JPH04327258A - ポリメチルペンテン極細繊維ウエブ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特定のポリメチルペン
テン樹脂を用い、メルトブローン法によって、極細で良
好な目付均一性、繊維配列性を有する耐水圧の高いポリ
メチルペンテン極細繊維ウエブ及びその製造方法を提供
するものである。本発明のポリメチルペンテン極細繊維
ウエブはその高い撥水性、耐熱性、フィルター性、柔軟
性、嵩高性を生かして各種フィルター類、透湿防水シー
ト類、ワイパー類、衛生材料類等に好適に利用される。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性樹脂を溶融紡糸し、これを高速
の気体によって繊維流とした後、シート状に捕集して不
織布を製造する方法は、特開昭４９−１０２５８号公報
、特開昭４９−４８９２１号公報、特開昭５０−１２１
５７０号公報等でメルトブローン法と称して種々提案さ
れている。また、ポリメチルペンテン樹脂（以下ＰＭＰ
樹脂という）のメルトブローンウエブに関してもＵ．Ｓ
．Ｐ．３，６２７，６７７号及びＲｅ．３１，０８７号
においてポリオレフィンポリマーのメルトブローンウエ
ブの一例として示されている。また、Ｕ．Ｓ．Ｐ．３，
４８１，９５３号ではＰＭＰ樹脂とポリプロピレンとを
ブレンドしてメルトブローンする例が示されている。 更に、特開平１−２２４０２０号公報ではＰＭＰメルト
ブローン繊維をエレクトレット化してエレクトレットフ
ィルターとすることが示されている。このように、ＰＭ
Ｐ樹脂をメルトブローン法によって極細繊維ウエブとす
ることは公知である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術において
は、ＰＭＰ樹脂をメルトブローンによって極細繊維ウエ
ブ化する方法について詳細条件については何等提案はな
されておらず、他のポリオレフィンポリマー、具体的に
はポリプロピレンのメルトブローン法による極細繊維ウ
エブの製造条件に準じるものであった。しかし、本発明
者らの検討によれば、このような従来技術には次のよう
な重大な問題のあることが判明した。

【０００４】すなわち、ウエブを構成する繊維をより極
細に、例えば５μｍ以下にするためには、高温の空気を
多量に溶融吐出ポリマー流に作用させてその細化を進め
なければならないのであるが、ＰＭＰ樹脂の場合にはポ
リプロピレンの場合と違って、空気が多くなって来ると
溶融吐出ポリマー流は細化繊維化して吸引ゾーンを有す
る金網ベルトコンベア上等で一旦シートを形成してウエ
ブ状に捕集されてもウエブ上を多量に流れる熱風や周囲
から多量に吸い込んでくる二次空気によって、ウエブ表
面の繊維が大きく乱されてしまう。そして、遂にはウエ
ブがちぎれるように切断してしまい、均一なウエブを捕
集することが実質的に不可能になってしまうという問題
が発生する。また、ウエブが切断しないまでも、ウエブ
を構成する繊維の細化が均一に十分進まず、繊維径の斑
の大きいものとなる。このため、得られた極細繊維ウエ
ブは目付や繊維径、繊維の配列状態が均一でなく斑の多
いものとなり易く、撥水性（耐水度）も低いものしか得
られない。

【０００５】これはＰＭＰ樹脂の結晶化速度が比較的早
いことと共にポリプロピレン等に比べて融点が７０℃程
度も高いため、ポリマー流は細化繊維化過程においてそ
の分だけ高い温度で結晶化するため、細化途中又は細化
後繊維が相互に接触しても融着の形成が大幅に抑えられ
るため、繊維間に融着による結合が少なくなりウエブの
安定性が小さくなるためであると考えられる。一般にポ
リオレフィン系ポリマーはメルトブローンによって極細
繊維ウエブ化し易いポリマーと見なされていたが、ＰＭ
Ｐ樹脂のように融点が高く、結晶性のポリオレフィンで
はその状況が全く変わって来る。

