JP7602225B2 - Polyglycolic acid fiber and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、ポリグリコール酸繊維およびその製造方法に関する。 The present invention relates to polyglycolic acid fibers and a method for producing the same.
生分解性脂肪族ポリエステルであるポリグリコール酸は、力学特性およびガスバリア性に優れた特性を有することが知られている。また、ポリグリコール酸は、生体適合性材料として、生体吸収性縫合糸などの医療材料へ適用されている。さらに、近年では、ポリグリコール酸の用途は拡大しており、例えば、ポリグリコール酸の高い力学特性と加水分解特性を活かして、石油ガスの掘削作業に使用する部材に採用されている。 Polyglycolic acid, a biodegradable aliphatic polyester, is known to have excellent mechanical properties and gas barrier properties. In addition, polyglycolic acid is used as a biocompatible material in medical materials such as bioabsorbable sutures. Furthermore, the uses of polyglycolic acid have expanded in recent years; for example, taking advantage of the high mechanical properties and hydrolysis properties of polyglycolic acid, it is used in components used in oil and gas drilling operations.
ポリグリコール酸の繊維を製造する方法について、一般に、紡糸工程と延伸工程とを一連のプロセスとして行う直接紡糸延伸法が、ポリグリコール酸繊維の製造に適した紡糸方法であるとされている(例えば、特許文献1参照)。 Regarding the method of producing polyglycolic acid fibers, the direct spinning and drawing method, which performs the spinning and drawing steps as a continuous process, is generally considered to be a suitable spinning method for producing polyglycolic acid fibers (see, for example, Patent Document 1).
通常、繊維をはじめとする産業用の材料には、低い熱収縮率を有することが求められることがある。しかしながら、上述のような従来技術で製造されたポリグリコール酸繊維は、高い熱収縮率を有する。また、ポリグリコール酸繊維の特徴の1つには、加水分解特性を有することが知られており、さらに加水分解しやすいなどの、用途に応じた加水分解性が求められることがある。 Usually, industrial materials such as fibers are required to have a low heat shrinkage rate. However, polyglycolic acid fibers produced by the above-mentioned conventional technology have a high heat shrinkage rate. In addition, one of the characteristics of polyglycolic acid fibers is known to be that they have hydrolysis properties, and hydrolysis properties depending on the application, such as ease of hydrolysis, are sometimes required.
本発明の一態様は、低い熱収縮性および易加水分解性を有するポリグリコール酸繊維を実現することを目的とする。 One aspect of the present invention aims to realize polyglycolic acid fibers that have low heat shrinkage and easy hydrolysis.
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るポリグリコール酸繊維は、以下の特性、(A)結晶化度は20%以上である、(B)複屈折は35×10-3以上である、および(C)非晶配向係数は0.30以下である、を有する。 In order to solve the above problems, a polyglycolic acid fiber according to one embodiment of the present invention has the following properties: (A) a crystallinity of 20% or more, (B) a birefringence of 35×10 or more, and (C) an amorphous orientation coefficient of 0.30 or less.
また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るポリグリコール酸繊維の製造方法は、押出機にて溶融温度T℃で溶融したポリグリコール酸を紡糸口金から吐出させる工程と、前記紡糸口金から気相中に吐出された繊維状のポリグリコール酸の溶融物を紡糸速度Vm/分で回収してなるポリグリコール酸繊維を得る工程と、を含み、下記(i)~(iii)の条件、(i)250≦T≦300(ii)V≧3000(iii)V/T≧11.5、を満たす。 In order to solve the above problems, a method for producing polyglycolic acid fiber according to one embodiment of the present invention includes a step of discharging polyglycolic acid molten at a melting temperature T°C in an extruder from a spinneret, and a step of obtaining polyglycolic acid fiber by recovering the fibrous molten polyglycolic acid discharged from the spinneret into the gas phase at a spinning speed Vm/min, and satisfies the following conditions (i) to (iii): (i) 250≦T≦300 (ii) V≧3000 (iii) V/T≧11.5.
本発明の一態様によれば、低い熱収縮性および易加水分解性を有するポリグリコール酸繊維を実現することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to realize polyglycolic acid fibers that have low heat shrinkage and are easily hydrolyzable.
[ポリグリコール酸繊維]
〔構成〕
本発明の一実施形態に係るポリグリコール酸繊維は、以下の特性を有する。
(A)結晶化度は20%以上である。
(B)複屈折は35×10-3以上である。
(C)非晶配向係数は0.30以下である。
[Polyglycolic acid fiber]
〔composition〕
The polyglycolic acid fiber according to one embodiment of the present invention has the following properties:
(A) The crystallinity is 20% or more.
(B) The birefringence is 35×10 −3 or more.
(C) The amorphous orientation coefficient is 0.30 or less.
本実施形態において「ポリグリコール酸繊維」とは、繊維を構成する組成物においてポリグリコール酸が主成分である繊維を意味する。「ポリグリコール酸が主成分である」とは、ポリグリコール酸が樹脂成分中で最多の成分であることを意味する。当該組成物におけるポリグリコール酸の含有量は、80質量%以上であってよく、90質量%以上であってよく、100質量%であってよい。 In this embodiment, "polyglycolic acid fiber" refers to a fiber in which polyglycolic acid is the main component in the composition that constitutes the fiber. "Mainly polyglycolic acid" means that polyglycolic acid is the most abundant component among the resin components. The content of polyglycolic acid in the composition may be 80% by mass or more, 90% by mass or more, or 100% by mass.
ポリグリコール酸は、単独重合体であってもよいし、共重合体であってもよい。共重合体における他の構造単位の由来となる他の単量体は、グリコール酸と重合し得る化合物であればよく、その例には、乳酸、カプロラクトンおよび炭酸トリメチレンが含まれる。当該他の単量体の種類および量は、本実施形態の効果が得られる範囲において適宜に決めてよい。 The polyglycolic acid may be a homopolymer or a copolymer. The other monomer from which the other structural units in the copolymer are derived may be any compound that can be polymerized with glycolic acid, and examples of such other monomers include lactic acid, caprolactone, and trimethylene carbonate. The type and amount of the other monomer may be appropriately determined within a range in which the effects of this embodiment can be obtained.
ポリグリコール酸繊維は、本実施形態の効果が得られる範囲において、他の構成を有していてもよい。このような他の構成は、一種でもそれ以上でもよい。他の構成の例には、ポリグリコール酸繊維の表面を覆う被覆層が含まれる。 The polyglycolic acid fiber may have other configurations as long as the effects of this embodiment can be obtained. Such other configurations may be one or more. Examples of other configurations include a coating layer that covers the surface of the polyglycolic acid fiber.
また、ポリグリコール酸繊維は、本実施形態の効果が得られる範囲において、他の成分をさらに含有していてもよい。このような他の成分は、一種でもそれ以上でもよく、その例には、添加剤および他の熱可塑性樹脂が含まれる。添加剤の例には、熱安定剤、末端封止剤、可塑剤、熱線吸収剤およびフィラーが含まれる。他の熱可塑性樹脂の例には、ポリ-L-乳酸、ポリ-DL-乳酸、ポリ(L-乳酸-co-ε-カプロラクトン)、ポリヒドロキシブチレート、ポリブチレンサクシネート、ポリ(R-3-ヒドロキシブチレート-co-R-3-ヒドロキシヘキサノエート)、ポリカプロラクトン、ポリビニルアルコールが含まれる。ポリグリコール酸繊維は、ポリグリコール酸の他に熱可塑性樹脂を含有してもよいが、ポリグリコール酸の単独重合体で実質的に構成されていることが好ましい。 The polyglycolic acid fiber may further contain other components within the range in which the effects of this embodiment can be obtained. Such other components may be one or more, and examples thereof include additives and other thermoplastic resins. Examples of additives include heat stabilizers, end-capping agents, plasticizers, heat ray absorbers, and fillers. Examples of other thermoplastic resins include poly-L-lactic acid, poly-DL-lactic acid, poly(L-lactic acid-co-ε-caprolactone), polyhydroxybutyrate, polybutylene succinate, poly(R-3-hydroxybutyrate-co-R-3-hydroxyhexanoate), polycaprolactone, and polyvinyl alcohol. The polyglycolic acid fiber may contain a thermoplastic resin in addition to polyglycolic acid, but it is preferable that the fiber is substantially composed of a homopolymer of polyglycolic acid.
〔物性〕
(結晶化度)
本実施形態におけるポリグリコール酸繊維の結晶化度は、20%以上である。ポリグリコール酸繊維の結晶化度が20%以上であると、ポリグリコール酸繊維の熱収縮率が十分に低くなる傾向にある。ポリグリコール酸繊維の結晶化度が低すぎると、ポリグリコール酸繊維の熱収縮率が高くなることがある。ポリグリコール酸繊維の結晶化度が高すぎると、加水分解速度が低下することがある。
[Physical Properties]
(Crystallization degree)
The crystallinity of the polyglycolic acid fiber in this embodiment is 20% or more. When the crystallinity of the polyglycolic acid fiber is 20% or more, the heat shrinkage of the polyglycolic acid fiber tends to be sufficiently low. When the crystallinity of the polyglycolic acid fiber is too low, the heat shrinkage of the polyglycolic acid fiber may be high. When the crystallinity of the polyglycolic acid fiber is too high, the hydrolysis rate may be reduced.
ポリグリコール酸繊維の結晶化度は、ポリグリコール酸繊維の熱収縮率を低くする観点から、25%以上であることが好ましく、30%以上であることがより好ましい。また、ポリグリコール酸繊維の結晶化度は、ポリグリコール酸繊維の加水分解速度を高める観点から、50%以下であることが好ましく、45%以下であることがより好ましく、40%以下であることがさらに好ましい。 The crystallinity of the polyglycolic acid fiber is preferably 25% or more, and more preferably 30% or more, from the viewpoint of reducing the thermal shrinkage rate of the polyglycolic acid fiber. In addition, the crystallinity of the polyglycolic acid fiber is preferably 50% or less, more preferably 45% or less, and even more preferably 40% or less, from the viewpoint of increasing the hydrolysis rate of the polyglycolic acid fiber.
ポリグリコール酸繊維の結晶化度は、密度勾配管法により求めることが可能である。また、当該結晶化度は、後述する製造方法におけるV/Tによって調整することが可能であり、V/Tを高くすることで大きくなる傾向にある。 The degree of crystallinity of polyglycolic acid fibers can be determined by a density gradient tube method. The degree of crystallinity can also be adjusted by the V/T ratio in the manufacturing method described below, and tends to increase as the V/T ratio increases.
