JP2018051470A - 積層体 - Google Patents

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Abstract

【課題】シンプルな構成で、集塵および化学物質の吸着を行うとともに、吸着剤の脱落を長期的に抑制できる積層体の提供。
【解決手段】多孔質の基材層１と、多孔質であって、帯電している帯電層２と、基材層１と帯電層２との間に介在し、極細繊維を含む極細繊維層３と、前記極細繊維に担持され、化学物質を吸着する吸着剤と、を備える積層体１０であって、前記極細繊維の平均繊維径が、３μｍ以下であり、帯電層２の極細繊維層３に対向する第１中間面Ｓ１から、基材層１の極細繊維層３に対向する第２中間面Ｓ２までの領域において、第１中間面Ｓ１側の前記吸着剤の密度Ａ１が、第２中間面Ｓ２側の前記吸着剤の密度Ａ２よりも大きい、積層体１０。
【選択図】図１

Description

本発明は、積層体に関し、例えば、空気清浄機の濾材に用いられる積層体に関する。
近年、空気清浄機等に用いられる濾材には、集塵に加えて、空気中の化学物質を吸着する機能が求められる。特に、ホルムアルデヒドは、シックハウス症候群の原因物質とされており、社会問題にもなっている。そこで、特許文献１および２は、基材層と表層との間に、化学物質を吸着する吸着剤を分散させたフィルタを開示している。
特許文献１および２では、吸着剤をホットメルト接着剤と混合した後、基材層に散布している。この場合、吸着剤の表面がホットメルト接着剤で覆われてしまい、吸着剤の機能が十分に発揮されない。一方、接着剤を用いないと、吸着剤が脱落してしまう。そこで、特許文献３は、短繊維に吸着剤を保持させて、この短繊維をシート状に形成することを教示している。これにより、吸着剤の表面はホットメルト接着剤で覆われることなく、吸着剤の機能が発揮される。
特開２００２−２４８３０９号公報 特開２００９−１９０２６９号公報 特開２００４−８５２号公報
特許文献３のシートは、化学物質の吸着を目的として配置されており、集塵性能はほとんど期待できない。そのため、集塵および化学物質の吸着をともに達成しようとする場合、さらに、集塵用のフィルタが必要となり、構成が複雑になったり、コストが高くなる。
本発明の一局面は、多孔質の基材層と、多孔質であって、帯電している帯電層と、前記基材層と前記帯電層との間に介在し、極細繊維を含む極細繊維層と、前記極細繊維に担持され、化学物質を吸着する吸着剤と、を備える積層体であって、前記極細繊維の平均繊維径が、３μｍ以下であり、前記帯電層の前記極細繊維層に対向する第１中間面から、前記基材層の前記極細繊維層に対向する第２中間面までの領域において、前記第１中間面側の前記吸着剤の密度Ａ１が、前記第２中間面側の前記吸着剤の密度Ａ２よりも大きい、積層体に関する。
本発明によれば、シンプルな構成で、集塵および化学物質の吸着を行うとともに、吸着剤の脱落を長期的に抑制することのできる積層体が得られる。
本発明の一実施形態に係る積層体を模式的に示す断面図である。 配置された吸着剤の面積割合Ｒｆ１を算出するために用いられる複合体Ａの領域Ｒ１０を模式的に示す上面図である。 配置された吸着剤の面積割合Ｒｆ２を算出するために用いられる複合体Ｂの領域Ｒ２０を模式的に示す上面図である。 吸着剤の分布の例を示すグラフである（（ａ）〜（ｄ））。 本発明の一実施形態に係る積層体の製造に用いられる製造システムの構成例を示す図である。
本実施形態に係る積層体は、多孔質の基材層と、多孔質であって、帯電している帯電層と、基材層と帯電層との間に介在し、極細繊維を含む極細繊維層と、を備える。基材層は、積層体の形状を保持する基材として機能する。帯電層は、静電気力により比較的大きなダストを捕捉する機能を有するとともに、種々の外部負荷から極細繊維層を保護する保護材として機能する。極細繊維層は、平均繊維径は３μｍ以下の極細繊維を含み、より細かなダストを捕捉することが可能である。積層体を濾材として使用する場合、通常、帯電層から基材層に向かって、流体を通過させる。大きなダストを、先に帯電層により捕捉しておくことで、より細かなダストを捕捉するという極細繊維層の機能が十分に発揮される。
積層体は、さらに化学物質を吸着する吸着剤を備える。吸着剤は、極細繊維に担持されている。極細繊維に担持されているとは、吸着剤が、少なくとも極細繊維と接触していることをいう。極細繊維は表面積が大きいため、吸着剤は、極細繊維と多くの接点で接触することができる。よって、吸着剤は脱落し難い。
