(57)【要約】【課題】吸放湿性の高いセルロース繊維及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の吸放湿性セルロース繊維は、天然セルロース繊維にカルボン酸塩を化学結合させ、Ｘ線回折図の１８〜２５deg(2Θ)において双耳ピークを示すセルロースII型とする。本発明の吸放湿性セルロース繊維の製造方法は、天然セルロース繊維に電子線照射する工程と、前記繊維にカルボン酸基を含む化合物を接触させて化学結合させる工程と、アルカリ水溶液によるマーセル加工工程とを含む。【選択図】図１
2014133963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然セルロース繊維に、カルボン酸塩を化学結合させたセルロース繊維であって、
前記セルロース繊維は、Ｘ線回折図の１８〜２５deg(2Θ)において双耳ピークを示すセルロースII型を含むことを特徴とする吸放湿性セルロース繊維。
【請求項２】
前記セルロースII型はマーセル加工により発現する請求項１に記載の吸放湿性セルロース繊維。
【請求項３】
前記カルボン酸塩は（メタ）アクリル酸塩である請求項１に記載の吸放湿性セルロース繊維。
【請求項４】
前記化学結合による重量増加率は、０．１〜５０重量％である請求項１〜３のいずれか１項に記載の吸放湿性セルロース繊維。
【請求項５】
前記吸放湿性セルロース繊維は、わた、不織布、糸又は生地の状態である請求項１〜４のいずれか１項に記載の吸放湿性セルロース繊維。
【請求項６】
天然セルロース繊維に電子線照射する工程と、
前記繊維にカルボン酸基を含む化合物を接触させて化学結合させる工程と、
アルカリ水溶液によるマーセル加工工程を含むことを特徴とする吸放湿性セルロース繊維の製造方法。
【請求項７】
前記マーセル加工はわた、不織布、糸又は生地の状態で処理する請求項６に記載の吸放湿性セルロース繊維の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、親水性成分の化学結合とマーセル加工をした吸放湿性セルロース繊維及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸放湿性繊維は吸湿時に発熱を伴うことから、温かい繊維として知られている。吸湿発熱性は、乾燥した繊維が湿気（水分）を吸収する際に発熱する性質であり、例えば昼間天日に当てた布団を室内に取り込んで、数時間経過し室温と同じ温度になっていても、人体の皮膚を当てると暖かく感ずる現象として知られている。
【０００３】
従来、吸湿発熱性繊維の製造方法として、下記特許文献１〜２には、アクリル系繊維のヒドラジン架橋処理、加水分解処理及びカルボキシル基の塩型への転換からなる高吸放湿性繊維及びその製造方法が提案されている。しかし、これらの提案はアクリル系繊維そのものの改質であり、他の繊維に応用することは困難であった。本出願人は、下記特許文献３において、セルロース繊維に、カルボン酸塩等を化学結合させた吸湿発熱性セルロース繊維を提案している。
【０００４】
一方、天然セルロース繊維のマーセル加工（シルケット加工とも言う）は、接触冷感を高めるもの（特許文献４）、ストレッチ性、ドレープ性、軽量感を付与するもの（特許文献５）、嵩高性を維持するもの（特許文献６）等が提案されているが、吸放湿性の改良はなされていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平5-132858号公報
【特許文献２】特開2003-089971号公報
【特許文献３】特開2012-149360号公報
【特許文献４】特開2010-281002号公報
【特許文献５】特開2001-348755号公報
【特許文献６】特開平11-100738号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、さらに高い吸放湿性セルロース繊維の要求があるが、従来技術ではこのような要求に応ずることはできなかった。
【０００７】
