JP2021055218A - 不織布及びフィルタ - Google Patents
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Abstract
Description
不織布を構成する繊維としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂の繊維が知られている。
また、平均繊維径が同じである不織布をフィルタとして用いても粒子の捕集効率が異なる場合があることがわかった。さらに、繊維径が平均繊維径の5倍以上である繊維(以下、「5倍繊維」ともいう。)の割合が多いと、粒子の捕集効率に劣る場合があることがわかった。
そこで、本発明では、平均繊維径が小さくかつ5倍繊維の割合が少ない不織布、及び該不織布を用いたフィルタを提供することを課題とする。
<1>
樹脂組成物から形成された繊維を含む不織布であって、前記繊維は、伸長歪み速度2.5×102(1/秒)、160℃の条件で測定した一軸伸長粘度が、430Pa・s〜1200Pa・sであり、せん断歪み速度2.5×102(1/秒)、160℃の条件で測定したせん断粘度(Pa・s)に対する、前記一軸伸長粘度(Pa・s)の割合が35〜65であり、前記繊維の数平均分子量Mnに対するz平均分子量Mzの比〔Mz/Mn〕が20以上である、不織布。
<2>
前記繊維の重量平均分子量Mwに対するz平均分子量Mzの比〔Mz/Mw〕が6.8以上である、<1>に記載の不織布。
<3>
前記繊維の数平均分子量Mnに対する重量平均分子量Mwの比〔Mw/Mn〕が3.5以上である、<1>又は<2>に記載の不織布。
<4>
前記繊維は、繊維径が平均繊維径(Da)の5倍以上である繊維の割合が20質量%以下である、<1>〜<3>のいずれか1つに記載の不織布。
<5>
前記繊維の平均繊維径(Da)は2.7μm以下である、<1>〜<4>のいずれか1つに記載の不織布。
<6>
前記平均繊維径の標準偏差(Dd)を前記平均繊維径(Da)で除して100倍した値(CV値)が50〜110である、<4>又は<5>に記載の不織布。
<7>
メルトブローン不織布である、<1>〜<6>のいずれか1つに記載の不織布。
<8>
前記せん断粘度は、10Pa・s〜20Pa・sである、<1>〜<7>のいずれか1つに記載の不織布。
<9>
前記樹脂組成物は、190℃における2.16kg荷重でのメルトフローレート(MFR)が0.10g/10分〜10g/10分であるプロピレン系重合体Aと、190℃における2.16kg荷重でのメルトフローレート(MFR)が30g/10分〜5000g/10分であるプロピレン系重合体Bと、重量平均分子量Mwが2500〜35000であるプロピレン系重合体Cと、を含む、<1>〜<8>のいずれか1つに記載の不織布。
<10>
前記プロピレン系重合体Aの含有率は、前記樹脂組成物の全質量に対して1質量%〜40質量%であり、前記プロピレン系重合体Bの含有率は、前記樹脂組成物の全質量に対して40質量%〜98質量%であり、前記プロピレン系重合体Cの含有率は、前記樹脂組成物の全質量に対して1質量%〜50質量%である、<9>に記載の不織布。
<11>
<1>〜<10>のいずれか1つに記載の不織布を含むフィルタ。
本明細書において、組成物中の各成分の量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合は、特に断らない限り、組成物中に存在する該複数の物質の合計量を意味する。
本開示の不織布は、樹脂組成物から形成された繊維を含む不織布であって、
前記繊維は、伸長歪み速度2.5×102(1/秒)、160℃の条件で測定した一軸伸長粘度が、430Pa・s〜1200Pa・sであり、せん断歪み速度2.5×102(1/秒)、160℃の条件で測定したせん断粘度(Pa・s)に対する、前記一軸伸長粘度(Pa・s)の割合が35〜65であり、前記繊維の数平均分子量Mnに対するz平均分子量Mzの比〔Mz/Mn〕が20以上である。
伸長歪み速度2.5×102(1/秒)、160℃の条件で測定される一軸伸長粘度が、430Pa・s以上であると、5倍繊維の割合を少なくでき、粒子を捕集する効率(以下、「捕集効率」ともいう。)を向上させることができる。また、一軸伸長粘度が1200Pa・s以下であると、平均繊維径を小さくでき、捕集効率を向上させることができる。
伸長歪み速度とは、溶融した繊維が一軸方向に変形したときの速度を表す。
上記観点から一軸伸長粘度としては、好ましくは450Pa・s〜1200Pa・sであり、より好ましくは500Pa・s〜1000Pa・sであり、更に好ましくは500Pa・s〜800Pa・sである。
せん断歪み速度とは、溶融した繊維が三次元変形したときの平均速度を表す。
なお、繊維の一軸伸長粘度及びせん断粘度は、繊維を形成する前の樹脂組成物の一軸伸長粘度及びせん断粘度と同じである。
