JP2024051375A - Polyarylene sulfide fiber and nonwoven fabric made of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水系媒体中への優れた分散性を有するポリアリーレンスルフィド繊維に関するものである。 The present invention relates to polyarylene sulfide fibers that have excellent dispersibility in aqueous media.
ポリフェニレンスルフィド(PPS)は高い耐熱性、耐薬品性、電気絶縁性、難燃性を有することに加えて、優れた力学物性や成型加工性を有していることから、金属代替材料や極限環境下に耐え得る材料として広く使用されている。またPPSを酸化して得られるポリフェニレンスルホン(PPSO)はPPSと比較して耐熱性、耐薬品性、耐酸性に優れ、さらには熱溶融しないという特性を有している。上記樹脂を繊維化したポリアリーレンスルフィド繊維については、上記の特性を活かし、バグフィルター、抄紙カンバス、電気絶縁紙、電池セパレーターおよび各種隔膜などの用途に使用されている。特にPPSやPPSOが有する耐熱性や高濃度アルカリ溶液等に対する耐薬品性等の特徴と、不織布材料が有するイオン透過性やガス分離性を組み合わせ、水素製造装置隔膜や燃料電池隔膜、およびこれら隔膜補強材向けに、ポリアリーレンスルフィド繊維からなる湿式不織布が展開されている。 Polyphenylene sulfide (PPS) has high heat resistance, chemical resistance, electrical insulation, and flame retardancy, as well as excellent mechanical properties and moldability, and is therefore widely used as a metal replacement material and a material that can withstand extreme environments. In addition, polyphenylene sulfone (PPSO), obtained by oxidizing PPS, has superior heat resistance, chemical resistance, and acid resistance compared to PPS, and also has the property of not melting due to heat. Polyarylene sulfide fibers, which are made by fiberizing the above resin, are used for applications such as bag filters, papermaking canvases, electrical insulating paper, battery separators, and various diaphragms, taking advantage of the above properties. In particular, by combining the characteristics of PPS and PPSO, such as heat resistance and chemical resistance to high-concentration alkaline solutions, with the ion permeability and gas separation properties of nonwoven fabric materials, wet-laid nonwoven fabrics made of polyarylene sulfide fibers have been developed for hydrogen production equipment diaphragms, fuel cell diaphragms, and diaphragm reinforcement materials for these diaphragms.
近年、上記用途に使用される不織布は、装置の小型軽量化・高性能化を目的に不織布の薄地化や低目付化が求められている。薄地、低目付を達成するためには繊維の細繊度化が有効な方法である。しかし細繊度化により短繊維のアスペクト比が高くなり、繊維同士の絡まりが起きやすくなるため、湿式不織布を作製する際の水系媒体中への分散工程において分散性不良となり、均一性の高い不織布を得ることができないといった問題がある。そのため、繊維径の細い繊維であっても均一性の高い不織布を得るための様々な検討がなされている。 In recent years, there has been a demand for nonwoven fabrics used in the above applications to be thinner and have a lower basis weight in order to make devices smaller, lighter, and more powerful. Refining the fibers is an effective way to achieve a thinner fabric and lower basis weight. However, finer fibers increase the aspect ratio of the short fibers, making them more likely to become entangled, which leads to poor dispersion in the dispersion process in an aqueous medium when producing wet nonwoven fabrics, making it difficult to obtain a highly uniform nonwoven fabric. For this reason, various studies have been conducted to obtain a highly uniform nonwoven fabric even with fibers with a small fiber diameter.
一方、ポリアリーレンスルフィド繊維からなる不織布は、主として、骨格繊維とバインダー繊維とから構成されている。骨格繊維は耐熱性に優れたポリアリーレンスルフィド延伸繊維であることが好ましく、バインダー繊維は熱融着性に優れたポリアリーレンスルフィド未延伸繊維であることが好ましい。 On the other hand, nonwoven fabrics made of polyarylene sulfide fibers are mainly composed of skeletal fibers and binder fibers. The skeletal fibers are preferably polyarylene sulfide oriented fibers with excellent heat resistance, and the binder fibers are preferably polyarylene sulfide unoriented fibers with excellent thermal fusion properties.
このような背景から、PPS不織布におけるバインダー繊維として、水分散性が良好な未延伸PPS繊維を得ることを目的に、溶融紡糸により製造されたPPS未延伸繊維を70℃以上の温水中を通過させて熱処理した後、70~90℃の乾熱域を弛緩状態で通過させて5~60分間の弛緩熱処理をすることを特徴とする抄紙用PPS繊維の製造方法が提案されている(特許文献1参照)。 In light of this background, a method has been proposed for producing PPS fibers for papermaking, which is characterized in that undrawn PPS fibers produced by melt spinning are heat-treated by passing them through hot water at 70°C or higher, and then passed in a relaxed state through a dry heat zone at 70 to 90°C for 5 to 60 minutes, with the aim of obtaining undrawn PPS fibers with good water dispersibility as binder fibers in PPS nonwoven fabrics (see Patent Document 1).
一方、PPSよりも耐熱性、耐薬品性、耐酸性に優れるPPSOを用い、薄地化を意図した技術として、単糸繊度が1dtex以下、引張強力が2.0cN/dtex以上のPPSO繊維及び未延伸PPS繊維からなることを特徴とする耐熱性湿式不織布の製造方法が提案されている(特許文献2参照)。 On the other hand, a method for producing a heat-resistant wet-laid nonwoven fabric has been proposed that uses PPSO, which has better heat resistance, chemical resistance, and acid resistance than PPS, and is intended to produce a thinner fabric, and is characterized by the fabric being made of PPSO fiber with a single yarn fineness of 1 dtex or less and a tensile strength of 2.0 cN/dtex or more, and undrawn PPS fiber (see Patent Document 2).
また、同じくPPSOを用いた技術として、繊維径が0.0001μm以上0.3μm以下であり、かつ、示差走査熱量計(DSC)の測定において融解ピークが実質的に認められないことを特徴とするPPSOナノファイバーおよびこのPPSOナノファイバーを含有することを特徴とするペーパーの製造方法も提案されている(特許文献3参照)。 Also proposed as a technology using PPSO are PPSO nanofibers that have a fiber diameter of 0.0001 μm or more and 0.3 μm or less and that show substantially no melting peak in measurements using a differential scanning calorimeter (DSC), and a method for producing paper that contains this PPSO nanofiber (see Patent Document 3).
特許文献1の技術は、溶融紡糸法により製造されたPPS未延伸繊維を、製造工程内で弛緩熱処理して収縮させることにより、熱収縮率の小さいPPS繊維を得ることができる。しかしながら、該方法にて得られるPPS未延伸繊維は、実質的に繊維径が太いため、薄地や低目付の不織布を得ることが困難である。 The technology of Patent Document 1 makes it possible to obtain PPS fibers with a small thermal shrinkage rate by subjecting undrawn PPS fibers produced by a melt spinning method to a relaxation heat treatment during the manufacturing process to cause them to shrink. However, the undrawn PPS fibers obtained by this method have a substantially large fiber diameter, making it difficult to obtain thin or low-basis-weight nonwoven fabrics.
一方、特許文献2の技術は繊度が1dtex以下のPPSO繊維とバインダー繊維に未延伸PPS繊維を用いた湿式不織布に関するものである。該技術によれば従来のPPS不織布に比べて耐熱性や耐薬品性などの高度化を達成することが可能となるものの、例示されている短繊維のアスペクト比(繊維長/繊維径)は低いため水への分散は容易で、繊維径が太いため薄地や低目付の不織布を得ることは困難である。
また、特許文献3の技術は、繊維径は0.0001μm以上0.3μm以下と小さいが、分散性に劣るため得られる不織布は厚く、また引張強力も低く、不十分なものである。
On the other hand, the technology of Patent Document 2 relates to a wetlaid nonwoven fabric using PPSO fiber having a fineness of 1 dtex or less and undrawn PPS fiber as a binder fiber. This technology makes it possible to achieve higher heat resistance, chemical resistance, and the like than conventional PPS nonwoven fabrics, but the aspect ratio (fiber length/fiber diameter) of the short fibers exemplified is low, so that they are easily dispersed in water, and the fiber diameter is large, so that it is difficult to obtain a thin or low basis weight nonwoven fabric.
In addition, the technology of Patent Document 3 has a small fiber diameter of 0.0001 μm or more and 0.3 μm or less, but the nonwoven fabric obtained is thick and has low tensile strength due to poor dispersibility, and is therefore insufficient.
