JP2022072842A - Polyvinylidene fluoride fiber and method for producing the same - Google Patents

Polyvinylidene fluoride fiber and method for producing the same Download PDF

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高裕 加藤
Takahiro Kato
良 加藤
Makoto Kato
憲 栃木
Ken Tochigi
康夫 後藤
Yasuo Goto
明日香 黒▲崎▼
Asuka Kurosaki
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Kureha Gohsen Co Ltd
Shinshu University NUC
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Kureha Gohsen Co Ltd
Shinshu University NUC
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Abstract

To provide a polyvinylidene fluoride fiber comprising an ultrahigh molecular weight polyvinylidene fluoride and having excellent tensile strength, and to provide a method for producing the same.SOLUTION: A method for producing a polyvinylidene fluoride fiber comprises a step of dissolving a polyvinylidene fluoride fiber, which is composed of a polyvinylidene fluoride having an intrinsic viscosity of 1.8 dl/g or more and has a tensile strength of 0.9 GPa or more, and a polyvinylidene fluoride having an intrinsic viscosity of 1.8 dl/g or more, in an ionic liquid, to obtain a spinning solution, a dry/wet spinning step of dry/wet spinning by using the spinning solution to obtain an undrawn fiber, and a drawing step of drawing the undrawn fiber.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、ポリフッ化ビニリデン繊維及びその製造方法に関する。 The present invention relates to polyvinylidene fluoride fiber and a method for producing the same.

ポリフッ化ビニリデン(PVDF)からなる繊維は、汎用的な樹脂繊維よりも高い耐熱性、耐候性及び耐食性などを備えており、釣り糸、漁網、中空糸膜の補強糸、ロープ及び衣料などの様々な産業資材として使用されている。
しかしながら、PVDF繊維は、一般に引張強度が十分ではない。そのため、PVDF繊維の引張強度を向上させるための様々な方法が提案されている。
Fibers made of polyvinylidene fluoride (PVDF) have higher heat resistance, weather resistance and corrosion resistance than general-purpose resin fibers, and various types of fishing lines, fishing nets, hollow fiber membrane reinforcing threads, ropes and clothing, etc. It is used as an industrial material.
However, PVDF fibers generally do not have sufficient tensile strength. Therefore, various methods for improving the tensile strength of PVDF fibers have been proposed.

特許文献1には、成形方法を工夫することにより、結晶構造を変化させ、通常の溶融紡糸では有さない178℃以上のみに結晶融点を持つようにすることで、PVDF繊維の引張強度が向上することが開示されている。 According to Patent Document 1, the tensile strength of PVDF fiber is improved by changing the crystal structure by devising a molding method so that the crystal melting point is set only at 178 ° C. or higher, which is not possible with ordinary melt spinning. It is disclosed to do.

特公平4-009203号公報Special Fair 4-009203 Gazette

しかしながら、特許文献1に開示された方法とは異なる方法で、成形方法を特段工夫しなくても、PVDF繊維の引張強度を向上させる方法も求められている。そのためには超高分子量のPVDFを使用することが有効と考えられるが、本発明者らの検討によれば、たとえば固有粘度が1.8dl/g以上もある超高分子量のPVDFでは、溶融粘度が高すぎるため、溶融紡糸できないことが確認された。 However, there is also a need for a method different from the method disclosed in Patent Document 1 to improve the tensile strength of PVDF fibers without specially devising a molding method. For that purpose, it is considered effective to use an ultra-high molecular weight PVDF, but according to the study by the present inventors, for example, an ultra-high molecular weight PVDF having an intrinsic viscosity of 1.8 dl / g or more has a melt viscosity. It was confirmed that melt spinning was not possible because the molecular weight was too high.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、超高分子量のポリフッ化ビニリデンからなる、引張強度に優れたポリフッ化ビニリデン繊維及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a polyvinylidene fluoride fiber having an excellent tensile strength, which is made of an ultrahigh molecular weight polyvinylidene fluoride, and a method for producing the same.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、超高分子量のポリフッ化ビニリデンを用いた乾湿式紡糸において、紡糸用溶液の溶媒としてイオン液体を使用することで、ポリフッ化ビニリデン繊維が得られること、及び得られた繊維が引張強度に優れることを見出し、本発明を完成した。 As a result of diligent research to solve the above problems, the present inventors have used an ionic liquid as a solvent for the spinning solution in dry-wet spinning using ultra-high molecular weight vinylidene fluoride. We have found that a vinylidene compound fiber can be obtained and that the obtained fiber has excellent tensile strength, and completed the present invention.

すなわち、本発明は、固有粘度が1.8dl/g以上であるポリフッ化ビニリデンからなり、引張強度が0.9GPa以上であることを特徴とする、ポリフッ化ビニリデン繊維に関する。 That is, the present invention relates to a polyvinylidene fluoride fiber having an intrinsic viscosity of 1.8 dl / g or more and having a tensile strength of 0.9 GPa or more.

前記繊維において、前記ポリフッ化ビニリデンの重量平均分子量が100万以上であることが好ましい。 In the fiber, the weight average molecular weight of the polyvinylidene fluoride is preferably 1 million or more.

