JPWO2011122657A1 - ポリオレフィン系分割型複合繊維とこれを用いた繊維集合物及び電池セパレータ、並びにその製造方法 - Google Patents

ポリオレフィン系分割型複合繊維とこれを用いた繊維集合物及び電池セパレータ、並びにその製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明のポリオレフィン系分割型複合繊維は、ポリプロピレン系樹脂を含有する第一成分と、ポリオレフィン系樹脂を含有する第二成分とを含み、複合紡糸されたポリオレフィン系分割型複合繊維であって、上記第一成分は、Q値(重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnとの比)が6以上、かつJIS K 7210に準ずるメルトフローレート(MFR;測定温度230℃、荷重2.16kgf(21.18N))が5g/10分以上23g/10分未満の範囲であるポリプロピレン樹脂を主成分として含み、上記ポリオレフィン系分割型複合繊維の断面において、上記第一成分と、上記第二成分とが隣接している。また、本発明のポリオレフィン系分割型複合繊維は、第一成分と第二成分とを分割型の複合ノズルを用いて溶融紡糸し、延伸することにより得ることができる。

Description

本発明は、ポリオレフィン系分割型複合繊維とこれを用いた繊維集合物及び電池セパレータ、並びにその製造方法に関する。詳細には、ポリプロピレン系樹脂を含有する第一成分と、ポリオレフィン系樹脂を含有する第二成分とを含むポリオレフィン系分割型複合繊維とこれを用いた繊維集合物及び電池セパレータ、並びにその製造方法に関する。
元来、ポリオレフィン系樹脂同士など同族系樹脂同士を組み合わせた分割型複合繊維は、組み合わせる樹脂同士の相溶性が高いため各樹脂成分同士が界面で強く接着しやすい。そのため、非相溶性のポリマーを組み合わせた分割型複合繊維、例えば、ポリエステル系樹脂とポリオレフィン系樹脂を組み合わせた分割型複合繊維やポリエステル系樹脂とポリアミド系樹脂を組み合わせた分割型複合繊維に比べ、分割性に劣っている。そこで、ポリオレフィン系樹脂同士を組み合わせた分割型複合繊維の分割性を向上させようとする様々な試みがなされている。例えば、特許文献1には、ロックウェル硬度が60以上であるポリオレフィン系樹脂同士からなるポリオレフィン系分割型複合繊維が開示されている。また、特許文献2には、少なくとも1成分に親水成分を混合したポリオレフィン系分割型複合繊維が開示されている。また、特許文献3には異なるポリオレフィン系樹脂からなり、分割性を高めるために、(メタ)アクリル酸金属塩を含有させた成分と(メタ)アクリル酸金属塩を含有しない成分を繊維断面において隣接させたポリオレフィン系分割型複合繊維が開示されている。また、特許文献4には、中空率が5〜40%であり、1成分の繊維外周弧の平均長さWと中空部から繊維外周部までの平均厚みLとの比が0.25〜2.5であり、2成分のメルトフローレート比(MFR比)を規定したポリオレフィン系分割型複合繊維が開示されている。また、特許文献5には、複合繊維の断面を外部応力により特定の扁平形状にしたポリオレフィン系分割型複合繊維が開示されている。
上記特許文献1〜5では様々なポリオレフィン系樹脂同士の組み合わせ、例えばポリプロピレン(PP)とポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)とエチレン−プロピレン共重合体(EP)、ポリエチレンとエチレン−プロピレン共重合体の組み合わせが提案されている。しかし、ポリオレフィン系樹脂同士を組み合わせたポリオレフィン系分割型複合繊維において、より細繊度で高度に分割していることが求められる用途、例えば対人及び/又は対物ワイパーといった各種ワイピング用の繊維集合物、リチウムイオン電池やニッケル水素電池といった各種二次電池に使用する電池セパレータ用の繊維集合物、カートリッジフィルターや積層フィルターといった各種フィルターのろ過層用の繊維集合物といった用途に適した繊度及び良好な分割性を有する分割型複合繊維は、未だに得られていない。
特公平6−63129号公報 特開平8−311717号公報 特開2001−49529号公報 特開2000−328367号公報 特開2001−32138号公報
本発明は、上記従来の問題を解決するため、延伸性及び分割性に優れているポリオレフィン系分割型複合繊維とこれを用いた繊維集合物及び電池セパレータ、並びにその製造方法を提供する。
本発明のポリオレフィン系分割型複合繊維は、ポリプロピレン系樹脂を含有する第一成分と、ポリオレフィン系樹脂を含有する第二成分とを含み、複合紡糸されたポリオレフィン系分割型複合繊維であって、上記第一成分は、Q値(重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnとの比)が6以上、かつJIS K 7210に準ずるメルトフローレート(MFR;測定温度230℃、荷重2.16kgf(21.18N))が5g/10分以上23g/10分未満の範囲であるポリプロピレン系樹脂を主成分として含み、上記ポリオレフィン系分割型複合繊維の断面において、上記第一成分と、上記第二成分とが隣接していることを特徴とする。
本発明のポリオレフィン系分割型複合繊維の製造方法は、ポリオレフィン系分割型複合繊維を製造する方法であって、ポリプロピレン系樹脂を含有する第一成分と、ポリプロピレン系樹脂を含有する第二成分とを分割型の複合ノズルを用いて溶融紡糸して未延伸繊維束にし、得られた未延伸繊維束を延伸する工程を含み、上記第一成分は、紡糸前のQ値(重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnとの比)が6以上、かつJIS K 7210に準ずる紡糸前のメルトフローレート(MFR;測定温度230℃、荷重2.16kgf(21.18N))が5g/10分以上23g/10分未満の範囲であるポリプロピレン系樹脂を主成分として含むことを特徴とする。
本発明の繊維集合物は、上記本発明のポリオレフィン系分割型複合繊維を10質量%以上含むことを特徴とする。
本発明の電池セパレータは、上記本発明のポリオレフィン系分割型複合繊維を10質量%以上含むことを特徴とする。
本発明は、ポリプロピレン系樹脂を含有する第一成分と、ポリオレフィン系樹脂を含有する第二成分とを含むポリオレフィン系分割型複合繊維において、上記第一成分がQ値(重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnとの比)が6以上、かつJIS K 7210に準ずるメルトフローレート(MFR;測定温度230℃、荷重2.16kgf(21.18N))が5g/10分以上23g/10分未満の範囲であるポリプロピレン系樹脂を主成分として含むことにより、延伸性及び分割性に優れたポリオレフィン系分割型複合繊維を提供することができる。また、本発明の製造方法は、紡糸前のQ値(重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnとの比)が6以上、かつJIS K 7210に準ずる紡糸前のメルトフローレート(MFR;測定温度230℃、荷重2.16kgf(21.18N))が5g/10分以上23g/10分未満の範囲であるポリプロピレン系樹脂を第一成分の主成分として用い、第一成分と第二成分とを分割型の複合ノズルを用いて溶融紡糸することにより、延伸性及び分割性に優れたポリオレフィン系分割型複合繊維を提供することができる。また、本発明は、上記ポリオレフィン系分割型複合繊維を10質量%以上含むことにより、突刺強度の高い電池セパレータを提供することができる。
図1A〜図1Jは、ポリオレフィン系分割型複合繊維の断面を例示した模式的断面図である。 図2A〜図2Bは、第二成分が芯鞘型複合セグメントである場合のポリオレフィン系分割型複合繊維の一例を示す模式的断面図である。
ポリオレフィン系樹脂同士を組み合わせたポリオレフィン系分割型複合繊維の場合、分割型複合繊維に対し、撹拌、高圧水流処理といった物理的衝撃による分割処理を行う際、分割型複合繊維を構成する各樹脂成分内に非晶領域が残っていると、非晶領域が加えられた衝撃を吸収・減衰するクッションのように作用し、ポリオレフィン系樹脂同士の接合面に加えられる力が低下することでポリオレフィン系分割型複合繊維の分割率が低下する傾向が見られた。
重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnとの比であるQ値(以下、単にQ値とも記す。)の大きいポリプロピレン系樹脂は高分子量のポリプロピレン分子が樹脂の内部に多く存在することから、分子量分布の幅が大きくなっている。一方、Q値の小さいポリプロピレン樹脂は、重合により生じた高分子量の分子鎖を切断して分子鎖の長さを揃えているため、高分子量のポリプロピレン分子の残存量が減少して分子量分布の幅が小さくなっている。ポリプロピレン系樹脂を溶融紡糸する際、分子量分布の幅が小さい、すなわちQ値の小さいポリプロピレン系樹脂を使用すると、未延伸繊維束(未延伸トウ)に非晶領域(タイ分子)が多く存在するため、延伸処理を行っても非晶領域が残りやすい傾向にある。これに対し、高分子量のポリプロピレン分子が多く存在している分子量分布の幅が大きいポリプロピレン系樹脂、すなわちQ値の大きいポリプロピレン系樹脂を使用すると、Q値の小さい樹脂と比較して可紡性には劣るものの、高分子量のポリプロピレン分子が結晶化しやすい傾向があり、未延伸繊維束の段階で結晶化度の高いものとなり、高い延伸倍率の延伸処理を行うことで、非晶領域の少ない繊維を得ることができる。
上記から分かるように、ポリプロピレン系樹脂を一成分とするポリオレフィン系分割型複合繊維において、ポリプロピレン系樹脂としてQ値が高いポリプロピレン樹脂を用いることにより、ポリオレフィン系樹脂と複合しても容易に分割することができる。
また、ポリプロピレン系樹脂を一成分とするポリオレフィン系分割型複合繊維において、ポリプロピレン系樹脂のMFRも、ポリオレフィン系分割型複合繊維の分割性に影響することが分かった。ポリプロピレン系樹脂を一成分とするポリオレフィン系分割型複合繊維において、上記ポリプロピレン系樹脂として、MFRが高いポリプロピレン系樹脂、すなわち、より分子量が小さいポリプロピレン樹脂を使用すると、溶融する際に粘度が低く、伸びやすいため、得られた未延伸繊維束の延伸性が高くなることが分かった。しかし、MFRが高くなると、ポリプロピレン系樹脂成分と、もう一方のポリオレフィン系樹脂成分の界面における接着が強くなる傾向があり、高圧水流の作用や、抄紙工程におけるミキサー処理での分割性が低下しやすい。そして、MFRが低いポリプロピレン樹脂、すなわち、より分子量の大きい樹脂をポリオレフィン系分割型複合繊維の一成分として使用すると、120〜150℃の比較的高温で高い延伸倍率で延伸処理を行うことが可能となり、ポリプロピレン樹脂よりも融点の高いポリオレフィン系樹脂、例えばポリメチルペンテン系樹脂と複合してポリオレフィン系分割型複合繊維とする際に好ましい。しかし、MFRが極端に低い樹脂を使用すると、延伸性が低いため、120〜150℃の比較的高温の温度領域で延伸処理を行ってもほとんど延伸性がなく工程性が悪化し、細繊度の繊維を得にくい傾向がある。従って、第一成分を構成するポリプロピレン系樹脂は工程性、特に延伸性に悪影響を与えない範囲でMFRが低いことが求められる。
ポリオレフィン系樹脂同士を複合した分割型複合繊維において、ポリプロピレン系樹脂のQ値及びMFRが分割型複合繊維の分割性及び延伸性に与える影響を、上記に基いて検討した結果、本発明のポリオレフィン系分割型複合繊維を完成させた。すなわち、本発明では、Q値が6以上、かつJIS K 7210に準ずるメルトフローレート(MFR;測定温度230℃、荷重2.16kgf(21.18N)が5g/10分以上23g/10分未満の範囲であるポリプロピレン樹脂を用いることにより、ポリオレフィン系樹脂同士を複合した分割型複合繊維の延伸性、特に、繊維の結晶化が進行しやすい、より高温で高延伸倍率の延伸処理を行った際の延伸性が向上し、高温で高延伸倍率の延伸処理を行うことで繊維内部の非晶部分が減少する。また、MFRが小さいポリプロピレン樹脂を使用したことで、複合したポリオレフィン樹脂成分同士の接合界面が強く接着せず高い分割性が維持され得る。これらの結果、本発明のポリオレフィン系分割型複合繊維は高い延伸性及び分割性を両立できると推測される。
(ポリオレフィン系分割型複合繊維)
図1A〜1J、図2A〜図2Bに示しているように、本発明のポリオレフィン系分割型複合繊維(以下において、単に分割型複合繊維とも記す。)は、第一成分1と、第二成分2とを含み、ポリオレフィン系分割型複合繊維の断面において、第一成分1と、第二成分2とが隣接している。
<第一成分>
第一成分は、Q値が6以上、かつJIS K 7210に準ずるメルトフローレート(MFR;測定温度230℃、荷重2.16kgf(21.18N)、以下単にMFR230とも記す。)が5g/10分以上23g/10分未満の範囲であるポリプロピレン系樹脂を主成分(以下において、主成分ポリプロピレン系樹脂と記す。)として含む。ここで、「主成分」とは、第一成分全体に対して50質量%以上含まれることをいい、以下においても同様である。
第一成分において、主成分ポリプロピレン系樹脂の含有量は、80質量%以上であることが好ましく、第一成分は実質的に主成分ポリプロピレン系樹脂からなることが特に好ましい。ここで、「実質的に」という用語は、通常、製品として提供される樹脂が安定剤等の添加剤を含んでいることや、繊維の製造に際して各種添加剤が添加されることなどを考慮し、すなわち主成分ポリプロピレン系樹脂のみからなり、他の成分を全く含まない繊維が得られにくいことを考慮して使用している。通常、各種添加剤の含有量は、最大で15質量%である。第一成分における主成分ポリプロピレン系樹脂の含有量が大きいと本発明のポリオレフィン系分割型複合繊維の分割性及び延伸性がより向上する。
