高破断伸度のセルロース系マスターバッチ、その応用および製造方法
【課題】高破断伸度を有する新規のセルロース系繊維およびそれを調製する方法、およびセルロース系繊維を調製するための溶融紡糸工程において好適に用いられるマスターバッチを提供すること。
【解決手段】本発明に開示されているのは、セルロース系マスターバッチおよび／または高破断伸度を有する繊維を生成するための熱可塑性セルロース組成物である。一つの例において、前記熱可塑性セルロース組成物は、約７７重量％〜約９５重量％の範囲内のエステル化されたセルロース、約４．５重量％〜約１５重量％の範囲内のポリエチレングリコール、約０．０１重量％〜約３重量％の範囲内の二官能性反応物、約０．０１重量％〜約０．１５重量％の範囲内の開始剤、および約０．０１重量％〜約５重量％の範囲内の分散剤を含む。
【解決手段】本発明に開示されているのは、セルロース系マスターバッチおよび／または高破断伸度を有する繊維を生成するための熱可塑性セルロース組成物である。一つの例において、前記熱可塑性セルロース組成物は、約７７重量％〜約９５重量％の範囲内のエステル化されたセルロース、約４．５重量％〜約１５重量％の範囲内のポリエチレングリコール、約０．０１重量％〜約３重量％の範囲内の二官能性反応物、約０．０１重量％〜約０．１５重量％の範囲内の開始剤、および約０．０１重量％〜約５重量％の範囲内の分散剤を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルロース系線維に関する。更に詳しくは、本発明は、高破断伸度（ｂｒｅａｋｉｎｇ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ）を有するセルロース系繊維に関する。
【背景技術】
【０００２】
セルロース繊維（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｆｉｂｅｒ ｏｒ ｃｅｌｌｕｌｏｓｉｃ ｆｉｂｅｒｓ）は、十九世紀末から発展させられている人工繊維である。例えば、銅アンモニア法で知られる複雑なプロセスで天然繊維が処理され、精製（または再生）されたセルロースを生成する。或いは、酢酸セルロースなどのエステル化された繊維を産出するために、天然繊維が化学改質され、その後、セルロース繊維は、得られたセルロースまたはセルロースの誘導物から作成される。二十世紀初頭に、レーヨンや酢酸繊維を含めた人工繊維は既に、市場での地位を得た。
【０００３】
しかしながら、二十世紀の中葉において、石油化学技術の急速な発達ゆえに、ナイロンやポリエステル繊維などの低コスト且つ製造が容易な合成繊維は、人工繊維の代わりに、繊維工業の主流の製品になった。
【０００４】
最近、資源の激減および石油価格の高騰により、繊維業界を合成繊維以外の繊維の開発に向かっている。こうして、セルロース系繊維は再び研究や開発に注目されている。
【０００５】
セルロース系繊維を調製するための従来の方法は、湿式紡糸、乾式紡糸、および溶融紡糸を含む。
湿式紡糸と乾式紡糸との工程は、いずれも二硫化炭素とジクロロメタンなどの有機溶剤を使用する。これらの有機溶剤が環境を損なうのを防止するためには、溶剤を回収しなければならないので、プロセスの複雑さとコストが必然的に増加する。
【０００６】
溶融紡糸工程は、後に溶融紡糸されたセルロース系繊維となる溶融紡糸可能な組成物（マスターバッチ）を得るために、エステル化されたセルロースにおいて、大量の低分子量の可塑剤（分子量は１０００Ｄａを超えない）を加えることを含む。通常、前記溶融紡糸可能な組成物における前記可塑剤の量は、５０〜９０重量％であってもよい。しかしながら、低分子量の可塑剤は、普通、紡糸の高温（２００℃を超える）に耐えられないので、繊維破断を招き、更に繊維の機械強度と破断伸度を低下させてしまう。繊維の破断伸度は、製織工程において、重要な役割を担う。低破断伸度を有する繊維は、巻取り時に破断することがあり、それによって製織工程が中断されることがある。最悪の場合、繊維の破断が製織装置に重大な損害を与えることがある。上記に述べられた不都合は、溶融紡糸されるセルロース系繊維の商業化を妨げる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記に鑑みて、かかる分野における急務は、高破断伸度を有する新規のセルロース系繊維およびそれを調製する方法、およびセルロース系繊維を調製するための溶融紡糸工程において好適に用いられるマスターバッチを提供することである。
【０００８】
以下に、読者に基本的な理解をしてもらうため、本開示の簡略された概要を示す。この概要は、本開示の広範な概観ではなく、本発明の重要または決定的な要素を特定せず、本発明の範囲も明示しない。その唯一の目的は、ここに開示しているいくつかの概念を、簡略化された形式で示して、後に示される詳細な説明の前置きとすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一態様において、本発明は、熱可塑性セルロース組成物に関する。本発明の実施態様によれば、このような組成物の可塑剤の量は実質上従来技術の量より低く、それにより、得られた前記セルロース系繊維の物性の向上を促進することができる。更に、このような組成物から調製されたマスターバッチは、溶融紡糸工程において好適に用いられる。溶融紡糸工程は、湿式紡糸工程と異なり、有機溶剤を必要としないので、湿式紡糸工程によって直面する環境問題および溶剤回収のコストを避けることができる。また、それから生成された前記セルロース系繊維は、少なくとも約２５％の破断伸度を有する。
【００１０】
本発明の一実施態様により、熱可塑性セルロース組成物は、約７７重量％〜約９５重量％の範囲内のエステル化されたセルロース、約４．５重量％〜約１５重量％の範囲内のポリエチレングリコール、約０．０１重量％〜約３重量％の範囲内の二官能性反応物（ｂｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｒｅａｃｔａｎｔ）、約０．０１重量％〜約０．１５重量％の範囲内の開始剤、および約０．０１重量％〜約５重量％の範囲内の分散剤を含む。
【００１１】
他の態様において、本発明は、高破断伸度を有するセルロース系マスターバッチに関する。前記セルロース系マスターバッチは、上記に述べられた態様および／または実施態様による熱可塑性セルロース組成物から調製されており、セルロース系繊維を生成するための溶融紡糸工程において好適に用いられる。
【００１２】
本発明の一実施態様により、前記マスターバッチは、約７７重量％〜約９５重量％のエステル化されたセルロース、約４．５重量％〜約１５重量％のポリエチレングリコール、約０．０１重量％〜約３重量％の二官能性反応物、約０．０１重量％〜約０．１５重量％の開始剤、および約０．０１重量％〜約５重量％の分散剤を含む。前記二官能性反応物は、いずれも反応性末端基（官能基）を有する二つのターミナル（ｔｅｒｍｉｎａｌ）を有する。前記反応性末端基は、高温においてフリーラジカルになり、それによって、前記エステル化されたセルロース分子が連続相を有するマトリックスを形成して、前記ポリエチレングリコール分子が前記マトリックスにわたって分布するように、少なくとも一部の二官能性反応物は、その反応性末端基を、二つのエステル化されたセルロース分子の末端基にそれぞれ結合させる。
【００１３】
本発明の実施態様によると、前記セルロース系マスターバッチは、下記のステップを含む方法により調製される。まず、上記に述べられた態様／実施態様による熱可塑性セルロース組成物が調製される。その次に、前記組成物は、約１８０〜２２０℃の温度で合成される。前記合成される組成物は、前記セルロース系マスターバッチを形成するように粒状化される。
【００１４】
更に他の態様において、本発明は、高破断伸度を有するセルロース系繊維に関する。従って、前記セルロース系繊維は、より優れた製織性を示し、商業上の製織装置において好適に用いられる。
【００１５】
本発明の一実施態様により、前記高破断伸度を有するセルロース系繊維の破断伸度は、少なくとも２８％を有する。
【００１６】
本発明の一つ選択的な実施態様により、前記高破断伸度を有するセルロース系繊維は、少なくとも０．８ｇｆ／ｄｅｎの破断強度を有する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の様々な実施態様により、前記高破断伸度を有するセルロース系繊維は、本発明の上記に述べられた態様／実施態様による前記マスターバッチから生成され、および／または本発明の上記に述べられた態様／実施態様による前記方法により生成される。
