JP4687163B2 - Formulated solution, emulsion or gel and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、化粧品分野、塗料分野、医療分野用、電子材料分野などの分野において有用な、繊維直径がナノメーター(nm)のオーダーである極細繊維(以下、ナノファイバーという。)を配合した溶液、乳液、ゲル状物及びこれらを用いた化粧品や塗料などの各種製品およびその製造方法に関する。 The present invention is a solution containing ultrafine fibers (hereinafter referred to as nanofibers) having a fiber diameter on the order of nanometers (nm), which is useful in the fields of cosmetics, paints, medical fields, and electronic materials. The present invention relates to emulsions, gels, various products such as cosmetics and paints using these, and methods for producing the same.
化粧品は、最近多様な機能が提案されるようになっている。例えば、健康な肌の維持がし易く、肌への密着性が良好で、かつ洗い落としも良好な化粧品や、コラーゲン、ヒアルロン酸、スクワラン、尿素などの老化や角質化防止やアラントインなどのような肌荒れ防止が可能な化粧品、ベンゾフェノンや酸化亜鉛のような紫外線吸収剤による黒化やシミ、ソバカス防止、アルブチンやスクワランなどのようなメラニン生成抑制剤や皮膚細胞活性化による美白化粧品、グリセリン、ヒアルロン酸、シリコーン、ラノリンなどの保湿剤や湿潤剤によってしっとりとしてみずみずしい肌を保持することが可能な化粧品、有機物などによる化粧もち向上可能な化粧品、くすみやてかりの防止が可能な化粧品、透明感や色調などの高級感を表現することが可能な化粧品などが挙げられる。 Recently, various functions of cosmetics have been proposed. For example, cosmetics that are easy to maintain healthy skin, have good adhesion to the skin, and are well washed off, and rough skin such as collagen, hyaluronic acid, squalane, urea and other aging and keratinization prevention, and allantoin Cosmetics that can be prevented, blackening and stains by UV absorbers such as benzophenone and zinc oxide, melanin production inhibitors such as arbutin and squalane, whitening cosmetics by activating skin cells, glycerin, hyaluronic acid, Cosmetics that can keep moist and fresh skin with moisturizers and wetting agents such as silicone and lanolin, cosmetics that can improve makeup with organic substances, cosmetics that can prevent dullness and dullness, transparency and color tone, etc. Cosmetics that can express the high-class feeling.
このような機能を付与するために、皮膚を保護するための各種油性分、保湿剤、増粘剤、美白剤、紫外線防止剤、微粒子、色素などが水や溶媒に配合されるが、製法上、各種配合剤を均一に分散する方法や乳化配合を安定化することなどの課題がある。また、製品としては、化粧品における配合剤の均一性や分散性が良好であり、かつそれらの長期保存安定性に優れていることが要求される。更に、化粧品の感触、伸びや肌触りなどのメーク時の使用感、メーク後の汗などに対する化粧もちが優れており、化粧落としが容易であることなどが要求される。 In order to provide such functions, various oily components for protecting the skin, moisturizers, thickeners, whitening agents, UV inhibitors, fine particles, pigments, and the like are blended in water or a solvent. There are problems such as a method of uniformly dispersing various compounding agents and stabilizing an emulsification compounding. Further, the product is required to have good uniformity and dispersibility of the compounding agent in cosmetics and excellent long-term storage stability. Furthermore, it is required to have a cosmetic feel, a feeling of use at the time of makeup such as elongation and touch, and a makeup feeling against sweat after the makeup, etc., and easy removal of makeup.
従来の化粧品においては、界面活性剤や天然の分散剤を使用したり、無機微粒子、有機微粒子、高分子ゲル、天然ゲル、コラーゲンなどの基材に配合剤を担持させたり、アクリルアミド系の高分子増粘剤などで各種配合剤を分散させたりすることによって、各種配合剤の均一分散性、安定性を向上し、化粧品の上記各種課題を解決する検討がなされている。 In conventional cosmetics, surfactants and natural dispersants are used, compounding agents are supported on base materials such as inorganic fine particles, organic fine particles, polymer gels, natural gels, collagen, and acrylamide polymers. By dispersing various compounding agents with a thickener or the like, studies have been made to improve the uniform dispersibility and stability of various compounding agents and solve the above-mentioned various problems of cosmetics.
最近では化粧品において、配合剤として油成分を分散する場合(例えば、特許文献1、2、3)、その油成分微粒子の粒径を1μm以下にする油成分のマイクロ分散技術が検討されている。また、配合剤が無機微粒子の場合、直径が0.1μm以下の微粒子(以下、ナノ微粒子という。)の配合技術が検討されるようになっている。(例えば、特許文献4、5、6、7、8)このような油成分微粒子や固形成分微粒子の均一分散は、脂質の種類を選択することや、界面活性剤の最適化による表面張力制御などの従来の方法によってある程度は改善が可能である。しかし、その長期保存安定性については、微粒子の直径が小さくなるほど難しく、特にナノ微粒子になると非常に凝集し易く、分散するよりも逆にミクロンサイズに2次凝集した粒子を形成し沈殿するなど、ナノ微粒子を均一に分散しようという、本来の目的が達成できない問題が生じている。 Recently, in cosmetics, when an oil component is dispersed as a compounding agent (for example, Patent Documents 1, 2, and 3), an oil component micro-dispersion technique for reducing the particle size of the oil component fine particles to 1 μm or less has been studied. In addition, when the compounding agent is inorganic fine particles, a technique for compounding fine particles having a diameter of 0.1 μm or less (hereinafter referred to as nano fine particles) has been studied. (For example, Patent Documents 4, 5, 6, 7, and 8) The uniform dispersion of such oil component fine particles and solid component fine particles can be achieved by selecting the type of lipid or controlling the surface tension by optimizing the surfactant. This conventional method can be improved to some extent. However, its long-term storage stability is more difficult as the diameter of the fine particles becomes smaller, especially when it becomes a nano fine particle, it is very easy to agglomerate, and instead of being dispersed, it forms a secondary agglomerated particle and precipitates. A problem has arisen that the original purpose of achieving uniform dispersion of the nanoparticles is not achieved.
配合剤や微粒子の均一分散性を向上したり、分散状態を長期安定化するために、グリセリン類の使用(例えば、特許文献9、10)やアクリルアミド類の使用(例えば、特許文献11、12)なども検討されているが、これらの分散剤自身の分散性や長期安定性が十分でない場合がある。例えば、アクリルアミドの直径が50〜1000nmの水中油型エマルジョン(例えば、特許文献13)について開示されている。このような分散剤は、微粒子化することによって、肌への塗布時の伸びがよく、肌触りにも優れるが、アクリルアミド自身の性質による使用時のベタツキ感があり、化粧品使用時の爽やかさ、清涼感、ナチュラル感が損なわれる欠点があった。 Use of glycerins (for example, Patent Documents 9 and 10) and use of acrylamides (for example, Patent Documents 11 and 12) in order to improve the uniform dispersibility of compounding agents and fine particles and to stabilize the dispersion state for a long period of time. However, the dispersibility and long-term stability of these dispersants themselves may not be sufficient. For example, an oil-in-water emulsion having an acrylamide diameter of 50 to 1000 nm (for example, Patent Document 13) is disclosed. Such dispersants are finely divided to provide good elongation when applied to the skin and excellent touch, but they have a sticky feeling due to the properties of acrylamide itself, and are refreshing and refreshing when using cosmetics. There was the fault that a feeling of feeling and a natural feeling were spoiled.
このため、配合剤や微粒子の均一分散性や長期保存安定性や、肌への密着性が良好で、しかもなめらかで伸びがよく、肌触りにも優れ、さらに使用時のベタツキ感がなく、化粧品使用時の爽やかさ、清涼感、ナチュラル感にも優れた素材が求められていた。 For this reason, uniform dispersibility of compounding agents and fine particles, long-term storage stability, good adhesion to the skin, smooth and good stretch, excellent touch, no stickiness when used, and cosmetic use Materials that are superior in the refreshing, refreshing, and natural feelings of time have been demanded.
このような素材として従来から、タルク、ベントナイトなどの粘土素材や無機粒子を担持体として配合剤を付着させて分散させる方法が提案されているが、担持体の粒径が数μm以上と大きいため、化粧品中に均一に分散することが困難であるだけでなく、担持体の粒径が大きいために化粧品使用時にザラツキ感があり、爽やかさやナチュラル感が損なわれる問題があった。 Conventionally, a method for adhering and dispersing a compounding agent using a clay material such as talc or bentonite or inorganic particles as a carrier as a material has been proposed, but the particle size of the carrier is as large as several μm or more. In addition to being difficult to uniformly disperse in cosmetics, the particle size of the carrier is large, so that there is a rough feeling when using cosmetics, and there is a problem that freshness and natural feeling are impaired.
他の方法として、上記有機微粒子や無機微粒子と異なる配合剤として、最近、コラーゲン繊維などの天然繊維を配合した化粧品が検討されている(例えば、特許文献14、15、16)。これらは、コラーゲンを低分子量化したり、コラーゲン繊維に化学修飾を施すことにより皮膚への浸透や吸収をし易く改質する材料であって、繊維として見た場合には、繊維本来の担持体としての形態、機能としての作用は小さいものであった。また、絹フィブロイン繊維を微細化した検討例(例えば、特許文献17)も開示されているが、繊維長は1〜200μmの短繊維になるが、繊維直径は10μm程度であり、微細な繊維というよりも10μm以上の絹粉末というべきものであるため、粒子として見た場合には大きいものであり、絹粉末自身の分散性が悪く、かつ沈殿しやすく、他のナノ微粒子を担持分散する材料として求められる特性としては不十分であった。さらに他の方法として、セルロース繊維を利用する例もあるが(例えば特許文献18)、このようなセルロースフィブリルを利用する場合、セルロースのフィブリル繊維の直径のバラツキが1/10〜1/100と大きく、太径のものと細径のものが混在し、それらを均一に分散することは非常に困難であり、また、太径のものは沈降しやすく、微粒子を分散するよりもむしろ一緒に沈降するという欠点もあった。また、保存中にカビが発生したり、繊維自体の剛性が高く柔軟性が不足するなどの欠点があった。 As another method, cosmetics containing natural fibers such as collagen fibers have recently been studied as a compounding agent different from the organic fine particles and inorganic fine particles (for example, Patent Documents 14, 15, and 16). These are materials that can be easily modified to penetrate or absorb the skin by reducing the molecular weight of collagen or by chemically modifying collagen fibers. The action as a form and function was small. Moreover, although the examination example (for example, patent document 17) which refined | miniaturized the silk fibroin fiber is also disclosed, although fiber length becomes a short fiber of 1-200 micrometers, a fiber diameter is about 10 micrometers and is called a fine fiber. Since it should be a silk powder of 10 μm or more than the above, it is large when viewed as a particle, the dispersibility of the silk powder itself is poor, it is easy to settle, and it is a material that supports and disperses other nanoparticles. The required properties were insufficient. As another method, there is an example in which cellulose fibers are used (for example, Patent Document 18). When such cellulose fibrils are used, the variation in diameter of cellulose fibril fibers is as large as 1/10 to 1/100. It is very difficult to uniformly disperse the large and small diameters, and it is very difficult to disperse them uniformly. Also, the large ones tend to settle and settle together rather than disperse the fine particles. There was also a drawback. In addition, there are defects such as generation of mold during storage and lack of flexibility due to the high rigidity of the fiber itself.
さらに、セルロースからなるナノファイバーを利用した例も存在するが(特許文献19)、繊維が細すぎるために、繊維の絶対的な強力が低く、分散する際にセルロース繊維が切れて粉々になったり、セルロース故に、分散液の保存中にカビが発生したりする問題があった。この観点から、セルロースではなく、合成高分子からなる極細繊維を利用することが求められていた。 Furthermore, there is an example using nanofibers made of cellulose (Patent Document 19). However, since the fibers are too thin, the absolute strength of the fibers is low, and the cellulose fibers are broken and shattered when dispersed. Because of cellulose, there is a problem that mold is generated during storage of the dispersion. From this viewpoint, it has been demanded to use ultrafine fibers made of a synthetic polymer, not cellulose.
そこで、合成高分子からなる極細繊維を利用については、ベルベット調の艶や幼児の産毛調の自然艶を得ることを目的としたもの「超極細繊維を配合した化粧料」(例えば、特許文献20)が開示されている。ここで用いられている極細繊維の繊維長は50μm以下と短いものの、その繊維直径は2μm(0.055dtex)と、化粧品に配合した場合には、特殊なメイク用途以外ではまだその繊維直径が太く、柔軟性が不足し、肌とのなじみが悪く、使用感としても違和感があり、また、繊維自体の水や油剤への分散性や微粒子との馴染み性も不十分であった。このため、織物、編物、不織布などでは極細繊維として利用されているとしても、化粧品分野ではまだ細さや柔軟性が不足するため適用は困難であった。 Therefore, regarding the use of ultrafine fibers made of a synthetic polymer, “cosmetics blended with ultrafine fibers” for the purpose of obtaining velvet-like luster and natural luster of infant's hairy tone (for example, Patent Document 20) ) Is disclosed. Although the fiber length of the ultrafine fiber used here is as short as 50 μm or less, the fiber diameter is 2 μm (0.055 dtex). When blended in cosmetics, the fiber diameter is still thick except for special makeup applications. In addition, the flexibility was insufficient, the skin was unsuitable, the feeling of use was uncomfortable, and the dispersibility of the fiber itself in water and oil and the familiarity with fine particles were insufficient. For this reason, even if it is used as ultrafine fibers in woven fabrics, knitted fabrics, non-woven fabrics, etc., it has been difficult to apply in the cosmetics field due to the lack of thinness and flexibility.
ここで、上記で引用した特許文献等に記載されている繊維で通常よく用いられる繊維の繊度(dtex)と本発明の合成紙で用いる単繊維の数平均直径φ(μm)との間には下記(1)式が成立する。 Here, between the fineness (dtex) of the fibers usually used in the fibers described in the patent documents cited above and the number average diameter φ (μm) of the single fibers used in the synthetic paper of the present invention The following equation (1) is established.
φ=10×(4×dtex/πρ)1/2 (1)
ここで、dtexとは繊維が10000mの重さ1gとなる繊維の太さ(JIS L 0101)(1978)のことを指している。
φ = 10 × (4 × dtex / πρ) 1/2 (1)
Here, dtex refers to the fiber thickness (JIS L 0101) (1978) that makes the fiber 1 g in weight of 10,000 m.
例えば、繊度を本発明でいう単繊維数平均直径に換算する場合、例えば高分子がナイロンの場合、比重が1.14(ナイロン6相当)で換算した値で、次式で求められる。 For example, when the fineness is converted into the average number of single fibers referred to in the present invention, for example, when the polymer is nylon, the specific gravity is a value converted by 1.14 (equivalent to nylon 6).
φn6=10.6×(dtex)1/2
また、ナイロン6ではなく、高分子の種類が違う場合には、上記の式中で、その高分子に固有の比重に置き換えて計算すればよい。
In addition, when the type of polymer is different from nylon 6, the calculation may be performed by replacing the specific gravity of the polymer in the above formula.
本発明は、均一分散性や分散の長期安定性に優れ、しかも化粧品として優れた特性を有する配合溶液、乳液およびゲル状物を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a blended solution, an emulsion, and a gel-like product that are excellent in uniform dispersibility and long-term stability of dispersion, and have excellent properties as a cosmetic.
上記の課題を解決するため、本発明は次の構成を有するものである。
(1)ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリフェニレンスルフィド、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール、ポリスルホン、ポリウレタン、フッ素系高分子及びそれらの誘導体からなる群から選ばれる少なくとも一種である熱可塑性高分子からなり、数平均による単繊維の直径が1〜500nm、該単繊維比率の和Paが60%以上である繊維分散体、および溶媒を含むことを特徴とする配合溶液。
(2)前記配合溶液を用いてなる化粧品。
(3)前記配合溶液を用いてなる塗料。
(4)水、油及び有機溶媒からなる群から選ばれる少なくとも一種の中で、繊維集合体を直接叩解することを特徴とする前記配合溶液の製造方法。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.
(1) Polyester, polyamide, polyolefin, polyphenylene sulfide, phenol resin, polyvinyl alcohol, polysulfone, polyurethane, a fluoropolymer, and a thermoplastic polymer that is at least one selected from the group consisting of derivatives thereof. A blended solution comprising a fiber dispersion having a single fiber diameter of 1 to 500 nm, a sum Pa of the single fiber ratio of 60% or more, and a solvent.
( 2 ) Cosmetics using the said mixing | blending solution.
( 3 ) A coating material using the above blended solution.
( 4 ) The method for producing the blended solution, wherein the fiber assembly is directly beaten in at least one selected from the group consisting of water, oil and organic solvent.
本発明によれば、最近の化粧品、医療品や他の分野において、ナノファイバーを配合溶液や乳液、ゲル状物に配合することによって、1μm以下の貴金属、金属酸化物、高分子微粒子からなるマイクロ微粒子やナノ微粒子などを均一に分散できるだけでなく、その分散を長期に安定化できる。 According to the present invention, in recent cosmetics, medical products, and other fields, nanofibers are blended into compounding solutions, emulsions, and gels, thereby forming microparticles composed of noble metals, metal oxides, and polymer fine particles of 1 μm or less. Not only can fine particles and nano fine particles be uniformly dispersed, but also the dispersion can be stabilized over a long period of time.
また、数μm以上の直径を有する従来の繊維を化粧品に配合するとざらつき感があり、実用的な配合剤にならなかったが、本発明のナノファイバーでは、肌表面のしわスジより細く、肌へのなじみが良好で、肌にソフトで自然な感触を得ることができる。そして、ナノファイバーを配合することによって、化粧品の滑り性や保水性、保湿性、伸び、パック性が良好で、化粧もちも向上し、従来の繊維にはない機能が得られる。このため、ナノファイバーの細さや比表面積などの特徴を活かし、化粧水、ローション、液状ファンデーション、シャンプー、リンス、乳液、コールドクリーム、クレンジングクリーム、シェービングクリーム、ヘアークリーム、パック用や軟膏用のゲル、整髪用ゲル、洗顔用ゲル、石鹸用ゲル、パック材などに本発明のナノファイバーを配合し、多くの種類の化粧品に適用することができる。 In addition, when conventional fibers having a diameter of several μm or more were blended into cosmetics, there was a feeling of roughness, and it did not become a practical compounding agent. However, the nanofiber of the present invention is thinner than the wrinkles on the skin surface, and is suitable for the skin. Familiarity is good, and a soft and natural feel can be obtained on the skin. By blending the nanofibers, the slipperiness, water retention, moisture retention, elongation, and packability of the cosmetics are good, the makeup is improved, and functions not found in conventional fibers can be obtained. Therefore, taking advantage of the features such as the fineness and specific surface area of nanofiber, lotion, lotion, liquid foundation, shampoo, rinse, emulsion, cold cream, cleansing cream, shaving cream, hair cream, gel for packs and ointments, The nanofiber of the present invention can be blended with hair styling gel, face washing gel, soap gel, pack material, etc., and applied to many types of cosmetics.
さらに、ナノファイバーによる分散性、均一性、保存性などの効果は、単に、化粧品にとどまらず、軟膏や湿布液、細胞培養用基材、蛋白吸着材などの医療用分野、電池用電解質材や燃料電池の触媒担持体用材料、ケミカルフィルター用の触媒用担持体用材料や有害ガスの吸着材などの電子基材や電子関連装置分野、各種フィラーや顔料を配合した塗料、接着剤や壁材用コート材などの建築資材分野、浄化用フィルターや浄化フィルター用の活性炭や酸化チタンなどの微粒子の担持体などの工業資材分野、絵画用絵の具などでも有効である。 Furthermore, the effects such as dispersibility, uniformity, and storage stability of nanofibers are not limited to cosmetics, but include medical fields such as ointments, poultice liquids, cell culture substrates, protein adsorbents, battery electrolyte materials, Materials for fuel cell catalyst carriers, materials for catalyst carriers for chemical filters, adsorbents for harmful gases, and other electronic substrates and devices related to electronic devices, paints, adhesives and wall materials containing various fillers and pigments It is also effective in the field of building materials such as coating materials for coatings, in the field of industrial materials such as purification filters, activated carbon for purification filters and particulate carriers such as titanium oxide, and paints for painting.
また、従来の通常の合成繊維や極細繊維では対応が難しい分野において、本発明の配合溶液、乳液、ゲル状物は、各種物質(例:微粒子、化学物質、蛋白、病原菌など)の吸着性や吸収性、生態的適合性や相溶性などナノメーターレベルでの表面活性や該表面の化学的相互作用が期待される。 Also, in fields that are difficult to deal with conventional ordinary synthetic fibers and ultrafine fibers, the compound solution, emulsion, and gel-like product of the present invention can absorb various substances (eg, fine particles, chemical substances, proteins, pathogenic bacteria, etc.) Surface activity at the nanometer level, such as absorption, ecological compatibility and compatibility, and chemical interaction of the surface are expected.
以下、本発明をさらに詳しく説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
本発明のナノファイバー分散体を構成する熱可塑性高分子としては、ポリエステルやポリアミド、ポリオレフィン、ポリフェニレンスルフィド(PPS)等が挙げられる。ポリエステルとしてはポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリトリメチレンテレフタレート(PTT)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリ乳酸(PLA)などが挙げられる。また、ポリアミドとしてはナイロン6(N6)、ナイロン66(N66)、ナイロン11(N11)などが挙げられる。また、ポリオレフィンとしては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)などが挙げられる。上記した熱可塑性高分子以外にも、フェノール樹脂やポリアクリロニトリル(PAN)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリスルホン、フッ素系高分子やそれらの誘導体を用いることももちろん可能である。 Examples of the thermoplastic polymer constituting the nanofiber dispersion of the present invention include polyester, polyamide, polyolefin, and polyphenylene sulfide (PPS). Examples of the polyester include polyethylene terephthalate (PET), polytrimethylene terephthalate (PTT), polybutylene terephthalate (PBT), and polylactic acid (PLA). Examples of polyamide include nylon 6 (N6), nylon 66 (N66), nylon 11 (N11), and the like. Examples of the polyolefin include polyethylene (PE), polypropylene (PP), and polystyrene (PS). In addition to the thermoplastic polymers described above, it is of course possible to use phenol resins, polyacrylonitrile (PAN), polyvinyl alcohol (PVA), polysulfone, fluorine-based polymers, and derivatives thereof.
これらの高分子の中でも、耐熱性の点から、融点165℃以上のものが好ましい。より好ましくは、ポリエステルやポリアミドに代表される重縮合系高分子の中で高い融点を有するもの、例えば、PPは165℃、PLAは170℃、N6は220℃、PETは255℃である。また、これらの高分子には微粒子、難燃剤、帯電防止剤等の配合剤を含有させてもよい。また、ポリマーの性質を損なわない範囲で他の成分が共重合されていても良い。さらに、溶融紡糸の容易さから、融点が300℃以下の高分子が好ましい。 Among these polymers, those having a melting point of 165 ° C. or higher are preferable from the viewpoint of heat resistance. More preferably, a polycondensation polymer represented by polyester or polyamide has a high melting point, for example, PP is 165 ° C, PLA is 170 ° C, N6 is 220 ° C, and PET is 255 ° C. These polymers may contain compounding agents such as fine particles, flame retardants and antistatic agents. Further, other components may be copolymerized as long as the properties of the polymer are not impaired. Furthermore, a polymer having a melting point of 300 ° C. or lower is preferable because of ease of melt spinning.
特にN6やN66に代表されるポリアミドは吸水性や保水性に優れるため、これらの特性を生かして、本発明の配合溶液や乳液、ならびにゲル状物にPAのナノファイバーを配合することで化粧用途などに好適に用いることができる。 In particular, polyamides represented by N6 and N66 are excellent in water absorption and water retention. Taking advantage of these properties, the nanofibers of PA are blended into the blended solution and emulsion of the present invention and the gel-like product for cosmetic use. It can use suitably for.
本発明で用いる繊維分散体とは、数平均による単繊維の直径(単繊維数平均直径)が1〜500nmの範囲内にあるナノファイバーのことを言い、その形態は単繊維が分散したもののことである。また、繊維状の形態であればよく、その長さや断面形状にはこだわらないものである。そして、本発明では、ナノファイバーの単繊維直径の平均値およびバラツキが重要である。配合溶液や乳液、ゲル状物中でナノファイバーを均一に分散させたり、ナノファイバーが経時で凝集や沈降しないような長期保存安定性を向上させるために、単繊維数平均直径は1〜500nmであることが重要であり、1〜200nmであることが好ましく、1〜150nmであることがより好ましく、1〜100nmであることがさらに好ましい。 The fiber dispersion used in the present invention refers to a nanofiber having a number average single fiber diameter (single fiber number average diameter) in the range of 1 to 500 nm, and its form is a dispersion of single fibers. It is. Moreover, what is necessary is just a fibrous form, and it does not stick to the length or cross-sectional shape. In the present invention, the average value and variation of the single fiber diameters of the nanofibers are important. In order to disperse nanofibers uniformly in compounded solutions, emulsions, and gels, and to improve long-term storage stability so that nanofibers do not aggregate or settle over time, the average number of single fibers is 1 to 500 nm. It is important that it is 1 to 200 nm, more preferably 1 to 150 nm, and even more preferably 1 to 100 nm.
ここで、単繊維数平均直径は、後述する実施例中の測定法「H.ナノファイバーのSEM観察」および「I.ナノファイバーの単繊維数平均直径φm」によって評価され、単繊維直径のバラツキは、「H.ナノファイバーのSEM観察」、「J.ナノファイバー単繊維比率の和Paの評価」および「K.ナノファイバーの単繊維直径の集中度指数Pbの評価」によって表される。 Here, the single fiber number average diameter is evaluated by the measurement methods “H. SEM observation of nanofibers” and “I. Nanofiber single fiber average diameter φm” in the examples described later, and variations in single fiber diameters. Are represented by “H. SEM observation of nanofiber”, “J. Evaluation of sum Pa of nanofiber single fiber ratio” and “K. Evaluation of concentration index Pb of single fiber diameter of nanofiber”.
単繊維数平均直径は、配合溶液や乳液、ゲル状物中からナノファイバーをサンプリングし、サンプリングしたナノファイバーの表面を透過型電子顕微鏡(TEM)あるいは走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、同一表面内で無作為抽出した30本の単繊維直径を測定し、さらに、サンプリングを10回行い、合計300本の単繊維直径のデータからその単純平均値を求め、これを「単繊維数平均直径φm」と本発明では呼ぶ。また、ナノファイバーの単繊維直径のバラツキは以下のようにして評価する。上述で求めた単繊維直径から分布表(ヒストグラム)を作成するために、単繊維直径φを任意の区分(n個)に分割し、各区分の両端の平均値をφiとする。該区分のナノファイバー各々の直径区分φi(i=1〜n)に対する頻度fiを数え、分布表を作成する。任意の区分に分割する方法としては、例えば単繊維数平均直径φmが500nm以下の場合、1区画は1〜10nmとして、nは10〜100区分とすることができる。(比較上で、単繊維数平均直径φmが500nmを超える場合には、1区画は数平均直径φmの1/10間隔以下として、nは10区分〜100区分とすることができる)。 The average number of single fibers is the same as that obtained by sampling nanofibers from mixed solutions, emulsions, and gels, and observing the surface of the sampled nanofibers with a transmission electron microscope (TEM) or scanning electron microscope (SEM). The diameter of 30 single fibers randomly sampled on the surface is measured, and further sampling is performed 10 times, and the simple average value is obtained from the data of the total diameter of 300 single fibers. In the present invention, it is called “φm”. Moreover, the dispersion | variation in the single fiber diameter of nanofiber is evaluated as follows. In order to create a distribution table (histogram) from the single fiber diameter obtained above, the single fiber diameter φ is divided into arbitrary sections (n), and the average value at both ends of each section is defined as φi. The frequency fi for the diameter section φi (i = 1 to n) of each nanofiber of the section is counted, and a distribution table is created. As a method of dividing into arbitrary sections, for example, when the single fiber number average diameter φm is 500 nm or less, one section may be 1 to 10 nm and n may be 10 to 100 sections. (For comparison, when the single fiber number average diameter φm exceeds 500 nm, one section may be 1/10 or less of the number average diameter φm, and n may be 10 to 100 sections).
次に、単繊維直径のバラツキを評価する「単繊維比率の和Pa」と「集中指数Pb」について説明する。 Next, “sum of single fiber ratio Pa” and “concentration index Pb” for evaluating the variation in single fiber diameter will be described.
同じ区画に入る単繊維直径φiを持つナノファイバーの頻度fiを数え、Nで割ったものをその単繊維直径の比率をPiとする。Piを1から500nmの範囲内にある区画番号rまでの個々のfi/Nを単純に加算すればPaを求めることができる。 The frequency fi of nanofibers having a single fiber diameter φi entering the same section is counted, and the ratio of the single fiber diameter divided by N is defined as Pi. Pa can be obtained by simply adding individual fi / N up to a partition number r in the range of 1 to 500 nm.
N=Σfi (i=1〜n) (2)
Pa=Σ(fi/N) (i=1〜r) (3)
具体的には、1から500nmの範囲内にある区画番号rまでの個々のfi/Nを加算すれば良い。本発明において、ナノファイバーではPaが60%以上であることが重要であり、65%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましい。Paは大きいほど本発明でいうナノファイバーの本数比率が多く、粗大な単繊維直径のものが少ないことを意味している。これにより、ナノファイバーの機能を十分に発揮することができ、また製品の品質安定性も良好とすることができる。
N = Σfi (i = 1 to n) (2)
Pa = Σ (fi / N) (i = 1 to r) (3)
Specifically, the individual fi / Ns up to the partition number r within the range of 1 to 500 nm may be added. In the present invention, it is important that the nanofiber has Pa of 60% or more, preferably 65% or more, and more preferably 70% or more. As Pa is larger, the number ratio of nanofibers referred to in the present invention is larger, and the number of coarse single fiber diameters is smaller. Thereby, the function of the nanofiber can be sufficiently exhibited, and the quality stability of the product can be improved.
