JP4799384B2 - ポリケトン短繊維とその製造方法 - Google Patents

Description

本発明はポリケトン短繊維に関し、さらに詳しくは強度に優れたセパレーターを得るのに好適なポリケトン短繊維とその製造方法に関する。

近年、コンデンサー、電池の小型軽量化が急速に進んでいる。その流れの中にあってコンデンサー、電池に内臓されているセパレーターにも薄肉軽量が強く求められている。しかしながら、セパレーターを薄く、軽くした場合、強力が低下する為、加工時にセパレーターが破れるといったトラブルが発生する。
薄肉軽量であっても高い強度を有し加工時に破れトラブルが発生しないセパレーターの実現の為、パルプ素材、パルプ素材の組み合わせ、セパレーターの製造方法などに関し、さまざまな改良や検討が行われている。
特許文献１では、フィブリル化させたポリケトン短繊維を使ったポリケトン１００％繊維紙が提案されている。
特許文献１によれば、高度にフィブリル化させたポリケトン短繊維を抄紙した後、高温高圧のプレス機で熱融着させることにより、高強度のポリケトン１００％繊維紙を得ようとしている。ポリケトン短繊維は、高度にフィブリル化させるために、２段階の叩解処理によって製造している。
第１段はデスクリファイナーで３０回程度の処理を行い、第２段は高圧ホモジナイザーで１００ＭＰａ×１０〜２０回の叩解処理を行い製造している
この様に高度にフィブリル化させたポリケトン短繊維を用いることで強度の向上を図っているが、得られたポリケトン繊維紙の強度は低レベルであり、更なる改良が要求されている。

国際公開２００６／７７７８９号パンフレット

本発明は、強度に優れたセパレーターを得るのに好適なポリケトン短繊維とその製造方法を提供するものである。

本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意検討した結果、強度が向上しない原因はフィブリル化させたポリケトン短繊維の繊維長が非常に短いことにあることを突き止めた。紙強度はフィブリル化したポリケトン短繊維同士が複雑に絡み合い一体化することで発現されるといわれているが、ポリケトン短繊維の平均繊維長（Ｌ）に対して、繊維長の分布が０．５Ｌから３Ｌ近辺に集中し、５Ｌ以上の長さを持つ短繊維の比率が非常に小さいと、短繊維同士の絡み合いが起こらず強力が発現しないこと、強度を発現させるには、繊維長の大きな短繊維（５Ｌ以上）の比率を上げる必要のあることを掴み本発明に到達したものである。
すなわち、本発明は下記の通りである。
本発明の第１は、繰り返し単位の９５モル％以上が下記式（１）で示されるポリケトン単位で構成されたポリケトン繊維の短繊維であって、その短繊維の平均繊維長（Ｌ）が０．１〜５ｍｍであり、長さ５Ｌ〜１０Ｌの繊維の比率が全体の２〜２０％であることを特徴とするポリケトン短繊維、である。

本発明の第２は、ポリケトン繊維の短繊維を叩解処理するに際し、コニカル型リファイナーで処理することを特徴とする上記第１のポリケトン短繊維の製造方法、である。

本発明により、セパレーター強度を向上させることが可能なポリケトン短繊維及びその製造方法が提供される。

本発明について以下に具体的に説明する。
本発明のポリケトン繊維を構成するポリケトンは、繰り返し単位の９５モル％以上、好ましくは９８モル％以上、特に９９．６モル％以上が、上記式（１）で示されるものであり、５モル％未満の範囲で、上記式（１）以外の繰り返し単位、例えば、下記式（２）に示すもの等を含有していても良い。

但し式中、Ｒは、エチレン以外の炭素数１〜３０の有機基であり、例えば、プロピレン、ブチレン、１−フェニルエチレン等の基であり、Ｒの水素原子の一部または全部が、ハロゲン基、エステル基、アミド基、水酸基、エーテル基で置換されていてもよい。もちろん、Ｒは二種以上であってもよく、例えば、プロピレンと１−フェニルエチレンが混在していてもよい。

