JP6861276B2 - セルロース系化学繊維、および該セルロース系繊維を含む不織布製品または不織布 - Google Patents

Description

本発明は、改質セルロース系繊維、特に改質ビスコースステープルに関し、また、この改質セルロース系繊維を含む不織布製品または不織布に関する。

特に、本発明は、濾紙、特殊な紙および不織布製品、特に水交絡させた不織布のような用途に有用な改質セルロース系化学繊維に関する。

「特殊な紙」の下では、紙は、断面、長さおよび直径等の定義された幾何学パラメーターを有する繊維の添加によってその特性を改良できるということが、理解できる。改良された紙特性とは、例えば、増大または減少した空隙率、向上した強度（引張強度、引裂強度、破裂強度）、より高い嵩、改良された柔軟性である。

紙および不織布製品の特性が、改質セルロース系化合物の添加によって影響を受ける場合があることが知られている。

ＷＯ１９９６／０２６２２０は、さらに粒子の内部にもカチオン性基を示す改質セルロース系粒子、および紙の製造において前記粒子の使用を開示する。

ＷＯ２０１１／０１２４２３は、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）が取り込まれた再生セルロース系ステープル、ならびに紙および不織布製品の製造におけるそれらの使用を開示する。したがって、これらの繊維は、アニオンの特性を持っている。アニオン性ビスコース繊維の改良された結合特性が知られている。

繊維間結合における高分子電解質の相互作用に関する広範囲な概観は、２００５年のＳＴＦＩ−Ｐａｃｋｆｏｒｓｋ報告書「Ｏｎ ｔｈｅ ｎａｔｕｒｅ ｏｆ ｊｏｉｎｔ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｎ ｐａｐｅｒ−Ａ ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｄｒｙ ａｎｄ ｗｅｔ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｒｅｓｉｎｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｐａｐｅｒ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ」（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｎｎｖｅｎｔｉａ．ｃｏｍ／ｄｏｃｕｍｅｎｔｓ／ｒａｐｐｏｒｔｅｒ／ｓｔｆｉ−ｐａｃｋｆｏｒｓｋ％２０ｒｅｐｏｒｔ％２０３２．ｐｄｆ）に示される。

この報告書では、次の記事が引用されている：「Ｔｈｅ ｌｉｎｋ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｆｉｂｒｅ ｃｏｎｔａｃｔ ｚｏｎｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｐａｐｅｒ：ａ ｗａｙ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ」、Ａ．Ｔｏｒｇｎｙｓｄｏｔｔｅｒら、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ、４１巻；Ｎｏ１３／２００７、１６１９〜１６３３（以下では、「Ｔｏｒｇｎｙｓｄｏｔｔｅｒ２００７」と称する）。そこに、アニオン性繊維間の結合強度に対するカチオン性高分子電解質の影響について記載されている。特にこの文書において、とりわけ、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド（ポリＤＡＤＭＡＣ）により改質されたカルボキシメチル化セルロースの特性が調査された。

この点に関してさらなる研究が、同じ著者によって、Ｎｏｒｄｉｃ Ｐｕｌｐ ａｎｄ Ｐａｐｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ１８（４）、２００３、４５５〜４５９（以下では、「Ｔｏｒｇｎｙｓｄｏｔｔｅｒ２００３」と称する）において発表されてきた。

Ｔｏｒｇｎｙｓｄｏｔｔｅｒ２００３およびＴｏｒｇｎｙｓｄｏｔｔｅｒ２００７の両方において、レーヨン繊維はカルボキシメチル化によって表面帯電させるか一括帯電させるかのいずれかであった。これは、繊維のセルロース素材自体を、ある程度誘導体化してカルボキシメチルセルロースを形成させたことを意味する。

Ｔｏｒｇｎｙｓｄｏｔｔｅｒ２００３によれば、表面帯電させた繊維と一括帯電させた繊維の両方を、ポリＤＡＤＭＡＣを用いて処理した。表面帯電させた繊維と一括帯電させた繊維の両方において吸収されたポリＤＡＤＭＡＣの最大量は、約３ｍｇ／ｇ繊維（＝０．３％）であることが分かった。

Ｔｏｒｇｎｙｓｄｏｔｔｅｒ２００７によれば、一括帯電させた繊維を２５ｇ／ｋｇのポリＤＡＤＭＡＣを用いて処理しているが、Ｔｏｒｇｎｙｓｄｏｔｔｅｒ２００７では繊維に吸収されたポリＤＡＤＭＡＣの量については記載されていない。

Ｒ．Ｓｃｚｅｃｈによって書かれた学位論文「Ｈａｆｔｖｅｒｍｉｔｔｌｕｎｇ ｖｏｎ Ｐｏｌｙｅｌｅｋｔｒｏｌｙｔｅｎ ｚｗｉｓｃｈｅｎ Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅｏｂｅｒｆｌａｃｈｅｎ」では、ＰＡＭ−ＤＡＤＭＡＣがセルロース系表面間の接着促進剤として十分適していると言及されている（ｈｔｔｐ：／／ｏｐｕｓ．ｋｏｂｖ．ｄｅ／ｕｂｐ／ｖｏｌｌｔｅｘｔｅ／２００６／７３３／ｐｄｆ／ｓｃｚｅｃｈ．ｐｄｆ）。

