立体繊維構造体
【課題】パイル糸と表裏地組織とを備え、かつカーボンニュートラルを重要視して二酸化炭素発生量を低減した立体繊維構造体を提供する。
【解決手段】パイル糸と表裏地組織とを備えた立体繊維構造体である。パイル糸の少なくとも一部に、バイオマス由来のポリマーよりなる繊維を含む。表裏地組織が、石油系由来の汎用ポリマーよりなる繊維またはバイオマス由来のポリマーよりなる繊維を含む。立体繊維構造体の全質量に対してバイオマス由来のポリマーの質量が２５質量％以上である。
【解決手段】パイル糸と表裏地組織とを備えた立体繊維構造体である。パイル糸の少なくとも一部に、バイオマス由来のポリマーよりなる繊維を含む。表裏地組織が、石油系由来の汎用ポリマーよりなる繊維またはバイオマス由来のポリマーよりなる繊維を含む。立体繊維構造体の全質量に対してバイオマス由来のポリマーの質量が２５質量％以上である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は立体繊維構造体に関し、特にパイル糸と表裏地組織とを備えた立体繊維構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、立体繊維構造体は、各種クッション、寝具、マット類や、土木建築分野に使用される排水材や、緑化資材などに広く使用されている。これら立体繊維構造体の使用上においての要求性能として、強度、耐摩耗性、耐候性等が挙げられ、このような要求性能を満足するために、立体繊維構造体に使用される合成繊維には、ポリアミド系、ポリエステル系、ポリエチレン系、ポリオレフィン系等の汎用合成繊維が用いられ、その用途に応じて適宜のものが選定されている（特許文献１）。
【０００３】
ところで、これらの合成繊維は、その大部分が石油などの限りある貴重な化石資源を原料としているが、近年、化石資源は、その資源不足が懸念されるだけでなく、二酸化炭素発生量についても社会に大きな影響を与えている。二酸化炭素の固定化は地球温暖化防止に効果があることが期待され、特に二酸化炭素削減目標値を課した京都議定書に対し、二酸化炭素固定化物質は非常に注目度が高く、二酸化炭素固定化物質としてのバイオマス由来物質は積極的な使用が望まれている。バイオマス由来の合成繊維や合成樹脂を燃焼させた際に出る二酸化炭素はもともと空気中にあったもので、この燃焼によっては大気中の二酸化炭素は増加しない。このことをカーボンニュートラルと称し、重要視する傾向となっている。
【特許文献１】特開平１０−４６４５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、このような現状に鑑みてなされたもので、パイル糸と表裏地組織とを備えた立体繊維構造体であって、カーボンニュートラルを重要視して二酸化炭素発生量を低減した立体繊維構造体を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、このような課題を解決するために鋭意検討した結果、パイル糸と表裏地組織とを備えた立体繊維構造体であって、パイル糸の少なくとも一部にバイオマス由来のポリマーよりなる成分を含むとともに、必要に応じて表裏地組織の少なくとも一部にもバイオマス由来のポリマーよりなる成分を含むことにより、石油系汎用ポリマーよりなる繊維だけにて構成された立体繊維構造体よりも二酸化炭素発生量やカーボンニュートラルを重要視した立体繊維構造体を得ることができる事実を見出し、本発明に到達した。
【０００６】
すなわち本発明における課題を解決するための手段は、下記のとおりである。
【０００７】
１．パイル糸と表裏地組織とを備えた立体繊維構造体であって、前記パイル糸の少なくとも一部にバイオマス由来のポリマーよりなる繊維を含み、前記表裏地組織が石油系由来の汎用ポリマーよりなる繊維を含み、前記立体繊維構造体の全質量に対してバイオマス由来のポリマーの質量が２５質量％以上であることを特徴とする立体繊維構造体。
【０００８】
２．パイル糸と表裏地組織とを備えた立体繊維構造体であって、前記パイル糸の少なくとも一部にバイオマス由来のポリマーよりなる繊維を含み、前記表裏地組織の少なくとも一部にバイオマス由来のポリマーよりなる繊維を含み、前記立体繊維構造体の全質量に対してバイオマス由来のポリマーの質量が２５質量％以上であることを特徴とする立体繊維構造体。
【０００９】
３．石油系由来の汎用ポリマーよりなる繊維がポリエチレンテレフタレート繊維であることを特徴とする上記１．の立体繊維構造体。
【００１０】
４．バイオマス由来のポリマーよりなる繊維がポリ乳酸繊維であることを特徴とする上記１.から３．までのいずれかの立体繊維構造体。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、従来の石油系由来の汎用ポリマーよりなる繊維だけを用いた立体繊維構造体ではなく、パイル糸と表裏地組織とを備えた立体繊維構造体であって、パイル糸の少なくとも一部にバイオマス由来のポリマーよりなる成分を含むとともに、必要に応じて表裏地組織の少なくとも一部にもバイオマス由来のポリマーよりなる成分を含み、このバイオマス由来のポリマーと石油系由来の汎用ポリマーとを含むことにより、二酸化炭素発生量を低減し、かつカーボンニュートラルを重要視した立体繊維構造体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の立体繊維構造体は、その製造のための手法を特に制限するものではない。具体的な手法としては、立体構造をとり得る製編、製織による手法を挙げることができる。なかでも、本発明の構造を容易に形成することができる立体製編が好ましい。
