KR20210088578A

KR20210088578A - 극세 섬유 및 섬유 분산액

Info

Publication number: KR20210088578A
Application number: KR1020217014001A
Authority: KR
Inventors: 코스케 하마다; 노리오 스즈키; 마사토 마스다
Original assignee: 도레이 카부시키가이샤
Priority date: 2018-11-16
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2021-07-14
Also published as: JPWO2020101002A1; TW202035809A; CN113056578B; WO2020101002A1; EP3882381A1; CN113056578A; JP7044119B2; EP3882381A4; US20220010461A1

Abstract

본 발명은 섬유 지름(D)이 100~5000㎚이며, 섬유 지름(D)에 대한 섬유 길이(L)의 비(L/D)가 3000~6000이며, 카르복실 말단기량이 40eq/ton 이상인 극세 섬유에 관한 것이다. 본 발명의 극세 섬유는 수계 매체 중에서 응집을 일으키는 일 없이 우수한 균일 분산성을 확보할 수 있다.

Description

극세 섬유 및 섬유 분산액

본 발명은 수계 매체 중으로의 균일 분산성이 우수하고, 섬유 지름이 100~5000㎚인 극세 섬유 및 이 극세 섬유가 매체 중에 균일하게 분산된 섬유 분산액에 관한 것이다.

현재에서는 의료 용도뿐만 아니라 산업 자재 용도까지 섬유의 용도의 다양화가 진행되어 있으며, 그 요구 특성도 다양하게 되어 오고 있으며, 그 요구에 따르기 위해 다종 다양한 섬유 요소 기술에 관한 제안이 이루어져 있다.

이들 기술 중에서 섬유의 극세화에 대해서는 얇고 길다는 섬유 소재만의 형태적 특징을 살려서 섬유 제품으로 가공했을 때의 특성에 대한 효과가 크기 때문에 왕성한 연구 및 기술 개발이 행해져 있다.

합성 섬유의 극세화 방법은 폴리머의 특성이나 요구하는 특성에 따라 여러 가지 선택되는 것이지만 난용해 성분과 이(易)용해 성분을 해도형의 단면을 가진 복합 섬유로하고, 이 복합 섬유로부터 이용해 성분을 제거함으로써 도 성분으로 이루어지는 극세 섬유를 발생시키는 복합 방사법이 생산성이나 안정성이라는 관점으로부터 공업적으로는 많이 채용되어 있다.

이 복합 방사법으로 얻어지는 극세 섬유는 와이핑 클로스나 중성능 여과재에 적용되는 섬유 지름이 수㎛인 마이크로 파이버가 주인 것이었지만 그 기술의 고도화가 진행됨에 따라서 최근에는 극한적인 가늘기를 가진 나노 파이버도 제조가 가능해져 와 있다.

섬유 지름이 수 백㎚가 되는 나노 파이버는 그 중량당 표면적인 비표면적이나 재료의 유연함이 증가하기 때문에 일반의 범용 섬유나 마이크로 파이버에서는 얻을 수 없는 특이적인 특성, 소위 나노 사이즈 효과가 발현된다고 한다. 이 나노 사이즈 효과란, 예를 들면 그 비표면적 증가에 의한 기체 흡착 효과(비표면적 효과) 또한 미세한 공극에 의한 급수 효과를 들 수 있다.

나노 파이버는 그 섬유 1개로는 가공할 수 없기 때문에 여러 가지 형태로 처리, 고차 가공이 실시되는 것이지만 작금 시트물이나 성형 가공품의 필러로서의 나노 파이버의 활용에 주목이 모이고 있다. 이 시트물이나 필러를 달성하는 섬유 소재의 형태 중 하나로서 소망의 길이로 커팅한 나노 파이버를 매체에 균일 분산시키는 섬유 분산액이 있다.

이러한 섬유 분산액은 그 자체로도 이유동성이나 흡착성, 투명성, 구조 발색성, 또한 틱소트로피성 등의 특이적인 성능을 갖기 때문에 새로운 고성능 소재로서 주목을 모으고 있다. 그 중에서도 나노 파이버는 단축(섬유 지름)에 대한 장축(섬유 길이)의 비인 애스펙트비가 크기 때문에 섬유 분산액으로 했을 때에는 우수한 틱소트로피성을 나타낸다. 이것으로부터 이들 섬유 분산액은 정치 상태(저전단력하)에서는 고점성 때문에 분산액 상태가 유지되기 쉽고, 한편 섬유 분산액의 가공 공정(고전단력하)에서는 저점성을 나타내기 때문에 취급성이 우수하다. 이것으로부터 상술한 섬유 분산액은 수지나 도료, 화장품 등의 필러로서 이용하는 것을 기대할 수 있다.

또한, 이 섬유 분산액을 스프레이 등으로 사출함으로써 미세한 공극 구조를 갖는 3차원 구조체로 하거나, 섬유 분산액을 습식 초지법 등에 의해 시트상물로 하거나 함으로써 고기능인 여과재나 급음 파장을 제어할 수 있는 차세대의 흡음재, 또한 전지 세퍼레이터 등 산업 자재 분야를 중심으로 한 전개로의 검토도 진행되어 있다.

그러나 나노 파이버가 매체 중에서 우수한 분산 상태를 확보할 경우에 한해서 상술한 바와 같은 특성을 갖는 섬유 분산액이 되지만 일반적으로는 나노 사이즈화에 의한 비표면적의 증대에 기인하여 분자간력 유래의 응집력이 압도적으로 높아지거나, 나노 파이버끼리가 서로 얽혀서 섬유 응집체를 형성한다. 그 때문에 나노 파이버가 균일하게 분산된 섬유 분산액을 얻는 것이 어렵다고 여겨지고 있다. 이러한 현상은 일반의 기능성 입자에도 보이는 것이지만 나노 파이버의 경우에는 애스펙트비가 다른 기능성 입자에 비해 압도적으로 높고, 섬유 분산액에 요구되는 균일 분산을 보다 곤란하게 하는 것이다.

종래에는 분산제를 나노 파이버 표면에 부여해서 분산성을 높이는 것이 이루어져 있지만 분산제의 소량 첨가로는 충분한 분산성 향상 효과는 얻어지지 않는다. 또한, 반대로 분산제를 다량 첨가함으로써 분산성의 향상을 가능하게 하지만 가공 공정에 있어서 거품이 이는 등의 취급성의 저하를 야기할 경우가 있다.

이러한 과제에 대해서 나노 파이버 응집물을 물리적으로 고해하고, 매체 중의 나노 파이버의 분산성을 높이는 방법이 특허문헌 1에서 제안되어 있으며, 섬유 분산액을 믹서나 호모지나이저 및 초음파형 교반기 등의 교반기를 사용한 기계적 고해 및 해섬 처리를 실시함으로써 섬유 1개 1개까지 분산시킨 섬유 분산액을 얻을 수 있다고 되어 있다.

또한, 애당초 응집을 일으키기 어려운 섬유 형태로서 도 지름(D)이 10~1000㎚인 해도 섬유를 도 지름(D)에 대한 섬유 길이(L)의 비(L/D)가 100~2500의 범위 내가 되도록 커팅하는 것이 특허문헌 2에서 제안되어 있다.

일본국 특허공개 2007-77563호 공보 일본국 특허공개 2007-107160호 공보

특허문헌 1에서는 섬유 분산액을 얻기 위해서 기계적 고해 및 해섬 처리가 필요하며, 섬유에 큰 응력이 작용하게 되기 때문에 섬유가 취화 또는 파단 등에 의해 조건에 따라서는 불필요하게 섬유가 열화될 경우가 있다. 이것에 추가하여 파단 등에 의해 저절로 섬유 길이가 짧아지기 때문에 얻어지는 섬유 분산액은 틱소트로피성 등의 특징적인 효과를 충분히 발휘할 수 없는 경우가 있다.

특허문헌 2에서는 확실히 섬유끼리의 얽힘을 방지할 수 있고, 균질하게 분산된 섬유 분산액을 달성할 수 있지만 일반적인 기능성 입자에 비해서도 애스펙트비로서는 충분히 높은 것은 아니고, 극세 섬유의 섬유 분산액으로서의 특성은 불충분하다.

이상과 같이 섬유 지름이 100~5000㎚인 극세 섬유에 대해서 불필요하게 섬유를 열화시키는 일 없이, 또한 섬유 형태에 제약 없이 매체로의 균일 분산성이 우수한 극세 섬유는 존재하지 않는다.

본 발명은 상기 종래의 실정을 감안하여 이루어진 것이며, 가령 애스펙트비를 증대시킨 경우에도 수계 매체 중에서 응집을 일으키는 일 없이 우수한 균일 분산성을 확보할 수 있는 극세 섬유 및 이것으로부터 얻어지는 섬유 분산액을 제공하는 것을 해결해야 할 과제로 하고 있다.

상술한 과제는 이하에 의해 달성되는 것이다.

(1) 섬유 지름(D)이 100~5000㎚이며, 섬유 지름(D)에 대한 섬유 길이(L)의 비(L/D)가 3000~6000이며, 카르복실 말단기량이 40eq/ton 이상인 극세 섬유.

(2) (1)에 있어서, 상기 극세 섬유의 표층의 적어도 일부가 폴리에스테르로 구성되는 극세 섬유.

(3) (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 극세 섬유가 적어도 2종류의 폴리머로 형성되는 복합 섬유이며, 심초 구조 또는 사이드 바이 사이드 구조 중 어느 하나를 갖는 극세 섬유.

(4) (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 있어서, 상기 극세 섬유가 이형도가 1.1~5.0 및 이형도 불균일이 1.0~10.0%인 극세 섬유.

(5) (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 극세 섬유가 폴리에스테르로 구성되는 극세 섬유.

(6) (1), (2), (4), (5) 중 어느 하나에 있어서, 상기 극세 섬유가 폴리에스테르로 구성되고, 이형도가 1.1~5.0 및 이형도 불균일이 1.0~10.0%인 극세 섬유.

(7) (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 극세 섬유를 사용하는 섬유 제품의 제조 방법.

(8) 섬유 지름이 100~5000㎚인 극세 섬유가 수계 매체 중에 분산되고, 또한 고형분 농도가 0.01~10중량%인 섬유 분산액이며, 하기 방법으로 측정한 분산 지표가 20 이하인 섬유 분산액.