【０００６】本発明の目的は、従来のポリオレフィンポ
リマーをメルトブローン法によって極細繊維ウエブ化す
る方法、とりわけＰＭＰ樹脂における前記した問題点を
解決して、十分に繊維の細化を進めると共に良好な目付
均一性、繊維配列性を有する撥水性の高いＰＭＰ極細繊
維ウエブ及び該ウエブを安定して製造する方法を提案す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、ポリオレ
フィン、とりわけＰＭＰ樹脂をメルトブローン法で極細
繊維ウエブ化する方法について鋭意検討した結果、本発
明に到達したものである。

【０００８】即ち、本発明は、不織布を構成する繊維の
平均直径をＤ（μｍ）、密度をρ（ｇ／ｃｍ３）、不織
布の見掛密度をＰ（ｇ／ｃｍ３）とするとき、下記式２
で表される平均繊維間距離ｄ（μｍ）と耐水圧Ｈ（ｃｍ
水柱）との積が３００以上であることを特徴とするポリ
メチルペンテン極細繊維ウエブであり、

【式２】

【０００９】また、ポリメチルペンテンをオリフィス状
ノズルから溶融吐出させ、該ノズルオリフィス近傍から
噴出する高温高速の気体によって細化繊維化しシート上
に捕集してウエブとするメルトブローン法において、前
記ポリメチルペンテンが温度２５０℃、荷重５０００ｇ
におけるメルトインデックスが１００〜８００ｇ／分で
ありかつ、前記ノズル通過時の溶融粘度が３０〜１５０
ポイズであり、更に前記気体の噴出圧力を０．８ｋｇ／
ｃｍ２以下とし、その温度を２６０〜３４０℃とするこ
とを特徴とするポリメチルペンテン極細繊維ウエブの製
造方法である。

【００１０】

【作用】本発明におけるポリメチルペンテン（ＰＭＰ）
樹脂とは、ポリプロピレンを出発原料とし、これを２量
化させ、４−メチルペンテン−１とし、更に重合してホ
モポリマーとしたもの及びその共重合体である。すなわ
ち、ＰＭＰ樹脂は融点が２３０〜２４０℃とポリオレフ
ィンの中では最も高く得られた極細繊維ウエブの耐熱性
が優れたものとなる。また、表面張力もポリオレフィン
の中では最も小さく、得られる極細繊維ウエブの撥水性
（耐水度）は極めて良好なものとなる。

【００１１】繊維ウエブの耐水度は、繊維ウエブの目付
や繊維を構成するポリマーと水との接触角や表面張力に
よっても左右されるが、最も重要なファクターは隣合う
繊維の配列状態による開口の大きさ（孔径）である。こ
の開口の大きさは一般に均一ではなくある分布をもって
おり、実際の耐水度は開口の平均的な大きさではなく孔
径の最大値により左右される。すなわち、平均の孔径が
小さくても大きな開口が存在すれば、その開口の大きさ
に応じて耐水度は低下する。従って、極細繊維ウエブの
平均孔径が同一である場合、孔径分布が小さいほど、す
なわち、ウエブの繊維配列状態の斑が小さいほど耐水度
は高くなる。また、接触角や表面張力が同じである場合
、耐水度は、水を最大孔径に相当する孔に押し込むのに
必要な圧力と考えることができ、孔径に反比例するもの
と考えられるため、極細繊維ウエブの均整度は耐水度と
平均孔径との積の大きさにより評価することができる。

【００１２】ここで、極細繊維ウエブの平均孔径は、前
記式２で表される仮想的な平均繊維間距離ｄで代用する
ことができる。実際の不織布の平均孔径は式２の平均繊
維間距離とは異なっていると考えられるが、仮想的な配
列状態（仮想的な平均孔径）を考えるとき平均孔径は式
２の平均繊維間距離に比例するものと考えられ、式２で
代用することができる。式２は次のような仮想的な不織
布モデルの平均繊維間距離として求めることができる。 繊維径が全て等しく、平行に配列しており、最密充填の
状態からそれぞれの繊維が均等に離れた状態、すなわち
、各繊維が正三角形の頂点の位置で平行に配列したモデ
ルを考えるとき、平均繊維間距離は次のようにして求め
られる。

【００１３】不織布を構成する繊維の平均直径をＤ（μ
ｍ）、密度をρ（ｇ／ｃｍ３）、不織布の見掛密度をＰ
（ｇ／ｃｍ３）、平均繊維間距離ｄ（μｍ）とすると、
正三角形の一辺の長さは Ｄ＋ｄ（μｍ） 正三角形の面積は

