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レーヨン（ビスコースとも呼ばれる）[ 1 ]は、木材や関連する農産物などの再生セルロースの天然資源から作られる半合成繊維[ 2 ] [ 3 ]です。 [ 4 ]セルロースと同じ分子構造を持っています。レーヨン繊維やフィルムには多くの種類と等級があります。絹、羊毛、綿、麻などの天然繊維の感触や質感を模倣したものもあります。織ったり編んだりして、衣類やその他の用途の繊維製品を作ることができます。[ 5 ] レーヨンの製造には、セルロース繊維の溶解が含まれます。一般的な方法は次の3つです。
フランスの科学者で実業家のイレール・ド・シャルドネ（1838年～1924年）は、最初の商業用半合成繊維であるニトロセルロースレーヨンの初期の開発と商業化により、「レーヨンの父」として知られています。[ 10 ]彼は1885年に製造工程の特許を取得しました。 [ 11 ]レーヨンは当時も今も人工絹という名前でも知られています。
スイスの化学者マティアス・エドゥアルト・シュヴァイツァー（1818～1860）は、セルロースがテトラアンミン銅水酸化物に溶解することを発見した。マックス・フレメリーとヨハン・ウルバンは、 1897年に電球に使用する炭素繊維を製造する方法を開発した。 [ 12 ] 1904年にJPベンベルクが繊維用の銅アンモニウムレーヨンを改良したことで、人工絹は本物の絹に匹敵する製品となった。[ 5 ]
イギリスの化学者チャールズ・フレデリック・クロスと彼の協力者であるエドワード・ジョン・ベバンとクレイトン・ビードルは、1894年に人工絹の特許を取得しました。彼らは、その製造に非常に粘性の高い溶液が中間体として必要であったため、それを「ビスコース」と名付けました。クロスとベバンは、1892年5月に英国特許第8,700号「セルロースおよび関連化合物の溶解の改良」を取得しました。[ 13 ] 1893年には、ライセンスを付与するためにビスコースシンジケートを設立し、1896年にはブリティッシュ・ビスコイド社を設立しました。[ 10 ]
最初の商業用ビスコースレーヨンは、1905年11月に英国のコーテルズ・ファイバーズ社によって製造されました。 [ 14 ]コーテルズ社は、1910年に米国で自社の配合を製造するために、アメリカン・ビスコース（後にアブテックス・ファイバーズとして知られる）という米国部門を設立しました。 [ 15 ]その後10年間、アメリカン・ビスコースは米国で唯一のレーヨン製造業者でした。[ 16 ]
1920年代までに、米国は世界最大のレーヨン生産国となった。[ 16 ] 1929年までに、米国のレーヨン生産量は、2番目に生産量の多いイタリアの2倍以上となった。[ 16 ]米国には6社ほどのレーヨン会社があったが、アメリカン・ビスコース社が米国のレーヨン生産量の半分以上を占めていた。[ 16 ]
レーヨン製造業者が環境への害の少ない製造方法を模索した結果、レーヨン製造法としてリヨセル法が開発されました。[ 17 ]リヨセル法は、1970年代後半にノースカロライナ州アッシュビル近郊の現在は閉鎖されたアメリカン・エンカ繊維工場のチームによって開発され、1979年に従業員のニール・E・フランクスとジュリアナ・K・ヴァルガに画期的な特許が付与されました。[ 18 ]この研究を称え、アメリカ繊維化学者・染色技術者協会（AATCC）は、ニール・E・フランクスにリヨセル発明に対する2003年ヘンリー・E・ミルソン賞を授与しました。[ 19 ] 1966年から1968年にかけて、イーストマン・コダック社のDLジョンソンがNMMO溶液を研究しました。1969年から1979年の10年間、アメリカン・エンカは製造法の商業化を試みましたが、成功しませんでした。[ 17 ]エンカ社内での繊維の運用名は「ニューセル」で、開発はパイロットプラント規模で進められた後、作業は中止された。