JP2015175069A

JP2015175069A - 通気性耐水シート

Info

Publication number: JP2015175069A
Application number: JP2014050962A
Authority: JP
Inventors: 高岡　和千代; Kazuchiyo Takaoka; 和千代高岡
Original assignee: Mitsubishi Paper Mills Ltd
Current assignee: Mitsubishi Paper Mills Ltd
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2015-10-05

Abstract

【課題】ポリエステル繊維を用いた通気性耐水シートを提供する。
【解決手段】ポリエステル繊維を有する不織布を含有してなる通気性耐水シートにおいて、繊維表面にセラミック層が担持され、当該セラミック層が撥水加工されていることを特徴とする通気性耐水シート。セラミック層は、シリカ、アルミナ、マグネシア、チタニアなどの金属酸化物、珪酸アルミニウム、珪酸マグネシウムなどの複合酸化物の微粒子で形成される。
【選択図】なし

Description

本発明は、ポリエステル繊維を用いた通気性耐水シートに関する。

建材や衣料関係では、通気性耐水シートが知られており、コンクリートの養生シートや蒸れないジャンパーなどに使われている。これらの材料には、ポリエチレンの多孔質膜（例えば、特許文献１参照）やポリプロピレン不織布（例えば、特許文献２参照）など、生産性が高く、コストも抑えられた材料が用いられている。更に防水性を向上させたものとして、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）多孔質膜を用いた材料も開発されている（例えば、特許文献３参照）。これらの材料は、気体である水を通過させる能力である透湿能を持たせるために、通気性を有しており、防水性を付与させるために、耐水性を有している。耐水性とは、一定の水圧をかけても液体である水の浸透をブロックする性能である。

ところが、ポリエチレンやＰＴＦＥの多孔質膜では、細孔径が０．１μｍ以下にコントロールされているが、オイルなどの汚れで細孔が詰まると通気性を容易に喪失し、特性を失ってしまうという問題があった。更に、多孔質膜単独では強度的にも弱く、強度付与のために補強層も必要になるなど、構造が複雑化してしまうという問題があった。

これに対して、ポリプロピレン不織布は充分な内部空隙を有しており、通気性に優れ、汚れに強く、優れた材料である。しかし、ポリプロピレン繊維は強度や弾性率が弱く、直接水と接触するような用途での使用は難しかった。

一方、逆浸透膜など、主に水中で用いられているフィルター材は、基材の補強用にポリエステル繊維で構成された不織布が用いられている。特にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維で構成された不織布が用いられている（例えば、特許文献４参照）。ポリエステル繊維は、強度や弾性率が高く、水圧などによる変形が少なく優れた材料である。ポリエステル繊維で構成された不織布を通気性耐水シートに用いると、同様な効果で、薄く物性に優れたシートが得られるが、ポリエステル繊維表面は水に濡れやすく、通気性耐水シートとしては用いるのが難しかった。

特開２００４−１３１５９０号公報特開２００２−２９４９４１号公報特許第４１００５８１号公報特許第３０２０５４５号公報

本発明の課題は、ポリエステル繊維を用いた通気性耐水シートを提供することである。

上記課題を解決するために鋭意検討をした結果、下記に示す本発明により上記課題を解決できることを見出した。

ポリエステル繊維を有する不織布を含有してなる通気性耐水シートにおいて、繊維表面にセラミック層が担持され、当該セラミック層が撥水加工されていることを特徴とする通気性耐水シート。

本発明により、ポリエステル繊維を用いた通気性耐水シートを得ることができる。

本発明におけるポリエステル繊維は、ＰＥＴ繊維であることが好ましい。通常、ＰＥＴ繊維は、結晶性ＰＥＴ繊維と非結晶性ＰＥＴ繊維とに大別される。結晶性ＰＥＴ繊維とは、溶融したＰＥＴを繊維化する際に繊維方向に延伸させて、繊維を構成する高分子を繊維方向に配向させることによって、高い結晶性が付与された繊維である。特に、ＰＥＴの繊維の場合は、芳香族面間に高い配向性を付与することができて、強靱な強度を有する繊維を形成することができる。結晶性ＰＥＴ繊維は、一般的にレギュラー繊維とも呼ばれる。非結晶性ＰＥＴ繊維とは、繊維を製造する際に、延伸強度を弱めて急冷することにより結晶性を引き下げたり、結晶性を阻害するような官能基を有する高分子を混合させたり、置換基を導入したりして製造されており、一般的に未延伸ＰＥＴ繊維とも呼ばれる。

