JP5049941B2

JP5049941B2 - 繊維品の深色化方法及びこの方法により深色化された繊維品

Info

Publication number: JP5049941B2
Application number: JP2008271941A
Authority: JP
Inventors: 孝之岡部; 裕水谷; 勇志墨; 和彦河村
Original assignee: Chubu Electric Power Co Inc
Current assignee: Chubu Electric Power Co Inc
Priority date: 2008-10-22
Filing date: 2008-10-22
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2028-10-22
Also published as: JP2010100953A

Description

本発明は、ワタ、糸、織布、編布又は不織布、縫製品などの形態からなる、着色された天然繊維を少なくとも一部に有する繊維品の深色化方法及びこの方法により深色化された繊維品に関する。

上述した繊維品は、染料等の着色剤によって着色されるが、礼服などに見られる極めて濃色な着色の要求に対しては、染料等の着色剤の利用のみでは対応することができず、光の屈折を利用した深色化が行われている。その深色化方法として、１つには低屈折率の皮膜を繊維表面に設ける方法がある（例えば、特許文献１〜３参照。）。この方法は、ケイ素やフッ素化合物の水分散液中に繊維品を浸してから乾燥することで行うが、多量な水と乾燥のための多大なエネルギーを消費しており、排水の負荷も大きい。また、繊維品中の繊維どうしが接着する可能性も大きく、そのために風合いが変化しやすいといった欠点がある。他の方法として、繊維表面にくぼみを設け、繊維表面の凹凸により光を乱反射させる方法がある（例えば、特許文献４〜６参照。）。この方法は、例えばポリエステル繊維品の場合は強アルカリ性溶液による繊維表面の部分溶解で行われるが、天然繊維の場合は不可能である。最近は、ポリエステル繊維等の合成繊維ではコロナ放電処理やプラズマ処理により表面をエッチングすることで行う方法も提案されている（例えば、特許文献７〜９参照。）。しかし、これらの方法も天然繊維の場合は、もともと表面が滑らかではないために効果が得られない。
特開２００３−２２７０７３特開平０２−１９１７７３特開２００２―２８５４７５特開平０５−１３２８５５特開平０５−３１１５０６特開平０６−１８４９２７特開平０５−１８６９６２特開平０６−１２３０６４特開昭６３―２５６７６７

本発明の目的は、少ない工程で、水を使用せず、しかも繊維品の風合いや強度を損ねることなく、深色性とその耐洗濯性に優れた繊維品を得る、繊維品の深色化方法を提供することにある。本発明の別の目的は、この方法により深色化した繊維品を提供することにある。

本願請求項１に係る発明は、大気圧下の窒素又は空気の雰囲気中でグロー放電或いはアーク放電を行ってプラズマ化ガスを生成した後、このプラズマ化ガスにケイ素化合物をキャリアガスとともに気体状態で混入して複合プラズマ化ガスを生成し、この複合プラズマ化ガスを着色された繊維品に対して照射するプラズマ処理を行うことにより前記繊維品の表面にケイ素酸化物の被膜を形成して、繊維品を深色化する方法である。その特徴ある点は、上記ケイ素化合物が１分子中にケイ素を１原子又は２原子含む化合物であり、上記プラズマ処理がプラズマ処理面積１ｍ²当たりケイ素２０ｍモル以上１２０ｍモル以下の量のケイ素化合物を含むことにある。

また本願請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、ケイ素化合物のキャリアガスがプラズマ化ガスを生成するときの雰囲気ガスと同一である繊維品の深色化方法である。

また本願請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明であって、ケイ素化合物がヘキサメチルジシロキサン又はテトラエトキシシランである繊維品の深色化方法である。

更に本願請求項４に係る発明は、請求項１ないし３いずれか１項に記載の方法により深色化した繊維品である。

本願請求項１に係る発明によれば、着色繊維品にプラズマ処理面積１ｍ²当たりケイ素２０ｍモル以上１２０ｍモル以下の量のケイ素化合物を含む複合プラズマ化ガスを照射することのプラズマ処理を行うことにより、繊維表面にケイ素酸化物の被膜を形成し、この皮膜により光の屈折効果を発揮させる。このプラズマ処理がプラズマ処理面積１ｍ²当たりケイ素２０ｍモル以上１２０ｍモル以下の量のケイ素化合物を含むので、深色性に優れ、風合い及び強力を保持した繊維品が得られる。この方法は、乾式法であるので、湿式法のような水を使用せず、また乾燥用の熱エネルギーを必要としない。

