JP4094052B2 - 防炎性レーヨン繊維及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、防炎性を有するレーヨン繊維及びその製造方法に関する。

従来、防炎性を有するセルロース繊維やその製造方法について、一般的なハロゲン系難燃剤やリン系難燃剤（赤リン、反応性リン化合物等）を用いたセルロース繊維が知られている。その他、例えばセルロース繊維を膨潤させる有機溶剤と、その有機溶剤に溶解した無機化合物とをセルロース繊維に含浸させて、乾燥する提案（特許文献１参照）や、二酸化珪素を含有させたセルロース繊維（特許文献２参照）が提案されている。また、珪酸ソーダを混合させたビスコースから得られたセルロース繊維をアルミニウム化合物で処理して、セルロース繊維中に珪酸アルミニウムを形成する提案（特許文献３参照）や、ホスホリル基を有する化合物（縮合リン酸等の燐化合物）をセルロースの内部に均一に含有させて、アルミニウムを必須成分とする水和化合物層をセルロース繊維の表面に形成した提案（特許文献４参照）もある。
特開平５−３１７０５号公報 英国特許第１，０６４，２７１号明細書 特許第３１７９１０４号公報 特開２００１−３２９４６１号公報

しかし、特許文献１に開示されているセルロース繊維は、難燃剤となる無機化合物をセルロース内に含浸させたもので、含浸させるために有機溶剤を使用するため環境への負荷が問題となる。特許文献２に開示されているセルロース繊維は、二酸化珪素が塩基性物質に弱く、洗剤に含まれるアルカリ成分によって溶出してしまうことから耐洗濯性に問題がある。特許文献３及び特許文献４に開示されているセルロース繊維は、アルミニウム化合物を用いたものである。アルミニウムは神経毒性を持つ可能性が示唆されており、安全性に問題がある。特に特許文献３に開示されているセルロース繊維は、水溶性のアルミニウム化合物で処理を行うため、排水中にアルミニウムイオンが含まれる。アルミニウムイオンは動植物に対する毒性が強く、環境への影響が問題となる。

さらに、防炎性の高い素材としてはアラミド繊維等が知られているが、アラミド繊維は、廃棄する際に燃やせず、土中に埋設しても分解されないという問題がある。

本発明は、前記従来の問題を解決するため、ハロゲン系難燃剤、リン系難燃剤及び有機溶媒を使用することなく、防炎性及び耐洗濯性が良好であり、かつ廃棄時には土中に埋設して生分解が可能なレーヨン繊維及びその製造方法を提供する。

本発明の防炎性レーヨン繊維は、レーヨン繊維中に珪素とマグネシウムの成分を含み、前記珪素とマグネシウムの成分を含む化合物は非晶質であることを特徴とする。

本発明の防炎性レーヨン繊維の製造方法は、ビスコース原液を調製する工程と、前記ビスコース原液中に、アルカリ金属を含む珪酸化合物を含有する溶液を添加してアルカリ金属を含む珪酸化合物添加ビスコース液とする工程と、硫酸を含む紡糸浴に前記アルカリ金属を含む珪酸化合物添加ビスコース液をノズルより押し出して紡糸し、珪酸化合物を含む被処理繊維を作製する工程と、前記被処理繊維に対して、精練工程又は後加工工程においてマグネシウムを含む溶液を用いて処理する工程とを含む。

本発明における防炎性とは、火がついても燃え上がるのを防ぐことのできる性能のことであり、具体的には炎を当てても残炎時間が短く炭化面積も小さい性能のことである。この性能は、例えば寝タバコをしてタバコの火がベッドの上のシーツに落ちても焦げるだけで燃え広がらない性質として有用である。

本発明の防炎性レーヨン繊維は、レーヨン繊維中に珪素とマグネシウムの成分を含む。本発明のレーヨン繊維は生分解性を有し、レーヨン成分を除く他の成分は主に鉱石の滑石と同じ成分の珪素とマグネシウムを含む化合物（主として珪酸マグネシウム）を形成しているため、環境への負荷の少ないレーヨン繊維とすることができる。

前記レーヨン繊維は、セルロースをキサントゲン化し希アルカリにて希釈溶解したビスコースを凝固再生して得られる繊維であり、セルロース等の材料やその製造方法によって、特に限定されるものではない。

本発明のレーヨン繊維は、紡糸液であるビスコース原液中にアルカリ金属を含む珪酸化合物、例えば珪酸ソーダ（Ｎａ₂Ｏ・ｎＳｉＯ₂・ｘＨ₂Ｏ、但しｎは１〜３、ｘは１０〜２０）を添加しておき、硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）を含む紡糸浴に前記ビスコース液を紡糸し、前記ビスコース液中の珪酸ソーダ（Ｎａ₂Ｏ・ｎＳｉＯ₂・ｘＨ₂Ｏ）を前記硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）と反応させて二酸化珪素（ＳｉＯ₂，但しポリマー）に変換し、得られた被処理繊維に対して精練工程又は後加工工程においてマグネシウムを含む溶液を用いて処理して得ることができる。

