JP4753874B2 - セルロース不織布 - Google Patents
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Description
また最近、特許文献5において、静置培養によって得られたBCゲルを圧搾後、乾燥させて得たBC膜にエポキシ系樹脂やアクリル系樹脂をハイブリッド化させたハイブリッドフィルムは、低線膨張率であると同時に高透明性を有するため、光学フィルムや光学基板として有効であることが開示されている。
また、該文献で開示されている技術において、低線膨張率発現の主体をなすセルロース繊維シートは、元来、吸湿性の材料であって、吸湿に伴い、物性変動が起こり易いという性質を有する。したがって、ハイブリッドフィルムにおいては低線膨張率の特徴を維持できるレベルでBC又はセルロースの分率をできるだけ低減したいという要望もあった。このことは言い換えれば、セルロース不織布において樹脂が含浸し得る空孔の占める体積率(空孔率)を大きくしたいということである。
しかしながら、これらの文献には、BCやMFCの製膜方法は述べられているものの、通常の抄紙に用いられるパルプ由来の繊維を使用する場合と比べ、注意すべき点として、主に乾燥方法のみに力点が置かれており、その他の工程について特別な留意点は記載されていない。実際に、これらの文献で開示されている情報を基礎に、BCのようなナノファイバーの抄紙を行い、たとえば蓄電用デバイスのセパレータ等に適性をもつ比較的薄い不織布を試作しようとすると、既存の抄紙機を用いてピンホールが存在せず均一性の高い高品質の不織布を安定にかつ高い効率にて生産することは困難であった。
すなわち、上述したような高度な機能を有する材料として、微細なセルロース繊維から成る不織布を、その特徴を活かした分野に適用できる品質で、工業的に提供可能とするためには、上述したいくつかの問題を解決する必要があった。
[1]最大繊維径が1500nm以下であり、かつ固体NMR法によって求められる結晶化度が60%以上であるセルロース繊維を含んでなり、空孔率が40%以上99%以下であるセルロース不織布。
[2]トルエン中に浸液した状態で、850nmの波長の光を不織布に対して垂直に走査して得られる、下記式(1)で定義される平均透過率Tr,avが0.70以上である上記[1]に記載のセルロース不織布。
(ただし、Tr,avは、試験管の内面に不織布が貼り付いた状態でトルエンを満たし、不織布に対し垂直な方向から試験管に対して850nmの波長の光を照射し、試験管に沿って長さ方向に40μmごとに合計30000μm(データ点数;750)の長さ分を走査した際に各々得られる透過率の平均値Tr,1と、不織布を除いてトルエンのみ注入された状態で同じ測定を行って得られる透過率の平均値Tr,2の比によって、次式で定義される。)
Tr,av=Tr,1/Tr,2 (1)
[3]前記式(1)で定義される平均透過率が0.80以上である上記[2]に記載のセルロース不織布。
[4]下記式(2)で定義される膜質均一性パラメータHが0.040以下である上記[1]〜[3]のいずれか一項に記載のセルロース不織布。
(ただし、Hは、試験管の内面に不織布が貼り付いた状態でトルエンを満たし、不織布に対し垂直な方向から試験管に対して850nmの波長の光を照射し、試験管に沿って長さ方向に40μmごとに合計30000μm(データ点数:750)の長さ分を走査した際に各々得られる透過率の標準偏差Tr,sd1と不織布を除いてトルエンのみ注入された状態で同じ測定を行って得られる透過率の標準偏差Tr,sd2の差で定義されるTr,sdと同測定で前記式(1)にて得られるTr,avによって、次式で定義される。
H = Tr,sd/Tr,av (2)
ここで、Tr,sd=Tr,sd1−Tr,sd2である。))
[5]下記式(3)で定義される乾燥不織布の不均一性パラメータH’の値が0.20以下である上記[1]〜[4]のいずれか一項に記載のセルロース不織布。
H’ = T’r,sd/T’r,av (3)
(ただし、T’r,avとT’r,sdは、それぞれ乾燥膜面に対し、垂直に850nmの波長の光を照射した際の透過率Trを、膜面に沿って直線方向に40μmごとに合計3000μm(データ点数:750点)の長さ分測定したときの全Trの平均値及び標準偏差を意味する。)
[6]通気度が5s/100ml以上900s/100ml以下かつ膜厚が5μm以上100μm以下であり、さらに空孔率範囲が70%以上99%以下であることを特徴とする上記[1]〜[5]のいずれか一項に記載のセルロース不織布。
[7]通気度が1000s/100ml以上かつ膜厚が5μm以上100μm以下であり、さらに空孔率範囲が40%以上65%以下である上記[1]〜[5]のいずれか一項に記載のセルロース不織布。
[9]数平均繊維径が200nm以下である上記[8]に記載のセルロース繊維。
[10]窒素含有濃度が0.4重量%以下であり、かつ繊維10gを100gの水に4℃にて浸漬後、24時間経た際の接触水の水中遊離総有機炭素濃度(TOC)が60ppm以下である上記[8]又は[9]に記載のセルロース繊維。
[11]塩素含有濃度が40ppm以下である上記[8]〜[10]のいずれか一項に記載のセルロース繊維。
[12]セルロースがコットン由来の微細化セルロースである上記[8]〜[11]のいずれか一項に記載のセルロース繊維。
[13]セルロースがバクテリアセルロースである上記[10]又は[11]に記載のセルロース繊維。
[14]上記[8]〜[13]のいずれか一項に記載のセルロース繊維と分散媒とを含む抄紙用又は塗布用分散体。
[16]前記製膜は抄紙法によって行い、該抄紙法は、抄紙用分散液として、セルロース繊維の分散平均径が1μm以上300μm以下、かつセルロース繊維濃度が0.01重量%以上1.0重量%以下である分散液を用い、濾布として、該抄紙用分散液中のセルロース繊維を大気圧下25℃における濾過で95%以上濾別する能力を有し、かつ大気圧下25℃での水透過量が0.005ml/cm2・s以上である濾布を用い、該濾布を抄造装置のワイヤー上に設置し、該抄紙用分散液を濾布上で濾過することにより、セルロース繊維を濾布上に堆積させて、セルロース繊維の固形分4重量%以上の湿潤状態の不織布を製造し、乾燥工程前又は乾燥工程後に濾布から不織布を剥離させることを含む、上記[15]に記載の方法。
[17]濾布が有機ポリマー繊維を含んでなる不織布若しくは織物、又は有機ポリマーを含んでなる多孔膜である前記上記[16]に記載の方法。
[18]乾燥工程前に、前記抄紙用分散液中の分散媒を有機溶媒に置換する工程を含む、上記[15]〜[17]のいずれか一項に記載の方法。
[19]前記セルロース繊維を、連続的に製膜して、厚みが5μm以上200μm以下の範囲にある前記セルロース不繊布を製造する上記[15]〜[18]のいずれか一項に記載の方法。
[20]前記セルロース繊維として、微細化処理の前工程に、水中又は水溶液中にセルロース繊維を浸漬させた状態で100℃以上、1時間以上の高温処理を施した後、水又は水溶液を除去して得られた湿潤セルロースを再度、水中に分散させ、高圧ホモジナイザー及び/又は超高圧ホモジナイザー及び/又はグラインダーにより微細化処理を施して得られたセルロース繊維を用いる、上記[15]〜[19]のいずれか一項に記載の方法。
[21]固体NMR法によって求められる結晶化度が60%以上のセルロース繊維を、微細化処理の前工程として、水中又は水溶液中に浸漬させた状態で、100℃以上の高温処理を1時間以上施した後、水又は水溶液を除去して得られた湿潤セルロースを再度、水中に分散させ、その後高圧ホモジナイザー及び/又は超高圧ホモジナイザー及び/又はグラインダーにより、最大繊維径が1500nm以下となるように微細化処理を施す工程を含む上記[8]に記載のセルロース繊維の製造方法。
本発明のセルロース繊維は、細い繊維径の繊維から構成されていることが必要である。より具体的には、一定値以上の繊維径の繊維を含んでいないことが必要であり、本発明の不織布の機能を好適に発現するという観点から、繊維原料又は不織布を構成する繊維の最大繊維径は、1500nm以下、好ましくは1000nm以下、より好ましくは500nm以下である。
最大繊維径が1500nm以下であれば、不織布は微細なネットワークから成り立つこととなり、高機能性フィルターや蓄電デバイス用のセパレータとして高い性能(高度な微粒子捕捉性や耐ショート性)を有する。また、本発明の不織布を樹脂と複合化する際にも、複合体に極めて高い透明性を期待できるため、光学用途にも展開し得るフィルムやシート状の成形体として好適に使用することができる。
本発明のセルロース繊維の最大繊維径が1500nm以下であることは、以下のようにしてSEM画像によって確認する。すなわち、本発明のセルロース繊維(固体状態)又は不織布の表面に関して、無作為に3箇所、走査型電子顕微鏡(SEM)による観察を10000倍相当の倍率で行う。得られたすべてのSEM画像中に繊維径が1500nmを超える繊維が1本も確認できない場合、最大繊維径が1500nm以下であると定義する。ただし、画像において、数本の微細繊維が多束化して1500nm以上の繊維径となっていることが明確に確認できる場合には、1500nm以上の最大繊維径の繊維とは見なさないものとする。
セルロース繊維の数平均繊維径は以下のようにして定義される。すなわち、上述したのと同様、セルロース繊維(固体状態)又は不織布の表面に関して、無作為に3箇所、走査型電子顕微鏡(SEM)による観察を10000倍相当の倍率で行う。得られたSEM画像(例えば、図1や図2)に対し、画面に対し水平方向と垂直方向にラインを引き(例えば図1の白線)、ラインに交差する繊維の繊維径を拡大画像から実測し、交差する繊維の個数と各繊維の繊維径を数える。こうして一つの画像につき縦横2系列の測定結果を用いて数平均繊維径を算出する。さらに抽出した他の2つのSEM画像についても同じように数平均繊維径を算出し、合計3画像分の結果を平均化し、対象とする試料の数平均繊維径とする。ここで、図1に示す試料の数平均繊維径は67nm、図2に示す試料の数平均繊維径は111nmであり、いずれの不織布も本発明のセルロース不織布に該当していた。