本発明によると、熱可塑性セルロース組成物から得られたセルロース系繊維の物性の向上が促進され、その組成物から調製されたマスターバッチも、溶融紡糸工程において好適に用いられることができ、更に、それから調製されたセルロース系繊維は、少なくとも約２５％の破断伸度を有する。また、前記セルロース系繊維は、より優れた製織性を示し、それにより商業上の製織装置において好適に用いられる。
【００１８】
多くの従属する特徴は、下記の詳細な説明を参照することにより、迅速且つ容易に理解される。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
下記に提示されている詳細な説明は、本発明の実施例の説明として意図されるものであり、本発明の実施例は、構築されて利用される唯一の形式を代表するように意図されるものではない。この説明は、実施例の機能、および実施例を構築して操作するためのステップの順序を述べる。しかし、異なる実施例によって、同じまたは均等な機能および順番に達成することもある。
【００２０】
破断伸度（または引張破断伸び（ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ａｔ ｂｒｅａｋ））は、繊維が断裂する時に記録される伸度であり、繊維の柔軟性を決める重要なファクターの一つである。破断伸度は、下記のように原長に対するパーセントで示すことができる。
破断伸度（％）＝（Ｌｆ−Ｌ０）／Ｌ０×１００％
なお、Ｌ０は繊維の原長であり、Ｌｆは繊維が破断する時の長さである。
【００２１】
一般的には、商業上の製織装置（編成および平織り製織を含む）に用いる繊維は、少なくとも２５％の破断伸度を有するべきである。製織および／または巻取り工程の時、２５％より低い破断伸度を有する繊維は破断する恐れがあり、それによって製織工程が中断されることがある。最悪な場合には、繊維の破断が製織装置に重大な損害を起こすことがある。
【００２２】
破断伸度に加えて、繊維の強度（または破断強度）も繊維の製織性に関与する。商業上の製織装置に用いる繊維では、その強度は最低限で約０．５ｇｆ／ｄｅｎが必要である。従って、破断伸度および強度は、両方ともセルロース系繊維の商業化にとって重要である。
【００２３】
従来のセルロース系繊維の破断伸度は、よく２０％より低いので、セルロース系繊維の繊維工業における応用を妨げる可能性がある。その点を考慮して、より高い破断伸度を有するセルロース系繊維を作成するための組成物、マスターバッチおよび方法は、本開示により提供されている。本発明のコンテキストにおいて、２５％より高い破断伸度を有するセルロース系繊維は、より高い（高）破断伸度を有するセルロース系繊維と見なされる。特に、本発明における実施態様による前記繊維の破断伸度は、少なくとも２８％、好ましくは少なくとも３６％、より好ましくは少なくとも４５％、更に好ましくは少なくとも６９％を有する。
【００２４】
上記に述べられた目標のため、また、その目的で、一態様において、本発明は熱可塑性セルロース組成物、およびそれからのセルロース系マスターバッチを調製するための方法に関する。
【００２５】
本発明の実施態様により、前記熱可塑性セルロース組成物は、約７７重量％〜約９５重量％の範囲内のエステル化されたセルロース、約４．５重量％〜約１５重量％の範囲内のポリエチレングリコール、約０．０１重量％〜約３重量％の範囲内の二官能性反応物、約０．０１重量％〜約０．１５重量％の範囲内の開始剤、および約０．０１重量％〜約５重量％の範囲内の分散剤を含む。
【００２６】
本発明の実施態様により、このような熱可塑性セルロース組成物を用いてマスターバッチを調製するための方法は、下記のステップを含む。まず、上記に述べられた態様／実施態様による熱可塑性セルロース組成物が調製される。その次に、前記組成物は、約１８０〜２２０℃の温度で合成される。前記合成される組成物は、前記セルロース系マスターバッチを形成するように粒状化される。
【００２７】
特に、前記組成物における成分は、特定された重量比に従って混合される。その次に、混合された組成物は合成される。一般には、前記合成するステップは、約１８０〜２２０℃、好ましくは約１８０〜２００℃の合成温度で行う。例えば、前記合成温度は約１８０、１８５、１９０、１９５、２００、２０５、２１０、２１５、または２２０℃であってもよい。その後、前記合成された組成物は、セルロース系マスターバッチを得るようにペレット化（ｐｅｌｌｅｔｉｚｅ）される。
【００２８】
幾つかの実施態様において、混合ステップ、合成ステップ、およびペレット化ステップは、押出機で行われる。マスターバッチを調製するためのいずれの慣用的押出機および押出す技術も、本発明の実施態様に従って実行されることができる。周知の合成装置は、単軸押出機、二軸押出機、多軸押出機、ブラベンダー（ｂｒａｂｅｎｄｅｒ）、および混練機（ｋｎｅａｄｅｒ）を含むことができるが、それに限定されない。
【００２９】
或いは、前記混合ステップ、合成ステップ、および／またはペレット化ステップは、独立した設備において行われてもよい。一実施例において、前記混合ステップは、いずれの好適な容器または攪拌器においても実行されることができ、その次に、前記混合されている組成物は、合成およびペレットをするための押出機に供給される。
【００３０】
本発明の原則と精神によると、前記熱可塑性セルロース組成物は、二官能性反応物を採用する。合成ステップにおいて、前記二官能性反応物における二つの官能基は、フリーラジカルになり、二つのエステル化されたセルロース分子の主鎖における末端基とそれぞれ反応することができる。二つのエステル化されたセルロース分子を結合することによって、前記エステル化されたセルロース分子の長さは延ばされることができる。
【００３１】
ポリマーにおいて、より短い分子鎖のレベルが増加すれば、前記ポリマー分子にわたる不連続相が現れることはよく知られている。よって、前記二官能性反応物の作用の結果である、より長い分子鎖は、前記ポリマーの中に連続相を作成するのに役立つ可能性がある。溶融紡糸工程において用いられる前記ポリマーについて、このような連続相構造は、前記ポリマーの流動性と耐熱性を向上させるよう促進することができるので、有利な性質である。
【００３２】
また、前記連続相構造は、前記ポリマーにわたる前記可塑剤（ポリエチレングリコール）の移動性も促進することができる。よって、本発明の実施態様により、前記可塑剤の分子量は、従来に用いられた可塑剤の分子量（それらは１，０００Ｄａを超えない分子量を有する）より高いことができる。例えば、前記可塑剤は、約１，０００〜２０，０００Ｄａの分子量を有するポリエチレングリコールであってもよい。具体的には、前記ポリエチレングリコールの分子量は、約１，０００、２，０００、３，０００、４，０００、５，０００、６，０００、７，０００、８，０００、９，０００、１０，０００、１１，０００、１２，０００、１３，０００、１４，０００、１５，０００、１６，０００、１７，０００、１８，０００、１９，０００、または２０，０００Ｄａであってもよい。６００または１，０００Ｄａの分子量を有する従来の可塑剤と比べると、より高い分子量を有する可塑剤は、より熱に耐えるので、結果のマスターバッチの溶融紡糸可能性を向上させることを促進する。
【００３３】
更に、前記ポリマーにわたる前記可塑剤の分散状態について、不連続相が相対的に多い構造を有するポリマーより、連続相が相対的に多い構造を有するポリマーがよい。従って、連続相が相対的に多い構造を有するポリマーにおける少量の可塑剤は、連続相が相対的に少ない構造を有するポリマーにおける多量の可塑剤と、均等の効果を達成できる。例えば、本発明の実施態様による組成物において、前記可塑剤は、約４．５、５、５．５、６、６．５、７、７．５、８、８．５、９、９．５、１０、１０．５、１１、１１．５、１２、１２．５、１３、１３．５、１４、１４．５、または１５重量％存在してもよい。
【００３４】
本発明の原則と精神によると、いずれの好適なエステル化されたセルロースも、組成物に用いられることができる。前記エステル化されたセルロースの例示として、酢酸セルロース、酢酸プロピオン酸セルロース（ＣＡＰ）、酢酸酪酸セルロース（ＣＡＢ）、酢酸ペンタン酸セルロース、プロピオン酸ｎ−酪酸セルロース、酢酸ラウリン酸セルロース、および酢酸ステアリン酸セルロースを含むが、それらに限定されない。また、前記組成物は、少なくとも二つのエステル化されたセルロースからなる混合物を含んでもよい。
