JP4483062B2

JP4483062B2 - 生分解性テープ

Info

Publication number: JP4483062B2
Application number: JP2000298687A
Authority: JP
Inventors: 啓小野; 宏史梶山
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2020-09-29
Also published as: JP2002101766A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生分解性のテープおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
農業分野では、野菜、果物などの栽培において、野菜あるいは果物の茎、枝、つるなどを、支柱、ネット、支柱誘引ひもなどに結束することが行われている。一般的には、作業効率などを考慮して、テープ式結束機を用い、野菜あるいは果物の茎、枝、つると支柱とにテープを巻きつけ、ステープルなどでテープを止めることで結束する方法が採用されている。
【０００３】
しかし、現在、農業用の結束に用いられているテープは、一般に合成プラスチック製であり、自然環境では分解されないため、使用後テープをはさみで切断して回収しなければならず、余分な労力が必要とされるという問題がある。また、そのまま放置された場合、土壌中に残され、土壌の汚染という問題もある。さらに、合成プラスチックの多くは、回収されたとしても、自然環境では分解されないため、焼却処分が必要となるが、焼却に際して、ダイオキシンの発生、高い燃焼熱の発生などの環境汚染の原因になるなどの問題がある。
【０００４】
そこで、自然環境で分解されるテープが望まれており、生分解性の繊維からなるテープが試作されている。しかし、従来の生分解性の繊維を用いたテープは、結束したときの強度が弱く、さらに、ステープルで止めた部分からテープが破断し、ステープルがすぐに抜け落ちてしまうなど、実用的な面で問題があり、実用化に至っていないのが実情である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、強度が強く、結束性に優れた生分解性のテープが求められている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、生分解性の長繊維不織布を熱接着して得られ、当該長繊維不織布を構成する繊維が鞘部の融点が芯部の融点よりも低い芯鞘構造を有するポリ乳酸系繊維であり、芯成分のポリ乳酸におけるＬ体の比率が９８モル％以上であることを特徴とするテープである。
【０００７】
好ましい実施態様においては、本発明のテープの針刺し強度は４Ｎ以上であり、別の好ましい実施態様においては、引張り破断強度が５Ｎ以上である。さらに好ましい実施態様においては、本発明のテープの針刺し強度は４Ｎ以上であり、かつ引張り破断強度が５Ｎ以上である。
【０００８】
好ましい実施態様においては、前記不織布が長繊維不織布であり、さらに好ましくは、本発明のテープは、ポリ乳酸系、ポリヒドロキシブチレート系、ポリカプロラクトン系、ポリブチレンサクシネート系およびポリブチレンアジペート系からなる群から選択される１または２以上の長繊維不織布からなる。
【０００９】
より好ましい実施態様においては、前記生分解性の長繊維不織布がポリ乳酸系の長繊維不織布であり、熱接着がエンボス接着である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のテープは、生分解性の不織布を熱接着する工程を含む方法で製造される。本発明に用いられる生分解性繊維の不織布としては、熱接着可能な繊維の不織布であれば特に制限はない。生分解性繊維の不織布は、短繊維および長繊維いずれの繊維の不織布でもよいが、テープの引張り破断強度、剥離強度などを考慮すると、長繊維の不織布を用いる方が好ましい。
【００１１】
好ましい長繊維不織布としては、ポリ乳酸系、ポリヒドロキシブチレート系、ポリカプロラクトン系、ポリブチレンサクシネート系またはポリブチレンアジペート系の長繊維不織布が挙げられる。これらは、単独で用いてもよいし、２以上組合せて用いてもよい。