また、単繊維直径の集中度指数Pbは、単繊維の平均直径付近の集中度を示す。上述のとおりにで得られたφiの頻度fiを利用し、このデータを基に「単繊維直径φiの2乗値χiの区画に対する頻度fjの分布表(ヒストグラム)を作製する。次に、χiに対する「該頻度fjを積算した値Pjの表を予め作成する。 Moreover, the concentration index Pb of the single fiber diameter indicates the concentration in the vicinity of the average diameter of the single fibers. Using the frequency fi of φi obtained as described above, based on this data, “a distribution table (histogram) of the frequency fj for the section of the square value χi of the single fiber diameter φi is prepared. A table of values Pj obtained by integrating the frequencies fj is prepared in advance.
Pj=Σ(fj/N) (j=1〜n) (4)
単繊維直径φiの2乗値χiは繊維(円筒形)の重量に比例するので、(1)式からわかるようにdtex、即ち繊度に対する分布に対応する。このχiに対する「積算頻度数Pj」の近似関数Q(χiの4から6次関数)をマイクロソフト(Microsoft)社製エクセル(Excel)(商品名)で作成する。その後、単繊維数平均直径φmを中央値にして、φmに15nmプラスしたものの2乗値をχaとし、φmに15nmマイナスしたものの2乗値をχbとすると、集中指数Pbは下記式から求められる。
Pj = Σ (fj / N) (j = 1 to n) (4)
Since the square value χ i of the single fiber diameter φ i is proportional to the weight of the fiber (cylindrical shape), it corresponds to the dtex, that is, the distribution with respect to the fineness, as can be seen from the equation (1). An approximate function Q (4 to 6th order function of χi) of “accumulated frequency number Pj” with respect to χi is created by Excel (trade name) manufactured by Microsoft Corporation. Then, assuming that the average number of single fibers φm is the median, the square value of 15 nm plus φm is χa, and the squared value of φm minus 15 nm is χb, the concentration index Pb can be obtained from the following equation: .
Pb=Q(χa)−Q(χb) (5)
本発明においてナノファイバーは、単繊維数平均直径を中央値として、その前後30nmに入る繊維の割合を表す単繊維直径の集中度指数Pbが、50%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましく、70%以上であることがさらに好ましい。このことは、Pbが高いほど単繊維直径のバラツキが小さいことを意味している。実際の単繊維数平均直径φm、単繊維比率の和Pa、単繊維直径の集中指数Pbの実際の測定法は、後述の実施例中に示した。
Pb = Q (χa) −Q (χb) (5)
In the present invention, the nanofibers preferably have a single fiber diameter concentration index Pb representing the ratio of fibers entering 30 nm before and after the number average single fiber diameter as a median value of 50% or more, and 60% or more. More preferably, it is more preferably 70% or more. This means that the higher the Pb, the smaller the variation in the single fiber diameter. The actual measurement methods of the actual single fiber number average diameter φm, the single fiber ratio sum Pa, and the single fiber diameter concentration index Pb are shown in the examples described later.
本発明では前記のナノファイバー分散体を利用して、配合溶液、乳液、ゲル状物とすることができる。これは前記のナノファイバーにより初めて達成できるものである。例えば、エレクトロスピニング法により得られるナノファイバーでは、通常不織布形状でしかナノファイバーを捕集できないため、得られたナノファイバーを溶媒中に均一分散させるという思想そのものが無く、またこれを行うことは困難であり、実際ナノファイバーを溶媒中に分散させた例は無かった。一方、本発明では生産性の高い溶融紡糸法により高分子アロイ繊維を得、ここから海成分を脱海することでナノファイバー集合体とし、さらにこれを短繊維化した後に叩解、分散することでナノファイバー分散体とするため、上述のような配合溶液、乳液、ゲル状物を効率良く作製することが初めて可能となったのである。
本発明のナノファイバー配合溶液、乳液、ゲル状物は、ナノファイバー分散体と溶媒あるいはゲルとで構成されている。本発明の配合溶液、乳液、ゲル状物とは、ナノファイバーもしくはナノファイバーとその他の薬剤が溶媒あるいはゲル中に配合された液状物もしくは固形状物のことを指す。
In the present invention, the nanofiber dispersion can be used to obtain a compound solution, an emulsion, or a gel. This can be achieved for the first time by the nanofiber. For example, nanofibers obtained by the electrospinning method usually collect nanofibers only in the form of nonwoven fabric, so there is no idea of uniformly dispersing the obtained nanofibers in a solvent, and it is difficult to do this In fact, there was no example in which nanofibers were dispersed in a solvent. On the other hand, in the present invention, a polymer alloy fiber is obtained by a highly productive melt spinning method, from which sea components are removed to form a nanofiber aggregate, which is further shortened to be beaten and dispersed. In order to obtain a nanofiber dispersion, it has become possible for the first time to efficiently produce the above-described blended solution, emulsion, and gel.
The nanofiber compound solution, emulsion, and gel-like material of the present invention are composed of a nanofiber dispersion and a solvent or gel. The blended solution, emulsion, and gel-like product of the present invention refer to a liquid or solid product in which nanofibers or nanofibers and other drugs are blended in a solvent or gel.
本発明でいう配合溶液とは、ナノファイバー分散体が比較的低濃度で溶媒中に分散しているもので、粘度が比較的低くて流動性が高いものである。また、ナノファイバー分散体が比較的高濃度で溶媒あるいはゲル中に存在し、粘度が比較的高くて流動性が低いものをゲル状物と定義する。また、配合溶液がエマルジョンを形成しており、その中に比較的低濃度でナノファイバー分散体がエマルジョン中に分散しているものを乳液と定義する。
ここで溶媒あるいはゲルは、配合溶液や乳液、ゲル状物中のナノファイバー以外の配合成分を溶解するだけでなく、ナノファイバーの分散媒としても働く。
The compounding solution referred to in the present invention is a solution in which a nanofiber dispersion is dispersed in a solvent at a relatively low concentration, and has a relatively low viscosity and high fluidity. In addition, a nanofiber dispersion having a relatively high concentration in a solvent or gel and having a relatively high viscosity and low fluidity is defined as a gel-like material. In addition, an emulsion is defined as a compounded solution forming an emulsion in which a nanofiber dispersion is dispersed in the emulsion at a relatively low concentration.
Here, the solvent or gel not only dissolves the compounding components other than the nanofibers in the compounding solution, the emulsion, and the gel-like material, but also acts as a dispersion medium for the nanofibers.
また、溶媒は、水及び/又は油及び/又は有機溶媒(乳液を含む)のうちで、適宜組みあわせて使用することができる。油としては、アマニ油、トウモロコシ油、オリーブ油、ヒマワリ油、菜種油、ゴマ油、大豆油、カカオ油、ヤシ油、パーム油、モクロウなどの天然油やパラフィン、ワセリン、セレシン、流動パラフィン、スクワラン、ワックス、高級脂肪酸、シリコーン油、架橋シリコーン油などがあり、単独でも2種類以上の組合わせても使用可能である。また、有機溶媒としては、アルコール類、エステル類、グリコール類、グリセリン類、ケトン類、エーテル類、アミン類、乳酸・酪酸などの低級脂肪酸類、ピリジン、テトラヒドロフラン、フルフリルアルコール、アセトニトリル類、乳酸メチル、乳酸エチルなどがあり、単独でも2種類以上の組合わせても使用可能である。 Moreover, a solvent can be used in combination as appropriate among water and / or oil and / or organic solvent (including emulsion). Oils include linseed oil, corn oil, olive oil, sunflower oil, rapeseed oil, sesame oil, soybean oil, cacao oil, palm oil, palm oil, owl, and other natural oils, paraffin, petrolatum, ceresin, liquid paraffin, squalane, wax, There are higher fatty acids, silicone oils, cross-linked silicone oils, etc., which can be used alone or in combination of two or more. Organic solvents include alcohols, esters, glycols, glycerols, ketones, ethers, amines, lower fatty acids such as lactic acid and butyric acid, pyridine, tetrahydrofuran, furfuryl alcohol, acetonitriles, methyl lactate , Ethyl lactate, etc., which can be used alone or in combination of two or more.
本発明で用いる単繊維の直径が1〜500nmのナノファイバー分散体は、溶媒中の分散性を向上させる点から、濾水度が350以下であることが好ましい。濾水度は200以下がより好ましく、100以下が更に好ましい。濾水度の下限としては、5以上であることが好ましい。 The nanofiber dispersion having a single fiber diameter of 1 to 500 nm used in the present invention preferably has a freeness of 350 or less from the viewpoint of improving dispersibility in a solvent. The freeness is more preferably 200 or less, and still more preferably 100 or less. The lower limit of the freeness is preferably 5 or more.
次に、本発明で用いる単繊維の直径が1〜500nmのナノファイバーと従来の合成繊維とを比較する。直径が10μm以上の繊維(以下、通常繊維という。)、直径が0.5μm(500nm)を超えて10μm以下である繊維(以下、極細繊維という。)の2種類の従来の繊維、直径が0.5μm(500nm)以下である本発明で用いる繊維(ナノファイバーA、B)について、表1に各繊維の代表的な繊維直径の例を示した。 Next, a nanofiber having a single fiber diameter of 1 to 500 nm used in the present invention is compared with a conventional synthetic fiber. Two types of conventional fibers, a fiber having a diameter of 10 μm or more (hereinafter referred to as a normal fiber) and a fiber having a diameter of more than 0.5 μm (500 nm) and a diameter of 10 μm or less (hereinafter referred to as an ultrafine fiber). Examples of typical fiber diameters of the fibers are shown in Table 1 for the fibers (nanofibers A and B) used in the present invention having a diameter of 0.5 μm (500 nm) or less.
通常よく用いられる繊維の繊度(dtex)と単繊維の直径φ(μm)との間には前掲の(1)式が成立する。 The above-described equation (1) is established between the fineness (dtex) of the fiber that is usually used frequently and the diameter φ (μm) of the single fiber.
φ=10×(4×dtex/πρ)1/2 (1)
ここで、dtex:長さ10000mで1gの重さとなる繊維の太さ(JIS L 0101)である。
φ = 10 × (4 × dtex / πρ) 1/2 (1)
Here, dtex is the thickness of a fiber (JIS L 0101) having a length of 10,000 m and a weight of 1 g.
また、比重が1.14(ナイロン6相当)で換算すると、単繊維の直径φ(μm)は次式で求められる。 When the specific gravity is converted to 1.14 (equivalent to nylon 6), the diameter φ (μm) of the single fiber is obtained by the following equation.
φn6=10.6×(dtex)1/2
従来の繊維として通常繊維と極細繊維(以下、これらを総称して従来繊維という。)、本発明で用いる直径が1〜500nmの繊維として直径200nmのナノファイバーAと直径60nmのナノファイバーBを表1に示した。ここでいう繊維直径は、前記(1)式で定義された単繊維数平均直径φmであり、後述の実施例に測定法を示すように、透過型電子顕微鏡(TEM)あるいは走査型電子顕微鏡(SEM)から測定される。
φ n6 = 10.6 × (dtex) 1/2
Conventional fibers and ultrafine fibers (hereinafter collectively referred to as conventional fibers) as conventional fibers, and nanofiber A having a diameter of 200 nm and nanofiber B having a diameter of 60 nm are used as fibers having a diameter of 1 to 500 nm used in the present invention. It was shown in 1. The fiber diameter here is the single fiber number average diameter φm defined by the above formula (1), and a transmission electron microscope (TEM) or a scanning electron microscope (TEM) as shown in the measurement method in the examples described later. SEM).
表1には2mmにカットされた繊維について、0.01wt%濃度の水溶液または化粧水1ml当たりに含まれる繊維本数と比表面積を比較して示した。通常繊維の場合160本、極細繊維の場合1万6千本という従来繊維に比較し、ナノファイバーAで160万本、更に細いナノファイバーBで1800万本と、本数が極めて多く、さらに比表面性、アスペクト比も大きくなる。 Table 1 shows a comparison of the number of fibers contained per 1 ml of a 0.01 wt% aqueous solution or lotion and the specific surface area of the fibers cut into 2 mm. Compared to the conventional fibers of 160 fibers for normal fibers and 16,000 fibers for ultrafine fibers, the number of nanofibers A is 1.6 million, and the finer nanofibers B are 18 million, and the number is extremely high. The aspect ratio is also increased.
微小な繊維直径、大きな比表面積などの特徴を活かし、本発明のナノファイバー配合溶液、乳液、ゲル状物を単独あるいは複合して使用することで、以下のように様々な化粧品を得ることができる。具体的な化粧品の例としては、化粧水類(例:一般化粧水、オーデコロン、アフターシェービングローション、日焼け止めローションなど)、クリーム乳液類(例:一般化粧乳液、アフターシェービングクリーム、クレンジングクリーム、コールドクリーム、シェービングクリーム、ハンドクリーム、日焼け止めクリームなど)、ファンデーション類(例:液状ファンデーション、クリーム状ファンデーション、固形ファンデーションなど)、おしろい類(例:クリーム状おしろい、固形おしろい、粉おしろい、ベビーパウダー、ボディーパウダーなど)、頭髪用化粧品類(例:頭髪油、セットローション、チック、ヘアークリーム、ヘアートニック、ヘアーリキッド、ヘアースプレー、ポマードなど)や洗剤化粧類(例:シャンプー、リンス、化粧用石鹸類、メイク落とし剤など)、口紅類(例:口紅、リップクリームなど)、パック類、眉目頬化粧品類(例:アイシャドー、アイライナー、アイクリーム、頬紅、マスカラ、眉墨など)、美爪エナメル類、歯磨き類、軟膏用ゲルなどが挙げられ、用途や目的に応じてナノファイバー配合溶液、乳液、ゲル状物を組合わせたり、使い分けたりすることができる。 Taking advantage of features such as fine fiber diameter and large specific surface area, various cosmetics can be obtained as follows by using the nanofiber compound solution, emulsion, and gel-like material of the present invention alone or in combination. . Specific examples of cosmetics include lotions (eg, general lotion, cologne, after shaving lotion, sunscreen lotion, etc.), cream emulsions (eg, general lotion, after shaving cream, cleansing cream, cold cream). , Shaving cream, hand cream, sunscreen, etc.), foundations (eg, liquid foundation, cream foundation, solid foundation, etc.), fungi (eg: creamy, solid, powdery, baby powder, body powder Etc.), cosmetics for hair (eg hair oil, set lotion, tics, hair cream, hair nick, hair liquid, hair spray, pomade etc.) and detergent cosmetics (eg shampoo, phosphorus) , Cosmetic soaps, makeup removers, etc.), lipsticks (eg, lipstick, lip balm, etc.), packs, eyebrow cheek cosmetics (eg, eye shadow, eyeliner, eye cream, blusher, mascara, eyebrow, etc.) , Nail enamels, toothpastes, ointment gels, and the like, and nanofiber-containing solutions, emulsions, and gels can be combined or used properly according to the purpose and purpose.
ところで、分散径がミクロンレベルの大きさの油分、数nm〜数100nmのナノレベルの貴金属または他の配合剤の超微粒子などが含まれている化粧水や乳液において各種分散剤を添加しても、非常に凝集し易く、超微粒子の分散性を均一にすることは難しいものであった。また、均一に分散したとしても長期間保存すると分散の均一性が低下し、凝集による分離や沈降が起こる場合もあった。一旦分離してしまうと瓶をよく振って内容物を攪拌しても、初期のように微粒子が分散した状態にもどすことは困難であった。この現象は配合溶液だけでなく、乳液やゲル状態でも発生するので、化粧品分野において、微粒子を均一に分散し、長期にわたって保存できるように分散を安定化することが求められていた。 By the way, even if various dispersing agents are added to skin lotions and emulsions containing an oil component having a dispersion diameter of a micron level, nano-level noble metals of several nanometers to several hundred nanometers or ultrafine particles of other compounding agents, etc. It was very easy to aggregate and it was difficult to make the dispersion of ultrafine particles uniform. Moreover, even if dispersed uniformly, when stored for a long period of time, the uniformity of dispersion is reduced, and separation and sedimentation may occur due to aggregation. Once separated, it was difficult to return to a state where fine particles were dispersed as in the initial stage even if the contents were stirred by shaking the bottle well. Since this phenomenon occurs not only in the formulation solution but also in the emulsion or gel state, in the cosmetics field, it has been required to stabilize the dispersion so that the fine particles can be uniformly dispersed and stored for a long period of time.
この点、本発明のナノファイバー配合溶液、乳液、ゲル状物を用いることによって、上記課題を解決できる。本発明のナノファイバー配合溶液では、表1に示すように、ナノファイバーは溶液1mlあたり、1800万本の繊維を含み、かつ比表面積も非常に大きくなる。また、ナノファイバーでは、繊維のカット長が2mmの場合、表1のように繊維長(L)/繊維直径(D)の比、すなわちアスペクト比が10000〜33000になり、非常に長い繊維である。このため、ナノファイバーを配合溶液や乳液、ゲル状物中に添加すると、ナノファイバー表面上に、上記したミクロンレベルの微粒子やナノ微粒子などを均一に坦持できるのである。これにより、比重の大きな貴金属微粒子や紫外線遮蔽剤などの各種配合微粒子をナノファイバーを利用することで凝集することなくバラバラに分散させたり、微粒子同士の凝集を防止することができるのである。また、溶液中で軽く凝集してフロックやクラスター状になり始めた微粒子に対して、細くて長いナノファイバーが動くことによって、これらが攪拌、あるいはしごかれてフロックやクラスターが破壊され均一な分散を行うこともできる。 In this respect, the above-mentioned problems can be solved by using the nanofiber compound solution, emulsion, or gel-like material of the present invention. In the nanofiber compound solution of the present invention, as shown in Table 1, the nanofiber contains 18 million fibers per 1 ml of the solution, and the specific surface area becomes very large. Further, in the case of nanofibers, when the cut length of the fiber is 2 mm, the ratio of fiber length (L) / fiber diameter (D) as shown in Table 1, that is, the aspect ratio is 10,000 to 33000, which is a very long fiber. . For this reason, when nanofibers are added to a compound solution, emulsion, or gel, the above-described micron-level microparticles or nanoparticle can be uniformly supported on the nanofiber surface. This makes it possible to disperse various blended fine particles such as noble metal fine particles having a large specific gravity and an ultraviolet shielding agent without using the nanofibers, and to prevent the fine particles from aggregating. In addition, the fine and long nanofibers move against fine particles that have started to lightly agglomerate and become flocs or clusters in the solution. Can also be done.
また、細くて長いナノファイバーが、溶液1ml当たり1800万本も存在し、さらにそのナノファイバーがバラバラで溶液中に分散していることは、配合溶液や乳液、ゲル状物中の空間を非常に微細に区画してナノファイバーが広がっていることになり、その表面に担持された微粒子も均一に分散されることになる。また、分散したナノファイバーは繊維同士の絡みや凝着があり、ナノファイバーのネットワーク状の空間が形成されている。このネットワーク状態は長期的に非常に安定であるため、油滴、乳液などの液体超微粒子や比重の大きな貴金属微粒子や紫外線遮蔽剤などの各種配合微粒子を凝集や沈殿させることなく長期間安定して保管することが可能となる。 In addition, there are 18 million thin and long nanofibers per ml of solution, and the nanofibers are dispersed in the solution, which means that the space in the compounded solution, emulsion, and gel is very large. The nanofibers are spread finely and the fine particles supported on the surface are also uniformly dispersed. In addition, the dispersed nanofibers have entanglement and adhesion between the fibers, and a network-like space of nanofibers is formed. Since this network state is very stable over the long term, it is stable for a long time without agglomeration or precipitation of liquid ultrafine particles such as oil droplets and emulsions, and various compounded particles such as precious metal fine particles with a high specific gravity and UV screening agents. It can be stored.
また、通常の分散剤やpH調整だけでは分散を安定化することが難しい乳液や微粒子配合剤の分散を安定化するために、ナノファイバーを配合することは非常に有効である。本発明のナノファイバー配合溶液、乳液、ゲル状物の場合、それぞれに配合されているナノファイバー濃度は、ゲル状物の場合は30wt%以下であることが好ましく、1wt%を超え、5wt%以下であることがより好ましい。また、配合溶液や乳液の場合には、5wt%以下であることが好ましく、より好ましくは0.0001〜1wt%、0.003〜0.3wt%である。表1のごとく、0.01wt%でも、直径が60nm(0.06μm)のナノファイバーの場合、1800万本もの多数の繊維が含有されているので、このような低濃度でも分散性向上や長期保存安定化には有効である。もちろん微粒子の種類、濃度、保存期間、他の配合剤の影響など考慮し、ナノファイバーの含有量を調整することが可能である。 In addition, it is very effective to blend nanofibers in order to stabilize dispersion of an emulsion or fine particle compounding agent, which is difficult to stabilize only by ordinary dispersing agents and pH adjustment. In the case of the nanofiber compounded solution, emulsion, and gel-like product of the present invention, the concentration of nanofibers incorporated in each is preferably 30 wt% or less in the case of a gel-like product, and exceeds 1 wt% and 5 wt% or less. It is more preferable that Moreover, in the case of a compounded solution and an emulsion, it is preferable that it is 5 wt% or less, More preferably, they are 0.0001-1 wt% and 0.003-0.3 wt%. As shown in Table 1, in the case of nanofibers having a diameter of 60 nm (0.06 μm) even at 0.01 wt%, as many as 18 million fibers are contained. It is effective for storage stabilization. Of course, it is possible to adjust the content of nanofibers in consideration of the type, concentration, storage period, influence of other compounding agents, and the like.
本発明で用いられる単繊維数平均直径が1〜500nmのナノファイバーは、繊維長が20mm以下の短繊維であることが好ましい。繊維長が20mmを超えると、ナノファイバー同士が過度に絡み合いやすくなるため、分散性が低下する場合がある。このため、ナノファイバー配合溶液や乳液、ゲル状物中でナノファイバーを良好に分散するためには、ナノファイバーの長さは0.05〜2mmとすることが好ましく、さらにゲル状物に適用する場合にはナノファイバーの長さは0.2〜1mmにすることが好ましく、乳液に適用する場合にはナノファイバーの長さは0.05〜0.8mmにすることが好ましい。特に、粘性が大きな油やゲル状物ではナノファイバーの凝集が起こり易いため、少量ずつ添加することが好ましい。また、ゲル状物の場合にはニーダーや2軸混合機などの剪断力の強い混合機で混合することも好ましい。 The nanofiber having a single fiber average diameter of 1 to 500 nm used in the present invention is preferably a short fiber having a fiber length of 20 mm or less. When the fiber length exceeds 20 mm, the nanofibers tend to be entangled with each other excessively, so that dispersibility may be lowered. For this reason, in order to disperse nanofibers well in a nanofiber compound solution, emulsion, or gel, the length of the nanofibers is preferably 0.05 to 2 mm, and further applied to gels. In some cases, the length of the nanofiber is preferably 0.2 to 1 mm, and when applied to an emulsion, the length of the nanofiber is preferably 0.05 to 0.8 mm. In particular, it is preferable to add a small amount of oil or a gel-like material because nanofiber aggregation is likely to occur. In the case of a gel-like material, it is also preferable to mix with a mixer having a strong shearing force such as a kneader or a twin-screw mixer.
また、本発明のナノファイバーは、繊維長L(mm)と数平均繊維直径D(mm)の比(L/D)が100〜50000であることが好ましい。L/Dをこの範囲にすることで、本発明の配合溶液、乳液、ゲル状物中でのナノファイバーの分散性を向上させることができる。L/Dは1000〜20000がより好ましく、500〜2000がさらに好ましい。 Moreover, it is preferable that ratio (L / D) of fiber length L (mm) and number average fiber diameter D (mm) is 100-50000 in the nanofiber of this invention. By making L / D within this range, the dispersibility of the nanofibers in the blended solution, emulsion, and gel-like material of the present invention can be improved. L / D is more preferably 1000 to 20000, and even more preferably 500 to 2000.
本発明において、特にナノファイバーを添加した配合溶液は、透明性が良好である。透明性については、後述する実施例中の「P.透明性」の測定法に従って評価する。例えば実施例6のように、ナノファイバーの繊維長が2mmで、ナノファイバー濃度が0.01wt%のナノファイバー配合溶液の透光率は51%であり、優れた透明性を有している。この場合、ナノファイバーの繊維直径は60nmと光の波長(400〜700nm)より小さいが、繊維長は2mm(2000000nm)と非常に大きい。また、表1に示したように溶液1ml中に存在するナノファイバーの本数が1800万本と非常に多く存在しているにもかかわらず透明性は非常に良好である。これは、ナノファイバーが単繊維レベルで均一分散している効果と考えられる。さらに透光性を向上させるためには、溶液に対する繊維濃度を0.0001〜0.01wt%にすることが好ましく、また、繊維長も0.05〜0.8mmと短くすることが好ましく、0.05〜0.2mmとすることがさらに好ましい。ナノファイバーの濃度をあまり低濃度化したり、繊維長を短くしすぎると、ナノファイバーの分散による安定化効果が低下する。また、透光率向上のためには、適切な分散剤を利用することも効果的であり、N6ナノファイバーの配合溶液にアニオン系分散剤を0.1wt%添加すると透光率が63%まで向上した(後述の実施例9)。また、ナノファイバーは、繊維直径が光波長より小さいので直径方向には理論的には透明であるが、繊維長が光波長より非常に長く、繊維の重なり、擬似接着、クラスター、フロック状態などの影響で透明性はかなり阻害され、乱反射も生じやすい。乱反射を防止し、透明性を向上するため、ナノファイバー表面に屈折率を調整するシリコーン系、フッ素系、ウレタン系、アクリル酸系ポリマーなどをコートまたは湿潤処理することも好ましい。 In the present invention, the blended solution added with nanofibers in particular has good transparency. The transparency is evaluated according to the “P. Transparency” measurement method in Examples described later. For example, as in Example 6, the nanofiber compound solution having a nanofiber length of 2 mm and a nanofiber concentration of 0.01 wt% has a translucency of 51% and has excellent transparency. In this case, the fiber diameter of the nanofiber is 60 nm, which is smaller than the wavelength of light (400 to 700 nm), but the fiber length is very large, 2 mm (2000000 nm). Further, as shown in Table 1, the transparency is very good despite the fact that the number of nanofibers present in 1 ml of solution is as large as 18 million. This is considered to be an effect that the nanofibers are uniformly dispersed at the single fiber level. In order to further improve the translucency, the fiber concentration with respect to the solution is preferably 0.0001 to 0.01 wt%, and the fiber length is also preferably shortened to 0.05 to 0.8 mm. More preferably, the thickness is 0.05 to 0.2 mm. If the concentration of the nanofiber is too low or the fiber length is too short, the stabilization effect due to the dispersion of the nanofiber is reduced. In order to improve the transmissivity, it is also effective to use an appropriate dispersant. When 0.1 wt% of an anionic dispersant is added to the mixed solution of N6 nanofibers, the transmissivity is reduced to 63%. Improved (Example 9 described later). Also, nanofibers are theoretically transparent in the diameter direction because the fiber diameter is smaller than the light wavelength, but the fiber length is much longer than the light wavelength, such as fiber overlap, pseudo-adhesion, cluster, flock state, etc. Transparency is considerably hindered by the influence, and irregular reflection tends to occur. In order to prevent irregular reflection and improve transparency, it is also preferable to coat or wet the surface of the nanofiber with a silicone-based, fluorine-based, urethane-based or acrylic acid-based polymer that adjusts the refractive index.
また、ナノファイバーを構成する高分子は、用途や使用目的によって選択されるが、特に化粧品やメディカル用途では、皮膚や人体に刺激を与えないような高分子が好ましく、特にポリアミド、ポレオレフィン、ポリエステル、フッ素系高分子、ポリビニルアルコール(PVA)またはそれらの誘導体が好ましい。化粧用には保湿性や保水性を与えるといった観点から、ポリアミド、ポリ乳酸、PVAまたはそれらの誘導体が好ましい。電池セパレーターや工業用フィルターには耐薬品性の良好なポリオレフィン、フッ素系高分子またはそれらの誘導体が好ましく、塗料や壁材、コート剤などの建築用途には、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミドまたはそれらの誘導体が好ましい。また、用途、使用目的によって、2種類以上の高分子を適宜選択することも可能である。 The polymer constituting the nanofiber is selected depending on the application and purpose of use, but in cosmetics and medical applications, polymers that do not irritate the skin and the human body are preferred, particularly polyamides, polyolefins, polyesters. , Fluoropolymer, polyvinyl alcohol (PVA) or derivatives thereof are preferred. For cosmetic purposes, polyamide, polylactic acid, PVA or derivatives thereof are preferred from the viewpoint of providing moisture retention and water retention. Polyolefins, fluorine-based polymers or their derivatives with good chemical resistance are preferred for battery separators and industrial filters, and polyurethane, polyester, polyamide or their derivatives for building applications such as paints, wall materials and coating agents. Is preferred. Also, two or more kinds of polymers can be appropriately selected depending on the application and intended use.
次に、ナノファイバーの柔軟性、触感について説明する。 Next, the flexibility and feel of the nanofiber will be described.