この処理により、珪素とマグネシウムは、反応して化合物を形成する。この珪素とマグネシウムを含む化合物は、前記レーヨン繊維をＸ線回折により分析したとき、非晶質であるため同定ができない。つまり、Ｘ線回折のチャート図に鋭い明瞭なピークが見られず、非結晶を示すブロードなピーク（ハローパターン）が出たことから、同定することができず非晶質であると判断される。そして、前記レーヨン繊維は、繊維中に含まれる珪酸が層状構造をしており、マグネシウムが水酸化マグネシウムの形で存在し、珪酸と水酸化マグネシウムに含まれる一部の酸素を共有し珪酸マグネシウム（ｘＭｇＯ・ｙＳｉＯ₂・ｚＨ₂Ｏ、但しｘは１〜５、ｙ≧ｘ、ｚは１〜３）を形成すると推定される。

前記紡糸浴は、一般的な酸性紡糸浴を用いればよいが、例えば、Ｈ₂ＳＯ₄を１１０〜１７０ｇ／リットルの範囲、ＺｎＳＯ₄を１０〜３０ｇ／リットルの範囲及びＮａ₂ＳＯ₄を１５０〜３５０ｇ／リットルの範囲で含むミューラー浴等を用いることができる。また、紡糸浴の温度は、一般的には４５〜６５℃である。また、第二浴（熱水浴）の温度は、一般的には８０〜９５℃である。

前記アルカリ金属を含む珪酸化合物は、ビスコース原液に含まれるセルロースの質量に対し、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）に換算して１０〜１００質量％の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは２５〜７０質量％の範囲である。前記ビスコース液中のアルカリ金属を含む珪酸化合物は、前記硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）と反応して二酸化珪素（ＳｉＯ₂，但しポリマー）に変換されるものとみなされるので、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）換算とした。前記範囲内の二酸化珪素を含むことによって、繊維の強度と風合いを保つことができ、マグネシウムを含む溶液で処理したときに防炎性が良好なレーヨン繊維を製造できる。

また、前記精練工程又は後加工工程において、紡糸工程で得られた珪素成分を含有する被処理繊維をマグネシウムが含まれる溶液によって処理することで、前記珪素とマグネシウムを反応させて、珪素とマグネシウムを含む化合物が形成される。珪素とマグネシウムを含む化合物は、珪酸マグネシウムを形成していると推定される。例えば、精練工程の硫酸による熱水処理の後に前記マグネシウムを含む溶液に被処理繊維を接触させる処理、精練工程の熱水処理のときに、硫酸の代わりに前記マグネシウムを含む溶液に被処理繊維を接触させる処理、精練工程の酸処理の後に、前記マグネシウムを含む溶液に、被処理繊維を接触させる処理、被処理繊維を精練し乾燥させた後に（後加工工程として）、前記マグネシウムを含む溶液に、被処理繊維を浸漬させる処理等である。このとき浴比は、使用する前記マグネシウムを含む溶液に合わせて適宜選択すればよいが、例えば被処理繊維の質量：前記マグネシウムを含む溶液の質量は、１：２０〜１：１０００の範囲である。また一般的に、浴温度は、０〜１００℃の範囲、浸漬時間は、１分以上が好ましい。本発明においては、マグネシウムを含む溶液は水懸濁液も含む。特に、精練工程の熱水処理のときに、硫酸の代わりに前記マグネシウムを含む溶液に被処理繊維を接触させると、処理時間を短縮することができ、好ましい。その理由は、紡糸直後の繊維は膨潤した状態なので、前記マグネシウムを含む溶液に接触させることにより、繊維内部にマグネシウムが入りやすく、処理に要する時間が短縮できると考える。精練工程で熱水処理を行う場合、被処理繊維の質量：前記マグネシウムを含む水懸濁液の質量は１：２０〜１：１０００の範囲であり、浴温度は２０〜１００℃の範囲であり、浸漬時間は１〜４０分であることが好ましい。より好ましい浴温度は、４５〜８５℃の範囲である。浴温度が低温域であると、反応時間がかかりすぎるため、連続的な精練処理が行えなくなる場合がある。一方、浴温度が高すぎると、セルロースの再生反応が進みすぎるため、マグネシウムが繊維内に入りにくくなること、及び熱アルカリであり設備に影響を与える恐れがある。

