JP2001316934A - 溶剤紡糸セルロース繊維の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】セルロースの三級アミンオキシド溶液から再生
セルロース繊維を製造するに際し、細い単糸繊度の繊維
を高い生産性で、かつ安定して紡糸できる製造方法を提
供する。 【解決手段】セルロースの三級アミンオキシドの溶液を
計量ポンプで紡糸口金から吐出して凝固・溶媒抽出する
セルロース繊維の製造方法において、紡糸口金を組み付
ける部品を直接的に加熱する装置を用いて、計量ポンプ
を出たドープを昇温させて紡糸口金から吐出するジェッ
トを安定化させることを特徴とする溶剤紡糸セルロース
繊維の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はセルロースを三級ア
ミンオキシドなどの溶媒に溶解させて紡糸する溶剤紡糸
セルロース繊維の製造技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】ビスコース法に代わり、セルロースをＮ
−メチルモルホリン−Ｎ−オキシド（ＮＭＭＯ）水和物
を溶媒として成形する方法は工業的に利用されており、
その代表例としてリオセル（Ｌｙｏｃｅｌｌ）繊維がよ
く知られている。ＮＭＭＯは三級アミンオキシドの１種
であり有機溶媒であり、この溶媒を用いることで濃度１
０重量％以上の高濃度で溶解したドープを調整すること
ができ、比較的高品質なセルロース繊維を製造すること
ができる事が特公昭６０−２８８４８号公報に開示され
ている。これまでに、リヨセル繊維の紡糸技術が多く提
案されていおり、例えば、国際公開特許ＷＯ９４／２８
２０９号公報には、紡糸口金アッセンブリのまわりに加
熱導管を設けて温度を維持させる事が記載されている
が、このような装置では加熱位置が口金細孔部から遠い
為に、供給されるセルロースドープの温度を高めようと
した場合に、アッセンブリ全体の温度が高くなってしま
うという欠点があった。国際公開特許ＷＯ９８／５８１
０３号公報には、少量の高分子量成分を混ぜて乾燥空気
で冷却することにより低繊度リヨセル繊維を製造する技
術が記載されているが、この技術においては従来から用
いられている化学パルプ原料と異なる種類の化学パルプ
を混合する必要がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、単
糸繊度が細く、かつ高い紡糸速度で紡糸ができる溶剤紡
糸系再生セルロース繊維の製造方法を提供するものであ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】即ち本発明は、セルロー
スの三級アミンオキシドの溶液を計量ポンプで紡糸口金
から吐出して凝固・溶媒抽出する溶剤紡糸セルロース繊
維の製造方法において、紡糸口金を組み付ける部品を直
接的に加熱する装置を用いて、計量ポンプを出たドープ
を昇温させて紡糸口金から吐出するジェットを安定化さ
せることを特徴とする溶剤紡糸セルロース繊維の製造方
法であり、更には、紡糸口金を組み付ける部品を直接的
に加熱する装置を用いて、計量ポンプを出たドープ温度
に対して昇温させて紡糸口金から吐出するジェットを安
定化させることにより単糸繊度が１．１ｄＴｅｘ以下の
セルロース繊維を製造する方法である。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、更に本発明を詳述する。本
発明におけるセルロースは、α−セルロース含有量が９
０重量％以上となるように精製された化学パルプが利用
できる。この化学パルプの原料としては、針葉樹・広葉
樹などの木質セルロースのほかに、ケナフ、綿花、麻類
などの非木質セルロースを用いることができる。

【０００６】本発明における三級アミンオキシドは、前
記Ｎ−ミチルモルホリン−Ｎ−オキシド水和物に代表さ
れるセルロースを１０重量％以上の濃度で溶解可能な有
機溶媒である。この三級アミンオキシド溶液に酸化防止
剤やｐＨ調整剤、溶媒の流体特性を調整するための第三
成分を含んでいても良い。

【０００７】本発明において、所望する繊度の繊維を得
る際の見かけ紡糸ドラフトは、１５を越えないことが好
ましく、より好ましくは１０以下である。この見かけ紡
糸ドラフトは、１個のノズル孔から吐出する容積流量を
キャピラリー面積で除して求めたジェット速度（Ｖｏ）
と引き取り速度との比率より計算される。従って、セル
ロース溶液ジェットを吐出する紡糸口金は、吐出ジェッ
トの不安定流動を生じない範囲で可能な限り細くするこ
とが好ましい。なお、ここでいう、ジェットの不安定流
動とは、紡糸口金出口付近のキャピラリー直前に流路を
絞り込む付近の２次流れなどに誘発されるメルトフラク
チャーの様な現象を意味し、キャピラリー径は細くすれ
ばする程低い吐出量でも不安定流動が発生しやすくな
る。

