JP6390216B2 - アクリル繊維束の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、アクリル繊維束の製造方法に関する。更に詳しくは、溶剤を含む凝固繊維束の溶剤を効率良く脱溶剤するための洗浄する工程を有するアクリル繊維束の製造方法に関する。

一般にアクリル繊維の製造工程では重合体が溶剤に溶解した重合体溶液を紡糸ノズルの複数の吐出孔から溶剤を含む水溶液で満たされた凝固浴に吐出して凝固繊維束とし、前記凝固繊維束は繊維としての強力を付与し、かつ脱溶剤をさせるため少なくとも1槽の洗浄槽で洗浄すると共に延伸する。該洗浄槽の溶剤は原液に含まれる溶剤と同一溶剤の水溶液であることが、溶剤回収などから有利であり、洗浄槽が多段の場合は、後段の洗浄槽になる程、溶剤濃度が低下する。温度は後段の洗浄槽になる程、高温度にすることが脱溶剤、延伸の両方を満足させるのに一般的である。
一方、近年生産性向上の要求が急速に高まり、総繊度の太繊度化、高速化による生産性向上が図られてきた。しかしながら、総繊度の太繊度化、あるいは高速化すれば洗浄槽中での洗浄液の浸透が不十分になり脱溶剤が不足するという懸念が生じる。同時に、溶液の浸透が不十分になることで凝固糸束温度が中心まで上昇しないため延伸斑あるいは、糸切れを生じ、工程トラブルを引き起こすばかりか、分繊性が悪化しローラー等への膠着糸まで生ずることがある。

特許文献１には、上記問題点に対して工程中の浴槽に於いて少なくとも一つの浴槽の槽入ローラー前と槽出ローラー後の凝固繊維束を該浴槽の一つ後の浴槽の浴液を繊維束にシャワーする事で解決する技術が開示されている。

特開平１−１５６５０７号公報

確かに特許文献１で開示されている技術を用いることで浴槽に入る前の凝固繊維束の脱溶剤は促進されるが、例えば凝固繊維束の総繊度が大きい場合、凝固繊維束の中まで洗浄液が浸透し難いので、溶剤濃度を所望の濃度まで下げるためには、多量の洗浄液を凝固繊維束にシャワーする必要がある。その結果として、洗浄槽内の洗浄抜液量が増大し、洗浄槽内で本来発揮されるべき脱溶剤効果が認められなくなるという問題が生じる。

一般的には凝固繊維は延伸されるに従って凝固浴で付着した溶剤が繊維間内部に浸透するため、後の工程になるにつれて脱溶剤し難くなる。それゆえ、前洗浄部の付与場所は重要な課題になってくるが特許文献１では、第３紡糸浴の前後で洗浄液を付与しているが、第４紡糸浴までに６倍延伸しており、数倍延伸された凝固繊維束に洗浄液を付与している。特許文献１の第１図を見る限りではシャワー液の付与場所は洗浄槽の直近であり、２つ先の紡糸浴の浴液を抜き出していることから、工程全体としての脱溶剤効率を低減させている。

前記課題は本発明によって解決される。
本発明は、アクリル系重合体が溶剤に溶解したアクリル系重合体溶液を紡糸ノズルの吐出孔から凝固浴中に吐出し、凝固浴中で凝固した凝固繊維束を凝固浴から引き上げ、洗浄槽に貯留された洗浄液中に導入して溶剤を除去する工程を有するアクリル繊維束の製造方法であって、
前記凝固繊維束が凝固浴から引き上げられた凝固繊維束に、前記洗浄槽から送液された洗浄液を付与する前洗浄工程を有し、
洗浄液が付与される凝固繊維束の速度が、凝固浴から引き上げられる凝固繊維束の引き上げ速度に対して０．８倍〜１．２倍であるアクリル繊維束の製造方法である。

