(57)【要約】【課題】本発明は、幹部が細く、且つ、ファイン分の比率が低い、フィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維を得ることができるフィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維の製造方法を提供しようとするものである。【解決手段】水中に溶剤紡糸セルロース繊維を分散させたスラリーを、高速回転する細かなスリットを持つリング状刃物と、固定された細かなスリットを持つリング状刃物とが、かみ合うように配置された離解機を用いて処理することを特徴とする、フィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中に溶剤紡糸セルロース繊維を分散させたスラリーを、高速回転する細かなスリットを持つリング状刃物と、固定された細かなスリットを持つリング状刃物とが、かみ合うように配置された離解機を用いて処理することを特徴とする、フィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶剤紡糸セルロース繊維とは、パルプを原料とし、このパルプを溶解することができる溶剤に溶解させ、濾過して不純物を除去した後、乾式紡糸方法又は湿式紡糸方法によって紡糸することで得られる繊維である。溶剤としては、例えば、Ｎ−メチルモルフォリン−Ｎ−オキサイド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピペリジン−Ｎ−オキサイド、ジメチルアセトアミドなどが挙げられる。
【０００３】
該溶剤紡糸セルロース繊維を水中に分散し、叩解機等によって摩擦等の機械的な力を加えることにより、元の繊維の表面から枝分かれするように細い繊維を生成させてフィブリル化することによって、非常に微細な構造を有するフィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維とすることができる。そのような微細な構造から、フィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維は、湿式抄造不織布の材料として用いられていて、湿式抄造不織布は、例えば、電気化学素子用セパレータ、ワイパー、濾材等に用いられている（例えば、特許文献１〜５参照）。
【０００４】
特許文献１では、リファイナーを用いて幹部の最大繊維径が９．０μｍ未満になるまで叩解を進めたフィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維の製造方法が示されている。しかしながら、特許文献１に示される製造方法によって、フィブリル化溶剤紡糸セルロースの幹部の最大繊維径が９．０μｍ未満になるまで叩解した場合、ファイン分の比率の高いフィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維となりやすい。ファイン分は、湿式抄造法においてワイヤーから抜け落ちやすいことから、ファイン分の比率が高いフィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維を含有した湿式抄造不織布では、歩留が低下するという問題があった。
【０００５】
特許文献２〜５では、リファイナーを用いた、ファイン分の比率が低いフィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維の製造方法が示されている。しかしながら、特許文献２〜５に示される製造方法では、幹部の最大繊維径を細くすることが難しく、厚みの薄い湿式抄造不織布とした場合、局部的に繊維本数の少ない（繊維密度の低い）箇所が発生し、緻密性を損なうおそれがあった。
【０００６】
すなわち、特許文献１〜５に示されたリファイナーのような、高速回転する刃物と固定された刃物の間に、溶剤紡糸セルロース繊維を含むスラリーを通過させ、機械的摩擦によりフィブリル化を行う叩解機を用いた場合、フィブリル化が進むと同時に微細化された繊維の短繊維化が進みやすいことから、幹部が細く、ファイン分の比率が低い、フィブリル化溶剤紡糸セルロースを得るのは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−１６２２８１号公報
【特許文献２】特開２０１５−６０７６９号公報
【特許文献３】特開２０１７−１２３２７９号公報
【特許文献４】特開２０１２−２２３６６２号公報
【特許文献５】特開２００６−２９１４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、幹部が細く、且つ、ファイン分の比率が低い、フィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維を得ることができるフィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維の製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題は、下記発明によって解決された。
【００１０】
水中に溶剤紡糸セルロース繊維を分散させたスラリーを、高速回転する細かなスリットを持つリング状刃物と、固定された細かなスリットを持つリング状刃物とが、かみ合うように配置された離解機を用いて処理することを特徴とする、フィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のフィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維の製造方法によれば、幹部が細く、且つ、ファイン分の比率が低い、フィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
溶剤紡糸セルロース繊維とは、パルプを原料とし、このパルプを溶解することができる溶剤に溶解させ、濾過して不純物を除去した後、乾式紡糸方法又は湿式紡糸方法によって紡糸することで得られる繊維である。溶剤としては、例えば、Ｎ−メチルモルフォリン−Ｎ−オキサイド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピペリジン−Ｎ−オキサイド、ジメチルアセトアミドなどが挙げられる。