【００１２】
上記長繊維不織布の中でも、ポリ乳酸系の長繊維不織布が好ましい。ポリ乳酸系の長繊維不織布を構成するポリ乳酸長繊維の構造は特に制限されないが、芯鞘構造を有することが好ましく、鞘部の融点が芯部の融点より低い芯鞘構造が好ましい。このような芯鞘構造を有することにより、熱接着した場合に、繊維間で部分接着が起こりやすく、また、芯構造が保たれるために、十分な引張り強度が得られる。このような芯鞘構造は、鞘部のポリ乳酸を芯部のポリ乳酸より融点の低いポリ乳酸で構成するか、鞘部のポリ乳酸に融点の低い他の生分解性樹脂をブレンドして構成するか、芯部のポリ乳酸に融点の高い他の生分解性樹脂をブレンドする等の方法で得られる。芯部のポリ乳酸を十分に配向結晶させることが好ましい。
【００１３】
芯鞘構造においては、繊維切断面の芯部面積と鞘部面積の比率（芯部面積／鞘部面積：以下、芯鞘比率という）は、１／１以上である（すなわち、鞘部面積が芯部面積以下である）ことが好ましい。芯鞘比率が１／１以上の場合、ポリ乳酸繊維の引張り強度は十分となり、熱接着する場合でも繊維が熱ロールに融着する虞がないからである。他方、芯鞘比率は５／１以下である（すなわち、芯部面積が鞘部面積の５倍以下である）ことが好ましい。芯鞘比率が５／１以下である場合、繊維間の熱接着が十分に行われ、テープの引張り強度が高くなり、長繊維不織布の毛羽の量が適度に抑えられるからである。従って、繊維強度、熱ロール融着、繊維間熱接着、テープの引張り強度、毛羽量の全てを満足させるのに好ましい芯鞘比率は、１／１〜５／１である。
【００１４】
ポリ乳酸長繊維の芯成分に用いるポリ乳酸は、Ｌ−乳酸、Ｄ−乳酸、または乳酸の２量体であるＬ−ラクチド、Ｄ−ラクチドあるいはメゾラクチドを原料とすることが好ましく、Ｌ−体の比率が９８モル％以上のものであることが好ましい。Ｌ−体の比率が高いほど芯部が結晶構造になりやすく、製造工程で配向結晶が進み、得られる繊維の引張り強度が高くなるからである。
【００１５】
ポリ乳酸長繊維の芯成分のポリ乳酸のスズ（Ｓｎ）含量は３０ｐｐｍ以下であることが好ましい。Ｓｎ系の触媒はポリ乳酸の重合触媒として使用されるが、３０ｐｐｍ以下の場合、紡糸時に解重合がおきにくく、紡糸操業性が良いからである。さらに好ましくは、２０ｐｐｍ以下である。ポリ乳酸のＳｎの含有量を少なくする為には、重合時に使用するＳｎ量を少なくする、適切な液体で洗浄する等の方法がある。
【００１６】
Ｓｎの含有量は、０．５ｇの試料を硫酸／硝酸により湿式灰化し、水で希釈して５０ｍＬとし、ＩＣＰ発光分析法により測定する。
【００１７】
ポリ乳酸長繊維の芯成分に用いるポリ乳酸の相対粘度（ηrel）は２．５以上であることが好ましい。相対粘度（ηrel）が２．５以上の場合、得られる長繊維の耐熱性がよく、十分な引張り強度を得る事ができるからである。他方、相対粘度（ηrel）は、３．５以下であることが好ましい。相対粘度（ηrel）が３．５以下の場合、紡糸温度をさらに上げなくてもよく、紡糸時の熱劣化の虞がないからである。従って、耐熱性、長繊維の引張り強度、紡糸時の熱劣化防止のすべてを満足させるのに好ましい相対粘度（ηrel）は、２．５〜３．５であり、２．７〜３．０がより好ましい。なお、相対粘度（ηrel）は、フェノール／テトラクロロエタン＝６０／４０（重量比）の混合溶媒に試料１ｇ／ｄＬの濃度となるように溶解し、２０℃でウベローデ粘度管を用いて測定する。
【００１８】
ポリ乳酸長繊維の鞘成分に用いるポリ乳酸は、芯部のポリ乳酸と融点差を生じさせる為にＬ−体の比率が９６モル％以下であることが好ましく、９５〜９１モル％であることがより好ましい。Ｌ体の比率が９１モル％以上（すなわち、Ｄ体の比率が９モル％以下）であると、移動式ワイヤー性補集用支持体上に補集・堆積させた長繊維を熱ローラで部分融着させる際に、不織布が熱ローラに貼り付いてしまう虞がないため、好ましい。
【００１９】
さらに、ポリ乳酸長繊維の鞘成分として、ポリ乳酸に低融点の生分解樹脂を混合し、芯部のポリ乳酸よりも融点を低くしたポリマー（以下、ポリ乳酸を主体とするポリマーという）を用いることもできる。
【００２０】