セルロースをNMMOに溶解する基本的なプロセスは、1981年にクラレンス・マコーズリー3世がアクゾナ社（アクゾの持株会社）のために取得した特許で初めて記述された。[ 17 ] [ 20 ] 1980年代に、この特許はアクゾからコーテルズとレンツィングにライセンス供与された。[ 21 ]この繊維は、1980年代にコーテルズ・ファイバーズによって「テンセル」というブランド名で開発された。1982年に、英国コベントリーに週100kgのパイロットプラントが建設され、1984年には生産量が10倍（週1トン）に増加した。1988年には、英国グリムズビーのパイロットプラントに週25トンの準商業生産ラインが開設された。[ 17 ] [ 22 ]このプロセスは、アラバマ州モービルにあるコーテルズのレーヨン工場で商業化された。[ 23 ] 1993 年 1 月、モービルのテンセル工場は年間 2 万トンのフル生産レベルに達した。この時点でコーテルズはテンセルの開発に 1 億ポンドと 10 年を費やしていた。1993 年のテンセルの収益は 5,000 万ポンドになると推定された。モービルに 2 つ目の工場が計画された。[ 23 ] 2004 年までに生産量は 4 倍の 8 万トンになった。[ 21 ]
レンツィングは1990年にパイロットプラントを開始し[ 17 ] 、1997年にオーストリアのラフニッツタールにあるハイリゲンクロイツの工場で年間12メートルトンの商業生産を開始した[ 17 ] [ 21 ]。2003年に工場が爆発した時点では年間20,000トンを生産しており、年末までに生産能力を倍増させる計画だった[ 24 ] 。2004年にはレンツィングは40,000トン[おそらくメートルトン]を生産していた[ 21 ] 。 1998年、レンツィングとコーテルズは特許紛争で和解した[ 21 ] 。
1998年、コーテルズは競合他社のAkzo Nobelに買収され[ 25 ]、Akzo Nobelはテンセル部門を他の繊維部門と統合してAccordisの傘下に置き、その後プライベートエクイティ会社のCVC Partnersに売却した。2000年、CVCはテンセル部門をLenzing AGに売却し、Lenzing AGはそれを自社の「Lenzing Lyocell」事業と統合したが、ブランド名はTencelのままにした[ 21 ] 。Lenzing AGはモービルとグリムズビーの工場を引き継ぎ、2015年までに年間13万トンの生産量を誇る最大のリヨセル生産者となった[ 17 ] 。
レーヨンは、セルロースを溶解し、その溶液を再び不溶性の繊維状セルロースに変換することによって製造されます。この再生プロセスには様々な方法が開発されてきました。現在、レーヨンを製造する工業的な方法としては、銅アンモニウム法、ビスコース法、リヨセル法などがあります。銅アンモニウム法とビスコース法は1世紀以上にわたって実施されており、中でもビスコース法が生産量の大部分を占めています。
最初のレーヨンは、1884年にルイ・マリー・イレール・ベルニゴーによって作られました。[ 26 ]ベルニゴーのレーヨンは、セルロースから作られたニトロセルロースで、セルロースは綿から得られ、その後、硫酸と硝酸の混合物と反応しました。ニトロ化は次のように起こります。
[C 6 H 7 O 2 (OH) 3 ] n + HNO 3 ↔ [C 6 H 7 O 2 (NO 3 ) 3 ] n + H 2 O。
硫酸は反応で生成された水を吸収するために使用され、ニトロセルロースが残ります。[ 26 ]ニトロセルロースは非常に燃えやすく、ベルニゴーが製品を市場に出すまでにさらに7年の開発が必要でした。ニトロセルロース法は、20世紀初頭までにレーヨンの工業生産において、銅アンモニウム法とビスコース法に完全に取って代わられました。
