JP5082192B2 - Method for producing nanofiber synthetic paper - Google Patents
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Landscapes
- Paper (AREA)
- Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
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Description
本発明は、ナノファイバーから構成される、孔面積が小さく、その孔径が均一な合成紙およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a synthetic paper composed of nanofibers having a small pore area and a uniform pore diameter, and a method for producing the same.
合成高分子の極細繊維から合成紙を作製する方法は従来から各種方法で検討されてきた。通常の合成繊維の単繊維数平均直径は10μm以上と太く、天然パルプやセルロースのようにフィブリル化が困難で、繊維同士の絡み合いが少なく、地合の良好な合成紙を得ることは困難であった。そこで、ポリエステル繊維の合成紙について、繊維直径が約13μmの場合(例えば、特許文献1参照)、約15μmの場合(例えば、特許文献2,3参照)、約11μmの場合(例えば、特許文献4参照)において、ポリエステル繊維にバインダーを併用して抄紙する検討がなされてきたが、紙としてはやや柔軟性が不足するものであった。また、柔軟性を改善したり、通気性を良好にするために紙の厚みを薄くすると、繊維が太いために分散性が悪く、厚みが均一で地合が良好な紙を得ることができなかった。また、紙の厚みを無理に薄くした場合、合成紙の目付にムラが発生するなど実用にならない場合があった。 Various methods for producing synthetic paper from ultrafine fibers of synthetic polymers have been studied. The average single fiber average diameter of ordinary synthetic fibers is as thick as 10 μm or more, and it is difficult to fibrillate like natural pulp and cellulose, and there is little entanglement between fibers, and it is difficult to obtain a synthetic paper with good formation. It was. Therefore, for polyester fiber synthetic paper, when the fiber diameter is about 13 μm (see, for example, Patent Document 1), about 15 μm (for example, see Patent Documents 2 and 3), and about 11 μm (for example, Patent Document 4). However, the paper has been studied to make paper using a binder in combination with polyester fiber, but the paper is somewhat insufficient in flexibility. Also, if the paper thickness is reduced to improve flexibility or improve air permeability, the dispersibility is poor due to the thick fibers, and it is not possible to obtain a paper with a uniform thickness and good texture. It was. In addition, when the paper thickness is forcibly reduced, there are cases where it becomes impractical due to unevenness in the basis weight of the synthetic paper.
このため、最近では直径が10μm以下の極細繊維による合成紙も検討されてきている。この方法は、海島複合や分割複合繊維の海成分を溶解したり、物理的に分離して極細繊維を作製し、得られた極細繊維から合成紙を作製する方法である。このような極細繊維の基本的製造方法は既に開示されており(例えば、特許文献5参照)、極細繊維そのものについても開示され(例えば、特許文献6参照)ている。これによれば、ポリエステル繊維からなる海島複合繊維の海成分を適切な溶剤で除去する方法によって極細繊維が得られ、この極細繊維によってペーパーライクな構造体ができることを示唆しているが、得られた極細繊維の直径は0.01〜3μmとバラツキが大きく、また、実用的な合成紙は得られていなかった。 For this reason, synthetic paper using ultrafine fibers having a diameter of 10 μm or less has recently been studied. In this method, sea components of sea-island composites and split composite fibers are dissolved or physically separated to produce ultrafine fibers, and synthetic paper is produced from the obtained ultrafine fibers. Such a basic method for producing ultrafine fibers has already been disclosed (for example, see Patent Document 5), and the ultrafine fibers themselves have also been disclosed (for example, see Patent Document 6). According to this, it is suggested that an ultrafine fiber can be obtained by removing the sea component of the sea-island composite fiber made of polyester fiber with an appropriate solvent, and that this ultrafine fiber can form a paper-like structure. In addition, the diameter of the ultrafine fibers was as large as 0.01 to 3 μm, and practical synthetic paper was not obtained.
その後、極細繊維の合成紙としては、10μm以下の海島複合繊維や分割複合繊維を高圧液体流で処理する方法が提案されているが(例えば、特許文献7参照)、繊維の均一なフィブリル化が困難であることと、特別な高圧液流体装置が必要なことから実用化が困難であった。また、海島複合型のポリエステル繊維を水中で分散・叩解し、直径が1.5〜4μmのポリエステル繊維の合成紙を得ている例もある(例えば、特許文献8参照)。 Thereafter, as a synthetic paper of ultrafine fibers, a method of treating sea-island composite fibers or split composite fibers of 10 μm or less with a high-pressure liquid flow has been proposed (see, for example, Patent Document 7), but uniform fiber fibrillation is proposed. Since it was difficult and a special high-pressure liquid fluid device was required, it was difficult to put it into practical use. Further, there is an example in which a synthetic fiber polyester fiber having a diameter of 1.5 to 4 μm is obtained by dispersing and beating a sea-island composite type polyester fiber in water (see, for example, Patent Document 8).
さらに、成分の異なるポリオレフィン系樹脂の分割複合型繊維を叩解処理した繊維によって合成紙(セパレータ材料)を得るものが開示されているが(例えば、特許文献9参照)、その繊維直径は約5μm程度であり、分割された単繊維の形状は不均一なため、繊維直径のバラツキも大きいものであった。さらに、海島複合型、分割複合型繊維の極細集束繊維とこれらの短繊維を使った合成紙が開示されているが(例えば、特許文献10参照)、この合成紙の繊維直径は2〜7μmと大きいものであった。 Furthermore, although what has obtained synthetic paper (separator material) with the fiber which beaten the division | segmentation composite type | mold fiber of the polyolefin resin from which a component differs is disclosed (for example, refer patent document 9), the fiber diameter is about 5 micrometers. In addition, since the shape of the divided single fibers is non-uniform, the variation in the fiber diameter is large. Furthermore, although the sea-island composite-type and split-composite-type ultrafine fibers and synthetic paper using these short fibers are disclosed (for example, see Patent Document 10), the fiber diameter of this synthetic paper is 2 to 7 μm. It was a big one.
その他、液晶性繊維をフィブリル化することで極細化し、これを抄紙して合成紙を得る方法が提案されている(例えば、特許文献11および12参照)。しかしながら、この方法ではフィブリル化によって非常に細い繊維も得られるものの、フィブリル化があまり進まなかった太い繊維も混在し、単繊維直径のバラツキが大きな合成紙しか得ることができなかった。 In addition, a method has been proposed in which liquid crystalline fibers are made fine by fibrillation and paper is made to obtain a synthetic paper (see, for example, Patent Documents 11 and 12). However, in this method, although very thin fibers can be obtained by fibrillation, thick fibers that have not progressed much in fibrillation are also mixed, and only synthetic paper having a large variation in single fiber diameter can be obtained.
一方、合成紙の用途においては、特に空気清浄機用フィルター、産業用の粉塵除去用フィルター、純水製造用や化学薬品を精製するためのフィルター、医薬・医療用フィルター、電池セパレータなどの分野で、より薄くて、目付が均一で、かつ高強力の合成紙が要求されてきている。これは、電子分野、メカトロニクス分野、水質分野、薬剤や薬品ならびに食品を取り扱っている分野などにおいて、非常に微細な不純物を系外へ除去したり、必要な微量成分を回収するのに、高精度の管理が要求されているためである。このため、ナノファイバーによる合成紙の検討が求められていた。
従来の海島複合紡糸技術を利用した方法では、単繊維直径を1μm程度にすることはできても、それ以下の繊維直径のものを製造するには限界があり、ナノファイバーに対するニーズに十分応えられるレベルではなかった。また、高分子ブレンド繊維により超極細繊維を得る方法が提案されているが(例えば、特許文献13、14参照)、ここで得られる極細繊維の単繊維直径は最も細くとも直径0.4μm程度であり、やはりナノファイバーに対するニーズに十分応えられるレベルではなかった。しかも、ここで得られる超極細繊維の単繊維直径は高分子ブレンド繊維中での島成分高分子の分散で決定されるが、このような通常の高分子ブレンド系では島成分を構成する高分子の分散が不十分であるため、得られる極細繊維の単繊維直径のバラツキは大きいものであった。
On the other hand, in the use of synthetic paper, especially in the fields of air cleaner filters, industrial dust removal filters, pure water production and chemical purification filters, pharmaceutical / medical filters, battery separators, etc. There has been a demand for synthetic paper that is thinner, has a uniform basis weight, and has high strength. This is highly accurate for removing very fine impurities out of the system and recovering the necessary trace components in the fields of electronics, mechatronics, water quality, pharmaceuticals, drugs and foods. This is because there is a demand for management. For this reason, examination of the synthetic paper by a nanofiber was calculated | required.
In the method using the conventional sea-island composite spinning technology, even though the diameter of the single fiber can be reduced to about 1 μm, there is a limit to manufacturing a fiber having a diameter smaller than that, and the needs for nanofibers can be sufficiently met. It was not a level. Moreover, although a method for obtaining ultrafine fibers from polymer blend fibers has been proposed (see, for example, Patent Documents 13 and 14), the ultrafine fibers obtained here have a diameter of about 0.4 μm at the smallest. Yes, it was not enough to meet the needs for nanofibers. In addition, the single fiber diameter of the ultrafine fibers obtained here is determined by the dispersion of the island component polymer in the polymer blend fiber. In such a normal polymer blend system, the polymer constituting the island component is used. The dispersion of the single fiber diameter of the obtained ultrafine fibers was large because of the insufficient dispersion.
ところで、ナノレベルにまで極細繊維化する簡易技術として、近年脚光を浴びているものにエレクトロスピニングという技術がある。この方法の基本技術は古くから知られており、1935年頃に提案された方法である。この技術が脚光を浴びている理由としては、特に米国のバイオ・メディカル分野で細胞培養の材料として、この方法で作製したナノファイバー製不織布(合成紙ライクのもの)が適していること、研究用として各種高分子の不織布が簡易に作製できることなどが挙げられる。この方法は、高分子を電解質溶液に溶解し、口金から押し出すものであるが、その際高分子溶液に数千〜3万ボルトという高電圧を印加し、高分子溶液の高速ジェットおよびそれに引き続くジェットの折れ曲がり、膨張により極細化する技術であり、通常この極細繊維を集束することで合成紙ライクな不織布として捕集される。この技術を用いると、単繊維直径で数10nmレベルのものが得られ、従来の高分子ブレンド技術によるものに比べて、その直径を1/10以下にすることができる場合もある。さらに、対象となる高分子としては、コラーゲン等の生体高分子や水溶性高分子が大半であるが、熱可塑性高分子を有機溶媒に溶解してエレクトロスピニングする場合もある。しかしながらこの方法でも、超極細繊維部分が太径繊維部分であるビード(bead)(直径0.5μm)により連結されている場合が多く、超極細繊維としてみた場合には、単繊維直径に大きなバラツキがあった(例えば、非特許文献1参照)。このため、この太径繊維部分の生成を抑制して繊維直径を均一にしようという試みもなされているが、そのバラツキはいまだに大きいのであった(例えば、非特許文献2参照)。またエレクトロスピニングで得られる不織布は繊維化の過程で溶媒が蒸発することによって得られるため、その繊維集合体は配向結晶化していない場合が多く、強度も通常の不織布に比べてごく弱いものしか得られず、応用展開に大きな制約があった。さらに、エレクトロスピニングは製法としても、繊維化する際に溶媒が発生するため、作業環境対策や溶媒回収などの生産化する上での課題が存在する。さらに作製できる不織布の大きさにも制限があり、その大きさはおよそ100cm2程度であり、また、吐出量が最大で数g/時間と生産性も低く、さらに高電圧が必要であり、有害な有機溶媒や超極細繊維が空気中に浮遊することから感電、爆発、中毒といった危険が常につきまとい、実用的に困難な方法であった。 By the way, as a simple technique for making ultrafine fibers down to the nano level, there is a technique called electrospinning which has recently attracted attention. The basic technique of this method has been known for a long time, and is a method proposed around 1935. The reason why this technology is in the spotlight is that the nanofiber nonwoven fabric (synthetic paper-like) produced by this method is suitable for cell culture, especially in the US biomedical field, and for research purposes. As a non-woven fabric of various polymers, it can be easily prepared. In this method, a polymer is dissolved in an electrolyte solution and extruded from a base. At that time, a high voltage of several thousand to 30,000 volts is applied to the polymer solution, and a high-speed jet of the polymer solution and a subsequent jet are applied. This is a technique for making the fiber extremely thin by bending and expanding, and is usually collected as a synthetic paper-like non-woven fabric by focusing the ultrafine fibers. When this technique is used, a fiber having a single fiber diameter of several tens of nanometers can be obtained, and the diameter may be reduced to 1/10 or less as compared with a conventional polymer blend technique. Furthermore, the target polymers are mostly biopolymers such as collagen and water-soluble polymers, but there are cases where electrospinning is performed by dissolving a thermoplastic polymer in an organic solvent. However, even in this method, the ultrafine fiber portions are often connected by a bead (diameter 0.5 μm) which is a large diameter fiber portion, and when viewed as a superfine fiber, the single fiber diameter varies greatly. (For example, refer nonpatent literature 1). For this reason, attempts have been made to make the fiber diameter uniform by suppressing the generation of the large-diameter fiber portion, but the variation is still large (for example, see Non-Patent Document 2). In addition, since the nonwoven fabric obtained by electrospinning is obtained by evaporation of the solvent during the fiberization process, the fiber aggregate is often not oriented and crystallized, and the strength is much weaker than that of a normal nonwoven fabric. It was not possible, and there was a big restriction on application development. Further, even when electrospinning is used as a manufacturing method, a solvent is generated when it is made into fibers, and thus there are problems in production such as countermeasures for working environment and solvent recovery. Further, the size of the nonwoven fabric that can be produced is also limited, the size is about 100 cm 2 , the discharge rate is several g / hour at the maximum, the productivity is low, and a high voltage is required, which is harmful. Since organic solvents and ultrafine fibers float in the air, there are always dangers such as electric shock, explosion, and poisoning, and this is a practically difficult method.
以上説明したように、高分子に制約がなく、広く応用展開可能な単繊維直径のバラツキが小さなナノファイバーの合成紙が求められていた。 As described above, there has been a demand for a nanofiber synthetic paper having a small variation in single fiber diameter that can be widely applied and deployed without restriction on the polymer.
ここで、上記で引用した特許文献等に記載されている繊維で通常よく用いられる繊維の繊度(dtex)と本発明の合成紙で用いる単繊維の数平均直径φ(μm)との間には下記(1)式が成立する。 Here, between the fineness (dtex) of the fibers usually used in the fibers described in the patent documents cited above and the number average diameter φ (μm) of the single fibers used in the synthetic paper of the present invention The following equation (1) is established.
φ=10×(4×dtex/πρ)1/2 (1)
ここで、dtexとは繊維が10000mの重さ1gとなる繊維の太さ(JIS L 0101)(1978)のことを指している。
φ = 10 × (4 × dtex / πρ) 1/2 (1)
Here, dtex refers to the fiber thickness (JIS L 0101) (1978) that makes the fiber 1 g in weight of 10,000 m.
例えば、繊度を本発明でいう単繊維直径に換算する場合、例えば高分子がナイロンの場合、比重が1.14(ナイロン6相当)で換算した値で、次式で求められる。 For example, when the fineness is converted into the single fiber diameter referred to in the present invention, for example, when the polymer is nylon, the specific gravity is a value converted by 1.14 (corresponding to nylon 6), and is obtained by the following formula.
φn6=10.6(dtex)1/2
また、ナイロン6ではなく、高分子の種類が違う場合には、上記(1)式中で、その高分子に固有の比重(ρ)に置き換えて計算すればよい。
Further, when the type of polymer is not nylon 6 but is different, the calculation may be performed by substituting the specific gravity (ρ) specific to the polymer in the above formula (1).
最近の産業において、電子・情報産業、医薬品、工業資材用原料、食品、メカトロニクスなど産業界全般に原料や製品に要求される精度が向上し、粉塵、異物、細菌などのコンタミを嫌う業界が増え、各種フィルター材料においてもナノレベルでの制御が求められるようになっている。また、バイオ・メディカル分野においても細胞や蛋白のサイズに合わせてナノレベルで制御された材料が求められている。このような時代にあって、従来の紙技術では、木材パルプに代表されるように自然の産物に依存し、これをフィブリル化した場合にもその繊維径や分散もランダムであり、その制御としてはナノレベルではなく数μmの制御も難しい状態であった。また、話題になっているエレクトロスピニング法についても同様に繊維直径を均一に制御することが困難であり、ナノレベルから2桁以上のバラツキがあった。特に、前述のビード(bead)現象が発生した場合の繊維直径のバラツキは大きく、繊維直径が不均一なものしか得ることができなかった。このため、上記のような新規分野への展開が不十分であった。 In recent industries, the accuracy required for raw materials and products has been improved in general industries such as electronics / information industry, pharmaceuticals, raw materials for industrial materials, foods, mechatronics, etc., and industries that dislike contamination such as dust, foreign matter, and bacteria have increased. In addition, various filter materials are required to be controlled at the nano level. In the biomedical field, there is a demand for materials that are controlled at the nano level according to the size of cells and proteins. In such an era, conventional paper technology depends on natural products such as wood pulp, and even when fibrillated, the fiber diameter and dispersion are random. It was difficult to control several μm, not nano level. Similarly, it has been difficult to uniformly control the fiber diameter in the electrospinning method that has become a hot topic, and there has been a variation of two or more digits from the nano level. In particular, when the above-mentioned bead phenomenon occurs, the variation in fiber diameter is large, and only a fiber having a nonuniform fiber diameter can be obtained. For this reason, the development to the above new fields was insufficient.
このような技術背景において、ナノレベルで制御された合成紙を提供することが要望されている。また、繊維直径がナノレベルのため、単に繊維の比表面積が膨大に大きくなるというだけでなく、メディカルなどの新規な用途分野においては、細胞や蛋白、各種フィルター分野での微粒子、異物、細菌、花粉、薬剤などとのナノレベルでの相互作用が期待され、従来の合成紙にはない新規な機能の合成紙が要望されている。 In such a technical background, it is desired to provide a synthetic paper controlled at the nano level. In addition, because the fiber diameter is nano-level, the specific surface area of the fiber is not only enormously large, but in new applications such as medical, cells and proteins, fine particles in various filter fields, foreign substances, bacteria, There is a demand for nano-level interaction with pollen, drugs, and the like, and there is a demand for a synthetic paper having a new function not found in conventional synthetic paper.
また、合成紙技術について、従来の単繊維数平均直径が1μm以上と、繊維直径が太くてバラツキが大きい繊維を用いた合成紙の欠点を改善することが求められている。繊維直径が太いことによって、繊維の分散性は悪く、薄い合成紙は得られにくいばかりでなく、目付のバラツキによる気体、流体、粉体(粉塵)、各種蛋白、細菌などの各種物質の透過性や付着性が不均一になる原因となる。また、繊維直径が太いために、比表面積が小さく、各種物質の吸着性能などの性能が劣ることになる。これまでは、このような合成紙の欠点を改善するために必要な実用的なナノファイバーの製法がなかった。 In addition, regarding the synthetic paper technology, there is a demand for improving the disadvantages of conventional synthetic paper using fibers having a large average fiber diameter of 1 μm or more and large fiber diameters and large variations. Due to the thick fiber diameter, the dispersibility of the fiber is poor and it is difficult to obtain a thin synthetic paper, but also the permeability of various substances such as gas, fluid, powder (dust), various proteins, bacteria due to unevenness in the basis weight. And cause non-uniform adhesion. Further, since the fiber diameter is large, the specific surface area is small, and the performance such as the adsorption performance of various substances is inferior. Until now, there has been no practical method for producing nanofibers necessary for improving the drawbacks of synthetic paper.
本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解消しようとするものであり、合成高分子のナノファイバーからなり、単繊維数平均直径がナノレベルでかつその直径バラツキが非常に小さく、さらに繊維間で構成される孔面積が小さく、それが均一なナノファイバーを含む合成紙およびその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, which is made of synthetic polymer nanofibers, the number average diameter of single fibers is nano level, and the diameter variation is very small. It is an object of the present invention to provide a synthetic paper including a nanofiber having a small pore area and a uniform nanofiber, and a method for producing the same.
本発明の上記課題は、次の手段によって解決される。
(1)単繊維数平均直径が1〜500nmで、単繊維比率の和Paが60%以上である、高分子アロイ繊維から得られる熱可塑性高分子のナノファイバー分散体を含むナノファイバー合成紙の製造方法であって、ナノファイバー分散体が、高分子のSP値の差が1〜9(MJ/m 3 ) 1/2 である高分子アロイ繊維を脱海することで得られる熱可塑性高分子のナノファイバー分散体を含むナノファイバー合成紙であり、ナノファイバー短繊維を叩解後に分散し、これをバインダーを使用せずに抄紙することを特徴とするナノファイバー合成紙の製造方法。
(2)単繊維数平均直径が1〜200nmで、単繊維比率の和Paが60%以上である、高分子アロイ繊維から得られる熱可塑性高分子のナノファイバー分散体を含むナノファイバー合成紙の製造方法であって、ナノファイバー分散体が、高分子のSP値の差が1〜9(MJ/m 3 ) 1/2 である高分子アロイ繊維を脱海することで得られる熱可塑性高分子のナノファイバー分散体を含むナノファイバー合成紙であり、ナノファイバー短繊維を叩解後に分散し、これをバインダーを使用せずに抄紙することを特徴とするナノファイバー合成紙の製造方法。
(3)ナノファイバー合成紙が、単繊維数平均直径を中央値とし、その前後30nm幅に入る繊維の割合を表す単繊維直径の集中度指数Pbが50%以上である(1)に記載のナノファイバー合成紙の製造方法。
(4)単繊維数平均直径が1〜500nmで、単繊維比率の和Paが60%以上である、高分子アロイ繊維から得られる熱可塑性高分子のナノファイバー分散体を含むナノファイバー合成紙の製造方法であって、ナノファイバー分散体が、高分子のSP値の差が1〜9(MJ/m 3 ) 1/2 である高分子アロイ繊維を脱海することで得られる熱可塑性高分子のナノファイバー分散体を含むナノファイバー合成紙であり、ナノファイバー分散体をバインダーとして、単繊維数平均直径が1μm以上の他の繊維を抄紙することを特徴とするナノファイバー合成紙の製造方法。
(5)単繊維数平均直径が1〜200nmで、単繊維比率の和Paが60%以上である、高分子アロイ繊維から得られる熱可塑性高分子のナノファイバー分散体を含むナノファイバー合成紙の製造方法であって、ナノファイバー分散体が、高分子のSP値の差が1〜9(MJ/m 3 ) 1/2 である高分子アロイ繊維を脱海することで得られる熱可塑性高分子のナノファイバー分散体を含むナノファイバー合成紙であり、ナノファイバー分散体をバインダーとして、単繊維数平均直径が1μm以上の他の繊維を抄紙することを特徴とするナノファイバー合成紙の製造方法。
(6)ナノファイバー合成紙が、単繊維数平均直径を中央値とし、その前後30nm幅に入る繊維の割合を表す単繊維直径の集中度指数Pbが50%以上である(4)に記載のナノファイバー合成紙の製造方法。
The above-described problems of the present invention are solved by the following means.
(1) A nanofiber synthetic paper containing a nanofiber dispersion of a thermoplastic polymer obtained from a polymer alloy fiber having a single fiber number average diameter of 1 to 500 nm and a single fiber ratio Pa of 60% or more. A thermoplastic polymer obtained by desealing a polymer alloy fiber in which the nanofiber dispersion has a polymer SP value difference of 1 to 9 (MJ / m 3 ) 1/2. A nanofiber synthetic paper comprising: a nanofiber dispersion, wherein nanofiber short fibers are dispersed after beating, and paper is produced without using a binder.
(2) A nanofiber synthetic paper containing a nanofiber dispersion of a thermoplastic polymer obtained from a polymer alloy fiber having a single fiber number average diameter of 1 to 200 nm and a single fiber ratio Pa of 60% or more. A thermoplastic polymer obtained by desealing a polymer alloy fiber in which the nanofiber dispersion has a polymer SP value difference of 1 to 9 (MJ / m 3 ) 1/2. A nanofiber synthetic paper comprising: a nanofiber dispersion, wherein nanofiber short fibers are dispersed after beating, and paper is produced without using a binder.
( 3 ) The nanofiber synthetic paper has a single fiber number average diameter as a median value, and a single fiber diameter concentration index Pb representing a ratio of fibers entering a width of 30 nm before and after that is 50% or more. A method for producing nanofiber synthetic paper.
( 4 ) A nanofiber synthetic paper comprising a nanofiber dispersion of a thermoplastic polymer obtained from a polymer alloy fiber having a single fiber number average diameter of 1 to 500 nm and a single fiber ratio Pa of 60% or more. A thermoplastic polymer obtained by desealing a polymer alloy fiber in which the nanofiber dispersion has a polymer SP value difference of 1 to 9 (MJ / m 3 ) 1/2. A method of producing a nanofiber synthetic paper, comprising: a nanofiber synthetic paper comprising the nanofiber dispersion, wherein other fibers having a number average single fiber diameter of 1 μm or more are made using the nanofiber dispersion as a binder.
( 5 ) A nanofiber synthetic paper comprising a nanofiber dispersion of a thermoplastic polymer obtained from a polymer alloy fiber having a single fiber number average diameter of 1 to 200 nm and a sum of single fibers Pa of 60% or more. A thermoplastic polymer obtained by desealing a polymer alloy fiber in which the nanofiber dispersion has a polymer SP value difference of 1 to 9 (MJ / m 3 ) 1/2. A method of producing a nanofiber synthetic paper, comprising: a nanofiber synthetic paper comprising the nanofiber dispersion, wherein other fibers having a number average single fiber diameter of 1 μm or more are made using the nanofiber dispersion as a binder.
(6) nanofiber synthetic paper, according to the number average single fiber diameter and median, the index Pb of extremal coefficient of single fiber diameters representing the percentage of fibers that appear in the front and rear 30nm width is 50% or more (4) A method for producing nanofiber synthetic paper.
最近、例えばフィルター(例:エアーフィルター、ケミカルフィルター、浄水用フィルター)、マスク用フィルター、電池セパレータ、合成紙の積層品、合成紙充填カラム、メディカル分野の血液フィルター材料、体外循環用基材、細胞培養基材、電子材料の絶縁材、電子用基材、化粧用紙、ワイピング紙、家具用化粧紙や壁紙、高級印刷用ペーパー、設計用ペーパー、高画質印写用ペーパー分野のように製品に要求される精度が非常に高くなっている分野がある。このような分野において、従来の極細繊維やエレクトロスピニングによるナノファイバーでは、繊維径、孔径、不織布の目付や厚み、密度などの均一性や形態安定性において不十分であった。また、現段階のエレクトロスピニング装置では溶媒発生による安全性の問題や回収の問題だけでなく、広幅の不織布は作製が困難であり、実用上問題があった。本発明のナノファイバー合成紙により均一な精度を有する材料の設計が可能となり、実用的なナノファイバー合成紙を提供することができる。また、従来の通常の合成繊維や極細繊維では対応が難しい各種物質(微粒子、化学物質、蛋白など)の吸着性や吸収性、生体適合性や相溶性など、ナノレベルでの相互作用を利用した分野に対応可能であり、本発明のナノファイバー合成紙により、極細繊維やエレクトロスピニングの極細繊維がかかえる従来の問題を解決することができる。 Recently, for example, filters (eg, air filters, chemical filters, water purification filters), mask filters, battery separators, synthetic paper laminates, synthetic paper-filled columns, blood filter materials in the medical field, base materials for extracorporeal circulation, cells Requirement for products such as culture substrate, electronic material insulation, electronic substrate, decorative paper, wiping paper, furniture decorative paper and wallpaper, high-quality printing paper, design paper, high-quality printing paper There are areas where the accuracy of being done is very high. In such fields, conventional ultrafine fibers and nanofibers by electrospinning have been insufficient in uniformity and shape stability such as fiber diameter, pore diameter, fabric weight, thickness, and density. In addition, the electrospinning apparatus at the present stage has a problem in practical use because it is difficult to produce a wide nonwoven fabric as well as a safety problem and a recovery problem due to generation of a solvent. The nanofiber synthetic paper of the present invention enables the design of a material having uniform accuracy, and a practical nanofiber synthetic paper can be provided. In addition, it uses nano-level interactions such as adsorptivity and absorbability, biocompatibility and compatibility of various substances (fine particles, chemical substances, proteins, etc.) that are difficult to handle with conventional ordinary synthetic fibers and ultrafine fibers. The nanofiber synthetic paper of the present invention can cope with the field, and can solve the conventional problems associated with ultrafine fibers and electrospun ultrafine fibers.
本発明において熱可塑性高分子としては、ポリエステルやポリアミド、ポリオレフィン、ポリフェニレンスルフィド(PPS)等が挙げられる。ポリエステルとしてはポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリトリメチレンテレフタレート(PTT)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリ乳酸(PLA)などが挙げられる。また、ポリアミドとしてはナイロン6(N6)、ナイロン66(N66)、ナイロン11(N11)などが挙げられる。ポリオレフィンとしては、ポリエチレン(PE)、ポロプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)などが挙げられる。上記した熱可塑性高分子以外にも、フェノール樹脂やポリアクリロニトリル(PAN)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリスルホン、フッ素系高分子やそれらの誘導体を用いることももちろん可能である。これらの高分子の中でも、耐熱性の点から融点が165℃以上の高分子が好ましい。より好ましくはポリエステルやポリアミドに代表される重縮合系高分子の中で高い融点を有するものである。各高分子の融点は、例えばPPは165℃、PLAは170℃、N6は220℃、PETは255℃である。また、これらの高分子には微粒子、難燃剤、帯電防止剤等の配合剤を含有させても良い。また、ポリマーの性質を損なわない範囲で他の成分が共重合されていても良い。さらに、溶融成形の容易さから、融点が300℃以下の高分子が好ましい。 In the present invention, examples of the thermoplastic polymer include polyester, polyamide, polyolefin, polyphenylene sulfide (PPS), and the like. Examples of the polyester include polyethylene terephthalate (PET), polytrimethylene terephthalate (PTT), polybutylene terephthalate (PBT), and polylactic acid (PLA). Examples of polyamide include nylon 6 (N6), nylon 66 (N66), nylon 11 (N11), and the like. Examples of the polyolefin include polyethylene (PE), polypropylene (PP), and polystyrene (PS). In addition to the thermoplastic polymers described above, it is of course possible to use phenol resins, polyacrylonitrile (PAN), polyvinyl alcohol (PVA), polysulfone, fluorine-based polymers, and derivatives thereof. Among these polymers, a polymer having a melting point of 165 ° C. or higher is preferable from the viewpoint of heat resistance. More preferably, the polycondensation polymer represented by polyester or polyamide has a high melting point. The melting point of each polymer is, for example, 165 ° C for PP, 170 ° C for PLA, 220 ° C for N6, and 255 ° C for PET. These polymers may contain compounding agents such as fine particles, flame retardants and antistatic agents. Further, other components may be copolymerized as long as the properties of the polymer are not impaired. Furthermore, a polymer having a melting point of 300 ° C. or lower is preferable because of easy melt molding.
特にPPSは優れた耐熱性や耐薬品性を示し、さらに低吸湿性であることから、合成紙とした時の寸法安定性にも優れるため、電子情報分野における絶縁紙や回路基盤などの用途に好適に用いることができる。 In particular, PPS has excellent heat resistance and chemical resistance, and also has low moisture absorption, so it has excellent dimensional stability when made into synthetic paper, so it can be used for applications such as insulating paper and circuit boards in the field of electronic information. It can be used suitably.
