JP4102638B2

JP4102638B2 - 生分解性複合バインダー繊維を用いた繊維製品およびその製造方法

Info

Publication number: JP4102638B2
Application number: JP2002293640A
Authority: JP
Inventors: 伸洋松永
Original assignee: ユニチカファイバー株式会社
Priority date: 2002-10-07
Filing date: 2002-10-07
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2022-10-07
Also published as: JP2004124335A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生分解性を有するとともに風合いが柔らかで伸縮性のある不織布やウレタンライクの柔らかな風合いを有し、繰り返し圧縮を行った場合であってもへたりにくいクッション材となる固綿、あるいは紡績糸として成型性や保型性を有する布帛等の繊維製品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ブラジャーパッド、芯地、肩パット、ソフアーや椅子の背もたれ、クッション等の家具用詰め物やベッド、自動車シートのクッション材あるいは各種吸音材や断熱材としてポリウレタンフォームが使用されている。しかしながら、ポリウレタンフォームは通気性が悪く人体の近くで使用する際に蒸れやすいことや、使用後の廃棄の際に焼却すると含窒素系の毒性ガスや酸性雨の原因物質であるＮ０_Ｘが発生することといった問題点が指摘されている。
【０００３】
近年、ポリウレタンフォームに代わる材料としてポリエステル繊維を主体とした不織布が提案されてきた。例えば、特許文献１には、ポリエステル繊維のウエブをニードリング加工した不織布あるいはバインダー繊維を併用して融着加工した不織布が提案されている。また、特許文献２には、接着点に弾性を持たせて固綿の風合いに柔らかさをもたらすために、バインダー成分として、ポリエステルエラストマーを用いてなる不織布が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５７−３５０４７号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平４−２４０２１９号公報
【０００６】
このようなエラストマー弾性を有するバインダー繊維を用いると、伸縮性のある不織布とすることも期待できる。しかし、ポリエステルエラストマーを鞘部に含むバインダー繊維を生産しようとすると、ポリエステルエラストマーと金属との摩擦抵抗が大きいため繊維製造工程で延伸ローラーに巻き付いたり、クリンパーに詰まったりして生産性が悪い。また短繊維不織布のウエブ製造工程でカード通過性が悪いなど、生産性良く繊維を製造することや短繊維不織布を製造することが難しい。
【０００７】
このような現象を改善する目的で芯部がポリエステルエラストマーで、鞘部が融点２００℃以下の低融点ポリマーである複合バインダー繊維が開示されている（特許文献３）。
【０００８】
【特許文献３】
特開平０７−３０５２３３号公報
【０００９】
ただし、これらの既存技術は基本的には生分解性のない素材に関するものであり、近年環境保護の立場から重視され始めている自然環境中で分解する生分解性の素材ではないという問題がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来のポリエステルエラストマーをバインダー成分として含むバインダー繊維の製造しにくさあるいはその繊維を用いた加工のしにくさを解消し、加えて生分解性をも有するバインダー繊維を提供し、このバインダー繊維を構成素材に使用した貼布材基布、紙オムツのトップシートやその他部材に用いる伸縮性不織布、家具用詰め綿やベッド、自動車シート用クッション材あるいは敷布団、座布団、マット等に使用可能な、柔らかな風合とへたりにくさを有し、繰り返し使用後も反発力の変わらない新規なポリエステル固綿あるいは紡績糸、織編物などの繊維製品を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、このような新規なバインダー繊維を開発すべく鋭意検討を重ねた結果、本発明に到達した。
【００１２】
