JP7187911B2 - Hygroscopic acrylonitrile fiber, method for producing said fiber, and fiber structure containing said fiber - Google Patents
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Description
本発明は、吸湿性アクリロニトリル系繊維、該繊維の製造方法および該繊維を含有する繊維構造体に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a hygroscopic acrylonitrile fiber, a method for producing the fiber, and a fiber structure containing the fiber.
近年の快適性に対する意識の高まりから、吸湿性機能を有する素材の開発が求められており、繊維分野においても開発が盛んに行なわれている。例えば、アクリル繊維を化学変性することにより得られる架橋アクリレート系繊維が知られている(特許文献1)。該繊維は架橋構造とカルボキシル基を含有しており、優れた吸湿性能や吸湿発熱性能を有する。しかしながら、架橋アクリレート系繊維には、以下の(i)及び(ii)に示す問題があった。 Due to the recent heightened awareness of comfort, there is a demand for the development of materials having hygroscopic functions. For example, crosslinked acrylate fibers obtained by chemically modifying acrylic fibers are known (Patent Document 1). The fiber contains a crosslinked structure and a carboxyl group, and has excellent hygroscopic performance and hygroscopic heat generation performance. However, crosslinked acrylate fibers have the following problems (i) and (ii).
(i)まず架橋アクリレート系繊維は、該繊維の有するヒドラジン架橋構造により、淡桃色から濃桃色を呈するため、利用分野が制限されるという欠点があった。 (i) First, the crosslinked acrylate-based fiber exhibits a light pink to dark pink color due to the hydrazine crosslinked structure of the fiber, and thus has a drawback that the field of application is limited.
かかる問題に関して特許文献2、特許文献3では、ヒドラジン系化合物による架橋処理の後に酸処理Aを行うこと、アルカリによる加水分解処理の後に酸処理Bを行うこと、をそれぞれ開示し、相当に赤みの軽減を為し得ている。 Regarding this problem, Patent Documents 2 and 3 disclose that the acid treatment A is performed after the cross-linking treatment with a hydrazine compound, and the acid treatment B is performed after the hydrolysis treatment with an alkali, respectively. can be mitigated.
しかし、上述したような方法で白度を改良した架橋アクリレート系繊維においても、経時、加熱、洗濯などにより、赤みが増してしまう場合がある。また、上述の方法では、製造工程が多くなり、製造コストが高いものとなってしまう。このため、依然として、用途展開が進みにくい状況となっている。 However, even crosslinked acrylate fibers whose whiteness has been improved by the above-described method may become more reddish with the passage of time, heating, washing, and the like. Moreover, the above-described method requires many manufacturing steps, resulting in high manufacturing costs. For this reason, it is still difficult to develop applications.
従来の架橋アクリレート系繊維において赤みの発生する原因は、シアノ基とヒドラジンが反応することによって形成される架橋構造にある。しかし、架橋アクリレート系繊維は、親水性の高いカルボキシル基を多量に含有するため、架橋構造がなければ、水への膨潤や溶解により繊維物性を維持することが難しいと考えられている。このため、赤みの根本原因である架橋構造を取り去ることは容易なことではなく、これまでほとんど検討されてきていない。 The cause of the redness in conventional crosslinked acrylate fibers is the crosslinked structure formed by the reaction between the cyano group and hydrazine. However, since crosslinked acrylate fibers contain a large amount of highly hydrophilic carboxyl groups, it is considered difficult to maintain fiber properties due to swelling and dissolution in water without a crosslinked structure. For this reason, it is not easy to remove the crosslinked structure, which is the root cause of redness, and has hardly been studied so far.
また、アクリロニトリルとメタクリル酸などの共重合体を用いた繊維においては、水膨潤度を抑制しつつ、吸湿性を向上させることは困難であった。 Moreover, in fibers using copolymers such as acrylonitrile and methacrylic acid, it has been difficult to improve hygroscopicity while suppressing the degree of swelling in water.
また、(ii)架橋アクリレート系繊維の製造においては、ヒドラジンによる架橋構造を導入する工程およびカルボキシル基を導入するための加水分解工程が必要であるほか、各工程の後には、反応に用いた薬剤の残留物を除去する工程が必要である。しかも、これらのそれぞれ工程では高温、長時間が必要である。このため、該繊維の製造を連続処理で行うことは難しく、従来から生産性の低いバッチ処理で行っていた。従って、従来の架橋アクリレート系繊維は、生産性が低く、その製造コストは高いままであった。 In addition, (ii) the production of crosslinked acrylate fibers requires a step of introducing a crosslinked structure with hydrazine and a hydrolysis step for introducing carboxyl groups. A step is required to remove the residue of Moreover, each of these steps requires a high temperature and a long time. For this reason, it is difficult to manufacture the fiber by continuous processing, and conventionally, batch processing with low productivity has been carried out. Therefore, conventional crosslinked acrylate fibers have low productivity and their manufacturing costs remain high.
また、カルボキシル基を有するアクリル繊維という点においては、アクリル酸などのカルボキシル基を有する単量体を共重合成分とするアクリロニトリル系重合体からなるアクリル繊維が知られている。しかし、アクリル酸を多量に共重合させると紡糸が困難となるため、高い吸湿性を発現させることは難しかった。また、染色におけるアルカリソーピングなどのアルカリ条件下で溶出しやすくなるなど、衣料用途向けとする場合には問題となっていた。 As for the acrylic fiber having a carboxyl group, an acrylic fiber made of an acrylonitrile-based polymer containing a monomer having a carboxyl group such as acrylic acid as a copolymer component is known. However, when a large amount of acrylic acid is copolymerized, spinning becomes difficult, so it has been difficult to develop high hygroscopicity. In addition, it tends to be eluted under alkaline conditions such as alkaline soaping in dyeing, which is a problem when it is used for clothing.
上述したように吸湿性を付与した架橋アクリレート系繊維は、製造工程が多く生産性が低いものであったり、あるいは吸湿性を高めることが難しいものであったりした。 As described above, the cross-linked acrylate fibers imparted with hygroscopicity have many manufacturing steps and are low in productivity, or it is difficult to increase the hygroscopicity.
本発明は、かかる従来技術の現状に鑑みて創案されたものであり、その目的は、従来より簡便な工程で連続生産することができる吸湿性アクリロニトリル系繊維を提供することにある。また、本発明の目的は、赤みがほとんどなく、高い吸湿性を有するアクリロニトリル系繊維を提供することにある。 The present invention was created in view of the current state of the prior art, and its object is to provide a hygroscopic acrylonitrile fiber that can be continuously produced in a simpler process than conventionally. Another object of the present invention is to provide an acrylonitrile-based fiber with little redness and high hygroscopicity.
本発明者は、上述の目的を達成するために鋭意検討を進めた結果、アクリロニトリル系重合体を溶解した紡糸原液をノズルから紡出後、凝固、水洗、延伸の各工程を経て得られた未乾燥繊維を加水分解することにより、架橋構造を有さないアクリロニトリル系重合体繊維であっても、吸湿性と実用的な繊維物性を両立し、かつ赤みが少なく、連続生産が可能であることを見出し、本発明の完成に到達した。 As a result of intensive studies in order to achieve the above object, the present inventors have found that a spinning stock solution in which an acrylonitrile polymer is dissolved is spun from a nozzle, followed by coagulation, washing, and stretching. By hydrolyzing dry fibers, even with acrylonitrile-based polymer fibers that do not have a crosslinked structure, it is possible to achieve both hygroscopicity and practical fiber properties, less redness, and continuous production. I found it and arrived at the completion of the present invention.
