(57)【要約】【課題】  高分子化合物成型品が元来有する性状を実質的に変化させることなく機能性付与粒子を担持させ、機能性を有する高分子化合物成型品を製造する方法を提供すること。【解決手段】  高分子化合物成型品と機能性付与粒子とを共存させた系に、圧縮力、衝撃力、摩砕力及びせん断力から選ばれる少なくとも一種をメカノケミカルなエネルギーとして付与することにより、高分子化合物成型品の表面に機能性付与粒子を担持させる、機能性を有する高分子化合物成型品の製造方法。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子化合物成型品と機能性付与粒子とを共存させた系に、圧縮力、衝撃力、摩砕力及びせん断力から選ばれる少なくとも一種をメカノケミカルなエネルギーとして付与することにより、高分子化合物成型品の表面に機能性付与粒子を担持させる、機能性を有する高分子化合物成型品の製造方法。
【請求項２】
メカノケミカルなエネルギーを付与することにより、機能性付与粒子の粉砕、並びに粉砕及び解砕と同時に、高分子化合物成型品表面への機能性付与粒子の担持を行う、請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
メカノケミカルなエネルギーの付与を、粉砕ボールを用いた粉砕装置で行う、請求項１記載の製造方法。
【請求項４】
粉砕ボールを用いた粉砕装置として、遊星型ボールミル、転動式ボールミル及び振動式ボールミルから選ばれた少なくとも一種を用いる、請求項３記載の製造方法。
【請求項５】
高分子化合物成型品と機能性付与粒子とを予め加熱したのち、メカノケミカルなエネルギーを付与する、請求項１記載の製造方法。
【請求項６】
高分子化合物成型品と機能性付与粒子とを加熱しつつ、メカノケミカルなエネルギーを付与する、請求項１記載の製造方法。
【請求項７】
高分子化合物成型品が、フィラメント形態、ステープル形態、繊維集合体形態、繊維構造体形態、面状体からなる群から選ばれた少なくとも一種の形態を有する、請求項１記載の製造方法。
【請求項８】
請求項１記載の製造方法によって得られる、機能性を有する高分子成型品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒能や抗菌性等の機能を有する高分子化合物成型品を得る方法に関する。更に詳しくは、本発明は、触媒能や抗菌性等の機能性を付与する粒子を高分子化合物成型品の表面へ担持させて、機能性を有する高分子化合物成型品を得る方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高分子化合物成型品（繊維、フィルム等）の付加価値を高めるために、高分子化合物成型品に各種機能を有する機能性付与粒子を担持させることが広く行われており、例えば、溶液状のバインダーに機能性付与粒子を分散させたバインダー溶液中に高分子化合物成型品を浸漬させる「ディッピング法」や、同じく溶液状のバインダーに機能性付与粒子を分散させたバインダー溶液を高分子化合物成型品表面にスプレーして固着する「スプレーコート法」などが知られている。
【０００３】
これらの方法では、バインダー溶液の化学的組成や、浸漬、スプレー等の処理条件を工夫することにより、固着粒子の脱落耐久性や加工性を高める試みが多くなされているが、バインダー溶液にはバインダー成分のほかにも分散剤成分など多くの成分が必要とされるため、必然的にコストが高くなるという問題があった。また、上記バインダー溶液を高分子化合物成型品に塗布した後、バインダー溶液中の揮発成分を除去するために多くの熱エネルギーと時間とを要するという問題もある。
【０００４】
更に、機能性付与粒子の表面のみならず、高分子化合物成型品の表面をもバインダー溶液が被覆してしまうため、表面に吸着サイトなどの微小な機能性高次構造を有する材料においては、その機能が制限されてしまうという問題もあった。
【０００５】
これらの問題を解決すべく、バインダーを使用しない機能性付与粒子の不織布への担持方法についても検討がなされており、熱可塑性高分子繊維から成る不織布に機能性付与粒子を乾式法で担持させた後、熱処理により熱可塑性高分子不織布の少なくとも表面を軟化させて、該繊維表面に機能性付与粒子を固着させる方法（例えば、特許文献１等参照。）が提案されている。
