TWI826882B - 纖維素纖維之製造方法及纖維素纖維 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種纖維素纖維之製造方法,其抑制紡絲步驟中之斷絲或所得之纖維的物性不均之產生,能夠實現穩定之紡絲;並且提供一種纖維素纖維,其強度高,且原纖化得到抑制,肌膚觸感優異。本發明之方法係包括以下步驟之纖維素纖維之製造方法:溶液製備步驟,其將纖維素溶解於非質子性極性溶劑與四級鎓鹽之混合溶劑中;噴出步驟,其將所得之溶液從紡絲嘴以纖維狀噴出,此處,噴出時之該溶液之含水率為0.05質量%以上8質量%以下;及凝固步驟,其藉由包含水與上述混合溶劑之水系凝固浴,使所噴出之纖維凝固。
Description
本發明係關於纖維素纖維之製造方法。
近年來,就環境保護之觀點而言,關注開發出可藉由進一步減少環境負荷之方法來製造作為可再生資源之含有來自植物之纖維素的纖維的方法。作為藉由環境負荷較低之製法而製造之纖維素纖維,可例舉以N-甲基啉氧化物(NMMO)水溶液為溶劑之萊賽爾纖維,但所得之纖維存在硬度或原纖化等問題,需要代替其之溶劑。
以下之專利文獻1記載有一種溶劑,其含有四烷基銨乙酸鹽及非質子性極性溶劑作為用於溶解多糖之溶劑,該非質子性極性溶劑之含有比率為35重量%以上。
以下之專利文獻2記載有一種延伸纖維素膜之製造方法,其特徵在於具有:溶劑製備步驟,其將四丁基銨乙酸鹽與二甲基亞碸以5:95~50:50之重量混合比加以混合而獲得混合溶劑;溶解步驟,其於上述混合溶劑中添加原料纖維素,於溶解溫度20~50℃下將該原料纖維素溶解而獲得纖維素溶解液;延伸凝固步驟,其將上述纖維素溶解液以膜狀噴出至凝固
浴中,使其成為半凝固膜狀物,同時一面使上述半凝固膜狀物通過複數個延伸輥間,一面將其於製膜方向延伸,使其於該凝固浴中成為凝固膜狀物;水洗步驟,其對上述凝固膜狀物進行水洗;及乾燥步驟,其於上述水洗步驟後進行乾燥。
[專利文獻1]專利第5820688號公報
[專利文獻2]日本特開2015-93876號公報
藉由將纖維素溶解於溶劑中,使所得之溶液成型為所需之形狀,並使其與非溶劑接觸,可使其成型為各種形狀之成型體。然而,由於纖維之製造中溶液狀態不均質而導致容易產生斷絲或不均,因此難以穩定地紡絲。
專利文獻1與2所記載之技術雖然於藉由簡便之操作將纖維素溶解於四烷基銨乙酸鹽與非質子性極性溶劑之混合溶劑中而使其成型為膜狀時有用,但無法於纖維之製造中連續進行穩定之紡絲,無法抑制所得之纖維之細度或物性不均。
鑒於相關先前技術之問題,本發明所欲解決之問題係提供一種纖維素纖維之新穎製造方法,其可抑制紡絲步驟中之斷絲或所得之纖維之物性
不均之產生,能夠進行穩定之紡絲。
本申請案發明者等為解決相關問題進行了銳意研究,反覆實驗,結果意外地發現藉由以下構成可解決該問題,從而完成本發明。
即,本發明係如下所述者。
[1]一種纖維素纖維之製造方法,其包括以下步驟:溶液製備步驟,其將纖維素溶解於非質子性極性溶劑與四級鎓鹽之混合溶劑中;噴出步驟,其將所得之溶液從紡絲嘴以纖維狀噴出,此處,噴出時之該溶液之含水率為0.05質量%以上8質量%以下;及凝固步驟,其藉由包含水與上述混合溶劑之水系凝固浴,使所噴出之纖維凝固。
[2]如上述[1]中記載之方法,其中上述噴出步驟中之上述溶液之溫度為40℃以上90℃以下。
[3]如上述[1]或[2]中記載之方法,其中,於上述混合溶劑中,非質子性極性溶劑與四級鎓鹽之重量比為50:50~95:5。
[4]如上述[1]至[3]中任一項記載之方法,其中上述非質子性極性溶劑為二甲基亞碸。
[5]如上述[1]至[4]中任一項記載之方法,其中上述四級鎓鹽為四級銨鹽或四級鏻鹽。
[6]如上述[1]至[5]中任一項記載之方法,其中,於上述噴出步驟中,設置1mm以上75mm以下之氣隙。
[7]如上述[6]中記載之方法,其係於上述噴出步驟之氣隙中,於相對濕度90%以下之氣體氛圍下進行紡絲。
[8]一種纖維素纖維,其拉伸強度為1.3cN/dtex以上,且原纖化度為170%以下。
