JP6516876B2 - 多機能ビスコース繊維及びその調製方法 - Google Patents

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Description

[関連出願の相互参照]
本願は、２０１５年５月２２日に中国特許庁に提出した、出願番号が２０１５１０２６７７６１．８、発明の名称が「多機能ビスコース繊維及びその調製方法」である中国特許出願の優先権を主張しており、その全内容が援用により本願に組み入れられる。
本発明は、ビスコース繊維の技術分野に属し、特に多機能ビスコース繊維及びその調製方法に関する。
ビスコース繊維は、主にコットンリンター、木材、植物のワラ由来のセルロースに対し、酸加水分解、アルカリ加水分解及び漂白等の一連のプロセスを行って調製された高純度セルロース溶解パルプを原料とし、アルカリ浸漬、圧搾、エージング、キサントゲン酸化、溶解、濾過、紡糸、後処理等の一連の工程を経て調製されるものである。一般的なビスコース繊維は、綿繊維と類似する性能を有し、着用性に優れ、良好な吸湿性、可染性を有し、ほかの化学繊維が比較にならない利点を有する。消費者による衣物等の材料の機能性、たとえば、遠赤外線放射性、抗紫外線性、耐放射線性、帯電防止性、抗菌性、制菌性等に対する要求が高まるに伴い、多機能ビスコース繊維は現在の研究焦点の１つとなっている。
現在、従来技術では複数種の多機能ビスコース繊維が開示されており、たとえば、中国出願番号２００５１０１０４９０７．３の中国特許文献において、パルプ混合、ビスコース液調製、紡糸、集束、切断、精練、乾燥及び梱包のステップを含み、ビスコース液調製又は紡糸過程において、ナノ粒子の大きさが５０〜６５ｎｍであるナノ銀コロイド溶液を添加する、銀含有抗菌性ビスコース繊維及びその調製方法が開示されており、該方法で調製されたビスコース繊維は、高い制菌機能、殺菌機能や一定の帯電防止機能等を有するものの、該調製方法ではナノ銀粒子のビスコース液調製や紡糸過程での凝集を解決できず、ナノ銀粒子の作用や効果に悪影響を与える。そして、該方法は、ナノ銀コロイド溶液を直接添加するため、得られたビスコース繊維は制菌性を有するが、遠赤外線放射性、耐放射線性等のほかの性能が不十分である。従って、発明者らは、優れた遠赤外線放射性、抗紫外線性、耐放射線性、帯電防止性、制菌性や抗菌性等の機能を有する多機能ビスコース繊維を調製しようとしている。
以上に鑑み、本発明の目的は、ナノ粒子が均一に分布し、且つ優れた遠赤外線放射性、抗紫外線性、耐放射線性、帯電防止性、制菌性や抗菌性等の性能を有する多機能ビスコース繊維及びその調製方法を提供することにある。
本発明は、ビスコース繊維、グラフェン及びナノ銀を含み、前記ナノ銀が前記グラフェンシートにその場で担持されている多機能ビスコース繊維を提供する。
好ましくは、前記グラフェンは、
過酸化水素水又は次亜塩素酸ナトリウムでセルロースを漂白処理して、第１の中間生成物を得て、
ニッケル塩、鉄塩、コバルト塩又はマンガン塩のうちの１種又は複数種である活性化剤で前記第１の中間生成物を活性化させて、第２の中間生成物を得て、
保護性ガスの条件において、前記第２の中間生成物を６００〜１４００℃で炭化処理して、後処理ステップを経てグラフェンを得る、調製方法により調製される。
好ましくは、前記ナノ銀は、前記グラフェンの１ｗｔ％〜５０ｗｔ％、前記グラフェンは、前記ビスコース繊維の０．０１ｗｔ％〜１０ｗｔ％を占める。
好ましくは、前記ナノ銀は、前記グラフェンの２ｗｔ％〜３０ｗｔ％、前記グラフェンは、前記ビスコース繊維の０．１ｗｔ％〜５ｗｔ％を占める。
好ましくは、前記セルロースは多孔質セルロースであり、
前記活性化剤は、塩化ニッケル、硝酸ニッケル、硫酸ニッケル、酢酸ニッケル、塩化鉄、塩化第一鉄、硝酸鉄、硫酸鉄、硫酸第一鉄、酢酸鉄、塩化コバルト、硝酸コバルト、硫酸コバルト、酢酸コバルト、塩化マンガン、硝酸マンガン、硫酸マンガン及び酢酸マンガンのうちの１種又は複数種である。
本発明は、
グラフェンを水溶液に分散させて、グラフェン分散液を得るステップａ）と、
銀塩を前記グラフェン分散液に溶解して、還元剤を添加して還元反応させ、ナノ銀を担持したグラフェン溶液を得るステップｂ）と、
前記ナノ銀を担持したグラフェン溶液とビスコース液を均一に混合して、紡糸して多機能ビスコース繊維を得るステップｃ）とを含む、ことを特徴とする多機能ビスコース繊維の調製方法を更に提供する。
好ましくは、前記グラフェンは、
過酸化水素水又は次亜塩素酸ナトリウムでセルロースを漂白処理して、第１の中間生成物を得て、
ニッケル塩、鉄塩、コバルト塩又はマンガン塩のうちの１種又は複数種である活性化剤で前記第１の中間生成物を活性化させて、第２の中間生成物を得て、
保護性ガスの条件において、前記第２の中間生成物を６００〜１４００℃で炭化処理して、後処理を経てグラフェンを得る、調製方法により調製される。
好ましくは、前記ステップａ）は具体的に、
グラフェンを水に超音波分散させて、遠心処理又は静置して、均一なグラフェン分散溶液を得るステップａ１）と、
前記均一なグラフェン分散溶液と安定剤を混合して、安定したグラフェン分散液を得るステップａ２）とを含む。
