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JP7766600B2 - Melt-spun cellulosic fibers - Google Patents
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JP7766600B2 - Melt-spun cellulosic fibers - Google Patents

Melt-spun cellulosic fibers

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JP7766600B2 JP2022540987A JP2022540987A JP7766600B2 JP 7766600 B2 JP7766600 B2 JP 7766600B2 JP 2022540987 A JP2022540987 A JP 2022540987A JP 2022540987 A JP2022540987 A JP 2022540987A JP 7766600 B2 JP7766600 B2 JP 7766600B2
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Description

本発明は、溶融紡糸セルロース系繊維、特にモル質量制御セルロース(MMCC)エステル及び溶融紡糸プロセスによる人工連続繊維の製造へのその使用に関するものである。 The present invention relates to melt-spun cellulosic fibers, particularly molar mass-controlled cellulose (MMCC) esters and their use in the production of man-made continuous fibers by the melt-spinning process.

バイオポリマー及びバイオプラスチックの市場は、将来的に非常に大きな成長の可能性を秘めている。推定によると、バイオベースポリマーの生産能力は、2014年の1.7Mトンから2019年には7.8Mトン(5倍)に成長すると見込まれている。いくつかの有名企業は、石油由来のポリマーを100%再生可能な材料で置き換えることに関心があると発表している。溶融紡糸は、繊維産業向けに連続繊維を大量に製造するための最も経済的で便利な方法の一つである。 The market for biopolymers and bioplastics has enormous growth potential in the future. Estimates suggest that the production capacity of bio-based polymers will grow from 1.7 Mt in 2014 to 7.8 Mt in 2019 (a five-fold increase). Several well-known companies have announced their interest in replacing petroleum-based polymers with 100% renewable materials. Melt spinning is one of the most economical and convenient methods for producing continuous fibers in large quantities for the textile industry.

現在、衣料品及び家具に使われている人工繊維の多くは、化石油を原料としている。化石油から作られた製品を燃やすと、大気中のCOレベルが上昇し、気候変動の影響を加速させる。人工繊維の製造に使用される熱可塑性材料は、加工の観点から適切な特性を備えている必要がある。 Currently, many of the man-made fibers used in clothing and furniture are derived from fossil petroleum. Burning products made from fossil petroleum increases atmospheric CO2 levels, accelerating the effects of climate change. Thermoplastic materials used to make man-made fibers must have suitable properties from a processing perspective.

セルロース系溶融紡糸繊維は、セルロースアセテートブチレート(CAB)を使用して調製された少数の結果のみが、以前に報告されている。(Chenら、2010;Hooshmandら、2014b、a;Wangら、2018)しかしながら、これら報告されたすべての短鎖セルロース誘導体には、可塑剤(例えば、クエン酸トリエチル)が必要である。 Cellulosic melt-spun fibers have previously been reported, with only a few results being prepared using cellulose acetate butyrate (CAB) (Chen et al., 2010; Hooshmand et al., 2014b, a; Wang et al., 2018). However, all of these reported short-chain cellulose derivatives require a plasticizer (e.g., triethyl citrate).

WO2016/193542A1は、熱可塑性特性を有する加水分解及び反応性モル質量制御セルロースの出発点を提供するセルロースの反応性及び加工性を改善するための一般的方法を開示している。 WO 2016/193542 A1 discloses a general method for improving the reactivity and processability of cellulose, providing a starting point for hydrolyzed and reactive molar mass-controlled cellulose with thermoplastic properties.

