JP6638722B2 - フィルター用スパンボンド不織布およびその製造方法 - Google Patents

フィルター用スパンボンド不織布およびその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、プリーツフィルターまたはPTFE膜やナノファイバー等の濾材と貼り合わせるプリーツフィルター基材に用いられるフィルター用スパンボンド不織布とその製造方法に関するものである。
従来から、粉塵の発生する作業環境に対し、粉塵の除去および回収を目的とする集塵機が用いられてきた。この集塵機のフィルターとしては、プリーツされた形状で使用されることが知られており、プリーツすることにより濾過面積を大幅に向上させ、低圧損化や高捕集効率化を可能としている。また、集塵機のフィルターでは、ある一定の圧損に達したところで内側から圧縮エアー等を噴射し、濾材表面に付着したダストを払い落とす、いわゆる逆洗が一般的となっている。
したがって、プリーツフィルターとして使用される不織布に必要な特性としては、プリーツを行うための高い剛性と、また低圧損のための通気性、およびダストを表層で濾過し払い落とし性を向上させる緻密性が重要であり、これまで種々の織布および不織布が提案されている。
具体的に、エンボスロールで熱接着されたタイプの長繊維不織布を、プリーツフィルターとして使用することが提案されている(特許文献1参照。)。しかしながら、この提案のようにエンボスロールで熱接着すると、熱接着部分はフィルムライクとなり、通気性が消失し高圧損となる。また、ダスト払い落とし性についても、通気性が無い熱接着部分にダストが堆積しやすくなり、低寿命となるという課題があった。
一方、エンボスロールとは別の熱接着方法として、不織布に熱風を通過させることにより熱接着させる、いわゆるエアスルー方式が提案されている(特許文献2参照。)。この提案のようにエアスルー方式であれば、エンボスロールのような熱接着部が無く、通気性を損なうという課題はないものの、製法上、緻密性に劣ることからダストが内部に入り込みやすく、逆洗ではダストの払い落としができず低寿命となるという課題があった。
また別に、エアスルー後にカレンダーロールで熱接着する方法が提案されている(特許文献3の実施例参照。)。しかしながら、この提案の実施例では、不織布を構成する繊維の融点よりも、はるかに高い温度の熱風で熱処理されていることから、繊維は全て溶けてフィルムライクなシートとなり、通気性に乏しく、プリーツフィルターとして好ましいものではなかった。
特許第3534043号公報 特開平7−157960号公報 特開2009−6318号公報
そこで本発明の目的は、上記課題を鑑み、高い剛性と通気性を有しながら、ダスト払い落とし性にも優れたフィルター用スパンボンド不織布を提供することにある。
本発明の他の目的は、上記の性能を有するフィルター用スパンボンド不織布を、効率的に、かつ安定して製造する方法を提供することにある。
本発明は、上記の課題を解決せんとするものであって、本発明のフィルター用スパンボンド不織布は、高融点ポリエステルの周りに、前記の高融点ポリエステルの融点よりも10〜140℃低い融点を有する低融点ポリエステルを配した複合型ポリエステル繊維からなるスパンボンド不織布であって、前記の複合型ポリエステル繊維の単繊維繊度が1.5dtex以上5.0dtex未満であり、前記のスパンボンド不織布の目付が150〜300g/m、見掛け密度が0.25〜0.40g/cm、目付あたりの通気量が0.05〜0.45(cm/cm・sec)/(g/m)で、かつ、目付あたりの剛軟度がタテ方向とヨコ方向の少なくともどちらか一方が0.09〜0.32(mN)/(g/m)であることを特徴とするフィルター用スパンボンド不織布である。
本発明のフィルター用スパンボンド不織布の好ましい態様によれば、前記の複合型ポリエステル繊維の複合形態は、前記の高融点ポリエステルを芯成分とし、前記の低融点ポリエステルを鞘成分とする芯鞘型であり、かつ、前記の芯成分と前記の鞘成分の芯鞘成分質量比率が90:10〜60:40である。
本発明のフィルター用スパンボンド不織布の好ましい態様によれば、前記の目付あたりのタテ方向の引張強力は、3.2(N/5cm)/(g/m)以上である。
本発明のフィルター用スパンボンド不織布の好ましい態様によれば、前記フィルター用スパンボンド不織布の少なくとも一方の表面に、深さ0.10mm以上の部分的凹部がないことである。
本発明のフィルター用スパンボンド不織布の好ましい態様によれば、前記の高融点ポリエステルはポリエチレンテレフタレートであり、かつ低融点ポリエステルは共重合ポリエチレンテレフタレートである。
本発明のフィルター用スパンボンド不織布の製造方法は、下記(a)〜(d)の工程を順次施すことを特徴とするフィルター用スパンボンド不織布の製造方法である。
(a)紡糸口金から、高融点ポリエステルの周りに、該高融点ポリエステルの融点よりも10〜140℃低い融点を有する低融点ポリエステルを配した複合型ポリエステル繊維を紡出する工程。
(b)紡出された複合型ポリエステル繊維を、高速吸引ガスにより吸引延伸し、移動するネットコンベアー上に捕集して、単繊維繊度1.5dtex以上5.0dtex未満の複合型ポリエステル繊維からなる繊維ウェブを得る工程。
(c)得られた繊維ウェブに、低融点ポリエステルの融点よりも高く、かつ高融点ポリエステルの融点よりも低い温度の熱風を通過させ、エアスルー熱接着する工程。
(d)前記のエアスルー熱接着された繊維ウェブを、一対のフラットロールまたは2台のベルトコンベアの間に挟み込み、前記の低融点ポリエステルの融点よりも5〜65℃低い温度で熱処理し、目付が150〜300g/mのスパンボンド不織布を得る工程。
本発明のフィルター用スパンボンド不織布製造方法の好ましい態様によれば、前記の複合型ポリエステル繊維の複合形態は、前記の高融点ポリエステルを芯成分とし、前記の低融点ポリエステルを鞘成分とする芯鞘型であり、かつ、前記の芯成分と前記の鞘成分の芯鞘成分質量比率が90:10〜60:40であることである。
