JP6396771B2 - 極細径繊維不織布の製造方法 - Google Patents
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メルトブロー法、海島型混合紡糸法は、溶融紡糸が可能なポリマーに対して適応される方法である。
これらの方法以外に、爆裂紡糸技術によるポリマー溶液からの糸の製造方法が知られている(特許文献3)。これは、ラバル管によって高速に加速された気流によって促進されるポリマー溶液の爆裂によって紡糸を行う方法であり、その生産性はエレクトロスピニング法に比べて一般に高い。
(a)不織布を構成する繊維の平均繊維直径が0.1〜5μm
(b)不織布の平均見掛け密度が0.05〜2.0g/cm3
(c)不織布の平均空隙径が0.1〜30μm、最大空隙径が50μm以下
(d)繊維太径部・塊部量が不織布中の10%以下
(e)X線回折から求めた該不織布を構成する繊維の結晶化度が40%以下
本発明の極細径繊維不織布は、極細径繊維からなり、熱圧処理による成形加工性を有する不織布で、該不織布が後述する(a)〜(e)を満足することを特徴とし、これにより、均質な構造となり、フィルターや吸着材、電池、キャパシタ用のセパレータなどとして、優れた性能を発揮することができる。以下、(a)〜(e)の要件について詳述する。
なお、本発明の不織布を構成する連続繊維の平均繊維直径は、不織布表面の電子顕微鏡写真で確認することのできる繊維の直径を意味し、任意に100本の繊維を選びその巾を計測して平均することにより平均繊維直径を求めることができる。
かかるアラミドポリマーとしては、ポリパラフェニレンテレフタルアミド、コポリパラフェニレン−3,4’オキシジフェニレン−テレフタルアミド、ポリメタフェニレンテレフタルアミド、ポリメタフェニレンイソフタルアミドなどが好ましく選択される。
その中でも、溶融性ポリマーで行われているメルトブロー技術を改良した、効果的に細繊化する技術(US6013223)が、本発明の不織布を製造するのに好ましく、本製造方法によれば、ポリマー溶液を吐出させる紡糸装置のノズルの同心円上に設置された圧空吐出孔から圧空を吐出させて、ポリマー溶液を伸張し細化させることができ、前記の結晶化度に制御することが可能となる。
このような無機塩は必要に応じて添加することもあるが、溶液調製プロセス(例えば重合体製造プロセス)で必然的に生成するものであってもかまわない。無機塩の含有量は、アラミドポリマーを基準として45重量%以下、好ましくは20重量%以下、より好ましくは10重量%以下である。
具体的には、図1に示すように、ダイ1によって適切な温度に温調されたキャビティー2に付属した紡糸ノズル3にポリマー溶液を供給する。こうしてノズル内管9を通ったポリマー溶液10は、ポリマー吐出孔の外側に設置されたガス吐出口7から噴出したガスによって、効果的に加速され、細化される。
ここで、ポリマー溶液の吐出量、ポリマー溶液を伸張し細化させる圧空吐出量は、得ようとする不織布の繊維径、空隙径など不織布形体により適宜選択できる。即ち、不織布を構成する繊維の繊維径を小さくしたり、不織布の空隙径を小さくする場合は、ポリマー溶液の吐出量を少なくし、または圧空吐出量を多くし、一方、不織布を構成する繊維の繊維径を大きくしたり、不織布の空隙径を大きくする場合は、ポリマー溶液の吐出量を多くし、または圧空吐出量を少なくする必要がある。このように、所望の特性を得るために適度にバランスさせた製造条件の設定が必要である。
本発明において、不織布の目付は、ノズルからのポリマー溶液吐出量と捕集面の移動速度(ベルト速度)によって決定され、使用する目的によって適宜調整することができる。
不織布の表面を走査型電子顕微鏡JSM6330F(JEOL社製)にて、倍率1000倍で観察し、繊維100本を任意に選出して測長した。
JIS L 1906の単位面積当りの重量試験方法に準じて測定を行った。
小野測器 デジタルリニアゲージDG−925(測定端子部の直径1cm)を用い、任意に選択した20箇所において厚さを測定し、平均値を求めた。
