イオン交換繊維およびその製造方法ならびにイオン交換繊維を利用した繊維構造物
【課題】低濃度から高濃度までの幅広い範囲のアミン臭や塩基性ガス臭などを取り除くことを可能にする十分な量のスルホン酸基とカルボキシル基とを導入したイオン交換繊維の製造方法と、このイオン交換繊維を用いた繊維構造物とを提供する。
【解決手段】１０．０ミリモル／ｇ以下のカルボキシル基を有する原料繊維に、あらかじめ調整した量のスルホン酸基を有するモノマーを含浸させ、このモノマーを重合することで、０．５〜４．０ミリモル／ｇのスルホン酸基と２．０ミリモル／ｇ以上のカルボキシル基とを導入するイオン交換繊維の製造方法。このイオン交換繊維に、金属化合物からなるイオウ系ガスの消臭性成分を有するイオウ系ガス吸収繊維および／または塩基性基を有する酸性ガス吸収繊維を、９５質量％以下の割合で含有させた繊維構造物。
【解決手段】１０．０ミリモル／ｇ以下のカルボキシル基を有する原料繊維に、あらかじめ調整した量のスルホン酸基を有するモノマーを含浸させ、このモノマーを重合することで、０．５〜４．０ミリモル／ｇのスルホン酸基と２．０ミリモル／ｇ以上のカルボキシル基とを導入するイオン交換繊維の製造方法。このイオン交換繊維に、金属化合物からなるイオウ系ガスの消臭性成分を有するイオウ系ガス吸収繊維および／または塩基性基を有する酸性ガス吸収繊維を、９５質量％以下の割合で含有させた繊維構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気中、水中、有機溶剤中に含まれる各種のイオンを効率良く吸着することができるイオン交換繊維の製造方法と、このイオン交換繊維を含む様々な機能を有する繊維構造物とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、イオン交換繊維は、イオン交換樹脂と比較すると表面積が大きいため、イオン交換速度が高く、しかも繊維状であることから加工に適している。
【０００３】
従来より、このようなイオン交換繊維の製造方法としては、ポリビニルアルコール系ポリマーと、スルホン酸基を有するスチレン系共重合体と、溶媒とからなる紡糸原液を紡糸した後、熱処理することによってイオン交換繊維を製造する方法が提案されている( 特許文献１）。
【０００４】
しかし、この場合、２００℃前後の高温で加熱しなければならず、製造コストが嵩むこととなってしまう。
【０００５】
また、上記従来のイオン交換繊維は、ポリビニルアルコール系ポリマーのヒドロキシル基と、スチレン系コポリマーのカルボシキル基とをエステル架橋したり、ポリビニルアルコール系ポリマーおよびスチレン系コポリマーのヒドロキシル基と、ポリアクリル酸のカルボシキル基とをエステル架橋したりするため、これら架橋構造導入のためにイオン交換基が消費されることとなるので、完成したイオン交換繊維には、スルホン酸基やカルボキシル基などのイオン交換基を十分に導入することができない。
【０００６】
カルボキシル基のみでは、交換容量を大きくすれば、高濃度ガスを吸着できるが、低濃度ガスは十分に吸着できない。スルホン酸基を導入した場合、低濃度ガスを吸着できるが、導入量が不十分なため、高濃度ガスを十分に吸着できない。したがって、高濃度も低濃度も対応てきるイオン交換繊維はなかった。
【特許文献１】特開２００５−８２９３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、低濃度から高濃度までの幅広い範囲のアミン臭や塩基性ガス臭などを取り除くことを可能にする十分な量のスルホン酸基とカルボキシル基とを導入したイオン交換繊維の製造方法と、このイオン交換繊維を用いた繊維構造物とを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明のイオン交換繊維の製造方法は、１０．０ミリモル／ｇ以下のカルボキシル基を有する原料繊維に、あらかじめ調整した量のスルホン酸基を有するモノマーを含浸させ、このモノマーを重合することで、０．５〜４．０ミリモル／ｇのスルホン酸基と２．０ミリモル／ｇ以上のカルボキシル基とを導入するものである。
【０００９】
また、上記課題を解決するための本発明の繊維構造物は、上記イオン交換繊維に、金属化合物からなるイオウ系ガスの消臭性成分を有するイオウ系ガス吸収繊維および／または塩基性基を有する酸性ガス吸収繊維を、９５質量％以下の割合で含有させてなるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の製造方法によれば、０．５〜４．０ミリモル／ｇのスルホン酸基と２．０ミリモル／ｇ以上のカルボキシル基とを導入したイオン交換繊維を製造することができるので、スルホン酸基とカルボキシル基とのバランスによって、様々な機能を有するイオン交換繊維を得ることができる。
【００１１】
また、このイオン交換繊維は、０．５〜４．０ミリモル／ｇのスルホン酸基と、２．０ミリモル／ｇ以上のカルボキシル基とを導入しているので、低濃度から高濃度までの幅広い範囲のアミン臭や塩基性ガス臭などを取り除くことが可能となる。
【００１２】
さらに、このイオン交換繊維に、イオウ系ガス吸収繊維および／または酸性ガス吸収繊維を９５質量％以下の割合で含有させるた繊維構造物とすることで、この繊維構造物だけで様々な臭気を除去することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を詳述する。
【００１４】
本発明に採用されるカルボキシル基を有する原料繊維は、水に対する膨潤度が０．５以上であることが好ましい。膨潤度が０．５未満の場合には、繊維内部での重合が起こりにくく、十分な機能を持ったイオン交換繊維が得られない。膨潤度が高いと、多くのポリマーを複合することが可能となり、原料繊維に高い機能を付与することができる。従って、膨潤度としては高い方が好ましいが、膨潤度が高すぎると、原料繊維自体の繊維強度が弱くなるため、工業的には膨潤度が０．５〜４．５であることが好ましい。
【００１５】
また、本発明に採用されるカルボキシル基を有する原料繊維は、膨潤度が０．５以上であり、かつ架橋構造を有することが好ましい。かかる架橋構造を有する繊維としては、カルボキシル基またはそのアルカリ金属塩基などの親水性基含有モノマーと、カルボキシル基と反応してエステル架橋構造を形成できるヒドロキシル基含有モノマーなどが共重合され、かつエステル架橋結合が導入されてなるポリアクリル酸系架橋体繊維、無水マレイン酸系架橋体繊維、アルギン酸系架橋体繊維、アクリロニトリル系繊維にヒドラジン系化合物あるいはホルムアルデヒドにより架橋を導入した後、加水分解することによりカルボキシル基を導入したアクリレート系架橋体繊維などを挙げることができる。
