JP4352843B2 - Polylactic acid fiber and method for producing the same - Google Patents

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本発明は、産業資材用途に適したポリ乳酸繊維およびその製造方法に関する。詳しくは、使用時には十分な強度とタフネスを有する一方、使用後は生分解性の特徴によって、廃棄しても環境負荷が小さい高品位な産業資材用ポリ乳酸繊維、およびそれを効率的かつ安定に製造する方法に関するものである。   The present invention relates to a polylactic acid fiber suitable for industrial materials and a method for producing the same. Specifically, high-quality polylactic acid fibers for industrial materials that have sufficient strength and toughness when used, but have low environmental impact even after disposal due to their biodegradable characteristics after use, and make them efficient and stable It relates to a method of manufacturing.

ポリ乳酸繊維は、生分解性を有し、かつ非石油系原料から得られる繊維であるため、廃棄しても環境負荷の小さい繊維として近年注目され、広く用途開発が進められている。例えば、水切りごみ袋、育苗マット、土木用袋体、植生用防草シート、ティーバッグ、タオル、手袋、ナプキン等は、将に生分解性および非石油系原料からなる繊維の特徴を活かした用途である。また、ポリ乳酸繊維は独特の光沢を有し、染色した時の発色性が良く、またさらさらとした触感、風合いを有することから、そのファッション性を活かして、ブラウス、シャツ、スカーフ、ハンカチーフ、裏地用としても展開が進んでいる。更に、車用オプションマット、家庭用ロールカーペットやラグ等、インテリヤ用途でも実用化が図られつつある。   Since polylactic acid fibers are fibers that are biodegradable and obtained from non-petroleum-based raw materials, they have attracted attention in recent years as fibers having a small environmental load even when discarded, and their application development has been widely promoted. For example, draining garbage bags, seedling mats, civil engineering bags, herbicidal sheets for vegetation, tea bags, towels, gloves, napkins, etc. are applications that take advantage of the characteristics of biodegradable and non-petroleum-based fibers. It is. In addition, polylactic acid fiber has a unique luster, good color development when dyed, and has a smooth touch and texture. Development is progressing for use. Furthermore, it is being put to practical use in interior applications such as car option mats, household roll carpets and rugs.

一方、産業資材用途については、確かにポリ乳酸繊維は製品として使用した後は、廃棄処理時の負荷が少ないという生分解性の特徴を活かして多くの用途が提案されてきたが、実用化に成功するものは少なかった。産業資材用途、例えば、建築工事用ネット、建築工事用シート、陸上ネット、テント、ターポリン等は、特に高いエネルギー吸収量、すなわち高タフネスであることが要求され、かつ製品として使用している間の耐久性が要求されるため、従来のポリ乳酸繊維では安全性を保証するリスクが大き過ぎ、躊躇されていたというのが事実である。   On the other hand, for industrial material use, after using polylactic acid fiber as a product, many uses have been proposed taking advantage of the biodegradable feature that the load at the time of disposal is low. Few things succeeded. Industrial material applications such as building construction nets, building construction sheets, land nets, tents, tarpaulins, etc. are required to have particularly high energy absorption, that is, high toughness, and are used as products. Since durability is required, it is a fact that conventional polylactic acid fibers have been overwhelmed by the risk of ensuring safety.

ポリ乳酸繊維を産業資材用途に安心して適用できるようにするためには、産業資材用途として十分実績のあるポリエステル繊維レベルの物性を有するポリ乳酸繊維が必要であり、その開発が期待されていた。   In order to be able to apply polylactic acid fibers to industrial material applications with peace of mind, polylactic acid fibers having physical properties at the level of polyester fibers, which have a sufficient track record as industrial material applications, are necessary, and their development has been expected.

従来技術の中で、特に高強度、高配向のポリ乳酸繊維が得られるとして提案されているものに、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4および非特許文献1等がある。   Among the prior arts, those proposed to obtain particularly high strength and highly oriented polylactic acid fibers include Patent Document 1, Patent Document 2, Patent Document 3, Patent Document 4, Non-Patent Document 1, and the like. .

特許文献1は、「自然環境下で放置すると、微生物により徐々に分解され、最終的に消失し、環境破壊の心配はないが、室温での経時安定性(強度保持率)が良く、且つ強度をもつ生分解性繊維を提供する。」ことを目的とし、「ポリ乳酸および/又はポリ乳酸を主体とする共重合物からなる熱可塑性樹脂を含んでなり、低分子量化合物の含量が1重量%以下であることを特徴とする生分解性繊維、また、これを用いてなる不織布。」によって達成されるとしている。   Patent Document 1 states that “If left in a natural environment, it is gradually decomposed by microorganisms and eventually disappears, and there is no concern about environmental destruction, but it has good stability over time (strength retention) and strength. For the purpose of providing a biodegradable fiber having a low molecular weight compound content of 1% by weight, comprising a thermoplastic resin comprising polylactic acid and / or a copolymer mainly composed of polylactic acid. It is said that this is achieved by a biodegradable fiber characterized by the following: and a nonwoven fabric using the same.

特許文献2は、「生分解性を有しながら、産業資材用にも供することができる十分な強度と弾性率を有するポリ乳酸繊維と、この繊維を工業的に生産性よく製造する方法を提供する。」ことを課題とし、その解決方法として、「平均分子量が3万〜10万、光学純度95〜99.5%のポリ−L−乳酸からなり、3000m/分以上の巻き取り速度で得られた繊維であって、強度が4g/d以上、初期弾性率が60g/d以上、10%伸長時の弾性率が7g/d以上であるポリ乳酸繊維。」を開示している。   Patent Document 2 provides “a polylactic acid fiber having sufficient strength and elastic modulus that can be used for industrial materials while having biodegradability, and a method for producing this fiber industrially with high productivity. As a solution to this problem, “it is made of poly-L-lactic acid having an average molecular weight of 30,000 to 100,000 and an optical purity of 95 to 99.5%, and is obtained at a winding speed of 3000 m / min or more. A polylactic acid fiber having a strength of 4 g / d or more, an initial modulus of 60 g / d or more, and an elastic modulus of 10 g elongation at 7 g / d or more.

特許文献3は、「高強度で優れた機械的強度を持ち品位の優れた脂肪族ポリエステルマルチフィラメントを安定に効率よく生産する方法を提供する。」ことを課題とし、その解決方法として、「脂肪族ポリエステルマルチフィラメントの製造方法において、融点130℃以上で重量平均分子量10万以上の脂肪族ポリエステルを主体とするポリマーを溶融紡糸し、引き取り速度1200m/分以上で引き取った後、2段以上の多段延伸を行い、さらにn段目(1≦n≦N)の延伸倍率Mnが下記式(1)(:省略)を満たすことを特徴とする脂肪族ポリエステルマルチフィラメントの製造方法。」を開示している。   Patent Document 3 has an object of “providing a method for stably and efficiently producing an aliphatic polyester multifilament having high strength and excellent mechanical strength and excellent quality”. In the method for producing an aliphatic polyester multifilament, a polymer mainly composed of an aliphatic polyester having a melting point of 130 ° C. or higher and a weight average molecular weight of 100,000 or higher is melt-spun and taken up at a take-up speed of 1200 m / min or more, and then two or more stages A method for producing an aliphatic polyester multifilament characterized in that the drawing is performed and the draw ratio Mn of the n-th stage (1 ≦ n ≦ N) satisfies the following formula (1) (: omitted). ” Yes.

特許文献4は、「ポリ乳酸系重合体を用いても、部分熱圧着を良好に行え、厚み方向への剥離が生じにくいポリ乳酸系長繊維不織布とポリ乳酸系長繊維を提供する。」ことを課題とし、その解決方法として、「ポリ乳酸系重合体からなる単相断面の長繊維からなり、前記長繊維同士が部分的に熱圧着されてなる不織布である。この、不織布を構成する繊維を昇温速度10℃/分で示差熱分析したときに降温結晶化温度Tccが存在し、かつこの降温結晶化温度Tccが90℃以上110℃未満であり、結晶化熱量ΔHexoが10L/mg以上である。」を開示している。   Patent Document 4 “provides a polylactic acid-based long fiber nonwoven fabric and a polylactic acid-based long fiber that can be favorably subjected to partial thermocompression bonding even when a polylactic acid-based polymer is used, and hardly peel in the thickness direction.” As a solution to this problem, “a non-woven fabric composed of long fibers of a single-phase cross section made of a polylactic acid-based polymer, and the long fibers are partially thermocompression bonded together. Is a temperature drop crystallization temperature Tcc, and the temperature drop crystallization temperature Tcc is 90 ° C. or more and less than 110 ° C., and the crystallization heat amount ΔHexo is 10 L / mg or more. Is disclosed.

非特許文献1は、ポリ乳酸繊維を実験室的に限界まで延伸熱処理して、該試料の固有複屈折を推定することを目的とし、固有複屈折の実測値と理論計算値の結果を開示している。   Non-Patent Document 1 discloses the results of measured values and theoretical calculation values of intrinsic birefringence for the purpose of estimating the intrinsic birefringence of the sample by subjecting polylactic acid fibers to a laboratory heat treatment to the limit. ing.

上記従来技術は、高強度あるいは高配向を達成したポリ乳酸繊維について開示しているが、いずれも十分なレベルになく、ポリ乳酸繊維を産業資材用途に広く展開するには満足できるものではなかった。即ち、本発明が目指しかつその達成に取り組んできた、高配向でかつ高強度のポリ乳酸繊維とは異なり、またその製造方法も異なるものであった。以下に具体的に述べる。   The above prior art discloses polylactic acid fibers that have achieved high strength or high orientation, but none of them is at a sufficient level and is not satisfactory for widely deploying polylactic acid fibers in industrial material applications. . In other words, it was different from the highly oriented and high strength polylactic acid fiber aimed at and achieved by the present invention, and its production method was also different. The details will be described below.

特許文献1によれば、その実施例1〜4において、強度5.6〜6.3g/d、即ち、4.8〜5.6cN/dtexのポリ乳酸繊維が得られている。しかし、該技術には複屈折については記載されていない。また、その製造方法は、全ての実施例とも紡糸と延伸を分けた2工程法で行われており、本発明の直接紡糸延伸法によって得られた物性を、安定して実現することは困難である。また、本発明の高強度、高配向のポリ乳酸繊維は失透もせず、または僅かしかそれらが生成することなく得られることを特徴とするが、これらに関しては何ら言及されていない。   According to Patent Document 1, in Examples 1 to 4, polylactic acid fibers having a strength of 5.6 to 6.3 g / d, that is, 4.8 to 5.6 cN / dtex, are obtained. However, the technique does not describe birefringence. In addition, the production method is performed in a two-step method in which spinning and stretching are separated in all the examples, and it is difficult to stably realize the physical properties obtained by the direct spinning and stretching method of the present invention. is there. In addition, the high-strength, highly-oriented polylactic acid fibers of the present invention are characterized by being not devitrified or being obtained with little production, but nothing is said about these.

特許文献2によれば、その実施例1〜7において、強度4.1〜5g/d、即ち、3.6〜4.4cN/dtexのポリ乳酸繊維が得られるとしているが、本発明レベルの強度のポリ乳酸繊維は得られていない。また、失透の抑制についての言及もない。そして、製造方法も、紡糸に引き続く延伸は極めて簡略な方法を採用していること、また更に該技術は、紡糸した糸条を冷却固化した後、高温の加熱ゾーンを通して延伸する方法によるものであり、本発明法の多段熱延伸法とは著しく異なる。   According to Patent Document 2, in Examples 1 to 7, it is said that a polylactic acid fiber having a strength of 4.1 to 5 g / d, that is, 3.6 to 4.4 cN / dtex is obtained. A strong polylactic acid fiber has not been obtained. There is no mention of suppression of devitrification. The production method also employs a very simple method for drawing following spinning, and further, this technique is based on a method in which the spun yarn is cooled and solidified and then drawn through a high-temperature heating zone. The method of the present invention is significantly different from the multistage thermal stretching method.