前記マグネシウムを含む溶液は、被処理繊維中の珪素成分と反応するマグネシウム化合物を含有する溶液であれば、特に限定されるものではないが、マグネシウムの酸化物又は水酸化物の水懸濁液であることが好ましく、さらに水溶性のマグネシウム塩を含むことがより好ましい。前記水溶性のマグネシウム塩としては、例えば塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、硝酸マグネシウム等を用いることができる。また、前記マグネシウムを含む溶液における酸化マグネシウム又は水酸化マグネシウムの濃度は、０．１〜４２質量％の範囲、好ましくは０．１〜１０質量％の範囲である。また、前記マグネシウム塩を混合する場合は、０．１〜４２質量％の範囲、特に０．１〜３０質量％の範囲で含むことが好ましい。中でも、マグネシウムの水酸化物と、硫酸マグネシウムの水懸濁液を用いることが好ましい。その理由は、マグネシウムの酸化物を使用しても水懸濁液にした段階で、水と反応しマグネシウムの水酸化物になることと、レーヨンの製造工程では硫酸を使用するため、水懸濁液に含まれるマグネシウムの水酸化物と硫酸が反応し硫酸マグネシウムが生成するためである。この組み合わせの場合、各々の濃度は、水酸化マグネシウムが０．１〜４２質量％の範囲であり、硫酸マグネシウムが０．１〜３０質量％の範囲であることが好ましい。

珪素とマグネシウムの繊維中に含まれる好ましい存在割合は、珪素：マグネシウムの割合が１：１〜２５０：１の範囲が好ましく、より好ましくは１：１〜８０：１の範囲であり、さらにより好ましくは１：１〜６０：１の範囲である。珪素とマグネシウムを前記範囲内にすることによって、防炎性及び耐洗濯性がより良好なレーヨン繊維を製造できる。

前記マグネシウムの繊維中での存在状態は、その少なくとも一部がレーヨン繊維中に含まれていてもよいし、レーヨン繊維の表面等に付着していても良い。前記珪素、前記マグネシウム化合物は、その状態によって特に限定されるものではなく、繊維内に均一混合されていても良いし、相溶又は非相溶で存在していても良い。前記マグネシウムは、珪酸マグネシウム等のマグネシウム化合物や、酸化マグネシウム等の酸化物、又は水酸化マグネシウム等のマグネシウム塩として含まれていても良い。

前記防炎性レーヨン繊維の灰分は１０〜５０質量％の範囲が好ましく、さらに好ましくは１３〜４４質量％の範囲、特に好ましくは２３〜４１質量％の範囲である。ここで灰分とは、高温で有機物を焼却し、後に残渣として残る無機物のことである。灰分が１０質量％未満であると、防炎性レーヨン繊維の防炎性が低下する傾向がある。灰分が５０質量％を越えると、防炎性レーヨン繊維の強度が低下したり、風合いが損なわれたりする傾向があり、特に４０質量％を越えると、従来の難燃剤等を使用していないレーヨン繊維と同じ風合いが得られにくい傾向がある。そこで、本発明の防炎性レーヨン繊維の灰分を前記範囲内にすることによって、防炎性が良好で、風合いのよい防炎性レーヨン繊維とすることができる。なお、前記灰分は、防炎性レーヨン繊維の絶乾質量に対して、防炎性レーヨン繊維を８５０℃で燃焼させたときに残る成分の質量の質量％である。（ＪＩＳ Ｌ １０１５ ８．２０）

前記防炎性レーヨン繊維の耐洗濯性は、ＡＡＴＣＣ１２４−１９９６の洗濯基準で洗濯し、洗濯後の灰分を測定することで確認できる。前記洗濯後の灰分は１０質量％以上が好ましい。簡易的に前記耐洗濯性を確認する方法として、炭酸ソーダ３質量％の浴中に、浴温度が６０℃、浴比が１：１００、浸漬時間が１２０分の条件で処理を行い、処理後十分水洗・乾燥したあと同様に灰分を測定することでも確認できる。

前記防炎性レーヨン繊維の珪素の含有量は、蛍光Ｘ線分析で測定した場合に、２〜２３質量％の範囲が好ましく、さらに好ましくは３〜１９質量％の範囲、特に好ましくは５〜１８質量％の範囲である。本発明の防炎性レーヨン繊維において、珪素の含有量を前記範囲内にすることによって、レーヨン繊維の強度と風合いが保たれる。

前記防炎性レーヨン繊維のマグネシウムの含有量は、蛍光Ｘ線分析で測定した場合に、０．０５〜２０質量％の範囲が好ましく、さらに好ましくは０．１〜１３質量％の範囲、特に好ましくは０．２５〜７質量％の範囲である。本発明の防炎性レーヨン繊維において、マグネシウムの含有量を前記範囲内にすることによって、防炎性及び耐洗濯性のより良好な防炎性レーヨン繊維とすることができる。

