JPH07102079A - セルロース成形品の製造方法 - Google Patents

セルロース成形品の製造方法

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JPH07102079A
JPH07102079A JP26779493A JP26779493A JPH07102079A JP H07102079 A JPH07102079 A JP H07102079A JP 26779493 A JP26779493 A JP 26779493A JP 26779493 A JP26779493 A JP 26779493A JP H07102079 A JPH07102079 A JP H07102079A
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JP
Japan
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cellulose
oxide
solvent
solution
water
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JP26779493A
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English (en)
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Teruyuki Yamada
輝之 山田
Norifumi Hirota
憲史 廣田
Takemoto Kamata
健資 鎌田
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Mitsubishi Rayon Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Rayon Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 強度、弾性率に優れたセルロース成形品を得
る。 【構成】 セルロース、第三級アミンN−オキシド及び
水からなるセルロース溶液を該溶液が液晶性を示す領域
で成形する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、繊維、フイルム等のセ
ルロース成形品の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】第三級アミンN−オキシドと水との混合
溶媒がセルロースを溶解することは、従来より公知であ
り、特にN−メチルモルフォリンN−オキシドと水との
混合溶媒は、セルロースの溶解性が高いため、セルロー
スの繊維やフイルムの製造に適した溶媒として知られて
いる。そして特公昭60−28848号公報には、この
溶媒を用いたセルロース溶液から繊維を製造する方法が
開示されているが、セルロース濃度と紡糸温度からみ
て、この紡糸溶液は、等方性液体であり、得られる繊維
の強度、弾性率は、充分満足すべきものではない。
【0003】また、特開平1−193338号公報に
は、ジメチルスルホキシド、テトラアルキルアンモニウ
ム塩とN−メチルモルフォリンN−オキシド若しくはト
リエチルアミンN−オキシドの混合溶媒を用いた液晶性
セルロース溶液が開示されている。しかし、この溶液
は、溶媒が複雑であり、この溶液から繊維等を製造した
場合は、溶媒の分離回収が困難である等の問題がある。
一方、エッチ.チャンジー(H.Chanzy)等は、
水/N−メチルモルフォリンN−オキシドのモル比が
0.3〜0.8の混合溶媒を用いたセルロース溶液が一
定の条件下で液晶相を示すことをJ.Polym.Si
c:Polym.Phys.Ed.,18,1137
(1980)に開示している。しかしながら、この液晶
性溶液を繊維に紡糸する等の成形することについは、な
んら教示していない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、第三級アミ
ンN−オキシドと水との混合溶媒を用い、成形品強度や
溶媒回収における問題点を解決し、満足すべきセルロー
ス成形品を得る方法について、鋭意検討の結果なされた
ものである。本発明の目的は、商業的に生産可能な方法
により、強度、弾性率に優れたセルロース成形品を得る
ことにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、セルロース、
第三級アミンN−オキシド及び水からなるセルロース溶
液を該溶液が液晶性を示す領域で成形することを特徴と
するセルロース成形品の製造方法にある。
【0006】本発明におけるセルロースとしては、ビス
コースレーヨン、セルロースアセテート、キュプラ、セ
ロハン等に用いられる溶解パルプが好ましく用いられる
が、ヘミセルロースやリグニン等が含まれる製紙用パル
プであってもよい。特に好ましく用いられるセルロース
