JP2018523028A - ナノ繊維基盤複合仮撚糸およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電界紡糸して製造されたナノ繊維メンブレンを精密スリットしてナノ繊維テープ糸を製造した後、ナノ繊維テープ糸を撚糸して得られたナノ繊維単独撚糸物またはナノ繊維単独撚糸物と天然繊維または合成繊維と複合撚糸して得られるナノ繊維基盤複合仮撚糸およびその製造方法に関する。【解決手段】前記ナノ繊維基盤複合仮撚糸は、少なくとも一つの接合部を含むナノ繊維テープ糸または前記ナノ繊維テープ糸を仮撚した仮撚糸；および前記ナノ繊維テープ糸または仮撚糸と複合仮撚される天然繊維糸または合成繊維糸；を含み、前記ナノ繊維テープ糸は繊維成形性高分子物質からなり、平均直径１μｍ未満の高分子ナノ繊維が集積されて微細気孔を有するナノ繊維ウェブからなることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、電界紡糸して製造されたナノ繊維メンブレンを精密スリットしてナノ繊維テープ糸を製造した後、ナノ繊維テープ糸を撚糸して得られたナノ繊維単独撚糸物またはナノ繊維単独撚糸物と天然繊維または合成繊維と複合撚糸して得られるナノ繊維基盤複合仮撚糸およびその製造方法に関する。

一般に、繊維産業でナノ繊維（ｎａｎｏｆｉｂｅｒ）は繊維径が既存の紡糸（ｓｐｉｎｎｉｎｇ）工程の限界直径である１μｍ以下の繊維を意味する。ナノ繊維の製造方法としては、延伸法（ｄｒａｗｉｎｇ）、鋳型合成（ｔｅｍｐｌａｔｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）、自己集合法（ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｙ）、化学気相蒸着（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶＤ）、相分離法（ｐｈａｓｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）、電界紡糸法（ｅｌｅｃｔｒｏ ｓｐｉｎｎｉｎｇ）および既存の紡糸工程とハイブリッド（ｈｙｂｒｉｄ）化など多様な方法で試みられている。前記製造方法の中で、電界紡糸法は量産性や取り扱い性、多様な原料物質の選択、幅広い応用および加工の側面から最も広範囲に研究開発されている分野であり、大量生産の成功および既存の素材との融複合化を通じて産業化の初期段階にある方法である。

電界紡糸（ｅｌｅｃｔｒｏ ｓｐｉｎｎｉｎｇ）技術は、高分子溶液や溶融物に高電圧を加えて陰極（−）や接地（ｅａｒｔｈ）で帯電された表面に高分子溶液がスプレーされる過程で溶媒が揮発しながら集電板（ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）にナノ繊維状物質がウェブ（Ｗｅｂ）や不織布（ｎｏｎ−ｗｏｖｅｎ）形態に積層されて製造される方法である。このようなナノ繊維ウェブは、繊維径が１μｍ未満で構成された不織布状で、繊維径と厚さにより気孔度が６０〜９０％、平均気孔サイズ（Ａｖｅｒａｇｅ ｐｏｒｅ ｓｉｚｅ）が０．２〜１．０μｍで構成されて製造される。しかし、ナノ繊維ウェブは、通常、産業上適用時に取り扱い性が不良であり、張力や引張強度のような物理的性質が脆弱であるため、既存の素材と複合化して２次電池分離膜素材、環境浄化用フィルター素材、衣類用メンブレン素材、医療用メディカル（ｍｅｄｉｃａｌ）素材などに用途展開可能であるが、ナノ繊維から構成された不織布固有の物性を考慮すれば、高強度用素材や多様な応用分野にわたって広範囲に使用されるのに限界があった。

したがって、ナノ繊維から構成されたフィラメント（ｆｉｌａｍｅｎｔ）糸を製造するようになれば製織や編織、メッシュ、ロープなど多様な２次加工物を製造することが可能になり、ナノ繊維の用途を大きく拡張させることができるようになる。

合成繊維や天然繊維は撚り（ｔｗｉｓｔｉｎｇ）を与えて糸の強力を増加させ、触感や弾性、糸に集束性を付与して製織と編織性を向上させるために施す。合成繊維の場合、単繊維（ｍｏｎｏ ｆｉｌａｍｅｎｔ）やマルチフィラメント（ｍｕｌｔｉ ｆｉｌａｍｅｎｔ）形態、天然繊維は紡績糸形態で糸に撚りを付与し、材質と撚り数により甘撚糸から極強撚糸に区分して施すことができる。

しかし、このような合成繊維や天然繊維の場合、繊維径が数〜数十μｍに構成されており、電界紡糸したナノ繊維と比較すれば数十〜数千倍ほど太い特徴がある。したがって、同一素材、同一厚さで撚りを施す場合ナノ繊維の場合、気孔度（ｐｏｒｏｓｉｔｙ）が高くて製織、編織物などの構造物の場合軽量化が容易で、高い表面積を利用して接触面積を向上させることができ、透湿防水などの機能化を便利に施すことができる特徴がある。

したがって、ナノ繊維から構成された複合仮撚糸を製造することによって、製織や編織、メッシュ、ロープなど多様な形態の２次加工物または構造物を製造することができるようになり、ナノ繊維の用途を産業全般にかけて基盤素材として大きく拡張させることができるようになる。

