JP2020122231A - セルロース系繊維、セルロース系不織布およびそれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】セルロース系重合体を含む溶液の曵糸性を向上した繊維の製造方法及び不織布の製造方法、並びに細径のセルロース繊維及び細径のセルロース繊維からなる不織布の提供。【解決手段】セルロース系重合体と、前記セルロース系重合体100質量部に対して、1.0〜10.0質量部の重合度が1000〜6000のビニルアルコール系重合体とを混合して全重合体の固形分濃度が5〜30質量%である溶液を調製し、前記溶液を吐出孔から吐出する、繊維の製造方法。セルロース系重合体が、セルロースジアセテート重合体であり、ビニルアルコール系重合体が、重合度が3000〜5000のビニルアルコール系重合体であってもよい。【選択図】図1
Description
本発明は、セルロース系繊維、セルロース系不織布およびそれらの製造方法に関する。
繊維製品は、衣類、医療、及び資材等の用途において様々な分野で利用されている。なかでもセルロース系繊維は、風合いや肌触り等が良いことから衣類等として多く利用されている。特にジアセテート繊維は、その高級感ある風合いに加え、染色性、熱耐性、および吸湿速乾性に優れることが知られている。ジアセテート繊維を用いた布の形態としては、長繊維から製造される織物に加え、短繊維を圧縮して得られる不織布が挙げられる。織物において上述の特性を有することは当然であるが、不織布であっても上述の特性を有する。
セルロース系繊維に属するジアセテート繊維の紡糸方法は、一般的には溶媒として塩化メチレンやアセトン等を用いた乾式紡糸法が主流であり、工業生産でも使用されている。しかし、この方法では一般的に紡糸原液の曵糸性が低く、細径の繊維を得ることができない。また、溶剤の揮発を利用した方法であるため、作業環境の改善が求められている。
このような課題を解決するために、特許文献1は、酢酸と水の混合液にセルロースジアセテートだけでなく分子量60万のポリエチレングリコールも少量添加することで曳糸性を向上させ、2μmの細繊維を得ることを開示している。
特許文献1に開示される繊維の繊維径は、細径とはいえ2μm程度であり、より細い繊維を製造できていない。また、従来と同じ溶剤の揮発を利用した乾式紡糸法であるため、作業環境を改善できる方法であるとはいえない。
本発明の目的は、セルロース系重合体を含む溶液の曵糸性を向上した繊維の製造方法及び不織布の製造方法、並びに細径のセルロース繊維及び細径のセルロース繊維からなる不織布を提供することにある。
本発明は、以下の発明を包含する。
[1]セルロース系重合体と、前記セルロース系重合体100質量部に対して、1.0〜10.0質量部の重合度が1000〜6000のビニルアルコール系重合体とを混合して全重合体の固形分濃度が5〜30質量%である溶液を調製し、前記溶液を吐出孔から吐出する、繊維の製造方法。
[2]前記セルロース系重合体が、セルロースジアセテート重合体であり、前記ビニルアルコール系重合体が、重合度が3000〜5000のビニルアルコール系重合体であり、前記セルロースジアセテート重合体100質量部に対して、2.0〜10.0質量部の前記ビニルアルコール系重合体を混合し、前記溶液の全重合体の固形分濃度が7〜20質量%である、[1]に記載の繊維の製造方法。
[3]前記繊維の平均繊維直径が、0.5〜1.9μmである[1]または[2]に記載の繊維の製造方法。
[4]セルロース系重合体と、前記セルロース系重合体100質量部に対して、1.0〜10.0質量部の重合度が1000〜6000のビニルアルコール系重合体とを混合して全重合体の固形分濃度が5〜30質量%である溶液を調製し、前記溶液を吐出孔から1孔あたり0.01〜0.20g/分の吐出量で吐出して繊維状物を形成し、前記繊維状物を気流によって引き伸ばして繊維を形成し、前記繊維を積層する、不織布の製造方法。
[5]前記セルロース系重合体が、セルロースジアセテート重合体であり、前記ビニルアルコール系重合体が、重合度が3000〜5000のビニルアルコール系重合体であり、前記セルロースジアセテート重合体100質量部に対して、2.0〜10.0質量部の前記ビニルアルコール系重合体を混合し、前記溶液の全重合体の固形分濃度が7〜20質量%である、[4]に記載の不織布の製造方法。
[6]前記セルロースジアセテート重合体の極限粘度が1.0〜2.5である、[5]に記載の不織布の製造方法。
[7]前記溶液が、レオメーターによる定常流測定において、溶液温度100℃、せん断速度0.1s−1時のせん断粘度(X)が3.0パスカル秒以上20.0パスカル秒以下であり、かつ、溶液温度100℃、せん断速度10s−1時のせん断粘度(Y)が3.0パスカル秒以上15.0パスカル秒以下である、[4]〜[6]のいずれか一項に記載の不織布の製造方法。
[8]前記溶液の溶媒が、カチオン種がイミダゾリウム系のイオン液体である、[4]〜[7]のいずれか一項に記載の不織布の製造方法。
[9]前記イオン液体が1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルホスファートである、[8]に記載の不織布の製造方法。
[10]前記気流の速度が10〜500m/秒である、[4]〜[9]のいずれか一項に記載の不織布の製造方法。
[11]前記気流の速度が50〜400m/秒である、[4]〜[9]のいずれか一項に記載の不織布の製造方法。
[12]前記繊維状物を気流によって引き伸ばす工程を、ミスト状の凝固液が存在する雰囲気下で行うことにより、前記繊維状物を前記溶液を固化させる、[4]〜[11]のいずれか一項に記載の不織布の製造方法。
[13]前記繊維の平均繊維直径が、0.5〜1.9μmである、[4]〜[12]のいずれか一項に記載の不織布の製造方法。
[14]前記繊維をコレクターに直接積層して、不織布を形成する、[4]〜[13]のいずれか一項に記載の不織布の製造方法。
