説明

ポリ乳酸系長繊維不織布

【課題】高温時の成型性に優れた成型体を提供する。
【解決手段】本発明の成型体は、ポリ乳酸系重合体とポリプロピレン系重合体とを含む複合長繊維を構成繊維とするポリ乳酸系長繊維不織布からなる成型体であって、前記複合長繊維の複合形態はポリ乳酸系重合体が芯部を形成し、ポリプロピレン系重合体が鞘部を形成する芯鞘型複合長繊維であり、前記ポリ乳酸系長繊維不織布の130℃での破断時の伸度がタテ方向、ヨコ方向ともに150%以上であることを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はポリ乳酸系長繊維不織布に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、生活資材や産業・土木資材、農業資材などの素材として、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂などの熱可塑性重合体からなる種々の不織布が知られている。
【0003】
しかしながら、これらの不織布は石油由来の原料より製造されているものであるため、焼却時の高い燃焼熱、焼却時に発生する二酸化炭素による温室効果、および自然環境保護の観点から見直しが必要とされている。したがって、近年、植物由来のトウモロコシやサツマイモなどを原料としたポリ乳酸がバイオマスの観点から注目されており、ポリ乳酸系重合体を用いた不織布が種々開発されている。
【0004】
例えば、ポリ乳酸系重合体からなる単相断面の長繊維から形成され、該長繊維同士が部分的に熱圧着されてなる不織布が検討されている(特許文献1)。
また、ポリ乳酸系重合体と他の重合体とを複合したものとして、芯部にポリ乳酸系重合体、鞘部にポリオレフィン系重合体を用いた芯鞘型複合長繊維からなる不織布が検討されている(特許文献2)。しかしながら、特許文献2で得られた不織布は、折り曲げに弱い(すなわち、耐屈曲磨耗性に劣る)という問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2003−64569号公報
【特許文献2】特開2002−88630号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、ポリ乳酸系重合体が用いられる不織布において、耐屈曲磨耗性、耐候性が共に優れたポリ乳酸系長繊維不織布を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者らは、上記問題を解決するため、鋭意検討した結果、本発明に到達した。すなわち、本発明の要旨は、下記の通りである。
(1)ポリ乳酸系重合体とポリプロピレン系重合体とを含む複合長繊維を構成繊維とするポリ乳酸系長繊維不織布であって、前記複合長繊維の複合形態はポリ乳酸系重合体が鞘部を形成し、ポリプロピレン系重合体が芯部を形成する芯鞘型複合長繊維であることを特徴とするポリ乳酸系長繊維不織布。
(2)JIS P 8115に従って折り曲げ強度試験を実施した際に、試料が切断するまでの折り曲げ回数が10000以上となることを特徴とする(1)のポリ乳酸系長繊維不織布。
(3)(1)または(2)のポリ乳酸系長繊維不織布を用いたことを特徴とする成型体。
(4)(1)または(2)のポリ乳酸系長繊維不織布を用いたことを特徴とするフィルター。
(5)(1)または(2)のポリ乳酸系長繊維不織布を用いたことを特徴とするブラインドカーテン。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、不織布を構成する繊維の構造を、ポリ乳酸系重合体が鞘部に配され、ポリプロピレン系重合体が芯部に配された芯鞘型とすることにより、耐屈曲磨耗性に優れ、耐候剤を添加しなくても耐候性に優れたポリ乳酸系長繊維不織布を提供することができる。