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ポリ乳酸繊維
説明

ポリ乳酸繊維

【課題】 繊維化のための操業性が良好で、耐熱性に優れ、柔軟性に優れたポリ乳酸繊維を提供する。
【解決手段】 ポリ乳酸系重合体からなる繊維であって、該ポリ乳酸系重合体が、L−乳酸またはD−乳酸が95モル%以上からなり、該ポリ乳酸系重合体は、ポリグリセリン脂肪酸エステルまたはポリグリセリン縮合ヒドロキシ脂肪酸エステルを含んでおり、ポリ乳酸100質量部に対して、ポリグリセリン脂肪酸エステルまたはポリグリセリン縮合ヒドロキシ脂肪酸が0.5〜5.0質量部含まれているポリ乳酸繊維。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ポリ乳酸繊維に関するものである。
【背景技術】
【0002】
自然環境保護の見地から、自然界で分解する生分解性重合体を用いた製品が求められている。そのような中、従来から生分解性熱可塑性重合体を用いてなる繊維の開発が盛んに行われている。この代表的な生分解性熱可塑性重合体がポリ乳酸系重合体である。
【0003】
ポリ乳酸系重合体は、トウモロコシに代表される農作物を原料とし、近年、問題視されている地球温暖化の原因の一つされるCO発生の抑制効果が高い。また、従来使用されてきたポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレンに代表される化石燃料を原料とする重合体とは異なり、再生可能資源を原料としているため、原料の枯渇の心配が少なく、今後、ますます、その需要は伸びていくものと予想されている。
【0004】
しかしながら、このポリ乳酸系重合体を用いた繊維や不織布は硬く、柔軟性に劣るため、衛生材料やその他の柔軟性を必要とする用途に用い難いものであった。
【0005】
このような硬いという性質を持つポリ乳酸系重合体に柔軟性を付与する方法として、ガラス転移点が低い特定の脂肪族ポリエステルを可塑剤とし、この脂肪族ポリエステルとポリ乳酸との混合組成物を用いて繊維等の成形品とすることより、柔軟なポリ乳酸繊維を得る方法がある(特許文献1)。しかしながら、ポリ乳酸とこの特定の脂肪族ポリエステルとの混合組成物においては、柔軟性向上のために脂肪族ポリエステルを多量に混合すると、ポリ乳酸と脂肪族ポリエステルとの相容性や流動特性の違いから繊維化の際に糸切れしやすく、また耐熱性も劣る傾向となり、一方、混合量が減ると柔軟性も低下するという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
特開平8−245866号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明の課題は、上記問題を解決するものであり、繊維化のための操業性が良好で、耐熱性に優れ、柔軟性に優れたポリ乳酸繊維を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者らは、ポリ乳酸の特性を厳密に調査し、上記問題点を解決するために鋭意検討を行った。その結果、特定の脂肪酸エステルをポリ乳酸に添加することにより、耐熱性を損なうことなく、少量の添加でポリ乳酸に柔軟性を付与することができ、溶融紡糸の際に糸切れが生じ難く操業性が良好となることを見出し、本発明に至った。
【0009】
本発明は、ポリ乳酸系重合体からなる繊維であって、該ポリ乳酸系重合体が、L−乳酸またはD−乳酸が95モル%以上からなり、該ポリ乳酸系重合体は、ポリグリセリン脂肪酸エステルまたはポリグリセリン縮合ヒドロキシ脂肪酸エステルを含んでおり、ポリ乳酸100質量部に対して、ポリグリセリン脂肪酸エステルまたはポリグリセリン縮合ヒドロキシ脂肪酸が0.5〜5.0質量部含まれていることを特徴とするポリ乳酸繊維を要旨とするものである。
【0010】