は、α−セルロース分が90%以上のパルプである。こ
れらパルプの形状は、フロック状、粉末状、繊維状、シ
ート状等のいかなる形状であってもよい。用いるセルロ
ースの重合度DP(グルコース環1個を1単位とする)
は、大きすぎると溶液の粘度上昇を起こし均一な溶解が
困難になり、小さすぎると後述する液晶相の形成性が低
下するので、均一な溶液を得る上では、DPの値が10
0〜2000程度、液晶性をも考慮すると、350〜2
000程度のセルロースを用いるのが好ましい。
【0007】本発明においてセルロースをセルロース溶
液とするのに用いる溶媒は、第三級アミンN−オキシド
と水との混合溶媒である。第三級アミンN−オキシドと
しては、N−メチルモルフォリンN−オキシド、ジメチ
ルメタノールアミンN−オキシド等が挙げられる。用い
る溶媒には、第三級アミンN−オキシド、水以外の第三
成分が、セルロースの溶解性を損なわない範囲で、含ま
れていてもよく、かかる第三成分としては、メタノー
ル、エタノール等の水素結合能を有する溶媒が挙げら
れ、溶媒全体の10重量%以下の範囲で用いられる。
【0008】本発明における溶媒は、実質的には第三級
アミンN−オキシドと水とからなるが、溶媒中の水/第
三級アミンN−オキシドのモル比は、セルロースの溶解
性及び溶液の液晶性に大きく影響を与えることから、
0.3〜1.5、好ましくは0.5〜1.5とする。モ
ル比が2以上になると、セルロースを溶解しなくなり、
モル比が小さくなりすぎると、溶媒の融点が上昇して液
晶性を発現しうる安定な溶液の調製が困難となる。ま
た、溶媒中からの水の比率を低下させるためのコストが
増大する。
【0009】本発明におけるセルロース溶液は、以下の
方法により好ましく調製される。第三級アミンN−オキ
シドと水または更に第三成分を混合し、必要に応じ高温
でのセルロースの分解を防止する安定剤を添加し、11
0〜120℃程度の温度で加熱、攪拌して均一な溶媒を
得る。次に、この加熱せる溶媒にセルロースを添加し攪
拌し、ほぼ均一に溶解した後、冷却して溶液を固化させ
る。ここで、用いるセルロースは、予め50〜100℃
で真空乾燥させておくことが好ましく、乾燥させない場
合は、セルロースの水分量を考慮して溶媒中の水の量を
決定する。次いで、この固化物を粉砕し、押し出し機中
で加熱、混練してセルロースが均一に溶解したセルロー
ス溶液を得る。セルロース溶液中のセルロース濃度は、
特に限定されないが、安定な液晶状態の発現や溶液の均
一性確保の上から、およそ15〜30重量%とすること
が好ましい。
【0010】本発明においては、セルロース溶液を成形
する際、セルロース溶液が液晶性を示す領域で成形する
ことが必須である。溶液の液晶性とは、溶液が流動性を
示し、かつ光学的に異方性を有することを意味するが、
本発明におけるセルロース溶液は、50〜150℃の温
度範囲で、溶液が液晶相となり液晶性を示す。このセル
ロース溶液が液晶性を示す領域となる温度は、セルロー
スの重合度や溶液濃度、溶媒における水/第三級アミン
N−オキシドのモル比等により異なるが、セルロース溶
液における液晶性の有無は、ホットステージと偏光顕微
鏡を組み合わせ温度変化させた溶液を観察することによ
り容易に確認できる。従い、セルロース溶液を成形する
際、セルロース溶液をセルロース溶液が液晶相を呈する
温度範囲で成形することが必要である。
【0011】セルロース溶液の成形を、以下、成形品が
繊維である場合で説明すると、上記の方法で調製された
セルロース溶液を、溶液の状態でギヤポンプに送り、ギ
ヤポンプにより紡糸ノズルへ定量供給する、または調製
されたセルロース溶液を一旦冷却し固化させた後、適当
な形状に粉砕或いは成形して、溶融押し出し機によって
再溶解してギヤポンプに送り、ギヤポンプにより紡糸ノ
ズルへ定量供給する。供給されたセルロース溶液を、紡
糸ノズルより押し出し、延伸し、溶媒からセルロースを
分離して繊維を得る。紡糸法としては、湿式紡糸法、乾
湿式紡糸法のいずれの方法を用いてもよい。また、他の
紡糸法として、キャピログラフ等の熱可塑性高分子の溶
融押し出し機に紡糸ノズルを取り付けて、同様に紡糸す
ることもできる。
【0012】これらの紡糸法での紡糸に用いるノズル
は、特に限定はなく種々の形状、孔径のものが用いられ
るが、孔径Dが0.2mm以上で、孔長LがL/Dで1
0以上のノズルが、安定で、かつ高ドラフトで紡糸でき
ることから、好ましく用いられる。
【0013】本発明によれば、得られるセルロース成形
品は、セルロース分子の配向度が高く、成形品が繊維で
ある場合は、高強度、高弾性率であり、セルロースの優
れた性質を保持しながら、力学的性質を向上させた繊維
を、成形品がフイルムである場合は、高引張り強度のフ
イルムを得ることができる。
【0014】
【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。なお、実施例中、セルロースの重合度、溶媒、セル
ロース濃度及び液晶状態は、次の方法に拠って示す。セ
ルロースの重合度:ビー.デルベ,エー.ペグイ(B.