そこで、本発明の目的は、上記の事情を鑑みてなされたものであって、優れたおよび分散性および接着性を維持したポリアリーレンスルフィド繊維を提供することにある。 The object of the present invention is to provide polyarylene sulfide fibers that maintain excellent dispersibility and adhesiveness, in consideration of the above circumstances.
本発明者らは、上記の課題を達成するため、鋭意検討した結果、PPS繊維を酸化処理して繊維にスルホン基を導入することで、繊維径を細くした場合であっても水系媒体中への分散性が良好であり、抄紙に好適な優れた分散性およびバインダー性能を両立するポリアリーレンスルフィド繊維となることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive research conducted by the inventors to achieve the above object, they discovered that by subjecting PPS fibers to an oxidation treatment to introduce sulfonic groups into the fibers, it is possible to obtain polyarylene sulfide fibers that have good dispersibility in aqueous media even when the fiber diameter is made small, and that have both excellent dispersibility and binder performance suitable for papermaking, and thus completed the present invention.
すなわち、本発明は上記の課題を解決せんとするものであり、本発明のポリアリーレンスルフィド繊維は、繊維径が3.0μm以下であり、示差走査熱量測定にて算出される融解熱量が15J/g以上であって、酸素含有基を有し、酸素含有量がSEM-EDX(Scanning Electron Microscope Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)で測定して求められるモル比O/Sの値が0.2~1.5である。 In other words, the present invention aims to solve the above problems, and the polyarylene sulfide fiber of the present invention has a fiber diameter of 3.0 μm or less, a heat of fusion calculated by differential scanning calorimetry of 15 J/g or more, has oxygen-containing groups, and has an oxygen content of 0.2 to 1.5 as determined by SEM-EDX (Scanning Electron Microscope Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) as a molar ratio O/S.
本発明によれば、繊維径が細くても優れた水系媒体中への分散性およびバインダー性能を有するポリアリーレンスルフィド繊維を得ることができる。そして、本発明のポリアリーレンスルフィド繊維によれば、バインダー繊維の分散性が高く高品質な不織布を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain polyarylene sulfide fibers that have excellent dispersibility in aqueous media and binder performance even when the fiber diameter is small. Furthermore, the polyarylene sulfide fibers of the present invention can provide high-quality nonwoven fabrics with high binder fiber dispersibility.
本発明のポリアリーレンスルフィド繊維は、繊維径が3.0μm以下であり、示差走査熱量測定にて算出される融解熱量が15J/g以上であって、酸素含有基を有し、SEM-EDXで測定して求められるモル比O/Sの値が0.2~1.5である。 The polyarylene sulfide fiber of the present invention has a fiber diameter of 3.0 μm or less, a heat of fusion calculated by differential scanning calorimetry of 15 J/g or more, has oxygen-containing groups, and has a molar ratio O/S value determined by SEM-EDX of 0.2 to 1.5.
以下に、その構成要素について詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下に説明する範囲に何ら限定されるものではない。 The components are described in detail below, but the present invention is not limited to the scope described below as long as it does not exceed the gist of the invention.
なお、本発明に用いるポリアリーレンスルフィドとは、-(Ar-S)-の繰り返し単位を有するホモポリマ-あるいはコポリマ-である。Arとしては下記の式(1)~(12)などで表される構成単位などが挙げられる。 The polyarylene sulfide used in the present invention is a homopolymer or copolymer having a repeating unit of -(Ar-S)-. Examples of Ar include structural units represented by the following formulas (1) to (12).
(式(1)~式(10)において、R1,R2は、水素、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン基から選ばれた置換基であり、R1とR2は同一でも異なっていてもよい。)
本発明に用いるポリアリーレンスルフィドの繰り返し単位は上記式(1)または上記式(2)をArとするp-アリーレンスルフィド単位が好ましく、これらの代表的なものとしてポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリフェニレンスルフィドケトンなどが挙げられ、ポリマーの主要構成単位として下記構造式(13)で示されるp-フェニレン単位を好ましくは60モル%以上、より好ましくは70モル%以上、更に好ましくは80モル%以上含む樹脂とすることにより、耐熱性に優れた性質を持つ。また、繊維および不織布として加工した際に、優れた強度を有する。
(In formulas (1) to (10), R1 and R2 are substituents selected from hydrogen, an alkyl group, an alkoxy group, and a halogen group, and R1 and R2 may be the same or different.)
The repeating unit of the polyarylene sulfide used in the present invention is preferably a p-arylene sulfide unit having Ar represented by the above formula (1) or (2), and representative examples thereof include polyphenylene sulfide (PPS), polyphenylene sulfide sulfone, polyphenylene sulfide ketone, etc., and excellent heat resistance is obtained by using a resin containing, as the main structural unit of the polymer, preferably 60 mol % or more, more preferably 70 mol % or more, and even more preferably 80 mol % or more of p-phenylene units represented by the following structural formula (13). In addition, when processed into fibers and nonwoven fabrics, the resin has excellent strength.
本発明のポリアリーレンスルフィド繊維は酸素含有基を有していることが特徴である。酸素原子をもつ官能基としてスルホン基、エーテル基、スルホン酸基、カルボニル基などが例示され、これらを共重合によって導入していてもよい。代表的なものとして、 ポリアリーレンスルフィドスルホン、ポリアリーレンスルフィドケトン、これらのランダム共重合体、ブロック共重合体及びそれらの混合物などが挙げられる。これらをあらかじめ重合して上記のPPSと混合して使用してもよい。また、PPS繊維を後述する方法で変性して酸素含有基を導入することでもよい。 The polyarylene sulfide fiber of the present invention is characterized by having an oxygen-containing group. Examples of functional groups having an oxygen atom include sulfone groups, ether groups, sulfonic acid groups, and carbonyl groups, and these may be introduced by copolymerization. Representative examples include polyarylene sulfide sulfone, polyarylene sulfide ketone, random copolymers thereof, block copolymers thereof, and mixtures thereof. These may be polymerized in advance and mixed with the above-mentioned PPS for use. Alternatively, the PPS fiber may be modified by the method described below to introduce oxygen-containing groups.
本発明に係るポリアリーレンスルフィド繊維には、本発明の効果を損なわない範囲で、酸化チタン、シリカ、酸化バリウム、炭酸カルシウムなどの無機物、カーボンブラック、染料や顔料などの着色剤、難燃剤、蛍光増白剤、酸化防止剤、あるいは紫外線吸収剤などの各種添加剤を含んでいてもよい。 The polyarylene sulfide fiber according to the present invention may contain various additives, such as inorganic substances such as titanium oxide, silica, barium oxide, and calcium carbonate, colorants such as carbon black, dyes, and pigments, flame retardants, fluorescent whitening agents, antioxidants, and ultraviolet absorbing agents, to the extent that the effects of the present invention are not impaired.
本発明のポリアリーレンスルフィド繊維は、単成分繊維はもとより、2種類以上の樹脂を複合した複合繊維であってもよい。前記のポリアリーレンスルフィド繊維が複合繊維の場合において、その複合形態は本発明の効果を損ねない限り特に限定されるものではなく、芯鞘型や海島型、サイドバイサイド型、偏心芯鞘型、ブレンド型などから適宜選択することができる。 The polyarylene sulfide fiber of the present invention may be a single component fiber or a composite fiber in which two or more types of resins are combined. When the polyarylene sulfide fiber is a composite fiber, the composite form is not particularly limited as long as it does not impair the effects of the present invention, and can be appropriately selected from a core-sheath type, a sea-island type, a side-by-side type, an eccentric core-sheath type, a blend type, etc.
本発明のポリアリーレンスルフィド繊維の横断面形状は、何ら制限されるものではなく、丸断面はもとより、三角断面等の多葉断面、扁平断面、S字断面、十字断面、中空断面などの任意の形状とすることができる。 The cross-sectional shape of the polyarylene sulfide fiber of the present invention is not limited in any way, and can be any shape, including a round cross section, a multi-lobal cross section such as a triangular cross section, a flat cross section, an S-shaped cross section, a cross cross section, and a hollow cross section.
本発明のポリアリーレンスルフィド繊維は、示差走査熱量測定にて算出される融解熱量が15J/g以上である。融解熱量を15J/g以上、好ましくは20J/g以上とすることにより、バインダー繊維に好適な、接着性に優れた繊維となる。また、融解熱量を42J/g以下、好ましくは40J/g以下、より好ましくは30J/g以下にすることにより水系媒体中への分散性に優れたポリアリーレンスルフィド繊維を得ることができる。 The polyarylene sulfide fiber of the present invention has a heat of fusion of 15 J/g or more as calculated by differential scanning calorimetry. By setting the heat of fusion to 15 J/g or more, preferably 20 J/g or more, the fiber has excellent adhesiveness and is suitable for use as a binder fiber. Furthermore, by setting the heat of fusion to 42 J/g or less, preferably 40 J/g or less, more preferably 30 J/g or less, the polyarylene sulfide fiber has excellent dispersibility in aqueous media.