本発明のナノファイバー分散体とは、単繊維直径が1〜500nmの範囲内にあるもののことを指し、その形態は単繊維が分散したもののことである。また、繊維状の形態であればよく、その長さや断面形状にはこだわらないものである。そして、本発明では、ナノファイバーの単繊維直径の平均値およびバラツキが重要である。ここで、単繊維数平均直径は、後述する実施例中の測定法「H.合成紙のSEM観察」および「I.ナノファイバーの単繊維数平均直径」によって評価され、単繊維直径のバラツキは、「H.合成紙のSEM観察」および「J.ナノファイバー単繊維直径の単繊維比率の和Paの評価」と「M.ナノファイバーの単繊維直径の集中度指数Pbの評価」によって表される。 The nanofiber dispersion of the present invention refers to a single fiber having a diameter of 1 to 500 nm, and its form is a dispersion of single fibers. Moreover, what is necessary is just a fibrous form, and it does not stick to the length or cross-sectional shape. In the present invention, the average value and variation of the single fiber diameters of the nanofibers are important. Here, the average number of single fibers is evaluated by the measurement methods “H. SEM observation of synthetic paper” and “I. Average average number of single fibers of nanofibers” in Examples described later. , “H. SEM observation of synthetic paper” and “J. Evaluation of sum Pa of single fiber ratio of nanofiber single fiber diameter” and “M. Evaluation of concentration index Pb of single fiber diameter of nanofiber” The
本発明の合成紙表面のナノファイバー分散体のSEM写真の一例を図3に示す。該単繊維数平均直径は、合成紙表面のナノファイバーを超高分解能走査型電子顕微鏡(FE−SEM)で観察し、同一表面内で無作為抽出した30本の単繊維直径を測定し、これを10枚の合成紙で評価し、合計300本の単繊維直径をそれぞれ測定して、それらの単純平均を求める。これを「単繊維数平均直径(φm)」と本発明では呼ぶ。本発明では単繊維数平均直径が1〜500nmであることが重要である。これは従来の海島複合紡糸などによる極細繊維に比べ1/100〜1/100000という細さであり、これにより本発明では従来の極細繊維を使った合成紙に比べて地合が良好で、かつ比表面積の大きな高性能の合成紙を得ることができる。単繊維数平均直径は1〜200nmであることが好ましく、1〜150nmであることがより好ましく、1〜100nmであることがさらに好ましい。特に本発明の合成紙をフィルターに利用する場合には高性能・高効率捕集が要求特性とし求められ、セパレーターなどに利用する場合には液体の遮蔽性が高いことが要求特性として求められることから、ナノファイバーの単繊維直径はより小さいことが望ましく、この場合には単繊維数平均直径が1〜150nmであることが好ましく、1〜100nmであることがより好ましい。 An example of the SEM photograph of the nanofiber dispersion on the surface of the synthetic paper of the present invention is shown in FIG. The average number of single fibers was measured by observing nanofibers on the surface of synthetic paper with an ultra-high resolution scanning electron microscope (FE-SEM) and measuring the diameters of 30 single fibers randomly extracted within the same surface. Are evaluated with 10 synthetic papers, and a total of 300 single fiber diameters are measured, and a simple average of them is obtained. In the present invention, this is referred to as “single fiber number average diameter (φm)”. In the present invention, it is important that the number average single fiber diameter is 1 to 500 nm. This is a fineness of 1/100 to 1 / 100,000 compared to the ultrafine fiber by the conventional sea-island composite spinning, etc., and in this invention, the formation is better than the synthetic paper using the conventional ultrafine fiber, and A high-performance synthetic paper having a large specific surface area can be obtained. The single fiber number average diameter is preferably 1 to 200 nm, more preferably 1 to 150 nm, and even more preferably 1 to 100 nm. Especially when the synthetic paper of the present invention is used as a filter, high performance and high efficiency collection is required as a required characteristic, and when it is used as a separator, a high liquid shielding property is required as a required characteristic. Therefore, the single fiber diameter of the nanofiber is desirably smaller. In this case, the single fiber number average diameter is preferably 1 to 150 nm, and more preferably 1 to 100 nm.
また、ナノファイバーの単繊維直径のバラツキは以下のようにして評価する。上述で求めた単繊維直径から分布表(ヒストグラム)を作成するために、単繊維直径φを任意の区分(n個)に分割し、各区分の両端の平均値をφiとする。該区分のナノファイバー各々の直径区分φi(i=1〜n)に対する頻度fiを数え、分布表を作成する。任意の区分に分割する方法としては、例えば単繊維数平均直径φmが500nm以下の場合、1区画は1〜10nmとして、nは10〜100区分とすることができる。(比較上で、単繊維数平均直径φmが500nmを超える他の繊維の場合には、1区画は単繊維数平均直径φmの1/10間隔以下として、nは10区分〜100区分とすることができる)。 Moreover, the dispersion | variation in the single fiber diameter of nanofiber is evaluated as follows. In order to create a distribution table (histogram) from the single fiber diameter obtained above, the single fiber diameter φ is divided into arbitrary sections (n), and the average value at both ends of each section is defined as φi. The frequency fi for the diameter section φi (i = 1 to n) of each nanofiber of the section is counted, and a distribution table is created. As a method of dividing into arbitrary sections, for example, when the single fiber number average diameter φm is 500 nm or less, one section may be 1 to 10 nm and n may be 10 to 100 sections. (For comparison, in the case of other fibers having a single fiber number average diameter φm of more than 500 nm, one section should be 1/10 or less of the single fiber number average diameter φm, and n should be 10 to 100 sections. Can do).
次に、単繊維直径のバラツキを評価する「単繊維比率の和Pa」と「集中指数Pb」について説明する。 Next, “sum of single fiber ratio Pa” and “concentration index Pb” for evaluating the variation in single fiber diameter will be described.
同じ区画に入る単繊維直径φiを持つナノファイバーの頻度fiを数え、それをNで割ったものをその単繊維直径の比率Piとする。Piを1から500nmの範囲内にある区画rまで単純に加算すればPaを求めることができる。 The frequency fi of nanofibers having a single fiber diameter φi that enters the same section is counted, and the result divided by N is the ratio Pi of the single fiber diameter. Pa can be obtained by simply adding Pi up to a section r in the range of 1 to 500 nm.
N=Σfi (i=1〜n) (2)
Pa=Σ(fi/N) (i=1〜r) (3)
具体的には、1〜500nmの範囲内にある区画番号rまでの個々のfi/Nを加算すれば良い。本発明においてナノファイバーではPaが60%以上であることが重要であり、70%以上であることがさらに好ましい。Paは大きいほど本発明でいうナノファイバーの本数比率が多く、粗大な単繊維直径のものが少ないことを意味している。これにより、ナノファイバーの機能を十分に発揮することができ、また製品の品質安定性も良好とすることができる。
N = Σfi (i = 1 to n) (2)
Pa = Σ (fi / N) (i = 1 to r) (3)
Specifically, the individual fi / N up to the partition number r within the range of 1 to 500 nm may be added. In the present invention, it is important that the nanofiber has Pa of 60% or more, and more preferably 70% or more. As Pa is larger, the number ratio of nanofibers referred to in the present invention is larger, and the number of coarse single fiber diameters is smaller. Thereby, the function of the nanofiber can be sufficiently exhibited, and the quality stability of the product can be improved.
また、単繊維直径の集中度指数Pbは、単繊維の平均直径付近の集中度を示す。上述のとおりに得られたφiの頻度fiを利用し、このデータを基に「単繊維直径φiの2乗値χiの区画に対する頻度fjの分布表(ヒストグラム)を作製する。次に、χiに対する該頻度数fjを積算した値Pjの表を予め作成する。 Moreover, the concentration index Pb of the single fiber diameter indicates the concentration in the vicinity of the average diameter of the single fibers. Using the frequency fi of φi obtained as described above, a distribution table (histogram) of the frequency fj for the section of the square value χi of the single fiber diameter φi is prepared based on this data. A table of values Pj obtained by integrating the frequency numbers fj is created in advance.
Pj=Σ(fj/N) (j=1〜n) (4)
単繊維直径φiの2乗値χiは繊維(円筒形)の重量に比例するので、(1)式からわかるようにdtex、即ち繊度に対する分布に対応する。このχiに対する「積算頻度数Pj」の近似関数Q(χiの4から6次関数)をマイクロソフト(Microsoft)社製エクセル(Excel)(商品名)でi作成する。その後、単繊維数平均直径φmを中央値にして、φmに15nmプラスしたものの2乗値をχaとし、φmに15nmマイナスした値の2乗値をχbとすると、単繊維直径の集中指数Pbは下記式から求められる。
Pj = Σ (fj / N) (j = 1 to n) (4)
Since the square value χ i of the single fiber diameter φ i is proportional to the weight of the fiber (cylindrical shape), it corresponds to the dtex, that is, the distribution with respect to the fineness, as can be seen from the equation (1). An approximate function Q (4 to 6th order function of χi) of “cumulative frequency Pj” for χi is created by Excel (trade name) manufactured by Microsoft Corporation. Then, assuming that the average number of single fibers φm is the median, the square value of 15 nm plus φm is χa, and the square of the value minus 15 nm of φm is χb, the single fiber diameter concentration index Pb is It is obtained from the following formula.
Pb=Q(χa)−Q(χb) (5)
本発明において、合成紙中のナノファイバー分散体は、単繊維数平均直径を中央値として、その前後30nm幅に入る繊維の割合を表す単繊維直径の集中度指数Pbが50%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましく、70%以上であることがさらに好ましい。このことは単繊維数平均直径付近への単繊維直径のバラツキの集中度を意味しており、Pbが高いほど単繊維直径のバラツキが小さいことを意味している。実際の単繊維数平均直径φm、単繊維比率の和Pa、単繊維直径の集中指数Pbの実際の測定法は、後述の実施例中に示した。
Pb = Q (χa) −Q (χb) (5)
In the present invention, the nanofiber dispersion in the synthetic paper has a single fiber diameter concentration index Pb representing a ratio of fibers entering the width of 30 nm before and after the average number of single fibers as a median value, and is 50% or more. Is preferably 60% or more, and more preferably 70% or more. This means the degree of concentration of the single fiber diameter variation around the single fiber number average diameter, and the higher the Pb, the smaller the single fiber diameter variation. The actual measurement methods of the actual single fiber number average diameter φm, the single fiber ratio sum Pa, and the single fiber diameter concentration index Pb are shown in the examples described later.
従来の合成紙に含まれる極細繊維の繊維直径は通常1μm以上であり、1μm以下の繊維が含まれていても全体としてみた場合には繊維直径のバラツキが大きく、繊維自体に絡合性がないため、安定した抄紙が困難であった。また、抄紙を可能にするために、太い繊維直径のPVA繊維バインダーやパルプ性のバインダーなどを併用すると、本来目的としている合成繊維を100%使用した合成紙が得られず、特に、バイオや電池用セパレータなどの他の不純物を嫌う分野やメディカル分野での手術用の癒着防止膜のように薄くて精度が要求される分野には従来の極細繊維では対応が困難であった。 The fiber diameter of the ultrafine fibers contained in the conventional synthetic paper is usually 1 μm or more, and even if fibers of 1 μm or less are contained, the fiber diameter varies greatly when viewed as a whole, and the fibers themselves are not entangled. For this reason, stable papermaking has been difficult. In addition, in order to enable papermaking, when a PVA fiber binder having a large fiber diameter or a pulp binder is used in combination, synthetic paper using 100% of the intended synthetic fiber cannot be obtained. Conventional ultrafine fibers have been difficult to deal with in fields that dislike other impurities, such as surgical separators, and fields that require thinness and accuracy, such as surgical anti-adhesion membranes in the medical field.
本発明の合成紙ではナノファイバー分散体を用いることで、ナノファイバー単独で抄紙可能であるため、上述の問題を解決することができる。 By using the nanofiber dispersion in the synthetic paper of the present invention, it is possible to make paper with the nanofiber alone, and thus the above-mentioned problems can be solved.
また、本発明の合成紙中のナノファイバー分散体の単繊維数平均直径は従来の極細繊維の1/10〜1/100であるため、比表面積が飛躍的に大きくなるという特徴がある。このため、通常の極細繊維では見られない特有の性質を示し、吸着特性の大幅な向上が期待できる。すなわち、水蒸気の吸着(すなわち吸湿性)や薬品の蒸気(臭気)、微粉末、粉塵などを吸着し易い。 Moreover, since the number average single fiber diameter of the nanofiber dispersion in the synthetic paper of the present invention is 1/10 to 1/100 that of a conventional ultrafine fiber, the specific surface area is remarkably increased. For this reason, the characteristic property which cannot be seen with a normal extra fine fiber is shown, and the adsorption | suction characteristic can be improved significantly. That is, it easily adsorbs water vapor (that is, hygroscopicity), chemical vapor (odor), fine powder, and dust.
例えば、従来のN6極細繊維からなる合成紙では吸湿率が2.8%程度(後述の比較例10)であるのに比べ、本発明のN6ナノファイバー合成紙では吸湿率が6.4%(後述の実施例1)になった。 For example, the moisture absorption of the conventional synthetic paper made of N6 ultrafine fibers is about 2.8% (Comparative Example 10 described later), whereas the moisture absorption of the N6 nanofiber synthetic paper of the present invention is 6.4% ( It became Example 1) described later.
また、従来の極細繊維に比べて繊維直径が非常に小さいナノファイバーを用いることによって、後述の実施例5で示したように2g/m2のような非常に薄い目付の合成紙でもピンホールが少なく、地合の均一な合成紙が作製でき、厚みが非常に薄くても、通気量が非常に小さい合成紙を作製することができる。この合成紙は、イオン移動や微量気体、微量薬剤移動は可能だが、多量の液体移動を嫌う電池セパレータ材料などに利用することができる。また、医療手術において、例えば手術中や手術後の患部からの体液や腹水の漏れが致命的な障害になったり、その漏れた体液や腹水が原因で他の病原菌汚染の原因となったりする場合があるため、生体への適合性がよく、体液の漏洩を防止する手術用隔膜材料が求められていた。このような材料として抗血栓性高分子フィルムが使用されてきたが、このような高分子フィルムでは可撓性がなく、手術時の扱いが困難な材料であった。本発明の合成紙はこのような手術用隔膜材料に利用するのにも適している。 In addition, by using nanofibers having a very small fiber diameter compared to conventional ultrafine fibers, pinholes can be formed even in synthetic paper with a very thin basis weight such as 2 g / m 2 as shown in Example 5 described later. There are few synthetic papers with uniform formation, and even if the thickness is very thin, it is possible to produce a synthetic paper with a very small air flow rate. This synthetic paper can be used for battery separator materials that are capable of ion migration, trace gas and trace drug migration, but dislikes large amounts of liquid migration. Also, in medical surgery, for example, leakage of bodily fluid or ascites from the affected area during or after surgery may become a fatal obstacle, or the leaked bodily fluid or ascites may cause contamination of other pathogenic bacteria Therefore, there has been a demand for a diaphragm material for surgery that has good compatibility with living bodies and prevents leakage of bodily fluids. An antithrombotic polymer film has been used as such a material, but such a polymer film is not flexible and difficult to handle during surgery. The synthetic paper of the present invention is also suitable for use in such a diaphragm material for surgery.
また、本発明のナノファイバー合成紙の特徴は、後述の実施例1のように、ナノファイバーが単繊維1本1本まで分散されており、目付や厚み、地合などが均一な合成紙にできることである。さらに、このナノファイバー合成紙中には、ナノファイバーを叩解する際にナノファイバーが損傷を受けて粉体状になった繊維屑も含まれず、ナノファイバーを抄紙して合成紙を作製する際に、欠点の少ない均一なシートとすることができる。 In addition, the nanofiber synthetic paper of the present invention is characterized by a synthetic paper in which nanofibers are dispersed up to one single fiber as in Example 1 described later, and the basis weight, thickness, texture, etc. are uniform. It can be done. In addition, this nanofiber synthetic paper does not include fiber scraps that have been damaged when nanofibers are beaten, and when nanofibers are made to make synthetic paper. , A uniform sheet with few defects can be obtained.
メディカルやバイオ分野における細胞培養や蛋白吸着・除去においてナノサイズの材料が重要になってきているが、背景技術で述べた「エレクトロスピニング」技術によるナノファイバーではナノファイバーの繊維直径を均一に制御することが不十分であった。本発明の合成紙中や合成紙表面に存在するナノファイバーは、細胞や蛋白(各種血液中に存在する蛋白、酵素、細菌、ウィルスなど)などの吸着部位の大きさとサイズ的に適合しており、ナノファイバーとこれらの細胞や蛋白の直接的な相互作用が期待されるため、メディカルやバイオ用の吸着材料としても有用である。 Nano-sized materials are becoming important for cell culture and protein adsorption / removal in the medical and bio fields, but with nanofibers using the “electrospinning” technology described in the background art, the fiber diameter of nanofibers is uniformly controlled. That was insufficient. The nanofibers present in the synthetic paper or on the surface of the present invention are compatible with the size and size of the adsorption sites of cells and proteins (proteins, enzymes, bacteria, viruses, etc. present in various blood). Since direct interaction between nanofibers and these cells and proteins is expected, it is also useful as an adsorbing material for medical and biotechnology.
このような用途に使用されるナノファイバー合成紙は、その機能として合成紙の表面や浸透あるいは遮蔽を利用する場合と流体や微粒子などを透過させて利用する場合がある。前者の場合は、用途として、電池用セパレーターや研磨材などが挙げられるが、合成紙の目付が比較的高いほうが好ましく、合成紙を目的とする構造体に加工する際のシートの柔軟性やナノファイバーの合成紙中でのパッキング性を考慮すると、合成紙の目付を50g/m2以下にすることが好ましく、30g/m2以下にすることがより好ましく、10g/m2以下にすることがさらに好ましい。また、目付が低すぎるとピンホールができる可能性があるため、目付の下限としては1g/m2以上である。 The nanofiber synthetic paper used for such applications may use the surface of the synthetic paper, permeation or shielding as its function, or may be used by allowing fluid or fine particles to pass through. In the former case, battery separators and abrasives can be used as the application. However, it is preferable that the basis weight of the synthetic paper is relatively high, and the flexibility of the sheet when processing the synthetic paper into a target structure or nano Considering the packing property of the fiber in the synthetic paper, the basis weight of the synthetic paper is preferably 50 g / m 2 or less, more preferably 30 g / m 2 or less, and 10 g / m 2 or less. Further preferred. Further, if the basis weight is too low, pinholes may be formed, so the lower limit of the basis weight is 1 g / m 2 or more.
さらに、後者の場合、用途として、エアフィルターや液体フィルターならびに血液フィルターなどのメディカル製品などが挙げられるが、合成紙の密度との関係もあるが、気体や液体の透過を効率的に行うにはなるべく薄い方が好ましく、合成紙の目付としては10g/m2以下にすることが好ましく、5g/m2以下にすることがさらに好ましい。 Furthermore, in the latter case, applications include medical products such as air filters, liquid filters, and blood filters, but there is a relationship with the density of synthetic paper. The thinner one is preferable, and the basis weight of the synthetic paper is preferably 10 g / m 2 or less, more preferably 5 g / m 2 or less.
また、ナノファイバーをその一部に含有する複合合成紙の場合、複合合成紙中に存在するナノファイバーのみの目付としては、5g/m2以下であることが好ましく、1g/m2以下であることがより好ましく、また、0.0001g/m2以上であることが好ましい。 Moreover, in the case of composite synthetic paper containing nanofibers in part, the basis weight of only the nanofibers present in the composite synthetic paper is preferably 5 g / m 2 or less, and preferably 1 g / m 2 or less. More preferably, it is preferably 0.0001 g / m 2 or more.
本発明の合成紙では目的に応じてその厚みを厚くすることも薄くすることも、目付によって自由に制御することができるため特に限定はないが、抄紙性や合成紙の地合を良好としたり、フィルターやセパレーターなどの各種製品に加工する際の引張りなどの応力に対して十分耐え得るように、厚みを10μm以上にすることが好ましく、100μm以上にすることがより好ましく、150μm以上とすることがさらに好ましい。厚みの上限としては、5000μm(5mm)以下であることが好ましい。 The synthetic paper of the present invention can be thickened or thinned according to the purpose, and can be freely controlled by the basis weight, but is not particularly limited. The thickness is preferably 10 μm or more, more preferably 100 μm or more, and more preferably 150 μm or more so that it can sufficiently withstand stress such as tension when processed into various products such as filters and separators. Is more preferable. The upper limit of the thickness is preferably 5000 μm (5 mm) or less.
また、本発明のナノファイバー合成紙の密度は、合成紙を各用途に応じて使用する際や加工する際にシワが入り易くならないように、また合成紙表面の地合が不均一にならないように、0.3g/cm3以下であることが好ましく、0.2g/cm3以下であることがより好ましく、0.1g/cm3以下であることがさらに好ましい。密度の下限としては、0.001g/cm3以上であることが好ましい。 The density of the nanofiber synthetic paper of the present invention is such that the synthetic paper does not easily wrinkle when used or processed according to each application, and the surface of the synthetic paper does not become uneven. Furthermore, it is preferably 0.3 g / cm 3 or less, more preferably 0.2 g / cm 3 or less, and further preferably 0.1 g / cm 3 or less. The lower limit of the density is preferably 0.001 g / cm 3 or more.
本発明の合成紙は、後述の実施例1のように、目付が8g/m2のような薄い合成紙であっても、バインダーや骨材、基材などのベース材料がなくても作製が可能である。これは、ナノファイバーの凝集力が強く、その分散は難しいものの、逆に凝集力が強いために抄紙する際には非常に都合が良く、ナノファイバー同士の絡合性や、接着性が優れているためであると考えられる。また、このような抄紙性の良好なナノファイバーを得るには、ナノファイバーの濾水度が350以下であることが好ましく、200以下であることがより好ましく、100以下であることがさらに好ましく、また、濾水度の下限としては5以上であることが好ましい。さらに、このようなナノファイバーを用いることによって、後述の実施例5のように目付が2g/m2と非常に低くても抄紙することが可能であった。後述の実施例5のナノファイバー合成紙は、スクリーン紗をベース基材としているが、スクリーン紗の目開き部分、すなわち格子中央部に存在するナノファイバーはバインダーがない状態であっても大きなピンホールもなく、地合が均一なシートになっている。 The synthetic paper of the present invention can be produced even if it is a thin synthetic paper having a basis weight of 8 g / m 2 as in Example 1 described later, or even without a base material such as a binder, an aggregate, and a base material. Is possible. This is a strong cohesive force of nanofibers and its dispersion is difficult, but conversely, it is very convenient when making paper because of its strong cohesive force, and it has excellent entanglement and adhesion between nanofibers. It is thought that this is because. Moreover, in order to obtain such a papermaking good nanofiber, the freeness of the nanofiber is preferably 350 or less, more preferably 200 or less, further preferably 100 or less, The lower limit of the freeness is preferably 5 or more. Furthermore, by using such nanofibers, it was possible to make paper even if the basis weight was as low as 2 g / m 2 as in Example 5 described later. The nanofiber synthetic paper of Example 5, which will be described later, uses a screen wrinkle as a base substrate, but the nanofibers present in the opening portion of the screen wrinkle, that is, in the center of the lattice, are large pinholes even without a binder. There is no sheet.
また、本発明の合成紙においてはナノファイバー分散体の単繊維直径が均一であるため、合成紙中のナノファイバー間で構成される孔の大きさも均一である。この孔の形成は、ナノファイバーの高分子の種類と単繊維直径によるナノファイバーの剛性によって支配され、すなわちナノファイバーが屈曲することによって、合成紙中でのナノファイバーの存在位置やナノファイバーの直径ならびにナノファイバー間の絡み合いなどによって形成されるが、ナノファイバーの単繊維直径のおよそ数倍〜10倍程度の平均孔径が形成される。例えば、気体や液体などの流体中の微粒子や除去したい成分を効率よく捕集するためには、ナノファイバー合成紙の孔面積としては、1.0μm2(孔径1.1μm)以下であることが好ましく、0.5μm2(平均孔径0.75μm)以下であることがさらに好ましい。また、孔面積の下限としては10nm2以上であることが好ましく、50nm2以上であることがさらに好ましい。また、本発明のナノファイバー合成紙では、孔径がナノレベルの大きさというだけでなく、そのバラツキが小さいことも特徴の1つである。孔径のバラツキが小さいことにより、ナノレベルの各種微粒子(粉塵、異物、各種蛋白、細菌などの総称)を分級することができる。ナノファイバーの合成紙を利用して、単にナノサイズの孔径を有するフィルターを作製しても、すぐに目詰まりが起こる場合があるので、合成紙表面に並行流で気体あるいは液体を流す方式による吸着方法を採用するなどの工夫が必要な場合があるが、ナノファイバー合成紙の均一な超微細孔はナノレベルでの捕集性能を活かした機能を発現することが期待される。 Moreover, since the single fiber diameter of the nanofiber dispersion is uniform in the synthetic paper of the present invention, the size of the holes formed between the nanofibers in the synthetic paper is also uniform. The formation of pores is governed by the nanofiber's stiffness due to the type of nanofiber's polymer and the single fiber diameter. In addition, although formed by entanglement between nanofibers, an average pore diameter of about several to 10 times the single fiber diameter of the nanofiber is formed. For example, in order to efficiently collect fine particles and components to be removed in a fluid such as gas or liquid, the pore area of the nanofiber synthetic paper is 1.0 μm 2 (pore diameter 1.1 μm) or less. Preferably, it is 0.5 μm 2 (average pore diameter 0.75 μm) or less. The lower limit of the pore area is preferably 10 nm 2 or more, and more preferably 50 nm 2 or more. In addition, the nanofiber synthetic paper of the present invention is characterized not only by the pore size being nano-sized, but also by its small variation. Due to the small variation in pore size, various nano-level fine particles (generic name for dust, foreign matter, various proteins, bacteria, etc.) can be classified. Even if a filter with nano-sized pore size is simply made using nanofiber synthetic paper, clogging may occur immediately. Although there are cases where it is necessary to devise methods such as adopting a method, the uniform ultra-fine pores of the nanofiber synthetic paper are expected to exhibit functions utilizing the collection performance at the nano level.
本発明のナノファイバー合成紙では、通気量が30cc/cm2/sec以下であることが好ましい。通気量が小さい、すなわち気体の遮蔽性能が高いことにより、例えばセパレーターなどの隔壁に利用することができる。通気量は好ましくは15cc/cm2/sec以下、さらに好ましくは5cc/cm2/sec以下、最も好ましくは1cc/cm2/sec以下である。通気量の下限としては、0.25cc/cm2/sec以上であることが好ましい。 In the nanofiber synthetic paper of the present invention, the air flow rate is preferably 30 cc / cm 2 / sec or less. Since the air flow rate is small, that is, the gas shielding performance is high, it can be used for a partition wall such as a separator. The air flow rate is preferably 15 cc / cm 2 / sec or less, more preferably 5 cc / cm 2 / sec or less, and most preferably 1 cc / cm 2 / sec or less. The lower limit of the air flow rate is preferably 0.25 cc / cm 2 / sec or more.
本発明の合成紙では、ナノファイバー分散体によって合成紙中の空隙が密に充填されるため、合成紙を貫通するピンホールが抑制されていることも特徴である。より具体的には、紙の表から裏へ貫通する円換算直径50μm以上の孔の個数が0〜1000個/cm2であることが好ましい。ピンホールの個数を1000個/cm2以下とすることで、気体透過度や液体透過度などを抑制することができる。ピンホールの個数はより好ましくは100個/cm2以下、さらに好ましくは15個/cm2以下、最も好ましくは3個/cm2以下である。 The synthetic paper of the present invention is also characterized in that pinholes penetrating through the synthetic paper are suppressed because the voids in the synthetic paper are densely filled with the nanofiber dispersion. More specifically, it is preferable that the number of holes with a diameter of 50 μm or more penetrating from the front to the back of the paper is 0 to 1000 / cm 2 . By setting the number of pinholes to 1000 / cm 2 or less, gas permeability, liquid permeability, and the like can be suppressed. The number of pinholes is more preferably 100 / cm 2 or less, further preferably 15 / cm 2 or less, and most preferably 3 / cm 2 or less.
本発明の合成紙では表面平滑度が300秒以上であることが好ましい。ここでいう表面平滑度とは、JIS P 8119−1976に規定されているベックの表面平滑度(秒表示)のことである。表面平滑度が高いことで、絶縁紙を利用した回路基盤などの平滑性が要求される用途に本発明のナノファイバー合成紙を用いることが可能となる。表面平滑度としては好ましくは1000秒以上、より好ましくは1500秒以上、さらに好ましくは3000秒以上である。表面平滑度の上限としては、20000秒以下であることが好ましい。 The synthetic paper of the present invention preferably has a surface smoothness of 300 seconds or more. The surface smoothness referred to here is Beck's surface smoothness (second display) defined in JIS P 8119-1976. Since the surface smoothness is high, the nanofiber synthetic paper of the present invention can be used for applications requiring smoothness such as a circuit board using insulating paper. The surface smoothness is preferably 1000 seconds or longer, more preferably 1500 seconds or longer, and still more preferably 3000 seconds or longer. The upper limit of the surface smoothness is preferably 20000 seconds or less.
本発明では、単繊維数平均直径が500nm以下のナノファイバー分散体と、単繊維数平均直径が1μm以上の他の繊維からなり、該他の繊維を少なくとも5wt%以上さらに含有する混合抄紙タイプの合成紙も作製できる。このナノファイバー分散体は、単繊維数平均直径が200nm以下であることが好ましい。ここで、ナノファイバーの重量混合率は、後述する実施例中の「P.ナノファイバーの重量混合率の測定法」によって評価できる。ナノファイバー分散体と単繊維直径が1μm以上の他の繊維を混合抄紙することで、ナノファイバー合成紙に嵩高性を付与できる。 In the present invention, a mixed paper-making type comprising a nanofiber dispersion having a single fiber number average diameter of 500 nm or less and other fibers having a single fiber number average diameter of 1 μm or more, and further containing at least 5 wt% of the other fibers. Synthetic paper can also be produced. The nanofiber dispersion preferably has a single fiber number average diameter of 200 nm or less. Here, the weight mixing ratio of nanofibers can be evaluated by “P. Measuring method of weight mixing ratio of nanofibers” in Examples described later. Bulkiness can be imparted to the nanofiber synthetic paper by mixing paper making with the nanofiber dispersion and other fibers having a single fiber diameter of 1 μm or more.
例えば、ナノファイバー合成紙の嵩高性を制御することによって、電池セパレーターやメディカル製品において、循環液などの微量な液の移動やイオンの通過性を制御することが可能になり、ナノファイバー合成紙の機能性が向上する。ナノファイバーと混合する1μm以上の他の繊維の含有量は、重量で5%以上とすることが好ましく、10%以上とすることがさらに好ましい。 For example, by controlling the bulkiness of nanofiber synthetic paper, it becomes possible to control the movement of trace amounts of liquids such as circulating fluid and the passage of ions in battery separators and medical products. Improved functionality. The content of other fibers of 1 μm or more mixed with the nanofibers is preferably 5% or more by weight, more preferably 10% or more.
また、単繊維数平均直径が500nm以下のナノファイバー分散体と、単繊維数平均直径が1μm以上の他の繊維からなり、該ナノファイバー分散体が多くとも3wt%以下含有する混合抄紙タイプの合成紙も作製できる。このナノファイバー分散体は、単繊維数平均直径が200nm以下であることが好ましい。また、ナノファイバーの含有量1wt%以下であることがさらに好ましい。こちらは先程の合成紙とは別の混合抄紙タイプのナノファイバー合成紙であり、。すなわち、1μm以上の他の繊維が主体の合成紙にナノファイバー分散体を少量添加することを特徴とする合成紙である。1μm以上の他の繊維からなる合成紙は、ナノファイバー100%からなる合成紙に比較して嵩高く、空隙が大きいために、通気性や液体透過性、耐圧性に優れている。そのため、この1μm以上の他の繊維にナノファイバー分散体を混合して合成紙とすることで、ナノファイバー表面の機能を生かしつつ、合成紙としての性能を十分発揮させるものである。また、ナノファイバー分散体は凝集し易いので、1μm以上の他の繊維が作り出す合成紙中の空間にナノファイバーを蜘蛛の巣状に少量分散させることによって、ナノファイバーの繊維1本1本が空間に広がって合成紙中に保持され、ナノファイバー本来の機能が発揮し易くなる。この合成紙によって、バイオあるいはケミカル用途や電池用途などの触媒の担持体として利用する場合などには、ナノファイバーの表面積を効率良く利用できることが期待される。 Also, a composite papermaking type composition comprising a nanofiber dispersion having a single fiber number average diameter of 500 nm or less and other fibers having a single fiber number average diameter of 1 μm or more, and the nanofiber dispersion contains at most 3 wt% or less. Paper can also be made. The nanofiber dispersion preferably has a single fiber number average diameter of 200 nm or less. Further, the nanofiber content is more preferably 1 wt% or less. This is a mixed paper-making type nanofiber synthetic paper different from the previous synthetic paper. That is, the synthetic paper is characterized in that a small amount of the nanofiber dispersion is added to the synthetic paper mainly composed of other fibers of 1 μm or more. Synthetic paper composed of other fibers of 1 μm or more is bulky and has large gaps compared to synthetic paper composed of 100% nanofibers, and thus has excellent breathability, liquid permeability, and pressure resistance. Therefore, by mixing the nanofiber dispersion with other fibers of 1 μm or more to obtain a synthetic paper, the performance as a synthetic paper is sufficiently exhibited while taking advantage of the function of the nanofiber surface. In addition, since nanofiber dispersion easily aggregates, each nanofiber fiber is a space by dispersing a small amount of nanofiber in a spider web in a space in synthetic paper created by other fibers of 1 μm or more. It spreads and is held in the synthetic paper, and the original function of the nanofiber is easily exhibited. With this synthetic paper, it is expected that the surface area of the nanofibers can be used efficiently when used as a catalyst support for bio or chemical applications or battery applications.
