JPWO2014168066A1 - 混繊不織布およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、圧損が低いうえに捕集効率に優れる混繊不織布、特にエアフィルターに好適に用いることができる混繊不織布を提供する。本発明の混繊不織布は、少なくとも２種類のポリオレフィン系樹脂成分Ａからなる繊維とポリオレフィン系樹脂成分Ｂからなる繊維で構成されてなる混繊不織布であって、前記ポリオレフィン系樹脂成分Ａからなる第１の繊維群の数平均繊維径が０．３〜７．０μｍであり、前記ポリオレフィン系樹脂成分Ｂからなる繊維のうち、前記第１の繊維群の数平均繊維径よりも各々の繊維径が５倍以上大きく、かつ各々の繊維径が１５〜１００μｍである繊維からなる第２の繊維群が、繊維の形態を保持した状態で混繊不織布の断面中に、断面長１ｍｍあたり７．０本以上含まれており、かつ、前記ポリオレフィン系樹脂成分Ｂの融点が前記ポリオレフィン系樹脂成分Ａよりも５〜４０℃低く、前記混繊不織布全体の数平均繊維径が０．３〜１０μｍである混繊不織布である。

Description

本発明は、主にエアフィルターの濾材として好適に用いられる、互いに異なる２種類のポリマーからなる繊維群を含む混繊不織布とその製造方法に関するものである。
近年、大気汚染や感染症の流行が問題となる中で、健康的な生活を送りたいというニーズから、空気清浄機や自動車用キャビンフィルター等の濾材の需要が高まっている。これらの用途に共通して用いられているのが、不織布等で構成されるエアフィルター濾材によって、空気中の塵埃を除去する技術である。そして、これらのエアフィルター濾材には、高い捕集効率が求められている。
不織布を用いた濾材において、高い捕集効率を達成する方法としては、不織布を構成する繊維の細繊度化を進める技術が提案されている（特許文献１参照。）。しかしながら、この提案の方法では、濾過精度の向上とともに、濾材の圧力損失（以下、圧損と称する。）が増大し、このように圧損が大きくなると、空気清浄や濾過に必要なエネルギーが増大するという課題があった。
そして、この課題の解決方法として、繊維に帯電処理を施す方法が広く知られている。帯電処理は、エレクトレット処理とも呼ばれ、特に空気中の微小粒子の捕集効率を高める上で極めて効果的な手法である（特許文献２、特許文献３および特許文献４参照。）。これらの技術によって、捕集効率を飛躍的に向上させることができる。しかしながら、フィルターの低圧損化への要求は年々高まっており、さらなる低圧損化を達成する技術が求められていた。
さらに、このような低圧損化を進めるための技術として、互いに異なる繊維径を持つ２種類以上の帯電繊維を混合した不織布を濾材として用いる方法が提案されている（特許文献５、特許文献６および特許文献７参照。）。また、帯電繊維以外についても、繊維径が互いに異なる繊維を組み合わせることにより、フィルター性能を向上させる提案がなれている（特許文献８および特許文献９参照。）。これらの提案の中でも、上記の特許文献７の提案においては、繊維径が１０μｍ以下の極細繊維と、繊維径が１０μｍを超えるより大きいサイズの繊維とを混合したメルトブロー不織布を、マスクやフィルターに用いる上で、不織布としての好適なシート成形性と通気性を持つとしている。
また、複数の素材成分からなる混繊メルトブロー不織布を製造する方法が、各種知られている。フィルター用途を目的とした例としては、融点差のある繊維を混繊し、一方の繊維を融解させることによって不織布の耐久性を高める方法が提案されている（特許文献１０参照。）。
また別に、フィルター用途を主目的としたものではないが、同様の製造方法を用いている例として、エラストマーからなる繊維を混繊することによって、不織布の伸縮性や風合いを改善する提案が挙げられる（特許文献１２、特許文献１３および特許文献１４参照。）。
特開２００２−２０１５６０号公報 特開昭６３−２８０４０８号公報 特表平０９−５０１６０４号公報 特開２００２−２４９９７８号公報 特開平０２−１０４７６５号公報 特表２０１０−５１１４８８号公報 特表２００９−５４５６８２号公報 米国特許第５７８３０１１号明細書 特開平１１−１３１３５３号公報 特開平０７−０８２６４９号公報 特開２００６−１１２０２５号公報 特開２００５−１７１４５６号公報 特開平０６−０９３５５１号公報
上記のとおり、特許文献７に示されている提案では、繊維径が１０μｍ以下の細繊維と、１０μｍより繊維径の大きい繊維を混合することによって、高いフィルター性能を達成できるとされている。しかしながら、このような太い繊維を含む不織布は、目的とする捕集効率を得るために、相対的に大きい目付が必要となる。そのため、特に高精度フィルター濾材を製造する際に、コストが増大するという課題があった。
そこで小さい目付の不織布とし、目的とする捕集効率を達成する方法として、混繊に用いられる細繊維の繊維径を、特許文献７に開示されている例よりも、さらに小さくする方法が考えられる。しかしながら、低目付で高い捕集効率を達成し得るような極細繊維は、製造に困難が伴う場合が多い。例えば、メルトブロー法を用いて、極細繊維を含む不織布を得ようとする場合、紡糸された極細繊維がフライと呼ばれる繊維塊となって空中に浮遊し、品位の良い不織布シートが得られないという課題があった。
また、上記の特許文献１２、特許文献１３および特許文献１４に示されている多成分混繊メルトブロー不織布に関する提案においても、繊維径が１０μｍを超える極太繊維を含む異繊度混繊不織布において、フライの発生を抑制した状態で、不織布シートを得る方法については、記載されていなかった。
また、上記の特許文献１０には、低融点繊維を混繊したあと、加熱処理することによって、低融点繊維を溶融して接着し、フィルターの強度を向上させる方法について記載されている。しかしながら、この方法を用いた場合、フィルターを構成する繊維間の融着が大きくなり、不織布の比表面積が小さくなる。このため、特に帯電フィルターとして使用したときに、捕集効率が低下するという課題があった。
さらに、エレクトレットフィルターとして用いられるメルトブロー不織布に、帯電性と電荷保持性の低い異種ポリマーからなる繊維を混繊した場合、不織布全体としての帯電性能が低下し、高い捕集効率を達成できないという課題があった。
そこで本発明の目的は、低い目付であっても高い捕集効率を持ち、さらに圧損を低く抑えた、特にエアフィルターの濾材として好適に用いることのできる、濾材としての性能とシート品位とのバランスの取れた混繊不織布を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、濾材性能に優れ、生産性の高い混繊不織布の製造方法を提供することにある。
本発明者らは、鋭意研究の結果、適切な原料種と、繊維径および繊維本数の割合を選択することによって、前記の課題を解決し得る混繊不織布が得られることを見出した。
すなわち、本発明の混繊不織布は、少なくとも２種類のポリオレフィン系樹脂成分Ａからなる繊維とポリオレフィン系樹脂成分Ｂからなる繊維を含む繊維群で構成されてなる混繊不織布であって、前記ポリオレフィン系樹脂成分Ａからなる繊維を第１の繊維群と定義するとき、前記第１の繊維群の数平均繊維径が０．３〜７．０μｍであり、前記ポリオレフィン系樹脂成分Ｂからなる繊維のうち、前記第１の繊維群の数平均繊維径よりも各々の繊維径が５倍以上大きく、かつ各々の繊維径が１５〜１００μｍである繊維からなる群を第２の繊維群として定義するとき、前記第２の繊維群が、繊維の形態を保持した状態で混繊不織布の断面中に、断面長１ｍｍあたり７.０本以上含まれており、かつ、前記ポリオレフィン系樹脂成分Ｂの融点が前記ポリオレフィン系樹脂成分Ａよりも５〜４０℃低く、前記混繊不織布全体の数平均繊維径が０．３〜１０μｍであることを特徴とする混繊不織布である。
本発明の混繊不織布の好ましい態様によれば、前記の第１の繊維群の本数Ｘと前記の第２の繊維群の本数Ｙの比Ｘ／Ｙは、５０〜５０００の範囲である。
本発明の混繊不織布の好ましい態様によれば、前記の混繊不織布は混繊メルトブロー法によって製造された混繊不織布である。
ここで、混繊メルトブロー法とは、米国特許第３９８１６５０号明細書に記載された、一つの紡糸口金に同一もしくは異種の樹脂が流れ出す紡糸孔が一列で並んだ構造の紡糸口金を用い、第１の繊維群を構成する樹脂と第２の繊維群を構成する樹脂をそれぞれ別々の押出機とギヤポンプを用いて、溶融・混練・計量した後、別々の紡糸孔から吐出し、第１の繊維群と第２の繊維群を均一に混合しながら不織布を形成するメルトブロー法をいう。