キュプラアンモニウムレーヨンは、より一般的なビスコース法で作られたレーヨンと似た特性を持っていますが、その製造過程では、セルロースが銅とアンモニア（シュバイツァー試薬）と結合されます。この製造方法の有害な環境影響のため、キュプラアンモニウムレーヨンは米国ではもはや製造されていません。 [ 27 ]このプロセスは時代遅れであると説明されていますが、[ 6 ] 2025年10月現在、日本では1社がキュプラアンモニウムレーヨンを製造しています。[ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]
テトラアンミン硫酸銅(II)も溶媒として使用される。
ビスコース製造法は、セルロースと強塩基との反応を基本とし、得られた溶液を二硫化炭素で処理してキサントゲン酸誘導体を得る。そして、次の工程でキサントゲン酸誘導体をセルロース繊維に再変換する。
ビスコース法ではセルロース源として木材を利用できるのに対し、他のレーヨン製造法ではリグニンを含まないセルロースを原料として必要とする。木材由来のセルロース源を用いることでビスコース法はコストが抑えられるため、従来は他の方法よりも大規模に生産されてきた。一方で、従来のビスコース法では大量の汚染廃水が発生するという問題があった。近年の技術では使用水量を削減し、廃水の水質も改善されている。
ビスコースの原料は主に木材パルプ（竹パルプの場合もある）で、化学的に可溶性化合物に変換されます。その後、溶解して紡糸口金を通して押し出され、フィラメントが生成され、化学的に固化されて、ほぼ純粋なセルロースの繊維になります。[ 32 ]化学物質を慎重に取り扱わないと、ほとんどのレーヨンの製造に使用される二硫化炭素によって作業員が深刻な害を受ける可能性があります。[ 33 ] [ 34 ]
ビスコースを製造するには、パルプを水酸化ナトリウム水溶液（通常質量比で16～19％ ）で処理してアルカリセルロースを生成します。アルカリセルロースの近似式は[C 6 H 9 O 4 −ONa] nです。この材料をある程度解重合させます。解重合速度（熟成または成熟）は温度に依存し、金属酸化物や水酸化物などのさまざまな無機添加剤の存在によって影響を受けます。酸素が解重合を引き起こすため、空気も熟成プロセスに影響を与えます。次に、アルカリセルロースを二硫化炭素で処理してセルロースキサントゲン酸ナトリウムを生成します。[ 5 ]
レーヨン繊維は、熟成させた溶液を硫酸などの鉱酸で処理することによって製造される。この工程では、キサントゲン酸基が加水分解されてセルロースと二硫化炭素が再生される。
再生セルロースの他に、酸性化によって硫化水素（H 2 S）、硫黄、二硫化炭素が生成される。再生セルロースから作られた糸は、残留酸を除去するために洗浄される。次に、硫化ナトリウム溶液の添加によって硫黄が除去され、不純物は次亜塩素酸ナトリウム溶液または過酸化水素溶液による漂白によって酸化される。[ 35 ]
製造は、木材パルプと植物繊維から得られる加工セルロースから始まる。パルプ中のセルロース含有量は87～97％程度であるべきである。
手順: [ 32 ]
リヨセル製法は、セルロース製品をN-メチルモルホリンN-オキシド（NMMO）という溶媒に溶解させることを基本としている。溶解したセルロースは、その後、乾式ジェット湿式紡糸にかけられる。
初期の開発は、1970年代に現在は廃業したアメリカン・エンカ社とコーテルズ・ファイバーズ社で行われ、コーテルズ社は1982年にリヨセル法で週100kgのレーヨンを生産するパイロットプラントを設立した。[ 17 ]レンツィング社のテンセルはリヨセル繊維の一例である。[ 5 ]ビスコース法とは異なり、リヨセル法では毒性の高い二硫化炭素は使用されない。[ 9 ] [ 36 ]「リヨセル」は、セルロース繊維を作るリヨセル法を指す一般名称の商標となっている。[ 37 ]