【００１３】
パイル糸の少なくとも一部を構成する繊維はバイオマス由来のポリマーにて構成され、かつ、必要に応じて表裏地組織を構成する原糸の少なくとも一部も、バイオマス由来のポリマーにて構成される。
【００１４】
本発明で用いるバイオマス由来のポリマーは、溶融紡糸が可能であるものであれば良く、特に制限するものではない。具体的にはＰＬＡ（ポリ乳酸）、バイオマス由来の１，３−プロパンジオールとテレフタル酸とからなるＰＴＴ（ポリトリメチレンテレフタレート）、ＰＢＳ（ポリブチレンサクシネート）などバイオマスモノマーを化学的に重合してなるポリマー類や、ポリヒドロキシ酪酸等のＰＨＡ（ポリヒドロキシアルカノエート）などの微生物産系のものを挙げることができる。なかでも、熱的に安定であるために耐熱性を有し、かつ比較的量産化されてきているポリ乳酸が良い。
【００１５】
ポリ乳酸としては、ポリＤ−乳酸、ポリＬ−乳酸、ポリＤ−乳酸とポリＬ−乳酸との共重合体であるポリＤＬ−乳酸、ポリＤ−乳酸とポリＬ−乳酸との混合物（ステレオコンプレックス）、ポリＤ−乳酸とヒドロキシカルボン酸との共重合体、ポリＬ−乳酸とヒドロキシカルボン酸との共重合体、ポリＤ−乳酸またはポリＬ−乳酸と脂肪族ジカルボン酸および脂肪族ジオールとの共重合体、あるいはこれらのブレンド体が好ましい。ポリ乳酸には、上記のようにＬ−乳酸やＤ−乳酸が単独で用いられているものや、両者が併用されているものなどがあるが、中でも融点が１２０℃以上、融解熱が１０Ｊ／ｇ以上であるものを、クッションやマットなどの生活資材、人工芝代替等の一般資材、侵食防止や法面補強のためのシート等として使用される土木資材などの用途に供したときに、耐磨耗性や、摩擦を受けた際の耐熱性が良好であるという理由によって、好ましく用いることができる。ポリ乳酸のホモポリマーであるＬ−乳酸やＤ−乳酸の融点は約１８０℃であるが、Ｄ−乳酸とＬ−乳酸との共重合体の場合は、いずれかの成分の割合を１０モル％程度とすると、その融点はおよそ１３０℃程度となる。
【００１６】
さらに、共重合体において、Ｄ−乳酸とＬ−乳酸とのいずれかの成分の割合を１８モル％以上とすると、融点は１２０℃未満、融解熱は１０Ｊ／ｇ未満となって、ほぼ完全に非晶性の性質となる。このような非晶性のポリマーとなると、製造工程において特に熱延伸し難くなり、高強度の繊維が得られ難くなるという問題が生じたり、たとえ繊維が得られたとしても、耐熱性、耐摩耗性に劣ったものとなるという問題が生じたりする。そこで、ポリ乳酸としては、ラクチドを原料として重合する時のＬ−乳酸とＤ−乳酸の含有比（モル比）であるＬ／Ｄ又はＤ／Ｌが、８２以上／１８以下であるものが好ましく、なかでも９０以上／１０以下、さらには９５以上／１５以下であるものが好ましい。
【００１７】
ポリ乳酸とヒドロキシカルボン酸との共重合体である場合において、ヒドロキシカルボン酸の具体例としては、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、ヒドロキシペンタン酸、ヒドロキシヘプタン酸、ヒドロキシオクタン酸等が挙げられる。中でもヒドロキシカプロン酸またはグリコール酸を用いることが、コスト面から好ましい。ポリ乳酸と脂肪族ジカルボン酸および脂肪族ジオールとの共重合体の場合は、脂肪族ジカルボン酸および脂肪族ジオールとしては、セバシン酸、アジピン酸、ドデカン二酸、トリメチレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール等が挙げられる。このようにポリ乳酸に他の成分を共重合させる場合は、ポリ乳酸を８０モル％以上とすることが好ましい。８０モル％未満であると、共重合ポリ乳酸は、融点１２０℃未満、融解熱１０Ｊ／ｇ未満となって、結晶性が低くなりやすい。
【００１８】
ポリ乳酸の分子量としては、分子量の指標として用いられる、ＡＳＴＭ Ｄ−１２３８法に準じ、温度２１０℃、荷重２１．２Ｎ（２１６０ｇ）で測定したメルトフローレートが１〜１００［ｇ／１０分］であることが好ましく、より好ましくは５〜５０［ｇ／１０分］である。メルトフローレートをこの範囲とすることにより、強度、湿熱分解性、耐摩耗性が向上する。また、ポリ乳酸の耐久性を高める目的で、ポリ乳酸に、脂肪族アルコール、カルボジイミド化合物、オキサゾリン化合物、オキサジン化合物、エポキシ化合物などの末端封鎖剤を添加してもよい。
【００１９】
本発明の立体繊維構造体において、パイル糸の少なくとも一部、表裏地組織、必要に応じて表裏地組織を構成する原糸の少なくとも一部をバイオマス由来のポリマーで構成した残部は、石油系由来の汎用ポリマーで構成することができる。
【００２０】
