專利名稱:研磨布和納米纖維結構體的制造方法
技術領域:
本發明涉及一種研磨布,更詳細地講,涉及一種在基板上實施紋理加工,再在其上形成磁記錄層來制造磁記錄介質時,在上述紋理加工中使用的研磨布。
另外,本發明涉及一種制造在支撐體上復合納米纖維的納米纖維結構體的方法。
背景技術:
近年,磁盤等磁記錄介質由于驚人的技術革新,對其高容量化、高記憶密度化的要求提高,因此要求各種基板表面加工的高精度化。
近年,隨著高容量化、高記憶密度化,記錄盤和磁頭的間隔,即磁頭的浮起高度變小,由于磁頭的浮起高度顯著地變小,當磁盤的表面有突起時,該突起和磁頭接觸,會引起磁頭碰撞,磁盤表面產生損傷。另外,即使是不至于引起磁頭碰撞的程度的微小突起,由于與磁頭接觸,也會成為在讀寫信息時發生的錯誤的原因。此外,還會引起磁頭與記錄盤表面密合、不浮起的故障。
作為防止該記錄盤和磁頭的密合的手段,是進行在記錄盤的基板表面形成微細的條痕的紋理加工這一表面處理,通過進行這種紋理加工,來控制在磁盤基板上形成金屬磁性層時的晶體生長的方向性,由此可提高記錄方向的抗磁力,即提高磁盤的記錄密度。
作為紋理加工的方法,可使用在研磨布表面附著游離磨粒的漿液來進行研磨的漿液研磨等。然而,進行紋理加工的場合,為了與隨著最近的高記錄容量化而要求的高記錄密度化對應,需要降低研磨后的表面波紋,將現在平均表面粗糙度為1nm以上的硬盤表面進一步平滑化(目標是平均表面粗糙度為0.5nm以下)。因此,希望實現將用于研磨硬盤表面用的研磨布的纖維進一步超細化的纖維。
然而,利用了現在的海島復合紡絲技術的研磨布,單纖維纖度的極限是0.01dtex(相當于直徑1μm),不是能充分滿足上述要求的水平(專利文獻1)。
另外,也記載了利用聚合物摻混纖維獲得超極細無紡布的方法(專利文獻2),這里得到的單纖維纖度最細為0.001dtex(相當于直徑0.3μm),仍不是能充分滿足上述要求的水平。此外,還公開了一種利用聚合物摻混纖維得到的單纖維纖度為0.3dtex以下的研磨布(專利文獻3),確實地記載了單纖維纖度細達0.0003dtex(相當于直徑0.2μm)的超細纖維。然而,該專利文獻3得到的超極細絲的單纖維纖度,由聚合物摻混纖維中的島聚合物的分散決定,在該專利文獻3中使用的聚合物摻混絲中,據記載由于島聚合物的分散不充分,因此混合存在單纖維纖度為0.0003dtex(相當于直徑0.2μm)的纖維和0.004dtex(相當于直徑0.6μm)的纖維,所得到的超極細絲的單纖維纖度的波動大。此外,作為上述的硬盤用的表面研磨布使用的場合,由于其纖度波動大,因此磨粒不能均勻地擔載在研磨布上,結果也存在硬盤表面的平滑性反而降低的問題。
作為將構成無紡布的纖維極細化的技術,近年來顯露頭腳的有靜電紡絲技術。
這是將聚合物溶解于電解質溶液中,從噴絲頭擠出的技術,但此時對聚合物溶液外加數千~3萬伏的高電壓,通過聚合物溶液的高速噴射和與之接續的噴射的彎曲、膨脹來進行極細化。使用這種技術時,單纖維纖度為10-5dtex級(相當于單纖維直徑為幾十nm),有時與以往的聚合物摻混技術的單纖維纖度比,纖度可達到1/100以下,直徑可達到1/10以下。成為對象的聚合物大半是膠原等生體聚合物、水溶性聚合物,但也有時將熱塑性聚合物溶解于有機溶劑中進行靜電紡絲。然而,如書籍“Polymer,Vol.40,4585(1999)”所述(非專利文獻1),作為超極細絲部分的細線(string)利用作為聚合物滯留部分的粗節紗(bead)(直徑0.5μm左右)來連結的情況居多,在作為超極細絲無紡布來看的場合,無紡布中的單纖維纖度有大的波動。因此,也正在進行下述的嘗試抑制粗節紗(bead)的生成,使纖維直徑均勻,但單纖維纖度波動仍然大(非專利文獻2)。
另外,通過靜電紡絲得到的無紡布,是通過在纖維化的過程中溶劑進行蒸發而得到的,因此其纖維集合體大多不進行取向結晶化,強度也比通常的無紡布略弱,在開展應用上有大的制約。此外,靜電紡絲作為制法也存在大的問題,得到的無紡布的大小至多是100cm2左右,另外生產效率最大為幾克/小時,存在與通常的熔融紡絲相比生產效率非常低的問題。此外,需要高電壓,還存在有機溶劑、超極細絲飄浮在空氣中的問題。
另外,作為制造極細纖維的無紡布的方法,已知利用纖維素·原纖維的方法(專利文獻4)。更具體地講,是將紙漿的打漿技術應用于銅氨人造絲,使纖維的平均直徑細到200~300nm左右,將其采用抄造法呈網狀地配置在聚酯的極細纖維無紡布上的方法。
然而,以往打漿技術確立的只是纖維素,聚酯和尼龍等合成聚合物不能通過打漿使直徑細到200~300nm。這是因為,纖維素本來是由微原纖維的集合體構成,而對于合成聚合物而言,這樣的原纖維結構不明確,因此通過打漿并未原纖維化,而是粉體化的緣故。專利文獻4也記載了一種利用乙酸菌產生纖維素,將纖維素·納米纖維以網狀配置在聚酯的極細纖維無紡布上的結構的制作方法,但該方法的生產效率過低,難以在工業上利用。
如上述那樣的纖維素纖維,由于原本就存在由水、濕度引起的尺寸穩定性差的問題,因此需求由尺寸穩定性好的合成聚合物構成的納米纖維。
另外,采用以往的打漿技術得到的纖維素·原纖維,由于纖維直徑不均勻,因此孔隙的孔徑也往往不一致,希望得到纖維素·原纖維以外的方法。
此外,從控制形成網狀結構的極細纖維的耐化學性和耐熱性、與支撐體的親合性等的必要性考慮,也期望得到一種制作不是由纖維素而是由多變的合成聚合物構成的納米纖維形成的網狀結構的方法。
如以上說明的那樣,要求實現對形狀、聚合物沒有限制,可廣泛開展應用的單纖維纖度波動小,并且單纖維直徑極小的應被稱為納米纖維的纖維。
另外,為了實行更高精度的研磨,需求構成研磨布的纖維更細、且更柔軟的片材,但一般地研磨量隨之而降低。因此,為了爭取研磨量,一般采用在研磨加工時高高地設定賦予研磨布的張力,強化研磨布和被研磨體的接觸的方法。然而,當高高地設定張力時,加工時的穩定性降低,或研磨布片材本身的伸長率產生問題,由此有時新招致被研磨體表面產生劃痕等的疵點的問題等,為了防止這種問題,要求實現可耐受高張力的研磨布。
專利文獻1日本國特開2002-224945號公報專利文獻2日本國特開平10-53967號公報專利文獻3日本國特開2002-79472號公報專利文獻4國際公開第97/23266號小冊子非專利文獻1Polymer,Vol.40,4585(1999)非專利文獻2Science,Vol.285,2113(1999)發明內容本發明的目的在于,通過使用以往所沒有的單纖維纖度波動小的納米纖維,并且使在研磨時的伸長變小,來提供研磨特性非常優異的新型的研磨布。
另外,本發明的另一目的在于,提供一種新型納米纖維結構體的制造方法,該方法可制造在支撐體上容易地以網狀配置由熱塑性聚合物形成的納米纖維從而形成的納米纖維結構體。
本發明為了解決上述課題,具有以下的構成。
(1)一種研磨布,其特征在于,由至少部分地具有由熱塑性聚合物構成的納米纖維的片狀物構成,縱向的伸長10%時的應力是5~200N/cm寬度,所述的納米纖維,數均單纖維纖度為1×10-8~4×10-4dtex,單纖維纖度1×10-8~4×10-4dtex的單纖維纖度比率之和為60%以上。
(2)一種研磨布,其特征在于,由至少部分地具有由熱塑性聚合物構成的納米纖維的片狀物構成,縱向的伸長10%時的應力是5~200N/cm寬度,所述的納米纖維,數均單纖維纖度為1×10-8~2×10-4dtex,單纖維纖度1×10-8~2×10-4dtex的單纖維纖度比率之和為60%以上。
(3)如上述(1)或(2)所述的研磨布,其特征在于,該納米纖維其單纖維纖度比率為50%以上,單纖維直徑差在30nm的范圍內。
(4)如上述(1)~(3)的任一項所述的研磨布,其特征在于,該片狀物由無紡布構成。
(5)如上述(1)~(3)的任一項所述的研磨布,其特征在于,該片狀物由織物構成。
(6)如上述(1)~(3)的任一項所述的研磨布,其特征在于,該片狀物由編織物構成。
(7)如上述(1)~(6)的任一項所述的研磨布,其特征在于,該片狀物在0.1kg/cm2載荷下的壓縮彈性和在0.5kg/cm2載荷下的壓縮彈性之比S是4.0以下。
(8)如上述(1)~(7)的任一項所述的研磨布,其特征在于,該片狀物的耐磨系數是50mg以下。
(9)如上述(1)~(8)的任一項所述的研磨布,其特征在于,該片狀物的表面粗糙度是100nm以下。
(10)如上述(1)~(9)的任一項所述的研磨布,其特征在于,該片狀物的表面硬度是20以上。
(11)如上述(1)~(10)的任一項所述的研磨布,其特征在于,該片狀物在其至少一面具有由納米纖維形成的拉毛面。
(12)如上述(1)~(11)的任一項所述的研磨布,其特征在于,該片狀物是將納米纖維層合在支撐體上而制成的片狀物。
(13)如上述(12)所述的研磨布,其特征在于,納米纖維的層合厚度,相對于該片狀物的整體厚度為70%以下。
(14)如上述(1)~(13)的任一項所述的研磨布,其特征在于,該片狀物是在其內部具有空間,并且在該空間中含浸有聚合物彈性體而成。
(15)如上述(14)所述的研磨布,其特征在于,該聚合物彈性體是聚氨酯。
(16)如上述(14)或(15)所述的研磨布,其特征在于,該聚合物彈性體的含有率,相對于片狀物的纖維重量為20~60重量%。
(17)一種納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,使納米纖維分散液附著在支撐體上后,除去該分散介質,所述的納米纖維分散液是在分散介質中分散有數均直徑為1~500nm的由熱塑性聚合物形成的納米纖維的分散液。
(18)如上述(17)所述的納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,由熱塑性聚合物形成的納米纖維,是數均直徑為1~200nm的納米纖維。
(19)如上述(17)或(18)所述的納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,在使納米纖維分散液附著在支撐體上時,將納米纖維分散液進行噴霧,使之附著。
(20)如上述(17)或(18)所述的納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,在使納米纖維分散液附著在支撐體上時,將支撐體浸漬在納米纖維分散液中,使該納米纖維分散液附著。
(21)如上述(17)或(18)所述的納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,在使納米纖維分散液附著在支撐體上時,在支撐體上涂布納米纖維分散液體,使之附著。
(22)如上述(17)~(21)的任一項所述的納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,作為支撐體使用多孔質的支撐體。
(23)一種納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,將數均直徑為1~500nm的由熱塑性聚合物形成的納米纖維分散在分散介質中制成納米纖維分散液,使用多孔質的支撐體作為基材來進行抄造。
(24)如上述(17)~(23)的任一項所述的納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,納米纖維分散液中所含的納米纖維的濃度是0.0001~1重量%。
(25)如上述(17)~(23)的任一項所述的納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,納米纖維分散液中所含的納米纖維的濃度是0.001~0.1重量%。
(26)如上述(17)~(25)的任一項所述的納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,納米纖維分散液中所含的分散劑的濃度是0.00001~20重量%。
(27)如上述(17)~(25)的任一項所述的納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,該分散劑的濃度是0.0001~5重量%。
(28)如上述(26)或(27)所述的納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,該分散劑是選自非離子系分散劑、陰離子系分散劑、陽離子系分散劑之中的至少一種。
(29)如上述(28)所述的納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,該納米纖維的Z-電位是-5~+5mV的范圍內,該分散劑是非離子系分散劑。
(30)如上述(28)所述的乳液,其特征在于,該納米纖維的Z-電位為-100mV以上、小于-5mV,該分散劑是陰離子系分散劑。
(31)如上述(28)所述的納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,該納米纖維的Z-電位超過+5mV,但為100mV以下,該分散劑是陽離子系分散劑。
(32)如上述(26)~(31)的任一項所述的納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,該分散劑的分子量是1000~50000。
(33)如上述(17)~(32)的任一項所述的納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,納米纖維中所含的在大于500nm、但為1μm以下的直徑范圍的單纖維的纖維比率是3%以下。
(34)如上述(17)~(33)的任一項所述的納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,支撐體由選自無紡布、紙、織物、編織物和泡沫體之中的至少1種結構物構成。
發明效果根據本發明,使用以往所沒有的單纖維纖度波動小的納米纖維,并在研磨時減少伸長率,由此可提供研磨特性優異的研磨布。
另外,根據本發明的納米纖維結構體的制造方法,可在支撐體上容易地以所希望的網狀形態配置由能夠熔融紡絲的熱塑性聚合物構成的納米纖維,在生產過程中不會產生問題,具有高的生產效率,可制造具有目標性能的納米纖維結構體。
圖1是表示作為本發明中的一例納米纖維的尼龍納米纖維的纖維橫截面的TEM照片。
圖2是表示實施例1中使用的聚合物合金纖維的橫截面的TEM照片。
圖3是表示實施例1的納米纖維的單纖維纖度波動的圖。
圖4是表示實施例1的納米纖維的單纖維纖度波動的圖。
圖5是表示比較例1的超極細絲的單纖維纖度波動的圖。
圖6是表示比較例1的超極細絲的單纖維纖度波動的圖。
圖7是表示在實施例中使用的紡絲機的圖。
圖8是表示在實施例中使用的噴絲頭的圖。
圖9是表示在實施例中使用的拉伸機的圖。
圖10是表示在比較例1中使用的紡絲機的圖。
圖11是表示采用SEM觀察實施例29的納米纖維結構體表面的結果的圖。
圖12是表示采用SEM觀察實施例42的納米纖維結構體表面的結果的圖。
圖13是表示采用SEM觀察實施例43的納米纖維結構體表面的結果的圖。
符號說明1料斗2熔融部3紡絲頭組合4紡絲組件5噴絲頭6通風筒(chimney)7絲條8集束給油導線器9第1牽引輥10第2牽引輥11卷繞絲12計量部13噴出孔長度14噴出孔徑15未拉伸絲16進料輥17第1熱輥18第2熱輥19第3輥(室溫)20拉伸絲21雙螺桿擠出混煉機22片料計量裝置實施發明的最佳方案以下,對本發明的研磨布、和本發明的納米纖維結構體的制造方法進一步詳細說明。關于這些在本發明的說明中使用的“納米纖維”這一用語的定義,在兩發明中納米纖維的實體幾乎沒有差異,但在對其定義的內容上,本發明有少許差別地進行定義,關于此點首先進行說明。
