JP5933149B2 - 不織布シートとそれを用いた抽出用フィルター及び抽出用バッグ - Google Patents
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Description
なお、本発明において「シール強度」とは、2枚の不織布シートを溶着によりシールして形成したシール部の破断強度である。
さらに、Cタイプの不織布シートは、その引張強度を大きくするために、スパンボンド不織布の表面にメルトブロー不織布を積層した後に部分熱圧着処理を施して、スパンボンド不織布の繊維同士を接着させる方法が考えられる。しかし、かかる方法では、既に積層されているメルトブロー不織布の軟化点がスパンボンド不織布の軟化点よりも低いために、メルトブロー不織布を過度に軟化させることなく、かつスパンボンド不織布を一体化させる程度に軟化させるように温度コントロールすることは難しく、部分熱圧着処理が不完全になり十分な引張強度が得られない場合が多い。
その結果、シール時の加熱により、メルトブロー不織布を形成する樹脂を速やかに軟化させ、十分な流動性を与えるためには、樹脂の結晶化度を低く抑えて軟化点を下げればよく、他方、スパンボンド不織布の繊維は、その結晶化度や結晶配向度等を特定の範囲内に調整することで耐熱性を高めることができ、例えば、樹脂の融点を超えるような高温の空気流を吹き付けても変形せず繊維形態を保ち得ることを見出し、さらに研究を重ねて本発明を完成するに至った。
しかし、この包装体は、スパンボンド不織布とメルトブロー不織布とを個別に作成した後にこれらを重ね合わせ貼り合せて製造した、上記のAタイプの不織布シートを用いるものであり、両不織布層の界面の接着強度が小さく、十分なシール強度を得ることが難しいものである。
しかし、このフィルター用不織布は、粉塵の捕集性能の向上を目的とするものであり、メルトブロー不織布とスパンボンド不織布の一体化は、一対の熱エンボスロール等による部分熱圧着処理が好ましいとしており、これも上記Aタイプに属するものである。また、メルトブロー不織布を形成する樹脂とスパンボンド不織布を形成する樹脂との融点差が小さいため、十分なシール強度を得ることが難しいものである。
しかし、この食品用フィルターは、上記のCタイプの不織布シートを用いたものであり、その製造方法は、長繊維同士が未接着で固定化されていないウェブ状の長繊維不織布に極細繊維を絡ませ、その後に部分熱圧着処理を施して長繊維同士を接着させるものである。そのため、極細繊維を過度に軟化させることなく、かつ長繊維同士を接着させる程度に軟化させるように温度コントロールすることが難しく、部分熱圧着処理が不完全になり十分な引張強度が得られず、結果として、大きなシール強度を得ることが難しいものである。
したがって、本発明の不織布シートは、シールの際に加熱によって流動化したメルトブロー不織布の樹脂が、スパンボンド不織布の繊維間隙に速やかに浸入するため、短時間でシールしても大きなシール強度を得ることができる。
本発明に係る第1の発明は、IV値が0.60〜1.00、結晶化度が30〜80%、結晶配向度が60〜95%及び複屈折率(Δn)が0.040〜0.100であるポリエステル系樹脂の繊維により形成され、熱圧着面積率が5〜30%の部分熱圧着部が設けられたスパンボンド不織布からなる第1層と、該第1層の表面に吹き付けられて固化した結晶化度が0〜14%のポリエステル系樹脂の繊維により形成されたメルトブロー不織布からなる第2層とを備える不織布シートである。
このようにポリエステル系樹脂の結晶化度を0〜14%の範囲内に調整するためには、例えば、原料樹脂としてIV値が0.30〜0.80程度の分子量が比較的に小さいものを選定することが望ましく、また、紡糸前に樹脂を高温で溶融させて、結晶部分がなるべく存在しない状態にしておくことが望ましい。さらに、溶融させた樹脂を紡糸ノズルから繊維状に押出して空気流を当てる際に、空気流の温度を約300〜400℃の高温に設定することで、樹脂の結晶化の進行を抑えることができる。
かかる第1層を形成するスパンボンド不織布は、IV値が0.60〜1.00、結晶化度が30〜80%、結晶配向度が60〜95%及び複屈折率(Δn)が0.040〜0.100の範囲であるポリエステル系樹脂の繊維により形成され、熱圧着面積率が5〜30%の範囲になるように部分熱圧着処理が施されている。
