本発明の不織布製造装置を構成する紡糸装置について、紡糸装置の先端部を拡大した斜視図である図1(a)、及び図1(a)におけるC平面切断図である図1(b)をもとに説明する。
本発明の紡糸装置は紡糸液を吐出できる液吐出部Elを一方の端部に有する液吐出ノズルNl1本と、ガスを吐出できるガス吐出部Egを一方の端部に有するガス吐出ノズルNg1本の外壁面が当接し、ガス吐出ノズルNgのガス吐出部Egが液吐出部Elよりも上流側となる位置にある。なお、液吐出ノズルNlは液吐出部Elを端部とする液用柱状中空部Hlを有しており、ガス吐出ノズルNgはガス吐出部Egを端部とするガス用柱状中空部Hgを有している。また、前記液用柱状中空部Hlを延長した液仮想柱状部Hvlと前記ガス用柱状中空部Hgを延長したガス仮想柱状部Hvgとは、液吐出ノズルNlの壁厚とガス吐出ノズルNgの壁厚の和に相当する距離だけ離れて近接した状態にある。しかも前記液用柱状中空部Hlの吐出方向中心軸Alとガス用柱状中空部Hgの吐出方向中心軸Agとが平行である関係にある。更には、図1(b)にガス用柱状中空部Hgの中心軸に対して垂直な平面Cで切断した切断図を示すように、ガス用柱状中空部Hgの切断面の外形、液用柱状中空部Hlの切断面の外形ともに円形であり、これら外周間の距離が最も短い直線L1を、1本だけ引くことができる状態にある。
そのため、図1のような紡糸装置の液吐出ノズルNlに紡糸液を供給し、ガス吐出ノズルNgにガスを供給すると、紡糸液は液用柱状中空部Hlを通り液吐出部Elから液用柱状中空部Hlの軸方向に吐出されると同時に、ガスはガス用柱状中空部Hgを通りガス吐出部Egからガス用柱状中空部Hgの軸方向に吐出される。この吐出されたガスと吐出された紡糸液とは近接した状態にあり、ガスの吐出方向と紡糸液の吐出方向とは平行関係にあり、しかも平面C上、吐出されたガスと吐出された紡糸液とは最も近い点が1点、つまり、紡糸液は1本の直線状にガスおよび随伴気流による剪断作用を受けるため、細径化しながら液用柱状中空部Hlの軸方向に飛翔し、同時に紡糸液の溶媒が揮発して繊維化する。なお、図1の紡糸装置は紡糸液及びガスを加熱する必要はないため、エネルギー的に有利である。
液吐出ノズルNlは紡糸液を吐出できるものであれば良く、液吐出部Elの形状は特に限定するものではないが、液吐出部Elの形状は、例えば、円形、長円形、楕円形、多角形(例えば、三角形、四角形、六角形)であることができるが、ガス及び随伴気流の剪断作用を1本の直線状に受け、液滴を生じにくいように、円形であるのが好ましい。なお、液吐出部Elの形状が多角形である場合には、多角形の1つの角をガス吐出ノズルNg側となるように配置することにより、ガス及び随伴気流の剪断作用が1本の直線状となり、液滴を生じにくくなる。つまり、ガス用柱状中空部Hgの中心軸に対して垂直な平面で切断した時に、ガス用柱状中空部Hgの切断面の外周と液用柱状中空部Hlの切断面の外周との距離が最も短い直線を、1本だけ引くことができる状態となり、吐出された紡糸液はガス及び随伴気流の剪断作用を1本の直線状に受け、液滴を生じにくくなる。
また、液吐出部Elの大きさも特に限定するものではないが、0.03〜20mm2であるのが好ましく、0.03〜0.8mm2であるのがより好ましい。0.03mm2よりも小さいと、粘度の高い紡糸液を吐出するのが困難になる傾向があり、20mm2を超えると、吐出された紡糸液全体に剪断作用を働かせることが困難となり、液滴を生じやすくなる傾向があるためである。
なお、液吐出ノズルNlは金属製であっても樹脂製であってもよく、その素材は特に限定するものではない。また、金属製又は樹脂製のチューブを用いることもできる。更に、図1においては、円柱状の液吐出ノズルNlを図示しているが、先端が傾斜を持って切断された鋭角ノズルを使用することもできる。この鋭角ノズルの場合、紡糸液の粘度が高い場合に有効である。このような鋭角ノズルを使用する場合、尖った側をガス吐出ノズル側とすると、ガス及び随伴気流の剪断作用を受けやすく、安定して繊維化できる。
ガス吐出ノズルNgはガスを吐出できるものであれば良く、ガス吐出部Egの形状は特に限定するものではないが、ガス吐出部Egの形状は、例えば、円形、長円形、楕円形、多角形(例えば、三角形、四角形、六角形)であることができるが、ガス及び随伴気流の剪断作用を働きやすくするために、円形であるのが好ましい。なお、ガス吐出部Egの形状が多角形である場合には、多角形の1つの角を液吐出ノズルNl側となるように配置することにより、ガス及び随伴気流の剪断作用が働きやすくなる。つまり、ガス用柱状中空部Hgの中心軸に対して垂直な平面で切断した時に、ガス用柱状中空部Hgの切断面の外周と液用柱状中空部Hlの切断面の外周との距離が最も短い直線を、1本だけ引くことができる状態となり、吐出された紡糸液はガス及び随伴気流の剪断作用を1本の直線状に受け、液滴を生じにくくなる。
