JPH05279948A - 異形断面メルトブローン繊維不織布の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 各種気体フィルター用に好適な任意の異形断
面のメルトブローン繊維不織布の安定なる製造方法を提
供する。 【構成】 ノズル先端部に平坦部を有し、該平坦部に非
円形オリフィスを有すノズルから溶融ポリマーを吐出
し、ノズル近傍の一対のエアリップから噴出する高温高
速の気体の気体によって、吐出ポリマーを細化し、異形
断面メルトブローン繊維不織布を製造する方法におい
て、非円形オリフィスが平坦部に完全に収まりかつ、前
記平坦部が、前記リップ端より外側へ突き出した、メル
トブローンノズルを用いる、異形断面メルトブローン繊
維不織布の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、異形断面メルトブロー
ン繊維からなる嵩高で柔軟、ウェブ形態安定性に優れた
各種気体フィルター用素材として好適なメルトブローン
不織布の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性ポリマーを円形のオリフィス状
のノズルから溶融吐出し、これを該ノズル近傍に設置さ
れた一対のリップから噴出する高温高速の気体によって
細化繊維化し、ついでシート状に捕集して不織布を製造
する方法については、特開昭４９−１０２５８号公報、
特開昭４９−４８９２１号公報、特開昭５０−１２１５
７０号公報等でメルトブロー法あるいはメルトブローン
法と称して種々提案されている。又、異形断面メルトブ
ローン繊維からなるメルトブローン不織布についても、
保温性等に優れた不織布を高生産性での製造を可能にす
る目的で特願昭６３−１８２４６２号公報、特開平２−
３３３６８号公報でなされている。これらによる提案で
は、ノズル先端部にフラット部を有し、該フラットな部
分を中心に非円形オリフィスが開口し、該フラットな部
分以外のオリフィス断面の外周長ｌ（mm）とオリフィス
の全断面積Ｓ（mm²）との比ｌ／Ｓが15以上のメルトブ
ローンノズルを用いかつ、前記フラットな部分がリップ
面より内側に入るような条件でメルトブローンする事に
よって0.1dr以下の極細の異形断面繊維よりなる不織布
を得るものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記提案は、本
発明者らの検討によると、なるほど異形断面メルトブロ
ーン繊維からなる不織布を得る事は可能であるけれど以
下の様な問題点のある事が明らかとなった。一般にメル
トブローン法においては、メルトブローンスタート直後
の条件設定のポリマー溶融粘度不安定時に生じる不良ブ
ローンによる飛散微小ポリマー粒や、正常ブローン時に
も正常に気体によって細化される繊維化と同時に微量で
はあるが、微細ポリマー粒になって飛散するポリマー
が、ノズル周囲、オリフィス周辺に付着蓄積する。これ
は直ちにメルトブローンの障害とはならないが、ある一
定時間、例えば８時間に１回程度定期的に除去してやら
ないとこの付着物によって吐出ポリマー流が流路を曲げ
られたり（ニーイング）、途切れ（断糸）させられたり
してしまうので定期的な前記付着物のワイピングによる
除去すなわち“ノズル掃除”が必須なものとなってい
る。

【０００４】ところが前記の様に前記フラットな部分が
リップ面より内側に入る場合には、リップに邪魔された
形になって“ノズル掃除”が実質的に出来ず、この時点
でノズルの取替えが必要となって非常に生産効率を下げ
てしまうという問題が生じる。それに対して、前記フラ
ットな部分がリップ面より外側に突き出したようにノズ
ルをセットした場合には、このような問題なくノズル掃
除は可能となるが、特開平２−３３３６８号公報にも記
載されているし、又、本発明者等の検討でも明らかにな
ったが、メルトブローン中の糸切れが多発し、細化が充
分に起こらないという、致命的な問題点が発生してしま
う。本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みて鋭
意検討した結果達成されたものである。本発明の目的と
するところは、異形断面メルトブローン繊維からなる、
嵩高で柔軟かつウェブ形態安定性に優れた各種気体フィ
ルター用素材として好適なメルトブローン不織布のより
安定した製造方法を提供する事にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば上記目的
は、断面が二等辺三角形の先端部を切り落とした形状で
あり、該切り落とした平坦部に一列に穿設された非円形
オリフィスを有すノズルから溶融ポリマーを吐出し、前
記二等辺の両側に一定の間隙を有すような一対のリップ
を設け、該間隙より噴出する高温高速の気体によって、
該溶融吐出ポリマー流を細化し、異形断面メルトブロー
ン繊維不織布を製造する方法において、前記非円形オリ
フィスが、前記平坦部内に該非円形オリフィス端と該平
坦部との最短距離(Ｌ)が０mm以上1.0mm以下となる様に
完全に収まりかつ、前記平坦部が前記リップ端より外側
へ０〜1.5mm突き出したメルトブローンノズルを用いる
事を特徴とする異形断面メルトブローン繊維不織布の製
造方法によって達成される。