柔軟性は材料のたわみ量によって評価でき、柔らかいものほどたわみ量は大きく、機械工学便覧(pA4−28、25、機械学会編、1963)の材料の曲げの下記(6)式によって推定される。この式でvはたわみ量であり、直径Dの4乗に反比例し大きくなる((w:荷重、E:材料の弾性率)。 Flexibility can be evaluated by the amount of deflection of the material. The softer the amount of deflection, the larger the amount of deflection, and it is estimated by the following equation (6) of bending of the material in the Mechanical Engineering Handbook (p. In this equation, v is the amount of deflection, and increases in inverse proportion to the fourth power of the diameter D ((w: load, E: elastic modulus of the material).
v=4×w×l3/(3×E×D4) (6)
ナノファイバーの柔軟性を従来繊維と比較すると、その柔らかさは、繊維直径を細くすることによってその4乗に逆比例し柔らかくなる。例えば極細繊維は通常繊維に対し直径が1/10であり、vは10000倍大きくなるので、極細繊維の柔軟性は通常繊維の10000倍相当に柔らかくなる。ナノファイバーは極細繊維の直径の更に1/10〜1/100の細さであり、ナノファイバーの柔らかさは極細繊維の更にその1万から1億倍以上柔らかくなる。例えば、水溶液から取り出した繊維は、実際には繊維が細くなると数が増えるため、繊維同士が絡合したり、ネットワーク状になりやすいので、繊維1本のたわみ量を比較した先程の(6)式にような計算による推定通りにはならないが、直径が1/10になる毎に繊維の柔軟性は非常に向上する。
v = 4 × w × l 3 / (3 × E × D 4 ) (6)
Compared with the conventional fiber, the softness of the nanofiber becomes softer in inverse proportion to its fourth power by reducing the fiber diameter. For example, the diameter of an ultrafine fiber is 1/10 of that of a normal fiber, and v is 10,000 times larger, so the flexibility of the ultrafine fiber is softer than 10,000 times that of a normal fiber. Nanofibers are 1/10 to 1 / 100th the diameter of ultrafine fibers, and the softness of nanofibers is 10,000 to 100 million times that of ultrafine fibers. For example, since the number of fibers taken out from an aqueous solution actually increases as the fibers become thinner, the fibers tend to become intertwined or form a network. Although it is not as estimated by calculation as in the equation, the flexibility of the fiber is greatly improved every time the diameter becomes 1/10.
化粧品に繊維を分散し皮膚に塗布した場合、通常の繊維では剛直で曲がりにくいため肌を刺激したり、塗布してもざらつき感が大きくなるため全く適していない。極細繊維の場合は、柔軟性ついては通常の繊維の場合よりも改善されるが、それでも塗布時や塗布後にまだ違和感が強いものであった。この原因は以下のように考えられる。すなわち、皮膚のシワの溝幅は1〜数十μmであり、通常の極細繊維は直径が数μmなので、理論上はシワの中に入り込むことが可能であるが、実際には繊維が凝集し大きくなっていたり、繊維の剛性が高いためにうまくシワに沿って変形できないため、繊維が肌の表面に浮いた状態になるためではないか、と推定される。 When fibers are dispersed in cosmetics and applied to the skin, normal fibers are not suitable because they are stiff and difficult to bend, so that the skin is stimulated or rough even when applied. In the case of the ultrafine fiber, the flexibility is improved as compared with the case of the normal fiber, but the feeling of strangeness is still strong at the time of application and after application. The cause is considered as follows. That is, the groove width of the skin wrinkle is 1 to several tens of μm, and the diameter of a normal ultrafine fiber is several μm. Therefore, it is theoretically possible to enter the wrinkle, but the fibers actually aggregate. It is estimated that the fiber is in a state of floating on the surface of the skin because it is large or cannot be deformed along the wrinkles because the fiber has high rigidity.
一方、ナノファイバーの繊維径は0.5μm(500nm)以下とシワの溝幅より圧倒的に細く、しかも繊維の柔軟性も桁違いに優れているため、シワの中に入り込み易い。さらに、ナノファイバーは柔軟であるため皮膚への刺激が小さく、なめらかでしっとりとした感触の良さを感ずると考えられる。また、ナノファイバーは、比表面積が大きく保水性や保湿性に優れているため、ナノファイバーに水が含まれるとその効果はさらに向上し、肌へのなじみが非常に良好になる。例えば、ナノファイバーが添加された単純な水(化粧水や乳液)で、顔を洗顔するだけで、肌はつるつるになるが、使用時にほとんど違和感がないものであった(後述の実施例10〜16参照)。しかしながら、直径が数10μmである従来の通常繊維の化粧水では、使用時にざらつき感があり、使用感が非常に悪かった(後述の比較例7、8参照)。また、直径が2μmの従来の極細繊維でも、前記したように繊維が肌に乗っているだけであり、肌触りが悪く、また、柔軟性としてもナノファイバーに比較すれば非常に硬いものであり、違和感を感じた。 On the other hand, the fiber diameter of the nanofiber is 0.5 μm (500 nm) or less, which is overwhelmingly narrower than the groove width of the wrinkle, and the flexibility of the fiber is remarkably superior. Furthermore, since nanofibers are flexible, there is little irritation to the skin, and it is thought that they feel smooth and moist. In addition, since nanofibers have a large specific surface area and are excellent in water retention and moisture retention, when water is contained in nanofibers, the effect is further improved and the familiarity with the skin becomes very good. For example, with simple water to which nanofibers have been added (skin lotion or milky lotion), the face becomes smooth just by washing the face, but there is almost no sense of incongruity during use (Examples 10 to 10 described later). 16). However, the conventional normal fiber lotion having a diameter of several tens of μm has a rough feeling during use, and the use feeling is very bad (see Comparative Examples 7 and 8 described later). In addition, even with the conventional ultrafine fiber having a diameter of 2 μm, the fiber is only on the skin as described above, the touch is bad, and the flexibility is very hard compared to the nanofiber, I felt uncomfortable.
次に、ナノファイバーの保湿性、保水性について説明する。 Next, the moisture retention and water retention of the nanofiber will be described.
ナノファイバーは、その比表面積が従来の繊維に比較し非常に大きいことから、保湿性、保水性に優れている。保湿性は、一定量の繊維を低湿度に調湿されたボックスにいれ、繊維の重量減少から評価することができるが、重量減少速度(乾燥速度)が大きいほど保湿性が悪いことを示している。実際の測定方法は、後述する実施例の欄の評価方法「M.保湿指数(ΔWR10)」で評価する。従来繊維と本発明のナノファイバーを比較した結果、保湿指数は、従来の通常繊維が39%/10min(後述の比較例1)であり、従来の極細繊維が29%/10min(後述の比較例3)に対して、ナノファイバーは、13%/10min(後述の実施例1)と少なかった。このように、ナノファイバーの保湿性は、従来の繊維に対しておよそ2〜3倍以上の保湿性があることがわかった。保水性は、繊維に水を十分含水させた後、軽く絞った時の繊維の含水量であり、絞り方を一定にするため、遠心分離器の脱水条件を一定にする。実際の測定方法は、後述する実施例中の評価方法「N.保水指数(WI)」で評価する。従来繊維と本発明のナノファイバーを比較した結果、各繊維の保水性は、従来の通常繊維が235%(後述の比較例1)、従来の極細繊維が509%(後述の比較例3)であるのに対し、ナノファイバーは、1608%(後述の実施例1)であり、ナノファイバーは従来の繊維と比較して、保水性も3倍以上と非常に大きいことがわかった。また、保湿持続時間は、最初の保水の量(保水性)とその後の乾燥しにくさ(保湿性)の両方の寄与があるが、ナノファイバーは従来繊維に対して両性能とも優れており、保湿持続時間的にも優位であり、化粧品の直接的な保湿的効果だけでなく、水分の代わりに用いられる他の保湿成分や溶媒成分、芳香成分などの乾燥防止、徐放効果にも効果がある。さらに、保湿や保水の効果を向上させるためには、溶液中の繊維の濃度をやや多めにし、0.01〜1wt%とすることが好ましい。また、繊維直径も120nm以下が好ましく、80nm以下がさらに好ましい。また、他の天然の保湿や保水剤や、有機あるいは無機の保湿や保水剤との併用も好ましい。 Nanofibers are excellent in moisture retention and water retention because their specific surface area is very large compared to conventional fibers. Moisturizing properties can be evaluated from the weight loss of fibers by putting a certain amount of fiber in a box conditioned at low humidity, but the higher the weight reduction rate (drying rate), the worse the moisture retention. Yes. The actual measurement method is evaluated by the evaluation method “M. Moisturizing index (ΔWR10)” in the column of Examples described later. As a result of comparing the conventional fiber with the nanofiber of the present invention, the moisture retention index is 39% / 10 min for the conventional normal fiber (Comparative Example 1 described later), and 29% / 10 min for the conventional ultrafine fiber (Comparative Example described later). In contrast to 3), the amount of nanofibers was as small as 13% / 10 min (Example 1 described later). Thus, it was found that the moisture retention of the nanofibers is about 2-3 times or more that of conventional fibers. The water retention is the water content of the fiber when the fiber is sufficiently squeezed and then squeezed lightly. In order to make the squeeze method constant, the dewatering conditions of the centrifuge are made constant. An actual measurement method is evaluated by an evaluation method “N. Water retention index (WI)” in Examples described later. As a result of comparing the conventional fiber and the nanofiber of the present invention, the water retention of each fiber is 235% for the conventional normal fiber (Comparative Example 1 described later) and 509% for the conventional ultrafine fiber (Comparative Example 3 described later). On the other hand, the nanofiber was 1608% (Example 1 described later), and the nanofiber was found to have a very large water retention of 3 times or more compared to the conventional fiber. In addition, the moisturizing duration contributes to both the initial water retention amount (water retention) and the difficulty of drying (moisturizing property), but nanofibers are superior to conventional fibers in both performances. It is also superior in terms of moisturizing duration, and is effective not only for the direct moisturizing effect of cosmetics, but also for the prevention of dryness and sustained release effect of other moisturizing components, solvent components and aromatic components used in place of moisture. is there. Furthermore, in order to improve the moisturizing and water retaining effects, it is preferable that the concentration of fibers in the solution is slightly increased to 0.01 to 1 wt%. The fiber diameter is also preferably 120 nm or less, and more preferably 80 nm or less. In addition, the use in combination with other natural moisturizing and water-retaining agents and organic or inorganic moisturizing and water-retaining agents is also preferred.
以上の他、ナノファイバーを利用した保湿剤、保水剤の応用として、ナノファイバーを配合したゲル状物による美容用のパックがある。これは、ナノファイバーを主体に他の化粧配合剤を配合してゲル状物とし、それをパック基材に担持させる方法と、通常の化粧用パック基材そのものにナノファイバーを混合してパックとする方法が挙げられる。保湿や保水の目的でナノファイバーを利用しているが、ナノファイバーが繊維形状であるため、単に保湿、保水が良好だけでなく、肌への密着性も良好で、繊維が肌の細いシワまで違和感なく入り込むため、パック用の有効成分を効果的に肌に浸透させる効果がある。また、乳液や化粧品の他の有効成分、例えば保湿剤、美白剤、老化防止剤、芳香剤などの成分を配合すれば、これらの成分の保持性も良好であり、パックの使用効果が増大する。 In addition to the above, as an application of a moisturizing agent and a water retaining agent using nanofibers, there is a cosmetic pack using a gel-like material containing nanofibers. This is because the nanofiber is mainly blended with other cosmetic compounding agents to form a gel-like product, which is supported on the pack base material, and the normal cosmetic pack base material itself is mixed with the nanofiber to form a pack. The method of doing is mentioned. Nanofibers are used for the purpose of moisturizing and water retention, but since the nanofibers are in fiber shape, they not only have good moisturizing and water retention, but also have good adhesion to the skin, so that the fibers can be used for thin wrinkles. Because it penetrates without a sense of incongruity, it has the effect of effectively penetrating the active ingredient for the pack. In addition, if other active ingredients such as milky lotion and cosmetics, such as moisturizing agents, whitening agents, anti-aging agents, and fragrances, are blended, the retention of these components is good and the use effect of the pack is increased. .
以上のごとく、本発明のナノファイバーを分散させた配合溶液、乳液、ゲル状物について、化粧品への利用を中心に説明してきたが、繊維の分散性、均一性、保存状態での安定性は、単に、化粧品だけにとどまらず、軟膏や湿布液、細胞用基材、蛋白吸着材などの医療用分野や電池用の電解質材やその担持体や燃料電池の触媒担持体、ケミカルフィルター用の触媒担持体用材料や有害ガスの吸着材などの電子基材や電子関連装置分野、各種フィラーや顔量を添加する塗料、接着剤や壁材用コート材などの建築資材分野、浄化用フィルターや浄化フィルター用の活性炭や酸化チタンなどの微粒子担持体など工業資材分野、その他絵画用絵の具などに用いることも可能である。 As described above, the compound solution, emulsion, and gel-like product in which the nanofibers of the present invention are dispersed have been described mainly for use in cosmetics, but the dispersibility, uniformity, and stability in storage state of the fiber are In addition to cosmetics, medical fields such as ointments, poultice liquids, cell substrates, protein adsorbents, electrolyte materials for batteries, their carriers, catalyst carriers for fuel cells, and catalysts for chemical filters Electronic substrates such as carrier materials and harmful gas adsorbents and electronic equipment, paints to which various fillers and face amounts are added, building materials such as adhesives and coating materials for walls, purification filters and purification It can also be used in the field of industrial materials such as fine particle carriers such as activated carbon and titanium oxide for filters, and other paints for painting.
次に、本発明の配合溶液、乳液、ゲル状物に用いるナノファイバーの製造方法について説明する。 Next, the manufacturing method of the nanofiber used for the compounding solution of this invention, an emulsion, and a gelled material is demonstrated.
最初に、ナノファイバーを作製する原料となる「高分子アロイ繊維」の製造方法について説明する。高分子アロイ繊維の製造方法は、例えば以下のような方法を採用することができる。 First, a method for producing “polymer alloy fiber”, which is a raw material for producing nanofibers, will be described. For example, the following method can be adopted as a method for producing the polymer alloy fiber.
すなわち、溶剤や薬液に対する溶解性の異なる2種類以上の高分子を混練して高分子アロイチップを作製し、これを紡糸装置(図1参照)のホッパー1に投入し、溶融部2で高分子アロイ溶融体とし、加熱保温用スピンブロック3中の紡糸パック4に配した口金孔5から吐出紡糸した後、チムニー6で冷却固化し糸条7を形成し、集束給油ガイド8、第1引取ローラ9、第2引取ローラ10を経て巻取機11で繊維を巻取る。そして、これを必要に応じて延伸・熱処理を施し、高分子アロイ繊維を得る。さらに、これを溶剤や薬液で処理して海成分を脱海し、本発明で用いるナノファイバーを得る。ここで、高分子アロイ繊維中で後にナノファイバーとなる溶剤や薬液に難溶解性の高分子を島成分とし、易溶解性の高分子を海成分とし、この島成分のサイズを制御することによって、ナノファイバーの単繊維数平均直径とバラツキを設計することができる。 That is, two or more types of polymers having different solubility in solvents and chemicals are kneaded to prepare a polymer alloy chip, which is put into a hopper 1 of a spinning device (see FIG. 1), and polymer is melted in a melting part 2. The alloy melt is melted and discharged and spun from a nozzle hole 5 disposed in a spinning pack 4 in a heat-insulating spin block 3, and then cooled and solidified by a chimney 6 to form a yarn 7. A converged oiling guide 8, a first take-up roller 9. The fiber is wound up by the winder 11 through the second take-up roller 10. And this is extended | stretched and heat-processed as needed and a polymer alloy fiber is obtained. Further, this is treated with a solvent or a chemical solution to remove sea components, and nanofibers used in the present invention are obtained. Here, in a polymer alloy fiber, a polymer that is hardly soluble in a solvent or chemical solution that later becomes a nanofiber is used as an island component, and an easily soluble polymer is used as a sea component, and by controlling the size of this island component, In addition, it is possible to design the number average diameter and variation of single fibers of nanofibers.
ここで、島成分のサイズは、高分子アロイ繊維の横断面を透過型電子顕微鏡(TEM)あるいは走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、直径換算で評価したものである。高分子アロイ繊維中の島成分の単繊維数平均直径の評価方法は、後述する実施例中の測定法のF項、G項に示した。ナノファイバー前駆体である高分子アロイ繊維中での島成分サイズによりナノファイバーの直径がほぼ決定されるため、島成分サイズの分布はナノファイバーの直径分布に準じて設計される。このため、アロイ化する高分子の混練が非常に重要であり、本発明では混練押出機や静止混練器等によって高混練することが好ましい。なお、単純なチップブレンド(例えば特開平6−272114号公報)では混練が不足するため、数十nmサイズで島成分を分散するのは困難である。 Here, the size of the island component is obtained by observing the cross section of the polymer alloy fiber with a transmission electron microscope (TEM) or a scanning electron microscope (SEM), and evaluating it in terms of diameter. The evaluation method of the number average diameter of the single fiber of the island component in the polymer alloy fiber is shown in the items F and G of the measuring method in the examples described later. Since the diameter of the nanofiber is almost determined by the island component size in the polymer alloy fiber that is the nanofiber precursor, the distribution of the island component size is designed according to the diameter distribution of the nanofiber. For this reason, kneading of the polymer to be alloyed is very important, and in the present invention, high kneading is preferably performed by a kneading extruder, a stationary kneader, or the like. It should be noted that simple chip blending (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-272114) is insufficient in kneading, so that it is difficult to disperse island components with a size of several tens of nm.
具体的に混練を行う際の目安としては、組み合わせる高分子にもよるが、混練押出機を用いる場合は、2軸押出混練機を用いることが好ましく、静止混練器を用いる場合は、その分割数は100万以上とすることが好ましい。また、島成分を数十nmサイズで超微分散させるには、高分子の組み合わせも重要である。 Specific guidelines for kneading depend on the polymer to be combined, but when using a kneading extruder, it is preferable to use a biaxial extrusion kneader, and when using a static kneader, the number of divisions Is preferably 1 million or more. In addition, a combination of polymers is also important for the ultrafine dispersion of island components with a size of several tens of nm.
島成分ドメイン(ナノファイバー断面)を円形に近づけるためには、島成分高分子と海高分子は非相溶であることが好ましい。しかしながら、単なる非相溶高分子の組み合わせでは島成分高分子が十分に超微分散化し難い。このため、組み合わせる高分子の相溶性を最適化することが好ましいが、このための指標の一つが溶解度パラメーター(SP値)である。ここで、SP値とは(蒸発エネルギー/モル容積)1/2で定義される物質の凝集力を反映するパラメータであり、SP値が近いもの同士では相溶性が良い高分子アロイが得られる可能性がある。SP値は種々の高分子で知られているが、例えば「プラスチック・データブック」(旭化成アミダス株式会社プラスチック編集部編、1999年12月1日株式会社工業調査会発行)の189ページ等に記載されている。 In order to make the island component domain (nanofiber cross section) close to a circle, the island component polymer and the sea polymer are preferably incompatible. However, it is difficult for the island component polymer to be sufficiently finely dispersed by a simple combination of incompatible polymers. For this reason, it is preferable to optimize the compatibility of the polymer to be combined, but one index for this purpose is the solubility parameter (SP value). Here, the SP value is a parameter that reflects the cohesive strength of substances defined by (evaporation energy / molar volume) 1/2 , and a polymer alloy having good compatibility can be obtained between those having close SP values. There is sex. The SP value is known for various polymers. For example, it is described in page 189 of “Plastic Data Book” (Asahi Kasei Amidus Co., Ltd. Plastic Editing Department, published on December 1, 1999, Industrial Research Council, Inc.). Has been.
2つの高分子のSP値の差が1〜9(MJ/m3)1/2であると、非相溶化による島成分ドメインの円形化と超微分散化が両立させやすく好ましい。例えば、N6とPETはSP値の差が6(MJ/m3)1/2程度であり好ましい例であるが、N6とPEはSP値の差が11(MJ/m3)1/2程度であり好ましくない例として挙げられる。 When the difference in SP value between the two polymers is 1 to 9 (MJ / m 3 ) 1/2, it is easy to achieve both circularization and ultrafine dispersion of the island component domains due to incompatibility. For example, the difference in SP value between N6 and PET is about 6 (MJ / m 3 ) 1/2, which is a preferable example, but the difference between N6 and PE is about 11 (MJ / m 3 ) 1/2. This is an undesirable example.
また、高分子同士の融点差が20℃以下であると、特に押出混練機を用いた混練の際、押出混練機中での融解状況に差を生じにくいため、効率よく混練できるので好ましい。ここで、非晶性高分子の場合は融点が存在しないためビカット軟化温度あるいは熱変形温度あるいはガラス転移温度でこれに代える。 In addition, it is preferable that the difference in melting point between polymers is 20 ° C. or less because, particularly when kneading using an extrusion kneader, a difference in melting state in the extrusion kneader hardly occurs, so that kneading can be performed efficiently. Here, in the case of an amorphous polymer, since there is no melting point, it is replaced by the Vicat softening temperature, heat distortion temperature or glass transition temperature.
さらに、溶融粘度も重要であり、島を形成する高分子の方を低く設定すると剪断力による島高分子の変形が起こりやすいため、島高分子の微分散が進みやすくナノファイバー化の観点から好ましい。ただし、島高分子を過度に低粘度にすると海化しやすくなり、繊維全体に対するブレンド比を高くできないため、島高分子粘度は海高分子の粘度の1/10以上とすることが好ましい。また、海高分子の溶融粘度は紡糸性に大きな影響を与える場合があり、海高分子として100Pa・s以下の低粘度高分子を用いると島高分子を分散させやすく好ましい。また、これにより紡糸性を著しく向上できるのである。ここでいう溶融粘度は、紡糸の際の口金温度で剪断速度1216sec-1での値である。 Furthermore, the melt viscosity is also important, and if the polymer forming the island is set lower, the island polymer is likely to be deformed by shearing force. . However, if the island polymer is excessively low in viscosity, it tends to be seamed and the blend ratio with respect to the whole fiber cannot be increased. Therefore, the island polymer viscosity is preferably 1/10 or more of the viscosity of the sea polymer. In addition, the melt viscosity of the sea polymer may greatly affect the spinnability, and it is preferable to use a low-viscosity polymer of 100 Pa · s or less as the sea polymer because the island polymer is easily dispersed. This can also significantly improve the spinnability. The melt viscosity here is a value at a shear rate of 1216 sec −1 at the die temperature during spinning.
また、曳糸性や紡糸安定性を高めるために、口金温度は海高分子の融点から25℃以上、口金から冷却開始までの距離を1〜15cmとし、糸の冷却を行うことが好ましい。 In order to improve the spinnability and spinning stability, the die temperature is preferably 25 ° C. or more from the melting point of the sea polymer, and the distance from the die to the start of cooling is 1 to 15 cm to cool the yarn.
紡糸速度は紡糸過程でのドラフトを高くする観点から高速紡糸ほど好ましく、100以上のドラフトが、ナノファイバー直径を小さくする観点から好ましい。また、紡糸された高分子アロイ繊維には延伸・熱処理を施すことが好ましいが、延伸の際の予熱温度は島高分子のガラス転移温度(Tg)以上の温度が、糸斑を小さくする点で好ましい。 The spinning speed is preferably higher speed spinning from the viewpoint of increasing the draft in the spinning process, and a draft of 100 or more is preferred from the viewpoint of reducing the nanofiber diameter. The spun polymer alloy fiber is preferably subjected to stretching and heat treatment, but the preheating temperature at the time of stretching is preferably a temperature equal to or higher than the glass transition temperature (Tg) of the island polymer from the viewpoint of reducing yarn unevenness. .
本製造方法は、以上のような高分子の組み合わせ、紡糸・延伸条件の最適化を行うことで、島高分子が数十nmに超微分散化し、しかも糸斑の小さな高分子アロイ繊維を得ることを可能にするものであり、ある断面だけでなく長手方向のどの断面をとっても島高分子直径バラツキの小さな「高分子アロイ繊維」とすることができるのである。 In this production method, by combining the above polymers and optimizing the spinning / drawing conditions, the island polymer is ultra-finely dispersed to several tens of nanometers, and a polymer alloy fiber with small thread spots is obtained. Thus, not only a certain cross section but also any cross section in the longitudinal direction can be used as a “polymer alloy fiber” having small island polymer diameter variation.
以上の方法によって紡糸される「高分子アロイ繊維」は、単繊維繊度は1〜15dtex(直径10〜40μm)であり、さらにフィラメントを集めた集束糸(5000dtex以下)として得られる。また、島成分直径にもよるが、「高分子アロイ繊維」の単糸中にはナノファイバーの前駆体である島高分子が数千〜数百万個(数wt%〜80wt%)海高分子に分散している(図2参照)。 The “polymer alloy fiber” spun by the above method has a single fiber fineness of 1 to 15 dtex (diameter of 10 to 40 μm), and is obtained as a focused yarn (5,000 dtex or less) in which filaments are collected. In addition, depending on the island component diameter, there are several thousand to several million island polymers (several wt% to 80 wt%) that are precursors of nanofibers in a single yarn of “polymer alloy fiber”. It is dispersed in the molecule (see FIG. 2).
次に、この「高分子アロイ繊維」からナノファイバーを作製する方法について説明する。 Next, a method for producing nanofibers from this “polymer alloy fiber” will be described.
本発明に用いるナノファイバーは、ナノファイバーの均一分散性や長期保存安定性を向上させるために短繊維であることが好ましく、「高分子アロイ繊維」の海成分を除去し、短繊維にカットすることが好ましい。更に、そのカットされた繊維を叩解することが好ましい。 The nanofiber used in the present invention is preferably a short fiber in order to improve the uniform dispersibility and long-term storage stability of the nanofiber, and the sea component of the “polymer alloy fiber” is removed and cut into short fibers. It is preferable. Furthermore, it is preferable to beat the cut fibers.
ナノファイバー短繊維は、「高分子アロイ繊維」の集束糸の状態で脱海してナノファイバー束を得て、その後カットするか(先脱海法)、「高分子アロイ繊維」の集束糸をカットしてから脱海するか(後脱海法)、どちらかの方法で得ることができる。さらに、得られた短繊維を叩解機によって、ナノファイバーをバラバラになるまで叩解することが好ましい。 The nanofiber short fiber is deseamed in the state of the “polymer alloy fiber” converging yarn to obtain a nanofiber bundle and then cut (first sea removal method), or the “polymer alloy fiber” converging yarn is used. It can be obtained either by cutting and then removing the sea (post-sea removal method). Furthermore, it is preferable to beat the obtained short fibers with a beater until the nanofibers are separated.
先脱海法の場合、初めに通常「高分子アロイ繊維」集束糸(5000dtex以下)のカセの状態や更に集束したトウ(5000を超えて〜数百万dtex)の状態で、海成分を溶解可能な溶剤(抽出液)や薬液で除去し、水洗、乾燥した後、ギロチンカッターやスライスマシンで適切な繊維長にカットする。後脱海法の場合、初めに「高分子アロイ繊維」集束糸のカセの状態や更に集束したトウの状態でギロチンカッターやスライスマシンで適切な繊維長にカットした後、海成分を溶解可能な溶剤や薬液で除去し、水洗、乾燥した後に得られる。適切なナノファイバー短繊維の繊維長としては、0.05〜5mmにすることが好ましく、更に、0.2〜1mmにすることが好ましい。繊維長は長すぎると分散しにくく、短くしすぎると粉末状になり凝集し易くなる。 In the case of the pre-sea removal method, the sea component is first dissolved in the state of a “polymer alloy fiber” bundled yarn (below 5000 dtex) or a focused tow (over 5000 to several million dtex). Remove with a possible solvent (extract solution) or chemical solution, wash with water and dry, then cut to an appropriate fiber length with a guillotine cutter or slicing machine. In the case of the post-sea removal method, it is possible to dissolve the sea components after cutting into a suitable fiber length with a guillotine cutter or slicing machine in the state of the “polymer alloy fiber” bundling yarn and the state of the bundling tow. It is obtained after removing with a solvent or chemical, washing with water and drying. The fiber length of a suitable nanofiber short fiber is preferably 0.05 to 5 mm, and more preferably 0.2 to 1 mm. If the fiber length is too long, it is difficult to disperse, and if it is too short, it becomes powdery and tends to aggregate.
「高分子アロイ繊維」から海成分を除去する際に用いる溶剤や薬液としては、海成分の高分子の特性に応じて、苛性ソーダや苛性カリなどのアルカリやギ酸などの酸、またトリクレン、リモネン、キシレンなどの有機溶剤などが挙げられる。「高分子アロイ繊維」の集束糸やトウを脱海する場合、これらをカセの状態やカセ枠に巻いた状態で脱海することができる。ただし、カセ状態の「高分子アロイ繊維」の海成分を溶剤や薬液で脱海する場合、「高分子アロイ繊維」の海成分の脱海量は、通常20〜80wt%と非常に多いため、脱海するに従ってカセの直径方向に体積が収縮し、カセ内の「高分子アロイ繊維」間同士が密着し、溶剤や薬液などが繊維間に浸透できなくなったり、カセ表面が一旦溶解されて再析出した高分子で覆われたりして、海成分の高分子の除去が徐々に困難になり、ひどい場合には団子状になり、「高分子アロイ繊維」の脱海を進めることが非常に困難となる場合がある。この改善には、単なるカセ状態でなく、カセ枠に巻くことによってカセの収縮を防止し、「高分子アロイ繊維」間の密着を抑制できるので、常に溶媒が「高分子アロイ繊維」間を流れ易くなるため好ましい。この方法によって、「高分子アロイ繊維」の集束糸だけでなく、トウの状態でも脱海が可能になる。脱海をさらに効率的に行なうには、トウの総繊度を五十万dtex以下にすることが好ましく、十万dtex以下にすることがさらに好ましい。一方、「高分子アロイ繊維」の総繊度は大きい方が脱海の生産性は向上するため、脱海前の「高分子アロイ繊維」は総繊度を1万dtex以上とすることが好ましい。 Solvents and chemicals used to remove sea components from “polymer alloy fibers” include alkalis such as caustic soda and caustic potash, acids such as formic acid, trichrene, limonene, and xylene, depending on the properties of the sea component polymer. And organic solvents such as When seaming the bundled yarn or tow of the “polymer alloy fiber”, the seam can be removed in a crushed state or in a state of being wrapped around a crushed frame. However, when the sea component of the “polymer alloy fiber” in the crushed state is desealed with a solvent or chemical solution, the sea component of the “polymer alloy fiber” is usually very large, 20 to 80 wt%. The volume shrinks in the diameter direction of the casserole as it enters the sea, the “polymer alloy fibers” in the casserole closely adhere to each other, and solvents and chemicals cannot penetrate between the fibers, or the surface of the casket dissolves once and reprecipitates. It becomes difficult to remove the sea component polymer, and in the worst case, it becomes a dumpling, and it is very difficult to proceed with seawater removal of the “polymer alloy fiber”. There is a case. In order to improve this, it is possible to prevent the shrinkage of the casket by winding it around the casket frame rather than just a crushed state and suppress the adhesion between the “polymer alloy fibers”, so that the solvent always flows between the “polymer alloy fibers”. Since it becomes easy, it is preferable. By this method, sea removal can be performed not only in the bundle yarn of “polymer alloy fiber” but also in the tow state. In order to perform sea removal more efficiently, the total fineness of the tow is preferably 500,000 dtex or less, and more preferably 100,000 dtex or less. On the other hand, since the productivity of sea removal improves as the total fineness of the “polymer alloy fiber” increases, the “polymer alloy fiber” before sea removal preferably has a total fineness of 10,000 dtex or more.
