JPH0112848B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は30〜40℃と言う比較的低温領域の温水
又は塩類を含む温水に対し短時間に大きな収縮率
と収縮力を示すことを特徴とする水膨潤高収縮性
繊維の製造方法に関するものである。 従来より水に浸漬すると吸水し膨潤或いは溶解
する繊維材料及びシート材料は知られている。例
えば、親水基をもつ樹脂より得られたポリビニル
アルコール系の水溶性繊維や繊維状で親水基を導
入した高吸水性繊維等が広く知られているが、こ
れ等は他素材に対し繊維状接着材として使用さ
れ、又他素材の加工性を保つのに用い、最終的に
溶解除去され、或いは吸水する事自体が目的とな
つている。従つてそれぞれの効果を発現する過程
で収縮することは目的遂行に対して阻害因子とな
る場合が多い。 更に疎水性樹脂を用いた熱収縮性繊維が知られ
ている。これ等の繊維はいずれも60℃以上比較的
高温領域でのみ収縮し、又冷却後は固化するので
本発明の低温高収縮性繊維の如くゴム状弾性を示
すことも不可能である。 本発明者は体温或いは風呂の温度程度の温水や
血液、尿等の塩類を含む温水に対し極めて敏感に
大きな収縮挙動を示す素材をうる可能性につき
種々検討を行つた結果、ある特殊条件で作られた
ポリビニルアルコール（以下PVAと略称する）
繊維が上記目的を達成し得ることを見出した。 即ち、親水性のPVA繊維を用い比較的低温領
域の温水中で繊維表面の部分溶解を起さず収縮発
現までの所要時間を短縮し、大きな収縮力を得る
ためには、吸水膨潤による繊維断面積の増大を図
るよりも、あらかじめ繊維内部の分子配向を不均
一状態で可能な限り進め、然も結晶化を必要最低
限に抑え、水と接触した瞬間における僅かな膨潤
作用で繊維内部に潜在する不均一な歪を緩和し、
この過程で発現する捲縮等の形態変化を利用する
方がより有効であると言う考え方が当該繊維材料
を発明するに当つて基本となつている。即ち本発
明は、重合度1200〜3000、鹸化度98.0モル％以上
のポリビニルアルコール水溶液を湿式紡糸し、得
られた紡糸糸篠を水分及び塩類を付着させた状態
で130℃以下の雰囲気中において４倍以上延伸し
たのち乾燥し、その後170℃以下の温度でかつ緊
張下で熱処理したのち、35℃以下の洗浄水を用い
て緊張下で水洗し、そして緊張下で繊維水分が50
％以下となるまで80℃以下で乾燥することを特徴
とする低温高収縮性繊維の製造法である。 PVAの繊維製造には乾式と湿式紡糸法がある
が湿式紡糸法を採用する。その理由は不織布用繊
維の製造に適している点もあるが、凝固に際し繊
維断面方向に不均一構造をとりやすいことがある
からである。 PVAの重合度は3000以上になると水溶液粘度
が著るしく上昇し生産性が大巾に低下するため好
ましくない。逆に1200以下では延伸時の分子配向
が劣り、所定の収縮力を得ることが困難となる。
また鹸化度を98モル％以下にすると、繊維に付着
した凝固液の塩類を水洗により除去するのに必要
な最低限の繊維中結晶化度が得られにくい。 PVA水溶液の湿式紡糸における凝固液として
は、通常硫酸ナトリウム、硫酸アンモニウム等の
塩の濃厚水溶液が用いられ、又水酸化ナトリウム
でゲル化後中和凝固する方式もあり、いずれでも
良いが、前者がより好ましい。 次に凝固浴を出たPVA繊維に対し膨潤水と凝
固液よりもたらした塩の水溶液が存在する状態で
130℃以下、経済的には100℃未満の雰囲気中にお
いて４倍以上延伸することで繊維内部に不均一な
歪を付与する。得られた繊維が比較的低温で吸水
時強い収縮挙動を示すためには、内部歪を可能な
限り不安定な状態で保持しなければならない。こ