より具体的には、スペクトル(標準物質としてグリシンの炭素ピークを176ppmと設定)中の80ppm−90ppm付近に現れるセルロース分子鎖骨格のC4位に帰属される2種のピーク(群)の強度比によって、結晶化度は下式(4)のように定義される。
結晶化度 = ピーク1の強度/((ピーク1の強度)+(ピーク2の強度))(4)
ここで、ピーク1はスペクトル中の89ppmに中心をもつピークを意味し、文献(“Cellulose−Structural and Functional Aspects,Editted by J.F.Kennedy,G.O.Philips and P.A.Williams,John Wiley & Sons,p87−92,1989”)にあるように、結晶領域に高密度で存在するC4−O3−H・・・O5’の水素結合に関与しているC4炭素に帰属される。ピーク2は84ppmに中心をもつピークを意味し、上記の水素結合様式に関与しないC4炭素と帰属されており、これは主に非結晶領域に存在するものである。
NMRスペクトルは、例えば、BRUKER社製の高分解能NMRスペクトロメーター(MSL−400)を使用し、7mmΦの専用サンプル管を使用し、回転数;3000Hz、観測周波数;100.6MHz、パルス幅;6.2μs、待ち時間;5s、コンタクトタイム;1ms、積算回数;1500回以上とし、室温にて測定を行うことができる。また、ピーク強度比はピーク分離法により行うことができる。本発明のシート状成形体のスペクトル及びピーク強度解析の例を図3に示す。
これらの中でも、アセトバクター族に属する酢酸菌やエンテロバクター族のCJF002菌などの微生物が産生するいわゆるバクテリアセルロース(BC)は、繊維径が100nm以下の微細な繊維から成るネバードライの水分散体(場合によってはゲル)として入手できるので、比較的穏和な分散条件で抄紙や塗布で使う分散液を調製することが可能であり、技術的には優位である。
ここで、窒素含有濃度及びTOCは、それぞれ、本発明の微細セルロース繊維の生成過程で混入し易いタンパク質由来の化合物(窒素含有濃度の増大に寄与)及び水溶性多糖の不純物(TOCの増大に寄与)の含有量の尺度となる指標である。より具体的には、本発明の微細セルロース繊維の主な製造過程で使用する各種微生物(菌)等の生体由来のタンパク質又はセルロースの生合成の過程で副生成物として生成し得る水溶性の多糖類等を意味する。
TOCの評価方法は以下のようにして行うことができる。固体状態の繊維や繊維分散体又は不織布を所定の繊維濃度となるように水と混合させた後にブレンダーのような分散能の高い分散機でいったんばらばらに分散させた後、4℃で24時間静置する。その後、遠心脱水機により水相成分(接触水)を分離、回収し、TOCの評価を行う。TOC評価のためのサンプル調製の一連の操作においては、不純物濃度が極めて少ない超純水を使用する。TOCの測定は、全炭素検出量(TC)と無機体検出量(IC)を各々、非分散形赤外ガス分析計によって測定し、その差をもってTOCとする2チャンネル方式の手法(「5訂公害防止の技術と法規 水質編、通商産業省環境立地局監修、丸善、1995、p409)に基づいている。
例えば、前述したCJF002菌を培養すると、前述の特開2004−208563号明細書に開示されているように、D−グルクロン酸(D−glucuronic acid)、D−ガラクトース(D−galactose)、D−グルロース(D−glucose)、L−フコース(L−fucose)の主に4つの糖ユニットから構成される多糖類が産生される。その分子鎖骨格はグルコースの重合体であるセルロースと類似の化学構造を有するので、水素結合等を介した相互作用のために該多糖類は除去し難いものと考えられるが、念入りな精製工程を実施することにより上記の条件を満たす微細セルロース繊維を製造することが可能となる。水溶性多糖やセルロースよりも耐熱性の低い有機化合物成分を除くことにより耐熱性を高める観点から、本発明の微細セルロース繊維におけるTOCは、60ppm以下が好ましく、より好ましくは40ppm以下、最も好ましくは25ppm以下である。本発明の微細セルロース繊維では上述のように高いセルロース純度を有している方が好ましく、これを達成するために、BC以外の天然セルロースを原料として使用する場合には、リグニンやヘミセルロースや各種タンパク質類を精製工程で高度に除去することが行われる。精製の工程は、アルカリ水溶液中での蒸解処理や脱脂処理、漂白処理等、一般的な天然セルロースの精製方法(例えば、「セルロースの科学」磯貝明編集、朝倉書店、p20〜p26、2003参照)に準ずるが、本発明で規定する条件を満足すべく、精製方法の選択やその程度を適宜選択すればよい。
精製工程は、不純物を含むセルロース繊維又は微細セルロース繊維(BCの場合)の分散体又はゲル(BC静置培養の場合)を脱水し、引き続き水洗及び脱水を繰り返して行うことができる。洗浄の効率を高めるためには、各脱水(圧搾)工程において固形分濃度ができるだけ高くなるように工程を設計することが望ましく、これにより各段で効率的に不純物を系外に排出できるので好都合である。
さらに本発明のセルロース繊維及びセルロース不織布においては、精製工程で使用する塩素系漂白剤の量や、固体中に精製や製膜の工程で混入する含有金属イオンの量の、一つの尺度となる塩素含有濃度が40ppm以下であることが好ましい。塩素含有濃度が40ppm以下であると、本発明のセルロース繊維又はセルロース不織布の耐熱性に影響する塩素系不純物やNa、Ca等の金属イオン類も相対的に低い濃度で含まれることがあるためである。より好ましくは塩素イオン含有濃度が30ppm以下、さらに好ましくは25ppm以下であるとより好適に耐熱性が発現される。塩素イオン濃度の評価は、例えばイオンクロマトグラフィー法で行うことができる。
本発明のセルロース不織布は、不織布を大気下180℃で72時間保持するという熱処理を施した際の熱処理前後の該成形体における、次式:
Δb* = (熱処理後のb*)−(熱処理前のb*) (4)
で定義される色彩パラメータb*の差Δb*が、好ましくは6.0以下であり、より好ましくは3.0以下である。Δbが上記範囲であれば、セルロース不織布は高温加熱環境下において変色度合いが少ないという特徴を有している。ここで、色彩度パラメータb*はJIS Z 8730(色差表示方法)にて制定されているL*a*b*表色系色度図における座標軸の一つであり、b*の正方向は黄色の彩度が増大することを意味する。すなわち、加熱環境下でΔb*の値が小さいことは、黄変に象徴される熱劣化の程度が小さいことを意味する。b*の評価は、サカタインクス(株)製のマクベス分光光度計Color−Eye3000型(標準色彩管理システムver.5.1)を使用し、C光源を用い、視野角2°で行うことができる。薄いシート状成形体の評価においても、特に標準白板をシート成形体の裏面に当てる等の操作をせずに、上記装置のサンプルホルダーにシートをそのままはさんで評価を行うことができる。
またセルロース不織布の空孔率Pr(%)とは、該不織布10cm角の膜厚d(μm)とその重さW(g)から、以下の式を用いて算出したものである。
Pr=(d−W×67.14)×100/d (6)
セルロース不織布の空孔率は、例えばフィルターやセパレータとして使用する際の貫通性の観点、又は樹脂との複合体を製造する際の樹脂溶液等の、セルロース不織布への含浸性、得られた複合体の透明性、成型加工性の観点から40%以上であることが好ましく、また、複合体として使用する際の線膨張率、強度、耐熱性の観点から99%以下であることが好ましい。より好ましくは、空孔率が42%以上98%以下であり、最も好ましくは、空孔率が45%以上95%以下である。
さらに、不織布を構成する繊維の数平均繊維径が200nm以下、より好ましくは160nm以下、最も好ましくは120nm以下であると、本発明の不織布の機能が好適に発現される。セルロース不織布を構成する繊維の数平均繊維径や最大繊維径は、上述したSEM法による定義に準ずる。
さらに本発明のセルロース不織布は上述した微細なセルロース繊維から成るが、本発明を損なわない範囲で、セルロース以外の繊維(熱可塑性樹脂繊維、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、天然繊維、有機繊維)を含んでいてもよい。ただし、本発明の不織布の樹脂との複合化の際の機能発現(例えば、透明性や低線膨張率)を考慮すると、構成するすべての繊維が上述した数平均繊維径の条件(200nm以下)を満たしていることが好ましい。
このような微細繊維の例としてケブラーなどの芳香族ポリアミド繊維やポリエチレンテレフタレートなどの芳香族ポリエステル繊維、芳香族ポリイミド繊維、脂肪族ポリアミド繊維、脂肪族ポリエステル繊維、ポリケトン繊維、ポリアクリロニトリル繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維、ポリ塩化ビニル繊維、ポリフッ化ビニリデン繊維、ポリフッ化ビニル繊維、ポリアセタール繊維、ポリ乳酸繊維、セルロースアセテート等のセルロース誘導体系繊維等を挙げることができるが、これらに限定されるわけではない。このような数平均繊維径が200nm以下であるセルロース以外の繊維は、太さが数μm以上である通常の紡糸法(湿式紡糸、乾式紡糸、溶融紡糸)により得られた高配向性繊維を、後述する1)〜3)の物理的手法により、フィブリル化、微細化を極限レベルにまで進行させて作るか、あるいはエレクトロスピニング法などのナノファイバーを調製する手法により作製したものを使用する。
20℃での屈折率が1.496のトルエンに対し、若干の屈折率差のあるセルロースを含有する不織布(“Polymer Handbook 3rd Edition”Ed.by J.Brandrup and E.H.Immergut,John Wiley & Sons,New York,1989,ppV126によれば、セルロースの種類及び試料の配向性によって屈折率は1.51−1.62の範囲)を浸液させた際、不織布を構成する繊維が可視波長400nm程度より十分に小さくない繊維径の繊維を多数含む場合には、その界面での散乱が不織布膜の光透過の阻害因子として働くので、上記条件下での平均透過率の値は、不織布の構成繊維の微細性又は不織布のネットワーク構造の微細性を反映した物性値となる。セルロースを含有する不織布中の空間を樹脂で埋めて複合化する場合には、上記条件で得られる平均透過率Tr,avは、得られる複合体の透明性にも当然相関する。