[複屈折]
本実施形態におけるポリグリコール酸繊維の複屈折は、35×10-3以上である。ポリグリコール酸繊維の複屈折が35×10-3以上であることは、ポリグリコール酸が高度に配向し、安定した繊維構造を形成することによって熱収縮率を十分に低くする観点から好ましい。ポリグリコール酸繊維の複屈折が低すぎると、ポリグリコール酸繊維は配向した非晶繊維となり熱収縮率が高くなる。ポリグリコール酸繊維の複屈折が高すぎると、分子配向が高すぎてポリグリコール酸繊維の加水分解速度が低下することがある。
[Birefringence]
The birefringence of the polyglycolic acid fiber in this embodiment is 35×10 −3 or more. It is preferable that the birefringence of the polyglycolic acid fiber is 35×10 −3 or more from the viewpoint of sufficiently reducing the heat shrinkage rate by forming a stable fiber structure with a high degree of orientation of polyglycolic acid. If the birefringence of the polyglycolic acid fiber is too low, the polyglycolic acid fiber becomes an oriented amorphous fiber and the heat shrinkage rate becomes high. If the birefringence of the polyglycolic acid fiber is too high, the molecular orientation may be too high, and the hydrolysis rate of the polyglycolic acid fiber may decrease.
ポリグリコール酸繊維の複屈折は、ポリグリコール酸繊維の熱収縮率を十分に低くする観点から、40×10-3以上であることが好ましく、50×10-3以上であることがより好ましい。ポリグリコール酸繊維の複屈折は、ポリグリコール酸繊維の加水分解性を高める観点から、80×10-3以下であることが好ましく、70×10-3以下であることがより好ましく、60×10-3以下であることがさらに好ましい。 From the viewpoint of sufficiently reducing the heat shrinkage rate of the polyglycolic acid fiber, the birefringence of the polyglycolic acid fiber is preferably 40×10 −3 or more, and more preferably 50×10 −3 or more. From the viewpoint of increasing the hydrolysis property of the polyglycolic acid fiber, the birefringence of the polyglycolic acid fiber is preferably 80×10 −3 or less, more preferably 70×10 −3 or less, and even more preferably 60×10 −3 or less.
ポリグリコール酸繊維の複屈折は、偏光顕微鏡を用いて測定することが可能である。また、当該複屈折は、後述する製造方法におけるV/Tによって調整することが可能である。 The birefringence of polyglycolic acid fibers can be measured using a polarizing microscope. In addition, the birefringence can be adjusted by adjusting the V/T in the manufacturing method described below.
[非晶配向係数]
本実施形態におけるポリグリコール酸繊維の非晶配向係数は、0.30以下である。ポリグリコール酸繊維の非晶配向係数が0.30以下であると、加水分解速度を十分に高めることができる。ポリグリコール酸繊維の非晶配向係数が大きすぎると、加水分解速度が低下することがある。
[Amorphous Orientation Coefficient]
In this embodiment, the amorphous orientation coefficient of the polyglycolic acid fiber is 0.30 or less. When the amorphous orientation coefficient of the polyglycolic acid fiber is 0.30 or less, the hydrolysis rate can be sufficiently increased. When the amorphous orientation coefficient of the polyglycolic acid fiber is too large, the hydrolysis rate may decrease.
ポリグリコール酸繊維の非晶配向係数は、加水分解性を高める観点から、0.25以下であることが好ましく、0.20以下であることがより好ましい。ポリグリコール酸繊維の非晶配向係数は、低い分には構わないが、十分な加水分解性を発現させる観点から、例えば0.05以上であればよい。 From the viewpoint of enhancing hydrolyzability, the amorphous orientation coefficient of the polyglycolic acid fiber is preferably 0.25 or less, and more preferably 0.20 or less. Although a low amorphous orientation coefficient of the polyglycolic acid fiber is acceptable, from the viewpoint of exhibiting sufficient hydrolyzability, it is sufficient for the amorphous orientation coefficient to be, for example, 0.05 or more.
ポリグリコール酸繊維の非晶配向係数は、結晶と非晶との二相モデルを仮定し、後述の結晶配向係数と複屈折および結晶化度とを用いて算出することが可能である。また、当該非晶配向係数は、後述する製造方法におけるV/Tによって調整することが可能である。 The amorphous orientation coefficient of polyglycolic acid fibers can be calculated by assuming a two-phase model of crystal and amorphous, using the crystal orientation coefficient, birefringence, and crystallinity described below. In addition, the amorphous orientation coefficient can be adjusted by the V/T in the manufacturing method described below.
[熱収縮率]
本実施形態のポリグリコール酸繊維は、十分に低い熱収縮性を有する。本実施形態のポリグリコール酸繊維の熱収縮率は、当該ポリグリコール酸繊維の用途に応じて適宜に決めることができる。繊維材料として通常求められる熱寸法安定性の観点から、100℃におけるポリグリコール酸繊維の熱収縮率は、5%以下であることが好ましく、2.5%以下であることがより好ましい。ポリグリコール酸繊維の熱収縮率が5%を越えると、産業用繊維として用途に適さないことがあり、また基布の加工に悪影響を及ぼすことがある。
[Heat shrinkage rate]
The polyglycolic acid fiber of this embodiment has sufficiently low heat shrinkage. The heat shrinkage rate of the polyglycolic acid fiber of this embodiment can be appropriately determined depending on the application of the polyglycolic acid fiber. From the viewpoint of the thermal dimensional stability usually required for a fiber material, the heat shrinkage rate of the polyglycolic acid fiber at 100°C is preferably 5% or less, more preferably 2.5% or less. If the heat shrinkage rate of the polyglycolic acid fiber exceeds 5%, it may not be suitable for use as an industrial fiber and may have an adverse effect on the processing of the base fabric.
ポリグリコール酸繊維の100℃における熱収縮率は、100℃の環境での特定の熱処理前後の繊維の長さから算出することが可能である。また、当該熱収縮率は、後述する製造方法のV/Tによって調整することが可能であり、V/Tを大きくすることにより小さくなる傾向にある。 The heat shrinkage rate of polyglycolic acid fiber at 100°C can be calculated from the length of the fiber before and after a specific heat treatment in a 100°C environment. The heat shrinkage rate can also be adjusted by the V/T of the manufacturing method described below, and tends to decrease as the V/T increases.
[加水分解性]
本実施形態のポリグリコール酸繊維は、十分に高い加水分解性を有する。本実施形態のポリグリコール酸繊維の加水分解性は、当該ポリグリコール酸繊維の用途に応じて適宜に決めることができる。また、当該加水分解性は、用途に応じて適宜に特定し得る。たとえば、ポリグリコール酸繊維の加水分解性は、生体内材料の用途であれば、37℃のリン酸緩衝溶液に2週間浸漬させた後のポリグリコール酸繊維の分子量保持率によって求めることが可能である。当該分子量保持率が低いほど加水分解性が高いと言える。本実施形態のポリグリコール酸繊維における上記分子量保持率は、生体内材料として使用したときの炎症の発生を抑制する観点から、50%以下であることが好ましく、40%以下であることがより好ましく、30%以下であることがさらに好ましい。
[Hydrolyzability]
The polyglycolic acid fiber of this embodiment has a sufficiently high hydrolyzability. The hydrolyzability of the polyglycolic acid fiber of this embodiment can be appropriately determined depending on the application of the polyglycolic acid fiber. In addition, the hydrolyzability can be appropriately specified depending on the application. For example, if the polyglycolic acid fiber is used as an in vivo material, it can be determined by the molecular weight retention of the polyglycolic acid fiber after immersion in a phosphate buffer solution at 37°C for two weeks. It can be said that the lower the molecular weight retention, the higher the hydrolyzability. The molecular weight retention of the polyglycolic acid fiber of this embodiment is preferably 50% or less, more preferably 40% or less, and even more preferably 30% or less, from the viewpoint of suppressing the occurrence of inflammation when used as an in vivo material.
当該分子量保持率は、上述のリン酸緩衝溶液への浸漬前後におけるポリグリコール酸繊維の重量平均分子量の比によって求めることが可能であり、重合平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィーなどの公知の方法によって測定することが可能である。また、上記分子量保持率は、後述する製造方法におけるV/Tによって調整することが可能である。 The molecular weight retention can be determined by the ratio of the weight average molecular weight of the polyglycolic acid fiber before and after immersion in the above-mentioned phosphate buffer solution, and the weight average molecular weight can be measured by a known method such as gel permeation chromatography. The molecular weight retention can be adjusted by the V/T in the manufacturing method described below.
[融点]
本実施形態のポリグリコール酸繊維は、示差走査熱量測定(DSC)によって検出される融解ピークを220℃以上の温度で2つ以上有してもよい。当該2つ以上の融解ピークは、当該繊維を構成するポリグリコール酸特有の融点とそれよりも高い温度とであることが好ましい。2つ以上の融解ピークを有するポリグリコール酸繊維は、より低い熱収縮性を有する傾向がある。このため、熱収縮率を低くする観点から、ポリグリコール酸繊維は2つ以上の上記融解ピークを有することが好ましい。上記融解ピークの個数は、発達した結晶構造が形成されるほど、例えば結晶化度が高いほど2以上になる傾向にある。
[Melting point]
The polyglycolic acid fiber of this embodiment may have two or more melting peaks at a temperature of 220° C. or higher as detected by differential scanning calorimetry (DSC). The two or more melting peaks are preferably at a melting point specific to the polyglycolic acid constituting the fiber and at a temperature higher than the melting point. Polyglycolic acid fibers having two or more melting peaks tend to have lower heat shrinkage. For this reason, from the viewpoint of lowering the heat shrinkage rate, it is preferable that the polyglycolic acid fiber has two or more melting peaks. The number of melting peaks tends to be two or more as a more developed crystal structure is formed, for example, as the degree of crystallization is higher.
[繊維径]
本実施形態におけるポリグリコール酸繊維の繊維径は、ポリグリコール酸繊維の生産性および正常な外観の実現の観点から、本実施形態の効果が得られる範囲から適宜に決めることができる。ポリグリコール酸繊維の繊維径が小さすぎると、生産性が低下することがあり、ポリグリコール酸繊維の繊維径が大きすぎると、巻き癖などのポリグリコール酸繊維の外観に現われる悪影響を及ぼすことがある。ポリグリコール酸繊維の繊維径は、生産性の低下を抑制する観点から、5μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましく、12μm以上であることがさらに好ましい。また、ポリグリコール酸繊維の繊維径は、ポリグリコール酸繊維の外観への悪影響を抑制する観点から、40μm以下であることが好ましく、37μm以下であることがより好ましい。
[Fiber diameter]
The fiber diameter of the polyglycolic acid fiber in this embodiment can be appropriately determined from the range in which the effects of this embodiment can be obtained from the viewpoint of realizing the productivity and normal appearance of the polyglycolic acid fiber. If the fiber diameter of the polyglycolic acid fiber is too small, the productivity may decrease, and if the fiber diameter of the polyglycolic acid fiber is too large, it may have a negative effect on the appearance of the polyglycolic acid fiber, such as curling. From the viewpoint of suppressing a decrease in productivity, the fiber diameter of the polyglycolic acid fiber is preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, and even more preferably 12 μm or more. Moreover, from the viewpoint of suppressing a negative effect on the appearance of the polyglycolic acid fiber, the fiber diameter of the polyglycolic acid fiber is preferably 40 μm or less, more preferably 37 μm or less.
