JP6689681B2

JP6689681B2 - 耐熱性湿式不織布

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Publication number: JP6689681B2
Application number: JP2016115030A
Authority: JP
Inventors: 真一江角; 吉田　光男; 光男吉田; 緑川　正敏; 正敏緑川; 研史津田
Original assignee: Mitsubishi Paper Mills Ltd
Current assignee: Mitsubishi Paper Mills Ltd
Priority date: 2016-06-09
Filing date: 2016-06-09
Publication date: 2020-04-28
Anticipated expiration: 2036-06-09
Also published as: JP2017218701A

Description

本発明は、ポリフェニレンサルファイド繊維を含有する耐熱性湿式不織布に関するものである。

ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）繊維は、耐熱性、耐薬品性、耐加水分解性能、吸湿時の寸法安定性、絶縁性、難燃性、保温性に優れている高機能繊維であるため、用途が拡大している。例えば、高温のガス集塵に用いるフィルター、工業製品の乾燥工程に使用するドライヤー用カンバス、オフィス用コピー機のロール拭き取り材、電気機器の絶縁材、緩衝材（クッション材）、保温布、電池用セパレータ等の用途が挙げられる。

ＰＰＳ繊維を含有してなる耐熱性不織布として、湿式抄紙法で製造された耐熱性湿式不織布が知られている。例えば、延伸ＰＰＳ繊維と未延伸ＰＰＳ繊維とを併用する耐熱性湿式不織布が知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。一般的に、湿式不織布には、同じ目付の場合、乾式不織布と比較して緻密であるという特徴がある。しかし、ＰＰＳ繊維を含有してなる耐熱性湿式不織布では、密度が低くなりにくく、嵩高になりやすかった。そのため、電気機器や電池の小型化に対応するために、電気機器の絶縁材や電池用セパレータ等の用途において、低目付で緻密であり、十分な耐熱性を有するＰＰＳ繊維を含有してなる湿式不織布が求められている。

特開２０１０−２４５７４号公報特開２０１１−１０６０４３号公報

本発明の課題は、ＰＰＳ繊維を含有する耐熱性湿式不織布において、低目付で緻密であり、十分な耐熱性を有する耐熱性不織布を提供することである。

上記課題は、下記発明によって解決することができる。

（１）ポリフェニレンサルファイド繊維を含有する耐熱性湿式不織布において、延伸ポリフェニレンサルファイド繊維及び未延伸ポリフェニレンサルファイド繊維を含有してなる繊維層と、前記繊維層の少なくとも一方の面に設けられてなる無機微粒子含有層とを有し、前記無機微粒子が、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化クロム、水酸化ジルコニウム、水酸化ニッケル、水酸化ホウ素、クレー、ベーマイト、ダイスポア及びマイカからなる群から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする、耐熱性湿式不織布。

（２）前記無機微粒子の粒子径が、０．５〜２０μｍである上記（１）記載の耐熱性湿式不織布。
（３）前記無機微粒子が、水酸化マグネシウム、マイカ及びクレーからなる群から選ばれる少なくとも１種である上記（１）又は（２）記載の耐熱性湿式不織布。

本発明によれば、ＰＰＳ繊維を含有する耐熱性湿式不織布において、低目付で緻密であり、十分な耐熱性を有する耐熱性不織布を提供することができる。

本発明は、ポリフェニレンサルファイド繊維を含有する耐熱性湿式不織布において、延伸ポリフェニレンサルファイド繊維及び未延伸ポリフェニレンサルファイド繊維を含有してなる繊維層と、前記繊維層の少なくとも一方の面に設けられてなる無機微粒子含有層とを有することを特徴とする。この層構成によって、低目付で緻密であり、十分な耐熱性を有するという効果が達成できる。

