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TWI910293B - 複合纖維及複絲 - Google Patents

複合纖維及複絲

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Publication number
TWI910293B
TWI910293B TW110147347A TW110147347A TWI910293B TW I910293 B TWI910293 B TW I910293B TW 110147347 A TW110147347 A TW 110147347A TW 110147347 A TW110147347 A TW 110147347A TW I910293 B TWI910293 B TW I910293B
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TW
Taiwan
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fiber
composite
cross
fibers
polymers
Prior art date
Application number
TW110147347A
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English (en)
Other versions
TW202233919A (zh
Inventor
石川達也
松浦知彦
増田正人
Original Assignee
日商東麗股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 日商東麗股份有限公司 filed Critical 日商東麗股份有限公司
Publication of TW202233919A publication Critical patent/TW202233919A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI910293B publication Critical patent/TWI910293B/zh

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Abstract

本發明所提供的複合纖維,係由構成纖維橫截面的2種以上聚合物所形成之界面之長度總和極大。本發明的複合纖維係由2種以上聚合物所構成,具有形成了複數界面的纖維橫截面,將由2種聚合物所形成之界面長度之總和除以纖維橫截面之面積的商值為0.0010nm -1以上,且界面係在纖維軸方向上呈連續。

Description

複合纖維及複絲
本發明係關於由2種以上成分構成的複合纖維及複絲。
由聚酯或聚醯胺等構成的合成纖維,因為力學特性與尺寸安定性優異,因而被利用於衣料用至產業用的廣範圍用途。近年來隨著用途更進一步多樣化,所要求的特性亦演變為更高度且多機能,有由現有聚合物所構成之纖維無法因應的情況。雖亦有考慮新穎設計聚合物俾達成所要求特性,但從開發所需成本及縮短期間的觀點而言,多數情況下係選擇將現有聚合物組合的複合紡絲法。
利用複合紡絲法製成的纖維或複合纖維中,在纖維橫截面(相對於纖維軸方向的橫截面)中,主要聚合物被其他聚合物所被覆等,而可賦予由單獨聚合物所構成之纖維無法達成的外觀與手感等感性效果。又,複合纖維中,即便是單獨時存在耐藥性與耐熱性等問題、屬於無法供於實用的機能性聚合物,若由其他聚合物所被覆等,便可大幅提升耐藥性、耐熱性等,而能供於實用。
雖然複合纖維的複合形態與目的效果存在多種多樣化,但其共通課題在於當組合之聚合物的親和性較差的情況,當對纖維施加了衝撃等外力時,在2種聚合物相接觸的界面發生剝離的課題。因該界面剝離,不僅損及原本目的之效果,亦因剝離所生成的龜裂傳播至纖維表面,導致在製絲或高階加工步驟中頻繁發生斷絲,使得穩定的製造方面本身困難。
此種課題係藉由對複合纖維的複合形態下工夫便有能解決的可能性,例如專利文獻1、專利文獻2及專利文獻3所提案的纖維之複合形態。
專利文獻1提案有:使由2種聚合物交錯積層的一連串之積層構造體在與積層方向垂直的方向上經複數個接合的複合截面的纖維。該技術係多數個形成構成纖維截面的薄膜狀要件,俾加大在各薄膜狀要件中所佔的界面,且將積層構造體間結合的脊椎狀骨架部當作支撐各薄膜狀要件的芯而發揮作用,藉此可抑制界面剝離,俾達到步驟順暢性的提升。
專利文獻2提案有:將由2種聚合物交錯積層的積層構造體的外周,利用保護層進行被覆之複合形態的纖維。如同專利文獻1,其屬於目標在於抑制積層構造體之界面剝離的技術,藉由將積層構造體的外周利用具特定厚度的高強度聚合物被覆,俾達到耐磨損性提升。
專利文獻3亦提案:將由2種聚合物交錯積層的積層構造體的外周全體經膜被覆之複合形態的纖維。與專利文獻2同樣地,其技術思想在於藉由在積層構造體的最外周設置被覆膜,以減輕步驟中的剝離與裂纖,俾達到步驟順暢性的提升;但該技術之目的在於藉由於特定條件下的處理,使最外周的被覆膜劣化,而促進剝離與裂纖,以製造極細纖維。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平1-132812號公報(第1-2頁) [專利文獻2]日本專利特開平11-181630號公報(申請專利範圍) [專利文獻3]日本專利特開2000-282333號公報(第1-3頁)
(發明所欲解決之問題) 專利文獻1記載有纖維截面係由多數薄膜狀要件所構成,但在實施例中實際製造者係由積層了高達50~65層的構造體2個相鄰接合而成者,其界面長度存在極限,有未能充分抑制各薄膜狀要件之剝離的情況。又,即使欲對製造方法下工夫以增加積層數,但由製造方法之原理上而言,並不可能穩定地增加積層數。
專利文獻2與專利文獻3中,係藉由存在負責耐磨損性的保護層,而有相對於作用於纖維表面的較弱摩擦可獲得抑制界面剝離之效果的可能性。然而,纖維內部的積層構造體之積層數僅止於與專利文獻1相同程度,當施加較大外力的情況、或重複摩擦時,則有發生界面剝離的情況。又,當發生界面剝離時,有因剝離所產生的龜裂傳播至纖維表面之保護層的情況,成為尤其對重複摩擦等較弱的構造,當多層積層構造體露出於表面時,將因暴露於藥物或熱之中而大幅損及纖維特性,有品質大幅降低的情況。
依如上述,根據習知的複合紡絲法,難以抑制所獲得纖維的纖維內部的界面剝離。又,即使藉由被覆積層構造體的外周而可抑制表觀上之裂纖等,但於內部的積層構造發生界面剝離的可能性仍高,由耐久性的觀點而言有其使用受到限制的情況。
因而,強烈渴望耐磨損性、耐藥、耐熱性等耐久性獲提升的複合纖維。 (解決問題之技術手段)
上述課題係利用以下手段達成。 (1)一種複合纖維,係由2種以上之聚合物構成的複合纖維,其具有形成了複數界面的纖維橫截面,由2種聚合物所形成之界面長度之總和、除以上述纖維橫截面之面積的商值為0.0010nm-1以上,且上述界面係在纖維軸方向上呈連續。 (2)如上述(1)所記載的複合纖維,其中,上述由2種聚合物所形成之界面長度之總和、除以上述纖維橫截面之面積的商值為0.0050nm-1以上。 (3)如上述(1)或(2)所記載的複合纖維,其中,上述纖維橫截面係由2種聚合物交錯積層的多層積層構造。 (4)如上述(1)~(3)中任一項所記載的複合纖維,其中,至少1種之聚合物的層厚度的變動(CV值)係10%以上。 (5)如上述(1)~(4)中任一項所記載的複合纖維,其中,至少1種之聚合物的平均層厚度係1000nm以下。 (6)一種複絲,係由扁平極細纖維所構成者,該扁平極細纖維係從上述(3)所記載複合纖維將構成上述多層積層構造的2種聚合物中的1種聚合物去除,而由剩餘的1種聚合物所構成。 (7)如上述(6)所記載的複絲,其中,上述扁平極細纖維係纖維橫截面呈扁平形狀,屬於將上述纖維橫截面的長軸長度除以短軸長度的商值的扁平度係15以上,且上述扁平極細纖維的平均厚度係1000nm以下。 (8)如上述(6)或(7)所記載的複絲,其中,上述扁平極細纖維的厚度之變動(CV值)係10%以上。 (9)如上述(6)~(8)中任一項所記載的複絲,其中,構成上述扁平極細纖維的聚合物係含有從聚酯、聚醯胺及聚烯烴所構成群組中選擇之至少1種聚合物。 (10)如上述(6)~(9)中任一項所記載的複絲,其中,由上述扁平極細纖維構成的纖維束內內包有機能性物質。 (11)一種纖維製品,係至少其中一部分含有上述(1)~(5)中任一項所記載的複合纖維、或上述(6)~(10)中任一項所記載的複絲。 (對照先前技術之功效)
本發明的複合纖維係藉由加大聚合物間的界面長度,即使於對纖維施加了外力的情況,仍可均等分散於在纖維橫截面複數存在的界面,而抑制負荷集中於纖維截面其中一部分的情形,因而即便為由2種以上聚合物經複合化而構成的纖維,仍可大幅抑制成分間的剝離。所以,可提供耐磨損性、耐藥、耐熱性等耐久性優異的複合纖維及複絲。
以下,針對本發明根據較佳實施形態進行詳述。
本發明所謂「複合纖維」係指由2種以上聚合物所構成的纖維。本發明的複合纖維的特徵係具有:在相對於纖維軸方向的橫截面(纖維橫截面)上,由2種聚合物所形成之界面的長度(界面長度)的總和較習知複合纖維為極大的複合形態。 此處所謂「由2種聚合物所形成之界面長度總和為極大的複合形態」,係指由界面長度總和與纖維橫截面面積(以下亦稱「纖維截面積」)所規定者,將在由2種聚合物所構成的於纖維軸方向上呈連續之界面於纖維橫截面中的長度設為界面長度,將該界面長度之總和除以纖維截面積的商值為0.0010nm-1以上的複合形態。
本發明所謂「界面長度之總和除以纖維截面積的商值」,係依如下求取。 即,利用環氧樹脂等包埋劑包埋由該複合纖維構成的複絲,再針對該橫截面利用穿透式電子顯微鏡(TEM)依可識別各聚合物界面的倍率拍攝影像。當在單1個影像內無法涵蓋1個界面全體的情況,便將最先拍攝了影像的位置設為拍攝開始位置,在纖維截面內拍攝沿著同一界面並再度返回至拍攝開始位置的一連串影像便可。另外,當界面到達纖維截面之外周部的情況,係拍攝沿外周部並再度返回拍攝開始位置的一連串影像。此時,僅對特定聚合物施行電子染色,使界面的對比變得清晰,可有效率地執行後述的計測,故較佳。