好ましい低融点の生分解性樹脂としては、１，２−エタンジオールとコハク酸から合成されるポリエチレンサクシネート重合体をウレタン結合により高分子量化したポリマー（ＰＥＳポリマー）、１，４−ブタンジオールとコハク酸から合成されるポリブチレンサクシネート重合体をウレタン結合により高分子量化したポリマー（ＰＢＳポリマー）などが挙げられる。
【００２１】
これらのＰＥＳポリマーあるいはＰＢＳポリマーをポリ乳酸に対して１０重量％以上ブレンドしたポリマー（ポリ乳酸を主体とするポリマー）を鞘成分として用いることが好ましい。他方、ＰＥＳポリマーあるいはＰＢＳポリマーはポリ乳酸に対して５０重量％以下ブレンドされることが好ましい。ブレンドされる量が５０重量％以下であると、繊維間の融着性が適度になるため熱ロールが不織布が融着することがなく、さらに、紡糸性・生産性にも優れるからである。ＰＥＳポリマーあるいはＰＢＳポリマーは、好ましくは、ポリ乳酸に対して１０〜５０重量％ブレンドされる。
【００２２】
なお、鞘成分として用いられるポリ乳酸またはポリ乳酸を主体とするポリマー中のスズ（Ｓｎ）含量は、芯成分と同様の理由で３０ｐｐｍ以下であることが好ましい。また、ポリ乳酸の相対粘度（ηrel）は、芯成分と同様の理由で２．５〜３．５であることが好ましい。
【００２３】
上記芯成分あるいは鞘成分として用いられるポリ乳酸あるいはポリ乳酸を主体とするポリマーには、必要に応じて、滑剤、酸化安定剤、熱安定剤などの各種添加剤を本発明の効果を損なわない範囲で添加する事もできる。
【００２４】
芯鞘構造を有するポリ乳酸長繊維は、例えば、２重構造のノズルを有する紡糸装置を用い、内部に芯構造を構成するポリ乳酸を、外部に鞘構造を構成するポリ乳酸またはポリ乳酸を主体とするポリマーをそれぞれ溶融して押出して、紡糸することにより得られる。
【００２５】
上記により得られた芯鞘構造を有するポリ乳酸長繊維を、当業者が通常用いる適切な方法で不織布とすることによりポリ乳酸長繊維不織布が得られる。
【００２６】
具体的には、例えば、溶融したポリマーを引取り速度３０００ｍ／分〜６０００ｍ／分で引き取りながら延伸して開繊し、移動するワイヤー性補集用支持体上に補集・堆積させ、次いで、熱ロールにてフィラメントを部分的に融着させる事により、長繊維不織布が得られる。
【００２７】
引き取り速度が３０００〜６０００ｍ／分の範囲にあると、配向結晶化が十分にすすみ、操業性に優れるので好ましい。また、熱ロールのロール温度は１００℃以上が好ましい。ロール温度が１００℃以上で、繊維間の熱接着がより十分となるからである。他方、ロール温度は１５０℃以下であることが好ましい。ロール温度が１５０℃以下では、芯部に使用するポリ乳酸の融点とロール温度とに明らかな差異が生じる為、ロールに不織布が融着する虞もなく、生産性も良好だからである。従って、繊維間の熱接着性、ロール融着防止の全てを満足させるのに好ましいロール温度は、１００〜１５０℃である。
【００２８】
得られるポリ乳酸長繊維不織布の平均繊度は１デシテックス以上であることが好ましい。平均繊度が１デシテックス以上であると、紡糸時の糸切れもなく、さらに生産性も良くなるからである。他方、平均繊度は１５デシテックス以下であることが好ましい。平均繊度が１５デシテックスであることにより、製造時の冷却性が良好となり、長繊維不織布の柔軟性を維持しやすく、実用的だからである。従って、糸切れ防止、生産性、冷却性、柔軟性の全てを満足するためには、平均繊度は、好ましくは１〜１５デシテックスであり、より好ましくは１〜８デシテックスであり、さらに好ましくは、１〜５デシテックスである。
【００２９】
また、得られるポリ乳酸長繊維不織布の目付けは１０〜２５０ｇ／ｍ^２が好ましく、１０〜２００ｇ／ｍ^２であることがより好ましい。目付けがこの範囲であれば柔軟性にも優れるので好ましい。
【００３０】
