TW201512478A - 交聯丙烯酸系纖維以及含有該纖維的纖維構造物 - Google Patents

Abstract

交聯丙烯酸系纖維為以具有高吸濕性能而知名，並被利用於衣料領域及產業資材領域。然而，由於該纖維具有：越是高吸濕性則蓬鬆度或形態安定性越低之特性，因此會有難以同時兼具高吸濕性能與分梳(carding)加工性或蓬鬆性的問題。本發明之目的在於提供：以先前技術所無法提供的吸濕性纖維以及含有該纖維的纖維構造物，其為在衣料寢具領域中可同時具有減低吸濕發熱性與悶熱感的吸濕性能、以及可提高保濕性的蓬鬆度，並且在分梳步驟中可以得到良好的纖維網。本發明提供一種交聯丙烯酸系纖維，特徵在於：其具有交聯構造、及2 mmol/g~ 10 mmol/g的羧基，且捲縮率為7%以上。

Description

交聯丙烯酸系纖維以及含有該纖維的纖維構造物

本發明有關於一種包括蓬鬆性及纏絡性在內之捲縮性能皆優異的特性、與高吸濕性能之交聯丙烯酸系纖維。

交聯丙烯酸系纖維，已知係具有調整pH緩衝性、抗靜電性、保水性等的機能，以及具有高吸濕率、高吸濕速度、高吸濕率差、或來自彼等的調溫調濕機能（例如，專利文獻1、專利文獻2），因而可利用於衣料領域或產業資材領域。

然而，交聯丙烯酸系纖維，由於具有高吸濕率，因而具有蓬鬆度及形態安定性低的特徵。因此，會有難以分梳加工，又且亦會有無法在填充綿等要求蓬鬆性的用途等開展之狀況。 《先前技術文獻》 〈專利文獻〉

〈專利文獻1〉特許公開平7-216730號公報 〈專利文獻2〉特許公開平5-132858號公報

《發明所欲解決之課題》

本發明的目的係在於提供：無法以先前技術提供的兼具高吸放濕性與加工性或蓬鬆度的纖維。另外，本發明的其他目的係在於提供：在衣料寢具領域中有用且兼具可減低吸濕發熱性及悶熱感的吸濕性能、以及具有使保濕性提高的蓬鬆度的纖維構造物。 《解決問題之方法》

本發明的上述目的係藉由下述手段而達成的。 (1) 一種交聯丙烯酸系纖維，特徵在於：其具有交聯構造、及2 mmol/g~ 10 mmol/g的羧基，且捲縮率為7%以上。 (2) 如(1)所記載之交聯丙烯酸系纖維，其中羧基量為5 mmol/g~ 10 mmol/g。 (3) 如(1)或(2)所記載之交聯丙烯酸系纖維，其中捲縮率為10%以上。 (4) 如(1)至(3)中任一項所記載之交聯丙烯酸系纖維，其係具有多價金屬離子之羧基的相反離子(counter ion)。 (5) 如(1)至(4)中任一項所記載之交聯丙烯酸系纖維，其中羧基係存在於全部之纖維中。 (6) 如(1)至(5)中任一項所記載之交聯丙烯酸系纖維，其係藉由以1分子中氮數為2以上的含氮化合物，對於具有由2種之丙烯腈系聚合物所形成的並排構造之丙烯腈系纖維，實施交聯處理以及水解處理而得之物。 (7) 一種纖維構造物，其係含有如(1)至(6)中任一項所記載之交聯丙烯酸系纖維。 (8) 一種填充綿，其係含有如(1)至(6)中任一項所記載之交聯丙烯酸系纖維。 《發明的效果》

本發明的交聯丙烯酸系纖維係兼具高吸濕性能與蓬鬆度，且可減低由身體產生的體液所引起的悶熱感，並可基於保濕性來實現舒適溫溼度的環境。另外，亦具有纏絡性，並能夠容易以分梳步驟而製成纖維網(web)。本發明的交聯丙烯酸系纖維係能夠適用於衣料或寢具的填充綿等。