また、本発明は、固有粘度が1.8dl/g以上であるポリフッ化ビニリデンをイオン液体に溶解し、紡糸用溶液を得る工程と、
前記紡糸用溶液を用いて乾湿式紡糸し、未延伸繊維を得る乾湿式紡糸工程と、
前記未延伸繊維を延伸する延伸工程と、を含む、ポリフッ化ビニリデン繊維の製造方法に関する。
Further, the present invention comprises a step of dissolving polyvinylidene fluoride having an intrinsic viscosity of 1.8 dl / g or more in an ionic liquid to obtain a spinning solution.
A dry-wet spinning step of obtaining undrawn fibers by dry-wet spinning using the spinning solution, and a dry-wet spinning step.
The present invention relates to a method for producing polyvinylidene fluoride fiber, which comprises a drawing step of stretching the unstretched fiber.

前記製造方法において、前記ポリフッ化ビニリデンの重量平均分子量が100万以上であることが好ましい。 In the production method, the weight average molecular weight of the polyvinylidene fluoride is preferably 1 million or more.

前記乾湿式紡糸工程において、紡糸ノズルから吐出される紡糸用溶液の単孔吐出量が、0.1g/min以上であることが好ましい。 In the dry-wet spinning step, the single-hole discharge amount of the spinning solution discharged from the spinning nozzle is preferably 0.1 g / min or more.

また、本発明は、前記ポリフッ化ビニリデン繊維からなる釣り糸に関する。 The present invention also relates to a fishing line made of the polyvinylidene fluoride fiber.

本発明によれば、超高分子量のポリフッ化ビニリデンからなる、引張強度に優れたポリフッ化ビニリデン繊維及びその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a polyvinylidene fluoride fiber having an excellent tensile strength and made of vinylidene fluoride having an ultrahigh molecular weight and a method for producing the same.

<ポリフッ化ビニリデン繊維>
本発明のポリフッ化ビニリデン繊維は、固有粘度が1.8dl/g以上であるポリフッ化ビニリデンからなり、引張強度が0.9GPa以上である。
<Polyvinylidene fluoride fiber>
The polyvinylidene fluoride fiber of the present invention is made of polyvinylidene fluoride having an intrinsic viscosity of 1.8 dl / g or more, and has a tensile strength of 0.9 GPa or more.

本発明において、ポリフッ化ビニリデン(以下、「PVDF」ともいう。)は、フッ化ビニリデン(VDF)の単独重合体、及び、VDFと他のモノマーとの共重合体を包含する。共重合体における他のモノマーとしては、例えば、炭素数が2~10であり且つ少なくとも一つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルケン由来のモノマーが用いられる。このようなモノマーとしては、例えば、四フッ化エチレン、六フッ化プロピレン、三フッ化エチレン、三フッ化塩化エチレン、フッ化ビニル等が挙げられる。 In the present invention, polyvinylidene fluoride (hereinafter, also referred to as “PVDF”) includes a homopolymer of vinylidene fluoride (VDF) and a copolymer of VDF and other monomers. As the other monomer in the copolymer, for example, a monomer derived from an alkene having 2 to 10 carbon atoms and having at least one hydrogen atom substituted with a fluorine atom is used. Examples of such a monomer include ethylene tetrafluoride, propylene hexafluoride, ethylene trifluoride, ethylene trifluoride chloride, vinyl fluoride and the like.

PVDFとしては、超高分子量のPVDFが用いられる。本発明において、PVDFの分子量は、固有粘度で規定されるが、必要に応じて重量平均分子量でも規定される。 As the PVDF, an ultrahigh molecular weight PVDF is used. In the present invention, the molecular weight of PVDF is defined by the intrinsic viscosity, but if necessary, it is also defined by the weight average molecular weight.

PVDFの固有粘度としては、例えば、2.1dl/g以上が好ましく、3.1dl/g以上がより好ましい。 As the intrinsic viscosity of PVDF, for example, 2.1 dl / g or more is preferable, and 3.1 dl / g or more is more preferable.

PVDFの重量平均分子量としては、例えば、70万以上が好ましく、90万以上がより好ましく、100万以上がさらに好ましい。 As the weight average molecular weight of PVDF, for example, 700,000 or more is preferable, 900,000 or more is more preferable, and 1 million or more is further preferable.

このような超高分子量のPVDFの製造方法としては特に限定されず、例えば、乳化重合や懸濁重合により製造することができる。PVDFの市販品としては、例えば、KFポリマー7200、KFポリマー7300、(以上、クレハ社製)等が挙げられる。 The method for producing such an ultra-high molecular weight PVDF is not particularly limited, and for example, it can be produced by emulsion polymerization or suspension polymerization. Examples of commercially available PVDF products include KF polymer 7200, KF polymer 7300, and the like (all manufactured by Kureha Corporation).

本発明のPVDF繊維は、モノフィラメント及びマルチフィラメントのいずれの態様も包含される。また、PVDF繊維は引張強度以外にも、例えば、引張伸度等、他の物性にも優れている。 The PVDF fiber of the present invention includes both monofilament and multifilament aspects. In addition to tensile strength, PVDF fiber is also excellent in other physical properties such as tensile elongation.

PVDF繊維の引張強度としては、例えば、1.2GPa以上が好ましく、1.4GPa以上がより好ましい。 As the tensile strength of the PVDF fiber, for example, 1.2 GPa or more is preferable, and 1.4 GPa or more is more preferable.

PVDF繊維の引張伸度としては、例えば、10%以上が好ましく、12%以上がより好ましく、15%以上がさらに好ましい。 The tensile elongation of the PVDF fiber is, for example, preferably 10% or more, more preferably 12% or more, still more preferably 15% or more.