本願請求項２に係る発明によれば、プラズマ化ガスを生成するときの雰囲気ガスとケイ素化合物のキャリアガスを同一にすることにより、ケイ素化合物がより均一に混入した複合プラズマ化ガスを生成することができる。

本願請求項３に係る発明によれば、ケイ素化合物として１分子中にケイ素２原子を含むヘキサメチルジシロキサン又は１分子中にケイ素１原子を含むテトラエトキシシランは、プラズマ化ガスに混入すると容易に分解し、繊維品の表面にケイ素酸化物の形態で固形状の皮膜を形成する。

次の本発明の実施の形態について述べる。本発明の繊維品は、天然繊維を少なくとも一部に含む。この天然繊維としては、コットン、リネン、ラミー、ジュート、ヘンプ、ケナフ、カポックなどの植物系天然繊維、又は羊毛、アルパカ、カシミア、モヘヤ、アンゴラ、カシミア、絹などの動物系天然繊維である。また、本発明の着色された天然繊維を少なくとも一部に含む繊維品とは、前記着色された天然繊維を一部に含んだ繊維素材又は全体が着色された天然繊維で構成された繊維素材の繊維品である。本発明の繊維品は、これらの繊維素材を構造原料としたワタ、紡績糸、織布、編布、不織布又は縫製品の形態をなす。また、この繊維品の構成は、着色された天然繊維を少なくとも一部含まれていることによって成立し、その条件を満たすものであれば構成素材の中に合成繊維や無機繊維などの天然繊維以外の繊維が含まれていても良い。なお、上記合成繊維には、ポリエステル、ナイロン、アクリル、アセテート、レーヨン、ポリノジック、ポリプロピレン、プロミックス、ポリウレタンなどが例示される。また上記無機繊維には、炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維などが例示される。

着色の方法としては、浸染及び捺染を応用した染料染色法や顔料染色法が挙げられる。別の着色の方法としては、染料や顔料の色剤をバインダーによって繊維品に結合させる方法などが挙げられる。本発明の対象とする繊維品は、着色された天然繊維を少なくとも一部に有する繊維品であり、例えば織布においては、着色された天然繊維を合成繊維に予め複合して織った場合でも、着色されていない天然繊維と複合して織物を作製した後に天然繊維の少なくとも一部が着色するように全体或いは一部を着色しても良い。合成繊維の着色部分が含まれる場合は、プラズマ処理により、合成繊維の着色部分も深色化の効果が及ぶと考えられるが、このことに関しては本発明とは関係しない。また、繊維品の全てが天然繊維で構成されている場合も含まれ、少なくともその一部が着色されていればよい。更に、着色は、表裏の一方であっても両面であっても良い。

本発明のプラズマ処理は、図１に示される大気圧プラズマジェットと称される装置を用いて行われる。このプラズマ処理装置１０はノズル管１１を備える。ノズル管１１の内部には管壁に沿ってアース電極１２が設けられ、管中心にはライブ電極１３が設けられる。両電極１２と１３には６ｋＨｚのパルス電源１４が接続される。ノズル管１１の先端には、被処理物である繊維品２０に向けた照射ノズル１６が設けられる。ノズル管１１には第１導入管１７を介して窒素又は空気Ａが導入される。具体的にはノズル管１１の上部及び照射ノズル１６には導入管１７から分岐した分岐管１７ａ及び１７ｂがそれぞれ接続される。分岐管１７ａの途中にはケイ素化合物Ｂを導入するための第２導入管１８が接続される。第２導入管１８の途中には導入管を加熱してケイ素化合物を気化させるための加熱器１９が設けられる。

このプラズマ装置１０を用いて繊維品２０を深色化するには、電極１２と１３に電源１４のパルス電圧を印加して、ノズル管１１の内部にグロー放電又はアーク放電を生じさせる。この状態で、第１導入管１７より分岐管１７ａを介してノズル管の上部から窒素又は空気Ａを送り込むとともに、分岐管１７ｂを介して照射ノズル１６から窒素又は空気Ａを放出する。この結果、ノズル管１１内の雰囲気が窒素又は空気Ａに置換され、上記グロー放電又はアーク放電で窒素又は空気Ａがプラズマ化しプラズマ化ガス２１を生成する。

