CN102471939B - 防燃性人造丝纤维及其制造方法、以及防燃性纤维结构物 - Google Patents

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Abstract

本发明提供防燃性优异并且阻燃性也优异的防燃性人造丝纤维及其制造方法以及防燃性纤维结构物。本发明的防燃性人造丝纤维的人造丝纤维中含有硅和钠成分，在800℃下燃烧时有玻璃质残存，玻璃质具有在800℃下软化的性质，对所述人造丝纤维进行荧光X射线分析时，硅的含量为5～30质量％的范围、钠的含量为0.1～3质量％的范围。另外，本发明的防燃性人造丝纤维可按如下所述制造：制备粘胶原液，在所述粘胶原液中添加含有含碱金属的硅酸化合物的溶液，从而制成添加有含碱金属的硅酸化合物的粘胶液，从喷丝头向含硫酸的纺丝浴中挤出所述添加有含碱金属的硅酸化合物的粘胶液来进行纺丝，从而制作含硅酸化合物的被处理纤维，在精炼工序或后加工工序中使用pH为4～11范围的含钠的具有缓冲作用的溶液对所述被处理纤维进行处理。另外，本发明的防燃性纤维结构物含有至少30质量％的防燃性人造丝纤维。

Description

防燃性人造丝纤维及其制造方法、以及防燃性纤维结构物
技术领域
本发明涉及防燃性人造丝纤维及其制造方法、以及防燃性纤维结构物。
背景技术
一直以来，对于具有阻燃性的纤维素纤维或其制造方法而言，多进行通过促进碳化来提高阻燃化的研究。另外，最近作为具有防燃性的纤维素纤维，提出了利用通过运用粘胶人造丝的纺丝技术将纤维素与玻璃质进行复合，从而即便纤维素发生分解也会有玻璃质残留、由此使燃烧停止的数个技术。例如，专利文献1提出了将粘胶与硅酸钠混合并在含有硫酸的浴中进行纺丝，从而将复合纤维纤维化。专利文献2提出了在粘胶中混合硅酸钠并在精炼工序中使用铝酸钠而得到内含铝的纤维素纤维。专利文献3提出了在粘胶中混合硅酸钠并在精炼工序或后加工工序中接触含Mg的碱溶液而得到内含Mg的纤维素纤维。
但是，专利文献1所公开的纤维素纤维仅为纤维素与硅酸的复合，当暴露于高温时，虽然形成玻璃质的骨架，但无法阻碍纤维素的分解，需要进一步提高阻燃性。另外，专利文献2所公开的纤维素纤维含有铝，但铝可能具有神经毒性，因而从安全性方面出发需要进一步的改善。另外，专利文献3公开的纤维素纤维在暴露于高温时，玻璃质的骨架形成而发挥防燃性能，同时还具有洗涤耐久性。但是，对于专利文献3的防燃性人造丝而言，有时Mg加工的操作变得烦杂。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：英国专利第1064271号说明书
专利文献2：日本专利第3179104号公报
专利文献3：日本专利第4094052号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明为了解决上述以往问题，提供防燃性优异并且阻燃性也优异的防燃性人造丝纤维及其制造方法、以及防燃性纤维结构物。
用于解决课题的手段
本发明的防燃性人造丝纤维的特征在于，在人造丝纤维中含有硅和钠成分，上述人造丝纤维在800℃下燃烧时有玻璃质残存，玻璃质具有在800℃下发生软化的性质，对上述人造丝纤维进行荧光X射线分析时，硅的含量为5～30质量％的范围，钠的含量为0.1～3质量％的范围。
本发明的防燃性人造丝纤维的制造方法包含以下工序：制备粘胶原液的工序；在上述粘胶原液中添加含有含碱金属的硅酸化合物的溶液，从而制成添加有含碱金属的硅酸化合物的粘胶液的工序；从喷丝头向含硫酸的纺丝浴中挤出上述添加有硅酸化合物的粘胶液来进行纺丝，从而制作含硅酸化合物的被处理纤维的工序；和在精炼工序或后加工工序中使用pH为4～11范围的含钠的具有缓冲作用的溶液对上述被处理纤维进行处理的工序。
本发明的防燃性纤维结构物的特征在于，至少含有30质量％的上述防燃性人造丝纤维。
发明的效果
本发明的防燃性人造丝纤维通过在人造丝纤维中含有硅和钠成分，显示出优异的防燃性能和自灭火性(阻燃性)。另外，本发明的防燃性人造丝纤维由于不含卤素，因而假设发生了燃烧，在所产生的气体中也没有氰或卤素化合物等有害物质。而且，本发明的防燃性人造丝纤维的主要成分为人造丝，可以埋在土中进行分解。
附图说明
图1为表示本发明一个实施例的防燃性人造丝纤维在800℃下的灰化状态的显微镜照片。