使用影像解析軟體,針對拍攝開始位置之影像中的1個界面,任意決定測定開始點,測定從測定開始點起於一連串截面影像內沿著同一界面、並再度返回測定開始點的長度。此時,當在返回測定開始點之前即到達纖維截面之外周部的情況,則測定未包含通過外周部之部分的長度。將該值設為1個界面的界面長度,依nm單位之整數(小數點以下四捨五入)表示。針對纖維橫截面的所有界面施行同樣測定,將該等加計的界面長度之總和除以纖維截面積而算出的商值,依nm-1單位計算四捨五入至小數點以下第5位。又,纖維截面積係依可觀察1支纖維橫截面全體的倍率,利用實體顯微鏡二維拍攝該橫截面,使用影像解析軟體利用2值化處理抽取截面部,依nm2單位之整數將小數點以下四捨五入而求取該面積。另外,當本發明複合纖維的纖維截面係由3種以上聚合物構成的情況,則不僅止於特定2種聚合物的界面,而為由所有之聚合物之組合所形成的界面之界面長度的總和。
本發明複合纖維的特徵在於:該纖維橫截面中,具有由相鄰2種聚合物所形成之界面長度(界面長度)總和為極大的複合形態,該複合形態的指標係界面長度之總和除以纖維截面積的商值必需達0.0010nm-1以上,另外該界面必需在纖維軸方向上呈連續。根據該範圍,意味著纖維橫截面之每單位面積的界面長度極大,並意味著形成複合截面的2種以上聚合物被微細分割成多數要件。另外,此處所謂「要件」係指在纖維橫截面中由不同種類聚合物包圍周圍而被分離的聚合物。
本發明的複合纖維係如上述,其特徵在於:在該纖維橫截面中,具有不同種類的聚合物被微細分割為多數要件,且由2種聚合物形成的界面長度之總和相較於習知為極大的複合形態;藉由該複合形態可達如下述的多樣優異效果。
即,本發明的複合纖維係藉由使該界面長度的總和成為極大,則即使對纖維施加了外力的情況,力將分散於在纖維橫截面所複數存在的界面,而抑制負荷集中於纖維截面其中一部分的情形,故即使為由2種以上聚合物複經合化構成的纖維,仍可大幅抑制成分間的剝離。
本發明的複合纖維中若將界面長度之總和除以纖維截面積的商值達0.0010nm-1以上,則即使由親和性較差的2種聚合物構成複合纖維的情況,仍不易發生成分間之界面剝離,在製絲或高階加工步驟中不易發生斷絲,不僅可確保良好操業性,尚可加工為高品質的紡織品。
從力道能均等分散於在纖維橫截面上複數存在的界面觀點而言,最好該界面長度總和除以纖維截面積的商值越大越好。作為其較佳形態,若界面長度總和除以橫截面積的商值達0.0050nm-1以上,則即使由親和性較差的2種聚合物構成複合纖維,並將其提供作為一般衣料等受到較弱摩擦的用途的情況,仍可獲得抑制成分間之剝離的效果。若類推上述觀點,作為更佳型態,若界面長度之總和除以橫截面積的商值達0.0200nm-1以上,則即使將由親和性較差的2種聚合物所構成該複合纖維,提供作為如戶外適用製品等承受中強度摩擦的用途情況,仍可有效地抑制成分間之剝離。又,作為特佳形態,若界面長度之總和除以橫截面積的商值達0.0500nm-1以上,則即使提供作為工作服等重複承受強力摩擦的用途情況,仍可有效地抑制成分間之剝離。
再者,本發明的複合纖維係藉由界面長度之總和除以橫截面積的商值達0.0050nm-1以上,除了可提升上述力學的特性之外,即使構成該複合纖維的1種成分係耐藥性或耐熱性較差的聚合物的情況,藉由於另一成分使用該等特性優異的聚合物,則亦能賦予優異的耐藥性與耐熱性。該化學特性與熱特性的提升係藉由在界面附近所形成之兼具2種聚合物特性的層因界面長度大幅增加而顯著化,而可發揮此項效果。即,在由不同聚合物所形成的界面附近的層,有不同聚合物的分子鏈相互侵入,形成兼具2種聚合物特性之界面層的情況。如本發明的複合纖維,當該纖維橫截面的界面長度大幅增加時,該界面層將佔較大的比率,使界面層的特性顯著化,故從聚合物特性之複合化的觀點而言,可發揮優異的效果。
本發明的複合纖維中,作為較佳形態可舉例如:若界面長度之總和除以纖維截面積的商值達0.0050nm-1以上,則纖維橫截面的界面層的比率較高,例如即使將由易溶解性聚合物與難溶解性聚合物構成的複合纖維施行了溶解處理時,處理後的纖維重量減少仍屬輕微,可獲得優異的耐藥性。從提高纖維橫截面中之界面層比率的觀點而言,該界面長度之總和除以纖維截面積的商值越大越好,作為更佳形態,可舉例如若界面長度之總和除以橫截面積的商值達0.0200nm-1以上,即使在供於長時間藥物處理的情況,纖維重量減少仍可僅止於極輕微。進一步推論上述觀點,特佳形態可舉例如若界面長度總和除以橫截面積的商值達0.050nm-1以上,則即使經長時間藥物處理後,仍可大幅抑制力學特性等纖維特性降低。
依此,本發明的複合纖維中,界面長度之總和除以纖維截面積的商值越大,則該特徵性截面形態所發揮的效果越明顯,該值的較佳上限係可舉例如未滿1.000nm-1。一般而言,不同種類之聚合物相接觸的界面容易呈現流體力學性不穩定,在如本發明般界面長度極大的情況,將有難以穩定地形成連續界面之情況。作為其較佳上限,可舉例如若界面長度之總和除以纖維截面積的商值未滿1.000nm-1,則即使將不同流變特性的聚合物進行複合化之情況,仍可較容易地在纖維軸方向上形成連續界面,故可適用多樣聚合物的組合作為本發明複合纖維。
如上述,本發明複合纖維的特徵係在於:具有由2種聚合物所形成之界面長度為極大的複合形態;藉由該複合形態,不僅可造成力學特性優異的效果,且藉由界面長度的進一步增加,相關化學特性、熱特性亦可發揮優異的效果。該界面長度極大的複合形態係存在多種多樣者,但從促進本發明複合纖維所發揮效果的觀點而言,本發明複合纖維的橫截面較佳係由2種聚合物交錯積層的多層積層構造。
若本發明複合纖維為此種構造,則於纖維橫截面中不同種類聚合物被微細分割為極多數之薄膜狀要件(層),即使構成該橫截面的多數層中之1層因界面剝離而發生龜裂的情況,仍因為層為微細構成,故可阻礙龜裂傳播。所以,可抑制破壞朝纖維橫截面之半徑方向上的進行,即使重複施加摩擦的情況,仍可有效地抑制原纖維化與裂纖。
從防止該龜裂傳播的觀點而言,纖維橫截面之多層積層構造的積層數越多,越能將龜裂防止於更微小的範圍內。當供於工業製品等重複承受強力摩擦的用途時,作為其較佳範圍,可舉例如若2種聚合物的積層數為250積層以上,則可有效地抑制纖維表面的原纖維化。又,當使用於重複彎曲等特別容易發生龜裂的用途時,作為其更佳範圍,可舉例如若積層數達500積層以上,則可將龜裂傳播情形防止於纖維橫截面的極微小範圍內。另外,此處所謂「積層數」係指纖維橫截面上所存在之2種聚合物的薄膜狀要件的總數。
另外,該多層積層構造中,係可適用例如:由2種聚合物朝單向交錯積層的形態(單向積層:圖1與圖2所示之單向積層纖維1)、呈輻射狀積層的形態(輻射狀積層:圖3所示之輻射狀積層纖維2)、呈同心圓狀積層的形態(同心圓積層:圖4所示之同心圓積層纖維3)等多種多樣的積層形態。從將龜裂傳播極小化的觀點而言,該多層積層構造較佳係單向積層、或同心圓積層。作為較佳之積層構造,可舉例如若該多層積層構造係單向積層或同心圓積層,則薄膜狀要件(層)尺寸於纖維橫截面外周部不致變粗大,即使是容易因彎曲變形而施加較大負荷的外周部,仍可將龜裂傳播防止於微小範圍內。
依如上述,本發明的複合纖維係藉由其橫截面呈多層積層構造,可加強力學特性的提升效果,更進一步而言,藉由將構成該多層積層構造的至少1種聚合物之層厚度變動(CV值)設為10%以上的較大值,便可更有效地抑制成分間的界面剝離。
此處所謂「層厚度變動」係針對構成纖維橫截面的1種聚合物的100層,依nm單位整數測定將各層長邊垂直二等分之線上所存在的層厚度,將該等標準偏差除以算術平均而獲得的變動係數,依%單位整數將小數點以下四捨五入而求得。另外,在依上述方法無法測定層厚度的輻射狀積層或同心圓積層等的情況,則目視選擇各層中厚度最大處與厚度最小處並以其平均值設為層厚度,從針對100層的算術平均與標準偏差便可計算出層厚度的變動。另外,當1支複合纖維截面中的層數未滿100之情況,則從多數之複合纖維的截面合成合計100層。
藉由將構成多層積層構造的1種聚合物之層厚度變動設為較大,則在纖維截面內存在層較薄處與較厚處,於層較薄處則上述界面層之影響相對較強地作用,不易引發應力集中,而於層較厚處則在界面附近發生變形而分散應力。藉由該等的相乘效果,截面內的應力發生出現複雜變化,應力在纖維內各處被緩和,因而可有效地抑制成分間的界面剝離。作為其較佳範圍,可舉例如若構成多層積層構造的至少1種聚合物之層厚度變動達10%以上,則即使在撚絲步驟等施加了壓縮變形的情況,在截面內應力被複雜地分散而不易發生複合纖維之起毛。又,作為其更佳範圍,可舉例如若構成多層積層構造的至少1種聚合物之層厚度變動達30%以上,則即使在假撚步驟在加熱下施加了強力壓縮變形的情況,仍不易發生因界面剝離造成的起毛,可加工為高品質紡織品。
再者,從更加提高本發明複合纖維的力學特性提升效果的觀點而言,構成多層積層構造的至少1種聚合物之平均層厚度較佳係1000nm以下。聚合物的平均層厚度更佳係300nm以下、特佳係100nm以下、進而更佳係50nm以下、進而特佳係30nm以下。另外,此處所謂「平均層厚度」係針對上述所計算之構成纖維橫截面的1種聚合物之100層之層厚度的算術平均,依nm單位將小數點以下四捨五入求取整數。另外,當1支複合纖維截面中的層數未滿100之情況,則從多數之複合纖維的截面合成為合計100層。
藉由層厚度為較薄,每1層所佔的界面層的比例相對性增加,於相鄰界面層間容易傳遞應力,即使是受到彎曲變形等應力集中於纖維橫截面局部處的變形的情況,應力仍分散於截面全體,使界面不易剝離。
更進一步而言,藉由將構成該多層積層構造的至少1種聚合物之平均層厚度設在50nm以下,由化學特性與熱特性的觀點而言,亦可使該項效果更加明顯。
如前述,由不同種類聚合物所形成之界面附近的層,不同聚合物的分子鏈相互侵入,而有形成兼具2種聚合物特性之界面層的情況,該界面層的一般厚度係數nm至十nm左右。即,藉由使構成多層積層構造的聚合物的層厚度接近該界面層的厚度,則1個層的大半部分由該界面層所構成,可使各層中之界面層的效果變得極為顯著,所以可使將聚合物特性複合化的效果明顯化。本發明複合纖維的橫截面中,若構成多層積層構造的至少1種聚合物之平均層厚度在50nm以下,則該聚合物層的大部分被界面層佔有。藉此,作為其較佳範圍,可舉例如即使在使用易溶解性聚合物作為該聚合物的情況,若於另一聚合物選擇難溶解性聚合物,則即便施行了溶解處理的情況,易溶解性聚合物仍幾乎不溶解,而發揮優異的耐藥性。又,若選擇低熔點聚合物與高熔點聚合物,依低熔點聚合物的平均層厚度成為50nm以下方式,使各聚合物交錯積層而形成多層積層構造時,即使暴露於低熔點聚合物之熔點以上的高溫下,仍可發揮抑制纖維間熔接的效果。該平均層厚度越小,則構成纖維橫截面的各層中的界面層越顯著化,故較佳,作為其最佳範圍,可舉例如若1種聚合物的平均層厚度在30nm以下,則即使將由上述聚合物組合所構成的複合纖維供於長時間之溶解處理或熱處理的情況,仍可抑制纖維的重量減少或纖維間熔接。