この石油系由来の汎用ポリマーは、同様に溶融紡糸が可能なものであれば良く、特に制限するものではない。具体的には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート、石油系の１，３−プロパンジオールとテレフタル酸とからなるＰＴＴなどのポリアルキレンテレフタレートに代表されるポリエステル；ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン４６、ナイロン１１、ナイロン１２に代表されるポリアミド；ポリプロピレンやポリエチレンに代表されるポリオレフィン；ポリ塩化ビニルやポリ塩化ビニリデンに代表されるポリ塩化ポリマー；ポリ４フッ化エチレンならびにその共重合体、ポリフッ化ビニリデンなどに代表されるフッ素系繊維などが挙げられる。なかでも、低コストであるポリエステル系のものが好ましい。
【００２１】
ポリエステル系ポリマーには、その粘度、熱的特性の点から、他の成分を共重合していてもよい。すなわち、イソフタル酸、５−スルホイソフタル酸などの芳香族ジカルボン酸；アジピン酸、コハク酸、スベリン酸、セバシン酸、ドデカン二酸などの脂肪族ジカルボン酸；エチレングリコール、プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノールなどの脂肪族ジオール；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、ヒドロキシペンタン酸、ヒドロキシヘプタン酸、ヒドロキシオクタン酸などのヒドロキシカルボン酸；ε−カプロラクトンなどの脂肪族ラクトン等を共重合していてもよい。
【００２２】
上述のバイオマス由来のポリマーおよび石油系由来の汎用ポリマーには、必要に応じて、充填剤、増粘剤、結晶核剤などとして効果を示す公知の各種添加剤を添加することができる。具体的には、カーボンブラック、炭酸カルシウム、酸化ケイ素およびケイ酸塩、亜鉛華、ハイサイトクレー、カオリン、塩基性炭酸マグネシウム、マイカ、タルク、石英粉、ケイ藻土、ドロマイト粉、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アンチモン、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、アルミナ、ケイ酸カルシウム、窒化ホウ素、ベヘン酸アミド等の脂肪族アミド系化合物、脂肪族尿素系化合物、ベンジリデンソルビトール系化合物、架橋高分子ポリスチレン、ロジン系金属塩、ガラス繊維、ウィスカー等があげられる。これらは、そのまま添加してもよいし、ナノコンポジットとするための必要な処理の後に添加することもできる。低価格性や良好な物性バランスを達成するためには、無機の充填剤を配合することが好ましい。また、結晶核剤を配合することが好ましい。
【００２３】
さらに、上述のバイオマス由来のポリマーおよび石油系由来の汎用ポリマーには、本発明の目的を損なわない範囲であれば、必要に応じて、顔料、染料などの着色剤；活性炭、ゼオライト等の臭気吸収剤；バニリン、デキストリン等の香料；酸化防止剤、紫外線吸収剤などの安定剤；滑剤；離型剤；撥水剤；抗菌剤；艶消剤；耐光剤；耐候剤；抗菌剤；界面活性剤：難燃剤：表面改質剤；各種無機または有機電解質や；その他の副次的添加剤を配合することができる。
【００２４】
上述のバイオマス由来のポリマーおよび石油系由来の汎用ポリマーには、本発明の効果を阻害しない範囲で、可塑剤を併用することも可能である。可塑剤を使用することで、加熱加工時、特に紡糸時の溶融粘度を低下させて、剪断発熱等による分子量の低下を抑制することが可能である。かつ、場合によっては結晶化速度の向上も期待できる。可塑剤としては、特に限定は無いが、以下のものが例示できる。たとえば、バイオマス由来のポリマーが脂肪族ポリエステル系の生分解性ポリエステルである場合には、可塑剤として、エーテル系可塑剤、エステル系可塑剤、フタル酸系可塑剤、リン系可塑剤などが好ましく、ポリエステルとの相溶性に優れる点からエーテル系可塑剤、エステル系可塑剤がより好ましい。エーテル系可塑剤としては、例えばポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコールなどのポリオキシアルキレングリコール等を挙げることができる。エステル系可塑剤としては、脂肪族ジカルボン酸と脂肪族アルコールとのエステル類等を挙げることができる。このうち、脂肪族ジカルボン酸としては、例えばシュウ酸、コハク酸、セバシン酸、アジピン酸等を挙げることができる。脂肪族アルコールとしては、例えばメタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ヘキサノール、ｎ−オクタノール、２−エチルヘキサノール、ｎ−ドデカノール、ステアリルアルコール等の１価アルコール；エチレングリコール、１、２−プロピレングリコール、１、３−プロピレングリコール、１、３−ブタンジオール、１、５−ペンタンジオール、１、６−ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ポリエチレングリコール等の２価アルコール；グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリストール等の多価アルコールを挙げることができる。また、上記エーテル系可塑剤とエステル系可塑剤との２種以上の組み合わせからなる共重合体や、これらのホモポリマー、コポリマー等から選ばれる２種以上のブレンド物が挙げられる。さらにエステル化されたヒドロキシカルボン酸等も考えられる。上記可塑剤は、少なくとも１種用いることができる。