[15]平均繊維直径が0.5〜1.9μmであるセルロース系繊維。
[16]前記セルロース系繊維がセルロースジアセテート重合体を含む、[15]に記載のセルロース系繊維。
[17]平均繊維直径が0.5〜1.9μmであるセルロース系繊維からなる不織布。
[18]前記セルロース系繊維がセルロースジアセテート重合体を含む、[17]に記載の不織布。
[19]前記不織布が紙または濾布である、[17]または[18]に記載の不織布。
[1]セルロース系重合体と、前記セルロース系重合体100質量部に対して、1.0〜10.0質量部の重合度が1000〜6000のビニルアルコール系重合体とを混合して全重合体の固形分濃度が5〜30質量%である溶液を調製し、前記溶液を吐出孔から吐出する、繊維の製造方法。
[2]前記セルロース系重合体が、セルロースジアセテート重合体であり、前記ビニルアルコール系重合体が、重合度が3000〜5000のビニルアルコール系重合体であり、前記セルロースジアセテート重合体100質量部に対して、2.0〜10.0質量部の前記ビニルアルコール系重合体を混合し、前記溶液の全重合体の固形分濃度が7〜20質量%である、[1]に記載の繊維の製造方法。
[3]前記繊維の平均繊維直径が、0.5〜1.9μmである[1]または[2]に記載の繊維の製造方法。
[4]セルロース系重合体と、前記セルロース系重合体100質量部に対して、1.0〜10.0質量部の重合度が1000〜6000のビニルアルコール系重合体とを混合して全重合体の固形分濃度が5〜30質量%である溶液を調製し、前記溶液を吐出孔から1孔あたり0.01〜0.20g/分の吐出量で吐出して繊維状物を形成し、前記繊維状物を気流によって引き伸ばして繊維を形成し、前記繊維を積層する、不織布の製造方法。
[5]前記セルロース系重合体が、セルロースジアセテート重合体であり、前記ビニルアルコール系重合体が、重合度が3000〜5000のビニルアルコール系重合体であり、前記セルロースジアセテート重合体100質量部に対して、2.0〜10.0質量部の前記ビニルアルコール系重合体を混合し、前記溶液の全重合体の固形分濃度が7〜20質量%である、[4]に記載の不織布の製造方法。
[6]前記セルロースジアセテート重合体の極限粘度が1.0〜2.5である、[5]に記載の不織布の製造方法。
[7]前記溶液が、レオメーターによる定常流測定において、溶液温度100℃、せん断速度0.1s−1時のせん断粘度(X)が3.0パスカル秒以上20.0パスカル秒以下であり、かつ、溶液温度100℃、せん断速度10s−1時のせん断粘度(Y)が3.0パスカル秒以上15.0パスカル秒以下である、[4]〜[6]のいずれか一項に記載の不織布の製造方法。
[8]前記溶液の溶媒が、カチオン種がイミダゾリウム系のイオン液体である、[4]〜[7]のいずれか一項に記載の不織布の製造方法。
[9]前記イオン液体が1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルホスファートである、[8]に記載の不織布の製造方法。
[10]前記気流の速度が10〜500m/秒である、[4]〜[9]のいずれか一項に記載の不織布の製造方法。
[11]前記気流の速度が50〜400m/秒である、[4]〜[9]のいずれか一項に記載の不織布の製造方法。
[12]前記繊維状物を気流によって引き伸ばす工程を、ミスト状の凝固液が存在する雰囲気下で行うことにより、前記繊維状物を前記溶液を固化させる、[4]〜[11]のいずれか一項に記載の不織布の製造方法。
[13]前記繊維の平均繊維直径が、0.5〜1.9μmである、[4]〜[12]のいずれか一項に記載の不織布の製造方法。
[14]前記繊維をコレクターに直接積層して、不織布を形成する、[4]〜[13]のいずれか一項に記載の不織布の製造方法。
[15]平均繊維直径が0.5〜1.9μmであるセルロース系繊維。
[16]前記セルロース系繊維がセルロースジアセテート重合体を含む、[15]に記載のセルロース系繊維。
[17]平均繊維直径が0.5〜1.9μmであるセルロース系繊維からなる不織布。
[18]前記セルロース系繊維がセルロースジアセテート重合体を含む、[17]に記載の不織布。
[19]前記不織布が紙または濾布である、[17]または[18]に記載の不織布。
本発明によれば、セルロース系重合体を含む溶液の曵糸性を向上させることができる。また、細径のセルロース系繊維、及びこのセルロース繊維からなる不織布を得ることができる。
以下に本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
ただし、この実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるため具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、発明内容を限定するものではない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、数や、位置や、大きさ等についての変更、省略、追加及びその他の変更が可能である。
ただし、この実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるため具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、発明内容を限定するものではない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、数や、位置や、大きさ等についての変更、省略、追加及びその他の変更が可能である。
[セルロース系重合体]
本発明におけるセルロース系重合体は、セルロースやセルロースをエステル化処理した繊維である。例えば、本発明におけるセルロース系重合体として、プロピオン酸や酪酸でセルロースをエステル化処理した繊維や、セルロースをアセチル化処理したアセテート繊維が挙げられる。なかでもアセテート繊維が好ましく、ジアセテート繊維、つまりセルロースジアセテート重合体がより好適である。