【００１６】
特に、アクリレート系架橋体繊維は、ヒドラジン系化合物あるいはホルムアルデヒドによる架橋条件、加水分解条件をコントロールすることにより、膨潤度が高く、しかも繊維強度にも優れた繊維が得られるため、本発明に採用される原料繊維として好ましいものである。この原料繊維は、架橋条件、加水分解条件などを設定することにより、約２．２〜１０ミリモル／ｇのカルボキシル基を導入したものを用意する。原料繊維のカルボキシル基が２．２ミリモル／ｇ未満の場合には、２．０ミリモル／ｇ以上のカルボキシル基を残した状態で、０．５ミリモル／ｇ以上のスルホン酸基を有するモノマーを重合することができなくなる。また、原料繊維のカルボキシル基が１０ミリモル／ｇを超える場合には、原料繊維の強度を確保することができなくなってしまう。
【００１７】
スルホン酸基を有するモノマーとしては、ビニルスルホン酸、ｐ−スチレンスルホン酸、アクリルアミドｔ−ブチルスルホン酸、メタリルスルホン酸などの不飽和炭化水素スルホン酸および／またはこれらの塩類などが用いられる。このモノマーは、原料繊維、過酸化水素と混合して原料繊維に重合される。
【００１８】
混合液の調整方法は特に限定されるものではなく、例えば、モノマーを、水、または有機溶剤、または、それらの混合溶液に溶かし、原料繊維と混合し、その後、過酸化水素をモノマー溶液に含ませる方法、あるいは、過酸化水素をモノマー溶液に含ませた後、原料繊維を混合する方法、原料繊維を水、または有機溶媒、または、それらの混合溶液に分散させ、過酸化水素およびモノマーを添加する方法などが挙げられる。
【００１９】
また、混合液中のモノマーの量は、原料繊維に複合させるスルホン酸基が０．５〜４．０ミリモル／ｇとなるように設定される。原料繊維に複合されるポリマーのスルホン酸基が０．５ミリモル／ｇ未満の場合、アミン臭を除去するイオン交換繊維として十分な性能が発現されない。また、原料繊維に複合されるポリマーのスルホン酸基が４．０ミリモル／ｇを超えると、十分な繊維物性を確保することができない。具体的にスルホン酸基を有するモノマーの量としては、原料繊維に対して１０重量％以上添加することが望ましい。また、過酸化水素の添加量としては、添加量があまりに少ないと、重合が十分起こらない場合があるため、原料繊維に対して０．０１〜５０重量％添加することが望ましい。
【００２０】
本発明のイオン交換繊維の製造方法においては、ｐＨを限定して重合を行うが、この重合を行う上で、特にｐＨ６．０以下にすることが重要である。ｐＨ６．０以下にすることで、重合が起こり、繊維中にポリマーが複合される。特に、ｐＨが１．０〜４．０の時は、繊維中に多くのポリマーが複合されるので、工業的に好ましい。一方、ｐＨが６．０を超えると、繊維内部での重合が起こりにくく、十分な機能を持ったイオン交換繊維が得られない。ｐＨ６．０以下にする方法は特に限定されず、酸を添加するなどして、重合時に系がｐＨ６．０以下になっていればよい。
【００２１】
なお、原料繊維として還元アクリレート系架橋体繊維を使用した場合には、ｐＨを調整しなくてもよい。この還元アクリレート系架橋体繊維は、アクリレート系架橋体繊維を還元剤で還元して調製される。この際の還元処理条件、還元剤は特に限定されない。
【００２２】
重合温度は、特に限定されないが、低温で重合し、重合速度を遅くすることで、より多くのポリマーが複合されるが、重合速度が遅すぎると、ポリマーが効率よく複合されない。そのため、４０〜８０℃が好ましい。また、重合時間は、重合温度やモノマー濃度により異なり、適宜決定すればよく、限定されないが、概ね２時間〜２０時間が工業的に好ましい。
【００２３】
本発明の製造方法によって得られるイオン交換繊維は、該イオン交換繊維を酸性溶液やアルカリ性溶液中に浸漬させても、複合させたポリマーの脱落量は極めて小さく、脱落耐久性に優れたものである。
【００２４】
かくして、本発明の製造方法により得られるイオン交換繊維は、カルボキシル基を導入した原料繊維を用い、スルホン酸基を有するモノマーを重合する条件を整えることにより、弱カチオン交換性を有する２．０ミリモル／ｇ以上のカルボキシル基と、強カチオン交換性を有する０．５〜４．０ミリモル／ｇのスルホン酸基とを導入することができる。このようにして構成されるイオン交換繊維は、十分な量のカルボキシル基とスルホン酸基とを導入することができるので、低濃度から高濃度までの幅広い範囲のアミン臭や塩基性ガス臭などを取り除くことが可能となる。このイオン交換繊維としては、用途に応じて適宜加工されるので、原綿のみならず、糸、織物、編物、シートやマット状にした不織布などの各種の形態ものであってもよい。
【００２５】
また、このイオン交換繊維は、金属化合物からなるイオウ系ガスの消臭性成分を有するイオウ系ガス吸収繊維を含有させたり、塩基性基を有する酸性ガス吸収繊維を含有させたりして構成した繊維構造物としてもよい。
【００２６】
この場合、イオウ系ガス吸収繊維としては、例えば、特許第３６９５６０４号および特開２００３−３０１３５６号公報に開示されている繊維を用いることができる。
【００２７】
また、酸性ガス吸収繊維としては、例えば、特開平９−３１６７６２号公報に開示されている繊維を用いることができる。
【００２８】
これらイオウ系ガス吸収繊維および／または酸性ガス吸収繊維は、９５質量％以下の割合となるようにイオン交換繊維に含有させることが好ましい。９５質量％を超えると、イオン交換繊維の絶対量が少なくなるので、このイオン交換繊維によるアミン臭や塩基性ガス臭の除去効果が十分に得られなくなってしまう。具体的な含有割合としては、適用する場所で発生する臭気成分に合わせて調整することができる。
【００２９】
このようにして構成した繊維構造物は、イオン交換繊維に、イオウ系ガス吸収繊維および／または酸性ガス吸収繊維を含有させているので、いわゆる４大悪臭といわれるアンモニア、トリメチルアミン、メチルメルカプタン、硫化水素が発生するような環境であっても、この繊維構造物だけで、これら臭気の除去が可能となる。しかも、この繊維構造物は繊維状であるため、各種形態へ容易に加工転用することができ、生活用品、医療、農業、土木、工業などの様々な分野で用いることが可能となる。この繊維構造物の形態としては、用途に応じて適宜加工されるので、原綿同士を混繊してシートやマット状にした不織布であってもよいし、原綿繊維毎にシートやマット状にした不織布を積層したものであっても良いし、原綿同士を混紡した糸、織物、編物であってもよいし、原綿毎に混紡した糸で形成した織物、編物であってもよい。
【実施例】
【００３０】
