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特許7053346嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントおよびその製造方法
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  • 特許-嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントおよびその製造方法 図1
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-04-04
(45)【発行日】2022-04-12
(54)【発明の名称】嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントおよびその製造方法
(51)【国際特許分類】
   D01F 6/62 20060101AFI20220405BHJP
   A47J 31/06 20060101ALI20220405BHJP
【FI】
D01F6/62 305A
A47J31/06
D01F6/62 302E
【請求項の数】 7
(21)【出願番号】P 2018070435
(22)【出願日】2018-03-30
(65)【公開番号】P2019183287
(43)【公開日】2019-10-24
【審査請求日】2020-06-30
(73)【特許権者】
【識別番号】305037123
【氏名又は名称】KBセーレン株式会社
(72)【発明者】
【氏名】井出 圭亮
【審査官】斎藤 克也
(56)【参考文献】
【文献】特開2013-032223(JP,A)
【文献】国際公開第2016/194578(WO,A1)
【文献】特開2010-084286(JP,A)
【文献】特開2001-131826(JP,A)
【文献】特開2017-119932(JP,A)
【文献】特開2009-202932(JP,A)
【文献】国際公開第00/078839(WO,A1)
【文献】特開2008-057082(JP,A)
【文献】特開2009-256857(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
D01F 6/62
A47J 31/00 - 31/60
D03D 1/00 - 27/18
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光学純度が97%以上のポリ‐L‐乳酸からなり、強度が3cN/dtex以上、伸度が30%以上、沸騰水収縮率が3%以上10%以下であり、繊度15dtex以上40dtex以下であることを特徴とする嗜好性飲料抽出フィルター織物用ポリ乳酸モノフィラメント。
【請求項2】
沸騰水収縮率が9.8%以下である請求項1記載の嗜好性飲料抽出フィルター織物用ポリ乳酸モノフィラメント。
【請求項3】
未延伸モノフィラメントを巻き取った後、延伸して得られるモノフィラメントであることを特徴とする請求項1または2記載の嗜好性飲料抽出フィルター織物用ポリ乳酸モノフィラメント。
【請求項4】
請求項1~3いずれか1項に記載のモノフィラメントを用いた嗜好性飲料抽出フィルター用織物。
【請求項5】
開口率が40~70%である請求項記載の嗜好性飲料抽出フィルター用織物。
【請求項6】
光学純度が97%以上のポリ‐L‐乳酸を溶融し、紡糸口金より吐出し、冷却風により冷却した後、2000m/分以上、4500m/分以下の紡糸速度で一旦巻き取ったポリ乳酸未延伸モノフィラメントを、70℃以上110℃以下に加熱したホットローラーと非加熱ローラー間で延伸を行うとともに、当該ローラー間に設置した140℃以上、165℃以下に加熱した接触式ヒーターで熱処理する、強度が3cN/dtex以上、伸度が30%以上、沸騰水収縮率が3%以上10%以下であり、繊度15dtex以上40dtex以下の嗜好性飲料抽出フィルター用モノフィラメントの製造方法。
【請求項7】
光学純度が97%以上のポリ‐L‐乳酸を溶融し、紡糸口金より吐出し、冷却風により冷却した後、2000m/分以上、4500m/分以下の紡糸速度で一旦巻き取ったポリ乳酸未延伸モノフィラメントを、70℃以上110℃以下に加熱したホットローラーと非加熱ローラー間で1.2倍以上、3倍以下の延伸を行うとともに、当該ローラー間に設置した140℃以上、165℃以下に加熱した接触式ヒーターで熱処理する、強度が3cN/dtex以上、伸度が30%以上、沸騰水収縮率が3%以上10%以下であり、繊度15dtex以上40dtex以下の嗜好性飲料抽出フィルター用モノフィラメントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、嗜好性飲料抽出フィルター用モノフィラメント、それからなる嗜好性飲料抽出フィルター用織物およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、嗜好性飲料抽出フィルターの素材としては、紙やポリプロピレンまたはポリエチレンの不織布が主流として用いられているが、透明性が悪く包装材中の茶葉が見えにくいこと、紙に至っては熱シール加工ができない等の問題がある。そこで、近年の傾向としては、嗜好性飲料抽出用バッグ中の茶葉が見える高級感のある織物製の嗜好性飲料抽出バッグが増えてきている。
