TW202511558A

TW202511558A - 生物分解性纖維

Info

Publication number: TW202511558A
Application number: TW113111736A
Authority: TW
Inventors: 森貴郁; 平佐多久晶
Original assignee: 日商Ｋｂ世聯股份有限公司
Priority date: 2023-08-30
Filing date: 2024-03-28
Publication date: 2025-03-16
Also published as: JPWO2025046963A1; WO2025046963A1

Abstract

本發明提供在濕熱環境下不脆化，耐鹼性優異之生物分解性纖維。本發明之生物分解性纖維包含含有聚對苯二甲酸乙二酯、聚己二酸對苯二甲酸丁二酯及聚乳酸之摻合聚合物，聚對苯二甲酸乙二酯於纖維中之含量為80質量%以上。較佳聚對苯二甲酸乙二酯於纖維中之含量至少為93質量%以上，聚己二酸對苯二甲酸丁二酯於纖維中之含量為0.4~2.4質量%，聚乳酸於纖維中之含量為0.4~2.4質量%，聚己二酸對苯二甲酸丁二酯與聚乳酸之含量比率，以質量比計，為40/60~ 60/40。

Description

生物分解性纖維

本發明有關以聚對苯二甲酸乙二酯作為主成分之生物分解性纖維。

聚對苯二甲酸乙二酯纖維因其優異之力學特性及化學特性而較佳地使用於各種用途。

另一方面，近年來，鑒於環境問題，生物分解性纖維受到矚目。作為代表性之纖維有聚乳酸纖維。

聚乳酸纖維由於耐鹼性差，無法像聚對苯二甲酸乙二酯般藉由鹼減量而改善質地，故不適於衣料用途。且，由於在濕熱環境下會水解並脆化，故亦有不適用於在高溫環境下使用之汽車用內裝材等之問題，能使用之用途受到限制。

作為耐鹼性優異之生物分解性纖維，已提案將聚對苯二甲酸乙二酯配置於鞘，將聚乳酸配置於芯之芯鞘型複合纖維(專利文獻1)。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1] 日本特開2008-208482號公報

[發明欲解決之課題]

然而，雖然專利文獻1之纖維係表面以聚對苯二甲酸乙二酯覆蓋，但在濕熱環境下芯仍會脆化，無法防止作為纖維的強度下降。且，於鹼減量時，芯的聚乳酸會溶出。又，芯所使用之聚乳酸雖為生物分解性，但因鞘所使用之聚對苯二甲酸乙二酯並非生物分解性，因此就環境負荷方面不足。

如上述，以往並無可在濕熱環境下使用並顯示耐鹼性之生物分解性纖維。因此，目的係提供以聚對苯二甲酸乙二酯作為主成分同時生物分解性亦優異之纖維。進而，目的係提供即使在濕熱環境下亦不會脆化，且耐鹼性優異之生物分解性纖維。 [用以解決課題之手段]

本發明人重複各種檢討之結果發現若為由以聚對苯二甲酸乙二酯為主成分，且含有特定量之聚己二酸對苯二甲酸丁二酯及聚乳酸之摻合聚合物所成之纖維，則原本幾乎不顯示生物分解性之聚對苯二甲酸乙二酯之纖維可有效地生物分解，因而完成本發明。亦即，本發明之目的可藉由包含含有聚對苯二甲酸乙二酯、聚己二酸對苯二甲酸丁二酯及聚乳酸之摻合聚合物，且聚對苯二甲酸乙二酯於纖維中之含量為80質量%以上的生物分解性纖維而達成。又，本發明人發現若為由以聚對苯二甲酸乙二酯為主成分，且以特定混合比含有特定量之聚己二酸對苯二甲酸丁二酯及聚乳酸之摻合聚合物所成之纖維，即使在濕熱環境下亦不脆化，於鹼可減量之程度耐鹼性良好，進而於聚己二酸對苯二甲酸丁二酯及聚乳酸之含量以上可獲得纖維全體可生物分解之纖維。亦即，本發明之目的可藉由如下之生物分解性纖維而達成，該生物分解性纖維之特徵係包含含有聚對苯二甲酸乙二酯、聚己二酸對苯二甲酸丁二酯及聚乳酸之摻合聚合物的纖維，聚對苯二甲酸乙二酯於纖維中之含量至少為93質量%以上，聚己二酸對苯二甲酸丁二酯於纖維中之含量為0.4~2.4質量%，聚乳酸於纖維中之含量為0.4~2.4質量%，聚己二酸對苯二甲酸丁二酯及聚乳酸之含量比率，以質量比計，為40/60~ 60/40。