【００２５】
本発明では、バイオマス由来のポリマーは、立体繊維構造体の全質量に対して２５質量％以上含まれることが必要である。本発明の趣旨からすると立体繊維構造体の少なくとも一部にバイオマス由来のポリマーが含有されていれば良いわけであるが、２５質量％以上含有されないと、その効果を発揮しにくくなる。
【００２６】
バイオマス由来のポリマーの含有割合の算定に際して、穀物等のデンプンを主原料とするモノマーからなるポリ乳酸や、デンプン樹脂などは、バイオマスプラスチックとして１００％換算することができる。これに対し、たとえば１，３−プロパンジオールをバイオマス由来として重合したＰＴＴは、ポリマー中に含有されるバイオマス由来成分の割合は約３４質量％であり、したがって、このようなＰＴＴを本発明の立体繊維構造体に使用するにあたっては、約７４質量％以上を含有させることで、バイオマス由来のポリマーが立体繊維構造体の全質量に対して２５質量％以上含まれることになる。
【００２７】
また本発明では、パイル糸の少なくとも一部をバイオマス由来のポリマーで構成するとともに、必要に応じて表裏地組織を構成する原糸の少なくとも一部をバイオマス由来のポリマーで構成するが、立体構造体の中での質量比率が高くまた光や摩耗の原因となる物体などが直接作用しないパイル糸にバイオマス由来ポリマーを重点的に用いることがより好ましい。
【実施例】
【００２８】
次に、実施例により本発明を具体的に説明する。なお、以下の実施例および比較例における評価は、次のようにして行った。
【００２９】
（１）耐摩耗性（摩耗試験後の外観比較）
ＪＩＳ−Ｌ１０２１の動的荷重疲労試験機を用い、荷重９．８Ｎ（１ｋｇ）、１００００回で疲労試験を行い、その外観変化を観察した。すなわち、９．８Ｎ（１ｋｇ）の荷重で１００００回踏みしめた後の毛羽立ちを観察した。
【００３０】
実施例１
繊度２２０ｄｔｅｘ／１フィラメントであるポリ乳酸（以下、「ＰＬＡ」と略称する）モノフィラメントをパイル糸に用い、また繊度２２０ｄｔｅｘ／４８フィラメントであるポリエチレンテレフタレート（以下、「ＰＥＴ」と略称する）マルチフィラメントを表裏地組織に用いた。そして、剛性のあるモノフィラメントを編立可能なニッティングエレメントを改良した１４ゲージの２列針床を有する経編機を使用し、上面地組織のためにＬ１筬、Ｌ２筬に２２０ｄｔｅｘ／４８フィラメントのＰＥＴマルチフィラメントを用い、下面地組織のためにＬ５筬、Ｌ６筬に２２０ｄｔｅｘ／４８フィラメントを用い、上下の地組織を連結する繋ぎ糸としてＬ３筬、Ｌ４筬に２２０ｄｔｅｘ／１フィラメントのＰＬＡモノフィラメントを用いて、フルセットで通糸し、図１の組織図にて厚み５ｍｍの実施例１の立体繊維構造体を作製した。
【００３１】
実施例２
実施例１で用いたＰＬＡモノフィラメントをパイル糸に用い、また繊度２２０ｄｔｅｘ／４８フィラメントであるＰＬＡを表裏地組織に用い、その他は実施例１と同様にして立体繊維構造体を作製したものを、実施例２とした。
【００３２】
比較例１
繊度２２０ｄｔｅｘ／１フィラメントのＰＥＴモノフィラメントをパイル糸に用い、また繊度２２０ｄｔｅｘ／４８フィラメントであるＰＥＴマルチフィラメントを表裏地組織に用い、その他は実施例１と同様にして立体繊維構造体を作製したものを、比較例１とした。
【００３３】
実施例１、実施例２、比較例１についてまとめたものを表１に示す。表１から明らかなように、ＰＥＴフィラメントを含む実施例１、比較例１と比較して、ＰＬＡフィラメントのみで構成されている実施例２は、耐摩耗試験での損傷が激しく、耐摩耗性が要求される分野での使用には難があることを確認できる。また、二酸化炭素排出量削減の観点やカーボンニュートラル重視の観点からバイオマス由来ポリマーの割合をみると、実施例１および実施例２は割合が７０質量％以上であり十分であることを確認できる。これに対し、比較例１は、バイオマス由来ポリマーの割合が０％であり、本発明の主旨にそぐわないものであることを確認できる。
【００３４】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施例１、実施例２、比較例１の立体繊維構造体の組織図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は立体繊維構造体に関し、特にパイル糸と表裏地組織とを備えた立体繊維構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、立体繊維構造体は、各種クッション、寝具、マット類や、土木建築分野に使用される排水材や、緑化資材などに広く使用されている。これら立体繊維構造体の使用上においての要求性能として、強度、耐摩耗性、耐候性等が挙げられ、このような要求性能を満足するために、立体繊維構造体に使用される合成繊維には、ポリアミド系、ポリエステル系、ポリエチレン系、ポリオレフィン系等の汎用合成繊維が用いられ、その用途に応じて適宜のものが選定されている（特許文献１）。
【０００３】