このような複合仮撚糸に関する従来技術として、韓国公開特許第１０−２０１１−００４７３４０号公報（特許文献１）には、ナノ繊維複合糸の製造方法について開示されている。前記特許文献１の場合、本発明者によって提案された技術であって、繊維直径１μｍ未満の高分子ナノ繊維から構成された紡糸ウェブをラミネーティングした後、スリットしてナノ繊維テープ糸を製造し、これを合糸、撚糸機によって撚糸してナノ繊維が含まれているナノ繊維複合糸の製造方法が提案されている。特許文献１においては、ナノ繊維単独の複合糸の製造およびカバーリング糸の製造方法に対する技術が概念的に限られている。

本発明者は、前記特許文献１に提案されているナノ繊維複合糸の製造技術をより革新的に改善させて、ナノ繊維基盤仮撚糸の連続生産性と実用性を向上させ、ナノ繊維糸単独撚糸物と既存の紡績糸ないしは合成繊維糸と融複合化を通じてナノ繊維が有する軽量性、広い比表面積、透湿防水性、機能化などの長所を生かして、既存の素材が有する物理、化学的性能などの長所を同時に実現できるようにして、本発明を完成するに至った。

韓国公開特許第１０−２０１１−００４７３４０号公報

本発明は、ナノ繊維糸単独ないしは既存の繊維糸を融複合化することによって、既存の素材が有する従来の物性を向上させるために提案されたものであって、ナノ繊維は製造時に電界紡糸して乾燥およびカレンダー工程を経た後、ワインディングしてロール（Ｒｏｌｌ）形態に製造される。この時、製造されるロールの形態は取り扱いおよび工程の特性上、大部分５００Ｍ内外の長さに製造されて、仮撚糸製造のための精密スリット工程（２次スリット）前にスリッター幅に合うように１次スリットするようになる。

前記１次スリットされたサンプルを精密スリットするようになると作業が数分内に終了する短所があるので、作業の連続性が落ちて工程ロスが発生し、作業性および品質向上のためには１次スリットされたサンプルを接合して最大限長さを延長する必要性があり、接合部が後続する工程時に切断されないようにする必要がある。

したがって、本発明は、このような問題点を解決するために案出されたもので、その目的は、ナノ繊維仮撚糸の連続製造のために１次スリットされたナノ繊維を接合して、連続工程を可能にする高分子ナノ繊維基盤複合仮撚糸およびその製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、ナノ繊維テープ糸ないしは仮撚糸を熱固定ないしは熱延伸することによって、強伸度などの物性が向上して製織および編織性に優れて産業分野の基盤素材として用いることができる高分子ナノ繊維基盤複合仮撚糸の製造方法を提供することにある。

本発明のまた他の目的は、既存の素材との融合化を通じて物性を向上させることによって、ナノ繊維の用途をもっと拡張できるナノ繊維基盤複合仮撚糸およびその製造方法を提供することにある。

前記のような目的を達成するために、本発明によれば、繊維成形性高分子物質を溶媒に溶解して紡糸溶液を製造する段階；前記紡糸溶液を電界紡糸して平均直径１μｍ未満に構成される高分子ナノ繊維ウェブを得る段階；前記ナノ繊維ウェブをラミネーティングして高分子ナノ繊維メンブレンを得る段階；前記高分子ナノ繊維メンブレンを１次スリットして複数のスリットロールに作る段階；前記複数のスリットロールの間にナノ繊維メンブレンを接合して大口径のスリットロールを形成する段階；前記大口径のスリットロールを２次スリットしてナノ繊維テープ糸を得る段階；および前記ナノ繊維テープ糸またはナノ繊維テープ糸を仮撚して得られた仮撚糸を天然繊維糸または合成繊維糸と複合仮撚して複合仮撚糸を得る段階；を含むことを特徴とする、ナノ繊維基盤複合仮撚糸の製造方法を提供する。

以下、本発明のナノ繊維基盤複合仮撚糸の製造方法について詳細に説明する。

まず、繊維成形性高分子物質を適当な溶媒に溶解して紡糸が可能な濃度に作った後、電界紡糸装置を使用して直径１μｍ未満のナノ繊維を坪量０．５ないし１００ｇｓｍ（ｇｒａｍ ｐｅｒ ｓｑｕａｒｅ ｍｅｔｅｒ）となるようにトランスファーシート上に電界紡糸してナノ繊維ウェブを製造する。ここで、坪量とは、単位面積当たりの高分子の紡糸量と定義される。

本発明で使用可能な高分子としては、例えば、ＰＶｄＦ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、ナイロン（ｎｙｌｏｎ）、ニトロセルロース（ｎｉｔｒｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）、ＰＵ（ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）、ＰＣ（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＰＳ（ｐｏｌｙｓｔｒｙｅｎｅ）、ＰＡＮ（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）、ＰＬＡ（ｐｏｌｙｌａｔｉｃａｃｉｄ）、ＰＬＧＡ、（ｐｏｌｙｌａｃｔｉｃ−ｃｏ−ｇｌｙｃｏｌｉｃａｃｉｄ）、ＰＥＩ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｉｍｉｎｅ）、ＰＰＩ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅｉｍｉｎｅ）、ＰＭＭＡ（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ＰＶＣ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｃｈｏｌｒｉｄｅ）、ＰＶＡｃ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｃｅｔａｔｅ）、ポリスチレンジビニルベンゼン共重合体（ｐｏｌｙｓｔｙｌｅｎｅ ｄｉｖｉｎｙｌｂｅｎｚｅｎｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ＰＶＣ（ｐｏｌｙ ｖｉｎｙｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ＰＶＡ（ｐｏｌｙ ｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ）、ＰＶＡｃ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）、ＰＶＰ（ｐｏｌｙ ｖｉｎｙｌ ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）などを単独ないし２種以上に複合化して構成することができ、電界紡糸によって繊維状に製造可能な繊維成形性高分子であれば熱可塑性または熱硬化性高分子でも構わない。したがって、本発明で使用可能な高分子は、特に前記高分子物質に制限されない。

