JP2004019061A

JP2004019061A - ポリエステル系複合不織布およびフィルター

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Publication number: JP2004019061A
Application number: JP2002177566A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Tanaka; 田中　茂樹; Hiroyuki Sakamoto; 坂本　浩之
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2002-06-18
Filing date: 2002-06-18
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】剛性が高く、濾過操作時の流体抵抗による変形が小さく、かつダストの剥離性がよく長寿命で、フィルター性能に優れたフィルター用不織布およびそれを用いたフィルターを提供する。
【解決手段】繊維径７〜１５μｍの繊維がシートの長手方向中心線に沿ってプラスマイナス１５度の角度の範囲に主に配列した目付が１０〜５０ｇ／ｍ^２の長繊維不織布Ａと、融点１１０〜２５０℃の低融点ポリエステルが鞘成分で、融点１８０〜３００℃のポリエステルが芯成分で、繊維径が７〜５０μｍである芯鞘型複合繊維よりなる目付１５〜２７０ｇ／ｍ^２の不織布Ｂと、目付３０〜２００ｇ／ｍ^２のポリエステル不織布Ｃとが長繊維不織布Ａが表層材となるように積層一体化されてなることを特徴とするポリエステル系複合不織布である。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、剛性が高く表面が平滑な複合不織布及びフィルターに関する。特に濾過操作時の流体抵抗による変形が小さくフィルターとして好適な複合不織布に関する。さらに、表面が平滑でダスト払い落とし性の良いフィルターに関する。そして、プリーツ加工されてのちインアウト方式のカートリッジに使用されるフィルター関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ポリエチレンテレフタレートよりなる不織布は、機械的特性及び化学的特性に優れており、それぞれのポリエステルの特性に応じて、例えば土木・建築資材用や産業資材用の繊維に使用されている。
特に、代表的なポリエステルであるポリエチレンテレフタレートは、耐熱性、優れた強伸度特性、比較的安価な原料価格などの優位性から工業的に広く利用されている。
また、ポリエチレンテレフタレートと低密度ポリエチレンの２成分よりなる複合繊維を用いた長繊維不織布が特公平８−１４０６９号公報に開示されるごとく熱接着性不織布として用いられている。たとえば、ポリエステル系複合繊維不織布は、微多孔分離膜材などと貼り合わせて分離膜の支持体として用いられることも多い。膜材は、ポリプロピレンやポリテトラフルオロエチレンなどで構成される場合も多いが、これらの構成樹脂は非常に薄く剛性が低いために単独で用いることが困難であるため、補強材として積層されている。
これらの複合繊維不織布は、目付を大きく設定すると接点での接着強度が高くなり、その結果として剛性にすぐれるため構造材など高い剛性の必要な用途に用いられている。
【０００３】
