繊維分離方法
【課題】本発明は、酸やアルカリ等の薬剤や、多量のエネルギーを使用することなく、混紡繊維から未分解である高分子の天然繊維や、合成繊維を簡易な方法で分離することができる繊維分離方法を提供することを目的とする。
【解決手段】少なくとも２種の繊維を含む混紡繊維から特定の繊維を分離する繊維分離方法であって、前記特定の繊維を溶解させるイオン液体に前記混紡繊維を投入し、当該混紡繊維に含まれる前記特定の繊維を前記イオン液体に抽出する抽出工程を実行する繊維分離方法。
【解決手段】少なくとも２種の繊維を含む混紡繊維から特定の繊維を分離する繊維分離方法であって、前記特定の繊維を溶解させるイオン液体に前記混紡繊維を投入し、当該混紡繊維に含まれる前記特定の繊維を前記イオン液体に抽出する抽出工程を実行する繊維分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２種の繊維を含む混紡繊維から特定の繊維を分離する繊維分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
我々の身の回りで大量に使用されている繊維製品は、単純に１種類の合成繊維あるいは天然繊維だけから作られているとは限らず、天然繊維や合成繊維、或いは種類の異なる合成繊維等が混ぜられた混紡繊維を用いて製造されていることが多い。これは、単独の天然繊維や合成繊維だけを用いて繊維製品を製造した場合、繊維製品の肌触りや保湿効果、撥水性や強度などに問題が発生することがあるためである。混紡繊維を用いた繊維製品は、その縫製過程における裁断屑や、古着などとして毎日大量に廃棄されており、有効なリサイクル技術の確立が望まれている。しかし、これら繊維製品は、異なる種類の繊維で製造されていることから、廃棄された繊維製品をリサイクルする際に、以下のような問題点が生じる。
【０００３】
繊維のリサイクルは、例えば、マテリアルリサイクル、サーマルリサイクル、及びケミカルリサイクル等が行われている。マテリアルリサイクルとしては、繊維をほぐして綿状とし、マットや車両の内装材等に再利用されている。しかしながら、上記手法で作製した材料は、バージンガラス繊維やバージンポリエステル繊維で作製した材料と比べて物理的特性やリサイクル性に劣るという問題がある。また、マテリアルリサイクルの他の例として、繊維を加熱溶融し、樹脂として再利用している。この場合、繊維廃材が熱可塑性であり、単一素材であることが必要となるため、混紡繊維をマテリアルリサイクルとして再利用することは、困難となる。また、サーマルリサイクルは、混紡繊維を熱エネルギーとして回収することができるが、一回限りのリサイクルとなること、及び地球温暖化ガスを排出することから、他に有効なリサイクル手段がない場合に限って行うべきであると言える。そこで、混紡繊維のリサイクルとして、混紡繊維から特定の繊維あるいはその繊維の分解物を回収する様々なケミカルリサイクル方法が開発されている。
【０００４】
特許文献１では、酸触媒存在下で酸無水物またはカルボン酸、及び溶媒と加熱処理することにより混紡繊維から天然素材であるセルロース系高分子を選別除去し、混紡繊維から合成繊維を分離する技術が開示されている。
【０００５】
特許文献２では、ポリエステル廃棄物を破砕した見掛け比重の異なる破砕物を、運転負荷が一定範囲となるように制御しつつ造粒機へ供給して造粒物を形成した後、該造粒物をケミカルリサイクル工程へ供給することにより高純度の回収モノマーを効率よく得る分離回収技術が開示されている。
【０００６】
特許文献３では、２種以上の繊維を含む混紡繊維を、亜臨界状態の水と接触させることにより、混紡繊維中に含まれる繊維を、繊維の分解物あるいは繊維形態で分離・抽出する混紡繊維の繊維分離技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３１６１９１号公報
【特許文献２】特開２００４−３００１１５号公報
【特許文献３】特開２００８−２５５５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、特許文献１に記載の混紡繊維の繊維分離技術では、セルロース系高分子を選択除去するために酸触媒等の薬剤を使用するため、その酸触媒の加水分解作用により、セルロース系高分子をグルコースや各種有機酸にまで分解し、未分解のセルロース繊維をリサイクルできないという問題とともに、酸触媒を廃棄処理する必要があるという問題があった。なお、特許文献１に記載の技術は、あくまでもセルロース系高分子の選択除去方法であって、セルロース系高分子を含む混紡繊維のみにしか適用することができない。
【０００９】
また、特許文献２に記載の分離回収技術では、ポリエステル廃棄物を造粒物に形成し、その後、ケミカルリサイクル工程において、造粒物を分解し、モノマーとして回収していることから、多量のエネルギーを使用する。さらに、回収したモノマーから再度繊維を合成する必要があるため、省エネルギーの観点から問題があった。
【００１０】
一方、特許文献３に記載の混紡繊維の繊維分離技術は、２種以上の繊維を含む混紡繊維を処理するのに分解作用の強い亜臨界水を用いている。従って、セルロース高分子である綿繊維等は、グルコースや各種有機酸等の低分子化物、さらには二酸化炭素にまで分解してしまうという問題があった。また、混紡繊維中の合成繊維に関しても、混紡繊維を高温の亜臨界水で処理することから、一部の合成繊維は、モノマーにまで分解し、未分解の繊維としてそのまま再利用することは困難であった。さらに、高温・高圧の亜臨界水を生成するには多量のエネルギーを使用することから、省エネルギーの観点からも問題があった。
【００１１】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、酸及びアルカリ等の薬剤や、多量のエネルギーを使用することなく、混紡繊維から未分解である高分子の天然繊維や、合成繊維を簡易な方法で分離することができる繊維分離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】
【００１２】
上記課題を解決するための本発明に係る繊維分離方法の特徴構成は、
少なくとも２種の繊維を含む混紡繊維から特定の繊維を分離する繊維分離方法であって、
前記特定の繊維を溶解させるイオン液体に前記混紡繊維を投入し、当該混紡繊維に含まれる前記特定の繊維を前記イオン液体に抽出する抽出工程を実行することにある。
【００１３】
本発明に係る繊維分離方法は、特定の繊維を溶解させるイオン液体に混紡繊維を投入し、次いで、当該混紡繊維に含まれる特定の繊維をイオン液体に抽出する抽出工程を実行することで、混紡繊維中に含まれる特定の繊維をイオン液体に確実に抽出することができる。また、イオン液体は、材料設計の自由度が高く、対象となる繊維に応じた溶解性の設定が可能であること、及び抽出条件の設定により、特定の繊維の高分子構造が大きく毀損されることなく、さらに、特定の繊維の抽出後の残存繊維が繊維構造を維持したまま回収することが可能である。このため、特定の繊維が溶解した抽出液又は残存繊維を、繊維製品などに容易に再利用することができる。このように、イオン液体を使用すれば、酸やアルカリ等の後処理が必要な薬剤や、多量のエネルギーを必要とする亜臨界水を用いることなく、混紡繊維を容易且つ確実に処理することができる。
【００１４】
本発明に係る繊維分離方法において、
前記抽出工程を終えたイオン液体から固形分を分離した後、前記特定の繊維が溶解しない溶媒を添加することにより、前記特定の繊維の成分を析出させる析出工程をさらに実行することが好ましい。
【００１５】
本発明に係る繊維分離方法は、抽出工程を終えたイオン液体から固形分を分離した後、特定の繊維が溶解しない溶媒を添加することにより、特定の繊維の成分を析出させる析出工程をさらに実行することから、特定の繊維成分を容易に析出させることができる。また、析出した特定の繊維は、容易に固液分離することが可能であることから、作業工程を減らすことができる。さらに、得られる繊維成分は、略単一の成分であることから様々な繊維製品等の原材料に再利用することができる。
【００１６】
本発明に係る繊維分離方法において、
前記析出工程を終えたイオン液体から析出物を分離した後、成分調整を行って再生し、イオン液体として再利用することが好ましい。
【００１７】