以下実施例により本発明を具体的に説明する。本発明は、これらの実施例の記載によってその範囲を何等限定されるものではない。実施例中の部及び百分率は、断りのない限り重量基準で示す。なお、重量増加率、膨潤度、スルホン酸基量およびカルボキシル基量は、以下の方法により求めた。
【００３１】
（１）重量増加率（％）
原料繊維を、水に浸浸し、塩酸水溶液を加えて、水溶液のｐＨを２．０に調整する。その後、該原料繊維を塩酸水溶液から取り出し絶乾し、重量を測定する（Ｘｇ）。該原料繊維を用いてイオン交換繊維を作製後、絶乾し、重量をＹｇとすると、重量増加率は、以下の式で、表される。
重量増加率（％）＝｛（Ｙ−Ｘ）／Ｘ｝×１００
【００３２】
（２）膨潤度
原料繊維を、水に浸浸し、塩酸水溶液を加えて、水溶液のｐＨを２．０に調整する。その後、該原料繊維を塩酸水溶液から取り出し、水洗後、中心からサンプルまでの距離が１１．５ｃｍの遠心分離機に入れ、１２００ｒｐｍで、５分間脱水する。該原料繊維の脱水後の重量を測定する（Ｙｇ）。その後、該原料繊維を絶乾し、重量を測定する（Ｘｇ）。膨潤度は、以下の式で、表される。
膨潤度＝（Ｙ−Ｘ）／Ｘ
【００３３】
（３）スルホン酸基、およびカルボキシル基量（ｍｍｏｌ／ｇ）
得られたイオン交換繊維を、十分乾燥した試料繊維約１ｇを精秤し（Ｘｇ）、これに２００ミリリットルの水を加えた後、次いで０．１ｍｏｌ／リットル苛性ソーダ水溶液で常法に従って滴定曲線を求めた。この滴定曲線からスルホン酸基に消費された苛性ソーダ水溶液消費量（Ｙｃｍ3 ）、およびカルボキシル基に消費された苛性ソーダ水溶液消費量（Ｚｃｍ3 ）を求め、次式によってスルホン酸基、およびカルボキシル基量（ｍｍｏｌ／ｇ）を算出した。
スルホン酸基量（ｍｍｏｌ／ｇ）＝０．１Ｙ／Ｘ
カルボキシル基量（ｍｍｏｌ／ｇ）＝０．１Ｚ／Ｘ
【００３４】
（実施例１）
アクリロニトリル９０％及びアクリル酸メチル１０％からなるアクリロニトリル系重合体１０部を４８％のロダンソーダ水溶液９０部に溶解した紡糸原液を、常法に従って紡糸、延伸、乾燥して１．７ｄＴｅｘのアクリル繊維を得た。
【００３５】
該アクリル繊維を、１５％ヒドラジン水溶液中に添加し１１０℃で４．５時間ヒドラジン架橋反応を行った。得られた架橋繊維は水洗、脱水後、さらに４．５％苛性ソーダ水溶液に添加し、９０℃、２時間で加水分解反応を実施した。水洗、脱水後、塩酸でｐＨを２．０に調整した水溶液中で処理し、水洗、脱水後、乾燥して原料繊維を作製した。原料繊維の全カルボキシル基は６．０ミリモル／ｇ、膨潤度は０．７０であった。
【００３６】
該原料繊維を、１mol/l の塩酸を使ってｐＨ２．０に調整した３．３％ｐ−スチレンスルホン酸ナトリウム（ＳＰＳＳ）水溶液（浴比１：５０）に浸漬した。その後、原料繊維に対して２．１６重量％の過酸化水素を添加し、６０℃、６時間加熱し、水洗する。その後、４％硝酸で処理した後、水洗する。この硝酸処理、水洗を３回繰り返した後、脱水乾燥し、本願発明のイオン交換繊維を得た。
【００３７】
得られたイオン交換繊維は、重量増加率を測定したところ、１７．５％であり、スルホン酸基０．８１ミリモル／ｇ、カルボキシル基５．１１ミリモル／ｇであった。
【００３８】
（実施例２）
ｐ−スチレンスルホン酸ナトリウム（ＳＰＳＳ）水溶液の濃度を１１．０％とした以外は、上記実施例１と同様にして本願発明のイオン交換繊維を得た。
【００３９】
得られたイオン交換繊維は、重量増加率を測定したところ、５８．０％であり、スルホン酸基２．０ミリモル／ｇ、カルボキシル基３．８ミリモル／ｇであった。
【００４０】
（実施例３）
ｐ−スチレンスルホン酸ナトリウム（ＳＰＳＳ）水溶液の濃度を７．０％とした以外は、上記実施例１と同様にして本願発明のイオン交換繊維を得た。
【００４１】
得られたイオン交換繊維は、重量増加率を測定したところ、４２．０％であり、スルホン酸基１．６ミリモル／ｇ、カルボキシル基４．２ミリモル／ｇであった。
【００４２】
（実施例４）
アクリロニトリル９０％及びアクリル酸メチル１０％からなるアクリロニトリル系重合体１０部を４８％のロダンソーダ水溶液９０部に溶解した紡糸原液を、常法に従って紡糸、延伸、乾燥して１．７ｄＴｅｘのアクリル繊維を得た。
【００４３】
該アクリル繊維を、１５％ヒドラジン水溶液中に添加し１１０℃で３．０時間ヒドラジン架橋反応を行った。得られた架橋繊維は水洗、脱水後、さらに５．２％苛性ソーダ水溶液に添加し、９０℃、１６時間で加水分解反応を実施した。水洗、脱水後、塩酸でｐＨを２．０に調整した水溶液中で処理し、水洗、脱水後、乾燥して原料繊維を作製した。原料繊維の全カルボキシル基は９．０ミリモル／ｇ、膨潤度は０．９０であった。
【００４４】
該原料繊維を、１mol/l の塩酸を使ってｐＨ２．０に調整した１３．０％ｐ−スチレンスルホン酸ナトリウム（ＳＰＳＳ）水溶液（浴比１：５０）に浸漬した。その後、原料繊維に対して２．１６重量％の過酸化水素を添加し、６０℃、６時間加熱し、水洗する。その後、４％硝酸で処理した後、水洗する。この硝酸処理、水洗を３回繰り返した後、脱水乾燥し、本願発明のイオン交換繊維を得た。
【００４５】
得られたイオン交換繊維は、重量増加率を測定したところ、１０６．０％であり、スルホン酸基２．８ミリモル／ｇ、カルボキシル基４．３ミリモル／ｇであった。
【００４６】
（実施例５）
ｐ−スチレンスルホン酸ナトリウム（ＳＰＳＳ）水溶液の濃度を８．５％とした以外は、上記実施例４と同様にして本願発明のイオン交換繊維を得た。
【００４７】
得られたイオン交換繊維は、重量増加率を測定したところ、５０．０％であり、スルホン酸基１．８ミリモル／ｇ、カルボキシル基６．０ミリモル／ｇであった。
【００４８】
（実施例６）
ｐ−スチレンスルホン酸ナトリウム（ＳＰＳＳ）水溶液の濃度を５．０％とした以外は、上記実施例４と同様にして本願発明のイオン交換繊維を得た。
【００４９】
得られたイオン交換繊維は、重量増加率を測定したところ、３１．４％であり、スルホン酸基１．３ミリモル／ｇ、カルボキシル基６．８ミリモル／ｇであった。
【００５０】
（実施例７）
アクリロニトリル９０％及びアクリル酸メチル１０％からなるアクリロニトリル系重合体１０部を４８％のロダンソーダ水溶液９０部に溶解した紡糸原液を、常法に従って紡糸、延伸、乾燥して１．７ｄＴｅｘのアクリル繊維を得た。
【００５１】
該アクリル繊維を、１５％ヒドラジン水溶液中に添加し１１０℃で４．５時間ヒドラジン架橋反応を行った。得られた架橋繊維は水洗、脱水後、さらに４．５％苛性ソーダ水溶液に添加し、９０℃、１．５時間で加水分解反応を実施した。水洗、脱水後、塩酸でｐＨを２．０に調整した水溶液中で処理し、水洗、脱水後、乾燥して原料繊維を作製した。原料繊維の全カルボキシル基は４．８ミリモル／ｇ、膨潤度は０．６であった。
【００５２】
