CN111051584A - 聚乙烯醇类纤维 - Google Patents

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Abstract

聚乙烯醇类纤维由聚乙烯醇类聚合物和层状硅酸盐构成。相对于聚乙烯醇类聚合物100质量份，层状硅酸盐的比例为30～400质量份，纤维溶胀度为200～600％。

Description

聚乙烯醇类纤维
技术领域
本发明涉及含有层状硅酸盐的聚乙烯醇类纤维。
背景技术
层状硅酸盐是大量存在于地球表层的粘土矿物的主要成分，其被广泛用作化妆品、纸等的填充剂，特别是，由于其具有优异的吸附性，因此例如作为用于吸附并去除处理液中含有的被吸附物的吸附剂加以使用。
例如，提出了使用层状硅酸盐作为用于吸附并去除水中的污染物(铯等)的吸附剂的净化水的方法(参照专利文献1)。例如，提出了使用以含水铝硅酸盐为主要成分的粘土矿物或者其提纯物作为用于吸附并去除存在于废油(食用油)中的食品残渣、溶出成分的吸附剂(无机物粉体)的净化油的方法(参照专利文献2)。
但是，在上述专利文献1、2所记载的方法中，为了获得充分的吸附性，就需要使用微粒状(粉体状)的层状硅酸盐，因此在用作吸附剂时，操作性差，吸附剂的回收工序变得复杂。
此外，提出了将含有热塑性高分子化合物和用于吸附臭气的吸附剂的纤维原料经过纺丝形成纤维状而制成的吸附剂(除臭剂)。并且，记载了下述内容，即：通过使用这样的吸附剂，能够长期保持较高的除臭效率(例如参照专利文献3)。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2013－696号公报
专利文献2：日本专利第2959975号公报
专利文献3：日本特开平2－157040号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
不过，在上述专利文献3所记载的纤维中，由于吸附剂被疏水性聚合物覆盖住，因此例如在水溶液中使用该吸附剂的情况下，存在无法充分发挥吸附性的问题。
用以解决技术问题的方法
为了实现上述目的，本发明的聚乙烯醇类纤维是包含聚乙烯醇类聚合物和层状硅酸盐的聚乙烯醇类纤维，其特征在于：相对于聚乙烯醇类聚合物100质量份，层状硅酸盐的比例为30～400质量份，纤维溶胀度为200～600％。
发明的效果
根据本发明，能够提供吸附性优异的聚乙烯醇类纤维。
附图说明
图1为用扫描电子显微镜(SEM)观察到的在实施例1中制得的PVA类纤维的照片。
图2为用扫描电子显微镜(SEM)观察到的在实施例2中制得的PVA类纤维的照片。
具体实施方式
下面对本发明进行详细的说明。本发明的聚乙烯醇类纤维(以下记作“PVA类纤维”)由聚乙烯醇类聚合物(以下记作“PVA类聚合物”)和层状硅酸盐构成。
<PVA类聚合物>
构成本发明的PVA类纤维的PVA类聚合物只要是以乙烯醇单元为主要成分的聚合物即可，并没有被特别加以限定，也可以具有其它结构单元。能够列举出的这样的结构单元例如有：乙烯、丙烯、丁烯等烯烃类；丙烯酸及其盐、丙烯酸甲酯等丙烯酸酯；甲基丙烯酸及其盐、甲基丙烯酸甲酯等甲基丙烯酸酯类；丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺等丙烯酰胺衍生物；甲基丙烯酰胺、N-羟甲基甲基丙烯酰胺等甲基丙烯酰胺衍生物；N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基乙酰胺等N-乙烯基酰胺类；支链上具有聚环氧烷(polyalkyleneoxide)的烯丙基醚类；甲基乙烯基醚等乙烯基醚类；丙烯腈等腈类；氯乙烯等卤乙烯；马来酸及其盐、其酸酐、其酯等不饱和二羧酸等。上述改性单元的引入方法可以是通过共聚的方法，也可以是通过补充反应(post-reaction)的方法。
