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技術 多層複合繊維

出願人 三菱瓦斯化学株式会社
発明者 岡村顕長井聡
出願日 2009年5月26日 (11年11ヶ月経過) 出願番号 2010-514496
公開日 2011年10月13日 (9年7ヶ月経過) 公開番号 WO2009-145193
状態 特許登録済
技術分野 複合繊維 不織物
主要キーワード 融点分布 合否基準 耐摩擦磨耗性 溶融ピーク温度 ナノコンポジット化 ホットメルト繊維 脂肪族エステル構造 自主規制
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2011年10月13日)のものです。
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課題・解決手段

本発明は、主として石油に依存しない原料であるメタノールから誘導され、環境負荷の低い材料であるポリアセタールを用いた新しい多層複合繊維、更にはこれを熱接着することで結合させた不織布を提供することを目的とする。本発明によれば、ポリ乳酸を主成分とする樹脂とポリアセタールを主成分とする樹脂とを含有し、何れの成分も繊維軸方向に連続的な層を形成してなる多層複合繊維及び該繊維を熱接着して得られる不織布を提供することができる。

概要

背景

近年、地球規模での環境問題に対して、産業廃棄物が環境を汚染することを防止するために、生分解性微生物分解性、または自然分解性)の素材を使用することが注目されている。更に最近では、地球資源枯渇温暖化に伴うCO2排出量に対する自主規制が強く求められるなか、石油由来でなく天然物由来からなる素材や、焼却処理の際に必要な熱量やCO2発生量の少ない素材が注目されている。

従来、脂肪族エステル構造を有する重合体に生分解性があることが知られており、微生物によって生産されるポリ3−ヒドロキシ酪酸エステルPHB)、合成高分子であるポリカプロラクトン(PCL)、コハク酸およびブタンジオールを主成分とするポリブチレンサクシネートPBS)またはポリブチレンサクシネート・アジペート(PBSA)、ポリエステルカーボネート、および発酵により生産されるL−乳酸および/またはD−乳酸を主たる原料としたポリ乳酸PLA)などが代表的なものである。これらの中で、天然物由来からなる素材として、例えばPLAが挙げられる。

これら脂肪族エステル構造を有する重合体はPLAを除くと、一般にポリエチレン類似の物性を有する成形性・生分解性の良好なポリマーである。しかし、剛性が要求される分野や引張強度が要求される分野では充分な強度を持たない。剛性を改善するためには、タルクなどの充填材ナノコンポジット化技術による改善が可能であるが、流動性の低下なども問題があり、この改良が望まれていた。また、PLAについては耐熱性靭性の向上が強く求められていた。

これまでに生分解性の素材で芯鞘複合繊維を作製し、熱接着タイプの不織布のための原綿とする検討が幾つか見られる。例えば、特許文献1、2では、熱可塑性生分解繊維として、芯部、または部に融点の異なる生分解性ポリマーを用いることが開示されている。また、特許文献3には、芯部に高融点のL-ポリ乳酸を、鞘部にL及びD-ポリ乳酸の共重合体を用いることが開示されている。特許文献4には芯鞘成分の少なくとも1成分を生分解性ポリマーとした複合繊維について開示しており、その融点差を20〜80℃で、且つ各成分の融点分布シャープであることを特長としている。更に、特許文献5ではポリ乳酸を他の熱可塑性樹脂被覆してなる複合繊維から得られる内装材について開示がある。

特開平7−133511号
特開平8−260320号
特許3355026号
特開2006−97148号
特開2008−57095号

概要

本発明は、主として石油に依存しない原料であるメタノールから誘導され、環境負荷の低い材料であるポリアセタールを用いた新しい多層複合繊維、更にはこれを熱接着することで結合させた不織布を提供することを目的とする。本発明によれば、ポリ乳酸を主成分とする樹脂とポリアセタールを主成分とする樹脂とを含有し、何れの成分も繊維軸方向に連続的な層を形成してなる多層複合繊維及び該繊維を熱接着して得られる不織布を提供することができる。

