CN117397394A - 异形截面纤维 - Google Patents

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CN117397394A CN202280037051.4A CN202280037051A CN117397394A CN 117397394 A CN117397394 A CN 117397394A CN 202280037051 A CN202280037051 A CN 202280037051A CN 117397394 A CN117397394 A CN 117397394A
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Abstract

本发明提供可得到在以横切纤维的长轴的方式施加压缩力时电场强度进一步提高的纤维。本公开的异形截面纤维是由电位产生长丝构成的纤维，在与该纤维的长轴垂直的方向的截面视图中的轮廓形状中具有至少一个小于120°的角度的内角。

Description

异形截面纤维
技术领域
本公开涉及纤维截面不是圆形的异形截面纤维。更具体而言，本公开涉及由电位产生长丝构成的异形截面纤维。
背景技术
例如，在专利文献1和2中公开了包含能够利用来自外部的能量产生电荷并形成电场的纤维而成的压电纱线。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6428979号公报
专利文献2：日本专利第6508371号公报
发明内容
本申请发明人等注意到了之前的压电纱线存在应克服的课题，发现需要为此采取对策。具体而言，本申请发明人等发现存在以下的课题。
例如，专利文献1和专利文献2中公开的压电纱线能够利用来自外部的能量(例如纱线的轴向拉伸)产生电荷。另外，期待通过能够由这样的电荷的产生而形成的电场来抑制细菌和真菌增殖的抗菌效果。期待这样的压电纱线具有在衣物、特别是内衣、袜子中抑制菌产生的效果、杀灭菌的效果。
例如在研究袜子中的用途时，发现在行走时例如如图15所示，压力集中在脚掌的中足骨和后脚跟骨的周围(绿色轮廓部分A)。发现在这样的部分施加约1.3kg/cm2(＝12.7N/cm2)的压力，最大施加2.3kg/cm2(＝22.5N/cm2)的压力(红色轮廓部分B)(基于日本消耗科学研究所进行的对女性穿着运动鞋行走6步时施加于传感器的压力进行平均化而得的数据(https：//www.shoukaken.co.jp/news/1766/))。另外，本申请发明人等的研究发现，此时，从0°～90°的方向对脚掌施加压缩力。进而，本申请发明人等的研究还发现，对于作为典型布料之一的平纹机织布，当施加22.5N/cm2的压力，对每根纤维施加约3.5×10-4N的载荷，当施加12.7N/cm2的压力时，施加约2.0×10-4N的载荷。另外，在针织物等编织物、无纺布中，对每根纤维也施加与上述同样的负荷。
因此，本申请发明人等研究了在施加这样的载荷的压缩部分或压缩区域中，利用压电纱线产生电荷和电位，进而更有效地形成电场，由此进一步提高抗菌效果。
但是，本申请发明人等的研究发现，以往的压电纱线通过来自外部的能量、特别是纱线或纤维的轴向拉伸来形成电场而起到抗菌效果，在以从与纤维的长轴成0°～90°的方向、特别是倾斜45°的方向横切纤维的长轴的方式施加压缩力的情况下，其电场强度不足。
本公开是鉴于上述课题而作出的。即，本公开的主要目的在于提供可得到在以横切纤维的长轴的方式施加压缩力时可进一步提高的电场强度的纤维。
本发明人等尝试在新的方向进行处理来解决上述课题而并非通过扩展现有技术来应对。其结果，获得了本公开的实现上述主要目的的纤维。
在本公开中，为了得到在从与纤维的长轴倾斜的方向施加压缩力时进一步提高的电场强度，研究了将纤维的截面变更为具有至少一个角部的三角形、四边形等异形截面，而不是一般的圆形。认为通过使纤维的截面具有至少一个角部，在从纤维的倾斜方向施加压缩力时压缩力集中在这样的角部，由此能够更有效地产生电位而形成电场。
经过了深入研究的结果本申请发明人等发现，通过在与纤维的长轴垂直的方向的截面视图中的轮廓形状中存在至少一个小于120°的角度的内角，则电场强度显著提高。
本公开提供一种异形截面纤维，是由电位产生长丝构成的纤维，在与该纤维的长轴垂直的方向的截面视图中的轮廓形状中具有至少一个小于120°的角度的内角。
本公开可得到在以横切纤维的长轴的方式施加压缩力时具有进一步提高的电场强度的纤维。应予说明，本说明书中记载的效果只是例示而并非限定，另外，可以具有附加的效果。
附图说明
图1是示意性地表示本公开的异形截面纤维的概略图(侧视图)。
图2是示意性地表示异形截面纤维的截面的例子的概略图。
图3是示意性地表示异形截面纤维的截面和内角的例子的概略图。
图4是示意性地表示异形截面纤维的截面和内角的另一例的概略图。
图5是用于示意性地说明异形截面纤维的截面内角的概略图。
图6是示意性地表示实施例1中的本公开的异形截面纤维的概略图。