すなわち、本発明は、芯部が生分解性ポリエステルエラストマーからなり、鞘部が芯部より高融点であって融点２００℃以下のエラストマー弾性を有しない生分解性ポリエステルであるポリ乳酸からなる生分解性複合バインダー繊維と、鞘部よりも高い融点もしくは分解点を有する主体繊維とを配合して得られる繊維製品であり、主体繊維同士は前記生分解性複合バインダー繊維全体が溶融または軟化したバインダー成分によって接着していることを特徴とする生分解性複合バインダー繊維を用いた繊維製品を要旨とするものである。
また、本発明は、芯部が生分解性ポリエステルエラストマーからなり、鞘部が芯部より高融点であって融点２００℃以下のエラストマー弾性を有しない生分解性ポリエステルであるポリ乳酸からなる生分解性複合バインダー繊維と、鞘部よりも高い融点もしくは分解点を有する主体繊維とを混合した後、熱処理装置を通して前記バインダー繊維全体を溶融または軟化させて、主体繊維を接着させることを特徴とする生分解性繊複合バインダー繊維を用いた繊維製品の製造方法を要旨とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１４】
本発明に用いるバインダー繊維において、芯部を構成する生分解性ポリエステルエラストマーとしては、エラストマー弾性を有する脂肪族ポリエステルのほか、エチレンテレフタレート単位および／またはブチレンテレフタレート単位からなる芳香族エステル結合単位をハードセグメントとし、これに相当量、おおよそ３０〜８０重量％の炭素数４以上の直鎖脂肪族成分、例えばアジピン酸、セバシン酸などのジカルボン酸あるいは、１，６−ヘキサンジオール、１，９−ノナンジオールなどのジオール等あるいはカプロラクトン化合物を共重合したもの等が挙げられる。
【００１５】
本発明で用いることができる生分解性ポリエステルエラストマーの市販品としては、イーストマンケミカル社商品名「イースターバイオ」、ＢＡＳＦ社商品名「エコフレックス」などが挙げられる。
【００１６】
なお、本発明に用いる生分解性ポリエステルエラストマーのエラストマー特性は、仮にそれ自体を延伸糸とした時の伸度が７０〜８００％、５０％伸長時の弾性回復率（糸の長さに対して５０％伸長させた後、元の長さにまで回復する場合１００％、全く戻らない場合０％）が８０％以上、あるいは２００％伸長時の弾性回復率が７０％以上のものであることが好ましい。
【００１７】
生分解性ポリエステルエラストマーの融点は、好ましくは８０℃以上、より好ましくは１００℃以上である。融点が８０℃未満であると、高温雰囲気下、例えば炎天下にさらされる椅子や自動車シートに使用するとへたりやすくなることがある。
【００１８】
本発明に用いる複合バインダー繊維の鞘部は、芯部より高融点であって融点が２００℃以下のエラストマー弾性を有しない生分解性ポリエステルであるポリ乳酸である。
【００２０】
ポリ乳酸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。まず、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体とＬ体の光学異性体が存在する。Ｄ体とＬ体とをほぼ同量ブレンドすると、ステレオコンプレックスと呼ばれる融点１９０〜２２０℃の高融点ポリマーとなる。またＬ体にＤ体を１モル％共重合させると融点１７０℃、Ｄ体を３モル％共重合させると融点１５０℃、Ｄ体を８モル％共重合させると融点１３０℃、Ｄ体を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体が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。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。
【００２１】
鞘部に配するポリマーの融点を２００℃以下とする理由としては、２００℃を超えると、熱接着加工温度が高くなりすぎて、適当な熱処理装置がなく、また、芯部のポリマーが変性することがあり好ましくない。
【００２３】
