JP2006291365A - 不織布およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】土木資材、海洋資材、産業資材、建築資材などに適した強度に優れ、高モジュラスの不織布を提供する。
【解決手段】構成繊維が三次元的に交絡し一体化された長繊維不織布で、該不織布を構成する繊維表面に直径０．５０μｍ〜３．３３μｍの凹凸を２０μｍ×２０μｍの範囲に５個以上持ち、かつ目付１００ｇ／ｍ^２当たりの１０％モジュラスが不織布の長手方向で６０〜１４０Ｎ／５ｃｍ、幅方向で２０〜４０Ｎ／５ｃｍであることを特徴とする不織布。
【選択図】図１

Description

本発明は、高モジュラス、高強度で塑性変形しにくく、土木資材、海洋資材、産業資材、建築資材などに利用可能な高モジュラス不織布を容易に得ることができる不織布およびその製造方法に関するものである。

従来から、熱可塑性ポリマーを溶融紡糸し、紡糸した繊維をエアサッカーなどで高速牽引した後、繊維を開繊し、移動するネット上に捕集されたウェブを形成した後、引き続いて加熱ロールで熱接着あるいはニードルパンチＭ／Ｃで機械的に交絡させて得られるスパンボンド不織布は盛土補強シート、防砂シート、トンネル用排水シートなど土木用不織布、電線押え巻きテープ、フィルター用途などの工業資材用不織布、収納袋、包装基材などの生活資材用不織布、さらには医療衛生材料用不織布などとして使用されており、その需要はますます旺盛である。その中で土木用不織布については、嵩高く緩衝性に優れることや強度が高いことからニードルパンチタイプの不織布が広く用いられている。

しかしながら、従来のニードルパンチ不織布は一般にモジュラスが低いものが多く、例えば、土木資材、海洋資材として使用した際に施工時、塑性変形してしまい施工しにくいという問題があった。

例えば、従来、盛土あるいは岩盤の凹凸へのなじみがよい上に、排水性に優れた土木用不織布およびその製造方法という技術が提案されているが（例えば、特許文献１参照）、この技術は、５％モジュラスは目付１００ｇ／ｍ^２あたり約１７Ｎ程度であり、土木資材、海洋資材、産業資材、建築資材などに利用する際、塑性変形しやすく、モジュラスが必要な用途には不向きである。

また、不織布の強度を上げるため、少なくとも片面に顔料が練り込まれた樹脂を塗付する技術も提案されているが（例えば、特許文献２参照）、この技術では、製造コストが高くなることや廃棄する際の環境対応に好ましくないことが考えられる。
特開２００２−３８３６５号公報 特開２００３−３３６１７２号公報

本発明の課題は、上記従来技術の問題点に鑑み、強度に優れ、高モジュラスの不織布およびその製造方法を提供することにある。

本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。

すなわち、
（１）構成繊維が三次元的に交絡し一体化された長繊維不織布で、該不織布を構成する繊維表面に直径０．５０μｍ〜３．３３μｍの凹凸を０．０１２５個／μｍ^２以上有し、かつ目付１００ｇ／ｍ^２当たりの１０％モジュラスが不織布の長手方向で６０〜１４０Ｎ／５ｃｍ、幅方向で２０〜４０Ｎ／５ｃｍであることを特徴とする不織布。

（２）前記不織布の目付１００ｇ／ｍ^２当たりの引張強力が長手方向で２００〜７００Ｎ／５ｃｍ、幅方向で１００〜５００Ｎ／５ｃｍであることを特徴とする前記（１）に記載の不織布。

（３）前記不織布の目付が４００〜１２００ｇ／ｍ^２であることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の不織布。

（４）前記不織布を構成する繊維の単繊維繊度が３．３〜１３．２ｄｔｅｘであることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の不織布。

（５）前記不織布を構成する繊維が、ポリエステル系繊維であることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の不織布。

