JP3195702B2 - 不織布状多孔性繊維体およびその製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は不織布状多孔性繊維構造
体に関し、さらに詳しくは、産業上有用な材料、例え
ば、ろ過体、吸液体、補液体、菌固定体などを提供する
とともに、消費寿命を越した廃棄物を有効に再利用する
の製造法、および地球環境を改善する不織布状多孔性繊
維構造体の製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、特定高分子凝集体自体を多孔性化
する技術としては、該特定高分子が溶解しない溶媒に溶
解する他の高分子、または、低分子物を混合成形しての
ち、前記他の高分子を溶解除去する方法、特定高分子凝
集体を成形後、電子線などで直接処理して、円形孔を開
ける方法、特定高分子を溶媒に溶解し、非溶媒中を通過
させて成形する過程で、相分離機構を規制して、空孔を
形成させる方法などがある。

【０００３】このうち高分子溶解除去法は煩雑で、工程
も増える欠点がある。電子線照射法は技術も高度でコス
トも高い。通常、相分離法が一般的で、セルロース系、
ポリアクリロニトリル系中空多孔性糸はこの方法で製造
されるが、僅かな延伸むらで孔形態が変化し、しかも、
極めて低速で製造することが要求され、経済的に不利で
ある。

【０００４】他方、不織布を成形する技術としては、短
繊維群に対して抄紙技術を応用するもの、長繊維群に対
しては、走行ネット上に振り落とした繊維群にいわゆる
柱状流技術で繊維間交絡を形成させるもの、高圧下に溶
媒に溶解したポリマーをノズルを通して、噴射させ壁面
に衝突させて、交絡させる、いわゆる、フラッシュ紡糸
技術などがある。

【０００５】フラッシュ紡糸技術は、基本的には、温度
勾配と溶媒蒸発に基づく相分離現象を利用するものであ
り、オレフィン系ポリマーに利用されているが、繊維の
細化の為には、相当量の溶媒の使用が絶対的に必要であ
り、しかも、使用される溶媒がオゾン層破壊物質である
など、地球環境上好ましいものではない。不織布状でし
かも、多孔性である繊維構造体は上述の方法を組み合わ
せれば、基本的に可能であるが、いずれにしても工程増
加につながる。

【０００６】ただ、フラッシュ紡糸技術は溶媒の選定に
よっては、工程を増やさずに実行できる可能性がある
が、現実には見あたらない。フラッシュ紡糸と基本的に
同じ原理を融体または溶液体ではなく、個体に適用した
ものとして、いわゆる爆砕法がある。この方法は高圧水
蒸気で、セルロース系、多糖類系高分子物質を処理し、
後に大気圧中に放出するのもで、処理の結果生成する液
状体と個体を分離し双方を分離利用する方法であり、一
般的には木材チップ、麦藁などを粉砕したり、セルロー
ス物質を含有する天然物を処理し、粉砕された排出個体
を家畜の飼料にしたり、アルコール発酵の原料にしたり
するものである。つまり、従来この方法では、非熱溶融
性物質を微細化する方法として利用されるものであり、
熱溶融性ポリマーに応用された例もなく、いわんや、直
接、産業上有用な構造体に応用する例もない。

【０００７】他方、世界的流れとして、資源の有効利
用、地球環境保全の立場から、廃ポリマーのモノマー
化、別用途への転用などの要請は大きい。特に、熱溶融
性ポリマーは潜在的に再利用し得る能力を有しており、
低コストで有用な構造体に変換できれば、技術的、経済
的効果は大きい。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ろ過
体、吸液体、菌固定体、易生分解性体、易生分解性体な
ど産業上有用な、親水性で熱溶融可能な高分子からなる
不織布状多孔性繊維構造体、および紡糸工程、プラスチ
ック成形工程などからでるウエスト、または、消費寿命
を越した産業廃棄物なども用いることができる、その製
造技術を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
達成する為に、種々の高分子を用いて、検討した結果、
熱溶融性高分子は密閉容器内で、基本的にその融点以上
の温度に対応する高圧水蒸気で処理し、細孔を通して、
常圧下に排出すると、配管系の閉塞を伴う場合が多い
が、繊維状交絡物になることを見いだした。

【００１０】更に、詳細に検討の結果、特に親水性で熱
溶融可能な高分子は、その通常の融点より低い温度に対
応する高圧水蒸気を利用して、密閉容器中で処理後、色
々な形状の単孔または複数の孔を通して、急激に常圧下
に排出することにより、溶融物による系内閉塞を起こす
ことなく、容易に不織布状多孔性繊維構造体を製造する
ことができることを見いだし、本発明に到達した。

