JP7053346B2

JP7053346B2 - 嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントおよびその製造方法

Info

Publication number: JP7053346B2
Application number: JP2018070435A
Authority: JP
Inventors: 圭亮井出
Original assignee: KB Seiren Ltd
Current assignee: KB Seiren Ltd
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2038-03-30
Also published as: JP2019183287A

Description

本発明は、嗜好性飲料抽出フィルター用モノフィラメント、それからなる嗜好性飲料抽出フィルター用織物およびその製造方法に関する。

従来から、嗜好性飲料抽出フィルターの素材としては、紙やポリプロピレンまたはポリエチレンの不織布が主流として用いられているが、透明性が悪く包装材中の茶葉が見えにくいこと、紙に至っては熱シール加工ができない等の問題がある。そこで、近年の傾向としては、嗜好性飲料抽出用バッグ中の茶葉が見える高級感のある織物製の嗜好性飲料抽出バッグが増えてきている。

織物製の嗜好性飲料抽出用バッグに用いられる、嗜好性飲料抽出フィルターの素材繊維としてはポリアミド繊維が主流である。ポリアミド繊維を用いた織物製の抽出フィルターは、立体形状の形態保持性に優れ、また変形に対する弾性回復力にも富んでいることから、織物が柔らかく、風合いに優れている。しかし、ポリアミド繊維製の抽出用バッグは、空気中の酸素の影響による黄変、熱湯中でのポリアミド繊維の膨潤による抽出用バッグの寸法変化、抽出後のバッグを容器から取り出す際の液切れの悪さ、ポリアミドの比重が軽いことによる熱湯中での抽出用バッグの沈降性の悪さ、および使用後の焼却による窒素酸化物の発生による環境汚染等の問題が以前から指摘されていた。

このようなポリアミド繊維の問題点を改善する目的で、ポリエステル繊維による嗜好性飲料抽出フィルター等が研究されてきている。しかし、ポリエステル繊維についても使用後の廃棄方法をめぐる問題がある。すなわち、ポリエステル繊維は自然環境中では殆ど分解せず、焼却をすると高い燃焼熱を発生する恐れがあり、最近では生分解性を有する合成樹脂であるポリカプロラクトンやポリ乳酸等など繊維用途に利用する提案がなされている。これらの合成樹脂は原料が自然由来のいわゆるカーボンニュートラルな素材であり、生分解性を有するという長所がある。しかし、従来の（非生分解性）合成樹脂に比べて実用性という点では課題が多い。
すなわち、ポリ乳酸繊維の場合、強度が低く、沸騰水収縮率が高くなりやすい傾向がある。これらの課題を解決するために、様々な検討が行われてきた。
例えば、相対粘度が２．７～４．０であり、モノマー量が０．５重量％以下であり、Ｓｎの含有量が３０ｐｐｍ以下であり、直鎖上であるポリ乳酸樹脂を使用したティーバッグが開示されている（特許文献１）。
また、Ｌ－乳酸又はＤ－乳酸成分９９．０～８５重量％と、分子量１０００以上のポリエチレングリコール成分０．１～１５重量％とがブロック共重合されており、相対粘度が２．５以上のポリ乳酸を４０００ｍ／分以上で溶融紡糸するポリ乳酸系生分解性繊維の製造方法が開示されている（特許文献２）。
そして、耐擦過性に優れ、製織性が良好な異型断面ポリ乳酸モノフィラメントが開示されている（特許文献３）。