不織布のTr,avの測定は、図4に示すように以下のようにして行う。まず、対象とする不織布サンプル41を10mm×50mmの長方形に切り取り、トルエンを満たしたサンプル管中に浸液させ、不織布内部の気泡を除く目的で、真空脱法処理を施す。次に同装置に付属しているガラス製試験管42内に該試験管の底蓋43に接する程度の高さ位置に、トルエンを含浸させた不織布サンプル41の長軸が試験管42の長さ方向となるように試験管の内壁に密着させ、その後試験管42内部にトルエン44をトルエンの高さが5cmとなるように注意深く注入した後、上蓋48を取り付ける。この際に、レーザー光が不織布サンプルのほぼ中央付近に垂直に、かつ不織布にレーザー光45が手前側の壁面から当たるような位置に設置する。
次に同装置の常法的な使用法に従い、850nmのレーザー光を試験管の長さ方向に走査させる。同装置は、光源走査方向46と同じ方向46’に検出部も移動し、常法では40μm毎に計60mmの範囲で透過光47を検出する。本発明では、同装置の標準的な測定法に従い、試験管長さ方向の透過率Trを測定する。このプロファイルを確認し、不織布が当たっていると考えられる部分の中央30mm分を切り取り(対象とし)、合計750点の透過率Trの平均値、Tr,1を算出する(図5)。
Tr,av=Tr,1/Tr,2 (1)
上述の測定において、不織布存在下でのTr測定の標準偏差をTr,sd1、トルエンのみでのTr測定の標準偏差をTr,sd2とした際に、トルエン含浸状態での不織布膜の透過率分布の標準偏差Tr,sdを、
Tr,sd=Tr,sd1−Tr,sd2
で定義し、これを用いて、トルエン含浸状態での膜質均一性の尺度として、膜質均一性パラメータHを、以下のように定義する。
H=Tr,sd/Tr,av (2)
(2)式によって定義されるHは、特に本発明のセルロース不織布を樹脂と複合化し、光学フィルム等として使用する際に、複合体の光学的均一性に大きく影響する。Hの値が0.018以下であると、その膜は膜そのものの均一性にも優れるだけでなく、複合体の基材としても優れた不織布となり得るので好ましい。Hの値が、より好ましくは0.012以下、最も好ましくは0.008以下であると、複合体用の基材として極めて優れた本発明の不織布を提供することができる。不織布の部分部分でのセルロースの存在密度のばらつきの観点からHの値が0.018以下の不織布を用いることが好ましい。セルロースの存在密度にばらつきがあると、低密度の場所が構造上の欠陥となり、結果的に不織布全体としての強度の低下を招く場合がある。
本発明では、H’の測定においても、上述した均一性パラメータHと同様TurbiscanTMMA−2000(英弘精機社製)を使用する。ただし、不織布のH’の測定は、乾燥状態にある不織布に対して以下のようにして行う。
まず、対象とする不織布サンプルを10mm×50mmの長方形に切り取り、同装置に付属しているガラス製試験管内の底蓋に接する程度の位置に、不織布サンプルの長軸が試験管の長さ方向に真っ直ぐになるように(ぴんと張って)設置する。この際に、レーザー光が不織布サンプルのほぼ中央付近に垂直に当たるような位置に設置する(図4参照)。次に同装置の常法的な使用法にしたがい、850nmの波長のレーザー光を試験管の長さ方向に走査させる。同装置は、常法にて40μm毎に計60mmの範囲で試験管長さ方向の透過率Trを測定するが、このプロファイルを確認し、全データの中から不織布が当たっていると考えられる部分の30mm分を切り取り(対象とし)、下記式(3)にて定義される不均一性パラメータH’を算出する。
H’ = T’r,sd/T’r,av (3)
ただし、T’r,avとT’r,sdは、それぞれ乾燥膜面に対し、垂直に850nmの波長の光を照射した際の透過率Trを、膜面に沿って直線方向に40μmごとに合計3000μm(データ点数:750点)の長さ分採取したときの全Trの平均値及び標準偏差を意味する。
T’r,avは透過率の平均値であるため、膜厚が大きくなれば小さくなる。式(3)において、Tr,avはH’を表す式の分母に当たるため、H’が本発明の規定する範囲にあるということは膜厚の上限も限定されることを意味する。このような条件を満たす不織布の膜厚の上限は、通常、およそ60μmである。
本測定は、このパラメータを均一性の指標として用いることにより、主に不織布の厚み分布に起因する光の透過率の膜面に沿った分布(分解能:40μm)を検出し、そのばらつき度合いを数値化することができる。
不織布の通気度の測定には、ガーレー式デンソメータ((株)東洋精機製、型式G−B2C)を用いて100mlの空気の透過時間(単位;s/100ml)の測定を室温で行う。一つの不織布サンプルに対して種々の異なる位置について5点の測定を行い、その平均値を通気度とした。このような不織布は、後述するように、水系分散体から抄紙法で湿紙を作製した後、有機溶媒置換して乾燥することにより得ることができるが、製法は特に限定されるものではない。このような不織布は特にセパレータや機能性フィルター類又は樹脂との複合フィルムの基材として優れている。
次に本発明の不織布が、特に通気度が1000/100ml以上かつ膜厚が5μm以上100μm以下であり、さらに空孔率範囲が40%以上65%以下である場合には、高い力学強度と特に低い線膨張率を示すので好ましい。該範囲の不織布は、例えば後述するように、水系分散体から抄紙法で湿紙を作製し、乾燥させるか、又は水系分散体から塗布法により製膜することにより得ることができるが、製法は特にこれらに限定されるものではない。
本発明のセルロース繊維を製造するためのセルロース繊維原料の選択及びその精製方法については上述した通りであるが、本発明では、該繊維原料を、本発明の最大繊維径範囲となるように微細化(ダウンサイジング)処理する必要がある。
セルロース繊維原料としてBC(正確にはBC/水分散体)を用いる場合には、BCが通常、ナノファイバーが多束化することなく分散した水分散体として抽出されることから、微細化処理を施すことなく使用することができる。BC以外のセルロース原料では、元々生体系で生産される繊維の単位はナノファイバーであることが多いものの、通常はそれらが乾燥し、多束化して数μm以上の繊維径の繊維として存在するため、ダウンサイジング処理し、上述した繊維径範囲となるように調製する必要がある。
このようなダウンサイジング処理として有効なものには、
1)ニロ・ソアビ社(伊)のNS型高圧ホモジナイザー、(株)エスエムテーのラニエタイプ(Rモデル)圧力式ホモジナイザー、三和機械(株)の高圧式ホモゲナイザーなどのいわゆる高圧ホモジナイザー、
2)みづほ工業(株)のマイクロフルイダイザー、吉田機械興業(株)ナノマイザー、(株)スギノマシーンのアルティマイザーなどの高圧衝突型の微細化処理機であるいわゆる超高圧ホモジナイザー、及び
3)(株)栗田機械製作所のピュアファインミル、増幸産業(株)のスーパーマスコロイダーに代表される石臼式摩砕型のいわゆるグラインダー型微細化装置の、3つの系統の微細化装置のいずれか又はこれらの組み合わせによる処理等がある。いずれの場合でもセルロース繊維原料は水に分散させた湿式系で処理することが好ましい。
ダウンサイジング処理時の繊維原料の固形分率は、処理後の分散体の粘度と送液性の観点から0.1重量%以上10重量%以下が好ましい。より好ましくは0.3重量%以上6重量%以下、最も好ましくは0.5重量%以上4重量%以下の範囲にあると目詰まりの発生頻度を低減できる。さらに、特に1)や2)の微細化装置を使用する場合には、装置内部を分散液が安定に通過するために分散液の事前の均一化処理を施すことが好ましく、この目的のためには、ビーター、ディスクリファイナーや3)のグラインダー処理が有効であるが、微細化処理の手段はこれらに限定されるものではない。
本発明のセルロース繊維に匹敵する微細な繊維を調製するためには、いずれの装置を使用するにしても高度な微細化条件を設定する。特に上記1)及び2)は処理圧力とパス回数によって微細化の程度が決定されるものである。
上記1)の高圧ホモジナイザーを用いる場合には、圧力は70MPa以上が好ましく、より好ましくは85MPa以上、最も好ましくは100MPa以上であると、本発明のセルロース繊維の繊維径範囲を好適に製造することができるようになる。ただし、該繊維を調製するための処理のパス回数は、5パス以上が好ましく、より好ましくは8パス以上、最も好ましくは12パス以上である。
上記2)の超高圧ホモジナイザーを用いる場合には、圧力は100MPa以上、好ましくは120MPa以上、さらに好ましくは150MPa以上であると、本発明のセルロース繊維の繊維径範囲を好適に製造することができるようになる。ただし、該繊維を調製するための処理のパス回数は、少なくとも3パス以上、好ましくは5パス以上、さらに好ましくは8パス以上である。
次に上記3)のグラインダー型微細化装置を使用する場合には、石臼に該当する2枚のグラインダーを適当なタイプに選定する(例えば、マスコロイダーの場合、MKG型ディスクが好ましい等)と同時に、クリアランス(ディスク間距離)をできるだけ小さく(具体的には0.1mm以下)、回転数をできるだけ高く(8000rpm以上)設定し、しかもパス回数を5パス以上にすることが好ましく、10パス以上にすることがより好ましく、15パス以上とすることが最も好ましい。ただし、以上の条件は、各々単独の装置で微細化処理を行う場合であって、組み合わせて実施する場合には、場合によってはよりマイルドな条件で効果を発揮する場合もある。
該セルロース繊維の微細化処理は、通常、製造の効率を考慮して、塗布や抄紙に使用する分散液のセルロース濃度よりも高い濃度の分散体で実施する。その後に適宜、塗布や抄紙に使用する分散液の濃度にまで希釈後、分散して使用する。微細化処理後に得られたセルロースの分散体を脱水、高濃度化し、塗布用又は抄紙用分散体として、使用時に希釈するまで保存しておくことも可能である。本発明では、微細化処理を経た本発明のセルロース繊維と分散媒とを含んでなる分散体、及び塗布や抄紙に使用する分散液を総括して、「塗布用又は抄紙用分散体」と呼ぶ。