[9]如上述[8]中記載之纖維素纖維,其中上述纖維素纖維為長纖維。
藉由本發明之纖維素纖維之製造方法,可抑制紡絲步驟中之斷絲或所得之纖維產生細度/物性不均,能夠進行穩定之紡絲,且可於高強度下抑制原纖化,獲得肌膚觸感優異之纖維。
以下,對本發明之實施方式詳細地進行說明,但本發明並不限定於該等實施方式。
本發明之一實施方式係一種纖維素纖維之製造方法,其包括以下步驟:溶液製備步驟,其將纖維素溶解於非質子性極性溶劑與四級鎓鹽之混合溶劑中;噴出步驟,其將所得之溶液從紡絲嘴以纖維狀噴出,此處,噴出時之該溶液之含水率為0.05質量%以上8質量%以下;及凝固步驟,其藉由包含水與上述混合溶劑之水系凝固浴,使所噴出
之纖維凝固。
纖維素纖維之製造方法可為複絲或單絲之製造方法,亦可為長纖維或短纖維之製造方法。於一態樣中,纖維素纖維之製造方法為複絲長纖維之製造方法。
所謂本實施方式之長纖維係指纖維長度為3mm以上者,纖維長度較佳為5mm以上,更佳為10mm以上,進而較佳為連續長纖維。長纖維可能會產生由於起毛而導致於進行織造或編織等之加工時產生斷裂之問題、或由於長度方向之纖維直徑不均而產生染色不均之問題等。為了防止該等問題,對長纖維要求與紡絲後所切斷之短纖維相比更高之品質。因此,需要抑制起毛或不均之產生的穩定之紡絲技術。
以下,對纖維素纖維之製造方法之各構成要素之具體例進行說明。
本實施方式之纖維素纖維之製造方法包括溶液製備步驟。於溶液製備步驟中,藉由非質子性極性溶劑與四級鎓鹽之混合溶劑溶解纖維素而製備溶液。於非質子性極性溶劑與四級鎓鹽之混合溶劑中,四級鎓鹽之含有率就良好地溶解纖維素之觀點而言,較佳為5質量%以上,更佳為10質量%以上,進而較佳為15質量%以上,就不會使混合溶劑之黏度過高之觀點而言,較佳為50質量%以下,更佳為40質量%以下,進而較佳為30質量%以下。又,四級鎓鹽通常於常溫下為固體,為使混合溶劑為液體狀態,需要將其與作為液體之非質子性極性溶劑混合。若混合溶劑中之四級鎓鹽之
含有率為50質量%以下,則不會使作為液體而獲得之混合溶劑之體積過少或混合溶劑之黏度過高,混合溶劑容易含浸於纖維素原料中。
用於溶液製備步驟之混合溶劑包含非質子性極性溶劑與四級鎓鹽。由於非質子性極性溶劑不會妨礙四級鎓鹽與纖維素之相互作用,不會損害溶解性,故較佳。作為非質子性極性溶劑,可例舉亞碸系溶劑、醯胺系溶劑、及吡啶系溶劑。具體而言,可例舉二甲基亞碸(DMSO)、N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N-甲基-2-吡咯啶酮、N,N'-二甲基伸丙基脲、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮、四甲基脲、吡啶、及該等之衍生物。就纖維素之溶解性之觀點而言,較佳為二甲基亞碸。
關於四級鎓鹽,構成其之四級鎓陽離子部位之4個烷基之碳數分別獨立地較佳為3~6。各個烷基之碳數可相同亦可不同。又,可為直鏈結構,亦可為分支結構,亦可為環狀結構。烷基鏈中亦可具有醚鍵、硫醚鍵、羥基、巰基、及胺基等官能基。於烷基之碳數為2以下之情形時,由於鹽之離子性較強,因此於非質子性極性溶劑中之溶解性降低。又,存在使用了所製備之混合溶劑之纖維素之溶解性亦會降低或無法溶解的顧慮。於烷基之碳數為7以上之情形時,由於陽離子部位之分子量較大,而使所形成之鹽中之應與纖維素相互作用之陰離子部位之物質量比降低,因此存在使用了所製備之混合溶劑之纖維素之溶解性亦會降低或無法溶解之顧慮。就溶解性與獲取容易性之觀點而言,烷基之碳數特佳為4。作為構成四級鎓鹽之陰離子部位,可例舉:羧酸陰離子、胺基酸陰離子、硫酸陰離子、亞硫
酸陰離子、磷酸陰離子、亞磷酸陰離子及其衍生物。就纖維素之溶解性之觀點而言,較佳為羧酸陰離子,更佳為甲酸陰離子、乙酸陰離子、丙酸陰離子、及丁酸陰離子,特佳為乙酸陰離子。
四級鎓鹽就溶解纖維素之觀點而言,較佳為四級銨鹽或四級鏻鹽。再者,本說明書中之與四級鎓鹽相關之記載亦可應用於四級銨鹽及四級鏻鹽。作為四級銨鹽,較佳為四乙基銨乙酸鹽(TEAA)、四丁基銨乙酸鹽(TBAA)、及四辛基銨乙酸鹽(TOAA)。作為四級鏻鹽,較佳為四乙基鏻乙酸鹽(TEPA)、四丁基鏻乙酸鹽(TBPA)、及四辛基鏻乙酸鹽(TOPA)。