の目的を達成するには繊維の結晶化を抑え分子配
向を極力大きくする条件が望ましい。分子配向を
増大するために高い延伸率が必要であり、この点
繊維温度の上昇が有効である。然し絶乾に近い状
態で繊維温度が150℃以上になると結晶化度が急
増し、結果的に内部歪は減少する。逆に繊維温度
が低いと延伸倍率が減少し必要な収縮力が得られ
なくなる。本発明者は、分子間隔を大きくとつて
結晶化を防ぎしかも大きな延伸倍率をとるため
に、PVAの溶媒である水を繊維内及び周囲に対
繊維40％以上含む状態で130℃以下の雰囲気中に
おいて４倍以上延伸することにより目的の収縮挙
動を得る可能性を見出した。延伸に際しては、付
着する硫酸ナトリウム、硫酸アンモニヤ等の凝固
能をもつ塩類は、繊維の過度の膨潤による実延伸
効率の低下を防ぐために、或いは部分溶解による
繊維間の膠着抑制のために十分な量を必要とす
る。なお延伸時における繊維自体の温度は多量の
水分を伴うので70℃以上100未満、好ましくは80
℃〜95℃の範囲に雰囲気温度を制御するのが望ま
しい。 延伸された繊維に付着している塩類は、精練工
程で0.5％以下まで水洗除去し、紡績或いは不織
工程に必要な油剤を付与した後乾燥して吸水時の
潜在収縮力をもちながら安定な形態の繊維を製造
する事が前提となるが、上記延伸後の繊維は、例
え緊張状態に置いても繊維表面の部分溶解なしに
塩類の水洗除去を行ない、乾燥した繊維を経済的
に生産することは困難である。従つて延伸された
繊維は塩類が付着した状態のまま絶乾し、必要最
低限の結晶化をほどこす目的で熱処理が必要とな
る。 熱処理条件を種々変化させ、繊維の収縮挙動を
調査した結果、極めて限られた条件において目的
とする吸水収縮性を示す繊維が得られることを確
認した。水中で繊維の収縮挙動を測定するには、
先ず繊維を直線状にするため繊維のデニール当た
り１／500（ｇ）の初荷重をかけ、20℃の水中に入
れ、１℃／分で昇温させながら各温度における収
縮率を読みとる方法を採用した。繊維は水温の上
昇に伴つて収縮率を増大し最大収縮率を示す温度
で平衡となり、この温度を過ぎると荷重に抗しき
れず急激に伸長を始め切断する。切断する温度を
溶解温度と呼ぶことにする。 本発明の目的は体温近傍の水温において極めて
短時間に10％以上の収縮率を著るしいゴム弾性及
び適度の使用強度を示す繊維材料を提供すること
にある。したがつて少くとも50℃までは問題とな
るようなPVAの溶解が生じてはならない。この
領域は最高収縮温度65℃に対応する。然も前記延
伸条件を前提とした際この熱処理程度は繊維間の
接着なく経済的に付着塩類を定長下で水洗除去し
定長熱風乾燥しうる限界条件とたまたま一致す
る。次に熱処理効果を高めて行くと最大収縮率の
低下とその温度の上昇を伴うほか、繊維段階で必
要とする必要最小限の収縮率15％と最高収縮率を
示す両者の対応温度の差が縮少して来る。また本
発明の繊維を使用する紡績糸又は不織布が40℃の
水又は５％以下の塩を含む水の中で10％以上の急
激な収縮挙動を発現させるためには、それを構成
するPVA繊維が、繊維段階で水に浸漬したとき
約15％の収縮が必要となる。この物性を具備した
繊維の最高収縮温度は75℃となる。ただし、紡績
糸、不織布を製造する過程で室温の牽切切断方式
（パーロツク紡績等）を採用する場合、牽切時の
内部歪の増大を伴うので繊維の最高収縮温度は80
℃まで許容しうる。なお最大収縮率としては50％
以上が必要となり、最高収縮温度65℃より75℃、
（牽切切断方式では75℃を80℃と読みかえる。）と
言う三つの制限条件を満足する範囲内の熱処理条
件を選択しなければならない。このためには、後
述する実施例で行なわれているように170℃以下
