JP2009191381A - 割繊性アクリル系繊維の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】工程通過性と経済性を犠牲にすることなく、割繊性の良好なアクリル系繊維の製造方法を開発する。
【解決手段】アクリロニトリル系ポリマー３０〜９０質量％とアクリロニトリル系ポリマーと非相溶のポリマー７０〜１０質量％からなる溶剤溶液を用いて湿式紡糸法により、アクリル系繊維を製造するに際し、ノズル孔径よりも目開きが小さいノズルフィルターを用い、ノズルフィルターからノズルに到達するまでの通過時間を３秒以下とする割繊性アクリル系繊維の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、割繊性アクリル系繊維の製造方法に関する。

割繊、フィブリル化或いは直接紡糸を工夫することで得られる極細繊維は、紙や不織布等の原料として利用され、例えば、低圧損でありながら高濾過性能を有するエアーフィルターや電池用セパレーター等の基材繊維として広く利用されている。このような極細繊維は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステルにおいても提案されているがポリマーの性質上吸湿率が低いという欠点をもっている。またセルロース繊維によるフィブリル化繊維も提案されているが、強度が低く、また耐薬品性が不十分でセパレーター等への利用は困難であり用途に制限がある。

アクリル系繊維においても極細繊維が提案されており、例えば、扁平状構成枝に一端が１８０°以下で接合された断面形状を有し、且つ、当該構成枝の幅に対して３０〜９５％となるよう開口又は空孔を有するアクリル系異形断面繊維が開発されている（特許文献１参照）。しかしながら単一成分のポリマーからなる繊維は界面が存在しないことから満遍なくフィブリル化することが難しく、繊度がばらついて濾過性能が変わることからフィルターへの適用は適していない。

また、アクリロニトリル系ポリマーとウレタン系ポリマーの２種類のポリマーをサイドバイサイドに配置した割繊性ウレタン短繊維が提案されている（特許文献２参照）。しかしこの割繊性ウレタン繊維は、割繊の前後で繊度が半分程度にしかならず極細化が不十分であった。

また、本出願人は、先にアクリロニトリル系ポリマー、アクリル樹脂系ポリマー、及び、他のポリマーから構成され、これらがミクロ相分離している割繊性アクリル繊維を提案した（特許文献３参照）。しかしながら、ミクロ相分離させる方法が具体的に記載されておらず、単純混合では十分な極細化された繊維を得ることが出来なかった。

特開平１０−２５１９１５号公報 特開平０５−３２１０３１号公報 特開平０７−２２９０１７号公報

本発明の目的は、以上のような状況に鑑み、工程通過性と経済性を犠牲にすることなく、良好な割繊性を有するアクリル系繊維の製造方法を提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成するため、割繊性アクリル繊維の製造方法について鋭意研究を進めた結果、ノズル孔径よりも目開きが小さいノズルフィルターを用いることによって超極細の割繊性アクリル系繊維を得ることに成功した。本発明はかかる知見に基づいてなされたものである。
すなわち、本発明は、アクリロニトリル系ポリマー３０〜９０質量％とアクリロニトリル系ポリマーと非相溶のポリマー７０〜１０質量％からなる溶剤溶液を用いて湿式紡糸法により、アクリル系繊維を製造するに際し、ノズル孔径よりも目開きが小さいノズルフィルターを用い、ノズルフィルターからノズルに到達するまでの通過時間を３秒以下とすることを特徴とする割繊性アクリル系繊維の製造方法を提供するものである。

以上詳細に説明したように、本発明の製造方法によれば、割繊性が良好で、吸湿性及び強度に優れた、特に、エアフィルター用あるいは電池用セパレーター用素材として有用なアクリル系繊維が提供される。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の割繊性アクリル系繊維を構成するアクリロニトリル系ポリマーは、アクリロニトリルを５０質量％以上含有するポリマーであり、アクリロニトリルのホモポリマーであってもよいしコポリマーであってもよい。アクリロニトリルの含有量が５０質量％未満の場合は、割繊性アクリル繊維が本来のアクリル繊維としての特性を失ったものとなり好ましくない。また、アクリロニトリルのコポリマーである場合は、アクリロニトリルを５０質量％以上含有する範囲で、アクリロニトリルと共重合可能な不飽和モノマーとして例えば次のモノマーがあげられる。

アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸ｎ−ブチル、アクリル酸２−エチルヘキシル、アクリル酸２−ヒドロキシエチル、アクリル酸ヒドロキシプロピル等のアクリル酸エステル類、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸ｎ−ブチル、メタクリル酸ｎ−ヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸ヒドロキシプロピル、メタクリル酸ジエチルアミノエチル等のメタクリル酸エステル類。

また、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、アクリルアミド、Ｎ−メチロールアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、スチレン、ビニルトルエン、酢酸ビニル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、臭化ビニル、臭化ビニリデン、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン等のモノマー、さらに染色性改良等の目的の場合ｐ−スルホフェニルメタリルエーテル、メタリルスルホン酸、アリルスルホン酸、スチレンスルホン酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸及びこれらのアルカリ金属塩等である。

特に本発明におけるアクリロニトリル系ポリマーは割繊繊維或いはそのシート状物が耐熱性、耐薬品性を必要とする用途に用いられることを考慮すれば、アクリロニトリルのホモポリマーであることが好ましい。本発明におけるアクリロニトリル系ポリマーの分子量は、特に限定されないが、５万〜１００万であることが望ましい。分子量が５万未満では、紡糸性が低下すると同時に繊維の糸質も悪化する傾向にあり、他方、分子量が１００万を超えると、紡糸原液の最適粘度を与えるポリマー濃度が低くなり、生産性が低下する傾向にある。

また本発明において、アクリロニトリル系ポリマーと共に割繊性アクリル系繊維を構成するポリマーは、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、ポリ乳酸、ポリオキシメチレン、ポリブチレンテレフタレート、ＰＥＴ、ポリビニルアルコールから選ばれる１種または２種以上のポリマーであって、アクリロニトリル系ポリマーの溶剤であるジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等に溶解可能で、且つ、アクリロニトリル系ポリマーとは非相溶のポリマーである。これらポリマーは、アクリロニトリル系ポリマーの溶剤に溶解し紡糸性がありながら、アクリロニトリル系ポリマーとの非相溶性によりアクリロニトリル系ポリマーと共に存在するときには、紡糸時の凝固浴での糸形成の際にミクロ相分離を生じ繊維中に筋状相分離構造を形成する。

本発明の割繊性アクリル系繊維は、アクリロニトリル系ポリマー３０〜９０質量％と、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、ポリ乳酸、ポリオキシメチレン、ポリブチレンテレフタレート、ＰＥＴ、ポリビニルアルコールから選ばれるポリマー７０〜１０質量％とから構成され、その繊維中に筋状相分離構造を有していることを特徴とする。アクリロニトリル系ポリマーと共存するポリマーが１０質量％未満では、筋状相分離構造が微小で割繊性が不十分であり、繊維が不均一となる。他方、７０質量％を超えると、紡糸時における糸切れが多発し、繊維を得ること自体が難しくなるだけでなく、アクリル繊維としての繊維物性が著しく損なわれる。

本発明の割繊性アクリル系繊維は、例えば次のようにして製造することができる。まず、アクリロニトリル系ポリマーと、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、ポリ乳酸、ポリオキシメチレン、ポリブチレンテレフタレート、ＰＥＴ、ポリビニルアルコールから選ばれるポリマー（以下、添加ポリマーという）からなる紡糸原液を調整する。アクリロニトリル系ポリマーと添加ポリマーからなる紡糸原液を調整する方法については特に限定されないが、例えば溶剤に各ポリマーを投入しスラリーを調整した後に溶解する方法、各ポリマーを別個に溶剤に溶解した原液をバッチ混合する方法、各ポリマーを別個に溶剤に溶解した原液をスタティックミキサー等を用いることによりインライン混合する方法等が挙げられる。

