JP7452364B2 - サスティナブル網状構造体 - Google Patents
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Description
ポリウレタンのスポンジは、生分解性を有さず、海洋マイクロプラスチックになる危険性を有している。また、ヤシの繊維を利用したたわしと同様に、洗浄効果は優れているものの、取れた汚れがセルの内部に挟まってしまい、この転写した汚れを取り除くのに時間を有することがある。
このセルの保水を減らすために、セルのサイズを大きくする検討がなされ、製品化されている。しかしながら、水切れ性は良くなっているが、保水問題を解決するには至っていない。また、セルサイズを大きくすると、スポンジの剛性が低下して洗浄効果が低下する場合もある。
1.連続線状体から構成される三次元ランダムループ接合構造体を有し、見かけ密度が0.005g/cm3~0.30g/cm3で、厚みが10mm~100mmである網状構造体であって、
前記連続線状体は、融点が80~180℃であり、MFRが6~60g/10minであり、ポリブチレンサクシネート、ポリ(ブチレンサクシネート/アジペート)、ポリ(ブチレンアジペート/テレフタレート)から選ばれる、少なくとも1種の生分解性熱可塑性樹脂(a)を含有し、
前記網状構造体は70℃圧縮残留歪が35%以下である、網状構造体。
2.ポリ乳酸、(ポリ乳酸/ポリブチレンサクシネート系)ブロックコポリマー、ポリカプロラクトン、ポリ(カプロラクトン/ブチレンサクシネート)、ポリ(ブチレンサクシネート/カーボネート)、ポリ(エチレンテレフタレート/サクシネート)、ポリ(テトラメチレンアジペート/テレフタレート)、ポリエチレンサクシネート、ポリビニルアルコール、ポリグリコール酸から選ばれる、少なくとも1種の生分解性熱可塑性樹脂(b)を含有し、前記の生分解性樹脂(a)及び生分解性樹脂(b)の混合物を、熱可塑性樹脂組成物に対し質量基準で80質量%以上含む、前記1記載の網状構造体。
3.前記連続線状体は、断面形状が円であり、繊維径が0.1mm~0.8mmである、前記1または2に記載の網状構造体。
4.前記連続線状体は、断面形状が異型であり、少なくとも3つ以上の同等の曲率を外周部に有し、その繊維径もしくは曲率半径の2倍が0.1mm以上0.8mm以下である、前記1または2に記載の網状構造体。
5.前記連続線状体は、断面形状が三葉形状または三角形状である、前記4に記載の網状構造体。
6.日用衛生品、水切り用品に使用される、前記1~5のいずれかに記載の網状構造体。
本発明の網状構造体は、連続線状体から構成される三次元ランダムループ接合構造体を有し、見かけ密度が0.005g/cm3~0.30g/cm3で、厚みが10mm~100mmであり、前記連続線状体は、融点が80~180℃であり、MFRが6~60g/10minである、ポリブチレンサクシネート、ポリ(ブチレンサクシネート/アジペート)、ポリ(ブチレンアジペート/テレフタレート)から選ばれる、少なくとも1種の生分解性熱可塑性樹脂からなり、前記網状構造体は70℃圧縮残留歪が35%以下である。
これらの原料は石油由来のモノマーを使用することも出来るが、バイオマス由来のモノマーを使用することが環境負荷低減の点から好ましい。具体的には、日本バイオプラスチック協会の分類番号A(バイオマスプラスチック)のポジティブリストに記載された樹脂が特に好ましい。
また、生分解性を損なわない程度で、前記の生分解性熱可塑性樹脂(a)以外に、生分解性を有さないポリエステル系エラストマー、または生分解性を有するポリ乳酸、ポリカプロラクトン、などの他の熱可塑性樹脂を熱可塑性樹脂組成物に対し質量基準で10質量%以下含有させることで、硬さなどの物性を調整することが出来る。
他の熱可塑性樹脂の含有量が、熱可塑性樹脂組成物に対し質量基準で10質量%よりも多いと、ダイスウェルが劣悪となり、品位に優れる網状構造体を形成することが困難となり好ましくない。他の熱可塑性樹脂としては、ブレンド時の混合性の点から、脂肪族系ポリエステルが好ましい。