上記主成分ポリプロピレン系樹脂としては、特に限定されず、例えばホモポリマー、ランダム共重合体、ブロック共重合体、又はそれらの混合物を用いることができる。上記ランダム共重合体、ブロック共重合体としては、例えば、プロピレンと、エチレン及び炭素数4以上のα−オレフィンからなる群から選ばれる少なくとも一種α−オレフィンとの共重合体が挙げられる。上記炭素数4以上のα−オレフィンとしては、特に限定されないが、例えば、1−ブテン、1−ペンテン、3,3−ジメチル−1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、4,4−ジメチル−1−ペンテン、1−デセン、1−ドデセン、1−テトラデセン、1−オクタデセンなどが挙げられる。上記共重合体におけるプロピレンの含有量は、50質量%以上であることが好ましい。上記ポリプロピレン系樹脂の中でも工程性や経済性(製造コスト)を考慮すると、プロピレンホモポリマーが特に好ましい。これらは、単独で用いてもよく、二種以上を組合せて用いてもよい。
上記主成分ポリプロピレン系樹脂は、Q値が6以上であり、6〜15であることが好ましく、6〜12であることがより好ましい。上記主成分ポリプロピレン系樹脂のQ値が6以上であることで、優れた延伸性及び分割性を有するポリオレフィン系分割型複合繊維が得られる。また、上記主成分ポリプロピレン系樹脂は、紡糸前は、Q値が8以上であり、8〜15であることが好ましく、8〜12であることがより好ましい。上記主成分ポリプロピレン系樹脂の紡糸前のQ値が8以上であることで、優れた延伸性及び分割性を有するポリオレフィン系分割型複合繊維が得られる。
上記主成分ポリプロピレン系樹脂は、z平均分子量Mzが800,000以上であり、かつ重量平均分子量Mwが800,000以下であることが好ましい。より好ましくは、z平均分子量Mzが800,000〜5,000,000であり、かつ重量平均分子量Mwが100,000〜800,000である。z平均分子量Mzが800,000以上のポリプロピレン系樹脂は、高分子量のポリプロピレン分子を比較的多く含むことに起因して、第一成分に剛性を与える。そして、剛性に優れた第一成分は、外力による衝撃を吸収しにくく、与えられた外力が第一成分と第二成分とを割繊させる力として効率よく作用するため、分割性が向上する。上記主成分ポリプロピレン系樹脂の平均分子量Mzが800,000以上であり、かつ重量平均分子量Mwが800,000以下であると、z平均分子量Mzが800,000以上であることに起因して、優れた分割性を得ることができ、重量平均分子量Mwが800,000以下であることに起因して、流動性がよく、繊維を糸切れがなく紡糸することができる。
上記主成分ポリプロピレン系樹脂は、z平均分子量Mzが800,000〜5,000,000であることが好ましく、1,000,000〜4,000,000であることがより好ましい。z平均分子量Mzが800,000〜5,000,000の範囲であると、剛性が高く、高分子量の結晶化しやすい成分を含むことに起因して、延伸時に結晶化しやすく、分割性に優れた繊維となる。また、分子量の大きい重合体は、剛性に優れており、剛性に優れた分割型複合繊維及び/又は極細繊維を得ることができる。また、このような繊維を用いた繊維集合物は、突刺強度に優れる。また、上記主成分ポリプロピレン系樹脂は、紡糸前のz平均分子量Mzが800,000〜5,000,000であることが好ましく、1,000,000〜4,500,000であることがより好ましく、2,000,000〜4,000,000であることがより好ましい。紡糸前のz平均分子量Mzが800,000以上であると、上記紡糸後のz平均分子量Mzを有するポリオレフィン系分割型複合繊維を容易に得ることができる。
また、z平均分子量Mzが800,000以上であるポリプロピレン系樹脂を含む分割型複合繊維は、高分子量のポリプロピレン分子を含むため、紡糸工程で結晶化しやすい傾向にあり、未延伸繊維束の段階で結晶化度の高いものとなる。そして、さらに延伸処理を行うことで、非晶領域の少ない繊維を得ることができる。結晶化度が高く非晶領域の少ない繊維は、物理的衝撃による分割処理を行う際に、加えられた衝撃を吸収・減衰する非晶領域が少ないことに起因して、接合面に加えられた力が低下することなく第一成分及び第二成分に伝わるため、分割性が向上する。
上記主成分ポリプロピレン系樹脂は、重量平均分子量Mwが100,000〜800,000であることが好ましく、200,000〜500,000であることがより好ましい。重量平均分子量Mwが100,000〜800,000の範囲であると、樹脂の流動性が高くなり、糸切れしにくく、紡糸しやすい分割型複合繊維となる。また、上記主成分ポリプロピレン系樹脂は、紡糸前の重量平均分子量Mwが100,000〜800,000であることが好ましく、200,000〜700,000であることがより好ましい。紡糸前の重量平均分子量Mwが100,000以上であると、上記紡糸後の重量平均分子量Mwを有するポリオレフィン系分割型複合繊維を容易に得ることができる。
なお、ポリプロピレン系樹脂として、z平均分子量Mzが800,000以上であるポリプロピレン系樹脂を用いる場合には、高分子量のポリプロピレン分子を比較的多く含むことに起因して、流動性が低く、紡糸することが困難になる場合があるため、重量平均分子量Mwが800,000以下のポリプロピレン系樹脂を用いることがより好ましい。重量平均分子量Mwが800,000以下であるポリプロピレン系樹脂は、溶融粘度が比較的小さく、流動性に優れるため、繊維を糸切れがなく紡糸することができる。
上記主成分ポリプロピレン系樹脂は、数平均分子量Mnが10,000〜80,000であることが好ましく、20,000〜60,000であることがより好ましい。数平均分子量Mnが10,000〜80,000の範囲であると、非晶領域が少なくなり易く、樹脂に外力などを加えた場合に衝撃を吸収・減衰する作用を抑制することができ、分割型複合繊維の接合面で反発力が生じやすくなり、分割性に優れた分割型複合繊維を得ることができる。また、上記主成分ポリプロピレン系樹脂は、紡糸前の数平均分子量Mnが10,000〜80,000であることが好ましく、20,000〜70,000であることがより好ましい。紡糸前の数平均分子量Mnが10,000以上であると、上記紡糸後の数平均分子量Mnを有するポリオレフィン系分割型複合繊維を容易に得ることができる。
上記主成分ポリプロピレン系樹脂のQ値、数平均分子量Mn、重量平均分子量Mw、及びz平均分子量Mzは、紡糸前と紡糸後で異なる場合がある。特に紡糸前のQ値が8以上であるポリプロピレン系樹脂は、紡糸後にそのQ値が6以上となってよい。これは、比較的高分子量のポリプロピレン分子を構成する分子間の結合が紡糸時の熱で切断される、或いは、比較的高分子量のポリプロピレン分子の一部が低分子量のポリプロピレン分子に連鎖移動するためであると推察される。なお、本発明において、Q値、Mn、Mw及びMzの値は、特に紡糸前の値であると記載していない限り、紡糸後の値である。
また、上記主成分ポリプロピレン系樹脂は、JIS K 7161に準じて測定した引張弾性率が1700MPa以上であることが好ましく、1900MPa以上であることがより好ましく、2000MPa以上であることが特に好ましい。上記主成分ポリプロピレン系樹脂の引張弾性率が1700MPa以上であると、高温、高延伸倍率の条件下で延伸処理を行っても延伸による糸切れが発生しにくいため、より細繊度の分割型複合繊維が得られやすいうえ、高延伸倍率で延伸しても分割処理時の分割性が低下せず、各成分に充分に分割した繊維又は繊維集合物が得られやすい傾向がある。なお、上記主成分ポリプロピレン樹脂の引張弾性率の上限は特に限定されないが、2700MPa以下であることが好ましく、2500MPa以下であることが特に好ましい。引張弾性率が2700MPa以下であると、ポリプロピレン系樹脂の引張弾性率が過剰に高くならないため、分割型複合繊維の延伸性も低下せず、延伸処理において充分に延伸できるうえ、延伸時の糸切れの発生も少ない。
また、上記主成分ポリプロピレン系樹脂は、紡糸前のMFR230が5g/10分以上23g/10分未満の範囲であってよく、紡糸前のMFR230が8g/10分以上MFR230が16g/10分以下であることがより好ましい。紡糸前のMFR230が5g/10分以上であると、紡糸時に糸切れが発生しにくい。
また、上記主成分ポリプロピレン系樹脂は、紡糸前のQ値が9以上、紡糸前のMFR230が16g/10分以下、紡糸前の引張弾性率が2000MPa以上であることが特に好ましい。上記主成分ポリプロピレン系樹脂のQ値、MFR230、引張弾性率が各々上記範囲を満たすことでポリオレフィン系樹脂とポリプロピレン系樹脂を複合紡糸したポリオレフィン系分割型複合繊維が高い延伸性と分割性を有するようになり、上記分割型複合繊維から容易に極細繊維が得られ、極細繊維の含有率が高く、未分割の分割型複合繊維の含有率が低い繊維集合物を容易に得ることができる。
第一成分は、本発明の効果を阻害しない範囲内において、主成分ポリプロピレン系樹脂に加えて他のポリプロピレン系樹脂を含んでもよい。上記他のポリプロピレン系樹脂としては、特に限定されず、例えばホモポリマー、ランダム共重合体、ブロック共重合体、又はそれらの混合物を用いることができる。上記ランダム共重合体、ブロック共重合体としては、例えば、プロピレンと、エチレン及び炭素数4以上のα−オレフィンからなる群から選ばれる少なくとも一種α−オレフィンとの共重合体が挙げられる。上記炭素数4以上のα−オレフィンとしては、特に限定されないが、例えば、1−ブテン、1−ペンテン、3,3−ジメチル−1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、4,4−ジメチル−1−ペンテン、1−デセン、1−ドデセン、1−テトラデセン、1−オクタデセンなどが挙げられる。上記共重合体におけるプロピレンの含有量は、50質量%以上であることが好ましい。上記ポリプロピレン系樹脂の中でも工程性や経済性(製造コスト)を考慮すると、プロピレンホモポリマーが特に好ましい。
第一成分は、本発明の分割型複合繊維の延伸性、分割性が失われない範囲で公知の分割促進剤を添加してもよい。公知の分割促進剤としては、例えばシリコン化合物系の分割促進剤、不飽和カルボン酸系の分割促進剤、(メタ)アクリル酸系化合物の分割促進剤などが使用できる。中でも、(メタ)アクリル酸系化合物の分割促進剤が好ましく、(メタ)アクリル酸金属塩がより好ましい。分割促進剤として第一成分に対し(メタ)アクリル酸金属塩を含有させる場合、第一成分全体に対して、(メタ)アクリル酸金属塩を1〜10質量%含有させてもよい。
<第二成分>
第二成分は、ポリオレフィン系樹脂を含む。第二成分は、ポリオレフィン系樹脂を50質量%以上含むことが好ましく、ポリオレフィン系樹脂を80質量%以上含むことがより好ましく、実質的にポリオレフィン系樹脂からなることが特に好ましい。通常ポリオレフィン系樹脂は、ポリプロピレン系樹脂との相溶性がよく、これらを組み合わせた分割型複合繊維は一般的に分割性が低い。しかし、本発明では、上記主成分ポリプロピレン系樹脂とポリオレフィン系樹脂を組み合わせることによって、優れた分割性を得ることができる。また、ポリオレフィン系樹脂は、電解質に対する安定性に優れているため、電池セパレータを構成する樹脂として好適である。第二成分がポリオレフィン系樹脂を80質量%以上含むと、アルカリ性の水溶液である電解液中においても、長期にわたり、劣化し難い電池セパレータを得ることができる。
上記ポリオレフィン系樹脂としては、特に限定されないが、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリメチルペンテン、エチレンビニルアルコール共重合体、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンアクリル酸共重合体、エチレンアクリル酸メチル共重合体、エチレンマレイン酸共重合体、エチレン無水マレイン酸共重合体、又はエチレンプロピレン共重合体などを単独又は二種以上を組み合わせて用いてよい。これらのポリオレフィン系樹脂は、耐薬品性に優れるため、電池セパレータとして好ましい。
第二成分に含まれるポリオレフィン系樹脂は、より分割性や耐薬品性などに優れるという観点から、ポリメチルペンテン系樹脂であることが好ましい。上記ポリメチルペンテン樹脂としては、4−メチルペンテン−1を85モル%以上含む共重合体、例えば4−メチルペンテン−1と、例えばエチレン、プロピレン、ブテン−1、ヘキセン−1、オクテン−1、デカン−1、テトラデカン−1、オクタデカン−1などの炭素数2〜20、好ましくは8〜18のα−オレフィンの1種又は2種との共重合体が挙げられる。また、上記ポリメチルペンテン系樹脂は、単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
ポリメチルペンテンは他のポリオレフィン系樹脂と同様に耐薬品性、耐水蒸気性に優れ、低密度であるという特徴を有する。これらの特徴に加え、耐熱性に優れ、剥離性、ガス透過性、透光性にも優れていることから、数多くの用途への展開が期待される熱可塑性樹脂である。しかし、一般には、ポリメチルペンテンを分割型複合繊維の一成分として用いる場合、ポリメチルペンテンが有する難紡糸性、難延伸性から分割型複合繊維にすることが困難である。本発明では、一般に難紡糸性、難延伸性の樹脂として知られているポリメチルペンテン系樹脂であっても、主成分ポリプロピレン系樹脂と組み合わせることにより、容易に紡糸することができ、延伸性も良好な分割型複合繊維を得ることができる。