特開2005/248354A号公報には、機械的特性、特に強度及び弾性率に優れ、生産性に優れたセルロース脂肪酸エステル繊維を製造する方法が開示されている。また、連続セルロース系繊維を調製するための溶融紡糸法も記載されている。しかしながら、加水分解による溶解パルプ原料のモル質量及びモル質量分布の制御については、開示されていない。さらに、同文献では、5~25重量%の多価アルコール系可塑剤の使用及び260~340℃の高い溶融紡糸温度を開示している。 JP 2005/248354A discloses a method for producing cellulose fatty acid ester fibers that have excellent mechanical properties, particularly strength and modulus, and are highly productive. It also describes a melt spinning method for preparing continuous cellulosic fibers. However, it does not disclose how to control the molar mass and molar mass distribution of dissolving pulp raw materials through hydrolysis. Furthermore, the same document discloses the use of 5 to 25% by weight of a polyhydric alcohol-based plasticizer and a high melt spinning temperature of 260 to 340°C.

溶融紡糸繊維製造において、セルロース系材料をより多く使用するために、好ましくは可塑剤を追加することなく、低い溶融紡糸温度を使用することにより、異なる熱可塑性特性を有するようにセルロース繊維を修飾する手段が必要である。 To increase the use of cellulosic materials in melt-spun fiber production, a means is needed to modify cellulosic fibers to have different thermoplastic properties, preferably by using lower melt-spinning temperatures without the addition of plasticizers.

本発明は、独立請求項の特徴によって定義される。いくつかの特定の実施形態は、従属請求項において定義される。 The present invention is defined by the features of the independent claims. Some particular embodiments are defined in the dependent claims.

本発明の一態様によれば、連続セルロース系繊維を調製するための溶融紡糸方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, a melt spinning method for preparing continuous cellulosic fibers is provided.

本発明の別の態様によれば、完全にバイオベースのモル質量制御セルロースエステルから連続セルロース系繊維を調製するための溶融紡糸方法及び繊維産業の目的などの様々な最終用途のために適度な機械的特性を有するその溶融紡糸繊維が提供される。 In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a melt-spinning method for preparing continuous cellulosic fibers from fully bio-based, controlled-molecular-mass cellulose esters and the resulting melt-spun fibers having suitable mechanical properties for various end uses, such as in the textile industry.

これら及び他の態様は、既知の解決策に対するその利点とともに、以下に説明されクレームされる本発明によって達成される。 These and other aspects, along with the advantages thereof over known solutions, are achieved by the present invention as described and claimed below.

本発明に係る溶融紡糸方法は、請求項1の特徴部分に記載したことを主な特徴とする。 The melt spinning method of the present invention is primarily characterized by what is set forth in the characterizing portion of claim 1.

本発明に係る溶融紡糸繊維は、請求項10に特徴がある。 The melt-spun fiber of the present invention is characterized by claim 10.

本発明により、かなりの利点が得られる。溶融紡糸プロセスは、繊維産業用の工業規模でのポリマー繊維製造のための最も便利な方法の1つである。溶融紡糸は単純なプロセスであり、溶剤又は湿式繊維紡糸と比較して、溶剤が不要であること、有毒な副産物がないこと、生産速度が速いことなどの多くの利点がある。使用されるMMCCグレードは、完全バイオベースの熱可塑性材料である。さらに、繊維製造におけるMMCCの適合性は、可塑剤を添加することなく本明細書で実証される。 The present invention offers considerable advantages. The melt spinning process is one of the most convenient methods for producing polymer fibers on an industrial scale for the textile industry. Melt spinning is a simple process and offers many advantages over solvent or wet fiber spinning, including the absence of solvents, the absence of toxic by-products, and fast production rates. The MMCC grade used is a fully biobased thermoplastic material. Furthermore, the suitability of MMCC for fiber manufacturing is demonstrated herein without the addition of plasticizers.

次に、本技術について、特定の実施形態を参照しながらより詳細に説明する。 Next, this technology will be described in more detail with reference to specific embodiments.

