(57)【要約】【課題】  セルロースナノファイバーを用いた不織シートであり、使用後、自然環境下で徐々に分解し最終的には消失する性能を有し、また、使用後に焼却した場合に大気汚染が無く、環境への影響が少ない素材であって、風合いソフトで肌触りの良好な素材を提供する。【解決手段】  セルロースナノファイバーを主体繊維とする不織シートであり、主体繊維同士はバインダー繊維のバインダー成分が軟化または溶融することによって熱接着しており、バインダー成分がポリアルキレンサクシネートに乳酸が高々１０モル％共重合した重合体である。バインダー繊維が、芯部にポリ乳酸、鞘部にポリアルキレンサクシネートに乳酸が高々１０モル％共重合した重合体が配された芯鞘型複合繊維であるとよい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルロースナノファイバーを主体繊維とする不織シートであり、主体繊維同士はバインダー繊維のバインダー成分が軟化または溶融することによって熱接着しており、バインダー成分がポリアルキレンサクシネートに乳酸が高々１０モル％共重合した重合体であることを特徴とするセルロースナノファイバー不織シート。
【請求項２】
バインダー繊維が、芯部にポリ乳酸、鞘部にポリアルキレンサクシネートに乳酸が高々１０モル％共重合した重合体が配された芯鞘型複合繊維であることを特徴とする請求項１記載のセルロースナノファイバー不織シート。  
【請求項３】
請求項１または２のセルロースナノファイバー不織シートからなる濾過布。
【請求項４】
請求項１または２のセルロースナノファイバー不織シートからなる使い捨てマスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルロースナノファイバーを使用した、風合いがソフトな不織シートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
セルロースナノファイバーとは全ての植物細胞の基本骨格を形成する径４ｎｍ程度のいわゆるナノファイバーであって、地球上にはおよそ１兆トンの蓄積があり、持続的に再生可能な資源である。近年、酵素処理、脱リグニンを行ったパルプを二軸混練機やグラインダーですり潰し、均一なセルロースナノファイバーを得る技術が確立されてきた（例えば、特許文献１）。このセルロースナノファイバー自体はパラ系アラミド繊維と同等の高強度であり、また石英ガラス並みの低熱膨張率であることからフェノール樹脂強化材として自動車外装材、機械要素部品としての製品化が図られている。
【特許文献１】特開２００８−１７２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明者は、上記セルロースナノファイバーを樹脂強化材として使用するのではなく、布帛の構成素材として適用することを考えた。また、環境負荷を考慮して、布帛に生分解性を付与することを考えた。
【０００４】
本発明の課題は、セルロースナノファイバーを使用した布帛であって、環境負荷低減効果があり使用後、自然環境下で徐々に分解し最終的には消失する性能を有し、また、使用後に焼却した場合に大気汚染が無く、環境への影響が少ない布帛を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、上記課題を達成するため検討した結果、ポリアルキレンサクシネートを有するバインダー繊維を用いてセルロースナノファイバー同士を熱接着してシートとすることによって、実用的な強度を保持し、かつソフトな風合いを呈することを見出し、本発明に到達した。
【０００６】
すなわち、本発明は、セルロースナノファイバーを主体繊維とする不織シートであり、主体繊維同士はバインダー繊維のバインダー成分が軟化または溶融することによって熱接着しており、バインダー成分がポリアルキレンサクシネートに乳酸が高々１０モル％共重合した重合体であることを特徴とするセルロースナノファイバー不織シートを要旨とするものである。
【０００７】
以下、本発明について詳細に説明する。
【０００８】
本発明の不織シートは、セルロースナノファイバーを主体繊維とするものである。セルロースナノファイバーは、その直径がナノオーダーのサイズであり、２〜１５０ｎｍ程度の繊維である。例えば、酵素処理、脱リグニンを行ったパルプを二軸混練機やグラインダーですり潰すことによって得られる、直径や繊維長がほぼ均一なセルロースナノファイバーを用いることができる。繊維長としては、数ミクロン程度のものが一般的である。