以下，詳細說明本發明。本發明的交聯丙烯酸系纖維之特徵係在於：具有交聯構造、及2 mmol/g ~10 mmol/g的羧基，且捲縮率為7%以上的纖維。羧基是使得交聯丙烯酸系纖維顯現吸濕排濕性、吸濕發熱性等的特性的主要因素，因而在纖維中宜為含有2 mmol/g ~10 mmol/g、較佳為5 mmol/g ~10 mmol/g、更理想為5 mmol/g ~8 mmol/g的範圍的羧基。當羧基量下降到2 mmol/g時，則就無法在與其他纖維混用而成的纖維構造物等之中得到充分的吸濕性能。當羧基量超過10 mmol/g，則在吸濕或吸水時就會變得脆弱，因而不能維持纖維形狀或吸濕性能。

關於捲縮率，在JIS L1015中已有規定，捲縮率越高則纖維與纖維越容易纏絡，因而在製成纖維網、不織布、機紡紗等的纖維聚集體時會變得蓬鬆。在本發明的纖維中捲縮率宜為7%以上，較佳為10%以上。當捲縮率下降至7%時，在分梳步驟中的纖維彼此的連接度就會變差，另外，當製成纖維聚集體時的蓬鬆度亦會降低，在與其他的纖維混用而成的填充綿等之中，亦將無法獲得具有充分厚度的形狀。

以本發明的交聯丙烯酸系纖維的蓬鬆性來說，在使用於棉被或衣類的填充綿用途的情況下，以後述的比體積計，理想上較佳為35 cm³ /g以上，更佳為40 cm³ /g以上。

以本發明的交聯丙烯酸系纖維的吸濕性能來說，在與其他的纖維混用而成的纖維構造物之中，自可得到實用的混合程度之有意義的吸濕性能的觀點來看，以後述的吸濕率計，理想上較佳為20%以上，更佳為25%以上，更理想為35%以上。此種吸濕率的上限，雖然並未特別限定，但因為羧基導入量是有界限的，因此大概的上限為70%。

本發明的交聯丙烯酸系纖維的原料纖維之丙烯腈系纖維是可以參照公知的方法由丙烯腈系聚合物所製造而得的。該聚合物的組成較佳為丙烯腈為40重量%以上，更佳為50重量%以上，更理想為80重量%以上。如後所述，可藉由使用以形成丙烯腈系纖維的丙烯腈系共聚物的腈基、與肼系化合物等的含氮化合物起反應，而將交聯構造導入纖維中。交聯構造對纖維物性造成很大的影響。在丙烯腈的共聚合組成為過於少量的情況，雖然交聯構造就必然會變少，以致就會有纖維物性變得不充分的可能性，然而藉由將丙烯腈的共聚合組成設定於上述範圍，就會變得容易得到良好的結果。

丙烯腈系聚合物中丙烯腈以外的共聚合成分，只要是能夠與丙烯腈共聚合的單體即可，並未特別限定；具體而言，舉例來說，例如，其可以是甲基烯丙基磺酸、p-苯乙烯磺酸等的含磺酸基單體及其鹽；(甲基)丙烯酸、衣康酸等的含羧酸基單體及其鹽；苯乙烯、乙酸乙烯酯、(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯醯胺等的單體等。

用以得到高捲縮率的交聯丙烯酸系纖維之方法，有一種有效的手段是以由2種以上的丙烯腈系聚合物複合而成之物來做為原料纖維的丙烯腈系纖維。例如，可以藉由以丙烯腈聚合比例上有差異的2種丙烯腈系聚合物所複合而成的丙烯腈系纖維來做為原料纖維，可以使得在各種丙烯腈系聚合物的領域中交聯構造的導入量形成差異化，而在水解處理時的收縮程度發生差異，進而可以發現捲縮現象。丙烯腈系聚合物的複合構造，可以是並排(side by side)接合而成者，也可以是無規則混合而成者，然而較佳者為由2種丙烯腈系聚合物並排接合而成的複合構造。在此情況下，就用以得到充分的捲縮率而論，2種丙烯腈系聚合物的丙烯腈聚合比例的差異，較佳者為1%~10%，更理想者為1%~5%；2種丙烯腈系聚合物的複合比例，較佳者為20/80~80/20，更理想者為30/70~70/30。

