(57)【要約】【課題】成形性かつ機械強度に優れたバイオプラスチック繊維複合材を提供する。【解決手段】ポリ乳酸からなるバインダーと、バイオプラスチック繊維とを混合し、この混合物を堆積させ、加熱することを含むバイオプラスチック繊維複合材の製造方法において、前記バイオプラスチック繊維として芯部と鞘部からなり、この芯部及び鞘部はともにバイオプラスチックより構成され、芯部を構成するバイオプラスチックの融点が鞘部を構成するバイオプラスチックの融点よりも低い芯鞘型複合バイオプラスチック繊維を用いる。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリ乳酸からなるバインダーと、バイオプラスチック繊維とを混合し、この混合物を堆積させ、加熱することを含むバイオプラスチック繊維複合材の製造方法であって、前記バイオプラスチック繊維が芯部と鞘部からなり、この芯部及び鞘部はともにバイオプラスチックより構成され、芯部を構成するバイオプラスチックの融点が鞘部を構成するバイオプラスチックの融点よりも低い芯鞘型複合バイオプラスチック繊維を用いることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記混合物を堆積させた後、その少なくとも１面にバイオプラスチックフィルムを配置し加熱を行う、請求項１記載のバイオプラスチック繊維複合材の製造方法。
【請求項３】
前記混合物を堆積させた後、その１面に天然繊維とバイオプラスチックバインダーからなるマットを配置し加熱を行う、請求項１記載のバイオプラスチック繊維複合材の製造方法。
【請求項４】
バイオプラスチック繊維を堆積させ、加圧・加熱することを含むバイオプラスチック繊維複合材の製造方法であって、前記バイオプラスチック繊維が芯部と鞘部からなり、この芯部及び鞘部はともにバイオプラスチックより構成され、芯部を構成するバイオプラスチックの融点が鞘部を構成するバイオプラスチックの融点よりも低い芯鞘型複合バイオプラスチック繊維を用いることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形性に優れたバイオプラスチック繊維複合材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、不織布等の繊維マットには、ポリエステル、ポリオレフィン等の合成繊維が使用されていたが、これらは使用後において分解されにくく、埋め立てや焼却によって処理されていた。しかしながら、環境問題の観点から近年はこの埋め立てや焼却による処理が困難になってきており、自然界において分解されるバイオプラスチック繊維が用いられるようになってきた。
【０００３】
このバイオプラスチック繊維としては、ポリ乳酸等のバイオプラスチックや、麻等の天然繊維が用いられており、これらを組み合わせた繊維複合材も知られている。また、このバイオプラスチック繊維から形成される繊維製品に、生分解性のみならず機械特性や耐熱性等の特性を向上させるため様々な試みがなされている。
【０００４】
例えば、バイオプラスチック繊維を融点の異なる２種のバイオプラスチックから構成し、芯成分に高融点バイオプラスチックを用い、鞘成分に低融点バイオプラスチックを用いた芯鞘型繊維が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
このような芯鞘型繊維より形成された不織布は、成形時に加熱すると、鞘部分のみが溶融するため成形性に優れ、特に深絞り成形性に優れるとされている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１３６４７８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような芯鞘型繊維を用いると、加熱成形時に鞘成分のバイオプラスチックが溶融するため、繊維体としての強度が不足し、得られる繊維製品の強度も十分ではないという問題がある。
【０００８】
本発明は、成形性に優れかつ十分な機械強度を有するバイオプラスチック繊維複合材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために１番目の発明によれば、ポリ乳酸からなるバインダーと、バイオプラスチック繊維とを混合し、この混合物を堆積させ、加熱することを含むバイオプラスチック繊維複合材の製造方法において、前記バイオプラスチック繊維として芯部と鞘部からなり、この芯部及び鞘部はともにバイオプラスチックより構成され、芯部を構成するバイオプラスチックの融点が鞘部を構成するバイオプラスチックの融点よりも低い芯鞘型複合バイオプラスチック繊維を用いる。