高温処理の条件は、好ましくは110℃×2時間よりも厳しい条件、より好ましくは115℃×3時間よりも厳しい条件に設定すると、本発明のセルロース繊維を得るための前処理としてより有効である。該高温処理は本発明で主張する不純物を除去し高純度なセルロースを得るという観点でも極めて有効に働く。
該高温処理の媒体として水溶液を使用する場合には、水に溶解し、上記目的の前処理として十分に機能するあらゆる化合物を使用することができる。このような化合物として例えば、水酸化ナトリウムや水酸化カリウム、アンモニアのような塩基類は加水分解を起こさない程度に添加すると有効であることがある。また、グリセリンやエチレングリコール、グルコース等のセルロースに対して親和性を有する中性の有機化合物も、その添加によって多束化したミクロフィブリル(ナノファイバー)間に進入し膨潤化させることにより効果を示すこともある。上述の高温処理後、処理の媒体である水や水溶液を除去、より具体的には脱水除去し、さらに水洗し最後に脱水して湿潤セルロースとし、これを水中に希釈、分散させて上述した1)〜3)等の微細化処理を行うが、この際の湿潤セルロースは完全に乾燥させない方がよい。これは、高温処理によりいったん膨潤したミクロフィブリルが乾燥によって再び多束化して微細化処理し難い形態になってしまうためである。
塗布法では塗布後、分散媒を乾燥させて製膜するので、使用する分散液中ではセルロース繊維を可能な限り高度に分散させておくことが望ましい。この目的のためには、上述した高圧ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザー又はグラインダーの使用は極めて有効である。これらは併用しても構わない。特にセルロース繊維としてBCを使用した場合には、これら3種類の分散装置のいずれか又は複数の併用により好適な塗布用の分散液を得ることができる。
特に、塗布法では、塗布した分散液の状態からそのまま乾燥工程に入るので、分散液中のセルロース繊維の濃度は高めに設定するのが望ましい。該濃度は具体的には、分散媒の除去のし易さ等工業生産の観点から、0.3重量%以上が好ましく、分散液の粘度等操作性の観点から3.0重量%以下が好ましい。より好ましくは0.4重量%以上2.5重量%以下、最も好ましくは0.5重量%以上2.0重量%の範囲で選択するとよい。分散媒や添加剤の有無によって分散液の粘度は大きく変化し得るため、塗布する工程に適切な粘度となるようにセルロース繊維の濃度を適宜設定する。
抄紙用分散液中のセルロース繊維の分散平均径(以降、Rvとする)は、水の透過性、抄紙の効率の点から1μm以上、不織布の均一性の点から300μm以下が好ましい。ここで言う分散平均径(Rv)とは、抄紙用分散液をレーザ散乱式粒度分布測定装置((株)堀場製作所製、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置LA−920、下限検出値は0.02μm)を用い、室温で測定して求められる体積平均の算術平均径のことを意味する。また、本測定ではMieの散乱理論(M.Kerker,“The Scattering of Light”,U.S.A.,Academic Press,New York,N.Y.,1969,Cap.5.)により体積分布に関する算術平均径を使用するが、その際に使用するセルロースの水の屈折率に対する相対屈折率は1.20とする。
抄紙用分散液のRvは、好ましくは3μm以上200μm以下、より好ましくは5μm以上100μm以下の範囲にあると、より均一性に優れた本発明の不織布を提供することができる。
分散液を金属製ワイヤー上に設置された濾布上に流延後、分散媒を濾別する本発明の抄紙法では、分散液において、セルロース繊維を高度に分散し過ぎず、かつ繊維が凝集することなく適度に会合した状態を作り出す必要がある。これらの状態は、分散機の選択や分散条件、分散液中への有機溶媒などの混合媒体や分散助剤等の添加等によって制御する。
本発明では微小な繊維径のセルロース繊維を用いるが、その分散状態を高めるために有効な分散機として、ブレンダーのようなカッティング機能をもつ羽根を高速回転させるタイプの分散機や高圧ホモジナイザーが挙げられる。このような分散体では微細なセルロース繊維自身がセルロース繊維の分散を安定化させるように働くため、濃度が高い方が安定な分散液を得ることができる。
ここで言う、大気圧下25℃における濾過で95%以上濾別する能力を有する濾布は、以下の条件を満足するものである。すなわち、ポアサイズが100μm以上で外径が100〜125μmの範囲の目の粗い円筒ロート形又はブフナ−ロート形ガラスフィルター(例えば柴田科学株式会社製ブフナ−ロート形ガラス濾過器、25G)上に対象とする濾布を濡らした状態で貼り付け、本発明の抄紙用分散液の大気圧下での濾過テストを実施する。該濾布は、濾液中に含有されるセルロース繊維含有量を乾燥法等で測定し、濾過率として、
{(濾過実験に使用した抄紙用分散液中の濾過前のセルロース含有量)−(濾液中に含まれるセルロース含有量)}×100/(濾過実験に使用した抄紙用分散液中の濾過前のセルロース含有量)(%)
の値を算出した際に、この値が95%以上、好ましくは98%である膜、不織布、織物、ガラス製不織布、金属製メッシュ等を意味する。
このような条件を満たす濾布の中でも、本発明で使用する濾布は、有機ポリマー繊維を含んでなる不織布若しくは織物、又は有機ポリマーを含んでなる多孔膜であることが好ましい。これらの選択は、抄紙後に該濾布からセルロース不織布を剥離させる際の、濾布からの剥がれ性に関係するので、製品の厚み分布の均一性に寄与する。例えば、乾燥後に本発明のセルロース不職布を濾布から剥がす場合には、特に該セルロースの濾布からの剥がれ易さが問題になる。
有機ポリマーの種類においても、セルロースのような本発明に使用するセルロース繊維と同種のものよりも、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンやポリプロピレンのようなポリオレフィン類、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、ナイロン−6,6,ナイロン−6に代表されるような、非セルロース系の汎用有機ポリマーであることが、後述するように濾布からの剥離性及び濾布自体の非膨潤性の観点で、好ましい。
本発明で使用可能な濾布として、例えば、ポリエチレンテレフタレート製の孔径がおよそ20μm×20μmの大きさである460メッシュ織物を挙げることができる(図6)。該濾布は、例えば、20μmよりも小さなRvを有する分散液において、20μmよりも小さな繊維も分散液中に含まれているにもかかわらず、条件によってはほぼ100%のセルロース繊維の濾過率を有する。これは、小さな粒径の繊維が抄紙工程の間に繊維の集合体に吸収され、これが成長しながら濾過により高濃度化していくことによるものと思われる。当然のことながら濾布はこれに限定されるものではない。この条件を満たす濾布を使用しないと、微細なセルロース繊維が濾布を通過して不織布の歩止まりが低下する場合があり、あるいは水の透過性が悪いため濾過(抄紙)に多大な時間を要するため生産性が悪くなる場合がある。
水を分散媒とした湿紙をそのままドラムドライヤーのように金属表面に貼り付けて定長に近い条件下で乾燥させる場合には、空孔率が40%〜65%の範囲のセルロース不織布を得ることができる。湿紙中の水をいったん有機溶媒や有機溶媒/水混合溶液に置換後乾燥することにより、ドラムドライヤーによる乾燥で得られるものよりも高い空孔率の不織布が得られる。条件によっても異なるが、該乾燥法によると空孔率が60%〜99%の不織布を得ることができる。さらに、湿紙の凍結乾燥法によっても70%〜90%の高空孔率の不織布が得られる。これらの乾燥法やさらに詳細な条件(乾燥温度や置換する有機溶媒の種類等)を適宜選択することにより、空孔率を本発明の好ましい範囲に設計することが可能となる。
有機溶媒等で置換後乾燥する際に、水にある程度の溶解性を有する有機溶媒を用いると1段階の置換で高空孔率の不織布を得ることができる。このような溶媒としては、メチルエチルケトン、イソプロピルアルコール、tert−ブチルアルコール、イソブチルアルコールを挙げることができるが、これらに特に限定されるわけではない。疎水性の高い溶媒を使用するほど、より高い空孔率の不織布を作製し易くなる。
高い空孔率(75%以上)の不織布を得る方法として、脂肪族炭化水素、環状炭化水素、芳香族炭化水素、ハロゲン化炭化水素のような低極性疎水性溶媒である、比誘電率3以下の有機溶媒も好適に使用できる。具体的にはシクロヘキサン、トルエン、四塩化炭素などを挙げることができる。
連続不織布を製造するためには、上述した条件で連続抄紙や連続塗布での製膜を実施することが必須である。連続塗布の場合には、塗布法の連続製膜プロセスによって製膜を行うが、例えば走行している支持体(ベルト等)上にセルロース繊維の分散液を塗布し、これを乾燥工程まで連続的に移動し、乾燥後支持体から不織布を剥離し巻き取る。分散液の分散媒や添加剤の組成によって不織布の空孔率を制御する。
また、該支持体を抄紙工程で使用する濾布で代用することも可能である。この場合には、先述したように乾燥工程の後、支持体である抄紙用の濾布から不織布を剥離し、巻き取ることになる。この際に、濾布に対する剥離の良好性は、不織布の品質に大きく影響を及ぼすので重要である。また、不織布と支持体を別々に用いる場合には、抄紙後プレス処理等を行った後に濾布から支持体へ湿紙を乗せ替えることが必要となるが、これには転写やピックアップロールの手法を用いるとよい。
本発明においては、本発明の効果を著しく損なわない範囲内で、各種目的に応じてセルロース以外の微細繊維や任意の添加剤を配合することができる。本発明の効果を発揮させるためには、本発明の不織布に占めるセルロース以外の成分は50重量%未満が好ましく、より好ましくは40重量%未満、最も好ましくは20重量%未満である。
