JP6966859B2

JP6966859B2 - 不織布

Info

Publication number: JP6966859B2
Application number: JP2017071131A
Authority: JP
Inventors: 祐一武田; 正士伊藤; 武彦平原
Original assignee: Toray Fine Chemicals Co Ltd
Current assignee: Toray Fine Chemicals Co Ltd
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2021-11-17
Anticipated expiration: 2037-03-31
Also published as: JP2018172811A

Description

本発明は、不織布に関する。

従来、極細繊維からなる不織布は、各種フィルター等に用いられており、繊維径の小さい繊維で形成された不織布は、微粒子の捕捉性に優れていることから、液体フィルター、エアフィルター等に適用されている。特に、溶融した熱可塑性樹脂を紡糸して製造するメルトブロー不織布については、繊維径の小さい繊維で不織布を形成するための検討がなされている。しかし、メルトブロー不織布は微小な塵埃の捕集には優れているが、繊維径が小さい繊維から形成されているため、保形性に劣る。このため、例えば、メルトブロー不織布に直接プリーツ加工を施しても、プリーツ形状は安定に保持されず、風圧などが加わると容易に変形してしまう。そこで、メルトブロー不織布の上流側に、メルトブロー不織布よりも初期圧力損失の小さい支持用濾材を配置することで、メルトブロー不織布に形状安定性を与えて、プリーツ加工後の形状を保持することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。あるいは、不織布のフィルター用濾材にエンボス加工を施して凹凸を形成し、プリーツ加工した際に、凸部同士を当接させることにより、空隙を維持することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平７−２５６０２６号公報特開２０１７−３５６８４号公報

従来のプリーツ加工を目的としたフィルター用濾材では、積層不織布やエンボスにより凹凸を形成するが、圧力損失が上昇するとともに、圧力をかけることよって積層不織布の形状やエンボスによる凹凸を保持できず、プリーツ間のヒダが重なることによって濾過面積が低下するという問題があった。

本発明は上記課題を解決するものであり、不織布シート単層でありながら、形状保持性に優れ、特に高通気量のフィルター濾材として好適に用いることのできる、不織布を提供するものである。

前記目的を達成するために、本発明の不織布は、メルトブロー不織布であって、ハンドルオメータ法による剛軟度が、３００ｍＮ以上９００ｍＮ以下の範囲内にあり、かつ、通気量が５００ｃｍ^３／ｃｍ^２／ｓ以上８００ｃｍ^３／ｃｍ^２／ｓ以下の範囲内にあり、繊維接着率が８０％以上であるとともに、融着束繊維径が４０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内にあることを特徴とする。

本発明によれば、不織布シート単層でありながら、形状保持性に優れ、特に高通気量のフィルター濾材として好適に用いることのできる、不織布を提供することができる。

図１は、本発明の不織布の一例のＳＥＭ写真である。図２は、本発明の不織布の一例の断面ＳＥＭ写真である。

以下、本発明をさらに具体的に述べる。本発明の不織布は、ハンドルオメータ法による剛軟度（以下、「ハンドルオメータ剛軟度」と呼ぶことがある。）が、３００ｍＮ以上９００ｍＮ以下の範囲内にあり、かつ、通気量が５００ｃｍ^３／ｃｍ^２／ｓ以上８００ｃｍ^３／ｃｍ^２／ｓ以下の範囲内にあることにより、強度が強く形状保持性に優れ、かつ、高通気量を確保できる不織布とその製造方法を実現することができたものである。

従来、例えば、不織布にプリーツ加工を施して、プリーツ型のフィルターとして用いる場合、プリーツ形状が安定に保持されず、風圧や濾過圧力が加わることで容易に変形してしまうという問題があった。そこで、形状が風圧等で変形しにくい形状保持性が求められている。不織布等における形状保持特性の指標としては、カンチレバー法やガーレ法による剛軟度によって評価されることが多かった。しかし、これらの指標の測定値とプリーツ型のフィルターとしての形状保持特性との間に、相関がみられない場合が発生した。本発明の製造方法によって得られた不織布は、１枚を単層で用いた場合であっても、複数枚を重ねて用いた場合であっても、高通気量を保つことができたが、ガーレ法による剛軟度では、従来の不織布と大きな違いは見られなかった。しかし、ハンドルオメータ剛軟度を指標としたところ、従来の不織布とは、明確な違いがあることがわかった。