即ち、本発明は以下の手段により達成される。
(1) 共有結合による架橋構造を実質的に有さない重合体で構成されている吸湿性アクリロニトリル系繊維であって、繊維中のカルボキシル基量が0.2~4.5mmol/gであること、及び繊維の20℃×65%RHでの飽和吸湿率が5重量%以上であり、かつ水膨潤度が10倍以下であることを特徴とする吸湿性アクリロニトリル系繊維。
(2) JISZ8781-4「CIE 1976 L*a*b*色空間」に記載の表示方法において、a*が-4~2である(1)に記載の吸湿性アクリロニトリル系繊維。
(3) カルボキシル基が繊維全体にわたって均一に存在していることを特徴とする(1)または(2)に記載の吸湿性アクリロニトリル系繊維。
(4) カルボキシル基が繊維表層部に局在化していることを特徴とする(1)または(2)のいずれかに記載の吸湿性アクリロニトリル系繊維。
(5) カルボキシル基の中和度が25%以上であることを特徴とする(1)~(4)のいずれかに記載の吸湿性アクリロニトリル系繊維。
(6) アクリロニトリル系重合体を含有する紡糸原液をノズルから紡出後、凝固、水洗、延伸の各工程を経て得られた未乾燥繊維を加水分解することを含むことを特徴とする(3)に記載の吸湿性アクリロニトリル系繊維の製造方法。
(7) アクリロニトリル系重合体を含有する紡糸原液をノズルから紡出後、凝固、水洗、延伸の各工程を経て得られた未乾燥繊維を熱処理することで緻密化させた繊維または緻密化後さらに弛緩処理した繊維を加水分解することを含むことを特徴とする(4)に記載の吸湿性アクリロニトリル系繊維の製造方法。
(8) 未乾燥繊維の水分率が20~250%であることを特徴とする(6)または(7)に記載の吸湿性アクリロニトリル系繊維の製造方法。
(9) (1)~(5)のいずれかに記載の吸湿性アクリロニトリル繊維を含有する繊維構造体。
That is, the present invention is achieved by the following means.
(1) A hygroscopic acrylonitrile-based fiber composed of a polymer that does not substantially have a covalently crosslinked structure, and having a carboxyl group content in the fiber of 0.2 to 4.5 mmol/g. and a hygroscopic acrylonitrile fiber characterized by having a saturated moisture absorption rate of 5% by weight or more at 20° C.×65% RH and a water swelling degree of 10 times or less.
(2) The hygroscopic acrylonitrile fiber according to (1), wherein a* is -4 to 2 in the display method described in JISZ8781-4 "CIE 1976 L*a*b* color space".
(3) The hygroscopic acrylonitrile fiber according to (1) or (2), characterized in that the carboxyl groups are uniformly present throughout the fiber.
(4) The hygroscopic acrylonitrile fiber according to any one of (1) and (2), characterized in that the carboxyl groups are localized on the surface layer of the fiber.
(5) The hygroscopic acrylonitrile fiber according to any one of (1) to (4), characterized in that the degree of neutralization of carboxyl groups is 25% or more.
(6) It is characterized by including hydrolyzing the undried fibers obtained through the steps of coagulation, washing, and drawing after spinning a spinning dope containing an acrylonitrile-based polymer from a nozzle (3) A method for producing a hygroscopic acrylonitrile fiber according to .
(7) After spinning a spinning solution containing an acrylonitrile-based polymer from a nozzle, the undried fiber obtained through the steps of coagulation, washing, and drawing is heat-treated to densify the fiber or after densification. The method for producing a hygroscopic acrylonitrile-based fiber according to (4), which comprises hydrolyzing the relaxation-treated fiber.
(8) The method for producing a hygroscopic acrylonitrile fiber according to (6) or (7), wherein the undried fiber has a moisture content of 20 to 250%.
(9) A fiber structure containing the hygroscopic acrylonitrile fiber according to any one of (1) to (5).
本発明の吸湿性アクリロニトリル繊維は、共有結合による架橋構造を実質的に有さないものである。従って、ヒドラジン架橋構造を有さないため、本発明の吸湿性アクリロニトリル系繊維は、赤みがほとんどない。また、本発明の吸湿性アクリロニトリル系繊維は、製造にあたり架橋導入工程が不要なため、製造工程を大幅に減らすことができ、その結果、通常のアクリル繊維製造設備を利用した連続生産が可能であり、生産性の高いものである。また、本発明の吸湿性アクリロニトリル系繊維は、架橋処理を施さずとも実用的な繊維物性を保持しているため、連続生産に適している。 The hygroscopic acrylonitrile fiber of the present invention has substantially no crosslinked structure due to covalent bonds. Therefore, since it does not have a hydrazine crosslinked structure, the hygroscopic acrylonitrile-based fiber of the present invention has almost no redness. In addition, the hygroscopic acrylonitrile-based fiber of the present invention does not require a cross-linking introduction step in manufacturing, so the manufacturing process can be greatly reduced, and as a result, continuous production using normal acrylic fiber manufacturing equipment is possible. , is highly productive. Moreover, the hygroscopic acrylonitrile-based fiber of the present invention is suitable for continuous production because it retains practical fiber physical properties without being subjected to a cross-linking treatment.
本発明の吸湿性アクリロニトリル系繊維は、従来の吸湿性アクリロニトリル系繊維とは異なり、共有結合による架橋構造を実質的に有さないことを特徴とするものである。このことにより、架橋導入工程が不要になり、その結果、製造工程を大幅に少なくすることができ、従来よりも簡便な工程で生産することができる。従って、従来の架橋アクリレート系繊維の製造のようなバッチ処理に限らず、連続製造が可能である。また、繊維が赤みを帯びたり、経時などによって赤みが強まったりすることが抑制または防止される。なお、本発明において、「共有結合による架橋構造を実質的に有さない」とは、後述する<チオシアン酸ナトリウム水溶液への溶解度>が95%以上であることを指す。 The hygroscopic acrylonitrile fiber of the present invention is characterized in that it does not substantially have a crosslinked structure due to covalent bonds, unlike conventional hygroscopic acrylonitrile fibers. This eliminates the need for a step of introducing cross-linking, and as a result, it is possible to greatly reduce the number of manufacturing steps, and to perform production using simpler steps than conventional ones. Therefore, continuous production is possible without being limited to batch processing such as the production of conventional crosslinked acrylate fibers. In addition, it is possible to suppress or prevent the fibers from becoming reddish or becoming more reddish over time. In the present invention, the expression "substantially does not have a covalently crosslinked structure" means that <solubility in an aqueous sodium thiocyanate solution>, which will be described later, is 95% or more.
本発明の吸湿性アクリロニトリル系繊維は、赤みの抑制に関して、JISZ8781-4の表示方法において、赤みを示すa*を2以下とすることが可能であり、さらにはa*を0以下とすることも可能である。a*の下限としては、あまりに低いと赤みでない別の色が濃くなってくるので、好ましくは-4、より好ましくは-3である。 Regarding the suppression of redness, the hygroscopic acrylonitrile-based fiber of the present invention can have a* indicating redness of 2 or less in the display method of JIS Z8781-4, and can also have a* of 0 or less. It is possible. The lower limit of a* is preferably −4, more preferably −3, because if it is too low, other colors other than reddish color become dark.
また、本発明の吸湿性アクリロニトリル系繊維は、カルボキシル基を含有するものであり、その含有量としては、後述する方法により求められる値において、0.2~4.5mmol/gであり、好ましくは0.5~4.0mmol/g、より好ましくは0.5~3.5mmol/gである。また、本発明の吸湿性アクリロニトリル系繊維が芯鞘構造である場合には、好ましくは0.2~2mmol/g、より好ましくは0.5~1.0mmol/gである。カルボキシル基量が上記範囲の下限に満たない場合には、後述する吸湿性能が得られないことがあり、上限を超える場合には、繊維の親水性が高くなりすぎて、後述する水膨潤度を越えて、水に激しく膨潤したり、溶解したりして、取り扱いが困難となる。 In addition, the hygroscopic acrylonitrile fiber of the present invention contains a carboxyl group, and the content thereof is 0.2 to 4.5 mmol/g, preferably 0.2 to 4.5 mmol/g, as determined by the method described later. 0.5 to 4.0 mmol/g, more preferably 0.5 to 3.5 mmol/g. When the hygroscopic acrylonitrile fiber of the present invention has a core-sheath structure, it is preferably 0.2 to 2 mmol/g, more preferably 0.5 to 1.0 mmol/g. If the amount of carboxyl groups is less than the lower limit of the above range, the hygroscopic performance described below may not be obtained. Beyond that, it violently swells or dissolves in water, making it difficult to handle.