また、Dデュロメータ硬さを80以下に調整することで、硬くなり過ぎるのを抑制でき、脆くなりにくくなる。前記のDデュロメータ硬さは、75以下がより好ましく、70以下が特に好ましい。
片面のみを平滑化させる場合は、傾斜を持つ引取ネット上に連続線状体を吐出させて、溶融状態で互いに接触させて融着させる。その際、3次元網状構造を形成しつつ、引取ネット面のみ形態を緩和させつつ冷却すると良い。得られた網状構造体をアニーリング処理することもできる。なお、網状構造体の乾燥処理をアニーリング処理としても良い。
連続線状体の断面形状が円である場合、汚れの除去性の点から、連続線状体の繊維径は0.1mm以上が好ましく、より好ましくは0.2mm以上であり、特に好ましくは0.25mm以上である。一方、泡立ち性、済にある汚れの除去などの点から、連続線状体の繊維径は0.8mm以下が好ましく、さらに好ましくは0.7mm以下、特に好ましくは0.6mm以下である。
さらに、連続線状体自体をある程度太くすることが出来るため、所望の硬さに調整することが可能となる。繊維の断面形状が異型断面である場合は、繊維断面の外側に少なくとも同等の3つ以上の曲率を有するエッジを有し、それぞれの曲率を有する構造体が繊維断面の重心に対して均等かつ回転対称であり、その曲率半径の2倍が0.1mm以上0.8mm以下であることが好ましい。その曲率半径の2倍が0.8mm以下に調整することで、細かい溝に入りこんだ部分の汚れを落としやすくなる。前記の曲率半径は、より好ましくは0.7mm以下、さらに好ましくは0.6mm以下、特に好ましくは0.5mm以下である。一方、前記の曲率半径は、実用上0.1mm以上であれば良い。
試料を8cm×10cmの大きさに切断し、網状構造体からそれぞれ10箇所から線状体を約5mmの長さで採集する。採集した線状体の繊維径は、光学顕微鏡を適当な倍率で繊維径測定箇所にピントを合わせて測定する。(n=10の平均値)
網状構造体の繊維中央にD型デュロメータを押し当て1秒以内の数値を読み取った。試験場所は20±2℃、相対湿度65±4%であり、サンプルは少なくとも1時間以上、この試験環境に置き、温度が安定した後に測定した。但し、繊維径が0.4mm以下で針が押し当てられない場合や、異型断面で針が異型断面の窪みにはまって正確に測定できない場合や、繊維径が細すぎて針が繊維を貫通して机の硬さを拾ってしまう際は、2~3mm厚みの平滑なプレートを作成してその硬さを読み取った。(それぞれn=5の平均値)
試料を8cm×10cmの大きさに切断し、無荷重で24時間放置した後、高分子計器製FD-80N型測厚器にて中心1か所の高さを測定して試料厚みとする。試料重さは、上記試料を電子天秤に載せて計測する。また見掛け密度は、試料厚みから体積を求め、試料の重さを体積で除した値で示す。(それぞれn=3の平均値)
TAインスツルメント社製 示差走査熱量計Discovery DSC25を使用し、サンプル重量は2.0mg±0.1mgに秤量し、昇温速度20℃/分、窒素雰囲気下で測定した吸発熱曲線から吸熱ピーク(融解ピーク)温度を求めた。
測定は、網状構造体を細かく切り刻んで原料として80℃で2時間以上真空乾燥した後に、空気中の水分を出来るだけ含まないように、手早くメルトフローレート(MFR)測定を実施した。測定方法は、ISO1133に準拠して行った。測定温度は190℃、荷重は2.16kgとした。
試料を10cm×8cmの大きさに切断し、(2)に記載の方法で処理前の厚み(c)を測定する。厚みを測定したサンプルを50%圧縮状態に保持できる冶具に挟み、70℃に設定した乾燥機に入れ、22時間放置する。その後サンプルを取り出し、冷却して圧縮歪みを除き30分放置後の厚み(d)を求め、処理前の厚み(c)とから、式{(c)-(d)}/(c)×100より算出する:単位%(n=3の平均値)。