本技術は、熱可塑性セルロースエステルの溶融紡糸プロセスを提供するものである。側鎖長が異なるモル質量制御セルロースエステルを置換度(DS)を変えて合成し、繊維製造への適性を評価した。熱挙動の違いを確認するためにキャピラリーレオメーター試験を行い、その結果に基づいて最適なセルロースエステルを選択し、より大規模な溶融紡糸試験を行った。 This technology provides a melt-spinning process for thermoplastic cellulose esters. Molar mass-controlled cellulose esters with different side chain lengths and varying degrees of substitution (DS) were synthesized and their suitability for fiber production was evaluated. Capillary rheometer tests were performed to confirm differences in thermal behavior, and the optimal cellulose ester was selected based on the results and subjected to larger-scale melt-spinning tests.

ポリプロピレン標準と比較したセルロースヘキサネート及びセルロースオクタネートのキャピラリーレオメーター試験を示すチャートである。1 is a chart showing capillary rheometer testing of cellulose hexanate and cellulose octanate compared to a polypropylene standard. 溶融紡糸されたA)セルロースヘキサネート繊維(DS1.5)及びB)セルロースオクタネート繊維(DS1.5)を示す画像である。1 is an image showing melt-spun A) cellulose hexanate fiber (DS 1.5) and B) cellulose octanate fiber (DS 1.5). 倍率300倍での溶融紡糸オクタン酸セルロース繊維のA)断面及びB)表面のSEM画像である。スケールバー=20μm。SEM images of A) cross section and B) surface of melt-spun cellulose octanoate fibers at 300x magnification. Scale bar = 20 μm.

本発明では、様々な側鎖長(C6-C16)及び置換度(DS)を有するいくつかの異なるグレードのモル質量制御セルロース(MMCC)を試験した。本発明の一実施形態によれば、置換度1.4のモル質量制御セルロースオクタネート(MMCC C8)が、溶融紡糸繊維製造におけるセルロース系出発原料の使用を増やすための一つの適切な出発点を提供することが判明した。 In this invention, several different grades of molar mass controlled cellulose (MMCC) with various side chain lengths (C6-C16) and degrees of substitution (DS) were tested. According to one embodiment of the present invention, it was found that molar mass controlled cellulose octanate (MMCC C8) with a degree of substitution of 1.4 provides one suitable starting point for increasing the use of cellulosic starting materials in melt-spun fiber production.

本発明の一実施形態によれば、本発明の溶融紡糸方法は、連続セルロース系繊維を調製することを含み、
セルロース原料から、C2~C18の側長、0.7~3の全置換度及び30~300kDaのモル質量分布を有するモル質量制御セルロースエステルを調製する工程と、
溶融紡糸装置を用いて、モル質量制御セルロースエステルの溶融紡糸を行う工程と、
溶融紡糸繊維を回収する工程と
を少なくとも含む。
According to one embodiment of the present invention, the melt spinning method of the present invention comprises preparing a continuous cellulosic fiber:
preparing a controlled molar mass cellulose ester from a cellulose feedstock having a side length of C2 to C18, a total degree of substitution of 0.7 to 3, and a molar mass distribution of 30 to 300 kDa;
melt-spinning the controlled molar mass cellulose ester using a melt-spinning apparatus;
and recovering the melt-spun fibers.

一実施形態によれば、本方法は、セルロース原料のモル質量を完全加水分解を除く加水分解を介して制御する(すなわち、減少させる)ことと、長鎖脂肪酸修飾、例えばエステル化又はヒドロキシアルキル化を行いモル質量制御セルロースを得ることとを含む。 According to one embodiment, the method involves controlling (i.e., reducing) the molar mass of a cellulose feedstock through hydrolysis, except for complete hydrolysis, and performing long-chain fatty acid modification, e.g., esterification or hydroxyalkylation, to obtain a molar mass-controlled cellulose.