本発明のフィルター用スパンボンド不織布製造方法の好ましい態様によれば、前記の高融点ポリエステルはポリエチレンテレフタレートであり、かつ低融点ポリエステルは共重合ポリエチレンテレフタレートである。
本発明によれば、高い剛性と通気性を有しながら、ダスト払い落とし性にも優れたフィルター用スパンボンド不織布が得られる。このため、本発明のフィルター用スパンボンド不織布は、プリーツフィルターやPTFE膜やナノファイバー等の濾材と貼り合わせるプリーツフィルター基材として好適に用いることができる。
また本発明のフィルター用スパンボンド不織布の製造方法によれば、効率的に、かつ安定して上記の性能を有するフィルター用スパンボンド不織布を製造することができる。
図1は、ダスト払い落とし性評価装置を説明するための概略側面図である。
次に、本発明のフィルター用スパンボンド不織布について、詳細に説明する。
本発明のフィルター用スパンボンド不織布は、高融点ポリエステルの周りに、前記の高融点ポリエステルの融点よりも10〜140℃低い融点を有する低融点ポリエステルを配した複合型ポリエステル繊維からなるスパンボンド不織布であって、前記の複合型ポリエステル繊維の単繊維繊度が1.5dtex以上5.0dtex未満であり、前記のスパンボンド不織布の目付が150〜300g/m、見掛け密度が0.25〜0.40g/cm、目付あたりの通気量が0.05〜0.45(cm/cm・sec)/(g/m)で、かつ、目付あたりの剛軟度がタテ方向とヨコ方向の少なくともどちらか一方が0.09〜0.32(mN)/(g/m)のフィルター用スパンボンド不織布である。
本発明のフィルター用スパンボンド不織布を構成する合成繊維の原料樹脂としては、ポリエステルが用いられる。ポリエステルは、酸成分とアルコール成分をモノマーとしてなる高分子重合体である。酸成分としては、テレフタル酸、イソフタル酸およびフタル酸等の芳香族カルボン酸、アジピン酸やセバシン酸等の脂肪族ジカルボン酸、およびシクロヘキサンカルボン酸等の脂環族ジカルボン酸等を用いることができる。また、アルコール成分としては、エチレングリコール、ジエチレングリコールおよびポリエチレングリコール等を用いることができる。
また、ポリエステルの例としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリトリメチレンテレフタレート(PTT)、ポリエチレンナフタレート、ポリ乳酸およびポリブチレンサクシネート等が挙げられるが、高融点ポリエステルとしては、融点が高く耐熱性に優れ、かつ剛性にも優れたPETが最も好ましく用いられる。
本発明で用いられる高融点ポリエステルと低融点ポリエステルの組み合わせ(高融点ポリエステル/低融点ポリエステル)としては、例えば、PET/PBT、PET/PTT、PET/ポリ乳酸、およびPET/共重合PET等の組み合わせを挙げることができ、これらの中でも、曳糸性に優れることからPET/共重合PETの組み合わせが好ましく用いられる。また、共重合PETの共重合成分としては、特に曳糸性に優れることから、イソフタル酸共重合PETが好ましく用いられる。
また、ポリエステル原料には、本発明の効果を損なわない範囲で、結晶核剤、艶消し剤、顔料、防カビ剤、抗菌剤、難燃剤、および親水剤等を添加することができる。中でも、酸化チタン等の金属酸化物は、繊維の表面摩擦を低減し繊維同士の融着を防ぐことにより紡糸性を向上し、また不織布の熱ロールによる熱圧着成形の際、熱伝導性を増すことにより不織布の接着性を向上させる効果がある。また、エチレンビスステアリン酸アミド等の脂肪族ビスアミドおよび/またはアルキル置換型の脂肪族モノアミドは、熱ロールと不織布ウェブ間の離型性を高め、搬送性を向上させる効果がある。
また、本発明のフィルター用スパンボンド不織布を構成するポリエステル繊維は、高融点ポリエステルの周りに、その高融点ポリエステルの融点よりも10〜140℃低い融点を有する低融点ポリエステルを配した複合型ポリエステル繊維である。高融点ポリエステルの周りに、その高融点ポリエステルの融点よりも10〜140℃低い融点を有する低融点ポリエステルを配することにより、熱接着によりスパンボンド不織布を形成し使用した際、スパンボンド不織布を構成する複合型ポリエステル繊維(フィラメント)同士が強固に接着するため、フィルター用スパンボンド不織布は機械強度に優れ、繰り返しの逆洗に十分耐えることができる。
一方、高融点ポリエステル繊維と低融点ポリエステル繊維を混繊させる方法もあるが、混繊させる方法の場合、均一な熱接着が難しく、例えば、高融点ポリエステル繊維が密集しているところでは熱接着が弱くなり、機械的強度や剛性が劣り、プリーツフィルターとして好ましくないものとなる。また、同じ複合型ポリエステル繊維であっても、フィラメント(長繊維)からなるスパンボンド不織布ではなく短繊維である場合、非連続の繊維で構成されているため、剛性や機械的強度が劣り、プリーツフィルターとして好ましくないものとなる。さらに、低融点成分ではなく、接着成分を浸漬やスプレー等で付与する方法もあるが、いずれも表層や厚み方向で均一な付与が難しく、機械的強度や剛性が劣り、プリーツフィルターとして好ましくないものとなる。
本発明における高融点ポリエステルと低融点ポリエステルの融点差は、10℃以上であれば所望の熱接着性を得ることができ、140℃以下であれば耐熱性の低下を抑制することができる。本発明で用いられる高融点ポリエステルと低融点ポリエステルの融点差のより好ましい範囲は20〜120℃であり、さらに好ましい範囲は30〜100℃である。
高融点ポリエステルの融点は、200〜320℃の範囲であることが好ましい。高融点ポリエステルの融点を好ましくは200℃以上、より好ましくは210℃以上、さらに好ましくは220℃以上とすることにより、耐熱性に優れるフィルターを得ることができる。一方、高融点ポリエステルの融点を好ましくは320℃以下、より好ましくは300℃以下、さらに好ましくは280℃以下とすることにより、不織布製造時に溶融するための熱エネルギーを多大に消費し生産性が低下することを抑制することができる。
