(57)【要約】【課題】高効率な処理が可能な耐炎化繊維の製造方法及び製造装置を提供すること。【解決手段】耐炎化処理部の容積Ｘ（ｍ３）と前駆体繊維の処理重量Ｙ（ｋｇ）から求まる処理密度Ｙ／Ｘ（ｋｇ／ｍ３）が１≦Ｙ／Ｘ≦７００であり、耐炎化処理部に循環する耐炎化処理用熱媒体の流量Ｚ（ｍ３／ｍｉｎ）が０．０１Ｘ≦Ｚ≦１００Ｘを満たす耐炎化繊維の製造方法である。また、耐炎化処理用熱媒体の循環手段を連設した耐炎化処理部と、該耐炎化処理部から所定処理後の耐炎化処理用熱媒体を回収する手段と、回収した耐炎化処理用熱媒体を再生する再生手段と、該再生処理後の耐炎化処理用熱媒体を再供給する供給手段と、を備えた耐炎化繊維の製造装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐炎化処理部の容積Ｘ（ｍ３）と前駆体繊維の処理重量Ｙ（ｋｇ）から求まる処理密度Ｙ／Ｘ（ｋｇ／ｍ３）が１≦Ｙ／Ｘ≦７００であり、耐炎化処理部に循環する耐炎化処理用熱媒体の流量Ｚ（ｍ３／ｍｉｎ）が０．０１Ｘ≦Ｚ≦１００Ｘを満たす耐炎化繊維の製造方法。
【請求項２】
耐炎化処理温度が４０〜３００℃である請求項１記載の耐炎化繊維の製造方法。
【請求項３】
前記耐炎化処理用熱媒体が有機化合物である請求項１または２記載の耐炎化繊維の製造方法。
【請求項４】
前駆体繊維をキャリヤーに充填し、キャリヤーを耐炎化処理部に装填する請求項１〜３のいずれかに記載の耐炎化繊維の製造方法。
【請求項５】
耐炎化処理用熱媒体の循環手段を連設した耐炎化処理部と、該耐炎化処理部から所定処理後の耐炎化処理用熱媒体を回収する手段と、回収した耐炎化処理用熱媒体を再生する再生手段と、該再生処理後の耐炎化処理用熱媒体を再供給する供給手段と、を備えた耐炎化繊維の製造装置。
【請求項６】
前記耐炎化処理部が、耐炎化処理用熱媒体の温度を制御する温度制御手段を有する請求項５記載の耐炎化繊維の製造装置。
【請求項７】
前記耐炎化処理部が、耐炎化処理用熱媒体を内部に導入する導入口と、耐炎化処理後の耐炎化処理用熱媒体を外部に導出する導出口とを有し、該導入口と該導出口とが前記循環手段により連結されてなる請求項５または６記載の耐炎化繊維の製造装置。
【請求項８】
前記導入口がノズル形状であって、該ノズルより耐炎化処理用熱媒体を噴射する噴射装置をもつ請求項７記載の耐炎化繊維の製造装置。
【請求項９】
前記耐炎化処理部が、耐炎化処理対象である前駆体繊維を充填するためのキャリヤーを備えてなり、該キャリヤーが前記熱媒体通過性を有する壁面を有する請求項７または８記載の耐炎化繊維の製造装置。
【請求項１０】
前記キャリヤーが前記耐炎化処理部に着脱可能に装着されている請求項９記載の耐炎化繊維の製造装置。
【請求項１１】
前記キャリヤーは、前記熱媒体通過性を有する側壁からなる中空の有底筒状キャリヤーであって、前記耐炎化処理用熱媒体噴射用ノズルに該キャリヤーの中空部分が装着されてなる請求項９または１０記載の耐炎化繊維の製造装置。
【請求項１２】
前記耐炎化処理部が、開閉可能な上蓋と該上蓋に設置された耐炎化処理用熱媒体導入口と、耐炎化処理部底部に前記導出口とを有し、該導出口がキャリヤー支持台を兼用する請求項９または１０記載の耐炎化繊維の製造装置。
【請求項１３】
前記耐炎化処理部に洗浄手段を連設する請求項５〜１２のいずれかに記載の耐炎化繊維の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐炎化繊維の製造方法及び製造装置に関する。更に詳しくは高効率な処理が可能な耐炎化繊維の製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
耐炎化繊維は、炭素繊維を得るための中間材料として、または難燃性、防炎性を必要とする用途で幅広く利用されている。その用途としては溶接作業等で飛散する高熱の鉄粉や溶接火花等から人体を保護するスパッタシート、さらには航空機等の防炎断熱材などがある。これらの分野における耐炎化繊維の需要及び炭素繊維の需要は増しており、より高効率で耐炎化繊維を生産することが求められている。
【０００３】
一般に、耐炎化繊維の製造方法は、前駆体繊維を連続的に耐炎化炉に供給し、空気雰囲気中、２００〜２７０℃で連続処理する。かかる耐炎化処理では反応熱が生じるためにその除熱が十分でないと暴走してしまうことがあるために、その除熱を十分に行う必要があり、一度に処理する量を増やすことができず生産効率が低いという問題が生じている。
