JP2007321254A - 走行繊維の洗浄装置及び洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】有機系高分子からなる合成繊維を湿式紡糸あるいは乾湿式紡糸する場合において、繊維中に含まれる溶媒をダメージを与えることなく効率的に除去することができる走行繊維の洗浄装置と洗浄方法を提供する。
【解決手段】湿式紡糸方法又は乾湿式紡糸方法により紡出されて、凝固浴中で凝固して繊維化された合成繊維束（２）を水洗槽（３）へ導いて該繊維束（２）を洗浄して繊維中に残存する溶剤を除去する洗浄装置及び洗浄方法において、前記水洗槽（３）中を走行する前記繊維束（２）に対して気体と液体とを混合した気液混合流体を吹き付ける手段（１）を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーヨン、アクリル、全芳香族ポリアミドなどの有機系高分子から成る合成繊維の製造工程において、形成された繊維中に含まれる溶媒を除去するための洗浄装置と洗浄方法に関する。

一般に、レーヨン、アクリル、全芳香族ポリアミドなどの有機系高分子からなる合成繊維は、紡糸口金に設けられた吐出孔群より、紡糸液を凝固浴槽内の凝固液中に吐出させて凝固させ、繊維化させる湿式紡糸法あるいは乾湿式紡糸によって製造される。このような湿式紡糸法では繊維中の溶媒を除去することが重要であり、そのための方法として水洗処理が行われている。なお、湿式紡糸以外でも、例えば繊維表面に付着した異物や剤を除去するために水洗処理が行われている。

このような水洗処理としては、水洗液を満たした浴槽に繊維を浸漬させる処理や、浴槽に浸漬させたときに繊維の進行方向と逆向きに水洗液を流す処理が一般に知られている。しかしながら、このような水洗処理では、目的とする水洗効果を得るためには、十分な水洗浴長が必要となり、設備の大型化や水洗液量が多くなるという問題がある。

そこで、このような問題を解決するために、特許文献１（特開平５−１４０８１５号公報）では、ラダーロールと称するフリーロールを繊維トウに間欠的に接触させたり、加振器によって走行繊維に振動を付与したりすることにより、繊維トウを振動させて洗浄効果を向上させる技術が開示されている。

また、特許文献２（特開２００１−４９５２３号公報）では、外周部に走行する繊維トウを支持する部材を設けたロールによってトウを搬送することにより、繊維トウを振動させ、洗浄効果を向上させる技術が開示されている。
しかしながら、これらの従来技術は、振動装置を走行するトウに接触させる方式であるため、トウを形成する単繊維を傷つけることになり、その結果として、繊維物性の低下や断糸した繊維の巻き付きによる工程トラブルが発生する。

さらに、特許文献３（特開２００３−６４５７３号公報）では、炭素繊維からなるトウを洗浄液槽に浸漬させ、浸漬ロールから上方の案内ロールに掛け回された繊維トウが液面から出て立ち上がる角度を３０〜１５０度に設定することが提案されている。更に、この従来技術では、浸漬ロールとトウとにより挟まれる空間に流体吹付ノズルを配し、該ノズルの流体吹出方向が繊維トウの反走行方向に向けられている。

また、特許文献４（特許第２６１９１８０号公報）では、糸条搬送速度と同周速で回転する糸条ガイドを兼ねた溝付きローラの溝部を糸条搬送経路下部の位置に設け、該溝部に含液糸条を連続的かつ直線的に搬送させ、該ローラ直上に設けられた噴霧ノズルより、該ローラ溝部の該糸条に上部から洗浄水を噴霧させて洗浄するする方法が開示されている。

また、特許文献５（米国特許第３，３５３，３７９号明細書）では、オリフィスから洗浄装置内に洗浄液を供給すると共に、装置内部壁面に液流の流れを変える突起を設けることが開示されている。この方法によれば、前記突起によって特定の液流パターンを作り出して洗浄することによって、繊維トウを構成する個々のフィラメントをより効果的に洗浄できるとされている。
しかしながら、これらの従来の方法では、繊維トウの内部まで洗浄液を行き渡らせるのが難しく、特に繊維トウを構成する単繊維数が多くかつ高密度の糸条では十分な洗浄効果を得られない。