2018年現在、リヨセル法はビスコース法よりもまだ高価であるため、広くは使用されていない。[ 9 ]
レーヨンは汎用性の高い繊維で、天然繊維と同じ快適性があると広く言われていますが、レーヨン織物のドレープ性や滑らかさはナイロンに近い場合が多いです。シルク、ウール、コットン、リネンの感触や質感を模倣することができます。繊維は幅広い色に簡単に染色できます。レーヨン生地は柔らかく、滑らかで、涼しく、快適で、吸湿性が高いですが、体温を常に保温するわけではないため、高温多湿の気候での使用に最適ですが、手触りはひんやりとして、時には油っぽい感じがすることもあります。[ 38 ]
通常のビスコースレーヨンは、特に濡れた状態では耐久性と外観保持性が低く、また、レーヨンはあらゆる繊維の中で最も弾性回復性が低い。しかし、HWMレーヨン（高湿潤弾性率レーヨン）ははるかに強度が高く、耐久性と外観保持性も優れている。通常のビスコースレーヨンの推奨お手入れ方法はドライクリーニングのみである。HWMレーヨンは洗濯機洗いが可能である。[ 39 ]： 83
通常のレーヨンには縦方向の縞模様（ストリエーション）があり、断面は凹んだ円形です。HWMとキュプラレーヨンの断面はより丸みを帯びています。フィラメントレーヨン糸は、1本あたり80～980本のフィラメントで構成され、太さは40～5000デニールです。ステープル繊維は1.5～15デニールで、機械的または化学的にクリンプ加工されています。レーヨン繊維は本来非常に明るい色をしていますが、光沢を抑える顔料を添加することで、この自然な明るさが抑えられます。[ 39 ]： 82
レーヨンの物理的特性は、1940年代に高強度レーヨンが開発されるまで変化しなかった。さらなる研究開発により、1950年代には高湿潤弾性率レーヨン（HWMレーヨン）が開発され、1955年に米国での生産が開始された。[ 39 ]： 81英国での研究は、政府資金による英国レーヨン研究協会を中心に行われた。
高強度レーヨンは、HWMのほぼ2倍の強度を持つビスコースレーヨンの改良版です。このタイプのレーヨンは、タイヤコードなどの工業用途によく使用されます。[ 27 ]
レーヨンの工業用途は1935年頃に登場した。タイヤやベルトにおいて綿繊維の代替として用いられるようになった工業用レーヨンは、全く異なる特性を持つようになり、中でも引張強度と弾性率が最も重要な特性となった。
ModalはLenzing AGの一般名称化された商標で、製造時に延伸され、分子が繊維に沿って整列する (ビスコース) レーヨンに使用されます。2 つの形態があります。「ポリノシック」と「高湿潤弾性率」(HWM)。 [ 40 ] [ 41 ]高湿潤弾性率レーヨンマーセライズ加工できます。HWM レーヨンは「ポリノシック」とも呼ばれます。ポリノシック繊維は寸法安定性に優れ、多くのレーヨンのように湿潤時に縮んだり、形が崩れたりしません。また、柔らかく絹のような感触を保ちながら、耐摩耗性と強度にも優れています。商標名 Modal で識別されることもあります。 [ 27 ] Modal は、パジャマ、下着、バスローブ、タオル、ベッドシーツなどの衣類や家庭用品に、スパンデックスと一緒に使用されます損傷なくタンブル乾燥できます。 [ 40 ]この生地は、繊維の特性と表面摩擦の低さから、綿よりも毛玉ができにくいことが知られています。 [ 41 ]商標登録されているモダールは、ブナの木のセルロースを紡いで作られており、製造工程で平均して綿の10～20分の1の水しか使用しないため、綿よりも環境に優しい代替品と考えられています。 [ 42 ]
2018年の世界のビスコース繊維生産量は約580万トンで、中国が世界生産量の約65%を占める最大の生産国でした。[ 43 ]レーヨン業界では、製品に含まれるレーヨンの種類を示すために商標名が使用されています。ビスコースレーヨンは、1905年にイギリスのコベントリーでコーテルズ社によって初めて生産されました。