本発明の混繊不織布の好ましい態様によれば、前記のポリオレフィン成分Ａは、ポリプロピレンホモポリマーである。
本発明の混繊不織布の好ましい態様によれば、前記のポリオレフィン成分Ｂは、プロピレン−エチレン共重合体である。
本発明の混繊不織布の好ましい態様によれば、前記の混繊不織布は帯電処理されていることである。
本発明の混繊不織布の好ましい態様によれば、前記のポリオレフィン系樹脂成分Ａからなる繊維と前記のポリオレフィン系樹脂成分Ｂからなる繊維の体積割合Ａ：Ｂは、２０：８０〜９０：１０の範囲にあることである。
本発明においては、前記の混繊不織布を少なくとも１層含有する積層シートとすることができ、また、前記の混繊不織布または前記の積層シートを含むフィルターとすることができる。
また、本発明の混繊不織布の製造方法は、２種類の異なるポリオレフィン系樹脂成分Ａおよびポリオレフィン系樹脂成分Ｂを、同一ダイに設けられた別々の吐出孔から吐出して混繊不織布を製造する方法であって、前記ポリオレフィン系樹脂成分Ａの融点が、前記ポリオレフィン系樹脂成分Ｂの融点よりも５〜４０℃高く、かつ、前記ポリオレフィン系樹脂成分Ａのメルトフローレートが、前記ポリオレフィン系樹脂成分Ｂのメルトフローレートよりも５〜１００倍高く、前記ポリオレフィン系樹脂成分Ａからなる繊維の見かけの紡糸速度が、前記ポリオレフィン系樹脂成分Ｂからなる繊維の見かけの紡糸速度に比べ、２０〜５００倍早いことを特徴とする混繊不織布の製造方法である。
本発明によれば、小さい目付で高い捕集効率を示しながら圧損を低く抑えた混繊不織布、およびその混繊不織布からなる、かかる性能を備えたフィルターが得られる。本発明によって得られる混繊不織布は、高い捕集効率を示すため、フィルターとして用いたときに高い微粒子の除去性能を有する。また、本発明の混繊不織布によれば、圧損が低く抑えられているため、濾過装置をより小さいエネルギーで運転することができ、また、これらの性能を小さい目付によって達成することができるため、濾材の製造コストを小さくすることができる。
また、本発明の別の効果としては、小さい目付で高い捕集効率を示しながら圧損を低く抑えた混繊不織布を、単一の工程にて得ることができる。例えば、複数の工程を必要としないため、生産性を高め、濾材の製造コストを小さくすることができる。
図１は、混繊不織布の捕集効率および圧損の測定する概略フローを説明するための捕集効率測定装置を示す概略側面図である。
次に、本発明の混繊不織布の実施の形態について説明する。
本発明の混繊不織布は、少なくとも２種類の繊維を含む繊維群からなる不織布であって、第１の繊維群はポリオレフィン系樹脂成分Ａからなる繊維によって構成されており、第２の繊維群はポリオレフィン系樹脂成分Ｂからなる繊維によって構成されている。
本発明の混繊不織布を構成する第１の繊維群および第２の繊維群は、上記のとおり、いずれもポリオレフィン系樹脂成分によって構成される。ここでポリオレフィン系樹脂とは、脂肪族不飽和炭化水素化合物を繰り返し単位として重合された高分子化合物からなる熱可塑性樹脂を指す。ポリオレフィン系樹脂は、体積抵抗率が高く、また吸湿性が低いため、繊維化したときの帯電性および電荷保持性が強い。本発明の混繊不織布は、この効果によって、高い捕集効率を達成することができる。
ポリオレフィン系樹脂成分Ａとして用いられる樹脂の種類としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンおよびポリメチルペンテン等のホモポリマーなどが挙げられる。また、これらのホモポリマーに異なる成分を共重合したコポリマーや、異なる２種以上のポリマーブレンドを用いても良い。これらの中でも、帯電保持性の観点から、ポリプロピレンおよびポリメチルペンテンが好ましく用いられる。また、安価に利用できるという観点から、ポリプロピレンがさらに好ましく用いられる。
本発明で用いられる第一の繊維群を構成する、ポリオレフィン系樹脂成分Ａは、極細繊維を紡糸し易いように、メルトフローレート（ＭＦＲ）の大きい成分を用いることが好ましい。２３０℃の温度で２１．１８Ｎ荷重条件におけるＭＦＲの値は、例えば、２００ｇ／１０ｍｉｎ以上のものを用いることが好ましく、より好ましくは５００ｇ／１０ｍｉｎ以上である。ＭＦＲがこの値よりも大きい原料を使用することによって、繊維を細化することが容易となり、目的とする繊維径範囲の繊維を好ましく得ることができる。また、ＭＦＲの上限値としては、２０００ｇ／１０ｍｉｎであることが好ましい。ＭＦＲがこの値を超えると、紡糸時の溶融粘度が低くなりすぎるため、ショットと呼ばれるポリマー塊状欠点が多発しやすくなる等、紡糸性に問題が発生する場合がある。
原料のＭＦＲは、一般にポリマーの分子量によって変化する。分子量が大きければＭＦＲが小さく、分子量が小さければＭＦＲが大きくなる。所望のＭＦＲの原料を得るための方法としては、分子量の小さいポリマーを直接重合してもよく、事前に分子量の大きいポリマーを重合し、その後の工程にて減性剤を反応させることによって分子量を低下させ、所望の範囲のものを得てもよい。また、高分子量のポリマーチップに未反応の減性剤を添加し、溶融紡糸時に反応させ、分子量を低下させるプロセスであってもよい。
本発明の混繊不織布を構成する第２の繊維群は、ポリオレフィン系樹脂成分Ａよりも融点が５〜４０℃低いポリオレフィン系樹脂成分Ｂで構成されている。ポリオレフィン系樹脂成分Ａとポリオレフィン系樹脂成分Ｂの融点差は、好ましくは１０〜３５℃であり、より好ましくは１５〜３０℃である。
本発明の混繊不織布では、上述の融点差を持つ２種類のポリオレフィン系樹脂成分Ａからなる繊維とポリオレフィン系樹脂成分Ｂからなる繊維を混繊することによって、高い捕集効率を達成することができる。このメカニズムは明らかではないが、次のように推定される。
すなわち、本発明の混繊不織布をメルトブロー法によって製造する場合、単繊維繊度が比較的細く高融点であり、固化が早い第１の繊維群を、単繊維径が太く低融点であり、半溶融状態の第２の繊維群が、絡め取りながらシート化されるため、フライの発生が抑制され、結果として単繊維繊度の細い繊維を多く含む、捕集効率の高い混繊不織布が得られる。
フライは、細繊維が多い紡糸条件で発生しやすく、これは口金から吐出された繊維が細繊維であるほど繊維がもつ熱量が少なく比較的早く固化されるため、繊維間融着が減少するためである。このような紡糸条件としては、例えば、紡糸温度を高くしたり、吐出量を少なくしたり、高温加圧空気の圧力を大きくしたりすることが挙げられる。
また、フライ発生が多いと、不織布表面に付着する束状の繊維ロープ（風綿）が多くなり、風綿が多く付着した不織布は表面外観の点から好ましくない態様である。特に、捕集コンベアに接する側の不織布表面は、繊維間融着が比較的進みやすく風綿は発生しにくいが、その反対の不織布表面（捕集コンベアに直接接しない面）は、比較的繊維間融着が進みにくく、かつ繊維を噴射させた高温加圧空気の影響により繊維が吹き流れやすく、風綿が発生しやすい。
本発明の混繊不織布は、１０ｃｍ×１０ｃｍあたりの風綿の数が５個以下であることが好ましく、さらに好ましくは２個以下である。ここでいう風綿とは、不織布表面から手で簡単に剥ぎ取るとこが可能であり、長さが１ｃｍ以上である束状となった繊維のことをいう。当業者であれば、風綿の有無を容易に確認することができる。
ポリオレフィン系樹脂成分Ａおよびポリオレフィン系樹脂成分Ｂの融点差が５℃よりも小さい場合、絡め取りの効果が得られないため、細繊維を多く含む混繊不織布が得られず、捕集効率が低下する。一方、融点差が４０℃より大きい場合、繊維間融着が強くなりすぎるため、フィルムライクとなり捕集効率が低下し圧損が上昇する。また、ポリオレフィン系樹脂成分ＡおよびＢの融点が低すぎる場合には、混繊不織布全体の耐熱性が低下するため、実用上の問題が生じ得る。好ましいポリオレフィン系樹脂成分ＡおよびＢの融点は１００℃以上であり、より好ましくは１２０℃以上であり、さらに好ましくは１３０℃以上である。
ポリオレフィン系樹脂成分ＡおよびＢの融点の上限値に特に制限は無いが、２３０℃以下であることが好ましく、２００℃以下であることがより好ましく、１８０℃以下であることがさらに好ましい。融点のこの値よりも高い樹脂成分を使用する場合、溶融に必要なエネルギーが多くなる場合があり、経済的に不利となることがある。
