(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ｓ１）セルロースパルプ及びＮ−メチルモルホリン−Ｎ−オキシド（Ｎ−ｍｅｔｈｙｌｍｏｒｐｈｏｌｉｎｅ−Ｎ−ｏｘｉｄｅ；ＮＭＭＯ）水溶液を含むリヨセル紡糸ドープを、多数のホールを有する単位ホールが多数形成された紡糸口金を介して紡糸する段階と、
（Ｓ２）前記（Ｓ１）段階で紡糸されたリヨセル紡糸ドープを凝固させてリヨセルマルチフィラメントを得る段階と、
（Ｓ３）前記（Ｓ２）段階で得られたリヨセルマルチフィラメントを水洗する段階と、
（Ｓ４）前記（Ｓ３）段階で水洗されたリヨセルマルチフィラメントをエマルション処理する段階と、
（Ｓ５）前記（Ｓ４）段階でエマルション処理されたリヨセルマルチフィラメントをクリンピングしてインチあたり２５〜６０個のクリンプが与えられたクリンプトウ（ｃｒｉｍｐｅｄ  ｔｏｗ）を得る段階とを含んでなり、
前記リヨセルマルチフィラメントは、その断面が異形断面であるモノフィラメントからなり、
前記異形断面は多数の突起を含み、
前記多数の突起は、仮想の第１円、及び該仮想の第１円の内部に含まれている仮想の第２円と接するが、前記仮想の第２円を中心部として一体型に形成され、その末端が前記仮想の第１円と接する形状を有するものであり、
仮想の第１円の半径（Ｌ１）と仮想の第２円の半径（Ｌ２）との比率（Ｌ１／Ｌ２）が１．５〜５．０を満足することを特徴とする、タバコフィルター用異形断面リヨセル素材の製造方法。
【請求項２】
前記段階（Ｓ１）におけるリヨセル紡糸ドープは、紡糸ドープの総重量を基準にセルロースパルプ６〜１６重量％；及びＮ−メチルモルホリン−Ｎ−オキシド水溶液８４〜９４重量％を含むことを特徴とする、請求項１に記載のタバコフィルター用異形断面リヨセル素材の製造方法。
【請求項３】
前記セルロースパルプは、パルプの総重量を基準にα−セルロースの含有量が８５〜９７重量％であり、重合度（ＤＰｗ）が６００〜１７００であることを特徴とする、請求項２に記載のタバコフィルター用異形断面リヨセル素材の製造方法。
【請求項４】
前記（Ｓ２）段階の凝固は、冷却空気を紡糸ドープに供給して凝固させるエアクエンチング（ａｉｒ  ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ、Ｑ／Ａ）による１次凝固段階；及び１次凝固した紡糸ドープを凝固液に浸漬して凝固させる２次凝固段階を含むことを特徴とする、請求項１に記載のタバコフィルター用異形断面リヨセル素材の製造方法。
【請求項５】
前記エアクエンチングは、４〜１５℃の温度及び５〜５０ｍ／ｓの風速を有する冷却空気を紡糸ドープに供給して凝固させることを特徴とする、請求項４に記載のタバコフィルター用異形断面リヨセル素材の製造方法。
【請求項６】
前記凝固液は、その温度が３０℃以下であることを特徴とする、請求項４に記載のタバコフィルター用異形断面リヨセル素材の製造方法。
【請求項７】
前記（Ｓ５）段階は、エマルション処理されたリヨセルマルチフィラメントをスタッファーボックス（ｓｔｕｆｆｅｒ  ｂｏｘ）を用いてクリンピングして、インチあたり２５〜６０個のクリンプが与えられたクリンプトウを得る段階であることを特徴とする、請求項１に記載のタバコフィルター用異形断面リヨセル素材の製造方法。
【請求項８】
前記（Ｓ５）段階は、リヨセルマルチフィラメントにスチームを供給し、圧力を加えてクリンピングすることを特徴とする、請求項１に記載のタバコフィルター用異形断面リヨセル素材の製造方法。
【請求項９】
前記（Ｓ５）段階は、スチーム圧が０．０５〜２．０ｋｇｆ／ｃｍ２となるようにスチームを供給し、プレスローラー（Ｐｒｅｓｓ  ｒｏｌｌｅｒ）を用いてリヨセルマルチフィラメントを１．０〜４．０ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で圧着してクリンピングすることを特徴とする、請求項８に記載のタバコフィルター用異形断面リヨセル素材の製造方法。
【請求項１０】
前記紡糸口金は、３つのホールを有する単位ホールが多数形成された紡糸口金であり、前記リヨエルマルチフィラメントは、仮想の第１円及び仮想の第２円と前記モノフィラメントの断面との接点が３つであることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のタバコフィルター用異形断面リヨセル素材の製造方法。
【請求項１１】
セルロースパルプ及びＮ−メチルモルホリン−Ｎ−オキシド（Ｎ−ｍｅｔｈｙｌｍｏｒｐｈｏｌｉｎｅ−Ｎ−ｏｘｉｄｅ；ＮＭＭＯ）水溶液を含むリヨセル紡糸ドープを紡糸して得たリヨセルマルチフィラメントをクリンピングして、インチあたり２５〜６０個のクリンプが与えられたクリンプトウを得ることで製造され、
前記リヨセルマルチフィラメントは、その断面が異形断面であるモノフィラメントからなり、
前記異形断面は多数の突起を含み、
前記多数の突起は、仮想の第１円、及び該仮想の第１円の内部に含まれている仮想の第２円と接するが、前記仮想の第２円を中心部として一体型に形成され、その末端が前記仮想の第１円と接する形状を有するものであり、
