KR102194579B1

KR102194579B1 - 생분해성 부직포

Info

Publication number: KR102194579B1
Application number: KR1020197009498A
Authority: KR
Inventors: 유스케 야마다; 치에 오카무라; 다쿠야 마츠모토; 루미나 오비; 가즈후미 가토
Original assignee: 아사히 가세이 가부시키가이샤
Priority date: 2016-10-14
Filing date: 2017-10-12
Publication date: 2020-12-23
Also published as: CN109804112A; PL3527706T3; US20200040495A1; RU2728163C1; CN115434076A; CA3038791C; JPWO2018070490A1; US20230287611A1; JP6731064B2; EP3527706A4; KR20190041531A; EP3527706A1; CA3038791A1; EP3527706B1; WO2018070490A1; US11697896B2

Abstract

발명이 해결하고자 하는 과제는, 생분해성을 가짐과 더불어 고신도를 가지고, 높은 열안정성 및 성형성이 우수한 부직포의 제공이다. 본 발명은, 폴리젖산계 중합체의 섬유로 구성되고, 단위 중량이 20∼300 g/㎡인 열 성형용의 생분해성 부직포, 바람직하게는 폴리젖산계 중합체의 장섬유로 구성되고, 120℃에 있어서의 MD 방향의 신도가 50% 이상이며 또한 열기계 분석에 의한 80℃∼140℃에 있어서의 MD 방향의 치수 변화율이 ±4% 이하인 것을 특징으로 하는 생분해성 부직포 및 이것을 이용하여 성형체를 제조하는 방법, 그리고 성형체의 열기계 분석(TMA)에 의한 30∼100℃에 있어서의 하중 0.05 N/2 mm를 가했을 때의 MD 방향의 신장 변화율이 4% 이하인 것을 특징으로 하는 생분해성 음료 추출용 용기의 성형 방법이다.

Description

생분해성 부직포

본 발명은, 고신도(高伸度)를 가지고, 높은 열안정성, 성형 가공 특성이 우수한 생분해 부직포 및 성형체에 관한 것이다.

종래 생분해성 부직포로 이루어지는 성형체는 알려져 있으며, 각종 분야에 사용되어, 널리 용도가 전개되고 있다. 성형체는 부직포를 열 성형함으로써 얻을 수 있지만, 열 성형에 있어서, 찢어짐이 없고, 연신 얼룩이 적고, 성형 금형의 형태를 따르는 깨끗한 형태의 성형체를 얻기는 어렵다.

이하의 특허문헌 1에는, 폴리젖산계 중합체와 지방족 폴리에스테르 공중합체로 이루어지는 생분해성 장섬유 부직포를 얻는 방법이 개시되어 있는데, 폴리젖산계 중합체가 해부(海部)를 지방족 폴리에스테르 공중합체가 도부(島部)를 형성하는 해도형(海島型) 복합 장섬유를 구성하고, 도부를 형성하는 지방족 폴리에스테르 공중합체를 섬유 표면에 노출시킴으로써 열접착성을 향상시켜, 성형성이 있는 부직포를 얻고 있지만, 열 성형에 있어서, 찢어짐이 없고, 연신 얼룩이 적고, 성형 금형의 형태를 따르는 깨끗한 형태의 성형체를 보다 단시간에 얻기에는 불충분한 것이다.

또한, 이하의 인용문헌 2 및 인용문헌 3에는, 폴리젖산 또는 폴리부틸렌숙시네이트로 이루어지는 생분해성 성형용 부직포를 얻는 방법이 개시되어 있지만, 구성 섬유끼리 부분적으로 열압착되어 형성되어 있으므로, 섬유끼리의 결착이 지나치게 강해, 열 성형에 있어서, 파열되지 않고, 성형 깊이가 깊은 성형체를 얻기가 어렵다.

특허문헌 1 : 일본 특허 제5486331호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 제3432340호 공보 특허문헌 3 : 일본 특허공개 2000-136479호 공보

상기한 종래 기술의 문제에 감안하여, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 생분해성을 가짐과 더불어 고신도를 가지고, 높은 열안정성, 그리고 성형성이 우수한 부직포를 제공하는 것이다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토하여 실험을 거듭한 결과, 성형 전의 부직포의 특성에 주목하여, 폴리젖산계 중합체의 섬유로 구성되고, 120℃에 있어서의 MD 방향의 신도가 50% 이상이며, 또한 열기계 분석에 의한 80℃∼140℃에 있어서의 MD 방향의 치수 변화율이 ±4% 이하임으로써, 열 성형 시에 찢어짐이 없고, 연신 얼룩이 적고, 형태가 깨끗한 성형체를 보다 단시간에 얻을 수 있고, 열 성형 시에 취급성이 양호하며, 부직포가 복잡한 성형 형상을 추종할 수 있고, 의장성이 우수한 성형체를 얻을 수 있다는 것을 알아냈다. 더욱이, 본 발명자들은, 성형체의 열안정성을, 열기계 분석(TMA)에 의해 30∼100℃에 있어서, 용기를 구성하는 성형체편에 하중 0.05 N/2 mm를 가했을 때의 MD 방향의 신장 변화율 4% 이하로 함으로써, 추출 시에 내용물의 팽창의 영향을 받지 않게 되어, 추출기 내부의 대들보 등에 접촉하거나 스침으로 인한 용기의 파열을 억제할 수 있다는 것을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이른 것이다.

즉, 본 발명은 다음과 같은 것이다.

[1] 폴리젖산계 중합체의 섬유로 구성되고, 단위 중량이 20∼350 g/㎡인 열 성형용의 생분해성 부직포.

[2] 120℃에 있어서의 MD 방향의 신도가 50% 이상이며, 또한 열기계 분석에 의한 80℃∼140℃에 있어서의 MD 방향의 치수 변화율이 ±4% 이하인 상기 [1]에 기재한 생분해성 부직포.

[3] 상기 부직포에 있어서, 동적 점탄성 평가의 온도 의존성 시험에 있어서 90℃∼150℃의 온도 영역에서의 저장 탄성률이 10∼500 MPa인 상기 [1] 또는 [2]에 기재한 생분해성 장섬유 부직포.

[4] 상기 부직포의 세로 인열 강도를 단위 중량으로 나눈 값이 0.002∼0.5 N/(g/㎡)인 상기 [1]∼[3] 중 어느 것에 기재한 생분해성 부직포.

[5] 상기 부직포 중의 섬유의 복굴절률이 0.002∼0.10인 상기 [1]∼[4] 중 어느 것에 기재한 생분해성 부직포.

[6] 상기 부직포 중의 섬유는, 상기 폴리젖산계 중합체에 더하여, 지방족 에스테르 공중합체를, 전체 수지 중량을 기준으로 하여, 0.5∼30 중량% 추가로 포함하는 것인 상기 [1]∼[5] 중 어느 것에 기재한 생분해성 부직포.

[7] 상기 부직포의 평균 섬유 직경이 1∼40 ㎛이며, 또한 상기 부직포는 장섬유로 구성되어 있는 상기 [1]∼[6] 중 어느 것에 기재한 생분해성 장섬유 부직포.

[8] 상기 부직포에 있어서, 동적 점탄성 평가의 온도 의존성 시험에 있어서의 손실 정접(tanδ)의 극대치가 0.5 이하인 상기 [1]∼[7] 중 어느 것에 기재한 생분해성 부직포.

[9] 상기 부직포의, 동적 점탄성 평가의 온도 의존성 시험에 있어서의 저장 탄성률의 10∼70℃에 있어서의 저장 탄성률이 200 MPa 이상인 상기 [1]∼[8] 중 어느 것에 기재한 생분해성 부직포.

[10] 상기 부직포를, 온도 120℃ 중에서 MD/CD 2축 양방향으로 동시에 면적 배율 6.25배로 연신한 한 변이 2.5 cm인 정사각형 연신 시트의 단위 중량에 관해서, R/Ave의 값이 1.0 이내인 상기 [1]∼[9] 중 어느 것에 기재한 생분해성 부직포.

[11] 50℃∼160℃의 범위에서 일정 길이 열 세트를 행하는 공정을 포함하는 상기 [1]∼[10] 중 어느 것에 기재한 생분해성 부직포의 제조 방법.

[12] 상기 [1]∼[10] 중 어느 것에 기재한 생분해성 장섬유 부직포를 열 성형으로 일체 가공하는 공정을 포함하는 성형체의 제조 방법.

[13] 부직포를 55℃∼160℃로 예열하는 공정을 포함하는 상기 [12]에 기재한 방법.

[14] 상기 [1]∼[10] 중 어느 것에 기재한 생분해성 부직포로 구성되는, 성형 지수 1.1 이상의 성형체.

[15] 상기 [1]∼[10] 중 어느 것에 기재한 생분해 부직포로 구성되고, 성형 지수가 1.1∼20배이며, 또한 연속된 부직포로 동일 성형기로 성형한 적어도 10개 이상의 성형체의 바닥부 같은 위치에서 채취한 포백편(布帛片)의 단위 중량의 R/Ave의 값이 0.5 이내가 되는 성형체군.

[16] 상기 [14]에 기재의 성형체에 있어서, 열기계 분석(TMA)에 의해 30∼100℃에 있어서, 용기를 구성하는 성형체편에 하중 0.05 N/2 mm를 가했을 때의 MD 방향의 신장 변화율이 4% 이하인 것을 특징으로 하는 생분해성 음료 추출용 용기.

[17] 끓는 물 침지 시의 용량 변화가 20%∼90%인 상기 [16]에 기재한 음료 추출용 용기.

[18] 구성하는 부직포 성형체의 배향도가 0.010 이상인 것을 특징으로 하는 상기 [16] 또는 [17]에 기재한 음료 추출용 용기.

[19] 구성하는 부직포 성형체의 결정화도가 30∼70%인 상기 [16]∼[18] 중 어느 것에 기재한 음료 추출용 용기.

본 발명의 생분해성 부직포는, 열 성형 시에, 찢어짐이 없고, 연신 얼룩이 적고, 형태가 깨끗한 성형체를 보다 단시간에 얻을 수 있으며, 또한 열 성형 시에 취급성이 양호하게 되고, 더구나 열 성형 시에 부직포가 복잡한 성형 형상을 추종할 수 있기 때문에, 의장성이 우수한 성형체, 예컨대 식품 용기를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 다른 실시형태의 음료용 추출 용기의 구성의 대표예를 도시하는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태의 덮개를 가진 음료용 추출 용기의 대표예를 설명하는 모식도이다.
도 3은 실시예 10, 비교예 1에서의 저장 탄성률의 온도 의존성 평가를 도시하는 그래프이다.
도 4는 실시예 10, 비교예 1에서의 손실 정접의 온도 의존성 평가를 도시하는 그래프이다.

이하, 본원 발명의 실시형태에 관해서 상세히 설명한다.

본 실시형태의 생분해성 부직포는, 열 환경 하에서의 신도 및 치수 변화율을 적절하게 하여, 높은 성형 가공 특성을 발현할 수 있다.

본 실시형태의 생분해성 부직포는 성형 가공 특성을 갖는다. 종래 성형 가공 특성을 갖는 생분해성 부직포의 제조에 있어서는, 방사 직후의 실의 특성에 주목하여, 신도를 발현시켜, 부직포의 열압착 가공 등의 문제를 개선하는 것이었다. 이에 반하여, 본 실시형태의 생분해성 부직포에서는, 성형에 이용하는 부직포 그 자체의 특성 및 성형체 그 자체의 특성에 주목하여, 높은 성형 가공 특성을 갖는 부직포 및 열안정성이 우수한 추출 용기(성형체)를 얻고 있다.

[폴리젖산계 중합체]

본 실시형태의 생분해성 부직포의 섬유를 구성하는 폴리젖산계 중합체(이하, PLA라고도 한다.)로서는, D-젖산의 중합체, L-젖산의 중합체, D-젖산과 L-젖산의 공중합체, D-젖산과 히드록시카르복실산의 공중합체, L-젖산과 히드록시카르복실산의 공중합체 및 D-젖산과 L-젖산과 히드록시카르복실산의 공중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 중합체, 또는 이 중합체의 2종 이상의 블렌드체를 들 수 있다. 폴리젖산 중합체의 D/L비는, 방사성, 부직포 특성을 저해하지 않는 범위에서 설정할 수 있지만, 전체 폴리젖산 중량 중의 D체 비율은, 바람직하게는 0∼15%, 보다 바람직하게는 0.1∼10%, 더욱 바람직하게는 0.1∼6%이다. D체 비율이 이들 범위 내이면, 방사성이 좋아, 안정적으로 부직포를 얻을 수 있고, 또한 융점, 결정성 등이 적당한 범위가 되어, 원하는 특성의 부직포를 얻기 쉽다.

본 실시형태의 폴리젖산계 중합체의 MFR은, 20∼120 g/10분인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 30∼70 g/10분이다. MFR이 20 g/10분 이상이라면, 용융 점성이 적절하여, 방사 공정에 있어서 섬유의 세화(細化)가 일어나기 쉽기 때문에 방사성이 양호하게 된다. 한편, MFR이 120 g/10분 이하이면, 용융 점성이 적절하기 때문에, 방사 공정에 있어서 단사 조각이 발생하는 일이 적고, 방사성이 양호하게 된다.

[지방족 폴리에스테르 공중합체]

지방족 폴리에스테르 공중합체로서는, 예컨대 폴리(α-히드록시산) 또는 이들을 주된 반복 단위 요소로 하는 공중합체, 폴리(ε-카프로락톤), 폴리(β-프로피오락톤)과 같은 폴리(ω-히드록시알카노에이트), 폴리-3-히드록시프로피오네이트, 폴리-3-히드록시헵타노에이트, 폴리-3-히드록시옥타노에이트와 같은 폴리(β-폴리히드록시알카노에이트), 혹은 이들을 구성하는 반복 단위 요소와 폴리-3-히드록시발레르에이트나 폴리-4-히드록시부틸레이트를 구성하는 반복 단위 요소와의 공중합체를 들 수 있다. 또한, 글리콜과 디카르복실산과의 축중합체로 이루어지는 폴리알킬렌디카르복실레이트, 예컨대 폴리에틸렌옥살레이트, 폴리에틸렌숙시네이트, 폴리에틸렌아디페이트, 폴리에틸렌아젤레이트, 폴리부틸렌옥살레이트, 폴리부틸렌숙시네이트, 폴리부틸렌아디페이트, 폴리부틸렌세바케이트, 폴리헥사메틸렌세바케이트, 폴리네오펜틸옥살레이트, 또는 이들을 구성하는 반복 단위 요소로 하는 폴리알킬렌디카르복실레이트 공중합체를 들 수 있다.

또한, 이들 생분해성을 갖는 개개의 중합체를 복수 종 선택하여, 이들을 블렌드한 것을 들 수 있다. 지방족 폴리에스테르 공중합체로서는, 폴리젖산과의 상용성, 방사성의 관점에서, 폴리부틸렌숙시네이트(이하, PBS라고도 한다.)가 바람직하다.