本発明のさらなる実施形態によれば、加水分解は、セルロースの平均分子量が出発原料の分子量から60%以上、85%以下減少するように制御される。加水分解の後、セルロースの平均分子量が30~300kDa、好ましくは40~200kDaとなるように、加水分解を制御することが好ましい。セルロースのモル質量は実際に制御されており、それによってセルロースは完全な加水分解を受けないことに留意されたい。 According to a further embodiment of the present invention, the hydrolysis is controlled so that the average molecular weight of the cellulose is reduced by at least 60% and not more than 85% from the molecular weight of the starting material. It is preferable to control the hydrolysis so that after hydrolysis, the average molecular weight of the cellulose is between 30 and 300 kDa, preferably between 40 and 200 kDa. It should be noted that the molar mass of the cellulose is actually controlled, so that the cellulose does not undergo complete hydrolysis.

一実施形態によれば、セルロース原料は、天然針葉樹パルプ、天然広葉樹パルプ、竹パルプ又は藁パルプなどの一年生植物パルプ、針葉樹亜硫酸溶解用パルプ、広葉樹亜硫酸溶解用パルプ、オゾン処理加水分解パルプ又は酵素処理パルプから選択される。 According to one embodiment, the cellulose raw material is selected from natural softwood pulp, natural hardwood pulp, annual plant pulp such as bamboo pulp or straw pulp, softwood sulfite-dissolving pulp, hardwood sulfite-dissolving pulp, ozone-treated hydrolyzed pulp, or enzyme-treated pulp.

さらなる実施形態によれば、セルロースは、エステル化又はヒドロキシアルキル化などの長鎖脂肪酸修飾を行う前に、酵素処理、オゾン処理、過酸化水素処理、アルカリ処理又は他の化学処理によって加水分解され、その結果として活性化される。 According to a further embodiment, the cellulose is hydrolyzed and subsequently activated by enzyme treatment, ozone treatment, hydrogen peroxide treatment, alkali treatment, or other chemical treatment prior to long-chain fatty acid modification, such as esterification or hydroxyalkylation.

本方法で使用可能なモル質量制御セルロースエステルは、例えば、セルロース原料を均一エステル化することにより調製することができる。この方法では、触媒としてピリジンを使用して、脂肪酸塩化物(C6、C8、C12又はC16、セルロース無水グルコース単位に対して3又は4当量;AGU)をセルロース混合物に添加した。反応温度は80℃、反応時間は16時間であった。生成物をエタノールで沈殿させ、エタノール及びアセトンで洗浄した。 The controlled-molecular-mass cellulose esters that can be used in this method can be prepared, for example, by homogeneous esterification of cellulose raw materials. In this method, a fatty acid chloride (C6, C8, C12, or C16, 3 or 4 equivalents per cellulose anhydroglucose unit; AGU) was added to a cellulose mixture using pyridine as a catalyst. The reaction temperature was 80°C, and the reaction time was 16 hours. The product was precipitated with ethanol and washed with ethanol and acetone.

本発明の一実施形態によれば、モル質量制御セルロースエステルは、好ましくは、側長がC6~C16、例えばC8である。 According to one embodiment of the present invention, the controlled molar mass cellulose ester preferably has a side length of C6 to C16, e.g., C8.

本発明の一実施形態によれば、モル質量制御セルロースエステルは、好ましくは、全置換度が0.9~2.0、例えば1.4である。 According to one embodiment of the present invention, the controlled molar mass cellulose ester preferably has a total degree of substitution of 0.9 to 2.0, for example 1.4.

本発明の一実施形態によれば、単軸押出機、溶融ポンプ及びマルチストランドフィラメントダイスを備えた溶融紡糸装置を用いて、120~150℃、より好ましくは125~140℃の温度で溶融紡糸を行う。 According to one embodiment of the present invention, melt spinning is carried out at a temperature of 120 to 150°C, more preferably 125 to 140°C, using a melt spinning apparatus equipped with a single-screw extruder, a melt pump, and a multi-strand filament die.

