(57)【要約】  本発明は、従来からの溶液紡糸繊維と比較したときに、摩擦係数が減少しており、耐磨耗性等のような他の特性が改善されている溶液紡糸繊維の製造方法に関する。本発明の方法においては、紡糸口金を通過させる前に溶液紡糸プロセスの途中で、繊維形成物質にポリテトラフルオロエチレン（PTFE）が組み込まれる。本発明において有用なPTFEとしては、低ミクロン又はサブミクロンの粒径まで分散させることのできるPTFE粉末及びそのような高分散性のPTFE粉末の水性又は有機分散体が含まれる。また、本発明は、本発明のPTFEで増強された溶液紡糸繊維から成形される織物、編物、及び他の製品に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
可溶性繊維形成材料のビスコースを調製し、
ビスコースの調製の途中で可溶性繊維形成材料にポリテトラフルオロエチレン（PTFE）材料を添加し、
PTFE材料が添加されたビスコースを、紡糸口金を通して湿式浴内に押し出して、繊維を形成させること、
を含む繊維の製造方法。
【請求項２】
繊維形成材料へのPTFE材料の添加が、約1ミクロン以下の大きさを有するPTFE粒子をビスコース中に分散させることを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
繊維形成材料へのPTFE材料の添加が、サブミクロンの粒径に分散させることができるPTFE粉末の添加を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
繊維形成材料へのPTFE材料の添加が、低ミクロンの粒径に分散させることができるPTFE粉末の水性分散体の添加を含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
PTFE粉末の水性溶媒分散体が、約20重量％〜約60重量％のPTFEを含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
繊維形成材料へのPTFE材料の添加が、低ミクロンの粒径に分散させることができるPTFE粉末の有機溶媒分散体の添加を含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
繊維形成材料へのPTFE材料の添加が、紡糸口金の流路よりも小さい大きさを有するPTFE粒子を分散させることを含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
繊維形成材料へのPTFE材料の添加が、分散性のPTFE粉末をペレット化されたマスターバッチの形態で導入することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
マスターバッチが、約5％のPTFE〜約60％のPTFEを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
繊維形成材料が、セルロース、セルロース化合物、及びこれらの任意の組合せから成る群より選ばれる材料を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
繊維形成材料のビスコースの調製が、浸漬工程、圧搾工程、破砕工程、老成工程、キサントゲン酸化工程、溶解工程、熟成工程、ろ過工程、及び脱気工程を包含し、ビスコースの調製の途中での繊維形成材料へのポリテトラフルオロエチレン（PTFE）材料の添加が、ビスコースの調製の際の少なくとも一つの工程の途中でのPTFEの添加を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
PTFE材料が添加されたビスコースを紡糸口金を通して溶液内に押し出して繊維を形成させることが、PTFE粒子が実質的に繊維体全体にわたって分散されるように、押し出されたビスコースを凝固させるということをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法によって製造された繊維を含む織物。
【請求項１４】
セルロース材料の湿式紡糸押出物；及び湿式紡糸押出物中のPTFE粒子の分散体を含む合成繊維。
【請求項１５】
PTFE粒子が、湿式紡糸押出物全体にわたり実質的に均一に分布している請求項１４に記載の合成繊維。
【請求項１６】
PTFE粒子の分散体が、約1ミクロン以下の大きさを有するPTFE粒子を含む請求項１４に記載の合成繊維。
【請求項１７】
請求項１４に記載の合成繊維を含む織物。
【請求項１８】
請求項１４に記載の合成繊維を含む製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００２年１０月１日に提出された米国仮特許出願第60/415,005号による優先権を主張するものであり、ここでその開示は、参照により全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、一般的に溶液紡糸の合成繊維に高分散性のポリテトラフルオロエチレン（PTFE）粉末を組み込む方法に関するものであり、その結果得られる繊維は、従来からの溶液紡糸の合成繊維と比較して、例えば、低い摩擦係数、改善された耐摩耗性、疎水性、改善された耐汚染性、改善された光安定性、及び耐UV性といった一般的にPTFEと関連する改善された特性を有する。さらに本発明は、本明細書に記載された方法により製造されたPTFEが組み込まれた溶液紡糸繊維、及びこれらの溶液紡糸の合成繊維から製造される編物、織物、及び他の製品に関する。