作為纖維素原料,可例舉:針葉木漿、闊葉木漿等所謂木漿、及非木漿。作為非木漿,可例舉:棉短絨紙漿等來自棉花之紙漿、來自麻之紙漿、來自甘蔗渣之紙漿、來自洋麻之紙漿、來自竹之紙漿、及來自稻草之紙漿。來自棉花之紙漿、來自麻之紙漿、來自甘蔗渣之紙漿、來自洋麻之紙漿、來自竹之紙漿、來自稻草之紙漿各自意指自棉絨或棉短絨、麻系之馬尼拉麻(例如多為厄瓜多爾出產或菲律賓出產者)、劍麻、甘蔗渣、洋麻、竹、稻草等原料,經過以藉由蒸煮處理之脫木質素、及去除半纖維素為目的之純化步驟及漂白步驟而獲得之純化木漿。除此之外,亦可使用來自海藻之纖維素、海鞘纖維素等純化物來作為纖維素原料。該等中,來自棉短絨之純化紙漿可有效地利用來自廢料之原料,因此特佳。
作為纖維素原料之濃度,就確保均質之溶解狀態之觀點而言,較佳為20質量%以下,更佳為15質量%以下,就使溶劑使用量減少之觀點而言,較佳為3質量%以上,更佳為4.5質量%以上。
除纖維素原料之外,以纖維物性之改質為目的,亦可添加除纖維素以外之多糖。作為除纖維素以外之多糖,可例舉:木聚糖、葡甘露聚醣、α-1,4-葡聚糖、α-1,3-葡聚糖、β-1,3-葡聚糖(卡德蘭多糖、裸藻澱粉)、聚三葡萄糖、甲殼素、及聚葡萄胺糖等。
上述溶液製備步驟中之原料投入之順序可為以下(1)或(2)之任一種:(1)製備非質子性極性溶劑與四級鎓鹽之混合溶劑,於其中投入纖維素;或(2)於非質子性極性溶劑中投入纖維素,使纖維素原料膨潤,於其中添加四級鎓鹽。
實用上較佳為使用(1)之方法,其原因在於藉由後述之溶劑回收而於混合溶劑之狀態下進行回收。
上述溶液製備步驟中之溶液之溫度可為20℃以上,就將纖維素於短時間內均勻地溶解之觀點而言,特佳為50℃以上。就減少溶液製備之能量成本之觀點而言,較佳為90℃以下,特佳為85℃以下。
上述溶液製備步驟所使用之裝置並無特別限定。例如可為磁力攪拌器或微波裝置、單軸機械攪拌器或雙軸行星式攪拌機、捏合機、雙軸擠出機等。由於溶液中之纖維素濃度成為高濃度時溶液黏度較高,因此就均勻地攪拌高黏度溶液之觀點而言,特佳為行星式攪拌機或捏合機等具有雙軸機構之裝置。
上述溶液製備步驟中之混合溶劑中之含水率為8質量%以下,較佳為6.5質量%以下,更佳為5質量%以下。若混合溶劑中之含水率成為8質量%以上,則水分子會妨礙四級鎓鹽與纖維素之相互作用,存在損害溶解能力之顧慮。
藉由上述溶液製備步驟所製備之溶液中之含水率必須為8質量%以下,較佳為5質量%以下,更佳為4質量%以下,進而較佳為3質量%以下。藉由將溶液中之含水率抑制在8質量%以下,可確保適合紡絲之溶液之黏彈性與拉絲性,穩定地進行噴出。進而,若溶液中之含水率為4質量%以下,則可於紡絲嘴面與凝固液面之間設置氣隙,進行纖維之延伸。就溶液製備前之溶劑、原料之乾燥之能量負荷的觀點而言,含水率較佳為0.05質量%以上,更佳為0.1質量%以上。
再者,若將溶液製備步驟中所製備之溶液直接用於後述之噴出步驟中,則可將藉由溶液製備步驟而製備之溶液中之含水率作為噴出步驟之噴出時的溶液之含水率。
噴出時之溶劑之含水率可藉由溶液製備步驟中所使用之原材料之濕度控制來進行調整。
本實施方式之纖維素纖維之製造方法包括噴出步驟,其將上述溶液製備步驟中所製備之溶液從紡絲嘴以纖維狀噴出。於噴出步驟中,經由紡絲嘴而將上述溶液製備步驟中所得之溶液以纖維狀噴出。紡絲嘴可為複絲
亦可為單絲,適當選擇即可。於複絲之情形時,孔數並無特別限定,可視目的而選擇。噴出溶液噴出時之溫度可根據拉絲性與黏彈性之平衡而選擇,就確保所噴出之溶液之拉絲性之觀點而言,較佳為40℃以上,更佳為50℃以上。
本實施方式之纖維素纖維之製造方法可藉由對噴出時之溶液之含水率進行調整而於紡絲嘴面與凝固液面之間設置氣隙。就確保所噴出之溶液之氣隙間之自立性的觀點而言,噴出溶液噴出時之溫度較佳為90℃以下,更佳為85℃以下。噴出速度可鑒於所需之捲取速度與纖維物性而適當選擇。