特許文献3によれば、その実施例1〜9において、強度4.7〜7.2cN/dtexが達成されている。また、図2および図3に示すようなフィラメントの白化現象、即ち失透を起こさないで高強度のポリ乳酸繊維を得るために、多段熱延伸法を採用し、かつ各延伸工程における延伸比率を特定の割合とすることによって得られることを開示している。   According to Patent Document 3, in Examples 1 to 9, strengths of 4.7 to 7.2 cN / dtex are achieved. In addition, in order to obtain a high-strength polylactic acid fiber without causing the whitening phenomenon of the filaments as shown in FIGS. 2 and 3, that is, devitrification, a multistage hot drawing method is adopted, and the drawing ratio in each drawing step is set. It is disclosed that the specific ratio can be obtained.

確かに、該技術によって得られた、失透を生じていないポリ乳酸繊維は高強度を達成しているものの、高強度でかつ極めて少ない強度バラツキを有する本発明ポリ乳酸繊維が得られているとは言えない。本発明のポリ乳酸繊維は高配向、高強度であると同時に強度バラツキが少なく、均一性に優れていることか特徴である。   Certainly, although the polylactic acid fiber obtained by this technique has not been devitrified and has achieved high strength, the polylactic acid fiber of the present invention having high strength and extremely small strength variation is obtained. I can't say that. The polylactic acid fiber of the present invention is characterized by high orientation and high strength, as well as little variation in strength and excellent uniformity.

一方、失透を生じたポリ乳酸繊維の強度は、たかだか2.5〜4cN/dtexしか得られていない。本発明のポリ乳酸繊維は、僅かな失透を生じる場合でも極めて高い強度が得られるが、この点においても異なる。   On the other hand, the strength of the polylactic acid fiber which has caused devitrification is only 2.5 to 4 cN / dtex. The polylactic acid fiber of the present invention can provide extremely high strength even when slight devitrification occurs, but this point is also different.

該技術で達成された配向度(複屈折)は記載されていないため不明であるが、その実施例によれば、全て紡糸と延伸が分離された2工程法で行われていることから、本発明のレベルには到達していないものと推定される。   Although the degree of orientation (birefringence) achieved by this technique is not described, it is unknown, but according to the example, all the spinning and drawing are performed in a two-step method, It is presumed that the level of the invention has not been reached.

特許文献4には、本発明ポリ乳酸繊維の特徴の一つである、DSCの融解曲線の2重ピークないしショルダーの発現について開示されている。即ち、結晶核剤を添加したポリ乳酸繊維の融解曲線はシングルピークを示すが、無添加のポリ乳酸繊維は明確なショルダーを示すとして例示されている。本発明のポリ乳酸繊維は、核剤が添加されていなくてもDSCの融解曲線はシングルピークとなり、しかも、該文献のDSC曲線に比べ著しくシャープであり、本発明技術とは異なることが分かる。   Patent Document 4 discloses a double peak or shoulder expression of the melting curve of DSC, which is one of the characteristics of the polylactic acid fiber of the present invention. That is, the melting curve of the polylactic acid fiber to which the crystal nucleating agent is added shows a single peak, but the non-added polylactic acid fiber is exemplified as showing a clear shoulder. It can be seen that the polylactic acid fiber of the present invention has a DSC melting curve with a single peak even when no nucleating agent is added, and is significantly sharper than the DSC curve of this document, which is different from the technique of the present invention.

非特許文献1は、ポリL−乳酸繊維の固有複屈折を求めるため、限界的な延伸・熱処理を実験室的な方法で行って得た試料の複屈折を測定している。そして、失透したポリ乳酸繊維では、36.8×10-3および37.0×10-3と高い複屈折を達成しているが、失透していないポリ乳酸繊維では最高で28.4×10-3の複屈折しか得られていない。 Non-Patent Document 1 measures the birefringence of a sample obtained by performing limit stretching and heat treatment by a laboratory method in order to determine the intrinsic birefringence of poly L-lactic acid fiber. The devitrified polylactic acid fiber achieves high birefringence of 36.8 × 10 −3 and 37.0 × 10 −3 , but the non-devitrified polylactic acid fiber has a maximum of 28.4. Only a birefringence of × 10 −3 is obtained.

本発明ポリ乳酸繊維は、失透することなく該文献値を越える高い複屈折を得ていることが特徴である。しかも、該技術によって得られた複屈折の値は実験室的に行われた限界的な処理によって得られた試料の複屈折であり、本発明のような工業的方法で得られたポリ乳酸繊維の値とは異なる。
特開平9−21018号公報 特開平11−131323号公報 特開2000−248426号公報 特開2003−64569号公報 大越、白井、後藤、名倉;繊学誌,vol.55,(1),21〜27,1999
The polylactic acid fiber of the present invention is characterized by obtaining a high birefringence exceeding the literature value without devitrification. Moreover, the birefringence value obtained by this technique is the birefringence of the sample obtained by the limit treatment performed in the laboratory, and the polylactic acid fiber obtained by the industrial method as in the present invention. Different from the value of.
JP 9-21018 A JP-A-11-131323 JP 2000-248426 A JP 2003-64569 A Ogoshi, Shirai, Goto, Nakura; 55, (1), 21-27, 1999

本発明の課題は、産業資材用途に適したポリ乳酸繊維であって、使用時には十分な強度とタフネスを有する一方、使用後は生分解性の特徴によって、廃棄しても環境負荷が小さい高品位なポリ乳酸繊維、およびそれを効率的かつ安定に製造する方法を提供することである。   An object of the present invention is a polylactic acid fiber suitable for industrial material use, which has sufficient strength and toughness at the time of use. Polylactic acid fiber and a method for producing the same efficiently and stably.

本発明は、上記課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、本発明のポリ乳酸繊維は複屈折率が23×10-3〜40×10-3、強度が3.5〜8cN/dtexのポリ乳酸マルチフィラメント繊維であって、失透したフィラメントを含まないか、失透フィラメントが15%以下の割合で存在することを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, the present invention employs the following means. That is, the polylactic acid fiber of the present invention is a polylactic acid multifilament fiber having a birefringence of 23 × 10 −3 to 40 × 10 −3 and a strength of 3.5 to 8 cN / dtex, and includes a devitrified filament. Or devitrified filaments are present in a proportion of 15% or less.

また、本発明のポリ乳酸繊維の製造方法は、ポリ乳酸ポリマを溶融して口金より押し出し、冷却固化した糸条に油剤を付与した後、一旦巻き取る事無く熱延伸してポリ乳酸繊維を製造する方法において、紡糸速度300〜1000m/分で引き取り、かつ熱延伸の少なくとも第1段めの延伸において、延伸倍率を、総合延伸倍率の20〜70%に設定し、ドローポイントが給糸ロール上に位置するようにして延伸することを特徴とする。 In addition, the polylactic acid fiber production method of the present invention is a method of producing a polylactic acid fiber by melting a polylactic acid polymer, extruding it from a die, applying an oil agent to a cooled and solidified yarn, and then hot-drawing without winding up once. In this method, the drawing is performed at a spinning speed of 300 to 1000 m / min, and in at least the first stage of the thermal drawing, the draw ratio is set to 20 to 70% of the total draw ratio, and the draw point is on the yarn supply roll. It extends | stretches so that it may be located in.

本発明によって得られるポリ乳酸繊維は、産業資材用途に好適であり、使用時には十分な強度、タフネスおよび耐久性を有する一方、使用後は生分解性の特徴によって、廃棄しても環境負荷が小さいポリ乳酸繊維である。   The polylactic acid fiber obtained by the present invention is suitable for industrial materials and has sufficient strength, toughness and durability when used, but has a low environmental impact even after disposal due to its biodegradable characteristics after use. Polylactic acid fiber.

特に、強力、タフネス、耐候性等に優れているため、建築工事用ネット、建築工事用シート、陸上ネット、ターポリン、テント等、使用条件の厳しい産業資材用途に適用することができる。   In particular, since it is excellent in strength, toughness, weather resistance, etc., it can be applied to industrial materials that have severe use conditions such as building nets, building sheets, land nets, tarpaulins, and tents.

また、本発明の製造方法によれば、上記高品質のポリ乳酸繊維を、高速の直接紡糸延伸法によって効率的に生産でき、また糸切れや毛羽が少ないため、収率良く安定して生産することができる。   In addition, according to the production method of the present invention, the high-quality polylactic acid fiber can be efficiently produced by a high-speed direct spinning and drawing method, and since there are few yarn breakage and fluff, it can be produced stably with high yield. be able to.

本発明のポリ乳酸繊維の原料とするポリ乳酸ポリマは、L−乳酸および/またはD−乳酸を主成分とする乳酸を重合してなるポリ乳酸である。ここでL−乳酸を主成分とするとは、構成成分の60重量%以上がL−乳酸よりなっていることを意味しており、40重量%を超えない範囲でD−乳酸を含有するポリエステルである。L−乳酸の場合も同様である。更には、構成するポリマの分子鎖の全繰返し単位の80重量%以上、特に90重量%以上、より好ましくは95重量%以上が乳酸であるポリ乳酸であり、本発明の構成要件および目的を損なわない範囲であれば他のポリマのブレンド、共重合、添加物を含んでいても良い。   The polylactic acid polymer used as a raw material for the polylactic acid fiber of the present invention is a polylactic acid obtained by polymerizing lactic acid mainly composed of L-lactic acid and / or D-lactic acid. Here, L-lactic acid as a main component means that 60% by weight or more of the constituent components is composed of L-lactic acid, and is a polyester containing D-lactic acid within a range not exceeding 40% by weight. is there. The same applies to L-lactic acid. Furthermore, it is polylactic acid in which 80% by weight or more, particularly 90% by weight or more, more preferably 95% by weight or more of all repeating units of the molecular chain of the constituent polymer is lactic acid, which impairs the constituent requirements and purpose of the present invention. Other polymer blends, copolymers, and additives may be included as long as they are not included.

また、本発明に用いるポリ乳酸は、L−乳酸、D−乳酸のほかにエステル形成能を有するその他の成分を共重合した共重合ポリ乳酸であってもよい。あるいは、溶融粘度を低減させるため、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート、およびポリエチレンサクシネートのような脂肪族ポリエステルポリマーを可塑剤として用いることができる。更には、通常合成繊維に用いられる艶消し剤、難燃剤、耐熱剤、耐光剤、紫外線吸収剤、着色顔料等として無機微粒子や有機化合物を必要に応じて添加することができる。しかし、本発明のポリ乳酸繊維は、生分解性および非石油系原料であるという特徴を活かし、廃棄しても環境負荷の小さい製品として用いるため、石油系ポリマのブレンド、該成分の共重合等は極力避け、また各種添加剤も、重金属化合物や環境ホルモン物質は勿論、現時点でその懸念が予想される化合物の一切を用いないものであることが好ましい。   The polylactic acid used in the present invention may be a copolymerized polylactic acid obtained by copolymerizing other components having ester forming ability in addition to L-lactic acid and D-lactic acid. Alternatively, aliphatic polyester polymers such as polycaprolactone, polybutylene succinate, and polyethylene succinate can be used as plasticizers to reduce melt viscosity. Furthermore, inorganic fine particles and organic compounds can be added as necessary as matting agents, flame retardants, heat resistance agents, light resistance agents, ultraviolet absorbers, color pigments and the like that are usually used for synthetic fibers. However, the polylactic acid fiber of the present invention is a biodegradable and non-petroleum-based raw material, and is used as a product with a low environmental impact even when discarded. Therefore, a blend of petroleum-based polymers, copolymerization of the components, etc. In addition, it is preferable that various additives should not use any of the compounds that are expected to be of concern at this time, as well as heavy metal compounds and environmental hormone substances.