また、低融点ポリエステルの融点は、160〜250℃の範囲であることが好ましい。低融点ポリエステルの融点を好ましくは160℃以上、より好ましくは170℃以上、さらに好ましくは180℃以上とすることにより、プリーツ加工時の熱セット等、プリーツフィルター製造時に熱が加わる工程を通過しても形態安定性に優れる。一方、低融点ポリエステルの融点を好ましくは250℃以下、より好ましくは240℃以下とすることにより、不織布製造時の熱接着性に優れ、機械的強度に優れるフィルターを得ることができる。
また、高融点ポリエステルと低融点ポリエステルとの含有比率は、質量比で90:10〜60:40の範囲であることが好ましく、85:15〜70:30の範囲がより好ましい態様である。高融点ポリエステルを60〜90質量%とすることにより、剛性と耐熱性に優れる。一方、低融点ポリエステルを10〜40質量%とすることにより、熱接着によりスパンボンド不織布を形成し使用した際、スパンボンド不織布を構成する複合型ポリエステル繊維(フィラメント)同士が強固に接着でき、機械強度に優れ、繰り返しの逆洗に十分耐えることができる。
複合型ポリエステル繊維の複合形態については、例えば、同心芯鞘型、偏心芯鞘型および海島型等が挙げられ、さらにそのフィラメント(単繊維)の断面形状としては、円形断面、扁平断面、多角形断面、多葉断面および中空断面等の形状が挙げられる。なかでも、フィラメント同士を均一かつ強固に接着させることができることから複合形態については同心芯鞘型のものを、そしてフィラメント(単繊維)の断面形状としては円形断面の形状のものを用いることが好ましい態様である。
本発明のフィルター用スパンボンド不織布は、少なくとも一方の表面に深さが0.10mm以上の部分的凹部がないことが好ましく、両方の表面に深さが0.10mm以上の部分的凹部がないことがより好ましい態様である。部分的凹部は、エンボスロールや超音波接着による部分熱圧着等で繊維が厚み方向に密に充填することで生じるものである。深さが0.10mm以上の部分的凹部とは、スパンボンド不織布表面を鉛直方向から見たとき、長さが3〜10mmの直線上で測定した表面形状において、毛羽等で単繊維が飛び出している部分を除いて、その最も高さの高い部分を基準点(深さ0mm)として、厚み方向に深さ0.10mm以上である凹み部分が、面方向に0.20mm以上連続する箇所を指す。
この部分的凹部は、形状解析レーザ顕微鏡や3D形状測定機等の非接触式の形状測定機器を使用して表面形状を測定したり、走査型電子顕微鏡を使用してスパンボンド不織布の断面の厚みを測定したりすることにより測定することができる。このような部分的凹部がないことにより、ダストの払い落とし性を向上させ、より長寿命のフィルターとすることができる。
部分的凹部がないスパンボンド不織布は、高融点ポリエステルの周りに、その高融点ポリエステルの融点よりも10〜140℃低い融点を有する低融点ポリエステルを配した複合型ポリエステル繊維からなる繊維ウェブに対し、低融点ポリエステルの融点よりも高く、かつ高融点ポリエステルの融点よりも低い温度の熱風を通過させ、エアスルー熱接着した後、一対のフラットロールまたは2台のベルトコンベアの間に挟み込み、低融点ポリエステルの融点よりも5〜65℃低い温度で熱処理することにより得られる。
本発明において、フィルター用スパンボンド不織布を構成する複合型ポリエステル繊維の単繊維繊度は、1.5dtex以上5.0dtex未満の範囲である。複合型ポリエステル繊維の単繊維繊度が1.5dtexを下回る場合は、スパンボンド不織布の通気性低下に伴い圧力損失が高くなる傾向であり、さらに生産時に糸切れが生じやすいなど生産安定性の面からも好ましくない。また、複合型ポリエステル繊維の単繊維繊度が5.0dtex以上である場合は、スパンボンド不織布の均一性低下に伴い捕集性能が低下する傾向であり、さらに生産時にフィラメントの冷却不良による糸切れが生じやすいなど生産安定性の面からも好ましくない。
複合型ポリエステル繊維のより好ましい単繊維繊度の範囲は、2.0dtex以上4.0dtex以下の範囲である。単繊維繊度を2.0dtex以上とすることにより、より通気性に優れ、圧損の低いスパンボンド不織布とすることができる。また単繊維繊度を4.0dtex以下とすることにより、不織布表面を緻密化し、ダストを表層で濾過しやすくすることができる。このようにすることにより、集塵性能を向上させることができるとともに、ダスト払い落とし性も向上するため、フィルターを長寿命とすることができる。
ここでいう単繊維繊度は、次のようにして求めた値を言う。すなわち、スパンボンド不織布からランダムに小片サンプル10個を採取し、走査型電子顕微鏡等で500〜3000倍の写真を撮影し、各サンプルから10本ずつ、計100本の繊維を任意に選び出して、その太さを測定する。繊維は断面が円形と仮定し、太さを繊維径とする。それらの平均値の小数点以下第一位を四捨五入して算出した繊維径とポリマーの密度から繊度を算出し、小数点第一位を四捨五入して求める。
本発明におけるフィルター用スパンボンド不織布の目付は、150〜300g/mの範囲である。目付が150g/m以上であると、プリーツに必要な剛性を得ることができる。また、目付が300g/m以下であれば、圧力損失が上昇するのを抑制することができ、さらにはコスト面からも好ましい態様である。より好ましい目付の範囲は、150〜260g/mであり、さらに好ましくは180〜230g/mである。
ここでいう目付は、縦50cm×横50cmのサイズの試料を、3個採取して各質量をそれぞれ測定し、得られた値の平均値を単位面積当たりに換算し、小数点以下第一位を四捨五入することにより求められる。
