化 学 (有機化学)

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 ここでは,衣服などで身近な繊維に関連し, 【繊維とは】【天然繊維の分類と例】【化学繊維の分類と例】【家庭用品品質表示法と表示義務のある繊維】【表示義務のない繊維】に項目を分けて紹介する。

 【繊維とは】

 繊維( fibre )は,JIS K 6900「プラスチック−用語:Plastics−Vocabulary 」では,
 “厚さ又は直径に対する長さの比が高いことを特徴とする比較的短い長さの材料の構成単位。”
 と定義されている。
 
 繊維原料に関する用語 JIS が,JIS L0204-1 「繊維用語(原料部門)−第1部:天然繊維:Glossary of terms used in fiber−Part 1:Natural fibres 」,JIS L0204-2 「繊維用語(原料部門)−第2部:化学繊維 :Glossary of terms used in fibre-Part 2: Man-made fibres 」に分けられているように,繊維は,天然繊維( natural fiber ),化学繊維( chemical fiber , man-made fiber )に大別される。
 
 天然繊維とは
 天然繊維は,天然に生じた繊維で,その起源により動物繊維,植物繊維,及び鉱物繊維に分類される。
 動物繊維( animal fiber )
 主にタンパク質を構成要素とし,絹糸や蜘蛛の糸などの絹糸線(けんしせん,絹線ともいわれる)から産する物,羊毛などの毛嚢(もうのう)から産する物に分けられる。
 絹糸腺からの繊維は,幾つかの昆虫,特にちょうが(蝶蛾)類りんし(鱗翅)目の幼虫が分泌するもので,フィブロイン( fibroin ,繊維状のタンパク質の一種)の二つのフィラメントがセリシン( sericin ,硬蛋白質の一種)で接着(にかわ付け)された形態で産する。
 毛穴や毛包との呼ばれる毛嚢から得られる繊維は,動物の外被状の毛,外被,頭髪又は尾を形成するケラチン(角質,タンパク質の一種)から成る繊維で,次に例示すように多くの動物の毛が利用されている。
 植物繊維( vegetable fiber )
 主にセルロースを構成要素とし,種子から得られるもの,じん(靱)皮(茎の形成層の外側)から得られるもの,葉脈から得られるもの,果実から得られるものに分けられる。
 鉱物繊維( mineral fiber )
 主にけい素から成る繊維状構造の岩から得られる。
 
 化学繊維とは
 JIS L 0204-2「繊維用語(原料部門)−第2部:化学繊維」の適用において,
 主に化学繊維とは,“繊維質の形で自然界に生成する材料とは全く異なる製造過程で得られる繊維をいう。”と注記されている。
 主に化学繊維は,天然繊維( natural fiber )に対する用語として人造繊維( man-made fiber )と呼ばれることもある。

 

 【天然繊維の分類と例】

 JIS L 0204-1「繊維用語(原料部門)−第1部:天然繊維」を参考に紹介する。
 動物繊維( animal fiber )
 絹糸腺からの繊維には,( Bombyx mori :かいこ)から吐出された繊維は絹( silk , soie ),アナへ蚕( Anaphe )から吐出された繊維はアナへ( anaphe ),二枚貝などの軟体動物( (Pinna nobilis) から吐出された繊維はバイサス( byssus )などがある。
 毛嚢から得られる繊維には,羊,ラム (Ovis aries) からの繊維を羊毛( WOOL, Laine ),ラマ科アルパカ (Lama pacos) からの繊維をアルパカ( ALPACA, Alpaga ),アンゴラうさぎ(兎) (Oryctolagus cuniculus) からの繊維をアンゴラ( ANGORA, Angora ),カシミヤやぎ(山羊) (Capra hircus laniger) からの繊維をカシミヤ( CASHMERE, Cashemire ),らくだ (Camelus bactrianus) からの繊維をらくだ( CAMEL, Chameau ),ラマ (Lama glama) からの繊維をラマ( LAMA, Lama ),アンゴラやぎ (Capra hircus aegagrus) からの繊維をモヘヤ( MOHAIR, Mohair ),沼たぬき(狸) (Myocastor coypus) からの繊維をヌートリヤ( NUTRIA, Myocastor ),ミンク(Mustela (Lutreola) vison)からの繊維をミンク( MINK, Vison ),北極狐 (Vulpus lagopus, Canisisatis)からの繊維(北極狐)をアーティックきつね(狐)( ARTIC FOX, Renard Arctique )などがある。
 
