JP2008196058A - ポリ乳酸複合繊維 - Google Patents

Abstract

【課題】染色性、耐光性が良好で、高温雰囲気下での強度低下も小さく、衣料用、土木建築用、水産資材用、自動車資材用等の分野においても好適に使用することができるポリ乳酸複合繊維を提供する。
【解決手段】鞘部を形成する熱可塑性樹脂が、５−アルカリ金属スルホイソフタル酸、アジピン酸、セバシン酸、分子量300〜10000のポリアルキレングリコールのうち少なくとも一成分を共重合してなる共重合ポリエステル、芯部を形成する熱可塑性樹脂がポリ乳酸である芯鞘複合繊維であって、１２０℃雰囲気下で測定した強度が、２０℃雰囲気下で測定した強度の４０％以上（強度保持率４０％以上）であることを特徴とするポリ乳酸複合繊維。
【選択図】なし

Description

本発明は、芯部にポリ乳酸、鞘部に濃染化が可能な成分を共重合したポリエステルを用いた複合繊維であって、染色性、耐光性に優れ、高温雰囲気下であっても優れた強度を有するポリ乳酸複合繊維に関するものである。

合成繊維の中でも特にポリエステル繊維は、優れた寸法安定性、耐候性、機械的特性、耐久性などから衣料や産業資材として不可欠なものとなっており、様々な分野、用途において広く使用されている。

従来の合成繊維の大部分は限りある化石資源を原料としており、また、自然環境下ではほとんど分解されないため、処分方法は焼却が主となる。これに対し、ポリ乳酸は自然環境下で最終的に炭酸ガスと水に分解される完全生分解性を有するためコンポスト処理が可能であり、焼却に伴うエネルギーや二酸化炭素排出量を軽減することができる。また、化石資源の節約にもなる。

しかしながら、ポリ乳酸繊維は、強度及び、耐摩耗性及び、耐光性が従来の合成繊維よりも劣っている。また、耐湿熱性に乏しく、染色等の湿熱処理による重合度の低下、分解が大きくこれによって強度低下や染色斑が生じるという問題もある。他にも、衣料用布帛としてポリ乳酸繊維を使用した場合には、汎用の合成繊維のものと同じようにアイロン掛けを行うと風合いが硬くなるという大きな問題も有している。そのため、ポリ乳酸繊維からなる布帛にアイロン掛けを行うに際しては、特別に低い温度設定と細心の注意が必要とされる。

このため、従来のポリ乳酸繊維は、ディスポーザブルの日用資材、農林園芸資材などの用途が主流であり、衣料用、自動車資材用途などの強度や耐久性が必要とされる分野での使用は限定されているのが現状である。

このようなポリ乳酸繊維の問題点を解決する手段の一つとしては、強度が要求される用途に使用する場合、質量や厚みを増大させて強度や耐摩耗性をカバーする方法がある。

また、繊維中のカルボキシル末端基の作用により加水分解が促進され湿熱処理時に物性低下が生じるため、特許文献１では、ポリ乳酸の耐久性を上げるために、カルボジイミドなどの末端封鎖剤によりポリマーの末端を封鎖し、耐加水分解性を向上させることが提案されている。

しかしながら、この繊維ではカルボキシル末端基の数を減らすことはできたが、ポリ乳酸のみを使用する繊維であるため、常温下での強度に対して、１００℃以上の高温下での強度低下が大きいものであった。

特許文献２には、ポリ乳酸と他の成分とからなる複合繊維として、ポリ乳酸が単繊維の表面の全部または、一部を形成し、他の成分としてポリエチレンテレフタレート等の芳香族ポリエステルを芯部に用いた複合繊維が提案されている。

しかしながら、この繊維はポリ乳酸成分が繊維の外周部を占め、ポリ乳酸成分を接着成分とするバインダー繊維であり、上記したような衣料用、土木建築用、水産資材用、自動車資材用等の強度を要求される分野で使用できるものではなかった。

特許文献３には、ポリ乳酸と芳香族ポリエステルからなる複合繊維として、ポリ乳酸を芯部とし、芳香族ポリエステルを鞘部とした芯鞘形状を呈し、芯部及び／または鞘部に末端封鎖剤を添加し、繊維全体のカルボキシル末端基を減少した複合繊維が提案されている。

しかしながら、この繊維においては、カルボキシル末端基を減少させるために末端封鎖剤の添加量を多くすると紡糸操業性が悪化し、また、繊維は黄みがかった色に変色しやすく染色品位が低下しやすいものであった。また、鞘部が通常のポリエステルであるため、ポリ乳酸単独糸に比較して、染色時の発色性に劣るものであった。
特開2001-261797号公報 特開平11-279841号公報 特開2005-187950号公報

