[发明专利]聚乳酸组合物和由其形成的纤维

说明书

技术领域

本发明涉及可制造成型品的聚乳酸组合物和由其形成的纤维，所述成型品具有实用的强度、耐热性和分散染料染色性。

背景技术

近年来，为了保护地球环境，在自然环境下被降解的生物降解性聚合物受到关注，在世界范围内受到研究。作为生物降解性聚合物，已知以聚羟基丁酸酯、聚己内酯、聚乳酸为代表的脂肪族聚酯是生物降解性聚合物。它们可以熔融成型，也被期待作为常用聚合物。这些物质中，聚乳酸由于可以由天然物制造作为其原料的乳酸或丙交酯，进而不仅作为生物降解性聚合物，还作为对地球环境友好的常用聚合物而不断受到利用研究。聚乳酸这样的生物降解性聚合物透明性高，尽管强韧但在水的存在下容易被水解，而且在废弃后不污染环境而降解，因而被期待作为环境负荷少的常用树脂。

聚乳酸的熔点为150℃～170℃的范围，像聚对苯二甲酸乙二醇酯或尼龙那样用作衣料用纤维时熨烫被限制于低温，或者存在用作产业用纤维时不适于橡胶材料或树脂涂层布帛等在制造过程中暴露于150℃左右高温的用途中。

另外，聚乳酸由于简单地熔解在氯仿等一般的有机溶剂中，因此不能用于与油等熔解接触的用途中。

另一方面，已知通过将仅由L-乳酸单元构成的聚L-乳酸(以下有时简称为PLLA)和仅由D-乳酸单元构成的聚D-乳酸(以下有时简称为PDLA)在溶液或熔融状态下进行混合，形成聚乳酸立体络合物(stereocomplex)(参照专利文献1及非专利文献1)。

发现该聚乳酸立体络合物与PLLA或PDLA相比，显示高熔点、高结晶性以及对溶剂的改良性质等很有意思的现象，并提出了数种例如具有耐熨烫性的纤维，这些纤维提高了以往聚乳酸纤维不可能实现的耐热性。

例如、非专利文献1中公开了通过熔融纺丝而获得立体络合物聚乳酸纤维，具体而言，虽通过对将聚L-乳酸与聚D-乳酸的熔融共混物熔融纺丝得到的未拉伸丝进行热处理而得到立体络合物纤维，但热处理时纤维内部的分子取向松弛、所得纤维的强度至多为2.3cN/dTex。

包括该非专利文献在内的以往立体络合物纤维的形成方法是：对聚L-乳酸与聚D-乳酸的共混物进行纺丝，对所得非晶性未拉伸丝进行拉伸、热定形，为了使立体络合物充分生长，基于在聚L-乳酸或聚D-乳酸单种晶体的熔点以上的温度下进行热定形是有效率的这一理念，而在比上述单种晶体的熔点高的温度下实施热定形者是主流。诚然该高温热定形对立体络合物晶体生成有利，但是在该工序中发生丝的部分熔融，存在丝粗硬化或低强度化的问题。

另一方面，专利文献2中提出了以纺丝速度4000m/分进行高速纺丝得到立体络合物结晶比例(Cr率)为10～35％的结晶未拉伸丝，对该未拉伸丝进行1.4～2.3倍的(多段)拉伸，从而获得低Cr率(50％左右)，4.5cN/dTex的高强度、耐热性聚乳酸纤维。但由于伸长率小于20％，因而作为衣料用、产业用纤维仅具有不充分的物性。并且实施本方法时，3000m/分钟左右的纺速并不充分，需要5000m/分钟以上的纺速，但以该纺速进行纺丝则需要特殊的纺丝设备，因而仍然残留有工业实施必须克服的问题。

即，包括该文献在内，目前为止尚未提出由Cr率为0％的未拉伸丝制作高强度且高耐热性的纤维。

此外，专利文献3虽然提出了将在纺丝头拉伸倍数(spinning draft)≥50、牵引速度(take-up speed)≥300m/分条件下熔融纺丝得到的未拉伸丝暂先卷取、然后进行拉伸，或者在不卷取的情形下以2.8倍的拉伸倍率进行拉伸、在120℃～180℃的温度下进行热定形，从而获得具有聚乳酸均质晶体与立体络合物晶体这2个峰的200℃耐热性纤维。但该文献中作为纤维物性仅记载了具有实用上充足的强度而未给出具体的数值，除此之外，本文献中记载的200℃耐热性不过是肉眼可视的使布帛与200℃的熨斗接触30秒后纤维熔融粘着、布帛形状变化等的剧烈变化，而且，如本文献中所记载的那样，在DSC测定中观测到聚L-乳酸和聚D-乳酸单种晶体的熔融峰，由于该单种晶体的熔融，耐热性不得不判定为不充分。

此外，一般而言，聚乳酸立体络合物纤维与衣料纤维的代表规格的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维相比，玻璃化转变温度为60℃的约低8℃左右，因而具有可在100℃附近通过分散染料染色的优点。

即，聚乳酸纤维与聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维等相比，虽具有易被染色的纤维结构，但却具有反面纤维结构中被染色的染料分子容易渗出至外部，容易掉色、污染的缺点，即具有洗涤耐久性上存在问题的缺点。已知该倾向在湿润状态中多被促进。