JP5138806B1 - 生体溶解性無機繊維及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】加工し易い生体溶解性無機繊維及びその製造方法を提供する。
【解決手段】生体溶解性繊維に界面活性剤が付着している無機繊維。
【選択図】なし

Description

本発明は、生体溶解性無機繊維及びその製造方法に関する。
無機繊維は、軽量で扱いやすく、且つ耐熱性に優れるため、例えば、耐熱性のシール材として使用されている。一方、近年、無機繊維が人体に吸入されて肺に侵入することによる問題が指摘されている。そこで、人体に吸入されても問題を起こさない又は起こしにくい生体溶解性無機繊維が開発されている（例えば、特許文献１，２）。
生体溶解性無機繊維は、用途に応じて、ロープ、ヤーン、クロス等の紡織品の原料として使用される他、ブランケット、ボード、フェルト等の成形品や、コーティング材や漆喰等の不定形品に二次加工されて用いられる。
また、特許文献３，４には、繊維成分の溶出を抑制するために、生体溶解性無機繊維をリン酸塩、モリブデン化合物、亜鉛化合物等で被覆することが記載されている。
特許公報第３７５３４１６号 特表２００５−５１４３１８号公報 特開２００７−１９７２６４号公報 特開２００８−１６２８５３号公報
本発明の目的は、加工し易い生体溶解性無機繊維及びその製造方法を提供することである。
本発明によれば、以下の無機繊維及びその製造方法が提供される。
１．生体溶解性繊維に界面活性剤が付着している無機繊維。
２．前記生体溶解性繊維が以下の組成を有する１記載の無機繊維。
ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とＺｒＯ２とＴｉＯ２との合計 ５０〜８２重量％
ＣａＯとＭｇＯとの合計 １８〜５０重量％
３．前記生体溶解性繊維が以下の組成を有する１記載の無機繊維。
ＳｉＯ２ ５０〜８２重量％
ＣａＯとＭｇＯとの合計 １０〜４３重量％
４．前記生体溶解性繊維が以下の組成１又は２を有する１記載の無機繊維。
［組成１］
ＳｉＯ２ ７０〜８２重量％
ＣａＯ １〜９重量％
ＭｇＯ １０〜２９重量％
Ａｌ２Ｏ３ ３重量％未満
［組成２］
ＳｉＯ２ ７０〜８２重量％
ＣａＯ １０〜２９重量％
ＭｇＯ １重量％以下
Ａｌ２Ｏ３ ５重量％未満
５．前記界面活性剤が、カチオン系界面活性剤である１〜４のいずれか記載の無機繊維。
６．前記界面活性剤が、アルキルアミン・酢酸塩である１〜５のいずれか記載の無機繊維。
７．前記界面活性剤の量が、前記界面活性剤が付着した無機繊維全体を１００重量％としたとき、０．０１〜２重量％である１〜６のいずれか記載の無機繊維。
８．生体溶解性繊維に、界面活性剤を吹き付けるまたは含浸させる１〜７のいずれかのいずれか記載の無機繊維を製造する方法。
本発明によれば、加工し易い生体溶解性無機繊維及びその製造方法を提供できる。
実施例１において湿潤状態を説明するための図である。 実施例１において沈降状態を説明するための図である。
本発明の無機繊維は、生体溶解性繊維が界面活性剤で処理されていることを特徴とする。具体的には、生体溶解性繊維に界面活性剤が付着して一体化している。界面活性剤は主に表面に付着し、好ましくは表面を覆っている。
界面活性剤が付着していると、繊維間の摩擦が抑えられ繊維が柔軟になるため、加工の際、折れ難くなる。また、他の成分と均一に混合し易くなり、安定して二次製品を製造できる。例えば、フェルトを製造するときは針で刺し、不定形品を製造するときは溶媒等と混練するが、そのような加工時において折れ難くなる。その結果、強度が高くなり得る。
さらに、付着する界面活性剤の量により、用途に対応させて、繊維全体の親水性、疎水性、撥水性を調節できる。
例えば、目地充填材等の不定形品を製造する際は親水性が高いことが求められる。織物を製造する際は柔軟性、または疎水性が高いことが求められる。
界面活性剤の量は、通常、界面活性剤が付着している無機繊維全体を１００重量％としたとき、０．０１〜２重量％であり、好ましくは０．０１〜１．５重量％であり、より好ましくは０．０１〜１．０重量％であり、０．０１重量％以上０．２５重量％未満であってもよく、０．２５重量％以上１．０重量％以下であってもよい。用途により、この範囲で、又はこの範囲を超えて増減できる。
性能上好ましい界面活性剤は、アルキルアミン（１級、２級、３級、ジアミン、トリアミン）・酢酸塩、アルキルジメチルベタイン、ポリオキシエチレンアルキルアミン・乳酸塩、アルキルアマイドアミン誘導体、アルキルトリメチルアンモニウムクロライド等のカチオン系界面活性剤である。アルキル基は牛脂（Ｃ８〜Ｃ１８）由来のものが好ましく、アルキルアミン・酢酸塩がより好ましい。
