JP4033714B2

JP4033714B2 - ポリ乳酸系繊維

Info

Publication number: JP4033714B2
Application number: JP2002152389A
Authority: JP
Inventors: 和典橋本; 隆雄大河内
Original assignee: Nippon Ester Co Ltd
Current assignee: Nippon Ester Co Ltd
Priority date: 2002-05-27
Filing date: 2002-05-27
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2022-05-27
Also published as: JP2003342833A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生分解性を有し、織編物にしたときにソフトで柔軟な風合いを得ることができるポリ乳酸系繊維に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、産業廃棄物が環境を汚染するのを防止すために、生分解性（微生物分解性又は自然分解性）の素材を用いることが注目されており、その中で脂肪族ポリエステルからなる生分解性繊維が注目されている。生分解性繊維は、生ゴミ水切りネットやコンポスト用バッグのような生活資材、紙おむつや生理用品のような衛生材料等の分野においての使用が検討され、実用化されている。
【０００３】
一方、衣料用途でも生分解性繊維の要望が高まっており、その可能性が種々検討されているが、脂肪族ポリエステルからなる繊維は製糸上の制約が多く、風合いを制御し難いため、衣料用途として拡大し難いのが現状である。また、原料ポリマーのコストが高く、工業的に安価に製造することが困難なものが多い。
【０００４】
ポリ乳酸は、脂肪族ポリエステルの中では、比較的安価にポリマーが得られ、実用的な強度と耐熱性の成型物を製造することが可能な生分解性樹脂であり、種々の成型品の実例があるとともに、繊維化の提案も多数されている（例えば特開平6-264344号公報等参照）。
しかし、ポリ乳酸からなる繊維も他の脂肪族ポリエステルからなる繊維と同様に、ナイロン６やポリエチレンテレフタレートのような汎用の繊維素材とは風合いが異なり、衣料用素材として求められるソフト感を得ることが難しかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題を解決し、生分解性を有しながら、衣料用途にも供することができるソフトで柔軟な風合いを有するポリ乳酸系繊維を提供することを技術的な課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、次の構成を有するものである。
（イ）平均分子量が５万〜 10 万、光学純度 95.0 〜 99.5 ％のポリ−Ｌ−乳酸を紡糸口金より溶融紡糸し、口金面から 20 〜 40cm の位置の雰囲気温度を 70 〜 90 ℃の範囲とした雰囲気中を通過させた後、 2500 〜 4000 ｍ／分の速度で引き取り、延伸して得られた繊維であり、単糸繊度が 0.5 〜 1.5dtex 、糸条の総繊度が 30 〜 600 dtex で、糸条の曲げ剛性が下記式 (1) を満足することを特徴とするポリ乳酸系繊維。
Ｂ≦ 8.0 × 10 ^-6 ×ＴＤ (1)
ただし、Ｂ：糸条の曲げ剛性（ g/cm ² ／ yarn ）
ＴＤ：糸条の総繊度（ dtex ）
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のポリ乳酸系繊維を形成するポリ乳酸は、Ｌ−乳酸とＤ−乳酸の光学異性体の共重合体を主成分とし、このうち、Ｌ−乳酸の光学純度が95.0〜99.5％、好ましくは97.5〜99.0％であることが必要である。このＬ体とＤ体の比率は、耐熱性や生分解性に影響する要因であり、Ｌ体の純度がこの範囲より低いと結晶性が低下し、融点が低下して耐熱性の劣った繊維となると同時に生分解速度が高くなる。また、Ｌ体の純度がこの範囲より高いと、結晶化が高いため分解速度が低く、生分解性に劣った繊維となる。
【０００８】
また、ポリ乳酸の平均分子量は５万〜10万、好ましくは６万〜９万の範囲にあることが必要である。平均分子量がこの範囲より低いと、実用に供する強度が発現せず、平均分子量がこの範囲より高いと、生分解性が低下するので好ましくない。
【０００９】
本発明の最も重要な特徴は、糸条全体の曲げ剛性が低く、糸条の総繊度と曲げ強度との関係が前記式(1) 、好ましくは下記(2) 式を満足することである。
Ｂ≦6.0 ×10^-6×ＴＤ (2)
曲げ強度が前記式(1) を満足することにより、織編物にしたときにソフトで柔軟な風合いを得ることができ、衣料用素材として汎用的に使用することが可能となる。曲げ剛性が前記式(1) の値を超えると、織編物にしたときの風合いが硬く、限定した用途にしか使用できないものとなる。
【００１０】
また、本発明の繊維は、単糸繊度が0.5 〜 1.5dtex、好ましくは0.7 〜1.dtex、糸条の総繊度が30〜600 dtex、好ましくは30〜200 dtexであることが必要である。単糸繊度がこの範囲にあることにより、実用的な強度を保持しつつ、曲げ方向の柔らかさを付与することが可能となり、前記式(1) を満足する曲げ剛性を得ることが可能となる。単糸繊度が0.5dtex より小さいと、織編物にする際の加工時に加わる負荷に耐えるだけの強度を保持することができず、また、単糸間の均整度を保つことが困難となる。また、単糸繊度が1.5dtex より大きいと、曲げ方向の剛性を低くすることができず、本発明の重要用件である前記式(1) を満足することができなくなる。
また、糸条の総繊度が30dtexより小さいと、糸条全体の強度を保持することが困難となり、また、総繊度が600 dtexより大きいと、単糸繊度を制御しても織編物にしたときのソフト感を得難くなる。
【００１１】
