JP2010285720A - 不織布の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溶融した熱可塑性樹脂を紡糸することによって、高強度の極細繊維不織布を製造する方法、及びその装置を開発すること。
【解決手段】本発明により、メルトブロー法により、溶融した熱可塑性樹脂（プロピレン系重合体など）を紡糸口金からガスと共に繊維状に吐出するステップと；前記吐出した繊維に、近赤外線などの熱線を照射すると共に高電圧を印加するステップと；当該繊維を、ウェブ状に捕集するステップと、を含む不織布の製造方法が提供される。
【選択図】図３

Description

本発明は不織布の製造方法および製造装置に関する。

不織布は、それを構成する繊維の繊維径が小さいほど、分離性能、液体保持機能、払拭性能、隠蔽性能、柔軟性など、種々の性能に優れる。そこで、小さい繊維径を有する不織布を製造する方法が、従来から多々提案されている。

例えば、二種以上の熱可塑性樹脂成分からなる分割性複合繊維からなる不織布に、流体流を作用させて分割性複合繊維を分割して、細繊維化する方法（特許文献１を参照）、高分子物質を含む溶液を荷電されたノズルを通して噴射し、吐出される高分子物質をいずれか一つの極性に荷電させて、細繊維化する方法（特許文献２を参照）が提案されている。

さらに、溶媒に溶解されたポリマー溶液をノズルに搬送し、ポリマー溶液を高電圧が印加されたノズルから吐出させながら、ノズルの下部に圧縮空気を噴射させて、ノズル下部の接地された吸気コレクター上のポリマー溶液を紡糸する方法（特許文献３を参照）が提案されている。

また特許文献３には、従来の極細繊維不織布を製造する方法として、フラッシュ出糸法（フラッシュ紡糸法）、静電紡糸法（エレクトロスピニング）、メルトブローン紡糸法が記載されている。さらに、特許文献３には、メルトブローン紡糸法と静電紡糸法を有機的に結合する方法が記載されている。

上記のように、極細繊維不織布を製造する方法としては、分割性繊維、メルトブローン紡糸法、メルトブローン紡糸法と静電紡糸法を結合してなる紡糸法のように、溶融ポリマー（熱可塑性樹脂）を紡糸する方法と；フラッシュ紡糸法、静電紡糸法のように、ポリマー溶液を紡糸する方法と、に二分される。

溶融ポリマーを紡糸する方法は、溶媒の処理を行う必要がないので、工程が簡素であるが、得られる繊維の細さに限界がある。更に細くする方法として、分割性繊維を用いる方法があるが、繊維を分割するための工程が必要となる。一方、ポリマー溶液を紡糸する方法は、より細繊維化できるが、紡糸した後、ポリマーに含まれる溶媒を回収・処理する工程が必要となり、工程が複雑となる。

特開平８−２７３６５４号公報 特開２００２−２０１５５９号公報 特表２００５−５２００６８号公報

本発明は、溶融ポリマー、つまり溶融した熱可塑性樹脂を紡糸することで、極細繊維不織布を製造する方法、およびその装置を提供することを目的とする。

すなわち本発明は、以下に示す不織布の製造方法及び製造装置に関する。
［１］メルトブロー法により、溶融した熱可塑性樹脂を紡糸口金からガスと共に繊維状に吐出するステップと；前記吐出した繊維に、熱線を照射すると共に高電圧を印加するステップと；当該繊維を、ウェブ状に捕集するステップと、を含むことを特徴とする不織布の製造方法。
［２］前記熱可塑性樹脂が、プロピレン系重合体である、［１］に記載の製造方法。
［３］前記熱線が、近赤外線である、［１］に記載の製造方法。
［４］ 熱可塑性樹脂を溶融して、紡糸口金に搬送する押出機と；前記押出機から搬送された溶融樹脂を吐出する紡糸口金と；前記紡糸口金の下部に、圧縮空気を噴射するガスノズルと；前記紡糸口金から吐出された繊維に、高電圧を印加する電圧付与手段と；前記紡糸口金から吐出された繊維に、熱線を照射する熱線照射手段と；前記繊維をウェブ状に捕集する手段と、を具備する不織布製造装置。