【００３５】
本発明の一実施態様により、前記エステル化されたセルロースは、少なくとも約５０％のエステル化率（ｅｓｔｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ）を有する酢酸プロピオン酸セルロースであってもよい。酢酸プロピオン酸セルロースは、セルロースの水酸基がアセチル基とプロピオニル基に置換されたセルロースエステルである。前記用語「少なくとも約５０％のエステル化率」とは、前記アセチル基とプロピオニル基が、少なくとも約５０％の前記水酸基を置換することである。少なくとも約５０％のエステル化率を有するエステル化されたセルロースは、熱加工に好適に用いられる。好ましくは、前記エステル化されたセルロースのエステル化率は、少なくとも約７５％であり、より好ましくは、少なくとも約９０％である。例えば、前記エステル化されたセルロースのエステル化率は、約５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９８％または更に高いものであってもよい。
【００３６】
本発明の原則と精神によると、前記熱可塑性セルロース組成物は、二つのセルロース分子と結合できる二つの官能基を有する反応物のいずれを含んでもよい。二官能性反応物の例示的実施例は、ジアリルアミン、ジアリルトリメセート、ジアリルシアヌレート、イソシアヌル酸ジアリル、４−アミノフェニルスルホン、ビスフェノールＡ、ジアリルメラミン、ジアリルホスファイト、ジアリルフタレート（ＤＡＰ）、ジアリルスルフィド、ジアリルスクシナート（ＤＡＳｕ）、Ｎ，Ｎ’−ジアリルタルトルアミド（ＤＡＴＡ）、ジアミノベンゼン、ジアミノジエチルスルフィド、またはジアミノフェニルエチレンを含むが、それらに限定されない。例えば、後記の実施例において、ジアリルアミンが利用されている。
【００３７】
本発明の様々な実施態様によると、熱可塑性セルロース組成物における二官能性反応物の重量百分率は、約０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８、０．０９、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２、２．１、２．２、２．３、２．４、２．５、２．６、２．７、２．８、２．９、または３である。
【００３８】
前記開始剤の選択は、通常、用いられる二官能性反応物に依存する。開始剤の例示的実施例は、過硫酸カリウム、アゾビスイソブチロニトリル、過酸化カリウム、またはベンジルジメチルケタール（ＢＤＫ）を含むが、それらに限定されない。
【００３９】
通常、少量の開始剤のみで、前記二官能性反応剤と前記エステル化されたセルロースの間の反応を開始できる。特に、前記熱可塑性セルロース組成物の前記開始剤の重量百分率は、約０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８、０．０９、０．１、０．１１、０．１２、０．１３、０．１４、または０．１５重量％である。
【００４０】
分散剤は、熱可塑性セルロース組成物における組成成分が均一に分布することを助ける。通常、前記分散剤は、Ｃ１５〜Ｃ３８のアルカン、Ｃ１５〜Ｃ３８のエステル、Ｃ１５〜Ｃ３８の有機酸、またはそれらの混合物であってもよい。後記に示される実施例において、前記組成物は、分散剤として約０．０１重量％から約５重量％までのパラフィンを含む。特に、前記熱可塑性セルロース組成物の前記分散剤は、約０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８、０．０９、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２、２．１、２．２、２．３、２．４、２．５、２．６、２．７、２．８、２．９、３、３．１、３．２、３．３、３．４、３．５、３．６、３．７、３．８、３．９、４、４．１、４．２、４．３、４．４、４．５、４．６、４．７、４．８、４．９、または５重量％である。
【００４１】
本発明の原則と精神によると、ここに示される前記組成物および／または方法に用いられる可塑剤の量は、従来技術より遥かに低い。従って、前記マスターバッチの溶融紡糸可能性および前記結果のセルロース系繊維の物性は改良されることができる。
【００４２】
従って、他の態様において、本発明は、高破断伸度を有するセルロース系マスターバッチに関する。前記セルロース系マスターバッチは、上記に述べられた前記態様および／または実施態様による前記熱可塑性セルロース組成物から調製されており、セルロース系繊維を作成するための溶融紡糸工程に好適に用いられる。更に、前記結果のセルロース系繊維の破断伸度は、２５％より高い。
【００４３】
本発明の一実施態様により、前記セルロース系マスターバッチは、約７７重量％〜約９５重量％のエステル化されたセルロース、約４．５重量％〜約１５重量％のポリエチレングリコール、約０．０１重量％〜約３重量％の二官能性反応物、約０．０１重量％〜約０．１５重量％の開始剤、および約０．０１重量％〜約５重量％の分散剤を含む。
【００４４】
高破断伸度を有する前記セルロース系マスターバッチにおいて、前記二官能性反応物は、いずれも、反応性末端基（官能基）を有する二つのターミナルを有する。前記反応性末端基は、高温においてフリーラジカルになり、それによって、前記エステル化されたセルロース分子が連続相を有するマトリックスを形成して、前記ポリエチレングリコール分子が前記マトリックスにわたって分布するように、少なくとも一部の二官能性反応物は、その反応性末端基を、二つのエステル化されたセルロース分子の末端基にそれぞれ結合させる。
【００４５】
更に他の態様において、本発明は、高破断伸度を有するセルロース系繊維を生成するための溶融紡糸工程に関する。従って、前記セルロース系繊維は、より優れた製織性を示し、商業上の製織装置において好適に用いられる。
【００４６】
本発明の原則と精神によると、本発明の前記に述べられた態様／実施態様の前記セルロース系マスターバッチは、溶融紡糸工程にされており、それに従いに高破断伸度を有するセルロース系繊維を形成する。
【００４７】
特に、溶融紡糸工程において、好適な紡糸温度は、約２００〜２６０℃であり、例えば、約２００、２０５、２１０、２１５、２２０、２２５、２３０、２３５、２４０、２４５、２５０、２５５または２６０℃であり、好適な紡糸速度は、約８００〜１５００Ｍ／ｍｉｎであり、例えば、約８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、または１５００Ｍ／ｍｉｎである。
【００４８】
本発明の実施態様によると、紡糸温度が約２００〜２６０℃である時、溶融体の見掛け粘度（ａｐｐａｒｅｎｔ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ）は、約２０〜４０Ｐａ・ｓである。通常、溶融紡糸工程の時、前記溶融体は４０Ｐａ・ｓを超える見掛け粘度に達すれば、溶融体の保持による危険が増加する可能性がある。従って、前記紡糸装置は、溶融体の保持により高くなる圧力によって、損害を受ける可能性がある。一方、前記溶融体は、少なくとも２０Ｐａ・ｓの見掛け粘度に達することができなければ、前記紡糸圧力は低すぎて紡糸を実行できない可能性がある。従って、本発明の前記実施態様によるマスターバッチは、前記溶融紡糸工程に好適に用いられる。
【００４９】
また他の態様において、本発明は、高破断伸度を有するセルロース系繊維に関する。前記セルロース系繊維は、本発明の態様／実施態様による前記方法および／または前記溶融紡糸工程によって、前記マスターバッチから生成されることができる。
【００５０】
二つのエステル化されたセルロース分子の主鎖が、前記二官能性反応物の末端基により結合されているので、その分子鎖の長さが増加され、連続相構造が前記ポリマー分子にわたって作られている。前記連続相構造は、前記ポリマーの流動性と耐熱性の向上を促進することができ、それに従って、結果のセルロース系繊維の破断伸度は２５％より高い。従って、前記セルロース系繊維は、より優れた製織性を示し、商業上の製織装置において好適に用いられる。
【００５１】