本発明の不織布は、ハンドルオメータ剛軟度が、３００ｍＮ以上９００ｍＮ以下の範囲内にあり、かつ、通気量が５００ｃｍ^３／ｃｍ^２／ｓ以上８００ｃｍ^３／ｃｍ^２／ｓ以下の範囲内にあることを特徴とする。ハンドルオメータ剛軟度は、好ましくは４００ｍＮ以上８５０ｍＮ以下の範囲内であり、より好ましくは５００ｍＮ以上８００ｍＮ以下の範囲内である。

本発明におけるハンドルオメータ剛軟度とは、測定対象の不織布等を、ＪＩＳＬ１９１３：２０１０（６．７．５ハンドルオメータ法）に準拠した方法にて、ハンドルオメータ（安田計器製作所製）を用いて測定した値である。具体的には、幅１００ｍｍ×長さ２０ｍｍにカットした不織布等の試験片を２枚採取し、試験荷重９８０ｍＮ、試験台クリアランス６．７ｍｍとして測定し、試験片２枚の測定値から平均値を算出し、小数点以下第２位を四捨五入することにより求めた値である。

本発明の不織布において、繊維接着率は８０％以上であることが好ましい。繊維接着率の測定方法は後述するが、次の式によって算出される値である。
繊維接着率（％）＝２本以上接着した繊維の断面数／全断面数×１００

前記繊維接着率が８０％以上であると、不織布単層で多くの繊維間融着があることによって強度が強くなるとともに、融着束繊維径が大きいため、不織布表面に凹凸が形成されて厚みを保持できる。また、不織布を重ね合わせた場合でも、層間での空隙が維持されることによって、高通気量を確保することができる。融着束繊維径は、４０μｍ以上２００μｍ以下の範囲が好ましい。より好ましくは、６０μｍ以上１８０μｍ以下の範囲である。さらに好ましくは、８０μｍ以上１６０μｍの範囲である。

本発明の不織布を構成する繊維は、熱可塑性樹脂からなる。熱可塑性樹脂であれば、特に限定されることはなく、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド等を用いることができる。なかでもポリプロピレン極細繊維であることが好ましい。ポリプロピレン樹脂は、公知のものを用いることができるが、後述するメルトブロー法によって製造する場合には、ＭＦＲ（メルトフローレイト）が１０ｇ／１０分以上２０００ｇ／１０分以下の範囲にあることが好ましい。より好ましくは、１００ｇ／１０分以上１８００ｇ／１０分以下である。樹脂の物性値を示すＭＦＲは、ＪＩＳＫ７２１０−１の標準的試験方法により測定される。ポリプロピレン樹脂については、測定条件２．１６ｋｇ、２３０℃（ＪＩＳＫ６９２１−２においてポリプロピレン樹脂について定められた条件）として測定した値である。

また、前記不織布は、メルトブロー不織布であることが好ましい。メルトブロー法では、溶融した樹脂を紡糸ノズルから繊維状に吐出させるときに、吐出された繊維状の溶融樹脂に両側面から圧縮ガス（例えば加熱圧縮空気）を噴射させる。このときのガス噴射量を調整することで、繊維径の大きさや、繊維接着率を調整することができる。このように、メルトブロー法によると、例えば、繊維接着率が８０％以上である不織布を容易に得ることができ、ハンドルオメータ剛軟度が所定の範囲内にある不織布も得ることができるため、好ましい。

本発明の不織布の製造方法は、メルトブロー法において、紡糸ノズルから樹脂を吐出する際に噴射する加熱圧縮空気の噴射量を、２００Ｎｍ^３／ｈｒ以上６００Ｎｍ^３／ｈｒ以下の範囲内とする。この噴射量範囲は、従来の一般的なメルトブロー不織布での噴射量範囲（８００〜１４５０Ｎｍ^３／ｈｒ程度）と比べてかなり少ないものである。

