JP5004248B2

JP5004248B2 - 繊維、及び繊維構造物の漂白・改質装置

Info

Publication number: JP5004248B2
Application number: JP2008509777A
Authority: JP
Inventors: 秋比古大内; 由樹丹羽; 光朗傍島; 晃周佐橋
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2027-03-27
Also published as: WO2007116747A1; CN101405451A; JPWO2007116747A1

Description

本発明は、酸化剤又は還元剤と、紫外光及び／又は可視光の光源を含む光エネルギーとを用いて繊維、及び繊維構造物を漂白する装置、または薬液と、紫外光及び／又は可視光の光源を含む光エネルギーとを用いて繊維、及び繊維構造物を改質する装置に関し、特に、装置の稼働効率を上げることができる装置に関する。

綿、羊毛等の天然繊維、ビスコースレーヨン、ポリノジック等の再生繊維、及び繊維構造物の漂白は、繊維、及び繊維構造物に付着している着色物質を酸化剤又は還元剤で処理し、発色に関与する共役π電子系を切断することにより行っている。

これらの工程は、工業的には上記酸化剤又は還元剤を用い、０．５〜２時間程度煮沸した後洗浄する方法か、これらの薬剤（酸化剤又は還元剤）の適当濃度の薬液を用い、パディングにより繊維、及び繊維構造物質量の８０〜１１０％量を繊維、及び繊維構造物に付着させた後、これを９５℃前後の蒸気雰囲気中で０．５〜１時間前後蒸熱する方法により行っているが、一般的に、木綿や麻などの植物性繊維の場合には酸化剤が多く用いられ、絹や羊毛の場合には還元剤が多く用いられている。また、家庭的には洗濯液等に漂白剤を加えることにより行われている。

このような従来の漂白方法においては、酸化剤又は還元剤と繊維、及び繊維内着色物質との反応は、溶媒である熱水の熱エネルギーにより行っている。

この方法は、熱容量の大きい水を沸点まで加熱し、かつその温度を反応に要する時間だけ保持する必要があり、大きな熱量を要するものであるために、反応装置全体が大型化されてしまう等の不具合があった。

このような問題を解決するために、酸化剤又は還元剤の薬液に漬けた繊維構造物にレーザーを含む光を照射して薬剤の活性を高める方法が報告されている（例えば、特許文献１，２：特開平１１−４３８６１、特開平１１−４３８６２）。

すなわち、特許文献２では、図４に示す漂白装置を提案している。同図において、処理すべき繊維構造物としての長尺の布帛１は先ず薬液パティング槽２で、酸化剤、還元剤及びその活性化を助けるための適宜助剤を混和してなる薬液３が含浸される。該薬液３が含浸された布帛１は絞りロール４により適宜の絞り率に調整した後に、紫外線処理室５内へ導入される。

この紫外線処理室５内には、複数のガイドロール６が上下に配置されている。さらにこの紫外線処理室５の内部には、紫外線灯７が複数個配設されていて、上記ガイドロール６により蛇行状に移送される布帛１の片面に向けて紫外線を照射する。繊維構造物内の着色物質が、紫外線と薬液３とにより漂白が促進される。

しかし、特許文献２のような光源を用いた低い光強度の光を高強度光照射に比べて長い時間照射すると、光照射中に繊維構造物が乾燥し、一旦乾燥してしまうと光を照射しても漂白反応が進まず、白度が向上しないという問題点があった。

そこで、特許文献３（特開２００５−２７３０７１）では、特許文献１，２と同様な装置を使用して、酸化剤又は還元剤に浸漬した布帛に紫外光及び／又は可視光を照射して行う繊維構造物の漂白において、光照射中の繊維構造物に上記の酸化剤又は還元剤を再添加する方法を提案している。薬液を再添加することで乾燥を防止し、良好な漂白効果を得ることができ、更には、環境負荷が小さく操業安全性の高い、省資源かつ省エネルギーという効果を奏することができる。