また、脱海にはアルカリなどの薬液によって海成分の高分子を分解することによっても除去できる。この場合には、カセ状態でも比較的容易に海成分を除去できる。これは、海成分の高分子が加水分解などによって、低分子量体あるいはモノマーになることによって、容易に溶解除去できるためである。また、分解によって海成分が除去されると繊維間に間隙ができ、更にアルカリなどの薬液がナノファイバーの前駆体である「高分子アロイ繊維」の内部まで浸透するため、脱海が進むに従って、脱海速度は加速し、有機溶剤などによる海成分の溶解除去とは異なり、カセの状態でも十分脱海が可能になる。 In addition, sea removal can also be achieved by decomposing a sea component polymer with a chemical solution such as alkali. In this case, sea components can be removed relatively easily even in a crushed state. This is because the sea component polymer can be easily dissolved and removed by becoming a low molecular weight substance or monomer by hydrolysis or the like. In addition, when sea components are removed by decomposition, gaps are created between the fibers, and chemicals such as alkali penetrate into the interior of the `` polymer alloy fibers '' that are the precursors of nanofibers. The sea removal speed is accelerated, and unlike sea components dissolved and removed by organic solvents, sea removal is possible even in a casket state.
以上のような、ナノファイバー形成性繊維である「高分子アロイ繊維」よりなるトウやカセ、すなわちこのような繊維束を溶剤または薬液で処理して得られたナノファイバー束は、全繊維に対するナノファイバーの面積比率は、95〜100%であることが好ましい。これは脱海後のナノファイバー束中に、脱海されていない部分がほとんどないことを意味しており、これにより粗大繊維の混入を最小限とすることができ、これを後に抄紙することで品位の高いナノファイバー合成紙を得ることができる。 As described above, a tow or casserole composed of “polymer alloy fibers” which are nanofiber-forming fibers, that is, a nanofiber bundle obtained by treating such a fiber bundle with a solvent or a chemical solution is a nanofiber for all the fibers. The area ratio of the fiber is preferably 95 to 100%. This means that in the nanofiber bundle after seawater removal, there is almost no part that has not been seawatered, which makes it possible to minimize the incorporation of coarse fibers, which can be made later by papermaking. High-quality nanofiber synthetic paper can be obtained.
本発明では、「高分子アロイ繊維」、すなわちナノファイバー形成性繊維よりなる繊維束を、繊維束の繊維密度が0.01〜0.5g/cm3にした状態で溶剤または薬液で脱海処理することが好ましい。溶剤または薬液で脱海処理する際に、繊維束の繊維密度が0.01g/cm3よりも小さいと、処理される繊維束の形状が不安定になり、ナノファイバー化が均一に行われなくなる場合がある。一方、繊維束の繊維密度が0.5g/cm3を超えると、繊維束内への溶剤または薬液の浸透が悪くなり、ナノファイバー化が不完全となり、ナノファイバー束におけるナノファイバーの含有率が低下する場合がある。溶剤あるいは薬液で脱海処理する際の繊維束の繊維密度は、より好ましくは0.01〜0.4g/cm3、さらに好ましくは0.03〜0.2g/cm3である。 In the present invention, a “polymer alloy fiber”, that is, a fiber bundle made of nanofiber-forming fibers, is subjected to sea removal treatment with a solvent or a chemical solution in a state where the fiber density of the fiber bundle is 0.01 to 0.5 g / cm 3. It is preferable to do. When the fiber density of the fiber bundle is smaller than 0.01 g / cm 3 when performing sea removal treatment with a solvent or a chemical solution, the shape of the fiber bundle to be treated becomes unstable, and nanofiber formation cannot be performed uniformly. There is a case. On the other hand, when the fiber density of the fiber bundle exceeds 0.5 g / cm 3 , the penetration of the solvent or the chemical solution into the fiber bundle is deteriorated, the nanofiber formation becomes incomplete, and the nanofiber content in the nanofiber bundle is reduced. May decrease. The fiber density of the fiber bundle during the sea removal treatment with a solvent or a chemical solution is more preferably 0.01 to 0.4 g / cm 3 , and still more preferably 0.03 to 0.2 g / cm 3 .
また、先脱海法でナノファイバー束を得た場合、得られたナノファイバー集束糸やトウは、ギロチンカッターやスライスマシンで、ナノファイバーの用途や目的に応じて適切な繊維長にカットすることができる。5000dtex以下の集束糸を、更に集束し5000〜数百万dtexのトウにしてカットする場合もある。このような集束糸やトウは、カットされる前の水分率が20〜100wt%であることが好ましい。脱海後のナノファイバー集束糸やトウは、水分をある程度含んでいた方が集束性が良好なので取扱い性が良く、さらにカットする際の精度も向上するため、カット長の均一性が向上する。また、カット時の発熱による短繊維同士の融着なども抑制されるため、カット用刃への短繊維の付着が少なくなり、カット時の生産効率も向上する。更に、集束糸、トウへ油剤を繊維量に対して0.01〜1wt%(油剤100%として)添加することも好ましい。 In addition, when nanofiber bundles are obtained by the pre-sealing method, the nanofiber focusing yarn and tow obtained should be cut to an appropriate fiber length according to the purpose and purpose of the nanofiber using a guillotine cutter or slicing machine. Can do. In some cases, a focused yarn of 5000 dtex or less is further focused and cut into a tow of 5000 to several million dtex. Such a bundled yarn or tow preferably has a moisture content of 20 to 100 wt% before being cut. The nanofiber converging yarn and tow after sea removal have better converging properties if they contain a certain amount of moisture, so that they are easy to handle and the accuracy of cutting is improved, so that the uniformity of the cut length is improved. Further, since the fusion of short fibers due to heat generation at the time of cutting is suppressed, the adhesion of the short fibers to the cutting blade is reduced, and the production efficiency at the time of cutting is improved. Furthermore, it is also preferable to add 0.01 to 1 wt% (as oil agent 100%) of the oil agent to the bundle yarn and tow.
次に、後脱海法について、その具体的な方法について説明する。 Next, a specific method for the post-sea removal method will be described.
「高分子アロイ繊維」をカットして得られた短繊維の脱海は、短繊維を有機溶剤もしくはアルカリや酸などの薬液中に入れ、攪拌機で攪拌しながら海成分を溶解または分解して除去する。このような脱海は通常バッチ処理で行ない、処理工程を数段階に分けて行なうことが好ましい。海成分をトリクレンなどの有機溶剤で効率的に溶解除去する場合、1段階目の海成分を溶解する際に、溶剤中に溶解している海成分の高分子の濃度を6wt%以下にすることが好ましく、3wt%以下にすることが更に好ましい。2段階目以降の脱海の際には、溶剤中に溶解している高分子の濃度を徐々に少なくしていき、その濃度を0.1wt%以下にすることが好ましく、0.01wt%以下にすることがさらに好ましい。また、薬液による加水分解などによって海成分を効率的に分解除去する場合には、薬液中に分解されて低分子量化あるいはモノマー化した状態で溶解している海成分の濃度を10wt%以下にすることが好ましく、5wt%以下にすることが更に好ましい。2段階目以降の脱海の際には、薬液中に低分子量化あるいはモノマー化した状態で溶解している海成分の濃度を徐々に少なくし、その濃度を0.1wt%以下にすることが好ましく、0.01wt%以下にすることがさらに好ましい。「高分子アロイ繊維」をカットして得られた短繊維は、上述のように各溶剤や薬液で処理された後に、適切なステンレス金網フィルターなどで濾過してナノファイバーを回収した後、ナノファイバーに付着した溶剤や薬液を良く洗浄除去した後乾燥する。 The removal of short fibers obtained by cutting “polymer alloy fibers” can be achieved by placing the short fibers in an organic solvent or a chemical solution such as alkali or acid and dissolving or decomposing the sea components while stirring with a stirrer. To do. Such sea removal is usually performed by batch processing, and it is preferable to perform the processing steps in several stages. When the sea component is efficiently dissolved and removed with an organic solvent such as trichlene, the concentration of the sea component polymer dissolved in the solvent should be 6 wt% or less when the first-stage sea component is dissolved. Is preferable, and it is further more preferable to make it 3 wt% or less. At the time of sea removal after the second stage, the concentration of the polymer dissolved in the solvent is gradually decreased, and the concentration is preferably 0.1 wt% or less, and 0.01 wt% or less More preferably. Further, when the sea component is efficiently decomposed and removed by hydrolysis with a chemical solution or the like, the concentration of the sea component dissolved in the chemical solution and reduced in molecular weight or monomerized state is set to 10 wt% or less. It is preferably 5 wt% or less. During sea removal in the second and subsequent stages, the concentration of sea components dissolved in the chemical solution in a low molecular weight or monomerized state should be gradually reduced to a concentration of 0.1 wt% or less. Preferably, 0.01 wt% or less is more preferable. The short fiber obtained by cutting the “polymer alloy fiber” is treated with each solvent or chemical solution as described above, filtered through an appropriate stainless steel wire mesh filter, etc., and the nanofiber is recovered. Thoroughly wash away the solvent and chemicals adhering to the product, and dry.
「高分子アロイ繊維」の集束糸、トウ、カット繊維のいずれの脱海方法であっても、効率的な脱海を行うためには、2段階目以降の脱海に用いる有機溶媒などの溶剤、アルカリや酸などの薬液は新しいものを使用し、脱海処理する温度をなるべく高温にし、さらに溶剤や薬液を常に攪拌して循環することが好ましい。また、脱海に用いる溶剤や薬液に対する繊維量比をなるべく小さくし、脱海処理終了後の溶剤あるいは薬液中の海成分の濃度を小さくすることが好ましい。 In order to perform efficient sea removal regardless of the method of seawater removal of bundled yarn, tow, and cut fiber of “polymer alloy fiber”, a solvent such as an organic solvent used for sea removal in the second stage and thereafter. It is preferable to use a new chemical solution such as alkali or acid, raise the temperature of the sea removal treatment as much as possible, and constantly circulate the solvent or chemical solution with stirring. Moreover, it is preferable to make the fiber amount ratio with respect to the solvent or chemical used for sea removal as small as possible and to reduce the concentration of the sea component in the solvent or chemical after the sea removal treatment.
1段階目以降の脱海処理の各工程間で、溶剤あるいは薬液を含んだ集束糸、トウ、カット繊維は、遠心分離器で、ある程度溶剤あるいは薬液を除去することが好ましいが、繊維重量に対する溶剤あるいは薬液量を200wt%以下とすると、次工程での取り扱い性が向上し、好ましい。また、繊維重量に対する溶剤あるいは薬液量を50wt%以上にすると、繊維間の溶剤あるいは薬液がスペーサーの役割を果たし、繊維の過度の密着を抑制できるため、次工程での溶剤あるいは薬液の浸透性が良く、脱海効率が向上し、好ましい。さらに、脱海効率を向上するには、脱海処理を複数回行う場合、各段階の処理後に洗浄を行い、繊維に付着した海成分を十分除去し、その後の溶剤や薬液に混入する海成分量を少なくすることが好ましい。溶剤や薬液による脱海が終了したら、繊維に付着する海成分が好ましくは0.1wt%、更に好ましくは0.01wt%以下になるまで洗浄することで、海成分の残査を抑制することができる このようにして得られたナノファイバー短繊維は、ナノファイバーの直径にもよるがナノファイバーが数千から数100万本集合した繊維である。 It is preferable that the bundled yarn, tow, and cut fiber containing a solvent or a chemical solution are removed to some extent by a centrifuge between the steps of the sea removal treatment after the first stage. Alternatively, it is preferable that the amount of the chemical solution is 200 wt% or less because the handleability in the next step is improved. Further, when the amount of the solvent or the chemical solution with respect to the fiber weight is 50 wt% or more, the solvent or the chemical solution between the fibers serves as a spacer, and the excessive adhesion of the fibers can be suppressed. It is preferable because sea removal efficiency is improved. Furthermore, in order to improve sea removal efficiency, when sea removal treatment is performed multiple times, washing is performed after each stage of the treatment to sufficiently remove the sea components adhering to the fiber, and then sea components mixed into the subsequent solvent or chemical solution It is preferable to reduce the amount. When sea removal with a solvent or chemical solution is completed, the residual sea component can be suppressed by washing until the sea component adhering to the fiber is preferably 0.1 wt%, more preferably 0.01 wt% or less. The nanofiber short fiber thus obtained is a fiber in which several thousand to several million nanofibers are aggregated depending on the diameter of the nanofiber.
次に、得られた脱海後のナノファイバー短繊維を叩解機によって叩解する。叩解することによって、ナノファイバー短繊維をナノファイバー1本1本にバラバラにすることができる。 Next, the obtained nanofiber short fibers after sea removal are beaten with a beater. By beating, nanofiber short fibers can be separated into nanofibers one by one.
叩解機としては、生産レベルではナイアガラビータ、リファイナー、ミルなどが挙げられ、実験的には、家庭用ミキサーやカッター、ラボ用粉砕器、バイオミキサー、ロールミル、乳鉢、PFI叩解機などが挙げられる。 Examples of the beater include Niagara beaters, refiners, and mills at the production level, and experimentally include home mixers and cutters, laboratory grinders, biomixers, roll mills, mortars, and PFI beaters.
ナノファイバー短繊維集合体の繊維断面の透過型電子顕微鏡(TEM)あるいは走査型電子顕微鏡(SEM)写真では、ナノファイバーは1本1本離れて観察され、表面に存在するナノファイバーが少量ナノファイバー短繊維表面から遊離することがみられるが、短繊維中のナノファイバーの大半は集合体として存在しているため、この集合体を軽くしごいたり、ナノファイバー短繊維を水中にいれて攪拌しただけでは、ナノファイバーを単繊維レベルまでバラバラにすることは困難である。これは、ナノファイバーの繊維直径が非常に細く、比表面積が従来の極細繊維に比べ格段に増加しているため、微粒子粉末の場合と同様に、繊維間に働く水素結合力や分子間力などの相互作用がかなり強く、凝集力が大きいためだと考えられる。 In the transmission electron microscope (TEM) or scanning electron microscope (SEM) photograph of the cross section of the nanofiber short fiber aggregate, the nanofibers are observed one by one, and a small amount of nanofibers are present on the surface. Although it can be seen that it is released from the surface of the short fiber, most of the nanofibers in the short fiber exist as an aggregate, so this aggregate is lightly squeezed or the nanofiber short fiber is placed in water and stirred. It is difficult to separate nanofibers down to the single fiber level. This is because the fiber diameter of the nanofiber is very thin and the specific surface area is significantly increased compared to the conventional ultrafine fiber. This is thought to be due to the strong interaction and large cohesion.
このため、ナノファイバー短繊維は、上述のような叩解機によってバラバラにすることが好ましい。但し、叩解機の中でも、カッターや粉砕的な羽根を有する装置は繊維を損傷し易く、繊維をバラバラにする効果と同時に繊維を切断して繊維長をどんどん短くする欠点がある。ナノファイバーは繊維間の凝集力が強いのに反して、繊維が細いので、カッターや粉砕的な羽根を有する装置では繊維の損傷が大きく、ひどい場合には粉状に粉砕されるおそれもある。このため、繊維を叩くとしても、粉砕やカットする力よりもむしろ、もみほぐしたり、剪断力をかけて繊維間の凝集を解くことが好ましい。特に、PFI叩解機は内羽根と外容器の周速度差による剪断力によって叩解するため、ナノファイバーが1本1本にほぐされるまでの損傷が非常に少なく好ましい。また、他の叩解装置を使用する場合でも、叩解速度や叩解時の圧力を低減し、ナノファイバーに対する打撃力を緩和して繊維への損傷を少なくするためには、叩解速度や叩解時の圧力を低減し、ソフトな条件で加工することが好ましい。家庭用やラボ用のミキサーでも低回転数などのソフトな条件で長時間叩解すれば、効率は劣るものの品質的には前述の叩解機と同様にナノファイバー1本1本にまで叩解することができる。 For this reason, it is preferable that the nanofiber short fibers are separated by the above-described beater. However, among the beating machines, a device having a cutter or pulverized blades is liable to damage the fiber, and has the disadvantage of cutting the fiber and shortening the fiber length at the same time as the effect of separating the fiber. Although nanofibers have strong cohesive strength between fibers, the fibers are thin. Therefore, in a device having a cutter or a pulverized blade, the fiber is seriously damaged, and in severe cases, it may be pulverized into powder. For this reason, even if the fibers are beaten, it is preferable to loosen or break the agglomeration between the fibers by applying a shearing force rather than crushing or cutting force. In particular, since the PFI beating machine beats by the shearing force due to the difference in the peripheral speed between the inner blade and the outer container, the damage until the nanofibers are loosened one by one is very small and preferable. Even when other beating devices are used, the beating speed and the beating pressure can be reduced in order to reduce the beating speed and beating pressure and reduce the damage to the fibers by reducing the beating force against the nanofiber. It is preferable to process under soft conditions. Even if it is beaten for a long time under soft conditions such as a low rotation speed even in a mixer for home use or laboratory use, although it is inferior in efficiency, it can be beaten to one nanofiber in the same way as the above-described beating machine. it can.
叩解は、1次叩解と2次叩解に分けて行なうことが好ましい。1次叩解では、ナノファイバー集合体を剪断力で軽くもみほぐして、ナノファイバーの集合数をある程度小さくしておくことが好ましい。1次叩解によって、繊維の叩解度の程度を表す濾水度が500以下になるまで行なうことが好ましく、350以下になるまで行なうことがより好ましく、また5以上とすることが好ましい。ここでいう濾水度とは、後述する実施例の「Q.ナノファイバーの濾水度試験方法」に示したJIS P 8121「パルプのろ水度試験方法」に記載されているカナダ標準ろ水度試験方法に従って測定した値のことである。ナノファイバーの濾水度を測定する場合、叩解されて水中に小さく分散したナノファイバーが濾水度試験機の容器内のフィルターを目詰まりさせる場合もあるが、このことも含めた上での濾水度の値で評価する。ナイアガラビータやリファイナーで1次叩解する場合、一般的にナノファイバー短繊維を水中に分散して行なうが、この分散液全体に対するナノファイバーの濃度は、5wt%以下とすると叩解が均一に行なわれるため、好ましい。より好ましくは1wt%以下である。また、ナノファイバーの濃度を0.1wt%以上とすると、叩解の効率が向上するので好ましい。1次叩解は、ナイアガラビータやリファイナーなどの叩解機の設定クリアランスを0.5〜2mmと大きめにすると、叩解装置にかかる圧力による負荷の低減や、叩解処理の時間も低減できるので好ましい。また、ラボ用粉砕器、ミキサー、カッタでも条件をソフトにすることによって可能である。叩解されたナノファイバーは、適切な金網フィルターなどで濾過捕集し、脱水機で水分率が50〜200%になるように脱水して保管すると、叩解後のナノファイバーの容量を小さくでき、保存場所の確保や次工程での取扱いが容易となることから好ましい。 The beating is preferably performed separately for the primary beating and the secondary beating. In the primary beating, it is preferable to loosen the nanofiber aggregate lightly with a shearing force to reduce the number of nanofiber aggregates to some extent. The primary beating is preferably carried out until the freeness representing the degree of beating of the fibers is 500 or less, more preferably 350 or less, and more preferably 5 or more. The freeness herein refers to the Canadian standard freeness water described in JIS P 8121 “Pulp Freeness Test Method” shown in “Q. Nanofiber Freeness Test Method” in the Examples described later. It is a value measured according to the degree test method. When measuring the freeness of nanofibers, nanofibers that have been beaten and dispersed in water may clog the filter in the freeness tester container. Evaluate by water content. When performing primary beating with a Niagara beater or refiner, nanofiber short fibers are generally dispersed in water. However, if the concentration of nanofibers is 5 wt% or less, the beating is performed uniformly. ,preferable. More preferably, it is 1 wt% or less. Moreover, it is preferable that the concentration of the nanofiber is 0.1 wt% or more because the beating efficiency is improved. In the primary beating, it is preferable to increase the setting clearance of a beating machine such as a Niagara beater or a refiner to 0.5 to 2 mm because the load applied by the beating apparatus can be reduced and the beating process time can be reduced. It is also possible to soften the conditions with a laboratory pulverizer, mixer and cutter. The beaten nanofibers are collected by filtration with an appropriate wire mesh filter, etc., dehydrated and stored with a dehydrator so that the moisture content is 50 to 200%, and the nanofiber capacity after beating can be reduced and stored. It is preferable because it is easy to secure a place and handle in the next process.
さらに本発明でいう2次叩解とは、1次叩解されたナノファイバーを更に精密に叩解することである。この時使用する装置としてはナイアガラビータやリファイナー、PFI叩解機などが挙げられるが、それぞれの叩解機の設定クリアランスは0.1〜1.0mmにすることが好ましく、0.1〜0.5mmにすることが更に好ましく、加圧も小さくしてソフトな条件で加工することが好ましい。リファイナーを使用する場合、装置に内蔵された加工刃の形状を適宜変更できるが、繊維を切断するよりも、むしろもみ効果や剪断効果のある形状のものを選択することが好ましい。特にナノファイバーの2次叩解を実験的に行うにはPFI叩解機を使用することが最適である。PFI叩解機は内羽根と外容器の周速度差による剪断力によって叩解するため、ナノファイバーが1本1本に叩解されるまでの繊維の損傷が非常に少なくより好ましい。また、叩解する時のナノファイバーの繊維濃度を5〜20wt%と高くして処理することが可能であり、叩解機の内羽部分が常時繊維に均一にあたるので、叩解に従ってナノファイバー集合体が細くなり、繊維の強力が低下したとしても、繊維が更に繊維長方向に切断したり粉末化したりせずに均一な叩解が可能となる。 Furthermore, the secondary beating referred to in the present invention is a beating of nanofibers subjected to the primary beating more precisely. Niagara beaters, refiners, PFI beating machines, etc. can be used as the apparatus used at this time. The setting clearance of each beating machine is preferably 0.1 to 1.0 mm, and preferably 0.1 to 0.5 mm. It is more preferable to reduce the pressure, and it is preferable to process under soft conditions. When the refiner is used, the shape of the processing blade incorporated in the apparatus can be appropriately changed. However, it is preferable to select a shape having a scissor effect or shearing effect rather than cutting the fiber. In particular, it is optimal to use a PFI beating machine for experimentally performing secondary beating of nanofibers. Since the PFI beating machine beats by a shearing force due to the difference in peripheral speed between the inner blade and the outer container, the fiber damage until the nanofibers are beaten one by one is very small and more preferable. In addition, the fiber concentration of the nanofibers during beating can be increased to 5 to 20 wt%, and the inner wing part of the beating machine is always uniformly applied to the fibers, so that the nanofiber aggregate becomes thin according to the beating. Thus, even if the strength of the fiber is lowered, the fiber can be uniformly beaten without being further cut or powdered in the fiber length direction.
このように、2次叩解によって得られたナノファイバー分散体の濾水度は350以下が好ましく、200以下であることがより好ましく、100以下であることが更に好ましく、また、5以上が好ましい。濾水度が350を超えると叩解度が小さく、ナノファイバーを溶媒に分散させる時に均一に分散させることが困難となる場合がある。ナイアガラビータやリファイナー、家庭用やラボ用のミキサー、カッタ類で2次叩解を行なう際には、水中のナノファイバー濃度が低濃度の状態で加工するため、叩解に従って細くなって浮遊するナノファイバーにも局所的に回転刃が繰返し当たり、繊維の切断や破砕効果が大きく、繊維長方向に切断したり粉末化し易いため、刃の形状、回転スピード、加圧条件などの叩解条件をマイルドにして叩解することが好ましい。 Thus, the freeness of the nanofiber dispersion obtained by secondary beating is preferably 350 or less, more preferably 200 or less, still more preferably 100 or less, and more preferably 5 or more. When the freeness exceeds 350, the beating degree is small, and it may be difficult to uniformly disperse the nanofibers in the solvent. When performing secondary beating with Niagara beaters, refiners, home and laboratory mixers, cutters, etc., the nanofiber concentration in the water is processed at a low concentration, so the nanofibers that become thin and float according to the beating are floated. Since the rotating blade hits repeatedly locally, the effect of cutting and crushing the fiber is great, and it is easy to cut or powder in the fiber length direction, so beating with mild beating conditions such as blade shape, rotation speed, pressurizing condition etc. It is preferable to do.
このようにして叩解されたナノファイバーは、再凝集を防ぐために、水中や溶媒中で叩解した後に、フィルターで濾過捕集して、脱水機で水分あるいは溶媒の含有率が50〜200wt%になるように脱水(脱溶媒)して保管することが好ましい。どうしても乾燥して保管する必要がある場合には、凍結乾燥を行ったり、60℃以下の低温で真空乾燥することが好ましい。 In order to prevent re-aggregation, the nanofibers beaten in this way are beaten in water or in a solvent, and then collected by filtration with a filter, so that the content of water or solvent becomes 50 to 200 wt% with a dehydrator. Thus, it is preferable to store after dehydration (desolvation). When it is absolutely necessary to dry and store, freeze drying or vacuum drying at a low temperature of 60 ° C. or lower is preferable.
上記したナノファイバーの叩解は、水中で行ったが、特別な溶媒中で叩解することが必要な場合には、溶媒中で叩解することが好ましい。 The above-described beating of the nanofiber was performed in water. However, when it is necessary to beat in a special solvent, it is preferable to beat in a solvent.
従来のセルロースや合成繊維の叩解では、水中で繊維を叩解後乾燥し、乾燥した繊維を目的とする乳液や溶媒中で攪拌機で分散する方法がとられており、このような従来の通常繊維や極細繊維ではこの方法でも繊維を溶媒あるいは水中に再分散することが可能であった。しかし、ナノファイバーの場合、表1に示したとおり、繊維の比表面積が非常に大きいため、叩解によって折角水中にバラバラに分散した繊維が、乾燥時に再凝集し、それを通常の攪拌機で分散しても均一な分散は困難であった。このため、直接目的とする水、油および有機溶媒からなる群から選ばれる少なくとも一種の中で直接叩解することが好ましい。溶媒としては、有機溶剤と水との混合溶液が好ましい場合もある。一般的な叩解機は、水中で叩解するのが通常であり、有機溶媒対応になっていないので、防爆型にしたり、蒸発した溶媒を回収する作業環境対策や、溶媒によっては作業時のマスク着用などの安全対策が必要になる。粘性が高い洗顔用ゲル、整髪用ゲル、湿布用ゲル、軟膏などのゲル状物や粘度の高いクリームや乳液などにナノファイバーを配合する場合には、攪拌機でなくニーダや混練機を使用することが好ましい。 In the conventional beating of cellulose and synthetic fibers, a method is used in which the fibers are beaten in water and then dried, and the dried fibers are dispersed with a stirrer in the intended emulsion or solvent. With ultrafine fibers, it was possible to redisperse the fibers in a solvent or water even by this method. However, in the case of nanofibers, as shown in Table 1, since the specific surface area of the fibers is very large, the fibers dispersed in the bent water by beating are re-agglomerated during drying and dispersed with a normal stirrer. However, uniform dispersion was difficult. For this reason, it is preferable to directly beat in at least one selected from the group consisting of water, oil, and organic solvent. As the solvent, a mixed solution of an organic solvent and water may be preferable. General beating machines are usually beaten in water and are not compatible with organic solvents, so they can be explosion-proof, work environment measures to collect evaporated solvent, and depending on the solvent, wear a mask during work. Safety measures such as are necessary. Use a kneader or kneader instead of a stirrer when blending nanofibers into gel-like materials such as facial cleansing gels, hair styling gels, poultice gels, ointments and other highly viscous creams or emulsions. Is preferred.
有機溶媒中で直接叩解するには、特殊な防爆型の叩解機や安全対策が必要になるので、高額の設備投資が必要になる場合がある。この問題を回避するために、水中で叩解したナノファイバーに含まれる水と有機溶媒を置換する方法について以下に説明する。 Direct beating in an organic solvent requires a special explosion-proof beating machine and safety measures, which may require a large capital investment. In order to avoid this problem, a method for substituting the organic solvent with water contained in the nanofiber beaten in water will be described below.