又，上述生物分解性纖維中，聚對苯二甲酸乙二酯於纖維中之含量為98質量%以上，聚己二酸對苯二甲酸丁二酯與聚乳酸之含量比率，以質量比(聚己二酸對苯二甲酸丁二酯/聚乳酸)計，較佳為50/50~ 60/40。藉此，可成為兼具更高的耐濕熱環境性與生物分解性及耐鹼性之生物分解性纖維。又，前述生物分解性纖維於ASTM D5511試驗中之135天後之生物分解率較佳為15%以上。

又，前述生物分解性纖維於下述濕熱環境試驗後之斷裂強度之降低率較佳為25%以下。 (濕熱環境試驗) 製作筒編，自所製作之筒編採取120mm×150mm之試驗片，熱定型後，使用島津製作所股份有限公司製AG-IS Autograph(註冊商標)拉伸試驗機，以試料寬50mm、試驗長50mm、定速拉伸速度100mm/min之條件進行測定，將荷重-伸長曲線之荷重最高值設為斷裂強度(cN)，對試驗片之經編方向、緯編方向各測定2次，將其平均值設為濕熱環境試驗前之斷裂強度，使用Espec股份有限公司製無風恆溫/恆濕試驗機PR-3KP，於溫度80℃、相對濕度95%之濕熱環境下靜置，經過400小時後，藉由上述拉伸試驗於濕熱環境試驗後以與濕熱環境試驗前同樣的方式對斷裂強度各測定2次，將其平均值設為濕熱環境試驗後之斷裂強度，使用該等之平均值，利用下式，算出濕熱環境下之斷裂強度降低率。濕熱環境下之斷裂強度降低率(%)={(濕熱環境試驗前之斷裂強度－濕熱環境試驗後之斷裂強度)/(濕熱環境試驗前之斷裂強度)}×100。

又，前述生物分解性纖維於下述耐鹼試驗後之質量降低率較佳為15%以下。 (耐鹼試驗) 製作筒編，自所製作之筒編採取100mm×100mm之試驗片，測定水分平衡狀態之質量(W1)後，浸漬於保持在98±2℃之4質量%濃度之氫氧化鈉水溶液中，經過30分鐘後，取出試驗片，水洗乾燥後，再次處於水分平衡狀態，測定此時之質量(W2)。進行2次該測定，使用其平均值，藉由下式算出質量降低率。。 [發明效果]

根據本發明，可獲得使原本未顯示生物分解性之聚對苯二甲酸乙二酯亦顯示生物分解性，且由於耐鹼性優異，故於鹼減量時不會立即溶解，即使於濕熱環境亦不易脆化之生物分解性纖維。又，所得之生物分解性纖維之斷裂強度、斷裂伸長度與聚對苯二甲酸乙二酯纖維同等。

本發明之生物分解性纖維必須以聚對苯二甲酸乙二酯(以下簡稱PET)為主成分，且包含含有聚己二酸對苯二甲酸二丁二酯(以下簡稱PBAT)及聚乳酸之摻合聚合物。藉由將PBAT及聚乳酸摻合於PET中，可對原本未顯示生物分解性之PET纖維賦予生物分解性。

本發明之生物分解性纖維係藉由水解型材料的聚乳酸而在土壤中的高溫多濕環境下被水解，利用微生物之作用而促進生物分解之效果，與藉由因酵素分解型材料的PBAT之直接微生物作用而生物分解之2成分的相乘效果而被生物分解者。

本發明之生物分解性纖維較佳至少93質量%以上為PET。且，較佳PET於纖維中之含量為95質量%以上。若PET於纖維中之含量為93質量%以上，則不損及僅由PET所成之纖維的高斷裂強度及耐鹼性等之性質，且在濕熱環境下強度不易降低，故可於與PET纖維同樣的用途中使用。

本發明中之PET不僅為均聚PET，亦可為磺基間苯二甲酸鹼金屬鹽等經共聚合之共聚合PET。

本發明中之PET中，基於改善各種物性之目的，亦可添加耐光劑、耐熱劑、消光劑等之改質劑。

本發明中PBAT之含量較佳為0.4~2.4質量%。且，較佳為0.6~2.2質量%，更佳為0.8~2.0質量%。若為0.4質量%以上，則可對PET賦予生物分解性。又，若為2.4質量%以下，則耐鹼性良好，且斷裂強度、斷裂伸長度不易降低。

本發明中聚乳酸之含量較佳為0.4~2.4質量%。且，較佳為0.6~2.2質量%，更佳為0.8~2.0質量%。若為0.4質量%以上，則在土壤中容易水解，且可對PET賦予生物分解性。若為2.4質量%以下，則即使在濕熱環境下亦不易脆化，耐鹼性良好，斷裂強度、斷裂伸長度不易降低。

