JP6095647B2 - 不織繊維シート及びその製造方法並びにフィルター - Google Patents
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Description
本発明の不織繊維シートは基材層を含む。基材層は、熱接着性繊維を含み、かつ前記熱接着性繊維同士の融着により固定された不織繊維構造体で形成されている。この不織繊維構造体は、実質的に熱接着性繊維のみからなるのが好ましく、熱接着性繊維の接着性を阻害しない微量であれば、非熱接着性繊維を含んでいてもよいが、熱接着性繊維からなるのが特に好ましい。基材層が熱接着性のみからなると、熱接着性繊維同士が各交点で強固に接着するため、不織繊維シートをフィルターとして長期間使用しても、繊維構造体の網目構造が変形し、濾過性能が低下するのを抑制できる。
熱接着性繊維としては、熱接着性樹脂を含み、加熱によって流動又は容易に変形して接着機能を発現可能であればよく、非湿熱接着性繊維であってもよいが、高温水蒸気を用いて均一な融着が可能であり、フィルターとしての特性にも優れている点から、湿熱接着性繊維が好ましい。基材層は、熱接着性繊維(特に湿熱接着性繊維)を原料繊維として用いた繊維ウェブに高温蒸気を作用させ、各々の繊維同士を熱接着性樹脂の乾燥時における融点以下の温度で、繊維同士を部分的に束状に集束させると、これらの単繊維及び束状集束繊維同士を湿熱下、適度に小さな空隙を保ちながら、いわば「スクラム」を組むように、点接着又は部分接着し、目的とする剛性のある薄い構造体を実現できる。
基材層を構成する不織繊維構造体は、前記熱接着性繊維を含む不織繊維ウェブを加熱し、前記熱接着性繊維同士を融着して得られ、面方向で前記熱接着性繊維が略均一に融着している。このような繊維ウェブを製造する際、接着性繊維の混率は100質量%であるのが好ましい。すなわち、不織繊維構造体は全て熱接着性繊維で構成されていると、硬質な不織繊維構造体に仕上げることが容易になる。また、基材層は、熱接着性繊維のみで形成され、繊維同士の交点で確実に接着されることにより、均一で形態安定性の高いフィルター構造を形成でき、長期間使用しても均一な構造を保持でき、耐久性も高い。この繊維に多量の他の繊維を混合する場合は、十分な曲げ剛性を確保することが困難になる。さらに、成形加工後の構造体強度が弱くなり成形構造体を確保することが困難になる。
本発明の不織繊維シートは、基材層のみで形成されていてもよいが、プリーツ加工した場合の形態保持性及び濾過性の点から、基材層の少なくとも一方の面に、基材層よりも高い見掛密度を有する不織繊維構造体で形成された表層を有するのが好ましい。基材層に高密度の表層を備えることにより、捕集効率などの濾過性能を向上できるとともに、積層構造によりフィルターの強度及び形態安定性を向上でき、プリーツ加工したフィルターでも、プリーツ形状を長期間に亘り保持できる。
本発明の不織繊維シートは、優れた曲げ剛性を有し、形態安定性に優れている。具体的には、不織繊維シートの縦方向(MD方向)及び横方向(CD方向)の曲げ剛性が、それぞれ70mm以下(例えば、65mm以下)であり、例えば、60mm以下(例えば、50mm以下)、好ましくは40mm以下(例えば、30mm以下)、さらに好ましくは27mm以下(特に15mm以下)である。この曲げ剛性が大きすぎると、柔らかすぎて、成形加工する際に自重と加えられたわずかな荷重により簡単に折れてしまうため、取り扱い性が低下する。なお、本明細書において、曲げ剛性は、後述する実施例の記載の方法で測定でき、25mm幅×300mm長の構造体を、水平台の端から100mm長を水平台の外へ滑り出した時の重力による変位量により求められる。
本発明の不織繊維シートの製造方法としては、熱接着性繊維からなる不織繊維ウェブを加熱し、前記熱接着性繊維同士を融着して板状不織繊維構造体を得る融着工程を含んでいればよく、基材層単独で形成する場合は、実質的に融着工程のみで不織繊維シートを製造してもよい。
