JP4570261B2 - 生分解性合成繊維 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生分解性に加えて消臭、遠赤外線放射、マイナスイオン効果等の優れた機能を併せ持つ合成繊維に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ナイロン繊維、ポリエステル繊維等のような合成繊維は織編み物や不織布あるいは布団綿、詰め綿として広く用いられてきた。これは、機械的性質や耐水性に優れていることに加えて、上記のような合成繊維が熱可塑性であるため、異型断面繊維や複合繊維等の種々の形態に加工することが容易であり、また熱融着が可能なことから、新規な特性や形態を生み出せたことによる。
そのような特長を備えている反面、前記合成繊維からなる製品は使用後家庭ゴミ等として排出され、焼却処分されたり埋め立て処理されるにおいて、焼却処分では非常な高温となるため焼却炉をいため、また埋め立て処理するにしても分解せず地中に留まるためゴミ増加の一因となるなどの問題を生じていた。
【０００３】
このような問題を解消するため、埋め立て処理や堆肥化（コンポスト）処理可能な生分解性脂肪族ポリエステル繊維が開示されている。（特開平９−１４２４８５号公報）
一方、特定の温度で焼き上げた木炭は燃料用のみならず消臭、遠赤外線放射、マイナスイオン効果等の優れた機能性に注目が集まり、これを押入れにいれたり、あるいはインテリアとして部屋に置くといった使い方で生活の多くの場面で使用されている。
しかしながら、環境適合性に優れた生分解性合成繊維と、機能性にすぐれて、廃棄の上でも問題のない木炭を組み合わせることについては従来なされていなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、合成繊維特有の優れた特性を保持しつつ、更に消臭、遠赤外線放射、マイナスイオン効果等の機能を併せ持ち、且つ使用後埋め立てやコンポスト処理により、最終的には炭酸ガスと水に戻るような生分解性の合成繊維を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、生分解性を有する合成繊維に木炭微粒子が含有されてなる生分解性合成繊維に関する。
特に、本発明は、生分解性を有する合成繊維が脂肪族ポリエステル繊維である上記生分解性合成繊維に関する。
特にまた、本発明は、生分解性を有する脂肪族ポリエステル繊維がポリ乳酸繊維である上記生分解性合成繊維に関する。
詳しくは、本発明は、木炭微粒子が備長炭微粒子である上記いずれかに記載の生分解性合成繊維に関する。
また、本発明は、共に生分解性合成繊維である芯部繊維と芯部繊維より融点の低い鞘部繊維とからなり、芯部繊維が上記いずれかに記載の生分解性繊維である生分解性の同心芯鞘型または偏芯芯鞘型複合繊維に関する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の生分解性合成繊維に用いることのできる素材としては、生分解性脂肪族ポリエステルが好ましい。生分解性脂肪族ポリエステルの例としては、例えばポリグリコール酸やポリ乳酸のようなポリ（α−ヒドロキシ酸）またはこれらを主たる繰り返し単位とする共重合体が挙げられる。また、ポリ（ε−カプロラクトン）、ポリ（β−プロピオラクトン）のようなポリ（ω−ヒドロキシアルカノエート）やポリ−３−ヒドロキシプロピオネート、ポリ−３−ヒドロキシブチレート、ポリ−３−ヒドロキシカプロネート、ポリ−３−ヒドロキシヘプタノエート、ポリ−３−ヒドロキシオクタノエートのようなポリ（β−ヒドロキシアルカノエート）あるいは、これらの繰り返し単位とポリ−３−ヒドロキシバリレートやポリ−４−ヒドロキシブチレートの繰り返し単位との共重合体などが挙げられる。
さらに、グリコールとジカルボン酸の重縮合体からなるポリアルキレンアルカノエートの例としては、例えばポリエチレンオキサレート、ポリエチレンサクシネート、ポリエチレンアジペート、ポリエチレンアゼレート、ポリブチレンオキサレート、ポリブチレンサクシネート、ポリブチレンアジペート、ポリブチレンセバケート、ポリヘキサメチレンセバケート、ポリネオペンチルオキサレートまたはこれらを主たる繰り返し単位とするポリアルキレンアルカノエート共重合体が挙げられる。