【００１１】即ち、本発明は、親水性で熱溶融可能な高
分子からなる繊維構造体であって、上記熱溶融可能な高
分子が密閉容器中で実態融点より高い温度に対応する高
圧水蒸気で一定時間以上処理され、次いで孔を通して急
激に常圧下に排出されたことを特徴とする不織布状多孔
性繊維構造体、であり、 親水性で熱溶融可能な高分子
を、密閉容器中で、上記高分子のうちで最大の実態融点
を示す高分子の融点より高い温度に対応する高圧水蒸気
で一定時間以上処理し、次いで孔を通して急激に常圧下
に排出することを特徴とする不織布状多孔性繊維構造体
の製造法、である。

【００１２】本発明に用いる親水性で熱溶融可能な高分
子は、単体であっても、混合物であってもよい。混合物
の場合は、高分子群のうちで最大の実態融点以上の温度
に対応する高圧水蒸気で処理することが本発明の特徴で
ある。本発明でいう、実態融点は、通常の融点、即ち、
大気圧下、温度２５℃、相対湿度６０％の状態で、放置
した高分子を、走査型熱量計にて、昇温速度２０℃／分
で測定した時の最大吸熱ピーク温度に比べると、遥かに
低いものである。

【００１３】本発明に用いる親水性で熱溶融可能な高分
子は、実際上枚挙に暇がなく、上記したように、充分な
水分存在状態で走査型熱量計で明確な吸熱ピークの実態
融点を示す高分子物ならなんでもよい。例示すれば、ポ
リアミド類、ポリアクリロニトリル類、親水基置換ポリ
オレフィン、ポリオレフィンオキサイド類、親水基置換
ポリエステル類、親水基置換ビニル化合物重合体、ポリ
−αアルキルアクリロニトリル類、ポリアクリル酸類、
ポリアクリルアミド類、部分カルボキシル化ポリアクリ
ル酸エステル類、部分カルボキシル化ポリα−アルキル
アクリル酸エステル、低置換セルロースエステル類、低
置換セルロースエーテル類である。ポリアクリル酸エス
テル類、ポリ−αアルキルアクリル酸エステル類はそれ
自身親水性ではないが、後で述べる様に、高圧水蒸気が
酸性であるので、処理中に側鎖加水分解が起こり結果と
して親水性に変化するもの、および、ポリアクリロニト
リル類も高圧水蒸気処理に依りより親水化するもの、な
どが挙げられる。

【００１４】また、本発明に用いる親水性で熱溶融可能
な高分子は、バージンのポリマーのみでなく、紡糸工
程、プラスチック成形工程などからでるウエスト、また
は、消費寿命を越した廃棄物などでもよい。上記の例示
高分子中の親水性置換基とは、ヒドロキシル基、カルボ
キシル基およびその塩、スルホン酸基およびその塩、酸
アミド基、スルフヒドリル基などをいう。

【００１５】ポリマーが親水性である必要性は、高圧水
蒸気がポリマー処理中に、その分子鎖凝集構造の内部ま
で浸透し、ポリマーの実態融点降下度を向上するため
と、該ポリマーを急速に常圧に排出する際、水蒸気の飛
散に伴う、内部構造破壊を通して、多孔性化することに
ある。これら親水性で熱溶融可能な高分子の重合度は全
く限定的でなく、商業的に用いられている範囲でよい。

【００１６】また、本発明に用いる親水性で熱溶融可能
な高分子は、バージンのポリマーのみでなく、紡糸工
程、プラスチック成形工程などからでるウエスト、また
は、消費寿命を越した廃棄物などでもよい。本発明で用
いられる、直接商業上、量的に重要なものは、ポリアミ
ド類、ポリアクリロニトリル類であり、これらは、プラ
スチック、繊維材料として汎用的に用いられており、そ
れらを製造する際のウエスト量、使用後の産業廃棄物量
としても無視しえないものである。

【００１７】他方、量的には直接商業上で多用されてい
ない親水基置換ポリエステル類、親水基置換ビニル化合
物重合体、低置換セルロースエステル類、低置換セルロ
ースエーテル類でも、その主材料は、例えば、ポリエス
テルや、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレ
フィン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルア
ルコール／酢酸ビニルなどのビニル系重合体、セルロー
スなどは繊維材料、フィルム材料、シート材料、紙、プ
ラスチック材料として大量に消費されているものであ
り、これら回収品などを化学修飾し親水化した後、本発
明に用いることも可能である。