【背景技術】
【０００３】
繊維産業においては、衣服の製造業者及び繊維の生産者は、望ましい繊維のバリエーションを生み出すために、それぞれの一般的な型の合成繊維の基本組成を化学的に及び物理的に修正し又は増強することを常に試みている。繊維のバリエーションが追求され、その結果、改良された繊維は、より柔らかい感触、よりよい心地よさ、より明るく長続きする色合い、よりよい暖かさ又は涼しさ、よりよい湿気の輸送又は吸い上げ、及び他の繊維とブレンドするときのよりよいブレンド性を与える。例えば “Fabric Link, Fabric University-Fabric Producers and Trademarks,” <http://www.fabriclink.com/Producers.html>を参照されたい。従って、繊維生産の技術においては、合成繊維の特性を改良するための新しい画期的な方法に対する要求が常に存在する。
【０００４】
合成繊維を製造するための技術においては、様々な製造プロセスが知られている。多くの合成繊維は、押出しプロセスによって生産されており、この押出しプロセスでは、濃厚な粘稠性の液状高分子前駆体または組成物を紡糸口金の小さな穴を通して押し出して、半固形の高分子の連続したフィラメントが形成される。紡糸口金の穴からフィラメントが出てくるときに、液状の高分子は、まずゴム状態に変化し、それから凝固する。フィラメントを押出し成形し、凝固させるプロセスは、一般的には紡糸として知られている。人造繊維又は合成繊維のフィラメントを紡糸する一つの一般的な方法は、「溶液紡糸」又は「湿式紡糸」として一般的に知られている。
【０００５】
典型的には、溶液紡糸又は湿式紡糸プロセスでは、溶媒中に溶解させた繊維形成物質が使用される。フィラメントを形成する紡糸口金を湿式の薬浴中に浸漬し、繊維形成物質のフィラメントが紡糸口金から出てきたときに、溶液から析出させ、凝固させる。溶液紡糸プロセスで一般的に生産される合成繊維としては、とりわけ、レーヨン繊維、アクリル繊維、Kevlar（登録商標）のパラアラミド繊維のようなアラミド繊維、モダクリル繊維、及びスパンデックス繊維が含まれる。これらの合成繊維は、繊維形成物質から製造され、それは主として水溶性セルロース又はセルロースの水溶性化合物である。
【０００６】
レーヨンは、溶液紡糸によって生産される最も一般的な合成繊維の一つであるが、水酸基の水素の１５％未満が置換基で置き換えられた「再生」セルロースとして知られるもので構成された人造繊維として定義される。例えばRules And Regulations Under The Textile Fiber Products Identification Act, 16 CFR Part 303を参照されたい。多くのレーヨンの生産プロセスにおいては、精製されたセルロースが可溶性化合物に化学的に変換され、この化合物の溶液が紡糸口金を通過すると、柔軟なフィラメントが形成され、それがほとんど純粋なセルロースに変換又は「再生」される。可溶性化合物をセルロースに再変換するために、レーヨンは、一般的に再生セルロース繊維と呼ばれる。
【０００７】
得られる溶液紡糸繊維の質を改善するために、押出し成形に先立ち、添加剤（例えば色素や界面活性剤）を繊維形成物質（セルロースなど）に添加してもよい。しかしながら、本発明までは、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）粉末の添加が、溶液紡糸繊維の製造の際に、実現可能であるか又は利益になるということが検討されてこなかった。特に、低ミクロン又はサブミクロンの粒径に分散させることができるPTFE粉末又は一次粒径が低ミクロン又はサブミクロンであるPTFE粉末の粒子を溶液紡糸繊維用の繊維形成物質に添加することが実現可能であるということは示されていなかった。
【０００８】
PTFEは、他の材料に組み込まれると、その他の材料に改善された滑り性や非湿潤性のような特性を与えることが一般的に知られている。この目的のためには、粉末の形態であるか又は分散体の形態であるPTFEが有用である。乾燥PTFE粉末の製品が当技術分野で知られており、一般的に産業上入手することが可能である。フルオロポリマー産業におけるいくつかの製造業者がPTFE粉末を生産しており、これらの製造業者の中には、粉末のPTFEの粒径を「サブミクロン」又はサブミクロンサイズに分散できるものとして記述している。
【０００９】
小さな粒径又はサブミクロンのPTFEに対しては多様な最終用途が存在する。例えば、少量（例えば約0.1〜2重量％）の粉末PTFEを様々な製品組成物に組み込むことで、好ましい有益な特性を付与することができる。インクに加えると、組み込まれたPTFEは、優れた耐表面損傷性及び耐摩擦性を与える。化粧品に加えると、組み込まれたPTFEは、絹のような感触を与える。日焼け止めに加えると、組み込まれたPTFEは、UV線に対する遮蔽の増強及びSPF（日焼け防止指数）の増強をもたらす。グリース及びオイルに加えると、組み込まれたPTFEは、優れた潤滑を与える。コーティング及び熱可塑性物質に加えると、組み込まれたPTFEは、耐磨耗性、耐薬品性、耐候性、耐水性、及びフィルム硬度の改善をもたらす。
【００１０】