また、ガス吐出部Egの大きさも特に限定するものではないが、0.03〜79mm2であるのが好ましく、0.03〜20mm2であるのがより好ましい。0.03mm2よりも小さいと、吐出された紡糸液全体に剪断作用を働かせることが困難となり、安定して繊維化することが困難になる傾向があるためで、79mm2を超えると剪断作用を働かせるために十分な風速が必要で、多量のガスが必要となって不経済であるためである。なお、ガス吐出部Egの大きさは液吐出部Elの大きさと同じか、より大きいのが好ましい。ガス及び随伴気流の剪断作用が働きやすいためである。
なお、ガス吐出ノズルNgは金属製であっても樹脂製であっても良く、その素材は特に限定しない。また、ガス吐出ノズルに替えて金属製や樹脂製のチューブを用いることもできる。
ガス吐出ノズルNgはガス吐出部Egが液吐出部Elよりも上流側(紡糸液の供給側)となる位置に配置されているため、液吐出部周辺へ紡糸液が巻き上がるのを防止できる。そのため、液吐出部を汚すことなく、長時間の紡糸が可能である。なお、ガス吐出部Egと液吐出部Elとの距離は特に限定するものではないが、10mm以下であることが好ましく、5mm以下であることがより好ましい。10mmを超えると紡糸液に対するガス及び随伴気流の剪断力が不十分となり、繊維化しにくくなる傾向があるためである。ガス吐出部Egと液吐出部Elとの距離の差の下限は特に限定するものではなく、ガス吐出部Egと液吐出部Elとが一致していなければ良い。
液用柱状中空部Hlは紡糸液の通過経路であり、紡糸液の吐出時における形状を形作り、ガス用柱状中空部Hgはガスの通過経路であり、ガスの吐出時における形状を形作る。
なお、液用柱状中空部Hlを延長した液仮想柱状部Hvlは液吐出部Elから吐出された紡糸液の吐出直後の飛翔経路であり、ガス用柱状中空部Hgを延長したガス仮想柱状部Hvgはガス吐出部Egから吐出されたガスの吐出直後の噴出経路である。この液仮想柱状部Hvlとガス仮想柱状部Hvgとの距離は液吐出ノズルNlの壁厚とガス吐出ノズルNgの壁厚の和に相当しているが、この距離は2mm以下であることが好ましく、1mm以下であることがより好ましい。2mmを超えるとガス及び随伴気流の剪断力が作用しにくく、繊維化しにくくなる傾向があるためである。
この液仮想柱状部Hvlとガス仮想柱状部Hvgのいずれも内部充実した柱状である。例えば、円柱状の液仮想部を中空円柱状のガス仮想部で覆った状態、又は円柱状のガス仮想部を中空円柱状の液仮想部で覆った状態であると、ガス仮想柱状部の中心軸に対して垂直な平面で切断した時に、液仮想部の切断面の外周とガス仮想部の切断面の内周、又はガス仮想部の切断面の外周と液仮想部の切断面の内周との距離が最も短い直線を無数に引くことができる結果、様々な点にガス及び随伴気流の剪断力が作用し、繊維化が不十分となり、液滴が多くなるためである。この「仮想柱状部」はノズルの内壁面を延長して形成される部分である。
更に、液用柱状中空部Hlの吐出方向中心軸Alとガス用柱状中空部Hgの吐出方向中心軸Agとが平行で、吐出された紡糸液に対して1本の直線状にガス及び随伴気流を作用させることができるため、安定して繊維を形成することができる。例えば、円柱状の液用中空部を中空円柱状のガス中空部で覆った状態、又は円柱状のガス中空部を中空円柱状の液用中空部で覆った状態であるように、これら中心軸が一致すると、ガス及び随伴気流の剪断力を1本の直線状に作用させることができず、繊維化が不十分となり、液滴が多くなる。また、これら中心軸が交差又はねじれの位置にあると、ガス及び随伴気流による剪断力が作用しないか、作用したとしても不均一であることから、安定して繊維を形成することができない。この「平行」であるとは、液用柱状中空部Hlの吐出方向中心軸Alとガス用柱状中空部Hgの吐出方向中心軸Agとが同一平面上に位置することができ、しかも平行であることを意味する。また、「吐出方向中心軸」とは吐出部の中心と仮想柱状部の横断面における中心とを結んでできる直線である。
本発明の紡糸装置はガス用柱状中空部Hgの中心軸に対して垂直な平面で切断した時に、ガス用柱状中空部Hgの切断面の外周と液用柱状中空部Hlの切断面の外周との距離が最も短い直線を、1本だけ引くことができる(図1(b))。このようなガス用柱状中空部から吐出されたガス及び随伴気流は、液用柱状中空部から吐出された紡糸液に対して、1本の直線状に作用し、剪断作用を発揮することができるため、液滴を生じることなく、安定して紡糸することができる。例えば、前記直線を2本引くことができる場合には、一方の点で作用する場合と他方の点で作用する場合とが交互になるなど、安定して剪断作用を発揮することができない結果、液滴を発生し、安定して紡糸することができない。
なお、図1(a)には図示していないが、液吐出ノズルNlは紡糸液貯蔵装置(例えば、シリンジ、ステンレスタンク、プラスチックタンク、或は塩化ビニル樹脂製、ポリエチレン樹脂製などの樹脂製バッグなど)に接続されており、ガス吐出ノズルNgはガス供給装置(例えば、圧縮機、ガスボンベ、ブロアなど)に接続されている。
図1においては、1組の紡糸装置しか描いていないが、2組以上の紡糸装置を配置することができる。2組以上の紡糸装置を配置することによって、生産性を高めることができる。