上記観点から、一軸伸長粘度/せん断粘度としては、35〜50であることが好ましく、35〜45であることがより好ましい。
本開示において、一軸伸長粘度/せん断粘度は、例えば後述のPPAとして一軸伸長粘度が高いポリオレフィンを用い、かつ、後述のPPCとしてせん断粘度が低いポリオレフィンを用い、後述のPPA、PPBおよびPPCのそれぞれの一軸伸長粘度およびせん断粘度から含有率を調整することにより上記範囲とすることができる。
測定機器:キャピログラフ1D PMD−C ((株)東洋精機製作所製)
キャピラリー内径Φ:0.2[mm]
測定温度:160℃
キャピラリー長さ/キャピラリー内径(L/D):0.25及び10
ピストン速度:2.5×102(1/秒)
見かけのせん断応力τ(Pa)は、ピストン荷重p(Pa)とキャピラリー内径D(mm)、キャピラリー長さL(mm)からτ=pD/π4Lで表され、せん断応力γ(Pa)は、体積流量Q(mm3/s)を用いてγ=32Q/πD3で表される。
Cogswell法は、例えば、「Cogswell, F. N. "Stretching flow instabilities at the exits of extrusion dies." Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics 2.1 (1977): 37-47 」の記載を参照することができる。
Bagleyのキャピラリー長の補正については、例えば、「Bagley, E. B. "The separation of elastic and viscous effects in polymer flow." Transactions of the Society of Rheology 5.1 (1961): 355-368.」を参照することができる。
該比〔Mz/Mn〕が20以上であると、5倍繊維の割合が少なくなる傾向にあり、捕集効率を向上させることができる。
上記観点から、比〔Mz/Mn〕としては、好ましくは24以上であり、より好ましくは27以上である。また、上記比〔Mz/Mn〕の上限値は、特に限定されるものではないが、平均繊維径が小さい繊維を得る観点から、50以下であることが好ましく、40以下であることがより好ましい。
また、該比〔Mz/Mw〕としては、30.0以下であることが好ましく、15以下であることがより好ましく、10以下であることが更に好ましい。
上記比〔Mz/Mw〕が、上記範囲内であると、平均繊維径が小さくかつ5倍繊維の割合が少なくなる傾向にあるため好ましい。
上記観点から、繊維の〔Mz/Mw〕は、6.8〜30.0であることが好ましく、7.5〜15であることがより好ましく、8.0〜10であることが更に好ましい。
また、該比〔Mw/Mn〕としては、20.0以下であることが好ましく、15以下であることがより好ましく、10以下であることが更に好ましい。
上記比〔Mw/Mn〕が、上記範囲内であると、平均繊維径が小さくかつ5倍繊維の割合が少なくなる傾向にあるため好ましい。
上記観点から、繊維の〔Mw/Mn〕は、3.5〜20.0であることが好ましく、4〜15であることがより好ましく、5〜10であることが更に好ましい。
また、本開示の不織布をフィルタとして適用したときの強度を保持する観点から、平均繊維径(Da)としては、0.3μm以上であることが好ましく、0.5μm以上であることがより好ましく、0.8μm以上であることが更に好ましい。
また、平均繊維径の標準偏差(Dd)は、上記平均繊維径(Da)を用いて求めることができる。
また、5倍繊維の割合は、電子顕微鏡を用いて、不織布の表面を、倍率1000倍で撮影し、撮影された写真から任意に繊維100本(n=100)を選び、選択した繊維の直径を測定し、下記の式より求めた値を示す。
5倍繊維の割合(%)=繊維径が平均繊維径の5倍以上である繊維の本数/測定した繊維の全本数(n=100)×100
また、同様の観点から、CV値としては、50〜110であることが好ましく、60〜100であることがより好ましく、70〜90であることが更に好ましい。
本開示の不織布に用いられる繊維は、樹脂組成物から形成される。
樹脂組成物は、公知の樹脂を含み、樹脂の種類は目的等に応じて適宜選択することができる。樹脂組成物は、平均繊維径を小さくして捕集効率を向上させる観点から、190℃における2.16kg荷重でのメルトフローレート(MFR)が0.10g/10分〜10g/10分であるプロピレン系重合体A(以下、「PPA」ともいう。)と、190℃における2.16kg荷重でのメルトフローレート(MFR)が30g/10分〜5000g/10分であるプロピレン系重合体B(以下、「PPB」ともいう。)と、重量平均分子量Mwが2500〜35000であるプロピレン系重合体C(以下、「PPC」ともいう。)と、を含むことが好ましい。