ポリフェニレンサルファイド（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｓｕｌｆｉｄｅ）繊維とは、ポリマー構成単位として−（Ｃ_６Ｈ_４−Ｓ）−を主要構造単位とする重合体（ＰＰＳ重合体）からなる合成繊維である。ＰＰＳ重合体の代表例としては、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンサルファイドスルホン、ポリフェニレンサルファイドケトン等が挙げられる。また、これらのランダム共重合体、ブロック共重合体等も挙げられる。さらに、前記重合体の混合物が挙げられる。特に好ましいＰＰＳ重合体としては、ポリマーの主要構造単位として、−（Ｃ_６Ｈ_４−Ｓ）−で表されるｐ−フェニレン単位を、好ましくは９０質量％以上含有するポリフェニレンサルファイドが挙げられる。

本発明において、ＰＰＳ繊維としては、延伸ＰＰＳ繊維と未延伸ＰＰＳ繊維を使用する。未延伸ＰＰＳ繊維は、大部分が非結晶構造であり、熱を加えることで溶融し、バインダー繊維として働くことができる。延伸ＰＰＳ繊維は、繊維製造工程において延伸を加えられることで、繊維の単繊維強度が強く、寸法安定性に優れている。本発明においては、延伸ＰＰＳ繊維及び未延伸ＰＰＳ繊維を併用することで、耐熱性に優れた不織布を提供することができる。

湿式抄紙法における製造効率を考慮すると、ＰＰＳ繊維の繊維長は、好ましくは１〜３０ｍｍであり、より好ましくは３〜１２ｍｍである。また、ＰＰＳ繊維の繊維径としては、好ましくは３０μｍ以下であり、より好ましくは２５μｍ以下であり、さらに好ましくは２０μｍ以下である。なお、繊維径の下限値は、好ましくは０．１μｍ以上である。

本発明において、耐熱性湿式不織布の繊維層における未延伸ＰＰＳ繊維の配合量は、前記繊維層における全繊維量に対して４０〜８０質量％であることが好ましく、より好ましくは５０〜７０質量％である。未延伸ＰＰＳ繊維の配合量が４０質量％よりも少なくなると、繊維同士を接着させるバインダー効果が不足し、繊維層の強度が低くなり、耐熱性湿式不織布の強度も低くなる可能性がある。また、繊維層の目付を低くしても、繊維層を薄くすることができにくくなり、繊維層が嵩高になる場合がある。逆に、未延伸ＰＰＳ繊維の配合量が８０質量％を超えると、繊維層の耐熱性や寸法安定性が低下する場合がある。

本発明において、緻密で、十分な耐熱性や強度を有する耐熱性湿式不織布を得るためには、耐熱性湿式不織布の繊維層の目付が２０〜６０ｇ／ｍ^２であり、厚さが２５〜８０μｍであることが好ましく、目付が２５〜５０ｇ／ｍ^２であり、厚さが３０〜７０μｍであることがより好ましい。なお、目付はＪＩＳＰ８１２４に規定された方法に基づく坪量を意味する。

本発明では、繊維層は湿式抄造法で製造される。まず、延伸ＰＰＳ繊維及び未延伸ＰＰＳ繊維を均一に水中に分散させ、その後、スクリーン（異物、塊等除去）等の工程を通し、スラリーを調製する。スラリーの最終繊維濃度は、好ましくは０．０１〜０．５０質量％である。該スラリーが、抄紙機で抄き上げられ、湿紙が得られる。工程中で、分散剤、消泡剤、親水剤、帯電防止剤、高分子粘剤、離型剤、抗菌剤、殺菌剤等の薬品を添加する場合もある。

抄紙機としては、例えば、長網、円網、傾斜ワイヤー等の抄紙網を単独で使用した抄紙機、同種又は異種の２種類以上の抄紙網がオンラインで設置されているコンビネーション抄紙機等を使用することができる。また、繊維層が二層以上の多層構成の場合には、各々の抄紙機で抄き上げた湿紙を積層する抄き合わせ法や、一方の層を形成した後に、該層上に繊維を分散したスラリーを流延して積層とする流延法等で、繊維層を製造することができる。繊維を分散したスラリーを流延する際に、先に形成した層は湿紙状態であっても良いし、乾燥状態であっても良い。また、２枚以上の乾燥状態の層を熱融着させて、多層構成の繊維層とすることもできる。