图7是表示实施例1中的本公开的异形截面纤维的电位的图。
图8是表示实施例1中的本公开的异形截面纤维的电场的图。
图9是表示实施例1～3和比较例1～7的纤维的电场强度的坐标图。
图10是示意性地表示实施例4中的本公开的异形截面纤维(中空纤维)的概略图。
图11是表示实施例4中的本公开的异形截面纤维(中空纤维)的电位的图。
图12是表示实施例4中的本公开的异形截面纤维(中空纤维)的电场的图。
图13是表示实施例1和实施例4～6中的本公开的异形截面纤维(三角形截面)的电场强度的坐标图。
图14是表示实施例3和实施例7～9中的本公开的异形截面纤维(五边形截面)的电场强度的坐标图。
图15是表示穿着运动鞋行走时的足部压力的图。
具体实施方式
本公开涉及纤维截面不是圆形的异形截面纤维，优选涉及具有至少一个角部的异形截面纤维。更具体而言，本公开涉及由电位产生长丝构成的异形截面纤维。
在本公开中，“异形截面纤维”通常是指纤维的截面形状的轮廓不是圆形(包括椭圆、卵形)，换言之是非圆形。具体而言，是指与纤维的长轴垂直方向的截面视图中的轮廓形状不是圆形(包括椭圆、卵形)，换言之是非圆形，纤维的轮廓形状的至少一部分可以具有角部，也可以有棱角。
更具体而言，例如如图1(侧视图)所示，异形截面纤维是指在纤维或长丝(F)(以下也有时称为“纤维(F)”)中沿着与直线L1所示的纤维(F)的长轴垂直方向的直线L2的纤维的垂直方向的截面视图中的轮廓形状不是圆形(包括椭圆、卵形)、换言之非圆形的纤维。
与纤维(F)的长轴垂直方向的截面视图中的轮廓形状可以具有几何形状。例如如图2所示，与纤维(F)的长轴垂直方向的截面视图中的轮廓形状可以具有三角形、四边形、五边形等多边形的形状，也可以是星形等形状。纤维的截面视图中的轮廓形状只要具有至少一个角部就没有特别限制。换言之，本公开的异形截面纤维是与纤维的长轴垂直方向的截面视图中的轮廓形状可以具有至少一个角部的纤维。对轮廓形状中的角部的位置没有特别限制。
通过纤维的截面视图中的轮廓形状具有至少一个角部，当从与纤维的长轴倾斜的方向施加压缩力时，力集中在该角部，由此能够更有效地产生电位而形成电场。
本公开的异形截面纤维是由以下详细说明的“电位产生长丝”构成的纤维，其特征在于，在与纤维的长轴垂直的方向的截面视图中的轮廓形状中具有至少一个小于120°的角度的内角(以下也有时称为“本公开的纤维”)。通过本公开的纤维具有至少一个这样的内角或角部，当从纤维的倾斜方向施加压缩力时，力更加集中地施加在这样的部分，由此能够更有效地产生电位而形成电场。
为了更容易理解本公开的纤维，例如，图3(A)示出作为典型的三角形截面形状的正三角形截面形状，图3(B)示出作为典型的四边形截面形状的正方形截面形状，图3(C)示出作为典型的五边形截面形状的正五边形截面形状。
图3(A)所示的正三角形中，所有顶点内接于圆，其内角α的角度为60°。
图3(B)所示的正方形中，所有顶点内接于圆，其内角β的角度为90°。
图3(C)所示的正五边形中，所有顶点内接于圆，其内角γ的角度为108°。
这样，在本公开的纤维中，在与纤维的长轴垂直的方向的截面视图中的轮廓形状中具有至少一个内角的角度小于120°、优选为108°以下的角度的内角。通过内角的角度小于120°，当从纤维的倾斜方向对本公开的纤维施加压缩力时，力更集中地施加在这样的内角或角部，由此能够更有效地产生电位而形成电场。进而，可以得到100kV/m以上或0.1V/μm以上的电场强度。应予说明，当内角的角度为120°以上时，例如在正六边形的情况下，有时电场强度的值显著降低而低于100kV/m或0.1V/μm(参照图9)。
关于内角，例如在图4(A)中，作为与纤维的长轴垂直的方向的截面视图中的轮廓形状，与图3(A)同样地示出了正三角形，但图4(A)所示的三角形的顶点或角部Pa的内角α的角度只要小于120°即可，可以是任何形状的三角形。
例如在图4(B)中，作为与纤维的长轴垂直的方向的截面视图中的轮廓形状的例子，示出四边形，但所有顶点或角部可以不像图3(B)所示的正方形那样存在于圆周上。因此，图4(B)所示的四边形的顶点或角部Pb的内角β的角度只要小于120°即可，可以是任何形状的四边形。
例如在图4(C)中，作为与纤维的长轴垂直的方向的截面视图中的轮廓形状的例子，示出五边形，但所有顶点或角部可以不像图3(C)所示的正五边形那样存在于圆周上。因此，图4(C)所示的五边形的顶点或角部Pc的内角γ的角度只要小于120°即可，可以是任何形状的五边形。
例如在图4(D)中，作为与纤维的长轴垂直的方向的截面视图中的轮廓形状的例子，示出了六边形。图4(D)所示的六边形的顶点或角部Pd的内角δ的角度只要小于120°即可，可以是任何形状的六边形(其中，不包括所有内角为120°的正六边形)。
这样，在本公开的纤维中，重要的是在与纤维的长轴垂直的方向的截面视图中的轮廓形状中具有至少一个小于120°的内角。但是，与纤维的长轴垂直的方向的截面视图中的轮廓形状不应被解释为限于上述形状。