目的

しかしながら、実質的に鞘成分まで生分解ポリマーを用いることで、使用環境によっては生分解を受けやすいことが問題となって加水分解による強度低下が懸念される。また、低融点の生分解性ポリマー、更には熱可塑性樹脂を用いることで加工性は安定するが、逆に接着点における耐熱性の低下が懸念される。本発明の目的は、脂肪族エーテル型、もしくは脂肪族エーテルが主成分であり、主として石油に依存しない原料であるメタノールから誘導され、環境負荷の低い材料と考えられるポリアセタールの中で特定の融点を有するものを用いた新しい多層複合繊維、更にはこれを熱接着することで結合させた不織布を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

ポリ乳酸を主成分とする樹脂ポリアセタールを主成分とする樹脂を含有し、何れの成分も繊維軸方向に連続的な層を形成してなる多層複合繊維であって、前記ポリアセタールを主成分とする樹脂の融点が、前記ポリ乳酸を主成分とする樹脂の融点に対して10〜20℃低い、多層複合繊維。

請求項2

前記ポリ乳酸を主成分とする樹脂を芯とし、前記ポリアセタールを主成分とする樹脂をとする、請求項1に記載の多層複合繊維。

請求項3

前記ポリアセタールが、トリオキサン100重量部と5〜20重量部の1種あるいは2種以上の環状ホルマールおよび/または環状エーテルとの共重合物である、請求項1又は2に記載の多層複合繊維。

請求項4

請求項1から3の何れかに記載の多層複合繊維を熱接着して得られる不織布。

請求項5

請求項1から3の何れかに記載の多層複合繊維に、ポリ乳酸を主成分とする樹脂及び/又はポリアセタールを主成分とする樹脂を含有する繊維を配合し、熱接着して得られる不織布。

技術分野

0001

本発明は、ポリ乳酸を主成分とする樹脂を芯とし、これと特定の融点差を有するポリアセタールを主成分とする樹脂をとしてなる複合繊維、更にはこれを熱接着により加工してなる不織布に関する。

背景技術

0002

近年、地球規模での環境問題に対して、産業廃棄物が環境を汚染することを防止するために、生分解性微生物分解性、または自然分解性)の素材を使用することが注目されている。更に最近では、地球資源枯渇温暖化に伴うCO2排出量に対する自主規制が強く求められるなか、石油由来でなく天然物由来からなる素材や、焼却処理の際に必要な熱量やCO2発生量の少ない素材が注目されている。

0003

従来、脂肪族エステル構造を有する重合体に生分解性があることが知られており、微生物によって生産されるポリ3−ヒドロキシ酪酸エステルPHB)、合成高分子であるポリカプロラクトン(PCL)、コハク酸およびブタンジオールを主成分とするポリブチレンサクシネートPBS)またはポリブチレンサクシネート・アジペート(PBSA)、ポリエステルカーボネート、および発酵により生産されるL−乳酸および/またはD−乳酸を主たる原料としたポリ乳酸(PLA)などが代表的なものである。これらの中で、天然物由来からなる素材として、例えばPLAが挙げられる。

0004

これら脂肪族エステル構造を有する重合体はPLAを除くと、一般にポリエチレン類似の物性を有する成形性・生分解性の良好なポリマーである。しかし、剛性が要求される分野や引張強度が要求される分野では充分な強度を持たない。剛性を改善するためには、タルクなどの充填材ナノコンポジット化技術による改善が可能であるが、流動性の低下なども問題があり、この改良が望まれていた。また、PLAについては耐熱性靭性の向上が強く求められていた。

0005

これまでに生分解性の素材で芯鞘複合繊維を作製し、熱接着タイプの不織布のための原綿とする検討が幾つか見られる。例えば、特許文献1、2では、熱可塑性生分解繊維として、芯部、または鞘部に融点の異なる生分解性ポリマーを用いることが開示されている。また、特許文献3には、芯部に高融点のL-ポリ乳酸を、鞘部にL及びD-ポリ乳酸の共重合体を用いることが開示されている。特許文献4には芯鞘成分の少なくとも1成分を生分解性ポリマーとした複合繊維について開示しており、その融点差を20〜80℃で、且つ各成分の融点分布シャープであることを特長としている。更に、特許文献5ではポリ乳酸を他の熱可塑性樹脂被覆してなる複合繊維から得られる内装材について開示がある。

