セルロース系材料又はその成形体の熱処理方法

【課題】セルロース系材料又はその成形体の形態安定化を目的とした熱処理方法において、薬剤を用いることなく、常圧で処理でき、さらに、連続的な熱処理方法を用いて、セルロースの優れた形態安定化処理が可能な方法を提供する。
【解決手段】セルロース系材料又はその成形体の熱処理工程において、過熱水蒸気を用いることを特徴とする熱処理方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はセルロース系材料又はその成形体の形態安定性を付与する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
セルロース系材料又はその成形体は、一般に形態安定性が悪く、吸湿処理、乾燥処理により収縮し易い。特に、セルロース系繊維からなる布帛などは、形態安定性が悪く、洗濯を繰り返すうちにしわがより易く、プリーツ加工を施したものも洗濯によって容易に消失されるという欠点がある。
これらの問題を改善する方法として、特許文献1では、形態安定性の向上を付与するために、高温高圧水蒸気処理による熱処理方法が提案されている。しかし、この方法は、絶対圧力4kgf/cm以上の高圧処理を必要とする為、高圧容器を用いたバッチ式処理が中心であり、生産効率が低く、連続的に高効率で熱処理する方法が求められている。さらに、高圧容器を用いた高圧処理を必要とするため、高額な設備と高度な運転管理が必要であった。また、セルロース形態安定化処理として、樹脂加工法や、ホルマリンなどの薬剤を用いる薬剤法があるが、強度の低下や風合いの低下、薬剤の残留などの問題が生じやすい。
【0003】
更に、例えばセルロース系繊維の熱処理を例にあげると、セルロース系繊維を一旦、チーズやコーン等の仮巻き状態で熱処理する必要があり、その為に、チーズやコーン等の内外層への均一な熱処理が得にくく、形態安定の内外層の差や、染色の差を生じやすいなどの品質上の問題が生じやすいという問題があった。
特許文献2には、過熱水蒸気を用いた織物の連続染色加工方法及び装置が開示されているが、染色工程で染料を織物に固定化する目的で、過熱水蒸気を使用することが提案されているが、セルロース材料の形態安定化を目的とするものではない。
この様な観点から、セルロース系材料又はその成形体の形態安定化を目的とした熱処理方法において、薬剤を用いることなく、常圧で処理でき、さらに、連続的な熱処理方法を用いて、セルロースの優れた形態安定化処理が図れる方法が望まれている。
【0004】
【特許文献1】特開2001−164459号公報
【特許文献2】特開2007−9353号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は上記従来の問題を解決し、セルロース系材料又はその成形体に形態安定性の向上を付与する為に、常圧で連続的に熱処理する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者等は、上記課題を解決するため、セルロース系材料又はその成形体の形態安定性を付与する為に、過熱水蒸気を用いた熱処理方法を見出し、この方法により、熱源として常圧で使用でき、連続的に熱処理できる本発明の熱処理方法の完成に至った。
即ち、本発明は以下の通りである。
(1)セルロース系材料又はその成形体の熱処理工程において、過熱水蒸気を用いることを特徴とする熱処理方法。
(2)前記過熱水蒸気の温度が130〜250℃であることを特徴とする上記(1)に記載の熱処理方法。
(3)前記過熱水蒸気の温度が170〜200℃であることを特徴とする上記(1)に記載の熱処理方法。
(4)前記セルロース系材料又はその成形体において、セルロースの混率が40重量%以上であることを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれかに記載の熱処理方法。
(5)前記セルロース系材料又はその成形体の熱処理工程前に該セルロース系材料又はその成形体の水分率を調整する工程を含むことを特徴とする上記(1)〜(4)のいずれかに記載の熱処理方法。
【0007】
(6)前記水分率を調整する工程において、該水分率が5重量%以上であることを特徴とする上記(5)に記載の熱処理方法。
(7)過熱水蒸気発生工程と、該過熱水蒸気を熱源とする熱処理工程とを有し、常圧下、バッチ式で、熱処理することを特徴とする上記(1)〜(6)のいずれかに記載の熱処理方法。
(8)過熱水蒸気発生工程と、該過熱水蒸気を熱源とする熱処理工程とを有し、常圧下、連続的に、熱処理することを特徴とする上記(1)〜(6)のいずれかに記載の熱処理方法。
(9)前記セルロース系材料が繊維状物、フィルム状物、粒子状物、多孔質状物、又は中空糸条物であることを特徴とする上記(1)〜(8)のいずれかに記載の熱処理方法。
(10)前記成形体が、織物、編物、不織布、又はそれらの複合物であることを特徴とする上記(1)〜(8)のいずれかに記載の熱処理方法。