本発明のアクリル繊維束の製造方法は、前記前洗浄工程にて凝固繊維束に付与する洗浄液の温度が４０℃以上９８℃以下であることが好ましい。

本発明のアクリル繊維束の製造方法は、前記前洗浄工程において、前記洗浄液を凝固繊維束に付与する方法が、洗浄液吐出ノズルから凝固繊維束に向かって前記洗浄液を吐出して、前記凝固繊維束に前記洗浄液を付与し、その吐出線速度が２ｍ／秒以上２０ｍ／秒以下であり、前記洗浄液を凝固繊維束に付与する際の凝固繊維束の移送速度が３ｍ／分〜１５ｍ／分であることが好ましい。

本発明のアクリル繊維束の製造方法は、前記前洗浄工程において、凝固繊維束に洗浄液を付与する位置が凝固繊維束の進行方向に２箇所以上あることが好ましい。

本発明のアクリル繊維束の製造方法は、２箇所以上ある洗浄液を付与する前記位置間の各距離が２００ｍｍ以上であることが好ましい。

本発明のアクリル繊維束の製造方法は、前洗浄工程において、水平に走行している凝固繊維束に対して洗浄液を付与することが好ましい。

本発明のアクリル繊維束の製造方法は、前洗浄工程において前記洗浄液を凝固繊維束に付与する位置から１ｍ以上後に、前記凝固繊維束を前記洗浄槽に導入することが好ましい。

本発明のアクリル繊維束の製造方法は、凝固繊維束の繊維本数が１０００本以上８００００本以下であることが好ましい。

本発明によれば、効率良く凝固繊維束中の溶剤を脱溶剤できる。工程全体として脱溶剤が促進されることから、洗浄槽のみで脱溶剤する場合と比較して洗浄に使用するトータルの洗浄液の量を減らすことができる。

本発明の実施の形態における工程の構成の一例を示す概略構成図である。 実施例１、比較例１で検証に使用した洗浄液の付与場所を示した図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１はこの発明の製造工程の概略図である。凝固浴１および第一洗浄槽６にはそれぞれ濃度が異なるが共に同一の溶剤の水溶液が入っている。アクリル系重合体溶液は紡糸ノズル２の吐出孔から凝固浴１に吐出され、凝固液中で凝固した凝固繊維束は第1のローラー４により引き上げられる。第1のローラーを通過した凝固繊維束は、前洗浄部８にて洗浄槽６に入る前に洗浄液が付与される。その際に使用される洗浄液は後段の洗浄槽６より配管７を通って汲み上げられる。前洗浄部を通過した凝固繊維束は、第２のローラー５、第３のローラー９を通過し、第一洗浄槽６内に導入され、さらに脱溶剤が促進される。

通常その後に図示されていない洗浄槽が複数あり、延伸ローラー１０を通過した後に乾燥処理が施され、ボビンに巻き取られる、またはケンスに収納される。

（凝固浴）
ここで凝固浴とは溶剤と水とからなる水溶液である。溶剤としては、ジメチルアセトアミド（以下、ＤＭＡｃと略す）、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシドなどが使用でき、アクリロニトリル重合体を溶解できるものであれば、限定されない。溶解性の観点から、ジメチルアセトアミドが好ましい。
溶剤濃度は、６０〜７０質量％が好ましい。また凝固浴の温度は３０〜４０℃が好ましい。そのような溶剤濃度及び凝固浴温度であれば、ボイドが少なく緻密な構造を形成できるからである。凝固浴では原料ポリマーを溶かしていた溶剤が凝固浴に拡散し、ポリマーが凝固し、繊維状に形成される。

（第１のローラー）
凝固浴中の凝固繊維束は、第１のローラーを通り、空気中に引き上げられる。第１のローラーは溝付きのフリーローラーが好ましく、凝固繊維束の滑りを防止するために梨地表面となっていることが好ましい。