次いで、導入管１８にケイ素化合物Ｂを導入し、加熱器１９で４０〜２００℃に加熱して、ケイ素化合物Ｂを気化させる。気化したケイ素化合物Ｂは分岐管１７ｂのキャリアガスとしての窒素又は空気とともに照射ノズル１６に至る。照射ノズル１６において、ノズル管内で生じたプラズマ化ガスとケイ素化合物Ｂが混合して複合プラズマ化ガス２２を生じ、照射ノズル１６から噴射するようになる。照射ノズル１６の下方に繊維品２０を配置し、この繊維品２０に複合プラズマ化ガス２２を照射させる。これにより繊維品２０の表面にケイ素酸化物の被膜が形成される。プラズマ化ガスの原料に窒素又は空気を用いることにより、ケイ素酸化物の被膜が繊維品の繊維表面に良好に形成できる。その理由は明確ではないが、窒素を含んだプラズマ化ガスにケイ素化合物を混合すると、窒素はケイ素化合物を好都合に活性化させ、繊維品の繊維表面に付着し、ケイ素酸化物の被膜が繊維品の表面に良好に形成されると推測される。

本発明の方法により、被膜形成物質（プリカーサ）のケイ素酸化物を気体状態で繊維品に照射させてケイ素酸化物を付着させることで、従来のケイ素化合物の溶液又は分散液に浸漬して付着させる方法に比べて、非常に細かい状態で繊維品に付着することになり、そうしてできた被膜が光の乱反射を引き起こし、先に記載した光の屈折効果に相乗して、非常に高い深色性が発揮されていると推測される。

本発明のケイ素化合物は、市販されている多種多様なものが適用されるが、大気圧でのプラズマ化ガスに気体状態で混入することを実現するには、大気圧下において加熱等で容易に気化するものがよく、沸点が４０℃以上２００℃未満のものが適している。このケイ素化合物は１分子中にケイ素を１原子又は２原子含む化合物である。また複合プラズマ化ガスをプラズマ処理面積１ｍ²当たりケイ素２０ｍモル以上１２０ｍモル以下の量のケイ素化合物を含むように繊維品に照射する。ケイ素化合物中の原子の数及び単位面積当りのプラズマ処理するケイ素のモル数を上記範囲にすることにより、ケイ素化合物をプラズマ化ガスに混入することで容易に分解され、繊維品の表面に対してケイ素酸化物の状態で固形状被膜を形成する。それに適したケイ素化合物として、ヘキサメチルジシロキサン（以下、「ＨＭＤＳＯ」という。）とテトラエトキシシラン（以下、「ＴＥＯＳ」という。）が挙げられる。照射する複合プラズマ化ガス中のケイ素化合物のケイ素量がプラズマ処理面積１ｍ²当たり２０ｍモル未満であると、深色化がほとんど得られないか、又は、濃淡ムラが生じる。また、１２０ｍモルを超えると、酸化ケイ素などの被膜形成物質が過剰に付着し、表面が白化するほか、洗濯や摩擦によって被膜が剥がれやすくなる。この場合に、プラズマ処理後に水等によって表面を洗い流すことで被膜形成物質の過剰分を取り除き、それによって適度な品質を得ることも可能ではあるが、本発明の課題である水やエネルギーの消費を抑えることにそぐわない。

以下に、本発明の具体的方法を記す。プラズマ装置として、図１に示すプラズマトリート(株)のプラズマトリーターを利用した場合、ノズル管の上部から送り込まれる窒素又は空気は４０リットル／分の流量で用いられ、この条件において、複合プラズマ化気流が放出する照射ノズル先端部分と繊維品との距離、ケイ素化合物の混入量すなわち繊維品へのケイ素化合物の照射量、処理スピードの３つの値を適度に制御する必要がある。この装置では、混入されたケイ素化合物の全てが複合プラズマ化ガスに紛れて繊維品に照射される。距離や処理スピードが小さい場合は、繊維品表面に高温のガスがあたることによる黄変及び強度低下が生じ、距離や処理スピードが大きい場合は、単位時間当たりの処理面積は大きくなるが、ケイ素化合物の混入量が少ないと被膜が形成されず、深色化が発揮されない。ノズル先端部分と繊維品との距離は２０ｍｍ以上２５ｍｍ以下が適当で、好ましくは２５ｍｍがよい。また、ケイ素化合物の混入量が多すぎる場合は、ケイ素やその化合物の付着が過剰になり、白化する。

