JP4873187B2 - 繊維材料の発泡処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、繊維長方向に未延伸部が分布している繊維材料の内部を発泡処理する発泡処理方法に関する。
従来より繊維材料の軽量化や保温性向上といった機能性を付与する方法として、中空紡糸口金を用いて繊維材料を中空に形成したり、繊維材料に予め発泡剤を内蔵させて多孔質化する方法が提案されている。
中空紡糸口金を用いて繊維材料を中空に形成する場合、繊維強度が低下するため紡糸工程中等に繊維が切断するおそれがあり、また発泡剤を混合して多孔質化する場合には発泡工程中に多孔質化による繊維の切断を避けるように発泡制御する必要がある。
例えば、特許文献１では、熱可塑性樹脂に二酸化炭素および／または窒素を０．５〜６重量％添加し溶融混合させた熱可塑性樹脂混合物(Ａ)と、熱可塑性樹脂に二酸化炭素および／または窒素を０．５重量％未満添加し溶融混合させた熱可塑性樹脂混合物(Ｂ)の２つの樹脂混合物を用いて複合紡糸を行い発泡させる発泡繊維の製造方法が記載されている。
こうした方法以外では、洗浄液等に可溶な物質を紡糸原液に添加し、紡出後の洗浄工程にて洗浄液可溶物質を抽出することにより多孔質化する方法や芯鞘構造の繊維の芯部に水溶性あるいは延伸浴液に可溶な樹脂材料を挿入する方法も提案されているが、こうした方法では、多孔質化又は中空化のために溶出した物質を再処理したり、洗浄液等の再使用のための工程が必要になる。
例えば、特許文献２では、芯鞘複合フィラメント糸として、芯部を形成する熱可塑性樹脂がポリ乳酸であり、易溶解性ポリエステル１００ｇ中に０．５〜２５ミリモルのマグネシウムを含有し、鞘部を形成する熱可塑性樹脂がポリアミドであり、芯部と鞘部の複合割合が２０／８０〜６０／４０重量％とした点が記載されている。また、特許文献３では、可溶性の粒子材料を含む繊維材料と粒子材料を含まない繊維材料を複合紡糸し、紡糸された繊維を、粒子材料を溶解するが繊維材料は溶解しない溶剤に浸漬することによって粒子材料を溶出し、前記発泡樹脂部を形成する発泡繊維の製造方法が記載されている。
特開２００３−１２９３４２号公報
特開２００６−８３４９８号公報
特開平１０−１８３４２５号公報
上述した従来の方法では、中空紡糸口金を用いた場合には中空化するための紡糸制御が難しく、また発泡剤を使用した場合では発泡制御が難しいといった難点がある。また、紡糸原液に予め可溶物質を混合して紡糸した後可溶物質を溶出する場合には、多孔質化をコントロールすることが困難であり、後処理が必要な点で難点がある。
そこで、本発明は、繊維材料に対して後処理により発泡処理を行うことができる繊維材料の発泡処理方法を提供することを目的とするものである。
本発明に係る繊維材料の発泡処理方法は、繊維長方向に未延伸部が分布している繊維材料を定長状態に設定し、繊維材料に発泡剤を加圧しながら含浸させた後減圧することで繊維材料の内部を発泡させることを特徴とする。さらに、前記発泡剤としてアルコール又はアルコール混合溶媒を用いることを特徴とする。さらに、８０℃〜１３０℃の温度範囲まで加温した状態で発泡剤を０．１２〜０．７５ＭＰａの圧力で含浸させることを特徴とする。さらに、前記繊維材料は、ポリエステル部分配向糸であることを特徴とする。さらに、前記繊維材料は、ポリエステル部分配向糸を用いた糸・布帛であることを特徴とする。
本発明は、上記のような構成を備えることで、繊維長方向に未延伸部が分布している繊維材料を定長状態に設定し、繊維材料に発泡剤を加圧しながら含浸させた後減圧することで繊維材料の内部を発泡させるので、発泡剤の含浸量を調整して発泡化を容易にコントロールすることができ、所定の強度を維持しつつ軽量化及び保温性向上を図ることが可能となり、用途に合せて様々なタイプの発泡繊維材料を製造することができる。
後述するように、繊維長方向に未延伸部が分布している繊維材料の場合には定長状態に設定せずに発泡処理を行うと、繊維材料自体が収縮して発泡化されないが、繊維材料が収縮しないように定長状態に設定しておくことで繊維材料内部を発泡化することが可能となる。この場合、定長状態とは、繊維材料が発泡処理により収縮しない程度で、かつ繊維材料が延伸しない程度の張力を付与した状態をいう。例えば、繊維材料が糸の場合には、ローラ等に巻き付けて糸長方向に引張力を付与して定長状態に設定することができ、布帛の場合には経方向及び緯方向に引張力を付与して定長状態に設定することができる。