图2为表示本发明另一个实施例的防燃性人造丝纤维在800℃下的灰化状态的显微镜照片。
图3为表示比较例的防燃性人造丝纤维在800℃下的灰化状态的显微镜照片。
图4为表示另一个比较例的防燃性人造丝纤维在800℃下的灰化状态的显微镜照片。
具体实施方式
本发明的防燃性是指防止火焰燃烧性，是指通过玻璃质的骨架残留所获得的特性。具体地说是即便遇到火焰续燃时间也很短、碳化面积也很小的性能。该性能作为例如即便在躺着吸烟时香烟的火苗落到床上的被罩上也仅会烧焦而不会燃烧起来的性质是有用的。另外，阻燃性是指具有自灭火性、纤维本身难以燃烧的特性。具体地说是指即便解纤后的棉花着火，也不会产生火花而自灭火的特性。
本发明的防燃性人造丝纤维在人造丝纤维中含有硅和钠成分。本发明的人造丝纤维在低于1000℃的温度、例如香烟火苗的温度约800℃下软化，具有生物降解性，除去人造丝成分之外的其他成分形成含有硅和钠的化合物(主要是硅酸钠)，因而可以制成对环境负担小的人造丝纤维。
上述人造丝纤维是将纤维素黄原酸化、并使用稀碱稀释溶解的粘胶进行凝固再生而获得的纤维，并不受纤维素等材料或其制造方法的特别限定。
推测上述防燃性人造丝纤维通过在纤维中含有硅和钠，在燃烧时形成钠玻璃结构，软化点降低，在约800℃等的高温下，玻璃迅速软化，阻碍了纤维素的分解。通常，对于纤维素的燃烧，利用热产生的分解生成气体是可燃性的，因而燃烧继续，但通过在燃烧时形成钠玻璃结构，阻碍了纤维素的分解，从而抑制燃烧，进行自灭火。
上述防燃性人造丝纤维中硅的含量在利用荧光X射线分析进行测定时为5～30质量％、优选为8～23质量％的范围、更优选为13～19质量％的范围。本发明的防燃性人造丝纤维中，通过使硅的含量为上述范围内，保持了人造丝纤维的强度和手感。
上述防燃性人造丝纤维中钠的含量在利用荧光X射线分析进行测定时为0.1～3质量％、优选为0.15～1.5质量％的范围、更优选为0.2～1.0质量％的范围。本发明的防燃性人造丝纤维中，通过使钠的含量为上述范围内，可以制成防燃性和自灭火性更为良好的防燃性人造丝纤维。
另外，上述防燃性人造丝纤维中，在利用荧光X射线分析进行测定时，硅的含量与钠的含量的比例即硅/钠的质量比优选为10以上且小于90。上述硅/钠的质量比是表示纤维的软化难易的参数，硅/钠的质量比越低，则在使上述防燃性人造丝纤维燃烧时，在纤维内部越容易发生钠玻璃化而软化，自灭火性(阻燃性)越提高。更优选的硅/钠的质量比为15～70。上述硅/钠的质量比小于90时，形成硅酸钠(xNa2·ySiO2·zH2O，其中x为1～5、y≥x、z为1～3)的比例多，可获得良好的阻燃性。另外，当上述硅/钠的质量比为10以上时，由于在残存玻璃质骨架的同时发生软化，因而可获得良好的防燃性和阻燃性。
在上述防燃性人造丝纤维中，钠的存在状态只要是至少一部分含有在人造丝纤维中即可，其他部分可附着在人造丝纤维的表面等。钠是否存在于人造丝纤维中(纤维的内部)可以通过水洗进行确认。上述硅和上述钠化合物并不受其状态的特别限定，可以均匀地混合在纤维内，还可以以相容或不相容的状态存在。上述钠只要是一部分以硅酸钠等钠化合物的形式存在即可，其他部分也可以以氧化钠、氢氧化钠等钠盐的形式含有。
上述防燃性人造丝纤维的灰分优选为10～50质量％的范围、更优选为15～40质量％的范围、特别优选为25～38质量％的范围。这里，灰分是指在高温下将有机物焚烧后以残渣的形式残留的无机物。灰分小于10质量％时，有防燃性人造丝纤维的防燃性降低的倾向。灰分超过50质量％时，有防燃性人造丝纤维的强度降低或者手感受损的倾向，另外超过40质量％时，有难以获得与以往未使用阻燃剂等的人造丝纤维同等手感的倾向。因而，通过使本发明的防燃性人造丝纤维的灰分为上述范围内，可制成防燃性良好、手感良好的防燃性人造丝纤维。此外，本发明中，防燃性人造丝纤维的灰分根据JIS L 1015 8.20测定，用使防燃性人造丝纤维在850℃下燃烧后残留成分的质量相对于防燃性人造丝纤维的绝对干质量的质量％表示。以下也同样。
在根据JIS L 1091E法(氧指数法试验)进行的纸捻测定(E-1号)中，上述防燃性人造丝纤维的LOI值优选为31以上、更优选为32以上。另外，在根据JIS K 1091E法(氧指数法试验)进行的无纺布测定(E-2号)中，上述防燃性人造丝纤维的LOI值优选为23以上、更优选为24以上。本发明的人造丝纤维由于LOI值满足上述范围，因而在具有防燃性的同时还具有阻燃性，从而优选。