例えば、照射ノズルのガス放出口と繊維品との距離を２５ｍｍ、このときの照射幅が５ｍｍ（ノズル径は４ｍｍ）、処理スピードを２００ｍｍ／秒としたとき、１時間当たりの処理面積は３．６ｍ²になる。本発明のプラズマ処理面積１ｍ²当りケイ素２０ｍモル以上１２０ｍモル以下のケイ素化合物量を含む複合プラズマ化ガスを照射条件を満たすには、混入するケイ素化合物に含むケイ素量は７２ｍモル／時間以上４３２ｍモル／時間未満となり、ケイ素化合物にＨＭＤＳＯを使用する場合は１分子中にケイ素を２原子含むので、３６ｍモル／時間以上２１６ｍモル／時間未満になり、グラム重量での混入量は６ｇ／時間以上３６ｇ／時間未満に設定するとよく、このとき、処理面積当たりのＨＭＤＳＯの混入量は１．７ｇ／ｍ²以上１０ｇ／ｍ²未満となる。

次に、以下の深色化処理の実施例により本発明を詳細に説明する。
＜実施例１＞
メリノ羊毛繊維のスケール除去処理を行った羊毛織物（６０番手双糸の綾織り、目付２５０ｇ／ｍ²）を用い、クロム媒染染料で浸染にて全体を黒色に染色することにより２００ｍｍ×２００ｍｍのサイズの繊維品を得た。プラズマ処理を行うための装置として、大気圧プラズマジェット装置（日本プラズマトリート(株)製、プラズマトリーター）を用い、処理スピードは、０．２ｍ／秒、プラズマ化ガスが放出するノズル孔は直径４ｍｍ、ノズル孔から繊維品までの距離を２５ｍｍにし、照射幅を５ｍｍにした。

