JP4590587B2

JP4590587B2 - 多孔性羊毛繊維およびその製造方法、ならびに綿、混紡繊維、複合化繊維および布帛

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Publication number: JP4590587B2
Application number: JP2007039537A
Authority: JP
Inventors: 庸治谷; 哲弥板垣; 圭一朗大庭; 卓実赤澤
Original assignee: I.S.T. CORPORATION
Current assignee: I.S.T. CORPORATION
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2007-02-20
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2027-02-20
Also published as: JP2007254943A

Description

本発明は、羊毛繊維の一部または全部を多孔質化した多孔性羊毛繊維およびその製造方法、ならびに綿、混紡繊維、複合化繊維および布帛に関する。

繊維業界では、古くから、発色性、断熱性、保温性、吸湿放湿特性、吸湿発熱性、速乾性、ドライ感、ふくらみ感などの向上や軽量化などを目的として、中空構造を有する繊維や内部に複数の微細な空孔を有する繊維などが開発されてきた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１０５６２７号公報

しかし、現時点で上記のような構造を有する繊維は合成繊維に限られており、羊毛に上記のような構造を付与することは事実上不可能であった。

本発明の課題は、羊毛繊維に複数の微細な空孔を形成し、羊毛繊維の発色性、断熱性、保温性、吸湿放湿特性、吸湿発熱性、速乾性、ドライ感、ふくらみ感などの向上や軽量化を達成することにある。

本願発明者らは鋭意研究を重ねた結果、羊毛繊維から一部または全部に多孔質部を有する多孔性羊毛繊維を得ることができる多孔性羊毛繊維の製造方法を見出した。なお、ここにいう「羊毛繊維」とは、羊毛を構成する単繊維（モノフィラメント）である。

この多孔性羊毛繊維の製造方法は酸処理工程、加圧工程、および圧力解除工程を備えており、酸処理工程では、羊毛繊維が酸溶液に浸漬させられて酸処理羊毛繊維が製造される。なお、この工程では、酸として、特に限定されないが、例えば、塩酸・硫酸・硝酸などの無機酸、ギ酸・酢酸などの有機酸など、あらゆる酸が使用可能である。加圧工程では、酸溶液に濡れたままの酸処理羊毛繊維が所定の耐圧容器に投入された後に耐圧容器に不活性ガスが注入されて耐圧容器内が所定の圧力まで加圧される。なお、ここにいう「不活性ガス」とは、例えば、二酸化炭素や、窒素、アルゴン等の希ガスである。また、ここにいう所定の圧力は５ＭＰａ以上の圧力が好ましい。また、この所定の圧力は不活性ガスが超臨界状態になる圧力であってもよい。圧力解除工程では、加圧が解除される。なお、最終的に得られる多孔性羊毛繊維は、一部または全部に多孔質部を有している。そして、その多孔質部は、多孔性羊毛繊維の長手方向に直交する断面で切った場合、その断面に略全体に渡って微細な空孔が形成されている。また、加圧工程における最大圧力と圧力解除工程後の圧力との差や、圧力解除工程における圧力解除速度などを調節することによって多孔性羊毛繊維の空孔率（多孔性羊毛繊維を長手方向に直交する面で切ったときの断面の総面積（空孔を含む）に占める空孔の総面積の割合）を調節することができる。また、加圧工程と圧力解除工程とを交互に繰り返すことによっても多孔性羊毛繊維の空孔率を調節することができる。なお、本発明では、長手方向と直交する断面の走査型電子顕微鏡写真のコントラストを利用して求められる空孔率（前記断面の総面積に占める空孔の総面積の割合）が１％以上８０％以下であるのが好ましい。空孔率が１％未満であれば本発明の効果が十分に発揮されず、空孔率が８０％よりも大きければ繊維強度が低下するおそれがあるからである。また、本発明では、空孔率が５％以上５０％以下であるのがより好ましい。

このような方法で羊毛繊維が多孔化する理屈は、断定はできないが、おそらく、酸処理工程において羊毛繊維の一部のコルテックス（皮質部）あるいはフィブリルが溶解等のダメージを受け、加圧工程において不活性ガスが酸処理羊毛繊維に容易に浸透し、圧力解除工程において酸処理羊毛繊維に浸透した不活性ガスが急激に膨張するためであると考えられる。

