JP2005524779A - 中空球状の粒子を含有する合成繊維 - Google Patents

Abstract

【課 題】機能性繊維の欠点である重い着用感問題を効果的に解決した比重の軽い繊維の提供。
【解決手段】有機高分子の球形粒子上に所望物質をコートし、内部の有機高分子を除去する方法等によって得られる無機物及び／又は有機物の中空球を繊維形成材料に含有せしめて得られる繊維。

Description

本発明は、中空球状の粒子を含有する合成繊維に関する。
本発明はさらに詳しくは、繊維内部の中空球の存在によって軽量化し、且つ中空球の構成物質によって様々な付加的機能を与えられた合成繊維に関する。

最近、機能性繊維に対する関心が高まっており、様々な特性を有する繊維が開発されている。例えば、人体に有益な遠赤外線放射、抗菌性、帯電防止性、紫外線遮断、磁性、脱臭性及び電磁波遮断などの機能を有する合成繊維が開発されており、この中の一部は成功的に市販されている。

上述した特性を有する繊維を得ようとする場合、前記特性を与えることが可能な無機粒子を繊維の内部に入れることにより所望の特性を持たせる場合が一般的である。ところが、このような方法で繊維を製造する場合、繊維製造工程上の問題点が多く発生するうえ、生産された繊維自体の物性も悪くなるおそれがある。特に、繊維の内部に高比重の無機粒子が入ることにより、繊維の比重が高くなり、この繊維を用いて衣類などを作って着用する場合に重い感じがするという問題点がある。

本発明は、様々な機能を有する低比重の繊維を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、容易に一般繊維を代替できるようにすることによりその適用範囲を広めた機能性繊維を提供することにある。

本発明の合成繊維は、無機物又は有機物からなる中空球を含有することを特徴とする。
すなわち、本発明は、以下の構成を基本とする。
〔１〕無機物又は有機物からなる中空球、若しくはこれら２以上の複合物質からなる中空球を含有することを特徴とする合成繊維。
〔２〕中空球は、見掛け比重が0.5又はそれ以下であることを特徴とする〔１〕に記載の合成繊維。
〔３〕中空球の粒子は、平均粒径が0.5μm又はそれ以下、粒子90％の粒径が1μm又はそれ以下、最大粒径が2μm又はそれ以下であることを特徴とする〔１〕に記載の合成繊維。
〔４〕さらに、機能性無機物質が添加されたことを特徴とする〔１〕に記載の合成繊維。
〔５〕機能性無機物質が、上記中空球にコートされていることを特徴とする〔１〕に記載の合成繊維。
〔６〕中空球が、機能性無機物質で製造されたことを特徴とする〔１〕に記載の合成繊維。
〔７〕機能性無機物質が、遠赤外線放射物質、導電性物質、抗菌性物質、電磁波吸収物質、紫外線遮断物質、Ｘ線遮断物質、脱臭特性を有する物質、磁性を有する物質、及び光学的特性を有する物質よりなる群より選ばれたものであることを特徴とする〔４〕〜〔６〕のいずれかに記載の合成繊維。

本発明によって得られた中空球を含有する合成繊維は、一般衣類用及び寝具用などに使用可能な物性を有し、一般繊維に比べて軽い特性を有するので、機能性繊維製品の最大欠点である重い着用感問題を根本的に解決することができる。したがって、本発明によって機能性繊維の適用範囲を画期的に拡大させることができる。

以下、本発明を詳細に説明する。
合成繊維の製造時に無機物粒子を添加した場合、無機物粒子の比重が合成繊維用樹脂の比重より非常に高いため、無機物の含量が増加するほど繊維の比重が大きくなる。

本発明では、このように繊維の比重が増加する問題点を解決するために、内部が空いている中空球(hollow sphere)状のものを添加して合成繊維を製造する。繊維に添加して比重を効果的に低めるためには、使用される中空球の見掛け比重は0.5以下が好ましい。これを越える比重を有する中空球は、繊維の比重を低めるために多量使用されなければならないので繊維の物性に悪影響を及ぼす。

中空球は、様々な用途に用いられているが、内部に存在する空の空間を用いた製品の軽量化又は有効物質担持の目的で主に使用されている。すなわち、塗料、プラスチック、ゴム、合成木材、化粧品、耐火剤又は農薬担持体などに用いられている。市販されている無機系中空球としては、シリカ、アルミナ及びフライアッシュなどがあるが、使用目的又は価格などによって大きさ、模様及び粒度分布などが多様である。