該原料繊維を、１mol/l の塩酸を使ってｐＨ２．０に調整した１１．０％ｐ−スチレンスルホン酸ナトリウム（ＳＰＳＳ）水溶液（浴比１：５０）に浸漬した。その後、原料繊維に対して２．１６重量％の過酸化水素を添加し、６０℃、６時間加熱し、水洗する。その後、４％硝酸で処理した後、水洗する。この硝酸処理、水洗を３回繰り返した後、脱水乾燥し、本願発明のイオン交換繊維を得た。
【００５３】
得られたイオン交換繊維は、重量増加率を測定したところ、５８．０％であり、スルホン酸基２．０ミリモル／ｇ、カルボキシル基３．０ミリモル／ｇであった。
【００５４】
（実施例８）
ｐ−スチレンスルホン酸ナトリウム（ＳＰＳＳ）水溶液の濃度を１７．０％とした以外は、上記実施例４と同様にして本願発明のイオン交換繊維を得た。
【００５５】
得られたイオン交換繊維は、重量増加率を測定したところ、２９０％であり、スルホン酸基４．０ミリモル／ｇ、カルボキシル基２．３ミリモル／ｇであった。
【００５６】
（比較例１）
アクリロニトリル９０％及びアクリル酸メチル１０％からなるアクリロニトリル系重合体１０部を４８％のロダンソーダ水溶液９０部に溶解した紡糸原液を、常法に従って紡糸、延伸、乾燥して１．７ｄＴｅｘのアクリル繊維を得た。
【００５７】
該アクリル繊維を、１５％ヒドラジン水溶液中に添加し１００℃で１６時間ヒドラジン架橋反応を行った。得られた架橋繊維は水洗、脱水後、さらに１．０％苛性ソーダ水溶液に添加し、９５℃、３時間で加水分解反応を実施した。水洗、脱水後、塩酸でｐＨを２．０に調整した水溶液中で処理し、水洗、脱水後、乾燥して原料繊維を作製した。原料繊維の全カルボキシル基は１．１ミリモル／ｇ、膨潤度は０．５５であった。
【００５８】
該原料繊維を、１mol/l の塩酸を使ってｐＨ２．０に調整した６．５％ｐ−スチレンスルホン酸ナトリウム（ＳＰＳＳ）水溶液（浴比１：５０）に浸漬した。その後、原料繊維に対して２．１６重量％の過酸化水素を添加し、６０℃、６時間加熱し、水洗する。その後、４％硝酸で処理した後、水洗する。この硝酸処理、水洗を３回繰り返した後、脱水乾燥し、本願発明のイオン交換繊維を得た。
【００５９】
得られたイオン交換繊維は、重量増加率を測定したところ、１９．１％であり、スルホン酸基０．８７ミリモル／ｇ、カルボキシル基０．９２ミリモル／ｇであった。
【００６０】
また、この原料繊維を用いて各種条件でイオン交換繊維を調製したが、スルホン酸基０．５ミリモル／ｇ以上で、かつ、カルボキシル基２．０ミリモル／ｇ以上の条件を満たすイオン交換繊維を調製することはできなかった。
【００６１】
（比較例２）
ｐ−スチレンスルホン酸ナトリウム（ＳＰＳＳ）水溶液の濃度を２３．０％とした以外は、上記実施例４と同様にしてイオン交換繊維を得た。
【００６２】
得られたイオン交換繊維は、重量増加率を測定したところ、３５０．０％であり、スルホン酸基４．２ミリモル／ｇ、カルボキシル基３．８ミリモル／ｇであった。しかし、引っ張り強度が０．４ｃＮ／ｄＴしか無く、繊維物性を維持した製品とすることができなかった。
【００６３】
（比較例３）
ｐ−スチレンスルホン酸ナトリウム（ＳＰＳＳ）水溶液の濃度を２６％とした以外は、上記実施例６と同様にしてイオン交換繊維を得ようとしたが、繊維物性を維持した製品を得ることはできなかった。
【００６４】
（比較例４）
実施例１の原料繊維、すなわちカルボキシル基が６．０ミリモル／ｇとなされたイオン交換繊維を、以下の試験に用いる試料繊維として用意した。
【００６５】
−高濃度アンモニアガス吸着試験−
実施例１〜８、比較例１、比較例４の各イオン交換繊維について、それぞれ０．３ｇを採取し、これを１．５リットルのテドラーバック内へ挿入した後、各バック内に１．２％のアンモニアガスを入れた。２０℃３５％ＲＨで６０分後、ガス検知管を使ってアンモニアガス濃度を測定し、残留アンモニア濃度とした。結果を表１に示す。なお、ガス検知管は、検出限界１ｐｐｍのものを用いた。表１において、測定結果が測定限界未満のものは１未満と記載した。
【００６６】
【表１】
【００６７】
−低濃度アンモニアガス吸着試験−
図１に示すような実験装置を組み立て、実施例１〜８、比較例１、比較例４の各イオン交換繊維について、それぞれ０．５ｇをガラス管に入れて試料とした。５０リットルバッグに約１００ｐｐｂに調整したアンモニアガスを入れる。バブラーに０．５％ホウ酸溶液を入れ、２リットル／分でバッグ内のガスを吸収する。５０リットル吸引したところでバッグおよび試料を交換する。各バブラーにつき１００〜１５０リットル吸引する。ＪＩＳ Ｋ ００９９に規定されているインドフェノール青吸光光度法にて全量を発色させ、アンモニア濃度を算出した。試料を通さずに吸引して算出したアンモニア濃度を初期濃度とし、試料を通して吸引し、算出したアンモニア濃度を残留濃度とした。結果を表２に示す。
【００６８】
【表２】
【００６９】
−トリメチルアミンガス吸着試験−
実施例１〜８、比較例１、比較例４の各イオン交換繊維について、それぞれ０．５ｇを採取し、これを１．５リットルのテドラーバック内へ挿入した後、各バック内に初期濃度６６ｐｐｍに調整したトリメチルアミンガスを入れた。４０℃６５％ＲＨで３０分後、ガス検知管を使ってトリメチルアミンガス濃度を測定し、残留トリメチルアミン濃度とした。結果を表３に示す。なお、ガス検知管は、検出限界０．２５ｐｐｍのものを用いた。表３において、測定結果が測定限界未満のものは０．２５未満と記載した。
【００７０】
【表３】
【００７１】
表１ないし表３の結果から、本願発明に係るイオン交換繊維は、高濃度アンモニア、低濃度アンモニア、トリメチルアミンの何れの臭気に対しても優れた除去性能が得られることを確認することができた。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
様々な機能を有するイオン交換繊維の製造に利用することができ、これによって製造したイオン交換繊維は、それだけで使用しても良いし、イオウ系ガス吸収繊維や酸性ガス吸収繊維を含有させて使用することで、各種フィルター、消臭剤、触媒などの幅広い用途に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】低濃度アンモニアガス吸着試験に用いる実験装置の概略図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気中、水中、有機溶剤中に含まれる各種のイオンを効率良く吸着することができるイオン交換繊維の製造方法と、このイオン交換繊維を含む様々な機能を有する繊維構造物とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、イオン交換繊維は、イオン交換樹脂と比較すると表面積が大きいため、イオン交換速度が高く、しかも繊維状であることから加工に適している。