(11)前記過熱水蒸気が、空気を含まない状態であることを特徴とする上記(1)〜(10)のいずれかに記載の熱処理方法。
【発明の効果】
【0008】
本発明の過熱水蒸気による熱処理方法を用いることにより、セルロース系材料又はその成形体の優れた形態安定性を得ることができ、さらに、以下のとおりの効果も有する。
(1)過熱水蒸気を熱源とするので、常圧で、連続的な熱処理方法が可能となる。
(2)高価な高圧容器設備等を用いることなく、安価な常圧設備による熱処理が可能となる。
(3)特に、セルロース系繊維の場合、繊維材料を一旦チーズやコーン等の仮巻き状態にせずに、そのまま繊維状の形態で熱処理できるので、均一な形態安定加工の付与が可能となる。
更に、その形態安定化したセルロース系繊維を、熱に弱いナイロン、ポリエステル等の合成繊維等の異種繊維に混用でき、形態安定化性の高い混用品を容易に得ることが可能となる。
(4)セルロース系繊維について本発明の熱処理を施した場合、熱水収縮率が3%以下の優れた収縮性能を有する繊維とすることが可能となる。
(5)過熱水蒸気中に、空気を殆ど含まない無酸素状態に近い雰囲気下での熱処理が可能となり、酸化を抑制した処理が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
本発明の特徴は、セルロース系材料又はその成形体の熱処理工程において、過熱水蒸気を用いて、常圧で、しかも連続的に熱処理することを特徴とした処理方法である。この方法を用いることで、セルロース系材料又はその成形体の優れた形態安定性を得ることができる。
本発明において、セルロース系材料とは、綿、麻等の天然セルロース材料や、銅アンモニアレーヨン、ビスコースレーヨン、ポリノジック等の再生セルロース材料、テンセル等の精製セルロース材料を示す。再生セルロース材料は、天然セルロース材料に比較して、結晶化度が低く、構造的に緻密性が弱く、過熱水蒸気処理の効果が及びやすく、好ましい態様である。
【0010】
各材料において、セルロース含有量が40wt%以上が好ましく、より好ましくは60
wt%以上、特に好ましくは、80wt%以上である。形状としては、繊維状物、フィルム状物、粒子状物、多孔質状物、または中空糸条物であることが好ましく、より好ましくは繊維状物、フィルム状物、または粒子状物である。
本発明のセルロース系材料は、形態安定性に優れ、熱可塑性合成繊維材料など混用した場合、材料全体の形態安定性が更に向上し、好ましい。
セルロースの繊維状物としては、マルチフィラメントヤーン、紡績糸、モノフィラメント、が挙げられ、繊度は20〜200dtexの範囲が好ましく、更に好ましくは30〜150dtexである。単糸繊度は、0.5〜3dtex/fが好ましく、更に好ましくは1.0〜2.0dtex/fである。
【0011】
本発明のセルロース系材料の成形体とは、セルロース系材料から構成される、織物、編物、不織布、又はそれらの複合物であることが好ましい。特に、セルロース系繊維から構成される織物、編物、不織布、又はそれらの複合物が好ましく、より好ましくは、再生セルロース繊維からなる成形体である。
本発明のセルロース系材料の成形体において、セルロース系材料同士を混用した織物、編物、不織布、又はそれらの複合物を含み、また、セルロース系材料と異種材料を混用した織物、編物、不織布、又はそれらの複合物も含む。各成形体において、セルロース含有量が40wt%以上が好ましく、より好ましくは60wt%以上、特に好ましくは、80wt%以上である。
例えば、織物においてセルロース系繊維と合成繊維を複合したものや、フィルムにおいてはセルロース系フィルムに異種材料を複合したものや、粒子やチップ等においてはセルロース系粒子或いはチップ等と異種材料を複合したものが挙げられる。
【0012】
本発明で用いる過熱水蒸気とは、飽和した乾き蒸気を、常圧で更に加熱したものであり、水を主成分とする、空気を殆ど含まない、無酸素状態に近い気体であることが好ましい。したがって、過熱水蒸気中には、酸素が殆ど無く,これを熱源にする熱加工処理においては、酸化を抑制する効果がある。
セルロース系材料は、高圧状態で水蒸気処理すると、セルロース自身の酸化が生じやすく、水酸基が酸化されて、酸化官能基が増加したり、黄色に変色したりする傾向を有する。特に、結晶性の低い再生セルロースにおいては、この傾向が強く、高圧水蒸気による滅菌処理での黄変化現象は、この酸化が原因とされている。本発明の過熱水蒸気による熱処理においては、この様なセルロースの酸化劣化を防止でき、優れた形態安定効果を有する。
【0013】
本発明における熱処理工程において、過熱水蒸気装置の設置例を図1に示す。
本発明においては、過熱水蒸気発生工程と、該過熱水蒸気を熱源とする熱処理工程とを有し、常圧下で、バッチ式または、連続式で、熱処理することができるが、連続式での熱処理が効率的生産の面から、より好ましい態様である。