另外，在优选的实施方式中，可以如下定义与纤维的长轴垂直的方向的截面视图中的轮廓形状中可包含的角部的内角。
例如如图5所示，在五边形的情况下，五个顶点中的至少三个邻接或连续的顶点(P1、P2、P3)位于圆周上，将可由连接该三个顶点的中间的顶点P1和与其邻接的一个顶点P2的直线Q以及连接中间的顶点P1和与其邻接的另一个顶点P3的直线R形成的角部定义称为“内角”，只要该角度φ小于120°即可。此时，剩余的两个顶点(P4、P5)可以分别如图所示存在于圆的外侧，也可以存在于圆的内侧。这种内角的定义不限于五边形等多边形，可以应用于任何几何形状。
在本公开的纤维中，在与纤维的长轴垂直的方向的截面视图中的轮廓形状具有多个角部的情况下，其内角的角度可以分别不同，也可以相同。
在本公开的纤维中，在与纤维的长轴垂直的方向的截面视图中的轮廓形状中，内角的角度优选为108°以下。通过本公开的纤维具有这样的内角的角度，当从纤维的倾斜方向施加压缩力时，力更集中在这样的角部，能够更有效地产生电位而形成电场(参照图9)。
在该情况下，内角的角度可以大于0°，例如可以为100°以上。
在本公开的纤维中，在与纤维的长轴垂直的方向的截面视图中的轮廓形状中，内角的角度优选为90°以下。通过本公开的纤维具有这样的内角的角度，当从纤维的倾斜方向施加压缩力时，力更集中在这样的角部，能够更有效地产生电位而形成电场(参照图9)。
在该情况下，内角的角度可以大于0°，例如可以为80°以上。
在本公开的纤维中，在与纤维的长轴垂直的方向的截面视图中的轮廓形状中，内角的角度优选为60°以下。通过本公开的纤维具有这样的内角的角度，当从纤维的倾斜方向施加压缩力时，力更集中在这样的角部，能够更有效地产生电位而形成电场(参照图9)。
在该情况下，内角的角度可以大于0°，例如可以为50°以上。
在本公开的纤维中，在与纤维的长轴垂直的方向的截面视图中的轮廓形状中，内角的角度优选为60°～108°。通过本公开的纤维具有这样的范围的内角的角度，当从纤维的倾斜方向施加压缩力时，力进一步更集中在这样的角部，能够更有效地产生电位而形成电场(参照图9)。
在本公开的纤维中，可以通过在横切纤维的长轴的方向按压上述纤维来产生电位。在本公开的纤维中，对横切纤维的长轴的方向没有特别限制。
例如如图1所示，纤维(F)可以沿着纤维主体具有例如直线L1所示的长轴。在本公开的纤维中，可以通过在横切纤维的长轴或直线L1的方向按压(或简单地按压)纤维来产生电位。
在本公开的纤维中，例如可以沿着图1所示的倾斜方向的直线Lp在横切纤维(F)的长轴或直线L1的方向按压纤维(F)来产生电位。此时用符号P表示按压纤维(F)的位置。该符号P所示的位置例如可以对应于图4的Pa～Pd或图5的P1。换言之，图4的Pa～Pd或图5的P1所示的顶点或角部可以存在于图1的符号P所示的位置。
直线Lp的方向在俯视时可以是沿着纤维的方向，也可以是横切纤维的方向。换言之，对直线Lp在俯视时的方向没有特别限制。
这样，可以通过按压可包含在与本公开的纤维的长轴垂直的方向的截面视图中的轮廓形状中的至少一个角部或在位置P压缩纤维而在纤维中产生电位。例如当在这样的角部或位置P从倾斜方向对图1所示的纤维(F)施加压缩力时，在角部或位置P，力更加集中地施加于纤维，由此能够更有效地产生电位而形成电场。
在本公开的纤维中，可以通过从与纤维的长轴垂直的方向倾斜地按压角部或在位置P压缩角部而在纤维中产生电位。例如如图1所示，可以通过以从与纤维(F)的长轴或直线L1垂直的直线L2倾斜或偏离或成角度的方式按压或压缩纤维(F)而在纤维中产生电位。更具体而言，可以通过沿着图1所示的倾斜方向的直线Lp在位置P按压或压缩纤维(F)而在纤维中产生电位。在图示方式中，直线Lp可以相对于直线L2倾斜角度θ。这样，可以通过沿着与纤维(F)的长轴倾斜的方向的直线Lp按压或压缩纤维(F)而在纤维中产生电位。这样，通过不仅纤维的长轴方向的拉伸，而且从倾斜的方向施加力，特别是压缩纤维，能够更有效地产生电位。
在本公开的纤维中，可以通过从与纤维的长轴垂直的方向以0°～90°(其中优选不包含0°和90°)的范围倾斜并按压或压缩角部而在纤维中产生电位。更具体而言，如图1所示，可以通过从沿着与纤维(F)的长轴或直线L1垂直的直线L2的方向以0°～90°(其中优选不包含0°和90°)的范围倾斜并按压或压缩纤维的角部或位置P而更有效地在纤维中产生电位。换言之，可以通过图1所示的直线Lp与直线L2的交点的角度θ为0°～90°(其中θ优选不是0°和90°)的范围地直线Lp倾斜并按压或压缩纤维(F)的角部或位置P而更有效地在纤维中产生电位。如果可以通过以这样的角度θ从倾斜方向按压或压缩纤维(F)而在纤维(F)中产生电位，则可以通过不仅纤维(F)的长轴方向(或沿着直线L1的方向)的拉伸、垂直方向(或沿着直线L2的方向)的按压而且从各种角度施加压缩力而更有效地在纤维(F)中产生电位。