吸着剤は、極細繊維層の帯電層との界面近傍に偏在している。つまり、帯電層の極細繊維層に対向する第１中間面から、基材層の極細繊維層に対向する第２中間面までの領域Ｒを想定したとき、この領域Ｒにおいて、第１中間面側の極細繊維３Ｆに担持される吸着剤の単位面積当たりの質量（密度Ａ１）は、第２中間面側の極細繊維３Ｆに担持される吸着剤の単位面積当たりの質量（密度Ａ２）よりも大きい。そのため、多くの吸着剤は、帯電層との間で作用する静電気力により捕捉されて、極細繊維層の帯電層との界面近傍に留まる。よって、吸着剤の長期的な脱落が抑制される。
このように、偏在する吸着剤に帯電層および極細繊維が作用して、吸着剤の脱落が抑制される。ここで、帯電層および極細繊維層は、集塵性能を有している。つまり、本実施形態において、集塵性能を担う帯電層および極細繊維層は、同時に、吸着剤を積層体内（特に、極細繊維層の帯電層側の界面近傍）に留める役割を担っている。よって、吸着剤を保持するための特別な構成要件を追加することなく、シンプルな構成により、吸着剤の脱落を効果的に抑制することができる。
以下、本実施形態の積層体について、図面を参照しながら、空気清浄機の濾材に適する形態として具体的に説明するが、積層体の用途はこれに限定されるものではない。図１は、本実施形態に係る積層体１０を模式的に示す断面図である。積層体１０は、多孔質の基材層１と、多孔質であって、帯電している帯電層２と、基材層１と帯電層２との間に介在し、極細繊維３Ｆ（図２および３参照）を含む極細繊維層３と、化学物質を吸着する吸着剤４（図２および３参照）と、を備える。なお、図１では、便宜上、各層の間を離して示しているが、実際には、各層間は密着している。
（基材層）
基材層１は、多孔質であって、積層体１０の形状を保持する機能を有する。例えば、積層体１０をプリーツ加工する場合、基材層１によってプリーツの形状は保持される。
基材層１の形態および材質は特に限定されず、用途に応じて適宜選択すればよい。基材層１として、具体的には、織物、編物、不織布等の繊維構造体が例示できる。なかでも、積層体１０を濾材として使用する場合、圧力損失の観点から、基材層１は不織布であることが好ましい。不織布は、例えば、スパンボンド法、乾式法（例えば、エアレイド法）、湿式法、メルトブロー法、ニードルパンチ法等により製造される。なかでも、基材層１は、湿式法により製造された不織布であることが好ましい。
基材層１が不織布である場合、基材層１を構成する基材繊維１Ｆの材質は特に限定されず、例えば、ガラス繊維、セルロース、アクリル樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエステル（例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート）、ポリアミド（ＰＡ）、あるいはこれらの混合物等が挙げられる。なかでも、形状保持材として適する点で、基材繊維１Ｆの材質は、ＰＥＴまたはセルロースが好ましい。特に、基材層１は、ＰＥＴおよび／またはセルロースを８０質量％以上の割合で含むことが好ましい。基材繊維１Ｆの平均繊維径Ｄ１は特に限定されず、例えば、１μｍ以上、４０μｍ以下であってもよく、５μｍ以上、２０μｍ以下であってもよい。
平均繊維径Ｄ１とは、基材繊維１Ｆの直径の平均値である。基材繊維１Ｆの直径とは、基材繊維１Ｆの長さ方向に対して垂直な断面の直径である。そのような断面が円形でない場合には、最大径を直径と見なしてよい。また、基材層１を一方の主面の法線方向から見たときの、基材繊維１Ｆの長さ方向に対して垂直な方向の幅を、基材繊維１Ｆの直径と見なしてもよい。平均繊維径Ｄ１は、例えば、基材層１に含まれる任意の１０本の基材繊維１Ｆの任意の箇所の直径の平均値である。後述する平均繊維径Ｄ２およびＤ３についても同じである。
基材層１の厚みＴ１は、特に限定されず、例えば、５０μｍ以上、５００μｍ以下であってもよく、１５０μｍ以上、４００μｍ以下であってもよい。基材層１の厚みＴとは、例えば、基材層１の任意の１０箇所の厚みの平均値である。厚みとは、基材層１の２つの主面の間の距離である。基材層１が不織布である場合、その厚みは、不織布の断面を写真に取り、不織布の一方の主面上にある任意の１地点から他方の主面まで、一方の主面に対して垂直な線を引いたとき、この線上にある繊維のうち、最も離れた位置にある２本の繊維の外側（外法）の距離として求められる。他の任意の複数地点（例えば、９地点）についても同様にして不織布の厚みを算出し、これらを平均化した数値を、不織布の厚みとする。上記厚みの算出に際しては、二値化処理された画像を用いてもよい。後述する厚みＴ２およびＴ３についても同じである。