本発明の実施態様によると、高破断伸度を有する前記セルロース系繊維の組成成分は、前記セルロース系マスターバッチの組成成分と類似している。つまり、前記セルロース系繊維は、約７７重量％〜約９５重量％のエステル化されたセルロース、約４．５重量％〜約１５重量％のポリエチレングリコール、約０．０１重量％〜約３重量％の二官能性反応物、約０．０１重量％〜約０．１５重量％の開始剤、および約０．０１重量％〜約５重量％の分散剤を含み、少なくとも一部の二官能性反応物は、二つの反応性末端基が、二つのエステル化されたセルロース分子の分子鎖にそれぞれ結合し、それによって、前記分子鎖が連続相を形成して、前記ポリエチレングリコール分子が前記連続相にわたって分布する。
【実施例】
【００５２】
ここに提供されるマスターバッチおよび繊維の性質を例示するために、本発明の実施態様によるいくつかの実施例が、以下に提供されている。
【００５３】
簡潔に言えば、様々な実施例の熱可塑性セルロース組成物を得るために、二軸押出機で、表１に明記されている重量比により組成成分が混合された。その次に、前記二官能性反応物を前記エステル化されたセルロース分子と反応させるために、前記熱可塑性セルロース組成物は、二軸押出機で、約１８０〜２００℃の温度で合成された。前記合成ステップの後、前記合成された組成物は、複数のセルロース系マスターバッチを形成するために、粒状化された。
【００５４】
例えば、実施例１において、前記熱可塑性セルロース組成物を得るために、約８７重量％の酢酸プロピオン酸セルロース（ＣＡＰ）、約１２重量％のポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、約０．５重量％のジアリルアミン、約０．４５重量％のパラフィン、および約０．０５重量％のベンジルジメチルケタール（ＢＤＫ）が混合されている。その後、前記組成物が、合成且つ粒状化され、実施例１の前記マスターバッチを生成する。
【００５５】
結果のマスターバッチは溶融紡糸工程に使用するのに適しているかどうかを検討するために、前記マスターバッチについて熱重量分析が行われ、熱分解の開始温度（Ｏｎｓｅｔ Ｔｅｍｐ．）を測定する。前記熱重量分析の結果は、表１に要約されている。
【００５６】
また、セルロース系繊維は、実施例のマスターバッチから作成され、前記実施例は、紡糸温度が約２４０℃、紡糸速度が約１５００ｍ／ｍｉｎである溶融紡糸工程を有する。
【００５７】
前記繊維は、繊維の破断伸度（Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ）と破断強度（Ｔｅｎａｃｉｔｙ）を測定するために、ＡＳＴＭ Ｄ２２５６に設定されている手順（シングルストランド法（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｓｔｒａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ）による糸の引張特性に対する標準試験方法）に従って引張強度試験機により更に測定された。分析の結果は、表１に要約されている。
【００５８】
【表１】
【００５９】
表１に示されるように、比較例の繊維は、１７％の破断伸度を有し、それに比べ、実施例１〜４の各繊維の破断伸度は、それぞれ４５％、６９％、２８％、および３６％である。従って、ここで提供されている前記セルロース系繊維は、その破断伸度が、従来のセルロース系繊維の破断伸度より遥かに高い。例えば、実施例２の破断伸度は６９％であり、比較例の破断伸度（１７％）より３倍も高い。以上のことを考慮すると、本発明の実施態様による高破断伸度を有するセルロース系繊維の破断伸度は、少なくとも２８％であり、好ましくは少なくとも３６％、より好ましくは少なくとも４５％、更に好ましくは６９％である。
【００６０】
また、表１に見られるように、比較例の繊維と比べると、ここで提供されている前記セルロース系繊維も、より優れた破断強度を示す。具体的には、実施例１〜４の繊維の破断伸度は、それぞれ０．９３、０．８、０．９、および０．８８ｇｆ／ｄｅｎであるので、本発明の一実施態様によるセルロース系繊維は、少なくとも約０．８ｇｆ／ｄｅｎの破断強度を有する。
【００６１】
実施例１の繊維は、商業上の製織装置を用いて製織された。前記製織工程は、フィラメント破断無しに半時間以上続けられた。また、平織（ｐｌａｉｎ ｗｅａｖｅ）とピケ織（ｐｉｑｕｅ ｗｅａｖｅ）もうまく製織された。
【００６２】
上記の実施態様の説明は、単に例示として提供されており、様々な変化が、当業者により実行されることができる。上記の説明、実施例およびデータは、本発明の代表的実施態様の、構造と用途の詳細な説明を提供している。本発明の様々な実施態様は、ある程度の具体例と共に、または一つ以上の独自の実施態様に言及しながら上記に述べられているが、当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱せずに、開示されている実施態様に数多くの変更をすることが可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルロース系線維に関する。更に詳しくは、本発明は、高破断伸度（ｂｒｅａｋｉｎｇ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ）を有するセルロース系繊維に関する。
【背景技術】
【０００２】
セルロース繊維（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｆｉｂｅｒ ｏｒ ｃｅｌｌｕｌｏｓｉｃ ｆｉｂｅｒｓ）は、十九世紀末から発展させられている人工繊維である。例えば、銅アンモニア法で知られる複雑なプロセスで天然繊維が処理され、精製（または再生）されたセルロースを生成する。或いは、酢酸セルロースなどのエステル化された繊維を産出するために、天然繊維が化学改質され、その後、セルロース繊維は、得られたセルロースまたはセルロースの誘導物から作成される。二十世紀初頭に、レーヨンや酢酸繊維を含めた人工繊維は既に、市場での地位を得た。
【０００３】
しかしながら、二十世紀の中葉において、石油化学技術の急速な発達ゆえに、ナイロンやポリエステル繊維などの低コスト且つ製造が容易な合成繊維は、人工繊維の代わりに、繊維工業の主流の製品になった。
【０００４】
最近、資源の激減および石油価格の高騰により、繊維業界を合成繊維以外の繊維の開発に向かっている。こうして、セルロース系繊維は再び研究や開発に注目されている。
【０００５】
セルロース系繊維を調製するための従来の方法は、湿式紡糸、乾式紡糸、および溶融紡糸を含む。
湿式紡糸と乾式紡糸との工程は、いずれも二硫化炭素とジクロロメタンなどの有機溶剤を使用する。これらの有機溶剤が環境を損なうのを防止するためには、溶剤を回収しなければならないので、プロセスの複雑さとコストが必然的に増加する。
【０００６】
溶融紡糸工程は、後に溶融紡糸されたセルロース系繊維となる溶融紡糸可能な組成物（マスターバッチ）を得るために、エステル化されたセルロースにおいて、大量の低分子量の可塑剤（分子量は１０００Ｄａを超えない）を加えることを含む。通常、前記溶融紡糸可能な組成物における前記可塑剤の量は、５０〜９０重量％であってもよい。しかしながら、低分子量の可塑剤は、普通、紡糸の高温（２００℃を超える）に耐えられないので、繊維破断を招き、更に繊維の機械強度と破断伸度を低下させてしまう。繊維の破断伸度は、製織工程において、重要な役割を担う。低破断伸度を有する繊維は、巻取り時に破断することがあり、それによって製織工程が中断されることがある。最悪の場合、繊維の破断が製織装置に重大な損害を与えることがある。上記に述べられた不都合は、溶融紡糸されるセルロース系繊維の商業化を妨げる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記に鑑みて、かかる分野における急務は、高破断伸度を有する新規のセルロース系繊維およびそれを調製する方法、およびセルロース系繊維を調製するための溶融紡糸工程において好適に用いられるマスターバッチを提供することである。
【０００８】