本発明におけるフィルター用スパンボンド不織布の厚みは、0.35〜1.2mmであることが好ましく、より好ましくは0.40〜1.0mm、さらに好ましくは0.45〜0.8mmである。厚みを0.35mm以上とすることにより、剛性を向上させ、フィルターとしての使用に適した不織布とすることができる。また、厚みを1.2mm以下とすることにより、フィルターとしてのハンドリング性や加工性に優れた不織布とすることができる。
本発明におけるフィルター用スパンボンド不織布の見掛け密度は、0.25〜0.40g/cmである。見掛け密度が0.25〜0.40g/cmであると、スパンボンド不織布は緻密な構造となりダストが内部に入りにくく、ダスト払い落とし性に優れる。より好ましい見掛け密度の範囲は、0.27〜0.40g/cmであり、さらに好ましくは0.30〜0.40g/cmの範囲である。ここで、見掛け密度は、次式で算出される。
・見掛け密度(g/cm)=目付(g/m)/厚み(mm)/1000。
本発明におけるフィルター用スパンボンド不織布の目付あたりの通気量は、0.05〜0.45((cm/cm・sec)/(g/m))である。目付あたりの通気量が0.05((cm/cm・sec)/(g/m))よりも小さくなると、圧力損失が高くなる。また、目付あたりの通気量が0.45((cm/cm・sec)/(g/m))よりも大きくなると、ダストが内部に滞留しやすくなることによりダスト払い落とし性が悪くなる。好ましい目付当たりの通気量は0.10〜0.40((cm/cm・sec)/(g/m))であり、さらに好ましい目付当たりの通気量は0.15〜0.35((cm/cm・sec)/(g/m))である。
ここで、目付あたりの通気量は、次式で算出される。
・目付あたりの通気量((cm/cm・sec)/(g/m))=通気量(cm/cm・sec)/目付(g/m)。
本発明におけるフィルター用スパンボンド不織布の目付あたりの剛軟度は、タテ方向とヨコ方向の少なくともどちらか一方が、0.09〜0.32((mN)/(g/m))である。目付あたりの剛軟度が0.09((mN)/(g/m))よりも小さくなると、プリーツ性が劣る傾向にあり、また逆洗時にフィルター用スパンボンド不織布が変形しやすくなる。また、目付あたりの剛軟度が0.32(mN)/(g/m))よりも大きくなると、フィルター用スパンボンド不織布を巻き取った際に折れ目が付きやすく、品位の面で好ましくない。
ここで、目付あたりの剛軟度は、次式で算出される。
・目付あたりの剛軟度((mN)/(g/m))=剛軟度(mN)/目付(g/m)。
ここで、一般にタテ方向とはフィルター用スパンボンド不織布のシート幅なりの方向と直交する方向、すなわちフィルター用不織布ロールにおける巻き取り方向を指し、ヨコ方向とはフィルター用スパンボンド不織布のシート幅なりの方向、すなわち不織布ロールにおける幅方向を指すものであり、本発明においてもこの定義に従うものとする。ただし、本発明のスパンボンド不織布の目付あたりの剛軟度は、タテ方向とヨコ方向の少なくともどちらか一方が、0.09〜0.32((mN)/(g/m))であることが重要であり、両方向の測定が可能であれば、シートのタテ方向、ヨコ方向の判別は必要ではない。
本発明のフィルター用スパンボンド不織布の目付あたりのタテ方向の引張強力(以降、目付あたりのタテ引張強力と表記することがある。)は、3.2(N/5cm)/(g/m)以上であることが好ましく、より好ましくは3.5(N/5cm)/(g/m)以上であり、さらに好ましくは3.8(N/5cm)/(g/m)以上である。また、目付あたりのヨコ方向の引張強力(以降、目付あたりのヨコ引張強力と表記することがある。)は、2.0(N/5cm)/(g/m)以上であることが好ましく、より好ましくは2.3(N/5cm)/(g/m)以上であり、さらに好ましくは2.6(N/5cm)/(g/m)以上である。
タテ引張強力とヨコ引張強力を、このようにすることにより、フィルターとして実用に供しうる機械強度を付与し、耐久性に優れたフィルターとすることができる。ここで、目付あたりの引張強力は、次式で算出される。
・目付あたりの引張強力((N/5cm)/(g/m))=引張強力(N/5cm)/目付(g/m)。
上記のとおり、本発明のフィルター用スパンボンド不織布は、上記のように、特定の目付、単繊維繊度、見掛け密度、通気量および剛軟度とすることにより、低圧損で、かつダスト払い落とし性にも優れ、従来技術では達成し得なかった長寿命なフィルターとして好適で有用なフィルター用スパンボンド不織布を得ることができる。
次に、本発明のフィルター用スパンボンド不織布の製造方法について説明する。本発明のフィルター用スパンボンド不織布は、下記(a)〜(d)の工程を順次施すことによって製造される。
(a)紡糸口金から、高融点ポリエステルの周りに、該高融点ポリエステルの融点よりも10〜140℃低い融点を有する低融点ポリエステルを配した複合型ポリエステル繊維を紡出する工程。
(b)紡出された複合型ポリエステル繊維を、高速吸引ガスにより吸引延伸し、移動するネットコンベアー上に捕集して、単繊維繊度1.5dtex以上5.0dtex未満の複合型ポリエステル繊維からなる繊維ウェブを得る工程。
(c)得られた繊維ウェブに、低融点ポリエステルの融点よりも高く、かつ高融点ポリエステルの融点よりも低い温度の熱風を通過させ、エアスルー熱接着する工程。
(d)前記のエアスルー熱接着された繊維ウェブを、一対のフラットロールまたは2台のベルトコンベアの間に挟み込み、前記の低融点ポリエステルの融点よりも5〜65℃低い温度で熱処理し、目付が150〜300g/mのスパンボンド不織布を得る工程。
本発明のフィルター用スパンボンド不織布は、いわゆるスパンボンド法によって得られるものであり、スパンボンド法で採取した繊維ウェブを、エアスルー法によって低融点ポリエステルを溶融し、繊維同士を接着した後、さらに緻密化する熱処理を実施する方法が適用される。