この際のセルロース繊維以外の繊維に関しては上述した通りであるが、その他の添加剤の種類として、有機ポリマー(例えば芳香族ポリアミドや芳香族ポリエステル、芳香族ポリイミド、脂肪族ポリアミド、脂肪族ポリエステル、ポリケトン、ポリ乳酸、ポリオレフィン類、ABS樹脂、ポリアセタール、ポリアミノ酸類、セルロース誘導体類)、又はシリコン骨格を有するポリマー等(例えばポリメチルシロキサン)の樹脂類やゴム状重合体、さらには無機充填剤、酸化鉄等の顔料、ステアリン酸、ベヘニン酸、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、エチレンビスステアロアミド等の滑剤、離型剤、パラフィン系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイル、芳香族系プロセスオイル、パラフィン、有機ポリシロキサン、ミネラルオイル等の軟化剤・可塑剤、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、りん系熱安定剤等の酸化防止剤、ヒンダードアミン系光安定剤、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、難燃剤、帯電防止剤、有機繊維、ガラス繊維、炭素繊維、金属ウィスカ等の補強剤、着色剤、その他添加剤又はこれらの混合物等を挙げることができる。当然ながら、本発明の効果を損なわない範囲であればこれらに限定されるものではない。
これらの特徴により、本発明のセルロース不織布は、高性能のフィルター、機能紙、生活製品(料理用シートや吸臭性シート等)、半導体デバイスや配線基板用の基板、低線膨張率材料の基材、キャパシタのような蓄電デバイス用のセパレータ等、これらの特性を活かせるあらゆる技術分野に適用できる。
もっとも、本発明のセルロース繊維及び不織布の用途はここに挙げた分野に限定されるものではない。
(実施例1)
2.0%のグルコースを添加した多糖生産培地(Polysaccharide−production−medium、Akihiko Shimada、Viva Origino,23,1、52−53、1995)を高圧蒸気殺菌処理した後、その1000Lを内容量3000Lの発酵槽に入れ、CJF−002株を104 CFU/mlになるように接種し、通気下、30℃で2日間、通気に伴う攪拌培養を行った。この攪拌培養により、中心領域から放射状にマクロフィブリルを構成する独立体、又は連結体のセルロース系物質(BC,重合度;3700)が得られた。
その後、得られたセルロース系物質をスクリーンメッシュで濾別、水洗、圧搾後、1重量%水酸化ナトリウム水溶液に浸漬し、80℃で60分間加熱処理を行い、冷却した後硫酸により中和し、再び圧搾した。さらに、水洗、圧搾を3度繰り返し、綿状セルロースの水分散体(セルロース含有率:20.3重量%)を得た。特に各圧搾工程においては、富国工業(株)製のスクリュープレス脱水機(型式:SHX−200×1500L)を使用し、各段、固形分率が18〜23重量%となるように圧搾した。得られたセルロース分散体をセルロース原料M1とした。
次にこのM1を、セルロース濃度が0.5重量%となるように水(イオン交換水)で希釈し、家庭用ミキサーで5分間予備分散した後に、高圧ホモジナイザー(ニロ・ソアビ社(伊)製、NS3015H)を用いて、操作圧力100MPa下で2回の分散処理を実施した。次に、このセルロース濃度0.5重量%の分散液をさらに水(イオン交換水)でセルロース濃度0.1重量%となるように希釈し、再度家庭用ミキサーで5分間分散処理を行い、得られた分散液を抄紙用分散液として使用した。
この抄紙用分散液の分散平均径Rvを測定したところ、72μmであった。また、この分散液を脱水後凍結乾燥させた乾燥体のSEM観察より、最大繊維径は260nm、平均繊維径は65nmであり、さらに固体NMRの測定より、結晶化度は83%、窒素含有濃度は0.14%であり、接触水のTOCは20ppm、塩素イオン含有濃度は23ppmであった。これらの結果から、この分散液が本発明セルロース繊維の分散液であることが確認された。
次に、上記の抄紙用分散液を用いて、評価したセルロース(BC)を大気圧下25℃における濾過で99%以上濾別する能力を有するPET製の織物(繊維太さ:約40μm、460メッシュ、大気圧下25℃での水透過量:0.05ml/cm2・s)を、以下で使用する角型金属製ワイヤーのサイズ(25cm×25cm)に揃えて裁断したものを濾布として用い、バッチ式抄紙機(熊谷理機工業社製、自動角型シートマシーン)を用いて抄紙を行った。同抄紙機に組み込まれている角形金属製ワイヤー(25cm×25cm)上に上述したPET製織物を設置し、その上から抄紙用分散液850g及び425gを抄紙機へ注入し、サクション(減圧装置)を使用することなく、2種類の条件下での抄紙を実施した。
まず第一の乾燥方法は、PET製織物を剥がさないまま、まずアセトン中に浸漬し時々全体を軽くすすぎながら約10分間置換処理を行った後に、トルエン/アセトン=30/70(g/g)の混合溶液に浸漬し、時々全体を軽くすすぎながら約10分間、置換処理を行った。その直後に濾布で挟んだ湿紙を金属板上に乗せ、その上に錘を乗せて定長で乾燥されるようにして、約50℃で60分間乾燥させた。乾燥後、シートを濾布から剥がすことにより、白色のセルロース不織布を得た。抄紙用分散液が850gの仕込み量で得られた不織布をBC−1、425gの仕込量で得られた不織布をBC−2とした。BC−1の膜厚は43μm、空孔率は82%であり、BC−2の膜厚は22μm、空孔率は83%であった。
第二の乾燥方法として、上記抄紙用分散液850gを使用した抄紙で得たPET製濾布上に堆積した湿潤不織布上にさらに同じサイズのPET製濾布を乗せ、その3層体を表面温度が95℃に設定されたドラムドライヤー上に貼り付け、60秒の乾燥時間で乾燥させた。乾燥後、3層体からセルロース成形体の両側のPET製濾布を剥がし、膜厚が26μmで空孔率が45%の半透明白色のシート状セルロース成形体BC−3を得た。
得られた3つの不織布BC−1,BC−2及びBC−3のSEM観察により、これらの不織布サンプルが、共に抄紙用分散液として使用したセルロース繊維/水分散体中のセルロース繊維と最大繊維径及び平均繊維径が同等の値を持つことが確かめられた。また、3つの不織布はいずれも上述した抄紙用分散液からの乾燥体とほぼ同等の窒素含有濃度、接触水のTOC、及び塩素イオン含有濃度を有することが確認され、本発明の不織布の好ましい条件を満たすものであった。
BC−1及びBC−2の不織布としての品質評価のばらつきに関する結果(通気度及び引っ張り強度(それぞれ試験数;10))は、表1に示す通りであり、後述する比較例に比べ、明確に品質のばらつき度合いが小さくなっていることが確認され、本発明のセルロース不織布が品質の均一性の点で好適に機能することが明らかになった。
また、これら3つのサンプルの構造因子及び大気環境下、180℃×72時間の耐熱性評価の結果を表2に示す。変色度、引っ張り強度の強度低下率がほとんど見られない点でBC−1〜BC−3が高い耐熱性を有することが確認された。いずれも共に成形体を手で触った際の脆さにおいても加熱処理前後でほとんど変化がなかった。さらに、3つのサンプルの30℃〜250℃の平均線膨張率も表2に示す。いずれのサンプルも10ppm/℃以下の線膨張率であり、一般に50ppm/℃以上である樹脂の平均線膨張率に比べ大幅に小さな値であることが確認された。すなわち、BC−1〜BC−3のサンプルはいずれも40%以上の空孔率を有するにもかかわらず高温での寸法安定性に優れた不織布であることが明らかになった。
コットンリンター原綿に対し、6%NaOH水溶液中での蒸煮処理(170℃,90分間)及び塩素漂白処理(30℃)を施した後水洗、脱水して得た精製コットンリンターM3(固形分50重量%,重合度;900)を5重量%となるように水に浸液させてオートクレーブ内で130℃,4時間の熱処理を行った。処理後、若干黄色に着色した処理液を除去し、水洗、脱水を2度繰り返し、精製コットンリンターM4(固形分50重量%,重合度;900)を得た。
精製コットンリンターM4を水(イオン交換水)中に分散させて1.0重量%とし、ビーター(熊谷理機工業株式会社製、23L用装置)による処理を2時間施し、得られた分散体をさらに高圧ホモジナイザー(ニロ・ソアビ社(伊)製NS3015H)を用いて操作圧力100MPa下で20回の微細化処理を実施した。次に、このセルロース濃度1.0重量%の分散液をさらに水(イオン交換水)でセルロース濃度0.10重量%となるように希釈し、家庭用ミキサーにて10分間の分散処理を行い、得られた分散液を抄紙用分散液として使用した。この抄紙用分散液の分散平均径Rvを測定したところ、53μmであった。
実施例1と同様に、PET製の織物(繊維太さ:約40μm,460メッシュ)を、以下で使用する角型金属製ワイヤーのサイズ(25cm×25cm)に揃えて裁断したものを濾布として用い、バッチ式抄紙機(熊谷理機工業社製自動角型シートマシーン)を用いて抄紙を行った。同抄紙機に組み込まれている角形金属製ワイヤー(25cm×25cm、該抄紙用分散液を使用した場合のセルロースの濾過率;30%以下)上に上述したPET製織物を設置し、その上から抄紙用分散液930g及び310gを抄紙機へ注入し、サクション(減圧装置)を使用して2種類の仕込み量の抄紙を実施した。
得られた湿紙上をさらに同じ濾布で覆い、金属製ローラーにて脱水し、セルロース濃度が12〜13重量%となるように調節した。得られた湿紙をPET製織物を剥がさないまま、イソブタノール中に浸漬し、やはり時々全体を軽くすすぎながら約10分間、置換処理を行った。その直後に濾布で挟んだ湿紙を金属板上に乗せ、その上に錘を乗せて定長で乾燥されるようにして、乾燥オーブン内にセットして、100℃で50分間乾燥させた。乾燥後、不織布を濾布から剥がすことにより、2種類の目付の白色のセルロース不織布を得た。
このうち、930gの仕込み量の抄紙により得られた不織布をCL−1、310の仕込み量の抄紙により得られた不織布をCL−2としたとき、CL−1の空孔率は81%であり、膜厚は57μm、CL−2の空孔率は84%であり、膜厚は23μmであった。
CL−1及びCL−2はいずれも固体NMR法により求められた結晶化度は74%であった。また、SEM画像中より決定された最大繊維径は1170nm(CL−1)及び1090nm(CL−2)、数平均繊維径は95nm(CL−1)及び94nm(CL−2)であった。さらに、上述したトルエン浸液下での透過率分布の測定により、Tr,avの値は、CL−1が0.89,BC−2が0.94であり、膜質均一性パラメータHの値は、BC−1が0.0053、BC−2が0.0038であった。さらに、不均一性パラメータH’は、0.071(CL−1)及び0.088(CL−2)であり、共に本発明の不織布であることが確認された。
