JP3164172B2 - 不織布およびその製造方法 - Google Patents
不織布およびその製造方法Info
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Description
布に関し、更に詳しくは液体フィルターなどに好適に利
用される不織布及びその製造方法に関する。
法(特開昭49−10258号公報、特開昭49−48
921号公報、特開昭50−123157号公報参照)
により作られた平均繊維径が0.1μm〜20.0μm
である極細繊維不織布が知られている。
法により得られる不織布は、シート中にロープと呼ばれ
る複数本の繊維が絡み合ってできる束状繊維を多く含ん
でおり、このロープが存在するとフィルターとしての性
能を充分向上させることが難しく、厳しい精度を要求さ
れる膜素材などの用途に対しては著しく信頼性が劣ると
いう問題があった。
大きくし、吐出量を小さくしてコールドプレスする方法
が提案されている(米国特許第4925601号明細書
参照)。しかしながら、この方法によってもサブミクロ
ン粒子を気相濾過精度及び液相濾過精度良く濾過するこ
とは、充填率が低く、通気抵抗が適切でなく、不十分で
あった。
アーサイズなどに工夫を加え、フィルターに好適な不織
布およびその製造方法を提供することを課題とするもの
である。
解決するために次の手段をとるものである。すなわち、
本発明は、平均繊維径が0.5μm以上7μm以下で、
該繊維径のCV%が55%以下である極細繊維からな
り、充填率が8%〜20%の不織布であって、該不織布
の幅方向の目付40g/m2当りの風速3.4m/秒で
の通気抵抗の平均値が150mmAq以上600mmA
q以下であり、前記通気抵抗の最大値と最小値との差が
前記平均値に対して30%以下であることを特徴とする
不織布、更に前記の不織布が圧着されて充填率が55%
〜85%の間にある圧着不織布であって、最大ポアーサ
イズが4.0μm以下で、且つ平均ポアサイズが2.0
μm以下であり、該平均ポアサイズに対する該最大ポア
ーサイズの比が2.9以下であることを特徴とする圧着
不織布、また、メルトブロー法により、メルトインデッ
クスが250〜1000のポリプロピレンの溶融ポリマ
ーをノズルから紡出し、ゲージ圧で0.2kg/cm2
〜0.98kg/cm2 の高速エアー流で牽引細化させ
て捕集板に引き取って不織布にする際に、前記ノズルの
オリアフィスカ径を0.1mm以上0.5mm以下に
し、該ノズルの孔の中心間ピッチを0.5mm以上2.
0mm以下にし、単孔当りの吐出量を0.05g/分〜
0.8g/分にし、前記ノズルと前記捕集板との距離を
5cm〜40cmにすることを特徴とする前記の不織布
の製造方法である。
発明の不織布を構成する材質としては、メルトブロー法
の適用できるものであれば、有機物、無機物またはこれ
らの混合物が挙げられる。代表的な有機物としては、ポ
リオレフィンやポリエステル、ポリアミドなどが、挙げ
られる。また、無機物としては、ガラスや石英質の材質
が挙げられる。このなかで、生産性が良い点からオレフ
ィン系のポリマーが好ましく、特にポリプロピレンのポ
リマーが好ましい。また、ポリエステル系のポリマーで
は液体フィルターとして用いた際に、濾材自身からの抽
出物が少ないため、食料品関係を中心に好ましい。
平均繊維径は、0.5μm〜7μm好ましくは0.5μ
m〜3μmである。平均繊維径が7μmをこえると、微
小な粒子の高い捕集効率を得ることが難しくなる。他
方、0.5μmより細くなると、不織布のハンドリング
が悪くなるだけでなく、濾過抵抗が高すぎて問題とな
る。
維の繊維径は、ばらつきが大きく、そのため太い繊維が
存在し、濾過効率が低下する。したがって、繊維径の標
準偏差を平均値で割ったCV%が55%より大きくなる
と濾過性能が低下するので、CV%は55%以下であ
り、好ましくは40%以下、特に好ましくは30%以下
である。原因については、CV%が55%をこえると太
い繊維が存在するために太い繊維の近傍でチャンネリン
グが起こるためと推定される。また、不織布をカレンダ
ー加工して用いる際にプレス加工の抵抗となるため安定
した充填率調整が難しくなる。
目付40g/m2 当り150mmAq以上600mmA
q以下、好ましくは250mmAq以上500mmA
q、さらに好ましくは300mmAq以上480mmA
q以下である。通気抵抗の最適値は繊維径が小さいほど