前記防炎性レーヨン繊維は、その繊度によって特に限定されるものではなく、一般的には、レーヨン繊維の繊度が１〜１７ｄｔｅｘの範囲であり、好ましくは１．７〜１０ｄｔｅｘの範囲である。繊度が１ｄｔｅｘ未満では、レーヨン繊維の強度が低下する傾向があり、繊度が１７ｄｔｅｘを超えると、繊維径が太すぎるため粗硬となる傾向がある。また、前記防炎性レーヨン繊維は、その繊維長によって特に限定されるものでもなく、フィラメントとしてもステープルとしても使用できる。繊維長は自由に設定でき５〜２０ｍｍでは障子紙や壁紙等、２０ｍｍ〜２００ｍｍであれば不織布用途や紡績糸として使用できる。長繊維束では、精練後切断せずに使用できる。

前記レーヨン繊維の繊維断面はその形状によって特に限定されるものではなく、使用用途によって適宜選択できる。例えば、円型、異型、中空型、偏平型等の形状である。

本発明の防炎性レーヨン繊維は、再生セルロースであるレーヨンが一般的に有する有用な物性（例えば生分解性、吸水性、吸湿性、帯電防止性、熱安定性等）を保持している。

本発明の防炎性レーヨン繊維の主成分であるレーヨン繊維は、生分解性を有し、例えば土中埋設することによって１〜３ヶ月で分解される。さらに、レーヨン繊維を除く他成分は、主に滑石と同じ成分の珪酸とマグネシウムを含む化合物（主として珪酸マグネシウム）である。結晶構造を持つ一部の珪酸マグネシウムはアスベストに分類され人体への危険性が示されているが、本発明のレーヨン繊維に含まれる成分は非晶質であり、アスベストには分類されず人体への危険性はない。また生産時に発生する排水には、マグネシウムイオンが含まれるが、マグネシウムイオンは必須元素であり、アルミニウムイオンと比較すると環境に対する負荷が少ない。したがって、本発明の防炎性レーヨン繊維は安全性が高く、環境への負荷も少ない繊維である。

本発明の防炎性レーヨン繊維の製造方法においては、ビスコース原液中にアルカリ金属を含む珪酸化合物が添加される。前記アルカリ金属を含む珪酸化合物としては、例えば珪酸ソーダ、珪酸カリウム等が挙げられる。前記珪酸ソーダ等のアルカリ金属を含む珪酸化合物を添加する工程は、一般的なビスコース原液にアルカリ金属を含む珪酸化合物の水溶液を混合すればよい。

前記珪酸ソーダの添加割合は、ビスコース原液のセルロースに対してＳｉＯ₂換算で１０〜１００質量％の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは１５〜８０質量％の範囲、特に好ましくは３０〜７０質量％の範囲である。珪酸ソーダの量を前記範囲内にすることによって、被処理繊維中に含まれるニ酸化珪素の量を、上述した本発明の防炎性レーヨン繊維に適した量に調整できる。前記珪酸ソーダとしては、例えば、珪酸ソーダ３号（ＪＩＳ Ｋ １４０８）を使用することができる。

前記ビスコース原液は、一般的な組成のものを用いればよいが、例えばセルロースを５〜１５質量％の範囲、ＮａＯＨを５〜１０質量％の範囲、ＣＳ₂を１〜５質量％の範囲で含むビスコース原液等を用いることができる。

以上説明したように、本発明の防炎性レーヨン繊維は、防炎性及び耐洗濯性の良好なレーヨン繊維である。また、風合いがよく、耐ドライクリーニング性及び生分解性を有するレーヨン繊維となる。本発明の防炎性レーヨン繊維は、織物、編物、不織布等に加工して、例えば、防災物品、台所用ファンフィルター、シーツ、枕カバー、寝具用マット、寝具用カバー、防火スクリーン、インテリア用品（カーペット、椅子張り、カーテン、壁紙基布、壁材等）、車両の内装材（マット、内張布等）等の用途に有用である。

以下、実施例を用いて本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
（１）ビスコース液の製造
セルロースを８．５質量％、水酸化ナトリウムを５．７質量％及び二硫化炭素を２．６質量％含むビスコース原液を作製した。まず、作製したビスコース原液中に、３号珪酸ソーダ（ＪＩＳ Ｋ １４０８に準ずる）と水酸化ナトリウムと水の混合溶液を、セルロースが６．８質量％、水酸化ナトリウムが７．５質量％になるように調整して添加し、珪酸ソーダ添加ビスコース液とした。珪酸ソーダの添加率はＳｉＯ₂に換算して、セルロース質量に対して５０質量％であった。

（２）紡糸
前記珪酸ソーダ添加ビスコース液を、二浴緊張紡糸法により紡糸速度５０ｍ／ｍｉｎ、延伸率５０％で紡糸して、繊度が約３．３ｄｔｅｘの繊維を得た。第一浴（紡糸浴）の組成は、硫酸が１１５ｇ／リットル、硫酸亜鉛が１５ｇ／リットル、硫酸ナトリウムが３５０ｇ／リットルであり、温度は５０℃であった。第二浴（熱水浴）の温度は８５℃とし、珪酸ソーダ添加ビスコース液をノズルより押し出して、珪素を含むレーヨン長繊維束（被処理繊維）を作製した。

