be improved, and the hot water shrinkage rate can be suppressed. This heat set is a roll of polylactic acid stereocomplex fiber. After stretching In By using a heat drum Do. It is possible to perform heat setting at such a high temperature because the polylactic acid polymer formed by forming a stereocomplex has a crystal melting point as high as 190 to 230 ° C. It was impossible with a melting point of about 170 ° C. such as lactic acid.
[0033]
The fibers that have been heat set are provided with a desired oil agent, imparted with mechanical crimping, and then cut to about 25 to 70 mm to obtain crimped cotton mainly for dry nonwoven fabrics. Or, without applying mechanical crimping, straight fibers are cut into 3 to 20 mm to make short fibers mainly for wet papermaking.
[0034]
Next, the biodegradable binder fiber in the present invention will be described. The biodegradable binder fiber has at least a binder component having a melting point (a softening point is regarded as a melting point for those having no melting point) on the surface of the fiber. The binder component only needs to form at least a part of the fiber surface, and as a form thereof, the binder component consists of a single-phase fiber consisting only of the binder component, or a binder component and a component having a higher melting point than the binder component. It is a bicomponent fiber and may be a composite fiber such as a bonded type or a core-sheath type. In the present invention, a core-sheath type composite fiber is preferable. In the case of a composite fiber, the difference in melting point between the high melting point component and the binder component is preferably 20 ° C. or higher, and more preferably 30 ° C. or higher.
[0035]
When the melting point of the binder component is less than 80 ° C., the melting point is too low, and troubles such as generation of neps due to frictional heat generated when a web is produced with a carding machine or the like are not preferable. On the other hand, when the melting point exceeds 150 ° C., it is necessary to set a high temperature as the heat fusion processing temperature, and the dimensional change of the nonwoven fabric becomes large at the time of the heat fusion processing, which is not preferable because it is difficult to manufacture stably. .
[0036]
Examples of the biodegradable thermoplastic polymer constituting the biodegradable binder fiber include poly (α-hydroxy acids) such as polyglycolic acid and polylactic acid, and copolymers having these as main repeating units. . Further, poly (ω-hydroxyalkanoate) such as poly (ε-caprolactone) and poly (β-propiolactone), poly-3-hydroxypropionate, poly-3-hydroxybutyrate, poly-3- Poly (β-hydroxyalkanoate) such as hydroxycaproate, poly-3-hydroxyheptanoate, poly-3-hydroxyoctanoate, or these repeating units and poly-3-hydroxyvalerate or poly- Examples thereof include a copolymer with a repeating unit of 4-hydroxybutyrate.
[0037]
Further, examples of polyalkylene alkanoates comprising a polycondensate of glycol and dicarboxylic acid include, for example, polyethylene oxalate, polyethylene succinate, polyethylene adipate, polyethylene azelate, polybutylene oxalate, polybutylene succinate, polybutylene adipate. , Polybutylene sebacate, polyhexamethylene sebacate, polyneopentyl oxalate or a polyalkylene alkanoate copolymer containing these as main repeating units.
[0038]
Moreover, even if it contains an aromatic carboxylic acid, for example, polybutylene terephthalate adipate or polyethylene terephthalate adipate may be used.
[0039]
Here, in the case of a polylactic acid polymer, it is preferable because polymers having various melting points can be made in terms of chemical structure, and a composite fiber formed by using two types of polylactic acid polymers having different melting points is used as a binder fiber. It is preferable to use as. The case where such a composite fiber is a combination of polylactic acids having different melting points will be described.
[0040]
Regarding the control of the melting point of polylactic acid, the lactic acid monomer has optically active carbon, and there are optical isomers of D-lactic acid and L-lactic acid. When L-lactic acid is copolymerized with 1 mol% of D-lactic acid, the melting point is 170 ° C, when D-lactic acid is copolymerized with 3 mol%, the melting point is 150 ° C, and when D-lactic acid is copolymerized with 7 mol%, the melting point is 130 ° C. -When 12 mol% of lactic acid is copolymerized, the melting point of polylactic acid can be controlled such that the melting point is 110 ° C. When the D-lactic acid content is 18 mol% or more, a clear crystalline melting point is not observed, and a strong amorphous polymer having a softening temperature of less than 90 ° C. is obtained. A fiber in which two types of polylactic acids having melting points different from each other by 20 ° C. or more are combined in a core-sheath type, a side-by-side type, a sea-island type, and a split-fiber type can be preferably used as the biodegradable binder short fiber of the present invention. . Also, one may be a combination of polylactic acid having a melting point of 110 ° C. or higher and the other having a strong amorphous property having a softening point of less than 90 ° C. In the case of such a highly amorphous polylactic acid, for the sake of convenience, the visual softening temperature is taken as the melting point.