本発明のポリ乳酸繊維は、高配向、高強度であり、複屈折率が23×10-3〜40×10-3、強度が3.5〜8cN/dtex、好ましくは4.5〜8cN/dtexのポリ乳酸繊維であって、該繊維を構成するフィラメントのうち、失透したフィラメントを含まないか、失透フィラメントが15%以下の割合で存在することが特徴である。本発明のポリ乳酸繊維は、産業資材用に適した高タフネスを達成するために高度に配向し、高強度な繊維である。配向度は複屈折によって表すことができるが、複屈折で23×10-3〜40×10-3、好ましくは29×10-3〜40×10-3である。複屈折が23×10-3未満では分子鎖の配向が十分ではなく、3.5cN/dtex以上の高強度が得られないことがあるため、本発明で目的とする高タフネスのポリ乳酸繊維を得ることが出来ない場合がある。一方、複屈折や強度は高ければ高いほど良いが、40×10-3を越える高い複屈折を有するポリ乳酸繊維や8cN/dtexを越える高強度のポリ乳酸繊維は現在の技術で達成することは困難である。 The polylactic acid fiber of the present invention has high orientation and high strength, a birefringence of 23 × 10 −3 to 40 × 10 −3 , and a strength of 3.5 to 8 cN / dtex, preferably 4.5 to 8 cN / It is a dtex polylactic acid fiber, and is characterized in that it does not include a devitrified filament among the filaments constituting the fiber, or the devitrified filament is present in a ratio of 15% or less. The polylactic acid fiber of the present invention is highly oriented and high strength fiber to achieve high toughness suitable for industrial materials. Although the degree of orientation can be expressed by birefringence, it is 23 × 10 −3 to 40 × 10 −3 , preferably 29 × 10 −3 to 40 × 10 −3 in terms of birefringence. When the birefringence is less than 23 × 10 −3 , the orientation of the molecular chain is not sufficient, and a high strength of 3.5 cN / dtex or more may not be obtained. You may not be able to get it. On the other hand, the higher the birefringence and strength, the better. However, polylactic acid fibers having a high birefringence exceeding 40 × 10 −3 and high-strength polylactic acid fibers exceeding 8 cN / dtex can be achieved with the current technology. Have difficulty.

さらに、かかる高複屈折率、高強度を有するポリ乳酸繊維を構成するフィラメントのうち、失透したフィラメントを含まないか、失透フィラメントが15%以下の割合で存在していることを特徴とする。特許文献3にはポリ乳酸マルチフィラメントは白化、すなわち失透することで著しく繊維物性が低下すると記載されており、その原因は失透によって各フィラメント間の物性バラツキが大きくなることだと考えられる。しかしながら、本発明者らは失透したフィラメントが上記本発明の範囲を満たす場合には、繊維物性は低下せず、実用に供することができるポリ乳酸繊維を製糸性良く得られること、そしてそのようなポリ乳酸繊維の製造方法を見出した。失透したフィラメントの割合が15%を上回る場合には特許文献3記載の様に高強度で製糸性の良いポリ乳酸繊維を得ることが困難となる。   Further, among the filaments constituting the polylactic acid fiber having such a high birefringence and high strength, it does not include a devitrified filament or the devitrified filament is present at a ratio of 15% or less. . Patent Document 3 describes that polylactic acid multifilaments are whitened, that is, devitrified, so that the physical properties of the fibers are remarkably lowered. However, when the devitrified filament satisfies the above-mentioned scope of the present invention, the present inventors can obtain a polylactic acid fiber that can be used practically with good spinning performance, and the fiber properties are not deteriorated. A method for producing a polylactic acid fiber has been found. When the ratio of the devitrified filament exceeds 15%, it becomes difficult to obtain a polylactic acid fiber having high strength and good yarn forming properties as described in Patent Document 3.

また、本発明のポリ乳酸繊維は、ネット、ロープ、ベルト等の産業資材製品とした際に非常に重要な値であるエネルギー吸収量に対応するタフネスの値が非常に高い繊維である。   Further, the polylactic acid fiber of the present invention is a fiber having a very high toughness value corresponding to the energy absorption amount, which is a very important value when an industrial material product such as a net, a rope, or a belt is used.

本発明のさらに好ましい態様としては下記2つの態様に大別される。   Further preferred embodiments of the present invention are roughly classified into the following two embodiments.

本発明のさらに好ましい態様のひとつとしてポリ乳酸繊維が高強度、高タフネスを保ちつつ、更に製糸性およびポリ乳酸繊維の品質の向上を図るためには、複屈折が25×10-3〜40×10-3、強度が4.5〜7.5cN/dtexであって、ポリ乳酸繊維を構成するフィラメントのうち失透しているフィラメントの割合が1%未満であることが好ましい。配向度は複屈折で25×10-3〜40×10-3、好ましくは29×10-3〜40×10-3である。また、強度が4.5〜7.5cN/dtex、好ましくは、5〜7.5cN/dtexである。前記非特許文献1によれば、失透を生じることなく達成されている複屈折は最高値で28.4×10-3であり、本発明のポリ乳酸繊維の複屈折の値は従来技術で報告されていないレベルを工業的な製造法で達成できたことを意味する。複屈折が25×10-3以上では分子鎖の配向が十分なレベルとなることから、4.5cN/dtex以上の高強度が得られ、目的とする高タフネスのポリ乳酸繊維を得ることが出来る。一方、40×10-3を越える高い複屈折のポリ乳酸繊維は現在の技術で達成することは困難である。また、失透していないフィラメントが1%未満ということは実質的に失透フィラメントを含まないということであって、均一な紡糸および延伸が行われていることを意味しており、このように実質的に失透フィラメントを含まない繊維は非常に製糸性良く得ることができる。 As one of the more preferable embodiments of the present invention, in order to further improve the spinning property and the quality of the polylactic acid fiber while the polylactic acid fiber maintains high strength and high toughness, the birefringence is 25 × 10 −3 to 40 ×. 10 −3 , strength is 4.5 to 7.5 cN / dtex, and the proportion of the devitrified filament among the filaments constituting the polylactic acid fiber is preferably less than 1%. The degree of orientation is 25 × 10 −3 to 40 × 10 −3 , preferably 29 × 10 −3 to 40 × 10 −3 in terms of birefringence. The strength is 4.5 to 7.5 cN / dtex, preferably 5 to 7.5 cN / dtex. According to Non-Patent Document 1, the birefringence achieved without causing devitrification is 28.4 × 10 −3 at the maximum, and the birefringence value of the polylactic acid fiber of the present invention is the conventional value. This means that unreported levels could be achieved with industrial manufacturing methods. When the birefringence is 25 × 10 −3 or more, the orientation of the molecular chain is at a sufficient level, so that a high strength of 4.5 cN / dtex or more can be obtained, and a desired high-toughness polylactic acid fiber can be obtained. . On the other hand, polylactic acid fibers having a high birefringence exceeding 40 × 10 −3 are difficult to achieve with the current technology. Further, less than 1% of non-devitrified filaments means that substantially no devitrifying filaments are included, which means that uniform spinning and drawing are performed. Fibers substantially free of devitrifying filaments can be obtained with very good spinning properties.

そして、本態様の高配向、高強度でかつ実質的に失透していないフィラメントから構成されるポリ乳酸繊維は、強度の標準偏差が0.01〜0.45cN/dtex、好ましくは0.01〜0.35cN/dtex、さらに好ましくは0.01〜0.3cN/dtexと、極めて均一であることを特徴としている。標準偏差が0.01未満のポリ乳酸繊維は現在の技術では達成困難であり、一方、0.45cN/dtexを越える標準偏差をとる場合は、本態様の如き実質的に失透していないフィラメントであって、かつ本発明が特定する高強度なポリ乳酸繊維とはならない。なお、標準偏差の測定方法については後述する。   And the polylactic acid fiber comprised from the highly oriented, high-strength and substantially non-devitrified filament of this embodiment has a standard deviation of strength of 0.01 to 0.45 cN / dtex, preferably 0.01. It is characterized by being extremely uniform at ˜0.35 cN / dtex, more preferably from 0.01 to 0.3 cN / dtex. Polylactic acid fibers with a standard deviation of less than 0.01 are difficult to achieve with current technology, whereas when taking a standard deviation of more than 0.45 cN / dtex, filaments that are not substantially devitrified as in this embodiment However, it is not a high-strength polylactic acid fiber specified by the present invention. A method for measuring the standard deviation will be described later.

また、本発明のポリ乳酸繊維のさらに好ましいもう1つの態様は、失透したフィラメントを若干、すなわち1〜15%含む高配向、高強度のポリ乳酸繊維である。即ち、複屈折が23×10-3〜40×10-3、好ましくは、25×10-3〜40×10-3、強度が3.5〜8cN/dtex、好ましくは、4〜7.5cN/dtexのポリ乳酸繊維であって、該繊維を構成するフィラメントのうち、失透したフィラメントが1〜15%、好ましくは1〜10%の割合で存在することを特徴とする。前述の様に、本発明者らは失透したフィラメントが上記本発明の範囲を満たす場合には、各フィラメントが実質的に失透してない場合と比較して若干製糸性は劣るものの繊維物性は低下せず、実用に供することができる物性バランスの良いポリ乳酸繊維であることを見出した。 Further, another more preferable embodiment of the polylactic acid fiber of the present invention is a highly oriented, high-strength polylactic acid fiber containing some devitrified filaments, that is, 1 to 15%. That is, the birefringence is 23 × 10 −3 to 40 × 10 −3 , preferably 25 × 10 −3 to 40 × 10 −3 , and the intensity is 3.5 to 8 cN / dtex, preferably 4 to 7.5 cN. / Dtex polylactic acid fiber, characterized in that, among the filaments constituting the fiber, devitrified filaments are present in a proportion of 1 to 15%, preferably 1 to 10%. As described above, when the devitrified filament satisfies the scope of the present invention, the fiber physical properties are slightly inferior to the case where each filament is not substantially devitrified. Was found to be a polylactic acid fiber having a good balance of physical properties that can be used practically.

また、本発明者らの知見によると、失透現象は特定の延伸条件下(延伸手段、延伸段数、延伸温度、延伸前の繊維配高度、等)においてポリ乳酸繊維を限界に近い延伸を行うことで発生する。すなわち、本発明の失透フィラメントを1〜15%含むポリ乳酸繊維は、特定の延伸条件下において繊維物性を損なうこと無く限界近くまで分子配向を高めた繊維であるといえる。   Further, according to the knowledge of the present inventors, the devitrification phenomenon causes the polylactic acid fiber to be stretched close to the limit under specific stretching conditions (stretching means, number of stretching stages, stretching temperature, fiber height before stretching, etc.). Occurs. That is, it can be said that the polylactic acid fiber containing 1 to 15% of the devitrified filaments of the present invention is a fiber whose molecular orientation is increased to the limit without impairing the fiber properties under specific stretching conditions.

失透したフィラメントを若干含む本発明のポリ乳酸繊維においては、複屈折が23×10-3未満では、3.5cN/dtex以上の高強度が得られず、本発明の目的とする高タフネスなポリ乳酸繊維を得ることが出来ない場合がある。また、40×10-3を越える複屈折や8cN/dtexを越える高強度糸は現在の技術では達成が困難である。 In the polylactic acid fiber of the present invention containing some devitrified filaments, when the birefringence is less than 23 × 10 −3 , a high strength of 3.5 cN / dtex or more cannot be obtained, and the high toughness targeted by the present invention is achieved. In some cases, polylactic acid fibers cannot be obtained. Also, birefringence exceeding 40 × 10 −3 and high strength yarn exceeding 8 cN / dtex are difficult to achieve with current technology.