本発明の吸湿性アクリロニトリル系繊維は、20℃、相対湿度65%雰囲気下での飽和吸湿率として5重量%以上を有するものであり、好ましくは10重量%以上、より好ましくは15重量%以上を有するものであることが望ましい。飽和吸湿率が上記下限値に満たない場合には、各種繊維構造体に適用しても有意な吸湿性能を付与することが難しい。上限については、繊維物性を維持する観点から35重量%以下、さらには30重量%以下であることが望ましい。 The hygroscopic acrylonitrile fiber of the present invention has a saturated moisture absorption rate of 5% by weight or more, preferably 10% by weight or more, more preferably 15% by weight or more, at 20° C. and a relative humidity of 65%. It is desirable to have When the saturated hygroscopicity is less than the above lower limit, it is difficult to impart significant hygroscopic performance even when applied to various fiber structures. The upper limit is preferably 35% by weight or less, more preferably 30% by weight or less, from the viewpoint of maintaining fiber physical properties.
本発明の吸湿性アクリロニトリル系繊維は、後述する方法により求められる水膨潤度が10倍以下であり、好ましくは8倍以下、より好ましくは5倍以下であることが望ましい。本発明の吸湿性アクリロニトリル系繊維は上述のように共有結合による架橋構造を有していないこともあり、かかる水膨潤度が10倍を超えてしまうと、繊維が脆くなって一部が脱落したり、場合によっては溶解したりして、取り扱いが困難となる。下限については特に制限は無いが、本発明の吸湿性アクリロニトリル系繊維が20℃、相対湿度65%雰囲気下での飽和吸湿率として5重量%以上を有する観点から、通常0.05倍以上となると思われる。 The hygroscopic acrylonitrile fiber of the present invention preferably has a water swelling degree of 10 times or less, preferably 8 times or less, more preferably 5 times or less, as determined by the method described later. The hygroscopic acrylonitrile-based fiber of the present invention does not have a cross-linked structure by covalent bonds as described above, and if the degree of swelling with water exceeds 10 times, the fiber becomes brittle and partly falls off. or, in some cases, dissolve, making handling difficult. The lower limit is not particularly limited, but from the viewpoint that the hygroscopic acrylonitrile fiber of the present invention has a saturated moisture absorption rate of 5% by weight or more in an atmosphere of 20° C. and a relative humidity of 65%, it is usually 0.05 times or more. Seem.
また、本発明の吸湿性アクリロニトリル系繊維においては、カルボキシル基が繊維全体にわたって均一に存在していることが望ましい。ここで、繊維全体にわたって均一に存在しているとは、後述する測定方法によって測定される繊維断面におけるマグネシウム元素の含有割合の変動係数CVが50%以下であることを意味する。カルボキシル基が局在化していると、その部分が吸湿・吸水によって脆化しやすくなる。カルボキシル基が繊維全体にわたって存在していることによって、吸湿・吸水しても脆化が抑制され、架橋構造を有さずとも実用に耐えうる繊維物性が得られやすくなる。このような点から上記のCV値としては好ましくは30%以下、より好ましくは20%以下、さらに好ましくは15%以下であることが望ましい。 Moreover, in the hygroscopic acrylonitrile-based fiber of the present invention, it is desirable that the carboxyl groups are uniformly present throughout the fiber. Here, "uniformly present throughout the fiber" means that the coefficient of variation CV of the magnesium element content in the fiber cross section measured by the measuring method described later is 50% or less. If the carboxyl group is localized, the part becomes embrittled due to moisture absorption and water absorption. The presence of carboxyl groups over the entire fiber suppresses embrittlement even when it absorbs moisture and water, making it easier to obtain fiber physical properties that can withstand practical use without having a crosslinked structure. From this point of view, the CV value is preferably 30% or less, more preferably 20% or less, and still more preferably 15% or less.
ただし、求められる物性や用途などによって、本発明の吸湿性アクリロニトリル系繊維は、カルボキシル基が実質的に繊維表面のみに均一に存在している芯鞘構造を採用することができる。この場合は、芯鞘構造は、カルボキシル基を含有する重合体からなる表層部と、アクリロニトリル系重合体からなる中心部とから構成される。このように中心部とそれを包囲する表層部とからなる芯鞘構造を有することにより、中心部で硬い弾力性のある実用的な繊維物性を得ながら、カルボキシル基濃度の高い表層部で吸湿速度を有意に高めることができる。 However, the hygroscopic acrylonitrile-based fiber of the present invention can employ a core-sheath structure in which carboxyl groups are substantially uniformly present only on the fiber surface, depending on the required physical properties and applications. In this case, the core-sheath structure is composed of a surface layer portion made of a carboxyl group-containing polymer and a center portion made of an acrylonitrile-based polymer. In this way, by having a core-sheath structure consisting of a central portion and a surface layer surrounding it, while obtaining practical fiber physical properties such as hard elasticity in the central portion, moisture absorption rate is high in the surface layer with a high carboxyl group concentration. can be significantly increased.
この芯鞘構造の繊維の横断面における表層部の占める面積は、20~80%が好ましく、30~70%がより好ましい。表層部の占める面積が少ないと、吸湿性等の機能を十分に発揮できないおそれがあり、表層部の占める面積が多いと、中心部が細くなって実用的な繊維物性が得られないおそれがある。 The surface layer occupies preferably 20 to 80%, more preferably 30 to 70%, of the cross section of the core-sheath structure fiber. If the area occupied by the surface layer is small, functions such as hygroscopicity may not be exhibited sufficiently. .
カルボキシル基の状態としては、より高い吸湿性能を求める場合には、対イオンがH以外のカチオンであることが好ましい。より具体的には、対イオンがH以外のカチオンである割合、すなわち、中和度が好ましくは25%以上、より好ましくは35%以上、さらに好ましくは50%以上であることが望ましい。 As for the state of the carboxyl group, it is preferable that the counter ion is a cation other than H when higher hygroscopic performance is desired. More specifically, the proportion of cations other than H as counter ions, that is, the degree of neutralization is preferably 25% or more, more preferably 35% or more, and even more preferably 50% or more.
カチオンの例としては、Li、Na、K等のアルカリ金属、Be、Ca、Ba等のアルカリ土類金属、Cu、Zn、Al、Mn、Ag、Fe、Co、Ni等の金属、NH4、アミン等の陽イオンなどが挙げられ、複数種類の陽イオンが混在していてもよい。中でも、Li,Na,K,Mg,Ca,Zn等が好適である。 Examples of cations include alkali metals such as Li, Na and K; alkaline earth metals such as Be, Ca and Ba; metals such as Cu, Zn, Al, Mn, Ag, Fe, Co and Ni ; Examples include cations such as amines, and multiple types of cations may be mixed. Among them, Li, Na, K, Mg, Ca, Zn and the like are suitable.
また、上記の場合においては、酢酸、イソ吉草酸等の酸性ガス、ホルムアルデヒド等のアルデヒドに対する優れた消臭性能も発現できる。また、MgやCaイオンであれば難燃性能が高く、AgやCuイオンであれば抗菌性能に関して高い効果を得ることができる。 Moreover, in the above case, excellent deodorant performance against acidic gases such as acetic acid and isovaleric acid and aldehydes such as formaldehyde can be exhibited. Further, if Mg or Ca ions are used, flame retardancy is high, and if Ag or Cu ions are used, high antibacterial performance can be obtained.
一方、カルボキシル基の対イオンとしてHを多くすると、アンモニア、トリエチルアミン、ピリジン等のアミン系ガス等の消臭性能や抗ウイルス性能、抗アレルゲン性能を強めることができる。 On the other hand, if H is increased as a counter ion of the carboxyl group, the deodorant performance, antiviral performance, and antiallergen performance against amine gases such as ammonia, triethylamine, and pyridine can be enhanced.
上述してきた本発明の吸湿性アクリロニトリル系繊維は、未乾燥状態のアクリロニトリル系繊維に加水分解処理を施すことによって得ることができる。以下、本発明の吸湿性アクリロニトリル系繊維の代表的な製造方法を詳述する。 The above-described hygroscopic acrylonitrile-based fiber of the present invention can be obtained by subjecting an undried acrylonitrile-based fiber to a hydrolysis treatment. A representative method for producing the hygroscopic acrylonitrile-based fiber of the present invention will be described in detail below.