ハンドルオメータ剛軟度が、３００ｍＮ以上９００ｍＮ以下の範囲内にあり、かつ、通気量が５００ｃｍ^３／ｃｍ^２／ｓ以上８００ｃｍ^３／ｃｍ^２／ｓ以下の範囲内にあるといった不織布を得るには、メルトブロー法において、紡糸ノズルから樹脂を吐出する際に噴射する加熱圧縮空気の噴射量を、２００Ｎｍ^３／ｈｒ以上６００Ｎｍ^３／ｈｒ以下の範囲内とする。２００Ｎｍ^３／ｈｒを下回る場合は、口金より紡出されるポリマーの直進性が失われ、紡糸不安定となるため、ショットと呼ばれる塊状ポリマーとなって不織布上に噴射される。また、６００Ｎｍ^３／ｈｒを超えると、繊維間の融着が起こりにくくなる。

このように、本発明の不織布の製造方法でメルトブロー不織布を製造すると、前記で規定したような不織布を好適に得ることができる。

（実施例１）
メルトブロー不織布製造装置を用いて、ポリプロピレン樹脂を原料として不織布を製造した。本実施例において原料は、ポリプロピレン樹脂Ａ（ＭＦＲ＝１６０）を用いた。ポリプロピレン樹脂Ａを用い、メルトブロー不織布製造装置において押出機温度を２９０℃、ダイの設定温度を２５０℃、直径０．３ｍｍの紡糸ノズル１穴当たりの吐出量を０．５ｇ／分とした。前記紡糸ノズルの両側からは、設定温度２６０℃にて加熱圧縮された空気を３３０Ｎｍ^３／ｈｒにて噴射し、紡糸ノズルから６００ｍｍの距離の捕集装置に吹き付け、平均目付を８０ｇ／ｍ^２としたメルトブロー不織布を得た。得られた不織布の物性を下記記載の方法で測定した。結果を表１に示す。また、得られた不織布の表面のＳＥＭ写真を図１に、断面ＳＥＭ写真を図２に示す。ＳＥＭ写真によると、実施例１の不織布は、不織布を構成する繊維の大部分が融着して、融着束繊維を形成していることがわかる。

（比較例１）
押出機温度を３０３℃、加熱圧縮された空気のエア流量を８００Ｎｍ^３／ｈｒ、設定温度を２６０℃、紡糸ノズルから捕集装置までの距離を３５０ｍｍにした以外は、実施例１と同様にして不織布を得た。得られた不織布の物性を下記記載の方法で測定した。結果を表１に示す。

（比較例２）
原料としてＭＦＲ＝９０のポリプロピレン樹脂Ｂを用いた。前記製造装置において押出機温度を３３０℃、ダイの設定温度を２９５℃、直径０．３ｍｍの紡糸ノズル１穴当たりの吐出量を０．３ｇ／分とした。前記紡糸ノズルの両側からは、設定温度３０８℃にて加熱圧縮された空気を９５０Ｎｍ^３／ｈｒ吹き付け、前記紡糸ノズルから１９０ｍｍの距離の捕集装置に紡糸させ、平均目付を８０ｇ／ｍ^２としたメルトブロー不織布を得た。得られた不織布の物性を下記記載の方法で測定した。結果を表１に示す。

（比較例３）
縦糸太さ１３０μｍ×０．４ｍｍピッチ、横糸太さ３８０μｍ×１．２ｍｍピッチのポリプロピレンネットを下記記載の方法で測定した。結果を表１に示す。

（比較例４）
平均目付を７０ｇ／ｍ^２としたポリプロピレンスパンボンド不織布を、下記記載の方法で測定した。結果を表１に示す。

実施例１ではハンドルオメータの評価にて５８４．５ｍＮと高い抵抗値を示したが、比較例１から比較例４では２００〜３００ｍＮの抵抗値であった。これは、実施例１の繊維径が２８．７μｍ、融着束繊維径が８６．７μｍからなり、繊維接着率が９０．２％と高い融着率であることから、高通気量を確保しつつ高強度となったものと考えられる。なお、剛軟度（タテおよびヨコ）の測定値を併せて示したが、実施例１と比較例との間にハンドルオメータ剛軟度で示されたほどの違いは表れなかった。