また、失透フィラメントを若干含む本発明のポリ乳酸繊維の強度の標準偏差は0.05〜1cN/dtex、好ましくは、0.05〜0.75cN/dtexである。0.05cN/dtex未満は失透フィラメントを1〜15%含む限り達成することが困難である。一方、1cN/dtexを越えると物性バラツキが大きく産業用途として実用に供することが困難であるばかりか、本発明ポリ乳酸繊維の強度を達成できないことがある。   The standard deviation of the strength of the polylactic acid fiber of the present invention containing some devitrifying filaments is 0.05 to 1 cN / dtex, preferably 0.05 to 0.75 cN / dtex. Less than 0.05 cN / dtex is difficult to achieve as long as it contains 1 to 15% devitrified filaments. On the other hand, if it exceeds 1 cN / dtex, the physical property variation is so large that it is difficult to put it to practical use as an industrial application, and the strength of the polylactic acid fiber of the present invention may not be achieved.

また、本発明のポリ乳酸繊維は、熱収縮率が低く、熱寸法安定性に優れていることも特徴である。120℃で測定した乾熱収縮率が1〜13%、好ましくは2〜10%、さらに好ましくは2〜6%である。かかる特徴は、布帛やネットの製造工程やフィルム等をラミネートするような熱処理をした時に、均一な熱固定ができ、均一な製品が得られるというメリットを生じる。   The polylactic acid fiber of the present invention is also characterized by a low thermal shrinkage and excellent thermal dimensional stability. The dry heat shrinkage measured at 120 ° C. is 1 to 13%, preferably 2 to 10%, more preferably 2 to 6%. This feature has the advantage that uniform heat setting can be achieved and a uniform product can be obtained when heat treatment such as laminating a fabric or net manufacturing process or a film is performed.

次に、本発明のポリ乳酸繊維は、DSC(示差走査型熱量計)を用いて、5℃/分の昇温速度で熱測定をした時、その融解曲線がシャープで単一のピークを示し、二重ピークやショルダーを示さないことも特徴である。DSCの融解曲線がブロードであったり、二重ピークやショルダーが発現する原因としては、例えば、共重合ポリマや分子量分布の広いポリマであったり、あるいは、製糸プロセスにおける紡糸冷却過程や延伸熱処理条件によって、結晶サイズの分布が著しく広くなった場合に生ずることが多い。従って、均一なポリマを用いて、高度に配向され、高強度となるほど、その繊維構造は均一となり、図4(a)に示すようにDSC融解曲線はシャープで単一ピークのパターンを示す。しかし、図4(b)および(c)に示すようなショルダーを示すポリ乳酸繊維や2重ピークを示すようなポリ乳酸繊維は、本発明の複屈折およびまたは高強度を達成できないことが多い。   Next, the polylactic acid fiber of the present invention has a sharp melting curve and a single peak when heat measurement is performed at a heating rate of 5 ° C./min using a DSC (differential scanning calorimeter). It is also characterized by not showing double peaks or shoulders. The cause of the DSC melting curve being broad or the appearance of double peaks and shoulders is, for example, a copolymer polymer or a polymer with a wide molecular weight distribution, or depending on the spinning cooling process and the drawing heat treatment conditions in the spinning process. This often occurs when the crystal size distribution is significantly widened. Therefore, using a uniform polymer, the higher the strength and the higher the strength, the more uniform the fiber structure. As shown in FIG. 4A, the DSC melting curve shows a sharp single peak pattern. However, polylactic acid fibers having a shoulder as shown in FIGS. 4B and 4C and polylactic acid fibers having a double peak often cannot achieve the birefringence and / or high strength of the present invention.

なお、本発明における失透とは、主に延伸工程で発現し、ポリ乳酸繊維フィラメントの表面に形成されるミクロな凹凸によって生じる現象を意味し、その言葉どおり透明性を失い白化した状態となるものである。ここで表面の凹凸のサイズは、サブμ〜μオーダーである。サブμ未満であれば失透せず、一方、数十μのオーダーになると、通常その部分は糸切れや毛羽の原因となるので、失透として認められることは少ない。延伸時にフィラメントに形成される表面の凹凸によって失透が生じるということは、スムーズな熱延伸が行われていないこと、および過度の延伸が行われていることを意味する。スムーズな熱延伸とは、例えば、多段熱延伸工程において、延伸前の配向のレベルに適した温度で各フィラメントが予熱され、分子鎖の易動性に相応しい延伸比で延伸され、スムーズに分子鎖が引き伸ばされることである。延伸前の配向度の割に予熱温度を高くし過ぎると、分子鎖は配向する前に結晶化してしまい、引き伸ばし難くなり、結果として表面の凹凸を生成する。更に高すぎると、分子鎖の流れが生じ、分子鎖の配向を伴わない所謂スーパードロー現象となり、効果的な延伸がなされない。この場合フィラメント表面に凹凸は生成しないものの強度が得られない。一方、延伸前の予熱が十分でないと、分子鎖の易動性が低いまま無理な延伸をすることになり、結果としフィラメント表面の凹凸を生成し、失透が生ずる。   The devitrification in the present invention means a phenomenon that occurs mainly in the drawing process and is caused by micro unevenness formed on the surface of the polylactic acid fiber filament, and as it is said, it loses transparency and becomes whitened. Is. Here, the size of the irregularities on the surface is on the order of sub-μ to μ. If it is less than sub-μ, it does not devitrify. On the other hand, if it is on the order of several tens of μ, the portion usually causes thread breakage or fluff, and is therefore rarely recognized as devitrification. That devitrification occurs due to the unevenness of the surface formed on the filament during stretching means that smooth thermal stretching has not been performed and excessive stretching has been performed. Smooth thermal stretching means that, for example, in a multi-stage thermal stretching process, each filament is preheated at a temperature suitable for the level of orientation before stretching, and is stretched at a stretching ratio suitable for the mobility of the molecular chain. Is to be stretched. If the preheating temperature is too high for the degree of orientation before stretching, the molecular chain will crystallize before orientation, making it difficult to stretch, resulting in surface irregularities. If it is too high, molecular chain flow occurs, so-called superdraw phenomenon without molecular chain orientation occurs, and effective stretching is not performed. In this case, although the unevenness is not generated on the filament surface, the strength cannot be obtained. On the other hand, if the preheating before stretching is not sufficient, the molecular chain will be stretched with low mobility, resulting in the formation of irregularities on the filament surface and devitrification.

ポリ乳酸は、分子鎖の易動性が生ずるガラス転移温度(Tg)が約60℃で、繊維構造の結晶の融解温度(融点:Tm)が約170℃であり、TmとTgの温度差は約110℃と小さい。ちなみに、ポリエチレンテレフタレートはそれぞれTg=80℃とTm=260℃で、TmとTgの差は180℃である。   Polylactic acid has a glass transition temperature (Tg) at which molecular chain mobility occurs of about 60 ° C., and the melting temperature (melting point: Tm) of the fiber structure crystal is about 170 ° C. The temperature difference between Tm and Tg is As small as about 110 ° C. Incidentally, polyethylene terephthalate has Tg = 80 ° C. and Tm = 260 ° C., respectively, and the difference between Tm and Tg is 180 ° C.

従って、ポリ乳酸繊維を熱延伸する際の最適温度領域は狭いため、スムーズな延伸条件から外れ易くなり、容易に前記表面凹凸等を発生し、失透が起こり易い。   Therefore, since the optimum temperature range when heat-stretching the polylactic acid fiber is narrow, it is easy to deviate from smooth stretching conditions, the surface irregularities and the like are easily generated, and devitrification is likely to occur.

本発明のポリ乳酸繊維は、以上のポリ乳酸繊維特有の熱延伸挙動を考慮して確立したものであり、以下の方法で製造することができる。   The polylactic acid fiber of the present invention is established in consideration of the above-described heat-drawing behavior unique to the polylactic acid fiber, and can be produced by the following method.

即ち、本発明のポリ乳酸繊維の製造方法は、ポリ乳酸ポリマを溶融して口金より押し出し、冷却固化した糸条に油剤を付与した後、一旦巻き取る事無く熱延伸してポリ乳酸繊維を製造する方法において、紡糸速度300〜1000m/分で引き取り、かつ熱延伸の少なくとも第1段めの延伸において、延伸倍率を、総合延伸倍率の20〜70%に設定し、ドローポイントが給糸ロール上に位置するようにして延伸することを特徴とする。 That is, the polylactic acid fiber production method of the present invention is a method of producing a polylactic acid fiber by melting a polylactic acid polymer, extruding it from a die, applying an oil agent to a cooled and solidified yarn, and then hot-drawing without winding once. In this method, the drawing is performed at a spinning speed of 300 to 1000 m / min, and in at least the first stage of the thermal drawing, the draw ratio is set to 20 to 70% of the total draw ratio, and the draw point is on the yarn supply roll. It extends | stretches so that it may be located in.

上記本発明のポリ乳酸繊維の製造方法を詳述するため、その実施をするための典型的な直接紡糸延伸プロセスの一例を図1に示した。図1のプロセスは、「プレストレッチ−3段延伸−リラックス」法であるが、もちろん上記要件を満足する限りこのプロセスに限定されるものではない。   In order to describe the production method of the polylactic acid fiber of the present invention in detail, an example of a typical direct spinning drawing process for carrying out the method is shown in FIG. The process of FIG. 1 is a “pre-stretch-three-stage stretch-relax” method, but, of course, the process is not limited to this process as long as the above requirements are satisfied.

本発明のポリ乳酸繊維の製造に用いるポリ乳酸ポリマは前記した特徴を有するが、相対粘度が2.6〜4.5の高粘度ポリマを用いることが好ましく、より好ましくは、3〜4.5、さらに好ましくは3.5〜4.5の範囲である。相対粘度が2.6未満のポリマを用いた場合は、本発明の高配向、高強度のポリ乳酸繊維を安定して得ることができない。一方、4.5を越える高粘度のポリマを用いると、安定した製糸が困難であり、特に失透したフィラメントが発生し易いため好ましくない。また、溶融紡糸に供するポリ乳酸ポリマの水分率としてはポリマの加水分解を抑制するために0〜0.05%の間であることが好ましい。   Although the polylactic acid polymer used for the production of the polylactic acid fiber of the present invention has the above-described characteristics, it is preferable to use a high viscosity polymer having a relative viscosity of 2.6 to 4.5, more preferably 3 to 4.5. More preferably, it is in the range of 3.5 to 4.5. When a polymer having a relative viscosity of less than 2.6 is used, the highly oriented and high strength polylactic acid fiber of the present invention cannot be stably obtained. On the other hand, use of a polymer having a high viscosity exceeding 4.5 is not preferable because it is difficult to produce a stable yarn, and a devitrified filament is likely to be generated. The water content of the polylactic acid polymer used for melt spinning is preferably 0 to 0.05% in order to suppress hydrolysis of the polymer.

紡糸温度は、好ましくは190〜250℃、より好ましくは200〜240℃である。190℃未満で紡糸すると、ポリマの溶融時に十分な流動性がえられないばかりか、未延伸糸の段階で失透したフィラメントが発生することがあり、更に延伸によって失透フィララメントが多発する。一方、250℃を越える温度では、高配向、高強度のポリ乳酸繊維が安定して得にくくなる。   The spinning temperature is preferably 190 to 250 ° C, more preferably 200 to 240 ° C. When spinning at less than 190 ° C., sufficient fluidity cannot be obtained when the polymer is melted, and devitrified filaments may be generated at the stage of undrawn yarn, and devitrification filaments frequently occur due to drawing. On the other hand, at temperatures exceeding 250 ° C., highly oriented and high strength polylactic acid fibers are difficult to obtain stably.