乾燥強度剤としてのカチオン性ポリマーの使用は、製紙業において周知である。

しかしながら、先行技術の文献のいずれにも、ＰＡＭ−ＤＡＤＭＡＣまたはポリＤＡＤＭＡＣの添加によるアニオン性繊維の結合強度に対するプラスの影響については、記載されていない。一方、Ｔｏｒｇｎｙｓｄｏｔｔｅｒ２００７では、負に帯電した繊維から作製された紙の引張強度に対する悪影響について記載されている（図３、ｐ．１６２３参照）。これは、カチオン性ポリマーを添加した際のアニオン性繊維の解膨潤によって引き起こされる繊維間の接触領域が減少したことにより説明される。

ＷＯ２０１１／０１２４２３の提案に関しては、アニオン性繊維だけの繊維間の結合強度は、１００％のビスコース繊維から商業品質の紙を製造するほど、あるいは紙および不織布製品の改質に現在使用されるマニラ麻繊維の完全な代替品として繊維を使用するほど十分に強いものではない。

最後に、カチオン性高分子電解質は、紙製法により少量しか添加することができず、耐洗浄性ではない。

さらなる現状技術は、ＷＯ０１／２９３０９Ａ１、ＷＯ００／３９３８９、ＷＯ００／３９３９８Ａ１およびＧＢ１３９４５５３Ａから分かる。

紙、または不織布製品もしくはその前駆体に、大量に加えることができる改質セルロース系化学繊維のステープルを提供することが本発明の目的であり、これにより最終製品の特性を、製品の強度を著しく低下させることなく改質する。

特に、可逆的な繊維間結合を可能にし、かつ／または、紙または不織布製品に適用される際に、紙または不織布製品の強度を実質上劣化させずに、水等の液体または水性液中での繊維の再分散性を可能にする改質セルロース系化学繊維のステープルを提供することが本発明の目的である。

これらの目的は、乾燥繊維中０．２５ｍｏｌ／ｋｇ超の量でアニオン部分を含み、乾燥繊維に対して０．５重量％から５．０重量％までの量でポリマー改質剤がその上に塗布されており、ポリマー改質剤は、少なくともポリマー１グラムあたり１．５ｍｅｑの電荷を有するカチオン部分を含み、繊維に含有されるアニオン部分対カチオン部分のモル比が１：１から２５：１までの範囲であることを特徴とし、アニオン部分が、繊維に取り込まれ、かつカルボキシメチルセルロースに由来しており、カチオン部分を含むポリマー改質剤が、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド（ポリＤＡＤＭＡＣ）、ポリ（アクリルアミド−ｃｏ−ジアリルジメチルアンモニウムクロライド）（ＰＡＭ−ＤＡＤＭＡＣ）およびその混合物からなる群から選択されることを特徴とする、本発明による改質セルロース系繊維により解決される。

ＰＡＭ−ＤＡＤＭＡＣを添加する場合と添加しない場合の様々なアニオン性ビスコース繊維およびノニオン性ビスコース繊維から製造される紙の様々な特性に対する影響を示す。

驚くべきことに、先行技術の文献に示された指示とは反対に、本発明による特徴の組合せを有するセルロース系化学繊維が、紙および不織布製品の特性を改質するのに非常に有用であることが示された。特に、本発明による改質セルロース系繊維により、可逆的な繊維間結合が可能となり、紙または不織布製品に適用された際に、水等の液体または水性液中への再分散性を付与することができる。

以下において、用語「ポリマー改質剤」は、少なくともポリマー１グラムあたり１．５ｍｅｑの電荷を有するカチオン部分を含むポリマー改質剤を意味する。

さらに、そのようなポリマー改質剤は、「（カチオン性）高分子電解質」または「（カチオン性）高分子電解質重合体」とも呼ばれる。

好ましい実施形態では、本発明による改質セルロース系繊維は、セルロース系繊維がビスコース繊維またはリヨセル繊維等のセルロース系化学繊維のステープルであることを特徴とする。

用語「化学繊維」は、事前誘導体化をする場合または事前誘導体化をしない場合の、セルロース系出発物質を溶解し、前記溶解によって得られた溶液から繊維を紡糸することにより調製される繊維を意味する。したがって、用語「化学繊維」は、綿等の天然のセルロース系繊維を除外する。さらに、紡糸液の紡糸によって得られていないセルロースパルプ等のセルロース系材料も除外される。周知のセルロース系化学繊維としては、標準ビスコース繊維、モダール繊維、またはポリノジック繊維およびリヨセル繊維を含むビスコース繊維が挙げられる。

用語「ステープル」は当業者には周知であり、紡糸された後に個別の長さに切断された繊維を意味する。

ビスコース繊維は、ビスコース法によって生産される繊維であるが、その方法では、セルロースキサントゲン酸塩のアルカリ性溶液が、酸性の紡糸浴中へ紡糸され、そのとき非誘導体化セルロースが繊維の形で再生され、析出する。

リヨセル繊維は、典型的にはセルロースをＮ−メチルモルホリンＮ−オキシドに溶解しその後、繊維に紡糸することを含むアミンオキシドプロセスによって製造された、一種の溶媒紡糸繊維である。

本発明の好ましい実施形態では、改質セルロース系繊維は、その繊維に含有されているアニオン部分対カチオン部分のモル比が、２：１から２０：１まで、特に３：１から１５：１まで、より特に、４：１から１２：１までの範囲であることを特徴とする。

本発明の改質セルロース系繊維は、アニオン部分がカルボキシル（ＣＯＯＨ）基を含むことを特徴とする。

繊維中のアニオン部分の量は、当業者に周知な方法によって測定することができる。例えば、繊維中のＣＯＯＨ基の量は、例えば、酸−塩基滴定によって測定することができる。他の方法は、解析誘導体化に依拠することができる。さらに、分光分析方法はさらに利用可能であり、例えば、Ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｃｈａｒｇｅ ｏｆ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｆｉｂｒｅｓ、Ｆ．Ｗｅｂｅｒら、Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ、２０１３、２０（６）、２７１９〜２７２９を参照のこと。アニオン部分の測定値は、ポリマー改質剤を有する繊維の処理に先立って行なわれてもよい。

