JPH02289628A - 極細イオン交換繊維およびその製法 - Google Patents

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、極細イオン交換繊維およびその製法に関する
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《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、比表面積を大きくするという方
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
するべく、活性比表面積を広げ、かつ繊維としての特長
を生かすためＬ／Ｄを大きくしようとすると、繊維径の
極細化が絶対に必要になってきた。

また、極細化することによって比表面積が大幅に増大し
、同様の工程でより多くのイオン交換基を導入すること
ができ、単位重量当りの交換容量を大きくすることも可
能になる。

しかし、現在までに提案されている極細イオン交換繊維
は極細の１成分繊維を基体に化学修飾してイオン交換基
を導入しているものであった。この方法は簡単で効率的
であるが、その反面繊維化することが難しい材料を反応
基体に選択出来ないという致命的な欠点を持っている。

ここで、イオン交換樹脂その他の知見からイオン交換体
の反応基体はポリ（モノビニル）芳香族化合物、特にス
チレンが好ましいことは周知であったが繊維化が困難で
あることから補強用ポリマを用いた２成分系の複合紡糸
を杵なっており、この構造より、ボリスチレン系のイオ
ン交換繊維の極細化は不可能とされていた。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、より高度なイオン交換・吸着分離に対
するニーズに答えることのできる極細のイオン交換繊維
およびその製法を提供することにある。

［課題を解決するための手段コ すなわち本発明は、次の構成を有する。

（１）直径が５μｍ以下の極細繊維であって、該極細繊
維はイオン交換基が導入されたポリマＡと補強用ポリマ
Ｂからなる複合繊維形態を形成していることを特徴とす
る極細イオン交換繊維。

（２）イオン交換基が導入されたポリマが、ポリ（モノ
ビニル）芳香族化合物である（１）に記載の極細イオン
交換繊維。

（３）補強用ポリマが、ポリα−オレフィンである（１
）に記載の極細イオン交換繊維。

（４）複合繊維形態が、イオン交換基導入用ポリマＡが
海、補強用ポリマＢが島の多芯海島型である（１）に記
載の極細イオン交換繊維。

（５）複合繊維形態が、イオン交換基導入用ポリマＡが
鞘、補強用ポリマＢが芯の芯鞘型である（１）に記載の
極細イオン交換繊維。

（６）ポリマＡ，Ｂの複合体である島成分を海成分のポ
リマＣが取り囲んでなる３成分系海島型複合体を製糸し
、次いで該ポリマＣを除去して形成したポリマＡ，　　
Ｂからなる極細複合繊維にイオン交換基を導入すること
を特徴とする極細イオン交換繊維の製法。

（７）海成分Ｃが水系溶媒に溶解可能なポリマである（
６）に記載の極細イオン交換繊維の製法。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明の極細イオン交換繊維は、イオン交換基が導入さ
れたポリマＡと補強用ポリマＢからなる複合繊維形態を
形成し、その直径が５μｍ以下の極細繊維である。特に
直径が小さい極細繊維になるほど、活性比表面積が大き
くなるのでイオン交換速度は非常に大きい。したがって
、単位重量当りの交換容量が大きくなり、すぐれたイオ
ン交換機能を有するようになるのである。このため、極
゛細イオン交換繊維の直径は好ましくは３μｍ以下、よ
り好ましくは１μｍ以下である。

本発明の極細イオン交換繊維は、ポリマＡ，　　Ｂの複
合体である島成分を、海成分ポリマＣが取り囲んでなる
３成分系複合体を海島型複合繊維として紡糸する。この
紡糸は例えば（特公昭６２−２５７６４号公報）に示さ
れるような特殊な多層の口金を用いて行なわれる。この
紡糸方法を採用すると、強度的に問題があって繊維化が
困難なポリマをＡ成分とし、その補強用ポリマをＢ成分
とすることによってスムーズな紡糸が可能になり、Ａ成
分を取り囲むＣ成分をもっことによって極限までの延伸
が可能になった。その後、海成分Ｃを除去（例えば溶解
）してポリマＡ，　　Ｂからなる極細複合繊維を得、こ
のＡ成分に種々のイオン交換基を導入する。

本発明の極細イオン交換繊維となる島成分（Ａ＋Ｂ）の
海成分Ｃ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２０〜８０
％程度が好ましい。その個数は特に限定は無く通常１０
個以上であるが、経済性・能率の面から多い方が好まし
く、またできるだけ島成分（Ａ＋Ｂ）を細線化するため
少なくとも５０個以上が好ましい。

