JPH02228332A

JPH02228332A - イオン交換繊維およびその製造方法

Info

Publication number: JPH02228332A
Application number: JP1050916A
Authority: JP
Inventors: Nami Kubo; 久保　奈美; Masaru Noyori; 野寄　賢; Toshio Yoshioka; 敏雄吉岡
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1989-03-01
Filing date: 1989-03-01
Publication date: 1990-09-11

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、れんこん形態をもつイオン交換繊維およびそ
の製造方法に関するものである。

［従来の技術］従来、イオン交換や吸着を必要とする工業分野ではイオ
ン交換樹脂が広範囲に利用されている。

しかし、イオン交換樹脂の交換基は、樹脂粒子の表面に
比較して網目構造の内部に極めて多く存在しているため
、総交換容量の大きさに比べ反応速度の点で問題が残る
。

また、粒子内部への拡散速度が非常に小さいので、一定
時間におけるその交換容量は小さくなる。

それらの欠点を樹脂で補おうとすると、出来るだけ粒径
を小さくして粉末化し、比表面積を太きくするという方
法をとらざるを得ないが、そうすると粉末の凝集あるい
は圧密化現象が起こり、フィルターの目詰まりや圧損の
上昇が発生する。また、フィルターの選択等も複雑にな
り、取り扱いが数段困難になるという欠点があった。

そこで、それらの欠点を補うためイオン交換繊維が考え
られた。イオン交換繊維は、樹脂に比較して活性表面積
が大きいため反応速度が大きく、高分子量の有機イオン
に対する吸着性が大きい。

また、繊維状のため形態の自由度が増し、そのかさ高さ
から圧損が低いため、非常に取り扱いが容易であること
など有利な特長が多々ある。

近年、イオン交換や吸着・分離に対するニーズがより精
密になってきており、より稀薄な中から正確にイオン交
換や吸着・分離することが要求されている。

それに対応する方法として、活性比表面積を大きくする
方法がある。その手段の一つとして、繊維の極細化があ
るが、この方法は紡糸が難しいことと、使用の仕方によ
っては繊維同志の接触が大きくなって被処理体の接する
面積が狭められ、活性比表面積の大きさが有効に発揮で
きない場合が懸念される。

［発明が解決しようとする課題］本発明者らは、かかる従来技術の問題点に鑑み、より高
度なイオン交換・吸着分離に対するニーズに応えること
のできる活性比表面積の大きいイオン交換繊維及びその
製造方法の提供を目的として鋭意検討を重ねた結果、イ
オン交換繊維の単位体積当りの活性比表面積を出来るだ
け大きくしようとするには、繊維内部に繊維軸方向に多
くの孔を開け、この孔部も直接被処理体が接する繊維表
面としてイオン交換能力を発揮させることが可能なれん
こん型が、理想的であることに着想して本発明を完成す
るに至った。

［課題を解決するための手段］すなわち本発明は、次の構成を有する。

（１）繊維軸方向に垂直に切断した繊維断面が、れんこ
ん形態を有することを特徴とするイオン交換繊維。

（２）繊維を構成するポリマが、ポリ（モノビニル）芳
香族化合物である（１）に記載のイオン交換繊維。

（３）繊維を構成するポリマが、ポリスチレンである（
１）または（２）に記載のイオン交換繊維。

（４）ポリマＡ、　　Ｂからなる多芯海島型複合繊維を
製糸した後、以下の工程［１］、■を組み合わせること
を特徴とするイオン交換繊維の製造方法。

［１］、多芯海島型複合繊維の海成分Ａに架橋基。

イオン交換基を導入する。

［２］、多芯海島型複合繊維の島成分Ｂを除去する。

（５）多芯海島型複合繊維の海成分Ａが、ポリ（モノビ
ニル）芳香族化合物である（４）に記載のイオン交換繊
維の製造方法。

（６）多芯海島型複合繊維の海成分Ａが、ポリスチレン
である（４）または（５）に記載のイオン交換繊維の製
造方法。

以下、本発明の詳細な説明する。

イオン交換繊維は、イオン交換あるいは分子の吸着に効
果的であるが、それにも増して活性比表面積の大きい本
発明のれんこん形態をもつイオン交換繊維は有効であり
、特に分子量の大きい分子の吸着には非常に大きい効果
を発揮する。