また、この製造方法において、加圧工程の前に疎水性処理工程が行われるのが好ましい。これは、おそらく羊毛繊維の表面が疎水化されることにより不活性ガスの溶解が促進されるためであると考えられる。なお、疎水性処理では、フッ素化合物およびシリコーン化合物より成る群から選択される少なくとも１つの化合物が含まれる疎水化処理剤により酸処理羊毛繊維が疎水性処理される。具体的には、酸処理羊毛繊維に、フッ素化合物およびシリコーン化合物より成る群から選択される少なくとも１つの化合物が含まれる疎水化処理剤が付与される。なお、ここにいう「フッ素化合物」とは、例えば、パーフルオロアルキルカルボン酸塩・パーフルオロアルキルトリメチルアンモニウム塩・パーフルオロアルキルスルホン酸塩などのフッ素系界面活性剤、パーフルオロアルキル含有オリゴマー・パーフルオロアルキルエチレンオキシド付加物などの油溶性フッ素界面活性剤、フッ素含有ビニルモノマーやフッ素含有アクリル等を重合した撥水加工剤または塗料、四フッ化エチレン樹脂・四フッ化エチレン−エチレン共重合体・四フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体・ポリフッ化ビニリデン・フッ素ゴム・フッ素含有熱可塑性エラストマー等のフッ化高分子化合物、フッ素含有芳香族化合物などである。また、ここにいう「シリコーン化合物」とは、その化学構造中にポリシロキサン結合を有する化合物であって、例えば、ポリジメチルシロキサン、メチルハイドロジェンポリシロキサン、アミノ変性・エポキシ変性・カルボキシル変性・四級アンモニウム塩変性・アルキル変性・フッ素変性などされた変性シリコーン、シリコーン系界面活性剤、シリコーンゴム、シリコーン系エラストマー等である。

そして、この多孔性羊毛繊維は多孔性羊毛繊維以外の繊維と混紡されてもよいし複合化されてもよい。なお、この混紡繊維や複合化繊維では、多孔性羊毛繊維が主成分となっているのが好ましい。

また、上記多孔性羊毛繊維、上記混紡繊維、および上記複合化繊維より成る群から選択される少なくとも１つの繊維から布帛が形成されてもよい。なお、ここにいう「布帛」とは、例えば、織物や、編物、不織布などである。
さらに、この多孔性羊毛繊維から綿（わた）を製造してもよい。なお、この綿（わた）では、多孔性羊毛繊維が主成分となっているのが好ましい。

本発明に係る多孔性羊毛繊維の製造方法により、従来には存在し得なかった多孔性羊毛繊維を製造することができ、羊毛繊維の発色性、断熱性、保温性、吸湿放湿特性、吸湿発熱性、速乾性、ドライ感、ふくらみ感などの向上や軽量化を達成することが可能となった。また、この多孔性羊毛繊維は、上記特性以外にも消臭性や生分解性に優れる。

以下、本発明の実施の形態に係る多孔性羊毛繊維の製造方法について説明する。
〔原料〕

本発明に係る多孔性タンパク質繊維の製造方法では、羊毛を構成する単繊維（モノフィラメント）が原料となり得る。また、この原料の形態は特に限定されず、繊維のままであってもよいし、織物にされていてもよいし、撚糸にされていてもよい。
〔多孔性羊毛繊維の製造方法〕

本発明の実施の形態に係る多孔性羊毛繊維の製造方法は、主に、酸処理工程、加圧工程、疎水性処理工程、および圧力解除工程から構成される。以下、これらの工程について詳述する。なお、これらの工程のうち疎水性処理工程は必須ではなく適宜省略してもかまわない。
（１）酸処理工程

酸処理工程では、原料である羊毛繊維が、所定濃度、所定温度に調節された酸性水溶液に所定時間、浸漬される。なお、この工程では、酸として、特に限定されないが、例えば、塩酸・硫酸・硝酸などの無機酸、ギ酸・酢酸などの有機酸など、あらゆる酸が使用可能である。
なお、以下、この酸処理工程において酸処理された羊毛繊維を「酸処理羊毛繊維」という。
（２）疎水性処理工程

疎水性処理では、フッ素化合物、シリコーン化合物、あるいはこれらの混合物を含む疎水性処理剤により酸処理羊毛繊維が疎水性処理される。具体的には、酸処理羊毛繊維に、疎水性処理剤が付与される。
なお、以下、この疎水性処理工程に疎水化された酸処理羊毛繊維を「疎水化羊毛繊維」という。
（３）加圧工程

加圧工程では、酸性水溶液に濡れたままの酸処理羊毛繊維または疎水化羊毛繊維が耐圧容器に投入された後に、不活性ガスを耐圧容器内部に注入して耐圧容器の内部圧力を所定の圧力まで上昇させる。なお、本実施の形態において「不活性ガス」とは、例えば、二酸化炭素や、窒素、アルゴン等の希ガスである。また、ここにいう所定の圧力は５ＭＰａ以上の圧力が好ましい。また、この所定の圧力は不活性ガスが超臨界状態になる圧力であってもよい。また、温度は３０〜８０℃であるのが好ましい。
（４）圧力解除工程