本實施方式之纖維素纖維之製造方法可藉由對噴出時之溶液之含水率進行調整而於紡絲嘴面與凝固液面之間設置氣隙。由於溶液製備步驟中所製備之溶液係藉由與凝固液之接觸而快速進行凝固,因此纖維之延伸較佳為在凝固前於氣隙間進行。又,與對凝固後之纖維進行延伸相比,藉由於氣隙間進行延伸可減少纖維結構之缺陷,結果可獲得強伸度均優異之纖維。
就於氣隙間充分地進行延伸之觀點而言,氣隙長度較佳為1mm以上,更佳為2.5mm以上。就抑制氣隙間之絲條彼此接著之觀點而言,氣隙長度較佳為75mm以下,更佳為50mm以下。
本實施方式之纖維素纖維之製造方法可藉由對氣隙間之濕度進行控制而進一步抑制單絲斷絲及絲彎曲等噴出不良。於高濕度環境下,有時會
由於所噴出之絲條進行局部凝固或紡絲嘴表面之凝結而導致噴嘴堵塞、產生凝膠狀物、產生單絲斷絲、或無法充分延伸等問題之產生。
就充分抑制如上所述之噴出不良之觀點而言,氣隙間之相對濕度較佳為90%以下,更佳為85%以下,進而較佳為80%以下。就相關觀點而言,不應設定下限,但作為實際之下限較佳為10%以上。
作為控制氣隙間之濕度之方法,可例舉藉由使用濕度控制室將氣隙間包圍來控制周圍環境之氣體氛圍、及於氣隙間吹送乾燥空氣等,控制方法並無特別限定。
此處所述之相對濕度可藉由以下方法而測定。
於以下實施例中,使用EMPEX氣象計(股)之數位溫度、濕度計(EX-502),測定實驗室環境之溫濕度。又,使探針接近氣隙間,於凝固液面上5mm之高度、水平方向上距紡絲嘴保持器2mm之位置處測定氣隙間之溫濕度。
本實施方式之纖維素纖維之製造方法包括凝固步驟,其藉由包含水與上述混合溶劑之水系凝固浴而使上述噴出步驟中所噴出之纖維凝固。由於四級鎓鹽對於水之溶解性高,因此藉由使用水系凝固液而有效率地進行脫溶劑,使其凝固。於凝固步驟中,凝固液之溫度就從溶液中脫去溶劑之效率之觀點而言,較佳為15℃以上,更佳為18℃以上。就減少能量負荷之觀點而言,較佳為60℃以下,更佳為50℃以下。凝固浴之方式可為靜止浴,亦可為流動浴。於噴出步驟中設置氣隙時,為了減少絲條從氣隙中進入凝固液中時之阻力,較佳為使用流動浴。凝固液之成分就抑制急速凝
固之觀點而言,較佳為含有1.5質量%以上之上述混合溶劑,特佳為含有3質量%以上。就於凝固步驟中使纖維充分凝固之觀點而言,較佳為所含有之混合溶劑為50質量%以下,更佳為45質量%以下,特佳為40質量%以下。
本實施方式之纖維素纖維之製造方法可包括洗淨步驟,其藉由水洗而從已凝固之纖維中去除上述混合溶劑。於本步驟中,藉由水洗而將凝固步驟中所凝固之纖維中殘存之混合溶劑去除。精練方式並無特別限定,作為例子可例舉精練浴或洗淨輥等。洗淨所使用之水之溫度就洗淨之效率之觀點而言,較佳為15℃以上,更佳為18℃以上。就減少能量負荷之觀點而言,較佳為60℃以下,更佳為50℃以下。
本實施方式之纖維素纖維之製造方法可包括乾燥步驟,其使洗淨後之纖維乾燥。於乾燥步驟中,對藉由洗淨步驟而去除了混合溶劑之纖維進行乾燥。乾燥方式並無特別限定,作為例子可例舉熱風乾燥機、接觸式乾燥機、及輻射式乾燥機。乾燥溫度就乾燥效率之觀點而言,較佳為60℃以上,更佳為70℃以上。乾燥溫度就減少能量負荷之觀點及防止纖維素纖維之劣化之觀點而言,較佳為200℃以下,更佳為180℃以下,特佳為170℃以下。乾燥可對經過洗淨步驟之纖維連續地進行,亦可對洗淨後未經乾燥之絲之原狀捲取之纖維進行。
本實施方式之纖維素纖維之製造方法較佳為包括溶劑回收步驟,其將凝固液及洗淨液中所混合之溶劑回收。於溶劑回收步驟中,藉由蒸餾、膜分離、霧化分離等手法回收混合於凝固液與洗淨液中之溶劑。藉由實施高效率之溶劑回收,可抑制溶劑成分排出至環境中,將環境負荷抑制得極低。
本發明之另一實施方式係一種纖維素纖維,其拉伸強度為1.3cN/dtex以上,且原纖化度為170%以下。較佳為不經紡織步驟即可使用,因此,就可有效利用纖維本身之形狀等特徵、且可獲得纖維表面光滑且有光澤之纖維之觀點而言,較佳為長纖維。