<PVDF繊維の製造方法>
本発明のPVDF繊維の製造方法は、固有粘度が1.8dl/g以上であるポリフッ化ビニリデンをイオン液体に溶解し、紡糸用溶液を得る工程と、前記紡糸用溶液を用いて乾湿式紡糸し、未延伸繊維を得る乾湿式紡糸工程と、前記未延伸繊維を延伸する延伸工程と、を含む。
<Manufacturing method of PVDF fiber>
The method for producing PVDF fiber of the present invention comprises a step of dissolving vinylidene fluoride having an intrinsic viscosity of 1.8 dl / g or more in an ionic liquid to obtain a spinning solution, and a dry-wet spinning method using the spinning solution. A dry-wet spinning step of obtaining unstretched fibers and a drawing step of stretching the unstretched fibers are included.

(紡糸用溶液を得る工程)
紡糸用溶液を得る工程は、固有粘度が1.8dl/g以上と、超高分子量のPVDFをイオン液体に溶解した溶解液を調製する工程である。
(Step to obtain a solution for spinning)
The step of obtaining a solution for spinning is a step of preparing a solution in which PVDF having an intrinsic viscosity of 1.8 dl / g or more and a super high molecular weight is dissolved in an ionic liquid.

超高分子量のPVDFとしては、前述したPVDF繊維の原料として説明したPVDFと同じものが使用される。 As the ultra-high molecular weight PVDF, the same PVDF as described as the raw material of the PVDF fiber described above is used.

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、ピロリジニウム系等が使用でき、また、アニオン種としてはハロゲン系、リン酸系、テトラフルオロボレート、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等を用いることができるが、これらに特に限定されず、これら以外のものであってもよい。これらの中でも、カチオン種としては、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が、PVDFに対する溶解性やハンドリング温度の観点から好ましい。また、アニオン種としては、ハロゲン系、リン酸系が好ましく、さらには塩素イオンがより好ましい。 As the ionic liquid, ammonium-based, imidazolium-based, pyridinium-based, pyrrolidinium-based, etc. can be used as the cation species, and halogen-based, phosphoric acid-based, tetrafluoroborate, dicyanamide, bistrifluoromethylsulfonylimide, etc. can be used as the anion species. However, the present invention is not particularly limited to these, and may be other than these. Among these, as the cation species, an imidazolium type, particularly a 1,3-dialkylimidazolium type is preferable from the viewpoint of solubility in PVDF and handling temperature. Further, as the anion species, halogen-based and phosphoric acid-based are preferable, and chlorine ion is more preferable.

カチオン種がイミダゾリウム系、アニオン種がハロゲン系であるものとして、例えば、1,3-ジアルキルイミダゾリウムクロリド、等が挙げられる。これらの中でも、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムクロリド、1-ペンチル-3-メチルイミダゾリウムクロリド、1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムクロリド、1-オクチル-3-メチルイミダゾリウムクロリドやそれらの混合物が好ましい。 Examples of the cation species having an imidazolium type and the anion species having a halogen type include 1,3-dialkylimidazolium chloride and the like. Among these, 1-butyl-3-methylimidazolium chloride, 1-pentyl-3-methylimidazolium chloride, 1-hexyl-3-methylimidazolium chloride, 1-octyl-3-methylimidazolium chloride and theirs. Mixtures are preferred.

カチオン種がイミダゾリウム系、アニオン種がリン酸系であるものとして、例えば、1,3-ジアルキルイミダゾリウムジエチルフォスフェート、1,3-ジアルキルイミダゾリウムジメチルフォスフェート等が挙げられる。その中でも、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムジエチルフォスフェートが好ましい。 Examples of the cation species having an imidazolium type and the anion species having a phosphoric acid type include 1,3-dialkylimidazolium diethyl phosphate and 1,3-dialkylimidazolium dimethyl phosphate. Among them, 1-ethyl-3-methylimidazolium diethyl phosphate is preferable.

紡糸用溶液中のPVDFの濃度は特に限定されないが、得られるPVDF繊維の引張強度が優れる観点から、3質量%以上20質量%以下が好ましく、5質量%以上15質量%以下がより好ましく、6質量%以上12質量%以下がさらに好ましい。 The concentration of PVDF in the spinning solution is not particularly limited, but from the viewpoint of excellent tensile strength of the obtained PVDF fiber, it is preferably 3% by mass or more and 20% by mass or less, more preferably 5% by mass or more and 15% by mass or less, 6 More preferably, it is by mass or more and 12% by mass or less.

(乾湿式紡糸工程)
乾湿式紡糸工程は、紡糸用溶液を得る工程で得られた紡糸用溶液を用いて乾湿式紡糸し、未延伸繊維を得る工程である。乾湿式紡糸の操作は、特に限定されず、従来用いられている乾湿式紡糸装置により、乾湿式紡糸することができる。たとえば、常法に従い、原液タンク中の紡糸用溶液を、紡糸ノズルからいったん空気中に吐出して凝固液中に導入して未延伸繊維を得ることができる。
(Dry-wet spinning process)
The dry-wet spinning step is a step of obtaining undrawn fibers by dry-wet spinning using the spinning solution obtained in the step of obtaining a spinning solution. The operation of dry-wet spinning is not particularly limited, and dry-wet spinning can be performed by a conventionally used dry-wet spinning device. For example, according to a conventional method, the spinning solution in the undiluted solution tank can be once discharged into the air from the spinning nozzle and introduced into the coagulating liquid to obtain unstretched fibers.