他方、IV値が1.00を超えると、加熱溶融させた樹脂の粘度が高くなるため、紡糸ノズルからの押出しと延伸が困難となり、均質なスパンボンド不織布を形成することが難しくなる。
なお、近年、抽出用フィルター等の成形機はきわめて高速化されており、例えば、シールをヒートシールにより行うタイプの成形機の製造能力は、毎分600〜800個程度にまで高められており、また、超音波加振によりシールを行うタイプの成形機の製造能力は、毎分200〜400個程度にまで高められている。したがって、抽出用フィルターの材料である不織布シートには、より短時間で大きなシール強度が得られる機械適性が必要とされている。
なお、本発明におけるヒートシールによるシール強度とは、2枚の不織布シートの第2層をそれぞれ対向させて所定箇所をヒートシールして面溶着させた場合に、その面溶着部を引き剥がすために必要な引張力である。また、超音波加振によるシール強度とは、2枚の不織布シートの第2層をそれぞれ対向させて所定箇所を超音波加振して線溶着させた場合に、その線溶着部を引き剥がすために必要な引張力である。
なお、本発明の不織布シートは、本発明の効果を損なわない範囲であれば、さらに他の不織布や織布等を積層して3層以上からなる不織布シートとすることができる。
本発明に係る第2の発明は、第1の発明の不織布シートにおいて、第1層のスパンボンド不織布の目付が8.0〜25.0g/m2及び繊維径が10〜40μmであると共に、第2層のメルトブロー不織布層の目付が2.0〜10.0g/m2であり、かつ、不織布シートの嵩密度が0.15〜0.40g/cm3である不織布シートである。
また、不織布シートの引張強度が大きく、また剛性が高いため、例えば、連続した長尺状の不織布シートを高速成形機にかけた際に、搬送中に左右に蛇行するような問題が生じ難い。
さらに、不織布シートを用いて製造した抽出用バッグを、包装機によって1個ずつ外装袋に個包装する場合に、抽出用バッグは、外装袋に押し込まれる際に押圧力を受けるが、抽出用バッグのシール強度が十分に大きいため、シール部が剥がれて破損するといった問題が生じ難いものである。
その際の面溶着は、ヒートシールバーによって不織布シートの溶着予定箇所を挟圧して加熱し、耐熱性に優れた第1層のスパンボンド不織布は軟化させることなく、軟化点が低い第2層のメルトブロー不織布だけを溶融させて接着材として機能させることにより面溶着することができる。
なお、他のシール方法としては、超音波加振による溶着や、抽出用シートの切断と溶着を同時に行う溶断シールなどを採用することができる。
また、抽出用フィルター1は、そのフィルター部2を構成する不織布シートが有する適度な剛性によって保形性に優れたものであり、図1に示すとおり上縁部4を大きく開口させた状態に整形して保持させることができる。
なお、抽出用フィルター1の形状は、図1に示す略逆台形状に限らず、略逆三角形状または円盤型など任意の形状にすることができ、また、その大きさや使用方法についても特に制限はない。
なお、他のシール方法としては、ヒートシールバーで挟圧することによる面溶着や、抽出用シートの切断と溶着を同時に行う溶断シールなどを採用することができる。
また、袋体6は、不織布シートの第1層の優れた形態保持性によって、沸水収縮率が低いため、抽出用バッグ5を沸騰水中に長時間浸漬しても、袋体6が変形するといった問題は生じない。
さらに、袋体6は、それを構成する不織布シートが有する適度な剛性によって保形性に優れたものであり、図2に示すように、各辺が直線上に延びた美しいテトラ形を保持し得るものである。
このように、抽出用バッグ5を外装袋等に封入する際には、抽出用バッグ5に対して包装機による押圧力がかかるが、袋体6は、その線溶着部7のシール強度が大きいため、線溶着部7が剥がれて破損するといった問題は殆ど生じないものである。
(1)目付(g/m2)
JIS L−1906に準拠し、試験対象の不織布から10cm四方の試験片を採取して質量を測定して算出した。
(2)厚み(mm)
JIS L−1906に準拠し、不織布の布面に荷重100g/cm2を付加した状態での厚みを測定した。
(3)嵩密度(g/cm3)
上記(1)及び(2)の方法で測定した目付と厚みから、以下の式により単位体積あたりの質量を求めた。