湿式抄造法では、抄紙網で製造された湿紙を、ヤンキードライヤー、エアードライヤー、シリンダードライヤー、サクションドラム式ドライヤー、赤外方式ドライヤー等で乾燥することによって、シート状の繊維層が得られる。湿紙の乾燥の際に、ヤンキードライヤー等の熱ロールに密着させて熱圧乾燥させることによって、密着させた面の平滑性が向上する。熱圧乾燥とは、タッチロール等で熱ロールに湿紙を押しつけて乾燥させることを言う。熱ロールの表面温度は、１００〜１８０℃が好ましく、１００〜１６０℃がより好ましく、１１０〜１６０℃がさらに好ましい。圧力は、好ましくは５０〜１０００Ｎ／ｃｍであり、より好ましくは１００〜８００Ｎ／ｃｍである。

本発明では、繊維層に熱カレンダー処理を施すこともできる。繊維層の熱カレンダー処理に使用されるカレンダーユニットとしては、金属ロール−金属ロール、金属ロール−弾性ロール、金属ロール−コットンロール、金属ロール−シリコンロール等のロールの組み合わせのカレンダーユニットが挙げられる。これらのカレンダーユニットは、単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

熱カレンダー処理の際の金属ロールの表面温度としては、好ましくは１００〜２５０℃であり、より好ましくは１３０〜２３０℃であり、さらに好ましくは１５０〜２３０℃である。金属ロールの温度が１００℃より低いと、ＰＰＳ繊維の溶融が進まず、繊維−繊維間の結着が進まない場合がある。また、金属ロールの温度が２５０℃より高いと、繊維層を構成する繊維が、金属ロールに貼りつき、繊維層表面の均一性を損なう場合がある。

熱カレンダー処理時のニップのニップ圧力は、好ましくは１９０〜１８００Ｎ／ｃｍであり、より好ましくは３９０〜１５００Ｎ／ｃｍである。加工速度は、好ましくは５〜１５０ｍ／ｍｉｎであり、より好ましくは１０〜８０ｍ／ｍｉｎである。

本発明において、繊維層が多層構成である場合、各層の繊維配合が同一である多層構成であっても良く、各層の繊維配合が異なっている多層構成であっても良い。多層構成である場合、各層の坪量が下がることにより、スラリーの繊維濃度を下げることができるため、繊維層の地合が良くなり、その結果、繊維層の地合の均一性が向上する。また、各層の地合が不均一であった場合でも、積層することで補填できる。さらに、抄紙速度を上げることができ、操業性が向上するという効果も得られる。

本発明において、無機微粒子が、結晶水又は構造水の脱水温度が２５０℃以上である無機微粒子であることが好ましい。「結晶水又は構造水の脱水温度が２５０℃以上である無機微粒子」には、結晶水又は構造水を有さない無機微粒子も含まれる。結晶水又は構造水を有する無機微粒子を加熱すると脱水反応が起こり、水が放出される。そして、この脱水反応は吸熱反応である。そのため、無機微粒子が結晶水又は構造水の脱水温度が２５０℃以上である無機微粒子であることによって、耐熱性湿式不織布の耐熱性がより向上する。なお、無機微粒子が結晶水又は構造水を有さない無機微粒子である場合、加熱しても、無機微粒子の結晶構造が変化し難いため、耐熱性湿式不織布の変形が起こりにくくなり、耐熱性に優れた耐熱性不織布が得られる。