【０００４】
生産効率を上げるために常圧又は減圧下で、繊維を耐炎化処理した後、さらに加圧下で耐炎化処理する技術が開示されているが（例えば、特許文献１参照）、かかる手段では、耐炎化時間を短縮できるものの一度に処理する量は増やすことができず、また、装置が大型化するという問題があった。
【０００５】
さらに、液相で耐炎化反応処理を行う技術が開示されているが（例えば特許文献２、３参照）、空気耐炎化よりも除熱効果が高く、空気耐炎化よりは生産効率が高いものの、望まれている生産効率に対しては十分なものではなかった。
【０００６】
【特許文献１】特開平２−３００３２５号公報（全頁）
【０００７】
【特許文献２】特公昭４７−３７２１４号公報（全頁）
【０００８】
【特許文献３】特開昭５９−１２５９１３号公報（全頁）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来の技術の上述した問題点を解決し、高生産性な耐炎化繊維の製造方法と製造装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる本発明の目的を達成するために、本発明は次の構成を有する。
【００１１】
すなわち、耐炎化処理部の容積Ｘ（ｍ３）と前駆体繊維の処理重量Ｙ（ｋｇ）から求まる処理密度Ｙ／Ｘ（ｋｇ／ｍ３）が１≦Ｙ／Ｘ≦７００であり、耐炎化処理部に循環する耐炎化処理用熱媒体の流量Ｚ（ｍ３／ｍｉｎ）が０．０１Ｘ≦Ｚ≦１００Ｘを満たす耐炎化繊維の製造方法である。
【００１２】
また、本発明の耐炎化繊維の製造装置は、耐炎化処理用熱媒体循環手段を連設した耐炎化処理部と、該耐炎化処理部から所定処理後の耐炎化処理用熱媒体を回収する手段と、回収した耐炎化処理用熱媒体を再生する再生手段と、該再生処理後の耐炎化処理用熱媒体を再供給する供給手段と、を備えた耐炎化繊維の製造装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の耐炎化繊維の製造方法は、耐炎化処理部の容積Ｘ（ｍ３）と前駆体繊維の処理重量Ｙ（ｋｇ）から求まる処理密度Ｙ／Ｘ（ｋｇ／ｍ３）が、好ましくは１≦Ｙ／Ｘ≦７００であり、より好ましくは１０≦Ｙ／Ｘ≦６５０、更に好ましくは１００≦Ｙ／Ｘ≦６００である。
【００１４】
処理密度Ｙ／Ｘ（ｋｇ／ｍ３）が１ｋｇ／ｍ３未満では、生産性が劣り、処理密度が７００ｋｇ／ｍ３を超えると、繊維の充填が困難であったり、耐炎化における発熱の除熱が困難となり蓄熱及び暴走することがある。
【００１５】
ここで耐炎化処理部とは、耐炎化処理用熱媒体が拡散しうる処理空間をいい、耐炎化処理部の容積Ｘとは、かかる空間の容積をいう。
【００１６】
本発明において、耐炎化処理部に循環する耐炎化処理用熱媒体の流量Ｚ（ｍ３／ｍｉｎ）は耐炎化処理部の容積Ｘ（ｍ３）に対して０．０１Ｘ≦Ｚ≦１００Ｘを満たすことが好ましく、より好ましくは０．０４Ｘ≦Ｚ≦１０Ｘであり、更には０．０７Ｘ≦Ｚ≦５Ｘを満たすことが好ましい。熱媒体の流量Ｚ（ｍ３／ｍｉｎ）が０．０１Ｘ未満では耐炎化処理部の温度制御が難しく、また耐炎化反応熱の除熱が困難であったり、処理ムラが発生することがある。熱媒体の流量Ｚ（ｍ３／ｍｉｎ）が１００Ｘを超えると設備に負荷がかかったり、繊維同士が絡み合い糸絡みを生じたり、毛羽を発生してしまうことがある。なお、ここでいう流量Ｚ（ｍ３／ｍｉｎ）とは、後述する循環手段内における耐炎化処理用熱媒体の流量を測定することにより求められる。
【００１７】
本発明の耐炎化繊維の製造方法において、耐炎化処理温度は、耐炎化用熱媒体の種類や処理する繊維量によって適宜設定できるが、好ましくは４０〜３００℃、より好ましくは１５０〜２９０℃、更に好ましくは１７０〜２８０℃である。温度が４０℃未満では耐炎化が進行しない、または耐炎化に長時間要し生産性が低下することがあり、温度が３００℃を超えると前駆体繊維の耐熱性を超えてしまい、耐炎化が進行する前に前駆体繊維が分解または暴走し耐炎化繊維が得られないことがある。
【００１８】
また、耐炎化処理時間は生産性が低下しないように５００分以下が好ましく、２００分以下がより好ましく、１２０分以下が更に好ましい。
【００１９】
本発明の耐炎化処理部に循環する熱媒体としては熱を伝える媒体であれば、特に限定されるものではなく、気体、液体、固体のいずれであってもよい。例えば、空気、一酸化窒素、塩素、硫化水素、各種有機化合物、塩酸などの無機化合物、および黒鉛粒子などが好ましく用いることができる。