本発明により、溶融樹脂を紡糸原料としながら、ポリマー溶液を紡糸原料としたときと同様か、またはそれ以上の極細繊維からなる不織布が得られうる。

本発明の不織布製造装置の第一の例の概略図である。 本発明の不織布製造装置の第二の例の概略図である。 本発明の不織布製造装置の第三の例の概略図である。

＜熱可塑性樹脂＞
本発明の不織布製造方法における紡糸原料は、溶融した熱可塑性樹脂である。熱可塑性樹脂は、種々公知の熱可塑性樹脂を用い得る。

かかる熱可塑性樹脂の具体例には、エチレン、プロピレン、１-ブテン、１-ヘキセン、４-メチル-１-ペンテンおよび１-オクテンなどのα-オレフィンの単独もしくは共重合体が含まれる。より具体的には、高圧法低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン（いわゆるＬＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン（プロピレン単独重合体）、ポリプロピレンランダム共重合体、ポリ１-ブテン、ポリ４-メチル-１-ペンテン、エチレン・プロピレンランダム共重合体、エチレン・１-ブテンランダム共重合体、プロピレン・１-ブテンランダム共重合体等のポリオレフィンが挙げられる。

熱可塑性樹脂の他の具体例には、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等）、ポリアミド（ナイロン-６、ナイロン-６６、ポリメタキシレンアジパミド等）、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、エチレン・酢酸ビニル共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリカーボネート、ポリスチレン、アイオノマーあるいはこれらの混合物等を例示することができる。

これらの熱可塑性樹脂のうち、高圧法低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリプロピレンランダム共重合体等のプロピレン系重合体、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミドなどが好ましい。

＜プロピレン系重合体＞
前記熱可塑性樹脂の中でも、プロピレン系重合体が好ましい。プロピレン系重合体の繊維からなる不織布は、耐薬品性が優れるからである。好ましいプロピレン系重合体は、融点（Ｔｍ）が１５５℃以上、好ましくは１５７〜１６５℃の範囲にあり；プロピレンの単独重合体であっても、もしくはプロピレンと極少量の１種または２種以上のα-オレフィンとの共重合体であってもよい。共重合するα-オレフィンは、炭素数２以上、好ましくは２〜８の１種または２種以上であることが好ましく、より具体的にはエチレン、１-ブテン、１-ペンテン、１-ヘキセン、１-オクテン、４-メチル-１-ペンテンなどが挙げられる。プロピレン系重合体は、プロピレン単独重合体が特に好ましい。

プロピレン系重合体は、溶融紡糸し得る限り、メルトフローレート（ＭＦＲ：ＡＳＴＭ Ｄ−１２３８、２３０℃、荷重２１６０ｇ）は特に限定はされない。

＜不織布の製造方法＞
本発明の不織布の製造方法は、
１）メルトブロー法により、溶融した熱可塑性樹脂を紡糸口金からガスと共に繊維状に吐出するステップ、
２）吐出した繊維に熱線を照射すると共に高電圧を印加するステップ、
３）当該繊維を、ウェブ状に捕集するステップ、とを含む。

メルトブロー法とは、不織布の製造におけるフリース形成法の一つであり、溶融した熱可塑性樹脂を紡糸口金から繊維状に吐出させるときに、溶融状態の吐出物に両側面から圧縮ガスをあてるとともに、ガスを随伴させることで繊維径を小さくすることができる。

