JP2018127735A - 交絡長繊維集合体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 粘土鉱物に由来する液体の吸着性を有する交絡長繊維集合体、及びその製造方法を提供する。【解決手段】 熱可塑性樹脂を溶融させ冷却しながら延伸して得られる平均断面径で１０μｍ以下の長繊維を交絡させた長繊維集合体である。長繊維の全体に亘って３μｍ以下の平均粒径の粘土鉱物粉体を分散させて液体の吸着性を付与したことを特徴とする。また、製造方法は、熱可塑性樹脂を略水平に吐出するように設けられた押出機の吐出口に負圧を与えるように、吐出口に近接したガス噴出口から高速ガス流を略水平に噴出させる工程と、熱可塑性樹脂からなる第１ペレット及び熱可塑性樹脂に泥岩の破砕体である粘土鉱物粉体を加えた第２ペレットを混合して溶融させ押出機の吐出口から押し出す工程と、吐出口から押し出された溶融樹脂を高速ガス流に与えて冷却しながら延伸しつつ空中に放出する工程と、を含むことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、熱可塑性樹脂を溶融させ冷却しながら延伸して得られる長繊維を交絡させた交絡長繊維集合体及びその製造方法に関し、特に、水や鉱物油などの液体の吸着性を付与された交絡長繊維集合体及びその製造方法に関する。

吸水性をほとんど有しないＰＰ又はＰＥなどの熱可塑性樹脂からなる長繊維に親水性を付与する方法として、プラズマや電子線などを用いて長繊維表面を親水性に改質する方法や、他の樹脂とのブレンドによって長繊維に親水性を与える方法などが提案されている。かかる長繊維からなる織布や不織布は、衣料や寝具用の生活資材や、医療、農業、畜産、建設用の産業資材など、多くの用途に用いられ得る。

例えば、特許文献１では、ＰＰ又はＰＥからなるポリオレフィン系繊維について、その表面を酸化処理して酸素官能基を導入し親水性を与え得ることを開示している。この酸化処理の方法としては、電子線照射法、γ線照射法、紫外線照射法、フォトン法、フレーム法、コロナ放電法、及びグロー放電法を例示している。

ところで、ＰＰ又はＰＥなどの熱可塑性樹脂からなる長繊維に天然又は人工セラミックスなどの無機材料からなる微細鉱物粉体を複合化させた複合繊維が知られており、かかる微細鉱物粉体の物理特性としての親水性を長繊維に機能付与し得ることも期待できる。しかしながら、一般的には、微細鉱物粉体の遠赤外線を吸収し放射する性質の如きを機能付与した機能性繊維として利用されることが多い。

例えば、特許文献２では、粒径１μｍ未満のアルミナなどのセラミックス粉体を３〜３０重量％含むポリプロピレン（ＰＰ）又はポリエチレン（ＰＥ）からなる遠赤外線放出などの機能を与えた機能性繊維を開示している。熱可塑性樹脂にセラミックス粉体を与えたマスターバッチチップを製造した上で樹脂のベースチップと２軸混練押出機を用いて混合溶融紡糸を行ってセラミックス粉体を均一に分散させることで、遠赤外線放出の機能に優れた長繊維とし得ることを述べている。

また、特許文献３では、天然鉱物又は人工合成鉱物を繊維径の１／３以下の直径まで破砕して得た微細鉱物粉体をＰＰなどの化学樹脂に分散させて、遠赤外線放出などの機能を与えた機能性繊維を開示している。板状の鉱物粉体であっても樹脂と混合後に延伸を行うことで、粉体の粒子方向を配列させて柔軟性に優れる繊維を得られることを述べている。

特開平１０−１３０９４７号公報 特開平３−６９６７５号公報 特開２００１−３１６９３３号公報

熱可塑性樹脂からなる長繊維に粘土鉱物を複合化させることで、長繊維に粘土鉱物由来の液体の吸着性を機能付与できることを期待される。一方で、含水性の粘土鉱物は、樹脂中で十分に分散せず、長繊維及びこの集合体である長繊維集合体では親水性を十分に呈さない。しかも、樹脂中の粘土鉱物の量を高めると、長繊維の弾力性に欠け、いわゆるごわごわ感を呈し、風合いに劣るといった問題もあった。