ＰＥＴ繊維の利点は、この未延伸ＰＥＴ繊維にあって、この繊維は８０℃から２３０℃で融解して、未延伸ＰＥＴ繊維同士や、結晶性ＰＥＴ繊維と未延伸ＰＥＴ繊維とで結着し、繊維間強度を付与することができる。結晶性ＰＥＴの融点は２６０℃近傍であるので、繊維の高い強度・弾性率を有しながら、不織布強度を発現することが可能である。

この未延伸ＰＥＴ繊維の含有量は、ポリエステル繊維を含有する不織布を構成する全繊維に対して１０〜６０質量％が好ましく、更に好ましくは２０〜４０質量％である。

ＰＥＴ繊維のもう一つの特徴は、繊維径が２〜３μｍ（例えば、０．０６ｄｔｅｘ、０．１ｄｔｅｘ等の繊度）の結晶性ＰＥＴ繊維の極細繊維や４μｍ（０．２ｄｔｅｘ）の未延伸ＰＥＴ繊維の極細繊維が得られることにある。これらの極細繊維を組み合わせると、目付量（不織布の単位面積あたりの重さ）や、熱カレンダー処理を施して、不織布の最大細孔径を２０μｍ以下にコントロールすることができる。通気性耐水シートでは、通気性には密度と平均細孔径が重要で、耐水性には最大細孔径が重要である。密度と平均細孔径が大きい場合、通気性が高くなるが、平均細孔径の増大に連動している最大細孔径が大きくなると、耐水性が低下する。

本発明の通気性耐水シートにおいて、好ましい密度は０．３〜０．７ｇ／ｃｍ^３であり、更に好ましい密度は０．４〜０．６ｇ／ｃｍ^３である。また、好ましい平均細孔径は１０μｍ以下であり、更に好ましくは４μｍ以下である。最大細孔径は２０μｍを超えると、耐水性が大きく低下し、更に好ましくは１０μｍ以下である。

本発明に係わる不織布は、乾式法又は湿式法で製造することができるが、不織布の均一性に優れている湿式法で製造された不織布（湿式不織布）が好ましい。湿式法の場合は、繊維を１〜２０ｍｍにカットして、水中で分散させて、丸網、短網、長網等の抄紙網を有する抄紙機で抄紙して、ドライヤーで乾燥させてウェッブを得る。このウェッブをそのまま使用してもよいが、カレンダー処理や熱カレンダー処理によって厚みを調整することもできる。

不織布の目付量としては、５〜１５０ｇ／ｍ^２が好ましく、より好ましくは１０〜８０ｇ／ｍ^２であり、更に好ましくは１２〜６０ｇ／ｍ^２である。不織布の厚みとしては、７〜４００μｍが好ましく、より好ましくは１２〜１６０μｍであり、更に好ましくは１５〜１２０μｍである。

本発明では、不織布の繊維表面にセラミック層が担持される。セラミック層は、シリカ、アルミナ、マグネシア、チタニアなどの金属酸化物、珪酸アルミニウム、珪酸マグネシウムなどの複合酸化物の微粒子で形成された層である。微粒子の粒子径は０．０５〜５μｍが好ましく、より好ましくは０．１〜１μｍである。微粒子は、単層又は凝集層として複数層で構成されており、繊維表面一様に広がっているのが好ましい。粒子径が小さすぎると、粒子間結着性が高くなって、繊維表面に均一に成膜して、耐水性が低下する場合がある。粒子径が大きすぎると、粒子間結着性が低下してセラミック層が繊維表面から脱離しやすくなる。

本発明における微粒子の粒子径は、微粒子を水で充分に希釈し、これをレーザー散乱タイプの粒度測定機（マイクロトラック社製、商品名：３３００ＥＸ２）によって測定して得られた中心粒子径（Ｄ５０、体積平均）である。