したがって、溶融紡糸工程を実施する1つの最適な方法は、10mm単軸押出機(速度100rpm)、溶融ポンプ(速度14rpm)及びマルチストランドフィラメントダイスを備えたFourne溶融紡糸機(Fourne Polymertechnik GmbH、ドイツ)を使用することである。一実施例では、8個の穴(直径0.7mm)を有する紡糸口金を使用した。紡糸は130℃で行った。処理前に、材料を周囲真空で一晩乾燥させた。溶融紡糸繊維は、光沢剤の有無にかかわらず、0~200m/分の延伸速度範囲を使用して、回収され、配向された。 Therefore, one optimal method for carrying out the melt spinning process is to use a Fourne melt spinning machine (Fourne Polymertechnik GmbH, Germany) equipped with a 10 mm single-screw extruder (speed: 100 rpm), a melt pump (speed: 14 rpm), and a multi-strand filament die. In one example, a spinneret with eight holes (0.7 mm diameter) was used. Spinning was carried out at 130°C. The material was dried overnight under ambient vacuum before processing. Melt-spun fibers were collected and oriented using a draw speed range of 0 to 200 m/min, with or without brightener.

前述の実施例及び図が示すような良好な機械的特性を有する完全バイオベースの連続溶融紡糸モル質量制御セルロース繊維もまた、本発明の範囲に属するものである。 As shown in the above examples and figures, fully biobased, continuously melt-spun, controlled molar mass cellulose fibers with good mechanical properties are also within the scope of the present invention.

本明細書を通じて、一実施形態への言及は、その実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造又は特性が、本発明の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書中の様々な場所での「一実施形態において」という表現の出現は、必ずしも全てが同じ実施形態を指しているわけではない。また、例えば、約又は実質的になどの用語を用いて数値に言及する場合、正確な数値も開示される。 Throughout this specification, a reference to an embodiment means that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with that embodiment is included in at least one embodiment of the present invention. Thus, the appearances of the phrase "in one embodiment" in various places throughout this specification are not necessarily all referring to the same embodiment. Also, when a numerical value is referred to using terms such as "about" or "substantially," the exact numerical value is also disclosed.

前述の実施例は、1つ以上の特定の用途における本発明の原理を例示するものであるが、当業者には、発明の能力を発揮することなく、また本発明の原理及び概念から逸脱することなく、形態、用途及び実施の詳細における多数の変更を行うことができることは明らかであろう。したがって、以下に示す特許請求の範囲による場合を除き、本発明を限定することは意図されていない。 While the foregoing examples illustrate the principles of the present invention in one or more particular applications, it will be apparent to those skilled in the art that numerous changes in form, application, and details of implementation can be made without the exercise of inventive faculty and without departing from the principles and concepts of the present invention. Accordingly, it is not intended that the present invention be limited except as by the claims set forth below.

「含む」及び「含有する」という動詞は、本書では、列挙されていない特徴の存在を排除も要求もしないオープンな限定として使用されている。従属請求項に記載された特徴は、特に明示されない限り、相互に自由に組み合わせ可能である。さらに、本書を通じて「a」又は「an」、すなわち単数形の使用は、複数形を排除するものではないことを理解されたい。 The verbs "comprise" and "contain" are used in this document as open limitations which neither exclude nor require the presence of unrecited features. Features recited in dependent claims may be freely combined with each other, unless expressly stated otherwise. Furthermore, it is to be understood that the use of "a" or "an" throughout this document, i.e., the singular, does not exclude the plural.

