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JP3211656B2 - 水溶性繊維処理剤及びその製造方法 - Google Patents

水溶性繊維処理剤及びその製造方法

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JP3211656B2
JP3211656B2 JP08879196A JP8879196A JP3211656B2 JP 3211656 B2 JP3211656 B2 JP 3211656B2 JP 08879196 A JP08879196 A JP 08879196A JP 8879196 A JP8879196 A JP 8879196A JP 3211656 B2 JP3211656 B2 JP 3211656B2
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water
carbon atoms
alkyl group
group
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光雄 浅井
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Publication date
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Priority to US08/818,937 priority patent/US5883185A/en
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、繊維製品等の基材
に撥水性、撥油性、防汚性などを付与するために用いら
れる繊維処理剤に関し、特に環境に悪影響を及ぼすこと
なく、簡便な方法で処理が可能な水溶性繊維処理剤及び
その製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】衣類や
皮革をはじめとする繊維製品に手軽に撥水性を付与させ
る用途で市販されているものに撥水スプレーがある。特
に代表的なものにフッ素樹脂を主成分とする撥水スプレ
ーがある。この撥水スプレーに使用されている溶剤は、
昨今のオゾン層保護をはじめとする環境問題によりフロ
ンから石油系炭化水素溶剤に変更されはじめている。し
かし、この石油系炭化水素溶剤の影響により、一般消費
者が中毒を起こすなどの問題も多発しており、健康問
題、環境問題の観点から有機溶剤を使用しない、より安
全な撥水スプレーの開発が望まれている。
【0003】このような観点から、主成分をシリコーン
−アクリル系グラフト共重合体とし、溶剤をアルコール
系としているもの(特開平7−97770号公報)が提
案されているが、これではフッ素樹脂系のように撥水性
は高くなく、撥油性の付与も不可能であり、また、溶剤
もアルコールなので低毒性ではあるが、臭いが全くない
わけではないという欠点もある。
【0004】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
安全性の面から水に溶解し得、かつ撥水性、撥油性及び
防汚性、更には撥水耐久性にも優れ、保存安定性も高い
水溶性繊維処理剤及びその製造方法を提供することを目
的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結
果、(A)下記一般式(1)のフッ化アルキル基含有ア
ルコキシシラン及び/又はその部分加水分解物と、
(B)下記一般式(2)のアルキル基含有アルコキシシ
ラン及び/又はその部分加水分解物と、(C)下記一般
式(3)のアミノ基含有アルコキシシラン及び/又はそ
の部分加水分解物と、(D)下記一般式(4)のエポキ
シ基含有アルコキシシラン及び/又はその部分加水分解
物とを共加水分解・縮合させることにより得られる反応
生成物を繊維処理剤の有効成分として使用した場合、こ
の反応生成物は撥水成分として有効なフッ化アルキル基
含有シラン化合物自体に水溶性が付与されたもので、水
に容易に溶解すると共に保存安定性も高く、優れた撥水
性等の性能を有し、かつその耐久性も優れており、ま
た、アミノ基の活性水素をエポキシ基含有シラン化合物
により適度に封鎖しているため、処理された繊維表面の
黄変も少ないという利点をも有しており、従来の繊維処
理剤が抱えていた問題点を改良した水溶性の繊維処理剤
が得られることを知見した。またこの場合、上記反応生
成物を得る方法として、(A)成分と(B)成分とを