また、本発明で使用可能な溶媒としては、ジメチルホルムアミド（ｄｉ−ｍｅｔｈｙｌｆｏｒｍａｍｉｄｅ、ＤＭＦ）、ジメチルアセトアミド（ｄｉ−ｍｅｔｈｙｌａｃｅｔａｍｉｄｅ、ＤＭＡｃ）、ＴＨＦ（ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎ）、アセトン（ａｃｅｔｏｎｅ）、アルコール（ａｌｃｏｈｏｌ）類、クロロホルム（ｃｈｌｏｒｏｆｏｒｍ）、ＤＭＳＯ（ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｓｕｌｆｏｘｉｄｅ）、ジクロロメタン（ｄｉｃｈｌｏｒｏｍｅｔｈａｎｅ）、酢酸（ａｃｅｔｉｃ ａｃｉｄ）、ギ酸（ｆｏｒｍｉｃ ａｃｉｄ）、ＮＭＰ（Ｎ−Ｍｅｔｈｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）、フッ素系アルコール類および水からなる群より選択される１種以上を使用することができる。

この時、使用される高分子の坪量が０．５ｇｓｍ未満になれば取り扱い性が落ち、スリット工程が不安定になる傾向があり、１００ｇｓｍを超えれば後続するラミネーティング工程が円滑に行われず、工程費用が上昇する問題点があり、仮撚工程後に得られる最終繊維径が太くなる短所がある。

前記ナノ繊維ウェブをラミネーティングしてナノ繊維メンブレンを得る方法は、加圧、カレンダリング、熱処理、ローリング、熱接合、超音波接合のうち少なくともいずれか一つの方法によってなることができる。

前記ラミネーティングによって得られたナノ繊維メンブレンは、ワインダーおよびリワインダー装備を使用してナノ繊維メンブレンとトランスファーシートを含んでワインディングしたりナノ繊維メンブレンとトランスファーシートを分離して、ナノ繊維メンブレンのみを単独でワインディングしてロール形態のナノ繊維メンブレンを得る。このように得られたナノ繊維メンブレンを精密スリッターの幅に合うように１次スリットして複数のスリットロールを形成し、精密スリット作業の連続性のためにスリットロールとスリットロールとを接合して一つのロールにワインディングすることによって、長さが最小５００Ｍ以上の大口径のスリットロールを形成する。

この時、１次スリットされたスリットロールの間のナノ繊維メンブレン間接合部は、できるだけ狭い範囲で接合することが好ましく、接合方法としては熱接合、超音波接合、加圧、ローリングなどの多様な方法によって施すことができる。接合部の幅は、０．５ｍｍないし１ｍｍ範囲で使用することが好ましい。０．５ｍｍ未満に接合する場合、後続する精密スリットおよび仮撚工程時に糸切りの原因となることができ、１ｍｍを超過する場合仮撚時に接合部が突出して商品性が落ちる可能性がある。

１次スリットされた後、大型化された大口径のスリットロールは、精密スリッターに合うように固定した後、２次スリットしてナノ繊維から構成されたテープ糸を得る。前記ナノ繊維テープ糸の製造はカッティング、スリットなど多様な方法で施すことができ、ナノ繊維テープ糸の幅は０．１ｍｍないし５ｍｍ範囲で設定されることが望ましい。

前記ナノ繊維テープ糸の幅を０．１ｍｍ未満にスリットする場合円滑に切断し難いだけでなく、張力および撚り付与時に糸切りが発生する確率が高くなる。また、ナノ繊維テープ糸の幅を５ｍｍを超えてスリットする場合、仮撚段階時に撚りが不均一に発生する確率が高くなる。したがって、前記ナノ繊維テープ糸は坪量０．５ないし１００ｇｓｍ、幅０．１ないし５ｍｍであるものを使用することが好ましい。

前記仮撚はダブルツイスター（ｔｗｏ−ｆｏｒ−ｏｎｅ ｔｗｉｓｔｅｒ）、ファンシー撚糸機、複合撚糸機、カバリング撚糸機などを使用してナノ繊維や既存の繊維糸が糸切りされない範囲でＴ／Ｍ（ｔｗｉｓｔｉｎｇ／ｍｅｔｅｒ）を５００以下の（撚角度５〜１５°）甘撚糸からＴ／Ｍ２５００以上（撚角度３０〜４５°）に極強撚糸して最終目的に合うように仮撚することが望ましい。

特に、複合仮撚糸の場合、綿、シルク、羊毛、韓紙などの天然繊維と複合仮撚したり、ＰＥＴ、ナイロン、ＰＰ、ＰＵ、ＰＬＡ、ＰＬＧＡなどの合成繊維と複合仮撚して用途に合うように多様な種類の糸を用いることができ、特に限定されるのではない。

前記ナノ繊維テープ糸ないしは仮撚糸、複合仮撚糸に張力を付与して延伸する方法としては、アップディスクテンションとダウンディスクテンションとの間にナノ繊維テープ糸ないしは仮撚糸を通過させて張力を付与でき、この時、仮撚後、緩みを防止するために素材の融点以下の温度で熱処理などを施して、延伸と熱固定を同時に施すことができる。

前記製造方法により得られたナノ繊維基盤複合仮撚糸は、少なくとも一つの接合部を含むナノ繊維テープ糸または前記ナノ繊維テープ糸を仮撚した仮撚糸；および前記ナノ繊維テープ糸または仮撚糸と複合仮撚される天然繊維糸または合成繊維糸；を含み、前記ナノ繊維テープ糸は繊維成形性高分子物質からなり、平均直径１μｍ未満の高分子ナノ繊維が集積されて微細気孔を有するナノ繊維ウェブからなることを特徴とする。