その値が大きくなる。目付が40g/m2 でない場合に
は、その目付での通気抵抗を以下の式により計算して、
40g/m2 当りに換算する。40g/m2 目付当り通
気抵抗(mmAq)=実目付の通気抵抗(mmAq)×
40(g/m2 )/実目付(g/m2 )・・・・・・・・(I)
率(%)に依存するが、本発明領域での充填率でこの通
気抵抗の範囲にあることが好ましい。また、通気抵抗の
ばらつきが小さいことが、フィルター性能の安定化につ
ながる。この通気抵抗は、不織布の幅方向に1インチ間
隔で直径1インチの円盤形の不織布部分を風速340c
m/秒で測定した目付40g/m2 当りの値であるが、
この通気抵抗の最大値と最小値との差が平均の通気抵抗
に対して30%以下、好ましくは25%以下である。
維本数の粗密が存在することにより通気抵抗のばらつき
が大きく、通気抵抗の最大値と最小値との差が平均の通
気抵抗に対して30%をこえる場合が少なくないという
問題があった。これに対して本発明においては、繊維の
分散性を良くして、通気抵抗の平均値を所定範囲におさ
めるとともに、気相系のエアフィルターとして不織布を
用いる際の充填率は8%〜20%におさめるようにした
ものである。充填率が低すぎると濾過効率が低下し、他
方、充填率が高すぎると気相での濾過抵抗が高く、用途
が著しく制限される。
を反映するように、不織布の幅方向に1インチ間隔で直
径1インチの円盤形の部分を風速340cm/秒で測定
し、目付40g/m2 当りに換算した値を用いる。本測
定で測定を1インチにしたのは、小さな部位での繊維の
分散性をより正確に評価するためである。
処理等をして、液体フィルター用として好適に用いられ
るものであるが、充填率55%〜85%の間にあること
が好ましい。充填率55%より小さいと、液相濾過精度
が上がらなくなる。また、カレンダー処理した不織布に
シワ等が入ったり、プリーツ加工などの後加工を行う際
に、部分的に充填率が変化するという問題が生じる。他
方、85%を超えると濾過抵抗が大きくなりすぎて使用
に問題がある。また、通常充填率が上がると濾過精度は
向上するが、充填率が75%より高くなった所から、濾
過抵抗が上昇する割には濾過精度が向上しないことが明
らかとなった。この原因として、充填率が85%をこえ
ると繊維により形成されるポアーが遺れすぎて閉塞する
個所が増加するためと考えられる。
するポロメーター(コールタール社)により測定した平
均ポアーサイズが2.0μm以下でなければならない。
これは、最大ポアーサイズの大きさと相俟って液相濾過
精度を上げるためである。また、最大ポアーサイズは
4.0μm以下、好ましくは3.0μm以下である。通
液抵抗を上げずに平均ポアーサイズの大きさと相俟って
液相濾過精度を上げるためである。
ズとの比(以下「ポアーインデックス」という。)が
2.9以下であることが必要である。このポアーインデ
ックスが小さいことは、不織布又は圧着不織布のポアー
サイズが均一であることを示し、ポアーインデックスが
小さいほど同じ濾過精度で通気抵抗又は通液抵抗を小さ
くすることを示す目安となるものである。通常の濾過で
は最大ポアーサイズが濾過の精度を支配的に決定するこ
とから、同一充填率では濾過精度が高く、他方、同一濾
過精度では濾過抵抗を小さくすることができる。また、
濾材の目付を小さくしても、濾過精度の大きな低下がな
いことにも関連する。すなわち、本発明の圧着不織布
は、濾過精度と濾過抵抗のバランスに優れた濾材として
好適に使用される。
述べたような平均繊維径が0.5μm〜7μmの極細繊
維からなるものが好ましく、また、その繊維径のCV%
は55%以下である。
用いる際には荷電処理を実施することによりいわゆるエ
レクトレット化を実施することが好ましい。
〜20%の不織布を用いる際には、不織布を積層して用
いることが好ましい。不織布一枚でのサブミクロン粒子
の濾過を実施する際には濾過効率を上げることが難しく
なる。従って、少なくとも5層、好ましくは10層以
上、更に好ましくは14層以上積層することが好まし
い。不織布を積層する効果は粒子が多分散である場合や
粒子が完全に固体でない場合に効果を特に発揮する。粒
子が多分散であるというのは、単分散ポリスチレンラテ
ックスなどのように粒子径がそろっておらず、ここでは
粒子径の標準偏差が平均粒子径の5〜10%より大きい
場合をさし、また、粒子が完全な固体でないというの
は、粒子が濾過層内で何等かの刺激や応力により変形す