一般的な粒子サイズの側面からみれば、粒子が大きい場合、製造工程において紡糸時にパックの詰まり現象が起こり或いは繊維が切れることにより、正常的な原糸の生産が行われず、生産された合成繊維原糸も表面状態が粗く且つ強度などが良くないため、繊維自体の物性が悪い状態に作られる。
したがって、中空球の大きさも小さいほど、繊維製造工程又は繊維の物性の面で有利であるといえる。衣類用として主に用いられている1.5デニール以下程度の繊維の場合には、平均粒径が0.5μm以下程度、粒子90％の粒径が1μm以下程度、最大粒径が2μm以下程度であれば、繊維の生産に大きい問題が発生しない。勿論、このような数値は厳密に適用されるものではないが、例えば球形粒子の場合であれば、粒子間の凝集力が小さいので、より少し大きい場合でも、作業上の問題が発生しない。一方、粒子がさらに小さければ、製造工程の問題点がより少なく、繊維の物性の面でもより優れた製品が得られるのは当たり前である。

実際市販されている中空球の中には、前記粒径条件に合わないものが多くあるが、これは元々それらの使用目的が繊維のような微細な部分に添加されることにあっていないためである。
また、前記の粒子サイズの範囲は、本発明者のこれまでの発明及びこれに基づいた生産過程から得た結果であり、粒子の形状と粒子の分布が不規則的な粒子の場合まで含む範囲である。実際、粒径が均一で、球形状態が優れるうえ、割れの少ない中空球であれば、粒子間の凝集現象も殆どないため、粒径約1μm程度、すなわち平均粒径1μm程度の中空球でも、繊維の生産に大きい問題が発生しない。

ポリスチレンなどの有機物質からなる中空球も現在市販されており、有機物質の中空球を製造する方法の例としては、米国特許第４,４２７,８６３号、大韓民国特許第８０１２３号などを挙げることができる。有機系中空球は、主に内部の気孔とこれを取り囲んだ外殻の高分子層との間の屈折率差により、入射する光を散乱させて隠蔽効果及び白色度を増加させる用途として用いられている。
繊維の比重を軽くする効果に加えて他の機能を与えるためには、中空球と共に、その固形球を使用して、所望の機能を発揮する方法がある。
ところが、このような添加方法は、繊維の比重を低める役割をする中空球と他の機能を有する物質の粉末をそれぞれ入れなければならないため、全体的に見れば、添加剤の添加量が多くなるので、繊維製造工程にも悪い影響を及ぼし、繊維自体の基本物性も悪くなることが多い。したがって、実際生産可能な良い方法ではあるが、適当な方法ではない。

さらに、所望の機能を有する物質から中空粒子自体を作る方法がある。たとえば、中空球を合成するときに導電性粉末を用いて中空球を作ると、この中空球を添加して作った合成繊維は、軽くて帯電防止特性に優れた繊維になる。
所望の中空球を均一のサイズに作るにはいろいろの方法があるが、一例として、本発明で使用するもののように微細なものを作るには、中間体として有機高分子の微小球を用いるのがよい。すなわち、有機合成などの方法を用いて有機高分子の微細な球形粒子を作り、この球形粒子上に所望物質を薄い厚さにコートした後、内部に存在する有機高分子を除去すると、外部のコートされた所望部分のみが残って中空球が作られる。内部の有機高分子物質を除去する方法としては、焼成により燃やして、又は有機溶媒で溶かして除去する方法などがある。

中空球使用の別の方法としては、中空球の外部に所望の機能性物質をコートした後、これをそのまま使用する方法もある。
本発明の繊維製造方法は、通常の合成繊維の紡糸方法の他に、空気噴射押出方法等の方法も適用可能である。
本発明の実施例について説明する。

市販の見掛け比重0.15g/cc、平均粒度２μm、SiO₂含量98％のシリカ中空球の中から小さいもののみを分離し、見掛け比重0.18g/cc、平均粒径0.65μm、粒子90％の粒径1.3μm、最大粒径2.2μmのシリカ中空球を得た。
この中空球をポリプロピレン樹脂と共に通常のマスタバッチの製造工程によって、シリカ中空球が10重量％含有されたポリプロピレンマスタバッチチップを作った。このマスタバッチチップを、さらにポリプロピレン樹脂と混合して合成繊維紡糸工程に供し、シリカ中空球を1.5重量％含有した1.2デニールのポリプロピレン繊維原糸を製造した。
この繊維原糸の密度比は0.96であった。
なお、ここで、密度比は（中空球を含有した繊維原糸の比重／中空球と同重量の麦飯石粉末を含有した繊維原糸の比重）を意味する。