本発明は、上記の問題点を解決するものであって、染色性、耐光性が良好で、高温雰囲気下での強度低下も小さく、衣料用、土木建築用、水産資材用、自動車資材用等の分野においても好適に使用することができるポリ乳酸複合繊維を提供することを技術的な課題とするものである。

本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、鞘部を形成する熱可塑性樹脂が、５−アルカリ金属スルホイソフタル酸、アジピン酸、セバシン酸、分子量300〜10000のポリアルキレングリコールのうち少なくとも一成分を共重合してなる共重合ポリエステル、芯部を形成する熱可塑性樹脂がポリ乳酸である芯鞘複合繊維であって、１２０℃雰囲気下で測定した強度が、２０℃雰囲気下で測定した強度の４０％以上（強度保持率４０％以上）であることを特徴とするポリ乳酸複合繊維を要旨とするものである。

本発明のポリ乳酸複合繊維は、高温雰囲気下での強度低下が小さく、強度保持率に優れたものであり、かつ染色性、耐光性が良好であるので、洗濯やアイロン掛け、また、高温高湿下での使用が可能となり、衣料用、土木建築用、水産資材用、自動車資材用等の分野においても好適に使用することができる。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のポリ乳酸複合繊維は、芯部にポリ乳酸を配し、鞘部に濃染化が可能となる成分が共重合された共重合ポリエステルを配するものである。

まず、鞘部の共重合ポリエステルについて説明する。濃染化が可能な共重合成分として、５−アルカリ金属スルホイソフタル酸、アジピン酸、セバシン酸、分子量300〜10000のポリアルキレングリコールが挙げられ、これらのうち少なくとも一成分を共重合してなるものである。

５−アルカリ金属スルホイソフタル酸の共重合量は、０．５〜３モル％とすることが好ましく、アジピン酸、セバシン酸の共重合量は１．０〜６モル％とすることが好ましい。300〜10000のポリアルキレングリコールの共重合量は０．５〜１０質量％とすることが好ましい。

５−アルカリ金属スルホイソフタル酸の共重合量が０．５モル％未満であると、良好な染色性能が得られないため、色斑が発生しやすくなる。３モル％を超えると、得られたポリ乳酸複合繊維が脆くなり、特に高温雰囲気下での強度が低くなり、強度保持率が低いものとなる。また、色調が著しく悪くなりやすい。

５−アルカリ金属スルホイソフタル酸成分としては、中でも3,5-ジ（カルボメトキシ）ベンゼンスルホン酸ナトリウム(またはカリウムもしくはリチウム)、3,5-ジ（β-ヒドロキシエトキシカルボニル）ベンゼンスルホン酸ナトリウム（またはカリウムもしくはリチウム）が好ましい。

アジピン酸、セバシン酸の場合、１．０モル％未満では良好な染色性能が得られにくくなり、一方、６モル％を超えると、得られる複合繊維は、高温雰囲気下での強度が低いものとなり、強度保持率が低いものとなる。

ポリアルキレングリコールは分子量３００〜１００００のものを用いる。分子量が３００未満であると良好な染色性能が得られにくくなり、一方、10000を超えると、ポリアルキレングリコール自体の耐熱性、耐候性が低下して好ましくない。

さらに、ポリアルキレングリコールの共重合量としては、０．５質量％未満であると良好な染色性能が得られにくくなり、１０質量％を超えると耐候性が悪化しやすくなる。

本発明で用いられるポリアルキレングリコールとは、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等が挙げられ、これらの２以上のランダム又はブロック共重合体であってもよい。

また、鞘部を形成する共重合ポリエステル中には、上記した５−アルカリスルホ金属イソフタル酸、アジピン酸、セバシン酸、ポリアルキレングリコールは少なくとも一成分が共重合されているものであって、これらの成分が２種類以上共重合されているものであってもよい。

なお、複数の成分が共重合されている場合であっても、各成分の共重合量は上記した範囲内とすることが好ましい。

さらに、鞘部を形成する共重合ポリエステル中には、本発明の効果を損なわない範囲内であれば3 , 3'−ジフェニルジカルボン酸などの芳香族ジカルボン酸、コハク酸などの脂肪族ジカルボン酸、ジエチレングリコール、1 , 4 −ブタンジオール、1 , 4−シクロヘキサンジオールなどの脂肪族、脂環式ジオール、P-ヒドロキシ安息香酸等を共重合していてもよい。