(部分)共加水分解させた後、(A)成分と(B)成分
との(部分)共加水分解物に(C)成分を縮合反応さ
せ、更に(D)成分を縮合反応させて反応させることに
より、安定して確実に共加水分解・縮合反応生成物を製
造し得ることを知見し、本発明をなすに至ったものであ
る。
【0006】
【化5】
【0007】
【化6】 [式中、R4は炭素数1〜10の1価炭化水素基、R5
炭素数1〜4のアルキル基、R6は炭素数1〜4のアル
キル基を示す。dは0又は1である。]
【0008】
【化7】 [式中、R7及びR8は水素原子、炭素数1〜15のアル
キル基又は炭素数1〜15のアミノアルキル基を示し、
7及びR8は互いに同一でも異なっていてもよい。R9
は炭素数1〜18の2価炭化水素基、R10は炭素数1〜
4のアルキル基、R11は炭素数1〜4のアルキル基を示
す。eは0又は1である。]
【0009】
【化8】 [式中、Qはエポキシ基を有する脂肪族又は脂環式の1
価炭化水素基、R12は酸素原子を含んでいてもよい2価
炭化水素基、R13は炭素数1〜4のアルキル基、R14
炭素数1〜4のアルキル基を示す。fは0又は1であ
る。]
【0010】従って、本発明は、上記(A)成分と
(B)成分と(C)成分と(D)成分とを共加水分解・
縮合させることにより得られる反応生成物を水に溶解し
てなることを特徴とする水溶性繊維処理剤、及び、
(A)成分と(B)成分とを(部分)共加水分解させた
後、(A)成分と(B)成分との(部分)共加水分解物
に(C)成分を縮合反応させ、更に(D)成分を縮合反
応させて共加水分解・縮合反応生成物を得ることを特徴
とする上記水溶性繊維処理剤の製造方法を提供する。
【0011】以下、本発明につき更に詳しく説明する
と、本発明で用いる(A)成分のフッ化アルキル基含有
アルコキシシランは、下記一般式(1)で表わされるも
のである。
【0012】
【化9】
【0013】ここで、上記エーテル結合を1個以上含ん
でいてもよいポリフルオロアルキル基において、ポリフ
ルオロアルキル基としては下記のものが例示される。
【0014】
【化10】
【0015】また、上記式(1)のシランとしては、下
記のものを例示することができるが、これらに限定され
るものではない。
【0016】
【化11】
【0017】なお、上記化合物の中では、特に C81724Si(OCH3381736Si(OCH33 が好ましく使用される。
【0018】本発明において、(A)成分としては、上
記シランの他に上記シランの部分加水分解物を用いるこ
とができる。但しこの場合、少なくとも1個は加水分解
性基が残存している必要がある。所望により、各種シラ
ン混合物を使用してもよいし、混合シランの部分加水分
解物であってもよい。
【0019】次に、(B)成分のアルキル基含有アルコ
キシシランは、下記一般式(2)で表わされるものであ
る。
【0020】
【化12】 [式中、R4は炭素数1〜10の1価炭化水素基、R5
炭素数1〜4のアルキル基、R6は炭素数1〜4のアル
キル基を示す。dは0又は1である。なお、1価炭化水
素基としては、アルキル基、アルケニル基、アリール
基、アラルキル基やこれらのハロゲン置換体などが挙げ
られるが、特にはアルキル基が好ましい。]
【0021】このような式(2)のシランとしては、下
記のものを例示することができるが、これらに限定され
るものではない。
【0022】C1021Si(OCH33817Si(OCH33613Si(OCH331021Si(CH3 (OCH32817Si(CH3 (OCH32613Si(CH3 (OCH32 (CH32Si(OCH32 (CH32Si(OC252 これらの中では、特に C1021Si(OCH331021Si(CH3 (OCH32 (CH32Si(OCH32 が好適に用いられる。
【0023】本発明においては、(B)成分として上記
シランの他に上記シランの部分加水分解物も使用し得
る。
【0024】(C)成分のアミノ基含有アルコキシシラ
ンは、下記一般式(3)で表わされるものである。
【0025】
【化13】 [式中、R7及びR8は水素原子、炭素数1〜15、好ま
しくは1〜4のアルキル基又は炭素数1〜15、好まし
くは1〜6のアミノアルキル基を示し、R7及びR8は互
いに同一でも異なっていてもよい。R9は炭素数1〜1
8、好ましくは1〜6のアルキレン基、アリーレン基、
アルキルアリーレン基などの2価炭化水素基、R10は炭
素数1〜4のアルキル基、R11は炭素数1〜4のアルキ
ル基を示す。eは0又は1である。]
【0026】このような式(3)のアミノ基含有アルコ