【０００６】
この方法を用いることにより、少ない操作工程で生産が可能な上、担持した機能性付与粒子が水洗処理などによって脱落しないなどの利点が得られる。しかし、乾式法によって機能性付与粒子を担持する際に機能性付与粒子の凝集が起こったり、熱処理時に不織布全体を、不織布を構成する繊維表面が軟化する程度まで加熱する必要があるため、不織布の性状が変化したりするという問題があった。
【特許文献１】特開平０７−２６８７６７号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上記従来技術が有していた問題点を解消し、高分子化合物成型品が元来有する性状を実質的に変化させることなく機能性付与粒子を担持させ、機能性を有する高分子化合物成型品を製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは上記の従来技術に鑑みて鋭意検討を重ねた結果、本発明に到達した。
すなわち、本発明の目的は、高分子化合物成型品と機能性付与粒子とを共存させた系に、圧縮力、衝撃力、摩砕力及びせん断力から選ばれる少なくとも一種をメカノケミカルなエネルギーとして付与することにより、高分子化合物成型品に機能性付与粒子を担持させる、機能性を有する高分子化合物成型品の製造方法によって達成することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、バインダーや熱処理を必要とすることなく、高分子化合物成型品に機能性付与粒子を担持することができるため、機能性付与粒子が有する機能と高分子化合物成型品が元来有する機能とを最大限発揮させることができる。
【００１０】
また、メカノケミカルなエネルギーにより、機能性付与粒子の粉砕、又は粉砕及び解砕と同時に、機能性付与粒子の高分子化合物成型品への担持をも同時に行うこともでき、担持された機能性付与粒子の分散性が著しく向上するとともに微粒子化することができるので、機能が発揮される有効比表面積を増大させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の製造方法においては、まず高分子化合物成型品と機能性付与粒子とを共存させた系とすることが必要である。
【００１２】
ここで、機能性粒子と共存させる高分子化合物成型品としては、機能付与しようとする高分子化合物成型品をいずれも用いることができ、ポリエステル系樹脂、脂肪族ポリアミド系樹脂、芳香族ポリアミド系樹脂、全芳香族ポリアミド系樹脂、ビニル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アクリル系樹脂及びポリオレフィン系樹脂等からなる繊維、フィルムなどを好ましい例として挙げることができる。
【００１３】
繊維の形態としては、いずれも採用することができ、フィラメント形態やステープル形態、これらの集合したヤーン形態、織物形態、編物形態、不織布形態、フェルト形態等の繊維集合体形態、また繊維集合体を構成する繊維の一部が固着された繊維構造体形態をとることができ、これらは前述の素材を混合したものであってもよい。また、繊維断面形状は、通常の中実断面のほか、断面形状の異なる異形断面であってもよく、例えば中空断面、三角断面、四角断面、中実断面が２つ以上組み合わさって形成される幅広断面などの異形断面形状や、異種ポリマーを組み合わせた繊維としてもよく、例えば、芯鞘型複合繊維、サイド・バイ・サイド型複合繊維や混合紡糸繊維としてもよい。またこれら異種ポリマーの組み合わせにより繊維を異形断面形状としてもよい。
【００１４】
フィルムの形態としては、通常の面状体以外にも、表面に微多孔を多数有するものや、複数の面状体が貼り合わせたものを用いることが出来る。
【００１５】