即,在本說明書中,在對“研磨布的發明”進行說明時,納米纖維這一概念,是指單纖維直徑為1~250nm(在為尼龍6纖維(以下有時稱為N6)的場合,為1×10-8~6×10-4dtex)的纖維。
與此相對,在本說明書中,在對“納米纖維結構體的制造方法的發明”進行說明時,納米纖維這一概念是指單纖維直徑為1~1000nm(1μm)的纖維。
這2種定義的差異與下述點相關在各個本發明的說明中,在取多數纖維的測量值的平均值,求出“納米纖維的單纖維纖度”和“納米纖維的單纖維直徑”等時,在其母體中是包含還是不包含大于250nm且小于1000nm的纖維。即,“研磨布的發明”的場合是不包含的,而“納米纖維結構體的制造方法的發明”的場合是包含的。
在任何一項本發明中,本來共通的前提是納米纖維這一概念基本上是單纖維直徑為1~1000nm(1μm)的纖維的總稱,但“研磨布的發明”的場合,與包含大于250nm且小于1000nm的纖維在內求出平均值、并將其作為基礎來討論相比,為了實現精度更高的良好紋理加工的實施,把單纖維直徑為1~250nm(N6的場合,為1×10-8~6×10-4dtex)的纖維作為母體求出平均值、并將其作為基礎來討論,能弄清作為研磨布的結構特征。
另一方面,“納米纖維結構體的制造方法的發明”的場合,尤其并不僅限于作為結構體有限的用途領域,特別是不一定需要那么窄的單纖維直徑為前提的技術,在連單纖維直徑大于250nm且小于1000nm的纖維也包括的基礎上,求出平均值、并將其作為基礎來討論,能夠弄清技術特征。
但是,無論怎樣,在包含單纖維直徑大于250nm且小于1000nm的纖維的場合、或不包含單纖維直徑大于250nm且小于1000nm的纖維的場合,在本發明中作為對象的納米纖維的各種平均值、分布均沒有那么大的差異。
通常的場合,本發明可以實現單纖維直徑為1~250nm的纖維,大部分纖維都在該范圍內,那些纖維占大部分的母體成為對象。
下面在以上的前提下進行說明。
首先,本發明的研磨布,其第一要件是由至少部分地具有由熱塑性聚合物構成的納米纖維的片狀物構成,所述的納米纖維,數均單纖維纖度為1×10-8~4×10-4dtex,單纖維纖度1×10-8~4×10-4dtex的單纖維纖度比率之和為60%以上。
這里,如上所述,在本發明中,把直徑在1~10000nm(1μm)范圍內的單纖維稱為納米纖維,但具體地,作為納米纖維,更優選使用平均單纖維直徑為1~250nm(N6的場合,為1×10-8~6×10-4dtex)的纖維。
在形態上是其單纖維七散八落地分散的形態、單纖維部分地結合的形態、或多根單纖維聚集的集合體(例如,束狀的形態)等的全部的總稱,對其纖維長度和截面形狀等沒有限定。
此外,在本發明中重要的是該納米纖維的單纖維纖度的平均值和波動。
這是使用透射電鏡(TEM)或掃描電鏡(SEM)觀察包含納米纖維的片狀物(研磨布)的橫截面,測定在同一橫截面內任意地抽出的50根以上單纖維的直徑得到的,可通過在3個部位以上進行測定,測定至少合計為150根以上的單纖維直徑而求出。此時,除了超過相當于250nm(尼龍6的場合(比重1.14g/cm3),為6×10-4dtex)的其他纖維以外,只對該數值以下的、1~250nm范圍內的單纖維直徑的纖維進行任意地選擇、測定。另外,構成片狀物的納米纖維為異形截面的場合,首先測定單纖維的截面積,將該面積暫且作為截面為圓的場合的面積。可通過由其面積算出直徑來求出單纖維直徑。這里,單纖維纖度的平均值如以下所述地求出。首先,按nm單位測定單纖維直徑直到小數點后第1位,將小數點以后進行四舍五入。由該單纖維直徑算出單纖維纖度,求出它的單純的平均值。在本發明中把該平均值稱為“數均單纖維纖度”。這里,把在本發明的研磨布中使用的納米纖維的纖維橫截面照片的一例示于圖1。在該圖1中,也一并示出了100nm的標度,但可知大致全是單纖維直徑小于100nm的纖維。
對于本發明的研磨布而言,重要的是納米纖維的數均單纖維纖度為1×10-8~4×10-4dtex(尼龍6(比重1.14g/cm3)的場合,相當于單纖維直徑為1~200nm)。這是與以往的海島復合紡絲的研磨布相比,單纖維直徑為1/10~1/1000的粗細度,可獲得具有與現有的研磨布完全不同的質感的研磨布、或硬盤的平滑性能夠遠比以往提高的研磨布。數均單纖維纖度優選為1×10-8~2×10-4dtex(尼龍6(比重1.14g/cm3)的場合,相當于單纖維直徑為1~150nm),更優選是1×10-8~1×104dtex(尼龍6(比重1.14g/cm3)的場合,相當于單纖維直徑為1~100nm),進一步優選是0.8×10-5~6×10-5dtex(尼龍6(比重1.14g/cm3)的場合,相當于單纖維直徑為30~80nm)。
另外,構成本發明的研磨布的納米纖維的單纖維纖度波動,如以下那樣進行評價。即,將研磨布中的每根納米纖維的單纖維纖度記為dti,將單纖維纖度的總和記為總纖度(dt1+dt2+...+dtn)。另外,統計具有相同的單纖維纖度的納米纖維的頻度(個數),其積除以總纖度得到的值作為其單纖維纖度的纖度比率。這相當于各單纖維纖度成分相對于無紡布中所含的納米纖維總體的重量分率(體積分率),該值大的單纖維纖度成分,對納米纖維研磨布的性質的貢獻大。
此外,在本發明中,所述的納米纖維的單纖維纖度波動,與求出上述的單纖維纖度的平均值同樣地,使用透射電鏡(TEM)或掃描電鏡(SEM)觀察至少部分地含有納米纖維的片狀物的橫截面,測定在同一橫截面內任意抽出的50根以上的納米纖維的單纖維直徑,在3個部位以上進行該測定,通過測定至少合計為150根以上的單纖維直徑而求出,作為與求上述的單纖維纖度的平均值同樣的N數而求出即可。
在本發明中,重要的是纖度比率的60%以上在1×10-8~4×10-4dtex(尼龍6(比重1.14g/cm3)的場合,相當于單纖維直徑為1~200nm)的范圍。即,意味著大于4×10-4dtex的納米纖維的存在接近于零。由此,在可充分發揮納米纖維研磨布的功能的同時,制品的品質穩定性也良好,此外,由于纖度波動非常小,因此可均勻擔載磨粒,結果可大幅度提高硬盤表面的平滑性。優選纖度比率的60%以上是1×10-8~2×10-4dtex(尼龍6(比重1.14g/cm3)的場合,相當于單纖維直徑為1~150nm),更優選是1×10-8~1×10-4dtex(尼龍6(比重1.14g/cm3)的場合,相當于單纖維直徑為1~100nm),進一步優選是1×10-8~6×10-5dtex(尼龍6(比重1.14g/cm3)的場合,相當于單纖維直徑為1~80nm)的范圍。進一步優選纖度比率的75%以上是0.8×10-5~6×10-5dtex(尼龍6(比重1.14g/cm3)的場合,相當于單纖維直徑為30~80nm)的范圍。
本發明中所說的熱塑性聚合物,可舉出聚酯(以下有時稱為PET)和聚酰胺、聚烯烴、聚苯硫醚(以下有時稱為PPS)等,由聚酯、聚酰胺代表的縮聚系聚合物,熔點高的較多,為更優選。聚合物的熔點為165℃以上時,納米纖維的耐熱性良好,為優選。例如,聚乳酸(以下有時稱為PLA)的熔點是170℃,PET的熔點是255℃,N6的熔點是220℃。另外,聚合物中可以具有粒子、阻燃劑、抗靜電劑等添加物。另外,在聚合物的性質不遭到損害的范圍也可以共聚有其他的成分。此外,從熔融紡絲的容易性考慮,優選熔點為300℃以下的聚合物。
本發明所說的片狀物中,優選使用使用卡片鋪網機形成把短纖維在片材寬度方向排列的層合網之后,進行針刺,或由熔體吹塑、紡粘等紡絲直接形成,或采用抄紙法得到的無紡布,在支撐體上對納米纖維進行噴霧、浸漬或涂布,使之附著而得到的片狀物、織編物等,其中,在研磨布中,為了在研磨布上均勻地擔載磨粒,優選極細纖維相互的絡合和表面纖維的致密性高,并且表面纖維密度的粗密不勻少的研磨布,優選使用將短纖維網進行了針刺處理的無紡布、濕式抄紙、高密度織物。
作為對短纖維網進行針刺處理的鋼針(punching)根數,從由纖維的高絡合化帶來的纖維高密度化(形成致密的拉毛面)的觀點考慮,優選是1000~3500根/cm2。小于1000根/cm2時,研磨布表面纖維的致密性差,超過3500根/cm2時,在招致加工性惡化的同時,纖維損傷變大,因此不優選。濕式抄紙的場合,優選調整纖密度,以便達到3g/m2以上,高密度織物的場合,優選調節纖密度,以便織物的經向和緯向的布面覆蓋系數值分別達到500以上,布面覆蓋系數小于400的場合,單纖維間空隙大、致密性差。
這里,經向的布面覆蓋系數值、緯向的布面覆蓋系數值是分別用下述式表示的值。
經向布面覆蓋系數值=經織密度[根/英寸]×(經絲纖度[dtex])1/2緯向布面覆蓋系數值=緯織密度[根/英寸]×(緯絲纖度[dtex])1/2作為上述短纖維網、用于直接獲得片狀物的纖維的制造方法,沒有特別限定,可以采用通過單成分紡絲、海島復合紡絲、分割復合紡絲而得到的短纖維網、纖維等,其中,海島復合纖維的海成分為易溶解性聚合物,島成分為作為本發明的納米纖維的前體的聚合物合金,并從中溶出了易溶解性聚合物的海島復合纖維,由于可以減小納米纖維集合體的纖維徑,因此將其作為研磨布進行研磨時,可減少劃痕,因此優選。此外,關于島芯鞘型的海島復合纖維中的芯鞘型的島成分,由于鞘部分為聚合物合金、芯成分為難溶出性聚合物,海成分為易溶出性聚合物,并從中溶出了易溶解聚合物的海島復合纖維,為纖維徑小的芯鞘型的極細纖維,并且成為在難溶解性的島的周圍配置有納米纖維鞘的形態,因此將其作為研磨布進行研磨時,不僅劃痕減少,而且芯具有某種程度的硬度,因此可提高研磨加工時的速率。
另外,在分割復合纖維的至少任何一方配置聚合物合金,將其分割后溶出了聚合物合金中的易溶解聚合物的復合纖維,也可以得到與上述海島復合纖維的場合同樣的效果。
作為針對本發明研磨布的伸長率的特性,重要的是該研磨布在干燥時(室溫20℃、濕度40%的條件下)的縱向的伸長10%時的應力是5~200N/cm寬度。
作為使用本發明的研磨布進行紋理加工的方法,從加工效率和穩定性的觀點考慮,把所述的研磨布裁剪成30~50mm寬度的帶狀,作為紋理加工用帶使用。
接著,在使基板連續旋轉的狀態下,邊將帶狀的該研磨布按壓在基板上,邊在基板的徑向使研磨布或基板往復運動,使研磨布連續地行走。此時,優選的方法是向研磨布表面供給含游離磨粒的漿液,使含游離磨粒的漿液附著在帶狀的該研磨布的表面上,對鋁合金磁記錄盤、玻璃磁記錄盤的表面進行研磨。作為研磨條件,漿液優選使用在水系分散介質中分散了金剛石微粒子等的高硬度磨粒的漿液。
在使該漿液附著在該研磨布表面上、進行基板表面的研磨時,為了均勻控制研磨布表面與基板的接觸、進行均勻的研磨,優選在對該研磨布施加10~20N左右的加工張力的狀態下進行研磨。
通過將該研磨布的縱向的伸長10%時的應力控制在5~200N/cm寬度,在上述紋理加工張力下,可以把帶狀的研磨布的伸長率抑制在3%以下,可以不降低表面纖維的致密性而實現超高精度的基板表面粗糙度,并且可抑制劃痕疵點使其很少。
該研磨布的縱向的伸長10%時的應力小于5N/cm寬度時,由于紋理加工張力下的研磨布的伸長率過大,因此表面纖維的致密性降低,不能實現超高精度的基板表面粗糙度,同時磨料凝聚在因伸長而顯現的研磨布表面的不存在纖維的空隙部中,容易產生劃痕疵點,因此不優選。
另一方面,當超過200N/cm寬度時,被含游離磨粒的漿液濕潤的狀態的研磨布按壓在盤面,水分被擠出,變成干燥的狀態,磨粒強力地按壓在基板表面上,容易產生劃痕疵點,同時基板表面粗糙度變大,因此不優選。更優選伸長10%時的應力是10~200N/cm寬度,進一步優選是30~200N/cm寬度。
作為把該研磨布的縱向的伸長10%時的應力控制在5~200N/cm寬度來進行制造的方法,并不特別限定,例如可以采用以下的方法。
即,作為研磨布的片狀物為無紡布的場合,通過采用針刺處理、濕式噴刺處理等整理纖維取向,來進行調整,或在只為該納米纖維時、伸長時的應力不能調整到5N/cm寬度以上的場合,可以通過與單纖維纖度為1×10-3dtex(尼龍6(比重1.14g/cm3)的場合,相當于單纖維直徑為0.3μm)以上的其他纖維、或由該其他纖維制成的織編物、無紡布、或薄膜等進行混用,來實現伸長10%時的應力。
作為混用方法,可以采用層合法、貼合法或混合法。
這里所說的層合法,是指在由其他的纖維構成的片狀物上層合納米纖維,或者在只由納米纖維構成的片狀物上層合其他的纖維的方法。例如,可以采用下述種種的方法利用濕式抄紙法、氣流成網法在由其他的纖維構成的無紡布上層合納米纖維的方法;在各種支撐體上將納米纖維分散液進行噴霧、浸漬、涂布,使之附著,由此進行層合的方法;或者,在由納米纖維構成的無紡布上采用上述的方法層合其他纖維的方法;等等。
另外,這里所說的貼合法,是指采用常規方法各別地制作只由納米纖維構成的片狀物和其他的片狀物、薄膜,進行重疊、貼合。例如,可以采用下述種種的方法把由納米纖維構成的片狀物和由其他的纖維構成的片狀物、薄膜利用粘合劑粘合的方法;利用針刺、高壓水流進行的絡合方法;預先在由納米纖維或其他的纖維構成的片狀物中混入另外的熱熔合纖維,利用加熱輥進行熱熔合的方法;或者,采用熔體吹塑法、紡粘法把作為納米纖維前體的聚合物合金纖維直接貼合在由其他的纖維構成的片狀物上后,從聚合物合金纖維中溶出除去海成分的方法;或者采用熔體吹塑法、紡粘法將其他的纖維直接貼合在由納米纖維構成的片狀物上;等等。
其中,具有納米纖維的片狀物和薄膜的貼合,由于薄膜的表面平滑性優異,因此不會損害研磨布表面的平滑性并能控制伸長時的應力,因此可以進行高精度的加工,因此優選。
作為這里所說的成為薄膜的原材料,如果是聚烯烴系、聚酯系、聚苯硫醚系等的具有薄膜形狀的材料就能使用,但考慮通用性時,優選使用聚酯薄膜。
此外,這里所說的混合法,是指納米纖維與其他的纖維相互混合,形成片狀物。例如,可以采用將納米纖維與其他的纖維混棉后,采用針刺、高壓水流來進行絡合的方法、進行混合抄紙的方法等等的種種方法。
作為研磨布的片狀物是織物、編織物的場合,纖維間的拘束力強,在帛內構成絲條的移動少,通過增多每單位面積的絲條根數、纖維量以使之為高密度,可實現伸長10%時的應力為5N/cm寬度以上,或與上述的無紡布同樣地,通過與單纖維纖度為1×10-3dtex(尼龍6(比重1.14g/cm3)的場合,相當于單纖維直徑為0.3μm)以上的其他的纖維、由該其他的纖維形成的織編物、無紡布、或薄膜等混用,可實現伸長時的應力。
另外,可以根據片狀物的表面形態、伸長10%時的應力、強伸度、緩沖性等的要求特性,采用與上述的無紡布同樣的方法混用無紡布、織物和編織物。
另外,作為纖度波動的另一個指標,有研磨布中的納米纖維的單纖維直徑差在30nm的幅度內的單纖維的纖度比率,但這意味著在中心纖度附近的波動集中度,該單纖維纖度比率越高,意味著波動越小。在本發明中,單纖維直徑差在30nm(尼龍6(比重1.14g/cm3)的場合,單纖維纖度為8×10-6dtex)的幅度內的單纖維纖度比率優選是50%以上,更優選是70%以上。