[0041]
Among these, a composite fiber of a combination of a core-sheath type, a polylactic acid having a melting point of 170 ° C or higher or a polylactic acid stereocomplex having a melting point of 200 ° C or higher, and a polylactic acid having a sheath having a melting point of approximately 130 ° C is heat-sealed. It is more preferable from the viewpoint of easy handling and high adhesive strength. In other words, when the binder fiber is a single-phase fiber composed of a single component during the heat-sealing process when making the nonwoven fabric, the binder fiber may be in a film shape depending on the conditions of thermocompression bonding in heat treatment using a thermal calender device. It may be difficult to control crushing and opening of the nonwoven fabric. Moreover, when processing into a bag body using a nonwoven fabric, 2 sides or 3 sides are heat-sealed, but also in this case, if the binder fiber is a single-phase fiber, it may be easily crushed and torn. As described above, by forming a core-sheath type composite form in which polylactic acids having a certain difference in melting point are combined, it is possible to avoid the binder short fibers from being crushed into a film during the heat-sealing process.
[0042]
The cross-sectional shape of the binder fiber may be an irregular cross-section such as a triangular cross-section, a Y-shaped cross-section, a cross-shaped cross-section, and a flat cross-section in addition to a normal round cross-section.
[0043]
The binder fiber is not particularly limited in terms of the single yarn fineness, but is preferably in the range of about 0.5 to 20 dtex from the viewpoint of ease of production.
[0044]
The biodegradable binder fiber in the present invention can be produced by a method that generally follows conventional techniques, whether it is a single-phase fiber or a composite fiber. For example, in the case of a composite fiber, first, two types of biodegradable thermoplastic polymers having different melting points are melt-spun using a general-purpose composite melt spinning apparatus. In spinning, a stabilizer, a pigment, a reinforcing agent and the like may coexist. The spun fiber is drawn and heat-treated continuously or in a separate step as necessary. The fiber is provided with an oil agent, aligned with tens of thousands to several million dtex tow, mechanically crimped using a crimper box, etc., cut to about 25-70 mm and mainly for dry nonwoven fabrics Crimp cotton. Or it cuts to 3-20 mm with the straight fiber arranged in the tow | toe mainly as the short fiber for wet papermaking.
[0045]
The short fiber nonwoven fabric of the present invention comprises a main fiber composed of the polylactic acid-based polymer described above and a biodegradable binder fiber, and the constituent fibers are integrated by thermal fusion by softening or melting the binder component. The mixing ratio of the main fiber and the binder fiber can be appropriately selected according to the required characteristics and applications required for the nonwoven fabric, but is preferably about 20/80 to 80/20 (mass ratio).
[0046]
Next, an example of the manufacturing method of the short fiber nonwoven fabric of this invention is demonstrated.
[0047]
For example, in the case of a dry nonwoven fabric, the short fiber nonwoven fabric of the present invention is a main body obtained by crimping fibers made of a polylactic acid-based polymer forming a stereocomplex and cutting to 5 to 100 mm, preferably 25 to 70 mm. Fibers and biodegradable short binder fibers are blended at a ratio determined by the application or their required properties, and after forming a web with a carding machine, etc., the binder components are melted or softened by heat treatment and integrated as a nonwoven fabric. To do. As heat treatment, a heat bonding apparatus such as a suction band or a heat fusion treatment apparatus using heated air such as a suction drum, or a heat treatment apparatus such as a heat embossing apparatus or a heat calender apparatus (equipment comprising a pair of flat rolls). For example, the binder component is melt-pressed through the fiber, and the fibers are spot-bonded by fusion. In addition, before performing heat processing, you may perform a needling process and a spunlace process.