本発明は、前記従来の技術を解決するため、吸放湿性のさらに高いセルロース繊維及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の吸放湿性セルロース繊維は、天然セルロース繊維に、カルボン酸塩を化学結合させたセルロース繊維であって、前記セルロース繊維は、Ｘ線回折図の１８〜２５deg(2Θ)において双耳ピークを示すセルロースII型を含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明の吸放湿性セルロース繊維の製造方法は、天然セルロース繊維に電子線照射する工程と、前記繊維にカルボン酸基を含む化合物を接触させて化学結合させる工程と、アルカリ水溶液によるマーセル加工工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、天然セルロース繊維に、カルボン酸塩を化学結合させ、かつＸ線回折図の１８〜２５deg(2Θ)において双耳ピークを示すセルロースII型を含むことにより、従来にはない高い吸放湿性セルロース繊維及びその製造方法を提供できる。ここでＸ線回折図の１８〜２５deg(2Θ)において双耳ピークを示すセルロースII型のセルロース繊維は、マーセル加工することにより得られる。本発明は前記化学結合と前記マーセル加工を組み合わせることにより、相乗的に吸放湿性を向上したセルロース繊維を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は本発明の実施例と比較例の吸放湿性試験のグラフである。
【図２】図２はセルロース繊維の一般的なＸ線回折図であり、(a)は天然セルロース(I型)、(b)はマーセル化セルロース(II型)、(c)はレーヨンなどの人工セルロース(II型)を示す。
【図３】図３は本発明の実施例１で得られた繊維のＸ線回折図である。
【図４】図４は本発明の実施例２で得られた繊維のＸ線回折図である。
【図５】図５は比較例１の繊維のＸ線回折図である。
【図６】図６は比較例２で得られた繊維のＸ線回折図である。
【図７】図７は比較例３で得られた繊維のＸ線回折図である。
【図８】図８は比較例４で得られた繊維のＸ線回折図である。
【図９】図９は本発明の実施例と比較例の乾燥試験のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明者は、天然セルロース繊維にカルボン酸塩を化学結合させ、アルカリ水溶液によるマーセル加工をすると、驚くべきことに吸放湿性が相乗的に向上することを見出した。
【００１３】
本発明のセルロース繊維は、木綿、麻（亜麻、ラミー、ジュート、ケナフ、大麻、マニラ麻、サイザル麻、ニージーランド麻を含む）、カポック、バナナ、ヤシなどの天然繊維である。繊維は、糸、綿（ワタ）、スライバー、不織布、生地、その他のシート類等のいずれでも良く、また、生地の形態としては、織物、編物等いかなるものであっても良い。
【００１４】
本発明のセルロース繊維は、Ｘ線回折図の１８〜２５deg(2Θ)において双耳(２山)ピークを示すセルロースII型を含む。図２はセルロース繊維の一般的なＸ線回折図であり(セルロース学会編「セルロースの事典」,2000年11月10日,朝倉書店,214頁)、(a)は天然セルロース(I型)、(b)はマーセル化セルロース(II型)、(c)はレーヨンなどの人工セルロース(II型)を示す。本発明のセルロース繊維は(b)線グラフである。マーセル化セルロース(II型)は人工セルロース(II型)に比べて、高い位置で２山ピークを示す。したがって双耳峰ピークということができる。
【００１５】
前記セルロースII型はマーセル加工により発現する。マーセル加工とは、一例として木綿糸又は木綿布を、無緊張下で水酸化ナトリウム水溶液に浸漬又は接触させ、水洗し、中和処理する加工である。水酸化ナトリウムの濃度は１５〜２５重量％が好ましく、浸透剤を併用しても良い。浸透剤を併用しない場合の処理時間は１０〜３０時間程度が好ましく、浸透剤を併用する場合は１０〜６０分が好ましい。処理温度は０〜２５℃の範囲が好ましい。浸透剤はINVADINE650（ハンツマン・ジャパン株式会社製）等がある。浸透剤の添加量は０．１〜１％ows（on the weight of solution）が好ましい。
【００１６】
本発明においては、繊維にカルボン酸塩を化学結合により固定する。カルボン酸塩としてはアクリル酸塩が好ましい。化学結合による重量増加率は、０．１〜５０重量％であるのが好ましい。この範囲であると親水性は高く保持できる。
【００１７】
本発明においては、繊維に電子線照射する工程と、前記繊維にカルボン酸を含む有機基含有化合物を接触させて化学結合、好ましくはグラフト結合させる工程を含む。電子線照射工程は、カルボン酸を含む有機基含有化合物を接触させる工程の前及び／又は後であっても良い。いずれの順序としてもグラフト結合させることができる。