ここで言う、繊維の融解熱量(J/g)とは、以下のようにして求めるものである。
(1)電子天秤を用いて繊維を約5mg量り取った後、示差走査熱量計に繊維をセットし、窒素下、昇温速度16℃/分、測定温度範囲50~300℃の条件で示差走査熱量測定を実施する。
(2)得られた測定結果(DSC曲線)における吸熱ピークの面積より結晶融解熱量ΔHm(J/g)を算出する。なお吸熱ピークが複数見られた場合、すべてのピークの面積を合算した値よりΔHmを算出し、吸熱ピークが見られない場合は0(J/g)とする。
(3)1水準につき測定位置を変更して3回測定を行い、単純な数平均値を求め融解熱量(J/g)とする。
The heat of fusion (J/g) of the fiber referred to here is determined as follows.
(1) Approximately 5 mg of fiber is weighed out using an electronic balance, and the fiber is then set in a differential scanning calorimeter. Differential scanning calorimeter measurement is performed under nitrogen at a heating rate of 16°C/min in a measurement temperature range of 50 to 300°C.
(2) Calculate the heat of crystal fusion ΔHm (J/g) from the area of the endothermic peak in the obtained measurement result (DSC curve). When multiple endothermic peaks are observed, ΔHm is calculated from the total area of all the peaks, and when no endothermic peak is observed, ΔHm is taken as 0 (J/g).
(3) For each level, change the measurement position and perform three measurements, and calculate the simple number average value to obtain the heat of fusion (J/g).
融解熱量(J/g)を上記範囲とする方法としては、例えば、繊維を構成するポリアリーレンスルフィドにおいて結晶性PPSの含有量を35%以上とすることで達成できる。 The heat of fusion (J/g) can be adjusted to the above range, for example, by making the content of crystalline PPS in the polyarylene sulfide that constitutes the fiber 35% or more.
本発明のポリアリーレンスルフィド繊維は酸素含有基を有し、SEM-EDXで測定して求められるモル比O/Sの値が0.2~1.5である。繊維の一部に親水性基である酸素含有基を有し、モル比O/Sの値を0.2~1.5とすることで水系媒体中への分散性に優れたものとすることができる。本発明のポリアリーレンスルフィド繊維においては、モル比O/Sは0.4以上であることが好ましく、より好ましくは0.5以上とすることにより、水系媒体中への分散性により優れたポリアリーレンスルフィド繊維となる。また、モル比O/Sは1.3以下であることが好ましく、より好ましくは1.0以下とすることにより、バインダー繊維に好適な接着性に優れたポリアリーレンスルフィド繊維を得ることができる。 The polyarylene sulfide fiber of the present invention has an oxygen-containing group, and the molar ratio O/S value determined by SEM-EDX is 0.2 to 1.5. By having an oxygen-containing group, which is a hydrophilic group, in a portion of the fiber and setting the molar ratio O/S value to 0.2 to 1.5, the fiber can have excellent dispersibility in aqueous media. In the polyarylene sulfide fiber of the present invention, the molar ratio O/S is preferably 0.4 or more, and more preferably 0.5 or more, to obtain a polyarylene sulfide fiber with excellent dispersibility in aqueous media. In addition, the molar ratio O/S is preferably 1.3 or less, and more preferably 1.0 or less, to obtain a polyarylene sulfide fiber with excellent adhesiveness suitable for binder fibers.
モル比O/Sを上記範囲とする方法としては、芯鞘繊維として鞘成分にO原子を含む成分(酸素含有基)を共重合したポリアリーレンスルフィドを使用する方法、繊維をプラズマ処理、コロナ処理、酸化処理、UV処理等して酸素含有基を導入する(PPSをPPSO化する)方法等がある。
本発明のポリアリーレンスルフィド繊維の繊維径は、3.0μm以下である。繊維径を3.0μm以下、好ましくは2.0μm以下とすることにより、同一繊度や同一目付における繊維の構成本数が増加するため、バインダーとして使用した際の接着点が増加し、優れた強度を有する不織布となる。また、繊維径が0.3μmより大きいことが好ましく、より好ましくは0.5μmより大きくすることにより分散性に優れたポリアリーレンスルフィド繊維を得ることができる。
Methods for adjusting the molar ratio O/S to the above range include a method of using, as a core-sheath fiber, a polyarylene sulfide in which a component containing an O atom (oxygen-containing group) is copolymerized in the sheath component, and a method of subjecting the fiber to plasma treatment, corona treatment, oxidation treatment, UV treatment, or the like to introduce an oxygen-containing group (converting PPS into PPSO).
The fiber diameter of the polyarylene sulfide fiber of the present invention is 3.0 μm or less. By making the fiber diameter 3.0 μm or less, preferably 2.0 μm or less, the number of fibers constituting the same fineness and the same basis weight increases, so that the number of bonding points increases when used as a binder, and a nonwoven fabric with excellent strength is obtained. In addition, by making the fiber diameter larger than 0.3 μm, more preferably larger than 0.5 μm, a polyarylene sulfide fiber with excellent dispersibility can be obtained.
ここで言う、繊維の繊維径(μm)とは、以下のようにして求めるものである。
(1)繊維の横断面を、走査型電子顕微鏡で1本の繊維が観察できる倍率として画像を撮影する。
(2)撮影した画像を用い、画像解析ソフトを用いて、単繊維の横断面輪郭が形成する面積Af(μm2)を計測し、この面積Afと同一の面積となる真円の直径を算出する。
(3)これを任意に抽出した繊維100本について測定し、単純な数平均を求め平均繊維径(μm)を算出し、小数点第2位を四捨五入する。
The fiber diameter (μm) of the fiber is determined as follows.
(1) An image of the cross section of the fiber is taken using a scanning electron microscope at a magnification such that a single fiber can be observed.
(2) Using the captured image and image analysis software, the area Af (μm2) formed by the cross-sectional contour of the single fiber is measured, and the diameter of a perfect circle having the same area as this area Af is calculated.
(3) This is measured for 100 randomly selected fibers, a simple number average is calculated to obtain the average fiber diameter (μm), and the average fiber diameter is rounded off to one decimal place.
繊維径を上記範囲とする方法としては後述する方法により達成できるが、本発明の目的を阻害しない範囲で他の方法用いることは差し支えない。 The fiber diameter can be adjusted to the above range by the method described below, but other methods may be used as long as they do not impede the objectives of the present invention.
本発明の不織布は本発明のポリアリーレンスルフィド繊維を含んだ不織布である。本発明の不織布において、不織布の種類は特に限定されず、スパンボンド不織布、メルトブロー不織布、スパンレース不織布、ニードルパンチ不織布、抄紙不織布等が例示できるが、中でも抄紙不織布が低目付、薄地としやすく、好ましい。 The nonwoven fabric of the present invention is a nonwoven fabric containing the polyarylene sulfide fiber of the present invention. In the nonwoven fabric of the present invention, the type of nonwoven fabric is not particularly limited, and examples include spunbond nonwoven fabric, meltblown nonwoven fabric, spunlace nonwoven fabric, needle punched nonwoven fabric, papermaking nonwoven fabric, etc., among which papermaking nonwoven fabric is preferred because it is easy to make it have a low basis weight and a thin fabric.
次に、本発明のポリアリーレンスルフィド繊維を製造する好ましい態様を具体的に説明する。 Next, a preferred embodiment for producing the polyarylene sulfide fiber of the present invention will be specifically described.
原料として使用するポリアリーレンスルフィドは、水分混入防止やオリゴマー除去を目的に、溶融紡糸に供する前に乾燥することが好ましい。乾燥によって製糸性を高めることができる。乾燥条件としては、100~200℃にて、1~24時間の真空乾燥が通常用いられる。 The polyarylene sulfide used as the raw material is preferably dried before being subjected to melt spinning in order to prevent water contamination and to remove oligomers. Drying can improve spinnability. The drying conditions usually used are vacuum drying at 100 to 200°C for 1 to 24 hours.
