(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
島部または海部に、二酸化炭素を媒体とした超臨界流体に溶解する化合物を配置した繊維を用いてなる繊維構造物を、二酸化炭素を媒体とした超臨界流体で処理して該化合物の少なくとも一部を溶出することを特徴とする繊維構造物の製造方法。
【請求項２】
芯部または鞘部に、二酸化炭素を媒体とした超臨界流体に溶解する化合物を配置した繊維を用いてなる繊維構造物を、二酸化炭素を媒体とした超臨界流体で処理して該化合物の少なくとも一部を溶出することを特徴とする繊維構造物の製造方法。
【請求項３】
該二酸化炭素を媒体とした超臨界流体に溶解する化合物が、ブレンドされたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の繊維構造物の製造方法。
【請求項４】
該繊維構造物が二酸化炭素を媒体とした超臨界流体に溶解する化合物からなる繊維を含有してなることを特徴とする請求項３記載の繊維構造物の製造方法。
【請求項５】
該二酸化炭素を媒体とした超臨界流体に溶解する化合物が、ポリプロピレングリコール、ポリカーボネートまたはその誘導体であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の繊維構造物。
【請求項６】
該繊維構造物がポリエステル系繊維からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の繊維構造物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二酸化炭素を媒体とした超臨界流体を利用した繊維構造物の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、繊維構造物の製造方法においては水を使うのが一般的であった。しかし最近の環境への配慮の意識の高まりから、染料や加工剤などを大量に含んだ廃液を生成するプロセスは、その処理のコスト増大から徐々に不利になりつつある。特に、繊維構造物の一部を溶出して風合いの柔軟化、中空部の生成、繊維の分割などを行う加工は大量の溶出物を含んだ廃液が生成するため大きな廃液処理コストを必要としている。
【０００３】
このような廃液処理コストが低減できる方法として、超臨界流体を繊維構造物の染色に利用し排水ゼロの染色を行う試みがすでに始められているが（特開平４−２４５９８１号公報など）、この方法は染色や一部の機能加工剤の吸尽に適用できるのみで、これまでのところ繊維構造物の一部を溶出する方法として利用できることは知られていない。
【０００４】
また繊維構造物からその一部を溶出する方法としては、水溶性高分子をブレンドしたり混繊したりしてそれを熱水で溶出する方法の試みがあるが、溶出速度が遅いことや溶出可能な化合物が高価なものに限定されることなどの問題があった。特に疎水性高分子からなる繊維においては水溶性の化合物を繊維内部から溶出することは難しかった。さらに、溶出処理後に溶出物を高濃度で含む廃液が生じ、その処理のために排水処理設備の負荷が大きく増加するという問題もあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、溶出処理後に溶出物を高濃度で含む廃液を生じることなく繊維構造物の溶出加工をすることができる繊維構造物の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、島部または海部に、あるいは、芯部または鞘部に、二酸化炭素を媒体とした超臨界流体に溶解する化合物を配置した繊維を用いてなる繊維構造物を、二酸化炭素を媒体とした超臨界流体で処理して該化合物の少なくとも一部を溶出する方法を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明において超臨界流体とは、臨界温度および臨界圧力を超えた温度および圧力下の流動体をいう。この状態は気相および液相のどちらに属するともいえない状態であり、密度は液体と同程度であるにもかかわらず、気体と同程度の運動性を持つ。このため、超臨界流体には種々の薬剤が液体と同様に溶解可能であり、かつ繊維構造物の細部まで浸透しやすいという利点もある。また超臨界流体は圧力を下げることにより気体となり、その現象を利用して容易に溶解物を分離できるという利点もある。このことは繊維構造物から溶出した化合物を再利用する上で非常に有利である。
【０００９】
本発明では、超臨界流体として、超臨界流体の状態にする条件の容易さや安全性の面から二酸化炭素を用いる。なお、二酸化炭素の臨界温度は３１．１℃、臨界圧力は７．２Ｍｐａである。
【００１０】