【００１８】
カルボン酸を含む有機基物質として、例えばアクリル酸を使用した場合、セルロース繊維に電子線を照射すると、下記（化１）は下記（化２）及び／又は（化３）のようにセルロースにアクリル酸がグラフト結合し、次いで中和処理により下記（化４）及び／又は（化５）に示すようにカルボン酸塩となると推測される。下記化学式において、Cellはセルロースを示す。
【００１９】
【化１】
2014133963.tif 000003
【００２０】
【化２】
2014133963.tif 000004
【００２１】
【化３】
2014133963.tif 000005
【００２２】
【化４】
2014133963.tif 000006
【００２３】
【化５】
2014133963.tif 000007
【００２４】
電子線を照射する場合、通常は１〜２００ｋＧｙ、好ましくは５〜１００ｋＧｙ、より好ましくは１０〜５０ｋＧｙの照射量が達成されればよい。雰囲気条件は、窒素雰囲気下で照射を行うことが好ましく、また、素材の片面に照射するだけでもよい。電子線照射装置としては市販のものが使用可能であり、例えば、エレクトロカーテン又はエリアビーム型電子線照射装置としてＥＣ２５０／１５／１８０Ｌ（アイ・エレクトロンビーム社製）、ＥＣ３００／１６５／８００（アイ・エレクトロンビーム社製）、ＥＰＳ３００（ＮＨＶコーポレーション社製）などが使用される。
【００２５】
電子線を照射した後、加工剤を付与する場合は加工剤を付与後、水洗により未反応成分を除去し、乾燥が行われる。また、電子線照射前又は電子線照射と同時に加工剤を付与する場合は、そのまま水洗により未反応成分を除去し、乾燥が行われる。乾燥は例えば、素材を２０〜８５℃で０．５〜２４時間保持することによって達成される。
【００２６】
本発明においては、予め繊維素材に対して放射線を照射した後、上記のように加工剤を付与することが好ましく、さらに加工剤を付与後に再度放射線を照射することが特に好ましい。これによって、ラジカル重合性化合物の繊維素材へのグラフト結合による化学的結合が促進され、吸湿発熱性がより有効に発現する。グラフト結合による化学的結合は、蛍光Ｘ線分析法を採用する装置、例えば走査型蛍光Ｘ線分析装置ＺＳＸ １００ｅ（（株）リガク製）によって、吸湿剤に含有される特定元素の存在を確認することによって検知できる。特定元素は例えばナトリウムである。
【００２７】
本発明で得られるセルロース繊維のグラフト化物の割合（グラフト率）は下記の式によって算出できる。
グラフト率(owf%)＝[(EB加工後の生地重量−EB加工前の生地重量)/(EB加工前の生地重量)]×100
但し、ＥＢ加工とは、電子線照射をして（メタ）アクリル酸塩をセルロース繊維に共有結合させる加工のことである。また、owfはon the weight of fiberの略である。
【実施例】
【００２８】
以下実施例により、本発明をさらに具体的に説明する。なお本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００２９】
（実施例１〜２、比較例１〜４）
＜アクリル酸グラフト綿の作製＞
原綿１５ｇをエレクトロカーテン型電子線照射装置ＥＣ２５０／１５／１８０Ｌ（（株）アイ・エレクトロンビーム製）にて加速電圧２５０ｋＶで、窒素雰囲気下、４０ｋＧｙ照射した。電子線照射した綿をアクリル酸（ナカライテスク株式会社製）８重量％、ＩＮＶＡＤＩＮＥ６５０（浸透剤）（ハンツマン・ジャパン株式会社製）０．５重量％、ＨＴ−１５０Ｄ（大阪ケミカル工業株式会社製）（消泡剤）０．１重量％の水溶液２００ｍＬを付与し、２分間静置した。その後、マングルでスライバー質量に対して約１００重量％のピックアップ率となるように絞った。その後、未反応のアクリル酸を除去するため、水洗し、乾燥することによりアクリル酸グラフト率３０重量％の綿を得た。なお、グラフト率は、加工前後の質量差より算出した。
【００３０】
また、アクリル酸グラフト率４０重量％品の綿は、電子線照射後、アクリル酸薬液を付与した後の静置時間を２分から５分にすること以外は、上記と同様の処理を行うことにより得た。
【００３１】
＜アクリル酸グラフト綿を使用した編地の作製＞
上記のように作製したアクリル酸グラフト綿（グラフト率３０重量％及び４０重量％）、未処理綿を一般財団法人  ボーケン品質評価機構にてクイックスピンによる糸の作製及びその糸を用いて１３Ｇで編地を編み立てた。
