JP2007211370A - Method for producing laminate sheet of microfiber and laminate sheet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種フィルターや触媒担持材料などの繊維層を形成した積層シートの製造方法及び当該製造方法を用いて製造される積層シートに関するものである。 The present invention relates to a method for producing a laminated sheet in which fiber layers such as various filters and catalyst support materials are formed, and a laminated sheet produced using the production method.
従来の微細繊維層を形成した積層シートは、例えば、基材に対して微細繊維で構成されたシートを熱圧着により溶融接着させた構造のものがある。(例えば、特許文献1参照。)。また、微細繊維からなるシートと基材の一部分に超音波振動を与えて摩擦熱により、溶融し、接着する方法もある。
特許文献1に記載のシートは、一般的に、加熱したロールにより2枚のシートに熱及び圧力を加えることでシートの一部を軟化又は溶融させて融着し、シート同士を貼り合わせたものである。そのため、融着した区域は、繊維が溶融してフィルム状となり、通気性が低下するという課題があった。また、特許文献2に記載の方法では、熱融着させる区域の表面同士を摩擦熱により融着させるため、融着部分のシート全体がフィルム状に変化して目詰まりを生じる特許文献1の方法に比較して、通気性の低下の程度は抑えられるが、やはり通気性低下の問題は残っていた。また、密着性を得るためには、特許文献1及び2のどちらの方法においても、融着区域を増やす、または、より強固に融着させる必要があり、通気性と積層シート内の密着性は相反する要求となっていた。
In general, the sheet described in
本発明は、従来の課題を解決するもので、微細繊維層と基材から構成される積層シートに関し、通気性をほとんど低下させずに、かつ高い密着性が得られる積層シートの作製方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the conventional problems, and relates to a laminated sheet composed of a fine fiber layer and a base material, and provides a method for producing a laminated sheet that hardly deteriorates air permeability and provides high adhesion. The purpose is to do.
従来の課題を解決するために、本発明の積層シートの製造方法は、微細繊維の構成成分を溶剤を用いて液状にした微細繊維物質溶液を、樹脂シート上に静電噴霧して微細繊維層を積層する積層シートの製造方法において、
樹脂系の基材上に第1の静電噴霧により前記微細繊維の第1の繊維直径から成る中間層を形成する工程と、前記中間層の上に前記第1の繊維直径より小さい第2の繊維直径から成る微細繊維の表面層を前記第1の静電噴霧に続いて第2の静電噴霧により形成する工程と、を有することを特徴としたものであり、通気性が良好で密着性のすぐれた積層シートを実現できる。
In order to solve the conventional problems, the method for producing a laminated sheet according to the present invention includes a fine fiber layer obtained by electrostatically spraying a fine fiber material solution in which a component of fine fibers is liquefied using a solvent on a resin sheet. In the manufacturing method of the lamination sheet which laminates,
Forming an intermediate layer composed of a first fiber diameter of the fine fibers on a resin-based substrate by a first electrostatic spray; and a second smaller than the first fiber diameter on the intermediate layer. And a step of forming a surface layer of fine fibers having a fiber diameter by second electrostatic spraying subsequent to the first electrostatic spraying, and has good air permeability and adhesion. Excellent laminated sheet can be realized.
また、本発明の積層シートは、微細繊維の構成成分を溶剤を用いて液状にした微細繊維物質溶液を静電噴霧して微細繊維層が積層される積層シートであって、
樹脂系の基材と、前記樹脂系の基材上に第1の静電噴霧により形成される第1の繊維直径の前記微細繊維から成る中間層と、前記中間層の上に前記第1の静電噴霧に続いて第2の静電噴霧により積層される前記第1の繊維直径より小さい第2の繊維直径の微細繊維の表面層と、を有することを特徴としたものである。
Moreover, the laminated sheet of the present invention is a laminated sheet in which fine fiber layers are laminated by electrostatic spraying a fine fiber substance solution in which components of fine fibers are liquefied using a solvent,
A resin-based substrate, an intermediate layer made of the fine fibers having a first fiber diameter formed by first electrostatic spraying on the resin-based substrate, and the first layer on the intermediate layer And a surface layer of fine fibers having a second fiber diameter smaller than the first fiber diameter, which is laminated by the second electrostatic spraying following the electrostatic spraying.