【式３】 正三角形中に含まれる繊維の断面積は

【式４】 繊維断面積と密度の積は正三角形の面積と見掛密度の積
に等しいから

【式５】 この式５を整理すると式２が得られる。

【００１４】本発明の極細繊維ウエブは、式２で求めら
れる平均繊維間距離ｄ（μｍ）とＪＩＳ　　Ｌ−１０９
２で求められる耐水度Ｈ（ｃｍ）との積の値が３００以
上、好ましくは３５０以上、更に好ましくは４００以上
である繊維径と配列状態の均整度の高いポリメチルペン
テン極細繊維ウエブである。この積の値が３００より小
さいと、その極細繊維ウエブは繊維の極細化が十分でな
く繊維径の斑が大きいか、目付や繊維の配列状態の斑が
大きいか、またはその両者である。比較的目付の大きい
領域においては、繊維径や繊維の配列状態に多少の斑が
あっても厚さによってある程度カバーされるため、比較
的耐水度が大きくなるが、目付の小さい領域においては
繊維径や繊維の配列斑が直接的に開口の大きさに影響し
、耐水度の高いものが得られにくい。本願発明の極細繊
維ウエブは特に目付が５０ｇ／ｍ２以下の比較的小さい
領域において目付割合いに比して高い耐水度が得られる
ため特に効果的である。なお、繊維ウエブを親水性油剤
や撥水剤などで処理すると、繊維表面と水との接触角が
変化し耐水度に影響を及ぼすため、本発明における耐水
度の測定は、油剤などの処理剤が付与されている場合に
は該処理剤を適当な溶剤などで処理して除去した状態で
行う。

【００１５】次に、本発明において用いるメルトブロー
ン装置の一例についてその主要なダイ部分を図１に示し
てメルトブローンにおけるポリマー流の細化繊維化とウ
エブ形成について説明する。押出機によって溶融押出し
されたポリマー流は適当なフィルター（図１には図示せ
ず）によって濾過された後、メルトブローンダイ１の溶
融ポリマー導入部２へ導かれ次いでノズルオリフィス３
から溶融吐出される。これと同時に加熱空気導入部４へ
導入された加熱空気はメルトブローンノズルダイ１とリ
ップにより形成された加熱空気噴出スリット状噴射口５
へ導かれここから噴出されて、前記溶融吐出ポリマー流
へ作用しこれを細化して繊維形成する。次いでこれをシ
ート状に捕集して極細繊維ウエブを作製するものである
。

【００１６】本発明で用いられるＰＭＰ樹脂は、ＡＳＴ
Ｍ−Ｄ−１２３８に記載のメルトインデクサーを用い、
温度２５０℃、荷重５０００ｇの条件で測定されたメル
トインデックスが１００〜８００ｇ／１０分であること
が必須の要件となる。メルトインデックスは溶融ポリマ
ーの重合度及び流動性、溶融粘度の尺度である。メルト
インデックスが１５０ｇ／１０分以下であるとＰＭＰポ
リマー流を高温の空気流によってショットと呼ばれる細
化不良を伴わずに十分に細化繊維化（例えば直径５μｍ
以下）することが可能となる低溶融粘度、具体的には１
５０ポイズ以下まで低下せしめるためにはＰＭＰポリマ
ーの溶融温度を３５０℃以上の非常に高温にしなければ
ならず、このような高温下では、ＰＭＰポリマーの熱分
解が激しくなるため溶融粘度は低下するものの一定レベ
ルに安定に維持することが不可能になってしまう。溶融
粘度が時々刻々変動するこの状態ではンメルトブローン
後得られるウエブ中の極細繊維の繊度斑がシート巾方向
に生じウエブ品質の低下や、繊維長が短くなるためシー
ト状に捕集されず周囲へ綿状で飛散する微細繊維”風綿
”が多発して生産性の低下を生じる。