また、図1においては、液吐出ノズルNlとガス吐出ノズルNgとを固定した状態にあるが、前述のような関係を満たす限り、図1の態様に限定されない。例えば、液吐出ノズルNlの液吐出部El及び/又はガス吐出ノズルNgのガス吐出部Egの位置を自由に調整できる機構を備えていることもできる。また、段差を有する基材に対して液用柱状中空部Hlとガス用柱状中空部Hgを穿孔したものであっても良い。
本発明の別の紡糸装置について、液吐出部2箇所とガス吐出部1箇所とを有する紡糸装置の先端部を拡大した斜視図である図4及び図4におけるC平面切断図である図5(a)をもとに説明する。
この紡糸装置は、紡糸液を吐出できる第1液吐出部El1を一方の端部に有する第1液吐出ノズルNl1と、紡糸液を吐出できる第2液吐出部El2を一方の端部に有する第2液吐出ノズルNl2とが、ガスを吐出できるガス吐出部Egを一方の端部に有するガス吐出ノズルNgを挟むように外壁面が当接し、ガス吐出ノズルNgのガス吐出部Egが第1液吐出部El1、第2液吐出部El2のいずれよりも上流側となる位置にある。なお、第1液吐出ノズルNl1は第1液吐出部El1を端部とする第1液用柱状中空部Hl1を有し、第2液吐出ノズルNl2は第2液吐出部El2を端部とする第2液用柱状中空部Hl2を有し、ガス吐出ノズルNgはガス吐出部Egを端部とするガス用柱状中空部Hgを有している。また、前記第1液用柱状中空部Hl1を延長した第1液仮想柱状部Hvl1と前記ガス用柱状中空部Hgを延長したガス仮想柱状部Hvgとは、第1液吐出ノズルNl1の壁厚とガス吐出ノズルNgの壁厚の和に相当する距離だけ離れて近接した状態にあり、前記第2液用柱状中空部Hl2を延長した第2液仮想柱状部Hvl2と前記ガス用柱状中空部Hgを延長したガス仮想柱状部Hvgとは、第2液吐出ノズルNl2の壁厚とガス吐出ノズルNgの壁厚の和に相当する距離だけ離れて近接した状態にある。しかも前記第1液用柱状中空部Hl1の第1吐出方向中心軸Al1とガス用柱状中空部Hgの吐出方向中心軸Agとが平行である関係にあり、前記第2液用柱状中空部Hl2の第2吐出方向中心軸Al2とガス用柱状中空部Hgの吐出方向中心軸Agとが平行である関係にある。更には、ガス用柱状中空部Hgの中心軸Agに対して垂直な平面で切断した時に、ガス用柱状中空部Hgの切断面の外形が円形であり、液用柱状中空部Hl1、Hl2の切断面の外形がいずれも円形であり、ガス用柱状中空部Hgの切断面の外周と液用柱状中空部Hl1、Hl2の切断面の外周との距離が最も短い直線L1、L2を、いずれの組み合わせにおいても、1本だけ引くことができる状態にある(図5(a)参照)。
そのため、図4のような紡糸装置の第1液吐出ノズルNl1及び第2液吐出ノズルNl2に紡糸液を供給し、ガス吐出ノズルNgにガスを供給すると、紡糸液は第1液用柱状中空部Hl1、第2液用柱状中空部Hl2をそれぞれ通り、第1液吐出部El1、第2液吐出部El2から第1液用柱状中空部Hl1の第1吐出方向中心軸Al1方向、第2液用柱状中空部Hl2の第2吐出方向中心軸Al2方向にそれぞれ吐出されると同時に、ガスはガス用柱状中空部Hgを通りガス吐出部Egからガス用柱状中空部Hgの吐出方向中心軸Ag方向に吐出される。この吐出されたガスと吐出された各紡糸液とはいずれも近接した状態にあり、各液吐出部の直近においては、吐出ガスの中心軸Agと各吐出紡糸液の中心軸Al1、Al2とがいずれも平行関係にあり、しかもC平面上、吐出されたガスと吐出された紡糸液とは、いずれの組み合わせにおいても最も近い点が1箇所であることから、つまりいずれの紡糸液も1本の直線状にガスおよび随伴気流による剪断作用を受け、細径化しながら第1液用柱状中空部Hl1の第1軸方向、第2液用柱状中空部Hl2の第2軸方向にそれぞれ飛翔し、同時に紡糸液の溶媒が揮発して繊維化する。このように、図4の紡糸装置は1つのガス流によって、2つの紡糸液を紡糸して繊維化することができ、ガス量を減らすことができるため、生産性良く紡糸できる。また、ガス量を減らすことができ、吸引装置を大型化する必要がないことからエネルギー的に有利である。更に、吸引力を強くする必要がないため、厚さの薄い不織布から厚い不織布まで製造することができる。なお、図4の紡糸装置は紡糸液及びガスを加熱する必要がないため、エネルギー的に有利である。
第1液吐出ノズルNl1、第2液吐出ノズルNl2は紡糸液を吐出できるものであれば良く、第1液吐出部El1、第2液吐出部El2の外形は特に限定するものではなく、例えば、円形、長円形、楕円形、多角形(例えば、三角形、四角形、六角形)であることができるが、ガス及び随伴気流の剪断作用を1本の直線状に作用を受け、液滴を生じにくいように、円形であるのが好ましい。つまり、第1液吐出ノズルNl1、第2液吐出ノズルNl2の外形が円形であると、ガス用柱状中空部Hgの中心軸Agに対して垂直な平面で切断した時に、ガス用柱状中空部Hgの切断面の外周と液用柱状中空部Hl1、Hl2の切断面の外周との距離が最も短い直線L1、L2を、いずれの組み合わせにおいても1本だけ引くことができる状態となりやすいため、吐出された紡糸液はガス及び随伴気流の剪断作用を1本の直線状に受け、液滴を生じにくくなる。なお、第1液吐出部El1と第2液吐出部El2の外形は同じ外形であっても良いし、異なる外形であっても良いが、いずれも円形であるのが好ましい。