また、上述したトルエン浸液下での透過率分布の測定により、Tr,avの値は0.82、膜質均一性パラメータHの値は0.0068、不均一性パラメータH’は0.111であり、CL−3は本発明の不織布であるものの、樹脂複合化時の透明性発現の点ではCL−1に比べると若干劣った性能の不織布であることが判明した。このことから、M4で行ったオートクレーブ内の熱処理は、本発明の微小な繊維系を有するセルロース繊維を効率的に生産するための有効な方法であることが示された。
また、CL−1〜CL−3の不織布としての品質のばらつきに関する評価結果は表1に、耐熱性評価及び平均線膨張率評価の結果は表2に示す通りであり、いずれも品質ばらつきの少ない、耐熱性に優れた本発明のセルロース不織布であることが示された。
実施例1のBC−1の抄紙法による製膜において、PET製の濾布を使用しないこと以外はすべてBC−1と同じ条件として、抄紙用分散液量を850gとした場合の抄紙を実施した。この際、抄紙過程の廃液(濾液)は若干白味を帯びており、濾液中に微細セルロース繊維が含まれていることが示唆された。抄紙後もBC−1と同様の工程により、有機溶媒置換、乾燥を行い、白色のセルロース不織布BC−4を得た。
BC−4は膜厚が26μm、空孔率が74%の不織布であった。BC−4の品質ばらつきに関する評価の結果は表1に示す通りであり、空孔率がBC−1と比較してやや低い値をもち、通気度も低い値を示すことから、相対的に孔径の大きな不織布であることが示唆された。同時に、不均一性パラメータH’が0.42と大きく、通気度及び引っ張り強度のばらつき度合いに明確に反映されていた。本発明のセルロース不織布の製造において、均一性の高い不織布を製造するには、本発明で規定する濾布の使用が有効であることが実施例1との比較において示された。
実施例1で得た分散体M1を、セルロース濃度が0.5重量%となるように水で希釈し、家庭用ミキサーで5分間予備分散した後に、高圧ホモジナイザー(ニロ・ソアビ社(伊)製、NS3015H)を用いて、操作圧力40MPa下で1回の分散処理を実施した。次に、このセルロース濃度0.5重量%の分散液をさらに水でセルロース濃度0.1重量%となるように希釈し、再度家庭用ミキサーで5分間分散処理を行い、得られた分散液を抄紙用分散液として使用した。
この分散液の最大繊維太さのSEMによる確認においては、太さが400nmを超える繊維は認められず、この抄紙用分散液の分散平均径Rvは320μmであった。
この分散液を抄紙用分散液として用い、分散液の量を425gとするBC−2の抄紙条
件に準じ、実施例1と同様に抄紙を行い、最終的に白色のセルロース不織布BC−5を得た。BC−5の膜厚は25μm、空孔率は80%であった。不均一性パラメータH’の値は0.48であった。BC−5の不織布としての物性ばらつきの評価結果を表1に示す。
BC−5の通気度及び引っ張り強度のばらつき度合いは、BC−2と比べて大きな値であった。本発明において、抄紙用分散液における分散平均径のコントロールが得られる不織布の均一性に大きく影響を及ぼすことが示された。
実施例1におけるBCの精製工程において水酸化ナトリウム水溶液処理の条件を60℃で30分間とし、さらに、中和、圧搾に引き続く水洗の工程を1度だけとし、スクリュープレスによる脱水圧搾により、19.6重量%の固形分濃度のセルロース/水分散体M2を得た。このM2を原料とし、以降実施例1のBC−3の製膜方法と全く同じ方法で分散及び抄紙を行うことによりセルロース不織布、BC−6を得た。
BC−6は結晶化度や最大繊維径、平均繊維径等の膜特性はBC−3と同等、膜厚は27μm、空孔率は41%であり、BC−6の窒素含有濃度は0.66%、接触水のTOCは82ppm、塩素イオン含有濃度は42ppmであった。BC−6の大気環境下で180℃×72時間の耐熱性評価の結果を表2に示す。変色度及び耐熱試験後の引っ張り強度はBC−3の方が優れ、本発明のセルロース不織布の製造において、原料として用いるセルロース繊維の精製度合いを高めることが高い耐熱性を発現させる手段として有効であることが示された。
実施例1の抄紙工程において、セルロース原料M1の代わりにパルプの微細化繊維であるセリッシュ(ダイセル化学社提供、セリッシュKY−100G、セルロース濃度10重量%の水分散体)を用い、これに水(イオン交換水)を加えてセルロース濃度を0.1重量%とし、家庭用ミキサーで5分間分散させたものを抄紙用分散液として使用した。以降の抄紙及び乾燥工程に関しては実施例1のBC−3と全く同じ方法を用いることにより、膜厚が29μm、空孔率が46%の半透明白色のセルロース不織布R−1を得た。R−1の固体NMR法による結晶化度測定は56%、R−1の窒素含有濃度は0.02%、接触水のTOCは8ppm、塩素イオン含有濃度は6ppmであった。R−1のSEM画像より、構成する繊維の最大繊維径は1820nmであり、平均繊維径は130nmであった。R−1は不純物量は極めて少なかったが、結晶化度が低く、最大繊維径が1500nmを超えている点で本発明のセルロース不織布とは言えない不織布であった。
R−1のトルエン含浸下の平均透過率Tr,avを測定したところ、0.41であり、均一性パラメータHは0.0077であった。R−1の不均一性パラメータH’は、0.085を示し、見た目の均一性には優れた不織布ではあったが、異なる屈折率を有する材料の複合化によって透明性が発現されず、本発明で主張する効果が期待できない不織布であることが示唆された。
また、R−1の大気環境下で180℃×72時間の耐熱性評価の結果を表2に示す。変色度は実施例で示した各サンプルと比べて大きな値を示し、R−1において熱劣化が進行していることが示唆された。R−1の耐熱性試験前後の引っ張り強度の低下に加えて、手で触った際の脆さにおいて、加熱処理後のR−1では軽く擦った程度で崩壊し、明らかに物性的な劣化が進行していることが確認された。
ザイサル麻(繊維太さ約10μm)を水でセルロース濃度0.02重量%となるように希釈し、再度家庭用ミキサーで10分間分散処理を行い、得られた分散液4650gを抄紙用分散液として使用し、上述したバッチ式抄紙機を用いて抄紙を行った。同抄紙機に組み込まれている角形金属製ワイヤー上に濾布は設置せず、サクション(減圧装置)を使用して抄紙を実施した。得られた湿紙を金属製ローラーにて脱水し、セルロース濃度が25〜30重量%となるように調節した。得られた湿紙を、表面温度が100℃に設定されたドラムドライヤー上に貼り付け、180秒の乾燥時間で乾燥させることにより、膜厚が50μm、空孔率が74%の白色のセルロース不織布、R−2を得た。
R−2の固体NMR法により求められた結晶化度は55%であり、SEM画像中では約10μm−15μmの繊維径の繊維のみが確認され、R−2は結晶化度においても繊維径の観点でも本発明のセルロース不織布とは言えない不織布であった。R−2のトルエン含浸下での透過率分布の測定により、Tr,avの値は、0.44であり、膜質均一性パラメータHの値は0.035、不均一性パラメータH’は0.076であった。このことにより、異なる屈折率材料の複合化によって透明性が発現されず、本発明で主張する効果が期待できない不織布であることが示唆された。
さらに、表2に示すR−2の大気環境下で180℃×72時間の耐熱性評価の結果から、変色度及び耐熱性試験前後の強度の低下率から実施例で示した各サンプルと比べて、R−2では熱劣化が進行しており、平均線膨張率の点でも本発明の不織布に比べ大幅に劣る不織布であることが示された。
酢酸菌を培養しセルロースを得た。培養は標準的な条件である、Hestrin−Schramm培地(「セルロース辞典」セルロース学会編集、朝倉書店、2000年発行、p44)を用い、果糖を炭素源としてPH6、温度28℃で8日間、内径10cmのシャーレ内での静置培養を行った。得られた厚みが約2mmの半透明ゲル状物を、オートクレーブ装置を用い、2重量%の水酸化ナトリウム水溶液に浸液させた状態で、120℃で1時間の溶菌処理を行った。
さらに得られたウェット状のゲルを水洗した後、再度、先と同じ条件でオートクレーブによる溶菌処理を行い、ウェット状のゲル状シートを得た。このゲルを十分な量の4℃の冷水中に浸液させ2時間静置した後、ゲルを濾紙に挟んで圧搾した。冷水浸液及び圧搾の工程を同じ条件でさらに4度繰り返し、圧搾したゲル状の静置培養膜を得た。該静置培養膜をイソブタノールに浸漬することなく、そのまま表面温度が100℃に設定されたドラムドライヤー上に貼り付け、180秒の乾燥時間で乾燥させることにより、膜厚が20μm、空孔率が32%である本発明に属さない半透明のセルロース不織布R−3を得た。
R−3の固体NMR法により求められた結晶化度は80%であり、そのSEM画像から、最大繊維径は220nm、平均繊維径は75nmであった。さらに、上述したトルエン浸液下での透過率分布の測定により、Tr,avの値は、0.89であり、膜質均一性パラメータHの値は0.0035であったが、トルエン含浸下でのTr,avの測定において、経時的に透過率の値が増大していく現象が見られた(実施例、及び比較例で示した他のすべての不織布ではこうした現象は見られなかった)。最終的に上記Tr,avの値に落ち着くまでに約3時間要した。これは、膜内部へトルエンが含浸するのに多大な時間を要することを意味し、R−3が極めて複合化し難い不織布であることが判明した。
実施例2で用いた精製コットンリンターM4を水(イオン交換水)中に分散させて1.0重量%とし、ビーター(熊谷理機工業株式会社製、23L用装置)による処理を2時間施し、得られた分散体をさらに高圧ホモジナイザー(ニロ・ソアビ社(伊)製NS3015H)を用いて操作圧力100MPa下で40回の微細化処理を実施した。次に、このセルロース濃度1.0重量%の分散液をさらに水(イオン交換水)でセルロース濃度0.20重量%となるように希釈し、家庭用ミキサーにて10分間の分散処理を行い、得られた分散液(分散平均径:60μm)を抄紙用分散液として用い、使用する濾布を替えて製膜を行った。