前記のように、本発明では、ナノ繊維仮撚糸の連続製造のために１次スリットされたスリットロールとスリットロールの間のナノ繊維メンブレンを接合して連続工程が可能であるため、生産性を改善することができる。

また、本発明では、ナノ繊維テープ糸ないしは仮撚糸を熱固定ないしは熱延伸して強伸度などの物性が向上して製織および編織性に優れて、産業分野の基盤素材として使用することができる。

つまり、本発明に係るナノ繊維基盤複合仮撚糸は、単位面積当たりの気孔度が高くて製織および編織など加工物の製造時に軽量化が可能で、表面積が高くて接触面積を拡大させることができ、薬物担持など多様な機能化が可能であるため、産業全般にわたって基本素材として機能を提供する効果がある。

さらに、本発明では、既存の素材との融合化を通じて物性を向上させることによってナノ繊維の用途をさらに拡張することができる。本発明では、ナノ繊維仮撚糸を天然繊維や合成繊維と複合撚糸することによって、引張強度、弾性、太さなど多様な形態と機能を有する高機能のフィラメント糸を提供することができる。

図１は本発明に係るナノ繊維基盤複合仮撚糸の製造方法を示す工程フローチャートである。 図２は実施例１により得られたＰＶＤＦナノ繊維ウェブの走査電子顕微鏡写真である。 図３の（ａ）は図２のＰＶＤＦナノ繊維ウェブをカレンダリングして得られたＰＶＤＦナノ繊維メンブレンをローリングした写真、図３の（ｂ）は１次スリッターを利用してロール型のナノ繊維メンブレンを１次スリットする過程を示す写真、図３の（ｃ）はスリットロールとスリットロールの間のナノ繊維メンブレンを接合して大口径のスリットロールが得られる過程を示す概念図、図３の（ｄ）は大口径のスリットロールの写真である。 図４の（ａ）は精密スリッターを利用した大口径のスリットロールの２次スリット過程を示す写真、図４の（ｂ）は平ボビンに巻き取られたナノ繊維テープ糸の写真、図４の（ｃ）はナノ繊維テープ糸の走査電子顕微鏡写真、図４の（ｄ）は“Ｈ”ボビンに巻き取られたナノ繊維テープ糸の写真である。 図５の（ａ）はダブルツイスターを使用して製造されるダブル仮撚糸のコーンサンプル写真、図５の（ｂ）はダブル仮撚糸の走査電子顕微鏡写真である。 図６（ａ）は右撚り（Ｓ撚り）と左撚り（Ｚ撚り）をそれぞれＴ／Ｍ５００で仮撚されたナノ繊維仮撚糸を複合撚糸機を使用してＴ／Ｍ１０００の条件で複合撚糸して得られたナノ繊維単独複合仮撚糸のサンプル写真、図６の（ｂ）はナノ繊維複合仮撚糸（２合糸）の走査電子顕微鏡写真である。 図７ａは天然および合成繊維とナノ繊維テープ糸の複合仮撚糸の製造工程に対する模式図である。 図７ｂはＰＶＤＦナノ繊維テープ糸とナイロン２０ｄモノフィラメント糸をＴ／Ｍ１０００の条件で複合仮撚を施して得られた複合仮撚糸の走査電子顕微鏡写真である。 ＰＶＤＦナノ繊維テープ糸と綿６０番手を複合仮撚して得られた複合仮撚糸の走査電子顕微鏡写真である。 図９の（ａ）はＰＶＤＦナノ繊維テープ糸の熱延伸の模式図、図９の（ｂ）は１．５ｍｍにスリットされたＰＶＤＦナノ繊維テープ糸を温度１５０℃でアップディスクとダウンディスクの速度を異にして熱延伸する工程を示す写真である。

以下、添付した図面を参照して本発明に係る実施例を詳しく説明する。この過程において、図面に示された構成要素の大きさや形状などは、説明の明瞭性および便宜上誇張されるように図示している。

図１を参照すれば、本発明に係るナノ繊維が含まれている複合仮撚糸の製造方法は、まず、繊維成形性高分子を適切な溶媒に溶解して紡糸可能な濃度に溶液を製造し、電界紡糸装置の紡糸口に移送した後、ノズルに高電圧を印加して坪量０．５〜１００ｇｓｍとなるように電界紡糸し、これをラミネーティングした後、１次スリットし、幅が０．１〜５ｍｍとなるように２次精密スリットしてナノ繊維から構成されたナノ繊維テープ糸を得る。

このようにして得られたナノ繊維テープ糸を既存の撚糸機などを使用して、右撚り（Ｓ撚り）ないしは左撚り（Ｚ撚り）してナノ繊維から構成された仮撚糸を得る。

その後、前記ナノ繊維仮撚糸を既存の素材と複合撚糸して、ナノ繊維基盤複合仮撚糸を製造する。前記製造されたナノ繊維テープ糸ないしはナノ繊維単独仮撚糸などを後処理工程を通じて撚りがほどけないように熱固定させたり、熱延伸してナノ繊維の物性を向上させる。

図１は、本発明に係るナノ繊維基盤複合仮撚糸の製造方法の全体的なフローチャートを示した図である。

以下、各段階別に詳しく説明する。

（紡糸溶液の製造）
高分子を適当な溶媒を使用して、紡糸可能な濃度に溶解して紡糸溶液を準備する（Ｓ１１）。本発明において高分子物質としては、熱硬化性や熱可塑性高分子を電界紡糸してナノ繊維が形成される高分子であれば特に制限されない。