上記ポリメチルペンテン系樹脂は、融点が210〜245℃であり、ASTM D 1238に準ずるメルトフローレート(MFR;測定温度260℃、荷重5.0kgf(49.0N)、以下MFR260とも記す。)が120〜280g/10分でことが好ましい。上記ポリメチルペンテン系樹脂の融点が210〜245℃であると、紡糸が容易になり、また、延伸性にも優れる。また、上記ポリメチルペンテン系樹脂のMFR260が120〜280g/10分であると、紡糸が容易となる。
上記ポリメチルペンテン系樹脂は、MFR260が140〜260g/10分の範囲であることが好ましく、160〜260g/10分の範囲であることがより好ましく、170〜250g/10分の範囲であることが特に好ましい。上記MFRを満たすポリメチルペンテン系樹脂を使用することで優れた延伸性及び分割性を有するポリオレフィン系分割型複合繊維が得られる。上記ポリメチルペンテン系樹脂のMFR260が120g/10分以上であるとポリメチルペンテン系樹脂の延伸性が良好になり、延伸処理において充分に延伸できるうえ、延伸処理において糸切れの発生も少ない。また、上記ポリメチルペンテン系樹脂のMFR260が280g/10分以下であると、延伸性に優れたポリオレフィン系分割型複合繊維が得られるうえ、ポリメチルペンテンとポリプロピレン系樹脂との接合界面が強く接着せず、分割が容易であり、分割性が低下する恐れもない。
上記ポリメチルペンテン系樹脂は、JIS K 7161に準じて測定した引張弾性率が1500MPa以上であることが好ましく、1600MPa以上であることがより好ましく、1700MPa以上であることが特に好ましい。上記引張弾性率を満たすポリメチルペンテン系樹脂を使用することで優れた延伸性及び分割性を有するポリオレフィン系分割型複合繊維が得られる。上記ポリメチルペンテン系樹脂の引張弾性率が1500MPa以上であると、分割性が低下せず、各成分に充分に分割した繊維又は繊維集合物が得られやすい傾向がある。なお、上記ポリメチルペンテン系樹脂の引張弾性率の上限は特に限定されないが、2700MPa以下であることが好ましく、2500MPa以下であると特に好ましい。引張弾性率が2700MPa以下であると、ポリメチルペンテン系樹脂の引張弾性率が過度に高くならないため、分割型複合繊維の延伸性も低下せず、延伸処理において充分に延伸できるうえ、延伸時に糸切れの発生も少ない。
第二成分に含まれるポリオレフィン系樹脂は、熱接着性に優れた分割型複合繊維を得る観点から、ポリエチレン又はエチレンと酢酸ビニル、アクリル酸、アクリル酸メチル、マレイン酸、無水マレイン酸若しくはビニルアルコール成分とからなるエチレン共重合体であることが好ましい。中でも、耐薬品性に優れた分割型複合繊維を得る観点から、ポリエチレン又はエチレンビニルアルコール共重合体であることが好ましい。ポリオレフィン系樹脂が、エチレン又はエチレン共重合体であると、加熱することにより、軟化させて繊維同士を接着することができるため、引張強度及び突刺強度に優れた繊維集合物が得られる。
第二成分は、ポリオレフィン系樹脂が鞘成分である芯鞘型複合セグメントであることが好ましい。かかる構成であると、ポリオレフィン系分割型複合繊維を割繊させることにより、第二成分に由来する芯鞘型極細複合繊維が形成される。そして、芯鞘型極細複合繊維の鞘成分であるポリオレフィン系樹脂のみを溶融させることにより、分割型複合繊維の割繊により形成された極細繊維同士を熱接着させることができ、突刺強度と引張強度に優れた繊維集合物を得ることができる。
第二成分が芯鞘型複合セグメントである場合、芯成分は第一成分における主成分ポリプロピレン樹脂と同様の樹脂であることが好ましい。かかる構成であると、分割型複合繊維が2つの樹脂成分で構成されることになり、ノズル設計及び複合紡糸がより容易となる。また、第二成分も突刺強度を向上させる機能を有する主成分ポリプロピレン樹脂を含むことに起因して、不織布とした際に、突刺強度がさらに向上した不織布を得ることができる。なお、芯成分は、上記主成分ポリプロピレン樹脂とは異なる他のポリオレフィン系樹脂を用いてもよい。この場合、芯成分としては、上述のポリオレフィン系樹脂の中から、一種又は二種以上を組み合わせて用いてもよい。
第二成分が芯鞘型複合セグメントである場合、第二成分の芯成分の断面形状は特に限定されない。芯成分は、例えば、楕円形状の断面形状を有してもよく、真円形状の断面形状を有してもよい。また、芯成分は、第二成分の中心に位置していてもよく、中心に位置せず、偏心していてもよい。
第二成分が芯鞘型複合セグメントである場合、第二成分において、鞘成分を構成するポリオレフィン系樹脂は、芯成分を構成する樹脂成分の融点よりも低い融点を有することが好ましい。その場合、鞘成分の融点は、好ましくは芯成分の融点よりも10℃以上低く、より好ましくは20℃以上低い。或いは、鞘成分を構成する樹脂成分の融点は、芯成分を構成する樹脂成分の融点より高くてもよい。例えば、後述するように、エチレンビニルアルコール共重合体(融点171℃程度)で鞘成分を構成し、ポリプロピレン(融点165℃程度)で芯成分を構成してもよい。鞘成分は、芯成分と比べて、熱などにより、より軟化しやすい樹脂成分で構成するとよい。
第二成分の鞘成分がポリエチレンであると、第二成分に由来する芯鞘型極細複合繊維が良好な熱接着性を示し、かつ、熱接着後の繊維集合物の強力が高くなるので、引張強度及び突刺強度に優れた繊維集合物が得られる。また、第二成分の鞘成分がポリエチレンであると、スルホン化等の親水化処理に適した繊維集合物が得られる。
第二成分の鞘成分がエチレンビニルアルコール共重合体であると、エチレンビニルアルコール共重合体が、熱接着性成分として機能することができる。エチレンビニルアルコール共重合体は、親水性を有し、高い保液性を繊維集合物に与えるので、電池セパレータの構成樹脂として好適に用いられる。エチレンビニルアルコール共重合体は、湿度の高い状態で加熱するとゲル化して、融点より低い温度にて熱接着性を示す。従って、エチレンビニルアルコール共重合体を熱接着成分として使用する場合には、湿熱処理により、繊維同士を熱接着させてよい。また、ポリプロピレンとエチレンビニルアルコール共重合体とが隣接する構成の分割型複合繊維は、分割性が高いという点からも好ましく用いられる。
本発明の分割型複合繊維の分割数(すなわち、セグメントの総数)は、分割型複合繊維の繊度及び極細繊維の繊度に応じて決めることができる。例えば、4〜30とすることが好ましく、6〜24とすることがより好ましく、8〜20とすることがさらに好ましい。上記分割型複合繊維は、分割数が小さくなると分割性が向上する傾向にあるが、第一成分と第二成分の界面が少なすぎると、細繊度の繊維を得にくい傾向にある。さらに、分割数が少なすぎると、所定の繊度の極細繊維を得るために、分割型複合繊維の繊度を小さくする必要があり、繊維の生産性が悪くなる、又は紡糸が困難となる場合がある。分割数が多いと、第一成分と第二成分の界面が多くなり、細繊度の繊維を得やすい傾向にある。
上記分割型複合繊維は、図1A、図1C及び図2Aに示しているように、繊維断面の中央部に、中空部分が形成されていることが好ましい。ここで、繊維断面の中央部とは、繊維断面のほぼ中心付近のことを指し、中空部分は、中央部が空洞となっていれば、中心(同心)に位置しなくても偏心していてもよいが、生産性から考慮すると、同心に位置することが好ましい。また、中空部分の形状も円形、楕円形、異形のいずれであってもよい。このように、中空部分が存在することにより、第一成分と第二成分の接触面積が小さくなり、分割性が繊維中央部に中空部分を有しない中実断面の分割型複合繊維と比べて向上し、低水圧の水流交絡処理、湿式抄紙法におけるスラリー調製時の離解、叩解処理などの少ない衝撃であっても高度に分割することができる。そして、繊維中央部に中空部分を有する構成であると、繊維中央部に中空部分を有しない分割型複合繊維と比較して、繊維集合物の引張強度及び突刺強度をより高くすることができる。これは、繊維中央部に中空部分を有する分割型複合繊維の割繊により形成される極細繊維の繊維断面がより円形に近い形状となるためであると予想される。また、かかる構成であると、分割型複合繊維の紡糸時の糸切れを抑制することができる。
上記分割型複合繊維が中空部分を有する場合、その中空率は、分割率及び極細繊維の断面形状などに応じて決定してもよい。中空率は、繊維断面に占める中空部分の面積の割合である。例えば、中空率は1〜50%程度であることが好ましく、5〜40%程度であることが好ましい。より具体的には、分割数が6〜10である場合には、中空率は5〜20%であることが好ましく、分割数が12〜20である場合には、中空率は15〜40%であることが好ましい。中空率が小さすぎると、中空部分を設けた際の効果を顕著に得ることが難しく、中空率が大きすぎると、分割型複合繊維の延伸工程や、開繊工程において、分割型複合繊維が割繊してしまい、取り扱い性が低下する恐れがある。
第一成分と第二成分との複合比(容積比)は、繊維の分割性及び工程性の面から3:7〜7:3が好ましく、4:6〜6:4が特に好ましい。
第二成分が芯鞘型複合セグメントである場合には、[第一成分+第二成分の芯成分]:[第二成分の鞘成分]の容積比が、好ましくは2:8〜8:2、より好ましくは4:6〜6:4となるように、繊維断面を設計する。2つの樹脂成分の容積比が2:8〜8:2の範囲外であると、紡糸性が低下し、また、良好な分割性が得にくいことがある。例えば、[第一成分+第二成分の芯成分]:[第二成分の鞘成分]の容積比が5:5である場合には、第一成分の容積は、第二成分全体の容積よりも小さくなることに留意すべきである。
上記分割型複合繊維の分割前の繊度は、特に限定されないが、0.1〜8dtexの範囲内にあることが好ましく、0.6〜6dtexの範囲内にあることがより好ましく、1〜4dtexの範囲内にあることがさらに好ましい。上記分割型複合繊維の分割前の繊度を0.1dtex未満にしようとすると、紡糸が不安定となり、繊維ひいては繊維集合物の生産性が低下する恐れがある。同様に、上記分割型複合繊維の分割前の繊度が8dtexを越えても、紡糸が不安定になる場合がある。
(極細繊維)
上記分割型複合繊維は、割繊して、第一成分に由来する極細繊維Aと、第二成分に由来す極細繊維Bを形成する。すなわち、分割型複合繊維を構成する各成分が分割型複合繊維の割繊に伴いそれぞれ独立し、それぞれ極細繊維を形成する。
極細繊維A及び/又は極細繊維Bは、繊維断面において、外周(繊維断面の輪郭)の任意の二点を結ぶ線分のうち最も長い線分をL、極細繊維の断面積と等しい面積の円の直径をDとしたとき、1≦L/D≦2を満たす断面形状であることが好ましい。極細繊維Aが、1≦L/D≦2を満たす断面形状であると、断面形状がより円形に近い形状になることに起因して、扁平な断面形状の極細繊維と比較して、繊維集合物の突刺強度がより高くなる。
特に優れた突刺強度を有する繊維集合物を得る観点から、極細繊維Aは、1≦L/D≦1.8を満たす断面形状であることがより好ましく、L/Dが1.6以下である断面形状を有することがさらに好ましく、極細繊維Bは、1≦L/D≦1.4を満たす断面形状であることがより好ましく、L/Dが1.2以下である断面形状を有することがさらに好ましい。
上述のような断面形状を有する極細繊維は、例えば、分割型複合繊維の繊維断面構造を、各成分が放射状に交互に配列された断面構造に調整することにより得られる。さらに、上記分割型複合繊維において、繊維中心部に中空部分を有する繊維断面構造とすることにより、上記特定の断面形状を有する極細繊維を簡易に得ることができる。
極細繊維A及び/又は極細繊維Bは、繊度が0.6dtex未満であることが好ましく、0.4dtex未満であることがより好ましい。極細繊維の繊度が0.6dtex未満であると、厚みの薄い繊維集合物を得やすくなる。なお、極細繊維Aと極細繊維Bの繊度は、互いに異なっていてもよく、いずれの極細繊維についても、繊度の下限は、好ましくは0.006dtexである。
特に、極細繊維Bが芯鞘型である場合には、極細繊維Bの繊度は、0.4dtex未満であることが好ましい。繊維集合物において、芯鞘型複合繊維が含まれている場合、芯鞘型複合繊維の繊度が小さいほど、芯鞘型複合繊維の表面積が大きくなるため、熱接着面積が大きくなり、熱接着後の繊維集合物の機械的強度がより高くなる。よって、極細繊維Bが芯鞘型極細複合繊維である場合は、繊度がより小さいことが好ましい。
(ポリオレフィン系分割型複合繊維の製造方法)
次に、本発明のポリオレフィン系分割型複合繊維の製造方法を説明する。上記分割型複合繊維は、例えば、ポリプロピレン系樹脂を含有する第一成分と、ポリオレフィン系樹脂を含有する第二成分とを分割型の複合ノズルを用いて溶融紡糸して未延伸繊維束にし、得られた未延伸繊維束を延伸することにより得られる。
具体的には、先ず、溶融紡糸機に所定の繊維断面が得られる分割型の複合ノズルを装着し、繊維断面において第一成分と第二成分が隣接し、互いに分割された構造となるように、紡糸温度200〜360℃で、第一成分を構成するポリプロピレン系樹脂及び第二成分を構成するポリオレフィン系を押し出して溶融紡糸し、未延伸繊維束(紡糸フィラメント)、すなわち未延伸ポリオレフィン系分割型複合繊維を得る。上記分割型複合繊維は、Q値が大きく、MFR230が低いポリプロピレン系樹脂を第一成分の主成分として含むため、第一成分はより高温で溶融させて溶融紡糸をする方が好ましい。例えば、第一成分の紡糸温度は250〜360℃が好ましく、280〜360℃がより好ましく、300〜350℃がさらに好ましく、320〜350℃が特に好ましい。ポリオレフィン系樹脂を含む第二成分の紡糸温度は可紡性の低下及び分割型複合繊維の繊維断面の断面形状の崩れが発生しない範囲であればよく、特に限定されない。例えば、第二成分の紡糸温度は245〜350℃が好ましく、250〜330℃がより好ましい。