圧力解除工程では、耐圧容器のリーク弁を開放して耐圧容器内部の圧力を大気圧まで戻す。なお、この工程において、圧力は、瞬時に大気圧まで戻るようにしてもよいし、所定の速度で大気圧まで戻るようにしてもよい。
〔多孔性羊毛繊維の空孔率の調節方法〕

多孔性羊毛繊維の空孔率は、加圧工程における最大圧力と圧力解除工程後の圧力との差や、圧力解除工程における圧力解除速度などを調節したり、加圧工程と圧力解除工程とを交互に繰り返すことによって調節することができる。なお、緻密で安定した品質の多孔性羊毛繊維を得るためには、高圧で処理するよりも、５ＭＰａ以上であって可及的低い圧力で加圧し、圧力解除と加圧とを繰り返す工程の方が好ましい。多孔性羊毛繊維の品質の安定と共に不活性ガスの使用量の低減や加圧準備時間の短縮化より製造コストを抑制することができるからである。
〔多孔性羊毛繊維の空孔率の測定方法〕

走査型電子顕微鏡により多孔性羊毛繊維の長手方向と直交する断面を所定倍率で撮像した。そして、その写真ナノシステム（株）社製の画像解析装置 Nano Hunter NS2K-Proにセットした後に多孔性羊毛繊維の断面部分を選択しコントラストの具合から空孔率を求めた。なお、本実施の形態において、空孔率は、多孔性羊毛繊維断面の総面積（空孔を含む）に占める空孔の総面積の割合で定義される。
〔多孔性羊毛繊維の応用例〕

この多孔性羊毛繊維は、綿（わた）状で使用されてもよいし、他の繊維と混紡あるいは複合化されて使用されてもよい。また、この多孔性羊毛繊維や多孔性羊毛繊維を主成分とする混紡繊維から織物や、編物、不織布などを製造することも可能である。
〔実施例〕
以下に、本発明の実施例を示す。

本実施例では、４８番手双糸の羊毛を原料とした。なお、この羊毛の引張強度は、４００ｇｆ（平均値）であった。また、この羊毛繊維の長手方向に直交する断面写真を図１に示す。

先ず、羊毛を、５５℃に調整した７６ｗｔ％のギ酸水溶液中に９時間、浸漬した後、その羊毛をギ酸水溶液中から取り出した（以下、この処理をギ酸処理といい、ギ酸処理後の羊毛をギ酸処理羊毛という）。次いで、ギ酸処理羊毛を２５℃に調整した０．２ｗｔ％の（株）ジェコム社製のエフトップＫＦＢＳ（フッ素系界面活性剤、主成分：ペルフルオロブタンスルホン酸カリウム（Ｃ_４Ｆ_９ＳＯ_３ ⁻Ｋ^＋））に１２時間、浸漬した後、そのギ酸処理羊毛をエフトップＫＦＢＳ中から取り出した（以下、この処理を疎水性処理といい、疎水性処理後のギ酸処理羊毛を疎水化羊毛という）。そして、疎水化羊毛を日本分光（株）社製の超臨界二酸化炭素反応システムに投入した後、系内に二酸化炭素を注入することにより系内の圧力を２０ＭＰａまで上昇させた（以下、この処理を加圧処理という）。なお、このとき、温度は４０℃に設定されている。なお、このとき、系内の二酸化炭素は超臨界状態となっている。そして、１時間経過後、超臨界二酸化炭素反応システムの系内を急激にリークして常圧に戻し（以下、この処理を圧力解除処理という）、多孔性羊毛繊維を得た。

得られた多孔性羊毛繊維の長手方向に直交する断面写真を（株）日立製作所製の走査型電子顕微鏡Ｓ−３０００Ｎにより撮影した。その写真を図２に示す。なお、このときの多孔性羊毛繊維の空孔率は１６％であって、多孔性羊毛の引張強度は３８０ｇｆであった。

疎水性処理を行わなかった以外は実施例１と同様にして羊毛を処理した。

得られた多孔性羊毛繊維の長手方向に直交する断面写真を（株）日立製作所製の走査型電子顕微鏡Ｓ−３０００Ｎにより撮影し空孔率を求めた結果、空孔率は１４％であった。また、多孔性羊毛の引張強度は３８０ｇｆであった。

加圧処理において系内の圧力を５ＭＰａとした以外は実施例１と同様にして羊毛を処理した。なお、このとき、系内の二酸化炭素は超臨界状態には至っていない。

得られた多孔性羊毛繊維の長手方向に直交する断面写真を（株）日立製作所製の走査型電子顕微鏡Ｓ−３０００Ｎにより撮影した。その写真を図３に示す。なお、このときの多孔性羊毛繊維の空孔率は２０％であって、多孔性羊毛の引張強度は３８０ｇｆであった。