まず、原料とするアクリロニトリル系繊維であるが、繊維を構成するアクリロニトリル系重合体は重合組成としてアクリロニトリル(以下、ANともいう)を好ましくは40重量%以上、より好ましくは50重量%以上、さらに好ましくは85重量%以上含有するものである。AN系重合体は、AN単独重合体のほかに、ANと他の単量体との共重合体であってもよい。他の単量体としては、ハロゲン化ビニル及びハロゲン化ビニリデン、(メタ)アクリル酸エステル、メタリルスルホン酸、p-スチレンスルホン酸等のスルホン酸基含有モノマー及びその塩、アクリルアミド、スチレン、酢酸ビニル等が挙げられるが、ANと共重合可能な単量体であれば特に限定されない。なお、(メタ)の表記は、メタの語の付いたもの及び付かないものの両方を表す。 First, regarding the acrylonitrile-based fiber as a raw material, the acrylonitrile-based polymer constituting the fiber preferably contains acrylonitrile (hereinafter also referred to as AN) as a polymerization composition of 40% by weight or more, more preferably 50% by weight or more, and more preferably 50% by weight or more. contains 85% by weight or more. The AN-based polymer may be an AN homopolymer or a copolymer of AN and other monomers. Other monomers include vinyl halides and vinylidene halides, (meth)acrylic acid esters, methallylsulfonic acid, sulfonic acid group-containing monomers such as p-styrenesulfonic acid and salts thereof, acrylamide, styrene, and vinyl acetate. etc., but is not particularly limited as long as it is a monomer copolymerizable with AN. In addition, the notation of (meta) represents both those with and without the word meta.
次に、かかるAN系重合体を用いて、湿式紡糸により繊維化を行うが、溶剤として、ロダン酸ソーダ等の無機塩を用いた場合で説明すれば以下のようになる。まず、上述のAN系重合体を溶剤に溶解し紡糸原液を作製する。該紡糸原液をノズルから紡出後、凝固、水洗、延伸の各工程を経て、延伸後の未乾燥繊維(以下、ゲル状アクリロニトリル系繊維ともいう)の水分率を20~250重量%、好ましくは25~130重量%、より好ましくは30~100重量%とする。 Next, using such an AN polymer, fiberization is carried out by wet spinning, and the case where an inorganic salt such as sodium rhodanate is used as a solvent is explained as follows. First, the above AN polymer is dissolved in a solvent to prepare a spinning dope. After the spinning dope is spun from the nozzle, the undried fiber (hereinafter also referred to as gel-like acrylonitrile-based fiber) after being subjected to each step of coagulation, washing, and drawing is adjusted to a moisture content of 20 to 250% by weight, preferably 25 to 130% by weight, more preferably 30 to 100% by weight.
ここで、加水分解処理を施される原料繊維として未乾燥状態のゲル状アクリロニトリル系繊維を使用した場合、前述の様にカルボキシル基を繊維全体にわたって均一に存在させることが可能となる。一方、未乾燥状態のゲル状アクリロニトリル系繊維をさらに熱処理することで緻密化させた繊維や、緻密化後さらに弛緩処理した繊維を原料繊維として加水分解処理を施した場合には、カルボキシル基が繊維表層部に局在化した芯鞘構造とすることができる。 Here, when undried gelatinous acrylonitrile fibers are used as raw fibers to be hydrolyzed, carboxyl groups can be uniformly present throughout the fibers as described above. On the other hand, when hydrolysis treatment is applied to fibers that are densified by further heat-treating gel-like acrylonitrile fibers in an undried state or fibers that are further relaxed after densification are used as raw materials, the carboxyl groups are It can be a core-sheath structure localized in the surface layer.
ゲル状アクリロニトリル系繊維を原料繊維とする場合、ゲル状アクリロニトリル系繊維の水分率が20重量%未満の場合には、後述する加水分解処理において薬剤が繊維内部に浸透せず、カルボキシル基を繊維全体にわたって生成させることができなくなる場合がある。250重量%を超える場合には繊維内部に水分を多く含み、繊維強度が低くなりすぎるため、可紡性が低下し好ましくない。繊維強度の高さをより重視する場合には、25~130重量%の範囲内とするのが望ましい。また、ゲル状アクリロニトリル系繊維の水分率を上記範囲内に制御する方法は多数あるが、例えば、凝固浴温度としては-3~15℃、好ましくは-3~10℃、延伸倍率としては5~20倍、好ましくは7~15倍程度が望ましい。 When gel-like acrylonitrile-based fibers are used as raw fibers, if the moisture content of the gel-like acrylonitrile-based fibers is less than 20% by weight, the chemical agent does not penetrate into the inside of the fibers in the hydrolysis treatment described later, and the carboxyl groups are removed throughout the fibers. may not be able to spawn over time. If it exceeds 250% by weight, the fiber contains a large amount of water and the strength of the fiber becomes too low, which is not preferable because the spinnability is lowered. When more emphasis is placed on high fiber strength, it is desirable to make it within the range of 25 to 130% by weight. There are many methods for controlling the moisture content of gelled acrylonitrile fibers within the above range. 20 times, preferably about 7 to 15 times.
また、ゲル状アクリロニトリル系繊維をさらに熱処理する場合には、例えば、110℃での乾熱処理と60℃での湿熱処理を交互に行うことにより、繊維内部のボイドが消失して緻密化した繊維が得られる。又その後120℃×10分オートクレーブ処理を行うことで、ある程度繊維構造が弛緩した繊維が得られる。これら繊維を原料に用いて後述の加水分解処理を行うと繊維表層部から反応が進行して芯鞘構造のような構造をとりやすくなる。なお、反応が進行するにつれて、水膨潤度が上がりやすくなる傾向があり、得られる繊維の取り扱いが困難となる場合がある。 When the gel-like acrylonitrile-based fiber is further heat-treated, for example, by alternately performing dry heat treatment at 110°C and wet heat treatment at 60°C, voids inside the fiber disappear and densified fibers are formed. can get. Further, by performing an autoclave treatment at 120° C. for 10 minutes thereafter, a fiber having a somewhat relaxed fiber structure can be obtained. When these fibers are used as raw materials and subjected to a hydrolysis treatment, which will be described later, the reaction progresses from the surface layer of the fibers, facilitating the formation of a structure such as a core-sheath structure. As the reaction progresses, the degree of swelling with water tends to increase, and the resulting fiber may become difficult to handle.
ゲル状アクリロニトリル系繊維、またはさらに熱処理を施された繊維は、次に加水分解処理を施される。かかる加水分解処理の手段としては、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アンモニア等の塩基性水溶液、あるいは、硝酸、硫酸、塩酸等の水溶液を含浸、または浸漬した状態で加熱処理する手段が挙げられる。具体的な処理条件としては、上述したカルボキシル基量の範囲などを勘案し、処理薬剤の濃度、反応温度、反応時間等の諸条件を適宜設定すればよいが、一般的には、0.5~20重量%、好ましくは1.0~15重量%の処理薬剤を含浸、絞った後、湿熱雰囲気下で、温度100~140℃、好ましくは110~135℃で10~60分処理する条件の範囲内で設定することが工業的、繊維物性的にも好ましい。上記範囲内において処理温度が高いほど捲縮率が高くなる傾向がある。なお、湿熱雰囲気とは、飽和水蒸気または過熱水蒸気で満たされた雰囲気のことを言う。該処理により、ゲル状アクリロニトリル系繊維、またはさらに熱処理を施された繊維中のニトリル基が加水分解され、カルボキシル基が生成される。 Gel-like acrylonitrile-based fibers, or fibers that have undergone further heat treatment, are then subjected to a hydrolysis treatment. As a means for such hydrolysis treatment, there is a means of heat treatment in a state of impregnation or immersion in a basic aqueous solution of alkali metal hydroxide, alkali metal carbonate, ammonia or the like, or an aqueous solution of nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid or the like. mentioned. As specific treatment conditions, various conditions such as the concentration of the treatment agent, reaction temperature, and reaction time may be appropriately set in consideration of the range of the amount of carboxyl groups described above. Impregnated with a treatment agent of up to 20% by weight, preferably 1.0 to 15% by weight, after squeezing, in a moist and hot atmosphere at a temperature of 100 to 140°C, preferably 110 to 135°C, for 10 to 60 minutes. It is preferable industrially and fiber properties to set within the range. Within the above range, there is a tendency that the higher the treatment temperature, the higher the crimp ratio. The moist and hot atmosphere means an atmosphere filled with saturated steam or superheated steam. The treatment hydrolyzes the nitrile groups in the gel-like acrylonitrile-based fibers or the fibers that have been further subjected to the heat treatment to generate carboxyl groups.