（６）熱可塑性樹脂を溶融紡糸し、４０００ｍ／分〜６０００ｍ／分で高速牽引した繊維を、ネット上に捕集してシートを形成した後、前記シートを、針密度が４５〜２００本／ｃｍ^２で、針深度が５〜２０ｍｍである条件下で、該シートに濃度１〜１０％の界面活性剤をシート１ｇに対して０．０１０〜０．０２０ｍｌ付着させ、ニードルパンチ処理した後、１３０℃〜２００℃の熱処理を施し、さらに１００℃〜１５０℃に加熱されたカレンダーロールで０．１０〜０．２０ｇ／ｃｍ^３の密度まで圧縮することを特徴とする不織布の製造方法。

（７）前記熱可塑性樹脂が、ポリエステル系樹脂であることを特徴とする前記（６）に記載の不織布の製造方法。

本発明によれば、強度に優れ、高モジュラスの不織布を提供することができる。

本発明は、前記課題、つまり強度に優れ、高モジュラスの不織布について鋭意検討した結果、連続繊維からなるウェブをニードルパンチした後、１３０℃〜２００℃の熱処理を行い、カレンダーロールで圧縮することにより、かかる課題を一挙に解決することを究明したものである。

本発明の不織布を構成する繊維は、フィラメント状の長繊維からなり、電子顕微鏡観察で観察倍率３０００倍で単繊維を観察した時、繊維表面に直径０．５０μｍ〜３．３３μｍ、好ましくは０．６７μｍ〜３．００μｍの凹凸の数が０．０１２５個／μｍ^２〜０．０５個／μｍ^２個有するものである。凹凸の直径が０．５０μｍ未満では繊維間の摩擦が不足し、高モジュラスが得られにくくなる。また、凹凸の直径が３．３３μｍを超えると繊維の変形が著しく、繊度自体の強度が低下する。凹凸の数が０．０１２５個／μｍ^２未満では、繊維間の摩擦が不足し、高モジュラスが得られにくくなる。また、凹凸の数が０．０５個／μｍ^２を超えると繊維の変形が著しく、繊度自体の強度が低下する。

本発明で記載するモジュラスとは、不織布に一定のひずみを与えたときの応力、すなわち、その物体が原型を保つために抵抗しようとする力のことをいい、本発明で記載する１０％モジュラスとは不織布を１０％伸長させたときの応力のことである。

本発明の長繊維不織布の１０％モジュラスは目付１００ｇ／ｍ^２当たり不織布の長手方向で６０〜１４０Ｎ／５ｃｍ、幅方向で２０〜４０Ｎ／５ｃｍであり、好ましくは、長手方向で８０〜１２０Ｎ／５ｃｍ、幅方向で２５〜３５Ｎ／５ｃｍである。該１０％モジュラスが長手方向で１４０Ｎ／５ｃｍより高い、もしくは幅方向で４０Ｎ／５ｃｍより高い場合、シートが固くなりすぎ施工する際なじみが悪く、該１０％モジュラスが長手方向で６０Ｎ／５ｃｍ未満、もしくは幅方向で２０Ｎ／５ｃｍ未満の場合、塑性変形が起り易くなる。

本発明の長繊維不織布の引張強力は目付１００ｇ／ｍ^２当たり不織布の長手方向で２００〜７００Ｎ／５ｃｍ、幅方向で１００〜５００Ｎ／５ｃｍであることが好ましく、より好ましくは、長手方向で４００〜５００Ｎ／５ｃｍ、幅方向で２００〜３００Ｎ／５ｃｍである。長手方向で２００Ｎ／５ｃｍ未満、もしくは幅方向で１００Ｎ／５ｃｍ未満の場合、強力が不足し、施工する際シートが破れやすいため好ましくない。