本発明の繊維は、ポリ乳酸系重合体によって構成されるため、微生物によりほぼ完全に分解されるため、不要となった場合の廃棄処理を行う手間が省け、しかも自然環境を汚染することが少ない。
【0011】
本発明に用い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−乳酸との共重合体、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との郡から選ばれる重合体、あるいはこれらのブレンド体が挙げられる。ヒドロキシカルボン酸を共重合する際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、ヒドロキシペンタン酸、ヒドロキシカプロン酸、ヒドロキシカプロン酸、ヒドロキシオクタン酸等が挙げられるが、これらの中でも特に、ヒドロキシカプロン酸やグリコール酸が低コスト化の点から好ましい。
【0012】
本発明においては、上記ポリ乳酸系重合体であってL−乳酸またはD−乳酸の含有率が95%以上である必要がある。好ましくは、98%以上、さらに好ましくは99%以上である。95%以上とすることにより、結晶性が高くなり、操業性が良好であり、耐熱性が良好なものとなる。
【0013】
本発明に用いられるポリグリセリン脂肪酸エステルとは、ポリグリセリンと脂肪酸とを反応させて得るエステルである。本発明に用いられるポリグリセリン脂肪酸エステルの構成成分であるポリグリセリンを具体的に示すと、例えば、ジグリセリン、トリグリセリン、テトラグリセリン、ペンタグリセリン、ヘキサグリセリン、ヘプタグリセリン、オクタグリセリン、ノナグリセリン、デカグリセリン等が挙げられ、好ましくはジグリセリン、デカグリセリンであり、これらの1種又は2種以上の混合物が利用される。
【0014】
本発明に用いられるポリグリセリン脂肪酸エステルを構成する脂肪酸は柔軟性付与、ガラス転移温度の低下防止を考慮して、飽和脂肪酸を用いることが好ましい。さらには、炭素数が12以上の脂肪酸を用いることが好ましい。繊維からのポリグリセリン脂肪酸エステルがブリードすることを防止できるためである。好ましく用いられる脂肪酸は、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、パルミトレイン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、ノナデカン酸、アラキン酸、ガドレイ酸、エイコサジエン酸、アラキドン酸、べヘン酸、エルカ酸、ドコサジエン酸、リグノセリン酸、イソステアリン酸、リシノレイン酸、12−ヒドロキシステアリン酸、9−ヒドロキシステアリン酸、10−ヒドロキシステアリン酸、水素添加ヒマシ油脂肪酸(12−ヒドロキシステアリン酸の他に少量のステアリン酸及びパルミチン酸を含有する脂肪酸)等が挙げられ、好ましくは、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸であり、これらの1種又は2種以上の混合物として利用される。
【0015】
本発明において好ましく用いるポリグリセリン脂肪酸エステルは、ジグリセリンパルミチン酸エステル、ジグリセリンステアリン酸エステル、ジグリセリンオレイン酸エステル、デカグリセリンパルミチン酸エステル、デカグリセリンステアリン酸エステル、デカグリセリンオレイン酸エステルが挙げられ、これらの一種又は二種以上の混合物が利用される。また、これらのうち特に、ジグリセリンステアリン酸エステル、デカグリセリンオレイン酸エステルが好ましく用いられる。
【0016】
本発明に用いられるポリグリセリン縮合ヒドロキシ脂肪酸エステルとは、ポリグリセリンと縮合ヒドロキシ脂肪酸とを反応させて得られるエステルである。ポリグリセリン縮合ヒドロキシ脂肪酸エステルの構成成分であるポリグリセリンは、上記したように、ジグリセリン、トリグリセリン、テトラグリセリン、ペンタグリセリン、キサグリセリン、ヘプタグリセリン、オクタグリセリン、ノナグリセリン、デカグリン等が挙げられ、好ましくはヘキサグリセリンであり、これらの1種又は2種以上の混合物が利用される。