上記のような繊維、及び繊維構造物の光漂白装置は、繊維、及び繊維構造物に薬液を付着させてそこに光照射を行う装置であるが、同様の操作により繊維、及び繊維構造物の改質が行えることも知られており、このような光改質においても光漂白と同様の問題点が生じる。
特開平１１−４３８６１号特開平１１−４３８６２号特開２００５−２７３０７１号特許文献４〜６を削除

しかし、上記従来の方法では、つぎのような問題がある。特許文献２や特許文献３の方法では、光エネルギーを照射する光源として、蛍光灯や紫外線ランプなどを使用しているが、これらのランプは、薬液を含浸した繊維、及び繊維構造物の中間に配置されるので、繊維、及び繊維構造物からたれ落ちる薬液が付着したり、空中のゴミが付着したりするので、照度が低下する。また、ランプの電極に水分やゴミが付着してショートするなどのトラブルを生じるおそれがある。そのため、かなり頻繁にランプを取り外して清掃する必要があり、その間装置を停止しなければならないので、装置の運転効率が低下するという問題がある。

本発明は、上記問題の解決を図ったもので、ランプの汚れを防止するとともに清掃が容易で、装置の運転効率を上げることができる繊維、及び繊維構造物の漂白・改質装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために本発明は、薬液を含浸させた繊維、及び繊維構造物の布帛等に対し、紫外光及び／又は可視光を照射して前記布帛等を漂白又は改質する繊維、及び繊維構造物の漂白・改質装置において、前記紫外光及び／又は可視光を照射する複数のランプと、該複数のランプを収容する枠体と、該枠体の両面に取り付けられてランプの照射光を透過させる透明板と、を備えた複数の光源ユニットを、相互に平行に配置し、前記光源ユニットを、支持部材に着脱自在に取り付け、前記布帛等が前記複数の光源ユニット間を蛇行できるようにしたことを特徴としている。

前記枠体に、枠体のランプ収容空間内に温度調整用の空気を送り込む送風口と、ランプ収容空間内の空気を排出する排気口とを設けた構成としたり、前記枠体が、対向する位置に２本の中空のダクトを有し、各ダクトに枠体内のランプ収容空間と連通する連通孔を形成し、一方の中空ダクトに送風口を設けて温度調整用の空気を送風し、他方の中空ダクトに排気口を設けて排気するようにした構成としたり、前記排気口又はこれに接続される排気ダクトに排気量を調整するダンパーを設け、前記枠体内の圧力を枠体の外側の圧力より高くできるようにしたり、前記送風口又はこれに接続される送風ダクトに送風量を調整するダンパーを設け、前記排気口に枠体内の空気を強制排気可能な吸引手段を接続し、前記枠体内の圧力を枠体の外側の圧力より低くできるようにしたりすることができる。

本発明の光源ユニットは、紫外光及び／又は可視光を照射するランプと、該ランプを収容する枠体と、該枠体に取り付けられてランプの照射光を透過させる透明板と、前記枠体に設けられ、枠体のランプ収容空間内に温度調整用の空気を送り込む送風口と、ランプ収容空間内の空気を排出する排気口とを有することを特徴としている。

前記枠体が、対向する位置に２本の中空のダクトを有し、各ダクトに枠体内のランプ収容空間と連通する連通孔を形成し、一方の中空ダクトに送風口を設けて温度調整用の空気を送風し、他方の中空ダクトに排気口を設けて排気するように構成することができる。

本発明によれば、漂白・改質に使用する光源を光源ユニットとしたので、ランプ自体は殆ど汚れなくなるとともに、ランプや電極への加工処理剤の付着や雰囲気による故障を無くすことができる。また、点検や掃除する際でも、光源ユニットとして装置に着脱自在にすることで掃除し易い光源ユニットの透明板を掃除するだけでよくなり、停止時間を短縮でき、装置の運転効率を上げることができるという優れた効果を奏する。また、光源ユニットを交換することで、新しい光源ユニットにすることは勿論、異なる光を発する光源ユニットに交換することも簡単にできるようになる。透明板の素材を選択することによって、その光源の有するピーク波長周辺の透過効率を良くし、また、不要な波長をカットすることもできる。

