JP2020172729A - 不織布および積層不織布構造体およびフィルター用ろ過布 - Google Patents

Abstract

【課題】耐酸性に優れた不織布および積層不織布構造体およびフィルター用ろ過布を提供する。【解決手段】繊維径が２μｍ以下の極細耐酸性繊維Ａと、繊維径が前記耐酸性繊維Ａよりも大きい耐酸性繊維Ｂを用いて不織布を得る。【選択図】なし

Description

本発明は、耐酸性に優れた不織布および積層不織布構造体およびフィルター用ろ過布に関する。

不織布の用途は車載用やインエリア用など多種あるが、酸やアルカリのガスや液にさらされた環境で使用されるケースもある。例えば、払落しを繰り返す集塵機の中で使用されるバグフィルター用途においても、石炭ボイラーや焼却炉等では通過させるガスや捕集するダストの成分が酸性環境下のケースがあり、そのような環境下で不織布の形態を維持できなければならない。また、フィルターとしての性能も当然ながら必要で、高捕集効率で低圧力損失（以下、低圧損）、かつ目詰まりなく払落し性に優れることが望まれ、ろ過布表面の繊維層を緻密な構造としたもの、フィルター表面に微細な繊維の積層構造としたものなどが提案されている（たとえば特許文献１、２）。
しかしながら、耐酸性の点でまだ満足とはいえなかった。

特開平９−１８７６１１号公報 国際公開第２０１７／０８６１８６号パンフレット

本発明は上記の背景に鑑みなされたものであり、その目的は、耐酸性に優れた不織布および積層不織布構造体およびフィルター用ろ過布を提供することにある。

本発明者らは上記の課題を達成するため鋭意検討した結果、不織布を構成する繊維などを巧みに工夫することにより、耐酸性に優れた不織布が得られることを見出し、さらに鋭意検討を重ねることにより本発明を完成するに至った。

かくして、本発明によれば「繊維径が２μｍ以下の極細耐酸性繊維Ａと、繊維径が前記耐酸性繊維Ａよりも大きい耐酸性繊維Ｂを含むことを特徴とする不織布。」が提供される。

その際、前記極細耐酸性繊維Ａおよび耐酸性繊維Ｂにおいて、繊維径Ｄに対する繊維長Ｌの比Ｌ／Ｄが６００〜３０００の範囲内であることが好ましい。また、前記極細耐酸性繊維Ａまたは前記耐酸性繊維Ｂとして、未延伸糸および／または延伸糸を含むことが好ましい。また、前記極細耐酸性繊維Ａまたは耐酸性繊維Ｂが、ポリフェニレンサルファイド繊維または、ポリオレフィン系繊維であることが好ましい。また、不織布が、前記極細耐酸性繊維Ａと耐酸性繊維Ｂのみで構成されることが好ましい。また、不織布が湿式不織布またはスパンレース不織布であることが好ましい。

また、本発明によれば、前記の不織布に基材が積層されてなる積層不織布構造体が提供される。また、前記の不織布または積層不織布構造体を用いてなるフィルター用ろ過布が提供される。

本発明によれば、耐酸性に優れた不織布および積層不織布構造体およびフィルター用ろ過布が得られる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。本発明の不織布は、繊維径が２μｍ以下（好ましくは２００〜１０００ｎｍ）の極細耐酸性繊維Ａ（「極細繊維Ａ」ということもある。）と、繊維径が前記耐酸性繊維Ａよりも大きい耐酸性繊維Ｂを含む。なお、本発明でいう「耐酸性」とは、繊維（不織布）に濃硫酸（９５％濃度）を数滴滴下し、１時間経過後に目視で穴あきや繊維形態が溶ける等の変化がないことを示す。

ここで、極細繊維Ａの繊維径が２μｍより大きいと、該不織布をフィルターとして利用する場合、捕集性能が低下するおそれがある。反対に、該繊維径が２００ｎｍよりも小さいと極細繊維Ａの分散性が低下し捕集性能が低下するおそれがある。前記の繊維径は、透過型電子顕微鏡ＴＥＭで、倍率３００００倍で単繊維断面写真を撮影し測定することができる。その際、測長機能を有するＴＥＭでは、測長機能を活用して測定することができる。また、測長機能の無いＴＥＭでは、撮った写真を拡大コピーして、縮尺を考慮した上で定規にて測定すればよい。

