JP4016320B2 - ポリエステル系長繊維不織布およびそれを用いた分離膜 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱接着性がある芯鞘型複合繊維よりなる長繊維不織布に関するものであり、さらに詳しくは、異物量が少なく接着性の高い長繊維不織布およびそれを支持体とした分離膜に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等に代表されるポリエステル系長繊維不織布は、機械的特性及び化学的特性に優れており、それぞれのポリエステルの特性に応じて、例えば土木・建築資材用や産業資材用に使用されている。
特に、代表的なポリエステルであるポリエチレンテレフタレートは、耐熱性、優れた強伸度特性、比較的安価な原料価格などの優位性から工業的に広く利用されている。
また、ポリエチレンテレフタレートと低密度ポリエチレンの２成分よりなる複合繊維を用いた長繊維不織布が特公平８−１４０６９号公報に開示されるごとく熱接着性不織布として用いられている。しかしながら、低密度ポリエチレンは熱安定性に劣るため酸化防止剤など加工安定剤や製品安定剤などを含有しており、オリゴマーなど低分子量物や酸化防止剤などの安定剤が、フィルターやその支持体などの用途に用いた場合に濾過ガスや濾過液体に混入する可能性があるという問題点を有している。このような経緯から不純物が少なく、熱融着性やヒートシールが良い不織布が望まれている。
【０００３】
また、熱接着性不織布は、極細繊維不織布や多孔膜よりなるフィルター素材又は、透湿防水膜などの分離機能を有する膜材などと貼り合わせて分離膜の支持体として用いられることも多い。膜材は、ポリプロピレンやポリテトラフルオロエチレンなどで構成される場合も多いが、これらの構成樹脂は非常に薄く剛性が低いために単独で用いることが困難であるため、不織布などを補強材として積層されて用いられることが多い。しかしながら、ポリプロピレンやポリテトラフルオロエチレンは、通常の樹脂との接着性が悪く、形態安定性を改善するための支持体などと貼り合わせる場合には問題となることも少なくなかった。ポリエチレンテレフタレートと低密度ポリエチレンの２成分よりなる複合繊維を用いた長繊維不織布も前述の通り溶出物の発生の問題があり、特に、半導体関連用途などに用いられるフィルターとしてはあまり好ましくなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる問題点を鑑みてなされたものであり、極細繊維不織布や多孔膜よりなるフィルター素材や透湿防水膜などの分離機能を有する膜材などと貼り合わせて分離膜の支持体として用いることができ、その接着性が高く、かつ異物の含有量が少ない熱接着性長繊維不織布であり、また、それを支持体とした分離膜を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる問題点を解決するために本発明は以下の手段をとる。
本発明は、鞘成分が融点１１０〜２２０℃の低融点ポリエステルであり、芯成分が融点１８０〜３００℃のポリエステルである繊維径が７〜５０μｍの芯鞘型複合繊維よりなり、目付が１５〜２７０ｇ／ｍ²、伸び率が３０％以上であることを特徴とする長繊維不織布である。
【０００６】
また、鞘成分が脂肪族ポリエステル又はブロック共重合ポリエステルであることを特徴とする第１に記載の長繊維不織布である。
【０００７】
そして、芯成分が、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸又はそれらのいずれかを一部に含む共重合体であることを特徴とする第１又は第２に記載の長繊維不織布である。
【０００８】
さらには、第１〜３のいずれかに記載の長繊維不織布と多孔膜とが長繊維不織布の鞘成分の熱溶融によって接着されていることを特徴とする分離膜である。
【０００９】
また、第１〜３のいずれかに記載の長繊維不織布が、該長繊維不織布の表面積の１５％以上が鞘成分の熱溶融によって接着された分離膜である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明について詳細に説明する。
本発明で用いられる複合長繊維不織布は、鞘成分が融点１１０〜２２０℃の低融点ポリエステルであり、芯成分が融点１８０〜３００℃のポリエステルである芯鞘型複合繊維であることが必要である。この構成により、本発明の目的である異物量が少なく、接着性の高い長繊維不織布およびそれを支持体とした分離膜を提供することが可能となる。
【００１１】
不織布の形態は、長繊維不織布であればプロセス油剤を付与する必要がないため異物を無くすることが可能である。また、長繊維不織布はリントフリー性にもすぐれるため繊維の脱落が無いのでフィルターなどの用途に特に好適である。