基材層１の単位面積当たりの質量も特に限定されず、例えば、１０ｇ／ｍ２以上、８０ｇ／ｍ２以下であってもよく、３５ｇ／ｍ２以上、６０ｇ／ｍ２以下であってもよい。基材層１の圧力損失は特に限定されない。なかでも、基材層１の初期の圧力損失は、ＪＩＳＢ９９０８形式１の規格に準拠した測定機を用いて測定した場合、１Ｐａ以上、１０Ｐａ以下程度であることが好ましい。基材層１の初期の圧力損失がこの範囲であれば、積層体１０全体の圧力損失も抑制される。
基材層１の空隙率は特に限定されないが、圧力損失の観点から、６５体積％以上、９８体積％以下であることが好ましい。基材層１の空隙率（体積％）は、例えば、（１−基材層１の見かけの単位体積当たりの質量／基材繊維１Ｆの比重）×１００、で表わされる。
（帯電層）
帯電層２は、多孔質であって、帯電（永久帯電）している。すなわち、帯電層２は、外部電界が存在しない状態において半永久的に電気分極を保持し、周囲に対して電界を形成している。そのため、ダストは、帯電層２との間に生じる静電気力により、帯電層２に捕捉される。また、帯電層２は、種々の外部負荷から極細繊維層３を保護する保護材としても機能し得る。
帯電層２の形態および材質は特に限定されず、用途に応じて適宜選択すればよい。帯電層２としては、基材層１と同様に、繊維構造体が例示できる。なかでも、圧力損失の観点から、帯電層２も不織布であることが好ましい。帯電層２が不織布である場合、帯電層２を構成する帯電繊維２Ｆの材質は特に限定されず、基材繊維１Ｆと同じ材質が挙げられる。なかでも、帯電し易く、また、帯電性が維持され易い点で、ＰＰが好ましい。帯電層２が不織布である場合、その製造方法も特に限定されず、基材層１で例示した方法が同じく例示できる。なかでも、濾材として適する繊維径の細い不織布が形成され易い点で、帯電層２は、メルトブロー法により製造されることが好ましい。
帯電繊維２Ｆの平均繊維径Ｄ２は、後述する極細繊維３Ｆの平均繊維径Ｄ３よりも大きく（Ｄ２＞Ｄ３）、例えば、基材繊維１Ｆの平均繊維径Ｄ１よりも小さい（Ｄ２＜Ｄ１）。平均繊維径Ｄ２は、例えば、０．５μｍ以上、２０μｍ以下であり、５μｍ以上、２０μｍ以下であることが好ましい。
帯電層２の圧力損失は、特に限定されない。なかでも、帯電層２の初期の圧力損失は、ＪＩＳＢ９９０８形式１の規格に準拠した測定機を用いて測定した場合、１〜１０Ｐａ程度であることが好ましい。帯電層２の初期の圧力損失がこの範囲であれば、積層体１０全体の圧力損失も抑制される。
帯電層２の厚みＴ２は、圧力損失の観点から、１００μｍ以上、５００μｍ以下であることが好ましく、１５０μｍ以上、４００μｍ以下であることがより好ましい。帯電層２の単位面積当たりの質量は、圧力損失の観点から、１０ｇ／ｍ２以上、５０ｇ／ｍ２以下であることが好ましく、１０ｇ／ｍ２以上、３０ｇ／ｍ２以下であることがより好ましい。
帯電層２を帯電させる方法は特に限定されず、公知の帯電加工方法を用いればよい。帯電加工方法としては、例えば、コロナ放電法、純水サクション法、摩擦帯電法等が挙げられる。帯電加工が行われるタイミングも特に限定されない。例えば、帯電層２を構成する帯電繊維２Ｆの紡糸と同時に帯電加工を行ってもよいし、帯電繊維２Ｆが延伸されて製造される場合には、延伸しながら帯電加工を行ってもよい。また、帯電層２を形成した後、帯電加工を行ってもよい。帯電層２の表面電位（帯電加工された帯電層２と帯電加工されていない帯電層２との電位差）は特に限定されず、例えば、５ｋＶ以上、１００ｋＶ以下であってもよい。
帯電層２の空隙率は特に限定されないが、圧力損失の観点から、６０体積％以上、９５体積％以下であることが好ましく、７０体積％以上、９０体積％以下であることがより好ましい。吸着剤の脱落防止の観点から、帯電層２の空隙率は、基材層１の空隙率よりも小さいことが好ましい。
（極細繊維層）
極細繊維層３は、基材層１と帯電層２との間に介在し、極細繊維３Ｆを含む。極細繊維３Ｆの平均繊維径Ｄ３は３μｍ以下である。平均繊維径Ｄ３は、１μｍ以下であることが好ましく、５００ｎｍ以下であることがより好ましい。また、平均繊維径Ｄ３は５０ｎｍ以上であることが好ましく、１００ｎｍ以上であることがより好ましい。このような極細繊維層３は、基材層１上に、例えば電界紡糸法を用いて極細繊維３Ｆを堆積させることにより形成される。集塵性能の観点から、平均繊維径Ｄ３は、平均繊維径Ｄ１の１／１０以下であることが好ましく、平均繊維径Ｄ１の１／２０００以上であることが好ましい。平均繊維径Ｄ３は、平均繊維径Ｄ２の１／３以下であることが好ましく、平均繊維径Ｄ２の１／１００以上であることが好ましい。