【００２０】
更に好ましくは、前駆体繊維の耐炎化を促進し、耐炎化反応熱の除熱効果が高いという点で有機化合物が好ましく、更には酸化力を有する有機化合物が耐炎化反応における酸化反応を促進するため好ましい。例えば、ニトロ化合物やニトロソ化合物などのニトロ系化合物、又はアミン系化合物が好ましい。
【００２１】
例えば、ニトロ化合物としてはニトロベンゼン、オルト−ニトロトルエン、メタ−ニトロトルエン、パラ−ニトロトルエン、オルト−ニトロフェノール、パラ−ニトロフェノール、オルト−ニトロアニソール、パラ−ニトロアニソール、オルト−ニトロアニリン、メタ−ニトロアニリン、パラ−ニトロアニリン、パラ−ニトロ安息香酸、メタ−ニトロ−パラ−トルイジンなどがその化合物の沸点からも好ましく、ニトロソ化合物としてはＮ−ニトロソジフェニルアミンなどが好ましい。
【００２２】
また、アミン系化合物としてはエチレンジアミン、アニリン、Ｎ−メチルアニリン、Ｎ，Ｎ−メチルアニリン、Ｎ，Ｎ−ジエチルアニリン、オルト−トルイジン、メタ−トルイジン、パラ−トルイジン、パラ−フェニレンジアミン、オクチルアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、Ｎ−アミノエチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、Ｎ−アミノエチルピペラジン、２−エチルヘキシルアミンなどが好ましい。
【００２３】
有機化合物を使用する場合には、耐炎化処理温度を有機化合物の沸点未満に制御することが好ましい。処理温度が沸点よりも高いと、密閉系装置にした場合には加圧になり、装置が耐圧性を有する必要があるため装置コストが高くなることがあり、開放系装置では熱媒体が蒸発してしまうため安全性、プロセス的に不都合が生じたり有機化合物を追加する必要があり生産コストが高くなることがある。
【００２４】
本発明において、好適に用いられる前駆体繊維としては、ポリアクリロニトリル、レーヨン、リグニン、ポリビニルアルコール、ポリアセチレンなどを用いることができるが、中でも高強度という点でポリアクリロニトリルを主原料とするアクリル系共重合体からなるものが好ましい。かかるアクリル系共重合体は、好ましくは８５モル％以上、より好ましくは９０モル％以上、更に好ましくは９４モル％以上のアクリロニトリルと、いわゆる耐炎化促進成分が共重合された共重合体からなるものが好ましい。かかる共重合体を重合する方法としては、特に限定されないが溶液重合法、懸濁重合法、乳化重合法等が適用できる。
【００２５】
耐炎化促進成分としては、ビニル基を含有する化合物が好ましい。具体的には、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸等、より好ましくは、これらの一部又は全量を、アンモニアで中和したアクリル酸、メタクリル酸、又はイタコン酸のアンモニウム塩からなる共重合体が挙げられる。その他、アリルスルホン酸金属塩、メタリルスルホン酸金属塩、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルやアクリルアミドなども共重合できる。
【００２６】
紡糸原液としては、上記アクリル系共重合体と共に溶媒として、有機、無機いずれの溶媒も使用できるが、有機溶媒を使用するのが好ましく、具体的には、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等が挙げられる。
【００２７】
紡糸方法としては、特に限定されないが湿式紡糸法、乾湿式紡糸法、乾式紡糸法、溶融紡糸法及びその他公知の方法を用いることができる。好ましくは湿式紡糸法又は乾湿式紡糸法により上述したようなアクリル系共重合体と溶媒からなる紡糸原液を口金から紡出し、凝固浴に導入して繊維を凝固せしめる方法を用いることができる。
【００２８】
本発明において、前記凝固浴には、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどの溶媒の他に、いわゆる凝固促進成分を含ませることができる。凝固促進成分としては、前記アクリル系共重合体を溶解せず、かつ紡糸原液に用いる溶媒と相溶性があるものが好ましく使用できる。かかる凝固促進成分としては、具体的には、水を使用するのが好ましい。
【００２９】