【0003】
織物製の嗜好性飲料抽出用バッグに用いられる、嗜好性飲料抽出フィルターの素材繊維としてはポリアミド繊維が主流である。ポリアミド繊維を用いた織物製の抽出フィルターは、立体形状の形態保持性に優れ、また変形に対する弾性回復力にも富んでいることから、織物が柔らかく、風合いに優れている。しかし、ポリアミド繊維製の抽出用バッグは、空気中の酸素の影響による黄変、熱湯中でのポリアミド繊維の膨潤による抽出用バッグの寸法変化、抽出後のバッグを容器から取り出す際の液切れの悪さ、ポリアミドの比重が軽いことによる熱湯中での抽出用バッグの沈降性の悪さ、および使用後の焼却による窒素酸化物の発生による環境汚染等の問題が以前から指摘されていた。
【0004】
このようなポリアミド繊維の問題点を改善する目的で、ポリエステル繊維による嗜好性飲料抽出フィルター等が研究されてきている。しかし、ポリエステル繊維についても使用後の廃棄方法をめぐる問題がある。すなわち、ポリエステル繊維は自然環境中では殆ど分解せず、焼却をすると高い燃焼熱を発生する恐れがあり、最近では生分解性を有する合成樹脂であるポリカプロラクトンやポリ乳酸等など繊維用途に利用する提案がなされている。これらの合成樹脂は原料が自然由来のいわゆるカーボンニュートラルな素材であり、生分解性を有するという長所がある。しかし、従来の(非生分解性)合成樹脂に比べて実用性という点では課題が多い。
すなわち、ポリ乳酸繊維の場合、強度が低く、沸騰水収縮率が高くなりやすい傾向がある。これらの課題を解決するために、様々な検討が行われてきた。
例えば、相対粘度が2.7~4.0であり、モノマー量が0.5重量%以下であり、Snの含有量が30ppm以下であり、直鎖上であるポリ乳酸樹脂を使用したティーバッグが開示されている(特許文献1)。
また、L-乳酸又はD-乳酸成分99.0~85重量%と、分子量1000以上のポリエチレングリコール成分0.1~15重量%とがブロック共重合されており、相対粘度が2.5以上のポリ乳酸を4000m/分以上で溶融紡糸するポリ乳酸系生分解性繊維の製造方法が開示されている(特許文献2)。
そして、耐擦過性に優れ、製織性が良好な異型断面ポリ乳酸モノフィラメントが開示されている(特許文献3)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開2002-104506号公報
【文献】特開平10-37020号公報
【文献】特開2005-273084号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、特許文献1に具体的に記載されている繊維は、沸騰水収縮率が10%以上であり、伸度も30%以下と低いため、製織速度を上げにくいという問題があった。また、紡糸速度が1500m/minと低速なため、生産性が悪く、コストの面で不利となるものだった。
特許文献2に具体的に記載されている繊維は、沸騰水収縮率が10%以下を得られているものの、紡糸速度が7000~8000m/minと非常に高速であり、安定した紡糸が困難であり、通常の装置では高速巻取に対応ができない。物性の点においても10%以下の沸騰水収縮率と30%以上の伸度との両立が困難である。
特許文献3記載の繊維は、沸騰水収縮率が15%以上と高いため、布目曲りや開口ずれが生じやすく、ティーバッグとした際の品位が低下しやすい問題があった。
したがって、本発明は、強度、伸度のバランスが良く、沸騰水収縮率が低い物性を有し、製織等の後工程でも、ポリエステル、ナイロン繊維並みの加工性を得ることのできる嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、上記の課題を解決するものであり、光学純度が97%以上のポリ‐L‐乳酸からなり、強度が3cN/dtex以上、伸度が30%以上、沸騰水収縮率が10%以下であることを特徴とする嗜好性飲料抽出フィルター用モノフィラメントを第1の要旨とする。
また、本発明は、上記モノフィラメントを用いた嗜好性飲料抽出フィルター用織物を第2の要旨とする。