本發明的研磨布,該片狀物的在0.1kg/cm2載荷下的壓縮彈性與在0.5kg/cm2載荷下的壓縮彈性的比S優選是4.0以下。這里,壓縮彈性的比S如以下所述那樣求出。即,采用后述的實施例中所述的測定法,首先測定片狀物的壓縮特性,由該壓縮特性作成變形和壓縮載荷的曲線。把該曲線的在0.1kg/cm2和0.5kg/cm2下的切線的斜率作為各自的壓縮特性值,把該0.5kg/cm2時的壓縮彈性值除以0.1kg/cm2時的壓縮彈性值所得的值定義為S。該壓縮彈性的比S小意味著在低載荷下的變形的大小和在高載荷下的變形的大小之差小,即研磨時將片狀物按壓與被研磨體接觸時,即使是局部性壓力變動的場合,片狀物的變形之差也小。由此,不僅維持了片狀物的平滑性,能夠進行高精度的研磨,而且對片狀物賦予了適度的緩沖性,因此緩和了研磨加工時的漿液的局部性凝聚,可抑制劃痕疵點的發生。壓縮彈性的比S優選是3.0以下,更優選是2.5以下。作為壓縮特性的比S的下限值,優選是0.01以上。
另外,在該片狀物中,優選耐磨系數是50mg以下。這里,耐磨系數采用后述的實施例中所述的測定法,由從片狀物上脫落的纖維的量求出。耐磨系數大的場合,研磨時纖維從該片狀物上脫落,容易變成絨球,變成絨球的部分中凝聚有漿液,容易產生劃痕疵點。因此,作為該片狀物,希望研磨時也難磨損,即耐磨系數小。耐磨系數優選是40mg以下,進一步優選是30mg以下。作為耐磨系數的下限,優選是0.1mg以上。
本發明的研磨布,該片狀物的表面粗糙度優選是100μm以下。這里表面粗糙度采用后述的實施例中所述的測定法,測定片狀物的研磨面,即片狀物與被研磨體接觸的面而求出。表面粗糙度小時,該片狀物的表面平滑性提高,不僅研磨時的加工精度提高,而且由于片狀物表面的纖維的取向均勻,因此能均勻地擔載磨粒,因此不易引起磨粒的凝聚,可抑制劃痕的產生。表面粗糙度優選是60μm以下,進一步優選是40μm以下。作為表面粗糙度的下限,優選是0.5μm以上。
另外,該片狀物的表面硬度優選是20以上。這里,表面硬度采用后述的實施例中所述的測定法求出。表面硬度大時,不僅研磨時該片狀物的耐久性提高,而且由于該片狀物的形態穩定性變得良好,因此也保持了片狀物表面的平滑性,此外,由于該片狀物有某種程度的硬度,因此研磨時的磨削效率提高。表面硬度優選是30以上,進一步優選是40以上。作為表面硬度的上限優選是100以下。
在本發明的研磨布中,優選在片狀物的至少一面具有由納米纖維構成的拉毛面。為了獲得該拉毛面,優選對片狀物進行磨光(buffing)處理。這里所說的磨光處理,一般是使用針布、砂紙來進行,這樣起毛處理過的片狀物,形成均勻而致密的拉毛,可以使硬盤紋理加工時所附著的漿液中的磨粒微細地分散,可實現高精度的加工。在本發明中,可以在支撐體上層合納米纖維而制成片狀物,納米纖維的層合厚度,相對于該片狀物整體,優選是70%以下。通過使層合厚度為70%以下,由于由支撐體帶來的對片狀物的補強效果,可使研磨的加工穩定性良好,作為層合厚度,更優選是50%以下,進一步優選是20%以下。作為層合厚度的下限值,優選是1%以上。
另外,該片狀物,優選在其內部具有空間,并且該空間中浸滲有聚合物彈性體,聚合物彈性體的浸滲,可通過對有該空間的片狀物賦予聚合物彈性體而獲得。
聚合物彈性體具有用于表面凹凸或吸收振動的緩沖、保持纖維形態等的作用,通過與片狀物一體化,對硬盤等被研磨物的適用性和抑制對被研磨物的擦傷的效果優異。作為所述的聚合物彈性體,可以使用聚氨酯系、聚硅氧烷系、丙烯酸系聚合物等。其中,從本發明的工藝的加工性、緩沖性上考慮,優選聚氨酯。此外,在聚氨酯中,作為其軟鏈段,可以使用由聚醚系、聚酯系、聚碳酸酯系或它們共聚的共聚物構成的軟鏈段,賦予聚氨酯后的磨光處理時,為了使研磨布表面上的拉毛纖維成為致密而均勻地分散的狀態,從片材彈性的觀點考慮,在這些聚氨酯中特別優選使用單一聚醚系聚氨酯、或將聚醚系與聚酯系、聚碳酸酯系的至少1種共聚而得到的聚氨酯。研磨時的緩沖性和適用性,在研磨精度上很重要,可利用片狀物中的纖維和聚合物彈性體的比例、空隙率來進行控制,根據研磨精度、研磨目的進行調節。
聚合物彈性體的含量,在成型上,相對于纖維重量優選是20~60重量%,可以根據含量調節研磨布的表面狀態、空隙率、緩沖性、硬度、強度等。含量小于20重量%時,由于緩沖性差,容易發生劃痕,因此不優選。超過60重量%時,加工性和生產效率差,同時表面上容易露出聚合物彈性體,容易引起由磨粒凝聚造成的劃痕,因而不優選。
作為所述聚合物彈性體的賦予方法,可以采用涂布或浸滲聚合物彈性體后使之凝固的方法等。聚合物彈性體的含量,使用面積1m2的研磨布作為試樣進行測定。聚合物彈性體含量的確認,可使用溶劑等從試樣面積1m2的研磨布中溶出除去聚合物彈性體,分別求出該溶出除去處理前后的重量,由此可確認。
硬盤等的磁記錄介質,在進行記錄的大容量化、高記錄密度化,由此要求基板表面的研磨加工的高精度化。為此,為使研磨加工高精度化,研磨所使用的磨粒也使用顆粒更微細的、而且高分散的磨粒。隨之,對于研磨布,也要求是均勻擔載這樣微細的磨粒,為纖維經更小、纖維的分散性高以避免研磨時磨粒在基板表面局部存在,并且平滑性高的片狀物。因此,本發明的研磨布也與磨粒同樣地,優選在片狀物中納米纖維良好地分散達到單纖維一根一根的水平。
這樣,本發明的研磨布,優選納米纖維在片狀物中良好地分散達到單纖維一根一根的水平,為了達到這種水平,本發明通過采用后述的納米纖維結構體的制造方法,也可制造更高性能的研磨布。
以下,對本發明的納米纖維結構體的制造方法進行說明。
即,通過在支撐體上附著納米纖維分散液,從而在片狀物中良好地分散納米纖維直到一根一根單纖維的水平,得到納米纖維結構體,這里,所謂納米纖維結構體不特別限定,但舉一個例子,是進一步被加工,形成為例如研磨布等的納米纖維結構體。
通過采用這樣的納米纖維結構體的制造方法,不僅在片狀物中能容易地分散納米纖維,而且能夠自由控制片狀物中的納米纖維的配置,因此能夠制成高性能的研磨布。
以下對本發明的納米纖維結構體的制造方法更詳細地說明。
本發明的納米纖維結構體的制造方法中所說的所謂納米纖維結構體,是指一維、二維或三維地排列納米纖維的結構體,優選是二維或三維的網狀結構的結構體。
本發明中,重要的是首先在支撐體上附著在分散介質中分散有數均直徑1~50nm的納米纖維的液體(以下,稱為納米纖維分散液)。使用這種方法時,與靜電紡絲不同,具有生產效率高,并且沒有有害的有機溶劑的蒸氣、納米纖維的飄浮,因此具有安全性非常高的大優點。
另外,在本發明的納米纖維結構體的制造方法中,重要的是納米纖維的數均直徑是1~500nm,由此,可以獲得作為纖維所要求的絕對強力,例如使用納米纖維結構體作為過濾器時,即使過濾的物體沖撞,也抑制纖維的斷開,而且由于孔隙的孔徑充分地小,比表面積明顯地增大,因此可提高微粒子的捕捉性能。作為納米纖維的數均直徑,優選為1~200nm,更優選是30~100nm。
例如,納米纖維結構體的場合,納米纖維單纖維的數均直徑可以如以下所述求出。
即,使用透射電鏡(TEM)觀察分散在分散介質中之前的納米纖維束的橫截面,利用圖象處理軟件解析在同一橫截面內任意地抽出的50根以上的單纖維的橫截面積,再求出換算成圓的直徑。另外,進行已分散在分散介質中的納米纖維的直徑解析的場合,可以采用以下那樣的方法。即,使分散有納米纖維的液體附著在掃描電鏡(SEM)的觀察臺上,將液體干燥后進行金屬蒸鍍、制作樣品,使用SEM觀察該試樣,測定納米纖維的單纖維直徑,可與上述同樣地求出數均直徑(比重1.14g/cm3)。
另外,由納米纖維結構體進行解析的場合,可以使用SEM觀察納米纖維部分的表面,或使納米纖維的橫截面露出地切取超薄切片使用TEM進行觀察。
另外,在本發明的納米纖維結構體中使用的納米纖維,相當于單纖維的直徑大于500nm、為1μm以下的、本發明所說的納米纖維,優選比較粗大的纖維的纖維比率是3重量%以下。這里,所謂粗大纖維的纖維比率,意味著粗大單纖維(直徑大于500nm、為1μm以下的納米纖維)的重量相對于直徑大于1nm、為1μm以下的納米纖維整體的重量的比率,如以下所述進行計算。即,將各個納米纖維的單纖維直徑記為di,算出其平方的總和(d12+d22+...+dn2)=∑di2(i=1~n)。另外,將大于500nm、1μm以下的直徑范圍的各個納米纖維的纖維直徑記為Di,算出其平方的總和(D12+D22+...+Dm2)=∑Di2(i=1~m)。通過算出∑Di2相對于∑di2的比例,可以求出粗大纖維與全部納米纖維的面積比率,即重量比率。
在本發明的納米纖維結構體的制造方法中使用的納米纖維,在大于500nm、為1μm以下的直徑范圍的單纖維的纖維重量比率優選是3%以下,更優選為1%以下,進一步優選是0.1%以下。即意味著直徑大于500nm的粗大的納米纖維的存在接近于零。
另外,納米纖維的數均直徑為200nm以下的場合,直徑大于200nm的單纖維的纖維重量比率優選是3%以下,更優選是1%以下,進一步優選是0.1%以下。而納米纖維的數均直徑為100nm以下的場合,直徑大于100nm的單纖維的纖維重量比率優選是3%以下,更優選為1%以下,進一步優選是0.1%以下。由此可以充分地發揮采用本發明的納米纖維結構體的制造方法得到的納米纖維結構體的功能,同時也可以使制品的品質穩定性良好。
在本發明的納米纖維結構體的制造方法中,作為使納米纖維分散在分散介質中的方法,可以使用尼亞加拉打漿機、勻漿機、割刀、試驗用粉碎器、生物混合機、家用混合機、輥磨機、乳缽或PFI打漿機等對納米纖維賦與剪切力,使之分散成一根一根纖維投到分散介質中,另外,為了抑制再凝聚,可以根據需要使用分散劑。另外,對分散劑沒有特殊限制,但從安全性的觀點考慮,優選使用水。
使這樣地制得的納米纖維分散液附著在支撐體上,這里,所謂納米纖維分散液附著在支撐體上是指以下的狀態。
即,指納米纖維分散液與支撐體表面和/或內部接觸著。另外,此時納米纖維和支撐體之間可以產生相互作用也可以不產生相互作用。即,可以只是納米纖維分散液載置在支撐體上,也可以產生范德華力、氫鍵、離子相互作用等,還可以生成化學鍵。
使納米纖維分散液附著在支撐體上的方法沒有特殊限制,可根據目的適當選擇。
例如,作為第1種方法,是把納米纖維分散進行噴霧附在支撐體上的方法。本發明所使用的納米纖維由于基本上不含單纖維直徑大于500nm的粗大纖維,故即使是從噴霧器、噴嘴等的細的噴頭噴霧也可以不堵塞地噴射,可以使納米纖維分散液呈霧狀附著在支撐體上。這種方法,在想要在支撐體上形成納米纖維層時,另外,在想要使該納米纖維層的厚度非常薄時是有效的。通過調節納米纖維分散液的濃度、噴霧時間等,可以使納米纖維層的厚度為1μm以下。
作為使支撐體上附著納米纖維液的第2種方法,可舉出在納米纖維分散液中浸漬支撐體的方法。作為進行浸漬的方法,有將支撐體完全沉在納米纖維分散液中,或只浸漬表面的方法。這種方法容易使支撐體中吸盡納米纖維分散液,尤其是支撐體為多孔質的場合,在支撐體內部容易三維地形成納米纖維的網狀結構,具有上述的優點。對于納米纖維分散液完全被吸到支撐體中,如果再增加使用碾壓機等的擠壓工序則效果更好。此外,由于可以使納米分散液均勻地附著在支撐體上,故即使是進行寬幅加工、連續加工也可以抑制針孔等的疵點,此外,也具有由納米纖維形成的網狀結構的均勻性高的優點。
作為使支撐體上附著納米纖維分散液的第3種方法,有在支撐體上涂布納米纖維分散液的方法。通過濃化納米纖維分散液中的納米纖維濃度、并用增粘劑等,使納米纖維分散液高濃度化,通過使用刮刀涂布機進行涂布時,可以所期望的厚度并且均勻地形成納米纖維層,具有這一優點。作為具體的涂布法,可以使用模頭涂布機、輥涂布機、棒涂布機、刮刀涂布機、氣刀涂布機等各種公知的裝置進行涂布,然后可使用進行干燥的方法和層壓法等。
另外,也可以采用單純地把納米分散液撒在支撐體上的方法。本發明中使用的納米纖維由于基本上不含單纖維直徑大于500nm的粗大的納米纖維,故均勻地分散在分散介質中,容易形成宛如納米纖維溶入分散介質中的溶液狀,使之浸漬支撐體,或者進行涂布使納米纖維分散液附著,可使納米纖維均勻地附著在支撐體上。
這樣使納米分散液附著在支撐體上后,通過除去分散介質,可以得到納米纖維呈網狀附著在支撐體上的納米纖維結構體,這可認為是因為,即使納米纖維在分散液中成為七零八落的單纖維,在分散介質干燥的過程中納米纖維在分散液中被濃縮,進而納米纖維部分地絡合,形成網狀結構的緣故。此外,除去分散介質的方法沒有特殊限制,可以原樣地直接進行干燥,在采用浸漬法等使支撐體中含大量的分散介質的場合,先采用碾壓機等擠出分散介質也有效。
另外,本發明中重要的是制成使數均直徑為1~500nm的由熱塑性聚合物構成的納米纖維分散在分散介質中的納米纖維分散液,并抄造在多孔質的支撐體上。這里所說的抄造,是指使納米纖維分散液在多孔質的支撐體上通過,使多孔質支撐體附著作為分散質的納米纖維,然后通過擦拭、干燥除去分散介質的方法。若采用這種方法,則與靜電紡絲不同,由于生產效率高,并且沒有有害的有機溶劑的蒸氣和納米纖維的飄浮,故具有安全性非常高這種大優點。另外,這種方法由于納米纖維進入到多孔質的支撐體的內部,在多孔質的支撐體內部也形成納米纖維的三維網狀結構,故是最合適的方法。
然而,如果納米纖維的纖維長度縮短為5mm以下,則采用浸漬法、抄造法等時,納米纖維侵入到多孔質支撐體的內部深處,容易形成網狀結構而優選。從這種觀點考慮,納米纖維的纖維長度更優選是2mm以下。另外,納米纖維的纖維長度的下限,只要是可抄造的范圍則沒有特殊限制,但從網狀結構形成效率的觀點考慮優選是0.1mm以上。
另外,納米纖維分散液中所含的納米纖維濃度優選是0.0001~1重量%,更優選是0.001~0.1重量%。這里,所謂納米纖維濃是指納米纖維成分與納米纖維分散液整體的重量的重量比。通過使納米纖維濃度為1重量%以下,優選為0.1重量%以下,容易抑制納米纖維相互的凝聚,可容易使納米纖維均勻地附著在支撐體上。另外,由于濃度低,故容易調節支撐體上的納米纖維附著量,也具有容易控制由本發明方法制造的納米纖維結構體的通液度、透氣性、微粒子的捕捉性能等的性能的優點。另一方面,通過使納米纖維濃度為0.0001重量%以上,優選為0.001重量%以上,可以容易地使納米纖維彼此容易地絡合,可容易形成網狀結構,此外,不需要對大量的納米纖維分散液進行保管、操作,而且使納米纖維分散液附著在支撐體上的處理時間也短,故也有可提高生產效率的優點。
此外,納米纖維網狀結構可利用種種的要素來控制。特別需要注意的點是在納米纖維分散液中的納米纖維的分散狀態。這可利用納米纖維濃度、構成納米纖維的聚合物與分散介質的親合性、分散劑的添加等來控制,作為分散劑的種類,例如按水系使用的場合,優選從聚羧酸鹽等的陰離子系、季銨鹽等的陽離子系、聚氧乙烯醚、聚氧乙烯酯等的非離子系的分散劑中進行選擇。為了選定適宜的分散劑,例如,利用納米纖維間電荷的相斥來分散的場合,根據其表面電位(Z-電位)來選定分散劑的種類。在pH=7時Z-電位為-5~+5mV范圍內的納米纖維的場合,優選添加非離子系分散劑,Z-電位為-100mV以上、小于-5mV的場合,優選添加陰離子系分散劑,Z-電位超過+5mV、為100mV以下的場合,優選添加陽離子分散劑,例如N6(尼龍6)納米纖維,采用激光多普勒電泳法測定的Z-電位(pH=7左右)為-14mV,表面帶負電,因此為了增大該電位的絕對值,使用陰離子系分散劑作為分散劑時,Z-電位變為-50mV,故可以提高分散的均勻性。另外,利用立體相斥來分散的場合,分子量過大時,由于與其說是分散劑,不如說作為凝聚劑的效果變大,故優選控制分散劑的分子量,作為分散劑的分子量優選是1000~50000,更優選是5000~15000。但即使是相同的化學組成的分散劑,由于也受到分散劑的分子量、構成納米纖維的聚合物的種類、纖維的濃度或其他的配合劑的影響,故優選根據納米纖維的種類、用途、目的來選擇適宜的分散劑、制備分散液。分散劑的濃度,相對于分散液全部優選是0.00001~20重量%,更優選為0.0001~5重量%,最優選是0.01~1重量%,由此可獲得充分的效果。另外,由于干燥過程是納米纖維分散液的濃縮過程,故有時對網狀結構有影響。因此,當在干燥過程中納米纖維濃度變高時,納米纖維容易2次凝聚,隨之網狀結構的孔隙孔徑容易變大。另外,干燥速度快時,分散劑在納米纖維進行凝聚前先蒸發,納米纖維的2次凝聚受到抑制,網狀結構的孔隙孔徑容易變小。
