JP2017057538A - Composite fiber and manufacturing method therefor, composite material and manufacturing method therefor - Google Patents

Composite fiber and manufacturing method therefor, composite material and manufacturing method therefor Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composite fiber by effectively composing a resin fiber and an inorganic material by making good use of their respective advantages, the composite fiber having mechanical physical properties suitable as a reinforced fiber and others.SOLUTION: There is provided a composite fiber having a coating layer containing: at least one hydrophilic polymer having a hydrophilic group having a coordination ability to a calcium ion; and a calcium carbonate crystal containing a calcite crystal and a vaterite crystal as main crystals and having the size of crystallite of 0.01 to 0.1 μm, each of which is formed on at least a part of a surface of a polar fiber mainly containing at least one vinyl alcohol resin, wherein an average thickness of the coating layer is 0.01 to 20 μm and a surface coating percentage of the polar fiber by the coating layer is 80 to 100%.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、複合繊維とその製造方法、並びに、複合材とその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a composite fiber and a manufacturing method thereof, and a composite material and a manufacturing method thereof.

一般的に、樹脂は成形加工が容易で、軽量であるものの、引張強度および弾性率等の機械物性が劣る傾向がある。そのため、一般的に、樹脂単独では、航空機部材、自動車部材、家電部材、および建材等の、機械強度が求められる用途には適していない。
そこで、上記用途では、引張強度が高く、弾性率の高い強化繊維をマトリクス樹脂に複合した繊維強化樹脂(FRP)が好ましく用いられる。
In general, resins are easy to mold and lightweight, but tend to be inferior in mechanical properties such as tensile strength and elastic modulus. Therefore, in general, the resin alone is not suitable for applications requiring mechanical strength, such as aircraft members, automobile members, home appliance members, and building materials.
Therefore, in the above applications, a fiber reinforced resin (FRP) in which a reinforced fiber having a high tensile strength and a high elastic modulus is combined with a matrix resin is preferably used.

強化繊維としては、
ガラス繊維および炭素繊維等の無機繊維;
並びに、
PVA系繊維等の樹脂繊維が挙げられる。
As reinforcing fiber,
Inorganic fibers such as glass fibers and carbon fibers;
And
Examples thereof include resin fibers such as PVA fibers.

本明細書において、「VA」はビニルアルコールの略号である。
本明細書において、「VA系樹脂」はビニルアルコール系樹脂の略号であり、完全けん化物であるポリビニルアルコール、および、部分けん化物であるビニルアルコール単位と酢酸ビニル単位とを含む共重合体が含まれる。
本明細書において、「PVA系繊維」は、1種または2種以上のVA系樹脂を主成分とする繊維である。
In the present specification, “VA” is an abbreviation for vinyl alcohol.
In this specification, “VA resin” is an abbreviation for vinyl alcohol resin, and includes polyvinyl alcohol as a fully saponified product, and a copolymer containing vinyl alcohol units and vinyl acetate units as partially saponified products. It is.
In this specification, “PVA fiber” is a fiber mainly composed of one or more VA resins.

一般的に、無機繊維に対して、樹脂繊維は低コストである。
また、PVA系繊維は、ヒドロキシ基由来の親水性を有するため、親水性を有するマトリクス樹脂、あるいはヒドロキシ基と反応性を有するマトリクス樹脂等に複合される強化繊維の用途に好ましく用いられる。
なお、強化繊維は樹脂以外のマトリクス材に複合される場合もある。
In general, resin fibers are less expensive than inorganic fibers.
In addition, since the PVA fiber has hydrophilicity derived from a hydroxy group, it is preferably used for a reinforcing fiber composited with a hydrophilic matrix resin or a matrix resin reactive with a hydroxy group.
The reinforcing fiber may be combined with a matrix material other than resin.

一般的に、強化繊維を含む複合材の機械物性は、複合する強化繊維の機械物性と相関関係がある。引張強度および曲げ弾性率等の機械物性が優れた強化繊維を用いることで、優れた機械物性を有する複合材が得られる。
しかしながら、樹脂繊維は、無機繊維に比較して、引張強度等の機械物性に優れるものの、曲げ弾性率等の機械物性が劣る傾向がある。
In general, the mechanical properties of a composite material containing reinforcing fibers are correlated with the mechanical properties of the reinforcing fibers to be combined. By using reinforcing fibers having excellent mechanical properties such as tensile strength and flexural modulus, a composite material having excellent mechanical properties can be obtained.
However, resin fibers are superior in mechanical properties such as tensile strength as compared with inorganic fibers, but tend to be inferior in mechanical properties such as flexural modulus.

曲げ弾性率が劣る強化繊維を用いた複合材の曲げ弾性率を向上する方法としては、曲げ方向に対して複数の複合材を積層する方法、および、複合材中の強化繊維の割合を増加する方法等がある。   As a method of improving the bending elastic modulus of a composite material using reinforcing fibers having inferior bending elastic modulus, a method of laminating a plurality of composite materials in the bending direction, and increasing the proportion of reinforcing fibers in the composite material There are methods.

しかしながら、複数の複合材を積層する方法では、全体の厚みと質量の増加、熱成形性の悪化、層間剥離による機械強度の低下、およびコスト増加等の課題がある。   However, the method of laminating a plurality of composite materials has problems such as an increase in overall thickness and mass, deterioration in thermoformability, a decrease in mechanical strength due to delamination, and an increase in cost.

複合材中の強化繊維の割合を増加する方法では、以下のような課題がある。
マトリクス樹脂と強化繊維とを含む複合材の製造方法としては、
強化繊維にマトリクス樹脂となる液状の原料を含浸させた後、液状の原料を固化させる方法;
および、
強化繊維とマトリクス樹脂となる液状の原料とを混合した後、液状の原料を固化させる方法等がある。
しかしながら、複合材中の強化繊維の割合を増加する場合、前者の製造方法では、強化繊維にマトリクス樹脂となる液状の原料を含浸させることが難しくなる。
後者の製造方法では、マトリクス樹脂と強化繊維との混合物の流動性が低下することにより、マトリクス樹脂と強化繊維との界面にボイドが形成され、複合材の機械強度が低下する恐れがある。また、マトリクス樹脂中に強化繊維が偏在することにより、1つの複合材内または複数の複合材間に機械強度のばらつきが生ずる恐れもある。
The method for increasing the proportion of reinforcing fibers in the composite material has the following problems.
As a method for producing a composite material including a matrix resin and reinforcing fibers,
A method of solidifying the liquid raw material after impregnating the reinforcing fiber with the liquid raw material to be a matrix resin;
and,
There is a method of solidifying the liquid raw material after mixing the reinforcing fiber and the liquid raw material to be the matrix resin.
However, when increasing the proportion of reinforcing fibers in the composite material, it is difficult for the former production method to impregnate the reinforcing fibers with a liquid raw material serving as a matrix resin.
In the latter manufacturing method, the fluidity of the mixture of the matrix resin and the reinforcing fibers is reduced, and voids are formed at the interface between the matrix resin and the reinforcing fibers, which may reduce the mechanical strength of the composite material. In addition, uneven distribution of the reinforcing fibers in the matrix resin may cause variations in mechanical strength within one composite material or between a plurality of composite materials.

強化繊維として樹脂繊維を用いる複合材の機械強度を向上する方法として、マトリクス樹脂と強化繊維にさらに無機物を添加する方法がある。
しかしながら、無機物を添加すると、材料全体の流動性が低下して、マトリクス樹脂と強化繊維との界面、あるいは、マトリクス樹脂と無機物との界面にボイドが形成され、複合材の機械強度が低下する恐れがある。また、無機物の粒子径等によっては、マトリクス樹脂中に無機物が偏在することにより、1つの複合材内または複数の複合材間に機械強度のばらつきが生ずる恐れもある。
As a method for improving the mechanical strength of a composite material using resin fibers as reinforcing fibers, there is a method of further adding an inorganic substance to the matrix resin and the reinforcing fibers.
However, when an inorganic substance is added, the fluidity of the entire material is lowered, and voids are formed at the interface between the matrix resin and the reinforcing fiber or at the interface between the matrix resin and the inorganic substance, which may reduce the mechanical strength of the composite material. There is. In addition, depending on the particle size of the inorganic substance, the inorganic substance is unevenly distributed in the matrix resin, so that there is a possibility that the mechanical strength varies within one composite material or between a plurality of composite materials.

樹脂繊維に対して弾性率の優れた無機物を複合した複合繊維を用いることで、引張強度および曲げ弾性率等の機械物性が優れた強化繊維、およびこれを用いた機械物性が優れた複合材を提供することができると考えられる。   Reinforcing fibers with excellent mechanical properties such as tensile strength and flexural modulus, and composite materials with excellent mechanical properties using the composite fibers obtained by combining inorganic fibers with excellent elastic modulus with resin fibers It is thought that it can be provided.

特許文献1には、PVA系繊維に対して、平均直径が1μm未満の炭酸カルシウム粒子を繊維質量に対して2〜20質量%を含むセメント補強用繊維が開示されている(請求項1)。
特許文献1では、VA系樹脂(けん化度99モル%)を水に溶解した後、ホウ酸と炭酸カルシウム粒子と添加して紡糸原液を得、この紡糸原液を用いて紡糸を行い、複合繊維を製造している(実施例1等)。
特許文献1では、セメント製品の曲げ強度の向上効果が報告されている(段落0026等)。
Patent Document 1 discloses a cement reinforcing fiber containing 2 to 20% by mass of calcium carbonate particles having an average diameter of less than 1 μm with respect to the mass of the PVA fiber (claim 1).
In Patent Document 1, a VA-based resin (saponification degree 99 mol%) is dissolved in water, and then added with boric acid and calcium carbonate particles to obtain a spinning stock solution. Spinning is performed using this spinning stock solution, and a composite fiber is obtained. (Example 1 etc.).
In patent document 1, the improvement effect of the bending strength of a cement product is reported (paragraph 0026 etc.).

しかしながら、特許文献1に記載の方法では、PVA系繊維の紡糸前に炭酸カルシウム粒子を添加している。
この方法では、紡糸原液中の炭酸カルシウム粒子の存在により、VA系樹脂の紡糸が阻害される恐れがある。そのため、得られるPVA系繊維の結晶化度等の繊維特性が低下する恐れがある。また、PVA系繊維の表面に炭酸カルシウム粒子が食い込むことで、繊維形状が悪化する恐れもある。これらは、引張強度の低下を招く恐れがある。
However, in the method described in Patent Document 1, calcium carbonate particles are added before spinning of the PVA fibers.
In this method, the spinning of the VA resin may be hindered by the presence of calcium carbonate particles in the spinning dope. Therefore, there is a possibility that fiber characteristics such as crystallinity of the obtained PVA-based fiber are deteriorated. Moreover, there exists a possibility that a fiber shape may deteriorate because a calcium carbonate particle bites into the surface of a PVA type fiber. These may cause a decrease in tensile strength.

本出願より先に、本発明者らは、
特許文献2において、
ポリアクリル酸(PAA)、ポリグルタミン酸、ポリビニルピロリドン、PVA、およびポリエチレングリコール等の親水性ポリマーと、アモルファス炭酸カルシウムとを含む複合材料を開示している(段落0035、0040、および図1等)。
特許文献2にはまた、親水性ポリマーとカルシウムイオンとを含む第1溶液と、炭酸イオンを含む第2溶液とを混合し、アモルファス構造である複合材料を製造する方法が開示されている(請求項10、請求項12等)。
例えば、アモルファス状炭酸カルシウム/ポリアクリル酸複合材料が、以下方法にて製造されている(請求項10、請求項12、段落0037、および図3等)。
PAAとカルシウムイオンとを含む第1水溶液と、炭酸イオンを含む第2水溶液とを別々に作製する。これらの水溶液を混合し、数時間静置する。得られた沈殿生成物を回収し、乾燥させる。
特許文献2にはまた、親水性ポリマーとカルシウムイオンとを含む第1溶液と、炭酸イオンを含む第2溶液とを混合して、コロイド分散液を形成し、このコロイド分散液を基板上に塗布して、アモルファス構造である複合材料を有する薄膜を形成する方法が開示されている(請求項16、および段落0074等)。
Prior to this application, the inventors have
In Patent Document 2,
A composite material comprising a hydrophilic polymer such as polyacrylic acid (PAA), polyglutamic acid, polyvinylpyrrolidone, PVA, and polyethylene glycol and amorphous calcium carbonate is disclosed (paragraphs 0035, 0040, and FIG. 1 and the like).
Patent Document 2 also discloses a method for producing a composite material having an amorphous structure by mixing a first solution containing a hydrophilic polymer and calcium ions and a second solution containing carbonate ions (claim). Item 10, claim 12, etc.).
For example, an amorphous calcium carbonate / polyacrylic acid composite material is manufactured by the following method (Claim 10, Claim 12, Paragraph 0037, FIG. 3, etc.).
A first aqueous solution containing PAA and calcium ions and a second aqueous solution containing carbonate ions are prepared separately. These aqueous solutions are mixed and allowed to stand for several hours. The resulting precipitated product is collected and dried.
In Patent Document 2, a first solution containing a hydrophilic polymer and calcium ions and a second solution containing carbonate ions are mixed to form a colloidal dispersion, and this colloidal dispersion is applied onto a substrate. Thus, a method of forming a thin film having a composite material having an amorphous structure is disclosed (claim 16 and paragraph 0074).

しかしながら、特許文献2には、上記技術のPVA系繊維等の強化繊維への適用については開示がない。そのため、上記技術を適用した好適な強化繊維の製造方法は不明であり、また、得られる強化繊維の機械物性も不明である。
また、特許文献2に開示の複合材料中の炭酸カルシウムは、アモルファス構造である。
However, Patent Document 2 does not disclose application of the above technique to reinforcing fibers such as PVA fibers. Therefore, a suitable method for producing reinforcing fibers to which the above technique is applied is unknown, and the mechanical properties of the resulting reinforcing fibers are also unknown.
Moreover, the calcium carbonate in the composite material disclosed in Patent Document 2 has an amorphous structure.

特開1994-192912号公報(特許第2835812号公報)JP 1994-192912 (Patent No. 2835812) 特開2009-062445号公報(特許第5299883号公報)Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-062445 (Japanese Patent No. 5299883)

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、樹脂繊維と無機物とがそれぞれの長所を活かして効果的に複合され、強化繊維等として好適な機械物性を有する複合繊維とその製造方法、並びに、これを用いた複合材とその製造方法を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, a resin fiber and an inorganic material are effectively combined utilizing their respective advantages, a composite fiber having mechanical properties suitable as a reinforcing fiber, a method for producing the same, and An object of the present invention is to provide a composite material using the same and a manufacturing method thereof.

本発明の複合繊維は、
下記一般式[I]で表される少なくとも1種のビニルアルコール系樹脂を主成分とする極性繊維の少なくとも一部の表面上に、
カルシウムイオンに対する配位能を有する親水性基を有する少なくとも1種の親水性ポリマーと、主結晶がカルサイト結晶およびバテライト結晶であり、結晶子のサイズが0.01〜0.1μmである炭酸カルシウム結晶とを含む被覆層が形成されており、
前記被覆層は平均厚みが0.01〜20μmであり、
前記被覆層による前記極性繊維の表面被覆率が80〜100%である、
複合繊維である。
The conjugate fiber of the present invention is
On the surface of at least a part of the polar fiber mainly composed of at least one vinyl alcohol resin represented by the following general formula [I],
Calcium carbonate having at least one hydrophilic polymer having a hydrophilic group capable of coordinating with calcium ions, a main crystal being a calcite crystal and a vaterite crystal, and a crystallite size of 0.01 to 0.1 μm A coating layer containing crystals is formed,
The coating layer has an average thickness of 0.01 to 20 μm,
The surface coverage of the polar fiber by the coating layer is 80 to 100%.
It is a composite fiber.


(式[I]中、mは100以上の整数であり、nは0以上の整数である。)

(In formula [I], m is an integer of 100 or more, and n is an integer of 0 or more.)

本発明の複合材は、
マトリクス材と、上記の本発明の複合繊維とを含むものである。
The composite material of the present invention is
It includes a matrix material and the above-described composite fiber of the present invention.