特開２００２－１０４５０６号公報特開平１０－３７０２０号公報特開２００５－２７３０８４号公報

しかし、特許文献１に具体的に記載されている繊維は、沸騰水収縮率が１０％以上であり、伸度も３０％以下と低いため、製織速度を上げにくいという問題があった。また、紡糸速度が１５００ｍ／ｍｉｎと低速なため、生産性が悪く、コストの面で不利となるものだった。
特許文献２に具体的に記載されている繊維は、沸騰水収縮率が１０％以下を得られているものの、紡糸速度が７０００～８０００ｍ／ｍｉｎと非常に高速であり、安定した紡糸が困難であり、通常の装置では高速巻取に対応ができない。物性の点においても１０％以下の沸騰水収縮率と３０％以上の伸度との両立が困難である。
特許文献３記載の繊維は、沸騰水収縮率が１５％以上と高いため、布目曲りや開口ずれが生じやすく、ティーバッグとした際の品位が低下しやすい問題があった。
したがって、本発明は、強度、伸度のバランスが良く、沸騰水収縮率が低い物性を有し、製織等の後工程でも、ポリエステル、ナイロン繊維並みの加工性を得ることのできる嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントを提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するものであり、光学純度が９７％以上のポリ‐Ｌ‐乳酸からなり、強度が３ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、伸度が３０％以上、沸騰水収縮率が１０％以下であることを特徴とする嗜好性飲料抽出フィルター用モノフィラメントを第１の要旨とする。
また、本発明は、上記モノフィラメントを用いた嗜好性飲料抽出フィルター用織物を第２の要旨とする。
また、本発明は、２５００ｍ／分以上、４０００ｍ／分以下の紡糸速度で一旦巻き取ったポリ乳酸未延伸モノフィラメントを、７０℃以上１１０℃以下に加熱したホットローラーと非加熱ローラー間で延伸を行うとともに、当該ローラー間に設置した１４０℃以上、１６５℃以下に加熱した接触式ヒーターで熱処理する上記モノフィラメントの製造方法を第３の要旨とする。

本発明によれば、生地の強度がポリエステルやナイロンと同等であり、布目まがりや開口ずれが生じにくく、後工程の加工性が良好で、実用的な嗜好性飲料抽出フィルター用のフィラメントおよびそれを用いた織物が提供される。

本発明の嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントの製造法の一実施態様を示す概略工程図である。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、光学純度が９７％以上のポリ‐Ｌ‐乳酸からなり、強度が３ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、伸度が３０％以上であって、かつ沸騰水収縮率が１０％以下であることを特徴とする嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントである。

本発明におけるポリ乳酸樹脂はＬ－乳酸を主成分とし、このうちＬ－乳酸の光学純度が９７％以上であることが好ましい。Ｌ－乳酸の純度が９７％未満になると結晶性が低下し、融点の低下に伴い耐熱性に劣るものとなるため、実用上好ましくない。また、ポリ乳酸の性質を損なわない範囲で、ポリ乳酸以外のポリマーや粒子、難燃剤、帯電防止剤等の添加物を含有していても良い。
また本発明におけるポリ乳酸樹脂はＬ－乳酸は、乳酸以外の成分を共重合しないものであることが好ましい。

本発明の嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントは、沸騰水収縮率が１０％以下である。この範囲とすることにより、織物の熱セット時に湾曲せず、成形時の加工性に優れる。また得られたフィルター用織物は開口率を保つことができ、目ずれせず、布目曲りが生じない。特に目ずれせずに取扱い易い点からは、沸騰水収縮率は３％以上であることが好ましい。本発明の嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントの沸騰水処理後の収縮率は後述の方法で測定した値である。

本発明の嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントは、破断強度が３ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、破断伸度３０％以上である。高次工程での加工容易性の点から、３ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、製糸安定性の点から、５ｃＮ／ｄｔｅｘ以下であることが好ましい。また、製織安定性の観点から、破断伸度は３０％以上であり、寸法安定性の観点から、５５％以下が好ましい。この範囲の物性であれば、整経や製織工程での糸切れが生じにくく、工程通過性が良好なものとなる。
特に好ましくは、破断強度は、３．５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、破断伸度は、３５％以上である。

本発明の嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントの繊度は１５ｄｔｅｘ以上、４０ｄｔｅｘ以下の範囲とすることが好ましい。

本発明の嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントは、製織することにより、嗜好性飲料抽出フィルターに用いるのに好適な織物を製造することができる。

織物の組織としては、平織物等が好適である。本発明において、嗜好性飲料抽出フィルター用織物としては、本発明のポリ乳酸モノフィラメントを、１００％用いて製織してもよいし、一部に用いてもよい。好ましくは、４０％以上用いることである。

本発明の嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントを用いた織物は、飲料抽出フィルターとして用いたときに液切れがし易い点、フィルターの目ずれがしにくい点から、開口率は４０％～７０％が好ましい。

本発明の嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントからなる織物を用いて、熱処理し、超音波シール法等によりシールして成形することにより、嗜好性飲料用フィルターとして用いることができる。

本発明の嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントからなる織物は、シールしても生地強度を保持でき、成形性に優れているため、矩形で平面形状のもの、球形状のもの、三角錐形状のもの、四つ手網型のもの、その他、多面体形状のものなど、様々な立体形状の嗜好性飲料抽出フィルターを容易に得ることができる。