지방족 에스테르 공중합체의 MFR은, 방사 공정의 연신성이 양호하게 되는 100 g/10분 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 20∼80 g/10분, 더욱 바람직하게는 30∼70 g/10분이다. 또한, 폴리젖산계 중합체와 지방족 폴리에스테르 공중합체의 용융 유량비는 0.2∼1.5의 범위일 필요가 있다. 즉, 0.2≤[지방족 폴리에스테르 공중합체의 용융 유량/폴리젖산계 중합체의 용융 유량]≤1.5이며, 바람직하게는 0.3∼1.4이다. 용융 유량비가 이들 범위 내이면 방사성이 양호하면서 또한 지방족 폴리에스테르 공중합체의 분산성이 양호하게 되기 때문에 안정된 열접착성을 얻을 수 있다.

상기 섬유는, 상기 폴리젖산계 중합체에 더하여, 지방족 에스테르 공중합체를, 전체 수지 중량을 기준으로 하여, 0.5∼30 중량% 추가로 포함하는 것일 수 있다. 지방족 폴리에스테르 공중합체의 첨가량은, 수지의 총량을 100 중량%로 했을 때 0.5∼30 중량%이며, 바람직하게는 3∼27 중량%, 보다 바람직하게는 5∼25 중량%이다. 첨가량이 0.5 중량% 이상이라면, 부직포의 결정성을 조정하기 쉽고, 열특성이 양호하게 된다. 한편, 첨가량이 30 중량% 이하라면, 결정화가 빨라져, 방사 시에 섬유끼리가 또는 섬유가 설비에 접착 밀착하는 일이 없기 때문에, 안정적인 생산이 가능하게 된다.

본 실시형태의 부직포의 제조 방법은 한정되지 않지만, 공지된 스펀본드법, 멜트블로우법, 에어레이드법, 카드법, 초조법(抄造法) 등으로 얻을 수 있다. 부직포의 접착 방법으로서는, 엠보스 가공, 서멀 본드, 주상류(柱狀流) 교락, 기계 교락, 니들 펀치 등을 이용할 수 있다. 효율적으로 생산할 수 있고, 성형한 후의 보풀 발생도 억제할 수 있으므로, 장섬유 부직포, 나아가서는 스펀본드법으로 제조하는 것이 바람직하다.

스펀본드법을 이용하는 경우, 수지를 가열 용융하여 방사 구금으로부터 토출시키고, 얻어진 방적사를 공지된 냉각 장치를 이용하여 냉각하여, 에어 사커 등의 흡인 장치로 견인 세화한다. 이어서, 흡인 장치로부터 배출된 방적사군을 개섬시킨 후, 컨베이어 상에 퇴적시켜 웹으로 한다. 이어서, 이 컨베이어 상에 형성된 웹에 가열된 엠보스 롤 등의 부분 열압착 장치를 이용하여 부분적으로 열압착을 실시함으로써 장섬유 스펀본드 부직포를 얻을 수 있다.

스펀본드법을 이용하는 경우, 특별히 한정되지 않지만, 웹의 균일성을 향상시키기 위해서, 예컨대 일본 특허공개 평11-131355에 개시되어 있는 것과 같은 코로나 설비 등에 의해 섬유를 대전시키는 방법이나, 평판형의 분산판 등과 같은 기류를 제어하는 장치를 이용하여 이젝터의 분출 부분의 기류의 속도 분포를 조정하거나 하여 섬유를 개섬시킨 후에 웹을 분무하고, 웹의 비산을 억제하면서 포집면에 적층하는 방법을 이용함으로써 더욱 바람직한 제법으로 된다.

스펀본드법으로 얻어지는 부직포는, 천 강도가 강하며 또한 본딩부의 파손에 의한 단섬유의 탈락이 없는 등의 물성 상의 특징을 갖고 있고, 또한 저비용으로 생산성이 높기 때문에, 위생, 토목, 건축, 농업·원예, 생활 자재를 중심으로 광범위한 용도로 사용되고 있다.

본 실시형태의 생분해성 부직포는, 열기계 분석에 의한 80℃∼140℃에 있어서의 MD 방향의 치수 변화율이 ±4% 이하인 것을 특징으로 한다.

본 실시형태의 생분해성 부직포는, 열기계 분석에 의한 80℃∼140℃에 있어서의 MD 방향의 치수 변화율이 ±4% 이하이며, 바람직하게는 ±2% 이하이다. 치수 변화율이 너무 높지 않은 경우, 성형 온도 부근에 있어서 적절한 유연성이 있어, 복잡한 형상의 성형에도 부직포가 추종할 수 있고, 파열이 적고, 얻어진 성형체의 표면 요철이 적고, 부분적으로 부직포가 늘어나는 신도 얼룩이 적고, 깨끗한 형태의 의장성이 우수한 성형체를 얻을 수 있다. 한편, 치수 변화율이 마이너스 4%를 밑도는 경우, 즉 수축이 지나치게 큰 경우, 성형 시의 예열에 의한 열이나 금형의 방사열에 의해 천이 안정되지 않고, 얻어지는 성형체의 형상이 나쁘고, 용량이 큰 성형체를 얻을 수 없다. 한편, 치수 변화율이 플러스 4%를 넘는 경우, 즉, 신장이 지나치게 큰 경우, 성형 시의 예열에 의한 열이나 금형의 방사열에 의해 천이 안정되지 않고, 얻어진 성형체의 형태가 나빠진다.

치수 변화율을 범위 내로 하는 구체적인 방법으로서는, 예컨대 생분해성 부직포의 수지 종류, 수지의 혼합 비율, 방사 시의 수지 온도, 토출량, 속도, 분위기 온도, 냉각 등의 방사 조건, 가압착(假壓着)이나 열압착 시의 롤 온도, 압력, 속도, 에이징 등의 조건, 보관 조건 등을 조정함에 의한 것일 수 있다. 구체적으로, 예컨대 방사 속도를 빠르게, 분위기 온도를 낮게 하는 것, 냉각 조건을 높이는 것, 고온에서 열압착을 행하는 것, 가압착을 행한 부직포 웹을 너무 높지 않은 온도에서 일정 길이 열 세트하는 것, 등에 의해 치수 변화가 적은 천을 얻을 수 있다.

본 실시형태의 생분해성 부직포는, 120℃에 있어서의 MD 방향의 신도가 50% 이상인 것을 특징으로 한다.

본 실시형태의 생분해성 부직포는, 성형 가공을 실시할 때, 가열 시의 신장성을 가질 필요가 있다. 그래서, 예컨대 부직포는 저연신사(低延伸絲)로 이루어지고, 섬유가 가열 시에 신장되거나 또는 부직포의 구성 섬유가 어긋남을 일으킬 필요가 있다. 따라서, 본 발명의 생분해성 부직포의 가열 시의 신장성은, 온도 120℃에 있어서의 신도가 50% 이상, 바람직하게는 50%∼500%, 보다 바람직하게는 100%∼400%, 더욱 바람직하게는 180%∼350%이다. 신도가 범위 내라면 성형성이 양호하고, 신도가 클수록 성형 깊이가 깊은 심교 성형도 용이하게 된다.

120℃에 있어서의 신도를 범위 내로 하는 구체적인 방법으로서는, 예컨대 생분해성 부직포의 수지 종류, 수지의 혼합 비율, 방사 시의 수지 온도, 토출량, 속도, 분위기 온도, 냉각 등의 방사 조건, 가압착이나 열압착 시의 롤 온도, 압력, 속도, 에이징 등의 조건, 보관 조건 등을 조정함에 의한 방법일 수 있다. 구체적으로, 예컨대 방사 시의 방사 속도를 너무 높게 하지 않고, 너무 높이지 않는 온도에서 열압착을 행하는 것, 방사 시의 분위기 온도를 너무 낮추지 않는 상태에서 부직포 웹을 얻어 열압착을 행하는 것 등에 의해서, 부직포에 적절한 접착점을 갖게 하면서 높은 신도를 갖는 부직포를 얻을 수 있다.

본 실시형태의 생분해성 부직포는, 세로 인열 강도를 단위 중량으로 나눈 값이 바람직하게는 0.002∼0.5 N/(g/㎡)이며, 보다 바람직하게는 0.005∼0.2 N/(g/㎡)이다. 세로 인열 강도는, 섬유의 강신도와 섬유끼리의 접착 강도와 크게 상관이 있다. 세로 인열 강도가 너무 작은 경우, 섬유의 강도가 작거나 섬유끼리의 접착이 지나치게 강한 경우가 있다. 한편, 세로 인열 강도가 너무 큰 경우, 섬유의 강신도가 크거나 섬유끼리의 접착이 지나치게 약한 경우가 있다. 인열 강도에 영향을 주는 섬유의 강도나 섬유끼리의 접착력은, 방사 속도나 수지 온도 등의 방사 조건, 엠보스 가공, 카렌더 가공 등, 열압착 가공 시의 가공 온도, 가공 속도, 에이징 조건 등에 의해 적절한 범위로 할 수 있다.

세로 인열 강도를 단위 중량으로 나눈 값이 너무 크지 않은 경우, 생분해성 부직포를 구성하는 섬유끼리 적절하게 접착되어 있고, 성형 후에도 섬유끼리가 적절하게 접착성을 갖기 때문에, 성형한 후에도 섬유가 들뜨기 어렵고, 보풀이 생기기 어렵다. 또한, 세로 인열 강도를 단위 중량으로 나눈 값이 너무 크지 않은 경우, 적절한 강성을 가지며, 공정 장력 하에서도 적절한 신축성을 가지고, 부직포를 공정에 통과시키는 것이 용이하게 되어 적합하다. 한편, 세로 인열 강도를 단위 중량으로 나눈 값이 너무 낮지 않은 경우, 섬유끼리 적절하게 접착되고 있으며, 섬유 강도도 지나치게 낮지 않고, 생분해성 부직포가 적절한 신도 및 강도를 가져, 취급이 용이하게 된다.

또한, 가로 인열 강도에 관해서도, 생분해성 부직포를 구성하는 섬유끼리 적절하게 접착되어 있는 범위에서 설정하는 것, 세로 인열 강도와 함께 적절한 강성을 가지고, 부직포를 공정에 통과시킬 수 있는 범위에서 설정하는 것이 바람직하다.

본 실시형태의 생분해성 부직포(부직포로 샘플링한 생분해성 부직포를 구성하는 장섬유)의 복굴절률(즉, 부직포를 구성하는 장섬유의 방사 직후의 복굴절률은 아니다)은, 바람직하게는 0.002∼0.10이며, 보다 바람직하게는 0.005∼0.10이고, 더욱 바람직하게는 0.010∼0.025이다. 복굴절률이 너무 높지 않은 경우, 고신도의 생분해성 부직포를 얻을 수 있고, 복굴절률이 너무 낮지 않은 경우, 열 환경 하에서의 안정성을 가질 수 있다. 본 실시형태의 생분해성 부직포(부직포로 샘플링한 생분해성 부직포를 구성하는 섬유)의 복굴절률은, 생분해성 부직포의 특성이며, 생분해성 부직포를 구성하는 열 압착 전, 방사 직후의 장섬유의 복굴절률은, 방사성, 열압착성, 부직포의 신도 발현 등을 저해하지 않는 범위라면, 특별히 한정되지 않는다.

본 실시형태의 생분해성 부직포(부직포로 샘플링한 생분해성 부직포를 구성하는 섬유)의 결정화도는, 바람직하게는 30∼70%, 보다 바람직하게는 35∼62%, 더욱 바람직하게는 38∼57%이다. 결정화도가 너무 낮지 않은 경우, 성형 가공 시에 성형형으로부터 천이 벗겨졌을 때에 수축하여 성형체의 형태가 왜곡되지 않고, 한편 결정화도가 너무 높지 않은 경우, 성형 가공 시에 파열되지 않고서 가공할 수 있다.

본 실시형태의 부직포의 단위 중량은 20∼300 g/㎡이며, 바람직하게는 20∼250 g/㎡이다. 단위 중량이 20 g/㎡ 이상이라면, 강도가 충분하게 되고, 한편 300 g/㎡ 이하라면, 성형 가공 시에 성형 가공 설비에 큰 부담을 주지 않고서 가공할 수 있다.

본 실시형태의 생분해성 부직포(부직포로 샘플링한 생분해성 부직포를 구성하는 섬유)의 평균 섬유 직경은, 1∼40 ㎛인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10∼40 ㎛, 더욱 바람직하게는 15∼35 ㎛이다. 단위 중량과 평균 섬유 직경에 의해서, 통액성과 내용물 유지성을 적절하게 선정할 수 있으며, 평균 섬유 직경이 너무 작지 않은 경우, 용기로서 내용물을 유지할 수 있고(가루 누설성이 양호하고), 평균 섬유 직경이 너무 크지 않은 경우, 통액 속도가 너무 늦지 않다.

본 실시형태의 생분해성 부직포를 구성하는 섬유의 형상은 특별히 한정하지 않지만, 둥근형, 편평형, C형, Y형, V형 등의 이형 단면 등이 이용되고, 바람직하게는 둥근형 단면이며, 또한 해도(海島) 구조나 코어-시스(Core-Sheath) 구조, 할섬(割纖) 구조라도 좋다.

본 실시형태의 생분해성 부직포의 형상으로서는, 예컨대 SS, SMS, SMMS, SMSM 등의 다층 적층 부직포 중의 1층이라도 좋다. 여기서, S는 스펀본드법의 장섬유 부직포, M은 멜트블로우법의 극세 부직포를 의미한다. 또한, 생분해성 부직포를 기재로 하여 단섬유 부직포층을 적층하여도 좋다.

본 실시형태의 생분해성 부직포는, 공지된 스펀본드법, 멜트블로우법, 플래시법, 서멀본드법, 에어레이드법, 주상류 교락, 기계 교락 등으로 얻어진다. 부직포의 강도의 관점에서, 스펀본드법으로 얻어지는 장섬유 부직포인 것이 바람직하다.

본 실시형태의 생분해성 부직포를 구성하는 섬유는, 적어도 폴리젖산계 중합체를 포함하며, 바람직하게는 지방족 폴리에스테르 공중합체를 추가로 포함하는 저연신 복합 섬유일 수 있다. 폴리젖산계 중합체 섬유와 지방족 폴리에스테르 공중합체의 저연신 복합 섬유는, 방사 공정의 결정 배향도가 낮게 억제되고 있고, 결정화도가 낮고, 연신성이 양호하며, 고신도, 고연신이 가능하다. 방사 속도 500∼3000 m/분의 낮은 방사 속도로 얻어진 섬유가 바람직하게 이용되며, 보다 바람직하게는 방사 속도 700∼2700 m/분, 더욱 바람직하게는 900∼2500 m/분이 이용된다. 일반적으로 방사 속도가 빠른 경우, 방사 직후의 실은, 결정성, 배향성이 높은 것으로 되고, 방사 속도가 느린 경우, 결정성이 낮고, 배향성이 낮은 것으로 된다.

본 실시형태의 생분해성 부직포를 구성하는 섬유의 제조에 있어서는, 목적에 따라서, 부직포를 구성하는 섬유에, 다른 수지, 지방족 폴리에스테르 공중합체 이외의 공중합체, 난연제, 무기충전제, 유연제, 가소제, 안료, 대전방지제 등을 추가로 1종 또는 2종 이상 첨가하여도 좋다.

