JP2017014643A

JP2017014643A - 空気濾過用改質不織布、これを構成材料とする空気濾過装置、及び、改質不織布の製造方法。

Info

Publication number: JP2017014643A
Application number: JP2015130530A
Authority: JP
Inventors: 哲男近藤; Tetsuo Kondo; 訓二永岡; Kunji Nagaoka
Original assignee: NAGASA KAKO KK; Kyushu University NUC
Current assignee: NAGASA KAKO KK; Kyushu University NUC
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2017-01-19
Also published as: WO2017002777A1

Abstract

【課題】両親媒性を備えた表面を有し、微粒子捕集能、加工性、安定性、通気性等に優れる改質不織布、及び、優れた空気濾過装置を提供する。【解決手段】パルプ分散液を一対のノズル１０８から高圧でそれぞれ噴射させると共に、その噴射流を互いに衝突させて粉砕する対向衝突処理方法からなる工程、及び、該方法によりセルロースナノ繊維を含む処理液を得て、不織布をセルロースナノ繊維被膜する工程からなる方法を用いて不織布を改質し、かかる改質不織布を構成材料として、携行用衛生マスクや空気清浄用フィルター【選択図】図１

Description

この発明は、空気濾過用改質不織布、これを構成材料とするマスクやフィルター等の空気濾過装置、及び、改質不織布の製造方法に関する。

近年、東アジア内陸部の砂漠、乾燥地域からの砂塵（黄砂）やＰＭ２．５、スギ、ヒノキなどの花粉などの飛散から、快適環境を保護すべく、空気浄化装置の普及が進んでいる。家庭や職場、自動車などの空間の快適性向上への要望も強い。身近なものとしては家庭用空気清浄機や自動車のエアコン、集塵性能と脱臭性能の両者を有するフィルターなどのニーズがある。

このうち空気浄化用簡易マスクには、捕集効率と通気性が求められる。一般に、捕集効率をあがると通気性が低下する傾向がある。積層構造（複数の層からなる）の工夫で捕集効率を上げる試みが多い。

細菌、ＰＭ２．５、花粉等を除去するマスクやフィルターを提供する技術として多くが知られているが、例えば、以下があげられる。

特許文献１には、エレクトレット処理されたマスクが開示されている。繊維表面を活性化させ、粉塵や微粒子物質の捕集効率を向上させる技術が開発されているが、その代表的なものは、エレクトレット化処理である（特開平９−１４９９４４）。例えば、コロナ放電等を用い、繊維表面を静電気で帯電させるものであり、静電相互作用により、粉塵、花粉等の微粒子が吸着し、捕集される。

特許文献２では、細菌を除去するフィルターに酢酸セルロースやフタル酸酢酸セルロースから紡糸した繊維を用いている（特表２００８−５０８０６０）。

特許文献３は、圧力損失をともなわず通気性がよく、また、良好な捕集効率を有するマスク用フィルターにかかるものである（特開２０１２−４５０２１）。

特許文献４では、ヤマユガ科に属する絹糸昆虫の繭殻を爆砕して得た多孔性繭糸から、ＰＭ２．５除去用マスクを構成している（特開２０１４−１７６５４１）。

特許文献５は、花粉捕集用脱臭フィルターにかかるものである（特開２０１５−６２８６２）。

特許文献６は、イ草の外皮から髄を分離して微粒子吸着素材を得て、ＰＭ２．５除去マスクを構成している（特許第５６３９３０２号）。

特開平９−１４９９４４特表２００８−５０８０６０特開２０１２−０４５０２１特開２０１４−１７６５４１特開２０１５−６２８６２特許第５６３９３０２号

Ｓａｉｔｏ，Ｔ．，ｅｔａｌ．，ＣｅｌｌｕｌｏｓｅＣｏｍｍｕｎ．，１４（２），６２（２００７）

しかしながら、上述の先行技術では、次のような問題があった。すなわち、特許文献１の技術では、加工技術が煩雑で、製品における表面性能の長期安定性にかけ、また、天然繊維にエレクトレット処理は不向きである。特許文献２の技術では、汎用性のある材料ではなく、化学的な安定性に欠ける。特許文献３の技術では、繊維長の異なる合成繊維の組み合わせを準備しなければならず、素材の調製が煩雑である。特許文献４の技術では、大量生産に向かない。特許文献５の技術では、複数の層から構成されるため、柔軟な加工が困難で、通気性の低下がさけられない。特許文献６の技術では、素材の調製が煩雑で工程数が多く、柔軟な加工に不向きである。