【００１７】一方、メルトインデックスが８００ｇ／１
０分を越えて大きくなるとＰＭＰ樹脂の重合度が低くな
り過ぎるためか、得られる極細繊維ウエブの強力が小さ
くなってしまって実用上問題となる。従って、本発明の
ＰＭＰ樹脂の温度２５０℃、荷重５０００ｇにおけるメ
ルトインデックスは１００〜８００ｇ／１０分でなけれ
ばならない。このようなＰＭＰ樹脂を用いることによっ
て、押出機からメルトブローン用ダイ、ノズルオリフィ
スまでポリマー溶融ライン温度の設定を過大に高める必
要がなくなり、ＰＭＰ樹脂の激しい熱分解が抑えられて
、品質良好なＰＭＰ極細繊維ウエブが安定に製造可能と
なる。

【００１８】次に本発明において重要な点としてメルト
ブローン時ＰＭＰ樹脂が溶融吐出するため、ノズルを通
過する際の溶融粘度が３０〜１５０ポイズであることが
ある。ノズル部における溶融粘度が３０ポイズ未満の場
合、ポリマーのメルトテンションが小さくなり過ぎ、繊
維形成性が低下してポリマー流の切断が多くなり、形成
される繊維の長さが非常に短くなると共に繊維径も不揃
いになる。そのため、正常にシート状に捕集されず、周
囲へ綿状で飛散する”風綿”が発生して、安定なメルト
ブローンを継続することが事実上不可能となる。また、
得られるウエブ中に筋状の繊維束が多量に混入して外観
の不良なものとなってしまったり撥水性の低いものとな
ってしまう。

【００１９】一方、ノズル部のＰＭＰ樹脂の溶融粘度が
１５０ポイズを越えて大きくなるとまず第一にメルトブ
ローンによる細化が進みにくくなる。すなわち細化を進
めるため必要な高温高速の気体流量をより多くまたその
温度をより高くする必要がありエネルギー消費的に不利
になる。更に、致命的な問題としてメルトブローンを実
施していてその時間が長くなると紡糸口金部周辺に着色
した付着物が集積する。この集積物は経時的に多くなり
遂には吐出ポリマー流に接触する。その場合には紡糸口
金面で不良な糸切れが発生する。一般にメルトブローン
では、形成される繊維は完全な連続ではなく、有限な長
さをもつ不連続な繊維と推定されるが、これは、メルト
ブローンにおいては、細化完了後にはポリマー流が、そ
の高速の変形に追従しきれずに、規則的、安定に切断す
るものである。

【００２０】前述のごとく生じる不良な糸切れはこれと
は全く異質なものであり、細化前に切れるため未延伸で
あることは勿論極めて太いもので不織布中に混入すると
その品位を著しく損ねると共に撥水性の低下を招くもの
である。この付着物の発生の正確な理由は分からないが
、溶融粘度が高すぎるメルトブローンでは、高温高速の
気体によるポリマー流の細化が不規則になる要素が増大
して、切断も不規則に生じてその一部分が正常なブロー
ン方向以外へも飛散するため紡糸口金周辺へ付着するも
のと推定される。ちなみにこの付着物を採取して分析し
たところ、これは溶融吐出メルトブローンされているＰ
ＭＰ樹脂であった。これはある程度上記の推定を裏付け
ている。以上の理由からメルトブローンによってＰＭＰ
極細繊維ウエブを製造するに際しては、ノズル部の溶融
粘度は３０〜１５０ポイズでなければならない。好まし
い範囲は５０〜１００ポイズである。

【００２１】次に、本発明において肝要な点として、溶
融吐出するＰＭＰ樹脂を細化繊維化する空気の噴射圧力
を０．８ｋｇ／ｃｍ２以上とすることがある。なお、噴
出圧力は図１の加熱空気導入部４のリップ６に近い点で
測定したものである。この噴出圧力が０．８ｋｇ／ｃｍ
２を越えて大きくなると、加熱空気流速が早くなるため
ポリマー流の細化繊維化は進んで繊維径は充分小さくな
る。しかしこの場合、細化繊維流をシート状に捕集して
極細繊維ウエブとして捕集しようとしても、一旦ウエブ
状を形成したものの高速で噴出される空気流とこの空気
流が周囲から吸引して生じる”二次空気”の流れによっ
てウエブ表面が容易に乱れ、ついでウエブ全体が変形し
遂にはウエブが切断されて（ちぎれて）しまって、均一
な極細繊維ウエブの形成が不可能になってしまう。この
ような現象の正確な理由については分からないが、同じ
ポリオレフィン系ポリマーであるポリプロピレンにおい
ては全く認められないことから次のように推定している
。