【００１３】
フィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維とは、フィルム状ではなく、主に繊維軸と平行な方向に非常に細かく分割された部分を有する繊維状で、少なくとも一部が繊維径１μｍ以下となっている繊維を指す。
【００１４】
本発明において、フィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維としては、幹部の最大繊維幅が７．０μｍ未満であることが好ましく、６．０μｍ未満であることがより好ましく、５．０μｍ未満であることがさらに好ましい。幹部の最大繊維幅が７．０μｍ以上の場合、厚みの薄い湿式抄造不織布とした際に、緻密性が低下し、ピンホールが発生する可能性がある。一方、幹部の最大繊維幅は２．０μｍ以上であることが好ましい。幹部の最大繊維幅が２．０μｍ未満である場合、ファイン分の比率が高くなりやすく、湿式抄造の際にワイヤーから抜け落ちる繊維が多くなるため、歩留が低下するおそれがある。
【００１５】
幹部の最大繊維幅の測定は以下のようにして行う。濃度０．１質量％以上０．２質量％以下のフィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維のスラリーを調製し、このスラリーをガラス上にキャストして観察用試料とする。これら観察用試料を用い、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により、フィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維の幹部の一番太い幅を５０本計測し、その平均値を最大繊維幅とする。
【００１６】
本発明において、フィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維の平均繊維長は、１．５０ｍｍ以下であることが好ましい。平均繊維長が１．５０ｍｍよりも長い場合、湿式抄造の際にフロック化しやすく、湿式抄造不織布の均一性が低下するおそれがある。本発明において、フィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維の平均繊維長は０．５０〜１．２０ｍｍがより好ましく、０．７０〜１．００ｍｍがさらに好ましい。
【００１７】
本発明において、フィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維としては、ファイン分の比率が２５〜１５質量％であることが好ましく、２２〜１６質量％であることがより好ましく、２０〜１７質量％であることがさらに好ましい。繊維長として０．２ｍｍ以下の微細な繊維が「ファイン分」と定義される。ファイン分の比率が２５質量％を超えるフィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維とした場合、湿式抄造不織布にワイヤーから抜け落ちる繊維が多くなり、歩留が低下するおそれがある。一方、ファイン分の比率が１５質量％未満とするフィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維とした場合、幹部の最大繊維幅が大きくなりやすく、厚みの薄い湿式抄造不織布とした際に、緻密性が不十分となり、ピンホールが発生する可能性がある。
【００１８】
本発明において、フィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維の「平均繊維長」は、ファイバークオリティーアナライザーＦＱＡ−３６０（ＯｐＴｅｓｔ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  Ｉｎｃ．社製）を使用して測定した。本発明における「平均繊維長」とは、屈曲した繊維の両端部の最短の長さ（ｌ）を測定・算出した「長さ加重平均繊維長」である。フィブリル化された溶剤紡糸セルロース繊維の「ファイン分の比率」は、屈曲した繊維の両端部の最短の長さ（ｌ）が０．２ｍｍ以下の繊維が、測定された全繊維に対して占める比率であり、長さ加重平均ベースで計算した値である。
【００１９】
本発明のフィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維の製造方法は、水中に溶剤紡糸セルロース繊維を分散させたスラリーを、高速回転する細かなスリットを持つリング状刃物（ローター）と、固定された細かなスリットを持つリング状刃物（ステーター）とが、かみ合うように配置された離解機を用いて処理することを特徴としている。該離解機においては、スリット間で発生する流体力学的な衝撃波によって繊維をフィブリル化することから、フィブリル化を進めても微細繊維の繊維長が短くなりにくいため、幹部が細く、ファイン分の比率が低い、フィブリル化溶剤紡糸セルロースを得ることが可能となる。具体的な装置としては、トップファイナー（相川鉄工製）、ＶＦポンプ（新浜ポンプ製）、マイルダー（登録商標）（太平洋機工製）等が挙げられる。
【００２０】
上記離解機を使って、フィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維を得る際には、離解機のリング状刃物の周速、スリットの数や幅、スラリー濃度、処理時間等を調整することによって、溶剤紡糸セルロース繊維の幹部の最大繊維幅、平均繊維長、及びファイン分の比率を適宜調整することができる。
【００２１】
本発明において、原料として用いる溶剤紡糸セルロース繊維の繊維径は、１８μｍ以下であることが好ましく、１２μｍ以下であることがより好ましく、１０μｍ以下であることがさらに好ましい。原料として用いる溶剤紡糸セルロース繊維の繊維径が１８μｍを超える場合、フィブリル化処理の際に、離解機のスリットに繊維が詰まり、処理が止まるおそれがある。
【００２２】