具体的には、例えば、原料となるプロピレン系重合体などの熱可塑性樹脂を、押出機などを用いて溶融する。溶融樹脂は、押出機の先端に接続された紡糸口金に導入され、紡糸口金の紡糸ノズルから、繊維状に吐出される。吐出された繊維状の溶融樹脂をガス（例えば空気）にさらすことにより、繊維状の溶融樹脂が細化される。

ガスをあてられて細化した繊維は、熱線を照射されて再溶融し、かつ高電圧を印加されることでさらに細化される。熱線の照射と、電圧の印加の順序は特に限定されず、同時に行ってもよい。本発明における熱線とは、波長０．７〜１０００μmの電磁波を意味し、特に波長０．７μｍ〜２．５μmである近赤外線を意味する。熱線の強度や照射量は特に制限されず、繊維が再溶融されればよい。例えば、１Ｖ〜２００Ｖ（好ましくは１Ｖ〜２０Ｖ）の近赤外線ランプまたは近赤外線ヒータを用いることができる。また、印加する電圧も特に制限されず、１〜３００ｋＶでありうる。

このように本発明の製造方法では、メルトブロー法により得られる繊維に熱線を照射することにより、繊維の溶融粘度を下げることができる。そのため、分子量の大きい熱可塑性樹脂を紡糸原料としても、細化された繊維を得ることができ、高強度の極細不織布を得られるという利点がある。

熱線照射および電圧印加された繊維は、コレクターに捕集されて堆積される。その結果、不織布が製造される。コレクターの例には、多孔ベルトまたは多孔ドラムなどが含まれる。また、コレクターは空気捕集部を有していてもよく、繊維の捕集を促進してもよい。

コレクター上に予め設けた所望の基材上に、細化された繊維をウェブ状に捕集してもよい。予め設けておく基材の例には、メルトブロー不織布、スパンボンド不織布、ニードルパンチング及びスパンレース不織布などの他の不織布や織物、編物、紙などが含まれる。それにより、高性能フィルタ、ワイパーなどで使用する不織布積層体を得ることもできる。

＜不織布製造装置＞
本発明の不織布の製造装置は、
１）熱可塑性樹脂を溶融して搬送する押出機、
２）前記押出機から搬送された溶融樹脂を、繊維状に吐出する紡糸口金、
３）前記紡糸口金の下部に、ガスを噴射するガスノズル、
４）前記紡糸口金から吐出された繊維に、高電圧を印加する電圧付与手段、
５）前記紡糸口金から吐出された繊維に、熱線を照射する熱線照射手段、
６）前記繊維をウェブ状に捕集する手段、を具備する。

押出機は、特に限定されず、一軸押出機であっても多軸押出機であってもよい。ホッパーから投入された固体樹脂が、圧縮部で溶融される。

紡糸口金は、押出機の先端に配置されている。紡糸口金は、通常複数の紡糸ノズルを具備しており、例えば複数の紡糸ノズルが列状に配列している。溶融樹脂が、押出機によって紡糸口金にまで搬送され、紡糸ノズルに導入される。紡糸ノズルの開口部から繊維状の溶融樹脂が吐出される。溶融樹脂の吐出圧力は、通常０．０１〜２００ｋｇ／ｃｍ^２の範囲であり、１０〜３０ｋｇ／ｃｍ^２の範囲が好ましい。これより吐出量を高めて、大量生産を実現する。

ガスノズルは、紡糸口金の下部、より具体的には紡糸ノズルの開口部付近に、ガスを噴射する。噴射ガスは、空気でありうる。図１および図２に示されるように、ガスノズルを紡糸ノズルの開口部の近傍に設けて、ノズル開口からの吐出直後の樹脂に、ガスを噴射することが好ましい。

噴射するガスの速度（吐出風量）は特に限定されないが、４〜３０Ｎｍｍ^３／分／ｍでありうる。噴射するガスの温度は、原料樹脂の種類によって異なるが、ポリプロピレンであれば、通常は５℃〜４００℃以下であり、好ましくは加熱ガスであり、２５０℃〜３５０℃の範囲である。噴射するガスの種類は所望の不織布の種類により限定されないが、圧縮空気でありうる。