【0017】
縮合ヒドロキシ脂肪酸とは、ヒドロキシ脂肪酸の縮合体である。ヒドロキシ脂肪酸とは、分子内に1個以上の水酸基を有する脂肪酸であり、具体的に示すと、例えば、リシノレイン酸、12−ヒドロキシステアリン酸、水素添加ヒマシ油脂肪酸(12−ヒドロキシステアリン酸の他に少量のステアリン酸及びパルミチン酸を含有する脂肪酸)、サビニン酸、2−ヒドロキシテトラデカン酸、イソプール酸、2−ヒドロキシヘキサデカン酸、ヤラピノール酸、ユニぺリン酸、アンブレットール酸、アリューリット酸、2−ヒドロキシオクタデカン酸、18−ヒドロキシオクタデカン酸、9,10−ジヒドロキシオクタデカン酸、カムロレン酸、フェロン酸、セレブロン酸、9−ヒドロキシステアリン酸、10−ヒドロキシステアリン酸等が挙げられ、好ましくは、リシノレイン酸である。
【0018】
本発明の繊維は、前記ポリ乳酸系重合体によって構成され、該ポリ乳酸系重合体中には、ポリグリセリン脂肪酸エステルまたはポリグリセリン縮合ヒドロキシ脂肪酸エステルを含んでおり、ポリ乳酸100質量部に対して、ポリグリセリン脂肪酸エステルまたはポリグリセリン縮合ヒドロキシ脂肪酸エステルを0.5〜5.0質量部含んでおり、1.0質量部〜3.0質量部含むことがより好ましい。
【0019】
ポリグリセリン脂肪酸エステルまたはポリグリセリン縮合ヒドロキシ脂肪酸エステルを含む量が、0.5質量部未満の場合、得られるポリ乳酸繊維の柔軟性が不十分となり、本発明の目的を達成することができない。また、5.0質量部を超えると、柔軟性の点では過剰品質となり、またブリードアウトしやすく、コスト高にもなる。
【0020】
本発明のポリ乳酸繊維は、150℃×5分間熱処理した後であっても、繊維を構成するポリ乳酸系重合体中に含まれるポリグリセリン脂肪酸エステルまたはポリグリセリン縮合ヒドロキシ脂肪酸エステルが繊維表面にブリードアウトしないことが好ましい。ブリードアウトが起こると繊維に接触した際、ブリードアウトしたポリグリセリン脂肪酸エステルまたはポリグリセリン縮合ヒドロキシ脂肪酸エステルが付着し、用途によっては好ましく用いることができなくなる。
【0021】
ポリ乳酸系重合体には、本発明の目的が達成される限りにおいて、添加剤を含有させてもよい。例えば、ポリ乳酸系重合体の結晶化を促進するための不活性微粒子を添加することが好ましい。このような不活性微粒子としては、タルク、炭酸カルシウム、酸化チタン等が好適に使用できる。
【0022】
このような不活性微粒子の添加量は0.1〜2.0質量%が好適である。不活性微粒子の添加が0.1質量%よりも少ないと十分な結晶化の促進効果が得られず、不活性微粒子の添加量が2.0質量%を超えると、溶融紡糸の際に糸切れが多発しやすくなる。また、このような不活性微粒子の粒子径(D50 レーザー回析法)は0.1〜5μmのものを用いるとよい。5μm以上の場合、繊維化の際に糸切れの原因となりやすく好ましくない。また、0.1μm以下の場合は、粒子の凝集が起こりやすく、分散性に劣る。
【0023】
ポリ乳酸系重合体に添加する添加剤としては、上記したもの以外に、顔料、熱安定剤、酸化防止剤、耐候剤、難燃剤、末端封鎖剤、離形剤、帯電防止剤、充填剤等が挙げられる。
【0024】
本発明のポリ乳酸繊維のガラス転移温度(Tg)は、50℃以上であることが好ましい。50℃未満の場合、耐熱性が劣る上、ポリ乳酸系重合体の分解速度が飛躍的に上昇し好ましくない。
【0025】
本発明のポリ乳酸繊維の単糸繊度は、用途に応じて適宜選択すればよい。ポリ乳酸繊維を用いて、不織布を構成させることを考慮すると、1〜10デシテックス程度がよい。単糸繊度が1デシテックス未満であると、製糸工程において操業性を損なう。単糸繊度が10デシテックスを超えると、得られる不織布の柔軟性が損なわれる傾向となる。