次に、本発明のポリ乳酸系繊維の製造方法について説明する。
本発明で使用されるポリ乳酸は、Ｌ−乳酸とＤ−乳酸の光学異性体の共重合体を主成分とし、Ｌ−乳酸の光学純度が95.0〜99.5％であることが必要である。Ｌ体の純度がこの範囲より低いと、耐熱性の劣った繊維しか得られず、また、Ｌ体の純度がこの範囲より高いと、高速製糸性に劣り、本発明で採用する製造方法には適さない。
【００１２】
また、ポリ乳酸の平均分子量は、溶融吐出時に５万〜10万の範囲にあることが必要である。平均分子量がこの範囲より低いと、十分な強度や弾性率の繊維を得ることができず、平均分子量がこの範囲より高いと、高速で紡糸を行う際、糸切れが起こりやすい。なお、本発明においては、各成分それぞれの基本特性を損なわない範囲内で、少量の無機物や他の熱可塑性生分解性成分等を添加することができる。
【００１３】
本発明では、上記のポリ乳酸を一般的な溶融押出機から紡出することによって目的とする繊維を得ることができるが、紡出した後、冷却固化するまでの糸条近傍の雰囲気温度を一定温度範囲に保つことが重要であり、具体的には、紡糸口金面から20〜40cmの位置の雰囲気温度を70〜90℃の範囲とすることが必要である。
【００１４】
ポリ乳酸は、ナイロン６やポリエチレンテレフタレートのような汎用の合成繊維素材と比較して融点と固化温度の差が小さいため、一般的な溶融紡糸方法では、紡出されると急激に冷却固化される。そのため、繊維の表層付近が断面の中心付近と比べて分子配向が高くなりやすいスキンコア構造を形成しやすい。したがって、繊維軸方向の弾性率は高くないにもかかわらず、曲げ方向の剛性が高くなるという特性を有する繊維となり、この特性が衣料用素材としては不向きなものとなるのである。
【００１５】
そこで、本発明者らは、繊維断面方向の配向差を低減し、曲げ方向の剛性を低くするべく鋭意検討を重ねた結果、紡糸中の糸条の温度を固化温度よりやや高い状態で保持することにより、目的の効果が得られることを見出し、前記した雰囲気温度の制御を行う製法に到達したものである。本発明で使用する光学純度が95.0〜99.5％ポリ−Ｌ−乳酸の場合、固化温度は60〜70℃付近にあるため、紡糸中の糸条近傍の雰囲気温度を固化温度よりやや高い70〜90℃に保つことにより、繊維の表層付近と中心付近との配向差を緩和することができるのである。
【００１６】
前記の雰囲気温度が70℃より低いと、繊維の表層付近と中心付近との配向差を緩和することができず、曲げ剛性の低い繊維を得ることができず、また、雰囲気温度が90℃より高いと、紡糸中の細化挙動が不安定になり、糸斑が大きい繊維となる。
【００１７】
なお、ここでいう雰囲気温度とは、糸条の外周部から５mmの距離における温度をいう。雰囲気温度を制御する方法としては、温風吹付装置を用いて、風温を制御した温風を糸条に吹付けるか、あるいはヒータ型加熱筒により温度制御した雰囲気中に繊維を通過させる方法等があり、前記した温度制御が可能な方法であれば特に限定されるものではない。
【００１８】
本発明において、引取速度は 2500 〜 4000 m ／分であることが必要である。2500m／分以上の速度で引き取った後に延伸を施すことにより、本発明で必要とする単糸繊度の糸条を均整度よく巻き取り、かつ、目的とする柔軟な構造の繊維を得ることが可能となる。引取速度が2500m ／分未満になると、単糸毎の繊度のばらつきが大きくなり、均整度のよい繊維を得ることができず、また、引き取った時点での残留伸度が高いため、延伸時に配向結晶化を伴いながら変形率の高い延伸を施す必要があるため、これによって得られる繊維は剛性が高く、本発明の目的とする柔軟な繊維を得ることが困難となるため、好ましくない。また、引取速度が過剰に高いと、繊維の残留伸度が低くて実用的な繊維が得られず、極端な場合は過剰な張力が紡糸中に加わるため切断を引き起こし、繊維を得ることができなくなる。したがって、引取速度は 4000m ／分以下とする。
【００１９】
延伸は一般的な熱延伸を採用することができ、引き取った繊維を一旦捲取機で巻き取った後、延伸機に供給するか、あるいは、引き取った繊維を巻き取らずに引き続き熱延伸ローラを介して延伸した後に捲取機で巻き取る紡糸直接延伸法を採用することもできる。
【００２０】
本発明の繊維は、実用的な強度（3.0cN/dtex以上）と伸度（25〜40％）を有し、かつ、前記式(1) を満足する曲げ方向の柔軟性を有する、自然環境下で分解する生分解性繊維となる。
【００２１】
【実施例】
次に、本発明を実施例により具体的に説明する。なお、実施例における諸物性の測定法と評価法は、次のとおりである。
(a)曲げ剛性
カトーテック社製純曲げ試験機ＫＥＳ−ＦＢ２を用いて測定した。
(b)引張強伸度特性
JIS L 1013 に準じて測定した。
(c)糸斑( Ｕ％)
ウースター糸斑測定装置を用いて測定し、2.0 ％以下を合格とした。
(d)沸水収縮率
沸騰水中に１５分間浸漬した後、自然乾燥し、１／３０ (g/dtex) の荷重を掛けて、その前後の長さ変化の割合を求めた。
(e)平均分子量
試料のクロロホルム０．４質量％溶液のＧＰＣ分析による分散の数平均値とした。
(f)生分解性
試料を土壌中に６カ月間埋設した後、取り出し、引張強度を測定して初期引張強度に対する強度保持率で評価した。
【００２２】
実施例１〜４、比較例１〜６
光学純度99.0％、平均分子量 72000のポリ−Ｌ−乳酸をエクストルーダー型溶融紡糸機に供給し、紡糸温度 210℃で紡糸口金より溶融紡出し、口金面より20cmの位置にある長さ20cmの吹付装置より温風を吹き付け、吹付装置の入口と出口の雰囲気温度が表１、２の値になるように制御し、糸条を通過させた後、冷却固化し、油剤付与装置で集束と同時に油剤を付与し、表面速度を表１に示す速度に設定した引取りローラ及び捲取機により繊維を巻き取った。
引き続き、巻き取った繊維を延伸機に供給し、表面温度が90℃の第１ローラと表面温度が 125℃の第２ローラの間で延伸を施し、巻き取った。
得られたポリ乳酸繊維の特性値を表１、表２に示す。
【００２３】
【表１】

