研究論文

リサイクル繊維の成形加工技術
藤田浩文＊１ofForming

Technology

吉秋＊２

大津

theRecycled

FiberHirofumi FUJITA and Yoshiaki OHTSU
Owari Textile Research Center, AITEC * 1 * 2
ウールの持つ優れた特性を活かし、リサイクルウールと生分解性繊維を複合化した防寒・防霜用の農業資材（べたがけシート）の開発を試みた。生分解性樹脂としてはワタ状のポリ乳酸を用い、加熱圧縮条件を変え最適な成形加工方法を検討した。その結果、成形時の温度１８０℃、時間５分、圧力１０Ｍｐａが最 適 で 、目 付 は ２ ０ ｇ /㎡ 、ウ ー ル の Ｐ Ｌ Ａ に 対 す る 混 率 は ６ ０ ％ 程 度 が 最 適 で あ る こ と が 明 ら か に な っ た 。
また、ウールを混ぜることにより、保温性、通気性、吸・放湿性に優れていることが明らかになった。

１．はじめに2.3 成形方法の検討

主に冬場に使用されている防寒・防霜用農業資材（べ成形方法としては、㈱東洋精機

ミニテストプレス 10たがけシート）は、従来はポリエチレンやポリプロピレを用い、温度、圧力などの各種条件を変え、加熱圧縮成ンの不織布が利用されていたが、廃棄時に焼却するしか形することによりバインダーのポリ乳酸繊維を融着させ、なく環境に与える負荷が大きい。このため、最近では、防寒・防霜用の農業資材のサンプルを成形した。

廃棄時に土中に埋めることで分解するポリ乳酸の不織布が使用されつつある。また、生分解性を持ち分解後肥料作成サンプルサイズ

１２cm×１２cm

2.4 要求性能になるリサイクルウールは、これを用いた新用途開発が特に各性能の基準がないため、従来製品として市販の強く要請されている。
このため、ウールの持つ優れた吸・放湿性、保温性、ポリ乳酸のべたがけシートと比較することとし、特に以生分解性などの特性を活かし、リサイクルウールと生分①透光性；あまり太陽光を遮らず、作物等の生育を妨げ解性繊維を複合化した農業資材を開発するため、その最下の特性が重要である。
ない。
②保温性；低温期に霜がおり、葉などがしおれない。

適な成形加工技術に関する研究を行う。

③通気性；昼間高温になりすぎないため、適度な通気性が必要。

２．実験方法④吸・放湿性；蒸れたり、乾燥を防止するため適度な調2.1 試料ウールには、紡績工程で発生する落ちワタなどのリサ湿が必要。

イクルウールを用い、成形時に溶融させる樹脂としては、⑤軽量性；重すぎて農作物を押しつぶさない。

環境に与える不可が少ない生分解性を有するバインダー⑥強力；実用的強力が必要として、現在べたがけシートに使用されつつあるポリ乳

2.5 透光率酸繊維（ＰＬＡ）のワタを用いた。また、比較対象としＪＩＳても、市販のポリ乳酸のべたがけシートを用いた。

（％）を測定。

2.2 複合形態の検討

2.6 保温率

加熱圧縮成形することにより薄い不織布のサンプルをＬ１０５５に準拠し、照度 10,000ｌｘで透光率

カトーテック㈱製ＫＥＳサーモラボ２型（精密迅速熱作成するため、ウールと生分解性繊維（ポリ乳酸）の混物性測定装置）により保温率（％）を測定。

率等をそれぞれ変え、ワタ状の混合物を当センターのサ

2.7 通気性

ンプルカード機に３回程度掛け混綿し、ウェブ状のシー

カトーテック㈱製ＫＥＳ−Ｆ８通気性試験機により、通気抵抗（Pa･ｓ/㎡）を測定。

トを作成した。

通気抵抗が小さければ通気性が良い。
＊

1 尾張繊維技術センター 加工技術室＊

2 尾張繊維技術センター

応用技術室

は増加せず、１８０℃が最適な温度であることが明らか

2.8 吸・放湿性
吸湿性については、絶乾状態から 20℃65%RH に変えたときの各サンプルの重量増加率より評価した。また、放湿性については、20℃9０%RH から 20℃65%RH に変になった。
3.2 最適な成形圧力の検討
加熱圧縮成形するときの圧力と強力との関係を検討すえたときの各サンプルの重量減少率より評価した。

るため、とりあえずウールとポリ乳酸の混率を２：１、2.9 強伸度

目付を比較サンプルと同程度の約２０ｇ／㎡、加熱温度

万能引張試験機により、幅 2cm、つかみ間隔 5cm でを１８０℃、加熱時間を５分、加圧する圧力を１、５、１０、２０Ｍｐａと変えてサンプルを作成した。その結強伸度を測定した。

