TWI835925B - 極細纖維、纖維製品之製造方法及纖維分散液 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種極細纖維，其纖維徑(D)為100~5000nm，纖維長(L)相對於纖維徑(D)之比(L/D)為3000~6000，羧基末端基量為40eq/ton以上。本發明之極細纖維係於水系媒體中不發生凝集，可確保優越的均勻分散性。

Description

極細纖維、纖維製品之製造方法及纖維分散液
本發明係關於於水系媒體中之均勻分散性優越、纖維徑為100~5000nm之極細纖維、以及使此極細纖維均勻分散於媒體中的纖維分散液。
目前，不僅止於衣料用途，纖維用途之多樣化亦擴展至產業資材用途，其要求特性亦開始多樣化，為了配合其要求，已提案有各式各樣的纖維要素技術。
此等技術中，針對纖維之極細化，由於發揮細而長之纖維素材特有的形態特徵，在加工為纖維製品時對於特性的效果較大，故已進行興盛之研究及技術開發。
合成纖維之極細化方法中，雖對應聚合物之特性或所需求之特性有各種選擇，但由生產性或穩定性的觀點而言，工業上大多採用將難溶解成分與易溶解成分作成具有海島型之剖面的複合纖維，由此複合纖維將易溶解成分去除，藉此使含有島成分之極細纖維產生的複合紡絲法。
藉此複合紡絲法所得之極細纖維，主要為應用至擦拭布或中效率濾材的纖維徑為數μm的微纖維，但隨著其技術之高度化，近年來亦可製造具有極限細度的奈米纖維。
纖維徑為數百nm之奈米纖維，由於每重量單位之表面積的比表面積或材料柔韌度增加，故被認為可表示一般通用纖維或微纖維所無法獲得的特異之特性、即所謂的奈米尺寸效果。可舉例如：因其比表面增加所造成的氣體吸附效果(比表面積效果)，或因細微之空隙所造成的吸水效果。
奈米纖維由於無法依其1根纖維進行加工，故依各種形態施行處理、高次加工，但最近活用作為片材物或成形加工品之填充材的奈米纖維開始受到矚目。作為達成此片材物或填充材的纖維素材的形態之一，有將切割為既定長度之奈米纖維均勻分散於媒體的纖維分散液。
此種纖維分散液由於本身具有易流動性或吸附性、透明性、構造發色性，進而具有搖變性等之特異性能，故作為新穎之高性能素材而受到矚目。其中，奈米纖維由於長軸(纖維長)相對於短軸(纖維徑)之比的長寬比較大，故作成為纖維分散液時表現優越的搖變性。因此，此等纖維分散液於靜置狀態(低剪斷力下)由於呈高黏性而容易保持分散液狀態，另一方面，於纖維分散液之加工步驟(高剪切力下)則表現低黏性而操作性優越。如此，上述纖維分散液可期待利用作為樹脂或塗料、化妝品等之填充材。
再者，亦進行檢討，藉由將此纖維分散液藉噴霧等進行射出，作成為具細微空隙構造的3維構造體，或將纖維分散液藉濕式抄紙法等作成為片材狀物，而以高機能之濾材或可控制吸音波長之下一代吸音材、或電池隔板等產業資材領域為中心進行擴展。
然而，在確保奈米纖維於媒體中之優良分散狀態的前提下，具有如上述特性之纖維分散液一般因奈米尺寸化所造成的比表面積增大，而使來自分子間力之凝集力壓倒性地提高，奈米纖維 彼此纏合形成纖維凝集體。因此，被認為難以獲得使奈米纖維均勻分散的纖維分散液。此種現象係於一般之機能性粒子亦可見到，但於奈米纖維的情況，由於高寬比較其他機能性粒子壓倒性地高，而更難以達成纖維分散液所要求的均勻分散。
習知係對奈米纖維表面賦予分散劑以提高分散性，但分散劑之少量添加並無法獲得充分的分散性提升效果。又，相反地藉由多量添加分散劑雖可提升分散性，但有於加工步驟中引起起泡等操作性降低的情形。
針對此種課題，專利文獻1提案有將奈米纖維凝集物物理性攪打，提高媒體中之奈米纖維之分散性的手法，其藉由對纖維分散液施行使用了混合機或均質機及超音波型攪拌機等之攪拌機的機械性攪打及解纖處理，而可獲得使纖維1根根分散的纖維分散液。
又，作為不易凝集之纖維形態，專利文獻2提案有將島徑(D)為10~1000nm之海島纖維，依纖維長(L)相對於島徑(D)之比(L/D)成為100~2500之範圍內的方式進行切割。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2007-77563號公報
專利文獻2：日本專利特開2007-107160號公報
專利文獻1中，為了獲得纖維分散液必須進行機械性 攪打及解纖處理，而對纖維作用較大應力，故纖維發生脆化或破斷等，而視條件有不必要之纖維劣化的情形。此外，由於因破斷等而使纖維長度變短，故所得纖維分散液有無法充分發揮搖變性等特徵效果的情形。
專利文獻2中雖然確實可防止纖維彼此之纏合，可達成均質分散的纖維分散液，但相較於一般之機能性粒子，其長寬比並不夠高，作為極細纖維之纖維分散液的特性仍不足。
如上所述，關於纖維徑為100~5000nm之極細纖維，尚未存在不致使纖維非必要地劣化、進而不受纖維形態限制而對媒體之均勻分散性優越的極細纖維。
本發明係有鑑於上述習知情況而完成者，本發明課題在於提供：假設即使使長寬比增大，仍於水系媒體中不發生凝集，可確保優越之均勻分散性的極細纖維，以及藉此所得之纖維分散液。
上述課題係藉由以下所達成。
(1)一種極細纖維，係纖維徑(D)為100~5000nm，纖維長(L)相對於纖維徑(D)之比(L/D)為3000~6000，羧基末端基量為40eq/ton以上。
(2)如(1)之極細纖維，其中，上述極細纖維之表層之至少一部分由聚酯所構成。
(3)如(1)或(2)之極細纖維，其中，上述極細纖維係由至少2種聚合物所形成的複合纖維，並具有芯鞘構造或並排(side by side)構造之任一種。
(4)如(1)至(3)中任一項之極細纖維，其中，上述極細纖維係異形度為1.1~5.0及異形度偏差為1.0~10.0%。
(5)如(1)或(2)之極細纖維，其中，上述極細纖維係由聚酯所構成。
(6)如(1)、(2)、(4)或(5)之極細纖維，其中，上述極細纖維係由聚酯所構成，異形度為1.1~5.0及異形度偏差為1.0~10.0%。
(7)一種纖維製品之製造方法，係使用(1)至(6)中任一項之極細纖維。
(8)一種纖維分散液，係使纖維徑100~5000nm之極細纖維分散於水系媒體中，且固形份濃度為0.01~10重量%的纖維分散液，其依下述方法所測定之分散指標為20以下；
(分散指標之測定方法：依相對於纖維分散液總量、固形份濃度成為0.01重量%之方式調製纖維分散液。藉由顯微鏡依透射式照明拍攝所得纖維分散液之倍率50倍之影像。使用影像處理軟體將此影像轉換為單色影像後，將級數設為256進行輝度直方圖化，並以所得標準偏差作為分散指標。)
(9)如(8)之纖維分散液，其中，下式所定義之分散穩定指標為0.70以上；
分散穩定指標=H0/H1
(式中，H0為靜置10分鐘後之容器內之纖維分散液高度，H1為靜置7日後之容器內之纖維分散液之分散體高度。)
(10)如(8)或(9)之纖維分散液，其中，下式所定義之搖變係數(TI)為7.0以上；
搖變係數(TI)=η 6/η 60
(式中，η 6係針對依相對於纖維分散液總量、固形份濃度成為0.5重量%之方式所調製的纖維分散液，依旋轉數6rpm所測定的黏度(25℃)，η 60係針對上述纖維分散液，依旋轉數60rpm所測定的黏度(25℃)。)