[結晶配向係数]
本実施形態のポリグリコール酸繊維は、高い結晶配向係数を有することが、低い熱収縮性を実現する観点から好ましい。ポリグリコール酸の結晶配向係数は、熱収縮性を低くする観点から、0.85以上であることが好ましく、0.90以上であることがより好ましく、0.92以上であることがさらに好ましい。
[Crystal orientation coefficient]
The polyglycolic acid fiber of the present embodiment preferably has a high crystal orientation coefficient from the viewpoint of realizing low heat shrinkage. From the viewpoint of low heat shrinkage, the crystal orientation coefficient of polyglycolic acid is preferably 0.85 or more, more preferably 0.90 or more, and even more preferably 0.92 or more.
ポリグリコール酸繊維の結晶配向係数は、X線回折装置を用いて取得されるX線回折像から得られる回折強度曲線を用い、Wilchinskyの計算方法にしたがって求めることができる。また、当該結晶配向係数は、後述する製造方法におけるV/Tによって調整することが可能である。 The crystal orientation coefficient of polyglycolic acid fibers can be calculated according to Wilchinsky's calculation method using a diffraction intensity curve obtained from an X-ray diffraction image obtained using an X-ray diffractometer. The crystal orientation coefficient can also be adjusted by adjusting the V/T ratio in the manufacturing method described below.
〔用途〕
本実施形態のポリグリコール酸繊維は、低い熱収縮性と高い加水分解性とが求められる用途に好適に用いられ得る。本実施形態のポリグリコール酸繊維は、縫合糸、人工血管および細胞培養基材などの生体医療材料、不織布および衣料品などの布製品、あるいは種々の産業用材料、に利用することができる。
[Application]
The polyglycolic acid fiber of this embodiment can be suitably used in applications requiring low heat shrinkage and high hydrolysis resistance, and can be used for biomedical materials such as sutures, artificial blood vessels, and cell culture substrates, fabric products such as nonwoven fabrics and clothing, and various industrial materials.
また、本実施形態のポリグリコール酸繊維は、低い熱収縮性を有することから、染色性に優れることが期待される。このため、生体に適用する用途において、容易に視認可能な色に着色することにより、当該用途における利便性を高めることが期待される。さらに、加水分解性を有することから、本実施形態のポリグリコール酸繊維を布中に織り込み、加水分解させることにより、特徴的な風合いを有する布を創出するなど、新たな布材およびそのための材料としての用途が期待される。 In addition, since the polyglycolic acid fiber of this embodiment has low thermal shrinkage, it is expected to have excellent dyeability. Therefore, in applications where it is applied to living organisms, it is expected that the convenience of the application will be improved by coloring it in a color that is easily visible. Furthermore, since it is hydrolyzable, it is expected that the polyglycolic acid fiber of this embodiment can be used as a new cloth material and a material for the same, for example, by weaving the polyglycolic acid fiber of this embodiment into cloth and hydrolyzing it, a cloth with a distinctive texture will be created.
〔作用効果〕
本実施形態のポリグリコール酸繊維の結晶化度は20%以上と高い。当該結晶化度が高いことは、繊維中のポリグリコール酸の結晶量が多いことを意味する。また、本実施形態のポリグリコール酸繊維の複屈折は35×10-3以上と高い。当該複屈折が高いことは、繊維中のポリグリコール酸の分子配向性が高いことを意味する。さらに、本実施形態のポリグリコール酸繊維の非晶配向係数は0.30以下と低い。非晶配向係数は、非晶相の配向性を示しており、当該非晶配向係数が低いことは、繊維中におけるポリグリコール酸の非晶相の配向性が低い(乱れている)ことを意味する。
[Action and Effect]
The degree of crystallinity of the polyglycolic acid fiber of this embodiment is high, at 20% or more. A high degree of crystallinity means that the amount of crystals of polyglycolic acid in the fiber is large. In addition, the birefringence of the polyglycolic acid fiber of this embodiment is high, at 35×10 −3 or more. A high birefringence means that the molecular orientation of polyglycolic acid in the fiber is high. Furthermore, the amorphous orientation coefficient of the polyglycolic acid fiber of this embodiment is low, at 0.30 or less. The amorphous orientation coefficient indicates the orientation of the amorphous phase, and a low amorphous orientation coefficient means that the orientation of the amorphous phase of polyglycolic acid in the fiber is low (disordered).
本実施形態のポリグリコール酸繊維は、結晶化度が大きく非晶配向係数が低い。すなわち、本実施形態のポリグリコール酸繊維は、微視的には、複屈折が高いことから、分子配向が高く、主に結晶相が発達した構造を有している。 The polyglycolic acid fiber of this embodiment has a high degree of crystallinity and a low amorphous orientation coefficient. That is, the polyglycolic acid fiber of this embodiment has a high birefringence from a microscopic perspective, and therefore has a structure in which the molecular orientation is high and the crystalline phase is mainly developed.
一般に、紡糸速度による歪の増加は、熱緩和現象として熱収縮の増大として現れるが、さらなる紡糸速度の高速化により発達した結晶構造と低配向の非晶相を有する安定な構造を形成するとされている。結晶化度が高く、また非晶配向係数が低いと熱収縮率が低い傾向にある。よって、本実施形態のポリグリコール酸繊維は、低い熱収縮性を有する。 Generally, an increase in distortion due to the spinning speed is manifested as an increase in thermal shrinkage as a thermal relaxation phenomenon, but it is believed that a further increase in the spinning speed will result in the formation of a stable structure with a developed crystalline structure and a low-oriented amorphous phase. A high degree of crystallinity and a low amorphous orientation coefficient tend to result in a low thermal shrinkage rate. Therefore, the polyglycolic acid fiber of this embodiment has low thermal shrinkage.
また、本実施形態のポリグリコール酸繊維は、非晶配向係数が低い。ポリグリコール酸の加水分解は、非晶部への水の拡散によって開始される。関根ら((1)Sekine, S., Akieda, H., Ando, I., Asakura, T. A Study of the Relationship between the Tensile Strength and Dynamics of As-spun and Drawn Poly(glycolic acid) Fibers. Polym. J.40, 10-16 (2008).(2)Sekine, S., Yamauchi, K., Aoki, A., Asakura, T. Heterogeneous structure of Poly(glycolic acid) fiber studied with differential scanning calorimeter, X-ray diffraction, solid-state NMR and molecular dynamic simulation. Polymer 50, 6083-6090 (2009).)は、高度に配向した非晶部の存在が加水分解を抑制することを示している。つまり、非晶部への水の拡散速度が非晶部の配向に影響されると仮定すると、非晶配向係数が低い本実施形態のポリグリコール酸繊維は、微視的に、水が入りやすい構造となっている。よって本実施形態のポリグリコール酸繊維は、高い加水分解性を有する。 In addition, the polyglycolic acid fiber of this embodiment has a low amorphous orientation coefficient. Hydrolysis of polyglycolic acid is initiated by the diffusion of water into the amorphous portion. Sekine et al. ((1) Sekine, S., Akieda, H., Ando, I., Asakura, T. A Study of the Relationship between the Tensile Strength and Dynamics of As-spun and Drawn Poly(glycolic acid) Fibers. Polym. J.40, 10-16 (2008). (2) Sekine, S., Yamauchi, K., Aoki, A., Asakura, T. Heterogeneous structure of Poly(glycolic acid) fiber studied with differential scanning calorimeter, X-ray diffraction, solid-state NMR and molecular dynamic simulation. Polymer 50, 6083-6090 (2009).) have shown that the presence of highly oriented amorphous portions suppresses hydrolysis. In other words, assuming that the diffusion rate of water into the amorphous portion is affected by the orientation of the amorphous portion, the polyglycolic acid fiber of this embodiment, which has a low amorphous orientation coefficient, has a structure that allows water to easily penetrate microscopically. Therefore, the polyglycolic acid fiber of this embodiment has high hydrolysis resistance.
また、本実施形態のポリグリコール酸繊維は、DSCにおける2つ以上の融解ピークを有し得る。これは、ポリグリコール酸繊維において、発達した結晶相が形成されたときに、当該結晶相が、それ以外の部分に比べて融解しにくくなり、十分な融点の差となって現れるため、と考えられる。よって、このような2つ以上の融解ピークを有するポリグリコール酸繊維は、より低い熱収縮性を有する傾向にある。 The polyglycolic acid fiber of this embodiment may have two or more melting peaks in DSC. This is thought to be because when a developed crystalline phase is formed in the polyglycolic acid fiber, the crystalline phase is less likely to melt than the other portions, resulting in a significant difference in melting point. Thus, polyglycolic acid fibers having such two or more melting peaks tend to have lower heat shrinkage.
また、本実施形態のポリグリコール酸繊維は、5~40μmの繊維径を有し得る。当該繊維径の範囲において、本実施形態のポリグリコール酸繊維は、繊維の良好な形態と前述した良好な微視的構造の特徴とを併せ持つように製造され得る。よって、当該繊維径を有するポリグリコール酸繊維は、良好な生産性を有するとともに、巻き癖などの外観不良の発生が抑制され得る。 The polyglycolic acid fiber of this embodiment may have a fiber diameter of 5 to 40 μm. In this fiber diameter range, the polyglycolic acid fiber of this embodiment may be manufactured to have both a good fiber morphology and the above-mentioned good microscopic structural characteristics. Therefore, the polyglycolic acid fiber having this fiber diameter has good productivity and can suppress the occurrence of poor appearance such as curling.
本実施形態のポリグリコール酸繊維は、以下に述べる製造方法によって製造することが可能である。 The polyglycolic acid fiber of this embodiment can be produced by the production method described below.
[ポリグリコール酸繊維の製造方法]
本発明の一実施形態に係るポリグリコール酸繊維の製造方法は、押出機にて溶融温度T℃で溶融したポリグリコール酸を紡糸口金から吐出させる第一の工程と、紡糸口金から気相中に吐出された繊維状のポリグリコール酸の溶融物を紡糸速度Vm/分で回収してなるポリグリコール酸繊維を得る第二の工程と、を含み、下記(i)~(iii)の条件を満たす。
(i)250≦T≦300
(ii)V≧3000
(iii)V/T≧11.5
[Method of producing polyglycolic acid fiber]
A method for producing polyglycolic acid fibers according to one embodiment of the present invention comprises a first step of discharging polyglycolic acid molten at a melting temperature T°C in an extruder from a spinneret, and a second step of obtaining polyglycolic acid fibers by recovering the fibrous molten polyglycolic acid discharged from the spinneret into a gas phase at a spinning speed Vm/min, and satisfies the following conditions (i) to (iii):
(i) 250≦T≦300
(ii) V≧3000
(iii) V/T≧11.5
本実施形態の製造方法における第一の工程および第二の工程は、上記の条件を満たす範囲において、高速溶融紡糸法とも言われる公知の方法によって実施することが可能である。 The first and second steps in the manufacturing method of this embodiment can be carried out by a known method also known as high-speed melt spinning, as long as the above conditions are met.