紡糸用溶液の温度は、原液タンク中で紡糸用溶液が経時変化することなく安定して保てる温度であれば特に限定されず、例えば、通常、80~150℃であり、100~140℃が好ましい。 The temperature of the spinning solution is not particularly limited as long as it can be kept stable in the stock solution tank without changing over time. For example, it is usually 80 to 150 ° C, preferably 100 to 140 ° C. ..

凝固液の組成は特に限定されず、水、メタノールやエタノール等の低級アルコール、アセトン、および上記の混合物、あるいはこれらの凝固液に、上述したイオン液体を含む混合液等が挙げられる。また、凝固液の温度も特に限定されず、例えば、通常、-20~60℃であり、0~20℃が好ましい。 The composition of the coagulating liquid is not particularly limited, and examples thereof include water, lower alcohols such as methanol and ethanol, acetone, and a mixture thereof, or a mixed liquid containing the above-mentioned ionic liquid in the coagulating liquid. Further, the temperature of the coagulating liquid is not particularly limited, and is usually, for example, −20 to 60 ° C., preferably 0 to 20 ° C.

紡糸用溶液の紡糸ノズルからの吐出量は特に限定されず、例えば、単孔吐出量として、0.1g/min以上が好ましく、0.5g/min以上がより好ましい。 The discharge amount of the spinning solution from the spinning nozzle is not particularly limited, and for example, the single-hole discharge amount is preferably 0.1 g / min or more, and more preferably 0.5 g / min or more.

乾湿式紡糸法において、紡糸ノズルの吐出孔と凝固液の液面との間の空気層は一般的にエアギャップといわれる。本発明では、エアギャップにおいて、紡糸ノズルの吐出孔と凝固液の液面との間の距離は特に限定されず、通常は、5mm以上300mm以下であり、10mm以上100mm以下が好ましい。エアギャップ内の気体温度は特に限定されず、通常は、0℃以上200℃以下であり、10℃以上100℃以下が好ましい。溶液粘度が極めて高く流動性が悪いときは、必要に応じてエアギャップにヒーターを設置して雰囲気加熱して流動性を改善することも好ましい。 In the dry-wet spinning method, the air layer between the discharge hole of the spinning nozzle and the liquid level of the coagulating liquid is generally called an air gap. In the present invention, the distance between the discharge hole of the spinning nozzle and the liquid level of the coagulating liquid is not particularly limited in the air gap, and is usually 5 mm or more and 300 mm or less, preferably 10 mm or more and 100 mm or less. The gas temperature in the air gap is not particularly limited, and is usually 0 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, preferably 10 ° C. or higher and 100 ° C. or lower. When the solution viscosity is extremely high and the fluidity is poor, it is also preferable to install a heater in the air gap to heat the atmosphere to improve the fluidity, if necessary.

凝固液を通過した繊維は、常法に従い、例えば、送りローラを介して巻取りローラで巻取られ、これによりPVDFの未延伸繊維が得られる。 The fibers that have passed through the coagulation liquid are wound by a winding roller, for example, via a feed roller according to a conventional method, whereby unstretched fibers of PVDF are obtained.

(乾燥工程)
本発明のPVDF繊維の製造方法では、乾湿式紡糸工程終了後、後述する延伸工程の前に、乾燥工程として、乾湿式紡糸工程で得られた未延伸繊維を乾燥してもよい。乾燥の方法としては、特に限定されず、例えば所定の温度及び湿度に調整されたチャンバー内に繊維を放置する方法等が挙げられる。
(Drying process)
In the method for producing PVDF fibers of the present invention, the unstretched fibers obtained in the dry-wet spinning step may be dried as a drying step after the dry-wet spinning step is completed and before the drawing step described later. The drying method is not particularly limited, and examples thereof include a method of leaving the fibers in a chamber adjusted to a predetermined temperature and humidity.

(延伸工程)
延伸工程は、乾湿式紡糸工程で得られた未延伸繊維を延伸し、PVDF繊維を得る工程である。この延伸工程を経て、高い引張強度を有するPVDF繊維を最終的に得ることができる。
(Stretching process)
The drawing step is a step of drawing the unstretched fibers obtained in the dry-wet spinning step to obtain PVDF fibers. Through this drawing step, PVDF fibers having high tensile strength can be finally obtained.

延伸操作は特に限定されず、従来用いられている延伸装置により、未延伸繊維を延伸することができる。延伸は、例えば、オーブン、加熱チャンバー、加熱プレート、加熱炉などを用いて熱延伸を行ってもよいし、加熱した溶媒中、例えば加熱した水、グリセリン等の液浴に浸漬して湿延伸を行ってもよい。また、上記延伸装置の前後には、繊維走行方向に対応して、上記延伸装置から離間して、それぞれ、送りローラと巻き取りローラを設けることが好ましい。 The stretching operation is not particularly limited, and the unstretched fiber can be stretched by a conventionally used stretching device. The stretching may be performed by heat stretching using, for example, an oven, a heating chamber, a heating plate, a heating furnace, or the like, or by immersing in a heated solvent, for example, a liquid bath such as heated water or glycerin for wet stretching. You may go. Further, it is preferable to provide a feed roller and a take-up roller, respectively, before and after the stretching device, apart from the stretching device, corresponding to the fiber traveling direction.

