JPH0633358A

JPH0633358A - 極細繊維不織布およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0633358A
Application number: JP18689592A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Tanaka; 茂樹田中
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 1992-07-14
Filing date: 1992-07-14
Publication date: 1994-02-08
Anticipated expiration: 2016-02-13
Also published as: JP3134964B2

Abstract

(57)【要約】【目的】シート中にショットやロープ、ピンホール
などの欠点がなく、可とう性に優れていて特にフイルタ
ーや保温材の用途に適した不織布及びその製造方法を提
供する。【構成】通気度が０．５ｃｍ／秒以上、バブルポイ
ント圧が２５０ｍｍＡｑ以上である極細繊維不織布およ
びその製造手段として、溶融ポリマーを高温高速の牽引
流体と接触させて極細繊維不織布の製造プロセスにおい
て、ポリマーが充分に牽引されて細化が完了した後の繊
維の冷却を促進するために、噴射ジェットと混合される
周りの雰囲気中に、直径が２０μｍ以上の水滴を個数濃
度で５％以下含むミストをネプライザー等により付与
し、その水滴が蒸発する潜熱を利用して、繊維周りの牽
引流体と雰囲気の温度を下げることにより、繊維の冷却
効率を向上させるが、繊維に液滴が接触することが無い
ことを特徴とする不織布の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、極細繊維よりなる不織
布に関し、更に詳しくは、その極細繊維特性を利用して
保温材やフイルター、外科医療用ドレープ、バクテリア
バリヤ等に好適に使用される極細繊維不織布およびその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】極細繊維不織布としては、メルトブロー
法（特開昭４９−１０２５８、特開昭４９−４８９２
１、特開昭５０−１２１５７０など）により作られた平
均繊維径が０．１μｍ〜２０μｍである極細繊維からな
る不織布が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これらの不織布には、
シート中にロープと呼ばれる複数本の繊維が絡み合って
できた束状繊維が多く含まれていた。この問題の解決の
手段としてノズルとコレクター間の距離を小さくし、ロ
ープが空中で形成される前にコレクターで捕集すること
も可能であるが、従来の方法で不織布を製造するとショ
ットと呼ばれる玉状のポリマーが発生したりすることが
多く、シートの風合いがざらざらになったり、ショット
の繊維径の太さゆえに冷却が遅れ、ショットが持ち込む
顕熱でショットのまわりの繊維が溶かされ、シート中に
ピンホールと呼ばれる孔が生じたりすることがあった。

【０００４】また、繊維の融着が大きくなりフィルター
として用いる際に濾過対象の液やガスの透過速度が大き
くなったりする。保温材として利用する際にも融着拘束
点が多いために充填密度が高く、シートが硬いために可
撓性が低く、また空隙率が小さいために、通気性に劣る
という問題点があった。かかる問題を解決するための工
夫すなわち繊維に液滴粒子を付着させ冷却を促進する方
法が考えられてきた（特公昭６０−２２１００）。しか
しながら、液滴に微粒子を付着させるときには、繊維の
表面やノズル面が高温にあるため熱泳動の効果で粒子が
接触しにくく、粒子をノズル近傍の繊維に送ることは容
易でなかった。そのため、直径が２０μｍから１００μ
ｍといった大きな液滴粒子を用い、且つ速い速度で慣性
衝突させる必要があった。

【０００５】ところで、大きい水滴を速い速度の空気流
に乗せて繊維に衝突させると、その空気の流れにより繊
維自身や繊維の周りを流れる空気を乱し、繊維同士が絡
まってロープと呼ばれるものが生じたり、繊維の振動に
よる不安定を助長して糸切れやショットと呼ばれる玉状
物などの紡糸不安定現象の発生をひき起こすという問題
点があった。ここで、繊維の固化点は、繊維の温度がガ
ラス転移温度または軟化点の状態にあり実質的に伸長さ
れにくい状態にあることをいう。

【０００６】こうした糸切れやショット、太さの斑は、
フイルターや保温材として用いる際に空気や水などの流
体のチャンネリングや偏流を引き起こし性能を著しく阻
害するという問題を生じていた。本発明は、かかる課題
を解決し、フイルターや保温材に適した極細繊維不織布
およびその製造方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる課題を
解決するために、次の手段をとるものである。すなわ
ち、本発明は、平均繊維径が０．１μｍ〜１０μｍの極
細繊維よりなり、水柱０．５インチ／ｃｍ² の圧力をか
けた際の空気の通過流量を面積で除した値が３０ｇ／ｍ
² 目付換算で０．５ｃｍ／秒以上であって、かつ、バブ
ルポイント測定法により求められる最初の気泡発生圧力
が２５０ｍｍＡｑ（水柱）以上であることを特徴とする
極細繊維不織布、溶融ポリマーを高温高速の牽引流体と
接触させて極細繊維不織布を製造する方法において、ポ
リマーを牽引流体により充分に牽引し、細化を完了した
後、牽引流体と混合される周りのガス雰囲気中に、直径
２０μｍ以上の水滴を個数濃度で５％以下含むミストを
付与することを特徴とする不織布の製造方法である。