本発明で用いられるポリオレフィン系樹脂成分Ｂとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンおよびポリメチルペンテン等のホモポリマーや、これらのポリマーに異なるオレフィン成分を共重合したコポリマーを使用することができる。特に、２種類以上のオレフィン成分を共重合したコポリマーを使用することが好ましい。コポリマーは、共重合成分の配合比や配列の制御によって、様々な融点のポリマーを得ることができる。結果として、本発明の目的とする低圧損・高捕集効率の達成がより容易になる。
また、望ましい融点が得やすいという観点から、コポリマーの中でも、ポリプロピレン系のコポリマーであることが好ましく、プロピレン成分とエチレン成分を共重合した、プロピレンーエチレン共重合体であることがさらに好ましい態様である。共重合成分には、本発明の効果を失わない範囲において、他のオレフィン成分やオレフィン以外の成分が含まれていても構わない。また、共重合形態としては、ランダム共重合、ブロック共重合等が挙げられるが、ランダム共重合体であることが、より好ましい態様である。
また、本発明で用いられるポリオレフィン系樹脂成分Ｂは、エラストマーでないことが好ましい。本発明の混繊不織布において、エラストマーを用いた場合、混繊不織布全体が伸縮性の高いものとなる。伸縮性の高い混繊不織布は、工程張力によって引き伸ばされたときに嵩が減少し、圧損が増大する場合がある。
本発明において、ポリオレフィン系樹脂成分Ｂに使用されるポリマーとしては、必ずしも帯電保持性が高いものを使用する必要はない。また、帯電処理を行う場合には、帯電時の捕集効率向上の観点から、疎水性のポリマーであることが好ましい。
本発明の混繊不織布を製造するにあたり、特に第１の繊維群と第２の繊維群を同一口金から紡糸する場合には、ポリオレフィン系樹脂成分Ｂとして、紡糸口金温度における溶融粘度が、ポリオレフィン系樹脂成分Ａの溶融粘度よりも大きい樹脂を使用することが好ましい。具体的には、２３０℃の温度で２１．１８Ｎ荷重条件におけるメルトフローレート（ＭＦＲ）は２００ｇ／１０ｍｉｎ未満であることが好ましく、より好ましくは１００ｇ／１０ｍｉｎ未満である。ポリスチレン系樹脂成分Ｂに粘度の高い樹脂を用いることによって、数平均繊維径が０．３μｍ〜７．０μｍである極細繊維からなる混繊不織布中に、単繊維径が１５μｍ〜１００μｍである極太な第２の繊維群が混合された状態を達成し易くなる。
ポリオレフィン系樹脂成分Ｂの好ましいＭＦＲの下限値は、３ｇ／１０ｍｉｎ以上であることが好ましく、５ｇ／１０ｍｉｎ以上であることがより好ましく、１０ｇ／１０ｍｉｎ以上であることがさらに好ましい。ポリオレフィン系樹脂成分ＢのＭＦＲがこの値よりも小さい場合、紡糸時の口金背圧が高くなり過ぎるため、ポリマー漏れや口金の変形等が発生する場合がある。
本発明の混繊不織布を構成するポリオレフィン系樹脂成分Ａのメルトフローレートには、ポリオレフィン系樹脂成分Ｂのメルトフローレートよりも、５〜１００倍高いものを用いることが好ましく、より好ましくは１０〜５０倍高いものを用いることである。
ここで、メルトフローレートは、上記のように、２３０℃の温度で２１．１８Ｎ荷重条件における条件で測定した値をいう。このような、メルトフローレートの大きく異なる原料を使用することによって、本発明の混繊不織布を構成する、単繊維径の大きくことなる２種類の繊維群を同時に得ることが可能となる。
本発明の混繊不織布を構成するポリオレフィン系樹脂成分Ａおよびポリオレフィン系樹脂成分Ｂのどちらか一方に、もしくは両方に、帯電性、耐候性、熱安定性、機械的特性、着色、表面特性、またはその他の特性を強化・改良するために添加剤を加えても良い。特に、混繊不織布に帯電処理を行う場合には、帯電性を強化する目的で、エレクトレット添加剤を含むことが好ましい態様である。
特に、エレクトレット添加剤として、ヒンダードアミン系化合物およびトリアジン系化合物からなる群から選ばれる少なくとも一種が含まれていることが好ましい。
ヒンダードアミン系化合物としては、ポリ［（６−（１，１，３，３−テトラメチルブチル）イミノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジイル）（（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）イミノ）ヘキサメチレン（（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）イミノ）］（ＢＡＳＦ・ジャパン社製、“キマソーブ”（登録商標）９４４ＬＤ）、コハク酸ジメチル−１−（２−ヒドロキシエチル）−４−ヒドロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン重縮合物（ＢＡＳＦ・ジャパン社製、“チヌビン”（登録商標）６２２ＬＤ）、および２−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジル）−２−ｎ−ブチルマロン酸ビス（１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジル）（ＢＡＳＦ・ジャパン社製、および“チヌビン”（登録商標）１４４）などが挙げられる。
また、トリアジン系化合物としては、前述のポリ［（６−（１，１，３，３−テトラメチルブチル）イミノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジイル）（（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）イミノ）ヘキサメチレン（（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）イミノ）］（ＢＡＳＦ・ジャパン社製、“キマソーブ”（登録商標）９４４ＬＤ）、および２−（４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジン−２−イル）−５−（（ヘキシル）オキシ）−フェノール（ＢＡＳＦ・ジャパン社製、および“チヌビン”（登録商標）１５７７ＦＦ）などを挙げることができる。
これらのエレクトレット添加剤の中でも、特にヒンダードアミン系化合物が好ましく用いられる。
ヒンダードアミン系化合物および／またはトリアジン系化合物の含有量は、混繊不織布全質量に対して０．１〜５．０質量％の範囲であることが好ましく、より好ましくは０．５〜３質量％の範囲であり、さらに好ましくは０．８〜２．０質量％の範囲である。また、これらのヒンダードアミン系化合物やトリアジン系化合物を、不織布もしくは繊維表面に付着させるなどの場合は、不織布全質量に対して０．１〜５．０質量％の範囲で付着させることが好ましい。
また、本発明の混繊維不織布には、上記の化合物の他に、熱安定剤、耐候剤および重合禁止剤等の一般にエレクトレット加工品の不織布に使用されている通常の添加剤を添加してもよい。
本発明の混繊不織布における、好ましいポリオレフィン系樹脂成分Ａからなる繊維とポリオレフィン系樹脂成分Ｂからなる繊維の体積比Ａ：Ｂは、２０：８０〜９０：１０である。体積比Ａ：Ｂは、より好ましくは３０：７０〜８０：２０であり、さらに好ましくは４０：６０〜７０：３０である。
本発明で用いられる第１の繊維群を構成するポリオレフィン系樹脂成分Ａからなる繊維の体積比（ｖｏｌ％）が２０よりも少ない場合、混繊不織布中の繊維表面積が小さくなり、目的とする高い捕集効率を達成することが難しいことがある。また、本発明の第２の繊維群の少なくとも一部を構成するポリオレフィン系樹脂成分Ｂからなる繊維の体積比（ｖｏｌ％）が１０よりも少ない場合、ポリオレフィン系樹脂成分Ｂからなる繊維の存在による捕集効率の向上効果を十分に得られないため、目的とする高捕集を達成することが難しいことがある。また、本発明の混繊不織布には、本発明の効果を損なわない範囲で、ポリオレフィン系樹脂成分ＡおよびＢ以外の成分が含まれていても構わない。例えば、混繊不織布にプリーツ可能な剛性や、強度を付与する等の目的で、成分Ａよりもさらに高融点な成分Ｃからなる繊維が含まれていても構わない。
次に、本発明の混繊不織布の製造方法について説明する。
本発明の混繊不織布の製造方法としては、例えば、メルトブロー法、スパンボンド法、エレクトロスピニング法、および別個に製造された短繊維もしくは長繊維を交絡もしくは混合後、必要に応じて接着する方法などが挙げられる。また、第１の繊維群と第２の繊維群を製造する工程が必ずしも同一種類である必要はない。例えば、第１の繊維群をエレクトロスピニング法によって紡糸し、第２の繊維群をメルトブロー法によって紡糸する方法や、第１の繊維群をメルトブロー法によって紡糸し、第２の繊維群をスパンボンド法で紡糸する方法、第１の繊維群をメルトブロー法で紡糸し、第２の繊維群として別個に製造された短繊維を吹き込むことによって混合する方法など、２種類以上の方法を組み合わせることもできる。