また、発泡剤としてアルコール又はアルコール混合溶媒を用いることで、繊維長方向に未延伸部が分布している繊維材料に対して効率よく発泡処理を行うことができ、また発泡処理後の後処理についても不要となって処理工程の簡略化を図ることか可能となる。そして、８０℃〜１３０℃の温度範囲まで加温した状態で発泡剤を０．１２〜０．７５ＭＰａの圧力で含浸させることで、繊維長方向に未延伸部が分布している繊維材料を効率よく発泡処理することができる。
また、繊維長方向に未延伸部が分布している繊維材料としては、ポリエステル部分配向糸又はポリエステル部分配向糸を用いた布帛を用いれば、ほぼ均一に発泡処理された発泡繊維材料を得ることができる。
本発明で用いる繊維長方向に未延伸部が分布している繊維材料の素材としては、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アクリル繊維等の合成繊維からなるフィラメント糸、スパン糸又はこれらの加工糸が挙げられる。特に、ポリエステル部分配向糸（ＰＯＹ）及びＰＯＹを用いた布帛が好ましい。また、意匠性のある様な物作りを考慮すれば繊維長方向に延伸部が分布している繊維材料と組み合わせた布帛も好ましい。
繊維長方向に未延伸部が分布している繊維材料では、繊維内部の結晶化度が低く中心部に非結晶領域が形成されており、この非結晶領域に発泡剤が含浸して発泡化されるものと考えられる。こうした知見は、後述する実施例からもわかるように、結晶化されている表面部分では発泡化は見られず非結晶領域である中心部分に集中して発泡化が進んでいることから実証される。
繊維長方向に未延伸部が分布している繊維材料は、発泡処理での加熱により収縮してしまうと発泡化しないことが確認されており、そのため本発明では繊維材料を定長状態に設定することで繊維材料に対して確実に発泡処理を行うことができる。繊維材料の定長状態に設定するためには、発泡処理での加熱による収縮現象が生じないように繊維材料に張力を付与しておくとよい。その場合繊維材料が延伸しない程度の張力に設定しておく必要がある。
発泡剤としては、繊維材料に対して親和性のある物質が好ましくアルコールが特に好ましい。アルコールとしては、メタノール、エタノール、ブタノール、イソプロピルアルコールが挙げられる。ＰＯＹに対してはメタノール又はエタノールが発泡剤として好ましい。また、発泡剤としてアルコール混合溶媒を用いても問題ない。
繊維材料に対して発泡剤を付与する方法としては、密閉容器内で加温及び加圧しながら蒸気による付与又は浸漬による付与が好ましい。ＰＯＹに対してアルコールを発泡剤として用いる場合には、８０℃〜１３０℃の温度範囲まで加温した状態で発泡剤を０．１２〜０．７５ＭＰａの圧力で含浸させるようにすればよい。また、発泡剤の付与量は、繊維材料の発泡特性に応じて温度及び圧力を適宜調整して設定することができ、軽量化及び保温特性に関して様々なタイプの繊維材料をきめ細かく設定して製造することが可能となる。
発泡処理は、密閉容器内に繊維材料及び発泡剤を投入して温度及び圧力を制御しながら行うとよい。図１は、発泡処理装置の一例を示す概略構成図である。円筒状の圧力容器１０の上部開口部を蓋体１１により密閉することで圧力容器１０の内部を密閉空間とすることができる。蓋体１１には、温度計１２及び圧力計１３が設けられており、それぞれ圧力容器１０内の温度及び圧力を検知することができる。圧力容器１０の内部には載置台１４が設置されており、載置台１４の上面に繊維材料Ｆを巻き付けたガラス瓶１５が載置される。そして、圧力容器１０内には発泡剤Ｂとして液体アルコールが投入され、その液面は載置台１４の上面より下方に設定される。
こうしてセットされた発泡処理装置の圧力容器１０を加熱することで、内部の温度が上昇してアルコールが蒸発しアルコール蒸気が繊維材料Ｆに付与されるようになる。また、内部温度の上昇とともに内部圧力が上昇するようになり、温度計１２及び圧力計１３の測定データに基づいて圧力容器１０の加熱制御を行うことで容器内部の温度及び圧力の制御を行うことができる。
以上説明した発泡処理では、繊維材料Ｆに対してアルコール蒸気を付与して発泡処理を行っているが、繊維材料Ｆを液体アルコール内に浸漬して圧力容器１０を加熱制御することで発泡剤に浸漬した状態で発泡処理を行うことができる。