0006

特開平7−133511号
特開平8−260320号
特許3355026号
特開2006−97148号
特開2008−57095号

発明が解決しようとする課題

0007

しかしながら、実質的に鞘成分まで生分解ポリマーを用いることで、使用環境によっては生分解を受けやすいことが問題となって加水分解による強度低下が懸念される。また、低融点の生分解性ポリマー、更には熱可塑性樹脂を用いることで加工性は安定するが、逆に接着点における耐熱性の低下が懸念される。本発明の目的は、脂肪族エーテル型、もしくは脂肪族エーテルが主成分であり、主として石油に依存しない原料であるメタノールから誘導され、環境負荷の低い材料と考えられるポリアセタールの中で特定の融点を有するものを用いた新しい多層複合繊維、更にはこれを熱接着することで結合させた不織布を提供することである。

課題を解決するための手段

0008

本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、実質、ポリ乳酸を主成分とする樹脂を芯とし、特定のポリアセタールを主成分とする樹脂を鞘とすることで上記問題点を克服し、本発明を完成するに至った。
本発明は、以下の態様を含むものである。
(1)ポリ乳酸を主成分とする樹脂とポリアセタールを主成分とする樹脂を含有し、何れの成分も繊維軸方向に連続的な層を形成してなる多層複合繊維であって、前記ポリアセタールを主成分とする樹脂の融点が、前記ポリ乳酸を主成分とする樹脂の融点に対して10〜20℃低い、多層複合繊維;
(2)前記ポリ乳酸を主成分とする樹脂を芯とし、前記ポリアセタールを主成分とする樹脂を鞘とする、上記(1)に記載の多層複合繊維;
(3)前記ポリアセタールが、トリオキサン100重量部と5〜20重量部の1種あるいは2種以上の環状ホルマールおよび/または環状エーテルとの共重合物である、上記(1)又は(2)に記載の多層複合繊維;
(4)上記(1)から(3)の何れかに記載の多層複合繊維を熱接着して得られる不織布;
(5)上記(1)から(3)の何れかに記載の多層複合繊維に、ポリ乳酸を主成分とする樹脂及び/又はポリアセタールを主成分とする樹脂を含有する繊維を配合し、熱接着して得られる不織布。

0009

ポリアセタールは脂肪族ポリエステルとの親和性がよく、特に溶融状態で接触させることで比較的に高い界面の接着強度を得ることができる。本発明では、鞘成分に特に脂肪族ポリエステル成分と親和性が高く、尚且つ熱接着による不織布加工が可能なポリアセタールを選ぶことが重要である。ポリアセタールを主成分とする樹脂の融点は、ポリ乳酸を主成分とする樹脂の融点に対して10〜20℃低いことが好ましい。これにより、他のホットメルト繊維を用いず安定な熱接着加工を実現するとともに、ポリ乳酸の表面にポリアセタール層を形成させることで適当な耐加水分解性耐薬品性耐摩擦磨耗性などの新たな特長を付与することができる。従来のホットメルト繊維を用いた熱接着において、その耐加水分解性、耐薬品性が問題となる場合があるが、本発明においてはポリアセタールが熱接着層をも兼ねるのでそのような問題が生じない。ホットメルト繊維を用いることは可能だが、ポリアセタールが他の樹脂との接着性に乏しいという欠点があるため、その使用が極めて限定される。

発明の効果

0010

本発明によれば、ポリ乳酸を主成分とする樹脂とポリアセタールを主成分とする樹脂とを含有する多層複合繊維を用いることにより、接着強度、並びに耐薬品性に優れた熱接着性不織布が得られる。