なお、本開示において、樹脂組成物を構成する各樹脂のメルトフローレート(MFR)は、ASTM D1238に準拠し、荷重2.16kg、190℃の条件で測定して得た値をいう。
同様の観点から、プロピレン系重合体Aの含有率は、前記樹脂組成物の全質量に対して3質量%〜30質量%であり、前記プロピレン系重合体Bの含有率は、前記樹脂組成物の全質量に対して45質量%〜94質量%であり、前記プロピレン系重合体Cの含有率は、前記樹脂組成物の全質量に対して3質量%〜40質量%であることがより好ましい。
PPAの、190℃における2.16kg荷重でのメルトフローレート(MFR)は、平均繊維径の細さ、紡糸性等の観点から、0.10g/10分〜10g/10分であることが好ましく、0.5g/10分〜8g/10分であることがより好ましく、1g/10分〜5g/10分であることが更に好ましい。
なお、PPAは、樹脂組成物中に含まれる他の樹脂との相溶性の観点から、重合により生じる分岐鎖は少ないほど好ましい。
このようなα−オレフィンとして、具体的には、エチレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン、4−メチル−1−ペンテン等が挙げられる。
また、PPAの重量平均分子量(Mw)としては、100万以下であることが好ましく、50万以下であることがより好ましく、30万以下であることがさらに好ましい。
PPAの重量平均分子量(Mw)が上記範囲内であると、平均繊維径が小さくかつ5倍繊維の割合が少なくなる傾向にあるため好ましい。
上記観点から、PPAの重量平均分子量(Mw)は、10万〜100万であることが好ましく、12万〜50万であることがより好ましく、15万〜30万であることが更に好ましい。
カラム :TOSO GMHHR−H(S)HT(東ソー(株)製)
検出器 :液体クロマトグラム用RI検出器 WATERS 150C(ウォーターズ社製)
溶媒 :1,2,4−トリクロロベンゼン
測定温度 :145℃
流速 :1.0ml/分
試料濃度 :2.2mg/ml
注入量 :160μl
検量線 :Universal Calibration
解析プログラム:HT−GPC(Ver.1.0)
また、PPAは、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
PPBの、190℃における2.16kg荷重でのメルトフローレート(MFR)は、平均繊維径の細さ、紡糸性等の観点から、30g/10分〜5000g/10分であることが好ましく、60g/10分〜4000g/10分であることがより好ましく、100g/10分〜3000g/10分であることが更に好ましい。
なお、PPBは、樹脂組成物中に含まれる他の樹脂との相溶性の観点から、重合により生じる分岐鎖は少ないほど好ましい。
また、PPBの重量平均分子量(Mw)としては、8万以下であることが好ましく、7万以下であることがより好ましく、6.5万以下であることがさらに好ましい。
PPBの重量平均分子量(Mw)が上記範囲内であると、平均繊維径が小さくなる傾向にあり、かつ、紡糸性がより向上する傾向にあるため好ましい。
上記観点から、PPBの重量平均分子量(Mw)は、3.5万超〜8万であることが好ましく、4万〜7万であることがより好ましく、4.5万〜6.5万であることが更に好ましい。
また、PPBは、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
PPCは、重量平均分子量Mwが2500〜35000であることが好ましく、4000〜30000であることがより好ましく、5000〜15000であることが更に好ましく、5000〜10000であることが特に好ましい。上記範囲内であると、紡糸中の繊維切れが起こりづらく紡糸性が高いままで、平均繊維径を小さくできる傾向にあるため好ましい。
PPCは、比較的分子量が低いため、ワックス状の重合体であってもよい。
PPA、及びPPBとの相溶性に優れる観点から、プロピレンの含有率が70質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることがさらに好ましく、プロピレン単独重合体であることが特に好ましい。なお、相溶性に優れると紡糸性が高くなり、平均繊維径がより小さくなる傾向にある。
また、PPCは、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
PPCの軟化点が90℃を超えると、熱処理時又は使用時における耐熱安定性をより向上させることができ、結果としてフィルタ性能がより向上する傾向にある。PPCの軟化点の上限は特に制限されず、例えば、145℃が挙げられる。
本開示において、PPCの軟化点は、JIS K2207:2006に従って測定して得た値をいう。