延伸温度は特に限定されず、熱延伸を行う場合には、例えば、通常は、120℃以上190℃以下であり、150℃以上180℃以下であることが好ましい。また、水中で湿延伸を行う場合には、例えば、通常は、10℃以上90℃以下であり、20℃以上40℃以下であることが好ましい。 The stretching temperature is not particularly limited, and in the case of thermal stretching, for example, it is usually 120 ° C. or higher and 190 ° C. or lower, preferably 150 ° C. or higher and 180 ° C. or lower. When wet stretching is performed in water, for example, it is usually 10 ° C. or higher and 90 ° C. or lower, preferably 20 ° C. or higher and 40 ° C. or lower.

また、延伸工程において、延伸倍率は特に限定されないが、6倍以上が好ましく、8倍以上がより好ましい。延伸倍率が6倍未満であると、得られるPVDF繊維の引張強度を高めることができないおそれがある。 Further, in the stretching step, the stretching ratio is not particularly limited, but is preferably 6 times or more, and more preferably 8 times or more. If the draw ratio is less than 6 times, the tensile strength of the obtained PVDF fiber may not be increased.

延伸は、1段延伸でもよいし、2段以上の多段延伸でもよい。多段延伸を行う場合は、それぞれの延伸温度及び延伸倍率を異なるものとしてもよい。なお、多段延伸を行う場合、上記の延伸倍率は、各段における延伸倍率を累積した全延伸倍率を意味する。 The stretching may be one-step stretching or multi-step stretching of two or more steps. When performing multi-stage stretching, the stretching temperature and stretching ratio may be different from each other. When performing multi-stage stretching, the above-mentioned stretching ratio means the total stretching ratio obtained by accumulating the stretching ratios in each stage.

なお、上述したように、延伸装置の前後には、それぞれ、送りローラと巻き取りローラを設けることが好ましいが、延伸工程では、未延伸繊維を延伸装置へ供給する時に、延伸装置手前に設けられた上記送りローラを予備加熱することが好ましい。予備加熱の温度は特に限定されないが、30℃以上60℃以下が好ましく、40℃以上55℃以下がより好ましい。予備加熱を行うことで、上記送りローラのボビン上で、未延伸繊維が冷延伸されて、ボイド形成により白化することを防止することができるとともに、延伸倍率も向上させることができる。なお、多段延伸を行う場合には、多段延伸に用いる任意の延伸装置の手前に設けられた送りローラに対して、予備加熱を行うことができる。より具体的な態様としては、例えば、延伸装置として加熱チャンバーなどの熱延伸用の延伸装置を用いる場合、該熱延伸装置の手前に設けられた送りローラの全体を覆う予備加熱部を設け、予備加熱の温度として、好ましくは30℃以上60℃以下、より好ましくは40℃以上55℃以下で、上記送りローラを加熱する方法が挙げられる。 As described above, it is preferable to provide a feed roller and a take-up roller before and after the drawing device, respectively. It is preferable to preheat the feed roller. The temperature of the preheating is not particularly limited, but is preferably 30 ° C. or higher and 60 ° C. or lower, and more preferably 40 ° C. or higher and 55 ° C. or lower. By performing the preheating, it is possible to prevent the unstretched fibers from being cold-stretched on the bobbin of the feed roller and whitening due to the formation of voids, and it is also possible to improve the draw ratio. In the case of multi-stage stretching, preheating can be performed on the feed roller provided in front of any stretching device used for multi-stage stretching. As a more specific embodiment, for example, when a stretching device for heat stretching such as a heating chamber is used as the stretching device, a preheating unit is provided in front of the heat stretching device to cover the entire feed roller. Examples of the heating temperature include a method of heating the feed roller at a temperature of 30 ° C. or higher and 60 ° C. or lower, more preferably 40 ° C. or higher and 55 ° C. or lower.

(緩和工程)
本発明のPVDF繊維の製造方法では、延伸工程終了後、延伸繊維を緩和してもよい。緩和温度は特に限定されず、例えば、高い引張強度を有するPVDF繊維を得る観点から、通常は、130℃以上180℃以下であり、150℃以上170℃以下であることが好ましい。緩和の操作は特に限定されず、延伸工程と同じ装置を使用することもできる。
(Mitigation process)
In the method for producing PVDF fiber of the present invention, the drawn fiber may be relaxed after the drawing step is completed. The relaxation temperature is not particularly limited, and for example, from the viewpoint of obtaining PVDF fibers having high tensile strength, it is usually 130 ° C. or higher and 180 ° C. or lower, preferably 150 ° C. or higher and 170 ° C. or lower. The relaxation operation is not particularly limited, and the same equipment as in the stretching step can be used.

本発明のPVDF繊維は、例えば、釣り糸、漁網、中空糸膜の補強糸、ロープ及び衣料などの様々な産業資材として好適に使用することができる。 The PVDF fiber of the present invention can be suitably used as various industrial materials such as fishing line, fishing net, reinforcing thread of hollow fiber membrane, rope and clothing.

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。実施例及び比較例におけるポリフッ化ビニリデン及びポリフッ化ビニリデン繊維の特性または物性の測定方法は、以下のとおりである。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples. The methods for measuring the characteristics or physical properties of polyvinylidene fluoride and polyvinylidene fluoride fibers in Examples and Comparative Examples are as follows.