(분산 지표의 측정 방법: 고형분 농도가 섬유 분산액 전량에 대하여 0.01중량%가 되도록 섬유 분산액을 조제한다. 얻어진 섬유 분산액의 배율 50배의 화상을 마이크로스코프에 의해 투과 조명하에서 촬영한다. 화상 처리 소프트를 사용하여 이 화상을 모노크롬 화상으로 변환 후 급수를 256으로 해서 휘도 히스토그램화하여 얻어진 표준 편차를 분산 지표로 한다)

(9) (8)에 있어서, 하기 식으로 정의되는 분산 안정 지표가 0.70 이상인 섬유 분산액.

분산 안정 지표=H₀/H₁

(식 중, H₀은 10분간 정치 후의 용기 내의 섬유 분산액 높이이며, H₁은 7일간 정치 후의 용기 내의 섬유 분산액의 분산체 높이이다)

(10) (8) 또는 (9)에 있어서, 하기 식으로 정의되는 요변 계수(TI)가 7.0 이상인 섬유 분산액.

요변 계수(TI)=η₆/η₆₀

(식 중, η₆은 고형분 농도가 섬유 분산액 전량에 대하여 0.5중량%가 되도록 조제한 섬유 분산액에 대해서 회전수 6rpm으로 측정한 점도(25℃)이며, η₆₀은 상기 섬유 분산액에 대해서 회전수 60rpm으로 측정한 점도(25℃)이다)

(11) (8) 내지 (10) 중 어느 하나에 있어서, 상기 극세 섬유가 폴리에스테르로 이루어지는 섬유 분산액.

(12) (8) 내지 (11) 중 어느 하나에 있어서, 분산제가 포함되어 있는 섬유 분산액.

(발명의 효과)

본 발명은 섬유 지름이 100~5000㎚인 극세 섬유에 관한 것이며, 종래 기술에서는 매체 중에서의 분산성이 현저하게 저하된다고 여겨졌던 섬유 지름(D)에 대한 섬유 길이(L)의 비(L/D)를 3000~6000으로 한 경우에도 우수한 분산성을 발휘하는 것이다.

이 때문에 본 발명의 극세 섬유는 매체 중에서의 분산성 및 분산 안정성이 매우 높은 것에 기인하여 극세 섬유의 비표면적으로부터 유래된 흡착 성능 등을 여하 없이 발휘할 수 있고, 또한 우수한 틱소트로피성에 의해 높은 가공성을 갖는 것이다.

즉, 본 발명의 극세 섬유로부터 얻어지는 섬유 분산액이면 종래 기술에서는 제약이 있었던 섬유 형태, 특히 애스펙트비를 비교적 높게 해도 안정적으로 섬유 분산액의 도포나 스프레이 사출 등의 가공이 가능해지며, 또한 그 가공성에 따라 고도인 섬유 구조체 등의 형성이 가능해진다. 이것으로부터 상기 섬유 분산액을 복잡한 공극을 갖는 삼차원 구조체나 시트물로 하거나, 필러로서 첨가할 경우에는 인성이 높은 보강 효과가 얻어진다.

도 1은 본 발명의 극세 섬유의 이형도를 설명하기 위한 극세 섬유 단면의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 극세 섬유를 포함하는 섬유 분산액에 있어서의 휘도 히스토그램을 나타내는 특성 도면이며, 도 2(a)는 섬유가 균일하게 분산된 섬유 분산액의 휘도 히스토그램, 도 2(b)는 섬유 응집체를 형성했을 때의 섬유 분산액의 휘도 히스토그램이다.

이하, 본 발명에 대해서 바람직한 실시형태와 함께 기술한다.

또한, 본 명세서에 있어서 「섬유 분산액」을 간단히 「분산액」이라고 칭하는 경우가 있다.

본 발명의 극세 섬유는 섬유 지름(D)이 100~5000㎚이며, 섬유 지름(D)에 대한 섬유 길이(L)의 비(L/D)가 3000~6000, 또한 카르복실 말단기량이 40eq/ton 이상인 것을 요건으로 하고 있다.

여기에서 말하는 섬유 지름(D)은 이하와 같이 구하는 것이다. 즉, 극세 섬유로 이루어지는 섬유 구조체의 횡단면을 주사형 전자 현미경(SEM) 또는 투과형 전자 현미경(TEM)에서 150~3000개의 극세 섬유를 관찰할 수 있는 배율로서 화상을 촬영한다. 섬유 단면이 촬영된 각 화상으로부터 무작위로 추출한 150개의 극세 섬유의 섬유 지름을 측정한다. 여기에서 말하는 섬유 지름이란 2차원적으로 촬영된 화상으로부터 섬유축에 대하여 수직 방향의 단면을 절단면으로 하고, 이 절단면에 외접하는 진원의 지름을 의미한다. 섬유 지름의 값에 관해서는 ㎚ 단위로 소수점 제 1 위치까지 측정하고, 소수점을 사사 오입하는 것이다. 이상의 조작을 마찬가지로 촬영한 10화상에 대해서 행하고, 10화상의 평가 결과의 단순한 수 평균값을 섬유 지름(D)이라고 한다.

본 발명은 극세 섬유를 만들어 내는, 특히 비표면적을 활용한 여과나 흡착 등을 소구하는 고기능 소재에 적합한 분산액을 얻는 것을 목적으로 하고 있으며, 본 발명의 극세 섬유의 섬유 지름(D)이 100~5000㎚인 것이 필요하다. 이러한 범위에 있어서는 소재에 혼합한 경우에도 극세 섬유가 만들어 내는 비표면적 효과를 우위에 발휘할 수 있고, 우수한 성능의 발휘를 기대할 수 있다.

비표면적의 증대라는 관점에서 생각하면 섬유 지름은 가늘수록 특성으로서는 뛰어난 것이 되지만 분산액의 조제 과정이나 성형 가공 공정의 취급성을 생각하면 섬유 지름의 하한은 100㎚이다. 섬유 지름을 100㎚ 이상으로 함으로써 분산액을 조제한 후에 비교적 높은 전단을 가하고, 교반 등을 한 경우에도 극세 섬유가 파단 등 되는 일 없이 불필요하게 열화될 일이 없기 때문에 적합한 것이다.

또한, 본 발명에 있어서는 섬유 지름이 5000㎚를 초과해도 양호한 분산성을 확보할 수는 있지만 일반적인 섬유와의 비표면적의 효과가 우위에 작용하는 범위로서 섬유 지름의 상한을 5000㎚로 하고 있다.

본 발명의 목적 효과 및 성형 가공시의 취급성 등등을 근거로 하여 생각하면 본 발명의 극세 섬유의 섬유 지름은 100~1000㎚인 것이 바람직하고, 이러한 범위이면 극세 섬유의 비표면적 효과를 혼합했을 경우에 유효하게 작용한다.

또한, 본 발명의 극세 섬유는 그 섬유 지름(D)에 대한 섬유 길이(L)의 비(L/D)를 3000~6000으로 할 필요가 있다.

여기에서 말하는 섬유 길이(L)는 이하와 같이 해서 구할 수 있다.

고형분 농도가 섬유 분산액 전량에 대하여 0.01중량%가 되도록 수계 매체 중에 분산시킨 섬유 분산액을 조제하고, 이것을 유리 기판 상에 적하한 것을 마이크로스코프에 의해 전체 길이를 측정할 수 있는 극세 섬유가 10~100개 관찰할 수 있는 배율로서 화상을 촬영한다. 극세 섬유가 촬영된 각 화상으로부터 무작위로 추출한 10개의 극세 섬유의 섬유 길이를 측정한다. 여기에서 말하는 섬유 길이란 2차원적으로 촬영된 화상으로부터 섬유 1개의 섬유 길이 방향의 길이로 하고, ㎜단위에서 소수점 제 2 위치까지 측정하고, 소수점을 사사 오입하는 것이다. 이상의 조작을 마찬가지로 촬영한 10화상에 대해서 행하고, 10화상의 평가 결과의 단순한 수 평균값을 섬유 길이(L)라고 한다.

본 발명의 극세 섬유는 매체 중에서의 분산성이 현저하게 저하된다고 여겨졌던 섬유 지름(D)에 대한 섬유 길이(L)의 비(L/D)를 3000~6000으로 한 경우에도 매체 중에서 우수한 분산성을 발휘할 수 있다. 이러한 범위에 있어서는 섬유끼리의 접촉점이 많아지며, 가교 구조의 형성을 촉진하는 점에서 섬유 분산액으로서는 틱소트로피성 등의 특이적인 성능을 발현할 수 있고, 시트상물이나 필러로서 적용했을 경우에는 우수한 보강 효과를 발휘할 수 있다.

가교 구조 형성이라는 관점에서는 섬유 길이가 큰 것일수록, 즉 상기 비가 클수록 형성하기 쉬워지며, 보강 효과를 높일 수 있다. 단, 상기 비를 과잉으로 지나치게 크게 했을 경우에는 부분적인 응집이 일어나는 것도 상정되어 성형 가공 공정을 복잡하게 만드는 경우도 있다. 이 때문에 극세 섬유끼리의 얽힘도 없고, 그 비표면적 효과에 추가하여 섬유 길이에 의한 특징을 충분히 발휘할 수 있는 범위로서 본 발명에 있어서의 비(L/D)의 상한을 6000으로 하고 있다.

또한, 본 발명에 있어서는 상기 비가 작은 것일수록 분산성의 확보는 양호하며, 균일 분산이라는 관점에서는 유리해지지만 발휘하는 특이적인 효과는 작고, 또한 성형 공정 중에서 섬유의 탈락 등에도 문제 없이 공정을 통과하는 비(L/D)는 3000을 하한값으로 한다.

또한, 시트물로의 적용이라는 관점을 감안하면 비(L/D)가 작을수록 극세 섬유가 적절하게 공간 내에 존재하게 된다. 즉, 비(L/D)가 작을수록 통기성을 확보한 채 극세 섬유의 비표면적 효과를 여하 없이 발휘할 수 있게 되기 때문에 본 발명의 극세 섬유로 이루어지는 시트를 에어 필터에 적용하기 위해서는 비(L/D)는 3000~4500이 바람직한 범위로서 들 수 있고, 이 경우에는 압력 손실이 낮음에도 상관 없이 진애 등의 포집 효율이 높은 이상적인 여과재가 될 수 있다.

본 발명의 극세 섬유에 있어서는 수계 매체 중에 있어서의 종래에는 없는 우수한 분산성을 특징으로 한 것이지만 이 균일 분산성을 달성하기 위해서는 극세 섬유의 카르복실 말단기량이 40eq/ton 이상인 것이 필요하며, 본 발명에 있어서의 중요한 요건으로 되어 있다.