本発明の方法によれば、基材に対して高い密着性を持ち、かつ通気性に優れた微細繊維層を基材上に形成する事が可能である。 According to the method of the present invention, it is possible to form a fine fiber layer having high adhesion to a substrate and excellent air permeability on the substrate.
以下に、本発明の積層シートの作製方法及び当該製造方法を用いて製造される積層シートに関し、実施の形態を図面とともに詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, with regard to a method for producing a laminated sheet of the present invention and a laminated sheet produced using the production method.
図1は、本発明の実施例1における積層シートの構造を示す図である。 FIG. 1 is a view showing the structure of a laminated sheet in Example 1 of the present invention.
図1において、1は微細繊維層である。微細繊維層1の材質はポリウレタンである。2は基材であり、材質はフッ素樹脂である。微細繊維層1は、中間層3と表面層4から構成されている。図2は図1に示す構造の積層シートの製造工程を示す。図3は、積層シートの作製に用いる静電噴霧装置である。図2及び図3を参照しながら、図1に示す積層シートの製造方法について説明する。
In FIG. 1, 1 is a fine fiber layer. The material of the
まず基材表面5に中間層形成工程7で、中間層3を形成する。この中間層形成工程7では、図3に示す静電噴霧装置を用いて、静電噴霧により基材表面5上にポリウレタンを塗布する。
First, the
図3に示す装置において、9は、キャピラリである。キャピラリ内には、微細繊維層の構成成分となる材料を溶液状態にして入れておく。本実施例では、トルエンとジメチルホルムアミドで溶解したポリウレタンの溶液を使用した。2は基材であり、キャピラリ9の下側に配置される。また10は高電圧電源であり、高電圧電源10のマイナス極11は基材ホルダー16に接続される。高電圧電源10のプラス極12は、キャピラリ9内に挿入される電極線13に接続される。高電圧電源10が、キャピラリ9と基材2の間に電位差を発生させるように構成されている。高電圧電源10には制御装置14が接続されており、高電圧電源10が発生する電圧を制御する。中間層形成工程7では、高電圧電源10で、9kVの電圧を発生し、基材2からキャピラリ9の先端までの距離15を、100mmとして中間層3を形成した。
In the apparatus shown in FIG. 3, 9 is a capillary. In the capillary, a material which is a constituent component of the fine fiber layer is put in a solution state. In this example, a polyurethane solution dissolved in toluene and dimethylformamide was used.
中間層3は表面層4と同様にポリウレタンの繊維から構成されているが、繊維の直径は、表面層4の繊維直径より大きくなるように形成する。表面層4の繊維直径を大きくする理由については後述する。本実施例では、基材2からキャピラリ9までの距離15により、繊維の直径を制御した。具体的には、距離15を大きくすると、繊維は微細になり、距離15を小さくすると、繊維は太くなる。即ち、第1の静電噴霧により基材2上に中間層を形成し、次にその形成された中間層の上に距離15を第1の静電噴霧時より大きくして第2の静電噴霧により表面層を形成する。このような2段階の静電噴霧により繊維直径の大きい中間層の上に繊維直径の小さい表面層を形成することができる。発明者らは、この現象が生じる理由を以下のように考えている。
The
本実施例1において、高電圧電源10によりキャピラリ9と基材2の間に高電圧を加えると、キャピラリ9が正に帯電する。キャピラリ9の先端は、100μm〜1mm程度の直径で鋭利な形状になっているため、電荷の集中が生じ、電気的な反発作用により、正に帯電したポリウレタンの液滴が空気中に噴霧される。噴霧されたポリウレタンの液滴は、接地された基材2に向かって飛行し、付着する。飛行中、液滴の帯電量はほとんど変化しないが、乾燥により液滴の体積が小さくなるため、液滴内部での電気的な反発力が大きくなり、1つの液滴が複数の小さな液滴に分裂する。分裂により小さな液滴になると、体積に対する表面積の割合が大きくなるため、乾燥が更に進むことになる。液滴の乾燥が分裂を引き起こし、更に乾燥が進むという作用によりポリウレタンの液滴は小さくなる。