すなわち、該抄紙用分散液を用いて評価したセルロース(微細化リンター)を大気圧下25℃における濾過で99%以上濾別する能力を有するPET/ナイロン混紡製の平織物(敷島カンバス社製、NT20、大気下25℃での水透過量:0.03ml/cm2・s)を、以下で使用する角型金属製ワイヤーのサイズ(25cm×25cm)に揃えて裁断したものを濾布として、抄紙用分散液の仕込み量を930gとした以外は実施例2と同じ要領で、バッチ式抄紙を行った。
抄紙により得られた湿紙上をさらに同じ濾布で覆い、金属製ローラーにて脱水し、セルロース濃度が12〜13重量%となるように調節した。得られた湿紙を濾布を剥がさないまま、イソブタノール中に浸漬し、やはり時々全体を軽くすすぎながら約15分間、置換処理を行った。その直後に濾布で挟んだ湿紙を金属板上に乗せ、その上に錘を乗せて定長で乾燥されるようにして、乾燥オーブン内にセットして、100℃で50分間乾燥させた。乾燥後、不織布を濾布から剥がすことにより、白色のセルロース不織布CL−4を得た。
CL−4は、空孔率が78%で膜厚が96μmであった。固体NMR法により求められた結晶化度は74%、SEM画像中より決定された最大繊維径は1100nm、数平均繊維径は94nmであった。さらに、上述したトルエン浸液下での透過率分布の測定により、Tr,avの値は、0.81、膜質均一性パラメータHの値は0.0067であった。さらに、不均一性パラメータH’は、0.045であり、本発明の不織布であることが確認された。CL−4は100μm近い膜厚を有するにもかかわらずTr,avの値が0.8を超えており、屈折率の異なる樹脂等の複合化によっても透明度の高い膜を提供し得ることが示唆された。
上述したBC/水分散体、M1を用い、該分散体に水を加え、セルロース/エタノール/水の重量組成比が1/29/70となるように水及びエタノールで希釈し、家庭用ミキサーで10分間予備分散した後に、超高圧ホモジナイザー(みづほ工業(株)製Microfluidizer,M−110EH)を用いて、操作圧力175MPa下で10回の分散処理を実施した。得られた分散液の分散平均径Rvを測定したところ、290μmであった。
次に、このセルロース濃度1.0重量%の分散液を、20cm×20cmのサイズの正方形のガラス板上の外周に流出防止の枠を高さ200μmとなるように設置したものの中に、流し込んで枠内に分散液を満たし、そのまま、90℃に設定された乾燥オーブン内に移動して2時間、乾燥させることにより、塗布法によるセルロース不織布を作製した。
乾燥後、ガラス板より半透明のセルロースの膜(セルロース不織布(膜厚:20μm、空孔率:42%、以下BC−7))を剥がした。BC−7の固体NMR法により求められた結晶化度は83%、SEM画像から決定された最大繊維径は280nm、平均繊維径は67nmであった。さらに、上述したトルエン浸液下での透過率分布の測定により、Tr,avの値は0.90であり、膜質均一性パラメータHの値は0.0055、不均一性パラメータH’の値は0.072であり、BC−7が本発明のセルロース不織布であることが確認された。
食材として利用されている水含有BCゲルであるナタデココ(フジッコ社製、固形分率:0.5重量%)のサイコロ片を用い、これを十分に水洗(水流下での水への完全置換)したものを圧搾し、固形分12重量%としたBC/水分散体を調製した。該分散体に水を加え、セルロース濃度が1.0重量%となるように水で希釈し、家庭用ミキサーで10分間予備分散した後に、高圧ホモジナイザー(ニロ・ソアビ社(伊)製NS3015H)を用いて、操作圧力80MPa下で4回の分散処理を実施した。
次に、このセルロース濃度1.0重量%の分散液をさらに水でセルロース濃度0.10重量%となるように希釈し、再度家庭用ミキサーで5分間分散処理を行い、得られた分散液を抄紙用分散液として使用した。この抄紙用分散液の分散平均径Rvを測定したところ、55μmであった。
次に、実施例6で使用したPET/ナイロン混紡製の平織物(敷島カンバス社製、NT20)を用い、実施例6と同様の要領でバッチ式抄紙機を用いて抄紙を行った。抄紙用分散液を、1330gだけ抄紙機へ流し、サクション(減圧装置)を使用して抄紙を実施した。得られた湿紙上をさらに同じ濾布で覆い、金属製ローラーにて脱水し、セルロース濃度が12〜13重量%となるように調節した。得られた湿紙を濾布を剥がさないまま、イソブタノール中に浸漬し、時々全体を軽くすすぎながら約15分間置換処理を行った後に、両面を濾布で挟んだ湿紙を金属板上に乗せ、その上に錘を乗せて定長で乾燥されるようにして、乾燥オーブン内にセットして、100℃で50分間乾燥させた。乾燥後、不織布を濾布から剥がすことにより、白色のセルロース不織布(膜厚:65μm、空孔率:78%、以下BC−8)を得た。
BC−8の固体NMR法により求められた結晶化度は82%であり、SEM画像から決定された最大繊維径は210nm、平均繊維径は75nmであった。さらに、上述したトルエン浸液下での透過率分布の測定により、Tr,avの値は0.91であり、膜質均一性パラメータHの値は0.0040、不均一性パラメータH’の値は0.062であった。
実施例1で得られた分散体M1を水で希釈し、セルロース濃度1.0重量%とし、抄紙用分散機であるDiscrefiner(熊谷理機工業株式会社製、No.2500−I、KRK高濃度ディスクレファイナー、リファイナープレートはType−Dを使用)で15回相当の連続分散処理を行った後に、高圧ホモジナイザー(ニロ・ソアビ社(伊)製NS3015H)を用いて、操作圧力100MPa下で4回の分散処理を実施した。
このセルロース濃度0.5重量%の分散液をさらに水でセルロース濃度0.25重量%となるように希釈し、再度Discrefinerで10回相当の連続分散処理を行い、得られた分散液を抄紙用分散液として使用した。この抄紙用分散液の分散平均径Rvを測定したところ、65μmであった。
傾斜角5°に設定された幅0.65mの傾斜ワイヤー型連続抄紙装置(斉藤鉄工所(株)作製)を用いて、同装置で標準的に使用するポリオレフィン製のワイヤー(本実施例で使用した抄紙用分散液を使用した場合のセルロースの濾過率:64%)上に、実施例3にて使用したPET/ナイロン製の平織物(幅0.76m×長さ100mの巻取り)を濾布として連続的に設置し、上記で得た抄紙用分散液を6.5L/minの供給速度で連続的に供給し、抄紙走行速度を6m/minとし、減圧差圧60mmHgの設定でウェットサクション(傾斜部)及び減圧差圧350mmHgの設定でドライサクションを作動させて、連続式抄紙を実施した。抄紙直後に金属ロールによる脱水工程を設け、この工程を経た直後の湿紙のセルロース濃度は11重量%であった。
そのまま湿紙/濾布の2層の状態で大過剰のイソブタノールで満たされた置換浴中に浸液させ、浸液時間が20分となるように調整し、浴から出てきた後に不織布の上部にも濾布を連続的に当てて濾布/不織布/濾布の3層構造とし、しかる後に表面温度が100℃に設定されたドラムドライヤーで乾燥し、乾燥直後に上下の濾布から不織布を剥離させることによりセルロースの連続不織布(以下、BC−9)を得た。
BC−9の空孔率は85%であり、膜厚は26μmであった。BC−9の固体NMR法により求められた結晶化度は83%であり、SEM画像中SEM画像から決定された最大繊維径は300nm、平均繊維径は69nmであった。さらに、上述したトルエン浸液下での透過率分布の測定により、Tr,avの値は0.95であり、膜質均一性パラメータHの値は0.0025、不均一性パラメータH’の値は0.077であった。
BC−9の通気度の平均値は38s/100ml、そのばらつき度合いは6.2%であり、引っ張り強度の平均値は5.2MPa、そのばらつき度合いは16%であり、表1に示す同等の膜厚、空孔率をもつ不織布サンプルの結果(例えばBC−2)と比較しても品質的にばらつきの少ない膜であることが判明した。本実施例によって、本発明のセルロース不織布が連続抄紙工程として安定に生産されることが示され、また、その不織布の品質もバッチ式抄紙によって得られるものと同等であることも確かめられた。
比較例3で得られた圧搾後の水を含む静置培養膜をイソブタノール中に浸漬し時々全体を軽くすすぎながら約45分間置換処理を行った後に、上述したPET製の濾布で挟んで金属板上に乗せ、その上に錘を乗せて定長で乾燥されるようにして、乾燥オーブン内にセットして、100℃で50分間乾燥させた。乾燥後、静置培養膜を濾布から剥がすことにより、静置培養によって得られる白色のセルロース不織布を得た。
得られたセルロースを含有する不織布(以下BC−10)の空孔率は78%であり、膜厚は85μmであった。BC−7の固体NMR法により求められた結晶化度は80%であり、そのSEM画像から決定された最大繊維径は225nm、平均繊維径は73nmであった。さらに、上述したトルエン含浸下での透過率分布の測定により、Tr,avの値は、0.93であり、膜質均一性パラメータHの値は0.0030であった。BC−10は比較例3で示された空孔率が32%のBC静置培養膜(R−3)と比較すると膜厚が厚いにも関わらず、トルエン含浸下のTr,avの値は圧倒的に高い値を示し、樹脂等の複合化時の透明性の発現の点でも優れた不織布であることが確認された。
実施例2で用いた精製コットンリンターM4と6,6−ナイロン繊維のカット品(繊維径;約10μm、繊維長;約3mm)を重量比で70/30となるように混合し、水で固形分濃度が1.5重量%となるように希釈した。この分散体に対して、ビーター(熊谷理機工業株式会社製、23L用装置)による処理を2時間施し、得られた分散体をさらに実施例2で使用した高圧ホモジナイザーを用いて操作圧力100MPa下で20回の微細化処理を実施した。
次に、このセルロース濃度1.0重量%の分散液をさらに水(イオン交換水)でセルロース濃度0.10重量%となるように希釈し、家庭用ミキサーにて10分間の分散処理を行い、得られた分散液を抄紙用分散液として使用した。この抄紙用分散液の分散平均径Rvを測定したところ、78μmであった。
以下、実施例1と同様に、PET製の織物を濾布として用い、CL−1と全く同じ条件でバッチ式抄紙機による抄紙を行い、ナイロンを15重量%含有した白色のセルロース不織布CO−1を得た。CO−1の空孔率は78%であり、膜厚は55μmであった。