第1液吐出部El1及び/又は第2液吐出部El2の形状が多角形である場合には、多角形の1つの角をガス吐出ノズルNg側となるように配置することにより、ガス及び随伴気流の剪断作用を1本の直線状に受け、液滴を生じにくくするのが好ましい。つまり、ガス用柱状中空部Hgの中心軸Agに対して垂直な平面で切断した時に、ガス用柱状中空部Hgの切断面の外周と第1液用柱状中空部Hl1、第2液用柱状中空部Hl2の切断面の外周との距離が最も短い直線(図5(a)〜(e)におけるL1、L2)を、いずれの組み合わせにおいても、1本だけ引くことができるように第1液吐出ノズルNl1、第2液吐出ノズルNl2を配置すると、紡糸液はガス及び随伴気流の剪断作用を1本の直線状に受け、安定して紡糸でき、液滴を生じにくくなる。したがって、ガス吐出部Egの形状が円形であれば、多角形状の第1液吐出部El1、第2液吐出部El2の辺をガス吐出ノズルNg側となるように配置することも可能である(図5(e)参照)。
また、第1液吐出部El1及び第2液吐出部El2の大きさも特に限定するものではないが、いずれも0.01〜20mm2であるのが好ましく、0.01〜2mm2であるのがより好ましい。0.01mm2よりも小さいと、粘度の高い紡糸液を吐出するのが困難になる傾向があり、20mm2を超えると、ガス及び随伴気流の作用を1本の直線状にするのが難しくなり、安定して紡糸できなくなる傾向があるためである。なお、第1液吐出部El1の大きさと第2液吐出部El2の大きさは同じであっても異なっていても良い。同じ大きさであれば、繊維径の揃った繊維を紡糸しやすい。
なお、第1液吐出ノズルNl1及び第2液吐出ノズルNl2は金属製であっても樹脂製であってもよく、その素材は特に限定するものではない。また、金属製又は樹脂製のチューブを用いることもできる。更に、図4においては、円柱状の第1液吐出ノズルNl1及び第2液吐出ノズルNl2を図示しているが、先端が傾斜を持って切断された鋭角ノズルを使用することもできる。この鋭角ノズルの場合、紡糸液の粘度が高い場合に有効である。このような鋭角ノズルを使用する場合、尖った側をガス吐出ノズル側とすると、ガス及び随伴気流の剪断作用を受けやすく、安定して繊維化できる。
なお、図4においては、第1液吐出ノズルNl1と第2液吐出ノズルNl2の2本について図示しているが、液吐出ノズルは2本である必要はなく、3本以上であっても良い(図6参照)。この液吐出ノズルの本数が多ければ多いほど、ガスを効率的に使用し、生産性良く紡糸することができる。
ガス吐出ノズルNgはガスを吐出できるものであれば良く、ガス吐出部Egの形状は特に限定するものではなく、例えば、円形、長円形、楕円形、多角形(例えば、三角形、四角形、六角形)であることができるが、ガス吐出部に対して各液吐出部をどのように配置しても、各液吐出部から吐出された各紡糸液に、ガス吐出部から吐出されたガスおよび随伴気流による剪断力をそれぞれ1本の直線状に作用させ、細径化した繊維を紡糸しやすいように、円形であるのが好ましい。なお、ガス吐出部Egの形状が多角形である場合には、多角形の1つの角を第1液吐出ノズルNl1側となり、もう1つの角が第2液吐出ノズルNl2側となるように配置することにより、ガス及び随伴気流の剪断作用が働きやすくなる。つまり、前述の通り、ガス用柱状中空部Hgの中心軸Agに対して垂直な平面で切断した時に、ガス用柱状中空部Hgの切断面の外周と第1液用柱状中空部Hl1、第2液用柱状中空部Hl2の切断面の外周との距離が最も短い直線L1、L2を、いずれの組み合わせにおいても、1本だけ引くことができる状態となるように第1液吐出ノズルNl1、第2液吐出ノズルNl2を配置する(図5(c)〜(d)参照)と、紡糸液はガス及び随伴気流の剪断作用を1本の直線状に受け、液滴を生じにくくなる。
また、ガス吐出部Egの大きさも特に限定するものではないが、0.01〜79mm2であるのが好ましく、0.015〜20mm2であるのがより好ましい。0.01mm2よりも小さいと、吐出された各紡糸液全体に剪断作用を働かせることが困難になり、安定して繊維化することが困難になる傾向があるためで、79mm2を超えると剪断作用を働かせるために十分な風速が必要で、多量のガスが必要となって不経済であるためである。
なお、ガス吐出ノズルNgは金属製であっても樹脂製であっても良く、その素材は特に限定しない。また、ガス吐出ノズルに替えて金属製や樹脂製のチューブを用いることもできる。
ガス吐出ノズルNgはガス吐出部Egが第1液吐出部El1及び第2液吐出部El2よりも上流側(紡糸液の供給側)となる位置に配置されているため、第1液吐出部El1及び第2液吐出部El2の周辺へ紡糸液が巻き上がるのを防止できる。そのため、液吐出部を汚すことなく、長時間の紡糸が可能である。なお、ガス吐出部Egと第1液吐出部El1又は第2液吐出部El2との距離は特に限定するものではないが、10mm以下であることが好ましく、5mm以下であることがより好ましい。10mmを超えると第1液吐出部El1又は第2液吐出部El2におけるガス及び随伴気流の剪断力が不十分となり、繊維化しにくくなる傾向があるためである。ガス吐出部Egと第1液吐出部El1及び第2液吐出部El2との距離の下限は特に限定するものではなく、ガス吐出部Egと第1液吐出部El1及び第2液吐出部El2とが一致していなければ良い。