枠体のランプ収容空間内に温度調整用の空気を送り込む送風口と、ランプ収容空間内の空気を排出する排気口とを設けた構成とすることで、光源ユニットを冷却や暖気することができるので、光源ユニット内の温度上昇や、繊維、及び繊維構造物の漂白・改質装置の温度の上昇を抑えたりすることができ、酸化剤や還元剤等の薬液の蒸発を抑えることができる。また、装置内の温度を所定の温度に保つことで、熱反応と光反応の相乗効果を利用でき、反応速度をコントロールすることも可能となる。

枠体が、対向する位置に２本の中空のダクトを有し、各ダクトに枠体内のランプ収容空間と連通する連通孔を形成し、一方の中空ダクトに送風口を設けて温度調整用の空気を送風し、他方の中空ダクトに排気口を設けて排気するようにした構成とすることで、空気の流れをランプ収容空間全体に行き渡らせることができ、均等な冷却や暖気が可能となる。

ダンパーを設けて光源ユニット内の圧力を正圧にしたり負圧にしたりすることで、光源ユニット内に湿分や薬液のミストやゴミなどが入り難くなる。そして、ランプの電極の保護ができ、電気ショートを防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明における繊維、及び繊維構造物の漂白・改質装置の模式的な構成を示す図である。繊維、及び繊維構造物としての糸や布帛等１０は、糸、紐、織物、編物、不織布のいずれでもよい。また、天然繊維、人造繊維、合成繊維のいずれでもよい。

糸や布帛等１０は長尺物で、図示しないがロール状に巻かれており、ここから、糸や布帛等１０の端部を引き出して、まず、酸化剤、還元剤等及びその活性化を助けるための適宜助剤を混和してなる薬液１１を含浸させ、上下に配置されたガイドローラ１２，１３を蛇行するようにして搬送される。

本発明に用いられる酸化剤又は還元剤等の薬液は、特許文献３（特開２００５−２７３０７１号）に記載されているものが使用でき、例えば、過酸化水素、ペルオクソ炭酸ナトリウム、ペルオクソホウ酸ナトリウム等であり、還元剤としては、水素化ホウ素ナトリウム、亜ジチオン酸ナトリウム、二酸化チオ尿素等が使用される。しかしながらこれらに限定される物ではなく、繊維、及び繊維構造物の漂白・改質が起こるものであればよい。

蛇行する糸や布帛等１０と糸や布帛等１０との間には、複数の光源ユニット１５が配置され、光源ユニット１５からの光を布帛１０の表裏両面から繰り返し照射して、酸化剤や還元剤等の薬液や着色物質の活性を上げ、漂白・改質を促進することができる。光源ユニット１５は、装置の枠などに取り付けられた支持部材１６，１６により着脱自在に支持されている。

光源として具体的には、各種蛍光灯、低圧水銀灯、ブラックライト、高圧水銀灯、キセノン灯等の通常の光源や、各種エキシマランプやＬＥＤ等を用いることができるが、電気から光への変換効率の点からみて各種蛍光灯、低圧水銀灯、ブラックライトやＬＥＤを用いることができる。

図２は、光源ユニット１５の正面図で、図３（ａ）は図２のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図２のＢから見た図である。これらの図によって、光源ユニット１５の構成を説明する。光源ユニット１５は薬液１１や雰囲気が進入しないように密閉された状態になっている。

光源ユニット１５は、上下に対向するように設けられた断面が矩形の中空ダクト１５１，１５１と、これらの中空ダクト１５１，１５１を連結するクロス部材１５２，１５２とで構成された枠体１５０と、この枠体１５０の内部、すなわち、ランプ収容空間１５４内に取り付けられた複数のランプ１５３と、枠体１５０の両面に貼りつけられた透明板１５５とを有する。

