JP3650505B2

JP3650505B2 - メルトブロー不織布

Info

Publication number: JP3650505B2
Application number: JP04379297A
Authority: JP
Inventors: 一博森島; 吉田　　誠; 亨景松井
Original assignee: Teijin Techno Products Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1997-02-27
Filing date: 1997-02-27
Publication date: 2005-05-18
Anticipated expiration: 2017-02-27
Also published as: JPH10245772A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリカーボネート繊維からなり、且つ、エレクトレット化されたメルトブロー不織布に関するものである。更に詳しくは、本発明は、均繊性に優れたポリカーボネート長繊維からなり、耐熱性に優れ、低圧損で、且つ補集効率の優れたエアフィルター用途に好適に使用し得るメルトブロー不織布に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、０．１〜数μｍ程度の単繊維径を有する繊維からなるメルトブロー不織布は、紡糸直結型でシートとして容易に得ることができ、優れた通気性を有すること、ポアサイズが小さいこと、目付が均一であることなど、フィルターに適した性質を多く有するため、マスク、空調機などのエアフィルター用途に多く用いられてきた。
【０００３】
該メルトブロー法による不織布に使用される原料としては、ポリオレフィン、ポリエステル系ポリマー、ポリアミド系ポリマー、エラストマーなど種々の熱可塑性ポリマーが検討されてきているが、現状では、ポリプロピレンによるものが市場のほとんどを占めている。これは、ポリプロピレンが安価で、繊維の極細化に適した低粘度グレードのものを得やすいということが大きな理由の一つである。
【０００４】
すなわち、該メルトブロー法においては、繊維を細化するために、溶融ポリマーの吐出孔に隣接して、牽引用流体の噴出するスリット、若しくは流体孔が穿設されており、該溶融ポリマーは牽引用流体によって吹き飛ばされる形で細化されるため溶融ポリマーの粘度は低い方が有利である。
【０００５】
しかし、低粘度のポリマーからなる繊維は、極細化され易いがその反面容易に切断されることが多く風綿の発生や、フィルターとして用いた場合には、繊維が脱落して素材発塵の原因となる等の問題点があり、さらに単繊維径の斑が非常に大きいという問題もある。
【０００６】
実際、ポリプロピレンからなるメルトブロー不織布は、極細繊維を含んではいるが非常に単繊維径の斑の大きいものもあり、精密なフィルター性能を有しているとはいえない。
【０００７】
また、ポリオレフィンからなるメルトブロー不織布は、ほとんどの場合、不織布を構成する単繊維が互いに融着しており、布帛の嵩高性に欠けるため補集効率に対する通気圧損が比較的高いという欠点を有し、さらに単繊維の該融着が構成繊維の繊径斑および不織布の表面の斑の原因となっている。
【０００８】
一方、フィルター補集性能を更に向上させるため、不織布または繊維にエレクトレット化加工を施して半永久的な分極電荷を保持させ、物理的な塵埃の補集のみならず静電気的に吸着させる試みもなされてきた。
【０００９】
メルトブロー不織布におけるエレクトレット化加工は、例えば、特公平７−４２６４３号公報に記載されているように、主にシート状に堆積したメルトブロー不織布に対して、補集面をアース電極として用い非接触型印加電極を用いて高電圧印加処理を施すことによって連続的にエレクトレット化加工をする方法が加工の容易さから好適に用いられている。
【００１０】
該高電圧印加処理(コロナ放電)によって、繊維中に電荷が注入され、布帛に静電的特性を付与できるようになるが、電荷注入後にガラス転移点以上の温度になると電荷が中和しやすくなり布帛のエレクトレット性能の低下が起こる。
【００１１】
すなわち、空調機などではフィルター周りの温度がポリプロピレンのガラス転移点以上になる場合も多く、このようなフィルターにおいては、フィルターの補集効率の低下が問題となる。
【００１２】
このような問題を解決するために、特開平５−２７９９４７号公報には、ポリカーボネート繊維を用いた、繊維同士が実質的に相互に融着していない低通気圧力損失の極細繊維不織布が開示されている。
【００１３】
ポリカーボネートはガラス転移点が１００℃以上と高いため、ガラス転移点以下の温度においてはポリプロピレンに比べて良好なフィルター補集効率を示すものの、圧力損失を減少させると塵埃補集効率は逆に低くなるという不可避的な問題があり、この問題解決のため上記公報の実施例においては、コロナ放電によって該不織布にエレクトレット化処理を施すことが記載されている。
【００１４】
しかしながら、上記エレクトレット化加工を施した不織布においても、長時間高温下に晒されると電荷の中和が起こり、良好なフィルター補集効率を長く維持するには到っていない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来技術の有する問題点を解消し、低通気圧力損失の不織布であって、通常の空調機などで晒される温度範囲において耐熱性があり、長時間を経ても優れた塵埃補集効率を維持することが可能なエアフィルター用途に好適なエレクトレット化されたメルトブロー不織布を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、ポリカーボネートポリマーからなり、エレクトレット化したメルトブロー不織布を得るに際して、特定のポリマーをブレンドしたポリカーボネートを使用することによって前記の課題が解決されることを見出した。
【００１７】
すなわち、本発明は、平均単繊維径が１〜２０μｍのポリカーボネート繊維を主たる構成成分とする、エレクトレット化されてなるメルトブロー不織布において、該ポリカーボネート繊維が、ポリブチレンテレフタレートをポリカーボネートの重量を基準として１〜２０重量％含有するポリカーボネートからなることを特徴とするメルトブロー不織布である。
【００１８】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のメルトブロー不織布はポリカーボネート繊維から構成され、該ポリカーボネート繊維の単繊維の平均直径は、１〜２０μｍ、より好ましくは、２〜１０μｍの範囲にあることが必要であり、これによりフィルターとして用いた場合の通気圧損を低く保つことができる。
【００１９】
該平均単繊維径が、1μｍ未満の場合には通気圧損が大となり、また、２０μｍを超えるとフィルター補集効率が下がる上、地合いが悪くなり、高電圧印加処理を安定して施すことが困難になる。
【００２０】
該メルトブロー不織布に使用する繊維は、ポリカーボネートを主体とする繊維からなり、該ポリカーボネートは公知のように二価アルコールとホスゲンの縮合反応、特に、ビスフェノールＡとホスゲンの縮合反応により得られ、固有粘度が０．６０以下、より好ましくは、０．４０以下であるものが好適に用いられる。
メルトブロー法によって形成される極細繊維は、牽引流体によって細化される際、流体の断熱膨張によって同時に急冷されるため、結晶化速度の遅い結晶性ポリマーの場合、布帛形成後に加熱下で結晶化が起って大きく収縮するため寸法安定性が良くない。