本發明中PBAT及聚乳酸之含量比率，以質量比計較佳為40/60~60/40。且，較佳為45/55~55/45，更佳為48/52~52/48。含量比率為40/60~60/40之範圍內時，藉由PBAT及聚乳酸之相乘效果，可對PET賦予生物分解性。且，即使在濕熱環境下強度亦不易降低。

本發明之生物分解性纖維於ASTM D5511試驗中之135天後之生物分解率較佳為15%以上。且，更佳為20%以上，特佳為25%以上。若135天後之生物分解率為15%以上，則顯示充分之生物分解性。且本發明之生物分解性纖維於ASTM D5511試驗中之360天後之生物分解率較佳為35%以上。且，更佳為40%以上，特佳為45%以上。又本發明之生物分解性纖維於ASTM D5511試驗中之675天後之生物分解率較佳為57%以上。且，更佳為60%以上，特佳為65%以上。

本發明之生物分解性纖維在後述之濕熱環境試驗後之斷裂強度的降低率較佳為25%以下。且，更佳為15%以下，特佳為10%以下。若為25%以下，則亦可與PET纖維同樣，使用於有成為濕熱環境之可能性的用途中。

本發明之生物分解性纖維於後述之耐鹼性試驗後之質量減低率較佳為15%以下。若為15%以下，則可與PET同樣，藉由鹼減量而適度改善質地。

本發明之生物分解性纖維的總纖度未特別限制，可為與通常PET纖維所利用之總纖度相同，且基於紡絲操作性及力學強度之觀點，較佳為1~300dtex。若為1~100dtex，則在主要使用於衣料用途時，將保有良好質地。且，若為30~300dtex，則在使用於車輛用途時，將保有良好強度。

本發明之生物分解性纖維較佳單紗纖度為0.8~25dtex。若為0.8dtex以上，則主要使用於衣料之用途時，保有良好強度。若為25dtex以下，則纖維的比表面積大，容易生物分解。

本發明之生物分解性纖維之斷裂強度較佳為2.0cN/dtex以上。且，更佳為2.5cN/dtex以上，特佳為3.0cN/dtex以上。若為2.0cN/dtex以上，則於紡絲操作及製編織步驟之步驟通過性良好，可於與PET纖維同樣之用途中使用。

本發明之生物分解性纖維之斷裂伸長度較佳為20%以上。若為20%以上，則於紡絲操作及製編織步驟之步驟通過性良好，可於與PET纖維同樣之用途中使用。

本發明之生物分解性纖維可為圓形，亦可為不規則剖面。例如，作為不規則剖面舉例為多葉形、三角形、扁平形、橢圓形等。

本發明之生物分解性纖維亦可作為長纖維加以利用，但亦可作為編織物加以利用。又，亦可自長纖維加工為短纖維，亦可作為內棉加以利用。且亦可作為不織布加以利用。 [實施例]

以下，列舉實施例具體說明本發明，但本發明不限定於該實施例。又，實施例中之各物性測定/評價係如下進行。

(拉伸試驗) 根據JIS L 1013，使用島津製作所股份有限公司製之AGS-1kNG Autograph(註冊商標)拉伸試驗機，以試料紗長200mm、定速拉伸速度200 mm/min的條件進行測定。將荷重-伸長曲線之荷重最大值除以纖度所得之值設為斷裂強度(cN/dtex)，此時之伸長率設為斷裂伸長度(%)，測量3次，求出其平均值。

(生物分解性評價) 根據ASTM D5511基準，實施52±2°C之厭氧性生物分解性試驗。

(濕熱環境試驗) 使用筒編機(NCR-EW)(英光產業股份有限公司製)以2根合紗實施筒編，製作經圈30根/吋、緯圈37根/吋之筒編，自所製作之筒編採取120mm×150mm之試驗片，在190℃熱定型1分鐘後，使用島津製作所股份有限公司製AG-IS Autograph(註冊商標)拉伸試驗機，以試料寬50mm、試驗長50mm、定速拉伸速度100mm/min之條件進行測定，將荷重-伸長曲線之荷重最高值設為斷裂強度(cN)，對試驗片之經編方向、緯編方向各測定2次，將其平均值設為濕熱環境試驗前之斷裂強度，使用Espec股份有限公司製無風恆溫/恆濕試驗機PR-3KP，於溫度80℃、相對濕度95%之濕熱環境下靜置，經過400小時後，對試驗片之經編方向、緯編方向之斷裂強度各測定2次，將其平均值設為濕熱環境試驗後之斷裂強度。利用下式，算出濕熱環境下之斷裂強度降低率。濕熱環境下之斷裂強度降低率(%)={(濕熱環境試驗前之斷裂強度－濕熱環境試驗後之斷裂強度)/(濕熱環境試驗前之斷裂強度)}×100。