ポリケトンの固有粘度［η］は、好ましくは１ｄｌ／ｇ以上、より好ましくは２ｄｌ／ｇ以上、特に好ましくは４ｄｌ／ｇ以上であり、２０ｄｌ／ｇ以下、１５ｄｌ／ｇ以下、１０ｄｌ／ｇ以下であることが好ましい。
尚、固有粘度［η］は次の定義式に基づいて求められる値である。

式中のｔ及びＴは、それぞれヘキサフルオロイソプロパノール（セントラル硝子（株）社製）及び該ヘキサフルオロイソプロパノールに溶解したポリケトンの希釈溶液の２５℃での粘度管の流過時間である。Ｃは、上記希釈溶液の濃度であり、ヘキサフルオロイソプロパノール１００ｍｌ中のポリケトンの質量（ｇ）である。
ポリケトンには必要に応じて、酸化防止剤、ラジカル抑制剤、他のポリマー、艶消し剤、紫外線吸収剤、難燃剤、金属石鹸等の添加剤を含んでいてもよい。

次に、ポリケトン繊維の好ましい特性としては、引張強度は５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、より好ましくは１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、特に好ましくは１５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、３０ｃＮ／ｄｔｅｘ以下であり、引張伸度は３％以上、より好ましくは３．５％以上、特に好ましくは４％以上であり、８％以下、より好ましくは７％以下、特に好ましくは６％以下であり、引張弾性率は１００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、より好ましくは２００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、特に好ましくは３００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、１０００ｃＮ／ｄｔｅｘ以下である。
ポリケトン繊維の形態は、長さ方向に均一なものや太細のあるものでもよく、繊維の断面形状は、丸型、三角、Ｌ型、Ｔ型、Ｙ型、Ｗ型、八葉型、扁平型（扁平度１．３〜４程度のもので、Ｗ型、Ｉ型、ブーメラン型、波型、串団子型、まゆ型、直方体型等が挙げられる。）、ドッグボーン型等の多角形型、多葉型、中空型や不定形なものでもよい。
好ましい単糸繊度は、０．０１〜１０ｄｔｅｘ、より好ましくは０．１〜１０ｄｔｅｘ、特に好ましくは０．５〜５ｄｔｅｘの範囲であり、モノフィラメント糸の場合は、１０〜１０００００ｄｔｅｘの範囲である。

本発明のポリケトン短繊維は、平均繊維長（Ｌ）が０．１〜５ｍｍであり、好ましくは０．２〜４ｍｍ、特に好ましくは０．３〜３ｍｍの範囲である。平均繊維長が０．１ｍｍ未満の場合には紙強度が発現されない。また５ｍｍを超える場合には繊維同士が絡まるため品位が悪く、厚み斑が大きくなる。
また、ポリケトン短繊維の繊維長分布において、５Ｌ〜１０Ｌの比率が２〜２０％であることが必要であり、好ましくは２〜１５％、特に好ましくは３〜１５％の範囲であり、この比率が２％未満の場合には紙強度が充分発現されず、２０％を超える場合には繊維同士が絡まり品位が悪く、厚み斑の大きな紙となってしまう。
尚、ポリケトン短繊維の平均繊維長並びに繊維長分布は、ネスレオートメーション（株）社のカヤーニファイバーアナライザー：ＦＳ２００を使い、ポリケトン短繊維１００００本の繊維長を測定して求めた。
本発明のポリケトン繊維は、フィブリル化しているほうが好ましく、好ましい比表面積は５〜１１２ｍ² ／ｇの範囲である。