得られた未延伸繊維束(紡糸フィラメント)の繊度は、1〜30dtexの範囲内であることが好ましい。紡糸フィラメントの繊度が1dtex未満であると、紡糸時の糸切れが多発する傾向がある。一方、紡糸フィラメントの繊度が30dtexを越えると、高度な延伸が必要になるか又は分割後の繊度が大きくなって、極細繊維を得にくい傾向がある。紡糸フィラメントを高度に延伸して、分割性を向上させる場合には、紡糸フィラメントの繊度は、4〜15dtexであることが好ましく、6〜12dtexであることがより好ましく、8〜12dtexであることがさらに好ましく、9〜11dtexであることが特に好ましい。
次いで、得られた未延伸繊維束(紡糸フィラメント)に対して延伸処理を行うことで延伸フィラメントが得られる。延伸処理は、延伸温度を40〜150℃の範囲内の温度に設定して実施することが好ましい。なお、延伸処理は、分割型複合繊維を構成する樹脂成分のうち、もっとも融点の低い樹脂の融点以下で行うことが好ましい。また、延伸は、繊維の結晶化が進みやすく、充分に細繊度のポリオレフィン系分割型複合繊維が得られるように、最大延伸倍率の60〜100%の延伸倍率で行う。具体的には、延伸倍率は1.1倍以上であることが好ましく、1.5倍以上であることがより好ましく、2〜8倍であることがさらに好ましい。延伸倍率を1.1倍以上とすると、繊維を構成する分子が繊維の長さ方向に配向することに起因して、分割性が向上する。また、延伸方法は、使用する樹脂成分に応じて、温水又は熱水中で実施する湿式延伸法又は乾式延伸法のいずれかを用いることができる。例えば高温の熱水などの高温の液体で加熱しながら延伸を行う湿式延伸、高温の気体中又は高温の金属ロールなどで加熱しながら延伸を行う乾式延伸、100℃以上の水蒸気を常圧若しくは加圧状態にして繊維を加熱しながら延伸を行う水蒸気延伸といった公知の延伸処理を行うことができる。この中でも生産性、経済性を考慮すると乾式延伸が好ましい。
そして、第二成分としてポリメチルペンテン系樹脂を用いる場合は、より高温で延伸処理を行うことが好ましい。延伸温度は、例えば延伸温度は60〜150℃であってよく、90〜150℃であることが好ましく、120〜150℃であることがより好ましく、130〜150℃であることがさらに好ましく、135〜150℃であることが特に好ましい。かかる延伸温度で延伸処理を行うと、一般に延伸性されにくいポリメチルペンテン系樹脂を含む場合であっても、高度に延伸することができる。
また、第二成分としてポリメチルペンテン系樹脂を用いる場合は、延伸倍率は最大延伸倍率の60〜90%かつ4.5倍以上であることが好ましい。また、生産性を考慮すると、延伸倍率はより好ましくは4.5〜8倍であり、さらに好ましくは4.5〜7.5倍であり、特に好ましくは5〜7倍であり、最も好ましくは5〜6.5倍である。延伸倍率が最大延伸倍率の60〜90%であると、一般に延伸性されにくい糸切れが発生しやすいポリメチルペンテン系樹脂を含む繊維であっても延伸工程で糸切れが発生しにくく、高度に延伸することができる。かかる効果を顕著に得る観点から延伸倍率は、最大延伸倍率の60〜80%であることが好ましい。また、4.5倍以上に延伸された繊維は、繊維の結晶化が促進することに起因して、分割性が向上する。
本発明において、「最大延伸倍率」は、下記のように測定したものをいう。分割型複合ノズルを用いて溶融紡糸を行い、得られた未延伸繊維束を、表面温度を所定の温度に調整した金属ロールを用いて乾式延伸を行う。この際、上記未延伸繊維束を送り出すロールの送り出し速度(V1)を10m/秒とし、巻き取る側の金属ロールの巻き取り速度(V2)を10m/秒より徐々に増加させる。そして、未延伸繊維束が破断したときの巻き取る側の金属ロールの巻き取り速度を最大延伸速度とし、上記最大延伸速度と未延伸繊維束を送り出すロールの送り出し速度との比(V2/V1)を求め、得られた速度比を最大延伸倍率(Vmax)とする。最大延伸倍率が7.5以上であると、未延伸時の繊度が10dtex前後の繊維からなる未延伸繊維束を延伸した際、延伸後の繊度が2.2dtex以下の細繊度のポリオレフィン系分割型複合繊維が容易に得られるため好ましい。最大延伸倍率が7.5未満であっても延伸処理には影響を与えないが、最大延伸倍率が低いため、未延伸時の繊度が比較的太い未延伸繊維束、例えば12dtex以上の繊維からなる未延伸繊維束からは所望の繊度のポリオレフィン系分割型複合繊維が得にくい恐れがある。
得られた延伸フィラメントには、必要に応じて所定量の繊維処理剤が付着させられ、さらに必要に応じてクリンパー(捲縮付与装置)で機械捲縮が与えられる。繊維処理剤は、後述するように、不織布を湿式抄紙法で製造する場合には、繊維を水等に分散させることを容易にする。また、繊維処理剤が付着した繊維に、繊維表面から外力を加えて(外力は、例えば、クリンパーによる捲縮付与の際に加わる力である)、繊維処理剤を繊維に染み込ませると、さらに水等への分散性が向上する。捲縮数は、5〜30山/25mmの範囲内にあることが好ましく、10〜20山/25mmの範囲内にあることがより好ましい。捲縮数が5山/25mm以上であると、クリンパーによる外力が加わることに起因して分割性が向上し、捲縮数が30山/25mm以下であると、繊維が凝集してダマになることが少ない又はない。
繊維処理剤付与後の(又は繊維処理剤が付与されていないがウェットな状態にある)フィラメントに80〜110℃の範囲内の温度で、数秒〜約30分間、乾燥処理を施し、繊維を乾燥させる。乾燥処理は場合により省略してもよい。その後、フィラメントは、好ましくは、繊維長が1〜100mm、より好ましくは、2〜70mmとなるように切断される。後述するように、不織布を湿式抄紙法で製造する場合には、繊維長を3〜20mmとすることがより好ましい。湿式抄紙法で不織布を製造する場合に、繊維長が短いほど、分割型複合繊維の分割率が高くなる。或いは、不織布をカード法で製造する場合には、繊維長を20〜100mmとすることがより好ましい。なお、繊維集合物をスパンボンド法により形成する場合には、フィラメントの切断処理を省略してもよい。
本発明のポリオレフィン系分割型複合繊維は、JIS L 1015に準ずる単繊維強度が3cN/dtex以上であることが好ましく、4cN/dtex以上であることがより好ましく、5cN/dtex以上であることがさらに好ましい。好ましい上限は10cN/dtexである。上記分割型複合繊維の単繊維強度が3cN/dtex以上であると、優れた突刺強度を有する繊維集合物を得ることができる。このような単繊維強度を有する分割型複合繊維は、上記延伸倍率を4.5倍以上とすることに容易に得ることができる。
本発明のポリオレフィン系分割型複合繊維は、JIS L 1015に準ずる繊維伸度が50%以下であることが好ましく、40%以下であることがより好ましく、35%以下であることがさらに好ましい。好ましい下限は0%である。上記分割型複合繊維の繊維伸度が50%以下であると、外力により伸長しにくい繊維集合物を得ることができる。特に電池セパレータを構成する繊維として用いると、製造工程での伸長を抑えることができるため、収縮の小さい電池セパレータを得ることができる。
(繊維集合物)
次に、本発明のポリオレフィン系分割型複合繊維を含む繊維集合物について説明する。繊維集合物の形態としては、特に限定されないが、例えば織物、編物及び不織布などが挙げられる。また、上記不織布の繊維ウェブ形態も特に限定されず、例えば、カード法により形成されたカードウェブ、エアレイ法により形成されたエアレイウェブ、湿式抄紙法により形成された湿式抄紙ウェブ、スパンボンド法により形成されたスパンボンドウェブなどが挙げられる。
上記繊維集合物において、上記分割型複合繊維の含有量は10質量%以上であることが好ましい。より好ましくは15質量%以上であり、特に好ましくは20質量%以上である。上記分割型複合繊維の含有量が10質量%以上であると、繊維集合物、例えば不織布中の上記分割型複合繊維の占める割合が多く、緻密な不織布が得られやすい傾向がある。上記繊維集合物において、上記ポリオレフィン系分割型複合繊維の含有量の上限は特に限定されないが、対人及び/又は対物ワイパーといった各種ワイピング用の繊維集合物、リチウムイオン電池やニッケル水素電池といった各種二次電池に使用する電池セパレータ用の繊維集合物並びにカートリッジフィルターや積層フィルターといった各種フィルターのろ過層用の繊維集合物であり、ある程度の構成繊維間の空隙やそれに伴う通気性、通液性が求められる繊維集合物の場合は、繊維集合物全体に対する上記分割型複合繊維の含有量は、好ましくは90質量%以下、より好ましくは75質量%以下、特に好ましくは50質量%以下である。乾式不織布、湿式不織布などの繊維集合物中に含まれる上記分割型複合繊維の割合が90質量%以下であると、得られた繊維集合物に含まれる分割型複合繊維に由来する極細繊維の割合が大きくなりすぎず、繊維集合物が必要以上に緻密な不織布となる恐れもない。また、上記分割型複合繊維を使用して湿式不織布を製作しようとする場合、上記分割型複合繊維の含有量が90質量%以下であると、湿式抄紙工程のスラリー調製時の離解処理において、未分割の分割型複合繊維がスラリー表面に浮遊する浮き種現象が発生しにくいため工程性も良好である。また、分割して発現した極細繊維同士及び極細繊維と他の繊維とが絡みつくことも少ないうえ、ファイバーボール現象を引き起こすことも少なく、地合の均一な不織布が得られやすい。繊維集合物を構成する繊維間空隙が少ない、特に緻密な繊維集合物が必要であれば、上記用途に使用される繊維集合物であっても上記分割型複合繊維の含有量が多い方が好ましく、上記分割型複合繊維の含有量が90質量%を超える繊維集合物や上記分割型複合繊維のみからなる繊維集合物であってもよい。
上記繊維集合物において、上記分割型複合繊維以外に混合する他の繊維素材としては、特に限定されない。例えばコットン、パルプ、麻、ビスコースレーヨン、テンセル(登録商標)などのセルロース系繊維、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリ乳酸、ポリブチレンサクシネートなどのポリエステル系繊維、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン11、ナイロン12などのポリアミド系繊維、アクリル系繊維などを用いることができる。また、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレンなどのポリエチレンの単一繊維、通常のチーグラ・ナッタ触媒やメタロセン触媒を使用して重合されるアイソタクチック、アタクチック、シンジオタクチックなどのポリプロピレンの単一繊維、若しくはこれらのポリオレフィンのモノマー同士の共重合ポリマー、又はこれらのポリオレフィンを重合する際にメタロセン触媒(カミンスキー触媒ともいう。)を使用したポリオレフィンなどのポリオレフィン系繊維を用いることができる。また、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリスチレン、環状ポリオレフィンなどのエンジニアリング・プラスチックからなる繊維などを用いることができる。また、上記の繊維を単独又は二種以上組み合わせて使用することができる。また、繊維形状も特に限定されず、例えば単一繊維、鞘芯型複合繊維、偏心鞘芯型複合繊維、多芯芯鞘型複合繊維、並列型複合繊維、海島型複合繊維、分割型複合繊維などが挙げられる。また、繊維断面が円状、異形状などのいずれであってもよい。
上記繊維集合物は、90質量%以下の範囲でバインダー繊維を含んでよい。上記繊維集合物におけるバインダー繊維の含有量は、より好ましくは85質量%以下であり、さらに好ましくは80質量%以下である。バインダー繊維(熱接着繊維)は、例えば、鞘芯型複合繊維であってもよく、上記の芯鞘型極細複合繊維であってもよい。熱接着繊維を含む繊維集合物は、構成繊維同士を接着させることにより、引張強度及び突刺強度に優れた繊維集合物となる。
上記繊維集合物は、分割型複合繊維の分割により形成された極細繊維を10質量%以上の割合で含むことが好ましい。すなわち、繊維集合物は、極細繊維Aと極細繊維Bとを合わせて10質量%以上の割合で含むことが好ましい。また、繊維集合物は、極細繊維をより好ましくは20質量%以上の割合で含み、さらに好ましくは35質量%以上の割合で含む。好ましい上限は100質量%である。繊維集合物中の分割型複合繊維の占める割合が多いと、緻密な不織布が得られやすい傾向がある。
上記繊維集合物は、特に極細繊維Bが芯鞘型極細複合繊維である場合は、極細繊維Bを10質量%以上の割合で含むことがより好ましく、極細繊維Bを20質量%以上の割合で含むことがさらに好ましく、極細繊維Bを35質量%以上の割合で含むことが特に好ましい。好ましい上限は50質量%である。不織布中に極細繊維Bとして芯鞘型極細複合繊維を上記の割合で含むと、小さい繊度(0.6dtex未満)の芯鞘型複合繊維を含むため、大きい繊度の芯鞘型複合繊維を同量含む不織布と比較して、より高い機械的強度を有する。また、薄くかつ機械的強度に優れた繊維集合物を得ることができる。