本発明の複合繊維の製造方法は、
下記一般式[II]で表される少なくとも1種のカルシウムイオン源を20mM以上含むと共に、カルシウムイオンに対する配位能を有する親水性基を有する少なくとも1種の親水性ポリマーをモノマー換算で10〜80mM含む第1水溶液と、下記一般式[III]で表される少なくとも1種の炭酸イオン源を20mM以上含む第2水溶液とを反応させて、アモルファス炭酸カルシウムと前記親水性ポリマーとを含む炭酸カルシウム水溶液を得る工程と、
前記炭酸カルシウム水溶液に、下記一般式[I]で表される少なくとも1種のビニルアルコール系樹脂を主成分とする極性繊維を浸漬させて、当該極性繊維の少なくとも一部の表面上に、炭酸カルシウム結晶と前記親水性ポリマーとを付着させる工程とを有するものである。
The method for producing the conjugate fiber of the present invention includes:
At least one hydrophilic polymer having at least one calcium ion source represented by the following general formula [II] at 20 mM or more and having a hydrophilic group capable of coordinating with calcium ions is 10 to 80 mM in terms of monomer. A first aqueous solution containing the calcium carbonate aqueous solution containing amorphous calcium carbonate and the hydrophilic polymer by reacting the second aqueous solution containing 20 mM or more of at least one carbonate ion source represented by the following general formula [III]. Obtaining
A polar fiber mainly composed of at least one vinyl alcohol resin represented by the following general formula [I] is immersed in the calcium carbonate aqueous solution, and the calcium carbonate is formed on at least a part of the surface of the polar fiber. And a step of attaching the crystal and the hydrophilic polymer.


(式[I]中、mは100以上の整数であり、nは0以上の整数である。)

(In formula [I], m is an integer of 100 or more, and n is an integer of 0 or more.)

CaX・nHO・・・[II]
(式[II]中、Xはハロゲン原子を表し、nは0以上の実数を表す。)
CaX 2 · nH 2 O ... [II]
(In the formula [II], X represents a halogen atom, and n represents a real number of 0 or more.)

(CO・nHO・・・[III]
(式[III]中、各記号は以下の意味を示す。
Mは、少なくとも1種の金属原子、アンモニウム、または水素原子を表す。
aおよびbは1以上の整数であり、nは0以上の実数を表す。)
M a (CO 3 ) b · nH 2 O ... [III]
(In formula [III], each symbol has the following meaning.
M represents at least one metal atom, ammonium, or hydrogen atom.
a and b are integers of 1 or more, and n represents a real number of 0 or more. )

本発明の第1の複合材の製造方法は、
上記の本発明の複合繊維の製造方法により得られた前記複合繊維に対して、マトリクス材となる液状の原料を含浸させた後、前記液状の原料を固化させるものである。
The first method for producing a composite material of the present invention includes:
The above-mentioned composite fiber obtained by the above-described composite fiber manufacturing method of the present invention is impregnated with a liquid raw material to be a matrix material, and then the liquid raw material is solidified.

本発明の第2の複合材の製造方法は、
上記の本発明の複合繊維の製造方法により得られた前記複合繊維と、マトリクス材となる液状の原料とを混合した後、前記液状の原料を固化させるものである。
The method for producing the second composite material of the present invention comprises:
The composite fiber obtained by the above-described method for manufacturing a composite fiber of the present invention is mixed with a liquid raw material to be a matrix material, and then the liquid raw material is solidified.

「主成分」
本明細書において、特に明記しない限り、「主成分」は、50質量%以上の成分と定義する。
"Main component"
In the present specification, unless otherwise specified, the “main component” is defined as a component of 50% by mass or more.

「PVA系繊維の繊維径」
本明細書において、特に明記しない限り、「PVA系繊維の繊維径」は、光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡(SEM)観察にて、測定するものとする。
なお、SEMとしては、KEYENCE社製「VE−9800」を用いる。
"Fiber diameter of PVA fiber"
In the present specification, unless otherwise specified, the “fiber diameter of the PVA fiber” is measured by observation with an optical microscope or a scanning electron microscope (SEM).
Note that “VE-9800” manufactured by KEYENCE Corporation is used as the SEM.

「PVA系繊維の結晶化度、結晶配向度、結晶子サイズ」
本明細書において、特に明記しない限り、「PVA系繊維の結晶化度、結晶配向度、および結晶子のサイズ」は、広角X線回折(WAXD)測定により算出するものとする。
測定装置としては、Bruker社製の「D8Discover with GADDS」を用いる。検出器としては、「PSPC・HI−Star」を用いる。
"Crystallinity, crystal orientation, crystallite size of PVA fibers"
In this specification, unless otherwise specified, “the degree of crystallinity, the degree of crystal orientation, and the size of crystallites of PVA fibers” are calculated by wide-angle X-ray diffraction (WAXD) measurement.
As a measuring device, “D8 Discover with GADDS” manufactured by Bruker is used. As a detector, “PSPC / HI-Star” is used.

結晶化度は、WAXDプロファイルの赤道線データを変換し、2θ=5〜38°に現れる回折ピークを使用データ範囲として、ピーク分離法によってフィッティングして求められる面積強度から、下記の式に基づいて算出する。
結晶化度(%)=(結晶ピークの全面積)÷(全ピーク面積)×100
The degree of crystallinity is based on the following formula from the area intensity obtained by converting the equator data of the WAXD profile and fitting the diffraction peak appearing at 2θ = 5 to 38 ° using the peak separation method. calculate.
Crystallinity (%) = (total area of crystal peak) ÷ (total peak area) × 100

結晶配向度は、WAXDプロファイルの子午線データを変換し、2θ=73〜107°に現れる回折ピークを使用データ範囲として、現れた回折ピークの半価幅から、下記の式に基づいて算出する。
結晶配向度(−)=(180−半価幅)÷180
The degree of crystal orientation is calculated from the meridian data of the WAXD profile, using the diffraction peak appearing at 2θ = 73 to 107 ° as the use data range, and based on the following formula from the half-value width of the appearing diffraction peak.
Crystal orientation (−) = (180−half width) ÷ 180

結晶子サイズとして、D(100)およびD(002)を測定する。
D(100)は、赤道線データを変換し、2θ=5〜20°の回折ピークの半価幅から、Scherrerの式を用いて算出する。
D(002)は、子午線データを変換し、2θ=65〜85°の回折ピークの半価幅から、Scherrerの式を用いて算出する。
なお、Scherrerの定数Kは0.94とする。
As crystallite size, D (100) and D (002) are measured.
D (100) is calculated by converting the equator line data and using the Scherrer equation from the half width of the diffraction peak at 2θ = 5 to 20 °.
D (002) is calculated from the meridian data and calculated from the half width of the diffraction peak at 2θ = 65 to 85 ° using the Scherrer equation.
The Scherrer constant K is 0.94.

「樹脂の重量平均分子量(Mw)」
本明細書において、特に明記しない限り、「樹脂の重量平均分子量(Mw)」は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)で測定したクロマトグラムを標準ポリスチレンの分子量に換算した値である。
“Weight average molecular weight of resin (Mw)”
In the present specification, unless otherwise specified, “resin weight average molecular weight (Mw)” is a value obtained by converting a chromatogram measured by gel permeation chromatography (GPC) into a molecular weight of standard polystyrene.

「樹脂の平均重合度」
本明細書において、特に明記しない限り、VA系樹脂の平均重合度は、JIS K 6726に準拠して、極限粘度から導かれる粘度平均重合度で示される値である。
"Average degree of polymerization of resin"
In the present specification, unless otherwise specified, the average degree of polymerization of the VA-based resin is a value indicated by the viscosity average degree of polymerization derived from the intrinsic viscosity according to JIS K 6726.

「炭酸カルシウムの結晶構造」
本明細書において、特に明記しない限り、「極性繊維に付着した炭酸カルシウムの結晶構造」は、大型放射光施設SPring−8の「BL03XU」を用い、MICRO−WAXD(Wide-Angle X-Ray Diffraction)分析により、評価するものとする。
(X線測定条件)
X線波長は0.13051nmである。X線は、アッテネータおよびチョッパー等で減衰させずに、ヘリウム雰囲気下で試料に照射する。
X線の輝度は、照射領域に対しておよそ6×10 photon/secである。
露光時間は5秒間とする。なお、5秒間の照射では、炭酸カルシウム結晶に対するダメージはなく、炭酸カルシウム結晶の融解等が生じないことを事前に確認している。
試料からのMICRO−WAXD測定のカメラ距離はおよそ44mmとする。
検出器としては、FPD検出器を使用する。
(測定方法)
測定サンプル繊維に対して、繊維の外側から繊維の径方向(繊維軸方向に対して垂直方向)にX線を1μmずつ走査しながら測定を実施する。これにより、測定サンプル繊維の断面において、径方向の一端から他端まで、1μm間隔でWAXDデータを得る。
(解析方法)
上記測定を行った後、各測定位置についての全方位WAXDデータにおいて円環平均を求め、1次元のWAXDパターンを得る。
その他の測定条件は、後記[実施例]の項に記載の通りとする。
上記分析にて、回折ピークが検出された場合、検出された回折ピークについて、標準サンプル結晶の回折ピークのデータと比較することで、結晶構造を同定することができる。
なお、上記分析にて、明確な回折ピークが検出されない場合、「アモルファス」と判定される。
一般的に、炭酸カルシウム結晶の種類としては、アラゴナイト結晶、カルサイト結晶、およびバテライト結晶がある。
本明細書では、上記分析にて明確に検出される回折ピークを示す1種または2種以上の結晶を、「主結晶」と定義する。
付着物には、装置の検出限界以下の量で、主結晶以外の微量の結晶が含まれる場合があり得る。
付着物には、炭酸カルシウム結晶の他に、アモルファスの炭酸カルシウムが含まれる場合があり得る。
"Crystal structure of calcium carbonate"
In this specification, unless otherwise specified, “the crystal structure of calcium carbonate attached to polar fibers” is “BL03XU” of the large synchrotron radiation facility SPring-8, and MICRO-WAXD (Wide-Angle X-Ray Diffraction) is used. It shall be evaluated by analysis.
(X-ray measurement conditions)
The X-ray wavelength is 0.13051 nm. X-rays are irradiated to the sample in a helium atmosphere without being attenuated by an attenuator, a chopper, or the like.
The brightness of the X-ray is approximately 6 × 10 9 photon / sec with respect to the irradiation area.
The exposure time is 5 seconds. In addition, it has been confirmed in advance that there is no damage to the calcium carbonate crystal and the calcium carbonate crystal does not melt by irradiation for 5 seconds.
The camera distance of the MICRO-WAXD measurement from the sample is approximately 44 mm.
An FPD detector is used as the detector.
(Measuring method)
Measurement is performed on the measurement sample fiber while scanning X-rays by 1 μm in the fiber radial direction (perpendicular to the fiber axis direction) from the outside of the fiber. Thereby, in the cross section of the measurement sample fiber, WAXD data is obtained at intervals of 1 μm from one end to the other end in the radial direction.
(analysis method)
After performing the above measurement, a circular average is obtained in the omnidirectional WAXD data for each measurement position to obtain a one-dimensional WAXD pattern.
Other measurement conditions are as described in the “Examples” section below.
When a diffraction peak is detected in the above analysis, the crystal structure can be identified by comparing the detected diffraction peak with the diffraction peak data of the standard sample crystal.
In the above analysis, when a clear diffraction peak is not detected, it is determined as “amorphous”.
Generally, the types of calcium carbonate crystals include aragonite crystals, calcite crystals, and vaterite crystals.
In the present specification, one type or two or more types of crystals exhibiting a diffraction peak clearly detected by the above analysis are defined as “main crystals”.
The deposit may contain a trace amount of crystals other than the main crystal in an amount below the detection limit of the apparatus.
The deposits may contain amorphous calcium carbonate in addition to calcium carbonate crystals.

「炭酸カルシウム結晶の結晶子のサイズ」
本明細書において、特に明記しない限り、「炭酸カルシウム結晶の結晶子のサイズ」は、上記分析において検出された回折ピークの半値幅を求め、Scherrerの式を用いて算出するものとする。なお、Scherrerの定数Kは0.94とする。
"Calcium crystallite size"
In this specification, unless otherwise specified, the “crystallite size of calcium carbonate crystal” is calculated using the Scherrer equation by obtaining the half width of the diffraction peak detected in the above analysis. The Scherrer constant K is 0.94.

「被覆層による極性繊維の表面被覆率、および、被覆層の平均厚み」
本明細書において、特に明記しない限り、「被覆層による極性繊維の表面被覆率、および、被覆層の平均厚み」は、下記方法にて評価するものとする。
SEM(走査型電子顕微鏡)またはTEM(透過型電子顕微鏡)を用いて、複合繊維の断面観察を行い、得られた画像または写真上で被覆層による極性繊維の表面被覆率、および、被覆層の全体的な平均厚みを測定する。
"Surface coverage of polar fibers by coating layer and average thickness of coating layer"
In the present specification, unless otherwise specified, the “surface coverage of polar fibers by the coating layer and the average thickness of the coating layer” are evaluated by the following methods.
Using SEM (Scanning Electron Microscope) or TEM (Transmission Electron Microscope), cross-sectional observation of the composite fiber is performed, and the surface coverage of the polar fiber by the coating layer on the obtained image or photograph, and the coating layer Measure overall average thickness.

「極性繊維に対する付着物(被覆層)の界面密着性」
本明細書において、特に明記しない限り、「極性繊維に対する付着物(被覆層)の密着性」は、下記方法にて評価するものとする。
界面密着性は、付着物(被覆層)と極性繊維との密着界面との面積に対する、付着物(被覆層)と極性繊維との界面方向へのせん断応力から算出される界面せん断応力(IFSS)を指標とする。
界面せん断応力(IFSS)は、複合材界面特性評価装置を用いたマイクロドロップレット法により測定するものとする。
具体的な測定方法は、後記[実施例]の項に記載の通りである。
"Interfacial adhesion of adhered matter (coating layer) to polar fibers"
In this specification, unless otherwise specified, “adhesiveness of an adherent (coating layer) to polar fibers” is evaluated by the following method.
The interfacial adhesion is the interfacial shear stress (IFSS) calculated from the shear stress in the interface direction between the adherent (coating layer) and the polar fiber with respect to the area of the adherent (coating layer) and the polar fiber. Is used as an index.
The interfacial shear stress (IFSS) is measured by a microdroplet method using a composite material interface property evaluation apparatus.
The specific measurement method is as described in the section of [Example] below.

本発明によれば、樹脂繊維と無機物とがそれぞれの長所を活かして効果的に複合され、強化繊維等として好適な機械物性を有する複合繊維とその製造方法、並びに、これを用いた複合材とその製造方法を提供することができる。   According to the present invention, a resin fiber and an inorganic substance are effectively combined utilizing each advantage, a composite fiber having mechanical properties suitable as a reinforcing fiber, a method for producing the same, and a composite material using the same A manufacturing method thereof can be provided.

実施例1−9で得られた複合繊維のSEM表面写真である。It is a SEM surface photograph of the composite fiber obtained in Example 1-9. 実施例1−9で得られた複合繊維のSEM表面写真である。It is a SEM surface photograph of the composite fiber obtained in Example 1-9. 実施例1−9で得られた複合繊維のSEM断面写真である。It is a SEM cross-sectional photograph of the composite fiber obtained in Example 1-9. 実施例1−9で得られた複合繊維のSEM断面写真である。It is a SEM cross-sectional photograph of the composite fiber obtained in Example 1-9. 実施例1−9で得られた複合繊維のWAXDパターンである。It is a WAXD pattern of the composite fiber obtained in Example 1-9. 実施例1−9で得られた複合繊維のWAXDパターンである。It is a WAXD pattern of the composite fiber obtained in Example 1-9. 実施例1−9で得られた複合繊維の模式斜視図である。It is a model perspective view of the conjugate fiber obtained in Example 1-9. 実施例8−9で得られた複合繊維のSEM表面写真である。It is a SEM surface photograph of the composite fiber obtained in Example 8-9. 実施例8−9で得られた複合繊維のSEM表面写真である。It is a SEM surface photograph of the composite fiber obtained in Example 8-9. 実施例8−9で得られた複合繊維のSEM断面写真である。It is a SEM cross-sectional photograph of the composite fiber obtained in Example 8-9. 実施例8−9で得られた複合繊維のSEM断面写真である。It is a SEM cross-sectional photograph of the composite fiber obtained in Example 8-9. 実施例8−9で得られた複合繊維のWAXDパターンである。It is a WAXD pattern of the composite fiber obtained in Example 8-9. 実施例8−9で得られた複合繊維のWAXDパターンである。It is a WAXD pattern of the composite fiber obtained in Example 8-9. 実施例8−9で得られた複合繊維の模式斜視図である。It is a model perspective view of the composite fiber obtained in Example 8-9. 元のPVA系繊維(繊維サンプル1)および実施例1−9で得られた複合繊維の界面せん断強度(IFSS)の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the interface shear strength (IFSS) of the original PVA type fiber (fiber sample 1) and the composite fiber obtained in Example 1-9. 元のPVA系繊維(繊維サンプル1)および実施例1−7〜1−9で得られた複合繊維の引張強力の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the tensile strength of the original PVA type fiber (fiber sample 1) and the composite fiber obtained in Examples 1-7 to 1-9. 元のPVA系繊維(繊維サンプル1)および実施例1−7〜1−9で得られた複合繊維のDYMの測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of DYM of the composite fiber obtained by the original PVA type fiber (fiber sample 1) and Examples 1-7 to 1-9. 元のPVA系繊維(繊維サンプル8)および実施例8−7〜8−9で得られた複合繊維の引張強力の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the tensile strength of the composite fiber obtained by the original PVA type fiber (fiber sample 8) and Examples 8-7 to 8-9. 元のPVA系繊維(繊維サンプル8)および実施例8−7〜8−9で得られた複合繊維のDYMの測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of DYM of the composite fiber obtained by the original PVA type fiber (fiber sample 8) and Examples 8-7 to 8-9.