電圧付与手段は、紡糸口金から吐出された繊維状の溶融樹脂に電圧を印加する。繊維状の溶融樹脂に電圧を印加するには、例えば以下の態様がある。
１）図１に示されるように、ノズル開口部とコレクターとの間にリング状導電部材（例えば金属板）を配置して、リング状導電部材とノズル開口部との間に電位差を設ける。このとき、ノズル開口部を接地しておけばよい。
２）図２に示されるように、ノズル開口部とコレクターとの間にリング状導電部材（例えば金属板）を配置して、リング状導電部材とコレクターとの間に電位差を設ける。このとき、コレクターを接地しておけばよい。

図１および図２に示される電圧付与手段を用いれば、高電圧が印加される部材や、接地される部材を、他の部材と明らかに区分することができるので、容易に絶縁することができる。

印加される電圧は１ｋＶ〜３００ｋＶの範囲が望ましく、１０〜１００ｋＶが特に望ましい。

熱線照射手段は、紡糸口金から吐出された繊維状の溶融樹脂に熱線を照射する。熱線を照射された繊維は、再溶融することが好ましい。熱線照射手段は、例えば近赤外線である。

繊維への熱線の照射は、繊維に電圧を印加した後に行ってもよく（図１参照）、繊維に電圧を印加しながら行ってもよく（図２参照）、繊維に電圧を印加する前に行ってもよい（図３）。熱線照射は、好ましくは電圧印加の前または電圧印加と同時に行い、電圧印加の前に行うことがより好ましい。

ウェブ状に捕集する手段は特に限定されず、例えば多孔ベルトに繊維を捕集すればよい。多孔ベルトのメッシュ幅は５〜２００メッシュであることが好ましい。さらに、多孔ベルトの繊維捕集面の裏側に空気捕集部を設けて、捕集を容易にしてもよい。

捕集する手段の捕集面から、紡糸ノズルのノズル開口部までの距離は、３〜５５ｃｍであることが好ましい。ノズル開口部から捕集面までの間に、電圧の印加と熱線の照射とを行う。

以下において図１〜図３を参照して、本発明の不織布の製造装置とその製造方法の例を説明するが、本発明がこれらの態様に限定されるわけではない。図１〜図３に示される装置はそれぞれ、電圧付与手段の構成または電圧付与手段の配置位置が相違するが、他の構成部材は共通している。

図１〜図３に示される不織布製造装置は、押出機１０と、紡糸口金２０と、電圧電源３０と、近赤外線ランプ４０と、多孔ベルト５０とを具備する。

押出機１０のホッパー１１に固体の熱可塑性樹脂を投入して、圧縮部１２で溶融する。溶融された樹脂は、紡糸口金２０に搬送されて、紡糸ノズル２１に導入される。紡糸ノズル２１のノズル開口から、溶融樹脂が繊維状に吐出される。

一方、紡糸ノズル２１のノズル開口の近傍には、エアノズル２３が配置されている。エアノズル２３からは、エア加熱装置２２から供給された高温高圧エアが吐出される。吐出された高温高圧エアは、紡糸ノズル２１のノズル開口から吐出された樹脂６０にあてられる。

次に、繊維状に吐出された樹脂６０に電圧を印加し、かつ熱線も照射する。図１〜図３に示される装置のそれぞれについて説明する。

図１に示される装置は、紡糸口金２０と、多孔ベルト５０との間にリング状導電部材３１が配置されている。電圧電源３０は、リング状導電部材３１と紡糸口金２１との間に、高電位差を設ける。紡糸ノズル２１のノズル開口から吐出された樹脂６０は、リング状導電部材３１のリング内を通過する。そのため、紡糸ノズル２１のノズル開口からリング状導電部材３１に移動する樹脂繊維に、電圧が印加される。それにより、繊維径が小さくなる。