本発明におけるセルロース系重合体は、セルロースやセルロースをエステル化処理した繊維である。例えば、本発明におけるセルロース系重合体として、プロピオン酸や酪酸でセルロースをエステル化処理した繊維や、セルロースをアセチル化処理したアセテート繊維が挙げられる。なかでもアセテート繊維が好ましく、ジアセテート繊維、つまりセルロースジアセテート重合体がより好適である。
本実施形態において、セルロース系重合体としてセルロースジアセテート重合体を用いる例について説明する。本発明において、セルロースジアセテート重合体とは、日本工業規格L0204−2の定義に基づき、セルロースがエステル化度=2.22以上2.76未満の範囲でアセチル化されたポリマーを意味する。
[ビニルアルコール系重合体]
本発明におけるビニルアルコール系重合体は、ポリ酢酸ビニルを鹸化処理したポリマーや、ビニルアルコールを重合して得たポリマーである。なお前者の場合は、曵糸性向上効果の観点から、鹸化度が高いほど好ましい。
本発明におけるビニルアルコール系重合体は、ポリ酢酸ビニルを鹸化処理したポリマーや、ビニルアルコールを重合して得たポリマーである。なお前者の場合は、曵糸性向上効果の観点から、鹸化度が高いほど好ましい。
[ビニルアルコール系重合体の重合度]
本発明におけるビニルアルコール系重合体の重合度は、1000以上であることが好ましい。重合度が1000以上であることで紡糸原液の粘性が高まりやすく、本発明の曵糸性向上効果が発現されやすい。また本発明におけるビニルアルコール系重合体の重合度は、6000以下であることが好ましい。重合度が6000以下であることで紡糸原液においてポリビニルアルコールのネットワーク形成による不要な粘度増加が抑えられる。このような観点より、ビニルアルコール系重合体の重合度は、1000〜6000が好ましく、2000〜5500がより好ましく、3000〜5000であることがさらに好ましい。
本発明におけるビニルアルコール系重合体の重合度は、1000以上であることが好ましい。重合度が1000以上であることで紡糸原液の粘性が高まりやすく、本発明の曵糸性向上効果が発現されやすい。また本発明におけるビニルアルコール系重合体の重合度は、6000以下であることが好ましい。重合度が6000以下であることで紡糸原液においてポリビニルアルコールのネットワーク形成による不要な粘度増加が抑えられる。このような観点より、ビニルアルコール系重合体の重合度は、1000〜6000が好ましく、2000〜5500がより好ましく、3000〜5000であることがさらに好ましい。
[ビニルアルコール系重合体の混合量]
本発明の紡糸原液(すなわち、セルロース系重合体およびビニルアルコール系重合体を含む溶液)におけるビニルアルコール系重合体の含有量は、セルロース系重合体100質量部に対し1.0質量部以上10.0質量部以下であることが好ましい。紡糸原液におけるビニルアルコール系重合体の含有量が1.0質量部以上であることで、紡糸原液の粘性が高まりやすく、本発明の曵糸性向上効果が発現されやすい。また、紡糸原液におけるビニルアルコール系重合体の含有量は、セルロース系重合体100質量部に対し10.0質量部以下であることが好ましい。紡糸原液におけるビニルアルコール系重合体の含有量が10.0質量部以下であることで、紡糸原液においてポリビニルアルコールのネットワーク形成による不要な粘度増加が抑えられる。このような観点より、紡糸原液におけるビニルアルコール系重合体の割合は、セルロース系重合体100質量部に対し1.5〜9.0質量部がより好ましく、2.0〜8.5質量部であることがさらに好ましい。
本発明の紡糸原液(すなわち、セルロース系重合体およびビニルアルコール系重合体を含む溶液)におけるビニルアルコール系重合体の含有量は、セルロース系重合体100質量部に対し1.0質量部以上10.0質量部以下であることが好ましい。紡糸原液におけるビニルアルコール系重合体の含有量が1.0質量部以上であることで、紡糸原液の粘性が高まりやすく、本発明の曵糸性向上効果が発現されやすい。また、紡糸原液におけるビニルアルコール系重合体の含有量は、セルロース系重合体100質量部に対し10.0質量部以下であることが好ましい。紡糸原液におけるビニルアルコール系重合体の含有量が10.0質量部以下であることで、紡糸原液においてポリビニルアルコールのネットワーク形成による不要な粘度増加が抑えられる。このような観点より、紡糸原液におけるビニルアルコール系重合体の割合は、セルロース系重合体100質量部に対し1.5〜9.0質量部がより好ましく、2.0〜8.5質量部であることがさらに好ましい。
[全重合体の固形分濃度]
本発明において全重合体の固形分濃度とは、紡糸原液(溶液)における全ての固形分(溶質)の濃度をいう。より詳細には、全重合体の固形分濃度は、溶液の質量に対する「セルロース系重合体の質量+ビニルアルコール系重合体の質量」の割合を意味する。本発明において全重合体の固形分濃度は、5質量%以上30質量%以下であることが好ましい。全重合体の固形分濃度が5質量%以上であることで工業的に紡糸しやすい原液粘度となる。また全重合体の固形分濃度は、30質量%以下であることが好ましい。全重合体の固形分濃度が30質量%以下であることで過剰な吐出圧の上昇を抑えられる。このような観点より、全重合体の固形分濃度は7〜25質量%であることがより好ましく、7〜20質量%であることがさらに好ましい。
本発明において全重合体の固形分濃度とは、紡糸原液(溶液)における全ての固形分(溶質)の濃度をいう。より詳細には、全重合体の固形分濃度は、溶液の質量に対する「セルロース系重合体の質量+ビニルアルコール系重合体の質量」の割合を意味する。本発明において全重合体の固形分濃度は、5質量%以上30質量%以下であることが好ましい。全重合体の固形分濃度が5質量%以上であることで工業的に紡糸しやすい原液粘度となる。また全重合体の固形分濃度は、30質量%以下であることが好ましい。全重合体の固形分濃度が30質量%以下であることで過剰な吐出圧の上昇を抑えられる。このような観点より、全重合体の固形分濃度は7〜25質量%であることがより好ましく、7〜20質量%であることがさらに好ましい。