サブミクロンのPTFE粉末及び分散体に関する他のより具体的な最終用途としては、例えば、サブミクロンのPTFE粒子の均一な分散体を無電解のニッケルコーティングに組み込み、そのようなコーティングの摩擦特性及び磨耗特性を改良すること（例えばHadley et al. Metal Finishing, 85:51-53(December 1987)を参照されたい）；電気コネクターの接触用の表面仕上げ層にサブミクロンのPTFE粒子を組み込むこと（ここでPTFE粒子は、表面仕上げ層に耐磨耗性を与える）（Abys et al.に対する米国特許第6,274,254号）；サブミクロンのPTFE粒子を界面層における固形の潤滑剤としてフィルム形成バインダーに組み込むこと（ここで界面層は、光導波繊維の一部をなす）（Chienに対する米国特許第5,181,268号）；サブミクロンのPTFE粉末を（粒状にされたPTFE粉末及びTiO2と共に）乾燥したエンジンオイル添加剤に組み込むこと（ここで、組み込まれたPTFEは、添加剤により潤滑にされた荷重を受ける表面の滑り特性を増強する）（McCreadyに対する米国特許第4,888,122号）；ならびに金属及び金属合金に対する表面処理系において使用するために、サブミクロンのPTFE粒子を自己触媒的に適用されるニッケル／リンと組み合わせること（ここで、PTFEは、その結果得られる表面に潤滑、低摩擦、及び耐摩耗性を付与する）（“Niflor Engineered Composite Coatings” Hay N., International, Ltd.(1989)）が含まれる。PTFEに関する最終用途の追加される具体例としては、エンジンオイルにPTFEを組み込むこと、グリースにおける増粘剤としてのPTFEの使用、及び産業上の潤滑用添加剤としてのPTFEの使用が含まれる。Willson, Industrial Lubrication and Tribology, 44:3-5 (March/April 1992)。
【００１１】
PTFE粒子の添加又は組み込みによって、用途や最終用途系に付与される有益な効果は、PTFEの有利な化学的及び物理的特性に由来する。とりわけ、PTFEは、化学的に不活性であり、物理的に滑らか（即ち低い摩擦係数を有する）であり、疎水性である。サブミクロンのPTFE粉末及びサブミクロンのPTFE分散体を組み込む多くの用途及び最終用途（上述したような最終用途）において、PTFEの有益な特性は、用途又は最終用途の製品組成物全体に広がっている。その上、サブミクロンのPTFE粒子は、小さな粒径を有しているので、大きなPTFE粒子と比較したときに、重量に対する表面積の比が著しく高い。従って、サブミクロンのPTFE粒子は、同じ重量の大きなPTFE粒子よりも、所望の用途の系に対して、よりよく有益な効果を与えることができる。
【００１２】
繊維産業において、改善された特性を有するよりよい合成繊維を製造することに対する要望が常にあるという先の議論及び様々な用途にPTFEを組み込むことの有益性を考慮すると、繊維の製造技術において、合成繊維にPTFEを組み込むことに対する一般的な要求が存在することは、明白である。例えばPTFEに関連する改善された特性を有する、溶液紡糸法によって紡糸された繊維を手に入れることは、とりわけ、商業的にも望ましい。従って、溶液紡糸繊維の製造に使用される繊維形成物質に組み込むことができ、低ミクロン又はサブミクロンの粒径に分散させることができる便利で高価でないPTFE粉末に対する明確な要求が存在する。さらに、単なる表面処理やコーティングに対抗するものとして、溶液紡糸繊維全体にわたり均一にかつ永続的にそのような低ミクロン又はサブミクロンのPTFE粒子を組み込む方法に対する要求が存在する。繊維体にわたるPTFEの分布の均一さ及び永続性は、溶液紡糸繊維から製造された編物、織物、及び衣服が、表面の磨耗や引き裂きが原因となってPTFEに関連する特性の改善を長時間にわたり失うことはないということを保証する。本発明は、これらの要求及び他の要求に取り組むものである。
【発明の開示】
【００１３】
本発明は、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）を合成溶液紡糸繊維に組み込む新規な方法に関するものであり、その結果得られた繊維は、従来からの溶液紡糸繊維と比較して、多くの改善された特徴及び特性を有している。
【００１４】
本方法においては、低ミクロン又はサブミクロンの粒径に分散させることができるPTFE粉末をまず繊維形成物質（セルロースなど）の原材料に添加する。この繊維形成物質は、繊維の溶液紡糸に適している。その後、PTFEを含む繊維形成物質すなわち原材料を、溶液紡糸してフィラメント又は繊維にする。その結果得られるフィラメント又は繊維は、そこに分散されたPTFE粒子を含んでいる。PTFE粒子は、得られたフィラメント又は繊維の本体中に均一又は均質に分散される。得られたフィラメント又は繊維は、PTFEに関連する改善された特性を有している。例えば本発明の方法の結果得られる溶液紡糸繊維は、従来からの溶液紡糸繊維と比較して、著しく低下した摩擦係数を示す。
【００１５】