【０００８】以下に、本発明を詳細に説明する。本発明
において、不織布を構成する極細繊維の平均繊維径は
０．１μｍ〜１０μｍ、好ましくは０．５μｍ〜１０μ
ｍである。繊維の細いことは、冷却効率を上げていくた
めには不可欠であり、これより繊維径が大きいとショッ
トの発生を抑止できない。また、繊維が細すぎるとミス
トの効果が余り認められなくなる。こうした繊維径の範
囲の不織布シートは、フイルターや保温材など流体と接
触する用途では性能が良好になる。

【０００９】本発明における極細繊維を構成するポリマ
ーの材質としては、熱可塑性樹脂であれば良く、一般に
メルトブロー法紡糸に供されるポリプロピレンやポリエ
ステル、ポリフェニレンスルフイド、ポリアミドなどが
よく用いられるが、特に限定されるものでない。特に最
近では生物分解性を有する新たなポリマーが出現してき
ており、それらの利用も好ましい形態の一つである。

【００１０】本発明の不織布は、バブルポイント法によ
り最大バブルポイント圧すなわち、バブルポイント測定
法により求められる最初の気泡発生圧力が２５０ｍｍＡ
ｑ（水柱）以上であること、好ましくは２７０ｍｍＡｑ
以上であることが必要である。これにより、不織布中の
繊維により形成されるミクロな孔径（ミクロポアーサイ
ズ）が小さく、また、流体の透過抵抗が小さいバランス
の取れた不織布を得ることができる。

【００１１】透過流体が空気であったときの通過抵抗と
反比例の関係にある通気度は３０ｇ／ｍ² 目付換算で
０．５ｃｍ／秒以上であることが、好ましくは０．７ｃ
ｍ／秒以上である。これは、フイルターや保温材特性の
上で好ましいことである。

【００１２】この条件は、前述のバブルポイント測定法
の最大バブルポイント圧が大きいと云うことと相反する
性質であり、これを達成するため製造法を工夫すること
で、従来両立できなかった濾過精度と濾過速度という二
つの相反する特性のバランスに優れた不織布とすること
ができることが判明した。すなわち、通気度と初期バブ
ルポイント圧の関係は一方が大きくなると他方が小さく
なるというのが自然であったが、本発明の不織布は、そ
のバラスンが非常に優れたシートになり、フイルターや
保温材、バクテリアバリアーなどの用途に適している。

【００１３】ロープやヒモが少なく可とう性に優れた不
織布は、従来の不織布に較べ、繊維で形成されるポアー
サイズも均一に揃っており、フイルターや保温材などに
適した特性を示すことが判明した。すなわち、ロープや
ショット、ピンホールがないことによりチャンネリング
がなく、また、流体がまったく通過しないデッドスペー
スが著しく減少する。従って、同じ最大ポアーサイズで
は通気度が大きくでき、同じ通気度では最大ポアーサイ
ズが小さくできることになる。

【００１４】また、不織布の乾熱収縮率が３％より大き
くなると、フイルター濾材として利用する際に、殺菌し
たり保温材のクリーニングの目的で加熱した際に、繊維
が収縮することにより繊維の分布がバラツクためか良好
な濾過特性が実現できないため好ましくない。

【００１５】このような優れたフイルター及び保温材特
性を示す不織布を製造する方法の一としては、溶融ポリ
マーを高温高速の牽引流体と、接触させて極細繊維不織
布の製造プロセスにおいて、ポリマーが充分に牽引され
て細化が完了した後の繊維の冷却を促進するために、噴
射ジェットと混合される周りの雰囲気中に直径が０．１
μｍから２０μｍの水滴をネプライザー等により付与
し、その水滴が蒸発する潜熱を利用して、繊維周りの牽
引流体と雰囲気の温度を下げることにより、繊維の冷却
効率を向上させうるが、コレクターへの落下途中の繊維
に液滴が接触することが無いようにする手段により実施
が可能である。また、繊維の飛散を防ぐ目的やコンベア
ネットからの剥離性向上のため、完全に固化した繊維に
水又は溶剤などの液体を付与する方法や、新たな特性を
付与するために発泡剤や親水化剤などを含む液の液滴を
付与する方法を併用した不織布の製造方法もまた好まし
い。