另外，就本發明所採用的丙烯腈系纖維的形態而論，可以採用短纖維、絲、紗、編織物、不織布等中之任何的形態，又也可以採用製造步驟的中間產品、廢纖維等。

就用以將交聯構造導入丙烯腈系纖維的交聯劑而論，雖然亦可以使用向來所公知的任何交聯劑，然而從交聯反應效率及處理容易度的觀點來看，較佳者為使用含氮化合物。此種含氮化合物必須是在1分子中具有2個以上的氮原子。其原因係在於：當1分子中的氮原子數為2個以下時，就不會發生交聯反應。此類之含氮化合物的具體例子，只要是能夠形成交聯構造者即可，並無特別的限制，然而較佳者是具有2個以上的1級胺基的胺基化合物、肼系化合物。具有2個以上的1級胺基的胺基化合物之例子，例如，其可以是乙二胺、己二胺等的二胺系化合物；二伸乙三胺、3, 3’ -亞胺基雙(丙胺)、N-甲基－3, 3’-亞胺基雙(丙胺)等的三胺系化合物；三伸乙四胺、N,N’-雙(3-胺基丙基)-1,3-伸丙二胺、N,N’-雙(3-胺基丙基)-1,4-伸丁二胺等之四胺系化合物；聚乙烯胺、聚烯丙胺等之具有2個以上的1級胺基的聚胺系化合物等。另外，肼系化合物的例子，例如，其可以是氫化肼、硫酸肼、鹽酸肼、氫溴酸肼、碳酸肼等。此外，在1分子中的氮原子數的上限，雖然並無特別限定，但較佳者為12個以下，更理想者為6個以下，特佳者為4個以下。當1分子中的氮原子數超過上述的上限時，則就會有交聯劑分子變大而難以將交聯構造導入至纖維內的情形。

就導入交聯構造的條件而論，並未特別加以限定，可以斟酌所採用的交聯劑與丙烯腈系纖維間之反應性、交聯構造的量、吸濕率、吸濕率差、纖維物性等來適當地選定。例如，在使用肼系化合物做為交聯劑的情況，舉例來說，其可以是：在由添加上述的肼系化合物而製備成肼濃度為3重量%~40重量%的水溶液中，浸漬上述之丙烯腈系纖維，並於50℃~120℃處理5小時以內之方法等。

對於已導入有交聯構造的纖維，可以藉由鹼金族性金屬化合物來實施水解處理。經由該處理，存在於纖維中的腈基就會水解而形成羧基。具體的處理條件，雖然是可以斟酌上述羧基量等來適當設定處理藥劑的濃度、反應溫度、反應時間等的各種條件，然而對於工業上、纖維物性而言，理想的手段是：在較佳為0.5重量%~10重量%、更佳為1重量%~5重量%的處理藥劑水溶液中，於溫度50℃~120℃處理1小時~10小時的手段。

此處，在羧基中係具有：其相反離子為氫離子以外的陽離子之鹼基型羧基、及其相反離子為氫離子的H型羧基。其比例雖然可以任意調整，但為了得到高吸濕率，理想上是有40%以上的羧基為鹼基型羧基。