なお、ガス吐出部Egと第1液吐出部El1又は第2液吐出部El2との距離は同じであっても異なっていても良いが、同じであると、各紡糸液に対して同程度の剪断力を作用させることができ、安定して紡糸できるため好適である。
第1液用柱状中空部Hl1及び第2液用柱状中空部Hl2は紡糸液の通過経路であり、紡糸液の吐出時における形状を形作り、ガス用柱状中空部Hgはガスの通過経路であり、ガスの吐出時における形状を形作る。本発明においては、第1液用柱状中空部Hl1、第2液用柱状中空部Hl2、ガス用柱状中空部Hgのいずれも柱状の紡糸液又はガスを形成できるため、ガス及び随伴気流の剪断作用を各紡糸液に十分に作用させることができ、繊維化することができる。
なお、第1液用柱状中空部Hl1を延長した第1液仮想柱状部Hvl1は第1液吐出部El1から吐出された紡糸液の吐出直後の飛翔経路であり、第2液用柱状中空部Hl2を延長した第2液仮想柱状部Hvl2は第2液吐出部El2から吐出された紡糸液の吐出直後の飛翔経路であり、ガス用柱状中空部Hgを延長したガス仮想柱状部Hvgはガス吐出部Egから吐出されたガスの吐出直後の噴出経路である。この第1液仮想柱状部Hvl1とガス仮想柱状部Hvgとの距離は第1液吐出ノズルNl1の壁厚とガス吐出ノズルNgの壁厚の和に相当し、第2液仮想柱状部Hvl2とガス仮想柱状部Hvgとの距離は第2液吐出ノズルNl2の壁厚とガス吐出ノズルNgの壁厚の和に相当しているが、これら距離は2mm以下であることが好ましく、1mm以下であることがより好ましい。2mmを超えるとガス及び随伴気流の剪断力が作用しにくく、繊維化しにくくなる傾向があるためである。
この第1液仮想柱状部Hvl1、第2液仮想柱状部Hvl2、ガス仮想柱状部Hvgのいずれも内部充実した柱状である。例えば、円柱状の第1又は第2液仮想部を中空円柱状のガス仮想部で覆った状態、又は円柱状のガス仮想部を中空円柱状の第1又は第2液仮想部で覆った状態であると、ガス仮想柱状部Hvgの中心軸Agに対して垂直な平面で切断した時に、第1又は第2液仮想部の切断面の外周とガス仮想部の切断面の内周、又はガス仮想部の切断面の外周と第1又は第2液仮想部の切断面の内周との距離が最も短い直線を無数に引くことができる結果、紡糸液の様々な点でガス及び随伴気流の剪断力が作用し、繊維化が不十分となり、液滴が多くなるためである。この「仮想柱状部」はノズルの内壁面を延長して形成される部分である。
更に、第1液用柱状中空部Hl1の第1吐出方向中心軸Al1とガス用柱状中空部Hgの吐出方向中心軸Agとが平行であり、また、第2液用柱状中空部Hl2の第2吐出方向中心軸Al2とガス用柱状中空部Hgの吐出方向中心軸Agとが平行であるため、吐出された紡糸液に対してガス及び随伴気流が1本の直線状に作用し、安定して繊維を形成することができる。例えば、円柱状の第1又は第2液用中空部を中空円柱状のガス中空部で覆った状態、又は円柱状のガス中空部を中空円柱状の第1又は第2液用中空部で覆った状態であるように、これら中心軸が一致すると、ガス及び随伴気流の剪断力を1本の直線状に作用させることができず、繊維化が不安定となり、液滴が多くなる。また、これら中心軸が交差又はねじれの位置にあると、ガス及び随伴気流による剪断力が作用しないか、作用したとしても不均一であることから、安定して繊維を形成することができない。この「平行」であるとは、第1又は第2液用柱状中空部の吐出方向中心軸とガス用柱状中空部の吐出方向中心軸とが同一平面上に位置することができ、しかも平行であることを意味する。また、「吐出方向中心軸」とは吐出部の中心と仮想柱状部の横断面における中心とを結んでできる直線である。
本発明の紡糸装置はガス用柱状中空部Hgの中心軸Agに対して垂直な平面で切断した時に、ガス用柱状中空部Hgの切断面の外周と第1液用柱状中空部Hl1の切断面の外周との距離が最も短い直線L1を1本だけ引くことができ、ガス用柱状中空部Hgの切断面の外周と第2液用柱状中空部Hl2の切断面の外周との距離が最も短い直線L2を1本だけ引くことができる。このようなガス用柱状中空部Hgから吐出されたガス及び随伴気流は、第1液用柱状中空部Hl1から吐出された紡糸液と第2液用柱状中空部Hl2から吐出された紡糸液のいずれに対しても1本の直線状に作用し、剪断作用を発揮することができるため、液滴を生じることなく、安定して紡糸することができる。例えば、前記直線を2本引くことができる場合には、一方の点で作用する場合と他方の点で作用する場合とが交互になるなど、安定して剪断作用を発揮することができない結果、液滴を発生し、安定して紡糸することができない。
なお、図4には図示していないが、第1液吐出ノズルNl1及び第2液吐出ノズルNl2は紡糸液貯蔵装置(例えば、シリンジ、ステンレスタンク、プラスチックタンク、或は塩化ビニル樹脂製、ポリエチレン樹脂製などの樹脂製バッグなど)に接続されており、ガス吐出ノズルNgはガス供給装置(例えば、圧縮機、ガスボンベ、ブロアなど)に接続されている。