特に好ましい生分解性脂肪族ポリエステルはポリ乳酸または乳酸単位を主成分とする共重合体である。
【０００７】
本発明で使用する木炭微粒子は、種々の原料木材から得られたものがいずれも使用できるが、好ましくは、６００〜１３００℃の温度で焼いて得られた木炭からの微粒子である。これらの木炭微粒子は、多孔質で２００ｍ^２／ｇ以上の比表面積を持っているため極めて吸着能に優れている。中でも備長炭の微粒子が好ましい。備長炭とはウバメカシを高温で焼成した炭を言う。備長炭微粒子のうちでも、ウバメカシを１２００℃以上の高温で焼き上げた「紀州備長炭」を冷凍粉砕などの手法で粉砕し、分級して平均粒径５μｍ以下より、好ましくは平均粒径１μｍ以下で０.１μｍ以上としたものが特に好ましい（本発明において、木炭微粒子の平均粒径とは、レーザー粒度分析計によって測定したものである）。この備長炭微粒子は微細な孔を多数有するので、アンモニアやトリメチルアミンなどの悪臭物質や水分を選択的に吸収し、消臭効果や調湿効果がある。また遠赤外線の放射効率が高いことやまたマイナスイオンを発生する作用もある。これらの効果が繊維に練り込まれた時にも認められ、衣料、インテリア、布団綿などの寝具、寝装品として使用することができる。繊維への練り込み量は概ね繊維に対して０.３〜５質量％程度である。
【０００８】
本発明の生分解性繊維は、生分解性を有するとともに合成繊維であるため、以下に述べるような特徴を生かすことができる。
形態としては長繊維であっても短繊維であってもよく、また構成としては脂肪族ポリエステルからなる単一成分繊維でも差し支えないし、サイドバイサイドまたは芯鞘構造等の複合繊維とすることもできる。例えば、木炭微粒子のように硬度が高く、繊維に練り込んだときに繊維表面に出ていると製糸工程でガイドやローラーの磨耗などの不都合を生じる物質を添加する場合には、芯鞘型の複合繊維として、芯の部分に封じ込めることもできる。
この場合、芯鞘とも同一の素材としても良いし、芯の部分を高融点の脂肪族ポリエステル、鞘の部分を高融点成分よりも融点の低い、好ましくは高融点成分よりも２０℃以上低い低融点成分とした複合繊維とし熱融着性繊維として使用することも好ましい。
【０００９】
生分解性合成繊維の素材としてポリ乳酸を使用すると、化学構造的に種々の融点のポリマーを作ることができるので、生分解性熱融着繊維としてポリ乳酸成分のみからなる芯鞘複合繊維を製造することもできる。このような、複合繊維が融点の異なるポリ乳酸の組み合わせである場合について、次に説明する。
まず、ポリ乳酸の融点の制御は以下のようにして行うことができる。乳酸モノマーは光学活性の炭素を有しており、Ｄ体とＬ体の光学異性体が存在する。Ｌ体にＤ体を１モル％共重合させると融点１７０℃、Ｄ体を３モル％共重合させると融点１５０℃、Ｄ体を７モル％共重合させると融点１３０℃、Ｄ体を１２モル％共重合させると融点１１０℃といった具合にポリ乳酸の融点のコントロールが可能である。Ｄ体が１８モル％以上となると明確な結晶融点は観察されず、軟化温度が９０℃未満くらいの非晶性の強いポリマーとなる。なお、このような非晶性の強いポリ乳酸の場合は便宜上、目視での軟化温度を融点とする。
【００１０】
本発明の生分解性合成繊維の好ましい態様のひとつとして、相互に融点が２０℃以上異なる２種のポリ乳酸が、同心芯鞘型、偏芯芯鞘型に複合された繊維で芯部に木炭微粒子を練り込んだ複合繊維を挙げることができる。また一方が融点１６０℃以上のポリ乳酸、他方が融点１１０〜１５０℃のポリ乳酸といった組み合わせとすることもできる。
これらのうち、芯鞘型で芯部が融点１７０℃以上のポリ乳酸、鞘部が融点１３０℃程度のポリ乳酸の組み合わせの複合繊維が熱融着加工のし易さ、接着力の高さから特に好ましい。
この熱融着繊維の断面形状は通常の丸断面のほかに三角断面、Ｙ型断面、十字断面、偏平断面等の異型断面であってもよい。
【００１１】