본 실시형태의 생분해성 부직포의 제조에 있어서의 열압착은, 엠보스 가공을 행하여도 좋지만, 열연신성을 크게 하기 쉽기 때문에, 가열압착(假熱壓着)을 한 부직포 웹의 섬유의 표면에서 점접착(點接着)에 의해 일체화되어 있는 것이 바람직하다. 가열압착의 방법에 특별히 제한은 없지만, 바람직하게는 적어도 한쪽의 표면에 요철 모양을 갖는 한 쌍의 엠보스 롤을 이용하는 방법, 표면이 평탄한 한 쌍의 플랫 롤을 이용하는 방법 등을 들 수 있고, 또한 니들펀치법이나 스펀레이스법 등, 부직포를 접합시키는 방법을 이용할 수도 있다.

점접착에 의해 일체화된 부직포를 얻는 경우, 2단계로 가열압착과 열접착을 행함으로써, 생분해성 부직포에 있어서의 섬유 결합은, 경도의 열접착에 머무르고, 섬유 표면에서의 점상 접착이 주체가 되어, 가열압착으로 엠보스 패턴이 붙었다고 해도, 2번째 단계의 면적(面的)으로 억제된 열접착에 의해, 엠보스 패턴의 주변에서 마이크로하게 열수축이 발현되어, 엠보스 패턴이 빠지거나 또는 약해짐과 더불어 생분해성 부직포 전체의 단위 중량 불균일이 경감된다.

가압착에 있어서의 엠보스 가공과 열압착을 조합하는 경우, 엠보스 가공에 의한 압착은, 열 연신 시에 응력이 지나치게 집중하지 않기 때문에, 너무 강하지 않은 것이 바람직하다. 엠보스 가공에 있어서의 압착 면적 비율은 특별히 제한되지 않지만, 높은 빈도로 약한 접착인 것이 바람직하다. 압착 면적 비율은, 부직포 전체 면적에 대하여 3∼50%가 바람직하고, 보다 바람직하게는 5∼40%이다.

2번째 단계의 열접착은, 부직포를 면적(面的)으로 억제하는 열접착 방법이라면 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 펠트 카렌더 가공, 에어스루 가공을 이용한다.

또한, 부직포의 열접착에 이용되는 일반적인 가공 방법으로서의 엠보스 가공을 행한 경우, 섬유끼리가 열압착으로 강고하게 압착되고 있기 때문에, 압착부에서는, 섬유 형상은 유지되어 있지 않고, 섬유는 찌부러뜨려진 형상이며, 섬유끼리 상호 융착되어 필름형을 띠고, 엠보스 패턴을 형성하고 있는 상태이다. 결정화가 지나치게 진행되어, 필름화한 부분을 포함하는 부직포를 열 환경 하에서 연신하고자 한 경우는, 높은 신도가 나오기 어려운 경우가 있다. 또한, 엠보스 가공에 의해서 제작된 부직포를 이용한 성형체에 있어서는, 필름화한 부분을 포함하기 때문에, 통액성이 필요한 용도에 있어서 통액성이 나빠져, 부적합하게 되는 경우가 있다.

본 실시형태의 생분해성 부직포를 가접착하는 경우에 있어서는, 우선 적어도 한쪽의 표면에 요철 모양을 갖는 한 쌍의 엠보스 롤을 이용하여, 롤 온도 25∼100℃, 바람직하게는 35∼80℃의 온도에서 선압 50∼1000 N/cm, 바람직하게는 200∼700 N/cm 하에서 열접착함으로써 가열압착된 생분해성 부직포를 얻는다. 이어서, 가열압착된 생분해성 부직포를, 펠트 카렌더롤을 이용하여, 롤 온도 50∼160℃, 바람직하게는 80∼150℃의 온도에서 열접착함으로써, 섬유끼리의 교락점에 있어서 섬유의 표면이 용융되어, 상호 점상으로 접착하여, 그 접착부의 존재 빈도를 크게 할 수 있다. 또한, 이 점상 접착은, 통상의 열접착과 비교하여 약한 접합이기 때문에, 작은 응력으로 균일하게 연신 가공을 할 수 있으므로, 큰 연신을 동반하는 열 성형에 알맞다.

본 실시형태의 생분해성 부직포를 얻는 방법으로서는, 일정 길이 열 세트를 행하는 것이 바람직하다. 방사 직후의 부직포 웹은, 열압착 시에 장력을 가한 상태에서 열을 가함으로써, 부직포의 표면성이 좋고, 열신장성이 있는 부직포를 얻어, 성형 가공 시에도 찢어짐, 형태가 깨끗한 성형체를 얻기 위해서 바람직하다. 일정 길이 열 세트를 행하는 방법으로서는, 일반적인 방법을 이용하여도 좋고, 열풍 건조, 핀 텐터 건조, 열판, 카렌더 가공, 펠트 카렌더 가공, 에어스루 가공, 열 프레스 등을 이용하여도 좋다. 일정 길이 열 세트를 행하는 온도 범위로서는, 부직포를 구성하는 수지가 장치에 부착되는 일 없이 부직포의 섬유가 적절하게 접착된 상태를 얻을 수 있는 온도라면 특별히 한정하지 않지만, 바람직하게는 50℃∼160℃, 보다 바람직하게는 70℃∼160℃, 더욱 바람직하게는 80℃∼150℃이다. 일정 길이 열 세트를 행하는 온도가 너무 높지 않은 경우, 장치에 부직포 유래의 오염물이 붙기 어렵고, 취급성, 생산성 좋게 부직포를 얻을 수 있다. 한편, 너무 낮지 않은 경우, 부직포의 섬유가 적절하게 접착된 상태를 얻을 수 있다.

종래, 열성형성을 갖는 부직포로서는, 방사 직후의 섬유의 결정화도, 배향도를 낮춤으로써 열시(熱時) 신도를 얻고 있었다. 그러나, 방사 직후의 섬유의 결정화도, 배향도를 낮은 상태로 하는 것은, 열에 대한 불안정성을 남긴 상태이며, 부직포를 형성할 때 열압착 상태를 적절하게 하기가 어려웠다. 예컨대, 엠보스에 의한 열압착을 행한 경우, 엠보스부에서는 결정 부분이 많은 상태가 되고, 한편, 비엠보스부에서는 비결정부가 많은 상태가 되어, 열 성형 시에, 엠보스부와 비엠보스의 경계부나 엠보스부가 파괴되기 쉬워, 열 성형 시에 찢어지지 않고, 형태가 깨끗한 성형체를 얻기가 어려운 경우가 있었다. 또한, 결정화도, 배향도를 낮게 설정하는 방법으로서는, 방사 조건을 조정하는 것도 행해지지만, 방사 속도를 낮춰 섬유에 연신이 걸리지 않게 한 경우, 결정화도, 배향도가 낮은 부직포 웹으로 되는데, 결정화도, 배향도가 낮은 상태에서 열압착을 행하면, 결정화가 지나치게 진행되어, 성형성이 우수한 부직포를 얻을 수 없는 경우가 있었다. 따라서, 본 실시형태에서는, 불안정한 부직포 상태에서의 가공을 보다 안정화시키기 위해서, 열압착, 펠트 카렌더 가공, 에어스루 가공, 에이징 등을 행하는 것이 바람직하다.

종래부터, 열성형성을 얻기 위한 방법으로서는, 특허문헌 1∼3이나 일본 특호공고 평01-047581호 공보에 기재된 것과 같이, 방사 시에 배향 결정을 억제할 필요가 있어, 방사 속도를 느리게 하여, 비결정부를 많이 갖는 구조로 하고 있었다. 그러나, 비결정부를 많이 갖는 부직포는, 열의 영향을 받기 쉬운 상태이며, 열 환경 하에서 치수 안정성이 없는 경우가 많았다. 여기서, 폴리젖산의 수지 특성을 폴리에스테르와 비교하여 생각하면, 폴리젖산은, 융점이 낮고, 융점과 유리 전이 온도의 차가 작고, 결정화 시간이 느리기 때문, 열 성형 시에 충분한 시간·열을 들일 필요가 있다. 그러나, 부직포의 열안정성을 높이기 위해서 엠보스 가공 등을 행하고자 하면, 수축을 일으켜 부직포를 제작하기 어려운 상태에 있었다. 그렇기 때문에, 치수 안정성이 있는 본 실시형태의 생분해성 부직포는, 장력이 있는 상태에서 열을 가할 수 있는 일정 길이 열 세트를 행하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시형태에서는, 성형 부직포의 열 특성 평가로서, 동적 점탄성의 온도 의존성 평가에 있어서의 저장 탄성률 및 손실 정접에 주목하여, 이 파라미터를 최적화함으로써, 성형용 부직포로서의 양호한 퍼짐성, 내열안정성을 얻기에 이르렀다.

퍼짐성이 우수한 부직포를 얻기 위해서는, 수지의 비결정 부분의 운동성이나 배향을 제어하는 것이 중요하다고 여져겨 왔기 때문에, 종래에는 방사 직후의 섬유의 결정화도, 배향도를 낮추는 등의 수법이 취해져 왔다. 그러나, 실제의 성형 시에는, 상온에서의 반송이나, 예열 시나 열 성형에 의한 가열 등, 온도 환경에서 부직포가 사용되고 있어, 이들의 물성치로 적성을 일의적으로 평가하기는 어려웠다. 그래서, 온도 변화에 대한 수지의 강연성(剛軟性)을 평가하는 동적 점탄성의 온도 의존 평가에 있어서의 저장 탄성률 및 손실 정접을 이용하여 성형 공정에서의 적성을 평가하여, 부직포의 제조 조건을 최적화함으로써, 퍼짐성, 열안정성이 우수한 부직포를 얻기에 이르렀다.

본 실시형태의 부직포는, 동적 점탄성의 온도 의존성 평가에 있어서, 90℃∼150℃의 온도 영역에서의 저장 탄성률이 항상 15∼500 MPa이며, 바람직하게는 20∼300 MPa, 보다 바람직하게는 20∼200 Mpa, 특히 바람직하게는 25∼150 MPa이다. 90℃∼150℃에 있어서의 저장 탄성률을 이 범위 내로 함으로써, 열 프레스 성형을 행했을 때에, 금형에 의한 변형에 추종할 수 있고, 파열이 적고, 얻어진 성형체의 표면 요철이 적고, 부분적으로 부직포가 늘어나는 신도 얼룩이 적고, 깨끗한 형태의 의장성이 우수한 성형체를 얻을 수 있다. 한편, 저장 탄성률이 이 범위를 밑도는 경우, 성형 시의 열에 의해 부직포의 기계적 강도가 지나치게 낮아지고 있기 때문에, 금형의 형상이나 가열의 온도 얼룩 등에 의한 연신 얼룩이 발생하기 쉽게 된다. 한편, 저장 탄성률이 이 범위를 웃도는 경우, 성형 시에 열을 부여하더라도 또 기계적 강도가 높기 때문에, 금형으로 연신했을 때에 포백이 파단되기 쉽게 된다.

본 실시형태의 부직포는, 동적 점탄성의 온도 의존성 평가에 있어서, 10℃∼70℃의 온도 영역에서의 저장 탄성률이 항상 200 MPa이며, 바람직하게는 250 MPa이상, 보다 바람직하게는 300 MPa 이상이다. 10℃∼70℃에 있어서의 저장 탄성률을 이 범위 내로 함으로써, 성형 공정에 있어서 부직포가 파단이나 변형되는 일 없이 양호하게 부직포를 반송할 수 있다.

본 실시형태의 부직포는, 동적 점탄성 평가의 온도 의존성 시험에 있어서의 손실 정접(tanδ)의 극대치는 0.5 이하이며, 바람직하게는 0.45 이하, 보다 바람직하게는 0.4 이하이다. 동적 점탄성의 온도 의존성 시험에서 얻어지는 tanδ의 극대치의 크기는, 분자의 자유도를 나타내고 있으며, 값이 클수록 분자의 가동 영역이 넓다. 즉, 임의 온도에서의 tanδ이 1 이상이 되면, 그 온도에서의 분자의 자유도가 크고, 포백이 열적으로 불안정하게 되어, 열수축 등을 유발한다.

본 실시형태의 부직포는, 동적 점탄성 평가의 온도 의존성 시험에 있어서의 저장 탄성률의 온도에 대한 변화율이 3∼50 MPa인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5∼35 MPa, 더욱 바람직하게는 10∼25 MPa이다. 저장 탄성률의 온도에 대한 변화율이 상기 범위 내라면, 열 성형 시에 성형형에 대한 추종성이 적절하게 되어, 성형 얼룩이나 파열 없이 성형할 수 있다. 저장 탄성률의 온도에 대한 변화율이 상기 범위보다 작은 경우, 성형 시에 시트의 강성이 높기 때문에 성형형에의 추종성이 나빠, 시트 쪼개짐에 의한 파열이 발생한다. 한편, 저장 탄성률의 온도에 대한 변화율이 상기 범위보다 큰 경우, 성형 시의 변형에 대하여 추종성이 지나치게 좋아져, 과연신에 의한 개공이나 파열이 발생한다.

또한, 저장 탄성률의 온도에 대한 변화율은, 동적 점탄성의 온도 의존성 시험을 행했을 때의 저장 탄성률의 변화를 온도 변화의 값으로 나눈 하기 식:

동적 점탄성의 온도 의존성 시험=-Δ저장 탄성률/Δ온도

에 의해 산출할 수 있다.

특히 성형 공정에서는, 생산성 향상을 목적으로 하여 성형을 다열(多列)로 행하기 때문에, 설비적으로 열 방향에서의 가열 얼룩 등의 정밀도 얼룩이 생기기 쉽다. 이 때문에, 부직포의 동적 점탄성의 온도 의존성 평가에 있어서의 저장 탄성률, 손실 정접, 저장 탄성률의 온도에 대한 변화율을 상기 기재의 범위 내로 함으로써, 성형 시의 파열이나 성형 얼룩의 억제가 가능하게 되어, 품질적으로 안정된 생산을 할 수 있게 된다.

동적 점탄성 평가에 있어서의 저장 탄성률, 손실 정접을 상기 범위 내로 하기 위한 구체적인 방법에 특별히 제약은 없지만, 발명자들은 방사하여 얻어진 포백의 열압착 방법 및 열압착으로 얻어진 부직포 중의 섬유의 복굴절률을 최적의 값으로 함으로써 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 구체적인 방법으로서는, 예컨대 부직포의 수지 종류, 수지의 혼합 비율, 방사 시의 수지 온도, 토출량, 속도, 분위기 온도, 냉각 등의 방사 조건, 가압착이나 열압착 시의 롤 온도, 압력, 속도, 에이징 등의 조건, 보관 조건 등으로 조정함으로써 행하는 것일 수 있다. 구체적으로, 예컨대 방사 시의 방사 속도를 너무 높이지 않고, 너무 높지 않은 온도에서 열압착을 행하는 것, 방사 시의 분위기 온도를 너무 낮추지 않은 상태에서 부직포 웹을 얻어 열압착을 행하는 것 등에 의해서, 부직포에 적절한 접착점을 갖게 하면서 높은 신도를 갖는 부직포를 얻을 수 있다.

성형을 행할 때, 부직포는 금형에 의해, 부직포의 흐름 방향, 폭 방향의 양축으로 동시에 연신된다. 그래서 본 발명자들은, 열 성형에 있어서의 성형 후의 균일성을 평가하는 지표로서, 종래부터 이용되고 있는 단축 방향에서의 인장 시험에 더하여, 이축 양축 방향으로 동시 연신하여, 단위 중량 얼룩을 평가함으로써 부직포의 균일 성형성을 평가했다.