通常、不織布の繊維径を太くするほど、または目付を大きくするほど不織布の剛性を高くすることが可能となるが、複合繊維でない不織布を熱接着により一体化をはかった場合には目付がおおよそ１５０〜１８０ｇ／ｍ^２くらいより高い場合に熱伝導差の問題で層間剥離の問題を生じやすい。その対策として、繊維径が大きく目付も大きいポリエステル系の芯鞘型複合繊維が使用されているが、それでも部分的にエンボス加工された部分がフィルムに近い状態に変化しており、フィルターとして用いた際に流体透過抵抗が大きくなり、送液ポンプやブロアなどの動力費が高くなるという問題があった。また、剛性を高めるためにエンボス押さえ部面積が大きくなることが多く、場合によっては溝状の長いエンボスパターンをつけることもあるが、表面に凹凸があるためにフィルターを逆洗やパルス払い落としなどの手段によりフィルターを再生する際に、ダストなどのケーキ剥離性が低下するという問題点があった。また、不織布の剛性が高くなるとシートの巻き出しが不安定になりやすいが、表面の凹部があることによりプリーターなどの加工機供給部との接触面積が小さくなりすぎるためか供給時にシートが滑って供給が不安定になるという問題が顕著となる場合も少なくなかった。また、太い繊維を用いた場合には濾過精度が高く設定できないという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる問題点を鑑みて、剛性が高く、しかもフィルターとして用いた場合のフィルター性能が高く、かつダストの剥離性が良い長繊維複合不織布およびそれを用いた長寿命のフィルターを提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる問題点を解決するために本発明は以下の手段をとる。
すなわち、本発明は、
１．繊維径７〜１５μｍの繊維がシートの長手方向中心線に沿ってプラスマイナス１５度の角度の範囲に主に配列した目付が１０〜５０ｇ／ｍ^２の長繊維不織布Ａと、融点１１０〜２５０℃の低融点ポリエステルが鞘成分で、融点１８０〜３００℃のポリエステルが芯成分で、繊維径が７〜５０μｍである芯鞘型複合繊維よりなる目付１５〜２７０ｇ／ｍ^２の不織布Ｂと、目付３０〜２００ｇ／ｍ^２のポリエステル不織布Ｃとが長繊維不織布Ａが表層材となるように積層一体化されてなることを特徴とするポリエステル系複合不織布である。
【０００６】
２．不織布Ｂが、芯成分がポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート及びポリ乳酸のうちの一種の重合体又はこれらのいずれかの重合体を一部に含む共重合体であり、繊維径が２０〜５０μｍである複合繊維を含有することを特徴とする第１に記載のポリエステル系複合不織布である。
【０００７】
３．積層一体化が熱接着によりなされていることを特徴とする第１又は２に記載の複合不織布である。
【０００８】
４．不織布Ａが濾過操作時に被濾過流体の流入側に設置されてなることを特徴とする第１〜３のいずれかに記載の複合不織布よりなるフィルターである。
【０００９】
５．不織布Ａが平面熱カレンダープレスにより平滑化されてなり、ダスト剥離性に優れることを特徴とする第４に記載のフィルターである。
【００１０】
６．第１〜５のいずれかの複合不織布又はフィルターがプリーツ加工されてインアウト方式のカートリッジにされてなることを特徴とするフィルターである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の用件について詳細に説明する。
本発明で用いられる複合不織布の構成要素である不織布Ａは、表層材として繊維径が７〜１５μｍの繊維がシートの長手方向中心線に沿ってプラス１５度からマイナス１５度の角度の範囲に主に配列した目付が１０〜５０ｇ／ｍ^２の長繊維不織布であることが必要である。
本発明において繊維径が７〜１５μｍであることで、充填密度をあまり高く設定しないでも高い濾過精度を達成することが可能となる。繊維径が細すぎると摩耗などにより毛羽だちやすいという問題点が発現する。また、剛性を高くするために繊維径を太くするとフィルターとして用いた場合に充填率を高くしないと濾過精度が高く設定できなくなり、その結果、流体透過抵抗が増加するという問題を生じる。本発明の複合不織布をフィルターとして用いる場合は、不織布Ａを濾過面とするサーフェース濾過材として用いられると、細い繊維径であるほど濾過精度が高くなり、かつ表面が平滑化されやすく、その結果、ケーキ剥離性が良くなって濾過ライフも長くすることが可能となる。本発明のように複合構造をとらない場合は、濾過精度と濾過ライフの性能バランスを良くして、かつ剛性の高い不織布を得ることは極めて困難である。