仮想の第１円の半径（Ｌ１）と仮想の第２円の半径（Ｌ２）との比率（Ｌ１／Ｌ２）が１．５〜５．０を満足することを特徴とする、タバコフィルター用異形断面リヨセル素材。
【請求項１２】
前記リヨセル紡糸ドープは、紡糸ドープの総重量を基準にセルロースパルプ６〜１６重量％と、Ｎ−メチルモルホリン−Ｎ−オキシド水溶液８４〜９４重量％とを含むことを特徴とする、請求項１１に記載のタバコフィルター用異形断面リヨセル素材。
【請求項１３】
前記セルロースパルプは、パルプの総重量を基準にα−セルロースの含有量が８５〜９７重量％であり、重合度（ＤＰｗ）が６００〜１７００であることを特徴とする、請求項１２に記載のタバコフィルター用異形断面リヨセル素材。
【請求項１４】
前記リヨセル素材は、下記式１で定義される空間占有率が１５０〜４００％であることを特徴とする、請求項１１に記載のタバコフィルター用異形断面リヨセル素材。
（式１）空間占有率（％）＝（仮想の第１円の面積／リヨセル繊維に含まれているモノフィラメントの断面積）×１００
【請求項１５】
前記仮想の第１円は半径（Ｌ１）が８〜３０μｍであることを特徴とする、請求項１１に記載のタバコフィルター用異形断面リヨセル素材。
【請求項１６】
前記仮想の第２円は半径（Ｌ２）が３〜１２μｍであることを特徴とする、請求項１１に記載のタバコフィルター用異形断面リヨセル素材。
【請求項１７】
前記仮想の第１円及び前記仮想の第２円は、前記モノフィラメントの断面と接する接点が３つであることを特徴とする、請求項１１〜１６のいずれか一項に記載のタバコフィルター用異形断面リヨセル素材。
【請求項１８】
前記仮想の第１円と前記仮想の第２円とはその中心が同一であることを特徴とする、請求項１１〜１６のいずれか一項に記載のタバコフィルター用異形断面リヨセル素材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タバコフィルター用繊維に係り、より具体的には、従来よりも外部表面積及び空間占有率が向上したタバコフィルター用異形断面リヨセル素材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
成人の代表的嗜好品であるタバコ（Ｔｏｂａｃｃｏ）は、主にみじん切りしたタバコの葉をキセルに入れて吸うパイプタバコ、紙に巻いて作った糸巻きタバコ（ｃｉｇａｒｅｔｔｅ）、及び乾いたタバコ葉を丸ごとに巻いて作った葉巻きタバコ（ｃｉｇａｒ）に大別され、地域または流行によって鼻タバコ、水タバコ、噛みタバコ、電子タバコなどの多様な形態で存在する。特に、この中でも、紙巻きタバコは、通常「タバコ」と呼ばれるもので、初期にはタバコの両端が晒された両切りタバコの形であったが、漸次フィルタータバコの形で製造されている。
【０００３】
タバコフィルターの場合、初期には、タバコの葉が唾に付いてくるのを防止する目的で導入されたが、現在ではタールやニコチンなどの各種煙成分をフィルタリングする重要な役割をしている。タバコフィルターの材質としては、ウールや綿、レーヨンなどの繊維または紙が使用されることもあったが、最近では、セルロースアセテートなどの物質が主に用いられている。セルロースアセテートは、吸湿性、耐久性、通気性などに優れてフィルター素材に適するが、最近、国際的にセルロースアセテート原糸の価格が上昇しており、全量を輸入に依存している国では需給の不安定性をもたらしている。
【０００４】
セルロースアセテート繊維は、まず、原料であるセルロースアセテートのフレーク（Ｆｌａｋｅ）をアセトンなどの溶剤で溶解して紡糸原液（ｄｏｐｅ）を製造し、この紡糸原液を紡糸ノズル装置に供給した後、高温で吐出する乾式紡糸法によって得ることができる。特に、セルロースアセテート繊維をタバコフィルター用に使用するために、紡糸後の過程で繊維の総繊度を適当に設定し、クリンプバンドが形成された繊維トウとして完成した後、プラグ巻上装置（ｗｉｎｄｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ）によって開繊し、可塑剤を添着した後、ロッド（ｒｏｄ）形状に形成し、これを所定の長さに切断する。
【０００５】
一方、タバコは、フィルター部分を含めて喫煙過程で灰になってしまう部分を除いた残りの部分がゴミとして回収されているが、殆どはその処理のために埋め立てている。但し、場合によっては、ゴミとして回収されずに、自然環境中に放置されることもある。このようなことから、セルロースアセテートが本質的には生分解可能な物質であっても、土壌中に埋設した場合、１〜２年の間はその原型を維持していることを勘案すれば、必ずしもその生分解が良好であると保証することはできない。実際にも、土壌中に埋設されたタバコフィルターが完全に生分解されるまではかなり長い時間が要求される。
【０００６】
このような状況で、生分解性フィルタートウの製造のための様々な方法が提案されている。一例として、国際公開特許ＷＯ２０００−０５３８３２では、リン酸セルロース及びリン酸澱粉よりなる群から選ばれた少なくとも１種の化合物からなる生分解促進剤をセルロースアセテートに含有させて生分解性セルロースアセテート構造物及びタバコフィルターを提供しており、米国登録特許第８３２７８５６号では、マトリックス物質でカプセル化された弱い有機酸及びｐＨ８以下の無機エステル塩をセルロースアセテートトウと接触させて環境的に分解することができるタバコフィルターを提供している。