【００１２】
鞘成分に用いるポリマーは、融点が１１０〜２２０℃の低融点ポリエステルであることが必要である。融点が１１０℃未満であると、室温に於いても接着力が低下したり、粘着性が出てブロッキングなどの問題が出るおそれがある。一方、融点が２２０℃より高くなると、接着加工温度が高くなり過ぎて、接着対象物の表面温度が低いとすぐに固化が始まり接着性が低下したり、操業性が悪くなる可能性がある。
【００１３】
ポリエステル系樹脂は、一般に異物の発生が少ないためフィルター関連用途への市場に特に好適である。好適な樹脂としては、脂肪族ポリエステル又はブロック共重合ポリエステルおよびそれらを基本骨格の一部とする共重合ポリマーなどが挙げられる。
【００１４】
また、芯成分のポリマーは、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸又はそれらのいずれかを一部に含む共重合体であることが必要である。これらのポリエステル系樹脂は、融点が１８０〜３００℃であれば、高温時の寸法安定性や機械的強度特性に優れるため特に好ましい。
【００１５】
最近、自然成分由来やバイオテクノロジーで原料を得ることが可能となってきており、環境保全の観点からも特に好ましい。特に、分離膜支持体として形態安定性改善のために用いるときには、ポリエステル繊維のもつ高い剛性が有効になる。芯成分のポリマーは、鞘成分のポリマーの融点又は軟化点より少なくとも２０℃以上高い温度であることが、接着加工の操業性を考えると好ましい。融点の差が小さいと、加工温度のコントロールを厳密にする必要があるため高度な温度制御設備が必要になったり、加工速度が低速にせざるをえなくなることがある。
【００１６】
複合繊維の芯成分と鞘成分の重量比は２０：８０〜７０：３０程度であることが好ましく、さらに好ましくは３０：７０〜６０：４０であり、特に好ましくは４０：６０〜５５：４５である。接着成分である鞘成分が３０％より少ないと十分な接着力を得ることが難しくなる。一方、７０％を超えると、接着加工時の温度コントロールが難しくなったり、機械的強度特性が低くなりやすいなど問題を生じやすくなる。
【００１７】
また、本発明における長繊維不織布の繊維径は、７〜５０μｍであることが必要である。繊維径が７μｍより小さいと接着部面積が小さくなり、接着力が低下しやすくなる傾向がある。一方、繊維径が５０μｍより大きくなると、紡糸時に繊維が融着しやすいために、繊維が束状になって不織布の地合斑が大きくなり好ましくない。また、スパンボンド法紡糸過程で糸切れを生じたり、繊維牽引のエジェクターに繊維が付着したり詰まったりするなどの問題点を生じやすく操業性に問題を生じることがある。
【００１８】
さらに、長繊維不織布の目付が１５〜２７０ｇ／ｍ²であることが好ましい。また、目付が２７０ｇ／ｍ²より大きいと熱エンボス加工を行うときに、エンボスロールでの伝熱性の問題から接着強度が低くなる問題が生じやすくなる傾向がある。本発明の不織布を、分離膜支持体として利用した場合には、目付が１５〜７０ｇ／ｍ²であることが好ましい。目付が１５ｇ／ｍ²より小さいと先述の理由から適切な接着力を得ることが困難となったり、形態保持性が低下する傾向がある。一方、目付が７０ｇ／ｍ²より大きくても接着力が高くなることはあまり期待できず、分離膜の支持体として用いる際に、厚みや重量が大きくなって取り扱い性が低下したり、圧力損失が大きくなるという問題を生じやすくなる。また、厚みが厚いとプリーツ型フィルターに用いる場合に織り込み襞折り数が少なくなり結果として有効濾過面積が少なくなる傾向がある。
【００１９】
本発明の不織布は、縦横の少なくともどちらか一方の伸び率が３０％以上であることを必要であり、好ましくは４０％以上、特に好ましくは５０％以上である。通常のポリエステル長繊維不織布を熱エンボス処理した場合には伸び率が２０〜２５％程度である場合が多かった。しかしながら、本発明の芯鞘型複合繊維よりなる不織布は、伸び率が３０％以上となり、紡糸条件を適切に調整することで、伸び率を５０％以上にすることも可能であることが判明した。通常の不織布は、引張強さが高くなると伸び率が小さくなる傾向があるので、本発明の不織布は、強伸度特性が非常に優れた不織布である。
【００２０】
本発明の長繊維不織布を多孔膜と重ねて、主に熱により不織布の鞘成分のみを溶融させて接着して分離膜として用いることも好ましい形態のひとつである。このとき、熱により不織布表面積の１５％以上の部分が鞘成分のみを溶融させて変形接着していることが好ましい。接着部分の面積が１５％未満であると接着力が弱く剥離しやすくなる傾向がある。また、圧力をかけすぎてフィルム化すると、フィルターとして用いた場合の濾過対象流体による透過抵抗が上昇する傾向がある。本発明の不織布と多孔膜の接着性を良くするためには、不織布が熱エンボス処理不織布である場合には、非エンボス面（プレーンロールと接触した面）が多孔膜に接していることが特に好ましい。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって説明するが、本発明は何らこれらに限定されるものではない。