JIS L1913に準じて目付及び厚みを測定し、これらの値から見掛密度を算出した。
JIS L1096に記載の一般織物試験方法のうち、A法(フラジール形法)に準じ、布帛の通気性測定機((株)東洋精機製作所製、フラジール・パーミヤメーター)を用いて、圧力125Paの条件下、100cm2の大きさのサンプルについて通気度を測定した。
曲げ剛性の測定方法を図1に示すが、図1(a)は、測定したサンプル1の調製方法を示す平面図である。CD方向のサンプル1aとして、長さ方向がCD方向となるように、25mm幅×300mm長のサンプルを調製し、MD方向のサンプル1bとして、長さ方向がMD方向となるように、25mm幅×300mm長のサンプルを調製した。
縦30cm×横30cmのサンプルを調製し、熱風炉で120℃×60秒予熱した後、常温の金型でエアー圧5.5kg/cm2で10秒間プレス成形した。成形サンプルについて、成形後の状態、成形品の高さ、および原反のずれ込みを測定した。成形状態は、目視で観察し、以下の基準で評価した。
△:成形できるが原反の金型内へのずれ込みあり
×:成形した形状にならない。
フィルター性能試験装置を用い、石英(粒径:1.0μm)を面速8.6cm/秒でサンプルを通過させ、測定セルの上流側、下流側間に微差圧計を配置し、流量30リットル/分における差圧(圧力損失)を測定した。捕集効率は、通気抵抗と同じ条件にて、測定セルの上流側、下流側の粉塵濃度を光散乱質量濃度計を用いて測定し、測定セルの上流側、下流側の濃度差から求めた。
走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、構造体断面を100倍に拡大した写真を撮影した。撮影した構造体の厚み方向における断面写真を厚み方向に三等分し、三等分した各領域(表面、内部(中央)、裏面)において、そこに見出せる繊維切断面(繊維端面)の数に対して繊維同士が接着している切断面の数の割合を求めた。各領域に見出せる全繊維断面数のうち、2本以上の繊維が接着した状態の断面の数の占める割合を以下の式に基づいて百分率で表わした。なお、繊維同士が接触する部分には、融着することなく単に接触している部分と、融着により接着している部分とがある。但し、顕微鏡撮影のために構造体を切断することにより、構造体の切断面においては、各繊維が有する応力によって、単に接触している繊維同士は分離する。従って、断面写真において、接触している繊維同士は、接着していると判断できる。
但し、各写真について、断面の見える繊維は全て計数し、繊維断面数100以下の場合は、観察する写真を追加して全繊維断面数が100を超えるようにした。なお、三等分した各領域についてそれぞれ繊維接着率を求め、その最大値に対する最小値の割合(最小値/最大値)も併せて求めた。
幅10cmの不織繊維シートを長さ方向に3cm間隔で、山、谷になるように交互に折り、折り曲げ加工の可否を以下の基準で評価した。
B:厚くて折り曲げ加工できない
C:硬くて折り曲げ加工できない
D:容易に折り曲がるが、厚くて曲げ加工できない。
図2に示すように、(7)プリーツ加工性の評価でプリーツ加工したサンプル11を用い、テーブル上に3山を2.5cm間隔で谷部を固定し(山形状の高さ28mm、山形状の頂部の角度50°)、3山の上に13cm×13cmのアクリル板12に重り13を載置した合計100gの荷重板を載せ、3山の高さ(テーブルから山の頂上までの距離)のしずみ変形量を測定した。
水100ccがφ21.8mmのろ過面積の不織布サンプルを通過する時間を測定した。
JIS L0849に準じ、摩擦試験機II型(学振型)を用い、白綿布かなきん3号で不織繊維シートの表面を擦り、不織繊維シート表面が剥離した回数を測定した。