また、長繊維を交絡させた長繊維集合体の製造方法においては、溶融した熱可塑性樹脂を押出機の吐出ノズルから押し出しつつこれに高速ガス流を噴射して紡糸させるメルトブロー法が製造効率の観点から好ましい。しかしながら、粘土鉱物を含む溶融した熱可塑性樹脂を押出機から押し出そうとしても、吐出ノズルに粘土鉱物が詰まり、特に、細径の長繊維を得るような、細径の吐出ノズルでは押し出しが出来なくなる。また、粘土鉱物を多く含む熱可塑性樹脂の粘度は相対的に低く、やはり押し出しができなくなる。

本発明は以上のような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、粘土鉱物を含む熱可塑性樹脂を溶融させ冷却しながら延伸して得られる長繊維を交絡させた交絡長繊維集合体であって、粘土鉱物に由来する液体の吸着性を有する交絡長繊維集合体、及びいわゆるメルトブロー法を用いたこの製造方法を提供することにある。

本発明は、微細な粘土鉱物粉体を含む熱可塑性樹脂について、例えば、１０μｍ以下の平均断面径の長繊維にまで延伸することで、粘土鉱物粉体を十分に分散させ得て親水性を得られ、一方で、長繊維の可撓性も高め得るので、長繊維集合体の風合いも高め得るのではないかと考えて本発明に想到した。

そこで、本発明による交絡長繊維集合体は、熱可塑性樹脂を溶融させ冷却しながら延伸して得られる平均断面径で１０μｍ以下の長繊維を交絡させた長繊維集合体であって、前記長繊維の全体に亘って３μｍ以下の平均粒径の粘土鉱物粉体を分散させて液体の吸着性を付与したことを特徴とする。

かかる発明によれば、粘土鉱物に由来する液体の吸着性を得られるとともに、長繊維の弾力性に優れ、高い風合いを得られるのである。

上記した発明において、前記粘土鉱物粉体は泥岩の粉砕体であることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、粘土鉱物の集合体である泥岩の破砕体は溶融した熱可塑性樹脂の中で更に細かく分散し、粘土鉱物に由来する液体の吸着性をより確実に得られるとともに、長繊維の弾力性により優れ高い風合いを得られるのである。

上記した発明において、前記液体は水であることを特徴としてもよい。更に、前記集合体を水面に放置したときに自重で沈降することを特徴としてもよい。かかる発明によれば、吸水性を有さない熱可塑性樹脂であっても親水性用途に用いることができるのである。

上記した発明において、前記液体は鉱物油であることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、吸油用途などに用いることができるのである。

更に、本発明による製造方法は、熱可塑性樹脂を溶融させ冷却しながら延伸して得られる平均断面径で１０μｍ以下の長繊維を交絡させ、該長繊維の全体に亘って３μｍ以下の平均粒径の粘土鉱物粉体を含有させて吸着性を付与した交絡長繊維集合体の製造方法であって、前記熱可塑性樹脂を略水平に吐出するように設けられた押出機の吐出口に負圧を与えるように、前記吐出口に近接したガス噴出口から前記高速ガス流を略水平に噴出させる工程と、前記熱可塑性樹脂からなる第１ペレット及び前記熱可塑性樹脂に泥岩の破砕体である粘土鉱物粉体を加えた第２ペレットを混合して溶融させ前記押出機の前記吐出口から押し出す工程と、前記吐出口から押し出された溶融樹脂を高速ガス流に与えて冷却しながら延伸しつつ空中に放出する工程と、を含むことを特徴とする。