これらの方法の中でも、複雑な工程を必要とせず、繊維径が５倍以上異なる繊維群を同時に紡糸製造することができるという観点から、メルトブロー法を用いることが好ましい態様である。メルトブロー法における紡糸条件としては、ポリマー吐出量、ノズル温度、加圧空気圧力および加圧空気温度等があるが、これら紡糸条件の最適化を行うことにより、所望の単繊維径と繊維本数割合を有する混繊不織布を得ることができる。
具体的に好適には、（１）第１の繊維群の原料として溶融粘度の小さい原料を使用し、第２の繊維群の原料として溶融粘度の大きい原料を使用すること、（２）第１の繊維群の吐出孔からのポリマー単孔吐出量を小さくし、第２の繊維群の吐出孔からのポリマー単孔吐出量を大きく設定すること、および（３）第１の繊維群の吐出孔の数を第２の繊維群の吐出孔の数に比べて多くすること、を適宜組み合わせることにより、所望の繊維径と繊維本数割合を有する混繊不織布を得ることができる。
本発明の混繊不織布を製造する設備としては、メルトブロー法を採用する場合の設備には、例えば、米国特許第３９８１６５０号明細書に記載されている、混繊メルトブロー法の紡糸口金を使用することができる。ここで得られる繊維ウェブでは、２種の繊維がより均一に混合される。
また、例えば、特開平８−１３３０９号公報に記載されているような、第１の繊維群と第２の繊維群を異なる紡糸口金によって紡糸し、混合させる方法を使用することもできる。また、別個に製造した第１の繊維群からなる不織布と第２の繊維群からなる不織布を積層し、その後ニードルパンチ等の交絡処理を施しても良い。単一の工程によって２種類の繊維がより均一に混合された不織布が得られることから、１つの紡糸口金に異種の樹脂が流れ出す紡糸孔が一列で並んだ構造の紡糸口金を使用する混繊メルトブロー法がより好ましい態様である。
これらメルトブロー法による紡糸方法の中でも、細繊維と太繊維を同時に紡糸することにより、繊維の自己融着によるフライの抑制やシート強度の上昇の効果が得られやすい、混繊メルトブロー法がさらに好ましい。
本発明の混繊不織布を混繊メルトブロー法によって製造する場合、第１の繊維群と第２の繊維群を吐出する口金の孔数（個）の比は、１：１５〜１５：１であることが好ましく、より好ましくは１：１〜１１：１であり、さらに好ましくは２：１〜７：１である。第１の繊維群の吐出孔の数が少ない場合、本発明が好ましいとする繊維本数の比を達成することが困難となる。また、第２の繊維群の吐出孔の数が、第１の繊維群の吐出孔の数に比べて少なすぎる場合、第１の繊維群を混繊不織布の平面上に均一に分散させることが困難となる。第１の繊維群の吐出孔と第２の繊維群の吐出孔を一列に配置する場合、２種の吐出孔は交互に配列しても良く、その代わりの所望の方法で配列しても良い。例えば、２種の吐出孔ａとｂを、ａｂｂａ、ａａｂｂｂａａ、ａａａａｂｂｂａａａａ、というような配列を取ることもできる。均一な不織布を得るという観点からは、２種の吐出孔が交互に配列されている形態が好ましい。また、必要に応じて、第１の繊維群および第２の繊維群以外の、第３の繊維の吐出孔を備えていてもよい。
本発明の混繊不織布を、混繊メルトブロー法によって紡糸する場合、ポリオレフィン系樹脂成分Ａからなる繊維の見かけの紡糸速度は、ポリオレフィン系樹脂成分Ｂからなる繊維の見かけの紡糸速度に比べて、２０〜５００倍速いことが好ましい。ポリオレフィン系樹脂成分Ａからなる繊維の見かけの紡糸速度は、より好ましくは、２５〜２００倍であり、さらに好ましくは、３０〜１００倍である。
同一の口金から紡糸速度の大きく異なる繊維を同時に吐出することによって、所望の繊維径と繊維本数割合を備えた混繊不織布を、単一のステップで得ることができる。見かけの紡糸速度の比がこれよりも小さい場合、所望の繊維径と繊維本数割合の達成には、２種のポリマーの吐出孔数の比を大きくする必要が生じ、混繊不織布中に２種の繊維を均一に分散させることが困難となることがある。
上記の見かけの紡糸速度は、次の式で算出される。
Figure 2014168066
ここで、見かけ紡糸速度は、一般的な溶融紡糸で使用される紡糸速度の算出方法と同一であるが、繊維がメルトブロー法によって紡糸されている場合には、実際の紡糸速度とは必ずしも一致しない。これは、メルトブロー法では、溶融状態の吐出ポリマーが慣性によって引き伸ばされる現象が発生することによる。
同一ダイから吐出される繊維において、見かけの紡糸速度の差を大きくすることは、使用する樹脂原料の溶融粘度の差を大きくすることによって達成される。本発明の混繊不織布においては、前述のように、ポリオレフィン系樹脂成分Ａとして低粘度原料を用い、ポリオレフィン系樹脂成分Ｂとして高粘度原料を使用することが好ましい態様である。
本発明の混繊不織布を、混繊メルトブロー法によって紡糸する場合、ポリオレフィン系樹脂成分Ａの吐出孔aの孔径ｄａ（ｍｍ）はφ０．１０〜０．４０ｍｍであることが好ましく、より好ましくはφ０．１５〜０．３０ｍｍの範囲である。粘度の低いポリオレフィン系樹脂成分Ａを用いて、目的とする繊維径の繊維を紡糸するとき、孔径daが前記の範囲よりも大きい場合、背圧が小さくなり、吐出が不安定になる場合がある。また、孔径daが前記の範囲よりも小さい場合、孔に異物詰まりなどが発生し、吐出が不安定になる場合がある。
また、ポリオレフィン系樹脂成分Ｂの吐出孔ｂの孔径ｄｂは、φ０．４０ｍｍ〜１．２ｍｍの範囲であることが好ましく、より好ましくはφ０．５０〜１．０ｍｍの範囲である。
粘度の高いポリオレフィン系樹脂成分Ｂを用いて、目的とする繊維径の繊維を紡糸するとき、孔径ｄｂが前記の値よりも小さい場合、背圧が高くなり過ぎるため、ポリマー漏れや口金の変形等が発生する場合がある。孔径ｄｂが前記の値よりも大きい場合、背圧が小さくなり、吐出が不安定になる場合がある。また、孔ａの孔深度をｌａ（ｍｍ）とし、孔ｂの孔深度をｌｂ（ｍｍ）としたとき、次式で定義されるＸの値が、５．０以上である紡糸口金を用いることが好ましい。
Figure 2014168066
ここで、Ｘの値は、両孔に同一のポリマーを同一量吐出量で吐出したときに生じる、吐出孔流路での圧損比に相当する。
本発明の混繊不織布を紡糸する場合、低粘度原料を用いて繊維径の小さい繊維を、粘度の高い原料を用いて繊維径の大きい繊維を同時に紡糸する必要がある。前者の繊維を紡糸する上では、背圧不足による紡糸不安定化が、後者の繊維を紡糸する上では、背圧過剰によるポリマー漏れや口金変形等が問題となり易い。このような性質の大きく異なる繊維を、同時に紡糸するためには、Ｘの値を大きく設計した口金を用いることが好ましい。より好ましいＸの値は１０以上であり、さらに好ましくは２０以上である。
本発明の混繊不織布をメルトブロー法によって製造する場合、捕集距離（口金吐出孔とコレクタ間の距離、ＤＣＤ）は、５ｃｍ〜４０ｃｍの範囲であることが好ましく、さらに好ましくは１０ｃｍ〜３０ｃｍである。
捕集距離が大きくなった場合、紡糸された繊維同士の絡みあいが増え、フィルターとして有効に機能する繊維表面積が減少する。また、混繊不織布の目付斑も悪化するため、フィルター濾材としては不適となる。
また、捕集距離を小さくとりすぎた場合、繊維の固化が十分に進まないままシート化することになるため、繊維間融着が増加し、繊維表面積の減少と圧損の上昇を招くことがある。
コレクタの形態としては、例えば、ドラム方式、コンベア方式、特開２０１１−１６８９０３号公報に開示されているようなドラム・コンベアを組み合わせた方式、あるいは米国特許第５７８３０１１号明細書等に開示されているような円筒フィルター状のコレクタ等を用いることができる。
本発明の混繊不織布は、少なくとも２種類の異なる繊維分布を持つ繊維が混合されてなることによって、高いフィルター性能を達成する。このメカニズムは明らかではないが、次のように推定される。
２種類の繊維のうち、繊維径の小さい第１の繊維群は、本発明の混繊不織布において、捕集効率を向上させる機能を担う。また、繊維径の大きい第２の繊維群は、本発明の混繊不織布において、主に圧損を低減させる機能を担う。