凝固浴中に導入して糸条を凝固せしめた後、水洗、延伸、乾燥及び油剤付与等を経て、前駆体繊維束を得ることができる。ここで、凝固後の糸条は、水洗せずに直接延伸浴中で延伸しても良いし、溶媒を水洗除去後に浴中で延伸しても良い。また、油剤付与後、さらにスチームで延伸することもできる。
【００３０】
前駆体繊維の単繊維繊度は、好ましくは０．５６〜１０ｄｔｅｘ、より好ましくは０．６〜６ｄｔｅｘ、更に好ましくは０．８〜５ｄｔｅｘであるのが良い。
前駆体繊維の単繊維繊度は高生産性の観点から０．５６ｄｔｅｘ以上であることが好ましいが、１０ｄｔｅｘを超えると単繊維内部まで耐炎化処理できず、難燃性が不十分なことがある。
【００３１】
本発明で耐炎化処理する前駆体繊維の形態は特に限定されるものではない。よって、上記方法により得られた連続繊維、例えばフィラメントやトウでも良く、かかる連続繊維をカットした短繊維でも良く、連続繊維に捲縮を付与しカットした短繊維でも良く、捲縮を有した短繊維を布帛化して得られた布帛、例えば、織物、編み物、マットや不織布でも良い。また、前記連続繊維をパッケージにしたいわゆるチーズ状のものをそのまま耐炎化処理に供することもできる。また、これらの前駆体繊維を後述するようなキャリヤーに充填させ耐炎化処理部に供することで効率よく耐炎化処理を行うことができる。キャリヤーへの充填の方法はどのような方法でも良く、短繊維や布帛などの場合には、短繊維のパッケージ染色に用いられている詰め込み機を使用することで好適に充填ができ、連続繊維の場合はパッケージすることにより充填できるが、特に限定されるものではない。また充填時に熱媒体または水等で前駆体繊維を濡らしたり、プレス機などにより圧力をかけることで処理密度を高めることができる。
【００３２】
本発明の耐炎化繊維の製造方法は、例えば、以下のような本発明の耐炎化繊維の製造装置を用いることで好適に実施できる。
【００３３】
すなわち、本発明の耐炎化繊維の製造装置は、耐炎化処理用熱媒体の循環手段を連設した耐炎化処理部と、該耐炎化処理部から所定処理後の耐炎化処理流体を回収する手段と、回収した耐炎化処理用熱媒体を再生する再生手段と、該再生処理後の耐炎化処理流体を耐炎化処理部に再供給する供給手段と、を備えた耐炎化繊維の製造装置である。
【００３４】
なお、かかる耐炎化処理用熱媒体を回収、再生、再供給する手段がなくとも、前記本発明の耐炎化繊維の製造方法の特徴である特定の処理密度で処理することは、可能であるが、かかる回収、再生、再供給手段を併設することで、熱媒体の再利用が可能となり、さらにコストを抑えることができる。
【００３５】
ここで、耐炎化処理用熱媒体の循環手段とは、前記導入口と接続する熱媒体供給配管と、前記導出口と接続する熱媒体排出配管、該熱媒体を循環するためのポンプ、調整弁などが設けられる。該循環手段には、熱媒体の温度を調節するための温度制御手段と温度調節槽を設けることができる。
【００３６】
また前記循環手段から耐炎化処理用熱媒体を回収するための回収手段としては、循環手段から耐炎化処理用熱媒体を回収するためのポンプと回収熱媒体を溜めておく回収タンクからなるものや、ポンプが真空ポンプであって回収タンクとの間に復圧機能を有した処理液回収設備を備え、その先に回収タンクを備えるものであってもよく、特に限定されるものではない。
【００３７】
また、回収した耐炎化処理用熱媒体を再生する再生手段とは、前記回収手段と供給手段との間に設けることができ、蒸留手段や濾過手段など、耐炎化処理により熱媒体中に混合したタール、油剤、その他不純物を除去分離し、熱媒体が再利用できるようにするためのものであればよく、特に限定されるものではない。
【００３８】
また、供給手段とは、供給タンクと供給タンクから前記循環手段に熱媒体を供給するポンプからなるものが一般的であるが、特に限定されるものではない。かかる供給手段は、再生手段と接続しているが、再生手段との間にバルブを設け供給手段を独立させることもできる。
【００３９】
また、本発明において、前記耐炎化処理部自体にも、耐炎化処理用熱媒体の温度を制御する温度手段を有していてもよい。かかる温度調節機能を有することで、耐炎化処理中における熱媒体の温度制御が容易となり好ましい。温度調節機能は、温度を感知し、その結果、耐炎化処理部を加熱または冷却する設備であればよく、電気によるものや熱媒や冷媒によって温調するものがあるが特に限定されるものではない。
【００４０】