【０００３】
従来より、このようなイオン交換繊維の製造方法としては、ポリビニルアルコール系ポリマーと、スルホン酸基を有するスチレン系共重合体と、溶媒とからなる紡糸原液を紡糸した後、熱処理することによってイオン交換繊維を製造する方法が提案されている( 特許文献１）。
【０００４】
しかし、この場合、２００℃前後の高温で加熱しなければならず、製造コストが嵩むこととなってしまう。
【０００５】
また、上記従来のイオン交換繊維は、ポリビニルアルコール系ポリマーのヒドロキシル基と、スチレン系コポリマーのカルボシキル基とをエステル架橋したり、ポリビニルアルコール系ポリマーおよびスチレン系コポリマーのヒドロキシル基と、ポリアクリル酸のカルボシキル基とをエステル架橋したりするため、これら架橋構造導入のためにイオン交換基が消費されることとなるので、完成したイオン交換繊維には、スルホン酸基やカルボキシル基などのイオン交換基を十分に導入することができない。
【０００６】
カルボキシル基のみでは、交換容量を大きくすれば、高濃度ガスを吸着できるが、低濃度ガスは十分に吸着できない。スルホン酸基を導入した場合、低濃度ガスを吸着できるが、導入量が不十分なため、高濃度ガスを十分に吸着できない。したがって、高濃度も低濃度も対応てきるイオン交換繊維はなかった。
【特許文献１】特開２００５−８２９３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、低濃度から高濃度までの幅広い範囲のアミン臭や塩基性ガス臭などを取り除くことを可能にする十分な量のスルホン酸基とカルボキシル基とを導入したイオン交換繊維の製造方法と、このイオン交換繊維を用いた繊維構造物とを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明のイオン交換繊維の製造方法は、１０．０ミリモル／ｇ以下のカルボキシル基を有する原料繊維に、あらかじめ調整した量のスルホン酸基を有するモノマーを含浸させ、このモノマーを重合することで、０．５〜４．０ミリモル／ｇのスルホン酸基と２．０ミリモル／ｇ以上のカルボキシル基とを導入するものである。
【０００９】
また、上記課題を解決するための本発明の繊維構造物は、上記イオン交換繊維に、金属化合物からなるイオウ系ガスの消臭性成分を有するイオウ系ガス吸収繊維および／または塩基性基を有する酸性ガス吸収繊維を、９５質量％以下の割合で含有させてなるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の製造方法によれば、０．５〜４．０ミリモル／ｇのスルホン酸基と２．０ミリモル／ｇ以上のカルボキシル基とを導入したイオン交換繊維を製造することができるので、スルホン酸基とカルボキシル基とのバランスによって、様々な機能を有するイオン交換繊維を得ることができる。
【００１１】
また、このイオン交換繊維は、０．５〜４．０ミリモル／ｇのスルホン酸基と、２．０ミリモル／ｇ以上のカルボキシル基とを導入しているので、低濃度から高濃度までの幅広い範囲のアミン臭や塩基性ガス臭などを取り除くことが可能となる。
【００１２】
さらに、このイオン交換繊維に、イオウ系ガス吸収繊維および／または酸性ガス吸収繊維を９５質量％以下の割合で含有させるた繊維構造物とすることで、この繊維構造物だけで様々な臭気を除去することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を詳述する。
【００１４】
本発明に採用されるカルボキシル基を有する原料繊維は、水に対する膨潤度が０．５以上であることが好ましい。膨潤度が０．５未満の場合には、繊維内部での重合が起こりにくく、十分な機能を持ったイオン交換繊維が得られない。膨潤度が高いと、多くのポリマーを複合することが可能となり、原料繊維に高い機能を付与することができる。従って、膨潤度としては高い方が好ましいが、膨潤度が高すぎると、原料繊維自体の繊維強度が弱くなるため、工業的には膨潤度が０．５〜４．５であることが好ましい。
【００１５】
また、本発明に採用されるカルボキシル基を有する原料繊維は、膨潤度が０．５以上であり、かつ架橋構造を有することが好ましい。かかる架橋構造を有する繊維としては、カルボキシル基またはそのアルカリ金属塩基などの親水性基含有モノマーと、カルボキシル基と反応してエステル架橋構造を形成できるヒドロキシル基含有モノマーなどが共重合され、かつエステル架橋結合が導入されてなるポリアクリル酸系架橋体繊維、無水マレイン酸系架橋体繊維、アルギン酸系架橋体繊維、アクリロニトリル系繊維にヒドラジン系化合物あるいはホルムアルデヒドにより架橋を導入した後、加水分解することによりカルボキシル基を導入したアクリレート系架橋体繊維などを挙げることができる。
【００１６】
特に、アクリレート系架橋体繊維は、ヒドラジン系化合物あるいはホルムアルデヒドによる架橋条件、加水分解条件をコントロールすることにより、膨潤度が高く、しかも繊維強度にも優れた繊維が得られるため、本発明に採用される原料繊維として好ましいものである。この原料繊維は、架橋条件、加水分解条件などを設定することにより、約２．２〜１０ミリモル／ｇのカルボキシル基を導入したものを用意する。原料繊維のカルボキシル基が２．２ミリモル／ｇ未満の場合には、２．０ミリモル／ｇ以上のカルボキシル基を残した状態で、０．５ミリモル／ｇ以上のスルホン酸基を有するモノマーを重合することができなくなる。また、原料繊維のカルボキシル基が１０ミリモル／ｇを超える場合には、原料繊維の強度を確保することができなくなってしまう。
【００１７】
スルホン酸基を有するモノマーとしては、ビニルスルホン酸、ｐ−スチレンスルホン酸、アクリルアミドｔ−ブチルスルホン酸、メタリルスルホン酸などの不飽和炭化水素スルホン酸および／またはこれらの塩類などが用いられる。このモノマーは、原料繊維、過酸化水素と混合して原料繊維に重合される。
【００１８】
混合液の調整方法は特に限定されるものではなく、例えば、モノマーを、水、または有機溶剤、または、それらの混合溶液に溶かし、原料繊維と混合し、その後、過酸化水素をモノマー溶液に含ませる方法、あるいは、過酸化水素をモノマー溶液に含ませた後、原料繊維を混合する方法、原料繊維を水、または有機溶媒、または、それらの混合溶液に分散させ、過酸化水素およびモノマーを添加する方法などが挙げられる。
【００１９】