特定の合成繊維の製造に使用される繊維形成物質に対する添加剤として低ミクロン又はサブミクロンの粒径のPTFE粉末を使用することは、添加されたPTFEが、繊維及びそのような繊維から製造される繊維製品の非湿潤性を改良するという点において重要である。従って、PTFEが組み込まれた繊維（「PTFEで増強された繊維」）は、ろ過や脱水プロセスで使用される物品又は製品に使用される工業的繊維製品として有用である。そのようなPTFEで増強された繊維は、カーペット、スポーツ着や屋外着用の織物、熱気球、車や飛行機のシート、傘等を生産するのに有利に使用される。さらに本発明の繊維は、パラシュート、ボートの帆、及び類似の用途に使用される繊維を密織の(tightly woven)織物を製造するのに有利に使用される。密織(tight weave)とPTFEで増強された繊維の疎水性の組合せにより、撥水性と通気性が共にある衣服のための編物や織物が得られる。そのような繊維製品にPTFEで増強された繊維を含ませることは、有益な結果として、繊維製品が洗浄しやすいといったような他の利点をもたらす。
【００１６】
本発明の方法は、その結果得られるPTFEで増強された溶液紡糸繊維が、従来からの合成溶液紡糸繊維と比較して、多くの特性が改善されているという点において有用である。これらの改善された特性のうちのいくつかは、以下に限定されないが、次のようなものが含まれる：摩擦係数の低下；湿潤性の低下；耐汚染性の改善；洗浄性の改善；不透明性の改善；紫外線（UV）からの保護の増強、これにより光に対する耐性及び繊維や織物の寿命が増大；色の耐性の増強；ガスの透過性の低下；良好な耐磨耗性；より密な織り方；磨耗指数の改善；繊維の柔軟性の向上；きしりの減少（きしりとは、一般的にある特定の織物によって作り出されるこすれの音のことを指す）；PTFEで増強された繊維が織物や衣料製品に組み込まれたときのしわの量の低下。
【００１７】
さらには、本発明の方法は、結果として改良された溶液紡糸繊維をもたらすのみならず、本方法は、また、典型的に合成繊維を製造するプロセス全体を著しく改善するのに役立つ。例えばPTFEを添加したことに起因する繊維形成物質の潤滑性や滑り性の増大は、結果として、繊維の製造のための生産時間の短縮、加工速度の著しい増大、処理量の増大および全体の生産速度の増大につながる。また、PTFEの添加に起因する繊維形成材料の潤滑性の増加により、繊維の製造装置の寿命が長くなり、繊維の製造装置を動かす際に消費されるエネルギーが全体的に削減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、改善された溶液紡糸繊維の製造方法に関するものであり、ここで、その繊維は、当技術分野で知られた従来からの溶液紡糸繊維よりも、耐摩耗性がよく、摩擦係数が小さい。本発明の方法は、低ミクロン又はサブミクロンの粒径に分散させることができるPTFEを、繊維形成物質（この物質から溶液紡糸プロセスによって繊維が製造される）に導入することによって繊維の質を改良する。本方法により製造されたPTFEで増強された溶液紡糸繊維は、当技術分野で知られた従来からの溶液紡糸繊維と比較した場合に、他の性質の中でもとりわけ、耐摩耗性、耐汚染性、耐水性が増大しており、さらに摩擦係数が著しく低下している。
【００１９】
本発明の重要な目的は、溶液紡糸繊維全体にわたりPTFEを組み込むことであり、その結果、繊維は、その材料本体全体にわたり均一に分布したPTFEを含む。従って、繊維の全ての小区域又は部分は、PTFEによって繊維に付与される増強された特性を有する。このことは、繊維の表面層にのみPTFEが組み込まれているか、あるいは表面コーティングとして溶液紡糸繊維（又はそのような繊維から製造された織物）にPTFEが塗布されるといった当技術分野で知られた他のプロセスや繊維と比較になるか又は対照的である。
【００２０】
本発明の方法の好ましい実施形態においては、以下の型のPTFEが有用である。サブミクロンの粒径に分散させることができるPTFE粉末；低ミクロンの粒径に分散させることができるPTFE粉末；サブミクロンの粒径に分散させることができるPTFE粉末の水性又は有機分散体；低ミクロンの粒径に分散させることができるPTFE粉末の水性又は有機分散体。本発明の方法で使用されるPTFEの一つの具体的な型は、２００３年３月１４日に出願された同時譲渡された国際特許出願PCT/US03/07978において記述されており、ここでは、この文献は参照により全体が本文に組み込まれる。
【００２１】
本明細書においては、「サブミクロンの粒径」という指定は、所与の量のPTFE粉末がイソプロピルアルコール（IPA）中に分散して、約90％以上、好ましくは約95％以上、さらに好ましくは約99％以上のPTFE粒子が、約1.00μｍ以下の粒径を有するということを示している。さらに「低ミクロンの粒径」という指定は、所与の量のPTFE粉末がイソプロピルアルコール（IPA）中に分散し、約95％以上のPTFE粒子が約10.00μｍ以下の粒径を有するということを示している。
【００２２】
低ミクロン又はサブミクロンの粒径に至るPTFE粉末の分散性は、溶液紡糸プロセスを妨害されずに実行するために重要である。紡糸口金を詰まらせ、繊維の成形を困難にしてしまう大きなサイズのPTFE粒子とは異なり、小さなサイズのPTFE粒子は、紡糸口金の穴を容易に通過する。本発明の方法により、低ミクロンの粒径に分散させることができるPTFEは、高デニールの繊維に使用することが可能になり、その一方、サブミクロンの粒径に分散させることができるPTFEは、低デニールと高デニールの両方の繊維の成形に有用であるということが予見される。PTFE粒子は、任意のデニールサイズの繊維体にわたり均一または均質に分散される。