本発明において、原料として用いる溶剤紡糸セルロース繊維の繊維長は、３〜１０ｍｍであることが好ましく、４〜８ｍｍであることがより好ましく、４〜７ｍｍであることがさらに好ましい。原料として用いる溶剤紡糸セルロース繊維の繊維長が１０ｍｍを超える場合、フィブリル化処理の際に、離解機のスリットに繊維が詰まり処理が止まるおそれがある。一方、繊維長が３ｍｍ未満だと、幹部の最大繊維幅が７．０μｍ未満となるまでフィブリル化処理を行った際に、ファイン部の比率が２５質量％超えとなるおそれがある。
【実施例】
【００２３】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。なお、実施例中における部や百分率は断りのない限り、すべて質量によるものである。
【００２４】
実施例１
繊維径１２μｍ、繊維長４ｍｍの溶剤紡糸セルロース繊維を、容量６００Ｌの分散タンク内にて分散濃度１．００質量％で５分間分散し、均一なスラリー４００Ｌを調製した。このスラリーを、ＶＦポンプ（新浜ポンプ製）を用い、処理速度２３０ｍｌ／ｍｉｎで、４０分間フィブリル化処理を行い、実施例１のフィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維を得た。
【００２５】
実施例２
繊維径９．５μｍ、繊維長４ｍｍの溶剤紡糸セルロース繊維を、容量６００Ｌの分散タンク内にて分散濃度１．００質量％で５分間分散し、このスラリーを、実施例１と同様の方法でフィブリル化処理し、実施例２のフィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維を得た。
【００２６】
実施例３
実施例１と同様の溶剤紡糸セルロース繊維を、容量６００Ｌの分散タンク内にて分散濃度０．５０質量％で５分間分散し、均一なスラリー４００Ｌを調製した。このスラリーを、ＶＦポンプ（新浜ポンプ製）を用い、処理速度２３０ｍｌ／ｍｉｎで、１００分間フィブリル化処理を行い、実施例３のフィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維を得た。
【００２７】
実施例４
実施例２と同様の溶剤紡糸セルロース繊維を、容量６００Ｌの分散タンク内にて分散濃度０．５０質量％で５分間分散し、均一なスラリー４００Ｌを調製した。このスラリーを、実施例３と同様の方法でフィブリル化処理し、実施例４のフィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維を得た。
【００２８】
比較例１
実施例１と同様の溶剤紡糸セルロース繊維を、容量６００Ｌの分散タンク内にて分散濃度１．００質量％で５分間分散し、均一なスラリー４００Ｌを調製した。このスラリーを、ダブルディスクリファイナー（相川鉄工製）を用い、処理速度１００ｍｌ／ｍｉｎで、６０分間フィブリル化処理を行い、比較例１のフィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維を得た。
【００２９】
比較例２
実施例２と同様の溶剤紡糸セルロース繊維を、容量６００Ｌの分散タンク内にて分散濃度０．５０質量％で５分間分散し、均一なスラリー４００Ｌを調製した。このスラリーを、ダブルディスクリファイナー（相川鉄工製）を用い、処理速度１００ｍｌ／ｍｉｎで、９０分間フィブリル化処理を行い、比較例２のフィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維を得た。
【００３０】
実施例及び比較例で得られたフィブリル化溶剤紡糸セルロースについて、幹部の最大繊維幅（繊維幅）、平均繊維長（繊維長）、ファイン分の比率（ファイン分）を測定し、結果を表１に示した。幹部の最大繊維幅については、以下の基準で評価した。
【００３１】
Ａ：幹部の最大繊維幅５．０μｍ未満
Ｂ：幹部の最大繊維幅５．０μｍ以上６．０μｍ未満
Ｃ：幹部の最大繊維幅６．０μｍ以上７．０μｍ未満
Ｄ：幹部の最大繊維幅７．０μｍ以上
【００３２】
【表１】
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【００３３】
表１に示した通り、高速回転する細かなスリットを持つリング状刃物と、固定された細かなスリットを持つリング状刃物とが、かみ合うように配置された離解機を用いて処理した実施例１〜４のフィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維は、幹部が細く、且つ、ファイン分の比率が低い繊維であった。
【００３４】
一方、高速回転する刃物と固定された刃物の間に、溶剤紡糸セルロース繊維を含むスラリーを通過させ、機械的摩擦によりフィブリル化を行う叩解機を用いて処理した比較例１のフィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維は、実施例１及び実施例３に対し、幹部の幅が太い繊維となった。
【００３５】
また、比較例１と同様に、高速回転する刃物と固定された刃物の間に、溶剤紡糸セルロース繊維を含むスラリーを通過させ、機械的摩擦によりフィブリル化を行う叩解機を用い、比較例１よりも処理時間を長くした比較例２のフィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維は、実施例２及び実施例４のフィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維に対し、ファイン分の比率が高い繊維となった。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明のフィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維の製造方法によって得られたフィブリル化溶剤紡糸セルロース繊維は、湿式抄造不織布に利用でき、特に、リチウムイオン電池、アルミニウム電解キャパシタ、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等の電気化学素子に使用される湿式抄造不織布に好適に利用できる。