技術用及び衛生用不織布は、最も急速に成長している繊維材料であり、通常は化石合成ポリマーに由来する。新規な熱可塑性セルロース脂肪酸エステルはポリオレフィン様の特性を有するため、本明細書では、これらのセルロースエステルの繊維製造への適性を評価した。本発明では、熱可塑性モル質量制御セルロースを用いて、織物繊維の溶融紡糸を実証している。溶融紡糸の結果は、新規なセルロース系繊維が、いくつかの技術用及び衛生用繊維用途において、例えばポリプロピレンの再生可能でリサイクル可能な代替物を提供できることを示す。 Technical and hygiene nonwovens are the fastest growing textile materials and are typically derived from fossil synthetic polymers. Novel thermoplastic cellulose fatty acid esters possess polyolefin-like properties, and herein, the suitability of these cellulose esters for fiber production was evaluated. In this study, we demonstrate the melt spinning of textile fibers using thermoplastic, controlled-molecular-mass cellulose. The melt spinning results indicate that the novel cellulosic fibers can provide a renewable and recyclable alternative to, for example, polypropylene, in several technical and hygiene textile applications.

(素材)
エステル化用のセルロース材料は、Domsjo Fabriker AB(スウェーデン)が製造した市販の針葉樹溶解用パルプであり、パルプはWillberg-Keyrilainenら(2016)が説明した方法に従ってオゾン前処理した。ポリプロピレン(PP)を標準材料として使用し、市販のTallopol SLB(Bozzetto、イタリア)を光沢剤として使用した。他のすべての試薬及び溶媒は、Sigma-Aldrich(フィンランド、ヘルシンキ)から入手可能な最高純度グレードで購入し、受け取ったまま使用した。
(material)
The cellulose material for esterification was commercial softwood dissolving pulp produced by Domsjo Fabriker AB (Sweden), which was pretreated with ozone according to the method described by Willberg-Keyrilainen et al. (2016). Polypropylene (PP) was used as the reference material, and commercially available Tallopol SLB (Bozzetto, Italy) was used as the brightener. All other reagents and solvents were purchased at the highest purity grade available from Sigma-Aldrich (Helsinki, Finland) and used as received.

(セルロースエステルの調製)
セルロースの均一なエステル化は、Willberg-Keyrilainenら(2016、2017a)が提示した方法を用いて実施した。この方法では、ピリジンを触媒として使用し、脂肪酸塩化物(C6、C8、C12又はC16、セルロース無水グルコース単位に対して3又は4当量;AGU)をセルロース混合物に添加した。反応温度は80℃、反応時間は16時間であった。生成物をエタノールで沈殿させ、エタノール及びアセトンで洗浄した。
(Preparation of Cellulose Ester)
Homogeneous esterification of cellulose was carried out using the method proposed by Willberg-Keyrilainen et al. (2016, 2017a). In this method, pyridine was used as a catalyst, and a fatty acid chloride (C6, C8, C12, or C16, 3 or 4 equivalents per cellulose anhydroglucose unit; AGU) was added to the cellulose mixture. The reaction temperature was 80°C, and the reaction time was 16 hours. The product was precipitated with ethanol and washed with ethanol and acetone.

(固体核磁気共鳴(ssNMR))
セルロースエステルは、固体13C CP/MAS NMR分光法(ssNMR)を使用して分析した。分析は、Agilent 600MHz NMR分光計(Agilent Technologies、米国) を使用して実施した。すべてのssNMR実験は、10kHzのMAS速度、10000回のスキャン、10秒のリサイクル時間を使用して、22℃で行った。
(Solid state nuclear magnetic resonance (ssNMR))
The cellulose esters were analyzed using solid-state 13C CP/MAS NMR spectroscopy (ssNMR). The analysis was carried out using an Agilent 600MHz NMR spectrometer (Agilent Technologies, USA). All ssNMR experiments were carried out at 22°C using a 10kHz MAS speed, 10,000 scans, and a 10-second recycle time.