紡糸口金の直下は、紡糸口金面より0〜15cmを上端とし、その上端から5〜100cmの範囲を加熱筒および/または断熱筒で囲み、紡出糸条を200〜280℃の高温雰囲気中を通過させることが本発明の製造方法の好ましい形態である。   Immediately below the spinneret, the upper end is 0 to 15 cm from the spinneret surface, and a range of 5 to 100 cm from the upper end is surrounded by a heating tube and / or a heat insulating tube, and the spinning yarn is placed in a high temperature atmosphere of 200 to 280 ° C. Passing is a preferred form of the production method of the present invention.

紡出した糸条を直ちに冷却せず、上記加熱筒および/または断熱筒で囲まれた高温雰囲気中を通して徐冷することにより、紡出されたフィラメントの配向が緩和され、かつフィラメント間の均一性を高めることができる。一方、高温雰囲気中を通過させることなく直ちに冷却すると、未延伸糸の配向が高まり、かつフィラメント間の配向度分布が大きくなる。かかる未延伸糸を熱延伸すると、結果として高配向、高強度のポリ乳酸繊維が得られない。特に、フィラメント間の強度バラツキが大きくなり、本発明の目的とする均一なポリ乳酸繊維が得られないことがある。   The spinning filament is not cooled immediately, but is gradually cooled through a high-temperature atmosphere surrounded by the heating tube and / or the heat insulating tube, thereby relaxing the orientation of the spun filament and uniformity among the filaments. Can be increased. On the other hand, when cooled immediately without passing through a high-temperature atmosphere, the orientation of the undrawn yarn is increased and the orientation degree distribution between the filaments is increased. When such undrawn yarn is hot drawn, as a result, highly oriented and high strength polylactic acid fibers cannot be obtained. In particular, the intensity variation between the filaments increases, and the uniform polylactic acid fiber intended by the present invention may not be obtained.

高温雰囲気中を通過した未延伸フィラメントは、次いで10〜80℃、好ましくは15〜75℃の風を吹きつけて冷却固化することが好ましい。冷却風が10℃未満の場合には通常装置とは別に大型の冷却装置が必要となるため好ましくない。また、冷却風が80℃を超える場合には紡糸時のフィラメント揺れが大きくなるため、フィラメント同士の衝突等が発生し製糸性良く繊維を製造することが困難となる。空冷装置は横吹き出しタイプでも良いし、環状型吹きだしタイプを用いても良い。   The unstretched filament that has passed through the high-temperature atmosphere is then preferably cooled and solidified by blowing air at 10 to 80 ° C., preferably 15 to 75 ° C. When the cooling air is less than 10 ° C., a large cooling device is required separately from the normal device, which is not preferable. Further, when the cooling air exceeds 80 ° C., the swing of the filament during spinning becomes large, so that the filaments collide with each other, and it becomes difficult to manufacture the fiber with good spinning property. The air cooling device may be a horizontal blowing type or an annular blowing type.

冷却固化された未延伸フィラメントは、次いで油剤が付与される。   The unstretched filament that has been cooled and solidified is then applied with an oil agent.

油剤は、平滑剤を主成分とし、界面活性剤、制電剤、極圧剤成分等を含むが、ポリ乳酸繊維に活性な成分を除いた油剤組成とすることが必要である。例えば、水エマルジョンに含まれる乳化成分は、ポリ乳酸繊維の繊維構造を変化させる作用があり、延伸時に表面凹凸を生成し易く働く。従って、非水系油剤を用いることが好ましい。更に、好ましい油剤組成は、例えば、平滑剤成分としてアルキルエーテルエステル、界面活性剤成分として高級アルコールのアルキレンオキサイド付加物、極圧剤成分として有機ホスフェート塩等を鉱物油で希釈した非水系油剤である。   The oil agent contains a smoothing agent as a main component and includes a surfactant, an antistatic agent, an extreme pressure agent component, and the like, but it is necessary to have an oil agent composition excluding components active on polylactic acid fibers. For example, the emulsified component contained in the water emulsion has an action of changing the fiber structure of the polylactic acid fiber, and easily works to generate surface irregularities during stretching. Therefore, it is preferable to use a non-aqueous oil agent. Further, a preferred oil agent composition is, for example, a non-aqueous oil agent obtained by diluting an alkyl ether ester as a smoothing agent component, an alkylene oxide adduct of a higher alcohol as a surfactant component, and an organic phosphate salt as an extreme pressure agent component with a mineral oil. .

油剤を付与された未延伸フィラメント糸条は、引き取りロ−ル(1FR)に捲回して引き取る。引き取りロールの速度、即ち紡糸速度は300〜1000m/分、好ましくは500〜1000m/分である。300m/分未満の紡糸速度でも本発明ポリ乳酸繊維の物性は得られるが、生産効率が低いため、採用し難い。一方、1000m/分を越える紡糸速度では、本発明ポリ乳酸繊維の高配向、高強度は得られない。 The unstretched filament yarn provided with the oil agent is wound around a take-up roll (1FR) and taken up. Take-up roll speed, i.e. spinning speed 300 to 1000 m / min, preferably 5 00~ 1000 m / min. Although the physical properties of the polylactic acid fiber of the present invention can be obtained even at a spinning speed of less than 300 m / min, it is difficult to employ because the production efficiency is low. On the other hand, when the spinning speed exceeds 1000 m / min, high orientation and high strength of the polylactic acid fiber of the present invention cannot be obtained.

上記紡糸速度で引き取られた未延伸糸は一旦巻き取られることなく連続して延伸する。引き取りロール(1FR)と同様に、2ケのロールを1ユニットとするネルソン型ロールを、給糸ロール(2FR)、第1延伸ロール(1DR)、第2延伸ロ−ル(2DR)、第3延伸ロール(3DR)および弛緩ロール(RR)と並べて配置し、順次糸条を捲回して延伸熱処理を行う。通常、1FRと2FR間では糸条を集束させるためにストレッチを行う。好ましいストレッチ率は1〜7%、さらに好ましくは1〜5%の範囲である。1FRは50〜80℃、好ましくは50〜70℃に加熱して、引き取り糸条を予熱して次の延伸工程に送る。2FRと1DR間で1段目の延伸を行うが、少なくとも、この1段めの延伸時のドローポイント、即ちネッキングポイントは2FRのロール上、好ましくはロールから離れる直前数cm以内に安定して位置するように、2FRと1DRの温度および1段めの延伸倍率を設定することが好ましい。但しこれらの条件は、未延伸糸の配向の程度を考慮して変化させる必要がある。通常、2FRの温度は80〜120℃、好ましくは80〜110℃とし、1DRの温度を90〜120℃、好ましくは100〜120℃とし、かつ1段目の延伸倍率を、総合延伸倍率の20〜70%、好ましくは20〜50%に設定する。上記条件の範囲でドローポイントが2FRのロール上出口近傍に位置するように設定する。更に、ドローポイントを2FRのロール上出口に位置するように設定するためには該ロールは摩擦の低い梨地ロールであることが好ましい。通常、ロール表面の粗さがRa=0.3〜5μm、好ましくはRa=0.5〜3μmのクロムメッキされたものが用いられる。

The undrawn yarn taken up at the spinning speed is drawn continuously without being wound once. Similar to the take-up roll (1FR), a Nelson type roll having two rolls as one unit is a yarn feeding roll (2FR), a first drawing roll (1DR), a second drawing roll (2DR), a third It arrange | positions along with a extending | stretching roll (3DR) and a relaxation | loosening roll (RR), and winds a thread | yarn sequentially and performs an extending | stretching heat processing. Usually, stretching is performed between 1FR and 2FR to focus the yarn. A preferred stretch ratio is in the range of 1 to 7%, more preferably 1 to 5%. 1FR is heated to 50 to 80 ° C., preferably 50 to 70 ° C., and the take-up yarn is preheated and sent to the next drawing step. The first stage of stretching is performed between 2FR and 1DR, but at least the draw point at the time of the first stage stretching, that is, the necking point, is positioned stably on the 2FR roll, preferably within a few centimeters immediately before leaving the roll. Thus, it is preferable to set the temperatures of 2FR and 1DR and the first draw ratio. However, these conditions need to be changed in consideration of the degree of orientation of the undrawn yarn. Usually, the temperature of 2FR is 80 to 120 ° C., preferably 80 to 110 ° C., the temperature of 1DR is 90 to 120 ° C., preferably 100 to 120 ° C., and the first stage draw ratio is 20 as the total draw ratio. -70 %, preferably 20-50%. Within the range of the above conditions, the draw point is set so as to be positioned in the vicinity of the 2FR roll upper exit. Furthermore, in order to set the draw point so as to be positioned at the upper outlet of the 2FR roll, the roll is preferably a satin roll with low friction. Usually, a chrome-plated one having a roll surface roughness Ra = 0.3-5 μm, preferably Ra = 0.5-3 μm is used.

2段めの延伸は1DRと2DR間で行うが、2DRは110〜160℃、好ましくは115〜145℃である。2段延伸の場合は総合延伸倍率に対し、1段目の延伸倍率の残りの延伸をこの間で行う。3段延伸の場合は、残りの延伸倍率を2段に分けて行う。3段延伸を行う場合の3DRの温度は120〜160℃、好ましくは130〜150℃である。2段延伸または3段延伸を終った糸条はRRとの間で0〜10%、好ましくは0〜7%、さらに好ましくは0.5〜5%の弛緩処理を行い、熱延伸によって生じた歪みを取るだけで無く、延伸によって達成された高配向構造を固定したり、非晶領域の配向を緩和させ熱収縮率を下げたりすることができる。RRは無加熱ロールまたは、160℃以下に加熱したロールを用いる。通常、熱延伸時に加熱された糸条の持ち込む熱によって、RRは加熱の有無にかかわらず90〜150℃の温度となる。   The second stage stretching is performed between 1DR and 2DR, and 2DR is 110 to 160 ° C, preferably 115 to 145 ° C. In the case of two-stage stretching, the remaining stretching of the first-stage stretching ratio is performed between the total stretching ratios. In the case of three-stage stretching, the remaining stretching ratio is divided into two stages. The temperature of 3DR when performing three-stage stretching is 120 to 160 ° C, preferably 130 to 150 ° C. The yarn that has finished two-stage drawing or three-stage drawing is subjected to a relaxation treatment of 0 to 10%, preferably 0 to 7%, more preferably 0.5 to 5% with RR, and is generated by hot drawing. In addition to taking the strain, the highly oriented structure achieved by stretching can be fixed, the orientation of the amorphous region can be relaxed, and the thermal shrinkage rate can be lowered. RR uses an unheated roll or a roll heated to 160 ° C. or lower. Usually, RR becomes a temperature of 90 to 150 ° C. regardless of the presence or absence of heating due to the heat brought in by the yarn heated at the time of hot drawing.

また、本発明のポリ乳酸繊維の製造方法において、延伸段数は2〜5段、好ましくは3〜5段の多段延伸とすることが必要である。延伸段数が1段の場合には失透の発生を抑制しながら高倍率に延伸することが困難である。延伸段数は多ければ多いほど高倍率に延伸することは可能となるが、延伸段数が5段以上となる場合には設備の大型化や製造工程が複雑化してしまう。   Moreover, in the manufacturing method of the polylactic acid fiber of this invention, it is necessary to make it the multistage extending | stretching of 2-5 steps of extending | stretching steps, Preferably it is 3-5 steps. When the number of stretching stages is one, it is difficult to stretch at a high magnification while suppressing the occurrence of devitrification. As the number of stretching stages increases, it becomes possible to stretch at a higher magnification. However, when the number of stretching stages is 5 or more, the equipment is enlarged and the manufacturing process becomes complicated.