特開平５−１４０８１５号公報 特開２００１−４９５２３号公報 特開２００３−６４５７３号公報 特許第２６１９１８０号公報 米国特許第３，３５３，３７９号明細書

本発明は、以上に述べた従来技術が有する諸問題を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、有機系高分子からなる合成繊維を湿式紡糸あるいは乾湿式紡糸により製造する場合の洗浄工程において、凝固して繊維化された繊維トウ（以下、「繊維束」と言う）から効率的に溶媒を除去することができ、更に、洗浄の際に繊維自体に与えるダメージを低減する走行繊維の洗浄装置と洗浄方法を提供することにある。

前述の目的を達成するために、本発明者等が鋭意検討した結果、繊維が洗浄装置の内部を通過する際に、走行する繊維束に対して気体と液体とを混合させた流体を噴射させることによって、短い水洗浴長で水洗液量を増やすことなく、一塊となった繊維束の内部にある繊維であっても、残存する溶媒を除去できることを見出して本発明を完成するに至ったものである。

ここに、前記課題を解決するための本発明に係る走行繊維の洗浄装置として、「湿式紡糸方法又は乾湿式紡糸方法により紡出されて、凝固浴中で凝固して繊維化された合成繊維束を水洗槽へ導いて該繊維束を洗浄して繊維中に残存する溶剤を除去する洗浄装置において、前記水洗槽中を走行する前記繊維束に対して気体と液体とを混合した気液混合流体を吹き付ける吹付手段を設けたことを特徴とする走行繊維の洗浄装置」が提供される。

また、前記課題を解決するための本発明に係る走行繊維の洗浄方法として、「湿式紡糸方法又は乾湿式紡糸方法により紡出されて、凝固浴中で凝固して繊維化された合成繊維束を水洗槽へ導いて該繊維束を洗浄して繊維中に残存する溶剤を除去する洗浄方法において、前記水洗槽中を走行する前記繊維束に対して気体と液体とを混合した気液混合流体を吹き付けることを特徴とする走行繊維の洗浄方法」が提供される。

以上に述べた本発明によれば、有機系高分子繊維の湿式紡糸工程において、繊維が洗浄装置の内部を通過する際に連続繊維束に対して気体と液体とが混合した気液混合流体を噴射させる。そして、これによって、繊維束の界面に存在する随伴液および繊維内部より抽出された溶媒を含む液体を、走行する繊維束の周辺部から効率的に更新することができる。したがって、未だ繊維中に含まれている溶剤を繊維から効率的に除去することが可能となる。

更に、驚くべきことに、該流体が繊維束に衝突する際に、該流体に混合されている気体が緩衝材として作用し、繊維束に与えるダメージを軽減することができる。この結果、繊維束を構成する単繊維（単糸）が切断する単糸切れなどの発生を抑制することができる。

以下、本発明に係わる洗浄装置と洗浄方法について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係わる洗浄装置の一実施形態を模式的に例示した側面図であり、図２は気液混合流体の吹き付け部を拡大した要部拡大斜視図である。この図１及び図２において、１は気液混合流体を吹き付ける吹付手段（以下、「ノズル」と言う）、２は繊維束、３は水洗槽、４は浸漬ロールをそれぞれ示す。

周知のように、レーヨン、アクリル、全芳香族ポリアミドなどの有機系高分子からなる合成繊維は、湿式紡糸法あるいは乾湿式紡糸法によって、紡糸口金（図示せず）に設けられた吐出孔群（図示せず）より紡糸液を凝固浴槽（図示せず）内の凝固液中に吐出させて凝固させて繊維化する。

その後、図１及び図２に示したように、繊維中に残存する溶媒を抜き取るために、浸漬ロール４によって水洗槽３へと導かれ、気体と液体を混合した気液混合流体がノズル１，１から走行する繊維束２に対して矢印方向へ吹き付けられる。この気液混合流の繊維束２への吹き付けによって、走行する繊維束２の周辺に形成される随伴流体が剥がされ、剥がされた随伴気流に替えて溶剤を含まない新鮮な洗浄液が繊維束２へ供給される。このとき、一塊と成った繊維束２の内部にある個々の繊維に対しても、気液混合流体の吹き付け効果によって、これら個々の繊維中から残存する溶媒も十分に除去される。

