JP2018127754A - 芯鞘複合繊維およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明において、高吸水性ポリマーとは、水分率が2.0%以上のポリマーを指す。ここで水分率とは、20℃、湿度65%の時点でポリマーが含有する水分量を元に、80℃、真空環境で24hr以上乾燥した後に測定した基準となるポリマー量を用いて算出した値である。高吸水性ポリマーは、水分率が2.0%以上であるものであれば特に限定されず、従来公知のポリマー、あるいは新規に合成されたポリマーを用いることができるが、熱、溶媒等を用いて可塑化することが可能であるポリマーを用いることが好ましい。熱、溶媒等を用いて可塑化することが可能なポリマーとしては、ポリエステル、ポリエーテル、ポリアミド、ビニル系モノマーを重合したポリマーなどを例示することができる。
0.005μm以上の構造周期を有する相分離構造を有していれば、共連続構造を形成する高吸水性ポリマー(B)、低吸水性ポリマー双方が持つ特性を十分に引き出すことが可能になり、吸湿性、放湿性と力学特性のバランスに優れた芯鞘複合繊維を得られる。また、相分離部分が20μm以下の構造周期であれば、構造体として欠陥が少なく、力学的に優れた材料とすることが可能になる。構造周期の値は、用途に合わせて任意に選択することができる。
本発明の芯鞘複合繊維は、一例として、一定の条件下で相溶する高吸水性ポリマー(B)と低吸水性ポリマーとを相溶させてポリマーアロイとする相溶化工程と、相溶した状態のポリマーアロイを鞘部、高吸水性ポリマー(A)を芯部とする繊維を紡糸する紡糸工程と、紡糸した繊維の鞘部の高吸水性ポリマー(B)と低吸水性ポリマーとを相分離させ、固定化する相分離工程とを有する製造方法により製造することができる。
相溶した状態のポリマーアロイを鞘部、高吸水性ポリマー(A)の原料ポリマーを芯部とする繊維を紡糸する紡糸工程と;
紡糸した繊維の鞘部の高吸水性ポリマー(B)と低吸水性ポリマーとを相分離させ、固定化する相分離工程と;
化学的処理を行い、高吸水性ポリマー(A)の原料ポリマーに高吸水性を付与して高吸水性ポリマー(A)とする高吸水性付与工程と;
を有する芯鞘複合繊維の製造方法によっても製造することができる。
〔相溶化工程〕
相溶化工程は、一定の条件下で相溶する高吸水性ポリマー(B)と低吸水性ポリマーを相溶させた状態のポリマーアロイとする工程である。ここでいう「相溶させた状態」とは、光学顕微鏡で高吸水性ポリマー(B)と低吸水性ポリマーの相分離構造が観察されない状態をいう。相分離構造とはいわゆる海島構造や海島の島内に更に海島構造を形成するサラミ構造などのように、高吸水性ポリマー(B)と低吸水性ポリマーとが互いにほぼ全てが混和せず、何らかの構造が見られる状態を指す。高吸水性ポリマー(B)と低吸水性ポリマーは、ポリマー同士のみの混合により相溶させてもよいし、さらに溶媒を加えることにより相溶させてもよい。
紡糸工程は、相溶化工程において相溶した状態のポリマーアロイを鞘部、高吸水性ポリマー(A)あるいはその原料ポリマーを芯部とする繊維を紡糸する工程である。高吸水性ポリマー(A)としては、鞘部に使用する高吸水性ポリマー(B)と同じポリマーを用いてもよいし、異なるポリマーを用いてもよく、用途に応じて適宜選択できる。
高吸水性ポリマー(A)の原料ポリマーとは、芯鞘複合繊維を紡糸した後に、化学的処理によって高吸水性を付与することにより、高吸水性ポリマー(A)に変換し得るポリマーである。ここで化学的処理としては、酸やアルカリといった薬品を用いる方法、電子線、γ線などの放射線を利用する方法など、原料ポリマーの種類に応じて適宜選択される。
相分離工程は、鞘部の高吸水性ポリマー(B)と低吸水性ポリマーとを相分離させ、固定化する工程である。