[0048]
In the case of a wet nonwoven fabric, in the main fiber and the binder fiber, 3 to 20 mm without imparting crimp, preferably 5 to 15 mm, the fiber cut into 5 to 15 mm is dispersed and mixed in water to form paper, and after forming a sheet, It can be obtained by drying with a Yankee drum dryer, and softening and pressing the binder fiber through a heat treatment apparatus such as a hot embossing roll or a hot flat roll, and performing point bonding by fusion between the fibers.
[0049]
When the short fiber nonwoven fabric of the present invention is used as a cushion material or a filter, the thickness is preferably 5 mm or more. The upper limit of the thickness is not particularly limited, but is preferably about 150 mm from the viewpoint of manufacturing equipment, manufacturing cost, and ease of use. The density of the cushion material is 0.01 g / cm. Three The above is preferable.
[0050]
As a method for regulating the thickness and density of the short fiber nonwoven fabric of the present invention, it is possible to appropriately select the needle driving density by needling processing, manufacture by regulating the thickness using a spacer or the like at the time of heat fusion processing, etc. Can be mentioned.
[0051]
The staple fiber non-woven fabric of the present invention employs a fiber made of a polylactic acid polymer formed with a stereocomplex as the main fiber, but other fibers can be used as long as the object of the present invention is not impaired. May be mixed cotton. Examples of other fibers include synthetic fibers such as polyester fibers, nylon fibers, acrylic fibers, and polypropylene fibers, semi-synthetic fibers such as rayon fibers, and natural fibers such as wool, cotton, hemp, and pulp. Of these, polyester fibers such as ethylene terephthalate units, butylene butylene terephthalate units or ethylene naphthalates, particularly those having ethylene-2,6-naphthalate units as main constituents are preferred. In particular, polyethylene terephthalate fiber is preferable. In addition, it may be a polyester in which other components such as isophthalic acid, 5-sulfoisophthalic acid, and diethylene glycol are copolymerized as long as the characteristics are not impaired. In consideration of biodegradability, it is preferable to mix semi-synthetic fibers such as rayon fibers and natural fibers.
[0052]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited by these. In addition, the evaluation method of various physical properties described in the Examples is as follows.
(1) Relative viscosity
An equal weight mixture of phenol and ethane tetrachloride was used as a solvent, and measurement was performed at a sample concentration of 0.5 g / dl and a temperature of 20 ° C.
[0053]
(2) Crystal melting start temperature and melting point (° C)
The onset temperature automatically displayed when using a Periselmer pyris 1 and automatically measured at a heating rate of 20 ° C./min is the crystal melting start temperature, and the crystal melting peak temperature is the melting point.
[0054]
Example 1
A poly-L-lactic acid chip having a melting point of 169 ° C. and a relative viscosity of 1.89 containing 1 mol% of D-lactic acid units, and a poly-L-lactic acid chip having a melting point of 168 ° C. and a relative viscosity of 1.90 containing 1 mol% of L-lactic acid units. An equal weight of D-lactic acid chip was mixed and dried under reduced pressure while stirring.
[0055]
The obtained mixed chip was melt-spun using a normal melt spinning apparatus at a spinning temperature of 235 ° C. and a total discharge amount of 313 g / min. After cooling the spun yarn, it was drawn at a take-up speed of 1000 m / min to obtain an undrawn fiber yarn. The obtained yarn is bundled to make a 110,000 dtex tow, drawn at a draw ratio of 2.9, drawn at a drawing temperature of 80 ° C., heat-treated with a 160 ° C. heat drum, and then pressed using a push-in crimper. After shrinkage, it was cut to a length of 51 mm, melting point 218 ° C., crystal melting start temperature 206 ° C., high-temperature crystal melting phase ratio 99%, single yarn fineness 4.4 dtex, single yarn strength 4.1 cN / decitex A polylactic acid stereocomplex fiber having a single yarn elongation of 36% and a hot water shrinkage of 1.8% at 100 ° C. was obtained.
[0056]
On the other hand, a melting point of 168 ° C. containing 1.5 mol% of D-lactic acid units and a poly-L-lactic acid having a relative viscosity of 1.85, a melting point of 132 ° C. containing 8.2 mol% of D-lactic acid units, and a relative viscosity of 1 After drying two chips with .88 poly-L-lactic acid under reduced pressure, they were melted using a normal composite melt spinning apparatus, and poly-L-lactic acid having a melting point of 132 ° C. was placed on the sheath, Composite melt spinning was performed at a spinning temperature of 210 ° C. so that the core sheath was composited (mass ratio 1: 1).