본 실시형태의 생분해성 부직포는, 온도 120℃ 중에서 MD/CD 이축 양방향으로 동시에 면적 배율 6.25배로 연신한 한 변이 2.5 cm인 정사각형 연신 시트의 단위 중량에 관해서, R/Ave의 값이 1.0 이하인 것을 특징으로 한다. 본 실시형태의 생분해성 장섬유 부직포는, 120℃ 분위기 중에서 MD/CD의 이축 양방향으로 동시에 면적 배율 6.25배로 연신한 한 변이 2.5 cm인 정사각형 연신 시트의 단위 중량에 관해서, R/Ave의 값이 1.0 이하이며, 바람직하게는 0.7 이하이다. R/Ave의 값이 너무 높지 않은 경우, 부직포를 성형했을 때의 연신이 균일하게 되고, 내용 분말의 유지성 및 통액성도 균일하게 된다.

MD/CD 이축 연신 시트의 R/Ave를 범위 내로 하는 구체적인 방법으로서는, 예컨대 생분해성 부직포의 수지 종류, 수지의 혼합 비율, 방사 시의 수지 온도, 토출량, 속도, 분위기 온도, 냉각 등의 방사 조건, 가압착이나 열압착 시의 롤 온도, 압력, 속도, 에이징 등의 조건, 보관 조건 등을 조정함으로써 행하는 것일 수 있다. 구체적으로, 예컨대 방사 속도를 느리게, 분위기 온도를 높게, 냉각 조건을 낮게 하여, 고온에서 열압착을 행하는 것, 가압착을 행한 부직포 웹을 충분히 높은 온도에서 일정 길이 열 세트하는 것 등에 의해 MD/CD 이축 연신 시트의 R/Ave가 작아지는 부직포를 얻을 수 있다.

본 실시형태의 생분해성 부직포는, 열 성형으로 일체 가공하여 성형체로 할 수 있다. 성형체의 형상에 관해서 특별히 제한은 없고, 반원형, 원주형, 타원, 삼각형, 사각형 등 사용 목적에 따라서 선택하는 것이 바람직하다. 성형에 사용하는 원래의 부직포의 면적에 대하여, 보다 용량이 큰 성형체를 얻고 싶은 경우, 성형 전후의 부직포의 표면적 증가가 보다 커지는 성형 금형을 적절하게 선정하면 된다.

본 실시형태의 성형 부직포의 성형 방법은 열 성형 공정을 포함하고 있으면 그 방법은 특별히 한정은 되지 않지만, 열 성형 전에 예열 공정, 열 성형 후에 용량을 유지하는 보형(保形) 공정을 포함하고 있어도 좋다.

예열 공정을 열 성형 전에 포함함으로써, 성형 직전의 부직포의 온도를 제어할 수 있어, 저장 탄성률 등 부직포의 특성치를 성형에 알맞은 값으로 할 수 있다. 성형 직전의 부직포의 온도의 바람직한 범위는, 55∼160℃, 더욱 바람직한 범위는 60∼130℃, 특히 바람직한 범위는 70∼120℃이다. 성형 직전의 부직포 온도는 50℃ 이하가 되면, 저장 탄성률이 높고 성형 시에 성형형에 대한 추종성이 나빠지기 때문에, 파열이나 성형 얼룩 등, 성형 불량이 발생하기 쉽게 되는 한편, 성형 직전의 온도가 140℃ 이상이 되면, 저장 탄성률이 지나치게 낮아져, 성형 시에 포백에 걸리는 응력에 견디지 못하여, 파열 등의 성형 불량이 일어난다.

본 실시형태에서 이용하는 부직포가 폴리젖산으로 구성되어 있는 경우, 결정화 속도가 매우 느리기 때문에, 성형 시에 시트를 연신했을 때의 잔류 응력에 의한 성형체의 수축이 시트의 결정화보다도 먼저 일어나, 용량이 작은 성형체로 되기 쉽다. 이 때문에, 성형체를 급냉 고화시켜, 보형하는 효과를 얻기 위해서, 성형 후에 보형 공정을 포함하게 함으로써 용량이 큰 성형체를 얻을 수 있다.

이들 예열, 보형 공정을 합쳐 열 성형 가공을 행함으로써, 연속적으로 균일한 성형이 가능한 프로세스로 할 수 있고, 본 실시형태의 부직포를 이들 성형 프로세스로 성형함으로써, 균일한 성형체를 제공할 수 있게 된다. 예컨대, 시판되고 있는 10개 이상의 성형체가 동봉된 상품의, 성형체의 바닥부 같은 위치에서 채취한 천의 단위 중량의 R/AVE의 값을 0.5 이내로 할 수 있어, 식품용 필터 등에 이용했을 때, 내용물의 누출 없이, 의장성에 문제 없이 제품을 제공할 수 있게 된다.

본 실시형태의 생분해성 부직포의 성형 정도는 성형 지수로 나타낸다. 성형 지수란, 성형체의 표면적을, 성형체에 이용된 성형 전의 평면형 부직포의 면적(용기 형상인 경우는 개구부 면적)으로 나눠 구해지는 다음 식(1):

성형 지수=(성형체의 표면적 ㎠)/(성형 전의 부직포의 면적 ㎠)

으로 정의되는 값이다.

본 실시형태의 생분해성 부직포로 구성되는 성형체의 성형 지수는, 바람직하게는 1.1 이상, 보다 바람직하게는 1.1∼20, 더욱 바람직하게는 1.5∼10, 가장 바람직하게는 2.5∼6이다. 성형 지수가 큰 경우, 부직포가 크게 신장되어 있음을 나타낸다. 한편, 성형 지수가 작은 경우, 부직포의 신장이 적음을 나타낸다. 실시형태의 생분해성 부직포는, 부직포가 고신도를 갖기 때문에, 고신도 성형 지수가 큰 성형품을 제작할 수 있다. 성형 지수가 너무 크지 않은 경우, 파열되는 일 없이 성형할 수 있으며, 성형 지수가 너무 작지 않은 경우, 용기에 내용물을 충전할 때에 적절한 크기를 가질 수 있다.

열 성형에 있어서, 폴리젖산의 수지 특성의 관점에서, 폴리에스테르 수지와 비교하여 생각하면, 폴리에스테르는, 융점이 높고, 융점과 유리 전이 온도의 차가 크고, 결정화 속도가 빠르기 때문에, 성형 시의 금형 온도를 높여 성형체를 얻을 수 있지만, 폴리젖산은, 융점이 낮고, 융점과 유리 전이 온도의 차가 작고, 결정화 속도가 느리기 때문에, 성형용 부직포에 충분히 열을 부여하기 어려워, 성형 온도를 높게 할 수 없는 경우가 있다. 따라서, 본 실시형태의 생분해성 부직포는, 성형 전의 부직포의 형상을 굳히기 위해서, 일정 길이 열 세트하는 것이 바람직하다.

또한, 폴리젖산과 폴리에스테르의 일반적인 수지 특성은 다음과 같다. 폴리젖산, 폴리에스테르의 순으로, 융점: 170℃, 260℃, 재결정화 온도: 70℃, 120℃, 유리 전이 온도 55∼60℃, 70∼80℃, 비열: 1.38 J/g·K, 1.00∼1.15 J/g·K, 열전도율 0.13 W/m·K, 0.2∼0.33 W/m·K, 반결정화 시간: 500∼900초, 50∼100초.

본 실시형태의 부직포는, 성형 조건을 조정하여 성형체의 특성을 제어함으로써, 음료 추출용 용기로서 더욱 알맞은 실시형태가 된다. 이하, 이러한 다른 실시형태를 상세히 설명한다.

[배경기술]

종래, 홍차, 녹차, 커피 분말, 약제, 한방약 등의 피추출물을 간편하게 추출하는 방법으로서, 음료 추출용 용기에 피추출물을 봉입하고, 추출기로 용기 내에 뜨거운 물을 부음으로써 음료를 추출하는 방법, 예컨대 싱글 서브 방식이 알려져 있다. 음료 추출용 용기로서는, 플리츠 형상의 종이를 수지 용기 내부에 구비한 것, 용기형으로 성형한 부직포를 수지 용기 내부에 구비한 것, 부직포를 용기형으로 성형한 성형체를 사용한 것 등이 있다.

수지 용기를 갖는 음료 추출용 용기는, 뜨거운 물의 출구를 확보하기 위해서 용기 바닥부에 구멍을 뚫을 필요가 있다. 추출기의 용기 설치부의 바닥에는 바늘이 설치되어 있다.

일본 특허공개 2015-85086호 공보에는, 상기 추출기에서 이용하는 음료 추출용 용기가 개시되어 있다. 이러한 용기형으로 성형한 성형체를 수지 용기 내부에 구비한 음료 추출 용기에서는, 성형체에 바늘이 찔리지 않도록 수지 용기의 바닥에 공간을 둘 필요가 있어, 용기가 커지고, 운반, 진열, 보관 시 등에 있어서 덩치가 커져, 취급성에 문제가 있었다.

일반적으로, 피추출물을 추출할 때, 뜨거운 물을 부으면 피추출물이 팽창한다. 용기형으로 성형한 성형체를 이용하는 음료 추출용 용기에서는, 추출 시에 내용물이 팽창하여, 용기가 팽창되고, 추출기에 마련된 바늘에 접촉하여, 부직포가 찢어지고, 내용물이 새는 문제가 있었다.

[발명이 해결하고자 하는 과제]

[과제를 해결하기 위한 수단]

상기한 종래 기술의 문제에 감안하여, 본 발명(다른 실시형태)에서는, 열 환경 하에서의 형상 안정성, 음료 추출성이 우수한 음료 추출용 용기로 하기 위해 예의 검토하여 실험을 거듭한 결과, 용기에 찢어짐이 없고, 내용물 유지성(가루 누설이 적고), 형태가 깨끗한, 열 환경 하에서의 형상 안정성이 양호한 음료용 추출 용기를 얻을 수 있다는 것을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

[특허청구의 범위]

구체적으로는, 성형 후의 부직포의 특성을 다음과 같이 제어함으로써 그것을 달성하고 있다.

(i) 열기계 분석(TMA)에 의해 30∼100℃에 있어서, 용기를 구성하는 성형체편에 하중 0.05 N/2 mm를 가했을 때의 MD 방향의 신장 변화율 4% 이하로 한다;

(ii) 끓는 물 침지 시의 용량 변화 20%∼90%로 한다;

(iii) 구성하는 부직포 성형체의 배향도 0.010 이상으로 한다;

(iv) 구성하는 부직포 성형체의 결정화도 30∼70%로 한다.

[발명의 효과]

생분해 부직포를 이용하여, 상기한 특성을 만족하는 음료 추출용 용기로 함으로써, 열 환경 하에서의 형상 안정성, 음료 추출성이 우수하기 때문에, 홍차, 녹차, 커피 분말, 약제, 한방약 등을 추출할 때의 용기에 적합하게 이용할 수 있다.

[도면의 간단한 설명]

도 1은 본 발명의 다른 실시형태의 음료용 추출 용기의 구성의 대표예를 도시하는 모식도이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시형태의 덮개를 가진 음료용 추출 용기의 대표예를 설명하는 모식도이다.

도 3은 실시예 10, 비교예 1에서의 저장 탄성률의 온도 의존성 평가를 도시하는 그래프이다.

도 4는 실시예 10, 비교예 1에서의 손실 정접의 온도 의존성 평가를 도시하는 그래프이다.

[발명을 실시하기 위한 형태]

이하, 본원 발명의 실시형태(다른 실시형태)에 관해서 상세히 설명한다. 본 실시형태의 음료 추출용 용기는, 용기를 구성하는 부직포의 구성, 성형 조건을 적절하게 하여, 음료 추출 시의 형상 안정성, 음료 추출성을 발현할 수 있다.

[용어의 설명]

본 실시형태의 음료 추출용 용기는 성형 가공한 부직포 성형체를 나타낸다. 음료를 충전하고, 밀봉하기 위해서 덮개재를 마련하여도 좋다.

[용기의 소재]

본원 실시형태의 음료용 추출 용기를 구성하는 부직포의 소재로서는, 생분해성 수지, 특히 폴리젖산계 중합체를 이용할 수 있다(이하, PLA라고도 한다.). 폴리젖산계 중합체로서는, D-젖산의 중합체, L-젖산의 중합체, D-젖산과 L-젖산의 공중합체, D-젖산과 히드록시카르복실산의 공중합체, L-젖산과 히드록시카르복실산의 공중합체 및 D-젖산과 L-젖산과 히드록시카르복실산의 공중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 중합체, 또는 이 중합체의 2종 이상의 블렌드체를 들 수 있다. 폴리젖산 중합체의 D/L비는, 부직포의 생산성, 부직포 특성을 저해하지 않는 범위에서 설정할 수 있지만, 전체 폴리젖산 중량 중의 D체 비율은, 바람직하게는 0∼15%, 보다 바람직하게는 0.1∼10%, 더욱 바람직하게는 0.1∼6%이다. D체 비율이 이들 범위 내이면, 음료 추출용 용기를 구성하는 부직포의 결정성, 융점 등이 적당한 범위가 되어, 원하는 음료 추출용 용기로서의 특성을 얻기 쉽다.

또한, 생분해성을 저해하지 않는 범위에서, 다른 소재, 예컨대 지방족 폴리에스테르 공중합체를 이용할 수 있다. 지방족 폴리에스테르 공중합체로서는, 예컨대 폴리(α-히드록시산) 또는 이들을 주된 반복 단위 요소로 하는 공중합체, 폴리(ε-카프로락톤), 폴리(β-프로피오락톤)과 같은 폴리(ω-히드록시알카노에이트), 폴리-3-히드록시프로피오네이트, 폴리-3-히드록시헵타노에이트, 폴리-3-히드록시옥타노에이트와 같은 폴리(β-폴리히드록시알카노에이트), 혹은 이들을 구성하는 반복 단위 요소와 폴리-3-히드록시발레르에이트나 폴리-4-히드록시부틸레이트를 구성하는 반복 단위 요소와의 공중합체를 들 수 있다. 또한, 글리콜과 디카르복실산과의 축중합체로 이루어지는 폴리알킬렌디카르복실레이트, 예컨대 폴리에틸렌옥살레이트, 폴리에틸렌숙시네이트, 폴리에틸렌아디페이트, 폴리에틸렌아젤레이트, 폴리부틸렌옥살레이트, 폴리부틸렌숙시네이트, 폴리부틸렌아디페이트, 폴리부틸렌세바케이트, 폴리헥사메틸렌세바케이트, 폴리네오펜틸옥살레이트, 또는 이들을 구성하는 반복 단위 요소로 하는 폴리알킬렌디카르복실레이트 공중합체를 들 수 있다. 또한, 이들 생분해성을 갖는 개개의 중합체를 복수 종 선택하여, 이들을 블렌드한 것을 들 수 있다. 지방족 폴리에스테르 공중합체로서는, 폴리젖산과의 상용성의 관점에서, 폴리부틸렌숙시네이트(이하, PBS라고도 한다.)가 바람직하다. 지방족 폴리에스테르 공중합체는, 성형 시의 부직포의 연신성, 접착성을 향상시킬 수 있어, 원하는 형상, 용량, 표면 보풀 방지 등 양호한 특성을 얻기 쉽다.