かかる発明によれば、粘土鉱物に由来する液体の吸着性を有し、且つ、長繊維の弾力性に優れ、高い風合いを有する交絡長繊維集合体を効率よく得られるのである。

上記した発明において、前記吐出口の口径を０．５ｍｍ以上とするとともに、前記泥岩の前記破砕体の平均粒径を５〜１０μｍとすることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、粘土鉱物に由来する液体の吸着性を有し、且つ、長繊維の弾力性に優れ高い風合いを有する交絡長繊維集合体をより効率よく得られるのである。

本発明による交絡長繊維集合体の代表的な電子顕微鏡写真である。 本発明による交絡長繊維集合体の製造方法を示すフロー図である。 交絡長繊維集合体の製造に用いるノズルの正面図及び側断面図である。 粘土鉱物粉体を含まない交絡長繊維集合体（比較例）の電子顕微鏡写真である。 本発明による交絡長繊維集合体の例及び比較例の外観写真である。

以下、本発明による交絡長繊維集合体の及びその製造方法の実施例について図１乃至図３を用いて具体的に説明する。

図１は、本発明の代表的な実施例による交絡長繊維集合体１の電子顕微鏡写真である。交絡長繊維集合体１は、平均断面径を１０μｍ以下とする長繊維を交絡させるように集合させたものである。交絡長繊維集合体１は、平均粒径３μｍ以下の粘土鉱物粉体を全体に分散させた熱可塑性樹脂であるＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）又はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）の長繊維からなり、粘土鉱物由来の液体の吸着性を付与されたものである。例えば、水の吸着性を付与された場合には水系液体用のフィルターなどの親水性用途に用い得る。また、鉱物油の吸着性を得た場合には吸油用途などに用い得る。特に、上記した長繊維の平均断面径と粘土鉱物粉体の平均粒径とを得ることで長繊維の可撓性を高めて、粘土鉱物粉体を分散させているにも関わらず、交絡長繊維集合体１において弾力性に優れる長繊維を得て、嵩密度の低い綿毛状の長繊維集合体とできて高い風合いを得られた。

図２に示すように、交絡長繊維集合体１は、熱可塑性樹脂のメルトブロー法によって製造される。

まず、熱可塑性樹脂のペレットを配合する（Ｓ１）。ペレットには熱可塑性樹脂のみの第１ペレットと、熱可塑性樹脂に粘土鉱物粉体を加えた第２ペレットがあり、これらを所定の比率で配合するのである。ここでは、第２ペレットは１０質量％の粘土鉱物粉体を含んでおり、９倍の質量の第１ペレットと配合された。すなわち、配合されたペレット全体に対する粘土鉱物粉体の含有量は１質量％となる。配合されたペレットは押出機に投入される。なお、第２ペレットに加える粘土鉱物粉体は、泥岩の破砕体とすることが好ましい。本実施例では破砕装置で平均粒径を５〜１０μｍとなるまで破砕した泥岩の粉体を加えて第２ペレットを製造した。

図３を併せて参照すると、吐出口１２及びガス噴出口１３を備えるノズルヘッド１０を、押出機のノズルに取り付けて用いる。ノズルヘッド１０は、押出機に取り付けられて法線を略水平に向けられる中央のフェイス面１１に樹脂（熱可塑性樹脂）を吐出する吐出口１２及びガス噴出口１３を互いに近接するように配置した「対」を複数備えており、時間当たりの長繊維の製造量を向上させるようにされている。吐出口１２は、押出機のノズルから樹脂を流入される樹脂流入室１６に連通し、押出機からの樹脂をその内部に導かれる。また、ガス噴出口１３はガス流入室１４に連通し、ガスの流入口１４ａを介して図示しないガスの加熱・供給装置に接続され、供給されたガスを略水平に噴出できるようその軸線を略水平にしている。