以下に、読者に基本的な理解をしてもらうため、本開示の簡略された概要を示す。この概要は、本開示の広範な概観ではなく、本発明の重要または決定的な要素を特定せず、本発明の範囲も明示しない。その唯一の目的は、ここに開示しているいくつかの概念を、簡略化された形式で示して、後に示される詳細な説明の前置きとすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一態様において、本発明は、熱可塑性セルロース組成物に関する。本発明の実施態様によれば、このような組成物の可塑剤の量は実質上従来技術の量より低く、それにより、得られた前記セルロース系繊維の物性の向上を促進することができる。更に、このような組成物から調製されたマスターバッチは、溶融紡糸工程において好適に用いられる。溶融紡糸工程は、湿式紡糸工程と異なり、有機溶剤を必要としないので、湿式紡糸工程によって直面する環境問題および溶剤回収のコストを避けることができる。また、それから生成された前記セルロース系繊維は、少なくとも約２５％の破断伸度を有する。
【００１０】
本発明の一実施態様により、熱可塑性セルロース組成物は、約７７重量％〜約９５重量％の範囲内のエステル化されたセルロース、約４．５重量％〜約１５重量％の範囲内のポリエチレングリコール、約０．０１重量％〜約３重量％の範囲内の二官能性反応物（ｂｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｒｅａｃｔａｎｔ）、約０．０１重量％〜約０．１５重量％の範囲内の開始剤、および約０．０１重量％〜約５重量％の範囲内の分散剤を含む。
【００１１】
他の態様において、本発明は、高破断伸度を有するセルロース系マスターバッチに関する。前記セルロース系マスターバッチは、上記に述べられた態様および／または実施態様による熱可塑性セルロース組成物から調製されており、セルロース系繊維を生成するための溶融紡糸工程において好適に用いられる。
【００１２】
本発明の一実施態様により、前記マスターバッチは、約７７重量％〜約９５重量％のエステル化されたセルロース、約４．５重量％〜約１５重量％のポリエチレングリコール、約０．０１重量％〜約３重量％の二官能性反応物、約０．０１重量％〜約０．１５重量％の開始剤、および約０．０１重量％〜約５重量％の分散剤を含む。前記二官能性反応物は、いずれも反応性末端基（官能基）を有する二つのターミナル（ｔｅｒｍｉｎａｌ）を有する。前記反応性末端基は、高温においてフリーラジカルになり、それによって、前記エステル化されたセルロース分子が連続相を有するマトリックスを形成して、前記ポリエチレングリコール分子が前記マトリックスにわたって分布するように、少なくとも一部の二官能性反応物は、その反応性末端基を、二つのエステル化されたセルロース分子の末端基にそれぞれ結合させる。
【００１３】
本発明の実施態様によると、前記セルロース系マスターバッチは、下記のステップを含む方法により調製される。まず、上記に述べられた態様／実施態様による熱可塑性セルロース組成物が調製される。その次に、前記組成物は、約１８０〜２２０℃の温度で合成される。前記合成される組成物は、前記セルロース系マスターバッチを形成するように粒状化される。
【００１４】
更に他の態様において、本発明は、高破断伸度を有するセルロース系繊維に関する。従って、前記セルロース系繊維は、より優れた製織性を示し、商業上の製織装置において好適に用いられる。
【００１５】
本発明の一実施態様により、前記高破断伸度を有するセルロース系繊維の破断伸度は、少なくとも２８％を有する。
【００１６】
本発明の一つ選択的な実施態様により、前記高破断伸度を有するセルロース系繊維は、少なくとも０．８ｇｆ／ｄｅｎの破断強度を有する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の様々な実施態様により、前記高破断伸度を有するセルロース系繊維は、本発明の上記に述べられた態様／実施態様による前記マスターバッチから生成され、および／または本発明の上記に述べられた態様／実施態様による前記方法により生成される。
本発明によると、熱可塑性セルロース組成物から得られたセルロース系繊維の物性の向上が促進され、その組成物から調製されたマスターバッチも、溶融紡糸工程において好適に用いられることができ、更に、それから調製されたセルロース系繊維は、少なくとも約２５％の破断伸度を有する。また、前記セルロース系繊維は、より優れた製織性を示し、それにより商業上の製織装置において好適に用いられる。
【００１８】
多くの従属する特徴は、下記の詳細な説明を参照することにより、迅速且つ容易に理解される。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
下記に提示されている詳細な説明は、本発明の実施例の説明として意図されるものであり、本発明の実施例は、構築されて利用される唯一の形式を代表するように意図されるものではない。この説明は、実施例の機能、および実施例を構築して操作するためのステップの順序を述べる。しかし、異なる実施例によって、同じまたは均等な機能および順番に達成することもある。
【００２０】
破断伸度（または引張破断伸び（ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ａｔ ｂｒｅａｋ））は、繊維が断裂する時に記録される伸度であり、繊維の柔軟性を決める重要なファクターの一つである。破断伸度は、下記のように原長に対するパーセントで示すことができる。
破断伸度（％）＝（Ｌｆ−Ｌ０）／Ｌ０×１００％
なお、Ｌ０は繊維の原長であり、Ｌｆは繊維が破断する時の長さである。
【００２１】
一般的には、商業上の製織装置（編成および平織り製織を含む）に用いる繊維は、少なくとも２５％の破断伸度を有するべきである。製織および／または巻取り工程の時、２５％より低い破断伸度を有する繊維は破断する恐れがあり、それによって製織工程が中断されることがある。最悪な場合には、繊維の破断が製織装置に重大な損害を起こすことがある。
【００２２】
破断伸度に加えて、繊維の強度（または破断強度）も繊維の製織性に関与する。商業上の製織装置に用いる繊維では、その強度は最低限で約０．５ｇｆ／ｄｅｎが必要である。従って、破断伸度および強度は、両方ともセルロース系繊維の商業化にとって重要である。
【００２３】
従来のセルロース系繊維の破断伸度は、よく２０％より低いので、セルロース系繊維の繊維工業における応用を妨げる可能性がある。その点を考慮して、より高い破断伸度を有するセルロース系繊維を作成するための組成物、マスターバッチおよび方法は、本開示により提供されている。本発明のコンテキストにおいて、２５％より高い破断伸度を有するセルロース系繊維は、より高い（高）破断伸度を有するセルロース系繊維と見なされる。特に、本発明における実施態様による前記繊維の破断伸度は、少なくとも２８％、好ましくは少なくとも３６％、より好ましくは少なくとも４５％、更に好ましくは少なくとも６９％を有する。
【００２４】
上記に述べられた目標のため、また、その目的で、一態様において、本発明は熱可塑性セルロース組成物、およびそれからのセルロース系マスターバッチを調製するための方法に関する。
【００２５】
本発明の実施態様により、前記熱可塑性セルロース組成物は、約７７重量％〜約９５重量％の範囲内のエステル化されたセルロース、約４．５重量％〜約１５重量％の範囲内のポリエチレングリコール、約０．０１重量％〜約３重量％の範囲内の二官能性反応物、約０．０１重量％〜約０．１５重量％の範囲内の開始剤、および約０．０１重量％〜約５重量％の範囲内の分散剤を含む。
【００２６】
本発明の実施態様により、このような熱可塑性セルロース組成物を用いてマスターバッチを調製するための方法は、下記のステップを含む。まず、上記に述べられた態様／実施態様による熱可塑性セルロース組成物が調製される。その次に、前記組成物は、約１８０〜２２０℃の温度で合成される。前記合成される組成物は、前記セルロース系マスターバッチを形成するように粒状化される。
【００２７】
特に、前記組成物における成分は、特定された重量比に従って混合される。その次に、混合された組成物は合成される。一般には、前記合成するステップは、約１８０〜２２０℃、好ましくは約１８０〜２００℃の合成温度で行う。例えば、前記合成温度は約１８０、１８５、１９０、１９５、２００、２０５、２１０、２１５、または２２０℃であってもよい。その後、前記合成された組成物は、セルロース系マスターバッチを得るようにペレット化（ｐｅｌｌｅｔｉｚｅ）される。
【００２８】