再者,藉由構成多層積層構造的至少1種聚合物之平均層厚度為50nm以下,從改善添加物分散性的觀點而言,有本發明複合纖維之力學特性更加提升的情況。即,構成複合纖維的聚合物一般係含有氧化鈦等添加物,但該等添加物係依凝聚狀態存在,在粗大凝聚體與聚合物的界面處容易發生剝離。藉由將聚合物所含的添加物封鎖於其凝聚尺寸以下的多層積層構造的薄膜內,則可利用剪切力解除凝聚狀態而改善分散性,即使是重複摩擦的情況,仍可獲得抑制龜裂發生的效果。作為其較佳範圍,可舉例如若至少1種聚合物的平均層厚度在50nm以下,則使添加物被封鎖於較一般添加物凝聚直徑充分薄的層中,可提升添加物的分散性,於耐磨損性方面發揮優異效果。
再者,本發明的複合纖維係藉由將在纖維橫截面經複合化的2種聚合物之溶解度參數(SP值)差設在3.0以下,使紡嘴正下方的細化穩定化,俾使纖維軸方向的粗細度均勻性優異,故屬較佳。另外,此處所謂「溶解度參數差」係指依(蒸發能/莫耳容積)1/2定義,反映物質凝聚力的參數,例如可從「塑膠資料集」、Asahi Kasei Amidas股份有限公司/塑膠編輯部共同編輯、第189頁等所記載的值求得,從其中一成分的溶解度參數減掉另一成分的溶解度參數之值的絕對值便屬於本發明所稱的溶解度參數差。
一般而言,由2種以上聚合物構成的複合纖維中,因為各聚合物的伸長變形行為不同,因而在紡絲步驟或延伸步驟中的伸長變形容易不穩定。特別當構成複合纖維的2種聚合物之溶解度參數差較大的情況,將更加助長該不穩定性,而有纖維軸方向的粗細度不均變大之傾向。藉由將構成複合纖維中的2種聚合物之溶解度參數差設在3.0以下,則在紡絲步驟或延伸步驟中的伸長變形變得穩定,能抑制纖維軸方向的粗細度過度不均。其結果,即使負載拉伸等外力的情況,在纖維軸方向上仍可均等地負擔應力,能抑制負荷集中於纖維軸方向其中一部分的情形,故能更有效地抑制成分間的界面發生龜裂。由上述,為能更加提高本發明複合纖維的力學特性提升效果,構成該複合纖維的2種聚合物之溶解度參數差最好設在3.0以下。
另外,此處所謂「纖維軸方向的粗細度不均」,可依屬於纖度不均指標的烏斯特(纖度不均)U%值表示,U%較佳係1.5%以下。若U%在1.5%以下,即使賦予重複拉伸等外力的情況,仍可抑制負荷集中於纖維軸方向其中一部分的情形,故能抑制構成纖維橫截面的成分間發生剝離、龜裂情形。又,從化學特性與熱特性的觀點而言,當纖度不均較小的情況,纖維軸方向的耐藥性與耐熱性呈均質,因極端粗細之部分所造成的缺陷亦減少,故最好將U%控制在1.5%以下。
本發明的複合纖維係藉由形成習知所沒有的界面長度極大之複合形態,不僅可發揮力學特性提升的優異效果,藉由適當選擇組合的聚合物,於化學特性與熱特性亦可發揮優異的效果。所以,本發明的複合纖維可廣泛使用於例如:內襯、表布等一般衣料用途,以及窗簾、布料等裝潢用途;汽車座椅等車輛內裝用途;摩擦布、健康用品等生活用途;過濾器等有害物質除去用途;電池用隔板等工業資材用途等等。
再者,本發明的複合纖維,係藉由除去構成多層積層截面的2種聚合物中之1種聚合物,便可獲得由另一種聚合物構成的扁平極細纖維所形成的複絲。即,對於具有以2種聚合物作為薄膜狀要件(層)而交錯拼接而成的多層積層截面的複合纖維,當除去了1種聚合物的情況,則由另一種聚合物構成的多數層分離。該等層分別形成扁平極細纖維,可獲得由圖5與圖6所示般,由截面呈如薄層般形狀的扁平極細纖維4所構成的複絲5。
該複絲係沿襲不易發生界面剝離的複合纖維的特徵,發生起毛等情況較少,所以除了能加工為高品質纖維製品之外,尚沿襲界面長度極大的複合纖維的特徵,生成極大的比表面積。藉由該比表面積的效果,當對該複絲施加了機能加工的情況,可大量吸附機能性物質,俾能發揮優異的機能性。
如上述的機能性與纖維素材的品質,從確保長期耐久性的觀點而言,構成本發明複絲的扁平極細纖維之截面形狀便屬重要,重點在於纖維橫截面呈扁平形狀、其扁平度極高、且厚度較薄。
此處所謂「扁平形狀」係指如長方形或橢圓形般、長軸長度與短軸長度不同的形狀,該形狀的扁平程度係依屬於長軸長度除以短軸長度的商值之扁平度所規定。本發明複絲中,纖維橫截面的扁平度必須達15以上。
本發明所謂「扁平度」係依如下求取者(亦請參照圖5)。 將本發明複絲利用環氧樹脂等包埋劑進行包埋,利用裝設有鑽石刀片的切片機切削纖維橫截面,針對該橫截面利用掃描式電子顯微鏡(SEM)等依可識別截面的倍率進行拍攝。針對在所拍攝影像中存在的單纖維(扁平極細纖維)之橫截面,使用影像解析軟體測定截面的最大長度,依nm單位將該值小數點以下四捨五入的整數設為單纖維的長軸長度。接著,針對在最大長度中間點正交於最大長度線段的線段,測定該線段與纖維截面相交的長度,依nm單位將該值小數點以下四捨五入的整數設為單纖維的短軸長度。使用該長軸長度與短軸長度,由下式計算出單纖維的扁平度。 扁平度=長軸方向長度(nm)/短軸方向長度(nm) 針對100支纖維實施上述測定,計算出各纖維的扁平度,再將該等的算術平均設為本發明的扁平度。
本發明複絲的第1要件係構成該複絲的扁平極細纖維中,其纖維橫截面的扁平度較高,作為該截面形狀的指標,扁平度必需達15以上。若在該範圍內,纖維的比表面積相較於同纖度的圓截面纖維之下增加達2倍以上,可提高本發明目的之機能性物質的吸附效率。
再者,若扁平極細纖維的扁平度達15以上,如圖6所示,複絲5成為沿襲扁平極細纖維4之形態的特異之纖維束構造。即,因為扁平極細纖維的高形狀異向性,因而纖維的排列方向受限制,使各扁平極細纖維的方向成為對齊而重疊合。由於此種纖維束構造,每單位體積所配置的纖維支數大幅增加,搭配上述1支纖維的比表面積增加的效果,可達成更優異的吸附效率。
另外,此處所謂「纖維束」係在由扁平極細纖維複數支集合之前提下,其集合形態並無限定,包括:單纖維清晰分離者、由單纖維凝聚形成宛如1支粗大纖維者。
根據上述技術思想,扁平度越高,則不僅纖維的比表面積越增加,且成靈纖維方向高度對齊的最密填充的排列形態,形成有利於生成更大纖維面積的形狀。即,若扁平度達30以上,不僅纖維的比表面積相較於同纖度的圓截面纖維之下增加達3倍以上,且藉由形成更緻密的排列形態,使表面積增加效果更明顯。於此種情況下,因為機能性物質的吸附效率更加提高,可有效地顯現該項機能,故扁平度較佳為30以上。
再者,若扁平度達40以上,藉由明顯的形狀異向性,可抑制纖維束其中一部分在纖維方向凌亂重疊的情況,俾使全體均勻地成為纖維方向對齊的緻密排列形態。藉由此種排列形態,可獲得全體無不均的均質機能,故扁平度更佳係40以上。
再者,若扁平度達50以上,當將扁平極細纖維的纖維束施行撚絲時,可在維持纖維相對於纖維束中心不致凌亂而呈輻射狀排列等、纖維方向對齊的排列形態的情況下,任意變更其排列方向。此種特徵係在控制來自機能性物質的機能的強弱方面可發揮優異效果,當未對纖維排列方向造成變化的情況下,扁平度特佳為50以上。
再者,隨著截面的扁平度提高,有當在加工步驟中施加了外力時,於截面的長軸方向上容易發生撓曲或斷裂的傾向,但若扁平度未滿500,則實際使用上並無問題,可達成本發明目的。
如上述,本發明的複絲係藉由構成該複絲的扁平極細纖維之纖維橫截面的扁平度非常高,相較於普通纖維之下,屬於每單位重量表面積之比表面積增加,且藉由使該纖維緻密配置,當形成纖維集合體時將產生非常大的纖維表面。
該單纖維的比表面積不僅受截面扁平度的影響,亦受到纖維徑的大幅影響,纖維徑亦屬於使源自截面形狀的表面積增加效果充足的重要要件。在本發明複絲中,作為纖維徑指標,係以扁平極細纖維的厚度(即纖維橫截面的短軸長度)較薄者為第2要件,平均厚度必需在1000nm以下。 另外,此處所謂「平均厚度」係將上述所測定100支纖維的短軸長度的算術平均,依nm單位將小數點以下四捨五入求取整數而求得。
若扁平極細纖維的平均厚度在1000nm以下,至少可獲得一般極細纖維以上的比表面積,可達成高吸附效率。基於此種理由,本發明複絲的扁平極細纖維之平均厚度必需在1000nm以下。
如上述,扁平極細纖維的平均厚度越薄。越能促進單纖維的比表面積增加效果,又,厚度亦影響纖維的彎曲剛性,因而在纖維束緻密化方面亦造成優異效果。即,短軸方向的彎曲剛性係與纖維厚度的3次方成比例減少,藉由削薄厚度,纖維形狀可追蹤凹凸等進行柔軟變形,俾使纖維束構造容易緻密化。若平均厚度在800nm以下,不僅更強化比表面積的增加效果,纖維亦會追蹤形狀進行變形,所以可有效地抑制纖維間出現粗大空隙,可輕易成為緻密構造。基於此種理由,平均厚度較佳係800nm以下。
再者,若平均厚度在500nm以下,纖維的柔軟性成為極限,藉由凡得瓦耳力等分子間作用力的作用,構成單纖維間宛如接著般的纖維束。於此種情況,纖維間的空隙成為數nm至數百nm的極微小空隙,從顯現後述高耐久機能的觀點而言可發揮優異效果,故平均厚度更佳係500nm以下。
再者,若平均厚度在300nm以下,由如上述單纖維凝聚的構造係於纖維束全體呈均質,當施行了機能加工時,全體將無不均地呈現均質機能。基於此種理由,短軸的平均長度特佳係300nm以下。
另外,本發明的複絲係隨著纖維橫截面的平均厚度變薄,有當在加工步驟中施加了外力時容易出現斷裂的傾向,但若平均厚度達50nm以上,則實際使用上並無問題,可達成本發明目的。
如上述,本發明的複絲係藉由將構成該複絲的扁平極細纖維設為扁平度極高的截面形狀,而纖維的比表面積大幅增加,且成為方向對齊的緻密纖維束,所以每單位體積可生成非常大的纖維表面。若活用該較大的纖維表面,不僅可大幅提高機能性物質的吸附效率,尚利用該特異的纖維束構造,可大幅提升耐久性。即,當對本發明複絲施行了機能加工時,不僅機能性物質大量吸附於纖維表面,且如圖7所示,機能性物質D進入至方向對齊重疊的各扁平極細纖維4之間。所以,成為在纖維束內內包著大量的機能性物質,另一方面,幾乎不露出於纖維束表面的分佈狀態,機能性物質不易因摩擦等脫落,由機能性而言可提升耐久性。
從活用本發明複絲的特徵,利用機能加工而更有效地顯現機能之觀點而言,機能性物質的含潤容易度亦屬重要,扁平極細纖維的厚度變動便成為應注意的指標。
另外,此處所謂「厚度變動」係使用上述所測定100支纖維的短軸長度,計算出算術平均與標準偏差,將標準偏差除以算術平均而獲得的變動係數,依%單位將小數點以下四捨五入求取整數而獲得。
如上述,因為有視厚度而纖維的彎曲剛性較大變化的情形,因而當厚度存在有適度變動時,於每支單纖維間發生行為不均質化,例如在含有機能性物質的溶液中,各單纖維依不同行為進行移動而良好地分散。於此種情況,纖維表面不被其他纖維所阻礙而暴露於液中,可有效率地吸附機能性物質。