本発明の長繊維不織布の目付は、４００〜１２００ｇ／ｍ^２が好ましく、より好ましくは６００〜１０００ｇ／ｍ^２である。該不織布の目付が１２００ｇ／ｍより高い場合、シートが厚いため、ニードルパンチ加工する際、針が折れやすく好ましくない。また、該不織布の目付が４００ｇ／ｍ未満の場合は、強度が不足し前記用途においてシートが破れるなど好ましくない。

本発明の長繊維不織布を構成する繊維は、実用性の上から、引張り強度が２．９０〜３．５０ＣＮ／ｄｔｅｘである繊維を使用することが重要である。

また、本発明の長繊維不織布を構成する繊維の単繊維繊度は、３．３〜１３．２ｄｔｅｘであることが好ましく、より好ましくは４．４ｄｔｅｘ〜１１．０ｄｔｅｘ、特に好ましくは５．５〜８．８ｄｔｅｘである。繊維の単繊維繊度が３．３ｄｔｅｘ未満である場合、ニードルパンチした際に繊維の切断が発生しやすくなるだけでなく、繊維自体の剛性が不足しているため、好ましくない。また、繊維の単繊維繊度が１３．２ｄｔｅｘより大きい場合、単糸当たりの吐出量が多いため、吐出糸条の冷却が不十分であり、安定して操業できない状態になるため好ましくない。

本発明の長繊維不織布を構成する繊維は、ポリエステル、またはその共重合ポリエステル、ポリプロピレン、ナイロンなど、合成繊維であればよく、特に限定されないが、中でもポリエステル系繊維が、不織布特性の上から好ましく使用される。かかる繊維の繊維中には、カーボンブラック、酸化チタンをはじめとする顔料や染料、その他耐候剤を添加してもよい。

本発明の長繊維不織布を製造するためには、口金から吐出された繊維を冷却しながらエジェクターにより、４０００ｍ／分〜６０００ｍ／分で高速牽引した後、衝突板により開繊した繊維をネット上に捕集し、界面活性剤を付与した後、ニードルパンチ装置により繊維を機械的に絡合させ、さらに、１３０℃〜２００℃の熱処理を行い、１００℃〜１５０℃のカレンダーロールで０．１０〜０．２０ｇ／ｃｍ^３の密度まで圧縮し、要求される品質を有する製品を得ることができる。

本発明におけるニードルパンチ加工時の針密度は針の形状、種類によって異なるが、針深度が５〜２０ｍｍで、４５本／ｃｍ^２ 〜２００本／ｃｍ^２の片面あるいは表裏両面パンチが好ましく、５０本／ｃｍ^２〜１５０本／ｃｍ^２であればより好ましい。針密度が４５本／ｃｍ^２未満となると繊維の絡合が不十分であり、接合性が悪く、実用に供することができにくくなり、また、針密度が２００本／ｃｍ^２より多くなると、シートは緻密なものとなるが、繊維の切断が増加し、シート強力が低下する問題があるので好ましくない。針密度はニードルパンチ加工時にシートの単位面積当たりに打ち込む針本数である。針深度はニードルパンチ加工時のベッドプレート表面からさらに突き刺した針の先端までの距離のことである。

また、本発明においては、ニードルパンチ加工の前にシートに界面活性剤を付与することが重要である。付与する方法は、スプレーなどで噴霧する方法、界面活性剤溶液の浴中に繊維を含浸搾液する方法などのいずれでもよく、本発明における界面活性剤を均一に繊維上に分布させることが好ましい。そのため、界面活性剤はスプレーしやすい、あるいは含浸搾液しやすい濃度に水などで希釈して用いることが好ましく、界面活性剤の純分濃度は１〜１０重量％の範囲が好適である。さらに好ましくは３〜６重量％の範囲である。

本発明におけるニードルパンチ加工時の界面活性剤付着量は、該不織布１ｇに対して０．０１０ｍｌ〜０．０２０ｍｌ付着していることが好ましい。界面活性剤の付与は、ニードルパンチ時の針負荷低減の点で好ましい。界面活性剤付着量が０．０１０ｍｌ未満では本発明における効果が発現しにくくなる。界面活性剤付着量が０．０２０ｍｌを超える範囲ではニードルパンチでの繊維の交絡が不足し好ましくない。