【０００７】
この他にも、セルロースアセテートの分解速度を増加させるための添加剤、生分解性を増加させるための低置換度（ＤＳ）のセルロースアセテート、並びにフィルタートウ原料としての ＰＨＢ（ｐｏｌｙ−ｈｙｄｒｏｘｙｂｕｔｙｒａｔｅ）／ＰＶＢ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ  ｂｕｔｙｒａｌ）及び澱粉などの生分解性ポリマーの複合材を使用する技術が多様に提案されている。それにも拘らず、達成できる生分解性の速度とフィルター材料により示される吸収プロファイルとタバコ味の特徴との間で受け入れられる折衝を達成することが容易ではないので、現在までは、商業的目的を満たすとともにゴミ問題を根本的に克服することが可能なフィルターを生産するための満足すべき解決策は微々たるのが実情である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、国際的に価格が上昇して需給に不安定性が存在するセルロースアセテートトウを代替することができるだけでなく、少ない量でもタバコフィルターに要求される基本物性を同等以上に実現すると同時に、優れた生分解特性を示すことができように、外部表面積が向上したタバコフィルター素材用リヨセル繊維を提供しようとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、既存の物性を維持しながらも生分解性の特性を示すタバコフィルター用素材を開発するために鋭意研究努力した結果、リヨセル繊維を利用するが、繊維の外部表面積と空間占有率の大きい異形断面形状を有するリヨセル繊維である場合、生分解性だけでなく、円形断面の繊維よりも少ない量でも従来のタバコフィルターに比べて同等以上の物性を示すことができることを見出し、本発明を完成した。
【００１０】
本発明に係る好適な第１実施形態は、（Ｓ１）セルロースパルプ及びＮ−メチルモルホリン−Ｎ−オキシド（Ｎ−ｍｅｔｈｙｌｍｏｒｐｈｏｌｉｎｅ−Ｎ−ｏｘｉｄｅ；ＮＭＭＯ）水溶液を含むリヨセル紡糸ドープを、多数のホールを有する単位ホールが多数形成された紡糸口金を介して紡糸する段階と、（Ｓ２）前記（Ｓ１）段階で紡糸されたリヨセル紡糸ドープを凝固させてリヨセルマルチフィラメントを得る段階と、（Ｓ３）前記（Ｓ２）段階で得られたリヨセルマルチフィラメントを水洗する段階と、（Ｓ４）前記（Ｓ３）段階で水洗されたリヨセルマルチフィラメントをエマルション処理する段階と、（Ｓ５）前記（Ｓ４）段階でエマルション処理されたリヨセルマルチフィラメントをクリンピングしてクリンプトウ（ｃｒｉｍｐｅｄ  ｔｏｗ）を得る段階とを含み、前記リヨセルマルチフィラメントは、その断面が異形断面であるモノフィラメントからなり、前記異形断面は多数の突起を含み、前記多数の突起は、仮想の第１円、及び該仮想の第１円の内部に含まれている仮想の第２円と接するが、前記仮想の第２円を中心部として一体型に形成され、その末端が前記仮想の第１円と接する形状を有するものであり、仮想の第１円の半径（Ｌ１）と仮想の第２円の半径（Ｌ２）との比率（Ｌ１／Ｌ２）が１．５〜５．０を満足することを特徴とする、タバコフィルター用異形断面リヨセル素材の製造方法である。
【００１１】
この際、前記紡糸口金は、３つのホールからなる単位ホールが多数形成されたものであり、仮想の第１円及び仮想の第２円は、前記モノフィラメントの断面と接する接点が３つであることが好ましい。
【００１２】
前記第１実施形態による段階（Ｓ１）のリヨセル紡糸ドープは、紡糸ドープの総重量を基準にセルロースパルプ６〜１６重量％；及びＮ−メチルモルホリン−Ｎ−オキシド水溶液８４〜９４重量％を含むことが好ましい。
【００１３】
この際、前記セルロースパルプは、パルプの総重量を基準にα−セルロースの含有量が８５〜９７重量％であり、重合度（ＤＰｗ）が６００〜１７００であることが好ましい。
【００１４】
前記第１実施形態による（Ｓ２）段階の凝固は、冷却空気を紡糸ドープに供給して凝固させるエアクエンチング（ａｉｒ  ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ、Ｑ／Ａ）による１次凝固段階；及び１次凝固した紡糸ドープを凝固液に浸漬して凝固させる２次凝固段階を含むことが好ましい。
【００１５】
この際、前記エアクエンチングは４〜１５℃の温度及び５〜５０ｍ／ｓの風速を有する冷却空気を紡糸ドープに供給して凝固させることであり、前記凝固液はその温度が３０℃以下であることが好ましい。
【００１６】
前記第１実施形態による（Ｓ５）段階は、エマルション処理されたリヨセルマルチフィラメントをスタッファーボックス（ｓｔｕｆｆｅｒ  ｂｏｘ）を用いてクリンピングして、インチあたり１５〜６０個のクリンプが与えられたクリンプトウを得る段階であることが好ましい。
【００１７】