構成鹼基型羧基的陽離子的種類，舉例來說，例如，其可以是鋰、鈉、鉀等的鹼金族金屬，鎂、鈣等的鹼土族金屬，錳、銅、鋅、銀等之其他的金屬，銨、胺等陽離子，可以根據所需要的特性來選擇1種或多種。特別是在採用多價金屬離子的鎂、鈣、鋅等的情形下，由於捲縮率有變高的傾向，所以是特別合適的。例如，對於由2種丙烯腈系聚合物並排接合而成的丙烯腈系纖維，實施上述的交聯導入、水解而形成羧基，當選擇鎂、鈣、鋅等的多價金屬離子為相反離子時，則就會容易得到捲縮率10%以上的交聯丙烯酸系纖維。

將鹼基型羧基與H型羧基的比例調整成上述的範圍的方法，舉例來說，例如，可以利用硝酸鹽、硫酸鹽、鹽酸鹽等的金屬鹽進行離子交換處理、利用硝酸、硫酸、鹽酸、甲酸等進行酸處理、或利用鹼性金屬化合物等實施pH調整處理等來實施的方法。

另外，在本發明的交聯丙烯酸系纖維中，理想上是使羧基存在於全部的纖維中。在使多量的羧基集中存在於一部分的纖維的情況，則將由於吸溼或吸水而造成其中一部分會變脆並帶有黏著性。可以藉由使羧基存在於全部的纖維中，來抑制纖維的脆化或黏著性，並且能夠導入更多的羧基，因此就能夠製成實用性高、吸溼性能亦高的纖維。

如上述製造所得到的本發明的交聯丙烯酸系纖維，其係具有以下之特徵：具有高吸濕率、且具有足以獲得實用的蓬鬆度及分梳加工性之充分的捲縮。因此，在含有以本發明的交聯丙烯酸系纖維為纖維構造物的構成纖維的情況，就可推斷因該捲縮所得到之高蓬鬆度而使得保溫性提高了，並且亦使得因身體產生的體液所引起的悶熱感減低了，因而可以實現舒適的溫度環境。

本發明的交聯丙烯酸系纖維，由於可單獨或與其他材料組合而形成纖維構造物，因此就成為更有用之物。就此種纖維構造物的外觀形態而論，其係有綿、紗、針織物、織物、不織布、絨布、紙狀物等。就該構造物中的本發明的交聯丙烯酸系纖維的含有形態而論，其係有：藉由與其他材料混合而且實質均勻地分布而成之物、或在具有多層構造的情況使本發明的交聯丙烯酸系纖維集中存在於任何層(單一層或複數層)者、或使本發明的交聯丙烯酸系纖維以特定比例分布在各層者。

本發明的纖維構造物中可併用的其他材料，並未特別加以限制，可採用常用的天然纖維、有機纖維、半合成纖維、合成纖維，而且亦可以視用途而採用無機纖維、玻璃纖維等。作為具體的例子可列舉綿、麻、絹、羊毛、尼龍、嫘縈、聚酯、丙烯酸纖維等。另外，所併用的其他材料亦可為羽毛、樹脂、粒子等的材料。

本發明的纖維構造物與上述所例示的外觀形態、含有形態以及其他材料的組合，其係存在著無數種的組合。究竟形成何種的構造物，其係可以考慮交聯丙烯酸系纖維對於最終製品的使用態樣（例如季節性、運動性或內衣、中層衣、外衣、斗篷、簾或地毯、寢具或墊子、鞋內墊的利用方法等）、所要求的機能、呈現該機能的賦與方法等而適當地決定。例如，若是在纖維構造物為填充綿的情況，舉例來說，例如，可與聚酯、羊毛、羽毛等組合。在棉被用填充綿的情況，舉例來說，例如，有的事例是將本發明的交聯丙烯酸系纖維與羽毛，以重量比5:95~75:25的比例加以混用。

本發明的填充綿的製造方法並未特別加以限定，適合採用來公知的一般填充綿的製造方法。例如，適合採用以下的方法：利用纖維分離機，預先將原料綿予以分離纖維、混合後，再利用分梳機加工成纖維網狀。另外，為了賦予形態安定性的目的，亦可以追加針軋（needle punch）或水軋（water punch）等的纏繞纖維之步驟、使用熱熔融黏合性樹脂的纖維間黏合步驟。 《實施例》