上述のようにして加水分解処理を施された繊維中には、加水分解処理に用いられたアルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アンモニア等の種類に応じたアルカリ金属やアンモニウムなどのカチオンを対イオンとする塩型カルボキシル基が生成しているが、引き続き、必要に応じてカルボキシル基の対イオンを変換する処理を行ってもよい。硝酸塩、硫酸塩、塩酸塩などの金属塩水溶液によるイオン交換処理を行えば、所望の金属イオンを対イオンとする塩型カルボキシル基とすることができる。さらに、水溶液のpHや金属塩濃度・種類を調整することで、異種の対イオンを混在させたり、その割合を調整したりすることも可能である。 The fibers subjected to the hydrolysis treatment as described above contain cations such as alkali metals and ammonium depending on the type of alkali metal hydroxide, alkali metal carbonate, ammonia, etc. used in the hydrolysis treatment. A salt-type carboxyl group to be used as a counterion is generated, but subsequently, if necessary, a treatment for converting the counterion of the carboxyl group may be performed. By performing an ion exchange treatment with an aqueous solution of a metal salt such as nitrate, sulfate or hydrochloride, a salt-type carboxyl group having a desired metal ion as a counter ion can be obtained. Furthermore, by adjusting the pH of the aqueous solution and the concentration and type of the metal salt, it is possible to mix different types of counterions and adjust their proportions.
以上のようにして本発明にかかる吸湿性アクリロニトリル系繊維が得られるが、上述の各処理は既存のアクリル繊維の連続生産設備を流用することで連続的に実施することができる。また、必要に応じて、水洗や乾燥、特定の繊維長に切断するなどの処理を追加してもよい。以上、ロダン酸ソーダ等の無機塩を溶剤に用いた場合について説明してきたが、有機溶剤を用いる場合でも上記条件は同じである。ただし、溶剤の種類が異なっているので、凝固浴温度については、その溶剤に適した温度を選択して、ゲル状アクリロニトリル系繊維の水分率を上記範囲内に制御する。 The hygroscopic acrylonitrile-based fiber according to the present invention is obtained as described above, and each of the above-described treatments can be continuously performed by using existing continuous acrylic fiber production equipment. In addition, if necessary, additional treatments such as washing with water, drying, and cutting into specific fiber lengths may be performed. Although the case where an inorganic salt such as sodium rhodanate is used as a solvent has been described above, the above conditions are the same when an organic solvent is used. However, since the types of solvents are different, the temperature of the coagulation bath is selected to be suitable for the solvent, and the moisture content of the gelled acrylonitrile fiber is controlled within the above range.
また、本発明の吸湿性アクリロニトリル系繊維の製造に際しては、紡糸原液中に機能性材料を添加しても構わない。かかる機能性材料としては、酸化チタン、カーボンブラック、顔料、抗菌剤、消臭剤、吸湿剤、制電剤、樹脂ビーズなどを挙げることができる。 Moreover, in the production of the hygroscopic acrylonitrile-based fiber of the present invention, a functional material may be added to the spinning dope. Examples of such functional materials include titanium oxide, carbon black, pigments, antibacterial agents, deodorants, hygroscopic agents, antistatic agents, and resin beads.
ここで、上述の製造方法によって得られる本発明の吸湿性アクリロニトリル系繊維においては未乾燥状態のゲル状アクリロニトリル系繊維を加水分解処理することから、繊維表面から順次加水分解するのではなく、薬剤が繊維内奥部にも浸透し、繊維全体にわたって加水分解するものと考えられる。さらに微視的に見ると、一般にアクリロニトリル系繊維にはAN系重合体が配向している結晶部分と構造が乱れている非晶部分とが混在している。このため、結晶部分はその外側から加水分解されるが、非晶部分は全体的に加水分解されると考えられる。この結果、加水分解後においては、微視的には、結晶部分ではその一部が加水分解を受けないままニトリル基濃度の高い部分として残り、非晶部分はカルボキシル基濃度が高い部分になるものと考えられる。 Here, in the hygroscopic acrylonitrile-based fiber of the present invention obtained by the above-described production method, the undried gel-like acrylonitrile-based fiber is hydrolyzed, so the chemical is not hydrolyzed sequentially from the fiber surface. It is thought that it permeates deep inside the fiber and hydrolyzes the entire fiber. Furthermore, when viewed microscopically, acrylonitrile-based fibers generally have a mixture of crystalline portions in which the AN-based polymer is oriented and amorphous portions in which the structure is disordered. Thus, it is believed that the crystalline portion is hydrolyzed from the outside while the amorphous portion is hydrolyzed entirely. As a result, after hydrolysis, microscopically, part of the crystalline portion remains as a portion with a high nitrile group concentration without being hydrolyzed, and the amorphous portion becomes a portion with a high carboxyl group concentration. it is conceivable that.
以上より、上述の製造方法によって得られる本発明の吸湿性アクリロニトリル系繊維の構造は、カルボキシル基濃度が高い部分とニトリル基濃度の高い部分が繊維全体にわたって均一に存在している構造であると推測される。そして、このような構造であるがゆえに、共有結合による架橋構造を有さずとも、吸湿・吸水時の繊維物性の低下が抑制されると考えられる。また、本発明の吸湿性アクリロニトリル系繊維が、上記のように、未乾燥状態のゲル状アクリロニトリル系繊維をさらに熱処理することで緻密化させた繊維や、緻密化後さらに弛緩処理した繊維を原料繊維として採用することによって、芯鞘構造をとる場合でも、表層部でカルボキシル基が均一に存在しており、中心部は硬い弾力性のある構造であるため、共有結合による架橋構造を得ずとも、同様に繊維物性の低下が少ないと考えられる。 From the above, it is speculated that the structure of the hygroscopic acrylonitrile-based fiber of the present invention obtained by the above-described production method is a structure in which a portion with a high carboxyl group concentration and a portion with a high nitrile group concentration are uniformly present throughout the fiber. be done. And, because of such a structure, it is thought that deterioration of fiber physical properties during moisture absorption and water absorption is suppressed even without having a crosslinked structure by covalent bonding. Further, the hygroscopic acrylonitrile-based fiber of the present invention is, as described above, a fiber obtained by further heat-treating the gel-like acrylonitrile-based fiber in an undried state to densify it, or a fiber that is further subjected to relaxation treatment after densification as a raw material fiber. By adopting as, even when taking a core-sheath structure, the carboxyl groups are uniformly present in the surface layer, and the core has a hard and elastic structure, so even without obtaining a crosslinked structure by covalent bonds, Similarly, it is thought that there is little decrease in fiber physical properties.
なお、上述したことから分かるように、上述した製造方法においては、ゲル状アクリロニトリル系繊維を加水分解処理することにより上述のような特性を有する繊維が得られている。ゲル状アクリロニトリル系繊維、すなわち延伸後の未乾燥繊維を用いず、乾燥してしまった後のアクリロニトリル系繊維に加水分解処理を施した場合には、薬剤が繊維内奥部には浸透せず、繊維表面から順次加水分解することになるため、繊維表面のカルボキシル基が最も多く、繊維内奥部にはカルボキシル基が少ない構造が誘導される。このような構造の繊維は、繊維表面部を構成する重合体の水への溶出等が起こり、実用に耐えないものとなる。 As can be seen from the above, in the production method described above, the gel-like acrylonitrile-based fiber is hydrolyzed to obtain the fiber having the properties as described above. Gel-like acrylonitrile fibers, i.e., undried fibers after drawing, are not used, and when the hydrolysis treatment is applied to the dried acrylonitrile fibers, the chemical does not penetrate deep into the fibers, Since the hydrolysis proceeds sequentially from the surface of the fiber, a structure is induced in which the surface of the fiber has the largest number of carboxyl groups and the innermost part of the fiber has the fewest carboxyl groups. A fiber having such a structure is unusable because the polymer constituting the surface of the fiber is eluted into water.