另外,尤其是納米纖維分散液以膜狀附著的場合容易產生影響,但有時納米纖維分散液的表面自由能、與支撐體的潤濕性也對網狀結構有影響,這是因為,表面自由能高的場合或與支撐體的潤濕性低的場合,納米纖維分散液膜的穩定性降低,隨著分散介質蒸發的進行,納米纖維分散液膜部分地被破壞,有時這部分成為孔隙。這種場合存在孔隙的孔徑變大的傾向。從這樣的觀點考慮,也可以使之含有控制在干燥過程中的納米纖維分散液的穩定性的添加劑。
另外,纖維長度越長越容易絡合,容易形成牢固的網狀結構,另一方面,由于也容易引起由凝聚造成的納米纖維的集合,故存在孔隙的孔徑容易變大的傾向。此外,作為聚合物的分子結構具有官能團、或象液晶聚合物那樣苯環多時,由于也容易引起由凝聚造成的納米纖維的集合,故存在孔隙的孔徑容易變大的傾向。
本發明中,對支撐體沒有特殊限制,可以使用無紡布、紙、織物、編織物、泡沫體、薄膜、片材、三維的成型體及它們的復合體等。另外,通過使用多孔質的支撐體,可在支撐體的孔隙上或孔隙空間中形成納米纖維的網狀結構,因此優選。支撐體的種類,可考慮形成納米纖維結構體時的透氣度、強度、形態穩定性等的性能而進行選擇。例如,用于過濾器用途時,為了增大透氣度、通液性,優選在使用環境下孔隙的孔徑大、孔隙連通的支撐體。另外,在表面配置納米纖維層,用于磨擦、磨光、研磨等的用途的場合,優選強度、形態穩定性高的支撐體。另外,在表面配置納米纖維層的場合,支撐體表面的平滑性高的支撐體,納米纖維層的厚度、網狀結構的均勻性提高,因此優選。此外,為了使納米纖維與支撐體的親合性良好,提高網狀結構的均勻性,支撐體所使用的纖維優選是單纖維直徑為大于1μm、10μm以下的極細絲,更優選是單纖維直徑大于1μm、5μm以下的超極細絲。另外,對支撐體的材質沒有特殊限制,但優選進行選擇,以使得支撐體的形態穩定性不會因納米纖維分散液而劣化。再者,采用抄造法的場合,由于需要使納米纖維分散液從支撐體中通過,故重要的是支撐體預先形成為多孔質。
本發明中重要的是使用由熱塑性聚合物構成的納米纖維,由此即使是進行打漿也與以往的合成纖維不同,可以大大地抑制粉體化。
本發明的納米纖維研磨布、納米纖維結構體的制造所使用的聚合物合金纖維的制造方法沒有特殊限定,例如,可以采用以下那樣的方法。
即,把對溶劑的溶解性不同的2種以上的聚合物形成為聚合物合金熔融體,將其紡絲后冷卻固化、進行纖維化。根據需要實施拉伸·熱處理得到聚合物合金纖維。然后,采用常規方法形成布帛,使用溶劑除去易溶解性聚合物,或者在形成布帛前使用溶劑除去易溶解性聚合物再形成布帛,可得到納米纖維片狀物。
另外,通過使用溶劑從聚合物合金纖維中除去易溶解性聚合物,可以得到在本發明中使用的納米纖維束。
這里,重要的是在作為納米纖維前體的聚合物合金纖維中使易溶解性聚合物為海(基體),難溶解性聚合物為島(域),并控制該島的尺寸。這里,所謂島尺寸是使用透射電鏡(TEM)觀察聚合物合金纖維的橫截面,按直徑換算來評價的尺寸,納米纖維的直徑大致由前體中的島尺寸決定,故按照納米纖維的直徑分布來設計島尺寸的分布。因此,進行合金化的聚合物的混煉非常重要,優選使用混煉擠出機、靜止混煉器等進行高混煉。此外,單純的片料混合(例如,特開平6-272114號公報、特開平10-53967號公報)時,混煉不充分,故難使島按幾十nm尺寸分散。
具體地作為進行混煉時的目標,也取決于組合的聚合物,但使用混煉擠出機時,優選使用雙螺桿擠出混煉機,使用靜止混煉器的場合,優選混煉器的分割數為100萬以上。另外,為了避免混合不勻、混合比率隨時間的變動,優選獨立地計量各個聚合物,獨立地把聚合物供給到混煉裝置中。此時聚合物可以作為粒料分開地供給,或者,也可以以熔融狀態分開地供給。另外,可以將2種以上的聚合物供給擠出混煉機的中樞,或者,也可以為從擠出混煉機的中途供給一種成分的側面進料。
作為混煉裝置使用雙螺桿擠出混煉機的場合,優選兼具高度的混煉和聚合物停留時間的抑制。螺桿由送料部和混煉部構成,通過使混煉部的長度為螺桿有效長度的20%以上,可達到高混煉,因此優選。另外,通過使混煉部的長度為螺桿有效長度的40%以下,可以避免過度的剪切應力,并且可縮短停留時間,可以抑制聚合物的熱老化、聚酰胺成分等的凝膠化。另外,通過使混煉部盡量位于雙螺桿擠出機的排出側,可以縮短混煉后的停留時間,抑制島聚合物的再凝聚。此外,強化混煉的場合,也可以在擠出混煉機中設置具有反向地輸送聚合物的回流功能的螺桿。
另外,為使島按幾十nm尺寸進行超微分散,聚合物的組合也重要。
為了使島域(納米纖維截面)接近圓形,優選島聚合物和海聚合物是非相溶,然而,單一的非相溶聚合物的組合時,島聚合物難充分地超微分散化。因此,優選使組合的聚合物的相溶性最佳化。作為相溶性最佳化的一種指標是溶解度參數(SP值)。這里,所謂SP值是使用(蒸發能/摩爾容積)1/2定義的反映物質凝聚力的參數,SP值相近的物質間有獲得相容性良好的聚合物合金的可能性。SP值在各種聚合物中均已知,例如“塑料·數據手冊”旭化成アミダス株式會社/塑料編集部共編、189頁等有述。2種聚合物的SP值之差為1~9(MJ/m3)1/2時,容易兼具由非相溶化帶來的島域的圓形化和超微分散化,因此優選。例如,可舉出N6與PET的SP值之差為6(MJ/m3)1/2左右,是優選例,而N6與PE的SP值之差為11(MJ/m3)1/2左右,為不優選例。
另外,聚合物相互的熔點差是20℃以下時,尤其是使用擠出混煉機的混煉時,由于難使擠出混煉機中的熔解狀況產生差別,因此容易高效率進行混煉,因而優選。
另外,1種成分使用容易熱分解、熱老化的聚合物時,必須將混煉、紡絲溫度抑制得低對其才有利。這里,非晶性聚合物的場合,由于不存在熔點,因此用玻璃化轉變溫度或維卡軟化溫度或熱變形溫度對其代替。
此外,熔融粘度也重要,設定形成島的聚合物的熔融粘度比海低時,由于容易引起剪切力造成的島聚合物的變形,故從島聚合物容易進行微分散化、納米纖維化的觀點考慮而優選。但是,使島聚合物過度地成為低粘度時容易海化,或由于不能提高相對于纖維全部的混合比,故優選島聚合物粘度為海聚合物粘度的1/10以上。
另外,海聚合物的熔融粘度有時對紡絲性有大的影響,作為海聚合物使用100Pa·s以下的低粘度聚合物時容易使島聚合物分散而優選。另外,由此可以顯著地提高紡絲性。此時,熔融粘度是在紡絲時噴絲頭面溫度下,剪切速度1216秒-1時的值。
將本發明中使用的超微分散化的聚合物合金進行紡絲時,紡絲頭設計很重要,但絲的冷卻條件也重要。如上述那樣由于聚合物合金是非常不穩定的熔融流體,故優選從噴絲頭噴出后迅速地使之冷卻固化。為此,優選從噴絲頭到開始冷卻的距離為1~15cm。這里,所謂開始冷卻意味著絲開始主動的冷卻的位置,但實際的熔融紡絲裝置使用通風筒上端部來對其代替。
使用本發明的納米纖維研磨布可以使硬盤的基板表面粗糙度達到0.5nm以下。
另外,使用本發明的納米纖維研磨布,可使硬盤的刮痕點數為300個/10枚。
本發明的研磨布不只限于硬盤的研磨用途,還可適合用作為有效利用其表面平滑性、柔軟性、擦拭性的IT部件用途等的精密儀器的研磨、磨光、抹布。
另外,采用本發明的納米纖維結構體制造方法得到的納米纖維結構體不只是上述的研磨用途,利用其網狀結構,也適用于過濾器用途等,還可用于從口罩等的生活用途到空氣過濾器、液體過濾器等的產業用途和血液過濾器等的醫療用途。
例如,可舉出適用凈化室用、汽車用、工廠、焚燒場等的排氣用、住宅用等的空氣過濾器、化學工藝、食品、醫藥·醫療用的液體過濾器、HEPA過濾器、ULPA過濾器的領域等。
尤其適合于利用了網狀結構的HEPA過濾器、ULPA過濾器、血液過濾器。
當然,也適合于衣料用途(透濕防水材料等)、室內裝飾用途(窗簾、地毯、墊、壁紙、家具)、車輛內裝飾用途(墊、車座、車頂材料等)、美容用途(化妝用具、卸妝片、護膚片等)、產業資料用途(電池隔膜、建材等)、生活資料用途(抹布、去污片、健康用品等)、IT部件用途(傳感器部件等)、醫藥用途(體外循環柱、橡皮膏、貼布材料、細胞培養基材料等)等的一般纖維用途。
實施例以下,利用實施例詳細地說明本發明。再者,實施例中的測定方法采用以下的方法。
A.聚合物的熔融粘度使用東洋精機制作所制的キヤピログラフ1B測定聚合物的熔融粘度。再者,從投入試樣到開始測定聚合物的停留時間為10分鐘。
B.熔點使用Perkin Elmaer DSC-7,以2nd run把顯示聚合物熔化的峰頂溫度作為聚合物的熔點。此時的升溫速度為16℃/分、樣品量為10mg。
C.在噴絲頭噴出孔中的剪切應力噴絲頭孔壁與聚合物之間的剪切應力,由哈根·泊肅葉公式(剪切應力(dyne/cm2)=R×P/2L)進行計算。
式中,R噴絲頭噴出孔的半徑(cm)、P在噴絲頭噴出孔中的壓力損失(dyne/cm2)、L噴絲頭噴出孔長度(cm)。
另外,P=(8LηQ/πR4)、η聚合物粘度(poise)、Q噴出量(cm3/秒)、π圓周率。
另外,CGS單位系的1dyne/cm2在SI單位系中為0.1Pa。
D.聚合物合金纖維的烏斯特不勻率(U%)使用ツェルベガ一ウスタ一株式會社制的USTER TESTER 4,在給絲速度200m/分條件下采用標準模式進行測定。
E.使用TEM觀察片狀物的橫截面研磨布的場合,使用環氧樹脂包埋片狀物,沿橫截面方向切取超薄切片,使用透射電鏡(TEM)觀察片狀物的橫截面,并且,根據需要實施金屬染色。
另外,結構體的場合,使用分散前的納米纖維束,沿納米纖維束的橫截面方向切取超薄切片,使用TEM觀察納米纖維的橫截面,并且,根據需要實施金屬染色。
TEM裝置(株)日立制作所制H-7100 FA型F.納米纖維的數均單纖維纖度、直徑使用透射電鏡(TEM)或掃描電鏡(SEM)觀察含納米纖維的片狀物的橫截面,測定在同一橫截面內任意地抽出的50根以上的單纖維的直徑。測定是使用圖像處理軟件(WINROOF)對TEM或SEM的片狀物的橫截面照片進行圖象處理,求出單纖維直徑和單纖維纖度,通過在3處以上進行測定,并至少測定合計為150根以上的單纖維直徑,從而求出。
這里,涉及本發明的研磨布的場合,象以下的(1)那樣地決定測定的母體,涉及本發明的納米結構體的制造方法的場合,象以下的(2)那樣地決定測定的母體。
(1)涉及本發明的研磨布的場合超過250nm(尼龍6(比重1.14g/cm3)的場合,為6×10-4dtex)的其他的纖維除外,只任意地選擇、測定1nm~250nm的單纖維直徑的纖維。
(2)涉及本發明的納米纖維結構體的制造方法的場合超過1000nm(尼龍6(比重1.14g/cm3)的場合,單纖維纖度為9×10-3dtex)的其他纖維除外,只任意地選擇、測定1nm~1000nm的單纖維直徑的纖維。
此外,構成片狀物的納米纖維為異形截面的場合,首先測定單纖維的截面積,假定該面積為截面為圓的場合的面積,通過由該面積算出直徑,求出單纖維直徑。
單纖維纖度的平均值如以下所述求出。首先按nm單位測定單纖維直徑,直到小數點后第1位,將小數點以后進行四舍五入。由該單纖維直徑算出單纖維纖度,再求出該單纖維纖度的單純的平均值。本發明將該平均值作為“數均單纖維纖度”。
對單纖維的數均直徑,也采用同樣的統計方法求出。
G.納米纖維的數均直徑納米纖維的數均直徑如以下所述求出。
即,由上述TEM觀察得到的橫截面照片,使用圖像處理軟件(WINROOF),按圓換算來計算納米纖維的單纖維直徑,求出該單纖維直徑的單純的平均值。此時,解析在同一橫截面內任意地抽出的150根以上的納米纖維的直徑,用于計算。
H.納米纖維的數均單纖維纖度波動構成研磨布的納米纖維的單纖維纖度波動,如本說明書中已述的那樣,象以下所述那樣進行評價。
即,求出研磨布中的各個納米纖維的單纖維纖度,直到有效數字一位,作為dti,把單纖維纖度的總和記為總纖度(dt1+dt2+...+dtn)。另外,如上述那樣,統計求出直到有效數字一位、并具有相同的單纖維纖度的納米纖維的頻度(個數),其積除以總纖度所得到的值作為該納米纖維的單纖維纖度的纖度比率。
這相當于各單纖維纖度成分相對于研磨布中所含的納米纖維全體的重量分率(體積分率),該值大的單纖維纖度成分,對納米纖維研磨布的性質的貢獻大。
此外,本發明中所述的納米纖維的單纖維纖度波動,與求出上述的單纖維纖度的平均值同樣地,使用透射電鏡(TEM)或掃描電鏡(SEM)觀察至少部分地含有納米纖維的片狀物的橫截面,測定在同一橫截面內任意地抽出的50根以上的納米纖維的單纖維直徑,但是在3處以上進行測定,通過測定至少合計為150根以上的單纖維直徑而求出,使用與求上述的單纖維纖度的平均值時相同的N數和相同的數據求出。
I.纖維比率利用上述納米纖維橫截面的直徑解析,把各個納米纖維的單纖維直徑記為di,算出該單纖維直徑的平方的總和(d12+d22+...+dn2)=∑di2(i=1~n)。另外,把在大于500nm、但為1μm以下的直徑范圍的各個納米纖維的纖維直徑記為Di,算出該纖維直徑的平方的總和(D12+D22+...+Dm2)=∑Di2(i=1~m)。通過算出∑Di2相對于∑di2的比例,作為粗大的納米纖維相對于全部納米纖維的面積比率(重量比率)即纖維比率。
J.納米纖維的直徑波動幅度納米纖維的直徑波動幅度,象以下所述那樣進行評價。即采用在納米纖維的單纖維直徑的中心值附近單纖維直徑差在30nm幅度內的單纖維的纖度比率進行評價。這意味著波動向中心纖度附近的集中度,該纖度比率越高意味著波動越小。這也使用與求上述的數均單纖維纖度時使用的相同的N數和相同的數據來求出。
K.片狀物的拉伸強力和伸長10%時的應力按照JIS L1096 8.12.1(1999),從片狀物(研磨布)制取寬度5cm、長度20cm的樣品,以夾持間隔為10cm,使用恒速伸長型拉伸試驗機,以拉伸速度10cm/分使之伸長、進行測定,根據得到的值,將每1cm寬度的載荷作為拉伸強力(單位N/cm寬度)。
另外,伸長1cm時的應力作為伸長10%時的應力。
L.硬盤的紋理加工將研磨布制成40mm寬度的帶,作為被研磨物,使用在市售的鋁板上鍍Ni-P后進行拋光加工的基板(平均粗糙度=0.28nm),在對研磨布施加20N的加工張力的狀態下,按5cm/分的速度使研磨布行走,在研磨布表面滴加由平均粒徑0.2μm的金剛石晶體構成的游離磨粒的漿液,實施25秒鐘研磨。
另外,被研磨物的平均表面粗糙度和劃痕點數如以下所述求出。
<基板表面粗糙度>
按照JIS B0601,對盤基板樣品表面的任意10個部位測定平均粗糙度,通過將10個部位的測定值進行平均,算出基板表面粗糙度。
<劃痕點數>
把紋理加工后的5片基板的兩面,即共10個表面作為測定對象,使用Candela 5100光學表面分析計,測定劃痕點數,使用10個表面的測定值的平均值進行評價,300點以下為合格。
M.聚合物彈性體的含量聚合物彈性體含量的確認,使用溶劑等從試樣面積1m2的研磨布中溶出除去聚合物彈性體,通過分別求該溶出除去處理前后的重量來進行確認。
N.SEM觀察對樣品蒸鍍鉑,使用超高分解能力電解放射型掃描電鏡進行觀察。
SEM裝置(株)日立制作所制UHR-FE-SEMO.力學特性在室溫(25℃)下,初始試樣長度=200mm、拉伸速度=200mm/分,在JIS L 1013所示的條件下,求載荷-伸長曲線。然后斷裂時的載荷值除以初始的纖度,將結果作為強度,斷裂時的伸長長度除以初始試樣長度,其值作為伸長率,從而求出強伸度曲線。