その際、単繊維の横断面形状が丸断面以外の異型断面である場合には、繊維径は、単繊維の横断面の外接円の直径を用いるものとする。

前記極細繊維Ａは長繊維でもよいが、分散性を高めて優れた捕集性能を得る上で短繊維が好ましい。その際、繊維長（カット長）としては０．３〜２０ｍｍの範囲内であることが好ましい。また、繊維径Ｄに対する繊維長Ｌの比Ｌ／Ｄとしては６００〜３０００（より好ましくは８００〜２５００）の範囲内であることが好ましい。該比Ｌ／Ｄが６００よりも小さいと高圧水流による繊維間の交絡性が低下するおそれがある。逆に、比Ｌ／Ｄが３０００よりも大きいと分散性不良により凝集繊維塊となり捕集性能や強度が低下するおそれがある。

前記極細繊維Ａの繊維種類としては特に限定されないがポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）繊維が好ましい。また、耐酸性を有する上で、ポリオレフィン系繊維、例えばポリプロピレン（ＰＰ）繊維やポリエチレン（ＰＥ）繊維でもよく、ポリイミド繊維でもよい。また、前記極細繊維Ａは延伸糸（ＤＹ）、未延伸糸（ＵＤＹ）、半延伸糸いずれでもよい。また、伸度が６０％未満でもよいし６０％以上でもよい。なお、ＰＰＳ延伸糸は通常、伸度が６０％未満であり、ＰＰＳ未延伸糸は通常、伸度が６０％以上である。

前記極細繊維Ａの製造方法は特に限定されないが、国際公開第２００８／１３００１９号パンフレットに開示された方法が好ましい。すなわち、繊維形成性熱可塑性ポリマーからなる島成分と、前記の繊維形成性熱可塑性ポリマーよりもアルカリ水溶液に対して溶解し易いポリマー（以下、「易溶解性ポリマー」ということもある。）からなる海成分とを有する複合繊維にアルカリ減量加工を施し、前記海成分を溶解除去したものであることが好ましい。なお、島成分は丸断面に限らず、三角断面や扁平断面などの異型断面であってもよい。

また、極細繊維Ａは１種類でもよいが、前記極細繊維Ａとして複数種類の繊維を含んでいてもよく、異種繊維を含んでいてもよいし、延伸糸と未延伸糸を含んでいてもよい。例えば、１種は繊維径１μｍ以下で、もう一種は繊維径１μｍ超としてもよい。前記極細繊維が２種類で構成された場合、一方の繊維は未延伸糸であることが好ましい。未延伸糸はバインダー成分としての役割を果たすため、前記の伸度の定義に加え、ＤＳＣ測定にて、融点より低い温度のピーク、例えばＴｇ（ガラス転移点）が確認される繊維であることが好ましい。

本発明の不織布において、耐酸性繊維Ｂは前記極細繊維より大の繊維径を有する。単繊維繊度としては、０．０５〜２．２ｄｔｅｘ（より好ましくは０．１〜０．９ｄｔｅｘ）が好ましい。該単繊維繊度が０．０５ｄｔｅｘよりも小さいと圧力損失が大きくなるおそれがある。逆に該単繊維繊度が２．２ｄｔｅｘよりも大きいと、例えば、スパンレース不織布などを製造する際に高圧水流による繊維同士の絡みが不十分となって強度不足となったり、孔径の不均一を生じて目詰まりの原因となり粉体（ダスト）の払い落とし性が低下するおそれがある。

かかる耐酸性繊維Ｂの種類としては、前記のようなＰＰＳ繊維、ＰＰ繊維やＰＥ繊維などが好ましく、不織布の使用温度環境が高い場合は、耐熱性の観点で融点やＴｇ（ガラス転移点）の高いＰＰＳ繊維がより好ましい。また、前記耐酸性繊維Ｂは捲縮繊維であると、空隙率のコントロールをし易くなり好ましい。その際、捲縮数としては１〜１５個／２．５４ｃｍの範囲内であることが好ましい。

また、耐酸性繊維Ｂは延伸糸（ＤＹ）、未延伸糸（ＵＤＹ）、半延伸糸いずれでもよい。また、異種繊維を含んでいてもよいし、延伸糸と未延伸糸を含んでいてもよい。

本発明の不織布において、極細繊維Ａと耐酸性繊維Ｂとの重量比がこの順で１：９９〜５０：５０（より好ましくは１：９９〜３０：７０）の範囲内であることが好ましい。極細繊維Ａの重量比率が該範囲よりも大きいと、極細繊維自体の脱落が大きくなるおそれがある。