【００１６】このように優れた特性を発現させるために
紡糸過程に於いて使用されるミスト液滴の発生方法とし
ては、アトマイザーやネプライザーといった液滴の発生
装置を用いればよく、特に限定されるものではない。特
に好ましいものとしては、超音波を利用したミスト発生
器が細かい粒径の液滴を得るのに適している。

【００１７】本発明に利用される液滴の粒径としては２
０μｍ以上の液滴の個数濃度が５％以下であることが必
要である。さらには、１５μｍを超えないことが好まし
い。２０μｍ以上の大きな粒子は製造される繊維の径よ
り大きく、繊維に慣性衝突して付着し、繊維の冷却ムラ
を生じさせ、従って繊維径の太細を発生させたり、応力
集中による糸切れを発生させたりする。２０μｍ以上の
ミスト水滴が繊維に付着して生じたと考えられる繊維の
太さムラは繊維径のばらつきであるＣＶ％（繊維径の標
準偏差を平均値で割って百分率で表わした数字）に反映
されると考えられ、大きなミスト径の液滴を減少させる
ことで少なくとも５〜１０％はＣＶ％が低下することが
実験により明らかとなった。また、大きな液滴の存在は
同伴流の流れを乱す要因となったり、ノズル面などに付
着し温度を低下させるなどの問題を生じ易い。

【００１８】ミスト発生器で２０μｍ以上の液滴の発生
を抑えられない場合には、インパクターを用い、慣性と
抗力のバランスより分離することが可能である。万一、
２０μｍ以上の粒子が混入したとしても個数濃度で５％
以下であればその影響は小さい。０．１μｍより小さい
粒子については、その存在があっても別段問題がない
が、潜熱量が小さく本発明に対してきわめて効果が小さ
いことが明らかとなった。

【００１９】このようにして発生したミスト液滴は、同
伴流および牽引流体の温度を冷却するのに消費される。
すなわち、液滴が蒸発することにより必要な潜熱分の熱
量を同伴流が奪われることになる。この冷却により繊維
の収縮や粘弾性体としてのポリマー伸長回復効果による
緩和によって繊維径が太くなったり、シートにシワが発
生するのを防止することが可能である。また、同様の原
因からシートの端部が支持体上で上に反る現象がみられ
るときがあるが、ミストの付与により改善が可能であ
る。

【００２０】紡子ノズルと捕集体（支持体、コレクター
ともよばれる。）との間の距離は６ｃｍ〜３０ｃｍの間
にあることが好ましい。さらには、８ｃｍ〜２５ｃｍの
間が好ましい。この距離を大きく取ることは冷却の観点
からみると好ましい方向にあるが、距離が大きくなるに
従い、複数本の繊維が絡み合ってできるロープが増加す
る。ロープが存在すると、その近傍で繊維の分布が疎と
なるために偏流を生じ易くなると考えられ、また、風合
いも滑らかでなくなる。

【００２１】他方、ノズルと捕集体間の距離を小さくす
ると、ポリマーが細化途中で切断され玉状になったショ
ットの発生が増加しシートの肌触りを著しく低下させ
る。また、繊維の太さ故に冷却が遅れ、落下した周りの
繊維を溶かしてピンホールを生じ、フイルター性能等に
悪影響を及ぼすことになる。このようなショット、ロー
プとも極めて少ないシートは現在まで手に入れることが
極めて困難であったが、ミストの付与により初めて可能
となった。なお、ノズルと捕集体との距離はポリマーの
単孔吐出量が大きくなるに従い大きく取る必要がある。
すなわち、ポリマー単孔吐出量が大きくなると細化の完
了する距離が長くなり、また、ポリマーや同伴エアー流
の持ち込む熱量が大きくなるためピンホールを生じやす
くなるためである。単孔吐出量が０．５ｇ／分・孔より
小さい場合に於いてはミストの付与を行なわなくても噴
射ジェットに巻きこまれる同伴エアー流温度を低下させ
ることなどの条件を適正化することなどの条件を適正化
することでショットの発生をかなり抑制することも可能
であるが、ミストを付与した方がさらに良好な不織布が
得られる。

【００２２】本発明において繊維の飛散を防ぐためにコ
レクターの極近傍でミストを付与したり、後加工のため
に完全に固化した繊維に水等の液体をシートの浸漬など
により付与する方法との併用は好ましい形態のひとつで
ある。また、新たな特性を付与するために発泡剤や親水
化剤などの液をミスト液滴に添加する方法も好ましい形
態のひとつである。この場合には、液滴の粒径は特に限
定されるものではないが、２０μｍ以上の大きな液滴は
繊維の飛散を抑えるのに好ましい形態である。また、２
０μｍ未満の液滴は薬剤たとえば発泡剤や親水化剤など
を均一に付与することに効果を発揮する。後加工による
それらの薬剤付与がミクロポアーへの液滴の進入が遅い
ために均一性に劣ったり、処理時間を要するのに対し
て、容易かつ迅速に付与が可能である。たとえ、ミスト
による薬剤付与が不十分な場合でも、後加工時にその濡
れ速度が速くなる効果も認められる。