この条件において、大気圧プラズマジェット装置のノズル内を４０リットル／分の流量の窒素で置換し、ノズル先端にＨＭＤＳＯ（ケイ素原子の数＝２）を２００℃で気化させた気体を混入することで複合プラズマ化ガスを放出させ、上記繊維品の表側表面に５ｍｍ間隔で平行に照射することで、プラズマ処理面積１ｍ²当りケイ素７０ｍモルのケイ素化合物を含む複合プラズマ化ガスを照射することのプラズマ処理を行った。処理を施した部分の処理前後の色濃度を測定するとともに、その洗濯耐久性を評価した。
＜実施例２＞
実施例１と同じ条件において、大気圧プラズマジェット装置のノズル内を４０リットル／分の流量の窒素で置換し、ノズル先端にＴＥＯＳ（ケイ素原子の数＝１）を２００℃で気化させた気体を混入することで複合プラズマ化ガスを放出させ、実施例１の方法で得た繊維品の表側表面に５ｍｍ間隔で平行に照射することで、プラズマ処理面積１ｍ²当りケイ素２０ｍモルのケイ素化合物を含む複合プラズマ化ガスを照射することのプラズマ処理を行った。処理を施した部分の処理前後の色濃度を測定するとともに、その洗濯耐久性を評価した。
＜実施例３＞
実施例１と同じ条件において、大気圧プラズマジェット装置のノズル内を４０リットル／分の流量の空気で置換し、ノズル先端にＨＭＤＳＯ（ケイ素原子の数＝２）を２００℃で気化させた気体を混入することで複合プラズマ化ガスを放出させ、実施例１の方法で得た繊維品の表側表面に５ｍｍ間隔で平行に照射することで、プラズマ処理面積１ｍ²当りケイ素７０ｍモルのケイ素化合物を含む複合プラズマ化ガスを照射することのプラズマ処理を行った。処理を施した部分の処理前後の色濃度を測定するとともに、その洗濯耐久性を評価した。
＜実施例４＞
実施例１と同じ条件において、大気圧プラズマジェット装置のノズル内を４０リットル／分の流量の空気で置換し、ノズル先端にＴＥＯＳを２００℃で気化させた気体を混入することで複合プラズマ化ガスを放出させ、実施例１の方法で得た繊維品の表側表面に５ｍｍ間隔で平行に照射することで、プラズマ処理面積１ｍ²当りケイ素２０ｍモルのケイ素化合物を含む複合プラズマ化ガスを照射することのプラズマ処理を行った。処理を施した部分の処理前後の色濃度を測定するとともに、その洗濯耐久性を評価した。
＜実施例５＞
実施例１と同じ条件において、大気圧プラズマジェット装置のノズル内を４０リットル／分の流量の空気で置換し、ノズル先端にＨＭＤＳＯを２００℃で気化させた気体を混入することで複合プラズマ化ガスを放出させ、実施例１の方法で得た繊維品の表側表面に５ｍｍ間隔で平行に照射することで、プラズマ処理面積１ｍ²当りケイ素３５ｍモルのケイ素化合物を含む複合プラズマ化ガスを照射することのプラズマ処理を行った。処理を施した部分の処理前後の色濃度を測定するとともに、その洗濯耐久性を評価した。
＜実施例６＞
実施例１と同じ条件において、大気圧プラズマジェット装置のノズル内を４０リットル／分の流量の空気で置換し、ノズル先端にＨＭＤＳＯを２００℃で気化させた気体を混入することで複合プラズマ化ガスを放出させ、実施例１の方法で得た繊維品の表側表面に５ｍｍ間隔で平行に照射することで、プラズマ処理面積１ｍ²当りケイ素１２０ｍモルのケイ素化合物を含む複合プラズマ化ガスを照射することのプラズマ処理を行った。処理を施した部分の処理前後の色濃度を測定するとともに、その洗濯耐久性を評価した。
＜比較例１＞
実施例１と同じ条件において、大気圧プラズマジェット装置のノズル内を４０リットル／分の流量のアルゴンで置換し、ノズル先端にＨＭＤＳＯを２００℃で気化させた気体を２０ｇ／時の流量にて注入することで複合プラズマ化ガスを放出させ、実施例１の方法で得た繊維品の表側表面に５ｍｍ間隔で平行に照射することで、プラズマ処理面積１ｍ²当りケイ素７０ｍモルのケイ素化合物を含む複合プラズマ化ガスを照射することのプラズマ処理を行った。処理を施した部分の処理前後の色濃度を測定するとともに、その洗濯耐久性を評価した。
＜比較例２＞
実施例１と同じ条件において、大気圧プラズマジェット装置のノズル内を４０リットル／分の流量のアルゴンで置換し、ノズル先端にＴＥＯＳを２００℃で気化させた気体を混入することで複合プラズマ化ガスを放出させ、実施例１の方法で得た繊維品の表側表面に５ｍｍ間隔で平行に照射することで、プラズマ処理面積１ｍ²当りケイ素２０ｍモルのケイ素化合物を含む複合プラズマ化ガスを照射することのプラズマ処理を行った。処理を施した部分の処理前後の色濃度を測定するとともに、その洗濯耐久性を評価した。