まず、通常のエマルジョン重合法によって均一な径のポリスチレンの微細球を合成し、これをエマルジョンから分離した（図１）。次に、微細球の表面にTEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)を加水分解して該微細球上をコートし、分離、乾燥させた後、メチレンジクロライドを用いて内部のポリスチレンを溶かしてシリカ中空球を得た（図２）。
粒子は、非常に均一なサイズを持っており、約1.0μmの直径を有する。これらシリカ中空球粒子を破壊して観察した結果、中空球の形状を持っていることを確認することができた（図３）。
実施例１と同様の方法を適用して、中空球を1.5重量％含有する1.2デニールのポリプロピレン繊維原糸を得た。
密度比は0.94であった。

ＬｂＬ(layer by layer)吸着法を用いて、粒径20nmのSiO₂超微粒子を球状のポリスチレンラテックス粒子に３回吸着させ、SiO₂超微粒子のコートされたポリスチレンラテックス微粒子を得た後、これを熱処理して有機物を除去し、直径0.6μmの均一なSiO₂中空球を製造した。
この中空球を実施例１と同様の方法を適用して、SiO₂中空球を1.5重量％含有した1.2デニールのポリプロピレン繊維原糸を製造した。密度比は0.96であった。

実施例３で製造したSiO₂中空球を硝酸銀溶液に浸漬して、銀成分が含まれるようにし、中空球を分離、乾燥、焼成し、銀成分が４重量％含有されたSiO₂中空球を得た。
実施例１と同様の方法で紡糸し、銀成分を４重量％含有するSiO₂中空球が1.5重量％を含む1.2デニールのポリプロピレン繊維原糸を製造した。密度比は0.97であった。
この繊維原糸の抗菌力を確認するために、大腸菌に対する抗菌テストを行ったところ、99％以上の抗菌力を示した（なお、実施例３によって得られた繊維は抗菌性をもっていない）。

実施例３で製造したSiO₂中空球をSnCl₄溶液に浸漬した後、濾液と分離する。さらに、SbCl₃溶液に浸漬し、アンモニアで中和処理して乾燥させ、600℃で１時間熱処理する。
Sn:Sbが重量比で8.8:1、SiO₂:[(Sn+Sb）酸化物］が重量比で3.2:1の導電性混合物を得た。
得られた前記導電性混合物を実施例１と同様の方法で紡糸し、前記導電性混合物1.5重量％含有された1.2デニールのポリプロピレン繊維原糸を製造した。
密度比は0.97であった。
この繊維原糸は、比抵抗値が実施例３で製造した繊維原糸の比抵抗値の1/10,000以下の値を示しており、すぐれた帯電防止機能を有することがわかった。

実施例２で用いたシリカ中空球と共に、銀を５重量％含有したゼオライト抗菌剤（平均粒径0.5μm、粒子90％の粒径1.0μm、最大粒径1.8μm）を3:1の重量比で混合した。得られた混合物を一般ポリエステルチップを用いて無機物含量10％のマスタバッチチップを作る。このマスタバッチチップを一般ポリエステルチップと混合する。通常の紡糸工程に適用することにより、繊維原糸を作った。
繊維原糸は、1.4デニール、無機物含量が2.0重量％、密度比が0.97であった。
この繊維原糸の抗菌力を確認するために、抗菌テストを行ったところ、99％以上の抗菌力を得た。

実施例３で使用したシリカ中空球をエチレングリコールと混合してスラリー状態に作り、これを通常のポリエステルチップ重合工程に投入し、シリカ中空球が２重量％含有されたポリエステルコンパウンドチップを製造した。これを通常の紡糸工程に適用して、シリカ中空球が２重量％含有された1.2デニールのポリエステル繊維原糸を製造した。
この繊維原糸の密度比は0.97であった。

均一なサイズを有するポリスチレン微小球の拡大写真。 シリカ中空球の拡大写真。 シリカ中空球の内部が空いていることを確認することが可能な拡大写真。

Claims (7)

1. 無機物又は有機物からなる中空球、若しくはこれら２以上の複合物質からなる中空球を含有することを特徴とする合成繊維。
2. 中空球は、見掛け比重が0.5又はそれ以下であることを特徴とする請求項１に記載の合成繊維。
3. 中空球の粒子は、平均粒径が0.5μm又はそれ以下、粒子90％の粒径が1μm又はそれ以下、最大粒径が2μm又はそれ以下であることを特徴とする請求項１に記載の合成繊維。
4. さらに、機能性無機物質が添加されたことを特徴とする請求項１に記載の合成繊維。
5. 機能性無機物質が、上記中空球にコートされていることを特徴とする請求項１に記載の合成繊維。
6. 中空球が、機能性無機物質で製造されたことを特徴とする請求項１に記載の合成繊維。
7. 機能性無機物質が、遠赤外線放射物質、導電性物質、抗菌性物質、電磁波吸収物質、紫外線遮断物質、Ｘ線遮断物質、脱臭特性を有する物質、磁性を有する物質、及び光学的特性を有する物質よりなる群より選ばれたものであることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の合成繊維。