幾つかの実施態様において、混合ステップ、合成ステップ、およびペレット化ステップは、押出機で行われる。マスターバッチを調製するためのいずれの慣用的押出機および押出す技術も、本発明の実施態様に従って実行されることができる。周知の合成装置は、単軸押出機、二軸押出機、多軸押出機、ブラベンダー（ｂｒａｂｅｎｄｅｒ）、および混練機（ｋｎｅａｄｅｒ）を含むことができるが、それに限定されない。
【００２９】
或いは、前記混合ステップ、合成ステップ、および／またはペレット化ステップは、独立した設備において行われてもよい。一実施例において、前記混合ステップは、いずれの好適な容器または攪拌器においても実行されることができ、その次に、前記混合されている組成物は、合成およびペレットをするための押出機に供給される。
【００３０】
本発明の原則と精神によると、前記熱可塑性セルロース組成物は、二官能性反応物を採用する。合成ステップにおいて、前記二官能性反応物における二つの官能基は、フリーラジカルになり、二つのエステル化されたセルロース分子の主鎖における末端基とそれぞれ反応することができる。二つのエステル化されたセルロース分子を結合することによって、前記エステル化されたセルロース分子の長さは延ばされることができる。
【００３１】
ポリマーにおいて、より短い分子鎖のレベルが増加すれば、前記ポリマー分子にわたる不連続相が現れることはよく知られている。よって、前記二官能性反応物の作用の結果である、より長い分子鎖は、前記ポリマーの中に連続相を作成するのに役立つ可能性がある。溶融紡糸工程において用いられる前記ポリマーについて、このような連続相構造は、前記ポリマーの流動性と耐熱性を向上させるよう促進することができるので、有利な性質である。
【００３２】
また、前記連続相構造は、前記ポリマーにわたる前記可塑剤（ポリエチレングリコール）の移動性も促進することができる。よって、本発明の実施態様により、前記可塑剤の分子量は、従来に用いられた可塑剤の分子量（それらは１，０００Ｄａを超えない分子量を有する）より高いことができる。例えば、前記可塑剤は、約１，０００〜２０，０００Ｄａの分子量を有するポリエチレングリコールであってもよい。具体的には、前記ポリエチレングリコールの分子量は、約１，０００、２，０００、３，０００、４，０００、５，０００、６，０００、７，０００、８，０００、９，０００、１０，０００、１１，０００、１２，０００、１３，０００、１４，０００、１５，０００、１６，０００、１７，０００、１８，０００、１９，０００、または２０，０００Ｄａであってもよい。６００または１，０００Ｄａの分子量を有する従来の可塑剤と比べると、より高い分子量を有する可塑剤は、より熱に耐えるので、結果のマスターバッチの溶融紡糸可能性を向上させることを促進する。
【００３３】
更に、前記ポリマーにわたる前記可塑剤の分散状態について、不連続相が相対的に多い構造を有するポリマーより、連続相が相対的に多い構造を有するポリマーがよい。従って、連続相が相対的に多い構造を有するポリマーにおける少量の可塑剤は、連続相が相対的に少ない構造を有するポリマーにおける多量の可塑剤と、均等の効果を達成できる。例えば、本発明の実施態様による組成物において、前記可塑剤は、約４．５、５、５．５、６、６．５、７、７．５、８、８．５、９、９．５、１０、１０．５、１１、１１．５、１２、１２．５、１３、１３．５、１４、１４．５、または１５重量％存在してもよい。
【００３４】
本発明の原則と精神によると、いずれの好適なエステル化されたセルロースも、組成物に用いられることができる。前記エステル化されたセルロースの例示として、酢酸セルロース、酢酸プロピオン酸セルロース（ＣＡＰ）、酢酸酪酸セルロース（ＣＡＢ）、酢酸ペンタン酸セルロース、プロピオン酸ｎ−酪酸セルロース、酢酸ラウリン酸セルロース、および酢酸ステアリン酸セルロースを含むが、それらに限定されない。また、前記組成物は、少なくとも二つのエステル化されたセルロースからなる混合物を含んでもよい。
【００３５】
本発明の一実施態様により、前記エステル化されたセルロースは、少なくとも約５０％のエステル化率（ｅｓｔｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ）を有する酢酸プロピオン酸セルロースであってもよい。酢酸プロピオン酸セルロースは、セルロースの水酸基がアセチル基とプロピオニル基に置換されたセルロースエステルである。前記用語「少なくとも約５０％のエステル化率」とは、前記アセチル基とプロピオニル基が、少なくとも約５０％の前記水酸基を置換することである。少なくとも約５０％のエステル化率を有するエステル化されたセルロースは、熱加工に好適に用いられる。好ましくは、前記エステル化されたセルロースのエステル化率は、少なくとも約７５％であり、より好ましくは、少なくとも約９０％である。例えば、前記エステル化されたセルロースのエステル化率は、約５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９８％または更に高いものであってもよい。
【００３６】
本発明の原則と精神によると、前記熱可塑性セルロース組成物は、二つのセルロース分子と結合できる二つの官能基を有する反応物のいずれを含んでもよい。二官能性反応物の例示的実施例は、ジアリルアミン、ジアリルトリメセート、ジアリルシアヌレート、イソシアヌル酸ジアリル、４−アミノフェニルスルホン、ビスフェノールＡ、ジアリルメラミン、ジアリルホスファイト、ジアリルフタレート（ＤＡＰ）、ジアリルスルフィド、ジアリルスクシナート（ＤＡＳｕ）、Ｎ，Ｎ’−ジアリルタルトルアミド（ＤＡＴＡ）、ジアミノベンゼン、ジアミノジエチルスルフィド、またはジアミノフェニルエチレンを含むが、それらに限定されない。例えば、後記の実施例において、ジアリルアミンが利用されている。
【００３７】
本発明の様々な実施態様によると、熱可塑性セルロース組成物における二官能性反応物の重量百分率は、約０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８、０．０９、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２、２．１、２．２、２．３、２．４、２．５、２．６、２．７、２．８、２．９、または３である。
【００３８】
前記開始剤の選択は、通常、用いられる二官能性反応物に依存する。開始剤の例示的実施例は、過硫酸カリウム、アゾビスイソブチロニトリル、過酸化カリウム、またはベンジルジメチルケタール（ＢＤＫ）を含むが、それらに限定されない。
【００３９】
通常、少量の開始剤のみで、前記二官能性反応剤と前記エステル化されたセルロースの間の反応を開始できる。特に、前記熱可塑性セルロース組成物の前記開始剤の重量百分率は、約０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８、０．０９、０．１、０．１１、０．１２、０．１３、０．１４、または０．１５重量％である。
【００４０】
分散剤は、熱可塑性セルロース組成物における組成成分が均一に分布することを助ける。通常、前記分散剤は、Ｃ１５〜Ｃ３８のアルカン、Ｃ１５〜Ｃ３８のエステル、Ｃ１５〜Ｃ３８の有機酸、またはそれらの混合物であってもよい。後記に示される実施例において、前記組成物は、分散剤として約０．０１重量％から約５重量％までのパラフィンを含む。特に、前記熱可塑性セルロース組成物の前記分散剤は、約０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８、０．０９、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２、２．１、２．２、２．３、２．４、２．５、２．６、２．７、２．８、２．９、３、３．１、３．２、３．３、３．４、３．５、３．６、３．７、３．８、３．９、４、４．１、４．２、４．３、４．４、４．５、４．６、４．７、４．８、４．９、または５重量％である。
【００４１】
本発明の原則と精神によると、ここに示される前記組成物および／または方法に用いられる可塑剤の量は、従来技術より遥かに低い。従って、前記マスターバッチの溶融紡糸可能性および前記結果のセルロース系繊維の物性は改良されることができる。
【００４２】
従って、他の態様において、本発明は、高破断伸度を有するセルロース系マスターバッチに関する。前記セルロース系マスターバッチは、上記に述べられた前記態様および／または実施態様による前記熱可塑性セルロース組成物から調製されており、セルロース系繊維を作成するための溶融紡糸工程に好適に用いられる。更に、前記結果のセルロース系繊維の破断伸度は、２５％より高い。