（第２のローラー）
第２のローラーは駆動ロールが好ましく、本ロールが凝固浴からの引き上げ速度を決定している。

（第３のローラー）
凝固繊維束のたるみを防止するため、第２のローラー以降で凝固繊維束の温度を上げずにそのままの環境雰囲気下でわずかに延伸するのが一般的である。

(その後の洗浄槽)
通常、脱溶剤を促進させるために複数の洗浄槽があり、後段になる程洗浄槽中の水溶液の溶剤濃度が低下する一方で高温度にする。

（延伸工程）
凝固繊維束は複数の洗浄槽を通過すると同時に洗浄槽出口の延伸ローラーで引き取られながら延伸される。

（乾燥工程）
洗浄槽を通過した後の凝固繊維束は乾燥ロールと呼ばれる蒸気を熱媒体とした加熱ロール上を通過して乾燥される。

(前洗浄工程)
前述した通り、図２に示すＢ部では既に凝固繊維束は延伸されており溶剤の繊維間内部への浸透が進行している状態であるため、延伸がかかっていないＡ部で前洗浄することで脱溶剤が促進される。

前洗浄工程では、引き上げ速度に対して０．８〜１．２倍の速度で移送される凝固繊維束に第一洗浄槽から送液された洗浄液を付与する。
引き上げ速度は、第１のローラーの表面速度とする。
前洗浄工程で洗浄液を付与する凝固繊維束の速度が、引上げ速度に対して０．８〜１．２倍であれば、延伸がかかっていないか、張力の低い状態の凝固繊維束に洗浄液を付与することになり、繊維間の内部まで洗浄液が浸透しやすく、繊維間内部の溶剤と置換しやすくなる。また凝固浴あがりの凝固繊維束は繊維束表面に溶剤を大量に保持しているため、脱溶剤し易い状態となっている。
一般的には凝固繊維束は延伸されるに従って凝固浴で付着した溶剤が繊維間内部に浸透するため、後の工程になるにつれて脱溶剤し難くなる。前記速度は、引上げ速度に対して０．９〜１．１倍がより好ましく、０．９５〜１．０５倍がさらに好ましい。

前洗浄工程に用いる洗浄液は、洗浄槽が複数ある場合、一番上流側の洗浄槽の洗浄液を付与するのが、洗浄液全体の量を減らせるので好ましい。

前洗浄部８にて凝固繊維束に付与する洗浄液の温度は４０℃以上９８℃以下が好ましい。４０℃以上であれば常温と比較して脱溶剤量が増加するという点で好ましく、さらに好ましくは６０℃以上である。上限としては、洗浄液が沸騰して揮発することを抑制するために９８℃以下が好ましく８０℃以下がより好ましい。

前洗浄部８にて付与する洗浄液の吐出線速度は２ｍ/秒以上２０ｍ/秒以下であることが好ましい。前記吐出線速度が２ｍ/秒以上であれば凝固繊維束の内部まで洗浄液が浸透するという点で好ましく、２０ｍ/秒以下であれば単繊維が切断し毛羽になることを防ぎやすくなる。前記吐出線速度は５ｍ/秒以上１６ｍ/秒以下がより好ましく、８ｍ/秒以上１２ｍ/秒以下がさらに好ましい。ここで、吐出線速度とは配管７の先端に吐出ノズルあるいはナイロンチューブを装着し、その吐出ノズルあるいはナイロンチューブ開口部から放出された直後の洗浄液の速度を言う。吐出線速度は、前記開口部から単位時間当たりに吐出される洗浄液の量を、前記開口部の面積で除することで算出する。

[計算例]
後述の実施例１で吐出線速度を９．４m/sと算出した、実際の計算例を示す。実施例１にて設定した洗浄液の付与量は１．０Ｌ／分であり、使用したノズルはスプレーイングシステム社製の型番：Ｂ１／８ＨＨ−ｓｓ＾３である。該ノズルのオリフィス呼び径は１．５ｍｍであることから、開口面積は１．７７×１０^−２ｃｍ^２となる。従って、吐出線速度は１０００ｃｍ^３／分÷（１．７７×１０^−２）ｃｍ^２＝５．６５×１０^４ｃｍ／分＝９．４ｍ／秒となる。