前記第１実施形態による（Ｓ５）段階は、リヨセルマルチフィラメントにスチームを供給し、圧力を加えてクリンピングすることが好ましい。
【００１８】
この際、前記（Ｓ５）段階は、スチーム圧が０．０５〜２．０ｋｇｆ／ｃｍ２となるようにスチームを供給し、プレスローラー（Ｐｒｅｓｓ  ｒｏｌｌｅｒ）を用いてリヨセルマルチフィラメントを１．０〜４．０ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で圧着してクリンピングすることが好ましい。
【００１９】
また、本発明による好適な第２実施形態は、セルロースパルプ及びＮ−メチルモルホリン−Ｎ−オキシド（Ｎ−ｍｅｔｈｙｌｍｏｒｐｈｏｌｉｎｅ−Ｎ−ｏｘｉｄｅ；ＮＭＭＯ）水溶液を含むリヨセル紡糸ドープを紡糸して得たリヨセルマルチフィラメントをクリンピングして製造され、前記リヨセルマルチフィラメントは、その断面が異形断面であるモノフィラメントからなり、前記異形断面は多数の突起を含み、前記多数の突起は、仮想の第１円、及び該仮想の第１円の内部に含まれている仮想の第２円と接するが、前記仮想の第２円を中心部として一体型に形成され、その末端が前記仮想の第１円と接する形状を有するもので、仮想の第１円の半径（Ｌ１）と仮想の第２円の半径（Ｌ２）との比率（Ｌ１／Ｌ２）が１．５〜５．０を満足することを特徴とする、タバコフィルター用異形断面リヨセル素材である。
【００２０】
この際、前記仮想の第１円及び仮想の第２円は、前記モノフィラメントの断面と接する接点が３つであることが好ましい。
【００２１】
前記第２実施形態によるリヨセル紡糸ドープは、紡糸ドープの総重量を基準にセルロースパルプ６〜１６重量％と、Ｎ−メチルモルホリン−Ｎ−オキシド水溶液８４〜９４重量％とを含むことが好ましい。
【００２２】
この際、セルロースパルプは、パルプの総重量を基準にα−セルロースの含有量が８５〜９７重量％であり、重合度（ＤＰｗ）が６００〜１７００であることが好ましい。
【００２３】
前記第２実施形態によるリヨセル素材は、下記式１で定義される空間占有率が１５０〜４００％であることが好ましい。
【００２４】
（式１）空間占有率（％）＝（仮想の第１円の面積／リヨセル繊維に含まれているモノフィラメントの断面積）×１００
前記第２実施形態による仮想の第１円は半径（Ｌ１）が８〜３０μｍであり、仮想の第２円は半径（Ｌ２）が３〜１２μｍであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、異形断面を有するリヨセル繊維の場合には、従来の円形のリヨセル繊維に比べて外部表面積及び空間占有率が向上することにより、生分解性がより優れるうえ、環境にやさしく、タバコフィルターとして製造される場合には、少ない量でも煙成分の吸着が容易であり、既存のタバコフィルターに比べて同等レベル以上の物性を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る異形断面リヨセル繊維のモノフィラメントの断面を模式的に示す。
【図２ａ】本発明の実施形態によって製造されたリヨセル繊維の断面を示す写真であって、実施例１によって製造されたリヨセル繊維の断面写真である。
【図２ｂ】本発明の実施形態によって製造されたリヨセル繊維の断面を示す写真であって、実施例２によって製造されたリヨセル繊維の断面写真である。
【図２ｃ】本発明の実施形態によって製造されたリヨセル繊維の断面を示す写真であって、実施例３によって製造されたリヨセル繊維の断面写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の一態様によれば、セルロースパルプ及びＮ−メチルモルホリン−Ｎ−オキシド（Ｎ−ｍｅｔｈｙｌｍｏｒｐｈｏｌｉｎｅ−Ｎ−ｏｘｉｄｅ；ＮＭＭＯ）水溶液を含むリヨセル紡糸ドープを紡糸して得たリヨセルマルチフィラメントをクリンピングして製造されるタバコフィルター用異形断面リヨセル素材を提供する。
【００２８】
また、本発明は、前記リヨセル素材を製造する一つの方法であって、（Ｓ１）セルロースパルプ及びＮ−メチルモルホリン−Ｎ−オキシド（Ｎ−ｍｅｔｈｙｌｍｏｒｐｈｏｌｉｎｅ−Ｎ−ｏｘｉｄｅ；ＮＭＭＯ）水溶液を含むリヨセル紡糸ドープを紡糸する段階と、（Ｓ２）前記（Ｓ１）段階で紡糸されたリヨセル紡糸ドープを凝固させてリヨセルマルチフィラメントを得る段階と、（Ｓ３）前記（Ｓ２）段階で得られたリヨセルマルチフィラメントを水洗する段階と、（Ｓ４）前記（Ｓ３）段階で水洗されたリヨセルマルチフィラメントをエマルション処理する段階と、（Ｓ５）前記（Ｓ４）段階でエマルション処理されたリヨセルマルチフィラメントをクリンピングしてクリンプトウ（ｃｒｉｍｐｅｄ  ｔｏｗ）を得る段階とを含んでなる、タバコフィルター用異形断面リヨセル素材の製造方法を提供する。
【００２９】
特に、本発明において、前記マルチフィラメントは、その断面が異形断面であるモノフィラメントからなり、前記異形断面は多数の突起を含み、前記多数の突起は、仮想の第１円、及び前記仮想の第１円の内部に含まれている仮想の第２円と接するが、前記仮想の第２円を中心部として一体型に形成され、その末端が前記仮想の第１円と接する形状を有するリヨセル素材に関するものである。