発明を実施するための最良の形態

0011

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、ポリ乳酸を主成分とする樹脂とポリアセタールを主成分とする樹脂を含有し、何れの成分も繊維軸方向に連続的な層を形成してなる多層複合繊維であって、前記ポリアセタールを主成分とする樹脂の融点が、前記ポリ乳酸を主成分とする樹脂の融点に対して10〜20℃低い、多層複合繊維である。
本発明におけるポリ乳酸(PLA)とは、L−乳酸のみ、D−乳酸のみ、L−乳酸とD−乳酸の混合物の何れかを主たる構成成分とするポリマー、もしくはその混合物であるが、乳酸以外の他の共重合成分を含んでいてもよい。他のモノマー単位としては、ε−カプロラクトンなどの環状ラクトン類、α−ヒドロキシイソ酪酸、α−ヒドロキシ吉草酸などのα−オキシ酸類、エチレングリコールプロピレングリコール、1,4−ブタンジオールなどのグリコール化合物、コハク酸、シュウ酸アジピン酸セバシン酸などのジカルボン酸を挙げることができる。これらの中でも、グリコール類および環状ラクトン類が好ましい。

0012

PLAの重合方法としては、既知の重合方法を用いることができ、乳酸からの直接重合法ラクチドを介する開環重合法などが例示される。開環重合法としては、L−ラクチド、更には共重合成分(コモノマー、またはオリゴマー)を触媒存在下にて開環重合し、必要に応じて再沈殿精製して得ることができる。

0013

PLAの分子量や分子量分布は特に制限されるものではないが、数平均分子量としては1万以上が好ましく、より好ましくは5万以上である。

0014

PLAの融点は、特に制限されるものではないが、160℃以上であることが好ましく、更には165℃以上であることが好ましい。

0015

本発明におけるポリアセタールは、一般に市販されているホモポリマーおよび/またはコポリマーが挙げられるが、本発明においては、トリオキサン100重量と5.0〜30重量部(より好ましくは5〜20重量部)の1種あるいは2種以上の環状ホルマールおよび/または環状エーテルとの共重合体であることが好ましい。

0016

コポリマー中のオキシアルキレン単位としては、好ましくはオキシエチレン単位オキシプロピレン単位等である。このオキシアルキレン単位の含有量は、5〜30重量%、より好ましくは5〜20重量%である。
5重量%より少ないと融点が高くなり、ポリ乳酸との融点差を得ることができない場合がある。逆に30重量%より多いと融点が低くなりすぎるために耐熱性、更には耐薬品性が損なわれる場合がある。

0017

本発明におけるポリアセタールとしては、例えば、ホルムアルデヒドまたはその3量体(トリオキサン)、並びに、その4量体(テトラオキサン)と、エチレンオキサイドエピクロルヒドリン、1,3−ジオキソラン、1,3−ジオキセパン、1,3,5−トリオキセパングリコールホルマールジグリコールのホルマール等の炭素数2〜8の環状エーテルから製造されるオキシアルキレン単位構造を含有するコポリマーが挙げられる。本発明で謂うコポリマーとは、2元共重合体のみならず、多元共重合体も含み、例えば、グリシジルエーテル類を共重合させることにより、主鎖中に分岐架橋構造を導入したものも好適に用いられる。更にはオキシメチレン単位、オキシアルキレン単位以外のブロック構造を有するブロックコポリマー、または、グラフトポリマー等を広く用いることができる。

0018

本発明においては、前記ポリアセタールを主成分とする樹脂の融点が、前記ポリ乳酸を主成分とする樹脂の融点に対して10〜100℃低いことが好ましく、10〜20℃低いことがより好ましい。前記ポリアセタールを主成分とする樹脂の融点が、前記ポリ乳酸を主成分とする樹脂の融点に対して10〜100℃低いことによって、前記ポリアセタールを主成分とする樹脂と前記ポリ乳酸を主成分とする樹脂の接着性が良好となり好ましい。

0019

尚、本発明に用いられるポリ乳酸、ポリアセタールは、本発明の本来の目的を損なわない範囲内で公知の添加剤および/または充填剤を添加することが可能である。添加剤としては、例えば結晶核剤酸化防止剤可塑剤艶消し剤発泡剤潤滑剤、離型剤帯電防止剤紫外線吸収剤光安定剤熱安定剤消臭剤難燃剤摺動剤香料抗菌剤等が挙げられる。また、充填剤としてはガラス繊維、タルク、マイカ炭酸カルシウムチタン酸カリウムウィスカー等が挙げられる。さらに、顔料染料を加えて所望の色目仕上げることも可能である。また、エステル交換触媒、各種モノマーカップリング剤末端処理剤、その他の樹脂、木粉でんぷんなどを加えて変性することも可能である。