光源ユニット１５内のランプ１５３は、糸や布帛等１０の走行方向、本実施例の装置では上下方向に配置され、複数のランプ１５３が等間隔に平行に並べられている。ただしこの方向に限定されるものではない。ランプ１５３の本数は、漂白・改質加工される糸や布帛等１０すなわち、繊維、及び繊維構造物の幅に従って、並べる本数を決定すればよい。枠体１５０には、ランプ１５３の光を通すように透明板１５５が張られている。

また、透明板１５５は、布帛１０には含浸している薬液１１がランプに直接付着しないようにするものでもある。すなわち、透明板１５５は、薬液１１がランプ１５３やランプの電極１５３ａに付着することにより、ランプ１５３の光を遮蔽しエネルギー損失が発生することを防止したり、電極１５３ａに付着し漏電することを防止する。

本光源ユニット１５のランプ１５３には、ブラックライトを利用した。ブラックライトは、ガラス管内壁に長波長紫外線を放射する蛍光体を塗布したランプで、ピーク波長が３５３〜３７０ｎｍ近傍の長波長紫外線（３００〜４５０ｎｍ）を放出し、紫外線特有の光化学作用を有効に利用することができる。

透明板１５５としては、３２０ｎｍ以下の紫外線の場合は、石英ガラスがよい。３２０〜４００ｎｍの紫外線や、可視光の場合は、通常のガラス板やポリエチレンやアクリルなどのプラスチックの透明板を使用することができる。適当な素材の透明板を使用することで、不要な波長をカットすることができる。

ランプ１５３は、円筒ガラス管の両端に電極１５３ａを備え、上下の中空ダクト１５１に形成された差込口に差し込むことで固定される。枠体１５０の中空ダクト１５１の外側又は中側には、各差込口を電気的に接続する配線がされている。一方支持部材１６には電源側からの配線がされている。そして、光源ユニット１５を支持部材１６に取り付け、電源側の配線と光源ユニット側の配線とが接続される。全ての光源ユニット１５の制御は、図示しない漂白・改質装置の制御装置で一括して行われる。

ランプ１５３或いは透明板１５５と糸や布帛等１０までの距離は、近ければ近いほど良いのであるが、ランプ１５３の熱の影響で光源ユニット１５の温度が上昇し、糸や布帛等１０に含浸している薬液１１が蒸発し易くなり、また、糸や布帛等１０から飛散する薬液１１が透明板１５５に付着する量も増加することに注意すべきである。

また、ランプ１５３の発熱は、光源ユニット１５内のランプ１５３の両端（上下）にある電極１５３ａ及び円筒のガラス管からなる発光部の発熱による。この発熱を放置していると、前述したように、糸や布帛等１０が乾燥し易くなる。また、糸や布帛等１０に温度の変化による熱反応のむらが生じることがある。そのため、加工温度を制御する目的で、下側の中空ダクト１５１には、中空円筒形の送風口１５６が、上側の中空ダクト１５１には送風口１５６と同じ中空円筒形の排気口１５７が設けられている。そして、送風口１５６は、図示しない温度調整用ファンの吹出口に接続され、排気口１５７は、やはり図示しないファンの吸込口に接続されている。送風口１５６内と排気口１５７内には、風量を制御する回転板状のダンパー１５６ａ，１５７ａが設けられている。

なお、ランプとして発光ダイオードを使用することも可能である。発光ダイオードの場合は、端子部分や基板では多く発熱するので、やはり、冷却が必要となる。

図３（ａ）は光源ユニット１５の断面図である。この図に示すように、光源ユニット１５の厚さ方向の中央部にランプ１５３が上下方向に取り付けられ、図２及び図３（ａ）に示すように、冷却空気は光源ユニット１５の下部の中空ダクト１５１から供給され中空ダクト１５１とランプ収容空間１５４との境界に穿設された通気孔１５１ａからランプ１５３に沿って上昇し、ランプ１５３の電極１５３ａ及び発光部を空冷し、上部から排気される。この冷却空気は、光源ユニット１５の温度をほぼ均一にし、対向する糸や布帛等１０の加工条件を均一にする効果を有する。また、装置内の温度を所定の温度に保つことで、熱反応と光反応の相乗効果を利用でき、反応速度をコントロールすることも可能となる。