以下，藉由實施例而具體地說明本發明。實施例中的「份」及「百分率」，除非有特別說明以外，皆為以重量基準來表示。實施例中的特性之評價方法為如以下所述。

(1) 羧基量 將約1 g的纖維試料，浸漬於1 mol/L的鹽酸水溶液50 ml中歷30分鐘。接著，以浴比1:500，將纖維試料浸漬於水中。於15分鐘後，確認水浴的pH值為4以上後，使其乾燥(在水浴的pH值為4以下的情形下，則再次水洗)。接著，精秤約0.2 g的經充分乾燥過的纖維試料(W1(g))，加入100 ml的水，再添加0.1 mol/L的氫氧化鈉水溶液15 ml、0.4 g的氯化鈉、及酚酞並攪拌。在15分鐘之後，藉由過濾，將試料纖維與濾液予以分離，接著水洗試料纖維直到酚酞不呈色為止。對於此時的水洗水與濾液的混合溶液，使用0.1 mol/L鹽酸水溶液進行滴定直到酚酞不呈色為止，並求出鹽酸水溶液之消耗量。由所得到的測定值，根據下式計算出總羧基量。 羧基量[mmol/g]=(0.1×15－0.1×V1)/W1

(2) 20℃×65%RH吸溼率 使用熱風乾燥器，以105℃乾燥約2.5 g的纖維試料歷16小時並測定重量（W2[g]）。接著，將該纖維試料，置入已調節成溫度20℃、65%RH的恆溫恆濕器中，放置24小時。測定經如此進行而吸溼的纖維試料的重量(W3[g])。由該等測定結果，根據下式而計算出20℃×65%RH吸溼率。 20℃×65%RH吸溼率[%]=(W3－W2)/W2×100

(3) 捲縮率 依據JIS L1015測定並算出。

(4) 比體積（蓬鬆性） 依據JIS L1097測定並算出。

(5)分梳通過性 對於50 g之纖維長度70 mm的試料纖維，在調節成溫度30±5℃、50±10%RH的恆溫恆濕器內，使用大和機工股份有限公司製樣品輥分梳機（型號SC-300L），將它製成分梳纖維網。對於所得到的纖維網形狀，以下述基準來進行評價。 ○：纏絡性充分，可得到沒有變異不均的纖維網。 △：纏絡性稍稍不足，纖維網中有變異不均。  ×：纏絡性明顯不足，且纖維彼此不相互連接，無法獲得纖維網。

［實施例1］ 對於90重量%的丙烯腈、10重量%的丙烯酸甲酯的丙烯腈系聚合物Ap（30℃二甲基甲醯胺中的極限黏度[η]=1.5）、88重量%的丙烯腈、12重量%的乙酸乙酯的丙烯腈系聚合物Bp（[η]=1.5），分別以48重量%的硫氰化鈉水溶液加以溶解，而調配成紡紗原液。以Ap/Bp的複合比例設為1/1的方式，將各紡紗原液分別導入日本特公昭第39-24301號之複合紡紗裝置中，依照常用方法進行紡紗、水洗、拉伸、捲縮、熱處理而得到單纖維纖度3.3 dtex的由聚合物Ap與聚合物Bp複合而成的並排型原料纖維。

在20%的水合肼水溶液中，對該原料纖維施行98℃ × 5小時的交聯導入處理並洗淨。將經交聯導入過的纖維浸漬在3重量%的硝酸水溶液中，進行90℃ × 2小時的酸處理。接著，在3重量%的氫氧化鈉水溶液中進行90℃ × 2小時的水解處理，並用3.5重量%硝酸水溶液來處理並水洗。將所得到的纖維浸漬在水中，添加氫氧化鈉並調整成pH 11後，相當於纖維中所含的羧基量的2倍，並藉由浸漬於溶解有硝酸鎂的水溶液50℃×1小時，來實施離子交換處理、水洗、乾燥，藉此得到具有Mg鹼基型羧基的實施例1的交聯丙烯酸系纖維。將所得到的纖維的評價結果表示於表1。另外，在進行該纖維的紅外線吸收測定時，可以確認未見到來自腈基的2250cm^-1 附近的吸收，全部纖維中之腈基發生水解而導入羧基。