【００２１】
この点において、ポリカーボネートは、ガラス転移点（Ｔｇ）が１５０℃程度であり、繊維形成後の隣接吐出孔間同士での繊維軸方向に沿った融着も起こりにくく、また非晶性でもあるためにガラス転移点以下の温度における不織布の収縮も少ないものである。
【００２２】
さらに、本発明に使用する前記ポリカーボネートには、ポリブチレンテレフタレートが、ポリカーボネートの重量を基準として１〜２０重量％含有されていることが肝要である。該ポリブチレンテレフタレートの含有量が１％未満であるとエレクトレット性能の向上が認められず、一方、２０ｗｔ％を超えるとメルトブロー時の繊維形成性が悪化し、単繊維径の斑やショットなどの原因となり好ましくない。
【００２３】
また、メルトブロー繊維形成の際、ポリカーボネートとの粘度差が大きくなるとポリマー玉の発生や、単繊維径の不均一化の原因となるため、該ポリブチレンテレフタレートの固有粘度は、０．５０以上１．２以下、好ましくは０．６０〜０．８０の間にあるものが好ましい。
【００２４】
なお、前記ポリカーボネートにポリブチレンテレフタレートを添加し含有させるには、メルトブロー法で繊維化する際、チップブレンドする方法を採用すると、工程が簡略で、幅反応も起こりにくいので好ましい。
【００２５】
次に、本発明の不織布はメルトブロー法により製造されるが、従来から公知の方法で製造することができる。すなわち、該メルトブロー法は、溶融ポリマーを幅方向に多数並んだ紡糸孔を有する口金から吐出すると同時に、該口金に隣接して設けられた一対のいわゆるリップ部と口金間に形成されるスリットから高温・高速の気体流を噴射し該吐出ポリマーを細化することによって形成される繊維をシート上に補集して得る方法であり、熱可塑性ポリマーの極細繊維不織布を好適に得ることができる。
【００２６】
この際、上記のメルトブロー条件を適宜変更することによって、平均単繊維径を１〜２０μｍの範囲内で容易に制御することができる。
【００２７】
該ポリマーの好ましい溶融粘度としては、１００ポイズ以上３０００ポイズ以下であり、より好ましくは５００ポイズ以上１５００ポイズ以下のものが用いられる。該溶融粘度は低すぎると糸切れが発生し易く、ポリマー玉も発生し易くなり、また、平均単繊維径の均一性も悪くなる。一方、該溶融粘度が高すぎると平均単繊維径を前記の範囲のように細くすることが困難となる。
【００２８】
また、ポリマーの紡糸温度は、（ポリマーの融点＋１０℃）〜（ポリマーの融点＋１００℃）が好ましく使用され、ポリマーが熱分解しない範囲、および工程調子が安定な範囲でできるだけ高い温度を使用して粘度を下げることが好ましい。
【００２９】
該紡糸温度が低すぎると溶融粘度が高くなり、逆に高すぎると熱分解しやすくなるため長時間の操業安定性が低下するので好ましくない。また、単孔当たりの吐出量は、目的とする単繊維径や紡糸孔の孔径によって決定されるが、吐出線速度が１〜１０ｍ／分が好ましく、さらに好ましくは、１．２〜５ｍ／分の範囲にあることである。
【００３０】
また、吐出されたポリマーを牽引細化する高温・高圧気体は、空気または水蒸気を用いるものが好適である。該牽引気体の温度は、ポリマーの紡糸温度とあまり乖離していると吐出ポリマーの温度に影響を及ぼすため、（ポリマーの紡糸温度−１０℃）以上で、且つ（ポリマーの融点＋１００℃）以下、より好ましくは（ポリマーの紡糸温度＋１０）〜（ポリマーの紡糸温度＋５０℃）の範囲である。
【００３１】
また、気体流量は、目的とする単繊維径や吐出量、接着状態によって適宜選定すれば良く、気体流の噴出スリット幅にもよるが、好ましい流量は口金幅１ｃｍ当たり０．０１〜０．２Ｎｍ³／分である。該気体流量は、０．０１Ｎｍ³／分より小さいと細化が十分進まないおそれがあり、得られる不織布の斑も大きくなる傾向があり、一方、０．２Ｎｍ³／分を超えるとスリットの幅および吐出量によっては繊維切れが過大に起こり好ましくない。
【００３２】
このようにして吐出され、高温・高圧気体により牽引細化された繊維群は、サクションを有するネットなどの補集面上に堆積させることにより不織布として得られる。
【００３３】
該口金下面と補集面との距離は、繊維が固化する時間により調節することができ、好ましい距離は１０〜８０ｃｍである。これにより繊維同士が必要以上に接着せず、不織布の風合いが粗硬にならないようにすることができる。該補集面との距離があまり大となると、噴出気体流や随伴流により繊維流が乱され、繊維同士が束状に絡まって不織布班の原因となる。
【００３４】
このようにして得られたメルトブロー不織布は、公知の方法によりエレクトレット化加工を施す。特に、補集ネット上にシート状に堆積された不織布にエレクトレット化加工を施すには、非接触型電極により高電圧を印加してコロナ放電によるエレクトレット化を行なうものが、連続的にエレクトレット化加工を実施出来るので最も好ましい。
【００３５】
このようにポリカーボネートの極細繊維からなるメルトブロー不織布にエレクトレット化加工を施したものは、エアフィルターとして従来のポリオレフィン製のものより耐熱性があり、低圧損でかつ補集効率の優れたフィルター性能を達成することができる。
【００３６】
また、本発明の不織布は単一で使用するよりは、他の通気抵抗の低い素材、例えば、スパンボンド不織布やカードウェブと貼り合わせて用いるものが布帛の形態保持性の面から好ましい。該貼合せ加工には、超音波加工によりピンエンボス接着させるものが、エレクトレット化性能や嵩高性を損なわず、良好な積層状態が得られるので好ましい。
【００３７】
なお、本発明のポリカーボネート不織布にはメルトブロー繊維形成性やエレクトレット化性能の低下を生じない範囲で、顔料、難燃剤、および所望に応じて充填剤、酸化防止剤、滑剤などの各種添加剤が含まれていてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
本発明のメルトブロー不織布は、ガラス転移点の高いポリカーボネートを用いることにより、従来のポリプロピレンからなる不織布にみられたようなエレクトレット化性能の熱劣化を減少させ、かつ、ポリブチレンテレフタレートを添加ブレンドすることにより、ポリカーボネートの単独ポリマーから成るものに比べて、乾熱下での性能維持、特に、乾熱下に長時間晒した後の性能維持に大きく貢献できるものである。
【００３９】
したがって、これらの特長を活かしたビル空調用フィルター、自動車用キャビンフィルター、ＯＡ機器およびコンプレッサーを使用する機器などの温度が室温以上になると予想される部位に好適に使用できる。
【００４０】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれにより何等限定されるものではない。なお、実施例中の［部］は重量部を示し、また各物性値は以下の方法を用いて測定を行った。
【００４１】
（１）平均単繊維径
不織布の断面について、倍率500倍の電子顕微鏡写真を撮り、該断面写真から１００本の単繊維径を求め、これを平均することにより算出した。
【００４２】
（２）フィルター補集効率
０．３μの大気塵を用いて、通気速度１．２ｍ/分にてフィルターを通過させ、不織布の上流、下流側の粒子数を光散乱方式パーティクルカウンター(リオン製、ＫＣ−１４)を使用して測定し、上流側の粒子数に対する補集効率として次式で算出した。
【００４３】
【数１】