図1のように、過熱水蒸気を用いて、熱処理する場合、熱処理工程前に水分率を調整する脱水部や注水部をもたせるのが好ましく、連続的に熱処理する場合の水分付与は更に好ましい。過熱水蒸気発生装置の設置位置は、熱処理する対象物によって適宜設定され、熱処理工程の上流部、下流部或いは中間部に決めることができる。
セルロース系材料又はその成形体の形態安定性の向上を図るには、熱処理前のセルロース系材料又はその成形体の水分率と過熱水蒸気の処理温度、処理時間が重要な因子となる。
【0014】
セルロース系材料又はその成形体の熱処理前の水分付与率について、以下に説明する
本発明においては、熱処理前に、対象物に対し、予め水分を5重量%以上付与することが好ましく、より好ましくは50〜90重量%水分を付与することである。
上記の、所定の水分率にコントロールするには、過剰に水分が付与されたセルロース系
材料又はその成形体を、遠心脱水やプレス脱水等で水分調整しても良いし、一度、過剰脱水した後や乾燥した後に所定の水分を付与しても良い。
後述の実施例での表1に示した通り、実施例2と実施例6との対比において、水分率を5重量%から70重量%に変えると、Wet伸縮率(糸長方向の形態安定性評価)が、比較例1が−1.5%、実施例2が−1.1%、実施例6が−0.8%の値であり、水分を多くした条件では、形態安定性が良好となるという効果を有する。同様な効果は、実施例1と実施例5の対比からもいえる。
【0015】
次に、過熱水蒸気の処理温度とその効果について、説明する。
本発明における過熱水蒸気の処理温度は、101℃以上とし、130℃〜250℃が好ましく、より好ましくは170℃〜200℃とする。
後述の実施例での表1に示した通り、実施例5と実施例6の比較では、熱処理時間30分の条件で、処理温度を130℃から170℃にすると、比較例1対比においてWet伸縮率(糸長方向の形態安定評価)が、比較例1が−1.5%、実施例5が−1.0%、実施例6が−0.8%の値であり、温度を高くした場合の方が、形態安定性が良好であるといえる。表2の実施例10と実施例11の比較では、処理温度を150℃から170℃にすると、比較例2対比において同様の効果が見られる。
【0016】
次に、過熱水蒸気の処理時間の効果について説明する.
本発明における過熱水蒸気の処理時間は,処理温度を考慮し最適な時間を設定するが、通常1〜60分、好ましくは10〜30分である。表1の実施例3と実施例4の比較では、処理時間を5分間から10分間にすると、比較例1対比においてWet伸縮率(糸長方向の形態安定評価)が、比較例1が−1.5%、実施例3が−1.0%、実施例4が−0.9%であり、処理時間が長い方が形態安定性が良好であるといえる。表2の実施例9と実施例11の比較では、処理時間を5分間から20分間にすると、比較例2対比において寸法変化C法が、比較例2が2.5%(たて)/2.6%(よこ)、実施例9が2.0%/2.0%、実施例11が1.5%/1.6%の値であり、より顕著な効果が見られる。
これらセルロース系材料又はその成形体の水分率と過熱水蒸気の処理温度、処理時間は複合的に作用するので、セルロース系材料及びその成形体の熱処理前の状態や経済性を考慮し、条件毎に設定する必要がある。
【実施例】
【0017】
本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。尚、各特性値の測定法は下記の通りである。
(1)熱水収縮率(糸長方向の形態安定性評価)
乾燥したセルロース繊維を500mm採取し、100℃熱湯中に30分浸漬し、過剰な水分を取り除いたあとに20℃、65%RHに温湿度調節された部屋に24時間以上放置後、繊維長を計測し、熱水収縮率を算出する。
熱水収縮率(%)=100×±熱水処理前後の繊維長差(mm)/500(mm)
【0018】
(2)Wet伸縮率(糸長方向の形態安定性評価)
乾燥されたセルロース繊維を20℃、65%RHに温湿度調節された部屋に16時間以上放置後、5〜6m採取する。Wet伸縮率測定機器の上下固定距離1000mmにセルロース繊維を取り付ける。取り付け治具下部に1〜7gの分銅を掛けて一定の張力が掛かるようにする。Wet伸縮測定機器をスタートすると、上部から3分間水滴が糸に伝わり、湿潤した時の繊維長を計測しWet伸縮率を算出する。
Wet伸縮率(%)=100×±伸縮した長さ(mm)/1000(mm)
(3)単糸径膨潤度(単糸径方向の形態安定性評価)
乾燥したセルロース繊維及びその集合体を20℃、65%RHに温湿度調節された部屋に16時間以上放置後、繊維長数mmを切り取り、顕微鏡で繊維直径を計測する。更に過剰
な水を付与し湿潤させたのちに顕微鏡にて繊維直径を計測し、単糸径膨潤度を算出する。単糸径膨潤度=水付与後の繊維直径/水付与前の繊維直径
【0019】
[実施例1〜7]
過熱水蒸気の処理時間及び処理温度と、100%キュプラ繊維(銘柄オFB84dtex旭化成せんい社製)(全繊度84dtex、単糸繊度1.87dtex)を用い、処理前水分率を実施例1から6に設定して過熱水蒸気を用いた熱処理を行い、過熱水蒸気処理後の形態安定性を評価した。