ところで、これらの合成繊維は、その大部分が石油などの限りある貴重な化石資源を原料としているが、近年、化石資源は、その資源不足が懸念されるだけでなく、二酸化炭素発生量についても社会に大きな影響を与えている。二酸化炭素の固定化は地球温暖化防止に効果があることが期待され、特に二酸化炭素削減目標値を課した京都議定書に対し、二酸化炭素固定化物質は非常に注目度が高く、二酸化炭素固定化物質としてのバイオマス由来物質は積極的な使用が望まれている。バイオマス由来の合成繊維や合成樹脂を燃焼させた際に出る二酸化炭素はもともと空気中にあったもので、この燃焼によっては大気中の二酸化炭素は増加しない。このことをカーボンニュートラルと称し、重要視する傾向となっている。
【特許文献１】特開平１０−４６４５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、このような現状に鑑みてなされたもので、パイル糸と表裏地組織とを備えた立体繊維構造体であって、カーボンニュートラルを重要視して二酸化炭素発生量を低減した立体繊維構造体を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、このような課題を解決するために鋭意検討した結果、パイル糸と表裏地組織とを備えた立体繊維構造体であって、パイル糸の少なくとも一部にバイオマス由来のポリマーよりなる成分を含むとともに、必要に応じて表裏地組織の少なくとも一部にもバイオマス由来のポリマーよりなる成分を含むことにより、石油系汎用ポリマーよりなる繊維だけにて構成された立体繊維構造体よりも二酸化炭素発生量やカーボンニュートラルを重要視した立体繊維構造体を得ることができる事実を見出し、本発明に到達した。
【０００６】
すなわち本発明における課題を解決するための手段は、下記のとおりである。
【０００７】
１．パイル糸と表裏地組織とを備えた立体繊維構造体であって、前記パイル糸の少なくとも一部にバイオマス由来のポリマーよりなる繊維を含み、前記表裏地組織が石油系由来の汎用ポリマーよりなる繊維を含み、前記立体繊維構造体の全質量に対してバイオマス由来のポリマーの質量が２５質量％以上であることを特徴とする立体繊維構造体。
【０００８】
２．パイル糸と表裏地組織とを備えた立体繊維構造体であって、前記パイル糸の少なくとも一部にバイオマス由来のポリマーよりなる繊維を含み、前記表裏地組織の少なくとも一部にバイオマス由来のポリマーよりなる繊維を含み、前記立体繊維構造体の全質量に対してバイオマス由来のポリマーの質量が２５質量％以上であることを特徴とする立体繊維構造体。
【０００９】
３．石油系由来の汎用ポリマーよりなる繊維がポリエチレンテレフタレート繊維であることを特徴とする上記１．の立体繊維構造体。
【００１０】
４．バイオマス由来のポリマーよりなる繊維がポリ乳酸繊維であることを特徴とする上記１.から３．までのいずれかの立体繊維構造体。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、従来の石油系由来の汎用ポリマーよりなる繊維だけを用いた立体繊維構造体ではなく、パイル糸と表裏地組織とを備えた立体繊維構造体であって、パイル糸の少なくとも一部にバイオマス由来のポリマーよりなる成分を含むとともに、必要に応じて表裏地組織の少なくとも一部にもバイオマス由来のポリマーよりなる成分を含み、このバイオマス由来のポリマーと石油系由来の汎用ポリマーとを含むことにより、二酸化炭素発生量を低減し、かつカーボンニュートラルを重要視した立体繊維構造体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の立体繊維構造体は、その製造のための手法を特に制限するものではない。具体的な手法としては、立体構造をとり得る製編、製織による手法を挙げることができる。なかでも、本発明の構造を容易に形成することができる立体製編が好ましい。
【００１３】
パイル糸の少なくとも一部を構成する繊維はバイオマス由来のポリマーにて構成され、かつ、必要に応じて表裏地組織を構成する原糸の少なくとも一部も、バイオマス由来のポリマーにて構成される。
【００１４】
本発明で用いるバイオマス由来のポリマーは、溶融紡糸が可能であるものであれば良く、特に制限するものではない。具体的にはＰＬＡ（ポリ乳酸）、バイオマス由来の１，３−プロパンジオールとテレフタル酸とからなるＰＴＴ（ポリトリメチレンテレフタレート）、ＰＢＳ（ポリブチレンサクシネート）などバイオマスモノマーを化学的に重合してなるポリマー類や、ポリヒドロキシ酪酸等のＰＨＡ（ポリヒドロキシアルカノエート）などの微生物産系のものを挙げることができる。なかでも、熱的に安定であるために耐熱性を有し、かつ比較的量産化されてきているポリ乳酸が良い。
【００１５】
ポリ乳酸としては、ポリＤ−乳酸、ポリＬ−乳酸、ポリＤ−乳酸とポリＬ−乳酸との共重合体であるポリＤＬ−乳酸、ポリＤ−乳酸とポリＬ−乳酸との混合物（ステレオコンプレックス）、ポリＤ−乳酸とヒドロキシカルボン酸との共重合体、ポリＬ−乳酸とヒドロキシカルボン酸との共重合体、ポリＤ−乳酸またはポリＬ−乳酸と脂肪族ジカルボン酸および脂肪族ジオールとの共重合体、あるいはこれらのブレンド体が好ましい。ポリ乳酸には、上記のようにＬ−乳酸やＤ−乳酸が単独で用いられているものや、両者が併用されているものなどがあるが、中でも融点が１２０℃以上、融解熱が１０Ｊ／ｇ以上であるものを、クッションやマットなどの生活資材、人工芝代替等の一般資材、侵食防止や法面補強のためのシート等として使用される土木資材などの用途に供したときに、耐磨耗性や、摩擦を受けた際の耐熱性が良好であるという理由によって、好ましく用いることができる。ポリ乳酸のホモポリマーであるＬ−乳酸やＤ−乳酸の融点は約１８０℃であるが、Ｄ−乳酸とＬ−乳酸との共重合体の場合は、いずれかの成分の割合を１０モル％程度とすると、その融点はおよそ１３０℃程度となる。