PPCの密度が上記範囲にあると、PPCと、PPA、及びPPBとの混練性に優れ、且つ、紡糸性及び経時での安定性に優れる傾向にある。
PPCの含有率が上記範囲の場合は、平均繊維径が小さくかつ比表面積が大きくなる傾向がある。また、紡糸性、繊維強度、粒子の捕集効率、及び濾過流量のバランスに優れる傾向にある。
溶媒成分を含まないとは、ヘッドスペースガスクロマトグラフ法によって検出限界以下であることを意味する。
自己融着した交絡点は、例えば、メルトブローン法による繊維状プロピレン系重合体の細化の過程で形成される。
不織布の比表面積は、JIS Z8830:2013に準拠して求めた値である。
不織布の平均繊維径と比表面積とを上記範囲内にすることで、フィルタとして用いると捕集効率により優れる。
また、不織布の平均孔径は0.01μm以上であることが好ましく、0.1μm以上であることがより好ましい。平均孔径が0.01μm以上であると、不織布をフィルタに用いた場合に、圧損が抑えられ、流量を維持できる傾向にある。
また、不織布の最小孔径は、0.01μm以上であることが好ましく、0.1μm以上であることがより好ましい。
本開示の不織布の空隙率は、通常40%以上であり、40%〜98%の範囲にあることが好ましく、60%〜95%の範囲にあることがより好ましい。
本開示の不織布がエンボス加工されている場合には、不織布の空隙率は、エンボス点を除く箇所における空隙率を意味する。
エンボス加工されていない場合には、フィルタに流体を通過させたときの圧力損失が抑えられ、かつ、フィルタ流路長が長くなるためフィルタリング性能が向上する傾向にある。
なお、本開示の不織布が他の不織布に積層されている場合に、他の不織布はエンボス加工されていてもよい。
本開示の不織布の製造方法は特に制限されず、エアスルー法、スパンボンド法、ニードルパンチ法、メルトブローン法、カード法、熱融着法、水流交絡法、溶剤接着法等の公知の方法を適用することができる。
これらの中でも、軽量性、均一性、強度、柔軟性及びバリア性の総合的な性能に優れる不織布が得られる観点から、不織布の製造方法としては、メルトブローン法又はスパンボンド法であることが好ましく、メルトブローン法であることがより好ましい。特にメルトブローン法であると、平均繊維径が小さく捕集効率がより向上する傾向にある。
冷却と延伸の方法は、例えば、特公昭48−28386号公報に開示された溶融紡糸された長繊維が大気中で冷却されながら延伸されることで製造される開放式スパンボンド法と、例えば、特許第3442896号公報に開示された密閉式スパンボンド法が広く知られている。
1)メルトブローン法により、溶融した樹脂組成物(例えば、直鎖ポリプロピレンと長鎖分岐ポリプロピレンとの混合物である)を紡糸口金から加熱ガスと共に吐出して、繊維状に形成する工程
2)繊維状の樹脂組成物を、ウェブ状に捕集する工程
本開示のメルトブローン不織布を製造するための製造装置は、本開示のメルトブローン不織布を製造することができれば特に限定されない。
メルトブローン不織布の製造装置としては、例えば、
1)樹脂組成物を溶融して搬送する押出機と、
2)押出機から搬送された溶融した樹脂組成物を、繊維状に吐出する紡糸口金と、
3)紡糸口金の下部に、高温ガスを噴射するガスノズルと、
4)紡糸口金から吐出された繊維状の溶融した樹脂組成物をウェブ状に捕集する捕集器と、
を具備する製造装置を挙げることができる。
また、紡糸口金から吐出された繊維状の溶融した樹脂組成物に熱線を照射する熱線照射手段を、さらに具備してもよい。
本開示の不織布は、例えば、ガスフィルタ(エアフィルタ)、液体フィルタ等のフィルタとして用いてもよい。
本開示の不織布をフィルタとして用いると、5倍繊維の割合が少なく、かつ、平均繊維径が小さいため、捕集効率に優れる。
本開示の不織布がメルトブローン不織布である場合、メルトブローン不織布が、1)溶媒成分を含まず、2)繊維同士を接着させるための接着剤成分を含まず、3)エンボス加工が施されていない、これら1)〜3)の少なくとも一つを満たす場合には、不純物の含有量が低減される。そのため、このような不織布は、清浄性とフィルタリング性能が高く、高性能フィルタとして好適に用いられる。
また、液体用フィルタは、目的及び適用する液体に応じて、不織布に、他の不織布を組み合わせてもよい。また、液体用フィルタの強度を強めるために、スパンボンド不織布を用いてもよく、スパンボンド不織布と網状物などとを積層してもよい。
プロピレン系重合体BとしてAchieve 6936G2(製品名)(ExxonMobil社製、重量平均分子量:5.5万のプロピレン系重合体、MFR;1550)50.0質量部と、高分子量側ポリプロピレン(すなわち、プロピレン系重合体A)として、F113G(製品名)直鎖ポリプロピレン(MFR;3g/10分、(株)プライムポリマー製)20.0質量部、低分子量側ポリプロピレン(すなわち、プロピレン系重合体C)としてNP055(Mw;7700、三井化学(株)製)30.0質量部とを溶融及び混合し、樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物のMw/Mn、Mz/Mw、Mz/Mn、せん断粘度、及び一軸伸長粘度を表1に示す。