また、該ポリ乳酸系長繊維不織布を用いることにより、耐屈曲磨耗性および耐候性に優れた成型体、フィルターおよびブラインドカーテンを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のポリ乳酸系長繊維不織布(以下、単に「不織布」と称する場合がある)は、ポリプロピレン系重合体が芯部に配され、ポリ乳酸系重合体が鞘部に配された芯鞘型の複合長繊維を構成繊維とする複合長繊維不織布である。ポリプロピレン系重合体を芯部に配置することにより、芯部の結晶化度が向上し、折れ曲がりに強く耐屈曲磨耗性に優れる複合長繊維を得ることができる。また、ポリ乳酸系重合体を鞘部に配置することにより耐候性が向上するため、耐候剤を別途用いなくても、耐候性に優れた不織布を得ることができるためコスト的にも良好である。
【0010】
本発明に用いられるポリプロピレン系重合体は、プロピレン単体でもよいし、主たる繰り返し単位がプロピレン単位である共重合ポリプロピレンでもよい。
ポリプロピレンを重合して、ポリプロピレン系重合体を得る場合には、チーグラーナッタ触媒やメタロセン触媒などの触媒が用いられるが、本発明においては、いずれの触媒も用いることができる。
【0011】
本発明において、ポリプロピレン系重合体のASTM−D−1238(L)に従って測定したメルトフローレート(MFR)は、5〜90g/10分であることが好ましく、20〜80g/10分であることがより好ましい。MFRが5g/10分未満であると、溶融紡糸の際に、溶融温度を極端に高くする必要が生じ、高温下における紡糸では原料であるポリプロピレン系重合体の熱分解が促進される。そのため、紡糸口金に汚れが付着しやすくなり、操業性の悪化を招く場合がある。一方、MFRが90g/10分を超えると、強力の高い繊維を得ることが困難となり、本発明の目的とする不織布を得ることができない。
【0012】
本発明に用いられるポリ乳酸系重合体としては、ポリ(D−乳酸)、ポリ(L−乳酸)、(D−乳酸)と(L−乳酸)の共重合体、(D−乳酸)とヒドロキシカルボン酸との共重合体、(L−乳酸)とヒドロキシカルボン酸との共重合体、(D−乳酸)と(L−乳酸)とヒドロキシカルボン酸との共重合体、これらのブレンド体が挙げられる。
【0013】
上記のヒドロキシカルボン酸としては、グリコール酸、ヒドロキシ酪酸、ヒドロキシ吉草酸、ヒドロキシカプロン酸、ヒドロキシヘプタン酸、ヒドロキシカプリル酸などが挙げられる。なかでも、低コスト化の観点からは、ヒドロキシカプロン酸やグリコール酸が好ましい。
【0014】
本発明においては、ポリ乳酸系重合体の融点が150℃以上であることが好ましく、160℃以上であることがより好ましい。融点が150℃以上であると、結晶性が高くなるため耐熱性が良好となる。そのため、高温における熱処理加工時の収縮が小さく、熱加工による安定性に優れた不織布を得ることができる。また、融点が150℃以上のポリ乳酸系重合体のブレンド体であってもよい。
【0015】
ポリ乳酸のホモポリマーであるポリ(L−乳酸)や、ポリ(D−乳酸)の融点は、約180℃である。そのため、ポリ乳酸系重合体として、ホモポリマーではなく、共重合体を用いる場合には、共重合体の融点が150℃以上となるように、モノマー成分の共重合比率を調整する必要がある。
【0016】
(L−乳酸)と(D−乳酸)の共重合比は、モル比で、(L−乳酸)/(D−乳酸)=5/95〜0/100、あるいは、(L−乳酸)/(D−乳酸)=95/5〜100/0であることが好ましい。共重合比が上記の範囲を外れると、ポリ乳酸系重合体の融点が150℃未満となり、非晶性が高くなるため耐熱性に劣り、得られた不織布には高温における熱処理加工時の収縮が発生する。
【0017】
上記のポリプロピレン系重合体やポリ乳酸系重合体には、本発明の効果を損なわない限りにおいて、顔料、熱安定剤、酸化防止剤、耐候剤、難燃剤、末端封鎖剤、可塑剤、滑剤、離型剤、帯電防止剤、充填材、結晶核剤などを添加してもよい。
【0018】
