JP2022055983A - 粒子分散長繊維交絡集合体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 メルトブロー法により延伸され機能性粒子を分散させたポリオレフィン系樹脂長繊維の交絡集合体及びその製造方法の提供。【解決手段】 樹脂長繊維は１０μｍ以下の平均断面径ｄに延伸されているとともに、機能性粒子を樹脂長繊維に沿って表面に分散させて含む分散部分とこれを含まない非分散部分とを有する。また、その製造方法は、押出機で溶融されたポリオレフィン系樹脂に機能性粒子を分散させて樹脂吐出口から吐出し、近傍に与えられたガス噴出口から高速ガス流を水平に噴出させて、樹脂を高速ガス流で冷却しながら延伸しつつ空中に放出する。１０μｍ以下の平均断面径ｄに延伸された樹脂長繊維からなる交絡集合体を与えるにあたり、樹脂吐出口の径を５００μｍ以上とし機能性粒子の平均粒径Ｄ５０を１μｍ以上とする。【選択図】図１

Description

本発明は、メルトブロー法により延伸され機能性粒子を分散させたポリオレフィン系樹脂長繊維の交絡集合体及びその製造方法に関する。

ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）といったポリオレフィン系樹脂からなる不織布が広く用いられている。ここで、このような熱可塑性樹脂を溶融させて押出機から吐出させるとともに高速気流で延伸して不織布及び原反を製造する方法が知られている（例えば、特許文献１）。かかるメルトブロー法による製造方法は、連続且つ高速で不織布等を製造でき、ミクロン径からサブミクロン以下のナノ径の細線まで線径を制御して得られることから、農業用、工業用及び医療用など、各種用途の製品製造への適用を期待されている。

ところで、メルトブロー法により得られる樹脂繊維に機能性粒子を分散させ複合化させる方法として、機能性粒子を混練したペレットを押出機に投入し、メルトブロー（溶融、延伸）させる方法がある。かかる方法では、樹脂繊維を細線化するに伴って、押出機に取り付けられる樹脂吐出ノズルの径を細くするため、粒子粉体が詰まり易くなってしまう。また、粒子が細線を分断し、延伸を良好に行うことができないといった問題も生じる。

例えば、特許文献２では、メルトブロー法により、ナノ銀粒子を含む極細繊維からなる抗菌性不織布を得る方法を開示している。ここでは、無機又は有機銀化合物とＰＰ樹脂とを押出機内で加熱溶融させ、その過程で平均粒子径１０～１００ｎｍの範囲のナノ銀粒子をＰＰ樹脂内に生成せしめたナノ銀マスターバッチを作成している。これに高流動性のニートＰＰ樹脂をブレンド混合し、メルトブロー法により平均２～１０μｍの繊維径の不織布を得ている。樹脂中の銀粒子についてナノ化して分散させることで、繊維紡出時の樹脂吐出ノズル（直径０．３～１．０ｍｍの円孔）の目詰まり、糸切れ、フライなどを防止できるとしている。

一方、例えば、特許文献３では、メルトブロー法による不織布の製造方法において、押出機に取り付けられた樹脂吐出ノズル及びブローガスノズルの配置、及び樹脂吐出量やガス量などを制御することで、得られる繊維径に比べ、比較的大なる径の樹脂吐出ノズルを用い得ることを開示している。例えば、ナノ径のファイバをミリ径の樹脂吐出ノズルによって得られるとしている。

特開平０１－１３９８６４号公報 特開２０１３－１４２２１５号公報 特許第６１７１０７２号公報

メルトブロー法による不織布の製造方法において、得られる繊維径に比べ、比較的大なる径の樹脂吐出ノズルを用いることで、機能性粒子を混練したペレットを用いたとしても、樹脂吐出ノズルにおける粒子粉体の目詰まりを防止できる。これによれば、ポリオレフィン系樹脂単独では得られない機能を有する、ポリオレフィン系樹脂繊維に機能性粒子を複合化させた交絡集合体からなる機能性不織布を得ることができる。