また、混合液中のモノマーの量は、原料繊維に複合させるスルホン酸基が０．５〜４．０ミリモル／ｇとなるように設定される。原料繊維に複合されるポリマーのスルホン酸基が０．５ミリモル／ｇ未満の場合、アミン臭を除去するイオン交換繊維として十分な性能が発現されない。また、原料繊維に複合されるポリマーのスルホン酸基が４．０ミリモル／ｇを超えると、十分な繊維物性を確保することができない。具体的にスルホン酸基を有するモノマーの量としては、原料繊維に対して１０重量％以上添加することが望ましい。また、過酸化水素の添加量としては、添加量があまりに少ないと、重合が十分起こらない場合があるため、原料繊維に対して０．０１〜５０重量％添加することが望ましい。
【００２０】
本発明のイオン交換繊維の製造方法においては、ｐＨを限定して重合を行うが、この重合を行う上で、特にｐＨ６．０以下にすることが重要である。ｐＨ６．０以下にすることで、重合が起こり、繊維中にポリマーが複合される。特に、ｐＨが１．０〜４．０の時は、繊維中に多くのポリマーが複合されるので、工業的に好ましい。一方、ｐＨが６．０を超えると、繊維内部での重合が起こりにくく、十分な機能を持ったイオン交換繊維が得られない。ｐＨ６．０以下にする方法は特に限定されず、酸を添加するなどして、重合時に系がｐＨ６．０以下になっていればよい。
【００２１】
なお、原料繊維として還元アクリレート系架橋体繊維を使用した場合には、ｐＨを調整しなくてもよい。この還元アクリレート系架橋体繊維は、アクリレート系架橋体繊維を還元剤で還元して調製される。この際の還元処理条件、還元剤は特に限定されない。
【００２２】
重合温度は、特に限定されないが、低温で重合し、重合速度を遅くすることで、より多くのポリマーが複合されるが、重合速度が遅すぎると、ポリマーが効率よく複合されない。そのため、４０〜８０℃が好ましい。また、重合時間は、重合温度やモノマー濃度により異なり、適宜決定すればよく、限定されないが、概ね２時間〜２０時間が工業的に好ましい。
【００２３】
本発明の製造方法によって得られるイオン交換繊維は、該イオン交換繊維を酸性溶液やアルカリ性溶液中に浸漬させても、複合させたポリマーの脱落量は極めて小さく、脱落耐久性に優れたものである。
【００２４】
かくして、本発明の製造方法により得られるイオン交換繊維は、カルボキシル基を導入した原料繊維を用い、スルホン酸基を有するモノマーを重合する条件を整えることにより、弱カチオン交換性を有する２．０ミリモル／ｇ以上のカルボキシル基と、強カチオン交換性を有する０．５〜４．０ミリモル／ｇのスルホン酸基とを導入することができる。このようにして構成されるイオン交換繊維は、十分な量のカルボキシル基とスルホン酸基とを導入することができるので、低濃度から高濃度までの幅広い範囲のアミン臭や塩基性ガス臭などを取り除くことが可能となる。このイオン交換繊維としては、用途に応じて適宜加工されるので、原綿のみならず、糸、織物、編物、シートやマット状にした不織布などの各種の形態ものであってもよい。
【００２５】
また、このイオン交換繊維は、金属化合物からなるイオウ系ガスの消臭性成分を有するイオウ系ガス吸収繊維を含有させたり、塩基性基を有する酸性ガス吸収繊維を含有させたりして構成した繊維構造物としてもよい。
【００２６】
この場合、イオウ系ガス吸収繊維としては、例えば、特許第３６９５６０４号および特開２００３−３０１３５６号公報に開示されている繊維を用いることができる。
【００２７】
また、酸性ガス吸収繊維としては、例えば、特開平９−３１６７６２号公報に開示されている繊維を用いることができる。
【００２８】
これらイオウ系ガス吸収繊維および／または酸性ガス吸収繊維は、９５質量％以下の割合となるようにイオン交換繊維に含有させることが好ましい。９５質量％を超えると、イオン交換繊維の絶対量が少なくなるので、このイオン交換繊維によるアミン臭や塩基性ガス臭の除去効果が十分に得られなくなってしまう。具体的な含有割合としては、適用する場所で発生する臭気成分に合わせて調整することができる。
【００２９】
このようにして構成した繊維構造物は、イオン交換繊維に、イオウ系ガス吸収繊維および／または酸性ガス吸収繊維を含有させているので、いわゆる４大悪臭といわれるアンモニア、トリメチルアミン、メチルメルカプタン、硫化水素が発生するような環境であっても、この繊維構造物だけで、これら臭気の除去が可能となる。しかも、この繊維構造物は繊維状であるため、各種形態へ容易に加工転用することができ、生活用品、医療、農業、土木、工業などの様々な分野で用いることが可能となる。この繊維構造物の形態としては、用途に応じて適宜加工されるので、原綿同士を混繊してシートやマット状にした不織布であってもよいし、原綿繊維毎にシートやマット状にした不織布を積層したものであっても良いし、原綿同士を混紡した糸、織物、編物であってもよいし、原綿毎に混紡した糸で形成した織物、編物であってもよい。
【実施例】
【００３０】
以下実施例により本発明を具体的に説明する。本発明は、これらの実施例の記載によってその範囲を何等限定されるものではない。実施例中の部及び百分率は、断りのない限り重量基準で示す。なお、重量増加率、膨潤度、スルホン酸基量およびカルボキシル基量は、以下の方法により求めた。
【００３１】
（１）重量増加率（％）
原料繊維を、水に浸浸し、塩酸水溶液を加えて、水溶液のｐＨを２．０に調整する。その後、該原料繊維を塩酸水溶液から取り出し絶乾し、重量を測定する（Ｘｇ）。該原料繊維を用いてイオン交換繊維を作製後、絶乾し、重量をＹｇとすると、重量増加率は、以下の式で、表される。
重量増加率（％）＝｛（Ｙ−Ｘ）／Ｘ｝×１００
【００３２】
（２）膨潤度
原料繊維を、水に浸浸し、塩酸水溶液を加えて、水溶液のｐＨを２．０に調整する。その後、該原料繊維を塩酸水溶液から取り出し、水洗後、中心からサンプルまでの距離が１１．５ｃｍの遠心分離機に入れ、１２００ｒｐｍで、５分間脱水する。該原料繊維の脱水後の重量を測定する（Ｙｇ）。その後、該原料繊維を絶乾し、重量を測定する（Ｘｇ）。膨潤度は、以下の式で、表される。
膨潤度＝（Ｙ−Ｘ）／Ｘ
【００３３】
（３）スルホン酸基、およびカルボキシル基量（ｍｍｏｌ／ｇ）
得られたイオン交換繊維を、十分乾燥した試料繊維約１ｇを精秤し（Ｘｇ）、これに２００ミリリットルの水を加えた後、次いで０．１ｍｏｌ／リットル苛性ソーダ水溶液で常法に従って滴定曲線を求めた。この滴定曲線からスルホン酸基に消費された苛性ソーダ水溶液消費量（Ｙｃｍ3 ）、およびカルボキシル基に消費された苛性ソーダ水溶液消費量（Ｚｃｍ3 ）を求め、次式によってスルホン酸基、およびカルボキシル基量（ｍｍｏｌ／ｇ）を算出した。
スルホン酸基量（ｍｍｏｌ／ｇ）＝０．１Ｙ／Ｘ
カルボキシル基量（ｍｍｏｌ／ｇ）＝０．１Ｚ／Ｘ
【００３４】
（実施例１）
アクリロニトリル９０％及びアクリル酸メチル１０％からなるアクリロニトリル系重合体１０部を４８％のロダンソーダ水溶液９０部に溶解した紡糸原液を、常法に従って紡糸、延伸、乾燥して１．７ｄＴｅｘのアクリル繊維を得た。