複合長繊維における芯部と鞘部の複合比(質量比)は、(芯部)/(鞘部)=1/5〜5/1であることが好ましく、1/3〜3/1であることがより好ましい。(芯部)/(鞘部)の複合比が1/5を下回ると、ポリ乳酸系重合体の性質がポリプロピレン系重合体の性質より強く発現するため、ポリプロピレン系重合体の特性である耐屈曲磨耗性に劣る場合がある。一方、(芯部)/(鞘部)の複合比が5/1を超えると、鞘部のポリ乳酸系重合体の被覆が薄くなりすぎるため、十分な耐候性が得られず、糸条の冷却が進みにくくなることから、糸条の密着が生じやすくなるため好ましくない。
【0019】
本発明において、複合長繊維の単糸繊度は、1〜10dtexであることが好ましく、1.5〜8dtexであることがより好ましい。単糸繊度が1dtex未満であると、製糸工程において糸切れが発生するなど操業性を損なう場合がある。単糸繊度が10dtexを超えると、紡出糸条の冷却性に劣るため、糸条の密着が起こりやすく、また得られる不織布の柔軟性を損なう場合がある。
【0020】
複合長繊維の断面形状は、特に限定されず、円形、楕円形、多角形、多葉形、中空形などの形状が挙げられる。
【0021】
本発明のポリ乳酸系長繊維不織布は、上述の複合長繊維を用いて、公知の方法により得ることができる。公知の方法は、特に制限されず、例えば、熱により接着する熱接着法、ニードルパンチ法やスパンレース法などの機械的交絡法、ボンディング法などが挙げられる。なかでも、生産性、得られる不織布の機械的強力の観点から、熱接着法が好ましい。
【0022】
以下に、熱接着法による製造方法について説明する。
熱接着法としては、具体的には、加熱されたエンボスロールと表面が平滑なフラットロールとの間、もしくは一対のエンボスロールの間、一対のフラットロールの間に、長繊維ウェブを通して、熱により繊維を軟化または溶融させて繊維間を接着する方法である。エンボスロールの柄は、そのまま接着部の形状となるが、その形状は特に限定されるものではなく、散点状であってもよいし、直線状や格子状などの直線的な形状であってもよい。散点状の場合は、丸形、楕円形、菱形、三角形、T字形、井形、長方形、正方形などいかなる形態であってもよい。
【0023】
接着点の大きさは、目的に応じて適宜選択すればよいが、0.1〜1.0mmであることが好ましい。接着点の大きさが0.1mm未満であると、接着点面積が小さくなりすぎるために機械的強力に劣る傾向となる。一方、1.0mmを超えると、接着点面積が大きくなりすぎるため、不織布の柔軟性や嵩高性が低下する傾向となる。
【0024】
接着点の密度は、目的に応じて適宜選択すればよいが、2〜80個/cmであることが好ましい。接着点の密度が2個/cm未満であると、接着点面積が小さくなりすぎるために機械的強力に劣る傾向となる。一方、80個/cmを超えると、接着点面積が大きくなりすぎるため、不織布の柔軟性や嵩高性が低下する傾向となる。
【0025】
本発明のポリ乳酸系長繊維不織布の目付は、特に制限されず、用途に応じて適宜選択すればよいが、10〜400g/m程度でよい。
【0026】
次に、本発明のポリ乳酸系長繊維不織布の製造方法について説明する。
まず、芯部となるポリプロピレン系重合体と鞘部となるポリ乳酸系重合体の複合比(質量比)が、(芯部)/(鞘部)=1/5〜5/1となるように個別に計量した後、芯部がポリプロピレン系重合体、鞘部がポリ乳酸系重合体となるように、芯鞘型複合紡糸口金より紡出する。紡出された糸条は、冷却空気流などの公知の冷却装置によって冷却され、エアーサッカーなどの公知の引き取り手段によって所望の繊度となるように牽引細化して引き取る。牽引細化された複合長繊維は、公知の開繊装置にて開繊せしめられた後に、スクリーンコンベアなどの移動式捕集面上に開繊堆積させて長繊維ウェブとする。この得られた長繊維ウェブを熱接着装置に通して、部分的に熱接着することで目的とするポリ乳酸系長繊維不織布を得る。
【0027】