実施例１では２層および４層と折り畳んだときの厚みが、同程度の通気量を有している比較例３（ポリプロピレンネット）と比べて大きくなっていることがわかる。比較例３では、折り畳んだときの厚みが小さく、これは、プリーツ加工して用いる際にはプリーツ間のヒダが重なりやすく、濾過面積が低下しやすい傾向にあることを表しているといえる。実施例１では、このような問題が発生しにくく、プリーツ間のヒダが重なりにくく、濾過面積の低下が抑制できるといえる。比較例１および比較例２は、ともに融着束繊維径が細く、繊維接着率が低いため、十分な強度が得られなかったと考えられる。比較例４では、スパンボンド法であるため、繊維融着がないことから、十分な強度が得られなかったと考えられる。

なお、実施例１、比較例１、２および４の不織布、ならびに比較例３のポリプロピレンネットの特性は以下の方法で測定した。

［目付］
目付は、得られた不織布を５０ｃｍ×１００ｃｍにカットした試験片を３枚採取し、各々の質量を電子天秤にて測定して３枚の平均値を算出し、この平均値を２倍し、小数点以下第２位を四捨五入することにより求めた。比較例３のポリプロピレンネットについては、１０ｃｍ×１０ｃｍにカットした試験片を３枚採取し、各々の質量を電子天秤にて測定して３枚の平均値を算出し、この平均値を１００倍し、小数点以下第２位を四捨五入することにより求めた。

［単板厚み］
得られた不織布を長手方向２５ｃｍ×幅方向１００ｃｍにカットし、幅方向の９ヶ所をダイヤルシックネスゲージにより測定し、得られた値から、平均値を算出し、小数点以下第３位を四捨五入することにより求めた。比較例３のポリプロピレンネットについては、長手方向１０ｃｍ×幅方向１０ｃｍにカットした試験片を３枚採取し、各試験片の幅方向の３ヶ所、計９ヶ所をダイヤルシックネスゲージにより測定し、得られた値から、平均値を算出し、小数点以下第３位を四捨五入することにより求めた。

［２層厚み］
得られた不織布を長手方向２５ｃｍ×幅方向１００ｃｍにカットし、長手方向に半分に折り曲げ、幅方向の９ヶ所をダイヤルシックネスゲージにより測定し、得られた値から、平均値を算出し、小数点以下第３位を四捨五入することにより求めた。比較例３のポリプロピレンネットについては、長手方向１０ｃｍ×幅方向１０ｃｍにカットした試験片を３枚採取し、各試験片を半分に折り曲げ、幅方向の３ヶ所、計９ヶ所をダイヤルシックネスゲージにより測定し、得られた値から、平均値を算出し、小数点以下第３位を四捨五入することにより求めた。

［４層厚み］
得られた不織布を長手方向２５ｃｍ×幅方向１００ｃｍにカットし、長手方向に４層となるよう折り曲げ、幅方向の９ヶ所をダイヤルシックネスゲージにより測定し、得られた値から、平均値を算出し、小数点以下第位を四捨五入することにより求めた。比較例３のポリプロピレンネットについては、長手方向１０ｃｍ×幅方向１０ｃｍにカットした試験片を３枚採取し、各試験片を４層に折り曲げ、幅方向の３ヶ所、計９ヶ所をダイヤルシックネスゲージにより測定し、得られた値から、平均値を算出し、小数点以下第３位を四捨五入することにより求めた。

［繊維径］
得られた不織布を電子顕微鏡にて２００倍で撮影した写真から、繊維径を測定することにより求めた。写真１０枚から任意に、合計本数１００本の繊維について直径をμｍ単位にて繊維径として測定し、得られた値から平均値を算出し、小数点以下第２位を四捨五入して求めた。

［融着束繊維径］
得られた不織布を電子顕微鏡にて２００倍で撮影した写真（例えば、図１参照）から、繊維径を測定することにより求めた。写真１０枚から任意に、繊維１本あたりの直径以上の長さが並列したものを融着とし、２本以上が融着した繊維を幅方向に、合計本数５０本の繊維について直径をμｍ単位にて繊維径として測定し、それらを平均し、小数点以下第２位を四捨五入して求めた。

［繊維接着率］
得られた不織布を電子顕微鏡にて１００倍で断面撮影した写真（例えば、図２参照）から、繊維径を測定することにより求めた。隣合った繊維の境界が不明瞭なものを繊維接着とし、各写真の全断面数及び２本以上接着した断面数をカウントし、下記式により繊維接着率を算出した。
繊維接着率（％）＝２本以上接着した繊維の断面数／全断面数×１００