【００２４】
【表２】

【００２５】
表１から明らかなように、実施例１〜４で得られたポリ乳酸繊維は、いずれも曲げ剛性が低くて柔軟性があり、衣料用途にも十分供し得る値を有する繊維であった。
【００２６】
これに対し、表２から明らかなように、比較例１は、繊維の単糸繊度が小さいため、製糸時に糸切れが多発して採取できず、比較例２、３は繊維の単糸繊度が大きいため、曲げ剛性が高かった。比較例４は引取速度が遅いため、繊維の曲げ剛性が高くなった。比較例５は雰囲気温度が低いため、繊維の曲げ剛性が高くなり、比較例６は雰囲気温度が高いため、繊維の糸斑が大きかった。
【００２７】
実施例５〜８、比較例７〜１０
表３、４に示す光学純度と平均分子量のポリ−Ｌ−乳酸を使用し、実施例１と同様の製造法で56dtex/48fのポリ乳酸繊維を得た。
得られたポリ乳酸繊維の特性値と生分解性を表３、４に示す。
【００２８】
【表３】

【００２９】
【表４】

【００３０】
表３から明らかなように、実施例５〜８で得られたポリ乳酸繊維は、いずれも衣料用途に適した柔軟性と強度を有し、かつ、良好な生分解性を有していた。
【００３１】
これに対して、比較例７はＬ体の比率が低いため、繊維の耐熱性が劣り、沸水中で融着してしまった。また、比較例８はＬ体の比率が高いため、繊維の生分解性が劣り、強度の低下が少なかった。比較例９は平均分子量が小さいため、強度が低く、比較例１０は平均分子量が高いため、生分解性が不十分であった。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、衣料用にも供することができる柔軟性と強度を有し、かつ、安価で生分解性を有するポリ乳酸系繊維が提供される。
【００３３】
本発明のポリ乳酸系繊維は、衣料用資材として使用できる他、水産資材、農園芸資材、生活資材、衛生材料、その他一般産業資材用としても好適であり、使用後は微生物が存在する環境下に放置しておけば一定期間後には完全に分解するため、この繊維を使用すれば特別な廃棄物処理を必要とすることなく、廃棄物処理による公害を防止することが可能となる。

Claims

平均分子量が５万〜10万、光学純度95.0〜99.5％のポリ−Ｌ−乳酸を紡糸口金より溶融紡糸し、口金面から 20 〜 40cm の位置の雰囲気温度を 70 〜 90 ℃の範囲とした雰囲気中を通過させた後、2500〜4000ｍ／分の速度で引き取り、延伸して得られた繊維であり、単糸繊度が0.5〜1.5dtex、糸条の総繊度が30〜600 dtexで、糸条の曲げ剛性が下記式(1) を満足することを特徴とするポリ乳酸系繊維。
Ｂ≦ 8.0×10^-6×ＴＤ (1)
ただし、Ｂ：糸条の曲げ剛性（g/cm² ／yarn）
ＴＤ：糸条の総繊度（dtex）