(11)如(8)至(10)中任一項之纖維分散液，其中，上述極細纖維係由聚酯所構成。
(12)如(8)至(11)中任一項之纖維分散液，其含有分散劑。
本發明係關於一種纖維徑為100~5000nm的極細纖維，其即使作成為習知技術中被認為於媒體中之分散性顯著降低的、纖維長(L)相對於纖維徑(D)之比(L/D)為3000~6000，仍發揮優越的分散性。
因此，本發明之極細纖維係於媒體中之分散性及分散穩定性極高，故可充分發揮來自極細纖維之比表面積的吸附性能等，且具有搖變性更加優越的高加工性。
亦即，若為由本發明之極細纖維所得的纖維分散液，即使為習知技術中受到制約的纖維形態、尤其是高寬比較高者，仍可穩定進行纖維分散液之塗佈或噴霧射出等加工，且伴隨其加工性可形成高度之纖維構造體等。因此，於將該纖維分散液作成為具有複雜空隙的三維構造體或片材物、或添加作為填充材時，可獲得高靭性之補強效果。
1:極細纖維之外周形狀
2:外接圓
3:內接圓
圖1為用於說明本發明之極細纖維之異形度的極細纖維剖面之 概略圖。
圖2為表示本發明之含有極細纖維之纖維分散液的輝度直方圖的特性圖，圖2(a)為纖維均勻分散之纖維分散液的輝度直方圖；圖2(b)為形成纖維凝集體時之纖維分散液之輝度直方圖。
以下，針對本發明，與較佳實施形態一同進行說明。
尚且，本說明書中，有時將「纖維分散液」簡稱為「分散液」。
本發明之極細纖維係纖維徑(D)為100~5000nm，纖維長(L)相對於纖維徑(D)之比(L/D)為3000~6000，且羧基末端基量為40eq/ton以上。
於此所謂纖維徑(D)係如以下般求得。亦即，對由極細纖維所構成之纖維構造體之橫剖面，藉由掃描型電子顯微鏡(SEM)或穿透型電子顯微鏡(TEM)設為可觀察150~3000根之極細纖維的倍率拍攝影像。由拍攝到纖維剖面之各影像隨意抽出150根之極細纖維並測定纖維徑。於此所謂纖維徑，係指由2維拍攝之影像將相對於纖維軸呈垂直之方向的剖面作為切剖面，外接於此切剖面之真圓的徑。關於纖維徑之值，係依nm單位測定至小數點第1位，將小數點四捨五入者。對依同樣方式拍攝之10個影像進行以上操作，以10個影像之評價結果之單純之數平均值作為纖維徑(D)。
本發明之目的在於獲得適合於極細纖維所產生、尤其是活用比表面積而訴求過濾或吸附等之高機能素材的分散液，本發明之極細纖維之纖維徑(D)必須為100~5000nm。於此範圍時，即使混合至素材中，仍可優勢地發揮極細纖維所造成的比表面積效果， 可期待優越性能之發揮。
由比表面積之增大的觀點而言，纖維徑越細、則其特性越明顯，但若考慮到分散液之調製過程或成形加工步驟的操作性，纖維徑之下限為100nm。藉由將纖維徑設為100nm以上，即使在調製分散液後施加較高之剪切、進行攪拌等情況，極細纖維仍不致發生破斷等，不致非必要地劣化，故為較佳。
又，本發明中，纖維徑即使超過5000nm仍可確保良好的分散性，但作為較一般纖維之比表面積之效果更優勢地作用的範圍，而將纖維徑之上限設為5000nm。
若考慮到本發明之目的效果及成形加工時之操作性等各方面，本發明之極細纖維之纖維徑較佳為100~1000nm；若為此種範圍，極細纖維之比表面積效果係於經混合的情況下有效地作用。
又，本發明之極細纖維必須將其纖維長(L)相對於纖維徑(D)之比(L/D)設為3000~6000。
於此所謂纖維長(L)，可如以下般求得。
依相對於纖維分散液總量、固形份濃度成為0.01重量%之方式，調製分散於水系媒體中的纖維分散液，對將此滴下於玻璃基板上者，藉由顯微鏡設為可觀察到能測定全長之極細纖維10~100根的倍率拍攝影像。由拍攝到極細纖維之各影像隨意抽出10根之極細纖維並測定其纖維長。於此所謂纖維長，係指由2維拍攝之影像中1根纖維之纖維長度方向的長度，依mm單位測定至小數點第2位，將小數點四捨五入者。對同樣拍攝之10個影像進行以上操作，以10個影像之評價結果之單純之數平均值作為纖維長(L)。
本發明之極細纖維係即使在被認為於媒體中之分散性顯著降低的、將纖維長(L)相對於纖維徑(D)之比(L/D)設為3000~6000的情況，仍可於媒體中發揮優越的分散性。於此種範圍內，由於纖維彼此之接觸點變多、促進交聯構造的形成，故作為纖維分散液可表現搖變性等特異性能，在應用為片材狀物或填充材的情況可發揮優越的補強效果。
由交聯構造形成的觀點而言，纖維長越大、亦即該比越大則越容易形成，可提高補強效果。其中，在該比過剩地加大時，亦預期到部分凝集產生，而有使成形加工步驟複雜化的情形。因此，作為極細纖維彼此不纏合，且除了其比表面積效果之外、尚可充分發揮纖維長所造成之特長的範圍，將本發明之比(L/D)之上限設為6000。
又，本發明中，該比越小則分散性之確保越良好，由均勻分散的觀點而言雖較有利，但所發揮之特異效果較小，且由在成形步驟中亦不發生纖維脫落等問題而順利通過步驟而言，該比(L/D)係以3000作為下限值。
又，由應用於片材物的觀點而言，比(L/D)越小則極細纖維越適當地存在於空間內。亦即，比(L/D)越小，則可於確保了通氣性之下越充分發揮極細纖維之比表面積效果，故在將由本發明之極細纖維所構成的片材應用於空氣過濾器時，比(L/D)之較佳範圍可舉例如3000~4500；此時，不僅壓力損失低，塵埃等之捕集效率高，亦可成為理想的濾材。
本發明之極細纖維係以於水系媒體中習知未有之優越分散性為特徵，為了達成此均勻分散性，極細纖維之羧基末端基 量必須為40eq/ton以上，此為本發明之重要要件。
於此所謂羧基末端基量係如以下般求得者。
將極細纖維以純水洗淨後，秤量0.5g並藉鄰甲苯酚等有機溶媒溶解，使用氫氧化鉀乙醇溶液等進行滴定，藉此將單位設為eq/ton而算出。重複同樣操作5次，將其之單純平均值之小數點第1位四捨五入所得的值作為本發明之羧基末端基量。
阻礙極細纖維於水系媒體中之分散性的要因，在於藉可稱為極細纖維之形態特徵的比表面積而於極細纖維彼此之間產生引力。習知技術中，為了抑制凝集(纏合)，而大致上採用限制極細纖維之形態的手法，但此種手法有時無法根本性地解決極細纖維之凝集。
因此，本案發明人等針對即使於分散液已經時性地放置的情況，仍不發生沉澱等而維持初期之優越分散性的方法，著眼於羧基於水中產生負電荷、電性之斥力起作用，而針對由合成樹脂所構成之極細纖維之羧基末端基量與水系媒體中之分散性的關係進行詳細檢討。
其結果，發現為了使纖維徑100~5000nm之極細纖維於水系媒體中均勻分散，且其不經時性變化而長期間維持狀態，必須使極細纖維之羧基末端基量為40eq/ton以上。
亦即，習知技術之極細纖維中，雖然藉由控制其形態、或添加界面活性劑等間隔物而確保初期之分散性，但此等之羧基末端基量頂多20~30eq/ton。因此，極細纖維間之電性斥力較凝集力低，呈難以確保分散性的狀態。
此時，藉由將極細纖維之長寬比設定為較低而使凝集 力小，即使依較低之電性斥力仍可確保分散性，但極細纖維所發揮之特異效果小，存在成形加工時纖維脫離等課題，故纖維分散液之用途拓展受到限制。
