JP4759805B2

JP4759805B2 - 磁性繊維体及びその製造方法

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Publication number: JP4759805B2
Application number: JP2000369796A
Authority: JP
Inventors: 友美子加藤; 龍吉松尾; 純一神永; 健太郎山脇
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2000-12-05
Filing date: 2000-12-05
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2020-12-05
Also published as: JP2002173890A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は繊維と磁性紛を付着させた磁性繊維体に関するのもであり、主に有機金属化合物とその加水分解・重縮合を利用し、成形と同時に、繊維に磁性紛を高定着率および高定着力で付着させ、強度に優れた磁性繊維体およびその製造方法に関するのもである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の磁性繊維体には種々のものが知られている。繊維と磁性粉からなる磁性繊維体においては、樹脂に磁性粉を練り込んで紡糸した繊維を用いたものや、磁性粉を含むコーティング剤をコーティングする方法、バインダーを利用して磁性紛を付着させた磁性繊維体を用いたものなどがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、繊維に磁性体を定着させるものであり、例えば金属有機化合物の加水分解・重縮合を利用し、繊維に磁性粉を定着させた磁性繊維体およびその製造方法を提供する事を目的とするものであり、繊維への磁性粉の定着率、定着力が高く、磁性体中の磁性粉の分布も均一で、強度に優れた磁性繊維体を容易に得る磁性繊維体およびその製造方法が望まれていた。
【０００４】
また、本発明の磁性繊維体の製造方法では、成形と同時に磁性粉を繊維に定着させる為、少ない工程で容易に、シート状、立体状など自由な形状の磁性繊維体を得ることが望まれていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明においては、繊維に、ＢｍＭ（ＯＲ）ｎ−ｍ（式中、Ｂはアミノ基を少なくとも１つ有する置換基を表し、Ｍは金属元素、Ｒはアルキル基であり、ｎは金属元素の酸化数、ｍは置換数（０＜ｍ＜ｎ）を表す）で示される有機金属化合物と、ＣｍＭ（ＯＲ）ｎ−ｍ（式中、Ｃはエポキシ基を有する置換基を表し、Ｍは金属元素、Ｒはアルキル基であり、ｎは金属元素の酸化数、ｍは置換数（０＜ｍ＜ｎ）を表す）で示される有機金属化合物との混合物、又は該有機金属化合物の共重合体とともに、磁性粉が抄き合わされて定着されている事を特徴とする磁性繊維体を提供する。
【０００８】
請求項２に係る発明においては、前記一般式中Ｍが、ケイ素（Ｓｉ）であることを特徴とする請求項１記載の磁性繊維体を提供する。
【０００９】
請求項３に係る発明においては、繊維が、製紙用繊維を主成分とすることを特徴とする請求項１〜２何れかに記載の磁性繊維体を提供する。
【００１０】
請求項４に係る発明においては、シート状に抄き合わされていることを特徴とする請求項１〜３何れかに記載の磁性繊維体を提供する。
【００１１】
請求項５に係る発明においては、立体状に抄き合わされていることを特徴とする請求項１〜３何れかに記載の磁性繊維体を提供する。
【００１４】
請求項６に係る発明においては、繊維と磁性粉およびＢｍＭ（ＯＲ）ｎ−ｍ（式中、Ｂはアミノ基を少なくとも１つ有する置換基を表し、Ｍは金属元素、Ｒはアルキル基であり、ｎは金属元素の酸化数、ｍは置換数（０＜ｍ＜ｎ）を表す）で示される有機金属化合物と、ＣｍＭ（ＯＲ）ｎ−ｍ（式中、Ｃはエポキシ基を有する置換基を表し、Ｍは金属元素、Ｒはアルキル基であり、ｎは金属元素の酸化数、ｍは置換数（０＜ｍ＜ｎ）を表す）で示される有機金属化合物との混合物、又は該有機金属化合物の共重合体を含むバインダーを用いて繊維に磁性粉を定着させる事を特徴とする磁性繊維体の製造方法を提供する。
【００１５】
請求項７に係る発明においては、前記一般式中Ｍが、ケイ素（Ｓｉ）であることを特徴とする請求項６記載の磁性繊維体の製造方法を提供する。
【００１６】
請求項８に係る発明においては、繊維が、製紙用繊維を主成分とすることを特徴とする請求項６〜７何れかに記載の磁性繊維体の製造方法を提供する。
【００１７】