若厚度變動達10%以上,在溶液等之中單纖維容易良好分散,容易含潤機能性物質,故厚度變動較佳係10%以上。
若推論此種想法,纖維的厚度變動越大,則每支單纖維的行為越不均質化,單纖維越容易分散,在欲使單纖維表面有效地露出、依短時間內完成機能加工的情況,厚度變動更佳係20%以上。
再者,若厚度變動達40%以上,即使作成為絲被牢固約束的高密度織編物等之情況,溶液仍可輕易地滲透至單纖維間,當欲對高密度織編物等有效地施行機能加工時,厚度變動特佳係40%以上。
再者,隨著該厚度的變動變大,在加工步驟中施加了外力時,有厚度較短的纖維較容易發生斷裂的情形,但若厚度變動未滿70%,則實際使用上並無問題,可達成本發明目的。
再者,依照纖維表面的凹凸程度,亦有可提升機能加工時之單纖維之分散狀態的情況,截面的凹凸度亦成為應注意的指標。即,藉由於纖維表面存在適度的凹凸,可在纖維間形成數nm至數百nm的微小空隙,以該微小空隙為起點,可輕易地使單纖維有效地分散於含機能性物質的溶液等之中。
此處所謂「凹凸度」係使用所拍攝的纖維截面的影像,於將截面之最大長度10等分的點,分別測定與最大長度之線段正交的線段交接到纖維截面的長度,計算出該等10處的長度之算術平均與標準偏差,將標準偏差除以平均值,依百分比單位將小數點以下四捨五入的值設為單纖維的凹凸度。針對10支纖維截面施行同樣的測定,將所計算出10支纖維的凹凸度算術平均稱為「凹凸度」。
若該凹凸度達20%以上,則以纖維間的微小空隙為起點而單纖維容易分散,能在短時間內完成機能加工,故凹凸度較佳係達20%以上。
另一方面,隨著凹凸度提高,有負荷集中於截面其中一部分而容易發生斷裂的傾向,若凹凸度未滿60%,實際使用時並無問題,可達成本發明目的。
本發明複絲係藉由纖維橫截面的特異截面形狀,可在維持纖維截面積之情況下,大幅增加比表面積,因而單纖維具有與尋常纖維同等的強力,不致有纖維製品的品質出現不必要的降低等問題,屬於取用性優異者。又,本發明扁平極細纖維係具有在纖維軸方向上呈連續的形態,纖維束的纖維端變少,故亦不易損及纖維製品的品質,屬於取用性優異者。構成該扁平極細纖維的聚合物中,若考慮一般高階加工步驟的順暢性與實際使用,最好為結晶性聚合物,構成扁平極細纖維的聚合物較佳係含有從聚酯、聚醯胺及聚烯烴所構成群組中選擇至少1種的聚合物。除了上述優點之外,因為該等聚合物屬於熱可塑性,所以不僅可利用生產性較高的熔融紡絲法製造本發明複絲,從在延伸步驟中使其高度地配向結晶化等力學特性調整等觀點而言,亦屬較佳。
本發明複絲中,若考慮實際使用,纖維強度較佳係達1cN/dtex以上,作為更佳範圍,可舉例如當使用為在較嚴苛環境使用的織物或片狀物時,較佳係達2cN/dtex以上。
若活用本發明複絲的特徵,不僅可利用機能加工使機能性物質大量吸附而有效地顯現機能,尚利用特異的纖維束構造而使機能性物質能內包於纖維束內,而可使機能性物質不易脫落,俾能發揮優異的耐久性。又,若活用此項優點,藉由機能性物質在纖維束內部進行擴散、或纖維束因外力而變形,亦可獲得使機能性物質逐漸釋放的緩釋性效果。所以,當將本發明複絲與機能性物質組合使用為機能性素材時,最好加工成在由扁平極細纖維構成的纖維束內內包了機能性物質之狀態。
另外,此處所謂「機能性物質」係指對纖維積極賦予機能性的物質,在為具有機能的化合物的前提下,其餘並無特別的限定。又,機能性物質係可為有機化合物、亦可為無機化合物。該機能性的例子係可舉例如:紫外線阻斷、芳香、除臭、抗菌、防蟲、吸濕、防靜電、難燃、防污、美容、健康照護等,惟並不侷限於該等機能。
再者,機能性物質在纖維中的存在狀態可認為有各種形態,該形態係可舉例如利用化學鍵結進行的載持或吸取、以及物理性吸附等。為能大幅提升機能性、以及提升耐久性及手感,最好善用本發明扁平極細纖維的特性,對機能性物質施行加工。例如藉由在一般的溶液中進行機能加工,使纖維束內內含有特定機能性物質後,再利用壓吸-預乾法等使其他的機能性物質在纖維束表面上形成皮膜,藉此使2種以上的機能複合,或利用不同機能性物質的相互效果達到機能的極限探求。
如上述,若活用本發明複絲的特徵,可獲得有效率地含有機能性物質的優異耐久性機能性素材,所以本發明複絲可廣泛使用於例如:內襯、表布等一般衣料用途,以及窗簾、布料等裝潢用途;汽車座椅等車輛內裝用途;擦拭布、健康用品等生活用途;過濾器等有害物質除去用途;以及電池用隔板等產業資材用途等等。
以下,針對本發明複合纖維及複絲織之製造方法一例進行詳述。 本發明複合纖維及複絲可利用如後述使用複合紡嘴的製絲製程進行製造,由高生產性的觀點而言,最好採用熔融紡絲。
本發明所使用的複合紡嘴係最好使用如圖8所示,由計量板E、複合板F及吐出板G等3種構件積層的複合紡嘴10。順帶一提,圖8係使用A成分與B成分等2種聚合物的例子,視需要亦可使用3種以上的聚合物進行製絲。該複合紡嘴10係利用計量板E,計量複合板F之各孔的聚合物量,再利用複合板F使所計量的不同種類高分子流合流,形成具有界面的複合流,再藉由將其分割・再合流,而加大複合流橫截面的界面,然後利用吐出板G,負責將由複合板F形成的複合流壓縮、吐出的作用。此處所謂「複合流」係指與流動方向垂直的截面為由2種以上聚合物構成的流體。
複合板F中,具有合流部與分支部的微細流路H係存在有吐出板G之吐出孔數以上的數量,能依形成所需截面的方式調整適當合流部與分支部的設置。另外,此處所謂「合流部」係指2個以上流動進行合流的部分,所謂「分支部」係指流動被分割為2個以上的部分。藉由該構成,當不同種類的聚合物通過複合板F時,從各流路孔流動至的聚合物於合流部進行合流形成複合流,該複合流再於分支部被分割,藉由重複此情形,而形成本發明複合纖維所必要之、具有2種聚合物的界面長度之總和相對於纖維截面積為極大之特徵的複合截面。另外,此處所謂的合流與分割,並不必要重複施行合流與分割,亦可經合流後再度進行合流,或者亦可經分割後再度進行分割。又,供應給複合板F之微細流路的流體係可使用將2種聚合物預先摻合、或利用其他手法等形成的複合流。
本發明製造時所使用的微細流路,係藉由作成為使流路內的流動凌亂極小化的流路構成,而可製造本發明的複合纖維。順帶一提,上述微細流路,從在流路內將流體進行合流或分割的觀點而言,可謂具有習知靜止型混合器(靜態混合器)同樣的特徵。但是,一般的靜止型混合器的流路設計係以將2種聚合物混合為目的,使插入的高分子流動會發生亂流,因而即便是熟習此技術者仍難以製造本發明的複合纖維。順帶一提,藉由緻密設計本發明微細流路的流路構成,可控制構成在流路內所形成之積層複合流的各層厚度等形態,俾能形成任意之複合形態的纖維截面。
另外,為了避免複合紡嘴說明趨於錯綜複雜而未圖示,但相關重疊於較計量板E更上方處的構件,只要搭配紡絲機與噴絲組件、使用形成流路的構件便可。藉由配合現有的流路構件設計計量板E,可直接活用現有的噴絲組件及其構件。所以,不需要特別為該紡嘴而將紡絲機專屬化。又,實際上最好在流路-計量板E間或計量板E-複合板F間重疊複數片流路板。其目的在於作成下述構成:設置在紡嘴截面方向與單纖維截面方向上能效率佳地移送聚合物的流路,並導入於複合板F。從吐出板G中吐出的複合高分子流經冷卻固化後,賦予油劑,再利用達規定圓周速度的輥進行牽引,形成複合纖維。
使用如上述的複合紡嘴可製造本發明的複合纖維。順帶一提,若使用該複合紡嘴,當然即便如溶液紡絲般使用溶劑的紡絲方法,亦可製造本發明的複合纖維。
於選擇熔融紡絲的情況,構成本發明複合纖維的聚合物係如前述。例如:聚對苯二甲酸乙二酯或其共聚合體、聚萘二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚對苯二甲酸丙二酯、聚丙烯、聚烯烴、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚醯胺、聚乳酸、熱可塑性聚胺甲酸乙酯等可熔融成形的聚合物。特別係如以聚酯、聚醯胺等為代表的縮聚系聚合物,因為熔點較高,故更佳。又,在聚合物中亦可含有:氧化鈦、二氧化矽、氧化鋇等無機質;碳黑、染料、顏料等著色劑;難燃劑、螢光增白劑、抗氧化劑、或紫外線吸收劑等各種添加劑。又,當選擇含有該等添加劑的聚合物時,對應屬於添加劑的微粒子的粒徑,在多層積層纖維的各層中產生凹凸,藉此可對原先生成的扁平極細纖維賦予任意凹凸。
由該等聚合物2種以上組合而構成多層積層纖維,由使積層構造良好的觀點而言,聚合物的組合亦屬重要。 即,所組合聚合物的溶解度參數(SP值)差越小,則形成無層間合流等的良好積層構造,最好選擇形成界面的2種聚合物之溶解度參數差在3.0以下之聚合物。此處所謂的溶解度參數係如上述。
再者,從使本發明複合纖維之特徵:在界面附近所形成之兼具2種聚合物特性的界面層顯著化之觀點而言,若聚合物彼此為聚酯,則在一個界面上形成更廣範圍的界面層,而較佳。特別係當其中一聚合物係使用由磺酸金屬鹼經共聚合的易溶解性聚酯之情況,若另一聚合物為難溶解性聚酯,則即使為含有易溶解性聚酯的纖維,仍可賦予優異的耐藥性,故較佳。特別當作為由磺酸金屬鹼經共聚合的聚酯,使用由間苯二甲酸磺酸鈉、聚乙二醇等單獨或組合而進行共聚合的聚酯之情況,除了優異耐藥性之外,亦使染色後的發色性良好,故較佳。該聚合物的組合例,從熔點的關係,可舉例如:其中一聚合物係使用由間苯二甲酸-5-磺酸鈉5mol%~15mol%共聚合的聚對苯二甲酸乙二酯、以及除了前述間苯二甲酸-5-磺酸鈉之外尚使重量平均分子量500~3000之聚乙二醇5wt%~15wt%共聚合的聚對苯二甲酸乙二酯,而另一聚合物則使用聚對苯二甲酸乙二酯。
將本發明複合纖維進行紡絲時的紡絲溫度,係設為2種以上聚合物中,主要高熔點或高黏度聚合物顯示流動性的溫度。作為該顯示流動性的溫度係視分子量而有所差異,最好設定為該聚合物的熔點至熔點+60℃以下。若為此以下,則聚合物在紡絲頭或噴絲組件內不致出現熱分解等,可抑制分子量降低,故較佳。藉由將本發明複合纖維進行紡絲時的吐出量,設為0.1g/min・hole~20.0g/min・hole,可穩定地製造。特別若設定為延伸後之單纖維纖度成為未滿4dtex的單孔吐出量,則由於其纖細度而於形成織物時可獲得柔軟手感,故較佳。
將本發明複合纖維施行紡絲時,A成分與B成分的比率係以吐出量為基準,依A成分/B成分比率計在5/95~95/5範圍內選擇。即使是使用耐藥性或耐熱性較差的聚合物之情況,亦在欲藉由加大成分間的界面而賦予優異耐藥性或耐熱性時,最好與耐藥性或耐熱性優異的另一聚合物進行複合化,並提高該等的比率,例如以A成分為高耐藥性聚合物,以B成分為低耐藥性聚合物的情況,若A成分/B成分比率為99/1~70/30,則即使長時間施行溶解處理,纖維重量減少仍僅些微而已,故較佳。