本発明に係る繊維分離方法は、析出工程を終えたイオン液体から析出物を分離した後、成分調整を行ってイオン液体を再生し、本発明に係る繊維分離方法に再利用することができる。イオン液体を再利用することができることから、イオン液体の廃棄処理を減らすことができるとともに、製造コストも下げることができる。
【００１８】
本発明に係る繊維分離方法において、
前記混紡繊維は、天然繊維及び合成繊維を含むことが好ましい。
【００１９】
本発明に係る繊維分離方法は、天然繊維及び合成繊維を含む混紡繊維について処理を行うものであるため、混紡繊維を天然繊維と合成繊維とに略完全に分離することができる。また、得られた天然繊維は、その高分子構造が大きく毀損されることがないので、元の繊維製品の原材料のみならず、増粘剤や、医療用基材等の様々な原材料として再利用することができる。
【００２０】
本発明に係る繊維分離方法において、
前記特定の繊維は、セルロース繊維であり、
前記イオン液体は、３−メチル−Ｎ−ブチルピリジウム クロライド、１−アリル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、ベンジルジメチルテトラデシルアンモニウム クロライド、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム アセテート及び１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム トリフルオロアセテートからなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。
【００２１】
本発明に係る繊維分離方法は、特定の繊維がセルロース繊維であり、且つそれを溶解させるイオン液体が３−メチル−Ｎ−ブチルピリジウム クロライド、１−アリル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、ベンジルジメチルテトラデシルアンモニウム クロライド、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム アセテート及び１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム トリフルオロアセテートからなる群から選択される少なくとも一つであることから、セルロース繊維間の水素結合を容易に切断することができる。その結果、セルロース繊維を速やかに溶解させることができる。また、得られたセルロースは、その高分子構造が大きく毀損されることがないため、様々な繊維製品に再利用することができるとともに、増粘剤や、医療用基材等の様々な原材料、あるいは、バイオエタノール等の発酵生産の糖源として用いることもできる。
【００２２】
本発明に係る繊維分離方法において、
前記特定の繊維は、ポリエステル繊維であり、
前記イオン液体は、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム テトラクロロアルミネート、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム アセテート及び１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム トリフルオロアセテートからなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。
【００２３】
本発明に係る繊維分離方法は、特定の繊維がポリエステル繊維であり、且つそれを溶解させるイオン液体が１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム テトラクロロアルミネート、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム アセテート及び１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム トリフルオロアセテートからなる群から選択される少なくとも一つであることから、混紡繊維からポリエステル繊維を選択的且つ容易に抽出することができる。また、得られたポリエステル繊維は、その高分子構造が大きく毀損されることがないため、様々な繊維製品に再利用することができる。
【００２４】
本発明に係る繊維分離方法において、
前記特定の繊維は、ナイロン繊維であり、
前記イオン液体は、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピロリジウム ビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド、及びＮ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｎ−プロピルアンモニウム ビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミドからなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。
【００２５】
本発明に係る繊維分離方法は、特定の繊維がナイロン繊維であり、且つそれを溶解させるイオン液体がＮ−メチル−Ｎ−プロピルピロリジウム ビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド、及びＮ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｎ−プロピルアンモニウム ビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミドからなる群から選択される少なくとも一つであることから、混紡繊維からナイロン繊維を選択的かつ容易に抽出することができる。また、得られたナイロン繊維は、その高分子構造が大きく毀損されることがないため、様々な繊維製品に再利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る繊維分離方法で処理される混紡繊維の概略図であり、（ａ）は処理対象の平織の生地、（ｂ）は処理前の糸条部分の拡大断面図、（ｃ）は処理後の糸条部分の拡大断面図である。
【図２】本発明に係るイオン液体を用いた繊維分離方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る繊維分離方法を用いて分離した繊維のフーリエ変換型赤外分光分析（ＦＴ−ＩＲ）の結果を示すグラフである。
【図４】本発明に係る繊維分離方法を用いて分離した繊維の熱重量分析（ＴＧＡ）の結果を示すグラフである。
【図５】本発明で使用したイオン液体を繰り返し再生し、これを用いてポリエステル繊維を回収した回収率の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る繊維分離方法に関する実施形態を図１乃至図５に基づいて詳述する。ただし、本発明は、以下に説明する実施形態や図面に記載される構成に限定されることを意図しない。
【００２８】
図１は、本発明に係る繊維分離方法で処理される混紡繊維の概略図であり、（ａ）は処理対象の平織の生地、（ｂ）は処理前の糸条部分の拡大断面図、（ｃ）は処理後の糸条部分の拡大断面図である。本発明の対象となる混紡繊維とは、少なくとも２種の繊維を含む繊維混合物であり、例えば、数種類の天然繊維及び合成繊維を含む繊維混合物が挙げられる。図１（ａ）に示される平織の生地１は、２種類の異なる繊維が撚糸された糸条２が、経方向及び緯方向に織り上げられている。混紡繊維は、例えば、肌触りや保湿効果の高い天然繊維と、強度及び撥水性の高い合成繊維とを組み合わされて構成される。図１（ｂ）の拡大断面図に示されるように、天然繊維３と合成繊維４とを撚糸させて形成されている糸条２（混紡繊維）に対し、本発明に係る繊維分離方法を実行すると、図１（ｃ）の拡大断面図に示されるように、例えば、糸条２から天然繊維３が溶出し、合成繊維４のみが残った状態となる。
【００２９】