なお、中空ダクト１５１を用いないで、枠体１５０内を１つの空間にする構成としてもよい。その場合も、枠体１５０の一方から温度調整用空気を入れ、他方から排気することになる。ただし、中空ダクト１５１を使用することによって、冷却空気の流れを枠体１５０内で均等にすることができる。

次に、上記した実施の形態の動作を説明する。
漂白・改質される糸や布帛等１０が、図１の左から連続的に送られてくる。糸や布帛等１０は、図１の最も左側のガイドローラ１２により水槽内の薬液１１内に送られ、酸化剤又は還元剤等を含む薬液１１が含浸される。次に、糸や布帛等１０に付着した薬剤１１の量を調整するための絞り部に進む。この絞り部では、ガイドローラ１２と加圧ローラ１２の間で、糸や布帛等１０に含浸した薬剤１１を最適な含浸量にするために絞り出される。そして、糸や布帛等１０が装置下部のガイドローラ１２に進み、ここで、垂直上方に折り曲げられて送られ、光源ユニット１５の前面を通過する際に、紫外光が照射される。次に、装置上部のガイドローラ１３で方向転換され、装置下部に向かって送られ、次の光源ユニット１５の前面を通過する際に、紫外光が照射される。糸や布帛等１０と光源ユニット１５との距離は、できるだけ近いほど光のエネルギーが大きく薬液１１が活性化されるので望ましい。また、薬液１１の入った水槽と光源ユニット１５により光照射されるまでの距離が長いと、糸や布帛等１０に含浸した加工剤及び還元剤等の薬液が乾燥して漂白・改質の効率が悪くなるので、この距離は短いほうが良い。糸や布帛等１０は、薬液１１の含浸の後、各ガイドローラ１２，１３を経て蛇行する間に複数の光源ユニット１５による紫外光の照射を裏表の双方に繰り返し行われ、漂白・改質される。

光源ユニット１５を長時間使用していると、光源ユニット１５の温度が上昇する。温度上昇は、繊維、及び繊維構造物の漂白・改質装置全体の温度を上昇させ、糸や布帛等１０に含浸されている薬液１１の蒸発を促進させ、糸や布帛等１０が乾きやすくなる。そのため、温度調整用ファンを回転し、送風口１５６から下方の中空ダクト１５１に温度調整用空気を送り込む。中空ダクト１５１に送り込まれた空気は、通気孔１５１ａからランプ収容空間１５４内に入り、ランプ１５３により暖められる。暖められた空気はランプ１５３に沿って上昇し、通気孔１５１ａから上の中空ダクト１５１内に入り、排気口１５７から外部に排出される。

糸や布帛等１０の走行により、糸や布帛等１０から薬液１１が飛散するが、従来は、光源ユニット１５がなく、光源ユニット１５の位置に直接ランプ１５３を取り付けていた。そのため、薬液１１の飛沫は、ランプ１５３に付着し、前述したようにランプ１５３の光を遮蔽してエネルギー損失を発生したり、電極１５３ａに付着して漏電する可能性があった。そのため、漂白・改質装置を停止してランプを掃除するのだが、ランプ１５３の数は多く、１つ１つを外して清掃するのは非常に時間が掛かり、装置の停止時間も長くなっていた。

これに対し、本発明では、ランプ１５３は枠体１５０と透明板１５５により保護する工程としている。したがって、ランプ１５３は汚れないので掃除が不要になるが、光源ユニット１５の透明板１５５には、薬液１１の飛沫が付着し、時間の経過とともに光の透過率が低下する。このような場合、光源ユニット１５を支持部材１６から取り外して、透明板１５５を清掃することで、透過率を元に戻すことができる。透明板１５５の数はランプ１５３より少ないし、表面が平板の部分が多く、掃除もやりやすい。したがって、メンテナンスによる停止時間を短縮することができる。