（３）精練
前記長繊維束を、カッターを用いて繊維長５１ｍｍにカッティングし精練処理を行った。精練工程は、熱水処理、漂白、酸洗い、水洗の順で実施した。圧縮ローラーで余分な水分を除いて、６０℃の恒温乾燥機で７時間乾燥させた。このようにして得られた被処理繊維の物性は、繊度：３．３ｄｔｅｘ、乾強度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）：１．４、湿強度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）：０．８、乾伸度（％）：２５、湿伸度（％）：２０であった。

（４）後加工
マグネシウムを含む溶液として、塩化マグネシウムを５質量％及び酸化マグネシウムを５質量％含む水懸濁液（浴温度２０℃）を用い、この水懸濁液中に前記乾燥させた被処理繊維を２日間浸漬させた。このとき浴比は、レーヨン繊維の質量と前記水懸濁液の質量とが１：４０となる割合とした。次に、前記繊維を水洗し、遠心脱水した。最後に、１０５℃の恒温乾燥機で３０分乾燥させ、本実施例の防炎性レーヨン繊維ｂ（以下、繊維ｂという。）を得た。

（実施例２）
後加工において、マグネシウムを含む水懸濁液として、硫酸マグネシウムを５質量％及び酸化マグネシウムを５質量％含む水懸濁液を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、本実施例の防炎性レーヨン繊維ｃ（以下、繊維ｃという。）を製造した。

（実施例３）
後加工において、マグネシウムを含む水懸濁液として、硫酸マグネシウムを５質量％及び水酸化マグネシウムを５質量％含む水懸濁液を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、本実施例の防炎性レーヨン繊維ｄ（以下、繊維ｄという。）を製造した。

（比較例１）
被処理繊維に、マグネシウムを含む水懸濁液による後加工を行わなかったこと以外は、実施例１と同様にして、本比較例の防炎性レーヨン繊維ａ（以下、繊維ａという。）を製造した。

（実施例４）
実施例１と同様な処理を行い、長繊維束（被処理繊維）を得た。続いて、前記長繊維束を、カッターを用いて繊維長５１ｍｍにカッティングし精練処理を行った。精練工程は、熱水処理として水酸化マグネシウム８質量％、硫酸マグネシウム４質量％を含み浴温度５０℃の懸濁液に１分間浸漬し、その後繊維を十分水洗した。水洗後は油剤処理を行い、充分脱水し乾燥（６０℃、７時間）させ、本実施例の防炎性レーヨン繊維ｆ（以下、繊維ｆという。）を得た。

（実施例５）
精練において、熱水処理として水酸化マグネシウム０．１質量％、硫酸マグネシウム１質量％を含む水懸濁液に１０分間浸漬したこと以外は、実施例４と同様にして、本実施例の防炎性レーヨン繊維ｇ（以下、繊維ｇという。）を得た。

（実施例６）
精練において、熱水処理として水酸化マグネシウム０．１質量％を含む水懸濁液に１０分間浸漬したこと以外は、実施例４と同様にして、本実施例の防炎性レーヨン繊維ｈ（以下、繊維ｈという。）を得た。

（実施例７）
精練において、熱水処理として水酸化マグネシウム０．１質量％を含む水懸濁液に７分間浸漬したこと以外は、実施例４と同様にして、本実施例の防炎性レーヨン繊維ｉ（以下、繊維ｉという。）を得た。

（比較例２）
後加工において、カルシウムを含む水懸濁液として、塩化カルシウムを５質量％及び酸化カルシウムを５質量％含む水懸濁液を用いたこと以外は、実施例４と同様にして、本比較例の防炎性レーヨン繊維ｅ（以下、繊維ｅという。）を得た。

（性能試験）
（１）灰分
質量１ｇの繊維ａ〜ｅを、８５０℃の電気炉で２時間燃焼させたときに残る成分の質量を測定し、灰分を求めた。なお、灰分は、前記繊維の質量から水分を除いた質量に対して、燃焼させたときに残る成分の質量の質量％である。また、繊維ａ〜ｄを水洗処理した後に、同様に灰分を求めた。なお、水洗処理は、以下の方法で行った。

［水洗処理］
質量２０ｇの繊維ａ〜ｄと、５００ｍｌの純水（浴温度９０℃）で、恒温振とう器（東京理化器械株式会社製、商品名“ＥＹＥＬＡ ＮＴＳ３０００”）を用いて１８分間振とうさせた後、熱水で２回濯いだ。