【００３２】
＜アクリル酸グラフト綿を使用した編地のマーセル化＞
ボーケン品質評価機構にて作製した各種編地（未加工、アクリル酸グラフト率３０重量％、アクリル酸グラフト率４０重量％）に対して、水酸化ナトリウム（ナカライテスク株式会社製）２０重量％、ＩＮＶＡＤＩＮＥ６５０（浸透剤）（ハンツマン・ジャパン株式会社製）０．５重量％を浴比１：１０で常温にて付与し、十分に編地に浸透させた。浸透後、十分水洗し、乾燥することにより、未処理、アクリル酸グラフト率３０重量％及び４０重量％の綿を使用した編地のマーセル化品 (未処理マーセル化品、グラフト率３０重量％マーセル化品及びグラフト率４０重量％マーセル化品) を得た。
【００３３】
＜編地の晒し処理＞
水酸化ナトリウム（ナカライテスク株式会社製）水溶液、３０重量％過酸化水素水（ナカライテスク株式会社製）およびスタビライザーＷＣ（安定化剤）（クラリアント株式会社製）の水中混合液中で前記試料（未処理、アクリル酸グラフト率３０重量％、アクリル酸グラフト率４０重量％、未処理マーセル化品、アクリル酸グラフト率３０重量％マーセル化品及びアクリル酸グラフト率４０重量％マーセル化品）を９８℃で３０分処理後、湯洗、水洗を行った（浴比は１：１５）。前記混合液中、水酸化ナトリウムの濃度は、３ｇ／Ｌ、３０％過酸化水素水の濃度は５ｍＬ／Ｌ、スタビライザーの濃度は１ｇ／Ｌであった。次に、前記試料を酢酸（ナカライテスク株式会社製）およびチオ硫酸ナトリウム・五水和物（ナカライテスク株式会社製）の水中混合液で、６０℃で１０分処理後、湯洗、水洗を行い（浴比は１：１５）、各試料の晒し上り品とした。前記混合液中、酢酸の濃度は１ｍＬ／Ｌ、チオ硫酸ナトリウム・五水和物の濃度は３ｇ／Ｌであった。以上をまとめると次のようになる。
(1)実施例１:アクリル酸グラフト率３０重量％マーセル化品
(2)実施例２:アクリル酸グラフト率４０重量％マーセル化品
(3)比較例１:未加工品
(4)比較例２:アクリル酸グラフトなし、マーセル化品
(5)比較例３:アクリル酸グラフト率３０重量％品
(6)比較例４:アクリル酸グラフト率４０重量％品
【００３４】
＜吸放湿性試験＞
吸湿条件：３０℃、９０％ＲＨ
放湿条件：２０℃、６５％ＲＨ
測定方法
(1)所定の大きさの試料を秤量瓶に採取した。
(2)試料を秤量瓶に入れたまま、１１０℃で２時間以上乾燥後の重量を絶乾重量(W0)とした。
(3)３０℃、９０％ＲＨに調整した恒温恒湿槽内に試料を吊り下げ、15〜1380分経過時に試料を取り出し、秤量瓶に入れ、その重量を測定した。試料重量をW1とする。
(4)引き続き２０℃、６５％ＲＨに調整した恒温恒湿槽内に試料を吊り下げ、15〜240分経過時に試料を取り出し、秤量瓶に入れ、その重量を測定した。試料重量をW1とする。
水分率は次の式によって求めた。
水分率（％）＝［（W1−W0）／W0］×１００
【００３５】
以上の条件と結果をまとめて表１〜２に示す。また、図１に吸放湿性データをグラフで示す。
【００３６】
【表１】
2014133963.tif 000008
【００３７】
【表２】
2014133963.tif 000009
【００３８】
表１〜２及び図１から次のことがわかる。
(1)比較例１：天然セルロース繊維の一例である綿(コットン)は、絶乾状態から吸湿時の最高水分率までの差は１１．２％であり、放湿時に平衡状態になるまでの水分率の差は２．６％である。
(2) 比較例２：木綿(コットン)のマーセル化処理物は、絶乾状態から吸湿時の最高水分率までの差は１４．９％であり、放湿時に平衡状態になるまでの水分率の差は３．８％である。
(3) 比較例３：木綿(コットン)にアクリル酸ナトリウムを３０重量％結合させたものは、絶乾状態から吸湿時の最高水分率までの差は２２．７％であり、放湿時に平衡状態になるまでの水分率の差は１０．２％である。
(4) 比較例４：木綿(コットン)にアクリル酸ナトリウムを４０重量％結合させたものは、絶乾状態から吸湿時の最高水分率までの差は２３．２％であり、放湿時に平衡状態になるまでの水分率の差は９．７％である。
(5) 実施例１：木綿(コットン)にアクリル酸ナトリウムを３０重量％結合させ、その後にマーセル加工したものは、絶乾状態から吸湿時の最高水分率までの差は３７．５％であり、放湿時に平衡状態になるまでの水分率の差は１７．１％である。
(6) 実施例２：木綿(コットン)にアクリル酸ナトリウムを４０重量％結合させ、その後にマーセル加工したものは、絶乾状態から吸湿時の最高水分率までの差は４４．０％であり、放湿時に平衡状態になるまでの水分率の差は２０．９％である。