さらに、本発明による改質セルロース系繊維は、カチオン部分がアンモニウム基、特に第四級アンモニウム基を含むことを特徴とする。

アニオン部分の定量化についてと同様に、当業者は改質繊維上のカチオン部分の定量化の適切な方法を選択することができよう。例えば、カチオン部分が窒素含有化合物に由来する場合、ケルダール法に基づいた測定が適用可能なはずである。

好ましくは、本発明による改質セルロース系繊維は、カチオン部分を含むポリマー改質剤が、１００，０００ｇ／ｍｏｌから５００，０００ｇ／ｍｏｌまでの、特に、２００，０００ｇ／ｍｏｌから３００，０００ｇ／ｍｏｌまでのモル重量を示すことを特徴とする。

中程度の分子量、例えば２００，０００ｇ／ｍｏｌから３００，０００ｇ／ｍｏｌ等を有するカチオン性高分子電解質重合体の使用により、本発明による繊維から製造される紙の有利な特性がもたらされることが分かった。

セルロース系ステープルを、特に繊維を所望の量で前記高分子電解質を含有する溶液または分散液と接触させることにより、カチオン性高分子電解質重合体により公知の方法で処理することができる。

本発明による改質セルロース系繊維は、繊維に取り込まれたアニオン部分を含み、乾燥繊維に対して０．５重量％から５．０重量％までの量でカチオン部分を含むポリマー改質剤をその上に塗布したことを特徴とする。

この点もまた、繊維に吸着されたポリＤＡＤＭＡＣの最大量が、約０．３重量％であったことが報告されたＴｏｒｇｎｙｓｄｏｔｔｅｒ２００３と対照的である。いかなる理論にも束縛されるつもりはないが、繊維上に吸着されるより多量の高分子電解質は、繊維それ自体がカルボキシメチル化されるのではなくて、繊維に取り込まれたＣＭＣを含有するという事実によるものと考えられる。

本発明による改質セルロース系繊維は、繊維に取り込まれているアニオン部分がカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）に由来することを特徴とする。

その中にＣＭＣを取り込んだセルロース系ステープルの製造は、例えば、米国特許第４，１９９，３６７（Ａ）号および米国特許第４，２８９，８２４（Ａ）号等のように、当業者に周知である。特に、ＣＭＣは、繊維を紡糸する前に紡糸原液、例えば、ビスコース原液へ混合される。

使用されるＣＭＣは、置換度（ＤＳ）が０．６〜１．２、好ましくは、０．６５〜０．８５、および粘度（２重量％溶液、２５℃）が、３０〜８００ｍＰａｓ、好ましくは５０〜１００ｍＰａｓである商品であってよい。

Ｔｏｒｇｎｙｓｄｏｔｔｅｒ２００３およびＴｏｒｇｎｙｓｄｏｔｔｅｒ２００７とは対照的に、本発明による繊維は、カルボキシメチル化によって表面帯電させたものでも、一括帯電させたものでもない。もっと正確に言えば、本発明の繊維のセルロース繊維材料は、それ自体が誘導体化されるのではなくて、カルボキシメチルセルロースが取り込まれるのであり、つまりセルロース繊維材料のマトリックス内に分散されているのである。当業者に公知であるように、ＣＭＣを取り込むセルロース繊維は、ビスコース繊維の場合のビスコース紡糸原液等の繊維を紡糸する前の紡糸原液にＣＭＣを添加することにより製造することができる。したがって、ＣＭＣは、紡糸原液の中で均一に分配され、結果として、セルロース繊維マトリックス自体を誘導体化せずに、紡糸原液から紡糸された繊維の中に均一に分配される。

好ましい実施形態では、本発明による改質セルロース系繊維は、繊維が乾燥繊維に対して１重量％〜４重量％のＣＯＯＨ基、好ましくは１．５重量％〜３重量％のＣＯＯＨ基を含むような量で繊維に取り込まれたカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を、含むことを特徴とする。

本発明による改質セルロース系繊維は、アニオン部分を含み、乾燥繊維に対して０．５重量％から５．０重量％までの量でカチオン部分を含むポリマー改質剤をその上に塗布することを特徴とし、ここでカチオン部分を含むポリマー改質剤は、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド（ポリＤＡＤＭＡＣ）、ポリ（アクリルアミド−ｃｏ−ジアリルジメチルアンモニウムクロライド）（ＰＡＭ−ＤＡＤＭＡＣ）およびその混合物からなる群から選択される。

好ましくは、本発明による改質セルロース系繊維は、カチオン部分を含むポリマー改質剤の量が、それぞれ乾燥繊維に対して、０．６重量％から４．０重量％まで、特に０．７重量％から３．０重量％まで、特に０．７５重量％から２．０重量％まで、例えば１．０重量％から１．７５重量％までであることを特徴とする。

好ましい実施形態では、本発明による改質セルロース系繊維は、それが別の改質セルロース系繊維と可逆的な結合をすることができ、かつ／または、水性液中に分散可能であることを特徴とする。

好ましくは、本発明による改質セルロース系繊維は不織布製品または紙の製造に使用される。

本発明による繊維を含んでいる紙の特性に関して、繊維の比較的高いアニオン電荷（ＣＯＯＨ基の量による）とカチオン性高分子電解質重合体の比較的低い含有量との組合せにより非常に有利な結果を得ることができることが分かった。