ベンベルグは、JPベンベルグによって開発されたキュプラアンモニウムレーヨンの商標名です。ベンベルグはビスコースとよく似た特性を持ちますが、直径が小さく、感触はシルクに最も近いです。ベンベルグは現在、日本でのみ生産されています。[ 28 ]繊維はビスコースレーヨンよりも細いです。
モダールとテンセルは、レンツィング社が製造する広く使われているレーヨンの一種です。テンセル（一般名：リヨセル）は、わずかに異なる溶剤回収プロセスで製造され、米国連邦取引委員会（FTC）によって別の繊維とみなされています。リヨセルは、イギリスのコーテルズ社グリムズビー工場で初めて商業生産されました。化学反応を起こさずにセルロースを溶解するこのプロセスは、コーテルズ研究所によって開発されました。
ビルラ・セルロース社はレーヨンの大量生産メーカーでもある。同社はインド、インドネシア、中国に工場を所有している。
アコーディスはセルロース系繊維および糸の大手メーカーでした。生産施設はヨーロッパ、米国、ブラジルに点在しています。[ 44 ] [ a ]
VisilレーヨンとHOPE FRは、製造過程で繊維にシリカが埋め込まれた難燃性ビスコースです。
テネシー州のノースアメリカンレーヨンコーポレーションは、2000年に閉鎖されるまでビスコースレーヨンを生産していた。[ 45 ] [ b ]
インドネシアは世界最大のレーヨン生産国の1つであり、同国のアジア太平洋レーヨン（APR）は年間0.24百万トンの生産能力を有している。 [ 46 ]
韓国の研究者らは、土壌埋設物や下水汚泥中の様々な繊維の生分解性を評価した。レーヨンは綿よりも生分解性が高く、綿は酢酸セルロースよりも生分解性が高いことがわかった。レーヨンをベースとした生地は撥水性が高いほど分解が遅くなる。[ 47 ]その後の実験では、リヨセルなどの木材由来の繊維は容易に生分解するが、ポリエステルなどの合成繊維は全く生分解しないことが示された。[ 48 ]シミ（シミの一種）はレーヨンを食べることができるが、試験したレーヨンの重くて滑らかな質感のためか、被害は軽微であることがわかった。[ 49 ]別の研究では、灰色シミが「人工絹を容易に食べた」と述べている。[ 50 ]
2014年の海洋調査では、深海域で見つかった繊維全体の56.9%がレーヨンで、残りはポリエステル、ポリアミド、アセテート、アクリルであることが判明した。[ 51 ] 2016年の研究では、フーリエ変換赤外分光法による海洋環境における天然繊維の識別能力に矛盾があることがわかった。[ 52 ]その後の海洋マイクロファイバーの研究では、綿が最も頻繁に一致し（全繊維の50%）、次いで他のセルロース繊維が29.5%（レーヨン/ビスコース、リネン、ジュート、ケナフ、麻など）であることが判明した。[ 53 ] FTIRスペクトルを使用して天然セルロース繊維と人工セルロース繊維を区別することが困難であったため、海洋繊維に対するレーヨンの具体的な寄与に関するさらなる分析は行われなかった。
レーヨン製造業者と森林破壊との関連性については、ここ数年懸念が持たれてきました。こうした懸念を受け、FSCとPEFCはCanopyPlanetと同じプラットフォーム上でこれらの問題に取り組むことになりました。CanopyPlanetはその後、世界中の人工セルロース製造業者を同じ評価基準で評価する年次報告書「ホットボタンレポート」の発行を開始しました。2020年版の報告書では、こうした製造業者すべてが35点満点で評価され、Birla Cellulose（33点）とLenzing（30.5点）が最高得点を獲得しました。