の温度でかつ緊張下で熱処理する。 前述のように熱処理された当該PVA繊維に付
着している塩類は紡績或いは不織布化するため除
去し、水系エマルジヨン油剤処理を行う必要があ
る。水溶性の付着塩類を除去するためには水洗す
ることが最も経済的であるが水中膨潤で捲縮発現
の原動力である繊維内部歪を大きく減少さす事は
出来ない。本発明者は水洗の可能性につき種々検
討した結果、限定された条件下に湿潤状態でも強
い張力をかけると分子配向があまり乱れないこと
を利用し、洗滌水及び油剤処理液温度を35℃以下
に抑えると、熱処理工程と同様水洗、油剤処理、
対繊維水分が10％以下になるまでの乾燥は定長状
態以上の緊張下で処理可能なことを見出した。特
に塩類除去後の乾燥工程では対繊維水分が50％以
下となるまで熱風温度を80℃以下に抑えることが
繊維間の接着防止を図る上で有効である。 当該PVA繊維の単繊度に関しては上記物性を
満足する限り制約はない。然し通常生産される湿
式紡糸法の条件下では単繊度の増大に伴い凝固状
態が低下し、延伸効果が減少するため、好ましく
は７デニール（dr）以下の領域である。 次に当該PVA繊維からなる紡績糸及び不織布
について述べる。本発明方法により得られる低温
高収縮性繊維からなる紡績糸は尿又は血液に触れ
た際0.1g／dr以上の力で敏感に収縮することを前
提としており、40℃以下の水又は５％以下の塩を
含有する水の中で30秒以内に10〜60％収縮し湿潤
状態においてゴム状弾性を示す。測定法は30℃の
水、30℃の５％塩化ナトリウム水溶液及び人工尿
（尿素1.94℃、塩化ナトリウム0.80％、硫酸マグ
ネシウム７水塩0.11％、塩化カルシウム0.06％の
水溶液）の中と１／500（ｇ／dr）の荷重をつけて
浸漬し収縮率の経時変化をそれぞれ読み取る。30
℃に比し40℃の場合収縮率はいずれも増大する。
紡績糸の製造は、捲縮を付与し紡績プロセスに適
合する長さに切断した上記繊維を用いカード方式
により紡出しても良いが、トウ状で牽切するパー
ロツク方式の方が繊維内部歪の増大、繊維長の上
昇による撚数減少での構成密度低下等の点で水中
における収縮率及び収縮力を向上するのに効果的
である。 なお他の繊維を混紡することもできる。40℃以
下の水又は５％以下の塩を含有する水に接触する
と30秒以内に10〜60％収縮する機能を具備した吸
水高収縮性不繊布は前記紡績糸と同様な効果を面
状で提供するものである。従つて捲縮を効率よく
発現さすためには実用性のある不織布の物性を示
す範囲内で繊維を一軸方向に可能な限り配列する
ことがより望ましいが限定するものではない。シ
ート状物質を得るためにはカード又はランダムウ
エバー後のウエブをニードルパンチで固定する
か、150℃未満の溶融温度をもち、然も溶融に際
し極めて僅かの収縮率しか示さないバインダー繊
維（例えば鐘紡製ベルトコンビ等の複合型バイン
ダー繊維）と混綿し熱接着させる等のプロセスを
採用するのが望ましい。吸水後の触感は必要によ
り10〜20％近傍のポリエステル等疎水性繊維を混
綿することで水中の収縮挙動、吸水時のゴム弾性
等目的とする物性を大きく損うことなく改良しう
る。 これ等の紡績糸或いは不織布は比較的低温領域
における湿潤高収縮性を利用し、例えば使い捨て
おむつに用いられているゴム状物質の代りに長手
方向端縁部に固定し、通常は大腿部を締付けるこ
となく、一旦尿が排出され当該紡績糸（紡績糸を
構成因子とする布状物を含む）或いは不織布が濡
れると迅速に収縮しおむつ外に洩れることを防ぐ
用途を始めとし、ギブスの補強布、その他水に濡
れると急速に収縮する性能を要求される分野に用
いることができる。 本発明方法により得られる低温高収縮性繊維は