【００２３】
粉末状のPTFE粒子の分散性は、ある量のPTFE粉末をイソプロピルアルコール（IPA）中に分散させることによって決定される。次いで、従来からの粒径解析（例えば光散乱解析）によって、PTFE粉末の平均粒径及び粒径分布の指標が得られる。従って、ユーザーは、例えばPTFE粉末の試料が完全に（100％）サブミクロンのサイズに分散可能かどうか、あるいはそうでなければ溶液紡糸プロセスでの使用に適しているかどうかを検証又は確認することができる。
【００２４】
先ほど述べたように、サブミクロンの粒径又は低ミクロンの粒径に分散させることができるPTFEの水性又は有機分散体は、溶液紡糸プロセスで使用される。本方法において最も有用なPTFE分散体は、約5重量％〜約60重量％のPTFEを含む。適切な濃度のPTFE（例えば5％〜60％）を有するペレット化したマスターバッチを場合によっては本目的のために使用してもよい。あるいは、サブミクロン又は低ミクロンの粒径に分散させることができる乾燥PTFE粉末を繊維形成物質（セルロースなど）中に直接分散させてもよい。本発明の方法のある好ましい実施形態においては、サブミクロンの粒径又は低ミクロンの粒径に分散させることのできるPTFEの水性又は有機分散体が、最初に提供される。それから、PTFEで増強された溶液紡糸繊維を製造するための本発明の製法の工程が用いられる。
【００２５】
レーヨン繊維を製造するための従来からの溶液紡糸プロセスは、紡糸口金を通して溶液紡糸するための原材料として繊維形成材料を加工又は準備する際に、いくつかの工程を含む。これらの工程は、浸漬、圧搾、破砕、老成、キサントゲン酸化(xanatahation)、溶解、熟成、ろ過、脱気、及び湿式浴紡糸の工程として、一般に文献に記述されている。例えばを参照されたい。PTFEで増強された溶液紡糸繊維を製造するためのプロセスは、有利には、適切に改変された従来からの溶液紡糸プロセスに基づくものである。PTFEで増強された溶液紡糸繊維の典型的な製法の工程は、以下に記述されるが、都合上、レーヨンのための従来からの溶液紡糸製法の工程を記述するのに一般的に使用されるものと同じ専門用語を使用している。
【００２６】
レーヨンの製造法では、典型的にはセルロースが原材料として利用される。具体的に言うと、精製したセルロースが、レーヨンの生産における繊維形成材料として使用される。精製したセルロースは、特別に加工された木材パルプから調製され、しばしば「溶解セルロース」又は「溶解パルプ」と呼ばれ、紙の製造や他の目的で使用される低級のグレードのパルプとは区別される。溶解セルロースは、α-セルロースの量が多いことで特徴付けられ、このことは、セルロースが主として長鎖の分子から成り、リグニン、ヘミセルロース、又は他の短鎖の炭水化物を比較的含まないということを意味する。精製されたセルロースは、しばしばセルロースシートの形態で得られる。
【００２７】
レーヨン繊維の溶液紡糸のための原材料の供給の準備の際には、セルロースシートをまず湿潤剤で濡らす。この濡らす工程は、本発明に基づくPTFEの組み込みの一つの方法を与えてくれる。従来からの紡糸プロセスにおいては、湿潤剤は、通常は水である。しかしながら、本発明のある実施形態においては、サブミクロンの粒径又は低ミクロンの粒径に分散させることのできるPTFEの水性分散体を用いてセルロースシートを濡らしてもよい。例えば、混合し、撹拌し、又はブレンドすることによって、PTFEは、セルロースシートに機械的に組み込まれる。以下に示すように、これに代わる実施形態においては、レーヨンフィラメントの紡糸に先立ち、任意の処理工程又は時点で、PTFEがセルロースに組み込まれる。
【００２８】
次の処理工程である「浸漬」では、濡らしたセルロースシート（高分散性のPTFEの水性分散体で濡らしたもの）を、苛性ソーダ（又は水酸化ナトリウム）の水溶液で飽和させる。濡れたセルロースシートを、いくらかのセルロースが「ソーダセルロース」（又はセルロースのナトリウム塩）に変換されるのに十分な時間の間浸漬させる。「圧搾」と呼ばれる次の処理工程中に、ソーダセルロースは機械的に絞られて、過剰の苛性ソーダ溶液が除去される。
【００２９】
次に、ソーダセルロースを小さいサイズの断片に機械的に破砕し、その活性表面積を増加させ、それによって、ソーダセルロースをより加工しやすいソーダセルロースにする。こうして破砕されたセルロースは、典型的には「ホワイトクラム(white crumb)」と呼ばれる。次の工程である「老成」では、このホワイトクラムを、室内の空気の酸素と接触するように放置する。酸素との接触によりホワイトクラムが一部酸化され（ホワイトクラムの高アルカリ性が原因）、ホワイトクラム中のセルロースが、低分子量（即ち短鎖の分子）に分解される。老成時間及び分解条件は、溶液紡糸において取り扱いやすい粘度を得るのに十分短い鎖長であるが、溶液紡糸繊維の製品に良い物理特性を付与するのに十分長い鎖長が創出されるように注意深く制御される。
【００３０】