여기에서 말하는 카르복실 말단기량은 이하와 같이 구하는 것이다.

극세 섬유를 순수에 의해 세정한 후 0.5g 칭량하여 오쏘크레졸 등의 유기 용매에 의해 용해하고, 수산화칼륨에탄올 용액 등을 사용하여 적정함으로써 단위를 eq/ton으로 해서 산출한다. 동일 조작을 5회 반복하고, 그 단순 평균 낸 값의 소수점 제 1 위치를 사사 오입한 값을 본 발명의 카르복실 말단기량으로 한다.

극세 섬유의 수계 매체 중의 분산성을 저해하는 요인은 극세 섬유의 형태적 특징이라고도 말할 수 있는 비표면적에 의해 극세 섬유끼리 간에 인력이 발생하는 것이다. 종래 기술에 있어서는 대체로 응집(얽힘)을 억제하기 위해서 극세 섬유의 형태에 제약을 설정하거나 하는 방법이 채용되어 있는 것이었지만 이러한 방법은 극세 섬유의 응집을 억제하는 근본적인 해소는 되지 않는 경우가 있다.

이 때문에 본 발명자들은 분산액을 경시적으로 방치했을 경우에도 침전 등 되는 일 없이 초기의 우수한 분산성을 유지하는 방법에 대해서 카르복실기가 수중에 있어서 마이너스의 전하를 발생하고, 전기적인 반발력이 작용하는 것에 착목하여 합성 수지로 이루어지는 극세 섬유의 카르복실 말단기량과 수계 매체 중에서의 분산성에 대해서 그 관계의 상세를 검토했다.

그 결과, 섬유 지름이 100~5000㎚인 극세 섬유가 수계 매체 중에서 균일 분산되고, 이것이 경시적으로 변화되지 않고 장기간 상태를 유지하기 위해서는 극세 섬유의 카르복실 말단기량이 40eq/ton 이상 있는 것이 필요한 것을 발견한 것이다.

즉, 종래 기술에 있어서의 극세 섬유에 있어서는 그 형태를 제어하거나 계면활성제 등의 스페이서로 하거나 해서 초기의 분산성을 확보하는 것이었지만 그들의 카르복실 말단기량은 고작 20~30eq/ton이었다. 이 때문에 극세 섬유 간의 전기적인 반발력이 응집력에 비해서 낮아 분산성의 확보가 곤란한 상태에 있는 것이었다.

이 경우, 극세 섬유의 애스펙트비를 낮게 설정함으로써 응집력을 작게 하여 낮은 전기적 반발력이어도 분산성을 확보할 수 있지만 극세 섬유가 발휘하는 특이적인 효과는 작아 성형 가공시에 섬유가 탈락하는 등의 과제를 갖기 때문에 섬유 분산액의 용도 전개가 한정되어 있었다.

한편, 본 발명의 극세 섬유는 그 카르복실 말단기량이 40eq/ton 이상이기 때문에 카르복실기 유래의 전기적 반발력이 무수하게 존재하는 극세 섬유 간에 작용하여 서로 반발하고 있다. 그 때문에 본 발명의 극세 섬유는 응집하는 일 없이 수계 매체 중에 계속해서 부유하는 것이다. 또한, 이 효과는 종래 기술에서는 섬유를 보다 가늘게 할수록 제약되어 있었던 극세 섬유의 애스펙트비를 내리는 일 없이 균일 분산성을 달성하는 것이다.

또한, 카르복실 말단기량을 크게 할수록 반발력도 크게 작용하게 되며, 분산성을 크게 향상할 수 있다. 본 발명의 극세 섬유를 사용한 섬유 분산액은 장시간 방치 후에도 분산성을 손상하는 경우가 없는 것이며, 높은 분산 안정성을 나타내는 것이다. 이러한 높은 애스펙트비의 극세 섬유 분산액은 종래 기술에서는 달성할 수 없었던 것이며, 극세 섬유 분산액의 용도 전개의 가능성을 넓히는 것이다. 상기 분산액은, 예를 들면 복잡한 공극을 갖는 시트물이나 고성능 필러로서 적용하는 것을 기대할 수 있다.

본 발명의 극세 섬유는 카르복실 말단기량이 40eq/ton 이상이며, 또한 분산성 확보의 관점으로부터 탄성률이 큰, 즉 강성이 우수한 폴리머로 구성되는 것이 바람직하다. 여기에서 말하는 탄성률이 큰 섬유란 외력에 의한 변형이 가해졌을 때의 소성 변형을 억제할 수 있는 섬유이다. 섬유의 탄성률이 크면 본 발명의 극세 섬유의 분산 공정이나 섬유 분산액의 고차 가공 공정에 있어서 섬유끼리의 얽힘을 억제할 수 있고, 섬유의 분산성을 유지하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 극세 섬유를 제조할 때에 후술하는 해도 섬유를 선택했을 경우, 해도 섬유는 용융 성형 가능한 열가소성 폴리머인 것이 바람직하고, 방사 조건 등을 조정함으로써 도 성분의 배향을 높이고, 탄성률을 향상시키는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 극세 섬유를 포함하는 섬유 분산액의 전개로서 고기능 여과재나 급음 소재란 소재를 고려하면 극세 섬유의 내열성이나 내후성, 내약품성이란 성능이 요구될 경우가 있다.

이상으로부터 본 발명의 극세 섬유는 폴리에스테르로 구성되는 것이 최적이며, 예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프타레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르 또는 그 공중합체로 구성되거나 또는 표층의 일부분이 이들 폴리에스테르로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 이들 폴리에스테르는, 예를 들면 최종 중합 온도를 변경함으로써 카르복실 말단기량을 조절하는 것이 가능한 점에서도 바람직하다.

본 발명의 극세 섬유는 1종류의 폴리에스테르로 구성되어도 좋고, 적어도 2종류의 상이한 폴리에스테르로 구성되어 있어도 좋다. 또한, 본 발명의 극세 섬유는 표층의 일부분이 폴리에스테르인 것이 바람직하지만 폴리프로필렌, 폴리올레핀, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리아미드, 폴리락트산, 열가소성 폴리우레탄, 폴리페닐렌술피드 등의 폴리에스테르 이외의 폴리머를 포함하고 있어도 좋다.

본 발명의 극세 섬유는 필요에 따라 산화티탄, 실리카, 산화바륨 등의 무기질, 카본블랙, 염료나 안료 등의 착색제, 난연제, 형광증백제, 산화방지제, 또는 자외선 흡수제 등의 각종 첨가제를 본 발명의 목적을 손상하지 않는 범위에서 폴리머 중에 포함하고 있어도 좋다.

본 발명의 극세 섬유의 단면형상은 둥근 단면이어도, 편평, Y형상, 삼각이나 다각형 등의 이형 단면이어도 좋다. 일반적으로 섬유의 단면을 이형 단면으로 함으로써 강성이나 광택감이 발생한다. 본 발명의 극세 섬유에 대해서도 예외 없이 섬유의 단면을 이형 단면으로 함으로써 강성에 의한 분산성의 확보나 특이적인 흡착 특성이나 광학 특성이란 기능을 발현할 수 있다.

또한, 본 발명의 극세 섬유는 적어도 2종류의 폴리머로 형성되는 복합 섬유이며, 심초 구조 또는 사이드 바이 사이드 구조 중 어느 하나의 단면형상을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 단면형상으로 함으로써 폴리머의 조합에 따라 권축 특성, 흡착 특성, 광학 특성, 급수 특성 등의 기능을 특이적으로 부여하는 것이 가능해진다.

이상과 같이 본 발명의 극세 섬유의 단면을 이형 단면으로 할 경우 그 이형도가 1.1~5.0이 바람직하고, 특성의 품질 안정성이란 관점으로부터 이형도 불균일이 1.0~10.0%인 것이 바람직하다. 이러한 범위 내이면 이형도에 따른 특이적인 성질을 안정적으로 발현할 수 있고, 존재하는 극세 섬유는 거의 동일한 단면형상을 갖고 있는 것을 나타낸다.

또한, 둥근 단면 섬유에 대해서 보다 현저한 효과를 보다 안정적으로 발현하기 위해서는 이형도를 1.5~5.0, 이형도 불균일을 1.0~5.0%로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 본 발명을 실시함에 있어서 극세 섬유의 가공시의 취급성 등등을 근거로 하여 이형도의 상한값을 5.0으로 한다.

여기에서 말하는 이형도란 이하와 같이 구하는 것이다. 즉, 섬유 지름과 마찬가지의 방법으로 극세 섬유로 이루어지는 섬유 구조체의 횡단면(도 1 중 외주형상(1)의 내부)을 2차원적으로 촬영한다. 그 화상으로부터 섬유 단면에 외접하는 진원(도 1 중 외접원(2))의 지름을 외접원 지름(극세 섬유의 섬유 지름)으로 하고, 또한 내접하는 진원(도 1 중 내접원(3))의 지름을 내접원 지름으로 한다. 이형도=외접원 지름÷내접원 지름의 식으로부터 소수점 둘째 자리까지를 구하고, 소수점 둘째 자리 이하를 사사 오입한 것을 이형도라고 한다.

여기에서 말하는 내접원이란 도 1 중의 일점쇄선(도 1 중 내접원(3))을 나타내고 있다. 이 이형도를 동일 화상 내에서 무작위로 추출한 150개의 극세 섬유에 대해서 측정한다.

본 발명에서 말하는 이형도 불균일이란 이형도의 평균값 및 표준 편차로부터 이형도 불균일 (이형도 CV%)=(이형도의 표준 편차/이형도의 평균값)×100(%)으로서 산출되는 값이며, 소수점 둘째 자리 이하는 사사 오입하는 것이다. 이상의 조작을 촬영한 10화상에 대해서 각각의 화상에서 측정한 값의 단순한 수 평균값을 구하고, 이형도 및 이형도 불균일이라고 한다.

덧붙여서 이형도는 극세 섬유의 절단면이 진원 또는 그것에 유사한 타원일 경우에는 1.1 미만이 되는 것이다.

계속해서 본 발명의 극세 섬유로서 적합한 폴리에스테르의 제조 방법의 일례로서 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 제조 방법에 대해서 상세하게 설명한다.

본 발명의 극세 섬유는 카르복실 말단기량이 40eq/ton 이상을 충족하는 것이 요건이며, 이것은 PET의 중합 조건에 의해 제어할 수 있다.