したがって、さらなる態様では、本発明は、本発明による改質セルロース系繊維を含む紙または不織布製品を提供する。

本発明による紙または不織布材料は、例えば食品包装用の包装材等の包装材、濾過材、特に、例えば紅茶やコーヒー等の浸出飲料用の濾紙、または、油の濾過用の濾過材、オーバーレイ紙等の複合積層体、衛生およびパーソナルケア製品、ホームケア製品、例えばふきん、タオル、ナプキンおよび台ふきん、特殊な紙、例えば壁装材（壁紙）、マットレスおよび室内装飾パッド等のエアレイド不織布ウェブである。好ましくは、本発明による紙または不織布ウェブは、紅茶およびコーヒー用の濾過材である。

本発明による紙または不織布材料は、特に、湿式の、またはエアレイドの紙または不織布材料、好ましくは湿式の紙または不織布材料であってもよい。言い換えれば、紙または不織布材料は、例えば、抄紙機、例えば傾斜ワイヤ抄紙機を使用する従来の抄紙プロセス等によって湿式プロセスで形成されてもよく、あるいは乾式エアレイド不織布製造方法等によってエアレイドプロセスで形成されてもよい。従来の抄紙プロセスは、例えば米国特許第２００４／０１２９６３２（Ａ１）号に記載されており、その開示は、参照により本明細書に取り込まれる。適切な乾式エアレイド不織布製造方法は、米国特許第３，９０５，８６４号に、例えば記載されており、その開示は、参照により本明細書に取り込まれる。

紙または不織布ウェブの坪量は特に限定されるものではない。紙または不織布ウェブの坪量は、典型的には、５〜２０００ｇ／ｍ^２、好ましくは、５〜６００ｇ／ｍ^２、より好ましくは、８．５〜１２０ｇ／ｍ^２である。

好ましくは、本発明による不織布製品または紙は、それが本発明による改質セルロース系繊維を、少なくとも５重量％、特に２５重量％から１００重量％まで、特に４０重量％から９０重量％まで、特に５０重量％から８０重量％までの量で含むことを特徴とする。

好ましい実施形態では、本発明による不織布製品または紙は、セルロース、ビスコース、リヨセル、綿、麻、マニラ紙、ジュート、サイザル、レーヨン、マニラ麻、針葉樹パルプ、広葉落葉樹パルプと、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエステル、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）およびポリ（乳酸）（ＰＬＡ）、２成分繊維、好ましくは鞘−芯型の２成分繊維を含む合成繊維もしくはヒートシール性繊維からなる群から選択される１つまたは複数の物質を、さらに含むことを特徴とする。

２成分繊維は、異なる物理的および／または化学的特性、特に異なる融解特性を有する２種類のポリマーからなる。鞘−芯型の２成分繊維には、高融点成分の芯および低融点成分の鞘が典型的にはある。本発明で使用するのに適している２成分繊維の例としては、ＰＥＴ／ＰＥＴ繊維、ＰＥ／ＰＰ繊維、ＰＥＴ／ＰＥおよびＰＬＡ／ＰＬＡ繊維を挙げることができる。

特殊天然繊維（例えば、マニラ麻、麻、ケナフ）の代わりに、再生セルロース系繊維を１００％または木材パルプとのブレンドとして使用することができる。天然セルロース系繊維の特性が相当に変わる可能性があり、さらに、これらの繊維の供給がそれぞれの収穫量に依存して変わる場合があるのは、天然セルロース系繊維の特質である。セルロース系化学繊維は一定の品質であり、それらの供給は原料として一般に利用可能な木材パルプを使用することにより安定している。

好ましくは、本発明による不織布製品または紙は、バインダーを含まないか、または実質上含まないことを特徴とする。「実質上存在しないバインダー」を含む実施形態に関して、バインダーは、あるとすれば、不織布製品または紙の全重量に対して、最大３重量％まで、最大２重量％まで、または最大１重量％までの相対的に少ない量でなお存在し得る。抄紙の技術分野では、用語「バインダー」は、紙の強度を改良するために抄紙プロセスの間に添加される化学物質を意味する。

本発明による改質セルロース系繊維の製造方法は、セルロース系繊維に上で定義したようなアニオン部分を０．２５ｍｏｌ／ｋｇ超の量で付与するステップと、上で定義したようなカチオン部分を含むポリマー改質剤によってアニオン部分を含むセルロース系繊維を処理するステップとを含む。

本発明の繊維が湿式の不織布または紙の製造に使用される場合、本発明による繊維のデシテックスは、好ましくは、０．５ｄｔｅｘから１２ｄｔｅｘまでであり、最も好ましくは、０．５ｄｔｅｘから３．５ｄｔｅｘまでである。繊維の長さは、２ｍｍから１５ｍｍまで、好ましくは、３ｍｍから１２ｍｍまでの範囲となり得る。繊維の断面は多様性に富んだ形状、例えば、丸、のこぎり歯状、扁平、または三葉状等の多葉状をとり得る。

本発明の繊維が、乾式不織布、例えばスパンレース用途向けの製造に使用される場合、本発明による繊維のデシテックスは、好ましくは、０．５ｄｔｅｘから１２ｄｔｅｘまで、最も好ましくは、０．５ｄｔｅｘから３．５ｄｔｅｘまでである。繊維の長さは、２０ｍｍから８０ｍｍまで、好ましくは、３０ｍｍから６０ｍｍまでの範囲となり得る。繊維の断面はバラエティーに富んだ形状、例えば、丸、のこぎり歯状、扁平、または三葉状等の多葉状をとり得る。