上述の「老成」の工程の後、ホワイトクラムを撹乳器又は他の混合容器中に入れて、「キサントゲン酸化」の工程で、ガス状の二硫化炭素（CS2）で処理する。本発明のある実施形態においては、PTFEの水性分散体の組み込みは、老成工程の直後に、ホワイトクラムを撹乳器に入れる及び／又は撹乳器中でCS2で処理するときに、都合よく行われる。ソーダセルロースは、CS2と反応してキサントゲン酸エステル基を形成する。CS2は、アルカリ媒体とも反応して無機不純物を形成し、これによりセルロース混合物は、特徴的な黄色になる。キサントゲン酸化工程の結果得られるこうした材料は、典型的には「イエロークラム(yellow crumb)」と呼ばれる。
【００３１】
その後、「溶解」工程において、イエロークラムを水性苛性アルカリ溶液に溶解する。本発明のある実施形態においては、高分散性のPTFEの水性分散体は、有利には、この段階でイエロークラムに添加される。イエロークラムは、この段階では完全に又は十分に溶解できない。具体的に言うと、セルロースキサントゲン酸塩溶液又は懸濁液は、高い粘度を有しているので、それは典型的には「ビスコース」と呼ばれる。ビスコースは、「熟成」させるために、ある期間放置される。熟成の間、二つの重要な化学プロセスが起こる。それは、再分布及びキサンテート基の損失である。
【００３２】
次に、ビスコースをろ過することにより、紡糸工程を乱し、レーヨンフィラメントに欠陥を生じさせるかもしれない溶解していない又は分散していない材料を除去する。この段階で高分散性のPTFEが既にビスコースに組み込まれている本発明の実施形態においては、この「ろ過」の工程は、例えば適切なフィルターサイズを用いることによって適正に制御されており、その結果、添加されたPTFE粒子がろ過されてビスコースから出てくることはない。さらに、微細なレーヨンフィラメント中の気泡又は弱点を避けるために、押出し成形するのに先立ち、ビスコースを脱気し、つまり、ビスコース中に取り込まれた空気の泡を除去する。
【００３３】
老成し、脱気したビスコースは、PTFEで増強されたレーヨンの微細なフィラメントを溶液紡糸するために、紡糸口金への供給原料として使用することができる。具体的に言うと、ビスコースを、紡糸口金-複数の小さな直径の流路又は穴を有するシャワーのヘッドに似ている器具であるが-を通して、湿式薬浴中に押し出す。本発明のある実施形態においては、高分散性のPTFEの水性分散体は、ビスコースを紡糸口金に入れようとしているときに、うまい具合にビスコースに添加してもよい。紡糸口金のそれぞれの穴は、ビスコースの微細なフィラメントを生み出す。ビスコースがフィラメントとして紡糸口金を出るときに、湿式薬浴中の化学物質と接触する。これらの化学物質は、硫酸、硫酸ナトリウム、及び通常はZn2+イオンを含む溶液であり得る。この時点でいくつかのプロセスが行われ、それによりフィラメント中のセルロースが再生し、溶液から沈殿する。例えば押出されたビスコースから水が発散され、可溶性の限界を超えて、フィラメント中の濃度が増加する。フィラメント中のキサンテート基は、Zn2+イオンと錯体を形成し、これによりセルロース鎖が一緒に延伸される。酸性の紡糸浴により、キサンテート官能基は、不安定なキサントゲン酸基に変換され、それにより自然にCS2が失われ、セルロースの遊離した水酸基が再生する。結果として、PTFEで増強されたセルロース又はレーヨンの微細なフィラメントが形成される。
【００３４】
PTFEで増強されたレーヨンのフィラメントが形成された後、内部のセルロース分子の鎖が比較的動かない状態で、フィラメントを延伸することができる。これにより、分子鎖が延伸され、フィラメントの軸に沿って配向し、繊維製品の繊維として使用するのに必要な特性が得られる。それから、PTFEで増強されたレーヨン繊維を洗浄し、できたばかりの再生レーヨン中に存在する塩及び他の水溶性不純物を除去する。それから、PTFEで増強されたレーヨンのフィラメントは、使用目的に必要な適切な長さに切断することができる。例えば、PTFEで増強されたレーヨンをステープル（即ち不連続な長さの繊維）として使用するつもりならば、フィラメントの束-しばしば「トウ」と呼ばれる-を回転するカッターを通過させて、繊維を得るが、それは、綿繊維とほぼ同様に加工することができる。
【００３５】
そのような方法によって生産されたPTFEで増強された溶液紡糸繊維は、それから織物や編物へと製造される。そのような織物又は編物は、製品へのPTFEの添加と典型的に関連する増強された特性を有している。例えば織物や編物は、著しく減少した摩擦係数を示し、それは、スポーツやレクリエーション活動で使用される衣料品を意図した織物や編物の有利な特性となり得る。本発明の溶液紡糸繊維の他の有利な特性としては、PTFEで増強された繊維が示す非常に優れた耐摩耗性が挙げられる。
【００３６】
具体的に言うと、溶液紡糸繊維及び／又は本発明の繊維から製造される織物について磨耗試験を行うことにより、繊維の耐摩耗性を決定することができる。磨耗試験としては、Taber試験、Mace試験、及びPilling試験が含まれる。同様に、試験を行い、織物の靭性(tenacity)、織物の伸び(elongation)、及び延伸(draw)を決定することができる。工業において溶液紡糸繊維の特性を解析するのに一般的に使用されるのと同様の全範囲の試験が、本発明の繊維を試験するのに使用される。他の産業において使用されている試験及び他の科学的な試験方法も、本発明の繊維及び織物を特徴付けるのに使用することができる。
【００３７】
本発明の方法及び構成は、以下に詳述する実施例を通して、よりよく理解されるだろう。これらの実施例は、本発明を説明することを意図したものであり、多少なりとも本発明を限定するものと解釈すべきではない。