本発明では、単繊維数平均直径が500nm以下のナノファイバー分散体を支持体上に積層したナノファイバー合成紙も作製できる。積層することで、支持体による補強効果で本発明の合成紙の強力を向上させることができるだけでなく、支持体にナノファイバー分散体を少量積層させることにより、気体や液体の透過性を制御しつつ、ナノファイバーによる各種物質の捕集効率を向上させることができるため、このような合成紙をフィルターなどに利用することができる。積層方法としては、抄紙だけでなく、ナノファイバーからなる分散液を含浸、滴下、あるいはスプレーやコーティングする方法など種々の方法を採用することができる。支持体としては、織物、編物、不織布、発泡体などを用途や目的に応じて適宜選択することができる。 In the present invention, a nanofiber synthetic paper in which a nanofiber dispersion having a single fiber number average diameter of 500 nm or less is laminated on a support can also be produced. By laminating, not only can the strength of the synthetic paper of the present invention be improved by the reinforcing effect of the support, but also the permeability of gas and liquid can be controlled by laminating a small amount of nanofiber dispersion on the support. However, since the collection efficiency of various substances by nanofibers can be improved, such synthetic paper can be used for a filter or the like. As a laminating method, various methods such as a method of impregnating, dripping, spraying or coating with a dispersion liquid made of nanofibers can be adopted as well as papermaking. As the support, a woven fabric, a knitted fabric, a nonwoven fabric, a foam or the like can be appropriately selected depending on the application and purpose.
本発明においては、上述のようなナノファイバー合成紙を含む複合合成紙や合成紙成型品とすることできる。また、ナノファイバー合成紙を利用することにより、フィルター、セパレーター、研磨材、メディカル製品あるいは回路基盤とすることも可能である。 In this invention, it can be set as the composite synthetic paper containing the above nanofiber synthetic paper, or a synthetic paper molded article. Also, by using nanofiber synthetic paper, it is possible to make a filter, separator, abrasive, medical product or circuit board.
本発明は、本文中や実施例で示すようにナノファイバー合成紙をバインダーを使用することなく抄紙することが可能である。本発明のナノファイバーは、天然パルプに類似した形態を持つものと考えられるが、これとの相違点としては、本発明のナノファイバー分散体はパルプと比較して単繊維直径が均一であり、繊維の分岐がほとんどないことである。従来から、熱可塑性高分子をフィブリル化して抄紙することについては種々の方法が検討されたが、バインダーを使用せずに抄紙することは非常に困難であった。さらに、従来の単繊維数平均直径が0.5μm以上の極細繊維の直径の細さでもバインダーを使用せずに抄紙することは困難であった。 In the present invention, as shown in the text and examples, it is possible to make a nanofiber synthetic paper without using a binder. Although the nanofiber of the present invention is considered to have a form similar to natural pulp, the difference from this is that the nanofiber dispersion of the present invention has a uniform single fiber diameter compared to pulp, There is almost no fiber branching. Conventionally, various methods have been studied for making paper by fibrillating a thermoplastic polymer, but it has been very difficult to make paper without using a binder. Furthermore, it is difficult to make paper without using a binder even if the diameter of the conventional ultrafine fiber having a number average single fiber diameter of 0.5 μm or more is small.
前述のように、本発明のナノファイバー分散体は、その凝集力、絡合性により、天然パルプと同様に抄紙することが可能であることから、バインダーを使用せずに合成紙を製造することが可能である。さらに、後述する実施例3に示すようにナノファイバー分散体をバインダーとして使用し、通常の合成繊維や極細繊維を抄紙することも可能であり、ナノファイバー分散体をバインダーとして、単繊維数平均直径が1μm以上の熱可塑性高分子からなる合成繊維を抄紙することも可能である。 As described above, since the nanofiber dispersion of the present invention can be made in the same manner as natural pulp due to its cohesive strength and entanglement, synthetic paper can be produced without using a binder. Is possible. Furthermore, as shown in Example 3 to be described later, it is possible to use a nanofiber dispersion as a binder, and it is also possible to make a normal synthetic fiber or ultrafine fiber, using the nanofiber dispersion as a binder, and the average number of single fibers It is also possible to make a synthetic fiber made of a thermoplastic polymer having a thickness of 1 μm or more.
次に、本発明の合成紙に用いるナノファイバーの製造方法について説明する。 Next, the manufacturing method of the nanofiber used for the synthetic paper of this invention is demonstrated.
最初に、ナノファイバーの作製原料となる「高分子アロイ繊維」の製造方法について説明する。該高分子アロイ繊維の製造方法は、例えば、以下のような方法を採用することができる。 First, a method for producing a “polymer alloy fiber” that is a raw material for producing nanofibers will be described. As a method for producing the polymer alloy fiber, for example, the following method can be employed.
すなわち、溶剤や薬液に対する溶解性の異なる2種類以上の高分子をアロイ化した高分子アロイチップを作製し、これを紡糸装置(図1参照)のホッパー1に投入し、溶融部2でアロイ溶融体とし、加熱保温用スピンブロック3中の紡糸パック4に配した口金孔5から吐出紡糸した後、チムニー6で冷却固化し糸条7を形成し、集束給油ガイド8、第1引取ローラ9、第2引取ローラ10を経て巻取機11で繊維を巻取る。そしてこれを必要に応じて延伸・熱処理を施し、高分子アロイ繊維を得る。さらに、これを溶剤や薬液で処理して海成分を脱海し、本発明で用いるナノファイバーを得る。ここで、高分子アロイ繊維中で後にナノファイバーとなる溶剤や薬液に難溶解性の高分子を島成分とし、易溶解性の高分子を海成分とし、この島成分のサイズを制御することによって、ナノファイバーの単繊維数平均直径とバラツキを設計することができる。 That is, a polymer alloy chip made by alloying two or more kinds of polymers having different solubility in a solvent or a chemical solution is prepared, and this is introduced into a hopper 1 of a spinning device (see FIG. 1), and alloy melting is performed in a melting part 2. After being discharged and spun from the nozzle hole 5 disposed in the spinning pack 4 in the heat-insulating spin block 3, the chimney 6 is cooled and solidified to form the yarn 7, the converged oiling guide 8, the first take-up roller 9, The fiber is wound up by the winder 11 through the second take-up roller 10. And this is extended | stretched and heat-processed as needed and a polymer alloy fiber is obtained. Further, this is treated with a solvent or a chemical solution to remove sea components, and nanofibers used in the present invention are obtained. Here, in a polymer alloy fiber, a polymer that is hardly soluble in a solvent or chemical solution that later becomes a nanofiber is used as an island component, and an easily soluble polymer is used as a sea component, and by controlling the size of this island component, In addition, it is possible to design the number average diameter and variation of single fibers of nanofibers.
ここで、島成分のサイズは、高分子アロイ繊維の横断面を透過型電子顕微鏡(TEM)あるいは走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、直径換算で評価したものである。該高分子アロイ繊維中の島成分の単繊維数平均直径の評価方法は、後述する実施例中の測定法のF項、G項に示した。ナノファイバー前駆体である高分子アロイ繊維中での島成分サイズによりナノファイバーの直径がほぼ決定されるため、島サイズの分布はナノファイバーの直径分布に準じて設計される。このため、アロイ化する高分子の混練が非常に重要であり、本発明では混練押出機や静止混練器等によって高混練することが好ましい。なお、単純なチップブレンド(例えば特開平6−272114号公報)では混練が不足するため、数十nmサイズで島成分を分散するのは困難である。 Here, the size of the island component is obtained by observing the cross section of the polymer alloy fiber with a transmission electron microscope (TEM) or a scanning electron microscope (SEM), and evaluating it in terms of diameter. The evaluation method of the number average diameter of the single fiber of the island component in the polymer alloy fiber is shown in the items F and G of the measuring method in Examples described later. Since the diameter of the nanofiber is almost determined by the island component size in the polymer alloy fiber that is the nanofiber precursor, the distribution of the island size is designed according to the diameter distribution of the nanofiber. For this reason, kneading of the polymer to be alloyed is very important, and in the present invention, high kneading is preferably performed by a kneading extruder, a stationary kneader, or the like. It should be noted that simple chip blending (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-272114) is insufficient in kneading, and it is difficult to disperse island components with a size of several tens of nm.
具体的に混練を行う際の目安としては、組み合わせる高分子にもよるが、混練押出機を用いる場合は、2軸押出混練機を用いることが好ましく、静止混練器を用いる場合は、その分割数は100万以上とすることが好ましい。また、島成分を数十nmサイズで超微分散させるには、高分子の組み合わせも重要である。 Specific guidelines for kneading depend on the polymer to be combined, but when using a kneading extruder, it is preferable to use a biaxial extrusion kneader, and when using a static kneader, the number of divisions Is preferably 1 million or more. In addition, a combination of polymers is also important for the ultrafine dispersion of island components with a size of several tens of nanometers.
島ドメイン(ナノファイバー断面)を円形に近づけるためには、島高分子と海高分子は非相溶であることが好ましい。しかしながら、単なる非相溶高分子の組み合わせでは島成分高分子が十分に超微分散化し難い。このため、組み合わせる高分子の相溶性を最適化することが好ましいが、このための指標の一つが溶解度パラメーター(SP値)である。ここで、SP値とは(蒸発エネルギー/モル容積)1/2 で定義される物質の凝集力を反映するパラメータであり、SP値が近いもの同士では相溶性が良い高分子アロイが得られる可能性がある。SP値は種々の高分子で知られているが、例えば「プラスチック・データブック」旭化成アミダス株式会社/プラスチック編集部共編、189ページ等に記載されている。 In order to make the island domain (cross section of the nanofiber) close to a circle, the island polymer and the sea polymer are preferably incompatible. However, it is difficult for the island component polymer to be sufficiently finely dispersed by a simple combination of incompatible polymers. For this reason, it is preferable to optimize the compatibility of the polymer to be combined, but one index for this purpose is the solubility parameter (SP value). Here, the SP value is a parameter reflecting the cohesive strength of substances defined by (evaporation energy / molar volume) 1/2 , and a polymer alloy having good compatibility can be obtained between those having close SP values. There is sex. The SP value is known for various polymers, and is described, for example, in “Plastic Data Book”, edited by Asahi Kasei Amidus Co., Ltd./Plastics Editorial Department, page 189.
2つの高分子のSP値の差が1〜9(MJ/m3)1/2であると、非相溶化による島成分ドメインの円形化と超微分散化が両立させやすく好ましい。例えば、N6とPETはSP値の差が6(MJ/m3)1/2程度であり好ましい例であるが、N6とPEはSP値の差が11(MJ/m3)1/2程度であり好ましくない例として挙げられる。 It is preferable that the difference in SP value between the two polymers is 1 to 9 (MJ / m 3 ) 1/2 because it is easy to achieve both circularization and ultrafine dispersion of island component domains due to incompatibility. For example, the difference in SP value between N6 and PET is about 6 (MJ / m 3 ) 1/2, which is a preferable example. The difference between N6 and PE is about 11 (MJ / m 3 ) 1/2. This is an undesirable example.
また、高分子同士の融点差が20℃以下であると、特に押出混練機を用いた混練の際、押出混練機中での融解状況に差を生じにくいため高効率混練しやすく、好ましい。ここで、非晶性高分子の場合は融点が存在しないためビカット軟化温度あるいは熱変形温度でこれに代える。 Further, it is preferable that the difference in melting point between polymers is 20 ° C. or less because kneading using an extrusion kneader is easy to knead with high efficiency because the difference in melting state in the extrusion kneader hardly occurs. Here, in the case of an amorphous polymer, since there is no melting point, it is replaced by the Vicat softening temperature or the heat distortion temperature.
さらに、溶融粘度も重要であるり、島を形成する高分子の方を低く設定すると剪断力による島高分子の変形が起こりやすいため、島高分子の微分散化が進みやすく、ナノファイバ−化の観点から好ましい。ただし、島高分子を過度に低粘度にすると海化しやすくなり、繊維全体に対するブレンド比を高くできないため、島高分子の粘度は海高分子の粘度の1/10以上とすることが好ましい。また、海高分子の溶融粘度は紡糸性に大きな影響を与える場合があり、海高分子として100Pa・s以下の低粘度高分子を用いると島高分子を分散させやすく好ましい。また、これにより紡糸性を著しく向上できるのである。このとき、溶融粘度は紡糸の際の口金温度で剪断速度1216sec−1での値である。 Furthermore, melt viscosity is also important, and if the polymer forming the island is set lower, the island polymer is likely to be deformed by shearing force. From the viewpoint of However, if the island polymer is excessively low in viscosity, it tends to be seamed and the blend ratio with respect to the whole fiber cannot be increased. Therefore, the viscosity of the island polymer is preferably 1/10 or more of the viscosity of the sea polymer. In addition, the melt viscosity of the sea polymer may greatly affect the spinnability, and it is preferable to use a low-viscosity polymer of 100 Pa · s or less as the sea polymer because the island polymer is easily dispersed. This can also significantly improve the spinnability. At this time, the melt viscosity is a value at a shear rate of 1216 sec −1 at the die temperature during spinning.
また、曳糸性や紡糸安定性を高めるために、口金温度は海高分子の融点から25℃以上、口金から冷却開始までの距離を1〜15cmとし、糸の冷却を行うことが好ましい。 In order to improve the spinnability and spinning stability, the die temperature is preferably 25 ° C. or more from the melting point of the sea polymer, and the distance from the die to the start of cooling is 1 to 15 cm to cool the yarn.
紡糸速度は紡糸過程でのドラフトを高くする観点から高速紡糸ほど好ましく、100以上のドラフトが、ナノファイバー直径を小さくする観点から好ましい。また、紡糸された高分子アロイ繊維には延伸・熱処理を施すことが好ましいが、延伸の際の予熱温度は島高分子のガラス転移温度(Tg)以上の温度が、糸斑を小さくする点で好ましい。 The spinning speed is preferably higher speed spinning from the viewpoint of increasing the draft in the spinning process, and a draft of 100 or more is preferred from the viewpoint of reducing the nanofiber diameter. The spun polymer alloy fibers are preferably subjected to drawing and heat treatment, but the preheating temperature during drawing is higher than the glass transition temperature (T g ) of the island polymer in order to reduce the yarn unevenness. preferable.
本製造方法は、以上のような高分子の組み合わせ、紡糸・延伸条件の最適化を行うことで、島高分子が数十nmに超微分散化し、しかも糸斑の小さな高分子アロイ繊維を得ることを可能にするものであり、ある断面だけでなく長手方向のどの断面をとっても島高分子直径バラツキの小さな「高分子アロイ繊維」とすることができるのである。 In this production method, by combining the above polymers and optimizing the spinning / drawing conditions, the island polymer is ultra-finely dispersed to several tens of nanometers, and a polymer alloy fiber with small thread spots is obtained. Thus, not only a certain cross section but also any cross section in the longitudinal direction can be used as a “polymer alloy fiber” having small island polymer diameter variation.
以上の方法によって紡糸される「高分子アロイ繊維」は、通常単糸繊度は1〜15dtex(10〜40μm)であり、さらに該繊維フィラメントを集めた集束糸(5千dtex以下)とすることができる。また、繊維の単繊維直径にもよるが、「高分子アロイ繊維」の単糸中にはナノファイバーの前駆体である島高分子が数千〜数百万個(数wt%〜80wt%)海高分子に分散している(図2参照)。 “Polymer alloy fiber” spun by the above method usually has a single yarn fineness of 1 to 15 dtex (10 to 40 μm), and a bundled yarn (5,000 dtex or less) in which the fiber filaments are collected. it can. Depending on the single fiber diameter of the fiber, several thousand to several million island polymers (several wt% to 80 wt%) are precursors of nanofibers in the single yarn of “polymer alloy fiber”. It is dispersed in sea polymer (see Fig. 2).
次に、ナノファイバー合成紙の作製方法について説明する。 Next, a method for producing nanofiber synthetic paper will be described.
「高分子アロイ繊維」からナノファイバー短繊維を作製し、さらにこれを抄紙して合成紙とするには、「高分子アロイ繊維」の集束糸の状態で脱海してナノファイバー束を得て、その後カットするか(先脱海法)、「高分子アロイ繊維」の集束糸をカットしてから脱海するか(後脱海法)、どちらかの方法でナノファイバー短繊維を得た後、さらに得られたナノファイバー短繊維を叩解機によって、ナノファイバーをバラバラになるまで分散し、これを抄紙して合成紙を得ることができる。 To make nanofiber short fiber from “polymer alloy fiber” and make it into a synthetic paper, we can remove the nanofiber bundle from the “polymer alloy fiber” bundled yarn. , Then cut (first sea removal method), or cut the focused yarn of “polymer alloy fiber” and then sea water (post seawater method), or after obtaining nanofiber short fibers by either method Further, the obtained nanofiber short fibers are dispersed by a beater until the nanofibers are separated, and a paper can be made to obtain a synthetic paper.
先脱海法の場合、初めに通常「高分子アロイ繊維」集束糸(5000dtex以下)のカセの状態やさらに集束したトウ(5000を超えて〜数百万dtex)の状態で、海成分を溶解可能な溶剤(抽出液)や薬液で除去し、水洗、乾燥した後、ギロチンカッターやスライスマシンで適切な繊維長にカットする。後脱海法の場合、初めに「高分子アロイ繊維」集束糸のカセの状態やさらに集束したトウの状態でギロチンカッターやスライスマシンで適切な繊維長にカットした後、海成分を溶解可能な溶剤や薬液で除去し、水洗、乾燥した後に得られる。 In the case of the pre-sea removal method, the sea component is first dissolved in the state of a “polymer alloy fiber” bundled yarn (5000 dtex or less) or a focused tow (over 5000 to several million dtex). Remove with a possible solvent (extract solution) or chemical solution, wash with water and dry, then cut to an appropriate fiber length with a guillotine cutter or slicing machine. In the case of the post-sea removal method, it is possible to dissolve the sea components after cutting to a suitable fiber length with a guillotine cutter or slicing machine in the state of the “polymer alloy fiber” bundling yarn and the state of the bundling tow. It is obtained after removing with a solvent or chemical, washing with water and drying.
適切なナノファイバー短繊維の繊維長としては、抄紙性の観点から、0.1〜20mmにすることが好ましく、さらに、0.1〜5mmにすることがより好ましく、0.2〜1mmにすることがさらに好ましい。 The appropriate fiber length of the nanofiber short fiber is preferably 0.1 to 20 mm, more preferably 0.1 to 5 mm, and more preferably 0.2 to 1 mm from the viewpoint of papermaking properties. More preferably.
「高分子アロイ繊維」から海成分を除去する際に用いる溶剤や薬液としては、海成分の高分子の特性によって、苛性ソーダや苛性カリなどのアルカリ、ギ酸などの酸、またトリクレン、リモネン、キシレンなどの有機溶剤などを用いることができる。「高分子アロイ繊維」の集束糸やトウを脱海する場合、カセの状態やカセ枠に巻いた状態で脱海することができる。但し、カセの状態で「高分子アロイ繊維」の海成分を溶剤や薬液で脱海する場合、「高分子アロイ繊維」の海成分の脱海量が、通常20〜80wt%と非常に多いため、脱海するに従ってカセの直径方向に体積が収縮し、カセ内の「高分子アロイ繊維」間同士が密着し、溶剤や薬液などが繊維間に浸透できなくなったり、カセ表面が一旦溶解されて再析出した高分子で覆われたりして、海成分の高分子の除去が序々に困難になり、ひどい場合には団子状になり、「高分子アロイ繊維」の脱海を進めることが非常に困難となる場合がある。この改善には、単なるカセ状態でなく、カセ枠に巻くことによってカセの収縮を防止し、「高分子アロイ繊維」間の密着を抑制できるので、常に溶媒が「高分子アロイ繊維」間を流れ易くなるため好ましい。この方法によって、「高分子アロイ繊維」の集束糸だけでなく、トウの状態でも脱海が可能になる。脱海をさらに効率的に行うには、トウの総繊度を五十万dtex以下にすることが好ましく、十万dtex以下にすることがさらに好ましい。一方、「高分子アロイ繊維」の総繊度は大きい方が脱海の生産性は向上するため、脱海前の「高分子アロイ繊維」は総繊度を1万dtex以上とすることが好ましい。 Solvents and chemicals used to remove sea components from “polymer alloy fibers” include alkalis such as caustic soda and caustic potash, acids such as formic acid, trichrene, limonene, xylene, etc. An organic solvent or the like can be used. When seaming a bundled yarn or tow of a “polymer alloy fiber”, it can be seamed in a crushed state or a state wrapped around a crushed frame. However, when the sea component of the “polymer alloy fiber” is seamed with a solvent or a chemical solution in the state of rags, the sea component of the sea component of the “polymer alloy fiber” is usually very high at 20 to 80 wt%. As the sea is removed, the volume shrinks in the direction of the diameter of the case, the “polymer alloy fibers” in the case come into close contact with each other, and solvents and chemicals cannot penetrate between the fibers. It becomes difficult to remove the polymer of the sea component gradually, because it is covered with the precipitated polymer, and in the worst case, it becomes a dumpling and it is very difficult to proceed with the sea removal of the “polymer alloy fiber” It may become. In order to improve this, it is possible to prevent the shrinkage of the casket by winding it around the casket frame rather than just a crushed state and suppress the adhesion between the “polymer alloy fibers”, so that the solvent always flows between the “polymer alloy fibers”. Since it becomes easy, it is preferable. By this method, sea removal can be performed not only in the bundle yarn of “polymer alloy fiber” but also in the tow state. In order to perform sea removal more efficiently, the total fineness of the tow is preferably 500,000 dtex or less, and more preferably 100,000 dtex or less. On the other hand, since the productivity of sea removal improves as the total fineness of the “polymer alloy fiber” increases, the “polymer alloy fiber” before sea removal preferably has a total fineness of 10,000 dtex or more.
また、脱海にはアルカリなどの薬液によって海成分の高分子を分解することによっても除去できる。この場合には、カセ状態でも比較的容易に海成分を除去できる。これは、海成分の高分子が加水分解などによって、低分子量体あるいはモノマーになることによって、容易に溶解除去できるためである。また、分解によって海成分が除去されると繊維間に間隙ができ、さらにアルカリなどの薬液がナノファイバーの前駆体である、「高分子アロイ繊維」の内部まで浸透するため、脱海が進むに従って、脱海速度は加速し、有機溶剤などによる海成分の溶解除去とは異なり、カセの状態でも十分脱海が可能になる。 In addition, sea removal can also be achieved by decomposing a sea component polymer with a chemical solution such as alkali. In this case, sea components can be removed relatively easily even in a crushed state. This is because the sea component polymer can be easily dissolved and removed by becoming a low molecular weight substance or monomer by hydrolysis or the like. In addition, when sea components are removed by decomposition, gaps are created between fibers, and chemicals such as alkali penetrate into the interior of “polymer alloy fibers”, which are the precursors of nanofibers. The sea removal speed will be accelerated, and unlike sea components dissolved and removed by organic solvents, sea removal will be possible even in a casket state.
以上のような、ナノファイバー形成性繊維である「高分子アロイ繊維」よりなるトウやカセ、すなわちこのような繊維束を溶剤または薬液で処理して得られたナノファイバー束は、全繊維に対するナノファイバーの面積比率は、95〜100%であることが好ましい。これは脱海後のナノファイバー束中に、脱海されていない部分がほとんどないことを意味しており、これにより粗大繊維の混入を最小限とすることができ、これを後に抄紙することで品位の高いナノファイバー合成紙を得ることができる。 As described above, a tow or casserole composed of “polymer alloy fibers” which are nanofiber-forming fibers, that is, a nanofiber bundle obtained by treating such a fiber bundle with a solvent or a chemical solution is a nanofiber for all the fibers. The area ratio of the fiber is preferably 95 to 100%. This means that in the nanofiber bundle after seawater removal, there is almost no part that has not been seawatered, which makes it possible to minimize the incorporation of coarse fibers, which can be made later by papermaking. High-quality nanofiber synthetic paper can be obtained.
本発明では、「高分子アロイ繊維」、すなわちナノファイバー形成性繊維よりなる繊維束を、繊維束の繊維密度が0.01〜0.5g/cm3にした状態で溶剤または薬液で脱海処理することが好ましい。溶剤または薬液で脱海処理する際に、繊維束の繊維密度が0.01g/cm3よりも小さいと、処理される繊維束の形状が不安定になり、ナノファイバー化が均一に行われなくなる場合がある。一方、繊維束の繊維密度が0.5g/cm3を超えると、繊維束内への溶剤または薬液の浸透が悪くなり、ナノファイバー化が不完全となり、ナノファイバー束におけるナノファイバーの含有率が低下する場合がある。溶剤あるいは薬液で脱海処理する際の繊維束の繊維密度は、より好ましくは0.01〜0.4g/cm3、さらに好ましくは0.03〜0.2g/cm3である。 In the present invention, a “polymer alloy fiber”, that is, a fiber bundle made of nanofiber-forming fibers, is subjected to sea removal treatment with a solvent or a chemical solution in a state where the fiber density of the fiber bundle is 0.01 to 0.5 g / cm 3. It is preferable to do. When the fiber density of the fiber bundle is smaller than 0.01 g / cm 3 when performing sea removal treatment with a solvent or a chemical solution, the shape of the fiber bundle to be treated becomes unstable, and nanofiber formation cannot be performed uniformly. There is a case. On the other hand, when the fiber density of the fiber bundle exceeds 0.5 g / cm 3 , the penetration of the solvent or the chemical solution into the fiber bundle is deteriorated, the nanofiber formation becomes incomplete, and the nanofiber content in the nanofiber bundle is reduced. May decrease. The fiber density of the fiber bundle during the sea removal treatment with a solvent or a chemical solution is more preferably 0.01 to 0.4 g / cm 3 , and still more preferably 0.03 to 0.2 g / cm 3 .
アルカリなどの薬液によって海成分を分解除去する場合、「高分子アロイ繊維」の海成分をアルカリで分解されやすい高分子にすることが好ましく、海成分をPLA系やPVA系高分子にすることが好ましい。後述する実施例10に示したように、海成分を、実施例1の共重合PETから実施例10のPLAに変更したことによって、水酸化ナトリウムの濃度を10wt%から1wt%と非常に低濃度化することができる。このようなアルカリによる脱海作業は、高温かつ高濃度のアルカリで処理する場合、非常に危険なため作業効率が悪く、装置的に漏れや腐食の対策が必要なことから、非常に限定された装置しか使用ができなかった。また、脱海後の処理液に残存するアルカリを廃液処理する際に、アルカリが高濃度であるため、中和するにも中和発熱をさけるための大きな中間浴槽で徐々に酸を加えて中和する必要があった。アルカリ脱海時の処理液中のアルカリ濃度を低濃度化することによって、このような危険な作業を回避でき、かつ効率的に脱海ができるようになり、廃液処理工程への負荷も軽減することができる。 When the sea component is decomposed and removed with a chemical solution such as alkali, the sea component of the “polymer alloy fiber” is preferably a polymer that is easily decomposed by alkali, and the sea component is preferably a PLA-based or PVA-based polymer. preferable. As shown in Example 10 to be described later, the sea component was changed from the copolymerized PET of Example 1 to the PLA of Example 10, so that the concentration of sodium hydroxide was very low, from 10 wt% to 1 wt%. Can be Such sea removal work with alkali is very limited because it is extremely dangerous when treated with high-temperature and high-concentration alkali, and the work efficiency is poor, and countermeasures against leakage and corrosion are necessary for the equipment. Only the device could be used. In addition, when the alkali remaining in the treatment liquid after sea removal is waste-treated, the alkali is in a high concentration. There was a need to reconcile. By reducing the alkali concentration in the treatment liquid during alkaline seawater removal, this dangerous work can be avoided and seawater can be efficiently removed, reducing the burden on the waste liquid treatment process. be able to.
次に、後脱海法について、その具体的な方法について説明する。「高分子アロイ繊維」をカットして得られた短繊維の脱海は、短繊維を有機溶剤もしくはアルカリや酸などの薬液中に入れ、攪拌機で攪拌しながら海成分を溶解または分解して除去する。このような脱海は通常バッチ処理で行い、処理工程を数段階に分けて行うことが好ましい。海成分をトリクレンなどのような溶剤で効率的に除去する場合、1段階目の海成分を溶解する際に、溶剤中に溶解している海成分の高分子の濃度を6wt%以下にすることが好ましく、3wt%以下にすることがさらに好ましい。2段階目以降の脱海の際には、溶剤中に溶解している高分子の濃度を徐々に少なくしていき、その濃度を0.1wt%以下にすることが好ましく、0.01wt%にすることがさらに好ましい。また、薬液による加水分解などによって海成分を効率的に分解除去する場合には、薬液中に低分子量化あるいはモノマー化した状態で溶解している海成分の濃度を10wt%以下にすることが好ましく、5wt%以下にすることがさらに好ましい。2段階目以降の脱海の際には、薬液中に低分子量化あるいはモノマー化した状態で溶解している海成分の濃度を徐々に少なくしていき、その濃度を0.1wt%以下にすることが好ましく、0.01wt%以下にすることがさらに好ましい。「高分子アロイ繊維」をカットして得られた短繊維は、上述のように各溶剤や薬液で処理された後に、適切なステンレス金網フィルターなどで濾過してナノファイバーを回収した後、ナノファイバーに付着した溶剤や薬液を良く洗浄除去した後乾燥する。 Next, a specific method for the post-sea removal method will be described. The removal of short fibers obtained by cutting “polymer alloy fibers” can be achieved by placing the short fibers in an organic solvent or a chemical solution such as alkali or acid and dissolving or decomposing the sea components while stirring with a stirrer. To do. Such sea removal is usually performed by batch processing, and it is preferable to divide the processing steps into several stages. When the sea component is efficiently removed with a solvent such as trichlene, when the first-stage sea component is dissolved, the concentration of the sea component polymer dissolved in the solvent should be 6 wt% or less. Is preferable, and it is further more preferable to make it 3 wt% or less. At the time of sea removal after the second stage, the concentration of the polymer dissolved in the solvent is gradually decreased, and the concentration is preferably 0.1 wt% or less, and is preferably 0.01 wt%. More preferably. Further, when the sea component is efficiently decomposed and removed by hydrolysis with a chemical solution, the concentration of the sea component dissolved in the chemical solution in a low molecular weight or monomerized state is preferably 10 wt% or less. More preferably, it is 5 wt% or less. During sea removal after the second stage, gradually reduce the concentration of sea components dissolved in the chemical solution in a low molecular weight or monomerized state so that the concentration is 0.1 wt% or less. It is preferable that the content be 0.01 wt% or less. The short fiber obtained by cutting the “polymer alloy fiber” is treated with each solvent or chemical solution as described above, filtered through an appropriate stainless steel wire mesh filter, etc., and the nanofiber is recovered. Thoroughly wash away the solvent and chemicals adhering to the product, and then dry.
「高分子アロイ繊維」の集束糸、トウ、カット繊維のいずれの脱海方法であっても、効率的な脱海は、2段階目以降の脱海に用いる有機溶媒などの溶剤、アルカリや酸などの薬液は新しいものを使用し、脱海処理する温度をなるべく高温にし、さらに溶剤や薬液を常に攪拌して循環することが好ましい。また、脱海に用いる溶剤や薬液に対する繊維量比をなるべく小さくし、脱海処理終了後の溶剤あるいは薬液中の海成分の濃度を小さくすることが好ましい。 Regardless of the method of seawater removal of bundled yarn, tow, and cut fiber of “polymer alloy fiber”, efficient seawater removal can be achieved by using a solvent such as an organic solvent, alkali or acid used for seawater removal in the second and subsequent stages. It is preferable to use a new chemical solution such as a high temperature of the desealing treatment as much as possible, and constantly circulate the solvent or the chemical solution with stirring. Moreover, it is preferable to make the fiber amount ratio with respect to the solvent or chemical used for sea removal as small as possible and to reduce the concentration of the sea component in the solvent or chemical after the sea removal treatment.
1段階目以降の脱海処理の各工程間で、溶剤あるいは薬液を含んだ集束糸、トウ、カット繊維は、遠心分離器である程度溶剤あるいは薬液を除去することが好ましいが繊維重量に対する溶剤あるいは薬液量を200wt%以下にすると、次工程での取扱い性が向上し、好ましい。また、繊維重量に対する溶剤あるいは薬液量を50wt%以上にすると、繊維間の溶剤あるいは薬液がスペーサーの役割を果たし、繊維の過度の密着を抑制できるため、次工程での溶剤あるいは薬液の浸透性が良く、脱海効率が向上し、好ましい。さらに、脱海効率を向上するには、脱海処理を複数回行う場合、各段階での処理後に洗浄を行い、繊維に付着した海成分を除去し、その後の溶剤や薬液に混入する海成分量を少なくすることが好ましい。溶剤や薬液による脱海が終了したら、繊維に付着する海成分が好ましくは0.1wt%、さらに好ましくは0.01wt%以下になるまで洗浄することで、海成分の残査を抑制することができる。 It is preferable that the bundled yarn, tow, and cut fiber containing a solvent or a chemical solution are removed to some extent by a centrifuge between each step of the sea removal treatment after the first stage. When the amount is 200 wt% or less, the handleability in the next step is improved, which is preferable. Further, when the amount of the solvent or the chemical solution with respect to the fiber weight is 50 wt% or more, the solvent or the chemical solution between the fibers serves as a spacer, and the excessive adhesion of the fibers can be suppressed. It is preferable because sea removal efficiency is improved. Furthermore, in order to improve sea removal efficiency, when sea removal treatment is performed several times, washing is performed after the treatment in each stage, sea components adhering to the fibers are removed, and sea components mixed in the subsequent solvent or chemical solution It is preferable to reduce the amount. When sea removal with a solvent or chemical solution is completed, the residual sea component can be suppressed by washing until the sea component adhering to the fiber is preferably 0.1 wt%, more preferably 0.01 wt% or less. it can.