特に、ガス噴出口１３は、形成されるガス流の生じる負圧によって吐出口１２の内部から溶融した樹脂を外部に引き出し、延伸させながら空中に放出させることのできるように吐出口１２に近接して配置される。また、吐出口１２は、溶融した樹脂の流動抵抗を低下させて、ガス噴出口１３からのガス流による負圧によって内部から樹脂を引き出されるよう、その内径を定められる。溶融した樹脂の流動抵抗は内径を大とするほど低下する。特に、粘土鉱物粉体を含み粘度の比較的高い溶融樹脂を吐出させるため、その内径を大とすることが好ましい。例えば、吐出口１２の出口部分（フェイス部１１の表面近傍）の内径は０．５ｍｍ以上であることが好ましい。本実施例においては、吐出口１２の内径を１．０ｍｍ、ガス噴出口１３の内径を１．５ｍｍ、互いの中心の距離を１．７５ｍｍとしている。

次いで、メルトブローのためのガスの噴出を開始する（Ｓ２）。詳細には、ガス噴出口１３から加熱された高速ガス流を略水平に噴出させ、ガス噴出口１３の側方にある吐出口１２に負圧を与えて内部の樹脂を引き出し得るようにする。

押出機では、投入したペレットを混合し、溶融させ、ノズルから押し出す（Ｓ３）。これにより、ペレットを溶融し、粘土鉱物粉体とともに混錬された溶融樹脂を吐出口１２に導くことができる。吐出口１２に導かれた溶融樹脂は、吐出口１２から押し出され又はガス噴出口１３からの高速ガス流による負圧によって引き出され、高速ガス流に乗って空中に放出されて冷却されながら延伸されて長繊維となり、回収装置内で交絡した長繊維の集合体となる（Ｓ４）。最後に、これを回収して（Ｓ５）、交絡長繊維集合体１を得ることができる。なお、吐出口１２の内部から樹脂を引き出していることは、押出機の押し出しを停止した後にもガス流によって長繊維が製造され続けることで確認できる。このように、吐出口１２に負圧を付与して内部から樹脂を引き出すことで、吐出口の内径を大きくしても長繊維の平均断面径を細く、例えば１０μｍ以下とすることができる。

再び図１を参照して、図４と比較しつつ粘土鉱物粉体について考察する。なお、交絡長繊維集合体１は、熱可塑性樹脂としてＰＰを用い、粘土鉱物として泥岩の破砕体を用いて製造した。

図１に示すように、交絡長繊維集合体１の表面に明瞭な粘土鉱物粉体の粒子は長繊維の外部において観察されない。このことは、図４に示した粘土鉱物粉体を含まない交絡長繊維集合体２と、図１の交絡長繊維集合体１とを比較し、両者に大きな違いのないことからも判る。上記したように、交絡長繊維集合体１は１質量％の粘土鉱物粉体を含むが、溶融樹脂に混錬されて放出される過程で、長繊維の内部に含まれるようになったものと考えられる。また、メルトブロー法で１０μｍ以下の平均断面径の長繊維にまで延伸するので、長繊維のうち細いものは断面径を１μｍ以下としている。このような細い長繊維においても、その表面から粘土鉱物粉体の粒子が突出するような形状を観察できないことから、粘土鉱物粉体の粒子の平均粒径は１μｍ以下とされている可能性が高く、少なくとも３μｍ以下とされていると考えられる。粘土鉱物粉体は、平均粒径を５〜１０μｍとする泥岩の破砕体として第２ペレットに加えられていたことから、第２ペレットの製造段階を含めて製造中にさらに粉砕されて溶融した熱可塑性樹脂の中で更に細かくなって分散したものと考えられる。

なお、交絡長繊維集合体１を水面に放置したときに自重で沈降することが確認された。つまり、交絡長繊維集合体１は粘土鉱物粉体由来の親水性を得ており、粘土鉱物粉体を長繊維の表面に露出させているものと考えられる。交絡長繊維集合体１は、繊維を細く延伸することで表面積を増大させて粘土鉱物粉体を長繊維の表面に露出させる割合を増加させている。これに加えて、粘土鉱物粉体は上記したように溶融した熱可塑性樹脂の中で更に細かく分散してその表面積を増大させており、その結果、１質量％程度の少ない粘土鉱物粉体の量であっても水などの液体の吸着性を向上させることができるものと考えられる。