ここで、メルトブロー法により得られるポリオレフィン系樹脂繊維に機能性粒子を分散させ複合化させるにあたって、機能性粒子の機能を高めるように樹脂繊維に対する粒子粉体の割合を高めると、繊維に延伸できなくなり、又、仮に繊維に延伸できたとしてもゴワついて風合いを損ねてしまう。そこで、粒子粉体の割合を高めずとも、機能性粒子の機能を効率よく発揮させる方法が求められた。

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、メルトブロー法により延伸された長繊維に機能性粒子を分散させ、該機能性粒子による機能を良好に発現し得るポリオレフィン系樹脂長繊維の交絡集合体及びその製造方法を提供することにある。

本願発明者は、樹脂長繊維の芯部よりも表面に分散する機能性粒子の方がその機能を樹脂に阻害されることなく良好に発現できることに着目し、メルトブロー法により延伸され機能性粒子を分散させたポリオレフィン系樹脂長繊維の交絡集合体において、機能性粒子を長繊維の表面に集中させて分散させる方法を鋭意試みた。その結果、延伸される繊維の中心部にある粒子は延伸時には延伸方向にしか移動しないが、延伸される繊維を引き裂きつつ延伸すれば、粒子を引き裂いた繊維の表面に配置させてから延伸すれば粒子を表面に集中させることが出来ることに想到した。つまり、樹脂吐出口から吐出された樹脂を分裂させて延伸することでそれぞれの樹脂長繊維の表面に機能性粒子を分散できることを見いだしたものである。

本発明による粒子分散長繊維交絡集合体は、メルトブロー法により延伸され機能性粒子を分散させたポリオレフィン系樹脂長繊維の交絡集合体であって、前記樹脂長繊維は１０μｍ以下の平均断面径ｄに延伸されているとともに、前記機能性粒子を前記樹脂長繊維に沿って表面に分散させて含む分散部分とこれを含まない非分散部分とを有することを特徴とする。

かかる特徴によれば、機能性粒子を樹脂長繊維の表面に分散させてその機能を量比に対して良好に発現させ得て、長繊維交絡集合体の風合いを損なわない機能性不織布とできるのである。また、機能性粒子を含まない非分散部分を与えることで、長繊維交絡集合体の風合いを損なわないのである。

上記した発明において、前記樹脂長繊維は分枝部を有し、前記分枝部には前記機能性粒子が内部に分散していることを特徴としてもよい。かかる特徴によれば、メルトブロー法により樹脂吐出口から吐出された樹脂を機能性粒子で複数の樹脂長繊維に分裂させる分枝部を起点に長繊維を延伸させて、長繊維交絡集合体の風合いを損なわない機能性不織布とできるのである。

上記した発明において、前記分散部分は前記機能性粒子を前記表面から露出させていることを特徴としてもよい。かかる特徴によれば、機能性粒子の機能を量比に対してより良好に発現させ得て、長繊維交絡集合体の風合いを損なわない機能性不織布とできるのである。

上記した発明において、前記機能性粒子は平均粒径Ｄ５０をｄ～ｄ／１０とすることを特徴してもよい。かかる特徴によれば、機能性粒子の機能を量比に対してより良好に発現させ得て、長繊維交絡集合体の風合いを損なわない機能性不織布とできるのである。

上記した発明において、前記機能性粒子は、無機酸化物からなることを特徴としてもよい。かかる特徴によれば、溶融樹脂及び使用環境に対して安定した無機酸化物により、機能性粒子の機能を長期間に亘り維持する機能性不織布とできるのである。