上述防燃性人造丝纤维的L值(白色度)优选为40～90、更优选为44～86、特别优选为48～70。L值是使白色为100、黑色为0时的白色度的指标，数值为正，越大则越白。L值100是白色，但通常的人造丝纤维的白色度为92～95左右，由于加热时的纤维素的色调变化的影响，不会变成纯白，因而具有难以生产L值超过90的人造丝纤维的倾向。另外，L值小于40者在成为制品时，有色调易于变差、制品的价值降低的倾向。
上述防燃性人造丝纤维并不受其纤度的特别限定，一般来说纤度为1～17dtex的范围、优选为1.7～10dtex的范围。纤度小于1dtex时，有人造丝纤维的强度降低的倾向；纤度超过17dtex时，有纤维直径变得过粗、因而变得粗硬的倾向。另外，上述防燃性人造丝纤维并不受其纤维长度的特别限定，既可作为单纤维使用也可作为毛束使用。纤维长度可自由地设定，为5～20mm时可作为拉窗纸或壁纸等使用，为20～200mm时可作为无纺布用途或细纱使用。为长纤维素束时，在精炼后也可不截断地使用。
上述防燃性人造丝纤维的纤维截面并不受其形状的特别限定，可根据使用用途适当选择。例如可举出圆型、异型、中空型、扁平型等形状。
本发明的防燃性人造丝纤维保持了作为再生纤维素的人造丝一般具有的有用物性、例如生物降解性、吸水性、吸湿性、防静电性、热稳定性等。作为本发明的防燃性人造丝纤维主成分的人造丝具有生物降解性，例如通过埋在土中，可在1～3个月内降解。而且，除了人造丝之外的其他成分是主要含有硅酸和钠的化合物(主要是硅酸钠)。因而，本发明的防燃性人造丝纤维是对环境负担小的纤维。
本发明的防燃性人造丝纤维可如下获得。首先，在粘胶原液中添加含碱金属的硅酸化合物、例如硅酸钠(Na2O·nSiO2·xH2O，其中n为1～3、x为10～20)，制成添加有含碱金属的硅酸化合物的粘胶液(以下也仅称作粘胶液)，从喷丝头向含硫酸(H2SO4)的纺丝浴中挤出上述粘胶液来进行纺丝，制作含硅酸化合物的被处理纤维。上述纺丝工序中，上述粘胶液中的上述含碱金属的硅酸化合物例如硅酸钠(Na2O·nSiO2·xH2O，其中n为1～3、x为10～20)与上述硫酸(H2SO4)反应而变成二氧化硅(SiO2，但为聚合物)。之后，在精炼工序或后加工工序中使用pH为4～11范围的含钠的具有缓冲作用的溶液对所得的被处理纤维进行处理，可获得本发明的防燃性人造丝纤维。通过该处理，硅和钠发生反应而形成化合物。推测该含有硅和钠的化合物在人造丝纤维中具有下述结构。推测在人造丝纤维中硅酸形成层状的结构，在其单位结构的层间，钠以氧化钠的形态存在，硅酸和氧化钠通过共有一部分的氧部分而结合，产生硅酸和钠的凝胶，形成硅酸钠(xNa2·ySiO2·zH2O，其中x为1～5、y≥x、z为1～3)。另一方面，在以往的防燃性人造丝纤维的制造中，在硅酸钠与硫酸反应而变成二氧化硅的工序之前都是相同的，但由于在此状态下会残留大量的硫成分，因而必须经过精炼工序将硫成分除去。在该精炼工序中，残存于纤维中的钠也被除去至体系外，因而钠与硅酸不会在纤维中结合。
上述纺丝浴只要使用一般的含硫酸的酸性纺丝浴即可，例如可使用含有110～170g/升的H2SO4、10～30g/升的ZnSO4和150～350g/升的Na2SO4的Muller浴等。另外，纺丝浴的温度一般为45～65℃。
上述粘胶原液使用一般组成的液体即可，例如可使用含有5～15质量％的纤维素、5～10质量％的NaOH和1～5质量％的CS2的粘胶原液等。
上述含碱金属的硅酸化合物相对于粘胶原液中所含的纤维素的质量以换算成二氧化硅(SiO2)计优选为10～100质量％的范围、更优选为25～70质量％的范围。上述粘胶原液中的含碱金属的硅酸化合物被看作是与上述硫酸(H2SO4)反应而变成二氧化硅(SiO2，但为聚合物)的物质，因而进行了二氧化硅(SiO2)换算。通过含有上述范围内的二氧化硅，可以保持纤维的强度和手感，在利用含钠的溶液进行处理时，可制造防燃性良好的人造丝纤维。
作为上述含碱金属的硅酸化合物，例如可举出硅酸钠等。添加上述硅酸钠等含碱金属的硅酸化合物的工序只要是在一般的粘胶原液中混合含碱金属的硅酸化合物的水溶液即可。