Dalbe,A.Peguy)等のCellulose
Chemistry and Technology
Vol.24,No.3,P327〜331(199
0)に記載の方法に従って測定し決定した。より詳しく
は、セルロースの溶媒としてN−メチルモルフォリンN
−オキシド1水和物/ジメチルスルフォキシド/没食子
酸プロピルをそれぞれ重量比で100/150/1の混
合物を用いた。このセルロース溶液をウベローデ型希釈
粘度計を用いて固有粘度を測定し、以下に示す粘度式を
基にセルロースの重合度DPを求めた。
【0015】〔η〕=1.99×10-2(DP)V 0.79 但し、〔η〕は固有粘度、(DP)V(通常、単にD
P)はセルロースの重合度である。 溶媒:N−メチルモルフォリンN−オキシド1水和物、
または必要に応じてこれに水またはN−メチルモルフォ
リンN−オキシド無水物を適宜添加したものを用いた。 セルロース濃度:セルロースと溶媒の合計量に対する重
量%で示した。 溶液の液晶状態:セルロース溶液をホットステージにの
せ偏光顕微鏡で複屈折を観察し測定した。
【0016】(実施例1)セルロースとしてKCフロッ
クW−300(日本製紙社製パルプ、DP=400)を
用い、水/N−メチルモルフォリンN−オキシドのモル
比が0.578である溶媒80重量部に安定剤として没
食子酸プロピルを0.5重量部添加し、120に加熱し
た。次いでこの加熱溶媒中に予め乾燥したセルロース2
0重量部を加えて攪拌して溶解し均一溶液を調製した。
この溶液の温度を変化させて液晶状態の有無を観察した
ところ、液晶相から等方相への相転移温度は95℃であ
り、95℃より低温では液晶相を示した。このセルロー
ス溶液の固化物を粉砕してキャピログラフ(東洋精機製
作所製)に投入し加熱溶解した後、孔径Dが0.5m
m、孔長L/Dが10のノズルを用い、紡糸温度を90
℃、ノズルからの吐出線速度を3.648m/minと
してノズルから吐出させ、42cmのエアーギャップを
通過させた後25℃の純水の凝固浴中に導入した。な
お、紡糸ドラフト比(巻取り速度/吐出線速度)は、表
1に示すように変更した。凝固浴で溶媒と分離させて得
られた繊維を、更に洗浄、乾燥してセルロース繊維を得
た。得られた繊維(No.1〜3)の物性を評価し表1
に示した。得られた繊維は、後述の比較例1の等方相を
示す紡糸温度で紡糸して得られた繊維と比較して、複屈
折が大きく繊維内でのセルロース分子の配向が高く、高
強度で、かつ高弾性率を有するセルロース繊維であっ
た。
【0017】(比較例1)実施例1における紡糸温度を
120℃(溶液は等方相を示す)に代えた以外は、実施
例1と同じ条件でセルロース溶液を紡糸してセルロース
繊維を得た。得られた繊維(No.4〜6)の物性を評
価し表1に示した。
【0018】
【表1】
【0019】(実施例2)実施例1におけるセルロース
をNDPT(日本製紙社製パルプ、DP=1000)、
水/N−メチルモルフォリンN−オキシドのモル比を
1.15に代えた以外は、実施例1と同じ条件でセルロ
ース溶液を調製した。この溶液の温度を変化させて液晶
状態の有無を観察したところ、液晶相から等方相への相
転移温度は102℃であり、102℃より低温では液晶
相を示した。その後、紡糸温度を95℃に代えた以外
は、実施例1と同じ条件でセルロース溶液を紡糸してセ
ルロース繊維を得た。得られた繊維(No.7〜8)の
物性を評価し表2に示した。得られた繊維は、後述の比
較例2の等方相を示す紡糸温度で紡糸して得られた繊維
と比較して、複屈折が大きく繊維内でのセルロース分子
の配向が高く、高強度で、かつ高弾性率を有するセルロ
ース繊維であった。
【0020】(比較例2)実施例2における紡糸温度を
120℃(溶液は等方相を示す)に代えた以外は、実施