上記繊維集合物は、好ましくは、繊維集合物に含まれる小さい繊度(0.6dtex未満)の繊維の総量が、10質量%以上であることが好ましく、20質量%以上であることがより好ましく、50質量%以上であることがさらにより好ましく、70質量%以上であることが特に好ましい。なお、好ましい上限は100質量%である。上記繊維集合物に含まれる小さい繊度(0.6dtex未満)の繊維の総量が上記範囲内であると、容易に厚みの薄い繊維集合物を得ることができる。繊維集合物に占める小さい繊度(0.6dtex未満)の繊維は、極細繊維A及び極細繊維Bで構成されてもよく、これらと他の極細繊維とで構成されてよい。
上記繊維集合物において、上記分割型複合繊維は、物理的衝撃を与えることにより分割させることができる。例えば、水流交絡処理(高圧水流を噴射すること)により分割させることができる。或いは、湿式抄紙法により不織布を製造する場合には、抄紙の際の離解処理時に受ける衝撃を利用して分割させることができる。
上記繊維集合物において、上記分割型複合繊維の分割率は80%以上であることが好ましい。上記繊維集合物における分割型複合繊維の分割率はより好ましくは85%以上であり、特に好ましくは90%以上である。本発明において、分割率は、後述のとおり測定することができる。
上記繊維集合物の製造方法について、不織布を例に挙げて説明する。不織布は、公知の方法に従って、繊維ウェブを作製した後、必要に応じて、熱処理に付して繊維同士を熱接着させて作製することができる。また、必要に応じて、繊維ウェブを繊維交絡処理に付してもよい。繊維ウェブは、例えば、繊維長10〜80mmの分割型複合繊維を用いてカード法又はエアレイ法等の乾式法により、或いは繊維長2〜20mmの分割型複合繊維を用いて湿式抄紙法により作製することができる。対人及び/又は対物ワイパーやフィルターなどの分野に用いる場合には、カード法又はエアレイ法等の乾式法により製造された不織布であることが好ましい。乾式法により製造された不織布は、風合いが柔らかく、適度な密度を有しているからである。また、電池セパレータなどの分野に用いる場合には、湿式抄紙ウェブから製造された不織布であることが好ましい。湿式抄紙ウェブを使用して作製する不織布は、一般的に緻密であって、良好な地合いを有するからである。さらに、湿式抄紙法によれば、抄紙の際の解離処理の条件を調節することによって、解離処理のみで分割型複合繊維を所望の分割率で分割することが可能である。
次いで、繊維ウェブを熱接着処理に付してもよい。例えば、上記分割型複合繊維に芯鞘型複合繊維(バインダー繊維)を加えて、芯鞘型複合繊維の鞘成分により繊維同士を接着してもよい。或いは、極細繊維Bが芯鞘型極細複合繊維である場合は、芯鞘型極細複合繊維の鞘成分により繊維同士を接着してもよい。熱接着処理の条件は、繊維ウェブの目付、芯鞘型極細複合繊維の断面形状及び不織布に含まれる繊維を構成する樹脂の種類等に応じて適宜選択することができる。例えば、熱処理機としては、シリンダードライヤー(ヤンキードライヤー)、熱風吹き付け加工機、熱ロール加工機及び熱エンボス加工機等を用いることができる。特にシリンダードライヤーは、不織布の厚みを調整しながら、繊維同士を熱接着させることができる点で好ましい。シリンダードライヤーの熱処理温度は、例えば、バインダー繊維の鞘成分がエチレンビニルアルコール共重合体である場合には、80〜160℃であることが好ましく、バインダー繊維の鞘成分がポリエチレンである場合には、100〜160℃であることが好ましい。
熱接着処理は、後述のように、繊維ウェブを水流交絡処理に付す場合には、水流交絡処理の前に実施することが好ましい。繊維ウェブの繊維同士を予め接合してから水流交絡処理を実施すると、繊維に高圧水流があたるときに繊維の「逃げ」が生じにくくなり、繊維同士を緊密に交絡させることができ、分割型複合繊維の分割がより促進される。なお、熱接着処理は、繊維同士を交絡させた後に実施してもよい。すなわち、熱接着処理と水流交絡処理の順序は、所望の不織布が得られる限りにおいて特に限定されない。
本発明の繊維集合物においては、繊維同士を交絡させてもよい。繊維同士を交絡させる手法としては、高圧水流の作用により繊維同士を交絡させる水流交絡処理が好ましい。水流交絡処理によれば、不織布全体の緻密さを損なうことなく、繊維同士を強固に交絡させることができる。また、水流交絡処理によって、繊維同士の交絡と同時に分割型複合繊維の分割及び分割により生じた極細繊維同士の交絡をも進行させることができる。
水流交絡処理の条件は、使用する繊維ウェブの種類及び目付、並びに繊維ウェブに含まれる繊維の種類及び割合等に応じて、適宜選択することができる。例えば、目付10〜100g/mの湿式抄紙ウェブを水流交絡処理に付す場合には、繊維ウェブを70〜100メッシュ程度の平織り構造等の支持体に載置して、孔径0.05〜0.3mmのオリフィスが0.5〜1.5mmの間隔で設けられたノズルから、水圧1〜15MPa、より好ましくは2〜10MPaの柱状水流を繊維ウェブの片面又は両面にそれぞれ1〜10回ずつ噴射するとよい。水流交絡処理後の繊維ウェブは、必要に応じて乾燥処理に付される。
上記繊維集合物は、必要に応じて親水化処理に付してもよい。親水化処理は、フッ素ガス処理、ビニルモノマーのグラフト重合処理、スルホン化処理、放電処理、界面活性剤処理及び親水性樹脂付与処理等の任意の方法を用いて実施することができる。特に、繊維集合物を電池セパレータとして用いる場合には、上記親水化処理に付すことが好ましい。電解液との親和性を高くして、液保持性を向上させるためである。
上記繊維集合物は、好ましくは2〜100g/mの範囲内の目付を有し、より好ましくは10〜100g/mの範囲内の目付を有し、さらに好ましくは20〜80g/mの範囲内の目付を有し、特に好ましくは30〜60g/mの範囲内の目付を有する。繊維ウェブの目付が2g/m以上であると、繊維ウェブ及び繊維集合物の地合が良好になり、繊維集合物の強力や突き刺し強力が高いものとなりやすい。繊維ウェブの目付が100g/m以下であると、繊維集合物の通気性は低下せず、また、繊維ウェブに含まれる上記分割型複合繊維を水流交絡処理により各成分に分割させる際、高圧水流が繊維ウェブ全体に均一に作用しやすくなり、上記分割型複合繊維を充分に分割させることが容易になる。
また、本発明は、第二成分を芯鞘型複合セグメントとし、第二成分に由来する芯鞘型極細複合繊維の鞘成分により極細繊維同士を接着することができるため、極細繊維のみで繊維間を接着した繊維集合物を形成することができる。このような繊維集合物は、例えば、不織布の形態が好ましく、電池セパレータとして用いることができる。このような場合、繊維集合物の目付は、好ましくは5〜50g/mであり、より好ましくは10〜30g/mである。
上記不織布の製造方法の一例としては、湿式抄紙法が好ましく、湿式抄紙は通常の方法で行えばよい。先ず、上記分割型複合繊維を準備し、0.01〜0.6質量%の濃度になるように水に分散させ、スラリーを調製する。なお、上記分割型複合繊維は、弱い衝撃力においても分割性に優れるため、スラリー調整時の離解、叩解処理により容易に分割させることができる。次に、スラリーは、短網式、円網式、長網式、又は短網式、円網式及び長網式のいずれかを組合せた抄紙機を用いて抄紙され、含水状態の湿式抄紙ウェブになる。次いで、含水状態の湿式抄紙ウェブをシリンダードライヤーなどの熱処理機を用いて乾燥し、必要に応じてバインダー繊維を含有させて、乾燥と同時に接着させてもよい。また、別の方法としては、上記湿式抄紙ウェブを必要に応じて接着させて形態を安定化させた後、水流交絡処理を施して、未分割の分割型複合繊維を分割させるとともに繊維間を交絡させてもよい。なお、湿式不織布において、分割率が80%以上であると、湿式不織布の製造工程におけるミキサー処理(パルパー処理)など、高圧水流を使用しない単純な撹拌処理のみで充分に分割していることになり、極細繊維が得られるため好ましい。また、湿式不織布において、分割率が80%未満であっても湿式不織布などの各種繊維集合物の製造には問題ないが、分割型複合繊維を分割して極細繊維を得るには湿式不織布の製造工程におけるミキサー処理など、高圧水流を使用しない単純な撹拌処理のみでは充分に分割しないため、高圧水流を使用した分割処理が必要になる傾向がある。
本発明の分割型複合繊維は、上述のように優れた延伸性と分割性を有し、緻密で地合いのよい不織布などの繊維集合物を作製できる。また、本発明の分割型複合繊維を用いた繊維集合物は、Q値が6以上のポリプロピレン系樹脂を含むことに起因して、高い突刺強度を実現することが可能である。例えば、繊維集合物が不織布であり、不織布が2〜50g/m程度の目付を有する場合には、単位目付あたり0.02N以上の突刺強度を有することが好ましい。不織布が50〜100g/m程度の目付を有する場合には、単位目付あたり0.04N以上の突刺強度を有することが好ましい。単位目付あたりの突刺強度の上限は特に限定されるものではないが、1N以下であることが好ましい。
(電池セパレータ)
上記の繊維集合物は、電池セパレータとして用いることができる。上記電池セパレータは、上記分割型複合繊維を15〜100質量%の範囲で含むことが好ましい。本発明の分割型複合繊維を主体成分(最も多い成分)として電池セパレータを構成する場合には、本発明の分割型複合繊維を40〜100質量%の範囲で含むことが好ましい。この電池セパレータはより優れた突刺強度を有する。或いは、本発明の分割型複合繊維を補助成分(最も多い成分でない成分)として電池セパレータを構成する場合には、本発明の分割型複合繊維を15〜45質量%の範囲で含むことが好ましい。この電池セパレータは突刺強度と通気性とを両立することができる。
電解液を保持し易く、圧縮回復率に優れ、高温での熱収縮率が小さい観点から、電池セパレータは不織布で構成されることが好ましい。
上記電池セパレータを構成する不織布は、分割型複合繊維の分割により形成された、極細繊維Aを5質量%以上の割合で含むことが好ましく、より好ましくは10質量%以上の割合で含み、さらに好ましくは20質量%以上の割合で含み、特に好ましくは35質量%以上の割合で含む。好ましい上限は80質量%であり、より好ましい上限は50質量%である。上記電池セパレータを構成する不織布は、0.6dtex未満の小さい繊度の極細繊維を含むため、厚みを薄くすることができ、さらに、ポリプロピレン系樹脂を主成分とする極細繊維Aを5質量%以上の割合で含むことにより、優れた突刺強度を達成し得る。
また、上記電池セパレータを構成する不織布は、分割型複合繊維の分割により形成された極細繊維Bを5〜80質量%の割合で含むことが好ましい。特に極細繊維Bが芯鞘型極細複合繊維である場合は、極細繊維Bを10質量%以上の割合で含むことがより好ましく、20質量%以上の割合で含むことがさらに好ましく、35質量%以上の割合で含むことが特に好ましい。好ましい上限は50質量%である。不織布中に極細繊維Bとして芯鞘型極細複合繊維を上記の割合で含むと、0.6dtex未満の小さい繊度の芯鞘型複合繊維を含むため、大きい繊度の芯鞘型複合繊維を同量含む不織布と比較して、より高い機械的強度を有する。また、薄くかつ機械的強度に優れたセパレータを得ることができる。
上記電池セパレータを構成する不織布は、目付が好ましくは2〜100g/mであり、より好ましくは5〜50g/mであり、特に好ましくは10〜30g/mである。目付が2g/m未満であると、不織布に粗密が生じて、電池セパレータとして使用したときに短絡が生じることがある。一方、目付が100g/mを越えると、電池セパレータの厚みが大きくなって、その分、電池内の正極及び負極の量が少なくなる。
上記電池セパレータがリチウムイオン二次電池用電池セパレータである場合、電池セパレータを構成する不織布の目付は2〜30g/mであることが好ましい。目付が2〜30g/mである不織布は、厚みが30μm以下、好ましくは20μm以下となり、一般的にリチウムイオン二次電池用電池セパレータとして使用されているフィルムに替えて使用することが可能となる。
上記電池セパレータは、高い突刺強度を有する。例えば、電池セパレータを構成する不織布が2〜50g/m程度の目付を有する場合には、単位目付あたり0.02N以上の突刺強度を有することが好ましい。不織布が50〜100g/m程度の目付を有する場合には、単位目付あたり0.04N以上の突刺強度を有することが好ましい。単位目付あたりの突刺強度の上限は特に限定されるものではないが、1N以下であることが好ましい。
本発明の電池セパレータは各種の電池に組み込まれて、電池を構成する。例えば、円筒型リチウムイオン二次電池においては、正極板と負極板とを本発明の電池セパレータを介して渦巻き状に巻回することができる。本発明の電池セパレータは、それ以外の電池、例えば、ニッケル水素二次電池、ニッケル−カドミウム二次電池、ニッケル−鉄二次電池及びニッケル−亜鉛二次電池などに使用してもよい。
以下、実施例にて本発明をさらに詳しく説明する。なお、本発明は、下記の実施例に限定されるものではない。
先ず、実施例において用いた測定方法及び評価方法を説明する。
(数平均分子量Mn、重量平均分子量Mw、z平均分子量Mz及びQ値)
クロス分別装置(CFC)とフーリエ変換型赤外線吸収スペクトル分析(FT−IR)を用い、測定溶媒としてオルトジクロルベンゼン(ODCB)を用いたゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)から数平均分子量Mn、重量平均分子量Mw、z平均分子量Mz及び重量平均分子量/数平均分子量の比(Mn/Mw:Q値)を測定した。
(メルトフローレート、MFR)
ポリプロピレン系樹脂は、JIS K 7210に準じ、230℃、荷加重21.18Nで測定し、ポリメチルペンテン系樹脂は、ASTM D 1238に準じ、260℃、荷加重5.0kgf(49.0N)で測定した。