キシシランの具体例としては下記のものが挙げられる
が、これらに限定されるものではない。
【0027】H2N(CH22Si(OCH332N(CH22Si(OC253 CH3NH(CH22Si(OCH33 CH3NH(CH22Si(OC2532N(CH22SiCH3(OCH322N(CH22SiCH3(OC252 CH3NH(CH22SiCH3(OCH32 CH3NH(CH22SiCH3(OC2522N(CH23Si(OCH332N(CH23Si(OC253 CH3NH(CH23Si(OCH33 CH3NH(CH23Si(OC2532N(CH23SiCH3(OCH322N(CH23SiCH3(OC252 CH3NH(CH23SiCH3(OCH32 CH3NH(CH23SiCH3(OC2522N(CH22NH(CH23Si(OCH332N(CH22NH(CH23Si(OC253 CH3NH(CH22NH(CH23Si(OCH33 CH3NH(CH22NH(CH23Si(OC2532N(CH22NH(CH23SiCH3(OCH322N(CH22NH(CH23SiCH3(OC25
2 CH3NH(CH22NH(CH23SiCH3(OCH
32 CH3NH(CH22NH(CH23SiCH3(OC2
52 これらの中では、特に H2N(CH23Si(OCH332N(CH23SiCH3(OCH322N(CH22NH(CH23Si(OCH33 が好適に用いられる。
【0028】本発明においては、(C)成分として上記
シランの部分加水分解物も使用し得る。
【0029】また、(D)成分のエポキシ基含有アルコ
キシシランは、下記一般式(4)で表わされるものであ
る。
【0030】
【化14】
【0031】このような式(4)のエポキシ基含有アル
コキシシランの具体例としては下記のものが挙げられる
が、これらに限定されるものではない。
【0032】
【化15】
【0033】本発明においては、(D)成分として上記
シランの他に上記シランの部分加水分解物も使用し得
る。
【0034】本発明の水溶性繊維処理剤は、上記(A)
成分と(B)成分と(C)成分及び(D)成分との共加
水分解・縮合反応生成物を主剤とし、水に溶解させたも
のである。
【0035】これら(A)成分と(B)成分と(C)成
分及び(D)成分の反応生成物は、(A)〜(D)成分
を好ましくは有機酸や無機酸の存在下に共加水分解・縮
合させることにより得ることができるが、安定性の点か
ら最初の(A)成分と(B)成分とを有機酸或いは無機
酸の存在下、部分共加水分解し、この(A)成分と
(B)成分との部分共加水分解物と(C)成分とを反応
させ、最後に(D)成分を反応させることによって得る
ことが好ましい。
【0036】(A)成分と(B)成分とを共加水分解す
る際に使用される有機酸及び無機酸としては、塩酸、硫
酸、メタンスルホン酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、ク
エン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、マ
ロン酸、こはく酸、グルタル酸、シュウ酸、マレイン酸
等から選ばれる少なくとも1種又は2種以上の酸が用い
られるが、特に好適なものは酢酸、プロピオン酸であ
る。この酸の使用量は、(A)成分と(B)成分との総
量100重量部に対して5〜400重量部、特に10〜
350重量部が好ましく、この酸の使用量が5重量部よ
り少ないと加水分解の進行が遅く、また、組成物の水溶
液の安定性が悪化する場合がある。この場合、水に溶解
した際に系内がpH7〜3になるような量の酸触媒を調
整して加えることが特に好適である。
【0037】共加水分解の際は、溶剤で希釈した状態で
行うことが好ましい。溶剤としては、アルコール系溶剤
が好適であり、メタノール、エタノール、1−プロパノ
ール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノ
ール、3−ブタノール及び2−メチル−2−ブタノール
が好適である。特に好ましくは3−ブタノールである。
【0038】この溶剤の使用量は、(A)成分と(B)
成分との総量100重量部に対して100〜500重量
部、特に200〜400重量部が好ましい。この溶剤の
使用量が100重量部より少ないと縮合が進んでしまう
場合があり、また、500重量部を超えると加水分解に
時間がかかってしまう場合がある。
【0039】また、(A)成分と(B)成分とを共加水
分解させるために加える水量は(A)成分と(B)成分
の総モル量に対し1〜3倍モル量、特に1.25〜2.