湿熱性接着性繊維として、芯成分がポリエチレンテレフタレート、鞘成分がエチレン−ビニルアルコール共重合体(エチレン含有量44モル%、鹸化度98.4モル%、芯鞘質量比=50/50)である芯鞘型複合ステープル繊維((株)クラレ製「ソフィスタ」、3.3dtex、51mm長)を準備した。
繊度が2.2dtexである以外は実施例1で使用した芯鞘型複合ステープル繊維と同一の湿熱接着性繊維を用いる以外は、実施例1と同様にして不織繊維構造体を得た。得られた不織繊維構造体は、厚み0.92mmの非常に薄い板形状を有しており、実施例1の不織繊維構造体と同様の曲げ剛性および良好な成形加工性を示していた。
繊度が1.7dtexである以外は実施例1で使用した芯鞘型複合ステープル繊維と同一の湿熱接着性繊維を用いる以外は、実施例1と同様にして不織繊維構造体を得た。得られた不織繊維構造体は、厚み0.99mmの非常に薄い板形状を有しており、実施例1の不織繊維構造体と同様の曲げ剛性および良好な成形加工性を示していた。
湿熱接着性繊維として、芯成分がポリエチレンテレフタレート、鞘成分がイソフタル酸45モル%共重合ポリエチレンテレフタレート(芯鞘質量比=50/50)である芯鞘型複合ステープル繊維((株)クラレ製「ソフィット PN−720」、2.2dtex、51mm長)を用いる以外は、実施例1と同様にして不織繊維構造体を得た。得られた不織繊維構造体は、厚み0.78mmの非常に薄い板形状を有しており、実施例1の不織繊維構造体と同様の曲げ剛性及び良好な成形加工性を示していた。
実施例1で得た目付約125g/m2のカードウェブを3枚重ね、ウェブ厚調整用ロール間及びその下流におけるコンベア間隔を3mmとする以外は、実施例1と同様にして不織繊維構造体を得た。得られた不織繊維構造体は、実施例1〜4で得られた構造体に比べ、厚みが3.05mmと厚く、非常に硬いボード状のものであり、曲げ剛性はあるが、成形加工時の原反のズレ込みが大きく成形加工性が低かった。
実施例4で使用した湿熱接着性繊維を100質量%用いて目付約20g/m2のカードウェブを作製し、熱風炉を通過させサーマルボンド不織布シートを得た。得られた不織布シートは、実施例1〜4で得られた構造体に比べ、構造体の曲げ剛性が十分でなく、かつ成形加工性を有していなかった。
市販のコピー用紙(富士ゼロックス(株)製)を評価した。市販のコピー用紙は、曲げ剛性は比較例2の不織布シートより大きいが、成形加工時に破れが発生するなど成形加工性を有していなかった。
2枚重ねて合計目付け約50g/m2のカードウェブを用いるとともに、コンベア間の距離を厚み0.8mmの構造体が得られるように調整する以外は実施例1と同様にして不織繊維構造体を製造した。
60℃に加熱したフラットエンボスロールの隙間を0.2mmの構造体が得られるように調整して、実施例5で得られた不織繊維構造体をプレス処理することにより3層構造の不織繊維シートを製造した。
80℃に加熱したフラットエンボスロールの隙間を0.4mmの構造体が得られるように調整して、実施例5で得られた不織繊維構造体をプレス処理することにより3層構造の不織繊維シートを製造した。
80℃に加熱したフラットエンボスロールの隙間を0.7mmの構造体が得られるように調整して、実施例5で得られた不織繊維構造体をプレス処理することにより3層構造の不織繊維シートを製造した。
4枚重ねて合計目付け約100g/m2のカードウェブを用いるとともに、コンベア間の距離を厚み0.8mmの構造体が得られるように調整する以外は実施例1と同様にして不織繊維構造体を製造した。80℃に加熱したフラットエンボスロールの隙間を0.2mmの構造体が得られるように調整して、得られた不織繊維構造体をプレス処理することにより3層構造の不織繊維シートを製造した。
フラットエンボスロールの隙間を0.4mmに調整する以外は比較例5と同様にして不織繊維シートを製造した。
フラットエンボスロールの隙間を0.5mmに調整する以外は比較例5と同様にして不織繊維シートを製造した。