極細繊維３Ｆの単位面積当たりの平均の質量は、０．０１ｇ／ｍ２以上、１．５ｇ／ｍ２以下であることが好ましく、０．０１ｇ／ｍ２以上、０．５ｇ／ｍ２以下であることがより好ましく、０．０３ｇ／ｍ２以上、０．１ｇ／ｍ２以下であることが特に好ましい。極細繊維３Ｆの上記質量がこの範囲であると、圧力損失を抑制しながら、高い集塵効率が発揮され易い。極細繊維層３の厚みＴ３は、圧力損失の観点から、０．５μｍ以上、１０μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上、５μｍ以下であることがより好ましい。
極細繊維３Ｆの材質は特に限定されず、例えば、ＰＡ、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリサルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、ＰＰ、ＰＥＴ、ポリウレタン（ＰＵ）等のポリマーが挙げられる。これらは、単独あるいは２種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、極細繊維３Ｆを電界紡糸法により形成する場合、ＰＥＳが好ましく用いられる。また、平均繊維径Ｄ２を細くし易い点で、ＰＶＤＦが好ましく用いられる。
（吸着剤）
吸着剤４は、極細繊維３Ｆに担持されている。吸着剤４としては特に限定されないが、例えば、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、トルエン、キシレン、酢酸エチル等の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）のうちの少なくとも１種を吸着することのできる物質が挙げられる。吸着剤４としては、具体的には、アジピン酸ジヒドラジド等の有機材料、活性炭、ゼオライト等が挙げられる。
吸着剤４の付着量は特に限定されないが、吸着性能および圧力損失の観点から、０．１〜３０ｇ／ｍ２が好ましく、０．５〜２０ｇ／ｍ２がより好ましく、１〜１０ｇ／ｍ２が特に好ましい。
吸着剤４は、粒子の形態で極細繊維３Ｆに担持される。吸着剤４の粒子の平均粒径は特に限定されず、例えば、０．１μｍ以上が好ましく、１μｍ以上がより好ましい。また、吸着剤の粒子の平均粒径は、１０００μｍ以下が好ましく、４００μｍ以下がより好ましく、２００μｍ以下がさらに好ましく、１００μｍ以下が特に好ましい。平均粒径は、吸着剤４を有する極細繊維層３を一方の主面の法線方向から見たときの、１０個の吸着剤４の最大径の平均値である。後述する接着剤の平均粒径についても同じである。上記範囲の平均粒径を備える吸着剤４は、基材層１を構成する基材繊維１Ｆ同士の隙間を通過し得る。しかし、吸着剤４は、極細繊維層３の基材層１とは反対側の界面近傍に多く配置されているため、基材層１を通過して、積層体１０から脱落することは抑制される。
吸着剤４は、極細繊維３Ｆに担持されているものの、その分布は一様ではない。吸着剤４の分布のピークは、極細繊維層３の帯電層２との界面近傍にある。言い換えれば、帯電層２の極細繊維層３に対向する第１中間面Ｓ１から、基材層１の極細繊維層３に対向する第２中間面Ｓ２までの領域Ｒにおいて、第１中間面側の吸着剤の密度Ａ１は、第２中間面側の吸着剤の密度Ａ２よりも大きい。
吸着剤の密度Ａ１および密度Ａ２は、例えば、図２および図３に示すように、極細繊維層３の各主面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像から算出される吸着剤４の面積割合で代替できる。つまり、極細繊維層３の帯電層２との界面である第１主面３Ｘの近傍に配置される吸着剤４の面積割合Ｒｆ１が、その反対側の基材層１との界面である第２主面３Ｙの近傍に配置される吸着剤４の面積割合Ｒｆ２よりも大きい場合、吸着剤４は、極細繊維層３の帯電層２との界面近傍に偏在しているといえる。
図２は、積層体１０から帯電層２を剥離して得られた複合体Ａを、極細繊維層３の第１主面３Ｘの法線方向から見た様子を模式図に示す上面図である。極細繊維３Ｆの奥には、基材繊維１Ｆを確認することができる。図３は、積層体１０から基材層１を剥離して得られた複合体Ｂを、極細繊維層３の第２主面３Ｙの法線方向から見た様子を模式図に示す上面図である。極細繊維３Ｆの奥には、帯電繊維２Ｆを確認することができる。