依此吐出的高分子流經冷卻固化,並賦予油劑,再依所規定圓周速度的輥進行牽引,成為複合纖維。此處,該牽引速度可從吐出量及目標纖維徑所決定,為能安定地製造本發明所使用的複合纖維,最好設為100~7000m/min之範圍。該複合纖維係從成為高配向、且提升力學特性的觀點而言,最好施行延伸。該延伸可在紡絲步驟中暫時經捲取後才實施,亦可不捲取而接著直接施行延伸。
該延伸條件係例如在由一對以上的輥所構成之延伸機中,若為由一般顯示可進行熔融紡絲之熱可塑性的聚合物所構成的纖維,則利用設定在玻璃轉移溫度以上且熔點以下溫度的第1輥、與設定為相當於結晶化溫度的第2輥之圓周速度比,不牽強地朝纖維軸方向牽引拉伸,且施行熱定型後進行捲取,可獲得具有如圖1所示複合截面的複合纖維。第1輥的溫度上限最好設為在預熱過程中不致發生纖維絲道凌亂的溫度,例如當玻璃轉移溫度存在70℃附近的聚對苯二甲酸乙二酯時,通常該預熱溫度設定為80~95℃程度。
如上述,針對本發明複合纖維的製造方法,根據一般的熔融紡絲法進行了說明,但當然亦可利用熔噴法及紡黏法進行製造,又亦可利用濕式及乾濕式等溶液紡絲法等進行製造。
當從如上述所獲得多層積層構造的複合纖維,製造本發明複絲時,藉由將多層積層纖維浸漬於可溶解易溶解性聚合物的溶劑等之中,而除去易溶解性聚合物,便可獲得由難溶解性聚合物構成的扁平極細纖維,且可更進一步獲得其纖維束。當易溶解性聚合物係由間苯二甲酸-5-磺酸鈉等進行共聚合的共聚合聚對苯二甲酸乙二酯時,可使用氫氧化鈉水溶液等鹼水溶液,作為其方法可舉例如,只要將多層積層纖維或其將作成為紡織品後,浸漬於鹼水溶液中便可。此時,若將鹼水溶液加熱至50℃以上,可加速水解進行,故較佳。另外,由多層積層纖維生成複絲的方法,並不侷限於上述溶解處理,利用溶解除去易溶解性聚合物,而確實使其分離為由難溶解性聚合物所構成的扁平極細纖維的單纖維,可將纖維損傷抑至最低極限,俾能良好地生成本發明複絲。 [實施例]
以下,列舉實施例針對本發明複合纖維進行具體說明。
針對實施例及比較例施行下述評價。
A.熔融黏度 將碎片狀聚合物利用真空乾燥機施行乾燥成為水分率200ppm以下,再利用東洋精機製作所股份有限公司製毛細管流變儀,階段性變更應變速率,測定熔融黏度。另外,測定溫度係與紡絲溫度同樣地,在實施例或比較例中均記載剪切速度1216s-1的熔融黏度。另外,從樣品投入至加熱爐起至開始測定的時間設為5分鐘,在氮環境下施行測定。
B.熔點 秤量經利用真空乾燥機乾燥成水分率200ppm以下的碎片狀聚合物約5mg,使用TA Instruments Japan股份有限公司製微分掃描熱量計(DSC)Q2000型,依升溫速度16℃/分從25℃升溫至300℃後,在300℃中保持5分鐘後施行DSC測定。從升溫過程中觀測到的熔解尖峰計算出熔點。測定係每1個試料施行3次,將平均值設為熔點。另外,當觀測到複數個熔解尖峰的情況,便將最高溫側的熔解尖峰頂點設為熔點。
C.溶解度參數差 溶解度參數(SP值)係由(蒸發能/莫耳容積)之平方根所定義,為反映物質凝聚力的參數,將聚合物浸漬於各種溶劑中,再將膨潤壓成為極大的溶劑(蒸發能/莫耳容積)的值設為該聚合物的(蒸發能/莫耳容積)而求得。依此求得的SP值係例如「塑膠資料集」、Asahi Kasei Amidas股份有限公司/塑膠編輯部共同編輯、第189頁等所記載,可引用該值。又,組合聚合物的溶解度參數差係計算(A成分SP值-B成分SP值)的絶對值。
D.纖度 測定複合纖維100m的重量,計算該值100倍的數值。此項測定重複10次,將平均值設為纖度(dtex)。又,上述纖度除以原絲數的商值設為單纖維纖度(dtex)。
E.烏斯特U% 使用纖度不均測定裝置Zellweger製(UT-4),依供絲速度100m/分、撚線機轉數6000rpm、測定長度100m的條件,測定複合纖維的烏斯特U%(H)。
F.界面長度的總和/纖維截面積(nm-1) 利用環氧樹脂等包埋劑包埋複合纖維,經Reichert公司製FC・4E型冷凍切片機系統冷凍後,使用具備鑽石刀片的Reichert-Nissei ultracut N(超薄切片機)進行切削。然後,針對該切削面,利用日立製作所股份有限公司製 H-7100FA型穿透式電子顯微鏡(TEM),依可識別由2種聚合物所形成之界面的倍率拍攝影像。使用影像解析軟體(WINROOF),針對1個界面,測定從任意決定的測定開始點起再度回到測定開始點為止的長度,而1個界面的長度(界面長度)係依nm單位將小數點以下四捨五入獲得整數而求得。另外,當在回到測定開始位置前便觸及纖維截面的外周部時,便在從測定開始點起沿著界面・外周部、然後再度回到測定開始位置的長度中,測定未含經過外周部之部分的長度。針對於纖維橫截面複數存在的所有界面施行同樣測定,將所有的界面長度加總而計算出界面長度的總和。將所獲得界面長度的總和除以纖維截面積,而界面長度總和/纖維截面積的值係依nm-1單位將小數點以下第5位四捨五入而求得。另外,在計算纖維截面積時,將複合纖維在纖維軸方向的任意位置處相對於纖維軸方向垂直切斷,針對該切剖面使用OLYMPUS製光學顯微鏡依能觀察到1支單絲橫截面全體的倍率進行二維拍攝,再使用影像解析軟體(WINROOF),抽取1支單絲橫截面後,從經2值化處理獲得的截面參數,依nm單位將小數點以下四捨五入求取整數而計算為纖維橫截面。
G.層厚度的變動(複合纖維) 將在對構成纖維橫截面之1個層(薄膜狀要件)的長邊垂直二等分的直線上所存在的層的長度,定義為層厚度,從依照與前述測定界面長度總和同樣的方法所拍攝的複合纖維的截面影像,隨機抽樣B成分之100要件,測定該層厚度依nm單位將小數點以下四捨五入求取整數。另外,針對1支複合纖維的截面,當層數未滿100時,則從多數複合纖維的截面使合計成為100層。計算所獲得值的算術平均與標準偏差,將標準偏差除以算術平均而獲得的變動係數,依%單位將小數點以下四捨五入求取整數而計算出層厚度的變動。另外,在依上述方法無法測定層厚度的輻射狀積層或同心圓積層等情況,係目視選擇各層中厚度最大處與厚度最小處,將其平均值設為各層厚度,與上述同樣地計算將該標準偏差除以算術平均所獲得的變動係數作為層厚度的變動。
H.平均層厚度(複合纖維) 將在對構成纖維橫截面的1個層(薄膜狀要件)的長邊垂直二等分的直線上所存在的層的長度定義為層厚度,從依照與前述測定界面長度總和同樣的方法所拍攝的複合纖維的截面影像,隨機抽樣B成分之100要件,測定該層厚度依nm單位將小數點以下四捨五入求取整數。另外,針對1支複合纖維的截面,當層數未滿100時,則從多數複合纖維的截面使合計成為100層。計算所獲得值的算術平均,依nm單位將小數點以下四捨五入求取整數,設為平均層厚度。另外,在依上述方法無法測定層厚度的輻射狀積層或同心圓積層等情況,則目視選擇各層中厚度最大處與厚度最小處,將其平均值設為層厚度,與上述同樣地計算算術平均並設為平均層厚度。
I.耐磨損性 將複合纖維依織密度成為180支/2.54cm的方式調整纖維支數,製作平織原布。依直徑成為10cm方式將經裁剪的平織原布安裝於大榮科學精器製作所股份有限公司製Appearance Retention(ART式測試機)的試料支撐架上,將按押荷重設為3.9N,利用碳化矽製摩擦板(3K)進行摩擦,摩擦板每旋轉1次便停止,測定於纖維表面確認到發生纖絲時的摩擦次數,求取5次測定的平均值。此處所謂「摩擦次數」係將小數點以下四捨五入而求得,依下述4階段評價施行纖維的耐磨損性評價。 [評價基準] A(優):摩擦次數達100次以上 B(佳) :摩擦次數50次以上且未滿100次 C(良) :摩擦次數達20次以上且未滿50次 D(不佳):摩擦次數未滿20次
J.耐藥性 製作複合纖維的筒編原布,利用1%氫氧化鈉水溶液施行90℃、30分鐘處理後,經水洗,再依60℃充分乾燥,從處理前後的重量計算減量率。此處所謂「減量率值」係將小數點第2位四捨五入的值,依下述4階段評價施行耐藥性的評價。 [評價基準] A(優):減量率0.0%以上且未滿2.0% B(佳) :減量率2.0%以上且未滿5.0% C(良) :減量率5.0%以上且未滿10.0% D(不佳):減量率達10.0%以上
K.耐熱性 將複合纖維使用紗框周長1.0m搖紗機採取捲繞10圈的絞紗,施加0.0294cN/dtex荷重,測定處理前的絞紗長度。將絞紗在無荷重狀態下放入160℃熱風乾燥機中處理15分鐘,取出的絞紗再度施加0.0294cN/dtex荷重,測定經處理後的絞紗長度。從處理前的絞紗長度與處理後的絞紗長度,依[乾熱收縮率(%)=(處理前絞紗長-處理後絞紗長)/處理前絞紗長×100]式計算出乾熱收縮率。從5次測定求取乾熱收縮率,將小數點以下第2位四捨五入而計算得算術平均。又,利用Olympus股份有限公司製光學顯微鏡觀察經處理後絞紗的纖維表面,確認纖維間是否發生熔接,依下述3階段評價施行耐熱性的評價。 [評價基準] A(佳) :乾熱收縮率未滿15.0%、且無纖維間熔接 B(良) :乾熱收縮率達15.0%以上、且無纖維間熔接 C(不佳):有纖維間熔接
L.扁平度 將由扁平極細纖維構成的複絲利用環氧樹脂等包埋劑進行包埋,使用Reichert公司製FC・4E型冷凍切片機系統冷凍,利用裝設有鑽石刀片的Reichert-Nissei ultracut N(超薄切片機)進行切削後,針對該切削面利用日立製作所股份有限公司製 H-7100FA型穿透式電子顯微鏡(TEM),依可識別截面的倍率拍攝影像。使用影像解析軟體(WINROOF),測定單纖維橫截面的最大長度,該值依nm單位將小數點以下四捨五入求取整數設為單纖維長軸的長度。接著,測定在最大長度之中間點與最大長度線段正交的線段交接到纖維截面的長度,依nm單位將該值小數點以下四捨五入的整數設為單纖維的短軸長度。使用該長軸長度與短軸長度,由下式計算出單纖維的扁平度。 扁平度=長軸方向長度(nm)/短軸方向長度(nm) 針對100支纖維實施上述測定,計算出各纖維的扁平度,再將該等的算術平均設為扁平極細纖維的扁平度。
M.纖維之平均厚度(扁平極細纖維) 將上述所測定100支纖維的短軸長度的算術平均,依nm單位將小數點以下四捨五入求取整數,而計算出扁平極細纖維的平均厚度。
N.纖維厚度變動(扁平極細纖維) 使用依上述所測定100支纖維的短軸長度,計算出算術平均與標準偏差,將標準偏差除以算術平均而獲得的變動係數,依%單位將小數點以下四捨五入求取整數,而計算出扁平極細纖維的厚度變動。