図4においては、1組の紡糸装置しか描いていないが、2組以上の紡糸装置を配置することができる。2組以上の紡糸装置を配置することによって、生産性を更に高めることができる。
また、図4においては、第1液吐出ノズルNl1、第2液吐出ノズルNl2、及びガス吐出ノズルNgとを固定した状態にあるが、前述のような関係を満たす限り、図4の態様に限定されない。例えば、第1液吐出ノズルNl1の第1液吐出部El1、第2液吐出ノズルNl2の第2液吐出部El2、及び/又はガス吐出ノズルNgのガス吐出部Egの位置を自由に調整できる機構を備えていることもできる。また、段差を有する基材に対して第1液用柱状中空部Hl1、第2液用柱状中空部Hl2、ガス用柱状中空部Hgを穿孔したものであっても良い。
本発明の不織布製造装置について、不織布製造装置の模式的断面説明図である図7を参照しながら説明する。本発明の不織布製造装置は前述のような紡糸装置1に加えて、紡糸装置1の液吐出ノズルNlからの紡糸液吐出方向よりも上方に、粉体、繊維及び/又は繊維集合体を供給できる粉体等供給装置Sp、繊維と粉体等との混在物を捕集できる捕集体3、捕集体3の下方に存在し、繊維と粉体等とを吸引するサクション装置4、紡糸装置1、捕集体3及びサクション装置4を収納できる紡糸容器5、紡糸容器5へ所定相対湿度の気体を供給できる容器用ガス供給装置、及び紡糸容器5内の気体を排気できる排気装置を備えている。なお、紡糸装置1には、紡糸液を貯蔵しており、液吐出ノズルNlへ紡糸液を供給できる紡糸液貯蔵装置が接続されており、また、ガス吐出ノズルNgへ気体を供給できる紡糸用ガス供給装置が接続されている。
このような不織布製造装置の場合、紡糸液は紡糸液貯蔵装置から液吐出ノズルNlへ供給されると同時に、紡糸用ガス供給装置によってガスがガス吐出ノズルNgへ供給されるため、液吐出ノズルNlから吐出された紡糸液はガス吐出ノズルNgから吐出された気体の剪断作用によって延伸され、繊維化し、紡糸液の吐出方向に飛翔する。この紡糸空間2を飛翔する繊維に対して、粉体等供給装置Spによって、粉体、繊維及び/又は繊維集合体が供給されるため、これら粉体等は繊維に担持されて飛翔を続ける。次第に、重力の作用により、また、捕集体3の下部に配置されたサクション装置4の吸引により、繊維及び粉体等は飛翔方向を重力方向に変え、直接、捕集体3上に集積し、不織布を形成する。
なお、この繊維、粉体等を集積する際に、捕集体3の下部にはサクション装置4が配置されているため、ガス吐出ノズルNgから吐出されたガスや容器用ガス供給装置から供給されたガスは速やかに排出され、これらガスの作用によって不織布が乱れるということがない。
また、図7の不織布製造装置においては、紡糸装置1、捕集体3、サクション装置4を紡糸容器5に収納し、閉鎖空間としているため、紡糸液から揮発した溶媒の飛散を防ぎ、場合によっては溶媒を回収して再利用することができる。
紡糸容器5に、サクション装置4とは別に紡糸容器5内の気体を排気する排気装置を接続しているため、繊維径のバラツキを小さくすることができる。つまり、紡糸を行っていると、紡糸容器5内における溶媒蒸気濃度が次第に高くなり、溶媒の蒸発が抑制される結果、繊維径のバラツキが発生しやすく、また繊維化されにくくなる傾向があるが、排気装置によって気体を排出できるため、繊維径のバラツキを抑制することができる。また、紡糸容器5に温湿度を調整した気体を供給できる容器用ガス供給装置が接続されているため、紡糸容器5内における溶媒蒸気濃度を安定させ、繊維径のバラツキを小さくできる。
このように、本発明の不織布製造装置によれば、前述の紡糸装置1を使用しているため細径化した繊維を安定して紡糸でき、また、ガスの作用によって繊維を紡糸しているため、紡糸液の吐出量を増やすことができ、生産性良く不織布を製造することができる。また、本発明の不織布製造装置はガスの作用によって繊維を紡糸しているため、紡糸液の粘度が高い場合であっても安定して紡糸することができる。更に、紡糸空間2を飛翔する繊維に対して粉体等を供給して不織布を形成する、つまり、繊維同士が結合する前の段階で粉体等を供給し、繊維と粉体等とを混合しているため、不織布全体に亘って、均一に粉体等を混合することができる。不織布の表面だけではなく、不織布内部も含めた全体に亘って粉体等を混合できるため、大量の粉体等を混合することができる。また、粉体等は自由度の高い飛翔状態の繊維によって担持されるため、不織布から粉体等が脱落しにくい。更に、バインダーによる粉体等の接着、熱処理による粉体等の融着が不要であるため、バインダーや熱処理による粉体等の機能を損なうことがなく、また、不織布の生産性を高めることができる。
本発明の粉体、繊維及び/又は繊維集合体を供給できる粉体等供給装置Spは、液吐出部と捕集体3との間の紡糸空間2、つまり繊維の飛翔する空間に対して、粉体、繊維及び/又は繊維集合体を供給できる装置であれば良く、特に限定するものではないが、例えば、エアガン、ふるい、粉粒体輸送機などを挙げることができる。なお、図7においては、紡糸液吐出方向よりも上方から粉体等を供給しているが、飛翔する繊維に対して粉体等を供給できるのであれば、どの方向から供給しても良い。また、粉体供給装置を2台以上設置し、同じ又は異なる粉体を供給することもできる。