 植物繊維( vegetable fiber )
 種子から得られる繊維
 綿 (Gossypium) の種子からの単細胞繊維を綿( COTTON, Coton ),アクンド(Calotropis ginantea 及び Calotropis procera )の種子からの繊維をアクンド( AKUND, Akund ),カポック木 (Ceiba pentandra) の種子しょう(鞘)からの単細胞繊維をカポック( KAPOK, Kapok )という。
 じん(靱)皮から得られる繊維
 大麻 (Cannabis sativa) の茎からの繊維を大麻( HEMP, Chanvre ),えにしだ(Cytisus scoparius 及び Spartium junceum)の茎からの繊維をえにしだ( BROOM, Genet ),黄麻(Corchorus capusularis 及び Corchorus olitorius)の茎からの繊維を黄麻( JUTE, Jute ),ケナフ (Hibiscus cannabinus) の茎からの繊維をケナフ( KENAF, Kenaf ),亜麻 (Linum usitatissimum) の茎からの繊維を亜麻( FLAX, Lin ), ちょ(苧)麻 (Boehmeria nivea , Boehmeria tenacissima) の茎からの繊維をラミー( RAMIE, Ramie ),ロセール (Hibiscus sabdariffa) の茎からの繊維をローゼル( ROSELLE, Roselle ),インド麻(インド産たぬき豆:Crotalaria juncea)の茎からの繊維をインド麻( SUNN, Sunn ), ウレナ(Urena lobata 及び Urena sinuata)の茎からの繊維をぼんてんか( URENA, Urena ),いちび(Abutilon angulatum, Abutilonavicennae 及びAbutilon theophrasti)の茎からの繊維をいちび(ABUTILON, Abutilon ),パンガ(Clappertonia ficifolia, Triumfetta cordifolia 及び Triumfetta rhomboidea)の茎からの繊維をパンガ( PUNGA, Punga ),青色バシクルモン (Apocynum androsae, Apocynum cannabinum) の茎からの繊維を青色バシクルモン( BLUISH DOGBANE, Bluish Dogbane )という。
 葉脈から得られる繊維
 マニラ麻 (Musa textilis) の葉からの繊維をマニラ麻( ABACA, Abaca ),アフリカハネガヤ(Stipa Tenacissima 及び Lygeum spartum)の葉からの繊維をアフリカハネガヤ( ALFA, Alfa ),アロエ (Furcraea gigantea) の葉からの繊維をアロエ( ALOE, Aloe ), フィキュー (Furcraea macrophylla) の葉からの繊維をフィキュー( FIQUE, Fique ),ヘネケン (Agave fourcroydes) の葉からの繊維をヘネケン( HENEQUEN, Henequen ),マゲイ (Agave cantala) の葉からの繊維をマゲイ( MAGUEY, Maguey ), ニュウサイラン (Phormium tenax) の葉からの繊維をニュウサイラン( PHORMIUM, Phormium ),サイザル (Agave sisalana) の葉からの繊維をサイザル麻( SISAL, Sisal ),タムピコ (Agave funkiana) の葉からの繊維をタムピコ( TAMPICO, Tampico )という。
 果実から得られる繊維
 ココナツヤシ (Cocos nucifera) の外皮からの繊維をココヤシ( COIR, Coco )という。
 
 鉱物繊維( mineral fiber )
 主にけい素から成る繊維状構造の岩から得られる。繊維状天然けい素を石綿( ASBESTOS, Amiante )という。

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 【化学繊維の分類と例】

 化学繊維( chemical fiber , man-made fiber )は,天然繊維( natural fiber )に対する用語として人造繊維( man-made fiber )と呼ばれることもある。
 