図２は、本発明に係るイオン液体を用いた繊維分離方法の一実施形態を示すフローチャートである。このフローチャートでは、イオン液体を用いて、混紡繊維から異なる繊維を分離するための分離方法が示されている。ここで、イオン液体とは、室温下で、液体として存在可能な塩であり、有機カチオンとアニオンとの組み合わせから構成されている。イオン液体は、有機カチオンが同じであってもアニオンが異なるとその溶解特性が大きく異なる。このため、イオン液体は設計の自由度が高く、有機カチオンとアニオンとの組み合わせを変更するだけで、対象となる繊維に合わせて溶解性を設定することができる。本実施形態に係る繊維分離方法は、以下の工程１から工程８により実行される。なお、図２では、各工程を、ステップを表す記号「Ｓ」として示している。
【００３０】
本実施形態に係る繊維分離方法では、先ず、混紡繊維から特定の繊維を溶解させることができるイオン液体に、混紡繊維を投入し（Ｓ１）、次いで、混紡繊維に含まれる特定の繊維のみをイオン液体に抽出する（Ｓ２）。特定の繊維を抽出後、イオン液体から固形分の繊維を、遠心分離機等を用いて分離する（Ｓ３）。分離された繊維固形分からは、特定の繊維が完全に除去されている。次に、本実施形態に係る繊維分離方法では、特定の繊維が溶解しているイオン液体に、特定の繊維が溶解することができない溶媒（貧溶媒）、例えば、水や有機溶媒などを添加し（Ｓ４）、特定の繊維の成分を析出させる（Ｓ５）。混紡繊維にさらに多くの種類の繊維が含まれている場合、繊維の種類に対応する溶解可能なイオン液体を数種類選択して、混紡繊維を其々単一の繊維になるまで固液分離を複数回行ってもよい。
【００３１】
図２に示される混紡繊維の分離方法の実施形態は、２種類の繊維により構成された混紡繊維を単一の繊維となるように固液分離を実行しているが、比重の異なる溶媒に其々の繊維を溶解させた後、液液分離を行って、単一の繊維として連続的に分離・回収してもよい。
【００３２】
本実施形態に係る繊維分離方法は、析出工程を終えたイオン液体から析出物を分離した後（Ｓ６）、成分調整を行ってイオン液体を再生し（Ｓ７）、イオン液体を再利用することができる（Ｓ８）。成分調整は、例えば、イオン液体から析出物を分離した後、添加溶媒を含むイオン液体を加熱処理等行うことにより、添加溶媒を気化させることにより行う。その結果、使用済みのイオン液体は使用前のイオン液体と遜色のない状態にまで再生され、再利用することができる。
【００３３】
混紡繊維としては、肌触りや保湿効果の高い天然繊維と、強度及び撥水性の高い合成繊維とが組み合わされるのが一般的である。特にセルロース繊維は、多くの繊維製品に用いられており、本発明に係る繊維分離方法では、セルロース繊維を完全に溶解させることができるイオン液体を用いることが重要となる。従って、特定の繊維がセルロース繊維である場合、セルロース繊維を溶解させるイオン液体は、限定されるものではないが、３−メチル−Ｎ−ブチルピリジウム クロライド、１−アリル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、ベンジルジメチルテトラデシルアンモニウム クロライド、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム アセテート及び１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム トリフルオロアセテートからなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。セルロース繊維は、上記イオン液体の融点より上の温度条件で加熱処理を行う必要があること、及びセルロース繊維の熱安定性を考慮して、４０〜２００℃、好ましくは８０〜１６０℃で加熱処理される。このような温度条件であれば、イオン液体中にセルロース繊維を速やかに溶解させることができる。
【００３４】
ここで、イオン液体のアニオンとしては、Ｃｌ-が特にセルロース繊維の溶解力を高める働きがある。これは、Ｃｌ-がセルロース繊維間の水素結合を切断する作用が強いためと考えられる。アニオンとしてＣｌ-を用いた場合は、上記理由からセルロース繊維を選択的に溶解させることができる。従って、特定の繊維がセルロース繊維である場合、セルロース繊維を溶解させるイオン液体として、さらに好ましくは、３−メチル−Ｎ−ブチルピリジウム クロライド、１−アリル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、ベンジルジメチルテトラデシルアンモニウム クロライド、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、及び１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム クロライドからなる群から少なくとも一つ選択される。なお、アニオンとして、上述のように、アセテートを用いることも可能である。ただし、この場合、ポリエステル繊維もイオン液体に一部溶解する。従って、目的に応じて、適切なイオン液体を使い分けることが好ましい。
【００３５】
上記イオン液体で処理されたセルロース繊維は、セルロース繊維間の水素結合が切断され、繊維構造は分解された状態となる。従って、イオン液体の溶解液から水などの貧溶媒を用いてセルロースを析出させた場合、析出したセルロースは、セルロース間の水素結合が切断されているため、元の繊維状態を呈していないが、その高分子構造が大きく毀損されていない（すなわち、一定分子量以上の高分子構造を維持した状態の）粉末状のセルロースとして回収される。本発明に係る繊維分離方法を用いて回収されたセルロース粉末は、医療用基材の原料や、食品添加物、バイオマス変換（例えば、バイオエタノール）に用いられる糖として利用可能であり、なお、セルロースを粉末として析出させることなく、溶解液を貧溶媒に押し出す湿式紡糸を行うことにより、直接繊維形態に加工することも可能である。
【００３６】
混紡繊維中から抽出する特定の繊維がポリエステル繊維である場合、ポリエステル繊維を溶解させるイオン液体としては、限定されるものではないが、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム テトラクロロアルミネート、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム アセテート及び１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム トリフルオロアセテートからなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。これにより、混紡繊維からポリエステル繊維を選択的且つ容易に分離することができる。また、得られたポリエステル繊維は、その高分子構造が大きく毀損されることがないため、様々な繊維製品に再利用することができる。
【００３７】
混紡繊維中から抽出する特定の繊維がナイロン繊維である場合、ナイロン繊維を溶解させるイオン液体としては、限定されるものではないが、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピロリジウム ビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド、及びＮ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｎ−プロピルアンモニウム ビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド、からなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。これにより、混紡繊維からナイロン繊維を選択的且つ容易に分離することができる。また、得られたナイロン繊維は、その高分子構造が大きく毀損されることがないため、様々な繊維製品に再利用することができる。
【実施例】
【００３８】
本発明に係る繊維分離方法に関する実施例を以下に説明する。
常温以上の融点を有するイオン液体([Ｃ４ｍｐｙ]+Ｃｌ-：３−メチル−Ｎ−ブチルピリジウム クロライド、融点：９５℃)３０．３４ｇをビーカーに秤量し、ポリエステル／綿＝６５／３５の混紡糸からなる平織の白色布３．０１３ｇをイオン液体中に投入した。次いで、イオン液体をホットスターラーで１２０℃、１時間、加熱し、その加熱の間、６回程度ビーカーを振盪した。加熱処理終了後、白色布をピンセットで取り出し、水１００ｍｌで洗浄した。取り出した白色布を１０５℃に設定した乾燥機にて1時間乾燥後、白色布の重量を測定した。乾燥後の白色布の重量は、１．９２８ｇであり、投入前の白色布に対して、約６４重量％となった。この結果は、白色布に使用されている混紡糸が、ポリエステル６５重量％、綿３５重量％で構成されていることから、セルロース繊維で構成されている綿が、イオン液体に抽出され、ポリエステルのみが固形分として分離されたことを示唆している。