上述硅酸钠的添加比例相对于粘胶原液的纤维素以SiO2换算计优选为10～100质量％的范围、更优选为15～80质量％的范围、特别优选为30～70质量％的范围。通过使硅酸钠的量为上述范围内，可以将被处理纤维中所含二氧化硅的量调整至适于上述本发明的防燃性人造丝纤维的量。作为上述硅酸钠，例如可使用硅酸钠3号(JIS K 1408)。
另外，在上述精炼工序或后加工工序中，通过pH为4～11范围的含钠的具有缓冲作用的溶液对通过纺丝工序获得的含有硅成分的被处理纤维进行处理，使上述硅与钠反应，形成含有硅和钠的化合物。推测含硅和钠的化合物形成了硅酸钠。例如是在精炼工序的漂白处理后，代替硫酸使被处理纤维与上述含钠的具有缓冲作用的溶液接触的处理；在精炼工序的酸处理后，使被处理纤维与上述含有钠的具有缓冲作用的溶液接触的处理；通过精炼工序的油剂处理，在上述油剂成分中混合含有钠的具有缓冲作用的溶液，并使被处理纤维与其接触的处理；作为对被处理纤维进行精炼并干燥后的后加工工序，使被处理纤维浸渍在上述含有钠的具有缓冲作用的溶液中的处理等。此时，浴比可根据所用的上述含钠的具有缓冲作用的溶液来适当选择，例如被处理纤维的质量/上述溶液的质量为1/10～1/1000的范围。另外，一般来说，浴温为0～100℃的范围、浸渍时间为30秒左右时，可进行良好的加工，优选为20～300秒的范围。
上述含钠的具有缓冲作用的溶液只要pH为4～11的范围即可、优选pH为6～10的范围、更优选pH为7～8.6的范围、特别优选pH为7.3～8.6的范围。pH小于4时，钠不会进入纤维内部、无法获得自灭火性。而pH超过11时，纤维中的硅酸成分会溶出、加工后的灰分降低，结果变得难以获得防燃性。
另外，从有效地使钠与纤维中的硅酸反应的观点出发，上述含钠的具有缓冲作用的溶液优选pH为4～11的范围且为水溶液。本发明中，“含钠的具有缓冲作用的溶液”只要是在具有缓冲作用的溶液、即缓冲液中含有钠、其pH为4～11的范围的溶液，则可以是任何形态。例如可以使用含有没有缓冲作用的水溶性钠盐和具有缓冲作用的钠盐的缓冲液、由具有缓冲作用的钠盐构成的缓冲液、含有没有缓冲作用的水溶性钠盐和具有缓冲作用的药剂例如弱酸或弱碱的缓冲液等。其中，从将钠高效地摄入纤维中的观点出发，优选由具有缓冲作用的钠盐构成的缓冲液。作为上述没有缓冲作用的水溶性钠盐，例如可使用氯化钠、硫酸钠、硝酸钠等。作为上述具有缓冲作用的钠盐，可举出碳酸氢钠(小苏打)、碳酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、柠檬酸钠等。其中，从不希望含有磷系成分的用途或pH的观点出发，更优选弱碱性的碳酸钠、碳酸氢钠的缓冲液。另外，这些钠盐还可组合使用一种以上。
上述含钠的具有缓冲作用的溶液中的钠盐含量从管理上的观点出发优选用钠离子浓度进行规定。上述含钠的具有缓冲作用的溶液中的钠离子浓度优选为500～10000mg/L的范围、更优选为1000～8000mg/L的范围。
通过含有上述防燃性人造丝纤维，可以获得织物、针织物、无纺布等防燃性纤维结构物。上述防燃性纤维结构物中，上述防燃性人造丝纤维的含量优选为30质量％以上、更优选为60～80质量％。上述防燃性人造丝纤维的含量为30质量％以上时，可获得防燃性和阻燃性优异的防燃性纤维结构物。作为上述防燃性纤维结构物中所用的其他纤维并无特别限定，例如可举出低熔点聚酯纤维等粘合剂纤维、商品名“Kanecaron”(Kaneka公司制)等阻燃丙烯酸纤维(改性聚丙烯腈纤维)、芳纶纤维(芳香族聚酰胺)等不燃纤维等。
如上所述，本发明的防燃性人造丝纤维是防燃性和阻燃性良好的人造丝纤维。另外，是手感良好、具有耐干洗性和生物降解性的人造丝纤维。本发明的防燃性人造丝纤维加工成织物、针织物、无纺布等，在例如防灾物品、厨房用风机过滤机、被罩、枕套、寝具用垫、寝具用罩、防火丝网、室内用品(地毯、椅垫、窗帘、壁纸底布、墙壁材料等)、车辆的内部装饰材料(垫子、内衬布等)等用途中是有用的。
实施例
以下使用实施例更加具体地说明本发明。此外，本发明并不限定于下述实施例。
(实施例1)
(1)粘胶液的制造
制作含有8.5质量％的纤维素、5.7质量％的氢氧化钠和2.6质量％的二硫化碳的粘胶原液。接着，在所制作的粘胶原液中添加3号硅酸钠和氢氧化钠和水的混合溶液，调整成粘胶液的组成为纤维素7.2质量％、氢氧化钠7.4质量％，获得添加有硅酸钠的粘胶液。硅酸钠的添加率以换算成SiO2计相对于纤维素质量为50质量％。