【００１２】
また、本発明において不織布Ａの繊維がシートの長手方向中心線に沿ってプラス１５度からマイナス１５度の角度の範囲に主に配列していること、すなわち、繊維が長手方向に配列していることで不織布の剛性を高めることが可能となる。この範囲に配列する繊維本数の割合が２５％以上であれば（均一な繊維配列で有れば約１７％）主に配列していると見なすことができるが、好ましくは３０％以上、特に好ましくは５０％以上である。不織布剛性を高めるためには、繊維径が細いほど長手方向に繊維配向の割合が高いことが好ましい。繊維径が１５μｍ以下である場合には、該方向への繊維配列が７０％以上、特に好ましくは８０％以上である。特に、横手方向に平行な折れ目をジグザグ状にいれてプリーツ折りして用いる場合に、その曲げ剛性を高くする事が可能となり、水などの流体が透過するときの抵抗で不織布が折れ曲がって隣接するシートが重なるために有効濾過面積が低下するという問題を防止することが可能となる。
【００１３】
本不織布の構成繊維の融点は不織布Ｃの融点と同じであってもよいが、好ましくはそれより１０〜５０℃程度低くして、不織布張り合わせの過程で繊維の一部を融解させることで毛羽立ち防止をすることが可能である。
【００１４】
本発明で用いられる複合不織布の構成要素である不織布Ｂは、鞘成分が融点１１０〜２５０℃の低融点ポリエステルであり、芯成分が融点１８０〜３００℃のポリエステルである芯鞘型複合繊維であることが必要である。この構成により、本発明の目的である剛性の高い不織布およびそれを用いたフィルターを提供することが可能となる。不織布の形態は、長繊維不織布であればプロセス油剤を付与する必要がないため異物を無くすることが可能である。また、長繊維不織布はリントフリー性にもすぐれ、繊維の脱落が無いのでフィルターなどの用途に特に好適である。発明者らの検討の範囲では、各ポリマーの融点が高いほど良好な剛性を得ることが可能であった。
【００１５】
芯鞘型複合繊維の鞘成分に用いるポリマーは、融点が１１０〜２５０℃の低融点ポリエステルであることが必要である。融点が１１０℃未満であると、室温に於いても接着力が低下してしまったり、粘着性がでてブロッキングなどの問題が出るおそれがあるためあまり好ましくない。一方、融点が２５０℃より高くなると、接着加工温度が高くなり過ぎて接着対象物の表面温度が低いとすぐに固化が始まり接着性が低下したり操業性が悪くなる可能性がある。ポリエステル系樹脂は、一般に異物の発生が少ないためフィルター関連用途への市場に特に好適である。用いる樹脂としては、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、脂肪族ポリエステルあるいはブロック共重合ポリエステルおよびそれらのいずれかを基本骨格の一部とする共重合ポリマーなどが好適に利用できる。
【００１６】
また、芯成分のポリマーは、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸のうちのいずれかの重合体又はそれらのいずれかを一部に含む共重合体であることが必要である。これらのポリエステル系樹脂は、融点が１８０〜３００℃であれば高温時の寸法安定性や機械的強度特性に優れるため好ましい。最近、自然成分由来やバイオテクノロジーで原料を得ることが可能となってきており、環境保全の観点からも特に好ましい。特に、液体フィルターなどとして形態安定性を樹脂されるときには、ポリエステル繊維のもつ高い剛性が有効になる。芯成分のポリマーは、鞘成分のポリマーの融点あるいは軟化点より少なくとも２０℃以上高い温度であることが、接着加工の操業性を考えると好ましい。融点の差が小さいと、加工温度のコントロールを厳密にする必要があるため高度な温度制御設備が必要になったり、加工速度が低速にせざるをえなくなりあまり好ましくない。