(目付)/(厚み)から算出し、単位容積あたりの重量を求めた。
不織布の空隙径は、STM−F−316記載のバブルポイント法およびミーンフロー法により、平均空隙径、最大空隙径を求めた。単位はそれぞれμmである。
JIS K 7121、または、JIS K 7120に準じ、示差走査熱量測定により得られるDSC曲線の融解ピークの頂点の温度、もしくは、熱重量測定より得られるTG曲線にて、試料の重量減少が始まる温度から求めた。
JIS L 1906に準じて、無緊張の状態で、200℃×15分熱処理後の不織布の乾熱収縮率を求めた。
特開2001−50902号公報に記載されている方法を参考にして、次のようにして不織布中の繊維太径部・塊部量を求めた。
(1)光学顕微鏡(キーエンス製、VHX−900)にて、光源から被測定物(不織布試料)に対して光を照射し、被測定物(不織布試料)を50倍の倍率で撮影する。
(2)上記方法で撮影した画像において、照射された光のうち、被測定物の繊維径および塊の大きさが50μm以上の繊維太径部・塊部において反射された反射光を受光素子によって受光して輝度情報を取得する。
(3)こうして得られた輝度情報から、繊維太径部・塊部の面積を求め、不織布中の繊維太径部・塊部量を次の式により算出する。
不織布中の繊維太径部・塊部量(%)=(繊維太径部・塊部の面積/撮影した画像の全面積)×100
(4)任意に選択した10箇所において不織布中の繊維太径部・塊部量を測定し、それらの平均値を求めた。
X線回折装置(D8 DISCOVER with GADDS Super Speed、Bruker AXS社製)を用い、2θ=10〜40°の範囲の測定を行った。この際、試料の全方向のプロファイルを測定した。Hindelehら(A.M.Hideleh and D.J.Johnson,Polymer,19,27(1978))の方法に従い、市販のメタアラミドの全方位回折曲線を基にピーク分離し、分離後の結晶性ピーク強度の全ピーク強度に対する割合から求めた。なお、結晶性ピークは、高度に結晶化されている市販のアラミド繊維もしくはポリエステル繊維の回折強度曲線のピーク位置を基準とした。
不織布の長手方向および短手方向の2つの方向について、A4サイズにサンプルを裁断し、凹凸型の金型に挟み込み、100℃、1分間で熱処理した後、室温で1分間放置した場合に、凹部を形成する角度を分度器で計測し、90〜120度であれば成形加工性を○、120度を越えれば成形加工性を×とした。
JIS P 8113に準拠し、不織布の引張強度試験を行い、長手方向の引張強度を短手方向の引張強度で除して、値を求めた。
特公昭47−10863号公報記載の方法に準じた界面重合法により製造した固有粘度(IV)=1.35のポリメタフェニレンイソフタルアミド粉末(帝人製、1.38g/cm3)20重量部を、0℃に冷却したジメチルアセトアミド(DMAc)80重量部中に投入し、スラリー状にした後、40℃まで昇温して溶解させ、ポリマー溶液を得た。
上記のポリマー溶液を、ギアポンプを使ってUS6013223の紡糸装置に120g/minで供給し、紡糸温度40℃とし、10m3/minで圧空を供給して紡糸を行った。ここで、US6013223の紡糸装置は、ポリマー溶液吐出孔の孔径が0.3mmで、ポリマー溶液吐出ノズルが、100×5列の配列で500本が、5mmピッチで等間隔となるように配置されたものを使用した。
凝固液として温度を30℃に温調された水を使用し、一対のフラットスプレーノズルに供給した水は5L/minとした。
得られた不織布を金属製カレンダーロールにて温度150℃、設定線圧50kg/cmで熱処理し、上下ロール間のクリアランスを設けることによって、任意に線圧を調整し、表2記載の厚みの不織布を得た。次いで、不織布の平均繊維径、見掛け密度、空隙率、繊維の融点、200℃での乾熱収縮率、不織布中繊維太径・塊部量、不織布の繊維の結晶化度、不織布の長手方向の引張強度と短手方向の引張強度の比、および熱圧成形加工性を評価し、評価結果を表2にまとめた。
