JP2008057053A

JP2008057053A - 不織布の製造方法

Info

Publication number: JP2008057053A
Application number: JP2006231627A
Authority: JP
Inventors: Yohei Nakano; 洋平中野; Kumiko Tsunematsu; 久美子恒松; Makoto Nishimura; 誠西村
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2006-08-29
Filing date: 2006-08-29
Publication date: 2008-03-13

Abstract

【課題】本発明の目的は、メルトブロー不織布に簡易な加工を施すことにより、フィルター性能を向上させる製造方法を提供するものである。
【解決手段】メルトブロー法により形成されたウェブを機械幅方向に対し、常温〜８０℃以下の温度範囲で１．０５〜１．５倍の引き伸ばし加工を行うことを特徴とする濾材の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、フィルター性能が向上する不織布の製造方法に関するものである。

メルトブロー法は、スパンボンド法等の不織布製造法に比べて細い繊維が容易に得られることから、メルトブロー法により得られた不織布はフィルター製品の濾材、中でもエアフィルター用濾材に多く使用されている。

エアフィルター用濾材に要求されるフィルター性能は、ミクロなダストを多く捕集できる「高捕集」、および、エアフィルター内部を気体が通過する際に抵抗が少ない「低圧力損失」である。

これまでに「高捕集」「低圧力損失」を達成する手段には、数多くの提案がなされている。
例えば、特許文献１によると、繊維の平均分子量を高くし、また分子量分布を狭くすることにより、不織布シートにおける繊維径の斑および目付の斑を少なくし、捕集性能に優れ、強度の強い不織布を得ることができるとされている。しかし、その圧力損失は高いものであった。

また、特許文献２によると、細い繊維と太い繊維で構成することにより、高捕集効率、低圧力損失が達成されるとされている。しかしながら、細い繊維は、高捕集効率に寄与するが高圧損となり、逆に太い繊維は圧力損失は低いが捕集効率が低下してしまうこととなるため、最適設計をしても大幅なフィルター性能の向上は困難であった。

一方、原料や繊維径等の製布条件以外の捕集効率の向上策として、エレクトレット加工が知られている。

例えば、特許文献３によると、非導電性シートに水を付与した後又は水を付与しながらシート片面から吸引を行って、水を浸透させ、乾燥することによりエレクトレット化する方法が提案されている。該エレクトレット方法により、捕集効率は格段に向上するが、当然ながら圧力損失の低減は見られなかった。

上記のように、これまでの捕集性能の向上策は、原料変更、積層体およびエレクトレット加工法があるがウェブ形成後に工程が簡略で容易にフィルター性能の向上が図れる提案は、なされていなかった。
なお、ワイピングクロスに関する特許文献４においては、加熱加圧処理されたメルトブロー不織布に引き伸ばし処理を行い柔軟化するとされている。該特許文献のメルトブロー不織布は、加熱加圧処理をすることを前提としており、また発明の詳細な説明から判るように不織布進行方向に延伸しており、本発明とは、技術的思想が全く異なり、フィルター性能の向上に何ら寄与するものではなかった。
特許第２７７５９５９号公報特開２００６−３７２９５号公報特開２００１−３５７０２１号公報特開平６−２２８９１号公報

本発明の目的は、メルトブロー不織布に簡易な加工を施すことにより、フィルター性能を向上させる製造方法を提供するものである。

かかる課題を解決するために鋭意検討した結果、メルトブロー不織布の幅方向に対し、引き伸ばし加工を行うことで加工前後において、大幅にフィルター性能が向上することを見出した。

本発明は次の特徴を有するものである。
（１）メルトブロー法により形成された不織布を幅方向に対し、常温〜８０℃以下の温度範囲で１．０５〜１．５倍の引き伸ばし加工を行うことを特徴とする不織布の製造方法。
（２）該引き伸ばし加工が、ピンテンター又はクリップテンターを使用し、加工することを特徴とする（１）記載の不織布の製造方法。