【００１０】
上記問題点を解決するために１番目の発明によれば、１番目の発明において、前記混合物を堆積させた後、その少なくとも１面にバイオプラスチックフィルムを配置し加熱を行う。
【００１１】
上記問題点を解決するために１番目の発明によれば、１番目の発明において、前記混合物を堆積させた後、その１面に天然繊維とバイオプラスチックバインダーからなるマットを配置し加熱を行う。
【００１２】
上記問題点を解決するために４番目の発明によれば、バイオプラスチック繊維を堆積させ、加圧・加熱することを含むバイオプラスチック繊維複合材の製造方法において、前記バイオプラスチック繊維として芯部と鞘部からなり、この芯部及び鞘部はともにバイオプラスチックより構成され、芯部を構成するバイオプラスチックの融点が鞘部を構成するバイオプラスチックの融点よりも低い芯鞘型複合バイオプラスチック繊維を用いる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について以下に説明する。
本発明のバイオプラスチック繊維複合材の製造方法は、ポリ乳酸からなるバインダーと、バイオプラスチック繊維とを混合し、この混合物を堆積させ、加熱することを含む。そして、このバイオプラスチック繊維として芯部と鞘部からなり、この芯部及び鞘部はともにバイオプラスチックより構成され、芯部を構成するバイオプラスチックの融点が鞘部を構成するバイオプラスチックの融点よりも低い芯鞘型複合バイオプラスチック繊維を用いる。
【００１４】
ここでバインダーとして用いるポリ乳酸は、従来よりバイオプラスチックとして用いられているポリ乳酸を用いることができ、乳酸の脱水縮合又は乳酸の環状エステルの開環重合により得ることができる。このバインダーとして用いるポリ乳酸は、その融点が、以下に説明する芯鞘型複合バイオプラスチック繊維の芯部を構成するバイオプラスチックの融点より低く、その軟化点と同じ程度であることが好ましく、例えば１３０〜１５０℃であることが好ましい。
【００１５】
このバインダーと混合されるバイオプラスチック繊維の構造を模式的に図１に示す。このバイオプラスチック繊維１は、芯部２と鞘部３からなる芯鞘型複合バイオプラスチック繊維である。この芯部２と鞘部３はともにバイオプラスチックより構成されるが、芯部２を構成するバイオプラスチックの融点が鞘部３を構成するバイオプラスチックの融点よりも低いことが必要である。
【００１６】
この芯部２及び鞘部３を構成するバイオプラスチックとしては特に制限はなく、上記のバインダーに用いるポリ乳酸のほか、デンプン変性樹脂、セルロース変性樹脂等を用いることができる。ここで、芯部２を構成するバイオプラスチックの融点は１３０〜１５０℃であることが好ましく、鞘部３を構成するバイオプラスチックの融点は１６０〜１８０℃であることが好ましい。また、上記のように芯部２を構成するバイオプラスチックの融点は鞘部３を構成するバイオプラスチックの融点よりも低いことが必要であるが、その融点の差は３０℃以上であることが好ましい。このように芯部２を構成するバイオプラスチックの融点と鞘部３を構成するバイオプラスチックの融点に差を設けることによって、後述するように本発明の繊維複合材を用いて加熱して成形体を形成する際に、芯部のみが溶融し、鞘部は溶融することなくその形態を維持させることが可能になる。
【００１７】
この芯鞘型複合バイオプラスチック繊維における芯部と鞘部の質量比は９：１〜１：９であることが好ましく、また、芯部と鞘部は同心であってもよく、やや偏心していてもよい。さらに、この芯鞘型複合バイオプラスチック繊維は長繊維であっても短繊維であってもよく、使用目的に応じて適宜選択することができる。この芯鞘型複合バイオプラスチック繊維のサイズは２〜２０デニールであることが好ましい。
【００１８】
この芯鞘型複合バイオプラスチック繊維は、一般的な芯鞘繊維紡糸機を用いることにより製造することができる。
【００１９】
以上の芯鞘型複合バイオプラスチック繊維とバインダーを混合し、図２に示すように、この混合物４を堆積させ（図２（ａ））、例えば熱板５によって加熱することにより混合物４中のバインダーを溶融させ（図２（ｂ））、プレス型によって芯鞘型複合バイオプラスチック繊維間を熱融着させ、バイオプラスチック繊維複合材が形成される（図２（ｃ））。ここで、芯鞘型複合バイオプラスチック繊維とバインダーの比は１：９〜９：１であることが好ましい。加熱温度は、バインダーに使用するポリ乳酸及び芯鞘型複合バイオプラスチック繊維に使用するバイオプラスチックによって異なるが、バインダーが十分に溶融し、かつ鞘部のバイオプラスチックが溶融しない温度にする。