【０００６】以下に本発明を図面をまじえて詳細に説明
する。本発明におけるメルトブローンの非円形オリフィ
スは図１(１)〜(５)に代表例を示す様なものであるが、
それが円形でなければこれに限るものではない。非円形
オリフィスから噴出される非円形ポリマー流は円形オリ
フィスから吐出される円形ポリマー流に比べて比表面積
が大きくなるためメルトブローン細化中ポリマー流の冷
却がより効果的になされるため、円形断面メルトブロー
ンでは避け難い繊維間の融着、膠着は格段と減少して嵩
高で柔軟なウェブとなるからである。さらに注目すべき
点として非円形すなわち異形断面とする事で繊維間の絡
合性が良くなってシートの形態安定性が良好となるから
である。とりわけ繊維デニールが0.1デニールを越えて
太いところでは極めて顕著である。

【０００７】次に本発明において重要な点として図２に
示す様に非円形オリフィスが、ノズル先端の平坦部内に
該非円形オリフィス端と該平坦部端との最短距離(Ｌ)が
０mm以上1.0mm以下となる様に完全に収まる事がある。
従来法の如く、図３に断面図を、図１(６)、(７)に平面
図を示す様に非円形オリフィスがノズル先端の平坦部に
収まらないで二等辺三角形の二等辺部、すなわち気体流
路にはみ出すと（図１(６)、(７)ではその部分を斜線で
明示した。）この部分のポリマー流は気体によって逸早
くブローンされるため、それより遅くブローンされる平
坦部にあるポリマー流とブローン速度に差が生じ、吐出
ポリマーが吐出方向に２つに分断され、これが再びその
下部のところで衝突をするため、ブローンは全く安定せ
ず断糸を発生すると同時に微小ポリマー流が飛散してオ
リフィス周辺のリップ表面に付着蓄積してノズル汚れと
なってこれによってブローン安定性が著しく損なわれて
しまう。又、得られたメルトブローン繊維は所望の異形
断面とならない。

【０００８】それに対して、本発明の場合、非円形オリ
フィスは平坦部に完全に収まっているため、リップ面に
はみ出したポリマー流が逸早くブローンされる様な事が
ないため、吐出ポリマーが吐出方向に分断される事なく
ブローンされるので非円形オリフィス形状から所望され
るような異形断面繊維へ安定に細化繊維化される。しか
しこの場合でも、非円形オリフィス端と平坦部端すなわ
ち気体流路までの距離が１ｍｍ以上に大きくなると、高
温高速の気体流とポリマー流との間に真空部分が出来
て、この部分で吐出ポリマーが一旦玉状に溜まってから
ブローンされるため、得られる繊維形状がいづれも円形
に近いものとなり、しかも、気体流の力がポリマー流に
有効に作用せず気体流量をいくら上げても充分に細化し
なくなってしまう。従って、本発明においては、非円形
オリフィスが、ノズル先端の平坦部内に該非円形オリフ
ィス端と該平坦部端の最短距離(Ｌ)が０mm以上1.0mm以
下となる様に収まらなければならない。好ましくは(Ｌ)
は0.2mm以上0.8mm以下である。

【０００９】次に本発明において重要な点としては、非
円形オリフィスが開口している平坦部が前記リップ端よ
り外側へ突き出した距離(Ｍ)が０mm以上1.5mm以下であ
る事である。(Ｍ)が０mm未満という事は、非円形オリフ
ィスがリップ端より内側に入っている事を意味する訳で
あるが、この場合は既に上述した如く、メルトブローン
の立上り時や、長時間連続運転に実施しなければならな
いノズル掃除が実質的に不可能となってしまう。一方、
(Ｍ)が1.5mmを越えて大きくなると、ポリマー流を細化
繊維化するための高温高速の気体流がリップ内より噴出
してある程度膨張してしまうためか、細化繊維化のため
作用力が著しく低下して、極端に細化不良となってしま
う。 従って、本発明において、非円形オリフィスが開口して
いる平坦部が前記リップ端より外側へ突き出した距離
(Ｍ)が、０mm以上1.5mm以下でなければならない。好ま
しくは0.2mm以上1.0mm以下であり、より好ましくは0.2m
m以上0.8mm以下である。