前述のように水中で叩解されたナノファイバー短繊維は、まず脱水機でナノファイバーの繊維重量に対する水分比率を0.3〜300倍にすることが好ましく、2〜100倍にすることが更に好ましい。これにより、ナノファイバーの再凝集を抑制することができる。ナノファイバーは、比表面積が大きいため保水性が高く、ナノファイバーに対する水分比率が10倍程度と非常に高い場合であっても、繊維間に水を多く保持できるため、水が滴り落ちることはあまり無く、繊維重量に対して従来の繊維よりもはるかに多くの水を含有させることができる。ナノファイバーの良好な分散状態を得るには、ナノファイバーの繊維重量に対する水分比率を5〜30倍にすることが好ましい。ただし、水分比率が大きすぎると溶媒置換の効率が低下する。 As described above, the nanofiber short fiber beaten in water is preferably 0.3 to 300 times, more preferably 2 to 100 times the moisture ratio of the nanofiber to the fiber weight with a dehydrator. . Thereby, re-aggregation of nanofibers can be suppressed. Since nanofibers have a large specific surface area, water retention is high, and even when the water ratio to nanofibers is as high as about 10 times, water can be retained between fibers, so that water does not drip so much. And much more water than conventional fibers relative to the fiber weight. In order to obtain a good dispersion state of the nanofibers, it is preferable that the moisture ratio of the nanofibers to the fiber weight is 5 to 30 times. However, if the water ratio is too large, the efficiency of solvent replacement decreases.
次に、脱水したナノファイバーを任意の容器に入れ、置換したい溶媒を投入する。第1回目に投入する溶媒は、ナノファイバーが持つ水分量の2〜50倍にすることが好ましく、5〜20倍にすることが更に好ましい。溶媒の種類は、ナノファイバーの高分子の種類や用途、また目的によって異なるが、水と置換することから、水と馴染みの良い親水性の溶媒であることが好ましく、アルコール系、エーテル系、エステル系、ケトン系、DMF系などの溶媒が好ましい。 Next, the dehydrated nanofibers are placed in an arbitrary container, and a solvent to be replaced is charged. The solvent added in the first time is preferably 2 to 50 times, more preferably 5 to 20 times the water content of the nanofibers. The type of solvent varies depending on the type and application of the nanofiber polymer, and the purpose, but it is preferably a hydrophilic solvent that is compatible with water because it substitutes with water. Alcohol-based, ether-based, ester Solvents such as those based on ketone, ketone and DMF are preferred.
溶媒投入後、ナノファイバーに含有されていた水や投入した溶媒は、容器内で攪拌機によって5〜60分間攪拌される。攪拌後、ナノファイバーと溶液は例えば金網のフィルターなどで残存溶液を分離するが、分散性を保持するにはナノファイバーに含有される残存溶液量をナノファイバーの繊維重量に対して1倍以上で分離することが好ましい。 After the addition of the solvent, the water contained in the nanofiber and the added solvent are stirred for 5 to 60 minutes by a stirrer in the container. After stirring, the nanofiber and the solution are separated from the remaining solution using, for example, a wire mesh filter. However, in order to maintain dispersibility, the amount of the remaining solution contained in the nanofiber should be at least 1 times the fiber weight of the nanofiber. It is preferable to separate.
溶媒置換を行なう回数は、2回以上であることが好ましく、更に5回以上行うことが好ましい。作業として溶媒の投入と溶媒と水の混合溶液からナノファイバーを分離する操作を数回繰り返すことによって達成できる。この方法は、溶媒中でナノファイバーの分散性を良好に保持できるが、水がやや残存する問題がある。 The number of times of solvent replacement is preferably 2 times or more, and more preferably 5 times or more. The operation can be accomplished by repeating the operation of charging the solvent and separating the nanofibers from the mixed solution of the solvent and water several times. Although this method can maintain the dispersibility of the nanofibers well in a solvent, there is a problem that water remains slightly.
上記の方法において、脱水時の水分比率を10〜50wt%まで遠心分離して濃縮する方法でも溶媒置換を繰り返せば残存する水をかなり低減可能であるが、後にナノファイバーを溶媒中へ分散した時の分散性が低下する場合がある。また、ソックスレー法による溶媒置換も可能であるが、やはりナノファイバーの分散性が低下する場合がある。 In the above method, even if the water ratio at the time of dehydration is centrifuged and concentrated to 10 to 50 wt%, the remaining water can be considerably reduced by repeating solvent replacement. However, when nanofibers are later dispersed in the solvent The dispersibility of the resin may decrease. Moreover, although solvent substitution by the Soxhlet method is possible, the dispersibility of the nanofiber may also be lowered.
次に、ナノファイバー配合溶液の調整方法について説明する。 Next, the adjustment method of a nanofiber compound solution is demonstrated.
叩解したナノファイバーと溶媒を攪拌機に入れ所定の濃度に分散する。作製するナノファイバーの単繊維直径にもよるが、ナノファイバーの配合溶液全体に対する濃度は、5wt%以下であることが好ましく、0.0001〜1wt%であることがより好ましく、0.01〜1wt%であることがさらに好ましい。また、ナノファイバーは凝集し易いので、再凝集を防止するため、なるべく低濃度で分散調整することが好ましい。更に、ナノファイバーの分散性を向上するため、分散剤を添加することが好ましい。水系で用いる分散剤としては、ポリカルボン酸塩などのアニオン系、第4級アンモニウム塩などのカチオン系、ポリオキシエチレンエーテルやポリオキシエチレンエステルなどのノニオン系の物から選択することが好ましい。適切な分散剤を選定するには、例えばナノファイバー間の電荷の反発により分散させる場合、その表面電位(ゼータ電位)に応じて分散剤の種類を選定する。pH=7において、ゼータ電位が−5〜+5mVの範囲内のナノファイバーの場合にはノニオン系分散剤を添加することが好ましく、ゼータ電位が−100mV以上、−5mV未満の場合にはアニオン分散剤を添加することが好ましく、ゼータ電位が+5mVを超え、100mV以下である場合にはカチオン系分散剤を添加することが好ましい。例えば、N6ナノファイバーではレーザードプラー電気泳動法で測定したゼータ電位(pH=7付近)が−14mVと表面が負に帯電しているため、この電位の絶対値を大きくするために、アニオン系分散剤を使用するとゼータ電位が−50mVとなるため、分散性が向上する。また、立体反発により分散させる場合、分子量が大きくなりすぎると、分散剤というよりもむしろ凝集剤としての効果が大きくなるため、分散剤の分子量を制御することが好ましく、分散剤の分子量としては1000〜50000であることが好ましく、5000〜15000であることがさらに好ましい。 The beaten nanofibers and solvent are placed in a stirrer and dispersed to a predetermined concentration. Although it depends on the single fiber diameter of the nanofiber to be produced, the concentration of the nanofiber in the total solution is preferably 5 wt% or less, more preferably 0.0001 to 1 wt%, and 0.01 to 1 wt. % Is more preferable. In addition, since nanofibers easily aggregate, it is preferable to adjust the dispersion at as low a concentration as possible in order to prevent reaggregation. Furthermore, it is preferable to add a dispersant in order to improve the dispersibility of the nanofibers. The dispersant used in the aqueous system is preferably selected from anionic systems such as polycarboxylates, cationic systems such as quaternary ammonium salts, and nonionic materials such as polyoxyethylene ethers and polyoxyethylene esters. In order to select an appropriate dispersant, for example, when dispersing by repulsion of electric charge between nanofibers, the type of the dispersant is selected according to the surface potential (zeta potential). In the case of nanofibers with a zeta potential in the range of −5 to +5 mV at pH = 7, it is preferable to add a nonionic dispersant, and when the zeta potential is −100 mV or more and less than −5 mV, an anionic dispersant Is preferably added, and when the zeta potential exceeds +5 mV and is 100 mV or less, it is preferable to add a cationic dispersant. For example, in N6 nanofibers, the zeta potential (pH = 7 vicinity) measured by laser Doppler electrophoresis is -14 mV, and the surface is negatively charged. To increase the absolute value of this potential, an anionic dispersion is used. When the agent is used, the zeta potential becomes −50 mV, so that dispersibility is improved. In addition, when dispersed by steric repulsion, if the molecular weight becomes too large, the effect as a flocculant rather than a dispersant increases, so it is preferable to control the molecular weight of the dispersant, and the molecular weight of the dispersant is 1000 It is preferably ˜50000, more preferably 5,000 to 15000.
ただし、同じ化学組成の分散剤であってもその分子量やナノファイバーを構成する高分子の種類、繊維の濃度、また他の配合剤の影響も受けるので、ナノファイバーの種類、用途や目的に応じて適切な分散剤を選択し、溶液を調整することが好ましい。分散剤の濃度は、配合溶液全体に対し0.00001〜20wt%であることが好ましく、より好ましくは0.0001〜5wt%、さらに好ましくは0.01〜1wt%であり、これにより十分な分散効果が得られる。また、このようなナノファイバーを配合した配合溶液の場合、ナノファイバーの繊維長は、0.05〜5mmにすることが好ましく、0.2〜1mmにすることがさらに好ましい。また、溶媒が油性溶媒や有機溶媒などの疎水性を示す場合には、アクリルアミド系、シリコーン系、フッ素系分散剤を使用することが好ましい。 However, even a dispersant with the same chemical composition is affected by the molecular weight, the type of polymer that makes up the nanofiber, the concentration of the fiber, and other compounding agents, so it depends on the type, application, and purpose of the nanofiber. It is preferable to prepare an appropriate solution by selecting an appropriate dispersant. The concentration of the dispersing agent is preferably 0.00001 to 20 wt%, more preferably 0.0001 to 5 wt%, and still more preferably 0.01 to 1 wt% with respect to the entire blended solution. An effect is obtained. Moreover, in the case of the compounding solution which mix | blended such a nanofiber, it is preferable that the fiber length of a nanofiber shall be 0.05-5 mm, and it is more preferable to set it as 0.2-1 mm. In addition, when the solvent exhibits hydrophobicity such as an oily solvent or an organic solvent, it is preferable to use an acrylamide-based, silicone-based or fluorine-based dispersant.
次に、ナノファイバー乳液の調整方法について説明する。 Next, a method for adjusting the nanofiber emulsion will be described.
乳液の場合、大きく分類すると乳液のタイプでO/W型(オイルが水中に分散する型)とW/O型(水が油中に分散する型)の2種類のタイプがある。また、ナノファイバーを構成する高分子の種類によって、ナノファイバーがW(水)中に分散し易い場合とO(油)中に分散し易い場合がある。ナノファイバーの高分子の種類、乳液中のW(水)とO(油)の種類、それぞれの混合比率、分散剤の種類や混合比率、添加溶媒の種類、温度などとともに、用途や使用目的に応じて乳液のタイプを選択することが好ましい。また、多種の成分を配合する場合、ナノファイバーと配合剤のなじみやナノファイバーの分散性に考慮して、乳液中の各成分の配合比率の設計を行うことが好ましい。 In the case of emulsions, there are roughly two types of emulsions: O / W type (type in which oil is dispersed in water) and W / O type (type in which water is dispersed in oil). Further, depending on the type of polymer constituting the nanofiber, the nanofiber may be easily dispersed in W (water) or may be easily dispersed in O (oil). In addition to the type of polymer of nanofiber, the type of W (water) and O (oil) in the emulsion, the mixing ratio, the type and mixing ratio of the dispersant, the type of added solvent, the temperature, etc. It is preferable to select the type of emulsion accordingly. Moreover, when blending various components, it is preferable to design the blending ratio of each component in the emulsion in consideration of the familiarity between the nanofiber and the compounding agent and the dispersibility of the nanofiber.
どの乳液タイプであっても、ナノファイバーの濃度は5wt%以下とすることが好ましく、0.0001〜1wt%とすることがナノファイバーの均一分散性の観点からより好ましいが、乳液自身の安定性を確保するため、ナノファイバーの添加濃度はより低濃度である0.001〜0.5wt%とすることがさらに好ましい。また、ナノファイバーの種類、その用途や目的に応じて適切な分散剤を選択し、乳液を調整することが好ましい。適切な分散剤を選定する方法としては前述の通りである。分散剤の濃度は、乳液全体に対し0.00001〜20wt%であることが好ましく、より好ましくは0.0001〜5wt%、さらに好ましくは0.01〜1wt%であり、これにより十分な分散効果が得られる。さらに、ナノファイバーの繊維直径はナノレベルで非常に小さいが、繊維長は直径と比べると大きいため、いわゆるナノ微粒子に比べ分散し難い。このため、乳液用のナノファイバーの繊維長は、0.05〜2mmにすることが好ましく、0.05〜0.8mmにすることがさらに好ましい。なお、ナノファイバーを油剤などの表面処理剤(例えばシリコーン系油剤)で処理し、乳化剤に添加すれば、ナノファイバー単独でも分散し、乳液とできる場合がある。 Regardless of the type of emulsion, the concentration of nanofibers is preferably 5 wt% or less, and more preferably 0.0001 to 1 wt% from the viewpoint of the uniform dispersibility of the nanofibers. In order to ensure the above, it is more preferable that the addition concentration of the nanofiber is 0.001 to 0.5 wt%, which is a lower concentration. In addition, it is preferable to select an appropriate dispersant according to the type of nanofiber, its use and purpose, and adjust the emulsion. The method for selecting an appropriate dispersant is as described above. The concentration of the dispersant is preferably 0.00001 to 20 wt%, more preferably 0.0001 to 5 wt%, and still more preferably 0.01 to 1 wt%, based on the total amount of the emulsion. Is obtained. Furthermore, although the fiber diameter of nanofibers is very small at the nano level, the fiber length is larger than the diameter, so that it is difficult to disperse compared with so-called nano fine particles. For this reason, the fiber length of the nanofiber for emulsion is preferably 0.05 to 2 mm, and more preferably 0.05 to 0.8 mm. If nanofibers are treated with a surface treatment agent such as an oil agent (for example, a silicone-based oil agent) and added to an emulsifier, nanofibers alone may be dispersed to form an emulsion.
次に、ナノファイバーゲル状物について説明するが、併せてナノファイバーゲル構造物について説明する。 Next, the nanofiber gel structure will be described, and the nanofiber gel structure will be described together.
ナノファイバーは、それを構成する高分子の種類によるが、水(又は他の溶媒)に対して繊維濃度を5〜60wt%にすると「ゲル構造物」になり、これは特異的な現象である。ここでいうゲル構造物とは、ナノファイバーと水(又は他の溶媒)とからなり、ナノファイバーの含有量が比較的高濃度であり、繊維が5〜60wt%の状態のものを指す。これは、水溶液でもなく、また、固形物でもないような状態のものである。また、ナノファイバーを構成する高分子間には架橋構造がないため、以下「ゲル構造物」という。通常繊維や極細繊維では、この濃度では低粘度の水溶液(又は溶液)状態であるが、ナノファイバーの場合には、繊維の比表面積が大きく、繊維間の水和効果が非常に大きい(表1参照)ため、このような特異な現象が発現するものと考えられる。ゲル構造物を作製するために、ナノファイバーを叩解する際には、その濃度を10〜30wt%と高濃度の範囲にすることが可能である。 Although nanofibers depend on the type of polymer that composes them, they become “gel structures” when the fiber concentration is 5 to 60 wt% with respect to water (or other solvent), which is a unique phenomenon. . Here, the gel structure is composed of nanofibers and water (or other solvent), the nanofiber content is relatively high, and the fibers are in a state of 5 to 60 wt%. This is a state that is neither an aqueous solution nor a solid. Further, since there is no cross-linked structure between the polymers constituting the nanofiber, it is hereinafter referred to as “gel structure”. Normal fibers and ultrafine fibers are in a low-viscosity aqueous solution (or solution) state at this concentration, but in the case of nanofibers, the specific surface area of the fibers is large and the hydration effect between the fibers is very large (Table 1). Therefore, it is considered that such a unique phenomenon appears. In order to produce a gel structure, when beating nanofibers, the concentration can be in a high concentration range of 10 to 30 wt%.
また、本発明において、「ゲル状物」とは、ナノファイバーに溶媒あるいはゲルを配合し、必要に応じてある材料を配合することでゲル状になるもののことであり、ある材料としては、PVAゲル、アクリルアミドゲルなどの高分子ゲルや多糖類などの天然材料ゲルなどのことである。また、前述のナノファイバーの「ゲル構造物」も架橋構造はないものの、擬似的なゲル状態となっていることから、本発明の「ゲル状物」に含める。高濃度にナノファイバーを配合するゲル状物は、ナノファイバーの叩解時の濃度を10〜30wt%として作製することができる。また、高濃度のナノファイバーゲル状物とする場合、アクリルアミド系、シリコーン系、フッ素系などの分散剤を添加することによって、分散の均一性を向上させることができる。適切な分散剤を選定する方法としては前述の通りであり、アニオン系、カチオン系、ノニオン系の分散剤も好適に用いることができる。また、分散剤の濃度は、ゲル状物全体に対し0.00001〜20wt%であることが好ましく、より好ましくは0.0001〜5wt%、さらに好ましくは0.01〜1wt%であり、これにより十分な分散効果が得られる。低濃度にナノファイバーを配合したゲル状物を作製する場合、ナノファイバー配合溶液と同様に、例えば0.01〜1wt%のナノファイバー配合溶液に天然ゲルや合成ゲルを添加し、ゲル状物を作製することができる。天然ゲルや合成ゲルとしては、コラーゲン、ゼラチン、キトサンなどの蛋白ゲル、アガロース、アルギン酸、ペクチン、多糖ゲルなどの天然ゲルやセルロースなどのゲルあり、また、PVA系ゲル、架橋ビニール系ポリマー、アクリルアミド系ゲル、アクリル酸とアルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩ゲル、シリコーン系ゲル、フッ素系ゲル、ウレタン系ゲル、放射線架橋型ポリマーゲルなどの合成高分子ゲルなどを挙げることができる。このようなナノファイバーを配合したゲル状物の場合、ナノファイバーの繊維長は、0.05〜2mmとすることが好ましく、0.2〜1mmにすることがさらに好ましい。 Further, in the present invention, the “gel-like product” means a gel-like material obtained by blending a nanofiber with a solvent or gel, and blending a certain material as needed. It refers to polymer gels such as gels and acrylamide gels, and natural material gels such as polysaccharides. In addition, the above-mentioned “gel structure” of nanofibers is included in the “gel-like product” of the present invention because it has a pseudo gel state although it does not have a crosslinked structure. A gel-like material in which nanofibers are blended at a high concentration can be prepared by setting the concentration at the time of beating nanofibers to 10 to 30 wt%. In addition, when a high concentration nanofiber gel is obtained, the dispersion uniformity can be improved by adding an acrylamide-based, silicone-based, or fluorine-based dispersant. The method for selecting an appropriate dispersant is as described above, and anionic, cationic, and nonionic dispersants can also be suitably used. Moreover, it is preferable that the density | concentration of a dispersing agent is 0.00001-20 wt% with respect to the whole gelled material, More preferably, it is 0.0001-5 wt%, More preferably, it is 0.01-1 wt%, A sufficient dispersion effect can be obtained. When preparing a gel-like product containing nanofibers at a low concentration, for example, a natural gel or a synthetic gel is added to a nanofiber-containing solution of 0.01 to 1 wt. Can be produced. Natural gels and synthetic gels include protein gels such as collagen, gelatin, and chitosan, natural gels such as agarose, alginic acid, pectin, and polysaccharide gels, and gels such as cellulose. PVA gels, crosslinked vinyl polymers, and acrylamides Examples include gels, synthetic polymer gels such as acrylic acid and alkali metal salt, alkaline earth metal salt gel, silicone gel, fluorine gel, urethane gel, and radiation-crosslinked polymer gel. In the case of a gel-like material containing such nanofibers, the fiber length of the nanofibers is preferably 0.05 to 2 mm, and more preferably 0.2 to 1 mm.
以下に、本発明のナノファイバーを用いた配合溶液、乳液、ゲル状物の具体例や加工製品例について、実施例で説明するが、本発明の要件が該実施例で制約されることはない。 Specific examples of blended solutions, emulsions, and gels and processed products using the nanofibers of the present invention will be described in the following examples, but the requirements of the present invention are not limited by the examples. .
以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明する。なお、実施例中の測定方法は以下の方法を用いた。実施例および比較例における測定結果は、表3〜5にまとめて記載した。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. In addition, the measuring method in an Example used the following method. The measurement results in Examples and Comparative Examples are listed in Tables 3 to 5.
A.高分子の溶融粘度
東洋精機キャピログラフ1Bにより高分子の溶融粘度を測定した。なお、サンプル投入から測定開始までの高分子の貯留時間は10分とした。
A. Polymer melt viscosity The polymer melt viscosity was measured by Toyo Seiki Capillograph 1B. The polymer storage time from sample introduction to measurement start was 10 minutes.
B.融点
Perkin Elmaer DSC−7を用いて2nd runで高分子の融解を示すピークトップ温度を高分子の融点とした。この時の昇温速度は16℃/分、サンプル量は10mgとした。
B. Melting | fusing point The peak top temperature which shows melting | dissolving of a polymer by 2nd run was made into melting | fusing point of a polymer using Perkin Elmaer DSC-7. The temperature rising rate at this time was 16 ° C./min, and the sample amount was 10 mg.
C.色調(b*値):
色調計MINOLTA SPECTROPHOTOMETER CM-3700dを用いて、サンプルのb*を測定した。このとき、光源としてはD65(色温度6504K)を用い、10°視野で測定を行った。
D.高分子アロイ繊維の力学特性
試料繊維10mを不織布中から採取し、その重量をn数=5回として測定し、これの平均値から繊度(dtex)を求めた。そして、室温(25℃)で、初期試料長=200mm、引っ張り速度=200mm/分とし、JIS L1013に示される条件で荷重−伸長曲線を求めた。次に、破断時の荷重値を初期の繊度で割り、それを強度とし、破断時の伸びを初期試料長で割り伸度として強伸度曲線を求めた。
E.ポリマーアロイ繊維のウースター斑(U%)
ツェルベガーウスター株式会社製USTER TESTER 4を用いて給糸速度200m/分でノーマルモードで測定を行った。 F.TEMによる「高分子アロイ繊維」の横断面観察
繊維の横断面方向に超薄切片を切り出し、透過型電子顕微鏡(TEM)で繊維横断面を観察した。また、ナイロンはリンタングステン酸で金属染色した。
C. Color tone (b * value):
The b * of the sample was measured using a color meter MINOLTA SPECTROPHOTOMETER CM-3700d. At this time, D 65 (color temperature 6504K) was used as a light source, and measurement was performed in a 10 ° visual field.
D. Mechanical Properties of Polymer Alloy Fiber 10 m of sample fiber was collected from the nonwoven fabric, and its weight was measured as n number = 5 times, and the fineness (dtex) was obtained from the average value. Then, at room temperature (25 ° C.), an initial sample length = 200 mm, a pulling rate = 200 mm / min, and a load-elongation curve was obtained under the conditions shown in JIS L1013. Next, the load value at the time of breaking was divided by the initial fineness, which was used as the strength, and the elongation at break was divided by the initial sample length to obtain a strength / elongation curve.
E. Worcester spots of polymer alloy fibers (U%)
Measurement was performed in the normal mode at a yarn feeding speed of 200 m / min using a USTER TESTER 4 manufactured by Zerbegger Worcester. F. Cross-sectional observation of “polymer alloy fiber” by TEM Ultra-thin sections were cut in the cross-sectional direction of the fiber, and the cross-section of the fiber was observed with a transmission electron microscope (TEM). Nylon was metal dyed with phosphotungstic acid.
TEM装置:日立製作所(株)製H−7100FA型
G.「高分子アロイ繊維」中の島成分(ナノファイバー前駆体成分)の数平均直径
島成分の数平均直径は以下のようにして求める。すなわち、TEMによる島成分横断面写真を画像処理ソフト(WINROOF)を用いて同一横断面内で無作為抽出した300個の島成分の直径を測定し、個々のデータを積算後、全数で除して単純平均値を求めた。これを「高分子アロイ繊維」の長さとして互いに10m離れた5カ所で行い、合計1500個の直径を測定し、その平均直径を「島成分数平均直径」とした。
TEM apparatus: H-7100FA type manufactured by Hitachi, Ltd. Number average diameter of island component (nanofiber precursor component) in “polymer alloy fiber” The number average diameter of the island component is determined as follows. In other words, the diameter of 300 island components randomly extracted in the same cross-section using the image processing software (WINROOF) of the island component cross-section photograph by TEM is measured, and the individual data are integrated and divided by the total number. A simple average value was obtained. This was performed at five locations 10 m apart from each other as the length of the “polymer alloy fiber”, a total of 1500 diameters were measured, and the average diameter was defined as the “island component number average diameter”.
H.ナノファイバーのSEM観察
ナノファイバー配合溶液、乳液の場合は溶液をサンプリングし、フィルムもしくはガラス板上にのせ60℃で乾燥する。乾燥した任意の場所から5mm角のサンプルを採取し、白金を蒸着し、日立製作所製超高分解能電解放射型走査型電子顕微鏡(UHR−FE−SEM)でサンプル中のナノファイバーを観察する。ゲル状物の場合は形態が安定していてゲル状のまま測定可能な場合はそのまま乾燥し、乾燥後白金蒸着しSEM観察をする。形態が安定しない場合は適切な溶媒で溶解し、その後は上記溶液と同様な方法で観察する。
H. SEM observation of nanofiber In the case of a nanofiber mixed solution or emulsion, the solution is sampled and placed on a film or glass plate and dried at 60 ° C. A sample of 5 mm square is collected from an arbitrary dried place, platinum is deposited, and nanofibers in the sample are observed with an ultra-high resolution electrolytic emission scanning electron microscope (UHR-FE-SEM) manufactured by Hitachi. In the case of a gel-like material, if the form is stable and can be measured in a gel state, it is dried as it is, and after drying, platinum is deposited and SEM observation is performed. If the form is not stable, dissolve in an appropriate solvent, and then observe in the same manner as the above solution.
I.ナノファイバーの単繊維数平均直径φm
単繊維数平均直径φmは以下のようにして求める。すなわち、上記H項で撮影したナノファイバー表面写真を画像処理ソフト(WINROOF)を用いて5mm角のサンプル内で無作為抽出した30本の単繊維直径を測定し、個々のデータを積算後、全数で除して単純平均値を求めた。サンプリングは合計10回行って各30本の単繊繊維直径のデータを取り、合計300本の単繊維直径のデータから単純平均して求めたものを「単繊維数平均直径φm」とした。 J.ナノファイバーの単繊維比率の和Paの評価
単繊維比率の和Paは、上記測定したデータを用い、[発明を実施するための最良の形態]の欄に記載した(3)式から求める。Paが大きいほどバラツキが小さくなる
K.ナノファイバーの単繊維直径の集中度指数Pbの評価
単繊維直径の集中度の評価Pbは、上記I項で測定したデータを用い、[発明を実施するための最良の形態]の欄に記載した(5)式で評価する。これは、単繊維の数平均直径付近のバラツキの集中度を意味しており、この繊度比率が高いほどバラツキが小さいことを意味している。
I. Nanofiber single fiber average diameter φm
The single fiber number average diameter φm is determined as follows. That is, the diameter of 30 single fibers randomly extracted from a sample of 5 mm square using the image processing software (WINROOF) from the nanofiber surface photograph taken in the above section H is measured, and the total number is obtained after integrating the individual data. The simple average value was obtained by dividing by. Sampling was performed a total of 10 times to obtain data on the diameter of 30 single fiber fibers, and a simple average from the data on the diameter of 300 single fibers was defined as “average number of single fibers φm”. J. et al. Evaluation of Sum Pa of Single Fiber Ratio of Nanofibers The sum Pa of the single fiber ratio is obtained from the equation (3) described in the “Best Mode for Carrying Out the Invention” using the measured data. The variation becomes smaller as Pa is larger. Evaluation of single fiber diameter concentration index Pb of nanofibers Evaluation of single fiber diameter concentration Pb was described in the column of [Best Mode for Carrying Out the Invention] using the data measured in the above section I. (5) Evaluate with the formula. This means the degree of concentration of variation around the number average diameter of single fibers, and the higher the fineness ratio, the smaller the variation.
L.ナノファイバーの濾水度試験方法
JIS P 8121「パルプのろ水度試験方法」のカナダ標準濾水度試験方法に従って、熊谷機器(株)製カナディアンフリーネステスターで測定した。20℃の室でナノファイバーの0.30±0.05%濃度の水溶液を1リットル秤量し、該カナディアンフリーネステスターに投入し3回測定し単繊維数平均直径した。該JISの補正表を使用し、0.30%からの濃度のずれによるデータ補正を行い濾水度とする。
L. Nanofiber Freeness Test Method According to the Canadian standard freeness test method of JIS P 8121 “Pulp Freeness Test Method”, the freeness tester manufactured by Kumagaya Kikai Co., Ltd. was used. One liter of a 0.30 ± 0.05% aqueous solution of nanofibers was weighed in a room at 20 ° C., put into the Canadian freeness tester, and measured three times to obtain the average number of single fibers. Using the JIS correction table, the data is corrected by the deviation of the concentration from 0.30% to obtain the freeness.
M.保湿指数(ΔWR10)
測定用の繊維を約1.0gとり、洗剤や溶媒で油分を除去後水洗、乾燥し、20℃、湿度65%の状態で24時間調湿後、重量を精秤しW0とする。該繊維を水中に12時間浸漬した後取出し、水分量が60%±10%になるように遠心分離器か脱水機で脱水する。温度20℃、湿度25%に調湿した透明なボックスに天秤を入れ、直径5cm、高さ1cmのプラスチック容器を天秤に乗せる。測定用の繊維をプラスチック容器に入れ、乾燥し減量する繊維の重量Wiを1分毎に水分量が10%以下になるまで測定する。各時間の水分率WRi(%)は次式で表される。
M.M. Moisturizing index (ΔWR10)
About 1.0 g of the fiber for measurement is removed, the oil is removed with a detergent and a solvent, washed with water, dried, conditioned for 24 hours at 20 ° C. and a humidity of 65%, and the weight is precisely weighed to obtain W0. The fiber is immersed in water for 12 hours and then taken out and dehydrated with a centrifuge or a dehydrator so that the water content becomes 60% ± 10%. A balance is put in a transparent box adjusted to a temperature of 20 ° C. and a humidity of 25%, and a plastic container having a diameter of 5 cm and a height of 1 cm is placed on the balance. The fiber for measurement is put in a plastic container, and the weight Wi of the fiber to be dried and reduced is measured every minute until the water content becomes 10% or less. The moisture content WRi (%) at each time is expressed by the following equation.