(引張弾性率)
JIS K 7161に記載されている測定方法に準じ、樹脂の引張弾性率を測定した。
(ロックウェル硬度)
ASTM D 785に記載されている測定方法に準じ、樹脂のロックウェル硬度を測定した。
(延伸性)
分割型複合ノズルを用いて溶融紡糸を行い、得られた未延伸繊維束に対し、表面温度を所定の温度(105℃、120℃、130℃、140℃など)に調整した金属ロールを用いた乾式延伸を行った。この際、上記未延伸繊維束を送り出すロールの送り出し速度(V1)を10m/秒とし、巻き取る側の金属ロールの巻き取り速度(V2)を10m/秒より徐々に増加させた。そして、未延伸繊維束が破断したときの巻き取る側の金属ロールの巻き取り速度を最大延伸速度とし、上記最大延伸速度と未延伸繊維束を送り出すロールの送り出し速度との比(V2/V1)を求め、得られた速度比を最大延伸倍率(Vmax)とした。この最大延伸倍率(Vmax)を元に、得られたポリオレフィン系分割型複合繊維の延伸性を次のように評価した。
1:最大延伸倍率(Vmax)が7.5以上
2:最大延伸倍率(Vmax)が7.0以上7.5未満
3:最大延伸倍率(Vmax)が6.5以上7.0未満
4:最大延伸倍率(Vmax)が6.0以上6.5未満
5:最大延伸倍率(Vmax)が6.0未満
(分割率の測定方法1)
本発明のポリオレフィン系分割型複合繊維を含む不織布などの繊維集合物の断面を束ねて空間の生じないようにし、電子顕微鏡にて1000倍に拡大して任意に3箇所撮影し、撮影した写真の中で分割している繊維の面積比率にて分割率を算出した。
(分割率の測定方法2)
加熱処理を施す前の段階で、湿式抄紙ウェブの厚み方向の切断面が露出するように、ウェブを筒にできるだけ密に詰めた。筒に詰めた湿式抄紙ウェブ(不織布)を、電子顕微鏡で300倍に拡大して、0.4mm×0.3mmの領域を撮影した。撮影した写真において現れている繊維断面を1つずつ確認し、極細繊維A(第一成分)からなる繊維の数、及び極細繊維B(第二成分)からなる繊維の数をカウントした。また、未分割の繊維について、それぞれの構成成分の数を観察して求め(例えば、図2A〜2B、図1Dの繊維断面を有する場合、全く分割していない繊維の構成成分の数は16であり、半分に分割している繊維の構成成分の数は8である)、構成成分の数を各未分割の繊維の数としてカウントした。よって、例えば未分割の繊維が1本存在し、その構成成分の数が16であると、その繊維は16本とカウントされる。カウント結果より、下記の式に基づいて分割率を算出した。
分割率(%)=[(極細繊維Aからなる繊維の数+極細繊維Bからなる繊維の数)/(極細繊維Aからなる繊維の数+極細繊維Bからなる繊維の数+未分割の繊維の数の合計)]×100
(分割性)
分割性は上記分割率の測定方法1により測定したポリオレフィン系分割型複合繊維の分割率を基準に、以下のように評価した。
1:分割率が80%以上
2:分割率が70%以上80%未満
3:分割率が60%以上70%未満
4:分割率が50%以上60%未満
5:分割率が50%未満
(繊度)
繊度は、JIS L 1015 8.5.1 B法(簡便法)に基づいて測定した。
(目付)
不織布の目付を、JIS L 1913 6.2に基づいて測定した。
(厚み)
不織布の厚みを、厚み測定機(商品名:THICKNESS GAUGE、モデルCR−60A、(株)大栄科学精器製作所製)を用い、試料1cmあたり2.94cNの荷重を加えた状態で測定した。
(通気度)
不織布(或いは電池セパレータ)の通気度は、フラジール型試験機を用いて、JISL 1096に準じて測定した。
(引張強度)
JIS L 1096 8.12.1 A法(ストリップ法)に準じて、定速緊張形引張試験機を用いて、幅5cm、長さ30cmの試料片を、つかみ間隔10cm、引張速度30±2cm/分の条件で引張試験に付し、切断時の荷重値を測定し、引張強度とした。引張試験は、不織布のタテ方向(機械方向)について実施した。
(突刺強度)
突刺強度は、ニードル貫通力測定による貫通点での応力(最大貫通力F)をいい、下記の方法で測定した。先ず、縦30mm、幅100mmの大きさに裁断した不織布(或いは電池セパレータ)を試料として準備した。この試料を、ハンディー圧縮試験機(カトーテック社製のKES−G5)の円筒状貫通孔(直径11mm)を有する支持体の上に置いた。次いで、支持体の上に配置された試料の上に、縦46mm、横86mm、厚み7mmであり、中央部に直径11mmの孔を有するアルミ板からなる押さえ板を、押さえ板の孔と支持体の円筒状貫通孔と一致するように載置した。次いで、高さ18.7mm、底面直径2.2mm、先端部形状が1mmの球形である円錐形状の針を、2mm/秒の速度で押さえ板の中央に垂直に突き刺した時の荷重と、上記円錐状の針によって試料が押され、変形した長さを測定し、測定した荷重のうち、上記円錐状の針が試料を貫通する貫通点での応力を最大貫通力F(N)すなわち突刺強度とした。突刺強度は、1枚の不織布(電池セパレータ)から4枚の試料を採取し、それぞれの試料について異なる15箇所で測定し、計60箇所で測定した値の平均値とした。
(単繊維強度と繊維伸度)
単繊維強度及び繊維伸度は、JIS L 1015に準じて、引張試験機を用いて、試料のつかみ間隔を20mmとしたときの繊維切断時の荷重値及び伸度を測定し、それぞれ、単繊維強度及び繊維伸度とした。
(実施例1)
第一成分として、Q値が10.7、Mnが51000、Mwが540000、Mzが3000000、MFR230が10g/10分、引張弾性率が2400MPaであるホモポリプロピレン樹脂を用い、第二成分として融点が238℃、MFR260が180g/10分、引張弾性率が1765MPa、ロックウェル硬度が90であるポリメチルペンテン系樹脂(三井化学社製“DX820”)を準備した。次に、第一成分と第二成分の複合比(容積比)を5:5にし、中空8分割型複合ノズルを用いて、第一成分は350℃、第二成分は280℃の紡糸温度で溶融紡糸し、繊度が10dtexであり、図1Aに示すような繊維断面が歯車型で中央部に中空部分を持つ8分割(以下において、中空8分割型と記す。)の未延伸の分割型複合繊維(未延伸繊維束、紡糸フィラメント)を得た。
得られた未延伸繊維束(紡糸フィラメント)に対し、表面温度140℃の金属ロールを用いて乾式延伸を行った。先ず、上記の方法で最大延伸倍率を求めたところ、この未延伸繊維束の最大延伸倍率は7.5倍であった。そこで、この紡糸フィラメントを同様の温度で最大延伸倍率の66.7%である延伸倍率5倍で延伸し、繊度が2.0dtexであり、中空率が20%である中空8分割型の分割型複合繊維(延伸フィラメント)を得た。
次に、上記で得られた分割型複合繊維を繊維長6mmに切断した。また、バインダー繊維として、繊度2.0dtex、繊維長6mmのオレフィン系芯鞘型複合繊維(ダイワボウポリテック社製“NBF(H)”)を準備した。上記で得られた繊維長6mmの分割型複合繊維とバインダー繊維を50:50の質量比で混合した。得られた繊維混合物を3.5g/1リットルの割合に調製して水分散液とし、パルパーの代わりに家庭用ミキサー(パナソニック社製“ナショナルMX−151S”)を用い、約4000回/分で2分間撹拌し、上記分割型複合繊維を分割させた。続いて、上記撹拌後の水分散液に水を加えて16リットルのスラリーに調製し、定法により湿式抄紙して湿式抄紙ウェブを作製した。得られた湿式抄紙ウェブに対し、シリンダードライヤーを用い、140℃で熱処理を施してバインダー繊維として用いたオレフィン系芯鞘型複合繊維で繊維同士を接着させて、目付60g/mの湿式不織布を得た。このとき、分割型複合繊維の分割率は60%であった。さらに上記湿式不織布の表裏面に6MPaの高圧柱状水流を噴射して、分割型複合繊維を分割させるとともに繊維間を交絡させた。その後、100℃で乾燥とともに繊維間を熱接着させ、交絡不織布を得た。得られた交絡不織布において、分割型複合繊維の分割率は100%であった。
(実施例2)
実施例1と同様の条件で溶融紡糸を行い、得られた未延伸繊維束を、延伸倍率5.9倍にて、実施例1と同様の温度条件で延伸処理を行い、繊度が1.7dtexであり、中空率が20%である分割型複合繊維を得た。なお、延伸倍率は、最大延伸倍率の78.7%であった。得られた分割型複合繊維を用い、実施例1と同様にして湿式不織布を得た。得られた湿式不織布において、分割型複合繊維の分割率は60%であった。また、実施例1と同様の方法で、湿式不織布から交絡不織布を得た。得られた交絡不織布において、分割型複合繊維の分割率は100%であった。
(実施例3)
溶融紡糸する際に、紡糸ノズルとして中空部分のない中実8分割型の複合ノズルを用いたこと以外は実施例1と同じ条件で溶融紡糸を行い、繊度が10dtex、断面形状が図1Bに示すような繊維断面が歯車型で中空部分を持たない8分割の未延伸繊維束(紡糸フィラメント)を得た。得られた未延伸繊維束(紡糸フィラメント)に対し、延伸倍率5.9倍にて、実施例1と同様の温度条件で延伸処理を行い、繊度が1.7dtexである、中実8分割型の分割型複合繊維を得た。なお、延伸倍率は、最大延伸倍率の78.7%であった。得られた分割型複合繊維を用い、実施例1と同様にして湿式不織布を得た。得られた湿式不織布において、分割型複合繊維の分割率は55%であった。また、実施例1と同様の方法で、湿式不織布から交絡不織布を得た。得られた交絡不織布において、分割型複合繊維の分割率は95%であった。
(実施例4)
溶融紡糸する際に、紡糸ノズルとして中空16分割型複合ノズルを用いたこと以外は実施例1と同じ条件で溶融紡糸を行い、繊度が10dtex、断面形状が図1Cに示すような繊維断面が歯車型で中央部に中空部分を持つ16分割の未延伸繊維束(紡糸フィラメント)を得た。得られた未延伸繊維束(紡糸フィラメント)に対し、延伸倍率5.9倍にて、実施例1と同様の温度条件で延伸処理を行い、繊度が1.7dtexであり、中空率が20%である中空16分割型の分割型複合繊維を得た。なお、延伸倍率は最大延伸倍率の78.7%であった。得られた分割型複合繊維を用い、実施例1と同様にして湿式不織布を得た。得られた湿式不織布において、分割型複合繊維の分割率は55%であった。また、実施例1と同様の方法で、湿式不織布から交絡不織布を得た。得られた交絡不織布において、分割型複合繊維の分割率は100%であった。
(実施例5)
溶融紡糸する際に、紡糸ノズルとして中空部分のない中実16分割型の複合ノズルを用いたこと以外は実施例1と同じ条件で溶融紡糸を行い、繊度が10dtex、断面形状が図1Dに示すような繊維断面が歯車型で中空部分を持たない16分割の未延伸繊維束(紡糸フィラメント)を得た。得られた未延伸繊維束(紡糸フィラメント)に対し、延伸倍率5.9倍にて、実施例1と同様の温度条件で延伸処理を行い、繊度が1.7dtexである、中実16分割型の分割型複合繊維を得た。なお、延伸倍率は最大延伸倍率の78.7%であった。得られた分割型複合繊維を用い、実施例1と同様にして湿式不織布を得た。得られた湿式不織布において、分割型複合繊維の分割率は50%であった。また、実施例1と同様の方法で、湿式不織布から交絡不織布を得た。得られた交絡不織布において、分割型複合繊維の分割率は90%であった。
(実施例6)
実施例1と同様にして、繊度2.0dtexであり、中空率が20%である中空8分割型の分割型複合繊維を得た。また、バインダー繊維として、繊度2.0dtex、繊維長6mmのオレフィン系芯鞘型複合繊維(ダイワボウポリテック(株)製“NBF(H)”)を準備した。上記で得られた繊維長6mmの分割型複合繊維とバインダー繊維を50:50の質量比で混合した。得られた繊維混合物を3.5g/1リットルの割合に調製して水分散液とし、パルパーの代わりに家庭用ミキサー(パナソニック株式会社製“ナショナルMX−151S”)を用いて、約6000回転/分で2分間撹拌し、上記分割型複合繊維を分割させた。続いて、上記撹拌後の水分散液に水を加えて16リットルのスラリーに調製し、定法により湿式抄紙して湿式抄紙ウェブを作製した。得られた湿式抄紙ウェブに対し、シリンダードライヤーを用い、140℃で熱処理を施してバインダー繊維として用いたオレフィン系芯鞘型複合繊維で繊維同士を接着させて、目付60g/mの湿式不織布を得た。このとき、ポリオレフィン系分割型複合繊維の分割率は100%であり、パルパーの代わりに使用した家庭用ミキサーの回転数を増加し、より強い撹拌処理を行うことで分割型複合繊維は高圧柱状水流による処理を行わなくても高度に分割することが確認できた。
(実施例7)
第一成分として、Q値が10.7、Mnが51000、Mwが540000、Mzが3000000、MFR230が10g/10分、引張弾性率が2400MPaであるホモポリプロピレン樹脂と、Q値が3.0、Mnが75000、Mwが230000、MFR230が9g/10分、引張弾性率が1650MPa、ロックウェル硬度が100であるポリプロピレン系樹脂(日本ポリプロ社製“SA01A”)を、50:50の質量比で混合した混合樹脂を用い、第一成分の紡糸温度を320℃に変更したこと以外は実施例1と同様の条件で溶融紡糸を行い、未延伸繊維束(紡糸フィラメント)を得た。得られた未延伸繊維束を、最大延伸倍率の71.4%である延伸倍率5.0倍にて、実施例1と同様の温度条件で延伸処理を行い、繊度が2.0dtexであり、中空率が20%である分割型複合繊維を得た。得られた分割型複合繊維を繊維長3mmに切断した。その後、得られた繊維長3mmの分割型複合繊維を、3.5g/1リットルの割合に調製して水分散液とし、パルパーの代わりに家庭用ミキサー(パナソニック社製“ナショナルMX−151S”)を用い、約6000回/分で1分間撹拌し、上記分割型複合繊維を分割させた。続いて、上記撹拌後の水分散液に水を加えて16リットルのスラリーに調製し、定法により湿式抄紙して湿式抄紙ウェブを作製した。得られた湿式抄紙ウェブに対し、シリンダードライヤーを用い、140℃で熱処理を施して乾燥させ、目付53.3g/mの湿式不織布を得た。