本発明の産業資材に適した高強度、高タフネスのポリ乳酸繊維は、上記方法によって基本的な物性は得られる。しかし、更に、糸切れを少なくして収率を良くし、かつ毛羽の発生を少なくして高品位のポリ乳酸繊維を得るためには、少なくとも1段延伸が行われる2FRと1DRの間に、繊維糸条に高圧流体を吹き付けて、該繊維を構成するフィラメント間に交絡を付与し、糸条を集束させながら延伸を行っても良い。糸条を交絡、集束させるための装置は、通常糸条を巻き取る直前に糸条に交絡を付与し、集束させるために用いられる交絡ノズルを用いることができる。該交絡装置は1段めの延伸時に行うのが効果的であるが、1段めに加え、2段めおよび3段めの延伸時にも行っても良い。   The high strength and high toughness polylactic acid fiber suitable for the industrial material of the present invention can have basic physical properties by the above method. However, in order to obtain a high-quality polylactic acid fiber by reducing the yarn breakage and improving the yield and reducing the occurrence of fuzz, between 2FR and 1DR where at least one-stage drawing is performed, Stretching may be performed while spraying a high-pressure fluid on the fiber yarn to impart entanglement between the filaments constituting the fiber and converging the yarn. The device for entanglement and focusing of the yarn can use an entanglement nozzle that is used for imparting entanglement to the yarn and concentrating the yarn just before winding the yarn. The entanglement device is effective when it is stretched in the first stage, but it may also be performed during the stretch of the second and third stages in addition to the first stage.

本発明ポリ乳酸繊維は、高配向、高強度でありながら、フイラメントの表面に凹凸が生成せず、従って失透したフィラメントが生成しないか、あるいは僅かしか生成していないことが特徴であるが、特にそれを達成するための製造法は、第1段めの延伸におけるドローポイントが2FRのロール上の出口近傍に位置するよう2FR温度、1DR温度および1段延伸倍率を設定すること、および1段めの延伸時にフィラメント間に交絡を付与し、集束させて2段め以降の延伸を行うことによって達成される。   The polylactic acid fiber of the present invention is characterized by high orientation and high strength, but no irregularities are formed on the surface of the filament, and therefore, devitrified filaments are not generated or only slightly generated. In particular, the manufacturing method for achieving this is to set the 2FR temperature, the 1DR temperature, and the one-stage draw ratio so that the draw point in the first-stage drawing is located in the vicinity of the outlet on the 2FR roll, This is achieved by providing entanglement between the filaments at the time of stretching and concentrating and stretching the second and subsequent stages.

かくして、前記物性を有する本発明ポリ乳酸繊維が得られる。   Thus, the polylactic acid fiber of the present invention having the above physical properties is obtained.

以下、実施例によって本発明の態様を更に詳しく説明するが、明細書本文および実施例に用いた特性の定義および測定法は次の通りである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail by way of examples. Definitions and measuring methods of characteristics used in the specification text and examples are as follows.

[複屈折率(Δn)]:D線を光源として用い、ベレックコンペンセーター法によってレターデーションと糸径を測定し、下記式に従って求めた。   [Birefractive index (Δn)]: Retardation and yarn diameter were measured by the Belek Compensator method using D-line as a light source, and determined according to the following formula.

Δn=(レターデーション/糸径)
10フィラメントについて測定し、その平均値をΔnとした。
Δn = (Retardation / Thread diameter)
Ten filaments were measured and the average value was taken as Δn.

[総繊度およびフィラメントの繊度]:JIS L1090により測定した。   [Total Fineness and Fineness of Filament]: Measured according to JIS L1090.

[強力、強度、伸度]:JIS L1013の方法で測定した。オリエンテック社製テンシロン引張り試験機を用い、試長250mm、引張速度300mm/minの条件で強力を測定した。強度は強力を測定した試料の総繊度で除した値である。   [Strength, strength, elongation]: Measured by the method of JIS L1013. The strength was measured using a Tensilon tensile tester manufactured by Orientec Corp. under the conditions of a test length of 250 mm and a tensile speed of 300 mm / min. The strength is a value obtained by dividing the strength by the total fineness of the sample.

[タフネス]:JIS L1013の方法で測定した強度および伸度の値を用い、次式に従って計算した。
タフネス={強度×(伸度)1/2
[フィラメントの強度の標準偏差]:ポリ乳酸繊維の強伸度をJIS L1013に従って20回測定し、得られた20個の強度デ−タから標準偏差を求めた。
[Toughness]: Using the strength and elongation values measured by the method of JIS L1013, the toughness was calculated according to the following formula.
Toughness = {strength x (elongation) 1/2 }
[Standard deviation of filament strength]: The strength and elongation of polylactic acid fiber were measured 20 times in accordance with JIS L1013, and the standard deviation was determined from the obtained 20 strength data.

[失透フィラメントの割合]:本実施例において各フィラメントの失透の判定は下記(1)に示す方法で確認した。しかし、失透フィラメントは下記(2)〜(3)に示すように肉眼の他、実体顕微鏡、SEM等でも観察可能であり、肉眼での判定が難しい場合には観察する繊維の種類(フィラメント繊度や原着糸等)によって適時観察方法を変更すれば良い。
(1)肉眼での確認
ポリ乳酸繊維を黒色の画用紙上に置いて観察する。マルチフィラメントの場合に各単糸が重なり合わないように配置させる。フィラメント0.5mを観察した際に、白色の領域が存在していればそのフィラメントは失透していると判定する。
(2)実体顕微鏡での確認
ポリ乳酸繊維を実体顕微鏡(ニコン実体顕微鏡HFX型)を用い、反射光により観察し、SONY製カラービデオカメラ(CCD−IRIS)で撮影してモニターで観察する。フィラメント0.3m中、ランダムな25点を選んで観察し、図2のように失透によって光が乱反射して白く見える領域が存在していればそのフィラメントは失透していると判定する。尚、観察倍率は繊維の繊度によって適時変更することができる。図2に実体顕微鏡観察による失透糸および非失透糸の観察例を示した。
(3)SEMでの確認
ポリ乳酸繊維における任意な点の全フィラメントをイオンコーター(Eiko Engineering社製 IB−3)を用いて金蒸着した。作成サンプルをSEM(トプコン株式会社製 ABT−55)を用いて観察した。図3に示したように繊維表面に凹凸がを有するフィラメントがあれば、その繊維は失透領域を有していると判定する。尚、観察倍率はフィラメント繊度によって適時変更すればよい。図3にSEM観察による失透糸および非失透糸の観察例を示した。
[Ratio of devitrification filament]: In this example, the determination of devitrification of each filament was confirmed by the method shown in (1) below. However, devitrified filaments can be observed with the naked eye as well as with a stereomicroscope and SEM as shown in the following (2) to (3), and when it is difficult to determine with the naked eye, the type of fiber to be observed (filament fineness) The observation method may be changed in a timely manner depending on the yarn and the original yarn.
(1) Confirmation with the naked eye Place the polylactic acid fiber on black drawing paper and observe. In the case of multifilament, each single yarn is arranged so as not to overlap. If a white region is present when the filament 0.5 m is observed, it is determined that the filament is devitrified.
(2) Confirmation with a stereomicroscope A polylactic acid fiber is observed with reflected light using a stereomicroscope (Nikon stereomicroscope HFX type), photographed with a color video camera (CCD-IRIS) manufactured by SONY, and observed with a monitor. Random 25 points are selected and observed in 0.3 m of the filament, and if there is a region where light is diffusely reflected by devitrification and appears white as shown in FIG. 2, it is determined that the filament is devitrified. The observation magnification can be changed as appropriate depending on the fineness of the fiber. FIG. 2 shows an example of observation of devitrified yarn and non-devitrified yarn by observation with a stereoscopic microscope.
(3) Confirmation with SEM All filaments at arbitrary points in the polylactic acid fiber were vapor-deposited using an ion coater (IB-3 manufactured by Eiko Engineering). The prepared sample was observed using SEM (ABT-55 manufactured by Topcon Corporation). If there exists a filament which has an unevenness | corrugation on the fiber surface as shown in FIG. 3, it will determine with the fiber having a devitrification area | region. In addition, what is necessary is just to change observation magnification suitably according to a filament fineness. FIG. 3 shows an example of observation of devitrified yarn and non-devitrified yarn by SEM observation.

失透フィラメントの割合は下記式
失透フィラメントの割合(%)=(失透フィラメント数)/(全フィラメント数)×100
で現すことができる。
The ratio of devitrified filaments is the following formula: Ratio of devitrified filaments (%) = (number of devitrified filaments) / (total number of filaments) × 100
Can appear.

[乾熱収縮率]: JIS L1013の方法に従って、120℃で測定した。同一試料から2検体採取して測定し、その平均値を求めた。   [Dry Heat Shrinkage]: Measured at 120 ° C. according to the method of JIS L1013. Two samples were collected from the same sample and measured, and the average value was obtained.

[DSCの融解曲線]パーキンエルマー社(米)製示差走査型熱量計DSC−7型を用い、昇温速度5℃/分で測定した。   [DSC Melting Curve] A DSC-7 differential scanning calorimeter manufactured by Perkin Elmer (USA) was used and measured at a heating rate of 5 ° C./min.

[相対粘度]:0.5gのサンプルに対し25mLのクロロホルムを加え、5時間かけて攪拌してポリマーを溶解させた後、クロロホルムを加えて50mLに希釈した。希釈溶液を試験温度30℃でスコットAVS500自動粘度計(Schott AVS500auto viscometer)を用いて測定し、下記式に基づいて相対粘度ηrを求めた。測定は2回行い、その平均値とした。   [Relative viscosity]: 25 mL of chloroform was added to a 0.5 g sample, and the mixture was stirred for 5 hours to dissolve the polymer. Then, chloroform was added to dilute to 50 mL. The diluted solution was measured using a Scott AVS500 automatic viscometer at a test temperature of 30 ° C., and the relative viscosity ηr was determined based on the following formula. The measurement was performed twice and the average value was taken.

ηr=t/t0
t:溶液の落下秒数
0:溶媒(クロロホルムのみ)の落下秒数
[2FR−1DR間ドローポイント]:2FR−1DR間、すなわち1段めの延伸時におけるドローポイントの位置を測定し、ドローポイントが2FR上にあるものを○、2FR−1DR間、すなわち給糸ローラ外にあるものを×と評価した。
ηr = t / t 0
t: Solution dropping seconds
t 0 : The number of seconds that the solvent (chloroform only) falls [Draw point between 2FR-1DR]: Between 2FR-1DR, that is, the position of the draw point at the first stage of stretching is measured, and the draw point is on 2FR Was evaluated as x between 2FR-1DR, that is, outside the yarn feeding roller.

なお、ドローポイントはレーザードップラー速度計(TSI社製 LS−50M)を用いて2FR上から1DRまでの糸速度を測定し、速度が急激に1DR表面速度近くまで上昇する点をドローポイントとした。   In addition, the draw point measured the thread | yarn speed from 2FR to 1DR using the laser Doppler velocimeter (LS-50M made from TSI), and made the point where speed | velocity | rate rapidly rose to 1DR surface speed the draw point.