【００２２】すなわち、噴出空気の圧力が高くなるにつ
れて、噴出後空気の断熱膨張が大きくなるため噴出空気
の温度低下が大きくなって、実質的には瞬間的な断熱膨
張後低温状態でポリマー流と接触するため、ポリマー流
は急激な冷却をする。このときＰＭＰ樹脂は２３０〜２
４０℃と高い融点で比較的速い結晶性を有するため、細
化繊維化中に結晶化が進むため、繊維流は互いに接触し
て融着を殆どしないため、繊維間の融着結合が形成され
にくく、捕集されたウエブは繊維間の補強が繊維の絡み
合だけのため、形態安定性に乏しいものとなってしまっ
たと考えられる。

【００２３】それに対して、噴出空気が０．８ｋｇ／ｃ
ｍ２以下となると加熱空気速度が遅くなることから、こ
の空気の流れ自体によっても、また、この空気流が周囲
から吸引することによって生じる二次空気からのウエブ
への作用が小さくなる。それと同時に吐出空気の断熱膨
張も低下するため、吐出空気の瞬間的な温度低下が非常
に緩やかになるため細化繊維流が相互に接触した際の融
着の形成も適度に増加し、極細繊維ウエブの形態安定性
も良好となるものと考えられる。前記空気流の作用の減
少とウエブ形態安定性向上のため、安定な捕集が可能と
なる。

【００２４】従って、溶融吐出するＰＭＰ樹脂を細化繊
維化する空気の噴出圧力は０．８ｋｇ／ｃｍ２以下でな
ければならない。更に、本発明において重要な点として
前記噴出空気温度を２６０〜３４０℃とすることがある
。噴出空気温度が２６０℃より低い場合には、断熱膨張
の効果がいくら小さくなったとしても、膨張前の温度が
低いためか、細化繊維間に適度な、即ち、極細繊維ウエ
ブの形態安定性を向上させるような、融着を形成させる
ことができない。一方、噴射空気温度が３４０℃を越え
て高くなってしまうと、前記とは全く逆に繊維間の融着
が激しくなり、得られる極細繊維ウエブは粗硬な風合い
触感を呈するようになって実用価値のないものとなって
しまう。従って、噴出空気温度は２６０〜３４０℃でな
ければならない。

【００２５】また、本発明の極細繊維ウエブを構成する
繊維の平均直径が５μｍ以下である事が好ましい。さら
に本発明の方法で製造される極細繊維ウエブの目付は指
向する用途によって決められるが一般に５〜２００ｇ／
ｍ２の範囲である。例えば生理用ナプキンのバックシー
トに用いる時には低目付に、マスク、エアフィルター、
オイルフィルター、サージカルガウン、ドレープ、滅菌
ラップ、衣料用中綿等に用いるときは中目付、農業用、
土木用、工業用の各種透湿防水シートに用いるときは中
目付ないしは高目付とする。

【００２６】本発明の極細繊維ウエブの産業上の利用例
として以下のものを挙げる事ができる。 ・建築資材：アスファルトルーフィング基布、結露防止
シート、ハウスラップ基布、保温シート・農業資材：遮
光シート、育苗用シート、吸排水シート、防根シート、
防草シート ・生活資材：風呂敷、使い捨てカイロ袋、カーテン、障
子紙、防虫シート、タフトカーペット基布、作業服、デ
ィスポーザブルの簡易衣料、保温中綿、ワイピングクロ
ス、ティーバック、芯地 ・工業用資材：エアフィルター、オイルフィルター、電
線押え巻テープ、包装材、絶縁用テープ、電池セパレー
ター、車輌資材（カーマット、カーシート等）・医療・
衛生資材：紙おむつ、メディカルガウン、手術用覆布、
パップ剤基布、ナプキン