【００１８】本発明に用いる親水性で熱溶融可能な高分
子には、重合触媒、酸化防止剤、光安定剤、熱安定剤、
艶消し剤、可塑剤、結晶化促進剤、結晶化抑制剤などの
各種添加剤、染料、紡糸油剤、残留溶媒などが含まれて
いても差し支えない。また、本発明に用いる親水性で熱
溶融可能な高分子の形態は、チップ状、繊維状、フィル
ム状いかなる形状でも構わないが、小さいほど処理効率
は向上する。高分子の形態が大きいものの場合には、よ
り高圧水蒸気を用いると、該高分子中への水分の溶解度
が上昇し、溶解拡散速度も早くなり、不織布状多孔性繊
維構造体を効率的に製造出来る。

【００１９】勿論、本発明の製造方法においては、該高
分子処理に要するエネルギーは、０次近似的には、圧力
（温度）と時間の積であるが、特定高分子に対して一義
的に決定できるものではなく、得られる不織布状多孔性
繊維構造体の性能との関係において決定されるべきもの
である。本発明の不織布状多孔性繊維構造体の親水性で
熱溶融可能な高分子は、形成性およびその機能的観点か
ら、好適に用いられるのは、ポリアミド類、ポリアクリ
ロニトリル類、およびそれらの混合体である。ポリアミ
ド類はその蛋白類似化学構造の為に、菌体固定、細胞培
養担体などの生化学分野や、吸水、吸着用途の材料とし
て、ポリアクリロニトリル類は抗菌性ろ過材料、高圧水
蒸気処理中に側鎖の化学変換を通して、超吸水性材料、
耐炎化、黒鉛化構造前駆材料などとして、有用な材料に
転換し得る。

【００２０】また、ポリアクリロニトリル類は延伸操作
が入らなければ、極めて、低結晶体で弾性的であるの
で、たとえば、ポリヘキサメチレンアジパミドと混合し
て本発明の方法を適用すると、ポリヘキサメチレンアジ
パミドの様な高結晶性材料単独から得られる本発明の不
織布状多孔性繊維構造体に比べ、柔軟性の高いものとな
る。

【００２１】本発明で、これら親水性で熱溶融可能な高
分子を密閉容器中で高圧水蒸気で一定時間以上処理する
時間は、先に述べたように、処理すべき高分子の形態に
より、大きく左右されるが、実態融点以上であれば最
大、数十分の処理で充分である。高圧水蒸気は、通常、
弱い酸性を示すため、酸アミド結合、エステル結合、エ
ーテル結合を切断（加水分解）し得るので、重合度調節
やニトリル側鎖のアミド化、カルボキシル化、エステル
結合の加水分解カルボン酸化などの目的のためには、よ
り長い処理時間を適用してもよい。

【００２２】一般的に、より高圧の水蒸気を利用すれ
ば、それだけ処理時間を短縮できるし、常圧下への排出
時に処理高分子がうける物理的シェアーは強くなり、そ
れだけ、処理された高分子自身の多孔性はもとより、マ
クロな構造多孔性も増加する。本発明に用いる親水性で
熱溶融可能な高分子が、ポリアミド系高分子の、ポリヘ
キサメチレンアジパミドの場合、本発明に定義する実態
融点は１８０℃位であるが、この温度に対応する高圧水
蒸気（１．００ＭＰａ；ＭＰａはメガパスカル）では、
処理に３０分以上を要し、しかも、融解ポリマーの一部
が配管壁に融着し、十分な不織布化、多孔性化に劣る。
また、処理時間が長がすぎると、過度の重合度低下を起
こし、最終成形品の品位を損なう場合もある。

【００２３】かかる欠点を避けるため、ポリヘキサメチ
レンアジパミドの場合、好ましい処理条件は高圧水蒸気
温度が２１４℃（２．０７ＭＰａ）以上であれば十分な
爆砕効果があり、処理時間が２０秒以上であれば、優れ
た多孔性化効果を得られ、短時間で不織布状多孔性ポリ
ヘキサメチレンアジパミド構造体を形成し得る。同様
に、ポリアミド系高分子が、ポリ−εカプロアミドの場
合、本発明に定義する実態融点は１６０℃位（この温度
に対応する高圧水蒸気；０．６２ＭＰａ）では、ポリヘ
キサメチレンアジパミドについて記載したのと、同様な
理由によって、好ましい処理条件は高圧水蒸気温度が１
８０℃（１．００ＭＰａ）以上、処理時間が１０秒以上
であれば、短時間で不織布状多孔性ポリ−εカプロアミ
ド構造体を形成し得る。ポリアクリロニトリル類の場合
は、１０重量％以下の共重合成分があっても、通常熱溶
融しない。