本发明的PVA类聚合物的皂化度并没有被特别加以限定，从获得的纤维的结晶性和取向性的观点出发，优选在98摩尔％以上，更优选在99摩尔％以上。皂化度在99.7摩尔％以上时，耐热水性优异，因此特别优选。
本发明的PVA类聚合物的聚合度也没有被特别加以限定，考虑到所获得的纤维的机械性能、尺寸稳定性等，优选由30℃的水溶液的粘度求得的平均聚合度为1200～20000的PVA类聚合物。如果使用高聚合度的PVA类聚合物，则在强度、耐湿热性等方面优异，因此优选，但从制造聚合物时的成本、进行纤维化时的成本等观点出发，特别优选平均聚合度为1500～5000的PVA类聚合物。
在整个PVA类纤维中PVA类聚合物的含量优选在20～77质量％的范围内。这是由于：在PVA类聚合物的含量低于20质量％的情况下，有时会难以形成PVA类纤维；在PVA类聚合物的含量大于77质量％的情况下，当用作吸附材料时有时无法充分发挥吸附性能。
<层状硅酸盐>
作为本发明的层状硅酸盐，优选的是：层状硅酸盐的层电荷为0.2～2.0，且具有阳离子交换量为50～200meq/100g的阳离子交换能力。
具体而言，能够例举出：蒙脱石、皂石、贝得石、绿脱石、水辉石、埃洛石以及硅镁石等蒙皂石类粘土化合物(例如以蒙脱石为主要成分的膨润土等)、云母等粘土矿物等。这些物质可以是天然物质，也可以是合成物质。在本发明中能够单独使用这些层状硅酸盐，也能够将两种以上的上述层状硅酸盐组合起来加以使用。
在本发明的PVA类纤维中，相对于100质量份的PVA类聚合物，层状硅酸盐的含量为30～400质量份，优选为60～300质量份。这是因为：在层状硅酸盐的含量小于30质量份的情况下，由于PVA类聚合物对层状硅酸盐的覆盖率变高，因此处理液的渗透率降低，其结果是有时无法充分发挥对处理液中所含有的被吸附物进行吸附的吸附性；在层状硅酸盐的含量大于400质量份的情况下，有时在PVA类纤维中难以形成纤维形状(即纤维化)，并且大量的层状硅酸盐从PVA类纤维脱落，混入处理液中。
即，相对于100质量份的PVA类聚合物，将层状硅酸盐的含量设定为30～400质量份，就不会出现层状硅酸盐从纤维脱落而混入处理液中的不良情况，能够形成用于吸附被吸附物的微细孔，从而能够得到吸附性优异的PVA类纤维(参照后述实施例中的图1、图2)。
层状硅酸盐的平均粒径并没有被特别加以限定，优选为0.1～100μm。这是因为：在层状硅酸盐的平均粒径小于0.1μm的情况下，由于在纤维中难以形成微细孔，因此处理液向纤维中渗透的渗透性降低，从而存在层状硅酸盐的吸附性降低的情况；在层状硅酸盐的平均粒径大于100μm的情况下，有时在PVA类纤维中难以形成纤维形状，并且大量的层状硅酸盐从PVA类纤维脱落，混入处理液中。
这里所说的“平均粒径”是指50％粒径(D50)，能够通过应用了激光多普勒法的粒度分布测量装置(Nikkiso公司制、Nanotrac(注册商标)粒度分布测量装置UPA－EX150)等进行测量。
<PVA类纤维>
本发明的PVA类纤维的纤维溶胀度为200～600％。这是由于：在纤维溶胀度小于200％的情况下，由于处理液的渗透性降低，因此存在吸附性降低的情况。在纤维溶胀度大于600％的情况下，由于纤维本身会吸收大量的处理液，因此尺寸随着纤维的溶胀而产生变化，难以进行吸附处理后的回收、更换，并且由于PVA类树脂溶出、层状硅酸盐容易从PVA类纤维脱落，因此操作性降低。而且，供处理液通过的间隙变小，液体渗透性(liquidpermeability)降低。