【０００９】
本発明の不織シートは、セルロースナノファイバー同士が、バインダー繊維のバインダー成分が溶融または軟化することにより熱接着したものである。
【００１０】
本発明に用いるバインダー繊維は、ポリアルキレンサクシネートに乳酸が高々１０モル％共重合した重合体で構成される。ポリアルキレンサクネートとしては、エチレンサクシネート、ブチレンサクシネート、プロピレンサクシネート等を繰り返し単位とするものであり、エチレングリコール、ブタンジオール、プロパンジオール等のアルキレンジオールとコハク酸を重合したものである。本発明において、主体繊維であるセルロースナノファイバー同士を接着するバインダーとして、「繊維」を用いる理由は、セルロースナノファイバーは、繊維形態であるため、同じ繊維形態のものをバインダーとして用いる方が、不織シートを製造するにあたり主体繊維であるセルロースナノファイバーと均一に分散しやすいためである。均一に分散することにより、得られる不織シートは均一な強度を有する品質の良好なものとなるためである。また、本発明において、バインダー成分として上記ポリアルキレンサクシネートを用いる理由は、重合体が硬くなく柔軟性が良好であるため、得られる不織シートもまた、柔軟性に優れるものが得られるためである。なお、本発明においては、本発明の目的を損なわない範囲で、上の繰り返し単位に、ε−カプロラクトン等の環状ラクトン類、α−ヒドロキシ酪酸、α−ヒドロキシイソ酪酸、α−ヒドロキシ吉草酸等のα−オキシ酸類、ジエチレングリコール、１，６−ヘキサンジオール等のグリコール類、アジピン酸、セバシン酸、リンゴ酸等のジカルボン酸類を共重合させてもよいが、共重合率が多すぎると融点が低くなりすぎるため、これらの共重合量は３０モル％以下の範囲とする。
【００１１】
バインダー成分となるポリアルキレンサクシネートには乳酸が高々１０モル％共重合されている。乳酸の共重合比率を高々１０モル％とすることにより、ポリアルキレンサクシネートの本来有する柔軟性が損なわずに保持できるためである。共重合する乳酸が１０モル％を超えると、ポリアルキレンサクシネートの本来有する柔軟性が損なわれるため、バインダー繊維は硬く屈曲性に欠けたものとなり、この繊維をバインダーとした不織シートは、風合いが硬いものとなる。
【００１２】
本発明においてバインダー成分であるポリアルキレンサクシネートに乳酸が高々１０モル％共重合した重合体の融点は、９０℃以上であることが好ましい。融点が９０℃未満であると、紡糸や延伸時に密着が起こりやすく、操業性に劣る傾向にある。なお、バインダー成分の融点の上限は、バインダーとして機能させるための熱処理温度等を考慮すると１４０℃以下とするのがよい。融点が１４０℃を超えると、バインダー成分を軟化または溶融する際の熱処理温度を高く設定する必要があり、この熱処理工程で、セルロースの分解が開始することがある。
【００１３】
バインダー成分の粘度は、ＡＳＴＭ Ｄ １２３８に記載の方法に準じて、温度１９０℃、荷重２０．２Ｎ（２１６０ｇｆ）で測定したＭＦＲが５〜８０ｇ／１０分であることが好ましく、２０〜４０ｇ／１０分であることがより好ましい。ＭＦＲが５ｇ／１０分未満であると、溶融押出が困難となるだけでなく、繊維の機械的強力が低下する傾向にある。一方、ＭＦＲが８０ｇ／１０分を超えても、溶融押出により良好に繊維化しにくい。
【００１４】
本発明に用いるバインダー繊維の形態は、前記したバインダー成分のみからなる単相形態であっても、バインダー成分が繊維表面の一部を占める複合形態であってもよい。複合形態を採用する場合は、バインダー成分と複合する重合体もまた、生分解性を有するものを採用する。本発明においては、芯部にポリ乳酸、鞘部にポリアルキレンサクシネートに乳酸が高々１０モル％共重合した重合体が配された芯鞘型複合繊維をバインダー繊維として用いるとよい。ポリ乳酸とポリアルキレンサクシネートとを複合する場合、ポリアルキレンサクシネートは乳酸が共重合してなるものを用いることにより芯部との相溶性が飛躍的に良化する。