在本公开的纤维中，可以通过从与纤维的长轴垂直的方向倾斜45°并按压或压缩纤维的角部而在纤维中产生电位。更具体而言，如图1所示，可以通过从沿着与纤维(F)的长轴或直线L1垂直的直线L2的方向倾斜45°并按压或压缩角部或位置P而更有效地在纤维(F)中产生电位。换言之，可以通过图1所示的直线Lp与直线L2的交点的角度θ为45°且沿着直线Lp按压或压缩纤维的角部或位置P而更有效地在纤维中产生电位。如果可以通过以这样的角度θ从倾斜方向按压或压缩纤维(F)而在纤维(F)中产生电位，则可以通过不仅纤维(F)的长轴方向(或沿着直线L1的方向)的拉伸、垂直方向(或沿着直线L2的方向)的按压而且从各种角度对纤维施加压缩力而更有效地在纤维中产生电位。
本公开的纤维可以是“中空纤维”。换言之，本公开的纤维可以在其内部具有空腔或腔。更具体而言，可以沿着纤维的长轴具有截面为圆形或多边形的空腔。通过本公开的纤维为中空纤维，纤维具有挠性，容易从各种角度受到压缩力，能够更有效地产生电位。
本公开的纤维由“电位产生长丝”构成，如上所述可以通过在与纤维的长轴垂直的方向的截面视图中的轮廓形状中具有至少一个小于120°的角度的内角来表现出“100kV/m以上”或“0.1V/μm以上”的电场强度(参照图9)。可以通过本公开的纤维具有这样的电场强度来起到进一步提高的抗菌效果等。因此，本公开的纤维可以用作抗菌纤维或抗菌纱线。
(电位产生长丝)
在本公开中，“电位产生长丝”是指通过来自外部的能量、特别是压缩力、更具体而言横切纤维的长轴的方向的压缩力可以产生电荷和电位、进而可以形成电场的纤维(或长丝)(以下，“电位产生纤维”、“电荷产生纤维(或电荷产生长丝)”或“电场形成纤维(或电场形成长丝)”也有时简称为“纤维”或“长丝”)。
作为“来自外部的能量”，例如可举出来自外部的力(以下也有时称为“外力”)、具体而言使纤维产生变形或应变这样的力、特别是压缩力和/或施加于纤维的轴向的力、更具体而言张力(例如纤维的轴向的拉伸力)和/或应力或应变力(施加于纤维的拉伸应力或拉伸应变)和/或施加于纤维的横截方向的力等外力。
优选通过外力中特别是压缩力、特别是横切纤维的长轴的方向的压缩力而纤维产生电位。例如优选从与纤维的长轴垂直的方向以0°～90°的范围倾斜(优选不包含0°和90°)并横切纤维的长轴的方向的压缩力，更优选从与纤维的长轴垂直的方向倾斜45°并横切纤维的长轴的方向的压缩力。
压缩力等外力的大小或载荷为每根纤维例如为1×10-4N以上，优选为1.5×10-4N～3×10-4N。
纤维可以是长纤维，也可以是短纤维。纤维可以具有例如0.01mm以上、优选为0.1mm以上、更优选为1mm以上、进一步更优选为10mm以上或20mm以上或30mm以上的长度(或尺寸)。长度可以根据所期望的用途适当选择。长度的上限值没有特别限制，例如为10000mm、100mm、50mm或15mm。
纤维的粗细或高度或厚度或单纤维直径没有特别限制，沿着纤维的长度可以相同(或恒定)，也可以不同。纤维可以具有例如0.001μm(1nm)～1mm、优选为0.01μm～500μm、更优选为0.1μm～100μm、特别是1μm～50μm、例如10μm或30μm等的粗细或高度或厚度或单纤维直径。这些值可以是纤维截面的最大尺寸。
纤维优选包含具有压电效果(由外力引起的极化现象)或压电性(给予机械应变时产生电压、或者相反地施加电压时产生机械应变的性质)的材料(以下也有时称为“压电材料”或“压电体”)而成。
压电材料只要是具有压电效果或压电性的材料就可以没有特别限制地使用，可以是压电陶瓷等无机材料，也可以是聚合物等有机材料。
压电材料优选包含“压电性聚合物”而成。
作为压电性聚合物，可举出“具有热释电性的压电性聚合物”、“不具有热释电性的压电性聚合物”等。
“具有热释电性的压电性聚合物”一般是指由具有热释电性且通过给予例如温度变化也可以在其表面产生电荷的聚合物材料(高分子材料或树脂材料)构成的压电材料。作为这样的压电性聚合物，例如可举出聚偏二氟乙烯(PVDF)等。特别优选能够利用人体的热能而在其表面产生电荷的压电性聚合物。
“不具有热释电性的压电性聚合物”一般是指由聚合物材料(高分子材料或树脂材料)构成的除上述“具有热释电性的压电性聚合物”以外的压电性聚合物(以下也有时称为“高分子压电体”)。作为这样的压电性聚合物，例如可举出聚乳酸(PLA)等。
作为聚乳酸(PLA)，已知有L型单体聚合而成的聚-L-乳酸(PLLA)(换言之，实质上仅由来自L-乳酸单体的重复单元构成的高分子)、D型单体聚合而成的聚-D-乳酸(PDLA)(换言之，实质上仅由来自D-乳酸单体的重复单元构成的高分子)和它们的混合物等。
作为聚乳酸(PLA)，可以使用L-乳酸和/或D-乳酸与能够与该L-乳酸和/或D-乳酸共聚的化合物的共聚物。
另外，作为聚乳酸(PLA)，可以使用“聚乳酸(实质上由来自选自L-乳酸和D-乳酸中的单体的重复单元构成的高分子)”与“L-乳酸和/或D-乳酸与能够与该L-乳酸和/或D-乳酸共聚的化合物的共聚物”的混合物。