本発明の繊維により、濾紙の製法において紙の強度を著しく低下させることなく１０重量％超の繊維を添加することが可能になることが分かった。

本発明による繊維の使用により、目標の用途向けの十分な強度を維持したまま高空隙率を有する紙を製造することが可能になる。

以下の実施例の全体を通して、パラメーター「空隙率」（通気率）は、メーカーの指示によってＡＫＵＳＴＲＯＮ通気率装置（Ｔｈｗｉｎｇ−Ａｌｂｅｒｔ、Ｗｅｓｔ Ｂｅｒｌｉｎ、ＵＳＡ）により測定した。

引張強度を、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ１９２４−２に準拠して測定した。

引裂強度を、坪量に関するＤＩＮ ＥＮ２１９７４に基づいて測定した。

用いた材料：
− 参照繊維：
ビスコース繊維Ｄａｎｕｆｉｌ（登録商標）０．９ｄｔｅｘ／６ｍｍ（繊維１．１）
− アニオン性ビスコース繊維：
ＣＭＣを取り込み、２．４重量％のＣＯＯＨ（ＷＯ２０１１／０１２４２３Ａ１を参照）を有するビスコース繊維を、０．９ｄｔｅｘ／６ｍｍ（繊維１．２）で製造した。
− ＰＡＭ−ＤＡＤＭＡＣ：
ポリ（アクリルアミド−ｃｏ−ジアリルジメチルアンモニウムクロライド）（ＰＡＭ−ＤＡＤＭＡＣ）、９８％
ＣＡＳ：２６５９０−０５−６
分子量：１０^５ｇ／ｍｏｌ
５５重量％のアクリルアミド
（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｅ ＧｍｂＨ、Ｔａｕｆｋｉｒｃｈｅｎ）

手順：
繊維の製造：
２００ｇの繊維１．２を、Ｈ_２Ｏ中１重量％のＰＡＭ−ＤＡＤＭＡＣ溶液２リットルに添加し、５分間撹拌した。

繊維を濾別し、全重量が８００ｇに到達するまで、残液を絞り出した。次いで、繊維を脱イオン水により洗浄し、再び絞り出した。この手順によって調製した繊維（繊維１．３）は、分析した結果、繊維上６重量％のＰＡＭ−ＤＡＤＭＡＣのレベルに相当する０．８９重量％の窒素含有量を有していた。

試験紙の製造：
紙を、Ｒａｐｉｄ Ｋｏｔｈｅｎ Ｌａｂ ｓｈｅｅｔ ｆｏｒｍｅｒの中で製造した。試験シートを、圧負荷を全くかけずにオーブン内において１０５℃で乾燥した。

予め精製した参照パルプに、総量がそれぞれ２０重量％、５０重量％および８０ｗｔ％の繊維１．１〜繊維１．３を加えた。試験シートを、３０ｇ／ｍ^２の坪量で製造した。

試験シートを、引張強度、引裂強度および空隙率（通気率）について試験した。

試験結果：
参照繊維（繊維１．１）を用いて製造したシートと比較して、以下の改良を達成することができた（８０％のビスコース繊維および２０％の参照パルプの混合配分）。

＃アニオン性ビスコース繊維（繊維１．２）を用いたシート
引張強度：約＋６５％
引裂強度：約＋１００％
空隙率：約−９％

＃発明によるビスコース繊維（繊維１．３）を用いたシート
引張強度：約＋４００％
引裂強度：約＋６５０％
空隙率：約−１４％

１００％の参照パルプから作製したシートと比較して、すべてのビスコース繊維を用いて、空隙率は所望通りに（＋５０％〜＋３００％、ビスコース繊維の％によるが）高められる。

用いた材料：
− アニオン性ビスコース繊維：
アニオン性ビスコース繊維を、異なるパーセンテージのＣＭＣを取り込んで１．３ｄｔｅｘ／６ｍｍ（ＷＯ２０１１／０１２４２３Ａ１を参照）で製造した。ＣＭＣの組込みの程度を、繊維中のカルボキシル基のパーセンテージによって特徴付けた。
繊維２．１：１．３重量％ＣＯＯＨ
繊維２．２：１．７重量％ＣＯＯＨ
繊維２．３：２．３重量％ＣＯＯＨ
− ＰＡＭ−ＤＡＤＭＡＣ：
ポリ（アクリルアミド−ｃｏ−ジアリルジメチルアンモニウムクロライド）（ＰＡＭ−ＤＡＤＭＡＣ）、９８％
ＣＡＳ：２６５９０−０５−６
分子量：１０^５ｇ／ｍｏｌ
５５重量％アクリルアミド
（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｅ ＧｍｂＨ、Ｔａｕｆｋｉｒｃｈｅｎ）

手順：
繊維の製造：
繊維を、実施例１に類似の浴手順で高分子電解質を用いて処理した。異なるレベルの高分子電解質を、異なる浴濃度の使用により設定した。

繊維上の高分子電解質の含浸量レベルを、製造した試験紙シートの窒素分析によって決定した。

試験紙の製造：
試験紙をＲａｐｉｄ Ｋｏｔｈｅｎ Ｌａｂ ｓｈｅｅｔ ｆｏｒｍｅｒの中で製造した。試験紙シートを、圧負荷をかけずにオーブン内において１０５℃で乾燥した。

試験シートを、坪量３０ｇ／ｍ^２で１００％の改質ビスコース繊維、ならびに２０重量％の参照パルプを添加した８０重量％の改質ビスコース繊維から製造した。

試験シートを、引張強度、引裂強度および空隙率（通気率）について試験した。

試験結果：

８０重量％の未処理のアニオン性繊維（繊維１．２）を用いた参照シートの裂断長はわずかに５３９ｍであり、これはＰＡＭ−ＤＡＤＭＡＣの含浸量にもよるが、処理された繊維を用いて達成した強度の３０％〜４０％である。