他方、本発明において上記高分子化合物成型品と共存させる機能性付与粒子としては、特に制限はなく、様々なものを用いることができ、例えば、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛等の金属酸化物や、金、白金、銀、鉄、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケル、マンガン等の金属類、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフェニレンスルサイド等の合成樹脂類などを用いることが出来る。
【００１６】
本発明においては、上述した高分子化合物成型品と機能性粒子とが共存された系にメカノケミカルなエネルギーを付与するが、このための装置としては、粉砕ボールを用いた粉砕装置を用いることができ、具体的には遊星型ボールミル、転動式ボールミル、振動式ボールミル等を挙げることができるが、圧縮力、衝撃力、摩砕力及びせん断力から選ばれる少なくとも一種を付与することができる限り、どのような手段を用いても良い。
【００１７】
本発明の製造方法は、担持処理する高分子化合物成型品の形態や処理量に応じて、回分式に処理しても連続式に処理してもどちらでもよい。
【００１８】
回分式で担持処理を行う場合は、使用形態に応じた形状に成型した高分子化合物成型品を容器内に固定し、該容器内に必要量の機能性付与粒子とメディアとを投入し、高分子化合物成型品に損傷が及ばない程度のメカノケミカルなエネルギーが付与できるように容器に外力を付加すればよく、容器に負荷する外力としては、容器を回転させる方法や振動させる方法など、使用する装置に応じた方法を選択すればよい。
【００１９】
該メディアとしては、ジルコニアビーズ、ガラスビーズ等の粉砕用ボールメディアが好ましく使用されるが、圧縮力、衝撃力、摩砕力及びせん断力から選ばれる少なくとも一種を付与することができる限り、いずれを採用することもできる。また、機能性付与粒子自体がメディアとしての機能も持ちうる場合は、別途メディアを投入する必要はないが、担持後粒子の耐脱落性を向上させるためには高比重のメディアを投入するほうが好ましい。
【００２０】
担持処理に用いる容器としては、ジルコニア製ポットや超高分子量ポリエチレン製ポットなどが好ましく使用される。更に、カートリッジフィルターのように、繊維状の高分子化合物成型品を容器内に固定して使用する製品に機能性付与粒子を担持する場合、製品の容器自体を担持に用いる容器として使用することも可能である。この場合、フィルター形状に加工した繊維を予め製品の容器内に組み付けた後、機能性付与粒子とメディアとを容器内に投入して密封し、製品の容器自体にメカノケミカルなエネルギーを付与した後に余分な機能性付与粒子とメディアとを排出すれば、機能性付与粒子を担持したカートリッジフィルターを容易に製造することが可能である。
【００２１】
他方、繊維やフィルム等の高分子化合物成型品に対して連続式で担持処理を行う場合は、該高分子化合物成型品が出入り可能な最小限のスリットを設けた容器の前後に、ニップロールやクローバーロール等の巻き出し機構及び／又は引き取り機構を設け、予めメディアを容器内に投入した上で、必要量の機能性付与粒子をホッパーなどの供給装置により容器内へ連続的に供給しながら容器に外力を付与すればよく、この外力としては、容器を回転させる方法や振動させる方法の他、固定した容器内部に、メディアと機能性付与粒子を持ち上げては自由落下させる回転フィンを設ける方法など、使用する装置に応じた方法を選択すればよい。
【００２２】
担持する機能性付与粒子や高分子化合物成型品の性状によっては、機能性付与粒子及び高分子化合物成型品に影響が及ばない範囲で予備加熱を行った後、前記の担持方法を実施すれば、更に担持効果を高めることができる。
【００２３】
また、機能性付与粒子及び高分子化合物成型品に影響が及ばない範囲であれば、加熱しつつ前記の担持方法を実施しても、更に担持効果を高めることができる。
【００２４】
担持加工後の高分子化合物成型品に余分な機能性付与粒子が付着している場合は、ガスブローや液体による洗浄により除去すればよい。除去した機能性付与粒子はフィルターなどの手段によって捕集し、再利用することが可能である。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はこれにより何等限定を受けるものでは無い。