また、本発明によるメルトブロー法により延伸され機能性粒子を分散させたポリオレフィン系樹脂長繊維の交絡集合体の製造方法であって、押出機で溶融されたポリオレフィン系樹脂に前記機能性粒子を分散させて樹脂吐出口から吐出し、前記樹脂吐出口の近傍に与えられたガス噴出口から高速ガス流を水平に噴出させて、前記樹脂吐出口から吐出された前記樹脂を前記高速ガス流で冷却しながら延伸しつつ空中に放出して、１０μｍ以下の平均断面径ｄに延伸された前記樹脂長繊維からなる前記交絡集合体を与えるにあたって、前記樹脂吐出口の径を５００μｍ以上とするとともに前記機能性粒子の平均粒径Ｄ５０を１μｍ以上とすることで、前記機能性粒子を前記樹脂長繊維に沿って表面に分散させて含む分散部分とこれを含まない非分散部分とを有する前記樹脂長繊維からなる前記交絡集合体を与えることを特徴とする。

かかる特徴によれば、比較的大なる径の樹脂吐出口でポリオレフィン系樹脂の表面張力を低下させて、樹脂長繊維を分枝させ易くし、延伸時の繊維切れを生じさせることなく、機能性粒子を樹脂長繊維の表面に分散させてその機能を量比に対して良好に発現させ得て、長繊維交絡集合体の風合いを損なわない機能性不織布を得られるのである。また、機能性粒子を含まない非分散部分を与えることで、延伸の破断を防止できるとともに、長繊維交絡集合体の風合いを損なわないのである。

上記した発明において、前記樹脂吐出口から吐出された前記樹脂を前記機能性粒子で複数の前記樹脂長繊維に分裂させて延伸させることを特徴としてもよい。かかる特徴によれば、機能性粒子を樹脂長繊維の表面に分散させてその機能を量比に対して良好に発現させ得て、長繊維交絡集合体の風合いを損なわない機能性不織布を得られるのである。

上記した発明において、前記樹脂長繊維は分枝部を有し、前記分枝部には前記機能性粒子が内部に分散していることを特徴としてもよい。かかる特徴によれば、メルトブロー法により樹脂吐出口から吐出された樹脂を機能性粒子で複数の樹脂長繊維に分裂させる分枝部を起点に長繊維を延伸させ得て、長繊維交絡集合体の風合いを損なわない機能性不織布を得られるのである。

上記した発明において、前記分散部分は前記機能性粒子を前記表面から露出させていることを特徴としてもよい。かかる特徴によれば、機能性粒子の機能を量比に対してより良好に発現させ得て、長繊維交絡集合体の風合いを損なわない機能性不織布を得られるのである。

上記した発明において、前記機能性粒子の平均粒径Ｄ５０をｄ～ｄ／１０とするように延伸することを特徴としてもよい。かかる特徴によれば、機能性粒子の機能を量比に対してより良好に発現させ得て、長繊維交絡集合体の風合いを損なわない機能性不織布を得られるのである。

本発明による１実施例における樹脂長繊維の交絡集合体の（ａ）外観写真及び（ｂ）拡大写真である。 樹脂長繊維の模式図である。 交絡集合体の製造装置の側断面図である。 製造装置のノズルヘッドの正面図である。

以下、本発明の代表的な一例としてのポリオレフィン系樹脂長繊維の交絡集合体について、図１及び図２を用いて説明する。

図１（ａ）に示すように、樹脂長繊維の交絡集合体１０は、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系の樹脂をメルトブロー法によって延伸し、機能性粒子（ここでは、観察のため、黒色セラミックス粒子を用いている。）を分散させた粒子分散長繊維交絡集合体である。また、樹脂長繊維は平均断面径ｄを１０μｍ以下とされている。

図１（ｂ）に示すように、交絡集合体１０は、機能性粒子の分散に偏りを生じており、樹脂長繊維１に沿って表面に機能性粒子を分散させて含む分散部分２と、機能性粒子を表面に分散させていない非分散部分３とを有する。分散部分２においては、機能性粒子を表面に集中して分散させており、これによってその機能を発現しやすくさせ得る。また、分散部分２において、機能性粒子は樹脂長繊維１の表面から露出するようにされていることも好ましく、これによって所望の機能をより発現しやすくされ得る。また、樹脂長繊維は、繊維を複数に分岐させる分枝部４を有していてもよく、分枝部４の内部には機能性粒子を分散させている。