最も一般的なレーヨン製造方法であるビスコース法では、毒性の高い二硫化炭素が使用されています。[ 54 ]先進国のレーヨン労働者の健康に深刻な害を及ぼしていることは十分に立証されており、[ 55 ] [ 56 ] [ 57 ]排出物はレーヨン工場近隣住民[ 54 ]や家畜の健康にも害を及ぼす可能性があります。[ 58 ]現代の工場（主に中国、インドネシア、インド）における障害発生率は不明です。[ 7 ] [ 34 ]このため、ビスコースレーヨン製造に関して倫理的な懸念が生じています。[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 33 ] 2016年現在、発展途上国に所在する生産施設は、一般的に環境データや労働者の安全データを提供していない。[ 33 ]： 325
2008年時点で、世界の二硫化炭素排出量の大部分はレーヨン生産に由来する。[ 59 ]しかし、英国では1960年代まで被害に関する統計は作成されていなかった。[ 60 ] [ 61 ] [ 62 ] 2004年時点で、 レーヨン1キログラムあたり約250グラムの二硫化炭素が排出される。 [ 63 ]
制御技術により二硫化炭素の回収と再利用が改善され、二硫化炭素の排出量が削減されました。[ 5 ]しかし、法的義務がなく、利益にならない場所では、必ずしもこれらの技術が導入されてきたわけではありません。[ 58 ]
二硫化炭素は揮発性があり、レーヨンが消費者の手に渡る前に失われます。レーヨン自体は基本的に純粋なセルロースです。[ 33 ]
1930年代の研究では、アメリカのレーヨン労働者の30%が二硫化炭素への曝露により深刻な健康被害を受けたことが明らかになった。コーテルズ社はこの情報がイギリスで公表されるのを阻止するために尽力した。[ 8 ]
第二次世界大戦中、ナチス・ドイツの政治犯はクレーフェルトのフリックス・レーヨン工場で劣悪な環境下で働かされた。[ 64 ]ナチスは占領下のヨーロッパ全土で強制労働を使ってレーヨンを生産した。[ 8 ]
1990年代、ビスコースレーヨン製造業者は、環境汚染の過失で訴訟に直面した。排出抑制技術は一貫して使用されてきた。例えば、排出量を約90%削減するカーボンベッド回収は、ヨーロッパでは使用されていたが、米国ではコーテルズ社によって使用されていなかった。[ 58 ]汚染防止と労働者の安全は、生産におけるコスト制限要因になり始めた。
日本はビスコースレーヨン1キログラム当たりの二硫化炭素排出量を（年間約16%）削減したが、中国を含む他のレーヨン生産国では排出量は規制されていない。2004年現在、レーヨン生産量は中国を除いて横ばいか減少傾向にあるが、中国では増加している。。[ 63 ]
レーヨンの生産は主に発展途上国、特に中国、インドネシア、インドへと移転した。[ 7 ] [ 8 ] 2016年現在、これらの工場における障害発生率は不明である。、[ 7 ] [ 34 ]労働者の安全に対する懸念は依然として続いている。 [ 33 ]： 325
関連材料は再生セルロースではなく、セルロースのエステルである。[ 65 ] [ 66 ]
ニトロセルロースはセルロースの誘導体であり、有機溶媒に溶解する性質を持つ。主に爆薬やラッカーとして用いられる。セルロイドをはじめとする初期のプラスチックの多くは、ニトロセルロースから作られていた。
セルロースアセテートはビスコースレーヨンと多くの特性を共有しており、かつては同じ繊維と考えられていました。しかし、レーヨンは耐熱性があるのに対し、アセテートは溶けやすい性質があります。アセテートは手洗いまたはドライクリーニングで丁寧に洗濯する必要があり、タンブル乾燥機で加熱するとアセテート製の衣類は崩壊します。[ 67 ] [ 68 ]現在、米国では衣料品ラベルにこの2つの生地を区別して表示することが義務付けられています。[ 69 ]
セロファンは一般的にビスコース法で作られるが、繊維ではなくシート状に乾燥させる。
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