【００２６】
［実施例１］
繊維径５〜１０μｍのポリエステル繊維から成る不織布を遊星ボールミルの粉砕容器壁面付近にホルダーを用いて固定し、平均粒径０．３μｍの酸化チタン粉末とφ１０ｍｍ鉄心入りナイロン製球を投入して、２００ｒｐｍで１０分間処理した。
処理後の不織布を水中で強撹拌して洗浄した後、その表面を電子顕微鏡で観察したところ、不織布上への酸化チタンの均一な担持が認められた。
【００２７】
［実施例２］
繊維径約１０μｍのアラミド繊維から成る不織布を遊星ボールミルの粉砕容器の容器壁面付近にホルダーを用いて固定し、平均粒径０．３μｍの酸化チタン粉末とφ３ｍｍジルコニアビーズを投入して、２００ｒｐｍで１０分間処理した。
処理後の不織布を水中で強撹拌して洗浄した後、その表面を電子顕微鏡で観察したところ、不織布上への酸化チタンの均一な担持が認められた。
【００２８】
［実施例３］
繊維径約５〜１０μｍのポリエステル繊維から成る不織布を遊星ボールミルの粉砕容器の容器壁面付近にホルダーを用いて固定し、平均粒径０．５μｍの真ちゅう粉末とφ３ｍｍジルコニアビーズを投入して、２００ｒｐｍで１０分間処理した。
処理後の不織布を水中で強撹拌して洗浄した後、その表面を電子顕微鏡で観察したところ、不織布上への真ちゅうの均一な担持が認められた。
【００２９】
［実施例４］
繊維径約３０μｍのポリ塩化ビニル繊維バンドル、平均粒径０．３μｍの酸化チタン粉末、φ３ｍｍジルコニアビーズを遊星ボールミルの粉砕容器内に投入して、２００ｒｐｍで１０分間処理した。
処理後の繊維バンドルを水中で強撹拌して洗浄した後、その表面を電子顕微鏡で観察したところ、繊維上への酸化チタンの均一な担持が認められた。
【００３０】
［実施例５］
繊維径約２０μｍのアラミド繊維バンドル、平均粒径０．３μｍの酸化チタン粉末、φ３ｍｍジルコニアビーズを遊星ボールミルの粉砕容器内に投入して、２００ｒｐｍで１０分間処理した。
処理後の繊維バンドルを水中で強撹拌して洗浄した後、その表面を電子顕微鏡で観察したところ、繊維上への酸化チタンの均一な担持が認められた。
【００３１】
［実施例６］
繊維径約３０μｍのポリ塩化ビニル繊維バンドル、平均粒径０．４μｍのポリスチレン粉末、φ３ｍｍジルコニアビーズを遊星ボールミルの粉砕容器内に投入して、２００ｒｐｍで１０分間処理した。
処理後の繊維バンドルを水中で強撹拌して洗浄した後、その表面を電子顕微鏡で観察したところ、繊維上へのポリスチレンの均一な担持が認められた。
【００３２】
［実施例７］
繊維径約２０μｍのアラミド繊維バンドル、平均粒径０．４μｍのポリスチレン、φ３ｍｍジルコニアビーズを遊星ボールミルの粉砕容器内に投入して、２００ｒｐｍで１０分間処理した。
処理後の繊維バンドルを水中で強撹拌して洗浄した後、その表面を電子顕微鏡で観察したところ、繊維上へのポリスチレンの均一な担持が認められた。
【００３３】
[実施例８]
ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）繊維からなる不織布、平均粒径０．３μｍの酸化チタン粉末、φ３ｍｍジルコニアビーズを遊星ボールミルの粉砕容器内に投入して、２００ｒｐｍで１０分間処理した。
処理後のＰＴＦＥ不織布を水中で強撹拌して洗浄した後、その表面を電子顕微鏡で観察したところ、不織布上への酸化チタンの均一な担持が認められた。
【００３４】
[実施例９]
厚み約５０μｍのポリイミドフィルム、平均粒径０．３μｍの酸化チタン粉末、φ３ｍｍジルコニアビーズを遊星ボールミルの粉砕容器内に投入して、４００ｒｐｍで１５分間処理した。
処理後のフィルムを水中で強撹拌して洗浄した後、その表面を電子顕微鏡で観察したところ、フィルム上へのポリスチレンの均一な担持が認められた。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の製造方法により得られた機能性付与粒子を担持した高分子化合物成型品は、高性能フィルター、抗菌性素材など各種の幅広い用途に適用することが可能であり、その工業的意義は大きい。