本発明によれば、メルトブロー不織布に引き伸ばし加工を行うことで加工前後でフィルター性能を大幅に向上させることができる。

まず、本発明の主たる構成であるメルトブロー法により作製されるメルトブロー不織布について説明すると、不織布製造法の一つであるメルトブロー法は、一般に、紡糸口金から押し出された熱可塑性ポリマーを熱風噴射することにより繊維状に細化し、該繊維の自己融着特性を利用してウェブとして形成せしめる方法である。エアフィルター用途に適用する場合には、該繊維の自己融着箇所を極小化することにより、捕集性能に働く、有効繊維が増加するため好ましいものである。

本発明に用いるメルトブロー不織布を構成する原料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸等のポリエステル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、フッ素系樹脂、およびこれらの共重合体または混合物などを挙げることができる。これらの中でも、ポリオレフィンまたはポリ乳酸を主体とするものはエレクトレット性能を特に発揮する点から好ましく、ポリプロピレンがより好ましい。

メルトブロー不織布を構成する繊維径や目付、その他構成要素については、本発明の主たる目的が引き伸ばし加工によるフィルター性能の向上であることから、特に制限されるものではないが、エアフィルター用途に用いる場合の一般的なメルトブロー不織布としては、平均繊維径０．５〜１０μｍ、目付１０〜７０ｇ／ｍ^２である。

上記のような繊維径、目付を示す不織布シートを得る方法としては、特に限定されるものではないが、メルトブロー法において、口金吐出孔径、ポリマー吐出量、ノズル温度、エア圧力といった製造条件を調整して製造することができる。

また、製造されるメルトブロー不織布は、エレクトレット化することが望ましい。エレクトレット化メルトブロー不織布にすれば、静電気吸着効果により高捕集性能を得ることができる。エレクトレット化の方法は特に限定されるものでないが、高性能を有するメルトブロー不織布を得る上で、水を不織布シートに付与した後に乾燥させることによりエレクトレット化する方法（例えば、特表平９−５０１６０４号公報、特開２００２−２４９９７８号公報等に記載されている方法）が好ましい。エレクトレット化の工程については、本発明の加工前後のいずれでも構わないものである。

さらに製造されるメルトブロー不織布には、耐候性を向上させ、またエレクトレット性能を良くする観点から、ヒンダードアミン系化合物およびトリアジン系化合物からなる群から選ばれる少なくとも一種が含まれていることが好ましい。ヒンダードアミン系化合物が２種類以上含まれていてもよいし、トリアジン系化合物が２種類以上含まれていてもよい。また、ヒンダードアミン系化合物とトリアジン系化合物が混在していてもよい。

また、上記化合物の他に、熱安定剤、耐候剤、重合禁止剤等の一般にエレクトレット加工品の不織布に使用されている通常の添加剤を添加してもよい。

次に、本発明の要旨である引き伸ばし加工について説明する。本発明の製造方法は、常温〜８０℃以下の温度下で、上述したメルトブロー不織布を幅方向に１．１〜１．５倍の引き伸ばし加工を実施するものである。メルトブロー不織布を幅方向に引き伸ばすことで、自己融着点が破壊されると共に繊維は開繊し、低圧力損失、高捕集効率となり大幅にフィルター性能を向上することが可能となる。

本発明の引き伸ばし加工で重要となるのが、加熱・加圧処理が施されていないメルトブロー不織布を幅方向に引き伸ばすことである。加熱・加圧処理を施した場合、機械強度は向上するが、繊維同士の融着が強くなる、あるいは繊維が潰されることで有効繊維が減少し、圧力損失が高くなり、さらには捕集効率も低下することから、フィルター性能の向上には何ら寄与するものではない。また一般的な製法で製造されるメルトブロー不織布を構成する繊維は、概ね不織布進行方向に配向していることから、不織布の幅方向に引き伸ばすことで融着点は破壊されやすくなり、さらに自己融着点を破壊された繊維は開繊することとなるため、フィルター性能の向上に大きく働くものである。ただし、メルトブロー不織布を幅方向に引き伸ばした後、不織布進行方向に引き伸ばす、逆に不織布進行方向に引き伸ばした後、不織布の幅方向に引き伸ばす、あるいは不織布進行・幅方向に同時に引き伸ばす等は何ら構わないものであり、重要なことは不織布の幅方向に定められた範囲で引き伸ばすことである。