次に、本発明のポリケトン短繊維を製造方法について詳述する。
基本的には、ポリケトン繊維を裁断し、次いでコニカル型リファイナーにより叩解処理することにより製造される。
ポリケトン繊維の裁断は、一般的なギロチンカッター、あるいはロータリーカッターを用いて、好ましくは１〜３０ｍｍ、より好ましくは、１．５〜２０ｍｍ、特に好ましくは２〜７ｍｍの範囲に裁断される。
次いで、裁断されたポリケトン繊維は、コニカル型リファイナーで叩解処理される。コニカル型リファイナーで叩解処理することで、繊維長の大きいポリケトン短繊維が得られるものであり、他の叩解機、例えばデスクリファイナー、高圧ホモジナイザー、ビーター、ボールミルなどで製造した場合、繊維長が短くなり、本発明のような繊維長の大きいポリケトン短繊維を得ることは出来ない。

コニカルリ型ファイナーの好ましい処理条件は以下の通りであり、希望するポリケトン短繊維に合わせて処理条件を選択すれば良い。
（１）刃クリアランス：０．５〜０．０３ｍｍ
（２）刃回転数 ：５００〜１５００ｒｐｍ
（３）繊維濃度 ：０．５〜５％
（４）スラリー流量 ：５０〜５００ｌ／ｍｉｎ
（５）処理 ：２０〜６０回
また刃についは、２枚刃タイプでも良く、あるいは３枚刃タイプでも良く、特に限定されない。
本発明のポリケトン短繊維は、例えば抄紙法により繊維紙の作成し用いられる。抄紙方法としては、湿式による抄紙方法が均一性などの面で好ましい。

繊維紙は、本発明のポリケトン短繊維のみで作成しても良いが、さらなる強度アップのために６０質量％以下好ましくは５０質量％以下特に好ましくは３０質量％以下の範囲内で、異なる繊維長や繊維長分布のポリケトン繊維やポリケトン繊維以外の繊維と組み合わせて作成しても良い。ポリケトン繊維以外の繊維としては、例えば、アラミド繊維、ＰＢＯ繊維、ビニロン繊維、ナイロン繊維、エステル繊維などが挙げられる。
繊維紙の坪量は１０〜１００ｇ／ｍ² 、好ましくは１２〜８０ｇ／ｍ² 、特に好ましくは１５〜５０ｇ／ｍ² の範囲である。
抄紙したポリケトン繊維紙は、室温で乾燥（一般的には、風乾、１日）した後、ホットプレスにて、例えば１０５℃×５分間程度の加熱加圧処理を行なう。
さらに、強度、平滑性、通気度の向上を目的としてカレンダー加工をすることが好ましい。
カレンダー加工温度は、ポリケトン繊維の融点＋４０℃以下の範囲内で、好ましくは２００℃以下、より好ましくは１８０℃以下、特に好ましくは１５０℃以下である。カレンダー加工時の線圧としては、好ましくは５０〜１５００ＫＮ／ｃｍ、より好ましくは２５０〜１５００ＫＮ／ｃｍ、特に好ましくは３５０〜１０００ＫＮ／ｃｍの範囲である。

以下に実施例などを用いて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例などにより何ら限定されるものではない。
本発明における測定方法及び評価方法は以下の通りである。
（１）平均繊維長（Ｌ）並びに繊維長分布
ネスレオートメーション（株）社のカヤーニファイバーアナライザー：ＦＳ２００を用いて水に希釈した任意の本数のポリケトン短繊維を直径０．４ｍｍのキャピラリーに通し、光学部のレーザーにより繊維長を測定し平均値を求めて算出した。平均繊維長（Ｌ）を５倍したものを５Ｌ、１０倍したものを１０Ｌとした。
（２）引張強力
ＪＩＳ−Ｐ−８１１３に準じて測定した。
サンプル巾：１．５ｃｍ、引張速度：２０ｃｍ／分で測定し、１０回測定した時の平均値を求めた。