本発明における繊維は、その単糸繊度が特に限定されるものではないが、０.５〜５０デシテックス程度の範囲が好ましい。なぜならば、０.５デシテックス未満のものは生産性が低く、コストアップになることがある。一方単糸繊度が５０デシテックスを越えると紡糸時のノズル下での冷却がしにくく、単糸密着などの不具合が生じることがある。
【００１２】
本発明における繊維は単一成分繊維の場合でも複合繊維の場合でも概ね従来技術を踏襲した方法で製造することができる。
複合繊維の場合を説明すると、まず汎用の複合溶融紡糸装置を用いて２種類の融点の異なる生分解性繊維を紡糸する。紡糸に際し、生分解性繊維の片側あるいは両側に木炭微粒子を練り込むが、練り込みに当たっては木炭微粒子を高濃度（１０〜３０％）に含有するマスターチップを配合して繊維中に練り込むことができる。なお繊維中には安定剤、顔料、補強材などを共存させてもよい。
紡出された繊維は、必要に応じて連続的または別工程で延伸および熱処理される。繊維は、油剤を付与し、フィラメントとしてパーンに巻き取って長繊維として用いることもできるし、あるいは数万〜数百万デシテックスのトウに引き揃えてクリンパーボックスなどを用いて機械的に捲縮を付与したのち、２５〜７０ｍｍくらいの長さにカットしてクリンプ綿とし、紡績用に用いたり、乾式不織布用の短繊維として使用する。あるいはトウに引き揃えたストレートの繊維のまま３〜２０ｍｍにカットして主に湿式抄紙用の短繊維とする。
【００１３】
本発明により得られた繊維はフィラメントや紡績糸として必要に応じて染色を施し１００％使いで織物や編物としたり、あるいは他の生分解性の天然繊維（コットン、ウール、麻等）や再生繊維（レーヨン、リヨセル、ポリノジック等）と混紡、交編織しても良い。また短繊維をカード機などで開繊して布団綿や詰め綿としたり、主体となる高融点の短繊維と熱融着短繊維とを用途あるいはその要求特性により決定した割合にて混合しウエブ形成あるいはシート化したあと熱融着短繊維を加熱溶融させることにより主体となる繊維と熱融着短繊維とを点接合させることによって不織布や固綿として用いても良い。なお、乾式混合の場合には梳綿機やランダムウエバ等で繊維混合ウエブを形成し、また湿式混合の場合は短繊維を水中に均一分散させてから金網などで抄き上げてシートとするいわゆる抄紙法を用いることができる。
熱融着繊維を加熱溶融させる熱処理装置としては、加熱フラットローラー、加熱エンボスローラー、ヤンキードライヤー、サーマルエアスルー熱処理機などの熱処理装置が適当である。
【００１４】
【実施例】
次に、実施例をあげて本発明を具体的に説明する。なお、特性値の測定法は、次のとおりである。
（１）相対粘度
フエノールと四塩化エタンの等重量混合物を溶媒とし、試料濃度 0.5g/dl、温度２０℃で測定した。
（２）融点
パーキンエルマー社製の走査示差熱量計ＤＳＣ−２型を使用し、昇温速度２０℃／分の条件で繊維を示差熱測定にかけて融点を決定した。また非晶性が強く、結晶融点が判別できないものについては、ホットステージ付き顕微鏡で肉眼観察しながら昇温し、軟化が始まった温度をもって融点とした。
（３）消臭性能
テドラーバッグ（５０００ｃｍ^３）中に繊維試料１ｇおよびアンモニアガスを注入し、３時間後のガス濃度を検知管を用いて測定して下記式より脱臭率（％）を算出した。
【数１】

式中、コントロールガス濃度、試料ガス濃度はそれぞれ次のものを意味する：
コントロールガス濃度：繊維試料を注入しない場合の３時間後のガス濃度。
試料ガス濃度：繊維試料を加えた場合の３時間後のガス濃度。
【００１５】
参考例１
相対粘度１.８５、Ｄ体含有率１.５モル％のポリ乳酸チップＡおよび同じポリ乳酸に平均粒径１.２μｍの備長炭微粒子を２０質量％含有したポリ乳酸マスターチップＢを混合し減圧乾燥した後、通常のスピンドロー装置を使用して８３ｄｔｅｘ／２４フィラメント、強度３.８ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度２８％、備長炭微粒子含有率１.５質量％の長繊維を得た。
この繊維の消臭性能を測定したところ脱臭率７８％と良好な性能を示した。
次に、この繊維を家庭用コンポスト機に入れて、３週間後に見たところ、繊維は分解して原形を留めていなかった。