本来、イオン交換体は、その表面の交換基による表面吸
着と、その内部構造に被処理体（主にイオン）が拡散浸
透してきて処理される内部吸着とを同時に行なっている
が、被処理体分子が大きい場合、イオン交換体内部への
拡散速度が極端に小さくなるため、処理能力のほとんど
を表面吸着能力が占めることになり、活性比表面積の大
きさが決定的な効果の差となって表れるからである。

しかも、本発明のれんこん形態を有するイオン交換繊維
は、活性比表面積の多くを繊維内部に持つため、繊維同
志の接触が大きくなっても被処理体の接する面積にはそ
れ程の影響は受けないという利点がある。

本発明のイオン交換繊維は、繊維軸方向に垂直に切断し
た繊維断面が、れんこん形態を有することを特徴として
いるが、イオンの拡散抵抗をできるだけ抑え、かつ大き
い活性比表面積を有するためには、その孔はできるだけ
多く開いている方がより有効であり、その孔の全てまた
は大半が繊維軸方向に連続していることがより好ましい
。

本発明のイオン交換繊維は、ポリマＡ、　　Ｂの複合体
である海島型複合繊維として紡糸される。この紡糸方法
を採用すると強度的に問題があり繊維化が困難なポリマ
をＡ成分に、その補強用ポリマをＢ成分とすることによ
ってポリマＡのスムーズな製糸を可能にする。海島型複
合繊維の複合は、ポリマＡ、　　Ｂを口金内で複合して
紡糸する方法、またはポリマＡ、　　Ｂを共線して複合
紡糸するいわゆる混合紡糸のいずれでもよい。

製糸後、通常は■架橋基とイオン交換基をＡ成分に導入
し、■補強用ポリマＢを除去する。■架橋基とイオン交
換基の導入と■Ｂ成分除去の順番はどちらでも良いが、
Ａ成分に非常に脆い或は弱い材料を選択した場合は、Ｂ
成分を除去しても繊維形態を保持できるような処理を行
なってからＢ成分を除去することが好ましい。

イオン交換用材料として優れた性能を有していることか
既知のポリスチレンの場合、製糸が困難なため補強用の
ポリマーを入れて複合繊維化するが、通常補強用ポリマ
ーよりポリスチレンの方が溶解性が高いのでそのまま補
強用ポリマーを除去することはできない。そこで、たと
えば硫酸を触媒にしてパラフォルムアルデヒドで架橋基
を導入した後、補強用ポリマーを除去するか或は、イオ
ン交換基導入後に補強用ポリマーを除去することが好ま
しい。また、その際の繊維形態はどのようなものでも良
いが、Ｂ成分を簡単にしかも完全に除去しようとした場
合にはカットファイバーにした方が好ましい。

海成分ＡのＢ成分に対する割合は、通常１０〜９０％程
度であるが紡糸安定性・延伸安定性等を考慮に入れて２
０〜８０％程度が好ましい。Ｂ成分の個数は特に限定は
無く通常１０個以上が好ましい。比表面積を大きくする
目的からはできるだけ多いのが望ましく、５０個以上が
好ましい。

補強用のポリマーＢ成分としては、ポリ−α−オレフィ
ン、ポリエステル、ポリアミド等のホモ重合体、又はこ
れらの共重合体、ブレンド体あるいはシリコーンやポリ
アルキルオキシド等が用いられる。

架橋基もしくはイオン交換基の導入後に補強用ポリマー
を除去する場合は、ポリ−α−オレフィンが好ましく用
いられる。ポリ−α−オレフィンとしてはポリプロピレ
ン、ポリエチレン、ポリ３−メチルブテン−１、ポリ−
４−メチルペンテン−１などが好ましく用いられる。

一方、製糸後、補強用ポリマーを除去する場合は、簡単
で経済的という面で水溶性ポリエステル等が好ましく用
いられる。

これらの材料の除去は、任意の方法で行なわれるが、例
えばシリコーン等は流動性を利用して圧出や遠心分離で
島成分を除去できる。

しかし、やはりＡ成分は不溶であって、Ｂ成分のみ溶解
可能な溶液で処理するのが簡便かつ確実である。

イオン交換基導入基体となるＡ成分（海成分）としては
、ポリビニル化合物、ポリアクリル、ポリアミド、ポリ
エステル、ポリフェノール、ポリオレフィン、セルロー
ス等が挙げられるが、交換基導入後のイオン交換機能と
化学的安定性の面からポリ（モノビニル芳香族化合物）
が好ましく用いられる。ポリ（モノビニル芳香族化合物
）としてはスチレン、α−メチルスチレン、ビニルトル
エン、ビニルキシレン、クロルメチルスチレン等のホモ
重合体これら２種以上の共重合体もしくは他の不活性モ
ノマとの共重合体又はブレンド体が用いられる。なかで
も、ポリスチレンは、その反応性・化学的安定性におい
て、最もすぐれた材料として好ましく用いられる。