【００３９】
上記イオン液体処理後の白色布に含まれる繊維の解析を行うために、フーリエ変換型赤外分光（ＦＴ−ＩＲ）及び熱重量分析（ＴＧＡ）を行った。イオン液体処理後の白色布の洗浄に用いた水１００ｍｌを、セルロースが溶解しているイオン液体に投入し、セルロース粉末を析出させた。析出したセルロース粉末は、グラスフィルターを用いて濾過した。イオン液体を含む濾液は、ホットスターラーを用い３時間加熱撹拌後、再生イオン液体として再利用試験に供した。
【００４０】
＜ＦＴ−ＩＲ分析＞
ＦＴ−ＩＲ装置を用いて、イオン液体処理前の白色布、及びイオン液体処理後の白色布中の綿成分の有無について分析を行った。図３は、本発明に係る繊維分離方法を用いて分離した繊維のフーリエ変換型赤外分光分析（ＦＴ−ＩＲ）の結果を示すグラフである。ＦＴ−ＩＲは、パーキンエルマー社製Ｓｐｅｃｔｒｕｍ ＧＸ ＋ Ｔｈｅｒｍｏ（Ｓｐｅｃｔｒａ−Ｔｅｃｈ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎシリーズ）を用いて、1回反射式ＡＴＲの測定モードにより、積算回数１６回で分析を行った。図３の表に示されているが、赤外吸収波長である１１００ｃｍ-１付近のピーク（対称グリコールＣ−Ｏ伸縮）、１２４３ｃｍ-１付近のピーク（面内モード芳香族環エステル）及び１７１６ｃｍ-１付近のピーク（Ｃ＝Ｏ伸縮）は、ポリエステル繊維の吸収スペクトルを示しており、３３４０ｃｍ-１付近のピーク（−ＯＨ伸縮）は、綿の吸収スペクトルを示している。その結果、図３のグラフ及び表に示されるように、イオン液体処理前の白色布（実線）は、ポリエステル繊維及び綿の何れの吸収ピークも有しているのに対して、イオン液体処理後の白色布（破線）は、ポリエステル繊維の吸収スペクトルのみしか有しておらず、綿の吸収スペクトルは確認されなかった。つまり、３−メチル−Ｎ−ブチルピリジウム クロライドを用いたイオン液体処理により、平織の白色布から、綿の成分であるセルロースが抽出され、ポリエステル繊維のみが固形分として分離されたことが確認された。
【００４１】
＜ＴＧＡ分析＞
熱重量分析（ＴＧＡ）装置を用い、昇温加熱過程におけるイオン液体処理前の白色布、及びイオン液体処理後の白色布の重量変化を窒素雰囲気下で測定した。図４は、本発明に係る繊維分離方法を用いて分離した繊維の熱重量分析（ＴＧＡ）の結果を示すグラフである。ＴＧＡ分析は、ティー・エイ・インスツルメント社製ＴＧＡ２９５０を用いて、試料重量１２ｍｇ、昇温速度２０℃／ｍｉｎの条件で分析を行った。測定開始前の重量を１．０として、昇温過程での繊維の重量残存率を測定した。その結果、図４のグラフに示されるように、イオン液体処理前の白色布（実線）は、処理後（破線）の白色布よりも熱分解の進行が早く、約３２０℃以上（セルロース）及び４５０℃以上（ポリエステル）の２か所の温度域で熱分解が開始していることが明らかであり、このことは、２種類の繊維が含まれていることを示唆している。これに対して、イオン液体処理後の白色布は、約４５０℃以上の１か所の温度域から熱分解が開始していることから、１種類の繊維のみで構成されていることが示された。従って、ＴＧＡ分析からも、イオン液体で処理した白色布は、ポリエステルのみにより構成されていることが確認された。
【００４２】
＜イオン液体の再利用試験＞
図５は、本発明で使用したイオン液体を繰り返し再生し、これを用いてポリエステル繊維を回収した回収率の変化を示すグラフである。白色布からポリエステル及び綿の分離回収試験に利用したイオン液体([Ｃ４ｍｐｙ]+Ｃｌ-)を、１５０℃、３時間加熱撹拌処理を行って再生した。この再生イオン液体を用いて、平織の白色布からポリエステル及び綿の分離回収試験に再度供した。イオン液体の再生を１回から１０回まで行い、其々の再生回数のイオン液体を用いて、上記繊維分離方法の試験を行い、回収されたポリエステルの繊維総重量に対する重量％をグラフに示した。その結果、再生回数にかかわらず、回収されたポリエステルは、処理前の白色布の重量に対して約６４重量％となった。これは、イオン液体処理前の白色布に含まれているポリエステル量と略等しく、繰り返し再生させたイオン液体を用いても、綿の成分であるセルロースの抽出に何ら問題が起こらないことが確認された。これにより、イオン液体は、再生することにより繰り返し再利用することができることから、本発明に係る繊維分離方法は、リサイクルに掛るコストを抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の繊維分離方法は、酸やアルカリ等の薬剤や、多量のエネルギーを使用することなく、混紡繊維から未分解である高分子の天然繊維や、合成繊維を簡易な方法で分離することができることから、衣料品、紙、強化プラスティック等において、容易に再利用することができる。また、回収されたセルロースは、最近注目されている、バイオ変換物（例えば、バイオエタノール）の発酵生産に用いられる糖としても利用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 平織の生地
２ 糸条
３ 天然繊維
４ 合成繊維
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２種の繊維を含む混紡繊維から特定の繊維を分離する繊維分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
我々の身の回りで大量に使用されている繊維製品は、単純に１種類の合成繊維あるいは天然繊維だけから作られているとは限らず、天然繊維や合成繊維、或いは種類の異なる合成繊維等が混ぜられた混紡繊維を用いて製造されていることが多い。これは、単独の天然繊維や合成繊維だけを用いて繊維製品を製造した場合、繊維製品の肌触りや保湿効果、撥水性や強度などに問題が発生することがあるためである。混紡繊維を用いた繊維製品は、その縫製過程における裁断屑や、古着などとして毎日大量に廃棄されており、有効なリサイクル技術の確立が望まれている。しかし、これら繊維製品は、異なる種類の繊維で製造されていることから、廃棄された繊維製品をリサイクルする際に、以下のような問題点が生じる。
【０００３】
繊維のリサイクルは、例えば、マテリアルリサイクル、サーマルリサイクル、及びケミカルリサイクル等が行われている。マテリアルリサイクルとしては、繊維をほぐして綿状とし、マットや車両の内装材等に再利用されている。しかしながら、上記手法で作製した材料は、バージンガラス繊維やバージンポリエステル繊維で作製した材料と比べて物理的特性やリサイクル性に劣るという問題がある。また、マテリアルリサイクルの他の例として、繊維を加熱溶融し、樹脂として再利用している。この場合、繊維廃材が熱可塑性であり、単一素材であることが必要となるため、混紡繊維をマテリアルリサイクルとして再利用することは、困難となる。また、サーマルリサイクルは、混紡繊維を熱エネルギーとして回収することができるが、一回限りのリサイクルとなること、及び地球温暖化ガスを排出することから、他に有効なリサイクル手段がない場合に限って行うべきであると言える。そこで、混紡繊維のリサイクルとして、混紡繊維から特定の繊維あるいはその繊維の分解物を回収する様々なケミカルリサイクル方法が開発されている。
【０００４】
特許文献１では、酸触媒存在下で酸無水物またはカルボン酸、及び溶媒と加熱処理することにより混紡繊維から天然素材であるセルロース系高分子を選別除去し、混紡繊維から合成繊維を分離する技術が開示されている。
【０００５】
特許文献２では、ポリエステル廃棄物を破砕した見掛け比重の異なる破砕物を、運転負荷が一定範囲となるように制御しつつ造粒機へ供給して造粒物を形成した後、該造粒物をケミカルリサイクル工程へ供給することにより高純度の回収モノマーを効率よく得る分離回収技術が開示されている。
【０００６】
特許文献３では、２種以上の繊維を含む混紡繊維を、亜臨界状態の水と接触させることにより、混紡繊維中に含まれる繊維を、繊維の分解物あるいは繊維形態で分離・抽出する混紡繊維の繊維分離技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３１６１９１号公報