[定常流測定におけるせん断速度0.1s−1時のせん断粘度(X)とせん断速度10s−1時のせん断粘度(Y)]
本発明において、紡糸原液は、レオメーターによる定常流測定において、溶液温度が100℃、せん断速度0.1s−1時のせん断粘度(X)が、3.0パスカル秒以上、20.0パスカル秒以下であることが好ましい。せん断粘度(X)は、ほとんど流動していない状態での溶液の粘度を示す。紡糸原液のせん断粘度(X)が3.0パスカル秒以上であれば、繊維の製造に用いる装置のスタートアップ時などの気流の速度が低速である状態においても、糸切れせずに引き伸ばしやすい。紡糸原液のせん断粘度(X)が30.0パスカル秒以下であれば、吐出時の圧力を抑えやすく、前記スタートアップ時に紡糸原液をノズルから剥がす作業も容易である。また、せん断速度10s−1時の紡糸原液のせん断粘度(Y)が、3.0パスカル秒以上15.0パスカル秒以下であることが好ましい。せん断粘度(Y)は、高せん断下での溶液の粘度を示す。紡糸原液のせん断粘度(Y)が2.0パスカル秒以上であれば、気流の速度が高速である状態においても、溶液を引き延ばした際に粘り強く切れにくいため、細径な繊維を得やすくなる。また、紡糸原液のせん断粘度(Y)が15.0パスカル秒以下であれば、粘度が過剰に高くはないため、気流で引き伸ばしやすく細径な繊維を得やすくなる。なお、測定方法に関しては実施例にて後述する。
本発明において、紡糸原液は、レオメーターによる定常流測定において、溶液温度が100℃、せん断速度0.1s−1時のせん断粘度(X)が、3.0パスカル秒以上、20.0パスカル秒以下であることが好ましい。せん断粘度(X)は、ほとんど流動していない状態での溶液の粘度を示す。紡糸原液のせん断粘度(X)が3.0パスカル秒以上であれば、繊維の製造に用いる装置のスタートアップ時などの気流の速度が低速である状態においても、糸切れせずに引き伸ばしやすい。紡糸原液のせん断粘度(X)が30.0パスカル秒以下であれば、吐出時の圧力を抑えやすく、前記スタートアップ時に紡糸原液をノズルから剥がす作業も容易である。また、せん断速度10s−1時の紡糸原液のせん断粘度(Y)が、3.0パスカル秒以上15.0パスカル秒以下であることが好ましい。せん断粘度(Y)は、高せん断下での溶液の粘度を示す。紡糸原液のせん断粘度(Y)が2.0パスカル秒以上であれば、気流の速度が高速である状態においても、溶液を引き延ばした際に粘り強く切れにくいため、細径な繊維を得やすくなる。また、紡糸原液のせん断粘度(Y)が15.0パスカル秒以下であれば、粘度が過剰に高くはないため、気流で引き伸ばしやすく細径な繊維を得やすくなる。なお、測定方法に関しては実施例にて後述する。
[極限粘度]
本発明のセルロース系重合体の極限粘度は、1.0〜2.5dL/gである。1.0以上であれば曵糸性を向上させやすく、2.5dL/g以下であれば安定的な高い生産性を達成しやすい。このような観点より、極限粘度は1.2〜2.0dL/gがより好ましく、1.5〜1.8dL/gがさらに好ましい。
本発明のセルロース系重合体の極限粘度は、1.0〜2.5dL/gである。1.0以上であれば曵糸性を向上させやすく、2.5dL/g以下であれば安定的な高い生産性を達成しやすい。このような観点より、極限粘度は1.2〜2.0dL/gがより好ましく、1.5〜1.8dL/gがさらに好ましい。
[イオン液体]
イオン液体は、100℃以下で液体状態となる、比較的分子サイズの大きな有機イオンなどからなる低温溶融塩の一種である。その特長として、例えば以下のようなことが挙げられる。
(1)不燃性で蒸気圧が極めて低いため爆発や火災の危険性が低い
(2)蒸気圧が極めて低いため、肺への吸引の確率が極めて低い
(3)化学的及び熱的に安定であるのでリサイクル性が良い
(4)アニオン及びカチオンの組合せパターンが豊富で、親水性及び疎水性、粘度、及び融点等の特性をチューニングできる
(5)様々な物質を溶解することができる
(6)イオン液体種により、水と任意に混合又は分離させることができる
(7)過冷却状態で比較的安定な液体として使用できる
イオン液体は、100℃以下で液体状態となる、比較的分子サイズの大きな有機イオンなどからなる低温溶融塩の一種である。その特長として、例えば以下のようなことが挙げられる。
(1)不燃性で蒸気圧が極めて低いため爆発や火災の危険性が低い
(2)蒸気圧が極めて低いため、肺への吸引の確率が極めて低い
(3)化学的及び熱的に安定であるのでリサイクル性が良い
(4)アニオン及びカチオンの組合せパターンが豊富で、親水性及び疎水性、粘度、及び融点等の特性をチューニングできる
(5)様々な物質を溶解することができる
(6)イオン液体種により、水と任意に混合又は分離させることができる
(7)過冷却状態で比較的安定な液体として使用できる
これらの性質は繊維や不織布の製造においても有用となる。本発明では、紡糸原液の溶媒としてイオン液体を用いると、後述する吐出した紡糸原液を気流によって引き伸ばす工程において、(1)及び(2)の恩恵を受けやすい。これにより、排気設備等のコスト低減効果がある。
本発明におけるイオン液体は、カチオン種としてはアンモニウム系、イミダゾリウム系、ピリジニウム系、またはピロリジニウム系等を使用することができる。また、本発明におけるイオン液体は、アニオン系としてはハロゲン系、テトラフルオロボレート、ヘキサフルオロリン酸、ジシアナミド、ビストリフルオロメチルスルホニルイミド、またはジエチルホスファート等を使用することができるが、これらに特に限定されることなく、これら以外のものであっても良い。なかでも、熱安定性やコストの面から、カチオン種ではイミダゾリウム系、特に1,3−ジアルキルイミダゾリウム系であることが好ましい。