本實施方式之纖維素長纖維之拉伸強度為1.3cN/dtex以上。由於拉伸強度越高,絲越強,於染色步驟、加工為織物等時不易產生斷絲,良率提高,故較佳。作為具體之後續步驟之效果,例如為於織造步驟中製造微細結構之織物等時,絲之可耐受拉伸之物性。此處所述之拉伸強度可藉由以下方法測定。
本實施方式之纖維素長纖維之拉伸強度較佳為1.8cN/dtex以上,更佳為2.0cN/dtex以上,進而較佳為2.2cN/dtex以上,特佳為2.5cN/dtex以上。由於該值越高越佳,因此不應設定上限,但作為實際之上限較佳為5cN/dtex以下。
本實施方式之纖維素長纖維之伸長率較佳為7%以上。伸長率越大,越可在織造步驟中於對絲施加張力之狀態下無斷絲地實現微細加工。進而,在將織物用於衣服時,穿衣舒適性提高,因此較佳。本實施方式之長纖維之伸長率較佳為8%以上,更佳為10%以上,進而較佳為15%以上。由於該值越高越佳,因此不應設定上限,但作為實際之上限較佳為30%以下。
此處所述之拉伸強度、伸長率可使用A&D(股)之Tensilon萬能試驗機(RTG-1250)與50N之荷重元,依據JIS L 1013:2010、8.5.1(標準時間試驗),藉由以下方法而測定。將纖維素纖維於鬆散拉伸之狀態下安裝於試驗機之抓持部,以抓持間隔30cm、拉伸速度30cm/min.進行拉伸試驗,測定10個點之試樣切斷時之荷重與伸長,根據下述式分別算出其強度及伸長率,將該數之平均值作為該樣品之強度(平均強度)及伸長率。又,於切斷強度小於最高荷重時之強度之情形時,對最高荷重時之強度及此時之伸長進行測定。
強度(cN/dtex)=切斷時之強度或最高荷重時之強度(cN)/試樣之纖度(dtex)
伸長率(%)={切斷時之伸長或最高荷重時之伸長(mm)/抓持間隔(mm)}×100
本實施方式之纖維素長纖維之絲不均較佳為12%以下,更佳為10.5%
以下,進而較佳為9%以下。絲不均越小,越可獲得光滑且肌膚觸感優異之纖維,又,可更均勻地進行染色。由於該值越低越佳,因此不應設定下限,但作為實際之下限較佳為0.1%以上。
此處所述之絲不均係將上述所測定之強度之標準偏差除以上述平均強度而算出絲不均(強度之變異係數)。
本實施方式之纖維素長纖維之原纖化度較佳為170%以下,更佳為150%以下,進而較佳為120%以下,特佳為100%以下。原纖化度越低,越可抑制將纖維製成布帛時之白化。又,由於其可抑制起毛,因此改善了織造及編織時之步驟性。由於該值越低越佳,因此不應設定下限,但作為實際之下限較佳為1%以上。
此處所述之原纖化度可藉由以下方法測定。將所得之纖維素纖維之長纖維樣品切成3mm之纖維長度,製作短纖維樣品。又,針對於紡絲步驟後作為短纖維而獲得之樣品,於原來狀態下實施試驗。將0.2g之短纖維樣品分散於3質量%之硫酸水溶液(51g)中,於70℃下浸漬30分鐘後,利用600mL水進行洗淨。將上述酸處理後之短纖維樣品分散於300g之水中,利用家庭用攪拌器攪拌30分鐘,藉此進行原纖化處理。
將已原纖化之短纖維樣品之水分散液流延於矽基板上,安裝蓋玻片,使用數位顯微鏡(Lasertec(股)製造),以185倍之倍率於5個視野內進行觀察。
對於所得之圖像,使用Python語言之程式CV2將其變換為灰度後,利用大津法進行二值化。使符於纖維(包含原纖部分)者成黑色,對面積進
行計算,算出一個圖像中的原纖化前之纖維之總面積(A1)與原纖化後之纖維之總面積(A2),根據以下式算出原纖化度。
原纖化度(%)={(A2-A1)/A1}×100
本實施方式之纖維素長纖維之結晶度就纖維之吸濕性及肌膚觸感之觀點而言,較佳為50%以下。更佳為49%以下,進而較佳為48%以下。又,就表現出良好之力學物性之觀點而言,結晶度較佳為35%以上,更佳為37%以上,進而較佳為39%以上。
長纖維之結晶度係使用(股)Rigaku製造之奈米尺度X射線結構評估裝置NANOPIX,以X波長0.154nm、攝影機長度86mm、露光時間9h/1個試樣,將試樣單元周圍之環境設為真空狀態,對纖維樣品照射X射線而進行測定。藉由對所測得之二維WAXS(Wide-Angle X-ray Scattering,廣角X射線散射)圖案進行圓環平均而獲得之WAXS輪廓進行解析,而獲得結晶度及微晶尺寸之資訊。將來自結晶之繞射峰相對於整個WAXS輪廓所占之面積比作為結晶度(%)。