[第一の工程]
第一の工程における溶融温度(T℃)は、250℃以上300℃以下である。当該溶融温度が250~300℃であることにより、ポリグリコール酸の良好な溶融物を紡糸口金から吐出させることが可能となる。当該溶融温度が低すぎると、ポリグリコール酸の溶融が不十分となることがある。このため、紡糸口金からポリグリコール酸の溶融物を吐出することが困難になることがあり、また、押出機に対する負荷が大きくなって押出機のスクリューが停止することがある。当該溶融温度が高すぎると、ポリグリコール酸が熱分解し、当該熱分解によるポリグリコール酸の分子量の低下が促進されることがある。
[First step]
The melting temperature (T°C) in the first step is 250°C or more and 300°C or less. The melting temperature of 250 to 300°C makes it possible to extrude a good melt of polyglycolic acid from the spinneret. If the melting temperature is too low, the melting of polyglycolic acid may be insufficient. For this reason, it may be difficult to extrude the melt of polyglycolic acid from the spinneret, and the load on the extruder may increase, causing the screw of the extruder to stop. If the melting temperature is too high, the polyglycolic acid may be thermally decomposed, and the decrease in the molecular weight of the polyglycolic acid due to the thermal decomposition may be promoted.
第一の工程における溶融温度は、ポリグリコール酸を十分に溶かしきる観点から、255℃以上であることが好ましく、260℃以上であることがより好ましい。また、溶融温度は、ポリグリコール酸の熱分解を抑制する観点から、295℃以下であることが好ましく、290℃以下であることがより好ましい。 The melting temperature in the first step is preferably 255°C or higher, more preferably 260°C or higher, from the viewpoint of sufficiently dissolving the polyglycolic acid. In addition, the melting temperature is preferably 295°C or lower, more preferably 290°C or lower, from the viewpoint of suppressing thermal decomposition of the polyglycolic acid.
第一の工程において、ポリグリコール酸の溶融物は、押出機に接続された紡糸口金から吐出される。 In the first step, the polyglycolic acid melt is discharged from a spinneret connected to an extruder.
本実施形態において紡糸口金は、得られるポリグリコール酸繊維の用途に応じて、当技術分野で公知である種類の紡糸口金を用いることができる。紡糸口金が備える吐出穴の形状は、適宜に決めることができる。紡糸口金が備える吐出穴の形状の例には、円形、四角形、三角形、星形などが含まれる。紡糸口金が備える吐出穴の径は、適宜に決めることができる。紡糸口金が備える吐出穴の数は、製造条件に応じて、適宜に決めることができ、1つであってもよいし、複数であってもよい。 In this embodiment, the spinneret may be of a type known in the art, depending on the application of the resulting polyglycolic acid fiber. The shape of the discharge hole of the spinneret may be determined as appropriate. Examples of the shape of the discharge hole of the spinneret include a circle, a square, a triangle, a star, and the like. The diameter of the discharge hole of the spinneret may be determined as appropriate. The number of discharge holes of the spinneret may be determined as appropriate depending on the production conditions, and may be one or more.
第一の工程は、公知の押出成形機によって実施することが可能である。紡糸口金からポリグリコール酸の溶融物を安定して吐出させる観点から、ギアポンプなどの定量的な流体供給装置を用いてポリグリコール酸の溶融物を紡糸口金に向けて送り出すことが好ましい。 The first step can be carried out by a known extrusion molding machine. From the viewpoint of stably discharging the molten polyglycolic acid from the spinneret, it is preferable to send the molten polyglycolic acid toward the spinneret using a quantitative fluid supply device such as a gear pump.
第一の工程において、紡糸口金からのポリグリコール酸の溶融物の吐出量は、製造しようとするポリグリコール酸繊維の繊維径および後述の紡糸速度に応じて適宜に決めてよい。本実施形態では、紡糸口金の吐出穴1つ当たりの吐出量は、例えば0.1~13.7g/分の範囲において適宜に決めてよい。 In the first step, the amount of molten polyglycolic acid discharged from the spinneret may be appropriately determined depending on the fiber diameter of the polyglycolic acid fiber to be produced and the spinning speed described below. In this embodiment, the amount of discharge per discharge hole of the spinneret may be appropriately determined within the range of, for example, 0.1 to 13.7 g/min.
[第二の工程]
第二の工程において、紡糸速度(Vm/分)は、紡糸口金から気相中に吐出された溶融物を冷却固化させ繊維状のポリグリコール酸として回収する速度である。当該繊維は、巻き取り機に巻き取ることによって回収され得る。紡糸速度は、回収時における紡糸の単位時間当たりの長さによって表され、巻き取り機への巻き取りによって回収する場合では、巻き取り機に巻き取られる繊維の単位時間当たりの長さで表される。
[Second step]
In the second step, the spinning speed (Vm/min) is the speed at which the molten material discharged from the spinneret into the gas phase is cooled and solidified to be recovered as fibrous polyglycolic acid. The fiber can be recovered by winding it up on a winder. The spinning speed is represented by the length of the spinning per unit time at the time of recovery, and in the case of recovery by winding up on a winder, it is represented by the length of the fiber wound up on the winder per unit time.
第二の工程における紡糸速度は、3000m/分以上である。紡糸速度が3000m/分以上であると、紡糸口金から吐出されたポリグリコール酸の溶融物を適切な繊維形状に成形することが可能であり、同時に、ポリグリコール酸繊維におけるポリグリコール酸の分子構造を所期の状態にする。このように第二の工程における溶融物の回収は、繊維の外形を形作ると同時に、繊維の微視的な内部構造を構築している。分子構造における所期の状態とは、ポリグリコール酸の分子鎖が伸長方向に配向しつつ結晶化している状態である。本実施形態では、このような所期の内部構造の構築を「配向結晶化」とも言う。 The spinning speed in the second step is 3000 m/min or more. When the spinning speed is 3000 m/min or more, it is possible to mold the molten polyglycolic acid discharged from the spinneret into an appropriate fiber shape, and at the same time, the molecular structure of polyglycolic acid in the polyglycolic acid fiber is brought to the desired state. In this way, the recovery of the molten material in the second step forms the outer shape of the fiber and at the same time builds the microscopic internal structure of the fiber. The desired state of the molecular structure is a state in which the molecular chains of polyglycolic acid are crystallized while being oriented in the elongation direction. In this embodiment, the construction of such a desired internal structure is also called "oriented crystallization."
紡糸速度が小さすぎると、ポリグリコール酸繊維の分子鎖の配向が不十分となり結晶化に至らないことがあり、紡糸速度が大きすぎると糸切れが発生することがある。紡糸速度は、配向結晶化を実現する観点から、4000m/分以上であることが好ましい。また、紡糸速度は、糸切れの発生を抑制する観点から、10000m/分以下であることが好ましく、9000m/分以下であることがより好ましく、8000m/分以下であることがさらに好ましい。 If the spinning speed is too low, the molecular chains of the polyglycolic acid fiber may not be oriented sufficiently to crystallize, whereas if the spinning speed is too high, thread breakage may occur. From the viewpoint of achieving oriented crystallization, the spinning speed is preferably 4000 m/min or more. From the viewpoint of suppressing thread breakage, the spinning speed is preferably 10000 m/min or less, more preferably 9000 m/min or less, and even more preferably 8000 m/min or less.
第二の工程では、紡糸口金から吐出されたポリグリコール酸の溶融物が、繊維状に形成され、伸長され、回収される間に冷却される。紡糸口金の吐出穴から回収される位置までを紡糸線とも言うが、紡糸線の長さは、所望の微視的な内部構造が構築される範囲において適宜に決めることが可能である。 In the second step, the molten polyglycolic acid discharged from the spinneret is formed into fibers, stretched, and cooled while being collected. The distance from the spinneret's discharge hole to the point where the material is collected is called the spin line, and the length of the spin line can be determined as appropriate within the range in which the desired microscopic internal structure is constructed.
また、本実施形態の製造方法において、溶融温度(T)に対する紡糸速度(V)の比率(V/T(m/(分・℃)))は、11.5以上である。当該比率が小さすぎると、前述した配向結晶化が不十分となり、回収されるポリグリコール酸繊維におけるポリグリコール酸の結晶化度が低くなることがあり、あるいは、複屈折が低くなることがある。上記比率は、十分な配向結晶化によるポリグリコール酸繊維を製造する観点から、12.0m/(分・℃)以上であることが好ましく、そして40.0m/(分・℃)以下であってよい。 In addition, in the manufacturing method of this embodiment, the ratio of the spinning speed (V) to the melting temperature (T) (V/T (m/(min.°C))) is 11.5 or more. If this ratio is too small, the above-mentioned oriented crystallization becomes insufficient, and the crystallization degree of the polyglycolic acid in the recovered polyglycolic acid fiber may be low, or the birefringence may be low. From the viewpoint of manufacturing polyglycolic acid fiber with sufficient oriented crystallization, the above ratio is preferably 12.0 m/(min.°C) or more, and may be 40.0 m/(min.°C) or less.
[他の工程]
本実施形態の製造方法は、本実施形態の効果が得られる範囲において、前述した第一の工程および第二の工程以外の他の工程をさらに含んでもよい。
[Other processes]
The manufacturing method of this embodiment may further include steps other than the first step and the second step described above, as long as the effects of this embodiment can be obtained.
たとえば、本実施形態の製造方法は、第一の工程に先立って、ポリグリコール酸を含む材料を押出機に投入する工程をさらに含んでもよい。当該材料の形態は、樹脂の押出成形において公知の形態であればよく、その例には、ペレット状、粉末状、粒状、フレーク状および塊状などが含まれる。当該材料は、押出機に一度に投入されてもよいし、複数回に分けて投入されてもよいし、押出機の複数箇所から一斉に、あるいは順次投入されてもよい。 For example, the manufacturing method of this embodiment may further include a step of feeding a material containing polyglycolic acid into an extruder prior to the first step. The form of the material may be any form known in the extrusion molding of resins, and examples include pellets, powder, granules, flakes, and chunks. The material may be fed into the extruder all at once, or may be fed in multiple batches, or may be fed simultaneously or sequentially from multiple points in the extruder.
また、本実施形態の製造方法は、第二の工程において、紡糸線上における繊維状のポリグリコール酸の溶融物を冷却する工程をさらに含んでもよい。第二の工程において、繊維状のポリグリコール酸の溶融物は、気相中を移動し、その際に空冷される。当該冷却する工程は、当該繊維状の溶融物に冷風を供給する工程であってもよいし、温風を供給する工程であってもよい。また、冷却する工程は、紡糸口金の吐出穴からポリグリコール酸繊維が回収される位置までの長さを適宜に調整する工程であってもよく、また紡糸速度によって冷却時間を適宜に調整する工程であってもよい。 The manufacturing method of this embodiment may further include a step of cooling the melt of fibrous polyglycolic acid on the spinning line in the second step. In the second step, the melt of fibrous polyglycolic acid moves in the gas phase and is air-cooled during the process. The cooling step may be a step of supplying cold air to the fibrous melt, or a step of supplying hot air. The cooling step may be a step of appropriately adjusting the length from the discharge hole of the spinneret to the position where the polyglycolic acid fibers are collected, or a step of appropriately adjusting the cooling time depending on the spinning speed.