【００３５】
該アクリル繊維を、１５％ヒドラジン水溶液中に添加し１１０℃で４．５時間ヒドラジン架橋反応を行った。得られた架橋繊維は水洗、脱水後、さらに４．５％苛性ソーダ水溶液に添加し、９０℃、２時間で加水分解反応を実施した。水洗、脱水後、塩酸でｐＨを２．０に調整した水溶液中で処理し、水洗、脱水後、乾燥して原料繊維を作製した。原料繊維の全カルボキシル基は６．０ミリモル／ｇ、膨潤度は０．７０であった。
【００３６】
該原料繊維を、１mol/l の塩酸を使ってｐＨ２．０に調整した３．３％ｐ−スチレンスルホン酸ナトリウム（ＳＰＳＳ）水溶液（浴比１：５０）に浸漬した。その後、原料繊維に対して２．１６重量％の過酸化水素を添加し、６０℃、６時間加熱し、水洗する。その後、４％硝酸で処理した後、水洗する。この硝酸処理、水洗を３回繰り返した後、脱水乾燥し、本願発明のイオン交換繊維を得た。
【００３７】
得られたイオン交換繊維は、重量増加率を測定したところ、１７．５％であり、スルホン酸基０．８１ミリモル／ｇ、カルボキシル基５．１１ミリモル／ｇであった。
【００３８】
（実施例２）
ｐ−スチレンスルホン酸ナトリウム（ＳＰＳＳ）水溶液の濃度を１１．０％とした以外は、上記実施例１と同様にして本願発明のイオン交換繊維を得た。
【００３９】
得られたイオン交換繊維は、重量増加率を測定したところ、５８．０％であり、スルホン酸基２．０ミリモル／ｇ、カルボキシル基３．８ミリモル／ｇであった。
【００４０】
（実施例３）
ｐ−スチレンスルホン酸ナトリウム（ＳＰＳＳ）水溶液の濃度を７．０％とした以外は、上記実施例１と同様にして本願発明のイオン交換繊維を得た。
【００４１】
得られたイオン交換繊維は、重量増加率を測定したところ、４２．０％であり、スルホン酸基１．６ミリモル／ｇ、カルボキシル基４．２ミリモル／ｇであった。
【００４２】
（実施例４）
アクリロニトリル９０％及びアクリル酸メチル１０％からなるアクリロニトリル系重合体１０部を４８％のロダンソーダ水溶液９０部に溶解した紡糸原液を、常法に従って紡糸、延伸、乾燥して１．７ｄＴｅｘのアクリル繊維を得た。
【００４３】
該アクリル繊維を、１５％ヒドラジン水溶液中に添加し１１０℃で３．０時間ヒドラジン架橋反応を行った。得られた架橋繊維は水洗、脱水後、さらに５．２％苛性ソーダ水溶液に添加し、９０℃、１６時間で加水分解反応を実施した。水洗、脱水後、塩酸でｐＨを２．０に調整した水溶液中で処理し、水洗、脱水後、乾燥して原料繊維を作製した。原料繊維の全カルボキシル基は９．０ミリモル／ｇ、膨潤度は０．９０であった。
【００４４】
該原料繊維を、１mol/l の塩酸を使ってｐＨ２．０に調整した１３．０％ｐ−スチレンスルホン酸ナトリウム（ＳＰＳＳ）水溶液（浴比１：５０）に浸漬した。その後、原料繊維に対して２．１６重量％の過酸化水素を添加し、６０℃、６時間加熱し、水洗する。その後、４％硝酸で処理した後、水洗する。この硝酸処理、水洗を３回繰り返した後、脱水乾燥し、本願発明のイオン交換繊維を得た。
【００４５】
得られたイオン交換繊維は、重量増加率を測定したところ、１０６．０％であり、スルホン酸基２．８ミリモル／ｇ、カルボキシル基４．３ミリモル／ｇであった。
【００４６】
（実施例５）
ｐ−スチレンスルホン酸ナトリウム（ＳＰＳＳ）水溶液の濃度を８．５％とした以外は、上記実施例４と同様にして本願発明のイオン交換繊維を得た。
【００４７】
得られたイオン交換繊維は、重量増加率を測定したところ、５０．０％であり、スルホン酸基１．８ミリモル／ｇ、カルボキシル基６．０ミリモル／ｇであった。
【００４８】
（実施例６）
ｐ−スチレンスルホン酸ナトリウム（ＳＰＳＳ）水溶液の濃度を５．０％とした以外は、上記実施例４と同様にして本願発明のイオン交換繊維を得た。
【００４９】
得られたイオン交換繊維は、重量増加率を測定したところ、３１．４％であり、スルホン酸基１．３ミリモル／ｇ、カルボキシル基６．８ミリモル／ｇであった。
【００５０】
（実施例７）
アクリロニトリル９０％及びアクリル酸メチル１０％からなるアクリロニトリル系重合体１０部を４８％のロダンソーダ水溶液９０部に溶解した紡糸原液を、常法に従って紡糸、延伸、乾燥して１．７ｄＴｅｘのアクリル繊維を得た。
【００５１】
該アクリル繊維を、１５％ヒドラジン水溶液中に添加し１１０℃で４．５時間ヒドラジン架橋反応を行った。得られた架橋繊維は水洗、脱水後、さらに４．５％苛性ソーダ水溶液に添加し、９０℃、１．５時間で加水分解反応を実施した。水洗、脱水後、塩酸でｐＨを２．０に調整した水溶液中で処理し、水洗、脱水後、乾燥して原料繊維を作製した。原料繊維の全カルボキシル基は４．８ミリモル／ｇ、膨潤度は０．６であった。
【００５２】
該原料繊維を、１mol/l の塩酸を使ってｐＨ２．０に調整した１１．０％ｐ−スチレンスルホン酸ナトリウム（ＳＰＳＳ）水溶液（浴比１：５０）に浸漬した。その後、原料繊維に対して２．１６重量％の過酸化水素を添加し、６０℃、６時間加熱し、水洗する。その後、４％硝酸で処理した後、水洗する。この硝酸処理、水洗を３回繰り返した後、脱水乾燥し、本願発明のイオン交換繊維を得た。
【００５３】
得られたイオン交換繊維は、重量増加率を測定したところ、５８．０％であり、スルホン酸基２．０ミリモル／ｇ、カルボキシル基３．０ミリモル／ｇであった。
【００５４】
（実施例８）
ｐ−スチレンスルホン酸ナトリウム（ＳＰＳＳ）水溶液の濃度を１７．０％とした以外は、上記実施例４と同様にして本願発明のイオン交換繊維を得た。
【００５５】
得られたイオン交換繊維は、重量増加率を測定したところ、２９０％であり、スルホン酸基４．０ミリモル／ｇ、カルボキシル基２．３ミリモル／ｇであった。
【００５６】
（比較例１）
アクリロニトリル９０％及びアクリル酸メチル１０％からなるアクリロニトリル系重合体１０部を４８％のロダンソーダ水溶液９０部に溶解した紡糸原液を、常法に従って紡糸、延伸、乾燥して１．７ｄＴｅｘのアクリル繊維を得た。
【００５７】
該アクリル繊維を、１５％ヒドラジン水溶液中に添加し１００℃で１６時間ヒドラジン架橋反応を行った。得られた架橋繊維は水洗、脱水後、さらに１．０％苛性ソーダ水溶液に添加し、９５℃、３時間で加水分解反応を実施した。水洗、脱水後、塩酸でｐＨを２．０に調整した水溶液中で処理し、水洗、脱水後、乾燥して原料繊維を作製した。原料繊維の全カルボキシル基は１．１ミリモル／ｇ、膨潤度は０．５５であった。
【００５８】
該原料繊維を、１mol/l の塩酸を使ってｐＨ２．０に調整した６．５％ｐ−スチレンスルホン酸ナトリウム（ＳＰＳＳ）水溶液（浴比１：５０）に浸漬した。その後、原料繊維に対して２．１６重量％の過酸化水素を添加し、６０℃、６時間加熱し、水洗する。その後、４％硝酸で処理した後、水洗する。この硝酸処理、水洗を３回繰り返した後、脱水乾燥し、本願発明のイオン交換繊維を得た。