また、先脱海法でナノファイバー束を得た場合、得られたナノファイバー集束糸やトウは、ギロチンカッターやスライスマシンで、ナノファイバーの用途や目的に応じて適切な繊維長にカットすることができるが、このような集束糸やトウは、カットされる前の水分率が20〜100wt%であることが好ましい。脱海後のナノファイバー集束糸やトウは、水分をある程度含んでいたほうが集束性が良好なので取扱い性が良く、さらにカットする際の精度も向上するため、カット長の均一性が向上する。また、カット時の発熱による短繊維同士の融着なども抑制されるため、カット用刃への短繊維の付着が少なくなり、カット時の生産効率も向上する。さらに、集束糸、トウへ油剤を0.01〜1wt%(油剤純分100%として)付与することも好ましい。 In addition, when nanofiber bundles are obtained by the pre-sealing method, the nanofiber focusing yarn and tow obtained should be cut to an appropriate fiber length according to the purpose and purpose of the nanofiber using a guillotine cutter or slicing machine. However, such a bundled yarn or tow preferably has a moisture content of 20 to 100 wt% before being cut. The nanofiber converging yarn and tow after sea removal have better converging properties if they contain a certain amount of moisture, so that they are easier to handle and further improve the accuracy of cutting, so that the uniformity of the cut length is improved. Further, since the fusion of short fibers due to heat generation at the time of cutting is suppressed, the adhesion of the short fibers to the cutting blade is reduced, and the production efficiency at the time of cutting is improved. Furthermore, it is also preferable to apply 0.01 to 1 wt% (as pure oil agent of 100%) to the bundling yarn and tow.
このようにして得られたナノファイバー短繊維は、ナノファイバーの直径にもよるがナノファイバーが数千から数100万本集合した繊維である。 The nanofiber short fiber thus obtained is a fiber in which several thousand to several million nanofibers are aggregated depending on the diameter of the nanofiber.
上述のようにして得られたナノファイバー短繊維の繊維長L(mm)とナノファイバーの単繊維数平均直径D(mm)の比(L/D)が100〜50000の範囲であることが好ましい。これによりナノファイバーの絡合性や接着性が高まり、本発明の合成紙の紙力を向上することができる。L/Dは好ましくは1000〜35000、より好ましくは3000〜20000である。 It is preferable that the ratio (L / D) of the fiber length L (mm) of the nanofiber short fiber obtained as described above and the single fiber number average diameter D (mm) of the nanofiber is in the range of 100 to 50,000. . Thereby, the entanglement property and adhesiveness of the nanofiber are improved, and the paper strength of the synthetic paper of the present invention can be improved. L / D is preferably 1000 to 35000, more preferably 3000 to 20000.
次に、ナノファイバー短繊維を叩解機によって叩解する。叩解によって、ナノファイバー短繊維を、ナノファイバー1本1本にバラバラにすることができる。叩解機としては、生産レベルではナイアガラビータ、リファイナーなどが挙げられ、実験的には、家庭用ミキサーやカッター、ラボ用粉砕器やバイオミキサー、ロールミル、乳鉢、PFI叩解機などが挙げられる。ナノファイバー短繊維の繊維断面の透過型電子顕微鏡(TEM)あるいは走査型電子顕微鏡(SEM)写真では、ナノファイバーは1本1本離れて観察され、表面に存在するナノファイバーが少量ナノファイバー短繊維表面から遊離することがみられるが、短繊維中のナノファイバーの大半は集合体として存在しているため、この集合体を軽くしごいたり、ナノファイバー短繊維を水中にいれて攪拌しただけでは、ナノファイバーを単繊維レベルまでバラバラにすることは困難である。これは、ナノファイバーの繊維直径が非常に細く、比表面積が従来の極細繊維に比べて格段に増加しているため、微粒子粉末の場合と同様に繊維間に働く水素結合力や分子間力などの相互作用がかなり強く、凝集力が大きいためだと考えられる。 Next, the nanofiber short fibers are beaten with a beater. By beating, nanofiber short fibers can be separated into nanofibers one by one. Examples of the beater include Niagara beaters and refiners at the production level, and experimentally include a home mixer and cutter, a laboratory grinder, a biomixer, a roll mill, a mortar, and a PFI beater. In the transmission electron microscope (TEM) or scanning electron microscope (SEM) photograph of the fiber cross section of the nanofiber short fiber, the nanofibers are observed one by one, and the nanofiber present on the surface is a small amount of nanofiber short fibers. Although it can be seen that it is liberated from the surface, most of the nanofibers in the short fibers exist as aggregates, so simply squeezing this aggregate or simply putting the nanofiber short fibers in water and stirring them It is difficult to separate nanofibers down to the single fiber level. This is because the fiber diameter of nanofibers is very thin and the specific surface area is significantly increased compared to conventional ultrafine fibers. This is thought to be due to the strong interaction and large cohesion.
このため、ナノファイバー短繊維は、上述のような叩解機によってバラバラにすることが好ましい。但し、叩解機の中でも、カッターや粉砕的な羽根を有する装置は繊維を損傷し易く、繊維をバラバラにする効果と同時に繊維を切断して繊維長をどんどん短くする欠点がある。ナノファイバーは繊維間の凝集力が強いのに反して、繊維が細いので、カッターや粉砕的な羽根を有する装置では繊維の損傷が大きく、ひどい場合には粉状に粉砕されるおそれもある。このため、繊維を叩くとしても、粉砕やカットする力よりもむしろ、もみほぐしたり、剪断力をかけて繊維間の凝集を解くことが好ましい。特に、PFI叩解機は内羽根と外容器の周速度差による剪断力によって叩解するため、ナノファイバーが1本1本にほぐされるまでの損傷が非常に少なく好ましい。また、他の叩解装置を使用する場合でも、ナノファイバーに対する打撃力を緩和して繊維への損傷を少なくするためには、叩解速度や叩解時の圧力を低減しソフトな条件で加工することが好ましい。家庭用やラボ用のミキサーでも低回転数などのソフトな条件で長時間叩解すれば、効率は劣るものの品質的には前述の叩解機と同様にナノファイバー1本1本にまで叩解することができる。 For this reason, it is preferable that the nanofiber short fibers are separated by the above-described beater. However, among the beating machines, a device having a cutter or pulverized blades is liable to damage the fiber, and has the disadvantage of cutting the fiber and shortening the fiber length at the same time as the effect of separating the fiber. Although nanofibers have strong cohesive strength between fibers, the fibers are thin. Therefore, in a device having a cutter or a pulverized blade, the fiber is seriously damaged, and in severe cases, it may be pulverized into powder. For this reason, even if the fibers are beaten, it is preferable to loosen or break the agglomeration between the fibers by applying a shearing force rather than crushing or cutting force. In particular, since the PFI beating machine beats by the shearing force due to the difference in the peripheral speed between the inner blade and the outer container, the damage until the nanofibers are loosened one by one is very small and preferable. Even when other beating devices are used, in order to reduce the damage to the fibers by reducing the beating force against the nanofibers, it is possible to reduce the beating speed and pressure during beating and to process under soft conditions. preferable. Even if it is beaten for a long time under soft conditions such as a low rotation speed even in a mixer for home use or laboratory use, although it is inferior in efficiency, it can be beaten to one nanofiber in the same way as the above-described beating machine. it can.
叩解は、1次叩解と2次叩解に分けて行なうことが好ましい。1次叩解では、ナノファイバー集合体を剪断力で軽くもみほぐして、ナノファイバー集合体の大きさをある程度小さくしておくことが好ましい。1次叩解によって、繊維の叩解度の程度を表す濾水度が500以下になるまで行なうことが好ましく、350以下になるまで行なうことがより好ましく、また5以上とすることが好ましい。ここでいう濾水度とは、後述する実施例の「Q.ナノファイバーの濾水度試験方法」に示したJIS P 8121「パルプのろ水度試験方法」に記載されているカナダ標準ろ水度試験方法に従って測定した値のことである。ナノファイバーの濾水度を測定する場合、叩解されて水中に小さく分散したナノファイバーが濾水度試験機の容器内のフィルターを目詰まりさせる場合もあるが、このことも含めた上での濾水度の値で評価する。ナイアガラビータやリファイナーで1次叩解する場合、一般的にナノファイバー短繊維を水中に分散して行なうが、この分散液全体に対するナノファイバーの濃度は、5wt%以下とすると叩解が均一に行なわれるため、好ましい。また、0.1〜1wt%とすると叩解の効率が向上するのでさらに好ましい。1次叩解は、ナイアガラビータやリファイナーなどの叩解機の設定クリアランスを大きめに、例えば0.5〜2mm程度にすると叩解装置にかかる圧力の負荷や、叩解処理の加工時間も低減できるので好ましい。ナノファイバー短繊維を叩解した後、ナノファイバーは、金網フィルターなどで濾過捕集し、脱水機などで水分率が50〜200%になるように脱水して保管すると、叩解後のナノファイバーの容量を小さくでき、保管場所の確保や次工程での取扱いが容易となることから好ましい。 The beating is preferably performed separately for the primary beating and the secondary beating. In the primary beating, it is preferable that the nanofiber aggregate is lightly loosened with a shearing force to reduce the size of the nanofiber aggregate to some extent. The primary beating is preferably carried out until the freeness representing the degree of beating of the fibers is 500 or less, more preferably 350 or less, and more preferably 5 or more. The freeness herein refers to the Canadian standard freeness water described in JIS P 8121 “Pulp Freeness Test Method” shown in “Q. Nanofiber Freeness Test Method” in the Examples described later. It is a value measured according to the degree test method. When measuring the freeness of nanofibers, nanofibers that have been beaten and dispersed in water may clog the filter in the freeness tester container. Evaluate by water content. In the case of primary beating with a Niagara beater or refiner, nanofiber short fibers are generally dispersed in water. However, if the concentration of nanofibers in the entire dispersion is 5 wt% or less, beating is performed uniformly. ,preferable. Moreover, since 0.1-1 wt% improves the efficiency of beating, it is more preferable. In the primary beating, when the set clearance of a beating machine such as a Niagara beater or a refiner is set to a large value, for example, about 0.5 to 2 mm, the pressure load applied to the beating apparatus and the processing time of the beating process can be reduced. After beating the nanofiber short fiber, the nanofiber is filtered and collected with a wire mesh filter, etc., dehydrated with a dehydrator or the like so that the moisture content is 50 to 200%, and stored, the capacity of the nanofiber after beating This is preferable because it can be made small, and it is easy to secure a storage place and handle in the next process.
さらに本発明でいう2次叩解とは、1次叩解されたナノファイバーをさらに精密に叩解することである。この時使用する装置としてはナイアガラビータやリファイナー、PFI叩解機などが挙げられるが、それぞれの叩解機の設定クリアランスを0.1〜1.0mmにすることが好ましく、0.1〜0.5mmにすることがさらに好ましく、加圧も小さくしてソフトな条件で加工することが好ましい。リファイナーを使用する場合、装置に内蔵された加工刃の形状を適宜変更できるが、繊維を切断するよりも、むしろもみ効果や剪断効果のある形状のものを選択することが好ましい。特に、ナノファイバーの2次叩解を実験的に行うにはPFI叩解機を使用することが最適である。PFI叩解機は内羽根と外容器の周速度差による剪断力によって叩解するため、ナノファイバーが1本1本に叩解されるまでの繊維の損傷が非常に少なくより好ましい。また、叩解する時のナノファイバーの繊維濃度を5〜20wt%と高くして処理することが可能であり、叩解機の内羽部分が常時繊維に均一にあたるので、叩解に従ってナノファイバー集合体が細くなり、繊維の強力が低下したとしても、繊維がさらに繊維長方向に切断したり粉末化したりせずに均一な叩解が可能となる。このように、2次叩解によって得られたナノファイバー分散体の濾水度は350以下であることが好ましく、200以下であることがより好ましく、100以下であることがさらに好ましく、また、5以上が好ましい。濾水度が350を超えると叩解度が小さく、十分叩解されていない繊維が残ることになり、ナノファイバーの叩解が不十分であるため、合成紙としたときにナノファイバーの分散が不均一となる場合がある。ナイアガラビータやリファイナー、家庭用やラボ用のミキサー、カッター類で2次叩解を行なう際には、水中のナノファイバー濃度が低濃度の状態で加工するため、叩解に従って細くなって浮遊するナノファイバーにも局所的に回転刃が繰返し当たり、繊維の切断や破砕効果が大きく、繊維長方向に切断したり粉末化し易いため、刃の形状、回転スピード、加圧条件などの叩解条件をマイルドにして叩解することが好ましい。このようにして叩解されたナノファイバーは、水中で叩解する場合は金網フィルターなどで濾過捕集し、脱水機などで水分率が50〜200wt%になるように脱水して保管することが好ましい。 Further, the secondary beating referred to in the present invention is a beating of nanofibers subjected to the primary beating more precisely. Niagara beaters, refiners, PFI beating machines, etc. can be used as the apparatus used at this time, but it is preferable to set the setting clearance of each beating machine to 0.1 to 1.0 mm, and to 0.1 to 0.5 mm. More preferably, it is preferable to reduce the pressure and process under soft conditions. When the refiner is used, the shape of the processing blade incorporated in the apparatus can be appropriately changed. However, it is preferable to select a shape having a scissor effect or shearing effect rather than cutting the fiber. In particular, it is optimal to use a PFI beating machine for experimentally performing secondary beating of nanofibers. Since the PFI beating machine beats by a shearing force due to the difference in peripheral speed between the inner blade and the outer container, the fiber damage until the nanofibers are beaten one by one is very small and more preferable. In addition, the fiber concentration of the nanofibers during beating can be increased to 5 to 20 wt%, and the inner wing part of the beating machine is always uniformly applied to the fibers, so that the nanofiber aggregate becomes thin according to the beating. Thus, even if the strength of the fiber is reduced, the fiber can be beaten uniformly without being further cut or powdered in the fiber length direction. Thus, the freeness of the nanofiber dispersion obtained by the secondary beating is preferably 350 or less, more preferably 200 or less, further preferably 100 or less, and 5 or more. Is preferred. When the freeness exceeds 350, the beating degree is small and fibers that are not sufficiently beaten remain, and the nanofibers are not sufficiently beaten. There is a case. When performing secondary beating with a Niagara beater or refiner, a household or laboratory mixer, or cutters, the nanofiber concentration in the water is processed at a low concentration. Since the rotating blade hits repeatedly locally, the effect of cutting and crushing the fiber is great, and it is easy to cut or powder in the fiber length direction, so beating with mild beating conditions such as blade shape, rotation speed, pressurizing condition etc. It is preferable to do. The nanofibers beaten in this way are preferably collected by filtration with a wire mesh filter or the like when beaten in water, and dehydrated and stored with a dehydrator or the like so that the moisture content is 50 to 200 wt%.
次に、ナノファイバー合成紙を抄紙する際の原料である分散液の調整方法について説明する。 Next, a method for adjusting the dispersion, which is a raw material for making the nanofiber synthetic paper, will be described.
叩解したナノファイバーと水、必要に応じて分散剤やその他の添加剤を攪拌機に入れ、所定の濃度に分散する。ナノファイバーの単繊維直径や作製する合成紙の目付にもよるが、ナノファイバー分散体は比表面積が大きく、ナノファイバー間に働く水素結合力や分子間力が大きくなるため、凝集が起こり易く、この凝集を防止するため、なるべく低濃度で分散調整することが好ましい。分散液中でのナノファイバーの分散性を均一にする観点から、分散液中のナノファイバーの濃度は、0.01〜1.0wt%にすることが好ましい。さらに、このナノファイバー分散液をそのまま抄紙すると不均一な合成紙になる場合があるので、スラリー中に分散剤を添加することが好ましい。分散剤は、ナノファイバーの高分子の種類や特性によって、アニオン系、カチオン系、ノニオン系の分散剤が適宜選択されるが、同じ構造の分散剤でもその分子量やナノファイバー濃度、他の配合剤の影響を受けるので、ナノファイバーの高分子の種類や目的とする用途によって使い分けをすれば良い。尚、適切な分散剤を選定する原理としては、例えばナノファイバー間の電荷の反発により分散させる場合、その表面電位(ゼータ電位)に応じて分散剤の種類を選定する。pH=7において、ゼータ電位が−5〜+5mVの範囲内のナノファイバーの場合にはノニオン系分散剤を添加することが好ましく、ゼータ電位が−100mV以上、−5mV未満の場合にはアニオン分散剤を添加することが好ましく、ゼータ電位が+5mVを超え、100mV以下である場合にはカチオン系分散剤を添加することが好ましい。例えば、N6ナノファイバーではレーザードプラー電気泳動法で測定したゼータ電位(pH=7付近)が−14mVと表面が負に帯電しているため、この電位の絶対値を大きくするために、アニオン系分散剤を使用するとゼータ電位が−50mVとなるため、分散性が向上する。また、立体反発により分散させる場合、分子量が大きくなりすぎると、分散剤というよりもむしろ凝集剤としての効果が大きくなるため、分散剤の分子量を制御することが好ましく、分散剤の分子量としては1000〜50000であることが好ましく、5000〜15000であることがさらに好ましい。 The beaten nanofiber and water, and if necessary, a dispersing agent and other additives are put into a stirrer and dispersed to a predetermined concentration. Depending on the single fiber diameter of the nanofiber and the basis weight of the synthetic paper to be produced, the nanofiber dispersion has a large specific surface area, and the hydrogen bonding force and intermolecular force acting between the nanofibers are large. In order to prevent this aggregation, it is preferable to adjust the dispersion at as low a concentration as possible. From the viewpoint of making the dispersibility of the nanofibers in the dispersion uniform, the concentration of the nanofibers in the dispersion is preferably 0.01 to 1.0 wt%. Furthermore, when the nanofiber dispersion liquid is made as it is, it may become a non-uniform synthetic paper, so it is preferable to add a dispersant to the slurry. Depending on the type and properties of the nanofiber polymer, an anionic, cationic, or nonionic dispersant is appropriately selected as the dispersant. Even with a dispersant having the same structure, its molecular weight, nanofiber concentration, and other compounding agents Therefore, it may be properly used depending on the type of nanofiber polymer and the intended application. In addition, as a principle of selecting an appropriate dispersant, for example, when dispersing by repulsion of electric charge between nanofibers, the type of the dispersant is selected according to the surface potential (zeta potential). In the case of nanofibers with a zeta potential in the range of −5 to +5 mV at pH = 7, it is preferable to add a nonionic dispersant, and when the zeta potential is −100 mV or more and less than −5 mV, an anionic dispersant Is preferably added, and when the zeta potential exceeds +5 mV and is 100 mV or less, it is preferable to add a cationic dispersant. For example, in N6 nanofibers, the zeta potential (pH = 7 vicinity) measured by laser Doppler electrophoresis is -14 mV, and the surface is negatively charged. To increase the absolute value of this potential, an anionic dispersion is used. When the agent is used, the zeta potential becomes −50 mV, so that dispersibility is improved. In addition, when dispersed by steric repulsion, if the molecular weight becomes too large, the effect as a flocculant rather than a dispersant increases, so it is preferable to control the molecular weight of the dispersant, and the molecular weight of the dispersant is 1000 It is preferably ˜50000, more preferably 5,000 to 15000.
さらに、添加する分散剤の濃度としては、0.01〜1.0wt%であることが好ましく、0.05〜0.5wt%であることがさらに好ましい。従来の1μm以上の極細繊維を単独で抄紙した場合、繊維が絡合しないために、抄紙が困難であるが、ナノファイバーの場合、ナノファイバー単独でも抄紙可能であり、この場合には抄紙性や紙力を向上させるといった観点から、ナノファイバー合成紙の目付は50g/m2以下が好ましく、30g/m2以下がより好ましく、10g/m2以下で0.05g/m2以上がさらに好ましい。ナノファイバーの単繊維直径が比較的小さく、分散性が良好であれば、2g/m2以下の目付も可能である。また、ナノファイバー単独で抄紙する場合は、やや繊維長を長目にし、その繊維長としては1〜6mmにすることが好ましく、2〜3mmにすることがさらに好ましい。 Furthermore, the concentration of the dispersant to be added is preferably 0.01 to 1.0 wt%, and more preferably 0.05 to 0.5 wt%. Conventional paper making of ultrafine fibers of 1 μm or more is difficult because the fibers are not intertwined. However, in the case of nanofibers, it is possible to make paper with nanofibers alone. from the viewpoint of improving the paper strength, the basis weight of the nanofiber synthetic paper is preferably 50 g / m 2 or less, more preferably 30 g / m 2 or less, more preferably 0.05 g / m 2 or more at 10 g / m 2 or less. If the nanofiber has a relatively small single fiber diameter and good dispersibility, a basis weight of 2 g / m 2 or less is possible. In addition, when making paper with nanofibers alone, the fiber length is slightly longer, and the fiber length is preferably 1 to 6 mm, and more preferably 2 to 3 mm.
さらに必要に応じて、ナノファイバー合成紙を抄紙する際にバインダーを用いることができる。バインダーとして繊維を用いる場合には、天然パルプ(木材パルプ、麻パルプ、楮、みつまたなど)、低融点成分や低軟化点成分を有する易融化繊維が好ましく、PEやPP系繊維、PLA系繊維、PS系繊維、共重合ポリアミドや共重合ポリエステル系繊維、また、易融化成分を鞘成分とする芯鞘複合繊維などが好ましい。さらに、「高分子アロイ繊維」を抄紙した後で海成分を除去してナノファイバー合成紙を得る場合には、薬液や溶剤に対する耐性が良好なバインダー用繊維を用いることが好ましい。一般に、市販されているバインダー用繊維の単繊維数平均直径は通常10μm以上と太いため、抄紙したときに緻密なシートを得るためには、単繊維直径が1〜10μmの極細繊維からなるバインダー繊維が好ましい。また、樹脂系のバインダーを好適に用いることも好ましい。樹脂としては、ポリウレタン系、ポリフェノール系、ポリアクリル酸系、ポリアクリルアミド系、エポキシ系、シリコーン系、フッ化ビニリデン系高分子が好ましい。ナノファイバーが分散したスラリーには、強度、耐引裂性、耐摩耗性、制電性、表面光沢、平滑性、柔軟性、風合いなどの性能を改善するための改質剤、添加剤を併用することができる。 Further, if necessary, a binder can be used when making the nanofiber synthetic paper. When fibers are used as binders, natural pulp (wood pulp, hemp pulp, straw, honey, etc.), preferably fusible fibers having a low melting point component or a low softening point component, PE, PP fibers, PLA fibers, PS-based fibers, copolymerized polyamides and copolymerized polyester-based fibers, and core-sheath composite fibers having an easily fusible component as a sheath component are preferable. Further, when the nanocomponent synthetic paper is obtained by removing the sea component after making the “polymer alloy fiber”, it is preferable to use a fiber for a binder having good resistance to chemicals and solvents. In general, since the number average single fiber diameter of commercially available binder fibers is as thick as 10 μm or more, a binder fiber made of ultrafine fibers having a single fiber diameter of 1 to 10 μm is required to obtain a dense sheet when paper is made. Is preferred. It is also preferable to use a resin binder. The resin is preferably a polyurethane, polyphenol, polyacrylic acid, polyacrylamide, epoxy, silicone, or vinylidene fluoride polymer. In the slurry in which nanofibers are dispersed, modifiers and additives are used in combination to improve performance such as strength, tear resistance, abrasion resistance, antistatic properties, surface gloss, smoothness, flexibility, and texture. be able to.
このようなナノファイバーを抄紙する方法としては、ナノファイバーが分散した分散液(スラリー)を抄紙機のスラリー用ボックスに投入し、通常の機械式抄紙機で抄紙する。抄紙機としては、長網式抄紙機、ツインワイヤー式抄紙機、丸網式抄紙機のいずれでも抄紙可能であり、用途や目的に応じて適切な抄紙機を用いればよいが、装置の特性上、目付が比較的大きいものを抄紙したい場合には長網式抄紙機を用いることが好ましく、目付が比較的小さく、薄物を抄紙したい場合には丸網式抄紙機を用いることが好ましい。ラボなどの小スケールで抄紙する場合には、市販の角形シート抄紙機などを用いて抄紙することが可能であり、25cm角の容器中にナノファイバーのスラリーを投入し、金網フィルターで吸引濾過し、脱水、乾燥すればナノファイバー合成紙を得ることができる。 As a method for making paper with such nanofibers, a dispersion (slurry) in which nanofibers are dispersed is put into a slurry box of a paper machine, and paper is made with a normal mechanical paper machine. As the paper machine, any of the long-mesh type paper machine, twin-wire type paper machine, and round net type paper machine can be used, and an appropriate paper machine may be used according to the purpose and purpose. When a paper having a relatively large basis weight is desired to be made, it is preferable to use a long net type paper machine. When a basis weight is relatively small and a thin matter is desired to be made, it is preferable to use a round net type paper machine. When making paper on a small scale such as in a lab, it is possible to make paper using a commercially available square sheet machine, etc., putting nanofiber slurry into a 25 cm square container, and suction filtering with a wire mesh filter. Nanofiber synthetic paper can be obtained by dehydration and drying.
以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明する。なお、実施例中の測定方法は以下の方法を用いた。実施例および比較例における測定結果は、表1〜4にまとめて記載した。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. In addition, the measuring method in an Example used the following method. The measurement results in Examples and Comparative Examples are collectively shown in Tables 1 to 4.
A.高分子の溶融粘度
東洋精機キャピログラフ1Bにより高分子の溶融粘度を測定した。なお、サンプル投入から測定開始までの高分子の貯留時間は10分とした。
A. Polymer melt viscosity The polymer melt viscosity was measured by Toyo Seiki Capillograph 1B. The polymer storage time from sample introduction to measurement start was 10 minutes.
B.融点
Perkin Elmaer DSC−7を用いて2nd runで高分子の融解を示すピークトップ温度を高分子の融点とした。この時の昇温速度は16℃/分、サンプル量は10mgとした。
B. Melting | fusing point The peak top temperature which shows melting | dissolving of a polymer by 2nd run was made into melting | fusing point of a polymer using Perkin Elmaer DSC-7. The temperature rising rate at this time was 16 ° C./min, and the sample amount was 10 mg.
C.色調(b*値):
色調計MINOLTA SPECTROPHOTOMETER CM-3700dを用いて、サンプルのb*を測定した。このとき、光源としてはD65(色温度6504K)を用い、10°視野で測定を行った。
C. Color tone (b * value):
The b * of the sample was measured using a color meter MINOLTA SPECTROPHOTOMETER CM-3700d. At this time, D 65 (color temperature 6504K) was used as a light source, and measurement was performed in a 10 ° visual field.
D.高分子アロイ繊維の力学特性
試料繊維10mを高分子アロイ繊維中から採取し、その重量をn数=5回として測定し、これの平均値から繊度(dtex)を求めた。そして、室温(25℃)で、初期試料長=200mm、引っ張り速度=200mm/分とし、JIS L1013に示される条件で荷重−伸長曲線を求めた。次に、破断時の荷重値を初期の繊度で割り、それを強度とし、破断時の伸びを初期試料長で割り伸度として強伸度曲線を求めた。
E.高分子アロイ繊維のウースター斑(U%)
ツェルベガーウスター株式会社製USTER TESTER 4を用いて給糸速度200m/分でノーマルモードで測定を行った。 F.TEMによる繊維の横断面観察
繊維の横断面方向に超薄切片を切り出し、透過型電子顕微鏡(TEM)で繊維横断面を観察した。また、ナイロンはリンタングステン酸で金属染色した。
D. Mechanical Properties of Polymer Alloy Fiber A sample fiber 10 m was sampled from the polymer alloy fiber, the weight was measured with n number = 5 times, and the fineness (dtex) was obtained from the average value. Then, at room temperature (25 ° C.), an initial sample length = 200 mm, a pulling rate = 200 mm / min, and a load-elongation curve was obtained under the conditions shown in JIS L1013. Next, the load value at the time of breaking was divided by the initial fineness, which was used as the strength, and the elongation at break was divided by the initial sample length to obtain a strength / elongation curve.
E. Worcester spots of polymer alloy fibers (U%)
Measurement was performed in the normal mode at a yarn feeding speed of 200 m / min using a USTER TESTER 4 manufactured by Zerbegger Worcester. F. Observation of cross section of fiber by TEM Ultra-thin sections were cut in the cross section direction of the fiber, and the cross section of the fiber was observed with a transmission electron microscope (TEM). Nylon was metal dyed with phosphotungstic acid.
TEM装置 : 日立製作所(株)製H−7100FA型
G.「高分子アロイ繊維」中の島成分(ナノファイバー前駆体成分)の単繊維数平均直径
単繊維直径の数平均値は以下のようにして求める。すなわち、TEMによる島成分横断面写真を画像処理ソフト(WINROOF)を用いて同一横断面内で無作為抽出した300個の島成分の直径を測定し、個々のデータを積算後、全数で除して単純平均値を求めた。これを「高分子アロイ繊維」の長さとして互いに10m離れた5カ所で行い、合計1500個の島成分の直径を測定し、その平均値を「島成分数平均直径」とした。
TEM apparatus: H-7100FA type manufactured by Hitachi, Ltd. Single fiber number average diameter of island component (nanofiber precursor component) in “polymer alloy fiber” The number average value of single fiber diameter is determined as follows. In other words, we measured the diameter of 300 island components randomly extracted in the same cross-section using the image processing software (WINROOF) of the island component cross-section photograph by TEM, integrated the individual data, and divided by the total number. A simple average value was obtained. This was performed at five locations 10 m apart from each other as the length of the “polymer alloy fiber”, and the diameter of a total of 1500 island components was measured, and the average value was taken as the “island component number average diameter”.
H.合成紙のSEM観察
ナノファイバー合成紙の任意の場所から10cm角の合成紙を10枚カットし、各合成紙の各任意の場所で5mm角のサンプルを採取し、白金を蒸着し、日立製作所(株)製超高分解能電解放射型走査型電子顕微鏡(UHR−FE−SEM)で合成紙表面を観察した。
H. SEM observation of synthetic paper Cut 10cm square synthetic paper from any place of nanofiber synthetic paper, take 5mm square sample at each arbitrary place of each synthetic paper, deposit platinum, Hitachi ( The surface of the synthetic paper was observed with an ultra-high resolution electrolytic emission scanning electron microscope (UHR-FE-SEM) manufactured by Co., Ltd.
I.ナノファイバーの単繊維数平均直径φm
単繊維数平均直径φmは以下のようにして求める。すなわち、上記H項で撮影したナノファイバー表面写真を画像処理ソフト(WINROOF)を用いて5mm角のサンプル内で無作為抽出した30本の単繊維直径を測定し、個々のデータを積算後、全数で除して単純平均値を求めた。サンプリングは合計10回行って各30本の単繊維直径のデータを取り、合計300本の単繊維直径のデータから単純平均して求めたものを「単繊維数平均直径φm」とした。
I. Nanofiber single fiber average diameter φm
The average single fiber diameter φm is determined as follows. That is, the diameter of 30 single fibers randomly extracted from a sample of 5 mm square using the image processing software (WINROOF) from the nanofiber surface photograph taken in the above section H is measured, and the total number is obtained after integrating the individual data. The simple average value was obtained by dividing by. Sampling was performed a total of 10 times to obtain 30 single fiber diameter data, and a simple average obtained from the total 300 single fiber diameter data was defined as “single fiber number average diameter φm”.
J.ナノファイバーの単繊維比率の和Paの評価
単繊維比率の和Paは、上記I項で測定したデータを用い、[発明を実施するための最良の形態]の欄に記載した(3)式から求める。
J. et al. Evaluation of the sum Pa of the single fiber ratio of the nanofibers The sum Pa of the single fiber ratio is obtained from the formula (3) described in the column of [Best Mode for Carrying Out the Invention] using the data measured in the above section I. Ask.
K.ナノファイバーの単繊維直径の集中度指数Pbの評価
該単繊維直径の集中度の評価Pbは、上記I項で測定したデータを用い、[発明を実施するための最良の形態]の欄に記載した(5)式で評価する。
K. Evaluation of Concentration Index Pb of Single Fiber Diameter of Nanofiber Evaluation of the concentration degree of single fiber diameter Pb is described in the column of [Best Mode for Carrying Out the Invention] using the data measured in the above section I. (5) It evaluates by Formula.
