JP2018517861A - Method for producing polyolefin fiber - Google Patents
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Abstract
本発明はa)溶媒中にポリオレフィンの溶液を調製し、b)得られたポリオレフィン溶液をこのポリオレフィン溶液を受けるように構成された1つ以上の開口を有する本体を含むファイバ製造装置中に入れ、c)ファイバ製造装置を回転させ、ファイバ製造装置の回転によってポリオレフィン溶液を上記の1つまたは複数の開口を通過させて平均繊維直径が5000nm以下であるポリオレフィン繊維を製造する、の工程を含む平均繊維直径が5000nm以下であるポリオレフィン繊維の製造方法であって、ポリオレフィンが少なくとも40000ダルトンの重量平均分子量Mwを有するポリエチレンポリマーおよびコポリマーと少なくとも120000ダルトンの重量平均分子量Mwを有するポリプロピレンポリマーおよびコポリマーからなる群の中から選択され、ファイバ製造装置を少なくとも毎分10000回転の速度で回転する方法に関する。本発明はそのポリオレフィン繊維とそれを含むもの品とにも関する。The present invention includes: a) preparing a solution of a polyolefin in a solvent; b) placing the resulting polyolefin solution in a fiber manufacturing apparatus that includes a body having one or more openings configured to receive the polyolefin solution; c) An average fiber comprising the steps of rotating a fiber manufacturing apparatus and manufacturing a polyolefin fiber having an average fiber diameter of 5000 nm or less by passing the polyolefin solution through the one or more openings by rotating the fiber manufacturing apparatus. A method for producing a polyolefin fiber having a diameter of 5000 nm or less, wherein the polyolefin comprises a polyethylene polymer and copolymer having a weight average molecular weight Mw of at least 40,000 daltons and a polypropylene polymer and copolymer having a weight average molecular weight Mw of at least 120,000 daltons. Selected from the fiber The present invention relates to a method of rotating a manufacturing apparatus at a speed of at least 10,000 revolutions per minute. The invention also relates to the polyolefin fiber and articles containing it.
Description
本発明は、ポリオレフィン繊維、特にポリエチレン繊維、好ましくはそのナノファイバーの製造方法に関するものである。本発明はさらに、上記方法で得られたポリオレフィン繊維にも関するものである。 The present invention relates to a process for producing polyolefin fibers, in particular polyethylene fibers, preferably nanofibers thereof. The present invention further relates to a polyolefin fiber obtained by the above method.
非常に細かい繊維(very fine fibers)および非常に細かい繊維から作った繊維ウェブに対するニーズが増えている。この種のウェブは最終製品の選択的遮蔽(selective barrier)の用途で有用である。ナノファイバーウェブは濾過、膜分離、軍隊保護服、バイオセンサー、創傷包帯や組織工学での足場(scaffolds)として幅広い用途での使用が見出されている。 There is an increasing need for very fine fibers and fiber webs made from very fine fibers. This type of web is useful in selective barrier applications of the final product. Nanofiber webs have found widespread use as scaffolds in filtration, membrane separation, military protective clothing, biosensors, wound dressings and tissue engineering.
しかし、こうした可能性にもかかわらず、ナノファイバーは機械的特性が弱いため、その応用は限定されてきた。 However, despite these possibilities, nanofibers have limited applications due to their weak mechanical properties.
ポリマー繊維を作るのに最も広く使用されている紡糸方法はエレクトロ紡糸法(Electrospinnin)とメルトブロー紡糸法である。ナノサイズの繊維にはエレクトロ紡糸法が好ましいが、この方法には高電圧電界を必要とし、生産速度が低く、溶液の正確な導電率を必要とする等のいくつかの欠点がある。 The most widely used spinning methods for making polymer fibers are the electrospinnin and melt blow spinning methods. Electrospinning is preferred for nano-sized fibers, but this method has several drawbacks, such as requiring high voltage electric fields, low production rates, and requiring accurate conductivity of the solution.
フォーススピニング(forcespinning)はエレクトロスピニングとは違って材料が処理に必要な誘電特性を有する必要がないため、繊維にできる材料が制限されない。フォーススピニングは紡糸口金(spinneret)を高速回転させる方法で、遠心力と静水圧を組み合わせて液体材料のジェットをオリフィスから噴射する。オリフィスから材料のジェットが出た時に空気力学的環境と回転紡糸口金の慣性力とによって材料はナノファイバーに延伸される。 Forcespinning, unlike electrospinning, does not require the material to have the necessary dielectric properties for processing, so the material that can be made into a fiber is not limited. Force spinning is a method in which a spinneret is rotated at high speed, and a jet of liquid material is ejected from an orifice by combining centrifugal force and hydrostatic pressure. When the jet of material exits the orifice, the material is drawn into nanofibers due to the aerodynamic environment and the inertia of the spinneret.
しかし、今日に至るまで、優れた機械的特性を有する高分子ナノファイバー、特にポリエチレンおよびポリプロピレンのようなポリオレフィンのナノファイバーを製造したという報告はほとんどなく、成功していない。 To date, however, there have been few reports of successful production of polymeric nanofibers with excellent mechanical properties, especially polyolefin nanofibers such as polyethylene and polypropylene.
上記の観点から、ポリオレフィンのナノファイバー、特に機械的特性が改善されたポリオレフィンのナノファイバーを製造するための他の効率的なプロセスを開発するというニーズがある。
本発明はこのニーズに対する一つまたは複数の解決策を提供する。
In view of the above, there is a need to develop other efficient processes for producing polyolefin nanofibers, particularly polyolefin nanofibers with improved mechanical properties.
The present invention provides one or more solutions to this need.
本発明の第1の観点から、本発明は下記(a)〜(c):
(a)溶媒中にポリオレフィンの溶液を調製し、
(b)得られたポリオレフィン溶液をこのポリオレフィン溶液を受けるように構成された1つまたは複数の開口を有する本体を含むファイバ製造装置中に入れ、
(c)ファイバ製造装置を回転させ、ファイバ製造装置の回転によってポリオレフィン溶液を上記の1つまたは複数の開口を通って平均繊維直径が5000nm以下であるポリオレフィン繊維にする、
の工程を含む平均繊維直径が5000nm以下であるポリオレフィン繊維の製造方法であって、
上記ポリオレフィンが少なくとも40000ダルトンの重量平均分子量Mwを有するポリエチレンポリマーおよびコポリマーと少なくとも120000ダルトンの重量平均分子量Mwを有するポリプロピレンポリマーおよびコポリマーからなる群の中から選択されることを特徴とする方法を提供する。
From the first aspect of the present invention, the present invention provides the following (a) to (c):
(A) preparing a polyolefin solution in a solvent;
(B) placing the resulting polyolefin solution into a fiber manufacturing apparatus comprising a body having one or more openings configured to receive the polyolefin solution;
(C) Rotating the fiber manufacturing apparatus, and by rotating the fiber manufacturing apparatus, the polyolefin solution is made into a polyolefin fiber having an average fiber diameter of 5000 nm or less through the one or more openings.
A process for producing a polyolefin fiber having an average fiber diameter of 5000 nm or less, comprising the steps of:
A method is provided wherein the polyolefin is selected from the group consisting of polyethylene polymers and copolymers having a weight average molecular weight Mw of at least 40,000 daltons and polypropylene polymers and copolymers having a weight average molecular weight Mw of at least 120,000 daltons. .
好ましくは、本発明は下記(a)〜(c):
(a)溶媒中にポリオレフィンの溶液を調製し、
(b)得られたポリオレフィン溶液をこのポリオレフィン溶液を受けるように構成された1つまたは複数の開口を有する本体を含むファイバ製造装置中に入れ、
(c)ファイバ製造装置を回転させ、ファイバ製造装置の回転によってポリオレフィン溶液を上記の1つまたは複数の開口を通って平均繊維直径が5000nm以下であるポリオレフィン繊維にする、
の工程を含む平均繊維直径が5000nm以下であるポリオレフィン繊維の製造方法であって、
上記ポリオレフィンが少なくとも40000ダルトンの重量平均分子量Mwを有するポリエチレンポリマーおよびコポリマーと少なくとも120000ダルトンの重量平均分子量Mwを有するポリプロピレンポリマーおよびコポリマーからなる群の中から選択され、
ファイバ製造装置を少なくとも毎分10000回転(rpm)の速度で回転する、
ことを特徴とする方法を提供する。
Preferably, the present invention provides the following (a) to (c):
(A) preparing a polyolefin solution in a solvent;
(B) placing the resulting polyolefin solution into a fiber manufacturing apparatus comprising a body having one or more openings configured to receive the polyolefin solution;
(C) Rotating the fiber manufacturing apparatus, and by rotating the fiber manufacturing apparatus, the polyolefin solution is made into a polyolefin fiber having an average fiber diameter of 5000 nm or less through the one or more openings.
A process for producing a polyolefin fiber having an average fiber diameter of 5000 nm or less, comprising the steps of:
The polyolefin is selected from the group consisting of polyethylene polymers and copolymers having a weight average molecular weight Mw of at least 40,000 daltons and polypropylene polymers and copolymers having a weight average molecular weight Mw of at least 120,000 daltons;
Rotating the fiber manufacturing apparatus at a speed of at least 10,000 revolutions per minute (rpm);
A method characterized by the above is provided.
本発明の第2の観点から、本発明はさらに、本発明の第1の観点による上記方法で得られた平均繊維直径が5000nm以下であるポリオレフィン繊維を包含する。 From the second aspect of the present invention, the present invention further includes a polyolefin fiber having an average fiber diameter of 5000 nm or less obtained by the above method according to the first aspect of the present invention.
本発明の第3の観点から、本発明はさらに、平均繊維直径が5000nm以下であるポリオレフィン繊維を包含し、このポリオレフィンが少なくとも40000ダルトンの重量平均分子量Mwを有するポリエチレンポリマーおよびコポリマーと、少なくとも120000ダルトンの重量平均分子量Mwを有するポリプロピレンポリマーおよびコポリマーから成る群の中から選択される。 From a third aspect of the present invention, the present invention further includes a polyolefin fiber having an average fiber diameter of 5000 nm or less, wherein the polyolefin has a weight average molecular weight Mw of at least 40,000 daltons, and at least 120,000 daltons. Selected from the group consisting of polypropylene polymers and copolymers having a weight average molecular weight Mw of
本発明の第4の観点から、本発明はさらに、本発明の第2または第3観点によるポリオレフィン繊維または本発明の第1観点による方法で製造したポリオレフィン繊維を含む物品を包含する。 From a fourth aspect of the present invention, the present invention further encompasses an article comprising a polyolefin fiber according to the second or third aspect of the present invention or a polyolefin fiber produced by the method according to the first aspect of the present invention.