【００５９】
得られたイオン交換繊維は、重量増加率を測定したところ、１９．１％であり、スルホン酸基０．８７ミリモル／ｇ、カルボキシル基０．９２ミリモル／ｇであった。
【００６０】
また、この原料繊維を用いて各種条件でイオン交換繊維を調製したが、スルホン酸基０．５ミリモル／ｇ以上で、かつ、カルボキシル基２．０ミリモル／ｇ以上の条件を満たすイオン交換繊維を調製することはできなかった。
【００６１】
（比較例２）
ｐ−スチレンスルホン酸ナトリウム（ＳＰＳＳ）水溶液の濃度を２３．０％とした以外は、上記実施例４と同様にしてイオン交換繊維を得た。
【００６２】
得られたイオン交換繊維は、重量増加率を測定したところ、３５０．０％であり、スルホン酸基４．２ミリモル／ｇ、カルボキシル基３．８ミリモル／ｇであった。しかし、引っ張り強度が０．４ｃＮ／ｄＴしか無く、繊維物性を維持した製品とすることができなかった。
【００６３】
（比較例３）
ｐ−スチレンスルホン酸ナトリウム（ＳＰＳＳ）水溶液の濃度を２６％とした以外は、上記実施例６と同様にしてイオン交換繊維を得ようとしたが、繊維物性を維持した製品を得ることはできなかった。
【００６４】
（比較例４）
実施例１の原料繊維、すなわちカルボキシル基が６．０ミリモル／ｇとなされたイオン交換繊維を、以下の試験に用いる試料繊維として用意した。
【００６５】
−高濃度アンモニアガス吸着試験−
実施例１〜８、比較例１、比較例４の各イオン交換繊維について、それぞれ０．３ｇを採取し、これを１．５リットルのテドラーバック内へ挿入した後、各バック内に１．２％のアンモニアガスを入れた。２０℃３５％ＲＨで６０分後、ガス検知管を使ってアンモニアガス濃度を測定し、残留アンモニア濃度とした。結果を表１に示す。なお、ガス検知管は、検出限界１ｐｐｍのものを用いた。表１において、測定結果が測定限界未満のものは１未満と記載した。
【００６６】
【表１】
【００６７】
−低濃度アンモニアガス吸着試験−
図１に示すような実験装置を組み立て、実施例１〜８、比較例１、比較例４の各イオン交換繊維について、それぞれ０．５ｇをガラス管に入れて試料とした。５０リットルバッグに約１００ｐｐｂに調整したアンモニアガスを入れる。バブラーに０．５％ホウ酸溶液を入れ、２リットル／分でバッグ内のガスを吸収する。５０リットル吸引したところでバッグおよび試料を交換する。各バブラーにつき１００〜１５０リットル吸引する。ＪＩＳ Ｋ ００９９に規定されているインドフェノール青吸光光度法にて全量を発色させ、アンモニア濃度を算出した。試料を通さずに吸引して算出したアンモニア濃度を初期濃度とし、試料を通して吸引し、算出したアンモニア濃度を残留濃度とした。結果を表２に示す。
【００６８】
【表２】
【００６９】
−トリメチルアミンガス吸着試験−
実施例１〜８、比較例１、比較例４の各イオン交換繊維について、それぞれ０．５ｇを採取し、これを１．５リットルのテドラーバック内へ挿入した後、各バック内に初期濃度６６ｐｐｍに調整したトリメチルアミンガスを入れた。４０℃６５％ＲＨで３０分後、ガス検知管を使ってトリメチルアミンガス濃度を測定し、残留トリメチルアミン濃度とした。結果を表３に示す。なお、ガス検知管は、検出限界０．２５ｐｐｍのものを用いた。表３において、測定結果が測定限界未満のものは０．２５未満と記載した。
【００７０】
【表３】
【００７１】
表１ないし表３の結果から、本願発明に係るイオン交換繊維は、高濃度アンモニア、低濃度アンモニア、トリメチルアミンの何れの臭気に対しても優れた除去性能が得られることを確認することができた。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
様々な機能を有するイオン交換繊維の製造に利用することができ、これによって製造したイオン交換繊維は、それだけで使用しても良いし、イオウ系ガス吸収繊維や酸性ガス吸収繊維を含有させて使用することで、各種フィルター、消臭剤、触媒などの幅広い用途に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】低濃度アンモニアガス吸着試験に用いる実験装置の概略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１０．０ミリモル／ｇ以下のカルボキシル基を有する原料繊維に、あらかじめ調整した量のスルホン酸基を有するモノマーを含浸させ、このモノマーを重合することで、０．５〜４．０ミリモル／ｇのスルホン酸基と２．０ミリモル／ｇ以上のカルボキシル基とを導入することを特徴とするイオン交換繊維の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の製造方法によって得られるイオン交換繊維。
【請求項３】
請求項２記載のイオン交換繊維に、金属化合物からなるイオウ系ガスの消臭性成分を有するイオウ系ガス吸収繊維および／または塩基性基を有する酸性ガス吸収繊維を、９５質量％以下の割合で含有させてなる繊維構造物。
【請求項１】
１０．０ミリモル／ｇ以下のカルボキシル基を有する原料繊維に、あらかじめ調整した量のスルホン酸基を有するモノマーを含浸させ、このモノマーを重合することで、０．５〜４．０ミリモル／ｇのスルホン酸基と２．０ミリモル／ｇ以上のカルボキシル基とを導入することを特徴とするイオン交換繊維の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の製造方法によって得られるイオン交換繊維。
【請求項３】
請求項２記載のイオン交換繊維に、金属化合物からなるイオウ系ガスの消臭性成分を有するイオウ系ガス吸収繊維および／または塩基性基を有する酸性ガス吸収繊維を、９５質量％以下の割合で含有させてなる繊維構造物。
【図１】
【公開番号】特開２００８−１７４８４９（Ｐ２００８−１７４８４９Ａ）
【公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７０７０（Ｐ２００７−７０７０）
【出願日】平成１９年１月１６日（２００７．１．１６）
【出願人】（０００００４０５３）日本エクスラン工業株式会社 (58)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月１６日（２００７．１．１６）
【出願人】（０００００４０５３）日本エクスラン工業株式会社 (58)
【Ｆターム（参考）】
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