ることをいい、ゲル状物や血液中の血球などをその代表
としてあげられ、積層数をあげて行くと、濾過抵抗が高
まるが、通気抵抗の合計が7000mmAq以下である
ことが好ましい。1枚当りの通気抵抗の小さいときには
積層効果が大きい。
85%に調整した不織布は、その積層効果が少なく、多
くても10層以下、更に好ましくは5層以下であること
が好ましい。これは、不織布の表面での濾過が深さ方向
の濾過に対して寄与するものが大きいことによると考え
られる。また、全体の圧力損失が大きくなりすぎること
も問題である。
孔フイルムなど多孔質材料と積層して用いて濾過精度や
ライフの改善を実施することもでき、粒状または繊維状
活性炭などの吸着材と併用して使うことも脱臭や脱イオ
ン、脱溶剤等の観点から望ましい形態である。その他、
繊維をコロナ放電、電子線照射や親水化剤添付などの後
加工により親水化処理をし、初期の濡れ性を改善するこ
とも好ましい。
トブロー法により、メルトインデックスが250〜10
00のポリプロピレンの溶融ポリマーをオリフィス径が
0.1mm〜0.5mmのノズルから紡出する。オリフ
ィス径が0.1mmより小さいと、オリフィスの加工精
度からオリフィス形状が不揃いになり、繊維径のCV%
が大きくなるので好ましくない。また、ポリマーの劣化
などにより長期運転時に孔がつまり易いという問題が生
じるので好ましくない。他方、0.5mmより大きいと
極細繊維を得ることが困難になるので好ましくない。
〜2.0mm、好ましくは0.75mm〜1.5mmさ
らに好ましくは0.80mm〜1.2mmである。0.
5mmより小さくなるとロープが発生しやすくなり、濾
過精度が低下する。これは、隣の繊維との接触の確率が
増大し、繊維が絡まってロープが発生しやすくなるため
と考えられる。
交絡がきわめて低下し、不織布の寸法安定性が低下し、
不織布の強力低下や毛羽立ちの問題が生じる。また、単
孔吐出量は0.05g/分〜0.8g/分、好ましくは
0.1g/分〜0.5g/分である。吐出量が0.05
g/分より小さくなると生産性が低くなるだけでなく、
フライと呼ばれる繊維の糸切れが発生しやすくなり、連
続操業運転時に孔詰りが生じやすい。他方、0.8g/
分より大きくなると、ショットと呼ばれる玉状の繊維が
発生しやすくなり、また、ポリマーの熱容量が大きいた
め繊維の冷却が遅れ、未固化の繊維がすでに形成された
不織布シートに落ちて、シートに貫通孔が明けられると
いう問題が生じる。
インデックスは250〜1000であるが、250(g
/10分)未満になると細化が不充分となって好ましく
なく、1000(g/10分)をこえると糸切れが増え
たり、糸径のばらつきが大きくなってあまり好ましくな
い。
kg/cm2〜0.98kg/cm2であるが、0.2k
g/cm2 未満になると、糸条の細化が不充分となり好
ましくない。他方、0.98kg/cm2 をこえると、
牽引エアー速度が超音速流となり、流れの非定常が高く
なり好ましくない。
40cmである。好ましくは、 6cm〜30cm、さらに
好ましくは7cm〜25cmである。5cmより小さく
なると、繊維の冷却遅れにより不織布に貫通孔が生じた
り、牽引流体流の捕集板上での速度が早くなって不織布
の表面を毛羽だたせたりして好ましくない。他方、40
cmより大きくなると、ロープが増加し繊維の分散性が
著しく低下するので好ましくない。不織布シートの貫通
孔がなく、ロープ状物が小さい不織布をえるためには、
単孔吐出量とオリフィス間ピッチ、牽引流体流量に応じ
てノズルと捕集板との間の距離の最適化を図ることが必
要であると考えられる。なお、ミストクエンチなどの冷
却強化手段を用いると、この距離はさらに短くすること
が可能であり、5〜10cmの距離が液相フィルターと
して利用する際に特に好ましい。
1〜表6に示す条件により同表の不織布(目付40g/
m2 )を製造して、その特性を測定した。また、該不織
布を熱プレスローラー(表面温度90〜130℃、圧着
力50〜150kg/cm)により圧着して所望の充填
率に調整したものも測定した。気相での濾過効率の測定
に用いる不織布は20KVで10秒間エレクトレット処
理を行った。
子顕微鏡写真を1000〜3000倍の倍率で撮影し、
その写真の繊維径をランダムに200本測定して、その
算術平均値を平均繊維径(μm)とした。 目付(g/m2 ):20cm角のサンプル(n=
5)の重量を測定し、 1m2 当りに換算した平均値を目