また、本発明において、前記耐炎化処理部は、耐炎化処理用熱媒体を内部に導入する導入口と、耐炎化処理後の耐炎化処理用熱媒体を外部に導出する導出口とを有し、該導入口と該導出口とが、前記循環手段により連結されてなる。かかる循環手段により、一定量の流量を保ちながら熱媒体を耐炎化処理部に循環させることによって熱媒体の温度制御ができ、均一な耐炎化処理が可能となる。
【００４１】
該導入口と導出口は、耐炎化処理部の下部、上部、側面壁内の何れにも設けることができる。また、後述するキャリヤー内の出し入れ可能なように蓋部を設ける場合には、かかる蓋部に導出口を設けてもよい。
【００４２】
該導入口は耐炎化処理部の壁に単に開口部があるものでもよいし、開口部からノズル形状が処理部内部に設けられていてもよい。導入口がノズル形状の場合に、該ノズルより耐炎化処理用熱媒体を噴射する噴射装置を備えていてもよい。該ノズルには、熱媒体噴射孔が設けられているために、処理する前駆体繊維の充填密度を高めた場合であっても熱媒体を均一に行き渡らせるのが容易となる。
【００４３】
本発明において、耐炎化処理部は、処理対象である前駆体繊維をその収容空間に充填し、耐炎化処理する部分であるが、該耐炎化処理部に直接前駆体繊維を供給する構造であってもよく、或いは、熱媒体通過性を有する壁面で構成されるキャリヤーに前駆体繊維を充填し、かかるキャリヤーを耐炎化処理部に装填する構造を有していてもよい。かかるキャリヤーは耐炎化処理部に対して着脱可能に装着されており、耐炎化処理部にはキャリヤーの出し入れ可能な開閉自在な蓋を設けてもよい。
【００４４】
本発明に用いることのできるキャリヤーとしては、適切な容積を有し、少なくともいずれかの面において、熱媒体通過性を有していればよい。例えば、円筒、角柱などの有底筒状で、内側に耐炎化処理部に設けられた軸が差し込まれるための軸（空間）を有し、上部と下部は塞がっており、内側壁面とキャリヤー外側壁面に耐炎化処理用熱媒体が流出可能な穴が開いているものや、有底筒状で側壁は塞がっており、上部と下部には耐炎化処理用熱媒体が流出可能な穴が開いているものも用いられる。かかるキャリヤーは前駆体繊維の充填の際、斑無く高い処理密度で充填でき、耐炎化処理用熱媒体による耐炎化処理において処理斑無く処理でき、前駆体繊維がどのような形態でも充填できるため好ましい。繊維を均一に処理でき、キャリヤー内の洗浄が容易である点で円筒形状がより好ましい。前記内側に、耐炎化処理部に設けられた軸が差し込まれるための軸（中空部）を有するキャリヤーを用いる場合には、耐炎化処理部の耐炎化処理用熱媒体の供給管が接続してなる熱媒体導入口をノズル形状にし、かかるノズルがキャリヤー中空部に差し込まれるようにキャリヤーを耐炎化処理部に装着する形態は、ノズルから耐炎化処理用熱媒体を供給可能となり、キャリヤー内側から外側に向かって効率良く耐炎化処理用熱媒体を供給することができるため、特に好ましい。
【００４５】
また異なる形式として、装填するキャリヤー上部から耐炎化処理液を供給するためにキャリヤー上部側に供給配管から連なる熱媒体導入口を備え、キャリヤー下部から耐炎化処理液を排出するためにキャリヤー下部側に排出配管へと連なる熱媒体導出口を備える耐炎化処理部も好適に用いることができる。
【００４６】
また、本発明の耐炎化繊維の製造装置は、その耐炎化処理部にスピンドルを複数設けてもよい。これにより、かかるスピンドルにパッケージ状前駆体繊維束（チーズ）を装着させ、パッケージごと耐炎化することも可能である。
【００４７】
また、前記キャリアに、スピンドルを複数設けてもよい。これにより、複数のパッケージを効率良く搬入、搬出することが可能となる。
【００４８】
なお、前記耐炎化処理用熱媒体通過性を有する壁面とは、耐炎化処理用熱媒体が通過し前駆体繊維がキャリヤー内部に留まれば良いので、適度な大きさの孔が壁面に設けられているものや、網目状のものなどを用いることができる。壁面に孔を設ける場合には、その形状、サイズは特に限定されるものではないが、短繊維を処理する場合には直径２〜１５ｍｍの円が好ましく、直径４〜１０ｍｍがより好ましい。また孔間隔は２〜２０ｍｍが好ましく、４〜１０ｍｍがより好ましい。また孔の配列も特に限定されないが、例えば千鳥配列や格子配列とすることができる。
【００４９】
かかるキャリヤーを用いることで耐炎化処理部に直接前駆体繊維を充填しなくてよく、耐炎化処理部を傷めることなく処理密度を高めることができ、前駆体繊維の搬入、耐炎化繊維の搬出が容易にできる。パッケージ染色に使用するキャリヤーなどを転用することもできる。