[지방족 에스테르 공중합체의 첨가 비율]

본원 실시형태의 음료용 추출 용기를 구성하는 부직포에 첨가되는 지방족 폴리에스테르 공중합체는, 상기 폴리젖산계 중합체에 더하여, 지방족 에스테르 공중합체를, 전체 수지 중량을 기준으로 하여, 0.5∼30 중량% 추가로 포함하는 것일 수 있다. 지방족 폴리에스테르 공중합체의 첨가량은, 수지의 총량을 100 중량%로 했을 때 0.5∼30 중량%이며, 바람직하게는 3∼27 중량%, 보다 바람직하게는 5∼25 중량%이다. 첨가량이 범위 내라면, 결정성을 조정하기 쉽고, 열 특성이 우수한 음료 추출용 용기를 얻을 수 있다.

[그 밖의 첨가물]

본원 실시형태의 음료용 추출 용기를 구성하는 부직포는, 목적에 따라서, 부직포를 구성하는 섬유에, 다른 수지, 지방족 폴리에스테르 공중합체 이외의 공중합체, 난연제, 무기충전제, 유연제, 가소제, 안료, 대전방지제, 투수제 등을 추가로 1종 또는 2종 이상 첨가하여도 좋다.

[장섬유(부직포 제법 포함), 단섬유]

본원 실시형태의 음료용 추출 용기를 구성하는 부직포는, 공지된 스펀본드법, 멜트블로우법, 에어레이드법, 카드법, 초조법 등으로 얻어진다. 부직포의 접착 방법으로서는, 엠보스 가공, 서멀 본드, 주상류 교락, 기계 교락, 니들 펀치 등을 이용할 수 있다. 음료 추출 용기의 강도, 음료 추출 시에 섬유의 탈락이 적다는 관점에서, 스펀본드법으로 얻어지는 연속 장섬유 부직포인 것이 바람직하다.

본원 실시형태의 음료용 추출 용기를 구성하는 부직포는, 성형체 형상을 얻을 수 있는 연신성을 갖고 있으면 특별히 한정하지 않지만, 스펀본드법으로 방사 속도 500∼3000 m/분의 낮은 방사 속도로 얻어진 섬유가 바람직하게 이용되며, 보다 바람직하게는 방사 속도 600∼2700 m/분, 더욱 바람직하게는 700∼2500 m/분이 이용된다. 일반적으로, 방사 속도가 빠른 경우, 방사 직후의 실은, 결정성, 배향성이 높은 것으로 되고, 방사 속도가 느린 경우, 결정성이 낮고, 배향성이 낮은 것으로 된다. 결정성, 배향성이 적절한 부직포를 이용하여 성형된 성형체의 음료용 추출 용기는, 찢어짐이 없고(성형 시에 파열되는 일이 없고), 내용물 유지성이 우수하다.

일반적으로 단섬유 부직포는, 성형 시에 실끼리의 접착이 벗겨져, 음료 추출용기의 표면에서 실이 떠다니거나, 보풀이 많아지거나 혹은 섬유 탈락 가능성이 있어, 본원 실시형태의 음료용 추출 용기로서는 장섬유 부직포가 바람직하다.

[장섬유의 형태]

본원 실시형태의 음료용 추출 용기를 구성하는 장섬유 부직포의 형상으로서는, 예컨대 SS, SMS, SMMS, SMSM 등의 다층 적층 부직포 중의 1층이라도 좋다. 여기서, S는 스펀본드법의 장섬유 부직포, M은 멜트블로우법의 극세 부직포를 의미한다. SMS, SMMS, SMSM 등의 다층 적층 부직포를 이용한 경우, 섬유의 분산 얼룩을 저감하여, 내용물 유지성, 가루 누설성이 우수한 음료용 추출 용기를 얻을 수 있다.

[부직포의 적층 방법]

본원 실시형태의 음료용 추출 용기를 구성하는 부직포는, 1층, 2층, 3층 이상을 적층함으로써, 예컨대 다층 중 적어도 1층 이상에 저융점 수지를 이용하거나, 혹은 융점차를 갖는 시스-코어 섬유를 이용함으로써, 섬유의 접착성을 부여하고, 높일 수 있어, 음료용 추출 용기에 있어서의 표면 보풀의 발생, 덮개재와의 시일성을 양호하게 할 수 있다.

[섬유 형상]

본원 실시형태의 추출용 추출 용기를 구성하는 부직포 섬유의 형상은, 특별히 한정되지 않지만, 둥근형, 편평형, C형, Y형, V형 등의 이형 단면 등이 이용되고, 바람직하게는 둥근형 단면이며, 또한 해도 구조나 코어-시스 구조, 할섬 구조라도 좋다.

[엠보스 유무]

본원 실시형태의 추출용 추출 용기를 구성하는 부직포는, 엠보스 가공을 행하여도 좋지만, 부직포의 섬유 표면에서 점접착되어 있어도 좋다. 점압착 방법에 특별히 제한은 되지 않지만, 바람직하게는 적어도 한쪽의 표면에 요철 모양을 갖는 한 쌍의 엠보스 롤을 이용하는 방법, 표면이 평탄한 한 쌍의 플랫 롤을 이용하는 방법 등을 들 수 있다. 또한, 니들 펀치 가공이나 스펀레이스 가공, 펠트 카렌더 가공 등의 가공을 행하여도 좋다. 점접착이란, 경도의 열접착에 머무르고, 섬유 표면에서의 점상 접착이 주체가 되어, 가열압착으로 엠보스 패턴이 붙었다고 해도, 2번째 단계의 면적(面的)으로 억제된 열접착에 의해, 엠보스 패턴의 주변에서 마이크로하게 열수축이 발현되어, 엠보스 패턴이 벗겨지거나 또는 약해짐과 더불어, 부직포 전체의 단위 중량 얼룩짐이 경감되는 상태의 접착을 말한다.

엠보스 가공 및 점접착에 의한 압착 면적 비율은, 특별히 제한되지 않지만, 부직포 전체 면적에 대하여 3∼50%가 바람직하고, 보다 바람직하게는 5∼40%이다. 압착 면적 비율은, 음료용 추출 용기를 구성하는 부직포의 표면을 현미경을 이용하여 계측할 수 있다.

[일반적인 성형 가공 방법]

본원 실시형태의 음료 추출용 용기는, 생분해 수지로 이루어지는 부직포를 입체적으로 성형 가공함으로써 얻을 수 있다. 성형 가공방법으로서는, 예컨대 진공 성형, 압공(壓空) 성형, 프레스 성형 등을 이용할 수 있다. 부직포의 통기성의 영향을 받기 어렵다는 점에서, 프레스 성형을 이용하는 것이 바람직하다. 성형 금형으로서는, 목적에 따라서 적절하게 선정할 수 있으며, 금속제, 목제, 플라스틱제 등의 요철 금형, 볼록 금형, 오목 금형 등의 금형을 상온 혹은 열 금형을 이용할 수 있지만, 금형과의 추종성을 향상시키고, 파열 없이 형상이 좋은 부직포 성형체를 얻기 위해서 열 금형을 사용하는 것이 바람직하다.

[폴리머 특성을 고려한 성형의 설명, 예열]

폴리젖산의 수지 특성의 관점에서, 폴리에스테르 수지와 비교하여 생각하면, 폴리에스테르는, 융점이 높고, 융점과 유리 전이 온도의 차가 크고, 결정화 속도가 빠르기 때문에, 성형 시의 금형 온도를 높여 성형체를 얻을 수 있지만, 폴리젖산은, 융점이 낮고, 융점과 유리 전이 온도의 차가 작고, 결정화 속도가 느리기 때문에, 성형용 부직포에 충분히 열을 부여하기 어려워, 성형 온도를 높일 수 없는 경우가 있다. 따라서, 본원 실시형태의 음료 추출용 용기는, 성형 가공을 행할 때, 유리 전이점 이상, 융점 이하로 성형 전의 부직포를 예열하는 것이 바람직하다. 부직포를 예열함으로써, 금형과의 추종성을 향상시켜, 파열이 없고, 연신 얼룩이 적고, 형상이 좋은 부직포 성형체를 얻을 수 있다.

부직포의 가열, 예열 방법으로서는, 적외선, 열풍, 전열선 등을 이용한 가열로, 적외선 히터, 열풍 히터, 전열선 히터 등을 이용하여 부직포를 가열하는 방법 등을 이용할 수 있다.

[성형 전의 부직포의 온도]

성형 전의 부직포의 온도는, 바람직하게는 55℃∼160℃, 보다 바람직하게는 60℃∼150℃, 더욱 바람직하게는 75℃∼140℃이다. 성형 전의 부직포의 온도가 범위 내이면 원하는 용기 형상을 얻을 수 있다. 성형 전의 부직포의 온도가 너무 높으면, 용기 제조 시에 열수축을 일으켜, 얻어지는 음료용 추출 용기의 형상이 왜곡되거나, 두께가 불균일하게 되거나, 연신 얼룩 등이 발생하여, 음료용 추출 용기로서, 보형성나 추출성, 내용물 유지성 등이 부족한 경우가 있다. 성형 전의 부직포의 온도가 너무 낮으면, 성형 시에 파열되어, 용기 형상을 얻을 수 없는 경우가 있다.

[성형 시의 금형 온도]

성형 금형의 온도는, 성형 시에 부직포가 찢어지지 않고, 성형형에 들러붙지 않을 정도라면 적절하게 선정할 수 있으며, 바람직하게는 30℃∼160℃, 보다 바람직하게는 80℃∼150℃, 더욱 바람직하게는 100℃∼140℃이다.

성형 전의 부직포의 온도, 성형 금형의 온도는, 양자의 밸런스를 고려하여 선정하는 것이 바람직하다. 성형 전의 부직포의 온도와 성형 금형의 온도의 차는 작은 쪽이 부직포의 연신 얼룩을 적게 할 수 있어, 얻어지는 음료용 추출 용기의 보형성이나 추출성, 내용물 유지성의 점에서 바람직하다.

[예열과 금형의 조합 양자의 조합]

성형 가공 시의 천 온도와 금형의 온도는 적절하게 선정할 수 있지만, 상온에서의 형상이 양호한 음료 추출용 용기를 얻기 위해서는, 요철 금형에 의한 열 성형이나 부직포를 예열하고 나서 열 성형하여, 부직포에의 열전도성을 높여, 금형을 빼냈을 때의 수축을 억제하는 것이 바람직하다.

[열 세트, 냉각]

본원 실시형태의 음료 추출용 용기는, 형태가 좋은 용기를 얻기 위해서, 성형 시에, 열풍을 댄다, 성형 후 열 금형을 일정 시간 댄 채로 두는, 등 충분히 열 세트 시간을 둔다, 충분히 냉각하고 나서 형으로부터 떼어낸다, 열 성형 후에 뜨겁게 한 금형, 냉각형을 또 대는 등의 방법을 이용한 것이라도 좋다. 열 세트 시간으로서는, 생산성을 고려하여 적절하게 선정할 수 있는데, 바람직하게는 0.01초 이상, 보다 바람직하게는 0.2초 이상, 0.2초∼300초인 것이 바람직하다. 열 세트 시간을 길게 함으로써, 성형 후의 수축, 끓는 물 침지 시의 수축을 억제할 수 있다. 성형 후의 냉각은, 성형 후에 냉풍을 대거나, 냉각한 금형, 상온 금형을 사용하는 등에 의해 실시할 수 있으며, 성형 후의 부직포를 구성하는 소재의 유리 전이 온도 이하까지 내리는 것이 유효하다. 이에 따라, 성형 직후의 수축을 억제할 수 있어, 성형 후에 형태가 깨끗한 성형체를 얻을 수 있다.

[용기의 형상]

본원 실시형태의 음료 추출용 용기의 형상으로서는, 용기 형상이라면 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 바닥이 만곡된 형상, 원주형, 원추대형, 돔형, 반구형 및 그릇형 등이 바람직하다. 이들은, 성형 시에 사용하는 형의 형상을, 바닥이 만곡된 형상, 원주형, 원추대형, 돔형, 반구형 및 그릇형 등으로 함으로써 얻을 수 있다. 음료 추출용 용기가 되는 부직포 성형체는, 수지 용기에 봉입하거나 혹은 봉입하지 않고서 사용하는 것도 가능하다. 수지 용기에 봉입하지 않는 경우, 용기의 덩치가 커지지 않아, 취급성, 제조 비용의 관점에서도 우수하다.

[성형 지수]

본원 실시형태의 음료 추출용 용기의 부직포의 성형 정도는 성형 지수로 나타낸다. 성형 지수란, 성형체의 표면적을, 성형체에 이용된 성형 전의 평면형 부직포의 면적(용기 형상인 경우는 개구부 면적)으로 나눠 구해지는 다음 식(1):

으로 정의되는 값이다.

본원 실시형태의 음료 추출용 용기의 부직포로 구성되는 성형체의 성형 지수는, 바람직하게는 1.1 이상, 보다 바람직하게는 1.1∼20, 더욱 바람직하게는 1.5∼10, 더욱 보다 바람직하게는 2.0∼6, 가장 바람직하게는 2.5∼6.0이다. 성형 지수가 큰 경우, 부직포가 크게 신장되어 있음을 나타낸다. 한편, 성형 지수가 작은 경우, 부직포의 신장이 적음을 나타낸다. 성형 지수가 너무 크지 않은 경우, 파열되는 일 없이 성형할 수 있어, 얻어진 성형체가 내용물 유지성이 좋고, 성형 지수가 너무 작지 않은 경우, 용기에 내용물을 충전할 때에 적절한 크기를 가질 수 있다.

[다른 소재와의 접합]

본원 실시형태의 음료 추출용 용기는, 미연신 종이나 부직포와의 조합을 부정하는 것은 아니지만, 용기 형상을 제작하기 위해서 접합이나 접착 등의 공정이 들어가게 되어 제조면에서 곤란한 경우가 있다.

[일반적인 추출 방법의 설명]

음료 추출용 용기를, 추출기를 이용하여(예컨대 싱글 서브 방식) 추출할 때, 장치에 설치한 피추출물을 충전한 음료 추출용 용기에 끓인 물을 부어 사용한다. 음료 추출용 용기로서, 열안정성이나 피추출물의 팽윤에 의한 응력 변화에 대한 안정성이 필요하다.

[추출 시의 수축, 성형체의 TMA 수축]

본원 실시형태의 음료 추출용 용기는, 열기계 분석(TMA)에 의해 30∼100℃에 있어서, 용기를 구성하는 부직포 성형체편에 하중 0.05 N/2 mm를 가했을 때의 MD 방향의 치수 변화율의 최대치가 바람직하게는 4% 이하, 보다 바람직하게는 3% 이하인 것이 바람직하다. 치수 변화율의 최대치가 범위 내이면, 음료를 추출할 때에, 열이나 추출 시에 피추출물이 팽창함으로 인해 응력이 가해짐으로써, 섬유가 늘어나거나, 끊어지거나, 섬유끼리의 교점이 벗겨지거나, 틀어지거나 하는 일이 적기 때문에, 음료 추출 용기가 팽창하기 어렵고, 추출기의 바늘에 접촉하는 일이 없어, 부직포가 찢어지기 어렵다. 치수 변화율은 실시예와 같이 측정할 수 있다.

본원 실시형태의 음료 추출용 용기에 있어서, MD 방향이란, 같은 방향으로 늘어서 있는 섬유의 가닥수가 많은 방향을 말하고, 부직포의 제조에 있어서는 기계의 흐름 방향이다.