図7においては、捕集体3の下側にサクション装置4を備えているため、サクション装置4の作用によって繊維及び粉体等は捕集体3へ誘導し、ガスを除去できる。図7においては、コンベアからなる捕集体3であるが、捕集体3は繊維を直接集積できるものであれば何でも良く、例えば、不織布、織物、編物、ネット、ドラム、ベルト或いは平板を捕集体として使用できる。なお、図7においては、サクション装置4によってガスを吸引しているため、捕集体3は通気性であるが、サクション装置4を使用しない場合には、捕集体は通気性である必要はない。
図7においては、捕集体3を捕集体3の捕集面と紡糸装置1の液吐出ノズルNlからの吐出方向とが平行であるように配置しているが、繊維及び粉体等を捕集できるのであれば、このように配置する必要はない。例えば、捕集体3の捕集面と紡糸装置1の液吐出ノズルNlからの吐出方向とが直角であるように配置しても良い。なお、液吐出ノズルNlからの紡糸液の吐出方向は重力の作用方向と同じであっても、重力の作用方向と反対方向であっても、重力の作用方向と直交する方向であっても、重力の作用方向と交差する方向であっても良く、特に限定するものではない。
サクション装置4は特に限定するものではないが、紡糸用ガス供給装置及び容器用ガス供給装置からのガス供給量、製造する不織布の厚みによって風速条件を調整できるものが好ましい。サクション装置4により吸引されたガスは排気、または再び紡糸容器内に戻し、循環させることもできる。このように循環させる場合、容器用ガス供給装置を排気装置と兼用させることもできる。
容器用ガス供給装置としては、例えば、プロペラファン、シロッコファン、エアコンプレッサー、或いは送風機などを挙げることができる。なお、図7においては、紡糸容器5の上壁面からガスを供給しているが、側壁面からガスを供給することもできる。しかしながら、紡糸空間2へ効率的に、かつ集積状態に影響を与えないようにガスを供給できる位置から供給するのが好ましい。
また、排気装置は特に限定するものではないが、例えば、排気口に設置されたファンであることができる。図7のように、容器用ガス供給装置によって紡糸容器5へ気体を供給する場合には、単に排気口を設けるだけで供給量と同量の気体を排出することができるため、排気装置は必ずしも必要はない。なお、図7のように排気装置によって排気する場合、排気量は紡糸用ガス供給装置及び容器用ガス供給装置からのガス供給量と同じであるのが好ましい。供給量と排気量とが異なると、紡糸容器5内における圧力が変わることによって、溶媒の蒸発速度が変わり、繊維径のバラツキが生じやすいためである。また、図7に示す態様とは異なり、排気装置への排気口は紡糸容器5の底壁面ではなく、側壁面に設けることもできる。また、サクション装置に排気装置を兼用させることもできる。
なお、紡糸液貯蔵装置としては、例えば、シリンジ、ステンレスタンク、プラスチックタンク、或は塩化ビニル樹脂製、ポリエチレン樹脂製などの樹脂製バッグなどを挙げることができ、紡糸用ガス供給装置として、例えば、圧縮機、ガスボンベ、ブロアなどを挙げることができる。
図7の不織布製造装置においては、紡糸装置1を1台だけ配置しているが、1台である必要はなく、2台以上配置することができる。2台以上配置することによって不織布の生産性を高めることができる。
本発明の不織布製造装置においては、繊維同士及び繊維と粉体等とを結合する装置は特に必要ではないが、確実に繊維及び/又は粉体等の脱落を抑制するために、繊維同士及び繊維と粉体等とを結合する装置を配置することができる。例えば、バインダーを付与し、乾燥する装置、繊維同士を融着させることのできる熱処理装置、繊維同士を絡合させることのできる絡合装置、などを配置することができる。
なお、図7の不織布製造装置においては、重力及びサクション装置4による吸引によって繊維及び粉体等の飛翔方向が変わる態様であるが、粉体等供給装置Spによって粉体等を紡糸空間2へ供給した後、ガスを作用させることによって、繊維及び粉体等の飛翔方向を変えることもできる。
このような本発明の不織布製造装置を用いて不織布を製造する場合、紡糸装置1のガス吐出部Egから流速100m/sec.以上のガスを吐出するのが好ましい。ガス吐出部Egから流速100m/sec.以上のガスを吐出することによって、液滴の発生を抑え、細径化した繊維を含む不織布を製造しやすいためである。好ましくは流速150m/sec.以上のガスを吐出し、より好ましくは流速200m/sec.以上のガスを吐出する。なお、ガス流速の上限は繊維化できる限り、特に限定するものではない。このような流速のガスを吐出するには、例えば、紡糸用ガス供給装置として圧縮機を使用し、ガス用柱状中空部Hgにガスを供給すれば良い。なお、ガスの種類は特に限定するものではないが、空気、窒素ガス、アルゴンガスなどを使用することができ、これらの中でも空気は経済的である。また、これらのガスに紡糸液に対して親和性のない溶媒の蒸気を含ませることもできる。このような溶媒の蒸気量を調整することによって、紡糸液の固化を促進させることができる。