0020

本発明は、ポリ乳酸を主成分とする樹脂とポリアセタールを主成分とする樹脂の何れの成分も繊維軸方向に連続的な層を形成してなる多層複合繊維であるが、繊維軸方向に連続的な層を形成する方法としては、二種類以上の原料ポリマーを一本の繊維になるようなノズルを用いて紡糸する方法が挙げられ、こうして得られる繊維を複合繊維と呼ぶ。この中で各原料ポリマーを張り合わせるバイメタル型と一方のポリマーを他方のポリマーが取り囲む芯鞘型とがあり、これらを更に発展させた多芯、花弁、多層といった構造をとることが出来る。
本発明の芯鞘複合繊維を得る方法としては、従来公知の溶融紡糸によりなされる。芯鞘複合繊維の構造としては、芯の成分が多数存在していてもよいし、異形断面を採っていてもよい。また、芯成分の一部が繊維表面に存在していてもよい。

0021

本発明のポリ乳酸系複合繊維は、マルチフィラメントもしくはモノフィラメントとしてそのまま用いるか、ステープル状とした後に、例えば紡績糸として用いても良い。これら繊維のみに限らず、ポリ乳酸を主成分とする樹脂及び/もしくはポリアセタールを主成分とする樹脂を含有する繊維熱可塑性樹脂組成物を含む繊維を添加して、2次加工を行うことができる。

0022

2次加工としては主に不織布が挙げられ、加工方法についても同様に公知の方法が用いられる。スパンボンド法ニードルパンチ法メルトブロー法などが好適に用いられ、最終的には芯鞘の特長を生かして繊維間を熱接着させることが望ましい。本発明は不織布に限らず、織物編物組紐レース、網などに加工することも可能である。更には、繊維間を熱接着によって、また、ポリアセタールやポリ乳酸に代表される脂肪族ポリエステルを含む熱可塑性樹脂組成物の各種成形品と熱接着により高次複合化をさせることも本発明に含まれる。

0023

以下に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下に示す具体例に制限されるものではない。

0024

〈実施例1、比較例1〉
実施例及び比較例で使用した材料、融点の測定法、及び接着方法、捲縮処理の方法と合否基準を以下に示す。材料は表1に記載のものを用いた。表2に記載の構成において芯鞘成分の比率を50wt%として繊維を溶融紡糸したのち、4倍延伸を行って5dtexの繊度とした。これらの多層複合繊維を用い、以下の試験を行った。結果を表2に記載した。
<融点の測定>
10℃/分の速度で、30℃から210℃まで昇温し、示差熱走査熱量法DSC)により溶融ピーク温度として測定した。
<接着方法>
実施例、比較例に記載の多層複合繊維を10cm長に切断したものを鉄板の上に交差するように配置し、もう1つの鉄板で挟み込んだ。これを表1に記載の温度に予め加熱した油圧式ホットプレス装置によって、所定時間加熱加圧条件で熱接着を施した。処理後、交差した箇所の接着状態目視で確認した。
耐溶剤性
接着試験によって得られた不織布をアセトンへ一昼夜浸漬し、アセトンによる膨潤状態における接着状態を目視で確認した。
<繊維軸方向における連続的な層の確認>
ポリ乳酸およびポリアセタールの何れの成分も繊維軸方向に連続的な層を形成しているかどうかの判断は、繊維を切断し、断面を目視で確認した。実施例1では、上記何れの成分も繊維軸方向に連続的な層を形成しているのが確認できた。

0025

0026

上記ポリアセタール(1)およびポリアセタール(2)の化学構造式は、以下の通りである。
[—CH2O—]n[—CH2CH2O—]m
上記ポリアセタール(1)およびポリアセタール(2)は、[—CH2CH2O—]の含有量が各々異なり、ポリアセタール(1)では7%、ポリアセタール(2)では10%有する。



ポリ乳酸を主成分とする樹脂と特定の融点差を有するポリアセタールを主成分とする樹脂を含有する多層複合繊維を用いることにより、接着強度、並びに耐薬品性に優れた熱接着性不織布が得られる。

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