另一方面，本發明之極細纖維由於其羧基末端基量為40eq/ton以上，故來自羧基之電性斥力作用於存在無數之極細纖維之間，使其彼此相斥。因此，本發明之極細纖維不發生凝集，於水系媒體中持續浮遊。又，此效果並不需如習知技術中將纖維越細而越受限的極細纖維之高寬比降低，即達成均勻分散性。
再者，羧基末端基量越增大，斥力亦越大地作用，可大幅提升分散性。使用了本發明之極細纖維的纖維分散液，係即使長時間放置後仍不損及分散性，表現高分散穩定性。此種高高寬比的極細纖維分散液乃習知技術所無法達成者，其拓展了極細纖維分散液的用途開展的可能性。該分散液可期待應用作為例如具有複雜空隙的片材物或高性能填充材。
本發明之極細纖維係羧基末端基量為40eq/ton以上，由確保分散性的觀點而言，較佳係由彈性係數大、亦即剛性優越的聚合物所構成。於此所謂彈性係數大之纖維，係指可抑制施加了外力所造成之變形時之塑性變形的纖維。若纖維之彈性係數較大，則於本發明之極細纖維之分散步驟或纖維分散液之高次加工步驟中，可抑制纖維彼此之纏合，可維持纖維的分散性。
又，製造本發明之極細纖維時，在選擇了後述之海島纖維的情況，海島纖維較佳係可熔融成形之熱可塑性聚合物，藉由調整紡絲條件等提高島成分之配向，可提升彈性係數。
再者，作為含有本發明之極細纖維的纖維分散液的拓 展，若考慮到高機能濾材或吸音素材等素材，有時將要求極細纖維之耐熱性或耐候性、耐藥品性等性能。
基於以上情況，本發明之極細纖維最佳係由聚酯所構成，例如由聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚對苯二甲酸丙二酯等聚酯或其之共聚合體所構成，或表層一部分為由此等聚酯所構成。又，此等聚酯係例如藉由變更最終聚合溫度，而可調節羧基末端基量，故亦較佳。
本發明之極細纖維可由1種聚酯所構成，亦可由至少2種不同聚酯所構成。又，本發明之極細纖維較佳係表層之一部分為聚酯，但亦可含有聚丙烯、聚烯烴、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚醯胺、聚乳酸、熱可塑性聚胺基甲酸酯、聚苯硫醚等聚酯以外的聚合物。
本發明之極細纖維中，視需要亦可於聚合物中，依不損及本發明目的之範圍含有氧化鈦、二氧化矽、氧化鋇等無機質、碳黑、染料或顏料等著色劑、難燃劑、螢光增白劑、抗氧化劑、或紫外線吸收劑等各種添加劑。
本發明之極細纖維之剖面形狀可為圓剖面，亦可為扁平、Y形狀、三角或多角形等異形剖面。一般而言，藉由將纖維剖面作成為異形剖面，可產生剛性或光澤感。本發明之極細纖維亦不例外，藉由將纖維剖面作成為異形剖面，可表現因剛性所造成的分散性之確保或特異之吸附特性或光學特性等機能。
又，本發明之極細纖維較佳係由至少2種聚合物所形成的複合纖維，具有芯鞘構造或並排構造之任一種剖面形狀。藉由作成為此種剖面形狀並配合聚合物之組合，可特異性地賦予捲縮特 性、吸附特性、光學特性、吸水特性等機能。
如以上，在將本發明之極細纖維之剖面設為異形剖面時，其異形度較佳為1.1~5.0，由特性之品質穩定性的觀點而言，異形度偏差較佳為1.0~10.0%。若為此範圍內，可穩定表現符合異形度的特異性質，表示所存在之極細纖維具有幾乎相同的剖面形狀。
再者，為了更穩定地表現相對於圓剖面纖維的更顯著效果，更佳係將異形度設為1.5~5.0、將異形度偏差設為1.0~5.0%。又，在實施本發明時，考慮到極細纖維之加工時之操作性等，將異形度之上限值設為5.0。
於此所謂異形度，係如以下般求得者。亦即，依與纖維徑相同之方法，2維拍攝由極細纖維所構成之纖維構造體的橫剖面(圖1中外周形狀1之內部)。由此影像，以纖維剖面外接之真圓(圖1中外接圓2)之徑作為外接圓徑(極細纖維之纖維徑)，進而以內接之真圓(圖1中內接圓3)之徑作為內接圓徑。由異形度=外接圓徑÷內接圓徑的式，求至小數點第2位，將小數點第2位以下四捨五入者作為異形度。
於此所謂內接圓，係表示圖1中之單點虛線(圖1中內接圓3)。針對同一影像內隨機抽出之150根極細纖維測定其異形度。
本發明所謂異形度偏差，係由異形度之平均值及標準偏差，依異形度偏差(異形度CV%)=(異形度之標準偏差/異形度之平均值)×100(%)所算出的值，將小數點第2位以下四捨五入者。針對依以上操作所拍攝的10個影像，求得各個影像所測定之值的單純 數平均值，作為異形度及異形度偏差。
亦即，異形度係在極細纖維之切剖面為真圓或類似其之橢圓的情況，成為未滿1.1。
接著，作為適合作為本發明之極細纖維之聚酯的製造方法之一例，詳述聚對苯二甲酸乙二酯(PET)之製造方法。
本發明之極細纖維之要件在於滿足羧基末端基量為40eq/ton以上，此可藉由PET之聚合條件而控制。
PET可藉由下述任一手法獲得：將使對苯二甲酸與乙二醇藉由酯化反應所得的反應性生成物進行聚縮合反應的方法；或將使以對苯二甲酸二甲酯為代表之低級烷基酯與乙二醇間之酯交換反應所得的反應性生成物進行聚縮合反應的方法。
例如，作為一般之酯交換反應，將對苯二甲酸二甲酯與乙二醇於140~240℃之溫度進行酯交換反應，將所得之反應性生成物於230~300℃及減壓下進行聚縮合反應，藉此可得到PET組成物。
酯交換反應中，係於觸媒使用鋰、錳、鈣、鎂、鋅等化合物使反應進行，在酯交換反應實質上結束後，依將該反應所使用之觸媒不活性化之目的，較佳為添加磷化合物。
又，在有效率地進行反應之目的下，較佳係添加屬於聚縮合反應觸媒的銻系化合物、鈦系化合物、鍺系化合物等化合物等。
為了使PET之羧基末端基量成為40eq/ton以上，可藉由調整上述金屬化合物及磷化合物之添加量、添加量比、添加順序、添加間隔等而達成，進而亦可藉由聚合條件、亦即降低聚合時 之減壓度、增長聚合時間或提高聚合溫度而達成。例如，可將磷化合物添加量相對於PET設為1000ppm以下，將聚合溫度設為280~320℃。又，亦可添加
Figure 108141862-A0202-12-0015-7
唑啉系等之封端劑。
藉由將如上之極細纖維分散於水系媒體中，成為可滿足本發明之目的之效果及成形加工時之操作性等的纖維分散液。
於此所謂水系媒體，係指實質主成分為由水所構成的媒體，相對於液體媒體之總重量，若水為50重量%以上者即可，例如包含離子交換水或蒸餾水，以及於此等溶解了氫氧化鈉等鹼性化合物者，或溶解了鹽的水溶液等。
本發明之纖維分散液必須使纖維徑100~5000nm之極細纖維分散於水系媒體中，且固形份濃度為0.01~10重量%。
於此所謂固形份濃度係如以下般求得者。亦即，將纖維分散液藉由過濾等手法作成為由極細纖維所構成的纖維構造體，經充分乾燥後，測定其重量，算出相對於纖維分散液總量的固形份濃度。
本發明之纖維分散液較佳係極細纖維不凝集而均勻分散，但阻礙極細纖維於水系媒體中之分散性的要因，在於因亦可謂為極細纖維之形態性特徵之比表面積而於極細纖維彼此之間產生引力的情形，視媒體中纖維之存在狀態(纖維間距離)，有容易形成纖維彼此之凝集(纏合)的情形。
亦即，纖維分散液中之纖維濃度越高，纖維於媒體中越高密度地分佈，而助長纖維彼此之凝集，故本發明中，藉由將固形份濃度之上限值設為10重量%，可抑制纖維彼此之凝集。