[끓는 물 침지 시의 용량 변화]

본원 실시형태의 추출용 용기는, 끓는 물 침지 시의 용량 변화가 바람직하게는 20∼90%, 보다 바람직하게는 30∼85%, 더욱 바람직하게는 30∼80%, 가장 바람직하게는 45∼75%이다. 용량 변화가 범위 내이면, 음료 추출 시에 피추출물과 음료용 추출 용기의 치수 변화의 균형을 도모할 수 있고, 부직포 성형체 그 자체 강도, 신도 부족에 의한 파열이나 추출기 부품(예컨대, 음료용 추출 용기의 설치 하부에 설치된 바늘)에 접촉하여 파열을 일으키는 일 없이 사용할 수 있다. 일반적으로, 음료 추출용 장치로, 용기 내에 뜨거운 물을 부음으로써 음료를 추출하는 방법, 예컨대 싱글 서브 방식에 있어서, 음료용 추출 용기가 사용되는 경우, 형상 안정성, 덮개 벗겨짐 방지의 관점에서 열수축은 작은 것이 바람직하다.

한편, 본원 기술은, 뜨거운 물이 부어짐으로 인한 홍차, 녹차, 커피 분말, 약제, 한방약 등의 피추출물의 팽창과 음료용 추출 용기의 치수 변화의 균형을 도모함으로써, 추출 시의 안정성이 우수한 음료용 추출 용기를 얻을 수 있다.

[복굴절률]

본원 실시형태의 추출용 용기를 구성하는 부직포 성형체의 복굴절률은, 바람직하게는 0.010 이상, 보다 바람직하게는 0.012∼0.050이며, 더욱 바람직하게는0.012∼0.030이다. 복굴절률이 너무 높지 않은 경우, 성형 시에 과도하게 섬유가 배향되는 일 없이 성형할 수 있고, 적절하게 섬유끼리의 접착을 유지한 상태가 되어, 추출용 용기의 표면에 섬유가 떠다니는 것을 억제할 수 있다. 복굴절률이 너무 낮지 않은 경우, 배향성이 지나치게 낮아지지 않고, 성형 시에 부직포가 성형형에 부착되는 일이 적어져, 얻어지는 용기의 표면성이 양호하게 된다. 또한, 복굴절률이 범위 내이면 열 환경 하에서 음료 추출 시에 있어서의 추출 용기의 보형성을 높일 수 있다. 복굴절률이 너무 높으면, 섬유의 실끼리의 접착성이 나빠, 추출용 용기의 표면에 보풀이 생기기 쉽다.

[결정화도]

본원 실시형태의 추출용 추출 용기를 구성하는 부직포 성형체의 결정화도는, 바람직하게는 30∼70%, 보다 바람직하게는 30∼60%, 더욱 바람직하게는 40∼50%이다. 결정화도가 범위 내인 경우, 열 환경 하에서 음료 추출 용기의 형태가 왜곡으로 되지 않고, 열 환경 하에서 음료 추출 시에 있어서의 추출 용기의 보형성을 높일 수 있다.

[음료 추출용 용기를 구성하는 부직포의 환산 단위 중량]

본원 실시형태의 추출용 추출 용기를 구성하는 부직포 성형체의 총 단위 중량은 20∼350 g/㎡이며, 바람직하게는 20∼300 g/㎡이고, 보다 바람직하게는 30∼300 g/㎡, 가장 바람직하게는 50∼250 g/㎡이다. 총 단위 중량이 20 g/㎡ 이상이라면, 음료 추출용 용기의 강도가 충분하게 되고, 한편, 350 g/㎡ 이하라면, 음료용 추출 용기를 얻을 때에 성형 가공 설비에 큰 부담을 끼치지 않고서 가공할 수 있다. 또한, 음료용 추출 용기에 사용되고 있는 부직포의 총 단위 중량은, 성형 전의 부직포의 면적(㎡), 음료용 용기에 사용되고 있는 부직포의 중량(g)으로부터 산출할 수 있다.

[음료 추출용 용기를 구성하는 부직포의 평균 섬유 직경]

본원 실시형태의 추출용 추출 용기를 구성하는 부직포 성형체의 평균 섬유 직경은, 바람직하게는 8∼50 ㎛, 보다 바람직하게는 10∼40 ㎛, 더욱 바람직하게는 15∼30 ㎛이다. 평균 섬유 직경이 너무 작지 않은 경우, 용기로서 내용물을 유지할 수 있고(가루 누설성이 양호하고), 평균 섬유 직경이 너무 크지 않은 경우, 통액 속도가 지나치게 느리지 않다.

[음료 추출용 용기를 구성하는 부직포의 단위 중량]

본원 실시형태의 추출용 추출 용기를 구성하는 부직포 성형체의 단위 중량은, 바람직하게는 12∼200 g/㎡, 보다 바람직하게는 18∼100 g/㎡, 더욱 바람직하게는 30∼80 g/㎡, 가장 바람직하게는 30∼60 g/㎡이다. 부직포의 단위 중량이 범위 내라면, 용기로서 내용물을 유지할 수 있고(가루 누설성이 양호하고), 통액 속도가 지나치게 느리지 않다.

[가루 누설성]

본원 실시형태의 추출용 추출 용기를 사용하여 홍차, 녹차, 커피 분말, 약제, 한방약 등의 피추출물을 추출기로 추출했을 때, 추출액 중에 포함되는 가루의 양은, 부직포 성형체의 섬유 직경, 총 단위 중량, 단위 중량, 성형 조건 등을 적절하게 선정함으로써 원하는 양으로 할 수 있다. 가루의 양은 0.25 g 이하, 나아가서는 0.20 g 이하일 수 있다. 음료 중의 피추출물의 찻잎이나 가루를 적게 하고 싶은 경우, 섬유 직경을 작게, 총 단위 중량을 작게, 단위 중량을 작게, 성형 시의 부직포 중에서의 온도 얼룩을 적게 하여 성형 얼룩을 없애는 등의 성형 조건을 적절하게 선정하면 된다. 한편, 음료 중에 찻잎 등의 피추출물을 남기고 싶은 경우, 섬유직경을 크게, 총 단위 중량을 크게, 단위 중량을 크게, 성형 시의 부직포 중에서의 온도 얼룩을 크게 하는 등의 성형 조건을 적절하게 선정하면 된다.

[추출 전후의 용량 변화]

본원 실시형태의 추출용 용기는, 추출 전후에 있어서의 용량 변화가 -30∼30%, -20∼20%, -10%∼10%일 수 있다. 추출 전후의 용량 변화가 범위 내이면, 음료 추출 시에 피추출물과 음료용 추출 용기의 치수 변화의 균형을 도모할 수 있고, 부직포 성형체 그 자체의 강도, 신도 부족에 의한 파열이나 추출기 부품(예컨대, 음료용 추출 용기의 설치 하부에 설치된 바늘)에 접촉함으로 인한 파열을 일으키는 일 없이 사용할 수 있다.

[표면 보풀에 관해서]

본원 실시형태의 추출용 추출 용기를 구성하는 부직포의 보풀 가닥수는, 바람직하게는 10 가닥 이하, 보다 바람직하게는 0∼9 가닥, 더욱 바람직하게는 0∼3 가닥인 것이 바람직하다. 보풀 가닥수가 범위 내이면, 상품으로서의 미관이 좋고, 수송 시의 진동 등에 의해 음료용 추출 용기끼리 문질러짐으로 인한 표면성의 악화나 추출기의 용기 설치부의 요철에의 섬유 걸림 등이 없어, 취급성이 우수하다.

[덮개]

본원 실시형태의 추출용 추출 용기는, 내용물을 충전한 후, 필름, 부직포 등의 덮개로 덮을 수 있다. 덮개 시일 방법은 특별히 한정되지 않지만, 접착제, 열가소성 수지를 도포, 덮개재에 접착제를 도포, 덮개재에 열가소성 수지를 첨가, 블렌드, 혹은 부직포의 경우, 시스에 코어보다도 융점이 낮은 수지를 사용한 부직포를 사용하는 등의 방법을 사용할 수 있다. 덮개는, 추출기에서 사용했을 때에, 덮개가 벗겨져 내용물이 넘치지 않을 정도로 부착되어 있으면 된다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명한다.

우선, 측정법, 평가법 등을 설명한다.

(부직포의 특성 평가)

(1) 평균 섬유 직경(㎛)

섬유 웹, 부직포 등의 시료의 양단부 5 cm를 제외하고, 포백의 폭 10 cm마다의 구역에서 각각 적당한 가닥수의 섬유를 채취하고, 마이크로스코프로 섬유의 직경을 각 30점 측정하여, 그 측정치의 평균치를 산출했다.

(2) 단위 중량(g/㎡)

JIS L-1913에 따라서, 총 면적이 1500 ㎠(예컨대, 폭 20 cm×길이 25 cm 3장)으로 되도록 시료를 잘라내어, 단위당 질량으로 환산하여 구했다.

(3) 복굴절률(Δn)

OLYMPUS사 제조의 BX53을 사용하여, 간섭무늬법에 의해서 섬유의 측면에서 관찰한 평균 굴절률의 분포를 측정할 수 있다. 이 방법은 원형 단면을 갖는 섬유에 적용할 수 있다. 섬유의 굴절률은 섬유축에 대하여 평행한 전기장 벡터를 갖는 편광에 대한 굴절률 n||과, 섬유축에 대하여 수직인 전기장 벡터를 갖는 편광에 대한 굴절률 n⊥에 의해서 특징지어지고, 복굴절률은 Δn=(n||-n⊥)으로 나타내어진다.

섬유에 편광을 조사하면, 상호 직각으로 진동하는 2개의 편광으로 나뉜다. 섬유는 축 방향에 따라 굴절률이 다르기 때문에 2개의 빛이 진행하는 거리에 차가 생긴다. 이것이 리타데이션이며, R로 나타내어지고, 섬유 단면의 직경을 d0로 하면, 복굴절률과, 다음 식:

R=d0(n||-n⊥)=d0Δn

의 관계가 있다.

광학적으로 편평한 슬라이드 유리 및 커버 유리를 사용하여, 시료로부터 채취한 섬유를, 섬유에 불활성인 봉입제 중에 침지한다. 측정부에서 섬유끼리가 서로 겹치지 않는 섬유 부분을, 그 섬유축이 편광현미경의 광축 및 간섭무늬에 대하여 수직이 되게 한다. 이 간섭무늬의 패턴을 측정하여 리타데이션을 구하고, 섬유의 복굴절률을 측정하여, 10점의 평균치를 측정했다.

(4) 120℃에 있어서의 신도(%)

시료의 양단 5 cm를 제외하고, 폭 3 cm, 길이 10 cm 시료를 잘라내어, 인장 시험기로, 그립 간격 2 cm, 인장 속도 200 mm/분, 120℃의 온도에서 각 5점 세로 방향을 측정하여, 평균치를 산출했다. 또한, 항온조 내에 시료를 설치 1분 경과 후, 챔버 온도가 120℃로 되었음을 확인하고, 계측을 시작했다.

(5) 세로 인열 강도를 단위 중량으로 나눈 값(-)

시료의 양단 5 cm를 제외하고, 폭 10 cm, 길이 6.5 cm 시료를 3장 잘라내고, 엘멘도르프형 인열도 시험기를 이용하여, 세로 인열 강도(N)를 측정하여, 평균치를 구했다. 이것을 단위 중량으로 나눠 산출했다.

(6) 기계 열분석에 의한 MD 방향의 치수 변화율(%)

시료의 양단 5 cm를 제외하고, (2)에서 측정한 단위 중량이 ±10%가 되는 폭 2 mm, 길이 25 mm의 시료를 잘라내어, T·A·인스트루먼트사 제조 TMAQ400을 이용하고, 클램프 상부에 필름/파이버용 클램프, 하부에 T·A·인스트루먼트 제조 알루미늄 볼을 사용하여, 초기 하중 0.005 N, 30℃∼160℃까지, 승온 속도 10℃/분, 파악 길이 15 mm로 측정을 했다. 80℃∼140℃에 있어서, 치수 변화(㎛)/{파악 길이(mm)×1000}×100에 의해, 치수 변화율(%)을 구했다. N=3 측정하여, 그 평균치를 산출했다.

(7) 저장 탄성률의 온도 의존성 평가

폭 5 mm, 길이 25 mm의 시료를 잘라내어, T·A·인스트루먼트·재팬사 제조 DMA2980을 이용하고, 필름/파이버용 클램프를 사용하여, 초기 하중 0.010 N, 주파수 1 Hz, 왜곡 1%, 30℃∼150℃까지, 승온 속도 3℃/분, 파악 길이 10 mm로 측정을 행했다.

동적 점탄성의 온도 의존성 시험=-Δ저장 탄성률/Δ온도

에 의해 산출할 수 있다.

(8) 보풀 등급(급)

MD 방향으로 25 mm×300 mm의 시험편을 채취하고, 니혼하쿠쥬츠신코카이 견뢰도 시험기를 이용하고, 마찰자의 하중이 250 g, 마찰자 측에는 같은 천을 사용하여, 50회 동작하게 하여, 이하의 평가 기준으로 판정했다. 또한, 시료의 표리 양쪽을 측정하여, 급수가 작은 것을 채용했다.

5.0급: 보풀이 일어나지 않는다.

4.0급: 섬유가 1∼2 가닥 정도, 또는 한 곳에 작은 털 뭉치가 생기기 시작하는 정도로 보풀이 일고 있다.

3.5급: 섬유가 3∼5 가닥 정도, 또는 여러 곳에 작은 털 뭉치가 생기기 시작하는 정도로 보풀이 일고 있다.

3.0급: 확실한 털 뭉치가 생기기 시작하거나 또는 작은 털 뭉치가 복수 보인다.

2.5급: 털 뭉치가 크고 분명하게 보이고, 복수 부위에서 섬유가 부상하기 시작한다.

2.0급: 시험편이 얇아질수록 격심하게 섬유가 벗겨지기 시작한다.

1.0급: 시험편이 파손될 정도로 섬유가 벗겨진다.

(9) 한 변이 2.5 cm인 정사각형 이축 연신 시트의 단위 중량 분포의 R/Ave 값

한 변이 12.5 cm인 정사각형으로 시료를 잘라내어, 이축 연신 장치에 의해, 그립 간격 8 cm, 인장 속도 200 mm/분, 120℃의 온도에서 MD/CD 이축 방향으로 20 cm까지 동시 연신하여 연신 시트를 작성했다. 이 때의 연신 배율은 MD/CD 각 방향으로 길이 2.5배, 면적 배율로 6.25배가 된다. 또한, 항온조 내에 시료를 설치 1분 경과 후, 챔버 온도가 120℃로 되었음을 확인하고 연신을 시작했다.

제작한 연신 시트의 중심에 10 cm 사방의 정방형을 그리고, 그 안에 한 변이 2.5 cm인 정사각형×16 매스의 격자를 그렸다. 그린 한 변이 2.5 cm인 정사각형의 매스를 16장 오려내어, 중량 측정했다. R/Ave의 값은 다음 식:

R(16장의 중량의 최대치-최소치의 값)/Ave(16장의 중량의 평균치)

으로 정의되는 값이다.