CO−1について固体NMR法により求められたセルロースの結晶化度は74%であった。また、SEM画像中より決定された最大繊維径は1200nm、数平均繊維径は101nmであった。さらに、上述したトルエン浸液下での透過率分布の測定により、Tr,avの値は0.87であり、膜質均一性パラメータHの値は0.0076であり、不均一性パラメータH’は0.068であった。CO−1は15%のナイロン繊維を含んでいるにもかかわらず、実施例2のCL−1(同じ条件で製膜した微細化リンター100%の不織布)とトルエン含浸時の透明性や膜質均一性の点で同等の品質を有していることが判明した。さらに、CO−1の通気度及び引っ張り強度は、それぞれ125s/100ml、及び9.9MPaであり、CL−1と比較して若干通気度が小さめの値であるものの物性面でも遜色のないものであった。すなわち、本発明のセルロース不織布において、セルロース以外の繊維が含まれていても本発明で主張する効果は十分に発現されることが確認された。
実施例1及び2、比較例1−6の一部にて作製したセルロース不織布について、下記の評価方法により、フィルターやセパレータとしての性能基礎評価として通気度及び引っ張り強度を、耐熱性の評価として高温熱処理前後の変色度と引っ張り強度の低下率を、熱膨張性の評価として平均線膨張率を測定した。評価結果を表1及び表2に示す。
a)通気度(通気抵抗度)
ガーレー式デンソメーター((株)東洋精機製、型式G−B2C)を用いて、100mlの空気の透過時間の測定を室温で行った。評価は1枚の不織布サンプルの任意の場所10箇所について通気度の測定を行い、以下のようにばらつき度合いを定義し、算出した。
ばらつき度合い=|(平均値)−(平均から最も差の大きな測定値)|
×100/(平均値)(%)
b)引っ張り強度
不織布の均一性の指標として、得られた不織布サンプルの任意な位置から、5mm×50mmの長方形断片を5枚切り取り、その引っ張り強度測定を室温で実施した。測定は応力−ひずみ(S−S)曲線の測定を行い、不織布の破断時の応力を引っ張り強度とした。S−S曲線の測定は、引っ張り試験機(SHIMPO社製、Model FGS−50D)を用い、サンプルをチャック間距離20mmとなるように装着し、引き上げ速度9.5mm/minで上部チャックを引き上げた際の不織布破断時の荷重F(Kg)を測定し、以下の式により引っ張り強度Wを評価した。
W=9.8×F/(0.005×膜厚(m)) (MPa)
評価は1枚の不織布サンプルの任意の場所10箇所について通気度の測定を行い、以下のようにばらつき度合いを定義し、算出した。
ばらつき度合い=|(平均値)−(平均から最も差の大きな測定値)|
×100/(平均値)(%)
シート状セルロース成形体において180℃、72時間の加熱処理(大気環境下)の前後での引っ張り強度及び色彩度パラメータb*の値を評価した。ここで、
Δb*=(熱処理後のb*)−(熱処理前のb*)
によって変色度Δb*を求めた。加熱処理は、大気圧下で熱風乾燥機内で実施した。b*の評価は、上述した通り、サカタインクス(株)製のマクベス分光光度計Color−Eye3000型(標準色彩管理システムver.5.1)を使用し、C光源を用い、視野角2°での測定により行った。
また、上記加熱試験の前後での引っ張り強度を測定し、
強度低下率(%)=(試験前強度−試験後強度)×100/試験前強度
と定義して耐熱性の指標とした。
d)平均線膨張率
セイコーインスツルメンツ社製TMA/SS120型装置を用いて、各不織布の絶乾サンプルを取り付けて、50℃から250℃まで1分間に5℃の割合で昇温させたときのサンプルの長さの変化率ΔL(%)を以下の式によって求めた。50℃でのサンプル長をL50、250℃でのサンプル長をL250とした場合、
ΔL=(L250−L50)/L50/(250−50)
荷重は10gにし、引張モードで測定した。
Claims (19)
- 最大繊維径が1500nm以下であり、かつ固体NMR法によって求められる結晶化度が60%以上であるセルロース繊維を含んでなり、空孔率が40%以上99%以下であり、かつ下記式(3)で定義される乾燥不織布の不均一性パラメータH’の値が0.20以下であるセルロース不織布。
H’=T’ r,sd /T’ r,av (3)
(ただし、T’r,avとT’r,sdは、それぞれ乾燥膜面に対し、垂直に850nmの波長の光を照射した際の透過率Trを、膜面に沿って直線方向に40μmごとに合計30000μm(データ点数:750点)の長さ分測定したときの全Trの平均値及び標準偏差を意味する。) - トルエン中に浸液した状態で、850nmの波長の光を不織布に対して垂直に走査して得られる、下記式(1)で定義される平均透過率Tr,avが0.70以上である請求項1に記載のセルロース不織布。
(ただし、Tr,avは、試験管の内面に不織布が貼り付いた状態でトルエンを満たし、不織布に対し垂直な方向から試験管に対して850nmの波長の光を照射し、試験管に沿って長さ方向に40μmごとに合計30000μm(データ点数:750)の長さ分を走査した際に各々得られる透過率の平均値Tr,1と、不織布を除いてトルエンのみ注入された状態で同じ測定を行って得られる透過率の平均値Tr,2の比によって、次式で定義される。)
Tr,av=Tr,1/Tr,2 (1) - 前記式(1)で定義される平均透過率が0.80以上である請求項2に記載のセルロース不織布。
- 下記式(2)で定義される膜質均一性パラメータHが0.040以下である請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のセルロース不織布。
(ただし、Hは、試験管の内面に不織布が貼り付いた状態でトルエンを満たし、不織布に対し垂直な方向から試験管に対して850nmの波長の光を照射し、試験管に沿って長さ方向に40μmごとに合計30000μm(データ点数:750)の長さ分を走査した際に各々得られる透過率の標準偏差Tr,sd1と不織布を除いてトルエンのみ注入された状態で同じ測定を行って得られる透過率の標準偏差Tr,sd2の差で定義されるTr,sdと同測定で前記式(1)にて得られるTr,avによって、次式で定義される。
H=Tr,sd/Tr,av (2)
(ここで、Tr,sd=Tr,sd1−Tr,sd2である。)) - 通気度が5s/100ml以上900s/100ml以下かつ膜厚が5μm以上100μm以下であり、さらに空孔率範囲が70%以上99%以下である請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載のセルロース不織布。
- 通気度が1000s/100ml以上かつ膜厚が5μm以上100μm以下であり、さらに空孔率範囲が40%以上65%以下である請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載のセルロース不織布。
- 最大繊維径が1500nm以下であり、かつ固体NMR法によって求められる結晶化度が60%以上であるセルロース繊維と分散媒からなる分散液であって、セルロース繊維の分散平均径が1μm以上300μm以下、かつセルロース繊維濃度が0.01重量%以上1.0重量%以下である抄紙用分散液。
- セルロース繊維の数平均繊維径が200nm以下である請求項7に記載の抄紙用分散液。
- セルロース繊維の窒素含有濃度が0.4重量%以下であり、かつ繊維10gを100gの水に4℃にて浸漬後、24時間経た際の接触水の水中遊離総有機炭素濃度(TOC)が60ppm以下である請求項7又は請求項8に記載の抄紙用分散液。
- セルロース繊維の塩素含有濃度が40ppm以下である請求項7〜請求項9のいずれか一項に記載の抄紙用分散液。
- セルロース繊維がコットン由来の微細化セルロースである請求項7〜請求項10のいずれか一項に記載の抄紙用分散液。
- セルロース繊維がバクテリアセルロースである請求項7〜請求項10のいずれか一項に記載の抄紙用分散液。
- 抄紙用分散液の製造方法であって、セルロース繊維として、微細化処理の前工程に、水中又は水溶液中にセルロース繊維を浸漬させた状態で100℃以上、1時間以上の高温処理を施した後、水又は水溶液を除去して得られた湿潤セルロースを再度、水中に分散させ、高圧ホモジナイザー及び/又は超高圧ホモジナイザー及び/又はグラインダーにより微細化処理を施して得られたセルロース繊維を用いる請求項7〜請求項12のいずれか一項に記載の抄紙用分散液の製造方法。
- 請求項7〜請求項12のいずれか一項に記載の抄紙用分散液から抄紙法によって製膜するセルロース不織布の製造方法であって、濾布として、該抄紙用分散液中のセルロース繊維を大気圧下25℃における濾過で95%以上濾別する能力を有し、かつ大気圧下25℃での水透過量が0.005ml/cm2・s以上である濾布を用い、該濾布を抄造装置のワイヤー上に設置し、該抄紙用分散液を濾布上で濾過することにより、セルロース繊維を濾布上に堆積させて、セルロース繊維の固形分4重量%以上40重量%以下の湿潤状態の不織布を製造し、乾燥工程前又は乾燥工程後に濾布から不織布を剥離させることを含む請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載のセルロース不織布の製造方法。
- 前記濾布が、有機ポリマー繊維を含んでなる不織布若しくは織物、又は有機ポリマーを
含んでなる多孔膜である請求項14に記載の方法。 - 乾燥工程前に、前記抄紙用分散液中の分散媒を有機溶媒に置換する工程を含む、請求項14又は請求項15に記載の方法。
- 前記セルロース繊維を、連続的に製膜して、厚みが5μm以上200μm以下の範囲にある前記セルロース不織布を製造する請求項14〜請求項16のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載されたセルロース不織布と熱硬化性樹脂からなる複合材料であって、当該複合材料の透過率が平行光線透過率として70%以上であることを特徴とする複合材料。
- 請求項18記載の複合材料であって、30〜150℃の平均線膨張係数が20ppm以下であることを特徴とする複合材料。
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