嵩密度(g/cm3)=目付(g/m2)/(厚み(mm)×1000)
試験対象の不織布から試験片を採取し、その試験片を示差走査熱量計にセットして、昇温速度を10℃/分として30℃から240℃まで昇温し、結晶化発熱量ΔHcと結晶融解熱量ΔHmを測定して、以下の式によって算出した。なお、式中の数値「140.1」は、ポリエステルの完全結晶の融解熱量(単位:J/g)である。
結晶化度χc(%)=(ΔHm−ΔHc)/140.1×100
(5)IV値
JIS K7390に準拠して測定した。
(6)結晶配向度(%)
結晶配向度X線回折装置を用い、試料の厚みを約0.5mmに調整して、30KV、80A、スキャンニング速度1度/分、チャート速度10mm/分、タイムコンスタント1秒、レシービングスリット0.3mmの条件で、回折角2θが7度から35度までの回折強度曲線を描き、2θ=16度及び22度に描かれる反射を各々(010)、(110)とし、さらに、(110)面を−180度から+180度方位角方向に回折強度曲線を描く±180度で得られる回折強度曲線の平均値をとり、水平線を引きベースラインとし、ピークの頂点からベースラインに垂線をおろし、その高さの中点を求める。中点を通る水平線を引き、これと回折強度曲線との2つの交点間の距離を測定し、この値を角度に換算した値を配向角Hとし、以下の式により求めた。
結晶配向度(%)=(180−H)×100/180
試験対象のスパンボンド不織布の部分熱圧着されていない部分から繊維を採取し、OLYMPUS社製BH−2偏光顕微鏡コンペンセーターを用い、通常の干渉縞によって、レターデーションと繊維径より求めた。
(8)繊維径(μm)
光学顕微鏡を用いて目視により試験対象の繊維について10箇所の直径を測定し、その平均値を求めた。なお、繊維の断面形状が丸形以外の場合は、断面形状を仮想的に同面積の丸形に変換した場合に得られる直径とした。
試験対象の不織布から試験片を採取し、その試験片を融点測定器(アズワン株式会社製,ATM−01)の昇温部に載せ、常温から徐々に昇温しつつ試験片を金属製のヘラで押圧し、目視観察により軟化が認められた時点の温度を軟化点とした。
(10)引張強度(N/15mm)
連続的に製造した長尺状の不織布シートの長手方向(製造の際の流れ方向)に沿って、長さ150mm、幅15mmの試験片を10枚作成し、各試験片をJTトーシ社製リトルセンスターによって100mm/分の速度で引張して強度を測定し、10枚の試験片の測定値の平均値をもって引張強度とした。
高速成形充填機(株式会社トパック製RFシリーズ:充填能力600袋/分)を30分間稼動させ、不良品の発生数を計測することで機械適性を評価した。具体的には、160mm幅の長尺状の不織布シート(試験対象)を用意し、緑茶用の茶葉(抹茶入り)を1袋あたり3gずつ充填し、80mm×100mmの寸法のピロー形の抽出用バッグを製造した。その際の不良品の発生率(以下、「不良率」とも言う。)が1%未満であり、かつ、他のトラブルの発生がなかった場合を「適」とし、その他の場合を「不適」と判定した。
(12)機械適性(ヒートシール機2)
高速成形充填機(株式会社トパック製RFシリーズ:充填能力800袋/分)を30分間稼動させ、不良品の発生数を計測することで機械適性を評価した。具体的には、160mm幅の長尺状の不織布シート(試験対象)を用意し、緑茶用の茶葉(抹茶を含む)を1袋あたり3gずつ充填し、80mm×100mmの寸法のピロー形の抽出用バッグを製造した。その際の不良率が1%未満であり、かつ、他のトラブルの発生がなかった場合を「適」とし、その他の場合を「不適」と判定した。
高速成形充填機(椿本興業株式会社製TWINKLE:充填能力200袋/分)を60分間稼動させ、不良品の発生数を計測することで機械適性を評価した。具体的には、120mm幅の長尺状の不織布シート(試験対象)を用意し、CTC製法による紅茶用の茶葉を1袋あたり2gずつ充填し、袋体が1辺50mmのテトラ形であって、袋体の表面に吊糸とタグが仮接着された抽出用バッグを製造した。その際の不良率が1%未満であり、かつ、他のトラブルの発生がなかった場合を「適」とし、その他の場合を「不適」と判定した。
(14)シール強度