本発明の製造方法に使用できる紡糸液は所望ポリマーを溶媒に溶解させたものであれば良く、特に限定するものではない。例えば、ポリエチレングリコール、部分けん化ポリビニルアルコール、完全けん化ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリ乳酸、ポリエステル、ポリグリコール酸、ポリアクリロニトリル、共重合ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリエチレン、或いはポリプロピレンなど1種又は2種以上のポリマーを、水、アセトン、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、1,4−ジオキサン、ピリジン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、アセトニトリル、ギ酸、トルエン、ベンゼン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、四塩化炭素、塩化メチレン、クロロホルム、トリクロロエタン、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、プロピレンカーボネートなど1種又は2種以上の溶媒に溶解させたものを使用することができる。
なお、紡糸時の紡糸液の粘度は10〜10000mPa・sの範囲であるのが好ましく、20〜8000mPa・sの範囲であるのがより好ましい。粘度が10mPa・s未満であると、粘度が低すぎて曳糸性が悪く繊維になりにくい傾向があり、粘度が10000mPa・sを超えると、紡糸液が延伸されにくく、繊維となりにくい傾向がある。したがって、常温で粘度が10000mPa・sを超える場合であっても、紡糸液自体又は液用柱状中空部を加熱することにより前記粘度範囲内に収まるのであれば、使用することができる。逆に、常温で粘度が10mPa・s未満であっても、紡糸液自体又は液用柱状中空部を冷却することにより前記粘度範囲内に収まるのであれば、使用することができる。本発明における「粘度」は、粘度測定装置を用い、紡糸時と同じ温度で測定した、シェアレート100s−1の時の値をいう。
なお、液吐出部からの紡糸液の吐出量は紡糸液の粘度やガス流速によって変化するため特に限定するものではないが、液吐出部1つあたり0.1〜100cm3/時間であるのが好ましい。
本発明の紡糸装置1が2つ以上の液吐出部を有する場合、いずれの液吐出部からも同じ条件で紡糸液を吐出することができるし、2種以上の吐出条件で紡糸液を吐出することもできる。後者のように2種以上の吐出条件で紡糸液を吐出した場合、異なった種類の繊維を紡糸することができ、結果として異なった種類の繊維が均一に混在した地合いの優れる不織布を製造することができる。
この「2種以上の吐出条件」とは全く同一ではないことを意味し、例えば、液吐出部の外形が異なる、液吐出部の大きさが異なる、液吐出部のガス吐出部からの距離が異なる、紡糸液の吐出量が異なる、紡糸液の濃度が異なる、紡糸液構成ポリマーが異なる、紡糸液の粘度が異なる、紡糸液の溶媒が異なる、紡糸液構成ポリマーが2種類以上である場合にはその配合比率が異なる、紡糸液構成溶媒が2種類以上である場合にはその配合比率が異なる、紡糸液の温度が異なる、紡糸液に添加されている添加剤の種類及び/又は量が異なる、などのこれら1つ、又は2つ以上が異なる。これらの中でも紡糸液を構成するポリマーが同じであっても濃度が異なる、又は紡糸液を構成するポリマーが同じであっても溶媒が異なると、繊維径の異なる2種類以上の繊維が均一に混在した地合いの優れる不織布を製造することができ、紡糸液を構成するポリマーが異なると、繊維構成ポリマーの異なる2種類以上の繊維が均一に混在した地合いの優れる不織布を製造することができる。
本発明の製造方法に使用できる粉体、繊維、繊維集合体は不織布に機能を付与できるものであれば良く、特に限定するものではない。例えば、粉体として、活性炭(例えば、水蒸気賦活炭、アルカリ処理活性炭、酸処理活性炭など)、無機粒子(例えば、二酸化マンガン、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化亜鉛、チタン含有酸化物、ゼオライト、触媒担持セラミックス、シリカなど)、イオン交換樹脂、植物の種子などを挙げることができる。繊維として、レーヨン、ポリノジック、キュプラなどの再生繊維、アセテート繊維などの半合成繊維、ナイロン繊維、ビニロン繊維、ビニリデン繊維、ポリ塩化ビニル繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリウレタン繊維などの合成繊維、ガラス繊維、炭素繊維などの無機繊維、綿、麻などの植物繊維、羊毛、絹などの動物繊維などを挙げることができる。繊維集合体として、前記同種又は異種繊維の集合体を挙げることができる。なお、繊維集合体の集合状態は特に限定するものではなく、例えば、繊維同士が絡んだ状態、繊維同士が接着した状態、繊維同士が融着した状態、繊維同士を撚って糸となった状態、などを挙げることができる。
なお、粉体等の飛翔する繊維への供給量は不織布の使用用途、目標性能等によって変化するため、特に限定するものではない。