福岡県工業技術センター
研究報告 No.28 (2018)

紫外線を用いた繊維および染料の表面処理による染着挙動
堂ノ脇 靖已 *1

Dyeing Behavior by Ultraviolet Surface Treatment of both Fibers and Dyestuff
Kiyoshi Donowaki

繊維に機能性材料を加工する際に，その固着は長期の使用でも機能を維持できるような堅牢性を保つ上で、重要な検討事項である。本研究では，繊維のみならず機能性材料の両方を改質制御することで，固着の向上を図った。
これらの改質方法は，エキシマランプ（172 nm）を用いた紫外線で行い，繊維と染料との固着である染着挙動を調査したので報告する。

1 はじめに毎に処理条件が異なり，固着する能力が未知数である

機能性材料は多くの用途(例えば，色彩付与，紫外ため，多くの知見を蓄積することは重要な研究課題で線カット等)のために開発され，繊維に固着されておあると考えられる。

り，この機能保持(堅牢性)は重要な検討事項である。
HOHO

この問題の解決策として，機能性材料を繊維と強固にN固着できるような分子設計・合成をしたり，繊維の改N

NNN質 1) によって繊維-機能性材料間の 固着（相互作用）

t-Oct1を高めている。事前の研究で行ったベンゾトリアゾー

図1

ル系紫外線(UV)カット剤(図1)によるポリアミド繊維

SO3H

N

t-Oct2

事前検討した紫外線(UV)カット剤

100

紫外線カット率(%)（ナイロン，毛，絹）の機能化について紹介する。ここでは，1と，1にスルホン酸を導入した2を既報に従ってウェットプロセスで合成し 2) ，これらを各種ポリアミド繊維に固着して洗濯耐久性を検討した。この結果を図2に示す。全体的に1よりも2のUVカット率が高9080706050

いことから機能性材料の改質効果が大きいと言える。

1122ナイロン

また，繊維の種類で比較すると，それぞれのUVカット1122
毛1122
絹率，および1から2へ改質し た効果が 大きく異な ることが明らかとなった。これらの結果から，機能保持を図2

UV カット剤（1，2）とポリアミド繊維の固着

表1

ドライプロセスとウェットプロセスの比較 4)図るためには機能性材料の改質だけでなく，繊維の種類によっても制御できることが示唆され，「機能性材ドライプロセス料および繊維の両方を改質制御することで機能保持をコントロールできる」という仮説を立てた。
一方，筆者は環境配慮型の加工技術として，ドライプロセスの取り組みを行っている 3)。表 1 に機能保持におけるドライプロセスとウェットプロセスの比較 4）を示す。ドライプロセスは UV，コロナ，プラズマ，電子線，火炎処理など様々な手法と用途が開発されており，乾燥工程が必要なく，簡便に処理できる利点がウェットプロセス

紫外線，コロナ，プラ
手
ズマ，電子線，放射法線，火炎処理 等

薬品処理，プライマー処理，コーティング，電着，グラフト 等

・乾燥工程なし
利・不純物や不要物なし
点・軽量化

・従来法で実績が多い・大量生産向き

欠 材料組合せ，処理条点 件，接着強度が未知数・乾燥工程が必要・廃液・VOC 処理 等ある。しかし，ウェットプロセスよりも材料の組合せ
そこで，本研究では改質手法として簡便に処理でき*1 化学繊維研究所- 1 -福岡県工業技術センター
研究報告 No.28 (2018)
るエキシマランプ（172 nm） 1), 5), 6) に着目し，上記した仮説の実証を行うと共に，濃染化において最適な3 結果と考察改質条件を明らかにすることを目的として取り組んだ。

3-1 繊維の改質
表 2 に XPS の結果から求めた酸素（O）と炭素（C）

2 実験方法の比 O/C を示すが，PP，PET とも 5 分の紫外線照射で2-1 材料の選定1.4～1.5 倍の酸素量の増加が観測できた。また図 4

繊維は反応性が乏しいポリプロピレン布(PP)（（株）には PP の照射時間毎の IR スペクトルを示すが，１分色染社）およびポリエステル布（PET)（（一財）日本

以上の照射で 1600，3000 cm-1 付近のピークが観測で規格協会

き，このことから繊維表面にカルボニル基，水酸基のJIS L 0803準拠

試験用添付白布）を用い，導入が示された 7)。

染料には図3に示すようにアントラキノン系塩基性染料で疎水性が異なる1,4-ジアミノアントラキノン（ 東 京 化 成 工 業 （ 株 ）） と Oil blue N

34 （ SIGMA-

表2

繊維表面改質による XPS の O/C 比変化

ALDRICH®）を用いた。

RONH

PPPET0min（未処理）

0.109

0.293

5min 処理

0.148

0.462

3: R = -H
4: R = -(CH2)4CH3O
NHR0min

図31minT%

検討した染料の分子構造

3min2-2 紫外線照射
5min

紫外線照射装置は浜松ホトニクス(株)製小型エキシ
マ ラ ン プ 光 源 EX-mini( 波 長 172 nm ， 照 射 強 度 50mW/cm2 以上)を用い，ランプからサンプル表面間距離が3 mmで，任意の時間，照射を行った。このとき，表cm -1面を均一に照射できるようサンプルを固定するために，図4