5人のモニターに対して、網状構造体に洗剤を付けて泡立ち易いか評価した。5人のモニターの平均点を評価点とした。
3点・・・泡立ち易く、現状のスポンジたわしと同等に使用できる。
2点・・・泡立ち易いが、不快ではない。
1点・・・泡立ちにくく、少し不快に感じる。
0点・・・泡立たない。
平均点が2.5点以上の場合は◎、2点以上の場合は〇、1.5点以上の場合は△、1.5点未満の場合は×とした。なお、平均点が2点以上であれば、実用上問題ない。
5人のモニターに対して、網状構造体に洗剤を付けてガラスビーカーとシンクを洗い評価した。5人のモニターの平均点を評価点とした。網状構造体を素手で触った際の感覚を下記記載の4段階の点数で評価した。5人のモニターの平均点を評価点とした。
3点・・・現行スポンジたわしと同等以上に汚れが落ちると感じる。
2点・・・汚れは問題なく落とすことが出来ると感じる。
1点・・・汚れがやや落としにくいと感じる。
0点・・・汚れが落としにくいと感じる。
平均点が2.5点以上の場合は◎、2点以上の場合は〇、1.5点以上の場合は△、1.5点未満の場合は×とした。なお、平均点が2点以上であれば、実用上問題ない。
上述した(8)の試験後に網状構造体に付着した汚れを流水で洗い、転写した汚れの洗い流し性を評価した。5人のモニターの平均点を評価点とした。網状構造体を素手で触った際の感覚を下記記載の4段階の点数で評価した。5人のモニターの平均点を評価点とした。
3点・・・現行スポンジたわしよりも優れた転写汚れの洗い流し性と感じる。
2点・・・現行スポンジたわしよりも比較的良い転写汚れの洗い流し性と感じる。
1点・・・現行スポンジたわしと同等の転写汚れの洗い流し性と感じる。
0点・・・現行スポンジたわしよりも転写汚れの洗い流し性は悪いと感じる。
平均点が2.5点以上の場合は◎、2点以上の場合は〇、1.5点以上の場合は△、1.5点未満の場合は×とした。なお、平均点が2点以上であれば、実用上問題ない。
上述した(9)の試験後に網状構造体を水切りした後に網状体に残存した水切り性を評価した。5人のモニターの平均点を評価点とした。網状構造体を素手で触った際の感覚を下記記載の4段階の点数で評価した。5人のモニターの平均点を評価点とした。
3点・・・現行スポンジたわしよりも優れた水切り性だと感じる。
2点・・・現行スポンジたわしよりも比較的良い水切り性だと感じる。
1点・・・現行スポンジたわしと同程度の水切り性だと感じる。
0点・・・現行スポンジたわしよりも水切り性が悪いと感じる。
平均点が2.5点以上の場合は◎、2点以上の場合は〇、1.5点以上の場合は△、1.5点未満の場合は×とした。なお、平均点が2点以上であれば、実用上問題ない。
1)ポリブチレンサクシネート高MFR品
PTT MCC BIOCHEM COMPANY LIMITED社製 BioPBSTM FZ71を用いた。このBioPBSTM FZ71は密度が1.26g/cm3であり、MFRが22g/10min、融点が115℃であった。
2)ポリブチレンサクシネート低MFR品
PTT MCC BIOCHEM COMPANY LIMITED社製 BioPBSTM FZ91を用いた。このBioPBSTM FZ91は密度が1.26g/cm3であり、MFRが5g/10min、融点が115℃であった。
3)ポリ(ブチレンサクシネート/アジペート)
PTT MCC BIOCHEM COMPANY LIMITED社製 BioPBSTM FD92を用いた。このBioPBSTM FD92は密度が1.24g/cm3であり、MFRが4g/10min、融点が84℃であった。
4)ポリ(ブチレンアジペート/テレフタレート)
BASF社製 エコフレックス(R)を用いた。このエコフレックス(R)は密度が1.26g/cm3であり、MFRが3g/10min、融点が115℃であった。
5)ポリ乳酸
Corbion社製Luminy(R)L130を用いた。このLuminy(R)L130は密度が1.24g/cm3であり、MFRが10g/10min、融点が175℃であった。