【０００８】メルトフラクチャーを回避するためには、
キャピラリー直前の導入部分形状を工夫することである
程度改善されるが、最も効果的な方法はセルロース溶液
の温度を高めて溶液の流体特性を変えることである。し
かしながら、酸化防止剤の性能による差はあるもののセ
ルロース溶液の温度を１２０℃程度まで上げると、３級
アミン溶剤やセルロース分子の熱劣化が進み溶剤回収や
セルロース製品の品質に悪影響が生じる。そこで、本発
明では、セルロース溶液の温度をキャピラリー近傍だけ
高めて吐出ジェットを安定化させると同時に、セルロー
ス溶液の高温での熱履歴を軽減するために、紡糸口金部
分だけの加熱を行うことを特徴とする。

【０００９】セルロース溶液の加熱を開始する位置は、
計量ポンプ出口以降であることが好ましい。計量ポンプ
を溶液が通過する際に、ポンプ内のせん断発熱や圧送に
伴う仕事熱により溶液温度が上昇する。セルロース溶液
の熱履歴を軽減するためには、計量ポンプ部分は冷却す
る方が理想的である。計量ポンプを通過してから、キャ
ピラリーからジェットとして吐出されるまでの時間は生
産設備の規模や生産能力により様々であるが、本発明に
おいては、溶液温度を低く保つことに加えて、流路内に
滞留させない配管形状にしておけば時間は任意である。
好ましい、加熱位置は、紡糸口金の下面、側面、内部お
よびスピンパック下面、側面、内部である。加熱手段と
しては、電気抵抗発熱、赤外線放射、誘導加熱、熱媒循
環方式などが挙げられる。メンテナンス性を考慮する
と、スピンパック側面にジュール発熱式のヒーターを密
着させる方法、紡糸口金の側面もしくは内部に保護管付
きのヒーターを固定する方法が好ましい。

【００１０】配管の好ましい設定温度は、計量ポンプに
至るまでは９３℃以上１１５℃以下である。より好まし
くは、９５℃以上１１０℃以下である。また、好ましい
紡糸口金のキャピラリー部分の温度は１１２℃以上、よ
り好ましくは１１７℃以上である。また紡糸口金のキャ
ピラリー部分の温度は最も高い場合で１４０℃以下であ
ることがセルロース溶液の熱劣化防止の観点から好まし
い。計量ポンプ出口のセルロース溶液温度に対して、紡
糸口金の設定温度を５℃以上高くすることで本発明の効
果は顕著である。

【００１１】リヨセル繊維の製造に関して国際公開特許
ＷＯ９５／０４１７０号公報に開示されているように、
溶液ジェットが紡糸口金から出た直後から冷却風と接触
させて強制冷却する事が、ジェットの延伸を安定化させ
るために有効である。この方式においては紡糸口金回り
の加熱を強化する必要があると同時に、冷却風を溶液ジ
ェットの近傍だけに流すことにより、無用の熱交換をさ
せないことが省エネルギーの観点から好ましい。

【００１２】本発明の細いキャピラリーから安定したジ
ェットを得る技術は、ファインデニールのリヨセル繊維
を製造する際にきわめて有用である。従来の技術におい
ては、１．１ｄＴｅｘ以下のリヨセル繊維の製造は困難
であったが、国際公開特許ＷＯ９８／５８１０３号公報
にセルロース溶液の調整技術と、低湿度のクエンチを用
いることでファインデニールのリヨセルが製造できるこ
とが記載されている。本発明においては、細いキャピラ
リーからセルロース溶液のジェットを高速で吐出する方
式で、高い生産性を維持しつつ、高速の細いセルロース
溶液ジェットと冷却風間の熱交換を高めてファインデニ
ール糸を紡速２００ｍ／分以上で製造する事を可能にす
る。

【００１３】１．１ｄＴｅｘ以下の繊維を得るための好
ましいキャピラリー径は、０．１８ｍｍ以下であり、よ
り好ましくは０．１６ｍｍ以下である。高い生産性でフ
ァインデニール糸を作るには、紡糸口金の個々の孔より
吐出するドープの流量を大きくする必要がある。しかし
ながら前述したように、細い孔から吐出させる流量を高
めていくと、セルロースジェットの流動が不安定にな
り、口金から出たジェットが強い螺旋を描いて落下する
ようになる。この現象は、紡糸口金の温度を高めること
で大幅に緩和することができる。紡糸口金の孔径と流量
との関係は、ポアズイユ流れを仮定したみかけせん断速
度で表すことができる。ジェットの不安定が生じる臨界
せん断速度は、ドープ温度依存性があり、１０℃温度を
高めると臨界せん断速度は５０％向上する。ドープ温度
を高めることで、例えば、見かけせん断速度が５０００
毎秒から２００００毎秒での紡糸が可能となる。

【００１４】細い繊度のセルロース繊維は、フィルタ
ー、高密度織物、カバーリングヤーン、分離膜、吸着材
などに利用できる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を更に実施例によって説明する
が、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、
本発明で使用した測定方法は、以下のとおりである。 ＜繊維強度伸度測定方法＞ＪＩＳ Ｌ−１０１７に準拠
して測定した。引っ張りの条件は糸長２５ｃｍクロスヘ
ッド速度３０ｃｍ／分で測定を行った。