 化学繊維は,出発物質の違いにより,JIS L 0204-2「繊維用語(原料部門)−第 3 部:天然繊維及び化学繊維を除く原料部門」では,
 合成繊維( synthetic fiber ):“合成高分子化合物から造った繊維。”
 再生繊維( regenerated fiber ):“セルロースやたんぱく質を溶解して再生した繊維。”
 無機繊維( inorganic fiber ):“無機物から成る繊維の総称。”
 に分けている。
 すなわち,合成繊維は,石油,石炭や天然ガスから合成された有機化合物を出発物質として得られた人工繊維を,再生繊維は,天然の有機物を出発物質とし,それを化学処理して得られた繊維を意味する。
 一般的には再生繊維合成繊維の中間的な繊維,例えば天然のセルロースを化学反応させて得た人工的なセルロース誘導体を出発物質として得た繊維(アセテートなど)を半合成繊維( semi‐synthetic fiber )として区別する場合もある。
 
 無機繊維( inorganic fiber )
 無機物を人工的に繊維としたものとして,繊維強化プラスチック( FRP )の補強材として広く用いられるガラス繊維,炭素繊維,耐火材や断熱材の用途に用いられるアルミナ繊維,熱遮蔽(しゃへい)材料,高温ガスや溶融金属の濾布(ろふ) として用いられる炭化けい素繊維,玄武岩や安山岩などの岩石を溶かして繊維状にし,石綿の代替品として,耐火用充填材などに用いられる岩石繊維,溶融した金属を繊維状にし,フィルター,触媒担体,消音材などに用いられる金属繊維などがある。
 アルミナ繊維や炭化ケイ素繊維などは総称してセラミック繊維ともいわれる。
 
 再生繊維( regenerated fiber )
 PET などのプラスチックをリサイクルして得た繊維を再生繊維と称する例もみられるが,JIS では,セルロースやタンパク質などの天然高分子化合物を溶解して均一な溶液にし,これを再び繊維に形成したものを再生繊維と定義している。
 再生繊維は,1897年にキュプラ( cupro )と呼ばれる銅アンモニアレーヨン( cuprammonium rayon )の発明がはじめといわれており,合成繊維のはじめといわれるナイロンの発明( 1938年)より早くから実用された。しかし,合成繊維の発達に伴い,再生繊維の活用例は減少した。
 銅アンモニアレーヨンは,水酸化銅( Cu(OH)2 )にアンモニア( NH3 )水を加え,アンモニア性硫酸銅とし,水酸化ナトリウムを加えることで得られる銅アンモニア溶液(シュバイツァー溶液は,セルロースを溶解させることができる。
 シュバイツァー溶液にセルロースを溶解させた溶液を酸性の水中に押し出すことで,セルロースが再生し,人工的な繊維(銅アンモニアレーヨン)が得られる。
 絹に似せた繊維として開発された人絹(レーヨン: rayon )のビスコースレーヨンポリノジックレーヨンは,パルプ,綿や麻などを原料に作られるセルロースの再生繊維である。
 天然のたんぱく質(カゼインや大豆たんぱくなど)を原料にし,羊毛に似た繊維の合成を目的に開発されたたんぱく質系再生繊維には,カゼイン繊維がある。
 
 半合成繊維( semi‐synthetic fiber )
 合成繊維と再生繊維の中間的なもので,例えば,セルロースなどの天然の高分子物質を化学的に処理してエステルなどの形に変え,繊維にしたアセテート繊維(アセチルセルロース)である。
 アセテート繊維は,パルプ(セルロース)を原料に,セルロースの水酸基( -OH )と酢酸( CH3COOH )を反応(アセチル化)させたアセチルセルロースより作られる繊維質である。
      セルロース [C6H7O2(OH)3]n ⇒(アセチル化)⇒ [C6H5O2(OH)3-p(OCOCH3)p]n
 付加するアセチル基の数 p が 2 つのものをジアセテート,3 つのものをトリアセテートと呼ぶ。
 アセテート繊維は,たばこのフィルターや防火カーテンなどに利用されている。
 
 合成繊維( synthetic fiber )
 1938 年に開発されたナイロンで知られるポリアミド繊維が合成繊維のはじめと認識されている。その後,1946 年にテリレン,ダクロン,テトロンで知られるポリエステル系繊維の開発など,JIS L 0204-2「繊維用語(原料部門)−第2部:化学繊維」に示されるように,多種多様な合成繊維が開発されるようになった。