［通気量］
得られた不織布を長手方向２５ｃｍ×幅方向１００ｃｍにカットした試験片を、ＪＩＳＬ１０９６（Ａ法：フラジール形法）に準拠した方法にて、通気性試験／通気度測定器（ＴＥＸＴＥＳＴ社製ＦＸ３３００）を用いて測定した（測定圧１２５Ｐａ）。測定においては、１ｃｍ^２の面積に通過する空気量（ｃｍ^３／ｃｍ^２／ｓｅｃ）を求め、試験片幅方向９ヶ所の前記空気量の平均値から、小数点以下第１位を四捨五入して通気量とした。

［２層通気量］
得られた不織布を長手方向２５ｃｍ×幅方向１００ｃｍにカットした試験片を２枚採取し、２枚１組で、ＪＩＳＬ１０９６（Ａ法：フラジール形法）に準拠した方法にて、通気性試験／通気度測定器（ＴＥＸＴＥＳＴ社製ＦＸ３３００）を用いて測定した（測定圧１２５Ｐａ）。測定においては、１ｃｍ^２の面積に通過する空気量（ｃｍ^３／ｃｍ^２／ｓｅｃ）を求め、試験片幅方向９ヶ所の前記空気量の平均値から、小数点以下第１位を四捨五入して通気量とした。

［通気量／目付］［２層通気量／目付］
上記で得られた通気量および２層通気量を目付にて割り返すことで算出した。

［剛軟度］
得られた不織布を、幅（ｂ）２５．４ｍｍ×長さ（Ｌ）６３．５ｍｍにカットした試験片を４枚採取し、ガーレーステフネステスター（熊谷理機工業製）を用いて測定し、次の式によって算出した。試験片４枚の値から平均値を算出し、小数点以下第３位を四捨五入することにより求めた。
Ｓ＝Ｒ×（Ｄ×Ｗ）×（Ｌ−１２．７）^２／ｂ×３．３７５×１０^−５
ここで、Ｓはガーレー剛軟度（ｍＮ）、Ｒは目盛り板のよみ、Ｄは振り子支点から錘までの距離（ｍｍ）、Ｗは錘の質量（ｇ）、Ｌは試験片の長さ（ｍｍ）、ｂは試験片の幅（ｍｍ）である。測定は、振り子支点から錘までの距離Ｄを５０．８ｍｍ、錘の質量Ｗを５ｇとして行った。

［ハンドルオメータ法による剛軟度］
得られた不織布を、幅方向１００ｍｍ×長手方向２０ｍｍにカットした試験片を２枚採取し、ＪＩＳＬ１９１３：２０１０（６．７．５ハンドルオメータ法）に準拠した方法にて、ハンドルオメータ（安田計器製作所製）を用いて測定した。測定においては、試験荷重９８０ｍＮ、試験台クリアランス６．７ｍｍとした。試験片２枚の測定値から平均値を算出し、小数点以下第２位を四捨五入することにより求めた。

本発明の不織布は、形状保持性に優れ、かつ、高通気量であることから、各種フィルター用途に好適に用いることができ、特に高通気量のフィルター濾材として好適に用いることができる。また、例えば、極細繊維不織布と重ね合わせて形状安定性を与えるために用いる支持用濾材として好適に用いることができる。この場合、本発明の不織布を最外層の上流側に配置することが好ましい。本発明の不織布を支持用濾材として用いると、例えばプリーツ加工後の形状を保持することにより、濾過に作用する極細繊維不織布の表面積を大きく保つことで、捕集効率を高め、濾材の使用寿命を延ばすことができる。

Claims

メルトブロー不織布であって、ハンドルオメータ法による剛軟度が、３００ｍＮ以上９００ｍＮ以下の範囲内にあり、かつ、通気量が５００ｃｍ^３／ｃｍ^２／ｓ以上８００ｃｍ^３／ｃｍ^２／ｓ以下の範囲内にあり、繊維接着率が８０％以上であるとともに、融着束繊維径が４０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内にあることを特徴とする不織布。