すなわち、繊維径の小さい第１の繊維群は、比表面積が大きいため粒子を繊維表面に効率よく捕集することができる。この第１の繊維群のネットワーク中に、繊維径の大きい第２の繊維群が混合されていることによって、第１の繊維群の間に大きい空隙が生成する。この繊維間空隙の存在によって、不織布の通気性が向上し、圧損が小さくなる。この効果をより効率よく発揮するためには、２種類の繊維が、不織布の厚み方向にわたって均一に混合された状態であることがより好ましい。
本発明における数平均繊維径は、混繊不織布表面または断面の顕微鏡写真を撮影し、像中に存在する繊維の繊維径を計測し、その平均値を算出することによって得ることができる。
本発明の混繊不織布は、第１の繊維群として、ポリオレフィン系樹脂成分Ａからなる繊維の群を含むことが重要である。第１の繊維群の数平均繊維径は、０．３μｍ〜７．０μｍであり、好ましくは０．５μｍ〜４．０μｍであり、さらに好ましくは１．０μｍ〜２．０μｍの範囲である。数平均繊維径が大きい場合、繊維の比表面積が小さくなり、十分な粒子捕集能力を得られないことがある。第１の繊維群は、捕集効率を向上させる目的で、帯電処理されていることがより好ましい態様である。
本発明の混繊不織布は、第２の繊維群として、ポリオレフィン系樹脂成分Ｂからなり、繊維径が１５〜１００μｍでありかつ前記第１の繊維群の数平均繊維径よりも５倍以上大きい繊維からなる群を含むことが重要である。これは、第１と第２の繊維群の繊維径分布が明確に異なることによって、２種類の繊維群が、それぞれの機能を明確に分担し、捕集効率の向上と圧損の低減が両立できるからである。第２の繊維群の繊維径は、好ましくは２０〜１００μｍである。また、第２の繊維群の繊維径の、第１の繊維群の数平均繊維径に対する比は、１０倍以上大きいことがより好ましい態様である。第２の繊維群の繊維径の、第１の繊維群の数平均繊維径に対する比の上限値は、１５０倍以下であることが好ましい態様であり、１００倍以下であることがより好ましい態様であり、３０倍以下であることがさらに好ましい態様である。第１のポリオレフィン系樹脂成分Ｂからなる繊維の繊維径範囲がこれより小さい場合、繊維間の空隙を支持する効果が小さくなる。また、ポリオレフィン系樹脂成分Ｂからなる繊維の繊維径範囲がこれよりも大きい場合、不織布の製造に多くの樹脂原料が必要となるため、経済的に不利となる。ただし、本発明の混繊不織布は、本発明の効果を損なわない範囲において、前記した第２の繊維群の繊維径範囲に属さない、ポリオレフィン系樹脂成分Ｂからなる繊維等を含んでいてもよい。
本発明の混繊不織布は、第２の繊維群を構成する繊維を、不織布の断面中、断面長１ｍｍあたり７．０本以上含む。この繊維の本数は、より好ましくは１０本以上であり、さらに好ましくは１５本以上である。
ここで、混繊不織布の断面長１ｍｍあたりの繊維本数とは、混繊不織布面に直交し、かつ互いに直交する２つの不織布断面を顕微鏡で観察し、それぞれの断面について、不織布断面上に切断面を有する繊維の、不織布断面長あたりの本数を計測し、さらにそれぞれの断面での値を平均することにより得ることができる。混繊不織布中に、上記割合の第２の繊維を含まない場合、繊維間の空隙を支持する効果が小さくなるか、もしくは効果を得ることができない。また、第２の繊維群の断面長１ｍｍあたりの繊維本数の上限値としては、５００本以下であることが好ましく、２００本以下であることがさらに好ましい。第２の繊維群の断面長１ｍｍあたりの繊維本数がこれよりも大きい値となる場合、不織布全体の目付が大きくなり、コスト面で不利となる場合がある。
この混繊不織布の断面長１ｍｍあたりの繊維本数の測定評価方法は、実施例のところに記載されている。
本発明の混繊不織布において、第２の繊維群は、繊維の形態を保持していることが重要である。ここで、「繊維の形態を保持している」とは、製布後の熱処理などによって、繊維が融解していないことを指す。例えば、特開平７−８２６４９号公報には、低融点繊維を融点以上の温度で熱処理することによって融解させ、バインダー繊維として使用し、不織布の強度を向上させる方法が開示されている。しかしながら、このように、低融点繊維を融解させた場合、繊維間空隙が減少し、圧損が増大するだけでなく、繊維表面積が減少し、捕集効率が低下するという問題が発生する。本発明の混繊不織布では、低融点である第２の繊維群が、繊維の形態を保持した状態で存在することによって、低圧損と高捕集の効果を発揮することができる。
本発明の混繊不織布は、不織布を構成する繊維全体の数平均繊維径が０．３μｍ〜１０μｍの範囲であり、より好ましくは、０．５μｍ〜７．０μｍであり、より好ましくは１．０μｍ〜３．０μｍである。本発明の混繊不織布は、より小さい数平均繊維径を有する第１の繊維群の本数が、繊維径１５μｍを超える第２の繊維群の本数に比べて圧倒的に多い構成である。このため、不織布全体での数平均繊維径は小さくなる。不織布を構成する繊維全体の数平均繊維径がこの範囲となるように、第１の繊維群と第２の繊維群の繊維径と繊維本数を設計することにより、低圧損と高捕集効率を両立する混繊不織布を得ることができる。混繊不織布を構成する繊維全体の数平均繊維径が、この値よりも大きくなると、繊維の比表面積が小さくなり、特に混繊不織布を低目付としたときに、十分な捕集効率を得ることができない。また、この数平均繊維径が、この範囲よりも小さくなると圧損が増大する。
第２の繊維群は、ポリオレフィン系樹脂成分Ｂによって構成される。第２の繊維群が、低融点であるポリオレフィン系樹脂成分Ｂを含むことによって、第１の繊維群を効率よくシート状に含有することが可能となるため、高い捕集効率が得られる。第２の繊維群は、繊維の一部にポリオレフィン系樹脂成分Ｂを含んでいれば、本発明の効果を失わない範囲で、他の成分を含んでいても構わない。例えば、第２の繊維群として、ポリオレフィン系樹脂成分Ｂを芯に用い、別の樹脂成分を鞘として用いて複合した繊維や、ポリオレフィン系樹脂成分Ｂを鞘に用い、別の樹脂成分を芯として用いて複合した繊維を用いてもよい。前者の場合は、第２の繊維群の効果として、少なくとも繊維変形を抑える効果を得られる。後者の場合は、第２の繊維群の効果として、少なくとも繊維間融着を抑える効果が得られる。
また、複合させる場合には、ポリオレフィン系樹脂成分Ａとポリオレフィン系樹脂成分Ｂの複合や、ポリオレフィン系樹脂成分Ａおよびポリオレフィン系樹脂成分Ｂと他の第３成分の３成分複合などであってもよい。複合の形状としては、芯鞘型のほか、サイドバイサイド型、偏心芯鞘型および海島型などの複合形態を含め、その他の公知の複合形態を取ることができる。また、第２の繊維群の断面形状は任意の形状を取ることができ、丸型のほかに、三角型、Ｙ型、扁平型、多葉型および扁平型などの形状であっても良い。
本発明の混繊不織布において、第１の繊維群の本数Ｘが第２の繊維群の本数Ｙに対して、その比Ｘ／Ｙが５０倍〜５０００倍多いことが好ましく、より好ましくは６０倍〜１０００倍であり、さらに好ましくは９０倍〜５００倍である。ここで、繊維の本数の比は、混繊不織布において、任意の不織布面に直交し、かつ互いに直交する２つの断面を取ったときに、その断面を通過する繊維の本数の比の平均値を計測することにより得ることができる。
本発明の混繊不織布は、上記のようなＸ／Ｙ比をとることで１５μｍ以上という極太繊維を含みながら、不織布の比表面積を大きくすることができる。この効果によって、本発明の混繊不織布をフィルターとして用いたとき、高い捕集効率を達成することができる。また、第１の繊維群の本数が第２の繊維群の本数に比べて極めて多く、第２の繊維群の繊維径が第１の繊維群の数平均繊維径に比べて極めて大きいという、特徴的な繊維構成によって、混繊不織布の表面積の大部分を第１の繊維群が占める状態とできる。このため、混繊不織布に帯電処理を施す場合、第２の繊維群が電荷保持性の低い成分を含んでいる場合であっても、不織布全体としては高い帯電性・電荷保持性を有することができる。第２の繊維群の本数に対する第１の繊維群の本数が、前記の値よりも少ない場合、目的とする高い捕集効率が得られず、特に帯電処理時にその性能低下が顕著となる。
本発明の混繊不織布の含有する第１の繊維群と第２の繊維群の繊維径、数平均繊維径および繊維本数比を決定するにあたり、両繊維を判別する方法としては、種々の方法を使用することができる。例えば、２種類の繊維の融点差や、薬液への耐性差を利用し、一方の繊維だけを消失させ、残留した繊維について、光学顕微鏡・走査型電子顕微鏡などの各種顕微鏡を用いて繊維径を測定する方法を用いることができる。また、顕微ラマン分光法、顕微赤外分光法、電子線マイクロアナライザ、あるいは飛行時間型二次イオン質量分析法などの、各種微小領域の物質分布が分析可能な手法を用いて、繊維の成分を判別しながら計測する方法を用いてもよい。例えば、本発明の混繊不織布において、第２の繊維群と第１の繊維群の繊維径分布の差異を確かめるには、混繊不織布を２つの成分の融点の間の温度で熱処理し、一方の繊維を融解させたときの不織布全体の数平均繊維径を、熱処理前の平均繊維径と比較する方法を取ることもできる。