次に、芯部と鞘部の融点との関係についてであるが、鞘部を芯部より高融点のものを採用するので、鞘部が軟化〜溶融する温度で熱融着処理を施す。この場合、芯部も熱の影響を受けて繊維形状を失うので、本発明においては、複合バインダー繊維を用いて繊維製品を製造する際に、鞘部のポリマーより融点や分解点の高い主体となる繊維（高融点繊維）を配合することによって、この高融点繊維同士をバインダー成分（複合バインダー繊維全体が溶融または軟化してなるもの）によって接着することになる。そうなると、ポリエステルエラストマーを含む接着点においてバインダー成分自体がソフトであることと、ある程度伸縮性を有することから、ソフトな風合いを有し、かつへたりにくく、伸縮性を有する固綿や不織布等の繊維製品とすることができる。すなわち、高融点繊維が主体繊維となり、これが、伸縮性に富んだポリエステルエラストマーによって点接着されているため、得られた固綿や不織布等の繊維製品は、風合が軟らかく、繰り返し圧縮しても点接着した部分が伸縮するため接合部分が剥離しにくくなり、繊維製品の形態が良好に保持され、へたりにくいこととなる。
【００２４】
配合する高融点繊維としては、繊維製品の生分解性を考慮し、鞘部の融点よりも２０℃以上程度高い融点を有する生分解性ポリエステルからなる繊維あるいはレーヨン繊維などの半合成繊維、ウール、木綿、麻などの天然繊維を用いるのが好ましい。高融点繊維を配合する際の配合比率（質量比）としては、複合バインダー繊維／高融点繊維＝１０〜７０／９０〜３０とすることが好ましい。
【００２５】
本発明に用いる複合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。
【００２６】
複合バインダー繊維の単糸繊度は、特に限定されるものではないが、０．５〜２０デシテックス程度の範囲が好ましい。０．５デシテックス未満のものでは、製造コストが高くなり、また、乾式不織布を製造するときのカード通過性やカードウエブ作成時に問題が発生しやすい。一方、単糸繊度が２０デシテックスを超えると、接着強度が不足し、本発明の目的を十分達成できない場合がある。
【００２７】
本発明に用いる複合バインダー繊維の形態としては、エンドレスである長繊維であっても、また繊維端を有するステープルファイバーやショートカットファイバーである短繊維であってもよい。形態については、複合バインダー繊維を用いる用途、繊維製品の形態に応じて適宜選択すればよい。
【００２８】
本発明に用いる複合バインダー繊維は従来の複合紡糸技術を踏襲した方法で製造することができる。
【００２９】
すなわち、汎用の複合溶融紡糸装置を用い、芯部が生分解性のポリエステルエラストマー、鞘部がエラストマー弾性を有しない生分解性のポリエステルとなるようにして複合紡糸する。紡糸に際し、安定剤、顔料、強化材などを共存させてもよい。
【００３０】
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。
【００３１】
短繊維を得る場合は、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位にカットしてクリンプ綿とする。あるいは、捲縮を加えることなく３〜２０ｍｍ位にカットして、湿式抄造用のバインダー繊維としてもよい。
【００３２】
複合バインダー繊維と高融点繊維と混合して乾式あるいは湿式でウエブを形成し、サーマルスルー不織布、熱エンボス不織布などの各種不織布や固綿としたり、紡績糸として織編物、組紐等の各種の繊維製品とすることができる。各種の繊維製品とする方法としては、従来公知の方法により製造し、熱処理を施すことにより本発明における複合バインダー繊維を用いる効果を奏することができる。
【００３３】
例えば、本発明の繊維製品として、複合バインダー繊維を用いて短繊維不織布を製造する方法としては、前述の高融点繊維とバインダー繊維と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、カード機等でウエブを形成した後、熱処理装置を通して複合バインダー繊維全体を溶融させ、繊維を点接着させる。この場合、熱処理の前にニードリング加工やスパンレース加工を行なってもよい。
【００３４】
また、湿式不織布の製造方法としては、クリンプのないカット長３〜２０ｍｍのショートカットの複合バイダー繊維に高融点繊維を配合して、水中に分散させ、湿式抄造後、熱処理して不織布としてもよい。
【００３５】
熱処理装置としては、熱風循環ドライヤー、熱風貫流ドライヤー、サクシヨンドラムドライヤー、ヤンキードラムドライヤー、加熱ロール、熱エンボスロール等が用いられ、複合バインダー繊維の融点に応じた処理温度と処理時間を適宜選定して処理を行なえばよい。
【００３６】