上記(11)、(12)及び(13)の成形充填機により製造された抽出用バッグについて、ランダムに20個ずつ試験対象の抽出用バッグを採取し、シール部について破断強度を測定して、20個の測定値の平均値を算出した。上記(11)及び(12)の高速成形充填機により製造された80mm×100mmのピロー形の抽出用バッグについては、その短辺における両端の25mmずつを除去して30mm幅の試験片を作成し、そのシール部(面溶着部)の破断強度を測定した。また、上記(13)の成形充填機により製造された1辺50mmのテトラ形の抽出用バッグについては、切開した後、1本のシール部(線溶着部)の両端の10mmずつを除去して30mm幅の試験片を作成し、そのシール部の破断強度を測定した。
高速成形充填機(椿本興業株式会社製TWINKLE:充填能力200袋/分)を1時間稼働させ、不良品の発生数を計測することで充填適性を評価した。具体的には、上記(13)によってテトラ形の抽出用バッグを作成した後、その抽出用バッグを、180mm幅のPET/PET蒸着/PEフィルムを半折して90mmのピッチで製袋したフィルム袋に対して、1袋ずつ押し込んで充填密封して抽出用バッグの個包装品を製造した。その後、フィルム袋を開封し、フィルム袋への充填時に抽出用バッグのシール部が破損した不良品の発生状況を確認した。全ての抽出用バッグに破損が見られなかった場合を「問題なし」と判定した。
(16)抽出性
試験対象の不織布シートを用い、上記(13)の成形充填機によって、CTC製法による紅茶用の茶葉2gが封入された、袋体が1辺50mmのテトラ形の抽出用バッグを作成した。この抽出用バッグを95℃の湯中に3分間浸漬し、紅茶の抽出状態を目視観察により評価した。適度な濃さの紅茶が得られた場合を「良好」と判定し、濃さが薄く飲料として不十分な紅茶しか得られなかった場合を「薄い」と判定した。
スパンボンド法により、ポリエチレンテレフタレート樹脂を加熱溶融させて口径0.3mmの紡糸口金から紡出し、エジェクターで紡速5,000m/分にて延伸・開繊し、ベルトコンベア上に捕集してウェブとし、これに熱圧着面積率15%の部分熱圧着処理を施して第1層のスパンボンド不織布を作成した。得られたスパンボンド不織布は、目付12.0g/m2、繊維径13.6μmであり、その樹脂のIV値0.71、結晶化度71%、結晶配向度85%及び複屈折率(Δn)0.080であった。
次いで、かかるスパンボンド不織布の表面に、酸成分のテレフタル酸/イソフタル酸の重合比が86/14であるポリエステル樹脂を用い、空気流温度を370℃とし、紡口からスパンボンド不織布の表面までの距離(DCD)を30mmに調整して、目付6g/m2の第2層のメルトブロー不織布を積層形成して不織布シートを作成した。かかるメルトブロー不織布の樹脂の結晶化度は0.4%であった。
得られた本実施例の不織布シートについて行った上記各試験による評価結果は、下記の表1の「サンプル1」欄に示すとおりである。
実施例1と同条件で作成した第1層のスパンボンド不織布の表面に、ポリエチレンテレフタレート/ポリエチレンイソフタレート共重合物であって、酸成分のテレフタル酸/イソフタル酸の重合比を変化させ、結晶化度を3.0%、10.0%、14.0%、15.0%及び23.0%の5段階に調整した樹脂を、それぞれメルトブロー法によって、実施例1と同条件で積層形成して第2層のメルトブロー不織布を形成することにより、5種類の不織布シートのサンプルを作成した。
得られた本試験例の5種類の不織布シートについて行った上記各試験による評価結果は、下記の表1の「サンプル2」〜「サンプル6」欄に示すとおりである。
これに対して、樹脂の結晶化度が14.0%を超えているメルトブロー不織布を積層形成した不織布シート(サンプル5、6)は、シール強度が小さく、シール部が破損する等のトラブルが生じた。
なお、サンプル1〜6の不織布シートを用いて作成した抽出用バッグの抽出性は、いずれも良好であった。
第1層のスパンボンド不織布の原料であるポリエチレンテレフタレート樹脂のIV値と、紡糸時の牽引条件を変化させ、下記の表2に示すような6種類のスパンボンド不織布を作成し、それらの表面に、実施例1と同条件で第2層のメルトブロー不織布を積層形成し、6種類の不織布シートのサンプルを作成した。
得られた本試験例の6種類の不織布シートについて行った上記各試験による評価結果は、下記の表2の「サンプル7」〜「サンプル12」欄に示すとおりである。