P.壓縮彈性比壓縮彈性比S按以下定義。首先在下述條件下測定壓縮彈性。
測定裝置島津制作所(株)制才一トグラフAGS 500B試樣片尺寸φ50mm試樣厚度0.4mm以上(試樣小于0.4mm的場合,把試樣多片重疊成為0.4mm以上,且使之達到最接近0.4mm的厚度來進行測定。)壓縮速度0.5mm/分繪制由該測定得到的變形和壓縮載荷的曲線,把曲線的在0.1kg/cm2和0.5kg/cm2下的切線的斜率作為各自的壓縮彈性值。該0.5kg/cm2時的壓縮彈性值除以0.1kg/cm2時的壓縮彈性值所得到的值定義為S。
Q.耐磨損性按照ASTM D-1175進行試驗。具體地,使用日本電子科學(株)制的シ一フア一磨損試驗機,載荷為3628.8g,作為刷子使用毛絨長為13mm的尼龍,采用以45轉擦過時試樣的減少量mg進行定義。
n數為3,求它們的平均值。
R.表面粗糙度準備10片以上的大小為7cm×7cm的研磨布試樣,在溫度20℃、濕度60%的干燥器中放置12小時以上。把其中的1片研磨布安裝在TAYLORHOBSON公司制的タリサ一フ4型的表面粗糙度計上。在溫度20℃、濕度60%環境下,在測定檢測部的曲率半徑1.25μm,檢測部速度30cm/分、粗糙度靈敏度500倍的測定條件下,對1片試樣測定5mm長度的試樣表面的粗糙度,使用10片試樣進行該測定,用它們的單純平均值求出。
S.表面硬度用基于JIS K-6253A的規定而測定的硬度表示。即,準備10片以上的大小為7cm×7cm的研磨布試樣,在溫度20℃、濕度60%的干燥器中放置12小時以上。將其中的1片安裝在裝有聚合物計器(株)制的ASKER A型感知部的CL-150恒壓載荷硬度計上。在溫度20℃、濕度60%環境下測定硬度,使用10片試樣進行該測定,用它們的單純平均值求出。
T.層合厚度納米纖維的層合厚度如以下所述求出。首先為了只對支撐體測定厚度,從支撐體的任意部位切取10片的10cm見方的樣品,置于帶有測微計的試樣臺上,在20℃、65%條件下使用測微計測定厚度,對每1片試樣測定10個部位,將測定結果進行單純平均,作為厚度Ts(μm)。同樣地,測定片狀物的厚度,作為厚度Tn(μm)。此外,由下式(1)求出納米纖維相對于片狀物整體的層合厚度。
層合厚度=(Tn-Ts)/Tn ×100 (1)U.Z-電位測定預先向納米纖維分散液中添加0.001M的KCl,在pH=7下使用電泳光散射光度計ELS-800(大塚電子(株)制)進行測定。
實施例1使用雙螺桿擠出混煉機,將熔融粘度53Pa·s(262℃,剪切速度121.6秒-1)、熔點220℃的N6(20重量%),和對熔融粘度310Pa·s(262℃,剪切速度121.6秒-1)、熔點225℃的間苯二甲酸8mol%和雙酚A 4mol%進行共聚得到的、熔點225℃的共聚PET(80重量%)在260℃下進行混煉,得到聚合物合金片料,再者,該共聚PET在262℃、1216秒-1下的熔融粘度是180Pa·s。此時的混煉條件如下。
聚合物供給,分別計量N6(尼龍6)和共聚PET,分開地向混煉機供給,使用直徑37mm、有效長度1670mm、L/D=45.1的螺桿,溫度為260℃。
在275℃的熔融部2將該聚合物合金片料熔融,導入紡絲溫度280℃的紡絲頭組合3中。如圖7所示,使用超濾徑15μm的金屬無紡布過濾聚合物合金熔融體后,由噴絲頭面溫度為262℃的噴絲頭5進行熔融紡絲。圖7中各符號分別是1-料斗、2-熔融部、3-紡絲頭組合、4-紡絲組件、5-紡絲頭、6-通風筒、7-絲條、8-集束給油導線器、9-第1牽引輥、10-第2牽引輥、11-卷繞絲。
此時,作為噴絲頭,如圖8所示,使用在噴出孔上部有直徑0.3mm的計量部12的、噴出孔徑14為0.7mm、噴出孔長度13為1.75mm的噴絲頭,此時每個單孔的噴出量為2.9g/分。
此時的噴絲頭孔壁和聚合物間的剪切應力為0.13MPa(聚合物合金的粘度為105Pa·s、262℃、剪切速度1248秒-1),該剪切應力十分低。此外,從噴絲頭下面到冷卻開始點(通風筒6的上端部)的距離是9cm,噴出的絲條利用20℃的冷卻風在1m范圍內冷卻固化,利用在距噴絲頭5為1.8m的下方設置的給油導線器8給油后,通過非加熱的第1牽引輥9和第2牽引輥10以900m/分進行卷繞。
如圖9所示,使第1熱輥17的溫度為90℃、第2熱輥18的溫度為130℃,對上述絲條進行拉伸熱處理。此時,第1熱輥17和第2熱輥18間的拉伸倍率為3.2倍。圖9中的符號分別是15-未拉伸絲、16-進料輥、19-第3輥(室溫)、20-拉伸絲。得到的聚合物合金纖維顯示出120dtex、12根單絲、強度4.0cN/dtex、伸長率35%、U%=1.7%的優異特性。
另外,用TEM觀察所得的聚合物合金纖維的橫截面的結果,如圖2所示,顯示出共聚PET為海(淡的部分)、N6(濃的部分)為島的海島結構,島N6的數均直徑是53nm,得到N6超微分散化了的作為N6納米纖維前體的聚合物合金纖維。對該聚合物合金纖維賦予卷曲和進行裁剪,得到切斷長度為51mm的聚合物合金原棉(A)。
對這樣得到的聚合物合金原棉(A)實施梳理和鋪網(lapping),再以3500根/cm2的鋼針根數實施針刺,得到單位面積為500g/m2的由聚合物合金原棉構成的無紡布。
通過在95℃的5%氫氧化鈉水溶液中將上述無紡布浸漬1小時,水解除去無紡布中的聚酯成分的99%以上,使用醋酸中和后,進行水洗、干燥。
由TEM照片只解析該無紡布中的N6納米纖維的結果,N6納米纖維的數均單纖維直徑是56nm(3×10-5dtex),是以往沒有的細度。
另外,單纖維纖度在1×10-8~4×10-4dtex范圍內的纖維的纖度比率是100%,此外,在1×10-8~2×10-4dtex內的纖維的纖度比率是100%(以下的各實施例中,這些結果相同)。1×10-8~1×10-4dtex的纖度比率是99%。
單纖維直徑為55~84nm之間的單纖維纖度比率是71%,如表1所示,單纖維纖度的波動極小。把N6納米纖維的單纖維直徑和單纖維纖度的柱式圖示于圖3、圖4,但此時以單纖維直徑的10nm刻度統計根數(頻度)和纖度比率。所謂單纖維直徑的10nm刻度,意指例如,單纖維直徑為55~64nm的單纖維,統計為單纖維直徑60nm,而單纖維直徑為75~84nm的單纖維,統計為單纖維直徑80nm。
接著,對該無紡布賦予聚乙烯醇,并使得聚乙烯醇相對于無紡布中的纖維,按固體成分計為20重量%。
此外,對該無紡布浸滲DMF系的聚酯-聚醚系聚氨酯,并使得其按固體成分計,相對于無紡布中的纖維,固體成分為30重量%,進行濕式凝固,得到了由N6納米纖維構成的無紡布。
將得到的無紡布的表面用JIS#240、#350、#500號的砂紙磨光,再將其用間隙為1.0mm的表面溫度150℃的上下兩根進行氟加工后的加熱輥夾住,在0.7kg/cm2的壓力下加壓后,使用表面溫度15℃的冷卻輥進行急冷得到將表面平滑化了的研磨布。該研磨布的壓縮彈性的比S是3.0,耐磨系數是30mg,表面粗糙度是20μm,表面硬度是38。另外,該研磨布的伸長10%時的應力是12N/cm寬度,紋理加工中的研磨布的伸長少,對硬盤紋理加工的結果,基板的平均表面粗糙度小,為0.24nm,劃痕點數為96個,疵點顯著減少,是電磁轉換特性優異的硬盤,此外,紋理加工表面殘留的研磨屑、磨粒片極少。
實施例2對在實施例1中得到的聚合物合金原棉(A)實施梳理和鋪網,再以針密度500根/cm2實施針刺,得到單位面積450g/m2的由聚合物合金原棉構成的無紡布。
另外,對單纖維纖度1.9dtex的PP原棉(B)實施梳理和鋪網,再以500根/cm2實施針刺,得到PP無紡布,把上述得到的由聚合物合金原棉構成的無紡布和PP無紡布各1張進行重疊,再以3000根/m2的鋼針根數實施針刺,得到由聚合物合金原棉(A)和PP原棉(B)構成的貼合型無紡布。
然后,與實施例1同樣地,把該無紡布在95℃的5%氫氧化鈉水溶液中浸漬1小時,水解除去無紡布中的聚酯成分的99%以上,使用醋酸中和后,進行水洗、干燥。
接著,對該無紡布賦予聚乙烯醇,使聚乙烯醇相對于無紡布中的纖維,按固體成分計為20重量%。
此外,對該無紡布浸滲DMF系的聚酯-聚醚系聚氨酯,并使得作為固體成分,相對于無紡布中的纖維,按固體成分計達到30重量%,進行濕式凝固,得到單位面積390g/m2的由N6納米纖維和PP纖維構成的混合型無紡布。
與實施例1同樣地對得到的無紡布的表面進行磨光、加壓、急冷,得到將表面平滑化了的研磨布。
得到的研磨布的伸長10%時的應力、壓縮彈性的比S、耐磨系數、表面粗糙度、表面硬度和硬盤的紋理加工的結果如表1所示。
實施例3海成分使用堿可溶型共聚聚酯樹脂60重量%,島成分使用N6樹脂40重量%,采用熔融紡絲作成島成分為100島、5.3dtex的高分了排列體復合纖維(以下,稱為復合纖維)后,進行2.5倍拉伸,得到2.1dtex的復合纖維。該復合纖維的強度是2.6cN/dtex、伸長率是35%。另外,由TEM照片解析成為島成分的極細纖維的部分的平均單絲纖度,結果相當于0.02dtex。對該纖維賦予卷曲和進行剪裁,得到剪裁長度為51mm的復合原棉(C)。
將該復合原棉(C)和在實施例1中得到的聚合物合金原棉(A)按重量比A/C=50/50進行混棉,實施梳理和鋪網,再以3500根/cm2的鋼針根數實施針刺,得到單位面積500g/m2的由聚合物合金原棉(A)和復合原棉(C)構成的混合型無紡布。
然后,與實施例1同樣地,把該無紡布在95℃的5%氫氧化鈉水溶液中浸漬1小時,水解除去無紡布中的聚酯成分的99%以上,使用醋酸中和后,進行水洗、干燥。
接著,對該無紡布賦予聚乙烯醇,使之相對于無紡布中的纖維,按固體成分計,為20重量%。
此外,對該無紡布浸滲DMF系的聚酯-聚醚系聚氨酯,并使得作為固體成分,相對于無紡布中的纖維,按固體成分計達到30重量%,進行濕式凝固,得到由N6納米纖維和極細N6纖維構成的混合型無紡布。
與實施例1同樣地對得到的無紡布的表面進行磨光、加壓、急冷,得到將表面平滑化了的研磨布。
得到的研磨布的伸長10%時的應力、壓縮彈性的比S、耐磨系數、表面粗糙度、表面硬度和硬盤的紋理加工的結果如表1所示。
實施例4把在實施例1中得到的聚合物合金纖維在95℃的5%氫氧化鈉水溶液中浸漬1小時,由此水解除去無紡布中的聚酯成分的99%以上,使用醋酸中和后,進行水洗、干燥,切斷成2mm長度,得到N6納米纖維的切斷纖維。在Tappi標準尼亞加拉試驗打漿機(東洋精機制作所(株)制)中加入水23L和剛才得到的切斷纖維30g,進行5分鐘的預打漿,然后除去多余的水,回收纖維,該纖維的重量是250g,其含水率是88%。把含水狀態的纖維250g原樣地直接加到自動式PFI磨機(熊谷理機工業(株)制)中,在轉速1500rpm、間隙0.2mm的條件下打漿6分鐘。在纖維混合機MX-X103(松下電器產業(株)制)中加入打漿后的纖維4.2g、作為分散劑的陰離子系分散劑シヤロ一ルAN-103P(第一工業制藥(株)制分子量10000)0.5g、水500g,攪拌5分鐘,得到N6納米纖維的水分散體。該水分散體中的納米纖維的Z-電位是-50mV。把該N6納米纖維的水分散體500g、水20L裝進半自動多角形抄片機(熊谷理機工業(株)制),在纖維直徑45μm、200根/英寸的聚酯平織物(NBC株式會社制的產業資料用網眼織物商品號T-NO.200S)上進行抄紙,保持原樣地使用高溫用旋轉型干燥機(熊谷理機工業(株)制)在110℃干燥2分鐘,得到單位面積8g/m2的N6納米纖維,以聚酯平織物為支撐體而層合的研磨布。聚酯平織物的厚度是70μm,層合研磨布總厚度是100μm,納米纖維相對于該片狀物整體的層合厚度是30%。
得到的研磨布的伸長10%時的應力、表面粗糙度和硬盤的紋理加工的結果如表1所示。
實施例5對實施例4的研磨布賦予聚乙烯醇,使之相對于研磨布中的纖維,按固體成分計達到20重量%,再對該研磨布浸滲DMF系的聚酯-聚醚系聚氨酯,并使得作為固體成分,相對于研磨布中的纖維,按固體成分計達到30重量%,進行濕式凝固,得到由N6納米纖維和聚酯平織物構成的層合型研磨布。
得到的研磨布的伸長10%時的應力、表面粗糙度和硬盤的紋理加工的結果如表1所示。
實施例6除了使實施例4的層合的N6納米纖維的單位面積為60g/m2以外,其他與實施例4同樣地得到N6納米纖維層合在聚酯平織物上的研磨布。
得到的研磨布的伸長10%時的應力、表面粗糙度和硬盤的紋理加工的結果如表1所示。
實施例7對實施例6的研磨布賦予聚乙烯醇,使之相對于研磨布中的纖維,按固體成分計達到20重量%,再對該研磨布浸滲DMF系的聚酯-聚醚系聚氨酯,并使得作為固體成分,相對于研磨布中的纖維,按固體成分計達到30重量%,進行濕式凝固,得到由N6納米纖維和聚酯平織物構成的層合型研磨布。
與實施例1同樣地對得到的研磨布的表面進行磨光、加壓、急冷,得到將表面平滑化了的研磨布。
得到的研磨布的伸長10%時的應力、表面粗糙度和硬盤的紋理加工的結果如表1所示。
實施例8使用在實施例1中使用的N6和重均分子量12萬、熔融粘度30Pa·s(240℃,剪切速度2432秒-1)、熔點170℃的聚L乳酸(光學純度99.5%以上),N6的含有率為20重量%、混煉溫度為220℃,與實施例1同樣地進行熔融混煉,得到聚合物合金片料。這里,聚L乳酸的重均分子量如以下所述求出。即把THF(四氫呋喃)混合在試樣的氯仿溶液中制成測定溶液。然后使用Waters公司制的凝膠滲透色譜儀(GPC)Waters2690在250℃對其進行測定,按聚苯乙烯換算,求出重均分子量。
此外,在實施例1中使用的N6在剪切速度2432秒-1下的熔融粘度為57Pa·s。另外,該聚L乳酸在215℃、剪切速度1216秒-1下的熔融粘度為86Pa·s。使用得到的聚合物合金片料,在熔融溫度230℃、紡絲溫度230℃(噴絲頭面溫度215℃)、紡絲速度3200m/分下,與實施例1同樣地進行熔融紡絲,得到未拉伸絲。將得到的未拉伸絲在拉伸溫度90℃、拉伸倍率1.5倍、熱定型溫度130℃下與實施例1同樣地進行拉伸熱處理,得到聚合物合金纖維。該聚合物合金纖維是70dtex、36單絲、強度3.4cN/dtex、伸長率38%、U%=0.7%。使用TEM觀察得到的聚合物合金纖維的橫截面的結果,顯示聚L乳酸為海、N6為島的海島結構,作為島成分的N6的數均直徑是55nm,是N6以納米尺寸進行了均勻分散的聚合物合金纖維。對該纖維賦予卷曲和進行裁剪,得到切斷長度為51mm的復合原棉(D)。
對上述聚合物合金原棉(D)實施梳理和鋪網后,再以3500根/cm2的鋼針根數實施針刺,得到單位面積500g/m2的由聚合物合金原棉構成的無紡布。
把該無紡布在95℃的3%氫氧化鈉水溶液中浸漬1小時,由此水解除去無紡布中的聚酯成分的99%以上,使用醋酸中和后,進行水洗、干燥。
從該無紡布中只抽出N6納米纖維進行解析的結果,N6納米纖維的數均單纖維直徑為56nm(3×10-5dtex),是以往所沒有的細度,單纖維纖度波動如表1所示,是極小的。
接著,對該無紡布賦予聚乙烯醇,并使之相對于無紡布中的纖維,按固體成分計達到20重量%。
再對該無紡布浸滲DMF系的聚酯-聚醚系聚氨酯,并使得作為固體成分,相對于無紡布中的纖維,按固體成分計達到30重量%,進行濕式凝固,得到單位面積390g/m2的由N6納米纖維構成的無紡布。
與實施例1同樣地對得到的無紡布的表面進行磨光、加壓、急冷,得到將表面平滑化了的研磨布。
得到的研磨布的伸長10%時的應力、壓縮彈性的比S、耐磨系數、表面粗糙度、表面硬度和硬盤的紋理加工的結果如表1所示。