本発明のフィルター用スパンボンド不織布の製造方法では、ネットコンベアー上に捕集した繊維ウェブを、仮接着することが好ましい態様である。仮接着は、捕集した繊維ウェブを一対のフラットロールにより熱圧着したり、ネットコンベアー上にフラットロールを設置し、ネットコンベアーと当該フラットロールとの間で熱圧着したりする方法が好ましく用いられる。熱圧着の温度は、低融点ポリエステルの融点よりも70〜120℃低い温度であることが好ましい。このように温度設定することにより、繊維同士を過度に接着させることなく、搬送性を改善することができる。
本発明における熱接着による一体化処理では、エンボスロールを適用しないことが好ましい。エンボスロールを用いて熱接着する場合、前述のとおり、熱接着部の繊維が溶融してフィルムライクとなり、通気性が消失するだけでなく、捕集性も低下してしまう。さらに、ダスト払い落とし性についても、通気性が無い熱接着部にダストが堆積し、低寿命となるという課題がある。
本発明におけるエアスルー法とは、スパンボンド法によって得られた繊維ウェブに熱風を通過させるものであり、その際熱風の温度は、低融点ポリエステルの融点よりも高く、高融点ポリエステルの融点よりも低いことが重要である。熱風温度の範囲は、好ましくは低融点ポリエステルの融点+5℃〜高融点ポリエステルの融点−5℃である。熱風温度が低融点ポリエステルよりも低い場合、繊維同士を融着することが難しく、機械的強度に劣り好ましくない。また、熱風温度が高融点ポリエステルよりも高い温度の場合、スパンボンド不織布を構成する全ての繊維が溶融してしまい、フィルムライクなシートとなり、通気性に乏しく、プリーツフィルターとして好ましくない。
本発明では、エアスルー法で熱接着した繊維をさらに緻密化することが重要である。エアスルー法で得られる繊維ウェブは、嵩高で低密度な構造となっており、プリーツフィルターとして用いた場合、通気性が高く、ダストが内部まで入り込み、圧縮エアーでは払い落としができず、低寿命となるという課題があり、本発明では、特に繊維シートの表面を緻密化することにより、エアスルー法の特徴である通気性を維持しつつ、繊維ウェブの表層での濾過を可能とし、払い落とし性を向上させるものである。
本発明のエアスルー熱接着は、繊維ウェブを全面把持した状態で行うことが好ましい。このようにすることにより、熱接着過程において繊維ウェブが収縮し、シワが発生したり、品位が悪化したりすることを防ぐことができる。繊維ウェブを全面把持する方法は、上下一組のコンベアネットの間を通し、コンベアネットを繊維ウェブの両面に接触させる方法や、張力をかけた状態でエアスルードラムに接触させ、ドラムとの摩擦力により把持する方法が好ましく用いられる。
緻密化の方法としては、一対のフラットロールを用いて繊維ウェブの表面の繊維同士を熱接着により緻密化する方法や、また樹脂ベルトからなる2台のベルトコンベアの間に繊維シートを挟み込んで熱処理する方法が挙げられる。特に、ベルトコンベアの間に繊維ウェブを挟み込んで熱処理する方法は、積極的に圧力を加えることなく、比較的長い時間をかけて熱処理できるため、繊維ウェブの表面のみを緻密化することができ、好ましい方法である。
本発明におけるフラットロールによる熱接着の温度は、スパンボンド不織布の繊維表面に存在する低融点ポリエステルの融点より5〜65℃低いことが重要であり、10〜60℃低いことが好ましく、20〜50℃低いことがより好ましい態様である。熱エンボスロールによる熱接着の温度と、スパンボンド不織布の繊維表面に存在する低融点ポリエステルの融点との温度差が5℃を下回る場合は、過度な熱接着となり、本発明で規定する特定の密度範囲の下限よりも小さくなる。また、温度差が65℃を上回る場合は、熱接着が弱くなり、表面の緻密化が不十分となり、本発明で規定する特定の密度範囲の上限よりも大きくなる。
本発明における樹脂ベルトからなる2台のベルトコンベアの間に繊維ウェブを挟み込んで熱処理する方法の温度は、スパンボンド不織布の繊維表面に存在する低融点ポリエステルの融点より5〜65℃低いことが重要であり、10〜60℃低いことが好ましく、20〜50℃低いことがより好ましい態様である。熱処理の温度と、スパンボンド不織布の繊維表面に存在する低融点ポリエステルの融点との温度差が5℃を下回る場合は、過度な熱接着となり、本発明で規定する特定の密度範囲の下限よりも小さくなる。また、温度差が65℃を上回る場合は熱接着が弱くなり、表面の緻密化が不十分となり、本発明で規定する特定の密度範囲の上限よりも大きくなる。
上記のとおり、本発明のフィルター用スパンボンド不織布は、優れた剛性、通気性およびダスト払い落とし性を有するため、プリーツフィルターとして好適に用いることができる。さらに、優れた剛性と通気性を活かし、PTFE膜やナノファイバーのような濾材と貼り合わせるプリーツフィルター基材としても好適に用いることができる。
次に、実施例に基づき本発明のフィルター用スパンボンド不織布とその製造方法について具体的に説明する。下記の実施例における各特性値は、次の方法で測定したものである。
(1)ポリエステルの融点(℃):
パーキンエルマ社製示差走査型熱量計DSC−2型を用い、昇温速度20℃/分の条件で測定し、得られた融解吸熱曲線において極値を与える温度をポリエステルの融点とした。また、示差走査型熱量計において融解吸熱曲線が極値を示さない樹脂については、ホットプレート上で加熱し、顕微鏡観察により樹脂が溶融した温度を融点とした。
(2)ポリエステルの固有粘度IV:
ポリエステルの固有粘度は、次の方法で測定した。
オルソクロロフェノール100mlに対し試料8gを溶解し、温度25℃においてオストワルド粘度計を用いて相対粘度ηを、下記式により求めた。
・η=η/η=(t×d)/(t×d
(ここで、ηはポリマー溶液の粘度、ηはオルソクロロフェノールの粘度、tは溶液の落下時間(秒)、dは溶液の密度(g/cm)、tはオルソクロロフェノールの落下時間(秒)、dはオルソクロロフェノールの密度(g/cm)を、それぞれ表す。)
次いで、相対粘度ηから、下記式により固有粘度IVを算出した。
・IV=0.0242η+0.2634。
(3)単繊維繊度(デシテックス):