紡糸溶液の製造において、高分子物質の含有量は約５ないし５０重量％が適当であり、５重量％未満の場合ナノ繊維を形成するよりも、ビード（ｂｅａｄ）状に噴射されてメンブレンを構成し難く、５０重量％超過である場合には紡糸溶液の粘度が高すぎて紡糸性が不良で、繊維を形成するのに困難な場合がある。したがって、紡糸溶液の製造は特別な制約はないが、繊維状構造を形成しやすい濃度にして繊維の形状（ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）を制御することが望ましい。

（ナノ繊維ウェブの形成）
前記紡糸溶液を定量ポンプを使用して紡糸パック（ｓｐｉｎ ｐａｃｋ）に移送し、この時、高電圧調節装置を使用して紡糸パックに電圧を印加して電界紡糸を施す（Ｓ１２）。この時、使用される電圧は０．５ｋＶないし１００ｋＶまで調節するのが可能であり、コレクタ（ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）は接地したり陰極に帯電して使用することができる。コレクタの場合、紡糸時に繊維の集束を円滑にするために、捕集装置（ｓｕｃｔｉｏｎ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）を付着して使った方が良い。

また、紡糸パックとコレクタまでの距離は、５〜５０ｃｍに調節することが望ましい。紡糸時に吐出量は定量ポンプを使用して均一に吐出して紡糸し、紡糸時の温度および湿度を調節できるチャンバー（ｃｈａｍｂｅｒ）内で相対湿度３０〜８０％の環境で紡糸することが望ましい。

本発明では転写方法を利用して、紡糸パックから紡糸溶液を下側のコレクタに沿って移送されるトランスファーシート（ｔｒａｎｓｆｅｒ ｓｈｅｅｔ）（または支持体）の一面にナノ繊維を電界紡糸して高分子ナノ繊維からなるナノ繊維ウェブを形成する。トランスファーシートに捕集された高分子ナノ繊維ウェブは、高分子ナノ繊維が集積されて３次元微細気孔を有する。

前記トランスファーシートは、例えば、紙（剥離紙）、または紡糸溶液の紡糸時に、これに含まれている溶媒によって溶解されない高分子材料からなる不織布、ＰＥ、ＰＰなどのポリオレフィン系フィルムを使用することができる。

高分子ナノ繊維ウェブ自体だけからなる場合、引張強度が低くて高い移送速度で移送されながら乾燥工程、ラミネーティング工程および捲線工程が行われるのが難しい。また、高分子ナノ繊維ウェブを製造した後、後続する工程を高い移送速度で連続的に行われ難いが、前記トランスファーシートを利用すると、十分な引張強度を提供することによって工程処理速度を大きく高めることができる。

また、高分子ナノ繊維ウェブだけを使用すると、静電気によって他物体にくっつく現象が発生して作業性が落ちることになるが、トランスファーシートを利用するとこのような問題を解決することができる。

さらに、電界紡糸されるナノ繊維はコレクタで集積現象が起こり、集積部のパターンによって積層される現象がある。したがって、均一度（気孔の大きさ、通気度、厚さ、重量など）が良好なナノ繊維の多孔性高分子ナノ繊維ウェブを作るためには、紙のようなトランスファーシートに紡糸して後続工程処理後に剥離することが望ましい。

（ナノ繊維ウェブのラミネーティング）
前記製造された高分子ナノ繊維ウェブを圧着、ローリング、熱接合、超音波接合、カレンダー接合などの多様な方法でラミネーティングして坪量０．５ないし１００ｇｓｍとなるようにナノ繊維メンブレンを製造する（Ｓ１３）。本発明で、ラミネーティングは紡糸した個々のナノ繊維が単独で動かないように熱処理や超音波などの方法で圧着固定してナノ繊維ウェブをフィルム化する段階である。

坪量が０．５ｇｓｍ未満の場合、取り扱い時またはスリット時に不良が発生する確率が高く、１００ｇｓｍを超過すると製造費用が上昇するので、坪量は０．５ないし１００ｇｓｍが適当である。

また、ラミネーティングは熱処理しながら施すことができるが、使用された高分子が溶融しない範囲の５０ないし２５０℃の温度範囲で施すことが望ましい。５０℃未満の場合、熱処理温度が低すぎてナノ繊維同士の融着が不安定であるか、ガラス転移温度が高い高分子の場合ナノ繊維同士の融着がほとんど起こらなくて、後続するテープ糸の製造時にスリットが円滑に進まない可能性が高い。また、熱処理温度が２５０℃を超えると、ナノ繊維を構成する高分子が溶融して繊維状構造を喪失する可能性が高いため、望ましくない。

（ナノ繊維メンブレンワインディングおよび１次スリット）
ナノ繊維メンブレンは、ナノ繊維ウェブを製造する時にトランスファーシート（ｔｒａｎｓｆｅｒ ｓｈｅｅｔ）上に製造されるので、ラミネーティング後、ナノ繊維メンブレンをトランスファーシートと同時にワインディングしてローリングしたり、トランスファーシートを分離しながらナノ繊維メンブレン単独でワインディングおよびアンワインディングを通じてローリングしてロール型に製造する。この時、ロール型に製造されたナノ繊維メンブレンの幅は、紡糸装備によって５００〜２、０００ｍｍに多様に製造できるが、長さはほぼ５００Ｍ内外に製造される。ロール型のナノ繊維メンブレンをボビンと共に精密スリッター幅に合うように、図３（ｂ）のような装備を使用して１次スリットして、複数のスリットロールを形成する（Ｓ１４）。