O.凹凸度 使用上述所拍攝的纖維截面影像,分別測定在將截面最大長度10等分處、與最大長度之線段正交之線段交接到纖維截面的長度,計算出該等10處的長度的算術平均與標準偏差,將標準偏差除以平均值,依百分比單位將小數點以下四捨五入的值設為單纖維的凹凸度。針對10支纖維截面實施同樣的測定,將所計算出的10支單纖維之凹凸度的算術平均,設為扁平極細纖維的凹凸度。
P.機能性物質之分佈狀態 對纖維束依機能性物質施行了處理時,為了模型式評價機能性物質的分佈狀態,使用將相對於聚酯呈難染性的Dystar公司製酸性染料telon Black LD02調整為10%owf的染液,依浴比1:50、處理溫度30℃、處理時間30分鐘施行織物處理後,利用KEYENCE股份有限公司製VHX-6000數位式顯微鏡觀察織物表面與截面。針對此時的分佈狀態根據下述基準進行判定。 [評價基準] 纖維束內:於纖維束截面的纖維間存在染料(著色物)。 無:於纖維束截面的纖維間無染料(著色物)。
Q.機能加工(除臭加工) 使用對於乙醛具有吸附能力的十二烷二酸醯肼的10%的水溶液,依固形份20%owf、浴比1:20、處理溫度130℃、處理時間1小時施行織物處理。
R.除臭性(乙醛濃度) 在溫度20℃、經調濕為濕度65%RH的環境下,將經依上述Q加工過的機能加工後織物1g裝入至5L立體三角包袋中,在三角包袋內注入濃度30ppm乙醛3L,使用氣體檢測管(GASTECE公司製)測定經10分鐘後的三角包袋內之氣體濃度(ppm)。
S.機能性物質含有率 將加工前的織物依110℃乾燥2小時,測定重量(W1)。將依上述Q加工過的機能加工後織物,依110℃乾燥2小時,測定重量(W2)。從加工前與加工後的重量,由下式計算出機能性物質的含有率(%)。 機能性物質含有率(%)=(W2-W1)/W1×100
T.洗滌加工後的機能性物質的含有率 對依上述Q加工過的機能加工後織物依照洗滌(15分)→脫水(1分)→清洗(6分)→脫水(1分)→乾燥的順序施行50循環。洗滌條件設為水溫40℃、浴比1:30,清潔劑係使用"TOP"(LION股份有限公司製)0.5g/l。清洗條件設為水溫20℃,浴比設為溢流。 將經洗滌後的織物依110℃乾燥2小時,測定重量(W3)。從加工前與洗滌後的重量,由下式計算出機能性物質的含有率(%)。 洗滌後的機能性物質的含有率(%)=(W3-W1)/W1×100
[實施例1] A成分係準備聚對苯二甲酸乙二酯(PET、熔融黏度:120Pa・s、熔點:254℃、SP值:21.4MPa1/2),B成分係準備由間苯二甲酸-5-磺酸鈉8.0莫耳%、與聚乙二醇9wt%共聚合的聚對苯二甲酸乙二酯(SSIA-PEG共聚合PET、熔融黏度:95Pa・s、熔點:233℃、SP值:22.9MPa1/2)。
將A成分與B成分分別依290℃熔融後,將A/B成分的複合比率設為90/10,流入於已組裝圖8所例示複合紡嘴10的噴絲組件中,從吐出孔吐出複合高分子流。另外,在複合板F具備可使二成分交錯積層1024層的微細流路H,吐出成為圖1所示般使2種聚合物朝單向交錯多層積層的複合形態。所吐出的複合高分子流經冷卻固化後,賦予油劑,依紡絲速度1000m/min捲取,採取200dtex-24支(總吐出量20g/min)的未延伸絲。經捲取的未延伸纖維在加熱至90℃與130℃的輥間施行3.6倍延伸,獲得56dtex-24支的延伸纖維。屬於纖度不均之指標的U%(H)係0.6%,纖維軸方向的粗細度均勻性優異。
經觀察所獲得之複合纖維的橫截面,界面長度之總和/纖維截面積係0.0557nm-1,界面長度之總和相對於纖維截面積為極大,同一界面在纖維軸方向上呈連續。又,B成分的平均層厚度係4nm,層厚度變動係32%的較大值,分割為極薄的薄膜狀要件。
由所獲得複合纖維進行製織的織物經耐剝離性評價,結果即使摩擦次數達100次以上,仍未觀察到纖絲發生。順帶一提,經日立製作所股份有限公司製掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察耐磨損性評價後的複合纖維橫截面,結果在成分間未發現剝離。
將所獲得複合纖維的筒編原布在加熱至90℃且濃度1%的氫氧化鈉水溶液(浴比1:50)中浸漬30分鐘,結果減量率係0.6%。
結果如表1所示。
[實施例2、3、4、5、6] 在實施例1所記載方法中,除了將所使用的複合板變更為具備有使A成分與B成分的層總數分別積層512層(實施例2)、256層(實施例3)、128(實施例4)、64(實施例5)、32(實施例6)的微細流路的複合板之外,其餘均依照與實施例1同樣地實施。該等複合纖維的評價結果如表1所示。
實施例2~6的複合纖維係由2種聚合物在單向交錯多層積層、如圖1所示的複合構造,同一界面在纖維軸方向上呈連續。實施例2中,即使摩擦次數達100次以上,仍未觀察到纖絲發生,但於實施例3~6中,相較於實施例2之下,隨著纖維橫截面中的2種聚合物之積層數減少,界面長度之總和/纖維截面積值亦減少,所以當摩擦次數達50次以上時,於數支單絲觀察到纖絲。依照前述同樣的方法觀察發生纖絲的複合纖維之橫截面,結果在2種聚合物貼合的方向上出現裂纖,推測其起因為成分間的剝離。又,實施例2、3中,隨著界面長度之總和/纖維截面積的值減少,減量率雖些微增加,但仍未滿2.0%,屬於耐藥性優異者。另一方面,使界面長度之總和/纖維截面積值更進一步減少的實施例5、6中,減量率增加至5.0%以上,相較於實施例1~3之下,獲得耐藥性降低的結果。
[比較例1] 在實施例1所記載方法中,除了將所使用的複合板變更為具備有使A成分與B成分的層總數積層8層(比較例1)的微細流路的複合板之外,其餘均依照與實施例1同樣地實施。該等複合纖維的評價結果如表1所示。
比較例1的複合纖維雖屬於如圖1所示之由2種聚合物交錯朝單向多層積層的複合構造,但其分割數(積層數)大幅少於本發明的複合纖維,界面長度之總和/纖維截面積值變小,因而當摩擦次數達20次以上時,即於多數單纖維觀察到纖絲,耐磨損性差。又,針對所獲得複合纖維的筒編原布施行耐藥性評價,結果減量率係10.0%以上,屬於耐藥性差。順帶一提,對耐藥性評價後的筒編原布經依照與前述同樣條件施行染色後,筒編原布並未被染色,推測構成複合纖維的易溶解性SSIA-PEG共聚合PET幾乎全量因耐藥性評價而已溶解。
[實施例7] 於實施例1所記載的方法中,除了B成分係使用由螺二醇21莫耳%與環己烷二羧酸29莫耳%共聚合的聚對苯二甲酸乙二酯(SPG-CHDC共聚合PET、熔融黏度75Pa・s、熔點:無[玻璃轉移溫度:76℃]、SP值:23.0MPa1/2),依285℃熔融,且將A/B成分的複合比率設為50/50之外,其餘均依照與實施例1同樣地實施。該複合纖維的評價結果如表2所示。
實施例7的複合纖維係由2種聚合物朝單向交錯多層積層、如圖1所示的複合構造,同一界面朝纖維軸方向上呈連續。所獲得複合纖維的織物經耐剝離性評價,結果即使摩擦次數達100次以上,仍未觀察到纖絲發生。又,所獲得複合纖維的絞紗經160℃熱風乾燥機施行15分鐘處理後,乾熱收縮率未滿15.0%,屬於熱尺寸安定性優異,儘管使用非晶性且玻璃轉移溫度為熱風乾燥機處理溫度以下的SPG-CHDC共聚合PET,但仍未觀察到纖維間熔接。
[實施例8、9] 實施例7所記載方法中,除了將所使用的複合板變更為分別具備有使A成分與B成分的層總數積層512層(實施例8)、256層(實施例9)的微細流路的複合板之外,其餘均依照與實施例7同樣地實施。該等複合纖維的評價結果如表2所示。
實施例8係即使摩擦次數達100次以上,仍未觀察到纖絲發生;而相較於實施例8之下,實施例9係隨著纖維橫截面的2種聚合物積層數減少,界面長度之總和/纖維截面積值亦減少,因而當摩擦次數達50次以上時於數支單纖維觀察到纖絲。又,由於增加耐熱性差的SPG-CHDC共聚合PET之複合比率,乾熱收縮率亦增加,實施例9雖為無問題的水準,但仍為耐熱性降低的結果。又,實施例9中,因為不同特性的2種聚合物依發生可見光之薄膜干擾的層厚度進行交錯積層,因而所獲得複合纖維呈現藍色的構造發色。
[比較例2] 實施例7所記載方法中,除了將所使用的複合板變更為具備有使A成分與B成分的層總數積層8層的微細流路的複合板之外,其餘均依照與實施例7同樣地實施。該等複合纖維的評價結果如表2所示。
比較例2的複合纖維雖然為如圖1所示之由2種聚合物交錯朝單向多層積層的複合構造,但其分割數(積層數)大幅少於本發明的複合纖維,且界面長度之總和/纖維截面積值變小,因而當摩擦次數達20次以上時,即於多數單纖維觀察到纖絲,呈現耐磨損性差。又,針對所獲得複合纖維的筒編原布施行耐熱性評價,結果乾熱收縮率達20.0%以上,另外,纖維間明顯出現熔接,絞紗手感亦非常生硬。
[實施例10、11、12] 在實施例7所記載方法中,除B成分係使用聚醯胺-6(N6、熔融黏度100Pa・s、熔點:225℃]、SP值:23.7MPa1/2),且依280℃進行熔融,且將所使用的複合板變更為分別具備有使二成分的層總數積層1024層(實施例10)、512層(實施例11)、256層(實施例12)的微細流路的複合板之外,其餘均依照與實施例7同樣地實施。該等複合纖維的評價結果如表3所示。
實施例10~12中,因為由溶解度參數差較大的聚合物複合化而構成複合纖維,因而當摩擦次數達50次以上時,雖於數支單纖維觀察到纖絲,但耐磨損性大致良好。
[實施例13、14] 在實施例10所記載方法中,除了將複合板變更為具備使A成分與B成分層總數積層256層的微細流路的複合板,且依形成同心圓狀積層構造(實施例13)、輻射狀積層構造(實施例14)的方式變更流路配置之外,其餘均依照與實施例10同樣地實施。該等複合纖維的評價結果如表3所示。
實施例13係形成由2種聚合物呈同心圓狀交錯多層積層、如圖4所示的複合構造,而實施例14係形成由2種聚合物呈輻射狀交錯多層積層、如圖3所示的複合構造,同一界面在纖維軸方向上呈連續。因為由溶解度參數差較大的聚合物複合化構成複合纖維,因而當摩擦次數達50次以上時,於數支單纖維觀察到纖絲,但耐磨損性大致良好。
[比較例3] 實施例10所記載方法中,除了將所使用的複合板變更為具備有使A成分與B成分的層總數積層8層的微細流路的複合板之外,其餘均依照與實施例10同樣地實施。該等複合纖維的評價結果如表3所示。
比較例3的複合纖維雖為如圖1所示、由2種聚合物交錯朝單向多層積層的複合構造,但其分割數(積層數)大幅少於本發明的複合纖維,界面長度之總和/纖維截面積值變小,因而即使摩擦次數在20次以下,仍於多數單纖維發生纖絲,呈現耐磨損性差。又,在製織步驟中亦出現原纖維化,頻發生斷絲,於高階加工順暢性出現問題。