密度Ａ１を代替する吸着剤４の面積割合Ｒｆ１は、例えば、以下のようにして求められる。まず、積層体１０から帯電層２のみを剥離する。このとき、帯電層２とともに吸着剤４が剥離しないようにする。積層体１０を加熱しながら、帯電層２を剥離してもよい。得られた基材層１と極細繊維層３との複合体Ａから、一辺が基材繊維１Ｆの平均繊維径Ｄ１の約７倍の長さである正方形の領域Ｒ１０を決定する。極細繊維層３の第１主面３Ｘの法線方向から、領域Ｒ１０全体をＳＥＭで観察し、吸着剤４の総面積の領域Ｒ１０に対する割合を算出する。このとき、極細繊維３Ｆよりも奥にある吸着剤４ｂ（図２参照）以外、つまり、極細繊維３Ｆと重複していない吸着剤４ｎ、および、極細繊維３Ｆと重複しているが、極細繊維３Ｆよりも手前にある吸着剤４ｆをピックアップして、面積割合を算出する。さらに、複合体Ａから、領域Ｒ１０と同じ面積をもつ他の９つの領域（Ｒ１１〜Ｒ１９）を決定し、これらの領域についても同様に上記吸着剤４（４ｆおよび４ｎ）の面積割合を算出する。これら１０の領域Ｒ１０〜Ｒ１９における上記面積割合の平均値を、吸着剤４の面積割合Ｒｆ１とする。なお、領域Ｒ１０〜Ｒ１９において、吸着剤４は、極細繊維３Ｆよりも手前により多く存在し得る。
密度Ａ２を代替する吸着剤４の面積割合Ｒｆ２も、上記と同様にして算出できる。まず、積層体１０から基材層１のみを剥離する。このとき、基材層１とともに吸着剤４が剥離しないようにする。得られた帯電層２と極細繊維層３との複合体Ｂから、一辺が基材繊維１Ｆの平均繊維径Ｄ１の約７倍の長さである正方形の領域Ｒ２０を決定する。極細繊維層３の第２主面３Ｙの法線方向から、領域Ｒ２０全体をＳＥＭで観察し、吸着剤４の総面積の領域Ｒ２０に対する割合を算出する。この場合も、極細繊維３Ｆよりも奥にある吸着剤４ｂ以外、つまり、極細繊維３Ｆと重複していない吸着剤４ｎ、および、極細繊維３Ｆと重複しているが、極細繊維３Ｆよりも手前にある吸着剤４ｆをピックアップして、面積割合を算出する。さらに、複合体Ｂから、領域Ｒ２０と同じ面積をもつ他の９つの領域（Ｒ２１〜Ｒ２９）を決定し、これらの領域についても同様に吸着剤４（４ｆおよび４ｎ）の上記面積割合を算出する。これら１０の領域Ｒ２０〜Ｒ２９における上記面積割合の平均値を、吸着剤４の面積割合Ｒｆ２とする。なお、領域Ｒ２０〜Ｒ２９において、吸着剤４は、極細繊維３Ｆよりも奥により多く存在し得る。
積層体１０から基材層１のみを剥離することが困難な場合、帯電層２のみを剥離して得られる上記複合体Ａにおける領域Ｒ１０〜Ｒ１９を、極細繊維層３の第１主面３Ｘの法線方向からＳＥＭで観察して、面積割合Ｒｆ２を算出してもよい。この場合、極細繊維３Ｆよりも奥にある吸着剤４ｂと、極細繊維３Ｆと重複していない吸着剤４ｎと、をピックアップして、面積割合Ｒｆ２を算出する。
吸着剤４の分布のピークが極細繊維層３の帯電層２との界面近傍にある限り、吸着剤４は、極細繊維３Ｆに加えて、基材繊維１Ｆおよび帯電繊維２Ｆに担持されていてもよい。積層体１０における吸着剤４の分布の例を、図４（ａ）〜（ｄ）に示す。図４（ａ）〜（ｄ）において、縦軸は吸着剤４の密度である。図４（ａ）および（ｂ）は、吸着剤４が極細繊維３にのみ担持されている場合を示す。図４（ａ）は、吸着剤４が第１主面３Ｘの近傍に分布のピークをもつものの、第１主面３Ｘの近傍で一様に担持されている場合を示し、図４（ｂ）は、吸着剤４の密度が、第１主面３Ｘに向かって徐々に増加する場合を示している。図４（ｃ）は、吸着剤４の一部が基材繊維１Ｆに担持されている場合を示す。図４（ｄ）は、吸着剤４の一部が帯電繊維２Ｆに担持されている場合を示す。
積層体１０は、例えば、蛇腹状にプリーツ加工されて、濾材として空気清浄機に配置される。この場合、集塵効率の点で、積層体１０は、帯電層２が大気の吸気口側に位置するように、吸気口と排気口との間に配置されることが好ましい。
（積層体の製造方法）
以下、基材層１上に、電界紡糸法により極細繊維３Ｆを堆積させる場合を例に挙げて、本実施形態の積層体１０の製造方法を説明する。
積層体１０は、例えば、（１）基材層を準備する工程と、（２）基材層の一方の表面に、電界紡糸法により極細繊維を堆積させて極細繊維層を形成する工程と、（３）極細繊維層に吸着剤を散布する工程と、（４）吸着剤が散布された後、極細繊維層に帯電層を積層する工程と、を具備する製造方法により得ることができる。