實施例9作為熔融粘度500Pa·s(262℃,剪切速度121.6秒-1)、熔點220℃的N6(40重量%),與實施例1同樣地進行熔融紡絲。此時的噴絲頭孔壁與聚合物間的剪切應力為0.1MPa(聚合物合金的粘度為200Pa·s、262℃、剪切速度416秒-1),與實施例1同樣地得到聚合物合金纖維。得到的聚合物合金纖維顯示出126dtex、36單絲、強度4.2cN/dtex、伸長率38%、U%=1.8%的優異特性。另外,使用TEM觀察得到的聚合物合金纖維的橫截面的結果,與實施例1同樣地顯示出共聚PET為海、N6為島的海島結構,島N6的數均直徑是80nm,得到了N6超微分散化了的聚合物合金纖維。對該聚合物合金纖維賦予卷曲和進行裁剪,得到切斷長度為51mm的聚合物合金原棉(D)。
對上述聚合物合金原棉(D)實施梳理和鋪網后,再以3500根/cm2的鋼針根數實施針刺,得到單位面積450g/m2的由聚合物原棉構成的無紡布。
然后,與實施例1同樣地,把該無紡布在95℃的5%氫氧化鈉水溶液中浸漬1小時,由此水解除去無紡布中的聚酯成分的99%以上,使用醋酸中和后,進行水洗、干燥。
從該無紡布中只抽出納米纖維進行解析的結果,納米纖維的數均單纖維直徑為84nm(6×10-5dtex),是以往所沒有的細度,單纖維纖度波動如表1所示,是極小的。然后對該無紡布賦予聚乙烯醇,并使之相對于無紡布中的纖維,按固體成分計達到20重量%。
再對該無紡布浸滲DMF系的聚酯-聚醚系聚氨酯,并使得作為固體成分,相對于無紡布中的纖維,按固體成分計達到30重量%,進行濕式凝固,得到由N6納米纖維構成的無紡布。
與實施例1同樣地對得到的無紡布的表面進行磨光、加壓、急冷,得到將表面平滑化了的研磨布。
得到的研磨布的伸長10%時的應力、壓縮彈性的比S、耐磨系數、表面粗糙度、表面硬度和硬盤的紋理加工的結果如表1所示。
實施例10將44dtex-34單絲的N6作為經絲,將在實施例9中得到的聚合物合金纖維2根并絲,作為緯絲,得到織組織為5片緞紋(satin)、下機密度(經×緯)為122×130根/英寸的織物。
然后,與實施例1同樣地,把該織物在95℃的5%氫氧化鈉水溶液中浸漬1小時,由此水解除去無紡布中的聚酯成分的99%以上,使用醋酸中和后,進行水洗、干燥。得到織物研磨布。織物的布面覆蓋系數(經×緯)是860×1405。
得到的研磨布的伸長10%時的應力和硬盤的紋理加工的結果如表1所示。
實施例11使用28號針的圓編織機編織在實施例9中得到的聚合物合金纖維,得到編組織光滑的橫紋編織物。
然后,與實施例1同樣地,把該織物在95℃的5%氫氧化鈉水溶液中浸漬1小時,由此水解除去無紡布中的聚酯成分的99%以上,使用醋酸中和后,進行水洗、干燥,得到編織物研磨布。
得到的研磨布的伸長10%時的應力和硬盤的紋理加工的結果如表1所示。
實施例12使用熔融粘度120Pa·s(262℃,121.6秒-1)、熔點225℃的PBT和共聚了22%的丙烯酸-2-乙基己酯的聚苯乙烯(以下,有時稱為co-PS),PBT的含有率為20重量%、混煉溫度為240℃,與實施例1同樣地進行混煉,得到聚合物合金片料。
在熔融溫度260℃、紡絲溫度260℃(噴絲頭面溫度245℃)、單孔噴出量1.0g/分、紡絲速度1200m/分條件下與實施例1同樣地將聚合物合金進行熔融紡絲。在拉伸溫度100℃、拉伸倍率為2.49倍、熱定型溫度為115℃下對得到的未拉伸絲與實施例1同樣地進行拉伸熱處理。得到的拉伸絲是161dtex、36單絲、強度1.4cN/dtex、伸長率33%、U%=2.0%。
使用TEM觀察得到的聚合物合金纖維的橫截面的結果,顯示出co-PS為海、PBT為島的海島結構,PBT的數均直徑是45nm,得到PBT以納米尺寸均勻分散化的聚合物合金纖維。對該纖維賦予卷曲和進行裁剪,得到切斷長度51mm的聚合物合金原棉(E)。
對上述聚合物合金原棉(E)實施梳理和鋪網,再以3500根/cm2的鋼針根數實施針刺,得到單位面積500g/m2的由聚合物合金構成的無紡布。把該無紡布浸漬在三氯乙烯中,由此溶出作為海成分的聚苯乙烯樹脂和co-PS的99%以上。
從該無紡布中只抽出PBT納米纖維,與實施例1同樣地進行解析的結果,PBT納米纖維的數均單纖維直徑為50nm(3×10-5dtex),是以往所沒有的細度,另外,單纖維纖度波動極小。
接著,對該無紡布賦予聚乙烯醇,使之相對于無紡布中的纖維,按固體成分計達到20重量%。
再對該無紡布浸滲DMF系的聚酯-聚醚系聚氨酯,使得作為固體成分,相對于無紡布中的纖維,按固體成分計達到30重量%,進行濕式凝固,得到由PBT納米纖維構成的無紡布。
與實施例1同樣地對得到的無紡布的表面進行磨光、加壓、急冷,得到將表面平滑化了的研磨布。
得到的研磨布的伸長10%時的應力、壓縮彈性的比S、耐磨系數、表面粗糙度、表面硬度和硬盤的紋理加工的結果如表1所示。
實施例13、14、15、16、17、18
實施例13、14、15、16、17、18分別與實施例1、8、9、10、11、12對應,是在各自對應的實施例所得到的研磨布的背面涂布以NBR(丁腈橡膠;nitrile rubber)為主體的粘合劑,壓接厚度50μm的聚酯薄膜,得到由N6納米纖維無紡布和聚酯薄膜構成的貼合型無紡布。
得到的無紡布的伸長10%時的應力、壓縮彈性的比S、耐磨系數、表面粗糙度、表面硬度和硬盤的紋理加工的結果如表2所示。
實施例19、20、21、22、23實施例19、20、21、22、23分別與實施例1、實施例8、實施例9、實施例10、實施例11對應,是使各自對應的實施例的聚合物合金纖維的聚酯成分的水解除去率為50%,除此以外,分別與實施例1、8、9、10、11同樣地得到研磨布。
得到的研磨布的伸長10%時的應力、壓縮彈性的比S、耐磨系數、表面粗糙度、表面硬度和硬盤的紋理加工的結果如表3所示。
實施例24、25、26、27實施例24、25、26、27分別與實施例13、14、15、17對應,是使各自對應的實施例所得到的研磨布在水中浸漬30分鐘,在對納米纖維充分浸透水的狀態下實施硬盤的紋理加工,結果示于表4。
比較例1使用在圖10中表示出概況的裝置,將熔融粘度150Pa·s(262℃,121.6秒-1)、熔點220℃的N6和熔融粘度145Pa·s(262℃,121.6秒-1)、熔點105℃的PE,邊計量各個聚合物邊導入雙螺桿擠出機中,并使得N6的摻混比率達到20重量%,雙螺桿擠出機21的溫度為260℃,進行熔融后,由噴絲頭孔數為12、噴出孔徑0.30mm、噴出孔長度50mm的竹筒式噴絲頭與實施例1同樣地進行熔融紡絲。22是片料計量裝置。然而,N6和PE的摻混不勻大,不僅在噴絲頭下發生大的膨化效應,而且也缺乏拉絲性,不能穩定地卷繞絲,但得到少量的未拉伸絲,與實施例1同樣地進行拉伸·熱處理,得到82dtex、12單絲的拉伸絲。此時的拉伸倍率為2.0倍。對該纖維賦予卷曲和進行裁剪,得到切斷長度51mm的由N6和PE構成的原棉。
對上述原棉實施梳理和鋪網,再以2000根/cm2的鋼針根數實施針刺,得到單位面積500g/m2的無紡布。
使用85℃的甲苯對該無紡布浸漬1小時以上,由此溶出除去無紡布中的PE的99%以上,得到由極細N6絲構成的無紡布。從得到的無紡布中抽出極細N6絲進行解析的結果,已確認生成了單纖維直徑為100nm~1μm(單纖維纖度9×10-5~9×10-3dtex)的超極細絲。該無紡布的數均單纖維纖度為1×10-3dtex(單纖維直徑334μm),是較大的,單纖維纖度波動也象圖5和圖6所示那樣是大的。
接著,對該無紡布賦予聚乙烯醇,使之相對于無紡布中的纖維,按固體成分計達到20重量%。
再對該無紡布浸滲DMF系的聚酯-聚醚系聚氨酯,使得作為固體成分,相對于無紡布中的纖維,按固體成分計達到30重量%,然后進行了濕式凝固。
然后,與實施例1同樣地對無紡布的表面進行磨光、加壓、急冷,得到將表面平滑化了的研磨布。
硬盤的紋理加工的結果,劃痕點數為約2000個,疵點個數極多,電磁轉換特性差。
比較例2除了使實施例1的針刺為鋼針根數100根/cm2以外,其他與實施例1同樣地得到研磨布。
得到的研磨布的伸長10%時的應力為0.9N/cm寬度,在硬盤的紋理加工中研磨布伸長不恢復,不能進行紋理加工。
對以上的比較例1和比較例2進行歸納的結果如表5所示。
實施例28使用在實施例3中得到的復合原棉(C),實施梳理和鋪網,再以3500根/cm2的鋼針根數實施針刺,得到單位面積600g/m2的由復合原棉(C)構成的無紡布。
然后,與實施例1同樣地將該無紡布在95℃的5%氫氧化鈉水溶液中浸漬1小時,由此水解除去無紡布中的聚酯成分的99%以上,使用醋酸中和后,進行水洗、干燥。
接著對該無紡布賦予聚乙烯醇,使之相對于無紡布中的纖維,按固體成分計達到20重量%。
再對該無紡布浸滲DMF系的聚酯-聚醚系聚氨酯,使得作為固體成分,相對于無紡布中的纖維,按固體成分計達到30重量%,進行濕式凝固,再與實施例1同樣地磨光,得到由極細N6纖維構成的無紡布。
另外,進一步用水稀釋在實施例4中得到的分散液,得到N6納米纖維濃度為0.05重量%的水分散體。使用噴霧器噴嘴對上述得到的無紡布噴吹0.05重量%濃度的水分散體100次,在由極細N6纖維構成的片狀物上形成N6納米纖維層,干燥后進行加壓、急冷,得到將表面平滑化了的研磨布。由極細N6纖維構成的片狀物的厚度是500μm,研磨布的總厚度是530μm,納米纖維相對于該片狀物整體的層合厚度是5.7%。
由TEM照片只解析該研磨布中的N6納米纖維的結果,N6納米纖維的數均單纖維直徑(數均直徑)是56nm(3×10-5dtex),另外,單纖維纖度1×10-8~1×10-4dtex的纖度比率是99%,尤其是單纖維直徑55~88nm間的單纖維纖度比率是71%,單纖維纖度的波動如表6所示,是極小的。另外,單纖維直徑大于100nm的單纖維的纖維比率是0%。
得到的研磨布的伸長10%時的應力、壓縮彈性的比S、耐磨系數、表面粗糙度、表面硬度和硬盤的紋理加工的結果如表6所示。
在以下的參考例中示出在實施例中使用的納米纖維分散液的制造。
參考例1使用雙螺桿擠出機,在220℃下將熔融粘度57Pa·s(240℃,剪切速度2432秒-1)、熔點220℃的N6(20重量%)和重均分子量12萬、熔融粘度30Pa·s(240℃,剪切速度2432秒-1)、熔點170℃的聚L乳酸(光學純度99.5%以上)(80重量%)進行熔融混煉,得到聚合物合金片料。這里,聚L乳酸的重均分子量如以下所述求出。即把THF(四氫呋喃)混合到試樣的氯仿溶液中,制成測定溶液,然后使用Waters公司制的凝膠滲透色譜儀(GPC)Waters 2690在25℃下對其進行測定,按聚苯乙烯換算,求出重均分子量。再者,N6在262℃、剪切速度121.6秒-1下的熔融粘度是53Pa·s。另外,該聚L乳酸在215℃、剪切速度1216秒-1下的熔融粘度是86Pa·s。另外,此時的混煉條件如下述。
聚合物供給分別計量N6和共聚PET,分開地投入到混煉機中。
螺桿型式同向完全嚙合型,雙螺紋螺桿直徑37mm,有效長度1670mmL/D=45.1混煉部長度位于比螺桿有效長度的1/3更靠近噴出的一側。
溫度220℃排氣口2個部位將該聚合物合金片料在230℃的熔融部中熔融,導入紡絲溫度230℃的紡絲組合中。使用超濾徑15μm的金屬無紡布過濾聚合物熔融體之后,由噴絲頭面溫度215℃的噴絲頭進行熔融紡絲。此時,作為噴絲頭使用噴絲頭孔徑0.3mm、孔長度0.55mm的噴絲頭,但幾乎觀察不到膨化現象。此時每個單孔的噴出量是0.94g/分。此外,從噴絲頭下面到冷卻開始點(通風筒的上端部)的距離是9cm。噴出的絲條由20℃的冷卻風在1m的范圍內冷卻固化,由設于距噴絲頭1.8m的下方的給油導線器給油后,通過非加熱的第1牽引輥和第2牽引輥卷繞。然后設定第1熱輥的溫度為90℃、第2熱輥的溫度為130℃對其進行拉伸熱處理。此時第1熱輥和第2熱輥間的拉伸倍率為1.5倍。得到的聚合物合金纖維顯示出62dtex、36單絲、強度3.4cN/dtex、伸長率38%、U%=0.7%的優異特性。另外,使用TEM觀察得到的聚合物合金纖維的橫截面的結果,顯示出聚L乳酸為海、N6為島的海島結構,島N6的數均直徑是55nm,得到N6超微分散化了的作為N6納米纖維前體的聚合物合金纖維。
把得到的聚合物合金纖維在95℃的5%氫氧化鈉水溶液中浸漬1小時,由此水解除去聚合物合金纖維中的聚L乳酸成分的99%以上,使用醋酸中和后,進行水洗、干燥,得到N6納米纖維的纖維束。由TEM照片解析該纖維束的結果,N6納米纖維的數均直徑為60nm,是以往所沒有的細度,單纖維直徑大于100nm的纖維的纖維比率是0%。
把得到的N6納米纖維的纖維束切斷成2mm長度,得到N6納米纖維的切斷纖維。在Tappi標準尼亞加拉試驗打漿機(東洋精機制作所(株)制)中裝入水23L和剛才得到的切斷纖維30g,預打漿5分鐘,然后除去多余的水,回收纖維,該纖維的重量是250g,其含水率是88重量%。把含水狀態的纖維250g原樣地直接裝到自動式PFI磨機(熊谷理機工業(株)制)中,在轉速1500rpm、間隙0.2mm下打漿6分鐘。在纖維混合機MX-X103(松下電器產業(株)制)中裝入打漿過的纖維4.2g、作為分散劑的陰離子系分散劑シヤロ-ルAN-103P(第一工業制藥(株)制分子量10000)0.5g、水500g,攪拌30分鐘,得到N6納米纖維的含有率為0.1重量%的N6納米纖維分散液。該分散體中的納米纖維的Z-電位是-50mV。
參考例2將參考例1的N6變更為熔融粘度212Pa·s(262℃,剪切速度121.6秒-1)、熔點220℃的N6(45重量%),除此以外,其他與參考例1同樣地進行熔融混煉,得到聚合物合金片料。接著,與參考例1同樣地將該聚合物合金片料進行熔融紡絲、拉伸熱處理,得到聚合物合金纖維。所得到的聚合物合金纖維顯示出67dtex、36單絲、強度3.6cN/dtex、伸長率40%、U%=0.7%的優異特性。另外,使用TEM觀察得到的聚合物合金纖維的橫截面的結果,與參考例1同樣地,顯示出聚L乳酸為海、N6為島的海島結構,N6的數均直徑是110nm,得到N6超微分散化了的聚合物合金纖維。
對得到的聚合物合金纖維與參考例1同樣地水解除去聚合物合金纖維中的聚L乳酸成分的99%以上,使用醋酸中和后,進行水洗、干燥,得到N6納米纖維的纖維束。由TEM照片解析該纖維束的結果,N6納米纖維的數均直徑是120nm,是以往所沒有的細度,單纖維直徑大于500nm的單纖維的纖度比率是0%,單纖維直徑大于200nm的單纖維的纖維比率是1%。
把得到的N6納米纖維的纖維束切斷成2mm長度,得到N6納米纖維的切斷纖維。然后與參考例1同樣地對其實施預打漿,得到含水率88重量%的N6納米纖維后,再與參考例1同樣地打漿,使用作為分散劑的陰離子系分散劑シヤロ-ルAN-103P(第一工業制藥(株)制分子量10000),與參考例1同樣地進行攪拌,得到N6納米纖維的含有率為0.1重量%的N6納米纖維分散液。
參考例3使用熔融粘度120Pa·s(262℃,121.6秒-1)、熔點225℃的PBT(聚對苯二甲酸丁二醇酯)和共聚了22%的丙烯酸-2-乙基己酯的聚苯乙烯(PS),PBT的含有率為20重量%,混煉溫度為240℃,與參考例1同樣地進行熔融混煉,得到聚合物合金片料。此時,共聚PS在262℃、121.6秒-1下的熔融粘度是140Pa·s,在245℃、1216秒-1下的熔融粘度是60Pa·s。