【特許文献２】特開２００４−３００１１５号公報
【特許文献３】特開２００８−２５５５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、特許文献１に記載の混紡繊維の繊維分離技術では、セルロース系高分子を選択除去するために酸触媒等の薬剤を使用するため、その酸触媒の加水分解作用により、セルロース系高分子をグルコースや各種有機酸にまで分解し、未分解のセルロース繊維をリサイクルできないという問題とともに、酸触媒を廃棄処理する必要があるという問題があった。なお、特許文献１に記載の技術は、あくまでもセルロース系高分子の選択除去方法であって、セルロース系高分子を含む混紡繊維のみにしか適用することができない。
【０００９】
また、特許文献２に記載の分離回収技術では、ポリエステル廃棄物を造粒物に形成し、その後、ケミカルリサイクル工程において、造粒物を分解し、モノマーとして回収していることから、多量のエネルギーを使用する。さらに、回収したモノマーから再度繊維を合成する必要があるため、省エネルギーの観点から問題があった。
【００１０】
一方、特許文献３に記載の混紡繊維の繊維分離技術は、２種以上の繊維を含む混紡繊維を処理するのに分解作用の強い亜臨界水を用いている。従って、セルロース高分子である綿繊維等は、グルコースや各種有機酸等の低分子化物、さらには二酸化炭素にまで分解してしまうという問題があった。また、混紡繊維中の合成繊維に関しても、混紡繊維を高温の亜臨界水で処理することから、一部の合成繊維は、モノマーにまで分解し、未分解の繊維としてそのまま再利用することは困難であった。さらに、高温・高圧の亜臨界水を生成するには多量のエネルギーを使用することから、省エネルギーの観点からも問題があった。
【００１１】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、酸及びアルカリ等の薬剤や、多量のエネルギーを使用することなく、混紡繊維から未分解である高分子の天然繊維や、合成繊維を簡易な方法で分離することができる繊維分離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】
【００１２】
上記課題を解決するための本発明に係る繊維分離方法の特徴構成は、
少なくとも２種の繊維を含む混紡繊維から特定の繊維を分離する繊維分離方法であって、
前記特定の繊維を溶解させるイオン液体に前記混紡繊維を投入し、当該混紡繊維に含まれる前記特定の繊維を前記イオン液体に抽出する抽出工程を実行することにある。
【００１３】
本発明に係る繊維分離方法は、特定の繊維を溶解させるイオン液体に混紡繊維を投入し、次いで、当該混紡繊維に含まれる特定の繊維をイオン液体に抽出する抽出工程を実行することで、混紡繊維中に含まれる特定の繊維をイオン液体に確実に抽出することができる。また、イオン液体は、材料設計の自由度が高く、対象となる繊維に応じた溶解性の設定が可能であること、及び抽出条件の設定により、特定の繊維の高分子構造が大きく毀損されることなく、さらに、特定の繊維の抽出後の残存繊維が繊維構造を維持したまま回収することが可能である。このため、特定の繊維が溶解した抽出液又は残存繊維を、繊維製品などに容易に再利用することができる。このように、イオン液体を使用すれば、酸やアルカリ等の後処理が必要な薬剤や、多量のエネルギーを必要とする亜臨界水を用いることなく、混紡繊維を容易且つ確実に処理することができる。
【００１４】
本発明に係る繊維分離方法において、
前記抽出工程を終えたイオン液体から固形分を分離した後、前記特定の繊維が溶解しない溶媒を添加することにより、前記特定の繊維の成分を析出させる析出工程をさらに実行することが好ましい。
【００１５】
本発明に係る繊維分離方法は、抽出工程を終えたイオン液体から固形分を分離した後、特定の繊維が溶解しない溶媒を添加することにより、特定の繊維の成分を析出させる析出工程をさらに実行することから、特定の繊維成分を容易に析出させることができる。また、析出した特定の繊維は、容易に固液分離することが可能であることから、作業工程を減らすことができる。さらに、得られる繊維成分は、略単一の成分であることから様々な繊維製品等の原材料に再利用することができる。
【００１６】
本発明に係る繊維分離方法において、
前記析出工程を終えたイオン液体から析出物を分離した後、成分調整を行って再生し、イオン液体として再利用することが好ましい。
【００１７】
本発明に係る繊維分離方法は、析出工程を終えたイオン液体から析出物を分離した後、成分調整を行ってイオン液体を再生し、本発明に係る繊維分離方法に再利用することができる。イオン液体を再利用することができることから、イオン液体の廃棄処理を減らすことができるとともに、製造コストも下げることができる。
【００１８】
本発明に係る繊維分離方法において、
前記混紡繊維は、天然繊維及び合成繊維を含むことが好ましい。
【００１９】
本発明に係る繊維分離方法は、天然繊維及び合成繊維を含む混紡繊維について処理を行うものであるため、混紡繊維を天然繊維と合成繊維とに略完全に分離することができる。また、得られた天然繊維は、その高分子構造が大きく毀損されることがないので、元の繊維製品の原材料のみならず、増粘剤や、医療用基材等の様々な原材料として再利用することができる。
【００２０】
本発明に係る繊維分離方法において、
前記特定の繊維は、セルロース繊維であり、
前記イオン液体は、３−メチル−Ｎ−ブチルピリジウム クロライド、１−アリル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、ベンジルジメチルテトラデシルアンモニウム クロライド、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム アセテート及び１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム トリフルオロアセテートからなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。
【００２１】
本発明に係る繊維分離方法は、特定の繊維がセルロース繊維であり、且つそれを溶解させるイオン液体が３−メチル−Ｎ−ブチルピリジウム クロライド、１−アリル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、ベンジルジメチルテトラデシルアンモニウム クロライド、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム アセテート及び１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム トリフルオロアセテートからなる群から選択される少なくとも一つであることから、セルロース繊維間の水素結合を容易に切断することができる。その結果、セルロース繊維を速やかに溶解させることができる。また、得られたセルロースは、その高分子構造が大きく毀損されることがないため、様々な繊維製品に再利用することができるとともに、増粘剤や、医療用基材等の様々な原材料、あるいは、バイオエタノール等の発酵生産の糖源として用いることもできる。
【００２２】
本発明に係る繊維分離方法において、
前記特定の繊維は、ポリエステル繊維であり、
前記イオン液体は、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム テトラクロロアルミネート、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム アセテート及び１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム トリフルオロアセテートからなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。
【００２３】