＜比較例３＞
実施例１と同じ条件において、大気圧プラズマジェット装置のノズル内を４０リットル／分の流量の空気で置換し、ノズル先端にＨＭＤＳＯを２００℃で気化させた気体を混入することで複合プラズマ化ガスを放出させ、実施例１の方法で得た繊維品の表側表面に５ｍｍ間隔で平行に照射することで、プラズマ処理面積１ｍ²当りケイ素１７ｍモルのケイ素化合物を含む複合プラズマ化ガスを照射することのプラズマ処理を行った。処理を施した部分の処理前後の色濃度を測定するとともに、その洗濯耐久性を評価した。
＜比較例４＞
実施例１と同じ条件において、大気圧プラズマジェット装置のノズル内を４０リットル／分の流量の空気で置換し、ノズル先端にＨＭＤＳＯを２００℃で気化させた気体を混入することで複合プラズマ化ガスを放出させ、実施例１の方法で得た繊維品の表側表面に５ｍｍ間隔で平行に照射することで、プラズマ処理面積１ｍ²当りケイ素１３０ｍモルのケイ素化合物を含む複合プラズマ化ガスを照射することのプラズマ処理を行った。処理を施した部分の処理前後の色濃度を測定するとともに、その洗濯耐久性を評価した。
＜比較例５＞
実施例１と同じ方法で得た繊維品に対して、ケイ素化合物の水溶液（コタニ化学製、クインセットＳＩスーパー）をパディング法にて絞り率６５％でしみ込ませて乾燥し、色濃度を測定するとともに、その洗濯耐久性を評価した。
＜比較例６＞
実施例１と同じ方法で得た繊維品に対して、加工を行わずにそのままの状態で、色濃度を測定した。
＜評価＞
深色化効果は、深色化処理した繊維品表面の色濃度の変化を調べることで行った。色濃度の測定は，コニカミノルタセンシング（株）の分光測色計ＣＭ−５０８ｄを用いて、試料表側の４００ｎｍ〜６４０ｎｍの波長における反射率を測定することで行い、Ｋｕｂｅｌｋａ−Ｍｕｎｋの式から導かれる最大Ｋ／Ｓの値を色濃度とした。更に，ＣＩＥ三色刺激値から導かれたＣＩＥ１９７６Ｌ，ａ，ｂ標色系の空間座標からＬ値を測定した。このＫ／Ｓ値は数値が大きいほど色濃度が濃く、Ｌ値は数値が小さいほど色濃度が濃い。洗濯耐久性は、繊維品の深色化処理した部分についてパークレン溶剤による商業ドライ洗濯（１０分×５回）を行い、洗濯後の色濃度を測定することにより行った。
実施例１〜６及び比較例１〜６のこれらの結果を、表１に示す。表１から明らかなように、洗濯前の色濃度Ｋ／Ｓに関して、比較例１〜５では３５〜４５と未加工の比較例６の３５と同程度に低くかったのに対し、実施例１〜６では４６〜６１と高かった。また洗濯後の色濃度Ｋ／Ｓに関して、比較例１，２，３，５では３５〜３９と低くかったのに対し、実施例１〜６では４３〜５２と高かった。また洗濯前の色濃度Ｌに関して、比較例１〜５では１０．４〜１３．２と未加工の比較例６の１２．１と同程度に高かったのに対し、実施例１〜６では７．７〜１０．４と低かった。また洗濯後の色濃度Ｌに関して、比較例１、２，３，５では１１．１〜１２．２と高かったのに対し、実施例１〜６では８．８〜１０．６と低かった。なお、比較例４は洗濯後の色濃度Ｋ／Ｓが５４、色濃度Ｌが８．８と実施例１〜６と並んで高い深色化効果を示したが、洗濯前のプラズマ処理段階では過剰なケイ素酸化物の付着によって繊維品表面が白化したために色濃度が低くなるといった不具合が見られた。以上の結果から、実施例１〜６は深色化度及びその洗濯耐久性が高いことが判った。

図１は本発明のプラズマ処理装置の構成図である。

Claims

大気圧下の窒素又は空気の雰囲気中でグロー放電或いはアーク放電を行ってプラズマ化ガスを生成した後、前記プラズマ化ガスにケイ素化合物をキャリアガスとともに気体状態で混入して複合プラズマ化ガスを生成し、前記複合プラズマ化ガスを着色された繊維品に対して照射するプラズマ処理を行うことにより前記繊維品の表面にケイ素酸化物の被膜を形成して、繊維品を深色化する方法であって、
前記ケイ素化合物が１分子中にケイ素を１原子又は２原子含む化合物であり、前記プラズマ処理がプラズマ処理面積１ｍ²当たりケイ素２０ｍモル以上１２０ｍモル以下の量のケイ素化合物を含むことを特徴とする繊維品の深色化方法。
ケイ素化合物のキャリアガスがプラズマ化ガスを生成するときの雰囲気ガスと同一である請求項１記載の方法。
ケイ素化合物がヘキサメチルジシロキサン又はテトラエトキシシランである請求項１記載の方法。
請求項１ないし３いずれか１項に記載の方法により深色化した繊維品。