無機微粒子のより好ましい脱水温度は３００℃以上であり、さらに好ましい脱水温度は３５０℃以上である。無機微粒子としては、例えば、水酸化アルミニウム（２００〜３５０℃）、水酸化マグネシウム（３３０〜４３０℃）、水酸化カルシウム（４００〜５００℃）、水酸化クロム、水酸化ジルコニウム、水酸化ニッケル、水酸化ホウ素、クレー、ベーマイト（４００〜６００℃）、ダイスポア（４５０〜６５０℃）、マイカ（５５０℃）、アルミナ等が挙げられる。特に好ましい無機微粒子は、水酸化アルミニウム、ベーマイト、ダイスポア、水酸化マグネシウム、クレー、マイカである。これらの無機微粒子は１種のみ使用しても良いし、２種以上を組み合わせて使用しても良い。なお、本発明において、無機微粒子の脱水温度は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）にて測定することができる。測定条件は、窒素ガス雰囲気下、昇温速度１０℃／ｍｉｎ、温度範囲３０〜９００℃である。

緻密な耐熱性湿式不織布を得る方法としては、第一に、無機微粒子の粒子径及び粒子構造を調整する方法がある。無機微粒子の粒子径を小さくすることで、緻密にすることが可能である。また、粒子の一次構造、二次構造を小さくすることでも、緻密にすることが可能である。なお、本発明における粒子径とはレーザー回折散乱法により測定される平均粒子径（Ｄ５０）を指す。

本発明において、無微微粒子の粒子径としては、好ましくは０．５〜２０μｍであり、より好ましくは０．５〜１０μｍである。粒子径が前記範囲内であることによって、緻密で耐熱性に優れた耐熱性湿式不織布が得られやすい。無微微粒子の粒子径が０．５μｍ未満である場合、無機微粒子含有層を設ける際の作業性が低下する場合がある。耐熱性の点から、無機微粒子の配合量は、不織布の全固形分中の２０〜８０質量％であるのが好ましい。

第二に、繊維層、又は耐熱性湿式不織布にカレンダー処理する方法がある。カレンダー処理により厚さが調整でき、緻密な耐熱性湿式不織布を得ることが可能である。熱を掛けてカレンダー処理することで、未延伸ＰＰＳ繊維や無機微粒子含有層中の接着剤が溶融して、耐熱性湿式不織布間の接着が強固になることで、緻密な耐熱性湿式不織布を得ることが可能である。

本発明において、無機微粒子含有層が接着剤を含有していても良い。接着剤としては、具体例としては、例えばウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、酢酸ビニル／アクリル酸エステル共重合体、エチレン／酢酸ビニル共重合体、ポリアクリル酸エステル、スチレン／アクリル酸エステル共重合体、スチレン／ブタジエン共重合体、アクリロニトリル／ブタジエン共重合体、アクリル酸メチル／ブタジエン共重合体、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン三元共重合体、ポリ酢酸ビニル等の高分子系接着剤が挙げられる。中でも、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂が好ましい。本発明において、耐熱性湿式不織布の耐熱性及び無機微粒子含有層の強度の点から、無機微粒子含有層中の接着剤量は、固形分で５〜３０質量％であることが好ましい。

本発明において、発明の効果を損ねない範囲で、無機微粒子含有層に、分散剤、濡れ剤、増粘剤、撥水剤等の各種添加剤を添加することができる。

本発明において、無機微粒子含有層を設ける方法に特に制限はない。例えば、エアドクターコーター、ブレードコーター、ナイフコーター、ロッドコーター、スクイズコーター、含浸コーター、グラビアコーター、キスロールコーター、ダイコーター、リバースロールコーター、トランスファーロールコーター、スプレーコーター等のコーターを用いて、無機微粒子を含有する塗液を繊維層に塗工し、乾燥させることにより、無機微粒子含有層を設けることができる。

本発明において、無機微粒子含有層の塗工量は、絶乾で、好ましくは１０〜５５ｇ／ｍ^２であり、より好ましくは１０〜４０ｇ／ｍ^２である。塗工量が１０ｇ／ｍ^２以上であることで、無機微粒子含有層によって繊維層表面を十分に被覆しやすくなり、耐熱性が向上しやすくなる。また、塗工量５５ｇ／ｍ^２以下であることで、耐熱性湿式不織布の厚み上昇を抑えることができ、緻密な耐熱性不織布を得やすくなる。