果、図２のとおり、圧力を大きくすればするほど経・緯2.10 厚み10g/㎡荷重下での厚みを測定した。

方向とも強力が大きくなるが、１０Ｍｐａ以上ではほとんど変わらなくなり、最適な圧力は１０Ｍｐａであるこ

2.11 表面観察
電子顕微鏡および光学顕微鏡により作成サンプルの表とが明らかになった。また、湿潤強力についても、ほぼ同様な結果となった。しかし、ポリ乳酸１００％の比較面を観察した。

サンプルを比べると経・緯ともかなり低いため、ウール

３．結果および考察
3.1 最適な成形温度・時間の検討
ウールは１３０℃以上の温度で熱分解による黄変が始まる。そこで、ウールの熱分解による劣化・損傷状況をとポリ乳酸繊維の混率を検討し強力を向上させる必要があると思われる。
12分、２０分、３０分加熱圧縮成型し、測色機（シキボウ㈱製）により、黄変の程度を比較するためイエロインデックス（ＹＩ）を測定した。その結果、図１のとおり、
１７０℃および 1８０℃では３分や５分加熱した程度で強力（Ｎ）検討するため、ウール添付白布を用い圧力５Ｍｐａで、１７０℃、１８０℃および１９０℃で３分、５分、１０経強度
緯強度
比較サンプル経比較サンプル緯

10864200

は、ほとんど黄変が進まないが、１０分以上の長時間に変が進む。このため、本研究ではポリ乳酸の融点（約１７０℃）および黄変を考慮し、温度 1８０℃で、成形可能な５分程度が最適な成形温度・時間条件であることが1015圧力（Ｍｐａ）
図２ 成形時の圧力と強度との関係図２なればなるほど、熱分解による黄変が進行する。また、
１９０℃では、５分以上になると著しく熱分解による黄520

成形時の圧力と強度との関係

3.3 最適な目付の検討
作成サンプルの目付とべたがけシートに要求される各種性能との関係を検討するため、ウールとポリ乳酸との混率を２：１、加熱温度を１８０℃、加熱時間を５分、加圧する圧力を５Ｍｐａの一定条件で、目付だけを約２明らかになった。

０〜５０ｇ／㎡で表１の通り 5 段階変えサンプルを作成
60
１７０℃
１８０℃
１９０℃

50ＹＩ

4030

し、防霜用の農業用べたがけシートとして利用できるか検討した。
3.3.1 厚み
表１のとおりサンプルの目付を大きくするほど３５ｇ20／㎡以上までは厚みは増加する。
表１100051015202530
加熱時間（分）
図1 加熱温度・時間とＹＩとの関係
加熱温度・時間とＹＩとの関係
図１

また、ウールとポリ乳酸の混率を２：１、目付を比較
サンプルと同程度で約２０ｇ／㎡、加熱時間を５分、加圧する圧力を５Ｍｐａの一定の条件で、加熱温度を１８０℃、１９０℃、２００℃と変えてサンプルを作成し、強力を測定した。その結果、温度を上げてもそれ程強力作成したサンプルの目付と厚み

ｻﾝﾌﾟﾙ NO.

目付（ｇ／㎡）

厚み（ｍｍ）

比較ｻﾝﾌﾟﾙ

２０．７

０．１６４

１２１．５

０．１９６

２２８．７

０．２０７

３３４．３

０．２３６

４４０．６

０．２４４

５

５１．５

０．２４４

が大きくなるにつれ隙間が減るため、ほぼ直線的に通気3.3.2 強力
目付と強伸度との関係については、図３のとおり目付が大きくなるにつれほぼ直線的に増加する。しかし、比抵抗が増加し通気性が悪くなり、比較サンプルと同様の目付であれば通気性が良い。

較サンプルと同様の目付で比較すると、作成サンプルの40
比較サンプル通気抵抗（Pa･ｓ/㎡）方が５割程度低く、混率などを再検討し強力を上げる必要があると思われる。
20比較サンプル

強力（Ｎ）

15302010020103040目付（ｇ／㎡）50

図６ 目付と通気抵抗との関係

図６

5目付と通気抵抗との関係

3.3.6 吸・放湿性
0203040目付（ｇ／㎡）
図３ 目付と強度との関係

50

図３目付と強度との関係

60

目付と吸・放湿性との関係については、図７のとおり
比較サンプルのポリ乳酸はほとんど吸湿性がないが、ウールを混ぜることにより、７％程度の吸湿性を付与することができる。また、ここには図を示さないが、放湿性

3.3.3 透光性
目付と透光性との関係については、図４のとおり繊維素材に関係なく目付と相関があり、目付が大きくなる程の場合もウールを混ぜることにより、３〜４％程度の放湿性を付与することができる。
10目付であれば透光率はほぼ同じである。

8重量増加率（％）

隙間が減るため直線的に減少し、比較サンプルと同様の

70
比較サンプル
透光率（％）

6050

ポリ乳酸100%
28.7g/㎡
40.6g/㎡

421.5g/㎡
34.3g/㎡
51.5g/㎡

24003002020304050目付（ｇ／㎡）
図４ 目付と透光率（％）との関係

図４60

目付と透光率との関係

図７102030405060
時間（分）
図７ 絶乾状態から２０℃６５％ＲＨに変えた
絶乾状態から２０℃５５％RH に変えた
時の目付けと重量増加率（％）との関係

