JP2004076203A - 扁平合成繊維の製造方法および扁平合成繊維ならびにこれを用いた不織布 - Google Patents

Abstract

【課題】強度、地合いに優れ、特にピンホールの少ない不織布を得るのに適した形状を有する合成繊維、およびこのような繊維を得るための簡便で、効率的な製造方法を提供する。
【解決手段】熱融着性を有する合成繊維をその軟化点未満の温度でサンドミルにて処理して繊維を扁平化させる扁平合成繊維の製造方法。繊維の扁平比（断面の長径／短径比率）が２〜５０であることが好ましい。繊維が融点の異なる２成分からなる芯鞘繊維であり、かつ鞘成分が芯成分よりも低融点である扁平合成繊維も好ましい態様である。
【選択図】　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は扁平化された合成繊維およびその製造方法に関する。さらに詳しくは強度および地合いの優れた不織布を製造するのに好適な扁平合成繊維およびこの繊維を簡便で、効率的、かつ安価に製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、不織布の用途は益々広がっているが、特に薄物不織布においては引張強度、地合い、ピンホール等の改善が要望されている。
一般に、不織布は湿式法、乾式法、スパンボンド法、ウォータージェット法等の方法で製造されるが、特に地合いの良好な不織布を得る場合には湿式法を採用する。湿式法とはいわゆる抄紙による方法であり、水中に分散した短繊維をワイヤーを介して脱水してシート化する。湿式不織布の強度を発現する方法としては、樹脂バインダーで繊維を接着する方法や繊維同士を熱融着させる方法が一般的である。
【０００３】
不織布を形成する短繊維として、繊維長が短いものほど良好な地合いを得ることができる。しかしながら、繊維長が短くなると不織布の強度は低下する傾向があり、あまりに短い場合には抄紙機での通紙自体が困難である。
【０００４】
これを解決する方法として、繊維径の小さい繊維を使用する方法が挙げられる。通常、繊維径を小さくすることで単位目付け当たりの繊維本数が増加し、不織布の強度が向上するとともに、地合いも向上する。しかしながら、一般に繊維径が小さくなるほど高価になるため、不織布のコストアップ要因となり好ましくない。また、あまりに繊維長／繊維径の比（軸比）が大きくなると水中での繊維の分散が悪くなり、逆に地合い悪化を招く場合もある。
【０００５】
一方、部分扁平化した繊維を用いる方法（特願２００１−１８２７１３）が提案されている。繊維を部分的に扁平化することで繊維が屈曲し、互いに交絡することで強度が向上するとともに、屈曲した部分の長さの繊維集合体であるかのごとく地合いが向上する。
【０００６】
しかしながら、未処理の繊維に比べて大幅に強度向上、地合い向上の効果は得られるものの、残念ながら不織布のピンホール発生を抑制するには不十分であり、満足のいくものではなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、強度、地合いに優れ、特にピンホールの少ない不織布を得るのに適した形状を有する合成繊維、およびこのような繊維を得るための簡便で、効率的な製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、合成繊維をサンドミルにて処理することにより繊維が扁平化し、単位目付け当たりの繊維層数が増加することで不織布としたときの地合いに優れ、ピンホールも少ないことを見出した。また、熱融着性を有する合成繊維を扁平化した場合、不織布の強度向上効果が非常に大きいことを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
上記の問題を解決するための本発明は、以下の発明を包含する。
（１）熱融着性を有する合成繊維をその軟化点未満の温度でサンドミルにて処理して繊維を扁平化させることを特徴とする扁平合成繊維の製造方法。
（２）上記（１）の製造方法による扁平合成繊維。
（３）繊維が融点の異なる２成分からなる芯鞘繊維であり、かつ鞘成分が芯成分よりも低融点であることを特徴とする上記（２）の発明に記載された扁平合成繊維。
（４）繊維の扁平比（断面の長径／短径比率）が２〜５０であることを特徴とする上記（２）または（３）の発明に記載された扁平合成繊維。