驚くべきことに、本発明方法を用いることによって平均繊維直径が5000nm以下で、しかも、機械的特性(引張強度、弾性率および頑強さ(tenacity))に優れたポリオレフィン繊維が製造できるということが見出された。 Surprisingly, it has been found that by using the method of the present invention, it is possible to produce polyolefin fibers having an average fiber diameter of 5000 nm or less and excellent mechanical properties (tensile strength, elastic modulus and tenacity). It was issued.
以下、本発明についてさらに説明し、本発明の異なる観点をより詳細に定義するが、以下で定義する各観点は、明らかに反対であることを示さない限り、任意の他の局面または観点と組み合わせることができる。特に、好ましいまたは有利であるとして示した任意の特徴またはステートメントは、好ましいまたは有利であるとして示した任意の他の特徴またはステートメントと組み合わせることができる。 The invention is further described below to define different aspects of the invention in more detail, but each aspect defined below is combined with any other aspect or aspect unless indicated to the contrary. be able to. In particular, any feature or statement indicated as being preferred or advantageous may be combined with any other feature or statement indicated as being preferred or advantageous.
本発明方法本発明に包含される繊維および物品を説明する前に、本発明は記載した特定の方法、繊維および物品に限定されるものではなく、異なった繊維および物品でも良いということを理解すべきである。本明細書で使用される用語は限定を意図するものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ限定されるということを理解すべきである。 Prior to describing the fibers and articles encompassed by the present invention, it is understood that the present invention is not limited to the specific methods, fibers and articles described, and may be different fibers and articles. Should. The terminology used herein is not intended to be limiting. It should be understood that the scope of the present invention is limited only by the claims.
本発明の開示で使用した全ての用語は、他に定義しない限り、本発明が属する技術分野の当業者が一般的に理解するような技術用語および科学用語の意味を有する。以下の説明で使用される用語の定義は本発明の教示をより良く理解するためのガイドラインも含まれる。ポリマー樹脂、方法、物品および使用を説明するときに本発明で使用する用語は、文脈が別途指示しない限り、以下の定義に従って解釈されるべきである。 All terms used in disclosing the present invention, unless otherwise defined, have the meanings of technical and scientific terms as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The definitions of terms used in the following description also include guidelines for a better understanding of the teachings of the present invention. The terms used in the present invention when describing polymer resins, methods, articles and uses are to be interpreted according to the following definitions unless the context indicates otherwise.
本明細書で使用される単数形「a」、「an」は、文脈が明確に指示しない限り、単数形と複数形の両方を含む。例えば「樹脂」とは一つの樹脂または複数の樹脂を意味する。 As used herein, the singular forms “a”, “an” include both the singular and plural unless the context clearly dictates otherwise. For example, “resin” means one resin or a plurality of resins.
本明細書で使用する「成る」「構成される」「含む」という用語は「含む」「含まれる」または「含有する」と同義である、「含まれている」「含む」はオープンエンドで、追加の構成、部材、要素または方法の工程を排除するものではない。「から成る」「から構成される」という用語は「のみから成る」「のみから構成される」を含む。 As used herein, the terms “consisting”, “composed”, and “including” are synonymous with “including”, “included”, or “containing”, “included” “including” is open-ended. It does not exclude additional components, components, elements or method steps. The terms “consisting of” and “consisting of” include “consisting of only” and “consisting of only”.
端点を示した数値範囲はそれに含まれる全ての整数を含み、適切な場合にはそれに含まれる小数点も含む(例えば、1〜5は、要素の数を言う場合には1、2、3、4を含み、測定値を参照する場合には1.5、2、2.75および3.80を含む)。端点を記載した場合には端点値自体を含む(例えば1.0〜5.0は1.0と5.0の両方を含む)。本明細書に記載の任意の数値範囲はその中に包含される全ての下位範囲を含む。 The numerical range indicating the endpoint includes all integers contained in it, and also includes the decimal point included in it as appropriate (e.g. 1 to 5 is 1, 2, 3, 4 when referring to the number of elements). And 1.5, 2, 2.75 and 3.80 when referring to measurements). When the end point is described, the end point value itself is included (for example, 1.0 to 5.0 includes both 1.0 and 5.0). Any numerical range recited herein includes all subranges subsumed therein.
本明細書で「一つの実施形態」または「実施形態」とは、その実施形態に関連して記載した特定の特徴、構造または特性が本発明の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書を通して種々の箇所で「一つの実施形態では」または「一実施形態では」とは、必ずしも全て同じ実施形態を参照するものではない。特定の特徴、構造または特性は、本明細書の開示から当業者に明らかな一つ以上の実施観点で任意の適切な方法で組み合わせることができる。本明細書に記載のいくつかの実施形態では他の実施形態に含まれる他の特徴を含むことができ、異なる実施形態の特徴を組合せて異なる実施形態を形成することも本発明の範囲内であることは当業者に理解できよう。
例えば、以下の特許請求の範囲およびステートメント(特徴記述)で全ての実施形態は任意の組み合わせで使用できる。
As used herein, “an embodiment” or “an embodiment” means that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with the embodiment is included in at least one embodiment of the invention. . Thus, in various places throughout the specification, “in one embodiment” or “in one embodiment” do not necessarily all refer to the same embodiment. Specific features, structures or characteristics may be combined in any suitable manner in one or more implementations that will be apparent to those skilled in the art from the disclosure herein. Some embodiments described herein may include other features included in other embodiments, and features of different embodiments may be combined to form different embodiments within the scope of the present invention. Those skilled in the art will understand that this is the case.
For example, all the embodiments can be used in any combination in the following claims and statements.
以下、本発明のポリマー樹脂、方法、物品および用途の好ましいステートメントおよび実施形態を記載する。定義された本発明の各ステートメントおよび実施形態は、明らかに反対に示さない限り、他のステートメントおよび/または実施形態と組み合わせることができる。特に、好ましいまたは有利であるとして示される任意の特徴またはステートメントは、好ましいまたは有利であるとして示される任意の他の特徴またはステートメントと組み合わせることができる。本発明は、特に、下記の1〜22の番号で表したステートメントおよび/または実施形態と他の任意の一つまたは複数のステートメントおよび/または実施形態との任意の組み合わせによって把握される。 Hereinafter, preferred statements and embodiments of the polymer resins, methods, articles and applications of the present invention are described. Each statement and embodiment of the invention as defined can be combined with other statements and / or embodiments unless clearly indicated to the contrary. In particular, any feature or statement indicated as being preferred or advantageous can be combined with any other feature or statement indicated as being preferred or advantageous. The present invention is particularly understood by any combination of statements and / or embodiments represented by the numbers 1-22 below with any other one or more statements and / or embodiments.
1.下記(a)〜(c):
(a)溶媒中にポリオレフィンの溶液を調製し、
(b)得られたポリオレフィン溶液をこのポリオレフィン溶液を受けるように構成された1つまたは複数の開口を有する本体を含むファイバ製造装置中に入れ、
(c)ファイバ製造装置を回転させ、ファイバ製造装置の回転によってポリオレフィン溶液を上記の1つまたは複数の開口を通過させて平均繊維直径が5000nm以下であるポリオレフィン繊維を製造する、
の工程を含む平均繊維直径が5000nm以下であるポリオレフィン繊維の製造方法であって、
上記ポリオレフィンが少なくとも40000ダルトンの重量平均分子量Mwを有するポリエチレンポリマーおよびコポリマーと少なくとも120000ダルトンの重量平均分子量Mwを有するポリプロピレンポリマーおよびコポリマーからなる群の中から選択される,
ことを特徴とする方法。
1. The following (a) to (c):
(A) preparing a polyolefin solution in a solvent;
(B) placing the resulting polyolefin solution into a fiber manufacturing apparatus comprising a body having one or more openings configured to receive the polyolefin solution;
(C) rotating the fiber manufacturing apparatus, and passing the polyolefin solution through the one or more openings by rotating the fiber manufacturing apparatus to manufacture a polyolefin fiber having an average fiber diameter of 5000 nm or less;
A process for producing a polyolefin fiber having an average fiber diameter of 5000 nm or less, comprising the steps of:
The polyolefin is selected from the group consisting of polyethylene polymers and copolymers having a weight average molecular weight Mw of at least 40,000 daltons and polypropylene polymers and copolymers having a weight average molecular weight Mw of at least 120,000 daltons,
A method characterized by that.
2.下記(a)〜(c):
(a)溶媒中にポリオレフィンの溶液を調製し、
(b)得られたポリオレフィン溶液をこのポリオレフィン溶液を受けるように構成された1つまたは複数の開口を有する本体を含むファイバ製造装置中に入れ、
(c)ファイバ製造装置を回転させ、ファイバ製造装置の回転によってポリオレフィン溶液を上記の1つまたは複数の開口を通過させて平均繊維直径が5000nm以下であるポリオレフィン繊維を製造する、
の工程を含む平均繊維直径が5000nm以下であるポリオレフィン繊維の製造方法であって、
上記ポリオレフィンが少なくとも40000ダルトンの重量平均分子量Mwを有するポリエチレンポリマーおよびコポリマーと少なくとも120000ダルトンの重量平均分子量Mwを有するポリプロピレンポリマーおよびコポリマーからなる群の中から選択し、
ファイバ製造装置を少なくとも毎分10000回転(rpm)の速度で回転する、
ことを特徴とする方法。
2. The following (a) to (c):
(A) preparing a polyolefin solution in a solvent;
(B) placing the resulting polyolefin solution into a fiber manufacturing apparatus comprising a body having one or more openings configured to receive the polyolefin solution;
(C) rotating the fiber manufacturing apparatus, and passing the polyolefin solution through the one or more openings by rotating the fiber manufacturing apparatus to manufacture a polyolefin fiber having an average fiber diameter of 5000 nm or less;
A process for producing a polyolefin fiber having an average fiber diameter of 5000 nm or less, comprising the steps of:
The polyolefin is selected from the group consisting of polyethylene polymers and copolymers having a weight average molecular weight Mw of at least 40,000 daltons and polypropylene polymers and copolymers having a weight average molecular weight Mw of at least 120,000 daltons;
Rotating the fiber manufacturing apparatus at a speed of at least 10,000 revolutions per minute (rpm);
A method characterized by that.