[比較例4] 比較例3所記載方法中,除了使用在由二成分積層8層的微細流路周圍設置僅吐出A成分的流路的複合板之外,其餘均依照與比較例3同樣地實施。該複合纖維的評價結果如表3所示,雖如圖9所示般多層積層構造為被A成分所被覆的複合構造(被覆型單向積層纖維6),但其積層數大幅少於本發明複合纖維,且界面長度之總和/纖維截面積值變小,因而即便在纖維表面上設有被覆膜的情況,在摩擦次數20次以下時仍於多數單纖維出現原纖維化,屬於耐磨損性差。
[實施例15] A成分係準備聚對苯二甲酸乙二酯(PET、熔融黏度:120Pa・s、熔點:254℃、SP值:21.4MPa1/2),B成分係準備由間苯二甲酸-5-磺酸鈉8.0莫耳%、與聚乙二醇9wt%共聚合的聚對苯二甲酸乙二酯(SSIA-PEG共聚合PET、熔融黏度:95Pa・s、熔點:233℃、SP值:22.9MPa1/2)。另外,該等聚合物的溶解度參數差係1.5MPa1/2
A成分與B成分分別依290℃熔融後,將A/B成分的複合比率設為80/20,流入經組裝圖8所例示複合紡嘴10的噴絲組件中,從吐出孔吐出複合高分子流。另外,複合板F係具備有可使二成分交錯積層128層的微細流路H,吐出成如圖1所示之由2種聚合物朝單向交錯多層積層的複合形態。所吐出複合高分子流經冷卻固化後,賦予油劑,依紡絲速度1000m/min捲取,而採取到300dtex-24支(總吐出量30g/min)的未延伸絲。所捲取的未延伸纖維在加熱至90℃與130℃的輥間施行3.6倍延伸,獲得84dtex-24支的延伸纖維。纖度不均指的標U%(H)係0.6%,纖維軸方向的粗細度均勻性優異。
經觀察所獲得複合纖維的截面形態,結果確認到具有如圖1所示之積層方向對齊的板狀的積層構造,屬於多層積層纖維。
針對將所獲得複合纖維經製織的織物施行耐剝離性評價,結果即使摩擦次數達50次以上,仍未觀察到纖絲發生。順帶一提,經利用日立製作所股份有限公司製掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察耐磨損性評價後的複合纖維橫截面,在成分間未出現剝離,具有優異的耐磨損性。
將該複合纖維在加熱至90℃且濃度1%的氫氧化鈉水溶液(浴比1:50)中浸漬30分鐘以上,而除去B成分的SSIA-PEG共聚合PET達99%以上,獲得由扁平極細纖維構成的複絲。針對由複合纖維進行製織的織物施行同樣的處理,獲得由扁平極細纖維構成的織物。
經觀察所獲得扁平極細纖維的橫截面,形成長軸與短軸長度明顯不同的帶狀截面,扁平度係80,平均厚度係225nm。又,截面厚度的變動係36%,凹凸度係30%,厚度具有適度的變動,且於表面適度地存在有凹凸。
針對所獲得扁平極細纖維的織物觀察橫截面,結果多數扁平極細纖維朝向短軸方向整齊重疊,構成緻密的纖維束構造。又,各扁平極細纖維宛如接著般地凝聚,在纖維間存在有數nm至數百nm的極微細空隙。
將由扁平極細纖維構成的織物,浸漬於將難染性染料(酸性黑色染料)調整為10%owf的染液中,依浴比1:50、處理溫度30℃、處理時間30分鐘施行處理,結果橫截面中在扁平極細纖維間出現黑色著色,染料內包於纖維束內,織物表面亦呈黑色著色。
對由扁平極細纖維構成的織物使用十二烷二酸醯肼的10%水溶液,依固形份20%owf、浴比1:20、處理溫度130℃、處理時間1小時施行織物處理,而施行除臭機能加工。經評價乙醛除去能力,在10分鐘時濃度由初期濃度30ppm降低至2ppm,具有高除臭性。又,機能性物質含有率係5.0%,洗滌後的含有率仍有4.2%,並未大幅減少,機能性物質大量吸附且不易脫落,耐久性高。
結果如表4所示。
[實施例16、17] 於實施例15所記載的方法中,除了將所使用複合板變更為分別具備有使A成分與B成分的層總數積層64層(實施例16)、32層(實施例17)的微細流路的複合板之外,其餘均依照與實施例15同樣地實施。對該等複合纖維施行上述同樣的溶解處理,產生扁平極細纖維。該等複合纖維與扁平極細纖維的評價結果如表4所示。
實施例16與實施例17中,雖程度各不同,但均具有高扁平度的極薄截面形狀,並具有適度的短軸長度變動與凹凸度。又,雖然與實施例15同樣具有扁平極細纖維方向整齊重疊的緻密的纖維束構造,但相較於實施例15之下,因為扁平度減少而平均層厚度增加,因而纖維束的纖維間空隙較粗大,且單纖維的凝聚部分較少。經浸漬於難染性染料中,呈現染料內包於纖維束中的分佈。又,相較於實施例15之下,因為比表面積減少,因而雖機能性物質含有率些微減少,但仍維持高含有率,發揮充分的除臭性。又,即使經洗滌後,仍維持較高的機能性物質含有率,機能性物質不易脫落。
[實施例18、19] 於實施例15所記載的方法中,除了將所使用複合板變更為分別具備有使A成分與B成分的層總數積層256層(實施例18)、512積層(實施例19)的微細流路的複合板之外,其餘依照與實施例15同樣地實施。對該等複合纖維施行上述同樣的溶解處理,產生扁平極細纖維。該等複合纖維與扁平極細纖維的評價結果如表4所示。
實施例18與實施例19中,成為扁平度極高的極薄的帶狀截面,具有適度的短軸長度變動與凹凸度。又,雖然與實施例15同樣具有扁平極細纖維方向整齊重疊的緻密的纖維束構造,但相較於實施例15之下,因為扁平度增加且短軸平均長度減少,因而纖維束的纖維間空隙成為數nm至數十nm的極微小狀態,纖維束全體呈現單纖維宛如接著般的凝聚。經浸漬於難染性染料中,呈現染料內包於纖維束中的分佈。在機能加工時,因為短軸的平均長度極短,因而織物過度柔軟導致操作性差。又,相較於實施例15之下,因為比表面積增加,因而雖機能性物質含有率亦增加,除臭性優異。又,因為形成纖維束中內包有機能性物質的牢固凝聚構造,因而即使經洗滌後,機能性物質含有率仍不易降低,能耐久性高地保持機能性物質。
[比較例5] 除了使用聚對苯二甲酸乙二酯(PET、熔融黏度:120Pa・s、熔點:254℃、SP值:21.4MPa1/2),依290℃熔融後,流入單獨噴絲組件中再從吐出孔中吐出之外,其餘依照與實施例15同樣地實施。該單獨纖維的評價結果如表4所示。
比較例5係一般纖維徑的圓截面纖維,比表面積小,即使形成纖維束,但仍為單纖維間之距離遠離的稀疏構造。即使浸漬於難染性染料中,仍未觀察到染料附著。又,因為比表面積小,因而機能性物質含有率為些微,除臭性差。又,經洗滌後,機能性物質含有率降低至接近0,纖維表面上附著的機能性物質容易脫落。
[比較例6] 除了使用組裝使A成分成為島成分、且B成分成為海成分的8島型海島複合紡嘴之噴絲組件外,其餘均依照與實施例15同樣地實施。對該海島複合纖維施行與上述同樣的溶解處理,產生極細纖維。該極細纖維的評價結果如表4所示。
比較例6係纖維徑大幅降低的極細纖維,比表面積較大。又,束中,單纖維間之距離靠近。經浸漬難染性染料,織物並未著色,即使纖維間亦未觀察到染料附著。經機能加工,因為極細化導致比表面積加大,因而雖機能性物質依中程度附著,但仍未發揮高除臭性,經洗滌後,機能性物質吸附量大幅降低。
[比較例7] 於實施例15所記載的方法中,除了將所使用的複合板變更為分別具備有使A成分與B成分的層總數積層8層的微細流路的複合板之外,其餘均依照與實施例15同樣地實施。對該等複合纖維施行上述同樣的溶解處理,產生扁平極細纖維。該複合纖維與扁平極細纖維的評價結果如表4所示。
如圖10所示,比較例7的扁平纖維7係具有低扁平度的截面形狀。又,由於扁平度低,故複絲中如圖11所示般扁平纖維7的方向並未對齊,形成單纖維間之距離遠離的纖維束構造。即使浸漬於難染性染料,仍未觀察到染料附著。又,因為比表面積小,因而機能性物質之含有率為些微,除臭性差。又,經洗滌後,機能性物質含有率降低至接近0,纖維表面上附著的機能性物質容易脫落。
[實施例20] 在實施例15所記載的方法中,除了使用流路徑與具有合流部及分支部之微細流路不同的複合板之外,其餘均依照與實施例15同樣地實施。對該等複合纖維施行上述同樣的溶解處理,產生扁平極細纖維。該複合纖維與扁平極細纖維的評價結果如表5所示。
實施例20雖與實施例15同樣均具有高扁平度的極薄的截面形狀,但藉由變更複合板的流路設計,使短軸之長度變動與凹凸度成為較小且均質。又,雖與實施例15同樣具有扁平極細纖維方向對齊重疊的緻密的纖維束構造,但因為凹凸度偏小,因而相較實施例15之下,纖維束的纖維間之數nm至數百nm的微細空隙的比例變多。經浸漬於難染性染料中,雖然染料內包於纖維束中,但全體並未均質分佈,於一部分觀察到未內包染料的部分。又,相較於實施例15之下,因為單纖維的分散性偏低,因而機能性物質含有率稍劣化,但經洗滌後,機能性物質不易脫落。
[實施例21] 在實施例15所記載方法中,除了A成分係使用聚醯胺-6(N6、熔融黏度:100Pa・s、熔點:225℃、SP值:23.7MPa1/2),B成分係使用由間苯二甲酸-5-磺酸鈉8.0莫耳%、與聚乙二醇9wt%共聚合的聚對苯二甲酸乙二酯(SSIA-PEG共聚合PET、熔融黏度:95Pa・s、熔點:233℃、SP值:22.9MPa1/2),且依280℃施行紡絲之外,其餘均依照與實施例15同樣地實施。另外,所組合聚合物的溶解度參數差係0.8MPa1/2。對該等複合纖維施行上述同樣的溶解處理,產生扁平極細纖維。該複合纖維與扁平極細纖維的評價結果如表5所示。
實施例21雖與實施例15同樣均具有高扁平度的極薄的截面形狀,但因為纖維間作用氫鍵,因而纖維束中形成較實施例15更緻密凝聚的構造。經施行機能加工,顯示與實施例15同等的機能性物質的含有率,且纖維間由氫鍵所連繫,因而在洗滌時發生膨潤而容易再分散為單纖維,機能性物質較實施例15更容易因洗滌而脫落。
[實施例22] 在實施例15所記載方法中,除了A成分係使用聚丙烯(PP、熔融黏度:70Pa・s、熔點:165℃、SP值:16.8MPa1/2),B成分係使用由間苯二甲酸-5-磺酸鈉8.0莫耳%、與聚乙二醇9wt%共聚合的聚對苯二甲酸乙二酯(SSIA-PEG共聚合PET、熔融黏度:95Pa・s、熔點:233℃、SP值:22.9MPa1/2),且依280℃施行紡絲之外,其餘均依照與實施例15同樣地實施。另外,所組合之聚合物的溶解度參數差係6.1MP1/2。經觀察該複合纖維的截面形態,結果因為溶解度參數差較大,因而截面形成性不安定,不同於實施例15,具有於截面局部出現積層方向變化的不規則的積層構造。對該等複合纖維施行上述同樣的溶解處理,產生扁平極細纖維。該複合纖維與扁平極細纖維的評價結果如表5所示。
相較於實施例15之下,實施例22因為扁平度較低、且比表面積減少,故雖然機能性物質含有率減少,但具有高含有率,且經洗滌後,機能性物質不易脫落。