スパンボンド不織布からランダムに小片サンプル10個を採取し、走査型電子顕微鏡で500〜3000倍の写真を撮影し、各小片サンプルから10本ずつ、計100本の繊維を任意に選び出し、その太さを測定する。繊維は断面が円形と仮定し、太さを繊維径とする。それらの平均値の小数点以下第一位を四捨五入して算出した繊維径とポリマーの密度から単繊維繊度を算出し、小数点第一位を四捨五入して求める。
(4)不織布の目付(g/m):
縦方向50cm×横方向50cmの試料を3個採取して、各試料の質量をそれぞれ測定し、得られた値の平均値を単位面積当たりに換算し、小数点以下第一位を四捨五入した。
(5)不織布の厚み(mm):
厚み計(テクロック社製“TECLOCK”(登録商標)SM−114)を使用して、不織布の厚みを幅方向等間隔に10点測定し、その平均値から小数点以下第3位を四捨五入し、厚みとした。
(6)不織布の見掛け密度(g/cm):
上記(5)で得られた厚みと上記(4)で得られた目付を用いて、次の式により、見掛け密度を算出し、小数点第3位を四捨五入した。
・見掛け密度(g/cm)=目付(g/m)/厚み(mm)/1000。
(7)不織布の通気量(cm/cm・sec):
スパンボンド不織布の任意の部分から、10cm×10cmのサンプルを10個採取し、JIS−L1913(2010年度版)に基づき、フラジール形法によって測定した。測定時の設定圧は、125Paとした。通気量は、得られた10点の通気量の平均値を小数点以下第一位を四捨五入して算出する。
(8)不織布の目付あたりの通気量((cm/cm・sec)/(g/m)):
上記(7)の通気量で得られた通気量の値を、上記(4)の目付で得られた目付の値で除し、目付当たりの通気量を小数点以下第四位を四捨五入し、算出する。
(9)不織布の剛軟度(mN):
剛軟度は、JIS−L1913(2010年度版)の6.7.4に記載のガーレ法に準じて測定し、求める。
(10)不織布の目付あたりの剛軟度((mN)/(g/m)):
上記(9)の剛軟度で得られた剛軟度の値を、上記(4)の目付で得られた目付の値で除し、目付あたりの剛軟度を、小数点以下第四位を四捨五入し、算出する。
(11)不織布の引張強力(N/5cm):
不織布の引張強力は、JIS L1913(2010年版)の6.3.1に基づいて、タテ方向とヨコ方向を長辺とした5cm×30cmの試験片を、それぞれ幅方向等間隔に1mあたり3点採取し、定速伸長型引張試験機を用いて、つかみ間隔が20cmで、引張速度が10cm/分の条件で引張試験を実施した。破断したときの強力を読み取り、少数点以下第一位を四捨五入した値を引張強力(N/5cm)とした。
(12)不織布の目付あたりの引張強力((mN)/(g/m)):
上記(11)の引張強力で得られた引張強力の値を、上記(4)の目付で得られた目付の値で除し、タテ方向とヨコ方向について、それぞれの目付あたりの引張強度を、小数点以下第二位を四捨五入し、算出する。
(13)不織布のダスト払い落とし試験:
不織布の任意の部分から、15cm×15cmのサンプルを3個採取し、それぞれの試験装置は、試験サンプルMをセットするサンプルホルダー1の上流側にダスト供給装置5が連結され、下流側に流量計2、流量調整バルブ3、ブロワ4、およびパルスジェット装置6を連結した構成となっている。試験サンプルの評価面積は、0.01 mとした。また、サンプルホルダー1に圧力計7が接続されており、試験サンプルMの圧力損失が測定できるようになっている。払い落とし性の試験にあたっては、ダスト供給装置5からJIS15種の標準粉体を205g/mの濃度になるように供給し、フィルター通過速度が1.5m/分になるように流量調整バルブ3で風量を調整して、ダストを一定濃度で連続的に供給し、試験サンプルMの圧力損失が1500Paに到達したら、パルスジェット装置6から、0.5MPaの圧縮空気を0.1sec噴射し、試験サンプルMに付着した粉塵(ダスト)を払い落とした。この払い落とし回数が200回に到達するまでの運転時間(hr)をそれぞれ測定し、3回の試験結果の平均値を求め、一の位を四捨五入して運転時間(hr)を求めた。
(14)不織布の集塵性能試験:
不織布の任意の部分から、15cm×15cmの試験サンプルを3個採取し、VDI/DIN 3926を参考標準として集塵性能試験を実施した。試験サンプルの濾過面積は0.016 mとし、濾過風速は2.0m/分とした。ダスト粉塵は、酸化アルミニウム粒子(Dp50:10.5μm)を使用し、試験サンプル上流の粉塵濃度が5g/mとなるよう一定濃度で供給した。
まず、パルスジェット装置から、5秒おきに、0.5MPaの圧縮空気を1秒間噴射するエージングサイクルを5000回実施した。続いて、エージング後の性能評価として、圧力損失が1000Paに達した後、0.5MPaの圧縮空気を1秒間噴射する払い落としサイクル(ただし、前回の払い落としから5秒未満で圧力損失が1000Paに達した場合は、5秒後までダスト負荷した後に圧縮空気を噴射する。)を30回繰り返し、試験中の粉漏れ濃度から次の式に基づいて集塵率を計算し、3回の測定の平均をとり、小数点以下第四位を四捨五入した。
・集塵率(%)=(1−粉漏れ濃度(g/m)/上流の粉塵濃度(g/m))×100。
また、30回目の払い落としサイクルの、パルスジェットを噴射してから5秒後の圧力損失を測定し、3回の測定の平均をとり、小数点以下第一位を四捨五入した。
(15)不織布の部分的凹部:
スパンボンド不織布から、ランダムに10mm角の小片サンプル5個を採取し、キーエンス社製ワンショット3D形状測定器VR−3000を用いて、各小片サンプルについて、幅方向4.5mm以上×長手方向4.5mm以上の3D形状測定を行った。続いて、各小片サンプルの両面について、面内の最も高さの高い場所を基準点(深さ0mm)とし、基準点を通る幅方向4.5mmおよび長手方向4.5mmの直線について、直線上に深さが0.10mm以上である部分が、面方向に0.20mm以上連続する箇所(すなわち、深さが0.10mm以上の部分的凹部)の有りと無しを調査した。表1には、いずれの小片サンプルでもこのような深さが0.10mm以上の部分的凹部が存在しない場合は「無し」と記載し、片面にのみ、少なくとも1つの小片サンプルに深さが0.10mm以上の部分的凹部が存在する場合は「片面有り」と記載し、それぞれの面について、少なくとも1つの小片サンプルに深さが0.10mm以上の部分的凹部が存在する場合は「両面有り」と記載した。