(10) 성형성

생분해성 부직포를 성형기에 세트하고, 열풍 온도 100℃에서 1분간 예열하여, 부직포 온도를 60℃로 하고, 120℃의 원통 성형 금형(직경 4.4 cm, 높이 1.3 cm 및 3.2 cm)을 이용하여 2초 동안에 프레스 성형을 실시했을 때의 성형체의 모습을 관찰하여, 이하의 평가 기준으로 평가했다. 또한, 성형 지수는, 성형체의 표면적을 성형체에 이용된 성형 전의 평면형 부직포의 면적(용기 형상인 경우는 개구부의 면적)으로 나눠 구해지는 다음 식으로 정의되는 값이다.

○: 찢어짐이 없고, 성형성 양호, 높이 1.3 cm의 금형에 있어서 성형 지수 1.9 이상, 높이 3.2 cm의 금형에 있어서 성형 지수 3.4 이상의 성형체를 얻을 수 있었다.

△: 찢어짐은 없지만, 성형체의 표면에 얼룩이 있거나, 연신 얼룩이 있거나, 실 보풀이 눈에 띄는 등의 문제가 있다.

×: 찢어짐이 발생하고, 성형성 불량, 높이 1.3 cm의 금형에 있어서 성형 지수 1.9 이상, 높이 3.2 cm의 금형에 있어서 성형 지수 3.4 이상의 성형체를 얻을 수 없는 등의 문제가 있다.

(11) 콤포스트 처리 시험

콤포스트 처리 시험기를 이용하여, 60℃의 일정 환경 하에서 4주간 후의 시료편의 상태를 시각적으로 관찰하여, 하기의 평가 기준으로 판정했다:

○: 시료편이 소편화되었다.

×: 시료의 외관 변화가 보이지 않았다.

(12) 성형성(균일 성형성)

폭 방향 10 열의 성형 금형을 갖는 성형기에 장섬유 부직포를 세트하여, 열풍으로 부직포 온도를 100℃로 하고, 120℃의 원통 성형 금형(직경 4.4 cm, 높이 3.2 cm)을 이용하여 2초 동안에 프레스 성형을 실시하고, 입자경 100 ㎛의 모델 입자를 11 g 충전하고, PLA 시트를 덮개재로 하여 히트 시일하여 밀봉하여, 성형체를 100개 제작했다.

얻어진 성형체의 바닥부를, 한 변이 1 cm인 정사각형으로 오려내어 중량 측정했다.

R/Ave의 값은 다음 식:

R(100장의 중량의 최대치-최소치의 값)/Ave(100장의 중량의 평균치)

로 정의되는 값이다.

(성형체의 특성 평가)

(1) 평균 섬유 직경(㎛)

음료용 추출 용기에 사용되고 있는 부직포 성형체의 측면부(부직포가 연신되어 있는 부분)로부터 각각 적당한 가닥수의 섬유를 채취하고, 마이크로스코프로 섬유의 직경을 각 30점 측정하여, 그 측정치의 평균치를 산출했다.

(2) 부직포의 환산 단위 중량(g/㎡)

음료용 추출 용기에 사용되고 있는 부직포 성형체의 중량(g), 부직포 성형체에 이용된 성형 전의 평면형 부직포의 면적(=용기 형상인 경우는 개구부 면적)(㎡)으로부터 단위당 질량으로 환산하여 구했다.

부직포의 환산 단위 중량(g/㎡)=부직포의 중량(g)/성형체에 이용된 성형 전의 평면형 부직포의 면적(㎡)

(3) 성형체의 단위 중량(g/㎡)

음료용 추출 용기에 사용되고 있는 부직포 성형체로부터 채취한 부직포의 중량(g), 부직포의 면적(㎡)으로부터 단위당 질량으로 환산하여 구했다. 부직포가 곡률을 갖는 경우, 부직포를 세폭으로 재단하여, 평활화한 후, 마이크로스코프로 부직포의 면적을 측정했다.

성형체의 단위 중량(g/㎡)=부직포의 중량(g)/성형 전의 면적(㎡)

(4) 복굴절률(Δn)

OLYMPUS사 제조의 BX53을 사용하여, 간섭무늬법에 의해서 부직포의 복굴절률과 같은 식으로 측정했다. 시험편은 부직포 성형체의 측면(신장률이 높아지는 점)에서 채취했다.

(5) 결정화도(%)

PerkinElmer사 제조의 시차 주사 열량계 DSC6000을 이용하여, 부직포의 결정화도와 같은 식의 측정 방법으로 결정화도를 측정했다.

(6) MD 방향의 치수 변화율

음료용 추출 용기에 사용되고 있는 부직포 성형체의 측면(=용기 중에서 신장 변화가 큰 부분)에서 부직포의 MD 방향으로 폭 2 mm, 길이 25 mm의 시료를 잘라내어, T·A·인스트루먼트사 제조 TMAQ400(열기계 분석(TMA))을 이용하여, 클램프 상부에 필름/파이버용 클램프, 하부에 T·A·인스트루먼트 제조 알루미늄 볼을 사용하고, 초기 하중 0.05 N, 30℃∼100℃까지, 승온 속도 10℃/분, 파악 길이 15 mm로 측정을 행했다. 30℃∼100℃에 있어서, 치수 변화(㎛)/{파악 길이(mm)×1000}×100에 의해 치수 변화율(%)을 구하여, 30℃∼100℃ 중의 최대치를 구했다. N=5 측정하여, 그 평균치를 산출했다. 치수 변화율의 플러스는 신장을 나타낸다.

(7) 끓는 물 침지 시의 용량 변화

음료 추출용 용기(내용물 없음)를 끓는 물에 1분간 침지한 후, 풍건시키고, 끓는 물 침지 전후의 용량 변화를 구하여, N=5개의 평균치를 구했다. 용기의 용량은, 용기 내에 충전할 수 있는 기준 가루(체 시험에서 150 ㎛ 메쉬를 통과하는 가루가 0.05% 이하)의 중량으로 측정했다.

용량 변화(%)=(끓는 물 침지 전의 기준 가루 충전량(g)-끓는 물 침지 후의 기준 가루 충전량)×100/끓는 물 침지 전의 기준 가루 충전량(g)

(8) 표면 보풀

시각적으로 확인함으로써 음료용 추출 용기의 표면의 보풀 가닥수를 계측하여, N=10의 평균치를 구했다.

(9) 추출성: 가루 누설성

큐리그 제조의 추출기에 커피 분말(체 시험에서 150 ㎛ 메쉬를 통과하는 가루가 0.05% 이하, 충전량 11 g(용기가 작아 들어가지 않는 경우는 최대량을 충전했다.))을 충전한 음료용 추출 용기를 설치하고, 뜨거운 물 170 ml으로 추출한 커피를, 아도반테크 제조의 여과지 No 2를 이용하여 여과하고, 건조기로 6시간 건조시켜, 여과지 상에 남는 가루의 양을 측정했다. N=10 측정하여, 그 평균치를 가루 누설량으로 했다.

(10) 추출성: 추출 후의 용량 변화

상기 (9)에서 추출한 후의 음료 추출용 용기를, 추출 전후의 용량 변화를 구하여, N=5개의 평균치를 구했다. 용기의 용량은, 용기 내에 충전할 수 있는 기준 가루(체 시험에서 150 ㎛ 메쉬를 통과하는 가루가 0.05% 이하)의 중량으로 측정했다.

추출 시의 용량 변화(%)=(추출 전의 기준 가루 충전량(g)-추출 후의 기준 가루 충전량)×100/추출 전의 기준 가루 충전량(g)

(11) 추출성: 덮개의 시일성

기준 가루(체 시험에서 150 ㎛ 메쉬를 통과하는 가루가 0.05% 이하, 충전량 11 g)를 봉입한 음료용 추출 용기를 끓는 물에 1분간 침지시켜, 덮개 박리의 유무를 시각적으로 확인함으로써 이하의 평가 기준에 따라서 판정했다.

○: 박리 없음(시일성 양호)

×: 박리 있음(시일성 불량)

(12) 성형성

부직포 성형체의 모습을 관찰하여, 이하의 평가 기준으로 평가했다. 또한, 성형 지수는, 성형체의 표면적을 성형체에 이용된 성형 전의 평면형 부직포의 면적(용기 형상인 경우는 개구부의 면적)으로 나눠 구해지는 다음 식:

으로 정의되는 값이다.

4: 성형 지수 2.0 이상이며, 찢어짐이 없다.

3: 성형 지수 2.0 이상이며, 찢어짐은 없지만, 성형체의 표면에 얼룩이 있거나, 연신 얼룩이 있거나, 실 보풀이 눈에 띄는 등의 모습이 보인다.

2: 찢어짐은 없지만, 성형 지수 2.0 미만이다.

1: 찢어짐이 있다.

(13) 생분해성(콤포스트 처리 시험)

○: 시료편이 소편화되었다.

×: 시료의 외관 변화가 보이지 않았다.

이하, 부직포의 특성 평가를 행한 내용을 설명한다.

〔실시예 1〕

온도 230℃에서 MFR 값이 44 g/10분인 폴리젖산에, 폴리부틸렌숙시네이트(융점 110℃)를 10 중량% 첨가하여 단축압출기로 용융, 혼련시키고, 스펀본드법에 의해, 토출량 0.9 g/분·Hole, 방사 온도 220℃, 방사 속도 1011 m/분으로, 필라멘트군을 이동 포집면으로 향해서 압출하여, 생분해성 장섬유 웹(원형 단면)을 조제했다.

이어서, 한쪽의 표면에 요철 모양을 갖는 한 쌍의 엠보스 롤을 이용하여, 가압착을 행했다. 이용한 엠보스 롤은, 압착 면적 비율이 14%이고, 상·하 롤 온도 45℃의 조건 하에서 롤 선압 300 N/cm로 가압착했다.

이어서, 이 가압착 웹을, 30℃에서 보관한 후 72시간 후에, 펠트 카렌더(드럼 직경 2,500 mm, 온도 135℃, 가공 속도 10 m/분)로 열처리를 행하여, 생분해성 장섬유 부직포를 얻었다(단위 중량 250 g/㎡, 섬유 직경 30 ㎛).

생분해성 장섬유 부직포를 성형기에 세트하여, 열풍 온도 100℃로 예열하고, 120℃의 원통 성형 금형(직경 4.4 cm, 높이 1.3 cm 및 3.2 cm)을 이용하여 2초 동안에 프레스 성형을 실시하여, 성형체를 제조했다.

〔실시예 2, 3〕

생분해성 장섬유 부직포의 단위 중량을 각각 90,25 g/㎡로 한 것 이외에는, 실시예 1과 같은 식으로 하여, 생분해성 장섬유 부직포 및 성형체를 제조했다.

〔실시예 4〕

생분해성 장섬유 부직포의 단위 중량을 15 g/㎡, 섬유 직경을 12 ㎛, 토출량을 0.7 g/분·Hole로 한 것 이외에는, 실시예 1과 같은 식으로 하여, 생분해성 장섬유 부직포 및 성형체를 제조했다.

〔실시예 5〕

생분해성 장섬유 부직포의 단위 중량을 150 g/㎡, 토출량을 0.7 g/분·Hole로 한 것 이외에는, 실시예 4와 같은 식으로 하여, 생분해성 장섬유 부직포 및 성형체를 제조했다.

〔실시예 6〕

펠트 카렌더 온도를 125℃, 생분해성 장섬유 부직포의 단위 중량을 310 g/㎡, 섬유 직경을 38 ㎛로 한 것 이외에는, 실시예 1과 같은 식으로 하여, 생분해성 장섬유 부직포 및 성형체를 제조했다.

〔실시예 7, 8〕

폴리부틸렌숙시네이트의 첨가를 5 중량%, 25 중량%로 한 것 이외에는, 실시예 2와 같은 식으로 하여, 생분해성 장섬유 부직포 및 성형체를 제조했다.

〔실시예 9〕

폴리부틸렌숙시네이트의 첨가를 35 중량%, 생분해성 장섬유 부직포의 단위 중량을 150 g/㎡로 한 것 이외에는, 실시예 2와 같은 식으로 하여, 생분해성 장섬유 부직포 및 성형체를 제조했다.

〔실시예 10〕

생분해성 장섬유 부직포의 단위 중량을 150 g/㎡로 한 것 이외에는, 실시예 2와 같은 식으로 하여, 생분해성 장섬유 부직포 및 성형체를 제조했다.

〔실시예 11〕

방사 속도를 805 m/분, 섬유 직경을 34 ㎛로 한 것 이외에는, 실시예 10과 같은 식으로 하여, 생분해성 장섬유 부직포 및 성형체를 제조했다.

〔실시예 12〕

방사 속도를 1160 m/분, 섬유 직경을 28 ㎛로 한 것 이외에는, 실시예 10과 같은 식으로 하여, 생분해성 장섬유 부직포 및 성형체를 제조했다.

〔실시예 13〕

방사 속도를 2519 m/분으로 한 것 이외에는, 실시예 10과 같은 식으로 하여, 생분해성 장섬유 부직포 및 성형체를 제조했다.

〔실시예 14〕

방사 온도를 210℃, 방사 속도를 1345 m/분, 30℃에서 보관 1시간 후에 펠트 카렌더로 열처리, 섬유 직경을 26 ㎛로 한 것 이외에는, 실시예 10과 같은 식으로 하여, 생분해성 장섬유 부직포 및 성형체를 제조했다.

〔실시예 15〕

펠트 카렌더 온도를 90℃로 한 것 이외에는, 실시예 10과 같은 식으로 하여, 생분해성 장섬유 부직포 및 성형체를 제조했다.

〔실시예 16〕

펠트 카렌더 온도를 160℃로 한 것 이외에는, 실시예 10과 같은 식으로 하여, 생분해성 장섬유 부직포 및 성형체를 제조했다.

〔실시예 17〕

50℃ 보관 720 시간 후에 펠트 카렌더로 열처리한 것 이외에는, 실시예 10과 같은 식으로 하여, 생분해성 장섬유 부직포 및 성형체를 제조했다.

〔실시예 18〕

단위 중량을 15 g/㎡로 한 것 이외에는, 실시예 1과 같은 식으로 하여, 장섬유 부직포 및 성형체를 제조했다.

〔실시예 19〕

폴리부틸렌숙시네이트의 첨가를 2.5 중량%로 한 것 이외에는, 실시예 2와 같은 식으로 하여, 생분해성 장섬유 부직포 및 성형체를 제조했다.

〔실시예 20〕

펠트 카렌더 온도를 110℃로 한 것 이외에는, 실시예 10과 같은 식으로 하여, 생분해성 장섬유 부직포 및 성형체를 제조했다.

〔실시예 21〕

단위 중량을 50 g/㎡로 한 것 이외에는, 실시예 20과 같은 식으로 하여, 생분해성 장섬유 부직포 및 성형체를 제조했다.

〔비교예 1〕

펠트 카렌더로 열처리 하지 않은 것 이외에는, 실시예 10과 같은 식으로 하여, 생분해성 장섬유 부직포 및 성형체를 제조했다. 치수 변화율이 크고, 성형성이 나빴다.

〔비교예 2〕

30℃에서 보관 1시간 후에 펠트 카렌더로 열처리한 것 이외에는, 실시예 10과 같은 식으로 하여, 생분해성 장섬유 부직포 및 성형체를 제조했다. 치수 변화율이 크고, 성형성이 나빴다.