【００１６】＜ドープ中の水分率測定方法＞ドープ中の
水分率は、微量水分測定装置（平沼産業株式会社製、型
式ＡＱ−７）にて測定した。試験片を約５ｇ秤量し、無
水エタノール（９９．５％）を約２０ｍｌ加え、室温で
一晩静置した後、測定を行った。

【００１７】＜実施例1＞化学セルロース（Ｂｕｃｋｅ
ｙｅ社 Ｖ−８１）１６９５ｇと５０重量％の水を含む
ＮＭＭＯ溶媒１６．８ｋｇとを撹拌しながら１１０℃に
加熱し減圧操作してセルロース濃度１５重量％のドープ
を調整した。ドープ中の水分率は１０．２％であった。
ドープは飴色の粘調物であった。調合缶を窒素加圧して
ブースターポンプにて昇圧して計量用ギヤポンプを通し
て、紡糸口金より吐出した。紡糸口金の上面に１インチ
あたり１００メッシュの平織りステンレスの金網と日本
精線社製のナスロンフィルターＮＦ−０７（有効濾過径
１５μｍ）を組み合わせたセットフィルターを張り付け
た。紡糸口金は１０４孔の出口径１５０μｍを有する紡
糸口金を用い、トータルのドープ吐出量を２８ｇ／分と
した。このときの紡糸口金での見かけせん断速度は９６
００毎秒であった。

【００１８】調合缶およびポリマー配管と計量用ギヤポ
ンプを取り付けたスピンヘッドは熱媒循環ジャケット
（容器の外側に熱媒流路を設けて加熱する）方式で熱媒
の温度を１１０℃に調整した。スピンヘッド下面に取り
付けた電気式ヒーターの温度を１３０℃に設定して紡糸
口金の温度は表面から４ｍｍの深さで１２２℃になっ
た。その直下は１５℃に調整された空気を風速１．２ｍ
／秒で流し糸条を冷却した。ノズルから３００ｍｍ下方
に設けた深さ５０ｍｍの凝固漏斗で水と接触させたの
ち、水を滴下させたネルソン式ローラー上を走行させて
巻き取った。

【００１９】ネルソンローラーの速度を２５０ｍ／分
（実施例１）、３７５ｍ／分（実施例２）、５００ｍ／
分（実施例３）として巻き取った。紡糸を開始してから
８時間経過時点での糸切れ状況および得られた再生セル
ロース繊維の物性を表１に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】＜比較例1＞実施例１において、調合缶お
よびポリマー配管と計量用ギヤポンプを取り付けたスピ
ンヘッドは熱媒循環ジャケットの熱媒温度を１１０℃の
まま、スピンヘッド下面に取り付けた電気式ヒーターの
温度を１１３℃に設定したところ、紡糸口金の温度は表
面から４ｍｍの深さで１０９℃になった。このとき、紡
糸口金から出たジェットが乱れて糸を曳くことができな
かった。

【００２２】＜比較例２＞実施例１において、調合缶お
よびポリマー配管と計量用ギヤポンプを取り付けたスピ
ンヘッドは熱媒循環ジャケットの熱媒温度を１２５℃と
してスピンヘッド下面に取り付けた電気式ヒーターの温
度を１２３℃に設定したところ、紡糸口金の温度は表面
から４ｍｍの深さで１２２℃になった。このとき、紡糸
開始から４時間は安定に紡糸できたが徐々に糸切れが増
加して８時間後には紡糸を続けることができなくなっ
た。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、セルロース溶液を熱劣
化させることなく安定的に紡糸できるので、細い繊度の
フィラメントを高い生産性で製造することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるノズルヒーターの取り付け位置
の一例を示す概略図である。

【図２】本発明におけるノズルヒーターを取り付けた紡
糸装置の一例を示す概略図である。

【符号の説明】

１ … スピンヘッド ２ … セルロース溶液流入口 ３ … スピンパック ４ … セットフィルター ５ … 紡糸口金 ６ … ノズルヒーター ７ … セルロース溶液ジェット ８ … 冷却風吹き出し装置 ９ … 冷却風流入口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セルロースの三級アミンオキシドの溶液を
   計量ポンプで紡糸口金から吐出して凝固・溶媒抽出する
   セルロース繊維の製造方法において、紡糸口金を組み付
   ける部品を直接的に加熱する装置を用いて、計量ポンプ
   を出たドープを昇温させて紡糸口金から吐出するジェッ
   トを安定化させることを特徴とする溶剤紡糸セルロース
   繊維の製造方法。
2. 【請求項２】単糸繊度が１．１ｄＴｅｘ以下である請求
   項１記載の溶剤紡糸セルロース繊維の製造方法。