【００２４】しかし、水分が十分存在すると、実態融点
は１９０℃である。この条件下では、処理時間を３０秒
以上に設定すると、ニトリル基の部分アミド化ないしカ
ルボキシル化、エステル基からの脱アルコール反応によ
るカルボキシル化が起こり、急速に加圧水蒸気による熱
溶融がおこり、容易に不織布状多孔性繊維構造体を形成
できる。

【００２５】本発明によって得られるポリアミド系の不
織布状多孔性繊維構造体は、ポリアミドの特徴としての
結晶性を反映して、相対的にマクロな構造体として、フ
レキシビリテイーが低い場合がある。これを解決する手
段として、本発明に用いられる他の親水性で熱溶融可能
な高分子をブレンドし、本発明の方法を適用することが
可能である。この場合、実態融点が該当するポリアミド
と同程度であることが望ましい。この観点から、ポリア
クリロニトリル類との混合が望ましい。

【００２６】混合比率は限定的ではなく、最終構造体に
付加する機能によって決定されるべきものである。ま
た、本発明に用いる親水性で熱溶融可能な高分子が、ポ
リアクリルニトリル類の、ポリアクリロニトリルホモポ
リマーである場合は、１０重量％以下の共重合成分を含
むポリアクリロニトリル系重合体であることが好まし
く、高圧水蒸気温度が１９０℃（１．２６ＭＰａに対
応）以上、処理時間が３０秒以上であることが好まし
い。

【００２７】また、本発明で高圧水蒸気処理した親水性
で熱溶融可能な高分子を排出する孔は単孔、複数の孔い
ずれでもよく、孔の形状も特に限定されない。本発明の
不織布状多孔性繊維構造体を処理する装置の概略を図１
に示す。装置自体は公知のものである。図１で温浸器３
に処理すべき高分子を入れ、ここで、高圧水蒸気処理さ
れ、所定時間処理後、ボールバルブ６を開け、サイクロ
ン型レシーバー４に排出する。蒸気はサイレンサー付き
コンデンサー５に回収される。

【００２８】ボールバルブ６からサイクロン型レシーバ
ー４に至る配管がいわば、ノズルであって、枝分かれさ
せて複数の配管でサイクロン型レシーバー４に導入した
り、サイクロン型レシーバー４へ導入する部分の配管形
を円形にするだけでなく、楕円形、長方形、正方形、三
角形、星形、馬蹄形などにしたり、テーパーをつけるな
ど種々のノズルを利用できる。

【００２９】ノスルより排出した後は、フラッシュ紡糸
法不織布に利用されるネットコンベアー法、よびメルト
ブロー法不織布に利用される吸引式の金網ドラム法およ
びサーマルボンド不織布等のシート化を利用することが
できる。また、実施例に示すように筒状物に受けてその
まま利用することができる。

【００３０】

【実施例】以下、実施例によって説明するが、これに限
定されるものではない。

【００３１】

【実施例１】９０％蟻酸相対粘度３８のヘキサメチレン
アジパミドチップ（形状３．０ｍｍ×５．０ｍｍ）を温
度２５℃にて２０倍量の水に２４時間浸し後、水を遠心
分離機で切り試験用チップを準備した。このチップを２
００ｇ計量し、水と重量比１：１の割合で混ぜた後に、
図１の温浸器３に入れ、高圧蒸気にて所定の条件にて所
定時間処理を行った後にボールバルブ６を開き溶融体を
放出ノズルよりサイクロン型レシーバー４に排出し、不
織布状多孔性繊維構造体を得た。

【００３２】爆砕時の条件は、高圧水蒸気処理温度２２
０℃（２．３２ＭＰａ）、処理時間３０ｓｅｃで有り、
通常の円形ノズルを使用し、常圧下に排出し不織布状多
孔性繊維構造体を作成した。得られた不織布状多孔性繊
維構造体は、以下の条件で細胞培養試験を行い、培養
後、ＭＴＴ染色にて染色し光学顕微鏡で観察した。

【００３３】培養条件 ａ．細胞培地：ＣＨＯ−Ｋ１（チャイニーズハムスター
卵巣由来）細胞、Ｈａｍ'ｓＦ−１２（５％ＣＢＳ添
加） ｂ．播種密度：２×１０⁵ｃｅｌｌｓ／ｍｌ ｃ．デイッシュ：６０ｍｍφのコーニングデイッシュに５
ｃｃの培地添加 ｄ．靜置４日間（３７℃、５％ＣＯ₂） 得られた不織布状多孔性繊維構造体を上記の細胞培養試
験を行ったところ、細胞の接着及び増殖を確認できた。