好ましくは、前記ステップａ２）において、前記安定剤は、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ポリビニルアルコール、ツイーン８０、ドデシル硫酸ナトリウム又はドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムのうちの１種又は複数種である。
好ましくは、前記ステップｂ）において、前記銀塩は硝酸銀、前記還元剤は水素化ホウ素ナトリウム、エチレングリコール、グルコース又はクエン酸のうちの１種又は複数種であり、
前記還元剤と銀塩とのモル比は１〜１０：１である。
好ましくは、前記ステップｂ）において、還元剤を添加して還元反応させ、得られた反応生成物を超音波処理する。
好ましくは、前記超音波処理の時間は１０ｍｉｎ〜６０ｍｉｎである。
従来技術に比べ、本発明は、先ず液相ｉｎ−ｓｉｔｕ合成方法によりナノ銀を担持したグラフェンを得た後、ビスコース液に添加して紡糸し、ナノ銀とグラフェンを添加したビスコース繊維を得るものであり、該ビスコース繊維は、優れた遠赤外線放射性、抗紫外線性、帯電防止性、耐放射線性、抗菌性や制菌性等の性能を有する。
出願人が検討したところ、グラフェンのみを添加して得たビスコース繊維は抗菌性と耐放射線性が向上するが、向上程度が顕著ではなく、ナノ銀のみを添加して得たビスコース繊維はナノ銀粒子の分散程度に対する要求が高く、且つビスコース繊維の遠赤外線による昇温性、抗紫外線性や耐放射線性の向上も不十分であり、ナノ銀と改良Ｈｕｍｍｅｒｓ法で調製されたグラフェンとを同時に添加して得たビスコース繊維は、遠赤外線放射性、抗菌性や耐放射線性の向上が不十分であるのに対し、ナノ銀をグラフェンシートに担持してビスコース繊維に添加すると、ビスコース繊維の遠赤外線放射性、抗菌性及び耐放射線性を効果的に向上させることができ、ナノ銀を改良Ｈｕｍｍｅｒｓ法で調製されたグラフェンに担持してビスコース繊維に添加すると、ビスコース繊維の遠赤外線放射性、抗菌性及び耐放射線性を効果的に向上させることができ、特定方法で調製されたシート欠陥が少ないグラフェンにナノ銀をその場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で担持して、ビスコース繊維に添加すると、ビスコース繊維の遠赤外線放射性、抗菌性及び耐放射線性を著しく向上させることができることを見出した。実験結果から明らかなように、未添加型ビスコース繊維に比べ、本発明で調製された多機能ビスコース繊維は、遠赤外線による昇温性が１００％以上向上し、紫外線保護係数が７０％以上向上し、制菌性が９９．９％に達し、１００％以上向上し、それに対し、ほかの方法で調製されたビスコース繊維は、遠赤外線による昇温性の向上が５０％未満、紫外線保護係数の向上が４０％未満、制菌性の向上が５０％未満であった。
本発明の実施例又は従来技術の技術案をより明瞭に説明するために、以下では実施例又は従来技術の説明に必要な図面を簡単に説明するが、勿論、以下の説明における図面は本発明の実施例に過ぎず、当業者であれば、進歩的労働を払わずに、提供された図面に基づいて他の図面を想到し得る。
図１は本発明の実施例１に係るグラフェンのラマンスペクトルである。 図２は本発明の実施例１に係るグラフェンの透過型電子顕微鏡像である。 図３は本発明の実施例１に係るグラフェンの透過型電子顕微鏡像である。 図４はナノ銀を担持していないグラフェンの走査電子顕微鏡写真である。 図５はナノ銀を担持したグラフェンの走査電子顕微鏡写真である。 図６はナノ銀を担持したグラフェンの走査電子顕微鏡写真である。
以下、本発明の実施例の図面を参照して、本発明の実施例の技術案を明瞭且つ完全に説明するが、勿論、説明される実施例は本発明の実施例の一部に過ぎず、すべての実施例ではない。本発明の実施例に基づき、当業者が進歩的労働を払わずに想到し得るすべてのその他の実施例は、いずれも本発明の保護範囲に属する。
本発明は、ビスコース繊維、グラフェン及びナノ銀を含み、前記ナノ銀が前記グラフェンシートにその場で担持されている多機能ビスコース繊維を提供する。
本発明は、グラフェンを担体とし、先ずナノ銀をその場で担持した後、ビスコース繊維に添加することにより、ビスコース繊維の遠赤外線放射性、抗紫外線性、耐放射線性、帯電防止性、抗菌性や制菌性等の性能を著しく向上させることができる。
本発明において、前記グラフェンについて特に制限がなく、改良Ｈｕｍｍｅｒｓ法で調製されたグラフェン等であれば、使用できる。
性能がより優れたビスコース繊維を調製するために、本発明が用いるグラフェンは、好ましくは、以下の調製方法で調製される。
１）、過酸化水素水又は次亜塩素酸ナトリウムでセルロースを漂白処理して、第１の中間生成物を得る。本発明において、前記過酸化水素水又は次亜塩素酸ナトリウムは、前記多孔質セルロースに対し、好ましくは１質量％〜１０質量％、より好ましくは２質量％〜８質量％である。本発明において、前記過酸化水素水又は次亜塩素酸ナトリウムによる漂白の漂白温度は、好ましくは６０℃〜１３０℃、より好ましくは８０℃〜１００℃であり、前記過酸化水素水又は次亜塩素酸ナトリウムによる漂白の漂白時間は、好ましくは１ｈ〜１０ｈ、より好ましくは２ｈ〜８ｈである。
２）、活性化剤で第１の中間生成物を活性化させて、第２の中間生成物を得る。本発明において、前記活性化の温度は、好ましくは２０℃〜１８０℃、より好ましくは５０℃〜１５０℃、最も好ましくは８０℃〜１４０℃である。本発明において、前記混合時間は、好ましくは２ｈ〜１０ｈ、より好ましくは５ｈ〜７ｈである。