【００１０】本発明に適用できるポリマーとしては熱可
塑性繊維形成性ポリマーすなわち、ポリオレフィン、ポ
リエステル、ポリアミド、ＥＶＡＣ、ＥＶＡ、ポリスチ
レン、ポリカーボネート、ポリウレタン、その他熱可塑
性各種エラストマー類があり、それらのブレンド物も適
用できるが、いづれのポリマーについても以下に記す様
な溶融粘度をポリマーの熱分解が生じない温度で実現可
能なもの、即ち、比較的低分子量のものを用いるのが好
ましい。又これらには必要に応じて種々の改質剤、着色
剤等の添加剤が添加される。メルトブローン条件として
はポリマー温度は、ポリマーのノズル部での溶融粘度が
50ポイズ以上1000ポイズ以下となるよう温度に設定する
が好ましい。ポリマー吐出量はオリフィス断面積と所望
する異形断面繊維の繊度で異なって来るが、例えば0.1
デニール以上１デニール以下とするために図１(２)に示
す様な非円形オリフィスでオリフィス断面積0.138mm²の
場合、0.3ｇ／分〜1.2ｇ／分が適当である。吐出量が大
きくなり過ぎると、高温高速の気体の作用のみで細化さ
せるメルトブローンでは均一な細化が出来ない部分“巨
大ポリマー粒子”がウェブ中に形成されて好ましくな
い。一方吐出量が小さくなり過ぎる事は非円形オリフィ
スへ部のポリマー圧が低くなり過ぎてポリマー分配不良
を生じて断面異形度に斑が生じてしまう。

【００１１】吐出ポリマーを細化繊維化する高温高速の
気体は空気が好適に使われる。その温度は吐出ポリマー
温度に対して±10℃にする事が好ましい。この範囲を外
れるとポリマー温度がこの影響で変化するので好ましく
ない。又、その気体圧力は0.1kg／cm²以上1.2kg／cm²以
下とすることが好ましい。0.1kg／cm²より小さ過ぎると
ポリマー流の細化繊維化が充分に進まない。一方1.2kg
／cm²より過大になると断糸を発生しやすくなるし又、
エネルギー消費的にも好ましくない。細化繊維流の捕集
は吸引ゾーンをその下部に有するネット状ベルトコンベ
ア上に繊維流を落下集積し搬送して捲取る事によって容
易にできる。メルトブローンノズルとネット状ベルトコ
ンベアの距離は繊維が充分固化を完了する位置より下方
で、ポリマー流の細化繊維化を完了した気体流が減速し
つつ大きく乱れを生じて繊維流を束状にして捕集後“ロ
ープ”と言われる筋状繊維が目立つ位置より上方、すな
わち、10cm〜60cm好ましくは20cm〜40cmである。

【００１２】本発明の方法によって製造された異形断面
メルトブローン繊維不織布は、異形断面繊維の特徴が発
揮されるため、嵩高であって柔軟、しかも繊維間の絡合
が進んでいるため形態安定性よく捕集ウェブのままで以
下に示すような気体用フィルター素材としての加工、例
えばエレクトレット加工、他の不織布あるいはフィルタ
ー部品との組合せ加工等の取扱いが充分可能なものとな
った。本発明の方法によって得られた異形断面メルトブ
ローン繊維不織布の利用例としては、各種気体用フィル
ター、家庭用エアコン、空気清浄器、マスク、自動車用
キャビン空気清浄器、電気掃除機用フィルター等が挙げ
られる。

【００１３】

【実施例】次に本発明の実施態様を具体的な実施例で説
明するが本発明はこれら実施例に限定されるものではな
い。尚、各種の物性値の測定は以下の様な方法条件で行
った。 ○繊維断面形状及び繊維断面積(Ｓ)（cm²）： 不織布
試料中の繊維断面の走査電子顕微鏡写真（倍率1000倍）
を任意の20本について撮り、断面形状を観察し、その断
面積を実測する。 ○繊維繊度（デニール）： 上記繊維断面積(Ｓ)と密度
勾配管法で求めた繊維密度（ρ）（ｇ／cm³）から繊度
（デニール）を算出する。 ○不織布通気抵抗圧力損失Ｐ（mmH₂O）： 柴田化学機
械工業株式会社製フィルター性能試験装置を用いて通気
速度8.6cm／秒において測定した不織布試料の圧力損
失。 ○集塵効率（％） 柴田化学機械工業株式会社製フィル
ター性能試験装置を用いて、平均粒径0.28ミクロンのNa
Cl粉塵を含む空気を通気速度8.6cm／秒で被測定不織布
試料を通過させ、不織布通過前後のNaCl粒子数を光散乱
方式でデジタル測定してその比較によって求めたもの。 ○ポリカーボネート樹脂の平均分子量： メチレンクロ
ライドを溶媒として測定した極限粘度より Schnell の
式によって求めたもの。 ○ポリプロピレンのメルトインデックス： ＡＳＴＭ−
Ｄ−１２３８記載のメルトインデクサーを用い、温度23
0℃荷重2160ｇで測定したもの。