このように、従来、微粒子捕集能、加工性、安定性等の観点から、必ずしも、総合的に見て優れた濾過機能といえるマスク及びフィルターの構成材料は見出されていなかった。

本発明は、従来における問題点に鑑み、微粒子捕集能、加工性、安定性、通気性等に優れる改質不織布、これを構成材料とするマスクやフィルター等の空気濾過装置、及び、改質不織布の製造方法を提供することを目的とする。

不織布は、安価で大量に製造できることから、布、紙、フィルムとして使用される。また、不織布からなる布、紙、フィルムは、衛生マスクやフィルター等に組み込まれることもある。しかし一方で、セルロースナノ繊維で被覆された不織布については知られていなかった。

本発明者は、特願２００７−５５６９３３において、セルロースの対向衝突処理物を、紙等の表面のコーティングに用いることに関するセルロースナノ繊維を用いる撥水性と耐油性の付与方法を開示している。対向衝突処理法により調製されたセルロースナノ繊維被膜の不織布については、従来、知られておらず、本発明において初めて、当該方法で改質された不織布がきわめて良好に粉塵や微粒子状物質を捕集できることが見出された。われわれはこれに基づき、空気濾過装置に用いられうる改質不織布の発明に至った。

すなわち本発明の不織布は、セルロースナノ繊維で被覆されることを特徴とする。また、かかるセルロースナノ繊維としては、バクテリアセルロース又は草本植物を由来とすることを特徴とする。さらに、草本植物は広葉樹、針葉樹又は竹であることを特徴とする。

また本発明の空気濾過装置用構成材料は、前記改質不織布が組み込まれていることを特徴とする。

さらに本発明の改質不織布の製造方法は、パルプ分散液を一対のノズルから７０〜２５０ＭＰａの高圧でそれぞれ噴射させると共に、その噴射流を互いに衝突させて粉砕する方法（以下、対向衝突処理という。）からなる工程、及び、該方法によりセルロースナノ繊維を含む処理液を得て、該処理液に不織布を含浸し、及び／又は該処理液を不織布に塗布し、乾燥し、セルロースナノ繊維被膜を形成する工程からなることを特徴とする。

「セルロースナノ繊維」とは、平均幅及び平均厚みが１００ｎｍ以下であるセルロース繊維をいう。セルロース繊維の平均幅及び平均厚みは、光散乱装置、レーザー顕微鏡、電子顕微鏡等の当業者には周知の手法によって計測することができる。平均幅は、計測される長さのうち、長いほうのものを数点、例えば１０〜２００点、好ましくは３０〜８０点を測定し、その平均値をとったものである。平均厚みは、計測される長さのうち、短いほうのものを数点、例えば１０〜２００点、好ましくは３０〜８０点測定し、その平均値をとったものである。本発明において用いられるセルロースナノ繊維の好ましい例は、平均幅及び平均厚みが、バクテリアセルロースと同等か、それ以下、例えば平均幅２５ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下、より好ましくは１５ｎｍ以下、さらに好ましくは８〜１２ｎｍあり、平均厚み８〜１２ｎｍである。

「バクテリアセルロース」は、微生物が生産するセルロース（β−１，４−グルコシド結合を主たる結合形式とする多糖）をいい、特に示した場合を除き、ゲル状膜の形態のものを指す。バクテリアセルロースは、当業者にはよく知られた方法により、製造することができる。セルロース産生菌としては、アセトバクターキシリナム（Acetobactor xylinumあるいはGluconacetobactor xylinusとも呼ばれる）、アセトバクターパスツリアヌム（Acetobactor pasteurianum）、アセトバクターランセンス（Acetobactor rancens）等の酢酸菌、サルシナベントキュリ（Sarcina ventriculi）、バクテリウムキシロイデス（Bacteirum xyloides）、シュードモナス（Pseudomonas）属菌、アグロバクテリウム（Agrobacterium）属菌等を用いることができる。用いる培養液及び培養条件等は、当業者であれば、適宜決定することができる。