溶融紡糸では、プレッシャーメルタ型、単軸や2軸エクストルーダー型などの押出機を用いた溶融紡糸手法を適用することができる。押し出されたポリアリーレンスルフィドは、配管を経由し、ギアーポンプなどの計量装置により計量され、異物除去のフィルターを通過した後、紡糸口金へと導かれる。このとき、ポリマー配管から紡糸口金までの温度(紡糸温度)は、流動性を高めるために290℃以上が好ましく、ポリマーの熱分解を抑制するために380℃以下とすることが好ましい。 In melt spinning, a melt spinning method using an extruder such as a pressure melter type, single-screw or twin-screw extruder type can be applied. The extruded polyarylene sulfide passes through a pipe, is metered by a metering device such as a gear pump, passes through a filter to remove foreign matter, and is then guided to a spinneret. At this time, the temperature from the polymer pipe to the spinneret (spinning temperature) is preferably 290°C or higher to increase fluidity, and 380°C or lower to suppress thermal decomposition of the polymer.
本発明のポリアリーレンスルフィド繊維は、島成分にポリアリーレンスルフィドを配した海島型複合断面を有した海島型複合繊維から得ることができる。 The polyarylene sulfide fiber of the present invention can be obtained from an islands-in-the-sea type composite fiber having an islands-in-the-sea type composite cross section in which polyarylene sulfide is arranged in the island component.
上記の海島型複合繊維の海成分には、易溶解性ポリマーが好適に用いられる。ここで言う、易溶解性ポリマーとは、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリアミド、ポリ乳酸、熱可塑性ポリウレタンなどの溶融成形可能なポリマーおよびそれらの共重合体から選択される。 A readily soluble polymer is preferably used for the sea component of the islands-in-the-sea composite fiber. The readily soluble polymer referred to here is selected from melt-moldable polymers and copolymers thereof, such as polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene terephthalate, polytrimethylene terephthalate, polypropylene, polyolefin, polycarbonate, polyacrylate, polyamide, polylactic acid, and thermoplastic polyurethane.
本発明の製造に用いられる海島型複合繊維は、島成分であるポリアリーレンスルフィド(例えばPPS)と海成分ポリマーをそれぞれ別に溶融させた後、ポリマー配管を経由しギアーポンプなど公知の計量装置により計量し、異物除去のためのフィルターを通過した後、それぞれ紡糸口金へ導く。紡糸口金へ導いたそれぞれのポリマーは、紡糸口金内で任意の複合形態に形状規制して合流させ、海島型複合繊維として口金孔より吐出する。 The islands-in-sea composite fiber used in the production of the present invention is prepared by melting the island component polyarylene sulfide (e.g., PPS) and the sea component polymer separately, then passing them through polymer piping, measuring them with a known measuring device such as a gear pump, passing them through a filter to remove foreign matter, and then leading them to a spinneret. The respective polymers led to the spinneret are merged in an arbitrary composite form within the spinneret and discharged from the spinneret holes as islands-in-sea composite fiber.
吐出に使用される紡糸口金は、口金孔の孔径Dを0.1mm以上0.6mm以下とすることが好ましく、また、口金孔のランド長L(口金孔の孔径と同一の直管部の長さ)を孔径で除した商で定義されるL/Dは、1以上10以下であることが好ましい。 The spinneret used for extrusion preferably has a nozzle hole diameter D of 0.1 mm or more and 0.6 mm or less, and L/D, defined as the quotient of dividing the land length L of the nozzle hole (the length of the straight tube section that is the same as the nozzle hole diameter) by the hole diameter, is preferably 1 or more and 10 or less.
海島型複合繊維における島成分の形状および断面積は、繊維形状および平均繊維径から算出される繊維横断面の面積と同一とすればよい。例えば、島成分であるポリアリーレンスルフィドの直径を2.0μmとすることで、平均繊維径2.0μmの丸断面繊維を製造することができる。 The shape and cross-sectional area of the island components in an islands-in-the-sea composite fiber may be the same as the area of the fiber cross section calculated from the fiber shape and average fiber diameter. For example, by setting the diameter of the island component polyarylene sulfide to 2.0 μm, a round cross-section fiber with an average fiber diameter of 2.0 μm can be produced.
海島型複合繊維における島成分の数は、特に限定されるものではないが、20以上2000以下が好ましい。島成分の数を好ましくは20以上、より好ましくは100以上、さらに好ましくは200以上とすることにより、島成分の直径を小さくすることができるため、ポリアリーレンスルフィド繊維の繊維径を細くすることが可能となる。また、島成分の数を好ましくは2000以下、より好ましくは1500以下とすることにより、繊維断面形成性が良好となるため、繊維径のバラツキが小さい繊維を得ることができる。 The number of island components in the islands-in-the-sea composite fiber is not particularly limited, but is preferably 20 or more and 2000 or less. By making the number of island components preferably 20 or more, more preferably 100 or more, and even more preferably 200 or more, the diameter of the island components can be made small, making it possible to reduce the fiber diameter of the polyarylene sulfide fiber. In addition, by making the number of island components preferably 2000 or less, more preferably 1500 or less, the fiber cross-section formability is improved, making it possible to obtain fibers with small variation in fiber diameter.
口金孔から吐出した海島型複合繊維は、冷却風(空気)を吹き付けることにより冷却固化される。冷却風の温度は、冷却効率の観点から冷却風速とのバランスで決定することができるが、30℃以下であることが好ましい態様である。冷却風の温度を好ましくは30℃以下とすることにより、冷却による固化挙動が安定し、繊維径均一性の高い繊維となる。 The islands-in-the-sea composite fiber discharged from the nozzle holes is cooled and solidified by blowing cooling air (air) onto it. The temperature of the cooling air can be determined in consideration of the balance with the cooling air speed from the viewpoint of cooling efficiency, but a preferred embodiment is 30°C or less. By setting the temperature of the cooling air to preferably 30°C or less, the solidification behavior due to cooling is stable, resulting in fibers with a highly uniform fiber diameter.
また、冷却風は、口金から吐出された未延伸繊維に、繊維軸とほぼ垂直方向に流すことが好ましい。その際、冷却風の速度は、冷却効率および繊度の均一性の観点から、10m/分以上であることが好ましく、製糸安定性の点から100m/分以下であることが好ましい。 It is also preferable to flow the cooling air in a direction approximately perpendicular to the fiber axis through the undrawn fibers discharged from the spinneret. In this case, the speed of the cooling air is preferably 10 m/min or more from the viewpoint of cooling efficiency and uniformity of fineness, and is preferably 100 m/min or less from the viewpoint of spinning stability.
冷却固化された未延伸繊維は、一定速度で回転するローラー(ゴデットローラー)により引き取られる。引取速度は線形均一性、生産性向上のため、300m/分以上が好ましく、分子鎖の配向を進めないために1500m/分以下が好ましい。 The cooled and solidified undrawn fibers are taken up by rollers (godet rollers) rotating at a constant speed. The take-up speed is preferably 300 m/min or more to improve linear uniformity and productivity, and 1500 m/min or less to prevent the orientation of molecular chains.
このようにして得られた未延伸繊維は、未延伸繊維のまま次工程に供されてもよいし、延伸させてもよい。 The unstretched fibers thus obtained may be subjected to the next process as unstretched fibers or may be stretched.
得られた繊維には、必要に応じてクリンパーによる捲縮の付与、および70℃以下の温度でセッターによる形状固定を行っても良い。捲縮の付与により、繊維同士が絡合することで繊維同士の接着面積が増加し、力学的強度に優れた不織布を得ることができる。 If necessary, the obtained fibers may be crimped using a crimper and the shape may be fixed using a setter at a temperature of 70°C or less. By crimping the fibers, the fibers become entangled, increasing the adhesion area between the fibers, resulting in a nonwoven fabric with excellent mechanical strength.
上記の捲縮における捲縮数としては、2山/25mm以上15山/25mm以下であることが好ましい。捲縮数を好ましくは2山/25mm以上とすることにより、繊維同士が絡合しやすくなり、力学的強度に優れた不織布となる。また、捲縮数を好ましくは15山/25mm以下とすることにより、分散液中での繊維の分散性が向上し、均質な不織布となる。 The number of crimps in the above crimping is preferably 2 crimps/25 mm or more and 15 crimps/25 mm or less. By setting the number of crimps to 2 crimps/25 mm or more, the fibers are more likely to be entangled with each other, resulting in a nonwoven fabric with excellent mechanical strength. Furthermore, by setting the number of crimps to 15 crimps/25 mm or less, the dispersibility of the fibers in the dispersion liquid is improved, resulting in a homogeneous nonwoven fabric.