上述してきた本発明の吸湿性アクリロニトリル系繊維は単独で又は、他の素材と組み合わせることにより多くの用途で有用な繊維構造体として利用できる。該繊維構造物においては、本発明の吸湿性アクリロニトリル系繊維の含有率を好ましくは5重量%以上、より好ましくは10重量%以上、さらに好ましくは20重量%以上とすることが、本発明の吸湿性アクリロニトリル系繊維の効果を得る観点から望ましい。また、他の素材の種類としては特に制限はなく、公用されている天然繊維、有機繊維、半合成繊維、合成繊維が用いられ、さらには無機繊維、ガラス繊維等も用途によっては採用し得る。具体的な例としては、綿、麻、絹、羊毛、ナイロン、レーヨン、ポリエステル、アクリル繊維などを挙げることができる。 The hygroscopic acrylonitrile-based fiber of the present invention described above can be used alone or in combination with other materials as a useful fiber structure in many applications. In the fiber structure, the content of the hygroscopic acrylonitrile fiber of the present invention is preferably 5% by weight or more, more preferably 10% by weight or more, and still more preferably 20% by weight or more. It is desirable from the viewpoint of obtaining the effect of the polyacrylonitrile-based fiber. Further, the types of other materials are not particularly limited, and commonly used natural fibers, organic fibers, semi-synthetic fibers, and synthetic fibers can be used, and inorganic fibers, glass fibers, etc. can also be used depending on the application. Specific examples include cotton, linen, silk, wool, nylon, rayon, polyester, and acrylic fibers.
該繊維構造体の外観形態としては、糸、不織布、紙状物、シート状物、積層体、綿状体(球状や塊状のものを含む)等がある。該構造物内における本発明の繊維の含有形態としては、他素材との混合により、実質的に均一に分布させたもの、複数の層を有する構造の場合には、いずれかの層(単数でも複数でも良い)に集中して存在せしめたものや、夫々の層に特定比率で分布せしめたもの等がある。 Appearance forms of the fiber structure include threads, non-woven fabrics, paper-like materials, sheet-like materials, laminates, cotton-like bodies (including spherical and lumpy ones), and the like. The fiber of the present invention may be contained in the structure by mixing it with other materials and distributing it substantially uniformly. There are those that exist concentrated in a plurality of layers, and those that are distributed in each layer at a specific ratio.
上記に例示した繊維構造体の外観形態や含有形態、該繊維構造体を構成する他の素材、および該繊維構造体と組み合わせる他の部材をいかなるものとするかは、最終製品の種類(例えば、衣料品、フィルター、カーテンやカーペット、寝具やクッション、インソールなど)に応じて要求される機能、特性、形状や、かかる機能を発現することへの本発明の吸湿性アクリロニトリル系繊維の寄与の仕方等を勘案して適宜決定される。 The type of final product (for example, clothing, filters, curtains and carpets, bedding, cushions, insoles, etc.), and how the hygroscopic acrylonitrile fiber of the present invention contributes to the expression of such functions. is determined as appropriate in consideration of
以下に本発明の理解を容易にするために実施例を示すが、これらはあくまで例示的なものであり、本発明の要旨はこれらにより限定されるものではない。実施例中、部及び百分率は特に断りのない限り重量基準で示す。なお、各特性の測定は以下の方法により求めた。 EXAMPLES Examples are shown below to facilitate understanding of the present invention, but these are merely illustrative and the gist of the present invention is not limited by these. In the examples, parts and percentages are expressed by weight unless otherwise specified. In addition, the measurement of each characteristic was calculated|required by the following method.
<チオシアン酸ナトリウム水溶液への溶解度>
乾燥した試料約1gを精秤し(W1[g])、100mlの58%チオシアン酸ナトリウム水溶液を加え、80℃で1時間浸漬させた後にろ過、水洗し、乾燥する。乾燥後の試料を精秤し(W2[g])次式によって溶解度を算出する。
溶解度[%]=(1-W2/W1)×100
かかる溶解度が95%以上である場合、共有結合による架橋構造を実質的に有さないと判断する。
<Solubility in sodium thiocyanate aqueous solution>
About 1 g of the dried sample is precisely weighed (W1 [g]), 100 ml of 58% sodium thiocyanate aqueous solution is added, and the sample is immersed at 80° C. for 1 hour, filtered, washed with water, and dried. The sample after drying is accurately weighed (W2 [g]) and the solubility is calculated by the following formula.
Solubility [%] = (1-W2/W1) x 100
When the solubility is 95% or more, it is determined that the material does not substantially have a crosslinked structure due to covalent bonds.
<カルボキシル基量の測定>
試料を約1g秤量し、1mol/l塩酸50mlに30分浸漬後、水洗し浴比1:500で純水に15分間浸漬する。浴pHが4以上となるまで水洗した後、熱風乾燥機にて105℃で5時間乾燥させる。乾燥した試料を約0.2g精秤し(W3[g])、これに100mlの水と0.1mol/l水酸化ナトリウム15ml、塩化ナトリウム0.4gを加えて攪拌する。次いで金網を用いて試料を漉しとり、水洗する。得られたろ液(水洗液も含む)にフェノールフタレイン液を2~3滴を加え、0.1mol/l塩酸で常法に従って滴定を行い消費された塩酸量(V1[ml])を求め、次式により全カルボキシル基量を算出する。
全カルボキシル基量[mmol/g]=(0.1×15-0.1×V1)/W3
<Measurement of carboxyl group content>
About 1 g of a sample is weighed, immersed in 50 ml of 1 mol/l hydrochloric acid for 30 minutes, washed with water, and immersed in pure water at a bath ratio of 1:500 for 15 minutes. After washing with water until the pH of the bath reaches 4 or more, it is dried at 105° C. for 5 hours with a hot air dryer. Approximately 0.2 g of the dried sample (W3 [g]) is weighed, and 100 ml of water, 15 ml of 0.1 mol/l sodium hydroxide and 0.4 g of sodium chloride are added and stirred. The sample is then filtered using a wire mesh and washed with water. Add 2 to 3 drops of phenolphthalein solution to the obtained filtrate (including the washing solution) and titrate with 0.1 mol/l hydrochloric acid according to a conventional method to determine the amount of hydrochloric acid consumed (V1 [ml]), The total amount of carboxyl groups is calculated by the following formula.
Total amount of carboxyl groups [mmol / g] = (0.1 × 15-0.1 × V1) / W3
<飽和吸湿率の測定>
試料を熱風乾燥機で105℃、16時間乾燥して重量を測定する(W4[g])。次に該試料を20℃×65%RHの条件に調節した恒温恒湿器に24時間入れておく。このようにして吸湿させた試料の重量を測定する。(W5[g])。以上の測定結果から、次式によって算出する。
飽和吸湿率[%]=(W5-W4)/W4×100
<Measurement of saturated moisture absorption>
The sample is dried with a hot air dryer at 105° C. for 16 hours, and the weight is measured (W4 [g]). Next, the sample is placed in a constant temperature and humidity chamber adjusted to the conditions of 20° C. and 65% RH for 24 hours. The weight of the moisture-absorbed sample is measured. (W5 [g]). From the above measurement results, it is calculated by the following formula.
Saturated moisture absorption [%] = (W5-W4) / W4 x 100
<水膨潤度>
試料を純水中に浸漬した後、卓上遠心脱水機で1200rpmにて5分間脱水する。脱水後の試料の重量を測定(W6[g])後、かかる試料を115℃で3時間乾燥して重量を測定(W7[g])し、次式により水膨潤度を算出する。
水膨潤度[倍]=W6/W7-1
<Water swelling degree>
After the sample is immersed in pure water, it is dehydrated for 5 minutes at 1200 rpm with a desktop centrifugal dehydrator. After measuring the weight of the sample after dehydration (W6 [g]), the sample is dried at 115°C for 3 hours, the weight is measured (W7 [g]), and the water swelling degree is calculated by the following equation.