尚、エチレンジアミン４酢酸（ＥＤＴＡ）は、塩の部分がＮａ＋（ナトリウム塩）、ＮＨ３ ＋（アンモニウム塩）である。さらに、ＥＤＴＡの末端基は酢酸（ＣＨ３ＣＯＯ−）の構造なので、塩（カウンターイオン）として酢酸塩にならない。従って、アルキルアミン・酢酸塩には、ＥＤＴＡは含まれない。通常、界面活性剤はこのようなキレート剤は含まない。
生体溶解性繊維は４０℃における生理食塩水溶解率が１％以上の繊維である。
生理食塩水溶解率は、例えば、次のようにして測定される。すなわち、先ず、無機繊維を２００メッシュ以下に粉砕して調製された試料１ｇ及び生理食塩水１５０ｍＬを三角フラスコ（容積３００ｍＬ）に入れ、４０℃のインキュベーターに設置する。次に、三角フラスコに、毎分１２０回転の水平振動を５０時間継続して加える。その後、ろ過により得られた濾液に含有されている各元素の濃度（ｍｇ／Ｌ）をＩＣＰ発光分析装置により測定する。そして、測定された各元素の濃度と、溶解前の無機繊維における各元素の含有量（重量％）と、に基づいて、生理食塩水溶解率（％）を算出する。すなわち、例えば、測定元素が、ケイ素（Ｓｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）及びアルミニウム（Ａｌ）である場合には、次の式により、生理食塩水溶解率Ｃ（％）を算出する；Ｃ（％）＝［ろ液量（Ｌ）×（ａ１＋ａ２＋ａ３＋ａ４）×１００］／［溶解前の無機繊維の重量（ｍｇ）×（ｂ１＋ｂ２＋ｂ３＋ｂ４）／１００］。この式において、ａ１、ａ２、ａ３及びａ４は、それぞれ測定されたケイ素、マグネシウム、カルシウム及びアルミニウムの濃度（ｍｇ／Ｌ）であり、ｂ１、ｂ２、ｂ３及びｂ４は、それぞれ溶解前の無機繊維におけるケイ素、マグネシウム、カルシウム及びアルミニウムの含有量（重量％）である。
生体溶解性繊維として、具体的に、以下の組成を挙げることができる。
ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とＺｒＯ２とＴｉＯ２との合計 ５０〜８２重量％
ＣａＯとＭｇＯとの合計 １８〜５０重量％
また、以下の組成を挙げることができる。
ＳｉＯ２ ５０〜８２重量％
ＣａＯとＭｇＯとの合計 １０〜４３重量％
生体溶解性繊維は、ＭｇＯを多く含むＭｇシリケート繊維と、ＣａＯを多く含むＣａシリケート繊維に大別できる。Ｍｇシリケート繊維として以下の組成を例示できる。
ＳｉＯ２ ６６〜８２重量％
ＣａＯ １〜９重量％
ＭｇＯ １０〜３０重量％
Ａｌ２Ｏ３ ３重量％以下
他の酸化物 ２重量％未満
Ｃａシリケート繊維として以下の組成を例示できる。この組成の繊維は加熱後の生体溶解性、耐火性に優れる。
ＳｉＯ２ ６６〜８２重量％（例えば、６８〜８０重量％、７０〜８０重量％、７１〜８０重量％又は７１〜７６重量％とできる）
ＣａＯ １０〜３４重量％（例えば、２０〜３０重量％又は２１〜２６重量％とできる）
ＭｇＯ ３重量％以下（例えば、１重量％以下とできる）
Ａｌ２Ｏ３ ５重量％以下（例えば３．５重量％以下又は３重量％以下とできる。また、１重量％以上又は２重量％以上とできる）
他の酸化物 ２重量％未満
ＳｉＯ２が上記範囲であると耐熱性に優れる。ＣａＯとＭｇＯが上記範囲であると加熱前後の生体溶解性に優れる。
Ａｌ２Ｏ３含有量は、例えば、３．４重量％以下又は３．０重量％以下とできる。また、１．１重量％以上又は２．０重量％以上とできる。好ましくは０〜３重量％、より好ましくは１〜３重量％である。この範囲でＡｌ２Ｏ３を含むと強度が高くなる。
上記の無機繊維は、他の酸化物として、アルカリ金属酸化物（Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ等）、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｐ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＭｎＯ、Ｒ２Ｏ３（ＲはＳｃ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｙ又はこれらの混合物から選択される）等を１以上含んでもよく、含まなくてもよい。他の酸化物は、それぞれ、０．２重量％以下又は０．１重量％以下としてよい。アルカリ金属酸化物は各酸化物を０．２重量％以下としてもよく、アルカリ金属酸化物の合計を０．２重量％以下としてもよい。
また、生体溶解性繊維は、ＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３の合計を９８重量％超又は９９重量％超としてよい。
次に繊維への界面活性剤の付着の方法について説明する。