(固有粘度)
ISO 1628-1に準じて測定した。具体的には、ポリフッ化ビニリデンの固有粘度は、ポリフッ化ビニリデンのペレットから調製した試料を、N,N-ジメチルホルムアミドに0.4g/dlの濃度で溶解させ、得られた溶液の温度30℃における固有粘度をウベローデ型粘度計により測定した。
(Intrinsic viscosity)
It was measured according to ISO 1628-1. Specifically, the intrinsic viscosity of polyvinylidene fluoride is such that a sample prepared from pellets of vinylidene fluoride is dissolved in N, N-dimethylformamide at a concentration of 0.4 g / dl, and the temperature of the obtained solution is 30 ° C. Intrinsic viscosity was measured with a Ubbelohde viscometer.

(重量平均分子量)
ポリフッ化ビニリデンの重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定したポリメチルメタクリレート換算値である。
(Weight average molecular weight)
The weight average molecular weight of polyvinylidene fluoride is a polymethylmethacrylate-equivalent value measured by gel permeation chromatography (GPC).

(繊度)
ポリフッ化ビニリデン繊維を、温度20℃、相対湿度65%の恒温恒湿室に一晩放置した後、繊度測定器(サーチ社製「DENICON DC-21」)を用い、繊度(dtex)を測定した。
(Fineness)
The polyvinylidene fluoride fiber was left overnight in a constant temperature and humidity chamber having a temperature of 20 ° C. and a relative humidity of 65%, and then the fineness (dtex) was measured using a fineness measuring device (“DENION DC-21” manufactured by Search). ..

(引張強度及び引張伸度)
ポリフッ化ビニリデン繊維の引張強度及び引張伸度は、JIS L1013-8.5.1に準じて測定した。すなわち、東洋精機社製のストログラフRII型引張試験機を使用して、温度20℃、相対湿度65%の室内で、試長20mm、引張速度20mm/分にて、試料が破断するときの応力と伸びを測定することにより、破断時の引張強度(cN/dtex及びGPa)と伸度(%)を算出した(測定数5)。このとき、試料は、チャックでの破断を防止するために、上下の各チャックの手前に取り付けられた直径13mmのシリンダーに3周巻きつけてから、チャックで固定されるようにした。なお、引張試験機で記録される伸度は、シリンダー部での糸による伸びによる滑りを含んでいるので、実際の伸度の値を得るため、上部のシリンダーの巻付け部と測定部の境目に印を付け、その滑りの値を読み取って、該滑りの値を2倍にした値を上下の巻付け部の滑りの大きさとし、測定された伸びから差し引いた値を実際の伸びの大きさとして、伸度を算出した。
(Tensile strength and tensile elongation)
The tensile strength and tensile elongation of the polyvinylidene fluoride fiber were measured according to JIS L1013-8.5.1. That is, using a Strograph RII type tensile tester manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd., the stress when the sample breaks in a room with a temperature of 20 ° C. and a relative humidity of 65% at a test length of 20 mm and a tensile speed of 20 mm / min. The tensile strength (cN / dtex and GPa) and the elongation (%) at break were calculated by measuring the elongation (measurement number 5). At this time, in order to prevent breakage at the chuck, the sample was wound around a cylinder having a diameter of 13 mm mounted in front of each of the upper and lower chucks three times, and then fixed with the chuck. Since the elongation recorded by the tensile tester includes slip due to the elongation due to the thread in the cylinder portion, the boundary between the winding portion and the measuring portion of the upper cylinder is obtained in order to obtain the actual elongation value. Is marked, the value of the slip is read, the value obtained by doubling the value of the slip is taken as the size of the slip of the upper and lower winding parts, and the value subtracted from the measured elongation is the actual size of the elongation. As a result, the elongation was calculated.

<ポリフッ化ビニリデン繊維の製造>
[実施例1]
ポリフッ化ビニリデンとして、以下、「P1」と略記するポリフッ化ビニリデンの単独重合体(クレハ社製「KFポリマー7300」、重量平均分子量110万、固有粘度3.1dl/g)を用い、このP1を、イオン液体である1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムクロリド(BmimCl、シグマ-アルドリッチ製)に溶解し、P1濃度が6質量%の紡糸用溶液を調製した。次に、この紡糸用溶液を紡糸装置の原液タンクに導入し、120℃に保った状態にし、紡糸ノズル(1穴、孔径0.51mm、孔長18mm)から単孔吐出量0.3g/minで一旦空気中に吐出して、凝固液中に導入し、該凝固液を通過させることで、紡糸用溶液を固化し、繊維化した。紡糸用溶液を吐出した環境は、温度が25℃(室温)の空気中で、紡糸ノズルから凝固浴までの距離が10mmのエアギャップとして、乾湿式紡糸を行った。凝固液の組成は、水とし、温度は2℃とした。
凝固液から引き出した未延伸繊維を、送りローラを介して、30℃の水浴中へ導入し、水中で、延伸倍率1.5倍の湿延伸を行った。
次いで、2段延伸として、180℃の加熱チャンバーにより、延伸倍率6.3倍の熱延伸を行い、全延伸倍率が9.5倍のポリフッ化ビニリデン繊維を得た。
得られたポリフッ化ビニリデン繊維について、繊度、引張強度、引張伸度を測定した。結果を表1に示す。
<Manufacturing of polyvinylidene fluoride fiber>
[Example 1]
As the polyvinylidene fluoride, a homopolymer of polyvinylidene fluoride (“KF Polymer 7300” manufactured by Kureha Co., Ltd., weight average molecular weight 1.1 million, intrinsic viscosity 3.1 dl / g), which is hereinafter abbreviated as “P1”, is used, and this P1 is used. , 1-Butyl-3-methylimidazolium chloride (BmimCl, manufactured by Sigma-Aldrich), which is an ionic liquid, was dissolved to prepare a spinning solution having a P1 concentration of 6% by mass. Next, this spinning solution was introduced into the undiluted solution tank of the spinning device, kept at 120 ° C., and the single-hole discharge amount was 0.3 g / min from the spinning nozzle (1 hole, hole diameter 0.51 mm, hole length 18 mm). The spinning solution was solidified and made into fibers by once discharging it into the air, introducing it into the coagulating liquid, and passing the coagulating liquid through the coagulating liquid. In the environment in which the spinning solution was discharged, dry-wet spinning was performed in air at a temperature of 25 ° C. (room temperature) with an air gap of 10 mm from the spinning nozzle to the coagulation bath. The composition of the coagulating liquid was water, and the temperature was 2 ° C.
The unstretched fibers drawn from the coagulating liquid were introduced into a water bath at 30 ° C. via a feed roller, and wet-stretched in water at a draw ratio of 1.5 times.
Next, as two-stage stretching, heat stretching was performed at a stretching ratio of 6.3 times in a heating chamber at 180 ° C. to obtain polyvinylidene fluoride fiber having a total stretching ratio of 9.5 times.
The fineness, tensile strength, and tensile elongation of the obtained polyvinylidene fluoride fiber were measured. The results are shown in Table 1.