芯部と鞘部の重合体同士における相溶性が低い場合、溶融した鞘部のバインダー成分が、芯部との界面が小さくなるような挙動を示し、流動して島状に凝集するという現象が起こるため、バインダー成分が局所的に存在する傾向となる。芯部のポリ乳酸と共通の成分である乳酸を、バインダー成分であるポリアルキレンサクシネートに含有させることにより、鞘部のバインダー成分と芯部のポリ乳酸との相溶性が良化し、前述のような現象が起こりにくく、シート全面に亘ってバインダー成分が存在するため接着強力が斑なく、不織シート自体の強力を向上させることができる。バインダー繊維が芯鞘型複合繊維の場合、芯部と鞘部との芯鞘比率については、操業性、コストの面から、芯／鞘の容積比で３０／７０〜７０／３０が好ましい範囲である。
【００１５】
本発明において、ポリアルキレンサクシネートが共重合する乳酸は、Ｌ−乳酸であっても、Ｄ−乳酸でもよい。また、乳酸は、モノマー単位で共重合してなるものを基本とするが、本発明の効果を損なわない範囲でオリゴマー単位（２個〜１０個程度）のものが一部含まれていてもよい。
【００１６】
バインダー成分と複合するポリ乳酸としては、ポリＬ−乳酸、ポリＤ−乳酸、Ｌ−乳酸とＤ−乳酸の共重合体であるポリＤＬ−乳酸、あるいはポリＬ−乳酸とポリＤ−乳酸の混合物（ステレオコンプレックス）のいずれでもよい。Ｌ−乳酸とＤ−乳酸の共重合体であるポリＤＬ−乳酸を用いる場合のＤ−乳酸とＬ−乳酸の共重合比（Ｄ−乳酸／Ｌ−乳酸）は、１００／０〜９５／５、５／９５〜０／１００が好ましい。上記共重合比を外れる共重合体は、融点が低くなり、また、非晶性が高くなるため高強度の繊維が得られにくい。本発明においては、バインダー繊維の芯部に結晶性を有するポリ乳酸を配することにより、繊維が実用的な強度を保持することができる。
【００１７】
ポリ乳酸の粘度は、ＡＳＴＭ Ｄ １２３８に記載の方法に準じて、温度２１０℃、荷重２０．２Ｎ（２１６０ｇｆ）で測定したメルトフローレート（以下、ＭＦＲと略記する。）が５〜８０ｇ／１０分であることが好ましく、２０〜４０ｇ／１０分であることがより好ましい。ＭＦＲが５ｇ／１０分未満であると、溶融押出が困難となるだけでなく、繊維の機械的強力が低下する傾向にある。一方、ＭＦＲが８０ｇ／１０分を超える場合、溶融押出により良好に繊維化しにくい。
【００１８】
また、ポリ乳酸には、バインダー繊維の耐久性を向上させることを目的として、脂肪族アルコール、カルボジイミド化合物、オキサゾリン化合物、オキサジン化合物、エポキシ化合物などの末端封鎖剤を添加してもよい。本発明の目的を損なわない範囲で、ε−カプロラクトン等の環状ラクトン類、α−ヒドロキシ酪酸、α−ヒドロキシイソ酪酸、α−ヒドロキシ吉草酸等のα−オキシ酸類、エチレングリコール、１，４−ブタンジオール等のグリコール類、コハク酸、セバシン酸等のジカルボン酸類がポリ乳酸に含有されていてもよい。
【００１９】
本発明に用いるバインダー繊維の繊度は、生産性、操業安定性、接着性能などを考慮して１．０〜２０デシテックス程度が好ましく、１．７〜１０デシテックスがより好ましい。
【００２０】
バインダー繊維の形状は、円形断面に限定されるものではなく、扁平形、多角形、多葉形、ひょうたん形、アルファベット形、その他各種の非円形（異形）などであってもよい。
【００２１】
さらに、バインダー繊維は、各種顔料、染料、撥水剤、吸水剤、難燃剤、安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、金属粒子、結晶核剤、滑剤、可塑剤、抗菌剤、香料その他の添加剤を目的に応じて混合、添加してもよい。
【００２２】
本発明に用いるバインダー繊維は以下の方法により得ることができる。ポリアルキレンサクシネートに乳酸が高々１０モル％共重合されている重合体あるいはこれとポリ乳酸とを通常の単一成分紡糸装置あるいは複合紡糸装置（同心芯鞘型の複合紡糸装置）を用いて溶融紡糸し、冷却、油剤を付与した後、延伸することなく一旦巻取る。この未延伸糸を数十万〜二百万デシテックスのトウに集束して、延伸倍率２〜５倍、延伸温度４０〜８０℃で延伸を行い、８０〜１３０℃で熱処理を施す。続いて、必要に応じて押し込み式クリンパーにより機械捲縮を施した後、仕上げ油剤付与、乾燥機で乾燥を行い、さらにＥＣカッター等のカッターで目的とする長さ（繊維長５〜１５０ｍｍ程度）に切断して短繊維とし、バインダー繊維を得る。