本発明において、繊維層と、前記繊維層の少なくとも一方の面に設けられてなる無機微粒子含有層とを有する耐熱性湿式不織布に対して、耐熱性湿式不織布表面の平坦化や厚さをコントロールする目的で、熱カレンダー処理を施すこともできる。耐熱性湿式不織布の熱カレンダー処理には、前述した繊維層の熱カレンダー処理におけるカレンダーユニット、条件等を用いることができるが、熱カレンダー処理の際の金属ロールの表面温度は、繊維層の熱カレンダー処理よりも高くすることが好ましく、好ましくは１００〜２５０℃であり、より好ましくは１３０〜２５０℃であり、さらに好ましくは１５０〜２５０℃である。

本発明の耐熱性湿式不織布の目付は、特に限定しないが、好ましくは４０〜１００ｇ／ｍ^２であり、より好ましくは４０〜８０ｇ／ｍ^２である。目付が４０ｇ／ｍ^２未満では、耐熱性湿式不織布の均一性、緻密性、耐熱性が不十分となる場合がある。目付が１００ｇ／ｍ^２を超えると、熱カレンダー処理を実施しても厚さが十分に薄くならない場合がある。

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。なお、実施例中における部や百分率は断りのない限り、すべて質量によるものである。

（繊維）
ＰＰＳ延伸繊維：繊度１．７デシテックス、繊維長５ｍｍ
ＰＰＳ未延伸繊維：繊度２．２デシテックス、繊維長５ｍｍ

＜実施例１＞
（繊維層）
表１記載の繊維配合で、分散濃度０．１質量％で１０分間、繊維を水に分散し、円網抄紙機を使って湿紙を形成し、その後、表面温度１５０℃のヤンキードライヤーにて熱圧乾燥し、次に、金属ロール−金属ロールのカレンダーユニットによって、加工温度２２０℃、加工速度１０ｍ／ｍｉｎで熱カレンダー処理を施し、繊維層を得た。繊維層の目付及び厚さを表１に記載した。

（無機微粒子含有層用塗液）
無機微粒子である粒子径１．２μｍの水酸化マグネシウム１００質量部に、分散剤１部と水２６質量部とを加えて分散し、水酸化マグネシウム水分散液を調製した。次に、この水酸化マグネシウム水分散液７５質量部に、接着剤としてウレタン系樹脂１６質量部を加えて攪拌混合した。続いて、増粘剤としてポリビニルアルコール（ＰＶＡ）樹脂９質量部を加えて攪拌混合した。最後に、固形分濃度が３４質量％になるように、調製水を加えて、塗液１を調製した。

（無機微粒子含有層）
繊維層の片面に、絶乾塗工量が２５ｇ／ｍ^２となるように塗液を塗工した後乾燥して無機微粒子層を設け、金属ロール−金属ロールのカレンダーユニットによって、加工温度２４０℃、加工速度１０ｍ／ｍｉｎで熱カレンダー処理を施し、耐熱性不織布を作製した。