紡糸原液の溶剤としては、アクリロニトリル系ポリマーと添加ポリマーとの共通溶剤であればどの様なものでも用いることができる。かかる溶剤としては、例えばジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。紡糸原液は、アクリロニトリル系ポリマー３０〜９０質量％と添加ポリマー７０〜１０質量％との合計ポリマー濃度で好ましくは１２〜３０質量％に調整する。

次に、調整した紡糸原液を用いて紡糸を行う。紡糸方法としては一般的にアクリル繊維の製造に用いられる湿式法、乾湿式法、乾式法のいずれも用いられるが、紡糸口金より紡糸原液を凝固浴に吐出し凝固させる湿式法が好ましく用いられる。
ここで紡糸ノズルパックには、ドープ中に含まれる異物を濾過するためにノズルフィルターを設置するが、ノズルフィルターはノズル孔径より小さい目開きに設定する必要がある。ノズルフィルターの目開きがノズル孔径よりも大きい場合には、ドープに与えられる剪断が不十分でポリマー粒径が大きく十分に極細化された繊維を得ることができない。

また、ノズルフィルターとノズル孔口金の設置位置は、ノズルフィルターを通過したドープがノズル孔に到達するまでの時間を３秒以下になるように設置する。ノズルフィルターとノズル口金との間の空隙が大きくノズルフィルターを通過したドープがノズル孔に到達するまでの時間が３秒を超えるとノズルフィルターで分割されたポリマーが再凝集してポリマー粒径が大きくなり、十分に極細化された繊維を得ることができない。
紡糸口金の孔形状は丸型であることが望ましい。凝固糸は、引き続き、洗浄、延伸、乾燥、熱処理等の各工程を経ることにより本発明の割繊性アクリル系繊維を得ることができる。得られた割繊性アクリル系繊維は、必要により任意長にカットすることもできる。

本発明の割繊性アクリル系繊維は、割繊性を有し、叩解処理により容易にフィブリル状に割繊することができる。本発明の割繊性アクリル繊維は、割繊性アクリル繊維の一部または全部が、繊維径１μｍ以下のフィブリル状に割繊されてなるものである。割繊性アクリル繊維を割繊するための叩解処理には、例えば、各種ミキサー、ウォータージェット、ディスクリファイナー等を用いることができる。割繊性のアクリル繊維の叩解処理は、任意長の短繊維の状態で行ってもよいし、公知の方法により一旦シート状にした後に水洗或いは気流によって行ってもよい。また、この叩解処理をシート化の工程の中でも行うことができる。

本発明の割繊性アクリル系繊維を得る際の叩解の程度は任意にコントロールできるものであり、本発明の割繊性アクリル繊維は、繊維径１μｍ以下のフィブリル状の割繊繊維を含む限りにおいて繊維径１μｍを超える種々の太さの割繊繊維を含むものとすることができる。また、未割繊の割繊性アクリル繊維と分割された割繊性アクリル繊維が混在していてもよく、また、その混在割合も任意であってよい。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。