架橋基及びイオン交換基の導入方法は任意である。・イ
オン交換基とはアニオン交換基、カチオン交換基、キレ
ート形成能を有するキレート基等を意味する。

アニオン交換基としては、ハロアルキル化物をトリメチ
ルアミン等の第３級アミンで処理することによって得ら
れる強塩基性アニオン交換基、及びイソプロピルアミン
、ジエチルアミン、ピペラジン、モルホリン等の２級以
下のアミンで処理することによって得られる弱塩基性ア
ニオン交換基が好ましく用いられる。

カチオン交換基としては、スルホン酸基、ホスホン酸基
、カルボン酸基等が好ましく用いられる。

キレート基としては、キレート形成性官能基であればど
のようなものであっても良いが、イミノジ酢酸基、イミ
ノジプロピオン酸基を有する官能基が好ましく用いられ
る。

イオン交換基を導入する方法の例を挙げれば硫酸とパラ
フォルムアルデヒドで処理してポリスチレンに架橋と同
時にスルホン酸基を導入する方法等があるがこれらに限
るものではない。

使用する繊維の形態としては、カットファイバー・フィ
ラメント糸・フェルト・織物・不織布・編物・繊維束惨
ひも状物参紙など公知の任意の形態、集合体もしくはそ
れらの裁断物を挙げることができる。その中でもやはり
カットファイバーが好ましい。繊維長は通常５　ｍｍ以
下であるが、好ましくは３ｍｍ以下、特に１ｍｍ以下が
Ｂ成分除去の容易さの点で好ましい。

本発明の製法で得られるイオン交換繊維は、水の軟化、
水および海水の脱塩、有害金属の除去や有用重金属の分
離回収０種々の糖液の脱色・脱塩。

抗生物質および医薬品の精製分離、アミノ酸の精製分離
、ヨウ素の精製、ホルマリンの精製、水分の除去等の通
常のイオン交換樹脂が使用される分野に用いられる。

さらに顔料等の色素、タンパク質、酵素、菌体等のコロ
イド物質、および硫化水素、ハロゲン化ガスやアンモニ
アΦアミン等の塩基性ガスの吸着・除去にも利用するこ
とができる。とりわけ原子力用途への使用は効果を発揮
し、原子力関係の用水や廃水、具体的には原子力発電所
の復水・燃料プール水・炉心水・脱塩装置逆洗廃水・水
蒸気発生ブロー水・湿水分離器ドレン水およびキャビテ
ィ水・サプレッションプール水等の処理に適している。

また、超純水の製造、タバコの変異原除去、酸・塩基性
触媒等その用途は広範囲に用いられる。

以下に実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるも
のでは無い。

［実施例］海成分ポリマＡにポリスチレン、島成分補強用ポリマＢ
にポリエチレンを用いて海島比（Ａ／Ｂ＝５０１５０）
　、品数５０個にして、２９５℃で溶融複合紡糸を行な
い、長さ０．５ｍｍに切断してカットファイバーを得た
。

該カットファイバー１重量部を市販の１級硫酸５容量部
、イオン交換水０．５容量部とパラホルムアルデヒド０
．２重量部からなる架橋液に加え８５℃で３時間架橋反
応を行なった。

次にクロルメチルエーテル８．５容量部と塩化第２スズ
１．５容量部からなる溶液に該架橋糸を加え、３０℃で
１時間反応した。反応終了後、１０％塩酸、イオン交換
水、アセトンで洗浄した。

そのクロルメチル化糸を３０％トリメチルアミン水溶液
１０容量部に加え、３０℃で１時間アミノ化して水洗し
、さらに塩酸で処理してから水洗し、・トリメチルアン
モニウム基を有するアニオン交換繊維を得た（繊維径４
０μｍ、内部島成分径約４μｍ）。

このカットファイバー１０ｇを１級トルエン２ＱＱｍｌ
中で２時間リフラックスさせて島部分のポリエチレンを
溶解し、処理液を濾過して残ったカットファイバーをメ
タノールで置換した後、メタノールを水に置換し、れん
こん形態を有するアニオン交換繊維を得た。このアニオ
ン交換繊維体の比表面積は、外表面積と孔の表面積の和
で表わさ。