本発明に係る繊維分離方法は、特定の繊維がポリエステル繊維であり、且つそれを溶解させるイオン液体が１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム テトラクロロアルミネート、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム アセテート及び１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム トリフルオロアセテートからなる群から選択される少なくとも一つであることから、混紡繊維からポリエステル繊維を選択的且つ容易に抽出することができる。また、得られたポリエステル繊維は、その高分子構造が大きく毀損されることがないため、様々な繊維製品に再利用することができる。
【００２４】
本発明に係る繊維分離方法において、
前記特定の繊維は、ナイロン繊維であり、
前記イオン液体は、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピロリジウム ビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド、及びＮ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｎ−プロピルアンモニウム ビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミドからなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。
【００２５】
本発明に係る繊維分離方法は、特定の繊維がナイロン繊維であり、且つそれを溶解させるイオン液体がＮ−メチル−Ｎ−プロピルピロリジウム ビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド、及びＮ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｎ−プロピルアンモニウム ビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミドからなる群から選択される少なくとも一つであることから、混紡繊維からナイロン繊維を選択的かつ容易に抽出することができる。また、得られたナイロン繊維は、その高分子構造が大きく毀損されることがないため、様々な繊維製品に再利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る繊維分離方法で処理される混紡繊維の概略図であり、（ａ）は処理対象の平織の生地、（ｂ）は処理前の糸条部分の拡大断面図、（ｃ）は処理後の糸条部分の拡大断面図である。
【図２】本発明に係るイオン液体を用いた繊維分離方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る繊維分離方法を用いて分離した繊維のフーリエ変換型赤外分光分析（ＦＴ−ＩＲ）の結果を示すグラフである。
【図４】本発明に係る繊維分離方法を用いて分離した繊維の熱重量分析（ＴＧＡ）の結果を示すグラフである。
【図５】本発明で使用したイオン液体を繰り返し再生し、これを用いてポリエステル繊維を回収した回収率の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る繊維分離方法に関する実施形態を図１乃至図５に基づいて詳述する。ただし、本発明は、以下に説明する実施形態や図面に記載される構成に限定されることを意図しない。
【００２８】
図１は、本発明に係る繊維分離方法で処理される混紡繊維の概略図であり、（ａ）は処理対象の平織の生地、（ｂ）は処理前の糸条部分の拡大断面図、（ｃ）は処理後の糸条部分の拡大断面図である。本発明の対象となる混紡繊維とは、少なくとも２種の繊維を含む繊維混合物であり、例えば、数種類の天然繊維及び合成繊維を含む繊維混合物が挙げられる。図１（ａ）に示される平織の生地１は、２種類の異なる繊維が撚糸された糸条２が、経方向及び緯方向に織り上げられている。混紡繊維は、例えば、肌触りや保湿効果の高い天然繊維と、強度及び撥水性の高い合成繊維とを組み合わされて構成される。図１（ｂ）の拡大断面図に示されるように、天然繊維３と合成繊維４とを撚糸させて形成されている糸条２（混紡繊維）に対し、本発明に係る繊維分離方法を実行すると、図１（ｃ）の拡大断面図に示されるように、例えば、糸条２から天然繊維３が溶出し、合成繊維４のみが残った状態となる。
【００２９】
図２は、本発明に係るイオン液体を用いた繊維分離方法の一実施形態を示すフローチャートである。このフローチャートでは、イオン液体を用いて、混紡繊維から異なる繊維を分離するための分離方法が示されている。ここで、イオン液体とは、室温下で、液体として存在可能な塩であり、有機カチオンとアニオンとの組み合わせから構成されている。イオン液体は、有機カチオンが同じであってもアニオンが異なるとその溶解特性が大きく異なる。このため、イオン液体は設計の自由度が高く、有機カチオンとアニオンとの組み合わせを変更するだけで、対象となる繊維に合わせて溶解性を設定することができる。本実施形態に係る繊維分離方法は、以下の工程１から工程８により実行される。なお、図２では、各工程を、ステップを表す記号「Ｓ」として示している。
【００３０】
本実施形態に係る繊維分離方法では、先ず、混紡繊維から特定の繊維を溶解させることができるイオン液体に、混紡繊維を投入し（Ｓ１）、次いで、混紡繊維に含まれる特定の繊維のみをイオン液体に抽出する（Ｓ２）。特定の繊維を抽出後、イオン液体から固形分の繊維を、遠心分離機等を用いて分離する（Ｓ３）。分離された繊維固形分からは、特定の繊維が完全に除去されている。次に、本実施形態に係る繊維分離方法では、特定の繊維が溶解しているイオン液体に、特定の繊維が溶解することができない溶媒（貧溶媒）、例えば、水や有機溶媒などを添加し（Ｓ４）、特定の繊維の成分を析出させる（Ｓ５）。混紡繊維にさらに多くの種類の繊維が含まれている場合、繊維の種類に対応する溶解可能なイオン液体を数種類選択して、混紡繊維を其々単一の繊維になるまで固液分離を複数回行ってもよい。
【００３１】
図２に示される混紡繊維の分離方法の実施形態は、２種類の繊維により構成された混紡繊維を単一の繊維となるように固液分離を実行しているが、比重の異なる溶媒に其々の繊維を溶解させた後、液液分離を行って、単一の繊維として連続的に分離・回収してもよい。
【００３２】
本実施形態に係る繊維分離方法は、析出工程を終えたイオン液体から析出物を分離した後（Ｓ６）、成分調整を行ってイオン液体を再生し（Ｓ７）、イオン液体を再利用することができる（Ｓ８）。成分調整は、例えば、イオン液体から析出物を分離した後、添加溶媒を含むイオン液体を加熱処理等行うことにより、添加溶媒を気化させることにより行う。その結果、使用済みのイオン液体は使用前のイオン液体と遜色のない状態にまで再生され、再利用することができる。
【００３３】
混紡繊維としては、肌触りや保湿効果の高い天然繊維と、強度及び撥水性の高い合成繊維とが組み合わされるのが一般的である。特にセルロース繊維は、多くの繊維製品に用いられており、本発明に係る繊維分離方法では、セルロース繊維を完全に溶解させることができるイオン液体を用いることが重要となる。従って、特定の繊維がセルロース繊維である場合、セルロース繊維を溶解させるイオン液体は、限定されるものではないが、３−メチル−Ｎ−ブチルピリジウム クロライド、１−アリル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、ベンジルジメチルテトラデシルアンモニウム クロライド、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム アセテート及び１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム トリフルオロアセテートからなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。セルロース繊維は、上記イオン液体の融点より上の温度条件で加熱処理を行う必要があること、及びセルロース繊維の熱安定性を考慮して、４０〜２００℃、好ましくは８０〜１６０℃で加熱処理される。このような温度条件であれば、イオン液体中にセルロース繊維を速やかに溶解させることができる。
【００３４】