3.ファイバ製造装置を少なくとも10000RPM、好ましくは少なくとも15000RPM、好ましくは少なくとも20000RPM、好ましくは少なくとも22000RPMの速度で回転するステートメント1または2に記載の方法。 3. Method according to statement 1 or 2, wherein the fiber manufacturing apparatus is rotated at a speed of at least 10,000 RPM, preferably at least 15000 RPM, preferably at least 20000 RPM, preferably at least 22000 RPM.
4.上記ポリオレフィンを少なくとも120000ダルトンの重量平均分子量Mwを有するポリエチレンポリマーおよびコポリマーおよびポリプロピレンポリマーおよびコポリマーを含む群から選択するステートメント1〜3のいずれか一項に記載の方法。 4). 4. The method according to any one of statements 1 to 3, wherein the polyolefin is selected from the group comprising polyethylene polymers and copolymers having a weight average molecular weight Mw of at least 120,000 daltons and polypropylene polymers and copolymers.
5.ポリオレフィンが少なくとも200,000ダルトン、好ましくは少なくとも300000ダルトン、好ましくは少なくとも400000ダルトン、好ましくは少なくとも500000ダルトン、好ましくは少なくとも600000ダルトン、好ましくは少なくとも700000ダルトン、好ましくは少なくとも800000ダルトン、好ましくは少なくとも900000ダルトン、好ましくは少なくとも1つの000000ダルトンの重量平均分子量Mwを有するポリエチレンポリマーおよびコポリマーとポリプロピレンポリマーおよびコポリマーから成る群から選択されることを特徴とするステートメント1〜4のいずれか一項に記載の方法。 5. The polyolefin is at least 200,000 daltons, preferably at least 300,000 daltons, preferably at least 400,000 daltons, preferably at least 500,000 daltons, preferably at least 600,000 daltons, preferably at least 700,000 daltons, preferably at least 800,000 daltons, preferably at least 900,000 daltons, 5. Process according to any one of statements 1 to 4, characterized in that it is preferably selected from the group consisting of polyethylene polymers and copolymers having a weight average molecular weight Mw of at least one 000000 dalton and polypropylene polymers and copolymers.
6.本発明方法で使用するポリエチレンまたはポリプロピレンポリマーがホモポリマーであるステートメント1〜5のいずれか一項に記載の方法。 6). 6. The method according to any one of statements 1 to 5, wherein the polyethylene or polypropylene polymer used in the method of the present invention is a homopolymer.
7.ポリエチレンまたはポリプロピレンポリマーが直鎖ポリマーであるステートメント1〜6のいずれか一項に記載の方法。
8.ポリエチレンまたはポリプロピレンポリマーの分子量分布が最大で10であることを特徴とするステートメント1〜7のいずれか一項に記載の方法。
7). The method according to any one of statements 1 to 6, wherein the polyethylene or polypropylene polymer is a linear polymer.
8). 8. The method according to any one of statements 1 to 7, wherein the molecular weight distribution of the polyethylene or polypropylene polymer is at most 10.
9.ポリエチレンまたはポリプロピレンポリマーの分子量分布が少なくとも5であることを特徴とするステートメント1〜8のいずれか一項に記載の方法。 9. 9. Method according to any one of statements 1 to 8, characterized in that the molecular weight distribution of the polyethylene or polypropylene polymer is at least 5.
10.ポリエチレンまたはポリプロピレンポリマーの分子量分布が少なくとも5かつ最大で10、好ましくは少なくとも6かつ最大で10、好ましくは少なくとも7かつ最大で9である請求項1〜9のいずれか一項に記載のステートメントに記載の方法。 10. The molecular weight distribution of the polyethylene or polypropylene polymer is at least 5, and at most 10, preferably at least 6, and at most 10, preferably at least 7, and at most 9, as described in a statement according to any one of the preceding claims. the method of.
11。ポリオレフィンがポリエチレンであるステートメント1〜10のいずれか一項に記載の方法。 11. The method according to any one of statements 1 to 10, wherein the polyolefin is polyethylene.
12.ポリオレフィンが超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)であることを特徴とするステートメント1〜1のいずれか一項に記載の方法。 12 The method according to any one of statements 1-1, wherein the polyolefin is ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE).
13.作られたオレフィン繊維の平均直径が2000nm以下、好ましくは1000nm以下であるステートメント1〜12のいずれか一項に記載の方法。 13. The method as described in any one of the statements 1-12 whose average diameter of the produced olefin fiber is 2000 nm or less, Preferably it is 1000 nm or less.
14.ファイバ製造装置を少なくとも40℃、好ましくは少なくとも100℃、最も好ましくは200℃の温度に加熱することを含むステートメント1〜13のいずれか一項に記載の方法。 14 14. A method according to any one of statements 1 to 13, comprising heating the fiber production equipment to a temperature of at least 40C, preferably at least 100C, most preferably 200C.
15.繊維を冷却する工程を含むステートメント1〜14のいずれか一項に記載の方法。 15. 15. A method according to any one of statements 1 to 14, comprising the step of cooling the fiber.
16.集電体上に繊維を集めて繊維ウェブを形成する工程をさらに含むステートメント1〜15のいずれか一項に記載の方法。 16. 16. The method of any one of statements 1-15, further comprising collecting the fibers on a current collector to form a fiber web.
17.繊維から溶媒を除去する工程をさらに含むステートメント1〜16のいずれか一項に記載の方法。 17. The method according to any one of statements 1 to 16, further comprising the step of removing the solvent from the fiber.
18.ポリオレフィン溶液がポリオレフィン溶液の総重量に対して少なくとも1重量%かつ最大で50%以下、好ましくは少なくとも5重量%かつ最大で20重量%のポリオレフィンを含むステートメント1〜17のいずれか一項に記載の方法。 18. 18. Statements 1 to 17, wherein the polyolefin solution comprises at least 1% and at most 50% or less, preferably at least 5% and at most 20% by weight of polyolefin, based on the total weight of the polyolefin solution. Method.
19.溶剤がC6−C16アルコール、完全飽和したホワイト鉱物油、植物油、C4−C20カルボン酸、脂肪族および脂環式の炭化水素、石油留分、鉱油、灯油、水素化誘導体、ハロゲン化炭化水素、シクロアルカン、シクロアルケン、芳香族炭化水素およびテルペンを含む群から選択されるステートメント1〜18のいずれか一項に記載の方法。 19. Solvent is C6-C16 alcohol, fully saturated white mineral oil, vegetable oil, C4-C20 carboxylic acid, aliphatic and cycloaliphatic hydrocarbons, petroleum fraction, mineral oil, kerosene, hydrogenated derivative, halogenated hydrocarbon, cyclo 19. A method according to any one of statements 1 to 18 selected from the group comprising alkanes, cycloalkenes, aromatic hydrocarbons and terpenes.
20.1つまたは複数の開口の直径が少なくとも2mm、好ましくは少なくとも1mm、好ましくは少なくとも0.5mm、好ましくは少なくとも0.1mmであるステートメント1〜19のいずれか一項に記載の方法。 20. The method according to any one of statements 1 to 19, wherein the diameter of the one or more openings is at least 2 mm, preferably at least 1 mm, preferably at least 0.5 mm, preferably at least 0.1 mm.
21.ステートメント1〜20のいずれか一項に記載の方法によって得られる平均繊維直径が5000nm以下であるポリオレフィン繊維。 21. The polyolefin fiber whose average fiber diameter obtained by the method as described in any one of statements 1-20 is 5000 nm or less.
22.ポリオレフィンが少なくとも40000ダルトンの重量平均分子量Mwを有するポリエチレンポリマーおよびコポリマーおよび少なくとも120000ダルトンの平均分子量Mwを有するポリプロピレンポリマーおよびコポリマーから成る群から選択される、平均繊維直径が5000nm以下であるポリオレフィン繊維。 22. A polyolefin fiber having an average fiber diameter of 5000 nm or less, wherein the polyolefin is selected from the group consisting of polyethylene polymers and copolymers having a weight average molecular weight Mw of at least 40,000 daltons and polypropylene polymers and copolymers having an average molecular weight Mw of at least 120,000 daltons.
23.ポリオレフィンが少なくとも40000ダルトンの重量平均分子量Mwを有するポリエチレンポリマーおよびコポリマーと、少なくとも120000ダルトンの重量平均分子量Mwを有するポリプロピレンポリマーおよびコポリマーから成る群から選択される、平均繊維直径が5000nm以下であるステートメント21に記載のポリオレフィン繊維。 23. Statement 21 wherein the average fiber diameter is 5000 nm or less, wherein the polyolefin is selected from the group consisting of polyethylene polymers and copolymers having a weight average molecular weight Mw of at least 40,000 daltons and polypropylene polymers and copolymers having a weight average molecular weight Mw of at least 120,000 daltons The polyolefin fiber described in 1.
24.不織ウェブの形をしたステートメント21〜23のいずれか一項に記載のポリオレフィン繊維。 24. 24. The polyolefin fiber of any one of statements 21 to 23 in the form of a nonwoven web.
25.ポリエチレンまたはポリプロピレンポリマーがホモポリマーであるステートメント21〜24のいずれか一項に記載のポリオレフィン繊維。 25. 25. The polyolefin fiber according to any one of statements 21 to 24, wherein the polyethylene or polypropylene polymer is a homopolymer.
26.ポリエチレンまたはポリプロピレンポリマーが直鎖ポリマーであるステートメント21〜25のいずれか一項に記載のポリオレフィン繊維。 26. The polyolefin fiber according to any one of statements 21 to 25, wherein the polyethylene or polypropylene polymer is a linear polymer.