In the first embodiment, when a high voltage is applied between the
基材2に付着するポリウレタンの繊維は、ポリウレタンの液滴が乾燥したものであるため、ポリウレタンの液滴を小さく分裂させるほど、細い繊維が形成されることになる。キャピラリ9から基材2までの距離15を大きくすると、乾燥と分裂の生じる長い時間が長くなり、細い繊維が形成され、距離15が小さければ、乾燥と分裂の生じる時間が短くなるため、太い繊維が形成されると考えている。また、キャピラリ9から基材2までの距離15を小さくして、乾燥が不十分な状態のポリウレタン繊維を基材2に付着させれば、基材表面5に付着した瞬間には、ポリウレタン繊維はまだ溶液状態であり、流動性があるため、基材表面5の凹凸に沿って付着し、乾燥するので高い密着性が得られる。これに対して、距離15を大きくすると、ポリウレタンの液滴は乾燥した状態で基材2に付着し、流動性がなく、基材表面5の凹凸に沿って付着しないため、高い密着性を得られないと考えられる。
Since the polyurethane fibers adhering to the
つまり、静電噴霧において、微細繊維層1と基材2との密着性を改善するためには、完全に乾燥していない状態のポリウレタンの液滴を基材2に塗布することで、中間層3を形成することが有効で、特に、中間層3内の繊維の直径が、微細繊維層1を構成する繊維の直径と比較して大きくなるように形成すれば、表面層4を基材2に直接形成する場合に比較して、中間層3の形成時に乾燥していない溶液状態のポリウレタンの液滴を基材2上に塗布することになり、高い密着性が得られる。
That is, in order to improve the adhesion between the
次に、微細繊維層の形成工程8で、中間層3の形成された基材2に対して、表面層4を形成する。表面層4の形成は、中間層3の形成と同様に、図3に示す装置を用いて行った。
Next, in the fine fiber layer forming step 8, the
表面層の形成工程8では、高電圧電源10で、20kVの電圧を発生し、基材2からキャピラリ9の先端までの距離15を、200mmとした。表面層4と中間層3の密着性に関しては、中間層3と表面層4が同じ材料であることから、特別な条件を用いなくても高い密着性が得られることが分かっており、結果として、中間層3の形成において、表面層4内の繊維より太い繊維を形成するようにすれば、微細繊維層1と基材2の間に高い密着性が得られる。
In the surface layer forming step 8, a voltage of 20 kV was generated by the high voltage power source 10 and the distance 15 from the
以上のようにして製造した積層シートに関して、微細繊維層1と基材2との密着性の評価を行った。評価は図4に示す方法で行った。図4において、2は基材であり、1は微細繊維層であり、微細繊維層1は、中間層3と表面層4から構成されている。この積層シートを折り曲げ線13に沿って折り曲げ後に、折り曲げ線13上で基材2から微細繊維層1が剥離した部分の広さを観察して密着性を評価した。
The laminated sheet produced as described above was evaluated for adhesion between the
本実施例では、剥離した部分が10%以下の場合を○、剥離した部分が10%から50%までのものを△、剥離した部分が50%以上の場合を×とした。結果を図5に示す。結果として、中間層を形成しなかった場合と比較して、密着性が改善していることが確認できた。また、積層シート自体が柔らかい繊維のため、破れやすく、剥離強度の絶対値を測定することは、難しいため、折り曲げテストで判定を行なった。 In this example, the case where the peeled portion was 10% or less was marked with ◯, the case where the peeled portion was 10% to 50% was indicated by Δ, and the case where the peeled portion was 50% or more was marked with ×. The results are shown in FIG. As a result, it was confirmed that the adhesion was improved as compared with the case where the intermediate layer was not formed. Further, since the laminated sheet itself is a soft fiber, it is easily broken and it is difficult to measure the absolute value of the peel strength.