[実施例1]
水分率50ppm以下に乾燥した固有粘度IVが0.65で、融点が260℃のポリエチレンテレフタレート(PET)と、水分率50質量ppm以下に乾燥した固有粘度IVが0.64、イソフタル酸共重合率が11モル%で、融点が230℃の共重合ポリエステル(CO−PET)を、それぞれ295℃と280℃の温度で溶融し、ポリエチレンテレフタレートを芯成分とし、共重合ポリエステルを鞘成分として、口金温度が295℃で、芯:鞘=80:20の質量比率で細孔から紡出した後、エアサッカーにより紡糸速度4300m/分で円形断面形状のフィラメントを紡糸し、移動するネットコンベアー上に繊維ウェブとして捕集した。捕集した繊維ウェブに、熱風温度250℃のエアーを通過させた後、一対のフラットロールからなるカレンダーロールによって、温度が180℃で、線圧が50kg/cmの条件で熱接着し、単繊維繊度が2.7デシテックス(dtex)の繊維からなる、目付が200g/mのスパンボンド不織布を得た。得られたスパンボンド不織布の目付あたりのタテ引張強力は4.0(N/5cm)/(g/m)であり、目付あたりのヨコ引張強力は2.7(N/5cm)/(g/m)であった。結果を表1に示す。
[実施例2]
ネットコンベアー速度の速度を調整して目付を260g/mに変更したこと以外は、実施例1と同じ条件で、単繊維繊度が2.7デシテックスの繊維からなる、目付が260g/mのスパンボンド不織布を得た。結果を表1に示す。
[実施例3]
吐出量を調整して単繊維繊度を4.0dtexに変更したこと以外は、実施例1と同じ条件で、単繊維繊度が4.0デシテックスの繊維からなる、目付が200g/mのスパンボンド不織布を得た。結果を表1に示す。
[実施例4]
芯:鞘=70:30の質量比率に変更したこと以外は、実施例1と同じ条件で、単繊維繊度が2.7デシテックスの繊維からなる、目付が200g/mのスパンボンド不織布を得た。結果を表1に示す。
[実施例5]
水分率50質量ppm以下に乾燥した固有粘度IVが0.65で、融点が260℃のポリエチレンテレフタレート(PET)と、水分率50質量ppm以下に乾燥した固有粘度がIV0.64、イソフタル酸共重合率が11モル%で、融点が230℃の共重合ポリエステル(CO−PET)を、それぞれ295℃と280℃の温度で溶融し、ポリエチレンテレフタレートを芯成分とし、共重合ポリエステルを鞘成分として、口金温度295℃、芯:鞘=80:20の質量比率で細孔から紡出した後、エアサッカーにより紡糸速度4300m/分で円形断面形状のフィラメントを紡糸し、移動するネットコンベアー上に繊維ウェブとして捕集した。捕集した繊維ウェブを、熱風温度250℃のエアーを繊維シートに通過させた後、樹脂ベルトからなる2台のベルトコンベアの間に挟み込んで温度180℃の条件下で熱処理し、単繊維繊度が2.7デシテックスの繊維からなる、目付が200g/mのスパンボンド不織布を得た。得られたスパンボンド不織布の目付あたりのタテ引張強力は4.1(N/5cm)/(g/m)であり、目付あたりのヨコ引張強力は2.7(N/5cm)/(g/m)であった。
得られた不織布の特性は表1に示したとおりであり、実施例1、2、3、4および5のスパンボンド不織布は、いずれも通気性と剛性に優れており、またダスト払い落としテスト後のフィルターは、表面にダストが付着しているものの、目詰まり等はなく、いずれも良好であった。結果を表1に示す。
[比較例1]
熱風温度を300℃としたこと以外は、実施例1と同じ条件で、単繊維繊度が2.7デシテックスの繊維からなる、目付が200g/mのスパンボンド不織布を得た。得られたスパンボンド不織布の目付あたりのタテ引張強力は3.0(N/5cm)/(g/m)であり、目付あたりのヨコ引張強力は1.8(N/5cm)/(g/m)であった。結果を表2に示す。
[比較例2]
カレンダーロールの温度を160℃としたこと以外は、実施例1と同じ条件で、単繊維繊度が2.7デシテックスの繊維からなる、目付が200g/mのスパンボンド不織布を得た。本発明のフィルター用スパンボンド不織布の製造方法によれば、エアスルー熱接着された繊維ウェブを、一対のフラットロールまたは2台のベルトコンベアの間に挟み込み、融点が230℃の共重合ポリエステル(低融点ポリエステル)の融点よりも5〜65℃低い温度(すなわち、温度165〜225℃)で熱処理することが重要であるが、本比較例2ではこの温度条件を満足していない。得られた不織布は見掛密度が0.22g/cmと低く、巻き取り時にシワが発生し、品位が劣るものであった。結果を表2に示す。
[比較例3]
ネットコンベアー速度の速度を調整して目付を400g/mに変更したこと以外は、実施例1と同じ条件で単繊維繊度が2.7デシテックスの繊維からなる、目付が400g/mのスパンボンド不織布を得た。結果を表2に示す。
[比較例4]
吐出量を調整し単繊維繊度を8.0dtexに変更したこと以外は、実施例1と同じ条件で単繊維繊度が8.0デシテックスの繊維からなる、目付が200g/mのスパンボンド不織布を得た。得られたスパンボンド不織布の目付あたりのタテ引張強力は2.7(N/5cm)/(g/m)であり、目付あたりのヨコ引張強力は2.4(N/5cm)/(g/m)であった。結果を表2に示す。
[比較例5]
水分率50質量ppm以下に乾燥した固有粘度IVが0.65で、融点が260℃のポリエチレンテレフタレート(PET)と、水分率50質量ppm以下に乾燥した固有粘度IV0.64、イソフタル酸共重合率11モル%で融点230℃の共重合ポリエステル(CO−PET)を、それぞれ295℃と280℃の温度で溶融し、ポリエチレンテレフタレートを芯成分とし、共重合ポリエステルを鞘成分として、口金温度295℃、芯:鞘=80:20の質量比率で細孔から紡出した後、圧着面積率18%となるエンボスロールで、温度が200℃で、線圧が60kg/cmの条件で熱接着し、単繊維繊度が2.7デシテックスの繊維からなる、目付が200g/mのスパンボンド不織布を得た。結果を表2に示す。