L.合成紙の厚み
ナノファイバー合成紙の任意の場所から10cm角の合成紙を10枚カットし、各1枚について10箇所測定する。マイクメータ付きの試料台にのせ、20℃、65%でマイクロメータで厚みを測定し、全データを合計し単純平均し、厚みt(μm)とした。
L. Thickness of synthetic paper Ten sheets of 10 cm square synthetic paper are cut from an arbitrary place of the nanofiber synthetic paper, and 10 points are measured for each sheet. The thickness was measured with a micrometer at 20 ° C. and 65% on a sample stage with a microphone meter, and all data were summed and simply averaged to obtain a thickness t (μm).
M.合成紙の目付、密度
ナノファイバー合成紙の任意の場所から10cm角の合成紙を10枚カットし、各1枚毎の重量(g)を20℃、65%で測定し、5枚の平均重量を0.01m2で除して、目付M(g/m2)を算出した。また、密度は、この目付Mの値を上記で測定した平均厚みをcm単位にした値で除して、平均密度(g/cm3 )を算出した。
M.M. Synthetic paper weight and density Cut 10 sheets of 10cm square synthetic paper from any place on the nanofiber synthetic paper and measure the weight (g) of each piece at 20 ° C and 65%. the divided by 0.01 m 2, was calculated basis weight M (g / m 2). Further, the density, the value of this weight per unit area M was divided by the value of the average thickness measured above in cm units, and calculate the average density (g / cm 3).
N.合成紙の孔面積
合成紙の平均孔面積は以下のようにして求める。H項の.合成紙のSEM観察において、孔面積を評価するために用いるSEM写真の倍率は、単繊維数平均直径φm(nm)とすると次式の倍率K(±30%内の倍率)で撮影する。
N. Hole area of synthetic paper The average hole area of synthetic paper is determined as follows. Of the H term. In SEM observation of synthetic paper, the magnification of the SEM photograph used for evaluating the pore area is taken at a magnification K of the following formula (magnification within ± 30%) when the average number of single fibers is φm (nm).
K=2500000/φm (6)
上記の倍率Kで測定したSEM写真上に、1辺の長さが50mm(どの倍率でも一定)とする正方形の枠を任意の場所に描く。さらに枠内の繊維画像を画像処理ソフト(WINROOF)に取込み、取込んだ画像上に均等間隔で任意の8本以上の輝度分布測定用ラインを載せ、その上の各繊維の輝度分布を画像を2値化するために測定する。表面輝度が高い方から10本の繊維を選択し、その輝度を平均して平均高輝度Lhとする。平均高輝度Lhの50%の輝度をしきい値Luとして、輝度Lu以下の繊維を画像処理(Threshold機能)で消去する(この処理で表面部分付近の孔を選択したことになる)。選択された繊維に囲まれた面積Ai(nm2 )を画像処理で全数測定する(手作業、コンピュータ自動方式どちらでも可能)。この時、全面積データの中の単繊維数平均直径φmの2乗の64%(nm2 )以下の孔は除外する。除外した後の残りの面積Aiを積算し、その残りの個数n数で除して平均孔面積を計算する。
K = 2500,000 / φm (6)
On the SEM photograph measured at the above magnification K, a square frame with a side length of 50 mm (constant at any magnification) is drawn at an arbitrary location. Further, the fiber image in the frame is taken into image processing software (WINROOF), and eight or more luminance distribution measurement lines are placed on the taken image at equal intervals, and the luminance distribution of each fiber on the image is displayed as an image. Measure to binarize. Ten fibers are selected from the higher surface luminance, and the luminance is averaged to obtain the average high luminance Lh. Using 50% of the average high luminance Lh as the threshold value Lu, fibers having the luminance Lu or less are erased by image processing (Threshold function) (the hole near the surface portion is selected by this processing). The total area Ai (nm 2 ) surrounded by the selected fibers is measured by image processing (either manual operation or computer automatic method is possible). At this time, holes of 64% (nm 2 ) or less of the square of the average number of single fibers φm in the total area data are excluded. The remaining area Ai after the exclusion is integrated and divided by the remaining number n to calculate the average pore area.
O.ナノファイバーの重量混合率の測定法
ナノファイバーを含む複合や混合合成紙中のナノファイバーの重量混合率は、合成紙の断面を超高解電解放出型走査電子顕微鏡(SEM)で観察し評価する。初めに、合成紙を包埋用樹脂(エポキシ樹脂や硬化型ポリエステル樹脂など)に包埋し、包埋後の試料を合成紙の断面が露出するようにダイヤモンドカッタやミクロトームでカットする。試料のカット面をサンドペーパーや研磨材で研磨後、良く水洗して低温で乾燥する。試料に白金を蒸着し、日立製作所製超高分解能電解放出型走査電子顕微鏡で合成紙断面写真を得る。まず、写真中の繊維について、合成紙中で直径が500nm以下のナノファイバー繊維と単繊維数平均直径1μm以上の他の繊維に区分する。この場合、単繊維直径が0.5μmを超える繊維については単繊維数平均直径1μm以上の他の繊維の一部であるとして分類する。
O. Method of measuring the weight mixing ratio of nanofibers The weight mixing ratio of nanofibers in composites and mixed synthetic paper containing nanofibers is evaluated by observing the cross section of the synthetic paper with an ultrahigh-electrolysis emission scanning electron microscope (SEM). . First, the synthetic paper is embedded in an embedding resin (such as an epoxy resin or a curable polyester resin), and the embedded sample is cut with a diamond cutter or a microtome so that the cross section of the synthetic paper is exposed. After polishing the cut surface of the sample with sandpaper or abrasive, wash well with water and dry at low temperature. Platinum is vapor-deposited on the sample, and a cross-sectional photograph of the synthetic paper is obtained with an ultra-high resolution field emission scanning electron microscope manufactured by Hitachi. First, the fibers in the photograph are divided into nanofibers having a diameter of 500 nm or less and other fibers having a number average single fiber diameter of 1 μm or more in synthetic paper. In this case, fibers having a single fiber diameter exceeding 0.5 μm are classified as being part of other fibers having a single fiber number average diameter of 1 μm or more.
断面写真を画像処理ソフト(WINROOF)を用いてナノファイバー、他の繊維に分類される個々の繊維の断面積を測定し、さらに断面積について積算し、ナノファイバーの総面積をSn、0.5μm以上の繊維の総面積をSfとする。また、ナノファイバーの比重をρn、0.5μmを超える繊維の比重をρfとし、ナノファイバーの重量混合率をα(%)、1μm以上の繊維の重量混合率をβ(%)とすると次式で計算する。 Measure cross-sectional images of individual fibers classified into nanofibers and other fibers using image processing software (WINROOF), and add up the cross-sectional areas. The total area of nanofibers is Sn, 0.5 μm. The total area of the above fibers is Sf. Further, when the specific gravity of nanofibers is ρn, the specific gravity of fibers exceeding 0.5 μm is ρf, the weight mixing ratio of nanofibers is α (%), and the weight mixing ratio of fibers of 1 μm or more is β (%), Calculate with
A=Sn*ρn、B=Sf*ρfとすると、
α=A/A+B*100 (7)
β=B/A+B*100 (8)
尚、評価用試料は、合成紙から任意の箇所5箇所をとり、上記の方法でそれぞれのα又はβを5回求め、その平均値をナノファイバーあるいは他の繊維の重量混合率とした。
When A = Sn * ρn and B = Sf * ρf,
α = A / A + B * 100 (7)
β = B / A + B * 100 (8)
In addition, the sample for evaluation took five arbitrary places from synthetic paper, calculated | required each (alpha) or (beta) 5 times by said method, and made the average value the weight mixing rate of nanofiber or another fiber.
P.ナノファイバーの濾水度試験方法
JIS P 8121「パルプのろ水度試験方法」のカナダ標準ろ水度試験方法に従って、熊谷機器(株)製カナディアンフリーネステスターで測定した。20℃の室内でナノファイバーの0.30±5%濃度のスラリーを1リットル秤量し、カナディアンフリーネステスターに投入し、これを3回測定して平均値を求めた。尚、上記JISの補正表を使用し、0.30%からの濃度のずれによるデータ補正を行い、濾水度とした。
P. Nanofiber Freeness Test Method According to the Canadian standard freeness test method of JIS P 8121 “Pulp Freeness Test Method”, the freeness tester manufactured by Kumagaya Kikai Co., Ltd. was used. 1 liter of a 0.30 ± 5% concentration slurry of nanofibers was weighed in a room at 20 ° C. and placed in a Canadian freeness tester, which was measured three times to obtain an average value. In addition, using the above JIS correction table, the data was corrected by the concentration deviation from 0.30%, and the freeness was obtained.
Q.合成紙の通気性
JIS−1096「定圧式織物通気度試法」に従って、大栄科学精器製作所製フラジール型定圧式織物通気度試験機で測定した。ナノファイバー合成紙の任意の場所を10cm角に5枚カットし、各合成紙の通気量Qa(cc/cm2 /sec)を20℃、65%で測定し、それを単純平均した。
Q. The air permeability of the synthetic paper was measured with a Frazier type constant pressure fabric air permeability tester manufactured by Daiei Kagaku Seiki Seisakusho according to JIS-1096 “Testing of constant pressure fabric air permeability”. An arbitrary place of the nanofiber synthetic paper was cut into 10 cm squares, and the air permeability Qa (cc / cm 2 / sec) of each synthetic paper was measured at 20 ° C. and 65%, and it was simply averaged.
R.力学特性
ナノファイバー合成紙の任意の場所から幅2cm、長さ18cmの合成紙を5枚カットし、初期試料長=10cm、引張速度=20cm/分とし、JIS L1013に従って引張試験を行った。測定破断時の荷重値を初期紙幅で割った値を強度(N/cm)とし、その破断時の伸びを初期試料長で割った値を伸度(%)とし、これを10枚の合成紙について測定し単純平均した。
R. Mechanical Properties Five synthetic papers having a width of 2 cm and a length of 18 cm were cut from an arbitrary place of the nanofiber synthetic paper, and the tensile test was performed according to JIS L1013 with an initial sample length = 10 cm and a tensile speed = 20 cm / min. The value obtained by dividing the load value at the time of measurement break by the initial paper width is the strength (N / cm), and the value obtained by dividing the elongation at break by the initial sample length is the elongation (%). Was measured and simply averaged.
S.吸湿性(ΔMR)
合成紙サンプルを秤量瓶に1〜2g程度はかり取り、110℃に2時間保ち乾燥させ重量を測定し(W0)、次に対象物質を20℃、相対湿度65%に24時間保持した後重量を測定する(W65)。そして、これを30℃、相対湿度90%に24時間保持した後重量を測定する(W90)。そして、以下の式で求めた。
S. Hygroscopicity (ΔMR)
A synthetic paper sample is weighed in a weighing bottle, weighing about 1 to 2 g, kept at 110 ° C. for 2 hours, dried and weighed (W0). Measure (W65). And this is hold | maintained at 30 degreeC and relative humidity 90% for 24 hours, Then, a weight is measured (W90). And it calculated | required with the following formula | equation.
MR65=[(W65−W0)/W0]×100% (9)
MR90=[(W90−W0)/W0]×100% (10)
ΔMR=MR90−MR65 (11)
T.高分子の重量減少率
セイコー・インストルメンツ社製TG/DTA6200を用い、窒素雰囲気下で室温から10℃/分で300℃まで昇温し、その後300℃で5分間保持した時の重量減少率を測定した。
MR65 = [(W65−W0) / W0] × 100% (9)
MR90 = [(W90−W0) / W0] × 100% (10)
ΔMR = MR90−MR65 (11)
T.A. Weight loss rate of polymer Using TG / DTA6200 manufactured by Seiko Instruments Inc., the weight loss rate when the temperature was raised from room temperature to 300 ° C. at 10 ° C./min in a nitrogen atmosphere, and then held at 300 ° C. for 5 minutes. It was measured.
U.ナノファイバーの面積比率の測定
ポリマーアロイ繊維から海成分を脱海したナノファイバー繊維束の横断面をTEMで観察し、繊維束全体の横断面積を(Sa)、繊維束に存在する1〜500nmのナノファイバーの個々の面積の総和を(Sb)とし、以下の式で求めた。
U. Measurement of the area ratio of the nanofibers The cross section of the nanofiber fiber bundle from which the sea component was removed from the polymer alloy fiber was observed with a TEM, and the cross-sectional area of the entire fiber bundle (Sa) was 1 to 500 nm present in the fiber bundle. The total area of the nanofibers was defined as (Sb), and the following formula was used.
ナノファイバーの面積比率(%)=(Sb/Sa)*100 (12)
V.表面平滑度
JIS P 8119−1976に規定されているベックの表面平滑度(秒表示)で測定した。
Nanofiber area ratio (%) = (Sb / Sa) * 100 (12)
V. Surface smoothness It was measured by the surface smoothness (in seconds) of Beck prescribed in JIS P 8119-1976.
W.合成紙のピンホールの評価
H項のSEM観察において、倍率500倍以下で合成紙を観察し、写真上の100μm2の範囲内に存在する円換算直径で50μm以上の孔の個数を数え、これを10視野で行ない、これを単純平均した後、1cm2に換算して求めた。
W. In SEM observation of the evaluation H section pinholes synthetic paper, observing the synthetic paper at a magnification of 500 times or less, counted the number of 50μm or more holes in a circle equivalent diameter which is present in the range of 100 [mu] m 2 on the photograph, which Was performed in 10 fields of view, and this was simply averaged and then converted to 1 cm 2 .
X.ゼータ電位測定
ナノファイバー配合溶液や分散液に0.001MのKClをあらかじめ添加し、pH=7にて電気泳動光散乱光度計ELS−800(大塚電子(株)製)で測定した。
X. Zeta potential measurement 0.001M KCl was added in advance to the nanofiber blend solution or dispersion, and the pH was measured with an electrophoretic light scattering photometer ELS-800 (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.).
実施例1
溶融粘度53Pa・s(262℃、剪断速度121.6sec−1)、融点220℃のN6(20重量%)と溶融粘度310Pa・s(262℃、剪断速度121.6sec−1)、融点225℃のイソフタル酸を8mol%、ビスフェノールAを4mol%共重合した融点225℃の共重合PET(80重量%)を2軸押し出し混練機で260℃で混練してb*値=4の高分子アロイチップを得た。なお、この共重合PETの262℃、1216sec−1での溶融粘度は180Pa・sであった。このときの混練条件は以下のとおりであった。
Example 1
Melt viscosity 53 Pa · s (262 ° C., shear rate 121.6 sec −1 ), melting point 220 ° C. N6 (20 wt%), melt viscosity 310 Pa · s (262 ° C., shear rate 121.6 sec −1 ), melting point 225 ° C. Polymer alloy chip of b * value = 4 by co-polymerizing PET (80% by weight) with a melting point of 225 ° C. obtained by copolymerization of 8 mol% of isophthalic acid and 4 mol% of bisphenol A and kneading at 260 ° C. with a biaxial extrusion kneader. Got. The copolymerized PET had a melt viscosity of 180 Pa · s at 262 ° C. and 1216 sec −1 . The kneading conditions at this time were as follows.
スクリュー型式:同方向完全噛合型 2条ネジ
スクリュー :直径37mm、有効長さ1670mm、L/D=45.1
混練部長さはスクリュー有効長さの28%
混練部はスクリュー有効長さの1/3より吐出側に位置させた。
Screw type: Fully meshed in the same direction Double thread Screw: Diameter 37 mm, effective length 1670 mm, L / D = 45.1
The kneading part length is 28% of the effective screw length
The kneading part was located on the discharge side from 1/3 of the effective screw length.
途中3個所のバックフロー部有り
高分子供給 :N6と共重合PETを別々に計量し、別々に混練機に供給した。
There are three backflow parts in the middle. Polymer supply: N6 and copolymerized PET were weighed separately and separately fed to the kneader.
温度 :260℃
ベント :2個所
溶融紡糸に用いた溶融紡糸装置のモデル図を図1に示した。同図において、1はホッパー、2は溶融部、3はスピンブロック、4は紡糸パック、5は口金、6はチムニー、7は溶融吐出された糸条、8は集束給油ガイド、9は第1引き取りローラー、10は第2引き取りローラー、11は巻き取り糸である。 この高分子アロイチップを275℃の溶融部2で溶融し、紡糸温度280℃のスピンブロック3に導いた。そして、限界濾過径15μmの金属不織布で高分子アロイ溶融体を濾過した後、口金面温度262℃とした口金5から溶融紡糸した。この時、口金としては吐出孔上部に直径0.3mmの計量部を備えた、吐出孔径が0.7mm、吐出孔長が1.75mmのものを用いた。そして、この時の単孔あたりの吐出量は2.9g/分とした。さらに、口金下面から冷却開始点(チムニー6の上端部)までの距離は9cmであった。吐出された糸条は20℃の冷却風で1mにわたって冷却固化され、口金5から1.8m下方に設置した給油ガイド8で給油された後、非加熱の第1引取ローラー9および第2引取ローラー10を介して900m/分で巻取られた。この時の紡糸性は良好であり、24時間の連続紡糸の間の糸切れはゼロであった。そして、これを第1ホットローラーの温度を98℃、第2ホットローラーの温度を130℃として延伸熱処理した。この時、第1ホットローラーと第2ホットローラー間の延伸倍率を3.2倍とした。
得られた高分子アロイ繊維は120dtex、12フィラメント、強度4.0cN/dtex、伸度35%、U%=1.7%の優れた特性を示した。また、得られた高分子アロイ繊維の横断面をTEMで観察したところ、N6が島成分(丸い部分)、共重合PETが海(他の部分)の海島成分構造を示し(図2参照)、島成分N6の直径は53nmであり、N6が超微分散化した高分子アロイ繊維が得られた。
以下、100%ナノファイバー合成紙について説明する。
Temperature: 260 ° C
Vent: 2 places
A model diagram of a melt spinning apparatus used for melt spinning is shown in FIG. In the figure, 1 is a hopper, 2 is a melting section, 3 is a spin block, 4 is a spinning pack, 5 is a base, 6 is a chimney, 7 is a melted and discharged yarn, 8 is a converged oiling guide, and 9 is a first A take-up roller, 10 is a second take-up roller, and 11 is a take-up thread. This polymer alloy chip was melted in the melting part 2 at 275 ° C. and led to the spin block 3 at a spinning temperature of 280 ° C. The polymer alloy melt was filtered with a metal nonwoven fabric having a limit filtration diameter of 15 μm, and then melt-spun from the die 5 with a die surface temperature of 262 ° C. At this time, a base having a measuring portion having a diameter of 0.3 mm above the discharge hole, having a discharge hole diameter of 0.7 mm and a discharge hole length of 1.75 mm was used. And the discharge amount per single hole at this time was 2.9 g / min. Furthermore, the distance from the base lower surface to the cooling start point (the upper end of the chimney 6) was 9 cm. The discharged yarn is cooled and solidified over 1 m with cooling air of 20 ° C., and is supplied by an oil supply guide 8 installed 1.8 m below the base 5, and then the unheated first take-up roller 9 and second take-up roller 10 was wound up at 900 m / min. The spinnability at this time was good, and there was no yarn breakage during continuous spinning for 24 hours. This was subjected to a stretching heat treatment with the first hot roller at 98 ° C. and the second hot roller at 130 ° C. At this time, the draw ratio between the first hot roller and the second hot roller was 3.2 times.
The obtained polymer alloy fiber exhibited excellent properties of 120 dtex, 12 filaments, strength 4.0 cN / dtex, elongation 35%, U% = 1.7%. Moreover, when the cross section of the obtained polymer alloy fiber was observed with TEM, N6 is an island component (round portion), and copolymerized PET shows the sea island component structure of the sea (other portions) (see FIG. 2). The diameter of the island component N6 was 53 nm, and a polymer alloy fiber in which N6 was ultrafinely dispersed was obtained.
Hereinafter, 100% nanofiber synthetic paper will be described.
得られた120dtex、12フィラメントの「高分子アロイ繊維」をギロチンカッターで2mmにカットた。カットした「高分子アロイ繊維」を98℃、10%水酸化ナトリウムで1時間処理し、海成分のポリエステル成分を除去した後、フィルターで濾過し、さらに、含水率が約100%になるまで遠心分離器で脱水し短繊維を得た。得られた短繊維を水洗と脱水を5回繰返し、水酸化ナトリュウムを除去してナノファイバー短繊維を得た。ここで得られたN6ナノファイバー短繊維の横断面をTEM観察したところ、単繊維数平均直径φmは57nm、 この時のN6ナノファイバー短繊維のL/Dは約35000であった。
ナイアガラビータに約20リットルの水と30gのナノファイバー短繊維を投入し、繊維を10分間1次叩解した。1次叩解したナノファイバーの濾水度は362であった。この繊維を遠心分離器で水分を除去し、繊維濃度が12wt%の1次叩解繊維を250g得た。この1次叩解繊維をPFI叩解装置で10分間2次叩解した後に脱水して、繊維濃度が10wt%のナノファイバー2次叩解繊維を得た。2次叩解したナノファイバーの濾水度は64であった。
The obtained 120 dtex, 12 filament “polymer alloy fiber” was cut into 2 mm with a guillotine cutter. The cut “polymer alloy fiber” is treated with 98%, 10% sodium hydroxide for 1 hour to remove the polyester component of the sea component, filtered through a filter, and further centrifuged until the water content becomes about 100%. Short fibers were obtained by dehydration with a separator. The obtained short fiber was washed with water and dehydrated five times to remove sodium hydroxide to obtain a nanofiber short fiber. When the cross section of the obtained N6 nanofiber short fiber was observed by TEM, the number average diameter φm of single fibers was 57 nm, and the L / D of the N6 nanofiber short fiber at this time was about 35,000.
About 20 liters of water and 30 g of nanofiber short fibers were put into a Niagara beater, and the fibers were first beaten for 10 minutes. The freeness of the nanofiber subjected to the first beating was 362. Water was removed from this fiber with a centrifugal separator to obtain 250 g of primary beating fiber having a fiber concentration of 12 wt%. This primary beating fiber was subjected to secondary beating for 10 minutes with a PFI beating apparatus and then dehydrated to obtain nanofiber secondary beating fibers having a fiber concentration of 10 wt%. The freeness of the nanofibers subjected to secondary beating was 64.
さらに、2次叩解繊維5.5gと第一工業製薬性のアニオン系分散剤(シャロールAN−103P:分子量10000)0.5gを1リットルの水と共に離解機に入れ、5分間分散した。該離解機中の分散液を熊谷理機製の実験用抄紙機(角形シートマシン)の容器に入れ、水を追加し20リットルの調整溶液とした。この調整溶液のゼータ電位を測定したところ、−50mVであった。事前に抄紙用金網ネット上にのせた25cm角のアドバンテック(株)製濾紙#2(5μm)上に調整溶液を抄紙し、ローラーで脱水し、ドラム式乾燥機で乾燥後、濾紙からシートを剥離した後、さらに再乾燥し、ナノファイバーのみからなる合成紙を得た。 Further, 5.5 g of the secondary beating fiber and 0.5 g of the first industrial pharmaceutical anionic dispersant (Charol AN-103P: molecular weight 10,000) were placed in a disaggregator together with 1 liter of water and dispersed for 5 minutes. The dispersion in the disaggregator was put into a container of an experimental paper machine (rectangular sheet machine) manufactured by Rikuma Kumagai, and water was added to make a 20 liter adjustment solution. When the zeta potential of this adjusted solution was measured, it was -50 mV. Paper is prepared on the 25cm square filter paper # 2 (5μm) made by Advantech Co., Ltd., which is placed on a paper net for papermaking in advance. Then, it was further re-dried to obtain a synthetic paper consisting only of nanofibers.
得られた合成紙の表面をSEM観察した結果を図3に示すが、従来の合成繊維の合成紙とは異なり、ナノファイバーが1本1本まで分散した合成紙が得られた。得られた合成紙は、厚みが非常に薄いが、ピンホールがなく、均一な合成紙であった。合成紙の単繊維直径の分布を表3に示したが、ナノファイバーの単繊維数平均直径φmは57nmであり、単繊維比率の和Paは100%であり、単繊維直径の集中度指数Pbは64%であり、繊維直径のバラツキが非常に少なく、均一なものであった。また、合成紙の目付も8.4g/m2と非常に小さく、厚みも30μmと薄いナノファイバー合成紙が得られた。また、ナノファイバー100%であったが、ナノファイバー同士の凝集力や交絡の強さによって、バインダーがなくても良好に抄紙することができた。得られたナノファイバー合成紙は、厚みが非常に薄いが、強度が2.2N/cm、伸度が12%と実用的に問題がないものが得られた。また、得られた合成紙は、均一な単繊維直径のナノファイバーが均一に分散されているため、孔面積も0.0033μm2と小さく均一であった。孔面積はのO項に記載の測定法によって測定したが、孔面積を測定するのに必要のない余分な繊維を削除するための画像処理条件としては、最高平均輝度Lhは、91.6であり、その50%である消去輝度レベルは45.8%であり、その時の測定画像を図4に示した。本実施例の合成紙は、このような微細な孔面積を有し、さらにナノファイバーの分散性、均一性が良好なことから、大きなピンホールがなく、50μm以上のピンホールは0であり、均一なため、通気量も0.35cc/cm2 /secと小さく、気体の遮蔽力が高い合成紙が得られた。また、表面平滑度も1660秒と表面の平滑性が高い合成紙であった。 The result of SEM observation of the surface of the obtained synthetic paper is shown in FIG. 3. Unlike the conventional synthetic fiber synthetic paper, a synthetic paper having nanofibers dispersed one by one was obtained. The resulting synthetic paper was very thin but had no pinholes and was a uniform synthetic paper. The distribution of the single fiber diameter of the synthetic paper is shown in Table 3. The single fiber average diameter φm of the nanofiber is 57 nm, the sum Pa of the single fiber ratio is 100%, and the single fiber diameter concentration index Pb Was 64%, and there was very little variation in fiber diameter, and it was uniform. In addition, a synthetic nanofiber paper having a very small basis weight of 8.4 g / m 2 and a thickness of 30 μm was obtained. Moreover, although it was 100% of nanofibers, paper could be satisfactorily made even without a binder due to the cohesive strength and entanglement strength of the nanofibers. The obtained nanofiber synthetic paper had a very thin thickness, but a strength of 2.2 N / cm and an elongation of 12% were practically acceptable. Moreover, since the obtained synthetic paper was uniformly dispersed with nanofibers having a uniform single fiber diameter, the pore area was as small as 0.0033 μm 2 and uniform. The pore area was measured by the measurement method described in the item O. As the image processing conditions for removing excess fibers that are not necessary for measuring the pore area, the maximum average luminance Lh is 91.6. Yes, the erase brightness level, which is 50%, is 45.8%, and the measured image at that time is shown in FIG. The synthetic paper of this example has such a fine pore area, and furthermore, since the dispersibility and uniformity of the nanofibers are good, there are no large pinholes, and pinholes of 50 μm or more are zero. Since it was uniform, the amount of ventilation was as small as 0.35 cc / cm 2 / sec, and a synthetic paper with a high gas shielding power was obtained. Moreover, the surface smoothness was 1660 seconds, and it was a synthetic paper with high surface smoothness.
また、通常のパルプを使用した市販紙の密度は0.5g/cm3 程度であるのに対して、本実施例のナノファイバー合成紙の密度は0.28g/cm3 とナノファイバーの凝集力が大きく、分散が困難であるにもかかわらず、比較的低密度な合成紙が得られた。これは、本発明のナノファイバー合成紙の製法によって、ナノファイバーが良く分散したためだと考えられる。今回得られたナノファイバー合成紙では、抄紙後に水分を除去するために加圧や乾燥処理は行ったが、合成紙分野で一般的に行なわれている密度や強度を改善するための単純加圧や熱プレスなどの加工はしていないので、このような加工を施すことにより、目的や用途に応じてこれらの特性を調整できる可能性がある。また、本実施例のナノファイバー合成紙の吸湿率(ΔMR)を測定したところ、6.4%と比較例10の従来の極細繊維からなる合成紙の2.8%に比較し、優れた吸湿特性を示した。50μm以上のピンホールは0であった。また、表面平滑度も1660秒と表面の平滑性が高い合成紙であった。 Further, while the density of commercial paper using ordinary pulp is about 0.5 g / cm 3, the density of the nanofiber synthetic paper of this example 0.28 g / cm 3 and cohesion of nanofibers In spite of being large and difficult to disperse, a comparatively low density synthetic paper was obtained. This is thought to be because the nanofibers were well dispersed by the method for producing the nanofiber synthetic paper of the present invention. The nanofiber synthetic paper obtained this time was pressed and dried to remove moisture after papermaking, but simply pressurized to improve the density and strength commonly used in the synthetic paper field. Since there is no processing such as heat pressing, these characteristics may be adjusted according to the purpose and application. Further, when the moisture absorption rate (ΔMR) of the nanofiber synthetic paper of this example was measured, it was superior to 6.4% and 2.8% of the synthetic paper made of the conventional ultrafine fiber of Comparative Example 10, which was superior in moisture absorption. The characteristics are shown. Pinholes of 50 μm or more were zero. Moreover, the surface smoothness was 1660 seconds, and it was a synthetic paper with high surface smoothness.
実施例2
ベース材としてスクリーン紗を使用する場合のナノファイバー合成紙の例を示す。
Example 2
The example of the nanofiber synthetic paper in the case of using a screen basket as a base material is shown.
実施例1で得られた2次叩解繊維5.5gと第一工業製薬性のアニオン系分散剤(シャロールAN−103P:分子量10000)0.5gを1リットルの水と共に離解機に入れ5分間分散した。該離解機中の分散液を実験用抄紙機の容器に入れ、水を追加し20リットルの調整溶液とした。事前に抄紙用金網ネット上にのせた25cm角の「スクリーン紗(PET製、繊維直径70μm、孔径80μm角)」上にこの調整溶液を抄紙し、ローラーで脱水し、ドラム式乾燥機で乾燥後、ナノファイバーとスクリーン紗を剥離しようとしたが剥離できず、スクリーン紗をベース基材としたナノファイバー合成紙を得た。 Disperse 5.5 g of the secondary beating fiber obtained in Example 1 and 0.5 g of Daiichi Kogyo Anionic Dispersant (Charol AN-103P: molecular weight 10000) together with 1 liter of water in a disaggregator for 5 minutes. did. The dispersion in the disaggregator was placed in a container of a laboratory paper machine, and water was added to make a 20 liter adjustment solution. Paper this adjustment solution on a 25cm square “screen cage (PET, fiber diameter 70μm, hole diameter 80μm square)” placed on a wire net for papermaking in advance, dehydrated with a roller, and dried with a drum dryer An attempt was made to peel off the nanofiber and the screen wrinkle, but it was not possible to obtain a nanofiber synthetic paper using the screen wrinkle as a base substrate.