PET는 테레프탈산과 에틸렌글리콜을 에스테르화 반응에 의해 얻은 반응성 생물을 중축합 반응하는 방법, 또는 테레프탈산 디메틸로 대표되는 저급 알킬에스테르와 에틸렌글리콜의 에스테르 교환 반응에 의해 얻은 반응성 생물을 중축합 반응하는 방법 중 어느 방법에 의해서도 얻을 수 있다.

예를 들면, 일반적인 에스테르 교환 반응으로서 테레프탈산 디메틸과 에틸렌글리콜을 140~240℃의 온도에서 에스테르 교환 반응해서 얻어진 반응성 생물을 230~300℃ 및 감압하에서 중축합 반응을 행함으로써 PET 조성물을 얻을 수 있다.

에스테르 교환 반응에 있어서는 리튬, 망간, 칼슘, 마그네슘, 아연 등의 화합물을 촉매로 사용해서 진행시키고, 에스테르 교환 반응이 실질적으로 완결된 후에 상기 반응에 사용한 촉매를 불활성화하는 목적으로 인 화합물을 첨가한 편이 좋다.

또한, 효율적으로 반응을 진행시키는 것을 목적으로 하여 중축합 반응 촉매인 안티몬계 화합물, 티탄계 화합물, 게르마늄계 화합물 등의 화합물 등을 첨가하는 것이 바람직하다.

PET의 카르복실 말단기량을 40eq/ton 이상으로 하기 위해서는 상술한 금속 화합물 및 인 화합물의 첨가량, 첨가량비, 첨가 순서, 첨가 간격 등을 조정함으로써 달성할 수 있고, 또한 중합 조건, 즉 중합시의 감압도를 내려 중합 시간을 길게 하는 것이나 중합 온도를 높게 하는 것이어도 달성할 수 있다. 예를 들면, 인 화합물의 첨가량을 PET에 대하여 1000ppm 이하, 중합 온도를 280~320℃로 하면 좋다. 또한, 옥사졸린계 등의 말단 봉쇄제를 첨가해도 좋다.

이상과 같은 극세 섬유를 수계 매체 중에 분산시킴으로써 본 발명의 목적 효과 및 성형 가공시의 취급성 등등을 만족할 수 있는 섬유 분산액이 된다.

여기에서 말하는 수계 매체란 실질적인 주성분이 물로 구성되는 매체인 것을 말하고, 액체 매체의 총 중량에 대하여 물이 50중량% 이상인 것이면 좋고, 예를 들면 이온 교환수나 증류수, 및 이들에 수산화나트륨 등의 염기성 화합물이 용해된 것이나, 염이 용해된 수용액 등도 포함된다.

본 발명의 섬유 분산액은 섬유 지름이 100~5000㎚인 극세 섬유가 수계 매체 중에 분산되고, 또한 고형분 농도가 0.01~10중량%인 것이 필요하다.

여기에서 말하는 고형분 농도는 이하와 같이 구하는 것이다. 즉, 섬유 분산액을 여과 등의 방법에 의해 극세 섬유로 이루어지는 섬유 구조체로 하고, 충분히 건조한 후 그 중량을 측정함으로써 섬유 분산액 전량에 대한 고형분 농도를 산출한다.

본 발명의 섬유 분산액은 극세 섬유가 응집하는 일 없이 균일 분산되어 있는 것이 적합하지만 극세 섬유의 수계 매체 중의 분산성을 저해하는 요인은 극세 섬유의 형태적 특징이라고도 말할 수 있는 비표면적에 의해 극세 섬유끼리 간에 인력이 발생하는 것에 있으며, 매체 중에서의 섬유의 존재 상태(섬유 간 거리)에 따라 섬유끼리의 응집(얽힘)이 형성되기 쉬워지는 경우가 있다.

즉, 섬유 분산액 중의 섬유 농도가 높을수록 매체 중에서는 고밀도로 섬유가 배합되게 되며, 섬유끼리의 응집을 조장함으로써 본 발명에서는 고형분 농도의 상한값을 10중량%로 함으로써 섬유끼리의 응집을 억제할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에 있어서는 고형분 농도의 하한값을 0.01중량%로 하고 있지만 이러한 범위 내이면 극세 섬유의 비표면적으로부터 유래된 특성을 발현하는 섬유 분산액이 되기 때문에 적합한 것이다.

섬유 분산액으로서의 특성을 효율적으로 발휘하는 것을 생각하면 고형분 농도는 0.05~5중량%인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서는 섬유 분산액 내에 존재하는 섬유의 분산성이 매우 높은 것을 특징으로 하고 있으며, 본 발명의 효과를 보다 현저화한다는 관점으로부터 고형분 농도는 0.1~3중량%인 것이 보다 바람직하다. 이러한 범위에 있어서는 섬유를 보다 고농도로 포함한 섬유 분산액이 되기 때문에 시트 등에 가공할 때의 효율이 높고, 또한 시트에 포함되는 극세 섬유의 비율을 적당히 조정할 수 있는 것을 의미하고 있어 고차 가공을 생각하면 적합한 것이다.

또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 매체 중에서의 섬유의 분산 상태가 균일할 필요가 있으며, 이하와 같이 정의되는 섬유 분산액의 분산 지표가 20 이하인 것이 매우 중요하다.

본 발명에서 말하는 분산 지표란 고형분 농도가 섬유 분산액 전량에 대하여 0.01중량%가 되도록 조제한 섬유 분산액에 대해서 마이크로스코프에 의해 투과 조명하에서 배율 50배로 화상을 촬영하고, 화상 처리 소프트를 사용하여 이 화상을 모노크롬 화상으로 변환 후 급수를 256으로 해서 휘도 히스토그램화하여 얻어진 표준 편차를 분산 지표로 하여 평가하는 것이다. 이하, 도 2를 사용해서 분산 지표의 측정에 대해서 상세하게 설명한다.

도 2(a)에는 분산성 양호한 섬유 분산액의 휘도 히스토그램(종축: 빈도(화소의 개수), 횡축: 휘도)의 일례를, 도 2(b)에는 분산성이 나빠 섬유 응집체를 형성했을 때의 휘도 히스토그램의 일례를 나타낸다.

여기에서 말하는 휘도 히스토그램이란 이하의 방법에 의해 분산성을 평가하는 것이다. 즉, 고형분 농도가 섬유 분산액 전량에 대하여 0.01중량%가 되도록 수계 매체 중에 분산시킨 섬유 분산액에 대해서 마이크로스코프에 의해 투과 조명하에서 배율 50배로 화상을 촬영한다. 화상 처리 소프트를 사용하여 이 화상을 모노크롬 화상으로 변환하고, 급수를 256으로 해서 휘도 히스토그램화함으로써 얻어진 휘도 히스토그램의 피크 폭으로부터 분산성을 평가한다.

즉, 섬유의 분산이 균일하면 화상 내의 명암에 큰 차는 없기 때문에 피크 폭은 좁아지며, 표준 편차는 작아진다(도 2(a)). 한편, 섬유의 분산이 불균일하면 국소적으로 명암이 나누어지게 되며, 피크 폭은 넓어짐으로써 표준 편차가 커진다(도 2(b)). 이것으로부터 표준 편차를 분산 지표로 하여 분산성을 평가할 수 있다.

여기에서 말하는 분산 지표가 20 이하이면 섬유가 균일하게 분산되어 있다고 평가할 수 있고, 종래 기술에서는 얻어지기 어려운 특이적인 성능을 갖고, 성형 가공시의 취급성도 우수한 섬유가 된다.

또한, 이상적인 균일 분산이라는 관점에서 생각하면 분산 지표의 값이 작을수록 균일 분산을 달성하는 것이 되기 때문에 본 발명의 분산 지표의 하한값은 1.0이다. 이러한 범위이면 섬유 분산액을 습식 초지 등의 방법에 의해 섬유 구조체로 했을 경우에도 극세 섬유가 균일하게 배합된 미세한 공극을 갖는 구조체가 되며, 극세 섬유의 비표면적으로부터 유래된 흡착 성능 등을 여하 없이 발휘할 수 있는 것이다. 이상으로부터 본 발명의 목적을 감안하면 섬유 분산액의 분산 지표가 상기 범위에 있는 것이 적합한 것이다.

또한, 시트물로의 적용이라는 관점을 감안하면 분산 지표의 값이 작은 분산액일수록 극세 섬유가 균일하게 공간 내에 존재하게 되기 때문에 극세 섬유로부터 유래되는 흡착 성능 등의 특이적인 성능이 시트 전체로서 얼룩 없이 안정적으로 발현할 수 있는 점에서 분산 지표는 15 이하가 보다 바람직하다. 이 관점을 추진하면 이 분산 지표는 작은 편이 적합하며, 본 발명에 있어서의 더 바람직한 범위는 상기 분산 지표가 10 이하인 것이다.

또한, 본 발명의 섬유 분산액은 하기 식으로 정의되는 분산 안정 지표가 0.70 이상을 충족하는 것이 적합하다.

분산 안정 지표=H₀/H₁

분산 안정 지표란 이하와 같이 해서 구하는 것이다. 즉, 고형분 농도가 섬유 분산액 전량에 대하여 0.5중량%가 되도록 조제한 섬유 분산액 45g을 50mL 스크루관 병(예를 들면, AS ONE Corporation제)에 넣고, 10분간 정치 후 및 7일간 정치 후의 스크루관 병을 동일한 앵글로부터 촬영해서 영상화한다. 화상 처리 소프트를 사용하여 이 화상을 모노크롬 화상으로 변환 후 스크루관 병 내의 섬유 분산액에 대해서 자동 2치화 처리한다. 그리고, 예를 들면 섬유 분산체 부분을 녹, 수매체 부분을 흑과 같이 2치화하고, 섬유 분산체(녹)의 높이를 측정함으로써 상기 식에 의해 분산 안정 지표를 산출해서 평가하는 것이다.

여기에서 말하는 분산 안정 지표가 0.70 이상이면 그 섬유 분산액은 장시간 방치 후에도 분산성을 손상하는 일 없이 높은 분산 안정성을 나타낸다고 평가할 수 있고, 취급성이나 품질 안정성이 우수한 섬유 분산액이 되는 것이다.

특히, 섬유 분산액의 품위를 유지한다는 관점에서는 분산 안정 지표는 클수록 바람직하고, 0.90 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서는 정치 중에서의 섬유 분산액의 전량은 불변인 점에서 분산 안정 지표의 상한값은 1.00이다.