【００５０】
本発明では、処理後の耐炎化繊維の洗浄のために、循環手段とは独立して、耐炎化処理装置に連結する洗浄手段を備えることができる。洗浄手段としては、洗浄液を溜めておく洗浄タンクと、洗浄液を洗浄タンクから耐炎化処理槽に送液し循環するためのポンプで構成することができるが、特に限定されるものではない。またこの時に用いる洗浄液とは、耐炎化処理用熱媒体に対して洗浄効果を有するもので有れば特に限定されるものではないが、耐炎化処理用熱媒体を溶解するもの、例えば、アルコール類やエーテル類などが好ましく用いられる。また洗浄液として水を用いる場合には界面活性剤を混入することで好適に用いることができる。
【００５１】
【実施例】
前記本発明の耐炎化繊維の製造装置を用い、前記本発明の耐炎化繊維の製造方法を施す場合に適用した実施例を図１〜図８に基づいて説明する。
［実施例１］
図１に示す各手段を有する、本実施例の耐炎化繊維の製造装置は、耐炎化処理用熱媒体の循環手段２３を連設した耐炎化処理部１と、該耐炎化処理部から所定処理後の耐炎化処理用熱媒体を回収する手段２５と、回収した耐炎化処理用熱媒体を再生する再生手段２６と、該再生処理後の耐炎化処理用熱媒体を再供給する供給手段２４とで構成されている。図４、図５に示す本実施例の耐炎化処理部１は、蓋部１ａと、キャリヤー２と、ノズル３ａ、基部３ｂ、供給配管４と、排出配管５とよりなる。
【００５２】
開閉可能な蓋部１ａは、厚肉状で剛性を備えたドーム形のものであり、耐炎化処理槽１ｂに接続されている。
【００５３】
キャリヤー２は、円筒形状で中心軸方向に、耐炎化処理部に設けられたノズル３ａが差し込まれるための軸（空間）２ｄを有し、上部と下部は塞がっており、内側壁面２ｂとキャリヤー外側壁面２ｃに直径６ｍｍの孔２ｅが４ｍｍ間隔で開いている。また前駆体繊維充填後は蓋２ａにより上部を密閉する。
【００５４】
ノズル３ａと基部３ｂは、内部に空間を有し、連通しており、供給配管４から供給される熱媒体をキャリヤー２に供給するものである。
【００５５】
供給配管４は、熱媒体が流れる構造を有しており、循環手段２３から、耐炎化処理部１へと熱媒体を供給する機能を有している。
【００５６】
循環手段２３は、温調槽６、ポンプ７、調整弁８を備え、温調槽６は、循環用排出配管５ａを循環する熱媒体温度を感知している温度制御手段２１からの信号を受け、所望する温度に熱媒体温度を制御する機能を有している。
【００５７】
排出配管５は、熱媒体が流れる構造を有しており、耐炎化処理部１から熱媒体を排出する機能を有している。かかる排出配管５は、回収手段２５に接続している。すなわち回収用排出配管５ｂと接続し、更にポンプ１１を介して回収タンク１２に接続されている。回収タンク１２は、耐炎化処理終了後の熱媒体を回収貯蔵するものである。
【００５８】
かかる回収手段２５は、ポンプ１３を介して再生手段２６に接続している。再生手段２６は調整弁１４と蒸留塔１５とを有する。蒸留塔１５は、耐炎化終了後の熱媒体からタールや油剤等の不純物を除去し、熱媒体を再生する機能を有している。
【００５９】
かかる再生手段２６は、調整弁１７を介して供給手段２４に接続している。供給手段２４は、供給タンク１０とポンプ９を備え、供給タンク１０は、耐炎化処理部において熱媒体が不足したときに熱媒体を供給できるように貯蔵しておくものである。ポンプ９は、供給タンク１０から前記循環手段２３に耐炎化処理用熱媒体を供給もしくは再供給する機能を有する。
【００６０】
前記耐炎化処理部１には供給配管４、排出配管５によって洗浄手段２７に接続している。かかる洗浄手段２７は、洗浄タンク１８、ポンプ１９、調整弁２０を備える。洗浄タンク１８は、耐炎化処理終了後に耐炎化繊維を洗浄するための洗浄液を貯蔵しておくものである。調整弁１８は、耐炎化処理時には閉じ、洗浄時には開けることにより洗浄時に洗浄タンク１８から耐炎化処理部１に耐炎化処理用熱媒体導入経路を確保する。
【００６１】
また、耐炎化処理部１は、温度制御手段２２を備える。温度制御手段２２は、排出配管５にて熱媒体温度を感知し、耐炎化処理部に信号を送り、熱媒体の温度を制御せしめる機能を有している。
【００６２】
ポンプ７、９、１１、１３、１６、１９は熱媒体を供給または排出する機能を有している。
【００６３】
調整弁８、１４、１７、２０は、熱媒体の流量を調節するものである。
【００６４】