また、乾燥させた状態で比較的柔軟でかつ水の存
在下においては、即座に吸水して100％以上の伸
びのあるゴム弾性を示す、極めて柔軟な性能を示
し、然も乾湿両状態でこれ等の性能は可逆性を有
するシート状或いは塊状物質に用いることもでき
る。 従来より吸水した場合柔軟なゴム状弾性を示す
素材としてホルマール化PVA樹脂の発泡スポン
ジ或いはPVA繊維を60℃以上の高温で収縮させ
た不織布が存在していた。然しこれ等の素材はい
ずれも乾燥状態で著るしく硬化するので用途が大
巾に限定され市場ではこの物性の改良要求が強
い。硬化する原因としてホルマール化PVA樹脂
スポンジの場合、可塑効果のある水が存在しなく
なると樹脂自体非常に硬い性質をもち、かつスポ
ンジ構造のため自由度がなく、じん性が大巾に低
下する。一方高温収縮PVA繊維よりなる不織布
では、先に述べた如く所定の収縮率を確保するに
必要な水温と最高収縮率に対応する水温或いは溶
解温度が接近するため、繊維表面において一部
PVAの溶解又は溶解に近い局部的な過大膨潤が
発生し乾燥すると硬化する。この硬化現象は繊維
間の擬似接着に基づくものであり、もみ加工をほ
どこすとある程度の柔軟化効果がみられるが、再
度吸水させた後は室温で乾燥してももみ加工前の
硬さに復元する。 本発明のPVA繊維よりなる不織布を30〜50℃
という比較的低温領域で面積を50℃以上収縮させ
ることにより得られた高密度不織布は、上記従来
品の欠点を改善しうる事を見出した。この高密度
不織布の表面は単繊度が細い程平滑となるが、カ
ードの通過性より0.5dr以上が必要である。不織
布の製造方式は乾式である限り何ら制約するもの
でなく、使用目的に適合したものを選択すれば良
い。収縮に方向性を与えないためには、ランダム
ウエバー或いは45゜のクロス方式を採用し、接着
にはニードルパンチ、150℃以下の融点をもち溶
融時収縮の小さい熱接着繊維の混綿状態における
熱処理等いずれの方式でも構わない。 不織布の目付、厚さもシート状から塊状原料ま
で用途により設定することができる。得られた不
織布は吸水時ゴム弾性を示し極めて柔軟な物性を
示し、かつ乾燥時においても柔軟性を保つが、採
用する条件によつては湿潤の際若干のぬめり感を
伴う場合がある。又湿潤時においても積極的にさ
らりとした感じを要求される用途もある。この対
策としてはポリエステル、ポリアクリルニトリル
或いはポリプロピレン等の通常生産されている疎
水性繊維或いは疎水性複合繊維を10〜20％あらか
じめ当該PVA繊維に混綿して置くと目的とする
物性を殆んど変えることなく改良可能である。又
目的により他の親水性繊維を混綿しても良い。然
し他繊維の混綿率が増加し70％を超えると不織布
において所望の収縮性が得られなくなる。 前述の如く本発明の当該PVA繊維よりなる不
織布を30〜50℃の比較的低い温水中で充分収縮さ
せた高密度不織布は吸水時直ちにゴム状弾性を示
し、極めてすぐれた柔軟性が得られかつ再び乾燥
しても柔軟性を殆んど失わない従来みられなかつ
た物性を示す。この物性を利用して顔面等に対す
る化粧の塗布或いはぬぐい落す用具類、湿布等の
基布、高級ワイパー、或いは海岸における埋立時
の洗掘防止用シート等の土木資材等に用いること
ができる。 以下本発明で得られる繊維および繊維構造物の
すぐれた性能を実施例により説明する。 実施例 １ 重合度1700、ケン化度99.9モル％のPVA水溶
液を飽和Na₂SO₄水溶液中で湿式紡糸後40℃の空
気中及び90℃の飽和Na₂SO₄水溶液中で4.5倍に延
伸し、そのまま定長状態において絶乾するまで
130℃の熱風乾燥と、水中での最大収縮温度が70
℃になるよう170℃の熱風により熱処理を行つた。