本発明の嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントからなる織物を用いて得られる飲料抽出フィルターは、紅茶、麦茶、烏龍茶、ジャスミン茶、緑茶、コーヒー等の種々の嗜好性飲料に好適に用いることができる。

本発明における嗜好性飲料抽出フィルター用モノフィラメントの好適な製造方法の例を以下に示す。
図１は、本発明の嗜好性飲料抽出フィルター用モノフィラメントを製造工程の概略を説明する図である。図１を用いて、製造工程の概要を説明する。図１（ａ）は溶融紡糸装置、図１（ｂ）は延伸熱処理装置を示し、これらの装置を用いて、溶融紡糸工程および延伸熱処理工程を経て本発明の嗜好性飲料抽出フィルター用モノフィラメントを得ることができる。
まず、図１（ａ）は溶融紡糸装置において、上記のポリ‐Ｌ‐乳酸を溶融し、ギアポンプにて計量し、紡糸口金１より吐出する。吐出された糸条３は、引き続き、チムニー２（冷却装置）から送風される冷却風により冷却され、糸収束給油ガイド４から油剤が付与された後、第１引取りローラー５に引取られ、さらに第２ローラー６に引取られた後、未延伸モノフィラメント７として巻き取られる。
次に、図１（ｂ）の延伸熱処理装置において、未延伸モノフィラメント７を、フィードローラー８、加熱したホットローラー（ロールヒーター９）を経て、続いて加熱した接触式のプレートヒーター１０、非加熱のドローローラー１１を介して延伸し、本発明のポリ乳酸モノフィラメント（延伸モノフィラメント１２）を得ることができる。
上記において、紡糸口金は、Ｌ／Ｄ（ｍｍ／ｍｍ）＝０．３５／０．３５～０．７５／０．７５であることが好ましい。
溶融紡糸工程において、紡糸温度（紡糸口金から吐出する温度）は、ポリ乳酸の融点や製糸性の観点から、２１０℃以上、２６０℃以下が好ましく、２２０℃以上、２５５℃以下がより好ましい。紡糸速度（引取りローラーによって引き取られる繊維の速度）は２０００ｍ／ｍｉｎ以上、４５００ｍ／ｍｉｎ以下が好ましく、２５００ｍ／ｍｉｎ以上、４０００ｍ／ｍｉｎ以下が特に好ましい。かかる範囲で一旦引き取り得られた未延伸モノフィラメントを、引き続き延伸・熱処理を行う。
また、延伸熱処理工程において、延伸温度は、繊維の白化抑制や製糸性の観点から７０℃以上、１１０℃以下が好ましい。延伸倍率は、紡糸速度、要求物性、製糸性の観点から適切に選択され、ホットローラー（ロールヒーター９）と非加熱のドローローラー１１間で１．２倍以上、３倍以下に延伸することが好ましい。中でも、１．４倍以上、２．５倍以下が特に好ましい。熱処理工程は、ホットローラー（ロールヒーター９）と非加熱のドローローラー１１の間に設置したプレートヒーター１０で行い、要求される物性やポリ乳酸の融点の観点から、１４０℃以上、１６５℃以下が好ましい。これにより、延伸熱処理装置の小型化が可能であり、操作性も向上する。
次に、得られたポリ乳酸モノフィラメントを製織し、超音波シール法等によりシールし、三角錐形状等適宜の形状に成形して、嗜好性飲料抽出フィルターを得ることができる。

以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は以下に述べる実施例に限定されるものではない。なお、各種物性測定および評価方法は以下の方法である。