【００１６】
さらに、共重合体において、Ｄ−乳酸とＬ−乳酸とのいずれかの成分の割合を１８モル％以上とすると、融点は１２０℃未満、融解熱は１０Ｊ／ｇ未満となって、ほぼ完全に非晶性の性質となる。このような非晶性のポリマーとなると、製造工程において特に熱延伸し難くなり、高強度の繊維が得られ難くなるという問題が生じたり、たとえ繊維が得られたとしても、耐熱性、耐摩耗性に劣ったものとなるという問題が生じたりする。そこで、ポリ乳酸としては、ラクチドを原料として重合する時のＬ−乳酸とＤ−乳酸の含有比（モル比）であるＬ／Ｄ又はＤ／Ｌが、８２以上／１８以下であるものが好ましく、なかでも９０以上／１０以下、さらには９５以上／１５以下であるものが好ましい。
【００１７】
ポリ乳酸とヒドロキシカルボン酸との共重合体である場合において、ヒドロキシカルボン酸の具体例としては、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、ヒドロキシペンタン酸、ヒドロキシヘプタン酸、ヒドロキシオクタン酸等が挙げられる。中でもヒドロキシカプロン酸またはグリコール酸を用いることが、コスト面から好ましい。ポリ乳酸と脂肪族ジカルボン酸および脂肪族ジオールとの共重合体の場合は、脂肪族ジカルボン酸および脂肪族ジオールとしては、セバシン酸、アジピン酸、ドデカン二酸、トリメチレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール等が挙げられる。このようにポリ乳酸に他の成分を共重合させる場合は、ポリ乳酸を８０モル％以上とすることが好ましい。８０モル％未満であると、共重合ポリ乳酸は、融点１２０℃未満、融解熱１０Ｊ／ｇ未満となって、結晶性が低くなりやすい。
【００１８】
ポリ乳酸の分子量としては、分子量の指標として用いられる、ＡＳＴＭ Ｄ−１２３８法に準じ、温度２１０℃、荷重２１．２Ｎ（２１６０ｇ）で測定したメルトフローレートが１〜１００［ｇ／１０分］であることが好ましく、より好ましくは５〜５０［ｇ／１０分］である。メルトフローレートをこの範囲とすることにより、強度、湿熱分解性、耐摩耗性が向上する。また、ポリ乳酸の耐久性を高める目的で、ポリ乳酸に、脂肪族アルコール、カルボジイミド化合物、オキサゾリン化合物、オキサジン化合物、エポキシ化合物などの末端封鎖剤を添加してもよい。
【００１９】
本発明の立体繊維構造体において、パイル糸の少なくとも一部、表裏地組織、必要に応じて表裏地組織を構成する原糸の少なくとも一部をバイオマス由来のポリマーで構成した残部は、石油系由来の汎用ポリマーで構成することができる。
【００２０】
この石油系由来の汎用ポリマーは、同様に溶融紡糸が可能なものであれば良く、特に制限するものではない。具体的には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート、石油系の１，３−プロパンジオールとテレフタル酸とからなるＰＴＴなどのポリアルキレンテレフタレートに代表されるポリエステル；ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン４６、ナイロン１１、ナイロン１２に代表されるポリアミド；ポリプロピレンやポリエチレンに代表されるポリオレフィン；ポリ塩化ビニルやポリ塩化ビニリデンに代表されるポリ塩化ポリマー；ポリ４フッ化エチレンならびにその共重合体、ポリフッ化ビニリデンなどに代表されるフッ素系繊維などが挙げられる。なかでも、低コストであるポリエステル系のものが好ましい。
【００２１】
ポリエステル系ポリマーには、その粘度、熱的特性の点から、他の成分を共重合していてもよい。すなわち、イソフタル酸、５−スルホイソフタル酸などの芳香族ジカルボン酸；アジピン酸、コハク酸、スベリン酸、セバシン酸、ドデカン二酸などの脂肪族ジカルボン酸；エチレングリコール、プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノールなどの脂肪族ジオール；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、ヒドロキシペンタン酸、ヒドロキシヘプタン酸、ヒドロキシオクタン酸などのヒドロキシカルボン酸；ε−カプロラクトンなどの脂肪族ラクトン等を共重合していてもよい。
【００２２】
上述のバイオマス由来のポリマーおよび石油系由来の汎用ポリマーには、必要に応じて、充填剤、増粘剤、結晶核剤などとして効果を示す公知の各種添加剤を添加することができる。具体的には、カーボンブラック、炭酸カルシウム、酸化ケイ素およびケイ酸塩、亜鉛華、ハイサイトクレー、カオリン、塩基性炭酸マグネシウム、マイカ、タルク、石英粉、ケイ藻土、ドロマイト粉、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アンチモン、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、アルミナ、ケイ酸カルシウム、窒化ホウ素、ベヘン酸アミド等の脂肪族アミド系化合物、脂肪族尿素系化合物、ベンジリデンソルビトール系化合物、架橋高分子ポリスチレン、ロジン系金属塩、ガラス繊維、ウィスカー等があげられる。これらは、そのまま添加してもよいし、ナノコンポジットとするための必要な処理の後に添加することもできる。低価格性や良好な物性バランスを達成するためには、無機の充填剤を配合することが好ましい。また、結晶核剤を配合することが好ましい。