本公开中将包含上述聚乳酸的高分子称为“聚乳酸系高分子”。换言之，“聚乳酸系高分子”是指“聚乳酸(实质上由来自选自L-乳酸和D-乳酸中的单体的重复单元构成的高分子)”、“L-乳酸和/或D-乳酸与能够与该L-乳酸和/或D-乳酸共聚的化合物的共聚物”、以及它们的混合物等。
聚乳酸系高分子中，特别优选“聚乳酸”，最优选使用L-乳酸的均聚物(PLLA)和D-乳酸的均聚物(PDLA)。
聚乳酸系高分子可以具有结晶性部分。或者聚合物的至少一部分可以结晶化。作为聚乳酸系高分子，优选使用具有压电性的聚乳酸系高分子、换言之优选使用压电聚乳酸系高分子、特别是压电聚乳酸。
聚乳酸(PLA)为手性高分子，主链具有螺旋结构。如果对聚乳酸进行单轴拉伸使分子取向，则可以表现出压电性。进而，可以通过施加热处理来提高结晶度，从而可以提高压电常数。换言之，可以根据“结晶度”来提高“压电常数”(参照“使用聚乳酸的固相拉伸膜的高压电性表现机制的研究”，静电学会志，40，1(2016)38-43)。
聚乳酸(PLA)的压电常数例如为5～30pC/N。
聚乳酸(PLA)的光学纯度(对映体过剩量(e.e.))可以根据下式算出。
光学纯度(％)＝{|L型量-D型量|/(L型量+D型量)}×100
例如，在D型和L型任一者中，光学纯度为90重量％以上，优选为95重量％以上或97重量％以上，更优选为98重量％～100重量％，进一步更优选为99.0重量％～100重量％，特别优选为99.0重量％～99.8重量％。聚乳酸(PLA)的L型量和D型量例如可以为通过采用高效液相色谱(HPLC)的方法而得到的值。
聚乳酸(PLA)的结晶度例如为15％以上，优选为35％以上，更优选为50％以上，进一步更优选为55％～100％。结晶度越高越好，但从染色性的观点考虑，例如可以为35％～50％，优选为38％～50％。
结晶度例如可以通过使用示差扫描热量计(DSC：Differential ScanningCalorimetry)(例如，Hitachi High-Tech Science Company制的DSC7000X)的方法、X射线衍射法(XRD：X-ray diffraction)(例如，使用Rigaku Corporation制的ultraX 18的X射线衍射法)、广角X射线衍射测定(WAXD：Wide Angle X-ray Diffraction)等测定方法来决定。应予说明，在本公开中，使用WAXD测定的结晶度的测定值与使用DSC测定的结晶度的测定值相差约1.5(DSC测定值/WAXD测定值≈1.5)。
本公开的压电材料除聚乳酸系高分子以外，例如还可以使用聚肽系(例如聚(戊二酸γ-苄酯)、聚(戊二酸γ-甲酯)等)、纤维素系(例如乙酸纤维素、氰乙基纤维素等)、聚丁酸系(例如聚(β-羟基丁酸)等)、聚环氧丙烷系等具有光学活性的高分子及其衍生物等作为高分子压电体。
本公开的电位产生纤维或电位产生长丝中优选不加入增塑剂和/或润滑剂等添加剂。一般来说，已知当电位产生纤维或电位产生长丝中含有添加剂时，有难以产生表面电位的倾向。因此，为了适当地产生表面电位，优选电位产生纤维或电位产生长丝中不含有添加剂。本说明书中所说的“增塑剂”是指用于赋予电位产生纤维或电位产生长丝柔软性的材料，“润滑剂”是指提高压电性的纱线的分子滑动的材料。具体而言，意指聚乙二醇，蓖麻油系脂肪酸酯、聚氧乙烯脱水山梨糖醇脂肪酸酯、聚乙二醇脂肪酸酯、硬脂酰胺和/或甘油脂肪酸酯等。这些材料不包含在本公开的电位产生纤维或电位产生长丝中。
本公开的电位产生纤维或电位产生长丝可以含有水解抑制剂。特别地，可以含有对聚乳酸(PLA)的水解抑制剂。作为水解抑制剂的一个例子，可以含有碳二亚胺。更优选可以含有环状碳二亚胺。更具体而言，可以是日本专利第5475377号所记载的环状碳二亚胺。根据这样的环状碳二亚胺，能够有效地密封高分子化合物的酸性基团。应予说明，可以在环状碳二亚胺化合物中以能够有效地密封高分子的酸性基团的程度并用羧基密封剂。作为该羧基密封剂，可例示日本特开第2005-2174号公报记载的剂、例如环氧化合物、唑啉化合物和/或/>嗪化合物等。
以下，对水解抑制剂的作用进行说明。以往公知的含有PLA的纤维或长丝(不产生表面电位的纤维或长丝)通过PLA的水解而产生酸，该酸作用于菌，由此起到抗菌效果。因此，当PLA发生水解时，纤维或长丝会劣化。然而，本公开的电位产生纤维或电位产生长丝的抗菌机理与以往不同，通过如上所述产生表面电位而起到抗菌效果，因此不需要引起水解。进而，由于本公开的电位产生纤维或电位产生长丝含有水解抑制剂，因此能够防止纤维或长丝发生水解并抑制纤维或长丝的劣化。
本公开的纤维可以为将多个纤维合股而成的纱线(合股纱线或无捻纱线)、加了捻度的纱线(捻合纱线或加捻纱线)、施加了卷缩的纱线(卷缩加工纱线或假捻纱线)、或者纺纱而成的纱线(细纱)的形态。换言之，本公开可以为包含本公开的异形截面纤维而成的纱线(以下也有时称为“本公开的纱线”或“抗菌纱线”)。
本公开的异形截面纤维和/或包含本公开的异形截面纤维而成的纱线可以包含在布中。换言之，本公开的异形截面纤维和/或异形截面纤维可以是包含本公开的纱线而成的布。在本公开中，“布”是指机织物、编织物、无纺布等布帛。
