研究論文

繊維への機能性加工剤の耐久的固定化
茶 谷 悦 司 ＊ 1、 長 谷 川

摂＊1

Durable Immobilization of Functional Materials on the Modified Fibers
Etsushi CHAYA *1 and Osamu HASEGAWA *1
Owari Textile Research Center, AITEC * 1

機能性加工剤を効果的にかつ耐久的にポリエステルおよび綿繊維に固定化する方法を研究した。機能性加工剤が固定化されうる官能基をポリエステルおよび綿繊維に導入することにより、機能性加工剤を効率よく、耐久的に固定化させることができた。また、機能性加工剤を固定化したポリエステルおよび綿繊維に 、洗 濯 処 理 を 繰 り 返 し た 後 も DPPH（ 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl）ラ ジ カ ル 消 去 能 が 発 現 す る こ と 、抗菌性能、消臭性能があることを確認した。

１．はじめにそこでここでは、綿繊維を対象に、機能性加工剤を機繊維に本来備わっていない機能を付与した付加価値能を損なうことなく、しかも耐久的に付与する方法を研素材が数多く開発されている。繊維に付与される機能と究した｡また、ポリエステル、綿繊維を最適条件で前処理しては、抗菌防臭性、消臭性、スキンケア性、形態安定し、機能性加工剤を付与加工した試験布を作製し、抗酸性、透湿防水性、防炎性、難燃性、紫外線遮蔽性、制電化力、抗菌性、消臭性を評価し有効性を評価した。

性、導電性、防汚性、吸水速乾性、防虫性などがある。

２．実験方法

機能性付与は、①ポリマーそのものの機能化、②紡糸段階での機能剤の混合、③原糸、織編段階での交撚や交織、④染色や仕上げ段階での後加工などによって行われる｡

2.1 使用した繊維試料
染色加工試験用ポリエステル白織物、綿白編物（共に後加工で機能剤を繊維に付与し機能性を与えるとき、S 社から購入）を用いた。これを適当な大きさに裁断し、機能剤と繊維との反応性が乏しい場合は、化学的処理を蒸留水で十分洗浄し、室温で乾燥させたものを加工試験繊維に施すことによって固定化を強固なものにする｡化に供した。

学的方法には、薬品処理により加工剤と結合可能な官能2.2 使用した機能性加工剤および加工薬剤基を繊維に導入する方法や、バインダー樹脂を用いる方機能性加工剤は、抗酸化性および抗菌性を有する生コ法などがある。これら化学的方法のうち、加工処理の簡ーヒー豆抽出物（以下 OXCH と表記）：（Ｔ社から提供）

便さ、応用範囲の広さなどからバインダー樹脂を用いるを使用した。

方法が主流になっている

1）｡

ポリエステル繊維の前処理に使用したエチレンジアミ

しかし、バインダー樹脂による機能剤の固定化では、ン・一水和物（以下 EDA と表記）、綿繊維の前処理に使固着耐久性は向上するものの、機能剤が樹脂で被覆され用した過よう素酸ナトリウム（以下 SPI と表記）は試薬ることにより機能が十分発現しなくなったり、風合いをを使用した。

劣化させるという問題点が指摘されている。我々は、機OXCH を繊維に固着させるためにアクリル系バイン能性加工剤を効果的にポリエステル繊維に固定化する方ダー樹脂（K 社製）使用した。

法を研究した 2）。ポリエステル繊維をエチレンジアミン2.3 バインダー樹脂を用いた OXCH の付与加工方法

で適当な条件下前処理することにより、機能性加工剤が所定量の OXCH とバインダー樹脂を含有した加工溶効果的に固定化された。最適な付与加工条件は、繊維素液を調製した。この溶液を 40℃に調整した後、試料布を材ごとに検討する必要があることから、ポリエステル以この加工液に浸漬し、旋回振とうさせた。その後マング外の繊維を対象とした効果的な付与加工法の確立が望ま

ルで絞り（絞り率 80〜100％）、110℃の乾燥機中で３分れていた。

間乾燥させた。その後 160℃で 3 分間熱処理を行った。

＊

1 尾張繊維技術センター

加工技術室

JIS L1902-2002（繊維製品の抗菌性試験方法・抗菌効2.4 EDA によるポリエステルの前処理と OXCH の付与加工方法

果）の菌液吸収法に準拠して行った。試験菌は黄色ブド

40℃に調整した EDA 中に規定のサイズに裁断したポウ球菌（ Staphylococcus aureus NBRC 12732）を用いリエステル白布を浸漬し、旋回振とうしながら所定時間た。生菌数は、ニュートリエント寒天培地を用いた平板処理した。処理後中和処理を行い、蒸留水で十分洗浄し、培養法を用いた。