３）、保護性ガスの条件において、前記第２の中間生成物を６００℃〜１４００℃で炭化処理して、後処理ステップを経て活性多孔質グラフェンを得る。本発明において、炭化時間は２ｈ〜１２ｈ、好ましくは４ｈ〜８ｈである。
前記セルロースは多孔質セルロースである。
前記多孔質セルロースの調製方法は、植物や農業・林業廃棄物のうちの１種又は複数種を含むバイオマス材料を酸中で加水分解して、リグノセルロースを得るステップＡ）と、前記リグノセルロースを酸処理、塩処理又は有機溶剤処理により処理して、多孔質セルロースを得るステップＢ）とを含む。本発明において、前記加水分解温度は、好ましくは９０℃〜１８０℃、より好ましくは１２０℃〜１５０℃である。本発明において、前記加水分解時間は、好ましくは２ｈ〜１０ｈ、より好ましくは２ｈ〜８ｈ、最も好ましくは３ｈ〜６ｈである。本発明において、前記加水分解用酸は、好ましくは硫酸、硝酸、塩酸、蟻酸、亜硫酸、リン酸及び酢酸のうちの１種又は複数種、より好ましくは硫酸、硝酸、塩酸、リン酸又は酢酸、最も好ましくは硫酸、硝酸又は塩酸である。本発明において、前記加水分解の酸使用量は、前記バイオマス材料に対し、好ましくは３ｗｔ％〜２０ｗｔ％、より好ましくは５ｗｔ％〜１５ｗｔ％、最も好ましくは８ｗｔ％〜１２ｗｔ％である。
本発明において、前記塩処理の方法は、好ましくは酸性亜硫酸塩法又はアルカリ性亜硫酸塩法が使用される。本発明において、前記酸性亜硫酸法による処理過程において、ｐＨ値は、好ましくは１〜７、より好ましくは２〜５、最も好ましくは３〜４である。本発明において、前記酸性亜硫酸塩法の処理温度は好ましくは７０℃〜１８０℃、より好ましくは９０℃〜１５０℃、最も好ましくは１００℃〜１２０℃である。本発明において、前記酸性亜硫酸塩法の処理時間は、好ましくは１ｈ〜６ｈ、より好ましくは２ｈ〜５ｈ、最も好ましくは３ｈ〜４ｈである。
本発明において、前記酸性亜硫酸塩法による処理に用いる酸は好ましくは硫酸である。本発明において、前記酸性亜硫酸塩法による処理過程での酸使用量は、前記リグノセルロースに対し、好ましくは４ｗｔ％〜３０ｗｔ％、より好ましくは８ｗｔ％〜２５ｗｔ％、最も好ましくは１０ｗｔ％〜２０ｗｔ％である。本発明において、前記酸性亜硫酸塩法による処理に用いる酸の重量百分率濃度は、液固比が好ましくは（２〜２０）：１、より好ましくは（４〜１６）：１、最も好ましくは（８〜１２）：１になるようにする。
本発明において、前記酸性亜硫酸塩法による処理に用いる亜硫酸塩は、好ましくは亜硫酸カルシウム、亜硫酸マグネシウム、亜硫酸ナトリウム又は亜硫酸アンモニウム、より好ましくは亜硫酸マグネシウム又は亜硫酸ナトリウムである。本発明において、前記酸性亜硫酸塩法による処理過程での亜硫酸塩の使用量について、特に制限がなく、当業者が公知する亜硫酸塩法によるパルプ化過程での亜硫酸塩の使用量とすればよい。
本発明において、前記アルカリ性亜硫酸法による処理過程において、ｐＨ値は、好ましくは７〜１４、より好ましくは８〜１３、最も好ましくは９〜１２である。本発明において、前記アルカリ性亜硫酸塩法の処理温度は、好ましくは７０℃〜１８０℃、より好ましくは９０℃〜１５０℃、最も好ましくは１００℃〜１２０℃である。本発明において、前記アルカリ性亜硫酸塩法の処理時間は、好ましくは１ｈ〜６ｈ、より好ましくは２ｈ〜５ｈ、最も好ましくは３ｈ〜４ｈである。
本発明において、前記アルカリ性亜硫酸塩法による処理に用いるアルカリは、好ましくは水酸化カルシウム、水酸化ナトリウム、水酸化アンモニウム又は水酸化マグネシウム、より好ましくは水酸化ナトリウム又は水酸化マグネシウムである。本発明において、前記アルカリ性亜硫酸塩法による処理過程でのアルカリの使用量は、前記リグノセルロースに対し、好ましくは４ｗｔ％〜３０ｗｔ％、より好ましくは８ｗｔ％〜２５ｗｔ％、最も好ましくは１０ｗｔ％〜２０ｗｔ％である。本発明において、前記アルカリ性亜硫酸塩法による処理に用いるアルカリの重量百分率濃度は、液固比が好ましくは（２〜２０）：１、より好ましくは（４〜１６）：１、最も好ましくは（８〜１２）：１になるようにする。
本発明において、前記アルカリ性亜硫酸塩法による処理に用いる亜硫酸塩は、好ましくは亜硫酸カルシウム、亜硫酸マグネシウム、亜硫酸ナトリウム又は亜硫酸アンモニウム、より好ましくは亜硫酸マグネシウム又は亜硫酸ナトリウムである。本発明において、前記アルカリ性亜硫酸塩法の処理過程での亜硫酸塩の使用量について、特に制限がなく、当業者が公知する亜硫酸塩法によるパルプ化過程での亜硫酸塩の使用量とすればよい。
前記ステップＡ）におけるバイオマス材料は、農業・林業廃棄物である。
前記農業・林業廃棄物は、トウモロコシ茎葉、トウモロコシの穂軸、モロコシ茎葉、ビートパルプ、バガス、フルフラール生産廃棄物、キシロース生産廃棄物、鋸屑、綿の茎及び葦のうちの１種又は複数種を含む。
前記農業・林業廃棄物はトウモロコシの穂軸である。
前記ステップＡ）における酸は、硫酸、硝酸、塩酸、蟻酸、亜硫酸、リン酸及び酢酸のうちの１種又は複数種を含む。
前記ステップＡ）において、酸の使用量は前記バイオマス材料に対して３ｗｔ％〜２０ｗｔ％である。
前記ステップＡ）において、加水分解温度は９０℃〜１８０℃であり、
前記ステップＡ）において、加水分解時間は１０ｍｉｎ〜１０ｈである。
前記ステップＢ）において、塩処理方法は酸性亜硫酸塩法又はアルカリ性亜硫酸塩法である。