【実施例】
【００３８】
実施例１：PTFEで増強されたレーヨン繊維の生産
本実施例においては、従来からのレーヨン繊維との比較のため、本発明の方法に従って、PTFEで増強されたレーヨン繊維を製造した。具体的に言うと、本実施例においては、レーヨンの製造に対しての適性を決定するために、三つの型のセルロースについて最初に試験をした。それは、薬局で入手できる化粧用コットンボール、及び二つの型の木材セルロースの製品である。全ての三つのセルロースの型の試料を浸漬した。木材セルロースパルプの試料の両方を浸漬した後、望ましくない茶色の物質が生じたが、これは、リグニン、ヘミセルロース、及び短鎖の炭水化物の存在が原因だろう。逆に、化粧用コットンボールの最初の試験では、不可欠な高い粘度を有する透明でオレンジ色のセルロースキサンテート溶液が得られた。これらの試験の結果に基づき、化粧用コットンボールのみを原材料としてさらなる実験での使用に選択した。
【００３９】
さらなる実験においては、化粧用コットンボールセルロース材料を機械的に破砕し、表面積を増加させ、それにより、そのセルロースを加工しやすくした。それから、セルロースを浸漬した。具体的に言うと、1グラムの破砕されたセルロース（「試料1」）をビーカー中で5 mLの水で濡らした。次に50 mLの15％水酸化ナトリウム溶液を連続して撹拌しながらビーカーに加えたところ、ソーダセルロースが生成した。混合物を約1時間放置又は浸漬した。混合物を目で観察したところ、浸漬された混合物は、透明な液体中で「ホワイトクラム」の外観を有していることが明らかになった。
【００４０】
これとは別に1グラムの破砕されたセルロース（「試料2」）をビーカー中でサブミクロンのPTFEの5 mLの水性分散体で濡らした。本実施例で使用された具体的なPTFEは、“NanoFLON W50C”という商標名で譲受人であるShamrock Technologies, Inc.から市販されているPTFEの製品であった。上述の試料1の場合に類似したさらなる加工においては、50 mLの15％水酸化ナトリウム溶液を連続して撹拌しながら試料2に加えた。試料2の混合物を1時間浸漬しておいた。試料2の混合物を目で観察したところ、浸漬された混合物は、濁った液体中で「ホワイトクラム」の外観を有していることが明らかになり、このことは、ソーダセルロース／PTFE混合物が形成されたことと一致した。
【００４１】
次に試料1のソーダセルロース及び試料2のソーダセルロース／PTFEをそれぞれ分離用メッシュフィルター上に載せ、機械的に絞ったところ、過剰の苛性ソーダ溶液が除去され、「ホワイトクラム」が生成した。試料1に関しては、除去された溶液は、わずかに黄色で濁っており、その一方、試料2に関しては、除去されたソーダ溶液は、PTFEの懸濁液のように見えた。
【００４２】
次に「キサントゲン酸化」の工程では、25 mLのCS2を連続して撹拌しながらビーカー中のそれぞれの「ホワイトクラム」の混合物に加えた。試料1及び2は共に3時間撹拌した。3時間後、試料1のホワイトクラムは、色がオレンジがかった黄色に変わり、透明な媒体中で非常に膨張した外観を有していた。試料2のホワイトクラムは、色が白っぽい黄色に変わり、透明ではなかった。次にそれぞれの試料から過剰の液体を注意深く除去したところ、それぞれの二つの試料に関し、典型的には「イエロークラム」と呼ばれるものが残った。
【００４３】
試料1及び試料2のイエロークラムを撹拌しながら徐々に15 mlの15％NaOH溶液にそれぞれ溶解した。溶解後、試料1は、明るいオレンジ色のビスコース溶液になった。これとは対照的に、試料2は、淡いオレンジ色溶液になった。試料1及び2から生じた二つのビスコースを一時間放置して「熟成」させ、遊離した泡（撹拌によってそれぞれのビスコースに導入された）を脱気によって除去した。
【００４４】
それから試料1及び2のビスコースを、溶液紡糸の実験室シミュレーションに付した。具体的に言うと、1 mmの直径の針の穴を有する使い捨ての注射器を、レーヨンフィラメントの紡糸のための市販の装置に使用されている紡糸口金の機能をシミュレートするために使用した。試料1のビスコースを注射器を通して酸性湿式浴に押し出したところ、レーヨンフィラメントが再生又は生成した。具体的に言うと、この酸性浴中の溶液は、20％H2SO4（硫酸）、10％Na2SO4（硫酸ナトリウム）、及び10％ZnCl2（塩化亜鉛）を含んでいた。試料2のビスコースも、注射器を通して同様の酸性浴に押し出したところ、PTFEで増強されたレーヨンフィラメントが生成した。
【００４５】
これらのレーヨンフィラメントを形成した後、それらを、それぞれ「延伸」の手順に付した。具体的に言うと、それぞれのできたばかり再生レーヨンフィラメントを一組のピンセットでつまむことによって（セルロースの鎖はまだ比較的動ける状態であったが）延伸した。目で観察したところ、PTFEで増強されたレーヨンフィラメント（試料2）は、PTFEを含んでいない試料1のレーヨンフィラメントよりも伸びたことが示された。この引き伸ばし又は延伸試験の後、できたばかりの再生レーヨンフィラメントを共に水で数回洗浄し、乾燥した。
【００４６】
それから両方のレーヨンフィラメントを複数の実験室の解析技術を用いて解析した。ある解析においては、フーリエ変換赤外線分光法（FTIR）を用いてフィラメントを解析した。FTIRスペクトルにより、実験室で生産された二つのフィラメントが、本物のレーヨンであることが確認された。PTFEで増強されたレーヨンフィラメント（試料2）のFTIRスペクトルは、PTFE特有のピークを何ら示さなかった。