[製糸安定性]:弛緩ロ−ル出口に設置した毛羽検知装置で百万mの長さに渡って毛羽の発生頻度を測定し、1万m当たりの毛羽数を下記式、
1万m当たりの毛羽数=百万m当たりの毛羽数/100
に従って求めた。
[Spinning stability]: The occurrence frequency of fluff was measured over a length of 1 million m with a fluff detection device installed at the outlet of the relaxation roll, and the number of fluff per 10,000 m was expressed by the following formula:
Number of fuzz per 10,000 m = number of fuzz per million m / 100
Sought according to.

(実施例1)
相対粘度4のポリ乳酸チップを、エクストルダー型紡糸機を用いて220℃で溶融紡糸した。溶融ポリマは、紡糸パック中で20μの不織布フィルターで濾過した後、孔経0.6φで192ホールの口金から紡出した。
(Example 1)
A polylactic acid chip having a relative viscosity of 4 was melt-spun at 220 ° C. using an extruder-type spinning machine. The molten polymer was filtered through a 20 μ nonwoven fabric filter in a spin pack, and then spun from a 192-hole die with a hole diameter of 0.6φ.

口金面より3cm下には15cmの加熱筒および15cmの断熱筒を取り付け、筒内雰囲気温度が250℃となるように加熱した。ここで筒内雰囲気温度とは、加熱筒長の中央部で、内壁から1cm離れた部分の空気層温度である。   A 15 cm heating cylinder and a 15 cm heat insulation cylinder were attached 3 cm below the base surface, and heated so that the in-cylinder atmosphere temperature was 250 ° C. Here, the in-cylinder atmosphere temperature is an air layer temperature in a central portion of the heating cylinder length and a portion 1 cm away from the inner wall.

加熱筒の直下には環状型吹きだし型チムニーを取付け、糸条に30℃の冷風を30m/分の速度で吹き付け冷却固化した。固化した糸条に油剤を付与した。油剤は、イソC24アルコール/チオジプロピオン酸エステル(40重量%)、C11〜15アルコールAOA/チオジプロピオン酸エステル(30重量%)、トリメチロールプロパンAOAジステアレート(10重量%)、C8アルコールAOA(10重量%)硬化ヒマシ油(7重量%)、ステアリルアミンEO15(3重量%)を鉱物油で20%に希釈した非水系油剤を用いた。   An annular blow-off chimney was attached immediately below the heating cylinder, and cold air of 30 ° C. was blown onto the yarn at a speed of 30 m / min to solidify by cooling. An oil was applied to the solidified yarn. Oils include iso-C24 alcohol / thiodipropionic acid ester (40% by weight), C11-15 alcohol AOA / thiodipropionic acid ester (30% by weight), trimethylolpropane AOA distearate (10% by weight), C8 alcohol AOA ( 10% by weight) hydrogenated castor oil (7% by weight) and stearylamine EO15 (3% by weight) diluted to 20% with mineral oil were used.

油剤を付与された未延伸糸条は、500m/分の速度で回転する引き取りロール(1FR)に捲回して引取った。次いで、引取り糸条は一旦巻き取ることなく連続して該引取りロールと給糸ロール(2FR)との間で1.5%のストレッチをかけた後、引き続いて3段熱延伸を行った後、1.5%の弛緩を与えてから3000m/分の速度で巻き取った。直設紡糸延伸は図1に示したプロセスを用いて行った。1FRは60℃、2FRは100℃、第1延伸ロール(1DR)は115℃、第2延伸ロール(2DR)は140℃、第3延伸ロールは140℃とし、弛緩ロール(RR)は非加熱とした。ロールへの糸条の捲周回数はそれぞれ、3回、5回、5回、5回、9回、4.5回とした。弛緩ロールと巻き取り機の間には交絡付与ノズルを設置し繊維に交絡を付与した。交絡は、交絡付与装置内で走行糸条に対し略直角方向に4kg/cmの高圧空気を噴射することにより行った。 The unstretched yarn provided with the oil agent was wound around a take-up roll (1FR) rotating at a speed of 500 m / min. Next, the take-up yarn was continuously stretched by 1.5% between the take-up roll and the yarn feeding roll (2FR) without being wound once, and subsequently subjected to three-stage hot drawing. Then, after giving 1.5% relaxation, it was wound up at a speed of 3000 m / min. Direct spinning drawing was performed using the process shown in FIG. 1FR is 60 ° C, 2FR is 100 ° C, the first stretching roll (1DR) is 115 ° C, the second stretching roll (2DR) is 140 ° C, the third stretching roll is 140 ° C, and the relaxation roll (RR) is unheated. did. The number of windings of the yarn on the roll was set to 3, 5, 5, 5, 9, and 4.5 times, respectively. An entanglement imparting nozzle was installed between the relaxing roll and the winder to impart entanglement to the fibers. Entangling was performed by injecting 4 kg / cm 2 of high-pressure air in a direction substantially perpendicular to the running yarn in the entanglement imparting device.

1段目の延伸倍率は、総合延伸倍率の34%、2段めの延伸倍率は33%、3段目の延伸倍率を33%に設定して延伸した。   The first stage draw ratio was 34% of the overall draw ratio, the second stage draw ratio was 33%, and the third stage draw ratio was set to 33%.

得られた繊維物性や繊維糸条中の失透したフィラメントの割合、および毛羽の発生頻度等を評価して表1に示した。   The obtained fiber properties, the ratio of devitrified filaments in the fiber yarn, the occurrence frequency of fluff, etc. were evaluated and shown in Table 1.

(実施例2〜8)
実施例1と同様の巻取り速度を用い、紡糸および延伸条件を変更して製糸を行い、その製糸条件および繊維物性および失透フィラメントの割合や毛羽について評価した結果を表1に示した。また、実施例2の油剤に関しては、イソC24アルコール/チオジプロピオン酸エステル(40重量%)、C11〜15アルコールAOA/チオジプロピオン酸エステル(30重量%)、トリメチロールプロパンAOAジステアレート(10重量%)、C8アルコールAOA(10重量%)硬化ヒマシ油(7重量%)、ステアリルアミンEO15(3重量%)を50℃の温水を用いて20%に希釈、攪拌して得られた水系エマルジョンを用いた。
(Examples 2 to 8)
Table 1 shows the results of evaluating the spinning conditions, the fiber properties, the ratio of devitrifying filaments, and the fluff, using the same winding speed as in Example 1 and changing the spinning and drawing conditions. Moreover, regarding the oil agent of Example 2, iso C24 alcohol / thiodipropionic acid ester (40% by weight), C11-15 alcohol AOA / thiodipropionic acid ester (30% by weight), trimethylolpropane AOA distearate (10% by weight). %), C8 alcohol AOA (10% by weight) hydrogenated castor oil (7% by weight), stearylamine EO15 (3% by weight) to 20% with hot water at 50 ° C., and stirring the aqueous emulsion obtained. Using.

(実施例9)
紡出後、油剤を付与された糸条を1000m/分の速度で回転する引き取りロール(1FR)に捲回して引取り、一旦巻き取ることなく連続して該引取りロールと給糸ロール(2FR)との間で1.5%のストレッチをかけた後、引き続いて2段熱延伸を行った後、1.5%の弛緩を与えてから4500m/分の速度で巻き取った。1FRは70℃、2FRは80℃、第1延伸ロール(1DR)は120℃、第2延伸ロール(2DR)は140℃としたこと以外は実施例1と同様に行ったロールへの糸条の捲周回数はそれぞれ、3回、6回、6回、9回、4.5回とした。但し、1段目の延伸倍率は、総合延伸倍率の70%、2段めの延伸倍率は30%に設定して延伸した。その製糸条件および繊維物性および失透フィラメントの割合や毛羽について評価した結果を表1に示した。
Example 9
After spinning, the yarn to which the oil is applied is wound around a take-up roll (1FR) that rotates at a speed of 1000 m / min. ), Followed by two-stage hot stretching, and after giving 1.5% relaxation, the film was wound at a speed of 4500 m / min. 1FR is 70 ° C, 2FR is 80 ° C, the first draw roll (1DR) is 120 ° C, and the second draw roll (2DR) is 140 ° C. The number of laps was 3 times, 6 times, 6 times, 9 times, and 4.5 times, respectively. However, the first stage draw ratio was set to 70% of the overall draw ratio, and the second stage draw ratio was set to 30%. Table 1 shows the results of evaluating the spinning conditions, fiber properties, the ratio of devitrified filaments and fluff.

(比較例1、2)
基本プロセスとしては実施例1を用い、紡糸および延伸条件等を変更して製糸を行って、その製糸条件および繊維物性および失透フィラメントの割合や毛羽について評価した結果を表2に示した。
(比較例3)紡出後、油剤を付与された糸条を引き取りロール(1FR)に捲回して引取り、一旦巻き取ることなく連続して該引取りロールと給糸ロール(2FR)との間で1.5%のストレッチをかけた後、引き続いて1段熱延伸を行った後、1.5%の弛緩を与えてから3000m/分の速度で巻き取った。1FRは60℃、2FRは100℃、第1延伸ロール(1DR)は140℃としたこと以外は実施例1と同様に行った。ロールへの糸条の捲周回数はそれぞれ、3回、6回、9回、4.5回とした。総倍率は3.5倍で延伸した。その製糸条件および繊維物性および失透フィラメントの割合や毛羽について評価した結果を表2に示した。
(Comparative Examples 1 and 2)
As a basic process, Example 1 was used, and the spinning and drawing conditions were changed, and the yarn was produced. Table 2 shows the results of the spinning, the fiber properties, the ratio of devitrified filaments, and the fluff.
(Comparative Example 3) After spinning, the yarn provided with the oil agent is wound around the take-up roll (1FR) and taken up, and the take-up roll and the yarn feed roll (2FR) are continuously taken up without being wound up once. After stretching 1.5% between the layers, the film was subsequently stretched by one step, and then it was wound at a speed of 3000 m / min after giving 1.5% relaxation. The same procedure as in Example 1 was performed except that 1FR was 60 ° C, 2FR was 100 ° C, and the first stretching roll (1DR) was 140 ° C. The number of windings of the yarn on the roll was set to 3, 6, 9, and 4.5 times, respectively. The total magnification was 3.5 times. Table 2 shows the results of evaluating the spinning conditions, fiber properties, the ratio of devitrified filaments and fluff.

(比較例4)
相対粘度2.5のポリ乳酸チップを用いたこと以外は実施例1と同様に行った。
(Comparative Example 4)
The same procedure as in Example 1 was performed except that a polylactic acid chip having a relative viscosity of 2.5 was used.

(比較例5)
紡糸温度を260℃にしたこと以外は実施例1と同様に行った。
(Comparative Example 5)
The same procedure as in Example 1 was performed except that the spinning temperature was 260 ° C.

(比較例6)
加熱筒および断熱筒を用いなかったこと以外は実施例1と同様に行った。
(Comparative Example 6)
It carried out like Example 1 except not having used a heating cylinder and a heat insulation cylinder.

上記の結果、表1に示した様に本発明のポリ乳酸繊維は高強度、高タフネスであり、製糸性良く得る事ができた。 As a result, as shown in Table 1, the polylactic acid fiber of the present invention had high strength and high toughness, and could be obtained with good yarn production.

また、実施例1〜5に示した様に本発明の様態の一つである失透しているフィラメントを実質的に含まない本発明のポリ乳酸繊維は高強度、高配向、高タフネスであり、非常に製糸性良く得ることが出来た。
また、実施例6〜9に示した様に本発明の別の様態である失透しているフィラメントを若干含むポリ乳酸繊維は、失透しているフィラメントを実質的に含有していないポリ乳酸繊維と比較すると製糸性に劣るものの、実用に供するに十分な強度、タフネスを有し、製糸性も良好なポリ乳酸繊維であった。
In addition, as shown in Examples 1 to 5, the polylactic acid fiber of the present invention substantially free of devitrified filaments, which is one of the aspects of the present invention, has high strength, high orientation, and high toughness. It was possible to obtain a very good spinning property.
In addition, as shown in Examples 6 to 9, the polylactic acid fiber slightly including a devitrified filament according to another aspect of the present invention is a polylactic acid substantially not containing the devitrified filament. Although it was inferior to the fiber as compared with the fiber, it was a polylactic acid fiber that had sufficient strength and toughness for practical use and good yarn production.