１次スリットされた複数のスリットロールは、精密スリッターでの２次スリット作業が生産性向上のために一定時間の間連続的に行われるように、複数のスリットロール間のナノ繊維メンブレンを接合を通じてワインディングおよびアンワインディングを通じて長さが５００Ｍ以上、少なくとも１、０００Ｍ以上にローリングして大口径のスリットロールを形成する（Ｓ１５）。

（ナノ繊維の２次スリットを通したナノ繊維テープ糸の製造）
１次スリットされた複数のスリットロールを大型化して得られた大口径のスリットロールをカッターやスリッターなどの精密スリッターを利用する多様な方法で、幅０．１ないし５ｍｍとなるようにスリットして、ナノ繊維メンブレンで構成されたナノ繊維テープ糸を製造する（Ｓ１６）。

スリットされたナノ繊維テープ糸の幅を０．１ｍｍ未満とすると幅が小さすぎてスリッターを使用して円滑に切断しにくいだけでなく、張力および撚りの付与時に糸切りが発生する確率が高くなる。また、その幅を５ｍｍ超過してスリットすると撚糸段階で撚りが不均一に発生する確率が高くなり、撚糸物の厚さが太くなって繊維糸として商品性が落ちる。したがって、ナノ繊維テープ糸は、坪量０．５ないし１００ｇｓｍ、幅０．１ないし５ｍｍであることが望ましい。

（高分子ナノ繊維仮撚糸の製造）
製造されたナノ繊維テープ糸を撚糸装置を通じてナノ繊維テープ糸に右撚り（Ｓ撚り）ないしは左撚り（Ｚ撚り）を与えてナノ繊維テープ糸に撚りを付与する（Ｓ１７）。この時、撚り（Ｔ／Ｍ ｔｗｉｓｔｉｎｇ／ｍｅｔｅｒ）は、高分子種類や最終目的に合うように、５００以下の甘撚糸や２５００以上の極強撚糸で施す必要がある。

また、ナノ繊維テープ糸に張力を付与する方法としては、アップディスクテンションとダウンディスクテンションの間にナノ繊維テープ糸を通過させて張力を付与でき、高分子種類によってガラス転移温度（Ｔｇ）と溶融温度（Ｔｍ）の間の温度範囲で熱延伸または熱固定を施すことができる。

さらに、前記右撚り（Ｓ撚り）ないしは左撚り（Ｚ撚り）を与えて撚られたナノ繊維仮撚糸２本を互いに合糸して複合撚糸することによって、ナノ繊維から構成された２合糸を製造することができる（Ｓ１７）。

一方、ナノ繊維テープ糸とナノ繊維テープ糸をそれぞれ合糸して連続的に撚糸段階を経ることもできる。この時、ナノ繊維テープ糸は、同種の高分子を使用することはもちろん、異種のナノ繊維テープ糸をそれぞれ合糸することも可能である。

（ナノ繊維複合仮撚糸の製造）
前記製造されたナノ繊維仮撚糸（Ｓ撚り、Ｚ撚り、２合糸）を天然繊維や合繊繊維と複合仮撚して複合仮撚糸を製造することができる（Ｓ１８）。この時、天然繊維としては綿、シルク、毛、セルロースなどを最終目的に合うように選択でき、合成繊維としてはＰＥＴ、ナイロン（Ｎｙｌｏｎ）、ＰＰ、ＰＥ、ＰＶＣ、ＰＵ、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦなどを最終目的に合うように選択して複合仮撚することができ、特定の素材に限定しない。

（ナノ繊維仮撚糸の後処理）
前記製造されたナノ繊維単独仮撚糸ないしは複合仮撚糸を熱延伸、熱固定などの方法で撚りがほどけないようにしたり、強力を付与するために施すことができる（Ｓ１９）。延伸方法としては熱延伸、冷延伸など多様な方法を利用でき、熱固定は使用された素材により撚りがほどけない温度範囲で使用することが望ましい。望ましい熱延伸、熱固定は、使用された高分子のガラス転移温度（Ｔｇ）と溶融温度（Ｔｍ）の間の温度範囲で施す。また、前記熱延伸、熱固定工程は複合仮撚の後工程だけでなく、全工程で進行することができる。

以下、実施例を通じて本発明をより詳しく説明する。但し、以下の実施例は本発明を例示するためのものであって、本発明の内容が以下の実施例によって限定されるものではない。

[実施例]
（実施例１）ナノ繊維ウェブの製造および１次スリット
ＰＶＤＦ高分子を混合溶媒（ＤＭＡｃ／Ａｃｅｔｏｎｅ＝９０／１０ｗｔ．％）に２０ｗｔ．％となるように溶解して紡糸溶液を製造する。この紡糸溶液を定量ポンプを利用して紡糸ノズルに移送し、印加電圧２５ｋＶ、紡糸口と集電体との距離２０ｃｍ、吐出量分当り０．０５ｃｃ／ｇ．ｈｏｌｅで３０℃、相対湿度６０％、常圧の条件で紡糸を施してナノ繊維ウェブを得た。

図２は、本実施例により得られたＰＶＤＦナノ繊維ウェブの走査電子顕微鏡写真を示した図であって、平均直径約３００ｎｍの均一なＰＶＤＦナノ繊維からなることが分かる。

前記ナノ繊維ウェブの坪量は約５ｇｓｍであり、前記ナノ繊維ウェブに対して１５０℃で加熱されたローラを利用して１００ｇ／ｃｍ^２の圧力でカレンダリングを施して長さ約５００Ｍ、厚さ１０μｍのＰＶＤＦナノ繊維メンブレンを得た後、ＰＶＤＦナノ繊維メンブレン単独でローリングした。このようにして得られたナノ繊維メンブレンを２次精密スリッター幅に合うように１次スリットして、複数のスリットロールを準備した後、スリットロールの間にナノ繊維メンブレン間超音波接合機を通じて接合面が１ｍｍとなるように接合し、リワインディングして長さ５００Ｍ以上の長さを有する大口径のスリットロールを得た。