[実施例2]
紡糸用溶液中のP1濃度を8質量%に変更し、2段延伸を170℃で行い、延伸倍率を5.3倍に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、全延伸倍率が8.0倍のポリフッ化ビニリデン繊維を得た。得られたポリフッ化ビニリデン繊維の物性を表1に示す。
[Example 2]
The total draw ratio was the same as in Example 1 except that the P1 concentration in the spinning solution was changed to 8% by mass, the two-stage stretching was performed at 170 ° C., and the draw ratio was changed to 5.3 times. An 8.0-fold polyvinylidene fluoride fiber was obtained. Table 1 shows the physical characteristics of the obtained polyvinylidene fluoride fiber.

[実施例3]
紡糸用溶液中のP1濃度を8質量%に変更し、2段延伸を140℃で行い、延伸倍率を1.3倍に変更し、新たに、3段延伸として、170℃の加熱プレートにより、延伸倍率4.3倍の熱延伸を行ったこと以外は、実施例1と同様にして、全延伸倍率が8.5倍のポリフッ化ビニリデン繊維を得た。得られたポリフッ化ビニリデン繊維の物性を表1に示す。
[Example 3]
The P1 concentration in the spinning solution was changed to 8% by mass, the two-step stretching was performed at 140 ° C., the stretching ratio was changed to 1.3 times, and the three-step stretching was newly performed by a heating plate at 170 ° C. Polyvinylidene fluoride fibers having a total draw ratio of 8.5 times were obtained in the same manner as in Example 1 except that the heat stretching was performed at a draw ratio of 4.3 times. Table 1 shows the physical characteristics of the obtained polyvinylidene fluoride fiber.

[実施例4]
紡糸用溶液中のP1濃度を10質量%に変更し、2段延伸を168℃で行い、延伸倍率を5.3倍に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、全延伸倍率が8.0倍のポリフッ化ビニリデン繊維を得た。得られたポリフッ化ビニリデン繊維の物性を表1に示す。
[Example 4]
The total draw ratio was the same as in Example 1 except that the P1 concentration in the spinning solution was changed to 10% by mass, the two-stage stretching was performed at 168 ° C, and the draw ratio was changed to 5.3 times. An 8.0-fold polyvinylidene fluoride fiber was obtained. Table 1 shows the physical characteristics of the obtained polyvinylidene fluoride fiber.

[実施例5]
紡糸用溶液中のP1濃度を12質量%に変更し、延伸工程では、1段延伸終了後の延伸繊維を2段延伸する際に、2段延伸の延伸装置である加熱チャンバーの手前に設けられた送りローラの全体を覆う予備加熱部を設け、該送りローラを50℃で予備加熱して、2段延伸を165℃で行い、延伸倍率を5.0倍に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、全延伸倍率が7.5倍のポリフッ化ビニリデン繊維を得た。得られたポリフッ化ビニリデン繊維の物性を表1に示す。
[Example 5]
The P1 concentration in the spinning solution is changed to 12% by mass, and in the drawing step, when the drawn fiber after the completion of the one-stage drawing is drawn in two stages, it is provided in front of the heating chamber which is a drawing device for the two-stage drawing. Examples except that a preheating section covering the entire feed roller was provided, the feed roller was preheated at 50 ° C., two-stage stretching was performed at 165 ° C., and the stretching ratio was changed to 5.0 times. In the same manner as in No. 1, a polyvinylidene fluoride fiber having a total draw ratio of 7.5 times was obtained. Table 1 shows the physical characteristics of the obtained polyvinylidene fluoride fiber.