なかでも、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルホスファートが、熱安定性、コスト面に加え、低い融点であること、セルロール系重合体の溶解性が高いこと等から、特に好ましい。
[繊維および不織布の製造方法]
本発明の一態様における繊維の製造方法は、セルロース系重合体と、前記セルロース系重合体100質量部に対して、1.0〜10.0質量部の重合度が1000〜6000のビニルアルコール系重合体とを混合して全重合体の固形分濃度が5〜30質量%である溶液を調製し、前記溶液を吐出孔から吐出することを含む。
また、本発明の一態様における不織布の製造方法は、セルロース系重合体と、前記セルロース系重合体100質量部に対して、1.0〜10.0質量部の重合度が1000〜6000のビニルアルコール系重合体とを混合して全重合体の固形分濃度が5〜30質量%である溶液を調製し、前記溶液を吐出孔から1孔あたり0.01〜0.20g/分の吐出量で吐出して繊維状物を形成し、前記繊維状物を気流によって引き伸ばして繊維を形成し、前記繊維を積層することを含む。
本発明のもう一つの側面としての繊維および不織布の製造方法は、セルロース系重合体およびビニルアルコール系重合体を含む溶液(紡糸原液)を調製し、ノズルから吐出することを含む。また、本発明の繊維および不織布の製造方法は、吐出された紡糸原液を、その周辺に流す気流によって引き延ばす工程を含む。この工程により、紡糸原液を細径化することができる。さらに、本発明の一態様は、コレクターで回収する前にミスト状の凝固液と紡糸原液とを接触させ、紡糸原液を凝固させることで繊維を製造することを含み、この繊維により不織布を製造することを含む。
本発明の一態様における繊維の製造方法は、セルロース系重合体と、前記セルロース系重合体100質量部に対して、1.0〜10.0質量部の重合度が1000〜6000のビニルアルコール系重合体とを混合して全重合体の固形分濃度が5〜30質量%である溶液を調製し、前記溶液を吐出孔から吐出することを含む。
また、本発明の一態様における不織布の製造方法は、セルロース系重合体と、前記セルロース系重合体100質量部に対して、1.0〜10.0質量部の重合度が1000〜6000のビニルアルコール系重合体とを混合して全重合体の固形分濃度が5〜30質量%である溶液を調製し、前記溶液を吐出孔から1孔あたり0.01〜0.20g/分の吐出量で吐出して繊維状物を形成し、前記繊維状物を気流によって引き伸ばして繊維を形成し、前記繊維を積層することを含む。
本発明のもう一つの側面としての繊維および不織布の製造方法は、セルロース系重合体およびビニルアルコール系重合体を含む溶液(紡糸原液)を調製し、ノズルから吐出することを含む。また、本発明の繊維および不織布の製造方法は、吐出された紡糸原液を、その周辺に流す気流によって引き延ばす工程を含む。この工程により、紡糸原液を細径化することができる。さらに、本発明の一態様は、コレクターで回収する前にミスト状の凝固液と紡糸原液とを接触させ、紡糸原液を凝固させることで繊維を製造することを含み、この繊維により不織布を製造することを含む。
図1および図2を参照して、本実施形態の繊維及び不織布の製造方法を以下に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る紡糸装置の概略図である。まず、セルロース系重合体およびビニルアルコール系重合体を溶媒に溶解させることで紡糸原液を調製する。紡糸原液をヒーター付きシリンジ3に入れ、モーター1及びエクストルーダー2と接続されたピストン13を用いて紡糸原液をシリンジ3から押し出す。シリンジ3の先端のノズルは、図2のように二重円筒型となっており、紡糸原液を原液吐出孔aより吐出させる。コンプレッサー4、流量計5、およびヒーター6を通した気体を気体吐出孔cより吐出させる。紡糸原液は、気体吐出孔cより吐出された気体により生じる紡糸原液周辺の気流によって引き延ばされながら落下し、フレーム10内のコレクター9の上に不織布12として回収される。吐出から回収の間に、紡糸原液はミスト状凝固液8と接触し、凝固することによって繊維11となる。図1では、吐出から回収の間の空間でミスト状凝固液8を多く保持するために凝固筒7を設置しているが、本発明はこれに限定されない。紡糸原液がミスト状凝固液8と接触し、凝固することができれば凝固筒7を設けなくてもよい。また、図2は二重円筒型のノズルの例であるが、本発明はこれに限定されない。
本発明の繊維の製造方法は、紡糸原液を原液吐出孔aから1孔あたり0.01〜0.20g/分の吐出量で吐出して繊維状物を形成することが好ましい。前記吐出量が0.01g/分以上であれば、細径(具体的には平均繊維直径が0.5〜1.9μm)の繊維により形成される不織布を安定的に得ることができる。また、0.20g/分以下であれば、太径化することなく高い生産性が維持される。原液吐出孔aの内径Aは、50〜300μmであることが好ましい。
本発明の繊維の製造方法は、吐出した前記繊維状物を前記繊維状物周辺の気流によって引き伸ばすことが好ましい。気流によって引き伸ばすことで、繊維状物を延伸しやすくなる。気流を生ずる気体は、特に限定されず、空気、窒素等であってよい。
[気流の速度]
本発明の繊維の製造方法において、吐出した前記繊維状物を前記繊維状物周辺の気流によって引き伸ばすことにより細径化する観点から、気流の速度を適切な範囲に設定することが効果的である。気流の速度は、気流の出る面積当たりの流量で計算すればよく、例えば図2の気体吐出孔cでは、式(1)より算出される。
本発明の繊維の製造方法において、吐出した前記繊維状物を前記繊維状物周辺の気流によって引き伸ばすことにより細径化する観点から、気流の速度を適切な範囲に設定することが効果的である。気流の速度は、気流の出る面積当たりの流量で計算すればよく、例えば図2の気体吐出孔cでは、式(1)より算出される。