得られる長繊維不織布の一例として、芯成分のポリ乳酸として、Ｌ体９８．４％、融点１７０℃、溶液粘度（ηrel）が３．０、残存Ｓｎ量が１７ｐｐｍのポリ乳酸を用い、鞘成分のポリ乳酸として、Ｌ体９４％、融点１４０℃、溶液粘度（ηrel）が３．０、残存Ｓｎ量が１７ｐｐｍのポリ乳酸を用いて、紡糸温度２３０℃、引取速度３０００〜６０００ｍ／分で引き取って、移動するワイヤー製補集用支持体上に補集・堆積させ、温度１４５℃のロールで熱接着することにより、芯鞘面積比率が１：１、平均繊度が２．２デシテックスの長繊維不織布が得られる。この長繊維不織布の目付けは、ワイヤー製補集用支持体の移動速度で変化するが、２０〜１００ｇ／ｍ^２であることが好ましい。
【００３１】
また、別の例としては、例えば、芯成分として、Ｌ体含量９８．３％、溶液粘度（ηrel）が３．１、残存Ｓｎ量が１３ｐｐｍのポリ乳酸、鞘成分として、１，４−ブタンジオールとコハク酸から合成されるポリブチレンサクシネート重合体をウレタン結合により高分子量化したポリマー（例えば、商品名ビオノーレ、融点１１０℃）を２０％ブレンドした、溶液粘度（ηrel）が３．１、残存Ｓｎ量が１３ｐｐｍのポリ乳酸を主体とするポリマーを用いて上記と同様の紡糸処理を行うことにより、芯鞘面積比率１：１、目付け２０〜１００ｇ／ｍ^２の長繊維不織布が得られる。
【００３２】
なお、上記の例は、単なる例示にすぎず、ノズルの径、用いるポリ乳酸またはポリ乳酸を主体とするポリマーの組成、引き取り速度、ワイヤー製補集用支持体の移動速度などを種々変えて組合せることにより、特性の異なる、種々の生分解性長繊維不織布を得ることができる。
【００３３】
得られた長繊維不織布は、適切な厚みがある場合はそのままさらに熱接着を行うことにより、適切な厚みがない場合は重ね合わせた後に熱接着を行うことにより、テープとして適切な厚みとされ、所定の適切な幅に切断される。
【００３４】
熱接着の方法には特に制限はないが、一般的には、必要に応じて不織布を重ね、例えば、エンボス接着機を用い、加熱しながら加圧することにより、熱接着される。なお、接着には融着も含まれる。一般的には、接着温度は、用いる繊維によって決定される。ポリ乳酸長繊維不織布の場合は、１００〜１５０℃の範囲である。
【００３５】
本発明のテープの厚みは、０．０５ｍｍ以上が好ましく、０．３ｍｍ以上であることがより好ましい。０．０５ｍｍ以上で十分な強度が確保されるからである。また、本発明のテープの厚みは、０．７ｍｍ以下が好ましく、０．５ｍｍ以下であることがより好ましい。０．７ｍｍ以下であることにより、テープのしなやかさ、器具の通過性が良好に保たれるからである。
【００３６】
本発明のテープの針刺し強度は４Ｎ以上であることが好ましい。針刺し強度が４Ｎ以上であると、ホッチキスで留める場合、針がはずれにくくなるからである。さらに好ましくは５Ｎ以上、特に好ましくは６Ｎ以上である。なお、針刺し強度は、幅１１ｍｍ、長さ２００ｍｍの大きさにテープを切り出し、ＪＩＳＬ１０９６６．１２．１Ａ法に準じた方法で測定した。ただし、試験片の幅は上記テープ幅（１１ｍｍ）、つかみ間隔は１０ｍｍ、引張り速度は１０ｃｍ／分の条件にて試験した。マックス（株）園芸用結束機「テープナー」を使用してテープ試料をループ状にホッチキスで止め、止めた箇所の反対側を切断して両端を引張り試験機に取付けて引張り、テープが外れたときの荷重（Ｎ）を測定して求められる。
【００３７】
また、本発明のテープの引張り破断強度は５Ｎ以上であることが好ましい。５Ｎ以上あれば、使用時に植物のつるなどを保持するには十分であるからである。より好ましくは、６Ｎ〜６０Ｎ、さらに好ましくは、１０〜５０Ｎ、特に好ましくは、１３〜４０Ｎである。なお、引張り破断強度は、ＪＩＳＬ１０９６に準じた方法で測定され、幅１１ｍｍ、長さ２００ｍｍの大きさにテープを切り出し、引張り試験機に取り付け、引張り速度２０ｃｍ／分の速度で引張り、テープが切断したときの荷重（Ｎ）を測定して求められる。
【００３８】
さらに、本発明のテープは、適度な伸度を有することが、使用するうえで望ましい。伸度は、引張り試験機を用いて、上記テープを５Ｎの力で引張ったときの引張り長さから、以下の式で求められる。
伸度（％）＝｛（引張り長さ−もとの長さ）／もとの長さ｝×１００
以下、単に伸度というときは、５Ｎ加重下の伸度（％）を意味する。
【００３９】