[比較例1]
ポリフッ化ビニリデンとして、以下、「P2」と略記するポリフッ化ビニリデンの単独重合体(クレハ社製「KFポリマー1300」、重量平均分子量35~39万、固有粘度1.3dl/g)を用い、このP2を、35mmφの押出機のホッパーに投入し、押出機内で温度200~290℃で溶融混合し、押出機先端に取り付けた0.8mmφのノズルから溶融押出し、水中で急冷却して、常法に従い、巻取りローラで巻取り、ポリフッ化ビニリデンの未延伸繊維を得た。
次いで、1段延伸として、得られた未延伸繊維を、169℃の加熱グリセリン中で、延伸倍率5.5倍の延伸を行い、2段延伸として、174℃の加熱グリセリン中で、延伸倍率1.1倍の延伸を行い、3段延伸として、165℃の加熱グリセリン中で、延伸倍率0.9倍の延伸を行い全延伸倍率が5.8倍のポリフッ化ビニリデン繊維を得た。得られたポリフッ化ビニリデン繊維の物性を表1に示す。
[Comparative Example 1]
As the polyvinylidene fluoride, a homopolymer of polyvinylidene fluoride (“KF Polymer 1300” manufactured by Kureha Co., Ltd., weight average molecular weight of 350,000 to 390,000, intrinsic viscosity of 1.3 dl / g), which is abbreviated as “P2”, is used. P2 is put into the hopper of a 35 mmφ extruder, melt-mixed in the extruder at a temperature of 200 to 290 ° C., melt-extruded from a 0.8 mmφ nozzle attached to the tip of the extruder, rapidly cooled in water, and is a conventional method. Therefore, the undrawn fibers of polyvinylidene fluoride were obtained by winding with a take-up roller.
Next, the obtained unstretched fiber was stretched at a draw ratio of 5.5 times in heated glycerin at 169 ° C. as a one-step drawing, and a draw ratio of 1 in a heated glycerin at 174 ° C. as a two-step drawing. 1. Stretching was performed 1 times, and as a 3-step stretching, the fiber was stretched at a draw ratio of 0.9 times in heated glycerin at 165 ° C. to obtain a polyvinylidene fluoride fiber having a total draw ratio of 5.8 times. Table 1 shows the physical characteristics of the obtained polyvinylidene fluoride fiber.

[比較例2]
ポリフッ化ビニリデンとして、P2の代わりにP1を用いて、比較例1と同様に、P1の溶融紡糸を試みた。しかし、溶融体が非常に高粘度で、熱分解により着色したため、比較例1と同様の方法では、溶融紡糸を適用することができなかった。
[Comparative Example 2]
Using P1 instead of P2 as polyvinylidene fluoride, melt spinning of P1 was attempted in the same manner as in Comparative Example 1. However, since the melt had a very high viscosity and was colored by thermal decomposition, melt spinning could not be applied by the same method as in Comparative Example 1.

Figure 2022072842000001
Figure 2022072842000001

表1から、超高分子量のPVDFを用いた乾湿式紡糸において、紡糸用溶液の溶媒としてイオン液体を使用することで、引張強度に優れたPVDF繊維が得られることが分かる。
From Table 1, it can be seen that PVDF fibers having excellent tensile strength can be obtained by using an ionic liquid as a solvent for the spinning solution in dry / wet spinning using a super high molecular weight PVDF.

Claims (6)

固有粘度が1.8dl/g以上であるポリフッ化ビニリデンからなり、
引張強度が0.9GPa以上であることを特徴とする、ポリフッ化ビニリデン繊維。
It consists of polyvinylidene fluoride having an intrinsic viscosity of 1.8 dl / g or more.
A polyvinylidene fluoride fiber characterized by a tensile strength of 0.9 GPa or more.
前記ポリフッ化ビニリデンの重量平均分子量が100万以上である、請求項1に記載のポリフッ化ビニリデン繊維。 The polyvinylidene fluoride fiber according to claim 1, wherein the polyvinylidene fluoride has a weight average molecular weight of 1 million or more. 固有粘度が1.8dl/g以上であるポリフッ化ビニリデンをイオン液体に溶解し、紡糸用溶液を得る工程と、
前記紡糸用溶液を用いて乾湿式紡糸し、未延伸繊維を得る乾湿式紡糸工程と、
前記未延伸繊維を延伸する延伸工程と、を含む、ポリフッ化ビニリデン繊維の製造方法。
A step of dissolving polyvinylidene fluoride having an intrinsic viscosity of 1.8 dl / g or more in an ionic liquid to obtain a spinning solution, and
A dry-wet spinning step of obtaining undrawn fibers by dry-wet spinning using the spinning solution, and a dry-wet spinning step.
A method for producing polyvinylidene fluoride fiber, which comprises a drawing step of stretching the unstretched fiber.
前記ポリフッ化ビニリデンの重量平均分子量が100万以上である、請求項3に記載のポリフッ化ビニリデン繊維の製造方法。 The method for producing polyvinylidene fluoride fiber according to claim 3, wherein the polyvinylidene fluoride has a weight average molecular weight of 1 million or more. 前記乾湿式紡糸工程において、紡糸ノズルから吐出される紡糸用溶液の単孔吐出量が、0.1g/min以上である、請求項3又は4に記載のポリフッ化ビニリデン繊維の製造方法。 The method for producing polyvinylidene fluoride fiber according to claim 3 or 4, wherein in the dry-wet spinning step, the single-hole discharge amount of the spinning solution discharged from the spinning nozzle is 0.1 g / min or more. 請求項1又は2に記載のポリフッ化ビニリデン繊維からなる釣り糸。
A fishing line made of polyvinylidene fluoride fiber according to claim 1 or 2.
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