時の目付と重量増加率との関係

3.4 最適なウール混率の検討
作成サンプルのウールの混率とべたがけシートに要求

3.3.4 保温性
目付と保温性との関係については、図５のとおり目付が大きくなるほど保温性は増加するが、３５ｇ／㎡以上では厚みがほとんど増加しないため保温性は変わらなくなる。

される各種性能との関係を検討するため、加熱温度を１８０℃、加熱時間を５分、圧力を１０Ｍｐａ、目付を約２０ｇ／㎡で、ポリ乳酸に対するウールの混率だけを４０〜７０％で４段階変えサンプルを作成し、防霜用の農業用べたがけシートとして利用できるか検討した。その

18比較サンプル
16保温率（％）

6

外観写真を図８に示す。

1412108203040目付（ｇ/㎡）
図５ 目付と保温率との関係

図５50

目付と保湿率との関係

3.3.5 通気性
目付と通気性との関係については、図６のとおり目付

ｳｰﾙ：PLA 2:1
図８

比較ｻﾝﾌﾟﾙ(PLA100%)

作成ｻﾝﾌﾟﾙと比較ｻﾝﾌﾟﾙの外観写真

3.4.1 強力

とおりウールの混率が多くなる程、５０％までは通気抵ウールの混率と強伸度との関係については、図９のと抗が大きくなるため通気性が悪くなり、その後はほぼ変おりウールの混率が多くなる程６０％までは強度が増加わらなくなる。比較サンプルと比べいずれも通気抵抗がし、その後ＰＬＡの量が少ないため接合不十分のため減小さく通気性が良い。

少し、比較サンプルと比べ一番強いものでも３割程度低10通気抵抗（Pa･ｓ/㎡）

い。
10経強度
緯強度

8比較サンプル経比較サンプル緯強度（Ｎ）

64比較サンプル
9876530405060ウールの混率（％）

280

図１２ ｳｰﾙの混率と通気抵抗との関係
図１２ウールの混率と通気抵抗との関係

030405060ｳｰﾙの混率（％）

7080

3.4.5 吸・放湿性

図９ ｳｰﾙの混率と強度との関係

図９

ウールの混率と強度との関係

ウールの混率と吸・放湿性との関係については、図１3.4.2 透光性

３のとおり比較サンプルのポリ乳酸はほとんど吸湿性

ウールの混率と透光性との関係については、図１０のとおりウールの混率が多くなる程隙間が減るためほぼ直線的に減少し、比較サンプルと比べ６０％程度の混率でほぼ同等の透光率となる。

がないが、ウールの混率を多くするほど吸湿性が良くなり、４〜７％程度の吸湿性を付与することができる。また、ここには図を示さないが放湿性の場合も２〜４％程度の放湿性を付与することができる。

8010
ポリ乳酸100%
ｳｰﾙ:PLA 5:5
ｳｰﾙ:PLA 7:3

比較サンプル708
重量増加率（％）

透光率（％）

7060
50

ｳｰﾙ:PLA 4:6
ｳｰﾙ:PLA 6:4

64
24030

4050607080
ｳｰﾙの混率（％）
図１０ ｳｰﾙのＰＬＡに対する混率と透光率との関係

図１０

ウールの混率と透光率との関係

00102030
時間（分）405060

図１３絶乾状態から２０℃６５％ＲＨに変えた時の図１３絶乾状態から２０℃５５％RHに変えた時のｳｰﾙの混率と重量増加率（％）との関係
ウールの混率と重量増加率との関係

3.4.3 保温性
ウールの混率と保温性との関係については、図１１の４. 結びとおりウールの混率が多くなる程増加し、比較サンプルウールの優れた特性を活かし、リサイクルウールとポと比べ約５０％の混率でほぼ同等の保温性となる。
13

ため、その最適な成形加工条件について検討した結果、

比較サンプル
保温率（％）

リ乳酸繊維とを複合化した農業資材への利用を検討する

12

成形時の温度１８０℃、時間５分、圧力１０Ｍｐａが最11適であることが明らかになった。また、目付は２０ｇ/10㎡程度が、ウールのＰＬＡに対する混率は６０％程度が最適であることが明らかになった。

9

比較サンプルと比べウールを混ぜることにより、今回830405060
ウールの混率（％）

7080

図１１ ウールのＰＬＡに対する混率と保温率との関係

図１１ウールの混率と保湿率との関係

3.4.4 通気性
ウールの混率と通気性との関係については、図１２対象としているべたがけシートに求められる重要な特性のうち、強度については３割程度低いが、軽量性・透光性については同程度で遜色なく、保温性、通気性、吸・放湿性に優れていることが明らかになった。