前記酸性亜硫酸塩法による処理過程において、ｐＨ値は１〜７である。
前記酸性亜硫酸塩法による処理過程において、酸使用量は前記リグノセルロースに対して４ｗｔ％〜３０ｗｔ％であり、
前記酸性亜硫酸塩法による処理に用いる酸の重量百分率濃度は、液固比が（２〜２０）：１になるようにする。
前記酸性亜硫酸塩法の処理温度は７０℃〜１８０℃であり、
前記酸性亜硫酸塩法の処理時間は１ｈ〜６ｈである。
前記アルカリ性亜硫酸塩法による処理過程において、ｐＨ値は７〜１４であり、
前記アルカリ性亜硫酸塩法による処理過程において、アルカリの使用量は前記リグノセルロースに対して４ｗｔ％〜３０ｗｔ％であり、
前記アルカリ性亜硫酸塩法による処理に用いるアルカリの重量百分率濃度は、液固比が（２〜２０）：１になるようにする。
前記アルカリ性亜硫酸塩法の処理温度は７０℃〜１８０℃であり、
前記アルカリ性亜硫酸塩法の処理時間は１ｈ〜６ｈである。
前記ステップ２）において、活性化剤とセルロースとの質量比は（０．０５〜０．９）：１である。
前記ステップ２）において、活性化剤は、塩化ニッケル、硝酸ニッケル、硫酸ニッケル、酢酸ニッケル、塩化鉄、塩化第一鉄、硝酸鉄、硫酸鉄、硫酸第一鉄、酢酸鉄、塩化コバルト、硝酸コバルト、硫酸コバルト、酢酸コバルト、塩化マンガン、硝酸マンガン、硫酸マンガン又は酢酸マンガンのうちの１種又は複数種である。
前記ステップ３）において、保護性ガスは窒素ガス及び不活性ガスから選ばれる１種又は複数種である。
本発明に記載のセルロースは、好ましくはトウモロコシの穂軸セルロースであり、トウモロコシの穂軸セルロースは、繊維が短く、分散性に優れ、繊維同士の交差密度が小さく、過酸化水素水又は次亜塩素酸ナトリウムで漂白することで活性が高まり、金属活性化剤の触媒下で、窒素ガスにより保護され、温度を大幅に変化させる必要がなく、且つ６００℃〜１４００℃で活性を有するバイオマスグラフェンが得られる。調製された活性バイオマスグラフェンは、優れた導電性を有するとともに、溶液での分散性が良好である。実験結果から明らかなように、本発明に係る方法で調製された活性バイオマスグラフェンは導電性が最高で４００００Ｓ／ｍに達する。
上記方法で調製されたグラフェンについて透過電子顕微鏡でテストした結果、シートが薄く、１０層以下であり、たとえば３〜７層のバイオマスグラフェンである。上記方法で調製されたバイオマスグラフェンについてラマンスペクトルテストを行った結果、Ｓｐ２ハイブリダイゼーションレベルが高い。導電率計で、上記方法で調製されたバイオマスグラフェンの導電性をテストした結果、導電性が最高で４００００Ｓ／ｍに達する。そのため、上記方法で調製された活性多孔質グラフェンはシートが薄く、Ｓｐ２ハイブリダイゼーションレベルが高い。
本発明に係る多機能ビスコース繊維は、ナノ銀が上記方法で調製されたグラフェンにその場で担持されており、好ましくはグラフェンシートの表面に担持されている。その場で担持されたナノ銀により、グラフェンシート構造に均一に分布させ、且つナノ銀粒子の粒子径が制御可能であるとともに均一である。本発明において、前記ナノ銀は、前記グラフェンに対し、好ましくは２ｗｔ％〜５０ｗｔ％、より好ましくは５ｗｔ％〜２０ｗｔ％である。本発明において、前記ナノ銀の粒子径は好ましくは５０ｎｍ未満である。
本発明に係る多機能ビスコース繊維において、グラフェンは、前記ビスコース繊維に対し、好ましくは０．０１ｗｔ％〜５ｗｔ％、より好ましくは０．１ｗｔ％〜３ｗｔ％である。
本発明に係る多機能ビスコース繊維において、ビスコース繊維は、トウモロコシの穂軸セルロース、葦セルロース、竹セルロース、トウモロコシワラセルロース、綿の茎セルロース、木材パルプセルロース、又はキシロース生産廃棄物、バガス等の滓で調製されたセルロース原料のうちの１種又は複数種であってもよい。本発明においてそれについて特に制限がない。
本発明に係る多機能ビスコース繊維において、銀ナノ粒子がグラフェンシートの表面に完全に担持され、且つ共有結合が発生するため、調製されたナノ銀粒子を担持したグラフェン溶液は、後続の濾過脱水ステップを行ってナノ銀を担持したグラフェン溶液の分散安定性を維持することなく、ビスコース液と直接混合することができる。また、本発明において、ナノ銀を担持したグラフェンをビスコース繊維に添加することにより、ビスコース繊維の着用性や後続の調色、配色の工程に悪影響を与えることはない。
本発明に係る多機能ビスコース繊維は、優れた遠赤外線放射機能を有し、遠赤外線放射織物や衣物に用いることで人体表面の温度を上昇することができる。
本発明に係る多機能ビスコース繊維は、優れた抗菌機能や消臭機能等の機能を有し、抗菌マスク、下着、消臭ソックス、包帯、ガーゼの調製に利用できる。
本発明に係る多機能ビスコース繊維は、良好な抗紫外線性、帯電防止性、耐放射線性等の機能を有し、抗紫外線性、帯電防止性や耐放射線性を有する織物、服装等の調製に利用できる。
本発明は、
グラフェンを水溶液に分散させて、グラフェン分散液を得るステップａ）と、
銀塩を前記グラフェン分散液に溶解して、還元剤を添加して還元反応させ、ナノ銀を担持したグラフェン溶液を得るステップｂ）と、
前記ナノ銀を担持したグラフェン溶液とビスコース液を均一に混合して、紡糸して多機能ビスコース繊維を得るステップｃ）とを含む多機能ビスコース繊維の調製方法を更に提供する。