れる。比表面積は０．１２πｍｍ２７本であった。

ここで走査型電子顕微鏡を用いて繊維断面を観察し、島
部分（ポリエチレン）が溶解除去されて繊維軸方向に連
続した孔を有していることを確認した。

このれんこん形態を有するアニオン交換繊維をＩＮ水酸
化ナトリウム５００　ｍｌでＯＨ型に変換してから水洗
し、０．ＩＮの塩酸５０ｍ１にこのカットファイバー１
６２ｇを入れ２時間振とうし、５ｍ１正確にはかりとっ
て中和滴定によって交換容量を測定した。

含水度は、カットファイバーをイオン交換水に浸した後
、家庭用の遠心脱水機で５分間脱水して表面の水分を除
去し、ただちに重量（Ｗ）を測定し、さらに絶乾して重
量（Ｗｏ）を測定して次式より求めた。

含水度＝　（Ｗ−Ｗｏ）／Ｗ。

この結果を表１に示す。

また、このカットフィバ−を３ミリ当量秤量し、炭酸飽
充後の甘蔗糖溶液５０ｍ１（濃度５８度ブリックス吸光
度０．７６）と共に１００　ｍｌ共栓付き３角フラスコ
に入れ、６０℃の恒温槽に浸した。

これを５個作成し、時々振り混ぜながら１０分後。

３０分後、１時間後、２時間後、６時間後にとりだし溶
液を濾過して、濾液の吸光度を測定して次式より脱色率
を求めた。

脱色処理前の糖液の吸光度その結果は表２に示す。

［比較例コ実施例と全く同様に製糸し、カッティングし、イオン交
換基導入用の反応を行なってトリメチルアンモニウム基
を有するアニオン交換繊維（ポリエチレンを島構造に有
する）のカットファイバーを得た。繊維径４０μｍであ
った。表面積は０゜０２πｍｍ２／本であった。このカ
ットファイバーの交換容量と含水度を測定した。結果は
表１に示す。また、このカットファイバーを用いて実施
例と同様のせ蔗糖脱色率測定試験を行なった。

その結果を表２に示す。

これらの結果より、多芯海島型複合製糸を行ない、その
島成分を除去して得られたれんこん形態を有する繊維に
架橋基とイオン交換基を導入する（あるいは架橋基とイ
オン交換基導入後島成分を除去する）ことによって、活
性比表面積が大きいイオン交換繊維が得られること、ま
たそのイオン交換速度は非常に大きく、単位重量当りの
交換容量が大きい優れたイオン交換繊維であることが判
明した。

表１表２［発明の効果コ本発明に係るイオン交換繊維は、繊維軸方向に垂直に切
断した繊維断面がれんこん形態を有するので、通常のイ
オン交換繊維に比べ圧倒的に比表面積が大きい。このた
めイオン交換速度が大きく、また単位重量当りの交換容
量が大きい優れたイオン交換材料である。特に、イオン
交換体内部に拡散しにくい分子量の大きいものへの処理
能力は比表面積が大きく影響するため、その効果は顕著
である。

また、多芯海島型複合繊維を製糸し、島成分を除去し、
架橋基とイオン交換基を導入する（あるいは架橋基とイ
オン交換基を海成分に導入してから島成分を除去する）
という簡便な方法で支障なくイオン交換繊維を得ること
ができる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）繊維軸方向に垂直に切断した繊維断面が、れんこ
ん形態を有することを特徴とするイオン交換繊維。
（２）繊維を構成するポリマが、ポリ（モノビニル）芳
香族化合物である請求項（１）に記載のイオン交換繊維
。
（３）繊維を構成するポリマが、ポリスチレンである請
求項（１）または（２）に記載のイオン交換繊維。
（４）ポリマＡ、Ｂからなる多芯海島型複合繊維を製糸
した後、以下の工程［１］、［２］を組み合わせること
を特徴とするイオン交換繊維の製造方法。［１］、多芯海島型複合繊維の海成分Ａに架橋基、イオ
ン交換基を導入する。［２］、多芯海島型複合繊維の島成分Ｂを除去する。
（５）多芯海島型複合繊維の海成分Ａが、ポリ（モノビ
ニル）芳香族化合物である請求項（４）に記載のイオン
交換繊維の製造方法。
（６）多芯海島型複合繊維の海成分Ａが、ポリスチレン
である請求項（４）または（５）に記載のイオン交換繊
維の製造方法。