27.ポリエチレンまたはポリプロピレンポリマーの分子量分布が最大で10であるステートメント21〜26のいずれか一項に記載のポリオレフィン繊維。 27. 27. The polyolefin fiber according to any one of statements 21 to 26, wherein the molecular weight distribution of the polyethylene or polypropylene polymer is at most 10.
28.ポリエチレンまたはポリプロピレンポリマーの分子量分布が少なくとも5であるステートメント21〜27のいずれか一項に記載のポリオレフィン繊維。 28. 28. The polyolefin fiber according to any one of statements 21 to 27, wherein the molecular weight distribution of the polyethylene or polypropylene polymer is at least 5.
29.ポリエチレンまたはポリプロピレンポリマーの分子量分布が少なくとも5かつ最大で10、好ましくは少なくとも6かつ最大で10、好ましくは少なくとも7かつ最大で9であるステートメント21〜28のいずれか一項に記載のポリオレフィン繊維。 29. 29. Polyolefin fibers according to any of statements 21 to 28, wherein the molecular weight distribution of the polyethylene or polypropylene polymer is at least 5 and at most 10, preferably at least 6 and at most 10, preferably at least 7 and at most 9.
30.ポリオレフィンがポリエチレンであるステートメント21〜29のいずれか一項に記載のポリオレフィン繊維。 30. 30. The polyolefin fiber according to any one of statements 21 to 29, wherein the polyolefin is polyethylene.
31.ポリオレフィンがUHMWPEであるステートメント21〜30のいずれか一項に記載のポリオレフィン繊維。 31. The polyolefin fiber according to any one of statements 21 to 30, wherein the polyolefin is UHMWPE.
32.ステートメント21〜31のいずれか一項に記載のポリオレフィン繊維またはステートメント1〜20のいずれか一項に記載の方法に従って製造されたポリオレフィン繊維を含む物品。 32. 21. An article comprising a polyolefin fiber according to any one of statements 21 to 31 or a polyolefin fiber produced according to the method according to any one of statements 1 to 20.
本明細書で使用する「繊維」という用語は、一般に明確な長さを有するか、実質的に連続した細長い構造を有するものを意味する。 As used herein, the term “fiber” generally means one having a well-defined length or having a substantially continuous elongated structure.
本明細書で使用する「ナノファイバー」という用語は、数平均直径(非円形の形状の場合には同様な断面寸法)が約1000nm以下である繊維を意味する。非円形断面のナノファイバーの場合、本明細書で用いられる「直径」という用語は最大断面寸法を意味する。 As used herein, the term “nanofiber” refers to a fiber having a number average diameter (similar cross-sectional dimensions for non-circular shapes) of about 1000 nm or less. For non-circular cross-section nanofibers, the term “diameter” as used herein means the maximum cross-sectional dimension.
本発明では遠心紡糸技術を使用して繊維を形成する装置、フォーススピニング(forcespinning)とも呼ばれる紡糸技術を用いる。 In the present invention, a spinning technology called force spinning is used, which is an apparatus for forming fibers using centrifugal spinning technology.
フォーススピニングの方法および装置は当業者に公知であり、その機器は機器供給業者、例えばFibeRio(登録商標)テクノロジー社(マッカレン、テキサス州、米国)からフォーススピニングラインが市販されている(http://fiberiotech.com/products/forcespinning-products/参照)。 Force spinning methods and apparatus are known to those skilled in the art, and the equipment is commercially available from equipment suppliers, such as FiberRio Technology (McAllen, Texas, USA) (http: / /fiberiotech.com/products/forcespinning-products/).
従って、フォーススピニングの詳細な説明は不要であるので、ここでは簡単な説明のみを記載する。 Therefore, detailed description of force spinning is not necessary, so only a brief description will be given here.
このフォーススピニングではファイバー形成装置からポリマー溶液を放出する。ファイバー形成装置はポリオレフィン溶液を遠心力によって繊維の形態に推進する本体(例えば、紡糸口金またはスピンディスク)を含む。ポリオレフィン繊維は本体に設けた1つまたは複数の開口を通ってポリオレフィン溶液からフォーススピニングによって製造される。 This force spinning releases the polymer solution from the fiber forming device. The fiber forming apparatus includes a body (eg, spinneret or spin disk) that propels the polyolefin solution into a fiber form by centrifugal force. Polyolefin fibers are produced by force spinning from a polyolefin solution through one or more openings in the body.
本発明方法は以下の工程:
(a)溶媒中にポリオレフィンの溶液を調製し、
(b)得られたポリオレフィン溶液をこのポリオレフィン溶液を受けるように構成された1つまたは複数の開口を有する本体を含むファイバ製造装置中に入れ、
(c)ファイバ製造装置を回転させ、ファイバ製造装置の回転によってポリオレフィン溶液を上記の1つまたは複数の開口を通過させて平均繊維直径が5000nm以下であるポリオレフィン繊維を製造する、
を含み、ポリオレフィンは少なくとも40000ダルトンの重量平均分子量Mwを有するポリエチレンポリマーおよびコポリマーと、少なくとも120000ダルトンの重量平均分子量Mwを有するポリプロピレンポリマーおよびコポリマーとる群から選択され、ファイバ製造装置は少なくとも10000RPMの速度で回転される。
The method of the present invention comprises the following steps:
(A) preparing a polyolefin solution in a solvent;
(B) placing the resulting polyolefin solution into a fiber manufacturing apparatus comprising a body having one or more openings configured to receive the polyolefin solution;
(C) rotating the fiber manufacturing apparatus, and passing the polyolefin solution through the one or more openings by rotating the fiber manufacturing apparatus to manufacture a polyolefin fiber having an average fiber diameter of 5000 nm or less;
The polyolefin is selected from the group consisting of polyethylene polymers and copolymers having a weight average molecular weight Mw of at least 40,000 daltons and polypropylene polymers and copolymers having a weight average molecular weight Mw of at least 120,000 daltons, and the fiber production equipment is at a rate of at least 10,000 RPM It is rotated.
本発明での使用に適したポリエチレンは重量平均分子量Mwが少なくとも40000ダルトンのエチレンの単独重合体またはエチレンと1種以上の任意のコモノマーとの共重合体にするすることができ、コモノマーはエチレンとは相違し、オレフィンとの共重合に適したものが選択される。コモノマーはC3−C20−α−オレフィン、例えばプロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−オクテン、1−デセン、1−ドデセン、1−テトラデセン、1−ヘキサデセン、1−オクタデセンまたは1−エイコセンにすることができる。好ましい実施形態ではポリエチレンはホモポリマーである。 The polyethylene suitable for use in the present invention can be a homopolymer of ethylene having a weight average molecular weight Mw of at least 40,000 daltons or a copolymer of ethylene and one or more optional comonomers, the comonomers being ethylene and Are selected, and those suitable for copolymerization with olefins are selected. Comonomers are C3-C20-α-olefins such as propylene, 1-butene, 1-pentene, 1-hexene, 4-methyl-1-pentene, 1-octene, 1-decene, 1-dodecene, 1-tetradecene, 1 -It can be hexadecene, 1-octadecene or 1-eicosene. In a preferred embodiment, the polyethylene is a homopolymer.
本発明で使用するポリエチレンポリマーおよびコポリマーはISO規格1133の手順B、条件Dおよび2.16kgの加重下で190℃の温度で測定したメルトフローインデックスMI2が最大で34g/10分であり、例えば、最大で30g/10分、好ましくは最大で20g/10分、好ましくは最大で10g/10分、好ましくは最大で1g/10分分、好ましくは最大で0.1g/10分である。 The polyethylene polymers and copolymers used in the present invention have a maximum melt flow index MI2 measured at 190 ° C. under ISO standard 1133 procedure B, condition D and a load of 2.16 kg, eg 34 g / 10 min. 30 g / 10 min at maximum, preferably 20 g / 10 min at maximum, preferably 10 g / 10 min at maximum, preferably 1 g / 10 min at maximum, preferably 0.1 g / 10 min at maximum.
本発明で使用するポリエチレンポリマーおよびコポリマーは、触媒系の存在下、必要に応じて水素の存在下でエチレンを任意成分の1種以上のコモノマーと一緒に重合して製造することができる。本明細書で使用する「触媒」という用語は重合反応の速度を変化させる物質を意味する。本発明では触媒はプロピレンをポリプロピレンへ重合するのに適したに触媒に特に適用可能である。いくつかの実施形態では、触媒はクロム触媒、チーグラー・ナッタ触媒またはメタロセン触媒である。好ましい実施形態では、触媒はチーグラー・ナッタ触媒である。 The polyethylene polymers and copolymers used in the present invention can be prepared by polymerizing ethylene with one or more optional comonomers in the presence of a catalyst system and optionally in the presence of hydrogen. As used herein, the term “catalyst” means a substance that changes the rate of a polymerization reaction. In the present invention, the catalyst is particularly applicable to a catalyst suitable for polymerizing propylene to polypropylene. In some embodiments, the catalyst is a chromium catalyst, a Ziegler-Natta catalyst, or a metallocene catalyst. In a preferred embodiment, the catalyst is a Ziegler-Natta catalyst.
本明細書で使用されるポリエチレンポリマーはホモポリマーであり、好ましくは長鎖分岐含有量が低いホモポリマーである。 The polyethylene polymer used herein is a homopolymer, preferably a homopolymer with a low long chain branch content.
ポリエチレンは分子量分布が最大で10である超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)であるのが好ましい。このUHMWPEの分子量分布は少なくとも5であり、UHMWPEの分子量分布は少なくとも5かつ最大で10であるのが好ましい。UHMWPEの分子量分布は少なくとも5かつ最大で9であるのが好ましい。UHMWPEの分子量分布は少なくとも6かつ最大で9であるのが好ましい。 The polyethylene is preferably ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) having a molecular weight distribution of 10 at the maximum. Preferably, the molecular weight distribution of UHMWPE is at least 5, and the molecular weight distribution of UHMWPE is at least 5 and at most 10. The molecular weight distribution of UHMWPE is preferably at least 5 and at most 9. The molecular weight distribution of UHMWPE is preferably at least 6 and at most 9.