請求項９に係る発明においては、シート状に抄き合わされていることを特徴とする請求項６〜８何れかに記載の磁性繊維体の製造方法を提供する。
【００１８】
請求項１０に係る発明においては、立体状に抄き合わされていることを特徴とする請求項６〜８何れかに記載の磁性繊維体の製造方法を提供する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２０】
本発明の磁性繊維体を形成する繊維としては、ポリエステル繊維、ナイロン（ポリアミド）繊維、ポリアクリロニトリル繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ポリ塩化ビニル繊維等の合成繊維、あるいは木質繊維、木綿、麻繊維、竹、リンター、絹、羊毛などの天然繊維や、レーヨンなどの再生セルロース繊維などの有機繊維、ロックファイバー、ガラス繊維、アルミナ繊維、ＳｉＣ繊維などの無機繊維を用いる事ができるが、これらに制限されるものではない。
【００２１】
特に、通常の抄き合わせる工程の中でシート状や、立体状に成形しつつ、繊維に磁性粉を定着させることができるという利点から、上記のような繊維を製紙用繊維として用いることが好ましい。
【００２２】
また、磁性粉としては特に限定されるものではないが、例えば、マグネタイト、マグヘマイト、ヘマタイト、Ｍｎ−Ｚｎフェライト、Ｎｉ−Ｚｎフェライト、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト、Ｎｉ−Ｍｇフェライト、Ｃｕ−Ｚｎフェライト、バリウムフェライト、Ｎｉフェライト、Ｌｉフェライト、Ｇａフェライト等のフェライトの粉末、鉄・シリコン合金系磁性粉、サマリウム・コバルト合金系磁性粉、ネオジウム−鉄−ホウ素系磁性粉などの希土類磁性粉が挙げられる。
【００２３】
バインダーとしての有機金属化合物は、Ｓｉ系、Ｔｉ系、Ａｌ系、Ｚｒ系などが挙げられるが、中でも、オルガノシランを利用すると種類も豊富であり工業的にも入手しやすい。
【００２４】
本発明における磁性繊維体およびその製造方法では、網の穴系や繊維の種類等に関わらず磁性粉の平均粒径を選ぶことができるが、シートの地合や出来上がった磁性繊維体の均一さから磁性粉は５００μ以下のものが好ましいが、その様な事が問題とならない用途であればこれ以上のものであっても構わない。また、実際的には０．０５μの平均粒径のものが磁性を付与しやすく実際的であるが、それ以下のものであっても構わない。
【００２５】
次に、繊維を水や添加物を含んだ水で代表される分散媒体に懸濁させ、磁性粉を添加の上で攪拌する事によってスラリーを作成するのが代表的であるが、これ以外に、繊維と磁性体を同時、または磁性体を後で添加したものでも良い。
【００２６】
この様なスラリーを用いて抄き合わせる。この工程の内容としては、スラリーをろ過し、プレス処理後、乾燥することからなる。
【００２７】
ろ過は、網の上にスラリーを流し、スラリーの固形成分を網上に析出させる事を指す。この場合、網として各種の物が用いられ、網目の粗さはスラリーの性質、形状に応じて各種の物が適宜選択される。
【００２８】
次に、網上に形成した中間体は、プレス、乾燥工程を経て磁性繊維体を形成する。
この場合、プレス前、プレスの後、乾燥の後、何れの段階で中間体は網から外すものであっても構わない。
【００２９】
特に、効果的な定着のためにはアミン系有機金属化合物を併用することが望ましい。このときアミンの種類は１級アミン、２級アミンのいずれでもよい。このアミン系有機金属化合物は磁性粉及びバインダーの繊維への定着を進める働きをしていると考えらる。アミン系有機金属化合物は，他の有機金属化合物を加水分解する触媒作用と，繊維へ定着する際のトリガーとしての役割の両方を担っていると推定している。とくに塩基性触媒としての触媒効果が大きいため，他の触媒の添加を必要としない。
【００３０】
エポキシ基を構造中にもつ有機金属化合物も、本手法において有効である。特にシクロヘキシルエポキシ基を有するものの併用効果が高いが、その作用機作は明らかではない。アミンはエポキシの樹脂化触媒であるが、本溶媒中、また、混合するだけの条件下では両者による架橋は起こらない。両者を併用した場合、おのおのの金属アルコール基による両者の複合化が進み、エポキシ基の立体傷害等の影響で、酸素を介した金属の結合が効率的に進行すると推定している。
【００３１】
アミン系有機金属化合物は、バインダーを構成する有機金属化合物剤材料のうちの０．０１％〜５０ｍｏｌ％（ＳｉＯ₂換算値）の範囲，望ましくは０．０１％〜４０ｍｏｌ％であることが望ましい。この範囲であれば、耐水性、撥水性の向上が期待できる。アミンの比率がこれよりも増えると撥水性は得にくくなる。これはバインダー中に親水基であるアミノ基が過剰となるためと考えている。