이상과 같은 분산성 및 분산 안정성이 우수한 섬유 분산액에 대해서 성형 가공시의 취급성이란 관점으로부터 생각하면 섬유 분산액을 스프레이 등으로 사출하거나, 도포하는 것 같은 고전단시에는 저점성을 나타내고, 액체 떨어짐 등을 방지하기 위해서 저전단시(정치시)에는 고점성을 나타내는 특성, 소위 틱소트로피성을 갖는 것이 바람직한 형태로서 들 수 있다.

즉, 본 발명의 섬유 분산액은 고형분 농도가 섬유 분산액 전량에 대하여 0.5중량% 포함되도록 조제한 섬유 분산액에 있어서 하기 식으로 정의되는 요변 계수(TI)가 7.0 이상인 것이 적합하다.

요변 계수(TI)=η₆/η₆₀

(식 중, η₆은 고형분 농도가 섬유 분산액 전량에 대하여 0.5중량% 포함되도록 조제한 섬유 분산액에 대해서 회전수 6rpm으로 측정한 점도(25℃)이며, η₆₀은 상기 섬유 분산액에 대해서 회전수 60rpm으로 측정한 점도(25℃)이다)

구체적으로는 요변 계수(TI)는 고형분 농도가 섬유 분산액 전량에 대하여 0.5중량%가 되도록 조제한 섬유 분산액 250g을 250mL 폴리프로필렌 용기에 넣고, 25℃에서 30분 정치 후 B형 점도계를 사용하여 소정 회전수(6rpm 및 60rpm)로 1분간 로터 교반을 행하고, 그 때의 점도를 측정함으로써 산출하고, 소수점 제 2 위치를 사사 오입하는 것이다.

일반적으로 틱소트로피성을 평가하는 파라미터의 하나로서 요변 계수(TI)가 사용되고 있으며, 이 값이 클수록 우수한 틱소트로피성을 나타내는 것이다. 섬유 분산액에 있어서의 틱소트로피성은 매체 중에 분산되는 극세 섬유의 애스펙트비에 크게 의존하는 것이다.

즉, 애스펙트비가 큰 극세 섬유가 균일하게 분산되어 있는 섬유 분산액은 저전단시(정치 상태)에 있어서 매체 중에서 섬유끼리의 접촉점이 많은 것에 기인하여, 소위 가교 구조를 형성함으로써 고점성을 나타낸다. 한편, 고전단시에는 이 가교 구조가 파괴됨으로써 저점성을 발현하는 것이다.

본 발명에 있어서의 요변 계수(TI)가 7.0 이상이란 종래 기술에서 얻어지는 섬유 분산액으로는 달성할 수 없는 범위이며, 우수한 틱소트로피성을 갖는 섬유 분산액으로서 성형 가공시의 취급성이 양호한 것이 되는 것이다. 또한, 본 발명에 있어서는 저전단시의 점도가 지나치게 크면 취급성이 악화된다는 점을 고려하면 요변 계수(TI)의 상한값은 20.0인 것이 바람직하다. 이상의 관점으로부터 틱소트로피성의 발현이나 성형 가공성을 가미하면 섬유 분산액의 요변 계수(TI)는 7.0~15.0이 보다 바람직한 범위로서 들 수 있다.

이상의 요건을 충족하는 본 발명의 섬유 분산액은 매체 중에 있어서의 섬유의 분산성 및 분산 안정성은 충분히 높은 것이면서 우수한 틱소트로피성을 나타내는 것이며, 고성능 소재로서 기대할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명의 섬유 분산액에 있어서 극세 섬유의 경시에서의 응집을 억제하거나 매체의 점도를 증대시키기 위해서 필요에 따라 섬유 분산액에 분산제를 포함하고 있어도 좋다.

분산제의 종류로서는 천연 폴리머, 합성 폴리머, 유기 화합물, 및 무기 화합물 등을 들 수 있다. 예를 들면, 섬유끼리의 응집을 억제하는 분산제는 양이온계 화합물, 비이온계 화합물, 음이온계 화합물 등을 들 수 있고, 그 중에서도 분산성을 향상시키는 목적으로 했을 경우에는 수매체 중에서의 전기적 반발력의 관점으로부터 음이온계 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 이들 분산제의 첨가량은 극세 섬유에 대하여 0.001~10등량인 것이 바람직하고, 이러한 범위이면 섬유 분산액으로서의 특성을 손상하는 일 없이 충분히 기능을 부여할 수 있다.

본 발명은 상기와 같이 종래 기술에는 없는 우수한 극세 섬유의 분산성과 분산 안정성을 달성하는 것이지만 이하에 그 제조 방법의 일례를 상세하게 설명한다.

본 발명의 극세 섬유는, 예를 들면 용제에 대한 용해 속도가 상이한 2종류 이상의 폴리머(예를 들면, 폴리머A 및 폴리머B)로 이루어지는 해도 섬유를 이용함으로써 제조 가능하다. 여기에서 말하는 해도 섬유는 난용해성 폴리머로 이루어지는 도 성분이 이용해성 폴리머로 이루어지는 해 성분 중에 점재하는 구조를 갖고 있는 섬유를 말한다.

이 해도 섬유를 제사하는 방법으로서는 용해 방사에 의한 해도 복합 방사를 사용하는 방법이 생산성을 높인다는 관점으로부터 적합하며, 섬유 지름 및 단면형상의 제어가 우수하다는 관점에서 해도 복합 구금을 사용하는 방법으로 하는 것이 바람직하다.

상기 용해 방사에 의한 방법을 사용하는 이유는 생산성이 높아 연속해서 제조가 가능한 것에 있지만 이 연속적으로 제조할 때에는, 소위 해도 복합 단면을 안정적으로 형성할 수 있는 것이 적합하다. 이 단면의 경시적인 안정성이라는 관점에서는 이것을 형성하는 폴리머의 조합을 고려하는 것이 포인트가 된다. 본 발명에 있어서는 폴리머A의 용융 밀도 ηA와 폴리머B의 용융 점도 ηB의 용융 점도비(ηB/ηA)가 0.1~5.0의 범위가 되는 조합으로 폴리머를 선택하는 것이 바람직하다.

여기에서 말하는 용융 점도란 칩상의 폴리머를 진공 건조기에 의해 수분률 200ppm 이하로 하고, 캐필러리 레오미터에 의해 측정할 수 있는 용융 점도를 가리키고, 방사 온도에서의 동 전단 속도일 때의 용융 점도를 의미한다.

용해 방사를 선택할 경우 폴리머 성분으로서, 예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프타레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리올레핀, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리아미드, 폴리락트산, 열가소성 폴리우레탄, 폴리페닐렌술피드 등의 용융 성형 가능한 폴리머 및 그들의 공중합체를 들 수 있다. 특히, 폴리머의 융점은 165℃ 이상이면 내열성이 양호하며 바람직하다.

또한, 산화티탄, 실리카, 산화바륨 등의 무기질, 카본블랙, 염료나 안료 등의 착색제, 난연제, 형광증백제, 산화방지제, 또는 자외선 흡수제 등의 각종 첨가제를 폴리머 중에 포함하고 있어도 좋다.

본 발명의 극세 섬유를 제조하는 데에 적합한 해도 섬유를 방사하기 위한 해 성분, 도 성분의 적합한 조합은 목적으로 하는 용도에 따라 도 성분을 선택하고, 도 성분의 융점을 기준으로 동 방사 온도에서 방사 가능한 해 성분을 선택하면 좋다. 여기에서 상술한 용융 점도비를 고려하여 각 성분의 분자량 등을 조정하면 도 성분의 단면 형상 및 섬유 지름이란 균질성을 향상시킨다는 관점으로부터 바람직하다.

예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프타레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리락트산, 열가소성 폴리우레탄, 폴리페닐렌술피드를 폴리머A와 폴리머B에서 분자량을 변경해서 사용하거나 일방을 호모폴리머로서, 타방을 공중합 폴리머로서 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 해 성분은 다른 성분보다 이용해성을 나타내는 폴리머(이용해성 폴리머)로부터 선택하는 것이 적합하며, 해 성분의 용해 제거에 사용하는 용제에 대한 난용해성 폴리머를 기준으로 했을 때에 용해 속도비(이용해성 폴리머의 용해 속도/난용해성 폴리머의 용해 속도)가 100 이상을 목표로 한 폴리머로부터의 조합을 선택하면 좋다.

여기에서 말하는 이용해성 폴리머란 해 성분의 용해 제거에 사용하는 용제에 대한 난용해성 폴리머를 기준으로 했을 때에 용해 속도비가 100 이상인 것을 의미한다.

고차 가공에 있어서의 용해 처리의 간략화나 시간 단축을 고려하면 이 용해 속도비는 큰 것이 적합하며, 본 발명의 극세 섬유를 제조함에 있어서는 용해 속도비가 1000 이상인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 10000 이상으로 하는 것이다. 이러한 범위에 있어서는 용해 처리를 단시간에 종료할 수 있기 때문에 난용해 성분을 불필요하게 열화시키는 일 없이 본 발명의 극세 섬유를 얻을 수 있다.

본 발명의 극세 섬유를 제조하는 데에 적합한 이용해성 폴리머란, 예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프타레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리올레핀, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리아미드, 폴리락트산, 열가소성 폴리우레탄, 폴리페닐렌술피드 등의 용융 성형 가능한 폴리머 및 그들의 공중합체로부터 선택된다.

특히, 해 성분의 용출 공정을 간편화한다는 관점에서는 해 성분은 수계 용제 또는 열수 등에 이용출성을 나타내는 공중합 폴리에스테르, 폴리락트산, 폴리비닐알코올 등이 바람직하고, 특히 폴리에틸렌글리콜, 나트륨술포이소프탈산이 단독 또는 조합되어 공중합한 폴리에스테르나 폴리락트산을 사용하는 것이 취급성 및 저농도의 수계 용제에 간단하게 용해한다는 관점으로부터 바람직하다.

또한, 본 발명자들의 검토에서는 수계 용제에 대한 용해성 및 용해할 때에 발생하는 폐수 처리의 간이화라는 관점에서는 폴리락트산, 5-나트륨술포이소프탈산이 3몰%~20몰%의 범위에서 공중합된 폴리에스테르 및 상술한 5-나트륨술포이소프탈산에 추가하여 중량 평균 분자량 500~3000인 폴리에틸렌글리콜이 5중량%~15중량%의 범위에서 공중합된 폴리에스테르가 특히 바람직하다.