これに対して、IV値が0.60〜1.00、結晶化度が30〜80%、結晶配向度が60〜95%又は複屈折率(Δn)が0.040〜0.100のいずれかの条件を満たさないスパンボンド不織布を用いた場合には、その表面にメルトブロー不織布層を積層形成する工程において、スパンボンド不織布が変形してしまうことが分かる(サンプル11及び12)。
第1層のスパンボンド不織布について、ポリエチレンテレフタレート樹脂のIV値0.71、結晶化度71%、結晶配向度85%及び複屈折率(Δn)0.080として、繊維径を13.6μmとし、目付を下記の表3に示すように、7〜27g/m2の間で4段階に変化させた4種類のスパンボンド不織布を作成した。次いで、かかる4種類のスパンボンド不織布の表面に、実施例1と同条件で第2層のメルトブロー不織布を積層形成して4種類の不織布シートの「サンプル13」〜「サンプル16」を作成した。
また、IV値0.71のポリエチレンテレフタレート樹脂を用い、牽引速度を変化させることで繊維径を表3に示すように、9〜42μmの間で5段階に変化させた5種類のスパンボンド不織布を作成した。次いで、かかる5種類のスパンボンド不織布の表面に、実施例1と同条件で第2層のメルトブロー不織布を積層形成して5種類の不織布シートの「サンプル17」〜「サンプル21」を作成した。
得られた本試験例の9種類の不織布シートについて行った上記各試験による評価結果は、下記の表3の「サンプル13」〜「サンプル21」欄に示すとおりである。
他方、スパンボンド不織布の目付が8.0〜25.0g/m2の範囲外である場合、あるいは繊維径が10〜40μmの範囲外である場合には、不織布シートの各高速成形充填機に対する機械適性が不十分であるか、あるいは抽出用バッグの抽出性が不十分であること分かる(サンプル13、16、17及び21)。
上記の実施例1と同条件で作成した第1層のスパンボンド不織布の表面に、実施例1と同じ樹脂を用いて同条件で紡糸して、目付を下記表4に示すように1.8〜11.0g/m2の間で4段階に変化させた第2層のメルトブロー不織布を積層形成して4種類の不織布シートのサンプルを作成した。
得られた本試験例の4種類の不織布シートについて行った上記各試験による評価結果は、下記の表4の「サンプル22」〜「サンプル25」欄に示すとおりである。
上記の実施例1と同条件で作成した第1層のスパンボンド不織布の表面に、第2層のメルトブロー不織布を積層形成する際に、実施例1と同じ樹脂を用い、紡口からスパンボンド不織布表面までの距離を変化させるか、又はメルトブロー不織布の積層形成後にカレンダー加工を行うことで、不織布シートの嵩密度を表5のように変化させて、4種類の不織布シートのサンプルを作成した。
得られた本試験例の4種類の不織布シートについて行った上記各試験による評価結果は、下記の表4の「サンプル26」〜「サンプル29」欄に示すとおりである。
2 フィルター部
3 面溶着部
4 上縁部
5 抽出用バッグ
6 袋体
7 線溶着部
8 吊糸
9 タグ
Claims (4)
- IV値が0.60〜1.00、結晶化度が30〜80%、結晶配向度が60〜95%及び複屈折率(Δn)が0.040〜0.100であるポリエステル系樹脂の繊維により形成され、熱圧着面積率が5〜30%の部分熱圧着部が設けられたスパンボンド不織布からなる第1層と、
該第1層の表面に吹き付けられて固化した結晶化度が0〜14%のポリエステル系樹脂の繊維により形成されたメルトブロー不織布からなる第2層とを備える不織布シート。 - 上記スパンボンド不織布の目付が8.0〜25.0g/m2及び繊維径が10〜40μmであると共に、上記メルトブロー不織布の目付が2.0〜10.0g/m2であり、かつ、上記不織布シートの嵩密度が0.15〜0.40g/cm3である請求項1に記載の不織布シート。
- 請求項1又は2の不織布シートを用いて、該不織布シートの第2層を内側に配し所定箇所を溶着によりシールして形成されている抽出用フィルター。
- 請求項1又は2の不織布シートを用いて、該不織布シートの第2層を内側に配し所定箇所を溶着によりシールして形成された袋体に、抽出材料が封入されている抽出用バッグ。
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