乾燥した｡

2.9 消臭性能の評価方法

OXCH を 10mM 酢酸緩衝液（pH=4.8）に所定濃度に消臭性能の評価は、（社）繊維評価技術協議会が定め溶解した｡この溶液を 40℃に調整し、EDA で前処理したる消臭性試験法を参考に行った。臭気成分はアンモニアポリエステル白布を浸漬し、旋回振とうさせながら、所とし、初発濃度：100ppm で行った。また、試験試料の定時間処理した。その後マングルで絞り（絞り率 80〜

サイズは 8×8cm とし、ガス充填量は 3L、測定時間（放100％）、110℃の乾燥機中で３分間乾燥させた。その後置時間）は 2 時間とした。

160℃で 3 分間熱処理を行った。

2.10 染色性の評価

2.5 SPI、EDA による綿の前処理と OXCH の付与加工方法

シッフ試薬 10ml に試験布約 1g を浸漬し、室温で 10所定の濃度に調製した過よう素酸ナトリウム水溶液分間発色反応させた。その後試験布を取り出し、湯洗い、に綿布を投入し、35℃で 20 時間処理した。その後十分水洗した後、乾燥させた。乾燥後染色された布を測色にに水洗し中和した。

供し、前処理効果を評価した。

エチレンジアミンを 10mM 酢酸緩衝液（pH=4.8）でKayastain Q（日本化薬製）を 2.5g とり、200ml の蒸所定の濃度に調製し、SPI 処理した綿布を投入し、35℃留水に溶解した｡これに試験布 2.5g を投入し、100℃でで 23 時間処理した。その後十分に水洗し、中和した。

10 分間染色処理した（100%o.w.f.）｡染色処理終了後染OXCH の付与加工は 2.4 と同じ方法で行った。
2.6 耐久性評価のための試験試料調製方法
洗濯試験は JIS L 0217 103 号に準拠して行った。使用

色された布を取り出し、湯洗い、水洗した後、乾燥させた｡乾燥後染色された布を測色に供し、反射率曲線等を測定し、染色性を評価した。

洗剤は、P＆G モノゲンドライ＆ウール（液体）中性を用い、40℃の湯 30L に対して 40ml の割合で添加した。

３．実験結果及び考察

この洗濯液に浴比が 1：30 になるように試料および負荷

3.1 各種前処理剤による綿繊維の前処理

布を投入して運転を開始した。5 分間処理した後、運転

綿を SPI で酸化し、生じたアルデヒド基がシッフ試薬を止め、試料および負荷布を脱水機で脱水し、次に洗濯と結合して、赤紫色の化合物を形成する反応を利用し、機を常温の新しい水に替えて、同一の浴比で 2 分間すす処理状態を確認した。SPI による前処理布にシッフ試薬ぎ洗いを行った。2 分間のすすぎ洗いを行った後、運転を作用させたところ、赤紫色に発色し、綿繊維に官能基を止め試料と負荷布を脱水し、再び２分間すすぎ洗いを（アルデヒド基）が導入されていることが確認できた。

行い、脱水した。この操作を 3、5、10 回繰り返し、平また混合染料（Kayastain Q）で染色した試料布を測干しして乾燥した後耐久性試験に供した。

色に供し、Ｋ／Ｓ曲線等を測定したところ、SPI 処理に2.7 抗酸化能の評価方法

続き EDA で処理する二段階処理で染色濃度が増大した

DPPH（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl）法により、ことが確認でき（図１）、アニオン染料の染着座席とな抗酸化能を評価した。DPPH は分子内にラジカルを持っ30ており、これがラジカル消去能を有する物質により還元25され、紫色から黄色に変化する。このときの 515nm にOXCH を付与加工した繊維 1g あたり 1 の吸光度の減少をもたらす DPPH ラジカル消去能の強さを抗酸化力価 1（U）と定義することにより評価した。
また、OXCH を付与加工した試験布を洗濯処理したものの DPPH ラジカル消去能を測定し、抗酸化力価を求めＫ／Ｓた。OXCH を付与加工した繊維の抗酸化能の強弱は、