在以下实施例中详细说明本公开的异形截面纤维。
实施例
实施例1
使用Murata Software Co.,Ltd.制的模拟软件“FEMTET”(https：//www.muratasoftware.com/)，在以下条件下测定图6所示的具有三角形纤维截面的本公开的异形截面纤维的电位(mV)和电场强度(kV/m)。
模型
三棱柱
纤维截面：正三角形
内角：60°
长度(Z轴方向的尺寸)：100μm
高度(X轴方向的高度)(从YZ面到顶点的距离)：10μm
载荷：2×10-4N
材质：聚-L-乳酸(PLLA)膜(压电(应变)常数的张量成分d14＝6pC/N，d25＝-6pC/N)
在图6(A)的立体图中，在与YZ面成45°的方向(换言之，从与纤维的长轴垂直的方向倾斜45°的方向)施加载荷。
图6(B)表示图6(A)所示的纤维的截面(XY面中的截面)，表示从顶部向三角形的内部或中心方向施加载荷。
将对图6所示的异形截面纤维施加载荷(2×10-4N)时在纤维中产生的电位(mV)示于图7。
图7(A)表示在整个纤维中产生的电位，图7(B)表示在纤维的截面中产生的电位。
图7中，产生的电位的最大值为371.591mV，产生的电位的最小值为-359.408mV。
如图7(B)所示，发现电位在位于纤维顶部两侧的侧面显著高于施加载荷的纤维顶部。
将对异形截面纤维施加载荷(2×10-4N)时产生的电场的强度示于图8。图8表示纤维的截面(XY面中的截面)，表示在纤维中产生的电场的强度(kV/m)。
如图8所示，发现电场强度在施加载荷的纤维顶部显著高。
电场强度的最大值为527kV/m(参照图9)。
实施例2
作为模型，使用四棱柱(纤维截面：正方形、内角90°)，除此之外，与实施例1同样地确定电场强度。电场强度的最大值为202kV/m(参照图9)。
实施例3
作为模型，使用五棱柱(纤维截面：正五边形、内角108°)，除此之外，与实施例1同样地确定电场强度。电场强度的最大值为152kV/m(参照图9)。
比较例1
作为模型，使用六棱柱(纤维截面：正六边形、内角120°)，除此之外，与实施例1同样地确定电场强度。电场强度的最大值为36kV/m(参照图9)。
比较例2
作为模型，使用七棱柱(纤维截面：正七边形、内角128.57°)，除此之外，与实施例1同样地确定电场强度。电场强度的最大值为32kV/m(参照图9)。
比较例3
作为模型，使用八棱柱(纤维截面：正八边形、内角135°)，除此之外，与实施例1同样地确定电场强度。电场强度的最大值为50kV/m(参照图9)。
比较例4
作为模型，使用十棱柱(纤维截面：正十边形、内角144°)，除此之外，与实施例1同样地确定电场强度。电场强度的最大值为56kV/m(参照图9)。
比较例5
作为模型，使用十二棱柱(纤维截面：正十二边形、内角150°)，除此之外，与实施例1同样地确定电场强度。电场强度的最大值为58kV/m(参照图9)。
比较例6
作为模型，使用十四棱柱(纤维截面：正十四边形、内角154.285°)，除此之外，与实施例1同样地确定电场强度。电场强度的最大值为75kV/m(参照图9)。
比较例7
作为模型，使用十六棱柱(纤维截面：正十六边形、内角157.5°)，除此之外，与实施例1同样地确定电场强度。电场强度的最大值为79kV/m(参照图9)。
如图9的坐标图所示，发现如比较例1～7那样，异形截面纤维的内角的角度为120°以上时电场强度显著降低。发现在比较例1～7中，电场强度小于100kV/m或小于0.1V/μm。
与此相对，发现在实施例1～3中，由于异形截面纤维的内角的角度小于120°，因此电场强度为100kV/m以上或0.1V/μm以上。
发现由于得到这样的电场强度，因此实施例1～3的异形截面纤维表现出在从与纤维的长轴方向倾斜的方向、特别是倾斜45°的方向受到压缩力时得到了显著提高的电场强度(0.1V/μm以上)。
实施例4
使用模拟软件“FEMTET”(Murata Software Co.,Ltd.制)，在以下条件下测定图10所示的具有三角形纤维截面的本公开的“中空”异形截面纤维的电位(mV)和电场强度(kV/m)。
模型
三棱柱(中空)
纤维截面：正三角形
内角：60°
长度(Z轴方向的尺寸)：100μm
高度(X轴方向的高度)(从YZ面到顶点的距离)：10μm
中空(圆筒形的中空部分)：中空部分的半径(以下称为“中空径”)：3μm，Z轴方向的尺寸：100μm
载荷：2×10-4N
材质：聚-L-乳酸(PLLA)膜(压电(应变)常数的张量成分d14＝6pC/N，d25＝-6pC/N)
在图10(A)的立体图中，在与YZ面成45°的方向(换言之，从与纤维的长轴垂直的方向倾斜45°的方向)施加载荷。
图10(B)表示图10(A)所示的纤维的截面(XY面中的截面)，表示从顶部向三角形的中心方向施加载荷。
将对图10所示的异形截面纤维施加载荷(2×10-4N)时在纤维中产生的电位(mV)示于图11。