將該聚合物合金片料在紡絲溫度260℃(噴絲頭面溫度245℃)、紡絲速度1200m/分下與參考例1同樣地進行熔融紡絲。此時,作為噴絲頭使用在噴出孔上部具有直徑0.3mm的計量部的、噴出孔徑為0.7mm、噴出孔長度為1.85mm的噴絲頭。紡絲性良好,在1噸的紡絲中斷絲1次。此時每個單孔的噴出量為1.0g/分。對得到的未拉伸絲在拉伸溫度100℃、拉伸倍率為2.49倍、熱定型溫度為115℃下與參考例1同樣地進行拉伸熱處理。得到的拉伸絲是161dtex、36單絲、強度1.4cN/dtex、伸長率33%、U%=2.0%。使用TEM觀察得到的聚合物合金纖維的橫截面的結果,顯示出共聚PS為海、PBT為島的海島結構,PBT的數均直徑是70nm,得到PBT以納米尺寸均勻分散化的聚合物合金纖維。
把得到的聚合物合金纖維浸漬在三氯乙烯中,由此溶出作為海成分的共聚PS的99%以上,然后對其進行干燥,得到PBT納米纖維的纖維束。由TEM照片解析該纖維束的結果,PBT納米纖維的數均直徑為85nm,是以往所沒有的細度,單纖維直徑大于200nm的單纖維的纖維比率是0%,單纖維直徑大于100nm的單纖維的纖維比率是1%。
把得到的PBT納米纖維的纖維束切斷成2mm長度,得到PBT納米纖維的切斷纖維。然后與參考例1同樣地對其進行預打漿,得到含水率80重量%的PBT納米纖維后,再與參考例1同樣地進行打漿。加入該打漿過的纖維2.5g、作為分散劑的非離子系分散劑ノイゲンEA-87(第一工業制藥(株)制分子量10000)0.5g、水500g,攪拌30分鐘得到PBT納米纖維的含有率為0.1重量%的PBT納米纖維分散液。
參考例4將熔融粘度220Pa·s(262℃,121.6秒-1)、熔點225℃的PTT(聚對苯二甲酸三亞甲基酯)和新日鐵化學(株)制的共聚PS(聚苯乙烯)(“エスチレン”KS-18、甲基丙烯酸甲酯共聚、熔融粘度110Pa·s、262℃、121.6秒-1),在PTT的含有率為25重量%、混煉溫度為240℃的條件下與參考例1同樣地進行熔融混煉,得到聚合物合金片料。另外,該共聚PS在245℃、1216秒-1下的熔融粘度是76Pa·s。
將該聚合物合金片料在熔融溫度260℃、紡絲溫度260℃(噴絲頭面溫度245℃)、紡絲速度1200m/分的條件下與參考例3同樣地進行熔融紡絲。此時,作為噴絲頭,與在參考例3中使用的噴絲頭同樣地使用在噴出孔上部具有直徑0.23mm的計量部的、噴出孔徑為2mm、噴出孔長度為3mm的紡絲噴絲頭。紡絲性良好,在1噸的紡絲中斷絲1次。此時的單孔噴出量為1.0g/分。把得到的未拉伸絲在90℃的溫水浴中進行2.6倍拉伸。用TEM觀察該拉伸絲的橫截面的結果,顯示出共聚PS為海、PTT為島的海島結構,PTT的數均直徑是75nm,得到PTT以納米尺寸均勻分散化的聚合物合金纖維。另外,該聚合物合金纖維的單纖維纖度是3.9dtex、強度是1.3cN/dtex、伸長率是25%。
對得到的聚合物合金纖維與參考例3同樣地溶出聚合物合金纖維中的PS成分的99%以上,進行干燥,得到PTT納米纖維的纖維束。由TEM照片解析該纖維束的結果,PTT納米纖維的數均直徑為95nm,是以往所沒有的細度,單纖維直徑大于200nm的單纖維的纖維比率是0%,單纖維直徑大于100nm的單纖維的纖維比率是3%。
把得到的PTT納米纖維的纖維束切斷成2mm長度,得到PTT納米纖維的切斷纖維。然后將其與參考例1同樣地進行預打漿,得到含水率80重量%的PTT納米纖維后,再與參考例1同樣地打漿。加入該打漿過的纖維2.5g、作為分散劑的非離子系分散劑ノイゲンEA-87(第一工業制藥(株)制分子量10000)0.5g、水500g,攪拌30分鐘,得到PBT納米纖維的含有率為0.1重量%的PBT納米纖維分散液。
參考例5除了將參考例1的N6變更為熔融粘度350Pa·s(220℃,121.6秒-1)、熔點162℃的PP(聚丙烯)(23重量%)以外,其他與參考例1同樣地進行熔融混煉,得到聚合物合金片料。再者,聚L乳酸在220℃、121.6秒-1下的熔融粘度是107Pa·s。將該聚合物合金片料在熔融溫度230℃、紡絲溫度230℃(紡絲頭面溫度215℃)、單孔噴出量1.5g/分、紡絲速度900m/分下與參考例1同樣地進行熔融紡絲。得到的未拉伸絲在拉伸溫度為90℃、拉伸倍率為2.7倍、熱定型溫度為130℃下與參考例1同樣地進行拉伸熱處理。
得到的聚合物合金纖維在95℃的5%氫氧化鈉水溶液中浸漬1小時,由此水解除去聚合物合金纖維中的聚L乳酸成分的99%以上,使用醋酸中和后進行水洗、干燥,得到PP納米纖維的纖維束。由TEM照片解析該纖維束的結果,N6納米纖維的數均直徑是240nm,單纖維直徑大于500nm的單纖維的纖維比率是0%。
把得到的PP納米纖維的纖維束切斷成2mm長度,得到PP納米纖維的切斷纖維。與參考例1同樣地對其實施打漿,得到含水率75重量%的PP納米纖維后,再與參考例1同樣地打漿。加入該打漿過的纖維2.0g、作為分散劑的非離子系分散劑ノイゲンEA-87(第一工業制藥(株)制分子量10000)0.5g、水500g,攪拌30分鐘,得到PP納米纖維的含有率為0.1重量%的PP納米纖維分散液。
參考例6將參考例3的PBT變更為在參考例5中使用的PP,與參考例3同樣地得到PP極細纖維的纖維束。由TEM照片解該纖維束的結果,PP極細纖維的數均直徑是600nm。
把得到的PP級細纖維的纖維束切斷成2mm長度,得到PP極細纖維的切斷纖維。與參考例1同樣地對其實施預打漿,得到含水率75重量%的PP極細纖維后,再與參考例1同樣地打漿。加入該打漿過的纖維2.0g、作為分散劑的非離子系分散劑ノイゲンEA-87(第一工業制藥(株)制分子量10000)0.5g、水500g,攪拌30分鐘,得到PP極細纖維的含有率為0.1重量%的PP極細纖維分散液。
參考例7海成分為PS,島成分為PET,海島比率為50∶50,島條數為36條,紡絲速度為1300m/分,進行聚合物相互排列體纖維的紡絲,然后進行拉伸使得拉伸倍率為3.0倍,得到單絲纖度3dtex的聚合物相互排列體纖維的拉伸絲。將其與參考例3同樣地溶出海島型纖維中的PS成分的99%以上,干燥,得到纖維徑2μm的PET極細纖維束。把得到的PET極細纖維束切斷成2mm長度,得到PET極細纖維的切斷纖維。然后與參考例1同樣地對其實施預打漿,得到含水率75重量%的PET極細纖維后,再與參考例1同樣地打漿。加入該打漿過的纖維2.0g、作為分散劑的非離子系分散劑ノイゲンEA-87(第一工業制藥(株)制分子量10000)0.5g、水500g,攪拌30分鐘,得到PET極細纖維的含有率為0.1重量%的PET極細纖維的分散液。
參考例8使用參考例1的纖維混合機MX-X103(松下電器產業(株)制)攪拌N6納米纖維時,不使用分散劑,除此以外,其他與參考例1同樣地得到0.1重量%的N6納米纖維分散液,該分散液中的納米纖維的Z-電位是-14mV。
參考例9將熔融粘度280Pa·s(300℃,1216秒-1)的PET 80重量%、熔融粘度160Pa·s(300℃,1216秒-1)的聚苯硫醚(PPS)20重量%,在下述條件下使用雙螺桿擠出混煉機進行熔融混煉,得到聚合物合金片料。這里,PPS使用了直鏈型、且分子鏈末端被鈣離子取代的PPS。
螺桿 L/D=45混煉部長度是螺桿有效長度的34%混煉部在螺桿整體中分散具有中途2個部位的回流部聚合物供給 分別計量PPS和PET,分開地向混煉機供給溫度 300℃排氣口 無把在此得到的聚合物合金片料與參考例1同樣地導入紡絲機中,進行紡絲。此時,紡絲溫度為315℃,使用超濾徑15μm的金屬無紡布過濾聚合物合金熔融體后,由噴絲頭面溫度為292℃的噴絲頭進行熔融紡絲。此時,作為噴絲頭,使用噴出孔上部具有直徑0.3mm計量部的、噴出孔徑為0.6mm噴絲頭。此時的每個單孔的噴出量為1.1g/分。此外,從噴絲頭下面到冷卻開始點的距離是7.5cm。所噴出的絲條由20℃的冷卻風在1m的范圍內冷卻固化,供給脂肪酸酯為主體的工藝油劑之后,通過非加熱的第一牽引輥和第2牽引輥以1000m/分進行卷繞。此時的紡絲性良好,24小時連續紡絲期間的斷絲是0。然后將得到的未拉伸絲在第1熱輥的溫度為100℃、第2熱輥的溫度為130℃的條件下進行拉伸熱處理。此時,第1熱輥和第2熱輥間的拉伸倍率為3.3倍。得到的聚合物合金纖維顯示出400dtex、240單絲、強度4.4cN/dtex、伸長率27%、U%=1.3%的優異特性。另外,由TEM觀察得到的聚合物合金纖維的橫截面的結果,在作為海聚合物的PET中均勻地分散著直徑小于100nm的作為島的PPS。另外,用圖象解析軟件WINROOF解析島的換算成圓的直徑,結果島的平均直徑是65nm,得到PPS超微分散化了的聚合物合金纖維。
把得到的聚合物合金纖維在98℃的5%氫氧化鈉水溶液中浸漬2小時,由此水解除去聚合物合金纖維中的PET成分的99%以上,使用醋酸中和后進行水洗、干燥,得到PPS納米纖維的纖維束。由TEM照片解析該纖維束的結果,PPS內米纖維的數均直徑是60nm,是以往所沒有的細度,單纖維直徑大于100nm的單纖維的纖維比率是0%。
把得到的N6納米纖維的纖維束切斷成3mm長度,得到PPS納米纖維的切斷纖維。與參考例1同樣地對其實施預打漿,得到含水率80重量%的PPS納米纖維后,再與參考例1同樣地打漿。加入打漿過的纖維2.5g、作為分散劑的非離子系分散劑ノイゲンEA-87(第一工業制藥(株)制分子量10000)0.5g、水500g,攪拌30分鐘,得到PPS納米纖維的含有率為0.1重量%的PPS納米纖維分散液。
參考例10、11參考例10中N6納米纖維的切斷長度為0.5mm,參考例11中N6納米纖維的切斷長度為0.2mm,除此以外,其他與參考例1同樣地操作,得到N6納米纖維的含有率為0.1重量%的N6納米纖維分散液。
實施例29~33和比較例3、4實施例29~33將在參考例1~5中得到的納米纖維分散液,比較例3、4將在參考例6、7中得到的極細纖維分散液用水稀釋10倍(分散液中的纖維濃度為0.01重量%),導入噴霧器中,向作為多孔質的支撐體的、與也為PET極細纖維無紡布的人造皮革“エクセ-ヌ”(東麗(株)注冊商標)7000T相同結構的無紡布噴涂3次,在40℃干燥30分鐘。由SEM照片觀察該無紡布的表面的結果,使用參考例1~5的分散液的實施例29~33,可確認細的納米纖維呈網狀地在構成多孔質的支撐體的直徑7.3μm的粗纖維之間布滿。圖11是表示采用SEM觀察在實施例29中得到的納米纖維結構體表面的結果的圖,可知,雖然也有納米纖維進行單纖維分散、形成網狀結構的部分,但也有納米纖維多根部分地結合、形成網狀結構的部分。另外,網狀結構的孔隙的孔徑是100nm~3μm左右。另外可確認在構成支撐體的纖維上也以同樣的形態呈網狀地貼附有納米纖維。
另一方面,使用了參考例6、7的分散液的比較例3、4,在打漿時纖維彼此未充分分散,因此纖維的塊狀物成為球而附著,不呈網狀結構。另外,纖維堵塞噴霧器,噴霧本身是困難的。
實施例34
把在實施例29中使用的多孔質的支撐體在用水將參考例1所得到的N6納米纖維分散液稀釋100倍所得到的分散液(納米纖維濃度0.001重量%)中完全浸漬1分鐘后,使用碾壓機擠出附著在支撐體上的多余的納米纖維分散液,在60℃下干燥1小時,除去分散介質,得到納米纖維結構體。使用SEM照片觀察該結構體的表面和內部的結果,可確認在納米纖維結構體的表面和內部,細的納米纖維以三維網狀在構成多孔質的支撐體的直徑7.3μm的粗纖維之間布滿。觀察網狀結構,可知也有納米纖維進行單纖維分散、形成網狀結構的部分,但也有納米纖維多根部分地結合、形成網狀結構的部分。另外,網狀結構的孔隙的孔徑是60nm~1.5μm左右。另外,可確認構成支撐體的纖維中納米纖維以同樣的形態呈網狀地貼附。
實施例35在參考例1中得到的N6納米纖維分散液中添加作為增粘劑的セロゲンF-SL(第一工業制藥(株)制)0.1重量%,將這樣得到的分散液(納米纖維濃度0.1重量%)以1g/cm2涂布于在實施例1中使用的多孔質的支撐體上后,在60℃干燥1小時,除去分散介質,得到納米纖維結構體。使用SEM照片觀察該結構體的表面的結果,可確認納米纖維以網狀在構成多孔質的支撐體的直徑7.3μm的粗纖維之間布滿。觀察網狀結構,可知既有納米纖維進行單纖維分散、形成網狀結構的部分,也有納米纖維多根部分地結合、形成網狀結構的部分。另外,也有時納米纖維分散液的納米纖維濃度高,納米纖維量較多并均勻地層合著,網狀結構的孔隙的孔徑比較小,為50nm~80nm。另外,已確認對于構成支撐體的纖維也以網狀貼附著納米纖維。
實施例36對單絲纖度1.9dtex的PP原棉實施梳理和鋪網,再以500根/cm2的鋼針密度實施針刺,得到單位面積240g/m2的PP無紡布。把在參考例1中得到的N6納米纖維分散液500g用水稀釋40倍(納米纖維濃度0.0025重量%),加到方形抄片機(熊谷理機工業(株)制)中,在PP無紡布上進行抄紙后,使用No.2定性用濾紙(東洋濾紙(株)制)吸掉附著在支撐體上的多余的納米纖維分散液,使用高溫用旋轉型干燥機(熊谷理機工業(株)制)在110℃干燥2分鐘,除去分散介質,得到納米纖維結構體。對得到的納米纖維結構體進行SEM觀察的結果是不僅在多孔質支撐體的表面,甚至在內部納米纖維也以三維的網狀粘滿。觀察網狀結構可知,既有納米纖維進行單纖維分散、形成網狀結構的部分,也有納米纖維多根部分地結合、形成網狀結構的部分。另外,網狀結構的孔隙的孔徑是50nm~1μm左右。另外,已確認對于構成支撐體的纖維也以同樣的形態貼附著納米纖維。
實施例37~41實施例37,除了多孔質支撐體為使用83dtex-36單絲、以密度100根/英寸織成的PET平織物以外,其他與實施例29同樣地得到納米纖維結構體。
實施例38,除了多孔質支撐體為使用83dtex-36單絲、并使用28號針的圓編機編織的、編織組織平滑的PET橫編織物以外,其他與實施例29同樣地得到納米纖維結構體。
實施例39,除了多孔質支撐體為No.2定性用濾紙(東洋濾紙(株)制)以外,其他與實施例29同樣地得到納米纖維結構體。
實施例40,除了多孔質支撐體為按JIS K6767測定的表觀密度為0.033g/cm3、按JIS K6402測定的表觀平均氣泡徑為0.6mm的聚乙烯泡沫體以外,其他與實施例29同樣地得到納米纖維結構體。
實施例41,除了多孔質支撐體為厚度10μm的PET薄膜以外,其他與實施例29同樣地得到納米纖維結構體。
對在這些實施例37~41中分別得到的納米纖維結構體進行SEM觀察的結果,納米纖維在任何一種多孔質支撐體的孔部分都以網狀粘滿。
此外,觀察網狀結構可知,既有納米纖維以單纖維狀分散、形成網狀結構的部分,也有納米纖維多根部分地結合、形成網狀結構的部分。另外,已確認對于實施例37~41的支撐體納米纖維也以同樣的形態呈網狀地貼附著。
實施例42、43實施例42使用參考例1的分散液,實施例43使用參考例8的分散液,分別用水稀釋至10倍(納米纖維濃度0.01重量%),在直徑33μm、325根/英寸的不銹鋼金屬網上滴加2滴(0.1g),然后在70℃干燥10分鐘,迅速除去分散介質,得到N6納米纖維結構體。
圖12是表示采用SEM觀察實施例42的納米纖維結構體表面的結果的圖,可知雖然也有納米纖維分散成單纖維狀、形成網狀結構的部分,但基本上納米纖維邊多根部分地結合、邊形成網狀結構。另外,網狀結構的孔隙的孔徑是100nm~1.5μm左右。
另一方面,圖13是表示采用SEM觀察實施例43的納米纖維結構體表面的結果的圖,凝聚著多根納米纖維的束狀部分層積,在其上納米纖維單纖維分散、形成了網狀結構。另外,網狀結構的孔隙的孔徑為50nm~0.8μm左右,與實施例42比較,是更小的孔徑。