本発明において、セラミック層の乾燥塗工量は、０．１〜２０ｇ／ｍ^２であることが好ましく、０．２〜１５ｇ／ｍ^２であることがより好ましい。セラミック層の乾燥塗工量が０．１ｇ／ｍ^２未満であると、セラミック層を構成することによって得られる耐水性等の効果が明確ではなくなる場合があり、２０ｇ／ｍ^２を超えると、不織布の外側に余分なセラミック層が別層として構成される場合がある。

セラミック層が微粒子のみで構成され、粒子間結着性が不足する場合は、この結着性を向上させるために、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂の結着剤を併用して繊維表面に強固に結着させることができる。特に成膜性が高く、粒子間及び繊維・粒子間の結着性を高くすることができるアクリル系やオレフィン系のラテックスを使用することが好ましい。結着剤の添加量が多すぎると、粒子の表面も高分子で覆われてしまう場合がある。逆に、結着剤の添加量が少なすぎると、所望する結着性を得られない場合がある。結着剤の好ましい添加量は、セラミック層に対して１〜２０質量％であり、より好ましくは３〜１０質量％である。セラミック層は、水中で分散された微粒子と結着剤を混合して、不織布に含浸又は塗工されて形成される。

本発明において、セラミック層を塗工又は含浸する方法としては、流延法、浸漬法、ドクターブレード法、ナイフコート法、バーコート法、グラビアコート法、スクリーンコート法、スプレー法、ロールコート法などが挙げられる。

本発明において、セラミック層は撥水加工されている。撥水加工は、セラミック層が担持されたポリエステル不織布に、シランカップリング剤によりアルキル基又はフッ素基が付与される方法によって行われる。この撥水加工によって、セラミック層が担持されたポリエステル不織布に耐水性が付与される。用いられるシランカップリング剤としては、ドデシルトリメトキシシラン、ヘキサデシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、シクロヘキシルトリエトキシシラン、オクタデシルトリエトキシシラン、トリメトキシ（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−ヘプタデカフルオロデシル）シラン、トリメトキシ（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−ノナフルオロヘキシル）シラン、トリエトキシ−１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−トリデカフルオロ−ｎ−オクチルシラン等である。これらのシランカップリング剤は、希釈されて、セラミック層が担持されたポリエステル不織布に含浸又は塗工されて、セラミック層の表面に付与される。これらのシランカップリング剤は、水やアルコール、あるいはこれらの混合液に希釈されて、酢酸、塩酸等の酸触媒を少量添加して、シリルエーテル基をシラノール化して、セラミック層を構成する微粒子の表面水酸基と反応させる。シラノール化する際、また、表面水酸基と反応させる際には、好ましくは４０〜１２０℃、より好ましくは６０〜１００℃に加熱する。

撥水加工において、シランカップリング剤を含浸又は塗工する方法としては、流延法、浸漬法、ドクターブレード法、ナイフコート法、バーコート法、グラビアコート法、スクリーンコート法、スプレー法、ロールコート法などが挙げられる。

本発明において、撥水加工におけるシランカップリング剤の乾燥塗工量は、０．００２〜２ｇ／ｍ^２であることが好ましく、０．０１〜１ｇ／ｍ^２であることがより好ましい。シランカップリング剤の乾燥塗工量が０．００２ｇ／ｍ^２未満であると、シランカップリング剤による撥水効果が明確ではなくなる場合があり、２ｇ／ｍ^２を超えると、セラミック層に担持できない量となり、通気性耐水シート使用中に脱離する場合がある。

本発明の通気性耐水シートは、フィルター材、建材、衣料用材料等に使用できる。本発明の通気性耐水シートは、これ単独で用いてもよいが、積層で用いてもよい。例えば、フィルター材として使用する場合、更に、微粒子を除去する他のフィルターと積層させて用いることもできる。

本発明の通気性耐水シートにおいて、「通気性を有する」ということは、ガーレー透気度が１００ｓｅｃ／１００ｍｌ以下であることを言う。また、「耐水性を有する」ということは、耐水圧が１０ｋＰａ以上であることを言う。