通気性を評価するため、電子顕微鏡及び光学顕微鏡により、微細繊維層を観察し目詰まりがないか確認すると、特許文献1及び2の方法で作製されたシートと比較して、ほとんど目詰まりはなく、通気性も大幅に改善されていることが確認できる。図5(a)に中間層3形成後の繊維層の構造を顕微鏡での観察結果を模式的に示す。また、密着性を更に高めるため、中間層3の繊維径を太くして、検討を行った結果、繊維径がおよそ10μmを超えると、図5(b)に示すように、繊維が太くなることにともない、多数の繊維が集合した繊維の節21が大きくなり、そのため、目詰まりを生じることが確認でき、繊維径は、10μ以下が好ましい。
In order to evaluate the air permeability, when the fine fiber layer is observed with an electron microscope and an optical microscope to check for clogging, there is almost no clogging as compared with the sheets prepared by the methods of
また、中間層3の形成時に、0.3μm以下の繊維径で中間層3を形成すると、密着性の改善がほとんどみられなかった。これは、0.3μm以下の繊維を形成する場合、ほぼ完全に繊維が乾燥してしまっていることが原因と考えられる。そのため、中間層3は、繊維径で0.3μmから10μmの間の繊維により形成することが望ましい。
In addition, when the
本実施例では、中間層3の厚みを5μm〜30μm程度にした。中間層3の厚みが厚いほど形成に時間がかかるため、生産性は悪くなるが、中間層3の繊維径と同程度以下の厚みでは、部分的に微細繊維層1と基板2が直接接触することになるため、密着性の低下につながる。
In the present example, the thickness of the
以上説明した製造方法に加えて、更に、基材2と中間層3の密着性を改善する方法として、基材2に中間層3と同じ材料を含む材料を用いることが有効である。例えば、フッ素樹脂の基材にポリウレタンを編み込んだ材料を基材2として用いることで、図5(a)に示すような目詰まりの少ない密着性が改善され良好な積層シートが得られる。この方法においては、中間層3の初期形成時に、基材2の表面5上で、基材2中のポリウレタンが溶解し、中間層3を構成するポリウレタン繊維と混合した状態で乾燥するため、高い密着性が得られる。
In addition to the manufacturing method described above, as a method for improving the adhesion between the
またその他の密着性を改善する方法としては、上記の実施例において、基材2の表面5は繊維径に比較して凹凸が小さい平坦な面としたが、中間層3の繊維径と同程度まで基材2の表面5を粗くすることで、基材2表面の凹凸のサイズが大きくなるため、中間層3を形成する繊維が中間層3の凹凸に入り込みやすくなり、また、凹凸のサイズが小さい場合に比較して、より深く繊維が凹凸形状の凹部に入り込むため、アンカー効果が働き密着性が改善されると考えられる。
As another method for improving the adhesion, in the above embodiment, the
量産性を向上させる場合に、中間層3と微細繊維層1の形成を連続で行うことが効果的である。この場合、中間層3及び微細繊維層1の乾燥にともない発生する溶液を含む空気の清浄化が重要になる。溶液を含む空気をそのままにしておくと、中間層3や微細繊維層1の形成時に、乾燥が進まず、噴霧された液滴の分裂が抑制され、繊維直径が制御目標に比較して太くなり、目詰まりを生じる可能性もある。そのため、中間層3と微細繊維層1の形成を連続して高速に行い、量産性を向上させるには、製造工程において製品周辺で発生する溶液を含む空気の清浄化が重要になる。
In order to improve mass productivity, it is effective to continuously form the
空気の清浄化は、送風ファンによる強制的な送風や、排気ポンプにより製品周辺の空気を排気することで行うことが可能であり、また製品周辺の雰囲気温度を高くして、溶液の蒸発を促進させることで液滴の乾燥を促進できるため、高速な微細繊維層の形成に有効である。 Air purification can be performed by forcibly blowing air with a blower fan or exhausting the air around the product with an exhaust pump, and increasing the ambient temperature around the product to promote evaporation of the solution. Since the drying of the droplets can be promoted by this, it is effective for forming a high-speed fine fiber layer.
本実施例では、ポリウレタンを材料として用いたが、ポリエチレングリコールの微細繊維層を積層する場合にも、本実施例の方法を有効に適用である。また、その他ポリエチレンオキシド、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリ塩化ビニルなどの微細繊維層を形成可能である。 In this embodiment, polyurethane is used as a material, but the method of this embodiment is also effectively applied to the case where a fine fiber layer of polyethylene glycol is laminated. In addition, fine fiber layers such as polyethylene oxide, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, and polyvinyl chloride can be formed.