該引き伸ばし加工を行う温度としては、上記したように常温〜８０℃以下の温度下で行うことが好ましく、より好ましくは、常温〜７０℃、さらに好ましくは常温〜６０℃である。常温より低い温度の場合、特に問題は無いが常温との差異が明確で無いため、温度をコントロールすること分がコスト増となり、好ましくないものである。尚、本発明で言う常温とは、故意に熱したり、冷ましたりしない自然な温度（通常は室温）を指す。また温度をかけた状態で加工すると加工性は向上するが８０℃を越える場合、エレクトレット処理を施しているメルトブロー不織布では、エレクトレットが失活する可能性が生じるため好ましくない。

また、引き伸ばし倍率としては、１．０５〜１．５倍が好ましく、より好ましくは１．０７〜１．４倍、さらに好ましくは１．１０〜１．３倍である。引き伸ばし倍率が１．０５倍未満であると、繊維の自己融着点が破壊されず、充分な効果が得られない。また引き伸ばし倍率が１．５０倍を越えるとメルトブロー不織布のシート破断の可能性が生じ、安定した処理が行えないため、好ましくない。

次に、引き伸ばし加工の方法について説明する。メルトブロー不織布を幅方向に引き伸ばす加工については、安定的に幅方向に引き伸ばすことができればよいことから、加工する方法、使用する機械に特に限りは無く、例えば、従来より主に織物やフィルムで使用されるピンテンター、クリップテンターによる方法、あるいは不織布のシワ伸ばしで使用されるベントバーや織物の柔軟加工に適用される凸凹を要すロールを通過せしめる方法等、種々の方法を挙げることができるが、特に条件変更の容易さ、加工安定性の面から、ピンテンターあるいはクリップテンターが好ましいと考えられる。加工条件については、上述した温度、引き伸ばし倍率以外、特に制限されるものはなく、加工するメルトブロー不織布により、適宜決定されるものである。

以下、実施例を挙げてより具体的に本発明を説明するが、これらの実施例に限定されるものではない。また、実施例において使用する特性値は、次の測定法により測定したものである。

（１）平均繊維径
メルトブロー不織布の幅方向に１０カ所、長さ方向に４カ所、合計４０個の測定用サンプルを採取し、走査型電子顕微鏡で倍率を２０００倍に調節して４００本以上の繊維写真を撮影、写真に写った全ての繊維１本１本の直径をノギスで測定し、測定した全ての繊維直径を平均した値を平均繊維径とした。