式(1)中、Bは原液吐出孔aの外形の直径、Cは気体吐出孔cの内径を示す。気流の速度は、10m/秒以上であることが好ましい。気流の速度が10m/秒以上であることで、紡糸原液を気流によって引き伸ばすことができる。また気流の速度は、500m/秒以下であることが好ましい。気流の速度が500m/秒以下であることで、糸切れによってビーズが発生せず、高品質な不織布を得ることができる。このような観点より、気流の速度は10〜500m/秒であることが好ましく、50〜400m/秒であることがより好ましい。
なお、本発明の実施例において気流流量は、25℃の気流における流量計の値を、ボイルシャルルの法則により実施温度での流量に換算することにより算出する。
なお、本発明の実施例において気流流量は、25℃の気流における流量計の値を、ボイルシャルルの法則により実施温度での流量に換算することにより算出する。
[ミスト状の凝固液]
本発明の一実施形態は、紡糸原液から得られる繊維状物を引き伸ばす工程において、前述の通りミスト状の凝固液を繊維状物に接触させ、繊維状物を固化させることで繊維にすることを含む。本工程は、凝固浴を用いた一般的な湿式紡糸法と比較すると凝固および脱溶媒速度が遅く、不織布における繊維同士を結着させることができるという利点がある。
凝固液は、溶質(セルロース系重合体およびビニルアルコール重合体)に対して貧溶媒であり、溶媒に対して親和性の高いものが好ましい。なかでも、凝固液として冷水が好適である。
本発明の一実施形態は、紡糸原液から得られる繊維状物を引き伸ばす工程において、前述の通りミスト状の凝固液を繊維状物に接触させ、繊維状物を固化させることで繊維にすることを含む。本工程は、凝固浴を用いた一般的な湿式紡糸法と比較すると凝固および脱溶媒速度が遅く、不織布における繊維同士を結着させることができるという利点がある。
凝固液は、溶質(セルロース系重合体およびビニルアルコール重合体)に対して貧溶媒であり、溶媒に対して親和性の高いものが好ましい。なかでも、凝固液として冷水が好適である。
本発明の不織布の製造方法は、紡糸原液を吐出孔から吐出して繊維状物を形成し、この繊維状物を気流によって引き延ばして繊維を形成し、この繊維をコレクターに直接積層して、直接不織布とすることが好ましい。繊維をコレクターに直接積層することで、従来の不織布生産プロセスである湿式法や乾式法のように多段階の生産工程を経ることなく、簡便に不織布を生産できる。
[繊維及び不織布]
本発明の一実施形態による繊維は、平均繊維直径が0.5〜1.9μmであるセルロース系繊維である。
本発明の一実施形態による不織布は、平均繊維直径が0.5〜1.9μmであるセルロース系繊維からなる不織布である。
本発明の一実施形態による繊維は、平均繊維直径が0.5〜1.9μmであるセルロース系繊維である。
本発明の一実施形態による不織布は、平均繊維直径が0.5〜1.9μmであるセルロース系繊維からなる不織布である。
本発明の1つの側面において、セルロース系繊維は、セルロース系重合体と、前記セルロース系重合体100質量部に対して、1.0〜10.0質量部の重合度が1000〜6000のビニルアルコール系重合体を含む。
本発明の他の側面において、セルロース系繊維に含まれるセルロース系重合体は、プロピオン酸や酪酸でセルロースをエステル化処理した繊維や、セルロースをアセチル化処理したアセテート繊維が挙げられる。なかでもアセテート繊維が好ましく、ジアセテート繊維、つまりセルロースジアセテート重合体がより好適である。
本発明の他の側面において、セルロース系繊維に含まれるビニルアルコール系重合体は、ポリ酢酸ビニルを鹸化処理したポリマーや、ビニルアルコールを重合して得たポリマーである。なお前者の場合は、曵糸性向上効果の観点から、鹸化度が高いほど好ましい。前述の紡糸原液と同様の理由で、ビニルアルコール系重合体の重合度は、1000〜6000が好ましく、2000〜5500がより好ましく、3000〜5000であることがさらに好ましい。
セルロース系繊維に含まれるビニルアルコール系重合体の含有量は、前述の紡糸原液にと同様の理由で、セルロース系重合体100質量部に対し1.0質量部以上10.0質量部以下であることが好ましく、1.5〜9.0質量部がより好ましく、2.0〜8.0質量部であることがさらに好ましい。
[平均繊維直径]
本発明によって得られる繊維および不織布はその平均繊維直径が小さい。従来のセルロース系繊維、特にジアセテート繊維は細径化することが難しく、一般的にその平均繊維直径は10〜30μm程度である。細径化を目的とした特許文献1に開示される繊維であってもその平均繊維直径は2μm以上である。
本発明によって得られる繊維および不織布はその平均繊維直径が小さい。従来のセルロース系繊維、特にジアセテート繊維は細径化することが難しく、一般的にその平均繊維直径は10〜30μm程度である。細径化を目的とした特許文献1に開示される繊維であってもその平均繊維直径は2μm以上である。
本発明のセルロース系繊維は、平均繊維直径が0.5〜1.9μmである。セルロース系繊維の平均繊維直径が0.5μm以上であれば、不織布にした時に、不織布の強度が十分得られる。セルロース系繊維の平均繊維直径が1.9μm以下であれば、不織布の目を細かくすることができる。このような平均繊維直径を有する繊維は、紙、マスク、吸音材、及び濾布などの不織布への応用が可能である。なお平均繊維直径は、実施例にて後述する方法により測定される値と定義される。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
実施例において、原料には以下のものを使用した。また、各物性値は以下の方法により測定した。
実施例において、原料には以下のものを使用した。また、各物性値は以下の方法により測定した。
<原料>
セルロース系重合体として、セルロースジアセテート(ダイセル社製、置換度=2.43、極限粘度=1.70)を使用した。
実施例及び比較例で用いられたポリビニルアルコールは、完全鹸化品(鹸化度=98mol%以上)であった。