［実施例１〜６］
１６７０ｄｔｅｘ／１２５０ｆのポリケトン繊維（旭化成せんい（株）社製；商標名サイバロン；引張強度１８ｃＮ／ｄｔｅｘ、引張伸度５％、引張弾性率３５０ｃＮ／ｄｔｅｘ）をギロチンカッターにて５ｍｍにカットして、コニカル型リファイナーにて刃クリアランス０．５ｍｍ、繊維濃度３％の条件で３０回叩解し、平均繊維長（Ｌ）０．４５ｍｍ、５Ｌ〜１０Ｌの比率が２０％、比表面積８ｍ² ／ｇのポリケトン短繊維を得た。
得られたポリケトン短繊維を湿式法にて抄紙し、室温乾燥、ホットプレス乾燥（１０５℃×５分間）し坪量５０ｇ／ｍ² 、厚み０．１０ｍｍのポリケトン繊維紙を作成した。この繊維紙の強力を測定した。結果を表１に示した。

［実施例２〜４］
実施例１と同様のポリケトン繊維をギロチンカッターにて５ｍｍにカットして、コニカル型リファイナーにより叩解処理するに際し、刃クリアランスを変化させて、表１に記載のポリケトン短繊維を得た。得られたポリケトン短繊維を湿式法にて抄紙し、室温乾燥、ホットプレス乾燥（１０５℃×５分間）し、ポリケトン繊維紙を作成した。この繊維紙の強力を測定した。結果を表１に示した。
［実施例５、６］
実施例２、４のポリケトン繊維紙をカレンダー加工機にて１５０℃、１０００ＫＮ／ｃｍの熱プレス加工を行い、これについて引張強力を評価した。結果を表１に示した。

［比較例１］
実施例１と同様のポリケトン繊維をギロチンカッターにて５ｍｍにカットして、シングルデスクリファイナー（熊谷理機工業（株）社製）にて刃クリアランス０．１ｍｍ、繊維濃度２％の条件で４０回叩解処理し、平均繊維長０．４５ｍｍ、５Ｌ〜１０Ｌの比率が１％、比表面積が６．３ｍ² ／ｇのポリケトン短繊維を得た。得られたポリケトン短繊維を湿式法にて抄紙し、室温乾燥、ホットプレス乾燥（１０５℃×５分間）し、ポリケトン繊維紙を作成し引張試験を実施した。結果を表１に示した。
［比較例２］
比較例１の繊維紙を実施例５記載の条件にてカレンダー加工を実施し引張強力を評価した。結果を表１に示した。

［比較例３］
比較例１のポリケトン短繊維を水中に分散し濃度０．７５％のスラリーを作成した。作成したスラリーを高圧ホモジナイザー（三丸機械工業（株）社製）にて１００ＭＰａの圧力で１５回処理して平均繊維長（Ｌ）０．２６ｍｍ、５Ｌ〜１０Ｌの比率が０．５％、比表面積が８．３ｍ² ／ｇのポリケトン短繊維を得た。このポリケトン短繊維を湿式法にて抄紙し、室温乾燥、ホットプレス乾燥（１０５℃×５分間）し、ポリケトン繊維紙を作成して引張試験を実施した。結果を表１に示した。
［比較例４］
比較例３のポリケトン繊維紙を実施例５記載の条件にてカレンダー加工を実施し、引張試験を実施した。結果を表１に示した。

本発明は、強力に優れたセパレーターを得る為に好適なポリケトン短繊維及びその製造方法を提供するものである。

Claims (2)

1. 繰り返し単位の９５モル％以上が下記式（１）で示されるポリケトン単位で構成されたポリケトン繊維の短繊維であって、その短繊維の平均繊維長（Ｌ）が０．１〜５ｍｍであり、長さ５Ｌ〜１０Ｌの繊維の比率が全体の２〜２０％であることを特徴とするポリケトン短繊維。
   

   
2. ポリケトン繊維の短繊維を叩解処理するに際し、コニカル型リファイナーで処理することを特徴とする請求項１に記載のポリケトン短繊維の製造方法。