また、本発明の効果を損なわない範囲内で、酸化チタン、ヒンダードフェノール系化合物等の酸化防止剤、その他顔料、添加剤等が配合されていてもよい。

本発明のポリ乳酸複合繊維におけるポリ乳酸としては以下のものが挙げられる。
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−乳酸又はポリＬ−乳酸と脂肪族ジカルボン酸及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を用いることができる。

そして、ポリ乳酸は、上記のようにＬ−乳酸とＤ−乳酸が単独で用いられているもの、もしくは併用されているものであるが、中でも融点が１５０℃以上であることが好ましい。

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、いずれかの成分の割合を１０モル％程度とすると、融点はおよそ１３０℃程度となる。

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−乳酸やＤ−乳酸の含有割合で示されるＬ−乳酸とＤ−乳酸の含有比（モル比）であるＬ／Ｄ又はＤ／Ｌが、９０／１０以上のものが好ましく、中でも９５／５以上、さらには９７／３以上とすることが好ましい。

また、ポリ乳酸の中でも、上記したようなポリ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）は、融点が200〜230℃と高く、布帛にした後の高温染色やアイロン加工も可能となり、特に好ましい。

そして、本発明のポリ乳酸複合繊維は、共重合ポリエステルを鞘部にポリ乳酸を芯部に配した芯鞘型の複合繊維であって、同心円型のものであっても偏心型のものであってもよい。

複合繊維中のポリ乳酸の含有量であるが、化石資源の使用量を極力少なくし、環境に配慮するという観点からポリ乳酸を２０〜８０質量％含有させることが好ましく、中でも３０〜６０質量％とすることが好ましい。ポリ乳酸の量が２０質量％未満となると、繊維中の植物由来原料の量が減少しすぎるため好ましくない。一方、ポリ乳酸の量が８０質量％を超えると、繊維中に占めるポリ乳酸の量が多くなりすぎるため、糸条の初期強度が低くくなり、高温雰囲気下での強度低下が大きくなる。

本発明のポリ乳酸複合繊維は、上記のような複合形態とし、特定の共重合成分を用いた共重合ポリエステルを用いることにより、高温下であっても優れた強度を有する。

具体的には、１２０℃雰囲気下で測定した強度が、２０℃雰囲気下で測定した強度の４０％以上であり、中でも４５％以上、さらには５０％以上であることが好ましい。

ポリ乳酸複合繊維の強度は、オリエンテック社製引っ張り試験機にて、糸長２０ｍｍとし、引っ張り試験機のサンプル把持部を囲うように設置された恒温層内の温度を２０℃として強度を測定する。その後恒温層内の温度を１２０℃とした後、強度を測定する。なお、測定時には、恒温層内の温度が２０℃又は１２０℃となった後、サンプルを１分間保持した後測定するものとする。測定した強度より、以下の式を用いて強度保持率を算出する。
強度保持率（％）＝〔（１２０℃での強度）／（２０℃での強度）〕×100

本発明のポリ乳酸複合繊維は、鞘部に共重合ポリエステルを用いることにより、高温下での強度保持率を高くすることができ、４０％以上とすることが必要である。４０％未満であると、衣料用途であれば洗濯時やアイロンを掛けた際に、また、産業資材用途では、高温高湿化に曝されている間に、強度の低下が大きくなり、繊維が切断したり、品位が悪くなる。強度保持率を４０％以上とすることで、実用に耐えうる布帛や繊維製品を得ることができる。なお、通常のポリ乳酸のみからなる繊維では、高温下での強度保持率は２０％以下となる。

さらに、本発明のポリ乳酸複合繊維においては、鞘部の共重合ポリエステルのカルボキシル末端基を２５グラム等量／トン以下とすることが好ましい。カルボキシル末端基が２５グラム等量／トン以下の樹脂を用いることで、高温高湿化に曝された場合に、鞘部ポリエステル樹脂の加水分解が抑制され、その結果、繊維の強度を十分に保持でき、強度保持率を向上させることができる。