図３の（ａ）は、図２のＰＶＤＦナノ繊維ウェブをカレンダリングして得られたＰＶＤＦナノ繊維メンブレンをローリングした写真であり、図３の（ｂ）は、１次スリッターを利用して、ロール型のナノ繊維メンブレンを１次スリットする過程を示す写真であり、図３の（ｃ）は、スリットロールとスリットロールとの間のナノ繊維メンブレンを接合して大口径のスリットロールが得られる過程を示す概念図であり、図３の（ｄ）は大口径のスリットロールの写真を示す図である。

（実施例２）ナノ繊維テープ糸の製造
前記実施例１で製造された大口径のスリットロールをナイフ間隔が１．５ｍｍであり、１２個のナイフを有する２次精密スリッターを利用して（図４の（ａ）参照）、２次スリットした後、平ボビンおよびＨボビン（図４の（ｂ）、図４の（ｄ）参照）にローリングしてナノ繊維メンブレンで構成されたＰＶＤＦナノ繊維テープ糸を得た。図４の（ｃ）はナノ繊維テープ糸の走査電子顕微鏡写真を示した図であり、幅１．５ｍｍに精密スリットされたことを確認することができた。

（実施例３）ナノ繊維仮撚糸および複合仮撚糸の製造
前記実施例２で製造されたナノ繊維テープ糸をダブルツイスターを使用してＴ／Ｍ５００で右撚り（Ｓ撚り）を施してナノ繊維単独の仮撚糸を製造した。

図５の（ａ）と（ｂ）にはそれぞれダブルツイスターを使用して製造されたダブル仮撚糸のコーンサンプル写真およびダブル仮撚糸の走査電子顕微鏡写真を示した。図５の（ｂ）の走査電子顕微鏡写真から見られるように、ナノ繊維単独で構成された仮撚糸を確認することができた。

また、前記実施例２で製造されたＰＶＤＦナノ繊維テープ糸を右撚り（Ｓ撚り）と左撚り（Ｚ撚り）をそれぞれＴ／Ｍ５００で仮撚されたナノ繊維仮撚糸を複合撚糸機を使用して、Ｔ／Ｍ１０００の条件で複合撚糸してナノ繊維単独の複合仮撚糸を製造した。

図６の（ａ）は右撚り（Ｓ撚り）と左撚り（Ｚ撚り）をそれぞれＴ／Ｍ５００で仮撚されたナノ繊維仮撚糸を複合撚糸機を使用して、Ｔ／Ｍ１０００の条件で複合撚糸して得られたナノ繊維単独複合仮撚糸のサンプル写真であり、図６の（ｂ）はナノ繊維複合仮撚糸（２合糸）の走査電子顕微鏡写真である。図６の（ｂ）でのように、ナノ繊維テープ糸が複合で２合糸されたことを確認することができた。

（実施例４）ナノ繊維と合成繊維の複合仮撚糸の製造
前記実施例２によって製造されたＰＶＤＦナノ繊維テープ糸をナイロン２０ｄモノフィラメント糸とＴ／Ｍ１０００の条件で複合仮撚を施して、ナノ繊維と合成繊維の複合仮撚糸を製造した。

図７ａは天然および合成繊維（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｆｉｂｅｒ）とナノ繊維（Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ）テープ糸の複合仮撚糸の製造工程に対する模式図であり、図７ｂはＰＶＤＦナノ繊維テープ糸とナイロン２０ｄモノフィラメント糸をＴ／Ｍ１０００の条件で複合仮撚を施して得られた複合仮撚糸の走査電子顕微鏡写真を示した。図７ｂでのように、ナノ繊維と合成繊維の間の複合仮撚が行われることを確認することができた。

（実施例５）ナノ繊維と天然繊維の複合仮撚糸の製造
前記実施例２によって製造されたＰＶＤＦナノ繊維テープ糸と綿６０番手を前記実施例４の方法と同様の方法で複合仮撚してナノ繊維（Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ）と天然繊維（Ｎａｔｕｒａｌ ｆｉｂｅｒ）が複合仮撚された複合仮撚糸を得ることができた。図８にはＰＶＤＦナノ繊維テープ糸と綿６０番手が複合仮撚された複合仮撚糸の走査電子顕微鏡写真を示した。

（実施例６）ナノ繊維テープ糸および仮撚糸の後処理
前記実施例２によって製造された１．５ｍｍにスリットされたＰＶＤＦナノ繊維テープ糸を１５０℃温度でアップディスクとダウンディスクの速度を異にして熱延伸した。図９の（ａ）は熱延伸の模式図であり、図９の（ｂ）は熱延伸工程を示す工程写真である。

図９（ｂ）のように熱延伸工程を施すと、熱延伸されてナノ繊維テープ糸が細くなることを確認することができた。

引張強伸度分析
以下に実施例２のＰＶＤＦナノ繊維テープ糸（スリット糸）、実施例２のＰＶＤＦナノ繊維テープ糸をダブルツイスターを使用して、Ｔ／Ｍ５００で右撚り（Ｓ撚り）を施して得られた実施例３のナノ繊維単独の仮撚糸（ダブル撚糸）、実施例２のＰＶＤＦナノ繊維テープ糸を右撚り（Ｓ撚り）と左撚り（Ｚ撚り）をそれぞれＴ／Ｍ５００で仮撚されたナノ繊維仮撚糸を複合撚糸機を使用して、Ｔ／Ｍ１０００の条件で複合撚糸して得られたナノ繊維単独の複合仮撚糸（複合撚糸）を対象として下記表１に記載したＫＳＫ０４１２の試験規格により引張強度を実験し、その結果を下記表２に記載した。