本発明のポリアリーレンスルフィド繊維を得るためには、海成分を溶解可能な溶剤などに、上記の海島型複合繊維を浸漬して、易溶解ポリマーを除去すればよい。易溶解ポリマーが、共重合ポリエチレンテレフタレートの場合には、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ水溶液を溶剤として用いることができる。この際、海島型複合繊維とアルカリ水溶液の浴比(海島型複合繊維質量(g)/アルカリ水溶液質量(g))は1/10000以上1/5以下であることが好ましく、1/5000以上1/10以下であることがより好ましい。該範囲内とすることで、海成分の溶解時に不要に繊維同士が絡み合うことを抑制することができるのである。 In order to obtain the polyarylene sulfide fiber of the present invention, the above-mentioned islands-in-the-sea composite fiber may be immersed in a solvent capable of dissolving the sea component to remove the easily soluble polymer. When the easily soluble polymer is copolymerized polyethylene terephthalate, an alkaline aqueous solution such as an aqueous sodium hydroxide solution may be used as the solvent. In this case, the bath ratio of the islands-in-the-sea composite fiber to the alkaline aqueous solution (mass (g) of islands-in-the-sea composite fiber/mass (g) of the alkaline aqueous solution) is preferably 1/10,000 or more and 1/5 or less, more preferably 1/5,000 or more and 1/10 or less. By keeping it within this range, it is possible to prevent the fibers from unnecessarily entangling with each other when the sea component is dissolved.
この際、アルカリ水溶液のアルカリ濃度は、0.1質量%以上5.0質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以上3質量%以下であることがより好ましい。係る範囲内とすることで、海成分の溶解を短時間で完了させることができる。 In this case, the alkali concentration of the alkaline aqueous solution is preferably 0.1% by mass or more and 5.0% by mass or less, and more preferably 0.5% by mass or more and 3% by mass or less. By keeping it within this range, dissolution of the sea component can be completed in a short time.
さらに、上記のアルカリ水溶液中に海成分の溶解促進剤として界面活性剤を添加することが好ましい。界面活性剤としては、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤などが挙げられるが、易溶解性ポリマーにポリエステルを用いた場合、カチオン系界面活性剤が好適に用いられる。また、アルカリ溶液中の界面活性剤濃度は、溶出前の繊維の重さに対して1質量%以上10質量%以下であることが好ましく、3質量%以上8質量%以下であることがより好ましい。 In addition, it is preferable to add a surfactant to the alkaline aqueous solution as a dissolution promoter for the sea component. Examples of surfactants include cationic surfactants, anionic surfactants, and nonionic surfactants. When polyester is used as the easily soluble polymer, cationic surfactants are preferably used. In addition, the surfactant concentration in the alkaline solution is preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less, and more preferably 3% by mass or more and 8% by mass or less, based on the weight of the fiber before dissolution.
本発明のポリアリーレンスルフィド繊維は、上記の通りに溶融紡糸にて得られた繊維に酸素含有基を導入する処理、好ましくは有機過酸化物で酸化処理することにより得ることができる。ここで使用される有機過酸化物としては、例えば過蟻酸、過酢酸、過安息香酸、過プロピオン酸、過酪酸、メタクロル過安息香酸、過トリクロル酢酸、過トリフロル酢酸、過フタル酸などが挙げられる。中でも反応速度の速さ、取り扱いの容易さから過酢酸が好ましい。ポリアリーレンスルフィド繊維への酸素含有基の導入は、ポリアリーレンスルフィド繊維を有機過酸化物溶液中に浸漬することによって達成される。処理条件は繊維の繊度または比表面積、あるいは使用する有機過酸化物の反応速度等によって異なるが、例えば繊維径3.0μm以下の細繊維に過酢酸を用いる場合、室温下でもモル比O/Sを0.2~1.5とすることができる。 The polyarylene sulfide fiber of the present invention can be obtained by subjecting the fiber obtained by melt spinning as described above to a treatment for introducing oxygen-containing groups, preferably an oxidation treatment with an organic peroxide. Examples of the organic peroxide used here include performic acid, peracetic acid, perbenzoic acid, perpropionic acid, perbutyric acid, methachloroperbenzoic acid, pertrichloroacetic acid, pertrifluoroacetic acid, and perphthalic acid. Among these, peracetic acid is preferred because of its fast reaction rate and ease of handling. The introduction of oxygen-containing groups into the polyarylene sulfide fiber is achieved by immersing the polyarylene sulfide fiber in an organic peroxide solution. The treatment conditions vary depending on the fineness or specific surface area of the fiber, or the reaction rate of the organic peroxide used, but for example, when peracetic acid is used for fine fibers with a fiber diameter of 3.0 μm or less, the molar ratio O/S can be set to 0.2 to 1.5 even at room temperature.
本発明のポリアリーレンスルフィド繊維は、長繊維として使用することもできるが、不織布などに加工する前に一定の長さで繊維をカットして、短繊維とすることもできる。 The polyarylene sulfide fibers of the present invention can be used as long fibers, but they can also be cut to a certain length to produce short fibers before being processed into nonwoven fabrics, etc.
本発明のポリアリーレンスルフィド繊維を短繊維とする場合、平均繊維長は、0.1mm以上10.0mm以下が好ましい。平均繊維長を好ましくは0.1mm以上、より好ましくは0.2mm以上、さらに好ましくは0.3mm以上とすることにより、不織布への加工工程において繊維が脱落しにくくなる。また、平均繊維長を好ましくは10.0mm以下、より好ましくは7.0mm以下、さらに好ましくは3.0mm以下とすることにより、繊維同士が絡みにくくなり繊維の分散性が向上するため、不織布とした際に目付の均一性が向上する。 When the polyarylene sulfide fiber of the present invention is used as a short fiber, the average fiber length is preferably 0.1 mm or more and 10.0 mm or less. By setting the average fiber length to preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.2 mm or more, and even more preferably 0.3 mm or more, the fibers are less likely to fall off during the processing step into a nonwoven fabric. In addition, by setting the average fiber length to preferably 10.0 mm or less, more preferably 7.0 mm or less, and even more preferably 3.0 mm or less, the fibers are less likely to entangle with each other and the dispersion of the fibers is improved, so that the uniformity of the basis weight is improved when the nonwoven fabric is made.
ここで言う、繊維の平均繊維長とは、JIS L1015:2010「化学繊維ステープル試験方法」の「8.4.1.平均繊維長(c直接法)」に基づき求めるものである。 The average fiber length of the fibers referred to here is determined based on "8.4.1. Average fiber length (c direct method)" of JIS L1015:2010 "Test methods for synthetic fiber staples."
本発明のポリアリーレンスルフィド繊維を短繊維とする場合、繊維径に対する繊維長(L)のアスペクト比(L/D)が5000以下であることが好ましい。アスペクト比は好ましくは3000以下、より好ましくは1000以下とすることにより、繊維同士が絡みにくくなり繊維の分散性が向上するため、不織布とした際に目付の均一性が向上する。 When the polyarylene sulfide fiber of the present invention is used as a short fiber, the aspect ratio (L/D) of the fiber length (L) to the fiber diameter is preferably 5000 or less. By setting the aspect ratio to preferably 3000 or less, and more preferably 1000 or less, the fibers are less likely to become entangled and the dispersion of the fibers is improved, thereby improving the uniformity of the basis weight when made into a nonwoven fabric.
本発明のポリアリーレンスルフィド繊維は、長期耐熱性に優れるだけでなく、耐薬品性、機械的特性、電気絶縁性、難燃性を有していることから、本発明のポリアリーレンスルフィド繊維を含む不織布はこれらの特徴を活かして、水素製造装置隔膜、電池隔膜、電極用隔膜、およびこれら隔膜補強材などの隔膜用途、バグフィルター、薬液フィルター、食品用フィルター、ケミカルフィルター、オイルフィルター、エンジンオイルフィルター、空気清浄フィルターなどのフィルター用途、電気絶縁紙などの紙用途、消防服などの耐熱作業服用途、安全衣服、実験作業着、保温衣料、難燃衣料、抄紙用フェルト、耐熱性フェルト、離形材、抄紙ドライヤーカンバス、心臓パッチ、人工皮膚、プリント基板基材、コピーローリングクリーナー、イオン交換基材、オイル保持材、断熱材、クッション材、ネットコンベアーなどの各種用途に好適に使用することができ、特に薄地化や低目付化が求められている隔膜用途や紙用途として好ましく使用することができるが、これらの用途に限定されるものではない。 The polyarylene sulfide fiber of the present invention not only has excellent long-term heat resistance, but also chemical resistance, mechanical properties, electrical insulation, and flame retardancy. Therefore, the nonwoven fabric containing the polyarylene sulfide fiber of the present invention can be used for a variety of applications, including diaphragm applications such as hydrogen production device diaphragms, battery diaphragms, electrode diaphragms, and diaphragm reinforcement materials for these diaphragms, filter applications such as bag filters, chemical liquid filters, food filters, chemical filters, oil filters, engine oil filters, and air purifier filters, paper applications such as electrical insulating paper, heat-resistant workwear applications such as firefighting suits, safety clothing, laboratory workwear, thermal clothing, flame-retardant clothing, papermaking felt, heat-resistant felt, release material, papermaking dryer canvas, heart patch, artificial skin, printed circuit board substrate, copy rolling cleaner, ion exchange substrate, oil retention material, insulation material, cushioning material, and net conveyor, by utilizing these characteristics, but is not limited to these applications.