＜相対粘度（ηｒｅｌ）＞
フェノール／１，１，２，２，－テトラクロロエタン＝６０／４０（質量比）の混合溶媒に試料を０．５ｇ／５０ｍｌの濃度になるよう溶解し、温度２０℃においてオストワルド型粘度計を用いて測定した。
＜強度、伸度＞
ＪＩＳＬ１０１３に準じ、島津製作所製のＡＧＳ－１ＫＮＧオートグラフ引張試験機を用い、試料糸長２０ｃｍ、定速引張速度２０ｃｍ／ｍｉｎの条件で測定する。荷重－伸び曲線での荷重の最高値を繊度で除した値を強度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）とし、そのときの伸び率を伸度（％）とする。
＜沸騰水収縮率＞
初期値５０ｃｍの試料に初期荷重２００ｍｇを掛けて沸騰水中に２０分間浸漬し、５分間風乾した後、次式により沸騰水収縮率を求めた。
沸騰水収縮率（％）＝｛（初期試料長―収縮後の試料長）｝／（初期試料長×１００）
＜製糸性＞
２０ｋｇの糸を製造した際の糸切れ回数で製糸性を評価し、下記の基準で○を合格とした。
○：糸切れ１回以下
△：糸切れ回数が１回を超え、３回未満
×：糸切れ回数が３回以上
＜製織性＞
織物を作製した際、１００ｍ（換算値）当たりの停台回数を求め、０～２回を合格とし、それ以上は不合格とした。

〔実施例１〕
ポリ‐Ｌ‐乳酸比率が９８．６％のポリ乳酸樹脂を溶融紡糸装置に供給し、穴径０．４５ｍｍの紡糸口金を用いて、紡糸温度２４０℃、紡糸速度２５００ｍ／ｍｉｎの紡糸条件で溶融紡糸し、未延伸ポリ乳酸モノフィラメントを巻き取った。
続いて、この巻き取った未延伸ポリ乳酸モノフィラメントを９０℃に加熱したホットローラーと非加熱ローラー間で２．０５５倍に延伸するとともに、当該ローラー間に設置された１５０℃に加熱した接触式ヒーターを用いて熱処理し、３３ｄｔｅｘの嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントを得た。
得られたポリ乳酸モノフィラメントを、経密度１００本／２．５４ｃｍ、緯密度１００本／２．５４ｃｍの条件で平織組織にて製織し織物を得た。得られた織物を精練し、１４０℃で熱処理し、フィルター用織物を得た。得られたフィルター用織物を、超音波シール法により三角錐形状に成形し、嗜好性飲料抽出用フィルターを製造した。

〔実施例２〕
紡糸速度を３０００ｍ／ｍｉｎに、延伸倍率を１．６８３倍にした以外、実施例１と同様の方法で３３ｄｔｅｘの嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントを得て、実施例１と同様に、嗜好性飲料抽出用フィルターを製造した。

〔実施例３〕
紡糸速度を３０００ｍ／ｍｉｎに、延伸倍率を１．７３３倍にした以外、実施例１と同様の方法で３３ｄｔｅｘの嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントを得て、実施例１と同様に、嗜好性飲料抽出用フィルターを製造した。

〔実施例４〕
紡糸速度を３３００ｍ／ｍｉｎ、延伸倍率を１．４８６倍にした以外、実施例１と同様の方法で３３ｄｔｅｘの嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントを得て、実施例１と同様に、嗜好性飲料抽出用フィルターを製造した。

〔実施例５～８〕
紡糸速度を３５００ｍ／ｍｉｎに、延伸倍率を１．５３４倍に変更し、延伸温度を表１に示す条件にした以外、実施例１と同様の方法で３３ｄｔｅｘの嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントを得て、実施例１と同様に、嗜好性飲料抽出用フィルターを製造した。

〔実施例９〕
紡糸速度を４０００ｍ／ｍｉｎ、延伸倍率を１．５３４倍にした以外、実施例１と同様の方法で３３ｄｔｅｘの嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントを得て、実施例１と同様に、嗜好性飲料抽出用フィルターを製造した。

〔比較例１～５〕
紡糸速度、延伸倍率、延伸温度、延伸時の熱処理温度を表２記載の通りにする以外は、実施例１と同様の方法で、嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントを得て、嗜好性飲料抽出用フィルターの製造を試みた。

実施例１～９で得られた嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントは、製糸性、製織性とも良好であり、強度と伸度のバランスに優れ、沸騰水収縮率も１０％以下である嗜好性飲料フィルター用モノフィラメントであった。得られた嗜好性飲料フィルター用モノフィラメントから、嗜好性飲料抽出用フィルターを製造した場合においても、寸法安定性に優れ、開口ずれや布目曲りのない優れた品位であった。また、フィルター用織物とするに当たり、加工時の加工性はポリエステルやポリアミドと同等のものであった。