（実施例１）
水系懸濁重合法により、アクリロニトリル／酢酸ビニル＝９１／９（質量比）の組成を有する分子量１２０，０００のアクリロニトリル系ポリマー１００ｇと塩化ビニル（信越化学工業（株）製、製品名：ＴＫ−１０００）１００ｇをジメチルホルムアミド８００ｇに溶解し、アクリロニトリル系ポリマー／塩化ビニル＝５０質量部／５０質量部の２０質量％濃度の紡糸原液を調製した。
次いで得られた紡糸原液を８０℃に保ったまま、ギヤポンプを用いてノズル部へ定量供給した。ノズルフィルターには目開き１５μｍの２４００メッシュフィルター（関西金網（株）製）を用い、孔径４５μｍのノズル口金を使用した。またノズルフィルターを通過したドープがノズル孔に達するまでの時間は、ドープ流量とノズルフィルター及びノズル口金間の空隙から計算すると０．９秒であった。紡糸原液をノズル口金よりジメチルホルムアミドと水からなる凝固浴に吐出し凝固させる湿式紡糸方法より紡糸し、単繊維繊度１．７ｄｔｅｘ（繊維径１４μｍ）の繊維を得た。
得られた繊維を５ｍｍ長にカットし、水を加えて繊維濃度１質量％とした後、ディスクリファイナー（熊谷理機工業（株）製、製品名：ＫＲＫ高濃度ディスクリファイナー（ディスククリアランス０．３ｍｍ、回転数５０００ｒｐｍ））で叩解処理した。得られたスラリーを用い目付９０ｇ／ｍ² で一辺が２５ｃｍの正方形に抄紙し、１３０℃のドラム式乾燥機（ハシマ（株）製、製品名：ＨＰ−１２４ＡＰ）を用いて接触時間３分間で乾燥し、シートを形成した。得られたシートを走査型電子顕微鏡にて観察したところ、割繊された部分の形態はフィブリル状であり、その繊維径は０．４０μｍであった。

（実施例２）
ノズルフィルターに目開き２０μｍの１４５０メッシュフィルター（関西金網（株）製）を用いた以外は、実施例１と同様の方法で、単繊維繊度１．８ｄｔｅｘ（繊維径１４μｍ）の繊維を得た。ノズルフィルターを通過したドープがノズル孔に達するまでの時間は、０．９秒であった。
得られた繊維を用いて実施例１と同様の方法で、シートを形成した。得られたシートを走査型電子顕微鏡にて観察したところ、割繊された部分の形態はフィブリル状であり、その繊維径は０．４１μｍであった。

（実施例３）
ノズルフィルターに目開き２５μｍの５００メッシュフィルター（関西金網（株）製）を用いた以外は、実施例１と同様の方法で、単繊維繊度１．８ｄｔｅｘ（繊維径１４μｍ）の繊維を得た。ノズルフィルターを通過したドープがノズル孔に達するまでの時間は、０．９秒であった。
得られた繊維を用いて実施例１と同様の方法で、シートを形成した。得られたシートを走査型電子顕微鏡にて観察したところ、割繊された部分の形態はフィブリル状であり、その繊維径は０．４７μｍであった。

（比較例１）
ノズルフィルターに目開き１８０μｍの粗布を用いた以外は、実施例１と同様の方法で、単繊維繊度２．０ｄｔｅｘ（繊維径１５μｍ）の繊維を得た。ノズルフィルターを通過したドープがノズル孔に達するまでの時間は、０．９秒であった。
得られた繊維を用いて実施例１と同様の方法で、シートを形成した。得られたシートを走査型電子顕微鏡にて観察したところ、割繊された部分の形態はフィブリル状であり、その繊維径は１．２１μｍであった。

（比較例２）
ノズルフィルターに目開き１８０μｍの粗布を用い、さらにノズルフィルターとノズル口金間にスペーサーを導入し、その間の空隙を拡大した以外は実施例１と同様の方法で、単繊維繊度２．０ｄｔｅｘ（繊維径１５μｍ）の繊維を得た。ノズルフィルターを通過したドープがノズル孔に達するまでの時間は、３．２秒であった。
得られた繊維を用いて実施例１と同様の方法で、シートを形成した。得られたシートを走査型電子顕微鏡にて観察したところ、割繊された部分の形態はフィブリル状であり、その繊維径は１．３５μｍであった。

Claims (1)

1. アクリロニトリル系ポリマー３０〜９０質量％とアクリロニトリル系ポリマーと非相溶のポリマー７０〜１０質量％からなる溶剤溶液を用いて湿式紡糸法により、アクリル系繊維を製造するに際し、ノズル孔径よりも目開きが小さいノズルフィルターを用い、ノズルフィルターからノズルに到達するまでの通過時間を３秒以下とすることを特徴とする割繊性アクリル系繊維の製造方法。