以下、本発明について詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

「複合繊維」
本発明の複合繊維は、極性繊維の少なくとも一部の表面上に、親水性ポリマーと炭酸カルシウム(CaCO)結晶とを含む付着物が形成されたものである。
本発明において、付着物は、極性繊維の少なくとも一部の表面を覆う被覆層を形成することができる。
本発明の複合繊維は、後記する本発明の製造方法によって製造することができる。
"Composite fiber"
The conjugate fiber of the present invention is such that an adherent containing a hydrophilic polymer and calcium carbonate (CaCO 3 ) crystals is formed on at least a part of the surface of a polar fiber.
In the present invention, the deposit can form a coating layer covering at least a part of the surface of the polar fiber.
The conjugate fiber of the present invention can be produced by the production method of the present invention described later.

(極性繊維)
本発明の複合繊維において、極性繊維としては、下記一般式[I]で表される少なくとも1種のビニルアルコール(VA)系樹脂を主成分とするPVA系繊維を用いる。
PVA系繊維は、1種または2種以上用いることができる。
(Polar fiber)
In the conjugate fiber of the present invention, as the polar fiber, a PVA fiber mainly composed of at least one vinyl alcohol (VA) resin represented by the following general formula [I] is used.
One type or two or more types of PVA fibers can be used.


(式[I]中、mは100以上の整数であり、nは0以上の整数である。)

(In formula [I], m is an integer of 100 or more, and n is an integer of 0 or more.)

VA系樹脂は結晶性ポリマーである。
VA系樹脂は、その製法によって特に限定されず、例えば、ポリ酢酸ビニルにアルカリまたは酸などを用いてけん化して、製造される。ポリ酢酸ビニルの部分けん化物は、ビニルアルコール単位と酢酸ビニル単位とを含む共重合体である。
「VA系樹脂」には、完全けん化物であるポリビニルアルコール、および、部分けん化物であるビニルアルコール単位と酢酸ビニル単位とを含む共重合体が含まれる。
一般的に、VA系樹脂は、水酸基を有するため親水性を有する。
一般的に、VA系樹脂は、けん化度が高くなる程、結晶性が高くなり、また、親水性が向上する傾向がある。
本明細書において、「PVA系繊維」は、1種または2種以上のVA系樹脂を主成分とする繊維である。
The VA resin is a crystalline polymer.
The VA-based resin is not particularly limited by its production method, and is produced, for example, by saponifying polyvinyl acetate with an alkali or an acid. The partially saponified product of polyvinyl acetate is a copolymer containing vinyl alcohol units and vinyl acetate units.
The “VA resin” includes polyvinyl alcohol which is a completely saponified product, and a copolymer containing vinyl alcohol units and vinyl acetate units which are partially saponified products.
Generally, VA-based resins have hydrophilicity because they have hydroxyl groups.
In general, as the saponification degree becomes higher, the VA-based resin has higher crystallinity and tends to improve hydrophilicity.
In this specification, “PVA fiber” is a fiber mainly composed of one or more VA resins.

なお、PVA系繊維は、主成分樹脂であるVA系樹脂に合わせて、その他の1種または2種以上の任意成分を含んでいてもよい。
PVA系繊維中の上記主成分樹脂の量は多い方が好ましい。
PVA系繊維中の上記主成分樹脂の量は、50質量%以上、好ましくは70%質量以上、より好ましくは90%質量以上である。
The PVA fiber may contain one or more other optional components in accordance with the VA resin that is the main component resin.
The amount of the main component resin in the PVA fiber is preferably large.
The amount of the main component resin in the PVA fiber is 50% by mass or more, preferably 70% by mass or more, more preferably 90% by mass or more.

後記本発明の複合繊維の製造方法では、PVA系繊維の表面上に炭酸カルシウムを結晶成長させる。
PVA系繊維が良好な結晶性を有していることで、PVA系繊維の結晶配向に沿って、炭酸カルシウムが結晶成長しやすいと考えられる。
したがって、本発明では、良好な結晶性を有するPVA系繊維を用いることが好ましい。
PVA系繊維の結晶性は、「結晶化度」および「結晶配向度」を指標とすることができる。
In the method for producing a composite fiber of the present invention described later, calcium carbonate is crystal-grown on the surface of the PVA fiber.
It is considered that the calcium carbonate easily grows along the crystal orientation of the PVA fiber because the PVA fiber has good crystallinity.
Accordingly, in the present invention, it is preferable to use a PVA fiber having good crystallinity.
The crystallinity of the PVA-based fiber can use “crystallinity” and “crystal orientation” as indices.

PVA系繊維は、公知方法により製造することができる。
PVA系繊維は概略、繊維原料を紡糸し、必要に応じて乾燥し、必要に応じて熱処理し、必要に応じて延伸し、必要に応じて切断することで、製造される。
本発明では、繊維原料は、1種または2種以上のVA系樹脂を主成分とし、必要に応じて任意成分を含むことができる。
The PVA fiber can be produced by a known method.
PVA fibers are generally produced by spinning a fiber raw material, drying it if necessary, heat-treating it if necessary, drawing it if necessary, and cutting it if necessary.
In the present invention, the fiber raw material contains one or more VA-based resins as a main component, and may contain an optional component as necessary.

紡糸されたPVA系繊維に対して、熱処理、さらに延伸処理を施すことで、PVA系繊維の結晶性を効果的に向上させ、張力を向上させることができる。
したがって、本発明では、延伸処理が施されたPVA系繊維が好ましく用いられる。
延伸倍率により、PVA系繊維の結晶性を調整することができる。
延伸倍率が高くなる程、PVA系繊維の結晶性が高くなる傾向がある。
By subjecting the spun PVA fibers to heat treatment and further stretching treatment, the crystallinity of the PVA fibers can be effectively improved and the tension can be improved.
Therefore, in this invention, the PVA type fiber in which the extending | stretching process was performed is used preferably.
The crystallinity of the PVA fiber can be adjusted by the draw ratio.
As the draw ratio increases, the crystallinity of the PVA fiber tends to increase.

本発明において、PVA系繊維の結晶化度は特に制限されず、高い方が好ましい。
PVA系繊維の結晶化度は、好ましくは50%以上、より好ましくは70%以上である。本発明において、PVA系繊維の結晶配向度は特に制限されず、高い方が好ましい。
PVA系繊維の結晶配向度は、好ましくは0.8以上、より好ましくは0.9以上である。
なお、PVA系繊維の結晶性は、上記したように、ポリ酢酸ビニルのけん化度および延伸倍率によって調整することができる。
In the present invention, the degree of crystallinity of the PVA fiber is not particularly limited and is preferably higher.
The crystallinity of the PVA fiber is preferably 50% or more, more preferably 70% or more. In the present invention, the degree of crystal orientation of the PVA fiber is not particularly limited and is preferably higher.
The degree of crystal orientation of the PVA fiber is preferably 0.8 or more, more preferably 0.9 or more.
In addition, as described above, the crystallinity of the PVA fiber can be adjusted by the saponification degree and the draw ratio of polyvinyl acetate.

PVA系繊維の親水性と結晶性が高く、PVA系繊維の表面上に炭酸カルシウム結晶をより多く成長できることから、VA系樹脂中のビニルアルコール単位のモル比率は高い方が好ましい。
なお、けん化度が高くなる程、VA系樹脂中のビニルアルコール単位のモル比率は増加する傾向がある。
親水性および結晶性に優れることから、VA系樹脂中のビニルアルコール単位のモル比率は、好ましくは50〜100モル%、より好ましくは70〜100モル%、特に好ましくは90〜100モル%である。
Since the hydrophilicity and crystallinity of the PVA fiber are high and more calcium carbonate crystals can be grown on the surface of the PVA fiber, it is preferable that the molar ratio of vinyl alcohol units in the VA resin is high.
In addition, there exists a tendency for the molar ratio of the vinyl alcohol unit in VA-type resin to increase, so that saponification degree becomes high.
From the viewpoint of excellent hydrophilicity and crystallinity, the molar ratio of the vinyl alcohol unit in the VA resin is preferably 50 to 100 mol%, more preferably 70 to 100 mol%, and particularly preferably 90 to 100 mol%. .

VA系樹脂の平均重合度は、特に制限されない。
繊維化等を考慮すれば、平均重合度は、好ましくは300以上、より好ましくは1500以上である。
繊維化等を考慮すれば、平均重合度は、好ましくは10000以下、より好ましくは2400以下である。
The average degree of polymerization of the VA resin is not particularly limited.
Considering fiberization or the like, the average degree of polymerization is preferably 300 or more, more preferably 1500 or more.
Considering fiberization or the like, the average degree of polymerization is preferably 10,000 or less, more preferably 2400 or less.

(親水性ポリマー)
本発明で用いられる親水性ポリマーは、カルシウムイオンに対する配位能を有する親水性基を有するポリマーである。
以下、特に明記しない限り、「親水性基」は、カルシウムイオンに対する配位能を有する親水性基を意味するものとする。
親水性ポリマーは、上記親水性基を1種または2種以上含むことができる。
親水性ポリマーは、1種または2種以上用いることができる。
(Hydrophilic polymer)
The hydrophilic polymer used in the present invention is a polymer having a hydrophilic group having a coordination ability for calcium ions.
Hereinafter, unless otherwise specified, the “hydrophilic group” means a hydrophilic group having a coordination ability for calcium ions.
The hydrophilic polymer can contain one or more of the above hydrophilic groups.
One or two or more hydrophilic polymers can be used.

上記親水性基としては、カルボキシ基、アミノ基、水酸基、およびアミド基等が挙げられる。
かかる親水性基を有する親水性ポリマーとしては、ポリアクリル酸(PAA)、エチレン・アクリル酸共重合体、ポリアリルアミン、ポリグルタミン酸、ポリビニルピロリドン(PVP)、ビニルアルコール(VA)系樹脂、およびポリエチレングリコール(PEG)等が挙げられる。
なお、親水性ポリマーとして用いられるビニルアルコール(VA)系樹脂は、良好な親水性および水溶性を呈することから、ビニルアルコール単位と酢酸ビニル単位とを含む共重合体(部分けん化物)であることが好ましい。
Examples of the hydrophilic group include a carboxy group, an amino group, a hydroxyl group, and an amide group.
Examples of the hydrophilic polymer having such a hydrophilic group include polyacrylic acid (PAA), ethylene / acrylic acid copolymer, polyallylamine, polyglutamic acid, polyvinylpyrrolidone (PVP), vinyl alcohol (VA) resin, and polyethylene glycol. (PEG) and the like.
The vinyl alcohol (VA) resin used as the hydrophilic polymer is a copolymer (partially saponified product) containing a vinyl alcohol unit and a vinyl acetate unit because it exhibits good hydrophilicity and water solubility. Is preferred.

本発明の製造方法において、親水性ポリマーがカルシウムイオンの周りに存在することで、カルシウムイオンの表面エネルギーを低下させることができると推察される。その結果、PVA系繊維の表面上の炭酸カルシウムの結晶成長が良好に進行する前に、溶液中で炭酸カルシウム結晶が過度に析出してしまうことを抑制することができると推察される。これによって、PVA系繊維の表面上に優先的に炭酸カルシウムを結晶成長させることができると推察される。   In the production method of the present invention, it is presumed that the surface energy of calcium ions can be reduced by the presence of the hydrophilic polymer around the calcium ions. As a result, it is surmised that the calcium carbonate crystals can be prevented from excessively precipitating in the solution before the calcium carbonate crystal growth on the surface of the PVA fiber proceeds well. Thus, it is presumed that calcium carbonate can be preferentially grown on the surface of the PVA fiber.

上記親水性基の中でも、カルシウムイオンに対して良好な配位能を有し、カルシウムイオンの表面エネルギーを効果的に低下させることができるから、カルボキシ基および/またはアミノ基がより好ましい。
カルボキシ基および/またはアミノ基を有する親水性ポリマーとしては、ポリアクリル酸(PAA)、エチレン・アクリル酸共重合体、ポリアリルアミン、およびポリグルタミン酸等が挙げられる。
Among the hydrophilic groups, a carboxy group and / or an amino group are more preferable because they have a good coordination ability for calcium ions and can effectively reduce the surface energy of calcium ions.
Examples of the hydrophilic polymer having a carboxy group and / or an amino group include polyacrylic acid (PAA), ethylene / acrylic acid copolymer, polyallylamine, and polyglutamic acid.

親水性ポリマーの重量平均分子量(Mw)は特に制限されず、市販の任意の重量平均分子量(Mw)の親水性ポリマーを用いることができる。
用途等によっては、PVA系繊維の表面に形成する、親水性ポリマーと炭酸カルシウム結晶とを含む付着物(被覆層)に、好適な各種物性(機械物性および熱物性等)がある場合がある。この場合、付着物(被覆層)の所望の物性に応じて、好適な範囲のMwの親水性ポリマーを選択することができる。
The weight average molecular weight (Mw) of the hydrophilic polymer is not particularly limited, and a commercially available hydrophilic polymer having an arbitrary weight average molecular weight (Mw) can be used.
Depending on the application or the like, there may be various suitable physical properties (such as mechanical properties and thermophysical properties) in the deposit (coating layer) formed on the surface of the PVA fiber and containing the hydrophilic polymer and calcium carbonate crystals. In this case, a hydrophilic polymer having a suitable range of Mw can be selected according to the desired physical properties of the deposit (coating layer).

(炭酸カルシウム結晶)
本発明の製造方法では、PVA系繊維の表面上に、炭酸カルシウムを結晶成長させる。
一般的に、炭酸カルシウム結晶の種類としては、アラゴナイト結晶、カルサイト結晶、およびバテライト結晶がある。
(Calcium carbonate crystal)
In the production method of the present invention, calcium carbonate is crystal-grown on the surface of the PVA fiber.
Generally, the types of calcium carbonate crystals include aragonite crystals, calcite crystals, and vaterite crystals.

本発明の製造方法では、PVA系繊維の表面上に、主結晶がカルサイト結晶およびバテライト結晶であり、結晶子のサイズが0.01〜0.1μmである炭酸カルシウム結晶を成長させることができる。
なお、検出限界以下の量のアラゴナイト結晶が成長する可能性もある。
In the production method of the present invention, a calcium carbonate crystal whose main crystals are calcite crystals and vaterite crystals and whose crystallite size is 0.01 to 0.1 μm can be grown on the surface of the PVA fiber. .
In addition, an aragonite crystal having an amount below the detection limit may grow.

付着物(被覆層)中の炭酸カルシウム結晶の形態は、特に制限されない。
本発明の製造方法では、PVA系繊維の表面上に、炭酸カルシウム結晶を板状または粒子状等の形態で形成することができる(後記[実施例]の項のSEM写真を参照されたい。)。
板状または粒子状等の炭酸カルシウムの径(平均径)は、特に制限されない。
用途等によっては、本発明の複合繊維または本発明の複合材に、好適な各種物性(機械物性および熱物性等)がある場合がある。この場合、所望の物性に応じて、好適な範囲の径の板状または粒子状等の炭酸カルシウムを成長させることができる。
本発明の製造方法では、製造条件を調整することで、板状または粒子状等の炭酸カルシウムの径(平均径)を調整することができる。
The form of the calcium carbonate crystal in the deposit (coating layer) is not particularly limited.
In the production method of the present invention, calcium carbonate crystals can be formed on the surface of the PVA fiber in the form of a plate or particles (see the SEM photograph in the section of “Examples” below). .
The diameter (average diameter) of calcium carbonate such as plate or particles is not particularly limited.
Depending on applications, the composite fiber of the present invention or the composite material of the present invention may have various suitable physical properties (such as mechanical properties and thermophysical properties). In this case, plate-like or particulate calcium carbonate having a suitable range of diameters can be grown according to the desired physical properties.
In the manufacturing method of this invention, the diameter (average diameter) of calcium carbonate, such as plate shape or particle shape, can be adjusted by adjusting manufacturing conditions.