また、本発明は、2500m/分以上、4000m/分以下の紡糸速度で一旦巻き取ったポリ乳酸未延伸モノフィラメントを、70℃以上110℃以下に加熱したホットローラーと非加熱ローラー間で延伸を行うとともに、当該ローラー間に設置した140℃以上、165℃以下に加熱した接触式ヒーターで熱処理する上記モノフィラメントの製造方法を第3の要旨とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、生地の強度がポリエステルやナイロンと同等であり、布目まがりや開口ずれが生じにくく、後工程の加工性が良好で、実用的な嗜好性飲料抽出フィルター用のフィラメントおよびそれを用いた織物が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】本発明の嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントの製造法の一実施態様を示す概略工程図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、光学純度が97%以上のポリ‐L‐乳酸からなり、強度が3cN/dtex以上、伸度が30%以上であって、かつ沸騰水収縮率が10%以下であることを特徴とする嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントである。
【0011】
本発明におけるポリ乳酸樹脂はL-乳酸を主成分とし、このうちL-乳酸の光学純度が97%以上であることが好ましい。L-乳酸の純度が97%未満になると結晶性が低下し、融点の低下に伴い耐熱性に劣るものとなるため、実用上好ましくない。また、ポリ乳酸の性質を損なわない範囲で、ポリ乳酸以外のポリマーや粒子、難燃剤、帯電防止剤等の添加物を含有していても良い。
また本発明におけるポリ乳酸樹脂はL-乳酸は、乳酸以外の成分を共重合しないものであることが好ましい。
【0012】
本発明の嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントは、沸騰水収縮率が10%以下である。この範囲とすることにより、織物の熱セット時に湾曲せず、成形時の加工性に優れる。また得られたフィルター用織物は開口率を保つことができ、目ずれせず、布目曲りが生じない。特に目ずれせずに取扱い易い点からは、沸騰水収縮率は3%以上であることが好ましい。本発明の嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントの沸騰水処理後の収縮率は後述の方法で測定した値である。
【0013】
本発明の嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントは、破断強度が3cN/dtex以上、破断伸度30%以上である。高次工程での加工容易性の点から、3cN/dtex以上であり、製糸安定性の点から、5cN/dtex以下であることが好ましい。また、製織安定性の観点から、破断伸度は30%以上であり、寸法安定性の観点から、55%以下が好ましい。この範囲の物性であれば、整経や製織工程での糸切れが生じにくく、工程通過性が良好なものとなる。
特に好ましくは、破断強度は、3.5cN/dtex以上であり、破断伸度は、35%以上である。
【0014】
本発明の嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントの繊度は15dtex以上、40dtex以下の範囲とすることが好ましい。
【0015】
本発明の嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントは、製織することにより、嗜好性飲料抽出フィルターに用いるのに好適な織物を製造することができる。
【0016】
織物の組織としては、平織物等が好適である。本発明において、嗜好性飲料抽出フィルター用織物としては、本発明のポリ乳酸モノフィラメントを、100%用いて製織してもよいし、一部に用いてもよい。好ましくは、40%以上用いることである。
【0017】
本発明の嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントを用いた織物は、飲料抽出フィルターとして用いたときに液切れがし易い点、フィルターの目ずれがしにくい点から、開口率は40%~70%が好ましい。
【0018】
本発明の嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントからなる織物を用いて、熱処理し、超音波シール法等によりシールして成形することにより、嗜好性飲料用フィルターとして用いることができる。
【0019】
本発明の嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントからなる織物は、シールしても生地強度を保持でき、成形性に優れているため、矩形で平面形状のもの、球形状のもの、三角錐形状のもの、四つ手網型のもの、その他、多面体形状のものなど、様々な立体形状の嗜好性飲料抽出フィルターを容易に得ることができる。
【0020】
本発明の嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントからなる織物を用いて得られる飲料抽出フィルターは、紅茶、麦茶、烏龍茶、ジャスミン茶、緑茶、コーヒー等の種々の嗜好性飲料に好適に用いることができる。
【0021】
本発明における嗜好性飲料抽出フィルター用モノフィラメントの好適な製造方法の例を以下に示す。