【００１７】
複合繊維の芯成分と鞘成分の重量比は２０：８０〜７０：３０程度であることが好ましく、さらに好ましくは３０：７０〜６０：４０の間であり、特に好ましくは４０：６０〜５５：４５の間である。接着成分である鞘成分が３０％より少ないと十分な接着力を得ることが難しくなる。一方、７０％を超えると、接着加工時の温度コントロールが難しくなったり、機械的強度特性が低くなりやすいなど問題を生じやすいので余り好ましくない。
【００１８】
また、該不織布Ｂを構成する主な繊維の繊維径は７〜５０μｍであり、好ましくは２５〜４５μｍである。繊維径が７μｍより小さいと接着部面積が小さくなり、接着力が低下しやすくなる傾向がある。一方、繊維径が５０μｍより大きくなると、紡糸時に繊維が融着しやすく、繊維が束状になって不織布の地合斑が大きくなり、また、スパンボンド法紡糸過程では糸切れが生じたり、繊維牽引のエジェクターに繊維が付着したり詰まったりするなどの問題を生じやすく操業性に問題を生じることも少なくない。繊維が太すぎると、不織布は繊維量が少なくなって地合の斑が目立ちやすく、物性のバラツキにつながるとともに、繊維の少ないところは、不織布の剛性不足や３枚の不織布の接着強度の低下を招き好ましくない。
【００１９】
さらに、不織布Ｂの目付は１５〜２７０ｇ／ｍ^２である。目付が２７０ｇ／ｍ^２より大きいと、熱エンボス加工を行うときに、エンボスロールでの伝熱性の問題から接着強度が低くなると言う問題を生じやすい。本発明の不織布を、分離膜支持体として利用した場合には、目付が１５〜７０ｇ／ｍ^２であることが好ましい。目付が１５ｇ／ｍ^２より小さいと先述の理由から適切な接着力を得ることが困難になったり、形態保持性が低下する傾向がある。一方、目付が７０ｇ／ｍ^２より大きくても接着力が高くなることはあまり期待できず、分離膜の支持体として用いる際に、厚みや重量が大きくなって取り扱い性が低下したり、圧力損失が大きくなるという問題も生じやすくなる傾向がある。また、厚みが厚いとプリーツ型フィルターに用いる場合に織り込み襞折り数が少なくなり結果として有効濾過面積が少なくなることがある。
【００２０】
本発明で用いる不織布Ｃは、目付が３０〜２００ｇ／ｍ^２のポリエステル不織布Ｃであり、好ましくは４０〜１８０ｇ／ｍ^２、特に好ましくは１００〜１８０ｇ／ｍ^２である。不織布の製造方法は特に限定されないが、耐熱性が高くコストパフォーマンスにすぐれたポリエステル長繊維不織布を用いることができる。不織布Ｃは他の不織布に比べて厚みや目付が高い場合が多いので、熱カレンダー処理などで不織布相互を貼り合わせる際に伝熱不良を生じる恐れがある。その防止のためには、不織布Ｃをあらかじめ赤外線ヒータなどで予熱することも好ましい。電熱性を高くするために金属を表面に蒸着したり、カーボンなどを練り込んだりするのも好ましい形態の一つで有る。表裏の色を変えておくと使用時の間違い防止の効果も期待できて好ましい。また、不織布Ａ〜Ｃ以外の不織布を、これらの間あるいは片面に貼り合わせて用いても良い。
【００２１】
本発明の複合不織布を重ねて貼り合わせる方法は特に限定されないが、好ましい実施形態のひとつとして、熱により不織布Ｂの鞘成分のみ、又はこれに不織布Ａの一部の繊維を溶融させて接着して、分離膜として用いることも好ましい形態のひとつである。このとき、熱により不織布表面積の１５％以上の部分が鞘成分のみを溶融させて変形接着していることが好ましい。接着部分の面積が１５％未満であると、接着力が弱く剥離しやすくなる傾向がある。また、圧力をかけすぎてフィルム化するとフィルターとして用いた場合の濾過対象流体による透過抵抗が上昇するためあまり好ましくない。
【００２２】