5倍モル量が好適である。加える水量が1倍モル量より
少ないとアルコキシ基が多く残存する場合があり、ま
た、3倍モル量を超えると縮合が進行しすぎる場合があ
る。
【0040】上記(A)成分と(B)成分とを共加水分
解させる際の反応条件は、反応温度10〜100℃、好
ましくは60〜90℃がよく、反応時間は1〜3時間で
加水分解反応させることがよい。
【0041】なお、(A)成分と(B)成分との混合比
率は、1:0.05〜1:0.5、特に1:0.08〜
1:0.2のモル比となる範囲が好ましい。(B)成分
のモル比が0.05より小さいと耐久性が悪化する場合
があり、また、0.5よりも大きいと水溶性が悪化した
り、撥油性が悪化する場合がある。
【0042】このようにして共加水分解された(A)成
分と(B)成分との反応生成物を、次に(C)成分と連
続的に縮合反応させるが、この場合、(A)成分と
(B)成分の合計量と(C)成分とのモル比が1:0.
5〜1:20、特に1:1〜1:10になるように
(C)成分を反応させることが好ましい。(C)成分の
モル比が0.5より小さいと水溶性が悪化する場合があ
り、また、20を超えると撥水性能が悪化したり、処理
した繊維の変色が激しくなる場合がある。
【0043】この(C)成分を反応させる際の反応条件
は、反応温度60〜100℃、反応時間1〜3時間が好
ましい。
【0044】更に、この(A),(B)及び(C)成分
の反応生成物に(D)成分を連続して縮合反応させる。
この場合、反応させた(C)成分と(D)成分とのモル
比が1:0.8〜1:2、特に1:1〜1:1.5とな
るように(D)成分を反応させることが好ましい。
(D)成分のモル比が0.8より小さいと処理した繊維
が変色する場合があり、また、2より大きいと水溶性が
悪化する場合がある。
【0045】この(D)成分を反応させる際の反応条件
は、反応温度60〜100℃、反応時間1〜3時間が好
ましい。
【0046】本発明の水溶性繊維処理剤は、主剤として
上記(A)〜(D)成分の反応生成物を有効成分とする
ものであるが、この反応生成物の濃度が0.1〜10重
量%、特に1〜3重量%となるように、即ち、水の濃度
が99.9〜90重量%、特に99〜97重量%となる
ように水で希釈して使用することが好ましい。水の濃度
が99.9重量%を超えると、本来の性能が発揮されな
いだけでなく、多量に塗布しなければならない場合があ
る。また、90重量%未満の場合は保存安定性が悪くな
る場合がある。
【0047】本発明の水溶性繊維処理剤には、本発明の
効果を損わない範囲で水溶液の安定性向上のために界面
活性剤やアルコール等の公知の添加剤を添加してもよ
い。またAl,Sn及びZn等の金属系硬化触媒も場合
によっては添加してもよい。
【0048】このようにして得られた水溶性繊維処理剤
は、通常の方法、例えば浸漬又はスプレー塗布などの簡
便な方法によって、天然もしくは合成の繊維、織物、皮
革、紙等に処理して乾燥するだけで、これらの被処理物
に良好な撥水性、撥油性を付与することができる。
【0049】
【発明の効果】本発明の水溶性繊維処理剤は、主剤のフ
ッ化アルキル基含有シラン化合物自体に水溶性が付与さ
れ、優れた水溶性と保存安定性を有している。また水系
なので、環境に悪影響を与えない上、付与される撥水性
の耐久性も良好で、繊維の黄変も少ない。更に、本発明
の製造方法によれば、主剤の反応生成物を安定して製造
し得る。
【0050】
【実施例】以下、合成例、実施例及び比較例を示し、本
発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制
限されるものではない。
【0051】〔合成例1〕(実施例1品) 撹拌器、冷却器、温度計及び滴下ロートを備えた1リッ
トルの四つ口フラスコにC817(CH22Si(OC
33115g(0.202モル)、(CH32Si