得られた合成紙の表面をSEM観察した結果、スクリーン紗の格子の中央部では実施例1と同様に、ナノファイバーが1本1本まで分散していた。しかし、そのナノファイバーは、スクリーン紗の格子を形成しているモノフィラメントの近くでは、そのモノフィラメントにしっかり絡みついているのが観察された。この合成紙中のナノファイバーの単繊維数平均直径φmは58nmであり、単繊維比率の和Paは100%、単繊維直径の集中度指数Pbは66%であった。ナノファイバーがスクリーン紗のモノフィラメントに絡みついたり、ナノファイバー同士の凝集力やそれぞれの交絡の強さによって、バインダーを使用していなくても、ナノファイバーがスクリーン紗から脱落することはなく良好に抄紙することができた。本実施例のナノファイバー合成紙では、スクリーン紗の格子部分の中央部に存在するナノファイバーも均一に分散しており、その部分に大きなピンホールや破れはなく、十分な強度を保持していた。得られた合成紙は、スクリーン紗をベースにナノファイバーと一体化しており、この合成紙の総目付は45.6g/m2、厚みは102μm、密度は0.45g/cm3 であった。この合成紙からスクリーン紗部分(目付37.4g/m2、厚み70μm、密度が0.53g/cm3 )を除去して考えた場合、ナノファイバーのみの目付は8.2g/m2、厚みは32μm、密度が0.26g/cm3 であり、本実施例のナノファイバーのみの部分は、ほぼ実施例1のナノファイバー100%の合成紙と同程度の合成紙が得られた。即ち、ナノファイバー合成紙がスクリーン紗上に形成され、複合化したものである。ベース材料としてスクリーン紗は使用しているが、バインダーを使用することもなく、ナノファイバー複合合成紙を得ることができた。得られた複合合成紙は、ナノファイバーとスクリーン紗が一体化しているが、スクリーン紗の格子部分に存在するナノファイバーの密度は、実施例1のナノファイバー合成紙の場合と同程度であると考えられる。さらにこの複合合成紙は、スクリーン紗による補強効果で強度は約91.2N/cm、伸度34%であるが、実際にはスクリーン紗の格子部分に存在するナノファイバーは実施例1と同様に、伸度が10数%程度なので、強い力で引張ると破損するが、取扱う上では実施例1の合成紙より容易である。また、この複合合成紙は、ナノファイバーの単繊維直径が均一なことによって、孔面積も均一であり、その値は0.0045μm2と非常に小さく、さらに、非常に厚みが薄いが大きな孔やピンホールはなく、50μm以上のピンホールは0であり、均一に抄紙加工されているため、その通気量は0.27(cc/cm2 /sec)と非常に少ないものであった。また、表面平滑度も830秒と表面の平滑性が高い合成紙であった。本実施例のナノファイバー合成紙は、抄紙後に水分を除去するために加圧や乾燥処理したが、密度や強度を向上させるための、単純加圧や熱プレスなどの加工はしていないので、このような加工を施すことによって、目的や用途に応じてこれらの特性を調整できる可能性がある。本実施例のナノファイバー複合合成紙の吸湿率(ΔMR)を測定したところ、5.7%と比較例10の従来の極細繊維からなる合成紙の2.8%に比較し、優れた吸湿特性を示した。 As a result of SEM observation of the surface of the obtained synthetic paper, nanofibers were dispersed one by one in the central part of the lattice of the screen basket as in Example 1. However, it was observed that the nanofibers were tightly entangled with the monofilaments near the monofilaments forming the screen lattice. The nanofibers in this synthetic paper had a single fiber number average diameter φm of 58 nm, the single fiber ratio sum Pa was 100%, and the single fiber diameter concentration index Pb was 66%. Even if no binder is used due to the nanofiber entangled with the screen filament monofilament, the cohesive strength between the nanofibers, and the strength of the entanglement, the nanofiber does not fall out of the screen cage, making paper well I was able to. In the nanofiber synthetic paper of this example, the nanofibers present in the center of the lattice portion of the screen ridge were evenly dispersed, and there were no large pinholes or tears in that portion, and sufficient strength was maintained. . The obtained synthetic paper was integrated with nanofibers based on a screen gutter. The synthetic paper had a total basis weight of 45.6 g / m 2 , a thickness of 102 μm, and a density of 0.45 g / cm 3 . When the screen ridge part (37.4 g / m 2 basis weight, thickness 70 μm, density 0.53 g / cm 3 ) is considered to be removed from this synthetic paper, the basis weight of the nanofiber alone is 8.2 g / m 2 , thickness. Was 32 μm and the density was 0.26 g / cm 3 , and a synthetic paper of the same degree as that of the synthetic paper with 100% nanofibers of Example 1 was obtained for the part of the nanofiber alone of this example. That is, a nanofiber synthetic paper is formed on a screen basket and combined. Although a screen bottle is used as a base material, a nanofiber composite synthetic paper can be obtained without using a binder. In the obtained composite synthetic paper, the nanofibers and the screen wrinkles are integrated, but the density of the nanofibers present in the lattice portion of the screen wrinkles is about the same as that of the nanofiber synthetic paper of Example 1. Conceivable. Furthermore, this composite synthetic paper has a reinforcing effect by the screen wrinkle and has a strength of about 91.2 N / cm and an elongation of 34%. In practice, however, the nanofibers present in the lattice portion of the screen wrinkle are the same as in Example 1. Since the elongation is about 10% or more, it breaks when pulled with a strong force, but it is easier to handle than the synthetic paper of Example 1. Moreover, this composite synthetic paper has a uniform pore area due to the uniform single fiber diameter of the nanofibers, and its value is very small, 0.0045 μm 2. There were no pinholes, and pinholes of 50 μm or more were 0, and since paper was uniformly processed, the air flow rate was very small at 0.27 (cc / cm 2 / sec). Moreover, the surface smoothness was 830 seconds, and it was a synthetic paper with high surface smoothness. The nanofiber synthetic paper of this example was pressed and dried to remove moisture after papermaking, but because it was not processed such as simple pressing or hot pressing to improve density and strength, By performing such processing, there is a possibility that these characteristics can be adjusted according to the purpose and application. When the moisture absorption rate (ΔMR) of the nanofiber composite synthetic paper of this example was measured, it was superior to 5.7% and 2.8% of the synthetic paper made of the conventional ultrafine fiber of Comparative Example 10, and superior moisture absorption characteristics. showed that.
実施例3
本実施例では、ナノファイバーと直径2μmのN6極細繊維を混抄した合成紙について説明する。
Example 3
In this example, a synthetic paper in which nanofibers and N6 ultrafine fibers having a diameter of 2 μm are mixed will be described.
実施例1で得られた2次叩解繊維16.6gと2mmにカットした単繊維数平均直径2μmのN6極細繊維を0.42gと第一工業製薬性のアニオン系分散剤(シャロールAN−103P:分子量10000)0.5gを1リットルの水と共に離解機に入れ5分間分散した。該離解機中の分散液を実験用抄紙機(角形シートマシン)の容器に入れ、水を追加して20リットルの調整溶液とした。この調整溶液を抄紙用金網ネット上に直接抄紙し、ローラーで脱水し、ドラム式乾燥機で乾燥し、32.3g/m2のナノファイバー80%、N6極細繊維20%が混合した混抄タイプの合成紙を得た。 16.6 g of the secondary beaten fibers obtained in Example 1 and 0.42 g of N6 ultrafine fibers with a mean diameter of 2 μm cut into 2 mm and a first industrial pharmaceutical anionic dispersant (Charol AN-103P: 0.5 g (molecular weight 10,000) was placed in a disaggregator together with 1 liter of water and dispersed for 5 minutes. The dispersion in the disaggregator was placed in a container of a laboratory paper machine (square sheet machine), and water was added to make a 20 liter adjustment solution. This adjustment solution is made directly on a paper net for paper making, dewatered with a roller, dried with a drum dryer, and a mixed paper type in which 80% of 32.3 g / m 2 nanofibers and 20% N6 ultrafine fibers are mixed. Synthetic paper was obtained.
得られた合成紙の表面をSEM観察した結果、ナノファイバー単繊維数平均直径φmは59nmであり、単繊維比率の和Paは100%であり、単繊維直径の集中度指数Pbは65%であった。得られたナノファイバー合成紙は、ナノファイバー成分が80%であったが、抄紙性も良好であり、目付も32.3g/m2と極細繊維と混抄した合成紙ではあったが、厚みが薄く、強度的にも1.5N/cm、伸度7.3%と実用的に問題がないものが得られた。また、SEMによる表面観察を行なったところ、極細繊維の中でナノファイバーは若干繊維同士が絡み合った部分も存在しているが、大部分は1本1本までバラバラになって分散しており、ナノファイバーが均一に分散された混抄合成紙が得られた。また、ナノファイバーがその直径よりも太い極細繊維を骨材として、蜘蛛の巣のように広がることによって空間が確保され、実施例2に比較して、厚みは154μmと嵩高になり、密度も0.21g/cm3 とやや低減したため、通気量は実施例2と比較して11cc/cm2 /secとかなり多くすることができ、本実施例の混抄合成紙は通気性を必要とする分野への利用が可能であると考えられる。また、孔面積も0.0113μm2に増加したが、粗大な孔やピンホールはなく、50μm以上のピンホールは0であった。また、表面平滑度も320秒と表面の平滑性が高い合成紙であった。
今回得られたナノファイバー混抄合成紙は、抄紙後に水分を除去するために加圧や乾燥処理したが、密度や強度を改善するための、単純加圧や熱プレスなどの加工はしていないので、目的や用途に応じてこれらの特性を調整できる可能性がある。また、このナノファイバー混抄合成紙の吸湿率(ΔMR)を測定したところ、5.1%と比較例10の従来の極細繊維からなる合成紙の2.8%に比較して、優れた吸湿特性を示した。
As a result of SEM observation of the surface of the obtained synthetic paper, the nanofiber single fiber number average diameter φm was 59 nm, the single fiber ratio sum Pa was 100%, and the single fiber diameter concentration index Pb was 65%. there were. The obtained nanofiber synthetic paper is nanofibers component was 80%, also papermaking properties were good, basis weight also there was a 32.3 g / m 2 and microfine fibers and混抄synthetic paper, the thickness It was thin and 1.5N / cm in strength and 7.3% in elongation were obtained with no practical problems. In addition, when surface observation was performed by SEM, nanofibers in the ultrafine fibers also had some portions where the fibers were slightly intertwined, but most of them were dispersed up to one by one. A mixed paper with nanofibers uniformly dispersed was obtained. In addition, a space is secured by spreading the nanofibers like a spider's web, using ultrafine fibers thicker than the diameter as an aggregate. Compared to Example 2, the thickness becomes 154 μm and the density is 0. .21 g / cm 3, which is slightly reduced, the air flow rate can be considerably increased to 11 cc / cm 2 / sec as compared to Example 2, and the mixed synthetic paper of this example is in a field that requires air permeability. Is considered possible. Moreover, although the hole area also increased to 0.0113 μm 2, there were no coarse holes or pinholes, and the pinholes of 50 μm or more were zero. Further, the surface smoothness was a synthetic paper having a high surface smoothness of 320 seconds.
The nanofiber-mixed synthetic paper obtained this time was pressed and dried to remove moisture after papermaking, but it was not processed by simple pressurization or heat press to improve density and strength. There is a possibility that these characteristics can be adjusted according to the purpose and application. In addition, when the moisture absorption rate (ΔMR) of the nanofiber mixed paper was measured, it was superior to 5.1% and 2.8% of the conventional synthetic fiber made of ultrafine fibers of Comparative Example 10. showed that.
実施例4
本実施例は、ナノファイバーを5wt%以下混抄する場合について説明する。
Example 4
In this example, a case where 5% by weight or less of nanofiber is mixed is described.
単繊維数平均直径が2μmのN6極細繊維とパルプバインダーが主材の合成紙に少量のナノファイバーを混抄したナノファイバー合成紙を作製する。実施例1と同様にして得られた2次叩解繊維0.50g、濾水度450の木材パルプ0.22g、単繊維数平均直径が2μmのN6極細繊維を1.80g、さらに第一工業製薬製アニオン系分散剤(シャロールAN−103P:分子量10000)と1リットルの水を離解機に入れ5分間分散した。該離解機中の分散液を実験用抄紙機(角形シートマシン)の容器に入れ、水を追加して20リットルの調整溶液とした。この調整溶液を抄紙用金網ネット上に直接抄紙し、ローラーで脱水し、ドラム式乾燥機で乾燥し、ナノファイバー2.4%、極細繊維87%、木材パルプ10.6%の混率からなる混抄合成紙を得た。 A nanofiber synthetic paper is prepared by mixing a small amount of nanofibers with a synthetic paper mainly composed of N6 ultrafine fibers having a single fiber number average diameter of 2 μm and pulp binder. Secondary beating fiber 0.50 g obtained in the same manner as in Example 1, 0.22 g of wood pulp having a freeness of 450, 1.80 g of N6 ultrafine fibers having a single fiber number average diameter of 2 μm, and Daiichi Kogyo Seiyaku An anionic dispersant (Charol AN-103P: molecular weight 10,000) and 1 liter of water were placed in a disaggregator and dispersed for 5 minutes. The dispersion in the disaggregator was placed in a container of a laboratory paper machine (square sheet machine), and water was added to make a 20 liter adjustment solution. This adjusted solution is directly made on a wire mesh net for paper making, dehydrated with a roller, and dried with a drum dryer, and mixed with a mixture ratio of 2.4% nanofibers, 87% extra fine fibers, and 10.6% wood pulp. Synthetic paper was obtained.
得られた合成紙の表面をSEMで観察した結果、この合成紙中のナノファイバー単繊維数平均直径φmは59nmであり、単繊維比率の和Paは100%であり、単繊維直径の集中度指数Pbは63%であった。木材パルプがバインダーとして存在しているので、ナノファイバーが少なくても良好に抄紙が可能で、目付が31.6g/m2、厚みが243μm、強度が3.1N/cm、伸度が15%の混抄合成紙を得ることができた。本実施例で得られた混抄合成紙は、ナノファイバーを極細繊維内の空間に広がった状態で分散したいために、抄紙後の水分を除去するための加圧も小さくした後、乾燥処理した。また、SEMによる表面観察によれば、本実施例では混抄合成紙中にナノファイバーの存在比率が少ないため、実施例3と比較し、繊維同士の絡み合いが少なく、1本1本までバラバラになって分散しており、ナノファイバーが均一に分散した混抄合成紙であった。さらに、実施例3と比較して、ナノファイバーの量が非常に少ないため、密度も0.13g/cm3 と低密度であり、孔面積も0.047μm2に増加し、また大きな孔やピンホールはなく、50μm以上のピンホールは0であった。また、表面平滑度は220秒であった。
この混抄合成紙はガスや液体などの流体に対する透過抵抗が少なく、これら流体中の有用成分の分離や吸着、微粒子や異物の除去などの基材として有用である。本実施例の混抄合成紙の通気量は実施例3と比較して34cc/cm2 /secとかなり通気量を大きくすることができた。このN6ナノファイバー合成紙は通気量が高いために、エアフィルターに好適なものであった。さらに、このN6ナノファイバー紙の表面にはナノレベルの細孔を多数含んでおり、液体の透過抵抗も小さいと考えられることから、このままでも液体フィルターや2次電池やキャパシター用セパレーターなどに好適であった。
As a result of observing the surface of the obtained synthetic paper with SEM, the nanofiber single fiber number average diameter φm in this synthetic paper is 59 nm, the sum Pa of the single fiber ratio is 100%, and the concentration degree of the single fiber diameter The index Pb was 63%. Since wood pulp is present as a binder, paper can be satisfactorily produced even with a small amount of nanofibers. The basis weight is 31.6 g / m 2 , the thickness is 243 μm, the strength is 3.1 N / cm, and the elongation is 15%. The mixed paper was obtained. In order to disperse the nanofibers in a state in which the nanofibers are spread in the space in the ultrafine fibers, the mixed paper obtained in this example was dried after reducing the pressure for removing the water after papermaking. Further, according to the surface observation by SEM, in this example, since the existence ratio of nanofibers is small in the mixed paper, compared with Example 3, there is less entanglement between the fibers, and each one is separated. It was a mixed paper with nanofibers uniformly dispersed. Furthermore, since the amount of nanofibers is very small compared to Example 3, the density is also as low as 0.13 g / cm 3 , the pore area is increased to 0.047 μm 2 , and large pores or pins There were no holes, and pinholes of 50 μm or more were zero. The surface smoothness was 220 seconds.
This mixed paper has little permeation resistance to fluids such as gas and liquid, and is useful as a base material for separating and adsorbing useful components in these fluids and removing fine particles and foreign matters. The air permeability of the mixed paper of this example was 34 cc / cm 2 / sec as compared with Example 3, and the air permeability could be considerably increased. This N6 nanofiber synthetic paper was suitable for an air filter because of its high air flow rate. Furthermore, since the surface of this N6 nanofiber paper contains many nano-level pores and the permeation resistance of the liquid is considered to be small, it is still suitable for liquid filters, secondary batteries, capacitor separators, etc. there were.
実施例5
本実施例では、低目付のナノファイバー合成紙について説明する。
Example 5
In this example, a low-weight nanofiber synthetic paper will be described.
実施例1と同様にして得られた2次叩解繊維1.5gと第一工業製薬製のアニオン系分散剤(シャロールAN−103P:分子量10000)0.5gを1リットルの水と共に離解機に入れ、5分間分散した。該離解機中の分散液を実験用抄紙機(角形シートマシン)の容器に入れ、水を追加して20リットルの調整溶液とした。この調整溶液を事前に抄紙用金網ネット上にのせた25cm角のスクリーン紗(PET製、繊維直径70μm、孔径80μm角)上に抄紙し、ローラーで脱水、ドラム式乾燥機で乾燥後、ナノファイバーとスクリーン紗を剥離しようとしたが剥離できず、スクリーン紗をベース基材としたナノファイバー合成紙を得た。 Put 1.5 g of secondary beating fiber obtained in the same manner as in Example 1 and 0.5 g of an anionic dispersant (Charol AN-103P: molecular weight 10,000) manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku together with 1 liter of water in a disaggregator. Dispersed for 5 minutes. The dispersion in the disaggregator was placed in a container of a laboratory paper machine (square sheet machine), and water was added to make a 20 liter adjustment solution. Paper is made on a 25cm square screen basket (made of PET, fiber diameter 70μm, hole diameter 80μm square), which is placed on a wire mesh net for papermaking in advance, dehydrated with a roller, dried with a drum dryer, and nanofiber Attempts were made to peel off the screen wrinkles, but they could not be peeled off, and a nanofiber synthetic paper having a screen wrinkle as the base substrate was obtained.
得られた合成紙の表面をSEM観察した結果、該合成紙のナノファイバー単繊維数平均直径φmは57nmであり、単繊維比率の和Paは99%であり、単繊維直径の集中度指数Pbは73%であった。この複合合成紙全体は、スクリーン紗をベースにしているため、目付が39.5g/m2、厚みが78μm、密度が0.51g/cm3 、強度が91.2N/cm、伸度が34%の合成紙であった。この合成紙からスクリーン紗(目付37.4g/m2、厚み70μm、密度が0.53g/cm3 )を除去したナノファイバーのみの目付は2.1g/m2、厚みが8.0μm、密度が0.26g/cm3 であり、ナノファイバーのみの目付としては2.1g/m2と厚みとしても非常に薄くすることができた。通常の乾式不織布では10g/m2以下のシートを作製することは非常に困難であるが、ナノファイバーの場合、繊維の本数が多くカバー率が高いので、従来にない薄い合成紙の作製も可能であった。また、ナノファイバーは、スクリーン紗の格子部分(繊維径70μm、孔径80μm角)全体に均一に蜘蛛の巣のように非常に薄く絡みついているが、ややピンホールが観測され、50μm以上のピンホールは2個/cm2であった。ピンホールがなく、地合が良好な部分をサンプリングして通気量を測定した結果、0.66cc/cm2 /secと実施例1と比較してやや通気量が増加したが、これは若干存在するピンホールの影響によるものだと考えられる。孔面積は0.0042μm2と実施例1に比較して増大した。また、表面平滑度は430秒と表面の平滑性が高い合成紙であった。
この合成紙の強度は、全体としてはスクリーン紗によって補強されているため、強度的な問題がなく取扱いは容易であった。また、格子部分間に存在するナノファイバーも大きな力が働かなければ破れるなどの破損の問題は全くなかった。
As a result of SEM observation of the surface of the obtained synthetic paper, the nanofiber single fiber number average diameter φm of the synthetic paper is 57 nm, the sum Pa of the single fiber ratio is 99%, and the single fiber diameter concentration index Pb Was 73%. Since the entire composite synthetic paper is based on a screen wrinkle, the basis weight is 39.5 g / m 2 , the thickness is 78 μm, the density is 0.51 g / cm 3 , the strength is 91.2 N / cm, and the elongation is 34. % Synthetic paper. The basis weight of only the nanofiber obtained by removing the screen wrinkles (37.4 g / m 2 , thickness 70 μm, density 0.53 g / cm 3 ) from this synthetic paper is 2.1 g / m 2 , thickness 8.0 μm, density Was 0.26 g / cm 3 , and the basis weight of only nanofibers was 2.1 g / m 2, which was very thin. It is very difficult to produce a sheet of 10 g / m 2 or less with a normal dry nonwoven fabric, but with nanofibers, the number of fibers is high and the coverage is high, so it is possible to produce unprecedented thin synthetic paper Met. In addition, nanofibers are entangled very thinly like a spider web uniformly over the entire lattice part of the screen ridge (fiber diameter 70 μm, hole diameter 80 μm square). Was 2 pieces / cm 2 . As a result of measuring the air flow rate by sampling a portion having no pinhole and good formation, the air flow rate was slightly increased to 0.66 cc / cm 2 / sec as compared with Example 1, but this slightly exists. This is probably due to the effect of pinholes. The pore area increased to 0.0042 μm 2 compared to Example 1. Moreover, the surface smoothness was 430 seconds and was a synthetic paper with high surface smoothness.
Since the strength of the synthetic paper is reinforced by the screen as a whole, it is easy to handle without any problem of strength. In addition, the nanofibers existing between the lattice parts were not damaged at all.
実施例6
単繊維数平均直径が114nmのナノファイバー合成紙について説明する。
N6を溶融粘度500Pa・s(262℃、剪断速度121.6sec−1)、融点220℃のN6(混合率50重量%)に変更して、実施例1と同様に溶融紡糸を行った。この時の紡糸性は良好であり、24時間の連続紡糸の間の糸切れは1回であった。そして、これをやはり実施例1と同様に延伸・熱処理して128dtex、36フィラメント、強度4.3cN/dtex、伸度37%、U%=2.5%の優れた特性を有する高分子アロイ繊維を得た。得られた高分子アロイ繊維の横断面をTEMで観察したところ、実施例1と同様に共重合PETが海、N6が島の海島構造を示し、島N6の数平均による直径は110nmであり、N6が超微分散化した高分子アロイ繊維が得られた。
Example 6
The nanofiber synthetic paper having a single fiber average diameter of 114 nm will be described.
N6 was changed to N6 (mixing ratio: 50% by weight) having a melt viscosity of 500 Pa · s (262 ° C., shear rate of 121.6 sec −1 ) and a melting point of 220 ° C., and melt spinning was performed in the same manner as in Example 1. The spinnability at this time was good, and there was one breakage during 24 hours of continuous spinning. This was also drawn and heat-treated in the same manner as in Example 1, and was a polymer alloy fiber having excellent characteristics of 128 dtex, 36 filaments, strength 4.3 cN / dtex, elongation 37%, U% = 2.5%. Got. When the cross section of the obtained polymer alloy fiber was observed with TEM, copolymerized PET was the sea, N6 was the island-island structure as in Example 1, and the diameter by the number average of the island N6 was 110 nm. A polymer alloy fiber in which N6 was ultrafinely dispersed was obtained.
得られた128dtex、36フィラメントの「高分子アロイ繊維」をギロチンカッターで2mmにカットた。カットした「高分子アロイ繊維」を98℃、10%の水酸化ナトリウムで1時間処理し、海成分のポリエステル成分を除去した後、フィルターで濾過して、さらに、含水率が約100%まで遠心分離器で脱水し、短繊維を得た。
得られた短繊維を水洗と脱水を5回繰返した後、水酸化ナトリウムを除去し、ナノファイバー短繊維を得た。ここで得られたN6ナノファイバー短繊維の横断面をTEM観察したところ、単繊維数平均直径φmは114nmであり、この時のN6ナノファイバー短繊維のL/Dは約17500であった。
ナイアガラビータの容器に約20リットルの水と30gの該短繊維を投入し、繊維を10分間1次叩解した。得られた繊維から遠心分離器で水分を除去し、繊維濃度が10wt%の1次叩解繊維を得た。この1次叩解繊維をPFI叩解装置で10分間2次叩解した後、脱水して、繊維濃度が10wt%のナノファイバー2次叩解繊維を得た。さらに、この2次叩解繊維5.5gと第一工業製薬製のアニオン系分散剤(シャロールAN−103P:分子量10000)0.5gを1リットルの水と共に離解機に入れ、5分間分散した。該離解機中の分散液を実験用抄紙機(角形シートマシン)の容器に入れ、水を追加して20リットルの調製溶液とした。調製溶液を事前に抄紙用金網ネット上にのせた25cm角のスクリーン紗(繊維径70μm、孔径80μm角)上に抄紙し、ローラーで脱水し、ドラム式乾燥機で乾燥後、ナノファイバーとスクリーン紗を剥離しようとしたが剥離できず、スクリーン紗をベース基材としたナノファイバー合成紙を得た。
The obtained 128 dtex, 36 filament “polymer alloy fiber” was cut into 2 mm with a guillotine cutter. The cut “polymer alloy fiber” is treated with 98%, 10% sodium hydroxide for 1 hour to remove the polyester component of the sea component, filtered through a filter, and further centrifuged to a moisture content of about 100%. It dehydrated with the separator and obtained the short fiber.
The obtained short fiber was washed with water and dehydrated 5 times, and then sodium hydroxide was removed to obtain a nanofiber short fiber. When the cross section of the obtained N6 nanofiber short fiber was observed with a TEM, the number average diameter φm of the single fiber was 114 nm, and the L / D of the N6 nanofiber short fiber at this time was about 17500.
About 20 liters of water and 30 g of the short fibers were put into a Niagara beater container, and the fibers were first beaten for 10 minutes. Water was removed from the obtained fiber with a centrifugal separator to obtain a primary beaten fiber having a fiber concentration of 10 wt%. This primary beating fiber was secondarily beaten with a PFI beating apparatus for 10 minutes and then dehydrated to obtain nanofiber secondary beating fibers having a fiber concentration of 10 wt%. Further, 5.5 g of this secondary beaten fiber and 0.5 g of an anionic dispersant (Charol AN-103P: molecular weight 10,000) manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku were placed in a disaggregator together with 1 liter of water and dispersed for 5 minutes. The dispersion in the disaggregator was put into a container of a laboratory paper machine (square sheet machine), and water was added to make a 20 liter prepared solution. Paper is made on a 25cm square screen basket (fiber diameter 70μm, hole diameter 80μm square), which is placed on a wire mesh net for papermaking in advance. Although it was going to peel off, it was not able to peel off, but the nanofiber synthetic paper which used the screen ridge as the base substrate was obtained.
得られた合成紙の表面をSEM観察した結果、単繊維数平均直径φmは114nmであり、単繊維比率の和Paは98%であり、単繊維直径の集中度指数Pbは58%であった。得られたナノファイバー合成紙は、スクリーン紗上に問題なく抄紙することができた。また、SEM表面観察の結果、実施例1と同様にナノファイバーは1本1本までバラバラになっており、ナノファイバーが均一に分散された合成紙が得られた。得られた合成紙全体は、スクリーン紗をベースにしているため、目付が46.9g/m2、厚みが111μm、密度が0.42g/cm3 、強度が91.2N/cm、伸度が34%の合成紙であった。この合成紙からスクリーン紗(目付37.4g/m2、厚み70μm、密度が0.53g/cm3 )を除去したナノファイバーのみの目付は8.7g/m2、厚みが41μm、密度が0.21g/cm3 であり、地合の均一なナノファイバー合成紙であった。また、ナノファイバーが均一に分散しているため、大きな孔やピンホールがなく、50μm以上のピンホールは0であった。また、表面平滑度も1180秒と表面の平滑性が高い合成紙であった。
通気量も実施例1と同様に0.63cc/cm2 /secと小さく、気体の遮蔽力が高い合成紙が得られたが、実施例1と比較して若干通気量は増加した。これは、本実施例で得られた合成紙の孔面積が実施例1に比較し、0.0084μm2に増大し、密度も0.21g/cm3 と低密度になったためである。また、ナノファイバーの単繊維数平均直径が実施例1と比較して大きいために、ナノファイバーの分散性が向上し、繊維同士が密着した部分が実施例1と比べて少ないためだと考えられる。
As a result of SEM observation of the surface of the obtained synthetic paper, the single fiber number average diameter φm was 114 nm, the single fiber ratio sum Pa was 98%, and the single fiber diameter concentration index Pb was 58%. . The obtained nanofiber synthetic paper could be made on the screen without any problem. Further, as a result of SEM surface observation, the nanofibers were separated one by one as in Example 1, and a synthetic paper in which the nanofibers were uniformly dispersed was obtained. Since the entire synthetic paper obtained is based on a screen wrinkle, the basis weight is 46.9 g / m 2 , the thickness is 111 μm, the density is 0.42 g / cm 3 , the strength is 91.2 N / cm, and the elongation is It was 34% synthetic paper. The basis weight of only the nanofiber obtained by removing the screen wrinkles (weight 37.4 g / m 2 , thickness 70 μm, density 0.53 g / cm 3 ) from this synthetic paper is 8.7 g / m 2 , thickness 41 μm, density 0 It was a nanofiber synthetic paper with a uniform texture of .21 g / cm 3 . Further, since the nanofibers were uniformly dispersed, there were no large holes or pinholes, and the pinholes of 50 μm or more were zero. Further, the surface smoothness was 1180 seconds, and the synthetic paper had high surface smoothness.
The amount of air flow was as small as 0.63 cc / cm 2 / sec as in Example 1, and a synthetic paper having a high gas shielding power was obtained. However, the amount of air flow was slightly increased as compared with Example 1. This is because the hole area of the synthetic paper obtained in this example was increased to 0.0084 μm 2 and the density was as low as 0.21 g / cm 3 compared to Example 1. In addition, since the number average single fiber diameter of the nanofiber is larger than that in Example 1, the dispersibility of the nanofiber is improved, and the portion where the fibers are in close contact with each other is less than in Example 1. .
実施例7
以下に、単繊維数平均直径2μmのN6極細繊維からなる合成紙とナノファイバーからなる合成紙との複合合成紙について説明する。
Example 7
Below, the composite synthetic paper of the synthetic paper which consists of N6 extra fine fiber with a single fiber number average diameter of 2 micrometers and the synthetic paper which consists of nanofiber is demonstrated.
最初に極細繊維からなる合成紙を単繊維直径2μmのN6極細繊維とパルプバインダーから作製する。N6極細繊維を2mmにカットし、濾水度が350になるまで叩解したN6極細繊維1.85gと濾水度が450の木材パルプ0.22gと第一工業製薬性のアニオン系分散剤(シャロールAN−103P:分子量10000)を1リットルの水と共に離解機に入れ、5分間分散した。該離解機中の分散液を実験用抄紙機(角形シートマシン)の容器に入れ、水を追加して20リットルの調製溶液とした。この調製溶液を抄紙用金網ネット上に直接抄紙し、ローラーで脱水し、ドラム式乾燥機で乾燥し、N6極細繊維と木材パルプのバインダーからなる合成紙を得た。この極細繊維からなる合成紙は目付が33.4g/m2、厚みが242μm、密度が0.14g/cm3 であった。得られた極細繊維からなる合成紙を実施例1の実験用抄紙機の金網上にのせたスクリーン紗の代わりにフィルターとして用いた。実施例1の離解機中で分散したナノファイバー分散液を実験用抄紙機(角形シートマシン)の容器に入れ、水を追加して20リットルの調製溶液とした。この調製溶液を事前に抄紙用金網ネット上にのせた25cm角のN6極細繊維合成紙上に抄紙し、ローラーで脱水し、ドラム式乾燥機で乾燥し、極細繊維の上に、ナノファイバーが積層された複合合成紙を得た。予め抄紙したN6極細繊維を基材にしているので、ナノファイバーをその基材表面や内部に分散させるようにナノファイバーを抄紙すればよく、良好に抄紙可能であった。 First, a synthetic paper made of ultrafine fibers is prepared from N6 ultrafine fibers having a single fiber diameter of 2 μm and a pulp binder. N6 ultrafine fibers cut to 2 mm and beaten until the freeness reaches 350, 1.85 g of N6 ultrafine fibers, 0.22 g of wood pulp having a freeness of 450, and Daiichi Kogyo Pharmaceutical's anionic dispersant (Charol) AN-103P: molecular weight 10,000) was placed in a disaggregator with 1 liter of water and dispersed for 5 minutes. The dispersion in the disaggregator was put into a container of a laboratory paper machine (square sheet machine), and water was added to make a 20 liter prepared solution. This prepared solution was directly made on a paper net for paper making, dehydrated with a roller, and dried with a drum dryer to obtain a synthetic paper composed of N6 ultrafine fibers and a wood pulp binder. The synthetic paper made of this ultrafine fiber had a basis weight of 33.4 g / m 2 , a thickness of 242 μm, and a density of 0.14 g / cm 3 . The obtained synthetic paper made of ultrafine fibers was used as a filter instead of the screen gutter placed on the wire net of the experimental paper machine of Example 1. The nanofiber dispersion liquid dispersed in the disaggregator of Example 1 was put in a container of an experimental paper machine (square sheet machine), and water was added to make a 20 liter prepared solution. This prepared solution is made on a 25cm square N6 ultrafine fiber synthetic paper previously placed on a wire mesh net for papermaking, dehydrated with a roller, dried with a drum dryer, and nanofibers are laminated on the ultrafine fiber. Composite paper was obtained. Since the N6 ultrafine fibers made in advance are used as the base material, the nanofibers may be made so as to disperse the nanofibers on the surface or inside of the base material, and papermaking was possible.