比較例1に記載のようにポリ乳酸繊維の配向度が低い場合には、得られた繊維は、失透フィラメントは存在しないものの、DSCショルダーを有する、すなわち繊維内部構造が不均一であり、低強度、低配向で乾熱収縮率が高いものであった。   When the degree of orientation of the polylactic acid fiber is low as described in Comparative Example 1, the obtained fiber does not have a devitrifying filament, but has a DSC shoulder, that is, the fiber internal structure is non-uniform and low. It had high strength and low orientation and high dry heat shrinkage.

比較例2に記載のように、1段めのドローポイントが給糸ローラ上に無い場合には製糸性が悪いだけでなく、得られたポリ乳酸繊維は失透フィラメントが多く強度バラツキが大きいものであった。   As described in Comparative Example 2, when the first-stage draw point is not on the yarn feeding roller, not only the yarn forming property is bad, but also the obtained polylactic acid fiber has many devitrifying filaments and large strength variation. Met.

比較例3に記載のように1段延伸法を用いて分子配向を本発明の範囲まで高めようとした場合には失透フィラメントの割合が増加し、強度のバラツキが大きくなるだけで無く、DSCの融解ピークにショルダーを有する繊維しか得ることが出来なかった。   As described in Comparative Example 3, when trying to increase the molecular orientation to the range of the present invention by using the one-step stretching method, the ratio of devitrified filaments is increased and the variation in strength is increased. Only a fiber having a shoulder at the melting peak was obtained.

比較例4に記載のように低粘度のポリマを原料とした場合においても、分子配向を本発明の範囲まで高めようとした場合には得られた繊維のタフネスは高いものの失透フィラメントが増加し、強度のバラツキが大きくなるだけで無く、DSCの融解ピークにショルダーを有する繊維しか得ることが出来なかった。   Even when a low-viscosity polymer is used as a raw material as described in Comparative Example 4, when the molecular orientation is increased to the range of the present invention, the obtained fiber has high toughness but increases devitrification filaments. In addition to an increase in strength variation, only fibers having a shoulder at the DSC melting peak could be obtained.

比較例5に記載のように本発明の範囲を超える温度で紡糸を行った場合には得られた繊維のタフネスは高いものの紡出糸条の冷却が不充分であり、毛羽の少ないポリ乳酸繊維を安定に得ることが困難であった。   When spinning at a temperature exceeding the range of the present invention as described in Comparative Example 5, the obtained fiber has high toughness, but the spinning yarn is insufficiently cooled, and the polylactic acid fiber with less fluff It was difficult to stably obtain.

比較例6に記載のように、口金下に除冷ゾーンを設けることなく本発明の範囲に入る強度を有するポリ乳酸繊維を得ようとした場合にはフィラメント間の配向度分布が大きくなるため失透フィラメントの割合および強度バラツキが大きく、均一なポリ乳酸繊維が得ることが出来なかった。   As described in Comparative Example 6, when an attempt is made to obtain a polylactic acid fiber having a strength that falls within the scope of the present invention without providing a cooling zone under the die, the orientation degree distribution between the filaments becomes large and the loss is lost. The ratio of the permeable filaments and the strength variation were large, and uniform polylactic acid fibers could not be obtained.

(比較例7)
紡糸温度を190℃にしたこと以外は実施例1と同様に行った。しかし、紡糸温度が低いためポリマの溶融粘度が高く紡糸圧力が著しく増加したため、製糸は不可能であった。
(Comparative Example 7)
The same procedure as in Example 1 was conducted except that the spinning temperature was 190 ° C. However, since the spinning temperature was low, the melt viscosity of the polymer was high, and the spinning pressure was remarkably increased, so that spinning was impossible.

(比較例8)
相対粘度5のポリ乳酸チップを用いたこと以外は実施例1と同様に行った。しかし、溶融粘度が高く紡糸圧力が著しく増加したため製糸は不可能であった。
(Comparative Example 8)
The same procedure as in Example 1 was performed except that a polylactic acid chip having a relative viscosity of 5 was used. However, spinning was impossible because the melt viscosity was high and the spinning pressure was remarkably increased.

(比較例9)
90cmの加熱筒および30cmの断熱筒を用いたこと以外は実施例1と同様に行った。しかしながら、紡出後の糸揺れが激しくフィラメント間の衝突が発生し、製糸性良く紡糸を続けることが困難であった。
(Comparative Example 9)
The same procedure as in Example 1 was performed except that a 90 cm heating cylinder and a 30 cm heat insulating cylinder were used. However, the yarn swaying after spinning is intense and collisions between filaments occur, making it difficult to continue spinning with good spinning properties.

本発明の実施態様の一例の延伸工程図である。It is an extending process figure of an example of an embodiment of the present invention. 失透および非失透ポリ乳酸繊維の実体顕微鏡観察像の一例である。It is an example of the stereoscopic microscope observation image of a devitrification and non-devitrification polylactic acid fiber. 失透および非失透ポリ乳酸繊維のSEM観察像の一例である。It is an example of the SEM observation image of devitrification and non-devitrification polylactic acid fiber. (a):本発明の実施の形態におけるポリ乳酸繊維の昇温時のDSC曲線である。(b)および(c):(a)と比較するための、本発明の実施の形態とは異なるポリ乳酸繊維の昇温時のDSC曲線である。(A): It is the DSC curve at the time of temperature rising of the polylactic acid fiber in embodiment of this invention. (B) and (c): DSC curves at the time of temperature rise of the polylactic acid fiber different from the embodiment of the present invention for comparison with (a).

符号の説明Explanation of symbols

1:紡糸口金
2:除冷ゾーン
3:冷却装置
4:給油装置
5:引き取りローラー
6:給糸ローラー
7:第1延伸ローラー
8:第2延伸ローラー
9:第3延伸ローラー
10:弛緩ローラー
11:交絡付与装置
12:巻き取り装置
1: Spinneret 2: Cooling zone 3: Cooling device 4: Oiling device 5: Take-up roller 6: Yarn feeding roller 7: First stretching roller 8: Second stretching roller 9: Third stretching roller 10: Relaxing roller 11: Entangling device 12: winding device

Claims (9)

複屈折率が23×10-3〜40×10-3、強度が3.5〜8cN/dtexのマルチフィラメントであるポリ乳酸繊維であって、失透したフィラメントの割合が1%未満であり、かつ強度の標準偏差が0.01〜0.45cN/dtexであることを特徴とするポリ乳酸繊維。 A polylactic acid fiber which is a multifilament having a birefringence of 23 × 10 −3 to 40 × 10 −3 and an intensity of 3.5 to 8 cN / dtex, and the ratio of the devitrified filament is less than 1%, A polylactic acid fiber having a standard deviation of strength of 0.01 to 0.45 cN / dtex . 前記複屈折が25×10-3〜40×10-3、強度が4.5〜7.5cN/dtexであることを特徴とする請求項1に記載のポリ乳酸繊維。 Polylactic acid fiber according to claim 1, wherein the birefringence and wherein the 25 × 10 -3 ~40 × 10 -3 , the strength is 4.5~7.5cN / dte x. 複屈折率が23×10Birefringence is 23 × 10 -3-3 〜40×10~ 40x10 -3-3 、強度が3.5〜8cN/dtexのマルチフィラメントであるポリ乳酸繊維であって、失透したフィラメントが1〜15%の割合で存在し、かつ強度の標準偏差が0.05〜1cN/dtexであることを特徴とするポリ乳酸繊維。A polylactic acid fiber which is a multifilament having a strength of 3.5 to 8 cN / dtex, wherein devitrified filaments are present at a ratio of 1 to 15%, and a standard deviation of the strength is 0.05 to 1 cN / dtex Polylactic acid fiber characterized by being. DSC(示差走査型熱量計)を用いて、5℃/分の昇温速度で測定した融解曲線における融解ピークが単一ピークを示し、二重ピークやショルダーを示さないことを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載のポリ乳酸繊維。 The melting peak in a melting curve measured by a DSC (differential scanning calorimeter) at a heating rate of 5 ° C./min shows a single peak and does not show a double peak or a shoulder. The polylactic acid fiber in any one of 1-3 . 120℃で測定した乾熱収縮率が1〜13%であることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載のポリ乳酸繊維。 The polylactic acid fiber according to any one of claims 1 to 4 , wherein the dry heat shrinkage measured at 120 ° C is 1 to 13%. 120℃で測定した乾熱収縮率が2〜6%であることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載のポリ乳酸繊維。 The polylactic acid fiber according to any one of claims 1 to 4 , wherein the dry heat shrinkage measured at 120 ° C is 2 to 6%. ポリ乳酸ポリマを溶融して口金より押し出し、冷却固化した糸条に油剤を付与した後、一旦巻き取る事無く熱延伸してポリ乳酸繊維を製造する方法において、紡糸速度300〜1000m/分で引き取り、かつ熱延伸の少なくとも第1段めの延伸において、延伸倍率を、総合延伸倍率の20〜70%に設定し、ドローポイントが給糸ロール上に位置するようにして延伸することを特徴とするポリ乳酸繊維の製造方法。 In a method in which polylactic acid polymer is melted and extruded from the die, and an oil agent is applied to the cooled and solidified yarn, and then heat-stretched without winding once to produce polylactic acid fiber, it is taken up at a spinning speed of 300 to 1000 m / min. In addition, in at least the first stage of the thermal drawing, the draw ratio is set to 20 to 70% of the overall draw ratio, and the draw point is positioned on the yarn supply roll. A method for producing polylactic acid fibers. 以下の(1)〜(4)の各要件を満足することを特徴とする請求項記載のポリ乳酸繊維の製造方法。
(1)原料ポリマの相対粘度が2.6〜4.5であること。
(2)紡糸口金の直下0〜15cmを上端とし、その上端から5〜100cmの範囲を加熱筒および/または断熱筒で囲み、紡出糸条を200〜280℃の高温雰囲気中を通過させること
(3)熱延伸段数が2〜5段であること。
(4)給糸ロールが梨地ロールであって、ロール表面の粗さがRa=0.3〜5μmであること。
The method for producing a polylactic acid fiber according to claim 7 , wherein the following requirements (1) to (4) are satisfied.
(1) The relative viscosity of the raw material polymer is 2.6 to 4.5.
(2) The upper end is 0 to 15 cm immediately below the spinneret, the range from 5 to 100 cm from the upper end is surrounded by a heating cylinder and / or a heat insulating cylinder, and the spinning yarn is passed through a high temperature atmosphere of 200 to 280 ° C. .
(3 ) The number of hot-drawing stages is 2-5.
(4) The yarn feeding roll is a satin roll, and the roughness of the roll surface is Ra = 0.3 to 5 µm.
油剤が、平滑剤成分としてアルキルエーテルエステル、界面活性剤成分として高級アルコールのアルキレンオキサイド付加物、極圧剤成分として有機ホスフェート塩を含有する非水系油剤であることを特徴とする請求項またはに記載のポリ乳酸繊維の製造方法。 Oil agent, alkyl ether ester as a smoothing agent component, alkylene oxide adducts of a higher alcohol as a surfactant ingredient, claim 6 or 7, characterized in that a non-aqueous oil containing an organic phosphate salt as an extreme pressure agent component The manufacturing method of the polylactic acid fiber as described in 1 ..
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