【００３２】
有機金属化合物としては、メチルトリエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、４−アミノブチルトリエトキシシラン、Ｎ−メチルアミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）３−アミノプロピルトリエトキシシラン、（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピル）トリメトキシシラン、Ｎ−トリメトキシシリルプロピル−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチルアンモニウムクロライド、Ｎ−トリメトキシシリルプロピル−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリ−ｎ−ブチルアンモニウムクロライド、Ｎ−トリメトキシシリルプロピル−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリ−ｎ−ブチルアンモニウムブロマイド、又はオクタデシルジメチル（３−トリメトキシシリルプロピル）アンモニウムクロライド等が例示できる。
【００３３】
本発明の磁性体におけるバインダーは、上記の有機金属化合物、若しくはそれらの重合体、あるいは共重合体からなるものである。
【００３４】
これらバインダー原料は，イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）などのアルコール系溶媒中で室温条件下で穏やかに混合する。このときの溶媒は成分の均一化を図るためで，アルコールに限定されるものではない。バインダー調製に当たっての混合は，およそ１時間から最大で２０時間程度，室温条件で穏やかに混合するだけであり，極めて容易である。この混合時に有機金属化合物の加水分解と適度な複合化が進められる。有機金属化合物の加水分解の際には酸、またはアルカリが触媒として添加されるが、本処方ではアミン系有機金属化合物が触媒としての役割も果たすために添加の必要はない。そのため、酸やアルカリを触媒として添加した場合よりも液の安定性に優れている。
【００３５】
有機金属化合物の置換基が比較的小さかったり、アルコキシ基が加水分解を受けやすいような材料であれば１時間〜数時間の混合で十分に加水分解，複合化が進行する。
【００３６】
混合調製後のバインダーは添加のしやすさなどを考慮して、必要に応じて希釈した後、添加を行う。希釈はアルコール／水混合液が最適で、アルコールの種類は問わない。廃液中へのアルコール混入を限りなく押さえるためには希釈率をさげることもできるし、水の配分を増やすこともできる。
【００３７】
本処方において、バインダーの定着率（歩留まり）は７０〜９９％であり、かつ繊維乾燥重量に対してＳｉＯ₂換算で２０％以上定着させることができ、歩留まりが高い。そのため、添加量の調整は容易で、磁性粉の添加量や求める物性に従い添加量を調整する。
【００３８】
例えば繊維に木質繊維、バインダーにアミノシランとエポキシシランを併用した場合、バインダー原料は、調製処理の攪拌時にＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を介して適度に複合化され，構造中に親水性の官能基であるシラノール、アミノの両基をもつシリカゾルが生成していると推定している。
このゾル中のアミノ基と木質繊維中のカルボキシル基との相互作用、および繊維のフィルター効果により，ゾルが磁性粉を取り込み、繊維にからみつき定着が起こると推定される。さらに熱乾燥により，未反応シラノールのシロキサン結合形成が進み，３次元架橋構造が作られて繊維と磁性粉の間の結合や、繊維の間の結合を補強すると考えられる。
【００３９】
【実施例】
以下、本発明の実施例について詳細に説明するが、本発明は実施例に記載の材料に限定されるものではない。
【００４０】
＜試作例１＞
Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン（チッソ製サイラーエースＳ３２０）４．５ｇ（０．０２ｍｏｌ）、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン（チッソ製サイラーエースＳ５３０）７．４ｇ（０．０３ｍｏｌ）、イソプロピルアルコール１３．５ｇ（０．２２５ｍｏｌ）、水１３．５ｇ（０．７５ｍｏｌ）を１８時間室温で混合した。これをＩＰＡで希釈してＳｉＯ₂換算濃度１ｗｔ％となるバインダー原料を調整した。
【００４１】
（実施例１）