前記方法によりグラフェンを調製した後、水中に分散させて、グラフェン分散液を得る。具体的に、
グラフェンを水に超音波分散させて、遠心処理又は静置して、均一なグラフェン分散溶液を得るステップａ１）と、
前記均一なグラフェン分散溶液と安定剤を混合して、安定したグラフェン分散液を得るステップａ２）とを含む方法により、グラフェン分散液を得る。
先ずグラフェンを水に超音波分散させて、次に遠心処理又は静置して層化させる。その上澄み液は安定的に分散しているグラフェンコロイド溶液である。本発明において、前記超音波分散時間は、１０ｍｉｎ〜１２０ｍｉｎ、より好ましくは３０ｍｉｎ〜１００ｍｉｎである。前記遠心処理条件は、１０００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍ、より好ましくは１５００ｒｐｍ〜３５００ｒｐｍ、前記遠心処理時間は２ｍｉｎ〜３０ｍｉｎ、より好ましくは５〜１０ｍｉｎである。前記静置処理時間は、好ましくは２０ｈ〜３０ｈ、より好ましくは２４ｈである。前記グラフェンと水との質量比は、好ましくは０．０１〜５：１００、より好ましくは０．１〜３．５：１００である。
得られた均一なグラフェン分散溶液と安定剤を混合して、グラフェンを安定的に分散させ、グラフェンコロイド溶液の凝集を防止する。本発明において、前記安定剤は界面活性剤であり、ツイーン系界面活性剤、スルホン酸塩系界面活性剤又は硫酸塩系界面活性剤等を含むが、これらに制限されず、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＳＤＢＳ）、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）又はツイーン８０等が好ましい。本発明において、前記安定剤の添加量について、特に制限はなく、グラフェンコロイド溶液を安定的に分散させることができるものであればよい。
グラフェン分散液を得た後、銀塩を前記グラフェン分散液に溶解して、還元剤を添加して還元反応させ、ナノ銀を担持したグラフェン溶液を得る。本発明において、前記銀塩は好ましくは硝酸銀である。本発明において、好ましくは銀塩を撹拌しながらグラフェン分散液に溶解し、硝酸銀の添加量はグラフェンに対して１ｗｔ％〜５０ｗｔ％、より好ましくは５ｗｔ％〜３０ｗｔ％である。前記還元剤は、好ましくは水素化ホウ素ナトリウム、エチレングリコール、グルコース又はクエン酸、より好ましくは水素化ホウ素ナトリウムである。本発明において、好ましくは撹拌しながら還元剤を添加する。前記還元剤と銀塩とのモル比は、好ましくは１〜１０：１、より好ましくは２〜８：１であり、前記反応は、好ましくは室温下で撹拌しながら行われ、反応時間は、好ましくは３０ｍｉｎ〜１２０ｍｉｎ、より好ましくは５０ｍｉｎ〜１００ｍｉｎである。
反応終了後、得られた反応生成物を超音波処理して、ナノ銀を担持したグラフェン溶液を得る。前記超音波処理の時間は、好ましくは１０ｍｉｎ〜６０ｍｉｎ、より好ましくは２０ｍｉｎ〜５０ｍｉｎである。
ナノ銀を担持したグラフェン溶液を得た後、ビスコース液と均一に混合して、紡糸して多機能ビスコース繊維を得る。本発明において、グラフェンは、ビスコース繊維に占める比率が好ましくは０．１‰〜５％、より好ましくは０．１％〜３％である。本発明において、好ましくはナノ銀を担持したグラフェン分散液をビスコース液に緩やかに添加して、高速撹拌して混合し、ナノ銀を担持したグラフェン分散液を十分に混合する。
本発明において、ビスコース液は従来技術で公知するビスコース液であり、その調製方法は、パルプを原料として、浸漬、圧搾、粉砕、エージング、キサントゲン酸化、溶解、熟成、濾過、脱泡等の工程を行う。パルプを濃度１８％程度の水酸化ナトリウム水溶液で浸漬することにより、セルロースをアルカリセルロースに転化し、ヘミセルロースを溶け出し、重合度を部分的に低下させ、次に圧搾ステップを経て余分なアルカリ溶液を除去し、ブロック状のアルカリセルロースを粉砕機で粉砕して、多孔質綿状体を得て、表面積の増大により以降の化学反応の均一性を向上させる。アルカリセルロースが酸素作用下で酸化分解して平均重合度を低下させるステップはエージングと呼ばれる。エージング後、アルカリセルロースと二硫化炭素を反応させて、セルローススルホネートを生成し、キサントゲン酸化と呼ばれ、それにより大分子間の水素結合を弱め、スルホン酸基の親水性により、セルロースの希アルカリ液での溶解性が大幅に向上する。固体のセルローススルホネートを希アルカリ液に溶解して、ビスコース液を得る。
ビスコース液を得た後、上記方法に従ってナノ銀を担持したグラフェン分散液を添加し、次に当業者が熟知する方法で紡糸して、多機能ビスコース繊維を得る。調製したばかりのビスコース液は、粘度と塩分値が高いため成形しにくく、ナノ銀を担持したグラフェン分散液に加えた後にも所定温度で所定時間放置する必要があり、すなわち熟成であり、それにより、ビスコース液中のセルローススルホン酸ナトリウムを徐々に加水分解して鹸化させ、エステル化度を低減させ、それにつれて粘度による電解質作用の安定性も変わる。熟成後、脱泡と濾過を経て気泡や異物を除去し、次に当業者が熟知する方法で紡糸すればよい。
本発明において、パルプの由来について制限がなく、トウモロコシの穂軸セルロース、葦セルロース、竹セルロース、トウモロコシ茎葉セルロース、綿の茎セルロース、木材パルプセルロースであってもよく、又は、キシロース生産廃棄物、バガス等の滓で調製されたセルロース原料であってもよい。