以上をまとめると表３のとおりとなる。
【００３９】
【表３】
2014133963.tif 000010
表３から実施例品は、比較例品に比較して、吸放湿性が高いことが確認できた。これは親水性成分の化学結合とマーセル加工との相乗的効果によるものと考えられる。なお、絶乾状態から吸湿時の最高水分率までの差の好ましくは２５％以上、特に好ましくは３０％以上である。上限は特に定められるものではないが５０％程度である。また、放湿時に平衡状態になるまでの水分率の差の好ましくは１２％以上、特に好ましくは１５％以上である。上限は特に定められるものではないが３０％程度である。
【００４０】
各実施例及び比較例で得られた繊維のＸ線回折測定結果を下記に示す。なおＸ線回折測定方法はスペクトリス社製、Ｘ線回折装置、Ｘ‘Ｐｅｒｔ  ＭＲＤを使用し、管電圧:45kV，管電流:40mA,測定範囲:4〜40°,Ｘ線管:Cuの条件で測定した。
(1)実施例１で得られた繊維：図３
(2)実施例２で得られた繊維：図４
(3)比較例１の繊維：図５
(4)比較例２で得られた繊維：図６
(5)比較例３で得られた繊維：図７
(6)比較例４で得られた繊維：図８
図３〜４に示すように本発明の実施例１及び実施例２のセルロース繊維は、Ｘ線回折図の１８〜２５deg(2Θ)において双耳(２山)ピークを示し、図２ (b)のマーセル化セルロース(II型)を含むものであった。これに対して比較例１,３〜４（図５,７〜８）はI型であった。比較例２（図６）はアクリル酸グラフトなし、マーセル化品であったので、マーセル化セルロース(II型)であった。
【００４１】
＜洗濯乾燥性試験＞
実施例１〜２及び比較例１〜４の各試料を水を用いて全自動洗濯機で洗濯後、室温にて吊り干しし、経時的に水分率を測定した。
水分率（％）＝（所定時間後重量−乾燥時重量）／（乾燥時重量）Ｘ１００
結果を図９に示す。洗濯乾燥性試験の結果から、実施例１及び２では脱水直後の水分率が非常に高い。また、乾燥速度も非常に遅い。したがって、保水性が高いことがわかる。
【００４２】
＜吸湿発熱性試験＞
比較例１：未処理（５ｃｍＸ５．５ｃｍ編地の重量：０．４４８ｇ、０．４２２ｇ）
比較例２：グラフト３０重量％（５ｃｍＸ５．５ｃｍ編地の重量：０．２８２ｇ、０．３０３ｇ）
比較例３：グラフト４０重量％（５ｃｍＸ５．５ｃｍ編地の重量：０．２５０ｇ、０．２６３ｇ）
比較例４：未処理マーセル化（５ｃｍＸ５．５ｃｍ編地の重量：０．５３８ｇ、０．５７９ｇ）
実施例１：グラフト３０重量％マーセル化（５ｃｍＸ５．５ｃｍ編地の重量：０．５２６ｇ、０．５３３ｇ）
実施例２：グラフト４０重量％マーセル化（５ｃｍＸ５．５ｃｍ編地の重量：０．４２２ｇ、０．４２２ｇ）
【００４３】
（１）試料生地を縦５ｃｍ、横５．５ｃｍに切り、生地が温湿度センサーを完全に覆う程度の袋を作った。
（２）上記生地を７０℃で乾燥させた。
（３）発泡スチロール製の箱にお湯（約４０℃）を入れ、３０℃以上９０％ＲＨ以上の雰囲気を作った。
（４）生地（比較生地（未処理）と対象生地）を温度センサーに被せて、チャック付きビニール袋内にシリカゲルシート上で湿度が１０％ＲＨ以下に調湿すると共に比較生地と対象生地の温度がほぼ同じになるまで待った。
（５）（３）の雰囲気中に（４）の試料を素早く移し、１０秒ごとに１０分間の温度の経時変化を記録した。
試験結果を表４に示す。
【００４４】
【表４】
2014133963.tif 000011
【００４５】
表４に示すように、本発明の実施例１及び２のグラフト化＋マーセル化のセルロース繊維は最大温度差が高かった。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の吸放湿性セルロース繊維は、衣料、カーペット、壁紙、椅子張り、寝具類などに適用できる。
【図１】
2014133963.tif 000012
【図２】
2014133963.tif 000013
【図３】
2014133963.tif 000014
【図４】
2014133963.tif 000015
【図５】
2014133963.tif 000016
【図６】
2014133963.tif 000017
【図７】
2014133963.tif 000018
【図８】
2014133963.tif 000019
【図９】
2014133963.tif 000020