次に、本発明のポリアリーレンスルフィド繊維を含む不織布を製造する好ましい態様を具体的に説明する。 Next, a preferred embodiment for producing a nonwoven fabric containing the polyarylene sulfide fiber of the present invention will be specifically described.
上記のように得られたポリアリーレンスルフィド繊維からなる短繊維をバインダー繊維として用い、骨格繊維とともに水中に分散させることにより、抄紙液を調合する。なお、ポリアリーレンスルフィド湿式不織布において通常は骨格繊維として、ポリアリーレンスルフィド延伸繊維が用いられる。特にPPS延伸繊維が好ましい。 The short fibers made of polyarylene sulfide fibers obtained as described above are used as binder fibers and dispersed in water together with skeletal fibers to prepare a papermaking solution. In addition, in polyarylene sulfide wet nonwoven fabrics, polyarylene sulfide oriented fibers are usually used as the skeletal fibers. In particular, PPS oriented fibers are preferred.
本発明の骨格繊維の繊維径は、20.0μm以下が好ましい。また繊維径を好ましくは15.0μm以下、より好ましくは10.0μm以下とすることにより、同一繊度や同一目付における繊維の構成本数が増加するため、優れた強度を有する不織布となり、骨格繊維の繊維径を細くすることによりより薄地の不織布を得ることができる。 The fiber diameter of the skeletal fiber of the present invention is preferably 20.0 μm or less. In addition, by making the fiber diameter preferably 15.0 μm or less, more preferably 10.0 μm or less, the number of fibers constituting the same fineness and the same basis weight increases, resulting in a nonwoven fabric with excellent strength, and by making the fiber diameter of the skeletal fiber narrower, a thinner nonwoven fabric can be obtained.
本発明の骨格繊維の繊維長は7mm以下3mm以上が好ましい。骨格繊維の繊維長を3mm以上、より好ましくは4mm以上、さらに好ましくは5mm以上とすることにより、繊維同士の絡み合いが増加し、優れた強度を有する不織布となる。 The fiber length of the skeletal fiber of the present invention is preferably 3 mm or more and 7 mm or less. By making the fiber length of the skeletal fiber 3 mm or more, more preferably 4 mm or more, and even more preferably 5 mm or more, the entanglement of the fibers increases, resulting in a nonwoven fabric with excellent strength.
抄紙液中の骨格繊維に対するバインダー繊維の割合は、10質量%以上80質量%以下が好ましい。また、骨格繊維に対するバインダー繊維の割合を好ましくは80質量%以下、より好ましくは75質量%以下、さらに好ましくは70質量%以下とすることにより、適度な通気性や柔軟性を有した不織布となる。本発明のポリアリーレンスルフィド繊維は酸素含有基を有し、SEM-EDXで測定して求められるモル比O/Sの値が0.2~1.5であることから、水系媒体中への分散性に優れ、抄紙液中において均一に分散し、効率的に骨格繊維の間に入り込むことができる。 The ratio of binder fiber to skeletal fiber in the papermaking solution is preferably 10% by mass or more and 80% by mass or less. In addition, by setting the ratio of binder fiber to skeletal fiber to preferably 80% by mass or less, more preferably 75% by mass or less, and even more preferably 70% by mass or less, a nonwoven fabric with appropriate breathability and flexibility can be obtained. The polyarylene sulfide fiber of the present invention has oxygen-containing groups and has a molar ratio O/S value of 0.2 to 1.5 determined by measurement with SEM-EDX, so that it has excellent dispersibility in aqueous media, is uniformly dispersed in the papermaking solution, and can efficiently penetrate between the skeletal fibers.
上記の抄紙液を抄紙機に供給することにより、不織布を得ることができる。なお、供給する抄紙液の繊維濃度を調整することにより、得られる不織布の目付を変更することができる。 A nonwoven fabric can be obtained by supplying the above papermaking solution to a papermaking machine. The basis weight of the resulting nonwoven fabric can be changed by adjusting the fiber concentration of the papermaking solution supplied.
上記のように得られた不織布は、水分を除去するために乾燥することが好ましい。乾燥温度としては、非晶部の結晶化による融着性の低下が起こらないように、70℃以下であることが好ましい。 The nonwoven fabric obtained as described above is preferably dried to remove moisture. The drying temperature is preferably 70°C or less to prevent a decrease in fusibility due to crystallization of the amorphous portion.
このようにして得られた不織布は、平板加熱プレス機もしくはカレンダーロールにて熱圧着することにより、本発明のポリアリーレンスルフィド繊維により骨格繊維間の融着が生じ、力学特性に優れた不織布となる。熱圧着温度としては170℃以上250℃以下が好ましく、圧着時間は10分以内とすることが好ましい。熱圧着温度を好ましくは170℃以上とすることにより、本発明のポリアリーレンスルフィド繊維の融着により、力学特性に優れた不織布となる。また、熱圧着温度を250℃以下とすることにより、熱圧着時の不織布の熱収縮によるシワの発生を抑制することができる。さらに、時間を10分以内とすることにより、過度な結晶化による不織布の柔軟性が低下するのを抑制することができる。 The nonwoven fabric thus obtained is heat-pressed with a flat plate heating press or a calendar roll, whereby the polyarylene sulfide fiber of the present invention causes fusion between the skeletal fibers, resulting in a nonwoven fabric with excellent mechanical properties. The heat-pressing temperature is preferably 170°C or higher and 250°C or lower, and the pressing time is preferably within 10 minutes. By setting the heat-pressing temperature to preferably 170°C or higher, the polyarylene sulfide fiber of the present invention is fused to form a nonwoven fabric with excellent mechanical properties. Furthermore, by setting the heat-pressing temperature to 250°C or lower, it is possible to suppress the occurrence of wrinkles due to the thermal shrinkage of the nonwoven fabric during heat-pressing. Furthermore, by setting the time to 10 minutes or less, it is possible to suppress the decrease in flexibility of the nonwoven fabric due to excessive crystallization.
本発明のポリアリーレンスルフィド繊維を含む不織布は、上記の通り、本発明のポリアリーレンスルフィド繊維が偏在化せず、均一に分散した抄紙液から得たものであるため、骨格繊維間の融着も均一になされていることから、力学特性が良好かつ均一となる。 As described above, the nonwoven fabric containing the polyarylene sulfide fiber of the present invention is obtained from a papermaking solution in which the polyarylene sulfide fiber of the present invention is uniformly dispersed without uneven distribution, and therefore the fusion between the skeletal fibers is uniform, resulting in good and uniform mechanical properties.
次に、実施例に基づき本発明を詳細に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、各物性の測定において、特段の記載がないものは、前述の方法に基づいて測定を行ったものである。 Next, the present invention will be described in detail based on examples. However, the present invention is not limited to these examples. In addition, in the measurement of each physical property, unless otherwise specified, the measurement was performed based on the above-mentioned method.
(1)繊維径
走査型電子顕微鏡として株式会社日立ハイテクノロジーズ製の走査型電子顕微鏡「S-5500」、画像解析ソフトとして三谷商事株式会社製「WinROOF2015」を用い、前述のとおり測定を行った。
(1) Fiber Diameter Measurement was performed as described above using a scanning electron microscope “S-5500” manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation as a scanning electron microscope and “WinROOF2015” manufactured by Mitani Shoji Co., Ltd. as image analysis software.
(2)平均繊維長
JIS L1015:2010「化学繊維ステープル試験方法」の「8.4.1.平均繊維長(c直接法)」に基づき、測定を行った。
(2) Average fiber length Measurement was performed based on “8.4.1. Average fiber length (c direct method)” of JIS L1015:2010 “Test methods for chemical fiber staples.”