また基材については、本実施例では、フッ素樹脂を用いた場合について記載したが、本発明は基材の種類に限定されるものではなく、例えば、ポリエステル、ナイロン、ポリエチレン、アクリル、塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリウレタンなどの樹脂材料を基材として用いる場合にも有効に適用できる。またこれら以外の樹脂を用いる場合にも、本発明の中間層と基材の密着メカニズムが成立する範囲において、本発明の方法を有効に適用することができる。 Moreover, about the base material, although the case where the fluororesin was used was described in the present embodiment, the present invention is not limited to the type of the base material. For example, polyester, nylon, polyethylene, acrylic, vinyl chloride, The present invention can also be effectively applied when a resin material such as polypropylene or polyurethane is used as the base material. Even when other resins are used, the method of the present invention can be effectively applied as long as the adhesion mechanism between the intermediate layer and the substrate of the present invention is established.
本発明にかかる極細繊維を用いた製品及び製造方法は、基材に対して高い密着性を持ち、かつ通気性に優れた微細繊維層を形成した積層シート及びその製造方法であり、各種フィルターや触媒担持材料などの繊維層を形成した基材等として有用である。 A product and a manufacturing method using ultrafine fibers according to the present invention are a laminated sheet having a high adhesion to a base material and having a fine fiber layer excellent in air permeability and a manufacturing method thereof. It is useful as a substrate on which a fiber layer such as a catalyst support material is formed.
1 微細繊維層
2 基材
3 中間層
4 表面層
5 基材表面
6 準備工程
7 中間層形成工程
8 表面層形成工程
9 キャピラリ
10 高電圧電源
11 マイナス極
12 プラス極
13 電極線
14 制御装置
15 基材2からキャピラリ9の先端までの距離
16 基材ホルダー
17 装置外壁
18 キャピラリホルダー1
19 キャピラリホルダー2
20 ホルダー固定部
21 顕微鏡
22 繊維の節
23 従来の微細繊維層
24 基材
DESCRIPTION OF
19
20 Holder fixing part 21 Microscope 22
Claims (9)
樹脂系の基材上に第1の静電噴霧により前記微細繊維の第1の繊維直径から成る中間層を形成する工程と、
前記中間層の上に前記第1の繊維直径より小さい第2の繊維直径から成る微細繊維の表面層を前記第1の静電噴霧に続いて第2の静電噴霧により形成する工程と、
を有することを特徴とする積層シートの製造方法。 In the method for producing a laminated sheet in which the fine fiber material solution in which the constituents of the fine fiber are liquefied using a solvent is electrostatically sprayed on the resin sheet to laminate the fine fiber layer,
Forming an intermediate layer comprising the first fiber diameter of the fine fibers on a resin-based substrate by first electrostatic spraying;
Forming a surface layer of fine fibers having a second fiber diameter smaller than the first fiber diameter on the intermediate layer by a second electrostatic spray following the first electrostatic spray;
The manufacturing method of the lamination sheet characterized by having.
樹脂系の基材と、
前記樹脂系の基材上に第1の静電噴霧により形成される第1の繊維直径の前記微細繊維から成る中間層と、
前記中間層の上に前記第1の静電噴霧に続いて第2の静電噴霧により積層される前記第1の繊維直径より小さい第2の繊維直径の微細繊維の表面層と、
を有することを特徴とする積層シート。 A laminated sheet in which a fine fiber layer is laminated by electrostatic spraying a fine fiber substance solution in which a component of fine fiber is liquefied using a solvent,
A resin-based substrate;
An intermediate layer composed of the fine fibers having a first fiber diameter formed by first electrostatic spraying on the resin-based substrate;
A surface layer of fine fibers having a second fiber diameter smaller than the first fiber diameter laminated on the intermediate layer by the second electrostatic spray following the first electrostatic spray;
A laminated sheet comprising:
The said fine fiber is a material of any one of polyurethane, polyethylene glycol, polyethylene oxide, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, and polyvinyl chloride, or a mixture of any of these. Laminated sheet.
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