【００１６】
実施例１
前記チップＡ、マスターチップＢおよび相対粘度１.８８、Ｄ体含有率８.２モル％のポリ乳酸チップＣの３種のチップを減圧乾燥した後、チップＡ、マスターチップＢを混合して芯部、チップＣが鞘部になるように通常の複合溶融紡糸装置を使用して溶融し、これらの成分が芯鞘に複合（質量比１：１）するようにして紡糸温度２２５℃で複合溶融紡糸した。
紡出糸条を冷却した後引取速度１０００ｍ／分で引き取って未延伸糸条を得た。得られた糸条を収束し、延伸倍率３.４倍、延伸温度７５℃で延伸後切断し、繊度２ｄｔｅｘ、カット長５１ｍｍ、単糸強度３.６ｃＮ／ｄｔｅｘ、単糸伸度３５％、芯成分融点１６８℃、鞘成分融点１３２℃、芯成分の備長炭微粒子含有率２.０質量％の複合短繊維を得た。
得られた複合短繊維を５０％および前記チップＡから得た短繊維（繊度１.７ｄｔｅｘ、カット長５１ｍｍ、単糸強度４.１ｃＮ／ｄｔｅｘ、単糸伸度３３％、融点１６８℃）を５０％の割合で混合し、カード機にてウエブ化し、さらに加熱エンボスロール（１３０℃、走行速度５ｍ／ｍｉｎ．）にて圧着処理を行い目付６０ｇ／ｍ^２の不織布を得た。
この不織布の消臭性能を測定したところ脱臭率７０％と良好な性能を示した。次に、この不織布を家庭用コンポスト機に入れて、３週間後に見たところ、繊維は分解して原形を留めていなかった。
【００１７】
比較例１
参考例１において、ポリ乳酸マスターチップＢを混合せずポリ乳酸チップＡだけを用いて、即ち備長炭微粒子を配合しないこと以外は参考例１と同様にして長繊維を紡糸した。
この繊維の消臭性能を測定したところ脱臭率３％と消臭性能は認められなかった。
【００１８】
実施例２
実施例１において得られた複合短繊維を５０％およびレーヨン短繊維５.６ｄｔｅｘ×５１ｍｍを５０％の割合で混綿し、梳綿機を通してウエブを作成した。引き続いて実施例１と同様に熱圧着処理を行い、目付２３ｇ／ｍ^２の不織布を得た。
この繊維の消臭性能を測定したところ脱臭率６８％と良好な性能を示した。
次に、この繊維を家庭用コンポスト機に入れて、３週間後に見たところ、繊維は分解して原形を留めていなかった。
【００１９】
参考例２
ポリ乳酸の代わりにポリ-β-ヒドロキシブチレート（ホモポリマー；融点１７５℃）のみを用いたこと以外は参考例１と同様にして長繊維を紡糸し、試験を行った。
その結果、強度３.３ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度３４％の繊維が得られた。
この繊維の消臭性能を測定したところ脱臭率７７％と良好な性能を示した。
次に、この繊維を家庭用コンポスト機に入れて、３週間後に見たところ、繊維は分解して原形を留めていなかった。
【００２０】
参考例３
備長炭微粒子の代わりに、桜の木を７００℃で焼き上げた木炭を原料とする平均粒径１.３μｍの木炭微粒子を用いる以外は、参考例１と同様にして木炭微粒子含有率１.５重量％の長繊維を得た。
この繊維の消臭性能を測定したところ脱臭率７３％と良好な性能を示した。
次に、この繊維を家庭用コンポスト機に入れて、３週間後に見たところ、繊維は分解して原形を留めていなかった。
【００２１】
【発明の効果】
本発明で得られた生分解性繊維は木炭微粒子が含有されているため、繊維物性を実質的に保持しつつ、消臭、遠性外線放射、マイナスイオン効果などの機能が付加され、使用後はコンポスト機などで処理することにより完全な生分解が可能である。

Claims (5)

1. 共に生分解性合成繊維である芯部繊維と該芯部繊維より融点が２０℃以上低い鞘部繊維とからなり、芯部繊維が生分解性合成繊維中に備長炭微粒子を練り込んでなる熱融着性の芯鞘型生分解性合成繊維。
2. 生分解性合成繊維が脂肪族ポリエステル繊維である請求項１に記載の生分解性合成繊維。
3. 生分解性を有する脂肪族ポリエステル繊維がポリ乳酸繊維である請求項２に記載の生分解性合成繊維。
4. 同心芯鞘型または偏芯芯鞘型の構造を有する請求項１〜３のいずれかに記載の生分解性合成繊維。
5. 芯部繊維が融点１６０℃以上のポリ乳酸、鞘部繊維が融点１１０〜１５０℃のポリ乳酸である請求項１〜４のいずれかに記載の生分解性合成繊維。