(3)融解熱量
TA Instruments社製の示差走査熱量計「DSC Q2000」を用い、前述のとおり測定を行った。
(3) Heat of Fusion The measurement was carried out as described above using a differential scanning calorimeter "DSC Q2000" manufactured by TA Instruments.
(4)硫黄原子1モルに対する酸素原子のモル比(モル比O/S)
各実施例・比較例で作製したポリアリーレンスルフィド繊維を装置:Scanning Electron Microscope Energy Dispersive X-ray Spectroscopy(SEM-EDX)日立ハイテク走査型電子顕微鏡(SU1510)を用いて、加速電圧:15kVの条件で硫黄原子1モルに対する酸素原子のモル比を測定し、3回の測定値の単純な数平均を求め、小数点第3位を四捨五入した値を算出した。
(4) Molar ratio of oxygen atoms to 1 mole of sulfur atoms (molar ratio O/S)
The polyarylene sulfide fibers produced in each of the Examples and Comparative Examples were subjected to measurement of the molar ratio of oxygen atoms to 1 mole of sulfur atoms at an acceleration voltage of 15 kV using a scanning electron microscope energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX) Hitachi High-Technologies scanning electron microscope (SU1510), and the simple number average of three measured values was calculated, and the value was rounded off to two decimal places.
(5)厚み
ダイヤルシックネスゲージ(TECLOCK社 SM-114 測定子形状10mmφ、目量0.01mm、測定力2.5N以下)を用いてmm単位で測定し、湿式不織布シートの厚みを測定した。測定は1サンプルにつき任意の5ヶ所で行い、その平均の小数点第2位を四捨五入して小数点第1位まで求めた値を湿式不織布シートの厚みとした。
(5) Thickness The thickness of the wetlaid nonwoven sheet was measured in mm using a dial thickness gauge (TECLOCK SM-114, probe shape 10 mmφ, graduation 0.01 mm, measuring force 2.5 N or less). Measurements were taken at any five points per sample, and the average was rounded off to one decimal place to determine the thickness of the wetlaid nonwoven sheet.
(6)不織布の強度
各実施例・比較例で作製した不織布を、テンシロン(オリエンテック社製UTM-III-100)を用いて、試料幅15mm、初期長20mm、引張速度20mm/分の条件で最大点荷重の値を測定し、5回の測定値の単純な数平均を求め不織布の強度(N/25mm)を算出し、小数点第1位を四捨五入した。
(6) Strength of Nonwoven Fabric The nonwoven fabric produced in each Example and Comparative Example was measured for maximum point load using Tensilon (UTM-III-100 manufactured by Orientec Co., Ltd.) under the conditions of a sample width of 15 mm, an initial length of 20 mm, and a tensile speed of 20 mm/min. The strength of the nonwoven fabric (N/25 mm) was calculated by simply averaging the five measured values and rounding off to one decimal place.
(7)目付
各実施例・比較例で作製した不織布を250mm×250mm角に切り出して重量を秤量し、単位面積(1m2)当たりの重量に換算した値の小数点第1位を四捨五入して整数値としたものを湿式不織布シートの目付とした。
(7) Basis Weight The nonwoven fabric produced in each Example and Comparative Example was cut into a 250 mm x 250 mm square, weighed, and converted into a weight per unit area ( 1 m2). The converted weight was rounded off to the nearest integer to obtain an integer value, which was used as the basis weight of the wet-laid nonwoven sheet.
(8)通気度
各実施例・比較例で作製した不織布について、JIS L1096:1990 6.27.1A法に規定されるフラジール法に基づいて測定した。25cm×25cmの試験片を3枚採取し、標準状態(20℃、65%相対湿度) に調湿後、5箇所選んで測定した平均の有効数字4桁目を四捨五入して有効数字3桁までとした値を通気度とした。試験圧力は125Pa、口径は50mmとした。
(8) Air permeability The nonwoven fabrics produced in each Example and Comparative Example were measured based on the Frazier method defined in JIS L1096:1990 6.27.1A method. Three test pieces of 25 cm x 25 cm were taken, and after conditioning to standard conditions (20°C, 65% relative humidity), measurements were taken at five selected locations, and the average value was rounded off to three significant digits to determine the air permeability. The test pressure was 125 Pa, and the aperture was 50 mm.
(9)不織布の均一性指標
各実施例・比較例で得られた不織布に関し、(株)キーエンス社製マイクロスコープVHX-2000にて透過照明のもと倍率100倍で画像を撮影した。この画像を、画像処理ソフト(WINROOF)を用いてモノクロ画像に変換し、級数を256とした輝度ヒストグラム(縦軸:頻度(画素の個数)、横軸:輝度)を得ることで、標準偏差を得た。同じ操作を10画像について行い、これらの単純な数平均値の小数点第2位を四捨五入した値を分散指標とし、以下の指標で評価した。
「20以下」:分散性良好、繊維束はほぼ無く一様に分散している状態。
「20より大きく26以下」:一部繊維束が残存しているが、ある程度分散している状態
「26より大きい」:分散性不良、繊維束が多く残存しており分散性が悪い状態。
(9) Uniformity index of nonwoven fabric With respect to the nonwoven fabric obtained in each Example and Comparative Example, an image was taken at a magnification of 100 times under transmitted illumination using a microscope VHX-2000 manufactured by Keyence Corporation. This image was converted into a monochrome image using image processing software (WINROOF), and a luminance histogram (vertical axis: frequency (number of pixels), horizontal axis: luminance) with a series of 256 was obtained to obtain a standard deviation. The same operation was performed for 10 images, and the simple number average value of these was rounded off to one decimal place to obtain a dispersion index, which was evaluated using the following index.
"20 or less": Good dispersibility, almost no fiber bundles, and uniformly dispersed.
"More than 20 and 26 or less": some fiber bundles remain, but are dispersed to a certain extent. "More than 26": poor dispersion, many fiber bundles remain, and dispersion is poor.
[参考例1]
p-フェニレンスルフィド単位のみからなるPPSを、150℃で12時間真空乾燥した後、紡糸温度330℃で溶融紡糸した。溶融紡糸においては、PPSを二軸エクストルーダーによって溶融押出しし、ギアーポンプで計量しつつ紡糸パックにPPSを供給した。その後、吐出孔を36孔有する口金より、単孔吐出量0.2g/分の条件でPPSを吐出させた。口金孔の直上に位置する導入孔はストレート孔とし、導入孔と口金孔の接続部分はテーパーとした紡糸口金を用いた。口金より吐出されたPPSは50mmの保温領域を通過させた後、ユニフロー型冷却装置を用いて温度25℃、風速18m/分の条件で1.0mに渡って空冷した。その後、油剤を付与し、36フィラメントともに1000m/分の第1ゴデットローラーおよび第2ゴデットローラーを介して、36フィラメントをワインダーにて巻き取り、未延伸繊維を得た。
[Reference Example 1]
PPS consisting of only p-phenylene sulfide units was vacuum dried at 150°C for 12 hours, and then melt-spun at a spinning temperature of 330°C. In the melt spinning, PPS was melt-extruded by a twin-screw extruder, and PPS was supplied to a spinning pack while being metered by a gear pump. Then, PPS was discharged from a nozzle having 36 discharge holes under the condition of a single-hole discharge rate of 0.2 g/min. A spinneret was used in which the inlet hole located directly above the nozzle hole was a straight hole, and the connection part between the inlet hole and the nozzle hole was tapered. The PPS discharged from the nozzle was passed through a 50 mm heat-retaining area, and then air-cooled over 1.0 m using a uniflow type cooling device under the conditions of a temperature of 25°C and a wind speed of 18 m/min. Then, an oil agent was applied, and the 36 filaments were wound by a winder through the first godet roller and the second godet roller at 1000 m/min to obtain an undrawn fiber.
次いで、得られた未延伸繊維を、90℃に熱したローラー間で3.0倍に延伸した後、200℃に熱したローラーにて熱セットし、繊維径9μmのPPS延伸繊維を得た。 The resulting undrawn fibers were then drawn 3.0 times between rollers heated to 90°C, and then heat-set with rollers heated to 200°C to obtain drawn PPS fibers with a fiber diameter of 9 μm.
その後、得られたPPS延伸繊維をカッターにて切断し、平均繊維長6.0mmの短繊維とした。 The resulting PPS stretched fibers were then cut with a cutter to produce short fibers with an average fiber length of 6.0 mm.