本発明において、牽引速度は、2500〜5500m/分であることが好ましく、3500〜5000m/分であることがより好ましい。牽引速度が2500m/分未満であると、糸条において十分に分子配向が促進されず、得られる不織布の寸法安定性、機械的特性に劣る傾向となる。一方、牽引速度が5500m/分を超えると、紡糸安定性に劣り、糸切れが発生しやすくなり、操業性が悪化する傾向がある。
【0028】
熱接着時における加熱ロールの表面温度は鞘部に配されるポリ乳酸系重合体の融点Tmに対して、(Tm−60)℃〜Tm℃の範囲であることが好ましい。加熱ロールの表面温度が(Tm−60)℃未満である場合、熱接着が十分に行われず、機械的性能および寸法安定性の低下を招く場合がある。一方、加熱ロールの表面温度がTm℃を超えると、繊維が溶融しロール表面に付着するため、操業性が損なわれる場合がある。
【0029】
本発明においては、必要に応じて、熱接着処理後に、バインダー樹脂などをディップ法、コーティング法、泡含浸法などの方法で付与してもよい。また、付与するバインダー樹脂はその目的に合わせて適宜選択すればよい。
【0030】
本発明のポリ乳酸系長繊維不織布は、優れた機械的強力の観点から、JIS L 1096 6.12.1 B法(グラブ法)に従って測定した機械方向と直交する方向(ヨコ方向)に従って測定した引張強力が4.0N/5cm幅以上であることが好ましい。
【0031】
また、本発明のポリ乳酸系長繊維不織布は、優れた耐屈曲磨耗性の観点から、JIS P 8115に従って折り曲げ強度試験を実施した際に、試料が切断するまでの折り曲げ回数が10000以上となることが好ましい。
【0032】
さらにまた、本発明のポリ乳酸系長繊維不織布は、優れた耐候性の観点から、実施例において後述する引張強力保持率、破断伸度保持率、引裂強力保持率が、いずれも60%以上であることが好ましい。
【0033】
なお、上記試験の測定は、いずれも測定値が小さくなる方向で評価している。これは、長繊維不織布において、繊維は機械方向(タテ方向)に配列しやすいためである。すなわち、引張強力、破断伸度はヨコ方向で測定しており、引裂強力はタテ方向において測定している。
【0034】
本発明の成型体は、ポリ乳酸系長繊維不織布をプレス成型などに付して成型することにより得られる。成型体は容器形状品であってもよいし、シート状品であってもよい。また、プリーツ加工を施したものでもよい。本発明において、成型体を得る方法は特に制限されない。例えば、ポリ乳酸系長繊維不織布をまず予熱し、その後に適宜の形状の金型などを用いてプレス成型して、成型体を得る。
【0035】
このようにして得られた種々の形態の成型体は、種々の製品に用いられるが、フィルター用途や室内のブラインドカーテンに特に好適に用いられる。
【実施例】
【0036】
以下、本発明を実施例により、さらに具体的に説明する。実施例および比較例の評価に用いた測定法は次の通りである。
(1)メルトフローレート(g/10分)
ASTM−D−1238(E)に従い、温度210℃、荷重2160gfで測定した。
【0037】
(2)融点(℃)
示差走査型熱量計(パーキンエルマ社製、商品名「DSC−2型」)を用いて、試料質量を5g、昇温速度を10℃/分で測定し、得られた融解吸熱曲線の最大値を与える温度を融点とした。
【0038】
(3)繊度(dtex)
実施例および比較例で得られた不織布の任意の50本の繊維の繊維径を光学顕微鏡で測定し、密度補正して求めた平均値を繊度とした。
【0039】
(4)目付(g/m
実施例および比較例で得られた不織布の標準状態から、試料長が10cm、試料幅が5cmの試料片10点を作成し、各試料片の質量(g)を秤量し、得られた値の平均値を単位面積あたりに換算して、目付とした。
【0040】
(5)引張強力(N/5cm幅)、破断伸度(%)
JIS L 1096 6.12.1 B法(グラブ法)に基づき、初期荷重を0.02kgfとして測定した。
【0041】
(6)引裂強力(N/5cm幅)
JIS L 1906(ペンジュラム法)に基づいて測定した。
(7)引張強力保持率(耐候性)(%)