かかる界面活性剤の種類は、特に限定されるものではなく、ジメチルシリコン、ポリエーテルポリエステル、アルキルスルホン酸ナトリウムなど、繊維間の摩擦を下げる効果があれば使用することができ、必要に応じて消泡剤、防腐剤などを添加してもよい。

本発明においては、シートをニードルパンチした後に熱処理を施すものである。熱処理温度は好ましくは１３０〜２００℃で５〜１５分、より好ましくは１５０〜１８０℃で５〜１５分である。熱処理により繊維が収縮する等して、繊維表面に凹凸形態を形成すると思われる。この凹凸形態により、交絡した繊維間の摩擦が大幅に向上し、シートのモジュラスが向上する。

また、本発明においては、ニードルパンチ加工したシートを熱処理した後に、１００℃〜１５０℃のカレンダーロールで０．１０〜０．２０ｇ／ｃｍ^３の密度まで圧縮するものである。熱カレンダーロールでシートを圧縮することにより、繊維同士の接点が増加し、さらにモジュラスが向上する。

本発明で得られた長繊維不織布は、高モジュラス、高強度で塑性変形しにくく、土木資材、海洋資材、産業資材、建築資材などに適している。土木資材として盛土補強、トンネル材など、海洋資材として埋立て護岸の吸出し防止材、防砂材など、産業資材として車両部材など、建築資材としてアスファルトルーフィング材などに用いられる。その中でも特に上下水道管、油送管などの液体輸送管の地下埋設管の径年変化による老朽化や外的荷重、あるいは地震などに基づく破損に対処して、地面を掘り起こさず、これらの管の補修を可能とする、非開削の補修工法である反転工法による補修材として用いられることが好ましい。

反転工法とは熱または光などで硬化する樹脂を含浸させた不織布を、人孔やスタンドなどから既設管内に空気圧や水圧を用いて反転加圧させながら挿入し、加圧状態のまま樹脂を硬化させて更正管を構築する工法であり、施工期間が非常に短期間で完了し、現在幅広く用いられている。

このとき用いられる合成樹脂を含浸させた補修材として、本発明の高モジュラス不織布を用いることが好ましい。これはシートを補修管内へ反転挿入する際に、モジュラスが低いとシートの剛性が不足し管内でシートが変形し形状を維持できなくなり好ましくないためである。

以下、本発明を実施例に基づき、さらに具体的に説明するが、実施例の中に示す特性値の測定方法は次のとおりである。
（１）繊維表面の凹凸形態観察：
電子顕微鏡を用いて不織布を構成する単繊維を５本選択し、該単繊維の表面写真を単繊維１本につき１枚撮影（３０００倍）し、２０μｍ×２０μｍの範囲を１カ所選択し、もしくは繊維径が２０μｍ以下の場合、１０μｍ×１０μｍの範囲を１カ所選択し、繊維表面の直径０．５０μｍ〜３．３３μｍの凹凸を数え、５カ所の平均値を小数第１位まで求めた。直径は凹凸形態の外接円を取り、その直径を測定した。得られた繊維表面の凹凸数の平均値を測定範囲の面積で割った値の小数第５位を四捨五入し算出した。
（２）単繊維繊度（ｄｔｅｘ）：
不織布を構成する繊維の単繊維繊度は、次の方法により算出した。ニードルパンチ不織布より繊維のサンプルを採取し、単繊維の拡大写真を撮影（５００倍）し、ランダムに、ｎ＝５０の繊維径を測定、ポリマーの密度で補正し、小数第３位を四捨五入し単繊維繊度を算出した。
（３）不織布目付（ｇ／ｍ^２ ）：
ＪＩＳ−Ｌ１９０６に基づき、シートの幅方向、および長さ方向それぞれ１００ｃｍのサンプル２個を採取して天秤で重量を測定し、２個の平均値の小数第１位を四捨五入し算出した。
（４）不織布引張り強力（Ｎ／５ｃｍ）：
ＪＩＳ−Ｌ１９０６に基づき、長さ方向および幅方向それぞれ幅５ｃｍ、長さ３０ｃｍのサンプル３個を採取し、テンシロン引張り試験機を用い、つかみ間隔２０ｃｍ、引張速度１０ｃｍ／分で測定し、それぞれの最高強力値を読み取り、その平均値を小数第１位を四捨五入し算出した。また、目付１００ｇ／ｍ^２当たりの強力は以下の式で算出した。