また、前記の通り、極細繊維Ａおよび耐酸性繊維Ｂはそれぞれ１種類でもよいし２種類以上でもよい。特に、耐酸性溶融繊維のみで不織布を構成すると、耐酸性だけでなく熱処理で形態保持しやすく、毛羽脱離抑制の観点で好ましい。

本発明の不織布において、空隙率が９０％以下（好ましくは６０〜９０％）であることが好ましい。空隙率が９０％よりも大きいと、空隙にダストが進入しやすくなるおそれがある。逆に、該空隙率が６０％よりも小さいと圧力損失が上昇するおそれがある。なお、不織布が多層構造を有する場合においても、各層において空隙率が９０％以下であることが好ましい。

前記不織布において、目付けが１０〜９０ｇ／ｍ^２（より好ましくは２０〜５０ｇ／ｍ^２）の範囲内であることが好ましい。該目付けが１０ｇ／ｍ^２よりも小さいと、孔径のばらつきが大きくなり、捕集性能や払い落とし性が低下し、毛羽脱離もしやすくなるおそれがある。逆に、該目付けが９０ｇ／ｍ^２よりも大きいとフィルター用途としては圧力損失が大きくなるおそれがある。また、前記不織布において、厚さが０．１〜０．６ｍｍの範囲内であることが好ましい。該厚さが０．１ｍｍよりも小さいとフィルター用途としての捕集性能が低下するおそれがある。逆に、該厚さが０．６ｍｍよりも大きいと圧力損失が大きくなるおそれがある。また、引張強度としてはタテヨコともに０．１Ｎ／１５ｍｍ以上であることが好ましい。

前記不織布の種類は湿式不織布および／またはスパンレース不織布であることが好ましい。特に、前記繊維の分散性を高める上で前記繊維を用いて抄紙して湿紙（湿式不織布）を形成した後、高圧水流（スパンレース処理）により繊維同士を交絡させる方法が好ましい。もちろん湿紙（湿式不織布）を形成した後、高圧水流（スパンレース処理）を施さなくてもよい。

その際、複数の抄紙スラリーを用意し順次投入することにより多層構造を有するスパンレース不織布を得てもよい。

前記不織布に基布を積層して積層不織布構造体とし、バグフィルター用ろ過布などの用途に用いる場合は、基布としてはスクリムを含むニードルパンチ不織布が好ましい。スクリムによりダスト流および逆洗パルスの風圧に対しても、寸法変化を小さくすることが可能となる。

かかるスクリムの目付けとしては４０〜１２０ｇ／ｍ^２の範囲内であることが好ましい。該目付けが４０ｇ／ｍ^２よりも小さいと、風圧に対して塑性変形して吹き漏れの原因となるおそれがある。逆に該目付けが１２０ｇ／ｍ^２よりも大きいとニードルパンチ工程においてニードルへの抵抗となったり、スクリム自身が圧力損失の原因になるおそれがある。

かかるスクリムとしては、例えば、単繊維繊度１．０〜３．０ｄｔｅｘの長繊維または短繊維（好ましくは繊維長２０〜８０ｍｍの５〜２０番手双糸）からなる平組織織物が好ましい。繊維種類としては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）繊維が好ましい。

また、前記ニードルパンチ不織布においてスクリム以外を構成する繊維としてはＰＰＳ繊維、ＰＰ繊維、ＰＥ繊維、ポリイミド繊維、テフロン（登録商標）繊維、ガラス繊維などが好ましい。

前記基布としてはスパンボンド不織布も好ましい。かかるスパンボンド不織布の目付けとしては１００〜４００ｇ／ｍ^２の範囲内であることが好ましい。該目付けが１００ｇ／ｍ^２よりも小さいとプリーツを形成した際の剛性が不足して風圧による形状変形が生じるおそれがある。逆に該目付けが４００ｇ／ｍ^２よりも大きいと圧力損失が大きくなるおそれがある。かかるスパンボンド不織布を構成する繊維としてはＰＰＳ繊維が好ましい。

不織布を基材に積層する方法としては、公知の方法でよい。例えば、熱接着方法、接着剤を用いた化学的接着方法、縫着などいずれでもよい。不織布を基材に熱接着させる場合、熱処理温度としては、２００℃以上かつ素材の融点未満が好ましい。