得られたメルトブローン不織布における、繊維径が平均繊維径の5倍以上である繊維の割合(5倍繊維径割合)、及び、平均繊維径の標準偏差(Dd)の平均繊維径(Da)に対する割合(Dd/Da)を表1に示す。
なお、平均繊維径(Da)、及び5倍繊維径割合は既述の方法で測定し、算出した。
ここで、得られた不織布における繊維のMw/Mn、Mz/Mw、及びMz/Mnの値は、上記の紡糸温度を考慮すると、本開示の樹脂組成物がほとんど熱分解しない温度(すなわち、300℃未満)で紡糸されているため、樹脂組成物のそれらの値と同一とみなされる。
実施例1において、表1に示す樹脂組成物の組成の割合に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、メルトブローン不織布を得た。得られた樹脂組成物及びメルトブローン不織布の物性値を表1に示す。
プロピレン系重合体BとしてAchieve 6936G2(製品名)(ExxonMobil社製、重量平均分子量:5.5万のプロピレン系重合体、MFR;1550)20.0質量部と、VistamaxxTM6202(製品名)(ポリプロピレン・エチレンランダム共重合体(MFR;20g/10分、ExxonMobil社製))40.0質量部、低分子量側ポリプロピレン(すなわち、プロピレン系重合体C)としてNP055(Mw;7700、三井化学(株)製)40.0質量部とを溶融及び混合し、樹脂組成物を得た。
このため、実施例のメルトブローン不織布をフィルタとして用いた際に粒子の捕集効率に優れることが分かる。
Claims (11)
- 樹脂組成物から形成された繊維を含む不織布であって、
前記繊維は、伸長歪み速度2.5×102(1/秒)、160℃の条件で測定した一軸伸長粘度が、430Pa・s〜1200Pa・sであり、せん断歪み速度2.5×102(1/秒)、160℃の条件で測定したせん断粘度(Pa・s)に対する、前記一軸伸長粘度(Pa・s)の割合が35〜65であり、前記繊維の数平均分子量Mnに対するz平均分子量Mzの比〔Mz/Mn〕が20以上である、不織布。 - 前記繊維の重量平均分子量Mwに対するz平均分子量Mzの比〔Mz/Mw〕が6.8以上である、請求項1に記載の不織布。
- 前記繊維の数平均分子量Mnに対する重量平均分子量Mwの比〔Mw/Mn〕が3.5以上である、請求項1又は請求項2に記載の不織布。
- 前記繊維は、繊維径が平均繊維径(Da)の5倍以上である繊維の割合が20質量%以下である、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の不織布。
- 前記繊維の平均繊維径(Da)は2.7μm以下である、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の不織布。
- 前記平均繊維径の標準偏差(Dd)を前記平均繊維径(Da)で除して100倍した値(CV値)が50〜110である、請求項4又は請求項5に記載の不織布。
- メルトブローン不織布である、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の不織布。
- 前記せん断粘度は、10Pa・s〜20Pa・sである、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の不織布。
- 前記樹脂組成物は、190℃における2.16kg荷重でのメルトフローレート(MFR)が0.10g/10分〜10g/10分であるプロピレン系重合体Aと、190℃における2.16kg荷重でのメルトフローレート(MFR)が30g/10分〜5000g/10分であるプロピレン系重合体Bと、重量平均分子量Mwが2500〜35000であるプロピレン系重合体Cと、を含む、請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の不織布。
- 前記プロピレン系重合体Aの含有率は、前記樹脂組成物の全質量に対して1質量%〜40質量%であり、前記プロピレン系重合体Bの含有率は、前記樹脂組成物の全質量に対して40質量%〜98質量%であり、前記プロピレン系重合体Cの含有率は、前記樹脂組成物の全質量に対して1質量%〜50質量%である、請求項9に記載の不織布。
- 請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の不織布を含むフィルタ。
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