目付１００ｇ／ｍ^２当たりの強力＝不織布引張り強力（Ｎ／５ｃｍ）÷｛不織布目付（ｇ／ｍ^２）／１００｝
（５）不織布引張り伸度（％）：
上記引張り強力測定に基づき、最高強力時の伸度を読み取り平均値を算出した。
（６）不織布１０％伸長時モジュラス（Ｎ／５ｃｍ）：
前記引張り強力、引張り伸度測定時の強伸度曲線から試料の長さ、すなわち、つかみ間隔が１０％伸長した時の強力値を読み取り、その値の平均値の小数第１位を四捨五入し算出した。また、目付１００ｇ／ｍ^２当たりの１０％モジュラスは以下の式で算出した。

目付１００ｇ／ｍ^２当たりの１０％モジュラス＝不織布１０％伸長時モジュラス（Ｎ／５ｃｍ）÷｛不織布目付（ｇ／ｍ^２）／１００｝
（７）不織布厚み（ｍｍ）：
ニードルパンチ製品シートの幅方向に、１０ｃｍ×１０ｃｍのサンプルを均等分に１０個採取し、ＪＩＳ−Ｌ１９０６に基づき、押付荷重２０ｇ／ｃｍ^２で厚さ０．０１ｍｍ単位で測定、その平均値の小数第３位を四捨五入し算出した。
（８）不織布密度（ｇ／ｃｍ^３）：
不織布密度は以下の式で算出し、小数第３位を四捨五入した。不織布密度（ｇ／ｃｍ^３）＝｛不織布目付（ｇ／ｍ^２ ）／１００００｝÷｛不織布厚み（ｍｍ）／１０｝
実施例１〜２
固有粘度が０．６６、融点が２６２℃であるポリエチレンテレフタレートを１８０℃で６時間乾燥した後、温度が２８５℃である押出機で溶融した後、計量ポンプで計量、紡糸Ｍ／Ｃ幅方向に配置された紡糸口金を通して溶融紡糸し、チムニーにて冷却、紡糸口金下方に設置したエジェクターで紡速５０００ｍ／ｍｉｎで牽引・細化した。このとき単繊維繊度は３．５４ｄｔｅｘおよび５．６６ｄｔｅｘとした。引き続き衝突板に衝突帯電させ繊維を開繊した後、メッシュ式の移動コンベアー上に繊維を捕集し、目付２８０ｇ／ｍ^２のシートを得た。
このシートを３枚積層し、スプレー噴霧装置で純分濃度５．０重量％の界面活性剤をシート１ｇあたり０．０１５ｍｌ付着させ、ニードルパンチＭ／Ｃで針深度１５ｍｍで針本数が表裏それぞれ１５０本／ｃｍ^２となるようニードルパンチした後、１７５℃の熱処理を５分間行い、１２０℃のカレンダーロールにて０．１４ｇ／ｃｍ^３に圧縮して不織布を得た。
表１に示したとおり、得られた不織布の単繊維強度および不織布特性を調査したところ、構成する繊維表面に直径０．５０μｍ〜３．３３μｍの凹凸を０．０１２５個／μｍ^２以上有し（図１：実施例２ 繊維表面写真参照）、高モジュラス、高強力を有する土木資材として有用な不織布であった。