本発明の使用に適したポリプロピレンは少なくとも120000ダルトンの重量平均分子量Mwを有するプロピレンホモポリマーまたはプロピレンと1種以上の任意のコモノマーとの共重合体にすることができる。 Suitable polypropylene for use in the present invention can be a propylene homopolymer having a weight average molecular weight Mw of at least 120,000 daltons or a copolymer of propylene and one or more optional comonomers.
ポリプロピレンはランダムコポリマーでもよい。1種以上のコモノマーはエチレンおよびC4−C10アルファオレフィン、例えば1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテンまたは4−メチル−1−ペンテンからなる群から選択される。好ましいコモノマーはエチレンおよび1−ブテンである。最も好ましいコモノマーはエチレンである。ポリプロピレンはプロピレンのホモポリマーにすることができる。 Polypropylene may be a random copolymer. The one or more comonomers are selected from the group consisting of ethylene and C4-C10 alpha olefins such as 1-butene, 1-pentene, 1-hexene, 1-octene or 4-methyl-1-pentene. Preferred comonomers are ethylene and 1-butene. The most preferred comonomer is ethylene. Polypropylene can be a homopolymer of propylene.
ポリプロピレンポリマーおよびコポリマーのISO規格1133、条件Mで、230℃、2.16kgの荷重下で測定したメルトフローインデックスは最大で32g/10分、例えば最大で30g/10分、好ましくは最大で20g/10分、好ましくは最大10g/ 10分、好ましくは最大で1g/10分、好ましくは最大で0.1g/10分である。 The melt flow index of polypropylene polymers and copolymers measured under ISO standard 1133, condition M at 230 ° C. under a load of 2.16 kg is a maximum of 32 g / 10 minutes, for example a maximum of 30 g / 10 minutes, preferably a maximum of 20 g / 10 minutes, preferably at most 10 g / 10 minutes, preferably at most 1 g / 10 minutes, preferably at most 0.1 g / 10 minutes.
本発明で使用するポリプロピレンのポリマーおよびコポリマーは触媒系の存在下で、必要に応じて水素の存在下で、プロピレンと任意成分の1種以上のコモノマー、例えばエチレンとを重合して製造できる。いくつかの実施形態では触媒はクロム触媒、チーグラー・ナッタ触媒またはメタロセン触媒にすることができる。 The polypropylene polymers and copolymers used in the present invention can be prepared by polymerizing propylene and one or more optional comonomer such as ethylene in the presence of a catalyst system and optionally in the presence of hydrogen. In some embodiments, the catalyst can be a chromium catalyst, a Ziegler-Natta catalyst, or a metallocene catalyst.
本発明方法で使用するポリエチレンまたはポリプロピレンポリマーは超分子量(UHMW)であるのが好ましい。すなわち、ISO規格1628−3に従って135℃のデカリン(デカヒドロナフタレン)溶液で測定した固有粘度(IV)が少なくとも5dl/g、好ましくは少なくとも10dl/g、より好ましくは少なくとも15dl/gである。固有粘度(IV)は最大で40dl/g、より好ましくは30dl/gであるのが好ましい。 The polyethylene or polypropylene polymer used in the method of the present invention preferably has an ultramolecular weight (UHMW). That is, the intrinsic viscosity (IV) measured with a decalin (decahydronaphthalene) solution at 135 ° C. according to ISO standard 1628-3 is at least 5 dl / g, preferably at least 10 dl / g, more preferably at least 15 dl / g. The intrinsic viscosity (IV) is preferably at most 40 dl / g, more preferably 30 dl / g.
UHMWポリオレフィン溶液は少なくとも1重量%の濃度で調製するのが好ましい。UHMWポリオレフィン溶液は最大で50重量%の濃度、好ましくは最大で30重量%の濃度、より好ましくは最大で25重量%の濃度、より好ましくは最大で20重量%の濃度にするのが好ましい。 The UHMW polyolefin solution is preferably prepared at a concentration of at least 1% by weight. It is preferred that the UHMW polyolefin solution has a concentration of up to 50% by weight, preferably up to 30% by weight, more preferably up to 25% by weight, more preferably up to 20% by weight.
ポリオレフィン溶液(またはゲル)を調製するためにはポリオレフィンゲルを形成するのに適した公知の溶媒のいずれも使用できる。いくつかの実施形態では、溶媒はC6−C16アルコール、完全飽和し白鉱物油;オリーブ油、落花生油、パーム油、ヤシ油などの植物油から選択される植物油、C4−C20カルボン酸、例えばブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、ウンデカン酸、ドデカン酸、トリデカン酸、テトラデカン酸、ペンタデカン酸、ヘキサデカン酸、ヘプタデカン酸、オクタデカン酸、ノナデカン酸、およびエイコサン酸を含む群から選択されるC4−C20カルボン酸、脂肪族および脂環式炭化水素およびその異性体、例えばオクタン、ノナン、デカンおよびパラフィンを含む群から選択される脂肪族および脂環式炭化水素;石油留分;鉱油;灯油;芳香族炭化水素、例えばトルエン、キシレン、およびナフタレンを含む群から選択されるデカリンおよびテトラリンなどのその水素化誘導体を含む芳香族炭化水素;モノクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素;例えばメチルシクロペンタンなどのシクロアルカン;シクロアルケン;例えばカンフェン、p−メンタン−3,8−ジオール、リモネンおよびジペンテン等のテルペン類から成る群から選択することができる。上記媒の組み合わせを用いてもよく、単純化のために溶媒の組み合わせも溶媒と呼ぶ。 Any known solvent suitable for forming a polyolefin gel can be used to prepare the polyolefin solution (or gel). In some embodiments, the solvent is a C6-C16 alcohol, a fully saturated white mineral oil; a vegetable oil selected from vegetable oils such as olive oil, peanut oil, palm oil, coconut oil, C4-C20 carboxylic acids such as butanoic acid, Contains pentanoic acid, hexanoic acid, heptanoic acid, octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid, undecanoic acid, dodecanoic acid, tridecanoic acid, tetradecanoic acid, pentadecanoic acid, hexadecanoic acid, heptadecanoic acid, octadecanoic acid, nonadecanoic acid, and eicosanoic acid C4-C20 carboxylic acids selected from the group, aliphatic and alicyclic hydrocarbons and isomers thereof, for example aliphatic and alicyclic hydrocarbons selected from the group comprising octane, nonane, decane and paraffin; Mineral oil; kerosene; aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, and naphth Aromatic hydrocarbons containing hydrogenated derivatives such as decalin and tetralin selected from the group comprising len; halogenated hydrocarbons such as monochlorobenzene; cycloalkanes such as methylcyclopentane; cycloalkenes; eg camphene, p- It can be selected from the group consisting of terpenes such as menthane-3,8-diol, limonene and dipentene. Combinations of the above media may be used, and for the sake of simplicity, combinations of solvents are also referred to as solvents.
最も好ましい実施形態では、溶媒はホワイト鉱油、パラフィン、デカリン、ノナン−2−オール(CAS628−99−9)、C9−C11アルコール、例え(CAS66455−17−2)またはC10−16アルコール(CAS67762−41−8)から選択する。 In the most preferred embodiment, the solvent is white mineral oil, paraffin, decalin, nonan-2-ol (CAS 628-99-9), C9-C11 alcohol, eg (CAS 66455-17-2) or C10-16 alcohol (CAS 67762-41). Select from -8).
純粋なポリマーの分析と比較して、DSCによって溶液(ゲル)を分析する場合には結晶化温度を少なくとも1℃低下させる必要がある。この結晶化温度の低下を決低するには以下の手順が使用される。
(1)インジウムサンプルを用いて温度を較正した後に(thermal analysis of polymers, fundamentals and applications, edited by J.D. Menczel and R.B. Prime, John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey (2009)を参照)、ポリマーサンプル(2〜10mgの間)をDSC装置(Mettler Toledo、DSC1)に入れる。以下の熱履歴を加える:20℃で4分間サンプルの安定化、20℃/分で220℃まで加熱、220℃で3分の間サンプルを安定化、−20℃まで冷却、20℃/分で220℃まで3分間加熱。
結晶化温度は上記冷却工程の間で決定する。ベースライン(130℃に近い結晶化ピークの開始と20℃の間に引いた直線)を減算した後のピーク端の温度を結晶化温度とする。
(2)上記手順をゲルで繰り返す。純粋なポリマーの結晶化温度と溶液(ゲル)中のポリマーそれとの間の差を計算できる。
Compared to the analysis of pure polymer, the crystallization temperature must be reduced by at least 1 ° C. when analyzing the solution (gel) by DSC. The following procedure is used to determine this decrease in crystallization temperature.
(1) After calibrating the temperature with an indium sample (see thermal analysis of polymers, fundamentals and applications, edited by JD Menczel and RB Prime, John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey (2009)), polymer samples ( 2-10 mg) is placed in the DSC apparatus (Mettler Toledo, DSC1). Add the following thermal history: Stabilize the sample at 20 ° C for 4 minutes, heat to 220 ° C at 20 ° C / minute, stabilize the sample for 3 minutes at 220 ° C, cool to -20 ° C, at 20 ° C / minute Heat to 220 ° C. for 3 minutes.
The crystallization temperature is determined during the cooling step. The temperature at the peak end after subtracting the baseline (the straight line drawn between the start of the crystallization peak close to 130 ° C. and 20 ° C.) is taken as the crystallization temperature.
(2) Repeat the above procedure with gel. The difference between the crystallization temperature of the pure polymer and that in solution (gel) can be calculated.
本発明方法の工程(b)ではポリオレフィン溶液をファイバ製造装置に入れる。ファイバ製造装置はポリオレフィン溶液を受けるように構成された本体を有し、この本体は1つ以上の開口を有する。本発明方法の工程(c)ではファイバ製造装置を回転させる。ファイバ製造装置が回転するとポリオレフィン溶液が開口を通って平均繊維直径が5000ナノメートル以下のポリオレフィン繊維が製造される。 In step (b) of the method of the present invention, the polyolefin solution is put into a fiber production apparatus. The fiber manufacturing apparatus has a body configured to receive a polyolefin solution, the body having one or more openings. In step (c) of the method of the present invention, the fiber manufacturing apparatus is rotated. When the fiber manufacturing apparatus rotates, the polyolefin solution passes through the openings and polyolefin fibers having an average fiber diameter of 5000 nanometers or less are manufactured.