(付着物(被覆層)の物性)
本発明の複合繊維では、極性繊維の少なくとも一部の表面が、少なくとも1種の親水性ポリマーと炭酸カルシウム結晶とを含む付着物で覆われる。
本発明の製造方法では、付着物は、極性繊維の少なくとも一部の表面を覆う被覆層を形成することができる。
本発明の製造方法では、極性繊維の表面上に、高い表面被覆率で被覆層を形成することができる。
具体的には、被覆層による極性繊維の表面被覆率は、80〜100%であり、好ましくは90〜100%である。
本発明の複合繊維において、被覆層の平均厚みは、0.01〜20μmである。
本発明では、極性繊維の表面上に、高い表面被覆率で被覆層を形成することができるので、極性繊維に対してより多くの量の炭酸カルシウム結晶を複合させることができる。
(Physical properties of the deposit (coating layer))
In the composite fiber of the present invention, at least a part of the surface of the polar fiber is covered with an attachment containing at least one hydrophilic polymer and calcium carbonate crystals.
In the production method of the present invention, the deposit can form a coating layer covering at least a part of the surface of the polar fiber.
In the production method of the present invention, the coating layer can be formed on the surface of the polar fiber with a high surface coverage.
Specifically, the surface coverage of the polar fiber by the coating layer is 80 to 100%, preferably 90 to 100%.
In the conjugate fiber of the present invention, the coating layer has an average thickness of 0.01 to 20 μm.
In the present invention, since the coating layer can be formed on the surface of the polar fiber at a high surface coverage, a larger amount of calcium carbonate crystals can be combined with the polar fiber.

本発明ではまた、極性繊維の表面上に、極性繊維の結晶配向に沿って炭酸カルシウムを結晶成長させることができるため、単に極性繊維の表面上にアモルファスの炭酸カルシウムを付着させる場合に比して、極性繊維に対する炭酸カルシウムの密着性が強固となる。
炭酸カルシウム結晶を含む付着物(被覆層)の密着性は例えば、炭酸カルシウム結晶を含む付着物(被覆層)と極性繊維との密着界面の面積に対する、付着物(被覆層)と極性繊維との界面方向へのせん断応力から算出される界面せん断応力(IFSS)により見積もることができる。
界面せん断応力(IFSS)は、好ましくは5MPa以上、より好ましくは15MPa以上、特に好ましくは25MPa以上である。
本発明では、かかる界面せん断応力を有する、炭酸カルシウム結晶を含む付着物(被覆層)と極性繊維との密着性に優れた複合繊維を提供することができる。
In the present invention, since the calcium carbonate can be grown on the surface of the polar fiber along the crystal orientation of the polar fiber, compared with the case of simply attaching amorphous calcium carbonate on the surface of the polar fiber. The adhesion of calcium carbonate to polar fibers becomes strong.
The adhesion of the deposit (coating layer) containing the calcium carbonate crystal is, for example, between the deposit (coating layer) and the polar fiber with respect to the area of the adhesion interface between the deposit (coating layer) containing the calcium carbonate crystal and the polar fiber. It can be estimated by the interface shear stress (IFSS) calculated from the shear stress in the interface direction.
The interfacial shear stress (IFSS) is preferably 5 MPa or more, more preferably 15 MPa or more, and particularly preferably 25 MPa or more.
In this invention, the composite fiber which was excellent in the adhesiveness of the deposit (coating layer) containing a calcium carbonate crystal | crystallization which has this interface shear stress, and polar fiber can be provided.

本発明の製造方法では、樹脂繊維である極性繊維(PVA系繊維)の表面上に無機物である炭酸カルシウム結晶を良好に複合させることができる。
したがって、本発明によれば、樹脂繊維と無機物とがそれぞれの長所を活かして効果的に複合され、強化繊維等として好適な機械物性を有する複合繊維を提供することができる。
In the manufacturing method of this invention, the calcium carbonate crystal | crystallization which is an inorganic substance can be favorably compounded on the surface of the polar fiber (PVA type fiber) which is a resin fiber.
Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a composite fiber in which the resin fiber and the inorganic substance are effectively combined utilizing their respective merits and have mechanical properties suitable as a reinforcing fiber or the like.

樹脂繊維は成形加工が容易で、引張強度等の機械物性に優れるものの、曲げ弾性率等の機械物性が劣る傾向がある。
逆に、無機物は、曲げ弾性率等の機械物性に優れるものの、引張強度等の機械物性が劣る傾向がある。
本発明では、樹脂繊維の表面上に無機物を複合しても、樹脂繊維が本来有する良好な引張強度は損なわれず、例えば、元の極性繊維に対して、同等以上の引張強度を有する複合繊維を提供できる。さらに本発明では、樹脂繊維の表面上に無機物を複合することで、曲げ弾性率を向上することができる。
したがって、本発明によれば、樹脂繊維が本来有する良好な引張強度と、無機物が本来有する良好な曲げ弾性率とを兼ね備えた複合繊維を提供することができる。
Resin fibers are easy to mold and have excellent mechanical properties such as tensile strength, but tend to be inferior in mechanical properties such as flexural modulus.
Conversely, inorganic materials have excellent mechanical properties such as flexural modulus but tend to be inferior in mechanical properties such as tensile strength.
In the present invention, even if an inorganic substance is combined on the surface of the resin fiber, the good tensile strength inherent to the resin fiber is not impaired, for example, a composite fiber having a tensile strength equal to or higher than that of the original polar fiber is used. Can be provided. Furthermore, in this invention, a bending elastic modulus can be improved by compounding an inorganic substance on the surface of a resin fiber.
Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a composite fiber that has both the good tensile strength inherently possessed by the resin fiber and the good flexural modulus inherent in the inorganic substance.

本発明はさらに、極性繊維の表面上に、高い表面被覆率で被覆層を形成することができるので、極性繊維に対してより多くの量の炭酸カルシウム結晶を複合させることができる。
また、極性繊維の表面上に、極性繊維の結晶配向に沿って炭酸カルシウムを結晶成長させることができるため、単に極性繊維の表面上にアモルファスの炭酸カルシウムを付着させる場合に比して、極性繊維に対する炭酸カルシウムの密着性が強固となる。
これらの効果が相俟って、本発明によれば、より効果的に曲げ弾性率を向上させることが可能である。
Furthermore, the present invention can form a coating layer with a high surface coverage on the surface of the polar fiber, so that a larger amount of calcium carbonate crystals can be combined with the polar fiber.
In addition, since calcium carbonate can be grown on the surface of the polar fiber along the crystal orientation of the polar fiber, the polar fiber is simply compared to the case of attaching amorphous calcium carbonate on the surface of the polar fiber. Adhesiveness of calcium carbonate to the water becomes strong.
Combined with these effects, according to the present invention, the flexural modulus can be more effectively improved.

「複合繊維の製造方法」
本発明の複合繊維は、以下の製造方法により製造することができる。
"Production method of composite fiber"
The conjugate fiber of the present invention can be produced by the following production method.

(極性繊維の用意)
はじめに、極性繊維としてPVA系繊維を用意する。
PVA系繊維は、市販のものを用いてもよいし、公知方法により製造して用いてもよい。
PVA系繊維は概略、繊維原料を紡糸し、必要に応じて乾燥し、必要に応じて熱処理し、必要に応じて延伸し、必要に応じて切断することで、製造される。
(Preparation of polar fiber)
First, PVA fibers are prepared as polar fibers.
Commercially available PVA fibers may be used, or they may be produced by known methods.
PVA fibers are generally produced by spinning a fiber raw material, drying it if necessary, heat-treating it if necessary, drawing it if necessary, and cutting it if necessary.

紡糸方法としては特に制限されず、溶融紡糸法、乾式紡糸法、および湿式紡糸法等が挙げられる。
溶融紡糸法は、加熱溶融したポリマーをノズルから繊維状に押出ながら冷却して、繊維化する方法である。
乾式紡糸法は、ポリマーを揮発性の溶媒に溶解させた紡糸原液を用意し、これをノズルから繊維状に押出しながら加熱により溶媒を気化させて、繊維化する方法である。
湿式紡糸法は、ポリマーを揮発性の低い溶媒に溶解させた溶解させた紡糸原液を用意し、これをノズルから繊維状に押出した後、凝固液中で固化して、繊維化する方法である。
The spinning method is not particularly limited, and examples thereof include a melt spinning method, a dry spinning method, and a wet spinning method.
The melt spinning method is a method in which a heated and melted polymer is cooled while being extruded into a fiber form from a nozzle to be fiberized.
The dry spinning method is a method in which a spinning stock solution in which a polymer is dissolved in a volatile solvent is prepared, and the solvent is vaporized by heating while extruding the polymer from a nozzle into a fiber shape, and fiberized.
The wet spinning method is a method in which a dissolved spinning stock solution in which a polymer is dissolved in a low-volatile solvent is prepared, extruded into a fiber form from a nozzle, and then solidified in a coagulating liquid to be fiberized. .

上記の中でも、湿式紡糸法等が好ましい。
湿式紡糸法では、紡糸原液の粘度が低くてもよいため、高重合度のポリマーでも紡糸可能であり、高張力な繊維を得ることができる。
Among the above, the wet spinning method and the like are preferable.
In the wet spinning method, since the spinning stock solution may have a low viscosity, a polymer with a high degree of polymerization can be spun and high-tensile fibers can be obtained.

以下、湿式紡糸法による極性繊維の製造を例として、説明する。
極性繊維の原料である1種または2種以上のVA系樹脂を揮発性の低い溶媒に溶解させて、紡糸原液を得る。
溶媒としては特に制限されず、ジメチルスルホキシド(DMSO)、水、メタノール、グリセリン、およびN―メチルピロリドン(NMP)等が挙げられる。
溶解方法は特に制限されない。
例えば、溶媒を攪拌しつつ、溶媒にVA系樹脂を添加し、昇温して、VA系樹脂を溶解することができる。
紡糸原液中のVA系樹脂の濃度および溶解温度は、安定な紡糸に好適な範囲内で、適宜調整される。
例えば、平均重合度が1700程度のVA系樹脂を使用する場合、紡糸原液中のVA系樹脂の濃度は好ましくは13〜20質量%であり、溶解温度は好ましくは70〜120℃程度である。
Hereinafter, the production of polar fibers by a wet spinning method will be described as an example.
One or two or more VA-based resins, which are polar fiber raw materials, are dissolved in a low-volatile solvent to obtain a spinning dope.
The solvent is not particularly limited, and examples thereof include dimethyl sulfoxide (DMSO), water, methanol, glycerin, and N-methylpyrrolidone (NMP).
The dissolution method is not particularly limited.
For example, the VA resin can be dissolved by adding the VA resin to the solvent and stirring the solvent while stirring the solvent.
The concentration and dissolution temperature of the VA resin in the spinning dope are adjusted as appropriate within a range suitable for stable spinning.
For example, when a VA resin having an average degree of polymerization of about 1700 is used, the concentration of the VA resin in the spinning dope is preferably 13 to 20% by mass, and the dissolution temperature is preferably about 70 to 120 ° C.

得られた紡糸原液は、ノズルから繊維状に押出した後、凝固液中で固化させる。
凝固液は、ポリマーは溶解せず、紡糸原液の溶媒と良好な相溶性を有する液である。
PVA系繊維の場合、凝固液としては例えば、メタノール、トルエン、アセトン、およびエタノール等が好適に用いられる。
凝固液には必要に応じて、凝固性を向上させる物質、例えば、水あるいはケトン類等を添加することができる。
紡糸性および経済性の観点から、凝固液の温度は0〜20℃が好ましい。
The obtained spinning dope is extruded into a fiber form from a nozzle and then solidified in a coagulating liquid.
The coagulation liquid is a liquid that does not dissolve the polymer but has good compatibility with the solvent of the spinning dope.
In the case of PVA fibers, for example, methanol, toluene, acetone, ethanol and the like are suitably used as the coagulating liquid.
If necessary, a substance that improves the coagulation property, such as water or ketones, can be added to the coagulation liquid.
From the viewpoint of spinnability and economy, the temperature of the coagulation liquid is preferably 0 to 20 ° C.

他の態様としては、紡糸原液中のVA系樹脂中のアルコール基を凝固液中で反応性物質と化学反応させる方法がある。この場合、繊維の耐熱性および耐水性を向上することができる。
上記の反応性物質としては、ホルムアルデヒドおよびベンズアルデヒド等が好適に用いられる。
As another embodiment, there is a method in which an alcohol group in a VA resin in a spinning dope is chemically reacted with a reactive substance in a coagulation liquid. In this case, the heat resistance and water resistance of the fiber can be improved.
As the reactive substance, formaldehyde and benzaldehyde are preferably used.

次に、凝固液中から取り出したPVA系繊維を乾燥して、繊維内に残った液体成分(紡糸原液の溶媒、凝固液、および反応性物質等)を除去する。
結晶化向上の観点から、乾燥方法としては加熱乾燥が好ましい。
乾燥温度は、80〜200℃が好ましい。
Next, the PVA fiber taken out from the coagulation liquid is dried to remove liquid components remaining in the fiber (spinning solution solvent, coagulation liquid, and reactive substances).
From the viewpoint of improving crystallization, heat drying is preferred as the drying method.
The drying temperature is preferably 80 to 200 ° C.

次に、乾燥後のPVA系繊維に対して、必要に応じてさらに、熱処理を行うことができる。
熱処理を行うことで、PVA系繊維の結晶性を向上させ、張力を向上させることができる。
繊維の結晶化向上の観点から、熱処理温度は200〜260℃が好ましい。
長時間の熱処理は通常、VA系樹脂の結晶化度向上には寄与しない。
熱処理時間は例えば、2秒間程度で充分である。
Next, the PVA fiber after drying can be further heat-treated as necessary.
By performing the heat treatment, the crystallinity of the PVA fiber can be improved and the tension can be improved.
From the viewpoint of improving fiber crystallization, the heat treatment temperature is preferably 200 to 260 ° C.
Long-time heat treatment usually does not contribute to improving the crystallinity of the VA-based resin.
For example, about 2 seconds is sufficient as the heat treatment time.

PVA系繊維に対して、必要に応じてさらに、延伸処理を行うことができる。
延伸処理を行うことで、PVA系繊維の結晶性を効果的に向上させ、張力を一層向上させることができる。
繊維の結晶化向上の観点から、延伸方法としては、乾熱延伸方法が好ましい。
乾熱延伸方法においては例えば、80〜230℃で1.3〜3倍の延伸倍率で一次延伸することができる。さらに、160〜230℃で全延伸倍率が3〜24倍となるように二次延伸することができる。
本発明では、全延伸倍率が3〜24倍のPVA系繊維が好ましく用いられる。
以上のようにして、PVA系繊維が製造される。
If necessary, the PVA fiber can be further stretched.
By performing the stretching treatment, the crystallinity of the PVA fiber can be effectively improved and the tension can be further improved.
From the viewpoint of improving the crystallization of the fiber, the stretching method is preferably a dry heat stretching method.
In the dry heat stretching method, for example, primary stretching can be performed at a stretching ratio of 1.3 to 3 times at 80 to 230 ° C. Furthermore, secondary stretching can be performed so that the total stretching ratio is 3 to 24 times at 160 to 230 ° C.
In the present invention, PVA fibers having a total draw ratio of 3 to 24 times are preferably used.
As described above, the PVA fiber is manufactured.

製造されたPVA系繊維は必要に応じて、任意の形態に加工することができる。
PVA系繊維に対して、機械捲縮または牽切等の処理を施し、紡績または不織布の加工を行ってもよい。
複数本のPVA系繊維を一方向に引き揃えてヤーンを得、さらに、複数のヤーンを繊維方向に対して垂直方向に並列配置した異方性二次元構造体に加工してもよい。
織機を用いて、PVA系繊維を平織または綾織の布状としてもよい。さらにブレーディング処理により、三次元構造体としてもよい。
The produced PVA-based fiber can be processed into an arbitrary form as necessary.
The PVA fiber may be subjected to processing such as mechanical crimping or check-out, and spinning or nonwoven fabric processing may be performed.
A plurality of PVA fibers may be aligned in one direction to obtain a yarn, and further processed into an anisotropic two-dimensional structure in which a plurality of yarns are arranged in parallel in a direction perpendicular to the fiber direction.
Using a loom, the PVA fibers may be made into a plain or twill fabric. Further, a three-dimensional structure may be formed by a braiding process.

極性繊維として、1種または2種以上のPVA系繊維を用いることができる。
極性繊維として、PVA系繊維と他の樹脂繊維との混糸を用いてもよい。
As the polar fiber, one type or two or more types of PVA fibers can be used.
As the polar fiber, a mixed yarn of PVA fiber and other resin fiber may be used.

(第1工程)
はじめに、以下の第1水溶液と第2水溶液とを用意する。
(First step)
First, the following first aqueous solution and second aqueous solution are prepared.

第1水溶液は、下記一般式[II]で表される少なくとも1種のカルシウムイオン源と、カルシウムイオンに対する配位能を有する親水性基を有する少なくとも1種の親水性ポリマーとを含む水溶液である。   The first aqueous solution is an aqueous solution containing at least one calcium ion source represented by the following general formula [II] and at least one hydrophilic polymer having a hydrophilic group having a coordination ability for calcium ions. .