6)ポリεカプロラクトン
Perstorp社製CapaTM6500を用いた。このCapaTM6500は、融点が58℃であった。それぞれのポリマーならびに混合物の特性を表1に示す。
幅方向96mm、厚み方向の幅31mmのノズル有効面にオリフィスの外径0.5mmで丸孔形状のオリフィスを孔間ピッチ6mmの千鳥配列としたノズルを用いた。樹脂Aを絶乾状態で用い、紡糸温度230℃にて、単孔吐出量1.0g/minの速度でノズル下方に吐出させた。
ノズル面20cm下に冷却水面が来る位置に水槽を調整し、その水槽内に一対の引取りコンベアを水面上に一部出るように配した。
コンベアは幅20cmのステンレス製エンドレスネットを有しており、ノズル面の幅方向とコンベアを平行に配置し、エンドレスネットの開口幅を30mm間とし、側面部を成形するためにアルミ板をネット方向に対して90度の向きで配置させ水を2.0L/minの速度で流し側面部分を成形させた。
該コンベアネットの開口部、コンベアネット上、並びに側面部を成形するアルミ板に、該溶融状態の吐出線状を落下させることで曲がりくねらせル-プを形成し、接触部分を融着させつつ3次元網状構造を形成した。
該溶融状態の網状構造体の両面を引取りコンベアで挟み込みつつ0.96m/minの速度で冷却水中へ引込み、固化させることで厚み方向と側面方向のそれぞれ両面をフラット化した後、所定の大きさに切断後、80℃熱風にて20分間乾燥熱処理して、網状構造体を得た。得られた網状構造体の特性を表2に示す。
樹脂Bを含水率0.01%に調整して用い、紡糸温度を255℃、ノズル面-冷却水距離を30cmにしたこと以外は、実施例1と同様にして網状構造体を得た。
得られた網状構造体は、断面形状が丸断面で繊維径が0.69mmの連続線状体から構成され、見かけ密度が0.050g/cm3、表面が平坦化された状態での厚みが29.4mm、Dデュロメータ硬さが68、網状構造体のMFRが8g/10min、融点が114.0℃、70℃圧縮残留歪みが17.5%であった。得られた網状構造体の特性を表2に示す。得られた網状構造体は、泡立ち性に優れ、適度な硬さを有し、汚れ落とし性、転写汚れの洗い流し性、水切り性、耐久性に優れていた。
樹脂Cを含水率0.01%に調整して用い、紡糸温度を260℃、ノズル面-冷却水距離を25cm、引き取り速度を0.76m/minにした以外、実施例1と同様にして網状構造体を得た。
得られた網状構造体は、断面形状が丸断面で繊維径が0.69mmの連続線状体から構成され、見かけ密度が0.070g/cm3、表面が平坦化された状態での厚みが27.5mm、Dデュロメータ硬さが58、網状構造体のMFRが7g/10min、融点が87.5℃、70℃圧縮残留歪みが20.4%であった。得られた網状構造体の特性を表2に示す。
得られた網状構造体は、泡立ち性に優れ、適度な硬さを有し、汚れ落とし性、転写汚れの洗い流し性、水切り性、耐久性に優れていた。
樹脂Dを含水率0.02%に調整して用い、紡糸温度を260℃、単孔吐出量を0.6g/min、ノズル面-冷却水距離を17cm、引き取り速度を0.52m/minにしたこと以外は、実施例1と同様にして網状構造体を得た。
得られた網状構造体は、断面形状が丸断面で、繊維径が0.57mmの連続線状体から構成され、見かけ密度が0.061g/cm3、表面が平坦化された状態での厚みが27.6mm、Dデュロメータ硬さが49、網状構造体のMFRが8g/10min、融点が116.8℃、70℃圧縮残留歪みが19.3%であった。得られた網状構造体の特性を表2に示す。
得られた網状構造体は、泡立ち性に優れ、適度な硬さを有し、汚れ落とし性、転写汚れの洗い流し性、水切り性、耐久性に優れていた。
オリフィスの外径1.0mmで丸孔形状のオリフィスを孔間ピッチ8mmの千鳥配列としたノズルを用い、樹脂としてEを含水率0.01%に調整して用い、紡糸温度を210℃、ノズル面-冷却水距離を22cm、引き取り速度を0.74m/minにしたこと以外は、実施例1と同様にして網状構造体を得た。