溶媒は1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルホスファート(日本乳化剤社製)を使用した。
セルロース系重合体として、セルロースジアセテート(ダイセル社製、置換度=2.43、極限粘度=1.70)を使用した。
実施例及び比較例で用いられたポリビニルアルコールは、完全鹸化品(鹸化度=98mol%以上)であった。
溶媒は1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルホスファート(日本乳化剤社製)を使用した。
<溶液のせん断粘度の測定>
溶液のせん断粘度は、回転式レオメーター(Malvern Instruments社製、Kinexus pro+)を用いて測定した。パラレルプレートを使用し、定常流下で段階的にせん断速度を変更しながらせん断粘度を測定し得た。測定条件は、プレート間距離0.5mm、溶液温度100℃、せん断速度範囲0.1〜100s−1であった。いずれの試料も、同一条件で測定した。
溶液のせん断粘度は、回転式レオメーター(Malvern Instruments社製、Kinexus pro+)を用いて測定した。パラレルプレートを使用し、定常流下で段階的にせん断速度を変更しながらせん断粘度を測定し得た。測定条件は、プレート間距離0.5mm、溶液温度100℃、せん断速度範囲0.1〜100s−1であった。いずれの試料も、同一条件で測定した。
<平均繊維直径測定>
電子顕微鏡を用いて任意に選択された繊維の繊維断面の直径を測定した。これを10回繰り返し、その平均値を平均繊維直径とした。繊維断面が楕円型又は菊型である場合は、断面積を測定し、その断面積から真円と仮定した場合の直径を算出し、繊維断面の直径とした。
電子顕微鏡を用いて任意に選択された繊維の繊維断面の直径を測定した。これを10回繰り返し、その平均値を平均繊維直径とした。繊維断面が楕円型又は菊型である場合は、断面積を測定し、その断面積から真円と仮定した場合の直径を算出し、繊維断面の直径とした。
(実施例1)
極限粘度が1.70であるセルロースジアセテート重合体(ダイセル社製)100質量部に対し、重合度が3500のポリ酢酸ビニルを完全鹸化(鹸化度98mol%以上)したもの8.11質量部を混合し、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルホスファート(日本乳化剤社製)に溶解し、固形分濃度が10質量%の溶液(紡糸原液)を得た。
極限粘度が1.70であるセルロースジアセテート重合体(ダイセル社製)100質量部に対し、重合度が3500のポリ酢酸ビニルを完全鹸化(鹸化度98mol%以上)したもの8.11質量部を混合し、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルホスファート(日本乳化剤社製)に溶解し、固形分濃度が10質量%の溶液(紡糸原液)を得た。
レオメーターによる定常流測定において、溶液温度100℃、せん断速度0.1s−1時の前記溶液のせん断粘度(X)は18.9パスカル秒であり、溶液温度100℃、せん断速度10s−1時の前記溶液のせん断粘度(Y)は11.9パスカル秒であった。
得られた溶液の温度を100℃とし、直径が0.14mmの吐出孔から、吐出量が0.020g/分/孔となるよう前記溶液を吐出し、エアノズルから空気を噴出することにより生じる風速262m/分の気流で前記溶液を引き伸ばし、温度が20℃の冷水のミストに接触させて繊維を形成し、この繊維をコレクター表面に積層し不織布を得た。得られた繊維の平均直径は、0.9μmであった。
製造条件および作製された不織布の平均繊維直径を表1に、得られた不織布の電子顕微画像を図3に示す。図3に示すように、ショットのない均一な不織布が得られた。ショットとは、糸切れなどにより紡糸されずに残された原料が粒状に再固化された未繊維状物質である。
(実施例2)
製造条件を表1に示す通り変更した以外は、実施例1と同じ製造方法により不織布を得た。溶液のせん断粘度と得られた不織布の平均繊維直径を表1に、得られた不織布の電子顕微画像を図4に示す。図4に示すように、ショットのない均一な不織布が得られた。
製造条件を表1に示す通り変更した以外は、実施例1と同じ製造方法により不織布を得た。溶液のせん断粘度と得られた不織布の平均繊維直径を表1に、得られた不織布の電子顕微画像を図4に示す。図4に示すように、ショットのない均一な不織布が得られた。
(実施例3)
製造条件を表1に示す通りに変更した以外は、実施例1と同じ製造方法により不織布を得た。溶液のせん断粘度と得られた不織布の平均繊維直径を表1に、得られた不織布の電子顕微画像を図5に示す。図5に示すように、ショットのない均一な不織布が得られた。
製造条件を表1に示す通りに変更した以外は、実施例1と同じ製造方法により不織布を得た。溶液のせん断粘度と得られた不織布の平均繊維直径を表1に、得られた不織布の電子顕微画像を図5に示す。図5に示すように、ショットのない均一な不織布が得られた。
(実施例4)
製造条件を表1に示す通り変更した以外は、実施例1と同じ製造方法により不織布を得た。溶液のせん断粘度と得られた不織布の平均繊維直径を表1に、得られた不織布の電子顕微画像を図6に示す。図6に示すように、ショットのない均一な不織布が得られた。
製造条件を表1に示す通り変更した以外は、実施例1と同じ製造方法により不織布を得た。溶液のせん断粘度と得られた不織布の平均繊維直径を表1に、得られた不織布の電子顕微画像を図6に示す。図6に示すように、ショットのない均一な不織布が得られた。
(比較例1)
製造条件を表1に示す通り変更した以外は、実施例1と同じ製造方法により不織布を得た。溶液のせん断粘度を表1に、得られた不織布の電子顕微画像を図7に示す。不織布の製造時において、紡糸原液の吐出が安定せず、断続的に切断されながらコレクターに回収された。そのため、コレクターに回収された不織布は、図7に示すようにショットが混在する品質の悪いものとなった。