本発明の不織布と多孔膜の接着性を良くするためには、不織布が熱エンボス処理不織布で有る場合には、平滑面（プレーンロール）により積層することが、不織布Ａ面の表面平滑性を向上させるために特に好ましい。フィルターとして用いる場合に、ケーキ剥離性を向上することが可能となり、工業用集塵フィルターや放電加工などのクーラントフィルターとして用いる場合に特に好適である。
【００２３】
本発明の複合不織布あるいはそれを一部に用いたフィルターは、剛性が高いためにプリーツ加工されてのちインアウト方式のカートリッジにされることが好ましい。積層加工していることで曲げ剛性を高く設定することが可能である。また、不織布Ｂが低融点成分を持つことで、プリーツ加工の成形性が良好となり、レシプロ加工はもとより、従来のスパンボンド不織布では加工が難しいといわれていた高速ロータリー方式の襞折り加工が可能となる。この際、不織布Ａは加工機で滑りを生じやすいので、シート下方に位置するようにセットして加工することが好ましい。
【００２４】
また、本発明の複合不織布は、不織布Ａが上流になるようにセットすることがケーキ剥離性の観点から好ましく、剥離したケーキの脱落が阻害されないように、濾過される流体がカートリッジの外部から内部にはいる、通称インアウト方式を採用することが特に好ましい。
【００２５】
【実施例】
以下に、本発明を実施例によって説明するが、本発明はこれらに何ら限定されるものではない。
なお、本発明における測定方法、評価方法は以下に記載の方法を採用した。
【００２６】
（繊維配列）
画像処理プログラム（東洋紡績株式会社より発売のＩｍａｇｅ３２）によりフーリエ変換法により測定した。繊維の配列を長手方向に対してプラスマイナス９０度の範囲で３０度刻みで測定し、長手方向プラスマイナス１５度の範囲にある繊維の割合を測定した。画像処理装置がない場合は、−９０度から＋６０度の範囲で３０度刻みの角度で不織布を、２０ｃｍ長、５ｃｍ幅に切り出してのち引っ張り強度を測定して、それらの値の合計が１００になるように規格化したときの長手方向の値を採用しても大きな誤りがないと推定される。
【００２７】
（エアーフィルター性能）
大気塵を用いて５ｃｍ／ｓで濾過操作を行った時の直径５０ｍｍのサンプルの前後の粒子濃度をパーティクルカウンターにより測定して１〜２μｍの間の粒子径の捕集効率を求めた。また、通気抵抗を、精度測定時にマノメータによりフィルター前後の差圧を測定することにより求めた。
【００２８】
（実施例１）
繊維径約１０μｍ、目付２０ｇ／ｍ^２のポリエチレンテレフタレートスパンボンド不織布（日石プラスト株式会社製Ｔ２０）を不織布Ａとした。繊維は９５％以上がシートの長手方向中心線に沿ってプラスマイナス１５度の角度の範囲に配列していた。イソフタル酸を導入した共重合ポリエステル（融点約１３０℃）を芯成分に、融点が約２７０℃のポリエチレンテレフタレートである繊維径が約１５μｍの芯鞘型複合繊維よりなるスパンボンド不織布Ｂ（目付４０ｇ／ｍ^２）を作成した。芯鞘比は重量ベースで５０：５０であった。不織布Ｃとして繊維径１４μｍ、目付１８０ｇ／ｍ^２のポリエチレンテレフタレートスパンボンド不織布（東洋紡績株式会社製６Ａ８１ＡＤ）を不織布Ｃとして、３枚の不織布をプレーンカレンダーにより１５０℃、設定線圧約５０ｋｇ／ｃｍ、速度１８ｍ／分で貼り合わせた。不織布Ａが上面になるようにしてロータリー方式の襞折り加工機で処理したところ問題なく処理することが可能であった。エアーフィルタ性能は、捕集効率が６０％、通気抵抗が６．０ｍｍＡｑとフィルター性能がすぐれていた。
【００２９】
（実施例２）
不織布Ｂが、繊維径約３５μｍの芯鞘型短繊維（日本エステル株式会社製メルティー２０８０、芯部融点約２００℃）よりなる目付４０ｇ／ｍ^２の不織布に変更した以外は実施例１と同じ方法にて積層不織布を作成した。不織布Ａが上面になるようにしてロータリー方式の襞折り加工機で処理したところ問題なく処理することが可能であった。エアーフィルタ性能は、捕集効率が６２％、通気抵抗が６．１ｍｍＡｑとフィルター性能がすぐれていた。