本発明に係る多機能ビスコース繊維において、銀ナノ粒子がグラフェンシートの表面に完全に担持され、且つ共有結合が発生するため、調製されたナノ銀粒子を担持したグラフェン溶液は、後続の濾過脱水ステップを行ってナノ銀を担持したグラフェン溶液の分散安定性を維持することなく、ビスコース液と直接混合することができる。
本発明に係る多機能ビスコース繊維は、優れた遠赤外線放射機能、抗紫外線性、帯電防止性、耐放射線性、抗菌性や制菌性等の機能を有し、遠赤外線放射性織物又は衣物、抗菌マスク、下着、消臭ソックス、包帯、ガーゼ、抗紫外線性や帯電防止性を有する服装、耐放射線性服装等の調製に利用できる。
以下、実施例を参照して本発明に係る多機能ビスコース繊維及びその調製方法について更に説明する。
実施例１
１２０℃で、トウモロコシの穂軸をその質量に対して３質量％の硫酸において３０ｍｉｎ加水分解して、リグノセルロースを得た。
７０℃で、前記リグノセルロースを酸性亜硫酸塩法で１ｈ処理して、多孔質セルロースを得て、前記酸性亜硫酸塩法による処理過程において、ｐＨ値は１、酸は硫酸、亜硫酸塩は亜硫酸マグネシウム、前記硫酸の質量は前記リグノセルロースの質量の４％、液固比は２：１である。
前記多孔質セルロースを、その質量に対して５質量％の過酸化水素水において、１００℃で５ｈ漂白した。
漂白した多孔質セルロースと塩化ニッケルを０．１：１の質量比で、２０℃で２時間撹拌しながら活性化処理を行い、得られた活性化処理済みの生成物を７０℃で乾燥させ、含水量が１０ｗｔ％未満の生成物を得た。
上記生成物を炭化炉に投入して、２００ｍＬ／ｍｉｎのガス導入量で、前記炭化炉に窒素ガスを保護ガスとして導入し、８００℃に昇温して、６時間保温後、６０℃以下に冷却させた。
６０℃で、上記冷却後の生成物を、濃度３質量％の水酸化ナトリウム水溶液で４時間洗浄して、第１の洗浄生成物を得た。７０℃で、前記第１の洗浄生成物を、濃度４質量％の塩酸水溶液で４時間洗浄して、第２の洗浄生成物を得た。前記第２の洗浄生成物を蒸留水で中性になるまで洗浄した後、乾燥させてバイオマスグラフェンを得た。
得られたグラフェンに対しラマンスペクトルテストを行い、テスト結果は図１に示され、図１は本発明の実施例１に係るグラフェンのラマンスペクトルであり、図１から明らかなように、本発明の実施例１に係る方法で調製されたグラフェンは、Ｓｐ２ハイブリダイゼーションレベルが高い。本発明の実施例１で調製されたグラフェンに対し透過電子顕微鏡テストを行い、テスト結果は図２〜図３に示され、図２〜図３は本発明の実施例１に係るグラフェンの透過型電子顕微鏡像であり、図２〜図３から分かるように、本発明の実施例１に係る方法で調製されたグラフェンは、シートが薄く、１０層以下であり、バイオマスグラフェンである。
実施例２
実施例１で調製されたグラフェン１ｇを水１００ｇに１００ｍｉｎ超音波分散させ、２０００ｒｐｍの速度で５ｍｉｎ遠心分離し、上澄み液にＳＤＳを添加してグラフェンコロイド溶液を得た。グラフェンコロイド溶液を再び水に１００ｍｉｎ超音波分散させて、グラフェンコロイド溶液を得た。
上記グラフェンコロイド溶液を再び水に１００ｍｉｎ超音波分散させて、グラフェン分散液を得た。撹拌しながら、グラフェン分散液に０．０２ｍｏｌ／Ｌ硝酸銀を添加し、遮光条件下で撹拌して溶解した後、０．２ｍｏｌ／Ｌの水素化ホウ素ナトリウム溶液を緩やかに添加し、室温で１００ｍｉｎ反応させ、ここで、硝酸銀とグラフェンとの質量比は１：１０、水素化ホウ素ナトリウムと硝酸銀とのモル比は１０：１である。
反応させて得た反応物を３０ｍｉｎ超音波処理して、ナノ銀を担持したグラフェン溶液を得た。
キサントゲン酸化したトウモロコシの穂軸セルロースを希水酸化ナトリウム溶液に溶解して、上記ナノ銀を担持したグラフェン溶液をトウモロコシの穂軸セルロースに対して０．１％添加し、熟成させて８％のビスコース液を得て、高速で１ｈ撹拌した。濾過して脱泡し、次に紡糸、脱硫、水洗、乾燥を経て、多機能ビスコース繊維を得た。凝固浴の組成は、硫酸１０５ｇ／Ｌ、硫酸ナトリウム２００ｇ／Ｌ、硫酸亜鉛１２ｇ／Ｌである。
得られたナノ銀を担持したグラフェン溶液を吸引濾過して、濾液を収集し、濾液にアニオンがなくなるまで洗浄して真空条件において６０℃で乾燥させ、ナノ銀を担持したグラフェンを得た。前記ナノ銀を担持したグラフェンに対し電子顕微鏡走査を行い、結果は図４、図５及び図６に示されている通り、図４は、ナノ銀を担持していないグラフェンの走査電子顕微鏡写真、図５と図６はナノ銀を担持したグラフェンの走査電子顕微鏡写真である。図４、図５及び図６から明らかなように、本発明に係る方法によれば、ナノ銀は粒子径が均一で、グラフェンの表面に均一に担持されている。
実施例３
トウモロコシの穂軸セルロースをトウモロコシ茎葉セルロースに変更する以外、実施例２で開示されている方法とステップにより多機能ビスコース繊維を調製した。
実施例４
硝酸銀とグラフェンとの質量比が１：１００である以外、実施例２で開示されている方法とステップにより多機能ビスコース繊維を調製した。
実施例５
硝酸銀とグラフェンとの質量比が１：２である以外、実施例２で開示されている方法とステップにより多機能ビスコース繊維を調製した。
実施例６
グラフェンがトウモロコシの穂軸セルロースの０．０５％である以外、実施例２で開示されている方法とステップにより多機能ビスコース繊維を調製した。