이상의 관점으로부터 본 발명의 극세 섬유를 제조하는 데에 적합한 해도 섬유를 채취하는 데에 적합한 폴리머의 조합으로서는 해 성분을 5-나트륨술포이소프탈산이 3몰%~20몰%의 범위에서 공중합되고, 또한 중량 평균 분자량 500~3000의 폴리에틸렌글리콜이 5중량%~15중량%의 범위에서 공중합된 폴리에스테르 및 폴리락트산, 도 성분을 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프타레이트, 및 그 공중합체로부터 선택하는 것이 적합한 예로서 들 수 있다.

본 발명의 극세 섬유를 제조하는 데에 적합한 해도 섬유를 방사할 때에 사용하는 해 성분과 도 성분의 비율(중량비)은 토출량을 기준으로 해 성분/도 성분 비율로 5/95~95/5의 범위에서 선택할 수 있다. 이 해 성분/도 성분 비율 중 도 성분 비율을 높이면 극세 섬유의 생산성이라는 관점으로부터 바람직하다고 할 수 있다. 단, 해도 복합 단면의 장기 안정성이라는 관점으로부터 본 발명의 극세 섬유를 효율적으로, 또한 안정성을 유지하면서 제조하는 범위로서 이 해 성분/도 성분 비율은 10/90~50/50이 바람직하다.

본 발명의 극세 섬유를 제조하는 데에 적합한 해도 섬유에 있어서의 도 수는 실질적으로 실시 가능한 범위로서 2~10000도가 바람직한 범위이다. 본 발명의 해도 섬유를 무리 없이 만족하는 범위로서는 100~10000도가 더 바람직한 범위이며, 도 충전 밀도는 0.1~20도/㎟의 범위이면 좋다. 이 도 충전 밀도라는 관점에서는 1~20도/㎟가 바람직한 범위이다.

여기에서 말하는 도 충전 밀도란 단위 면적당 도 수를 나타내는 것이며, 이 값이 클수록 다도의 해도 섬유의 제조가 가능한 것을 나타낸다. 여기에서 말하는 도 충전 밀도는 토출 구멍으로부터 토출되는 도 수를 토출 도입 구멍의 면적으로 나눔으로써 구한 값이다.

본 발명의 극세 섬유를 제조하는 데에 적합한 해도 섬유에 있어서의 방사 온도는 상술한 관점으로부터 결정한 사용 폴리머 중 주로 고융점이나 고점도의 폴리머가 유동성을 나타내는 온도로 하는 것이 적합하다. 이 유동성을 나타내는 온도란 폴리머 특성이나 그 분자량에 의해서도 상이하지만 그 폴리머의 융점이 목표가 되며, 융점+60℃ 이하로 설정하면 좋다. 이 온도이면 방사 헤드 또는 방사 팩 내에서 폴리머가 열분해 등 되는 일 없이 분자량 저하가 억제되어 양호하게 해도 섬유를 제조할 수 있다.

본 발명의 극세 섬유를 제조하는 데에 적합한 해도 섬유를 방사할 때의 해도 복합 폴리머의 토출량은 안정성을 유지하면서 용융 토출할 수 있는 범위로서 토출 구멍당 0.1g/min/hole~20.0g/min/hole을 들 수 있다. 이때 토출의 안정성을 확보할 수 있는 토출 구멍에 있어서의 압력 손실을 고려하는 것이 바람직하다. 여기에서 말하는 압력 손실은 0.1㎫~40㎫를 목표로 하여 폴리머의 용융 점도, 토출 구멍 지름, 토출 구멍 길이와의 관계로부터 토출량을 이러한 범위에 의해 결정하는 것이 바람직하다.

토출 구멍으로부터 용융 토출된 사조는 냉각 고화되어 유제 등을 부여함으로써 수속하고, 주속이 규정된 롤러에 의해 인취된다. 여기에서 이 인취 속도는 토출량 및 목적으로 하는 섬유 지름으로부터 결정되는 것이지만 해도 섬유를 안정적으로 제조한다는 관점으로부터 100m/min~7000m/min이 바람직한 범위로서 들 수 있다.

이 방사된 해도 섬유는 열안정성이나 역학 특성을 향상시킨다는 관점으로부터 연신을 행하는 것이 바람직하고, 방사한 멀티필라멘트를 일단 권취한 후에 연신을 실시하는 것도 좋고, 권취하는 일 없이 방사에 계속해서 연신을 행해도 좋다.

이 연신 조건으로서는, 예를 들면 1쌍 이상의 롤러로 이루어지는 연신기에 있어서 일반적으로 용융 방사 가능한 열가소성을 나타내는 폴리머로 이루어지는 섬유이면 유리 전이 온도 이상 융점 이하의 온도로 설정된 제 1 롤러와 결정화 온도 상당으로 한 제 2 롤러의 주속비에 의해 섬유축 방향으로 무리 없이 늘려지고, 또한 열 세팅되어 권취된다. 여기에서 연신 배율을 높이고, 역학 특성을 향상시킨다는 관점으로부터 이 연신 공정을 다단으로 실시하는 것도 적합한 수단이다.

상술한 바와 같이 해서 얻어진 해도 섬유를 수 십개~수 백만개 단위로 묶은 토우로 하고, 기요틴 커터나 슬라이스 머신 및 크라이오스탯 등의 절단기 등을 사용해서 소망의 섬유 길이로 커팅 가공을 실시하는 것이 바람직하다. 이때의 섬유 길이(L)는 도 성분 지름(섬유 지름(D)에 상당)에 대한 비(L/D)가 3000~6000의 범위 내가 되도록 커팅한다. 여기에서 말하는 도 성분 지름은 실질 극세 섬유의 섬유 지름과 일치하는 것이며, 다음과 같이 구하는 것이다.

해도 섬유를 에폭시 수지 등의 포매제에 의해 포매하고, 이 횡단면을 투과형 전자 현미경(TEM)에서 150개 이상의 도 성분을 관찰할 수 있는 배율로서 화상을 촬영한다. 1필라멘트에서 150개 이상의 도 성분이 배치되지 않을 경우에는 수 개의 필라멘트의 섬유 단면을 촬영하고, 합계 150개 이상의 도 성분이 관찰되면 좋다. 이때 금속 염색을 실시하면 도 성분의 콘트라스트를 명확하게 할 수 있다. 섬유 단면이 촬영된 각 화상으로부터 무작위로 추출한 150개의 도 성분의 도 성분 지름을 측정한다. 여기에서 말하는 도 성분 지름이란 2차원적으로 촬영된 화상으로부터 섬유축에 대하여 수직 방향의 단면을 절단면으로 하고, 이 절단면에 외접하는 진원의 지름을 의미한다.

이상과 같이 얻어진 해도 섬유에 대해서 해 성분을 용해 제거함으로써 본 발명의 극세 섬유 및 섬유 분산액을 제조할 수 있다. 즉, 이용해 성분(해 성분)을 용해 가능한 용제 등에 상술한 커팅 가공 후의 해도 섬유를 침지하고, 이용해 성분을 제거하면 좋다. 이용해 성분이 5-나트륨술포이소프탈산이나 폴리에틸렌글리콜 등이 공중합된 공중합 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리락트산일 경우에는 수산화나트륨 수용액 등의 알카리 수용액을 사용할 수 있다.

이때 해도 섬유와 알카리 수용액의 욕비(해도 섬유 중량(g)/알카리 수용액 중량(g))는 1/10000~1/5인 것이 바람직하고, 1/5000~1/10인 것이 보다 바람직하다. 상기 범위 내로 함으로써 해 성분의 용해시에서의 극세 섬유끼리의 얽힘에 의한 응집을 방지하는 것이 가능하다.

이때 알카리 수용액의 알칼리 농도는 0.1~5중량%인 것이 바람직하고, 0.5~3중량%인 것이 보다 바람직하다. 이러한 범위 내로 함으로써 해 성분의 용해를 단시간에 완료시킬 수 있고, 도 성분을 불필요하게 열화시키는 일 없이 극세 섬유가 균질하게 분산된 섬유 분산액을 얻을 수 있다. 또한, 알카리 수용액의 온도는 특별히 한정되는 것은 아니지만 50℃ 이상으로 함으로써 해 성분의 용해의 진행을 빠르게 할 수 있다.

본 발명에 있어서는 해도 섬유로부터 이용해 성분(해 성분)을 용해해서 극세 섬유가 분산된 것을 그대로 사용하는 것도 가능하고, 일단 극세 섬유를 여과 등 함으로써 분리하고, 수세 후 동결 건조 등 한 후 다시 수계 매체 중에 분산시키는 것도 가능하다. 또한, 본 발명의 섬유 분산액은 사용하는 고차 가공이나 그 때의 취급성을 고려하여 산이나 알칼리를 추가함으로써 매체의 pH를 조정하는 것이나 물로 희석해서 사용하는 것도 가능하다.

이상과 같이 본 발명의 극세 섬유를 매체 중에서 균일하게 분산된 섬유 분산액으로 함으로써 습식 초지 등에 의해 시트상물로 하여 고기능 여과재나 차세대의 급음 소재, 전지 세퍼레이터 등으로 전개할 수 있을 뿐만 아니라 수지나 도료, 화장품 등의 필러, 증점제, 광학소재 등 종래의 기능성 입자 분산액에서는 달성할 수 없었던 용도로 전개 가능한 소재로서 기대할 수 있다.

또한, 본 발명의 극세 섬유를 사용함으로써 종래 공지의 방법을 사용하여 섬유 권취 패키지, 토우, 커팅 파이버, 면, 파이버 볼, 코드, 파일, 직편(織編), 부직포, 종이, 액체 분산체 등의 중간체를 거쳐 여러 가지 섬유 제품을 제조할 수 있다.

섬유 제품으로서는, 예를 들면 일반 의료 제품(재킷, 스커트, 팬츠, 속옷 등), 스포츠 의료, 의료 자재, 인테리어 제품(카펫, 소파, 커튼 등), 차량 내장 제품(카시트 등), 생활용 제품(화장품, 화장품 마스크, 와이핑 클로스, 건강 용품 등), 산업 자재(연마포, 필터, 유해 물질 제거 제품, 전지용 세퍼레이터 등), 의료 제품(봉합사, 스캐폴드, 인공 혈관, 혈액 필터 등)을 들 수 있다.

(실시예)

이하 실시예를 들어서 본 발명의 극세 섬유 및 섬유 분산액에 대해서 구체적으로 설명한다. 실시예 및 비교예에 대해서는 하기 평가를 행했다.