本實施方式之纖維素長纖維之配向度就抑制原纖化之觀點與吸濕性及肌膚觸感之觀點而言,較佳為90%以下,更佳為88%以下,進而較佳為87%以下。又,就表現出良好之力學物性之觀點而言,配向度較佳為75%以上,更佳為78%以上,進而較佳為80%以上。
纖維素長纖維之配向度係由上述結晶度測定中所得之來自纖維素結
晶面之繞射峰強度之半峰全幅值(FWHM),根據以下式而算出。再者,半峰全幅值(FWHM)係於散射強度之方位角分佈中,於峰底繪製基準線,藉由高斯函數進行擬合而求得。
配向度:=1-FWHM/180
本實施方式之纖維素長纖維之二次膨潤度就避免纖維之過度吸濕或吸水的觀點而言,較佳為140質量%以下,更佳為130質量%以下,進而較佳為120質量%以下。又,就賦予適當之吸濕性能及吸水性能之觀點而言,較佳為80質量%以上,更佳為85質量%以上,進而較佳為90質量%以上。
二次膨潤度係藉由以下方法而算出。將纖維樣品浸漬於純水中10分鐘後,將其置入底部配置有玻璃珠、其上配置有金屬網之離心管中,以2,000rpm進行離心分離10分鐘。對藉由離心分離而去除了纖維表面之水分之纖維樣品,於105℃下進行乾燥處理1小時,根據以下式算出二次膨潤度。
[{(乾燥前重量)-(乾燥後重量)}/(乾燥後重量)]×100
本實施方式之纖維素長纖維由於原纖化得到抑制、肌膚觸感優異,因此可適當地用於西服、西服用裏料、功能性內衣、或民族服裝等服飾用途、及寢具或毛巾等家用紡織品用途,進而可適當地用於領帶或圍巾等小物件中。
以下,舉出實施例與比較例。對本發明具體地進行說明。再者,各種物性係藉由以下方法而測定。
使用EMPEX氣象計(股)之數位溫度、濕度計(EX-502),測定實驗室環境之溫濕度。又,使探針接近氣隙間,於凝固液面上5mm之高度、水平方向上距紡絲嘴保持器2mm之位置處測定氣隙間之溫濕度。
在室溫23℃、濕度50%RH之氣體氛圍下,於鬆散拉伸之狀態下,對所得之纖維素纖維進行一晚之濕度控制。將經濕度控制之樣品切割出1m,對10個點進行重量測定,將該數之平均值乘以10000所得之值作為該樣品之纖度(dtex)。
可使用A&D(股)之Tensilon萬能試驗機(RTG-1250)與50N之荷重元,依據JIS L 1013:2010、8.5.1(標準時間試驗),藉由以下方法而測定。將纖維素纖維於鬆散拉伸之狀態下安裝於試驗機之抓持部,以抓持間隔30cm、拉伸速度30cm/min.進行拉伸試驗,測定10個點之試樣切斷時之荷
重與伸長,根據下述式分別算出其強度及伸長率,將該數之平均值作為該樣品之強度(平均強度)及伸長率。又,於切斷強度小於最高荷重時之強度之情形時,對最高荷重時之強度及此時之伸長進行測定。
強度(cN/dtex)=切斷時之強度或最高荷重時之強度(cN)/試樣之纖度(dtex)
伸長率(%)=切斷時之伸長或最高荷重時之伸長(mm)/抓持間隔(mm)
將上述所測定之強度之標準偏差除以上述平均強度而算出絲不均(強度之變異係數)。
溶液之含水率係使用京都電子工業(股)之卡氏水分計MKC-520,藉由電流滴定法而進行2次含水率之測定,算出該數之平均值。
對從按照以下之表1中記載之捲取速度開始絲條之捲取起,至由於絲條斷裂或紡絲原液噴出不良等而導致無法進行全部絲條之捲取為止之時間進行計測,將其作為穩定移行時間(min.)。
纖維之結晶度係使用(股)Rigaku製造之奈米尺度X射線結構評估裝置NANOPIX,以X波長0.154nm、攝影機長度86mm、露光時間9h/1個試
樣,將試樣單元周圍之環境設為真空狀態,對纖維樣品照射X射線而進行測定。藉由對所測得之二維WAXS圖案進行圓環平均而獲得之WAXS輪廓進行解析,而獲得結晶度及微晶尺寸之資訊。將來自結晶之繞射峰相對於整個WAXS輪廓所占之面積比作為結晶度(%)。
纖維之配向度係由上述結晶度測定中所得之來自纖維素結晶面之繞射峰強度之半峰全幅值(FWHM),根據以下式而算出。再者,半峰全幅值(FWHM)係於散射強度之方位角分佈中,於峰底繪製基準線,藉由高斯函數進行擬合而求得。