【００３４】

【実施例２】９０％蟻酸相対粘度３８のヘキサメチレン
アジパミドチップ（形状３．０ｍｍ×５．０ｍｍ）とポ
リアクリルニトリルチップ（形状３ｍｍ×２ｍｍ）を２
０倍量の水に２４時間浸した。次にこのヘキサメチレン
アジパミドチップ１００ｇとポリアクリルニトリルチッ
プ１００ｇ及び水を重量比１：１：２に混ぜた後に、実
施例１と同様の装置を用い高圧水蒸気処理温度２００℃
（１．５５ＭＰａ）、処理時間６０ｓｅｃの条件にて爆
砕し、不織布状多孔性繊維構造体を作成した。

【００３５】得られた不織布状多孔性繊維構造体をＮ₂
気流下２００℃で予備処理後、７００℃にて４時間焼成
し、活性炭素繊維を得た。これを吸着体としベンゼンを
用い、ベンゼン吸着量を測定した。その結果、表１に示
すようにベンゼン吸着量３５重量％の吸着力を示した。
これは、従来の活性炭（ベンゼン吸着量：３０重量％）
に比べ遜色のない値であり、活性炭の代わりに一般家庭
用吸着剤として用いることができる活性炭素繊維を得る
ことができた。

【００３６】

【実施例３】常法の重合方法にて９０％蟻酸相対粘度３
８のε−カプロアミドを重合した後、紡口より押し出
し、形状３．０ｍｍ×５．０ｍｍのチップをカットする
装置において発生する飛散ウェストチップを水洗し実施
例１と同様に水に浸した後、実施例１と同様の装置を用
い、チップ２００ｇと水を重量比１：１に混ぜ以下の条
件にて不織布状多孔性繊維構造体を作成した。

【００３７】爆砕時の条件は、高圧水蒸気処理温度１９
０℃（１．２６ＭＰａ）、処理時間３０ｓｅｃとした。
この不織布状多孔性繊維構造体をフィルターに加工し、
ろ過材として１０μｍの粒子の補集効率を測定したとこ
ろ表２の結果を得た。同様に、別のポリマーを用いた場
合の爆砕条件及びろ過補集効率を表３に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】

【表３】

【００４１】

【発明の効果】本発明の不織布状多孔性繊維構造体は、
多孔質構造を形成していることにより、吸水性、吸液
性、及び賦活による有機物吸着性等の機能をもってい
る。本発明の不織布状多孔性繊維構造体は、浄水器の吸
着剤、各種脱臭用品、食品・飲料の仕込水のろ過、各種
プロセス水のプレフィルタ、空気・その他気体中の微粒
子除去、土壌安定剤、育苗材、菌培養用の菌固定体、廃
棄物処理が容易な易生分解性体等に有用なものである。

【００４２】また、本発明の不織布状多孔性繊維構造体
の製造法は、紡糸工程、プラスチック成形工程などから
でるウエスト、または、消費寿命を越した廃棄物であっ
ても、水分存在化に熱溶融可能な高分子であれば、応用
が可能であり、資源の有効利用の面でも重要である。更
に、本発明では、加工媒体が水であり、安価、無毒とい
う特徴を有しており、環境保全の見地からも有用なもの
であり、重要な技術である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明において用いられる蒸気爆砕装置の一例
の概略を示す工程図。

【符号の説明】

１．蒸気発生器 ２．スチームヘッダー ３．温浸器（デイジェスター） ４．サイクロン型レシーバー ５．サイレンサー付きコンデンサー ６．ボールバルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) D04H 1/00 - 18/00 D01D 1/00 - 13/02 D01F 1/00 - 13/04

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 親水性で熱溶融可能な高分子からなる繊
   維構造体であって、上記熱溶融可能な高分子が密閉容器
   中で実態融点より高い温度に対応する高圧水蒸気で一定
   時間以上処理され、次いで孔を通して急激に常圧下に排
   出されたものであることを特徴とする不織布状多孔性繊
   維構造体。
2. 【請求項２】 親水性で熱溶融可能な高分子を、密閉容
   器中で、上記高分子のうちで最大の実態融点を示す高分
   子の融点より高い温度に対応する高圧水蒸気で一定時間
   以上処理し、次いで孔を通して急激に常圧下に排出する
   ことを特徴とする不織布状多孔性繊維構造体の製造法。