実施例７
グラフェンがトウモロコシの穂軸セルロースの５％である以外、実施例２で開示されている方法とステップにより多機能ビスコース繊維を調製した。
実施例８
ナノ銀を担持したグラフェン溶液は、濃度０．０２ＭのＡｇＮＯ３水溶液１００ｍｌに実施例１で調製されたグラフェン０．３ｇを添加して、３回超音波分散させた後、高速撹拌しながら、濃度０．２ＭのＮａＢＨ４水溶液１９ｍＬを緩やかに滴下し、次に還元反応終了まで２ｈ撹拌する方法により調製される以外、実施例２で開示されている方法とステップにより多機能ビスコース繊維を調製した。
実施例９
濃度０．０５ＭのＮａＢＨ４水溶液８０ｍＬを緩やかに滴下する以外、実施例８で開示されている方法とステップにより多機能ビスコース繊維を調製した。
実施例１０
濃度０．２Ｍのエチレングリコール溶液５ｍＬを緩やかに滴下する以外、実施例８で開示されている方法とステップにより多機能ビスコース繊維を調製した。
比較例１
キサントゲン酸化したトウモロコシの穂軸セルロースを希水酸化ナトリウム溶液に溶解し、熟成させて８％のビスコース液を得て、高速で１ｈ撹拌し、濾過して脱泡し、次に紡糸、脱硫、水洗、乾燥を経て、ビスコース繊維を得た。凝固浴の組成は、硫酸１０５ｇ／Ｌ、硫酸ナトリウム２００ｇ／Ｌ、硫酸亜鉛１２ｇ／Ｌである。
比較例２
実施例１で調製されたグラフェンを水に１００ｍｉｎ超音波分散させて、グラフェン分散液を得た。
キサントゲン酸化したトウモロコシの穂軸セルロースを希水酸化ナトリウム溶液に溶解して、上記グラフェン分散液を添加し、熟成させて８％のビスコース液を得て、高速で１ｈ撹拌し、ここで、グラフェンはトウモロコシの穂軸セルロースの０．１％である。濾過して脱泡し、次に紡糸、脱硫、水洗、乾燥を経て、ビスコース繊維を得た。凝固浴の組成は、硫酸１０５ｇ／Ｌ、硫酸ナトリウム２００ｇ／Ｌ、硫酸亜鉛１２ｇ／Ｌである。
比較例３
ナノ銀を水に１００ｍｉｎ超音波分散させて、ナノ銀分散液を得た。
キサントゲン酸化したトウモロコシの穂軸セルロースを希水酸化ナトリウム溶液に溶解して、上記ナノ銀分散液を添加し、熟成させて８％のビスコース液を得て、高速で１ｈ撹拌し、ここで、ナノ銀はトウモロコシの穂軸セルロースの０．１％である。濾過して脱泡し、次に紡糸、脱硫、水洗、乾燥を経て、ビスコース繊維を得た。凝固浴の組成は、硫酸１０５ｇ／Ｌ、硫酸ナトリウム２００ｇ／Ｌ、硫酸亜鉛１２ｇ／Ｌである。
比較例４
実施例１で調製されたグラフェンを水に１００ｍｉｎ超音波分散させて、グラフェン分散液を得た。
ナノ銀を水に１００ｍｉｎ超音波分散させて、ナノ銀分散液を得た。
キサントゲン酸化したトウモロコシの穂軸セルロースを希水酸化ナトリウム溶液に溶解して、上記ナノ銀分散液及びグラフェン分散液を添加し、熟成させて８％のビスコース液を得て、高速で１ｈ撹拌し、ここで、ナノ銀はトウモロコシの穂軸セルロースの０．１％、グラフェン分散液はトウモロコシの穂軸セルロースの０．１％である。濾過して脱泡し、次に紡糸、脱硫、水洗、乾燥を経て、ビスコース繊維を得た。凝固浴の組成は、硫酸１０５ｇ／Ｌ、硫酸ナトリウム２００ｇ／Ｌ、硫酸亜鉛１２ｇ／Ｌである。
比較例５
グラファイト粉末を原料として、改良Ｈｕｍｍｅｒｓ法によりグラフェンを調製した。前記グラフェンを水に１００ｍｉｎ超音波分散させて、グラフェン分散液を得た。
ナノ銀を水に１００ｍｉｎ超音波分散させて、ナノ銀分散液を得た。
キサントゲン酸化したトウモロコシの穂軸セルロースを希水酸化ナトリウム溶液に溶解して、上記ナノ銀分散液及びグラフェン分散液を添加し、熟成させて８％のビスコース液を得て、高速で１ｈ撹拌し、ここで、ナノ銀はトウモロコシの穂軸セルロースの０．１％、グラフェン分散液はトウモロコシの穂軸セルロースの０．１％である。濾過して脱泡し、次に紡糸、脱硫、水洗、乾燥を経て、ビスコース繊維を得た。凝固浴の組成は、硫酸１０５ｇ／Ｌ、硫酸ナトリウム２００ｇ／Ｌ、硫酸亜鉛１２ｇ／Ｌである。
実施例１１
グラファイト粉末を原料として、改良Ｈｕｍｍｅｒｓ法によりグラフェンを調製した。前記グラフェンを水に１００ｍｉｎ超音波分散させて、グラフェン分散液を得た。
撹拌しながらグラフェン分散液に０．０２ｍｏｌ／Ｌの硝酸銀を添加し、遮光条件下で撹拌して溶解した後、０．２ｍｏｌ／Ｌの水素化ホウ素ナトリウム溶液を緩やかに添加し、室温で１００ｍｉｎ反応させ、ここで、硝酸銀とグラフェンとの質量比は１：１０、水素化ホウ素ナトリウムと硝酸銀とのモル比は１０：１である。
反応させて得た反応物を３０ｍｉｎ超音波処理して、ナノ銀を担持したグラフェン溶液を得た。
キサントゲン酸化したトウモロコシの穂軸セルロースを希水酸化ナトリウム溶液に溶解して、上記ナノ銀を担持したグラフェン分散液を添加し、熟成させて８％のビスコース液を得て、高速で１ｈ撹拌し、ここで、グラフェン分散液はトウモロコシの穂軸セルロースの０．１％である。濾過して脱泡し、次に紡糸、脱硫、水洗、乾燥を経て、ビスコース繊維を得た。凝固浴の組成は、硫酸１０５ｇ／Ｌ、硫酸ナトリウム２００ｇ／Ｌ、硫酸亜鉛１２ｇ／Ｌである。
比較例６
グラファイト粉末を原料として、改良Ｈｕｍｍｅｒｓ法により酸化グラフェンを調製した。前記酸化グラフェンを水に１００ｍｉｎ超音波分散させて、酸化グラフェン分散液を得た。