图11(A)表示在整个纤维中产生的电位，图11(B)表示在纤维的截面中产生的电位。
图11中，产生的电位的最大值为281mV，产生的电位的最小值为-343mV。
如图11(B)所示，电位在位于纤维顶部两侧的侧面显著高于施加载荷的纤维顶部。
将对异形截面纤维施加载荷(2×10-4N)时产生的电场的强度示于图12。图12表示纤维的截面(XY面中的截面)，表示在纤维中产生的电场的强度(kV/m)。
如图12所示，发现电场强度在施加载荷的纤维顶部显著高。
电场强度的最大值为489kV/m(参照图13)。
应予说明，在图13中，半径(中空径)0μm的情况表示实施例1的纤维(实心)的电场强度。
实施例5
使中空径为1μm，除此之外，与实施例4同样地确定电场强度。电场强度的最大值为502kV/m(参照图13)。
实施例6
使中空径为2μm，除此之外，与实施例4同样地确定电场强度。电场强度的最大值为453kV/m(参照图13)。
如图13的坐标图所示，发现在实施例4～6中，即使是中空纤维，电场强度也为100kV/m以上或0.1V/μm以上。
发现由于得到这样的电场强度，因此实施例4～6的异形截面纤维即使是中空纤维，也表现出在从与纤维的长轴方向倾斜的方向受到压缩力时显著提高的电场强度(0.1V/μm以上)。
实施例7
使用具有正五边形纤维截面的本公开的“中空”异形截面纤维(中空径：3μm、Z轴方向的尺寸：100μm)，除此之外，与实施例4同样地测定电场强度。电场强度的最大值为168kV/m(参照图14)。应予说明，在图14中，半径(中空径)0μm的情况表示实施例3的纤维(实心)的电场强度。
实施例8
使中空径为1μm，除此之外，与实施例7同样地确定电场强度。电场强度的最大值为198kV/m(参照图14)。
实施例9
使中空径为2μm，除此之外，与实施例7同样地确定电场强度。电场强度的最大值为142kV/m(参照图14)。
如图14的坐标图所示，发现在实施例7～9中，即使是中空纤维，电场强度也为100kV/m以上或0.1V/μm以上。
发现由于得到这样的电场强度，因此实施例7～9的异形截面纤维即使是中空纤维，也表现出在从与纤维的长轴方向倾斜的方向受到压缩力时显著提高的电场强度(0.1V/μm以上)。
·关于模拟软件的可靠性
为了确认上述实施例和比较例中使用的模拟软件“FEMTET”(Murata SoftwareCo.,Ltd.制(https：//www.muratasoftware.com/))的可靠性，进行以下实验。
(确认实验)
(1)
使用模拟软件“FEMTET”在PLLA膜(长度方向的尺寸：40mm，与长度方向垂直的方向的尺寸：20mm，厚度：0.05mm)中进行压电模拟。
条件
求解器：压电分析
边界条件：0.5％拉伸
聚-L-乳酸(PLLA)膜(压电(应变)常数的张量成分d14＝6pC/N，d25＝-6pC/N)中产生的电位为71.5V。
(2)
实际上，使用PLLA膜(长度方向的尺寸：40mm，与长度方向垂直的方向的尺寸：20mm，厚度：0.05mm)(PLLA：光学纯度99％以上，结晶度：44％，晶体尺寸：13.5nm，取向度：90％，压电(应变)常数的张量成分d14＝6pC/N，d25＝-6pC/N的聚-L-乳酸(PLLA))，在以下条件下测定拉伸0.5％时产生的电位。
条件
拉伸：0.5％(长度方向)
电位测定：电力显微镜(Electric Force Microscope(EFM))
通过将电力显微镜(EFM)(Trek公司制，Model 1100TN)的探针固定在悬臂上并使探针沿PLLA膜的长度方向扫描200μm，测定0.5％拉伸时的PLLA膜的电位。此时，在拉伸装置(夹具)中从PLLA膜通过夹具形成接地(GND)，用离子发生器(Trek公司制，MODEL 930)向PLLA膜送风1分钟，由此使测定值稳定。
0.5％拉伸时的PLLA膜的电位为71.1V～72.1V，与使用Murata Software Co.,Ltd.制的模拟软件“FEMTET”测定的上述结果(71.5V)几乎相同。
(关于模拟中的拉伸、压缩和电场强度的关系)
电场强度E可以由下式求出。
D＝dT+εTE
D：电位移
d：压电常数
T：应力
εT：介电常数
E：电场强度
在使用模拟软件“FEMTET”的情况下，在异形截面纤维的模拟中，由于D(电位移)＝0，因此“电场强度E”可以由“d(压电常数)”、“T(应力)”和“εT(介电常数)”求出。这里，由于“d(压电常数)”和“εT(介电常数)”是恒定值，因此“电场强度E”主要取决于“T(应力)”。这里，“T(应力)”的大小(值)是重要的，从上述式可知，应力的方向完全不影响“电场强度E”。因此，关于“电场强度E”，如果膜的长度方向的“拉伸”与横切纤维的长度方向的“压缩”的大小相同，则“电场强度E”的值相同。
另外，根据下式，“电场强度E”与“电位V”之间存在以下的相关关系。
E＝V/α
V：电位
α：距离