又，本發明中，係將固形份濃度之下限值設為0.01 重量%，若為此範圍內，由於成為可表現來自極細纖維之比表面積之特性的纖維分散液，故為較佳。
若考慮到有效率地發揮作為纖維分散液之特性，固形份濃度較佳為0.05~5重量%。又，本發明之特徵在於存在於纖維分散液內之纖維的分散性極高，由使本發明效果更加顯著化的觀點而言，固形份濃度更佳為0.1~3重量%。於此範圍內，由於成為依更高濃度含有纖維的纖維分散液，故加工為片材等時之效率高，進而意味著可適當調整片材所含之極細纖維之比率，而適合於高次加工。
再者，為了達成本發明目的，必須使媒體中之纖維之分散狀態均勻，如以下般定義之纖維分散液之分散指標為20以下一事極為重要。
本發明中所謂分散指標，係針對依相對於纖維分散液總量、固形份濃度成為0.01重量%之方式調製纖維分散液，藉由顯微鏡依透射式照明拍攝所得纖維分散液之倍率50倍之影像；使用影像處理軟體將此影像轉換為單色影像後，將級數設為256進行輝度直方圖化，並以所得標準偏差作為分散指標而進行評價。以下，使用圖2詳述分散指標之測定。
圖2(a)表示分散性良好之纖維分散液之輝度直方圖(縱軸：頻率(畫素之個數)、橫軸：輝度)之一例；圖2(b)表示分散性差、形成了纖維凝集體時之輝度直方圖之一例。
於此所謂輝度直方圖，係藉以下方法評價分散性。亦即，針對依相對於纖維分散液總量使固形份濃度成為0.01重量%之方式分散於水系媒體中的纖維分散液，藉由顯微鏡依透射式照明以 倍率50倍拍攝影像。使用影像處理軟體將此影像轉換為單色影像，將級數設為256進行輝度直方圖化，並由所得輝度直方圖之波峰寬評價分散性。
亦即，若纖維之分散均勻，由於影像內之明暗無較大差別，故波峰寬變窄而標準偏差變小(圖2(a))。另一方面，若纖維之分散不均勻則局部性出現明暗差別，波峰寬變寬而標準偏差變大(圖2(b))。因此，以標準偏差作為分散指標可評價分散性。
於此分散指標若為20以下，可評價為纖維均勻分散，具有習知技術難以獲得的特異性能，成為成形加工時之操作性亦優越的纖維。
又，由理想之均勻分散的觀點而言，由於分散指標之值越小便達成越均勻分散，故本發明之分散指標之下限值為1.0。若為此範圍，即使在將纖維分散液藉由濕式抄紙等手法作成為纖維構造體的情況，極細纖維仍成為均勻分配、具有細微空隙的構造體，可充分發揮來自極細纖維之比表面積的吸附性能等。如上所述，有鑑於本發明之目的，纖維分散液之分散指標較佳為成為該範圍。
再者，由應用於片材物的觀點而言，分散指標之值越小之分散液其極細纖維越均勻地存在於空間內，故來自極細纖維之吸附性能等特異性能可於片材全體均勻且穩定性表現，故分散指標更佳為15以下。若更加推進此觀點，此分散指標越小越佳，本發明中之更佳範圍係該分散指標為10以下。
再者，本發明之纖維分散液較佳係依下式所定義之分散穩定指標滿足0.70以上。
分散穩定指標=H0/H1
(式中，H0為靜置10分鐘後之容器內之纖維分散液高度，H1為靜置7日後之容器內之纖維分散液之分散體高度。)
分散穩定指標係如以下般求得。亦即，將依相對於纖維分散液總量、固形份濃度成為0.5重量%之方式所調製的纖維分散液45g，裝入至50mL螺旋蓋瓶(例如AS ONE(股)製)，對靜置10分鐘後及靜置7日後之螺旋蓋瓶由相同角度進行拍攝並影像化。使用影像處理軟體將此影像轉換為單色影像後，針對螺旋蓋瓶內之纖維分散液進行自動2值化處理。然後，例如藉由依纖維分散體部分為綠色、水媒體部分為黑色而進行2值化，測定纖維分散體(綠)之高度，而由上式算出分散穩定指標並進行評價。
於此分散穩定指標若為0.70以上，則此纖維分散液即使長時間放置後仍不損及分散性，可評價為表現高分散穩定性，成為操作性或品質穩定性優越的纖維分散液。
尤其由保持纖維分散液之品質的觀點而言，分散穩定指標越大越佳，更佳為0.90以上。又，本發明中，由於靜置中之纖維分散液之總量不變，故分散穩定指標之上限值為1.00。
針對如上所述般之分散性及分散穩定性優越的纖維分散液，由成形加工時之操作性等觀點而言，較佳形態可舉例如：在將纖維分散液藉噴霧等進行射出、或塗佈時般之高剪切時表現低黏性，為了防止垂液等而於低剪切時(靜置時)表現高黏性，亦即具有所謂搖變性的形態。
亦即，本發明之纖維分散液於依相對於纖維分散液總量、固形份濃度含有0.5重量%之方式調製的纖維分散液中，依下式定義的搖變係數(TI)較佳為7.0以上。
搖變係數(TI)=η 6/η 60
(式中，η 6係針對依相對於纖維分散液總量、固形份濃度含有0.5重量%之方式所調製的纖維分散液，依旋轉數6rpm所測定的黏度(25℃)，η 60係針對上述纖維分散液，依旋轉數60rpm所測定的黏度(25℃)。)
具體而言，搖變係數(TI)係將依相對於纖維分散液總量、固形份濃度含有0.5重量%之方式所調製的纖維分散液250g，裝入至250mL聚丙烯容器中，依25℃靜置30分鐘後，使用B型黏度計依既定旋轉數(6rpm及60rpm)進行旋轉子攪拌1分鐘，測定此時之黏度並算出，將小數點第2位四捨五入。
一般而言，使用搖變係數(TI)作為評價搖變性的參數之一，此值越大、表示越優良的搖變性。纖維分散液之搖變性係大幅依存於分散於媒體中之極細纖維的長寬比。
亦即，使長寬比大之極細纖維均勻分散的纖維分散液，係於低剪切時(靜置狀態)，因媒體中纖維彼此之接觸點較多，形成所謂交聯構造，故表現高黏性。另一方面，於高剪切時，因此交聯構造遭破壞而表現低黏性。
本發明之搖變係數(TI)為7.0以上之情形，乃習知技術所得纖維分散液所無法達成的範圍，作為具有優越搖變性之纖維分散液，成為於成形加工時之操作性良好者。又，本發明中，考慮到若低剪切時之黏度過大則操作性惡化，搖變係數(TI)之上限值較佳為20.0。基於以上觀點，若同時考慮到搖變性之表現或成形加工性，纖維分散液之搖變係數(TI)之更佳範圍可舉例如7.0~15.0。
滿足以上要件之本發明之纖維分散液，係纖維於媒體 中之分散性及分散穩定性充分高，且表現優越之搖變性，可期待作為高性能素材。
又，本發明之纖維分散液中，為了抑制極細纖維之經時性凝集、或增大媒體黏度，視需要亦可於纖維分散液中含有分散劑。
作為分散劑之種類，可舉例如天然聚合物、合成聚合物、有機化合物及無機化合物等。例如抑制纖維彼此凝集的分散劑，可舉例如陽離子系化合物、非離子系化合物、陰離子系化合物等；其中，在以提升分散性為目的時，由在水媒體中之電性斥力的觀點而言，較佳係使用陰離子系化合物。
又，此等分散劑之添加量，係相對於極細纖維，較佳為0.001~10當量；若為此範圍，則不損及作為纖維分散液之特性，可充分賦予機能。
本發明係如上述般達成習知技術未有之優越的極細纖維之分散性與分散穩定性，以下詳述其製造方法之一例。
本發明之極細纖維例如可利用由對溶劑之溶解速度相異之2種以上之聚合物(例如聚合物A及聚合物B)所構成的海島纖維進行製造。於此所謂海島纖維，係指具有由難溶解性聚合物所構成之島成分以點存在於由易溶解性聚合物所構成之海成分中的構造的纖維。