かかる二酸化炭素を媒体とした超臨界流体に溶解する化合物には、各種有機化合物や染料が含まれる。そのなかでも繊維形状にして用いることが容易であることから高分子化合物であることが好ましい。ここでいう高分子とは低分子の繰り返し構造を持ち、かつ分子量５００以上の化合物をいう。この例としては、種々のシリコーン系ポリマー、種々のフッ素系ポリマー、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールあるいはその誘導体、ポリカーボネートなどが挙げられる。本発明においては、超臨界流体またはそれに類する流体への溶解性の高さと加工の容易さとから、ポリプロピレングリコールあるいはその誘導体とポリカーボネートあるいはその誘導体がより望ましい。
【００１１】
ポリプロピレングリコールあるいはその誘導体の分子量は約５０００以上が望ましい。分子量がこれより低いと紡糸することが難しくなる。他の高分子との複合紡糸に用いる場合には、その誘導体の分子量は約１０万以上が望ましい。ポリプロピレングリコール単独ではこのように大きい分子量のものを工業的に得ることは容易ではないため、本発明では低分子量のポリプロピレングリコールを他の化合物で連結した誘導体を用いることが望ましい。連結に用いる化合物の例としては、ポリエステル、ポリウレタン、多価エステル化合物、多価エポキシ化合物、多価アミンなどを挙げることができる。
【００１２】
ポリカーボネートあるいはその誘導体の分子量は約１０００以上が望ましい。分子量がこれより低いと紡糸することが難しくなる。他の高分子との複合紡糸に用いる場合には、その誘導体の分子量は約１万以上が望ましい。また本発明ではポリカーボネートに他の化合物を導入した誘導体を用いることもできる。この誘導体を用いる理由は、誘導体の方がポリカーボネート単独に比べて溶融時の流動性が高くなり、溶融紡糸が容易になる場合があるからである。
【００１３】
本発明において用いる繊維構造物としては、天然繊維、再生繊維、半合成繊維、合繊繊維のうち少なくとも一つからなるフィラメント、紡績糸、織物、編物、不織布などを用いることができる。天然繊維としては綿、獣毛繊維、絹、麻など、再生繊維としてはセルロース系再生繊維のレーヨン（ビスコースレーヨン）、キュプラ（銅アンモニアレーヨン）など、半合成繊維としてはセルロース系半合成繊維としてアセテート（トリアセテート）など、また合成繊維としてはポリエステル、ナイロン、アクリル、アラミドなどの各種繊維を挙げることができる。なかでも、高度な機能付与が求められる汎用繊維としてポリエステル繊維が最も実用面で重要であるため、ポリエステル繊維を含有するポリエステル系繊維構造物を用いることがより有効である。
【００１４】
ポリエステル系繊維構造物としては、ポリエステルのみからなる繊維構造物の他に、綿、羊毛などの天然繊維、アセテートなどの半合成繊維、レーヨンなどの再生繊維、ナイロンなどの合成繊維のうち少なくとも一つとポリエステル繊維を混紡または交撚、交織、交編などしたものなどが含まれる。
【００１５】
本発明で用いる繊維構造物の一態様は、繊維構造物が、二酸化炭素を媒体とした超臨界流体に溶解する化合物をブレンドした繊維を含有してなるものである。ここでブレンドとは、溶融紡糸あるいは溶液紡糸において、繊維を形成する高分子と二酸化炭素を媒体とした超臨界流体に溶解する化合物とを混合した状態で紡糸し糸を製造することをいう。この繊維構造物では繊維を形成する高分子中に均一に超臨界流体に溶解する化合物が分散され、それを溶出する。
【００１６】
本発明において、超臨界流体に溶解する化合物をブレンドした繊維への超臨界流体またはそれに類する流体に溶解する化合物のブレンド比率は特に限定されないが、好ましくは０．１％以上５０％以下が望ましい。この理由はブレンド比率が０．１％未満であるとブレンドした化合物の溶出による繊維の物性変化が大きくなりにくいためであり、ブレンド比率が５０％より大きいと溶融紡糸あるいは溶液紡糸が困難になる場合が多いからである。
【００１７】
本発明で用いる繊維構造物の他の一態様は、繊維構造物が芯部または鞘部に超臨界流体またはそれに類する流体に溶解する化合物を配置した芯鞘複合糸を含有してなるものである。ここで芯鞘複合糸とは、複合紡糸により２種の高分子を同心円状に配置する方法により製造された糸をいう。これらの様態の繊維構造物では、芯鞘複合糸の芯部または鞘部を溶出する。繊維構造物が芯部に超臨界流体またはそれに類する流体に溶解する化合物を配置した芯鞘複合糸を含有してなる様態では、仮撚加工など繊維が大きく変形する処理を化合物の溶出前に行うことで、中空部の変形の少ない中空糸を得ることができる。
【００１８】