次に、リング状導電部材３１のリング内を通過した樹脂繊維に、近赤外線ランプ４０で赤外線を照射する。それにより、樹脂繊維は再溶融して繊維径がさらに小さくなるか、または繊維が分割することもある。

一方、図２に示される装置にも、紡糸口金２０と、多孔ベルト５０との間にリング状導電部材３１’が配置されている。電圧電源３０’は、リング状導電部材３１’と多孔ベルト５０との間に、高電位差を設ける。紡糸ノズル２１のノズル開口から吐出された樹脂６０は、リング状導電部材３１’の内部を通過して、多孔ベルト５０に捕集される。そのため、リング状導電部材３１’から多孔ベルト５０に移動する樹脂繊維に、電圧が印加される。それにより繊維径が小さくなる。

さらに、リング状導電部材３１’から多孔ベルト５０に移動する樹脂繊維には、電圧の印加とともに、赤外線ランプ４０で熱線も照射する。熱線の照射と電圧の印加とを同時に行うことにより、効率的に繊維径を小さくすることができ、また繊維を分割することもある。

また、図３に示される装置も、図２に示される装置と同様に、紡糸口金２０と、多孔ベルト５０との間にリング状導電部材３１’が配置されている。電圧電源３０’は、リング状導電部材３１’と多孔ベルト５０との間に、高電位差を設ける。

紡糸ノズル２１のノズル開口から吐出された樹脂６０は、まず、近赤外線ランプ４０で赤外線を照射される。赤外線を照射された繊維は、リング状導電部材３１’の内部を通過して、多孔ベルト５０に捕集される。そのため、リング状導電部材３１’から多孔ベルト５０に移動する樹脂繊維に、電圧が印加される。それにより繊維径が小さくなるが、近赤外線ランプ４０の赤外線により繊維が溶融しているので、より繊維径が小さくなる。

図１〜図３に示される装置において、電圧印加および熱線照射をされた繊維は多孔ベルト５０に捕集される。多孔ベルト５０はローラによって搬送されている。多孔ベルト５０の捕集面の裏側に、送風機５２に接続された空気捕集部５１を設けて、繊維の捕集を容易にしている。それにより、多孔ベルト５０に不織布が製造される。

本発明により、溶融樹脂を紡糸原料としながら、繊維径の小さい不織布を効率的に生産することができる。しかも、分子量の大きい樹脂を原料とすることができるので、高強度の極細不織布を得ることもできる。

１０ 押出機
１１ ホッパー
１２ 圧縮部
２０ 紡糸口金
２１ 紡糸ノズル
２２ エア加熱装置
２３ エアノズル
３０，３０ 電圧電源
３１，３１’ リング状導電部材
４０ 近赤外線ランプ
５０ 多孔ベルト
５１ 空気捕集部
５２ 送風機
６０ 吐出された樹脂

Claims (4)

1. メルトブロー法により、溶融した熱可塑性樹脂を紡糸口金からガスと共に繊維状に吐出するステップと、
   前記吐出した繊維に、熱線を照射すると共に高電圧を印加するステップと、
   前記繊維を、ウェブ状に捕集するステップと、
   を含むことを特徴とする不織布の製造方法。
2. 前記熱可塑性樹脂が、プロピレン系重合体である、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記熱線が、近赤外線である、請求項１に記載の製造方法。
4. 熱可塑性樹脂を溶融して搬送する押出機と、
   前記押出機から搬送された溶融樹脂を、繊維状に吐出する紡糸口金と、
   前記紡糸口金の下部に、ガスを噴射するガスノズルと、
   前記紡糸口金から吐出された繊維に、高電圧を印加する電圧付与手段と、
   前記紡糸口金から吐出された繊維に、熱線を照射する熱線照射手段と、及び
   前記繊維をウェブ状に捕集する手段と、
   を具備する不織布製造装置。
   

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