【００２３】
本発明の不織シートは以下の方法により得ることができる。
【００２４】
バインダー繊維と、通常、０．１〜２％程度の固形分濃度となるようにセルロースナノファイバーとともに水中に分散させ、必要に応じてポリアルキレンオキシド、ポリアクリルアミド、その他の界面活性剤などの分散剤や高級アルコール、シリコーンオイルなどの消泡剤を少量配合し、湿式抄造法により漉き上げてシートとする。次いで、余分な水分を除去する目的と併せてバインダー成分を溶融または軟化させてバインダーとして機能させるために、ヤンキードライヤーや熱風乾燥機等に通して、熱処理温度をバインダー成分の融点より１０℃低い温度〜融点より３０℃高い温度に設定して熱処理を行い、不織シートを得る。なお、熱処理時の設定温度は、処理速度（処理時間）にも関係するため、適宜設定する。また、一旦、余分な水分をヤンキードライヤーや熱風乾燥機（熱処理温度と時間は、バインダー成分が溶融または軟化しないように設定する。）で除去した後、別工程にてバインダー成分を溶融または軟化させて不織シートを得ることもできる。別工程としては、ヤンキードライヤー、熱風乾燥機や熱カレンダーロールに通すことがよい。
【００２５】
本発明の不織シートは、前記したポリアルキレンサクシネートに乳酸が高々１０モル％共重合してなる重合体をバインダー成分とする単一成分あるいは他の重合体と複合した繊維用いた不織シートである。本発明の不織シートでは、バインダーとして機能するポリアルキレンサクシネートが柔軟性に優れるため、溶融または軟化した重合体であるバインダー部分の融着箇所が硬くなりすぎず、ザラツキ感のない、ソフトな感触のシートを得ることができる。
【００２６】
本発明の不織シートは、セルロースナノファイバーを主体繊維として用いているため、セルロースナノファイバーの作用により、従来にない微細な成分をもろ過できる性能を付与することができる。本発明の不織シートは、濾過布として用いることが好ましい。
【００２７】
また、不織シートを使い捨てマスクとして用いることが好ましい。直接肌に触れても、ソフトな感触を有しかつ、花粉や埃等を遮断することができる。
【００２８】
また、不織シートがバインダー成分を含んでいることから、熱による立体成形を行うことも可能であり、用途に応じて各種の形状に立体成形することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は、セルロースナノファイバーを主体繊維とし、これをポリアルキレンサクシネートに高々１０モル％の乳酸が共重合してなる重合体をバインダー成分とするバインダー繊維で、前記重合体が溶融または軟化することによりセルロースナノファイバーが熱接着してなる不織シートであるので、使用後に焼却した場合に、大気汚染が無く、環境への影響が少ない素材である。また、実用的な強力を有しながらも、風合いがソフトで、肌触りの良好な不織シートである。濾過布として好適に使用でき、また、使い捨てマスクとしても好適である。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例によって本発明を詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例における特性値等の測定法は、次の通りである。また、ＭＦＲの測定法は上記したとおりである。
【００３１】
（１）融点（℃）：パーキンエルマ社製の示差走査型熱量計ＤＳＣ−２型を用い、昇温速度２０℃／分の条件で測定し、得られた融解吸熱曲線において極値を与える温度を融点とした。
【００３２】
（２）単糸繊度（ｄｔｅｘ）：ＪＩＳ Ｌ−１０１５ ７−５−１−１Ａの方法により測定した。
【００３３】
（３）不織シートの引張強力（ｃＮ／２５ｍｍ幅）：不織布を幅２５ｍｍ、長さ１５０ｍｍの短冊状に切断し、試料を作成した。この試料をオリエンテック社製ＵＴＭ−４型のテンシロンを用いて、つかみ間隔１００ｍｍ、引張速度１００ｍｍ／分の条件で伸長切断し、最大強力を読み取った。本発明においては、引張強力１０００ｃＮ以上を実用的な強力を有するものとした。
【００３４】
(４)不織シートの風合い：不織シートを１０人のパネラーによる手触り試験により、風合いのソフト性を官能評価した。１０人中９人以上が風合いがソフトであると評価した場合は○、５〜８人が風合いがソフトであると評価した場合は△、同じく風合いがソフトであると評価した者が４人以下である場合は×とした。