また、ランプ１５３は長時間の使用により照度が低下し、交換する必要がある。そのような場合でも、本発明は、支持部材１６から光源ユニット１５を取外し、予備の光源ユニット１５と交換すれば簡単である。取り外した光源ユニット１５は、装置外の広い場所でランプ１５３の交換をして、新しい予備部品とすることができる。

また、光源ユニット１５をたとえば、ブラックライトから高圧水銀灯などの全く異なるランプに交換することも容易にできるようになる。

＜加工例＞
２種類のランプで、以下の条件で本装置を用いた加工例とその評価試験を説明する。その加工された生地の評価を、表１に記載する。
漂白・改質生地
素材は綿１００％、経糸及び緯糸の太さ綿番手１０番、織物は経糸１４４本／インチ、緯糸７８本／インチのもので、糊抜及び精練加工を実施したものを用いた。
漂白液処方（水溶液）
グルコン酸ナトリウム１０ｇ／Ｌ（リットル）
苛性ソーダ（４８％濃度）２０ｇ／Ｌ
過酸化水素（３５％濃度）６０ｇ／Ｌ
ポリオキシエチレンアルキルエーテルを含有する界面活性剤０．１ｇ／Ｌ
照射強度と照射時間（布帛走行速度）
本装置は、照射強度２．２Ｗ／ｃｍ^２で、布帛への照射時間を約２５分とし、布帛の走行（加工）速度は１．３ｍ／分とした。

本発明における繊維、及び繊維構造物の漂白・改質装置の模式的な構成を示す図である。光源ユニットの正面図である。（ａ）は図２のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図２のＢから見た図である。従来の漂白・改質装置の構成を模式的に示す図である。

符号の説明

１０糸や布帛等（繊維、及び繊維構造物）
１１薬液
１５光源ユニット
１６，１６支持部材
１５０枠体
１５１中空ダクト
１５３ランプ
１５３ａ電極
１５５透明板
１５６送風口
１５７排気口

Claims

薬液を含浸させた繊維、及び繊維構造物の布帛等に対し、紫外光及び／又は可視光を照射して前記布帛等を漂白又は改質する繊維、及び繊維構造物の漂白・改質装置において、前記紫外光及び／又は可視光を照射する複数のランプと、該複数のランプを収容する枠体と、該枠体の両面に取り付けられてランプの照射光を透過させる透明板と、を備えた複数の光源ユニットを、相互に平行に配置し、前記光源ユニットを、支持部材に着脱自在に取り付け、前記布帛等が前記複数の光源ユニット間を蛇行できるようにしたことを特徴とする繊維、及び繊維構造物の漂白・改質装置。
前記枠体に、枠体のランプ収容空間内に温度調整用の空気を送り込む送風口と、ランプ収容空間内の空気を排出する排気口とを設けたことを特徴とする請求項１に記載の繊維、及び繊維構造物の漂白・改質装置。
前記枠体が、対向する位置に２本の中空のダクトを有し、各ダクトに枠体内のランプ収容空間と連通する連通孔を形成し、一方の中空ダクトに送風口を設けて温度調整用の空気を送風し、他方の中空ダクトに排気口を設けて排気するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の繊維、及び繊維構造物の漂白・改質装置。
前記排気口又はこれに接続される排気ダクトに排気量を調整するダンパーを設け、前記枠体内の圧力を枠体の外側の圧力より高くできるようにしたことを特徴とする請求項２または３に記載の繊維、及び繊維構造物の漂白・改質装置。
前記送風口又はこれに接続される送風ダクトに送風量を調整するダンパーを設け、前記排気口に枠体内の空気を強制排気可能な吸引手段を接続し、前記枠体内の圧力を枠体の外側の圧力より低くできるようにしたことを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の繊維、及び繊維構造物の漂白・改質装置。