＜実施例１＞
繊維材料としてポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の東洋紡績株式会社製ＰＯＹ（結晶化度２．９％）を用い、発泡剤としてメタノール（キシダ化学株式会社製；分子量３２．０４）を用いた。
繊維材料としてポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の東洋紡績株式会社製ＰＯＹ（結晶化度２．９％）を用い、発泡剤としてメタノール（キシダ化学株式会社製；分子量３２．０４）を用いた。
まず、オートクレーブ（耐圧硝子工業社製；ＴＥＭ−Ｄ１５００Ｍ型）の金属容器内（１５００ｍｌ）にメタノール５００ｍｌを投入した。ＰＯＹはガラス瓶（直径３０ｍｍ）の周囲に巻き付けて定長状態に設定する。その場合、ＰＯＹが延伸しない程度で引っ張りながら巻き付けるようにする。
ＰＯＹを巻き付けたガラス瓶を図１に示すように載置して、金属容器内を密閉する。そして、金属容器を加熱しながら、容器内温度が８０℃、１００℃及び１３０℃の温度条件下でメタノールの蒸気でＰＯＹを加圧しながらそれぞれ１時間付与処理を行った。各温度条件における昇温時間は、８０℃で１８分、１００℃で２２分、１３０℃で２６分とし、各温度条件における容器内圧力は、８０℃で０．１２ＭＰａ、１００℃で０．２６ＭＰａ、１３０℃で０．７５ＭＰａとした。
１時間経過後圧力調整バルブを全開して容器内の圧力を大気圧まで減圧した。減圧時間は、８０℃で４０秒、１００℃で７４秒、１３０℃で８５秒とした。
発泡処理したＰＯＹを顕微鏡（４０倍）で観察した写真を図２から図４に示す。８０℃（図２）、１００℃（図３）、１３０℃（図４）の場合の処理結果をみると、８０℃では発泡化が確認されなかったが、１００℃及び１３０℃ではＰＯＹの中心部に発泡化した領域が確認された。
＜実施例２＞
実施例１と同様のＰＯＹ及びメタノールを用い、ＰＯＹをガラス瓶（直径１８ｍｍ）に巻き付けて定長状態に設定し、実施例１と同様の装置を用いてメタノールにガラス瓶を浸漬した状態で発泡処理を行った。各温度条件における昇温時間は、８０℃で１８分、１００℃で２０分、１３０℃で２９分とした。また、各温度条件における容器内圧力は、８０℃で０．１２ＭＰａ、１００℃で０．２６ＭＰａ、１３０℃で０．７５ＭＰａとした。１時間経過後に大気圧に減圧する時間は、８０℃で４３秒、１００℃で６３秒、１３０℃で９３秒とした。
実施例１と同様のＰＯＹ及びメタノールを用い、ＰＯＹをガラス瓶（直径１８ｍｍ）に巻き付けて定長状態に設定し、実施例１と同様の装置を用いてメタノールにガラス瓶を浸漬した状態で発泡処理を行った。各温度条件における昇温時間は、８０℃で１８分、１００℃で２０分、１３０℃で２９分とした。また、各温度条件における容器内圧力は、８０℃で０．１２ＭＰａ、１００℃で０．２６ＭＰａ、１３０℃で０．７５ＭＰａとした。１時間経過後に大気圧に減圧する時間は、８０℃で４３秒、１００℃で６３秒、１３０℃で９３秒とした。
発泡処理したＰＯＹを顕微鏡（４０倍）で観察した写真を図５から図７に示す。８０℃（図５）、１００℃（図６）、１３０℃（図７）の場合の処理結果をみると、いずれの温度条件においてもＰＯＹの中心部に発泡化した領域が確認された。図２から図４に示すようにメタノールを蒸気で付与した場合と対比すると、メタノールに浸漬して付与した場合の方が発泡化が促進されていることがわかる。
＜実施例３＞
実施例１と同様のＰＯＹを用い、発泡剤として実施例と同様のメタノール、エタノール（キシダ化学株式会社製；分子量４６．０７）、イソプロピルアルコール（キシダ化学株式会社製；分子量６０．１０）をそれぞれ用いて実施例２と同様の浸漬状態の発泡処理を行った。
実施例１と同様のＰＯＹを用い、発泡剤として実施例と同様のメタノール、エタノール（キシダ化学株式会社製；分子量４６．０７）、イソプロピルアルコール（キシダ化学株式会社製；分子量６０．１０）をそれぞれ用いて実施例２と同様の浸漬状態の発泡処理を行った。
メタノールの場合では、各温度条件における昇温時間は、８０℃で１８分、１００℃で２０分、１３０℃で２９分とした。また、各温度条件における容器内圧力は、８０℃で０．１２ＭＰａ、１００℃で０．２６ＭＰａ、１３０℃で０．７５ＭＰａとした。１時間経過後に大気圧に減圧する時間は、８０℃で４３秒、１００℃で６３秒、１３０℃で９３秒とした。