またその複合繊維（Ａ＋Ｂ）であるが、耐剥離性・紡糸
安定性・イオン交換基導入の効率等を考慮するとイオン
交換基導入用ポリマＡを海，補強用ポリマＢを島として
多芯海島型複合繊維形態をとることが好ましい。その海
島比（ＢのＡに対する割合）は紡糸安定性・繊維強度・
耐剥離性等からも同様の理由で２０〜８０％程度，個数
は１〜５０が好ましいが、紡糸安定性の点から１〜１０
がより好ましい。

しかし、製糸の際の経済性、紡糸安定性、容易性等を考
慮し、Ａを鞘、Ｂを芯とする芯鞘構造の極細繊維として
も何ら問題ない。その際、Ａ＋Ｂからなる繊維の断面に
おいて、Ｂはできるだけ中心にあることが好ましいが、
多少の片寄りがあっても大きな問題はない。

また、紡糸直後の３成分系海島型複合繊維の直径は４〜
４０μｍ程度である。

補強用のポリマーＢ成分としては、ポリエステル、ボリ
アミド、ポリーα−オレフィン等のホモ重合体、又はこ
れらの共重合体、ブレンド体が用いられる。そのなかで
も耐薬品性に優れたポリーα−オレフィンが好ましく用
いられる。ポリー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−メチルブテンー１、ポリ
−４−メチルペンテン−１などが好ましく用いられる。

イオン交換基導入基体となるＡ成分としては、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、架橋ボリスチレンは、その
反応性・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。

３成分系海島型複合繊維の海成分Ｃは、紡糸安定性に優
れ、かつ容易に溶解処理．ができる材料ならばどんなも
のでも良いが、溶解処理の際の溶媒がＡ成分を溶かすこ
とのないように選択する。

そこで水系溶媒に溶解可能な材料が好ましく、例として
水溶性ポリエステル等が挙げられるが、これに限定され
るものではない。

３成分系海島型複合繊維の延伸倍率は通常２〜１０倍程
度にするのが好ましい。倍率があまり大きいと糸径の均
一性が悪くなり、小さいと糸径が太くなり極細糸が得ら
れないからである。延伸後、３成分系海島型複合繊維の
径は１〜２０μｍ程度になる。Ｃ成分は、その成分によ
って適当な方法、例えば水溶性ポリエステルであれば熱
水処理で溶解除去でき、島成分（Ａ＋Ｂ）がそのまま複
合構造をもつ極細繊維としてとりだせる。

その際の糸径は３成分系海島型複合繊維内の島成分（Ａ
　＋　Ｂ）の個数によって異なるが、５μｍ以下は十分
可能である。

この繊維は極細形態をとっているため単糸強度は通常糸
より大きくなる傾向をとり、また反応性が向上するため
イオン交換基を導入する際の反応時間が短縮されるとい
う利点を持つ。

この極細複合繊維の海成分（Ａ成分）にイオン交換基を
導入するが、そ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、及びイソプロビルアミン，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
。

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
ボリスチレンにスルホン酸基を導入し、同時に架橋する
方法等があるがこれらに限るものではない。

イオン交換基を導入すると、繊維径はやや大きくなる傾
向をとるが、それも約１．２倍程度が最大であり、極細
繊維としての特徴を何等妨げるものではない。

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・
ひも状物・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。またイオン交換基
導入のための反応はそれらの形態を付与する前後どちら
で行なっても良い。

本゛発明に係る極細イオン交換繊維は、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，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，
ハロゲン化カスやアンモニア・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
、具体的には原子カ発電所の復水・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・サブレッションプール
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。

［実施例コ 実施例１ ３成分系複合繊維の外海成分ポリマＣに水溶性ポリエス
テル、その内部にある極細繊維の島（八十Ｂ）中の内海
成分となるポリマＡにポリスチレン、補強用ポリマＢに
ポリエチレンを用いて外海（Ｃ）／島（内海Ａ＋Ｂ）＝
５０／５０として２９０℃で溶融複合紡糸を行なった。

外海成分Ｃに対して島（Ａ十Ｂ）数は２００個、島（Ａ
十Ｂ）中の海成分Ａに対して島成分Ｂの個数は５個とし
た。（　（Ａ／Ｂ）＝５０／５０）その際３成分系複合
海島型繊維の直径は４０μｍであった。この繊維を４倍
に熱延伸して直径を２０μｍ（！：Ｌ、９０℃の熱水で
２時間処理して外海成分Ｃ、すなわち水溶性ポリエステ
ルを溶解除去した後、蒸留水で洗浄しポリマＡ十Ｂから
なる極細海鳥構造繊維を２００本得た。その直径を走査
型電子顕微鏡で測定したところ０．５μｍであった。