JIS B 7753に準じたカーボンアーク橙サンシャインウェザーメーター(スガ試験機社製、型式「S80DHB」、放射照度:255W/m、波長:300〜700nm)を用いた耐候性試験(温度:63±3℃、湿度:65±5%RH(噴霧が無い状態)、噴霧条件:120分毎に8分間噴霧する)において、150時間および300時間暴露後の不織布の引張強力を、上記(5)に従って測定した。暴露前の引張強力をS1とし、暴露後の引張強力をS0として、下式に従い、強力保持率を算出した。
引張強力保持率(%)=[S1/S0]×100
(8)破断伸度保持率(耐候性)(%)
上述のカーボンアーク橙サンシャインウェザーメーターを用いた耐候性試験(温度:63±3℃、湿度:65±5%RH(噴霧が無い状態)、噴霧条件:120分毎に8分間噴霧する)において、150時間および300時間暴露後の不織布の破断伸度を、上記(5)に従って測定した。暴露前の破断伸度をT1とし、暴露後の破断伸度をT0として、下式に従い、破断伸度保持率を算出した。
破断伸度保持率(%)=[T1/T0]×100
(9)引裂強力保持率(耐候性)(%)
上述のカーボンアーク橙サンシャインウェザーメーターを用いた耐候性試験(温度:63±3℃、湿度:65±5%RH(噴霧が無い状態)、噴霧条件:120分毎に8分間噴霧する)において、150時間および300時間暴露後の不織布の引裂強力を、上記(6)に従って測定した。暴露前の引裂強力をU1とし、暴露後の引裂強力をU0として、下式に従い、引裂強度保持率を算出した。
引裂強力保持率(%)=[U1/U0]×100
(10)折り曲げ回数(耐屈曲磨耗性)
JIS P 8115に従って測定した。すなわち、幅15cmの試験片を10個作成し、屈曲疲労試験機(東洋精機社製、商品名「MIT屈曲疲労試験機」)を用いて、荷重:1kgf、振れ回数:175回/分、振れ角度約270度(左右に各135度)の条件にて、試験片が切断するまでの折り曲げ回数を測定し、その平均値を求めた。
【0042】
(実施例1)
ポリプロピレン系重合体(融点:160℃、MFR:55g/10分)(以下、「PP」と称する場合がある)を用意した。一方で、ポリ乳酸系重合体(融点:174℃、MFR:21g/10分、D体含有率:0.4モル%)(以下、「PLA」と称する場合がある)を用意した。
【0043】
PPを芯部とし、PLAを鞘部として、芯部/鞘部=1/1(質量比)である芯鞘複合断面となるように、さらに、鞘成分のPLA中にはタルク0.5質量%を含有するように個別に計量した後、それぞれを個別のエクストルーダー型溶融押出機を用いて、温度210℃で溶融し、単孔吐出量1.3g/分の条件で溶融紡糸した。
【0044】
紡出糸条を公知の冷却装置にて冷却した後、引き続いて紡糸口金の下方に設けたエアーサッカーを用いて牽引速度4500m/分で牽引細化し、公知の開繊器具を用いて開繊した。開繊した糸状を移動するスクリーンコンベア上にウェブとして捕集堆積させた。堆積させた芯鞘型複合長繊維の単糸繊度は3.0dtexであった。
【0045】
次いで、このウェブをロール温度130℃としたエンボスロールからなる部分熱圧着装置に通して部分的に熱圧着し、目付50g/mのポリ乳酸系長繊維不織布を得、評価に付した。該不織布の折り曲げ強度は10000回を超えるものであった。
【0046】
(比較例1)
PLAを芯部とし、PPを鞘部として、芯部/鞘部=1/1(質量比)である芯鞘複合断面となるように、さらに、鞘成分のPPの溶融重合体中にタルク0.5質量%を含有するように個別に計量した後、それぞれを個別のエクストルーダー型溶融押出機を用いて、温度210℃で溶融し、単孔吐出量1.3g/分の条件で溶融紡糸した。
【0047】
紡出糸条を公知の冷却装置にて冷却した後、引き続いて紡糸口金の下方に設けたエアーサッカーに牽引速度2500m/分で牽引細化し、公知の開繊器具を用いて開繊し、移動するスクリーンコンベア上にウェブとして捕集堆積させた。堆積させた芯鞘型複合長繊維の単糸繊度は5.1dtexであった。
【0048】