CaX・nHO・・・[II]
(式[II]中、Xはハロゲン原子を表し、nは0以上の実数を表す。)
CaX 2 · nH 2 O ... [II]
(In the formula [II], X represents a halogen atom, and n represents a real number of 0 or more.)

上記一般式[II]で表されるカルシウムイオン源としては、塩化カルシウム、酢酸カルシウム、臭化カルシウム、ヨウ化カルシウム、およびこれらの水和物等が挙げられる。   Examples of the calcium ion source represented by the general formula [II] include calcium chloride, calcium acetate, calcium bromide, calcium iodide, and hydrates thereof.

カルシウムイオンに対する配位能を有する親水性基としては、カルボキシ基、アミノ基、水酸基、およびアミド基等が挙げられる。
かかる親水性基を有する親水性ポリマーとしては、ポリアクリル酸(PAA)、エチレン・アクリル酸共重合体、ポリアリルアミン、ポリグルタミン酸、ポリビニルピロリドン(PVP)、ビニルアルコール(VA)系樹脂、および、ポリエチレングリコール(PEG)等が挙げられる。
なお、親水性ポリマーとして用いられるビニルアルコール(VA)系樹脂は、良好な親水性および水溶性を呈することから、ビニルアルコール単位と酢酸ビニル単位とを含む共重合体(部分けん化物)であることが好ましい。
Examples of the hydrophilic group having coordinating ability for calcium ions include a carboxy group, an amino group, a hydroxyl group, and an amide group.
Examples of the hydrophilic polymer having such a hydrophilic group include polyacrylic acid (PAA), ethylene / acrylic acid copolymer, polyallylamine, polyglutamic acid, polyvinylpyrrolidone (PVP), vinyl alcohol (VA) resin, and polyethylene. A glycol (PEG) etc. are mentioned.
The vinyl alcohol (VA) resin used as the hydrophilic polymer is a copolymer (partially saponified product) containing a vinyl alcohol unit and a vinyl acetate unit because it exhibits good hydrophilicity and water solubility. Is preferred.

上記親水性基の中でも、カルシウムイオンに対して良好な配位能を有し、カルシウムイオンの表面エネルギーを効果的に低下させることができるから、カルボキシ基および/またはアミノ基がより好ましい。
カルボキシ基および/またはアミノ基を有する親水性ポリマーとしては、ポリアクリル酸(PAA)、エチレン・アクリル酸共重合体、ポリアリルアミン、および、ポリグルタミン酸等が挙げられる。
Among the hydrophilic groups, a carboxy group and / or an amino group are more preferable because they have a good coordination ability for calcium ions and can effectively reduce the surface energy of calcium ions.
Examples of the hydrophilic polymer having a carboxy group and / or an amino group include polyacrylic acid (PAA), ethylene / acrylic acid copolymer, polyallylamine, and polyglutamic acid.

第1水溶液中のカルシウムイオン源の濃度は10mM以上であり、好ましくは15mM以上、より好ましくは20mM以上である。
第1水溶液中のカルシウムイオン源の濃度の上限は特に制限されず、第1水溶液中のカルシウムイオン源の濃度は、好ましくは100mM以下、より好ましくは50mM以下である。
The concentration of the calcium ion source in the first aqueous solution is 10 mM or more, preferably 15 mM or more, more preferably 20 mM or more.
The upper limit of the concentration of the calcium ion source in the first aqueous solution is not particularly limited, and the concentration of the calcium ion source in the first aqueous solution is preferably 100 mM or less, more preferably 50 mM or less.

第1水溶液中の親水性ポリマーの濃度は、モノマー換算で10〜100mMであり、好ましくは10〜50mM、より好ましくは13〜17mMである。   The density | concentration of the hydrophilic polymer in 1st aqueous solution is 10-100 mM in monomer conversion, Preferably it is 10-50 mM, More preferably, it is 13-17 mM.

例えば、親水性ポリマーがポリアクリル酸(PAA)である場合、モノマーはアクリル酸(AA)である。
第1水溶液中のポリアクリル酸(PAA)の濃度は、その重量平均分子量を基にPAAの原料モノマー(アクリル酸(AA))の量に換算して、求めるものとする。
なお、実際のポリマー製造方法にモノマーが使用されないビニルアルコール(VA)系樹脂等の濃度は、その平均重合度を基に各構造単位を原料モノマー由来と見なして、原料モノマーの量に換算して、求めるものとする。
For example, when the hydrophilic polymer is polyacrylic acid (PAA), the monomer is acrylic acid (AA).
The concentration of polyacrylic acid (PAA) in the first aqueous solution is obtained by converting into the amount of PAA raw material monomer (acrylic acid (AA)) based on the weight average molecular weight.
The concentration of vinyl alcohol (VA) resin, etc., in which no monomer is used in the actual polymer production method, is converted to the amount of raw material monomer by regarding each structural unit as being derived from the raw material monomer based on the average degree of polymerization. , To seek.

親水性ポリマーの濃度をモノマー換算する理由は、カルシウムイオンの量とカルシウムイオンに対する配位能を有する親水性基の量との関係が重要であるからである。
第1水溶液中のカルシウムイオン源の濃度および親水性ポリマーの濃度を上記のように規定することで、カルシウムイオンに対して、好適な範囲でカルシウムイオンに対する配位能を有する親水性基を配位させることができる。
The reason why the concentration of the hydrophilic polymer is converted into a monomer is that the relationship between the amount of calcium ions and the amount of hydrophilic groups having coordination ability with respect to calcium ions is important.
By defining the concentration of the calcium ion source and the concentration of the hydrophilic polymer in the first aqueous solution as described above, a hydrophilic group having a coordination ability with respect to calcium ions is coordinated with respect to calcium ions in a suitable range. Can be made.

本発明の製造方法において、親水性ポリマーがカルシウムイオンの周りに存在することで、カルシウムイオンの表面エネルギーを低下させることができると推察される。その結果、PVA系繊維の表面上の炭酸カルシウムの結晶成長が良好に進行する前に、溶液中で炭酸カルシウム結晶が過度に析出してしまうことを抑制することができると推察される。これによって、PVA系繊維の表面上に優先的に炭酸カルシウムを結晶成長させることができると推察される。   In the production method of the present invention, it is presumed that the surface energy of calcium ions can be reduced by the presence of the hydrophilic polymer around the calcium ions. As a result, it is surmised that the calcium carbonate crystals can be prevented from excessively precipitating in the solution before the calcium carbonate crystal growth on the surface of the PVA fiber proceeds well. Thus, it is presumed that calcium carbonate can be preferentially grown on the surface of the PVA fiber.

なお、カルシウムイオンに対して、カルシウムイオンに対する配位能を有する親水性基の量が過少では、カルシウムイオンの表面エネルギー低下の効果が不充分となり、溶液中で炭酸カルシウム結晶が過度に析出してしまう。
一方、カルシウムイオンに対して、カルシウムイオンに対する配位能を有する親水性基の量が過多では、カルシウムイオンの表面エネルギー低下の効果が過剰となり、PVA系繊維の表面上の炭酸カルシウムの結晶成長速度が著しく低下してしまう。
第1水溶液中のカルシウムイオン源の濃度および親水性ポリマーの濃度を上記のように規定することで、溶液中での炭酸カルシウムの過度の結晶析出を抑制しつつ、PVA系繊維の表面上に炭酸カルシウムを良好に結晶成長させることができる。
In addition, if the amount of the hydrophilic group having the coordination ability to the calcium ion is too small relative to the calcium ion, the effect of reducing the surface energy of the calcium ion becomes insufficient, and the calcium carbonate crystal is excessively precipitated in the solution. End up.
On the other hand, if the amount of the hydrophilic group having the coordination ability to the calcium ion is excessive with respect to the calcium ion, the effect of reducing the surface energy of the calcium ion becomes excessive, and the crystal growth rate of calcium carbonate on the surface of the PVA fiber is increased. Will drop significantly.
By defining the concentration of the calcium ion source and the concentration of the hydrophilic polymer in the first aqueous solution as described above, while suppressing excessive crystal precipitation of calcium carbonate in the solution, carbonic acid is formed on the surface of the PVA fiber. Calcium can be grown satisfactorily.

(第2工程)
下記一般式[III]で表される少なくとも1種の炭酸イオン源を含む第2水溶液を用意する。
(Second step)
A second aqueous solution containing at least one carbonate ion source represented by the following general formula [III] is prepared.

(CO・nHO・・・[III]
(式[III]中、各記号は以下の意味を示す。
Mは、少なくとも1種の金属原子、アンモニウム、または水素原子を表す。
aおよびbは1以上の整数であり、nは0以上の実数を表す。)
M a (CO 3 ) b · nH 2 O ... [III]
(In formula [III], each symbol has the following meaning.
M represents at least one metal atom, ammonium, or hydrogen atom.
a and b are integers of 1 or more, and n represents a real number of 0 or more. )

上記式で表される炭酸イオン源としては、炭酸、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸カリウム、およびこれらの水和物等が挙げられる。   Examples of the carbonate ion source represented by the above formula include carbonic acid, sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate, potassium carbonate, and hydrates thereof.

第2水溶液中の炭酸イオン源の濃度は10mM以上であり、好ましくは15mM以上、より好ましくは20mM以上である。
第2水溶液中の炭酸イオン源の濃度の上限は特に制限されず、第2水溶液中の炭酸イオン源の濃度は、好ましくは100mM以下、より好ましくは50mM以下である。
The concentration of the carbonate ion source in the second aqueous solution is 10 mM or more, preferably 15 mM or more, more preferably 20 mM or more.
The upper limit of the concentration of the carbonate ion source in the second aqueous solution is not particularly limited, and the concentration of the carbonate ion source in the second aqueous solution is preferably 100 mM or less, more preferably 50 mM or less.

(第3工程)
この工程では、第1工程で得られた上記第1水溶液と、第2工程で得られた上記第2水溶液とを混合し、反応させる。これによって、アモルファス炭酸カルシウムと親水性ポリマーとを含む炭酸カルシウム水溶液が得られる。
(Third step)
In this step, the first aqueous solution obtained in the first step and the second aqueous solution obtained in the second step are mixed and reacted. Thereby, a calcium carbonate aqueous solution containing amorphous calcium carbonate and a hydrophilic polymer is obtained.

なお、混合水溶液中での炭酸カルシウムの収率を考慮すれば、混合水溶液中のカルシウムイオンと炭酸イオンとは、等モルまたはそれに近い関係であることが好ましく、等モルの関係であることがより好ましい。
例えば、第1水溶液中のカルシウムイオンと、第2水溶液中の炭酸イオンとは、等モルまたはそれに近い関係とし、第1水溶液と第2水溶液とを等体積またはそれに近い関係で混合することが好ましい。
ただし、混合水溶液中で炭酸カルシウムが良好に生成される範囲内で、混合水溶液中のカルシウムイオンと炭酸イオンとは、等モルまたはそれに近い関係からずれてもよい。
In consideration of the yield of calcium carbonate in the mixed aqueous solution, the calcium ion and carbonate ion in the mixed aqueous solution are preferably equimolar or close to each other, and more preferably equimolar. preferable.
For example, it is preferable that the calcium ions in the first aqueous solution and the carbonate ions in the second aqueous solution have an equimolar or close relationship, and the first aqueous solution and the second aqueous solution are mixed in an equal volume or a close relationship. .
However, the calcium ions and carbonate ions in the mixed aqueous solution may deviate from an equimolar or close relationship within a range in which calcium carbonate is favorably generated in the mixed aqueous solution.

(第4工程)
この工程では、第2工程で得られた、アモルファス炭酸カルシウムと親水性ポリマーとを含む炭酸カルシウム水溶液に、上記極性繊維(極性繊維を加工したものでもよい。)を浸漬させる。
これによって、極性繊維の少なくとも一部の表面上に、炭酸カルシウム結晶と親水性ポリマーとが付着した複合繊維が製造される。
(4th process)
In this step, the polar fiber (which may be obtained by processing a polar fiber) is immersed in an aqueous calcium carbonate solution containing amorphous calcium carbonate and a hydrophilic polymer obtained in the second step.
As a result, a composite fiber in which calcium carbonate crystals and a hydrophilic polymer are adhered to at least a part of the surface of the polar fiber is manufactured.

極性繊維の少なくとも一部の表面上への、炭酸カルシウム結晶と親水性ポリマーとを含む付着物の析出時間は特に制限されず、極性繊維の少なくとも一部の表面上に、充分な量の炭酸カルシウム結晶が成長する時間に設定することができる。
析出時間が長くなる程、付着量が増加する傾向があるが、ある程度の析出時間を超えても、その効果は飽和する。
析出時間は、好ましくは24時間〜3週間程度、より好ましくは24時間〜1週間程度である。
例えば、後記実施例1−7〜1−9、8−7〜8−9では、1〜3週間の範囲内であれば、2週間以上浸漬させても、1週間浸漬に対して付着量の顕著な増加は見られず、1週間程度で充分であった。
ただし、好適な析出時間は、用いる第1水溶液と第2水溶液の濃度等に応じて異なると考えられる。
浸漬処理後、炭酸カルシウム水溶液中から得られた複合繊維を取り出す。
The deposition time of the deposit containing the calcium carbonate crystals and the hydrophilic polymer on at least a part of the surface of the polar fiber is not particularly limited, and a sufficient amount of calcium carbonate is formed on the surface of at least a part of the polar fiber. The time for crystal growth can be set.
As the deposition time becomes longer, the amount of adhesion tends to increase, but the effect is saturated even if a certain amount of deposition time is exceeded.
The deposition time is preferably about 24 hours to 3 weeks, more preferably about 24 hours to 1 week.
For example, in Examples 1-7 to 1-9 and 8-7 to 8-9, which will be described later, within the range of 1 to 3 weeks, even if immersed for 2 weeks or more, the adhesion amount with respect to the immersion for 1 week No significant increase was observed, and about one week was sufficient.
However, it is considered that a suitable precipitation time varies depending on the concentrations of the first aqueous solution and the second aqueous solution used.
After the immersion treatment, the composite fiber obtained from the calcium carbonate aqueous solution is taken out.

以上の第1工程〜第4工程は、水の凝固点より高く、水の沸点より低い温度範囲内、例えば、10〜90℃の範囲内の任意の温度下で実施することができる。
ただし、第4工程については、60℃以上では反応が進みすぎて、炭酸カルシウム結晶が比較的大きな塊となって、極性繊維に付着する可能性がある。
第1工程〜第4工程は、10〜50℃の範囲内で実施することが好ましく、10〜40℃の範囲内で実施することがより好ましく、10〜30℃の範囲内で実施することが特に好ましい。
第1工程〜第4工程は、通常の室温下(例えば、20〜30℃)で実施することができる。
第1工程〜第4工程はまた、通常の大気圧下で実施することができる。
The first to fourth steps described above can be performed at any temperature within a temperature range higher than the freezing point of water and lower than the boiling point of water, for example, within a range of 10 to 90 ° C.
However, in the fourth step, the reaction proceeds excessively at 60 ° C. or higher, and the calcium carbonate crystals may become a relatively large lump and adhere to the polar fiber.
The first step to the fourth step are preferably carried out within a range of 10 to 50 ° C, more preferably carried out within a range of 10 to 40 ° C, and carried out within a range of 10 to 30 ° C. Particularly preferred.
The 1st process-the 4th process can be carried out under normal room temperature (for example, 20-30 ° C).
The first to fourth steps can also be performed under normal atmospheric pressure.

(第5工程)
炭酸カルシウム水溶液中から取り出した複合繊維は、必要に応じて洗浄することができる。
例えば、カルシウムイオン源として塩化カルシウムを用い、炭酸イオン源として炭酸ナトリウムを用いた場合、塩化ナトリウムが副生成される。このような副生成物を除去するために、炭酸カルシウム水溶液中から取り出した極性繊維を水洗等により洗浄することができる。
(5th process)
The composite fiber taken out from the calcium carbonate aqueous solution can be washed as necessary.
For example, when calcium chloride is used as the calcium ion source and sodium carbonate is used as the carbonate ion source, sodium chloride is by-produced. In order to remove such a by-product, the polar fiber taken out from the calcium carbonate aqueous solution can be washed with water or the like.

(第6工程)
最後に、得られた複合繊維を乾燥させる。これによって、複合繊維に付着した水分を除去することができる。
乾燥方法は特に制限されず、公知方法を適用することができる。
以上のようにして、本発明の複合繊維が製造される。
(Sixth step)
Finally, the obtained composite fiber is dried. Thereby, water adhering to the composite fiber can be removed.
The drying method is not particularly limited, and a known method can be applied.
The composite fiber of this invention is manufactured as mentioned above.