［實施例2、實施例3］ 在實施例1中，除了將丙烯腈系聚合物Ap/丙烯腈系聚合物Bp的複合比例改變成如表1所示的範圍以外，其他皆仍同樣地進行，而得到單纖維纖度3.3 dtex的並排型原料纖維。使用該原料纖維，以與實施例1相同的方法進行交聯導入處理之後的處理，而得到具有Mg鹼基型羧基的實施例2及實施例3的交聯丙烯酸系纖維，將該等纖維的評價結果表示於表1。另外，在該等纖維的紅外線吸收測定之中，與實施例1的交聯丙烯酸系纖維同樣地未見到來自腈基的2250cm^-1 附近的吸收。

［實施例4］ 在實施例1中，除了使用硝酸鉀來代替硝酸鎂以外，其他皆仍同樣地進行，而得到具有Ca鹼基型羧基的實施例4的纖維。將該纖維的評價結果表示於表1。

［比較例1］ 在實施例1中，除了僅使用以48重量%的硫氰化鈉水溶液溶解丙烯腈系聚合物Ap所得到的紡紗原液以外，其他皆仍同樣地進行，而得到僅以單纖維纖度3.3 dtex的聚合物Ap所構成的原料纖維。使用該纖維，以與實施例1相同的方法進行交聯導入處理之後的處理，而得到比較例1的纖維。將該纖維的評價結果表示於表1。

［實施例5］ 在實施例1中，除了不利用硝酸鎂實施離子交換處理以外，其他皆仍同樣地進行，而得到具有Na鹼基型羧基的實施例4的纖維。將該纖維的評價結果表示於表2。

［比較例2］ 在比較例1中，除了不利用硝酸鎂實施離子交換處理以外，其他皆仍同樣地進行，而得到具有Na鹼基型羧基的比較例2的纖維。將該纖維的評價結果表示於表2。

如表1所示，實施例1～實施例4兼具高吸濕率與蓬鬆性，因此可用來作為保持保溫性且具有調濕機能的填充綿。相對於此，比較例1雖具有相同的吸溼率但蓬鬆性變低。另外如表2所示，實施例5可得到良好的分梳加工性，而比較例2中捲縮率低，分梳加工性不佳。

無

Claims (8)

1. 一種交聯丙烯酸系纖維，特徵在於：其具有交聯構造、及2 mmol/g~ 10 mmol/g的羧基，且捲縮率為7%以上。
2. 如請求項1所記載之交聯丙烯酸系纖維，其中羧基量為5 mmol/g~ 10 mmol/g。
3. 如請求項1或2所記載之交聯丙烯酸系纖維，其中捲縮率為10%以上。
4. 如請求項1至3中任一項所記載之交聯丙烯酸系纖維，其係具有多價金屬離子之羧基的相反離子。
5. 如請求項1至4中任一項所記載之交聯丙烯酸系纖維，其中羧基係存在於全部之纖維中。
6. 如請求項1至5中任一項所記載之交聯丙烯酸系纖維，其係藉由以1分子中氮數為2以上的含氮化合物，對於具有由2種之丙烯腈系聚合物所形成的並排構造之丙烯腈系纖維，實施交聯處理以及水解處理而得之物。
7. 一種纖維構造物，其係含有如請求項1至6中任一項所記載之交聯丙烯酸系纖維。
8. 一種填充綿，其係含有如請求項1至6中任一項所記載之交聯丙烯酸系纖維。