[比較例6]
水分率50質量ppm以下に乾燥した固有粘度IVが0.65で、融点が260℃のポリエチレンテレフタレート(PET)を紡糸し、単繊維繊度が2デシテックス、カット長51mm、捲縮数14個/2.54cmのポリエチレンテレフタレート短繊維を用い、単糸番手20s、合糸本数2本の紡績糸を得た。このものを平織りとし、ポリエチレンテレフタレート紡績糸織物を得た。次いで、120℃の温度でオーバーフィードを与えつつ45秒間ヒートセットし、経糸密度が26本/2.54cmで、緯糸密度が18本/2.54cmの基布とした。このようにして得られた基布に、単繊維繊度2.0d、カット長51mm、捲縮数14個/2.54cmの円形断面を有するポリエチレンテレフタレート繊維を用いた繊維ウェブを積層し、ニードルパンチングにより、基布と繊維ウェブとを絡合させてニードルパンチフェルトを得た。さらに、このニードルパンチフェルトに、バーナー炎で毛焼き処理を行い、次いで表面温度が200℃の熱ロールを用いてプレスすることにより、目付が200g/mで、厚みが0.69mmの短繊維不織布を得た。結果を表2に示す。
得られた不織布の特性は、表1と表2に示したとおりであるが、比較例1は、過溶融でシート全体が高密度となり、通気性が低く、また剛軟度やダスト払い落とし性も不良であった。また、比較例2は、緻密性が不足しているためダストが詰まりやすく、ダスト払い落とし性が不良であった。また、比較例3は、高目付で通気性が低く、ダスト払い落とし性も不良であるという問題があった。また、比較例4は、単繊維繊度が太く、ダスト払い落とし性が不良であった。また、比較例5は、剛軟度が低く、ダスト払い落とし性も劣位であった。さらに比較例6は、通気性は高いものの、剛軟度が非常に小さく、ダスト払い落とし性も不良であり、プリーツフィルターには適さないものであった。
また、集塵性能試験の結果、本発明のフィルター用スパンボンド不織布は、比較例1、3および5のスパンボンド不織布と比較して圧力損失が小さく、かつ集塵率にも優れたものであり、また比較例2と4の不織布と比較して、集塵率において優れたものであった。
1:サンプルホルダー
2:流量計
3:流量調整バルブ
4:ブロワ
5:ダスト供給装置
6:パルスジェット装置
7:圧力計
M:測定サンプル

Claims (8)

  1. 高融点ポリエステルの周りに、前記高融点ポリエステルの融点よりも10〜140℃低い融点を有する低融点ポリエステルを配した複合型ポリエステル繊維からなるスパンボンド不織布であって、前記複合型ポリエステル繊維の単繊維繊度が1.5dtex以上5.0dtex未満であり、前記スパンボンド不織布の目付が150〜300g/m、見掛け密度が0.25〜0.40g/cm、目付あたりの通気量が0.05〜0.45(cm/cm・sec)/(g/m)で、かつ、目付あたりの剛軟度がタテ方向とヨコ方向の少なくともどちらか一方が0.09〜0.32(mN)/(g/m)であることを特徴とするフィルター用スパンボンド不織布。
  2. 複合型ポリエステル繊維の複合形態が、高融点ポリエステルを芯成分とし、低融点ポリエステルを鞘成分とする芯鞘型であり、かつ、前記芯成分と前記鞘成分の芯鞘成分質量比率が90:10〜60:40であることを特徴とする請求項1記載のフィルター用スパンボンド不織布。
  3. 目付あたりのタテ方向の引張強力が3.2(N/5cm)/(g/m)以上であることを特徴とする請求項1または2記載のフィルター用スパンボンド不織布。
  4. 少なくとも一方の表面に深さ0.10mm以上の部分的凹部がないことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のフィルター用スパンボンド不織布。
  5. 高融点ポリエステルがポリエチレンテレフタレートであり、かつ低融点ポリエステルが共重合ポリエチレンテレフタレートであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のフィルター用スパンボンド不織布。
  6. 下記(a)〜(d)の工程を順次施すことを特徴とするフィルター用スパンボンド不織布の製造方法。
    (a)紡糸口金から、高融点ポリエステルの周りに、前記高融点ポリエステルの融点よりも10〜140℃低い融点を有する低融点ポリエステルを配した複合型ポリエステル繊維を紡出する工程。
    (b)紡出された複合型ポリエステル繊維を、高速吸引ガスにより吸引延伸し、移動するネットコンベアー上に捕集して、単繊維繊度が1.5dtex以上5.0dtex未満の複合型ポリエステル繊維からなる繊維ウェブを得る工程。
    (c)得られた繊維ウェブに、前記低融点ポリエステルの融点よりも高く、かつ前記高融点ポリエステルの融点よりも低い温度の熱風を通過させ、エアスルー熱接着する工程。
    (d)前記エアスルー熱接着された繊維ウェブを、一対のフラットロールまたは2台のベルトコンベアの間に挟み込み、前記の低融点ポリエステルの融点よりも5〜65℃低い温度で熱処理し、目付が150〜300g/mのスパンボンド不織布を得る工程。
  7. 複合型ポリエステル繊維の複合形態が、高融点ポリエステルを芯成分とし、低融点ポリエステルを鞘成分とする芯鞘型であり、かつ、前記芯成分と前記鞘成分の芯鞘成分質量比率が90:10〜60:40であることを特徴とする請求項6記載のフィルター用スパンボンド不織布の製造方法。
  8. 高融点ポリエステルがポリエチレンテレフタレートであり、かつ低融点ポリエステルが共重合ポリエチレンテレフタレートであることを特徴とする請求項6または7記載のフィルター用スパンボンド不織布の製造方法。
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