また、本実施形態の製造方法は、第二の工程において、紡糸口金から吐出される溶融物の温度を調整する工程をさらに含んでもよい。このような温度調整工程は、紡糸口金直下に配置され吐出口を囲む加熱筒によって実施することが可能である。温度調整工程は、加熱筒の内側の空間の温度を80~320℃に保つ工程であってよい。 The manufacturing method of this embodiment may further include a step of adjusting the temperature of the molten material discharged from the spinneret in the second step. Such a temperature adjustment step can be performed by a heating cylinder that is placed directly below the spinneret and surrounds the discharge port. The temperature adjustment step may be a step of maintaining the temperature of the space inside the heating cylinder at 80 to 320°C.
さらに、本実施形態の製造方法は、第二の工程で回収されたポリグリコール酸繊維の延伸工程を含まない。ここで言う延伸工程とは、繊維形状に既に形成されているポリグリコール酸繊維を伸ばすことによりポリグリコール酸繊維の分子構造および結晶構造などの内部構造を変化させ、繊維の物性を発現させる内部構造を構築する工程である。本実施形態では、前述した第一の工程と第二の工程によって、繊維形状に形成されるとともに繊維の所期の物性を発現させる内部構造が構築されたポリグリコール酸繊維が製造されるので、上記の延伸工程は不要である。既に所期の物性を発現する内部構造を有するポリグリコール酸繊維に上記の延伸工程を実施することは、ポリグリコール酸繊維の上記内部構造を、所期の物性を発現できない内部構造に変化させることがあるためである。 Furthermore, the manufacturing method of this embodiment does not include a stretching step of the polyglycolic acid fiber recovered in the second step. The stretching step here refers to a step of stretching the polyglycolic acid fiber already formed into a fiber shape to change the internal structure, such as the molecular structure and crystal structure, of the polyglycolic acid fiber, and construct an internal structure that expresses the physical properties of the fiber. In this embodiment, the first and second steps described above produce polyglycolic acid fiber that is formed into a fiber shape and has an internal structure that expresses the desired physical properties of the fiber, so the stretching step is unnecessary. This is because performing the stretching step on polyglycolic acid fiber that already has an internal structure that expresses the desired physical properties may change the internal structure of the polyglycolic acid fiber to an internal structure that cannot express the desired physical properties.
[製造装置]
本実施形態の製造方法は、前述したように高速溶融紡糸法によって実施することが可能であり、それを実施可能な公知の装置を用いて実施することが可能である。図1は、本発明の一実施形態に係るポリグリコール酸繊維を製造可能な高速溶融紡糸装置の構成の一例を模式的に示す図である。
[Manufacturing equipment]
The production method of this embodiment can be carried out by the high-speed melt spinning method as described above, and can be carried out using a known apparatus capable of carrying out the method. Fig. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a high-speed melt spinning apparatus capable of producing the polyglycolic acid fiber according to one embodiment of the present invention.
図1に示されるように、高速溶融紡糸装置1は、スクリューが収容されているシリンダを有する押出機11、シリンダに繊維材料を投入するためのホッパ12、シリンダ内の溶融物を送り出すギアポンプ13、ギアポンプ13で送り出された溶融物の流路である導管14、導管14を通過した溶融物を外部に吐出させるための紡糸口金15、および、紡糸口金15から吐出された繊維状のポリグリコール酸の溶融物Fを高速で巻き取る巻き取り機16を有する。押出機11は、前述した溶融温度でポリグリコール酸の溶融物を生成し得る装置であり、巻き取り機16は、前述した紡糸速度で溶融物Fを伸長しながら巻き取ることが可能な装置である。紡糸口金15から巻き取り機16までの距離は、適宜に調整可能であり、例えば1~5mの範囲で適宜に調整される。
As shown in FIG. 1, the high-speed melt spinning device 1 has an
〔作用効果〕
本実施形態の製造方法では、特定の溶融温度T℃で溶融したポリグリコール酸の溶融物を紡糸口金から吐出させ、吐出した繊維状のポリグリコール酸の溶融物を特定の紡糸速度にて気相中で伸長し、巻き取り機で回収する。溶融温度および紡糸速度は、溶融温度に対する紡糸速度の特定の比率となるように設定される。
[Action and Effect]
In the production method of this embodiment, a melt of polyglycolic acid melted at a specific melting temperature T° C. is discharged from a spinneret, and the discharged melt of fibrous polyglycolic acid is stretched in a gas phase at a specific spinning speed and collected by a winder. The melting temperature and the spinning speed are set to a specific ratio of the spinning speed to the melting temperature.
本実施形態の製造方法では、紡糸口金から十分に高い温度のポリグリコール酸の溶融物が吐出され、吐出した当該溶融物は、その後の回収によって伸長され、巻き取りなどによって回収される。当該溶融物は、この回収までに所望の物性を発現する内部構造が構築されたポリグリコール酸繊維になる。このように、本実施形態の製造方法は、ポリグリコール酸の溶融物からポリグリコール酸の繊維を成形しつつ、その内部では所期の内部構造を構築する。繊維状の上記溶融物は、回収による伸長によって配向結晶化する。溶融温度に対する紡糸速度の比率は、適度な配向結晶化を実現するための一パラメータとも言える。本実施形態の製造方法によれば、(100℃での)熱収縮率が低く加水分解性が高いポリグリコール酸繊維を製造することが可能である。たとえば、本実施形態の製造方法は、前述した特性(A)~(C)を有する本実施形態のポリグリコール酸繊維を製造することが可能である。 In the manufacturing method of this embodiment, a polyglycolic acid melt at a sufficiently high temperature is discharged from the spinneret, and the discharged melt is then stretched by recovery and recovered by winding or the like. The melt becomes a polyglycolic acid fiber in which an internal structure that exhibits the desired physical properties has been constructed by the time of this recovery. In this way, the manufacturing method of this embodiment forms a polyglycolic acid fiber from the polyglycolic acid melt, while constructing a desired internal structure inside the fiber. The fibrous melt is oriented and crystallized by being stretched by recovery. The ratio of the spinning speed to the melting temperature can be said to be one parameter for achieving appropriate oriented crystallization. According to the manufacturing method of this embodiment, it is possible to manufacture a polyglycolic acid fiber having a low heat shrinkage rate (at 100°C) and high hydrolysis property. For example, the manufacturing method of this embodiment can manufacture the polyglycolic acid fiber of this embodiment having the above-mentioned characteristics (A) to (C).
本実施形態の製造方法は、ポリグリコール酸を高速溶融紡糸法に適用することによって、上記のような特徴的な内部構造を有するポリグリコール酸繊維が得られることが見出され、上記のように実施される。 The manufacturing method of this embodiment is carried out as described above, based on the discovery that polyglycolic acid fibers having the above-described characteristic internal structure can be obtained by applying polyglycolic acid to a high-speed melt spinning method.
本実施形態の製造方法では、配向結晶化を実現するために、繊維状のポリグリコール酸の溶融物がある程度冷却されている状態で当該溶融物が高速で引き取られることが有効と考えられる。 In the manufacturing method of this embodiment, it is considered effective to pull the fibrous polyglycolic acid melt at high speed while the melt is cooled to a certain degree in order to achieve oriented crystallization.
紡糸線における上記溶融物の伸長過程を制御することで、ポリグリコール酸繊維に所望の物性を発現させる内部構造を構築しやすくなる。つまり、紡糸線における紡糸速度または溶融温度の調整により、紡糸線において上記溶融物に大きな伸長応力を作用させることで、配向結晶化を実現することができる。伸長応力の増大は、慣性力または空気抵抗に基づく張力の増大および伸長ひずみ速度の大きさによって生じる変形に抵抗する力の増大によって引き起こされる。このような紡糸線における溶融物の伸長プロファイルは、前述した特徴(i)~(iii)の調整によって、あるいは、前述した冷却する工程の採用によって、あるいは前述した加熱筒の採用によって、適宜に設定可能である。なお、「紡糸線における溶融物の伸長プロファイル」とは、吐出口から巻取りまでの各点における繊維状物の伸長応力の推移を意味する。 By controlling the elongation process of the melt in the spinning line, it becomes easier to construct an internal structure that will give the polyglycolic acid fiber the desired physical properties. In other words, by adjusting the spinning speed or melting temperature in the spinning line, a large elongation stress is applied to the melt in the spinning line, which can achieve oriented crystallization. The increase in elongation stress is caused by an increase in tension based on inertial force or air resistance and an increase in the force resisting deformation caused by the magnitude of the elongation strain rate. The elongation profile of the melt in such a spinning line can be appropriately set by adjusting the above-mentioned features (i) to (iii), by employing the above-mentioned cooling process, or by employing the above-mentioned heating barrel. Note that the "elongation profile of the melt in the spinning line" refers to the transition of the elongation stress of the fibrous material at each point from the discharge port to the winding.
たとえば、繊維状のポリグリコール酸の溶融温度が低いと、溶融物が高速で回収されることによって十分に強い応力を繊維状のポリグリコール酸に生じさせることが可能になり、配向結晶化を十分に進行させる観点から好ましいことがある。また、当該溶融温度が高いと、固化点(位置)が巻き取り側にシフトするが、さらなる紡糸速度の高速化により、十分な応力を繊維状のポリグリコール酸に生じさせることが可能となる。 For example, if the melting temperature of the fibrous polyglycolic acid is low, the melt can be recovered at high speed, which can generate a sufficiently strong stress in the fibrous polyglycolic acid, and this can be preferable from the viewpoint of sufficiently advancing oriented crystallization. Furthermore, if the melting temperature is high, the solidification point (position) shifts toward the winding side, but by further increasing the spinning speed, it becomes possible to generate a sufficient stress in the fibrous polyglycolic acid.
回収中の繊維状のポリグリコール酸に生じる応力の紡糸線上での位置および強さは、実験による測定値に基づき、あるいはコンピュータシミュレーションでの算出値に基づき、特定し、あるいは推定することができる。このような応力を繊維状のポリグリコール酸に発生させるポリグリコール酸繊維の製造は、製造装置の構成またはその運転条件により適宜に実現することが可能である。 The position and strength of the stress generated in the fibrous polyglycolic acid during collection on the spinning line can be identified or estimated based on experimental measurements or on values calculated by computer simulation. The production of polyglycolic acid fibers that generates such stress in the fibrous polyglycolic acid can be appropriately achieved by adjusting the configuration of the production equipment or its operating conditions.