【００１４】実施例１〜６，比較例１〜５ 図２及び図３に示すメルトブローンノズルにおいて、図
１(１)〜(７)に示す様な非円形オリフィスの１種又は円
形オリフィスが1.5mmピッチで１列に配列し、その両側
に1.0mmの厚さのスリット状の気体流路を有すものを用
いて、表１及び表２に示す様な条件でメルトブローンを
行った。尚ブローン用の高温高速気は空気を用いた。得
られたメルトブローン不織布は接地した金属ドラム状電
極と針状電極の間で直流印加電圧20KVでエレクトレット
化処理を行った。この際には一旦巻き取られたメルトブ
ローン不織布を巻き返しして該処理を行うのであるが、
この際、メルトブローン不織布の不織布形態を安定に保
って、千切れたり、伸びたりといった変形をしないもの
を不織布形態良好として表１及び表２中に記した。表１
及び表２に示したポリマーは、ポリカーボネートがビス
フェノールＡと炭酸の縮合重合されたもので平均分子量
18000のものであり、ポリプロピレンはメルトインデッ
クス300のものを使用した。表１及び表２にはメルトブ
ローン条件とメルトブローン状況、得られたメルトブロ
ーン不織布性状を示した。

【００１５】

【表１】

【表２】

【００１６】本発明の実施例である実施例１〜６におい
ては、いづれも使用した非円形オリフィス形状に対応し
た所望の異形断面メルトブローン繊維不織布が得られ
た。これらはいづれも嵩高すなわち低密度で不織布形態
安定性良好あるため単独にエレクトレット化処理が可能
であった。エレクトレット化処理後不織布は低い通気抵
抗圧力損失と高い集塵効率を有しているのが分かる。そ
れに対して本発明外の例である比較例１は、吐出ポリマ
ー流があたかも２つに分断した様にブローンされ、それ
が再び衝突するためブローンは安定せず断糸が発生して
不織布のサンプリングはできなかった。本発明外の例で
ある比較例２の場合は、オリフィス出口部で吐出ポリマ
ーが一旦玉状に溜まってからブローンされる状況が観察
されたが、実際に得られた繊維は所望の異形断面とはな
らず円形であった。又細化も不良であった。同じく本発
明外の比較例３では平坦部がリップ端の内部にあるた
め、メルトブローンスタート時のブローン状況調整時に
ノズル汚れが生じた時にノズル掃除が出来ず安定に不織
布をサンプリング出来なかった。やはり本発明外の例で
ある比較例４では平坦部がリップ端より過大に遠く離れ
ているため熱風の作用がほとんど及ばず全く細化が進ま
ず、ウェブ形成しなかった。又本発明外の例である比較
例５では円形オリフィスを使用したものである。この場
合得られたメルブローン不織布を単体でエレクトレット
処理をしようと巻き返し操作をしたところ部分的にウェ
ブが伸びて目付斑を生じたり極端な場合シートが千切れ
てしまった。

【００１７】

【発明の効果】本発明の方法によれば、任意の異形断面
形状を有す、メルトブローン繊維不織布を安定に得る事
ができる。得られた不織布は異形断面の効果として嵩高
で低密度さらに形態安定性が良好であるので単独での永
久帯電加工、“エレクトレット化加工”が可能で、通気
抵抗圧力損失が低く、しかも、良好な集塵効率を有した
ものとなる。そのため、これら異形断面メルトブローン
繊維不織布は気体用フィルター素材として優れた性能を
発揮するので、エアコン、空気清浄器、自動車用フィル
ター、電気掃除機用フィルター、各種マスク用に好適素
材として利用する事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(１)〜(５)は本発明の方法で用いるメルトブロ
ーンノズルの非円形オリフィス例の平面図とノズル先端
の平坦部端の関係である。(６)〜(７)は本発明外の場合
の例である。

【図２】本発明の方法で用いるメルトブローンノズルの
断面図である。

【図３】本発明外の比較例で用いるメルトブローンノズ
ルの断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 断面が二等辺三角形の先端部を切り落と
   した形状であり、該切り落とした平坦部に一列に穿設さ
   れた非円形オリフィスを有すノズルから溶融ポリマーを
   吐出し、前記二等辺の両側に一定の間隙を有すような一
   対のリップを設け、該間隙より噴出する高温高速の気体
   によって、該溶融吐出ポリマー流を細化し、異形断面メ
   ルトブローン繊維不織布を製造する方法において、前記
   非円形オリフィスが、前記平坦部内に該非円形オリフィ
   ス端と該平坦部端との最短距離(Ｌ)が０mm以上1.0mm以
   下となる様に完全に収まりかつ前記平坦部が前記リップ
   端より外側へ突き出した距離(Ｍ)が０mm以上1.5mm以下
   であるメルトブローンノズルを用いる事を特徴とする異
   形断面メルトブローン繊維不織布の製造方法。