即，通过将PVA类纤维的纤维溶胀度设定为200～600％，可以在不发生操作性和液体渗透性下降的情况下获得吸附性优异的PVA类纤维。
需要说明的是，这里所说的“纤维溶胀度”是指利用后述式子(1)计算的纤维的溶胀度。
PVA类纤维的单丝纤度优选在2～600dtex的范围内。这是因为：当纤维较细时，表面积会增加，因此能够更有效地发挥吸附性能，而在单丝纤度小于2dtex的情况下，由于强度不充分，因此存在操作性降低的情况，在单丝纤度大于600dtex的情况下，有时无法充分发挥吸附性能，并且纤维的柔软性降低，导致操作性降低。
本发明的PVA类纤维是通过对含有PVA类聚合物和层状硅酸盐的纺丝原液进行溶液纺丝而制得的，具体而言，是通过湿法纺丝、干湿法纺丝、干法纺丝中的任一种纺丝方法制得的。作为纺丝原液所使用的溶剂，能够使用当制造PVA类纤维时在现有技术中所使用的溶剂中的一种或者将两种以上的所述溶剂组合起来使用。在现有技术中所使用的溶剂例如有：二甲基亚砜(DMSO)；二甲基甲酰胺；二甲基乙酰胺；甲醇；水；或者甘油、乙二醇、三甘醇等多元醇类；二亚乙基三胺；硫氰酸盐等。其中，从供给性、对环境的影响的观点出发，特别优选DMSO和水。纺丝原液中的聚合物浓度根据PVA类聚合物的组成、聚合度以及溶剂而不同，但通常在6～60质量％的范围内。
在不损害本发明的效果的范围内，纺丝原液中除了含有PVA类聚合物和层状硅酸盐以外，根据目的也可以含有抗氧剂、防冻剂、pH调节剂、遮盖剂、着色剂、油剂等添加剂等。
本发明的PVA类纤维能够以短纤维(staple fiber)、短切纤维、长丝纱、短纤纱等各种纤维形态进行使用。纤维的剖面形状也没有被特别加以限制，可以是圆形剖面、空心剖面或者星形等异形剖面。
也可以将本发明的纤维与其它纤维混合、组合使用。此时，能够组合使用的纤维并没有被特别加以限定，可以列举例如：不含有层状粘土化合物的PVA类纤维、聚酯类纤维、聚酰胺类纤维、纤维素类纤维等。另外，也可以用作卷曲棉、织物、无纺布以及纸等纤维结构体。
本发明的纤维结构体能够适用于饮料、衣料、医疗等各种用途，例如，能够用于：吸附处理液中含有的被吸附物的吸附体(例如，用于去除咖啡提取物或者绿茶中含有的咖啡因的吸附用过滤器、用于从酒精或者食用油中去除蛋白质的吸附过滤器)、由长丝、短切纤维、卷曲棉、织物、纸等纤维结构体形成的各种吸附用过滤器等。
本发明的PVA类纤维能够用于以下情况：将经过切割的短纤维投入处理液容器中来对处理液进行处理的情况；将卷曲棉成形为纤维棒状并让处理液通过该纤维棒而进行处理的情况；成形为长丝状后制成线绕式滤芯并让处理液通过该线绕式滤芯而进行处理的情况；以及例如让处理液通过筒状或者片状的织物或者无纺布来进行处理的情况等。
实施例
下面根据实施例对本发明进行说明。需要说明的是，本发明并不局限于这些实施例，能够根据本发明的主旨对这些实施例进行变形、变更，并且不应把这些变形、变更排除到本发明的范围之外。
(实施例1)
<PVA类纤维的制造>
将100质量份的平均聚合度为1700、皂化度为99摩尔％的PVA(Kuraray公司制、商品名：PVA－117)和100质量份的膨润土(Kunimine Industries公司制、商品名：Kunipia F、平均粒径：1μm)分散在800质量份的DMSO中，在105℃的氮气氛围下将PVA加热溶解，从而制得了纺丝原液。
然后，将得到的纺丝原液通过孔径为0.15mm、孔数为40的喷丝头，在5℃的由甲醇/DMSO(质量比：甲醇/DMSO＝70/30)形成的凝固浴中进行了干湿法纺丝。
然后，将得到的凝固丝在20℃的甲醇浴中进行四倍的湿拉伸，用120℃的热风进行干燥，得到了单丝纤度为12dtex的纤维。将得到的纤维切割成5mm，就得到了本实施例的纤维(试样)。