得られた網状構造体は、断面形状が丸断面で繊維径が0.59mmの連続線状体から構成され、見かけ密度が0.040g/cm3、表面が平坦化された状態での厚みが29.3mm、Dデュロメータ硬さが59、網状構造体のMFRが28g/10min、融点が115.0℃、70℃圧縮残留歪みが15.7%であった。得られた網状構造体の特性を表2に示す。
得られた網状構造体は、泡立ち性に優れ、適度な硬さを有し、汚れ落とし性、転写汚れの洗い流し性、水切り性、耐久性に優れていた。
幅方向112mm、厚み方向の幅43mmのノズル有効面にオリフィスの外径3.6mmでスリット幅0.3mm且つスリット長さ1.8mmがオリフィス中心から均等な間隔で3本のスリットが配置された三葉形状のオリフィスを孔間ピッチ8mmの千鳥配列としたノズルを用いた。樹脂Dを含水率0.2%に調整して用い、紡糸温度260℃、単孔吐出量1.5g/min、ノズル面-冷却水距離を28cm、引き取り速度を1.28m/minにしたこと以外は、実施例1と同様にして網状構造体を得た。
得られた網状構造体は、断面形状が三葉形状を有するY断面であり、繊維径の外径が0.8mmであり、3つの曲率を有するエッジが均等に配置され、それぞれのエッジの曲率半径の2倍が0.3mmである連続線状体から構成され、見かけ密度が0.060g/cm3、表面が平坦化された状態での厚みが30.2mm、Dデュロメータ硬さが38、網状構造体のMFRが40g/10min、融点が117.0℃、70℃圧縮残留歪みが18.5%であった。得られた網状構造体の特性を表2に示す。
得られた網状構造体は、泡立ち性に優れ、適度な硬さを有し、汚れ落とし性、転写汚れの洗い流し性、水切り性、耐久性に優れていた。
樹脂Aを絶乾状態で用い、紡糸温度220℃、単孔吐出量1.4g/min、ノズル面-冷却水距離を25cm、引き取り速度を1.07m/minにしたこと以外は、実施例6と同様にして網状構造体を得た
得られた網状構造体は、断面形状が三葉形状を有するY断面であり、繊維径の外径が1.0mmであり、3つの曲率を有するエッジが均等に配置されており、それぞれのエッジの曲率半径の2倍が0.4mmである連続線状体から構成され、見かけ密度が0.049g/cm3、表面が平坦化された状態での厚みが30.4mm、Dデュロメータ硬さが65、網状構造体のMFRが23g/10min、融点が113.6℃、70℃圧縮残留歪みが19.6%であった。得られた網状構造体の特性を表2に示す。
得られた網状構造体は、泡立ち性に優れ、適度な硬さを有し、汚れ落とし性、転写汚れの洗い流し性、水切り性、耐久性に優れていた。なお、汚れ落とし性について実施例1と比べて同等の効果であったことは、実施例1の繊維径が本実施例の曲率半径の2倍と同等であったためであると考える。
樹脂Fを絶乾状態で用い、紡糸温度を247℃、ノズル面-冷却水距離を17cm、引き取り速度を1.07m/minにしたこと以外は、実施例1と同様にして網状構造体を得た。
得られた網状構造体は、断面形状が丸断面で、繊維径が0.28mmの連続線状体から構成され、線条で形成しており、見かけ密度が0.050g/cm3、表面が平坦化された状態での厚みが28.1mm、Dデュロメータ硬さが99、網状構造体のMFRが12g/10min、融点が171.0℃であった。なお、70℃圧縮残留歪みは、脆性破壊して測定することが出来なかった。得られた網状構造体の特性を表2に示す。
得られた網状構造体は、泡立ち性、転写汚れの洗い流し性、水切り性に優れていた。しかしながら、Dデューロ硬度が高く、硬過ぎるため、容易に脆性破壊して、握った箇所から繊維が破壊した。その結果、汚れ落とし性と耐久性に劣っていた。
樹脂Hを用い、紡糸温度を210℃、ノズル面-冷却水距離を22cm、引き取り速度を0.44m/minにしたこと以外は、実施例1と同様にした。
しかしながら、ノズル直下でのダイスウェルが酷く、良好な網状構造体を形成することが出来なかった。