前記のような不織布が基材に積層されていると、強度だけでなく捕集性能に優れ、低圧力損失で目詰まりしにくく極細繊維が脱落し難い。その際、引張強度としてはタテヨコともに３００Ｎ／１５ｍｍ以上であることが好ましい。また、圧力損失としては１００Ｐａ以下であることが好ましい。また、大気塵捕集率（１μｍ）としては８０％以上であることが好ましい。

次に、本発明の不織布をバグフィルターとして用いる場合、前記不織布がダスト流入側に配することが好ましい。ダスト流入側に配された前記不織布によりダストの進入が抑制され、捕集性能に優れ、低圧力損失で目詰まりしにくく極細繊維が脱落し難い。

かかる不織布、特にバグフィルターにおいて、縫製（例えば袋状に縫製）またはプリーツ加工を施して袋状のバグフィルターまたはカートリッジタイプのバグフィルターとして集塵機などに好適に使用することができる。

次に本発明の実施例及び比較例を詳述するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。なお、実施例中の各測定項目は下記の方法で測定した。
（１）繊維径Ｄ
透過型電子顕微鏡ＴＥＭ（測長機能付）を使用し、倍率３００００倍で繊維断面写真を撮影し測定した。ただし、繊維径Ｄは、単繊維横断面におけるその外接円の直径を用いた（ｎ数５の平均値）。
（２）繊維長Ｌ
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により、海成分溶解除去前の極細短繊維（短繊維Ａ）を基盤上に寝かせた状態とし、２０〜５００倍で繊維長Ｌを測定した（ｎ数５の平均値）。その際、ＳＥＭの測長機能を活用して繊維長Ｌを測定した。
（３）目付け
ＪＩＳ Ｐ８１２４（紙のメートル坪量測定方法）に基づいて目付けを測定した。
（４）厚さ
ＪＩＳ Ｐ８１１８（紙及び板紙の厚さと密度の測定方法）に基づいて厚みを測定した。測定荷重は１２７ｇ／ｃｍ^２にて、ｎ＝５で測定し、平均値を求めた。
（５）空隙率
上記目付けと厚さ、繊維の密度を１．３８ｇ／ｃｍ^３として、下記式から計算した。
空隙率（％）＝１００−（（（目付け）／（厚さ）／１．３８）×１００）
（６）透気度
ＪＩＳ Ｐ８１１７にもとづき、透気抵抗度と透気度を測定した。
（７）大気塵捕集率
風速５．１ｃｍ／ｓｅｃとなるように調整し、試料前後の大気塵をパーティクルカウンターでカウントし、その比によって捕集効率を算出した。
大気塵捕集効率（％）＝（１−（試料通過後大気塵数／試料通過前大気塵数））×１００
（８）圧力損失（圧損）
大気塵捕集効率測定時に試験片通過前後の圧力を測定しその圧力差を圧力損失として求めた。
（９）強度、伸度
ＪＩＳ Ｐ８１１３ （紙および板紙の引張強さと試験方法）に基づいて実施した。
（１０）形態保持性（毛羽立ちや毛羽脱落のし難さ）
不織布を１０ｃｍ角の紙やすり（３Ｍ社製 Ｗｅｔｏｒｄｒｙ Ｔｒｉ−Ｍ−ｉｔｅ Ｐａｐｅｒ）用い、手で１０ｃｍ間隔の移動３回で擦過後、破れ発生あれば×、なければ○とした。外観上、特に毛羽立ち多い場合は付記して△とした。
（１１）耐酸性
不織布に濃硫酸（９５％濃度）を数滴滴下し、１時間経過後に目視で穴あき及び繊維形態が溶けて変化ない場合を〇（合格）とし、穴あき、繊維形態変化有る場合を×（不合格）とした。
（１２）通気度
ＪＩＳ Ｌ１０９６−２０１０ ８．２６ Ａ法（フラジール形法）により通気度を測定した。

［実施例１］
極細ＰＰＳ繊維（繊維径７００ｎｍ、繊維長１ｍｍ、アスペクト比１４００、丸断面、延伸糸）２０重量％と、単繊維繊度１．７ｄｔｅｘ×繊維長５ｍｍのＰＰＳ短繊維（延伸糸）８０重量％からなる目付約３０ｇ／ｍ^２の不織布を得た。その際、抄紙スラリーを各々個別に調整し、抄紙マシーンのヘッドボックスに導入し、所定の目付けになるようスラリー供給量と白水供給量を調整し、抄紙機で湿式抄紙を行いヤンキードライヤーで乾燥し湿式不織布を得た。評価結果を表１に示す。