発泡処理したＰＯＹを顕微鏡（４０倍）で観察した写真を図８から図１０に示す。８０℃（図８）、１００℃（図９）、１３０℃（図１０）の場合の処理結果をみると、いずれの温度条件においてもＰＯＹの中心部に発泡化した領域が確認された。
エタノールの場合では、各温度条件における昇温時間は、８０℃で１５分、１００℃で１７分、１３０℃で２３分とした。また、各温度条件における容器内圧力は、８０℃で０．０７ＭＰａ、１００℃で０．２０ＭＰａ、１３０℃で０．５０ＭＰａとした。１時間経過後に大気圧に減圧する時間は、８０℃で８秒、１００℃で１７秒、１３０℃で８０秒とした。
発泡処理したＰＯＹを顕微鏡（４０倍）で観察した写真を図１１から図１３に示す。８０℃（図１１）、１００℃（図１２）、１３０℃（図１３）の場合の処理結果をみると、いずれの温度条件においてもＰＯＹの中心部に発泡化した領域が確認された。
イソプロピルアルコールの場合では、各温度条件における昇温時間は、８０℃で１２分、１００℃で１８分、１３０℃で２４分とした。また、各温度条件における容器内圧力は、８０℃で０．０５ＭＰａ、１００℃で０．１６ＭＰａ、１３０℃で０．４１ＭＰａとした。１時間経過後に大気圧に減圧する時間は、８０℃で４秒、１００℃で７秒、１３０℃で６０秒とした。
発泡処理したＰＯＹを顕微鏡（４０倍）で観察した写真を図１４から図１６に示す。８０℃（図１４）、１００℃（図１５）、１３０℃（図１６）の場合の処理結果をみると、８０℃処理以外はいずれの温度条件においてもＰＯＹの中心部に発泡化した領域が確認された。
以上の結果をみると、アルコールを発泡剤として用いることでＰＯＹを発泡化できることがわかる。また、アルコールの種類により発泡化に差異が生じているが、こうした差異はＰＯＹとの親和性の差によるものと考えられる。
＜実施例４＞
繊維材料として、実施例１と同様のＰＯＹで編成した丸編地をガラス瓶（１８ｍｍ）に一定荷重（１．０ｋｇ）で巻き付けて用いた。発泡剤としては、実施例２と同様のメタノール及びエタノールを用い、実施例１と同様の蒸気による発泡処理及び実施例２と同様の浸漬による発泡処理を行った。
繊維材料として、実施例１と同様のＰＯＹで編成した丸編地をガラス瓶（１８ｍｍ）に一定荷重（１．０ｋｇ）で巻き付けて用いた。発泡剤としては、実施例２と同様のメタノール及びエタノールを用い、実施例１と同様の蒸気による発泡処理及び実施例２と同様の浸漬による発泡処理を行った。
発泡処理した丸編地を顕微鏡で観察した結果、実施例１及び２と同様に８０℃で蒸気による処理では発泡にムラが生じたが、それ以外の温度条件ではすべて発泡化が確認された。
＜比較例＞
実施例１においてＰＯＹをガラス瓶に巻き付けない状態で同様の発泡処理を行ったところ、ＰＯＹは熱収縮して発泡は確認されなかった。
実施例１においてＰＯＹをガラス瓶に巻き付けない状態で同様の発泡処理を行ったところ、ＰＯＹは熱収縮して発泡は確認されなかった。
Ｂ 発泡剤
Ｆ 繊維材料
10 圧力容器
11 蓋体
12 温度計
13 圧力計
14 載置台
15 ガラス瓶
Ｆ 繊維材料
10 圧力容器
11 蓋体
12 温度計
13 圧力計
14 載置台
15 ガラス瓶
Claims (5)
- 繊維長方向に未延伸部が分布している繊維材料を定長状態に設定し、繊維材料に発泡剤を加圧しながら含浸させた後減圧することで繊維材料の内部を発泡させることを特徴とする繊維材料の発泡処理方法。
- 前記発泡剤としてアルコール又はアルコール混合溶媒を用いることを特徴とする請求項１に記載の発泡処理方法。
- ８０℃〜１３０℃の温度範囲まで加温した状態で発泡剤を０．１２〜０．７５ＭＰａの圧力で含浸させることを特徴とする請求項１又は２に記載の発泡処理方法。
- 前記繊維材料は、ポリエステル部分配向糸であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発泡処理方法。
- 前記繊維材料は、ポリエステル部分配向糸を用いた布帛であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発泡処理方法。
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