その極細糸を引き揃えてカットファイバーとし、カット
ファイバー１重量部を市販の硫酸７．５９容量部とバラ
ホルムアルデヒド０．１５重量部からなる架橋スルホン
化液に加え、８０℃で２時間反応処理してから水洗する
ことによってスルホン酸基を有する極細カチオン交換繊
維を得た。

ここで再度繊維の直径を測定したところ０．６μｍであ
った。

次に０．ＩＮの水酸化ナトリウム５０ｍｌにこのカット
ファイバー１．２ｇを入れ２時間振とうし、５ｍｌ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）／Ｗｏ この結果を表１に示す。

また、このカットフイバーを２ミリ当量秤量し、２．１
３ミリ当量のマラカイトグリーン（塩基性染料）を含む
マラカイトグリーンシュウ酸塩水溶液２　５　０　ｍｌ
と共にフラスコ中に入れ、アジテーターで２時間激しく
攪拌した。その後、溶液中のマラカイトグリーンの濃度
をＵＶで測定した６１７μｍの吸光度値で定量して吸着
量を求めた。（マラカイトグリーンの分子量は３３０） その結果は表２に示す。

実施例２ ３成分多芯海島型繊維中の島（Ａ＋Ｂ）の海成分である
Ａに対し、島成分Ｂの個数を１個とし、中央に芯として
入れた芯鞘構造をとる（　（Ａ／Ｂ）＝５０／５０）と
した以外は実施例１と全く同様の方法で芯鞘型極細イオ
ン交換繊維を得た。結果を表１に示す。

またこの繊維を用いて実施例１と同様のマラカイトグリ
ーン吸収実験を行った。その結果を表２に示す。

比較例 通常の２成分系海島型複合紡糸法で海成分をポリスチレ
ン・島成分をポリエチレンにして製糸し、カッティング
した。この時、繊維の直径が２０μｍであった。実施例
１と同方法で反応時間を４時間にしてイオン交換基を導
入し、カチオン交換繊維を得て、交換容量と含水度を測
定した。

結果は表１に示す。また、このイオン交換繊維を用いて
実施例１と同様のマラカイトグリーン吸着実験を行なっ
た。その結果を表２に示す。

これらの結果より、３成分系の製糸を行ないその海成分
を除去して得られた極細繊維にイオン交換基を導入する
ことによって極細イオン交換繊維が得られ、活性比表面
積が大きくイオン交換速度は非常に大きい優れたイオン
交換繊維であることが分かった。

表　　１ 表２ ＊　塩基性染料マラカイトグリーン吸着量［発明の効果
コ 本発明に係る極細イオン交換繊維は、活性比表面積が大
ききいのでイオン交換速度は非常に大きい。したがって
、単位重量当りの交換容量が大きくなり、すぐれたイオ
ン交換機能を有する。

また、従来の如く補強用ポリマを用いた２成分系の複合
紡糸法では反応基体がポリ（モノビニル）芳香族化合物
、特にスチレンではイオン交換繊維の極細化は不可能で
あったが、本発明では３成分海島系の製糸を行ない、そ
の外海成分を除去して得られた極細繊維にイオン交換基
を導入するので、支障なく極細イオン交換繊維を得るこ
とができる。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）直径が５μｍ以下の極細繊維であって、該極細繊
   維はイオン交換基が導入されたポリマＡと補強用ポリマ
   Ｂからなる複合繊維形態を形成していることを特徴とす
   る極細イオン交換繊維。
2. （２）イオン交換基が導入されたポリマが、ポリ（モノ
   ビニル）芳香族化合物である請求項（１）に記載の極細
   イオン交換繊維。
3. （３）補強用ポリマが、ポリα−オレフィンである請求
   項（１）に記載の極細イオン交換繊維。
4. （４）複合繊維形態が、イオン交換基導入用ポリマＡが
   海、補強用ポリマＢが島の多芯海島型である請求項（１
   ）に記載の極細イオン交換繊維。
5. （５）複合繊維形態が、イオン交換基導入用ポリマＡが
   鞘、補強用ポリマＢが芯の芯鞘型である請求項（１）に
   記載の極細イオン交換繊維。
6. （６）ポリマＡ、Ｂの複合体である島成分を海成分のポ
   リマＣが取り囲んでなる３成分系海島型複合体を製糸し
   、次いで該ポリマＣを除去して形成したポリマＡ、Ｂか
   らなる極細複合繊維にイオン交換基を導入することを特
   徴とする極細イオン交換繊維の製法。
7. （７）海成分Ｃが水系溶媒に溶解可能なポリマである請
   求項（６）に記載の極細イオン交換繊維の製法。