繊度が1.7dtexである以外は実施例1で使用した芯鞘型複合ステープル繊維と同一の湿熱接着性繊維を用いる以外は実施例6と同様(コンベア間距離:0.8mm、フラットエンボスロール隙間:0.4mm)にして不織繊維シートを製造した。
4枚重ねて合計目付け約100g/m2のカードウェブを用いる以外は実施例10と同様(コンベア間距離:0.8mm、フラットエンボスロール隙間:0.4mm)にして不織繊維シートを製造した。
フラットエンボスロールの隙間を0.7mmに調整する以外は実施例11と同様にして不織繊維シートを製造した。
湿熱接着性繊維として、芯成分がポリエチレンテレフタレート、鞘成分がイソフタル酸45モル%共重合ポリエチレンテレフタレート(芯鞘質量比=50/50)である芯鞘型複合ステープル繊維(ソフィット PN−720)を用いる以外は、実施例6と同様にして不織繊維シートを製造した。
4枚重ねて合計目付け約100g/m2のカードウェブを用いる以外は実施例13と同様(コンベア間距離:0.8mm、フラットエンボスロール隙間:0.4mm)にして不織繊維シートを製造した。
フラットエンボスロールの隙間を0.7mmに調整する以外は実施例14と同様にして不織繊維シートを製造した。
16枚重ねて合計目付け約400g/m2のカードウェブを用いるとともに、コンベア間の距離を厚み3.0mmの構造体が得られるように調整する以外は実施例1と同様にして不織繊維構造体を製造した。
片側のみ80℃に加熱したフラットエンボスロールの隙間を0.4mmの構造体が得られるように調整して、比較例6で得られた不織繊維構造体をプレス処理することにより2層構造の不織繊維シートを製造した。
実施例5で得られた不織繊維構造体の一方の面に、メルトブローン不織布[(株)クラレ、エチレン−ビニルアルコール共重合体(エチレン含有量44モル%、鹸化度98.4モル%)繊維で形成され、かつ平均繊維径6μmの繊維で形成された不織布、目付け50g/m2、厚み0.5mm]を積層し、コンベア間の距離を厚み0.8mmの構造体が得られるように調整した後、実施例1と同様に0.2MPaの高温水蒸気で処理し、2層構造の不織繊維シートを製造した。
80℃に加熱したフラットエンボスロールの隙間を0.4mmの構造体が得られるように調整して、実施例17で得られた不織繊維シートをプレス処理することにより3層構造の不織繊維シートを製造した。
実施例5で得られた不織繊維構造体の代わりに、比較例5で得られた不織繊維構造体(4枚重ねて合計目付け約100g/m2のカードウェブを用いるとともに、コンベア間の距離を厚み0.8mmの構造体が得られるように調整する以外は実施例1と同様にして不織繊維構造体)を用いる以外は実施例17と同様にして、2層構造の不織繊維シートを製造した。
80℃に加熱したフラットエンボスロールの隙間を0.5mmの構造体が得られるように調整して、実施例19で得られた不織繊維シートをプレス処理することにより3層構造の不織繊維シートを製造した。
湿熱性接着性繊維として、芯成分がポリエチレンテレフタレート、鞘成分がエチレン−ビニルアルコール共重合体(エチレン含有量44モル%、鹸化度98.4モル%、芯鞘質量比=50/50)である芯鞘型複合ステープル繊維((株)クラレ製「ソフィスタ」、3.3dtex、51mm長)を準備した。この芯鞘型複合ステープル繊維100質量%を用いて、セミランダムカード法によりカードウェブを2枚重ねて目付約50g/m2のカードウェブを作製した。このカードウェブを、厚み0.5mmの構造体が得られるように調整して、温度170℃、圧力0.4MPaの乾熱プレス板で10秒圧縮し、不織繊維シートを製造した。
4枚重ねて合計目付け約100g/m2のカードウェブを用いる以外は実施例21と同様にして不織繊維シートを製造した。
8枚重ねて合計目付け約200g/m2のカードウェブを用いるとともに、コンベア間の距離を厚み0.8mmの構造体が得られるように調整する以外は実施例1と同様にして不織繊維構造体を製造した。