このような交絡集合体１０は、メルトブローによる製造中に以下のようなメカニズムによって形成されるものと考えられる。

まず、図２（ａ）に示すように、メルトブローにおいて、樹脂吐出口から吐出された樹脂９の中に機能性粒子５を分散させている。そして、メルトブローによる延伸によって機能性粒子５と樹脂９との界面の近傍を起点として樹脂９は裂けやすくなる。これは、延伸される樹脂９に対して、機能性粒子５は変形せず延伸されないためである。このような機能性粒子５の複数との界面の近傍を選択的に通る裂け目４ａを形成する。このような裂け目４ａにおいて、機能性粒子５のそれぞれは避けた一方と他方との内のどちらかにあることになる。つまり、裂け目４ａにおいて裂けた一方と他方とで機能性粒子５の分布は局所的には偏りを生じる。

そして、図２（ｂ）に示すように、樹脂９は、裂け目４ａから分岐して分枝部４を生成したり、複数の樹脂繊維に分裂したりする。このとき、樹脂９が延伸されるが、上記した局所的な偏りがあるため、機能性粒子５の分布密度の低い箇所が優先的に延伸される。これは、機能性粒子５はメルトブローの状況下でも変形しないために樹脂９の延伸を妨げるからである。このため、分枝部４として延伸されずに残存する部分には機能性粒子５が分散している。また、このような分枝部４も、さらに延伸されることで機能性粒子５を比較的多く分散させた繊維となる。そして、機能性粒子５の分布密度の高いところは延伸されづらく分布密度の低下は小さく、他方、機能性粒子５の分布密度の低いところは延伸されやすく分布密度がさらに低下する。その結果、機能性粒子５の分布密度の偏りが助長される。

ところで、裂け目４ａの起点に多く存在する機能性粒子５は、樹脂９との界面近傍に裂け目４ａを形成されるために、裂けた樹脂９の表面近傍に位置することになる。つまり、機能性粒子５は、分布密度の比較的高い状態で延伸される場合、樹脂９の表面に集中して分布しやすくなるとともに、延伸方向に整列されやすくなる。一方で、上記したように、機能性粒子５の分布密度が低く、より延伸された部分では、長く延伸された結果として細い繊維を形成しやすい。つまり、上記したように、機能性粒子５を表面に分散させて含む分散部分２と、これを含まない非分散部分３とを形成する。また、裂け目４ａの形成などによって樹脂９の表面近傍に分散された機能性粒子５は、樹脂９の延伸に伴う縮径により、相対的に表面側に移動して表面から露出されやすくなる。

これに対し、裂け目４ａの形成されなかった部分などにおいて、樹脂９の芯部にある機能性粒子５ａは、延伸によっても樹脂９の内部にとどまりやすい。上記した表面側への移動などの相対的な移動を除き、機能性粒子５の移動は樹脂９の移動のみによって生じ、延伸されても樹脂９の芯部では延伸方向の移動のみが生じ得るためである。つまり、上記したようにメルトブローによる延伸中に機能性粒子５を表面に位置させるよう、機能性粒子５の近傍で裂け目４ａを生じさせることは、得られる交絡集合体１０に機能性粒子５の機能を良好に発現させやすくさせるために重要となる。また、内部に機能性粒子５の分散した分枝部４が形成されていることで、機能性粒子５と樹脂９との界面近傍において選択的に裂け目４ａを生じたと推定することができる。

以上のように機能性粒子５を樹脂長繊維１に分散させるメカニズムが推定されるが、上記したように交絡集合体１０は、分散部分２及び非分散部分３を含むことで機能性粒子５の機能を量比に対して良好に発現させ得るとともに長繊維交絡集合体の風合いを損なわない機能性不織布となる。