【００３０】
本発明において、異形断面とは、多数の突起を含む形状を意味し、具体的には、図１に示すように、一つの中心部１を中心として一体型に形成された多数の突起形状を有する断面を意味する。
【００３１】
具体的に、前記異形断面は、多数の突起それぞれの末端点を結ぶ仮想の第１円１１、及び前記仮想の第１円１１の内部に含まれている仮想の第２円１２の範囲内でその大きさと形状を定義することができる。この際、前記仮想の第１円１１は、前記仮想の第２円１２に比べてその半径が大きい円であり、好ましくは互いにその中心が同一のものであるが、中心が同一でなくてもよい。
【００３２】
本発明の好適な態様によれば、前記異形断面の形状は、仮想の第１円（突起を基準としたとき、外接円）の半径Ｌ１と仮想の第２円（突起を基準としたとき、内接円）の半径Ｌ２との比率（Ｌ１／Ｌ２）が１．５〜５．０を満足する形状でありうる。前記半径の比率（Ｌ１／Ｌ２）が１．５未満である場合には、断面が円形に近くなるので、本発明で実現しようとする空間占有率が著しく低くなり、前記半径の比率が５．０を超えるも場合には、製造工程上での制御が困難であるおそれがある。
【００３３】
前記異形断面は多数の突起を含むもので、多数の突起は、前記仮想の第２円１２に重畳する中心部１と一体型に形成されているが、突起それぞれの末端５は前記仮想の第１円１１と接し、突起同士の間に設けられた凹部４は仮想の第２円１２と接する形状を有する。
【００３４】
また、前記仮想の第１円及び仮想の第２円は、前記モノフィラメントの断面と接する接点が３つであることが、空間占有率を向上させる観点から最も好ましい。
【００３５】
さらに、本発明の好適な態様によれば、前記仮想の第１円は、半径Ｌ１が８〜３０μｍであり、仮想の第２円は半径Ｌ２が３〜１２μｍでありうる。前記第１円の半径が８μｍ以上である場合には異形断面形状の実現が可能であり、前記第１円の半径が３０μｍ以下である場合には繊維製品に適した繊度を有するモノフィラメントを形成することができる。また、前記仮想の第２円の半径が３μｍ以上である場合には異形断面形状の実現が可能であり、前記仮想の第２円の半径が１２μｍ以下である場合には繊維製品に適した繊度を有するモノフィラメントを形成することができる。
【００３６】
本発明に係るリヨセル繊維に含まれているモノフィラメントは、前述したような異形断面を有することができ、前記リヨセル繊維は、下記式１で定義される空間占有率が１５０〜４００％でありうる。
【００３７】
（式１）空間占有率％＝（仮想の第１円の面積／リヨセル繊維に含まれているモノフィラメントの断面積）×１００
【００３８】
ここで、前記空間占有率とは、異形断面の突起によりモノフィラメントが実質的に繊維中で占める空間を占める比率を意味する。つまり、リヨセル繊維に含まれているモノフィラメントの断面が円形断面である場合、実際のモノフィラメントの断面積と仮想の第１円の面積とが同じなので、前述の如く定義される空間占有率が１００％であるが、突起を含む異形断面を有する繊維の場合は、その突起によって繊維が占める実際の面積は大きくなる。よって、空間占有率が大きくなるほど、繊維の外部表面積が大きくなることが分かる。
【００３９】
本発明において、リヨセル繊維は、比表面積が大きくなった効果により膨れ特性や界面接着特性、速乾性特性などの様々な特性が優秀になる観点から、前記式１で定義される空間占有率が１５０〜４００％、好ましくは３００〜４００％を有するのである。
【００４０】
但し、前記リヨセル繊維の外部表面積を最大化するために、本発明では、前記異形断面の突起の数は３個であることが最も好ましい。一般には、突起の数が多いほど外部表面積が比例して増加するものと予想されるが、繊維紡糸においては異なる可能性がある。つまり、突起の数を増加させるために紡糸口金数を増やす場合、むしろ粘度を有する紡糸ドープが口金を通過しながら互いに凝集するので、明確な突起が形成されるのではなく、湾曲面を形成するので、むしろ円形断面に近くなるのである。したがって、本発明では、異形断面の突起の数が３個である場合に空間占有率及び外部表面積が最大化され得るのである。
【００４１】
従来の場合、生分解性速度を向上させ且つタバコ味の変化に影響をより少なく及ぼす天然のセルロースを用いて製造するタバコフィルター用リヨセル繊維及びこれを用いたタバコフィルター用トウが研究されたが、現在までは、天然のセルロースを用いたリヨセル繊維の紡糸方式及び原料の特性に応じた要因などによる異形断面を有するタバコフィルター用リヨセル繊維及びこれを用いたリヨセルトウの商用化技術の不在などにより、断面が円形にのみ実現されてきた。
【００４２】
繊維の断面が円形である円筒状のタバコフィルター用リヨセル繊維及びトウは、既存の異形断面を有するセルロースアセテートトウに比べて、繊維の構造上、喫煙の際にタバコフィルターを通過するタバコ煙との衝突が十分でないため、タバコ煙に対する除去効率が低下するおそれがあり、これにより、既存のセルロースアセテートフィルターとは異なるタバコ味の変化を示す可能性がある。
【００４３】