(OCH322.4g(0.020モル)、3−ブタノ
ール400g、酢酸12.2g(0.202モル)及び
水5.4g(0.3モル)を入れて撹拌し、3−ブタノ
ールが還流するまで加熱した。そのまま2時間反応後、
滴下ロートによりN2H(CH23Si(OCH33
6.2g(0.202モル)を滴下し、3−ブタノール
還流下に1時間反応後、更に滴下ロートにより下記式
(5)で表わされる化合物47.6g(0.202モ
ル)を滴下し、3−ブタノール還流下で1時間反応さ
せ、淡黄色透明溶液を得た。
【0052】
【化16】
【0053】〔合成例2〕(実施例2品) 上記式(5)の化合物の代わりに下記式(6)の化合物
44.4g(0.202モル)を使用する以外は合成例
1と同様の反応操作により淡黄色透明溶液を得た。
【0054】
【化17】
【0055】〔合成例3〕(比較品) 撹拌器、冷却器、温度計及び滴下ロートを備えた1リッ
トルの四つ口フラスコにC817(CH22Si(OC
33115g(0.202モル)、(CH32Si
(OCH322.4g(0.020モル)、3−ブタノ
ール400g、酢酸12.2g(0.202モル)及び
水5.4g(0.3モル)を入れて撹拌し、3−ブタノ
ールが還流するまで加熱した。そのまま2時間反応後、
滴下ロートによりN2H(CH23Si(OCH33
6.2g(0.202モル)を滴下し、3−ブタノール
還流下に1時間反応後、淡黄色透明溶液を得た。
【0056】〔実施例1,2、比較例〕合成例1〜3で
得られた生成物の有効成分が2重量%となるようにそれ
ぞれ水で希釈し、水溶性繊維処理剤を調製した。この水
溶性繊維処理剤を室温下で1ヶ月放置したが変化はなか
った。
【0057】この処理剤をポリエステル繊維タフタ、ナ
イロンタフタ及び綿ブロードに霧吹きで吹き付け、1日
風乾し、乾燥したものに下記に示すスプレー方式の撥水
試験(JISL−1092−1986)及び撥油試験
(AATCC−TM118−1966)を行った。ま
た、各試料の水及びヘキサデカンの接触角の測定も行っ
た。その評価結果を表1〜3に示す。撥水試験 試料の表面から、スプレーによって水を噴霧した時の状
態で撥水性を判定した。 0 :表面及び裏面が全体に湿潤するもの 5 :表面のみが全体に湿潤するもの 70 :表面の半分が湿潤し、小さな個々の水滴が布を
浸透する状態を示すもの 80 :表面が小さな個々の水滴によって湿潤するもの 90 :表面の湿潤は認められないが、小さい水滴が付
着するもの 100:表面に湿潤や水滴の付着がないもの撥油試験 表面張力の異なった炭化水素化合物の直径4mm程度の
液滴をスポイドで試料表面に3ヶ所置き、30秒後の浸
透状態により判定を行った。 撥油度8:表面張力20.0dyn/cmのN−ヘプタ
ンで浸透しないもの 撥油度7:表面張力21.8dyn/cmのN−オクタ
ンで浸透しないもの 撥油度6:表面張力23.5dyn/cmのN−デカン
で浸透しないもの 撥油度5:表面張力25.0dyn/cmのN−ドデカ
ンで浸透しないもの 撥油度4:表面張力26.7dyn/cmのN−テトラ
デカンで浸透しないもの 撥油度3:表面張力27.3dyn/cmのN−ヘキサ
デカンで浸透しないもの 撥油度2:表面張力29.6dyn/cmのN−ヘキサ
デカン/ヌジョール=35/65(重量%/重量%)混
合液で浸透しないもの 撥油度1:表面張力31.2dyn/cmのヌジョール
で浸透しないもの 撥油度0:撥油度1に及ばないもの接触角測定 水及びヘキサデカンの接触角を測定した。基材表面の異
なる5ヶ所で測定を行い、最大値と最小値を切り捨てた
ものの平均値を示す。
【0058】
【表1】
【0059】
【表2】
【0060】
【表3】
【0061】次に、上記の各処理液について、下記の方
法でその黄変度を調べたところ表4に示す結果が得られ
た。黄変度の測定方法 蛍光増白剤(ミカホワイトKNTconc)で処理した