図1は、本発明の嗜好性飲料抽出フィルター用モノフィラメントを製造工程の概略を説明する図である。図1を用いて、製造工程の概要を説明する。図1(a)は溶融紡糸装置、図1(b)は延伸熱処理装置を示し、これらの装置を用いて、溶融紡糸工程および延伸熱処理工程を経て本発明の嗜好性飲料抽出フィルター用モノフィラメントを得ることができる。
まず、図1(a)は溶融紡糸装置において、上記のポリ‐L‐乳酸を溶融し、ギアポンプにて計量し、紡糸口金1より吐出する。吐出された糸条3は、引き続き、チムニー2(冷却装置)から送風される冷却風により冷却され、糸収束給油ガイド4から油剤が付与された後、第1引取りローラー5に引取られ、さらに第2ローラー6に引取られた後、未延伸モノフィラメント7として巻き取られる。
次に、図1(b)の延伸熱処理装置において、未延伸モノフィラメント7を、フィードローラー8、加熱したホットローラー(ロールヒーター9)を経て、続いて加熱した接触式のプレートヒーター10、非加熱のドローローラー11を介して延伸し、本発明のポリ乳酸モノフィラメント(延伸モノフィラメント12)を得ることができる。
上記において、紡糸口金は、L/D(mm/mm)=0.35/0.35~0.75/0.75であることが好ましい。
溶融紡糸工程において、紡糸温度(紡糸口金から吐出する温度)は、ポリ乳酸の融点や製糸性の観点から、210℃以上、260℃以下が好ましく、220℃以上、255℃以下がより好ましい。紡糸速度(引取りローラーによって引き取られる繊維の速度)は2000m/min以上、4500m/min以下が好ましく、2500m/min以上、4000m/min以下が特に好ましい。かかる範囲で一旦引き取り得られた未延伸モノフィラメントを、引き続き延伸・熱処理を行う。
また、延伸熱処理工程において、延伸温度は、繊維の白化抑制や製糸性の観点から70℃以上、110℃以下が好ましい。延伸倍率は、紡糸速度、要求物性、製糸性の観点から適切に選択され、ホットローラー(ロールヒーター9)と非加熱のドローローラー11間で1.2倍以上、3倍以下に延伸することが好ましい。中でも、1.4倍以上、2.5倍以下が特に好ましい。熱処理工程は、ホットローラー(ロールヒーター9)と非加熱のドローローラー11の間に設置したプレートヒーター10で行い、要求される物性やポリ乳酸の融点の観点から、140℃以上、165℃以下が好ましい。これにより、延伸熱処理装置の小型化が可能であり、操作性も向上する。
次に、得られたポリ乳酸モノフィラメントを製織し、超音波シール法等によりシールし、三角錐形状等適宜の形状に成形して、嗜好性飲料抽出フィルターを得ることができる。
【実施例
【0022】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は以下に述べる実施例に限定されるものではない。なお、各種物性測定および評価方法は以下の方法である。
【0023】
<相対粘度(ηrel)>
フェノール/1,1,2,2,-テトラクロロエタン=60/40(質量比)の混合溶媒に試料を0.5g/50mlの濃度になるよう溶解し、温度20℃においてオストワルド型粘度計を用いて測定した。
<強度、伸度>
JIS L 1013に準じ、島津製作所製のAGS-1KNGオートグラフ引張試験機を用い、試料糸長20cm、定速引張速度20cm/minの条件で測定する。荷重-伸び曲線での荷重の最高値を繊度で除した値を強度(cN/dtex)とし、そのときの伸び率を伸度(%)とする。
<沸騰水収縮率>
初期値50cmの試料に初期荷重200mgを掛けて沸騰水中に20分間浸漬し、5分間風乾した後、次式により沸騰水収縮率を求めた。
沸騰水収縮率(%)={(初期試料長―収縮後の試料長)}/(初期試料長×100)
<製糸性>
20kgの糸を製造した際の糸切れ回数で製糸性を評価し、下記の基準で○を合格とした。
○:糸切れ1回以下
△:糸切れ回数が1回を超え、3回未満
×:糸切れ回数が3回以上
<製織性>
織物を作製した際、100m(換算値)当たりの停台回数を求め、0~2回を合格とし、それ以上は不合格とした。
【0024】
〔実施例1〕
ポリ‐L‐乳酸比率が98.6%のポリ乳酸樹脂を溶融紡糸装置に供給し、穴径0.45mmの紡糸口金を用いて、紡糸温度240℃、紡糸速度2500m/minの紡糸条件で溶融紡糸し、未延伸ポリ乳酸モノフィラメントを巻き取った。
続いて、この巻き取った未延伸ポリ乳酸モノフィラメントを90℃に加熱したホットローラーと非加熱ローラー間で2.055倍に延伸するとともに、当該ローラー間に設置された150℃に加熱した接触式ヒーターを用いて熱処理し、33dtexの嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントを得た。
得られたポリ乳酸モノフィラメントを、経密度100本/2.54cm、緯密度100本/2.54cmの条件で平織組織にて製織し織物を得た。得られた織物を精練し、140℃で熱処理し、フィルター用織物を得た。得られたフィルター用織物を、超音波シール法により三角錐形状に成形し、嗜好性飲料抽出用フィルターを製造した。