製造条件を表1に示す通り変更した以外は、実施例1と同じ製造方法により不織布を得た。溶液のせん断粘度を表1に、得られた不織布の電子顕微画像を図7に示す。不織布の製造時において、紡糸原液の吐出が安定せず、断続的に切断されながらコレクターに回収された。そのため、コレクターに回収された不織布は、図7に示すようにショットが混在する品質の悪いものとなった。
(比較例2)
製造条件を表1に示す通り変更した以外は、実施例1と同じ製造方法により不織布を得た。溶液のせん断粘度と得られた不織布の平均繊維直径を表1に、得られた不織布の電子顕微画像を図8に示す。不織布の製造時において、紡糸原液の吐出は安定していたが、吐出された紡糸原液は気流で引き延びず、図8に示すように太い繊維のまま不織布として回収された。
製造条件を表1に示す通り変更した以外は、実施例1と同じ製造方法により不織布を得た。溶液のせん断粘度と得られた不織布の平均繊維直径を表1に、得られた不織布の電子顕微画像を図8に示す。不織布の製造時において、紡糸原液の吐出は安定していたが、吐出された紡糸原液は気流で引き延びず、図8に示すように太い繊維のまま不織布として回収された。
1・・・モーター、2・・・エクストルーダー、3・・・ヒーター付きシリンジ、4・・・コンプレッサー、5・・・流量計、6・・・ヒーター、7・・・凝固筒、8・・・ミスト状凝固液、9・・・コレクター、10・・・フレーム、11・・・繊維、12・・・不織布、13・・・ピストン、a・・・原液吐出孔、c・・・気体吐出孔、A・・・原液吐出孔aの内径、B・・・原液吐出孔aの外形の直径、C・・・気体吐出孔cの内径
Claims (19)
- セルロース系重合体と、前記セルロース系重合体100質量部に対して、1.0〜10.0質量部の重合度が1000〜6000のビニルアルコール系重合体とを混合して全重合体の固形分濃度が5〜30質量%である溶液を調製し、
前記溶液を吐出孔から吐出する、繊維の製造方法。 - 前記セルロース系重合体が、セルロースジアセテート重合体であり、
前記ビニルアルコール系重合体が、重合度が3000〜5000のビニルアルコール系重合体であり、
前記セルロースジアセテート重合体100質量部に対して、2.0〜10.0質量部の前記ビニルアルコール系重合体を混合し、
前記溶液の全重合体の固形分濃度が7〜20質量%である、請求項1に記載の繊維の製造方法。 - 前記繊維の平均繊維直径が、0.5〜1.9μmである、請求項1または2に記載の繊維の製造方法。
- セルロース系重合体と、前記セルロース系重合体100質量部に対して、1.0〜10.0質量部の重合度が1000〜6000のビニルアルコール系重合体とを混合して全重合体の固形分濃度が5〜30質量%である溶液を調製し、
前記溶液を吐出孔から1孔あたり0.01〜0.20g/分の吐出量で吐出して繊維状物を形成し、
前記繊維状物を気流によって引き伸ばして繊維を形成し、
前記繊維を積層する、不織布の製造方法。 - 前記セルロース系重合体が、セルロースジアセテート重合体であり、
前記ビニルアルコール系重合体が、重合度が3000〜5000のビニルアルコール系重合体であり、
前記セルロースジアセテート重合体100質量部に対して、2.0〜10.0質量部の前記ビニルアルコール系重合体を混合し、
前記溶液の全重合体の固形分濃度が7〜20質量%である、請求項4に記載の不織布の製造方法。 - 前記セルロースジアセテート重合体の極限粘度が1.0〜2.5である請求項5に記載の不織布の製造方法。
- 前記溶液が、レオメーターによる定常流測定において、溶液温度が100℃、せん断速度0.1s−1時のせん断粘度(X)が3.0パスカル秒以上20.0パスカル秒以下であり、かつ、溶液温度100℃、せん断速度10s−1時のせん断粘度(Y)が3.0パスカル秒以上15.0パスカル秒以下である請求項4〜6のいずれか一項に記載の不織布の製造方法。
- 前記溶液の溶媒が、カチオン種がイミダゾリウム系のイオン液体である請求項4〜7のいずれか一項に記載の不織布の製造方法。
- 前記イオン液体が1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルホスファートである請求項8に記載の不織布の製造方法。
- 前記気流の速度が10〜500m/秒である請求項4〜9のいずれか一項に記載の不織布の製造方法。
- 前記気流の速度が50〜400m/秒である請求項4〜9のいずれか一項に記載の不織布の製造方法。
- 前記繊維状物を気流によって引き伸ばす工程を、ミスト状の凝固液が存在する雰囲気下で行うことにより、前記繊維状物を固化させる、請求項4〜11のいずれか一項に記載の不織布の製造方法。
- 前記繊維の平均繊維直径が0.5〜1.9μmである請求項4〜12のいずれか一項に記載の不織布の製造方法。
- 前記繊維をコレクターに直接積層して、不織布を形成する、請求項4〜13のいずれか一項に記載の不織布の製造方法。
- 平均繊維直径が0.5〜1.9μmであるセルロース系繊維。
- 前記セルロース系繊維がセルロースジアセテート重合体を含む、請求項15に記載のセルロース系繊維。
- 平均繊維直径が0.5〜1.9μmであるセルロース系繊維からなる不織布。
- 前記セルロース系繊維がセルロースジアセテート重合体を含む、請求項17に記載の不織布。
- 前記不織布が紙または濾布である、請求項17または18に記載の不織布。
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---|---|---|---|---|
WO2024080299A1 (ja) * | 2022-10-14 | 2024-04-18 | 旭化成株式会社 | セルロース繊維、及び該セルロース繊維を用いた製品 |
-
2019
- 2019-01-29 JP JP2019013605A patent/JP2020122231A/ja active Pending
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