前洗浄部８にて凝固繊維束に洗浄液を付与する場所は、凝固繊維束の進行方向に対して２００ｍｍ以上離して２箇所に分割して付与することが好ましい。ここで離すとは２箇所それぞれに配置した吐出ノズル間を結んだ工程に配置された凝固繊維束の長さが２００ｍｍ以上の長さになることを言う。そうすることで、１段目で付与した液は内部からの溶剤の拡散を促し、２箇所目でさらに洗浄されることでより高い脱溶剤効果が発揮されるためである。吐出ノズルの配置について、１箇所目は引き上げ速度に対して０．８〜１．２倍の速度で移送される間に配置するが、２段目の配置箇所については制限を設けないが、２段目も０．８〜１．２倍の速度で移送される間に配置するのが好ましい。

前洗浄工程において水平に走行している凝固繊維束に対して洗浄液を付与することが好ましい。水平に走行している凝固繊維束に対して洗浄液を付与すると、洗浄液が繊維間に浸透し易くなる。

前洗浄工程における凝固繊維束に洗浄液を付与する位置は、洗浄槽に凝固繊維束が導入される１ｍ以上手前の位置であることが好ましい。 前記の１ｍ以上手前の位置とは、前洗浄工程における凝固繊維束に洗浄液を付与する位置から、洗浄槽の洗浄液中に凝固繊維束が導入される位置までを凝固繊維束が移送する距離が１ｍ以上となる位置を言う。前記位置で凝固繊維束に洗浄液を付与すると洗浄液が凝固繊維束の繊維間に浸透し洗浄効果が高くなり易いためである。

本発明に用いる凝固繊維束の繊維本数は、１０００本以上８００００本以下が好ましい。１０００本以上であれば、本発明の前洗浄によるトータルの洗浄液削減効果が得られやすい。また、８００００本以下であれば、前洗浄による脱溶剤が促進されやすいので好ましい。繊維本数は、前記観点から１００００本〜６００００本がより好ましく、１３０００本〜３００００本がさらに好ましい。

＜脱溶剤率の測定方法＞
前洗浄工程における凝固繊維束からの脱溶剤率は以下の手順で測定する。
・ バットを前洗浄工程部の洗浄液落下部に設置する。
・ 前洗浄工程部では付与した洗浄液は凝固繊維束を洗浄した後に落下するため、その落下液を1分間バットで受ける。
・ 得られた液の濃度ｃ[％]と落下液流量Ｌ[ｇ／分]を測定する。得られた液の濃度の測定の際には屈折率計を使用し、落下液量の測定の際には電子天秤で秤量することにより求めた。
・ 第一洗浄槽の濃度をｃ_１[％%]とすると前洗浄工程で脱落した溶剤量はＬ×（ｃ−ｃ_１）／１００[ｇ／分]となる。

（実施例１）
以下、本発明の実施例について説明する。アクリロニトリル９６．５質量％、アクリルアミド２．７質量％、メタクリル酸０．８質量％からなるアクリル系重合体を、アクリル系重合体２１．２質量％、ジメチルアセトアミド７８．８質量％の比率で混合溶解しアクリル系重合体溶液を得た。前記アクリル系重合体溶液を吐出孔径が０．０７５ｍｍφである吐出孔を１５０００個有する紡糸ノズルの吐出孔から吐出量が１８０ｇ／分で、ＤＭＡｃ／水＝６７／３３質量％、３８℃の凝固浴中に吐出して凝固繊維束とし、前記凝固繊維束を第１ロールを通って、駆動ロールである第２のローラーで引き上げた。引き上げ速度となる第１ローラーの表面速度は、８．０ｍ／分であった。第１ローラー４と第２ローラー５との間の凝固繊維束の移送速度は引き上げ速度に対して１．０倍の速度である。第１ローラー４と第２のローラー５との間（図２中のＡ部）の凝固繊維束に、前洗浄工程として第一洗浄槽の底部より抜き出した洗浄液を付与した。洗浄液温度は６５℃、洗浄液のＤＭＡｃ濃度は１８．７質量％、吐出ノズルからの洗浄液の吐出量は１．０Ｌ／分、ノズルから噴出す洗浄液の圧力は５０ＫＰａ、吐出線速度は９．４ｍ／秒であった。使用したノズルはスプレーイングシステム社製の型番：Ｂ１／８ＨＨ−ｓｓ−３である。その後第２のローラー５と第３のローラー９の間で１．３倍に延伸し、６５℃、ＤＭＡｃ濃度１８．７％の第一洗浄槽６に導入した。
前洗浄工程での脱溶剤率を表１に示す。