80℃に加熱したフラットエンボスロールの隙間を0.6mmの構造体が得られるように調整して、比較例7で得られた不織繊維構造体をプレス処理することにより3層構造の不織繊維シートを製造した。
市販の空気清浄機用集塵フィルター((株)日立製作所製「EPF−DV1000H」)を不織繊維シートとして用いた。
市販の空気清浄機用集塵フィルター((株)日立製作所製「EPF−DV1000H」)から高密度の表層を剥離して、基材層のみとし、不織繊維シートとして用いた。
市販の水槽用濾過フィルター(エーハイム社製「2213用フィルター」)を不織繊維シートとして用いた。
2…水平台
11…プリーツ加工したサンプル
12…アクリル板
13…重り
Claims (14)
- 熱接着性繊維を含み、かつ前記熱接着性繊維同士の融着により繊維が固定された不織繊維構造体で形成された基材層と、この基材層の少なくとも一方の面に、基材層よりも高い見掛密度を有する不織繊維構造体で形成された表層とを含む不織繊維シートであって、両層の見掛密度比が、基材層/表層=1/1.5〜1/10であり、前記基材層の平均厚みが0.2mm以上1mm未満であり、前記基材層の見掛密度が30〜170kg/m3であり、かつ前記基材層の面方向で前記熱接着性繊維が均一に融着し、前記不織繊維構造体の厚み方向の断面において、厚み方向の30%以上にわたり連続して延びる繊維の存在割合が10%以下であるフィルター用不織繊維シート。
- 基材層の見掛密度が40〜150kg/m3であり、かつ表層の見掛密度が80〜800kg/m3である請求項1記載のフィルター用不織繊維シート。
- 表層が、メルトブローン不織布で形成されている請求項1又は2記載のフィルター用不織繊維シート。
- 不織繊維シートの平均厚みが0.35〜1.2mmであり、基材層と表層との平均厚み比が、基材層/表層=1.2/1〜30/1である請求項1〜3のいずれかに記載のフィルター用不織繊維シート。
- 基材層の厚み方向で熱接着性繊維が均一に融着し、不織繊維構造体の厚み方向の断面において、厚み方向に三等分した各領域における繊維接着率の最大値に対する最小値の割合が50%以上である請求項1〜4のいずれかに記載のフィルター用不織繊維シート。
- 熱接着性繊維が、繊維表面において、長さ方向に連続して延びるエチレン−ビニルアルコール系共重合体を含み、前記エチレン−ビニルアルコール系共重合体におけるエチレン単位の含有量が10〜60モル%である請求項1〜5のいずれかに記載のフィルター用不織繊維シート。
- 熱接着性繊維が、繊維表面において、長さ方向に連続して延びる親水性ポリエステルを含む請求項1〜5のいずれかに記載のフィルター用不織繊維シート。
- 25mm幅×300mm長の構造体を、水平台の端から100mm長を水平台の外へ滑り出した時の重力による変位量で示される曲げ剛性がMD方向70mm以下、かつCD方向70mm以下である請求項1〜7のいずれかに記載のフィルター用不織繊維シート。
- 熱接着性繊維を含む不織繊維ウェブを加熱し、前記熱接着性繊維同士を融着して板状不織繊維構造体を得る融着工程を含む請求項1〜8のいずれかに記載のフィルター用不織繊維シートの製造方法。
- 高温水蒸気で不織布繊維ウェブを加熱する請求項9記載の製造方法。
- 融着工程で得られた板状不織繊維構造体の少なくとも一方の面を熱プレスする熱プレス工程を含む請求項9又は10記載の製造方法。
- 融着工程で得られた板状不織繊維構造体の少なくとも一方の面にメルトブローン不織布を積層して高温水蒸気で加熱するメルトブローン積層工程を含む請求項9〜11のいずれかに記載の製造方法。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の不織繊維シートで形成されたフィルター。
- プリーツ加工された請求項13記載のフィルター。
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