高吸水性付与工程は、鞘部に高吸水性ポリマー(A)の原料ポリマーを用いた場合において、当該原料ポリマーに化学的処理により高吸水性を付与する工程である。高吸水性付与工程は、通常相分離工程の後に行なわれる。このような化学的処理としては、原料ポリマーの種類に応じ、紡糸工程の説明中で述べた方法を用いることができる。特に酸やアルカリを用いた処理を行う場合には、液浴に酸やアルカリの溶液を満たして、相分離工程後の繊維を浸漬することで処理することが好ましい。処理温度は、芯鞘複合繊維を構成する他ポリマーの特性を大きく損ねない範囲で適宜選択できるが、300℃未満の温度が好ましい。
更に得られた繊維に対して熱処理を行うことで、寸法安定性を付与することもできる。熱処理温度は、低吸水性ポリマーのガラス転移点温度以上の温度であることが、熱処理による寸法安定性付与の効率が良いことから好ましい。また更に低吸水性ポリマーが結晶性ポリマーである場合には、結晶化温度以上かつ融点以下の温度で熱処理を施すことで、低吸水性ポリマーの結晶化によって、より寸法変化の少ない繊維を得ることが可能になる。熱処理温度の上限は特に限定されないが、低吸水性ポリマーが非晶性樹脂である場合には400℃以下、結晶性樹脂である場合は融点以下の温度であると、熱処理に伴う低吸水性ポリマーの分解や流動化を抑止して、糸切れや着色のない繊維を得ることが可能になるため好ましい。熱処理は、従来公知の方法で実施できるが、加熱ロールに接触させる方法、ロール間に設置した液浴、接触式ヒーター、非接触式ヒーターによって加熱する方法のうち、コスト、熱処理効率等を勘案して適宜選択することが好ましい。また熱処理は、前記した方法のうち1つ以上を選択して、前記温度範囲内で複数回実施することも好ましい。
〔共連続構造〕
本発明の芯鞘複合繊維を超薄切片法により電子顕微鏡観察が可能な状態とし、必要に応じて電子染色を施した。得られた観察用試料について、電子線トモグラフィー法により三次元構造を観察した。
本発明の芯鞘複合繊維を試料プレートに挟み込み、CuKα線光源から得られたX線源から散乱角度10度未満の情報が得られるように、光源、試料及び二次元検出器の位置を調整した。二次元検出器から得られた画像データ(輝度情報)から、ビームストッパーの影響を受けている中心部分を除外して、ビーム中心から動径を設け、角度1°毎に360°の輝度値を合算して散乱強度分布曲線を得た。得られた曲線においてピークを持つ位置の散乱角度θより、共連続構造の構造周期を下記の式によって得た。
〔相溶部分〕
芯鞘複合繊維を超薄切片として、必要に応じて電子染色を施し、これを透過型電子顕微鏡で観察した。得られた画像から、1nmより大きい相分離状態が観察されない部分が、一辺が相分離部分の構造周期Lの3倍となる領域以上にわたって観察される部分を、相溶部分と判断した。
芯鞘複合繊維を25℃、湿度65%で24時間以上放置して重量W0を測定する。その後、50℃に設定した真空乾燥機で24時間の乾燥を行い、重量W1を測定する。得られたW0、W1から、吸湿性R(%)を、
R(%)=(W0−W1)/W1×100
の式により算出した。
芯鞘複合繊維の断面を顕微鏡で観察し、芯部の面積をA、鞘部の面積をBとして、A/(A+B)×100(%)として芯比率を算出した。
高吸水性ポリマー(A)として75gのポリビニルアルコール(PVA)(MW2.5万)と425gのジメチルスルホキシド(DMSO)を混合し、均一かつ透明な溶液1を調製した。
高吸水性ポリマー(A)をポリビニルピロリドン(MW4万)へ変更した以外は実施例1と同様の方法で芯鞘複合繊維を得た。得られた繊維の物性を表1に示す。
高吸水性ポリマー(A)をポリエチレングリコール(PEG)(MW4万)へ変更した以外は、実施例1と同様の方法で芯鞘複合繊維を得た。得られた繊維の物性を表1に示す。
溶液1を用いず、溶液2のみを用いて単独の口金から吐出して紡糸を行った以外は、実施例1と同様の方法で繊維を得た。得られた繊維の物性を表1に示す。
溶液1を用いず、溶液2の高吸水性ポリマー(B)を用いず、低吸水性ポリマーを75gに変更したこと以外は、比較例1と同様の方法で繊維を得た。得られた繊維の物性を表1に示す。