[計算例]
脱溶剤率を２７．２％と算出した実際の計算例を示す。
実施例１に示すように、アクリル系重合体溶液は紡糸ノズルの吐出孔から吐出量が１８０ｇ／分でＤＭＡｃ６７％の濃度の凝固浴に吐出される。凝固浴から引き上げられた凝固繊維束の含水分率［＝（凝固浴あがり凝固繊維束（ｇ）／絶乾凝固繊維束（ｇ））×１００］は２５０質量％であり、凝固繊維束に付着している溶剤濃度は凝固浴と同一、すなわち６７％のＤＭＡｃであることから凝固繊維束が保有しているＤＭＡｃ総量は１８０×６７／１００×２５０／１００＝３０１．５ｇ／分である。
一方、前洗浄工程で脱落した溶剤量を求めるために凝固繊維束を洗浄した後に落下する液の流量とその濃度を測定すると、それぞれ７６２．８ｇ／分、２９．４７%であった。従って、前洗浄工程で脱落した溶剤量は７６２．８×(２９．４７−１８．７)／１００＝８２．１ｇ／分である。
脱溶剤率を（脱落した溶剤量）÷（前洗浄する前の凝固繊維束の保有溶剤量）×１００と定義すると、本実施例での前洗浄工程での脱溶剤率は８２．１÷３０１．５×１００＝２７．２％となる。なお、前洗浄工程で凝固繊維束の保有溶剤が全て脱落した場合には脱溶剤率は１００％となる。一般的に複数段の洗浄槽を通過した後は脱溶剤率がほぼ１００％になるよう生産条件を決定している。

（実施例２）
前洗浄工程の洗浄液付与位置を２段にし、前記位置を３００ｍｍ離間し、それぞれのノズルから噴出す洗浄液の圧力を１００ＫＰａ、洗浄液の付与量を０．５Ｌ／分、使用ノズルをスプレーイングシステム社製のＢ１／８ＨＨ−ｓｓ−１とした以外は、実施例1と同様の作製方法でアクリル繊維束を製造した。この時、２段目の付与場所も引き上げ速度に対して１．０倍で凝固繊維束が移送されているＡ部である。
その結果を表１に示す。この結果より２段付与の場合も十分な脱溶剤効果が発揮されることが分かる。

（実施例３）
実施例１と同様の作製方法で得られたアクリル系重合体溶液を吐出孔数６０００ホール、吐出孔径０．０７５ｍｍφの口金を用いて、吐出量４６９．０ｇ／分、引き上げ速度４．０ｍ／分の条件とし、前洗浄工程として図２中のＡ部に第一洗浄槽の洗浄液を底部より抜き出し、スプレーノズルを使用して吐出線速度６．８ｍ／秒、６５℃、５０ＫＰａ、０．２Ｌ／分で付与した以外は、実施例１と同様の作製方法でアクリル繊維束を製造した。なお、スプレーノズルはスプレーイングシステム社製の型番：Ｂ１／８Ｇ−３００１．４のノズルを使用した。

（実施例４）
前洗浄部で配管７の先端の洗浄液の付与方法をスプレーノズルではなく、内径６ｍｍのナイロンチューブを１本用いて、吐出線速度を０．１ｍ／秒として吐出した以外は実施例３と同様にして、アクリル繊維束を得た。ナイロンチューブを使用する際は吐出圧は０ＫＰａとなる。

その結果、表１に示すように吐出線速度が６．８ｍ／秒の時には十分な脱溶剤効果が発揮されるが、吐出線速度０．１ｍ／秒の時は洗浄効果が低下するが、洗浄槽の直前で洗浄液を付与する場合に比較すると、洗浄効果は高いことが分かる。