凝固液供給スプレーノズルの噴射角度、糸条−凝固液接触位置、凝固液量を表1のように変えた以外は、実施例1と同様の方法で紡糸を行い、表1記載の繊維構成、目付の不織布を得た。得られた不織布を金属製カレンダーロールにて温度180℃、設定線圧50kg/cmで熱処理し、上下ロール間のクリアランスを設けることによって、任意に線圧を調整し、表2記載の厚みの不織布を得た。次いで、不織布の平均繊維径、見掛け密度、空隙率、繊維の融点、200℃での乾熱収縮率、不織布中繊維太径・塊部量、不織布の繊維の結晶化度、不織布の長手方向の引張強度と短手方向の引張強度の比、および熱圧成形加工性を評価し、評価結果を表2にまとめた。
不織布を金属製カレンダーロールにて温度400℃、設定線圧100kg/cmで熱処理した以外は、実施例1と同様の方法で不織布試料を作製した。次いで、不織布の平均繊維径、見掛け密度、空隙率、繊維の融点、200℃での乾熱収縮率、不織布中繊維太径・塊部量、不織布を構成する繊維の結晶化度、不織布の長手方向の引張強度と短手方向の引張強度の比、および熱圧成形加工性を評価し、評価結果を表2にまとめた。
繊維長51mm、繊維径14μmのポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維(帝人株式会社製、コーネックス)からなる短繊維をカードで紡出し、針密度150本/cm2のニードルパンチ加工処理をし、厚み100μm、目付40g/m2の不織布である繊維構造体を得た。次いで、不織布の平均繊維径、見掛け密度、空隙率、繊維の融点、200℃での乾熱収縮率、不織布中繊維太径・塊部量、不織布を構成する繊維の結晶化度、不織布の長手方向の引張強度と短手方向の引張強度の比、および熱圧成形加工性を評価し、評価結果を表2にまとめた。
2:キャビティー
3:紡糸ノズル
4:紡糸口金
5:ガスキャビティー
6:吸気口
7:ガス吐出口
8:ガスの流れ
9:ノズル内管(キャピラリ)
10:ポリマー溶液
11:凝固液供給ノズル
12:凝固液
14:大気
15:ポリマー
16:プレート
Claims (6)
- 極細径繊維からなり、熱圧処理による成形加工性に優れた不織布の製造方法であって、該極細径繊維が、ポリマー溶液を、細径を有する吐出孔より吐出し、ポリマー溶液を吐出させる紡糸装置のノズルの同心円上に設置された圧空吐出孔から圧空を吐出させて、ポリマー溶液を伸張または細径化させた後、凝固液を扇状に噴射させることができるフラットパターンノズルを用いて凝固液が扇状を形成する角度を30〜140度とし、凝固液と接触させることによって、これを固化してなる繊維であり、該不織布が下記(a)〜(e)を全て満足することを特徴とする極細径繊維不織布の製造方法。
(a)不織布を構成する繊維の平均繊維直径が0.1〜5μm
(b)不織布の平均見掛け密度が0.05〜2.0g/cm3
(c)不織布の平均空隙径が0.1〜30μm、最大空隙径が50μm以下
(d)繊維太径部・塊部量が不織布中の10%以下
(e)X線回折から求めた該不織布を構成する繊維の結晶化度が40%以下 - 不織布の長手方向の引張強度が、短手方向の引張強度の0.2〜5倍であることを特徴とする請求項1記載の極細径繊維不織布の製造方法。
- 極細径繊維の融点もしくは熱分解温度が300℃以上である請求項1または2に記載の極細径繊維不織布の製造方法。
- 極細径繊維がポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維である請求項1〜3のいずれかに記載の極細径繊維不織布の製造方法。
- 極細径繊維がポリパラフェニレンテレフタラアミド繊維、またはコポリパラフェニレン3,4’−オキシジフェニレンテレフタラアミド繊維である請求項1〜3のいずれかに記載の極細径繊維不織布の製造方法。
- 不織布の200℃での乾熱収縮率が2%以下である請求項1〜5のいずれかに記載の極細径繊維不織布の製造方法。
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