本発明の混繊不織布の目付は、５ｇ／ｍ２以上であることが好ましく、より好ましくは１０ｇ／ｍ２以上であり、エアフィルター用の濾材として用いる場合には１５ｇ／ｍ２以上であることがさらに好ましい態様である。目付が小さすぎる混繊不織布は、強度が低下するため、製造時の不織布の搬送性に問題を生じ得る。また、混繊不織布の目付は、１０００ｇ／ｍ２以下であることが好ましく、より好ましくは２００ｇ／ｍ２以下であり、エアフィルター用の濾材として用いる場合には、４０ｇ／ｍ２以下であることがさらに好ましい態様である。目付が大きすぎる混繊不織布は、製造コスト面において不利となる場合がある。
本発明の混繊不織布においては、単位断面長と目付あたりの第２の繊維群の本数が、０．１（本・ｍ２／ｇ・ｍｍ）以上であることが好ましく、より好ましくは０．２（本・ｍ２／ｇ・ｍｍ）以上であり、さらに好ましくは０．３（本・ｍ２／ｇ・ｍｍ）以上である。単位断面と目付あたりの繊維本数は、次の式で定義される。単位断面・目付あたりの第２の繊維群の本数が少なすぎると、第２の繊維群の効果を不織布全面にわたって得ることができなくなる場合がある。
Figure 2014168066
本発明の混繊不織布の長さ方向伸度は、３０％未満であることが好ましく、より好ましくは２０％未満である。長さ方向の伸度がこの値よりも大きく、伸びやすいシートは、工程張力によって伸び潰されて、フィルターとして用いたときの圧損が増大する場合がある。
本発明の混繊不織布は、帯電処理（エレクトレット処理）されていることが望ましい。特に、エレクトレット化不織布シートにすれば、静電気吸着効果により更に圧損と高捕集効率を得ることができる。エレクトレット化の方法としては、高性能を有する不織布を得る上で、水を不織布に付与した後に乾燥させることによりエレクトレット化する方法が好ましく用いられる。水を混繊不織布に付与する方法としては、水の噴流もしくは水滴流を不織布内部まで水が浸透するのに十分な圧力にて噴霧する方法や、水を付与した後もしくは付与しながら混繊不織布の片側から吸引して不織布内に水を浸透させる方法や、イソプロピルアルコール、エチルアルコールおよびアセトンなどの水溶性有機溶剤と水との混合溶液に混繊不織布を浸漬させて水を不織布内部まで浸透させる方法等がある。
本発明の混繊不織布は、フィルターの濾材として用いる目的に適した、高い捕集効率を示す。帯電処理後の捕集効率の値としては、風速４．５ｍ／ｍｉｎにおける空気中の０．３〜０．５μｍポリスチレン粒子の捕集効率が、９０％以上であることが好ましく、９９％以上であることがより好ましく、９９．９％以上であることがさらに好ましい態様である。特に、９９．９％以上の捕集効率を示す混繊不織布は、高精度エアフィルターの濾材として好適に用いることができる。
また、一般に、捕集効率は目付と相関する。本発明の混繊不織布は、次の式で算出される目付１０ｇ／ｍ２相当の捕集効率が、５０％以上であることが好ましく、７５％以上であることがより好ましく、９０％以上であることがさらに好ましい態様である。目付１０ｇ／ｍ２相当の捕集効率が高いほど、目的とする捕集効率を達成する目付を小さく抑えることができるため、コスト面で有利である。
Figure 2014168066
本発明の混繊不織布は、高い捕集効率を低い圧損で達成できるという特徴を持つ。本発明の混繊不織布は、次の式で定義されるＱＦ値が、０．１０Ｐａ−１以上であることが好ましく、０．１５Ｐａ−１以上であることがより好ましく、０．１８Ｐａ−１以上であることがさらに好ましい態様である。ＱＦ値の値が大きいほど、同じ捕集効率を低い圧損で達成することができる。
Figure 2014168066
さらに、本発明の混繊不織布は、他のシートと積層して積層繊維不織布にしてもよい。たとえば、不織布シートとそれよりも剛性の高いシートを積層して製品強力を向上させて使用することや、脱臭や抗菌等の機能性を有するシートと組み合わせて使用することが好ましい。積層方法としては、接着剤を用いて２種類の不織布を貼り合わせる方法や、メルトブロー法以外の製法で製造した不織布シートの上にメルトブロー法により積層する方法が挙げられる。その他、２種類の不織布を貼り合わせる方法としては、湿気硬化型ウレタン樹脂をスプレー法で散布する方法、熱可塑性樹脂、熱融着繊維を散布し熱路を通して貼り合わせる方法などある。
しかしながら、本発明の混繊不織布の主要使用用途がフィルターに使用する混繊不織布であるので、圧損上昇が生じる貼合わせ方法は好ましくない。その点で、湿気硬化型ウレタン樹脂によるスプレー法は、２枚の不織布をプレスすることなく貼り合わせることが可能なため、貼り合わせ時の圧損の上昇が少なく好ましい方法である。
本発明により、圧損が低く、高い捕集効率を有する混繊不織布が得られ、この混繊不織布は濾材として、特にエアフィルターに好適に用いることができる。
すなわち、本発明の混繊不織布は、フィルターの濾材として好適に用いることができる。この濾材は、エアフィルター全般、なかでも空調用フィルター、空気清浄機用フィルター、および自動車キャビンフィルターの高性能用途に好適であるが、その応用範囲はこれらに限られるものではない。
次に、実施例を挙げて本発明の混繊不織布とその製造方法についてより具体的に説明する。実施例において使用する特性値は、次の測定法により測定したものである。
（１）混繊不織布の目付
タテ×ヨコ＝１５ｃｍ×１５ｃｍの不混繊織布の質量を３点測定し、それぞれ得られた値を１ｍ２当たりの値に換算し、その平均値を取って不織布の目付（ｇ／ｍ２）とした。
（２）数平均繊維径
混繊不織布の任意の場所から、タテ×ヨコ＝３ｍｍ×３ｍｍの測定サンプルを１２個採取し、走査型電子顕微鏡で倍率を調節して、採取したサンプルから繊維表面写真を各１枚ずつ、計１２枚を撮影した。倍率は、２００〜３０００倍とした。写真の中の繊維直径がはっきり確認できる繊維について、すべて繊維径を測定した。各繊維径は、有効数字０．１μｍの測定精度にて行った。この値を合計し、測定した繊維本数で割った値を数平均繊維径とした。数平均繊維径は、1．０μｍ以上は有効数字２桁とし、１．０μｍ未満は有効数字１桁として算出した。
（３）混繊不織布の断面中に含まれる、断面長１ｍｍあたりの繊維本数
混繊不織布の任意の場所から、縦×横＝２０ｍｍ×５ｍｍの混繊不織布片１２個を採取し、片にエポキシ樹脂を含浸し固化させた。この混繊不織布を片刃カミソリによって切断し、縦×横＝１ｍｍ×５ｍｍの断片を得た。この断片の切断面について、走査型電子顕微鏡によって撮影し、計１２枚の混繊不織布断面写真を得た。倍率は２００倍〜１０００倍とし、写真の中の繊維断面形状がはっきり確認できるものについては、すべて計数した。
（４）繊維の体積割合
ポリオレフィン系樹脂成分Ａからなる繊維とポリオレフィン系樹脂成分Ｂからなる繊維の体積割合は、得られた繊維径の値を用い、次式により算出した。ここで、各繊維群に含まれる繊維の長さは一定（α）と仮定して、体積を算出している。
・各繊維の体積 ：β＝π（繊維径／２）２×α
・ポリオレフィン系樹脂成分Ａからなる繊維の体積
γ(Ａ)＝ポリオレフィン系樹脂成分Ａからなる繊維のβの総和
・ポリオレフィン系樹脂成分Ｂからなる繊維の体積
γ(Ｂ)＝ポリオレフィン系樹脂成分Ａからなる繊維のβの総和
・ポリオレフィン系樹脂成分Ａからなる繊維の体積割合(ｖｏｌ％)
＝γ(Ａ)／[γ(Ａ)＋γ(Ｂ)]
・ポリオレフィン系樹脂成分Ｂからなる繊維の体積割合(ｖｏｌ％)
＝γ(Ｂ)／[γ(Ａ)＋γ(Ｂ)]
（５）ＱＦ値
濾過性能の指標となるＱＦ値は、前記の捕集効率および圧損を用いて、次の式により計算される。低圧損かつ高捕集効率であるほどＱＦ値は高くなり、濾過性能が良好であることを示す。
Figure 2014168066
（６）捕集効率と圧損
混繊不織布の縦方向５カ所でタテ×ヨコ＝１５ｃｍ×１５ｃｍの測定用サンプルを採取し、それぞれのサンプルについて、図１に示す捕集効率測定装置で測定した。この捕集効率測定装置は、測定サンプルＭをセットするサンプルホルダー１の上流側にダスト収納箱２を連結し、下流側に流量計３、流量調整バルブ４、およびブロワ５が連結されている。また、サンプルホルダー１にパーティクルカウンター６を使用しており、切替コック７を介して、測定サンプルＭの上流側のダスト個数と下流側のダスト個数をそれぞれ測定することができる。さらに、サンプルホルダー１は圧力計８を備え、測定サンプルＭの上流と下流での静圧差を読み取ることができる。