得られた合成紙の表面をSEM観察した結果、この合成紙中のナノファイバーは単繊維数平均直径φmが57nm、単繊維比率の和Paは99%、単繊維直径の集中度指数Pbは72%であった。得られた複合合成紙の総目付は42.2g/m2、厚みが285μm、強度が3.2N/cm、伸度が16%であった。単に、ナノファイバーが極細繊維合成紙上に積層したと仮定すれば、複合合成紙とN6極細繊維合成紙部分のみとの差がナノファイバーのみの部分になるので、複合合成紙中のナノファイバーのみの目付は8.8g/m2、厚みは43μm、密度は0.20g/cm3 である。実際には、本実施例で得られた複合合成紙ではナノファイバーがN6極細繊維内の空間に広がっている。このような構成の複合合成紙を得るため、予め、N6極細繊維合成紙の密度を小さく設定することによって、ナノファイバーを極細繊維間によりよく分散することができる。また、本実施例の複合合成紙は50μm以上のピンホールは0であり、表面平滑度は560秒と表面の平滑性が高い合成紙であった。
本実施例の複合合成紙は密度が0.15g/cm3 と低く、孔面積も0.0174μm2と大きいため、通気量は実施例3に比較して、23cc/cm2 /secとかなり通気量を大きくすることができた。この複合合成紙はガスや液体などの流体に対する透過抵抗が少なく、該流体中などからの有用成分の分離や吸着、微粒子や異物の除去などの基材として有用であり、この複合合成紙をプリーツ加工やコルゲート加工などにより合成紙成型品とすることで、各種フィルター濾材とすることができる。
As a result of SEM observation of the surface of the obtained synthetic paper, the nanofibers in the synthetic paper had a single fiber number average diameter φm of 57 nm, a single fiber ratio sum Pa of 99%, and a single fiber diameter concentration index Pb of 72. %Met. The obtained composite synthetic paper had a total basis weight of 42.2 g / m 2 , a thickness of 285 μm, a strength of 3.2 N / cm, and an elongation of 16%. Assuming that the nanofibers are simply laminated on the ultrafine fiber synthetic paper, the difference between the composite synthetic paper and the N6 ultrafine fiber synthetic paper only becomes the nanofiber only part. The basis weight is 8.8 g / m 2 , the thickness is 43 μm, and the density is 0.20 g / cm 3 . Actually, in the composite synthetic paper obtained in this example, the nanofibers spread in the space inside the N6 ultrafine fiber. In order to obtain the composite synthetic paper having such a configuration, the nanofibers can be more well dispersed among the ultrafine fibers by setting the density of the N6 ultrafine fiber synthetic paper to be small in advance. Further, the composite synthetic paper of this example was a synthetic paper having a high surface smoothness with a surface smoothness of 560 seconds with 0 pinholes of 50 μm or more.
Since the composite synthetic paper of this example has a density as low as 0.15 g / cm 3 and a pore area as large as 0.0174 μm 2 , the ventilation rate is considerably 23 cc / cm 2 / sec as compared with Example 3. The amount could be increased. This composite synthetic paper has low permeation resistance to fluids such as gas and liquid, and is useful as a base material for separating and adsorbing useful components from the fluid etc. and removing fine particles and foreign matters. Various filter media can be obtained by forming a synthetic paper molded product by processing or corrugating.
実施例8
メルトブロー不織布とナノファイバー合成紙との複合合成紙について説明する。
Example 8
The composite synthetic paper of melt blown nonwoven fabric and nanofiber synthetic paper will be described.
メルトブロー法で作製した単繊維数平均直径が3μmのPPメルトブロー不織布(目付30g/m2、厚み130μm、密度0.231g/cm3 )を抄紙用のフィルターとして用い、実施例5と同様にこの不織布上にナノファイバーの調製溶液を抄紙し、PPメルトブロー不織布とナノファイバーとの複合合成紙を得た。 A PP meltblown nonwoven fabric (weight per unit area 30 g / m 2 , thickness 130 μm, density 0.231 g / cm 3 ) produced by the meltblowing method and having a single fiber number average diameter of 3 μm was used as a papermaking filter. The nanofiber preparation solution was paper-made on top to obtain a composite synthetic paper of PP meltblown nonwoven fabric and nanofibers.
得られた複合合成紙の表面をSEMで観察した結果、ナノファイバーの単繊維数平均直径φmは57nm、単繊維比率の和Paは99%、単繊維直径の集中度指数Pbは63%であった。また、得られた複合合成紙は総目付が35.6g/m2、厚みが160μm、強度が3.5N/cm、伸度が43%であった。単に、ナノファイバーをPPメルトブロー不織布上に積層したとすれば、複合合成紙全体とメルトブロー不織布のみの部分との差がナノファイバー部分になるので、ナノファイバーのみの目付は5.6g/m2、厚み30μm、密度0.19g/cm3 である。このように、PPメルトブロー不織布を利用し、実施例7と同様に極細繊維の空間にナノファイバーを均一に分散することができた。このため、この複合合成紙の密度は0.23g/cm3 と低くなり、孔面積も0.0153μm2と大きいため、通気量は実施例3に比較して15cc/cm2 /secとかなり通気量を大きくすることができた。また、本実施例の複合合成紙は50μm以上のピンホールは1個/cm2であり、表面平滑度は380秒と表面の平滑性が高い合成紙であった。
実施例7に比較して、PPメルトブロー不織布の繊維径が太く、見かけ上の密度は高いが、PPメルトブロー不織布中の極細繊維の本数が少ないために、その孔は実施例7と大きな差がなかった。本実施例の合成紙はガスや液体などの流体に対する透過抵抗が小さく、該流体中などからの有用成分の分離や吸着、微粒子や異物の除去などに用いる基材として有用であり、この複合合成紙をプリーツ加工やコルゲート加工などにより合成紙成型品とすることで、各種フィルター濾材とすることができる。
As a result of observing the surface of the obtained composite synthetic paper with SEM, the number average diameter φm of single fibers of the nanofiber was 57 nm, the sum Pa of the single fibers ratio was 99%, and the concentration index Pb of single fiber diameter was 63%. It was. The obtained composite synthetic paper had a total basis weight of 35.6 g / m 2 , a thickness of 160 μm, a strength of 3.5 N / cm, and an elongation of 43%. If the nanofibers are simply laminated on the PP meltblown nonwoven fabric, the difference between the entire composite synthetic paper and the meltblown nonwoven fabric only becomes the nanofiber portion, so the basis weight of the nanofiber alone is 5.6 g / m 2 , The thickness is 30 μm and the density is 0.19 g / cm 3 . Thus, using PP meltblown nonwoven fabric, nanofibers could be uniformly dispersed in the space of ultrafine fibers as in Example 7. For this reason, the density of this composite synthetic paper is as low as 0.23 g / cm 3 and the pore area is as large as 0.0153 μm 2 , so that the air flow rate is as much as 15 cc / cm 2 / sec compared to Example 3. The amount could be increased. The composite synthetic paper of this example is the pin hole of at least 50μm is one / cm 2, surface smoothness was higher synthetic paper smoothness of 380 seconds and a surface.
Compared to Example 7, the fiber diameter of the PP meltblown nonwoven fabric is thick and the apparent density is high, but the number of ultrafine fibers in the PP meltblown nonwoven fabric is small, so the pores are not significantly different from Example 7. It was. The synthetic paper of this example has a small permeation resistance to fluids such as gas and liquid, and is useful as a base material used for separation and adsorption of useful components from the fluid and the like, and removal of fine particles and foreign matters. Various filter media can be obtained by forming paper into a synthetic paper molded product by pleating or corrugating.
実施例9
高分子アロイ繊維を先脱海した後にカット加工するナノファイバー合成紙について説明する。実施例1と同様な方法で高分子アロイ繊維を得た。得られた120dtex、12フィラメントの高分子アロイ繊維を約13万dtexのカセにして、10%の水酸化ナトリウムで98℃、1時間処理して海成分のポリエステル成分を除去後、水洗して乾燥した。得られたナノファイバーのカセをギロチンカッターで2mmにカットしてナノファイバー短繊維を得た。さらに、得られた短繊維を実施例2と同様に調製溶液とした後に抄紙して、ナノファイバーとスクリーン紗が一体化したナノファイバー合成紙を得た。
Example 9
A nanofiber synthetic paper that is cut after polymer alloy fibers have been desealed first will be described. Polymer alloy fibers were obtained in the same manner as in Example 1. The obtained 120 dtex, 12 filament polymer alloy fiber is made into a 130,000 dtex case, treated with 10% sodium hydroxide at 98 ° C. for 1 hour to remove the sea component polyester component, washed with water and dried. did. The nanofiber cassette obtained was cut into 2 mm with a guillotine cutter to obtain nanofiber short fibers. Further, the obtained short fiber was made into a preparation solution in the same manner as in Example 2 and then paper-made to obtain a nanofiber synthetic paper in which the nanofiber and the screen bottle were integrated.
得られた合成紙の表面をSEM観察した結果、単繊維数平均直径φmは59nmであり、単繊維比率の和Paは98%であり、単繊維直径の集中度指数Pbは71%であった。この合成紙はスクリーン紗をベースにしているため、総目付が46.5g/m2、厚みが108μm、密度が0.44g/cm3 、強度が91.2N/cm、伸度が34%であった。この合成紙からスクリーン紗(目付37.4g/m2、厚み70μm、密度が0.53g/cm3 )を除去した場合、ナノファイバーのみの目付は9.1g/m2、厚みは38μmであり、実施例2と同程度のナノファイバー合成紙であった。この合成紙の孔面積は、0.0051μm2と小さく、密度も0.24g/cm3 であり、通気量を測定した結果、0.33cc/cm2 /secと小さく、実施例2と同様に気体の遮蔽力が高いナノファイバー合成紙が得られた。また、本実施例の合成紙は50μm以上のピンホールは0であり、表面平滑度は900秒と表面の平滑性が高い合成紙であった。 As a result of SEM observation of the surface of the obtained synthetic paper, the single fiber number average diameter φm was 59 nm, the single fiber ratio sum Pa was 98%, and the single fiber diameter concentration index Pb was 71%. . Since this synthetic paper is based on screen wrinkles, the total weight is 46.5 g / m 2 , the thickness is 108 μm, the density is 0.44 g / cm 3 , the strength is 91.2 N / cm, and the elongation is 34%. there were. When a screen wrinkle (weight 37.4 g / m 2 , thickness 70 μm, density 0.53 g / cm 3 ) was removed from this synthetic paper, the nanofiber-only weight per unit area was 9.1 g / m 2 and the thickness 38 μm. The nanofiber synthetic paper was the same as in Example 2. The hole area of this synthetic paper is as small as 0.0051 μm 2 and the density is 0.24 g / cm 3. As a result of measuring the air flow rate, it is as small as 0.33 cc / cm 2 / sec. Nanofiber synthetic paper with high gas shielding power was obtained. In addition, the synthetic paper of this example was a synthetic paper having a high surface smoothness of 0 seconds with a pinhole of 50 μm or more and a surface smoothness of 900 seconds.
実施例10
海成分がPLAの高分子アロイ繊維からナノファイバー合成紙を得る場合について説明する。
Example 10
The case where nanofiber synthetic paper is obtained from a polymer alloy fiber whose sea component is PLA will be described.
実施例1で用いたN6と重量平均分子量12万、溶融粘度30Pa・s(240℃、2432sec−1)、融点170℃のポリL乳酸(光学純度99.5%以上)を用い、N6の含有率を20重量%とし、混練温度を220℃として実施例1と同様に溶融混練し、b*値=3の高分子アロイチップを得た。なお、ポリL乳酸の重量平均分子量は以下のようにして求めた。試料のクロロホルム溶液にTHF(テトラヒドロフラン)を混合し、測定溶液とした。これをWaters社製ゲルパーミテーションクロマトグラフィー(GPC)Waters2690を用いて25℃で測定し、ポリスチレン換算で重量平均分子量を求めた。なお、実施例1で用いたN6の240℃、2432sec−1での溶融粘度は57Pa・sであった。また、このポリL乳酸の215℃、1216sec−1での溶融粘度は86Pa・sであった。 Using N6 used in Example 1, poly L lactic acid (optical purity of 99.5% or more) having a weight average molecular weight of 120,000, a melt viscosity of 30 Pa · s (240 ° C., 2432 sec −1 ), a melting point of 170 ° C., and containing N6 The rate was 20 wt%, the kneading temperature was 220 ° C., and melt kneading was performed in the same manner as in Example 1 to obtain a polymer alloy chip having a b * value = 3. In addition, the weight average molecular weight of poly L lactic acid was calculated | required as follows. The sample chloroform solution was mixed with THF (tetrahydrofuran) to obtain a measurement solution. This was measured at 25 ° C. using Waters 2690 gel permeation chromatography (GPC) Waters 2690, and the weight average molecular weight was calculated in terms of polystyrene. The melt viscosity of N6 used in Example 1 at 240 ° C. and 2432 sec −1 was 57 Pa · s. Moreover, the melt viscosity of this poly L lactic acid at 215 ° C. and 1216 sec −1 was 86 Pa · s.
これを溶融温度230℃、紡糸温度230℃(口金面温度215℃)、紡糸速度3500m/分で実施例1と同様に溶融紡糸を行った。この時、口金として口金孔径0.3mm、孔長0.55mmの通常の紡糸口金を使用したが、バラス現象はほとんど観察されず、実施例1に比べても大幅に紡糸性が向上し、120時間の連続紡糸での糸切れは0回であった。この時の単孔吐出量は0.94g/分とした。これにより、92dtex、36フィラメントの高配向未延伸糸を得たが、これの強度は2.4cN/dtex、伸度90%、沸騰水収縮率43%、U%=0.7%と高配向未延伸糸として極めて優れたものであった。特に、実施例1に比べてバラスが大幅に減少したのに伴い、糸斑が大幅に改善された。 This was melt-spun in the same manner as in Example 1 at a melting temperature of 230 ° C., a spinning temperature of 230 ° C. (die surface temperature of 215 ° C.), and a spinning speed of 3500 m / min. At this time, a normal spinneret having a base diameter of 0.3 mm and a hole length of 0.55 mm was used as the base, but almost no ballast phenomenon was observed, and the spinnability was greatly improved as compared with Example 1. The yarn breakage during continuous spinning for 0 hours was zero. The single-hole discharge rate at this time was 0.94 g / min. As a result, a highly oriented undrawn yarn of 92 dtex and 36 filaments was obtained, and the strength thereof was 2.4 cN / dtex, the elongation was 90%, the boiling water shrinkage was 43%, and U% = 0.7%. It was extremely excellent as an undrawn yarn. In particular, as the ballast was significantly reduced as compared with Example 1, the yarn spots were greatly improved.
この高配向未延伸糸を延伸温度90℃、延伸倍率1.39倍、熱セット温度130℃として実施例1と同様に延伸熱処理した。得られた延伸糸は67dtex、36フィラメントであり、強度3.6cN/dtex、伸度40%、沸騰水収縮率9%、U%=0.7%の優れた特性を示した。得られた高分子アロイ繊維の横断面をTEMで観察したところ、ポリL乳酸が海(薄い部分)、N6が島(濃い部分)の海島構造を示し、島N6の数平均による直径は55nmであり、N6がナノサイズで均一分散化した高分子アロイ繊維が得られた。 This highly oriented undrawn yarn was drawn and heat treated in the same manner as in Example 1 at a drawing temperature of 90 ° C., a draw ratio of 1.39 times, and a heat setting temperature of 130 ° C. The obtained drawn yarn was 67 dtex, 36 filaments, and exhibited excellent properties of a strength of 3.6 cN / dtex, an elongation of 40%, a boiling water shrinkage of 9%, and U% = 0.7%. When the cross section of the obtained polymer alloy fiber was observed with a TEM, poly-L-lactic acid showed a sea-island structure where the sea (thin part) and N6 were islands (dense part), and the number average diameter of the island N6 was 55 nm. There was obtained a polymer alloy fiber in which N6 was nano-sized and uniformly dispersed.
得られた67dtex、36フィラメントの「高分子アロイ繊維」を2220dtexに集束した後、ギロチンカッターで2mmにカットした。カットした「高分子アロイ繊維」を98℃、1%水酸化ナトリウムで1時間処理し、海成分のポリエステル成分を除去した後、フィルターで濾過し、さらに、含水率が約100%になるまで遠心分離器で脱水して短繊維を得た。このように、海成分を実施例1の共重合PETから本実施例のPLAに変更したことによって、水酸化ナトリウムの濃度を10%から1%に非常に低濃度化することが可能になった。その後、実施例1と同様に叩解、抄紙を行い、ナノファイバー100%の合成紙を得た。
得られた合成紙の表面をSEM観察した結果、実施例1と同様に、均一な直径のナノファイバーが1本1本まで分散した合成紙が得られた。また、ナノファイバーの単繊維数平均直径φmは56nmであり、単繊維比率の和Paは100%であり、単繊維直径の集中度指数Pbは62%であり、繊維直径が非常に均一で、合成紙の目付も8.4g/m2と非常に小さく、厚みも34μmと薄いナノファイバー合成紙が得られた。また、実施例1と同様にバインダーがなくても良好に抄紙することができた。得られたナノファイバー合成紙は、目付が8.4g/m2と非常に厚みが薄いものであったが、強度的にも2.0N/cm、伸度が13%と実用的に問題がないものが得られた。また、この合成紙は、均一な単繊維直径のナノファイバーが合成紙中に均一に分散しているため、孔面積も0.0037μm2と小さいものであった。孔面積は実施例の測定法によって測定したが、孔面積を測定するのに不必要な余分な繊維を削除するための画像処理の条件としては、最高平均輝度Lhは、88.4であり、その50%である消去輝度レベルは44.2%であった。また、このナノファイバー合成紙の通気量は0.37cc/cm2 /secと小さく、密度も0.26g/cm3 であり、気体の遮蔽密閉力が高い合成紙が得られた。本実施例の複合合成紙は50μm以上のピンホールは0であり、表面平滑度は1680秒と表面の平滑性が高い合成紙であった。
The obtained 67 dtex, 36 filament “polymer alloy fiber” was focused to 2220 dtex and then cut into 2 mm with a guillotine cutter. The cut “polymer alloy fiber” is treated with 98 ° C. and 1% sodium hydroxide for 1 hour to remove the polyester component of the sea component, filtered through a filter, and further centrifuged until the water content becomes about 100%. Short fibers were obtained by dehydration with a separator. Thus, by changing the sea component from the copolymerized PET of Example 1 to the PLA of this example, the concentration of sodium hydroxide can be greatly reduced from 10% to 1%. . Thereafter, beating and papermaking were performed in the same manner as in Example 1 to obtain a synthetic paper with 100% nanofibers.
As a result of SEM observation of the surface of the obtained synthetic paper, as in Example 1, a synthetic paper in which nanofibers having a uniform diameter were dispersed one by one was obtained. Moreover, the single fiber average diameter φm of the nanofiber is 56 nm, the sum Pa of the single fiber ratio is 100%, the concentration index Pb of the single fiber diameter is 62%, and the fiber diameter is very uniform. Synthetic paper weight was 8.4 g / m 2 and the nanofiber synthetic paper was as thin as 34 μm. Further, similarly to Example 1, paper could be satisfactorily produced without a binder. The obtained nanofiber synthetic paper was very thin with a basis weight of 8.4 g / m 2 , but the strength was 2.0 N / cm and the elongation was 13%. Nothing was obtained. In addition, since the nanofibers having a uniform single fiber diameter were uniformly dispersed in the synthetic paper, the synthetic paper had a small pore area of 0.0037 μm 2 . The pore area was measured by the measurement method of the example. As a condition of image processing for removing unnecessary fibers unnecessary for measuring the pore area, the maximum average luminance Lh is 88.4, The erase brightness level, which is 50%, was 44.2%. Further, the nanofiber synthetic paper had a small air permeability of 0.37 cc / cm 2 / sec, a density of 0.26 g / cm 3 , and a synthetic paper having a high gas shielding and sealing force was obtained. The composite synthetic paper of this example was a synthetic paper having a high surface smoothness of 0680 for pinholes of 50 μm or more and a surface smoothness of 1680 seconds.
得られたナノファイバー合成紙の吸湿率(ΔMR)を測定したところ、6.1%と比較例10の従来の極細繊維からなる合成紙の2.8%に比較して、優れた吸湿特性を示した。 When the moisture absorption rate (ΔMR) of the obtained nanofiber synthetic paper was measured, the moisture absorption characteristics were excellent compared to 6.1% and 2.8% of the synthetic paper made of the conventional ultrafine fiber of Comparative Example 10. Indicated.
比較例1、2、3
溶融粘度180Pa・s(290℃、剪断速度121.6sec−1)、融点255℃のPETを島成分に、溶融粘度100Pa・s(290℃、剪断速度121.6sec−1)、ビカット軟化温度107℃のポリスチレン(PS)を海成分に用いて、特開昭53−106872号公報の実施例1記載のように海島複合繊維を得た。そして、これをやはり特開昭53−106872号公報の実施例記載のようにトリクロロエチレン処理によりPSを99%以上除去して超極細繊維を得た。これの繊維横断面をTEM観察したところ、極細繊維の単繊維数平均直径は2.0μmと大きいものであった。
Comparative Examples 1, 2, 3
PET having a melt viscosity of 180 Pa · s (290 ° C., shear rate of 121.6 sec −1 ) and a melting point of 255 ° C. as an island component, melt viscosity of 100 Pa · s (290 ° C., shear rate of 121.6 sec −1 ), Vicat softening temperature of 107 Sea-island composite fibers were obtained as described in Example 1 of JP-A-53-106872, using polystyrene (PS) at 0 ° C. as the sea component. Then, as described in Examples in JP-A-53-106872, PS was removed by 99% or more by trichlorethylene treatment to obtain ultrafine fibers. When the cross section of the fiber was observed with a TEM, the single fiber number average diameter of the ultrafine fiber was as large as 2.0 μm.
得られた繊維を、2mm(比較例1)、3mm(比較例2)、5mm(比較例3)に切断し、極細繊維の短繊維をそれぞれ得た。それぞれの短繊維を各2g(合成紙とした時の目付が30g/m2相当)を採取し1リットルの水と共に離解機に入れ、5分間分散した。該離解機中の分散液を実験用抄紙機(角形シートマシン)の容器に入れ、水を追加して20リットルの調製溶液とし、さらに分散剤として第一工業製薬性のアニオン系分散剤(シャロールAN−103P:分子量10000)を調製溶液に対して0.2%添加した。この調製溶液をメッシュが#100の抄紙用金網ネット上に置いたアドバンテック(株)製5μm仕様濾紙#2の上に抄紙したが、どの繊維長の極細繊維とも繊維がバラバラの状態となり、濾紙から極細繊維を剥離できなかったため、合成紙として取出すことは困難であった。このような極細繊維はナノファイバーとは異なり、繊維同士の凝集力が小さいために、バインダーなどを使用しない場合、極細繊維単独では抄紙することが難しいと考えられる。 The obtained fiber was cut into 2 mm (Comparative Example 1), 3 mm (Comparative Example 2), and 5 mm (Comparative Example 3) to obtain ultrafine short fibers. 2 g of each short fiber (corresponding to 30 g / m 2 when used as a synthetic paper) was collected and placed in a disaggregator with 1 liter of water and dispersed for 5 minutes. The dispersion in the disaggregator is placed in a container of a laboratory paper machine (rectangular sheet machine), water is added to prepare a 20-liter preparation solution, and a first industrial pharmaceutical anionic dispersant (Charol) AN-103P: molecular weight 10,000) was added to the prepared solution at 0.2%. This prepared solution was made on Advantech Co., Ltd. 5 μm specification filter paper # 2 placed on a wire mesh net for paper making with # 100 mesh. However, any ultrafine fiber of any fiber length was separated from the filter paper. Since the ultrafine fibers could not be peeled off, it was difficult to take out as a synthetic paper. Unlike nanofibers, such ultrafine fibers have a low cohesive force between the fibers. Therefore, when a binder is not used, it is considered difficult to make paper with ultrafine fibers alone.
比較例4、5、6
比較例1と同様に単繊維直径が2.0μmのPET極細繊維を得た。得られた繊維の海成分を比較例1と同様に脱海後、3mmに切断し極細繊維の短繊維を得た。この短繊維を各2g(合成紙とした時の目付が目付30g/m2相当)を採取し、1リットルの水と共に離解機に入れ、5分間分散した。該離解機中の分散液を実験用抄紙機(角形シートマシン)の容器に入れ、水を追加して20リットルの調製溶液とした後、分散剤として第一工業製薬性のアニオン系分散剤(シャロールAN−103P:分子量10000)を調製溶液に対して0.2wt%となるように添加した。この調製溶液をメッシュ#100の抄紙用金網ネット上に(比較例4)、アドバンテック(株)製5μm仕様濾紙#2上に(比較例5)、スクリーン紗(繊維径45μm、孔径80μm角:比較例6)など各種フィルター上に抄紙したが、各フィルターから剥離できず、極細繊維がバラバラになり、合成紙として取出すことはできなかった。極細繊維はナノファイバーとは異なり、繊維同士の凝集力が小さいために、バインダーなどを使用しない場合、極細繊維単独では抄紙することが困難であった。
Comparative Examples 4, 5, 6
As in Comparative Example 1, a PET ultrafine fiber having a single fiber diameter of 2.0 μm was obtained. The sea component of the obtained fiber was desealed in the same manner as in Comparative Example 1, and then cut into 3 mm to obtain ultrafine short fibers. 2 g of each short fiber (weighing 30 g / m 2 when the synthetic paper was used) was collected and placed in a disaggregator with 1 liter of water and dispersed for 5 minutes. The dispersion in the disaggregator is put into a container of a laboratory paper machine (rectangular sheet machine), water is added to prepare a 20 liter preparation solution, and then a first industrial pharmaceutical anionic dispersant ( Charol AN-103P: molecular weight 10,000) was added to 0.2 wt% with respect to the prepared solution. This prepared solution was placed on a mesh # 100 paper wire mesh net (Comparative Example 4), on Advantech Co., Ltd. 5 μm specification filter paper # 2 (Comparative Example 5), and screen screen (fiber diameter 45 μm, pore diameter 80 μm square: comparison Paper was made on various filters such as Example 6), but could not be peeled off from each filter, the ultrafine fibers fell apart, and could not be taken out as a synthetic paper. Unlike the nanofiber, the ultrafine fiber has a small cohesive force between the fibers. Therefore, when a binder or the like is not used, it is difficult to make paper with the ultrafine fiber alone.
また、スクリーン紗上に抄紙した極細繊維は(比較例6)スクリーン紗の格子繊維とは交絡しないため、実施例2とは異なりスクリーン紗と一体化した合成紙を得ることができなかった。 Further, since the ultrafine fibers made on the screen ridges are not entangled with the lattice fibers of the screen ridge (Comparative Example 6), unlike Example 2, synthetic paper integrated with the screen ridges could not be obtained.
比較例7、8、9
比較例1と同様に2.0μmのPET極細繊維を得た。得られた繊維の海成分を比較例1と同様に脱海後、3mmに切断してPET極細繊維の短繊維を得た。得られた短繊維を各4g(合成紙とした時の目付が60g/m2相当:比較例7)、6g(合成紙とした時の目付が90g/m2相当:比較例8)、8g(合成紙とした時の目付が120g/m2相当:比較例9)を採取し、1リットルの水と共に離解機に入れ、5分間分散した。該離解機中の分散液を実験用抄紙機(角形シートマシン)の容器に入れ、水を追加して20リットルの調製溶液とした後、分散剤として第一工業製薬性のアニオン系分散剤(シャロールAN−103P:分子量10000)を調製溶液に対して0.2wt%となるように添加した。分散液をメッシュ#100の抄紙用金網ネット上あるいはアドバンテック(株)製5μm仕様濾紙#2上に抄紙したが、いずれの比較例でも極細繊維がバラバラになり、濾紙から剥離できず、合成紙として取出すことはできなかった。このように、極細繊維はナノファイバーとは異なり、目付を大きくしても繊維同士の凝集力が小さく、バインダーなどを使用しない場合、極細繊維単独では抄紙することが困難であった。
Comparative Examples 7, 8, 9
In the same manner as in Comparative Example 1, a 2.0 μm PET ultrafine fiber was obtained. The sea component of the obtained fiber was removed from the sea in the same manner as in Comparative Example 1, and cut into 3 mm to obtain PET ultrafine fiber short fibers. 4 g each of the obtained short fibers (corresponding to a weight of 60 g / m 2 when compared to synthetic paper: Comparative Example 7), 6 g (corresponding to a weight of 90 g / m 2 when compared to synthetic paper: Comparative Example 8), 8 g (The basis weight when synthetic paper was equivalent to 120 g / m 2 : Comparative Example 9) was collected and placed in a disaggregator with 1 liter of water and dispersed for 5 minutes. The dispersion in the disaggregator is put into a container of a laboratory paper machine (rectangular sheet machine), water is added to prepare a 20 liter preparation solution, and then a first industrial pharmaceutical anionic dispersant ( Charol AN-103P: molecular weight 10,000) was added to 0.2 wt% with respect to the prepared solution. The dispersion was made on a mesh # 100 paper net for paper making or on a filter paper # 2 made by Advantech Co., Ltd. 5 μm specification filter paper # 2. Could not be removed. Thus, unlike the nanofiber, the ultrafine fiber has a small cohesive force between the fibers even when the basis weight is increased, and when the binder is not used, it is difficult to make paper with the ultrafine fiber alone.
比較例10
溶融粘度50Pa・s(280℃、121.6sec−1)、融点220℃のN6と溶融粘度210Pa・s(280℃、121.6sec−1)、融点255℃のPETをN6ブレンド比を20重量%となるようにチップブレンドした後、290℃で溶融し、紡糸温度を296℃、口金面温度280℃、口金孔数36、吐出孔径0.30mm、吐出孔長0.50mmのずん胴口金として実施例1と同様に溶融紡糸を行い、紡糸速度1000m/分で未延伸糸を巻き取った。ただし、単純なチップブレンドであり、高分子同士の融点差も大きいため、N6とPETのブレンド斑が大きく、口金下で大きなバラスが発生しただけでなく、曳糸性にも乏しく、安定して糸を巻き取ることはできなかったが、少量の未延伸糸を得て、第1ホットローラーの温度を85℃、延伸倍率3倍として実施例1と同様に延伸を行い、100dtex、36フィラメントの延伸糸を得た。TEMにより該繊維横断面観察を行ったところ、単繊維直径が550〜1400nmの範囲の島が生成していることを確認した。また、これの島成分の単繊維数平均直径は850nmmと大きいものであり、単繊維比率の和Paも0%であった。
Comparative Example 10
N6 with a melt viscosity of 50 Pa · s (280 ° C., 121.6 sec −1 ), a melting point of 220 ° C. and a PET with a melt viscosity of 210 Pa · s (280 ° C., 121.6 sec −1 ) and a melting point of 255 ° C. with an N6 blend ratio of 20 weight After blending at 290 ° C., the spinning temperature is 296 ° C., the die surface temperature is 280 ° C., the number of nozzle holes is 36, the discharge hole diameter is 0.30 mm, and the discharge hole length is 0.50 mm. Melt spinning was performed in the same manner as in Example 1, and the undrawn yarn was wound up at a spinning speed of 1000 m / min. However, it is a simple chip blend, and since the melting point difference between polymers is large, the blend spots of N6 and PET are large and not only a large ball is generated under the base, but also the spinnability is poor and stable. Although the yarn could not be wound up, a small amount of undrawn yarn was obtained, and the temperature of the first hot roller was 85 ° C. and the draw ratio was 3 times, and the drawing was performed in the same manner as in Example 1 to obtain 100 dtex, 36 filaments. A drawn yarn was obtained. When the fiber cross section was observed by TEM, it was confirmed that islands having a single fiber diameter of 550 to 1400 nm were generated. Moreover, the single fiber number average diameter of these island components was as large as 850 nm, and the sum Pa of the single fiber ratio was 0%.
得られた繊維の海成分をアルカリ脱海後、実施例1のナノファイバーと同様に2mmに切断してN6極細繊維の短繊維を得た。得られた短繊維を2g(合成紙とした時の目付が30g/m2相当)採取し、1リットルの水と共に離解機に入れ、5分間分散した。該離解機中の分散液を実験用抄紙機(角形シートマシン)の容器に入れ、水を追加して20リットルの調製溶液とした後、分散剤として第一工業製薬性のアニオン系分散剤(シャロールAN−103P:分子量10000)を調製溶液に対して0.2wt%となるように添加した。この調製溶液をメッシュ#100の抄紙用金網ネット上に抄紙したが、合成紙として取出すことはできたが、強度が弱く部分的に破れたり崩れたりして均一な合成紙としては得ることができなかった。これは極細繊維がナノファイバーとは異なり、繊維同士の凝集力が小さく、特に濡れた時の強力が低いためだと考えられる。 The sea component of the obtained fiber was alkali-sealed and then cut into 2 mm in the same manner as the nanofiber of Example 1 to obtain N6 ultrafine fiber short fibers. 2 g of the obtained short fibers (corresponding to 30 g / m 2 when used as a synthetic paper) was collected and placed in a disaggregator with 1 liter of water and dispersed for 5 minutes. The dispersion in the disaggregator is put into a container of a laboratory paper machine (rectangular sheet machine), water is added to prepare a 20 liter preparation solution, and then a first industrial pharmaceutical anionic dispersant ( Charol AN-103P: molecular weight 10,000) was added to 0.2 wt% with respect to the prepared solution. Although this prepared solution was made on a mesh net of mesh # 100, it was able to be taken out as a synthetic paper, but it was weak and could be partially broken or broken to obtain a uniform synthetic paper. There wasn't. This is thought to be because, unlike nanofibers, ultrafine fibers have low cohesive strength between the fibers, and particularly low strength when wet.