配向度:=1-FWHM/180
二次膨潤度係藉由以下方法而算出。將纖維樣品浸漬於純水中10分鐘後,將其置入底部配置有玻璃珠、其上配置有金屬網之離心管中,以2,000rpm進行離心分離10分鐘。對藉由離心分離而去除了纖維表面之水分之纖維樣品,於105℃下進行乾燥處理1小時,根據以下式算出二次膨潤度。
[{(乾燥前重量)-(乾燥後重量)}/(乾燥後重量)]×100
將所得之纖維素纖維之長纖維樣品切成3mm之纖維長度,製作短纖維樣品。將0.2g之短纖維樣品分散於3質量%之硫酸水溶液(51g)中,於
70℃下浸漬30分鐘後,利用600mL水進行洗淨。將上述酸處理後之短纖維樣品分散於300g之水中,利用家庭用攪拌器攪拌30分鐘,藉此進行原纖化處理。
將已原纖化之短纖維樣品之水分散液流延於矽基板上,安裝蓋玻片,使用數位顯微鏡(Lasertec(股)製造),以185倍之倍率於5個視野內進行觀察。
對於所得之圖像,使用Python語言之程式CV2將其變換為灰度後,利用大津法進行二值化。使符於纖維(包含原纖部分)者成黑色,對面積進行計算,算出一個圖像中所佔的原纖化前之纖維之總面積(A1)與原纖化後之纖維之總面積(A2),根據以下式算出原纖化度。
原纖化度(%)={(A2-A1)/A1}×100
將所得之纖維素纖維切斷為100cm之長度,將10根纖維束集。用塞璐芬(註冊商標)膠帶將一側纏住,持於右手。用左手之食指與拇指將所束集之側(塞璐芬(註冊商標)膠帶之端)輕輕地捏住,固定左手,以每分鐘1m之速度用右手將絲抽出,根據以下之標準對左手所感覺到之感觸進行判定。使用賓霸(Bemberg)作為陰性對照。5:相對於對照組而言極度平滑,3:相對於對照組而言非常平滑,1:相對於對照組而言更加平滑。由25歲至60歲之男性3人、女性7人,以重複次數3次來進行上述測定,基於各受驗者之得分之平均值,取所有受驗者之得分之平均值,將其作為肌膚觸感。
將所得之纖維素纖維切斷為100cm之長度,將10根纖維束集。用右手之食指與拇指持住兩端,用左手之食指與拇指捏住弧之中央部分,根據以下標準判定摩擦手指所感受到之感觸。使用賓霸作為陰性對照。5:相對於對照組而言為極度筋道,3:相對於對照組而言為非常筋道,1:相對於對照組而言更加筋道。由25歲至60歲之男性3人、女性7人,以重複次數3次來進行上述測定,基於各受驗者之得分之平均值,取所有受驗者之得分之平均值,將其作為纖維之筋道感。
此處所述之筋道感係指富有彈力且緊緻之觸感。
將二甲基亞碸(DMSO)(關東化學(股)製造)與四丁基銨乙酸鹽(TBAA)(東京化成工業(股)製造)以質量比成為75:25之方式進行混合,使用作為天然纖維素之棉絨紙漿,以棉絨紙漿成為9質量%之方式使其浸漬於上述混合溶劑中,獲得混合物。使用行星式攪拌機(Primix(股)製造),將上述混合物於80℃、50rpm下攪拌8小時,獲得纖維素均勻地溶解於上述混合溶劑中之溶液(計500g)。所得之溶液之含水率為2質量%,將該值作為噴出時之溶液之含水率。
藉由離心分離對上述所得之溶液進行脫泡處理後,預先將溫度調整至50℃,移至柱塞中。於柱塞中安裝紡絲嘴(直徑0.1mm、16孔),使用微型給料機,以噴出溫度70℃、噴出速度6.3m/min.從柱塞泵中進行溶液之噴出。此時,在紡絲嘴面至凝固浴之液面間設置10mm之氣隙。此時之氣
隙間之溫度為22℃,濕度為31%RH。
關於上述所噴出之絲條,藉由凝固浴(純水:上述混合溶劑=90:10、25℃)而進行凝固,繼而藉由精練浴(純水、25℃)洗淨後,以捲取速度15m/min.(拉伸比為2.4)進行捲取。
使上述所捲取之未乾燥之纖維於110℃下乾燥後進行捲取,獲得實施例1之纖維S1。
使用四丁基鏻乙酸鹽(TBPA)作為四級鎓鹽,以棉絨紙漿成為5質量%之方式進行混合,除此之外與實施例1同樣地操作而獲得溶液。將噴出溫度設為50℃,以捲取速度10m/min.(拉伸比為1.6)進行捲取,除此之外與實施例1同樣地操作而獲得實施例2之纖維S2。