A. 폴리머의 용융 점도

칩상의 폴리머를 진공 건조기에 의해 수분률 200ppm 이하로 해서 Toyo Seiki Seisaku-sho, Ltd.제 CAPILOGRAPH 1B에 의해 변형 속도 1216s^-1의 용융 점도를 측정했다. 또한, 실시예 및 비교예에서는 측정 온도는 방사 온도와 동등하게 하고, 질소 분위기하에서 가열로에 샘플을 투입하고 나서 측정 개시까지 5분으로 하여 용융 점도를 측정하고 있다.

B. 섬유 지름

극세 섬유로 이루어지는 섬유 구조체를 Hitachi, Ltd.제 주사형 전자 현미경(SEM)에 의해 150~3000개의 단섬유를 관찰할 수 있는 배율로 화상을 촬영했다. 촬영한 화상으로부터 무작위로 추출한 150개의 섬유를 추출하고, 화상 처리 소프트(WINROOF)를 사용하여 섬유 지름을 측정하고, 평균값을 산출했다. 이 조작을 10개소의 각 사진에 대해서 측정을 행하고, 얻어진 결과의 평균값을 ㎚ 단위로 구하고, 소수점 이하를 사사 오입한 값을 섬유 지름이라고 했다.

C. 섬유 길이

고형분 농도가 섬유 분산액 전량에 대하여 0.01중량%가 되도록 수계 매체 중에 극세 섬유를 분산시켜서 섬유 분산액을 조제했다. 이것을 유리 기판 상에 적하한 것을 KEYENCE CORPORATION제 마이크로스코프 VHX-2000 마이크로스코프에 의해 전체 길이를 측정할 수 있는 극세 섬유가 10~100개 관찰할 수 있는 배율로서 화상을 촬영했다. 이 화상으로부터 무작위로 선정한 10개의 극세 섬유를 추출하고, 화상 처리 소프트(WINROOF)를 사용해서 섬유 길이(L)를 측정했다. 측정은 ㎜ 단위로 소수점 제 2 위치까지를 측정하고, 동일 조작을 10화상에 대해서 행하고, 이들의 단순한 수 평균값의 소수점 제 2 위치 이하를 사사 오입한 값을 섬유 길이라고 했다.

D. 카르복실 말단기량(eq/ton)

극세 섬유로 이루어지는 섬유 구조체를 순수에 의해 세정한 후 0.5g을 정칭(精秤)하고, 오쏘크레졸 40mL를 첨가하여 90℃에서 용해하고, 0.04N수산화칼륨에탄올 용액을 사용하여 적정함으로써 단위를 eq/ton으로 하여 산출했다. 동일 조작을 5회 반복하고, 그 단순 평균 낸 값의 소수점 제 1 위치를 사사 오입한 값을 카르복실 말단기량이라고 했다.

E. 이형도 및 이형도 불균일(CV%)

극세 섬유로 이루어지는 섬유 구조체의 횡단면을 섬유 지름과 마찬가지의 방법으로 촬영했다. 각 단면의 절단면에 외접하는 진원(도 1의 외접원(2))의 지름을 외접원 지름, 내접하는 진원(도 1의 내접원(3))의 지름을 내접원 지름이라고 했다. 이형도=외접원 지름/내접원 지름의 식으로부터 소수 제 2 위치를 사사 오입해서 소수 제 1 위치까지 구한 것을 이형도로서 산출했다.

이 조작을 10개의 단면에 대해서 행하고, 그 평균값 및 표준 편차로부터 하기 식에 의거하여 이형도 불균일(CV%)을 산출했다.

이형도 불균일(CV%)=(이형도의 표준 편차/이형도의 평균값)×100(%)

이 이형도 불균일에 대해서는 10개소의 각 사진에 대해서 측정을 행하고, 10개소의 평균값으로 해서 소수 제 2 위치를 사사 오입하는 것이다.

F. 분산 지표

고형분 농도가 섬유 분산액 전량에 대하여 0.01중량%가 되도록 조제한 섬유 분산액에 대해서 KEYENCE CORPORATION제 마이크로스코프 VHX-2000에 의해 투과 조명하에서 배율 50배로 화상을 촬영했다. 이 화상을 화상 처리 소프트(WINROOF)를 사용하여 모노크롬 화상으로 변환하고, 급수를 256으로 한 휘도 히스토그램(종축: 빈도(화소의 개수), 횡축: 휘도)을 얻음으로써 표준 편차를 얻었다. 동일 조작을 10화상에 대해서 행하고, 이들의 단순한 수 평균값의 소수점 제 2 위치 이하를 사사 오입한 값을 분산 지표라고 했다.

G. 분산 안정 지표

고형분 농도가 섬유 분산액 전량에 대하여 0.5중량%가 되도록 조제한 섬유 분산액 45g을 50mL 스크루관 병(AS ONE Corporation.제)에 넣고, 7일간 정치 후의 스크루관 병을 동일한 앵글로부터 촬영해서 영상화했다. 화상 처리 소프트를 사용하여 이 화상을 모노크롬 화상으로 변환 후 스크루관 병내의 섬유 분산액에 대해서 자동 2치화 처리했다. 그리고, 예를 들면 섬유 분산체 부분을 녹, 수매체 부분을 흑과 같이 2치화하고, 섬유 분산체(녹)의 높이를 측정함으로써 하기 식에 의해 소수점 제 3 위치를 사사 오입한 것을 분산 안정 지표라고 했다.

분산 안정 지표=H₀/H₁

H₀은 용기 내의 10분간 정치 후의 섬유 분산액 높이이며, H₁은 7일간 정치 후의 용기 내의 섬유 분산액의 분산체 높이이다.

H. 요변 계수(TI)

고형분 농도가 섬유 분산액 전량에 대하여 0.5중량%가 되도록 조제한 섬유 분산액 250g을 250mL 폴리프로필렌 용기에 넣고, 25℃에서 30분 정치 후 TOKIMEC INC.제 B형 점도계를 사용하여 소정 회전수(6rpm 및 60rpm)로 1분간 로터 교반을 행하고, 그 때의 점도를 측정함으로써 하기 식에 의해 소수점 제 2 위치를 사사 오입한 것을 요변 계수라고 했다.

요변 계수(TI)=η₆/η₆₀

식 중, η₆은 회전수 6rpm으로 측정한 점도(25℃)이며, η₆₀은 회전수 60rpm으로 측정한 점도(25℃)이다.

실시예 1

도 성분으로서 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET1, 용융 점도 160Pa·s), 해 성분으로서 5-나트륨술포이소프탈산 8.0몰% 및 중량 평균 분자량 1000의 폴리에틸렌글리콜 10중량%가 공중합한 폴리에틸렌테레프탈레이트(공중합 PET, 용융 점도 121Pa·s)(용융 점도비: 1.3, 용해 속도비: 30000 이상)를 사용하고, 도 성분의 형상이 둥근 해도 복합 구금(도 수 2000)을 사용하고, 해 성분/도 성분의 복합 비율(중량비)을 50/50으로 해서 용융 토출한 사조를 냉각 고화했다. 그 후 유제를 부여하고, 방사 속도 1000m/min으로 권취함으로써 미연신사를 얻었다(총 토출량 12g/min). 또한, 미연신사를 85℃로 가열한 롤러와 130℃로 가열한 롤러 사이에서 3.4배 연신을 행하여(연신 속도 800m/min) 해도 섬유를 얻었다.

이 해도 섬유의 역학 특성은 강도 2.4cN/dtex, 신도 36%와 커팅 가공을 행하는 데에 충분한 역학 특성을 갖고 있으며, 섬유 길이가 0.6㎜가 되도록 커팅 가공을 실시했다.

이 해도 섬유를 90℃로 가열한 1중량%의 수산화나트륨 수용액(욕비 1/100)에 의해 해 성분을 99% 이상 용해 제거한 결과, 섬유 지름이 200㎚, L/D가 3000, 카르복실 말단기량이 52eq/ton인 극세 섬유를 얻었다. 또한, 극세 섬유 단면형상은 둥근 단면이며, 이형도는 1.0, 이형도 불균일은 4.9%로 균질성이 우수한 것이었다.

이어서, 고형분 농도가 섬유 분산액 전량에 대하여 0.01중량%가 되도록 조제한 섬유 분산액을 마이크로스코프에 의해 화상을 촬영하고, 화상 해석함으로써 휘도 히스토그램을 얻었다. 이때 섬유의 분산이 균일하면 명암에 큰 차는 없기 때문에 표준 편차는 작아진다. 한편, 섬유의 분산이 불균일하면 국소적으로 명암이 나누어지게 되고, 표준 편차가 커진다. 실시예 1의 섬유 분산액의 분산성을 평가한 결과, 극세 섬유끼리의 얽힘에 의한 응집은 관찰되지 않고, 분산 지표는 10.1과 분산성이 우수한 것이었다.

또한, 고형분 농도가 섬유 분산액 전량에 대하여 0.5중량%인 섬유 분산액에 대해서 7일간 정치 전후의 섬유 분산체의 높이를 비교했다. 실시예 1의 섬유 분산액은 7일간 정치 후에도 극세 섬유의 침전이 보이지 않고, 분산 안정 지표는 1.00으로 분산 안정성이 우수한 것이었다.

또한, 고형분 농도가 섬유 분산액 전량에 대하여 0.5중량%인 섬유 분산액에 대해서 회전수 6rpm 및 60rpm시의 점도를 측정하고, 틱소트로피성을 평가했다. 실시예 1의 섬유 분산액은 고전단시(60rpm)에 점도가 크게 저하되고, 요변 계수(TI)는 8.5로 틱소트로피성을 양호하게 발현하는 것이었다.

이상의 것으로부터 실시예 1의 섬유 분산액은 극세 섬유가 균일하게 분산되고, 분산 안정성도 높고, 또한 우수한 틱소트로피성을 나타내는 것이었다. 결과를 표 1에 나타낸다.

실시예 2, 3

총 토출량을 24g/min으로 하고, 섬유 길이(L)를 1.2㎜(실시예 2), 1.8㎜(실시예 3)가 되도록 커팅 가공한 것 이외에는 모두 실시예 1에 따라 실시했다.

실시예 2, 3 중 어느 것에 있어서도 극세 섬유의 섬유 지름(D)은 300㎚이며, 카르복실 말단기량은 52eq/ton이었다. 이들 극세 섬유를 포함하는 섬유 분산액은 애스펙트비가 실시예 1에 비해서 증대되고, 섬유 응집체를 형성하기 쉬워지는 것이지만 분산 지표는 20 이하로 분산성이 우수한 것이며, 분산 안정 지표도 1.00으로 분산 안정성이 우수한 것이었다.