[0057]
After cooling the spun yarn, it was drawn at a take-up speed of 1000 m / min to obtain an undrawn yarn. The resulting yarn is converged, drawn at a draw ratio of 3.4 times, and a draw temperature of 75 ° C., then crimped using a push-in crimper, cut to a length of 51 mm, and a fineness of 2 dtex. A biodegradable binder short fiber having a single yarn strength of 3.7 cN / dtex and a single yarn elongation of 40% was obtained.
[0058]
The obtained polylactic acid stereocomplex fiber was mixed at a ratio of 75% and biodegradable binder short fiber at a ratio of 25%, passed through a carding machine, laminated with a cross wrapper and 400 g / m. 2 Created the web. The shrinkage rate of the web during heat treatment at 150 ° C. was 2%, and the thermal shrinkage of the web was small. The shrinkage ratio during heat treatment of this web was measured by the following method, that is, a web (5 sheets) of 30 cm in length and 30 cm in width in a free state at 150 ° C. with a suction band type heat fusion machine. Process for 2 minutes, measure the vertical and horizontal lengths after the treatment, and calculate the average value Mcm. Furthermore, the shrinkage rate during the heat treatment is calculated by the following formula.
Shrinkage during heat treatment (%) = [(30−M) / 30] × 100
Subsequently, the obtained web was heat-sealed at 150 ° C. using a suction band type heat treatment machine to obtain a short fiber nonwoven fabric having sufficient adhesive strength. The change in the width of the web before and after the heat sealing process was very small, and there was no practical problem in the processing process.
[0059]
Example 2
In Example 1, a melting point of 154 ° C. containing 4.5 mol% of D-lactic acid units, a poly-L-lactic acid chip having a relative viscosity of 1.827, and a melting point of 151 ° C. containing 6.0 mol% of L-lactic acid units. This was carried out in the same manner as in Example 1 except that an equal mass of poly-D-lactic acid chips having a relative viscosity of 1.873 was mixed.
[0060]
The obtained polylactic acid stereocomplex fiber had a melting point of 205 ° C., a crystal melting start temperature of 196 ° C., a high-temperature crystal melting phase ratio of 92%, a single yarn fineness of 4.4 dtex, and a hot water shrinkage of 2.6%. Further, the shrinkage rate of the web during heat treatment at 150 ° C. was as small as 4%. Further, the change in the width of the web before and after the heat-sealing process was very small, and there was no practical problem in the processing process.
[0061]
Comparative Example 1
In Example 1, a poly-L-lactic acid chip having a relative viscosity of 1.881 obtained by copolymerizing 32 mol% of succinic acid (melting point by DSC is not recognized) and a relative viscosity of 1 mol obtained by copolymerizing 3 mol% of succinic acid. .875 poly-D-lactic acid chips (melting point by DSC is not recognized) are mixed in equal mass, and heat drum heat set temperature during stretching is set to 110 ° C. This was carried out in the same manner as in Example 1 except for the above.
[0062]
The obtained polylactic acid stereocomplex fiber had a melting point of 192 ° C., a crystal melting start temperature of 174 ° C., a single yarn fineness of 4 denier, and a hot water shrinkage of 3.6% at 100 ° C. Further, the shrinkage rate of the web during heat treatment at 150 ° C. was as large as 35%. In addition, the variation in the width of the web before and after the heat-sealing process and the unevenness due to the location were extremely large, and there was a problem in practical use.
[0063]
Example 3
In Example 1, the basis weight of the web is 50 g / m. 2 It was carried out in the same manner as in Example 1 except that the heat fusion treatment was carried out using an embossing apparatus in which the roll temperature was set to 150 ° C. instead of using a suction band type heat treatment machine.
[0064]
The shrinkage of the web during heat treatment at 150 ° C. was as small as 3%. Further, the obtained short fiber nonwoven fabric has a sufficient adhesive strength, and the change in the width of the web before and after the heat-sealing treatment is very small, and there is no practical problem in the processing process.
[0065]
Examples 4-6, Comparative Example 2
In Example 1, when obtaining the biodegradable binder short fiber, it carried out like Example 1 except having used polylactic acid from which the content rate of D and L-lactic acid as shown in Table 1 differs.