例1と同じ条件でセルロース溶液を紡糸してセルロース
繊維を得た。得られた繊維(No.9〜10)の物性を
評価し表2に示した。
【0021】
【表2】
【0022】(実施例3)セルロースとしてKCフロッ
クW−400(日本製紙社製パルプ、DP=350)2
5重量部を用い、水/N−メチルモルフォリンN−オキ
シドのモル比が0.136である溶媒75重量部との計
100重量部に対して、安定剤として没食子酸プロピル
を0.83重量部添加し、120℃に加熱して均一溶液
を調製した。この溶液の温度を変化させて液晶状態の有
無を観察したところ、液晶相から等方相への相転移温度
は100℃であり、100℃より低温では液晶相を示し
た。このセルロース溶液の固化物を粉砕してキャピログ
ラフ(東洋精機製作所社製)に投入し加熱溶解した後、
孔径Dが0.5mm、孔長L/Dが20のノズルを用
い、紡糸温度を95℃、ノズルからの吐出線速度を0.
76m/min及び1.53m/minとしてノズルか
ら吐出させ、60cmのエアーギャップを通過させた後
25℃の純水の凝固浴中に導入した。なお、紡糸ドラフ
ト比は、39とした。凝固浴で溶媒と分離させて得られ
た繊維を、更に洗浄、乾燥してセルロース繊維を得た。
得られた繊維(No.11〜12)の物性を評価し表3
に示した。得られた繊維は、高強度で、かつ高弾性率の
セルロース繊維であった。
【0023】
【表3】
【0024】
【発明の効果】本発明は、繊維、フイルム等の成形品、
特に好ましくは繊維、の製造に適用されるものであり、
セルロースの優れた性質を保持しながら、その配向度を
高め力学的性質を向上させたセルロース成形品を得るこ
とができる。また、本発明によれば、成形品の製造に用
いる溶媒及び成形品も環境汚染を招くものではなく、環
境問題なく、繊維、フイルム等のセルロース成形品を安
全に製造、使用することができ、本発明は、環境問題上
からも極めて有利な方法である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セルロース、第三級アミンN−オキシド
    及び水からなるセルロース溶液を該溶液が液晶性を示す
    領域で成形することを特徴とするセルロース成形品の製
    造方法。
  2. 【請求項2】 成形品が紡糸することによる繊維である
    請求項1記載のセルロース成形品の製造方法。
  3. 【請求項3】 セルロース溶液における溶媒中の水/第
    三級アミンN−オキシドのモル比が0.3〜1.5であ
    る請求項1または請求項2記載のセルロース成形品の製
    造方法。
JP26779493A 1993-10-01 1993-10-01 セルロース成形品の製造方法 Pending JPH07102079A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998022642A1 (fr) * 1996-11-21 1998-05-28 Toyo Boseki Kabushiki Kaisha Fibres de cellulose de regeneration et procede de production
JP2007522361A (ja) * 2004-02-17 2007-08-09 フラウンホファー−ゲゼルシャフト ツア フェデルンク デア アンゲヴァンテン フォルシュンク エーファウ セルロースカルバメートおよび/または再生セルロースを含む繊維および他の成形品、ならびにそれらの製造方法
JP2010539302A (ja) * 2007-09-21 2010-12-16 レンツィング アクチェンゲゼルシャフト セルロース粉末およびその製造方法

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