（５）上記（２）〜（４）の発明に記載された扁平合成繊維を用い、加熱処理および／または熱圧処理により繊維同士を熱融着させた不織布。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明における熱融着性を有する合成繊維とは、加熱により軟化・溶融する合成樹脂繊維を指す。例えば、ポリエステル系繊維、ポリエチレン系繊維、ポリプロピレン系繊維、ポリアリレート系繊維、脂肪族ポリアミド系繊維、メタ型芳香族ポリアミド系繊維、アクリル系繊維、アクリレート系繊維、ポリビニルアルコール系繊維、ポリ塩化ビニル系繊維、ポリ塩化ビニリデン系繊維、ポリウレタン系繊維、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系繊維、ポリアセタール系繊維、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）系繊維、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）系繊維、熱可塑性ポリイミド系繊維、フッ素系繊維、ポリアミドイミド系繊維、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）系繊維、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）系繊維等の繊維を例示することができる。
さらに、これら合成樹脂にシリカ等の無機材料を配合した有機無機ハイブリッド系繊維や、これら合成樹脂の２種以上を複合・併用した芯鞘繊維、海島繊維等の複合系繊維等を例示することができる。複合系繊維の場合は、低融点成分が繊維の外周を構成する成分であることが好ましい。
【００１１】
本発明で用いるサンドミルは、固定した容器に挿入した攪拌機を高速で回転させて容器内に充填したメディアと合成繊維を攪拌する装置である。
サンドミルの形態には縦型、横型があるが、どちらも使用可能である。具体的にはサンドグラインダー、ダイノミル、ウルトラビスコミルなどの名称の装置が挙げられる。
【００１２】
サンドミル処理に用いられるメディアの種類とは特に限定されず、ガラスビーズ、アルミナビーズ、ジルコニアビーズ、ジルコンビーズ、スチールビーズ、チタニアビーズ等の無機系ビーズや、これら無機系ビーズに有機材料をコーティングしたビーズや、ポリアミド製ビーズやポリテトラフルオロエチレン製ビーズ等の有機系ビーズなどが使用可能であり、これらのうちの１種を単独で使用してもよいし、２種以上を組み合せて使用してもよい。通常はガラスビーズ、アルミナビーズを用いるのが一般的である。
【００１３】
ビーズの平均粒径は０．１ｍｍ程度の微小のものから、５０ｍｍ程度の大粒径のものまで使用可能であるが、平均粒径が大きすぎるとビーズ個数が少なくなり繊維との衝突確率が低下し、合成繊維が十分に処理されずに容器から出てくるいわゆるショートパスを起こす。このため、ビーズ径は２０ｍｍ以下が好ましい。
【００１４】
サンドミル容器の中に充填するメディアの量は、最密充填量の３０〜９０％、中でも４０〜８０％が好ましい。充填率が低すぎると合成繊維が十分に処理されずに容器から出てくるいわゆるショートパスを起こす。また、充填率が高い方が処理効率は良好であるが、高くし過ぎると連続式の場合、合成繊維が通り難くなるという問題が生じる。
【００１５】
サンドミル処理に使用する合成繊維の繊維径、繊維長は特に限定しないが、繊維径が太すぎると同一米坪における繊維本数が減少して引張強度や地合いの悪化を招くことから、繊維径は細い方が好ましい。一方、繊維径があまりに細いと、後に述べる懸濁液中での分散性が悪化する、サンドミル処理中に繊維同士が絡まり合うといった問題が生じる。また、繊維径が細くなるほど繊維の生産性が悪化するために高価となり、コストアップ要因となる。
【００１６】
また、合成繊維の繊維長が長すぎた場合も、後に述べる懸濁液中での分散性が悪化する、サンドミル処理中に繊維同士が絡まり合うといった問題が生じる。一方、あまりに繊維長が短いと繊維１本辺りの交点数が減少するため不織布の強度低下を招き、特に１ｍｍ未満では湿式不織布製造時にワイヤーからの繊維の脱落が多くなるといった不具合も生じる。
【００１７】
従って、本発明で使用する合成繊維としては、繊維径１〜５０μｍ、繊維長１〜１０ｍｍが好ましく、さらに好ましくは繊維径２〜２０μｍ、繊維長２〜６ｍｍである。この範囲で、異なる繊維径、繊維長を有するものを混合して使用してもよい。
【００１８】