（２）目付
１５ｃｍ×１５ｃｍのシートの重量を測定し、得られた値を１ｍ^２当たりの値に換算し、目付（ｇ／ｍ^２）とした。

（３）捕集性能、圧力損失
不織布シートの幅方向に１０カ所測定用サンプルを採取し、それぞれのサンプルについて、図１に示す捕集性能測定装置で測定した。この捕集性能測定装置は、測定サンプルＭをセットするサンプルホルダー１の上流側にダスト収納箱２を連結し、下流側に流量計３、流量調整バルブ４、ブロワ５を連結している。また、サンプルホルダー１にパーティクルカウンター６を使用し、切替コック７を介して、測定サンプルＭの上流側のダスト個数と下流側のダスト個数をそれぞれ測定することができる。さらにサンプルホルダー１は圧力計８を備え、サンプルＭ上流、下流の静圧差を読み取ることができる。捕集性能の測定にあたっては、直径０．３μmのポリスチレン標準ラテックスパウダーをダスト収納箱２に充填し、サンプルＭをホルダー１にセットし、風量をフィルター通過速度が６．５ｍ／分になるように流量調整バルブ４で調整し、ダスト濃度を１万〜４万個／２．８３×１０−４ｍ^３（０．０１ｆｔ^３）の範囲で安定させ、サンプルＭの上流のダスト個数Ｄおよび下流のダスト個数ｄをパーティクルカウンター６（リオン社製、ＫＣ−０１Ｂ）で１サンプル当り１０回測定し、ＪＩＳＫ−０９０１に基づいて下記計算式にて捕集性能（％）を求めた。１０サンプルの平均値を最終的な捕集性能とした。
捕集性能（％）＝〔１−（ｄ／Ｄ）〕×１００
ただし、ｄ：下流ダストの１０回測定トータル個数
Ｄ：上流のダストの１０回測定トータル個数
また、圧力損失は捕集性能測定時のサンプルＭ上流、下流の静圧差を圧力計８で読み取り求めた。１０サンプルの平均値を最終的な圧力損失とした。
（５）ＱｕａｌｉｔｙＦａｃｔｏｒ値
下式によりＱｕａｌｉｔｙＦａｃｔｏｒ値（以下ＱＦ値とする）を算出した。尚、ＱＦ値とは、濾材の性能を表す指標として一般的に用いられているものであり、下式から判るように低圧力損失、高捕集効率である方がＱＦ値は大きいものとなる。
ＱＦ値（Ｐａ−１）＝−［ｌｎ（１−[捕集性能（％）]／１００）］／[圧力損失（Ｐａ）]
実施例１
原料として、ポリプロピレン（ＭＩ＝８００）にトリアジン系化合物であるキマソーブ９４４（チバガイギー製）を１重量％添加したものを使用し、直径が０．４ｍｍの吐出孔を一直線上に配置した口金（孔ピッチ：１．０ｍｍ、孔数：１１９６ホール、幅：１１９５ｍｍ）を用いて、メルトブロー法により、ポリマー吐出量３００ｇ／分、ノズル温度２８６℃、エア圧力０．０３５ＭＰａの条件で噴射し、捕集コンベア速度を調整することによって目付が３７．５ｇ／ｍ^２の不織布を得た。

得られた不織布を逆浸透膜濾過水が供給される水槽の水面に沿って走行させながら、その表面にスリット状の吸引ノズルを当接させて水を吸引することにより浸透処理し、次いで水切り後に８０℃で２０分熱風乾燥することにより、エレクトレット化されたメルトブロー不織布を得た。このエレクトレット化されたメルトブロー不織布の特性値を測定した。

次いでこのエレクトレット化されたメルトブロー不織布をクリップテンターにて、加工入り幅１０００ｍｍ、加工出幅１１５０ｍｍに設定し、加工入りから出までを常温（２６℃）下で通過せしめて１．１５倍の引き伸ばし加工を実施した。この引き伸ばし加工を実施したメルトブロー不織布の特性値を測定し、表１に示した。

実施例２
実施例１で作製したエレクトレット化されたメルトブロー不織布をピンテンターにて、加工入り幅１０００ｍｍ、加工出幅を１１００ｍｍに設定し、加工入りから出までを常温（２６℃）下で通過せしめて１．１０倍の引き伸ばし加工を実施した。この引き伸ばし加工を実施したメルトブロー不織布の特性値を測定し、表１に示した。

実施例３
実施例１で作製したメルトブロー不織布をクリップテンターにて、加工入り幅１０００ｍｍ、加工出幅を１２００ｍｍに設定し、加工入りから出までを温度４０℃下で通過せしめて１．２０倍の引き伸ばし加工を実施した。この引き伸ばし加工を実施したメルトブロー不織布の特性値を測定し、表１に示した。

実施例４
実施例１で作製したメルトブロー不織布をピンテンターにて、加工入り幅１０００ｍｍ、加工出幅を１１５０ｍｍに設定し、加工入りから出までを温度５０℃下で通過せしめて１．１５倍の引き伸ばし加工を実施した。この引き伸ばし加工を実施したメルトブロー不織布の特性値を測定し、表１に示した。