したがって、繊維状のポリグリコール酸を回収する工程において、紡糸線上の所望の位置で所望の伸長応力が当該繊維状のポリグリコール酸に発生するように、紡糸線上での伸長プロファイルを調整することにより、ポリグリコール酸繊維の製造の状況に応じた最適化の実現が期待される。 Therefore, in the process of recovering fibrous polyglycolic acid, it is expected that optimization according to the circumstances of the production of polyglycolic acid fibers can be achieved by adjusting the elongation profile on the spinning line so that the desired elongation stress is generated in the fibrous polyglycolic acid at the desired position on the spinning line.
本発明は、上述した各実施形態に限定されず、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the claims. Embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the different embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
〔まとめ〕
以上の説明から明らかなように、本発明の実施形態におけるポリグリコール酸繊維は、(A)結晶化度は20%以上である、(B)複屈折は35×10-3以上である、および、(C)非晶配向係数は0.30以下である、との特徴を有する。また、本実施形態におけるポリグリコール酸繊維の製造方法は、押し出し機にて溶融温度T℃で溶融したポリグリコール酸を紡糸口金から吐出させる工程と、紡糸口金から気相中に吐出された繊維状のポリグリコール酸の溶融物を紡糸速度Vm/分で回収してなるポリグリコール酸繊維を得る工程と、を含み、(i)250≦T≦300、(ii)V≧3000、および、(iii)V/T≧11.5、の条件を満たす。よって、本発明の実施形態によれば、低い熱収縮性および易加水分解性を有するポリグリコール酸繊維を提供することができる。
〔summary〕
As is clear from the above description, the polyglycolic acid fiber according to the embodiment of the present invention is characterized by (A) a crystallinity of 20% or more, (B) a birefringence of 35×10 −3 or more, and (C) an amorphous orientation coefficient of 0.30 or less. The method for producing the polyglycolic acid fiber according to the embodiment includes a step of discharging polyglycolic acid melted at a melting temperature T° C. in an extruder from a spinneret, and a step of obtaining the polyglycolic acid fiber by recovering the fibrous polyglycolic acid melt discharged from the spinneret into the gas phase at a spinning speed Vm/min, and satisfies the conditions of (i) 250≦T≦300, (ii) V≧3000, and (iii) V/T≧11.5. Thus, according to the embodiment of the present invention, a polyglycolic acid fiber having low heat shrinkability and easy hydrolysis can be provided.
本発明の実施形態のポリグリコール酸繊維が、37℃のリン酸緩衝溶液に2週間浸漬させた後の分子量保持率が50%以下であることは、易加水分解性に加えて生体に適用したときの炎症の発生を抑制する観点からより一層効果的である。 The polyglycolic acid fiber according to an embodiment of the present invention has a molecular weight retention rate of 50% or less after immersion in a phosphate buffer solution at 37°C for two weeks, which is even more effective from the standpoint of suppressing the occurrence of inflammation when applied to a living body in addition to being easily hydrolyzed.
また、本発明の実施形態のポリグリコール酸繊維が、示差走査熱量測定によって検出される220℃以上の融解ピークを2つ以上有することは、熱収縮性を低くする観点からより一層効果的である。 In addition, the polyglycolic acid fiber of the embodiment of the present invention having two or more melting peaks at 220°C or higher as detected by differential scanning calorimetry is even more effective in terms of reducing heat shrinkage.
また、本発明の実施形態のポリグリコール酸繊維の繊維径が5μm以上、40μm以下であることは、ポリグリコール酸繊維の生産性の向上および外観上の不良発生を抑制する観点からより一層効果的である。 In addition, the fiber diameter of the polyglycolic acid fiber of the embodiment of the present invention is 5 μm or more and 40 μm or less, which is even more effective in terms of improving the productivity of the polyglycolic acid fiber and suppressing the occurrence of defects in appearance.
また、本発明の実施形態におけるポリグリコール酸繊維の製造方法において、製造されるポリグリコール酸繊維が、前述の特性(A)~(C)を有していてよい。当該製造方法は、本実施形態のポリグリコール酸繊維の製造に好適である。 In addition, in the method for producing polyglycolic acid fiber according to an embodiment of the present invention, the polyglycolic acid fiber produced may have the above-mentioned properties (A) to (C). This production method is suitable for producing the polyglycolic acid fiber according to this embodiment.
〔実施例1〕
図1に示すような高速溶融紡糸装置を用い、下記条件でポリグリコール酸繊維1を製造した。
<条件>
材料:ポリグリコール酸(融点220℃、溶融粘度960Pa・s(温度270℃、剪断速度122秒-1))
溶融温度(T):270℃
紡糸口金:1穴(ノズル孔径1.0mm)
吐出量(1穴あたり):5.0g/分
紡糸速度(V):4000m/分
Example 1
Using a high speed melt spinning apparatus as shown in FIG. 1, polyglycolic acid fiber 1 was produced under the following conditions.
<Conditions>
Material: Polyglycolic acid (melting point 220°C, melt viscosity 960 Pa·s (temperature 270°C, shear rate 122 sec -1 ))
Melting temperature (T): 270℃
Spinneret: 1 hole (nozzle hole diameter 1.0 mm)
Discharge rate (per hole): 5.0 g/min Spinning speed (V): 4000 m/min
〔実施例2〕
紡糸速度を5000m/分に変更したこと以外は実施例1と同様にして、ポリグリコール酸繊維2を得た。
Example 2
〔実施例3〕
紡糸速度を6000m/分に変更したこと以外は実施例1と同様にして、ポリグリコール酸繊維3を得た。
Example 3
Polyglycolic acid fiber 3 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the spinning speed was changed to 6000 m/min.
〔実施例4〕
紡糸速度を7000m/分に変更したこと以外は実施例1と同様にして、ポリグリコール酸繊維4を得た。
Example 4
Polyglycolic acid fiber 4 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the spinning speed was changed to 7000 m/min.
〔実施例5〕
ポリグリコール酸の溶融温度を255℃に変更し、紡糸速度を3000m/分に変更したこと以外は実施例1と同様にして、ポリグリコール酸繊維5を得た。
Example 5
Polyglycolic Acid Fiber 5 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the melting temperature of polyglycolic acid was changed to 255° C. and the spinning speed was changed to 3000 m/min.
〔実施例6〕
紡糸速度を4000m/分に変更したこと以外は実施例5と同様にして、ポリグリコール酸繊維6を得た。
Example 6
Polyglycolic acid fiber 6 was obtained in the same manner as in Example 5, except that the spinning speed was changed to 4000 m/min.
〔実施例7〕
紡糸速度を5000m/分に変更したこと以外は実施例5と同様にして、ポリグリコール酸繊維7を得た。
Example 7
Polyglycolic acid fiber 7 was obtained in the same manner as in Example 5, except that the spinning speed was changed to 5000 m/min.
〔比較例1〕
紡糸速度を1000m/分に変更したこと以外は実施例1と同様にして、ポリグリコール酸繊維C1を得た。
Comparative Example 1
Polyglycolic acid fiber C1 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the spinning speed was changed to 1000 m/min.
〔比較例2〕
紡糸速度を3000m/分に変更したこと以外は実施例1と同様にして、ポリグリコール酸繊維C2を得た。
Comparative Example 2
Polyglycolic acid fiber C2 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the spinning speed was changed to 3000 m/min.
〔比較例3〕
紡糸速度を2000m/分に変更したこと以外は実施例5と同様にして、ポリグリコール酸繊維C3を得た。
Comparative Example 3
Polyglycolic acid fiber C3 was obtained in the same manner as in Example 5, except that the spinning speed was changed to 2000 m/min.
〔比較例4〕
図2に示すような直接紡糸延伸装置2を用いてポリグリコール酸繊維を製造した。図2は、比較例のポリグリコール酸繊維の製造に使用される直接紡糸延伸装置の構成の一例を模式的に示す図である。
Comparative Example 4
Polyglycolic acid fibers were produced using a direct spinning and drawing
図2に示されるように、直接紡糸延伸装置2は、紡糸口金15に代えて複数の吐出口を有する紡糸口金17を有し、巻き取り機16に代えて紡糸により生成した繊維F1を受けて後段の延伸装置に送り出す第一ゴデッドロール19を有する。また、直接紡糸延伸装置2は、延伸装置をさらに有し、加熱筒18を紡糸口金17の直下にさらに有する。これらを除き、直接紡糸延伸装置2は、前述した高速溶融紡糸装置1と同様の構成を有している。
As shown in FIG. 2, the direct spinning and
当該延伸装置は、繊維F1を延伸するための第二ゴデッドロール21および第三ゴデッドロール22、第四ゴデッドロール23ならびに延伸してなる繊維F2を巻き取る巻き取り機(「ワインダー」とも言う)24を有している。
The drawing device has a
図2に示すような直接紡糸延伸装置を用い、下記条件でポリグリコール酸繊維C4を製造した。なお、繊維F2の張力を維持するために、第二ゴデッドロール21の回転速度を、第一ゴデッドロール19の回転速度よりも1%程度高く設定した。
<条件>
材料:ポリグリコール酸(融点220℃、溶融粘度960Pa・s(温度270℃、剪断速度122秒-1))
溶融温度:255℃
紡糸口金:24穴(ノズル孔径0.25mm)
吐出量(1穴あたり):0.292g/分
加熱筒:長さ20cm、温度120℃
紡糸速度:150m/分
紡糸温度(第一ゴデッドロール19の温度):25℃
延伸倍率:5.0倍(第二ゴデッドロール21と第三ゴデッドロール22との間)
延伸温度(第二ゴデッドロール21の温度):65℃
緩和・熱処理温度(第三ゴデッドロール22および第四ゴデッドロール23の温度):90℃
Polyglycolic acid fiber C4 was produced under the following conditions using a direct spinning and drawing apparatus as shown in Fig. 2. In order to maintain the tension of fiber F2, the rotation speed of the
<Conditions>
Material: Polyglycolic acid (melting point 220°C, melt viscosity 960 Pa·s (temperature 270°C, shear rate 122 sec -1 ))
Melting temperature: 255°C
Spinneret: 24 holes (nozzle hole diameter 0.25 mm)
Discharge rate (per hole): 0.292 g/min Heating barrel: Length 20 cm, temperature 120°C
Spinning speed: 150 m/min Spinning temperature (temperature of first godet roll 19): 25° C.
Stretching ratio: 5.0 times (between the
Stretching temperature (temperature of second godet roll 21): 65° C.
Relaxation and heat treatment temperature (temperature of the
〔比較例5〕
延伸倍率を4.0倍に変更したこと以外は比較例4と同様にして、ポリグリコール酸繊維C5を得た。
Comparative Example 5
Polyglycolic acid fiber C5 was obtained in the same manner as in Comparative Example 4, except that the draw ratio was changed to 4.0 times.
〔比較例6〕
延伸倍率を3.0倍に変更したこと以外は比較例4と同様にして、ポリグリコール酸繊維C6を得た。
Comparative Example 6
Polyglycolic acid fiber C6 was obtained in the same manner as in Comparative Example 4, except that the draw ratio was changed to 3.0 times.