ここで、イオン液体のアニオンとしては、Ｃｌ-が特にセルロース繊維の溶解力を高める働きがある。これは、Ｃｌ-がセルロース繊維間の水素結合を切断する作用が強いためと考えられる。アニオンとしてＣｌ-を用いた場合は、上記理由からセルロース繊維を選択的に溶解させることができる。従って、特定の繊維がセルロース繊維である場合、セルロース繊維を溶解させるイオン液体として、さらに好ましくは、３−メチル−Ｎ−ブチルピリジウム クロライド、１−アリル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、ベンジルジメチルテトラデシルアンモニウム クロライド、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、及び１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム クロライドからなる群から少なくとも一つ選択される。なお、アニオンとして、上述のように、アセテートを用いることも可能である。ただし、この場合、ポリエステル繊維もイオン液体に一部溶解する。従って、目的に応じて、適切なイオン液体を使い分けることが好ましい。
【００３５】
上記イオン液体で処理されたセルロース繊維は、セルロース繊維間の水素結合が切断され、繊維構造は分解された状態となる。従って、イオン液体の溶解液から水などの貧溶媒を用いてセルロースを析出させた場合、析出したセルロースは、セルロース間の水素結合が切断されているため、元の繊維状態を呈していないが、その高分子構造が大きく毀損されていない（すなわち、一定分子量以上の高分子構造を維持した状態の）粉末状のセルロースとして回収される。本発明に係る繊維分離方法を用いて回収されたセルロース粉末は、医療用基材の原料や、食品添加物、バイオマス変換（例えば、バイオエタノール）に用いられる糖として利用可能であり、なお、セルロースを粉末として析出させることなく、溶解液を貧溶媒に押し出す湿式紡糸を行うことにより、直接繊維形態に加工することも可能である。
【００３６】
混紡繊維中から抽出する特定の繊維がポリエステル繊維である場合、ポリエステル繊維を溶解させるイオン液体としては、限定されるものではないが、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム テトラクロロアルミネート、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム アセテート及び１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム トリフルオロアセテートからなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。これにより、混紡繊維からポリエステル繊維を選択的且つ容易に分離することができる。また、得られたポリエステル繊維は、その高分子構造が大きく毀損されることがないため、様々な繊維製品に再利用することができる。
【００３７】
混紡繊維中から抽出する特定の繊維がナイロン繊維である場合、ナイロン繊維を溶解させるイオン液体としては、限定されるものではないが、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピロリジウム ビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド、及びＮ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｎ−プロピルアンモニウム ビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド、からなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。これにより、混紡繊維からナイロン繊維を選択的且つ容易に分離することができる。また、得られたナイロン繊維は、その高分子構造が大きく毀損されることがないため、様々な繊維製品に再利用することができる。
【実施例】
【００３８】
本発明に係る繊維分離方法に関する実施例を以下に説明する。
常温以上の融点を有するイオン液体([Ｃ４ｍｐｙ]+Ｃｌ-：３−メチル−Ｎ−ブチルピリジウム クロライド、融点：９５℃)３０．３４ｇをビーカーに秤量し、ポリエステル／綿＝６５／３５の混紡糸からなる平織の白色布３．０１３ｇをイオン液体中に投入した。次いで、イオン液体をホットスターラーで１２０℃、１時間、加熱し、その加熱の間、６回程度ビーカーを振盪した。加熱処理終了後、白色布をピンセットで取り出し、水１００ｍｌで洗浄した。取り出した白色布を１０５℃に設定した乾燥機にて1時間乾燥後、白色布の重量を測定した。乾燥後の白色布の重量は、１．９２８ｇであり、投入前の白色布に対して、約６４重量％となった。この結果は、白色布に使用されている混紡糸が、ポリエステル６５重量％、綿３５重量％で構成されていることから、セルロース繊維で構成されている綿が、イオン液体に抽出され、ポリエステルのみが固形分として分離されたことを示唆している。
【００３９】
上記イオン液体処理後の白色布に含まれる繊維の解析を行うために、フーリエ変換型赤外分光（ＦＴ−ＩＲ）及び熱重量分析（ＴＧＡ）を行った。イオン液体処理後の白色布の洗浄に用いた水１００ｍｌを、セルロースが溶解しているイオン液体に投入し、セルロース粉末を析出させた。析出したセルロース粉末は、グラスフィルターを用いて濾過した。イオン液体を含む濾液は、ホットスターラーを用い３時間加熱撹拌後、再生イオン液体として再利用試験に供した。
【００４０】
＜ＦＴ−ＩＲ分析＞
ＦＴ−ＩＲ装置を用いて、イオン液体処理前の白色布、及びイオン液体処理後の白色布中の綿成分の有無について分析を行った。図３は、本発明に係る繊維分離方法を用いて分離した繊維のフーリエ変換型赤外分光分析（ＦＴ−ＩＲ）の結果を示すグラフである。ＦＴ−ＩＲは、パーキンエルマー社製Ｓｐｅｃｔｒｕｍ ＧＸ ＋ Ｔｈｅｒｍｏ（Ｓｐｅｃｔｒａ−Ｔｅｃｈ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎシリーズ）を用いて、1回反射式ＡＴＲの測定モードにより、積算回数１６回で分析を行った。図３の表に示されているが、赤外吸収波長である１１００ｃｍ-１付近のピーク（対称グリコールＣ−Ｏ伸縮）、１２４３ｃｍ-１付近のピーク（面内モード芳香族環エステル）及び１７１６ｃｍ-１付近のピーク（Ｃ＝Ｏ伸縮）は、ポリエステル繊維の吸収スペクトルを示しており、３３４０ｃｍ-１付近のピーク（−ＯＨ伸縮）は、綿の吸収スペクトルを示している。その結果、図３のグラフ及び表に示されるように、イオン液体処理前の白色布（実線）は、ポリエステル繊維及び綿の何れの吸収ピークも有しているのに対して、イオン液体処理後の白色布（破線）は、ポリエステル繊維の吸収スペクトルのみしか有しておらず、綿の吸収スペクトルは確認されなかった。つまり、３−メチル−Ｎ−ブチルピリジウム クロライドを用いたイオン液体処理により、平織の白色布から、綿の成分であるセルロースが抽出され、ポリエステル繊維のみが固形分として分離されたことが確認された。
【００４１】
＜ＴＧＡ分析＞
熱重量分析（ＴＧＡ）装置を用い、昇温加熱過程におけるイオン液体処理前の白色布、及びイオン液体処理後の白色布の重量変化を窒素雰囲気下で測定した。図４は、本発明に係る繊維分離方法を用いて分離した繊維の熱重量分析（ＴＧＡ）の結果を示すグラフである。ＴＧＡ分析は、ティー・エイ・インスツルメント社製ＴＧＡ２９５０を用いて、試料重量１２ｍｇ、昇温速度２０℃／ｍｉｎの条件で分析を行った。測定開始前の重量を１．０として、昇温過程での繊維の重量残存率を測定した。その結果、図４のグラフに示されるように、イオン液体処理前の白色布（実線）は、処理後（破線）の白色布よりも熱分解の進行が早く、約３２０℃以上（セルロース）及び４５０℃以上（ポリエステル）の２か所の温度域で熱分解が開始していることが明らかであり、このことは、２種類の繊維が含まれていることを示唆している。これに対して、イオン液体処理後の白色布は、約４５０℃以上の１か所の温度域から熱分解が開始していることから、１種類の繊維のみで構成されていることが示された。従って、ＴＧＡ分析からも、イオン液体で処理した白色布は、ポリエステルのみにより構成されていることが確認された。
【００４２】
＜イオン液体の再利用試験＞