綿ブロードを処理液に浸漬し、ヘンキングマシンを用い
て100℃で2分間乾燥後、150℃で2分間加熱処理
を行った。次に得られた処理布をアイロンを用いて20
0で30秒間加熱して、その加熱前後の処理布の色調を
測色色度計を用いて黄変度を測定した。
【0062】
【表4】 *b値は、処理布の色調を測色色度計(日本電子工業社
製、モデルND−101D)を用いて測定して得られる
数値のうち、黄色(+)−青(−)の色調変化を示す数
値である。
【0063】更に、上記の各処理液をポリエステル繊維
タフタに霧吹きにて処理し、100℃で2分間、150
℃で更に2分間処理し、乾燥させたものについて下記の
方法で撥水性の耐久性を調べたところ、表5に示す結果
が得られた。撥水性の耐久性試験方法 水1リットルに対してアルキルベンゼンスルホン酸ソー
ダ5g及び炭酸ソーダ2gの割合で添加した洗浴中に処
理済の布を入れ、浴比1:100で家庭用電気洗濯機を
使用し、水温50℃で15分間洗濯した後、スプレー方
式の撥水試験を行った。
【0064】
【表5】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 一戸 省二 群馬県碓氷郡松井田町大字人見1番地10 信越化学工業株式会社 シリコーン電 子材料技術研究所内 (56)参考文献 特開 平5−331455(JP,A) 特開 平4−106157(JP,A) 特開 平5−86197(JP,A) 特開 平1−83085(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 77/04 - 77/398 D06M 15/643 - 15/657

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)下記一般式(1)で表わされるフ
    ッ化アルキル基含有アルコキシシラン及び/又はその部
    分加水分解物と、 【化1】 (B)下記一般式(2)で表わされるアルキル基含有ア
    ルコキシシラン及び/又はその部分加水分解物と、 【化2】 [式中、R4は炭素数1〜10の1価炭化水素基、R5
    炭素数1〜4のアルキル基、R6は炭素数1〜4のアル
    キル基を示す。dは0又は1である。] (C)下記一般式(3)で表わされるアミノ基含有アル
    コキシシラン及び/又はその部分加水分解物と、 【化3】 [式中、R7及びR8は水素原子、炭素数1〜15のアル
    キル基又は炭素数1〜15のアミノアルキル基を示し、
    7及びR8は互いに同一でも異なっていてもよい。R9
    は炭素数1〜18の2価炭化水素基、R10は炭素数1〜
    4のアルキル基、R11は炭素数1〜4のアルキル基を示
    す。eは0又は1である。] (D)下記一般式(4)で表わされるエポキシ基含有ア
    ルコキシシラン及び/又はその部分加水分解物と 【化4】 [式中、Qはエポキシ基を有する脂肪族又は脂環式の1
    価炭化水素基、R12は酸素原子を含んでいてもよい2価
    炭化水素基、R13は炭素数1〜4のアルキル基、R14
    炭素数1〜4のアルキル基を示す。fは0又は1であ
    る。]を共加水分解・縮合させることにより得られる反
    応生成物を水に溶解してなることを特徴とする水溶性繊
    維処理剤。
  2. 【請求項2】 (A)成分と(B)成分とを(部分)共
    加水分解させた後、(A)成分と(B)成分との(部
    分)共加水分解物に(C)成分を縮合反応させ、更に
    (D)成分を縮合反応させて請求項1記載の共加水分解
    ・縮合反応生成物を得ることを特徴とする請求項1記載
    の水溶性繊維処理剤の製造方法。
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