【００２０】
こうして得られたバイオプラスチック繊維複合材は、その後、図３に示すようにプレス成形によって様々な形状の製品に成形することができる。すなわち、得られたバイオプラスチック繊維複合材８を絞り部１０を有するプレス型９に入れ、芯鞘型複合バイオプラスチック繊維の芯部を構成するバイオプラスチックが溶融し、かつ鞘部を構成するバイオプラスチックが溶融しない温度に加熱した後、圧力を加えてプレス成形を行う。このプレス成形においては、バインダーであるポリ乳酸が溶融し、芯部を構成するバイオプラスチックが溶融するため、成形前は芯鞘型複合バイオプラスチック繊維の剛性は高いが、成形時には低下し、プレス型の形状への追随性がよくなり、深絞り部や形状が複雑な部分も成形性が良好となる。成形後、芯部が固化すれば、再びもとの剛性を示すことになる。
【００２１】
上記芯鞘型複合バイオプラスチック繊維には、低価格化、軽量化等の目的のため、天然繊維を配合してもよい。この天然繊維としては、ケナフ、麻、綿等が例示される。この天然繊維の配合比は５〜９０％とすることが好ましい。天然繊維の比率を高くしすぎると、上記のプレス成形時の成形性が損なわれることになる。そこで、深絞り部等のプレス型への追随性が必要とされる部分において、他の部分に比べて天然繊維に対する芯鞘型複合バイオプラスチック繊維の比率を高くしておくことも有効である。
【００２２】
この天然繊維は、芯鞘型複合バイオプラスチック繊維とは別の層として繊維複合材に配置してもよい。すなわち、図４に示すように、バインダーと混合した天然繊維の層１１を芯鞘型複合バイオプラスチック繊維の層４の１面に配置し（図４（ａ））、例えば熱板５によって加熱することによりバインダーを溶融させ（図４（ｂ））、次いでプレス型によって両者を熱融着させ、一体化する（図４（ｃ））。芯鞘型複合バイオプラスチック繊維の層の厚さは、天然繊維の析出を防ぐ厚さであればよい。この成形時において、バインダーが溶融すると、天然繊維は表面に析出するようになる。従来の樹脂と天然繊維を配合した繊維複合材では、成形時に表面に天然繊維が析出することによって表面あれ等が発生し、意匠性の点において問題があった。本発明では、天然繊維の層の上に芯鞘型複合バイオプラスチック繊維の層を配置しているため、成形時においても芯鞘型複合バイオプラスチック繊維の鞘部は溶融することなく、従って表面（意匠面）への天然繊維の析出を防ぐことができる。
【００２３】
また、バイオプラスチック繊維とバインダーを混合し、堆積させた後、その少なくとも１面、すなわち片面もしくは両面にバイオプラスチックフィルム７を配置し、加熱することが好ましい。その結果、得られる繊維複合材において、バイオプラスチックフィルムがバイオプラスチック繊維の層を被覆し、見栄えが向上することになる。特に、天然繊維を配合した場合、その後のプレス成形時に天然繊維が表面に析出することを防ぐことができる。
【００２４】
本発明の他の態様のバイオプラスチック繊維複合材の製造方法は、バイオプラスチック繊維を堆積させ、加圧・加熱することを含む。そして、このバイオプラスチック繊維として上記の芯鞘型複合バイオプラスチック繊維を用いる。具体的には、図５に示すように、芯部２と鞘部３からなり、この芯部２及び鞘部３はともにバイオプラスチックより構成され、芯部２を構成するバイオプラスチックの融点が鞘部３を構成するバイオプラスチックの融点よりも低い、芯鞘型複合バイオプラスチック繊維１を堆積させる（図５（ａ））。次いで、この堆積物を加熱することにより芯部２を構成するバイオプラスチックを溶融させ、かつ鞘部３を構成するバイオプラスチックを溶融させず、プレス型６によって加圧する（図５（ｂ））。すると、溶融した芯部２を構成するバイオプラスチックはこのプレス時の圧力によって繊維の外に流出する。流出したバイオプラスチックは繊維間に広がり、プレス後冷却すると、鞘部同士を熱融着する（図５（ｃ））。
【００２５】
成形時には芯部が溶融しているため、繊維の剛性が低下し、プレス型の形状への追随性がよくなり、深絞り部や形状が複雑な部分も成形性が良好となる。成形後、芯部が固化すれば、再びもとの剛性を示すことになる。また、芯部のバイオプラスチックが溶出することにより、成形後は鞘部のみが残され、繊維が中空となる。その結果、軽量化、耐衝撃性の向上を達成することができる。さらに、溶出したバイオプラスチックがバインダーとして作用するため、バインダーを添加する必要がなく、繊維とバインダーを混合する工程が不要となる。加熱温度は、芯鞘型複合バイオプラスチック繊維に使用する芯部と鞘部のバイオプラスチックによって異なるが、芯部のバイオプラスチックが十分に溶融し、かつ鞘部のバイオプラスチックが溶融しない温度にする。圧力は、溶融したバイオプラスチックが繊維間に拡散していくように調整する。