【００４４】
なお、室温(２０℃、５５％ＲＨ）および８０℃乾燥機中で１０００ｈｒ放置後にも同様の方法でそれぞれ補集効率を測定・算出した。
【００４５】
（３）初期圧力損失
前記フィルター補集効率を測定する際、フィルターの上流、下流の圧力差をマノメーターで測定して求めた。
【００４６】
［実施例１］
ビスフェノールＡとホスゲンを縮合重合して得た、固有粘度が０．３６のポリカーボネート（Ｔｇ：１４２℃）に、固有粘度０．７０のポリブチレンテレフタレートをポリカーボネートの重量を基準として１０ｗｔ％チップブレンドし、メルトブロー法により２８０℃で溶融させてから、丸断面の吐出孔が口金幅方向に単列で設置された口金を用いてメルトブロー不織布を作成した。
【００４７】
その際、ポリマー温度２９０℃、線速度２．０ｍ/分で吐出してから引き続き３２０℃に加熱された圧空により延伸細化後、補集ネット上に目付５０ｇ／ｍ²の不織布として補集した。得られたメルトブロー不織布の平均単繊維径は５μｍであった。
【００４８】
得られたメルトブロー不織布と、ポリエチレンテレフタレート製スパンボンド不織布（目付４０ｇ／ｍ²）とを積層してポリカーボネート層が上層となる二層構造とし、該ポリカーボネート層に針状電極を用いて電界強度＋８ｋｖ／ｃｍにて直流高電圧印加を行い、コロナ放電により室温でエレクトレット化した。さらに、該エレクトレット化したメルトブロー不織布の表面に前記スパンボンドを積層して三層構造とし、これについてフィルター性能を測定した結果を表１に示す。
【００４９】
［実施例２］
ポリブチレンテレフタレートのブレンド量を４ｗｔ％とした以外は実施例１と同様の条件でメルトブロー不織布を得た。実施例１と同様に積層し、エレクトレット化加工を施して積層されたメルトブロー不織布とし、これのフィルター性能を測定した結果を表１に示す。
【００５０】
［比較例１]
メルトフローレート３００（ＡＳＴＭＤ１２３８）のポリプロピレンを実施例1の口金を用いて平均単繊維径３μｍのメルトブロー不織布とし、実施例１と同様にエレクトレット化処理し、三層構造の積層不織布を得た。
【００５１】
得られたエレクトレット化不織布のフィルター性能を表１に併せて示す。
【００５２】
［比較例２〜４］
ポリブチレンテレフタレートのブレンド量をそれぞれ２１ｗｔ％、３０ｗｔ％、０ｗｔ％とした以外は実施例１と同様の条件でエレクトレット化メルトブロー不織布を得た。実施例１と同様に積層して得られたエレクトレット化不織布のフィルター性能を表１に併せて示す。
【００５３】
【表１】