実施例５
原料として、重量平均分子量が１０万、融点が１６８℃であるポリ乳酸樹脂を使用し、直径が０．４ｍｍの吐出孔を一直線上に配置した口金（孔ピッチ：１．０ｍｍ、孔数：１１９６ホール、幅：１１９５ｍｍ）を用いて、メルトブロー法により、ポリマー吐出量３００ｇ／分、ノズル温度２２０℃、エア圧力０．０３５ＭＰａの条件で噴射し、捕集コンベア速度を調整することによって目付が３０ｇ／ｍ^２の不織布を得た。

次いでこのエレクトレット化されたメルトブロー不織布をクリップテンターにて、加工入り幅１０００ｍｍ、加工出幅１１２０ｍｍに設定し、加工入りから出までを常温（２６℃）下で通過せしめて１．１２倍の引き伸ばし加工を実施した。この引き伸ばし加工を実施したメルトブロー不織布の特性値を測定し、表１に示した。

比較例１
実施例１で作製したエレクトレット化されたメルトブロー不織布に表面温度が８０℃の
圧着率１２％の彫刻ロールと表面平滑ロールを通過せしめて、繊維間を融着させた後、ピンテンターにて、加工入り幅１０００ｍｍ、加工出幅を１１５０ｍｍに設定し、加工入りから出までを温度５０℃下で通過せしめて１．１５倍の引き伸ばし加工を実施した。この引き伸ばし加工を実施したメルトブロー不織布の特性値を測定し、表１に示した。

比較例２
実施例１で作製したエレクトレット化されたメルトブロー不織布をピンテンターにて、加工入り幅１０００ｍｍ、加工出幅を１６００ｍｍに設定し、加工入りから出までを温度５０℃下で通過せしめて１．６０倍の引き伸ばし加工を実施したが、不織布が破断し加工不可であった。

比較例３
実施例１で作製したエレクトレット化されたメルトブロー不織布をクリップテンターに
て、加工入り幅１０００ｍｍ、加工出幅を１０２０ｍｍに設定し、加工入りから出までを常温（２６℃）下で通過せしめて１．０２倍の引き伸ばし加工を実施した。この引き伸ばし加工を実施したメルトブロー不織布の特性値を測定し、表１に示した。

比較例４
実施例５で作製したエレクトレット化されたメルトブロー不織布をクリップテンターに
て、加工入り幅１０００ｍｍ、加工出幅を１０３０ｍｍに設定し、加工入りから出までを常温（２６℃）下で通過せしめて１．０３倍の引き伸ばし加工を実施した。この引き伸ばし加工を実施したメルトブロー不織布の特性値を測定し、表１に示した。

実施例１〜５は、引き伸ばし加工前後において、圧力損失は大幅に低減し、捕集効率も同等以上となり、ＱＦ値は飛躍的に向上していた。

一方、比較例１においては、加熱・加圧処理を施したことにより、圧力損失は高くなり、捕集効率も低くなっており、ＱＦ値も低くなっている。また比較例３、４においては、引き伸ばし倍率が小さいため、ＱＦ値の向上も小さく、充分な効果が発揮されていなかった。

以上のように、本発明の製造方法によれば、簡易な工程で大幅にフィルター性能を向上させることができる。

捕集性能および圧力損失の測定装置を示す概略図である。

符号の説明

１：ホルダー
２：ダスト収納箱
３：流量計
４：流量調整バルブ
５：ブロワ
６：パーティクルカウンター
７：切替コック
８：圧力計
Ｍ：測定サンプル

Claims

メルトブロー法により形成された不織布を幅方向に対し、常温〜８０℃以下の温度範囲で１．０５〜１．５倍の引き伸ばし加工を行うことを特徴とする不織布の製造方法。
該引き伸ばし加工が、ピンテンター又はクリップテンターを使用し、加工することを特徴とする請求項１記載の不織布の製造方法。