繊維両端にスライドガラスを置いた。

表面改質した PP の IR スペクトル変化

2-3 染色方法
アセトンに0.5 %owfの染料と5 %owf酢酸を溶解させ，0min

1min

3min

5min

PP ま た は PET を 完 全 に 浸 漬 す る 浸 染 法 で ， 1 時 間 ，60 ℃で振盪させて染色した。その後，水洗を行い，自然乾燥させた。
2-4 染着評価
染着の評価は日本電色工業（株）製色差計NF-333を図5用いて，未処理のPPまたはPETを標準とした色差値⊿

PET の照射時間に対する 3 の染着挙動

E*を測定し，淡色から濃色までを複数段階に分割してこれらの改質した繊維と未処理の染料を用いて染色評価した。

試験を実施した。代表例として 3 で染色した PET を

2-5 表面分析

図 5 に示す。0 分（未処理）および 1 分処理では染着

赤外分光光度計（IR）はサーモフィッシャーサイエは見られなかったが，3 分以上では染色でき，5 分でンティフィック（株）製Nicolet6700を用いて全反射測定（ATR）法にて行った。X線光電子分析装置（XPS）

は濃染化され，紫外線照射の表面改質による染色効果が示された。また 3 分，5 分処理を染色した PET はサ

は(株)島津製作所製ESCA-3400にて測定した。
- 2 -福岡県工業技術センター
研究報告 No.28 (2018)
ンプル両端が防染された。これは照射時にサンプルを易い最適な改質条件と表面状態が繊維の種類によって固定するためのスライドガラスが原因である。スライ異なるためであると考えている。

ドガラスは 400 nm 以下の紫外線を透過しないことか一方，疎水性官能基を有する4でも，繊維の改質効

ら，この染色結果は紫外線表面改質による染着である果が観られたが，3と異なって染料の改質効果も見らと言える。

れた。最も濃染化した条件は，PPの染色ではPPが3分3-2 繊維および染料改質による染着処理と4が5分処理，PETの染色ではPETが5分処理と4染料の改質も紫外線照射時間を変化させてサンプルが5分処理であり，PETの方が広範囲で濃染化できた。

を作製し，上記と同様に処理時間を変化させた繊維とここでも繊維および染料を長く照射すれば良い訳ではの染着性を評価した。これらの結果を図6に示す。染

なく，それぞれ濃染化に最適な照射時間があることが料の処理時間を横軸に，繊維の処理時間を縦軸にし，示された。この結果から濃染化において，繊維と染料淡色から濃色までを4段階で表した等高線を示す。この両方を改質する必要があると言える。の結果から，疎水性 が異な る3と4では濃染化で きる改質条件が大きく異なることが示された。

4 おわりに
当初，仮説を立てた「染料および繊維の両方を改質

淡染

表面改質方法によっても実証でき，濃染化に最適な改20PET処理時間(min)

PP処理時間(min)2010530

質条件を見出した。本稿では染料の分析については割10愛したが，上記した繊維のアニオン性と染料のカチオ5ン性とのイオン相互作用の他，疎水性も絡めた機構で3あると考えており，今後，改質条件による構造変化の003510 2003処理時間(min)35解析を行い，同時に表面状態も評価して固着機構の解10 20

明を行っていく予定である。

3処理時間(min)最後に，本研究はJSPS科研費 JP15K00775の助成を20

PET処理時間(min)20PP処理時間(min)制御することで機能保持をコントロールできる」をUV

濃染10530活用させて頂きました。

1055 参考文献
31)後 藤 景 子 ： SEN’I GAKKAISHI( 繊 維 と 工 業 ), 69(7),003510 20

4処理時間(min)035pp. 202-209(2013)10 202) K. P. Ghiggino, A. D. Scully, S. W. Bigger, J.

4処理時間(min)Polym. Sci: Part A: Polym. Chem. , 25, pp. 1619図61631(1987).

染料3，4を用いたPPとPETの染色等高線

3) 堂 ノ 脇 靖 已 , 野 﨑 裕 司 ： JETI, Vol. 66, No. 4,pp. 88-91(2018)

3では染料の改質効果はなく，繊維の改質にて染着量が向上した。PPが5分処理，PETが20分で最も濃染化

4) 高田忠彦：表面技術, pp. 16-17(1989)

でき，繊維の種類によって改質条件が異なることも示

5) 遠藤真一, 鈴木信二：光技術情報誌「ライトエッされた。20分以上照射すると繊維の溶融が観られたたジ」, No. 40, pp. 53-62(2014)

め実施しなかったが，PPでは5分以上行っても染着性6) 保 坂 正 喜 , 浅 田 匡 彦 , 石 森 元 和 ： DIC Technicalが低下し，より長く紫外線照射を行えば良い訳ではな

Review, No. 5, pp. 45-49(1999)

いことが示され，濃染化に最適な照射時間があること

7) R. M. Silverstein, G. C. Bassler, T. C.

が明らかとなった。これは繊維の改質によってカルボ

Morrill: SPECTROMETRIC IDENTIFICATION OF ORGANIC

ニル基や水酸基を導入して繊維表面がアニオン化されCOMPOUNDS, pp. 153-161, (株)東京化学同人(1983)

るが，カチオン性のアミノ基を有する3と相互作用し- 3 -