比較例１〜２
実施例１〜２と同様の方法により、固有粘度が０．６６、融点が２６２℃であるポリエチレンテレフタレートを１８０℃で６時間乾燥した後、温度が２８５℃である押出機で溶融した後、計量ポンプで計量、紡糸Ｍ／Ｃ幅方向に配置された紡糸口金を通して溶融紡糸し、チムニーにて冷却、紡糸口金下方に設置したエジェクターで紡速５０００ｍ／ｍｉｎで牽引・細化した。このとき単繊維繊度は３．５４ｄｔｅｘおよび５．６６ｄｔｅｘとした。引き続き衝突板に衝突帯電させ繊維を開繊した後、メッシュ式の移動コンベアー上に繊維を捕集し、目付２８０ｇ／ｍ^２のシートを得た。
このシートを３枚積層し、スプレー噴霧装置で濃度５．０重量％の界面活性剤をシート１ｇあたり０．０１５ｍｌ付着させ、ニードルパンチＭ／Ｃで針深度１５ｍｍで針本数が表裏それぞれ１５０本／ｃｍ^２となるようニードルパンチした不織布を得た。
表１から明らかなように、得られた不織布の目付１００ｇ／ｍ^２当たりの１０％モジュラスはシートの長手方向で８０〜１２０Ｎ／５ｃｍ、幅方向で２５〜３５Ｎ／５ｃｍであることを満たしておらず、繊維表面には直径０．５０μｍ〜３．３３μｍの凹凸が０．０１２５個／μｍ^２未満であり（図２：比較例２ 繊維表面写真参照）、不十分なものであった。

本発明は、高モジュラス、高強度で塑性変形しにくく、土木資材、海洋資材、産業資材、建築資材などの高モジュラス不織布として利用可能である。

実施例２で用いた繊維の形状を示す電子顕微鏡写真である。 比較例２で用いた繊維の形状を示す電子顕微鏡写真である。

Claims (7)

1. 構成繊維が三次元的に交絡し一体化された長繊維不織布で、該不織布を構成する繊維表面に直径０．５０μｍ〜３．３３μｍの凹凸を０．０１２５個／μｍ^２〜０．０５個／μｍ^２個有し、かつ目付１００ｇ／ｍ^２当たりの１０％モジュラスが不織布の長手方向で６０〜１４０Ｎ／５ｃｍ、幅方向で２０〜４０Ｎ／５ｃｍであることを特徴とする不織布。
2. 前記不織布の目付１００ｇ／ｍ^２当たりの引張強力が長手方向で２００〜７００Ｎ／５ｃｍ、幅方向で１００〜５００Ｎ／５ｃｍであることを特徴とする請求項１に記載の不織布。
3. 前記不織布の目付が４００〜１２００ｇ／ｍ^２であることを特徴とする請求項１または２に記載の不織布。
4. 前記不織布を構成する繊維の単繊維繊度が３．３〜１３．２ｄｔｅｘであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の不織布。
5. 前記不織布を構成する繊維が、ポリエステル系繊維であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の不織布。
6. 熱可塑性樹脂を溶融紡糸し、４０００ｍ／分〜６０００ｍ／分で高速牽引した繊維を、ネット上に捕集してシートを形成した後、前記シートを、針密度が４５〜２００本／ｃｍ^２で、針深度が５〜２０ｍｍである条件下で、該シートに濃度１〜１０％の界面活性剤をシート１ｇに対して０．０１０〜０．０２０ｍｌ付着させ、ニードルパンチ処理した後、１３０℃〜２００℃の熱処理を施し、さらに１００℃〜１５０℃に加熱されたカレンダーロールで０．１０〜０．２０ｇ／ｃｍ^３の密度まで圧縮することを特徴とする不織布の製造方法。
7. 前記熱可塑性樹脂が、ポリエステル系樹脂であることを特徴とする請求項６に記載の不織布の製造方法。