［実施例２］
極細ＰＰＳ繊維（繊維径７００ｎｍ、繊維長１ｍｍ、アスペクト比１４００、丸断面、延伸糸）２０重量％と、単繊維繊度０．４ｄｔｅｘ×繊維長５ｍｍのＰＰＳ短繊維（未延伸糸）２０重量％と、単繊維繊度１．７ｄｔｅｘ×繊維長５ｍｍの捲縮のあるＰＰＳ短繊維（延伸糸）６０重量％からなる目付約３０ｇ／ｍ^２の不織布を得た。その際、抄紙スラリーを各々個別に調整し、抄紙マシーンのヘッドボックスに導入し、所定の目付けになるようスラリー供給量と白水供給量を調整し、抄紙機で湿式抄紙を行いヤンキードライヤーで乾燥し湿式不織布を得た。評価結果を表１に示す。

［実施例３］
実施例２の湿式不織布を基材不織布（ＰＰＳ素材のバグフィルター用ニードルパンチ不織布）と貼り合わせた。貼り合わせはカレンダーの上下ロールの内、上面２４０℃、下面１００℃設定で、クリアランス１ｍｍ、線圧１００ｋｇ／ｃｍ、速度２ｍ／ｍｉｎで行った。評価結果を表１に示す。

［比較例１］
１層目に単繊維繊度０．２ｄｔｅｘ×繊維長３ｍｍのポリエチレンテレフタレート短繊維５０重量％と単繊維繊度０．８ｄｔｅｘ×繊維長７ｍｍで捲縮のあるレーヨン５０重量％の目付け約１５ｇ／ｍ^２、２層目に極細ポリエスエル繊維（繊維径７００ｎｍ、繊維長１ｍｍ、アスペクト比１４００、丸断面）２０重量％と、単繊維繊度０．１ｄｔｅｘ×繊維長５ｍｍのポリエチレンテレフタレート短繊維８０重量％目付け約１５ｇ／ｍ^２からなるスパンレース不織布を得た。その際、抄紙スラリーを各々個別に調整し、抄紙マシーンのヘッドボックスに導入し、所定の目付けになるようスラリー供給量と白水供給量を調整し、積層湿紙を形成した後、高圧ジェット水圧１００ｋＰａで交絡処理を実施した。その後、空隙向上を狙い、熱風温度１４５〜１５５℃にて、エアースルー熱処理加工を実施した。評価結果を表１に示す。

［比較例２］
繊度２．２ｄｔｅｘ×繊維長５１ｍｍのＰＰＳ短繊維をカーディング工程にて開繊、ウェブシート化後、クロスレイで積層し、ＰＰＳ織物を中間層に挟んでニードルパンチ加工を行った後、毛焼き、カレンダー加工してバグフィルター用ろ布を得た。評価結果を表１に示す。

本発明によれば、耐酸性に優れた不織布および積層不織布構造体およびフィルター用ろ過布が得られ、その工業的価値は極めて大である。

Claims (8)

1. 繊維径が２μｍ以下の極細耐酸性繊維Ａと、繊維径が前記耐酸性繊維Ａよりも大きい耐酸性繊維Ｂを含むことを特徴とする不織布。
2. 前記極細耐酸性繊維Ａおよび耐酸性繊維Ｂにおいて、繊維径Ｄに対する繊維長Ｌの比Ｌ／Ｄが６００〜３０００の範囲内である、請求項１に記載の不織布。
3. 前記極細耐酸性繊維Ａまたは前記耐酸性繊維Ｂとして、未延伸糸および／または延伸糸を含む、請求項１または請求項２に記載の不織布。
4. 前記極細耐酸性繊維Ａまたは耐酸性繊維Ｂが、ポリフェニレンサルファイド繊維またはポリオレフィン系繊維である、請求項１〜３のいずれかに記載の不織布。
5. 不織布が、前記極細耐酸性繊維Ａと耐酸性繊維Ｂのみで構成される、請求項１〜４のいずれかに記載の不織布。
6. 不織布が湿式不織布またはスパンレース不織布である、請求項１〜５のいずれかに記載の不織布。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の不織布に基材が積層されてなる積層不織布構造体。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の不織布または積層不織布構造体を用いてなるフィルター用ろ過布。