作為將此海島纖維進行製絲的方法，由提高生產性的觀點而言，較佳為使用以熔融紡絲進行之海島複合紡絲的方法；在纖維徑及剖面形狀之控制優越的觀點而言，較佳係使用海島複合模嘴之方法。
使用該熔融紡絲進行之手法的理由在於，其生產性高並可連續製造；於連續進行製造時，較佳係可穩定形成所謂的海島複合剖面。由此剖面之經時穩定性的觀點而言，重點在於考慮形成其之聚合物的組合。本發明中，較佳係依聚合物A之熔融黏度η A與聚合物B之熔融黏度η B之熔融黏度比(η B/η A)成為0.1~5.0之範圍的方式組合選擇聚合物。
於此所謂熔融黏度，係指將片狀之聚合物藉由真空乾燥機，作成水分率200ppm以下，藉由毛細管流變儀可測定的熔融黏度，其意指紡絲溫度下之同剪切速度時的熔融黏度。
於選擇熔融紡絲時，作為聚合物成分，可舉例如聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚對苯二甲酸丙二酯、聚丙烯、聚烯烴、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚醯胺、聚乳酸、熱可塑性聚胺基甲酸酯、聚苯硫醚等之可熔融成形的聚合物及其等之共聚合體。尤其是聚合物融點為165℃以上時，耐熱性良好而較佳。
又，亦可於聚合物中含有氧化鈦、二氧化矽、氧化鋇等無機質、碳黑、染料或顏料等著色劑、難燃劑、螢光增白劑、抗氧化劑、或紫外線吸收劑等各種添加劑。
用於對適合製造本發明之極細纖維的海島纖維進行紡絲的海成分、島成分的較佳組合，可配合目標用途選擇島成分，以島成分之熔點為基準選擇可依相同紡絲溫度進行紡絲的海成分。於此若考慮到上述熔融黏度比而調整各成分之分子量等，由提升島成分之剖面形狀及纖維徑等均質性而言為較佳。
例如較佳係將聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二 酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚對苯二甲酸丙二酯、聚醯胺、聚乳酸、熱可塑性聚胺基甲酸酯、聚苯硫醚依聚合物A與聚合物B變更分子量而使用，或將一者作為均聚物使用、另一者作為共聚合聚合物而使用。
再者，海成分較佳係由表現較其他成分更易溶解性之聚合物(易溶解性聚合物)中所選擇，在以相對於海成分之溶解去除所使用之溶劑呈難溶解性聚合物為基準時，可選擇來自以溶解速度比(易溶解性聚合物之溶解速度/難溶解性聚合物之溶解速度)為100以上為標準的聚合物的組合。
於此所謂易溶解性聚合物，係指以相對於海成分之溶解去除所使用之溶劑呈難溶解性聚合物為基準時，溶解速度比為100以上者。
若考慮到高次加工時之溶解處理的簡略化或時間縮短，較佳係此溶解速度比較大者，於製造本發明之極細纖維時，較佳係溶解速度比為1000以上、更佳設為10000以上。於此範圍內，由於可依短時間完成溶解處理，故不致使難溶解成分不必要地劣化，可得到本發明之極細纖維。
所謂適合製造本發明之極細纖維的易溶解性聚合物，例如為選自聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚對苯二甲酸丙二酯、聚丙烯、聚烯烴、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚醯胺、聚乳酸、熱可塑性聚胺基甲酸酯、聚苯硫醚等之可熔融成形的聚合物及其等之共聚合體。
尤其由使海成分之溶出步驟簡便化的觀點而言，海成分較佳為對水系溶劑或熱水等表現易溶出性的共聚合聚酯、聚乳 酸、聚乙烯醇等；由操作性及簡單溶解於低濃度之水系溶劑中的觀點而言，特佳係使聚乙二醇、間苯二甲酸磺酸鈉單獨或其組合經共聚合的聚酯或聚乳酸。
又，根據本案發明人等之檢討，由對水系溶劑之溶解性及溶解時所產生之廢液處理之簡易化的觀點而言，特佳係聚乳酸、使間苯二甲酸5-磺酸鈉依3mol%至20mol%之範圍經共聚合的聚酯，及上述間苯二甲酸5-磺酸鈉之外使重量平均分子量500至3000之聚乙二醇依5重量%至15重量%之範圍經共聚合的聚酯。
由以上觀點而言，作為用於獲得適合製造本發明之極細纖維之海島纖維的較佳聚合物組合，較佳例可舉例如：海成分係使間苯二甲酸5-磺酸鈉依3mol%至20mol%之範圍共聚合，且使重量平均分子量500至3000之聚乙二醇依5重量%至15重量%之範圍經共聚合的聚酯及聚乳酸；島成分係選自聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二酯及其之共聚合體。
對適合製造本發明之極細纖維的海島纖維進行紡絲時，所使用之海成分與島成分的比率(重量比)可以吐出量為基準、依海成分/島成分比率計於5/95~95/5之範圍選擇。此海成分/島成分比率中，由極細纖維之生產性的觀點而言，較佳係提高島成分比率。其中，由海島複合剖面之長期穩定性的觀點而言，作為有效率、且穩定性維持同時製造本發明之極細纖維的範圍，此海成分/島成分比率較佳為10/90~50/50。
適合製造本發明之極細纖維的海島纖維中的島數，作為實質上可實施的範圍，以2~10000島為較佳範圍。作為可不勉強 地滿足本發明之海島纖維的範圍，以100~10000島為更佳範圍；島填充密度若為0.1~20島/mm2之範圍即可。由此島填充密度的觀點而言，以1~20島/mm2為較佳範圍。
於此所謂島填充密度，係表示每單位面積之島數，此值越大、則表示可製造越多島之海島纖維。於此所謂島填充密度，係藉由將由吐出孔所吐出之島數除以吐出導入孔之面積而求得的值。
適合製造本發明之極細纖維的海島纖維的紡絲溫度，較佳係設為：於由上述觀點所決定之使用聚合物中，主要為高熔點或高黏度之聚合物表現流動性的溫度。所謂表現流動性之溫度，係視聚合物特性或其分子量而異，但可以此聚合物之熔點為標準，設定為熔點+60℃以下。若為此溫度，則於紡絲頭或紡絲組件內聚合物不致熱分解等，抑制分子量降低，可良好地製造海島纖維。
對適合製造本發明之極細纖維的海島纖維進行紡絲時之海島複合聚合物之吐出量，作為可於維持安定性之下進行熔融吐出的範圍，可舉例如每吐出孔為0.1g/min/hole至20.0g/min/hole。此時，較佳係考慮到可確保吐出安定性的吐出孔之壓力損失。於此所謂壓力損失，較佳係以0.1MPa~40MPa為標準，根據與聚合物之熔融黏度、吐出孔徑、吐出孔長之關係，依相關範圍決定吐出量。
自吐出孔所熔融吐出之絲條係經冷卻固化，藉由賦予油劑等而集束，藉由周速經規定的輥進行牽引。於此，此牽引速度可由吐出量及目標之纖維徑所決定，由穩定製造海島纖維之觀點而言，可舉例如100m/min至7000m/min作為較佳範圍。
此經紡絲之海島纖維，係由提升熱穩定性或力學特性 的觀點而言，較佳係進行延伸，可將經紡絲之複絲暫時捲取後進行延伸，亦可不捲取而於紡絲後接著進行延伸。
作為其延伸條件，例如，於包含一對以上之輥的延伸機中，若為由一般可進行熔融紡絲之表現熱可塑性之聚合物所構成的纖維，則可藉由設定為玻璃轉移溫度以上且熔點以下之溫度的第1輥與設為與結晶化溫度相當的第2輥的周速比，在纖維軸方向上不勉強地拉長，且進行熱定型並捲取。於此，由提高延伸倍率、提升力學特性的觀點而言，多階段施行此延伸步驟者亦為合適手段。