一方、比較例１は熱処理温度が低いものであり、得られたポリ乳酸モノフィラメントは、沸騰水収縮率が高く、寸法安定性に劣るものだった。得られたフィルター用織物は、実施例品と比べて、目ずれし易く、寸法法安定性に劣ったものであった。

比較例２は延伸温度が高いものであり、延伸・熱処理工程での糸切れが多発し、ポリ乳酸モノフィラメントの採取が困難なものであった。

比較例３は延伸温度が低いものであり、延伸・熱処理工程後に得られたポリ乳酸モノフィラメントの一部に白化が見られ、物性に劣るものとなった。また製織性にも劣ったものであった。

比較例４は紡糸速度が遅いものであり、紡糸工程や延伸・熱処理工程での糸切れが多く、製糸性に劣るものだった。また、得られたフィルター用織物は、実施例品と比べて、目ずれし易く、寸法法安定性に劣ったものであった。

比較例５はポリ‐Ｌ‐乳酸比率が低いものであるため、ポリ乳酸モノフィラメントの採取が困難なものであった。

実施例１～９のように、紡糸速度を設定して未延伸糸ポリ乳酸モノフィラメントを巻取り、一旦巻き取った未延伸糸乳酸モノフィラメントを延伸、熱処理することにより、沸騰水収縮率が低く、適切な強度、伸度の乳酸モノフィラメントを生産性よく得ることができる。

本発明の嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントは、強度、伸度のバランスが良く、沸騰水収縮率が低い物性を有し、製織等の後工程でも、ポリエステル、ナイロン繊維並みの加工性を持った嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントを得ることができる。

１紡糸口金
２チムニー
３糸条
４収束給油ガイド
５第１引取りローラー
６第２引取りローラー
７未延伸モノフィラメント
８フィードローラー
９ロールヒーター
１０プレートヒーター
１１ドローローラー
１２延伸モノフィラメント
ａ溶融紡糸装置
ｂ延伸熱処理装置

Claims

光学純度が９７％以上のポリ‐Ｌ‐乳酸からなり、強度が３ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、伸度が３０％以上、沸騰水収縮率が３％以上１０％以下であり、繊度１５ｄｔｅｘ以上４０ｄｔｅｘ以下であることを特徴とする嗜好性飲料抽出フィルター織物用ポリ乳酸モノフィラメント。
沸騰水収縮率が９．８％以下である請求項１記載の嗜好性飲料抽出フィルター織物用ポリ乳酸モノフィラメント。
未延伸モノフィラメントを巻き取った後、延伸して得られるモノフィラメントであることを特徴とする請求項１または２記載の嗜好性飲料抽出フィルター織物用ポリ乳酸モノフィラメント。
請求項１～３いずれか１項に記載のモノフィラメントを用いた嗜好性飲料抽出フィルター用織物。
開口率が４０～７０％である請求項４記載の嗜好性飲料抽出フィルター用織物。
光学純度が９７％以上のポリ‐Ｌ‐乳酸を溶融し、紡糸口金より吐出し、冷却風により冷却した後、２０００ｍ／分以上、４５００ｍ／分以下の紡糸速度で一旦巻き取ったポリ乳酸未延伸モノフィラメントを、７０℃以上１１０℃以下に加熱したホットローラーと非加熱ローラー間で延伸を行うとともに、当該ローラー間に設置した１４０℃以上、１６５℃以下に加熱した接触式ヒーターで熱処理する、強度が３ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、伸度が３０％以上、沸騰水収縮率が３％以上１０％以下であり、繊度１５ｄｔｅｘ以上４０ｄｔｅｘ以下の嗜好性飲料抽出フィルター用モノフィラメントの製造方法。
光学純度が９７％以上のポリ‐Ｌ‐乳酸を溶融し、紡糸口金より吐出し、冷却風により冷却した後、２０００ｍ／分以上、４５００ｍ／分以下の紡糸速度で一旦巻き取ったポリ乳酸未延伸モノフィラメントを、７０℃以上１１０℃以下に加熱したホットローラーと非加熱ローラー間で１．２倍以上、３倍以下の延伸を行うとともに、当該ローラー間に設置した１４０℃以上、１６５℃以下に加熱した接触式ヒーターで熱処理する、強度が３ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、伸度が３０％以上、沸騰水収縮率が３％以上１０％以下であり、繊度１５ｄｔｅｘ以上４０ｄｔｅｘ以下の嗜好性飲料抽出フィルター用モノフィラメントの製造方法。