また、実施例7に48wt%キュプラ繊維/52wt%エステル繊維の混率で構成されるエアー混繊糸型複合繊維の形態安定性も評価した。評価結果は表1に示した。
表1に示した通り、比較例1と実施例6において、熱水収縮率が3.6%から2.2%、Wet伸縮率が−1.5%から−0.8%、単糸径膨潤度が1.4から1.2へと形態安定性が向上した。
[比較例1]
実施例1〜6において、過熱水蒸気の熱処理を行う前の100%キュプラ繊維(銘柄オFB84dtex旭化成せんい社製)(全繊度84dtex、単糸繊度1.87dtex)比較例1として、評価結果を表1に示した。
【0020】
【表1】

【0021】
[実施例8〜11]
過熱水蒸気の処理条件と100%キュプラ繊維同士の布帛(経糸オFB84dtex:126本/吋、緯糸オFB84dtex:90本/吋の平織構造)をJIS規格の一般織物試験方法(JIS−L−1096)の寸法変化C法(タテヨコ収縮率%)を用いて、織物の形態安定性を評価した。評価結果を表2に示した。
表2に示した通り、比較例2と実施例11において、寸法変化C法がたて2.5%から1.5%へと収縮率が改善し、よこ2.6%から1.6%へと収縮率が改善し、タテヨコの形態安定性が向上した。
[比較例2]
実施例8〜11において、過熱水蒸気の熱処理を行う前の100%キュプラ繊維同士の布帛(経糸オFB84dtex:126本/吋、緯糸オFB84dtex:90本/吋の平織構造)を評価した。評価結果は表2に示した。
【0022】
【表2】

【産業上の利用可能性】
【0023】
本発明の処理方法は、薬剤を用いることなく、常圧で処理でき連続的に高効率での熱処理が可能であり、セルロース系材料又はその成形体に形態安定性の向上にすぐれた効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】熱処理工程における過熱水蒸気装置の設置例
【符号の説明】
【0025】
1・・・ボイラー
2・・・過熱水蒸気発生装置
3・・・原反
4・・・水付与工程
5・・・水分率調整用のプレス脱水工程
6・・・過熱水蒸気噴出しノズル
7・・・多段ローラー式熱処理工程
8・・・巻取り工程

【特許請求の範囲】
【請求項1】
セルロース系材料又はその成形体の熱処理工程において、過熱水蒸気を用いることを特徴とする熱処理方法。
【請求項2】
前記過熱水蒸気の温度が130〜250℃であることを特徴とする請求項1に記載の熱処理方法。
【請求項3】
前記過熱水蒸気の温度が170〜200℃であることを特徴とする請求項1に記載の熱処理方法。
【請求項4】
前記セルロース系材料又はその成形体において、セルロースの混率が40重量%以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の熱処理方法。
【請求項5】
前記セルロース系材料又はその成形体の熱処理工程前に該セルロース系材料又はその成形体の水分率を調整する工程を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の熱処理方法。
【請求項6】
前記水分率を調整する工程において、該水分率が5重量%以上であることを特徴とする請求項5に記載の熱処理方法。
【請求項7】
過熱水蒸気発生工程と、該過熱水蒸気を熱源とする熱処理工程とを有し、常圧下、バッチ式で、熱処理することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の熱処理方法。
【請求項8】
過熱水蒸気発生工程と、該過熱水蒸気を熱源とする熱処理工程とを有し、常圧下、連続的に、熱処理することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の熱処理方法。
【請求項9】
前記セルロース系材料が繊維状物、フィルム状物、粒子状物、多孔質状物、又は中空糸条物であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の熱処理方法。
【請求項10】
前記成形体が、織物、編物、不織布、又はそれらの複合物であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の熱処理方法。
【請求項11】
前記過熱水蒸気が、空気を含まない状態であることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の熱処理方法。

【図1】
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【公開番号】特開2009−52159(P2009−52159A)
【公開日】平成21年3月12日(2009.3.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−218476(P2007−218476)
【出願日】平成19年8月24日(2007.8.24)
【出願人】(303046303)旭化成せんい株式会社 (548)
【Fターム(参考)】