使用四辛基銨乙酸鹽(TOAA)作為四級鎓鹽,除此之外與實施例2同樣地操作而獲得實施例3之纖維S3。
將噴出溫度設為80℃,在紡絲嘴面至凝固浴之液面間設置30mm之氣隙,以捲取速度22m/min.(拉伸比為3.5)進行捲取,除此之外與實施例1同樣地操作而獲得實施例4之纖維S4。
將紡絲嘴之孔數設為50孔,將噴出溫度設為50℃,除此之外與實施例1同樣地操作而獲得實施例5之纖維S5。
不設置氣隙而使紡絲嘴面浸漬於凝固液中,以10m/min.(拉伸比為1.6)進行捲取,除此之外與實施例5同樣地操作而獲得實施例6之纖維S6。
將噴出溫度設為42℃,以7.6m/min.(拉伸比為1.2)進行捲取,除此之外與實施例4同樣地操作而獲得實施例7之纖維S7。
溶液製備步驟中所得之溶液之含水率為5質量%,以7.6m/min.(拉伸比為1.2)進行捲取,除此之外與實施例6同樣地操作而獲得實施例8之纖維S8。
以10m/min.(拉伸比為1.6)進行捲取,除此之外與實施例4同樣地操作而獲得實施例9之纖維S9。此時之氣隙間之溫度為27℃,濕度為90%RH。
使用(直徑0.2mm、26孔),將噴出溫度設為50℃,噴出速度設為0.5m/min.,以捲取速度4m/min.(拉伸比為8)進行捲取,除此之外與實施例1同樣地操作而獲得實施例10之纖維S10。
以捲取速度8m/min.(拉伸比為16)進行捲取,除此之外與實施例10同樣地操作而獲得實施例11之纖維S11。
以捲取速度15m/min.(拉伸比為30)進行捲取,除此之外與實施例10同樣地操作而獲得實施例12之纖維S12。
將噴出溫度設為70℃,以6.3m/min.(拉伸比為1.0)進行捲取,除此之外與實施例5同樣地操作而獲得實施例13之纖維S13。
溶液製備步驟中所得之溶液之含水率為9質量%,將噴出溫度設為80℃,以6.3m/min.(拉伸比為1.0)進行捲取,除此之外與實施例6同樣地操作而獲得比較例1之纖維RS1。
溶液製備步驟中所得之溶液之含水率為11質量%,除此之外與比較
例1同樣地操作而獲得比較例2之纖維RS2。
溶液製備步驟中所得之溶液之含水率為13質量%,除此之外與比較例1同樣地操作,但由於所噴出之絲條容易斷裂,無法進行捲取,因此無法製造比較例3之纖維素纖維RS3。
混合溶劑之含水率為10質量%,除此之外與實施例1同樣地進行溶液製備操作,但纖維素之溶解未進行,無法製造比較例4之纖維素纖維RS4。
根據本發明之纖維素纖維之製造方法,可抑制紡絲步驟中之斷絲或
所得之纖維細度/物性不均之產生,能夠進行穩定之紡絲,因此可適當地用於多種用途之纖維素纖維之製造中。進而,由於藉由本發明之纖維素纖維之製造方法而獲得之纖維之強度高,且原纖化得到抑制,肌膚觸感優異,因此可適當地用於功能性服飾等中。
Claims (9)
- 一種纖維素纖維之製造方法,其包括以下步驟:溶液製備步驟,其將纖維素溶解於非質子性極性溶劑與四級鎓鹽之混合溶劑中;噴出步驟,其將所得之溶液從紡絲嘴以纖維狀噴出,此處,噴出時之該溶液之含水率為0.05質量%以上8質量%以下;及凝固步驟,其藉由包含水與上述混合溶劑之水系凝固浴,使所噴出之纖維凝固。
- 如請求項1之方法,其中上述噴出步驟中之上述溶液之溫度為40℃以上90℃以下。
- 如請求項1或2之方法,其中,於上述混合溶劑中,非質子性極性溶劑與四級鎓鹽之重量比為50:50~95:5。
- 如請求項1或2之方法,其中上述非質子性極性溶劑為二甲基亞碸。
- 如請求項1或2之方法,其中上述四級鎓鹽為四級銨鹽或四級鏻鹽。
- 如請求項1或2之方法,其中,於上述噴出步驟中,設置1mm以上75mm以下之氣隙。
- 如請求項6之方法,其係於上述噴出步驟之氣隙中,於相對濕度90%以下之氣體氛圍下進行紡絲。
- 一種纖維素纖維,其拉伸強度為1.3cN/dtex以上,且原纖化度為170%以下。
- 如請求項8之纖維素纖維,其中上述纖維素纖維為長纖維。
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