(比較例1)
第一成分として、Q値が5.3、Mnが32000、Mwが171000、Mzが700000、MFR230が26g/10分、引張弾性率が1600MPa、ロックウェル硬度が100であるポリプロピレン系樹脂(日本ポリプロ社製“SA03A”)を用い、第二成分は実施例1と同じポリメチルペンテン系樹脂を用いた。次に、第一成分と第二成分の複合比(容積比)を5:5にし、中空8分割型複合ノズルを使用し、第一成分は300℃、第二成分は280℃の紡糸温度で溶融紡糸を行い、繊度が10dtexであり、図1Aに示すような繊維断面が歯車型で中央部に中空部分を持つ8分割の未延伸繊維束(紡糸フィラメント)を得た。得られた未延伸繊維束に対し、表面温度130℃の金属ロールを用い、延伸倍率5.9倍にて延伸処理を行い、繊度が1.7dtexであり、中空率が20%である中空8分割型のポリオレフィン系分割型複合繊維を得た。なお、延伸倍率は、最大延伸倍率の73.8%であった。得られた分割型複合繊維を用い、実施例1と同様にして湿式不織布を得た。得られた湿式不織布において、分割型複合繊維の分割率は30%であった。また、実施例1と同様の方法で、湿式不織布から交絡不織布を得た。得られた交絡不織布において、分割型複合繊維の分割率は65%であった。
(比較例2)
第一成分として、Q値が2.8、Mnが60000、Mwが170000、MFR230が30g/10分、引張弾性率が1650MPa、ロックウェル硬度が100であるポリプロピレン系樹脂(日本ポリプロ社製“SA03”)を用い、第二成分は実施例1と同じポリメチルペンテン系樹脂を用いた。次に、第一成分と第二成分の複合比(容積比)を5:5にし、中空8分割型複合ノズルを使用し、第一成分は270℃、第二成分は280℃の紡糸温度で溶融紡糸を行い、繊度が10dtexであり、図1Aに示すような繊維断面が歯車型で中央部に中空部分を持つ8分割の未延伸繊維束(紡糸フィラメント)を得た。得られた未延伸繊維束に対し、表面温度130℃の金属ロールを用い、延伸倍率5.9倍にて延伸処理を行い、繊度が1.7dtexであり、中空率が20%である中空8分割型の分割型複合繊維を得た。なお、延伸倍率は、最大延伸倍率の72.8%であった。得られた分割型複合繊維を用い、実施例1と同様にして湿式不織布を得た。得られた湿式不織布において、分割型複合繊維の分割率は35%であった。また、実施例1と同様の方法で、湿式不織布から交絡不織布を得た。得られた交絡不織布において、分割型複合繊維の分割率は65%であった。
(比較例3)
第一成分として、Q値が4.4、MFR230が30g/10分、引張弾性率が1600MPa、ロックウェル硬度が100であるポリプロピレン系樹脂(日本ポリプロ社製“SA03B”)を用い、第二成分は実施例1と同じポリメチルペンテン系樹脂を用いた。第一成分と第二成分の複合比(容積比)を5:5にし、中空8分割型複合ノズルを使用し、第一成分は270℃、第二成分は280℃の紡糸温度で溶融紡糸を行い、繊度が10dtexであり、図1Aに示すような繊維断面が歯車型で中央部に中空部分を持つ8分割の未延伸繊維束(紡糸フィラメント)を得た。得られた未延伸繊維束に対し、表面温度130℃の金属ロールを用い、延伸倍率5.9倍にて延伸処理を行い、繊度が1.7dtexであり、中空率が20%である中空8分割型の分割型複合繊維を得た。なお、延伸倍率は、最大延伸倍率の72.8%であった。得られた分割型複合繊維を用い、実施例1と同様にして湿式不織布を得た。得られた湿式不織布において、分割型複合繊維の分割率は30%であった。また、実施例1と同様の方法で、湿式不織布から交絡不織布を得た。得られた交絡不織布において、分割型複合繊維の分割率は65%であった。
(比較例4)
第一成分として、Q値が2.7、MFR230が30g/10分、引張弾性率が1650MPa、ロックウェル硬度が100であるポリプロピレン系樹脂(日本ポリプロ社製“SA03D”)を用い、第二成分は実施例1と同じポリメチルペンテン系樹脂を用いた。第一成分と第二成分の複合比(容積比)を5:5にし、中空8分割型複合ノズルを使用し、第一成分は270℃、第二成分は280℃の紡糸温度で溶融紡糸を行い、繊度が10dtexであり、図1Aに示すような繊維断面が歯車型で中央部に中空部分を持つ8分割の未延伸繊維束(紡糸フィラメント)を得た。得られた未延伸繊維束に対し、表面温度130℃の金属ロールを用い、延伸倍率5.9倍にて延伸処理を行い、繊度が1.7dtexであり、中空率が20%である中空8分割型の分割型複合繊維を得た。なお、延伸倍率は、最大延伸倍率の72.8%であった。得られた分割型複合繊維を用い、実施例1と同様にして湿式不織布を得た。得られた湿式不織布において、分割型複合繊維の分割率は30%であった。また、実施例1と同様の方法で、湿式不織布から交絡不織布を得た。得られた交絡不織布において、分割型複合繊維の分割率は65%であった。
(比較例5)
第一成分として、Q値が4.7、Mnが42000、Mwが198000、Mzが662000、MFR230が22g/10分、引張弾性率が1600MPa、ロックウェル硬度が100であるポリプロピレン系樹脂(プライムポリマー社製“S105H”)を用い、第二成分は実施例1と同じポリメチルペンテン系樹脂を用いた。第一成分と第二成分の複合比(容積比)を5:5にし、中空8分割型複合ノズルを使用し、第一成分は290℃、第二成分は300℃の紡糸温度で溶融紡糸を行い、繊度が10dtexであり、図1Aに示すような繊維断面が歯車型で中央部に中空部分を持つ8分割の未延伸繊維束(紡糸フィラメント)を得た。得られた未延伸繊維束に対し、表面温度120℃の金属ロール用い、延伸倍率4.5倍にて延伸処理を行い、繊度が2.2dtexであり、中空率が20%である中空8分割型の分割型複合繊維が得られたが、延伸時の糸切れの発生頻度が高く、量産は困難であった。なお、延伸倍率は、最大延伸倍率の71.4%であった。得られた分割型複合繊維を用い、実施例1と同様にして湿式不織布を得た。得られた湿式不織布において、分割型複合繊維の分割率は30%であった。また、実施例1と同様の方法で、湿式不織布から交絡不織布を得た。得られた交絡不織布において、分割型複合繊維の分割率は65%であった。
(比較例6)
第一成分として、Q値が3.0、Mnが75000、Mwが230000、MFR230が9g/10分、引張弾性率が1650MPa、ロックウェル硬度が100であるポリプロピレン系樹脂(日本ポリプロ社製“SA01A”)を用い、第二成分は実施例1と同じポリメチルペンテン系樹脂を用いた。第一成分と第二成分の複合比(容積比)を5:5にし、中空8分割型複合ノズルを使用し、第一成分は290℃、第二成分は300℃の紡糸温度で溶融紡糸を行い、繊度が10dtexであり、図1Aに示すような繊維断面が歯車型で中央部に中空部分を持つ8分割の未延伸繊維束(紡糸フィラメント)を得た。得られた未延伸繊維束に対し、表面温度120℃の金属ロールを用い、延伸倍率4.5倍にて延伸処理を行い、繊度が2.2dtexであり、中空率が20%である中空8分割型の分割型複合繊維が得られたが、延伸時に糸切れが多発し、量産は困難であった。なお、延伸倍率は、最大延伸倍率の80.4%であった。得られた分割型複合繊維を用い、実施例1と同様にして湿式不織布を得た。得られた湿式不織布において、分割型複合繊維の分割率は35%であった。また、実施例1と同様の方法で、湿式不織布から交絡不織布を得た。得られた交絡不織布において、分割型複合繊維の分割率は70%であった。
(比較例7)
溶融紡糸の際、引き取り速度を毎分635mに変更したこと以外は比較例1と同じ条件で溶融紡糸を行い、繊度が5.5dtexであり、図1Aに示すような繊維断面が歯車型で中央部に中空部分を持つ8分割の未延伸繊維束(紡糸フィラメント)を得た。得られた未延伸繊維束に対し、表面温度130℃の金属ロール用い、延伸倍率3.2倍にて延伸処理を行い、繊度が1.7dtexであり、中空率が20%である中空8分割型の分割型複合繊維を得た。なお、延伸倍率は、最大延伸倍率の40.0%であった。得られた分割型複合繊維を用い、実施例1と同様にして湿式不織布を得た。得られた湿式不織布において、分割型複合繊維の分割率は25%であった。また、実施例1と同様の方法で、湿式不織布から交絡不織布を得た。得られた交絡不織布において、分割型複合繊維の分割率は55%であった。
(比較例8)
溶融紡糸の際、引き取り速度を毎分635mに変更したこと以外は比較例3と同じ条件で溶融紡糸を行い、繊度が5.5dtexであり、図1Aに示すような繊維断面が歯車型で中央部に中空部分を持つ8分割の未延伸繊維束(紡糸フィラメント)を得た。得られた未延伸繊維束に対し、表面温度130℃の金属ロールを用い、延伸倍率3.2倍にて延伸処理を行い、繊度が1.7dtexであり、中空率が20%である中空8分割型の分割型複合繊維を得た。なお、延伸倍率は、最大延伸倍率の44.4%であった。得られた分割型複合繊維を用い、実施例1と同様にして湿式不織布を得た。得られた湿式不織布において、分割型複合繊維の分割率は25%であった。また、実施例1と同様の方法で、湿式不織布から交絡不織布を得た。得られた交絡不織布において、分割型複合繊維の分割率は55%であった。
(比較例9)
溶融紡糸の際、引き取り速度を毎分635mに変更したこと以外は比較例4と同じ条件で溶融紡糸を行い、繊度が5.5dtexであり、図1Aに示すような繊維断面が歯車型で中央部に中空部分を持つ8分割の未延伸繊維束(紡糸フィラメント)を得た。得られた未延伸繊維束に対し、表面温度130℃の金属ロールを用い、延伸倍率3.2倍にて延伸処理を行い、繊度が1.7dtexであり、中空率が20%である中空8分割型の分割型複合繊維を得た。なお、延伸倍率は、最大延伸倍率の39.5%であった。得られた分割型複合繊維を用い、実施例1と同様にして湿式不織布を得た。得られた湿式不織布において、分割型複合繊維の分割率は25%であった。また、実施例1と同様の方法で、湿式不織布から交絡不織布を得た。得られた交絡不織布において、分割型複合繊維の分割率は55%であった。
実施例及び比較例のポリオレフィン系分割型複合繊維の延伸性、分割性などを上記のとおり測定し、その結果を下記表1〜表3に示した。また、表1〜表3には、実施例及び比較例における紡糸条件及び延伸条件も併せて示した。
Figure 2011122657
Figure 2011122657
Figure 2011122657
上記表1の結果から、ポリプロピレン系樹脂を含有する第一成分と、ポリオレフィン系樹脂を含有する第二成分とを含むポリオレフィン系分割型複合繊維において、第一成分における主成分ポリプロピレン系樹脂としてQ値が6以上、かつMFR230が5g/10分以上23g/10分未満の範囲であるポリプロピレン系樹脂を用いた実施例1〜7のポリオレフィン系分割型複合繊維は、延伸性も分割性も共に優れていることが分かる。
実施例3と実施例2の比較、及び実施例4と実施例5の比較から、8分割及び16分割のいずれにおいても、中空部分がない中実分割型複合繊維の分割率が中空分割型複合繊維の分割率より低いことが確認されたが、いずれも5%程度の低下であり、交絡不織布における分割型複合繊維の分割率は、実施例1〜5の全てにおいて90%以上であった。以上から、ポリプロピレン系樹脂を第一成分とするポリオレフィン系分割型複合繊維において、第一成分における主成分ポリプロピレン系樹脂が上記のQ値、MFRを満たすポリプロピレン系樹脂であることにより、分割数や中空部分の有無には大きく影響されることなく、分割性及び延伸性を向上できることが分かる。
一方、上記表2及び表3から分かるように、第一成分における主成分ポリプロピレン系樹脂が上記のQ値、MFRを満たさないポリプロピレン系樹脂である比較例1〜9の分割型複合繊維においては、延伸性及び分割性の両方を満足する繊維が得られない。特に比較例6の分割型複合繊維は、第一成分における主成分ポリプロピレン系樹脂のMFRが極端に低いために延伸性の低下が大きく、高延伸倍率での延伸が困難である上に、Q値も小さいため、分割性も悪かった。比較例1〜4の分割型複合繊維は、延伸性は高いものの分割性が実施例1〜6の繊維と比較して大きく低下した。これは、比較例1〜4において、第一成分における主成分ポリプロピレン系樹脂が、MFR230が23g/10分を超える特に大きい樹脂であるため、高温で熱処理した際に複合しているポリメチルペンテン系樹脂とポリプロピレン系樹脂との接合界面が強く接着しやすい上に、Q値が6.5以下と小さいため延伸処理を行った後でも繊維内部に非晶領域が多く残ったため分割率が低下したためであると考えられる。
比較例1、3、4は比較例7〜9よりも高倍率で延伸処理を行ったため、それらと比較して繊維の結晶化が進んだことで分割率が向上したと考えられる。しかし、比較例1、3、4において、結晶化しやすい高分子量のポリプロピレンの含有量が少ない、Q値の低いポリプロピレン系樹脂を使用したため、延伸処理を経ても結晶化が充分に進行しにくくなり、延伸処理を行った後の繊維内部にも非晶領域が多く残ったことに加え、使用したポリプロピレン系樹脂のMFRが25g/10分以上であったため、高温で熱処理した際に、複合しているポリメチルペンテン系樹脂とポリプロピレン系樹脂との接合界面が強く接着したことで、実施例1〜7に示す本発明の分割型複合繊維と比較して分割率が低下したと考えられる。
実施例1、実施例7及び比較例6で作製した分割型複合繊維(延伸フィラメント)の単繊維強度及び繊維伸度を上記のとおり測定し、その結果を下記表4に示した。