WRi=100×(Wi−W0)/W0 (7)
WRiを各時間に対してグラフにプロットし、WRiが30%の時の接線を引きその傾きΔWR30から「10分間当たりの水分率減少率変化ΔWR10」を計算する。この測定を5回行い単純平均し、保湿指数(ΔWR10)とする。ΔWR30は、水分率が30%前後の繊維の乾燥速度であり、小さい値の方が保湿性が良好である。肌の水分率は15〜20%程度であり、繊維の保湿指数はこの肌の水分率を考慮し、水分率が30%の時乾燥速度を指標にしている。
WRi = 100 × (Wi−W0) / W0 (7)
WRi is plotted on a graph with respect to each time, and a tangential line when WRi is 30% is drawn to calculate “moisture percentage decrease rate ΔWR10 per 10 minutes” from the slope ΔWR30. This measurement is repeated 5 times and a simple average is taken as the moisture retention index (ΔWR10). ΔWR30 is a drying rate of the fiber having a moisture content of about 30%, and a smaller value indicates better moisture retention. The moisture content of the skin is about 15 to 20%, and the moisture retention index of the fiber takes into account the moisture content of the skin and uses the drying rate as an index when the moisture content is 30%.
N.保水指数性(WI)
測定用の繊維を約1.0gとり、洗剤や溶媒で油分を除去後水洗、乾燥し、20℃、湿度65%の状態で24時間調湿後、重量を精秤しW0とする。幅6mm厚み2mmの金属枠に取付けられた大きさが5cm×10cmの50メッシュのステンレス金網(重量Ws)を45°に傾斜させ固定する。該繊維を水中に12時間浸漬後取出し、該ステンレス金網の上部にのせ、20℃、湿度65%の環境で2分間放置する。繊維がのった金網の重量(Wt)を測定する。保水指数WIは次式で表される。
N. Water retention index (WI)
About 1.0 g of the fiber for measurement is removed, the oil is removed with a detergent and a solvent, washed with water, dried, conditioned for 24 hours at 20 ° C. and a humidity of 65%, and the weight is precisely weighed to obtain W0. A 50 mesh stainless steel wire mesh (weight Ws) having a size of 5 cm × 10 cm attached to a metal frame having a width of 6 mm and a thickness of 2 mm is tilted at 45 ° and fixed. The fiber is taken out after being immersed in water for 12 hours, placed on the stainless steel wire net, and left for 2 minutes in an environment of 20 ° C. and humidity of 65%. The weight (Wt) of the wire mesh on which the fiber is placed is measured. The water retention index WI is expressed by the following equation.
WI=100×(Wt−Ws)/W0 (8)
保水指数が大きいほど保水性が良好である。
WI = 100 × (Wt−Ws) / W0 (8)
The greater the water retention index, the better the water retention.
O.沈降時間(分散安定性評価)
繊維溶液を直径30mm、高さ10cmの密栓付き底面が平らな試料瓶に8cmの高さまで入れ、手で良く振って攪拌し、静置する。試料瓶の底から4cmのところに赤線の印を付ける。該溶液中の繊維の回転がなくなる時点でストップウォッチを押し沈降する繊維の状態を20℃の環境下で観察する。ナノファイバーが存在する上面が赤線まで沈降した時の時間Tsを沈降時間とする。沈降時間が長いほど分散安定性が良好である。
O. Settling time (dispersion stability evaluation)
The fiber solution is placed in a sample bottle with a diameter of 30 mm and a height of 10 cm with a tight stopper up to a height of 8 cm, shaken well by hand, and left to stand. Mark a red line at 4 cm from the bottom of the sample bottle. When the rotation of the fibers in the solution ceases, the state of the fibers that are pushed down and settling is observed in an environment of 20 ° C. The time Ts when the upper surface where the nanofibers exist settles to the red line is defined as the sedimentation time. The longer the sedimentation time, the better the dispersion stability.
P.透明性
日立製作所(株)製分光光度計U−3400の標準試料セルには純水を入れ、他方のセルに測定用溶液を入れ、波長500nmの光源で平均透過率Trを測定する。透光率が高いほど透明性が良好である。
P. Transparency Pure water is put in a standard sample cell of a spectrophotometer U-3400 manufactured by Hitachi, Ltd., a measurement solution is put in the other cell, and the average transmittance Tr is measured with a light source having a wavelength of 500 nm. The higher the light transmittance, the better the transparency.
Q.ナノファイバーの面積比率の測定
ポリマーアロイ繊維から海成分を脱海したナノファイバー繊維束の横断面をTEMで観察し、繊維束全体の横断面積を(Sa)、繊維束に存在する1〜500nmのナノファイバーの個々の面積の総和を(Sb)とし、以下の式で求めた。
Q. Measurement of the area ratio of the nanofibers The cross section of the nanofiber fiber bundle from which the sea component was removed from the polymer alloy fiber was observed with a TEM, and the cross-sectional area of the entire fiber bundle (Sa) was 1 to 500 nm present in the fiber bundle. The total area of the nanofibers was defined as (Sb), and the following formula was used.
ナノファイバーの面積比率(%)=(Sb/Sa)×100 (9)
R.ゼータ電位測定
ナノファイバー配合溶液や分散液に0.001MのKClをあらかじめ添加し、pH=7にて電気泳動光散乱光度計ELS−800(大塚電子(株)製)で測定した。
Nanofiber area ratio (%) = (Sb / Sa) × 100 (9)
R. Zeta potential measurement 0.001M KCl was added in advance to the nanofiber blend solution or dispersion, and the pH was measured with an electrophoretic light scattering photometer ELS-800 (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.).
実施例1
「高分子アロイ繊維」の作製、市販叩解機によるナノファイバーの叩解、ナノファイバー配合ゲル構造物の作製の例
溶融粘度53Pa・s(262℃、剪断速度121.6sec-1)、融点220℃のN6(20重量%)と溶融粘度310Pa・s(262℃、剪断速度121.6sec-1)、融点225℃のイソフタル酸を8mol%、ビスフェノールAを4mol%共重合した融点225℃の共重合PET(80重量%)を2軸押し出し混練機で260℃で混練してb*値=4の高分子アロイチップを得た。なお、この共重合PETの262℃、1216sec-1での溶融粘度は180Pa・sであった。このときの混練条件は以下のとおりであった。
Example 1
Example of preparation of “polymer alloy fiber”, beating of nanofibers using a commercial beating machine, and preparation of nanofiber-containing gel structure Melt viscosity 53 Pa · s (262 ° C., shear rate 121.6 sec −1 ), melting point 220 ° C. Copolymerized PET having a melting point of 225 ° C. obtained by copolymerization of N6 (20 wt%), melt viscosity of 310 Pa · s (262 ° C., shear rate of 121.6 sec −1 ), melting point of 225 ° C. isophthalic acid and 8 mol% of bisphenol A (80 wt%) was kneaded at 260 ° C. with a twin-screw extruder kneader to obtain a polymer alloy chip having a b * value = 4. The copolymerized PET had a melt viscosity of 180 Pa · s at 262 ° C. and 1216 sec −1 . The kneading conditions at this time were as follows.
スクリュー型式 同方向完全噛合型 2条ネジ
スクリュー 直径37mm、有効長さ1670mm、L/D=45.1
混練部長さはスクリュー有効長さの28%
混練部はスクリュー有効長さの1/3より吐出側に位置させた。
Screw type Same direction complete meshing type Double thread screw Screw diameter 37mm, effective length 1670mm, L / D = 45.1
The kneading part length is 28% of the effective screw length
The kneading part was located on the discharge side from 1/3 of the effective screw length.
途中3個所のバックフロー部有り
高分子供給 N6と共重合PETを別々に計量し、別々に混練機に供給した。
There are three backflow sections along the way. Polymer supply N6 and copolymerized PET were weighed separately and supplied separately to the kneader.
温度 260℃
ベント 2個所
溶融紡糸に用いた溶融紡糸装置のモデル図を図1に示した。同図において、1はホッパー、2は溶融部、3はスピンブロック、4は紡糸パック、5は口金、6はチムニー、7は溶融吐出された糸条、8は集束給油ガイド、9は第1引き取りローラー、10は第2引き取りローラー、11は巻き取り糸である。 この高分子アロイチップを275℃の溶融部2で溶融し、紡糸温度280℃のスピンブロック3に導いた。そして、限界濾過径15μmの金属不織布で高分子アロイ溶融体を濾過した後、口金面温度262℃とした口金5から溶融紡糸した。この時、口金としては吐出孔上部に直径0.3mmの計量部を備えた、吐出孔径が0.7mm、吐出孔長が1.75mmのものを用いた。そして、この時の単孔あたりの吐出量は2.9g/分とした。さらに、口金下面から冷却開始点(チムニー6の上端部)までの距離は9cmであった。吐出された糸条は20℃の冷却風で1mにわたって冷却固化され、口金5から1.8m下方に設置した給油ガイド8で給油された後、非加熱の第1引取ローラー9および第2引取ローラー10を介して900m/分で巻取られた。この時の紡糸性は良好であり、24時間の連続紡糸の間の糸切れはゼロであった。そして、これを第1ホットローラーの温度を98℃、第2ホットローラーの温度を130℃として延伸熱処理した。この時、第1ホットローラーと第2ホットローラー間の延伸倍率を3.2倍とした。
得られた高分子アロイ繊維は120dtex、12フィラメント、強度4.0cN/dtex、伸度35%、U%=1.7%の優れた特性を示した。また、得られた「高分子アロイ繊維」の横断面をTEMで観察したところ、N6が島成分(丸い部分)、共重合PETが海(他の部分)の海島成分構造を示し(図2参照)、島成分N6の直径は53nmであり、N6が超微分散化した「高分子アロイ繊維」が得られた。
260 ° C
2 vents
A model diagram of a melt spinning apparatus used for melt spinning is shown in FIG. In the figure, 1 is a hopper, 2 is a melting section, 3 is a spin block, 4 is a spinning pack, 5 is a base, 6 is a chimney, 7 is a melted and discharged yarn, 8 is a converged oiling guide, and 9 is a first A take-up roller, 10 is a second take-up roller, and 11 is a take-up thread. This polymer alloy chip was melted in the melting part 2 at 275 ° C. and led to the spin block 3 at a spinning temperature of 280 ° C. The polymer alloy melt was filtered with a metal nonwoven fabric having a limit filtration diameter of 15 μm, and then melt-spun from the die 5 with a die surface temperature of 262 ° C. At this time, a base having a measuring portion having a diameter of 0.3 mm above the discharge hole, having a discharge hole diameter of 0.7 mm and a discharge hole length of 1.75 mm was used. And the discharge amount per single hole at this time was 2.9 g / min. Furthermore, the distance from the base lower surface to the cooling start point (the upper end of the chimney 6) was 9 cm. The discharged yarn is cooled and solidified over 1 m with cooling air of 20 ° C., and is supplied by an oil supply guide 8 installed 1.8 m below the base 5, and then the unheated first take-up roller 9 and second take-up roller 10 was wound up at 900 m / min. The spinnability at this time was good, and there was no yarn breakage during continuous spinning for 24 hours. This was subjected to a stretching heat treatment with the first hot roller at 98 ° C. and the second hot roller at 130 ° C. At this time, the draw ratio between the first hot roller and the second hot roller was 3.2 times.
The obtained polymer alloy fiber exhibited excellent properties of 120 dtex, 12 filaments, strength 4.0 cN / dtex, elongation 35%, U% = 1.7%. Further, when a cross section of the obtained “polymer alloy fiber” was observed with a TEM, N6 was an island component (round portion), and copolymer PET was a sea island component structure of the sea (other portion) (see FIG. 2). ), The diameter of the island component N6 was 53 nm, and a “polymer alloy fiber” in which N6 was ultrafinely dispersed was obtained.
該120dtex、12フィラメントの「高分子アロイ繊維」をギロチンカッターで2mmにカットした。カットした「高分子アロイ繊維」を98℃、10%水酸化ナトリウムで1時間処理し、海成分のポリエステル成分を除去しフィルターで濾過し、さらに、含水率が約100%まで遠心分離器で脱水し短繊維を得た。該短繊維を水洗と脱水を5回繰返し水酸化ナトリウムを除去しナノファイバー集合体短繊維を得た。ナイアガラビータに約20リットルの水と30gの該短繊維を投入し、繊維を10分間1次叩解した。1次叩解したナノファイバーの濾水度は362であった。この繊維を遠心分離器で水分を除去し、繊維濃度が12wt%の1次叩解繊維を250g得た。この1次叩解繊維をPFI叩解装置で10分間2次叩解した後、脱水してナノファイバーの10wt%濃度の2次叩解繊維を250g得た。2次叩解したナノファイバーの濾水度は64であった。該10wt%濃度のナノファイバーは、10倍以上水を含んでいるにもかかわらず試薬瓶に入れて振っても液状的でなく、柔らかい固形物のゲル状物になった。該ゲル状物中のナノファイバーの形態を評価するため、実施例6に示すようにこのゲル状物を水でうすめ、0.01wt%のナノファイバー配合溶液を作製し、単繊維数平均直径φm、単繊維比率の和Pa、単繊維直径の集中度指数Pbの評価を行った。単繊維直径の分布表を表3に示した。該ナノファイバー配合ゲル状物中のナノファイバーは、φmが60nm、Paが100%、Pbが66%であった。 The 120 dtex, 12 filament “polymer alloy fiber” was cut into 2 mm with a guillotine cutter. The cut “polymer alloy fiber” is treated with 98 ° C., 10% sodium hydroxide for 1 hour, the polyester component of the sea component is removed, filtered through a filter, and further dehydrated with a centrifuge until the water content is about 100%. Short fibers were obtained. The short fibers were washed with water and dehydrated five times to remove sodium hydroxide to obtain nanofiber aggregate short fibers. About 20 liters of water and 30 g of the short fibers were put into a Niagara beater, and the fibers were first beaten for 10 minutes. The freeness of the nanofiber subjected to the first beating was 362. Water was removed from this fiber with a centrifugal separator to obtain 250 g of primary beating fiber having a fiber concentration of 12 wt%. This primary beating fiber was secondarily beaten for 10 minutes with a PFI beating apparatus, and then dehydrated to obtain 250 g of secondary beating fibers having a concentration of 10 wt% of nanofibers. The freeness of the nanofibers subjected to secondary beating was 64. The nanofibers having a concentration of 10 wt% were not liquid and became a soft solid gel-like material even when they were placed in a reagent bottle and shaken even though they contained water 10 times or more. In order to evaluate the form of nanofibers in the gel-like material, the gel-like material was diluted with water as shown in Example 6 to prepare a 0.01 wt% nanofiber compound solution, and the number average single fiber diameter φm Then, the sum Pa of single fiber ratios and the concentration index Pb of single fiber diameters were evaluated. A distribution table of single fiber diameters is shown in Table 3. The nanofibers in the nanofiber-containing gel-like product had φm of 60 nm, Pa of 100%, and Pb of 66%.
実施例2、3
ラボミキサーで長時間ナノファイバー集合体を叩解したナノファイバー配合溶液の例
実施例1の「高分子アロイ繊維」を脱海して得られた繊維長2mmのナノファイバー集合体短繊維7.0g(乾燥換算重量:水分110%含有)と水をラボミキサーに入れ500ccとし、(1)ラボミキサーで6000rpmで30分間分散し、(2)50メッシュのステンレス金網で濾過した溶液を得た。(3)ステンレス金網上のナノファイバーを水に戻しさらに(1)(2)の操作を3回繰り返した。この操作によって、約1.0wt%濃度のナノファイバー配合溶液を得た。該配合溶液をバットに10gとり、乾燥機中で水分を蒸発させ、繊維濃度を測定したところ、1.1wt%であった。さらに水を添加し1.0wt%濃度のナノファイバー配合溶液を調整した。該配合溶液は実施例1の2次叩解後の繊維の1.0wt%の状態に相当する。このナノファイバーの濾水度は157であった。これは、実施例1の2次叩解後のナノファイバーより濾水度が高く、ラボミキサーの叩解性はやや低いものの、長時間繰り返し攪拌することで、分散性が良好なナノファイバーを得た。該0.10wt%濃度ナノファイバー配合溶液70gと水をラボミキサーに入れ500ccとし、6000rpmで30分間分散して、ナノファイバー濃度を低減することで、0.10wt%のナノファイバー配合溶液(実施例2)を得た。
Examples 2 and 3
Example of nanofiber mixture solution in which nanofiber aggregate is beaten with lab mixer for a long time 7.0 g of nanofiber aggregate short fiber having a fiber length of 2 mm obtained by removing the “polymer alloy fiber” of Example 1 ( Dry conversion weight: containing 110% water) and water were put in a lab mixer to 500 cc, (1) dispersed in a lab mixer at 6000 rpm for 30 minutes, and (2) a solution filtered through a 50 mesh stainless steel wire mesh. (3) The nanofibers on the stainless wire mesh were returned to water, and the operations (1) and (2) were repeated three times. By this operation, a nanofiber compound solution having a concentration of about 1.0 wt% was obtained. 10 g of the blended solution was taken in a vat, water was evaporated in a dryer, and the fiber concentration was measured to find 1.1 wt%. Further, water was added to prepare a 1.0 wt% concentration nanofiber compound solution. The mixed solution corresponds to a state of 1.0 wt% of the fiber after secondary beating in Example 1. The freeness of this nanofiber was 157. Although the freeness was higher than the nanofiber after the secondary beating of Example 1 and the beating property of the lab mixer was slightly low, nanofibers with good dispersibility were obtained by stirring repeatedly for a long time. 70 g of the 0.10 wt% concentration nanofiber blending solution and water are put in a laboratory mixer to make 500 cc, and dispersed at 6000 rpm for 30 minutes to reduce the nanofiber concentration, thereby reducing the 0.10 wt% nanofiber blending solution (Example) 2) was obtained.
さらに、該0.10wt%の水溶液を実施例2と同様の操作を行い10倍に希釈することで、0.01wt%の濃度のナノファイバー配合溶液(実施例3)を得た。該実施例2および3のそれぞれの配合溶液について、単繊維数平均直径φm、単繊維比率の和Pa、単繊維直径の集中度指数Pbの評価を行い、φmは63nm、Paは100%、Pbは61%とラボミキサー叩解したにもかかわらず実施例1と同程度にナノファイバーが分散した配合溶液が得られた。また、ナノファイバーの分散安定性を評価したところ、沈降時間が12分(実施例3)と従来の通常繊維(直径27μm)の2.7分(比較例2)、極細繊維(直径2μm)の1.1分(比較例4)に比較し、沈降時間が遅く、分散安定性が良好であった。また、沈降したナノファイバーも攪拌することで容易に再分散可能であった。また、実施例2、3の配合溶液の透明性は1.8%、53%であり、実施例1で叩解したナノファイバー配合ゲル状物を薄めた実施例6の透明度と同程度であった。また、実施例2および3においては、実施例1と比べて濾水度がやや高く、ナノファイバーの叩解度がやや劣るが、単繊維数平均直径φm、単繊維比率の和Pa、単繊維直径の集中度指数Pbは実施例1と同程度であり、ラボミキサーでも叩解によるナノファイバーの分散は可能であった。 Furthermore, the same operation as in Example 2 was performed to dilute the 0.10 wt% aqueous solution 10 times to obtain a nanofiber blending solution (Example 3) having a concentration of 0.01 wt%. For each blended solution of Examples 2 and 3, single fiber number average diameter φm, single fiber ratio sum Pa, single fiber diameter concentration index Pb are evaluated, φm is 63 nm, Pa is 100%, Pb Although 61% was beaten with the lab mixer, a mixed solution in which nanofibers were dispersed to the same extent as in Example 1 was obtained. Further, when the dispersion stability of the nanofiber was evaluated, the sedimentation time was 12 minutes (Example 3), 2.7 minutes (comparative example 2) of the conventional normal fiber (diameter 27 μm), and ultrafine fiber (diameter 2 μm). Compared to 1.1 minutes (Comparative Example 4), the sedimentation time was slow and the dispersion stability was good. Further, the precipitated nanofibers could be easily redispersed by stirring. In addition, the transparency of the blend solutions of Examples 2 and 3 was 1.8% and 53%, which was the same as the transparency of Example 6 in which the nanofiber blended gel material beaten in Example 1 was thinned. . Further, in Examples 2 and 3, the freeness is slightly higher than in Example 1, and the beating degree of the nanofiber is slightly inferior, but the single fiber number average diameter φm, the single fiber ratio sum Pa, the single fiber diameter The degree of concentration index Pb was approximately the same as in Example 1, and the nanofibers could be dispersed by beating even with a lab mixer.
比較例1、2
直径27μmの従来通常繊維の水溶液の例
市販の単繊維数平均直径が30μmのナイロン繊維を2mmにカットし、該繊維0.7gと水をラボミキサーに入れ500ccとし、(1)ラボミキサーで6000rpmで30分間分散し、(2)50メッシュのステンレス金網で濾過した溶液を得た。(3)ステンレス金網上のナノファイバーを水に戻しさらに(1)(2)の操作を3回繰り返した。この操作によって、約0.1wt%濃度のナイロン繊維の水溶液を得たが、繊維は全く叩解されていなかった。該水溶液をバットに10gとり、乾燥機中で水分を蒸発させ、繊維濃度を測定したところ、0.13wt%であった。さらに水を添加し0.10wt%濃度のナイロン繊維の水溶液(比較例1)を調整した。該0.10wt%濃度の水溶液70gと水をラボミキサーに入れ500ccとし、ラボミキサーで6000rpmで30分間分散することで、0.01wt%のナノファイバー水溶液(比較例2)を得た。
Comparative Examples 1 and 2
Example of aqueous solution of conventional ordinary fiber having a diameter of 27 μm A commercially available nylon fiber having an average number of single fibers of 30 μm is cut into 2 mm, 0.7 g of the fiber and water are put in a lab mixer to make 500 cc, and (1) 6000 rpm in the lab mixer. And (2) a solution filtered through a 50 mesh stainless steel wire mesh was obtained. (3) The nanofibers on the stainless wire mesh were returned to water, and the operations (1) and (2) were repeated three times. By this operation, an aqueous solution of nylon fibers having a concentration of about 0.1 wt% was obtained, but the fibers were not beaten at all. 10 g of the aqueous solution was taken in a vat, water was evaporated in a dryer, and the fiber concentration was measured and found to be 0.13 wt%. Further, water was added to prepare an aqueous solution of 0.10 wt% nylon fiber (Comparative Example 1). 70 g of the 0.10 wt% concentration aqueous solution and water were placed in a lab mixer to make 500 cc, and dispersed with a lab mixer at 6000 rpm for 30 minutes to obtain a 0.01 wt% nanofiber aqueous solution (Comparative Example 2).
比較例1および比較例2の水溶液について、単繊維数平均直径φm、単繊維比率の和Pa、単繊維直径の集中度指数Pbの評価を行ったところ、φmは、27μm、Paは0%、Pbは92%とラボミキサー叩解した実施例2のナノファイバーと異なり、ナイロン繊維を叩解することはできなかった。また、比較例2の0.01wt%の水溶液について分散安定性を沈降時間で評価したところ、2.7分とかなり早く沈み、分散安定性は良くなかった。また、水溶液の透明性を評価したところ、比較例1、比較例2においてはそれぞれ66%、87%と透明性は良好であった。これはナノファイバーに比べて比較例1および2のナイロン繊維の直径が大きく、この水溶液中の単位体積当たりのナイロン繊維の本数が非常に少ないためである。 For the aqueous solutions of Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the single fiber number average diameter φm, the single fiber ratio sum Pa, and the single fiber diameter concentration index Pb were evaluated. Unlike the nanofiber of Example 2 in which Pb was beaten at 92%, the nylon fiber could not be beaten. Further, when the dispersion stability of the 0.01 wt% aqueous solution of Comparative Example 2 was evaluated by the sedimentation time, it settled fairly quickly as 2.7 minutes, and the dispersion stability was not good. Further, when the transparency of the aqueous solution was evaluated, in Comparative Examples 1 and 2, the transparency was 66% and 87%, respectively. This is because the nylon fibers of Comparative Examples 1 and 2 are larger in diameter than the nanofibers, and the number of nylon fibers per unit volume in the aqueous solution is very small.
比較例3、4
直径2μmの従来極細繊維水溶液の例
融点220℃のナイロン6(N6:60重量%)島成分に、ポリスチレン(PS)を海成分に用いて、特開昭53−106872号公報の記載のように海島成分複合糸し、延伸を行い生む島成分複合の延伸糸を得た。そして、これをやはり同特開昭公報の実施例記載のようにトリクロロエチレン処理によりPSを99%以上除去して直径が約2μmのN6極細繊維を得た。これの繊維横断面をTEM観察したところ、極細繊維の単繊維直径は2.2μmであった。N6極細繊維を2mmにカットし、該繊維0.7gと水をラボミキサーに入れ500ccとし、(1)ラボミキサーで6000rpmで30分間分散し、(2)50メッシュのステンレス金網で濾過した溶液を得た。(3)ステンレス金網上のナノファイバーを水に戻しさらに(1)(2)の操作を3回繰り返した。この操作によって、約0.1wt%濃度のN6極細繊維の水溶液を得たが、水溶液中でこの繊維は数mmから15mmの大きさのフロック状になり、水溶液中で十分には分散しなかった。該水溶液をバットに10gとり、乾燥機中で水分を蒸発させ、繊維濃度を測定したところ、0.12wt%であった。さらに水を添加し0.10wt%濃度のN6極細繊維の水溶液(比較例3)を調整した。該0.10wt%濃度の水溶液70gと水をラボミキサーに入れ500ccとし、ラボミキサーで6000rpmで30分間分散することで、水溶液中のナイロン繊維濃度を低減し、0.01wt%のN6極細繊維の水溶液(比較例4)を得た。該水溶液は比較例3と比べて、フロックの大きさは小さくなったが、水溶液中で1mm〜5mmのクラスター状になり、また、そのクラスターが凝集し易く、静置するとN6極細繊維が沈降し易いものであった。該0.01wt%水溶液について、単繊維数平均直径φm、単繊維比率の和Pa、単繊維直径の集中度指数Pbの評価を行ったところ、φmは、2.1μm、Paは0%、Pbは88%であり、実施例2のナノファイバーとは異なり、ナイロン繊維を叩解することはできなかった。比較例4の0.01wt%の水溶液について分散安定性を沈降時間で評価したところ、1.1分とかなり早く沈み、分散安定性は良くなかった。また、水溶液の透明性は比較例3、比較例4においてはそれぞれ14%、52%であった。
Comparative Examples 3 and 4
Example of conventional ultrafine fiber aqueous solution with a diameter of 2 μm As described in JP-A-53-106872, using nylon 6 (N6: 60 wt%) island component having a melting point of 220 ° C. and polystyrene (PS) as a sea component. A sea-island component composite yarn was drawn and drawn to obtain an island-component composite drawn yarn. Then, as described in the examples of the Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. SHO 60, PS was removed by 99% or more by trichlorethylene treatment to obtain N6 ultrafine fibers having a diameter of about 2 μm. When the cross section of the fiber was observed with a TEM, the single fiber diameter of the ultrafine fiber was 2.2 μm. N6 extra fine fiber is cut into 2 mm, 0.7 g of the fiber and water are put into a lab mixer to make 500 cc, (1) dispersed at 6000 rpm for 30 minutes in a lab mixer, and (2) a solution filtered through a 50 mesh stainless steel wire mesh. Obtained. (3) The nanofibers on the stainless wire mesh were returned to water, and the operations (1) and (2) were repeated three times. By this operation, an aqueous solution of N6 ultrafine fibers having a concentration of about 0.1 wt% was obtained. In the aqueous solution, the fibers became flocs having a size of several mm to 15 mm and were not sufficiently dispersed in the aqueous solution. . 10 g of the aqueous solution was taken in a vat, water was evaporated in a dryer, and the fiber concentration was measured and found to be 0.12 wt%. Further, water was added to prepare an aqueous solution of N6 ultrafine fibers having a concentration of 0.10 wt% (Comparative Example 3). 70 g of the 0.10 wt% aqueous solution and water are put into a lab mixer to make 500 cc, and dispersed in the lab mixer at 6000 rpm for 30 minutes to reduce the nylon fiber concentration in the aqueous solution, and 0.01 wt% N6 extra fine fiber An aqueous solution (Comparative Example 4) was obtained. Although the aqueous solution had a smaller floc size than Comparative Example 3, it became a cluster of 1 mm to 5 mm in the aqueous solution, and the cluster easily aggregated, and the N6 ultrafine fibers settled when left standing. It was easy. The 0.01 wt% aqueous solution was evaluated for the number average single fiber diameter φm, the sum of single fiber ratios Pa, and the concentration index Pb of single fiber diameters. As a result, φm was 2.1 μm, Pa was 0%, Pb 88%, and unlike the nanofibers of Example 2, the nylon fibers could not be beaten. The dispersion stability of the 0.01 wt% aqueous solution of Comparative Example 4 was evaluated by sedimentation time. As a result, the dispersion sank as early as 1.1 minutes, and the dispersion stability was not good. Further, the transparency of the aqueous solution was 14% and 52% in Comparative Example 3 and Comparative Example 4, respectively.