【0026】
ポリ乳酸繊維の繊維横断面は、通常の円形断面の他にも、中空断面、異形断面、並列型複合断面、多層型複合断面、芯鞘型複合断面、分割型複合断面など、その目的と用途に応じて任意の繊維横断面形態を採用することができる。
【0027】
本発明のポリ乳酸繊維の形態は、連続した連続繊維であっても、特定の長さを有する短繊維やショートカット繊維であっても、用途に応じて適宜選択すればよい。
【0028】
本発明のポリ乳酸繊維を多数堆積させて、不織布や繊維シートを得ることができる。このとき、ポリ乳酸繊維が連続繊維の場合は連続繊維不織布となり、ポリ乳酸繊維が短繊維の場合は短繊維不織布となり、ポリ乳酸繊維がショートカット繊維であると抄紙を得ることができる。また、ポリ乳酸繊維を引きそろえたり、撚り合わせることにより、マルチフィラメント糸を得ることができ、ポリ乳酸短繊維群を紡ぐことにより紡績糸が得られる。
【0029】
連続繊維であるところのポリ乳酸繊維が多数堆積してなる不織布の目付は、5〜200g/mの範囲にあることが好ましい。目付が5g/m未満であると、機械的物性が弱く、十分な機能を発揮することができない。目付が200g/mを超えると柔軟性が劣る傾向となる。不織布の柔軟性の指標としては、不織布の圧縮剛軟度が、5.0cN/(g/m)以下であることが好ましい。より好ましくは3.0cN/(g/m)以下であり、さらに好ましくは2.0cN/(g/m)以下である。2.0cN/(g/m)以下であることで、例えば、不織布を肌に触れる用途である衛生材料として用いた場合、ゴワゴワした感触はなく、好適に用いることができる。また、例えば、農業資材として用いた場合は、地面やハウスへの追随性が良好で取り扱い性が良く、好適に用いることができる。
【0030】
連続繊維であるポリ乳酸繊維によって構成される不織布の乾熱収縮率は、150℃において、10%以下であることが好ましい。より好ましくは8%以下であり、最も好ましいのは5%以下である。乾熱収縮が10%を超えると、例えば、ヒートシールにて他素材との貼り合わせを行う場合、収縮が大きくなりすぎてしまう。
【0031】
本発明のポリ乳酸繊維は、上記したポリグリセリン脂肪酸エステルまたはポリグリセリン縮合ヒドロキシ脂肪酸エステルを含有してなるポリ乳酸系重合体を用い、公知の方法で溶融紡糸することにより得られる。
【0032】
また、例えば、連続繊維によって構成される不織布を得るときは、いわゆるスパンボンド法にて効率よく製造できる。すなわち、上述のポリグリセリン脂肪酸エステルまたはポリグリセリン縮合ヒドロキシ脂肪酸エステルを含有してなるポリ乳酸系重合体を加熱溶融して紡糸口金から吐出させ、得られた紡出糸条を従来公知の横型吹付や環状吹付などの冷却装置を用いて冷却し、その後、エアーサッカーなどの吸引装置にて牽引細化する。引き続き、吸引装置から排出された糸条群を開繊させた後、スクリーンから成るコンベアの如き移動堆積装置上に堆積させてウェブとする。次いで、この移動堆積装置上に形成されたウェブに、加熱されたエンボスロールまたは超音波融着装置などの部分熱圧着装置を用いて、部分的に熱圧着を施すことにより不織布を得る。牽引細化においては、1000〜6000m/分の高速で行うとよい。紡出糸条を牽引細化する際に牽引速度が1000m/分未満では、重合体の配向結晶化が進まず、得られる不織布の機械的強力が低下したり、生分解速度が過度に促進されることとなり、逆に、牽引速度が6000m/分を越えると、製糸性が急激に悪化して糸切れを起こすため、好ましくない。
【発明の効果】
【0033】
本発明によれば、柔軟性、耐熱性、操業性に優れたポリ乳酸繊維を得ることができる。
【実施例】
【0034】
次に、実施例に基づき本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例によって何ら限定されるものではない。なお、実施例において、各特性値の測定を次の方法により実施した。