磁性体を構成する繊維として針葉樹漂白クラフトパルプ（以下ＮＢＫＰ）叩解度３７０ｃｓｆを用いた。ＮＢＫＰ２ｇを固形分濃度約２％となるように水に懸濁させ、鉄・シリコン合金系磁性粉を２ｇ添加しよく攪拌した。試作例１で作成したバインダー２０ｇを添加して２分間攪拌し定着処理を行った。このスラリーをろ過し、プレス処理後、加熱乾燥することにより、シート状の磁性繊維体を作成した。
【００４２】
（実施例２）
実施例１と同様に、ＮＢＫＰ２ｇを固形分濃度約２％となるように水に懸濁させ、鉄・シリコン合金系磁性粉を４ｇ添加しよく攪拌した。試作例１で作成したバインダー４０ｇを添加して２分間攪拌し定着処理を行った。このスラリーをろ過し、プレス処理後、加熱乾燥することにより、シート状の磁性繊維体を作成した。
【００４３】
（比較例１）
バインダーを添加しない以外は実施例１を繰り返し、ＮＢＫＰと鉄・シリコン合金系磁性粉より成るシート状磁性繊維体を作成した。
【００４４】
（比較例２）
ろ紙上に鉄・シリコン合金系磁性粉２ｇとバインダーの混合物を濾過し、ろ紙と磁性粉２ｇから成るシート状磁繊維性体を作成した。
【００４５】
（評価）
電磁波吸収性能
実施例１、２および比較例１、２の電磁波吸収性能を測定した。電磁波吸収性能は、１０ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの範囲での透過係数（ｄＢ）を測定して評価した。
【００４６】
定着強さ試験
水に湿らせた布で実施例及び比較例の磁性体を擦り、磁性粉の繊維への定着強さを確認した。
【００４７】
表１に、電磁波吸収性能および定着強さの測定結果を示した。
【００４８】
【表１】

【００４９】
実施例１では１０ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの範囲で−２０ｄＢ〜−１０ｄＢ程度の透過係数が得られており、電磁波吸収性能が高い。実施例２では、１０ＭＨｚ〜６００ＭＨｚの範囲で−３０ｄＢ〜―２０ｄＢ程度の透過係数が得られた。特に６００ＭＨｚでは選択的に減衰が大きく、透過係数は―３５ｄＢ以下であった。また、実施例の２つは定着強さも良好であった。それに対して、比較例１、２のものは−１０ｄＢ以上有り電磁波吸収効果が殆どないことが分かる。定着強さも弱く磁性粉が布に付着したり（比較例１、２）、曲げたときにタックが見られ、磁性粉がろ紙から剥がれた（比較例２）。この事から本磁性繊維体の製造方法におけるバインダーと抄き合わせることの有効性が示された。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、繊維への磁性粉の定着率、定着力が高く、磁性体中の磁性粉の分布も均一な磁性繊維体を容易に得ることができる。また、本発明の磁性繊維体の製造方法によれば、成形と同時に磁性粉を繊維に定着させる為、少ない工程で容易に、シート状、立体状など自由な形状の磁性繊維体を得ることができる。

Claims

繊維に、ＢｍＭ（ＯＲ）ｎ−ｍ（式中、Ｂはアミノ基を少なくとも１つ有する置換基を表し、Ｍは金属元素、Ｒはアルキル基であり、ｎは金属元素の酸化数、ｍは置換数（０＜ｍ＜ｎ）を表す）で示される有機金属化合物と、ＣｍＭ（ＯＲ）ｎ−ｍ（式中、Ｃはエポキシ基を有する置換基を表し、Ｍは金属元素、Ｒはアルキル基であり、ｎは金属元素の酸化数、ｍは置換数（０＜ｍ＜ｎ）を表す）で示される有機金属化合物との混合物、又は該有機金属化合物の共重合体とともに、磁性粉が抄き合わされて定着されている事を特徴とする磁性繊維体。
前記一般式中Ｍが、ケイ素（Ｓｉ）であることを特徴とする請求項１記載の磁性繊維体。
繊維が、製紙用繊維を主成分とすることを特徴とする請求項１〜２何れかに記載の磁性繊維体。
シート状に抄き合わされていることを特徴とする請求項１〜３何れかに記載の磁性繊維体。
立体状に抄き合わされていることを特徴とする請求項１〜３何れかに記載の磁性繊維体。
繊維と磁性粉およびＢｍＭ（ＯＲ）ｎ−ｍ（式中、Ｂはアミノ基を少なくとも１つ有する置換基を表し、Ｍは金属元素、Ｒはアルキル基であり、ｎは金属元素の酸化数、ｍは置換数（０＜ｍ＜ｎ）を表す）で示される有機金属化合物と、ＣｍＭ（ＯＲ）ｎ−ｍ（式中、Ｃはエポキシ基を有する置換基を表し、Ｍは金属元素、Ｒはアルキル基であり、ｎは金属元素の酸化数、ｍは置換数（０＜ｍ＜ｎ）を表す）で示される有機金属化合物との混合物、又は該有機金属化合物の共重合体を含むバインダーを用いて繊維に磁性粉を定着させる事を特徴とする磁性繊維体の製造方法。
前記一般式中Ｍが、ケイ素（Ｓｉ）であることを特徴とする請求項６記載の磁性繊維体の製造方法。
繊維が、製紙用繊維を主成分とすることを特徴とする請求項６〜７何れかに記載の磁性繊維体の製造方法。
シート状に抄き合わされていることを特徴とする請求項６〜８何れかに記載の磁性繊維体の製造方法。
立体状に抄き合わされていることを特徴とする請求項６〜８何れかに記載の磁性繊維体の製造方法。