【００４３】
本発明の一実施態様により、前記セルロース系マスターバッチは、約７７重量％〜約９５重量％のエステル化されたセルロース、約４．５重量％〜約１５重量％のポリエチレングリコール、約０．０１重量％〜約３重量％の二官能性反応物、約０．０１重量％〜約０．１５重量％の開始剤、および約０．０１重量％〜約５重量％の分散剤を含む。
【００４４】
高破断伸度を有する前記セルロース系マスターバッチにおいて、前記二官能性反応物は、いずれも、反応性末端基（官能基）を有する二つのターミナルを有する。前記反応性末端基は、高温においてフリーラジカルになり、それによって、前記エステル化されたセルロース分子が連続相を有するマトリックスを形成して、前記ポリエチレングリコール分子が前記マトリックスにわたって分布するように、少なくとも一部の二官能性反応物は、その反応性末端基を、二つのエステル化されたセルロース分子の末端基にそれぞれ結合させる。
【００４５】
更に他の態様において、本発明は、高破断伸度を有するセルロース系繊維を生成するための溶融紡糸工程に関する。従って、前記セルロース系繊維は、より優れた製織性を示し、商業上の製織装置において好適に用いられる。
【００４６】
本発明の原則と精神によると、本発明の前記に述べられた態様／実施態様の前記セルロース系マスターバッチは、溶融紡糸工程にされており、それに従いに高破断伸度を有するセルロース系繊維を形成する。
【００４７】
特に、溶融紡糸工程において、好適な紡糸温度は、約２００〜２６０℃であり、例えば、約２００、２０５、２１０、２１５、２２０、２２５、２３０、２３５、２４０、２４５、２５０、２５５または２６０℃であり、好適な紡糸速度は、約８００〜１５００Ｍ／ｍｉｎであり、例えば、約８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、または１５００Ｍ／ｍｉｎである。
【００４８】
本発明の実施態様によると、紡糸温度が約２００〜２６０℃である時、溶融体の見掛け粘度（ａｐｐａｒｅｎｔ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ）は、約２０〜４０Ｐａ・ｓである。通常、溶融紡糸工程の時、前記溶融体は４０Ｐａ・ｓを超える見掛け粘度に達すれば、溶融体の保持による危険が増加する可能性がある。従って、前記紡糸装置は、溶融体の保持により高くなる圧力によって、損害を受ける可能性がある。一方、前記溶融体は、少なくとも２０Ｐａ・ｓの見掛け粘度に達することができなければ、前記紡糸圧力は低すぎて紡糸を実行できない可能性がある。従って、本発明の前記実施態様によるマスターバッチは、前記溶融紡糸工程に好適に用いられる。
【００４９】
また他の態様において、本発明は、高破断伸度を有するセルロース系繊維に関する。前記セルロース系繊維は、本発明の態様／実施態様による前記方法および／または前記溶融紡糸工程によって、前記マスターバッチから生成されることができる。
【００５０】
二つのエステル化されたセルロース分子の主鎖が、前記二官能性反応物の末端基により結合されているので、その分子鎖の長さが増加され、連続相構造が前記ポリマー分子にわたって作られている。前記連続相構造は、前記ポリマーの流動性と耐熱性の向上を促進することができ、それに従って、結果のセルロース系繊維の破断伸度は２５％より高い。従って、前記セルロース系繊維は、より優れた製織性を示し、商業上の製織装置において好適に用いられる。
【００５１】
本発明の実施態様によると、高破断伸度を有する前記セルロース系繊維の組成成分は、前記セルロース系マスターバッチの組成成分と類似している。つまり、前記セルロース系繊維は、約７７重量％〜約９５重量％のエステル化されたセルロース、約４．５重量％〜約１５重量％のポリエチレングリコール、約０．０１重量％〜約３重量％の二官能性反応物、約０．０１重量％〜約０．１５重量％の開始剤、および約０．０１重量％〜約５重量％の分散剤を含み、少なくとも一部の二官能性反応物は、二つの反応性末端基が、二つのエステル化されたセルロース分子の分子鎖にそれぞれ結合し、それによって、前記分子鎖が連続相を形成して、前記ポリエチレングリコール分子が前記連続相にわたって分布する。
【実施例】
【００５２】
ここに提供されるマスターバッチおよび繊維の性質を例示するために、本発明の実施態様によるいくつかの実施例が、以下に提供されている。
【００５３】
簡潔に言えば、様々な実施例の熱可塑性セルロース組成物を得るために、二軸押出機で、表１に明記されている重量比により組成成分が混合された。その次に、前記二官能性反応物を前記エステル化されたセルロース分子と反応させるために、前記熱可塑性セルロース組成物は、二軸押出機で、約１８０〜２００℃の温度で合成された。前記合成ステップの後、前記合成された組成物は、複数のセルロース系マスターバッチを形成するために、粒状化された。
【００５４】
例えば、実施例１において、前記熱可塑性セルロース組成物を得るために、約８７重量％の酢酸プロピオン酸セルロース（ＣＡＰ）、約１２重量％のポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、約０．５重量％のジアリルアミン、約０．４５重量％のパラフィン、および約０．０５重量％のベンジルジメチルケタール（ＢＤＫ）が混合されている。その後、前記組成物が、合成且つ粒状化され、実施例１の前記マスターバッチを生成する。
【００５５】
結果のマスターバッチは溶融紡糸工程に使用するのに適しているかどうかを検討するために、前記マスターバッチについて熱重量分析が行われ、熱分解の開始温度（Ｏｎｓｅｔ Ｔｅｍｐ．）を測定する。前記熱重量分析の結果は、表１に要約されている。
【００５６】
また、セルロース系繊維は、実施例のマスターバッチから作成され、前記実施例は、紡糸温度が約２４０℃、紡糸速度が約１５００ｍ／ｍｉｎである溶融紡糸工程を有する。
【００５７】
前記繊維は、繊維の破断伸度（Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ）と破断強度（Ｔｅｎａｃｉｔｙ）を測定するために、ＡＳＴＭ Ｄ２２５６に設定されている手順（シングルストランド法（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｓｔｒａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ）による糸の引張特性に対する標準試験方法）に従って引張強度試験機により更に測定された。分析の結果は、表１に要約されている。
【００５８】
【表１】
【００５９】
表１に示されるように、比較例の繊維は、１７％の破断伸度を有し、それに比べ、実施例１〜４の各繊維の破断伸度は、それぞれ４５％、６９％、２８％、および３６％である。従って、ここで提供されている前記セルロース系繊維は、その破断伸度が、従来のセルロース系繊維の破断伸度より遥かに高い。例えば、実施例２の破断伸度は６９％であり、比較例の破断伸度（１７％）より３倍も高い。以上のことを考慮すると、本発明の実施態様による高破断伸度を有するセルロース系繊維の破断伸度は、少なくとも２８％であり、好ましくは少なくとも３６％、より好ましくは少なくとも４５％、更に好ましくは６９％である。
【００６０】
また、表１に見られるように、比較例の繊維と比べると、ここで提供されている前記セルロース系繊維も、より優れた破断強度を示す。具体的には、実施例１〜４の繊維の破断伸度は、それぞれ０．９３、０．８、０．９、および０．８８ｇｆ／ｄｅｎであるので、本発明の一実施態様によるセルロース系繊維は、少なくとも約０．８ｇｆ／ｄｅｎの破断強度を有する。
【００６１】
実施例１の繊維は、商業上の製織装置を用いて製織された。前記製織工程は、フィラメント破断無しに半時間以上続けられた。また、平織（ｐｌａｉｎ ｗｅａｖｅ）とピケ織（ｐｉｑｕｅ ｗｅａｖｅ）もうまく製織された。
【００６２】
上記の実施態様の説明は、単に例示として提供されており、様々な変化が、当業者により実行されることができる。上記の説明、実施例およびデータは、本発明の代表的実施態様の、構造と用途の詳細な説明を提供している。本発明の様々な実施態様は、ある程度の具体例と共に、または一つ以上の独自の実施態様に言及しながら上記に述べられているが、当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱せずに、開示されている実施態様に数多くの変更をすることが可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性セルロース組成物であって、