＜実施例２＞
無機微粒子として、粒子径５．０μｍの天然マイカ１００質量部を用いた以外は、実施例１と同様にして、耐熱性湿式不織布を作製した。

＜実施例３＞
無機微粒子として、粒子径２〜２０μｍの偏平クレー１００質量部を用いた以外は、実施例１と同様にして、耐熱性湿式不織布を作製した。

＜実施例４及び５＞
表１に記載したように、繊維配合を変えた以外は、実施例１と同様にして、耐熱性湿式不織布を作製した。

＜実施例６及び７＞
表１に記載したように、繊維層の目付を変えた以外は、実施例１と同様にして、耐熱性湿式不織布を作製した。

＜実施例８及び９＞
表１に記載したように、無機微粒子層の絶乾塗工量を変えた以外は、実施例１と同様にして、耐熱性湿式不織布を作製した。

＜実施例１０及び１１＞
表１に記載したように、無機微粒子である水酸化マグネシウムの粒子径を変えた以外は、実施例１と同様にして、耐熱性不織布を作製した。

＜比較例１＞
実施例１で得られた繊維層を、比較例１の耐熱性湿式不織布とした。

実施例及び比較例の耐熱性湿式不織布に対して、以下の評価を行い、結果を表１に示した。

（耐熱性：引張強度）
耐熱性湿式不織布を、幅方向２５ｍｍ、流れ方向１５０ｍｍに断裁し、卓上型材料試験機（装置名：ＳＴＡ−１１５０、株式会社オリエンテック製）のチャックに、チャック間隔８０ｍｍで固定し、１００ｍｍ／ｍｉｎの一定速度で、不織布が破断するまで、上チャックを引き上げて行った時の最大荷重を引張強度とした。次いで、２００℃の乾燥機内で７２時間加熱処理した後の耐熱性湿式不織布について、前記と同様の方法で引張強度を測定し、加熱処理前の引張強度に対する加熱処理後の引張強度の維持率（加熱処理後の引張強度／加熱処理前の引張強度×１００、単位：％）を求め、下記の基準で評価した。

１００％：◎
１００％未満、９８％以上：○
９８％未満、９６％以上：△
９６％未満：×

（耐熱性：収縮率）
１００ｍｍ角に断裁した耐熱性湿式不織布を、２００℃の乾燥機内で７２時間加熱処理した。加熱処理前後の流れ方向の寸法を０．１ｍｍ単位で測定し、加熱処理前の寸法に対する加熱処理後の寸法の変化率（加熱処理後の寸法／加熱処理前の寸法×１００、単位：％）を求め下記の基準で評価した。

９９％以上：◎
９９％未満、９８％以上：○
９８％未満、９７％以上：△
９７％未満：×

延伸ＰＰＳ繊維及び未延伸ＰＰＳ繊維を含有してなり、未延伸ＰＰＳ繊維と延伸ＰＰＳ繊維の配合量が６０質量部と４０質量部である、比較例１の耐熱性湿式不織布と、比較例１の耐熱性湿式不織布を繊維層とし、前記繊維層の片面に無機微粒子含有層を有する、実施例１〜３及び６〜１１の耐熱性湿式不織布とを比較することで、無機微粒子含有層を有することによって、耐熱性湿式不織布の耐熱性が向上することがわかる。

無機微粒子の粒子径が０．５μｍ未満である実施例１１では、絶乾塗工量が２５ｇ／ｍ^２となるように塗液を塗工したが、塗液の裏抜けが発生し、実際の絶乾塗布量は２０ｇ／ｍ^２であった。無機微粒子の粒子径が０．５μｍ以上である実施例１では、塗液の裏抜けは確認されなかった。無機微粒子の粒子径が２０μｍを超えている実施例１０と無機微粒子の粒子径が２０μｍ以下である実施例３とを比較すると、実施例３の耐熱性湿式不織布の方が、緻密性及び耐熱性に優れていることがわかる。

本発明の耐熱性湿式不織布は、高温のガス集塵に用いるフィルター、工業製品の乾燥工程に使用するドライヤー用カンバス、オフィス用コピー機のロール拭き取り材、電気機器の絶縁材、緩衝材（クッション材）、保温布、電池用セパレータ等に利用することができる。

Claims

ポリフェニレンサルファイド繊維を含有する耐熱性湿式不織布において、延伸ポリフェニレンサルファイド繊維及び未延伸ポリフェニレンサルファイド繊維を含有してなる繊維層と、前記繊維層の少なくとも一方の面に設けられてなる無機微粒子含有層とを有し、前記無機微粒子が、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化クロム、水酸化ジルコニウム、水酸化ニッケル、水酸化ホウ素、クレー、ベーマイト、ダイスポア及びマイカからなる群から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする、耐熱性湿式不織布。
前記無機微粒子の粒子径が、０．５〜２０μｍである請求項１記載の耐熱性湿式不織布。
前記無機微粒子が、水酸化マグネシウム、マイカ及びクレーからなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１又は２記載の耐熱性湿式不織布。