本発明では、極性繊維として、少なくとも1種のビニルアルコール(VA)系樹脂を主成分とするPVA系繊維を用いる。
炭酸カルシウム水溶液中の炭酸カルシウムはアモルファスであるが、本発明では、PVA系繊維が良好な結晶性を有していることで、PVA系繊維の結晶配向に沿って、繊維の表面上に炭酸カルシウムを良好に結晶成長させることができると考えられる。
In the present invention, PVA fibers mainly composed of at least one vinyl alcohol (VA) resin are used as polar fibers.
Although calcium carbonate in the calcium carbonate aqueous solution is amorphous, in the present invention, the PVA fiber has good crystallinity, so that the calcium carbonate is formed on the surface of the fiber along the crystal orientation of the PVA fiber. It is considered that the crystal can be grown satisfactorily.

本発明において、PVA系繊維の結晶化度は特に制限されず、高い方が好ましい。
PVA系繊維の結晶化度は、好ましくは50%以上、より好ましくは70%以上である。
本発明において、PVA系繊維の結晶配向度は特に制限されず、高い方が好ましい。
PVA系繊維の結晶配向度は、好ましくは0.8以上、より好ましくは0.9以上である。
なお、PVA系繊維の結晶性は、ポリ酢酸ビニルのけん化度および延伸倍率によって調整することができる。
In the present invention, the degree of crystallinity of the PVA fiber is not particularly limited and is preferably higher.
The crystallinity of the PVA fiber is preferably 50% or more, more preferably 70% or more.
In the present invention, the degree of crystal orientation of the PVA fiber is not particularly limited and is preferably higher.
The degree of crystal orientation of the PVA fiber is preferably 0.8 or more, more preferably 0.9 or more.
The crystallinity of the PVA fiber can be adjusted by the saponification degree and the draw ratio of polyvinyl acetate.

繊維の表面上に付着する炭酸カルシウム結晶の形状は特に制限されず、例えば板状または粒子状等である。
なお、PVA系繊維の表面上には、炭酸カルシウム結晶と共に、カルシウムイオンに対する配位能を有する親水性基を含む親水性ポリマーも同時に付着すると考えられる。
付着物中の炭酸カルシウム結晶および親水性ポリマーの分布は特に制限されない。
付着物の形態としては、板状または粒子状等の炭酸カルシウム結晶の周りに親水性ポリマーが付着した形態、および、炭酸カルシウム結晶と親水性ポリマーとを含む板状物または粒子状物等が生成される形態等が挙げられる。
The shape of the calcium carbonate crystal attached on the surface of the fiber is not particularly limited, and is, for example, a plate shape or a particle shape.
In addition, it is thought that the hydrophilic polymer containing the hydrophilic group which has the coordinating ability with respect to a calcium ion with a calcium carbonate crystal | crystallization adheres on the surface of a PVA type fiber simultaneously.
The distribution of calcium carbonate crystals and hydrophilic polymer in the deposit is not particularly limited.
As the form of the deposit, a plate-like or particle-like form in which a hydrophilic polymer is attached around a calcium carbonate crystal and a plate-like or particle-like substance containing calcium carbonate crystal and a hydrophilic polymer are generated. And the like.

本発明の製造方法では、PVA系繊維の表面上に、主結晶がカルサイト結晶およびバテライト結晶であり、結晶子のサイズが0.01〜0.1μmである炭酸カルシウム結晶を成長させることができる。   In the production method of the present invention, a calcium carbonate crystal whose main crystals are calcite crystals and vaterite crystals and whose crystallite size is 0.01 to 0.1 μm can be grown on the surface of the PVA fiber. .

本発明では、第2工程において、炭酸カルシウム水溶液中に比較的多くの炭酸カルシウムを生成させることができる。そのため、PVA系繊維の表面上に、比較的多くの上記炭酸カルシウム結晶を成長させることができる。
その結果、本発明では、炭酸カルシウム結晶と親水性ポリマーとを含む付着物によって、極性繊維の少なくとも一部の表面を覆う被覆層を形成することができる。
In the present invention, in the second step, a relatively large amount of calcium carbonate can be generated in the calcium carbonate aqueous solution. Therefore, a relatively large amount of the calcium carbonate crystal can be grown on the surface of the PVA fiber.
As a result, in the present invention, it is possible to form a coating layer that covers at least a part of the surface of the polar fiber by the deposit containing calcium carbonate crystals and the hydrophilic polymer.

本発明では、平均厚みが0.01〜20μmである被覆層を形成することができる。
本発明ではまた、PVA系繊維の表面被覆率が80〜100%である被覆層を形成することができる。
被覆層による極性繊維の表面被覆率は、好ましくは90〜100%であある。
In the present invention, a coating layer having an average thickness of 0.01 to 20 μm can be formed.
In the present invention, it is also possible to form a coating layer in which the surface coverage of the PVA fiber is 80 to 100%.
The surface coverage of the polar fiber by the coating layer is preferably 90 to 100%.

本発明では、極性繊維の表面上に、高い表面被覆率で被覆層を形成することができるので、極性繊維に対してより多くの量の炭酸カルシウム結晶を複合させることができる。   In the present invention, since the coating layer can be formed on the surface of the polar fiber at a high surface coverage, a larger amount of calcium carbonate crystals can be combined with the polar fiber.

なお、本発明の製造方法において、親水性ポリマーがカルシウムイオンの周りに存在することで、カルシウムイオンの表面エネルギーを低下させることができると推察される。その結果、PVA系繊維の表面上の炭酸カルシウムの結晶成長が良好に進行する前に、溶液中で炭酸カルシウム結晶が過度に析出してしまうことを抑制することができると推察される。これによって、PVA系繊維の表面上に優先的に炭酸カルシウムを結晶成長させることができると推察される。   In addition, in the manufacturing method of this invention, it is guessed that the surface energy of a calcium ion can be reduced because a hydrophilic polymer exists around a calcium ion. As a result, it is surmised that the calcium carbonate crystals can be prevented from excessively precipitating in the solution before the calcium carbonate crystal growth on the surface of the PVA fiber proceeds well. Thus, it is presumed that calcium carbonate can be preferentially grown on the surface of the PVA fiber.

本発明ではまた、極性繊維の表面上に、極性繊維の結晶配向に沿って炭酸カルシウムを結晶成長させることができるため、単に極性繊維の表面上にアモルファスの炭酸カルシウムを付着させる場合に比して、極性繊維に対する炭酸カルシウムの密着性が強固となる。   In the present invention, since the calcium carbonate can be grown on the surface of the polar fiber along the crystal orientation of the polar fiber, compared with the case of simply attaching amorphous calcium carbonate on the surface of the polar fiber. The adhesion of calcium carbonate to polar fibers becomes strong.

本発明の製造方法では、樹脂繊維である極性繊維の表面上に無機物である炭酸カルシウム結晶を良好に複合させることができる。
したがって、本発明によれば、樹脂繊維と無機物とがそれぞれの長所を活かして効果的に複合され、強化繊維等として好適な機械物性を有する複合繊維を提供することができる。
In the manufacturing method of this invention, the calcium carbonate crystal | crystallization which is an inorganic substance can be favorably compounded on the surface of the polar fiber which is a resin fiber.
Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a composite fiber in which the resin fiber and the inorganic substance are effectively combined utilizing their respective merits and have mechanical properties suitable as a reinforcing fiber or the like.

樹脂繊維は、引張強度等の機械物性に優れるものの、曲げ弾性率等の機械物性が劣る傾向がある。
逆に、無機物は、曲げ弾性率等の機械物性に優れるものの、引張強度等の機械物性が劣る傾向がある。
本発明では、樹脂繊維の表面上に無機物を複合しても、樹脂繊維が本来有する良好な引張強度は損なわれず、例えば、元の極性繊維に対して、同等以上の引張強度を有する複合繊維を提供できる。さらに本発明では、樹脂繊維の表面上に無機物を複合することで、曲げ弾性率を向上することができる。
したがって、本発明によれば、樹脂繊維が本来有する良好な引張強度と、無機物が本来有する良好な曲げ弾性率とを兼ね備えた複合繊維を提供することができる。
Resin fibers have excellent mechanical properties such as tensile strength, but tend to be inferior in mechanical properties such as flexural modulus.
Conversely, inorganic materials have excellent mechanical properties such as flexural modulus but tend to be inferior in mechanical properties such as tensile strength.
In the present invention, even if an inorganic substance is combined on the surface of the resin fiber, the good tensile strength inherent to the resin fiber is not impaired, for example, a composite fiber having a tensile strength equal to or higher than that of the original polar fiber is used. Can be provided. Furthermore, in this invention, a bending elastic modulus can be improved by compounding an inorganic substance on the surface of a resin fiber.
Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a composite fiber that has both the good tensile strength inherently possessed by the resin fiber and the good flexural modulus inherent in the inorganic substance.

本発明はさらに、極性繊維の表面上に、高い表面被覆率で被覆層を形成することができるので、極性繊維に対してより多くの量の炭酸カルシウム結晶を複合させることができる。
また、極性繊維の表面上に、極性繊維の結晶配向に沿って炭酸カルシウムを結晶成長させることができるため、単に極性繊維の表面上にアモルファスの炭酸カルシウムを付着させる場合に比して、極性繊維に対する炭酸カルシウムの密着性が強固となる。
これらの効果が相俟って、本発明によれば、より効果的に曲げ弾性率を向上させることが可能である。
Furthermore, the present invention can form a coating layer with a high surface coverage on the surface of the polar fiber, so that a larger amount of calcium carbonate crystals can be combined with the polar fiber.
In addition, since calcium carbonate can be grown on the surface of the polar fiber along the crystal orientation of the polar fiber, the polar fiber is simply compared to the case of attaching amorphous calcium carbonate on the surface of the polar fiber. Adhesiveness of calcium carbonate to the water becomes strong.
Combined with these effects, according to the present invention, the flexural modulus can be more effectively improved.

「複合材」
本発明の複合材は、マトリクス材と、上記の本発明の複合繊維とを含むものである。
"Composite"
The composite material of the present invention includes a matrix material and the above-described composite fiber of the present invention.

本発明の第1の複合材の製造方法は、複合繊維に対して、マトリクス材となる液状の原料を含浸させた後、液状の原料を固化させる方法である。
本発明の第1の複合材の製造方法は、複合繊維と、マトリクス材となる液状の原料とを混合した後、液状の原料を固化させる方法である。
The first method for producing a composite material of the present invention is a method in which a liquid material is solidified after impregnating a composite fiber with a liquid material to be a matrix material.
The manufacturing method of the 1st composite material of this invention is a method of solidifying a liquid raw material, after mixing a composite fiber and the liquid raw material used as a matrix material.

複合繊維としては、複数の複合繊維の集合体、および各種繊維加工物等、任意の形態のものを用いることができる。
例えば、内部に空隙を有して複数の繊維が集合した繊維集合体等が好ましく用いられる。
As a composite fiber, the thing of arbitrary forms, such as an aggregate of a plurality of composite fibers, and various fiber processed products, can be used.
For example, a fiber assembly in which a plurality of fibers are aggregated with voids inside is preferably used.

マトリクス材としては特に制限されず、成形性等の観点から、少なくとも1種の樹脂からなるマトリクス材(マトリクス樹脂)が好ましい。
少なくとも1種の樹脂からなるマトリクス材(マトリクス樹脂)と、本発明の複合繊維を含む複合材は、いわゆる繊維強化樹脂(FRP)として好適に使用することができる。
The matrix material is not particularly limited, and a matrix material (matrix resin) made of at least one resin is preferable from the viewpoint of moldability and the like.
A matrix material (matrix resin) made of at least one resin and a composite material including the composite fiber of the present invention can be suitably used as a so-called fiber reinforced resin (FRP).

マトリクス材として用いられる樹脂は特に制限されず、
不飽和ポリエステル、エポキシ系樹脂、アミド系樹脂、およびフェノール系樹脂等の熱硬化性樹脂;
および、
(メタ)アクリル系樹脂等の熱可塑性樹脂等が挙げられる。
Resin used as a matrix material is not particularly limited,
Thermosetting resins such as unsaturated polyesters, epoxy resins, amide resins, and phenol resins;
and,
Examples thereof include thermoplastic resins such as (meth) acrylic resins.

マトリクス材となる液状の原料、およびその固化方法は、公知技術を適用することができる。   A well-known technique can be applied to the liquid raw material used as the matrix material and the solidifying method thereof.

マトリクス材として熱硬化性樹脂を用いる場合、マトリクス材となる液状の原料は、熱硬化によりマトリクス材となる熱硬化性の液体原料である。
熱硬化性の液体原料は公知のものを使用することができ、熱硬化性樹脂のモノマー、ダイマー、または、比較的低分子の熱硬化性樹脂の前駆体ポリマー等を含むことができる。
熱硬化性の液体原料は、熱硬化により固化させることができる。
When a thermosetting resin is used as the matrix material, the liquid raw material that becomes the matrix material is a thermosetting liquid raw material that becomes the matrix material by thermosetting.
As the thermosetting liquid raw material, known materials can be used, which can include a monomer of a thermosetting resin, a dimer, or a precursor polymer of a relatively low molecular thermosetting resin.
The thermosetting liquid raw material can be solidified by thermosetting.

マトリクス材として熱可塑性樹脂を用いる場合、マトリクス材となる液状の原料としては、熱可塑性樹脂の加熱溶融物、熱可塑性樹脂を溶媒に溶解させた溶液、および、熱可塑性樹脂を分散媒に分散させた分散液等が挙げられる。
熱可塑性樹脂の加熱溶融物は、冷却により固化させることができる。
熱可塑性樹脂の溶液または分散液は、溶媒または分散媒を乾燥除去することで、固化させることができる。
When a thermoplastic resin is used as the matrix material, the liquid raw material used as the matrix material includes a thermoplastic resin heated melt, a solution obtained by dissolving the thermoplastic resin in a solvent, and the thermoplastic resin dispersed in a dispersion medium. Dispersions and the like.
The heated melt of the thermoplastic resin can be solidified by cooling.
The solution or dispersion of the thermoplastic resin can be solidified by removing the solvent or dispersion medium by drying.

以上説明したように、本発明によれば、樹脂繊維と無機物とがそれぞれの長所を活かして効果的に複合され、強化繊維等として好適な機械物性を有する複合繊維とその製造方法、並びに、これを用いた複合材とその製造方法を提供することができる。   As described above, according to the present invention, a resin fiber and an inorganic substance are effectively combined utilizing their respective strengths, and a composite fiber having suitable mechanical properties as a reinforcing fiber, a manufacturing method thereof, and the It is possible to provide a composite material using the same and a method for producing the same.

本発明によれば、例えば、樹脂繊維が本来有する引張強度を維持したまま、曲げ弾性率を向上することが可能な複合繊維とその製造方法、並びに、これを用いた複合材とその製造方法を提供することができる。   According to the present invention, for example, a composite fiber capable of improving the flexural modulus while maintaining the inherent tensile strength of the resin fiber, a method for producing the same, and a composite material using the composite fiber and a method for producing the same are disclosed. Can be provided.

本発明の複合繊維および複合材の用途は特に制限されない。
本発明の複合繊維は強化繊維として好適であり、本発明の複合繊維およびこれを用いた複合材は、航空機部材、自動車部材、家電部材、および建材等の用途に好適に用いることができる。
The use of the composite fiber and composite material of the present invention is not particularly limited.
The composite fiber of the present invention is suitable as a reinforcing fiber, and the composite fiber of the present invention and the composite material using the composite fiber can be suitably used for applications such as aircraft members, automobile members, home appliance members, and building materials.

以下、本発明に係る実施例および比較例について、説明する。
[極性繊維の製造例1]
極性繊維の樹脂原料として、ビニルアルコール単位のみからなるポリビニルアルコール(完全けん化物)である(株)クラレ社製「クラレポバール PVA−117」(平均重合度約1700、ビニルアルコール単位量100モル%、製品中のポリビニルアルコール濃度94%以上)を用意した。
Examples of the present invention and comparative examples will be described below.
[Polar fiber production example 1]
As a resin material for polar fibers, “Kuraray Poval PVA-117” manufactured by Kuraray Co., Ltd., which is polyvinyl alcohol (completely saponified product) consisting only of vinyl alcohol units (average polymerization degree of about 1700, vinyl alcohol unit amount of 100 mol%, A polyvinyl alcohol concentration of 94% or more in the product) was prepared.

100℃で、上記樹脂原料をジメチルスルホキシド(DMSO)に溶解させて、20質量%の紡糸原液を得た。   The resin raw material was dissolved in dimethyl sulfoxide (DMSO) at 100 ° C. to obtain a 20% by mass spinning dope.

公知の湿式紡糸装置を用いて上記で得られた紡糸原液をノズルから繊維状に押出した後、メタノール凝固液中で固化させ、固化浴中で3倍延伸を行った。   The spinning stock solution obtained above was extruded into a fiber form from a nozzle using a known wet spinning apparatus, solidified in a methanol coagulating liquid, and stretched 3 times in a solidifying bath.