(2)纺丝
利用二浴拉伸纺丝法以纺丝速度为50m/min、拉伸率为50％对上述添加有硅酸钠的粘胶液进行纺丝，获得纤度约为3.3dtex的纤维。第一浴(纺丝浴)的组成为硫酸115g/升、硫酸锌15g/升、硫酸钠350g/升，温度为48℃。第二浴(热水浴)的温度为85℃。从喷丝头挤出上述添加有硅酸钠的粘胶液，制作含硅的人造丝长纤维束(被处理纤维)。
(3)精炼
使用切割机将上述长纤维束切成纤维长度为51mm进行精炼处理。精炼工序按热水处理、漂白、酸洗、水洗的顺序实施。利用压缩辊将多余的水分除去，用60℃的恒温干燥机干燥7小时。如此获得的被处理纤维的物性是纤度：3.3dtex、干强度(cN/dtex)：1.4、湿强度(cN/dtex)：0.8、干拉伸率(％)：25、湿拉伸率(％)：20。
(4)后加工
作为含钠的具有缓冲作用的溶液(以下称作钠系缓冲液)，使用含有硫酸钠为0.38质量％、碳酸氢钠为0.05质量％的水溶液(浴温为50℃、pH为7.76)，在该水溶液中浸渍上述干燥后的被处理纤维30秒钟。此时，浴比为使被处理纤维的质量与上述水溶液的质量达到1∶20的比例。接着，对上述被处理纤维进行水洗，并实施离心脱水。最后，利用105℃的恒温干燥机干燥30分钟，获得实施例1的防燃性人造丝纤维b(以下称作纤维b)。
(实施例2)
在后加工中，作为钠系缓冲液，使用含有硫酸钠为0.34质量％、碳酸氢钠为0.1质量％的水溶液(浴温为50℃、pH为7.79)，除此之外与实施例1同样操作，制造实施例2的防燃性人造丝纤维c(以下称作纤维c)。
(实施例3)
在后加工中，作为钠系缓冲液，使用含有硫酸钠为0.17质量％、碳酸氢钠为0.3质量％的水溶液(浴温为50℃、pH为7.93)，除此之外与实施例1同样操作，制造实施例3的防燃性人造丝纤维d(以下称作纤维d)。
(实施例4)
在后加工中，作为钠系缓冲液，使用含有硫酸钠为0.41质量％、碳酸氢钠为0.01质量％的水溶液(浴温为50℃、pH为7.31)，除此之外与实施例1同样操作，制造实施例4的防燃性人造丝纤维e(以下称作纤维e)。
(实施例5)
在后加工中，作为钠系缓冲液，使用含有碳酸氢钠为0.1质量％的水溶液(浴温为50℃、pH为8.40)，除此之外与实施例1同样操作，制造实施例5的防燃性人造丝纤维f(以下称作纤维f)。
(实施例6)
在后加工中，作为钠系缓冲液，使用含有碳酸氢钠为0.5质量％的水溶液(浴温为50℃、pH为8.42)，除此之外与实施例1同样操作，制造实施例6的防燃性人造丝纤维g(以下称作纤维g)。
(实施例7)
在后加工中，作为钠系缓冲液，使用含有碳酸氢钠为1.0质量％的水溶液(浴温为50℃、pH为8.43)，除此之外与实施例1同样操作，制造实施例7的防燃性人造丝纤维h(以下称作纤维h)。
(实施例8)
在后加工中，作为钠系缓冲液，使用含有磷酸二氢钠为0.5质量％的水溶液(浴温为50℃、pH为4.69)，除此之外与实施例1同样操作，制造实施例8的防燃性人造丝纤维i(以下称作纤维i)。
(实施例9)
在后加工中，作为钠系缓冲液，使用含有磷酸二氢钠为1.0质量％的水溶液(浴温为50℃、pH为4.53)，除此之外与实施例1同样操作，制造实施例9的防燃性人造丝纤维j(以下称作纤维j)。
(实施例10)
在后加工中，作为钠系缓冲液，使用含有磷酸二氢钠为3.0质量％的水溶液(浴温为50℃、pH为4.24)，除此之外与实施例1同样操作，制造实施例10的防燃性人造丝纤维k(以下称作纤维k)。
(实施例11)
在后加工中，作为钠系缓冲液，使用含有碳酸钠为0.5质量％的水溶液(浴温为50℃、pH为10.86)，除此之外与实施例1同样操作，制造实施例11的防燃性人造丝纤维l(以下称作纤维l)。
(实施例12)
在后加工中，作为钠系缓冲液，使用含有磷酸氢二钠为0.5质量％的水溶液(浴温为50℃、pH为8.70)，除此之外与实施例1同样操作，制造实施例12的防燃性人造丝纤维m(以下称作纤维m)。
(实施例13)
在后加工中，作为钠系缓冲液，使用含有磷酸氢二钠为1.0质量％的水溶液(浴温为50℃、pH为8.76)，除此之外与实施例1同样操作，制造实施例13的防燃性人造丝纤维n(以下称作纤维n)。