〔評価〕
[繊維径]
ポリグリコール酸繊維1~7およびC1~C6のそれぞれの直径を、偏光顕微鏡(「BX53-P」、オリンパス株式会社製)を使用して測定した。各ポリグリコール酸繊維5本の試料について測定した直径の平均値を当該繊維の繊維径とした。
〔evaluation〕
[Fiber diameter]
The diameter of each of the polyglycolic acid fibers 1 to 7 and C1 to C6 was measured using a polarizing microscope ("BX53-P", manufactured by Olympus Corporation). The average value of the diameters measured for five samples of each polyglycolic acid fiber was regarded as the fiber diameter of the fiber.
[結晶化度]
ポリグリコール酸繊維1~7およびC1~C6のそれぞれの密度ρを、1,2-ジクロロエタンと四塩化炭素から調製した密度勾配管を用いて、25℃で24時間、試料を密度勾配管内で浸漬した後に測定した。結晶化度Xcは、測定した密度ρ(g/cm3)から下記式(1)を用いて算出した。式(1)中、ρcおよびρaは、それぞれポリグリコール酸の結晶密度と非晶密度を表し、本実施例ではそれぞれρc=1.69g/cm3、ρa=1.50g/cm3とした。
[Crystallization degree]
The density ρ of each of the polyglycolic acid fibers 1 to 7 and C1 to C6 was measured using a density gradient tube prepared from 1,2-dichloroethane and carbon tetrachloride after immersing the sample in the density gradient tube at 25° C. for 24 hours. The degree of crystallinity Xc was calculated from the measured density ρ (g/cm 3 ) using the following formula (1). In formula (1), ρc and ρa represent the crystalline density and amorphous density of polyglycolic acid, respectively, and in this example, ρc = 1.69 g/cm 3 and ρa = 1.50 g/cm 3 , respectively.
[複屈折]
ポリグリコール酸繊維1~7およびC1~C6のそれぞれの複屈折を、Bereckコンペンセータを備えた偏光顕微鏡(「BX53-P」、オリンパス株式会社製)を使用して測定した。各ポリグリコール酸繊維5本の試料について測定した複屈折の平均値を当該繊維の複屈折とした。
[Birefringence]
The birefringence of each of the polyglycolic acid fibers 1 to 7 and C1 to C6 was measured using a polarizing microscope equipped with a Bereck compensator ("BX53-P", manufactured by Olympus Corporation). The average value of the birefringence measured for the five samples of each polyglycolic acid fiber was regarded as the birefringence of the fiber.
[結晶配向係数]
(00l)面の回折が得られておらず、c軸の配向を直接評価することができないため、ポリグリコール酸繊維1~7およびC4~C6の結晶配向係数fcは、以下のWilchinskyの計算方法に従って、下記式(2)から算出した。式(2)中、<cos2φc>は、c軸の配向係数を表し、下記式(3)によって算出した。式(3)中、<cos2φ1>および<cos2φ2>は、それぞれ(110)面および(020)面の回折強度曲線から計算した平均自乗配向角の余弦を表し、下記式(4)によって算出した。なお、上記式(3)中、θ1およびθ2は、(110)面および(020)面のそれぞれがb軸となす角を表し、ポリグリコール酸の結晶構造から、本実施例においてはθ1、θ2はそれぞれθ1=49.9°、θ2=0°とした。
[Crystal orientation coefficient]
Since diffraction from the (00l) plane was not obtained and the orientation of the c-axis could not be directly evaluated, the crystal orientation coefficient f c of polyglycolic acid fibers 1 to 7 and C4 to C6 was calculated from the following formula (2) in accordance with the calculation method of Wilchinsky. In formula (2), <cos 2 φ c > represents the orientation coefficient of the c-axis, and was calculated from the following formula (3). In formula (3), <cos 2 φ 1 > and <cos 2 φ 2 > represent the cosines of the mean square orientation angles calculated from the diffraction intensity curves of the (110) plane and the (020) plane, respectively, and were calculated from the following formula (4). In the above formula (3), θ1 and θ2 represent the angles that the (110) plane and the (020) plane make with the b-axis, respectively, and based on the crystal structure of polyglycolic acid, in this example, θ1 and θ2 were set to θ1 = 49.9° and θ2 = 0°, respectively.
上記式(4)中、N(φ)は回折強度曲線を表す。回折強度曲線は、ポリグリコール酸繊維1~7およびC4~C6の広角X線回折(WAND)像を、X線回折装置(「NANO-Viewer」、理学電機株式会社製)を用いて得ることによって得た。この際、40kV、20mAで発生させたニッケルフィルター処理したCuKα線(波長0.154nm)を試料に垂直に30分照射し、イメージングプレートを用いて、広角X線回折像を得た。 In the above formula (4), N(φ) represents the diffraction intensity curve. The diffraction intensity curves were obtained by obtaining wide-angle X-ray diffraction (WAND) images of polyglycolic acid fibers 1 to 7 and C4 to C6 using an X-ray diffractometer (NANO-Viewer, manufactured by Rigaku Corporation). In this case, nickel-filtered CuKα rays (wavelength 0.154 nm) generated at 40 kV and 20 mA were irradiated perpendicularly to the sample for 30 minutes, and a wide-angle X-ray diffraction image was obtained using an imaging plate.
なお、回折強度曲線は、空気散乱の補正を行った。(110)面は非晶のハローと(101)面が含まれるため、下記式(5)のGaussian関数でフィッテングして単離した。(020)面もまた、(102)面と回折角が近いため、同様の手法によって単離した。式(5)中、Nは回折強度のピーク強度、φ0はピーク強度の位置、wは半値幅である。 The diffraction intensity curve was corrected for air scattering. The (110) plane contains an amorphous halo and the (101) plane, so it was isolated by fitting with the Gaussian function of the following formula (5). The (020) plane also has a diffraction angle close to that of the (102) plane, so it was isolated by a similar method. In formula (5), N is the peak intensity of the diffraction intensity, φ 0 is the position of the peak intensity, and w is the half-width.
なお、ポリグリコール酸繊維C1~C3については、回折画像が得られず、結晶配向係数fcを算出することができなかった。 For the polyglycolic acid fibers C1 to C3, no diffraction images could be obtained, and the crystal orientation coefficient f c could not be calculated.
[非晶配向係数]
複屈折Δnは、結晶と非晶の2相モデルを仮定すると、下記式(6)で表される。下記式(6)では、全複屈折に対する形態複屈折の寄与は小さいと仮定し、無視している。ここで、Xcは結晶化度、fcは結晶配向係数、faは非晶配向係数、ΔncおよびΔnaは、それぞれポリグリコール酸の結晶および非晶の固有複屈折である。
[Amorphous Orientation Coefficient]
Assuming a two-phase model of crystal and amorphous, the birefringence Δn is expressed by the following formula (6). In the following formula (6), the contribution of form birefringence to the total birefringence is assumed to be small and is ignored. Here, Xc is the degree of crystallinity, fc is the crystal orientation coefficient, fa is the amorphous orientation coefficient, Δnc and Δna are the intrinsic birefringence of the crystal and amorphous of polyglycolic acid, respectively.
上記式(6)中、ΔncおよびΔnaは、それぞれBunnらの原子結合分極率を用いて計算した値を用い、Δnc=0.137、Δna=0.117とした。 In the above formula (6), Δn c and Δn a are calculated using the atomic bond polarizability of Bunn et al., and Δn c =0.137 and Δn a =0.117.
なお、ポリグリコール酸繊維C1~C3については、結晶配向係数fcを算出することができなかったため、非晶配向係数faを算出しなかった。 For the polyglycolic acid fibers C1 to C3, the crystalline orientation coefficient f c could not be calculated, and therefore the amorphous orientation coefficient f a was not calculated.
[融点]
ポリグリコール酸繊維1~7およびC1~C6のそれぞれの融解ピークを、示差走査熱量(DSC)装置(「DSC-60 A plus」、株式会社島津製作所製)を用いて、測定した。試料を約10mg秤量して、アルミパンに封入した。窒素雰囲気下(流量10mL/分)、昇温速度10℃/分で0℃から280℃まで昇温した。測定された融解ピークを当該繊維の融点とした。
[Melting point]
The melting peaks of each of the polyglycolic acid fibers 1 to 7 and C1 to C6 were measured using a differential scanning calorimeter (DSC) (DSC-60 A plus, manufactured by Shimadzu Corporation). Approximately 10 mg of the sample was weighed and sealed in an aluminum pan. The sample was heated from 0°C to 280°C at a heating rate of 10°C/min in a nitrogen atmosphere (flow rate 10 mL/min). The measured melting peak was taken as the melting point of the fiber.
[熱収縮率]
ポリグリコール酸繊維1~7およびC1~C6のそれぞれの熱収縮率を測定した。試料100mを枠周1mの巻返し機にかせ上げし、得られたかせの一端を固定し、他端に20gの分銅をかけて、かせ長さLを測定した。次に、分銅を外し、100℃の乾熱炉中に吊り下げて30分間放置した後、室温まで冷却した。その後、再び、かせの一端を固定し、他端に20gの分銅をかけて、かせ長さLHTを測定し、下記式(7)により熱収縮率(%)を算出した。ここで、Lは熱処理前のかせ長さ(m)、LHTは熱処理後のかせ長さ(m)を示す。熱収縮率が5%以下であれば、繊維材料の用途において、実用上問題ないと判断することができる。
(式)
熱収縮率(%)=(L-LHT)/L×100 (7)
[Heat shrinkage rate]
The heat shrinkage of each of the polyglycolic acid fibers 1 to 7 and C1 to C6 was measured. 100 m of the sample was wound on a rewinder with a frame circumference of 1 m, one end of the resulting skein was fixed, and a 20 g weight was hung on the other end to measure the skein length L. The weight was then removed, and the skein was hung in a dry heat oven at 100°C for 30 minutes, and then cooled to room temperature. Thereafter, one end of the skein was fixed again, and a 20 g weight was hung on the other end to measure the skein length LHT, and the heat shrinkage (%) was calculated according to the following formula (7). Here, L is the skein length (m) before heat treatment, and LHT is the skein length (m) after heat treatment. If the heat shrinkage is 5% or less, it can be determined that there is no practical problem in the use of fiber materials.