【００２３】
さらに、上述のバイオマス由来のポリマーおよび石油系由来の汎用ポリマーには、本発明の目的を損なわない範囲であれば、必要に応じて、顔料、染料などの着色剤；活性炭、ゼオライト等の臭気吸収剤；バニリン、デキストリン等の香料；酸化防止剤、紫外線吸収剤などの安定剤；滑剤；離型剤；撥水剤；抗菌剤；艶消剤；耐光剤；耐候剤；抗菌剤；界面活性剤：難燃剤：表面改質剤；各種無機または有機電解質や；その他の副次的添加剤を配合することができる。
【００２４】
上述のバイオマス由来のポリマーおよび石油系由来の汎用ポリマーには、本発明の効果を阻害しない範囲で、可塑剤を併用することも可能である。可塑剤を使用することで、加熱加工時、特に紡糸時の溶融粘度を低下させて、剪断発熱等による分子量の低下を抑制することが可能である。かつ、場合によっては結晶化速度の向上も期待できる。可塑剤としては、特に限定は無いが、以下のものが例示できる。たとえば、バイオマス由来のポリマーが脂肪族ポリエステル系の生分解性ポリエステルである場合には、可塑剤として、エーテル系可塑剤、エステル系可塑剤、フタル酸系可塑剤、リン系可塑剤などが好ましく、ポリエステルとの相溶性に優れる点からエーテル系可塑剤、エステル系可塑剤がより好ましい。エーテル系可塑剤としては、例えばポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコールなどのポリオキシアルキレングリコール等を挙げることができる。エステル系可塑剤としては、脂肪族ジカルボン酸と脂肪族アルコールとのエステル類等を挙げることができる。このうち、脂肪族ジカルボン酸としては、例えばシュウ酸、コハク酸、セバシン酸、アジピン酸等を挙げることができる。脂肪族アルコールとしては、例えばメタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ヘキサノール、ｎ−オクタノール、２−エチルヘキサノール、ｎ−ドデカノール、ステアリルアルコール等の１価アルコール；エチレングリコール、１、２−プロピレングリコール、１、３−プロピレングリコール、１、３−ブタンジオール、１、５−ペンタンジオール、１、６−ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ポリエチレングリコール等の２価アルコール；グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリストール等の多価アルコールを挙げることができる。また、上記エーテル系可塑剤とエステル系可塑剤との２種以上の組み合わせからなる共重合体や、これらのホモポリマー、コポリマー等から選ばれる２種以上のブレンド物が挙げられる。さらにエステル化されたヒドロキシカルボン酸等も考えられる。上記可塑剤は、少なくとも１種用いることができる。
【００２５】
本発明では、バイオマス由来のポリマーは、立体繊維構造体の全質量に対して２５質量％以上含まれることが必要である。本発明の趣旨からすると立体繊維構造体の少なくとも一部にバイオマス由来のポリマーが含有されていれば良いわけであるが、２５質量％以上含有されないと、その効果を発揮しにくくなる。
【００２６】
バイオマス由来のポリマーの含有割合の算定に際して、穀物等のデンプンを主原料とするモノマーからなるポリ乳酸や、デンプン樹脂などは、バイオマスプラスチックとして１００％換算することができる。これに対し、たとえば１，３−プロパンジオールをバイオマス由来として重合したＰＴＴは、ポリマー中に含有されるバイオマス由来成分の割合は約３４質量％であり、したがって、このようなＰＴＴを本発明の立体繊維構造体に使用するにあたっては、約７４質量％以上を含有させることで、バイオマス由来のポリマーが立体繊維構造体の全質量に対して２５質量％以上含まれることになる。
【００２７】
また本発明では、パイル糸の少なくとも一部をバイオマス由来のポリマーで構成するとともに、必要に応じて表裏地組織を構成する原糸の少なくとも一部をバイオマス由来のポリマーで構成するが、立体構造体の中での質量比率が高くまた光や摩耗の原因となる物体などが直接作用しないパイル糸にバイオマス由来ポリマーを重点的に用いることがより好ましい。
【実施例】
【００２８】
次に、実施例により本発明を具体的に説明する。なお、以下の実施例および比較例における評価は、次のようにして行った。
【００２９】
（１）耐摩耗性（摩耗試験後の外観比較）
ＪＩＳ−Ｌ１０２１の動的荷重疲労試験機を用い、荷重９．８Ｎ（１ｋｇ）、１００００回で疲労試験を行い、その外観変化を観察した。すなわち、９．８Ｎ（１ｋｇ）の荷重で１００００回踏みしめた後の毛羽立ちを観察した。
【００３０】
実施例１