Water swelling degree [times] = W6/W7-1
<中和度>
熱風乾燥機にて105℃で5時間乾燥した試料を約0.2g精秤し(W8[g])、これに100mlの水と0.1mol/l水酸化ナトリウム15ml、塩化ナトリウム0.4gを加えて攪拌する。次いで金網を用いて試料を漉しとり、水洗する。得られたろ液(水洗液も含む)にフェノールフタレイン液を2~3滴を加え、0.1mol/l塩酸で常法に従って滴定を行い消費された塩酸量(V2[ml])を求める。次式によって、試料に含まれるH型カルボキシル基量を算出し、その結果と上述の全カルボキシル基量から中和度を求める。
H型カルボキシル基量[mmol/g]=(0.1×15-0.1×V2)/W8
中和度[%]=[(全カルボキシル基量-H型カルボキシル基量)/全カルボキシル基量]×100
<Neutralization degree>
About 0.2 g of the sample dried at 105° C. for 5 hours in a hot air dryer was precisely weighed (W8 [g]), and 100 ml of water, 15 ml of 0.1 mol/l sodium hydroxide, and 0.4 g of sodium chloride were added thereto. Add and stir. The sample is then filtered using a wire mesh and washed with water. Add 2 to 3 drops of phenolphthalein solution to the obtained filtrate (including washings) and titrate with 0.1 mol/l hydrochloric acid according to a conventional method to determine the amount of hydrochloric acid consumed (V2 [ml]). The amount of H-type carboxyl groups contained in the sample is calculated by the following formula, and the degree of neutralization is determined from the result and the total amount of carboxyl groups described above.
H-type carboxyl group amount [mmol / g] = (0.1 × 15-0.1 × V2) / W8
Neutralization degree [%] = [(total carboxyl group amount - H-type carboxyl group amount) / total carboxyl group amount] x 100
<色相a*値>
開繊し熱風乾燥機で105℃、16時間乾燥した試料0.5gを用いて、コニカミノルタ社製色相色差計CR-300型にて測色した。
<Hue a* value>
Using 0.5 g of a sample that was opened and dried at 105° C. for 16 hours with a hot air dryer, the color was measured with a color difference meter CR-300 manufactured by Konica Minolta.
<繊維構造内のカルボキシル基の分布状態>
繊維試料を、繊維に含まれるカルボキシル基量の2倍に相当する硝酸マグネシウムを溶解させた水溶液に50℃×1時間浸漬することによりイオン交換処理を実施し、水洗、乾燥することにより、カルボキシル基の対イオンをマグネシウムとする。マグネシウム塩型とした繊維試料を、エネルギー分散型X線分光器(EDS)により繊維断面の外縁から中心にかけて概ね等間隔で10点の測定点を選び、各測定点におけるマグネシウム元素の含有割合を測定する。得られた各測定点の数値から次式により変動係数CV[%]を算出する。
変動係数CV[%]=(標準偏差/平均値)×100
<Distribution of carboxyl groups in fiber structure>
The fiber sample is subjected to ion exchange treatment by immersing it in an aqueous solution containing twice the amount of carboxyl groups contained in the fiber, in which magnesium nitrate is dissolved at 50°C for 1 hour, followed by washing with water and drying to remove carboxyl groups. Let the counterion be magnesium. A magnesium salt-type fiber sample is measured by an energy dispersive X-ray spectrometer (EDS) at 10 measurement points at approximately equal intervals from the outer edge to the center of the fiber cross section, and the content of magnesium element at each measurement point is measured. do. A coefficient of variation CV [%] is calculated from the obtained numerical value of each measurement point by the following equation.
Variation coefficient CV [%] = (standard deviation / average value) × 100
<芯鞘構造の繊維の横断面における表層部の占める面積の割合>
試料繊維を、繊維重量に対して2.5%のカチオン染料(Nichilon Black G 200)および2%の酢酸を含有する染色浴に、浴比1:80となるように浸漬し、30分間煮沸処理した後に、水洗、脱水、乾燥する。得られた染色済みの繊維を、繊維軸に垂直に薄くスライスし、繊維断面を光学顕微鏡で観察する。このとき、アクリロニトリル系重合体からなる中心部は黒く染色され、カルボキシル基が多く有する表層部は染料が十分に固定されず緑色になる。繊維断面における、繊維の直径(D1)、および、緑色から黒色へ変色し始める部分を境界として黒く染色されている中心部の直径(D2)を測定し、以下の式により表層部面積割合を算出する。なお、10サンプルの表層部面積割合の平均値をもって、試料繊維の表層部面積割合とする。
表層部面積割合(%)=[{((D1)/2)2π-((D2)/2)2π}/((D1)/2)2π]×100
<Proportion of the area occupied by the surface layer in the cross section of the fiber with the core-sheath structure>
The sample fiber is immersed in a dyeing bath containing 2.5% cationic dye (Nichilon Black G 200) and 2% acetic acid based on the fiber weight so that the bath ratio is 1:80, and boiled for 30 minutes. After that, it is washed with water, dehydrated and dried. The obtained dyed fiber is thinly sliced perpendicular to the fiber axis, and the cross section of the fiber is observed with an optical microscope. At this time, the central portion made of the acrylonitrile-based polymer is dyed black, and the surface layer portion having many carboxyl groups is green because the dye is not sufficiently fixed. Measure the fiber diameter (D1) in the fiber cross section and the diameter (D2) of the central part dyed black bordering on the part where the color starts to change from green to black, and calculate the surface layer area ratio by the following formula. do. The average value of the surface layer area ratios of 10 samples is taken as the surface layer area ratio of the sample fiber.
Surface layer area ratio (%) = [{((D1)/2) 2 π-((D2)/2) 2 π}/((D1)/2) 2 π] × 100
<延伸後の未乾燥繊維の水分率の測定>
延伸後の未乾燥繊維を純水中に浸漬した後、遠心脱水機(国産遠心機(株)社製TYPE H-770A)で遠心加速度1100G(Gは重力加速度を示す)にて2分間脱水する。脱水後重量を測定(W8[g]とする)後、該未乾燥繊維を120℃で15分間乾燥して重量を測定(W9[g]とする)し、次式により計算する。
延伸後の未乾燥繊維の水分率(%)=(W8-W9)/W8×100
<Measurement of moisture content of undried fibers after drawing>
After the stretched undried fiber is immersed in pure water, it is dehydrated for 2 minutes with a centrifugal dehydrator (TYPE H-770A manufactured by Kokusan Centrifugal Co., Ltd.) at a centrifugal acceleration of 1100 G (G indicates gravitational acceleration). . After the weight after dehydration is measured (W8 [g]), the undried fibers are dried at 120°C for 15 minutes, the weight is measured (W9 [g]), and the weight is calculated by the following formula.
Moisture content (%) of undried fiber after stretching = (W8-W9)/W8 x 100
<実施例1>
AN90%及びアクリル酸メチル10%からなるAN系重合体10部を44%のチオシアン酸ナトリウム水溶液90部に溶解した紡糸原液を、-2.5℃の凝固浴に紡出し、凝固、水洗、12倍延伸して水分率が35%のゲル状アクリロニトリル系繊維を得た。該繊維を2.5%の水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬し、絞った後に、湿熱雰囲気中で、123℃×25分間加水分解処理を行い、水洗、乾燥して、実施例1の吸湿性アクリロニトリル系繊維を得た。得られた繊維の評価結果を表1に示す。
<Example 1>
A spinning dope prepared by dissolving 10 parts of an AN polymer consisting of 90% AN and 10% methyl acrylate in 90 parts of a 44% sodium thiocyanate aqueous solution was spun in a coagulation bath at -2.5°C, coagulated, washed with water, and washed with water. It was double-stretched to obtain a gel-like acrylonitrile-based fiber having a moisture content of 35%. The fibers are immersed in a 2.5% sodium hydroxide aqueous solution and squeezed, then hydrolyzed at 123° C. for 25 minutes in a moist and hot atmosphere, washed with water and dried to obtain the hygroscopic acrylonitrile of Example 1. system fibers were obtained. Table 1 shows the evaluation results of the obtained fibers.
<実施例2~5>
実施例1の処方において、水酸化ナトリウム水溶液の濃度を、実施例2では7.5%、実施例3では10%、実施例4では15%、実施例5では20%に変更すること以外は同様にして、実施例2~5の吸湿性アクリロニトリル系繊維を得た。得られた繊維の評価結果を表1に示す。
<Examples 2 to 5>
In the formulation of Example 1, except that the concentration of the aqueous sodium hydroxide solution was changed to 7.5% in Example 2, 10% in Example 3, 15% in Example 4, and 20% in Example 5. Hygroscopic acrylonitrile fibers of Examples 2 to 5 were obtained in the same manner. Table 1 shows the evaluation results of the obtained fibers.