【0035】
(1)目付(g/m):10cm×10cmの試料片10点を作成し、標準状態における各試料片の質量(g)を秤量し、得られた値の平均値を単位面積当たりに換算して、不織布の目付(g/m)とした。
【0036】
(2)厚み(mm):JIS L 1906に基づき測定した。
【0037】
(3)MFR(g/10分):ASTM−D1238(L)に基づき210℃、20.2Nで測定した。
【0038】
(4)単糸繊度(デシテックス):顕微鏡を用いて繊維ウェブを観察し、50本の繊維の繊維径をそれぞれ測定し、密度補正して求めた繊度の平均値を単糸繊度(デシテックス)とした。
【0039】
(5)圧縮剛軟度(cN/(g/m)):不織布の機械方向が試料長さとなるように試料長10cm、試料幅5cmの試料片各5個を用意し、各試料片を横方向に曲げて円筒状とし、その端部を接合して高さ10cmの円筒状の測定試料を作成した。次いで、各測定試料の軸方向について、定速伸長型引張試験機(東洋ボールドウィン社製テンシロンUTM−4−100)を用いて、圧縮速度5cm/分で測定試料を圧縮し、得られた最大荷重値(cN)の平均値を求め、その値を試料の目付(g/m)で除した値を圧縮剛軟度(cN/(g/m))とした。
【0040】
(6)乾熱収縮率(%):15cm(機械方向)×15cm(機械方向と直交する方向)の試料を、温度150℃に設定した恒温乾燥機中に投入し、5分間放置した後に取り出し、試料の機械方向の長さと機械方向と直交する方向の長さをそれぞれ測定し、下式によりそれぞれの収縮率を下式により算出した。試料数は5点とし、算出したすべての収縮率の平均値を乾熱収縮率とした。なお、下式において、Lは、温度150℃×5分間放置後の試料の長さ(cm)である。
熱収縮率(%)=[(15−L)/15] × 100
【0041】
(7)ブリードアウト性:試料(不織布)を温度150℃に設定した恒温乾燥機中に投入し、5分間放置した後に取り出し、1分間空気中にて冷却した。その後、試料を指で触った際に、指にべたつき感があるかどうかで評価した。
○:べたつき感がない。
△:ややべたつき感がある。
×:べたつき感がある。
【0042】
(8)生分解性:試料(不織布)を約58℃に維持された熟成コンポスト中に埋没し、3ヶ月後に取り出し、不織布がその形態を保持していない場合、あるいは、その形態を保持していても引張強力が埋没前の強力初期値に対して50%以下である場合、生分解性良好とし、50%を超える場合を、生分解性能が不良であると評価した。
○:不織布に生分解性が認められたもの
×:不織布に生分解性が認められないもの
【0043】
実施例1
ポリ乳酸系重合体として、融点168℃、MFR60g/10分のL−乳酸/D−乳酸共重合体(L−乳酸/D−乳酸=98.6/1.4モル%)を用意した。
また、ポリグリセリン脂肪酸エステルとして、チラバゾールVR−08(太陽化学社製)をポリ乳酸系重合体100質量部に対して1.0質量部になるように計量配合したポリ乳酸系重合体を溶融し、紡糸口金を用いて、溶融紡糸を行った。
吐出糸条を冷却装置にて冷却した後、引き続き紡糸口金の下方に設けたエアーサッカーにて牽引速度5000m/分で牽引細化し、公知の開繊機を用いて開繊し、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。なお、ポリ乳酸系重合体中には、結晶化を促進するための不活性微粒子は添加しなかったが、問題なく溶融紡糸〜開繊が行えたので、ポリグリセリン脂肪酸エステルとして用いたチラバゾールVR−08(太陽化学社製)には、結晶化促進剤として機能していたと推定できる。
次いで、このウェブを圧接面積率15%、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、単糸繊度が3.3デシテックスの連続繊維からなる目付が50g/mである不織布を得た。