次に、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、本発明はこれらに何ら限定されるものではない。

（実施例１）
結晶性ＰＥＴ繊維（０．１ｄｔｅｘ、長さ３ｍｍ）３５質量部、結晶性ＰＥＴ繊維（０．１ｄｔｅｘ、長さ３ｍｍ）３５質量部、未延伸ＰＥＴ繊維（０．２ｄｔｅｘ、長さ４ｍｍ）３０質量部の繊維構成で、湿式法により目付量１２ｇ／ｍ^２のウェッブを作製した。この時の乾燥温度は１３０℃であった。次に、２２０℃で熱カレンダー処理をウェッブに施し、厚み１６μｍの不織布１を作製した。

θアルミナ（商品名：ＴＭ−１００、大明化学工業製）１０質量部
特殊ポリカルボン酸（商品名：ＫＤＨ−３１１、花王製）０．０５質量部
酢酸０．５質量部
水８９質量部

以上の材料を２ｍｍのジルコニアビーズを用いてペイントシェーカー（レッドデビル社製）で４時間分散して、分散液を作製した。この分散液に、アクリルラテックス（商品名：ＴＲＤ−２００１、ＪＳＲ製、濃度４８．５質量％）を１．４質量部添加して、塗液１とした。塗液１を不織布１に含浸させて、セラミック層を担持させて基材１とした。セラミック層の乾燥塗工量は１．０ｇ／ｍ^２であった。

トリメトキシ（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−ノナフルオロヘキシル）シラン（東京化成製）
１質量部
工業用エタノール９８質量部
酢酸０．０２質量部
水１質量部

以上の材料を７５℃で１２時間撹拌しながら加熱して、塗液２を作製した。塗液２を基材１に浸漬法で塗工した。塗工後９０℃で２時間加熱して、通気性耐水シート１を作製した。シランカップリング剤の乾燥塗工量は０．０４ｇ／ｍ^２であった。

（実施例２）
実施例１と同様の繊維構成と製造方法で、目付量１６ｇ／ｍ^２、厚み２０μｍの不織布２を作製し、塗液１を含浸させて、乾燥塗工量１．５ｇ／ｍ^２のセラミック層が担持された基材２を作製した。基材２に塗液２を浸漬法で塗工して、塗工後９０℃で２時間加熱して、通気性耐水シート２を作製した。シランカップリング剤の乾燥塗工量は０．０６ｇ／ｍ^２であった。

（比較例１〜６）
不織布１及び２をそのまま使用し、比較例１及び２のシートとした。また、基材１及び２をそのまま使用し、比較例３及び４のシートとした。更に、不織布１及び２に塗液２を浸漬法で塗工して、これを比較例５及び６のシートとした。シランカップリング剤の乾燥塗工量は表１に与えた。

（細孔径、通気性と耐水性の測定）
平均細孔径及び最大細孔径は、ＰｏｒｏｕｓＭａｔｅｒｉａｌｓＩｎｃ．製ＣａｐｉｌｌａｒｙＦｌｏｗＰｏｒｏｍｅｔｅｒＣＥＰ−１５００Ａで測定した。通気性として、東洋精機製ガーレー式透気度計を用いて、ガーレー透気度として、１００ｍｌの空気の抜ける時間を測定した。また、クインライト電子精工製簡易型耐水圧測定器ＲＯ−Ｐ１１０を用いて、耐水圧を測定して、これらの結果を表１に与えた。

ポリエステル不織布自体では耐水圧が小さく、比較例１及び２では耐水性を有しているとは言えない。更に、比較例３及び４におけるセラミック層が担持された基材では、耐水圧が更に悪化する。同様に、不織布に単にシランカップリング剤を付与した比較例５及び６でも、耐水圧はほとんど変化がない。これに対し、実施例１及び２では、２０ｋＰａ以上の耐水圧を得ることができた。これらの結果、ポリエステル不織布を通気性耐水シートとすることができた。

本発明のポリエステル繊維を用いた通気性耐水シートは、フィルター材、建材、衣料用材料に利用できる。