前記のように、構成された実施例の製造装置を用いて、耐炎化処理を施す場合を以下に示す。
【００６５】
アクリロニトリル９９．５モル％とイタコン酸０．５モル％からなる共重合体をジメチルスルホキシドを溶媒とする溶液重合法により重合し、さらにアンモニアガスをｐＨが８．５になるまで吹き込み、イタコン酸を中和しつつ、アンモニウム基をアクリル系共重合体に導入し、共重合成分の含有率が２２％の紡糸原液を得た。この紡糸原液を、４０℃で、直径０．１５ｍｍ、孔数７０，０００の紡糸口金を用い、一旦空気中に吐出し、約４ｍｍの空間を通過させた後、３℃にコントロールした３５％ジメチルスルホキシドの水溶液からなる凝固浴に導入する乾湿式紡糸法により凝固糸条とした。この凝固糸条を、常法により水洗した後、温水中で３．５倍に延伸し、さらにアミノ変性シリコーン系シリコーン油剤を付与して延伸糸を得た。この延伸糸を、１８０℃の加熱ローラーを用いて、乾燥緻密化処理を行い、 ２９．４ＭＰａの加圧スチーム中で、延伸することにより、製糸全延伸倍率が１３倍、単繊維繊度０．９ｄｔｅｘ、フィラメント数７０，０００のアクリル系繊維束を得た。アクリル系繊維束にスタフィングボックス法を用いて、捲縮数４山／ｃｍ、捲縮度５％の捲縮を付与し、繊維長５１ｍｍに切断することにより綿状アクリル系短繊維を得た。
【００６６】
かかるアクリル系短繊維２００ｋｇを０．９ｍ３の容積を有するキャリヤー２に充填し、蓋２ａを密閉し、１ｍ３の容積を有する耐炎化処理部１に装填し、蓋１ａを密閉した。
【００６７】
耐炎化処理用熱媒体である沸点２１０℃のニトロベンゼンは供給タンク１０からポンプ９を介して温調手段を有した温調槽６に供給し、２００℃に調節しており、キャリヤー２装填、蓋１ａ密閉後、ニトロベンゼンをポンプ７、調節弁８を操作し、供給配管４、基部３ｂ、ノズル３ａ、キャリヤー２、排出配管５、循環用排出配管５ａ、温調槽６の経路で流量３ｍ３／ｍｉｎで循環させた。
【００６８】
耐炎化処理は、ニトロベンゼンを循環し、温度が２００℃に安定してから１２０分間行った。
【００６９】
耐炎化処理終了後、ニトロベンゼンが５０℃に冷却するまで、温調手段１ｂにより温調しながら、循環し、ポンプ７、調節弁８、ポンプ１１を操作しニトロベンゼンを回収タンク１２に回収した。回収されたニトロベンゼンは、ポンプ１３、調節弁１４を操作して蒸留塔１５に供給し、蒸留を行い、蒸留したニトロベンゼンは、ポンプ１７、調節弁１７を操作して供給タンク１０に供給した。
【００７０】
ニトロベンゼン回収後、キャリヤー２中の耐炎化短繊維は洗浄タンク１８からポンプ１９、調節弁２０を介して循環供給された洗浄液であるメタノールにより洗浄した。
【００７１】
洗浄後、蓋１ａを開け、キャリヤー２を出し、そのままパッケージ染色工程で用いられている遠心脱水装置に装填し、遠心脱水を行った結果、ムラが無く、良好な形態を有する耐炎化短繊維を得た。
［実施例２］
本発明の別の実施例として、図１に示す各手段のうち、耐炎化処理部１として、図８に示す耐炎化処理部１を用いた。図８に示す本実施例の耐炎化処理部１は蓋部１ａと、キャリヤー２と、基部３ｂ、基部３ｃ、供給配管４と、排出配管５とよりなる。
【００７２】
キャリヤー２は、円筒形状で側壁は通液性のない壁であり、直径６ｍｍの孔を４ｍｍ間隔の格子配列で有する上蓋部２ａと、底部２ｆを有する。上蓋部２ａは開閉可能に取り付けられており、前駆体繊維充填後は図示しない留め具により密閉可能である。
【００７３】
基部３ｂは、内部に空間を有し、排出配管５と連通している。キャリヤーから流れ出る熱媒体は基部３ｂを通過し排出管５へ排出される。
【００７４】
基部３ｃは、内部に空間を有し、供給配管４と連通している。供給配管４から循環してくる熱媒体は、基部３ｃを通過しキャリヤー２へと導入される。
【００７５】
その他装置、設備については実施例１と同様の機能を有している。
【００７６】
前記のように構成された、図８の耐炎化処理部１を有する実施例の製造装置を用いて、耐炎化処理を施す場合を以下に示す。
【００７７】
実施例１と同様にして得たアクリル系短繊維２００ｋｇを０．９ｍ３の容積を有するキャリヤー２に充填し、蓋２ａを密閉し、１ｍ３の容積を有する耐炎化処理槽１に装填し、蓋１ａを密閉した。
【００７８】
耐炎化処理用熱媒体であるニトロベンゼンは供給タンク１０からポンプ９を介して温調手段を有した温調槽６に供給し、２００℃に調節しており、キャリヤー２装填、蓋１ａ密閉後、ニトロベンゼンをポンプ７、調節弁８を操作し、供給配管４、基部３ｃ、キャリヤー２、基部３ｂ、排出配管５、循環用排出配管５ａ、温調槽６の経路で流量３ｍ３／ｍｉｎで循環させた。