繊度２２０ｄｔｅｘ／１フィラメントであるポリ乳酸（以下、「ＰＬＡ」と略称する）モノフィラメントをパイル糸に用い、また繊度２２０ｄｔｅｘ／４８フィラメントであるポリエチレンテレフタレート（以下、「ＰＥＴ」と略称する）マルチフィラメントを表裏地組織に用いた。そして、剛性のあるモノフィラメントを編立可能なニッティングエレメントを改良した１４ゲージの２列針床を有する経編機を使用し、上面地組織のためにＬ１筬、Ｌ２筬に２２０ｄｔｅｘ／４８フィラメントのＰＥＴマルチフィラメントを用い、下面地組織のためにＬ５筬、Ｌ６筬に２２０ｄｔｅｘ／４８フィラメントを用い、上下の地組織を連結する繋ぎ糸としてＬ３筬、Ｌ４筬に２２０ｄｔｅｘ／１フィラメントのＰＬＡモノフィラメントを用いて、フルセットで通糸し、図１の組織図にて厚み５ｍｍの実施例１の立体繊維構造体を作製した。
【００３１】
実施例２
実施例１で用いたＰＬＡモノフィラメントをパイル糸に用い、また繊度２２０ｄｔｅｘ／４８フィラメントであるＰＬＡを表裏地組織に用い、その他は実施例１と同様にして立体繊維構造体を作製したものを、実施例２とした。
【００３２】
比較例１
繊度２２０ｄｔｅｘ／１フィラメントのＰＥＴモノフィラメントをパイル糸に用い、また繊度２２０ｄｔｅｘ／４８フィラメントであるＰＥＴマルチフィラメントを表裏地組織に用い、その他は実施例１と同様にして立体繊維構造体を作製したものを、比較例１とした。
【００３３】
実施例１、実施例２、比較例１についてまとめたものを表１に示す。表１から明らかなように、ＰＥＴフィラメントを含む実施例１、比較例１と比較して、ＰＬＡフィラメントのみで構成されている実施例２は、耐摩耗試験での損傷が激しく、耐摩耗性が要求される分野での使用には難があることを確認できる。また、二酸化炭素排出量削減の観点やカーボンニュートラル重視の観点からバイオマス由来ポリマーの割合をみると、実施例１および実施例２は割合が７０質量％以上であり十分であることを確認できる。これに対し、比較例１は、バイオマス由来ポリマーの割合が０％であり、本発明の主旨にそぐわないものであることを確認できる。
【００３４】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施例１、実施例２、比較例１の立体繊維構造体の組織図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイル糸と表裏地組織とを備えた立体繊維構造体であって、前記パイル糸の少なくとも一部にバイオマス由来のポリマーよりなる繊維を含み、前記表裏地組織が石油系由来の汎用ポリマーよりなる繊維を含み、前記立体繊維構造体の全質量に対してバイオマス由来のポリマーの質量が２５質量％以上であることを特徴とする立体繊維構造体。
【請求項２】
パイル糸と表裏地組織とを備えた立体繊維構造体であって、前記パイル糸の少なくとも一部にバイオマス由来のポリマーよりなる繊維を含み、前記表裏地組織の少なくとも一部にバイオマス由来のポリマーよりなる繊維を含み、前記立体繊維構造体の全質量に対してバイオマス由来のポリマーの質量が２５質量％以上であることを特徴とする立体繊維構造体。
【請求項３】
石油系由来の汎用ポリマーよりなる繊維がポリエチレンテレフタレート繊維であることを特徴とする請求項１記載の立体繊維構造体。
【請求項４】
バイオマス由来のポリマーよりなる繊維がポリ乳酸繊維であることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項記載の立体繊維構造体。
【請求項１】
パイル糸と表裏地組織とを備えた立体繊維構造体であって、前記パイル糸の少なくとも一部にバイオマス由来のポリマーよりなる繊維を含み、前記表裏地組織が石油系由来の汎用ポリマーよりなる繊維を含み、前記立体繊維構造体の全質量に対してバイオマス由来のポリマーの質量が２５質量％以上であることを特徴とする立体繊維構造体。
【請求項２】
パイル糸と表裏地組織とを備えた立体繊維構造体であって、前記パイル糸の少なくとも一部にバイオマス由来のポリマーよりなる繊維を含み、前記表裏地組織の少なくとも一部にバイオマス由来のポリマーよりなる繊維を含み、前記立体繊維構造体の全質量に対してバイオマス由来のポリマーの質量が２５質量％以上であることを特徴とする立体繊維構造体。
【請求項３】
石油系由来の汎用ポリマーよりなる繊維がポリエチレンテレフタレート繊維であることを特徴とする請求項１記載の立体繊維構造体。
【請求項４】
バイオマス由来のポリマーよりなる繊維がポリ乳酸繊維であることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項記載の立体繊維構造体。
【図１】
【公開番号】特開２００８−２４０１９７（Ｐ２００８−２４０１９７Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８３１６０（Ｐ２００７−８３１６０）
【出願日】平成１９年３月２８日（２００７．３．２８）
【出願人】（３９９０６５４９７）ユニチカファイバー株式会社 (190)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２８日（２００７．３．２８）
【出願人】（３９９０６５４９７）ユニチカファイバー株式会社 (190)
【Ｆターム（参考）】
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