また、繊維ａ〜ｅを擬似洗濯処理した後に、同様に灰分を求めた。なお、擬似洗濯処理は、以下の方法で行った。

［擬似洗濯処理］
炭酸ソーダ３質量％の水溶液に、レーヨン繊維と炭酸ソーダ溶液の質量比が１：１００の割合となるように浸漬し（６０℃で１２０分）、その後水で十分濯いだ。

これら結果を下記の表１に示した。

（２）防炎性
板状に広げた繊維ａ〜ｅに、その２ｃｍ下方からディスポライターの炎（炎の長さ２．５ｃｍ）を直接あてた時の様子を観察した。炎は繊維塊に対して垂直にあてた。なお、評価用サンプル（繊維塊）は、原綿１〜２ｇをカード機で開繊してウェブとし、これを塊状にして作製した。また、繊維ａ〜ｄを前記水洗処理した後、及び繊維ａ〜ｅを前記疑似洗濯処理した後に、同様に炎をあて、その様子を観察した。

防炎評価は、「炎をあてても燃え広がらない」場合を○、「炎をあてても燃え広がらないが、残炎がある」場合を△、「炎をあてると燃え広がる」場合を×とした。

これら結果を表１に示した。

表１から、繊維ｂ〜ｄは防炎性を有し、繊維ｃは、繊維ａよりも水洗処理による灰分の減少が小さいことから、耐洗濯性を有することが確認できた。また、酸化マグネシウム又は水酸化マグネシウムと水溶性マグネシウム塩を含む水懸濁液を用いて後加工した繊維ｂ〜ｄは、防炎評価が高く、水洗処理による灰分及び防炎評価の変化もほとんどなかったことから、防炎性及び耐洗濯性が特に良好であることが確認できた。

また、表１から繊維ｂ〜ｄは、繊維ａよりも擬似洗濯処理による灰分の減少が小さいことから、耐アルカリ性が改善されており耐洗濯性を有することが確認できた。また、酸化マグネシウム又は水酸化マグネシウムと水溶性マグネシウム塩を含む水懸濁液を用いて後加工をした繊維ｂ〜ｄは、擬似洗濯処理による灰分及び防炎評価の変化が少なかったことから、防炎性及び耐洗濯性が特に良好であることが確認できた。また、同族であるカルシウムでも同様の後加工を行ったが、カルシウムでは耐洗濯性のある後加工はできなかった。

また、繊維ｆ〜ｉも同様に擬似洗濯処理を実施し、処理前後において灰分の測定、防炎評価を行った。さらに、繊維ａ、ｆ〜ｉを洗濯処理した後に、同様に灰分を求め、防炎評価を行った。これらの結果を表２に示した。なお、上記洗濯処理は、以下の方法で行った。

［洗濯処理］
ＡＡＴＣＣ１２４−１９９６に記載された洗濯試験方法に準じて、３００ｇの綿を２５ｃｍ×２０ｃｍの白綿布で作った袋に入れ１０回の洗濯処理を実施した。

表２から、繊維ｆ〜ｉは防炎性を有しており、精練処理の熱水段階で酸化マグネシウム又は水酸化マグネシウムと水溶性マグネシウム塩を含む水懸濁液で処理を行うと大幅に加工時間が短縮できることが確認できた。また、繊維ａよりも擬似洗濯処理による灰分の減少が小さいことから、耐アルカリ性が改善されていることが確認できた。また、酸化マグネシウム又は水酸化マグネシウムと水溶性マグネシウム塩を含む水懸濁液を用いて精練加工をした繊維ｆ、ｇ、および酸化マグネシウム又は水酸化マグネシウムを含む水懸濁液を用いて精練加工した繊維ｈ、ｉは、防炎評価が高く、擬似洗濯処理による灰分の変化が少なかったことから、防炎性及び耐洗濯性が良好であることが確認できた。

また、ＡＡＴＣＣ１２４−１９９６に基づく洗濯処理の結果、繊維ｆ〜ｉは繊維ａよりも灰分の減少が小さいことから、耐洗濯性を有することが確認できた。精練処理の熱水段階で酸化マグネシウム又は水酸化マグネシウムと水溶性マグネシウム塩を含む水懸濁液で処理を行うと大幅に加工時間が短縮できることが確認できた。また、繊維ａよりも洗濯処理による灰分の減少が小さいことから、耐洗濯性が改善されていることが確認できた。

次に、繊維ａ、ｄ、ｆ〜ｉを、１００ｇ／ｍ²のウォータージェット不織布に加工し、酸素指数法による難燃性評価（ＬＯＩ値の測定）を実施した。これらの結果を表３に示した。なお、難燃性評価（ＬＯＩ値の測定）は、以下の方法で行った。