捕集効率の測定にあたっては、ポリスチレン０．３０９Ｕ１０％溶液（メーカー：ナカライテスク社）を蒸留水で２００倍まで希釈し、ダスト収納箱２に充填する。次に、測定サンプルＭをサンプルホルダー１にセットし、風量をフィルター通過速度が４．５ｍ／ｍｉｎになるように流量調整バルブ４で調整し、ダスト濃度を１万〜４万個／２．８３×１０−４ｍ３（０．０１ｆｔ３）の範囲で安定させ、測定サンプルＭの上流のダスト個数Ｄおよび下流のダスト個数ｄをパーティクルカウンター６（リオン社製、ＫＣ−０１Ｂ）で１個の測定サンプル当り３回測定し、ＪＩＳ Ｋ０９０１（１９９１年度版）に基づいて、下記の計算式を用いて０．３〜０．５μｍ粒子の捕集効率（％）を求めた。５個の測定サンプルの平均値を最終的な捕集効率とした。
・捕集効率（％）＝〔１−（ｄ／Ｄ）〕×１００
ただし、
ｄ：下流ダストの３回測定トータル個数
Ｄ：上流のダストの３回測定トータル個数
である。
高捕集の不織布ほど、下流のダスト個数が少なくなるため、捕集効率の値は高くなる。また、圧損は、捕集効率測定時のサンプルＭの上流と下流の静圧差を圧力計８で読み取り求めた。５個の測定サンプルの平均値を、最終的な圧損とした。
[実施例1]
ポリオレフィン系樹脂成分Ａとして、温度２３０℃で２１．１８Ｎ負荷時におけるＭＦＲが８６０ｇ／１０ｍｉｎのポリプロピレン（ＰＰ）樹脂に、“キマソーブ”（登録商標）９４４（ＢＡＳＦ・ジャパン（株）製）を１質量％添加したものを使用し、ポリオレフィン系樹脂成分Ｂとして、日本ポリプロ（株）製“ウィンテック”（登録商標）ＷＭＧ０３（プロピレン・エチレンランダム共重合体・温度２３０℃におけるＭＦＲが３０ｇ／１０ｍｉｎ、融点１４２℃）を使用し、２機の押出機およびギヤポンプ、２種類の吐出ａ、ｂを備えた混繊紡糸用メルトブロー口金（ａ孔径：０．２５ｍｍ、ｂ孔径：０．６ｍｍ、a孔深度：２．５ｍｍ、ｂ孔深度：３．５ｍｍ、ａ孔数：９５ホール、ｂ孔数：２０ホール、口金幅１５０ｍｍ、ａ−ａ孔ピッチ：１ｍｍ、a−ｂ孔ピッチ：２ｍｍ、孔配列：ｂ孔の間に５つのａ孔を挿入して一列に配列）、圧縮空気発生装置および空気加熱機、捕集コンベア、および巻取機からなる装置を用いて、メルトブロー不織布の製造を行った。
それぞれの押出機に、上記のポリオレフィン系樹脂成分Ａの樹脂ペレットと上記のポリオレフィン系樹脂成分Ｂの樹脂ペレットをそれぞれ投入し、２６５℃の温度で加熱溶融させ、ギヤポンプを上記のポリオレフィン系樹脂成分Ａ：ポリオレフィン系樹脂成分Ｂの質量比（％）を６：４となるように設定し、上記のポリオレフィン系樹脂成分Ａおよびポリオレフィン系樹脂成分Ｂを、それぞれ混繊紡糸用メルトブロー口金のａ孔およびｂ孔に導き、それぞれ０．１５ｇ／ｍｉｎ／ホール、０．４８ｇ／ｍｉｎ／ホールの単孔吐出量でノズル温度２６５℃の温度条件で吐出した。この吐出ポリマーを、圧力０．１０ＭＰａ、温度２８５℃の温度の加圧空気で細化し、口金吐出孔から２０ｃｍの距離に設置した捕集コンベアに吹き付けることによりシート化した。捕集コンベア速度を調整し、目付が３０ｇ／ｍ２の混繊不織布を得た。
実施例１で得られた混繊不織布から、混繊不織布全体の数平均繊維径を測定し、表１に示した。また、混繊不織布全体の単位断面長あたりの繊維本数を計測した。
次に、実施例１で得られた混繊不織布を、ポリオレフィン系樹脂成分Ａとポリオレフィン系樹脂成分Ｂの融点の間の温度で熱処理を行うことによって、ポリオレフィン系樹脂成分Ｂからなる繊維を融解させた。この混繊不織布について、数平均繊維径を計測し、第１の繊維群の数平均繊維径とし、表１に示した。また、熱処理を行った混繊不織布について、単位断面長あたりの第１の繊維群の繊維本数を計測した。各繊維径区間について、熱処理前の混繊不織布全体の単位断面長あたりの繊維本数と、熱処理後の単位断面長あたりの第１の繊維群の繊維本数の差を取り、ポリオレフィン系樹脂成分Ｂからなる繊維の単位断面長あたりの繊維本数として算出し、さらにポリオレフィン系樹脂成分Ｂからなり各々の繊維径が１５〜１００μｍである第２の繊維群の単位断面長あたりの繊維本数を算出し、ポリオレフィン系樹脂成分Ａからなる繊維とポリオレフィン系樹脂成分Ｂからなる繊維の体積割合とともに、表１に示した。
次に、実施例１の条件において、孔aのみ、孔bのみから吐出したサンプルをそれぞれ採取し、数平均繊維径を測定した。この値をもとに、ポリオレフィン系樹脂成分Ａからなる繊維とポリオレフィン系樹脂成分Ｂからなる繊維の見かけの紡糸速度比を算出した。この結果を表１に示した。
次に、実施例１で得られた混繊不織布において、捕集コンベアに着地した面と反対側に対応する不織布表面１０ｃｍ×１０ｃｍ中に含まれる風綿の数を計測し、５枚の計測サンプルの平均値により風綿の個数を算出し、表１に示した。
次に、実施例１で得られた混繊不織布を、純水とイソプロピルアルコールの成分重量比が７０：３０である混合水溶液に含浸させ、次いで自然乾燥することにより、エレクトレット化メルトブロー混繊不織布を得た。このエレクトレットメルトブロー混繊不織布の特性値を測定し、表１に示した。
［実施例２］
ポリオレフィン系樹脂成分Ａとポリオレフィン系樹脂成分Ｂの質量比（％）を５５：４５とし、孔ｂの単孔吐出量を０．６０ｇ／ｍｉｎとし、加圧空気の圧力を０．１３ＭＰａとしたこと以外は、実施例１と同じ方法によって混繊不織布を製造した。実施例２で得られた不織布について、実施例１と同じ方法で各種特性値を計測し、表１に示した。
[実施例３]
混繊紡糸用口金として、ｂ孔間に２つのａ孔が挿入された孔配列の口金を用い、ポリオレフィン系樹脂成分Ａとポリオレフィン系樹脂成分Ｂの質量比（％）を３３：６７とし、孔ａの単孔吐出量を０．６０ｇ／ｍｉｎ／ｈｏｌｅとし、加圧空気の圧力を０．１９ＭＰａとしたこと以外は、実施例１と同じ方法によって不織布を製造した。実施例３で得られた混繊不織布について、実施例１と同じ方法で各種特性値を計測し、表１に示した。
［実施例４］
ポリオレフィン系樹脂成分Ｂとして、プライムポリマー（株）製“プライムポリプロ”(登録商標)Ｊ２２９Ｅ（プロピレン・エチレンランダム共重合体・温度２３０℃におけるＭＦＲが５０ｇ／１０ｍｉｎ、融点：１５５℃）を使用し、ポリオレフィン系樹脂成分Ａと樹脂成分Ｂの質量比（％）を５４：４６とし、孔ａの単孔吐出量を０．１５ｇ／ｍｉｎ／ｈｏｌｅとし、孔ｂの単孔吐出量を０．６０ｇ／ｍｉｎとし、加圧空気の圧力を０．１３ＭＰａとしたこと以外は、実施例３と同じ方法によって不織布を製造した。実施例４で得られた混繊不織布について、実施例１と同じ方法で各種特性値を計測し、表１に示した。
［実施例５］
ポリオレフィン系樹脂成分Ａとポリオレフィン系樹脂成分Ｂの質量比（％）を６１：３９とし、孔ａの単孔吐出量を０．４７ｇ／ｍｉｎ／ｈｏｌｅとし、孔ｂの単孔吐出量を０．６０ｇ／ｍｉｎとし、加圧空気の圧力を０．０７ＭＰａとしたこと以外は、実施例３と同じ方法によって混繊不織布を製造した。実施例５で得られた不織布について、実施例１と同じ方法で各種特性値を計測し、表１に示した。
Figure 2014168066
［比較例１］
ポリオレフィン系樹脂成分Ｂとして、温度２３０℃、２１．１８Ｎ荷重条件におけるＭＦＲが６０ｇ／１０ｍｉｎであるポリプロピレン樹脂（融点１６３℃）に、“キマソーブ”（登録商標）９４４（ＢＡＳＦ・ジャパン（株）製）を１質量％添加したものを使用し、ポリオレフィン系樹脂成分Ａと樹脂成分Ｂの質量比（％）を４３：５７とし、孔ｂの単孔吐出量を０．９０ｇ／ｍｉｎ／ｈｏｌｅとし、押出機温度を２８０℃とし、ノズル温度を２８０℃とし、加圧空気圧力を０．０５ＭＰａとし、加圧空気温度を３００℃としたこと以外は、実施例１と同じ方法によって混繊不織布を製造した。
比較例１で得られた不織布の断面について、走査型電子顕微鏡での観察を行い、孔ａからの吐出繊維群の繊維径が１０μｍ未満であり、孔ｂからの吐出繊維群の繊維径が１０μｍ以上と、明確に異なる繊維径分布を有することを確認した。これを元に、繊維径１０μｍ未満の繊維群と、繊維径１０μ以上の繊維群について、数平均繊維径および繊維本数を測定した。さらに、比較例１で得られた混繊不織布を、実施例１と同じ方法でエレクトレット処理した後、特性値を測定し、表２に示した。
［比較例２］