【0025】
〔実施例2〕
紡糸速度を3000m/minに、延伸倍率を1.683倍にした以外、実施例1と同様の方法で33dtexの嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントを得て、実施例1と同様に、嗜好性飲料抽出用フィルターを製造した。
【0026】
〔実施例3〕
紡糸速度を3000m/minに、延伸倍率を1.733倍にした以外、実施例1と同様の方法で33dtexの嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントを得て、実施例1と同様に、嗜好性飲料抽出用フィルターを製造した。
【0027】
〔実施例4〕
紡糸速度を3300m/min、延伸倍率を1.486倍にした以外、実施例1と同様の方法で33dtexの嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントを得て、実施例1と同様に、嗜好性飲料抽出用フィルターを製造した。
【0028】
〔実施例5~8〕
紡糸速度を3500m/minに、延伸倍率を1.534倍に変更し、延伸温度を表1に示す条件にした以外、実施例1と同様の方法で33dtexの嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントを得て、実施例1と同様に、嗜好性飲料抽出用フィルターを製造した。
【0029】
〔実施例9〕
紡糸速度を4000m/min、延伸倍率を1.534倍にした以外、実施例1と同様の方法で33dtexの嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントを得て、実施例1と同様に、嗜好性飲料抽出用フィルターを製造した。
【0030】
〔比較例1~5〕
紡糸速度、延伸倍率、延伸温度、延伸時の熱処理温度を表2記載の通りにする以外は、実施例1と同様の方法で、嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントを得て、嗜好性飲料抽出用フィルターの製造を試みた。
【0031】
実施例1~9で得られた嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントは、製糸性、製織性とも良好であり、強度と伸度のバランスに優れ、沸騰水収縮率も10%以下である嗜好性飲料フィルター用モノフィラメントであった。得られた嗜好性飲料フィルター用モノフィラメントから、嗜好性飲料抽出用フィルターを製造した場合においても、寸法安定性に優れ、開口ずれや布目曲りのない優れた品位であった。また、フィルター用織物とするに当たり、加工時の加工性はポリエステルやポリアミドと同等のものであった。
【0032】
一方、比較例1は熱処理温度が低いものであり、得られたポリ乳酸モノフィラメントは、沸騰水収縮率が高く、寸法安定性に劣るものだった。得られたフィルター用織物は、実施例品と比べて、目ずれし易く、寸法法安定性に劣ったものであった。
【0033】
比較例2は延伸温度が高いものであり、延伸・熱処理工程での糸切れが多発し、ポリ乳酸モノフィラメントの採取が困難なものであった。
【0034】
比較例3は延伸温度が低いものであり、延伸・熱処理工程後に得られたポリ乳酸モノフィラメントの一部に白化が見られ、物性に劣るものとなった。また製織性にも劣ったものであった。
【0035】
比較例4は紡糸速度が遅いものであり、紡糸工程や延伸・熱処理工程での糸切れが多く、製糸性に劣るものだった。また、得られたフィルター用織物は、実施例品と比べて、目ずれし易く、寸法法安定性に劣ったものであった。
【0036】
比較例5はポリ‐L‐乳酸比率が低いものであるため、ポリ乳酸モノフィラメントの採取が困難なものであった。
【0037】
【表1】
【0038】
【表2】
【0039】
実施例1~9のように、紡糸速度を設定して未延伸糸ポリ乳酸モノフィラメントを巻取り、一旦巻き取った未延伸糸乳酸モノフィラメントを延伸、熱処理することにより、沸騰水収縮率が低く、適切な強度、伸度の乳酸モノフィラメントを生産性よく得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【0040】
本発明の嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントは、強度、伸度のバランスが良く、沸騰水収縮率が低い物性を有し、製織等の後工程でも、ポリエステル、ナイロン繊維並みの加工性を持った嗜好性飲料抽出フィルター用ポリ乳酸モノフィラメントを得ることができる。
【符号の説明】
【0041】
1 紡糸口金
2 チムニー
3 糸条
4 収束給油ガイド
5 第1引取りローラー
6 第2引取りローラー
7 未延伸モノフィラメント
8 フィードローラー
9 ロールヒーター
10 プレートヒーター
11 ドローローラー
12 延伸モノフィラメント
a 溶融紡糸装置
b 延伸熱処理装置
図1