製造したシートの空隙率は、所望の範囲内にあった。

繊維のより高いアニオン電荷（重量％ＣＯＯＨ）と、より低いレベルのカチオン性高分子電解質とが、引張強度に対して最良の結果をもたらすことを示している。

用いた材料：
− アニオン性ビスコース繊維：
実施例２からの繊維２．３
− カチオン性ビスコース繊維：
Ｄａｎｕｆｉｌ（登録商標）ＤｅｅｐＤｙｅ１．７ｄｔｅｘ／５ｍｍ（Ｋｅｌｈｅｉｍ Ｆｉｂｒｅｓ ＧｍｂＨ、Ｋｅｌｈｅｉｍ）
− ノニオン性（レギュラー）ビスコース繊維：
Ｄａｎｕｆｉｌ（登録商標）１．７ｄｔｅｘ／５ｍｍ（Ｋｅｌｈｅｉｍ Ｆｉｂｒｅｓ ＧｍｂＨ、Ｋｅｌｈｅｉｍ）
− ＰＡＭ−ＤＡＤＭＡＣ：
ポリ（アクリルアミド−ｃｏ−ジアリルジメチルアンモニウムクロライド）（ＰＡＭ−ＤＡＤＭＡＣ）、９８％
ＣＡＳ：２６５９０−０５−６
分子量：１０^５ｇ／ｍｏｌ
５５重量％アクリルアミド
（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｅ ＧｍｂＨ、Ｔａｕｆｋｉｒｃｈｅｎ）

手順：
繊維を、実施例１に類似の浴手順で高分子電解質を用いて処理した。異なるレベルの高分子電解質を、異なる浴濃度の使用により設定した。

試験紙の製造：
紙を、Ｒａｐｉｄ Ｋｏｔｈｅｎ Ｌａｂ ｓｈｅｅｔ ｆｏｒｍｅｒの中で製造した。３０ｇ／ｍ^２の試験紙シートを、圧負荷をかけずにオーブン内において１０５℃で乾燥した。

試験結果を図１に示し、カチオン性高分子電解質とアニオン性繊維の組合せだけが紙の強度の著しい向上をもたらすことを示す。

図１に関する図の説明文
Ｘ．．．．シート形成されず
Ａ．．．．引張強度（裂断長）［ｍ］
Ｂ．．．．空隙率［ｌ／ｍ^２＊ｓ］
Ｃ．．．．引裂強度［−］
１．．．．５０％アニオン性ビスコース＋１．３％ＰＡＭ ＤＡＤＭＡＣ
２．．．．５０％カチオン性ビスコース＋１．３％ＰＡＭ ＤＡＤＭＡＣ
３．．．．５０％ノニオン性ビスコース＋１．３％ＰＡＭ ＤＡＤＭＡＣ
４．．．．ＰＡＭ ＤＡＤＭＡＣを含まない５０％アニオン性ビスコース
５．．．．ＰＡＭ ＤＡＤＭＡＣを含まない５０％カチオン性ビスコース
６．．．．ＰＡＭ ＤＡＤＭＡＣを含まない５０％ノニオン性ビスコース
７．．．．８０％アニオン性ビスコース＋１．３％ＰＡＭ ＤＡＤＭＡＣ
８．．．．８０％カチオン性ビスコース＋１．３％ＰＡＭ ＤＡＤＭＡＣ
９．．．．８０％ノニオン性ビスコース＋１．３％ＰＡＭ ＤＡＤＭＡＣ
１０．．．．ＰＡＭ ＤＡＤＭＡＣを含まない８０％アニオン性ビスコース
１１．．．．ＰＡＭ ＤＡＤＭＡＣを含まない８０％カチオン性ビスコース
１２．．．．ＰＡＭ ＤＡＤＭＡＣを含まない８０％ノニオン性ビスコース
１３．．．．１００％アニオン性ビスコース＋１．３％ＰＡＭ ＤＡＤＭＡＣ
１４．．．．１００％カチオン性ビスコース＋１．３％ＰＡＭ ＤＡＤＭＡＣ
１５．．．．１００％ノニオン性ビスコース＋１．３％ＰＡＭ ＤＡＤＭＡＣ
１６．．．．ＰＡＭ ＤＡＤＭＡＣを含まない１００％アニオン性ビスコース
１７．．．．ＰＡＭ ＤＡＤＭＡＣを含まない１００％カチオン性ビスコース
１８．．．．ＰＡＭ ＤＡＤＭＡＣを含まない１００％ノニオン性ビスコース