【００７９】
耐炎化処理はニトロベンゼンを循環し、温度が２００℃に安定してから１２０分行った。
【００８０】
耐炎化処理終了後、実施例１と同様に処理し、ムラが無く、良好な形態を有する耐炎化短繊維を得た。
［実施例３］
実施例１で得た単繊維繊度０．９ｄｔｅｘ、フィラメント数７０，０００のアクリル系繊維束２００ｋｇをアクリル系短繊維の代わりに用いた以外は、実施例１と同様にして処理を行った。得られた耐炎化繊維はムラが無く、良好な形態を有する耐炎化繊維であった。
［実施例４］
耐炎化処理用熱媒体として沸点２２２℃のオルト−ニトロトルエンを用い、耐炎化処理温度２２０℃、耐炎化処理時間９０分に変えた以外は実施例１と同様にして耐炎化短繊維を得た。得られた耐炎化短繊維はムラが無く、良好な形態を有するものであった。
［実施例５］
耐炎化処理でのニトロベンゼンの流量を０．０５ｍ３／ｍｉｎに変えた以外は実施例１と同様にして耐炎化短繊維を得た。流量を減らした影響で若干ムラが発生したが特に問題とならない程度であり、良好な形態を有した耐炎化短繊維を得た。
［実施例６］
耐炎化処理でのニトロベンゼンの流量を６ｍ３／ｍｉｎに変えた以外は実施例１と同様にして耐炎化短繊維を得た。流量を増やした影響で若干糸絡みが発生したが特に問題とならない程度であり、ムラも無く、良好な形態を有した耐炎化短繊維を得た。
［実施例７］
キャリヤー２を使用せずに直接耐炎化処理槽１にアクリル系短繊維を充填した以外は実施例１と同様にして耐炎化短繊維を得た。洗浄終了後に耐炎化短繊維を耐炎化処理槽から取り出すのが困難であったが、良好な形態を有した耐炎化短繊維を得た。
［比較例１］
耐炎化処理でのニトロベンゼンの流量を０．００５ｍ３／ｍｉｎに変えた以外は実施例１と同様にして耐炎化処理を行った。流量を減らした影響でニトロベンゼンの温度制御が難しく、温度を安定させるのに通常の２倍の時間を要した。また得られた耐炎化短繊維には処理ムラが多発していた。
［比較例２］
耐炎化処理でのニトロベンゼンの流量を１５０ｍ３／ｍｉｎに変えた以外は実施例１と同様にして耐炎化処理を行った。流量を増やした影響で得られた耐炎化短繊維には糸絡みが多発していた。
【００８１】
【発明の効果】
本発明によれば、前駆体繊維の形態を問わず効率的に耐炎化処理することができ、処理ムラが無く、良好な形態を有する耐炎化繊維を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の耐炎化繊維製造装置の一実施形態を表すフロー概略図。
【図２】本発明の耐炎化繊維製造装置の一実施形態において、キャリヤー未装填状態の耐炎化処理部を示す断面概略図。
【図３】本発明の耐炎化繊維製造装置に用いられるキャリヤーの一実施形態を示す斜視概略図。
【図４】本発明の耐炎化繊維製造装置の一実施形態において、耐炎化処理部の要部を断面するとともに、キャリヤー装填状態での耐炎化処理用熱媒体が循環する状態を示す断面概略図。
【図５】図４におけるＡ−Ａ線断面矢視図。
【図６】本発明の耐炎化製造装置の別の一実施形態において、キャリヤー未装填状体の耐炎化処理部を示す断面概略図。
【図７】本発明の耐炎化繊維製造装置に用いられるキャリヤーの別の一実施形態を示す斜視概略図。
【図８】本発明の耐炎化繊維製造装置の別の一実施形態において、耐炎化処理部の要部を断面するとともに、キャリヤー装填状態での耐炎化処理用熱媒体が循環する状態を示す断面概略図。
【符号の説明】
１：耐炎化処理部
１ａ：蓋
２：キャリヤー
２ａ：蓋
３ａ：ノズル
３ｂ：基部
３ｃ：基部
４：供給配管
５：排出配管
５ａ：循環用排出配管
５ｂ：回収用排出配管
５ｃ：洗浄用排出配管
６：温調槽
７：ポンプ
８：調整弁
９：ポンプ
１０：供給タンク
１１：ポンプ
１２：回収タンク
１３：ポンプ
１４：調整弁
１５：蒸留塔
１６：ポンプ
１７：調整弁
１８：洗浄タンク
１９：ポンプ
２０：調整弁
２１：温度制御手段
２２：温度制御手段
２３：循環手段
２４：供給手段
２５：回収手段
２６：再生手段
２７：洗浄手段
２８：繊維
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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