【００３５】
実施例１
ポリブチレンサクシネート（ＭＦＲ２４ｇ／１０分、融点１１２℃）を、孔数５６０孔、円形断面紡糸口金を用い、紡糸温度２３０℃、紡糸速度８００ｍ／分で溶融紡糸し、ポリブチレンサクシネート繊維の未延伸糸を得た。次いで、得られた未延伸糸を延伸温度６０℃、延伸倍率３．５０倍で延伸を行い、次いで湿式抄紙用の親水性油剤を付与後に７０℃で乾燥させ、繊維長５ｍｍに切断し、繊度が１．５ｄｔｅｘであるバインダー繊維を得た。
【００３６】
得られたバインダー繊維４０質量％とセルロースナノファイバー６０質量％を混合し、紙料濃度０．１％、界面活性剤濃度０．０２％として水中に分散させたところ均一に分散した。これを２５ｃｍ四方の角型シートマシンを用いて湿式抄紙を行ったところ、地合いの良好なシートが得られた。得られたシートを１１０℃のヤンキードライヤーを通して乾燥させて余分な水分を除去し、さらに１１０℃の熱フラットローラーを通して熱圧着処理を施して、目付け３５ｇ／ｍ２の不織シートを得た。得られた不織シートの引張強力は２２４０ｃＮ／２５ｍｍ幅、風合いは○であった。
【００３７】
実施例２
実施例１において、バインダー繊維として下記芯鞘型複合バインダー繊維を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、不織シートを得た。バインダー繊維は、以下の方法により得た。
【００３８】
ポリ乳酸（ＭＦＲ２１ｇ／１０分、Ｄ−乳酸／Ｌ乳酸の共重合比＝１．３／９８．７、融点１７０℃）を芯部とし、Ｌ−乳酸を３．０モル％共重合したポリブチレンサクシネート（ＭＦＲ３２ｇ／１０分、融点１０９℃）を鞘部とし、孔数５６０孔、円形断面芯鞘複合紡糸口金を用い、芯鞘比率が溶融容積比として芯：鞘＝５０：５０となるように計量し、紡糸温度２３０℃、紡糸速度８００ｍ／分で溶融紡糸し、芯鞘型複合繊維の未延伸糸を得た。次いで、得られた未延伸糸を延伸温度６０℃、延伸倍率３．５０倍で延伸を行い、次いで湿式抄紙用の親水性油剤を付与後に、押し込み式の捲縮機により捲縮を付与した後、仕上げ油剤を付与後に、７０℃で乾燥させ、繊維長５ｍｍに切断し、繊度が２．２ｄｔｅｘである芯鞘型複合バインダー繊維を得た。
【００３９】
得られた不織シートの引張強力は２４５０ｃＮ／２５ｍｍ幅、風合いは○であった。
【００４０】
実施例３
実施例２において、芯鞘型複合バインダー繊維のバインダー成分の重合体として、ポリブチレンサクシネートに共重合する乳酸の共重合量を１．５モル％（バインダー成分の融点１１２℃）のものを用いたこと以外は、実施例２と同様にして不織シートを得た。
【００４１】
得られた不織シートの引張強力は１９７０ｃＮ／２５ｍｍ幅、風合いは○であった。
【００４２】
実施例４
実施例２において、芯鞘型複合バインダー繊維のバインダー成分の重合体として、ポリブチレンサクシネートに共重合する乳酸の共重合量を４．５モル％（バインダー成分の融点１０７℃）のものを用いたこと以外は、実施例２と同様にして不織シートを得た。
【００４３】
得られた不織シートの引張強力は２０５０Ｎ／２５ｍｍ幅、風合いは○であった。
【００４４】
実施例５
実施例２において、芯鞘型複合バインダー繊維のバインダー成分の重合体として、Ｌ−乳酸を３．０モル％共重合したポリエチレンサクシネート（ＭＦＲ２９ｇ／１０分、融点１０１℃）を用いたこと以外は、実施例２と同様にして不織シートを得た。
【００４５】
得られた不織シートの引張強力は２１２０Ｎ／２５ｍｍ幅、風合いは○であった。
【００４６】
比較例１
実施例２において、芯鞘型複合バインダー繊維のバインダー成分として、Ｌ−乳酸／Ｄ−乳酸の共重合比８．８／９１．２（ＭＦＲ＝２４／１０分、融点１３０℃）を用いたこと以外は、実施例２と同様にして不織シートを得た。
【００４７】
得られた不織シートの引張強力２６４０Ｎ／２５ｍｍ幅、風合いは×であった。
【００４８】
本発明の不織シートである実施例１〜５は、不織シートの強力も十分高く、また、風合いも非常にソフトであった。一方、比較例１はバインダー成分としてポリ乳酸を用いたものであり、不織シートの強力は高いものの、不織シート自体は剛性で硬く、ソフト性に欠けるものであった。