較佳係將如上述般所得之海島纖維，作成集束為數十根~數百萬根單位的絲束，使用截斷切割機或切片機及低溫恆溫器等之切斷機等施行切割加工成為所需之纖維長。此時之纖維長(L)係依相對於島成分徑(相當於纖維徑(D))之比(L/D)成為3000~6000之範圍內的方式進行切割。於此所謂島成分徑，係實質上與極細纖維之纖維徑一致者，如下述般求得。
將海島纖維藉由環氧樹脂等包埋劑進行包埋，對其橫剖面藉由穿透型電子顯微鏡(TEM)依可觀察150根以上之島成分的倍率拍攝影像。在1單絲中未配置150根以上之島成分的情況，係拍攝數根單絲之纖維剖面，觀察合計150根以上之島成分即可。此時，若施行金屬染色，可使島成分之對比明顯。測定由拍攝了纖維剖面之各影像隨意抽出之150根之島成分的島成分徑。於此所謂島成分徑，係指由2維拍攝之影像以相對於纖維軸呈垂直方向的剖面作為切剖面，外接於此切剖面之真圓的徑。
針對如以上般所得的海島纖維，藉由將海成分溶解去除，可製造本發明之極細纖維及纖維分散液。亦即，於可溶解易溶 解成分(海成分)之溶劑等中，浸漬上述切割加工後的海島纖維並去除易溶解成分即可。在易溶解成分為使間苯二甲酸5-磺酸鈉或聚乙二醇等經共聚合的共聚合聚對苯二甲酸乙二酯及聚乳酸的情況，可使用氫氧化鈉水溶液等鹼水溶液。
此時，海島纖維與鹼水溶液之浴比(海島纖維重量(g)/鹼水溶液重量(g))較佳為1/10000~1/5，更佳1/5000~1/10。藉由設為該範圍內，可防止於海成分之溶解時因極細纖維彼此纏合所造成的凝集。
此時，鹼水溶液之鹼濃度較佳為0.1~5重量%、更佳0.5~3重量%。藉由設為此範圍內，可依短時間完成海成分之溶解，島成分不致不必要地劣化，可得到使極細纖維均質分散的纖維分散液。又，鹼水溶液之溫度並無特別限定，藉由設為50℃以上，可加快海成分溶解的進行。
本發明中，可直接使用由海島纖維溶解易溶解成分(海成分)而分散了極細纖維者，亦可先將極細纖維進行過濾等而予以分離，水洗後進行凍結乾燥等後，再次分散於水系媒體中。又，本發明之纖維分散液係考慮到所使用之高次加工或此時之操作性，藉由追加酸或鹼可調整媒體之pH，或可以水稀釋而使用。
如以上，藉由作成使本發明之極細纖維於媒體中均勻分散的纖維分散液，不僅可藉濕式抄紙法等作成為片材狀物而擴展至高機能之濾材或下一代吸音材、電池隔板等，亦可期待作成為可擴展至樹脂或塗料、化妝品等之填充材、增黏劑、光學素材等習知之機能性粒子分散液所無法達成之用途的素材。
又，藉由使用本發明之極細纖維，可使用習知公知方 法，經由纖維捲取封裝、絲束、切割纖維、棉花、纖維球、索、絨毛、編織物、不織布、紙、液體分散體等之中間體製造各種纖維製品。
作為纖維製品，可舉例如：一般衣料製品(夾克、裙、褲、內衣等)、運動衣料、衣料資材、裝潢製品(地毯、沙發、窗簾等)、車輛內裝製品(車座椅等)、生活用製品(化妝品、化妝品面膜、擦拭布、健康用品等)、產業資材(研磨布、過濾器、有害物質去除製品、電池用隔板等)、醫療製品(縫合線、支架、人工血管、血液過濾器等)。
[實施例]
以下列舉實施例，具體說明本發明之極細纖維及纖維分散液。針對實施例及比較例進行下述評價
A.聚合物之熔融黏度
將片狀之聚合物藉由真空乾燥機作成為水分率200ppm以下，藉由東洋精機製Capillograph 1B，測定應變速度1216s-1之熔融黏度。又，實施例及比較例中，測定溫度設為與紡絲溫度同等，將於氮氣環境下將樣本投入至加熱爐起至開始測定為止設為5分鐘，測定熔融黏度。
B.纖維徑
對由極細纖維所構成之纖維構造體，藉由HITACHI製掃描型電子顯微鏡(SEM)，依可觀察150~3000根之單纖維的倍率拍攝影像。由所拍攝之影像隨意抽出150根纖維，使用影像處理軟體(WINROOF)測定纖維徑，算出平均值。對各照片於10處進行此操 作而測定，依nm單位求得所得結果之平均值，將小數點以下四捨五入的值作為纖維徑。
C.纖維長
依相對於纖維分散液總量使固形份濃度成為0.01重量%之方式，使極細纖維分散於水系媒體中而調製纖維分散液。將此滴下至玻璃基板上，並藉由Keyence(股)公司製顯微鏡VHX-2000顯微鏡，依可觀察到能測定全長之極細纖維為10~100根的倍率拍攝影像。由此影像抽出隨意選定之10根之極細纖維，使用影像處理軟體(WINROOF)測定纖維長(L)。測定係依mm單位測定至小數點第2位，對10個影像進行相同操作，將此等之單純數平均值之小數點第2位以下四捨五入的值作為纖維長。
D.羧基末端基量(eq/ton)
將由極細纖維所構成之纖維構造體以純水洗淨後，精秤0.5g，加入鄰甲苯酚40mL依90℃溶解，使用0.04N氫氧化鉀乙醇溶液進行滴定，將單位設為eq/ton而算出。重複相同操作5次，將其單純平均之值之小數點第1位四捨五入的值作為羧基末端基量。
E.異形度及異形度偏差(CV%)
對由極細纖維所構成之纖維構造體之橫剖面，依與纖維徑相同的方法進行拍攝。將各剖面之切剖面所外接的真圓(圖1之外接圓2)之徑作為外接圓徑，將內接之真圓(圖1之內接圓3)之徑作為內接圓徑。由異形度=外接圓徑/內接圓徑之式，將小數第2位四捨五入 而求至小數點第1位者算出作為異形度。
針對10根之剖面進行此操作，由其平均值及標準偏差，根據下式算出異形度偏差(CV%)。
異形度偏差(CV%)=(異形度之標準偏差/異形度之平均值)×100(%)
關於此異形度偏差，係對各照片之10處進行測定，作成10處之平均值，並將小數點第2位四捨五入者。
F.分散指標
針對依相對於纖維分散液總量使固形份濃度成為0.01重量%之方式所調製的纖維分散液，藉由Keyence(股)公司製顯微鏡VHX-2000依透射式照明以倍率50倍拍攝影像。將此影像使用影像處理軟體(WINROOF)轉換為單色影像，獲得級數設為256的輝度直方圖(縱軸：頻率(畫素個數)、橫軸：輝度)，藉此獲得標準偏差。對10個影像進行相同操作，將此等之單純之數平均值之小數點第2位以下四捨五入的值作為分散指標。
G.分散穩定指標
將依相對於纖維分散液總量使固形份濃度成為0.5重量%之方式所調製的纖維分散液45g，裝入至50mL螺旋蓋瓶(AS ONE(股)製)，對靜置7日後之螺旋蓋瓶由相同角度進行拍攝並影像化。使用影像處理軟體將此影像轉換為單色影像後，針對螺旋蓋瓶內之纖維分散液進行自動2值化處理。然後，例如藉由依纖維分散體部分為綠色、水媒體部分為黑色進行2值化，測定纖維分散體(綠)之高 度，而由下式將小數點第3位四捨五入者作為分散穩定指標。
分散穩定指標=H0/H1
H0為容器內之靜置10分鐘後之纖維分散液高度，H1為靜置7日後之容器內之纖維分散液之分散體高度。
H.搖變係數(TI)
將依相對於纖維分散液總量使固形份濃度成為0.5重量%之方式所調製的纖維分散液250g，裝入至250mL聚丙烯容器中，依25℃靜置30分鐘後，使用TOKIMEC(股)公司製B型黏度計依既定旋轉數(6rpm及60rpm)進行旋轉子攪拌1分鐘，測定此時之黏度，由下式將小數點第2位四捨五入者作為搖變係數。