本発明で用いる繊維構造物の他の一様態は、繊維構造物が島部または海部に超臨界流体またはそれに類する流体に溶解する化合物を配置した海島複合糸を含有してなるものである。ここで海島複合糸とは、複合紡糸により１種の高分子のマトリックス中に他の１種を島状に分散して配置する方法により製造された糸をいう。これらの様態の繊維構造物では、海島複合糸の島部または海部を溶出する。
【００２０】
複合紡糸における超臨界流体に溶解する化合物の使用比率は特に限定されないが、好ましくは０．１％以上８０％以下が望ましい。この理由は使用比率が０．１％未満であると使用した化合物の溶出による繊維構造物の物性変化が大きくなりにくいためであり、使用比率が８０％より大きいと溶出後の繊維構造物の実用特性の低下が大きい場合が多いからである。
【００２１】
本発明で用いる繊維構造物のもう一つの態様は、繊維構造物が二酸化炭素を媒体とした超臨界流体に溶解する化合物からなる繊維を含有してなるものである。ここで超臨界流体またはそれに類する流体に溶解する化合物からなる繊維とは、超臨界流体またはそれに類する流体に溶解する高分子を用いて溶融紡糸あるいは溶液紡糸により形成された繊維をいう。この様態の繊維構造物では超臨界流体またはそれに類する流体に溶解する化合物からなる繊維を溶出する。
【００２２】
繊維構造物が超臨界流体に溶解する化合物からなる繊維を含有してなる形態としては、混繊、混紡、交織、交編などの方法を用いればよい。このうち混繊の方法を用いる場合は、引き揃え、交絡加工、複合仮撚加工などの方法を用いればよい。
【００２３】
本発明において、超臨界流体に溶解する化合物からなる繊維を含有する繊維構造物中の超臨界流体に溶解する高分子からなる繊維の使用比率は特に限定されないが、好ましくは０．１％以上８０％以下が望ましい。この理由は使用比率が０．１％未満であると使用した繊維の溶出による繊維構造物の物性変化が大きくなりにくいためであり、使用比率が８０％より大きいと溶出後の繊維構造物の実用特性の低下が大きい場合が多いからである。
【００２４】
本発明においては、特に芯部または島部のように、溶媒と接していない領域から容易に化合物を溶出できることが大きな特徴である。この理由は、高圧では鞘部あるいは海部を構成する高分子に超臨界流体が大量に吸尽されて膨潤が起こり、溶出される化合物が通過しやすくなっているためと考えられる。
【００２５】
かかる繊維構造物を装置に充填し、その装置に超臨界流体の状態にして二酸化炭素を注入して圧力を加え、必要により温度を変更して超臨界状態とし一定時間その状態を保つことにより、溶出処理された繊維構造物を製造することができる。この処理の間に、本発明では超臨界流体またはそれに類する流体に溶解する化合物の少なくとも一部が繊維構造物から溶出される。超臨界流体の状態にして用いる物質として二酸化炭素を用いるが、好ましくは圧力は１０Ｍｐａ以上、温度は４０℃以上が望ましい。この理由は圧力がこれより小さいと超臨界流体への化合物の溶解度が小さいからであり、また温度がこれより低いと超臨界流体への高分子の溶解速度が小さいからである。
【００２６】
ここで、繊維構造物を充填する装置は、超臨界流体に溶解する化合物の溶出速度を高めるために、超臨界流体を循環させる設備または繊維構造物を循環させる設備、あるいはその両者を備えていることが望ましい。ここで超臨界流体を循環させるには、繊維構造物を充填した容器へ媒体を注入する配管と排出する配管を取付け、それをポンプでつないで駆動するなどすればよい。また、繊維構造物を循環させるには、繊維構造物を充填する容器中で超臨界流体を流動させて繊維構造物を回転させるなどすればよい。
【００２７】
また、溶出を完全に行うために一度目の溶出処理後に化合物が溶解していない超臨界流体またはそれに類する流体で繊維構造物を再度洗浄してもよい。特に風合い柔軟化を目的とする場合、未溶出の化合物が繊維構造物に付着すると悪影響が出る可能性が高いので、上記洗浄処理を行うことが望ましい。
【００２８】
なお、本発明の繊維構造物の製造方法においては、溶出した化合物を回収して再利用してもよい。この場合溶出した化合物をより容易に回収するために、圧力を下げて溶解していた化合物を回収する専用の回収槽を設けることが望ましい。
【００２９】
【実施例】
実施例１
分子量約８０００のポリプロピレングリコールをポリエチレンテレフタレートに５％混合し、溶融紡糸により７５デニール、３６フィラメントのマルチフィラメント糸を得た。この糸を用いて経糸密度１１０本／inch、緯糸密度８０本／inchの平織織物を作成した。
【００３０】
得られた織物５０ｇを内容積５００ｍｌの高圧容器に充填した後、二酸化炭素を容器に注入しながら温度を８０℃に上昇させた。さらにその温度を保ったまま二酸化炭素を継続して注入し、圧力を２０Ｍｐａとした。この後この条件を３０分保った後、徐々に二酸化炭素を排出した。処理後の上記織物の重量は４７．７ｇであった。