「草本植物」とは、木部があまり発達しない草質又は多肉質の茎をもち，地上部は多くは１年で枯れる植物体をいう。しかし地下茎が発達して二年生・多年生のものや常緑葉のものもある。草本植物の中では、イネ科植物を好適に用いることができ、また、好ましいイネ科植物の例は、葦及び竹である。葦（Ｐｈｒａｇｍｉｔｅｓｃｏｍｍｕｎｉｓ）（アシ、芦、蘆、葭、ヨシということもある。）は、イネ科ヨシ属に属し、熱帯から温帯にかけての湿地帯に分布する草本植物である。３〜４の種に分ける場合があるが、一般的にはヨシ属に属する唯一の種とみなされている。竹は、イネ科タケ亜科に属し、熱帯から温帯にかけて分布する多年生草本植物である。竹には、ホウライチク、マダケ、モウソウチク、チシマザサ、スズタケ、メダケが含まれる。

「対向衝突（処理）」は、多糖類の分散液を一対のノズルから７０〜２５０ＭＰａの高圧でそれぞれ噴射させると共に、その噴射流を互いに衝突させてセルロース繊維を粉砕する、湿式粉砕方法をいう。

かかる方法によって調製されるセルロースナノ繊維は、水酸基に由来する親水性部分、及び、C-H基に由来する疎水性部分が存在し、親水性面が固体表面に現れれば水と親和し、疎水性面が表面に配列した場合、撥水性を有する。

「不織布」は、繊維そのものを織ることなく重ねてウェッブを形成し、熱や接着剤を用いるか、繊維同士を絡ませて、三次元上に重ね合わせてシート状にしたものをいう。

本発明の空気濾過用改質不織布、これを構成材料とする空気濾過装置、及び、改質不織布の製造方法によれば、効率よく粉塵や微粒子状物質を捕集することができ、通気性に優れ、あわせて良好な空気濾過装置が提供される。

図１に、対向衝突処理によるセルロースナノ繊維処理液製造装置の概念図を示す。図２に、空気濾過装置の一種である衛生マスクの概念図を示す。図３に、セルロースナノ繊維調製液を塗布した衛生マスク表面のＳＥＭ電観察画像（３０倍）を示す。図４に、改質不織布表面のセルロースナノ繊維被覆部分で、ＰＭ２．５より大きな粒子状物質（破線矢印）が捕集された状態のＳＥＭ観察画像（４００倍）を示す。図５に、改質不織布表面のセルロースナノ繊維被覆部分で、ＰＭ２．５と思われる粒子状物質（実線矢印）及びＰＭ２．５より大きな粒子状物質（破線矢印）が捕集された状態のＳＥＭ観察画像（１０００倍）を示す。図６に、改質不織布表面のセルロースナノ繊維被覆部分で、ＰＭ２．５と思われる粒子状物質（実線矢印）が捕集された状態のＳＥＭ観察画像（５０００倍）を示す。図７に、改質不織布表面で、ＰＭ２．５と思われる粒子状物質（実線矢印）及びウィルスサイズの物質（丸印）が捕集された状態のＳＥＭ観察画像（１００００倍）を示す。図８に、セルロースナノ繊維調製液による塗布のない衛生マスク表面のＳＥＭ電観察画像（３０倍）を示す。図９に、改質不織布表面で、セルロースナノ繊維被膜されていない部分のＳＥＭ観察画像（４００倍）を示す。図１０に、改質不織布表面で、セルロースナノ繊維被膜されていない部分にＰＭ２．５より大きな粒子状物質（破線矢印）が捕集された状態のＳＥＭ観察画像（１０００倍）を示す。図１１に、改質不織布表面で、セルロースナノ繊維被膜されていない部分のＳＥＭ観察画像（５０００倍）を示す。図１２に、葦セルロースナノ繊維調製液で処理した不織布表面のＳＥＭ観察画像（３５倍）を示す。図１３に、マイクロビアルセルロースナノ繊維懸濁液を不織布に塗布スプレーしたときにおける拡大写真を示す。

ナノサイズの天然繊維においては、比表面積が大きく、相手物質との界面で、強い相互作用が可能になる。とくに、この両親媒性（親水と疎水）を有する界面相互作用しやすいセルロースナノ繊維で材料表面をコーティングすれば、似た性質を示す繊維側の面が材料表面に吸着する。すなわち、合成繊維からなる不織布は疎水性なので、セルロースナノ繊維被膜と疎水性相互作用により接着し、その結果、外気と接する被膜表面は、セルロースナノ繊維の親水性部分がより多く露出し、改質不織布の表面は親水性を示すようになる。