［難燃性評価（ＬＯＩ値の測定）］
ＪＩＳ Ｋ７２０１に準じて、試験片が３分以上継続して燃焼するか、または燃焼時間が３分未満であっても燃焼長さが５０ｍｍ以上になるときの最低酸素濃度（ＬＯＩ値）を求めた。また、前記同様に擬似洗濯処理をした不織布も同様にＬＯＩ値を測定した。なお、試験の前に５０℃、２４時間の恒温雰囲気中で前処理を実施した。

（３）成分分析
繊維ｃの成分を分析するために、Ｘ線回析分析及び蛍光Ｘ線分析を行った。また、繊維ｆ〜ｉに対して蛍光Ｘ線分析を行った。

（３−１）Ｘ線回析分析
Ｘ線回析分析は、日本フィリップス製全自動多目的Ｘ線回折装置"ＰＷ３０５０"を用いて測定した。この測定装置の概略と測定条件は、次のとおりである。

（ｉ）測定装置の概略
駆動方式 試料水平縦型ゴニオメーター
Ｘ線管 ２．２ｋｗ，Ｃｕターゲット
検出器 プロポーショナルカウンタ

（ｉｉ）測定条件
光学系 集中法光学系（Ｎｏｒｍａｌ θ／２θ）
モノクロメーター 湾曲型グラファイトモノクロメーター使用
管電圧−管電流 ４０ｋｗ−４５ｍＡ
サンプルは繊維ｃを粉砕したものと灰化したものの２種類を測定した。サンプルは厚みを持たせないように照射面が１０ｍｍ角となるように広げて測定した。

図１に回折分析のチャート図を示す。

（３−２）蛍光Ｘ線分析
蛍光Ｘ線分析は、島津製作所製蛍光Ｘ線分析装置"ＬＡＢ ＣＥＮＴＥＲ ＸＲＦ−１７００"を用いて、ＦＰ法による理論計算により測定した。この測定装置の概略と測定条件は、次のと
おりである。

（ｉ）測定装置の概略
測定元素範囲 ₄Ｂｅ〜₉₂Ｕ
Ｘ線管 ４ｋｗ薄窓，Ｒｈターゲット
分光素子 ＬｉＦ，ＰＥＴ，Ｇｅ，ＴＡＰ，ＳＸ
１次Ｘ線フィルタ ４種自動交換（Ａｌ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｚｒ）
視野制限絞り ５種自動交換（直径１，３，１０，２０，３０ｍｍφ）
検出器 シンチレーションカウンタ（重元素）、プロポーショナルカウンタ（軽元素）

（ｉｉ）測定条件
管電圧−管電流 ４０ｋｗ−９５ｍＡ
サンプルは繊維ｃのカットファイバーを測定した。照射面は直径１０ｍｍで厚み数ｍｍに調整し、上方から照射して下方に透過させて測定した。

図１に示すＸ線回析分析チャートの結果、灰化後及び粉砕した分析チャートのピークは、どちらとも鋭い明瞭なピークは見られなかった。珪素とマグネシウムの成分を含む化合物は、回折角２θが２２°付近に明瞭なピークが見られる。灰化後測定ピークは、回折角２θが２１〜２３°付近に見られるが非結晶を示すブロードなピーク（ハローパターン）であった。また、粉砕後測定ピークは、回折角２θが２０°付近に見られ、セルロースのピークと考えられる。したがって、前記理由により化合物の同定は不可能であり、繊維ｃに含まれる無機成分は非晶質であることがわかった。また、繊維ｆ〜ｉについてもＸ線回折分析を行ったが、前記結果と同様に非晶質であることがわかった。また、繊維ｃ、ｆ〜ｉ及び一般的なレーヨン繊維の蛍光Ｘ線分析の結果を表４に、蛍光Ｘ線分析の結果から推定される繊維ｃ、ｆ〜ｉの成分及びその含有量を表５に示した。また、繊維ｃ、ｆ〜ｉの灰分も表５に示した。なお、一般的なレーヨン繊維は、ビスコースに珪酸ソーダを添加せず、マグネシウムを含む溶液を用いて後処理していない、一般的製造方法によって製造されたレーヨン繊維である。

表４及び表５から、繊維ｃ、ｆ〜ｉは、珪素とマグネシウムの成分を含み、珪酸マグネシウムを形成していると考えられる。さらに、硫黄の含有量がごく微量であったことから、マグネシウム化合物の大部分が酸化物であり、硫酸化合物はほとんど含まれていないと推定できる。また、この結果から、繊維ｂ、ｄも繊維ｃ、ｆ〜ｉと同様に、珪酸マグネシウムを形成していると推測できる。

以上の結果から、マグネシウムを含む溶液での処理時間が長いほど、繊維中のマグネシウム含有量が増え、防炎性能が向上することがわかった。さらに、水懸濁液中の水酸化マグネシウム、硫酸マグネシウムの濃度が高いほど、繊維中のマグネシウム含有量が増え、防炎性能が向上することがわかった。