ここで、気体と液体とを混合した気液混合流体を吹き付けるノズル１としては、本発明においては特に限定する必要はなく、気液混合流体を好適に繊維束２に吹き付けることができるノズルであればよい。また、このノズルの設置個数と配置については、図１に示すように走行する繊維束２の上下に複数のノズル１（図の例では、上下一対のノズルが設けられている）を走行する繊維束２を挟んで互いに対向して配置し、これらノズル群から気液混合流体を吹き付けることが望ましい。
更に、１段だけノズル１を設けるのではなく、複数個のノズル１を繊維束２の走行路に沿って複数段に渡って設置すれば、繊維中に残存する溶媒の除去効果を更に高めることができる。

以上に説明したように、本発明においては、繊維中に残存する溶剤を効率的に除去するために気液混合流体を使用する。ここで、このような気液混合流体を作成する方法を以下に簡単に説明する。
気液混合流体を作成する方法としては、本発明では特に限定する必要はなく、従来周知の方法、例えば、液体中に外部空気や酸素等の気体を導入してその気体と液体を混合する方法、あるいは、液体を導入する気体に曝すことにより、液体中に酸素等の導入気体を混入する装置あるいは方法が、従来、気液混合装置や曝気装置として知られている。

なお、このような従来装置あるいは方法としては、翼を液体中で高速回転させることによりその翼と液体との間に生じる負圧を利用して外部から空気を吸引するタイプや、外部ポンプによって強制的に空気を液体中に吸引導入し、導入した気体を撹拌翼で細分化するタイプなどが知られている。

図３は、気液混合流体を走行する繊維束２へ吹き付ける２つの実施形態を例示したものであって、図３（ａ）は、予め作成しておいた気液混合流体を走行する繊維束２に対して吹きつける場合、図３（ｂ）は、予め気液混合流体を作成せずに、水洗槽３内で気液混合流を作成して走行する繊維束２に対して吹き付ける場合をそれぞれ示したものである。

図３（ａ）の実施形態例については、既に詳細に説明したので、ここでは、図３（ｂ）の場合について説明する。
図３（ｂ）の実施形態例では、水洗槽３内に、液体を吹き出すノズルと気体を吹き出すノズルとを設け、これらのノズルから気体と液体を図示した方向へ同時に吹き出し、走行する繊維束２に向かって吹き付けるようにしている。したがって、この実施形態例においては、それぞれのノズルから個々に吹き出された気体と液体とが吹きだし後に気液混合流体を形成する。

あるいは、予め作成しておいた気液混合流体をノズル１から吹き出す方法にかえて、水洗槽３の底部よりバブリング等により気泡を液中に発生させて液中に気泡を滞在させ、その後に、ポンプなどの送液手段を用いて気泡を含んだ流体を走行する繊維束２に向かって流して繊維束２と接触させるようにしてもよい。

すなわち、以上に説明した図３（ａ）あるいは図３（ｂ）の何れかの方式を採用することによって、気体と液体が混合した気液混合流体を走行する繊維束２に向かって吹き付けることができ、これによって、効率的に繊維中の溶媒を除去することができる。

ここで、本発明に係わる洗浄装置及び洗浄方法によれば、前述のように、走行する繊維束２に対して気液混合流体を吹き付けて接触させることを一大特徴とする。このように気液混合流体を使用することの作用効果としては、繊維束２の界面に存在する随伴液および繊維内部より抽出された溶媒を含む液体を、走行する繊維束の周辺部から効率的に更新することができることにある。

しかも、驚くべきことに、気液混合流体が繊維束２に衝突する際に、該流体に混入された気体が緩衝材として作用して、流体が衝突する際の衝撃を緩和して繊維束２に与えるダメージを軽減していることが判明した。その結果、多数の単繊維群（単糸群）によって構成される繊維束２の一部単糸が切断される単糸切れなどの工程調子の悪化を抑制することができる。

