JP3555566B2

JP3555566B2 - ポリ乳酸繊維の製造方法

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Publication number: JP3555566B2
Application number: JP2000240946A
Authority: JP
Inventors: 義高荒西; 敏明木村; 裕平前田
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2000-08-09
Filing date: 2000-08-09
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2020-08-09
Also published as: JP2002061021A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はポリ乳酸繊維の製造方法に関する。さらに詳しくは、高配向未延伸糸を特定の温度条件を用いて延伸することにより、機械的特性および繊度均一性が良好なポリ乳酸延伸糸を得ることを特徴とするポリ乳酸繊維の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリ乳酸繊維は自然環境中において分解する生分解性繊維として、また発色性や触感に優れた新規な繊維として大きな注目を集めつつある。
【０００３】
ポリ乳酸繊維の製造方法はこれまで紡糸速度２５００ｍ／ｍｉｎ以下で紡糸し、これを２．５倍以上に延伸するコンベンショナルな方法が用いられてきた。しかし、この場合には未延伸糸の分子配向が極めて低いため、延伸を行う際に均一な分子配向を生じさせることは困難であり、その結果、繊度の均一性（Ｕ％）に劣る繊維しか得ることができなかった。ポリ乳酸繊維を衣料用途に用いる場合には、一般的に布帛を染色することが必要であり、この繊度の均一性（Ｕ％）の劣る繊維では染め斑などの染色異常が発生して、品位の高い染色布帛を得ることができない。
【０００４】
特開平１０−３７０２０号公報や特開平１１−６１５６１号公報には、高速で紡糸を行い、配向結晶化した繊維を得る方法が開示されている。これらの方法は、その後の延伸工程を必要としないため、効率の良い製糸方法であり、繊度の均一性にも優れた繊維が得られるが、延伸工程を経ないために得られる繊維の強度が低く、また沸騰水収縮率も高くなるので、高次加工通過性に劣るという欠点を有していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、上記の問題点を解消し、機械的特性が良好で、繊度の均一性が高く、染め斑などの染色欠点を生じにくい均質なポリ乳酸繊維の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した本発明の課題を達成するため、本発明は下記の構成を有する。
（１）Ｌ−乳酸および／またはＤ−乳酸を主たる繰り返し単位とするポリ乳酸からなる、複屈折率△ｎが０．００８〜０．０２０である高配向未延伸糸を、一定速度で回転する供給ローラーと該供給ローラーよりも速い速度で回転する延伸ローラーとの間で１．１〜２．５倍に延伸し、前記供給ローラーよりも下流側に位置する熱処理手段によって熱セットを行うに際して、前記供給ローラーの温度Ｔ１（℃）と熱処理手段の温度Ｔ２（℃）が下記式（１）の関係を満足することを特徴とするポリ乳酸繊維の製造方法。
【０００７】
７０≦Ｔ１≦１００、Ｔ１＋１０≦Ｔ２・・・（１）
（２）熱処理手段が延伸ローラーであることを特徴とする前記（１）記載のポリ乳酸繊維の製造方法。
（３）Ｌ−乳酸および／またはＤ−乳酸を主たる繰り返し単位とするポリ乳酸の重量平均分子量が、８０，０００〜１７０，０００であることを特徴とする前記（１）または（２）に記載のポリ乳酸繊維の製造方法。