(キャピラリーレオメーター)
調製したセルロースエステルの紡糸性は、Gottfert Rheograph 6000キャピラリーレオメーター (Gottfert、ドイツ)で最初に評価した。キャピラリーレオメトリーは、1/30mmのダイス及び30秒-1~1000秒-1のせん断速度範囲を使用して行った。試験は、130℃で3分間の予熱時間で実施した。見掛けの値を記録し、紡糸性を手で評価した。実験に先立ち、材料は真空中で一晩乾燥させた。
(Capillary rheometer)
The spinnability of the prepared cellulose esters was first evaluated with a Gottfert Rheograph 6000 capillary rheometer (Gottfert, Germany). Capillary rheometry was performed using a 1/30 mm die and a shear rate range of 30 s -1 to 1000 s -1 . Tests were performed at 130 °C with a 3-minute warm-up time. Apparent values were recorded, and spinnability was evaluated manually. Prior to the experiment, the materials were dried overnight in a vacuum.

(溶融紡糸)
溶融紡糸は、10mm単軸押出機(速度100rpm)、溶融ポンプ(速度14rpm)及びマルチストランドフィラメントダイスからなるFourne溶融紡糸機(Fourne Polymertechnik GmbH、ドイツ)を使用して行った。紡糸口金は8穴(直径0.7mm)のものを使用した。紡糸は130℃で行った。処理前に、材料を周囲真空で一晩乾燥させた。溶融紡糸繊維を回収し、光沢剤の有無にかかわらず、0~200m/分の延伸速度範囲を使用して配向させた。
(Melt Spinning)
Melt spinning was carried out using a Fourne melt spinning machine (Fourne Polymertechnik GmbH, Germany) consisting of a 10 mm single screw extruder (speed 100 rpm), a melt pump (speed 14 rpm), and a multi-strand filament die. An 8-hole spinneret (0.7 mm diameter) was used. Spinning was carried out at 130°C. The material was dried overnight under ambient vacuum before processing. Melt-spun fibers were collected and oriented using a draw speed range of 0 to 200 m/min, with or without brightener.

(走査型電子顕微鏡(SEM))
溶融紡糸繊維の走査型電子顕微鏡分析は、電界放出型SEM(MERLIN FE-SEM, Carl Zeiss GmbH、ドイツ)を用いて実施した。加速電圧は3kVを使用した。イメージング前に、繊維を薄い金層でスパッタコーティング(Leica EM ACE200、ドイツ)した。
(Scanning Electron Microscope (SEM))
Scanning electron microscopy of the melt-spun fibers was performed using a field emission SEM (MERLIN FE-SEM, Carl Zeiss GmbH, Germany). An accelerating voltage of 3 kV was used. Before imaging, the fibers were sputter-coated with a thin gold layer (Leica EM ACE200, Germany).

(繊維の引張試験)
溶融紡糸繊維の機械的特性は、210cNのロードセルと20mm/分の定率クロスヘッド速度を備えたFavimat+試験システム(Textechno、ドイツ)を用いて分析した。20本の複製繊維を試験し、繊維を試験前に標準条件(23℃、相対湿度50%)で1週間保管した。表1は、一例として、溶融紡糸セルロースオクタネート繊維の特性を示している。
(Fiber tensile test)
The mechanical properties of the melt-spun fibers were analyzed using a Favimat+ testing system (Textechno, Germany) equipped with a 210 cN load cell and a constant crosshead speed of 20 mm/min. Twenty replicate fibers were tested, and the fibers were stored at standard conditions (23 °C, 50% relative humidity) for one week before testing. Table 1 shows the properties of melt-spun cellulose octanate fibers as an example.

(引用リスト)
(特許文献)
WO 2016/193542 A1
JP 2005/248354 A
(非特許文献)
1. Chen B, Zhong L, Gu L (2010) Thermal properties and chemical changes in blend melt spinning of cellulose acetate butyrate and a novel cationic dyeable copolyester. J Appl Polym Sci 116:NA-NA. doi: 10.1002/app.30984
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(Non-patent literature)
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Claims (9)