[実施例1]
p-フェニレンスルフィド単位のみからなるPPSを島成分、5-ナトリウムスルホイソフタル酸が5.0mol%共重合されたポリエチレンテレフタレートを海成分とし、島成分の形状が丸である海島型複合口金(島数1000)を用いて、海/島成分の複合比率を40/60として溶融吐出した糸条を冷却固化した後、油剤を付与し、紡糸速度1000m/minで巻き取ることで海島型複合断面を有した未延伸繊維を得た(単孔吐出量:2.6g/min)。
[Example 1]
PPS consisting of only p-phenylene sulfide units was used as island components, and polyethylene terephthalate copolymerized with 5.0 mol % of 5-sodium sulfoisophthalic acid was used as sea components. The island components were shaped like circles using an islands-in-sea composite spinneret (number of islands: 1000) and the sea/island component ratio was set to 40/60. The melt extruded yarn was cooled and solidified, and an oil was applied thereto. The yarn was then wound up at a spinning speed of 1000 m/min to obtain an undrawn fiber having an islands-in-sea composite cross section (output rate per hole: 2.6 g/min).
次いで、得られた海島型複合繊維をカッターにて切断し、平均繊維長2.0mmの短繊維を得た。その後、得られた短繊維を、65℃に加熱した3質量%の水酸化ナトリウム水溶液(浴比1/100)にて溶解処理することで海成分を溶出させ、PPS繊維を得た。なお、水酸化ナトリウム水溶液中に、溶解促進剤としてライオン・スペシャリティ・ケミカルズ(株)社製「DY-1125K(第四級アンモニウム塩)」を繊維質量に対して5質量%添加して処理を行った。
得られたPPS繊維を市販の過酢酸を使用した25℃の過酢酸水溶液(酢酸中9%過酢酸含有)中に繊維と過酢酸水溶液の浴比(繊維質量(g)/過酢酸水溶液質量(g))1/300で3分間浸漬した後、水洗、中和、水洗の各処理を施し、本発明のポリアリーレンスルフィド繊維を得た。
The resulting islands-in-the-sea composite fibers were then cut with a cutter to obtain short fibers having an average fiber length of 2.0 mm. The short fibers were then dissolved in a 3% by mass aqueous solution of sodium hydroxide (bath ratio 1/100) heated to 65°C to elute the sea component, thereby obtaining PPS fibers. Note that the treatment was performed by adding 5% by mass of DY-1125K (quaternary ammonium salt) manufactured by Lion Specialty Chemicals Co., Ltd., as a dissolution promoter to the aqueous sodium hydroxide solution, relative to the mass of the fibers.
The obtained PPS fiber was immersed in an aqueous solution of peracetic acid (containing 9% peracetic acid in acetic acid) at 25° C. using commercially available peracetic acid at a bath ratio of fiber to aqueous solution of peracetic acid (fiber mass (g)/aqueous solution of peracetic acid mass (g)) of 1/300 for 3 minutes, and then subjected to treatments of washing with water, neutralization and washing with water to obtain a polyarylene sulfide fiber of the present invention.
バインダー繊維として上記のポリアリーレンスルフィド繊維を40質量%、骨格繊維として参考例1にて得られたPPS延伸繊維を60質量%の割合で水系媒体に混合し、繊維濃度が0.4質量%となるように調合した。この抄紙液を簡易抄紙機に供給し、目付20g/m2の湿式不織布を得た。さらに、上記湿式不織布を120℃の熱風乾燥機内に投入して3分間乾燥処理し、次に空冷した後に220℃の平板加熱プレス機を用いて、プレス圧10MPaで3分間熱圧着を行った。 The above polyarylene sulfide fiber was mixed as the binder fiber at 40% by mass, and the PPS stretched fiber obtained in Reference Example 1 was mixed as the skeletal fiber at 60% by mass in an aqueous medium to obtain a fiber concentration of 0.4% by mass. This papermaking liquid was fed to a simple papermaking machine to obtain a wet nonwoven fabric having a basis weight of 20 g/m 2. The wet nonwoven fabric was then placed in a hot air dryer at 120° C. for 3 minutes for drying, and then air-cooled, followed by thermocompression bonding at a pressure of 10 MPa for 3 minutes using a flat plate heating press at 220° C.
本実施例で得られた繊維、および不織布の評価結果を表1に示す。 The evaluation results of the fibers and nonwoven fabric obtained in this example are shown in Table 1.
[実施例2]
分散液中の繊維量(繊維濃度)を変更し、目付5g/m2に変更した以外は、実施例1と同じ方法で不織布を得た。得られた繊維、および不織布の評価結果を表1に示す。
[Example 2]
A nonwoven fabric was obtained in the same manner as in Example 1, except that the amount of fiber in the dispersion (fiber concentration) was changed to 5 g/ m2 . The evaluation results of the obtained fiber and nonwoven fabric are shown in Table 1.
[比較例1]
過酢酸水溶液に浸漬させる時間を300分に変更した以外は、実施例1と同じ方法で不織布を得た。得られた繊維、および不織布の評価結果を表1に示す。過酢酸水溶液への浸漬時間が長時間のため、PPS繊維が完全にPPSO化してPPSO繊維となっていた。
[Comparative Example 1]
A nonwoven fabric was obtained in the same manner as in Example 1, except that the time of immersion in the peracetic acid aqueous solution was changed to 300 minutes. The evaluation results of the obtained fiber and nonwoven fabric are shown in Table 1. Because the immersion time in the peracetic acid aqueous solution was long, the PPS fiber was completely converted into PPSO fiber.
[比較例2]
過酢酸水溶液への浸漬工程を行わない以外は、実施例1と同じ方法で不織布を得た。得られた繊維、および不織布の評価結果を表1に示す。
[Comparative Example 2]
Except for not carrying out the step of immersion in the aqueous peracetic acid solution, a nonwoven fabric was obtained in the same manner as in Example 1. The evaluation results of the obtained fibers and nonwoven fabric are shown in Table 1.
実施例1で得られたポリアリーレンスルフィド不織布は骨材繊維にPPS延伸繊維、バインダー繊維に本発明のポリアリーレンスルフィド繊維の構成である。高いアスペクト比のバインダー繊維であっても繊維の一部が酸化処理により変性され酸素含有基が付与されているため分散液とした際の分散性がよく、その結果、バインダー繊維の分散性が高く高品質な不織布を提供している。
実施例2で得られたポリアリーレンスルフィド不織布は、実施例1より低目付の構成であるが、実施例1と同様に高いアスペクト比のバインダー繊維であっても分散性が高く高品質な不織布を提供している。
The polyarylene sulfide nonwoven fabric obtained in Example 1 was composed of oriented PPS fibers as aggregate fibers and the polyarylene sulfide fibers of the present invention as binder fibers. Even though the binder fibers had a high aspect ratio, a portion of the fibers was modified by oxidation treatment to have oxygen-containing groups added thereto, and therefore the fibers had good dispersibility when dispersed in a dispersion. As a result, a high-quality nonwoven fabric was provided with high binder fiber dispersibility.
The polyarylene sulfide nonwoven fabric obtained in Example 2 has a lower basis weight than that of Example 1, but provides a high-quality nonwoven fabric with high dispersibility even though the binder fibers have a high aspect ratio, as in Example 1.
比較例1で得られたポリアリーレンスルフィド不織布は、骨材繊維にPPS延伸繊維、バインダー繊維にPPSO繊維の構成であるが、バインダー繊維の全体がPPSO化しているため、不溶融性となり、バインダー繊維として機能していないため、十分な引張強度を有する不織布は得ることができなった。 The polyarylene sulfide nonwoven fabric obtained in Comparative Example 1 was composed of PPS oriented fibers as aggregate fibers and PPSO fibers as binder fibers, but since the entire binder fiber was converted to PPSO, it became infusible and did not function as a binder fiber, and a nonwoven fabric with sufficient tensile strength could not be obtained.
比較例2で得られたポリアリーレンスルフィド不織布は、骨材繊維とバインダー繊維ともにPPS繊維の構成である。バインダー繊維は高アスペクト比のため、繊維束が多く確認され、分散液中での分散性が悪かったため、実施例1と比較して分散指標が大きく、ムラが大きいものであった。そのため、高品質の不織布を得ることはできなかった。
The polyarylene sulfide nonwoven fabric obtained in Comparative Example 2 was composed of PPS fibers for both the aggregate fibers and the binder fibers. Since the binder fibers had a high aspect ratio, many fiber bundles were observed and the dispersibility in the dispersion liquid was poor, so the dispersion index was large and the unevenness was large compared to Example 1. Therefore, it was not possible to obtain a high-quality nonwoven fabric.
Claims (2)
A nonwoven fabric comprising the polyarylene sulfide fiber of claim 1.
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