図５は、本発明で使用したイオン液体を繰り返し再生し、これを用いてポリエステル繊維を回収した回収率の変化を示すグラフである。白色布からポリエステル及び綿の分離回収試験に利用したイオン液体([Ｃ４ｍｐｙ]+Ｃｌ-)を、１５０℃、３時間加熱撹拌処理を行って再生した。この再生イオン液体を用いて、平織の白色布からポリエステル及び綿の分離回収試験に再度供した。イオン液体の再生を１回から１０回まで行い、其々の再生回数のイオン液体を用いて、上記繊維分離方法の試験を行い、回収されたポリエステルの繊維総重量に対する重量％をグラフに示した。その結果、再生回数にかかわらず、回収されたポリエステルは、処理前の白色布の重量に対して約６４重量％となった。これは、イオン液体処理前の白色布に含まれているポリエステル量と略等しく、繰り返し再生させたイオン液体を用いても、綿の成分であるセルロースの抽出に何ら問題が起こらないことが確認された。これにより、イオン液体は、再生することにより繰り返し再利用することができることから、本発明に係る繊維分離方法は、リサイクルに掛るコストを抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の繊維分離方法は、酸やアルカリ等の薬剤や、多量のエネルギーを使用することなく、混紡繊維から未分解である高分子の天然繊維や、合成繊維を簡易な方法で分離することができることから、衣料品、紙、強化プラスティック等において、容易に再利用することができる。また、回収されたセルロースは、最近注目されている、バイオ変換物（例えば、バイオエタノール）の発酵生産に用いられる糖としても利用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 平織の生地
２ 糸条
３ 天然繊維
４ 合成繊維
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２種の繊維を含む混紡繊維から特定の繊維を分離する繊維分離方法であって、
前記特定の繊維を溶解させるイオン液体に前記混紡繊維を投入し、当該混紡繊維に含まれる前記特定の繊維を前記イオン液体に抽出する抽出工程を実行する繊維分離方法。
【請求項２】
前記抽出工程を終えたイオン液体から固形分を分離した後、前記特定の繊維が溶解しない溶媒を添加することにより、前記特定の繊維の成分を析出させる析出工程をさらに実行する請求項１に記載の繊維分離方法。
【請求項３】
前記析出工程を終えたイオン液体から析出物を分離した後、成分調整を行って再生し、イオン液体として再利用する請求項２に記載の繊維分離方法。
【請求項４】
前記混紡繊維は、天然繊維及び合成繊維を含む請求項１〜３の何れか一項に記載の繊維分離方法。
【請求項５】
前記特定の繊維は、セルロース繊維であり、
前記イオン液体は、３−メチル−Ｎ−ブチルピリジウム クロライド、１−アリル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、ベンジルジメチルテトラデシルアンモニウム クロライド、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム アセテート及び１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム トリフルオロアセテートからなる群から選択される少なくとも一つである請求項１〜４の何れか一項に記載の繊維分離方法。
【請求項６】
前記特定の繊維は、ポリエステル繊維であり、
前記イオン液体は、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム テトラクロロアルミネート、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム アセテート及び１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム トリフルオロアセテートからなる群から選択される少なくとも一つである請求項１〜４の何れか一項に記載の繊維分離方法。
【請求項７】
前記特定の繊維は、ナイロン繊維であり、
前記イオン液体は、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピロリジウム ビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド、及びＮ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｎ−プロピルアンモニウム ビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミドからなる群から選択される少なくとも一つである請求項１〜４の何れか一項に記載の繊維分離方法。
【請求項１】
少なくとも２種の繊維を含む混紡繊維から特定の繊維を分離する繊維分離方法であって、
前記特定の繊維を溶解させるイオン液体に前記混紡繊維を投入し、当該混紡繊維に含まれる前記特定の繊維を前記イオン液体に抽出する抽出工程を実行する繊維分離方法。
【請求項２】
前記抽出工程を終えたイオン液体から固形分を分離した後、前記特定の繊維が溶解しない溶媒を添加することにより、前記特定の繊維の成分を析出させる析出工程をさらに実行する請求項１に記載の繊維分離方法。
【請求項３】
前記析出工程を終えたイオン液体から析出物を分離した後、成分調整を行って再生し、イオン液体として再利用する請求項２に記載の繊維分離方法。
【請求項４】
前記混紡繊維は、天然繊維及び合成繊維を含む請求項１〜３の何れか一項に記載の繊維分離方法。
【請求項５】
前記特定の繊維は、セルロース繊維であり、
前記イオン液体は、３−メチル−Ｎ−ブチルピリジウム クロライド、１−アリル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、ベンジルジメチルテトラデシルアンモニウム クロライド、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム アセテート及び１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム トリフルオロアセテートからなる群から選択される少なくとも一つである請求項１〜４の何れか一項に記載の繊維分離方法。
【請求項６】
前記特定の繊維は、ポリエステル繊維であり、
前記イオン液体は、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム テトラクロロアルミネート、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム アセテート及び１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム トリフルオロアセテートからなる群から選択される少なくとも一つである請求項１〜４の何れか一項に記載の繊維分離方法。
【請求項７】
前記特定の繊維は、ナイロン繊維であり、
前記イオン液体は、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピロリジウム ビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド、及びＮ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｎ−プロピルアンモニウム ビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミドからなる群から選択される少なくとも一つである請求項１〜４の何れか一項に記載の繊維分離方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２５４４００（Ｐ２０１２−２５４４００Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２８０３５（Ｐ２０１１−１２８０３５）
【出願日】平成２３年６月８日（２０１１．６．８）
【出願人】（５０４２５５６８５）国立大学法人京都工芸繊維大学 (203)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月８日（２０１１．６．８）
【出願人】（５０４２５５６８５）国立大学法人京都工芸繊維大学 (203)
【Ｆターム（参考）】
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