高吸水性ポリマー(B)を用いず、低吸水性ポリマーを75gに変更したこと以外は、実施例1と同様の方法で芯鞘複合繊維を得た。得られた繊維の物性を表1に示す。
高吸水性ポリマー(A)の原料ポリマーとして75gのポリ酢酸ビニル(PVAc)(MW2.5万)と425gのジメチルスルホキシド(DMSO)を混合し、均一かつ透明な溶液1を調製した。
高吸水性ポリマー(A)の原料ポリマーとして75gのセルロースアセテート(CA)(MW2万)を用いた以外は、実施例4と同様の方法で芯鞘複合繊維を得た。得られた繊維の物性を表1に示す。
Claims (11)
- 芯部と鞘部からなる芯鞘複合繊維であって、
前記芯部は、水分率2%以上の高吸水性ポリマー(A)を50質量%以上含有し、
前記鞘部が、水分率2%以上の高吸水性ポリマー(B)と、水分率2%未満の低吸水性ポリマーとを含有し、
かつ前記鞘部は、前記高吸水性ポリマー(B)と前記低吸水性ポリマーとが共連続構造を形成する共連続構造部分を有する芯鞘複合繊維。 - 前記鞘部における共連続構造の構造周期が0.005〜20μmである、請求項1記載の芯鞘複合繊維。
- 前記鞘部が、さらに、前記高吸水性ポリマー(B)と低吸水性ポリマーとが相溶状態で固定化された相溶部分を有する、請求項1または2に記載の芯鞘複合繊維。
- 前記相溶部分が、前記鞘部の表面の少なくとも一部を覆うように存在する、請求項3に記載の芯鞘複合繊維。
- 繊維の表面積のうち50%以上が前記相溶部分で覆われている、請求項4に記載の芯鞘複合繊維。
- 前記高吸水性ポリマー(A)および高吸水性ポリマー(B)が、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコールおよびポリプロピレングリコールからなる群より選択されるポリマーである、請求項1〜5のいずれかに記載の芯鞘複合繊維。
- 前記低吸水性ポリマーがポリアクリロニトリル、ポリ酢酸ビニルおよびポリサルフォンからなる群より選択されるポリマーである、請求項1〜6のいずれかに記載の芯鞘複合繊維。
- 維断面における芯部の面積比率が3%〜95%である、請求項1〜7のいずれかに記載の芯鞘複合繊維。
- 一定の条件下で相溶する高吸水性ポリマー(B)と低吸水性ポリマーとを相溶させてポリマーアロイとする相溶化工程と;
相溶した状態のポリマーアロイを鞘部、高吸水性ポリマー(A)を芯部とする繊維を紡糸する紡糸工程と;
紡糸した繊維の鞘部の高吸水性ポリマー(B)と低吸水性ポリマーとを相分離させ、固定化する相分離工程と;
を有する芯鞘複合繊維の製造方法。 - さらに、前記相分離工程を経た繊維に熱処理を行う熱処理工程を有する、請求項9に記載の芯鞘複合繊維の製造方法。
- 一定の条件下で相溶する高吸水性ポリマー(B)と低吸水性ポリマーとを相溶させてポリマーアロイとする相溶化工程と;
相溶した状態のポリマーアロイを鞘部、高吸水性ポリマー(A)の原料ポリマーを芯部とする繊維を紡糸する紡糸工程と;
紡糸した繊維の鞘部の高吸水性ポリマー(B)と低吸水性ポリマーとを相分離させ、固定化する相分離工程と;
化学的処理を行い、高吸水性ポリマー(A)の原料ポリマーに高吸水性を付与して高吸水性ポリマー(A)とする高吸水性付与工程と;
を有する芯鞘複合繊維の製造方法。
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JP2020084397A (ja) * | 2018-11-30 | 2020-06-04 | 東洋紡Stc株式会社 | 紡績性及び吸放湿性に優れた紡績糸及び織編物 |
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JP7253907B2 (ja) | 2018-11-30 | 2023-04-07 | 東洋紡せんい株式会社 | 紡績性及び吸放湿性に優れた紡績糸及び織編物 |
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