搖變係數(TI)=η 6/η 60
式中，η 6係依旋轉數6rpm所測定的黏度(25℃)，η 60係依旋轉數60rpm所測定的黏度(25℃)。
[實施例1]
使用聚對苯二甲酸乙二酯(PET1，熔融黏度160Pa．s)作為島成分，使用使間苯二甲酸5-磺酸鈉8.0mol%及重量平均分子量1000之聚乙二醇10重量%經共聚合的聚對苯二甲酸乙二酯(共聚合PET，熔融黏度121Pa．s)(熔融黏度比：1.3，溶解速度比：30000以上)作為海成分，並使用島成分之形狀為圓形的海島複合模嘴(島數2000)，將海成分/島成分之複合比率(重量比)設為50/50進行熔融吐出，並將吐出之絲條冷卻固化。其後，賦予油劑，依紡絲速度1000m/min進行捲取而獲得未延伸絲(總吐出量12g/min)。進而將未 延伸絲於加熱為85℃之輥與加熱為130℃之輥之間進行3.4倍延伸(延伸速度800m/min)，獲得海島纖維。
此海島纖維之力學特性係強度2.4cN/dtex、伸度36%，具有用於進行切割加工時充分的力學特性，施行切割加工使纖維長成為0.6mm。
對此海島纖維藉由加熱為90℃之1重量%之氫氧化鈉水溶液(浴比1/100)，將海成分之99%以上溶解去除後，得到纖維徑200nm、L/D為3000、羧基末端基量為52eq/ton的極細纖維。又，極細纖維剖面形狀為圓剖面，異形度為1.0，異形度偏差為4.9%而均質性優越。
接著，對依相對於纖維分散液總量使固形份濃度成為0.01重量%之方式調製的纖維分散液，藉顯微鏡拍攝影像，進行影像解析而獲得輝度直方圖。此時，若纖維之分散均勻則明暗並無太大差異故標準偏差變小。另一方面，若纖維分散不均勻則局部性出現明暗差異，標準偏差變大。經評價實施例1之纖維分散液的分散性，結果未觀察到因極細纖維彼此纏合所造成的凝集，分散指標為10.1之分散性優越者。
又，針對相對於纖維分散液總量使固形份濃度為0.5重量%的纖維分散液，比較靜置7日前後的纖維分散體之高度。實施例1之纖維分散液係即使靜置7日後仍未發現極細纖維沉澱，分散穩定指標為1.00之分散穩定性優越者。
進而，針對相對於纖維分散液總量使固形份濃度為0.5重量%的纖維分散液，測定旋轉數6rpm及60rpm時之黏度，評價搖變性。實施例1之纖維分散液係於高剪切時(60rpm)黏度大幅降 低，搖變係數(TI)為8.5之良好地表現搖變性者。
根據以上，實施例1之纖維分散液係極細纖維均勻分散，分散穩定性亦高，且表現優越之搖變性者。結果示於表1。
[實施例2、3]
除了將總吐出量設為24g/min，並將纖維長(L)進行切割加工而成為1.2mm(實施例2)、1.8mm(實施例3)以外，其餘全部依照實施例1實施。
實施例2、3中，極細纖維之纖維徑(D)均為300nm，羧基末端基量均為52eq/ton。含有此等極細纖維的纖維分散液係長寬比較實施例1增大，雖然容易形成纖維凝集體，但分散指標為20以下而分散性優越，分散穩定指標亦為1.00而分散穩定性優越。
又，由於搖變性係依存於長寬比，故所得搖變係數(TI)表現較實施例1大之值。結果示於表1。
[比較例1]
除了將纖維長進行切割加工為5.0mm以外，其餘全部依照實施例1實施。
比較例1所得之極細纖維，係於媒體中，局部發生因相對於纖維徑(D)的纖維長(L)過剩地變大(L/D=10000)而纖維彼此纏合所造成的凝集，分散指標為35.2而分散性明顯較低。因此，分散穩定指標及搖變係數(TI)亦顯著較低。結果示於表1。
[實施例4]
除了使用與實施例1相異之聚對苯二甲酸乙二酯(PET2，熔融黏度：140Pa．s)作為島成分以外，其餘依照實施例1實施。
實施例4所得極細纖維之羧基末端基量為40eq/ton，羧基末端基量雖較實施例1低，但由於來自羧基之電性斥力充分作用，故分散指標為12.0、分散穩定指標為0.72而分散性及分散穩定性良好。結果示於表1。
[比較例2]
除了使用與實施例1、4相異之聚對苯二甲酸乙二酯(PET3，熔融黏度：120Pa．s)作為島成分以外，其餘全部依照實施例1實施。
比較例2所得極細纖維之羧基末端基量為28eq/ton，相較於實施例1、4，由於來自羧基之電性斥力不足，故部分觀察到纖維彼此纏合所造成的凝集，為分散指標及分散穩定指標較實施例1差的結果。又，因分散性不足，故為搖變係數(TI)亦劣化的結果。結果示於表1。
[實施例5]
除了使用島數1000之海島複合模嘴，將總吐出量設為42g/min，並將纖維長(L)進行切割加工為1.8mm後，相對於極細纖維添加1.0當量之第一工業製藥(股)公司製陰離子分散劑(SHALLOL AN-103P：分子量10000)，將固形份濃度設為1.0重量%以外，其餘全部依照實施例1實施。
實施例5所得極細纖維係纖維徑600nm、L/D為3000、羧基末端基量為52eq/ton。結果示於表2。
[實施例6]
除了使用島數500之海島複合模嘴，將總吐出量設為42g/min，並將纖維長(L)進行切割加工為2.7mm以外，其餘全部依照實施例5實施。
實施例6所得極細纖維係纖維徑900nm、L/D為3000、羧基末端基量為52eq/ton。結果示於表2。
[實施例7]
除了使用島數1000之海島複合模嘴，將總吐出量設為64g/min，將海成分/島成分之複合比率設為20/80，並將纖維長進行切割加工為3.0mm以外，其餘依照實施例5實施。
實施例7所得極細纖維係纖維徑1000nm、L/D為3000、羧基末端基量為52eq/ton。結果示於表2。
[實施例8]
除了使用島數15之海島複合模嘴，將總吐出量設為24g/min，並將纖維長進行切割加工為15mm以外，其餘依照實施例5實施。
實施例8所得之極細纖維係纖維徑5000nm、L/D為3000、羧基末端基量為52eq/ton。結果示於表2。
實施例5~8中，即使纖維分散液中之極細纖維之纖維徑及固形份濃度增大，仍均表現優越的分散性，分散穩定性及搖變係數(TI)亦均良好。
[實施例9]
使用聚對苯二甲酸乙二酯(PET2)作為島成分1，使用聚對苯二甲酸丁二酯(PBT，熔融黏度：160Pa．s)作為島成分2，使用共聚合PET作為海成分，並使用可進行3成分紡絲的海島複合模嘴，使用形成為於1根之海島纖維中具有250島之並排型之複合形態的島成分者。
島成分1/島成分2/海成分之複合比係藉由吐出量調整為以重量比計15/15/70(總吐出量25g/min)。將熔融吐出之絲條冷卻固化後賦予油劑，依紡絲速度3000m/min進行捲取而獲得未延伸纖維。進而將未延伸纖維於加熱為80℃之輥與加熱為130℃之輥之間進行1.4倍延伸(延伸速度800m/min)，獲得海島纖維。
將此海島纖維施行切割加工使纖維長成為1.2mm後，藉由氫氧化鈉水溶液去除海成分，結果得到纖維徑300nm、L/D為4000、羧基末端基量為40eq/ton的極細纖維。又，極細纖維剖面形狀為並排型，異形度為3.3，異形度偏差為4.7%。
此極細纖維係表示起因於並排構造的3維之螺旋構造，因與媒體之接觸面積變大而造成電荷斥力增大，故可得到媒體中之分散性及分散穩定性良好的纖維分散液(固形份濃度：0.5重量%)。結果示於表2。