このように、平均粒径を小さくしたことで、粘土鉱物粉体の量を少なくしても液体の吸着性を得ることができる。そして、粘土鉱物粉体の量を比較的少なくできることで、押出機において溶融樹脂の粘度を大きくし過ぎることがなく、メルトブローによる交絡長繊維集合体１の製造を容易にできる。

さらに、交絡長繊維集合体１について、その外観を比較例と比べた結果について図５を用いて説明する。なお、比較例はいずれも粘土鉱物粉体の量が異なるのみであり、その他の製造条件は同一である。

図５（ａ）に示すように、１質量％の粘土鉱物粉体を分散させた交絡長繊維集合体１は、粘土鉱物粉体を分散させたにも関わらず、嵩密度の低い綿毛状とできて、高い風合いのものを得られた。特に、図５（ｂ）に示す粘土鉱物粉体を含まない交絡長繊維集合体２と比べても、交絡長繊維集合体１の風合いには殆ど遜色がない。つまり、交絡長繊維集合体１においても粘土鉱物粉体を含まないものと同様に高い風合いを得られている。なお、交絡長繊維集合体１は、粘土鉱物粉体を含まない交絡長繊維集合体２に比べて薄い茶褐色に着色されていることが肉眼で観察される。つまり、粘土鉱物粉体は、確実に交絡長繊維集合体１に含まれる。図５（ｃ）に示す２質量％の粘土鉱物粉体を含む交絡長繊維集合体３は、上記の２種類のものに比べて長繊維の平均断面径が大きく、ごわごわした風合いとなってしまった。溶融樹脂の粘度が若干高く、今回の製造条件では繊維が交絡長繊維集合体１ほど延伸されなかったものと考えられる。

以上、本発明による実施例及びこれに基づく変形例を説明したが、本発明は必ずしもこれら実施例に限定されるものではない。また、当業者であれば、本発明の主旨又は添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。

１ 交絡長繊維集合体
１０ ノズルヘッド
１２ 吐出口
１３ ガス噴出口

Claims (7)

1. 熱可塑性樹脂を溶融させ冷却しながら延伸して得られる平均断面径で１０μｍ以下の長繊維を交絡させた長繊維集合体であって、
   前記長繊維の全体に亘って３μｍ以下の平均粒径の粘土鉱物粉体を分散させて液体の吸着性を付与したことを特徴とする交絡長繊維集合体。
2. 前記粘土鉱物粉体は泥岩の粉砕体であることを特徴とする請求項１記載の交絡長繊維集合体。
3. 前記液体は水であることを特徴とする請求項１又は２に記載の交絡長繊維集合体。
4. 前記集合体を水面に放置したときに自重で沈降することを特徴とする請求項３記載の交絡長繊維集合体。
5. 前記液体は鉱物油であることを特徴とする請求項１又は２に記載の交絡長繊維集合体。
6. 熱可塑性樹脂を溶融させ冷却しながら延伸して得られる平均断面径で１０μｍ以下の長繊維を交絡させ、該長繊維の全体に亘って３μｍ以下の平均粒径の粘土鉱物粉体を含有させて吸着性を付与した交絡長繊維集合体の製造方法であって、
   前記熱可塑性樹脂を略水平に吐出するように設けられた押出機の吐出口に負圧を与えるように、前記吐出口に近接したガス噴出口から前記高速ガス流を略水平に噴出させる工程と、
   前記熱可塑性樹脂からなる第１ペレット及び前記熱可塑性樹脂に泥岩の破砕体である粘土鉱物粉体を加えた第２ペレットを混合して溶融させ前記押出機の前記吐出口から押し出す工程と、
   前記吐出口から押し出された溶融樹脂を高速ガス流に与えて冷却しながら延伸しつつ空中に放出する工程と、を含むことを特徴とする交絡長繊維集合体の製造方法。
7. 前記吐出口の口径を０．５ｍｍ以上とするとともに、前記泥岩の前記破砕体の平均粒径を５〜１０μｍとすることを特徴とする請求項６記載の交絡長繊維集合体の製造方法。