Figure 2011122657
表4から分かるように、実施例1及び実施例7の分割型複合繊維は、単繊維強度が比較例6より優れている。これは、実施例1及び実施例7の延伸倍率が比較例6よりも大きいためであると推測される。また、実施例1及び実施例7は比較例6よりも延伸倍率が大きいにもかかわらず、延伸性が良好であった。これは、実施例1及び実施例7の最大延伸倍率が比較例6より大きいためであると推測される。
(実施例8)
実施例2で得られた分割型複合繊維を繊維長3mmになるように切断した。バインダー繊維として、繊度が0.8dtex、繊維長が5mmであり、芯成分がポリプロピレン、鞘成分がポリエチレンの芯鞘型複合繊維(ダイワボウポリテック社製“NBF(H)”)を用意した。上記で得られた繊維長3mmのポリオレフィン系分割型複合繊維と上記バインダー繊維を30:70の質量比で混合し、混合した原綿が0.01質量%の濃度になるように水分散スラリーを調製した。調製したスラリーに対し、家庭用ミキサーを用いて毎分3000回転で1分間攪拌し、上記ポリオレフィン系分割型複合繊維を各樹脂成分に分割させて極細繊維を形成させると同時に各構成繊維が均一に分散したスラリーとした。得られたスラリーを湿式抄紙し、目付が約52g/mの繊維ウェブを作製した。繊維ウェブを、搬送用支持体で搬送し、140℃に加熱したシリンダードライヤーを用いて、45秒間、ウェブに加熱処理を施して、繊維ウェブを乾燥させると同時に、芯鞘型複合繊維(バインダー繊維)で繊維同士を接着させて、熱接着不織布を得た。
次に、得られた熱接着不織布に、温度60℃、ニップ圧約35kgf/cm(3.3MPa)の条件で熱ロールを用いた厚み加工を行い、熱接着不織布の厚みを約120μmに調整し、電池セパレータを作製した。
(比較例10)
比較例6で得られた分割型複合繊維を用いたこと以外は、実施例8と同様にして電池セパレータを得た。
実施例8及び比較例10で得られた電池セパレータ(不織布)の目付、厚み、通気度及び突刺強度を上記のとおり測定し、その結果を下記表5に示した。
Figure 2011122657
表5から分かるように、実施例8の電池セパレータ(不織布)の突刺強度が比較例10より優れている。これは、実施例8において、第一成分の主成分ポリプロピレン系樹脂としてQ値が6以上、かつMFR230が5g/10分以上23g/10分未満の範囲であるポリプロピレン系樹脂を用いているためであると推測される。
(実施例9)
図2Aに示す繊維断面形状を有し、第一成分及び第二成分の芯成分として、Q値が10.7、Mnが51000、Mwが540000、Mzが3000000、MFR230が10g/10分、引張弾性率が2400MPaであるホモポリプロピレン樹脂を用い、第二成分の鞘成分として、高密度ポリエチレン(日本ポリエチレン社製“HE481”)を用いて、分割数が16であり、中心部に中空率20%の中空部分を有する分割型複合繊維を製造した。
分割型複合繊維の製造は、具体的には以下のように行った。先ず、ノズル孔が205個設けられた分割型複合ノズルを用い、ポリプロピレン樹脂:ポリエチレンの容積比を5:5(第一成分:第二成分の容積比=2.5:7.5)とし、紡糸温度290℃、吐出量0.35g/孔、引取速度880m/minの条件で溶融押出し、繊度4dtexの未延伸繊維束(紡糸フィラメント)を得た。次いで、得られた紡糸フィラメントを105℃で2倍に乾式延伸し、繊度2dtexの延伸フィラメントを得た。得られた延伸フィラメントに繊維処理剤を付与した後、3mmの繊維長に切断し、短繊維の形態の分割型複合繊維を得た。
次に、上記で得られた繊維長3mmの分割型複合繊維を用い、湿式抄紙法で繊維ウェブを作製した。具体的には、繊維の濃度が0.01質量%となるようにスラリーを調製し、パルパーにて回転数2000rpmで5分間攪拌して、繊維を解離させるとともに、分割型複合繊維を割繊させて極細繊維A及び極細繊維Bを形成させた。その後、円網式湿式抄紙機を用いて、目付80g/mのウェブが得られるように、湿式抄紙した。得られた湿式抄紙ウェブを、搬送用支持体で搬送し、140℃に加熱したシリンダードライヤーを用いて、45秒間、ウェブに加熱処理を施して、湿式抄紙ウェブを乾燥させるとともに、極細繊維Bの鞘成分で繊維同士を接着させて、不織布を得た。なお、得られた不織布において、極細繊維Aの繊維断面のL/Dは1.7であり、極細繊維Bの繊維断面のL/Dは1.0であった。
(実施例10)
ポリプロピレン樹脂:ポリエチレンの容積比を7:3(第一成分:第二成分の容積比=3.5:6.5)に変更して未延伸繊維束(紡糸フィラメント)を作製したこと以外は、実施例9と同様にして、繊維長3mmの分割型複合繊維及び不織布を得た。なお、実施例10の不織布において、極細繊維Aの繊維断面のL/Dは1.5であり、極細繊維Bの繊維断面のL/Dは1.1であった。
(実施例11)
図2Bに示す繊維断面形状を有するように、分割型複合ノズルを変更して、紡糸温度290℃、吐出量0.53g/孔、引取速度880m/minの条件で溶融押出し、繊度6dtexの未延伸繊維束(紡糸フィラメント)を得、得られた紡糸フィラメントを105℃で3倍に乾式延伸し、繊度2dtexの延伸フィラメントを得たこと以外は、実施例9と同様にして、繊維長3mmの分割型複合繊維及び不織布を得た。また、実施例11の不織布において、極細繊維Aの繊維断面のL/Dは2.9であり、極細繊維Bの繊維断面のL/Dは1.6であった。
(実施例12)
図1Dに示す繊維断面形状を有するように、第一成分として実施例9で第一成分として用いたポリプロピレン樹脂を用い、第二成分として実施例9で第二成分として用いたポリエチレンを用いて分割型複合繊維を製造した。分割型複合繊維の製造は、具体的には、以下のように行った。先ず、ノズル孔が300個設けられた分割型複合ノズルを用い、ポリプロピレン樹脂:ポリエチレンの容積比を5:5(第一成分:第二成分の容積比=5:5)とし、紡糸温度290℃、吐出量0.36g/孔、引取速度600m/minの条件で溶融押出し、繊度6dtexの未延伸繊維束(紡糸フィラメント)を得た。次いで、得られた紡糸フィラメントを105℃で3倍に乾式延伸し、繊度2dtexの延伸フィラメントを得た。得られた延伸フィラメントに繊維処理剤を付与した後、3mmの繊維長に切断し、短繊維の形態の分割型複合繊維を得た。次いで、得られた繊維長3mmの分割型複合繊維を用い、実施例9と同様にして、不織布を得た。なお、実施例12の不織布において、極細繊維Aの繊維断面のL/Dは2.0であり、極細繊維Bの繊維断面のL/Dは2.0であった。
(比較例11)
第一成分及び第二成分の芯成分として、Q値が5.3、Mnが32000、Mwが171000、Mzが700000、MFR230が26g/10分、引張弾性率が1600MPaであるポリプロピレン樹脂(日本ポリプロ社製“SA03A”)を用いたこと以外は、実施例9と同様にして、繊維長3mmの分割型複合繊維及び不織布を得た。なお、比較例11の不織布において、極細繊維Aの繊維断面のL/Dは1.7であり、極細繊維Bの繊維断面のL/Dは1.0であった。
(比較例12)
第一成分及び第二成分の芯成分として、Q値が5.3、Mnが32000、Mwが171000、Mzが700000、MFR230が26g/10分、引張弾性率が1600MPaであるポリプロピレン樹脂(日本ポリプロ社製“SA03A”)を用いたこと以外は、実施例10と同様にして、繊維長3mmの分割型複合繊維及び不織布を得た。なお、比較例12の不織布において、極細繊維Aの繊維断面のL/Dは1.5であり、極細繊維Bの繊維断面のL/Dは1.1であった。
(比較例13)
第一成分及び第二成分の芯成分として、Q値が5.3、Mnが32000、Mwが171000、Mzが700000MFR230が26g/10分、引張弾性率が1600MPaであるポリプロピレン樹脂(日本ポリプロ社製“SA03A”)を用いたこと以外は、実施例11と同様にして、繊維長3mmの分割型複合繊維及び不織布を得た。なお、比較例13の不織布において、極細繊維Aの繊維断面のL/Dは2.9であり、極細繊維Bの繊維断面のL/Dは1.6であった。
(比較例14)
第一成分として、Q値が5.3、Mnが32000、Mwが171000、Mzが700000、MFR230が26g/10分、引張弾性率が1600MPaであるポリプロピレン樹脂(日本ポリプロ社製“SA03A”)を用いたこと以外は、実施例12と同様にして、繊維長3mmの分割型複合繊維及び不織布を得た。なお、比較例14の不織布において、極細繊維Aの繊維断面のL/Dは2.0であり、極細繊維Bの繊維断面のL/Dは2.0であった。
実施例9〜12及び比較例11〜14の分割型複合繊維の構成、繊度などの物性、実施例9〜12及び比較例11〜14の不織布の分割率、厚み、引張強度及び突刺強度を下記表6及び表7に示した。
Figure 2011122657
Figure 2011122657
実施例9と比較例11を比較すると、分割型複合繊維の分割率及び分割後の極細繊維の繊度に差がないにもかかわらず、実施例9の方が高い突刺強度を示した。同様のことが、実施例10と比較例12との比較、実施例11と比較例13との比較、実施例12と比較例14との比較からもいえる。これは、実施例9〜11において、第一成分における主成分ポリプロピレン系樹脂としてQ値が6以上、かつMFR230が5g/10分以上23g/10分未満の範囲であるポリプロピレン系樹脂を用いているためであると推測される。
また、実施例9〜11は実施例12と比較して高い引張強度を示した。これは、実施例9〜11の不織布を構成する極細繊維Bが芯鞘型であるため、極細繊維Bの鞘成分により極細繊維同士がより強く接着しているためであると推測される。
本発明のポリオレフィン系分割型複合繊維は、対人及び/又は対物ワイパーといった各種ワイピング用品、人工皮革、衛生材料、フィルター、電池用セパレータなどの用途に用いることができる。
1 第一成分
2 第二成分
2a 芯成分
2b 鞘成分
3 中空部分
10 分割型複合繊維

Claims (10)

  1. ポリプロピレン系樹脂を含有する第一成分と、ポリオレフィン系樹脂を含有する第二成分とを含み、複合紡糸されたポリオレフィン系分割型複合繊維であって、
    前記第一成分は、Q値(重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnとの比)が6以上、かつJIS K 7210に準ずるメルトフローレート(MFR;測定温度230℃、荷重2.16kgf(21.18N))が5g/10分以上23g/10分未満の範囲であるポリプロピレン樹脂を主成分として含み、
    前記ポリオレフィン系分割型複合繊維の断面において、前記第一成分と、前記第二成分とが隣接していることを特徴とするポリオレフィン系分割型複合繊維。
  2. 前記第一成分において、前記主成分として含まれているポリプロピレン系樹脂は、z平均分子量Mzが800,000以上であり、かつ重量平均分子量Mwが800,000以下である請求項1に記載のポリオレフィン系分割型複合繊維。
  3. 前記第二成分に含まれるポリオレフィン系樹脂は、ポリメチルペンテン系樹脂である請求項1又は2に記載のポリオレフィン系分割型複合繊維。
  4. 前記第一成分において、前記主成分として含まれているポリプロピレン系樹脂のJISK 7161に準じて測定した引張弾性率が、2000MPa以上である請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリオレフィン系分割型複合繊維。
  5. ポリオレフィン系分割型複合繊維の製造方法であり、
    ポリプロピレン系樹脂を含有する第一成分と、ポリオレフィン系樹脂を含有する第二成分とを分割型の複合ノズルを用いて溶融紡糸して未延伸繊維束にし、得られた未延伸繊維束を延伸する工程を含み、
    前記第一成分は、紡糸前のQ値(重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnとの比)が6以上、かつJIS K 7210に準ずる紡糸前のメルトフローレート(MFR;測定温度230℃、荷重2.16kgf(21.18N))が5g/10分以上23g/10分未満の範囲であるポリプロピレン系樹脂を主成分として含むことを特徴とするポリオレフィン系分割型複合繊維の製造方法。
  6. 前記第一成分において、前記主成分として含まれているポリプロピレン系樹脂は、紡糸前のQ値が8以上である請求項5に記載のポリオレフィン系分割型複合繊維の製造方法。
  7. 前記第一成分において、前記主成分として含まれているポリプロピレン系樹脂は、紡糸前のz平均分子量Mzが800,000以上であり、かつ紡糸前の重量平均分子量Mwが800,000以下である請求項5又は6に記載のポリオレフィン系分割型複合繊維の製造方法。
  8. 前記第二成分に含まれるポリオレフィン系樹脂は、ポリメチルペンテン系樹脂であり、前記延伸倍率が、最大延伸倍率の60〜90%かつ4.5倍以上である請求項5〜7のいずれか1項に記載のポリオレフィン系分割型複合繊維の製造方法。
  9. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のポリオレフィン系分割型複合繊維を10質量%以上含むことを特徴とする繊維集合物。
  10. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のポリオレフィン系分割型複合繊維を10質量%以上含むことを特徴とする電池セパレータ。
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