固綿を製造する方法としては、上述した短繊維不織布を作成する際に用いたカード機等により作成したウエブを、目的の厚みとなるように複数枚積層し、熱処理を施して固綿とする。固綿を作成する場合、目的とするクッション性等を得るために、厚みと密度を規制することが重要である。固綿の厚みと密度を規制するには、熱処理によるウエブの面積収縮を考慮して熱処理前のウエブの目付を適切に選定するとともに、熱処理装置に厚さ規制ロールを組み込んだり、所定の厚さのスペーサーをはさんだ板や金網の間にウエブをはさんで熱処理すればよい。
【００３７】
固綿は、そのクツシヨン性を保持するうえで、厚みを５ｍｍ以上とするのが好ましい。上限は特に限定しないが、製造設備、製造コスト、使いやすさの点から、１５０ｍｍ程度が好ましい。また、この固綿の密度は、０.０１０ｇ／ｃｍ³以上とするのがよい。密度が０.０１０ｇ／ｃｍ³に満たない場合、繰り返し圧縮によってへたりやすく場合がある。密度の上限は、用途に応じたクツシヨン性の要求程度により異なるので特定しないが、製造設備、製造コスト等の面より、０．１ｇ／ｃｍ³以下とするのが好ましい。
【００３８】
【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質量混合物を溶媒とし、試料濃度０．５ｇ／ｄｌ、温度２０℃で測定した。
【００３９】
（２）融点
結晶融点を有するポリマーの融点はパーキンエルマー社製の示差走査熱量計ＤＳＣ−２型を使用し、昇温速度２０℃／分で測定した。（ＤＳＣ法）
また、ＤＳＣ法で結晶融点を有さない非結晶のポリマーの融点はホットステージ付き顕微鏡を用い目視法で測定した。
以下、特記しない限り融点はＤＳＣ法によるものとする。
【００４０】
（３）繰り返し圧縮時の耐へたり性
固綿の厚みを測定した後、試験片（１０ｃｍ×１０ｃｍ）を平行平面板にはさみ、毎分６０回で１４７Ｎの荷重をかけて合計５万回の繰り返し圧縮試験を行なった後の厚さを測定し、下式により嵩高性保持率Ｃ（％）を算出し、へたりにくさの尺度とする。Ｃの値が大きいほどへたりにくいものである。
Ｃ（％）＝（試験後の試験片の厚み（ｍｍ）／試験前の試験片の厚み（ｍｍ））×１００
【００４１】
（４）風合い
１０人のパネラーによる官能試験により、次の３段階で評価した。
１：柔らかい２：普通３：硬い
【００４２】
実施例１
芯部に用いる生分解性ポリエステルエラストマーとしてイーストマンケミカル社製商品名「イースターバイオ」（融点１０８℃、固有粘度（カタログ記載）１．１）を用意した。一方、鞘部に用いるエラストマー弾性を有しない生分解性ポリエステルとしてＬ−乳酸を主体とするポリ乳酸（Ｌ−乳酸単位：９２モル％、Ｄ−乳酸単位：８モル％、融点１３０℃、相対粘度１．８５）を用意した。両者を通常の芯鞘複合紡糸装置を用いて紡糸温度２２５℃にて溶融紡糸した。この時、芯鞘の容量比は１：１とした。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糸条を得た。得られた糸条を収束し、延伸倍率３．２倍、延伸ローラー温度６５℃にて延伸しクリンパーにてクリンプ付与後乾燥機にて８０℃、２分間熱処理した。これを切断して、単糸繊度が２．２デシテックス、繊維長が５１ｍｍの芯鞘型生分解性複合バインダー繊維を得た。
【００４３】
また、Ｌ−乳酸を主体とするポリ乳酸（Ｌ−乳酸単位：９９モル％、Ｄ−乳酸単位：１モル％、融点１６９℃、相対粘度１．８５）からなるチップを通常の溶融紡糸装置を用いて紡糸温度２２５℃にて溶融紡糸した。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糸条を得た。得られた糸条を収束し、延伸倍率３．４倍、延伸ローラー温度８０℃にて延伸しクリンパーにてクリンプ付与後乾燥機にて１２０℃、２分間熱処理した。これを切断して、単糸繊度が１１デシテックス、繊維長が５１ｍｍのポリ乳酸短繊維を得た。
【００４４】
得られた生分解性複合バインダー繊維とポリ乳酸短繊維とを２０／８０の質量割合で混綿し、梳綿機に通した後、クロスラッパーで積層して目付６００ｇ／ｍ²のウエブとし、バーブ付ニードルを有するニードルロッカールームに通して、パンチ密度２４０本／ｃｍ²にてニードリングを行なった。さらにこのウエブを２０ｍｍの厚さのスペーサーを挟んだ金網の間に入れ、厚さを規制しつつ、１４０℃の熱風循環ドライヤー中で５分間熱処理を行なって、厚み２０ｍｍの固綿を得た。
得られた固綿の繰り返し圧縮時の耐へたり性は９２％とへたりにくく、風合いは１と、ソフトさに優れたものであった。
【００４５】
実施例２