【００３１】
次いで、処理後の織物を分散染料（Dianix Black HR-FS：ダイスタージャパン製）を織物重量に対して１０％の濃度で含んだ水溶液中で染色したところ、染料吸尽率は５．２％であり、比較例１と比べて染料吸尽率が大きく向上した。
【００３２】
実施例２
分子量約３０００のポリカーボネートを用いることを除いては実施例１と同様に行った。超臨界状態の二酸化炭素による処理後の織物の重量は４７．９ｇであった。
【００３３】
次いで、処理後の織物を実施例１と同様に染色したところ、染料吸尽率は５．１％であり、比較例１と比べて染料吸尽率が大きく向上した。
【００３４】
比較例１
ポリエチレンテレフタレートのみを用いることを除いては実施例１と同様に行った。超臨界状態の二酸化炭素による処理後の織物の重量は４９．９ｇであった。
【００３５】
次いで、処理後の織物を実施例１と同様に染色したところ、染料吸尽率は２．３％であった。
【００３６】
実施例３
分子量約５０００のポリプロピレングリコールをヘキサメチレンジイソシアネートと反応させて分子量約１０万のポリプロピレングリコール誘導体を得た。
【００３７】
このポリプロピレングリコール誘導体を芯部に配置し、鞘部にはポリエチレンテレフタレートを配置して、単繊維においてポリプロピレングリコール誘導体の占める断面積が２０％で、７５デニール、３６フィラメントのマルチフィラメント糸を得た。この糸を用いて経糸密度１１０本／inch、緯糸密度８０本／inchの平織織物を作製した。
【００３８】
得られた織物を実施例１と同様の条件で超臨界二酸化炭素により処理した。処理後の織物の重量は４０．７ｇであった。
【００３９】
次いで、処理後の織物の断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果、各繊維が明らかに中空部を有することが観察された。
【００４０】
実施例４
分子量約２万のポリカーボネートを芯部に用いることを除いては実施例３と同様に行った。超臨界状態の二酸化炭素による処理後の織物の重量は４０．７ｇであった。
【００４１】
処理後の織物の断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果、実施例３と同様に各繊維が明らかに中空部を有することが観察された。
【００４２】
比較例２
織物の処理は比較例１と同様に行った。超臨界状態の二酸化炭素による処理後の織物の重量は４９．９ｇであった。
【００４３】
処理後の織物の断面を実施例３と同様に走査型電子顕微鏡で観察しても中空部は観察されなかった。
【００４４】
実施例５
ポリプロピレングリコール誘導体を鞘部に配置することを除いては実施例３と同様に行った。超臨界状態の二酸化炭素による処理後の織物の重量は４０．１ｇであった。
【００４５】
この処理前後の織物の曲げ剛性をＫＥＳ（Kawabata Evaluation System）測定機（カトーテック社製）により測定したところ、処理前の織物の曲げ剛性は経糸方向0.082gf・cm2/cm、緯糸方向0.078gf・cm2/cmで、処理後の織物の曲げ剛性は経糸方向0.030gf・cm2/cm、緯糸方向0.024gf・cm2/cmであり、超臨界状態の二酸化炭素による処理で大きく風合いが柔軟化した。
【００４６】
実施例６
ポリカーボネートを鞘に配置することを除いては実施例４と同様に行った。超臨界状態の二酸化炭素による処理後の織物の重量は４０．３ｇであった。
【００４７】
この処理前後の織物の曲げ剛性を実施例５と同様に測定したところ、処理前の織物の曲げ剛性は経糸方向0.083gf・cm2/cm、緯糸方向0.080gf・cm2/cmで、処理後の織物の曲げ剛性は経糸方向0.035gf・cm2/cm、緯糸方向0.033gf・cm2/cmであり、超臨界状態の二酸化炭素による処理で大きく風合いが柔軟化した。
【００４８】
比較例３
織物の処理は比較例１と同様に行った。超臨界状態の二酸化炭素による処理後の織物の重量は４９．９ｇであった。
【００４９】
この処理前後の織物の曲げ剛性を実施例５と同様に測定したところ、処理前の織物の曲げ剛性は経糸方向0.080gf・cm2/cm、緯糸方向0.073gf・cm2/cmで、処理後の織物の曲げ剛性は経糸方向0.078gf・cm2/cm、緯糸方向0.074gf・cm2/cmであり、超臨界状態の二酸化炭素により風合いは大きくは柔軟化しなかった。
【００５０】
実施例７
実施例３で用いたポリプロピレングリコール誘導体を島部に配置し、海部にはポリエチレンテレフタレートを配置して、単繊維においてポリプロピレングリコール誘導体の占める断面積が２０％で島数が３０で、７５デニール、３６フィラメントのマルチフィラメント糸を得た。この糸を用いて経糸密度１１０本／inch、緯糸密度８０本／inchの平織織物を作成した。