SPI、EDA処理

20

おける吸光度の減少量でラジカル消去能の強さを比較し

15EDA

10SPI

0400

500600700

波長（ｎｍ）ることによって、耐久性を評価した｡
2.8 抗菌性能の評価方法

未処理

5図１

KayastainQ で染色した各種前処理
綿布のＫ／Ｓ曲線

りうる官能基が導入されたことがうかがわれた。
SPI 単独処理の処理効果は、混合染料の染着状態によで処理する二段階処理以外の方法では、1 回の水洗処理でほとんど抗酸化能が発現しなくなった（表１）。水洗さり確認したが、明確に認められなかった。アルデヒド基れることにより、固定化されなかった OXCH が除去さが混合染料の染着座席にならなかったことが考えられる。

れたものと考えられた。一方二段階処理は、水洗処理をまた、EDA 単独処理では効果が確認できなかった。

繰り返しても早期に抗酸化力が失われることはなく、１０回の水洗後も抗酸化力価 5U 以上を保持していた。

3.2 綿繊維への OXCH の付与加工
SPI 処理に続き EDA で処理する二段階処理した前処

3.3 綿、ポリエステル繊維への OXCH の付与加工

理布に OXCH を付与加工した加工布を混合染料で染色

次に、最も効率よく OXCH を固定化でき、かつ抗酸したところ、OXCH を付与する前（前処理のみ行ったも化能の耐久性が高かった、ポリエステル繊維に対するの）よりも染色濃度が低下した（図２）。OXCH が固定

EDA 処理 2） と、綿繊維に対する SPI 処理に続き EDA化されたことにより、染着座席となる官能基（アミノ基）で処理する二段階処理について、さらに検討した。

が消費されたためと考えられた。

3.3.1 抗酸化能耐久性
ポリエステル繊維に OXCH を付与する場合、EDA 処

30

理は効率よく OXCH を繊維に固定化できた（表２）。抗25

Ｋ／Ｓ

OXCH 付与ポリエステル布の抗酸化力価

表２

SPI、EDA処理20

抗酸化力価（U）

15

処理方法

SPI、EDA処理＋OXCH付与

1050400500

600700

洗濯０回

洗濯１０回

未処理

22.30.2

EDA

59.1

15.4

バインダー樹脂

14.21.3

波長（ｎｍ）

図２

KayastainQ で染色した OXCH 付
与前後の綿布のＫ／Ｓ曲線

酸化力価は、前処理なしで OXCH を付与した場合の約 3倍の値を示した。ポリエステルにアミノ基が導入されたことにより、OXCH が効果的に付与されたものと考えら各種前処理を行った OXCH 付与加工布の初期の抗酸れる。一方、合成樹脂で付与させた場合は、固定化の効化能を比較すると、官能基の減少が確認できた SPI 処理

率が低く、前処理なしで OXCH を付与した場合の半分に続き EDA で処理する二段階処理において、前処理をほどの抗酸化力価を示すにとどまった。洗濯処理を繰り行わず OXCH 付与を行ったものと比較して抗酸化力価返した後の抗酸化力価は、EDA 処理以外の付与方法ではが 5 倍に増大した（表１）。この二段階処理は効率よくほとんどなくなった。EDA 処理したものは、洗濯１０回OXCH を繊維に吸尽させることが判明した。SPI 単独処後において抗酸化力価１５U 前後を示した（表２）。

理においても、抗酸化力価の増加が認められた。EDA 単

綿繊維に OXCH を付与する場合、SPI に続き EDA で独処理では、抗酸化力価の増加は認められなかった。

処理する二段階の前処理は効率よく OXCH を繊維に固次に、各種方法で OXCH を付与した綿繊維を水洗処理した後の抗酸化力価を比較した。SPI 処理に続き EDA定化できた（表３）。抗酸化力価は、前処理なしで OXCHを付与した場合の約 3 倍の値を示した。一方、合成樹脂で付与させた場合は、前処理なしで OXCH を付与した