しかし、本発明に係る異形断面リヨセル素材は、同じ重量の紡糸ドープを用いて、円形断面よりも外部表面積が大きいタバコフィルター用リヨセル繊維及びトウを製造することができることにより、タバコ味の変化を最小限に抑えることができ、特にセルロースアセテートトウに比べて生分解性に優れるため、喫煙の後に捨てられる吸い殻によるゴミ発生の問題を軽減することができる。また、リヨセル繊維の断面形状に応じて様々な物性を示すことができ、少ない量でも従来のタバコフィルターに比べて同等以上の物性を示すことができる。
【００４４】
以下、本発明のタバコフィルター用異形断面リヨセル素材の製造方法におけるそれぞれの段階をより具体的に説明する。
【００４５】
［（Ｓ１）段階］
（Ｓ１）段階は、セルロースパルプ及びＮ−メチルモルホリン−Ｎ−オキシド（Ｎ−ｍｅｔｈｙｌｍｏｒｐｈｏｌｉｎｅ−Ｎ−ｏｘｉｄｅ；ＮＭＭＯ）水溶液を含むリヨセル紡糸ドープを紡糸する段階である。
【００４６】
前記リヨセル紡糸ドープは、ドープの総重量を基準にセルロースパルプ６〜１６重量％、及びＮ−メチルモルホリン−Ｎ−オキシド水溶液８４〜９４重量％を含むものであり、前記セルロースパルプは、パルプの総重量を基準にα−セルロースの含有量が８５〜９７重量％であり、重合度（ＤＰｗ）が６００〜１７００でありうる。前記セルロースパルプの含有量が６重量％未満である場合には、繊維的特性を実現し難く、前記セルロースパルプの含有量が１６重量％超過である場合には、水溶液に溶解することが難しいおそれがある。また、前記Ｎ−メチルモルホリン−Ｎ−オキシド水溶液の含有量が８４重量％未満である場合には、溶融粘度が大きくなって好ましくなく、９４重量％超過である場合には、紡糸粘度が大きく低下して、紡糸段階で均一な繊維を製造するには難しいおそれがある。
【００４７】
また、本発明の好適な態様によれば、前記Ｎ−メチルモルホリン−Ｎ−オキシド水溶液におけるＮ−メチルモルホリン−Ｎ−オキシドと水の重量比が９３：７〜８５：１５でありうる。前記Ｎ−メチルモルホリン−Ｎ−オキシドと水の重量比が９３：７を超えてＮ−メチルモルホリン−Ｎ−オキシドの濃度が高くなる場合には、溶解温度が高くなってセルロース溶解の際にセルロースの分解が発生するおそれがあり、前記重量比が８５：１５未満であってＮ−メチルモルホリン−Ｎ−オキシドの濃度が低くなる場合には、溶媒の溶解性能が低下してセルロースの溶解が難しいおそれがある。
【００４８】
上述した紡糸ドープを用いて、これを紡糸口金の紡糸ノズルから吐出させる。このとき、前記紡糸口金は、フィラメント上の紡糸ドープをエアギャップ区間を介して凝固槽内の凝固液に吐出させる役割をする。前記紡糸ドープを紡糸口金から吐出させる段階は、８０〜１３０℃の紡糸温度下で行われ得る。
【００４９】
前記紡糸口金は、多数のホールを一つの単位ホールとして設定したとき、前記単位ホールが多数形成された紡糸口金でありうる。この際、前記単位ホールに含まれている多数のホールの数は異形断面の突起の数と同じでありうる。例えば、３つの突起を含む異形断面を有するモノフィラメントを含むリヨセル繊維を製造するために、単位ホールに含まれているホールの数は３個でありうる。
【００５０】
［（Ｓ２）段階］
（Ｓ２）段階は、前記（Ｓ１）段階で紡糸されたリヨセル紡糸ドープを凝固させてリヨセルマルチフィラメントを得る段階であって、前記（Ｓ２）段階の凝固は、冷却空気を紡糸ドープに供給して凝固させるエアクエンチング（ａｉｒ  ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ、Ｑ／Ａ）による１次凝固段階、及び１次凝固した紡糸ドープを凝固液に浸漬して凝固させる２次凝固段階を含むことができる。
【００５１】
前記（Ｓ１）段階で紡糸口金から紡糸ドープを吐出させた後は、これを、前記紡糸口金と凝固槽との間のエアギャップ区間に通過させることができる。このようなエアギャップ区間には、ドーナツ形の口金の内側に位置した空冷部を介して口金の内側から外側へ冷却空気が供給されるが、このような冷却空気を紡糸ドープに供給するエアクエンチングによって１次凝固できる。
【００５２】
この際、（Ｓ２）段階で得られるリヨセルマルチフィラメントの物性に影響を及ぼす要素はエアギャップ区間における冷却空気の温度及び風速であり、（Ｓ２）段階の凝固は４〜１５℃の温度及び５〜５０ｍ／ｓの風速を有する冷却空気を紡糸ドープに供給して凝固させることでありうる。
【００５３】
前記１次凝固時の冷却空気の温度が４℃未満である場合には、口金の表面が冷め、リヨセルマルチフィラメントの断面が不均一になり、紡糸工程性も良くなくなり、前記１次凝固時の冷却空気の温度が１５℃超過である場合には、冷却空気による１次凝固が十分でないため、紡糸工程性が良くなくなる。また、前記１次凝固時の冷却空気の風速が５ｍ／ｓ未満である場合には、冷却空気による１次凝固が十分でないため、紡糸工程性が良くなくなって糸切れが発生し、前記１次凝固時の冷却空気の風速が５０ｍ／ｓ超過である場合には、口金から吐出される紡糸ドープが空気によって揺れながら紡糸工程性が良くなくなる。
【００５４】