(实施例14)
在后加工中，作为钠系缓冲液，使用含有磷酸氢二钠为3.0质量％的水溶液(浴温为50℃、pH为8.79)，除此之外与实施例1同样操作，制造实施例14的防燃性人造丝纤维o(以下称作纤维o)。
(实施例15)
在后加工中，作为钠系缓冲液，使用以94.7∶5.3的比例(体积比)含有0.2M的磷酸氢二钠和0.2M的磷酸二氢钠的水溶液(浴温为50℃、pH为8.3)，除此之外与实施例1同样操作，制造实施例15的防燃性人造丝纤维p(以下称作纤维p)。
(实施例16)
在后加工中，作为钠系缓冲液，使用以91.5∶8.5的比例(体积比)含有0.2M的磷酸氢二钠和0.2M的磷酸二氢钠的水溶液(浴温为50℃、pH为8.0)，除此之外与实施例1同样操作，制造实施例16的防燃性人造丝纤维q(以下称作纤维q)。
(实施例17)
在后加工中，作为钠系缓冲液，使用以81∶19的比例(体积比)含有0.2M的磷酸氢二钠和0.2M的磷酸二氢钠的水溶液(浴温为50℃、pH为7.6)，除此之外与实施例1同样操作，制造实施例17的防燃性人造丝纤维r(以下称作纤维r)。
(实施例18)
在后加工中，作为钠系缓冲液，使用以61∶39的比例(体积比)含有0.2M的磷酸氢二钠和0.2M的磷酸二氢钠的水溶液(浴温为50℃、pH为7.2)，除此之外与实施例1同样操作，制造实施例18的防燃性人造丝纤维s(以下称作纤维s)。
(实施例19)
在后加工中，作为钠系缓冲液，使用以37.5∶62.5的比例(体积比)含有0.2M的磷酸氢二钠和0.2M的磷酸二氢钠的水溶液(浴温为50℃、pH为6.8)，除此之外与实施例1同样操作，制造实施例19的防燃性人造丝纤维t(以下称作纤维t)。
(实施例20)
在后加工中，作为钠系缓冲液，使用以18.5∶81.5的比例(体积比)含有0.2M的磷酸氢二钠和0.2M的磷酸二氢钠的水溶液(浴温为50℃、pH为6.3)，除此之外与实施例1同样操作，制造实施例20的防燃性人造丝纤维u(以下称作纤维u)。
(比较例1)
对被处理纤维不进行利用含钠的水溶液的后加工，除此之外与实施例1同样操作，制造比较例1的防燃性人造丝纤维a(以下称作纤维a)。
(比较例2)
使用市售品的人造丝纤维(Shandong Helon Co.，LTD制“HELON”，以下仅称作HELON)作为比较例2。
(比较例3)
在后加工中使用含3质量％硫酸钠的水溶液(浴温为50℃、pH为7.8)，除此之外与实施例1同样操作，制造比较例3的防燃性人造丝纤维v(以下称作纤维v)。
如下对实施例1～20及比较例1～3的防燃性人造丝纤维进行性能试验，将其结果示于下述表1和表2。
(性能试验)
(1)灰分
灰分根据JIS L1015 8.20测定。具体地说，测定在850℃的电炉中使质量为1g的纤维燃烧2小时后残留的成分的质量，求得灰分。此外，灰分是使其燃烧后残留的成分的质量相对于上述纤维质量中除去了水分后的质量的质量％。另外，使用如下进行水洗处理后的纤维，同样地求得灰分。
[水洗处理]
使用日本药典法脱脂棉的纯度试验方法中的吸水量试验方法(编筐法)进行水洗处理。具体地说，精确称量纤维2g，装入容器内。容器使用利用漆包线加工而成的高为8cm、直径约为5cmφ的圆筒的筐。在将纤维均匀地放入容器内后，浸渍于25℃的离子交换水中3分钟，之后从容器中取出，进行离心脱水，之后利用干燥机进行干燥，将干燥物作为水洗处理后的样品。
(2)阻燃性
对扩展成板状的纤维由其下方2cm直接接触一次性打火机的火焰(火焰长度为2.5cm)，观察此时的样子。火焰相对于纤维块垂直地接触。此外，评价用样品(纤维块)如下制作：利用梳理机将原棉1～2g开纤而制成纤维网，并将其制成块状。另外，在如上对纤维进行水洗处理后，也同样地接触火焰并观察其样子。根据观察结果，阻燃性按照以下4档进行评价。
A：即便接近火焰也仅是火焰接触的部分燃烧的状态，并未进一步燃烧
B：接近火焰时，火焰在棉的块状表面有若干经过，当拿开火焰时，火熄灭
C：接近火焰时，火焰在棉的块状表面经过，即便拿开火焰，也有续燃
D：接近火焰时，燃烧扩展
此外，上述中D评价是在一般的人造丝纤维中观察到的结果。一般的人造丝纤维是在粘胶中不添加硅酸钠且不使用含钠的水溶液进行后处理的通过一般制造方法制造的人造丝纤维。