上記のような積層体の製造方法は、例えば、ラインの上流から下流に基材層を搬送し、搬送される基材層の主面に極細繊維層を形成して、吸着剤を散布した後、帯電層を積層する製造システムにより実施することが可能である。このような製造システムは、例えば、（１）基材層を搬送ベルトに供給する基材層供給ユニットと、（２）原料液から静電気力により極細繊維を生成させ、搬送中の基材層に堆積させる電界紡糸機構を有する電界紡糸ユニットと、（３）電界紡糸ユニットから送り出される基材層と極細繊維層との複合体の極細繊維層側から、吸着剤を散布する吸着剤散布ユニットと、（４）吸着剤散布ユニットから送り出される上記複合体の極細繊維層側から、吸着剤を挟むように帯電層を積層する帯電層積層ユニットと、を具備する。
以下、図５を参照しながら、積層体の製造方法およびこれを行う製造システムについて説明するが、以下のシステムおよび製造方法は、本発明を限定するものではない。図５は、積層体１０の製造システム２００の一例の構成を概略的に示す図である。製造システム２００は、積層体１０を製造するための製造ラインを構成している。
まず、基材層１を準備する。製造システム２００では、基材層１は、製造ラインの上流から下流に搬送される。製造システム２００の最上流には、ローラ状に捲回された基材層１を内部に収容した基材層供給ユニット２０１が設けられている。基材層供給ユニット２０１は、モータ１３により供給リール１２を回転させて、供給リール１２に捲回された基材層１を搬送ローラ１１に供給する。
基材層１は、搬送ローラ１１により、電界紡糸ユニット２０２に搬送される。電界紡糸ユニット２０２が具備する電界紡糸機構は、ユニット内の上方に設置された極細繊維３Ｆの原料液２２を放出するための放出体２３と、放出された原料液２２をプラスに帯電させる帯電手段（後述参照）と、放出体２３と対向するように配置された基材層１を上流側から下流側に搬送する搬送コンベア２１と、を備えている。搬送コンベア２１は、基材層１とともに極細繊維３Ｆを収集するコレクタ部として機能する。なお、電界紡糸ユニット２０２の台数は、特に限定されるものではなく、１台でも２台以上でもよい。
電界紡糸ユニット２０２および／または放出体２３が複数ある場合、電界紡糸ユニット２０２ごと、あるいは、放出体２３ごとに、形成される極細繊維３Ｆの平均繊維径Ｄ３を変化させてもよい。極細繊維３Ｆの平均繊維径Ｄ３は、原料液２２の吐出圧力、印加電圧、原料液の濃度、放出体２３と基材層１との距離、温度、湿度などを調整することにより、変化させることができる。
放出体２３の基材層１の主面と対向する側には、原料液２２の放出口（図示せず）が複数箇所設けられている。放出体２３の放出口と、基材層１との距離は、電界紡糸ユニット２０２の規模や所望の繊維径にもよるが、例えば、１００〜６００ｍｍであればよい。放出体２３は、電界紡糸ユニット２０２の上方に設置された、基材層１の搬送方向と平行な第１支持体２４から下方に延びる第２支持体２５により、自身の長手方向が基材層１の主面と平行になるように支持されている。第１支持体２４は、放出体２３を基材層１の搬送方向とは垂直な方向に揺動させるように、可動であってもよい。
帯電手段は、放出体２３に電圧を印加する電圧印加装置２６と、搬送コンベア２１と平行に設置された対電極２７とで構成されている。対電極２７は接地（グランド）されている。これにより、放出体２３と対電極２７との間には、電圧印加装置２６により印加される電圧に応じた電位差（例えば２０〜２００ｋＶ）を設けることができる。なお、帯電手段の構成は、特に限定されない。例えば、対電極２７はマイナスに帯電されていてもよい。また、対電極２７を設ける代わりに、搬送コンベア２１のベルト部分を導体から構成してもよい。
放出体２３は、導体で構成されており、長尺の形状を有し、その内部は中空になっている。中空部は原料液２２を収容する収容部となる。原料液２２は、放出体２３の中空部と連通するポンプ２８の圧力により、原料液タンク２９から放出体２３の中空に供給される。そして、原料液２２は、ポンプ２８の圧力により、放出口から基材層１の主面に向かって放出される。放出された原料液２２は、帯電した状態で放出体２３と基材層１との間の空間（生成空間）を移動中に静電爆発を起し、繊維状物（極細繊維３Ｆ）を生成する。生成した極細繊維３Ｆは基材層１上に堆積し、不織布状の極細繊維層３を形成する。極細繊維３Ｆの堆積量は、原料液２２の吐出圧力、印加電圧、原料液２２の濃度、基材層１の搬送速度などを調整することにより、制御される。