連続セルロース系繊維を調製するための溶融紡糸方法であって、
セルロース原料から、C6~C18の側長、0.7~3の全置換度及び30~300kDaのモル質量を有するモル質量制御セルロースエステルを調製する工程と、
溶融紡糸装置を用いて、該モル質量制御セルロースエステルの溶融紡糸を行う工程と、
該溶融紡糸繊維を回収する工程と
を少なくとも含むことを特徴とし、
該セルロース原料のモル質量が、完全加水分解を除く加水分解を介して制御され、かつ
前記溶融紡糸を、120~150℃の温度で行う、方法。
1. A melt spinning process for preparing continuous cellulosic fibers, comprising:
preparing a controlled molar mass cellulose ester from a cellulose feedstock having a side length of C6 to C18, a total degree of substitution of 0.7 to 3, and a molar mass of 30 to 300 kDa;
melt-spinning the controlled molar mass cellulose ester using a melt-spinning apparatus;
and recovering the melt-spun fibers,
The molar mass of the cellulose raw material is controlled through hydrolysis except for complete hydrolysis, and the melt spinning is carried out at a temperature of 120-150°C.
前記セルロース原料を、天然針葉樹パルプ、天然広葉樹パルプ、一年生植物パルプ、針葉樹亜硫酸溶解用パルプ、広葉樹亜硫酸溶解用パルプ、オゾン処理加水分解パルプ又は酵素処理パルプから選択することを特徴とする、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, characterized in that the cellulose raw material is selected from natural softwood pulp, natural hardwood pulp, annual plant pulp, softwood sulfite-dissolving pulp, hardwood sulfite-dissolving pulp, ozone-treated hydrolyzed pulp, or enzyme-treated pulp. 前記モル質量制御セルロースエステルの平均分子量が、前記セルロース原料の分子量から60%以上85%以下減少するように加水分解を制御し、それによって加水分解後の前記モル質量制御セルロースエステルのモル質量が40~200kDaの範囲にあることを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, characterized in that the hydrolysis is controlled so that the average molecular weight of the molar mass-controlled cellulose ester is reduced by 60% to 85% from the molecular weight of the cellulose raw material, thereby the molar mass of the molar mass-controlled cellulose ester after hydrolysis is in the range of 40 to 200 kDa. 前記セルロース原料が、酵素処理、オゾン処理、過酸化水素処理、アルカリ処理又はその他の化学処理により加水分解されることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the cellulose raw material is hydrolyzed by enzyme treatment, ozone treatment, hydrogen peroxide treatment, alkali treatment, or other chemical treatment. ピリジンを触媒として使用して、セルロース混合物に脂肪酸塩化物を加え、反応温度80℃及び反応時間16時間で前記セルロース原料を均一エステル化することにより前記モル質量制御セルロースエステルを調製することを特徴とする、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the controlled-molecular-mass cellulose ester is prepared by adding a fatty acid chloride to a cellulose mixture using pyridine as a catalyst, and homogeneously esterifying the cellulose raw material at a reaction temperature of 80°C for a reaction time of 16 hours. 前記溶融紡糸を、単軸押出機、溶融ポンプ及びマルチストランドフィラメントダイスを備えた溶融紡糸装置を用いて行うことを特徴とする、請求項1~5のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the melt spinning is carried out using a melt spinning apparatus equipped with a single-screw extruder, a melt pump, and a multi-strand filament die. 0m/分より速く200m/分以下の延伸速度を用いて前記溶融紡糸繊維を回収することを特徴とする、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。 The method of any one of claims 1 to 6, characterized in that the melt-spun fibers are recovered using a drawing speed of more than 0 m/min and not more than 200 m/min. 前記モル質量制御セルロースエステルが、C6~C16の側長を有することを特徴とする、請求項1~7のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the controlled-molecular-mass cellulose ester has a side length of C6 to C16. 前記モル質量制御セルロースエステルが、0.9~2.0の全置換度を有することを特徴とする、請求項1~8のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the controlled-molecular-mass cellulose ester has a total degree of substitution of 0.9 to 2.0.
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