７７重量％〜９５重量％の範囲内のエステル化されたセルロース、
４．５重量％〜１５重量％の範囲内のポリエチレングリコール、
０．０１重量％〜３重量％の範囲内の二官能性反応物、
０．０１重量％〜０．１５重量％の範囲内の開始剤、および
０．０１重量％〜５重量％の範囲内の分散剤
を含む熱可塑性セルロース組成物。
【請求項２】
前記エステル化されたセルロースが、酢酸セルロース、酢酸プロピオン酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、酢酸ペンタン酸セルロース、プロピオン酸ｎ−酪酸セルロース、酢酸ラウリン酸セルロース、または酢酸ステアリン酸セルロースである請求項１に記載の熱可塑性セルロース組成物。
【請求項３】
前記エステル化されたセルロースが、少なくとも５０％のエステル化率を有する酢酸プロピオン酸セルロースである請求項１に記載の熱可塑性セルロース組成物。
【請求項４】
前記ポリエチレングリコールが、１，０００〜２０，０００Ｄａの分子量を有する請求項１に記載の熱可塑性セルロース組成物。
【請求項５】
前記二官能性反応物が、ジアリルアミン、ジアリルトリメセート、ジアリルシアヌレート、イソシアヌル酸ジアリル、４−アミノフェニルスルホン、ビスフェノールＡ、ジアリルメラミン、ジアリルホスファイト、ジアリルフタレート、ジアリルスルフィド、ジアリルスクシナート、Ｎ，Ｎ’−ジアリルタルトルアミド、ジアミノベンゼン、ジアミノジエチルスルフィド、またはジアミノフェニルエチレンである請求項１に記載の熱可塑性セルロース組成物。
【請求項６】
前記開始剤が、過硫酸カリウム、アゾビスイソブチロニトリル、過酸化カリウム、またはベンジルジメチルケタールである請求項１に記載の熱可塑性セルロース組成物。
【請求項７】
前記分散剤が、Ｃ１５〜Ｃ３８のアルカン、Ｃ１５〜Ｃ３８のエステル、Ｃ１５〜Ｃ３８の有機酸、およびそれらの混合物からなる群から選択される請求項１に記載の熱可塑性セルロース組成物。
【請求項８】
セルロース系マスターバッチであって、
７７重量％〜９５重量％のエステル化されたセルロース、
４．５重量％〜１５重量％のポリエチレングリコール、
０．０１重量％〜３重量％の二官能性反応物、
０．０１重量％〜０．１５重量％の開始剤、および
０．０１重量％〜５重量％の分散剤
を含み、前記二官能性反応物は、いずれも二つの反応性末端基を有し、前記エステル化されたセルロース分子が連続相を有するマトリックスを形成して、前記ポリエチレングリコール分子が前記マトリックスにわたって分布するように、少なくとも一部の前記二官能性反応物は、二つの反応性末端基を、二つのエステル化されたセルロース分子の分子鎖にそれぞれ結合させるセルロース系マスターバッチ。
【請求項９】
前記セルロース系マスターバッチは、
請求項１〜７に記載の熱可塑性セルロース組成物を調製する工程、
前記組成物を１８０〜２２０℃の温度で合成する工程、および
前記セルロース系マスターバッチを形成するように、前記合成されている組成物を粒状化する工程
を含む方法により調製される、請求項８に記載のセルロース系マスターバッチ。
【請求項１０】
セルロース系繊維を作成する方法であって、
請求項８に記載のセルロース系マスターバッチを調製する工程、および
２００〜２４０℃の紡糸温度と、８００〜１５００ｍ／ｍｉｎの紡糸速度で、前記セルロース系マスターバッチを溶融紡糸する工程
を含むセルロース系繊維を作成する方法。
【請求項１１】
少なくとも２８％の破断伸度を有するセルロース系繊維。
【請求項１２】
前記セルロース系繊維は、少なくとも０．８ｇｆ／ｄｅｎの破断強度を有する請求項１１に記載のセルロース系繊維。
【請求項１】
熱可塑性セルロース組成物であって、
７７重量％〜９５重量％の範囲内のエステル化されたセルロース、
４．５重量％〜１５重量％の範囲内のポリエチレングリコール、
０．０１重量％〜３重量％の範囲内の二官能性反応物、
０．０１重量％〜０．１５重量％の範囲内の開始剤、および
０．０１重量％〜５重量％の範囲内の分散剤
を含む熱可塑性セルロース組成物。
【請求項２】
前記エステル化されたセルロースが、酢酸セルロース、酢酸プロピオン酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、酢酸ペンタン酸セルロース、プロピオン酸ｎ−酪酸セルロース、酢酸ラウリン酸セルロース、または酢酸ステアリン酸セルロースである請求項１に記載の熱可塑性セルロース組成物。
【請求項３】
前記エステル化されたセルロースが、少なくとも５０％のエステル化率を有する酢酸プロピオン酸セルロースである請求項１に記載の熱可塑性セルロース組成物。
【請求項４】
前記ポリエチレングリコールが、１，０００〜２０，０００Ｄａの分子量を有する請求項１に記載の熱可塑性セルロース組成物。
【請求項５】
前記二官能性反応物が、ジアリルアミン、ジアリルトリメセート、ジアリルシアヌレート、イソシアヌル酸ジアリル、４−アミノフェニルスルホン、ビスフェノールＡ、ジアリルメラミン、ジアリルホスファイト、ジアリルフタレート、ジアリルスルフィド、ジアリルスクシナート、Ｎ，Ｎ’−ジアリルタルトルアミド、ジアミノベンゼン、ジアミノジエチルスルフィド、またはジアミノフェニルエチレンである請求項１に記載の熱可塑性セルロース組成物。
【請求項６】
前記開始剤が、過硫酸カリウム、アゾビスイソブチロニトリル、過酸化カリウム、またはベンジルジメチルケタールである請求項１に記載の熱可塑性セルロース組成物。
【請求項７】
前記分散剤が、Ｃ１５〜Ｃ３８のアルカン、Ｃ１５〜Ｃ３８のエステル、Ｃ１５〜Ｃ３８の有機酸、およびそれらの混合物からなる群から選択される請求項１に記載の熱可塑性セルロース組成物。
【請求項８】
セルロース系マスターバッチであって、
７７重量％〜９５重量％のエステル化されたセルロース、
４．５重量％〜１５重量％のポリエチレングリコール、
０．０１重量％〜３重量％の二官能性反応物、
０．０１重量％〜０．１５重量％の開始剤、および
０．０１重量％〜５重量％の分散剤
を含み、前記二官能性反応物は、いずれも二つの反応性末端基を有し、前記エステル化されたセルロース分子が連続相を有するマトリックスを形成して、前記ポリエチレングリコール分子が前記マトリックスにわたって分布するように、少なくとも一部の前記二官能性反応物は、二つの反応性末端基を、二つのエステル化されたセルロース分子の分子鎖にそれぞれ結合させるセルロース系マスターバッチ。
【請求項９】
前記セルロース系マスターバッチは、
請求項１〜７に記載の熱可塑性セルロース組成物を調製する工程、
前記組成物を１８０〜２２０℃の温度で合成する工程、および
前記セルロース系マスターバッチを形成するように、前記合成されている組成物を粒状化する工程
を含む方法により調製される、請求項８に記載のセルロース系マスターバッチ。
【請求項１０】
セルロース系繊維を作成する方法であって、
請求項８に記載のセルロース系マスターバッチを調製する工程、および
２００〜２４０℃の紡糸温度と、８００〜１５００ｍ／ｍｉｎの紡糸速度で、前記セルロース系マスターバッチを溶融紡糸する工程
を含むセルロース系繊維を作成する方法。
【請求項１１】
少なくとも２８％の破断伸度を有するセルロース系繊維。
【請求項１２】
前記セルロース系繊維は、少なくとも０．８ｇｆ／ｄｅｎの破断強度を有する請求項１１に記載のセルロース系繊維。
【公開番号】特開２０１１−２０８１２２（Ｐ２０１１−２０８１２２Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０７７５（Ｐ２０１１−１０７７５）
【出願日】平成２３年１月２１日（２０１１．１．２１）
【出願人】（５０４４２７６５１）財團法人紡織産業綜合研究所 (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２１日（２０１１．１．２１）
【出願人】（５０４４２７６５１）財團法人紡織産業綜合研究所 (10)
【Ｆターム（参考）】
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