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 【家庭用品品質表示法と表示義務のある繊維】

 化学繊維は,衣類等で最も身近な有機化合物で,家庭用品品質表示法に基づき表示が義務付けられている。
 ここでは,表示法に規定されている繊維を,JIS L 0204-2「繊維用語(原料部門)−第2部:化学繊維」での繊維名称と定義を紹介する。
 なお,家庭用品品質表示法とは,消費者が製品(繊維製品,合成樹脂加工品,電気機械器具,雑貨工業品)の品質を正しく認識できるように品質に関する表示を適正に行うように昭和37年制定の法である。詳細は,消費者庁のサイト家庭用品品質表示法で確認できる。
 
 セルロース系繊維(再生繊維)
 レーヨン( viscose , rayon ):ビスコース法で製造されたセルロース繊維。
 ビスコース法とは,レーヨンを製造する技法のひとつで,セルロースをアルカリ処理して得たアルカリセルロースと二硫化炭素( CS2 )との混合で得たコロイド溶液を経る製造技術をいう。
 モダル( modal ):高強度及び湿潤時高弾性率のセルロース繊維。
 キュプラ( cupro ):銅アンモニア法で製造されたセルロース繊維。
 キュプラは,前出の銅アンモニアレーヨンである。
 
 半合成繊維
 アセテート( acetate ):水酸基の 74 %以上 92 %未満が酢酸化されている酢酸セルロース繊維。この場合,エステル化度は,2.22 以上 2.76 未満とする。
 トリアセテート( triacetate ):水酸基の 92 %以上が酢酸化されている酢酸セルロース繊維。この場合,エステル化度は,2.76 以上 3.00 以下とする。
 プロミックス( promix ):たんぱく質を質量比で 30 %以上,60 %未満含み,その他の単位として主にビニルアルコール単位を含む長鎖状合成高分子から成る繊維。
 エステル化度とは,カルボキシル基のエステル化の程度を示す。
 
 合成繊維
 ビニロン( vinylon ):ビニルアルコール単位を質量比で 65 %以上含む長鎖状合成高分子から成る繊維。
 ビニラール( vinylal ):アセタール化の水準の異なるポリビニルアルコールの長鎖状合成高分子から成る繊維。
 ポリ塩化ビニル( polyvinyl chloride , chlorofiber ):塩化ビニル単位を主成分として形成された長鎖状合成高分子から成る繊維。
 ビニリデン( polyvinylidene chloride , chlorofiber ):塩化ビニリデン単位( -CH2-CCl2- )を主成分として形成された長鎖状合成高分子から成る繊維。
 アクリル( acrylic ):アクリロニトリル基の繰返し単位が質量比で 85 %以上含む長鎖状合成高分子から成る繊維。
 アクリル系( modacrylic ):アクリロニトリル基の繰返し単位が質量比で 35 %以上,85 %未満含む長鎖状合成高分子から成る繊維。
 ナイロン( nylon , polyamide ):繰り返しているアミド結合の 85 %以上が脂肪族又は環状脂肪族単位と結合している長鎖状合成高分子から成る繊維。
 アラミド( aramid ): 2 個のベンゼン環に直接結合しているアミド又はイミド結合が質量比で 85 %以上で,イミド結合がある場合は,その数がアミド結合の数を超えない長鎖状合成高分子から成る繊維。
 ポリエステル( polyester ):テレフタル酸と 2 価アルコールとのエステル単位を質量比で 85 %以上含む長鎖状合成高分子から成る繊維。
 ポリエチレンテレフタレート(PET)( polyethylene terephthalate ):テレフタル酸とエチレングリコールとのエステル単位を質量比で 85 %以上含む長鎖状合成高分子から成る繊維。
 ポリトリメチレンテレフタレート(PTT)( polytrimethylene terephthalate ):テレフタル酸と 1,3 プロパンジオールとのエステル単位を質量比で 85 %以上含む長鎖状合成高分子から成る繊維。
 ポリブチレンテレフタレート(PBT)( polybutylene terephthalate ):テレフタル酸と 1,4 ブタンジオールとのエステル単位を質量比で 85 %以上含む長鎖状合成高分子から成る繊維。
 ポリエチレン( polyethylene ):置換基のない飽和脂肪族炭化水素で構成する高分子で,長鎖状合成高分子から成る繊維。
 ポリプロピレン( polypropylene ): 2 個当たり 1 個の炭素原子にメチル基の側鎖がある飽和脂肪族炭化水素で構成する高分子で,立体規則性があり,他に置換基のない長鎖状合成高分子から成る繊維。
 ポリウレタン( elastane , polyurethane ):ポリウレタンセグメントを質量比で 85 %以上含み,張力をかけないときの長さの 3 倍に伸長したとき,張力を除くとすぐ元の長さに戻る長鎖状合成高分子から成る繊維。
 ポリ乳酸( polylactide ):乳酸エステル単位を質量比で 50 %以上含む長鎖状合成高分子から成る繊維。
 