得られた合成紙の地合の良好な部分をサンプリングし、SEMで観察した結果、単繊維数平均直径φmは883nm、単繊維直径の分布(表4参照)から得られた単繊維比率の和Paは0%、単繊維直径の集中度指数Pbは8.3%であり、繊維直径は太く、バラツキも大きいものであった。また、合成紙の総目付は28.3g/m2、厚みは122μm、密度は0.23g/cm3 、孔面積は1.5μm2であった。該合成紙の吸湿性を測定したところ、2.8%と実施例1のナノファイバーに比べて吸湿特性は低いものであった。一方、合成紙の強力が弱いため、強度、伸度、通気量は測定することができなかった。 As a result of sampling a good portion of the obtained synthetic paper and observing with SEM, the single fiber number average diameter φm was 883 nm, and the sum of the single fiber ratios obtained from the distribution of single fiber diameters (see Table 4). Pa was 0%, the single fiber diameter concentration index Pb was 8.3%, the fiber diameter was large, and the variation was large. The synthetic paper had a total basis weight of 28.3 g / m 2 , a thickness of 122 μm, a density of 0.23 g / cm 3 , and a pore area of 1.5 μm 2 . When the hygroscopic property of the synthetic paper was measured, the hygroscopic property was 2.8% lower than that of the nanofiber of Example 1. On the other hand, since the strength of the synthetic paper was weak, the strength, elongation, and air flow could not be measured.
実施例11
溶融粘度120Pa・s(262℃、121.6sec-1)、融点225℃のPBTと2エチルヘキシルアクリレートを22%共重合したポリスチレン(co−PS)、PBTの含有率を20重量%とし、混練温度を240℃として実施例1と同様に溶融混練し、高分子アロイチップを得た。
Example 11
Polystyrene (co-PS) copolymerized with 22% PBT and 2-ethylhexyl acrylate having a melt viscosity of 120 Pa · s (262 ° C., 121.6 sec −1 ) and a melting point of 225 ° C., the PBT content is 20% by weight, and the kneading temperature Was 240 ° C. and melt-kneaded in the same manner as in Example 1 to obtain a polymer alloy chip.
これを溶融温度260℃、紡糸温度260℃(口金面温度245℃)、単孔吐出量1.0g/分、紡糸速度1200m/分で実施例1と同様に溶融紡糸を行った。得られた未延伸糸を延伸温度100℃、延伸倍率を2.49倍とし、熱セット温度115℃として実施例1と同様に延伸熱処理した。得られた延伸糸は161dtex、36フィラメントであり、強度1.4cN/dtex、伸度33%、U%=2.0%であった。 得られた高分子アロイ繊維の横断面をTEMで観察したところ、co−PSが海、PBTが島の海島構造を示し、PBTの数平均による直径は100nmであり、共重合PETがナノサイズで均一分散化した高分子アロイ繊維が得られた。この高分子アロイ繊維をトリクレンに浸漬することにより、海成分であるco−PSの99%以上を溶出した後に乾燥し、ギロチンカッターで2mmにカットして、PBTナノファイバー集合体短繊維を得た。このカット繊維から実施例1と同様に2次叩解繊維を得た。この2次叩解後のPBTナノファイバーの繊維濃度は8wt%であり、濾水度は96であった。 This was melt-spun in the same manner as in Example 1 at a melting temperature of 260 ° C., a spinning temperature of 260 ° C. (die surface temperature of 245 ° C.), a single hole discharge rate of 1.0 g / min, and a spinning speed of 1200 m / min. The obtained undrawn yarn was drawn and heat-treated in the same manner as in Example 1 at a drawing temperature of 100 ° C., a draw ratio of 2.49 times, and a heat setting temperature of 115 ° C. The obtained drawn yarn was 161 dtex, 36 filaments, and the strength was 1.4 cN / dtex, the elongation was 33%, and U% = 2.0%. When the cross section of the obtained polymer alloy fiber was observed with a TEM, the sea-island structure in which co-PS was the sea and PBT was the island, the number average diameter of PBT was 100 nm, and the copolymerized PET was nano-sized. Uniformly dispersed polymer alloy fibers were obtained. By immersing this polymer alloy fiber in trichlene, 99% or more of the sea component co-PS was eluted and dried, and then cut into 2 mm with a guillotine cutter to obtain PBT nanofiber aggregate short fibers. . Secondary beating fibers were obtained from the cut fibers in the same manner as in Example 1. The fiber concentration of the PBT nanofiber after this secondary beating was 8 wt%, and the freeness was 96.
得られた2次叩解後のPBTナノファイバーを6.9gと第一工業製薬性のノニオン系分散剤(ノイゲンEA−87:分子量10000)0.7gを1リットルの水と共に離解機に入れ、5分間分散した。該離解機中の分散液を熊谷理機製の実験用抄紙機(角形シートマシン)の容器に入れ、水を追加し20リットルの調製溶液とした。事前に抄紙用金網ネット上にのせた25cm角の「スクリーン紗(PET製、繊維直径70μm、孔径80μm角)」上に調製溶液を抄紙し、ローラーで脱水し、ドラム式乾燥機で乾燥後、スクリーン紗をベース基材としたPBTナノファイバー合成紙を得た。 6.9 g of the obtained PBT nanofiber after the secondary beating and 0.7 g of Daiichi Kogyo Seiyaku nonionic dispersant (Neugen EA-87: molecular weight 10,000) were put into a disaggregator together with 1 liter of water. Dispersed for minutes. The dispersion in the disaggregator was placed in a container of an experimental paper machine (square sheet machine) manufactured by Rikuma Kumagai, and water was added to make a 20 liter prepared solution. The prepared solution is made on a 25 cm square “screen basket (made of PET, fiber diameter 70 μm, hole diameter 80 μm square)” previously placed on a wire mesh net for paper making, dehydrated with a roller, dried with a drum dryer, A PBT nanofiber synthetic paper having a screen ridge as a base substrate was obtained.
得られた合成紙の表面をSEM観察した結果、PBTナノファイバーが1本1本まで分散した合成紙が得られた。得られた合成紙は、厚みが非常に薄いが、ピンホールがなく、均一な合成紙であった。また、単繊維数平均直径はφmは102nmであり、単繊維比率の和Paは100%であり、単繊維直径の集中度指数Pbは69%であった。また、この合成紙の総目付は45.8g/m2、厚みは100μm、密度は0.46g/cm3 、強度が90.4N/cm、伸度が32%であった。この合成紙からスクリーン紗部分(目付37.4g/m2、厚み70μm、密度が0.53g/cm3 )を除去して考えた場合、ナノファイバーのみの目付は8.4g/m2、厚みは30μm、密度が0.28g/cm3 であった。また、この合成紙の孔面積は0.0040μm2であった。また、本実施例の合成紙は50μm以上のピンホールは0であり、表面平滑度は970秒と表面の平滑性が高い合成紙であった。
本実施例の合成紙は、このような微細な孔面積を有し、さらにナノファイバーの分散性、均一性が良好なことから、大きなピンホールがなく、通気量も0.40cc/cm2 /secと小さく、気体の遮蔽力が高い合成紙が得られた。
実施例12
溶融粘度300Pa・s(220℃、121.6sec-1)、融点162℃のPP(20重量%)と実施例10のポリL乳酸(80重量%)とし、混練温度を220℃として実施例1と同様に溶融混練し、高分子アロイチップを得た。
As a result of SEM observation of the surface of the obtained synthetic paper, synthetic paper in which up to one PBT nanofiber was dispersed was obtained. The resulting synthetic paper was very thin but had no pinholes and was a uniform synthetic paper. Further, the average number of single fibers was φm of 102 nm, the single fiber ratio sum Pa was 100%, and the single fiber diameter concentration index Pb was 69%. The synthetic paper had a total basis weight of 45.8 g / m 2 , a thickness of 100 μm, a density of 0.46 g / cm 3 , a strength of 90.4 N / cm, and an elongation of 32%. When the screen wrinkle part (37.4 g / m 2 basis weight, thickness 70 μm, density 0.53 g / cm 3 ) is considered to be removed from this synthetic paper, the basis weight of the nanofiber alone is 8.4 g / m 2 , thickness. Was 30 μm and the density was 0.28 g / cm 3 . The synthetic paper had a pore area of 0.0040 μm 2 . Further, the synthetic paper of this example was a synthetic paper having a high surface smoothness with a surface smoothness of 970 seconds with 0 pinholes of 50 μm or more.
The synthetic paper of this example has such a fine pore area, and furthermore, since the dispersibility and uniformity of the nanofiber are good, there is no large pinhole, and the air flow rate is 0.40 cc / cm 2 / A synthetic paper having a gas shielding power as small as sec was obtained.
Example 12
Example 1 with PP (20% by weight) having a melt viscosity of 300 Pa · s (220 ° C., 121.6 sec −1 ), a melting point of 162 ° C. and poly L lactic acid (80% by weight) of Example 10, and a kneading temperature of 220 ° C. In the same manner as above, melt kneading was performed to obtain a polymer alloy chip.
これを溶融温度220℃、紡糸温度220℃(口金面温度205℃)、単孔吐出量2.0g/分、紡糸速度1200m/分で実施例1と同様に溶融紡糸を行った。得られた未延伸糸を延伸温度90℃、延伸倍率を2.0倍とし、熱セット温度130℃として実施例1と同様に延伸熱処理した。得られた延伸糸は101dtex、12フィラメントであり、強度2.0cN/dtex、伸度47%であった。 This was melt-spun in the same manner as in Example 1 at a melting temperature of 220 ° C., a spinning temperature of 220 ° C. (die surface temperature of 205 ° C.), a single hole discharge rate of 2.0 g / min, and a spinning speed of 1200 m / min. The obtained undrawn yarn was drawn and heat treated in the same manner as in Example 1 at a drawing temperature of 90 ° C., a draw ratio of 2.0 times, and a heat setting temperature of 130 ° C. The obtained drawn yarn was 101 dtex, 12 filaments, and had a strength of 2.0 cN / dtex and an elongation of 47%.
得られた高分子アロイ繊維の横断面をTEMで観察したところ、ポリL乳酸が海、PPが島の海島構造を示し、PPの数平均による直径は150nmであり、PPがナノサイズで均一分散化した高分子アロイ繊維が得られた。 When a cross section of the obtained polymer alloy fiber was observed with a TEM, poly-L-lactic acid showed a sea-island structure with PP as an island, PP average diameter was 150 nm, PP was nano-sized and uniformly dispersed A polymer alloy fiber was obtained.
得られた高分子アロイ繊維を98℃の3%水酸化ナトリウム水溶液にて2時間浸漬することで、高分子アロイ繊維中のポリL乳酸成分の99%以上を加水分解除去し、酢酸で中和後、水洗、乾燥し、ギロチンカッターで2mm長に切断して、PPナノファイバー短繊維を得た。このカット繊維から実施例1と同様に2次叩解繊維を得た。この2次叩解後のPPナノファイバーの繊維濃度は6wt%であり、濾水度は104であった。
得られた2次叩解繊を9.2gと第一工業製薬性のノニオン系分散剤(ノイゲンEA−87:分子量10000)0.9gを1リットルの水と共に離解機に入れ、5分間分散した。
該離解機中の分散液を熊谷理機製の実験用抄紙機(角形シートマシン)の容器に入れ、水を追加し20リットルの調製溶液とした。事前に抄紙用金網ネット上にのせた25cm角の「スクリーン紗(PET製、繊維直径70μm、孔径80μm角)」上にこの調製溶液を抄紙し、ローラーで脱水し、ドラム式乾燥機で乾燥後、スクリーン紗をベース基材としたPPナノファイバー合成紙を得た。 得られた合成紙の表面をSEMで観察した結果、PPナノファイバーが1本1本まで分散した合成紙が得られた。得られた合成紙は、厚みが非常に薄いが、ピンホールがなく、均一な合成紙であった。また、PPナノファイバーの単繊維数平均直径はφmは154nmであり、単繊維比率の和Paは100%であり、単繊維直径の集中度指数Pbは69%であった。さらにこの合成紙の総目付は45.7g/m2、厚みは102μm、密度は0.45g/cm3 、強度が91.2N/cm、伸度が33%であった。この合成紙からスクリーン紗部分(目付37.4g/m2、厚み70μm、密度が0.53g/cm3 )を除去して考えた場合、ナノファイバーのみの目付は8.3g/m2、厚みは32μm、密度が0.26g/cm3 であった。また、この合成紙の孔面積は0.0062μm2であった。本実施例の合成紙は、このような微細な孔面積を有し、さらにナノファイバーの分散性、均一性が良好なことから、大きなピンホールがなく、通気量も0.73cc/cm2 /secと小さく、気体の遮蔽力が高い合成紙が得られた。また、本実施例の複合合成紙は50μm以上のピンホールは0であり、表面平滑度は770秒と表面の平滑性が高い合成紙であった。
By immersing the obtained polymer alloy fiber in a 3% aqueous sodium hydroxide solution at 98 ° C. for 2 hours, 99% or more of the poly L-lactic acid component in the polymer alloy fiber is hydrolyzed and neutralized with acetic acid. Then, it washed with water, dried, and cut | disconnected to 2 mm length with the guillotine cutter, and obtained PP nanofiber short fiber. Secondary beating fibers were obtained from the cut fibers in the same manner as in Example 1. The fiber concentration of the PP nanofiber after this secondary beating was 6 wt%, and the freeness was 104.
9.2 g of the obtained secondary beating fiber and 0.9 g of Daiichi Kogyo Seiyaku nonionic dispersant (Neugen EA-87: molecular weight 10,000) were placed in a disaggregator together with 1 liter of water and dispersed for 5 minutes.
The dispersion in the disaggregator was placed in a container of an experimental paper machine (square sheet machine) manufactured by Rikuma Kumagai, and water was added to make a 20 liter prepared solution. This prepared solution is paper-made on a 25 cm square “screen cage (made of PET, fiber diameter 70 μm, hole diameter 80 μm square)” placed on a paper net for papermaking in advance, dehydrated with a roller, and dried with a drum dryer A PP nanofiber synthetic paper having a screen ridge as a base substrate was obtained. As a result of observing the surface of the obtained synthetic paper with SEM, synthetic paper in which up to one PP nanofiber was dispersed was obtained. The resulting synthetic paper was very thin but had no pinholes and was a uniform synthetic paper. Further, the number average single fiber diameter of the PP nanofibers was φm of 154 nm, the single fiber ratio sum Pa was 100%, and the single fiber diameter concentration index Pb was 69%. Further, this synthetic paper had a total basis weight of 45.7 g / m 2 , a thickness of 102 μm, a density of 0.45 g / cm 3 , a strength of 91.2 N / cm, and an elongation of 33%. When the screen ridge portion (37.4 g / m 2 basis weight, thickness 70 μm, density 0.53 g / cm 3 ) was removed from this synthetic paper, the basis weight of the nanofiber alone was 8.3 g / m 2 , thickness. Was 32 μm and the density was 0.26 g / cm 3 . The synthetic paper had a hole area of 0.0062 μm 2 . The synthetic paper of this example has such a fine pore area, and furthermore, since the dispersibility and uniformity of the nanofibers are good, there is no large pinhole and the air flow rate is 0.73 cc / cm 2 / A synthetic paper having a gas shielding power as small as sec was obtained. Further, the composite synthetic paper of this example was a synthetic paper having a high surface smoothness of 0 for pinholes of 50 μm or more and a surface smoothness of 770 seconds.
実施例13
溶融粘度280Pa・s(300℃、1216sec−1)のPETを80重量%、溶融粘度160Pa・s(300℃、1216sec−1)のPPSを20重量%として、下記条件で2軸押出混練機を用いて溶融混練を行い、高分子アロイチップを得た。ここで、PPSは直鎖型で分子鎖末端がカルシウムイオンで置換された物を用いた。また、ここで用いたPETを300℃で5分間保持した時の重量減少率は1%であった。
Example 13
Melt viscosity 280Pa · s (300 ℃, 1216sec -1) 80 wt% of PET of melt viscosity 160Pa · s (300 ℃, 1216sec -1) as 20% by weight of PPS, a biaxial extrusion kneader under the following conditions Using this, melt kneading was performed to obtain a polymer alloy chip. Here, the PPS used was a linear type and the molecular chain terminal was replaced with calcium ions. The weight reduction rate when the PET used here was held at 300 ° C. for 5 minutes was 1%.
スクリュー L/D=45
混練部長さはスクリュー有効長さの34%
混練部はスクリュー全体に分散させた。
Screw L / D = 45
The kneading part length is 34% of the effective screw length
The kneading part was dispersed throughout the screw.
途中2個所のバックフロー部有り
ポリマー供給 PPSとPETを別々に計量し、別々に混練機に供給した。
There are two backflow parts on the way. Polymer supply PPS and PET were weighed separately and supplied separately to the kneader.
温度 300℃
ベント 無し
ここで得られた高分子アロイチップを実施例1と同様に紡糸機に導き、紡糸を行った。この時、紡糸温度は315℃、限界濾過径15μmの金属不織布で高分子アロイ溶融体を濾過した後、口金面温度292℃とした口金から溶融紡糸した。この時、口金としては、吐出孔上部に直径0.3mmの計量部を備えた、吐出孔径が0.6mmのものを用いた。そして、この時の単孔あたりの吐出量は1.1g/分とした。さらに、口金下面から冷却開始点までの距離は7.5cmであった。吐出された糸条は20℃の冷却風で1mにわたって冷却固化され、脂肪酸エステルが主体の工程油剤が給油された後、非加熱の第1引き取りローラーおよび第2引き取りローラーを介して1000m/分で巻き取られた。この時の紡糸性は良好であり、24時間の連続紡糸の間の糸切れはゼロであった。そして、これを第1ホットローラーの温度を100℃、第2ホットローラーの温度を130℃として延伸熱処理した。この時、第1ホットローラーと第2ホットローラー間の延伸倍率を3.3倍とした。得られた高分子アロイ繊維は400dtex、240フィラメント、強度4.4cN/dtex、伸度27%、U%=1.3%の優れた特性を示した。また、得られた高分子アロイ繊維の横断面をTEM観察したところ、海高分子であるPET中にPPSが島として直径100nm未満で均一に分散していた。また、島の円換算直径を画像解析ソフトWINROOFで解析したところ、島の平均直径は65nmであり、PPSが超微分散化した高分子アロイ繊維が得られた。
Temperature 300 ° C
No vent The polymer alloy chip obtained here was guided to a spinning machine in the same manner as in Example 1 to perform spinning. At this time, the polymer alloy melt was filtered with a metal nonwoven fabric having a spinning temperature of 315 ° C. and a limit filtration diameter of 15 μm, and then melt-spun from a die having a die surface temperature of 292 ° C. At this time, as the base, a nozzle having a discharge hole diameter of 0.6 mm provided with a measuring portion having a diameter of 0.3 mm above the discharge hole was used. And the discharge amount per single hole at this time was 1.1 g / min. Furthermore, the distance from the base lower surface to the cooling start point was 7.5 cm. The discharged yarn is cooled and solidified over 1 m with a cooling air of 20 ° C., and after the process oil agent mainly composed of fatty acid ester is supplied, it is 1000 m / min through the non-heated first take-up roller and the second take-up roller. It was wound up. The spinnability at this time was good, and there was no yarn breakage during continuous spinning for 24 hours. This was subjected to a stretching heat treatment with the temperature of the first hot roller being 100 ° C. and the temperature of the second hot roller being 130 ° C. At this time, the draw ratio between the first hot roller and the second hot roller was 3.3 times. The obtained polymer alloy fiber exhibited excellent properties of 400 dtex, 240 filament, strength 4.4 cN / dtex, elongation 27%, U% = 1.3%. Moreover, when the cross section of the obtained polymer alloy fiber was observed by TEM, PPS was dispersed uniformly as an island with a diameter of less than 100 nm in PET, which is a marine polymer. Moreover, when the circle-equivalent diameter of the island was analyzed by the image analysis software WINROOF, the average diameter of the island was 65 nm, and a polymer alloy fiber in which PPS was ultrafinely dispersed was obtained.
得られた高分子アロイ繊維をカセ取りし、繊度10万dtexのカセ状のトウとした。この時、トウ外周を綿糸で結んで30cm毎に固定することで、脱海処理中にトウがバラバラになることを抑制した。そして、このトウの繊維密度が0.05g/cm3となるようにかせ張力を調製し、図5の脱海装置にセットした。そして、このトウを98℃、10重量%水酸化ナトリウム水溶液に減量促進剤として明成化学工業(株)社製「マーセリンPES」5%owfを併用してアルカリ加水分解処理し、高分子アロイ繊維から海高分子であるPETを脱海し、トウ繊度2万dtexのPPSナノファイバーから成るトウを得た。ここで得られたPPSナノファイバートウの横断面をTEM観察したところ、単繊維数平均直径φmは60nm、単繊維比率の和Paは100%であった。 The obtained polymer alloy fiber was scraped to form a casket-shaped tow having a fineness of 100,000 dtex. At this time, the toe was restrained from falling apart during sea removal treatment by tying the outer circumference of the tow with a cotton thread and fixing it every 30 cm. Then, the tension was adjusted so that the fiber density of the tow was 0.05 g / cm 3 and set in the sea removal device of FIG. Then, this tow was subjected to an alkali hydrolysis treatment using 98%, 10% by weight sodium hydroxide aqueous solution in combination with 5% owf of “Merseline PES” manufactured by Meisei Chemical Industry Co., Ltd. The sea polymer PET was removed from the sea to obtain a tow composed of PPS nanofibers having a tow fineness of 20,000 dtex. When the cross section of the PPS nanofiber tow obtained here was observed with a TEM, the single fiber number average diameter φm was 60 nm, and the sum Pa of the single fiber ratio was 100%.
上記PPSナノファイバーから成るトウをギロチンカッターを用いて繊維長1mmにカットし、PPSナノファイバーから成る短繊維を得た。この時のPPSナノファイバー単繊維のL/Dは約16700であった。 The tow composed of the PPS nanofiber was cut into a fiber length of 1 mm using a guillotine cutter to obtain a short fiber composed of PPS nanofiber. The L / D of the PPS nanofiber single fiber at this time was about 16700.
そして、このPPSナノファイバーから成る短繊維をナイアガラビータの容器に約20リットルの水と30gの上記PPSナノファイバーから成る短繊維を投入し、繊維を10分間1次叩解した。この繊維を遠心分離器で水分を除去し、繊維濃度が10wt%の1次叩解繊維を得た。この1次叩解繊維をさらにPFI叩解装置で10分間2次叩解した後に脱水した。得られた2次叩解繊維のPPSナノファイバーの繊維濃度は10wt%であった。 Then, about 20 liters of water and 30 g of the short fibers composed of the PPS nanofibers were put into a Niagara beater container, and the fibers were first beaten for 10 minutes. Water was removed from the fiber with a centrifugal separator to obtain a primary beating fiber having a fiber concentration of 10 wt%. The primary beaten fibers were further beaten for 10 minutes with a PFI beater and then dehydrated. The fiber concentration of the PPS nanofiber of the obtained secondary beating fiber was 10 wt%.
そして、上記2次叩解繊維5.5gと第一工業製薬性のノニオン系分散剤(ノイゲンEA−87:分子量10000)0.5gを1リットルの水と共に離解機に入れ、5分間分散した。該離解機中の分散液を実験用抄紙機(角形シートマシン)の容器に入れ、水を追加して20リットルの調製溶液とし、これを事前に抄紙用金網ネット上にのせた25cm角の「スクリーン紗(PET製、繊維直径70μm、孔径80μm角)」上に抄紙し、ローラーで脱水し、ドラム式乾燥機で乾燥して、PPSナノファイバー合成紙を得た。 Then, 5.5 g of the above secondary beating fiber and 0.5 g of Daiichi Kogyo Seiyaku nonionic dispersant (Neugen EA-87: molecular weight 10,000) were placed in a disaggregator together with 1 liter of water and dispersed for 5 minutes. The dispersion in the disaggregator is put into a container of a laboratory paper machine (square sheet machine), water is added to make a 20 liter preparation solution, and this is placed in advance on a paper mesh net of 25 cm square “ Paper was made on a screen bottle (manufactured by PET, fiber diameter 70 μm, pore diameter 80 μm square), dehydrated with a roller, and dried with a drum dryer to obtain PPS nanofiber synthetic paper.
得られたPPSナノファイバーから成る紙の表面をSEM観察したところ、PPSナノファイバーが単繊維レベルで均一に分散しており、単繊維数平均直径φmは60nm、単繊維比率の和Paは100%、単繊維直径の集中度指数Pbは63%であった。この合成紙の総目付は45.6g/m2、厚みは101μm、密度は0.45g/cm3 、強度が91.4N/cm、伸度が32%であった。この合成紙からスクリーン紗部分(目付37.4g/m2、厚み70μm、密度が0.53g/cm3 )を除去して考えた場合、ナノファイバーのみの目付は8.2g/m2、厚みは31μm、密度が0.26g/cm3 であった。また、この合成紙の孔面積は0.0044μm2であった。本実施例の合成紙は、このような微細な孔面積を有し、さらにナノファイバーの分散性、均一性が良好なことから、大きなピンホールがなく、50μm以上のピンホールは0であり、表面平滑度は1710秒と表面の平滑性が高い合成紙であった。
また、通気量も0.29cc/cm2 /secと小さく、気体の遮蔽力が高い合成紙が得られた。さらに、このPPS紙の表面にはナノレベルの細孔を多数含んでおり、このままでも液体フィルターや2次電池やキャパシター用セパレーターなどに好適であった。
When the surface of the paper made of the obtained PPS nanofibers was observed by SEM, the PPS nanofibers were uniformly dispersed at the single fiber level, the single fiber number average diameter φm was 60 nm, and the sum Pa of the single fiber ratio was 100%. The single fiber diameter concentration index Pb was 63%. This synthetic paper had a total basis weight of 45.6 g / m 2 , a thickness of 101 μm, a density of 0.45 g / cm 3 , a strength of 91.4 N / cm, and an elongation of 32%. When the screen ridge part (37.4 g / m 2 basis weight, thickness 70 μm, density 0.53 g / cm 3 ) is considered to be removed from this synthetic paper, the basis weight of the nanofiber alone is 8.2 g / m 2 , thickness. Was 31 μm and the density was 0.26 g / cm 3 . The synthetic paper had a hole area of 0.0044 μm 2 . The synthetic paper of this example has such a fine pore area, and furthermore, since the dispersibility and uniformity of the nanofibers are good, there are no large pinholes, and pinholes of 50 μm or more are zero. The surface smoothness was 1710 seconds and was a synthetic paper having a high surface smoothness.
Further, a synthetic paper having a low gas permeability of 0.29 cc / cm 2 / sec and high gas shielding power was obtained. Furthermore, the surface of the PPS paper contains a large number of nano-level pores, and this is suitable for liquid filters, secondary batteries, capacitor separators, and the like.
上記、PPSナノファイバー紙をさらに180℃で熱プレス加工し、さらに緻密なPPS紙を得た。これは吸湿による寸法変化のほとんど無い回路基板などに好適な物であった。 The PPS nanofiber paper was further hot pressed at 180 ° C. to obtain a denser PPS paper. This was suitable for a circuit board having little dimensional change due to moisture absorption.
実施例14
実施例1で得られた分散液にさらに10倍に希釈し、繊維濃度0.0055%の分散液とした。これをスプレーノズルから繊維直径が約3μmのPPメルトブロー不織布(東レ(株)製トレミクロン)に100回吹付けて、ドラム式乾燥機で乾燥後、PPメルトブロー不織布の上に厚み30μmのN6ナノファイバー合成紙を形成させ、複合合成紙とした。
Example 14
The dispersion obtained in Example 1 was further diluted 10 times to obtain a dispersion having a fiber concentration of 0.0055%. This is sprayed 100 times from a spray nozzle onto a PP meltblown nonwoven fabric (Tremicron manufactured by Toray Industries, Inc.) having a fiber diameter of about 3 μm, dried with a drum dryer, and then N6 nanofibers with a thickness of 30 μm on the PP meltblown nonwoven fabric. A synthetic paper was formed into a composite synthetic paper.
得られた複合合成紙をSEM観察した結果、N6ナノファイバーの単繊維数平均直径はφmは57nmであり、単繊維比率の和Paは100%であり、単繊維直径の集中度指数Pbは64%であった。この複合合成紙はN6ナノファイバーがPPメルトブロー不織布上に均一に分散したものであり、大きな孔やピンホールはなく、50μm以上のピンホールは0であり、表面平滑度は650秒と表面の平滑性が高い合成紙であった。
ナノレベルの細孔を多数含むものであり、液体フィルターやエアフィルターに好適なものであった。
As a result of SEM observation of the obtained composite synthetic paper, the average number of single fibers of the N6 nanofibers was φm of 57 nm, the single fiber ratio sum Pa was 100%, and the single fiber diameter concentration index Pb was 64. %Met. In this composite synthetic paper, N6 nanofibers are uniformly dispersed on a PP meltblown nonwoven fabric, there are no large holes or pinholes, pinholes of 50 μm or more are zero, and the surface smoothness is 650 seconds. It was a highly synthetic paper.
It contains many nano-level pores and is suitable for liquid filters and air filters.
実施例15
PPメルトブロー不織布を発泡体(東レ(株)製トーレペフ)にした以外は実施例14と同様の方法でスプレーして、発泡体の上に厚み30μmのN6ナノファイバー合成紙を形成させ、複合合成紙とした。この複合合成紙はN6ナノファイバーが発泡体上に均一にコーティングされたものであり、研磨材として好適なものであった。
Example 15
A composite synthetic paper was formed by spraying NPP nanofiber synthetic paper having a thickness of 30 μm on the foam by spraying in the same manner as in Example 14 except that the PP meltblown nonwoven fabric was made into a foam (Toraypef manufactured by Toray Industries, Inc.). It was. This composite synthetic paper is one in which N6 nanofibers are uniformly coated on a foam and is suitable as an abrasive.
実施例16
実施例2において、2次叩解繊維を0.55gとした以外は、実施例2と同様な方法でスクリーン紗をベース基材としたナノファイバー複合合成紙を得た。
Example 16
In Example 2, a nanofiber composite synthetic paper having a screen wrinkle as a base substrate was obtained in the same manner as in Example 2 except that the secondary beating fiber was changed to 0.55 g.
得られた複合合成紙の表面をSEM観察した結果、合成紙中のナノファイバーの単繊維数平均直径φmは58nmであり、単繊維比率の和Paは100%、単繊維直径の集中度指数Pbは66%であった。また、この合成紙の総目付は38.2g/m2、厚みは70μm、密度は0.54g/cm3 であった。この合成紙からスクリーン紗部分(目付37.4g/m2、厚み70μm、密度が0.53g/cm3 )を除去して考えた場合、ナノファイバーのみの目付は0.8g/m2、厚みは3.2μm、密度が0.026g/cm3 であった。さらに通気量を測定したところ、28cc/cm2 /secであり、これは気体の透過性に優れるため、エアフィルターとして好適なものであった。また、本実施例の複合合成紙は50μm以上のピンホールは0であり、表面平滑度は390秒と表面の平滑性が高い合成紙であった。 As a result of SEM observation of the surface of the obtained composite synthetic paper, the single fiber number average diameter φm of the nanofibers in the synthetic paper was 58 nm, the single fiber ratio sum Pa was 100%, and the single fiber diameter concentration index Pb Was 66%. Further, this synthetic paper had a total basis weight of 38.2 g / m 2 , a thickness of 70 μm, and a density of 0.54 g / cm 3 . When the screen wrinkle portion (37.4 g / m 2 basis weight, thickness 70 μm, density 0.53 g / cm 3 ) was removed from this synthetic paper, the basis weight of the nanofiber alone was 0.8 g / m 2 , thickness. Was 3.2 μm and the density was 0.026 g / cm 3 . Further, when the air flow rate was measured, it was 28 cc / cm 2 / sec, which was excellent as a gas permeability, and thus was suitable as an air filter. Further, the composite synthetic paper of this example was a synthetic paper having a high surface smoothness of 0 for pinholes of 50 μm or more and a surface smoothness of 390 seconds.
1:ホッパー
2:溶融部
3:スピンブロック
4:紡糸パック
5:口金
6:チムニー
7:糸条
8:集束給油ガイド
9:第1引取ローラー
10:第2引取ローラー
11:巻取機
12:脱海処理槽
13:脱海処理液配管
14:ポンプ
15:上バー
16:下バー
17:処理液吐出穴
18:カセ状のトウ
19:脱海処理液
1: Hopper 2: Melting part 3: Spin block 4: Spin pack 5: Base 6: Chimney 7: Yarn 8: Converging oiling guide 9: First take-up roller 10: Second take-up roller 11: Winder 12: Detachment Sea treatment tank 13: Sea removal treatment liquid piping 14: Pump 15: Upper bar 16: Lower bar 17: Treatment liquid discharge hole 18: Fassete tow 19: Sea removal treatment liquid
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