また、本発明の発明者が特願２０１３−２０７９７８において開示したように、セルロースを対向衝突処理して得られるナノ繊維は、例えば、炭酸カルシウムといった無機物と複合体を構成し、かかるセルロースナノ繊維と無機物の間に働く吸着相互作用の強いことが見出されている。

現在のところ、粉塵や微粒子状物質が本発明による改質不織布表面に吸着する機構については不明であるが、粉塵や微粒子状物質の表面状態が親水性であれ疎水性であれ、本発明のセルロースナノ繊維の両親媒性及び強い吸着相互作用により、ＰＭ２．５に代表される微粒子のみならず、それより大きな粒子までも良好に捕集されるものと推測される。

本発明以外の方法、例えば非特許文献１に示されるセルロースミクロフィブリルの表面に化学的にカルボキシル基を導入して解繊する方法（Ｓａｉｔｏ, Ｔ., ｅｔａｌ., ＣｅｌｌｕｌｏｓｅＣｏｍｍｕｎ., １４（２）,６２（２００７））により調製されたセルロースナノ繊維は、そもそも被膜が形成されず、本発明による改質不織布に比較して、粉塵や微粒子状物質が良好に捕集されない。対向衝突処理によるセルロースナノ繊維の被膜によって初めて、本発明の目的が達成される。

さらに、セルロースナノ繊維はゲル状液の形態で存在しうるため、ゲル状膜そのままの形態で利用して、微細な網目構造や保水性の良さも生かすことができる。

対向衝突処理は、他の粉砕化方法、ビーズミル、ジェットミル、撹拌機、高圧ホモジナイザー等と比較し、様々な優れた利点を有する。例えば、粉砕媒体を使用しないため媒体の磨耗粉の混入がなく、また媒体攪拌式より均一でシャープな粒度分布が得られ、さらに連続処理、大容量化が容易、大気との接触時間が少なく、処理品の酸化を極力抑えることができる等の点を挙げることができる。

対向衝突処理のための装置としては、高圧洗浄装置又は粉砕・分散・乳化等のための高圧ホモジナイザー装置を利用することができる。水に懸濁した天然セルロース繊維をチャンバー（図１：１０７）内で相対する二つのノズル（図１：１０８）に導入し、これらのノズルから一点に向かって噴射、衝突させる（図１）。この手法によれば、天然微結晶セルロース繊維（例えば、フナセル）の懸濁水を対向衝突させ、その表面をナノフィブリル化させて引き剥がし、キャリアーである水との親和性を向上させることによって、最終的には溶解に近い状態に至らせることが可能となる。図１に示される装置は液体循環型となっており、タンク（図１：１０９）、プランジャ（図１：１１０）、対向する二つのノズル（図１：１０８ａ，１０８ｂ）、必要に応じて熱交換器（図１：１１１）を備え、水中に分散させた微粒子を二つのノズルに導入し高圧下で合い対するノズル（図１：１０８）から噴射して水中で対向衝突させる。天然セルロース繊維の他には水しか使用せず、繊維間の相互作用のみを解裂させることによってナノ微細化を行うためセルロース分子の構造変化がなく、セルロース繊維の平均粒子長を１／４以下又は１０μｍにまで粉砕することができる。一方で、対向衝突処理においては、加えられるエネルギーが共有結合を切断するエネルギーには、はるかに及ばず（推定１／３００以下）、セルロースの重合度の低下は生じない。

対向衝突処理の際、セルロース原料は水に分散される。セルロース原料は、必要に応じ、予め粉砕してもよい。分散濃度は、分散スラリーとして配管を通過するのに適当な濃度であることが好ましく、０．１〜１０質量％が好ましい。分散濃度が高いと、流体粘度が高くなり、流体の通過する各部所でパルプ原料による閉塞が生じ、装置作動トラブルの原因となるうえ、塗布に際し均一な吹付が困難になる。分散濃度が低い場合、繊維表面の引きはがしが生じにくいためか、ナノフィブリル化が良好に進行しない。また、分散濃度が上述範囲を下回ると、不織布繊維の絡み合いで生じた空隙を塞ぐだけの十分なナノ繊維が不織布表面に与えられないため、粉塵又は微粒子状物質の良好な捕集能は得られない。

対向衝突処理は、回数を重ねるに従い、処理物の温度が上昇するので、一度衝突処理された後の処理物は、必要に応じ、例えば、４〜２０℃、又は５〜１５℃に冷却してもよい。また、対向衝突処理装置に、冷却のための設備を組み込むこともできる。