なお、測定方法は、以下の方法を採用した。
（引張試験）
幅５ｃｍ長さ２０ｃｍの矩形の不織布サンプルを切り出し、つかみ間隔１０ｃｍ、１００％／分の伸長速度で引っ張り試験をおこない、引張強さと伸び率を測定した。
（熱接着試験）
１０ｃｍ×３ｃｍの矩形に切り出したサンプルを２枚積層して、片側より３ｃｍの所を表面がポリテトラフルオロエチレンでコーティングされた幅３ｍｍの加熱ヒーターで約１．２ｋｇ／ｃｍ²の圧力で１秒間圧着して後、剥離強力を測定した。接着温度は、鞘成分ポリマーの融点より５〜４５℃高い温度で約１０℃ピッチで行い、接着強度の最も高い値を採用した。
【００２２】
（実施例１）
イソフタル酸成分を導入した共重合ポリエステル（融点約１３０℃）を鞘成分とし、芯成分が融点が約２７０℃のポリエチレンテレフタレートである繊維径が１５μｍの芯鞘型複合繊維よりなるスパンボンド不織布を作成した。芯鞘比は重量ベースで５０：５０であった。目付が４０ｇ／ｍ²の不織布の引っ張り強度と熱接着試験を実施した。引張強さは、縦横それぞれ１４ｋｇ／５ｃｍ、１１ｋｇ／５ｃｍであり、伸び率は縦横それぞれ６５％、５８％であった。また、剥離強度は３．４ｋｇであった。濾過精度が０．１μｍのポリテトラフルオロエチレンの多孔膜フィルターと積層したところ良好な接着状態であった。
【００２３】
（実施例２）
ハードセグメントとソフトセグメントよりなるブロック共重合ポリエステル（東洋紡績株式会社製ペルプレンＰ４０Ｂ、融点約１８０℃）を鞘成分とし、芯成分が融点が約２３０℃のポリプロピレンテレフタレートである繊維径が２２μｍの芯鞘型複合繊維よりなるスパンボンド不織布を作成した。得られた不織布にハードセグメントとソフトセグメントよりなるブロック共重合ポリエステル（東洋紡績株式会社製ペルプレン、ＧＰ５５０、融点約１７５℃）の２０μｍ厚さの膜を押出ラミネート法により積層した。このポリエステルのよりなる膜は無孔であるため耐水性が高異にもかかわらず、水蒸気成分を透過させることが可能である。鞘成分と類似の構造であるため接着力は極めて高く良好であった。得られた膜複合体は、透湿度７６００ｇ／ｍ²・２４Ｈrの高い透湿性を示し、エアコンなどの調湿膜や、ハウスラップ材、使い捨て手袋などの部材として有効に用いることが可能であった。
【００２４】
（比較例１）
鞘成分がＭＦＲが１５ｇ／１０分のチグラーナッタ触媒により合成されたポリプロピレン（融点約１７０℃）で、芯成分が融点が約２３０℃のポリプロピレンテレフタレートである繊維径が１５μｍの芯鞘型複合繊維よりなるスパンボンド不織布を作成した。目付が４０ｇ／ｍ²の不織布の引っ張り強度と熱接着試験を実施した。引張強さは、縦横それぞれ８ｋｇ／５ｃｍ、７ｋｇ／５ｃｍであり、伸び率は縦横それぞれ２５％、２７％であった。また、剥離強度は０．７ｋｇであった。ポリプロピレン樹脂と、ポリプロピレンテレフタレート樹脂の界面で剥離が生じており、接着性が良くなかったと推定される。濾過精度が０．１μｍのポリテトラフルオロエチレンの多孔膜フィルターと積層したところ、手で簡単に剥がれて問題であった。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、異物量が少なく接着性の良い長繊維不織布およびそれを支持体とした形態安定性の良い分離膜を提供することを可能とした。

Claims (4)

1. 鞘成分が融点１１０〜２２０℃の低融点ポリエステルであり、芯成分が融点１８０〜３００℃のポリエステルである繊維径が７〜５０μｍの芯鞘型複合繊維よりなり、目付が１５〜７０ｇ／ｍ^２、伸び率が３０％以上である熱エンボス処理長繊維不織布と多孔膜とが該長繊維不織布の鞘成分の熱溶融によって、該長繊維不織布の非エンボス面が多孔膜に接着されていることを特徴とするフィルター用分離膜。
2. 長繊維不織布が、鞘成分が脂肪族ポリエステル又はブロック共重合ポリエステルである芯鞘型複合繊維からなることを特徴とする請求項１に記載の分離膜。
3. 長繊維不織布が、芯成分がポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸又はそれらのいずれかを一部に含む共重合体である芯鞘型複合繊維からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分離膜。
4. 長繊維不織布の表面積の１５％以上が鞘成分の熱溶融によって接着されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の分離膜。