この繊維は水による著るしい膨潤と収縮を伴うた
め定長を維持するに十分な張力を与えた状態で、
繊維付着Na₂SO₄除去を目的とする30℃の水洗、
給油等の湿潤処理を実施し、更に対繊維水分が40
％に到達するまで80℃次に120℃の熱風により緊
張下で乾燥した。得られた単繊度2drの繊維は繊
維間の接着が全くみられず良好な分繊性を示し、
水中における最大収縮率72％、溶解温度は79℃で
あつた。又30℃の蒸留水、人工尿及び食塩水中に
30秒浸漬したときの収縮率はそれぞれ31％、30％
及び16％と言う値を示した。 参考例 実施例１によつて得られた糸篠に捲縮を付与
し、繊維長51mmに切断したPVA繊維単独、及び
PVA繊維に単繊度2dr、繊維長51mmのポリエステ
ル繊維10％を混綿しランダムウエバー、ニードル
パンチ方式で目付80g／m²、針打数200p／cm²の乾
式不織布を作つた。当該不織布は蒸留水、人工尿
及び５％食塩水中で次表の如き収縮挙動が得られ
た。なお収縮後の湿潤状態において不織布は極め
てすぐれた柔軟性とゴム弾性を示し、更にPVA
繊維100％の場合にみられる表面のぬめり感は僅
かのポリエステル繊維を混綿することにより殆ん
ど消去することが出来た。

【表】 向につき無荷重で測定した。
また実施例１により得られた糸篠に捲縮を付与
し、繊維長51mmに切断したPVA繊維単独及び
PVA繊維に単繊度2dr、繊維長51mmのポリエステ
ル繊維20％を混綿し、ランダムウエバー、ニード
ルパンチ方式で目付80g／m²、針打数200p／cm²の
乾式不織布を作つた。更に当該不織布を40℃の水
中に１分間浸漬すると前者の不織布面積は浸漬前
の35％、後者の場合でも41％にまで収縮し、いず
れも極めてすぐれた柔軟性と200％近傍の湿潤切
断伸度をもつたゴム弾性を示す。特に後者では吸
水状態においてぬめりを感じさせない。収縮によ
り高密度化された不織布は80℃の熱風で乾燥した
あとも柔軟で、水中（水温40℃）への再浸漬と乾
燥を繰返した場合、再状態の触感は再現しうるこ
とを確認した。得られた高密度不織布の強伸度物
性を次表に示す。

【表】 比較例 実施例１と同様の方式で湿式紡糸、延伸、乾燥
後、得られた繊維の最大収縮温度が85℃となるよ
う190℃の熱風中で熱処理を行い、定長で水洗、
給油、乾燥、捲縮及び切断処理をほどこした
PVA繊維単独の不織布を試作した。不織布の試
作条件は前記参考例に準ずる。 当該不織布の面積を水中で浸漬前の35％まで収
縮させるための水温は71℃が必要となり、得られ
た高密度不織布は吸水状態ですぐれた柔軟性とゴ
ム弾性を示す反面ぬめり感が非常に強く、特に乾
燥させた場合、たとえ80℃以下の熱風を用いても
非常に硬い板状を呈した。当該PVA繊維に20％
のポリエステル繊維を配合した高密度不織布では
ぬめり感を軽減しうるが乾燥後における硬さの改
善効果は殆んど認められない。 乾燥状態で板状を呈する不織布をもみ加工する
とある程度柔軟となるが、40℃以下の水に再浸漬
の上乾燥すると、その硬さはもみ加工前の水準ま
で復元した。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 重合度1200〜3000、鹸化度98.0モル％以上の
   ポリビニルアルコール水溶液を湿式紡糸し、得ら
   れた紡糸糸篠を水分及び塩類を付着させた状態で
   130℃以下の雰囲気中において４倍以上延伸した
   のち乾燥し、その後170℃以下の温度でかつ緊張
   下で熱処理したのち、35℃以下の洗浄水を用いて
   緊張下で水洗し、そして緊張下で繊維水分が50％
   以下となるまで80℃以下で乾燥することを特徴と
   する低温高収縮性繊維の製造法。