撹拌しながら酸化グラフェン分散液に０．０２ｍｏｌ／Ｌの硝酸銀を添加し、遮光条件下で撹拌して溶解した後、０．２ｍｏｌ／Ｌの水素化ホウ素ナトリウム溶液を緩やかに添加し、室温下で１００ｍｉｎ反応させ、ここで、硝酸銀と酸化グラフェンとの質量比は１：１０、水素化ホウ素ナトリウムと硝酸銀とのモル比は１０：１である。
反応させて得た反応物を３０ｍｉｎ超音波処理して、ナノ銀を担持した酸化グラフェン溶液を得た。
キサントゲン酸化したトウモロコシの穂軸セルロースを希水酸化ナトリウム溶液に溶解して、上記ナノ銀を担持した酸化グラフェン分散液を添加し、熟成させて８％のビスコース液を得て、高速で１ｈ撹拌し、ここで、酸化グラフェン分散液はトウモロコシの穂軸セルロースの０．１％である。濾過して脱泡し、次に紡糸、脱硫、水洗、乾燥を経て、ビスコース繊維を得た。凝固浴の組成は、硫酸１０５ｇ／Ｌ、硫酸ナトリウム２００ｇ／Ｌ、硫酸亜鉛１２ｇ／Ｌである。
応用例
実施例２〜１１、比較例１〜６で調製されたビスコース繊維の性能をテストし、テスト方法は下記のとおりである。
遠赤外線放射機能テストはＣＡＳ １１５−２００５『健康機能繊維』とＧＢＴ ７２８７−２００８赤外線放射ヒータ試験方法、抗紫外線性の評価は、ＧＢＴ １８８３０−２００２、静電性能の評価は、ＧＢ／Ｔ １２７０３．１−２００８、抗菌性や制菌性の評価はＧＢ／Ｔ ２０９４４．３−２００８に準じる。
結果については表１を参照すること。表１は本発明の実施例及び比較例で調製されたビスコース繊維の性能テスト結果である。
表１ 本発明の実施例及び比較例で調製されたビスコース繊維の性能テスト結果
Figure 0006516876
表１から明らかなように、本発明に係る多機能ビスコース繊維は、遠赤外線放射性、耐紫外線放射性、帯電防止性、抗菌性や制菌性等を大幅に向上させる。
以上は本発明の好適な実施形態に過ぎず、当業者であれば、本発明の原理を脱逸せずに、様々な改良や修飾をすることができ、これら改良や修飾も本発明の保護範囲に属すべきである。

Claims (10)

  1. グラフェン及びナノ銀を含み、前記ナノ銀が前記グラフェンシートにその場で担持されている、多機能ビスコース繊維。
  2. 前記グラフェンは、
    過酸化水素水又は次亜塩素酸ナトリウムでセルロースを漂白処理して、第１の中間生成物を得て、
    ニッケル塩、鉄塩、コバルト塩又はマンガン塩のうちの１種又は複数種である活性化剤で前記第１の中間生成物を活性化させて、第２の中間生成物を得て、
    保護性ガスの条件において、前記第２の中間生成物を６００〜１４００℃で炭化処理して、後処理を経てグラフェンを得る、調製方法により調製される、ことを特徴とする請求項１に記載の多機能ビスコース繊維。
  3. 前記ナノ銀は、前記グラフェンの１ｗｔ％〜５０ｗｔ％、前記グラフェンは、前記ビスコース繊維の０．０１ｗｔ％〜１０ｗｔ％を占める、ことを特徴とする請求項１に記載の多機能ビスコース繊維。
  4. 前記ナノ銀は、前記グラフェンの２ｗｔ％〜３０ｗｔ％、前記グラフェンは、前記ビスコース繊維の０．１ｗｔ％〜５ｗｔ％を占める、ことを特徴とする請求項３に記載の多機能ビスコース繊維。
  5. 前記セルロースは多孔質セルロースであり、
    前記活性化剤は、塩化ニッケル、硝酸ニッケル、硫酸ニッケル、酢酸ニッケル、塩化鉄、塩化第一鉄、硝酸鉄、硫酸鉄、硫酸第一鉄、酢酸鉄、塩化コバルト、硝酸コバルト、硫酸コバルト、酢酸コバルト、塩化マンガン、硝酸マンガン、硫酸マンガン及び酢酸マンガンのうちの１種又は複数種である、ことを特徴とする請求項１に記載の多機能ビスコース繊維。
  6. グラフェンを水溶液に分散させて、グラフェン分散液を得るステップａ）と、
    銀塩を前記グラフェン分散液に溶解して、還元剤を添加して還元反応させ、ナノ銀を担持したグラフェン溶液を得るステップｂ）と、
    前記ナノ銀を担持したグラフェン溶液とビスコース液を均一に混合して、紡糸して多機能ビスコース繊維を得るステップｃ）とを含む、ことを特徴とする多機能ビスコース繊維の調製方法。
  7. 前記ステップａ）は具体的に、
    グラフェンを水溶液に超音波分散させて、遠心処理又は静置して、均一なグラフェン分散溶液を得るステップａ１）と、
    前記均一なグラフェン分散溶液と安定剤を混合して、安定したグラフェン分散液を得るステップａ２）とを含む、ことを特徴とする請求項６に記載の調製方法。
  8. 前記ステップａ２）において、前記安定剤は、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ポリビニルアルコール、ツイーン８０、ドデシル硫酸ナトリウム又はドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムのうちの１種又は複数種である、ことを特徴とする請求項７に記載の調製方法。
  9. 前記ステップｂ）において、前記銀塩は硝酸銀、前記還元剤は水素化ホウ素ナトリウム、エチレングリコール、グルコース又はクエン酸のうちの１種又は複数種であり、
    前記還元剤と銀塩とのモル比は１〜１０：１である、ことを特徴とする請求項６に記載の調製方法。
  10. 前記ステップｂ）において、還元剤を添加して還元反応させ、得られた反応生成物を超音波処理する、ことを特徴とする請求項６に記載の調製方法。
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