得られたPVA系繊維を加熱乾燥して、繊維内に残った液体成分を除去し、紡糸原糸を得た。
乾燥温度は95℃、乾燥時間は5分間とした。
この時点のPVA系繊維を「繊維サンプル8」として、後記実施例および比較例の複合繊維の製造に供した。
The obtained PVA fiber was dried by heating to remove the liquid component remaining in the fiber to obtain a spinning yarn.
The drying temperature was 95 ° C. and the drying time was 5 minutes.
The PVA fiber at this time was designated as “fiber sample 8” and used for the production of composite fibers of Examples and Comparative Examples described later.

さらに、得られた紡糸原糸に対して、230℃で4倍延伸を行った(合計12倍延伸)。これを「繊維サンプル1」として、後記実施例および比較例の複合繊維の製造に供した。   Further, the obtained spinning yarn was stretched 4 times at 230 ° C. (total 12 times stretching). This was designated as “fiber sample 1” and used for the production of composite fibers of Examples and Comparative Examples described later.

得られた繊維サンプル1および繊維サンプル8について、[課題を解決するための手段]の項に定義の方法に従って、繊維径、結晶化度、結晶配向度、および結晶子のサイズを測定した。評価結果を表1に示す。
繊維サンプル1は相対的に結晶化度の高いサンプルであり、その結晶化度は70.1%であった。
繊維サンプル8は相対的に結晶化度の低いサンプルであり、その結晶化度は57.6%であった。
With respect to the obtained fiber sample 1 and fiber sample 8, the fiber diameter, crystallinity, crystal orientation, and crystallite size were measured in accordance with the method defined in [Means for Solving the Problems]. The evaluation results are shown in Table 1.
The fiber sample 1 was a sample having a relatively high crystallinity, and the crystallinity was 70.1%.
The fiber sample 8 was a sample having a relatively low crystallinity, and the crystallinity was 57.6%.

[原料]
以下の原料を用意した。
(カルシウムイオン源)
カルシウムイオン源として、塩化カルシウム(WAKO社製、Calcium Chloride, Anhydrous、純度95%)を用意した。
(炭酸イオン源)
炭酸イオン源として、炭酸ナトリウム(KANTO CHEMICAL CO., INC.社製、 Sodium Carbonate、純度99.8%、無水物)を用意した。
(親水性ポリマー)
カルシウムイオンに対する配位能を有する親水性基を側鎖に有する親水性ポリマーとして、ポリアクリル酸(PAA)(ALDRICH社製、Poly(acrylic acid)、粉末、純度90%、平均重合度25、重量平均分子量1800)を用意した。
[material]
The following raw materials were prepared.
(Calcium ion source)
As a calcium ion source, calcium chloride (WAKO, Calcium Chloride, Anhydrous, purity 95%) was prepared.
(Carbonate source)
As a carbonate ion source, sodium carbonate (manufactured by KANTO CHEMICAL CO., INC., Sodium Carbonate, purity 99.8%, anhydrous) was prepared.
(Hydrophilic polymer)
Polyacrylic acid (PAA) (manufactured by ALDRICH, Poly (acrylic acid), powder, purity 90%, average polymerization degree 25, weight as a hydrophilic polymer having a hydrophilic group having a coordinating ability for calcium ions in the side chain An average molecular weight of 1800) was prepared.

[実施例1−7〜1−9、実施例8−7〜8−9]
はじめに、20mMの塩化カルシウムと、1.1×10−1質量%のポリアクリル酸(PAA)とを水に溶解させて、第1水溶液を得た。
第1水溶液中のPAA量は、モノマー換算で15Mであった。
[Examples 1-7 to 1-9, Examples 8-7 to 8-9]
First, 20 mM calcium chloride and 1.1 × 10 −1 mass% polyacrylic acid (PAA) were dissolved in water to obtain a first aqueous solution.
The amount of PAA in the first aqueous solution was 15M in terms of monomer.

別途、20mMの炭酸ナトリウムを水に溶解させて、第2水溶液を得た。   Separately, 20 mM sodium carbonate was dissolved in water to obtain a second aqueous solution.

次に、上記の第1水溶液と上記の第2水溶液とを等体積で混合した。これによって、アモルファス炭酸カルシウムとポリアクリル酸(PAA)とを含む炭酸カルシウム水溶液を得た。
目視観察にて、炭酸カルシウム水溶液中に炭酸カルシウムの析出物は見られなかった。
Next, said 1st aqueous solution and said 2nd aqueous solution were mixed by equal volume. Thereby, an aqueous calcium carbonate solution containing amorphous calcium carbonate and polyacrylic acid (PAA) was obtained.
As a result of visual observation, no precipitate of calcium carbonate was found in the aqueous calcium carbonate solution.

なお、この炭酸カルシウム水溶液中の炭酸カルシウムがアモルファスであることは、公知のXRD分析により確認した。   In addition, it was confirmed by a well-known XRD analysis that the calcium carbonate in this calcium carbonate aqueous solution was amorphous.

次に、得られた炭酸カルシウム水溶液100mLに、0.01gの極性繊維を浸漬させた。   Next, 0.01 g of polar fibers were immersed in 100 mL of the obtained aqueous calcium carbonate solution.

実施例1−7〜1−9では、極性繊維として上記の繊維サンプル1(相対的に結晶化度の高いサンプル、結晶化度70.1%)を用い、浸漬時間(付着物の析出時間)は以下の通りとした。
実施例1−7:1週間、
実施例1−8:2週間、
実施例1−9:3週間。
In Examples 1-7 to 1-9, the above fiber sample 1 (a sample having a relatively high crystallinity, a crystallinity of 70.1%) was used as the polar fiber, and the immersion time (deposition time of deposit) Was as follows.
Example 1-7: 1 week,
Example 1-8: 2 weeks,
Example 1-9: 3 weeks.

実施例8−7〜8−9では、極性繊維として上記の繊維サンプル8(相対的に結晶化度の低いサンプル、結晶化度57.6%)を用い、浸漬時間(付着物の析出時間)は以下の通りとした。
実施例8−7:1週間、
実施例8−8:2週間、
実施例8−9:3週間。
In Examples 8-7 to 8-9, the above fiber sample 8 (sample with relatively low crystallinity, crystallinity of 57.6%) was used as the polar fiber, and the immersion time (deposition time of deposit) Was as follows.
Example 8-7: 1 week,
Example 8-8: 2 weeks,
Example 8-9: 3 weeks.

上記一連の実験操作はすべて、通常の室温下(20〜30℃)、大気圧下で行った。   All of the above series of experimental operations were performed at normal room temperature (20 to 30 ° C.) and atmospheric pressure.

各例においては、上記浸漬後に、炭酸カルシウム水溶液中から得られた複合繊維を取り出し、水洗して塩化ナトリウムを除去した後、60℃で30分間加熱乾燥させた。
以上のようにして、複合繊維を製造した。
In each example, after the immersion, the composite fiber obtained from the aqueous calcium carbonate solution was taken out, washed with water to remove sodium chloride, and then heated and dried at 60 ° C. for 30 minutes.
A composite fiber was produced as described above.

実施例1−7〜1−9および実施例8−7〜8−9の主な製造条件および実施条件を、表2に示す。   Table 2 shows the main production conditions and implementation conditions of Examples 1-7 to 1-9 and Examples 8-7 to 8-9.

[比較例1−1]
第1水溶液中にポリアクリル酸(PAA)を添加しなかった以外は、実施例1−7と同様にして、複合繊維を得た。
第1水溶液中にポリアクリル酸(PAA)を添加しなかった比較例1−1では、第1水溶液と第2水溶液とを混合した後、直ちに、目視観察にて、水溶液中にアモルファス炭酸カルシウムが大きな固形物となって、析出および沈殿する様子が見られた。
この炭酸カルシウムの析出物を含む炭酸カルシウム水溶液中に極性繊維として繊維サンプル1を浸漬させたが、目視観察にて、繊維の表面上に炭酸カルシウム結晶が成長する前に、極性繊維にアモルファス炭酸カルシウムが大きな塊で多数付着する様子が見られた。
[Comparative Example 1-1]
A composite fiber was obtained in the same manner as in Example 1-7, except that polyacrylic acid (PAA) was not added to the first aqueous solution.
In Comparative Example 1-1 in which polyacrylic acid (PAA) was not added to the first aqueous solution, the first aqueous solution and the second aqueous solution were mixed, and then immediately after visual observation, amorphous calcium carbonate was found in the aqueous solution. A large solid was observed to precipitate and precipitate.
Although the fiber sample 1 was immersed as a polar fiber in the calcium carbonate aqueous solution containing this calcium carbonate precipitate, before the calcium carbonate crystal grew on the surface of the fiber by visual observation, the amorphous fiber carbonate was added to the polar fiber. A large number of large lumps were attached.

[評価項目および評価方法] [Evaluation items and methods]

(SEM観察)
実施例1−7〜1−9、実施例8−7〜8−9、および、比較例1−1の各例で得られた複合繊維について、SEM(走査型電子顕微鏡)を用いて、複合繊維の表面観察および断面観察を実施した。
SEMとしては、KEYENCE社製「VE−9800」を用いた。
(SEM observation)
About the composite fiber obtained in each example of Examples 1-7 to 1-9, Examples 8-7 to 8-9, and Comparative Example 1-1, using SEM (scanning electron microscope), composite Fiber surface observation and cross-sectional observation were performed.
As the SEM, “VE-9800” manufactured by KEYENCE Corporation was used.

(MICRO−WAXD(Wide-Angle X-Ray Diffraction)分析)
実施例1−9および実施例8−9で得られた複合繊維について、MICRO−WAXD(Wide-Angle X-Ray Diffraction)分析を実施した。
測定装置として、大型放射光施設SPring−8の「BL03XU」を利用した。
測定サンプル繊維に対して、繊維の外側から繊維の径方向(繊維軸方向に対して垂直方向)にX線を1μmずつ走査しながら測定を実施した。
これにより、測定サンプル繊維の断面において、径方向の一端から他端まで、1μm間隔でWAXDデータを得た。
全方位について、上記測定を行い、各径方向位置についてWAXDデータの円環平均を求め、WAXDパターンを得た。
測定条件は以下の通りとした。
X線波長:0.13051nm、
X線の径:強度分布をガウス関数近似したときの半値全幅が約1μm、
露光時間:5秒間、
アッテネータおよびチョッパー:不使用、
位置分解能:1μm。
(MICRO-WAXD (Wide-Angle X-Ray Diffraction) analysis)
The composite fibers obtained in Examples 1-9 and 8-9 were subjected to MICRO-WAXD (Wide-Angle X-Ray Diffraction) analysis.
As a measuring device, “BL03XU” of the large synchrotron radiation facility SPring-8 was used.
Measurement was performed on the measurement sample fiber while scanning X-rays by 1 μm in the fiber radial direction (perpendicular to the fiber axis direction) from the outside of the fiber.
Thereby, in the cross section of the measurement sample fiber, WAXD data was obtained at intervals of 1 μm from one end to the other end in the radial direction.
The above measurement was performed for all directions, and the ring average of the WAXD data was obtained for each radial position to obtain a WAXD pattern.
The measurement conditions were as follows.
X-ray wavelength: 0.13051 nm,
X-ray diameter: Full width at half maximum when approximating the intensity distribution with a Gaussian function is about 1 μm,
Exposure time: 5 seconds
Attenuator and chopper: not used,
Position resolution: 1 μm.

解析した回折ピークは、以下の通りである。
アラゴナイト結晶:(111)、
カルサイト結晶:(104)、
バテライト結晶:(112)。
The analyzed diffraction peaks are as follows.
Aragonite crystal: (111),
Calcite crystal: (104),
Vaterite crystals: (112).

アラゴナイト結晶、カルサイト結晶、およびバテライト結晶の回折ピークのうち、最も強い回折ピークをガウス関数フィッティングし、積分強度およびピーク幅を求めた。
なお、積分強度は、炭酸カルシウム結晶を含む付着物の付着量の指標となる。
また、ピーク幅から半値幅を求め、Scherrerの式を用いて、結晶子のサイズを求めた。Scherrerの定数Kは0.94とした。
Of the diffraction peaks of the aragonite crystal, the calcite crystal, and the vaterite crystal, the strongest diffraction peak was fitted with a Gaussian function to determine the integrated intensity and the peak width.
The integrated intensity is an index of the amount of deposits including calcium carbonate crystals.
Further, the half width was obtained from the peak width, and the crystallite size was obtained using Scherrer's equation. Scherrer's constant K was set to 0.94.

(界面せん断強度(IFSS)の測定)
実施例1−9で得られた複合繊維について、以下の評価を実施した。
PVA系繊維に対する炭酸カルシウム結晶を含む付着物(被覆層)の界面密着性の評価として、複合材界面特性評価装置を用いたマイクロドロップレット法により、炭酸カルシウム結晶を付着させる前の元のPVA系繊維および得られた複合繊維の界面せん断強度(IFSS)を測定した。
測定装置としては、東栄産業株式会社製「HM410」を用いた。
測定サンプル繊維に対して、熱硬化性エポキシ系樹脂のモノマーを含むエポキシ系硬化液を滴下した。この操作を繰り返して、測定サンプル繊維の複数箇所に、間隔を空けてエポキシ系硬化液の液滴を付着させた。その後、付着させたエポキシ系硬化液を大気雰囲気中、80℃で3時間加熱して熱硬化させて、複数のマイクロドロップレットを形成した。
次に、得られたサンプルを複合材界面特性評価装置の台座にセットし、一対のブレードで上記複数のマイクロドロップレットを挟んで固定した。
次に、台座を移動させて引抜試験を行い、引抜荷重をロードセルで検出した。
引抜荷重のデータから、下記式に基づいて、界面せん断強度(IFSS)が算出される。
τ=F/π・d・L
(上記式中、各記号は以下の意味を示す。
τ:界面せん断強度、
F:引抜荷重、
d:繊維径、
L:ドロップレット長。)
(Measurement of interfacial shear strength (IFSS))
The following evaluation was implemented about the composite fiber obtained in Example 1-9.
The original PVA system before adhering calcium carbonate crystals by the microdroplet method using a composite material interface property evaluation device as an evaluation of the interfacial adhesion of the deposit (coating layer) containing calcium carbonate crystals to PVA fibers The interfacial shear strength (IFSS) of the fiber and the resulting composite fiber was measured.
As a measuring device, “HM410” manufactured by Toei Sangyo Co., Ltd. was used.
An epoxy curing solution containing a monomer of a thermosetting epoxy resin was dropped on the measurement sample fiber. This operation was repeated, and droplets of the epoxy curable liquid were adhered to a plurality of locations of the measurement sample fiber at intervals. Thereafter, the adhered epoxy-based curable liquid was heated and cured at 80 ° C. for 3 hours in an air atmosphere to form a plurality of microdroplets.
Next, the obtained sample was set on the pedestal of the composite material interface property evaluation apparatus, and fixed by sandwiching the plurality of microdroplets with a pair of blades.
Next, the pedestal was moved to conduct a pull-out test, and the pull-out load was detected with a load cell.
Interfacial shear strength (IFSS) is calculated from the drawing load data based on the following equation.
τ = F / π · d · L
(In the above formula, each symbol has the following meaning.
τ: interfacial shear strength,
F: Pull-out load,
d: fiber diameter,
L: Droplet length. )

(引張試験)
炭酸カルシウム結晶を付着させる前の元のPVA系繊維および得られた複合繊維について、以下の引張試験を実施した。
測定装置として、Textechno社製「fafegraph」を用いた。
測定項目は以下の通りとした。
繊度[dtex]:単位長さあたりの繊維の質量、
引張伸度[%]:引張試験における繊維の破断伸度、
引張強力[cN]:引張試験における繊維の破断強度、
DYM[cN]:初期弾性領域の一定歪みに対する引張強力、
引張強度[cN/dtex]:引張強力/繊度の値、
引張ヤング率[cN/dtex]:DYM/繊度の値。
(Tensile test)
The following tensile tests were carried out on the original PVA fibers and the resulting composite fibers before the calcium carbonate crystals were attached.
“Fafegraph” manufactured by Texttechno was used as a measuring device.
The measurement items were as follows.
Fineness [dtex]: fiber mass per unit length,
Tensile elongation [%]: Elongation at break of fiber in tensile test,
Tensile strength [cN]: Fiber breaking strength in tensile test,
DYM [cN]: Tensile strength against a constant strain in the initial elastic region,
Tensile strength [cN / dtex]: Tensile strength / fineness value
Tensile Young's modulus [cN / dtex]: DYM / fineness value.