加圧処理と圧力解除処理とを順に２回繰り返した以外は実施例１と同様にして羊毛を処理した。

得られた多孔性羊毛繊維の長手方向に直交する断面写真を（株）日立製作所製の走査型電子顕微鏡Ｓ−３０００Ｎにより撮影した。その写真を図４に示す。なお、このときの多孔性羊毛繊維の空孔率は２７％であって、多孔性羊毛の引張強度は３８０ｇｆであった。

加圧処理と圧力解除処理とを順に３回繰り返した以外は実施例１と同様にして羊毛を処理した。

得られた多孔性羊毛繊維の長手方向に直交する断面写真を（株）日立製作所製の走査型電子顕微鏡Ｓ−３０００Ｎにより撮影した。その写真を図５に示す。なお、このときの多孔性羊毛繊維の空孔率は３１％であって、多孔性羊毛の引張強度は３８０ｇｆであった。

ギ酸水溶液を３６％の塩酸水溶液とした以外は実施例１と同様にして羊毛を処理した。

得られた多孔性羊毛繊維の長手方向に直交する断面写真を（株）日立製作所製の走査型電子顕微鏡Ｓ−３０００Ｎにより撮影し空孔率を求めた結果、空孔率は１３％であった。また、多孔性羊毛の引張強度は３６０ｇｆであった。
（比較例）
ギ酸処理を行わなかったこと以外は実施例１と同様にして羊毛を処理した。

得られた羊毛繊維の長手方向に直交する断面写真を（株）日立製作所製の走査型電子顕微鏡Ｓ−３０００Ｎにより撮影した。その写真を図６に示す。図６から明らかなように、ギ酸処理が行われないと、多孔性羊毛繊維は得られない。

本発明に係る多孔性羊毛繊維は、従来の羊毛繊維と比較して、非常に軽く、発色性、断熱性、保温性、吸湿放湿特性、吸湿発熱性、速乾性、ドライ感、ふくらみ感、消臭性、生分解性などに優れるため、衣服などの製造に有用である。

出発原料である羊毛繊維の長手方向に直交する断面の写真図である。実施例１に係る多孔性羊毛繊維の長手方向に直交する断面の写真図である。実施例３に係る多孔性羊毛繊維の長手方向に直交する断面の写真図である。実施例４に係る多孔性羊毛繊維の長手方向に直交する断面の写真図である。実施例５に係る多孔性羊毛繊維の長手方向に直交する断面の写真図である。比較例に係る羊毛繊維の長手方向に直交する断面の写真図である。

Claims

長手方向と直交する断面の走査型電子顕微鏡写真のコントラストを利用して求められる空孔率（前記断面の総面積に占める空孔の総面積の割合）が５％以上５０％以下である多孔質部を備える多孔性羊毛繊維。
前記多孔質部には、長手方向に直交する断面において略全体に渡って微細な空孔が形成されている、請求項１に記載の多孔性羊毛繊維。
請求項１または２に記載の多孔性羊毛繊維から構成される、綿（わた）。
請求項１または２に記載の多孔性羊毛繊維を主成分とする、綿（わた）。
請求項１または２に記載の多孔性羊毛繊維を主成分とする混紡繊維。
請求項１または２に記載の多孔性羊毛繊維と、前記多孔性羊毛繊維以外の繊維と、を含有する、混紡繊維。
請求項１または２に記載の多孔性羊毛繊維を主成分とする複合化繊維。
請求項１または２に記載の多孔性羊毛繊維、請求項５または６に記載の混紡繊維、および請求項７に記載の複合化繊維より成る群から選択される少なくとも１つの繊維から形成される、布帛。
羊毛繊維を酸溶液に浸漬させて酸処理羊毛繊維を製造する酸処理工程と、前記酸溶液に濡れたままの前記酸処理羊毛繊維を所定の耐圧容器に投入した後に前記耐圧容器に不活性ガスを注入して前記耐圧容器内を所定の圧力まで加圧する加圧工程と、前記加圧を解除する圧力解除工程と、を備える、多孔性羊毛繊維の製造方法。
前記酸処理羊毛繊維を疎水性処理する疎水性処理工程をさらに備え、前記疎水性処理工程は、前記加圧工程の前に行われる、請求項９に記載の多孔性羊毛繊維の製造方法。
前記疎水性処理工程では、前記酸処理羊毛繊維に、フッ素化合物およびシリコーン化合物より成る群から選択される少なくとも１つの化合物が含まれる疎水化処理剤が付与される、請求項１０に記載の多孔性羊毛繊維の製造方法。