このような樹脂長繊維１からなる交絡集合体１０を得るために、機能性粒子５の平均粒径を比較的大きくすることも有用である。例えば、延伸された樹脂長繊維１の平均断面径ｄに対して、機能性粒子の平均粒径Ｄ５０をｄ～ｄ／１０範囲内とすることも好ましい。

機能性粒子５としては、公知の多種の材料を用い得るが、上記したような裂け目４ａの形成のため、メルトブロー中の溶融樹脂の中でも形状やその他性質の安定した材料であることが好ましい。また、長期間の使用を可能とするために、交絡集合体１０の使用環境に対しても安定な材料であることが好ましい。例えば、無機酸化物などの硬質な材料を機能性材料として好ましく使用し得る。無機酸化物として、焼成したアパタイトを破砕して得た粉体を機能性粒子５として用いれば、ポリオレフィン系の樹脂を用いた交絡集合体１０に生体親和性を付与し得る。また、その他、公知のセラミックスを用いて、遠赤外線を発生する機能、親水性を高める機能などを付与し得る。

続いて、交絡集合体１０の製造方法について図３及び図４を用いて説明する。

図３に示すように、交絡集合体１０の製造には製造装置２０を用い得る。製造装置２０は、メルトブローによって樹脂ファイバを製造する公知の装置であり、簡単に説明する。

製造装置２０は、溶融樹脂をノズル２２ａから押し出す押出機２１と、ノズル２２ａの先端に取り付けられたノズルヘッド３０とを含む。押出機２１は、さらにノズルヘッド３０へ加熱ガスを供給するためのガス供給部２６及びガス加熱部２７を備える。これにより、製造装置２０は、押出機２１においてホッパ２４から投入されたペレットをヒータ２５で加熱し溶融させてバレル２２内のスクリュー２３で混錬しつつ搬送し溶融樹脂をノズルヘッド３０へ供給し、さらに高速ガス流として噴出するための加熱ガスをノズルヘッド３０へ併せて供給することができる。なお、ペレットは上記したポリオレフィン系の樹脂９及び機能性粒子５を配合して得られたものであり、押出機２１内で溶融した樹脂９には機能性粒子５が分散される。

図４に示すように、ノズルヘッド３０は、樹脂を吐出する吐出口３２及び高速ガス流を噴出するガス噴出口３３を備え、ガス噴出口３３から水平に高速ガス流を噴出できるように押出機２１の先端に取り付けられている。例えば、ノズルヘッド３０は、吐出口３２及びガス噴出口３３を互いの近傍に１つずつ配置させて対をなすように備える。本実施例では、吐出口３２及びガス噴出口３３の対を複数備えており、交絡集合体１０の単位時間当たりの生産量を向上させ得て好ましい。ここで、吐出口３２の出口部分の内径は５００μｍ以上とされる。詳細については後述する。

なお、製造装置２０のその他詳細については公知であるので説明を省略するが、吐出口と噴出口との数の異なる組み合わせなど、他の形式のノズルヘッドであってもよい。また、製造装置２０は、放出される樹脂ファイバを捕集する捕集部を適宜備え、捕集することで樹脂ファイバを交絡集合体１０とする。

さて、上記した製造装置２０を用いて交絡集合体１０を製造するのであるが、その製造方法は以下の通りとなる。すなわち、押出機２１で溶融されて機能性粒子５を分散させたポリオレフィン系の樹脂９を、吐出口３２から吐出させ、吐出口３２の近傍に配置されたガス噴出口３３から高速ガス流を水平に噴出させる。すると、吐出口３２から吐出された樹脂９は高速ガス流で延伸されつつ空中に放出されるとともに冷却される。ここで、樹脂９から得られる樹脂長繊維の平均断面径ｄを１０μｍ以下とするように製造条件が調整される。