〔비교예 3〕

공지된 스펀본드법을 이용하여, 온도 230℃에서 MFR 값이 44 g/10분인 폴리젖산을, 토출량 0.9 g/분·Hole, 방사 온도 220℃에서 방사하여 얻어진, 폴리젖산을 주성분으로 하는 단위 중량 135 g/㎡, 두께 0.49 mm(JIS L-1913에 규정된 방법으로 하중 100 g/㎠의 두께를 측정), 섬유 직경 28 ㎛, 압착 면적 비율 18%의 부직포(Tm: 172℃, Tc: 83℃, Tg: 63℃)를 이용하여, 실시예 1과 같은 식으로 성형체를 제조했다. 치수 변화율이 크고, 성형성이 나빴다.

〔비교예 4〕

공지된 스펀본드법을 이용하여, 온도 230℃에서 MFR 값이 44 g/10분인 폴리젖산을, 토출량 0.9 g/분·Hole, 방사 온도 220℃에서 방사하여 얻어진, 폴리젖산을 주성분으로 하는 단위 중량 17.3 g/㎡, 두께 0.09 mm(JIS L-1913에 규정된 방법으로 하중 100 g/㎠의 두께를 측정), 섬유 직경 15 ㎛, 압착 면적 비율 21%의 부직포를 이용하여, 실시예 1과 같은 식으로 성형체를 제조했다. 신도가 낮고, 성형성이 나빴다.

〔비교예 5〕

온도 300℃ 하에서의 MFR 값이 25 g/10분인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 스펀본드법에 의해, 토출량 0.9 g/분·Hole, 방사 온도 290℃에서 필라멘트군을 이동 포집면으로 향해 압출하여, 단위 중량 100 g/㎡의 폴리에틸렌테레프탈레이트섬유 웹(융점 260℃, 방사 속도 1716 m/분, 평균 섬유 직경 22 ㎛, 원형 단면)을 조제했다.

이어서, 한쪽의 표면에 요철 모양을 갖는 한 쌍의 엠보스 롤을 이용하여 부분 열압착을 행했다. 이용한 엠보스 롤은, 압착 면적 비율이 14%이고, 상·하 롤 온도 65℃의 조건 하에서 롤 선압 400 N/cm으로 부분 압착했다.

이어서, 이 부분 압착 웹을 30℃에서 보관 1시간 후에 펠트 카렌더(드럼 직경 2,500 mm, 온도 130℃, 가공 속도 15 m/분)로 열처리를 행하여, 폴리에틸렌테레프탈레이트 장섬유 부직포를 얻었다.

생분해성 장섬유 부직포를 성형기에 세트하여, 열풍 온도 100℃에서 예열하고, 120℃의 원통 성형 금형(직경 4.4 cm, 높이 1.3 cm 및 3.2 cm)을 이용하여 2초 동안에 프레스 성형을 실시하여, 성형체를 제조했다.

얻어진 폴리에틸렌테레프탈레이트 부직포를 콤포스트 처리했지만, 외관 변화는 관측할 수 없었다.

〔비교예 6〕

단위 중량을 70 g/㎡로 한 것 이외에는, 비교예 4와 같은 식으로 하여, 장섬유 부직포 및 성형체를 제조했다.

〔비교예 7〕

방사 속도를 1455 m/min로 한 것 이외에는, 비교예 1과 같은 식으로 하여, 장섬유 부직포 및 성형체를 제조했다.

〔비교예 8〕

방사 속도를 1455 m/min로 한 것 이외에는, 비교예 6과 같은 식으로 하여, 장섬유 부직포 및 성형체를 제조했다.

실시예 1∼21, 비교예 1∼8의 결과를 이하의 표 1(표 1-1, 표 1-2)에 나타낸다.

실시예 10, 비교예 1에서 동적 점탄성의 측정을 행한 결과를 도 3에 도시한다.

이하, 성형체의 특성 평가를 행한 결과를 설명한다.

〔실시예 22〕

실시예 10과 같은 방법으로 생분해 부직포를 얻었다. 얻어진 부직포를 성형기에 세트하고, 열풍을 이용하여 부직포를 75℃로 예열하고, 80℃의 원통 성형 금형(직경 4.4 cm, 높이 3.2 cm)을 이용하여 2초 동안(이 중 열 세트 시간 0.2초)에 프레스 성형을 실시하고, 상온 금형을 이용하여 폴리젖산의 Tg 이하까지 냉각하여, 음료용 추출 용기를 얻었다(총 단위 중량 150 g/㎡, 연신부의 섬유 직경 25 ㎛). 용기의 덮개에는 폴리젖산제 수지 필름을 히트 시일하여 사용했다. 음료용 추출 용기를 30∼100℃에서, 용기를 구성하는 부직포에 하중 0.05 N/2 mm를 가했을 때의 MD 방향의 치수 변화율의 최대치, 끓는 물 침지 시의 용량 변화, 가루의 양, 추출 전후의 용량 변화, 표면 보풀, 덮개의 시일성, 추출 시의 보형성, 생분해성 시험의 결과를 이하의 표 2에 나타낸다.

〔실시예 23, 24, 25〕

성형 시의 금형 온도를 각각 105, 125, 145℃로 한 것 이외에는, 실시예 22와 같은 식으로 하여, 부직포 성형체를 얻었다.

〔실시예 26〕

성형 시의 부직포의 천 온도를 105℃로 한 것 이외에는, 실시예 23과 같은 식으로 하여, 부직포 성형체, 음료 추출용 용기를 얻었다.

〔실시예 27〕

성형 시의 부직포의 천 온도를 125℃로 한 것 이외에는, 실시예 24와 같은 식으로 하여, 부직포 성형체, 음료 추출용 용기를 얻었다.

〔실시예 28〕

성형 시의 금형 온도를 90℃, 부직포의 천 온도를 150℃로 한 것 이외에는, 실시예 22와 같은 식으로 하여, 부직포 성형체, 음료 추출용 용기를 얻었다.

〔실시예 29, 30〕

성형 시의 열 세트 시간을 60초, 300초로 한 것 이외에는, 실시예 24와 같은 식으로 하여, 부직포 성형체, 음료 추출용 용기를 얻었다.

〔실시예 31〕

성형 시에 상온 금형을 이용하지 않은 것 이외에는, 실시예 23과 같은 식으로 하여, 부직포 성형체, 음료 추출용 용기를 얻었다.

〔실시예 32〕

사용하는 폴리젖산제 장섬유 부직포를 실시예 2와 같은 식으로 하고, 성형 방법을 실시예 26와 같은 식으로 하여, 부직포 성형체, 음료 추출용 용기를 얻었다.

〔실시예 33〕

사용하는 폴리젖산제 장섬유 부직포를 실시예 1과 같은 식으로 하고, 성형 방법을 실시예 26과 같은 식으로 하여, 부직포 성형체, 음료 추출용 용기를 얻었다.

〔실시예 34〕

사용하는 폴리젖산제 장섬유 부직포를 실시예 13과 같은 식으로 하고, 성형 방법을 실시예 24와 같은 식으로 하여, 부직포 성형체, 음료 추출용 용기를 얻었다.

〔실시예 35〕

사용하는 폴리젖산제 장섬유 부직포를 실시예 6과 같은 식으로 하고, 성형 방법을 실시예 24와 같은 방법으로 열 성형을 행함으로써, 부직포 성형체, 음료 추출용 용기를 얻었다.

〔실시예 36, 37〕

비교예 1과 같은 방법으로 폴리젖산제 장섬유 부직포를 제작하고, 성형 시의 금형 온도를 각각 120℃, 140℃, 성형 시에 상온 금형을 이용하지 않은 것 이외에는, 실시예 22와 같은 방법으로 열 성형을 행함으로써, 부직포 성형체, 음료 추출용 용기를 얻었다.

〔실시예 38〕

공지된 용융방사법으로 얻어진, 방사 속도 1150 m/min, 섬유 직경 30 ㎛의 폴리젖산 섬유를 재단하여, 섬유 길이 10 cm의 단섬유를 얻었다. 얻어진 단섬유를 니들펀치법으로 일체화하여 단섬유 부직포(단위 중량 150 g/㎡)로 하고, 실시예 23과 같은 식으로 하여, 부직포 성형체, 음료 추출용 용기를 제작했다.

〔비교예 9〕

성형 시의 금형 온도를 30℃로 한 것 이외에는, 실시예 22와 같은 식으로 하여, 부직포 성형체, 음료 추출용 용기를 제작했다. 성형 시에 파열되어, 음료용 추출 용기로서 사용할 수 없었다.

〔비교예 10〕

성형 전의 부직포의 온도를 40℃로 한 것 이외에는, 실시예 24와 같은 방법으로 열 성형을 행함으로써, 부직포 성형체, 음료 추출용 용기를 제작했다. 성형 시에 파열되어, 음료용 추출 용기로서 사용할 수 없었다.

〔비교예 11〕

실시예 15와 같은 방법으로 부직포를 제작하고, 실시예 22와 같은 방법으로 열 성형을 행함으로써, 부직포 성형체, 음료 추출용 용기를 제작했다. 배향 결정화도 진행되기 어렵고, 추출 시의 열안정성이 뒤떨어지는 것이었다.

〔비교예 12〕

실시예 3과 같은 방법으로 부직포를 제작하고, 실시예 26과 같은 식으로 열 성형을 행함으로써, 부직포 성형체, 음료 추출용 용기를 제작했다. 음료 추출용 용기의 연신된 부분의 단위 중량이 낮고, 음료 추출 시의 형상 안정성이 뒤떨어지는 것이었다.

〔비교예 13〕

이용하는 부직포의 단위 중량을 500 g/㎡로 한 것 이외에는, 실시예 26과 같은 식으로 하여, 부직포 성형체, 음료 추출용 용기를 제작했다.

〔비교예 14〕

비교예 5와 같은 방법으로 PET 부직포를 제작하고, 성형 시의 금형 온도를 150℃로 한 것 이외에는, 실시예 22와 같은 식으로 하여, 부직포 성형체, 음료 추출용 용기를 제작했다. 얻어진 음료용 추출 용기는 생분해성을 갖지 않았다.

〔비교예 15〕

비교예 3과 같은 방법으로 생분해성 부직포를 제작하고, 실시예 22와 같은 방법으로 성형하여, 부직포 성형체, 음료 추출용 용기를 제작했다. 추출 시의 보형성이 나빴다.

〔비교예 16〕

공지된 용융방사법으로 얻어진, 방사 속도 1500 m/min, 섬유 직경 25 ㎛의 폴리젖산섬유를 재단하여, 섬유 길이 10 cm의 단섬유를 얻었다. 얻어진 단섬유를 니들펀치법으로 일체화하여, 단섬유 부직포(단위 중량 150 g/㎡)로 하고, 실시예 23과 같은 식으로 하여, 부직포 성형체, 음료 추출용 용기를 제작했다. 용기 표면에 보풀이 많고, 품위가 나빴다.

실시예 22∼38, 비교예 9∼16의 결과를 이하의 표 2에 나타낸다.

본 발명의 생분해성 부직포는, 생분해성과 함께 우수한 성형성을 가지고, 생활 자재용 용기나 공업 자재용 용기, 차량 내장재·외장재, 방음재, 흡음재, 부품 반송 트레이, 청과물 트레이, 식품 용기, 육묘 포트, 필터 용도 등의 폭넓은 분야에 적합하게 이용할 수 있다. 또한, 본 발명의 생분해성 부직포는, 고신도이며, 복잡한 형상의 용기를 형성할 수 있으므로, 용기로서의 의장성이 요구되는 분야에서도 적합하게 이용할 수 있다.

Claims

폴리젖산계 중합체의 섬유를 포함하고, 단위 중량이 20∼350 g/㎡이고, 120℃에 있어서의 MD 방향의 신도가 50% 이상이며, 또한 열기계 분석에 의한 80℃∼140℃에 있어서의 MD 방향의 치수 변화율이 ±4% 이하인 열 성형용의 생분해성 부직포.
삭제
제1항에 있어서, 상기 부직포에 있어서, 동적 점탄성 평가의 온도 의존성 시험에 있어서 90℃∼150℃의 온도 영역에서의 저장 탄성률이 10∼500 MPa인 생분해성 부직포.
제1항에 있어서, 상기 부직포의 세로 인열 강도를 단위 중량으로 나눈 값이 0.002∼0.5 N/(g/㎡)인 생분해성 부직포.
제1항에 있어서, 상기 부직포 중의 섬유의 복굴절률이 0.002∼0.10인 생분해성 부직포.
제1항에 있어서, 상기 부직포 중의 섬유는, 상기 폴리젖산계 중합체에 더하여, 지방족 에스테르 공중합체를, 전체 수지 중량을 기준으로 하여, 0.5∼30 중량% 추가로 포함하는 것인 생분해성 부직포.
제1항에 있어서, 상기 부직포의 평균 섬유 직경이 1∼40 ㎛이며, 또한 상기 부직포는 장섬유로 구성되어 있는 생분해성 부직포.
제1항에 있어서, 상기 부직포에 있어서, 동적 점탄성 평가의 온도 의존성 시험에 있어서의 손실 정접(tanδ)의 극대치가 0.5 이하인 생분해성 부직포.
제1항에 있어서, 상기 부직포의, 동적 점탄성 평가의 온도 의존성 시험에 있어서의 저장 탄성률의 10∼70℃에 있어서의 저장 탄성률이 200 MPa 이상인 생분해성 부직포.
제1항에 있어서, 상기 부직포를, 온도 120℃ 중에서 MD/CD 이축 양방향으로 동시에 면적 배율 6.25배로 연신한 한 변이 2.5 cm인 정사각형 연신 시트의 단위 중량에 관해서, R/Ave의 값이 1.0 이내인 생분해성 부직포.
50℃∼160℃의 범위에서 일정 길이 열 세트를 행하는 공정을 포함하는, 제1항에 기재된 생분해성 부직포의 제조 방법.
제1항에 기재한 생분해성 부직포를 열 성형으로 일체 가공하는 공정을 포함하는 성형체의 제조 방법.
제12항에 있어서, 부직포를 55℃∼160℃로 예열하는 공정을 포함하는 성형체의 제조 방법.
제1항에 기재한 생분해성 부직포로 구성되는, 성형 지수 1.1 이상의 성형체.
제1항에 기재한 생분해성 부직포로 구성되고, 성형 지수가 1.1∼20배이며, 또한 연속된 부직포로부터 동일 성형기로 성형한 적어도 10개 이상의 성형체의 바닥부 위치에서 채취한 포백편의 단위 중량의 R/Ave의 값이 0.5 이내가 되는 성형체군.
제14항에 기재한 성형체에 있어서, 열기계 분석(TMA)에 의해 30∼100℃에 있어서, 용기를 구성하는 성형체편에 하중 0.05 N/2 mm를 가했을 때의 MD 방향의 신장 변화율이 4% 이하인 것을 특징으로 하는 생분해성 음료 추출용 용기.
제16항에 있어서, 끓는 물 침지 시의 용량 변화가 20%∼90%인 생분해성 음료 추출용 용기.
제16항에 있어서, 구성하는 부직포 성형체의 배향도가 0.010 이상인 것을 특징으로 하는 생분해성 음료 추출용 용기.
제16항에 있어서, 구성하는 부직포 성형체의 결정화도가 30∼70%인 생분해성 음료 추출용 용기.