混繊紡糸用メルトブロー口金のｂ孔径を０．４ｍｍとし、ポリオレフィン系樹脂成分Ｂとして温度２３０℃、２１．１８Ｎ荷重条件におけるＭＦＲが８６０ｇ／１０ｍｉｎであるポリプロピレン樹脂(融点１６３℃)に“キマソーブ”（登録商標）９４４（ＢＡＳＦ・ジャパン（株）製）を１質量％添加したものを使用し、ポリオレフィン系樹脂成分Ａとポリオレフィン系樹脂成分Ｂの質量比（％）を４０：６０とし、孔ａの単孔吐出量を０．１９ｇ／ｍｉｎ／ｈｏｌｅ、ｂの単孔吐出量を１．３９ｇ／ｍｉｎ／ｈｏｌｅ、押出機温度を２６５℃とし、ノズル温度を２５５℃とし、加圧空気圧力を０．１５ＭＰａとし、加圧空気温度を２６５℃としたこと以外は、実施例１と同じ方法によって混繊不織布を製造した。
比較例２で得られた不織布の断面について、走査型電子顕微鏡での観察を行った。孔ａからの吐出繊維と孔ｂからの吐出繊維の繊維径は近く、観察写真からはどちらの繊維かを判別することはできなかった。このため、２種の繊維の数平均繊維径をそれぞれに計測することはできなかった。また、１５μｍを超える繊維径を持つ繊維は観測されなかった。
比較例２で得られた混繊不織布を、実施例１と同じ方法でエレクトレット処理した後、特性値を測定し、表２に示した。
［比較例３］
混繊紡糸用メルトブロー口金のｂ孔径を０．４ｍｍとし、ポリオレフィン系樹脂成分Ｂとして三井化学（株）製“ノティオ”（登録商標）ＰＮ−２０３００（ポリオレフィン共重合エラストマー・温度２３０℃におけるＭＦＲが３０ｇ／１０ｍｉｎ、融点１６０℃）を使用し、ポリオレフィン系樹脂成分Ａと成分Ｂの質量比（％）を７５：２５とし、孔ａの単孔吐出量を０．１９ｇ／ｍｉｎ／ｈｏｌｅ、ｂの単孔吐出量を０．３１ｇ／ｍｉｎ／ｈｏｌｅとしたこと以外は、実施例１と同じ方法によって混繊不織布を製造した。比較例３で得られた混繊不織布について、実施例１と同じ方法で各種特性値を計測し、表２に示した。
［比較例４］
混繊紡糸用メルトブロー口金のｂ孔径を０．４ｍｍとし、ポリオレフィン系樹脂成分Ａとポリオレフィン系樹脂成分Ｂの質量比（％）を７５：２５とし、孔ａの単孔吐出量を０．１９ｇ／ｍｉｎ／ｈｏｌｅ、ｂの単孔吐出量を０．３１ｇ／ｍｉｎ／ｈｏｌｅとしたこと以外は、実施例１と同じ方法によって混繊不織布を製造した。比較例４で得られた混繊不織布について、実施例１と同じ方法で各種特性値を計測し、表２に示した。
Figure 2014168066
表１から明らかなように、実施例１において、混繊メルトブロー紡糸設備を用いて、２種類の原料種、吐出量、加圧空気圧力、およびノズル温度等を調整することにより得られた混繊不織布には、第１の繊維群として、ポリプロピレン系樹脂から構成され、数平均繊維径が１．６μｍである第１の繊維の群を含んでいた。また、この混繊不織布は、ポリプロピレン系樹脂成分Ｂからなる繊維中に、第２の繊維群として、ポリプロピレン系樹脂よりも融点が２１℃低いポリオレフィン系樹脂から構成され、単繊維径が１５〜１００μｍであり、かつ前記ポリプロピレン繊維群の数平均繊維径よりも５倍以上大きい単繊維径の繊維を、この混繊不織布の断面長１ｍｍあたり７．０本以上含んでいた。また、この混繊不織布は、帯電処理を施すことによって、低い圧損でありながら９９．９７％を超える高い捕集効率を示した。
さらに、実施例３においては、紡糸口金の構成や、ポリマーの構成比率を変更した場合であっても、低い圧損でありながら高い捕集効率を示した。実施例４においては、使用するポリマー種を変更した場合であっても、低い圧損でありながら高い捕集効率を示した。これらの高いＱＦ値を示す混繊不織布は、ＨＥＰＡフィルター用の濾材として、好適に用いることができる。また、実施例５においては、紡糸口金の構成や、ポリマーの構成比率等の条件を変更することによって、フィルター性能の指標であるＱＦ値が、極めて高い混繊不織布が得られた。
一方、表２から明らかなように、比較例１に示された不織布は、繊維径が１５μｍ〜１００μｍであり、かつポリプロピレン繊維群の数平均繊維径よりも５倍以上大きい繊維からなる繊維群が、ポリプロピレンよりも融点の５〜４０℃低い成分を含まなかった。このため、近い繊維径の構成からなる実施例２に示された混繊不織布に比べて風綿の個数が多くなり、かつ低い捕集効率となった。
比較例２に示された混繊不織布は、不織布中に繊維径１５μｍ以上１００μｍ以下の繊維を含まず、またポリプロピレンよりも融点の５〜４０℃低い樹脂成分も含まなかった。このため、十分な捕集効率を達成することができなかった。
比較例３に示された混繊不織布は、不織布中に繊維径１５μｍ以上１００μｍ以下の繊維を所定量含まなかった。また、ポリプロピレンよりも融点の５〜４０℃低い樹脂成分も含まなかった。このため、十分な捕集効率を達成できず、また、高い圧損を示した。
比較例４に示された混繊不織布は、不織布中に繊維径１５μｍ以上１００μｍ以下の繊維を所定量含まなかった。このため、十分な捕集効率を達成できず、また、高い圧損を示した。
以上のように、繊維径分布の異なる２種の繊維が混繊された混繊不織布において、細繊維と太繊維の繊維径およびそれぞれの繊維の成分を特定のものとすることにより、圧損が低いうえに捕集効率に優れた混繊不織布を得ることができた。
１：サンプルホルダー
２：ダスト収納箱
３：流量計
４：流量調整バルブ
５：ブロワ
６：パーティクルカウンター
７：切替コック
８：圧力計
Ｍ：測定サンプル

Claims (10)

  1. 少なくとも２種類のポリオレフィン系樹脂成分Ａからなる繊維とポリオレフィン系樹脂成分Ｂからなる繊維を含む繊維群で構成されてなる混繊不織布であって、前記ポリオレフィン系樹脂成分Ａからなる繊維を第１の繊維群と定義するとき、前記第１の繊維群の数平均繊維径が０．３〜７．０μｍであり、前記ポリオレフィン系樹脂成分Ｂからなる繊維のうち、前記第１の繊維群の数平均繊維径よりも各々の繊維径が５倍以上大きく、かつ各々の繊維径が１５〜１００μｍである繊維からなる群を第２の繊維群として定義するとき、前記第２の繊維群が、繊維の形態を保持した状態で混繊不織布の断面中に、断面長１ｍｍあたり７.０本以上含まれており、かつ、前記ポリオレフィン系樹脂成分Ｂの融点が前記ポリオレフィン系樹脂成分Ａよりも５〜４０℃低く、前記混繊不織布全体の繊維の数平均繊維径が０．３〜１０μｍであることを特徴とする混繊不織布。
  2. 第１の繊維群の本数Ｘと第２の繊維群の本数Ｙの比Ｘ／Ｙが、５０〜５０００の範囲であることを特徴とする請求項１記載の混繊不織布である。
  3. 混繊メルトブロー法によって製造されていることを特徴とする請求項１または２記載の混繊不織布。
  4. ポリオレフィン系樹脂成分Ａが、ポリプロピレンホモポリマーであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の混繊不織布。
  5. ポリオレフィン系樹脂成分Ｂが、プロピレン−エチレン共重合体であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の混繊不織布。
  6. 混繊不織布に含まれるポリオレフィン系樹脂成分Ａからなる繊維とポリオレフィン系樹脂成分Ｂからなる繊維の体積割合Ａ：Ｂが、２０：８０〜９０：１０の範囲にあることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の混繊不織布。
  7. 帯電処理されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の混繊不織布。
  8. 請求項１から７のいずれかに記載の混繊不織布を少なくとも１層含有することを特徴とする積層シート。
  9. 請求項１から８のいずれかに記載の混繊不織布または請求項８に記載の積層シートを含むことを特徴とするフィルター。
  10. ２種類の異なるポリオレフィン系樹脂成分Ａおよびポリオレフィン系樹脂成分Ｂを、同一ダイに設けられた別々の吐出孔から吐出し、混繊不織布を製造する方法であって、前記ポリオレフィン系樹脂成分Ａの融点が、前記ポリオレフィン系樹脂成分Ｂの融点よりも５〜４０℃高く、かつ、前記ポリオレフィン系樹脂成分Ａのメルトフローレートが、前記ポリオレフィン系樹脂成分Ｂのメルトフローレートよりも５〜１００倍高く、前記ポリオレフィン系樹脂成分Ａからなる繊維の見かけの紡糸速度が、前記ポリオレフィン系樹脂成分Ｂからなる繊維の見かけの紡糸速度に比べ、２０〜５００倍早いことを特徴とする混繊不織布の製造方法。
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