合成繊維をサンドミルで処理する時は、合成繊維を媒体に分散させたスラリー状で行なう。媒体としては取り扱いの容易性、汎用性などから水が通常最も適しているが、水を嫌う用途など特殊な目的の為にメタノール、エタノールなどの有機溶媒およびこれらの有機溶媒と水との混合媒体を使用してもよい。また分散液の中に繊維の分散性を良くするために分散剤等を添加してもよい。（以下の説明は「水懸濁液」によって行なう。）
【００１９】
サンドミル処理時における合成繊維の水懸濁液の固形分濃度は、合成繊維の比重により異なるが、通常０．０１〜１．０質量％の範囲で調節する。０．０１質量％未満では処理効率が悪く、１．０質量％を超える濃度で処理すると試料が通りにくくなり、繊維同士が絡まってしまう等の問題が発生する。処理効率を考慮すれば、０．０５〜０．８質量％の範囲で調節することが望ましい。
【００２０】
サンドミル処理の処理方法についても特に限定されず、バッチ式あるいは連続式の何れの方法でも良いが、生産効率を重視するならば連続式が好ましい。連続式の場合には、送り流量を変更することで滞留時間（処理時間）を変更できる。また数台の装置を直列に接続して処理することも可能である。
なお、サンドミル処理において処理温度を合成繊維の軟化点未満とすることが必要であり、好ましくは軟化点よりも２０℃以上低い温度である。合成繊維の軟化点以上の温度で処理すると、サンドミル内で繊維同士が融着してフロック化したり、ひどい場合にはビーズに付着して処理そのものが行えなくなるからである。
【００２１】
サンドミル処理におけるメディアの材質の種類、平均粒径、充填率、サンドミルの回転数、処理濃度および処理時間等の処理条件を適宜選択することで繊維の扁平度（繊維直交断面における長径を短径で除したもの）のコントロールが可能である。処理後の繊維の扁平度は２〜５０が好ましい。扁平度が小さすぎると不織布の強度向上およびピンホール低減効果が少なく、一方、あまりに扁平度が大きすぎると繊維が丸まったり折りたたまれてしまう傾向にあり、扁平度が大きくなる効果が相殺されてしまう。
【００２２】
このようにして得られた扁平合成繊維を用いて不織布を製造する。熱融着性繊維不織布では繊維同士が交点で熱融着して不織布強度が発現するため、繊維の交点面積が広いほど接着強度が向上し、不織布の強度が向上する。本発明では繊維の扁平面が水平方向に配向し、繊維同士の接触が面接触となるため、点接触である円形断面繊維に比べて飛躍的に不織布の強度が向上するものと考えられる。
【００２３】
不織布の形成方法は湿式法、乾式法のいずれでも構わないが、より良好な地合いが得られる湿式法が好ましい。また、本発明の効果を損なわない範囲で未処理の繊維や熱融着性を有さない繊維を配合してもよく、補助繊維としてパルプやフィブリッド等を配合してもよい。さらに樹脂バインダー成分を配合しても構わない。
【００２４】
このようにして形成された不織布に、繊維の融点以上の加熱処理、もしくは繊維の軟化点以上の熱圧処理を施すことで繊維同士を融着させる。加熱処理方法は特に限定されず、熱風やドラムドライヤー、近赤外線、遠赤外線、高周波などにより加熱する。熱圧処理方法としても特に限定されず、タッチロール、フェルト等によりドラムドライヤーに圧着する方法や熱カレンダー処理、熱プレス処理等が採用される。これらの加熱処理、熱圧処理はオンマシンで行ってもよいし、オフマシンで行ってもよい。必要に応じて加熱処理と熱圧処理の両方を行うことも可能であり、さらにこれらを複数回行うことも可能である。
【００２５】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、勿論本発明はこれらによって限定されるものではない。なお、実施例において％とあるのは特に断わらない限り質量％を表す。
【００２６】
＜実施例１＞
合成繊維として円形断面を有する芯鞘ポリエステル系繊維（帝人社製テピルスＴＪ０４ＣＮ、１．５デニール、繊維長５ｍｍ、芯は融点２００℃のポリエチレンテレフタレート、鞘は融点１３０℃のポリエチレンテレフタレート）および未延伸ポリエステル繊維（帝人社製テピルスＴＭ０４ＰＮ、０．２デニール、繊維長３ｍｍ、融点１６０℃のポリエチレンテレフタレート）を質量比で２５：７５の比率で水に分散して固形分濃度０．３％のスラリーを調整した。次に、平均粒径３ｍｍのアルミナビーズを充填率８０％（最密充填量に対して）となるように充填した容量１５００ｍｌの横形サンドミル（商品名；ＤＹＮＯ−ＭＩＬＬ　ＴＹＰＥ　ＫＤＬ−ＰＩＬＯＴ／シンマルエンタープライゼス製）に、該スラリーを流量３５０ｍｌ／ｍｉｎ（滞留時間２．３ｍｉｎ）の条件で流送し、回転数１９１０ｒｐｍ（周速１０．０ｍ／ｓｅｃ）で処理した。なお、処理温度は冷却用循環水の温度を調節することにより３０℃に調節して処理を行った。処理後の繊維の扁平度は８であった。