次いで、このウェブをロール温度130℃としたエンボスロールからなる部分熱圧着装置に通して部分的に熱圧着し、目付50g/mの不織布を得、評価に付した。折り曲げ回数は4445回であった。
【0049】
(比較例2)
実施例1において、芯成分を用いずに、鞘成分として用いたタルクを0.5質量%添加したPLAを温度210℃、単孔吐出量1.6g/分の条件で溶融紡糸した。紡出糸条を公知の冷却装置にて冷却した後、引き続いて紡糸口金の下方に設けたエアーサッカーを用いて牽引速度4500m/分で牽引細化し、公知の開繊器具を用いて開繊し、移動するスクリーンコンベア上にウェブとして捕集堆積させた。堆積させた長繊維ウェブの単糸繊度は3.0dtexであった。
【0050】
次いで、この長繊維ウェブをロール温度130℃としたエンボスロールからなる部分熱圧着装置に通して部分的に熱圧着し、目付50g/mの不織布を得、評価に付した。折り曲げ回数は2741回であった。
(比較例3)
実施例1において、鞘成分を用いずに、芯成分として用いたPPを温度200℃、単孔吐出量1.4g/分の条件で溶融紡糸した。紡出糸条を公知の冷却装置にて冷却した後、引き続いて紡糸口金の下方に設けたエアーサッカーを用いて牽引速度4000m/分で牽引細化し、公知の開繊器具を用いて開繊し、移動するスクリーンコンベア上にウェブとして捕集堆積させた。堆積させた長繊維ウェブの単糸繊度は2.2dtexであった。
【0051】
次いで、この長繊維ウェブをロール温度135℃としたエンボスロールからなる部分熱圧着装置に通して部分的に熱圧着し、目付50g/mの長繊維不織布を得、評価に付した。折り曲げ回数は10000回を超えるものであった。
【0052】
実施例1、比較例1〜3の評価結果を表1に示す。
【0053】
【表1】

実施例1において得られたポリ乳酸系不織布は、実用的な引張強力、破断伸度、引裂強力を有しており、耐候性および耐屈曲磨耗性において優れたものであった。
【0054】
比較例1において得られたポリ乳酸系不織布は、ポリ乳酸系重合体が芯部を形成し、ポリプロピレン系重合体が鞘部を形成する芯鞘型複合長繊維からなるため、折り曲げ回数が顕著に少なく、耐屈曲磨耗性に劣っていた。
【0055】
比較例2において得られた不織布は、ポリ乳酸系重合体のみからなる単相繊維からなるため、引張強力、引裂強力に劣っていた。また、折り曲げ回数が顕著に少なく、耐屈曲磨耗性に劣っていた。
【0056】
比較例3に得られた不織布は、ポリプロピレン系重合体のみからなる単相繊維からなるため、耐候性に劣っていた。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ポリ乳酸系重合体とポリプロピレン系重合体とを含む複合長繊維を構成繊維とするポリ乳酸系長繊維不織布であって、前記複合長繊維の複合形態はポリ乳酸系重合体が鞘部を形成し、ポリプロピレン系重合体が芯部を形成する芯鞘型複合長繊維であることを特徴とするポリ乳酸系長繊維不織布。
【請求項2】
JIS P 8115に従って折り曲げ強度試験を実施した際に、試料が切断するまでの折り曲げ回数が10000以上となることを特徴とする請求項1に記載のポリ乳酸系長繊維不織布。
【請求項3】
請求項1または請求項2に記載のポリ乳酸系長繊維不織布を用いたことを特徴とする成型体。
【請求項4】
請求項1または請求項2に記載のポリ乳酸系長繊維不織布を用いたことを特徴とするフィルター。
【請求項5】
請求項1または請求項2に記載のポリ乳酸系長繊維不織布を用いたことを特徴とするブラインドカーテン。


【公開番号】特開2011−162925(P2011−162925A)
【公開日】平成23年8月25日(2011.8.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−29611(P2010−29611)
【出願日】平成22年2月15日(2010.2.15)
【出願人】(000004503)ユニチカ株式会社 (1,214)
【Fターム(参考)】