また、精練工程の熱水処理の代わりにマグネシウムの酸化物又は水酸化物を含む溶液で処理することにより、処理時間を大幅に短縮することができた。その理由は、紡糸直後の繊維は膨潤した状態なので、繊維内部にマグネシウムが入りやすいと考えられる。そのため、精練の段階で水酸化マグネシウムと硫酸マグネシウムの水懸濁液で処理を行うと処理に要する時間が短縮できるが、一度乾燥してしまうと紡糸直後ほど膨潤しないので、繊維内部にマグネシウムが入りにくくなり、後加工では２日程度の時間が必要であったものと考えられる。さらに、水懸濁液に含まれる水酸化マグネシウム、硫酸マグネシウムの濃度を変更することで加工時間の調節が可能であることがわかった。処理浴中に硫酸マグネシウムを使用しない場合では、繊維中のマグネシウム含有量が低くなる傾向があった。硫酸が精練前のカットチップに含まれるため、精練熱水中で水酸化マグネシウムと硫酸が反応し、硫酸マグネシウムが生成するが、その生成量は僅かであるため繊維中のマグネシウム含有量が低くなったと考えられる。

以上説明したように、本発明は、防炎性が良好で耐洗濯性及び耐ドライクリーニング性を有する防炎性レーヨン繊維及びその製造方法を提供することができる。また、本発明の主成分であるレーヨン繊維は生分解性を有し、他成分は主に鉱石の滑石などと同じ成分の珪素とマグネシウムを含む化合物（主として珪酸マグネシウム）であるため、環境への負荷の少ない防炎性レーヨン繊維を提供できる。特に、従来、防炎製品に用いられてきたガラス繊維、石綿、アラミド繊維等に替わる材料として用いることができる。本発明の防炎性レーヨン繊維は、織物、編物、不織布等に加工して、例えば、防災物品、台所用ファンフィルター、シーツ、枕カバー、寝具用マット、寝具用カバー、防火スクリーン、インテリア用品（カーペット、椅子張り、カーテン、壁紙基布、壁材等）、車両の内装材（マット、内張布等）等の用途に有用である。

図１は、本発明の一実施例の防炎性を有するレーヨン繊維のＸ線回折分析チャート図である。

Claims (9)

1. 防炎性を有するレーヨン繊維であって、
   レーヨン繊維中に珪素とマグネシウムの成分を含み、
   前記珪素とマグネシウムの成分を含む化合物が非晶質であることを特徴とする防炎性レーヨン繊維。
2. 前記レーヨン繊維の灰分は１０〜５０質量％の範囲、
   前記レーヨン繊維を蛍光Ｘ線分析したとき、珪素の含有量は２〜２３質量％の範囲であり、マグネシウムの含有量は０．０５〜２０質量％の範囲である請求項１に記載の防炎性レーヨン繊維。
3. 前記レーヨン繊維における珪素とマグネシウムの含有割合（珪素：マグネシウム）は、１：１〜２５０：１の範囲である請求項１に記載の防炎性レーヨン繊維。
4. 前記レーヨン繊維は、前記珪素と前記マグネシウムが主として珪酸マグネシウムを形成している請求項１に記載の防炎性レーヨン繊維。
5. ビスコース原液を調製する工程と、
   前記ビスコース原液中に、アルカリ金属を含む珪酸化合物を含有する溶液を添加してアルカリ金属を含む珪酸化合物添加ビスコース液とする工程と、
   硫酸を含む紡糸浴に前記珪酸化合物添加ビスコース液をノズルより押し出して紡糸し、珪酸化合物を含む被処理繊維を作製する工程と、
   前記被処理繊維に対して、精練工程又は後加工工程においてマグネシウムを含む溶液を用いて処理する工程とを含む、防炎性レーヨン繊維の製造方法。
6. 前記被処理繊維に対して、前記精練工程において前記マグネシウムを含む溶液を用いて、浴温度２０〜１００℃、浸漬時間１〜４０分で熱水処理する請求項５に記載の防炎性レーヨン繊維の製造方法。
7. 前記マグネシウムを含む溶液を用いた処理は、マグネシウムの酸化物又は水酸化物を含む水懸濁液に前記被処理繊維を接触させる処理である請求項５に記載の防炎性レーヨン繊維の製造方法。
8. 前記マグネシウムを含む溶液は、マグネシウムの水酸化物と硫酸マグネシウムを含む水懸濁液である請求項７に記載の防炎性レーヨン繊維の製造方法。
9. 前記ビスコース原液中へのアルカリ金属を含む珪酸化合物の添加割合は、珪酸化合物を二酸化珪素（ＳｉＯ₂）で換算してセルロース質量に対して１０〜１００質量％の範囲である請求項５に記載の防炎性レーヨン繊維の製造方法。

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