【００３０】
（比較例１）
繊維径が１７μｍ、目付２５０ｇ／ｍ^２のポリエチレンテレフタレートスパンボンド不織布をプレーンカレンダーにより２１０℃、設定線圧約８０ｋｇ／ｃｍ、速度３ｍ／分で貼り合わせた。繊維は約３８％がシートの長手方向中心線に沿ってプラスマイナス１５度の角度の範囲に配列していた。不織布を折り曲げたところ、簡単に層間剥離を生じて問題であり、襞折り加工機での処理ができなかった。エアーフィルタ性能は、捕集効率が５２％、通気抵抗が１３．０ｍｍＡｑと圧力損失が高い割に捕集効率が低く問題であった。
【００３１】
（比較例２）
実施例１で用いた不織布Ｂと同じ構成の複合繊維で繊維径が１７μｍ、目付２５０ｇ／ｍ^２のスパンボンド不織布をプレーンカレンダーにより１８０℃、設定線圧約５０ｋｇ／ｃｍ、速度１０ｍ／分で貼り合わせた。繊維は約２３％がシートの長手方向中心線に沿ってプラスマイナス１５度の角度の範囲に配列していた。ロータリー方式の襞折り加工機で処理したところ問題なく処理することが可能であった。エアーフィルタ性能は、捕集効率が５８％、通気抵抗が１０．６ｍｍＡｑと圧力損失が高い割に捕集効率が低く問題であった。
【００３２】
（比較例３）
比較例２で用いた目付２５０ｇ／ｍ^２のスパンボンド不織布を熱エンボスカレンダー（押さえ部面積約５０％）により１８０℃、設定線圧約５０ｋｇ／ｃｍ、速度１５ｍ／分で貼り合わせた。ロータリー方式の襞折り加工機で処理したところ、不織布が機械機のシート供給部で滑って襞折りの間隔がそろわないため問題であった。エアーフィルタ性能は、捕集効率が４９％、通気抵抗が９．７ｍｍＡｑと実施例１及び２より性能が劣り問題であった。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、剛性が高く表面が平滑な複合不織布を得ることができ、濾過操作時の流体抵抗による変形が小さく、フィルターとして好適である。さらに、表面が平滑で光沢をも有するため、ダスト払い落とし性が良く、表層に好適である。また、プリーツ加工されてのちインアウト方式のカートリッジフィルターに好適に使用できる。

Claims

繊維径７〜１５μｍの繊維がシートの長手方向中心線に沿ってプラスマイナス１５度の角度の範囲に主に配列した目付が１０〜５０ｇ／ｍ^２の長繊維不織布Ａと、融点１１０〜２５０℃の低融点ポリエステルが鞘成分で、融点１８０〜３００℃のポリエステルが芯成分で、繊維径が７〜５０μｍである芯鞘型複合繊維よりなる目付１５〜２７０ｇ／ｍ^２の不織布Ｂと、目付３０〜２００ｇ／ｍ^２のポリエステル不織布Ｃとが長繊維不織布Ａが表層材となるように積層一体化されてなることを特徴とするポリエステル系複合不織布。
不織布Ｂが、芯成分がポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート及びポリ乳酸のうちの一種の重合体又はこれらのいずれかの重合体を一部に含む共重合体であり、繊維径が２０〜５０μｍである複合繊維を含有することを特徴とする請求項１に記載のポリエステル系複合不織布。
積層一体化が熱接着によりなされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合不織布。
不織布Ａが濾過操作時に被濾過流体の流入側に設置されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の複合不織布よりなるフィルター。
不織布Ａが平面熱カレンダープレスにより平滑化されてなり、ダスト剥離性に優れることを特徴とする請求項４に記載のフィルター。
請求項１〜５のいずれかの複合不織布又はフィルターがプリーツ加工されてインアウト方式のカートリッジにされてなることを特徴とするフィルター。