原料液２２に含まれる溶媒としては、原料樹脂の種類や製造条件に応じて、適切なものを選択すればよい。例えば、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、ヘキサフルオロイソプロパノール、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジベンジルアルコール、１，３−ジオキソラン、１，４−ジオキサン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチル−ｎ−ヘキシルケトン、メチル−ｎ−プロピルケトン、ジイソプロピルケトン、ジイソブチルケトン、アセトン、ヘキサフルオロアセトン、フェノール、ギ酸、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジプロピル、塩化メチル、塩化エチル、塩化メチレン、クロロホルム、ｏ−クロロトルエン、ｐ−クロロトルエン、四塩化炭素、１，１−ジクロロエタン、１，２−ジクロロエタン、トリクロロエタン、ジクロロプロパン、ジブロモエタン、ジブロモプロパン、臭化メチル、臭化エチル、臭化プロピル、酢酸、ベンゼン、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、シクロペンタン、ｏ−キシレン、ｐ−キシレン、ｍ−キシレン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、ジメチルスルホキシド、ピリジン、水等を用いることができる。これらは単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。なかでも、電界紡糸法に適している点、および、ＰＥＳを含む極細繊維３Ｆを電界紡糸法により形成する場合、ＰＥＳを溶解し易い点で、ＤＭＡｃが好ましい。
原料液２２には、無機質固体材料を添加してもよい。無機質固体材料としては、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、珪化物、弗化物、硫化物等を挙げることができる。なかでも、加工性などの観点から、酸化物を用いることが好ましい。酸化物としては、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｂ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5、ＳｎＯ2、ＺｒＯ2、Ｋ2Ｏ、Ｃｓ2Ｏ、ＺｎＯ、Ｓｂ2Ｏ3、Ａｓ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ｖ2Ｏ5、Ｃｒ2Ｏ3、ＭｎＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｙ2Ｏ3、Ｌｕ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、ＨｆＯ2、Ｎｂ2Ｏ5等を例示することができる。これらは単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。
原料液２２における溶媒と原料樹脂との混合比率は、選定される溶媒の種類と原料樹脂の種類により異なる。原料液２２における溶媒の割合は、例えば、６０質量％から９５質量％である。
極細繊維３Ｆを形成する電界紡糸機構は、上記の構成に限定されない。所定の極細繊維３Ｆの生成空間において、原料液２２から静電気力により極細繊維３Ｆを生成させ、生成した極細繊維３Ｆを基材層１の主面に堆積させることができる機構であれば、特に限定なく用いることができる。例えば、放出体２３の長手方向に垂直な断面の形状は、上方から下方に向かって次第に小さくなる形状（Ｖ型ノズル）であってもよい。
極細繊維層３が形成された後、基材層１と極細繊維層３との複合体を、吸着剤散布ユニット２０３に搬送する。吸着剤散布ユニット２０３では、複合体の上方から、吸着剤４の分散液、吸着剤４の溶液、あるいは、吸着剤４の一部が溶解し、残部が分散した吸着剤液（以下、まとめて吸着剤液４Ａと称す）が散布される。散布の方法は特に限定されず、例えば、スプレー法、自由落下、ふるい落とし等により散布される。吸着剤散布ユニット２０３は、例えば、吸着剤散布ユニット２０３の上方に設置された吸着剤液４Ａを収容する吸着剤タンク３２と、吸着剤液４Ａを散布するための散布部材３３とを備える散布装置３４を具備する。
吸着剤液４Ａが散布された後、複合体に接着剤を散布してもよい。接着剤は、上記複合体の極細繊維層３側から散布される。粒子状の接着剤は、例えば、スプレー法、自由落下等により散布される。吸着剤液４Ａおよび接着剤の散布は、同時に行ってもよい。この場合、吸着剤液４Ａに接着剤粒子を混合して、散布してもよい。