特に、吐出口３２の出口部分の内径を５００μｍ以上とし、機能性粒子５の平均粒径Ｄ５０を１μｍ以上とする。このように機能性粒子５の平均粒径Ｄを比較的大きくしつつ、吐出口３２も大きくすることで、上記したような交絡集合体１０を得られる。すなわち、吐出口３２の出口の内径を大きくすることで、溶融した樹脂９の表面張力を低下させて上記したような裂け目４ａを形成させて分枝・分裂させ易くし、機能性粒子５を表面に集中して分散させやすくし得る。また、かかる分枝のしやすさには上記したように機能性粒子５の大きさも関わるが、吐出口３２の内径を大きくしたことでこのような比較的大きな機能性粒子５を用いても目詰まりを生じにくい。

以上のような製造方法によれば、上記したような交絡集合体１０を得ることができる。つまり、分散部分２によって機能性粒子５の量比に対して機能を良好に発現させ得るとともに非分散部分３によってメルトブローによる製造中に延伸の破断を抑制でき、得られた長繊維の交絡集合体１０として風合いを損なわずに機能性不織布を得られる。

ここまで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の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 樹脂長繊維
２ 分散部分
３ 非分散部分
４ 分枝部
５ 機能性粒子
１０ 交絡集合体

Claims (10)

1. メルトブロー法により延伸され機能性粒子を分散させたポリオレフィン系樹脂長繊維の交絡集合体であって、
   前記樹脂長繊維は１０μｍ以下の平均断面径ｄに延伸されているとともに、前記機能性粒子を前記樹脂長繊維に沿って表面に分散させて含む分散部分とこれを含まない非分散部分とを有することを特徴とする粒子分散長繊維交絡集合体。
2. 前記樹脂長繊維は分枝部を有し、前記分枝部には前記機能性粒子が内部に分散していることを特徴とする請求項１記載の粒子分散長繊維交絡集合体。
3. 前記分散部分は前記機能性粒子を前記表面から露出させていることを特徴とする請求項２記載の粒子分散長繊維交絡集合体。
4. 前記機能性粒子は平均粒径Ｄ５０をｄ～ｄ／１０とすることを特徴とする請求項３記載の粒子分散長繊維交絡集合体。
5. 前記機能性粒子は無機酸化物からなることを特徴とする請求項１乃至４のうちの１つに記載の粒子分散長繊維交絡集合体。
6. メルトブロー法により延伸され機能性粒子を分散させたポリオレフィン系樹脂長繊維の交絡集合体の製造方法であって、
   押出機で溶融されたポリオレフィン系樹脂に前記機能性粒子を分散させて樹脂吐出口から吐出し、前記樹脂吐出口の近傍に与えられたガス噴出口から高速ガス流を水平に噴出させて、前記樹脂吐出口から吐出された前記樹脂を前記高速ガス流で冷却しながら延伸しつつ空中に放出して、１０μｍ以下の平均断面径ｄに延伸された前記樹脂長繊維からなる前記交絡集合体を与えるにあたって、
   前記樹脂吐出口の径を５００μｍ以上とするとともに前記機能性粒子の平均粒径Ｄ５０を１μｍ以上とすることで、前記機能性粒子を前記樹脂長繊維に沿って表面に分散させて含む分散部分とこれを含まない非分散部分とを有する前記樹脂長繊維からなる前記交絡集合体を与えることを特徴とする粒子分散長繊維交絡集合体の製造方法。
7. 前記樹脂吐出口から吐出された前記樹脂を前記機能性粒子で複数の前記樹脂長繊維に分裂させて延伸させることを特徴とする請求項６記載の粒子分散長繊維交絡集合体の製造方法。
8. 前記樹脂長繊維は分枝部を有し、前記分枝部には前記機能性粒子が内部に分散していることを特徴とする請求項７記載の粒子分散長繊維交絡集合体の製造方法。
9. 前記分散部分は前記機能性粒子を前記表面から露出させていることを特徴とする請求項８記載の粒子分散長繊維交絡集合体の製造方法。
10. 前記機能性粒子の平均粒径Ｄ５０をｄ～ｄ／１０とするように延伸することを特徴とする請求項９記載の粒子分散長繊維交絡集合体の製造方法。
    
    
    

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