【００２６】
芯鞘型複合バイオプラスチック繊維の詳細（材料、融点、芯部と鞘部の比、繊維のサイズ）は上記と同じであるが、溶融した芯部のバイオプラスチックの溶出を容易にするためには、芯部の比を５０％以上にすることが好ましい。
【００２７】
【実施例】
実施例１
バインダーとしてのポリ乳酸繊維（融点１４０℃）３０質量部、ケナフ繊維４０質量部、及び芯鞘型複合バイオプラスチック繊維（芯部：融点１４０℃のポリ乳酸、鞘部：融点１７０℃のポリ乳酸）３０質量部を混合し、マット状にした。その両面にポリ乳酸フィルム（融点１４０℃）を配置し、低融点のポリ乳酸が溶融しかつ高融点のポリ乳酸が溶融しない温度である１６０℃に全体を加熱し、図３に示すようにしてプレス成形を行った。その結果、プレス型の絞り部に対応した形状の成形体が得られ、また、ケナフ繊維が表面に析出することもなかった。
【００２８】
実施例２
ケナフ繊維５０質量部、及び芯鞘型複合バイオプラスチック繊維（芯部：融点１４０℃のポリ乳酸、鞘部：融点１７０℃のポリ乳酸）５０質量部を混合し、マット状にした。その両面にポリ乳酸フィルム（融点１４０℃）を配置し、低融点のポリ乳酸が溶融しかつ高融点のポリ乳酸が溶融しない温度である１６０℃に全体を加熱し、図５に示すようにして、溶融した芯部のポリ乳酸が溶出する圧力である５０ｋｇｆ／ｃｍ２にてプレス成形を行った。その結果、ケナフ繊維が表面に析出することもなく、軽量な繊維複合材が得られた。
【００２９】
実施例３
図４に示すように、繊維マット１１として５０：５０質量比のポリ乳酸繊維（融点１４０℃）とケナフ繊維の混合物を用い、この上に芯鞘型複合バイオプラスチック繊維（芯部：融点１４０℃のポリ乳酸、鞘部：融点１７０℃のポリ乳酸）からなる繊維複合材４を積層し、その両面にポリ乳酸フィルム（融点１４０℃）を配置し、低融点のポリ乳酸が溶融しかつ高融点のポリ乳酸が溶融しない温度である１６０℃に全体を加熱し、圧力５０ｋｇｆ／ｃｍ２にてプレス成形を行った。その結果、フィルム溶融時においても芯鞘型複合バイオプラスチック繊維の鞘部は溶融しないため、ケナフ繊維が表面に移動することを防ぐことができ、表面あれを防止することができた。
【００３０】
実施例４
まず、５０：５０質量比の芯鞘型複合バイオプラスチック繊維（芯部：融点１４０℃のポリ乳酸、鞘部：融点１７０℃のポリ乳酸）とケナフ繊維の混合物１２をマット状にし、そのマットの絞り部１０と当接する部分をカットし、そこに７０：３０質量比の芯鞘型複合バイオプラスチック繊維（芯部：融点１４０℃のポリ乳酸、鞘部：融点１７０℃のポリ乳酸）とケナフ繊維の混合物１３を挿入した。次いでその両面にポリ乳酸フィルム（融点１４０℃）７を配置し、低融点のポリ乳酸が溶融しかつ高融点のポリ乳酸が溶融しない温度である１６０℃に全体を加熱し、圧力５０ｋｇｆ／ｃｍ２にてプレス成形を行った。その結果、絞り部における芯鞘型複合バイオプラスチック繊維の比率が高く、成形時における芯部のバイオプラスチックの溶融による弾性率の低下が大きく、型追随性が大きく向上する。この芯鞘型複合バイオプラスチック繊維の比率が高い部位に、例えば撥水機能を有する繊維を混入させれば、水がたまりやすい絞り部に撥水機能を持たせることもできる。
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、融点の低い芯部と融点の高い鞘部からなる芯鞘型複合バイオプラスチック繊維を用いることにより、成形時において芯部のバイオプラスチックが溶融するため型への追随性が向上し、一方鞘部は溶融しないため十分な強度を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いる芯鞘型複合バイオプラスチック繊維を示す斜視図である。
【図２】本発明の方法の１態様を示す図である。
【図３】本発明の方法の１態様を示す図である。
【図４】本発明の方法の１態様を示す図である。
【図５】本発明の方法の１態様を示す図である。
【図６】本発明の方法の１態様を示す図である。
【符号の説明】
１…芯鞘型複合バイオプラスチック繊維
２…芯部
３…鞘部
４…バイオプラスチック堆積物
５…熱板
６…プレス型
７…バイオプラスチックフィルム
８…バイオプラスチック繊維複合材
９…プレス型
１０…絞り部
１１…天然繊維とバイオプラスチック繊維の混合物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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