エアクエンチングによる１次凝固の後、前記紡糸ドープは、凝固液が貯蔵されている凝固槽に供給されて２次凝固が進行できる。一方、適切な２次凝固の進行のために、前記凝固液の温度は３０℃以下、好ましくは５〜３０℃である。これは、２次凝固の温度が必要以上と高くないので、凝固速度が適切に維持されるようにするためである。ここで、前記凝固液は、本発明の属する技術分野における通常の組成で製造して使用することができるので、特に限定されない。
【００５５】
［（Ｓ３）段階］
（Ｓ３）段階は、前記（Ｓ２）段階で得られたリヨセルマルチフィラメントを水洗する段階である。具体的には、前記（Ｓ２）段階で得られたリヨセルマルチフィラメントを牽引ローラーに導入した後、水洗浴に取り入れて水洗することができる。
【００５６】
前記フィラメントの水洗段階では、水洗の後、溶剤の回収及び再利用の容易性を考慮して、温度０〜１００℃の水洗液を使用することができ、前記水洗液としては、水を用いることができ、必要に応じてその他の添加成分をさらに含ませることもできる。
【００５７】
［（Ｓ４）段階］
（Ｓ４）段階は、前記（Ｓ３）段階で水洗されたリヨセルマルチフィラメントをエマルション処理する段階であり、エマルション処理は、マルチフィラメントがエマルジョン中に完全に浸漬されて埋められる形態をとり、エマルジョン処理装置の進入ロールと放出ロールに付着したプレスローラーによってエマルジョンがフィラメントにくっ付く量を一定に維持する。前記エマルジョンは、フィラメントがローラー及びガイドとの接触、及びクリンプ段階での接触時に発生する摩擦を低減する役割をする。この際、前記エマルジョンは、通常使用されるものであれば制限されない。
【００５８】
［（Ｓ５）段階］
（Ｓ５）段階は、前記（Ｓ４）段階でエマルション処理されたリヨセルマルチフィラメントにスチームを供給し、圧力を加えてクリンピング（ｃｒｉｍｐｉｎｇ）することにより、クリンプトウ（ｃｒｉｍｐｅｄ  ｔｏｗ）を得る段階であって、タバコフィルター素材に適したリヨセルトウが完成される工程である。クリンピングとは、マルチフィラメントにクリンプを付与する工程であって、一般にスタッファーボックス（ｓｔｕｆｆｅｒ  ｂｏｘ）を用いてクリンピングして、インチあたり１５〜６０個のクリンプが与えられたクリンプトウを得ることができる。
【００５９】
本発明の好適な態様によれば、前記（Ｓ５）段階では、前記リヨセルマルチフィラメントをスチームボックス（Ｓｔｅａｍ  ｂｏｘ）に通過させ、スチームを０．０５〜２．０ｋｇｆ／ｃｍ２で供給して温度を上げた後、１．０〜４．０ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力でプレスローラー（Ｐｒｅｓｓ  Ｒｏｌｌｅｒ）を用いて圧着することにより、スタッファーボックスでクリンプが形成できる。
【００６０】
この際、スチームの供給量が０．０５ｋｇｆ／ｃｍ２未満であれば、クリンプがスムーズに形成されず、スチームの供給量が２．０ｋｇｆ／ｃｍ２超過であれば、スタッファーボックス内の温度が１３０℃以上に上昇してフィラメントが互いにくっ付いてスタッファーボックスを通過しない。また、プレスローラーを押圧する圧力が１．０ｋｇｆ／ｃｍ２未満である場合には、クリンプが所望の数だけ形成されず、プレスローラーを押圧する圧力が４．０ｋｇｆ／ｃｍ２超過であれば、押圧する力があまりにも強いため、これもフィラメントがスタッファーボックスを通過しないおそれがある。
【００６１】
タバコフィルターの要求物性を満足するためには、インチあたりのクリンプ数が重要であり、本発明の好適な態様によれば、異形断面リヨセル繊維のクリンプ数は１５〜６０個／ｉｎｃｈ、好ましくは２５〜３５個／ｉｎｃｈである。この際、クリンプ数が１５個／ｉｎｃｈ未満である場合には、タバコフィルター製造工程中にトウ開繊が容易ではないため、工程問題が発生し、要求タバコフィルターの物性である吸引抵抗、フィルター硬度、煙除去能などを満足させず、クリンプ数が６０個／ｉｎｃｈ超過である場合には、スタッファーボックスで不均一に押し潰される現象が発生し、トウがスムーズに通過しないため、クリンピングされたトウ自体を製造することが難しい。
【００６２】
前述したようなタバコフィルター用異形断面リヨセルクリンプトウは、生分解性であるため、タバコが捨てられたときに生分解されるので、環境に優しい。また、モノフィラメントの形状が多数の突起を含む異形断面の形態を示すので、従来の円形断面のリヨセル繊維に比べて外部表面積が向上するため、少量を使用しても同等以上の物性を示すことができる。
【００６３】
[実施例]
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。これらの実施例は、本発明をより具体的に説明するためのもので、本発明を限定するものではない。
【００６４】
実施例１
異形断面リヨセル繊維を製造するために、まず、重合度（ＤＰｗ）８２０、α−セルロース含有量９３．９％のセルロースパルプを没食子酸プロピル含有量０．０１重量％のＮＭＭＯ／Ｈ２Ｏ混合溶剤（重量比９０／１０）に混合して、混合物の総重量に対しセルロースパルプの含有量が１２重量％（紡糸ドープ濃度１２％ともいうことがある）であるリヨセル繊維製造用紡糸ドープを製造した。