(白色度)
白色度(L)值根据JIS L 1015 8.17C法(Hunter法)如下测定。将通过梳理机进行了开纤的纤维20g放入设定为温度190℃的恒温送风干燥机(ADVANTEC制“FC-612”)中进行5分钟热处理，制作试样。白色度的测定中使用日本电色工业株式会社制白色度计“ZE-2000”进行测定。在测定器所带的容器中装入制作的试样20g，调换试样的朝向进行4次测色(L，a，b)。将该4次测定值(L值)的平均作为纤维的白色度。
(LOI的测定)
LOI值如下测定：根据JIS L 1091E法(氧指数法试验)，使用东洋理化工业株式会社制氧指数燃烧性试验机(ON-1型)，将作为试验片的纸捻(E-1号)或无纺布(E-2号)安装在支撑工具上进行测定。试验片如下制作。
E-1号试验片(纸捻)：将试样棉1g开纤，使纤维长度统一为20～30cm后，将一端固定，从另一端开始加捻。具体地说，一边拉伸一边加捻，在打结之前停止加捻。之后，从中央对折，制作长约为110mm、宽约为6mm的纸捻。
E-2号试验片(无纺布)：将低熔点的聚酯纤维(Unitika株式会社制“4080”、纤度为4.4dtex、纤维长度为51cm)30质量％和防燃性人造丝纤维70质量％混合，使用梳理机制作梳理纤维网，进行重叠以使得单位面积质量达到300g/m2。之后，使用设定为温度180℃的恒温送风干燥机(ADVANTEC制“FC-612”)，将上述梳理纤维网放置于冲孔板上后，在纤维网上放置尼龙筛，在其上放置达到20g/cm2的重物，放置于恒温送风干燥机内。在此状态下放置10分钟后，从恒温送风干燥机内取出，制作长为150mm、宽为60mm的无纺布。
(灰化状态)
将纤维放在设定为既定的800℃的电炉内，利用显微镜(尼康公司制“ECLIPSE E600”、320倍)观察灰化状态，确认有无软化和有无气泡。
Figure BDA0000135293690000151
表2
Figure BDA0000135293690000161
由表1和表2可知，实施例的防燃性人造丝纤维利用纸捻(E-1法)测定的LOI值为31以上，利用无纺布(E-2法)测定的LOI值为24以上，阻燃性优异。
另外，将表示实施例2、5及比较例1、2的防燃性人造丝纤维在800℃下的灰化状态的显微镜照片分别示于图1～4。由图1～4及表1可知，800℃下，比较例的纤维不会发生软化、也未观察到气泡，但实施例的纤维发生软化，也可观察到气泡。即，实施例的纤维在燃烧时形成了钠玻璃结构，软化点降低，在高温下玻璃迅速软化，可阻碍纤维素的分解。
另外，纤维b～u(实施例)中，纤维e由于后加工中所用的水溶液中的具有缓冲作用的成分少，因此有阻燃性稍低的倾向。另外，纤维f由于后加工中所用的水溶液中的钠离子浓度低，因此有阻燃性稍低的倾向。纤维i、j、k由于后加工中所用的水溶液的pH低，因此有阻燃性稍低的倾向。而对于纤维v(比较例)而言，后加工中所用的水溶液虽含有钠，但不含具有缓冲作用的药剂，即并非含钠的缓冲液，因而无法获得阻燃性。认为其原因在于钠未存在于纤维内部。
另外，对于纤维b～h(实施例)和纤维a、v(比较例)而言，当测定水洗处理后的阻燃性时，纤维b～h即便在水洗后也基本没有灰分的减少、阻燃性也基本没有变化，因而认为在实施例的防燃性人造丝纤维中，钠残存于纤维的内部。
另外，对于纤维b～o(实施例)和纤维a、HELON(比较例)而言，当测定190℃热处理后的试样的白色度时，纤维i、j、k的白色度高，即虽然维持了纤维的白色，但有阻燃性稍低的倾向；纤维l的白色度低，即纤维发生了着色，阻燃性虽然很高，但为根据用途不同而制品价格降低的水平。除此之外的实施例的纤维均维持了很高的阻燃性和制品价值。
(成分分析)
如下利用荧光X射线分析进行纤维a、HELON(比较例)、纤维b、f及g、以及水洗处理后的纤维g(实施例)的成分分析。将其结果示于下述表3。
[荧光X射线分析]
荧光X射线分析是使用岛津制作所制荧光X射线分析装置“LABCENTER XRF-1700”，根据利用FP法的理论计算来进行测定。该测定装置的大致情况及测定条件如下。
(i)测定装置的大致情况
测定元素范围：4Be～92U
X射线管：4kw薄窗Rh靶
分光元件：LiF、PET、Ge、TAP、SX