いくつかの実施形態では、ファイバ製造装置はポリオレフィン溶液を収容するように構成されたリザーバを有する紡糸口金(spinneret)を含む。動作時にはこの紡糸口金が軸線上に毎分高回転し、遠心回転で静水圧と遠心力が作り出される。紡糸口金の回転による静水圧と遠心力によって少なくとも1つの開口(オリフィス)を有する外壁からポリオレフィン溶液が押し出される。1つ以上の開口に入ったポリオレフィン溶液は放出され、遠心力と静水力とが組み合わさってポリオレフィン溶液のジェットが作られ、繊維コレクター上に衝突して繊維が製造される。 In some embodiments, the fiber maker includes a spinneret having a reservoir configured to contain a polyolefin solution. During operation, the spinneret rotates at a high speed on the axis every minute, and hydrostatic pressure and centrifugal force are created by centrifugal rotation. The polyolefin solution is extruded from the outer wall having at least one opening (orifice) by hydrostatic pressure and centrifugal force generated by the rotation of the spinneret. The polyolefin solution entering one or more openings is released and the centrifugal force and hydrostatic force combine to create a jet of the polyolefin solution that impinges on the fiber collector to produce a fiber.
ポリオレフィン溶液は回転によって1つ以上の開口(オリフィス)から周囲大気中に材料のジェットとして排出される。1つ以上の開口とそれに関連したチャネル送り開口部はポリオレフィン溶液の微細なジェットを生じさせる大きさと形状に構成することができる。本明細書で開口とは出口オリフィスとポリオレフィン溶液のジェットの性質を定義することができる関連する任意のチャネルまたは供給通路とを加えたものを意味する。開口は種々の直径とサイズの種々の形状(例えば円形、楕円形、長方形、正方形)にすることができる。複数の開口を使用する場合、全ての開口を必ずしも同一にする必要はなく、別の開口にすることもできる。特定の実施形態では全ての開口が同じ構成である。各開口は最大で2mmの直径を有し、好ましくは1mm以下、より好ましくは0.5mm以下、例えば最大で0.1mmである。本明細書で開口の直径は有効直径を意味する。すなわち、非円形または不規則形状の開口では開口の外側境界間の最大距離を意味する。 The polyolefin solution is discharged as a jet of material into the ambient atmosphere from one or more openings (orifices) by rotation. The one or more openings and associated channel feed openings can be sized and shaped to produce a fine jet of polyolefin solution. As used herein, an opening means the addition of an exit orifice and any associated channels or supply passages that can define the properties of the polyolefin solution jet. The openings can be of various shapes (eg, circular, oval, rectangular, square) of various diameters and sizes. When a plurality of openings are used, all the openings are not necessarily the same, and may be different openings. In certain embodiments, all the openings have the same configuration. Each opening has a diameter of at most 2 mm, preferably 1 mm or less, more preferably 0.5 mm or less, for example 0.1 mm at maximum. As used herein, the diameter of the opening means the effective diameter. That is, for non-circular or irregularly shaped openings, it means the maximum distance between the outer boundaries of the openings.
放出された材料は出口ポートの内径よりも著しく小さい直径を有する極細繊維として固化する。 The discharged material solidifies as ultrafine fibers having a diameter that is significantly smaller than the inner diameter of the outlet port.
ファイバー製造装置は毎分少なくとも10000回転(rpm)の速度で回転する。いくつかの実施形態では毎分少なくとも15000RPMの速度で回転する。他の実施形態では毎分少なくとも20000RPMで回転する。他の実施形態では少なくとも22000RPMで回転する。ファイバー製造装置が回転する間にファイバー製造装置の速度は一定にできるが、ファイバー製造装置の回転を調整することもできる。 The fiber production equipment rotates at a speed of at least 10,000 revolutions per minute (rpm). Some embodiments rotate at a speed of at least 15000 RPM per minute. Other embodiments rotate at at least 20000 RPM per minute. In other embodiments, it rotates at at least 22000 RPM. The speed of the fiber manufacturing device can be constant while the fiber manufacturing device rotates, but the rotation of the fiber manufacturing device can also be adjusted.
所望であれば、繊維の紡糸の間に回転する本体の温度を制御してもよい。例えば、回転する本体の温度は約40℃以上、好ましくは約100℃〜約200℃の範囲に調節することができる。 If desired, the temperature of the rotating body during fiber spinning may be controlled. For example, the temperature of the rotating body can be adjusted to about 40 ° C. or higher, preferably in the range of about 100 ° C. to about 200 ° C.
繊維は遠心紡糸時に回転部材から放射方向に分配され、回収面上に放出される。本明細書で繊維の「回収」とは繊維がファイバー回収装置またはコレクタ上に当接することを意味する。繊維は回収された後、繊維はヒト、ロボット、コンベヤーベルトによるか、重力またはその他の方法によってファイバー回収装置から除去できる。繊維(例えば、ナノファイバー)の回収には種々の方法およびファイバー回収装置を使用することができる。 The fibers are distributed radially from the rotating member during centrifugal spinning and discharged onto the collection surface. As used herein, “recovering” a fiber means that the fiber abuts on a fiber recovery device or collector. After the fibers are collected, the fibers can be removed from the fiber collection device by humans, robots, conveyor belts, or by gravity or other methods. Various methods and fiber recovery devices can be used to recover the fibers (eg, nanofibers).
繊維は例えば紡糸口金の下または紡糸口金の出口ポートを横切る壁上に配置された表面上の紡糸口金から吐出することができる。回収表面は必要に応じて変えることができ、繊維の回収中に静止していても回転していても良い。一つの実施形態では、例えば回収面は回転部材を囲む捕集壁に設けることができる。 The fibers can be discharged, for example, from a spinneret on a surface located on the wall below the spinneret or on the wall across the outlet port of the spinneret. The collection surface can be varied as required and can be stationary or rotating during fiber collection. In one embodiment, for example, the collection surface can be provided on a collection wall surrounding the rotating member.
回収された繊維材料を2次元または3次元に絡まったウェブの形にすることもできる。このウェブはコレクタ上に排出されている間の時間に応じて、また、表面積を制御することによって所望の表面積および厚さに加工することができる。 The recovered fiber material can also be in the form of a web entangled in two or three dimensions. The web can be processed to the desired surface area and thickness as a function of the time it is being discharged onto the collector and by controlling the surface area.
その後、ポリオレフィン繊維を冷却するのが好ましい。いくつかの実施形態では、ポリオレフィン繊維を冷却する温度は最高で100℃、より好ましくは最高で80℃、最も好ましくは60℃以下である。ポリオレフィン繊維を冷却する温度は少なくとも1℃、より好ましくは少なくとも5℃、さらにより好ましくは少なくとも10℃、最も好ましくは少なくとも15℃にするのが好ましい。 Thereafter, the polyolefin fibers are preferably cooled. In some embodiments, the temperature at which the polyolefin fibers are cooled is at most 100 ° C, more preferably at most 80 ° C, most preferably at most 60 ° C. The temperature for cooling the polyolefin fibers is preferably at least 1 ° C, more preferably at least 5 ° C, even more preferably at least 10 ° C, and most preferably at least 15 ° C.
使用される特定の技術とは無関係に、紡糸中および/または紡糸後に溶媒を繊維から除去することができる。溶媒を除去するためには繊維(または繊維ウェブ)を単に洗浄し、乾燥および/または加熱すれだけでよい。すなわち、溶媒は蒸発、洗浄またはその他の技術で除去できる。 Regardless of the particular technique used, the solvent can be removed from the fiber during and / or after spinning. To remove the solvent, the fiber (or fiber web) can simply be washed, dried and / or heated. That is, the solvent can be removed by evaporation, washing or other techniques.
ポリオレフィン繊維の形成後、ポリオレフィン繊維を溶媒除去工程に送り、溶媒を少なくとも部分的に除去してポリオレフィン繊維から固体ポリオレフィン繊維を形成する。 After the formation of the polyolefin fibers, the polyolefin fibers are sent to a solvent removal step where the solvent is at least partially removed to form solid polyolefin fibers from the polyolefin fibers.
溶媒除去工程は公知の方法、例えば、ポリオレフィン溶液を調製する時に比較的揮発性の溶媒、例えばデカリンを使用した場合には蒸発によって、鉱物油を使用した場合には抽出液、例えばシクロヘキサンを使用して実行できる。両方の方法を組み合わせ使用することもできる。適切な抽出液は溶媒に依存する。抽出液はポリオレフィンゲル繊維のポリオレフィン網状構造に有意な変化を引き起こさない液体であり、例えばシクロヘキサン、エタノール、エーテル、アセトン、シクロヘキサノン、2−メチルペンタノン、n−ヘキサン、ジクロロメタン、トリクロロトリフルオロエタン、ジエチルエーテル、ジオキサンまたはこれらの混合物にすることができる。抽出液は抽出液から溶媒を分離してリサイクルできるようなものを選択するのが好ましい。 The solvent removal step is a known method, for example, by using a relatively volatile solvent such as decalin when preparing a polyolefin solution, evaporating, or when using mineral oil, using an extract such as cyclohexane. Can be executed. A combination of both methods can also be used. A suitable extract depends on the solvent. The extract is a liquid that does not cause a significant change in the polyolefin network structure of the polyolefin gel fiber. For example, cyclohexane, ethanol, ether, acetone, cyclohexanone, 2-methylpentanone, n-hexane, dichloromethane, trichlorotrifluoroethane, diethyl It can be ether, dioxane or a mixture thereof. It is preferable to select an extract that can be recycled after separating the solvent from the extract.
好ましい実施形態では、繊維を真空オーブン中で入れ、最大で148℃、より好ましくは最大で145℃、最も好ましくは最大で135℃の温度で本発明のポリオレフィン繊維に残った残留溶媒を除去する。真空オーブンは少なくとも50℃、好ましくは少なくとも20℃の温度に維持するのが好ましい。より好ましくは、残留溶媒の除去は繊維をピンと張った状態に保ち、従って、繊維が弛まない状態で実行する。 In a preferred embodiment, the fibers are placed in a vacuum oven to remove residual solvent remaining on the polyolefin fibers of the present invention at temperatures of up to 148 ° C, more preferably up to 145 ° C, and most preferably up to 135 ° C. The vacuum oven is preferably maintained at a temperature of at least 50 ° C, preferably at least 20 ° C. More preferably, the removal of residual solvent is carried out with the fibers kept taut and thus without the fibers becoming loose.