実施例１で得られた生分解性複合バインダー繊維とポリ乳酸短繊維を２０／８０の質量割合で混綿し、梳綿機に通した後、目付３０ｇ／ｍ²のウエブとした。
【００４６】
得られたウエブを１２０℃に加熱したエンボスロール熱処理機（エンボスロールとフラットロールとからなり圧接面積１２％）に通して熱エンボス加工を施し熱エンボス不織布を得た。
得られた不織布の風合いは１と柔らかく、伸縮性の認められるものであった。
【００４７】
実施例３
実施例１で得られた生分解性複合バインダー繊維と木綿繊維を２０／８０の質量割合で混綿し、梳綿機に通した後、目付４０ｇ／ｍ²のウエブとした。
得られたウエブを１２０℃に加熱したエンボスロール熱処理機（エンボスロールとフラットロールとからなり圧接面積１２％）に通して熱エンボス加工を施し熱エンボス不織布を得た。
得られた不織布の風合いは１と柔らかく、伸縮性の認められるものであった。
【００４８】
比較例１
実施例１において、生分解性ポリエステルエラストマーである「イースターバイオ」を鞘部に、ポリ乳酸を芯部に配して（芯部と鞘部に配するポリマーを逆転させて）複合溶融紡糸した。巻き取った未延伸糸は単繊維間に繊維密着があり、そのまま延伸したところ延伸ローラー巻きやクリンパー通過不良が認められ、短繊維にすることができなかった。
【００４９】
比較例２
実施例１において、生分解性複合バインダー繊維に代えてユニチカファイバー社製のポリエステル系バインダー繊維「メルティR」＜４０８０＞（２．２デシテックス、５１ｍｍ繊維長、軟化点１１０℃）を用いること以外は、実施例１と同様にして実施した。
得られた固綿の繰り返し圧縮時の耐へたり性は８６％と、ややへたり度合いが大きく、風合いは２とソフトさに欠けるものであった。
【００５０】
【発明の効果】
本発明に用いる複合バインダー繊維は、芯部が生分解性ポリエステルエラストマーからなり、鞘部が融点２００℃以下のエラストマ−弾性を有しない生分解性ポリエステルからなるため、繊維の生産性が良好であり、また、この繊維を用いて繊維製品に加工する際の加工性も良好である。
【００５１】
また、芯部、鞘部共に生分解性を有する素材を配しているため、自然環境下で分解するものであり、環境保護の立場からも良好なものである。
【００５２】
また、複合バインダー繊維を用いてなる本発明の繊維製品は、風合がソフトで、伸縮性を有するものである。
【００５３】
さらには、繊維製品として固綿としたときには、ウレタンライクの柔らかな風合となり繰り返し圧縮に対しへたりにくい。そのため、このような固綿を、例えばクツシヨンの詰め綿として用いたとき、当りが柔らかで、衝撃を吸収するため、座り心地がよい。また、使用経時でへたりが少なく、一定以上の厚さとすれば床づき感がなく、家具用詰め綿やベツド、自動車シート用クツシヨン材、敷布団として好適である。

Claims

芯部が生分解性ポリエステルエラストマーからなり、鞘部が芯部より高融点であって融点２００℃以下のエラストマー弾性を有しない生分解性ポリエステルであるポリ乳酸からなる生分解性複合バインダー繊維と、鞘部よりも高い融点もしくは分解点を有する主体繊維とを配合して得られる繊維製品であり、主体繊維同士は前記生分解性複合バインダー繊維全体が溶融または軟化したバインダー成分によって接着していることを特徴とする生分解性複合バインダー繊維を用いた繊維製品。
主体繊維が鞘部の融点よりも２０℃以上高い融点を有する生分解性ポリエステルからなる繊維あるいは半合成繊維、天然繊維のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の生分解性複合バインダー繊維を用いた繊維製品。
請求項１または２記載の繊維製品が、不織布、固綿、紡績糸、織編物、組紐のいずれかであることを特徴とする請求項１または２記載の生分性複合バインダー繊維を用いた製品。
芯部が生分解性ポリエステルエラストマーからなり、鞘部が芯部より高融点であって融点２００℃以下のエラストマー弾性を有しない生分解性ポリエステルであるポリ乳酸からなる生分解性複合バインダー繊維と、鞘部よりも高い融点もしくは分解点を有する主体繊維とを混合した後、熱処理装置を通して前記バインダー繊維全体を溶融または軟化させて、主体繊維を接着させることを特徴とする生分解性繊複合バインダー繊維を用いた繊維製品の製造方法。
請求項４記載の繊維製品が、不織布、固綿、紡績糸、織編物、組紐のいずれかであることを特徴とする請求項４記載の生分解性複合バインダー繊維を用いた繊維製品の製造方法。