【００５４】
表１に示される様に実施例１、２のメルトブロー不織布では、初期補集効率のみならず、室温下および８０℃乾熱下で１０００ｈｒ経時後の補集効率においても優れている。
【００５５】
これに対して、比較例１では、圧力損失が大きく、８０℃乾熱下で１０００ｈｒ経時後の補集効率が低く、比較例２では、布帛にショットが混入し、高電圧印加処理時にスパークが発生し、初期補集効率、室温下および８０℃乾熱下で１０００ｈｒ経時後の補集効率が低くフィルター性能も実施例に比べて劣るものである。
【００５６】
また、比較例３では、メルトブロー時に単繊維の飛散が若干みられ、初期補集効率、室温下および８０℃乾熱下で１０００ｈｒ経時後の補集効率が低くフィルター性能も実施例に比べて劣るものであり、さらに、比較例４では、８０℃乾熱下で１０００ｈｒ経時後の補集効率が低く実施例１〜２に比べて劣るものであった。

Claims

平均単繊維径が１〜２０μｍのポリカーボネート繊維を主たる構成成分とする、エレクトレット化されてなるメルトブロー不織布において、該ポリカーボネート繊維が、ポリブチレンテレフタレートをポリカーボネートの重量を基準として１〜２０重量％含有するポリカーボネートからなることを特徴とするメルトブロー不織布。