実施例4、5、6
実施例1の高濃度のナノファイバー配合ゲル状物からの低濃度ナノファイバー配合溶液の作製例
実施例1で得られた2次叩解後の10wt%ナノファイバーを150g採取し、水を850gを添加し、(1)ラボミキサーで6000rpmで5分間分散し、(2)50メッシュのステンレス金網で濾過した溶液を得た。(3)ステンレス金網上のナノファイバーを水に戻しさらに(1)(2)の操作を5回繰り返した。この操作によって、約1wt%濃度のナノファイバー配合溶液を得た。該溶液をバットに10gとり、乾燥機中で水分を蒸発させ、繊維濃度を測定したところ、1.12wt%であった。さらに水を添加し1.00wt%濃度のナノファイバー配合溶液(実施例4)を調整した。該1.00wt%濃度のいナノファイバー配合溶液を150g採取し、水を850g添加し、上記(1)(2)(3)((3)の操作回数は3回)の操作を行った後に濃度調整を行い、0.10wt%濃度のナノファイバー配合溶液(実施例5)を得た。0.10wt%濃度のナノファイバー配合溶液を150g採取し、水を850gを添加し、上記(1)(2)(3)((3)の操作回数は3回)の操作を行った後に濃度調整を行ない、0.01wt%濃度のナノファイバー配合溶液(実施例6)を得た。実施例6のナノファイバー配合溶液のゼータ電位を測定したところ、―14mVであった。該実施例6のナノファイバー配合溶液の分散安定性を沈降時間で評価したところ、従来繊維の通常繊維は2.7分(比較例2)、極細繊維は1.1分(比較例4)に対して、本実施例6のナノファイバー配合溶液中のナノファイバーの沈降時間は10分であり、ナノファイバーの分散性が従来繊維に比較して良好であった。なお、極細繊維が通常繊維に比較し、分散性がやや悪いのは、通常繊維が水溶液中でバラバラであるのに対し、極細繊維は3〜10mmの大きなフロック状になるため沈に降が速いためである。また、実施例4、5、6の配合溶液の透明性は、それぞれ0%、1.2%、51%であった。実施例6の配合溶液中のナノファイバーについて、単繊維数平均直径φm、単繊維比率の和Pa、単繊維直径の集中度指数Pbの評価を行った結果、φmが60nm、Paが100%、Pbが66%であった。
Examples 4, 5, and 6
Example of preparation of low-concentration nanofiber-containing solution from high-concentration nanofiber-containing gel of Example 1 150 g of 10 wt% nanofibers after secondary beating obtained in Example 1 were collected and 850 g of water was added. (1) Dispersed for 5 minutes at 6000 rpm with a laboratory mixer, and (2) filtered through a 50 mesh stainless steel wire mesh. (3) The nanofibers on the stainless wire mesh were returned to water, and the operations (1) and (2) were repeated 5 times. By this operation, a nanofiber compound solution having a concentration of about 1 wt% was obtained. 10 g of the solution was taken in a vat, water was evaporated in a dryer, and the fiber concentration was measured and found to be 1.12 wt%. Further, water was added to prepare a nanofiber compound solution (Example 4) having a concentration of 1.00 wt%. After 150 g of the nanofiber compound solution having a concentration of 1.00 wt% was collected, 850 g of water was added, and the above operations (1), (2), (3) (the number of operations of (3) was three times) were performed. Concentration adjustment was performed to obtain a nanofiber combination solution (Example 5) having a concentration of 0.10 wt%. Collect 150g of 0.10wt% concentration nanofiber solution, add 850g of water, and perform the above steps (1), (2), (3) (the number of operations in (3) is 3 times) and then the concentration. Adjustment was performed to obtain a nanofiber blending solution (Example 6) having a concentration of 0.01 wt%. The zeta potential of the nanofiber combination solution of Example 6 was measured and found to be -14 mV. When the dispersion stability of the nanofiber compound solution of Example 6 was evaluated by sedimentation time, the conventional fiber was 2.7 minutes (Comparative Example 2) and the ultrafine fiber was 1.1 minutes (Comparative Example 4). On the other hand, the settling time of the nanofiber in the nanofiber mixture solution of Example 6 was 10 minutes, and the dispersibility of the nanofiber was better than that of the conventional fiber. In addition, the dispersion of the ultrafine fiber is slightly worse than that of the normal fiber. The dispersion of the ultrafine fiber is a large flock of 3 to 10 mm because the normal fiber is scattered in the aqueous solution. Because. Moreover, the transparency of the compound solutions of Examples 4, 5, and 6 was 0%, 1.2%, and 51%, respectively. As for the nanofibers in the blended solution of Example 6, the single fiber number average diameter φm, the single fiber ratio sum Pa, and the single fiber diameter concentration index Pb were evaluated. As a result, φm was 60 nm, Pa was 100%, Pb was 66%.
実施例7、8、9
実施例4〜6に分散剤を添加した例
実施例4、5、6で作製したナノファイバー配合溶液に第一工業製薬(株)製の主成分がポリアクリル酸ソーダであるアニオン系分散剤(シャロールAN−103:分子量10000)をそれぞれの配合溶液に対して濃度が0.10wt%になるように添加し、攪拌して実施例7〜9の配合溶液を得た。実施例9のナノファイバー配合溶液のゼータ電位を測定したところ、―50mVであった。この実施例8のナノファイバー配合溶液の分散安定性を沈降時間で評価したところ、従来繊維の通常繊維は3.7分(比較例5)、極細繊維は1.3分(比較例6)に対して、実施例8のナノファイバー配合溶液は360分であった。実施例6と実施例9、比較例2と5、比較例4と6の沈降時間を比較すると、分散剤添加の効果は、ナノファイバー配合溶液が最も大で、従来の通常繊維や極細繊維に比べて、ナノファイバーでは分散剤の添加によって分散性が飛躍的(無添加に対し36倍)に向上する。また、実施例7、8、9の配合溶液の透明性は、それぞれ0%、2.4%、63%であり、実施例8の0.10wt%濃度の配合溶液と実施例7の1.0wt%濃度の配合溶液に対しては透明性を向上させる効果がなかったが、分散剤添加によって実施例9の0.01wt%濃度の配合溶液では分散剤を添加していない実施例6に比べて、10%以上の透明性を向上させる効果が得られた。配合溶液中のナノファイバーの濃度が高い場合、配合溶液の単位容積当たりのナノファイバーの本数が膨大になり、分散剤を入れても分散性がそれほど向上しない。配合溶液の透明性を必要とする場合、配合溶液の単位容積あたりのナノファイバー本数を抑制することが好ましく、ナノファイバーの濃度を0.05wt%以下にすることが好ましい。
Examples 7, 8, and 9
Example of adding a dispersant to Examples 4 to 6 An anionic dispersant in which the main component manufactured by Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. is sodium polyacrylate in the nanofiber compound solution prepared in Examples 4, 5, and 6 ( Charol AN-103: molecular weight 10,000) was added to each compounded solution so that the concentration was 0.10 wt%, and stirred to obtain compounded solutions of Examples 7-9. The zeta potential of the nanofiber combination solution of Example 9 was measured and found to be −50 mV. When the dispersion stability of the nanofiber compound solution of Example 8 was evaluated by sedimentation time, the conventional fiber was 3.7 minutes (Comparative Example 5) for normal fibers and 1.3 minutes (Comparative Example 6) for ultrafine fibers. On the other hand, the nanofiber combination solution of Example 8 was 360 minutes. When the settling times of Example 6 and Example 9, Comparative Examples 2 and 5, and Comparative Examples 4 and 6 are compared, the effect of adding the dispersant is the largest in the nanofiber compound solution, and the conventional normal fiber or ultrafine fiber is effective. In comparison, the dispersibility of nanofibers is dramatically improved by the addition of a dispersant (36 times that of no additive). Further, the transparency of the blended solutions of Examples 7, 8, and 9 was 0%, 2.4%, and 63%, respectively, and the blended solution of 0.10 wt% concentration of Example 8 and 1. Although there was no effect of improving the transparency with respect to the 0 wt% concentration of the blended solution, the 0.01 wt% concentration of the blended solution of Example 9 was compared with Example 6 in which the dispersant was not added. Thus, the effect of improving the transparency of 10% or more was obtained. When the concentration of nanofibers in the compound solution is high, the number of nanofibers per unit volume of the compound solution becomes enormous, and even if a dispersant is added, the dispersibility is not improved so much. When the transparency of the blended solution is required, it is preferable to suppress the number of nanofibers per unit volume of the blended solution, and the nanofiber concentration is preferably 0.05 wt% or less.
比較例5、6
比較例2と4の従来の通常繊維ならびに極細繊維の水溶液に分散剤を添加した例
実施例2と4で作製した水溶液に第一工業製薬(株)製の主成分がポリアクリル酸ソーダであるアニオン系分散剤(シャロールAN−103:分子量10000)を濃度が0.10wt%になるように添加し、攪拌して比較例5および6の水溶液を得た。該比較例5と6の水溶液の分散安定性を沈降時間で評価したところ、従来繊維の通常繊維は3.7分(比較例5)、極細繊維は1.3分(比較例6)であり、沈降が速く起こり、分散安定性が良くなかった。
Comparative Examples 5 and 6
Example of adding dispersant to aqueous solutions of conventional normal fibers and ultrafine fibers of Comparative Examples 2 and 4 The main component manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. is sodium polyacrylate in the aqueous solutions prepared in Examples 2 and 4. An anionic dispersant (Charol AN-103: molecular weight 10,000) was added so as to have a concentration of 0.10 wt%, and stirred to obtain aqueous solutions of Comparative Examples 5 and 6. When the dispersion stability of the aqueous solutions of Comparative Examples 5 and 6 was evaluated by sedimentation time, the conventional fiber was 3.7 minutes (Comparative Example 5) and the ultrafine fiber was 1.3 minutes (Comparative Example 6). Sedimentation occurred quickly and the dispersion stability was not good.
実施例10
ナノファイバー配合化粧水の例(1)
実施例6で作製したナノファイバー配合溶液に下記配合剤を添加し、ナノファイバー配合の化粧水を作製した。被験者10人に対して、化粧水を使用した時の官能評価を行ったところ、比較例7、8のように従来の直径が数10nmの繊維や数μmの極細繊維を使った化粧水では、化粧する際に太い繊維によるざらつき感を感じた人が比較例7では10人、比較例8では9人であったが、ナノファイバー化粧水の場合には、被験者全てにおいて使用感に違和感がなく、自然な感じがするとのことであった。また、ナノファイバー化粧水は肌荒れ改善や日焼け防止にもなり、さらに汗による流れがなく化粧もちも良好であった。
Example 10
Example of nanofiber combination lotion (1)
The following compounding agents were added to the nanofiber compound solution prepared in Example 6 to prepare a nanofiber-containing lotion. When the sensory evaluation when using lotion was performed on 10 subjects, the lotion using conventional fibers having a diameter of several tens of nanometers or ultrafine fibers of several μm as in Comparative Examples 7 and 8, There were 10 people in Comparative Example 7 who felt a rough feeling due to thick fibers when making up, and 9 people in Comparative Example 8, but in the case of nanofiber lotion, there was no sense of incongruity in the feeling of use in all subjects. It was natural. In addition, the nanofiber lotion also improved rough skin and prevented sunburn. Furthermore, it did not flow due to sweat and the makeup lasted well.
実施例6のナノファイバー配合溶液ナノファイバー 86.5wt%
グリセリン 5.0wt%
アラントイン 0.3wt%
エタノール 8.0wt%
パラ安息香酸エチル 0.2wt%
合計 100.0wt%
比較例7、8
従来の通常繊維ならびに極細繊維を配合した化粧水の例
比較例2、4で作製した直径が27μm通常繊維と直径が2.1μmの極細繊維の水溶液に下記配合剤を添加し、比較例7および8の化粧水を作製した。従来の直径が数10nmの繊維や数μmの極細繊維では、化粧する時に繊維によるざらつき感があった。
Nanofiber combination solution nanofiber of Example 6 86.5 wt%
Glycerin 5.0wt%
Allantoin 0.3wt%
Ethanol 8.0wt%
Ethyl parabenzoate 0.2wt%
Total 100.0wt%
Comparative Examples 7 and 8
Example of lotion containing conventional normal fiber and ultrafine fiber The following compounding agents were added to an aqueous solution of 27 μm diameter normal fiber and 2.1 μm diameter fine fiber prepared in Comparative Examples 2 and 4, and Comparative Example 7 and 8 lotions were prepared. Conventional fibers with a diameter of several tens of nanometers and ultrafine fibers with a diameter of several micrometers have a rough feeling due to the fibers when making up.
比較例2の水溶液(比較例7) 86.5wt%
比較例4の水溶液(比較例8) 86.5wt%
グリセリン 5.0wt%
アランイン 0.3wt%
エタノール 8.0wt%
パラ安息香酸エチル 0.2wt%
合計 100.0wt%
実施例11
ナノファイバー配合化粧水の例(2)
実施例5で作製したナノファイバー配合溶液と市販の化粧水(資生堂製ザ・スキンケア ハイドロバランシングソフナー)を下記配合比率とし、ラボ攪拌機で3分間混合し、ナノファイバー配合化粧水を作製した。被験者10人に対して、化粧水を使用した時の官能評価を行ったところ、被験者全てにおいて、使用時の違和感がなく自然な感じがするとのことであった。ナノファイバーを配合することによって、汗による化粧の流れが防止でき、化粧もちも向上した。またナノファイバーを配合することで、ナノファイバー間の交絡により孔径が小さくなることで保湿性が良好となり、化粧使用後の肌のしっとり感が向上した。
実施例5のナノファイバー配合溶液 10wt%
ザ・スキンケア ハイドロバランシングソフナー 90wt%
合計 100wt%
実施例12
ナノファイバー配合乳液の例(1)
実施例5で作製したナノファイバー配合溶液に下記配合剤を添加し、乳液を作製した。配合方法としては以下の通りである。まず、ナノファイバー、レシチン、プロピレングリコールと純水を入れて攪拌し、A液とする。次に、カルボキシビニルポリマーをエタノールアミンの一部(0.4wt%分)で中和してB液とする。さらにステアリン酸、モノステアリン酸グリセリン、セタノール、流動パラフィン、スクワランなどの油成分を80℃で混合しC液とする。A液に残りのエタノールアミン(1.0wt%分)を添加し80℃で混合後、油成分のC液を混合し乳化し、更にB液を加え粘度を調整し、ナノファイバー配合乳液を得た。ナノファイバー配合乳液は均一分散性や長期安定性が良好な乳液であった。また、被験者10人に対して、乳液を使用した時の官能評価を行ったところ、被験者全てにおいて、使用時の肌への違和感がなく自然な感じがするとのことであった。該乳液は肌荒れ改善や汗による流れがなく、化粧もちも良好であった。
Aqueous solution of Comparative Example 2 (Comparative Example 7) 86.5 wt%
Aqueous solution of Comparative Example 4 (Comparative Example 8) 86.5 wt%
Glycerin 5.0wt%
Allanin 0.3wt%
Ethanol 8.0wt%
Ethyl parabenzoate 0.2wt%
Total 100.0wt%
Example 11
Example of nanofiber-containing lotion (2)
The nanofiber blended solution prepared in Example 5 and a commercially available lotion (The Skincare Hydrobalancing Softener made by Shiseido) were mixed at the following blending ratio for 3 minutes with a lab stirrer to prepare a nanofiber blended lotion. When 10 subjects were subjected to a sensory evaluation when using lotion, all the subjects felt that there was no sense of incongruity during use and a natural feeling. By blending nanofibers, the flow of makeup due to sweat could be prevented and the makeup lasting was improved. In addition, by blending nanofibers, the pore size is reduced by entanglement between nanofibers, so that the moisture retention is good and the moist feeling of the skin after use is improved.
Example 5 Nanofiber Mixing Solution 10wt%
The Skin Care Hydro Balancing Softener 90wt%
Total 100wt%
Example 12
Example of emulsion containing nanofiber (1)
The following compounding agent was added to the nanofiber compound solution prepared in Example 5 to prepare an emulsion. The blending method is as follows. First, nanofiber, lecithin, propylene glycol and pure water are added and stirred to obtain a liquid A. Next, the carboxyvinyl polymer is neutralized with a part of ethanolamine (0.4 wt%) to obtain a liquid B. Furthermore, oil components such as stearic acid, glyceryl monostearate, cetanol, liquid paraffin, and squalane are mixed at 80 ° C. to obtain liquid C. Add remaining ethanolamine (1.0 wt%) to Liquid A and mix at 80 ° C, then mix and emulsify Liquid C, then adjust the viscosity by adding Liquid B to obtain an emulsion containing nanofibers. It was. The nanofiber-containing emulsion was an emulsion with good uniform dispersibility and long-term stability. In addition, when 10 subjects were subjected to sensory evaluation when using the emulsion, all the subjects felt that there was no sense of incongruity on the skin during use and that they felt natural. The emulsion did not have rough skin, did not flow due to sweat, and had good makeup.
実施例5のナノファイバー配合溶液ナノファイバー水 10.0wt%
トリエタノールアミン 1.4wt%
レシチン 0.2wt%
プロピレングリコール 8.3wt%
パラ安息香酸メチル 0.2wt%
1%カルボキシビニルポリマー 20.0wt%
ステアリン酸 2.6wt%
モノステアリン酸グリセリン 1.0wt%
セタノール 1.0wt%
流動パラフィン 8.0wt%
スクワラン 1.0wt%
純水 46.3wt%
合計 100.0wt%
実施例13
ナノファイバー配合乳液の例(2)
実施例5で作製したナノファイバー配合溶液と市販の乳液(資生堂製ザ・スキンケア ナイトエッセンシャルモイスチャーライザー)を下記配合比率とし、ラボ攪拌機で15分間混合し、ナノファイバー乳液を作製した。被験者10人に対して、乳液を使用した時の官能評価を行ったところ、被験者全てにおいて、乳液使用時の違和感がなく自然な感じの使用感であるとのことであった。また、ナノファイバーが肌表面を均一に覆う、すなわち肌表面の密閉力で、化粧使用後の肌のしっとり感が向上した。また、ナノファイバーを配合することによって、汗による流れが防止でき、化粧もちも向上した。
Nanofiber combination solution of Example 5 Nanofiber water 10.0 wt%
Triethanolamine 1.4wt%
Lecithin 0.2wt%
Propylene glycol 8.3wt%
Methyl parabenzoate 0.2wt%
1% carboxyvinyl polymer 20.0wt%
Stearic acid 2.6wt%
Glycerol monostearate 1.0wt%
Cetanol 1.0wt%
Liquid paraffin 8.0wt%
Squalane 1.0wt%
Pure water 46.3wt%
Total 100.0wt%
Example 13
Example of emulsion containing nanofiber (2)
The nanofiber blended solution prepared in Example 5 and a commercially available emulsion (The Skincare Night Essential Moisturizer manufactured by Shiseido Co., Ltd.) were mixed at the following blending ratio for 15 minutes with a lab stirrer to prepare a nanofiber emulsion. When 10 subjects were subjected to sensory evaluation when using the emulsion, it was found that all subjects had a natural feeling of use without feeling uncomfortable when using the emulsion. In addition, the nanofibers uniformly covered the skin surface, that is, the skin surface's sealing force improved the moist feeling of the skin after use. In addition, by blending nanofibers, it was possible to prevent the flow due to sweat and improve the makeup.
実施例5のナノファイバー配合溶液 10wt%
ザ・スキンケア ナイトエッセンシャルモイスチャーライザー 90wt%
合計 100wt%
実施例14
ナノファイバー配合ファンデーションの例
下記A群配合剤を80℃で高速ラボ攪拌機で均一になるまで混合する。B群も80℃で低速ラボ攪拌機で均一になるまで混合する。B群配合剤をA群に混合し乳化する。乳化した液に 実施例4で作製したナノファイバー配合溶液を均一になるまで混合後、冷却してナノファイバー配合ファンデーションを得た。被験者10人に対して、ファンデーションを使用した時の官能評価を行なったところ、被験者全てにおいて、使用時の違和感がなく、塗布時の滑りが良好で、肌のしわやしわスジなどへもなじみやすく、肌へのファンデーションの密着性も良好とのことであった。また、使用時の感触についても、ナノファイバーによって肌への程良い通気性と多数本のナノファイバーによる密閉力による保湿性のバランスが良好であった。また、該ファンデーションは繊維の密着力や保水性、保湿性、通気性などの効果により化粧もちが良好であり、汗による流れの抵抗も大きかった。
実施例4のナノファイバー配合溶液 10.0wt%
A群 プロピレングリコール 5.0wt%
ブチルグリコール 8.0wt%
カルボキシビニルポリマー 0.3wt%
トリエチールアミン 0.5wt%
メチルパラベン 0.1wt%
酸化チタン微粒子 6.0wt%
タルク 1.5wt%
ベンガラ 1.5wt%
酸化鉄 1.0wt%
純水 42.4wt%
B群 ステアリン酸 2.6wt%
ミリスチン酸オクチルドデシル 10.0wt%
セタノール 1.0wt%
モノステアリン酸グリセリン 2.0wt%
流動パラフィン 6.0wt%
スクワラン 2.0wt%
プロピレンパラベン 0.1wt%
合計 100.0wt%
実施例15
ナノファイバー配合油性クリームの例
実施例4で作製したナノファイバー配合溶液に下記配合剤を添加し、40℃で低速ラボ攪拌機で均一になるまで混合し、ナノファイバー配合の油性クリームを作製した。被験者10人に対して、油性クリームを使用した時の官能評価を行ったところ、被験者全てにおいて、使用時の違和感がなく、塗布時の滑りが良好で感触も良好であるとのことであった。該クリームは肌のしっとり感が良好であり、汗による流れがなく、化粧もちが良好であった。
実施例4のナノファイバー配合溶液 10.0wt%
セタノール 5.0wt%
ラノリン 5.0wt%
ミリスチン酸プロピル 10.0wt%
流動パラフィン 27.0wt%
ワセリン 10.0wt%
親油性界面活性剤 4.0wt%
親水性界面活性剤 4.0wt%
パラフィン 1.0wt%
純水 24.0wt%
合計 100.0wt%
実施例16
ナノファイバー配合パックの例
実施例1で作製した2次叩解後のナノファイバーゲル状物に下記配合剤を添加し、40℃で低速ラボ攪拌機で均一になるまで混合し、ナノファイバー配合のパックを作製した。被験者10人に対して、パックを使用した時の官能評価を行ったところ、被験者全てにおいて、使用時の違和感がなく、塗布時の滑りが良好でであり、感触も良好であった。また、パック中のナノファイバーが肌のしわスジ内にも入り込み、スジ内の取れにくい汚れや脂肪成分なども除去でき、さっぱり感があり、肌にツヤがでる効果があった。また、該汚れや脂肪分除去後に肌への保湿や栄養分供給(各種栄養成分の添加が可能)によって肌の荒れ防止や肌の回復に効果があった。更に、肌全体に保湿、保水効果があり、肌にしっとり感と潤いを与えるとのことであった。また、配合されたパックを少量スライドガラスに採取して、平均直径が0.02μmの酸化チタン微粒子を観察したところ、酸化チタンの凝集はなく微細に分散されていた。
実施例1のナノファイバーゲル状物 20.0wt%
プロピレングリコール 5.0wt%
グリセリン 5.0wt%
ベントナイト 2.0wt%
酸化チタン微粒子 1.0wt%
純水 67.0wt%
合計 100.0wt%
実施例17
ナノファイバーを乳液中で直接叩解する方法の例
実施例1で得られた水分率100%のナノファイバー集合体短繊維1.6g(乾燥時0.8g)を採取し、実施例13で用いた市販の乳液(資生堂製(ザ・スキンケア ハイドロバランシングソフナー))を499.5gを添加し、(1)ラボミキサーで6000rpmで5分間分散し、(2)50メッシュのステンレス金網で濾過した乳液を得た。(3)ステンレス金網上のナノファイバーを乳液に戻しさらに(1)(2)の操作を7回繰り返した。この操作によって、約0.1wt%濃度のナノファイバー乳液を得た。該乳液をバットに10gとり、乾燥機中で水分を蒸発させ、繊維濃度を測定したところ、0.12wt%であった。さらに市販の乳液を添加し0.10wt%濃度のナノファイバー乳液を調整した。
Example 5 Nanofiber Mixing Solution 10wt%
The Skincare Night Essential Moisturizer 90wt%
Total 100wt%
Example 14
Example of Nanofiber Blending Foundation The following Group A ingredients are mixed at 80 ° C. with a high-speed lab stirrer until uniform. Group B is also mixed at 80 ° C. with a low speed lab stirrer until uniform. A Group B compounding agent is mixed with Group A and emulsified. The nanofiber blend solution prepared in Example 4 was mixed with the emulsified liquid until uniform, and then cooled to obtain a nanofiber blend foundation. Sensory evaluation was performed on 10 subjects when using the foundation. In all subjects, there was no sense of incongruity during use, good slipping at the time of application, and familiarity with wrinkles and wrinkles on the skin. The adhesion of the foundation to the skin was also good. In addition, the feel at the time of use was also well balanced between the good breathability to the skin by the nanofibers and the moisture retention due to the sealing force by the multiple nanofibers. Further, the foundation had good makeup due to the effects of fiber adhesion, water retention, moisture retention, breathability and the like, and the resistance to flow caused by sweat was large.
The nanofiber combination solution of Example 4 10.0 wt%
Group A propylene glycol 5.0wt%
Butyl glycol 8.0wt%
Carboxyvinyl polymer 0.3wt%
Trietylamine 0.5wt%
Methylparaben 0.1wt%
Titanium oxide fine particles 6.0wt%
Talc 1.5wt%
Bengala 1.5wt%
Iron oxide 1.0wt%
Pure water 42.4wt%
Group B Stearic acid 2.6 wt%
Octyldodecyl myristate 10.0wt%
Cetanol 1.0wt%
Glycerol monostearate 2.0wt%
Liquid paraffin 6.0wt%
Squalane 2.0wt%
Propylene paraben 0.1wt%
Total 100.0wt%
Example 15
Example of nanofiber blended oily cream The following blending agent was added to the nanofiber blended solution prepared in Example 4 and mixed at 40 ° C. with a low-speed lab stirrer to prepare a nanofiber blended oily cream. Sensory evaluation when using an oil-based cream was performed on 10 subjects, and in all subjects, there was no sense of incongruity at the time of use, and slipping at the time of application was good and feel was good. . The cream had a moist feeling on the skin, no flow due to sweat, and good makeup.
The nanofiber combination solution of Example 4 10.0 wt%
Cetanol 5.0wt%
Lanolin 5.0wt%
Propyl myristate 10.0wt%
Liquid paraffin 27.0wt%
Vaseline 10.0wt%
Lipophilic surfactant 4.0wt%
Hydrophilic surfactant 4.0 wt%
Paraffin 1.0 wt%
Pure water 24.0wt%
Total 100.0wt%
Example 16
Example of nanofiber blended pack Add the following blending agent to the nanofiber gel after secondary beating produced in Example 1 and mix at 40 ° C. with a low-speed lab stirrer until uniform. Produced. When 10 patients were subjected to sensory evaluation when the pack was used, all subjects had no discomfort during use, good slipping during application, and good feel. In addition, the nanofibers in the pack also entered the wrinkle lines of the skin, and it was possible to remove dirt and fat components that were difficult to remove in the lines, which had a refreshing feeling and an effect of glossing the skin. In addition, after removing the dirt and fat, moisturizing the skin and supplying nutrients (addition of various nutrient components is possible) was effective in preventing rough skin and recovering the skin. Furthermore, it has moisturizing and water retaining effects on the entire skin, and moisturizes and moisturizes the skin. Moreover, when the pack which mix | blended was extract | collected to a small amount of glass slides and the titanium oxide microparticles | fine-particles whose average diameter is 0.02 micrometer were observed, there was no aggregation of titanium oxide and it was disperse | distributing finely.
Nanofiber gel-like material of Example 1 20.0 wt%
Propylene glycol 5.0wt%
Glycerin 5.0wt%
Bentonite 2.0wt%
Titanium oxide fine particles 1.0wt%
Pure water 67.0wt%
Total 100.0wt%
Example 17
Example of a method of directly beating nanofibers in an emulsion 1.6 g of nanofiber aggregate short fibers having a moisture content of 100% obtained in Example 1 (0.8 g when dried) were collected and used in Example 13. Add 499.5 g of a commercially available emulsion (made by Shiseido (The Skincare Hydrobalancing Softener)), (1) Disperse it at 6000 rpm for 5 minutes with a lab mixer, and (2) Obtain an emulsion filtered through a 50 mesh stainless steel wire mesh. It was. (3) The nanofibers on the stainless wire mesh were returned to the emulsion, and the operations (1) and (2) were repeated 7 times. By this operation, a nanofiber emulsion having a concentration of about 0.1 wt% was obtained. 10 g of the emulsion was taken in a vat, water was evaporated in a dryer, and the fiber concentration was measured to find that it was 0.12 wt%. Further, a commercially available emulsion was added to prepare a nanofiber emulsion having a concentration of 0.10 wt%.
実施例13と同様に被験者10人に対して、乳液を使用した時の官能評価を行ったところ、被験者全てにおいて、使用時の違和感がなく、自然な感じがするとのことであった。さらに、ナノファイバーによる密閉力で、化粧使用後の肌のしっとり感が向上した。また、ナノファイバーを配合することによって、汗による流れが防止でき、化粧もちも向上した。
実施例1のナノファイバー(純分) 0.1wt%
ザ・スキンケア ハイドロバランシングソフナー 99.9wt%
合計 100.0wt%
実施例18、19
ナノファイバーを有機溶媒に配合した配合溶液の例
実施例1で得られた水分率100%ナノファイバー集合体短繊維を50℃で12時間乾燥し、乾燥後のナノファイバー0.8gを下記溶媒:エタノール(実施例18)、トルエン(実施例19)499.5gに投入し、(1)ラボミキサーで6000rpmで10分間溶媒中で直接混合分散し、(2)50メッシュのステンレス金網で濾過し有機溶媒溶液を得た。(3)ステンレス金網上のナノファイバーを有機溶媒溶液に戻しさらに(1)(2)の操作を7回繰り返した。この操作によって、約0.1%濃度のナノファイバーを有機溶媒に配合した配合溶液を得た。該溶液をバットに10gとり、乾燥機中で溶媒を蒸発させ、繊維濃度を測定したところ、それぞれ0.11wt%であった。さらにそれぞれの有機溶媒を添加し0.10wt%濃度のナノファイバー配合溶液を調整した。該溶液中のナノファイバーは有機溶媒中でよく分散し、単繊維数平均直径はφmは、それぞれ61nm(実施例18)、62nm(実施例19)であり、単繊維比率の和Paについても両実施例とも100%であり、単繊維直径の集中度指数Pbは、それぞれ64%(実施例18)、63%(実施例19)であり、ナノファイバーを有機溶媒中で叩解しても、実施例1の水中での叩解と同様にナノファイバーを叩解できることがわかった。
As in Example 13, when 10 subjects were subjected to a sensory evaluation when using the emulsion, all the subjects felt that there was no sense of incongruity during use and a natural feeling. In addition, the sealing power of the nanofibers improved the moist feeling of the skin after use. In addition, by blending nanofibers, it was possible to prevent the flow due to sweat and improve the makeup.