対向衝突処理は、このような処理条件（処理圧力、処理回数、その他ノズル径、処理温度等）を調節することにより、得られるセルロースナノファイバーの平均繊維幅、平均繊維長さ、透過率、粘度等を調節できる。

本発明において対向衝突処理に供されるバクテリアセルロース繊維又は草本植物由来のセルロース繊維は、紙の原料としてのパルプ（セルロース繊維をばらばらにして取り出したものの集合物）を調製するのと同様の工程により得たものでもよい。パルプの調製工程は、例えば、原料を薬品と混合して高温高熱で処理することにより蒸解し、繊維分とそれ以外（リグニン成分等）とに分離し、そして、繊維分を、必要に応じ洗浄することを含む。

本発明における不織布は、いかなる素材から製造されてもよく、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレンのうち、いずれか一つまたは複数の組み合わせにより形成されるものがあげられる。

本発明における不織布は、いかなる方法で製造されてもよく、例えば、ウェッブの形成方法に、乾式法、湿式法、スパンボンド法、メルトブロー法、エアレイド法があげられ、ウェッブの繊維結合方式に、ケミカルボンド法、サーマルボンド法、ニードルパンチ法、水流交絡法があげられる。

本発明において、処理物から特にセルロース繊維が細かくなった部分だけを取り出す方法として、処理物を遠心分離して、上澄みを分取することにより、平均繊維径１μｍ未満のセルロースナノ繊維を得ることができる。

本発明のセルロースナノ繊維被覆は、１００μｍ以下、好ましくは７０μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下、さらに好ましくは１０〜４０μｍである。セルロースナノ繊維被膜の厚みが、厚みがこれより上回ると両親媒性が良好に発現されなくなるうえ、空気を通しにくくなるので、衛生マスクに必要な通気性を確保できない。上述範囲より下回れば、不織布と基材の接着不良のため、良好に被覆されない。

本発明においてセルロースナノ繊維で不織布表面を被覆するさい、その方法に特に制限はないが、含浸と塗布とは、組み合わせて行ってもよく、それぞれを繰り返して行ってもよい。塗布手段に、特に制限はなく、好ましくは、エアスプレー、ハケ、又は、ローラーで行い、スプレーがより好ましい。スプレーによれば、簡便に被覆が行え、人の口や鼻が接触する部分のみに限って被覆することが可能となる。乾燥は、常温乾燥、加熱乾燥、又は、強制乾燥により行うことができる。

本発明における改質不織布は空気濾過装置に組み込む場合、当該不織布を単独で使用しても、他の通気性フィルム又はシートとのサンドイッチやラミネート等の積層構造をなすように組み合わせてもよい。

本発明で用いる対向衝突処理による表面改質は、従来の機能では果たせなかった粉塵又は微粒子状物質捕集能を有する。また、セルロースは天然物由来で環境や健康への負荷がなく、有機薬品を用いた表面改質に比し、本発明の改質不織布は有害性や安全性にすぐれる。さらに、エレクトレット処理と異なり、対向衝突処理は合成繊維以外による不織布の表面改質が可能である。

本発明による改質不織布は、携行用衛生マスク、空気清浄用換気装置フィルター、吸気フィルター等に組み込むことができる。例えば、衛生マスクでは、通気性を損なうことなく、きわめて良好に粉塵や微粒子物質を捕集して、汚染物除去が可能である。かかる衛生マスクを図２により説明する。一般的なマスクと同様の基本構成で、鼻孔及び口を覆う横長の矩形のマスク本体（図２：１）と、その両側に一対の耳掛け部（図２：２）と中央の口及び鼻当て部（図２：３）からなる。

衛生マスクの不織布は、口及び鼻の接触する部分が改質面であっても、外気に接する面が改質面であっても、両方が改質面であっても、いずれも粉塵又は微粒子状物質が有効に捕集される。