付(g/m2 )とした。
JIS L−1096のダイヤルゲージ法により7g/
cm2 の荷重下で測定した。シートの目付(g/m2 )
を厚み(m)で割り、百分率(%)であらわした。 気相濾過精度(%):0.3μmの空気塵の捕集効
率を線速度5.3cm/秒で測定し、{(入口濃度−出
口濃度)/入口濃度}×100で求めた。 通気抵抗(mmAq):空気の通気抵抗を直径25
mmの円形サンプルを用いて線速度3.4m/秒で差圧
計により測定した。 通液抵抗(mmAq):線速度2.2cm/分のと
きの水の通液抵抗を差圧計により求めた。なお、サンプ
ルの大きさは直径140cmの円形部分である。 液相濾過精度(%):日本合成ゴム社製の0.43
μmのポリスチレンラテックスの濾過精度を濾過速度
2.2cm/分で、{(入口濃度−出口濃度)/入口濃
度}×100により求めた。 最大ポアーサイズ及び平均ポアーサイズ:コールタ
ー社ポロメーターIIにより測定した(ASTMF316
−70)。
一繊維径では気相および液相の濾過精度が実施例の方が
優れている。通気抵抗についてみると、繊維が細い程高
くなるが、充填率が20%より高くなると通気抵抗が大
きくなりすぎて、気相のフィルターとしての用途が著し
く阻害される。比較例3、5のように繊維径が太くなり
すぎると充填率を高くしても精度は期待できない。
に、オリフィス径が大きくなると繊維を細くしにくく、
紡糸応力が低下するためか繊維径のCV%が増加する。
また、オリフィスピッチが小さすぎると、シート中にロ
ープが増え、繊維径CV%も高くなる。繊維の充填率が
高すぎると、濾過抵抗が大きくフィルターとして好まし
くない。ノズル、捕集間距離は繊維径が太いほど大きく
とる必要があるが、繊維の分散性が悪くなり、通気抵抗
もバラツキが大きく濾過精度も良くない。
すものは、圧着不織布の例であるが、比較例10は充填
率が低く、しかも最大ポアーサイズも平均ポアーサイズ
もポアーインデックスが範囲外であるので液相濾過精度
が悪かった。比較例14は、特に最大ポアーサイズが特
に大きいため液相濾過精度は特に悪かった。比較例12
は充填率が高すぎて液相濾過精度は良いものの、通液抵
抗が大きく不充分であった。比較例13はポアーインデ
ックスが2.9をこえているために通液濾過精度は若干
低く、両者のバランスが不充分であった。
過精度が高く、通気抵抗の小さい優れた濾過性能を示す
濾過材として好適に用いられる不織布を得ることができ
る。また、この不織布はその特性から保温材やセパレー
タ、医療用布としても用いることができる。
Claims (3)
- 【請求項1】 平均繊維径が0.5μm以上7μm以下
で、該繊維径のCV%が55%以下である極細繊維から
なり、充填率が8%〜20%の不織布であって、該不織
布の幅方向の目付40g/m2当りの風速3.4m/秒で
の通気抵抗の平均値が150mmAq以上600mmA
q以下であり、前記通気抵抗の最大値と最小値との差が
前記平均値に対して30%以下であることを特徴とする
不織布。 - 【請求項2】 請求項1に記載の不織布が圧着されて充
填率が55%〜85%の間にある圧着不織布であって、
最大ポアーサイズが4.0μm以下で、且つ平均ポアー
サイズが2.0μm以下であり、該平均ポアサイズに対
する該最大ポアーサイズの比が2.9以下であることを
特徴とする圧着不織布。 - 【請求項3】メルトブロー法により、メルトインデック
スが250〜1000のポリプロピレンの溶融ポリマー
をノズルから紡出し、ゲージ圧で0.2kg/cm2の高
速エアー流で牽引細化させて捕集板に引き取って不織布
にする際に、前記ノズルのオリフィス径を0.1mm以
上0.5mm以下にし、該ノズルの孔の中心間ピッチを
0.5mm以上2.0mm以下にし、単孔当りの吐出量
を0.05g/分〜0.8g/分にし、前記ノズルと前
記捕集板との距離を5cm〜40cmにすることを特徴
とする請求項1に記載の不織布の製造方法。
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JP9794592A Expired - Fee Related JP3164172B2 (ja) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | 不織布およびその製造方法 |
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