接着剤の粒子の平均粒径は特に限定されず、例えば、１００μｍ以上、５００μｍ以下であってもよく、１００μｍ以上、４００μｍ以下であってもよい。接着剤の平均粒径は、通常、吸着剤４の平均粒径よりも大きい。そのため、接着剤の粒子を散布する工程は、吸着剤液４Ａの散布の後に行うか、吸着剤液４の散布とともに行うことが好ましい。接着剤に阻害されずに、吸着剤４が極細繊維３Ｆに担持され易くなるためである。接着剤は、ライン状に塗布されてもよい。
接着剤の種類は特に限定されず、例えば、熱可塑性樹脂を主成分とするホットメルト接着剤等が挙げられる。熱可塑性樹脂としては、ＰＵ、ＰＥＴ等のポリエステル、ＰＡ、ポリオレフィン（例えば、ＰＰ、ＰＥ）等が例示できる。接着剤の付与量も特に限定されないが、接着性の観点から、０．５ｇ／ｍ２以上、１５ｇ／ｍ２以下であることが好ましく、１ｇ／ｍ２以上、１０ｇ／ｍ２以下であることがより好ましく、３ｇ／ｍ２以上、９ｇ／ｍ２以下であることが特に好ましい。
吸着剤が散布された後、複合体に帯電層２が積層される前に、加熱機器４２を備える加熱ユニット２０４により、極細繊維３Ｆに含まれる溶媒および吸着剤液４の分散媒等の除去を行ってもよい。加熱機器４２は特に限定されず、公知のものを適宜選択すればよい。加熱温度は、各溶媒や分散媒の沸点に応じて適宜設定すればよく、例えば、基材層１の表面が１００〜２００℃程度になるように、加熱すればよい。
次いで、複合体は、帯電層積層ユニット２０５に搬送される。帯電層積層ユニット２０５では、上記複合体の極細繊維層３側から帯電層２が供給され、吸着剤および接着剤を介して複合体に積層される。帯電層２が長尺である場合、基材層１と同様に、帯電層２は第２供給リール５２に巻き取られていてもよい。この場合、帯電層２は、第２供給リール５２から捲き出されながら、複合体に積層される。
帯電層２を積層した後、積層体１０を挟んで上下に配置された一対の加圧ローラ５３（５３ａおよび５３ｂ）により圧力を加えながら、積層体１０を加圧して、上記複合体と帯電層２とをさらに密着させてもよい。
最後に、帯電層積層ユニット２０５から積層体１０を搬出し、ローラ６１を経由して、より下流側に配置されている回収ユニット２０６に搬送する。回収ユニット２０６は、例えば、搬送されてくる積層体１０を捲き取る回収リール６２を内蔵している。回収リール６２はモータ６３により回転駆動される。
本発明の積層体は、吸着剤の脱落が抑制されるため、空気清浄機、あるいは空調機の濾材、電池用の分離シート、燃料電池用のメンブレン、妊娠検査シート等の体外検査シート、細胞培養用等の医療用シート、防塵マスク等の防塵布や防塵服、化粧用シート、塵を拭き取る拭取シート等として、好適である。
１０：積層体
１：：基材層
１Ｆ：基材繊維
２：帯電層
２Ｆ：帯電繊維
３：極細繊維層
３Ｆ：極細繊維
３Ｘ：第１主面
３Ｙ：第２主面
４、４ｂ、４ｆ、４ｎ：吸着剤
４Ａ：吸着剤液
２００：製造システム
２０１：基材層供給ユニット
２０２：電界紡糸ユニット
２０３：吸着剤散布ユニット
２０４：加熱ユニット
２０５：帯電層積層ユニット
２０６：回収ユニット
１１：搬送ローラ
１２：供給リール
１３：モータ
２１：搬送コンベア
２２：原料液
２３：放出体
２４：第１支持体
２５：第２支持体
２６：電圧印加装置
２７：対電極
２８：ポンプ
２９：原料液タンク
３１：搬送ローラ
３２：吸着剤タンク
３３：散布部材
３４：散布装置
４１：搬送ローラ
４２：加熱機器
５１：搬送ローラ
５２：第２供給リール
５３、５３ａ、５３ｂ：加圧ローラ
６１：ローラ
６２：回収リール
６３：モータ

Claims (1)

  1. 多孔質の基材層と、
    多孔質であって、帯電している帯電層と、
    前記基材層と前記帯電層との間に介在し、極細繊維を含む極細繊維層と、
    前記極細繊維に担持され、化学物質を吸着する吸着剤と、を備える積層体であって、
    前記極細繊維の平均繊維径が、３μｍ以下であり、
    前記帯電層の前記極細繊維層に対向する第１中間面から、前記基材層の前記極細繊維層に対向する第２中間面までの領域において、
    前記第１中間面側の前記吸着剤の密度Ａ１が、前記第２中間面側の前記吸着剤の密度Ａ２よりも大きい、積層体。
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