衛生マスクについては、粉塵又は微粒子状物質の捕集能のみならず、良好な通気性を備えることが欠かせない。通気性の評価については、官能試験、試験機は一定面積の試料について、一定時間に、一定の圧力下で、試料を通過する通気量（ｃｍ^３／ｃｍ^２／ｓｅｃ）を求めるフラジール形法（ＪＩＳ−Ｌ−１０９６８．２７Ａ）、一定通気量の空気を試料に送り、試料の通気抵抗から求めるＫＥＳ法、一定圧力差のもとで一定体積の空気が一定面積のサンプルを通過する秒数から透気抵抗度を求めるガーレー法などが用いられるが、本発明においては、特に限定されない。通常のマスクは、フラジール形法で評価して、およそ１０〜５００ｃｍ^３／ｃｍ^２／ｓｅｃの通気性を有する。また、ガーレー法においては、１００ｍＬの空気を通過する時間で評価し、通常のマスクで１〜２００秒を要する。ＩＳＯ透気度で表すと、０．５〜１００μｍ／Ｐａ・ｓである。

本発明による改質不織布を用いた衛生マスクは、優れた粉塵又は微粒子状物質の捕集能を有するのみならず、従来と同水準の通気性を有する。

また、本発明による改質不織布は、エアコン、空気清浄器、加湿機、除湿機、加湿機能付き空気清浄器、除湿及び加湿機能付き空気清浄器、エアワッシャー、扇風機、換気扇、ヒーター等の家庭用又は業務用の空気清浄機、自動車等の車室内に搭載される車載用空気清浄機等のフィルターシートとしても用いることができる。

すなわち、本発明の改質不織布では、当初有していた２．５μ以上の不織布繊維間空隙がセルロースナノ繊維被膜により塞がれ、セルロースナノ繊維の両親媒性により粉塵又は微粒子状物質が良好に吸着されることに特徴がある。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を変更しない限り以下の実施例に限定されるものではない。

＜竹セルロースナノ繊維懸濁液の調製＞
特願２００７−５５６９３３に開示の方法に基づき、竹セルロースパルプを水に懸濁させた後、対向衝突（圧力１８０〜２００ＭＰａ、衝突回数３０〜６０回）に供することで得られるセルロースナノ繊維懸濁液（中越パルプ工業製）を用いた。

透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いた懸濁液中のセルロースナノ繊維の形態観察によれば、マイクロサイズの竹パルプからナノ化され、単独のナノ繊維として水中に分散されていた。さらに、セルロースナノ繊維は通常幅４０〜６０ｎｍ、厚み１０ｎｍであるが、衝突処理によれば、このナノ繊維の幅は約２０．４〜２０．７（±７〜８）ｎｍと小さく、断面が正方形に近い形状を持つ。

＜懸濁液による不織布表面のコーティング＞
フィルター部分がポリプロプレン、ポリスチレン、ポリエステルの不織布からなる衛生マスク（ウイルスストッパー立体タイプレギュラー、株式会社白元製）を基材に、竹セルロースナノ繊維懸濁液を市販スプレー（Ｚ−１５５−９２ＰＣＶ５１３，浅井硝子株式会社製）で１回塗布し、室温で乾燥した後被覆量を調べた。被覆面積で、平均２．３ｃｍ^２であった。同じスプレーを用いて１０回吹付コーティングした後、室温で乾燥し、表面の改質された不織布衛生マスクを得た。コーティング量は、セルロースナノ繊維重量で、１〜１０×１０^−４ｇ／ｍ^２であった。また、セルロースナノ繊維被膜の厚みは、２３±８μｍであった。

上述のＴＥＭ観察とコーティングの状態から、純粋にナノ繊維表面と不織布表面との間の相互作用のみによる不織布表面への繊維吸着は、ペリクルを形成しているバクテリアナノ繊維の場合よりも著しく向上しており、不織布は疎水性であることから、その表面にナノ繊維の疎水性サイドが吸着し、親水サイドは空気と接触する側に向くことになるので、改質不織布の表面には親水性が付与されていると考えられる。

図３のセルロースナノ繊維を塗布した衛生マスク表面、図８の塗布のない衛生マスク表面、ふたつのＳＥＭ電観察画像（いずれも３０倍）の対比より、不織布繊維の絡み合いがセルロースナノ繊維によって被覆されている様子が見て取れる。

また、図４から図７までのＳＥＭ観察より、セルロースナノ繊維被覆部分ではウィルスサイズの物質、ＰＭ２．５と思われる粒子状物質及びＰＭ２．５より大きな粒子状物質が捕集されることがわかる。一方、図９から図１１までのＳＥＭ観察からは、セルロースナノ繊維被覆されていない部分では、ＰＭ２．５よりサイズオーダーが１００倍程度以上の物質しか捕集されないことがわかる。