Example 1 nanofiber (pure) 0.1 wt%
The Skincare Hydrobalancing Softener 99.9wt%
Total 100.0wt%
Examples 18 and 19
Example of Compounding Solution Combining Nanofibers with Organic Solvent Nanofiber aggregate short fibers obtained in Example 1 were dried at 50 ° C. for 12 hours, and 0.8 g of nanofibers after drying was added to the following solvent: It was added to 499.5 g of ethanol (Example 18) and toluene (Example 19), (1) directly mixed and dispersed in a solvent at 6000 rpm for 10 minutes in a lab mixer, and (2) filtered through a 50 mesh stainless wire mesh and organic. A solvent solution was obtained. (3) The nanofibers on the stainless wire mesh were returned to the organic solvent solution, and the operations (1) and (2) were repeated 7 times. By this operation, a blended solution in which about 0.1% concentration of nanofibers was blended in an organic solvent was obtained. 10 g of the solution was taken in a vat, the solvent was evaporated in a dryer, and the fiber concentration was measured and found to be 0.11 wt%. Furthermore, each organic solvent was added and the nanofiber mixing | blending solution of a 0.10 wt% density | concentration was adjusted. The nanofibers in the solution are well dispersed in an organic solvent, and the number average diameter of single fibers is 61 nm (Example 18) and 62 nm (Example 19), respectively. In all the examples, the concentration index Pb of the single fiber diameter is 64% (Example 18) and 63% (Example 19), respectively. It was found that nanofibers can be beaten similarly to the beating in water of Example 1.
尚、ナノファイバーを配合したエタノール溶液(実施例18)は化粧品や塗料に、ナノファイバーを配合したトルエン溶液(実施例19)は塗料や接着剤用に使用することが可能である。
実施例1のナノファイバー(純分) 0.1wt%
エタノール(実施例18) 99.9wt%
トルエン (実施例19) 99.9wt%
合計 100.0wt%
実施例20
ナノファイバー配合溶液の溶媒置換例
実施例1で作製したナノファイバー10wt%ゲル状物(水分率9倍=900%)を水分率1倍(100%)まで脱水したゲル状物200gを採取し、エタノール800g中に投入し、ラボ攪拌機で6000rpmで15分間攪拌した。これを溶媒率が1倍(100%)まで脱溶媒し、繊維の約8倍量のエタノールに再投入し、ラボ攪拌機で6000rpmで15分間攪拌した。この操作を5回繰り返し、残存水分率を0.1wt%以下にし、ナノファイバーをエタノールに配合した配合溶液1000gを得た(エタノール中の水分の残存率は用途によって溶媒置換の回数で制御可能)。この方法によって、溶媒を水からエタノールに置換することができた。本方法は使用する有機溶媒の種類によってナノファイバーの凝集が起こり易いといった場合、ナノファイバーの分散や凝集状態を確認しながら溶媒置換することが可能な方法であり、有機溶媒への馴染み性が低いナノファイバーの均一分散化に適した方法である。
The ethanol solution (Example 18) containing nanofibers can be used for cosmetics and paints, and the toluene solution (Example 19) containing nanofibers can be used for paints and adhesives.
Example 1 nanofiber (pure) 0.1 wt%
Ethanol (Example 18) 99.9 wt%
Toluene (Example 19) 99.9 wt%
Total 100.0wt%
Example 20
Solvent replacement example of nanofiber compound solution 200 g of a gel-like product obtained by dehydrating the nanofiber 10 wt% gel-like material prepared in Example 1 (water content 9 times = 900%) to a water content 1 time (100%) was collected, The solution was put into 800 g of ethanol and stirred at 6000 rpm for 15 minutes with a laboratory stirrer. This was desolvated to a solvent ratio of 1 (100%), re-introduced in about 8 times the amount of fiber ethanol, and stirred with a lab stirrer at 6000 rpm for 15 minutes. This operation was repeated five times to obtain 1000 g of a mixed solution in which the residual moisture content was 0.1 wt% or less and nanofibers were blended with ethanol (the residual moisture content in ethanol can be controlled by the number of solvent replacements depending on the application). . By this method, the solvent could be replaced from water to ethanol. This method is a method that enables solvent substitution while confirming the dispersion and aggregation state of nanofibers when the aggregation of nanofibers is likely to occur depending on the type of organic solvent used, and the compatibility with organic solvents is low This method is suitable for uniform dispersion of nanofibers.
実施例21
ナノファイバー配合塗料の例
実施例19で得られた溶媒がトルエンであるナノファイバー配合溶液300gと溶媒がトルエンである市販のウレタン系塗料300gをラボニーダーで120rpmの条件で30℃、30分間攪拌し、ナノファイバーを配合した塗料を得た。得られた塗料は、刷毛による塗布時の伸びがよく、塗布加工がし易いものであった。また、塗布後の塗料のツヤがよく、塗布表面も繊維を添加してあるにもかかわらず滑らかであった。
実施例22
分散剤を添加したナノファイバー配合溶液の例(1)
実施例1で用いたN6と重量平均分子量12万、溶融粘度30Pa・s(240℃、剪断速度2432sec-1)、融点170℃のポリL乳酸(光学純度99.5%以上)を用い、N6の含有率を20wt%とし、混練温度を220℃として実施例1と同様に溶融混連し、ポリマーアロイチップを得た。
Example 21
Example of nanofiber blended paint 300 g of nanofiber blended solution in which the solvent obtained in Example 19 is toluene and 300 g of a commercially available urethane-based paint in which the solvent is toluene are stirred with a lab kneader at 30 ° C. for 30 minutes at 120 rpm. A paint containing nanofibers was obtained. The obtained paint had good elongation when applied with a brush and was easy to apply. Moreover, the gloss of the coating after application was good, and the coated surface was smooth despite the addition of fibers.
Example 22
Example of nanofiber compound solution with dispersant added (1)
Using N6 used in Example 1, poly L lactic acid (optical purity 99.5% or more) having a weight average molecular weight of 120,000, a melt viscosity of 30 Pa · s (240 ° C., shear rate of 2432 sec −1 ), and a melting point of 170 ° C., N 6 The content was 20 wt%, the kneading temperature was 220 ° C., and melted and mixed in the same manner as in Example 1 to obtain a polymer alloy chip.
ここで、ポリL乳酸の重量平均分子量は以下のようにして求めた。すなわち、試料のクロロホルム溶液にTHF(テトラヒドロフラン)を混合し、測定溶液とした。これをWaters社製ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)Waters2690を用いて25℃で測定し、ポリスチレン換算で重量平均分子量を求めた。なお、実施例1で用いたN6の剪断速度2432sec-1での溶融粘度は57Pa・sであった。また、このポリL乳酸の215℃、剪断速度1216sec-1での溶融粘度は86Pa・sであった。得られた高分子アロイチップを用いて、溶融温度230℃、紡糸温度230℃(口金面温度215℃)、紡糸速度3200m/分として実施例1と同様に溶融紡糸して未延伸糸を得た。 Here, the weight average molecular weight of poly L lactic acid was determined as follows. That is, THF (tetrahydrofuran) was mixed with the sample chloroform solution to obtain a measurement solution. This was measured at 25 ° C. using water permeation gel permeation chromatography (GPC) Waters 2690, and the weight average molecular weight was determined in terms of polystyrene. The melt viscosity of N6 used in Example 1 at a shear rate of 2432 sec −1 was 57 Pa · s. The melt viscosity of this poly L lactic acid at 215 ° C. and a shear rate of 1216 sec −1 was 86 Pa · s. Using the obtained polymer alloy tip, melt spinning was performed in the same manner as in Example 1 at a melting temperature of 230 ° C., a spinning temperature of 230 ° C. (a base surface temperature of 215 ° C.), and a spinning speed of 3200 m / min to obtain an undrawn yarn. .
得られた未延伸糸を延伸温度90℃、延伸倍率を1.5倍、熱セット温度130℃として実施例1と同様に延伸熱処理し、高分子アロイ繊維を得た。この高分子アロイ繊維は70dtex、36フィラメントであり、強度3.4cN/dtex、伸度38%、U%=0.7%であった。得られた高分子アロイ繊維の横断面をTEMで観察したところ、ポリL乳酸が海、N6が島の海島構造を示し、島成分であるN6の数平均による直径は55nmであり、N6がナのサイズで均一分散化した高分子アロイ繊維であった。 この高分子アロイ繊維をカセ取りし、約13万dtexのカセ状のトウとした。この時、トウ外周を綿糸で結んで30cm毎に固定することで、脱海処理中にトウがバラバラになることを抑制した。そして、このトウの繊維密度が0.04g/cm3となるようにカセ張力を調整し、図3の脱海装置にセットした。そしてこのトウを98℃、3%水酸化ナトリウムで2時間処理し、海成分のポリL乳酸成分を除去し、ナノファイバーからなるトウを作製した。ここで得られたナノファイバートウの横断面をTEM観察したところ、全繊維に対するナノファイバーの面積比率は100%であり、単繊維数平均直径φmは60nm、Paは100%であった。このトウをギロチンカッターで繊維長0.2mmにカットし、ナノファイバー短繊維を得た。
ナイアガラビータに約20リットルの水と該短繊維を30g投入し、繊維をそれぞれ10分間1次叩解した。1次叩解したナノファイバーの濾水度は152であった。この繊維を遠心分離器で水分を除去し、繊維濃度が12wt%の1次叩解繊維を250gを得た。この1次叩解繊維をPFI叩解装置で10分間2次叩解した後、脱水してナノファイバーの10wt%濃度の2次叩解繊維250gをそれぞれ得た。2次叩解したナノファイバーの濾水度は32であった。2次叩解後のナノファイバーの形態を評価するため、この10wt%濃度の2次叩解繊維を水でうすめ、0.01wt%のナノファイバー配合溶液を作製し、φm、Pa、Pbの評価を行ったところ、φmが58nm、Paが100%、Pbが67%であった。
The obtained undrawn yarn was drawn and heat-treated in the same manner as in Example 1 at a drawing temperature of 90 ° C., a draw ratio of 1.5 times, and a heat setting temperature of 130 ° C. to obtain polymer alloy fibers. This polymer alloy fiber was 70 dtex, 36 filament, the strength was 3.4 cN / dtex, the elongation was 38%, and U% = 0.7%. When the cross section of the obtained polymer alloy fiber was observed with a TEM, poly-L-lactic acid showed the sea-island structure with N6 being the island, and the number average diameter of the island component N6 was 55 nm. It was a polymer alloy fiber that was uniformly dispersed in the size. The polymer alloy fiber was crushed to form a crushed tow of about 130,000 dtex. At this time, the toe was restrained from falling apart during sea removal treatment by tying the outer circumference of the tow with a cotton thread and fixing it every 30 cm. Then, the cassette tension was adjusted so that the fiber density of the tow was 0.04 g / cm 3, and the toe was set in the sea removal device of FIG. Then, this tow was treated with 98%, 3% sodium hydroxide for 2 hours to remove the poly-L lactic acid component as a sea component, and a tow composed of nanofibers was produced. When the cross section of the nanofiber tow obtained here was observed with a TEM, the area ratio of the nanofibers to the total fibers was 100%, the single fiber number average diameter φm was 60 nm, and Pa was 100%. This tow was cut into a fiber length of 0.2 mm with a guillotine cutter to obtain nanofiber short fibers.
About 20 liters of water and 30 g of the short fibers were put into a Niagara beater, and the fibers were first beaten for 10 minutes each. The freeness of the nanofiber subjected to the primary beating was 152. Water was removed from the fiber with a centrifugal separator to obtain 250 g of primary beating fiber having a fiber concentration of 12 wt%. This primary beating fiber was secondarily beaten for 10 minutes with a PFI beating apparatus, and then dehydrated to obtain 250 g of secondary beating fibers having a concentration of 10 wt% of nanofibers. The freeness of the nanofibers subjected to secondary beating was 32. In order to evaluate the shape of the nanofiber after the secondary beating, the secondary beating fiber with a concentration of 10 wt% is diluted with water, a 0.01 wt% nanofiber blending solution is prepared, and φm, Pa, and Pb are evaluated. As a result, φm was 58 nm, Pa was 100%, and Pb was 67%.
得られた2次叩解後の10wt%ナノファイバーを1g採取し、水を999g添加し、(1)ラボミキサーで13900rpmで5分間分散し、(2)50メッシュのステンレス金網で濾過した溶液を得た。(3)ステンレス金網上のナノファイバーを水に戻しさらに(1)(2)の操作を5回繰り返した。この操作によって、約0.01wt%濃度のナノファイバー配合溶液を得た。該溶液をバットに10gとり、乾燥機中で水分を蒸発させ、繊維濃度を測定したところ、0.01wt%であった。 Collect 1g of the 10wt% nanofibers obtained after the secondary beating, add 999g of water, (1) disperse with a lab mixer at 13900rpm for 5 minutes, and (2) obtain a solution filtered through a 50 mesh stainless steel wire mesh. It was. (3) The nanofibers on the stainless wire mesh were returned to water, and the operations (1) and (2) were repeated 5 times. By this operation, a nanofiber compound solution having a concentration of about 0.01 wt% was obtained. 10 g of the solution was taken in a vat, water was evaporated in a dryer, and the fiber concentration was measured and found to be 0.01 wt%.
このナノファイバー配合溶液に第一工業製薬(株)製の主成分がポリアクリル酸ソーダであるアニオン系分散剤(シャロールAN−103P:分子量10000)を配合溶液に対して濃度が0.10wt%となるように添加し、ラボミキサーで攪拌して実施例22のナノファイバー配合溶液を得た。この配合溶液中のナノファイバーの分散安定性を沈降時間で評価したところ、740分であった。また、この配合溶液の透明性は、78%であった。
実施例23、24
分散剤を添加したナノファイバー配合溶液の例(2) 実施例22において得られたナノファイバーからなるトウを用い、繊維長0.5mmおよび繊維長1mmにカットしたナノファイバー短繊維を得た。実施例23においては、繊維長0.5mm、実施例24においては繊維長1mmのナノファイバー短繊維を用い、実施例22と同様の方法で叩解して2次叩解繊維を得た。2次叩解したナノファイバーの濾水度は実施例23においては43、実施例24においては58であった。引き続いて、実施例22と同様に溶液の濃度調製、ならびに分散剤を添加して、実施例23および24のナノファイバー配合溶液をそれぞれ得た。
この配合溶液中のナノファイバーの分散安定性を沈降時間で評価したところ、実施例23においては520分、実施例24においては410分であった。また、この配合溶液の透明性を評価したところ、実施例23においては70%、実施例24においては68%であった。
実施例25、26
分散剤を添加したナノファイバー配合溶液の例(3) 実施例22において、実施例25では分散剤の添加濃度を10wt%、実施例26では0.01wt%とし、ナノファイバー配合溶液をそれぞれ得た。この配合溶液中のナノファイバーの分散安定性を沈降時間で評価したところ、実施例25では452分、実施例26においては627分であった。また、それぞれの配合溶液の透明性は、実施例25においては65%、実施例26においては83%であった。
実施例27
分散剤を添加したナノファイバー配合溶液の例(4)
溶融粘度120Pa・s(262℃、121.6sec-1)、融点225℃のPBTと2エチルヘキシルアクリレートを22%共重合したポリエスチレン(co−PS)PBTの含有率を20重量%とし、混練温度を240℃として実施例1と同様に溶融混練し、高分子アロイチップを得た。
An anionic dispersant (Charol AN-103P: molecular weight 10000), the main component of which is manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., is the main component manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. It added so that it might become, and it stirred with the laboratory mixer, and obtained the nanofiber mixing | blending solution of Example 22. It was 740 minutes when the dispersion stability of the nanofiber in this compounding solution was evaluated by sedimentation time. Further, the transparency of this blended solution was 78%.
Examples 23 and 24
Example (2) of nanofiber blending solution to which dispersant was added Using the tow composed of nanofibers obtained in Example 22, nanofiber short fibers cut to a fiber length of 0.5 mm and a fiber length of 1 mm were obtained. In Example 23, nanofiber short fibers having a fiber length of 0.5 mm and in Example 24 having a fiber length of 1 mm were beaten in the same manner as in Example 22 to obtain secondary beaten fibers. The freeness of the nanofiber subjected to secondary beating was 43 in Example 23 and 58 in Example 24. Subsequently, the concentration of the solution was adjusted in the same manner as in Example 22, and a dispersant was added to obtain the nanofiber compound solutions of Examples 23 and 24, respectively.
When the dispersion stability of the nanofibers in this blended solution was evaluated by sedimentation time, it was 520 minutes in Example 23 and 410 minutes in Example 24. Moreover, when the transparency of this compound solution was evaluated, it was 70% in Example 23 and 68% in Example 24.
Examples 25 and 26
Example (3) of nanofiber compounded solution to which dispersant was added In Example 22, the additive concentration of the dispersant was set to 10 wt% in Example 25 and 0.01 wt% in Example 26 to obtain nanofiber compounded solutions, respectively. . When the dispersion stability of the nanofibers in this blended solution was evaluated by sedimentation time, it was 452 minutes in Example 25 and 627 minutes in Example 26. The transparency of each blended solution was 65% in Example 25 and 83% in Example 26.
Example 27
Example (4) of nanofiber combination solution with added dispersant
Mixing temperature of 20 wt% of polystyrene (co-PS) PBT having a melt viscosity of 120 Pa · s (262 ° C., 121.6 sec −1 ), a melting point of 225 ° C. and 22% copolymerized PBT and 2-ethylhexyl acrylate, and kneading temperature Was 240 ° C. and melt-kneaded in the same manner as in Example 1 to obtain a polymer alloy chip.
これを溶融温度260℃、紡糸温度260℃(口金面温度245℃)、単孔吐出量1.0g/分、紡糸速度1200m/分で実施例1と同様に溶融紡糸を行った。得られた未延伸糸を延伸温度100℃、延伸倍率を2.49倍とし、熱セット温度115℃として実施例1と同様に延伸熱処理した。得られた延伸糸は161dtex、36フィラメントであり、強度1.4cN/dtex、伸度33%、U%=2.0%であった。 得られた高分子アロイ繊維の横断面をTEMで観察したところ、co−PSが海、共重合PETが島の海島構造を示し、共重合PETの数平均による直径は45nmであり、共重合PETがナノサイズで均一分散化した高分子アロイ繊維が得られた。この高分子アロイ繊維をトリクレンに浸漬することにより、海成分であるco−PSの99%以上を溶出した後に乾燥し、ギロチンカッターで0.5mmにカットして、PBTナノファイバー短繊維を得た。このカット繊維から実施例1と同様に2次叩解繊維を得た。この2次叩解後のPBTナノファイバーの繊維濃度は8wt%であり、濾水度は96であった。2次叩解後のナノファイバーの形態を評価するため、この10%wt濃度の2次叩解繊維を水でうすめ、0.01wt%のPBTナノファイバー配合溶液を作製し、φm、Pa、Pbの評価を行ったところ、φmが52nm、Paが100%、Pbが69%であった。 This was melt-spun in the same manner as in Example 1 at a melting temperature of 260 ° C., a spinning temperature of 260 ° C. (die surface temperature of 245 ° C.), a single hole discharge rate of 1.0 g / min, and a spinning speed of 1200 m / min. The obtained undrawn yarn was drawn and heat-treated in the same manner as in Example 1 at a drawing temperature of 100 ° C., a draw ratio of 2.49 times, and a heat setting temperature of 115 ° C. The obtained drawn yarn was 161 dtex, 36 filaments, and the strength was 1.4 cN / dtex, the elongation was 33%, and U% = 2.0%. When the cross section of the obtained polymer alloy fiber was observed with TEM, co-PS showed the sea-island structure with the sea and copolymerized PET with the island, and the number average diameter of the copolymerized PET was 45 nm. As a result, nano-sized and uniformly dispersed polymer alloy fibers were obtained. By immersing this polymer alloy fiber in trichlene, 99% or more of the sea component co-PS was eluted and then dried, and cut into 0.5 mm with a guillotine cutter to obtain PBT nanofiber short fibers. . Secondary beating fibers were obtained from the cut fibers in the same manner as in Example 1. The fiber concentration of the PBT nanofiber after this secondary beating was 8 wt%, and the freeness was 96. In order to evaluate the form of the nanofiber after the secondary beating, the secondary beating fiber having a concentration of 10% wt is diluted with water to prepare a 0.01 wt% PBT nanofiber mixed solution, and evaluation of φm, Pa, and Pb As a result, φm was 52 nm, Pa was 100%, and Pb was 69%.
得られた2次叩解繊維を1.3g採取し、水を998g添加し、(1)ラボミキサーで13900rpmで5分間分散し、(2)50メッシュのステンレス金網で濾過した溶液を得た。(3)ステンレス金網上のナノファイバーを水に戻しさらに(1)(2)の操作を5回繰り返した。この操作によって、約0.01wt%濃度のPBTナノファイバー配合溶液を得た。該溶液をバットに10gとり、乾燥機中で水分を蒸発させ、繊維濃度を測定したところ、0.01wt%であった。
このナノファイバー配合溶液に第一工業製薬(株)製のノニオン系分散剤(ノイゲンEA−87:分子量10000)を配合溶液に対して濃度が0.10wt%となるように添加し、ラボミキサーで攪拌して実施例27のPBTナノファイバー配合溶液を得た。この配合溶液中のナノファイバーの分散安定性を沈降時間で評価したところ、669分であった。また、この配合溶液の透明性は、81%であった。
1.3 g of the obtained secondary beating fiber was collected, 998 g of water was added, (1) dispersed at 13900 rpm for 5 minutes with a laboratory mixer, and (2) a solution filtered through a 50 mesh stainless wire mesh was obtained. (3) The nanofibers on the stainless wire mesh were returned to water, and the operations (1) and (2) were repeated 5 times. By this operation, a PBT nanofiber combination solution having a concentration of about 0.01 wt% was obtained. 10 g of the solution was taken in a vat, water was evaporated in a dryer, and the fiber concentration was measured and found to be 0.01 wt%.
A nonionic dispersant (Neugen EA-87: molecular weight 10,000) manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. was added to this nanofiber blended solution so that the concentration was 0.10 wt% with respect to the blended solution. The PBT nanofiber compound solution of Example 27 was obtained by stirring. It was 669 minutes when the dispersion stability of the nanofiber in this compounding solution was evaluated by sedimentation time. Further, the transparency of this blended solution was 81%.
実施例28
分散剤を添加したナノファイバー配合溶液の例(5)
溶融粘度300Pa・s(220℃、121.6sec-1)、融点162℃のPP(20重量%)と実施例22のポリL乳酸(80重量%)とし、混練温度を220℃として実施例1と同様に溶融混練し、高分子アロイチップを得た。
Example 28
Example (5) of nanofiber combination solution with added dispersant
Example 1 with a melt viscosity of 300 Pa · s (220 ° C., 121.6 sec −1 ), a PP (20 wt%) with a melting point of 162 ° C. and poly L lactic acid (80 wt%) of Example 22, and a kneading temperature of 220 ° C. In the same manner as above, melt kneading was performed to obtain a polymer alloy chip.
これを溶融温度220℃、紡糸温度220℃(口金面温度205℃)、単孔吐出量2.0g/分、紡糸速度1200m/分で実施例1と同様に溶融紡糸を行った。得られた未延伸糸を延伸温度90℃、延伸倍率を2.0倍とし、熱セット温度130℃として実施例1と同様に延伸熱処理した。得られた延伸糸は101dtex、12フィラメントであり、強度2.0cN/dtex、伸度47%であった。 This was melt-spun in the same manner as in Example 1 at a melting temperature of 220 ° C., a spinning temperature of 220 ° C. (die surface temperature of 205 ° C.), a single hole discharge rate of 2.0 g / min, and a spinning speed of 1200 m / min. The obtained undrawn yarn was drawn and heat treated in the same manner as in Example 1 at a drawing temperature of 90 ° C., a draw ratio of 2.0 times, and a heat setting temperature of 130 ° C. The obtained drawn yarn was 101 dtex, 12 filaments, and had a strength of 2.0 cN / dtex and an elongation of 47%.
得られた高分子アロイ繊維の横断面をTEMで観察したところ、ポリL乳酸が海、PPが島の海島構造を示し、PPの数平均による直径は150nmであり、PPがナノサイズで均一分散化した高分子アロイ繊維が得られた。 When a cross section of the obtained polymer alloy fiber was observed with a TEM, poly-L-lactic acid showed a sea-island structure with PP as an island, PP average diameter was 150 nm, PP was nano-sized and uniformly dispersed A polymer alloy fiber was obtained.
得られた高分子アロイ繊維を98℃の3%水酸化ナトリウム水溶液にて2時間浸漬することで、高分子アロイ繊維中のポリL乳酸成分の99%以上を加水分解除去し、酢酸で中和後、水洗、乾燥し、ギロチンカッターで0.8mm長に切断して、PPナノファイバー短繊維を得た。この短繊維から実施例1と同様に2次叩解繊維を得た。この2次叩解後のPPナノファイバーの繊維濃度は6wt%であり、濾水度は104であった。2次叩解後のナノファイバーの形態を評価するため、この10wt%濃度の2次叩解繊維を水でうすめ、0.01wt%のPPナノファイバー配合溶液を作製し、φm、Pa、Pbの評価を行ったところ、φmが154nm、Paが100%、Pbが69%であった。 By immersing the obtained polymer alloy fiber in a 3% aqueous sodium hydroxide solution at 98 ° C. for 2 hours, 99% or more of the poly L-lactic acid component in the polymer alloy fiber is hydrolyzed and neutralized with acetic acid. Then, it washed with water, dried, and cut | disconnected to 0.8 mm length with the guillotine cutter, and obtained PP nanofiber short fiber. Secondary beating fibers were obtained from these short fibers in the same manner as in Example 1. The fiber concentration of the PP nanofiber after this secondary beating was 6 wt%, and the freeness was 104. In order to evaluate the shape of the nanofiber after the secondary beating, the secondary beating fiber having a concentration of 10 wt% is diluted with water, a 0.01 wt% PP nanofiber mixed solution is prepared, and φm, Pa, and Pb are evaluated. As a result, φm was 154 nm, Pa was 100%, and Pb was 69%.
得られた2次叩解繊維を1.7g採取し、水を998g添加し、(1)ラボミキサーで13900rpmで5分間分散し、(2)50メッシュのステンレス金網で濾過した溶液を得た。(3)ステンレス金網上のナノファイバーを水に戻しさらに(1)(2)の操作を5回繰り返した。この操作によって、約0.01wt%濃度のPPナノファイバー配合溶液を得た。該溶液をバットに10gとり、乾燥機中で水分を蒸発させ、繊維濃度を測定したところ、0.01wt%であった。
このナノファイバー配合溶液に第一工業製薬(株)製のノニオン系分散剤(ノイゲンEA−87:分子量10000)を配合溶液に対して濃度が0.10wt%となるように添加し、攪拌して実施例27のPPナノファイバー配合溶液を得た。この配合溶液中のナノファイバーの分散安定性を沈降時間で評価したところ、597分であった。また、この配合溶液の透明性は、72%であった。
1.7 g of the obtained secondary beating fiber was collected, 998 g of water was added, (1) dispersed in a lab mixer at 13900 rpm for 5 minutes, and (2) a solution filtered through a 50-mesh stainless wire mesh was obtained. (3) The nanofibers on the stainless wire mesh were returned to water, and the operations (1) and (2) were repeated 5 times. By this operation, a PP nanofiber compound solution having a concentration of about 0.01 wt% was obtained. 10 g of the solution was taken in a vat, water was evaporated in a dryer, and the fiber concentration was measured and found to be 0.01 wt%.
A nonionic dispersant (Neugen EA-87: molecular weight 10,000) manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. was added to this nanofiber blended solution so that the concentration would be 0.10 wt% with respect to the blended solution, and stirred. A PP nanofiber compound solution of Example 27 was obtained. It was 597 minutes when the dispersion stability of the nanofiber in this compounding solution was evaluated by sedimentation time. Further, the transparency of this blended solution was 72%.
1:ホッパー
2:溶融部
3:スピンブロック
4:紡糸パック
5:口金
6:チムニー
7:糸条
8:集束給油ガイド
9:第1引取ローラー
10:第2引取ローラー
11:巻取機
12:脱海処理槽
13:脱海処理液配管
14:ポンプ
15:上バー
16:下バー
17:処理液吐出穴
18:カセ状のトウ
19:脱海処理液
1: Hopper 2: Melting part 3: Spin block 4: Spin pack 5: Base 6: Chimney 7: Yarn 8: Focusing oiling guide 9: First take-up roller 10: Second take-up roller 11: Winder 12: Detachment Sea treatment tank 13: Seawater treatment liquid piping 14: Pump 15: Upper bar 16: Lower bar 17: Treatment liquid discharge hole 18: Dough-shaped tow 19: Seawater treatment liquid
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