界面活性剤の付着の方法については、適量を付着させられる方法であればよく、特に制限はされないが、例えば生体溶解性繊維の繊維化直後に周囲から吹き付けてもよいし、バルク、ブランケット状となった繊維の集合体等、２次加工を施す前に吹き付けてもよいし、含浸してもよい。界面活性剤は適当な溶媒で希釈して処理に用いてもよい。溶媒として水、有機溶媒で希釈をしてもよいし、酢酸、硝酸、塩酸、硫酸、アンモニア等でＰＨ調整を行ってもよい。通常、設備や安全性等の観点から水、酢酸、アンモニア等で調整することが好ましい。特に制限されるわけではないが安全性の観点からＰＨは６〜８程度が望ましい。
さらに界面活性剤が完全に消失しない、またはその効果が発揮される範囲の温度で適宜加熱、乾燥処理をしてもよい。
本発明の界面活性剤が付着した繊維はそのまま紡織品、バルクとして使用でき、また、ブランケット、ボード、フェルト等の成形品や、コーティング材や漆喰等の不定形品に加工して用いることができる。
尚、本発明の繊維は、界面活性剤のみを付着させる構成としてよいが、本発明の効果を損なわない範囲で他の物質を付着させてもよい。リン酸塩、モリブデン化合物、亜鉛化合物、ポリアミジン化合物、エチレンイミン化合物、アルミニウム化合物、ニトリロ３酢酸、エチレンジアミン４酢酸、疎水性化剤（シリコーン等）、防腐剤、（天然）デンプン、（天然）デンプンスルファメート、又はスルファミン酸等は付着させない構成としてもよい。
実施例１，２
ＳｉＯ２を７３質量％、ＣａＯを２４質量％、ＭｇＯを０．３質量％、Ａｌ２Ｏ３を２質量％含む原料を加熱して溶融液を製造した。次に、この溶融液を繊維化する際、アルキルアミン酢酸塩（界面活性剤）を横から吹き付けて、無機繊維を製造した。表１に示されるように繊維への界面活性剤付着量を変えた。
得られた繊維を両手で軽くこすり合わせてボール状に丸め試料を作製した。２００ｍｌの水道水が入った２００ｍｌメスシリンダーに、試料を落とし、湿潤及び沈降するまでの時間を連続して測定した。結果を表１に示す。
尚、湿潤時間は、試料をメスシリンダーに落としてから、図１に示すように試料全体が水面下になるまでの時間である。沈降時間は、試料をメスシリンダーに落としてから、図２に示すように試料がメスシリンダーの底に沈降するまでの時間である。
比較例１
界面活性剤を付着させなかった他は実施例１と同様にして繊維を製造し評価した。結果を表１に示す。
Figure 0005138806
実施例１の繊維は、紡織品のバルクに適している。また、湿分等の多い環境で使用され撥水性が求められる目地充填材としても使用できる。
実施例２の繊維は柔軟性と適当な親水性と撥水性（水に沈み難く完全に浮かない程度）があり、繊維を折らずに均一に撹拌し易く、不定形断熱材に用いるのに適している。
本発明の無機繊維は、断熱材、またアスベストの代替品として、様々な用途に用いることができる。

Claims (10)

  1. 生体溶解性繊維にカチオン系界面活性剤が付着している無機繊維。
  2. 生体溶解性繊維に界面活性剤が付着している無機繊維であって、
    前記界面活性剤の量が、前記界面活性剤が付着した無機繊維全体を１００重量％としたとき、０．０１〜２重量％である無機繊維。
  3. 前記生体溶解性繊維が以下の組成を有する請求項１又は２記載の無機繊維。
    ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とＺｒＯ２とＴｉＯ２との合計 ５０〜８２重量％
    ＣａＯとＭｇＯとの合計 １８〜５０重量％
  4. 前記生体溶解性繊維が以下の組成を有する請求項１又は２記載の無機繊維。
    ＳｉＯ２ ５０〜８２重量％
    ＣａＯとＭｇＯとの合計 １０〜４３重量％
  5. 前記生体溶解性繊維が以下の組成１又は２を有する請求項１又は２記載の無機繊維。
    ［組成１］
    ＳｉＯ２ ７０〜８２重量％
    ＣａＯ １〜９重量％
    ＭｇＯ １０〜２９重量％
    Ａｌ２Ｏ３ ３重量％未満
    ［組成２］
    ＳｉＯ２ ７０〜８２重量％
    ＣａＯ １０〜２９重量％
    ＭｇＯ １重量％以下
    Ａｌ２Ｏ３ ５重量％未満
  6. 前記生体溶解性繊維が組成２を有する請求項５記載の無機繊維。
  7. Ａｌ２Ｏ３が２重量％以上である請求項６記載の無機繊維。
  8. 前記界面活性剤が、アルキルアミン・酢酸塩である請求項１〜７のいずれか記載の無機繊維。
  9. 生体溶解性繊維に、界面活性剤を吹き付けるまたは含浸させる請求項１〜８のいずれか記載の無機繊維を製造する方法。
  10. 請求項１〜８のいずれか記載の無機繊維から得られる成形品又は不定形品。
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