单一X射线滤波器：4种自动交换(Al、Ti、Ni、Zr)
视野限制光圈：5种自动交换(直径1、3、10、20、30mmφ)
检测器：闪烁计数管(重元素)、正比计数管(轻元素)
(ii)测定条件
管电压-管电流：40kw-95mA
使用纤维a、HELON(比较例)、纤维b、f及g、以及水洗处理后的纤维g(实施例)的剪切纤维进行测定。照射面调整成直径为10mmφ、厚度为数mm，由上方进行照射，使其透射至下方进行测定。
表3
Figure BDA0000135293690000181
由表3的结果认为，纤维b、f及g、以及水洗处理后的纤维g含有硅和钠成分，并形成了硅酸钠。为了确认水洗所带来的阻燃耐久性，对纤维g进行了水洗处理。由表3的水洗处理后的纤维g的结果可知，即便进行水洗，也维持了0.1质量％以上的钠量。另外，由水洗处理后的纤维g的结果还可知，钠的至少一部分存在于纤维内。另外，对于纤维b、f、g、水洗处理后的纤维g(实施例)以及HELON(比较例)观察Si/Na质量比时，确认了如果质量比小于90，可获得特别良好的阻燃性。
(防燃性无纺布)
使用纤维b、g、l、m(实施例)及纤维a、HELON(比较例)的各试样棉制作了防燃性无纺布。混合低熔点聚酯纤维(Unitika株式会社制“4080”、纤度为4.4dtex、纤维长度为51cm)30质量％和试样棉70质量％，使用梳理机制作梳理纤维网，进行重叠以使得单位面积质量达到300g/m2。之后，使用设定为温度180℃的恒温送风干燥机(ADVANTEC制“FC-612”)，将上述梳理纤维网放置于冲孔板上后，在纤维网上放置尼龙筛，在其上放置达到20g/cm2的重物，放置于上述干燥机内。在此状态下放置10分钟，使低熔点聚酯纤维熔融，将纤维之间粘接。之后，从上述干燥机内将无纺布取出，获得防燃性无纺布。含有实施例的纤维b、g、l、m的防燃性无纺布显示了良好的阻燃性。
产业上的可利用性
如上说明，本发明可以提供防止燃烧的防燃性良好且具有阻燃性(自灭火性)的防燃性人造丝纤维及其制造方法。另外，作为本发明主成分的人造丝纤维具有生物降解性、其他成分是主要含有硅和钠的化合物，因而可以提供对环境负担小的防燃性人造丝纤维。特别是可以作为替代以往在防燃制品中一直使用的玻璃纤维、石棉、芳纶纤维等的材料使用。本发明的防燃性人造丝纤维加工成织物、针织物、无纺布等，在例如防灾物品、厨房用风机过滤机、被罩、枕套、寝具用垫、寝具用套、防火丝网、室内用品(地毯、椅垫、窗帘、壁纸底布、墙壁材料等)、车辆的内部装饰材料(垫子、内衬布等)等用途中是有用的。

Claims (7)

1.一种防燃性人造丝纤维，其为具有防燃性的人造丝纤维，其特征在于，人造丝纤维中含有硅和钠成分，所述人造丝纤维在800℃下燃烧时有玻璃质残存，玻璃质具有在800℃下软化的性质，对所述人造丝纤维进行荧光X射线分析时，硅的含量为5~30质量%的范围、钠的含量为0.1~3质量%的范围。 
2.根据权利要求1所述的防燃性人造丝纤维，其中，所述人造丝纤维在根据JIS L1091E法即氧指数法试验进行的E-1号的纸捻测定中LOI值为31以上，或者在E-2号的无纺布测定中LOI值为24以上。 
3.根据权利要求1或2所述的防燃性人造丝纤维，其中，所述人造丝纤维的灰分为10~50质量%的范围。 
4.根据权利要求1或2所述的防燃性人造丝纤维，其中，所述人造丝纤维中的硅与钠的含有比例即硅/钠的质量比为10以上且小于90的范围。 
5.根据权利要求3所述的防燃性人造丝纤维，其中，所述人造丝纤维中的硅与钠的含有比例即硅/钠的质量比为10以上且小于90的范围。 
6.一种防燃性人造丝纤维的制造方法，其包含下述工序： 
制备粘胶原液的工序； 
在所述粘胶原液中添加含有含碱金属的硅酸化合物的溶液，从而制成添加有含碱金属的硅酸化合物的粘胶液的工序； 
从喷丝头向含硫酸的纺丝浴中挤出所述添加有硅酸化合物的粘胶液来进行纺丝，从而制作含硅酸化合物的被处理纤维的工序；和 
在精炼工序或后加工工序中使用pH为4~11范围的含钠的具有缓冲作用的溶液对所述被处理纤维进行处理的工序。 
7.一种防燃性纤维结构物，其特征在于，至少含有30质量%的权利要求1~5任一项所述的防燃性人造丝纤维。 
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