【0044】
実施例2
実施例1と同様の条件で、目付100g/mの不織布を得た。
【0045】
実施例3
実施例1において、ポリ乳酸系重合体100質量部に対して2.0質量部となるようにポリグリセリン脂肪酸エステルを計量配合したこと以外は、実施例1と同様にして単糸繊度が3.3デシテックスの連続繊維からなる目付が50g/mである不織布を得た。
【0046】
実施例4
実施例2と同様の条件で、目付100g/mの不織布を得た。
【0047】
比較例1
実施例1において、ポリグリセリン脂肪酸エステルは用いなかったこと、ポリ乳酸系重合体を溶融紡糸する際、溶融重合体中に、不活性微粒子として平均粒子径1.5μmのタルクを0.5質量%計量配合したこと以外は、実施例1と同様にして単糸繊度が3.3デシテックスの連続繊維からなる目付が50g/mである不織布を得た。
【0048】
比較例2
比較例1と同様の条件で、目付100g/mの不織布を得た。
【0049】
比較例3
実施例1において、ポリグリセリン脂肪酸エステルは用いなかったこと、ポリ乳酸系重合体を溶融紡糸する際、溶融重合体中に、可塑剤としてコハク酸と1,2−プロピレングリコールからなる脂肪族ポリエステルが2.0質量%となるように計量配合したこと以外は、実施例1と同様にして単糸繊度が3.3デシテックスの連続繊維からなる目付が50g/mである不織布を得た。
【0050】
比較例4
比較例3と同様の条件で、目付100g/mの不織布を得た。
【0051】
比較例5
比較例3において、可塑剤としてのコハク酸と1,2−プロピレングリコールからなる脂肪族ポリエステルを溶融重合体中に8.75質量%となるように計量配合したこと以外は、比較例3と同様にして単糸繊度が3.3デシテックスの連続繊維からなる目付が50g/mである不織布を得た。
【0052】
比較例6
比較例5と同様の条件で、目付100g/mの不織布を得た。
【0053】
実施例1〜4、比較例1〜6の評価結果を表1に示した。なお、乾熱収縮率については、実施例1、実施例3、比較例1、比較例3、比較例5について測定した。
【0054】
【表1】

【0055】
本発明の実施例1〜4は、操業性は良好であり、また、得られたものは、可塑剤を添加しなかった比較例1、2や、可塑剤として脂肪族ポリエステルを添加した比較例3〜6と比較し、柔軟性を有し、また、不織布の圧縮剛軟度の値も小さく柔軟性が向上したものであった。また、熱に対する収縮も少なく耐熱性を有し、熱処理後もブリードアウトはほとんどなく、肌に直接触れる衛生材料用途を始め、様々な用途に適用可能なものであった。


【特許請求の範囲】
【請求項1】
ポリ乳酸系重合体からなる繊維であって、該ポリ乳酸系重合体が、L−乳酸またはD−乳酸が95モル%以上からなり、該ポリ乳酸系重合体は、ポリグリセリン脂肪酸エステルまたはポリグリセリン縮合ヒドロキシ脂肪酸エステルを含んでおり、ポリ乳酸100質量部に対して、ポリグリセリン脂肪酸エステルまたはポリグリセリン縮合ヒドロキシ脂肪酸が0.5〜5.0質量部含まれていることを特徴とするポリ乳酸繊維。
【請求項2】
脂肪酸が炭素数12以上である飽和脂肪酸であることを特徴とする請求項1記載のポリ乳酸繊維。
【請求項3】
請求項1または2記載のポリ乳酸繊維が多数堆積することによって構成され、該ポリ乳酸繊維が連続繊維であることを特徴とするポリ乳酸不織布。


【公開番号】特開2013−11033(P2013−11033A)
【公開日】平成25年1月17日(2013.1.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−144292(P2011−144292)
【出願日】平成23年6月29日(2011.6.29)
【出願人】(000004503)ユニチカ株式会社 (1,214)
【Fターム(参考)】