〈纺丝性评价〉
根据以下评价标准对纺丝性进行了评价。以上结果示于表1。
在进行干湿法纺丝时，能够连续提取纤维一小时以上：○
在进行干湿法纺丝时，无法连续提取纤维一小时以上：×
用扫描电子显微镜(SEM)观察了制得的试样。用扫描电子显微镜(SEM)观察到的制得的试样的照片示于图1。如图1所示，可知在制得的试样的表面上形成有许多微细孔。
<溶胀度的测量>
将所制得的试样(约1g)在80℃的真空干燥机中干燥24小时，测量了绝对干燥试样的重量。接着，将该试样在20℃的离子交换水中浸渍了60分钟。然后，将该试样过滤取出，用滤纸轻轻去除了附着在表面上的水滴后，测量了浸渍后试样的重量。然后，利用以下式(1)计算了制得的试样的溶胀度。将以上结果示于表1。
(数学式1)
试样的溶胀度(％)＝(浸渍后的试样重量÷绝对干燥试样重量)×100···(1)
<吸附性评价>
作为吸附性的指标，评价了作为水溶性化合物的亚甲基蓝的去除性能(吸附率)。更具体而言，添加试样，使其在500mL的含有100ppm的亚甲基蓝的水溶液中为1质量％，在20℃下搅拌了60分钟。提取处理后的液体，使用分光光度计(HITACHI公司制、商品名：U-2001Spectrophotometer)测量664nm处的最大吸收波长，计算了处理后的处理液中的亚甲基蓝的浓度。利用以下式(2)计算了制得的试样的吸附率。将以上结果示于表1。
(数学式2)
亚甲基蓝的吸附率(％)＝((未处理液体中的亚甲基蓝浓度－处理后的处理液中的亚甲基蓝浓度)÷未处理液体中的亚甲基蓝浓度)×100···(2)
<操作性评价>
在上述吸附性评价后立即提取处理液的上清液，使用浊度计(HACH公司制2100P便携浊度计)测量了浊度(mg/L)。将以上结果示于表1。需要说明的是，由于浊度的值越高，越难以回收处理液，因此可以说操作性差。
(实施例2)
将100质量份的平均聚合度为1700、皂化度为99摩尔％的PVA(Kuraray公司制、商品名：PVA-117)和300质量份的膨润土(Kunimine Industries公司制、商品名：Kunipia F、平均粒径：1μm)分散在1600质量份的DMSO中，在105℃的氮气氛围下将PVA加热溶解，从而制得了纺丝原液。
然后，将得到的纺丝原液通过孔径为1.00mm、孔数为5的喷丝头，在5℃的由甲醇/DMSO(质量比：甲醇/DMSO＝70/30)形成的凝固浴中进行了干湿法纺丝。
然后，将得到的凝固丝在20℃的甲醇浴中进行四倍的湿拉伸，用120℃的热风进行干燥，得到了单丝纤度为150dtex的纤维。将得到的纤维切割成5mm，就得到了本实施例的纤维(试样)。
用扫描电子显微镜(SEM)观察了所制得的试样。用扫描电子显微镜(SEM)观察到的制得的试样的照片示于图2。如图2所示，可知：与实施例1相同，在制得的试样的表面上形成有许多微细孔。
然后，按照与上述实施例1相同的方式，进行了纺丝性评价、溶胀度的测量、吸附性评价以及操作性评价。将以上结果示于表1。
(实施例3)
除了使用300质量份的合成云母(Co-op Chemical公司制、商品名：ME100、平均粒径：5μm)代替了所述膨润土以外，按照与上述实施例2相同的方式制得了纤维(试样)。
然后，按照与上述实施例1相同的方式，进行了纺丝性评价、溶胀度的测量、吸附性评价以及操作性评价。将以上结果示于表1。
(实施例4)
除了将膨润土的量变成了60质量份以外，按照与上述实施例1相同的方式制得了纤维(试样)。
然后，按照与上述实施例1相同的方式，进行了纺丝性评价、溶胀度的测量、吸附性评价以及操作性评价。将以上结果示于表1。
(比较例1)
除了将膨润土的量变成了20质量份以外，按照与上述实施例1相同的方式制得了纤维(试样)。