抽出工程後に固体ポリオレフィン繊維に残る残留溶媒の量は大きな範囲で変えることができるが、溶媒残留物の量は低いのが好ましい。好ましい残留溶媒量はポリオレフィン溶液中の溶媒の初期量の最大で15質量%、好ましくは最大で10質量%、より好ましくは最大で5質量%、より好ましくは最大で1質量%である。溶媒除去工程終了時のポリオレフィン繊維は溶媒を質量で800ppm以下の量で含むのが好ましい。より好ましくは、溶媒量は600質量ppm以下、好ましくは100質量ppm以下、さらにより好ましくは300質量ppm以下である。 The amount of residual solvent remaining in the solid polyolefin fiber after the extraction step can vary within a large range, but the amount of solvent residue is preferably low. A preferred residual solvent amount is at most 15%, preferably at most 10%, more preferably at most 5%, more preferably at most 1% by weight of the initial amount of solvent in the polyolefin solution. The polyolefin fiber at the end of the solvent removal step preferably contains a solvent in an amount of 800 ppm or less by mass. More preferably, the amount of solvent is 600 mass ppm or less, preferably 100 mass ppm or less, and even more preferably 300 mass ppm or less.
回収された繊維については、特定の実施形態では、回収された繊維の少なくとも一部は連続状、不連続状、マット状、織布状、不織布状またはこれら構造の混合物である。この繊維を2次元または3次元のウェブ、すなわち、マット、フィルムまたは膜に形成できる。 For recovered fibers, in certain embodiments, at least a portion of the recovered fibers are continuous, discontinuous, matte, woven, non-woven, or a mixture of these structures. The fibers can be formed into a two-dimensional or three-dimensional web, i.e., a mat, film or membrane.
本明細書に記載された装置および方法を用いて製造された繊維は種々の用途に使用することができる。使用できる一般的な分野には食品、材料、電気、防衛、組織工学、バイオテクノロジー、医療機器、エネルギー、代替エネルギー(例えば、太陽光、風力、原子力、水力エネルギー)、医薬、薬物送達(例えば、薬物溶解度の改善、薬物封入)、テキスタイル/織物、不織布材料、濾過(例えば、空気、水、燃料、半導体、生物医学、等)、自動車、スポーツ、航空、宇宙、エネルギー伝達、紙、基材、衛生材料、化粧品、建設、アパレル、包装、ジオテキスタイル、断熱と防音が含まれるが、これらに限定されない。 Fibers produced using the devices and methods described herein can be used in a variety of applications. Common areas that can be used include food, materials, electricity, defense, tissue engineering, biotechnology, medical devices, energy, alternative energy (eg, solar, wind, nuclear, hydraulic energy), medicine, drug delivery (eg, Improved drug solubility, drug encapsulation), textiles / textiles, nonwoven materials, filtration (eg, air, water, fuel, semiconductor, biomedical, etc.), automobiles, sports, aviation, space, energy transfer, paper, substrates, Includes but is not limited to hygiene materials, cosmetics, construction, apparel, packaging, geotextiles, thermal insulation and sound insulation.
本発明のポリオレフィン繊維を用いて形成できるいくつかの製品にはフィルター;創傷被覆材;細胞増殖の基板または足場、バッテリーセパレーター。縫合糸;化学センサ、耐水耐汚染性テキスタイル/繊維、耐臭製品、絶縁性、セルフクリーニング、耐貫通性、抗菌性、多孔性/呼吸、引裂抵抗性、耐摩耗性ある織物;ヒトの身体を保護するためのエネルギー吸収材料、建築補強材;組織工学用基板;組織工学ペトリ皿、医薬品製造用フィルター、ディプフィルタ用機能性フィルター、テキスタイルのような織物用疎水性材料。耐久性、柔軟性、気密性を高めるための建築物、接着剤;テープ;エポキシ樹脂;糊剤、吸着材料;おむつ媒体、マットレスカバー、音響材料;液体、気体、化学品ま空気のフィルターが含まれるが、これらに限定されない。 Some products that can be formed using the polyolefin fibers of the present invention include filters; wound dressings; cell growth substrates or scaffolds, battery separators. Sutures; chemical sensors, water and stain resistant textiles / fibers, odor resistant products, insulation, self-cleaning, penetration resistance, antibacterial properties, porosity / breathing, tear resistance, abrasion resistant fabrics; Energy-absorbing materials to protect, building reinforcements; tissue engineering substrates; tissue engineering petri dishes, filters for pharmaceutical production, functional filters for dip filters, hydrophobic materials for textiles such as textiles. Buildings, adhesives to increase durability, flexibility and airtightness; tapes; epoxy resins; glues, adsorbing materials; diaper media, mattress covers, acoustic materials; including liquid, gas, chemical or air filters However, it is not limited to these.
本発明方法は、従来のエレクトロスピニングの欠点がないという利点がある。例えば、ゲルの極性は必ずしも考慮する必要はなく、使用する溶媒にはあまり制約がない。得られるポリオレフィン繊維の平均繊維直径は5000ナノメートル以下である。 The method of the present invention has the advantage of not having the disadvantages of conventional electrospinning. For example, the polarity of the gel does not necessarily need to be considered, and the solvent used is not so limited. The average fiber diameter of the obtained polyolefin fiber is 5000 nanometers or less.
本発明で得られる機械的性質の例としては引張強度、弾性率、破断力、破断伸びなどである。 Examples of mechanical properties obtained in the present invention are tensile strength, elastic modulus, breaking force, elongation at break and the like.
以下の実施例は本発明を単に説明するためのもので、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。本発明の形態をいくつかの実施例で示すが、本発明がそれに限定さるのではなく、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更および修正ができるということは当業者には明らかであろう。 The following examples are merely illustrative of the invention and should not be construed as limiting the scope of the invention. While the form of the invention is illustrated by several examples, it will be apparent to those skilled in the art that the invention is not limited thereto and that various changes and modifications can be made without departing from the scope of the invention. I will.
試験方法
上記および以下の非限定的な実施例に記載した特性および性質は以下の試験方法を使用して測定した。
質量が極めて高い、従って溶解度に問題あるポリマー(例えばUHMWPE)以外では、分子量[(Mn(数平均分子量)、MW(重量平均分子量)、MZ(Z平均分子量))はサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)、特にゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって求めることができる。簡単に説明すると、Polymer CharからのGPC−IR5を使用し、10mgのポリエチレンサンプルをクロロベンゼン10ml中に160℃で1時間かけて溶解させる。注入量:400μl、自動サンプル調製、注入温度:約160℃、カラム温度:145℃、検出器温度:160℃である。2つのShodex AT−806MS(昭和電工)と1つのStyragel HT6E(ウォーターズ)カラムを使用する。流速:1ml/分、検出器:赤外線検出器(2800〜3000cm-1)、較正:ポリスチレンの狭い標準ポリスチレン(PS)(市販品)、溶出ポリエチレンの各画分iの分子量Mはマーク−ホーウィンク関係式(logio(MPE) = 0.965909 × logio(MPS) - 0.28264)で算出した(MPE=1000の低分子量端でカット)
Test Methods The properties and properties described above and in the following non-limiting examples were measured using the following test methods.
Except for polymers with very high mass and therefore poor solubility (eg, UHMWPE), molecular weights [(M n (number average molecular weight), M W (weight average molecular weight), M Z (Z average molecular weight)) are size exclusion chromatography. (SEC), in particular gel permeation chromatography (GPC). Briefly, GPC-IR5 from Polymer Char is used and a 10 mg polyethylene sample is dissolved in 10 ml chlorobenzene at 160 ° C. for 1 hour. Injection volume: 400 μl, automatic sample preparation, injection temperature: about 160 ° C., column temperature: 145 ° C., detector temperature: 160 ° C. Two Shodex AT-806MS (Showa Denko) and one Styragel HT6E (Waters) column are used. Flow rate: 1 ml / min, Detector: Infrared detector (2800 to 3000 cm −1 ), Calibration: Polystyrene narrow standard polystyrene (PS) (commercially available), molecular weight M of each fraction i of eluted polyethylene is Mark-Horwink relationship Calculated by the formula (logio (M PE ) = 0.965909 x logio (M PS )-0.28264) (M PE = cut at the low molecular weight end of 1000)
分子量特性の関係を求めるのに使用した分子量平均は数平均分子量(MN)、重量平均分子量(MのW)およびZ平均分子量(MZ)である。これらの平均分子量は次式によって定義され、計算されたMiから決定される。 The molecular weight averages used to determine the relationship of molecular weight properties are number average molecular weight (M N ), weight average molecular weight ( W of M) and Z average molecular weight (M Z ). These average molecular weights are defined by the following formula and are determined from the calculated Mi.
(ここで、NiおよびWiは分子量Miを有する分子のそれぞれ数および重量である) (Where Ni and Wi are the number and weight of each molecule having a molecular weight Mi)
それぞれの場合の第3項(最も右の項)はSECクロマトグラムからこれらの平均値を求める方法を定義している。ここで、hiはSEC曲線でi番目の溶出画分の(ベースラインから)高さであり、Miはこの増分で溶出する種の分子量である。 The third term (the rightmost term) in each case defines a method for obtaining these average values from the SEC chromatogram. Here, hi is the height (from the baseline) of the i-th elution fraction in the SEC curve, and Mi is the molecular weight of the species eluting in this increment.
UHMWPEの分子量分布の測定
UHMWPEの分子量分布はニュートン粘性とパワーロードメイン(power-law domain)との間の遷移領域を定量して測定した。この遷移は分子量分布とポリマー中の長鎖分枝含有量の両方に関連することが知られている。実施例で使用したポリエチレングレード(UHMWPEGUR(登録商標)4113)の長鎖分岐含有量はゼロであるか、少なくとも非常に低い。従って、遷移は分子量分布に関係付けることができる。
Measurement of molecular weight distribution of UHMWPE The molecular weight distribution of UHMWPE was measured by quantifying the transition region between Newtonian viscosity and power-law domain. This transition is known to be related to both the molecular weight distribution and the long chain branch content in the polymer. The polyethylene chain used in the examples (UHMWPEGUR® 4113) has zero or at least very low long chain branching content. Thus, the transition can be related to the molecular weight distribution.