表１

OXCH 付与綿布の抗酸化力価場合より若干抗酸化力価が低下した。洗濯処理を繰り返

抗酸化力価（U）

表３

前処理方法
水洗なし

水洗後

未処理

3.90.6

処理方法

過よう素酸ナトリウム（ SPI ）

6.3

1.8

未処理

エチレンジアミン
（EDA）

4.4

0.5

SPI→EDA

22.114.8

OXCH 付与綿布の抗酸化力価
抗酸化力価（U）

SPI→EDA
二段階処理

洗濯０回

洗濯１０回

29.40.8

二段階処理

98.1

10.7

バインダー樹脂

28.41.9

した後の抗酸化力価は、SPI、EDA 二段階処理以外の付ミ臭）すべてに含まれているアンモニアを用いた。その与方法ではほとんどなくなった。SPI に続き EDA で処結果を表４に示した。綿繊維に SPI 処理に続き EDA で理する二段階の前処理したものは、洗濯 10 回後におい処理する二段階処理したものに OXCH を付与したものて抗酸化力価 10U 前後を保持していた（表３）。

は、洗濯処理を行っていない試験布の減少率が 79.0%、3.3.2 OXCH 付与加工布の抗菌性能

洗濯 10 回後の減少率が 68.4%であった。社団法人繊維ラジカル消去能の評価結果より、ポリエステル繊維と評価技術協議会の消臭加工繊維製品認証基準によると、綿繊維の改質処理によって OXCH が効果的に付与でき臭気成分がアンモニアの場合、減少率が 70%以上で適合ることがわかったので、抗菌性を評価することにした。となっている。試験片サイズを考慮すると、洗濯 10 回ポリエステル繊維の抗菌性能評価では、試験成立条件後においても減少率の基準に適合する可能性が示された。

（増殖値 1.5 以上）は満たしたものの、サンプル間の生菌数に大きなばらつきが発生した。ばらつきが発生した

４.結び

原因は、ポリエステル繊維の親水性が低いため菌液の接ここでは選択した機能性加工剤（OXCH）を、ポリエ種がうまくいかなかったこと、前処理あるいは OXCH 付ステルおよび綿繊維に効率よくしかも耐久的に固定化す与処理のむらなどが考えられた。

る方法について検討した｡OXCH を固定化するためには、綿繊維の抗菌性能評価を行った。標準布（未加工布）EDA でポリエステル繊維を処理すること、ならびに SPIの試験菌接種直後の生菌数は 1.3×104 個（その常用対数処理に続き EDA で綿繊維を処理することで両繊維にア値 Ma=4.1）であり、洗濯処理を１０回繰り返した後のミノ基を導入することが有効であった。両繊維に導入さ２

試験布の生菌数は 5.8×10 個であり（その常用対数値れたアミノ基と、OXCH の主成分であるクロロゲン酸類

Mc=2.8）、Ma−Mc であらわされる殺菌活性値は 1.3 でのカルボキシル基などが、適当な加工条件で作用し、加あった。洗濯処理を施していない試験布の生菌数は 0 個

熱処理によって強固に結合した。このため、水洗処理をであり、殺菌活性値は算出できなかった。綿繊維を SPI行っても早期に抗酸化能が消失することがなかった｡ま処理に続き EDA で処理した後、OXCH を付与した加工た、洗濯処理後も抗菌性、消臭性が保持されていた。

布は、洗濯を 10 回繰り返した後も殺菌活性値が 1.3 を

しかし、EDA 処理によるポリエステル繊維の強度低下示したことから、制菌加工繊維製品認証基準（一般用途：2)

最大 10 回洗濯した後の殺菌活性値≧０）に適合する可することによる黄変（褐変）、他繊維と混用されたときの能性が示された。

処理方法などに課題を残した。

、SPI 処理による綿繊維の強度低下、OXCH を固定化

3.3.3 OXCH 付与加工布の消臭性能
社団法人繊維評価技術協議会の消臭加工繊維製品認謝辞

証基準を参考に試験を行った。臭気成分は、五つの消臭抗菌試験を行うにあたりご協力いただきました愛知

カテゴリー（汗臭、加齢臭、排せつ臭、タバコ臭、生ゴ

県産業技術研究所食品工業技術センターの皆様に感謝いたします。

表４

OXCH 付与綿布の消臭性能

付与方法

初期の減少率（％）

洗濯１０回後の減少率（％）

SPI、EDA二段階処理

79.0

68.4

バインダー樹脂42.1

52.6

文献
1）上甲恭平：繊維機械学会誌，58，P274（2005）
2）茶谷悦司、長谷川摂：愛知県産業技術研究所研究報告，
5，170（2006）