以上に説明したような格別顕著な作用効果を奏するために、本発明に用いる気液混合流体の気相率については、１０ｖｏｌ％以上８０ｖｏｌ％以下であることが望ましい。なお、さらに望ましくは、３０ｖｏｌ％以上５０ｖｏｌ％以下である。
何故ならば、気相率が１０ｖｏｌ％未満である場合には、走行繊維に混合流体を噴射させた際に、繊維束への衝撃が高くなるため繊維束の収束性を低下させたり、あるいは単糸切れを発生させたりするため好ましくないからである。一方、気相率が８０ｖｏｌ％を超える場合には、走行糸条の周囲に存在する水洗液を除去し、効率的に繊維束と洗浄液との界面更新を行うことが困難となるため好ましくない。
ただし、本発明において、「混合流体の気相率Ｖａ（ｖｏｌ％）」は、次に述べる測定方法に基づいて算出する。

すなわち、気体と液体からなる混合流体を１０００ｃｃビーカーに分取する。そして、気液混合流体中の気泡が全てなくなるまで静置させた後、流体のみの容積Ｖ（ｃｃ）を測定する。そうすると、混合流体の気相率Ｖａ（ｖｏｌ％）は、「Ｖａ＝Ｖ／１０」という定義式より算出することができる。

また、前記気液混合流体が、走行する繊維束２に衝突する際の速度は、３．０ｍ／ｍｉｎ以上、５０ｍ／ｍｉｎ以下であることが好ましい。なお、さらに好ましくは、７．０ｍ／ｍｉｎ以上、２０ｍ／ｍｉｎ以下である。
何故ならば、衝突速度が３．０ｍ／ｍｉｎ未満である場合には、走行糸条の周囲に存在する随伴液を除去して洗浄液との界面更新を行うことが困難となるため好ましくないからである。一方、２０ｍ／ｍｉｎを超える場合には、繊維束への衝撃が高くなるため、繊維束２の収束性を乱したり、あるいは単糸切れを頻発させたりするため好ましくない。

次に実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明の要旨を満足する限り、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、実施例の記載に先立ち、繊維に含まれる溶媒量の測定方法について以下に説明する。

［繊維中の溶媒量の測定方法］
繊維中に含まれる溶媒量は、以下の方法により測定した。
延伸前の繊維を遠心分離機（回転数５０００ｒｐｍ）に１０分間かけ、このときの繊維重量Ｍ１を測定する。この繊維をメタノール中で４時間煮沸し、繊維中の溶媒および水を抽出する。抽出後のメタノール溶液重量Ｍ２を測定し、抽出液中の溶媒重量濃度Ｃ（％）を、ガスクロマトグラフにより求める。
これより、溶媒重量Ｎは、「Ｎ＝Ｃ／１００×Ｍ２」として算出される。溶媒量は溶媒および水を抽出した後の繊維の絶乾重量１００重量部あたりの溶媒量として、重量部で表記した。

［実施例１］
特公昭４７―１０８６３号公報に記載の方法に準じた界面重合法によって製造したポリメタフェニレンイソフタルアミド粉末２１．５重量部を、―１０℃に冷却したＮ−メチルー２―ピロリドン（以下、ＮＭＰと表記）７８．５重量部に懸濁させ、スラリー状にした後、６０℃まで昇温して溶解させ、透明なポリマー溶液を得た。
次に、前記紡糸液を原液として、１５０００個の孔径０．０７ｍｍを有する吐出孔群が穿設された紡糸口金から８５℃の凝固浴中に吐出して紡糸した。
このとき、この凝固浴の組成は、塩化カルシウムが４０重量％、ＮＭＰが５重量％、残りの水が５５重量％であり、浸漬長（有効凝固浴長）１０００ｍｍにて糸速７．０ｍ／分で通過させた後、いったん空気中に引き出した。
そして、これに引き続いて、水／ＮＭＰの組成（重量％）を８０／２０、温度２０℃に調整された長さ２０００ｍｍの水洗槽３中に繊維束を導いた。該水洗槽３内を繊維束が走行する際に、本発明の走行繊維の洗浄装置を用いて繊維束を洗浄した。繊維を洗浄する混合流体中の気相率は２０ｖｏｌ％、混合流体が走行繊維へ衝突する際の流体速度を１５．０ｍ／ｍｉｎとなるように混合流体の流量を調整した。
以上の装置および条件により繊維中の溶媒を除去したところ、処理前の繊維内の溶媒量が１３１重量部であったものが、７８．６重量部まで除去することができた。その結果を表１に示す。