レオロジーの測定はARES機器(TA Instruments社製)を用い、周波数ωレンジ0.05〜50rad/s(3つの周波数は周波数ディケード当たりで解析)で、230℃で行った。与えた歪みは0.5%(線形性粘弾性ドメインを維持するため)。
(1)温度(230゜C)に達した時に、測定を開始する前に、3時間程度の安定化時間を与える(ARES機器で使用するポリマーディスクを製造する場合には非常に長い安定化時間が必要なため、5000ppmのイルガノックスB215をUHMWPEのフラフに予め混合する)。
The rheology was measured at 230 ° C. using an ARES instrument (TA Instruments) in a frequency ω range of 0.05 to 50 rad / s (three frequencies analyzed per frequency decade). The applied strain is 0.5% (to maintain a linear viscoelastic domain).
(1) When the temperature (230 ° C) is reached, a stabilization time of about 3 hours is given before starting the measurement (a very long stabilization time in the case of manufacturing a polymer disk used in an ARES device). Is required, 5000 ppm Irganox B215 is premixed in the UHMWPE fluff).
次いで、レオロジーデータをCarreau−安田式(下記参照)を用いてフィットさせる。この式で、「n」は「0」であり、「a」はニュートン粘度とパワーロードメイン(power-law domain)との間の遷移領域を定量化するパラメータである。「a」が大きい程、緩和スペクトルは狭くなる(ポリマー中に長鎖分岐が存在しないと分子量分布は狭い) The rheological data is then fitted using the Carreau-Yasuda equation (see below). In this equation, “n” is “0”, and “a” is a parameter that quantifies the transition region between Newtonian viscosity and the power-law domain. The greater the “a”, the narrower the relaxation spectrum (the molecular weight distribution is narrower if there are no long chain branches in the polymer).
(2)UHMWPEGUR(登録商標)4113用の適合パラメータは以下の通り:
(2) Conformance parameters for UHMWPEGUR® 4113 are as follows:
UHMWポリエチレンの場合には分子量をデカリン中、135℃での固有粘度(IV、単位:dl/g)の測定で求めた。これによってMargolies≡式:MV(キロダルトン)=53.7*(IV)1.49)を用いて粘度平均分子量値(viscosity molecular weight average、MV)を計算できる。 In the case of UHMW polyethylene, the molecular weight was determined by measuring the intrinsic viscosity (IV, unit: dl / g) at 135 ° C. in decalin. This allows the viscosity molecular weight average (MV) to be calculated using the Margolies≡ formula: MV (kilodalton) = 53.7 * (IV) 1.49 ).
繊維径が4μm以上の場合には、繊維の直径は光学顕微鏡法を用いて測定した。それより小さい直径の場合には走査型電子顕微鏡(SEM)を使用した。 When the fiber diameter was 4 μm or more, the fiber diameter was measured using optical microscopy. For smaller diameters, a scanning electron microscope (SEM) was used.
光学顕微鏡による繊維直径の測定:
5本のファイバセグメントを平坦なガラス上に固定し、「X40」レンズを使用したJVCカメラに接続したLeica DMLP顕微鏡に入れた。5本の繊維の画像を記録し、ライカ社のIM500ソフトウェアを用いて分析した。繊維径は基準値(以前に同じレンズを使用して記録した認定済グラジュエーションガラスの画像)の画像と比較して決定した。5回の直径の測定値の平均値を報告した。
Measurement of fiber diameter with an optical microscope:
Five fiber segments were fixed on flat glass and placed in a Leica DMLP microscope connected to a JVC camera using an “X40” lens. Images of 5 fibers were recorded and analyzed using Leica IM500 software. The fiber diameter was determined by comparison with an image of a reference value (an image of certified gradient glass previously recorded using the same lens). The average of 5 diameter measurements was reported.
SEM顕微鏡測定では、複数の繊維を含む束をカプセル内に垂直に導入し、エポキシ樹脂に封入した。24時間後に樹脂が硬化した後に、束+エポキシ試料を繊維軸に対して横方向に(ダイヤモンドを備えたフライス盤を使用して)切断した。そうして得られた表面を炭素で処理した(メタライゼーション)。 In the SEM microscope measurement, a bundle containing a plurality of fibers was introduced vertically into a capsule and sealed in an epoxy resin. After the resin had hardened after 24 hours, the bundle + epoxy sample was cut transverse to the fiber axis (using a milling machine with diamonds). The surface thus obtained was treated with carbon (metallization).
SEM画像は後方散乱(retrodiffused)電子から撮った。このSEM画像は封入処理で使用した樹脂と繊維と間の化学的コントラストを与える。測定は画像処理ソフトウェアを用いて行った。SEM測定の詳細は下記の参考資料を参照されたい。
使用した機器
[図1]は実施例1および実施例2で使用したファイバー製造装置の断面模式図である。このファイバ製造装置は紡糸口金1を含んでいる。紡糸口金1はモータ2に機械的に連結され、モータ2はシャフト5を介して紡糸口金1を円運動するように回転させる。モータ2の速度は10000〜22000RPMに2000RPMの増加分で調節可能である。モータ2は強固なフレーム3に固定され、直径が56cmの円形コレクタ4は紡糸口金1の軸線と同心になっている。紡糸口金1はステンレス鋼のセル7を有し、このセル7はネジ付きの蓋6で閉じられ、セル7の底部の直径方向反対側に2つのオリフィスが形成され、各オリフィスには較正された直径0.5mmのボアを有するネジ8が螺合している。シャフト5は蓋6に螺合され、モータ2のマンドレルに取り付けできるようになっている。セル7の外形寸法は直径が29.96mmで、高さは35.40mmである。セル7の内部寸法は直径が20.80mmで、高さは11.13mmである。
The equipment used [FIG. 1] is a schematic cross-sectional view of the fiber manufacturing apparatus used in Example 1 and Example 2. FIG. The fiber manufacturing apparatus includes a spinneret 1. The spinneret 1 is mechanically connected to a motor 2, and the motor 2 rotates the spinneret 1 through a shaft 5 so as to make a circular motion. The speed of the motor 2 can be adjusted from 10000 to 22000 RPM with an increment of 2000 RPM. The motor 2 is fixed to a strong frame 3, and a
実施例1
0.52gのUHMWPE[Ticona社から市販のGUR(登録商標)4113:粉末状の線状ポリエチレン、Margolies式(Mv(キロダルトン)=53.7IV1.49)で算出した分子量が約3.9MMg/mol、ISO規格1628−3に従って測定した固有粘度(IV、dl/g)が約17.90、上記方法に従って測定した分子量分布範囲が7〜9]を10gのノナン−2−オールと混合した。得られた混合物を180℃のオーブンに入れ、規則的に混合した。ゲルが徐々に形成された。
均一なゲルが形成された後に、ホットなゲルの一部を[図1]に示すファイバー製造装置に迅速に入れた。次いで、紡糸口金1を16000RPMで回転して繊維をコレクタ4上に回収した
測定された繊維の平均直径は3.5μmであった。
Example 1
0.52 g of UHMWPE (GUR® 4113 commercially available from Ticona: powdered linear polyethylene, Margolie's formula (M v (kilodalton) = 53.7 IV 1.49 ) has a molecular weight of about 3.9 MGg / mol, the intrinsic viscosity (IV, dl / g) measured according to ISO standard 1628-3 was about 17.90 and the molecular weight distribution range measured according to the above method was 7-9] was mixed with 10 g of nonan-2-ol. The resulting mixture was placed in a 180 ° C. oven and mixed regularly. A gel gradually formed.
After the uniform gel was formed, a part of the hot gel was quickly put into the fiber manufacturing apparatus shown in FIG. The spinneret 1 was then rotated at 16000 RPM and the fiber was collected on the
実施例2
実施例1に記載の手順を繰り返したが、紡糸口金1の回転速度を22000RPMにした。測定された繊維の平均直径値は0.9μmであった。
Example 2
The procedure described in Example 1 was repeated, but the spinneret 1 rotation speed was 22000 RPM. The measured average fiber diameter value was 0.9 μm.
Claims (14)
(a)溶媒中にポリオレフィンの溶液を調製し、
(b)得られたポリオレフィン溶液をこのポリオレフィン溶液を受けるように構成された1つまたは複数の開口を有する本体を含むファイバ製造装置中に入れ、
(c)ファイバ製造装置を回転させ、ファイバ製造装置の回転によってポリオレフィン溶液を上記の1つまたは複数の開口を通過させて平均繊維直径が5000nm以下であるポリオレフィン繊維にする、
の工程を含む平均繊維直径が5000nm以下であるポリオレフィン繊維の製造方法であって、
上記ポリオレフィンが少なくとも40000ダルトンの重量平均分子量Mwを有するポリエチレンポリマーおよびコポリマーと少なくとも120000ダルトンの重量平均分子量Mwを有するポリプロピレンポリマーおよびコポリマーからなる群の中から選択され、
ファイバ製造装置を少なくとも毎分10000回転(rpm)の速度で回転する、
ことを特徴とする方法。 The following (a) to (c):
(A) preparing a polyolefin solution in a solvent;
(B) placing the resulting polyolefin solution into a fiber manufacturing apparatus comprising a body having one or more openings configured to receive the polyolefin solution;
(C) Rotating the fiber manufacturing apparatus, and by rotating the fiber manufacturing apparatus, the polyolefin solution is passed through the one or more openings to form a polyolefin fiber having an average fiber diameter of 5000 nm or less.
A process for producing a polyolefin fiber having an average fiber diameter of 5000 nm or less, comprising the steps of:
The polyolefin is selected from the group consisting of polyethylene polymers and copolymers having a weight average molecular weight Mw of at least 40,000 daltons and polypropylene polymers and copolymers having a weight average molecular weight Mw of at least 120,000 daltons;
Rotating the fiber manufacturing apparatus at a speed of at least 10,000 revolutions per minute (rpm);
A method characterized by that.
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