【００６５】
その後、３つのホールを含む単位ホールが多数形成されている紡糸口金の紡糸ノズルから紡糸温度を１１０℃に維持しながら、フィラメントの単繊度が３．３７デニールとなるように紡糸ドープの吐出量と紡糸速度を調節して紡糸した。紡糸ノズルから吐出されたフィラメント上の紡糸ドープは連続的にエアギャップ区間を経て凝固槽内の凝固液に供給された。
【００６６】
この際、前記エアギャップ区間では、８℃の冷却空気及び１０ｍ／ｓの風速を加えて紡糸ドープを１次凝固させた。また、前記凝固液は、温度が２５℃、濃度は水８５重量％及びＮＭＭＯ１５重量％のものを使用し、前記凝固液の濃度はセンサーと屈折計を用いて持続的にモニタリングした。
【００６７】
次いで、牽引ローラーを通過しながら空気層で延伸されたフィラメントは、水洗装置からスプレーされた水洗液によって残存のＮＭＭＯを除去し、フィラメントにエマルジョンが均一に付着するようにした後、再度圧着してフィラメントに対するエマルジョンの含有量が０．２％を維持するようにし、乾燥ローラーを用いて１５０℃で乾燥させ、３つの突起を含む異形断面を有するモノフィラメントからなるリヨセルマルチフィラメントを製造した。
【００６８】
最後に、前記製造された異形断面リヨセルマルチフィラメントをスチームボックス（Ｓｔｅａｍ  Ｂｏｘ、圧力条件０．１ｋｇｆ／ｃｍ２）に通過させながら温度を上げた後、プレスローラー（Ｐｒｅｓｓ  Ｒｏｌｌｅｒ、圧力条件１．５ｋｇｆ／ｃｍ２）を介して、スタッファーボックス（ｓｔｕｆｆｅｒ  ｂｏｘ）で最終的にクリンプ数が２５個／ｉｎｃｈである異形断面リヨセルクリンプ（ｃｒｉｍｐ）トウを得た。
【００６９】
実施例２
フィラメントの単繊度が３．５８デニールとなるようにした以外は、実施例１と同様の方法で、３つの突起を含む異形断面リヨセルクリンプトウを製造した。
【００７０】
実施例３
フィラメントの単繊度が１４．８２デニールとなるようにした以外は、実施例１と同様の方法で、３つの突起を含む異形断面リヨセルクリンプトウを製造した。
【００７１】
比較例１
１つの円形ホールを単位ホールとして、前記単位ホールが多数形成された紡糸口金を使用し、フィラメントの単繊度が１．７３デニールとなるようにした以外は、実施例１と同様の方法で、円形断面を有するリヨセルクリンプトウを製造した。
【００７２】
比較例２
フィラメントの単繊度が２．９７デニールとなるようにした以外は、比較例１と同様の方法で、円形断面を有するリヨセルクリンプトウを製造した。
【００７３】
実験例
前記実施例及び比較例で製造されたリヨセルクリンプトウに対して、前記リヨセル繊維に含まれているモノフィラメントの断面形状、繊度及び空間占有率を次の方法で測定し、その結果を下記表１に示した。
【００７４】
（１）リヨセル繊維に含まれているモノフィラメントの断面形状
少量の繊維束をサンプリングして黒綿と一緒に巻くことで細く作り、断面をカットすることができる板の穴に挿入した後、カミソリの刃で、断面が押されないようにカットする。その断面を光学顕微鏡を用いて拡大観察（×２００）し、デジタルカメラでイメージを保存する。前記繊維の断面イメージは、Ｏｌｙｍｐｕｓ  ｓｏｆｔ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｓｏｌｕｔｉｏｎプログラムを用いて、求めようとする断面を指定し、半径及び面積を分析した。
【００７５】
（２）繊度
断面分析によって得た実際のリヨセル繊維断面積と繊維の密度で計算して繊維の繊度を求める。
【００７６】
−リヨセル繊維の密度＝１．４９ｇ／ｃｍ３
−繊維の繊度＝［繊維断面積（μｍ２）×密度（ｇ／ｃｍ３）×９０００（ｍ）］／１０００００
【００７７】
（３）空間占有率
下記式１によってリヨセル繊維の空間占有率を計算した。
（式１）空間占有率（％）＝（仮想の第１円の面積／リヨセル繊維に含まれているモノフィラメントの断面積）×１００
【００７８】
【表１】
0006495344.tif 000002
【００７９】
表１に示すように、異形断面を有するモノフィラメントからなる実施例１〜実施例３のリヨセル繊維は、円形断面を有するモノフィラメントからなる比較例１及び比較例２のリヨセル繊維に比べて空間占有率が大きいことが確認された。この際、実施例１〜実施例３の異形断面はそれぞれ図２の（ａ）〜（ｃ）に示されている通りである。
【００８０】
このような結果により、実施例１〜実施例３のリヨセル繊維は外部表面積が大きいことが分かり、外部表面積の大きい繊維が要求される分野に広範囲に適用できることが分かる。
【符号の説明】
【００８１】
１    モノフィラメントの異形断面形状
３    突起の長軸（仮想の第１円（外接円）の半径）
４    突起の凹部（仮想の第１円（外接円）との接点）
５    突起の末端（仮想の第２円（内接円）との接点）
１１    仮想の第１円（外接円）
１２    仮想の第２円（内接円）
【図１】
0006495344.tif 000003
【図２ａ】
0006495344.tif 000004
【図２ｂ】
0006495344.tif 000005
【図２ｃ】
0006495344.tif 000006