[實施例10]
除了將島成分剖面形狀設為三角剖面，並將纖維長設為1.2mm以外，其餘全部依照實施例1實施。
實施例10所得極細纖維係纖維徑310nm、L/D為 3488、羧基末端基量為52eq/ton，異形度2.0、異形度偏差6.4%的三角剖面形狀。與圓剖面比對之下，此極細纖維係表示剛性或光澤感者，於媒體中之分散性及分散穩定性亦良好。結果示於表2。
[表1]
Figure 108141862-A0202-12-0037-4
[表2]
Figure 108141862-A0202-12-0037-6
參照詳細且特定之實施態樣說明了本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者當知，在不脫離本發明之精神與範圍之下，可施加各種變更或修正。本申請案係根據2018年11月16日申請之日本專利申請案(特願2018-215287)，將其內容引用於此作為參照。

Claims (11)

  1. 一種極細纖維，係纖維徑(D)為100~5000nm，纖維長(L)相對於纖維徑(D)之比(L/D)為3000~6000，羧基末端基量為40eq/ton以上；上述極細纖維之表層之至少一部分由聚酯所構成。
  2. 如請求項1之極細纖維，其中，上述極細纖維係由至少2種聚合物所形成的複合纖維，並具有芯鞘構造或並排(side by side)構造之任一種。
  3. 如請求項1或2之極細纖維，其中，上述極細纖維係異形度為1.1~5.0及異形度偏差為1.0~10.0%。
  4. 如請求項1之極細纖維，其中，上述極細纖維係由聚酯所構成。
  5. 如請求項1之極細纖維，其中，上述極細纖維係由聚酯所構成，異形度為1.1~5.0及異形度偏差為1.0~10.0%。
  6. 一種纖維製品之製造方法，係使用請求項1至5中任一項之極細纖維。
  7. 一種纖維分散液，係使纖維徑100~5000nm、纖維長(L)相對於纖維徑(D)之比(L/D)為3000~6000、表層之至少一部分由聚酯所構成之極細纖維分散於水系媒體中，且固形份濃度為0.01~10重量%的纖維分散液，其依下述方法所測定之分散指標為20以下；(分散指標之測定方法：依相對於纖維分散液總量使固形份濃度成為0.01重量%之方式調製纖維分散液；藉由顯微鏡依透射式照明拍攝所得纖維分散液之倍率50倍之影像；使用影像處理軟體將此影像轉換為單色影像後，將級數設為256進行輝度直方圖化，並以所得標準偏差 作為分散指標)。
  8. 如請求項7之纖維分散液，其中，下式所定義之分散穩定指標為0.70以上；分散穩定指標=H0/H1(式中，H0為靜置10分鐘後之容器內之纖維分散液高度，H1為靜置7日後之容器內之纖維分散液之分散體高度)。
  9. 如請求項7或8之纖維分散液，其中，下式所定義之搖變係數(TI)為7.0以上；搖變係數(TI)=η6/η60(式中，η6係針對依相對於纖維分散液總量使固形份濃度成為0.5重量%之方式所調製的纖維分散液，依旋轉數6rpm所測定的黏度(25℃)，η60係針對上述纖維分散液，依旋轉數60rpm所測定的黏度(25℃))。
  10. 如請求項7或8之纖維分散液，其中，上述極細纖維係由聚酯所構成。
  11. 如請求項7或8之纖維分散液，其含有分散劑。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011021292A (ja) * 2009-07-16 2011-02-03 Toray Ind Inc 人工皮革用基体
TWI358484B (en) * 2004-02-19 2012-02-21 Toray Industries Nanofiber blending solution, emulsion, gel and the
TW201520388A (zh) * 2013-05-30 2015-06-01 Teijin Ltd 有機樹脂無捲曲短纖
TW201837080A (zh) * 2017-04-05 2018-10-16 高鼎精密材料股份有限公司 水性聚氨酯膠體分散溶液、水性聚氨酯微胞電紡纖維及其製備方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120251597A1 (en) * 2003-06-19 2012-10-04 Eastman Chemical Company End products incorporating short-cut microfibers
JP4946253B2 (ja) 2005-08-19 2012-06-06 東レ株式会社 超極細繊維からなる粉末およびその製造方法
JP2007063714A (ja) * 2005-08-31 2007-03-15 Toray Ind Inc ポリエステル極細繊維および布帛
JP4960616B2 (ja) * 2005-09-29 2012-06-27 帝人ファイバー株式会社 短繊維、その製造方法及びその発生前駆体
JP4950472B2 (ja) 2005-10-17 2012-06-13 帝人ファイバー株式会社 短カットナノファイバーの製造方法
JP5260196B2 (ja) * 2008-09-05 2013-08-14 帝人株式会社 布帛および繊維製品
JP5740877B2 (ja) * 2010-09-10 2015-07-01 東レ株式会社 極細繊維
JP6015447B2 (ja) * 2011-09-30 2016-10-26 東レ株式会社 芯鞘複合繊維およびその製造方法
WO2015107995A1 (ja) * 2014-01-17 2015-07-23 日本製紙株式会社 アニオン変性セルロースナノファイバーの乾燥固形物及びその製造方法
JP6229090B1 (ja) * 2017-02-08 2017-11-08 日本製紙株式会社 Ｈ型カルボキシル化セルロースナノファイバー

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI358484B (en) * 2004-02-19 2012-02-21 Toray Industries Nanofiber blending solution, emulsion, gel and the
JP2011021292A (ja) * 2009-07-16 2011-02-03 Toray Ind Inc 人工皮革用基体
TW201520388A (zh) * 2013-05-30 2015-06-01 Teijin Ltd 有機樹脂無捲曲短纖
TW201837080A (zh) * 2017-04-05 2018-10-16 高鼎精密材料股份有限公司 水性聚氨酯膠體分散溶液、水性聚氨酯微胞電紡纖維及其製備方法

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