由此，如果利用模拟软件“FEMTET”由“拉伸”导出的“电位”(V)或“电场强度”(E)的结果与实际由“拉伸”测定的“电位”或“电场强度”的结果一致(参照上述“确认实验”)，则利用模拟软件“FEMTET”由“压缩”求出的“电位”和“电场强度”的结果可以说理论上与实际测定的值相同。
如此，Murata Software Co.,Ltd.制的模拟软件“FEMTET”具有确实的可靠性。
·关于抗菌效果
关于抗菌效果，对成为对象的菌进行简单说明，是细菌(bacteria)和真菌(fungus)，特别是真菌由细长拉伸的菌丝(hypha)和基本呈圆形形状的胞子(spore)构成。另外，已知胞子通过发芽而增殖，漂浮在空气中等并附着于寄生体时形成菌丝，进行有性和无性生殖(《新皮肤科学》，第2版，清水宏著，第469页)。有助于这种增殖的胞子的大小通常约2μm～10μm左右(“食品卫生之窗”，东京都福祉保健局主页)。
接下来，对电刺激的抗菌效果进行简单说明，一直以来，已知能够通过电场来抑制菌的增殖(例如参照土戸哲明、高丽宽纪、松冈英明、小泉淳一著，讲谈社：微生物控制-科学与工学；例如参照高木浩一，高电压·等离子体技术在农业·食品领域的应用，J.HTSJ，Vol.51，No.216)。
另外，还发现：通过使该电场产生的电位，有时电流在由湿气等形成的电流路径或可以由局部的微放电现象等形成的电路中流通，利用该电流使菌弱化，能够抑制菌的增殖。
进而，关于这样的电刺激，作为细胞膜破坏的机理之一，已知有电穿孔法(electroporation method)(利用高电压脉冲的细胞穿孔的机理-基因导入法的基础-葛西道生·稻叶浩子著，第1595页)。
根据上述文献，发生破坏菌等的细胞膜的电穿孔的条件一般是对细胞施加“约1.0V”的电位差(或电压)时，本申请发明人等认为，例如在胞子的大小为约2μm～10μm左右的情况下，当产生约0.1V/μm以上的电场强度的电场或电位时，即使在具有最大约10μm大小的胞子的情况下，也能够施加约1.0V以上的电位差(或电压)，可以发生电穿孔而破坏细胞膜，或者可以对用于维持生命的电子传递系统产生妨碍，使细胞弱化或杀灭或减少。
因此，实施例1～9的本公开的异形截面纤维均具有0.1V/μm以上的电场强度，因此起到优异的抗菌效果。另外，认为能够通过这样的0.1V/μm以上的电场强度对病毒也起作用。
本公开的异形截面纤维不应被解释为限于上述实施例。
工业上的可利用性
本公开的异形截面纤维例如可用于衣物、特别是袜子等。本公开的异形截面纤维不限于衣物，可用于施加压缩力的各种布帛和/或纱线。例如，可用于鞋子的垫子(鞋垫)、地毯等毯子、地板材料等。
符号说明
F纤维/异形截面纤维。

Claims (18)

1.一种异形截面纤维，是由电位产生长丝构成的纤维，在与该纤维的长轴垂直的方向的截面视图中的轮廓形状中，具有至少一个小于120°的角度的内角。
2.根据权利要求1所述的异形截面纤维，其中，所述内角的角度为108°以下。
3.根据权利要求1所述的异形截面纤维，其中，所述内角的角度为90°以下。
4.根据权利要求1所述的异形截面纤维，其中，所述内角的角度为60°以下。
5.根据权利要求1所述的异形截面纤维，其中，所述内角的角度为60°～108°。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的异形截面纤维，其中，通过在横切所述纤维的长轴的方向按压所述纤维来产生电位。
7.根据权利要求6所述的异形截面纤维，其中，通过按压所述纤维的所述轮廓形状中包含的角部来产生所述电位。
8.根据权利要求7所述的异形截面纤维，其中，通过从与所述纤维的长轴垂直的方向倾斜地按压所述角部来产生所述电位。
9.根据权利要求8所述的异形截面纤维，其中，通过从与所述纤维的长轴垂直的方向以0°～90°的范围倾斜地按压所述角部来产生所述电位。
10.根据权利要求9所述的异形截面纤维，其中，通过从与所述纤维的长轴垂直的方向倾斜45°地按压所述角部来产生所述电位。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的异形截面纤维，其中，所述纤维为中空纤维。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的异形截面纤维，其具有100kV/m以上或0.1V/μm以上的电场强度。
13.根据权利要求1～12中任一项所述的异形截面纤维，其中，所述纤维包含压电材料而成。
14.根据权利要求13所述的异形截面纤维，其中，所述压电材料包含聚-L-乳酸即PLLA而成。
15.根据权利要求13或14所述的异形截面纤维，其中，所述压电材料不含有添加剂。
16.根据权利要求13～15中任一项所述的异形截面纤维，其中，所述压电材料含有水解抑制剂。
17.一种纱线，是包含权利要求1～16中任一项所述的异形截面纤维而成的。
18.一种布，是包含权利要求17所述的纱线而成的。
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