以上、本発明を特定の望ましい実施例を例に挙げて示して説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、本発明の精神を逸脱しない範囲内で当該発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって多様な変更および修正が可能であろう。

本発明は、ナノ繊維テープ糸を撚糸して得られたナノ繊維単独撚糸物またはナノ繊維単独撚糸物と天然繊維または合成繊維と複合撚糸して得られるナノ繊維基盤複合仮撚糸の製造に適用可能である。

Claims (15)

1. 繊維成形性高分子物質を溶媒に溶解して紡糸溶液を製造する段階；
   前記紡糸溶液を電界紡糸して平均直径１μｍ未満に構成される高分子ナノ繊維ウェブを得る段階；
   前記ナノ繊維ウェブをラミネーティングして高分子ナノ繊維メンブレンを得る段階；
   前記高分子ナノ繊維メンブレンを１次スリットして複数のスリットロールに作る段階；
   前記の複数のスリットロールの間にナノ繊維メンブレンを接合して大口径のスリットロールを形成する段階；
   前記大口径のスリットロールを２次スリットしてナノ繊維テープ糸を得る段階；および
   前記ナノ繊維テープ糸またはナノ繊維テープ糸を仮撚して得られた仮撚糸を天然繊維糸または合成繊維糸と複合仮撚して複合仮撚糸を得る段階；を含むことを特徴とする、ナノ繊維基盤複合仮撚糸の製造方法。
2. 前記１次スリットされたナノ繊維メンブレンの幅は、２次スリットを施す精密スリッターの幅に対応して設定されることを特徴とする、請求項１に記載のナノ繊維基盤複合仮撚糸の製造方法。
3. 前記複数のスリットロールの間に接合されるナノ繊維メンブレンの接合部は、０．５ないし１ｍｍ範囲で設定されることを特徴とする、請求項１に記載のナノ繊維基盤複合仮撚糸の製造方法。
4. 前記複数のスリットロールの間に接合されるナノ繊維メンブレンの接合は熱接合、超音波接合、加圧およびローリングのうちのいずれか一つの方法で施すことを特徴とする、請求項３に記載のナノ繊維基盤複合仮撚糸の製造方法。
5. 前記大口径のスリットロールは５００Ｍ以上の長さからなることを特徴とする、請求項１に記載のナノ繊維基盤複合仮撚糸の製造方法。
6. 前記ナノ繊維テープ糸は坪量０．５ないし１００ｇｓｍ、幅０．１ないし５ｍｍ範囲で設定されることを特徴とする、請求項１に記載のナノ繊維基盤複合仮撚糸の製造方法。
7. 前記仮撚糸はナノ繊維テープ糸単独の右撚り糸ないしは左撚り糸、前記右撚り糸と左撚り糸を複合撚糸して得られた２合糸のうちのいずれか一つであることを特徴とする、請求項１に記載のナノ繊維基盤複合仮撚糸の製造方法。
8. 前記仮撚糸は、Ｔ／Ｍ（ｔｗｉｓｔｉｎｇ／ｍｅｔｅｒ）５００以下の甘撚糸からＴ／Ｍ２５００以上の極強撚糸であることを特徴とする、請求項１に記載のナノ繊維基盤複合仮撚糸の製造方法。
9. 前記仮撚糸および複合仮撚糸の撚りがほどかれることを防止するように、仮撚糸および複合仮撚糸を熱延伸または熱固定する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のナノ繊維基盤複合仮撚糸の製造方法。
10. 前記熱延伸または熱固定段階は、前記高分子のガラス転移温度（Ｔｇ）と溶融温度（Ｔｍ）の間の温度範囲で施すことを特徴とする、請求項９に記載のナノ繊維基盤複合仮撚糸の製造方法。
11. 前記仮撚糸および複合仮撚糸の熱延神は、アップディスクとダウンディスクの速度を異にして施すことを特徴とする、請求項９に記載のナノ繊維基盤複合仮撚糸の製造方法。
12. 少なくとも一つの接合部を含むナノ繊維テープ糸または前記ナノ繊維テープ糸を仮撚した仮撚糸；および
    前記ナノ繊維テープ糸または仮撚糸と複合仮撚される天然繊維糸または合成繊維糸；を含み、
    前記ナノ繊維テープ糸は繊維成形性高分子物質からなり、平均直径１μｍ未満の高分子ナノ繊維が集積されて微細気孔を有するナノ繊維ウェブからなることを特徴とする、ナノ繊維基盤複合仮撚糸。
13. 前記ナノ繊維テープ糸は、ナノ繊維ウェブをラミネーティングして得られた高分子ナノ繊維メンブレンをスリットしたことを特徴とする、請求項１２に記載のナノ繊維基盤複合仮撚糸。
14. 前記接合部は０．５ないし１ｍｍ範囲で接合され、
    前記ナノ繊維テープ糸は坪量０．５ないし１００ｇｓｍ、幅０．１ないし５ｍｍ範囲で設定されることを特徴とする、請求項１２に記載のナノ繊維基盤複合仮撚糸。
15. 前記仮撚糸はナノ繊維テープ糸単独の右撚り糸ないしは左撚り糸、前記右撚り糸と左撚り糸を複合撚糸して得られた２合糸のうちのいずれか一つであることを特徴とする、請求項１２に記載のナノ繊維基盤複合仮撚糸。

Images