＜改質不織布衛生マスクの暴露試験＞
上述のごとく作成した改質不織布衛生マスクを、北京都市部において、昼間１日暴露し（２０１４年１２月９日、０７：００〜１８：００）、暴露後の改質不織布表面をＳＥＭにて観察した。その結果、ＰＭ２．５が任意の２５μｍ^２に対し４−５個吸着されていることが分かった。これは１ｍｍ^２に換算し、１６０，０００−２００，０００個にあたり、実用レベルの２５ｃｍ^２に対し、４億−５億個の吸着である。

＜改質不織布の通気性試験＞
１０回又は２０回吹付した場合について、ガーレー試験機で測定した空気１００ｍＬの透過秒数（ｔ）から求めたＩＳＯ透気度を以下に示す。ここにおいて、ＩＳＯ透気度Ｐ／μｍ／Ｐａ・ｓは、Ｐ＝１３５．５／ｔで求められる。

本発明のセルロースナノ繊維の被覆により、このように２．５μｍ以下の空隙が塞がれること、かつ、被膜表面の特性が付与されることが判明している。本来、ポリプロピレンのみからなる不織布には、微粒子状物質を捕集する機能は認められないが、改質不織布を用いた衛生マスクに、微粒子状物質を良好に捕集する機能が付与される。

＜葦セルロースナノ繊維懸濁液の調製＞
特願２００７−５５６９３３に開示の方法に基づき、琵琶湖に生育する葦由来のセルロースを水に懸濁させた後、対向衝突（使用機器：ＡＣＣ装置、圧力：１８０ＭＰａ、衝突回数：３０回、分散濃度：０．３８％）に供することで、セルロースナノ繊維懸濁液を得て、実施例と同様の方法で不織布にスプレー塗布した。

図１２に処理後の不織布表面をＳＥＭ観察で得られた画像を示すが、竹セルロースナノ繊維と同様に、良好に接着していることがわかる。

＜比較例１：マイクロビアルセルロースナノ繊維懸濁液の調製＞
特願２００７−５５６９３３に開示の方法に基づき、酢酸菌の培養により得られたセルロースからなるゲル状ペリクル（ナタデココ）を裁断し、水に懸濁させた後、対向衝突（使用機器：ＡＣＣ装置、圧力：１００ＭＰａ、衝突回数：３０回、分散濃度：０．３８％）に供することで、セルロースナノ繊維懸濁液を得て、実施例と同様の方法で不織布にスプレー塗布した。透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いた懸濁液中のセルロースナノ繊維の形態観察によれば、ペリクル中のナノ繊維のネットワーク構造が破壊され、ペリクルでなく単独の繊維として水中に分散されていた。

顕微鏡拡大写真を図１３に示す。不織布表面が撥水性を示し、セルロースナノ繊維懸濁液がはじかれてしまい、セルロースナノ繊維を被膜として不織布表面に接着させることができなかった。かかる処理をほどこした衛生マスクは、竹セルロース由来のセルロースナノ繊維による改質不織布を組み込んだ衛生マスクに比し、粉塵や微粒子状物質について十分な捕集能を有しなかった。

この結果について、いまだ詳細に解明されていないが、竹由来セルロースナノ繊維の結晶化度が６０％程度であるのに比し、酢酸菌由来セルロースナノ繊維の結晶化度は８０％を超えることが知られており、このことが由来とする植物によってセルロースナノ繊維の接着性、吸着性に差のある原因のひとつとなっているのではないかと推測される。

Claims

セルロースナノ繊維で被覆することを特徴とする不織布。
前記セルロースナノ繊維がバクテリアセルロース又は草本植物由来であることを特徴とする請求項１記載の不織布。
前記草本植物が、広葉樹、針葉樹、又は、竹であることを特徴とする請求項２記載の不織布。
請求項１乃至請求項３のいずれか一の不織布を構成材料とする空気濾過装置。
パルプ分散液を一対のノズルからそれぞれ噴射させると共に、その噴射流を互いに衝突させて粉砕する方法（以下、対向衝突処理という。）からなる工程、及び、該方法によりセルロースナノ繊維を含む処理液を得て、該処理液に不織布を含浸し、及び／又は該処理液を不織布に塗布し、乾燥し、セルロースナノ繊維被膜を形成する工程からなることを特徴とする改質不織布の製造方法。
セルロースナノ繊維を含む処理液を不織布にスプレー被覆する工程を含むことを特徴とする請求項５記載の改質不織布の製造方法。