（４）高配向未延伸糸のウースターノーマル％（Ｕ１）と延伸糸のウースターノーマル％（Ｕ２）が下記式（２）の関係を満足することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載のポリ乳酸繊維の製造方法。
【０００８】
Ｕ２≦１．７×Ｕ１・・・（２）
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のポリ乳酸繊維は、Ｌ−乳酸および／またはＤ−乳酸を主たる繰り返し単位とするポリ乳酸からなる。ポリ乳酸の製造方法には、Ｌ−乳酸および／またはＤ−乳酸を原料として一旦環状二量体であるラクチドを生成せしめ、その後開環重合を行う二段階のラクチド法と、Ｌ−乳酸および／またはＤ−乳酸を原料として溶媒中で直接脱水縮合を行う一段階の直接重合法が知られている。本発明で用いるポリ乳酸はいずれの製法によって得られたものであってもよい。
【００１０】
ポリ乳酸の重量平均分子量は、８０，０００〜１７０，０００であることが好ましい。重量平均分子量が８０，０００に満たない場合には繊維の強度が低くなるため、紡糸時、延伸時に糸切れを生じたり、布帛の耐久性が不良となる傾向にあるため、好ましくない。また、重量平均分子量が１７０，０００よりも高い場合には、紡糸、延伸時における分子配向が困難になるため斑を生じやすく、また溶融粘度を適切なレベルまで下げて紡糸すると熱分解物の発生が顕著となる。良好な繊維物性および配向の容易さから、ポリ乳酸の重量平均分子量は好ましくは１００，０００〜１５０，０００、最も好ましくは１１０，０００〜１３０，０００である。
【００１１】
また、本発明におけるポリ乳酸は、Ｌ−乳酸、Ｄ−乳酸のほかにエステル形成能を有するその他の成分を共重合した共重合ポリ乳酸であってもよい。共重合可能な成分としては、グリコール酸、３−ヒドロキシ酪酸、４−ヒドロキシ酪酸、４−ヒドロキシ吉草酸、６−ヒドロキシカプロン酸などのヒドロキシカルボン酸類の他、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール等の分子内に複数の水酸基を含有する化合物類またはそれらの誘導体、アジピン酸、セバシン酸、フマル酸など分子内に複数のカルボン酸基を含有する化合物類またはそれらの誘導体が挙げられる。共重合成分は分子構造内に芳香環を含まないものであることが望ましい。また、良好な機械特性を維持するため、８０モル％以上がＬ−乳酸および／またはＤ−乳酸成分よりなることが望ましい。
【００１２】
また、溶融粘度を低減させるため、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート、ポリヒドロキシ酪酸のような脂肪族ポリエステルポリマーを内部可塑剤として、あるいは外部可塑剤として用いることができる。
【００１３】
また、耐加水分解性を向上させるため、ポリ乳酸のカルボキシル末端基を、カルボジイミド化合物、エポキシ化合物、オキサゾリン化合物、オキサジン化合物、アジリジン化合物、ジオール化合物、長鎖アルコール化合物などの末端封鎖剤によって封鎖したポリ乳酸であってもよい。
【００１４】
さらには、艶消し剤、消臭剤、難燃剤、糸摩擦低減剤、抗酸化剤、着色顔料等として無機微粒子や有機化合物を必要に応じて添加することができる。
【００１５】
本発明のポリ乳酸繊維の製造方法において、延伸に供する高配向未延伸糸の複屈折率△ｎは、０．００８〜０．０２０であることが重要である。複屈折率△ｎが０．００８に満たない場合には、未延伸糸の分子配向が極めて低いために、延伸を行う際に、配向がスムーズに行われない。そのためどのような延伸条件をとっても延伸糸の繊度斑は大きなものとなってしまい、このような繊維を用いて作成した布帛を染色した場合には、染め斑などの染色異常が発生することになる。また、複屈折率△ｎが０．０２０よりも高い未延伸糸では、未延伸糸の伸度がすでに低下しており高い延伸倍率が取れず強度が向上しない。また延伸時にも単糸切れを生じやすく毛羽発生により高次加工通過性が悪化するので好ましくない。良好な延伸性の観点から、ポリ乳酸高配向未延伸糸の複屈折率△ｎは、より好ましくは０．０１０〜０．０１５である。