【００２７】

【実施例】以下本発明を具体的な実施例で説明するが本
発明はこれによって限定されるものではない。尚、実施
例及び比較例中、不織布を構成する極細繊維の太さは、
不織布を操作型電子顕微鏡で１０００倍に拡大した写真
を撮り、その中の任意の極細繊維１００本の直径を測定
しその数平均により求めたものである。不織布の耐水圧
は耐水度とも呼ばれるが、極細繊維ウエブを圧着面積９
％のドット状エンボス処理後、ＪＩＳ　　Ｌ−１０９２
の方法によって測定したものである。メルトインデック
スは前記ＡＳＴＭ−Ｄ−１２３８記載のメルトインデク
サーを用い、温度２５０℃、荷重５０００ｇで測定した
ものである。平均繊維間距離ｄの算出には、ＰＭＰ樹脂
及びＰＰ樹脂の密度をそれぞれ０．８３ｇ／ｃｍ３及び
０．９１ｇ／ｃｍ３として計算した。

【００２８】実施例１〜４、比較例１〜８直径０．３ｍ
ｍのオリフィス状ノズルを０．７５ｍｍピッチで一列に
配列したダイ巾２０００ｍｍの図１に示すようなメルト
ブローン装置を用いてメルトブローンを行った。 表１に示すメルトブローン条件でそれぞれ原則として連
続２４時間のメルトブローンを行い、メルトブローン調
子、不織布の品質の評価、不織布の耐水度等の測定を行
った。結果を表２に示す。

【００２９】

【表１】

【表２】

【００３０】本発明の実施例である実施例１〜４ではメ
ルトブローン工程調子、不織布品質、耐水度はいずれも
良好であった。それに対して、本発明外の例である比較
例１及び６は、メルトブローン品質評価は不良で耐水度
、耐水度と平均繊維間距離との積の値がいずれも小さい
。また、比較例２〜５及び７ではウエブがちぎれて工程
調子は不良であった。比較例８は原料ポリマーをポリプ
ロピレンとしたものであるが、工程調子等は良好である
が、ポリメチルペンテンに比べて接触角が小さいため耐
水度は明らかに見劣りしている。

【発明の効果】本発明によれば、ポリオレフィンの中で
は最も撥水性に優れたＰＭＰ樹脂を原料として平均繊維
径５μｍ以下の非常に極細のＰＭＰ繊維からなる目付が
均一で耐水度の高いウエブを安定に製造することが可能
である。本発明の極細繊維ウエブは非常に高い耐水度と
極細繊維ウエブに共通する柔軟性、嵩高性、透湿性、通
気性、フィルター性能を併せ持つものである。更に耐熱
性もポリオレフィンでは最も高いものである。そのため
、各種フィルター類、透湿防水シート、ワイパー類、衛
生材料、その他広い用途に使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の極細繊維ウエブの製造に用いられるメ
ルトブローンダイの一例の主要部の断面図である。

【符号の説明】

１　　メルトブローンダイ ２　　溶融ポリマー導入部 ３　　オリフィス状ノズル ４　　加熱気体導入部 ５　　加熱気体噴出スリット ６　　リップ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　不織布を構成する繊維の平均直径をＤ
   （μｍ）、密度をρ（ｇ／ｃｍ３）、不織布の見掛密度
   をＰ（ｇ／ｃｍ３）とするとき、下記式１で表される平
   均繊維間距離ｄ（μｍ）と耐水圧Ｈ（ｃｍ水柱）との積
   が３００以上であることを特徴とするポリメチルペンテ
   ン極細繊維ウエブ。 【式１】
2. 【請求項２】　　ポリメチルペンテンをオリフィス状ノ
   ズルから溶融吐出させ、該ノズルオリフィス近傍から噴
   出する高温高速の気体によって細化繊維化しシート上に
   捕集してウエブとするメルトブローン法において、前記
   ポリメチルペンテンが温度２５０℃、荷重５０００ｇに
   おけるメルトインデックスが１００〜８００ｇ／分であ
   りかつ、前記ノズル通過時の溶融粘度が３０〜１５０ポ
   イズであり、更に前記気体の噴出圧力を０．８ｋｇ／ｃ
   ｍ２以下とし、その温度を２６０〜３４０℃とすること
   を特徴とするポリメチルペンテン極細繊維ウエブの製造
   方法。