또한, 틱소트로피성은 애스펙트비에 의존하는 것이기 때문에 얻어진 요변 계수(TI)는 실시예 1과 비교해서 큰 값을 나타내는 것이었다. 결과를 표 1에 나타낸다.

비교예 1

섬유 길이를 5.0㎜가 되도록 커팅 가공한 것 이외에는 모두 실시예 1에 따라 실시했다.

비교예 1에서 얻어진 극세 섬유는 매체 중에 있어서 섬유 지름(D)에 대한 섬유 길이(L)가 과잉으로 지나치게 큰(L/D=10000) 것에 기인하는 섬유끼리의 얽힘에 의한 응집이 국소적으로 발생하고, 분산 지표는 35.2로 분산성이 현저하게 낮은 것이었다. 이 때문에 분산 안정 지표 및 요변 계수(TI)도 현저하게 낮은 것이었다. 결과를 표 1에 나타낸다.

실시예 4

도 성분으로서 실시예 1과는 상이한 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET2, 용융 점도: 140Pa·s)를 사용한 것 이외에는 실시예 1에 따라 실시했다.

실시예 4에서 얻어진 극세 섬유의 카르복실 말단기량은 40eq/ton이며, 실시예 1과 비교해서 카르복실 말단기량이 낮은 것이었지만 카르복실기 유래의 전기적인 반발력은 충분히 작용하고 있기 때문에 분산 지표는 12.0, 분산 안정 지표는 0.72로 분산성 및 분산 안정성은 양호했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

비교예 2

도 성분으로서 실시예 1, 4와는 상이한 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET3, 용융 점도 120Pa·s)를 사용한 것 이외에는 모두 실시예 1에 따라 실시했다.

비교예 2에서 얻어진 극세 섬유의 카르복실 말단기량은 28eq/ton이며, 실시예 1, 4와 비교해서 카르복실기 유래의 전기적인 반발력이 충분하지 않기 때문에 섬유끼리의 얽힘에 의한 응집이 부분적으로 관찰되고, 분산 지표 및 분산 안정 지표는 실시예 1에 뒤떨어지는 결과이었다. 또한, 분산성이 불충분한 것에 기인하여 요변 계수(TI)도 뒤떨어지는 결과이었다. 결과를 표 1에 나타낸다.

실시예 5

도 수 1000의 해도 복합 구금을 사용하여 총 토출량을 42g/min, 섬유 길이(L)를 1.8㎜가 되도록 커팅 가공한 후 DKS Co. Ltd.제 음이온계 분산제(SHALLOL AN-103P: 분자량 10000)를 극세 섬유에 대하여 1.0 등량 첨가하고, 고형분 농도를 1.0중량%로 한 것 이외에는 모두 실시예 1에 따라 실시했다.

실시예 5에서 얻어진 극세 섬유는 섬유 지름이 600㎚, L/D가 3000, 카르복실 말단기량이 52eq/ton이었다. 결과를 표 2에 나타낸다.

실시예 6

도 수 500의 해도 복합 구금을 사용하여 총 토출량을 42g/min, 섬유 길이(L)를 2.7㎜가 되도록 커팅 가공한 것 이외에는 모두 실시예 5에 따라 실시했다.

실시예 6에서 얻어진 극세 섬유는 섬유 지름이 900㎚, L/D가 3000, 카르복실 말단기량이 52eq/ton이었다. 결과를 표 2에 나타낸다.

실시예 7

도 수 1000의 해도 복합 구금을 사용하여 총 토출량을 64g/min으로 하고, 해 성분/도 성분의 복합 비율을 20/80으로 하고, 섬유 길이가 3.0㎜가 되도록 커팅 가공을 실시한 것 이외에는 실시예 5에 따라 실시했다.

실시예 7에서 얻어진 극세 섬유는 섬유 지름이 1000㎚, L/D가 3000, 카르복실 말단기량이 52eq/ton이었다. 결과를 표 2에 나타낸다.

실시예 8

도 수 15의 해도 복합 구금을 사용하여 총 토출량을 24g/min으로 하고, 섬유 길이가 15㎜가 되도록 커팅 가공을 실시한 것 이외에는 실시예 5에 따라 실시했다.

실시예 8에서 얻어진 극세 섬유는 섬유 지름이 5000㎚, L/D가 3000, 카르복실 말단기량이 52eq/ton이었다. 결과를 표 2에 나타낸다.

실시예 5~8 중 어느 것에 있어서도 섬유 분산액에 있어서의 극세 섬유의 섬유 지름 및 고형분 농도가 증대했음에도 불구하고, 우수한 분산성을 나타내는 것이며, 분산 안정성 및 요변 계수(TI)도 양호한 것이었다.

실시예 9

도 성분 1로서 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET2), 도 성분 2로서 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT, 용융 점도: 160Pa·s), 해 성분으로서 공중합 PET를 사용하고, 3성분 방사 가능한 해도 복합 구금을 사용하여 1개의 해도 섬유에 250도의 사이드 바이 사이드형의 복합 형태를 가진 도 성분이 형성되는 것을 사용했다.

도 성분 1/도 성분 2/해 성분의 복합비는 중량비로 15/15/70이 되도록 토출량에서 조정했다(총 토출량 25g/min). 용융 토출한 사조를 냉각 고화한 후 유제 부여하고, 방사 속도 3000m/min으로 권취함으로써 미연신 섬유를 얻었다. 또한, 미연신 섬유를 80℃로 가열한 롤러와 130℃로 가열한 롤러 사이에서 1.4배 연신을 행하여(연신 속도 800m/min) 해도 섬유를 얻었다.

이 해도 섬유를 섬유 길이가 1.2㎜가 되도록 커팅 가공을 실시한 후 수산화나트륨 수용액에 의해 해 성분을 제거한 결과, 섬유 지름이 300㎚, L/D가 4000, 카르복실 말단기량이 40eq/ton인 극세 섬유를 얻었다. 또한, 극세 섬유 단면형상은 사이드 바이 사이드형이며, 이형도는 3.3, 이형도 불균일은 4.7%이었다.

이 극세 섬유는 사이드 바이 사이드 구조에 기인한 3차원적인 스파이럴 구조가 발현되는 것이며, 매체와의 접촉 면적이 커짐으로써 전하 반발력의 증대 때문에 매체 중에서의 분산성 및 분산 안정성은 양호한 섬유 분산액(고형분 농도: 0.5중량%)을 얻을 수 있었다. 결과를 표 2에 나타낸다.

실시예 10

도 성분 단면형상을 삼각단면으로 하고, 섬유 길이를 1.2㎜로 한 것 이외에는 모두 실시예 1에 따라 실시했다.

실시예 10에서 얻어진 극세 섬유는 섬유 지름이 310㎚, L/D가 3488, 카르복실 말단기량이 52eq/ton이며, 이형도가 2.0, 이형도 불균일이 6.4%인 삼각 단면형상이었다. 이 극세 섬유는 둥근 단면 대비에서 강성이나 광택감을 발현하는 것이며, 매체 중에서의 분산성 및 분산 안정성도 양호한 것이었다. 결과를 표 2에 나타낸다.

본 발명을 상세하게 또한 특정 실시형태를 참조해서 설명했지만 본 발명의 정신과 범위를 일탈하는 일 없이 여러 가지 변경이나 수정을 추가할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 명백하다. 본 출원은 2018년 11월 16일 출원된 일본 특허출원(특허출원 2018-215287)에 의거하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 원용된다.

1: 극세 섬유의 외주형상
2: 외접원
3: 내접원

Claims

섬유 지름(D)이 100~5000㎚이며, 섬유 지름(D)에 대한 섬유 길이(L)의 비(L/D)가 3000~6000이며, 카르복실 말단기량이 40eq/ton 이상인 극세 섬유.
제 1 항에 있어서,
상기 극세 섬유의 표층의 적어도 일부가 폴리에스테르로 구성되는 극세 섬유.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 극세 섬유가 적어도 2종류의 폴리머로 형성되는 복합 섬유이며, 심초 구조 또는 사이드 바이 사이드 구조 중 어느 하나를 갖는 극세 섬유.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 극세 섬유가 이형도가 1.1~5.0 및 이형도 불균일이 1.0~10.0%인 극세 섬유.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 극세 섬유가 폴리에스테르로 구성되는 극세 섬유.
제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 극세 섬유가 폴리에스테르로 구성되고, 이형도가 1.1~5.0 및 이형도 불균일이 1.0~10.0%인 극세 섬유.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 극세 섬유를 사용하는 섬유 제품의 제조 방법.
섬유 지름이 100~5000㎚인 극세 섬유가 수계 매체 중에 분산되고, 또한 고형분 농도가 0.01~10중량%인 섬유 분산액으로서,
하기 방법으로 측정한 분산 지표가 20 이하인 섬유 분산액.
(분산 지표의 측정 방법: 고형분 농도가 섬유 분산액 전량에 대하여 0.01중량%가 되도록 섬유 분산액을 조제한다. 얻어진 섬유 분산액의 배율 50배의 화상을 마이크로스코프에 의해 투과 조명하에서 촬영한다. 화상 처리 소프트를 사용하여 이 화상을 모노크롬 화상으로 변환 후 급수를 256으로 하여 휘도 히스토그램화해서 얻어진 표준 편차를 분산 지표로 한다)
제 8 항에 있어서,
하기 식으로 정의되는 분산 안정 지표가 0.70 이상인 섬유 분산액.
분산 안정 지표=H₀/H₁
(식 중, H₀은 10분간 정치 후의 용기 내의 섬유 분산액 높이이며, H₁은 7일간 정치 후의 용기 내의 섬유 분산액의 분산체 높이이다)
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
하기 식으로 정의되는 요변 계수(TI)가 7.0 이상인 섬유 분산액.
요변 계수(TI)=η₆/η₆₀
(식 중, η₆은 고형분 농도가 섬유 분산액 전량에 대하여 0.5중량%가 되도록 조제한 섬유 분산액에 대해서 회전수 6rpm으로 측정한 점도(25℃)이며, η₆₀은 상기 섬유 분산액에 대해서 회전수 60rpm으로 측정한 점도(25℃)이다)
제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 극세 섬유가 폴리에스테르로 이루어지는 섬유 분산액.
제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
분산제가 포함되어 있는 섬유 분산액.