【００４７】
これとは別の解析においては、示差走査熱量測定（DSC）を用いてレーヨンフィラメントを解析した。PTFEで増強されたレーヨンフィラメント（試料2）のDSC曲線は、PTFEの存在に対応する小さなピークを示した。小さなピークは、一回目の加熱では328.6℃で、二回目の加熱では329.7℃で観察された。これらのピークから、ΔH（エンタルピー）の値は、それぞれ4.1及び3.9 J/gと計算された。これらの値から、PTFEで増強されたレーヨンフィラメント（試料2）中のPTFEの量は、約5重量％と見積もられた。
【００４８】
さらに別の解析においては、レーヨンフィラメントの両方の試料は、熱重量測定（TGA）解析にかけた。PTFEで増強されたレーヨンフィラメント（試料2）に関するTGA曲線は、PTFEが約5.3％の濃度で存在することを示していた。
【手続補正書】
【提出日】平成17年5月25日(2005.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可溶性繊維形成材料のビスコースから製造された合成繊維の特性を高める方法であって、
可溶性繊維形成材料のビスコースを調製し、
ビスコースの調製の途中で可溶性繊維形成材料にポリテトラフルオロエチレン（PTFE）材料を添加し、
PTFE材料が添加されたビスコースを、紡糸口金を通して湿式浴内に押し出すことにより、主として可溶性繊維形成材料から構成される繊維を形成させること、
を含む方法。
【請求項２】
繊維形成材料へのPTFE材料の添加が、約1ミクロン以下の大きさを有するPTFE粒子をビスコース中に分散させることを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
繊維形成材料へのPTFE材料の添加が、サブミクロンの粒径に分散させることができるPTFE粉末の添加を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
繊維形成材料へのPTFE材料の添加が、低ミクロンの粒径に分散させることができるPTFE粉末の水性分散体の添加を含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
PTFE粉末の水性溶媒分散体が、約20重量％〜約60重量％のPTFEを含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
繊維形成材料へのPTFE材料の添加が、低ミクロンの粒径に分散させることができるPTFE粉末の有機溶媒分散体の添加を含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
繊維形成材料へのPTFE材料の添加が、紡糸口金の流路よりも小さい大きさを有するPTFE粒子を分散させることを含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
繊維形成材料へのPTFE材料の添加が、分散性のPTFE粉末をペレット化されたマスターバッチの形態で導入することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
マスターバッチが、約5％のPTFE〜約60％のPTFEを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
繊維形成材料が、セルロース、セルロース化合物、及びこれらの任意の組合せから成る群より選ばれる材料を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
繊維形成材料のビスコースの調製が、浸漬工程、圧搾工程、破砕工程、老成工程、キサントゲン酸化工程、溶解工程、熟成工程、ろ過工程、及び脱気工程を包含し、ビスコースの調製の途中での繊維形成材料へのポリテトラフルオロエチレン（PTFE）材料の添加が、ビスコースの調製の際の少なくとも一つの工程の途中でのPTFEの添加を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
PTFE材料が添加されたビスコースを紡糸口金を通して溶液内に押し出して繊維を形成させることが、PTFE粒子が実質的に繊維体全体にわたって分散されるように、押し出されたビスコースを凝固させるということをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法によって製造された繊維を含む織物。
【請求項１４】
主として、セルロース材料の湿式紡糸押出物；及び
セルロース材料の湿式紡糸押出物中のPTFE粒子の分散体
を含む、可溶性セルロース材料のビスコースから製造された合成繊維。
【請求項１５】
PTFE粒子が、湿式紡糸押出物全体にわたり実質的に均一に分布している請求項１４に記載の合成繊維。
【請求項１６】
PTFE粒子の分散体が、約1ミクロン以下の大きさを有するPTFE粒子を含む請求項１４に記載の合成繊維。
【請求項１７】
請求項１４に記載の合成繊維を含む織物。
【請求項１８】
請求項１４に記載の合成繊維を含む製品。
【国際調査報告】
2006501380.tif 000002
2006501380.tif 000003