この繊維を角型手抄きマシンで乾燥後の米坪が１０ｇ／ｍ^２となるように湿式法でシート化した後、表面温度１３０℃のドラムドライヤーで乾燥して不織布を得た。
【００２７】
＜実施例２＞
実施例１におけるサンドミルの回転速度を２４００ｒｐｍ（周速１２．６ｍ／ｓｅｃ）とした以外は、実施例１と同様にしてサンドミル処理を行った。処理後の繊維の扁平度は２０であった。
この繊維を用いて、実施例１と同様にして不織布を得た。
【００２８】
＜比較例１＞
実施例１におけるサンドミル処理を行わなかった以外は、実施例１と同様にして不織布を得た。
【００２９】
＜比較例２＞
実施例２における合成繊維としてＰＢＯ繊維（東洋紡社製ザイロン、繊維径１２μｍ、繊維長６ｍｍ、熱融着性なし）を使用した以外は、実施例１と同様にして不織布を得た。サンドミル処理後の繊維の扁平度は２０であった。この不織布は強度が弱く、引張強度の測定が不可能であった。
【００３０】
＜扁平度の測定＞
繊維を軽く押さえつけて伸ばしながら、扁平面が密着するように粘着テープに貼り付け、これをエポキシ樹脂で包埋した。樹脂を硬化させた後、ダイヤモンドナイフを装着したミクロトームを用いて繊維の長さ方向と直角方向に断面を削り出し、繊維横断面の光学顕微鏡像を撮影した。繊維横断面像における最大長（これを長径とする）、および最大長の中間点で最大長の線分と直交する線分が繊維断面と交わる長さ（これを短径とする）を測定した。この長径と短径を用い、下記式で定義される扁平度を算出した。円形断面の繊維では扁平度は１となる。
扁平度＝長径／短径
なお、測定は１本の繊維を長さ方向に１０等分した９ヶ所の断面で行った。これを５０本以上の繊維で行い、その平均値を扁平度として採用した。
【００３１】
＜不織布の引張強度＞
ドラムドライヤーの通紙方向が長さ方向となるように、幅３０ｍｍ、長さ１５０ｍｍに不織布を裁断し、スパン１００ｍｍ、引張り速度１０ｍｍ／ｍｉｎの条件で引張り試験を行い、ピーク強度（ｋＮ／ｍ）を測定した。測定は５点づつ行い、平均値を算出した。
【００３２】
＜不織布の地合い＞
不織布の地合いは透過光による目視評価とし、以下の基準で評価した。
◎：シートの濃淡ムラが少なく、ピンホールも少ない。
○：シートの濃淡ムラおよび／あるいはピンホールはあるが実用上問題ない。
×：シートの濃淡ムラおよび／あるいはピンホールが多い。
【００３３】
実施例および比較例の不織布の評価結果を表１に示す。表からも明らかなように、本発明の製造方法により扁平合成繊維を得ることが可能であり、この扁平合成繊維による不織布は、通常の円形断面繊維による不織布に比べ、強度が高く、地合いが良好で、ピンホールの少ない優れたものである。
【００３４】
【表１】

上記表中で、繊維Ａはポリエステル系繊維を、繊維ＢはＰＢＯ（ポリベンゾオキサゾール）繊維を夫々示す。
【００３５】
【発明の効果】
前記したごとく、本発明の製造方法により、扁平合成繊維を簡便、効率的、かつ安価に製造することができる。この扁平合成繊維は、通常の円形断面を有する合成繊維に比べ、不織布としたときの引張強度、地合いが良好であり、ピンホールも少なく、特に薄物の不織布を得るのに最適な繊維である。
【図面の簡単な説明】
【図１】通常の円形断面を有する合成繊維の写真。
【図２】本発明の製造方法による扁平合成繊維を示す写真。

Claims (5)

1. 熱融着性を有する合成繊維をその軟化点未満の温度でサンドミルにて処理して繊維を扁平化させることを特徴とする扁平合成繊維の製造方法。
2. 請求項１の製造方法により繊維を扁平化したことを特徴とする扁平合成繊維。
3. 繊維が融点の異なる２成分からなる芯鞘繊維であり、かつ鞘成分が芯成分よりも低融点であることを特徴とする請求項２に記載の扁平合成繊維。
4. 繊維の扁平比（断面の長径／短径比率）が２〜５０であることを特徴とする請求項２または３記載の扁平合成繊維。
5. 請求項２〜４記載の扁平合成繊維を用い、加熱処理および／または熱圧処理により繊維同士を熱融着させた不織布。

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