用いた材料：
− アニオン性ビスコース繊維：
アニオン性ビスコース繊維を、ＣＭＣを取り込んで１．３ｄｔｅｘ／４ｍｍ（ＷＯ２０１１／０１２４２３Ａ１を参照）で製造した。ＣＭＣの取込みの程度は、繊維中のカルボシキル基のパーセンテージによって特徴付けられ、分析の結果２重量％であった。
− ポリＤＡＤＭＡＣ：
ポリ（ジアリルジメチルアンモニウムクロライド）
ＣＡＳ．：２６０６２−７９−３
Ｍｗ＜１００，０００（低分子量）
（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｅ ＧｍｂＨ、Ｔａｕｆｋｉｒｃｈｅｎ）
− ポリＤＡＤＭＡＣ：
ポリ（ジアリルジメチルアンモニウムクロライド）
ＣＡＳ．：２６０６２−７９−３
Ｍｗ２００，０００〜３００，０００（中程度の分子量）
（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｅ ＧｍｂＨ、Ｔａｕｆｋｉｒｃｈｅｎ）
− ポリＤＡＤＭＡＣ：
ポリ（ジアリルジメチルアンモニウムクロライド）
ＣＡＳ．：２６０６２−７９−３
Ｍｗ４００，０００〜５００，０００（高分子量）
（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｅ ＧｍｂＨ、Ｔａｕｆｋｉｒｃｈｅｎ）
− ＰＡＭ−ＤＡＤＭＡＣ１：
ポリ（アクリルアミド−ｃｏ−ジアリルジメチルアンモニウムクロライド）（ＰＡＭ−ＤＡＤＭＡＣ）
ＣＡＳ：２６５９０−０５−６
Ｍａｃｋｅｒｎｉｕｍ００７（登録商標）
（Ｒｈｏｄｉａ ＵＫ Ｌｔｄ；Ｏｌｄｂｕｒｙ）
− ＰＡＭ−ＤＡＤＭＡＣ２：
ポリ（アクリルアミド−ｃｏ−ジアリルジメチルアンモニウムクロライド）（ＰＡＭ−ＤＡＤＭＡＣ）
ＣＡＳ：２６５９０−０５−６
Ｍａｃｋｅｒｎｉｕｍ００７Ｎ（登録商標）
（Ｒｈｏｄｉａ ＵＫ Ｌｔｄ、Ｏｌｄｂｕｒｙ）
− ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）：
ＣＡＳ：２５９８７−０６−８
Ｌｕｐａｓｏｌ Ｇ３５（登録商標）
（ＢＡＳＦ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｌｕｄｗｉｇｓｈａｆｅｎ）

手順：
ビスコース繊維を、実施例１に類似の浴手順で異なるカチオン性高分子電解質を用いて処理した。異なるレベルの高分子電解質を、異なる浴濃度の使用により設定した。ポリエチレンイミンを、繊維上の１．５％の高分子電解質を目標に添加したが、このポリマーが、アニオン性繊維に対して非常に高い親和性を有しており結果として３．６２％の含浸量であることが分かった。

繊維上の高分子電解質の含浸量レベルを、窒素分析によって測定した。

試験紙の製造：
紙を、Ｒａｐｉｄ Ｋｏｔｈｅｎ Ｌａｂ ｓｈｅｅｔ ｆｏｒｍｅｒの中で製造した。試験紙シートを、圧負荷をかけずにオーブン内において１０５℃で乾燥した。

試験シートを、坪量３０ｇ／ｍ^２で、１００％の改質ビスコース繊維、ならびに２０重量％の参照繊維を添加した８０重量％の改質ビスコース繊維から製造した。試験シートを、引張強度、引裂強度および空隙率（通気率）について試験した。

試験結果：

この結果により、中程度の分子量のポリＤＡＤＭＡＣが本発明で使用するのに特に適したポリマーであることが示される。

一方では、繊維上に高レベルのポリエチレンイミンを有する繊維は、紙の強度の点で性能が劣っていた。この実施例では、アニオン部分対カチオン部分のモル比（ｍＥｑ／ｍＥｑで）は、わずかに０．５であるため、１より小さく、紙の強度の改良には不十分な結果をもたらした。

用いた材料：
− アニオン性ビスコース繊維：
アニオン性ビスコース繊維を、ＣＭＣを取り込んで１．３ｄｔｅｘ／４ｍｍ（ＷＯ２０１１／０１２４２３Ａ１を参照）で製造した。ＣＭＣの取込みの程度は、繊維中のカルボシキル基のパーセンテージによって特徴付けられ、分析の結果２．６重量％であった。
− ポリＤＡＤＭＡＣ：
ポリ（ジアリルジメチルアンモニウムクロライド）
ＣＡＳ−Ｎｒ．：２６０６２−７９−３
Ｍｗ＜１００，０００（低分子量）
（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｅ ＧｍｂＨ、Ｔａｕｆｋｉｒｃｈｅｎ）
− ポリＤＡＤＭＡＣ：
ポリ（ジアリルジメチルアンモニウムクロライド）
ＣＡＳ−Ｎｒ．：２６０６２−７９−３
Ｍｗ２００，０００〜３００，０００（中程度の分子量）
（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｅ ＧｍｂＨ、Ｔａｕｆｋｉｒｃｈｅｎ）

手順：
ビスコース繊維を、処理済みの繊維を全く洗浄しなかったこと以外は、実施例１に類似の浴手順で、異なるカチオン性高分子電解質を用いて処理した。

異なるレベルの高分子電解質を、異なる浴濃度の使用により設定した。

繊維上の高分子電解質の含浸量レベルを、窒素分析によって測定した。

試験紙の製造：
紙を、Ｒａｐｉｄ Ｋｏｔｈｅｎ Ｌａｂ ｓｈｅｅｔ ｆｏｒｍｅｒの中で製造した。試験シートを、圧負荷をかけずにオーブン内において１０５℃で乾燥した。

一連の洗浄を施した後、試験シートを、坪量３０ｇ／ｍ^２で、１００％の改質ビスコース繊維から製造した。

繊維上の高分子電解質の含浸量レベルを、選択された試験シートの窒素分析によって測定した。

１０回洗浄の後でさえも、紙シート上のポリＤＡＤＭＡＣレベルは提供された改質ビスコース繊維上のレベルと同一である。これは、選択された濃度では、高分子電解質が繊維上で定量的に保持され、抄紙プロセスまたは最終用途で洗い流されないことを示している。