在實施例42和43中,由于與金屬網的濕潤性低,因此滴加的納米纖維分散液呈接近于半球狀的形態,滴加液的形狀與噴霧、浸漬、抄紙等明顯地不同。因此可認為當急速干燥時,朝滴加液的厚度方向引起急劇的納米纖維的濃縮。
此外可認為,由于實施例43不含分散劑,因此從滴加分散液時一部分的納米纖維就已凝聚,可認為其通過急速的干燥,單純地在厚度方向被壓縮,變成圖13那樣的形態。另一方面可認為,由于實施例42含分散劑,因此滴加了分散液時分散成單纖維狀,但可認為在濃縮過程中納米纖維引起2次凝聚。可是,由于是急速干燥,因此可認為2次凝聚未那么地進行,變成圖12那樣的形態。
這樣,可以利用采用了分散劑的納米纖維分散液中的納米纖維的分散狀態、干燥速度、納米纖維分散液與支撐體的濕潤性、附著液的形態來控制所得到的網狀結構。
實施例44~46實施例44~46分別使用在參考例9~11中得到的納米纖維分散液,用水稀釋至10倍(納米纖維濃度0.01重量%),導入噴霧器中,與實施例29同樣地,在作為多孔質的支撐體的、與也為PET極細纖維無紡布的人造皮革“エクセ-ヌ”(東麗(株)注冊商標)7000T相同的結構的無紡布上噴涂3次,在40℃下干燥30分鐘。
使用SEM照片觀察噴涂后的無紡布表面的結果,可確認在實施例44~46中,細的納米纖維在構成多孔質支撐體的直徑7.3μm的粗纖維之間以網狀布滿。觀察網狀結構可知,也有納米纖維進行單纖維分散、形成網狀結構的部分,但也有納米纖維邊多根部分地結合、邊形成網狀結構的部分。另外,網狀結構的孔隙的孔徑是100nm~3μm左右。另外已確認在構成支撐體的纖維上納米纖維也以同樣的形態呈網狀地貼附著。
實施例47海成分使用在實施例8中使用的聚L乳酸60重量%,島成分使用在實施例8中得到的聚合物合金40重量%,采用熔融紡絲作成島成分為100島、8.0dtex的復合纖維,進行2.5倍拉伸,得到3.2dtex的復合纖維。
該復合纖維的強度是2.8cN/dtex,伸長率是40%。采用TEM觀察所得到的復合纖維的橫截面的結果,島成分中N6部分的數均直徑是56nm。對該纖維賦予卷曲和進行裁剪,得到切斷長度51mm的復合原棉(F)。
對該復合原棉(F)實施梳理和鋪網,再以針根數500根/cm2實施針刺,得到單位面積500g/m2的由復合原棉(F)構成的無紡布。
另外,對在實施例3中使用的復合原棉(C)實施裁剪和鋪網,再以500根/cm2實施針刺,得到單位面積500g/m2的由復合原棉(C)構成的無紡布。
把上述得到的由復合原棉(F)構成的無紡布和由復合原棉(C)構成的無紡布各1片進行重疊,再以3000根/m2的針根數實施針刺,得到由復合原棉(F)和復合原棉(C)構成的貼合型無紡布。
然后,與實施例1同樣地,把該無紡布在95℃的5%氫氧化鈉水溶液中浸漬1小時,由此水解除去無紡布中的聚酯成分的99%以上,使用醋酸中和后,進行水洗、干燥。
接著,對該無紡布賦予聚乙烯醇,使之相對于無紡布中的纖維,按固體成分計達到20重量%。
再對該無紡布浸漬DMF系的聚酯-聚醚系聚氨酯,使得作為固體成分,相對于無紡布中的纖維,按固體成分計達到30重量%,進行濕式凝固,得到由N6納米纖維和極細N6纖維構成的貼合型無紡布。
與實施例1同樣地對所得的無紡布的表面進行磨光、加壓、急冷,得到將表面平滑化了的研磨布。
得到的研磨布的伸長10%時的應力、壓縮彈性的比S、耐磨系數、表面硬度和硬盤的紋理加工的結果如表9所示。
實施例48海成分使用在實施例8中使用的聚L乳酸40重量%,芯成分使用N6樹脂35重量%,鞘成分使用在實施例8中得到的聚合物合金25重量%,使用三成分紡絲裝置,將島芯鞘型的海島復合纖維(島數為36)進行紡絲,得到未拉伸絲。對該未拉伸絲以拉伸倍率2.0倍進行拉伸,作成7.0dtex的復合纖維。
該復合纖維的強度是2.8cN/dtex,伸長率是45%。使用TEM觀察所得的復合纖維的橫截面的結果,鞘成分中的N6部分的數均直徑是56nm。對該纖維賦予卷曲和進行裁剪,得到切斷長度51mm的復合原棉(G)。
將該復合原棉(G)實施梳理和鋪網,再以3500根/cm2的針根數實施針刺,得到單位面積750g/m2的由復合原棉(G)構成的無紡布。
然后,與實施例1同樣地,將該無紡布在95℃的5%氫氧化鈉水溶液中浸漬1小時,由此水解除去無紡布中的聚酯成分的99%以上,使用醋酸中和后,進行水洗、干燥。
接著,對該無紡布賦予聚乙烯醇,使之相對于無紡布中的纖維,按固體成分計達到20重量%。
再對該無紡布浸滲DMF系的聚酯-聚醚系聚氨酯,使得作為固體成分,相對于無紡布中的纖維,按固體成分計達到30重量%,進行濕式凝固,得到由N6納米纖維構成的無紡布。
與實施例1同樣地對制得的無紡布的表面進行磨光、加壓、急冷,得到將表面平滑化的研磨布。
得到的研磨布的伸長10%時的應力、壓縮彈性的比S、耐磨系數、表面粗糙度、表面硬度和硬盤的紋理加工的結果如表9所示。
實施例49由噴絲頭紡出由在實施例8中使用的聚L乳酸和在實施例8中得到的聚合物合金構成的中空環狀花瓣型24分割·割纖型的復合纖維(單纖維纖度2.4dtex,復合比1∶1),使用噴射器以紡絲速度2900m/分捕集到處于吸引下的網狀傳送帶(捕集片)上。此時,噴射器壓力為0.1MPa。將捕集到網狀傳送帶上的復合纖維無紡布(單位面積300g/m2)在室溫下采用壓延-加壓法進行臨時固定。
另行對在實施例3中使用的復合原棉(C)實施梳理和鋪網,再以300根/cm2的針根數實施針刺,得到單位面積250g/m2的由復合原棉(C)構成的無紡布。
把上述得到的復合纖維無紡布和復合原棉(C)構成的無紡布各1片進行重疊,采用濕噴刺(WJP)進行表面10MPa、背面(與修補時的網狀傳送帶接觸的面)10MPa、表面20MPa、背面20MPa的4次拍打,在將無紡布貼合的同時,進行致密化。
然后,與實施例1同樣地,將該無紡布在95℃的5%氫氧化鈉水溶液中浸漬1小時,由此水解除去無紡布中的聚酯成分的99%以上,使用醋酸中和后,進行水洗、干燥。
使用TEM觀察所得的無紡布的橫截面的結果,鞘成分中的N6成分的數均直徑是56nm。
接著,對該無紡布賦予聚乙烯醇,使之相對于無紡布中的纖維,按固體成分計達到20重量%。
再對該無紡布浸滲DMF系的聚酯-聚醚系聚氨酯,使得作為固體成分,相對于無紡布中的纖維,按固體成分計達到30重量%,進行濕式凝固,得到由N6納米纖維和極細N6纖維構成的貼合型無紡布。
與實施例1同樣地對所得無紡布的表面進行磨光、加壓、急冷,得到將表面平滑化了的研磨布。
得到的研磨布的伸長10%時的應力、壓縮彈性的比S、耐磨系數、表面硬度和硬盤的紋理加工的結果如表9所示。
表1
纖度比率單絲纖度為1×10-8~1×10-4dtex范圍的纖度比率范圍直徑為30nm之間的纖度比率的一例表2
表3
表4
表5
纖度比率單絲纖度為1×10-8~1×10-4dtex范圍的纖度比率范圍直徑為30nm之間的纖度比率的一例表6
纖度比率單絲纖度為1×10-8~1×10-4dtex范圍的纖度比率范圍直徑為30nm之間的纖度比率的一例表7
表8
表9
纖度比率單絲纖度為1×10-8~1×10-4dtex范圍的纖度比率范圍直徑為30nm之間的纖度比率的一例產業上的可利用性使用本發明的納米纖維,可以得到在通常的超極細絲程度下看不到的、迄今所沒有的質量風格的布帛、高性能研磨布。
另外,本發明的納米纖維結構體的制造方法,可適用于在支撐體上復合納米纖維而構成的一切的納米纖維結構體的制造,尤其是也適合于有效利用了納米纖維結構體的表面平滑性、柔軟性、擦拭性的研磨、擦抹、磨光用途。另外,適合用于從生活資料用途到各種產業領域的過濾器、血液過濾器等的醫療用納米纖維過濾器的制造。此外,不限于只是過濾器,當然也適合于衣料、室內裝飾、車輛內裝飾、美容等的生活資料用途等的一般纖維用途。
權利要求
1.一種研磨布,其特征在于,由至少部分地具有由熱塑性聚合物形成的納米纖維的片狀物構成,縱向的10%伸長時的應力是5~200N/cm寬度,所述的納米纖維,其數均單纖維纖度為1×10-8~4×10-4dtex,單纖維纖度1×10-8~4×10-4dtex的單纖維纖度比率之和為60%以上。
2.一種研磨布,其特征在于,由至少部分地具有由熱塑性聚合物構成的納米纖維的片狀物構成,縱向的伸長10%時的應力是5~200N/cm寬度,所述的納米纖維,其數均單纖維纖度為1×10-8~2×10-4dtex,單纖維纖度1×10-8~2×10-4dtex的單纖維纖度比率之和為60%以上。
3.如權利要求1或2所述的研磨布,其特征在于,該納米纖維其單纖維纖度比率為50%以上,單纖維直徑差在30nm的范圍內。
4.如權利要求1~3的任一項所述的研磨布,其特征在于,該片狀物由無紡布構成。
5.如權利要求1~3的任一項所述的研磨布,其特征在于,該片狀物由織物構成。
6.如權利要求1~3的任一項所述的研磨布,其特征在于,該片狀物由編織物構成。
7.如權利要求1~6的任一項所述的研磨布,其特征在于,該片狀物在0.1kg/cm2載荷下的壓縮彈性和在0.5kg/cm2載荷下的壓縮彈性之比S是4.0以下。
8.如權利要求1~7的任一項所述的研磨布,其特征在于,該片狀物的耐磨系數是50mg以下。
9.如權利要求1~8的任一項所述的研磨布,其特征在于,該片狀物的表面粗糙度是100nm以下。
10.如權利要求1~9的任一項所述的研磨布,其特征在于,該片狀物的表面硬度是20以上。
11.如權利要求1~10的任一項所述的研磨布,其特征在于,該片狀物在其至少一面具有由納米纖維形成的拉毛面。
12.如權利要求1~11的任一項所述的研磨布,其特征在于,該片狀物是將納米纖維層合在支撐體上而制成的片狀物。
13.如權利要求12所述的研磨布,其特征在于,納米纖維的層合厚度,相對于該片狀物的整體厚度為70%以下。
14.如權利要求1~13的任一項所述的研磨布,其特征在于,該片狀物是在其內部具有空間,并且在該空間中含浸有聚合物彈性體而成。
15.如權利要求14所述的研磨布,其特征在于,該聚合物彈性體是聚氨酯。
16.如權利要求14或15所述的研磨布,其特征在于,該聚合物彈性體的含有率,相對于片狀物的纖維重量為20~60重量%。
17.一種納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,使納米纖維分散液附著在支撐體上后,除去該分散介質,所述的納米纖維分散液是在分散介質中分散有數均直徑為1~500nm的由熱塑性聚合物形成的納米纖維的分散液。
18.如權利要求17所述的納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,由熱塑性聚合物構成的納米纖維,是數均直徑為1~200nm的納米纖維。
19.如權利要求17或18所述的納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,在使納米纖維分散液附著在支撐體上時,將納米纖維分散液進行噴霧,使之附著。
20.如權利要求17或18所述的納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,在使納米纖維分散液附著在支撐體上時,將支撐體浸漬在納米纖維分散液中,使該納米纖維分散液附著。
21.如權利要求17或18所述的納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,在使納米纖維分散液附著在支撐體上時,在支撐體上涂布納米纖維分散液體,使之附著。
22.如權利要求17~21的任一項所述的納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,作為支撐體使用多孔質的支撐體。
23.一種納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,將數均直徑為1~500nm的由熱塑性聚合物形成的納米纖維分散在分散介質中制成納米纖維分散液,使用多孔質的支撐體作為基材來進行抄造。
24.如權利要求17~23的任一項所述的納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,納米纖維分散液中所含的納米纖維的濃度是0.0001~1重量%。
25.如權利要求17~23的任一項所述的納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,納米纖維分散液中所含的納米纖維的濃度是0.001~0.1重量%。
26.如權利要求17~25的任一項所述的納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,納米纖維分散液中所含的分散劑的濃度是0.00001~20重量%。
27.如權利要求17~25的任一項所述的納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,該分散劑的濃度是0.0001~5重量%。
28.如權利要求26或27所述的納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,該分散劑是選自非離子系分散劑、陰離子系分散劑、陽離子系分散劑之中的至少一種。
29.如權利要求28所述的納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,該納米纖維的Z-電位是-5~+5mV的范圍內,該分散劑是非離子系分散劑。
30.如權利要求28所述的乳液,其特征在于,該納米纖維的Z-電位為-100mV以上、小于-5mV,該分散劑是陰離子系分散劑。
31.如權利要求28所述的納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,該納米纖維的Z-電位超過+5mV、但為100mV以下,該分散劑是陽離子系分散劑。
32.如權利要求26~31的任一項所述的納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,該分散劑的分子量是1000~50000。
33.如權利要求17~32的任一項所述的納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,納米纖維中所含的在大于500nm、但為1μm以下的直徑范圍的單纖維的纖維比率是3%以下。
34.如權利要求17~33的任一項所述的納米纖維結構體的制造方法,其特征在于,支撐體由選自無紡布、紙、織物、編織物和泡沫體之中的至少1種結構物構成。
全文摘要
本發明提供一種研磨特性優異的研磨布,還提供一種在支撐體上復合有納米纖維的納米纖維結構體的制造方法。本發明的研磨布,由至少部分地具有由熱塑性聚合物構成的納米纖維的片狀物構成,縱向的伸長10%時的應力是5~200N/cm寬度,所述的納米纖維,數均單纖維纖度為1×10-8~4×10-4dtex,單纖維纖度1×10-8~4×10-4dtex的單纖維纖度比率之和為60%以上的范圍。另外,本發明的納米纖維結構體的制造方法,是使納米纖維分散液附著在支撐體上后,除去該分散介質的制造納米纖維結構體的方法,所述的納米纖維分散液是在分散介質中分散有數均直徑為1~500nm的由熱塑性聚合物構成的納米纖維的分散液。
文檔編號D04H1/42GK1946516SQ20058001267
公開日2007年4月11日 申請日期2005年4月20日 優先權日2004年4月21日
發明者野中修一, 成瀨惠寬, 越智隆志, 松名瀨武雄 申請人:東麗株式會社