[0066]
In Examples 4 to 6, the shrinkage rate of the web during heat treatment at 150 ° C. was as small as 3% or less, and good heat fusion processing was possible.
[0067]
On the other hand, in Comparative Example 2, when the heat fusion processing temperature was set to 150 ° C., no fusion was performed at all, and when the processing temperature was raised to 175 ° C., the change in the width of the web before and after the heat fusion processing was averaged. It was as large as 38%, and the spotted spot depending on the location was severe, and there was a problem in practical use.
[0068]
[Table 1]
[0069]
Example 7
In Example 1, when producing the polylactic acid stereocomplex fiber and the binder short fiber, the polylactic acid stereocomplex fiber and the biodegradable binder short fiber were obtained by cutting to 5 mm without applying a mechanical crimp to the tow. .
[0070]
The obtained polylactic acid stereocomplex fiber was mixed in a ratio of 50% by mass, biodegradable binder short fiber 20% by mass, and wood pulp 25% by mass. 2 A sheet of was created. Subsequently, thermocompression treatment was performed at 130 ° C. using a pair of flat roll heat treatment machines. The obtained non-woven fabric was uniform with no unevenness and had sufficient adhesive strength.
[0071]
【The invention's effect】
In the short fiber nonwoven fabric of the present invention, the main fiber is a polylactic acid stereocomplex fiber, the polymer constituting the fiber has a melting start temperature of 190 ° C. or higher in the high-temperature crystal melting phase, and the fiber has a hot water shrinkage of 3 % Or less. Therefore, when the nonwoven fabric is manufactured and processed by blending the main fiber and binder fiber and heat-treating the nonwoven web, the main fiber contracts due to heating, making it difficult to control the width and thickness. Is unlikely to become entangled with the heat roll, and the width change and thickness change of the nonwoven fabric before and after heat treatment are small, and a uniform and high quality nonwoven fabric can be stably obtained. Moreover, even if the non-woven fabric is ironed, the texture is not impaired.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an example of a melting endothermic curve (DSC curve) of a fiber made of a polylactic acid polymer formed with a stereocomplex.
[Explanation of symbols]
a: melting endothermic curve
X: Low-temperature crystal melting phase
Y: High-temperature crystal melting phase

Claims (3)

ポリ乳酸系重合体からなる主体繊維と、融点が80〜150℃のバインダー成分を少なくとも繊維の表面に有する生分解性バインダー繊維とからなる不織布であって、構成繊維同士はバインダー成分の軟化または溶融によって熱融着して一体化しており、主体繊維を構成するポリ乳酸系重合体がステレオコンプレックスを形成し、該重合体の高温結晶融解相の融解開始温度が190℃以上であり該主体繊維は延伸後にヒートドラムで120〜210℃の温度域にて熱セットすることにより得られたものであって、該主体繊維の熱水収縮率が2.6%以下であることを特徴とする短繊維不織布。A non-woven fabric comprising a main fiber composed of a polylactic acid-based polymer and a biodegradable binder fiber having a binder component having a melting point of 80 to 150 ° C. on the surface of the fiber, and the constituent fibers are softened or melted of the binder component The polylactic acid-based polymer constituting the main fiber forms a stereocomplex, the melting start temperature of the high-temperature crystal melt phase of the polymer is 190 ° C. or higher , and the main fiber Is obtained by heat setting in a temperature range of 120 to 210 ° C. with a heat drum after stretching, and the hot water shrinkage of the main fiber is 2.6 % or less. Fiber nonwoven fabric. ポリ乳酸系重合体の高温結晶融解相が結晶相全体の90%以上を占めていることを特徴とする請求項1記載の短繊維不織布。 The short fiber nonwoven fabric according to claim 1, wherein the high-temperature crystal melting phase of the polylactic acid-based polymer accounts for 90% or more of the entire crystal phase. ポリ乳酸系重合体が、L−乳酸を主成分とするポリ−L−乳酸と、D−乳酸を主成分とするポリ−D−乳酸とから構成されていることを特徴とする請求項1または2記載の短繊維不織布。 The polylactic acid-based polymer is composed of poly-L-lactic acid mainly composed of L-lactic acid and poly-D-lactic acid mainly composed of D-lactic acid. 2. The short fiber nonwoven fabric according to 2.
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