然后，按照与上述实施例1相同的方式，进行了纺丝性评价、溶胀度的测量、吸附性评价以及操作性评价。将以上结果示于表1。
(比较例2)
首先，按照与上述实施例1相同的方式，进行了干湿法纺丝后，将得到的纺丝原丝在具有180℃的第一炉和235℃的第二炉的热风拉伸炉中，以总拉伸倍数(湿拉伸倍数×热风炉拉伸倍数)为10倍的方式进行拉伸，得到了5dtex的纤维。将得到的纤维切割成5mm，就得到了本比较例的纤维(试样)。
然后，按照与上述实施例1相同的方式，进行了纺丝性评价、溶胀度的测量、吸附性评价以及操作性评价。将以上结果示于表1。
(比较例3)
按照与上述实施例1相同的方式，进行了100质量份(粉体)的膨润土的吸附性评价和操作性评价。将以上结果示于表1。
(比较例4)
除了将膨润土的量变成了450质量份以外，按照与上述实施例2相同的方式进行了干湿法纺丝。
需要说明的是，在本比较例中，在进行干湿法纺丝时，没有能够连续提取纤维。在本比较例中，由于膨润土(层状硅酸盐)的含量大于400质量份(450质量份)，因此难以形成纤维形状(即纤维化)，并且大量的膨润土从纤维脱落而混入到处理液中。因此，如表1所示，无法进行溶胀度的测定、吸附性评价以及操作性评价。
(比较例5)
除了使用平均聚合度为1700、皂化度为96摩尔％的PVA(Kuraray公司制、商品名：PVA-CST)代替了所述PVA以外，按照与上述实施例2相同的方式制得了纤维(试样)。
然后，按照与上述实施例1相同的方式进行了纺丝性评价、溶胀度的测量、吸附性评价以及操作性评价。以上结果示于表1。
[表1]
Figure BDA0002401008740000091
如表1所示，可知：在实施例1～4中的PVA类纤维中，相对于100质量份的PVA而言，层状硅酸盐(膨润土或者合成云母)的比例为30～400质量份，纤维溶胀度为200～600％，因此吸附性和操作性优异。
另一方面，可知：在比较例1中的PVA类纤维中，由于膨润土的比例小于30质量份，因而PVA对膨润土的覆盖率高，处理液的渗透率降低，因此对处理液中含有的亚甲基蓝的吸附性降低。
可知：在比较例2中的PVA类纤维中，由于纤维溶胀度小于200％，因此处理液的渗透率降低，其结果是对亚甲基蓝的吸附性降低。
可知：在比较例3中，由于仅使用膨润土，并没有使用PVA，因此在处理液中混入膨润土，浊度变高，操作性差。
可知：在比较例5的PVA类纤维中，由于纤维溶胀度大于600％，因此PVA的溶出或者硅酸盐的脱落会引起操作性降低。
工业实用性
综上所述，本发明适用于含有层状硅酸盐的聚乙烯醇类纤维。进而，包含本发明的聚乙烯醇类纤维的纤维结构体能够适用于饮料、衣料、医疗等各种用途。

Claims (7)

1.一种聚乙烯醇类纤维，其包含聚乙烯醇类聚合物和层状硅酸盐，其中，
相对于所述聚乙烯醇类聚合物100质量份，所述层状硅酸盐的比例为30～400质量份，
纤维溶胀度为200～600％。
2.根据权利要求1所述的聚乙烯醇类纤维，其中，
所述层状硅酸盐为蒙皂石类粘土化合物。
3.根据权利要求2所述的聚乙烯醇类纤维，其中，
所述层状硅酸盐为膨润土。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的聚乙烯醇类纤维，其中，
所述层状硅酸盐的平均粒径为0.1～100μm。
5.一种纤维结构体，其包含权利要求1～4中任一项所述的聚乙烯醇类纤维。
6.根据权利要求5所述的纤维结构体，其是吸附处理液中包含的被吸附物的吸附体。
7.根据权利要求6所述的纤维结构体，其中，
所述被吸附物为咖啡因。
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