【００１６】
本発明のポリ乳酸繊維の製造方法において、高配向未延伸糸は一定速度で回転する供給ローラーと該供給ローラーよりも速い速度で回転する延伸ローラーとの間で１．１〜２．５倍に延伸され、供給ローラーよりも下流側に位置する熱処理手段によって熱セットが行われる。
【００１７】
延伸倍率が１．１未満の場合には延伸時における配向結晶化が十分に進まず、強度の向上が達成できないため、好ましくない。また、延伸倍率が２．５倍を越える場合には、延伸倍率が高すぎて、適正な複屈折率の未延伸糸を用いた場合にさえ、繊度斑が悪化する傾向にあるので好ましくない。良好な機械特性および延伸性の観点から、供給ローラーと延伸ローラーとの間の延伸倍率は、より好ましくは１．２〜２．０倍であり、最も好ましくは１．３〜１．７倍である。延伸糸の強度は、高次加工通過性の観点から３．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが好ましい。
【００１８】
また、本発明のポリ乳酸繊維の製造方法において、供給ローラーの温度Ｔ１（℃）と熱処理手段の温度Ｔ２（℃）は、下記式１の関係を満足することが重要である。
【００１９】
７０≦Ｔ１≦１００、Ｔ１＋１０≦Ｔ２・・・（１）
供給ローラーの温度Ｔ１が７０℃に満たない場合には、予熱が不十分となり、延伸時の熱変形が均一に行われなくなり繊度斑が発生する。また、１００℃を越える温度ではローラー上における糸揺れが激しくなり、延伸点が固定できなくなるため、繊度斑が発生する。そのため、供給ローラーの温度Ｔ１は７０℃以上１００℃以下であるが、より好ましくは８０℃以上９５℃以下であり、最も好ましくは８２℃以上９０℃以下である。
【００２０】
さらに熱処理手段の温度Ｔ２は供給ローラーの温度よりも１０℃以上高い温度とするものである。熱処理手段の温度Ｔ２が供給ローラーの温度Ｔ１よりも１０℃以上高くない場合には、繊維の熱セットが十分おこなわれず、得られた延伸糸は沸騰水収縮率が高く安定性に劣るものとなる。延伸糸の沸騰水収縮率は布帛の取り扱い性の観点から１５％以下であることが望ましい。
【００２１】
ここで、熱処理手段は供給ローラーより下流側に設けられてなるものであって、走行糸条を直接的あるいは間接的に加熱させうる装置であれば特に限定はされない。具体的な熱処理手段としては、熱ローラー、熱板、スチーム発生装置、ホットチューブ、スリットヒーターなどが挙げられる。繊維に対する加熱効率および走行摩擦を低減する観点からは熱ローラーを熱処理手段として用いることが好ましく、この場合図１に記載のごとく、延伸ローラー２が加熱され、熱処理手段３を兼ねることが最も効率的である。なお、図１において、５は高配向未延伸糸であり、該高配向未延伸糸は、供給ローラー１と延伸ローラー２との間の延伸ゾーン４で延伸される。また、図２に記載のごとく、供給ローラー１と加熱または非加熱の延伸ローラー２との間で、熱板などの熱処理手段３によって緊張下、あるいはリラックス下で熱処理を行う延伸方法としてもよい。
【００２２】
本発明の延伸は紡糸工程で高配向未延伸糸を一旦巻き取った後、延伸しても良いが、紡糸工程から連続して延伸する方法を採用してもよい。
【００２３】
また、上述した本発明のポリ乳酸繊維の製造方法においては、高配向未延伸糸のウースターノーマル％（Ｕ１）と延伸糸のウースターノーマル％（Ｕ２）が下記式（２）の関係を満足することが好ましい。
【００２４】
Ｕ２≦１．７×Ｕ１・・・（２）