(formula)
Heat shrinkage rate (%) = (L - LHT) / L x 100 (7)
[分子量保持率]
ポリグリコール酸繊維1~7およびC1~C6のそれぞれの加水分解特性を評価した。各ポリグリコール酸繊維の重量平均分子量を測定した。次いで、各ポリグリコール酸繊維をリン酸緩衝液に浸漬し、37℃に設定したオーブンに2週間静置し、各ポリグリコール酸繊維を取り出し、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって各ポリグリコール酸繊維の重量平均分子量を測定した。上記の浸漬および静置後のポリグリコール酸繊維の重量平均分子量に対する上記の浸漬および静置前のポリグリコール酸繊維の重量平均分子量の百分率を求めて分子量保持率とし、当該分子量保持率で加水分解特性を評価した。分子量保持率が50%以下であれば、易加水分解性を利用した用途において、実用上問題ないと判断することができる。
[Molecular weight retention]
The hydrolysis characteristics of each of the polyglycolic acid fibers 1 to 7 and C1 to C6 were evaluated. The weight average molecular weight of each polyglycolic acid fiber was measured. Next, each polyglycolic acid fiber was immersed in a phosphate buffer solution and left to stand in an oven set at 37°C for two weeks, and each polyglycolic acid fiber was taken out and the weight average molecular weight of each polyglycolic acid fiber was measured by gel permeation chromatography (GPC). The percentage of the weight average molecular weight of the polyglycolic acid fiber before the above immersion and standing to the weight average molecular weight of the polyglycolic acid fiber after the above immersion and standing was calculated as the molecular weight retention, and the hydrolysis characteristics were evaluated based on the molecular weight retention. If the molecular weight retention is 50% or less, it can be judged that there is no practical problem in applications utilizing the easy hydrolysis property.
なお、各ポリグリコール酸繊維の重量平均分子量は、以下のように測定した。10mgのポリグリコール酸繊維を秤量し、150℃で0.5mLのジメチルスルホキシドに溶解させた。溶液を室温まで冷却し、5mMのトリフルオロ酢酸ナトリウムを含む10mLのヘキサフルオロ-2-プロパノールに溶解させ、0.2μmのメンブレンフィルターで濾過した。この溶液をGPC装置(「Shodex-104」、昭和電工株式会社製)に注入し、ポリメタクリル酸メチル換算値としてポリグリコール酸繊維の重量平均分子量を求めた。 The weight-average molecular weight of each polyglycolic acid fiber was measured as follows. 10 mg of polyglycolic acid fiber was weighed and dissolved in 0.5 mL of dimethyl sulfoxide at 150°C. The solution was cooled to room temperature, dissolved in 10 mL of hexafluoro-2-propanol containing 5 mM sodium trifluoroacetate, and filtered through a 0.2 μm membrane filter. This solution was poured into a GPC device (Shodex-104, Showa Denko K.K.), and the weight-average molecular weight of the polyglycolic acid fiber was determined in terms of polymethyl methacrylate.
ポリグリコール酸繊維1~7およびC1~C6のそれぞれについて、製造条件および上記の評価結果を表1に示す。 The manufacturing conditions and the above evaluation results for each of polyglycolic acid fibers 1 to 7 and C1 to C6 are shown in Table 1.
〔考察〕
表1から明らかなように、ポリグリコール酸繊維1~7は、いずれも、十分に低い熱収縮性および十分に良好な易加水分解特性を有している。これは、紡糸の際に繊維状のポリグリコール酸の溶融物が十分に高い速度で巻き取られ、伸長されることにより、当該溶融物に適度な応力が発生し、繊維の形成とともに繊維におけるポリグリコール酸の配向と結晶化が誘起されたため、と考えられる。
[Considerations]
As is clear from Table 1, all of the polyglycolic acid fibers 1 to 7 have sufficiently low heat shrinkage and sufficiently good hydrolysis properties. This is believed to be because the molten fibrous polyglycolic acid is wound and stretched at a sufficiently high speed during spinning, generating an appropriate amount of stress in the molten material, which induces orientation and crystallization of the polyglycolic acid in the fiber as the fiber is formed.
ポリグリコール酸繊維1~7では、いずれも、その結晶化度が比較的高く、その結晶相が高い配向を示しているのに対して、その非晶相の配向は低い。このように、結晶化度が十分に高く非晶配向係数が十分に低いために、ポリグリコール酸繊維1~7は、低い熱収縮性を有すると考えられる。 Polyglycolic acid fibers 1 to 7 all have a relatively high degree of crystallinity and exhibit a high degree of orientation in the crystalline phase, whereas the orientation of the amorphous phase is low. Thus, because the degree of crystallinity is sufficiently high and the amorphous orientation coefficient is sufficiently low, it is believed that polyglycolic acid fibers 1 to 7 have low heat shrinkage.
また、ポリグリコール酸繊維内における非晶相において配向が低いため、ポリグリコール酸繊維1~7では、繊維内に水が浸透し拡散しやすくなって加水分解されやすくなり、十分に高い易加水分解性が出現されると考えられる。 In addition, because the orientation of the amorphous phase in the polyglycolic acid fibers is low, it is believed that in polyglycolic acid fibers 1 to 7, water easily penetrates and diffuses into the fibers, making them more susceptible to hydrolysis, resulting in sufficiently high ease of hydrolysis.
また、ポリグリコール酸繊維2~4および7は、およそ220~250℃の融点と、およそ230~245℃の融点との2つの融点を有しており、比較的高い結晶化度を有している。ポリグリコール酸繊維2~4および7における前者の融点はポリグリコール酸の融点と考えられ、後者の融点は、それよりも融けにくい成分、すなわちポリグリコール酸の発達した結晶由来の融点、と考えられる。ポリグリコール酸繊維2~4および7では、前述の配向結晶化において結晶化がより進行し、そのためにより低い熱収縮性を発現していると考えられる。以上より、一概には言えないが、低い熱収縮性は、非晶相における低い配向性とポリグリコール酸の発達した結晶構造の両方が寄与していると考えられる。 Polyglycolic acid fibers 2-4 and 7 have two melting points, one at approximately 220-250°C and the other at approximately 230-245°C, and have a relatively high degree of crystallinity. The former melting point in polyglycolic acid fibers 2-4 and 7 is thought to be the melting point of polyglycolic acid, and the latter melting point is thought to be the melting point of a component that is less meltable, i.e., the developed crystallization of polyglycolic acid. In polyglycolic acid fibers 2-4 and 7, crystallization is more advanced in the oriented crystallization described above, and this is thought to result in lower heat shrinkage. From the above, it cannot be generalized, but it is thought that the low heat shrinkage is contributed by both the low orientation in the amorphous phase and the developed crystal structure of polyglycolic acid.
一方、ポリグリコール酸繊維C1~C3は、易加水分特性を有するが、高い熱収縮性を有しており、低い熱収縮性の観点で不十分である。ポリグリコール酸繊維C1、C3は、いずれも、紡糸速度が遅くかつV/Tが小さい。ポリグリコール酸繊維C2は、V/Tが小さい。そして、これらの繊維では、結晶化度が著しく低く、またX線照射による回折像が得られていないために結晶配向係数が求められていない。したがって、ポリグリコール酸繊維C1~C3は、非晶の繊維であると考えられる。 On the other hand, polyglycolic acid fibers C1 to C3 have a tendency to easily add moisture, but have high heat shrinkage, which is insufficient in terms of low heat shrinkage. Both polyglycolic acid fibers C1 and C3 have a slow spinning speed and a small V/T. Polyglycolic acid fiber C2 has a small V/T. Furthermore, the degree of crystallinity of these fibers is extremely low, and since no diffraction images were obtained by X-ray irradiation, the crystal orientation coefficient was not determined. Therefore, polyglycolic acid fibers C1 to C3 are considered to be amorphous fibers.
また、ポリグリコール酸繊維C4~C6は、ポリグリコール酸繊維1~7に比べて熱収縮性が高く、また加水分解速度が遅い。ポリグリコール酸繊維C4~C6では紡糸速度およびV/Tが著しく低く、また製造工程に延伸工程を含んでいる。このため、延伸による配向結晶化により結晶構造が発達するとともに、非晶相における配向性も高くなり、その結果、熱収縮性が高くなり、また水の拡散速度が抑制され、加水分解性が不十分になると考えられる。 Furthermore, polyglycolic acid fibers C4 to C6 have higher heat shrinkage and a slower hydrolysis rate than polyglycolic acid fibers 1 to 7. Polyglycolic acid fibers C4 to C6 have significantly lower spinning speeds and V/T, and the manufacturing process includes a stretching step. For this reason, it is believed that the oriented crystallization caused by stretching develops the crystal structure and increases the orientation in the amorphous phase, resulting in higher heat shrinkage and a suppressed water diffusion rate, resulting in insufficient hydrolysis.
本発明は、生体吸収性縫合糸をはじめとした医療材料などの、低い熱収縮性と高い加水分解性とが要求される繊維または布材料、およびそれを含む製品、に利用することができる。 The present invention can be used for fiber or fabric materials that require low heat shrinkage and high hydrolysis, such as bioabsorbable sutures and other medical materials, and for products that contain the same.
1 高速溶融紡糸装置
2 直接紡糸延伸装置
11 押し出し機
12 ホッパ
13 ギアポンプ
14 導管
15、17 紡糸口金
16、25 巻き取り機
18 加熱筒
19 第一ゴデッドロール
21 第二ゴデッドロール
22 第三ゴデッドロール
23 第四ゴデッドロール
24 巻き取り機(ワインダー)
REFERENCE SIGNS LIST 1 High speed
Claims (7)
(A)結晶化度は20%以上50%以下である、
(B)複屈折は35×10-3以上80×10 -3 以下である、および
(C)非晶配向係数は0.30以下である、
を有するポリグリコール酸繊維。 The following characteristics:
(A) the crystallinity is 20% or more and 50% or less ;
(B) the birefringence is 35×10 −3 or more and 80×10 −3 or less , and (C) the amorphous orientation coefficient is 0.30 or less.
Polyglycolic acid fiber having the structure
前記紡糸口金から気相中に吐出された繊維状のポリグリコール酸の溶融物を紡糸速度Vm/分で回収してなるポリグリコール酸繊維を得る工程と、を含み、下記(i)~(iii)の条件、
(i)250≦T≦300
(ii)V≧3000
(iii)V/T≧11.5
を満たすポリグリコール酸繊維の製造方法。 A step of discharging polyglycolic acid molten at a melting temperature T°C from a spinneret in an extruder;
and recovering the molten fibrous polyglycolic acid extruded from the spinneret into the gas phase at a spinning speed of Vm/min to obtain polyglycolic acid fibers, the process comprising the steps of:
(i) 250≦T≦300
(ii) V≧3000
(iii) V/T≧11.5
A method for producing polyglycolic acid fibers that satisfies the above requirements.
(B)複屈折は35×10(B) Birefringence is 35 x 10 -3-3 以上80×10Above 80 x 10 -3-3 以下である、Below is the
を有する、請求項5に記載のポリグリコール酸繊維の製造方法。The method for producing polyglycolic acid fibers according to claim 5 , comprising the steps of:
(A)結晶化度は20%以上50%以下である、
(B)複屈折は35×10-3以上80×10 -3 以下である、および
(C)非晶配向係数は0.30以下である、
を有する、請求項5に記載のポリグリコール酸繊維の製造方法。 The polyglycolic acid fiber has the following characteristics:
(A) the crystallinity is 20% or more and 50% or less ;
(B) the birefringence is 35×10 −3 or more and 80×10 −3 or less , and (C) the amorphous orientation coefficient is 0.30 or less.
The method for producing polyglycolic acid fibers according to claim 5 , comprising the steps of:
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