【００５１】
得られた織物を実施例１と同様の条件で超臨界二酸化炭素により処理した。処理後の織物の重量は４０．９ｇであった。
【００５２】
処理後の織物の断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果、各繊維が明らかにレンコン状の中空部を有することが観察された。
【００５３】
実施例８
実施例４で用いたポリカーボネートを用いることを除いては実施例７と同様に行った。超臨界状態の二酸化炭素による処理後の織物の重量は４１．０ｇであった。
【００５４】
上記処理後の織物の断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果、実施例７と同様に各繊維が明らかにレンコン状の中空部を有することが観察された。
【００５５】
実施例９
ポリプロピレングリコール誘導体を海部に配置し、島数を９０とすることを除いては実施例７と同様に行った。超臨界状態の二酸化炭素による処理後の織物の重量は４０．１ｇであった。
【００５６】
処理後の織物の断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果、各繊維が明らかに極細繊維となっていることが観察された。
【００５７】
実施例１０
ポリカーボネートを海部に配置し、島数を９０とすることを除いては実施例８と同様に行った。超臨界状態の二酸化炭素による処理後の織物の重量は４０．３ｇであった。
【００５８】
処理後の織物の断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果、実施例９と同様に各繊維が明らかに極細繊維となっていることが観察された。
【００５９】
実施例１１
実施例３で用いたポリプロピレングリコール誘導体を用いて、溶融紡糸により２５デニール、１２フィラメントのマルチフィラメント糸を得た。この糸と７５デニール、３６フィラメントのレギュラーポリエステル糸を混繊し、その混繊糸を用いて経糸密度８０本／inch、緯糸密度６４本／inchの平織織物を作成した。
【００６０】
得られた織物を実施例１と同様の条件で超臨界二酸化炭素により処理した。処理後の織物の重量は３７．７ｇであった。
【００６１】
この処理前後の織物の曲げ剛性を実施例５と同様に測定したところ、処理前の織物の曲げ剛性は経糸方向0.159gf・cm2/cm、緯糸方向0.120gf・cm2/cmで、処理後の織物の曲げ剛性は経糸方向0.050gf・cm2/cm、緯糸方向0.044gf・cm2/cmであり、超臨界状態の二酸化炭素による処理で大きく風合いが柔軟化した。
【００６２】
実施例１２
実施例４で用いたポリカーボネートを用いることを除いては実施例１１と同様に行った。超臨界状態の二酸化炭素による処理後の織物の重量は３７．８ｇであった。
【００６３】
この処理前後の織物の曲げ剛性を実施例５と同様に測定したところ、処理前の織物の曲げ剛性は経糸方向0.174gf・cm2/cm、緯糸方向0.135gf・cm2/cmで、処理後の織物の曲げ剛性は経糸方向0.056gf・cm2/cm、緯糸方向0.047gf・cm2/cmであり、超臨界状態の二酸化炭素による処理で大きく風合いが柔軟化した。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような繊維構造物を得ることができる。
【００６５】
（１）超臨界流体に溶解する化合物をブレンドした繊維を含有してなる態様によれば、ブレンドされた化合物を溶出することにより強度、伸度、ヤング率、染料の吸尽性など繊維構造物自身の物性を改良することができる。
【００６６】
（２）芯部に超臨界流体に溶解する化合物を配置した芯鞘複合糸を含有してなる様態によれば、芯部を溶出することにより中空糸を得ることができる。
【００６７】
（３）鞘部に超臨界流体に溶解する化合物を配置した芯鞘複合糸を含有してなる様態によれば、鞘部を溶出することにより繊維間空隙の増大した柔軟な繊維構造物を得ることができる。
【００６８】
（４）島部に超臨界流体に溶解する化合物を配置した海島複合糸を含有してなる様態においては、島部を溶出することによりレンコン状の中空繊維を得ることができる。
【００６９】
（５）海部に超臨界流体に溶解する化合物を配置した海島複合糸を含有してなる様態においては、海部を溶出することにより極細繊維を得ることができる。
【００７０】
（６）超臨界流体に溶解する化合物からなる繊維を含有してなる様態においては、この繊維を溶出することにより、繊維間空隙の増大した柔軟な繊維構造物を得ることができる。