なお、カルボキシル末端基を２５グラム等量／トン以下とする手法については、末端封鎖剤の添加、固相重合法や溶融重合法の最適化などが挙げられる。

次に、本発明のポリ乳酸複合繊維の製造方法について説明する。
本発明のポリ乳酸複合繊維は、通常の複合紡糸装置を用いて複合紡糸し、2000ｍ／分以上の高速紡糸により、半未延伸糸として捲き取る方法、あるいは2000ｍ／分以上の高速紡糸又は、2000ｍ／分未満の低速紡糸で溶融紡糸し、一旦捲き取った糸条を別工程にて延伸熱処理する方法、あるいは一旦、捲き取ることなく、続けて延伸する直接紡糸延伸法により得ることができ、いずれの方法で製造されたものでもよい。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。なお、実施例中の各物性値の測定法及び評価法は次のとおりである。
（１）極限粘度
フェノールと四塩化エタンの質量比5／5の混合物を溶媒とし、20℃で測定した。
（２）強度、強度保持率
前記した方法に従って測定、算出した。
（３）カルボキシル末端基量
鞘成分の共重合ポリエステル0.1ｇをベンジルアルコール10ｍｌに溶解し、この溶液にクロロホルム10ｍｌを加えた後、1／10規定の水酸化カリウムベンジルアルコール溶液で滴定して求めた。
（４）染色性
得られた糸を筒編して下記条件で染色した。実施例１で得られたポリ乳酸複合繊維を筒編みして染色したものと、芯部を形成するポリ乳酸のみからなる糸（ポリ乳酸糸）を筒編みして染色したものと、染色性を目視で比較し、以下の３段階で評価した。
○：実施例１で得られたポリ乳酸複合繊維と同等もしくはそれ以上
△：実施例１で得られたポリ乳酸複合繊維よりやや淡染
×：ポリ乳酸糸とほぼ同等
染色条件は、Terasil NevyBlue SGL (ハ゛イエル社製原糸用染料)の2.0%omf 浴比1:50の染液を用いて99℃で60分間、常法により染色した。
（５）耐光性
（４）の染色性評価で使用した筒編み地を使用し、光源にカーボンアークを用い、６３℃×２０時間の条件で光源を照射した際の色調を比較し、色調の変化を目視で比較し、以下の３段階で評価した。
○：実施例１で得られたポリ乳酸複合繊維と同等もしくはそれ以上
△：実施例１で得られたポリ乳酸複合繊維より劣る
×：ポリ乳酸糸とほぼ同等

実施例１
鞘成分として、５−ナトリウムスルホイソフタル酸を1.5モル％共重合した極限粘度0.58 の共重合ポリエステルを用い、芯成分として、Ｌ−乳酸とＤ−乳酸の含有比であるＬ／Ｄが98.8／1.2であり、融点170℃であるポリ乳酸を用いた。
これらを複合紡糸装置に供給し、芯鞘質量比率（芯：鞘）を４０：６０として溶融紡糸を行った。紡糸口金には、孔径0.4mmの紡糸孔24個が穿設され芯鞘形状に複合される紡糸口金を使用した。紡出したフィラメントを空気流により冷却し、オイリング装置を通過せしめて0.5質量％の付着量となるように油剤を付与した。続いて、集束ガイドで集束し、交絡付与後、紡糸速度3500ｍ／分のローラで引き取り、捲取機にて捲き取り122dtex／24ｆの半未延伸糸を得た。
得られた半未延伸糸を、延伸速度667ｍ／分、延伸倍率1.5倍、延伸温度90℃、熱セット温度150℃にて延伸を行い84dtex/24ｆのポリ乳酸複合繊維を得た。

実施例２〜３、比較例１
芯鞘質量比率を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様に行い、ポリ乳酸複合繊維を得た。

実施例４〜８、比較例２〜３
鞘成分の共重合ポリエステルの共重合成分の種類や共重合量を表１に示すように種々変更した以外は、実施例１と同様に行い、ポリ乳酸複合繊維を得た。

実施例１〜８、比較例１〜３で得られたポリ乳酸複合繊維の特性値と評価結果を表１に示す。

表１から明らかなように、実施例１〜８で得られた繊維は、高温雰囲気下での強度が高く、強度保持率も高く、染色性、耐光性ともに優れるものであった。
一方、比較例１の繊維は、芯部の割合が多かったため、比較例２、３の繊維は鞘部の共重合ポリエステル中の共重合成分の量が多すぎたため、高温雰囲気下での強度が低く、強度保持率も低いものであった。

Claims (1)

1. 鞘部を形成する熱可塑性樹脂が、５−アルカリ金属スルホイソフタル酸、アジピン酸、セバシン酸、分子量300〜10000のポリアルキレングリコールのうち少なくとも一成分を共重合してなる共重合ポリエステル、芯部を形成する熱可塑性樹脂がポリ乳酸である芯鞘複合繊維であって、１２０℃雰囲気下で測定した強度が、２０℃雰囲気下で測定した強度の４０％以上（強度保持率４０％以上）であることを特徴とするポリ乳酸複合繊維。