(耐鹼試驗) 使用筒編機(NCR-EW)(英光產業股份有限公司製)以2根合紗實施筒編，製作經圈30根/吋、緯圈37根/吋之筒編，自所製作之筒編採取100mm×100mm之試驗片，測定水分平衡狀態之質量(W1)後，浸漬於保持在98±2℃之4質量%濃度之氫氧化鈉水溶液中，經過30分鐘後，取出試驗片，水洗乾燥後，再次處於水分平衡狀態，測定此時之質量(W2)。進行2次該測定，使用其平均值，藉由下式算出質量降低率。質量降低率作為耐鹼性之指標。。

(實施例1) 以使PET之含量為98質量%，PBAT之含量為1.0質量%，聚乳酸之含量為1.0質量%，PBAT與聚乳酸之含量比率以質量比計為50/50之方式混合所得之摻合聚合物於294℃熔融噴出，於周速1350m/min、溫度90℃之GR1與周速4200m/min、溫度140℃之GR2延伸至3.1倍，製作84dtex/ 36f之生物分解性纖維。使用所得之生物分解性纖維，實施拉伸試驗、生物分解性評價、濕熱環境試驗、耐鹼試驗。

(實施例2) 除了將PBAT含量設為1.1質量%，聚乳酸含量設為0.9質量%，PBAT與聚乳酸之含量比率以質量比計為55/45之方式混合以外，與實施例1同樣製作生物分解性纖維。使用所得之生物分解性纖維，與實施例1同樣實施拉伸試驗、生物分解性評價、濕熱環境試驗、耐鹼試驗。

(實施例3) 除了將PBAT含量設為0.9質量%，聚乳酸含量設為1.1質量%，PBAT與聚乳酸之含量比率以質量比計為45/55之方式混合以外，與實施例1同樣製作生物分解性纖維。使用所得之生物分解性纖維，與實施例1同樣實施拉伸試驗、生物分解性評價、濕熱環境試驗、耐鹼試驗。

(實施例4) 除了將PET含量設為96質量%，PBAT含量設為2.0質量%，聚乳酸含量設為2.0質量%以外，與實施例1同樣製作生物分解性纖維。使用所得之生物分解性纖維，與實施例1同樣實施拉伸試驗、生物分解性評價、濕熱環境試驗、耐鹼試驗。

(實施例5) 除了將PET含量設為96質量%，PBAT含量設為2.2質量%，聚乳酸含量設為1.8質量%，PBAT與聚乳酸之含量比率以質量比計為55/45之方式混合以外，與實施例1同樣製作生物分解性纖維。使用所得之生物分解性纖維，與實施例1同樣實施拉伸試驗、生物分解性評價、濕熱環境試驗、耐鹼試驗。

(比較例1) 除了僅使用PET進行熔融紡絲以外，與實施例1同樣製作多纖絲。使用所得之多纖絲，與實施例1同樣實施拉伸試驗、生物分解性評價、濕熱環境試驗、耐鹼試驗。

(比較例2) 除了僅使用聚乳酸於230℃熔融噴出，藉由常用方法進行熔融紡絲，製作84dtex/36f之多纖絲。使用所得之多纖絲，與實施例1同樣實施拉伸試驗、生物分解性評價、耐鹼試驗。且除了熱定型溫度設為120℃以外，與實施例1同樣實施濕熱環境試驗、

(比較例3) 除了將PBAT含量設為2.0質量%，且不含聚乳酸以外，與實施例1同樣製作多纖絲。使用所得之生物分解性纖維，與實施例1同樣實施拉伸試驗、生物分解性評價、濕熱環境試驗、耐鹼試驗。

(比較例4) 除了不含PBAT，且聚乳酸含量設為2.0質量%以外，與實施例1同樣製作多纖絲。使用所得之生物分解性纖維，與實施例1同樣實施拉伸試驗、生物分解性評價、濕熱環境試驗、耐鹼試驗。該等結果一併示於表1。