（実施例５）
実施例１と同様の作製方法で得られたクリル系重合体溶液を、吐出孔数１２０００ホール、吐出孔径０．０７５ｍｍφの口金を用いて、吐出量２９０ｇ／分、引き上げ速度４．０ｍ／分の条件下で、ＤＭＡｃ／水＝６７／３３質量％、３８℃の凝固浴に紡出した。凝固浴から引き上げられた凝固繊維束は図1中の第２のローラー５を通過して、６５℃、ＤＭＡｃ濃度０％の第一洗浄槽６にて脱溶剤する。なお、本実施例では温度による効果を確認するために意図的に第一洗浄槽中の溶媒を純水に置換している。前洗浄工程として図２中のＡ部に第一洗浄槽の洗浄液を底部より抜き出し、０．３Ｌ／分、５０ＫＰａ、６５℃、１０．２ｍ／秒で付与した。この間、凝固繊維束は引き取り速度に対して１．０倍の速度で移送される。前洗浄に使用したノズルはスプレーイングシステム社製の型番：Ｂ１／８ＨＨ−ｓｓ−１である。

（実施例６）
前洗浄工程として洗浄液の付与温度を２０℃とした以外は、実施例２と同様にして、アクリル繊維束を得た。

実施例５と実施例６との洗浄液温度の違いによる脱溶剤効果について、表１に示すように６５℃で付与する方が、脱溶剤効果が高いことが分かる。

（比較例１）
前洗浄工程として凝固繊維束に洗浄液を付与した場所を引き上げ速度に対して１．３倍となる図２中のＢ部とした以外は、実施例１と同様にして、アクリル繊維束を得た。

その結果、表１に示すように延伸がかかっているＢ部では脱溶剤効果が極端に落ちることが分かる。

１：凝固浴
２：口金
３：凝固繊維束
４：第１のローラー
５：第２のローラー
６：第一洗浄槽
７：配管
８：前洗浄部
９：第３のローラー
10：延伸ローラー
Ａ：前洗浄工程位置
Ｂ：延伸糸への付与位置

Claims (7)

1. アクリル系重合体が溶剤に溶解したアクリル系重合体溶液を紡糸ノズルの複数の吐出孔から凝固浴中に吐出し、凝固浴中で凝固した凝固繊維束を凝固浴から第１のローラーにより引き上げ、洗浄槽に貯留された洗浄液中に導入して溶剤を除去する工程を有するアクリル繊維束の製造方法であって、
   凝固浴から引き上げられた前記凝固繊維束に、前記凝固繊維束が第１のローラーを通過した後で前記洗浄槽に入る前に、前記洗浄槽から送液された洗浄液を付与する前洗浄工程を有し、
   洗浄液が付与される凝固繊維束の速度が、凝固浴から引き上げられる凝固繊維束の引き上げ速度に対して０．８倍〜１．２倍であるアクリル繊維束の製造方法。
2. 前記前洗浄工程において、凝固繊維束に付与する洗浄液の温度が４０℃以上９８℃以下である請求項１に記載のアクリル繊維束の製造方法。
3. 前記前洗浄工程において凝固繊維束に洗浄液を付与する位置が凝固繊維束の進行方向に２箇所以上ある請求項１〜２のいずれか一項に記載のアクリル繊維束の製造方法。
4. ２箇所以上ある洗浄液を付与する前記位置間の各距離が２００ｍｍ以上である請求項３記載のアクリル繊維束の製造方法。
5. 前洗浄工程において水平に走行している凝固繊維束に対して洗浄液を付与する請求項１〜４のいずれか一項に記載のアクリル繊維束の製造方法。
6. 前洗浄工程において前記洗浄液を凝固繊維束に付与する位置から１ｍ以上後に、前記凝固繊維束を前記洗浄槽に導入する請求項１〜５のいずれか一項に記載のアクリル繊維束の製造方法。
7. 凝固繊維束の繊維本数が１０００本以上８００００本以下である請求項１〜６のいずれか一項に記載のアクリル繊維束の製造方法。