[表1]
實施例1 實施例2 實施例3 實施例4 實施例5 實施例6 比較例1
聚合物 A成分 PET PET PET PET PET PET PET
B成分 SSIA-PEG 共聚合PET SSIA-PEG 共聚合PET SSIA-PEG 共聚合PET SSIA-PEG 共聚合PET SSIA-PEG 共聚合PET SSIA-PEG 共聚合PET SSIA-PEG 共聚合PET
複合比率A/B(wt%) 90/10 90/10 90/10 90/10 90/10 90/10 90/10
溶解度參數差(MPa1/2) 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
複合纖維 複合構造 單向積層 單向積層 單向積層 單向積層 單向積層 單向積層 單向積層
界面長度總和/纖維截面積(nm-1) 0.0557 0.0278 0.0149 0.0080 0.0043 0.0023 0.0005
B成分之層厚度變動(%) 32 30 38 36 41 39 5
B成分之平均層厚度(nm) 4 8 15 28 51 92 369
積層數 1024 512 256 128 64 32 8
U% (H) 0.6 0.4 0.4 0.5 0.6 0.6 0.4
耐磨損性 A A B B B B C
耐藥性 評價 A A A B C C D
減量率(%) 0.6 0.9 1.7 4.8 8.8 9.7 10.5
PET:聚對苯二甲酸乙二酯、SSIA:間苯二甲酸-5-磺酸鈉、PEG:聚乙二醇
[表2]
實施例7 實施例8 實施例9 比較例2
聚合物 A成分 PET PET PET PET
B成分 SPG-CHDC共聚合PET SPG-CHDC共聚合PET SPG-CHDC共聚合PET SPG-CHDC共聚合PET
複合比率A/B(wt%) 50/50 50/50 50/50 50/50
溶解度參數差(MPa1/2) 1.6 1.6 1.6 1.6
複合纖維 複合構造 單向積層 單向積層 單向積層 單向積層
界面長度總和/纖維截面積(nm-1) 0.0520 0.0278 0.0139 0.0057
B成分之層厚度變動(%) 32 30 38 8
B成分之平均層厚度(nm) 21 40 81 1847
積層數 1024 512 256 8
U% (H) 0.6 0.6 0.4 0.6
耐磨損性 A A B D
耐熱性 評價 A A B C
乾熱收縮率(%) 14.1 14.8 15.5 28.2
纖維間熔接
PET:聚對苯二甲酸乙二酯、SPG:螺二醇、CHDC:環己烷二羧酸
[表3]
實施例10 實施例11 實施例12 實施例13 實施例14 比較例3 比較例4
聚合物 A成分 PET PET PET PET PET PET PET
B成分 N6 N6 N6 N6 N6 N6 N6
複合比率A/B(wt%) 50/50 50/50 50/50 50/50 50/50 50/50 50/50
溶解度參數差(MPa1/2) 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3
複合纖維 複合構造 單向積層 單向積層 單向積層 同心圓積層 輻射狀積層 單向積層 被覆膜型單向積層
界面長度總和/纖維截面積(nm-1) 0.0433 0.0216 0.0114 0.0160 0.0156 0.0004 0.0003
B成分之層厚度變動(%) 48 42 50 49 41 12 11
B成分之平均層厚度(nm) 26 51 98 72 88 2215 1530
積層數 1024 512 256 256 256 8 8
U%(H) 1.3 0.9 0.8 0.7 0.7 0.6 0.6
耐磨損性 B B B B B D D
PET:聚對苯二甲酸乙二酯、N6:尼龍6
[表4]
實施例15 實施例16 實施例17 實施例18 實施例19 比較例5 比較例6 比較例7
聚合物 A成分 PET PET PET PET PET PET PET PET
B成分 SSIA-PEG 共聚合PET SSIA-PEG 共聚合PET SSIA-PEG 共聚合PET SSIA-PEG 共聚合PET SSIA-PEG 共聚合PET SSIA-PEG 共聚合PET SSIA-PEG 共聚合PET
複合比率A/E(wt%) 80/20 80/20 80/20 80/20 80/20 100 80/20 80/20
溶解度參數差(MPa1/2) 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
複合纖維 複合構造 單向積層 單向積層 單向積層 單向積層 單向積層 單成分 海島 板狀積層
界面長度總和/纖維截面積(nm-1) 0.0079 0.0039 0.0020 0.0158 0.0318 0.0006 0.0004
B成分之層厚度變動(%) 38 43 29 50 48 30
B成分之平均層厚度(nm) 57 113 231 30 16 920
積層數 128 64 32 256 512 8(島數) 8
U%(H) 0.5 0.6 0.6 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
耐磨損性 B B B A A A C C
扁平極細纖維 扁平度 80 40 20 160 320 1(丸截面) 1(丸截面) 5
平均厚度(nm) 225 450 900 113 56 18000 (直徑) 5620 (直徑) 3600
厚度變動(%) 36 41 39 48 48 32
凹凸度(%) 30 25 26 26 26 25
織物特性 機能性物質之分佈狀態 纖維束內 纖維束內 纖維束內 纖維束內 纖維束內
機能性物質含有率(%) 5.2 3.9 2.9 6.1 7.5 0.7 1.1 1.0
機能性物質經洗滌後的含有率(%) 4.4 2.8 1.4 5.8 7.2 0.1 0.2 0.1
乙醛濃度(ppm) 2 4 6 1 1 23 19 21
PET:聚對苯二甲酸乙二酯、SSIA:間苯二甲酸-5-磺酸鈉、PEG:聚乙二醇
[表5]
實施例20 實施例21 實施例22
聚合物 A成分 PET N6 PP
B成分 SSIA-PEG 共聚合PET SSIA-PEG 共聚合PET SSIA-PEG 共聚合PET
複合比率A/B(wt%) 80/20 80/20 80/20
溶解度參數差(MPa1/2) 1.5 0.8 6.1
複合纖維 複合構造 單向積層 單向積層 不規則積層
界面長度總和/纖維截面積(nm-1) 0.0081 0.0076 0.0039
B成分之層厚度變動(%) 7 41 33
B成分之平均層厚度(nm) 55 53 231
積層數 128 128 32
U% (H) 0.5 0.4 1.2
耐磨損性 B A D
扁平極細纖維 扁平度 80 83 18
平均厚度(nm) 225 217 403
厚度變動(%) 8 39 60
凹凸度(%) 5 30 38
織物特性 機能性物質之分佈狀態 纖維束內 纖維束內 纖維束內
機能性物質含有率(%) 3.5 5.3 2.7
機能性物質經洗滌後的含有率(%) 2.8 3.8 1.9
乙醛濃度(ppm) 5 2 6
PET:聚對苯二甲酸乙二酯、N6:尼龍6、PP:聚丙烯
針對本發明使用特定態樣進行了詳細說明,惟在不脫逸本發明意圖與範圍之前提下,均可進行各種變更與變化,此係熟習此技術者可輕易思及。另外,本申請案係以2020年12月18日提出申請的日本專利申請案(特願2020-210112)為基礎,援引全體內容並融入本案中。
1:單向積層纖維 2:輻射狀積層纖維 3:同心圓積層纖維 4:扁平極細纖維                                                                    5:複絲 6:被覆膜型單向積層纖維 7:扁平纖維 10:複合紡嘴 A:A成分 B:B成分 D:機能性物質 E:計量板 F:複合板 G:吐出板 H:微細流路
圖1係本發明一態樣的單向積層纖維之橫截面的概略圖; 圖2係圖1的部分放大圖; 圖3係本發明另一態樣的輻射狀積層纖維之橫截面的概略圖; 圖4係本發明另一態樣的同心圓積層纖維之橫截面的概略圖; 圖5係構成本發明複絲的扁平極細纖維之橫截面的概略圖; 圖6係本發明複絲的橫截面的概略圖; 圖7係對本發明複絲賦予了機能性物質時之複絲的橫截面概略圖; 圖8係用於說明本發明複合纖維之製造方法一例的複合紡嘴之橫切剖圖; 圖9係習知被覆膜型單向積層纖維的橫截面的概略圖; 圖10係習知扁平纖維的橫截面的概略圖;以及 圖11係習知由扁平纖維構成的纖維束之橫截面的概略圖。

Claims (9)

  1. 一種複合纖維,係由2種以上之聚合物構成的複合纖維,具有形成了複數界面的纖維橫截面,由2種聚合物所形成之界面長度之總和除以上述纖維橫截面之面積的商值為0.0010nm-1以上,且上述界面係在纖維軸方向上呈連續;上述纖維橫截面係由2種聚合物交錯積層的多層積層構造;至少1種聚合物的層厚度之變動(CV值)係30%以上。
  2. 如請求項1之複合纖維,其中,上述由2種聚合物所形成之界面長度之總和除以上述纖維橫截面之面積的商值為0.0050nm-1以上。
  3. 如請求項1或2之複合纖維,其中,至少1種聚合物的平均層厚度係1000nm以下。
  4. 一種複絲,係由扁平極細纖維所構成,該扁平極細纖維係從請求項1之複合纖維將構成上述多層積層構造的2種聚合物中的1種聚合物去除,而由剩餘的1種聚合物所構成。
  5. 如請求項4之複絲,其中,上述扁平極細纖維係纖維橫截面為扁平形狀,屬於將上述纖維橫截面的長軸長度除以短軸長度的商值的扁平度為15以上,且上述扁平極細纖維的平均厚度係1000nm以下。
  6. 如請求項4或5之複絲,其中,上述扁平極細纖維的厚度之變動(CV值)係10%以上。
  7. 如請求項4或5之複絲,其中,構成上述扁平極細纖維的聚合物係含有從聚酯、聚醯胺及聚烯烴所構成群組中選擇之至少1種聚合物。
  8. 如請求項4或5之複絲,其中,由上述扁平極細纖維所構成的纖維束內係內包有機能性物質。
  9. 一種纖維製品,係至少其中一部分含有請求項1或2之複合纖維、或請求項4或5之複絲。
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