纖維物性評價之結果可知原本幾乎不生物分解之PET纖維，在含有聚乳酸及PBAT兩者之情況下，於長期間顯示優異之生物分解性(實施例及比較例1、3、4)。又，由各實施例及比較例3、4之結果可知，實施例之纖維即使暴露於高溫高濕度環境時，亦可抑制強度之降低。且，由比較例2之結果，確認實施例之纖維由於含有PET作為主成分，故係耐鹼性優異之纖維，藉由使PET含量為97質量%以上，確認獲得特別優異之耐鹼性(實施例1、2、3)。且，確認藉由將PBAT/聚乳酸之含量比率設為1以上，獲得特別優異之耐鹼性(實施例2及3、4及5)。進而，可知於實施例1、2之情況下，可為濕熱環境試驗後之斷裂強度為4%以下而抑制得特別低，且生物分解性亦優異之纖維。如表1所示，實施例1~5顯示充分之生物分解性。且，即使在濕熱環境下亦充分保持強度，具耐鹼性亦優異。且，斷裂強度及斷裂伸長度均未降低，與PET同等。所得之生物分解性纖維適合作為衣料用纖維、汽車內裝材用纖維。

比較例1於濕熱環境下強度未降低，並顯示高耐鹼性，但未顯示生物分解性。比較例2雖生物分解性優異，但於濕熱環境下強度顯著降低。又，耐鹼性差，在氫氧化鈉水溶液中浸漬10分鐘後全部溶解。比較例3~4係生物分解性差，在ASTM D5511試驗中135天後之生物分解率未達15%。 [產業上之可利用性]

儘管本發明之生物分解性纖維在土壤中經過水解顯示生物分解性，但由於即使在濕熱環境下使用強度降低亦少，故例如可適當地使用於可在高溫環境下使用之汽車用內裝材。且，由於耐鹼性亦優異，故由於可與PET纖維一樣進行鹼減量而改善質地，故例如可適當地使用於衣料用途。此外，亦可適當地適用於工業資材、生活資材等之與通常PET纖維同樣之用途。

Claims

一種生物分解性纖維，其包含含有聚對苯二甲酸乙二酯、聚己二酸對苯二甲酸丁二酯及聚乳酸之摻合聚合物，前述聚對苯二甲酸乙二酯於纖維中之含量為80質量%以上。
一種生物分解性纖維，其包含含有聚對苯二甲酸乙二酯、聚己二酸對苯二甲酸丁二酯及聚乳酸之摻合聚合物，前述聚對苯二甲酸乙二酯於纖維中之含量至少為93質量%以上，前述聚己二酸對苯二甲酸丁二酯於纖維中之含量為0.4~2.4質量%，前述聚乳酸於纖維中之含量為0.4~2.4質量%，前述聚己二酸對苯二甲酸丁二酯與前述聚乳酸之含量比率，以質量比計，為40/60~ 60/40。
如請求項1或2之生物分解性纖維，其中前述聚對苯二甲酸乙二酯於纖維中之含量為98質量%以上，前述聚己二酸對苯二甲酸丁二酯與前述聚乳酸之含量比率，以質量比計，為50/50~60/40。
如請求項1或2之生物分解性纖維，其中於ASTM D5511試驗中之135天後之生物分解率為15%以上。
如請求項1或2之生物分解性纖維，其中下述濕熱環境試驗後之斷裂強度之降低率為25%以下， (濕熱環境試驗) 製作筒編，自所製作之筒編採取120mm×150mm之試驗片，熱定型後，使用島津製作所股份有限公司製AG-IS Autograph(註冊商標)拉伸試驗機，以試料寬50mm、試驗長50mm、定速拉伸速度100mm/min之條件進行測定，將荷重-伸長曲線之荷重最高值設為斷裂強度(cN)，對試驗片之經編方向、緯編方向各測定2次，將其平均值設為濕熱環境試驗前之斷裂強度，使用Espec股份有限公司製無風恆溫/恆濕試驗機PR-3KP，於溫度80℃、相對濕度95%之濕熱環境下靜置，經過400小時後，對試驗片之經編方向、緯編方向之斷裂強度各測定2次，將其平均值設為濕熱環境試驗後之斷裂強度，使用該等之平均值，利用下式，算出濕熱環境下之斷裂強度降低率，濕熱環境下之斷裂強度降低率(%)={(濕熱環境試驗前之斷裂強度－濕熱環境試驗後之斷裂強度)/(濕熱環境試驗前之斷裂強度)}×100。
如請求項1或2之生物分解性纖維，其中下述耐鹼試驗後之質量降低率為15%以下， (耐鹼試驗) 製作筒編，自所製作之筒編採取100mm×100mm之試驗片，測定水分平衡狀態之質量(W1)後，浸漬於保持在98±2℃之4質量%濃度之氫氧化鈉水溶液中，經過30分鐘後，取出試驗片，水洗乾燥後，再次設為水分平衡狀態，測定此時之質量(W2)，進行2次該測定，使用其平均值，藉由下式算出質量降低率，。