延伸され、熱処理を施された後の繊維である延伸糸のウースターノーマル％（Ｕ２）が延伸前の繊維である高配向未延伸糸のウースターノーマル％（Ｕ１）の１．７倍以下であることは、繊度の均一性に優れた延伸糸を得る上で重要な事柄である。Ｕ２がＵ１の１．５倍以下であることがさらに好ましく、１．３倍以下であることが最も好ましい。
【００２５】
【実施例】
以下、実施例によって本発明をより詳細に説明する。なお、実施例中の各特性値は次の方法で求めたものである。
Ａ．複屈折率（△ｎ）
ＯＬＹＭＰＵＳ社製ＢＨ−２偏光顕微鏡を用い、コンペンセーター法によって、レターデーションと繊維径より求めた。
Ｂ．繊度斑（ウースターノーマル％）
ツェルベガーウースター社製ウースター斑試験機を用いて、糸速２５ｍ／ｍｉｎ、測定タイプノーマル、測定時間３分間の条件で測定をおこない、得られた値をＵ％とした。
Ｃ．沸騰水収縮率（沸収）
試料を１０回巻きのかせ取りにし、０．１ｃＮ／ｄｔｅｘの荷重下で原長（Ｌ_０）を測定する。このかせを９８℃の沸水バス中で無荷重で１５分間処理した後に取り出し、風乾した後、０．１ｃＮ／ｄｔｅｘの荷重下で処理後長（Ｌ_１）を測定する。次式によって得られる値を沸騰水収縮率（沸収）とした。
【００２６】
沸収（％）＝｛（Ｌ_０−Ｌ_１）／Ｌ_０｝×１００
Ｄ．染め斑
測定する延伸糸を用いてヨコ打ちの織物を作製し、下記の条件で染色して目視にて染め斑を判定した。すなわち、全く染め斑が認められないものを◎、ほとんど染め斑が認められないものを○、染め斑が認められるが許容レベルのものを△、著しい染め斑があるものを×とした（それぞれ１０、１５、３０、５０点に相当）。
【００２７】

Ｅ．強度
試料を２０℃、６５％ＲＨの温調室に２４時間以上放置した後、（株）オリエンテック社製テンシロン引張試験機を用い、試長２５ｃｍ、引取速度３０ｃｍ／ｍｉｎでＳ−Ｓ曲線を求め、繊度で割返して強度（ｃＮ／ｔｅｘ）を算出した。
【００２８】
実施例１〜４
重量平均分子量１２０，０００であるポリＬ−乳酸のチップを、１０５℃に設定した真空乾燥器で１２時間乾燥した。乾燥したチップをプレッシャーメルター型紡糸機にて、メルター温度２２０℃にて溶融し、紡糸温度２２０℃とした溶融パックへ導入して、０．３４ｍｍφ−０．５０ｍｍＬの口金孔より紡出した。この紡出糸を２０℃、３０ｍ／ｍｉｎのチムニー風によって冷却し、油剤を付与して収束した後、３０００ｍ／ｍｉｎで引き取って１２０ｄｔｅｘ−３６ｆの高配向未延伸糸を得た。この高配向未延伸糸の△ｎを測定したところ、０．０１２であり、ウースターノーマル％（Ｕ１）は０．６８であった。
【００２９】
この未延伸糸をホットローラー−ホットローラー系の延伸機を用いて、１ＨＲ温度Ｔ１（℃）、２ＨＲ温度Ｔ２（℃）および延伸倍率をそれぞれ表１に記載の条件とし、延伸速度８００ｍ／ｍｉｎの条件で延伸した（図１を参照）。
【００３０】
得られた延伸糸のＵ２はそれぞれ表１記載のごとく、高配向未延伸糸のＵ１に対して１．７倍以内であり、繊度斑の小さな均一な繊維が得られたことが分かった。Ｔ１を８５℃とした実施例２およびＴ１を１００℃とした実施例３では、Ｕ２が若干高めの値であった。染め斑も全ての水準でほとんど認められず、良好な外観品位を示した。また、繊維の沸収は全て１５％以内となっており、優れた熱安定性を有するものであった。
【００３１】
実施例５〜７
用いるポリＬ−乳酸ポリマーの重量平均分子量を表１記載のように変更する以外は、実施例１〜４と同様にして延伸を行った。得られた延伸糸は表１に示すように良好な繊度の均一性、熱セット性を有するものであった。
【００３２】
ただし、分子量が６２，０００のポリ乳酸を用いた実施例６では、延伸時に単糸切れが発生することがあり、製糸性は良好ではなかった。また、分子量が１９８，０００のポリ乳酸を用いた実施例７では、延伸糸のウースターノーマル％（Ｕ２）が高く、染め斑が認められた。