[評価結果]
(SEM観察およびMICRO−WAXD分析の結果)
<実施例1−7〜1−9>
SEM観察から、以下のことが明らかとなった。
実施例1−7〜1−9ではいずれも、PVA系繊維の表面に主に炭酸カルシウム結晶からなる付着物が形成された複合繊維が得られた。
実施例1−7〜1−9では、付着物はPVA系繊維の少なくとも一部の表面を覆う被覆層を形成していた。
なお、付着物(被覆層)には、ポリアクリル酸(PAA)も含まれていると推察される。
[Evaluation results]
(Results of SEM observation and MICRO-WAXD analysis)
<Examples 1-7 to 1-9>
SEM observation revealed the following.
In each of Examples 1-7 to 1-9, a composite fiber in which a deposit mainly composed of calcium carbonate crystals was formed on the surface of the PVA fiber was obtained.
In Examples 1-7 to 1-9, the deposit formed a coating layer covering at least a part of the surface of the PVA-based fiber.
In addition, it is guessed that the deposit | attachment (covering layer) also contains polyacrylic acid (PAA).

代表例として、図1A〜図1Dに、実施例1−9で得られた複合繊維のSEM写真を示す。
図1Aおよび図1Bは、SEM表面写真である。
図1Cおよび図1Dは、SEM断面写真である。
As representative examples, FIGS. 1A to 1D show SEM photographs of the composite fibers obtained in Example 1-9.
1A and 1B are SEM surface photographs.
1C and 1D are SEM cross-sectional photographs.

これらの写真に示すように、実施例1−9で得られた複合繊維は、PVA系繊維の表面全体が完全に被覆層で覆われた構造であった。すなわち、表面被覆率は100%であった。
断面視にて、PVA系の全体表面上に、矩形に近い比較的幅広な大きな複数の結晶がPVA系繊維の表面に沿って横に並んだ層が、約1μmの厚みで形成されている様子が観察された。便宜上、以下、この層は「板状層」と呼ぶ。
さらに、断面視にて、上記板状層の外側に、比較的小さい径の多数の粒子状の結晶が200〜300nm程度の厚みで付着している様子が観察された。便宜上、以下、この層を「粒子状層」と呼ぶ。粒子状層については、SEM表面写真も参照されたい。
実施例1−7および実施例1−8で得られた複合繊維についても、同様の構造であった。
As shown in these photographs, the composite fiber obtained in Example 1-9 had a structure in which the entire surface of the PVA fiber was completely covered with a coating layer. That is, the surface coverage was 100%.
In a cross-sectional view, on the entire surface of the PVA system, a layer in which a plurality of relatively wide crystals close to a rectangle are arranged side by side along the surface of the PVA fiber is formed with a thickness of about 1 μm. Was observed. For convenience, this layer is hereinafter referred to as a “plate layer”.
Furthermore, it was observed in a cross-sectional view that a large number of particulate crystals having a relatively small diameter adhered to the outside of the plate-like layer with a thickness of about 200 to 300 nm. For convenience, this layer is hereinafter referred to as a “particulate layer”. See also the SEM surface picture for the particulate layer.
The composite fibers obtained in Example 1-7 and Example 1-8 also had a similar structure.

MICRO−WAXD分析の結果、以下のことが明らかとなった。
図2Aおよび図2Bに、実施例1−9で得られた複合繊維のWAXDパターンを示す。
実施例1−9で得られた複合繊維は、PVA系繊維の外側に、主にカルサイト結晶とバテライト結晶とからなる層が存在する構造であった。
結晶子のサイズは、以下の通りであった。
カルサイト結晶の結晶子のサイズ:25nm以上、
バテライト結晶の結晶子のサイズ:約20nm。
結晶配向はなく、ランダム配向であった。
As a result of the MICRO-WAXD analysis, the following became clear.
2A and 2B show the WAXD patterns of the composite fibers obtained in Example 1-9.
The composite fiber obtained in Example 1-9 had a structure in which a layer mainly composed of calcite crystal and vaterite crystal was present outside the PVA fiber.
The crystallite size was as follows.
Calcite crystallite size: 25 nm or more,
Crystallite size of the vaterite crystal: about 20 nm.
There was no crystal orientation and random orientation.

実施例1−9で得られた複合繊維の模式斜視図を図3に示す。   A schematic perspective view of the conjugate fiber obtained in Example 1-9 is shown in FIG.

<実施例8−7〜8−9>
SEM観察から、以下のことが明らかとなった。
実施例8−7〜8−9ではいずれも、PVA系繊維の表面に主に炭酸カルシウム結晶からなる付着物が形成された複合繊維が得られた。
実施例8−7〜8−9では、付着物はPVA系繊維の少なくとも一部の表面を覆う被覆層を形成していた。
付着物(被覆層)には、ポリアクリル酸(PAA)も含まれていると推察される。
代表例として、図4A〜図4Dに、実施例8−9で得られた複合繊維のSEM写真を示す。
図4Aおよび図4Bは、SEM表面写真である。
図4Cおよび図4Dは、SEM断面写真である。
<Examples 8-7 to 8-9>
SEM observation revealed the following.
In each of Examples 8-7 to 8-9, a composite fiber in which a deposit mainly composed of calcium carbonate crystals was formed on the surface of the PVA fiber was obtained.
In Examples 8-7 to 8-9, the deposit formed a coating layer covering the surface of at least a part of the PVA fiber.
The deposit (covering layer) is presumed to contain polyacrylic acid (PAA).
As representative examples, FIGS. 4A to 4D show SEM photographs of the composite fibers obtained in Example 8-9.
4A and 4B are SEM surface photographs.
4C and 4D are SEM cross-sectional photographs.

これらの写真に示すように、実施例8−9で得られた複合繊維はいずれも、極性繊維の表面全体が完全に被覆層で覆われた構造であった。すなわち、表面被覆率は100%であった。
断面視にて、PVA系繊維の全体表面上に、厚み方向に細く伸びた矩形に近い比較的小さな多数の結晶がPVA系繊維の表面に沿って横に並んだ層が、約1μmの厚みで形成されている様子が観察された。便宜上、以下、この層は「板状層」と呼ぶ。
さらに、断面視にて、上記板状層の外側に、無定形の比較的厚く大きな結晶が緻密に並んだ層が、約2μmの厚みで形成されている様子が観察された。便宜上、以下、この層は「緻密層」と呼ぶ。
さらに、上記緻密層の外側に、比較的小さい径の多数の粒子状の結晶が約1μmの厚みで付着している様子が観察された。便宜上、以下、この層を「粒子状層」と呼ぶ。粒子状層については、SEM表面写真も参照されたい。
実施例8−7および実施例8−8で得られた複合繊維についても、同様の構造であった。
As shown in these photographs, each of the conjugate fibers obtained in Examples 8-9 had a structure in which the entire surface of the polar fiber was completely covered with the coating layer. That is, the surface coverage was 100%.
In a cross-sectional view, on the entire surface of the PVA fiber, a layer in which a large number of relatively small crystals close to a rectangle extending in the thickness direction are arranged side by side along the surface of the PVA fiber has a thickness of about 1 μm. The formation was observed. For convenience, this layer is hereinafter referred to as a “plate layer”.
Furthermore, it was observed in a cross-sectional view that a layer in which amorphous relatively thick and large crystals were densely arranged outside the plate-like layer was formed with a thickness of about 2 μm. For convenience, this layer is hereinafter referred to as a “dense layer”.
Furthermore, it was observed that a large number of particulate crystals having a relatively small diameter adhered to the outside of the dense layer with a thickness of about 1 μm. For convenience, this layer is hereinafter referred to as a “particulate layer”. See also the SEM surface picture for the particulate layer.
The composite fibers obtained in Example 8-7 and Example 8-8 also had a similar structure.

MICRO−WAXD分析の結果、以下のことが明らかとなった。
図5Aおよび図5Bに、実施例8−9で得られた複合繊維のWAXDパターンを示す。
実施例8−9で得られた複合繊維は、PVA系繊維の外側に、主にカルサイト結晶からなる層が存在し、さらにその外側に主にバテライト結晶からなる層が存在する構造であった。
結晶子のサイズは、以下の通りであった。
カルサイト結晶の結晶子のサイズ:20〜50nm、
バテライト結晶の結晶子のサイズ:10〜20nm。
結晶配向はなく、ランダム配向であった。
実施例8−9で得られた複合繊維の模式斜視図を図6に示す。
As a result of the MICRO-WAXD analysis, the following became clear.
FIG. 5A and FIG. 5B show the WAXD patterns of the composite fibers obtained in Examples 8-9.
The composite fiber obtained in Example 8-9 had a structure in which a layer mainly composed of calcite crystal was present outside the PVA-based fiber and a layer mainly composed of vaterite crystal was present outside thereof. .
The crystallite size was as follows.
Calcite crystallite size: 20-50 nm,
Crystallite size of vaterite crystals: 10-20 nm.
There was no crystal orientation and random orientation.
FIG. 6 shows a schematic perspective view of the conjugate fiber obtained in Example 8-9.

(界面せん断強度(IFSS)の測定結果)
図7に、元のPVA系繊維(繊維サンプル1)および実施例1−9で得られた複合繊維の界面せん断強度(IFSS)の測定結果を示す。
図7に示すように、炭酸カルシウム結晶を付着させた複合繊維は、界面せん断強度(IFSS)の向上効果が見られた。
このことは、PVA系繊維に対する炭酸カルシウム結晶を含む付着物(被覆層)の界面密着性が良好であることを示す。
(Measurement result of interfacial shear strength (IFSS))
In FIG. 7, the measurement result of the interface shear strength (IFSS) of the original PVA type fiber (fiber sample 1) and the composite fiber obtained in Example 1-9 is shown.
As shown in FIG. 7, the composite fiber to which the calcium carbonate crystal was adhered showed an effect of improving the interfacial shear strength (IFSS).
This shows that the interfacial adhesion of the deposit (coating layer) containing calcium carbonate crystals to the PVA fibers is good.

(引張試験の結果)
図8A〜図8Dに、引張強力とDYMの測定結果を示す。
図8Aは、元のPVA系繊維(繊維サンプル1)および実施例1−7〜1−9で得られた複合繊維の引張強力の測定結果を示すグラフである。
図8Bは、元のPVA系繊維(繊維サンプル1)および実施例1−7〜1−9で得られた複合繊維のDYMの測定結果を示すグラフである。
図8Cは、元のPVA系繊維(繊維サンプル8)および実施例8−7〜8−9で得られた複合繊維の引張強力の測定結果を示すグラフである。
図8Dは、元のPVA系繊維(繊維サンプル1)および実施例8−7〜8−9で得られた複合繊維のDYMの測定結果を示すグラフである。
(Result of tensile test)
8A to 8D show measurement results of tensile strength and DYM.
FIG. 8A is a graph showing the measurement results of the tensile strength of the original PVA fibers (fiber sample 1) and the composite fibers obtained in Examples 1-7 to 1-9.
FIG. 8B is a graph showing the DYM measurement results of the original PVA fibers (fiber sample 1) and the composite fibers obtained in Examples 1-7 to 1-9.
FIG. 8C is a graph showing the measurement results of tensile strength of the original PVA-based fiber (fiber sample 8) and the composite fibers obtained in Examples 8-7 to 8-9.
FIG. 8D is a graph showing DYM measurement results of the original PVA-based fiber (fiber sample 1) and the composite fibers obtained in Examples 8-7 to 8-9.

実施例1−7〜1−9および実施例8−7〜8−9の各例で得られた複合繊維はいずれも、引張強力とDYMが元のPVA系繊維と同等レベルであった。   The composite fibers obtained in Examples 1-7 to 1-9 and Examples 8-7 to 8-9 all had the same tensile strength and DYM level as the original PVA fibers.

Claims (8)

下記一般式[I]で表される少なくとも1種のビニルアルコール系樹脂を主成分とする極性繊維の少なくとも一部の表面上に、
カルシウムイオンに対する配位能を有する親水性基を有する少なくとも1種の親水性ポリマーと、主結晶がカルサイト結晶およびバテライト結晶であり、結晶子のサイズが0.01〜0.1μmである炭酸カルシウム結晶とを含む被覆層が形成されており、
前記被覆層は平均厚みが0.01〜20μmであり、
前記被覆層による前記極性繊維の表面被覆率が80〜100%である、
複合繊維。

(式[I]中、mは100以上の整数であり、nは0以上の整数である。)
On the surface of at least a part of the polar fiber mainly composed of at least one vinyl alcohol resin represented by the following general formula [I],
Calcium carbonate having at least one hydrophilic polymer having a hydrophilic group capable of coordinating with calcium ions, a main crystal being a calcite crystal and a vaterite crystal, and a crystallite size of 0.01 to 0.1 μm A coating layer containing crystals is formed,
The coating layer has an average thickness of 0.01 to 20 μm,
The surface coverage of the polar fiber by the coating layer is 80 to 100%.
Composite fiber.

(In formula [I], m is an integer of 100 or more, and n is an integer of 0 or more.)
前記親水性基は、カルボキシ基、アミノ基、水酸基、およびアミド基からなる群より選ばれた少なくとも1種である、
請求項1に記載の複合繊維。
The hydrophilic group is at least one selected from the group consisting of a carboxy group, an amino group, a hydroxyl group, and an amide group.
The composite fiber according to claim 1.
前記親水性ポリマーは、ポリアクリル酸、エチレンとアクリル酸との共重合体、ポリアリルアミン、およびポリグルタミン酸からなる群より選ばれた少なくとも1種である、
請求項1または2に記載の複合繊維。
The hydrophilic polymer is at least one selected from the group consisting of polyacrylic acid, a copolymer of ethylene and acrylic acid, polyallylamine, and polyglutamic acid.
The composite fiber according to claim 1 or 2.
マトリクス材と、請求項1〜3のいずれかに記載の複合繊維とを含む、複合材。   The composite material containing a matrix material and the composite fiber in any one of Claims 1-3. 前記マトリクス材は、少なくとも1種の樹脂からなる、請求項4に記載の複合材。   The composite material according to claim 4, wherein the matrix material is made of at least one kind of resin. 下記一般式[II]で表される少なくとも1種のカルシウムイオン源を20mM以上含むと共に、カルシウムイオンに対する配位能を有する親水性基を有する少なくとも1種の親水性ポリマーをモノマー換算で10〜80mM含む第1水溶液と、下記一般式[III]で表される少なくとも1種の炭酸イオン源を20mM以上含む第2水溶液とを反応させて、アモルファス炭酸カルシウムと前記親水性ポリマーとを含む炭酸カルシウム水溶液を得る工程と、
前記炭酸カルシウム水溶液に、下記一般式[I]で表される少なくとも1種のビニルアルコール系樹脂を主成分とする極性繊維を浸漬させて、当該極性繊維の少なくとも一部の表面上に、炭酸カルシウム結晶と前記親水性ポリマーとを付着させる工程とを有する、
複合繊維の製造方法。

(式[I]中、mは100以上の整数であり、nは0以上の整数である。)
CaX・nHO・・・[II]
(式[II]中、Xはハロゲン原子を表し、nは0以上の実数を表す。)
(CO・nHO・・・[III]
(式[III]中、各記号は以下の意味を示す。
Mは、少なくとも1種の金属原子、アンモニウム、または水素原子を表す。
aおよびbは1以上の整数であり、nは0以上の実数を表す。)
At least one hydrophilic polymer having at least one calcium ion source represented by the following general formula [II] at 20 mM or more and having a hydrophilic group capable of coordinating with calcium ions is 10 to 80 mM in terms of monomer. A first aqueous solution containing the calcium carbonate aqueous solution containing amorphous calcium carbonate and the hydrophilic polymer by reacting the second aqueous solution containing 20 mM or more of at least one carbonate ion source represented by the following general formula [III]. Obtaining
A polar fiber mainly composed of at least one vinyl alcohol resin represented by the following general formula [I] is immersed in the calcium carbonate aqueous solution, and the calcium carbonate is formed on at least a part of the surface of the polar fiber. Adhering crystals and the hydrophilic polymer.
A method for producing a composite fiber.

(In formula [I], m is an integer of 100 or more, and n is an integer of 0 or more.)
CaX 2 · nH 2 O ... [II]
(In the formula [II], X represents a halogen atom, and n represents a real number of 0 or more.)
M a (CO 3 ) b · nH 2 O ... [III]
(In formula [III], each symbol has the following meaning.
M represents at least one metal atom, ammonium, or hydrogen atom.
a and b are integers of 1 or more, and n represents a real number of 0 or more. )
請求項6に記載の複合繊維の製造方法により得られた前記複合繊維に対して、マトリクス材となる液状の原料を含浸させた後、前記液状の原料を固化させる、
複合材の製造方法。
The composite fiber obtained by the composite fiber manufacturing method according to claim 6 is impregnated with a liquid raw material to be a matrix material, and then the liquid raw material is solidified.
A method of manufacturing a composite material.
請求項6に記載の複合繊維の製造方法により得られた前記複合繊維と、マトリクス材となる液状の原料とを混合した後、前記液状の原料を固化させる、
複合材の製造方法。
After mixing the conjugate fiber obtained by the method for producing a conjugate fiber according to claim 6 and a liquid raw material to be a matrix material, the liquid raw material is solidified.
A method of manufacturing a composite material.
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