試験シートを、引張強度（裂断長）および空隙率（通気率）について試験した。

試験結果：
ａ）洗浄後の高分子電解質の保持

繊維を数回洗浄した後でさえも、同一の紙の引張強度が達成されており、効率を損なうことなく、繊維上の高分子電解質の定量的な保持を確認している。

ｂ）裂断長に対する高分子電解質の含浸量レベルの影響

１００％のビスコース繊維に由来する紙では、高分子電解質の含浸量≧１％で作製されたものは、含浸量＜１％の繊維から作製されたものより著しく高い強度を示した。これは、実施例４からの結果とともに、約１％の高分子電解質の最適含浸量レベルがあることを示している。

ｃ）高分子電解質の分子量の影響
紙を、異なる洗浄サイクル後に形成した。

それぞれの場合において、中程度の分子量のポリＤＡＤＭＡＣが、製造された試験シートにより高い強度をもたらしており、ポリＤＡＤＭＡＣのための好ましい分子量が＞１００，０００であることを示している。

製造された紙の空隙率は、予想の範囲内であり、空隙率損失は観察されなかった。

Claims (18)

1. 改質セルロース系繊維が、乾燥繊維中０．２５ｍｏｌ／ｋｇ超の量でアニオン部分を含み、乾燥繊維に対して０．５重量％から５．０重量％までの量でポリマー改質剤がその上に塗布されており、ポリマー改質剤は、少なくともポリマー１グラムあたり１．５ｍｅｑの電荷を有するカチオン部分を含み、繊維に含有されるアニオン部分対カチオン部分のモル比が１：１から２５：１までの範囲であることを特徴とし、アニオン部分が、繊維に取り込まれ、かつカルボキシメチルセルロースに由来しており、カチオン部分を含むポリマー改質剤が、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド（ポリＤＡＤＭＡＣ）、ポリ（アクリルアミド−ｃｏ−ジアリルジメチルアンモニウムクロライド）（ＰＡＭ−ＤＡＤＭＡＣ）およびその混合物からなる群から選択されることを特徴とする、改質セルロース系繊維。
2. セルロース系化学繊維のステープルであることを特徴とする、請求項１に記載の改質セルロース系繊維。
3. セルロース系化学繊維のステープルが、ビスコース繊維またはリヨセル繊維であることを特徴とする、請求項２に記載の改質セルロース系繊維。
4. アニオン部分対カチオン部分のモル比が４：１から１２：１までの範囲であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の改質セルロース系繊維。
5. カチオン部分を含むポリマー改質剤が、１００，０００ｇ／ｍｏｌから５００，０００ｇ／ｍｏｌまでのモル重量を示すことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の改質セルロース系繊維。
6. カチオン部分を含むポリマー改質剤が、２００，０００ｇ／ｍｏｌから３００，０００ｇ／ｍｏｌまでのモル重量を示すことを特徴とする、請求項５に記載の改質セルロース系繊維。
7. 乾燥繊維に対して１重量％〜４重量％のＣＯＯＨ基を含むような量の、繊維に取り込まれたカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の改質セルロース系繊維。
8. 乾燥繊維に対して１．５重量％〜３重量％のＣＯＯＨ基を含むような量の、繊維に取り込まれたカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を含むことを特徴とする、請求項７に記載の改質セルロース系繊維。
9. カチオン部分を含むポリマー改質剤の量が、乾燥繊維に対して０．７５重量％から２．０重量％までであることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の改質セルロース系繊維。
10. 別の改質セルロース系繊維と可逆的な結合をすることができ、かつ／または、水性液中に分散可能であることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の改質セルロース系繊維。
11. 不織布製品または紙を製造するための請求項１から１０のいずれか一項に記載の改質セルロース系繊維の使用。
12. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の改質セルロース系繊維を含む不織布製品または紙。
13. 少なくとも５重量％の量で、請求項１から１０のいずれか一項に記載の改質セルロース系繊維を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の不織布製品または紙。
14. ２５重量％から１００重量％までの量で、請求項１から１０のいずれか一項に記載の改質セルロース系繊維を含むことを特徴とする、請求項１３に記載の不織布製品または紙。
15. ５０重量％から８０重量％までの量で、請求項１から１０のいずれか一項に記載の改質セルロース系繊維を含むことを特徴とする、請求項１４に記載の不織布製品または紙。
16. セルロース、ビスコース、リヨセル、綿、麻、マニラ紙、ジュート、サイザル、レーヨン、マニラ麻、針葉樹パルプ、広葉落葉樹パルプと、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）およびポリ（乳酸）（ＰＬＡ）、ＰＥＴ／ＰＥＴ繊維、ＰＥ／ＰＰ繊維、ＰＥＴ／ＰＥおよびＰＬＡ／ＰＬＡ繊維を含む２成分繊維、好ましくは鞘−芯型の２成分繊維を含む、合成繊維もしくはヒートシール性繊維からなる群から選択される１つまたは複数の物質を、さらに含むことを特徴とする、請求項１２から１５のいずれか一項に記載の不織布製品または紙。
17. バインダーを全く含まないか、または実質上含まないことを特徴とする、請求項１２から１６のいずれか一項に記載の不織布製品または紙。
18. セルロース系繊維にアニオン部分を０．２５ｍｏｌ／ｋｇ超の量で付与するステップと、アニオン部分を含むセルロース系繊維を、ポリマー１グラムあたり少なくとも１．５ｍｅｑの電荷を有するカチオン部分を含むポリマー改質剤で処理するステップとを含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の改質セルロース系繊維の製造方法。

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