【００３３】
実施例８
用いるポリＬ−乳酸ポリマーとして、分子量が１５０，０００であり、Ｄ−乳酸の共重合率が５％であるＤ−乳酸共重合ポリＬ−乳酸を用いる他は、実施例１と同様にして延伸を行った。得られた延伸糸は表１に示すように良好な繊度の均一性、熱セット性を有するものであった。
【００３４】
比較例１〜４
延伸時の１ＨＲ温度Ｔ１（℃）、２ＨＲ温度Ｔ２（℃）および延伸倍率を、それぞれ表１記載の温度に変更する以外は、実施例１と同様にして延伸を行った。比較例１ではＴ１が６０℃と低いために、得られる延伸糸の繊度斑が大きく、染色布帛には著しい染め斑が認められた。また、比較例２ではＴ２が室温（約３０℃）と低いために、沸騰水収縮率が４０．２％と高い値であり、染色時に布帛が著しく収縮して高次加工の取り扱い性に難のあるものであった。比較例３では、延伸倍率が高すぎ、延伸時に単糸切れによる単巻きおよび延伸糸切れが発生した。布帛にも毛羽が認められ品位に問題のあるものであった。
【００３５】
比較例４
紡糸速度を１３００ｍ／ｍｉｎとする以外は実施例１と同様にして得たポリＬ−乳酸高配向未延伸糸を用い、この未延伸糸をホットローラー−ホットローラー系の延伸機により、１ＨＲ温度Ｔ１が９０（℃）、２ＨＲ温度Ｔ２が１２０（℃）、延伸速度８００ｍ／ｍｉｎの条件で延伸倍率３．０で延伸を行った。高配向未延伸糸の△ｎは０．００４であり、ウースターノーマル％（Ｕ１）は０．４８であった。得られた延伸糸は繊度斑が極めて大きな繊維となった。
【００３６】
比較例５
紡糸速度を６０００ｍ／ｍｉｎとする以外は実施例１と同様にしてポリＬ−乳酸高配向未延伸糸を得た。得られた繊維の△ｎは０．０２２で、Ｕ１％は０．８２であった。また、沸収は２０．８％と高く、強度が２．４ｃＮ／ｄｔｅｘと低かった。
【００３７】
この繊維を延伸することなくヨコ打ちの織物を作成し、これを染色したところ、ヨコひけが発生して著しい染め斑が認められた。
【００３８】
【表１】

【００３９】
【発明の効果】
本発明のポリ乳酸繊維の製造方法を用いることによって、機械的特性が優れ、収縮率が低く抑えられた熱的に安定な延伸糸を、繊度斑の発生なくポリ乳酸繊維を製造することができる。この結果、高強度で染め斑などの染色異常のない高品位のポリ乳酸繊維構造物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のポリ乳酸繊維の製造方法の一例を示す工程図である。
【図２】本発明のポリ乳酸繊維の製造方法の他の一例を示す工程図である。
【符号の説明】
１：供給ローラー
２：延伸ローラー
３：熱処理手段
４：延伸ゾーン
５：高配向未延伸糸

Claims

Ｌ−乳酸および／またはＤ−乳酸を主たる繰り返し単位とするポリ乳酸からなる、複屈折率△ｎが０．００８〜０．０２０である高配向未延伸糸を、一定速度で回転する供給ローラーと該供給ローラーよりも速い速度で回転する延伸ローラーとの間で１．１〜２．５倍に延伸し、前記供給ローラーよりも下流側に位置する熱処理手段によって熱セットを行うに際して、前記供給ローラーの温度Ｔ１（℃）と熱処理手段の温度Ｔ２（℃）が下記式（１）の関係を満足することを特徴とするポリ乳酸繊維の製造方法。
７０≦Ｔ１≦１００、Ｔ１＋１０≦Ｔ２・・・（１）
熱処理手段が延伸ローラーであることを特徴とする請求項１記載のポリ乳酸繊維の製造方法。
Ｌ−乳酸および／またはＤ−乳酸を主たる繰り返し単位とするポリ乳酸の重量平均分子量が、８０，０００〜１７０，０００であることを特徴とする請求項１または２に記載のポリ乳酸繊維の製造方法。
高配向未延伸糸のウースターノーマル％（Ｕ１）と延伸糸のウースターノーマル％（Ｕ２）が下記式（２）の関係を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のポリ乳酸繊維の製造方法。
Ｕ２≦１．７×Ｕ１・・・（２）