樹脂Gを絶乾状態で用い、紡糸温度を210℃、単孔吐出量を0.5g/min、ノズル面-冷却水距離を17cm、引き取り速度を0.54m/minにしたこと以外は、実施例1と同様にして網状構造体を得た。
得られた網状構造体は、断面形状が丸断面で、繊維径が0.47mmの連続線状体から構成され、見かけ密度が0.048g/cm3、表面が平坦化された状態での厚みが29.9mm、Dデュロメータ硬さが48、網状構造体のMFRが62g/10min、融点が58.0℃であった。なお、70℃圧縮残留歪みは、溶融して測定することが出来なかった。得られた網状構造体の特性を表2に示す。
得られた網状構造体は、泡立ち性、転写汚れの洗い流し性、水切り性に優れていた。しかしながら、適度な硬さが無く汚れ落とし性に劣っていた。さらに、約40℃のお湯で洗うと容易に変形し、耐久性に劣っていた。
樹脂Eを絶乾状態で用い、紡糸温度を210℃、ノズル面-冷却水距離を22cm、引き取り速度を0.74m/minとした。網状構造体を形成後に熱風乾燥せずに自然乾燥したこと以外は、実施例1と同様にして網状構造体を得た。
得られた網状構造体は、断面形状が丸断面で、繊維径が0.59mmの連続線状体から構成され、見かけ密度が0.040g/cm3、表面が平坦化された状態での厚みが29.3mm、Dデュロメータ硬さが53、網状構造体体のMFRが27g/10min、融点が114.0℃、70℃圧縮残留歪みは39.0%であった。得られた網状構造体の特性を表2に示す。
得られた網状構造体は、泡立ち性、転写汚れの洗い流し性、水切り性に優れ、適度な硬さを有し汚れ落とし性に優れていたが、耐久性に劣っていた。
樹脂Dを絶乾状態で用い、紡糸温度を260℃、ノズル面-冷却水距離を30cm、引き取り速度を0.74m/min、網状構造体を形成後に熱風乾燥せずに自然乾燥したこと以外は、実施例1と同様にして網状構造体を得た。
得られた網状構造体は、断面形状が丸断面で、繊維径が0.90mmの連続線状体から構成され、見かけ密度が0.041g/cm3、表面が平坦化された状態での厚みが29.3mm、Dデュロメータ硬さが46、網状構造体のMFRが4g/10min、融点が115.0℃、70℃圧縮残留歪みが19.2%であった。得られた網状構造体の特性を表2に示す。
得られた網状構造体は、適度な硬さを有し汚れ落とし性、転写汚れの洗い流し性、水切り性と耐久性に優れるものの、泡立ち性に劣っていた。
Claims (2)
- 連続線状体から構成される三次元ランダムループ接合構造体を有し、見かけ密度が0.005g/cm3~0.30g/cm3で、厚みが10mm~100mmである網状構造体であって、
前記連続線状体は、融点が80~180℃であり、MFRが10~50g/10minであり、ポリブチレンサクシネート、ポリ(ブチレンアジペート/テレフタレート)から選ばれる、少なくとも1種の生分解性熱可塑性樹脂(a)を含有し、
前記網状構造体は70℃圧縮残留歪が1~25%であり、
前記連続線状体は、断面形状が三葉形状または三角形状であり、
少なくとも3つ以上の同等の曲率を外周部に有し、その曲率半径の2倍が0.1mm以上0.5mm以下である、
日用衛生品または水切り用品に使用される網状構造体。 - ポリ乳酸、(ポリ乳酸/ポリブチレンサクシネート系)ブロックコポリマー、ポリカプロラクトン、ポリ(カプロラクトン/ブチレンサクシネート)、ポリ(ブチレンサクシネート/カーボネート)、ポリ(エチレンテレフタレート/サクシネート)、ポリ(テトラメチレンアジペート/テレフタレート)、ポリエチレンサクシネート、ポリビニルアルコール、ポリグリコール酸から選ばれる、少なくとも1種の生分解性熱可塑性樹脂(c)を含有し、前記の生分解性樹脂(a)及び生分解性樹脂(c)の混合物を、熱可塑性樹脂組成物に対し質量基準で80質量%以上含む、請求項1記載の網状構造体。
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