<実施例6>
実施例3の吸湿性アクリロニトリル系繊維を硝酸水溶液に浸漬し、浴pH5.0に調整し、60℃で30分間加熱した。次いで、水洗、乾燥を行い、実施例6の吸湿性アクリロニトリル系繊維を得た。得られた繊維の評価結果を表1に示す。
<Example 6>
The hygroscopic acrylonitrile fiber of Example 3 was immersed in an aqueous nitric acid solution, adjusted to pH 5.0, and heated at 60° C. for 30 minutes. Then, it was washed with water and dried to obtain a hygroscopic acrylonitrile fiber of Example 6. Table 1 shows the evaluation results of the obtained fibers.
<実施例7>
実施例6の処方において、実施例3の吸湿性アクリロニトリル系繊維の代わりに、実施例5の吸湿性アクリロニトリル系繊維を用いること以外は同様にして、実施例7の吸湿性アクリロニトリル系繊維を得た。得られた繊維の評価結果を表1に示す。
<Example 7>
A hygroscopic acrylonitrile fiber of Example 7 was obtained in the same manner as in Example 6 except that the hygroscopic acrylonitrile fiber of Example 5 was used instead of the hygroscopic acrylonitrile fiber of Example 3. . Table 1 shows the evaluation results of the obtained fibers.
<実施例8>
実施例2において、ゲル状アクリロニトリル系繊維の代わりに、該繊維に対して、110℃×2.5分間の乾熱処理と60℃×2.5分間の湿熱処理を交互に2回行って得た緻密化繊維を使用したこと以外は同様にして、芯鞘構造を有する実施例8の吸湿性アクリロニトリル系繊維を得た。得られた繊維の評価結果を表1に示す。
<Example 8>
In Example 2, instead of the gel-like acrylonitrile-based fiber, the fiber was alternately subjected to dry heat treatment at 110 ° C. for 2.5 minutes and wet heat treatment at 60 ° C. for 2.5 minutes. A hygroscopic acrylonitrile fiber of Example 8 having a core-sheath structure was obtained in the same manner, except that the densified fiber was used. Table 1 shows the evaluation results of the obtained fibers.
<実施例9>
実施例8において、緻密化繊維の代わりに、該繊維に対して、さらに120℃×10分間のオートクレーブ処理行うことで弛緩させた弛緩繊維を使用したこと以外は同様にして、芯鞘構造を有する実施例9の吸湿性アクリロニトリル系繊維を得た。得られた繊維の評価結果を表1に示す。
<Example 9>
It has a core-sheath structure in the same manner as in Example 8, except that instead of the densified fibers, relaxed fibers that were further relaxed by autoclaving at 120 ° C. for 10 minutes were used. A hygroscopic acrylonitrile fiber of Example 9 was obtained. Table 1 shows the evaluation results of the obtained fibers.
<比較例1>
AN90%及びアクリル酸メチル10%からなるAN系重合体10部を44%のチオシアン酸ナトリウム水溶液90部に溶解した紡糸原液を、-2.5℃の凝固浴に紡出し、凝固、水洗、12倍延伸した後、乾球/湿球=120℃/60℃の雰囲気下で乾燥して原料繊維を得た。該原料繊維を、表1に示した条件で35%ヒドラジン水溶液中で100℃3時間処理し、次いで5%水酸化ナトリウム水溶液中で90℃2時間処理した後、脱水、水洗、乾燥を行い、架橋構造とカルボキシル基を有する繊維を得た。得られた繊維の評価結果を表1に示す。
<Comparative Example 1>
A spinning dope prepared by dissolving 10 parts of an AN polymer consisting of 90% AN and 10% methyl acrylate in 90 parts of a 44% sodium thiocyanate aqueous solution was spun in a coagulation bath at -2.5°C, coagulated, washed with water, and washed with water. After being double-stretched, the fiber was dried under an atmosphere of dry bulb/wet bulb=120° C./60° C. to obtain a raw material fiber. The raw material fibers were treated in a 35% hydrazine aqueous solution at 100°C for 3 hours under the conditions shown in Table 1, then treated in a 5% sodium hydroxide aqueous solution at 90°C for 2 hours, then dehydrated, washed with water, and dried. A fiber having a crosslinked structure and carboxyl groups was obtained. Table 1 shows the evaluation results of the obtained fibers.
<比較例2>
AN88%及びメタクリル酸12%からなるAN系重合体10部を44%のチオシアン酸ナトリウム水溶液90部に溶解した紡糸原液を、常法に従って紡出し、凝固、水洗、延伸した後、乾燥してカルボキシル基を有するアクリル繊維を得た。得られた繊維の評価結果を表1に示す。
<Comparative Example 2>
A spinning dope prepared by dissolving 10 parts of an AN polymer consisting of 88% AN and 12% methacrylic acid in 90 parts of a 44% sodium thiocyanate aqueous solution is spun, coagulated, washed with water, stretched, and dried to give a carboxyl An acrylic fiber with groups was obtained. Table 1 shows the evaluation results of the obtained fibers.
<比較例3>
比較例2のアクリル繊維をソーダ灰1g/l水溶液にて90℃で30分加熱処理した後、水洗、乾燥して、中和されたカルボキシル基を有するアクリル繊維を得た。得られた繊維の評価結果を表1に示す。
<Comparative Example 3>
The acrylic fiber of Comparative Example 2 was heat-treated in a 1 g/l soda ash aqueous solution at 90° C. for 30 minutes, then washed with water and dried to obtain an acrylic fiber having neutralized carboxyl groups. Table 1 shows the evaluation results of the obtained fibers.
<比較例4>
比較例3の処方において、ソーダ灰1g/l水溶液での処理温度を100℃に変更すること以外は同様にして、中和されたカルボキシル基を有するアクリル繊維を得た。得られた繊維の評価結果を表1に示す。
<Comparative Example 4>
An acrylic fiber having neutralized carboxyl groups was obtained in the same manner as in the formulation of Comparative Example 3, except that the treatment temperature with the 1 g/l soda ash aqueous solution was changed to 100°C. Table 1 shows the evaluation results of the obtained fibers.
表1に示すように、実施例1~9の吸湿性アクリロニトリル系繊維は、共有結合による架橋構造を有さないものであるにもかかわらず、20℃×65%RHでの飽和吸湿率が5%以上であることと水膨潤度が10倍以下であることを両立するものである。さらに、これらの繊維はa*が-4~2の範囲内であり、赤みの抑制されたものであった。 As shown in Table 1, the hygroscopic acrylonitrile-based fibers of Examples 1 to 9 had a saturated hygroscopicity of 5 at 20°C x 65% RH, even though they did not have a covalently crosslinked structure. % or more and a water swelling degree of 10 times or less. Furthermore, these fibers had a * within the range of -4 to 2, and were suppressed in redness.
これに対して、比較例1の従来の架橋アクリレート系繊維は、架橋構造を有しているため、飽和吸湿率と水膨潤度については良好な特性を示すものの、赤みが強いものであった。比較例2のアクリル繊維については、カルボキシル基が中和されていないため、飽和吸湿率の低いものとなった。比較例3の繊維は比較例2のアクリル繊維を中和したものであるが、飽和吸湿率の向上は不十分である一方で、水膨潤度が大きく増加した。比較例4では、中和反応条件を強めたため、飽和吸湿率は向上したが、水膨潤度が高くなりすぎて繊維がゲル化してしまった。 On the other hand, the conventional crosslinked acrylate fiber of Comparative Example 1 has a crosslinked structure, so it exhibits good properties in terms of saturated moisture absorption and degree of swelling in water, but it is strongly reddish. The acrylic fiber of Comparative Example 2 had a low saturated moisture absorption rate because the carboxyl groups were not neutralized. The fiber of Comparative Example 3 was obtained by neutralizing the acrylic fiber of Comparative Example 2, but while the improvement in saturated moisture absorption was insufficient, the degree of swelling in water increased greatly. In Comparative Example 4, since the neutralization reaction conditions were strengthened, the saturated moisture absorption rate was improved, but the degree of swelling with water became too high, resulting in gelation of the fibers.
Claims (9)
3. The hygroscopic acrylonitrile fiber according to claim 1 or 2, wherein the carboxyl groups are localized on the surface layer of the fiber.
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