伸度は０．５％以上であることが、使用時に引張り感が少ないため好ましい。他方、伸度は１０％以下であることが好ましい。伸度が１０％以下であれば、使用時に伸びすぎず、作業の能率が上がり、さらに茎などを支柱に支えておくのに適しているからである。従って、引張り感、作業能率、茎を支柱に支える効果の全てを満足するための好ましい伸度は、０．５〜１０％である。
【００４０】
このようにして得られるテープは、野菜、果物などの栽培において、野菜あるいは果物の茎、枝、つるなどを、支柱、ネット、支柱誘引ひもなどに結束するのに用いられる。
【００４１】
以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこの実施例に限定されない。
【００４２】
【実施例】
（実施例１）
Ｌ体９８．４％、融点１７０℃、溶液粘度（ηrel）が３．０、残存Ｓｎ量が１７ｐｐｍのポリ乳酸を芯成分のポリ乳酸として用い、Ｌ体９４％、融点１４０℃、溶液粘度（ηrel）が３．０、残存Ｓｎ量が１７ｐｐｍのポリ乳酸を鞘成分のポリ乳酸として用いて、紡糸温度２３０℃、引取速度３０００ｍ／分で引き取って、移動するワイヤー製補集用支持体上に補集・堆積させ、温度１４５℃のロールで熱接着した。得られた長繊維不織布は、芯鞘面積比率が１：１、平均繊度が２．２デシテックス、目付けが３０ｇ／ｍ^２の長繊維不織布が得られた。
【００４３】
同じポリ乳酸を用い、ワイヤー製補集用支持体の移動速度を変えて、目付けが２０、２５、および５０ｇ／ｍ^２の長繊維不織布が得られた。
【００４４】
得られた、目付けが２０、２５、３０および５０ｇ／ｍ^２の長繊維不織布を幅１１ｍｍに切断してテープを形成し、それぞれ、ＬＡ−２０、ＬＡ−２５、ＬＡ−３０およびＬＡ−５０と名付けた。これらのテープの物性と、生分解性の評価結果を表１に示す。なお、試験片としては、各テープを長さ２００ｍｍに切断したものを用いた。
【００４５】
なお、表１において、比較例１〜４は市販の、塩化ビニール製の非生分解性のテープである。評価結果における生分解性は、テープを土壌に埋め、１年経過後、目視で評価し、崩壊していたものを「○」、崩壊しなかったものを「×」とした。
【００４６】
【表１】

【００４７】
表１の結果は、本発明のテープは生分解性に優れていることを示している。
表１に記載された物性を有するテープＬＡ−２０、ＬＡ−２５、ＬＡ−３０およびＬＡ−５０をテープ式結束機に充填して実際に野菜などの結束に使用した時、従来の市販品と同等もしくはそれ以上の結束作業性を有していた。
【００４８】
（実施例２）
芯成分として、Ｌ体含量９８．３％、溶液粘度（ηrel）が３．１、残存Ｓｎ量が１３ｐｐｍのポリ乳酸、鞘成分として、同じポリ乳酸にポリブチレンサクシネート重合体をウレタン結合により高分子量化したポリマー（商品名ビオノーレ、融点１１０℃）を２０重量％ブレンドしたポリ乳酸を主体とするポリマーを用いて上記と同様の紡糸処理を行うことにより、芯鞘面積比率１：１、目付け３０ｇ／ｍ^２の長繊維不織布を得た。実施例１と同様にしてこの長繊維不織布からテープを作成した。このテープも結束操作性が良好であり、生分解性に優れていた。
【００４９】
【発明の効果】
本発明により、野菜栽培時などにおける結束操作が、従来のテープよりも優れ、かつ生分解性に優れたテープが提供される。このテープは、土中の微生物等により分解されるので、環境を破壊する虞もなく、使用後の回収が不要である。

Claims

生分解性の長繊維不織布を熱接着して得られ、当該長繊維不織布を構成する繊維が鞘部の融点が芯部の融点よりも低い芯鞘構造を有するポリ乳酸系繊維であり、芯成分のポリ乳酸におけるＬ体の比率が９８モル％以上であることを特徴とするテープ。
針刺し強度が４Ｎ以上である、請求項１に記載のテープ。
引張り破断強度が５Ｎ以上である、請求項１または２に記載のテープ。
前記生分解性の長繊維不織布が、ポリ乳酸に、ポリヒドロキシブチレート系、ポリカプロラクトン系、ポリブチレンサクシネート系およびポリブチレンアジペート系からなる群から選択される１または２以上の生分解性樹脂をブレンドして得られる、請求項１に記載のテープ。
前記生分解性の長繊維不織布がポリ乳酸系の長繊維不織布であり、熱接着がエンボス接着である、請求項１に記載のテープ。
前記芯成分のポリ乳酸におけるスズの含有量が３０ｐｐｍ以下である、請求項１に記載のテープ。