［実施例２］
実施例１と同じ条件で紡糸して、凝固させた芳香族ポリアミド繊維を、実施例１と同じ組成の液中で、本発明の洗浄装置の条件を混合流体中の気相率を７０ｖｏｌ％、混合流体が走行繊維へ衝突する際の流体速度を３０．０ｍ／ｍｉｎとする以外は実施例１と同様にして芳香族ポリアミド繊維を得た。得られた結果を表１に合わせて示す。
なお、表１において、本発明の走行繊維の洗浄装置を通した後の繊維束の品位については、収束性の著しい悪化あるいは単糸切れの発生による毛羽の有無を目視にて判定し、洗浄装置を通す前と後とで変化がない場合についてのみ「○」と判定し、それ以外を「×」と判定した。

［比較例１］
実施例１と同じ条件で紡糸し、凝固させた芳香族ポリアミド繊維を、実施例１と同じ組成の液中で、本発明の走行繊維の洗浄装置を設置しない通常の水洗槽３内を通過させ、溶媒の除去を行ったところ、処理前の繊維内の溶媒量が１２１重量部であったものが、８５．７重量部までしか除去することができなかった。

［比較例２〜３］
実施例１と同じ条件で紡糸し、凝固させた芳香族ポリアミド繊維を、実施例１と同じ組成の液中で、本発明の洗浄装置の条件を表１に記載した通りに変更すること以外は実施例１と同様にして芳香族ポリアミド繊維を得た。得られた結果を表１に合わせて示す。

本発明の方法は、走行する繊維束の品質を低下させることなく、高速で均一に洗浄することができる。さらに、本方法によって、糸条のみでなく、低密度織物や編物の洗浄方法に対しても適用することが可能である。

本発明に係わる洗浄装置の一実施形態を模式的に例示した側面図である。 気液混合流体の吹き付け部を拡大した要部拡大斜視図である。 気液混合流体を走行する繊維束に吹き付ける２つの実施形態を例示した模式説明図である。

符号の説明

１：噴霧ノズル
２：走行する繊維束
３：水洗槽
４：浸漬ロール

Claims (8)

1. 湿式紡糸方法又は乾湿式紡糸方法により紡出されて、凝固浴中で凝固して繊維化された合成繊維束を水洗槽へ導いて該繊維束を洗浄して繊維中に残存する溶剤を除去する洗浄装置において、
   前記水洗槽中を走行する前記繊維束に対して、気体と液体とを混合した気液混合流体を吹き付ける吹付手段を設けたことを特徴とする走行繊維の洗浄装置。
2. 前記吹付手段が予め作成された気液混合流体を吹き出して走行する繊維束へ吹き付けるノズルからなることを特徴とする請求項１に記載の走行繊維の洗浄装置。
3. 前記吹付手段が液体を吹き出すノズルと気体を吹き出すノズルを具備し、これらノズルから吹き出された液体と気体とを気液混合流体として走行する繊維束に吹き付けることを特徴とする請求項１に記載の走行繊維の洗浄装置。
4. 一対の前記吹付手段が走行する繊維束を挟んで互いに対向してそれぞれ配置され、気液混合流体を対向方向から互いに吹き付ける手段であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の走行繊維の洗浄装置。
5. 前記一対の吹付手段が繊維束の走行路に沿って複数段に設けられたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の走行繊維の洗浄装置。
6. 湿式紡糸方法又は乾湿式紡糸方法により紡出されて、凝固浴中で凝固して繊維化された合成繊維束を水洗槽へ導いて該繊維束を洗浄して繊維中に残存する溶剤を除去する洗浄方法において、
   前記水洗槽中を走行する前記繊維束に対して、気体と液体とを混合した気液混合流体を吹き付けることを特徴とする走行繊維の洗浄方法。
7. 前記気液混合流体の気相率が１０ｖｏｌ％以上、８０ｖｏｌ％以下であることを特徴とする請求項６に記載の走行繊維の洗浄方法。
8. 前記気液混合流体が走行する繊維束に衝突する際の速度が、３．０ｍ／ｍｉｎ以上、５０ｍ／ｍｉｎ以下であることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の走行繊維の洗浄方法。

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