【００２３】

【実施例】

実施例１〜４以下の実施例をあげて、本発明を具体的に説明するが、
本発明の実施形態をなんら制約するものではない。メル
トインデックス３００及び１０００のポリプロピレンを
牽引流体としてエアーを用いてメルトブロー法により繊
維径の異なる何種類かの極細繊維の製造を行なった。エ
アーの噴射圧は元圧で２．０〜３．０ｋｇ／ｃｍ² 、ポ
リマーの吐出量は単孔当たり０．１〜１．０ｇ／分でエ
アー、ポリマー温度は表１のとおりであった。このと
き、ノズル面の直下で最大粒径が８〜２０μｍの液滴ミ
ストを付与したエアーをコレクターに捕集する前の繊維
に均一にブローした。得られた結果を表１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１から明らかなように、実施例１〜４の
不織布は繊維径が０．５〜１０μｍのショットの無いも
ので通気度と濾過性能のバランスの良いものであった。
また、ミスト中に濃厚親水化剤を付与することで２０〜
５０％前後、水系後加工材の濡れ速度が上昇した。な
お、測定法は、以下の方法を用いた。比較例についても
同様である。繊維径走査型電子顕微鏡によりシートの任意の
場所３カ所を１０００倍の倍率で１０枚撮影し、繊維径
をその写真から各カ所１００点ずつ測定し、その平均値
を取った。バブルポイントＡＳＴＭＦ３１６−７０に準じ
て測定した。使用する液体は特級試薬イソプロパノール
を用い、圧力の増加にともない最初の気泡が発生したと
きのその圧力を求めた。通気度（フラジール）ＡＳＴＭＤ７３７に準じ
て測定を行なった。０．５インチ水柱圧での通気量を断
面積で除して通気度を求めた値を３０ｇ／ｍ2の目付に
換算したものである。粒子径市販のダストカウンター（リオン形式
ＫＣ１４）を用いて測定を行なった。乾熱収縮率ポリプロピレンで１３０℃、ポリエ
ステルで１６０℃など融点の約６０〜８０％の適当な温
度で測定する。濾過精度粒子径を測定したのと同じ装置で大気
を５．３ｃｍ／秒で濾材に供給し、大気塵中の０．３μ
ｍ粒子の人口濃度と出口濃度を測定し、その差を入口濃
度で割った値を濾過精度とした。

【００２６】比較例１〜４ミストの付与を行なわずに、実施例１〜４と同条件で紡
糸した。その結果を表２に示した。

【００２７】表２で明らかなように、バブルポイント圧
と通気度とのバランスが悪く、ミスト付与の効果を新た
に認識させるものであった。

【００２８】

【表２】

【００２９】実施例５、比較例５実施例２、比較例２のシートをカレンダープレス処理し
て充填率が０．６になるように調整した。液体フイルタ
ーとしての性能を測定すると表３のような結果を示し
た。なお、液相捕集効率は、単分散０．４７μｍ、ポリ
スチレンラテックスを０．０２ｗｔ％を３ｃｍ／分の線
速度で濾過を実施し、入口濃度と出口濃度を測定し、そ
の差を入口濃度で除した値をいう。

【００３０】

【表３】

【００３１】

【発明の効果】極細繊維よりなり、バブルポイント圧、
通気度、濾過精度とのバランスにすぐれた不織布、及び
この不織布を確実に製造する方法を提供するという効果
が奏される。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平均繊維径が０．１μｍ〜１０μｍの極
細繊維よりなり、水柱０．５インチ／ｃｍ² の圧力をか
けた際の空気の通過流量を面積で除した値が３０ｇ／ｍ
² 目付換算で０．５ｃｍ／秒以上であって、かつ、バブ
ルポイント測定法により求められる最初の気泡発生圧力
が２５０ｍｍＡｑ（水柱）以上であることを特徴とする
極細繊維不織布。
【請求項２】溶融ポリマーを高温高速の牽引流体と接
触させて極細繊維不織布を製造する方法において、ポリ
マーを牽引流体により充分に牽引し、細化を完了した
後、牽引流体と混合される周りのガス雰囲気中に、直径
２０μｍ以上の水滴を個数濃度で５％以下含むミストを
付与することを特徴とする不織布の製造方法。