 炭素繊維( carbon fiber ):有機繊維のプレカーサーを加熱炭素化処理して得られる,質量比で 90 %以上が炭素で構成される繊維。
 ガラス繊維( glass fiber ):溶融ガラスを延伸して得られるテキスタイル形状の繊維。
 金属繊維( meta fiber ):金属から得られる繊維。

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 【表示義務のない繊維】

 ここでは,家庭用品品質表示法で表示義務を規定されていない繊維に関し,JIS L 0204-2「繊維用語(原料部門)−第2部:化学繊維」での繊維名称と定義を紹介する。
 
 ふっ素系繊維( fluorofiber ):脂肪族フルオロカーボン単量体の繰返しで構成する長鎖状合成高分子から成る繊維。参考:ふっ素樹脂
 ポリイミド( polyimide ):イミド基単量体の繰返しをもつ長鎖状合成高分子から成る繊維。
 アクリレート系繊維( acrylate fiber ):単量体がアクリル酸,アクリル酸ナトリウム及びアクリルアミド架橋共重合体から構成された長鎖状合成高分子から成る繊維。
 エチレンビニルアルコール繊維( ethylene vinyl alcohol fiber ):エチレンとビニルアルコールの共重合体から成る繊維とポリエステルとの複合繊維。
 ポリアリレート系繊維( polyallylate fiber ):単量体がすべて芳香族化合物で,その結合部分がエステル結合による長鎖状合成高分子から成る繊維。
 ポリエーテルエステル系繊維( polyeterester fiber ):単量体がポリテトラメチレングリコールとポリブチレンテレフタレートとのブロック共重合体から構成された長鎖状合成高分子から成る繊維。
 ポリフェニレンサルファイド繊維(PPS 繊維)( polyphenylene sulfide fiber ):単量体が主にフェニレンサルファイドから構成された長鎖状合成高分子から成る繊維。
 
 表示法に取り上げられていない繊維
 アルギン酸繊維( alginate fiber ):アルギン酸の金属塩から成る繊維。
 アルギン酸は,海藻(褐藻類)からの抽出によって製造される多糖類で食物繊維の一種である。
 ゴム糸( rubber , elastodiene ):天然又は合成のポリイソプレン又は 1 種以上のビニルモノマーと共重合し合成されることもあるジエン共重合物(ジエン系ゴム)から成る繊維で,張力をかけないときの長さの 3 倍に伸長したとき,張力を除くとすぐに元の長さに戻る繊維。
 黒鉛繊維( graphite fiber ):炭素繊維を更に高温度で熱処理し,炭素化した繊維。
 脂肪族ナイロン繊維( aliphatic polyamide fiber ):単量体が主に脂肪族化合物で,その結合部分がアミド結合による長鎖状合成高分子から成る繊維。
 スラグ繊維( slag fiber ):製鉄のときに出る鉱さいから作った繊維。
 芳香族ナイロン繊維( aromatic polyamide fiber ):単量体が主に芳香族化合物で,その結合部分がアミド結合による長鎖状合成高分子から成る繊維。
 ポリクラール( polychlarl ):塩化ビニル単位を質量比で 35 %以上,65 %未満含み,その他の単位として主にビニルアルコール単位を含む長鎖状合成高分子から成る繊維。

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