[发明专利]纺丝喷嘴、纤维集合体的制造方法、纤维集合体及纸

说明书

技术领域

本发明涉及纺丝喷嘴、使用该纺丝喷嘴的单纤维直径为纳米(亚微米)级的均匀的超极细纤维的制造方法、以及由该制造方法获得的纤维集合体和纸，所述纺丝喷嘴是，在极细纤维的制造中，在高密度配置有小口径排出孔的超多孔喷嘴中，以凝固液均匀浸入全部排出孔的方式适当配置排出孔。

背景技术

化学纤维主要用于衣料用途，为了提高其性能、手感，对于聚合物改性、异形截面化、功能性赋予、极细化等，积极地进行了大量的研究。尤其对于单纤维的极细化，随着超极细纤维的开发带来的仿麂皮样(スエード調)人工皮革的推广，该基础技术也被用于抹布等生活物资、过滤器等产业物资用途，现在正在继续进一步的极细化。尤其是最近，对于混合动力汽车、电动汽车所搭载的2次电池隔板、进行高功能化的过滤器等，正在积极研究采用纳米纤维非织造布。

可以说，非织造布等纤维集合体的微细孔的大小受到构成纤维集合体的单纤维的直径的大幅影响。即，为了形成更小的微细孔，需要用纤维直径更小的纤维来形成非织造布。然而，在以熔融纺丝、湿式纺丝等为基础的以往的纺丝方法中，使纤维直径细时，存在2μm左右的极限，不是能够充分应对对于纳米纤维的需求的水平。

作为纳米纤维的生产技术之一，工业上已知相分离法。其为下述方法：将相互相分离的2种聚合物成分进行海岛复合或混合纺丝，利用溶剂将海成分除去，使剩下的岛成分纳米纤维化。该方式的纳米纤维能够与通常的纤维制造同样地实施拉伸，因此可获得分子的取向度、结晶度高、强度较高的纤维。

然而，必须在纺丝后、或非织造布制作后利用溶剂将大量海成分除去，需要进行除去的海成分的回收或废弃处理，因此成为成本增加的原因。同时，这些处理对于环境而言也不令人满意。此外，这里得到的纳米纤维的单丝纤度由 海岛聚合物纤维中的岛聚合物的分散状态决定，因此，存在如果分散不充分则得到的纳米纤维的单丝纤度的不均匀变大等有关纤维直径的均匀性的担忧。

作为纳米纤维的生产技术的另一方法，有电纺法。该方法是，在将高分子溶液等从喷射喷嘴排出时，在喷射喷嘴和对置电极间施加高电压，通过使电荷在喷射喷嘴内的电介质中积蓄，利用静电斥力制造微细的纳米纤维。如果从喷射喷嘴排出纳米纤维，则聚合物由于静电斥力而微细化，形成纳米级别的微细纤维。此时，溶解有聚合物的溶剂被放出至纤维外，堆积的纳米纤维中几乎不含溶剂。刚纺出后就形成大体干燥状态的纳米纤维集合体，因此可以说是简便的制造法。

然而，电纺法在工业规模的生产率方面仍有大问题。即，纳米纤维的生产量与喷射喷嘴的数量成比例，因此如何增加每单位面积(或空间)的喷射喷嘴的数量的技术课题存在极限。此外，从各喷射喷嘴排出的聚合物的排出量并不恒定，因此存在纤维直径的变动、向非织造布的堆积量的变动的问题、因无法拉伸而强度弱的问题、以及无法制成短纤维来使用的问题等。

此外，作为由使用喷射喷嘴而衍生的制造上的问题，可以列举电晕放电的发生。如果发生电晕放电，则难以在喷射喷嘴前端施加高电压，无法在喷射喷嘴内的聚合物溶液中进行充分的电荷积蓄，难以形成纳米纤维。对于抑制该电晕放电的方法进行了各种考察，但仍然难以解决。

这样的电纺法面临的生产率的问题是由喷射喷嘴的使用衍生的，因此也进行了不使用喷射喷嘴的电纺法的研究。例如有使用磁性流体作为电极、从高分子溶液表面进行电纺的方法，由于不使用喷射喷嘴，因此能够实现容易维护的纺丝，且能够使纺丝速度飞跃性地提高。可是，该方法存在纺丝状态非常不稳定的问题。

作为不使用喷射喷嘴的其他的纺丝方法，提出了使用旋转辊的电纺法。该方法是下述方法：将旋转辊浸渍于盛满聚合物溶液的浴中，使聚合物溶液附着在辊表面上，对该表面施加高电压从而进行电纺。这与以往的电纺法相比，在生产率提高和维护的容易度等方面是划时代的方法。然而，存在下述问题：纺丝的旋转辊部分的面积有限，为了进一步提高生产率，需要增大旋转辊直径或增加旋转辊根数，导致生产设备的大型化。

此外，提出了下述纳米纤维集合体的制造方法：在施加了高电压的聚合物溶液的浴中埋入产生气泡的装置，从而由聚合物溶液表面使聚合物纤维射流(jet)飞出、堆积。然而，该方法存在下述问题：在使聚合物溶液的表面产生泡并从泡的顶点使聚合物纤维射流飞出时，泡的破裂导致微细的飞沫飞出并附着于纳米纤维表面。

电纺方式中，生产率、品质的稳定性也存在极限，且进一步需要新增大量的投资，因此，本发明人等认为，需要确立下述技术：在有效地利用以往的湿式纺丝设备、抑制新增投资额的同时，以直接纺丝方式高效地制造纤维直径不均少的连续的纳米纤维。