KR102015880B1 - 혼섬 부직포, 적층 시트, 필터, 및 혼섬 부직포의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

압력손실이 낮은 동시에 포집 효율이 우수한 혼섬 부직포, 특히 에어 필터에 적합하게 사용할 수 있는 혼섬 부직포 및 그것을 사용한 여과재를 제공한다.
서로 다른 융점을 갖는 적어도 2종류의 섬유를 포함하는 부직포이다. 저융점 섬유는 폴리올레핀계 수지 성분 A에 의해 구성되어 있고, 고융점 섬유는 폴리올레핀계 수지 성분 A보다 높은 융점을 갖는 고융점 수지 성분 B에 의해 구성되어 있다. 고융점 섬유의 수평균 섬유지름은 저융점 섬유의 수평균 섬유지름보다 크다. 섬유지름 20㎛∼100㎛의 고융점 섬유는 부직포의 단면에 단면 길이 1.00㎜당 1개 이상 존재한다. 부직포를 구성하는 섬유 전체의 수평균 섬유지름은 0.3㎛∼10㎛의 범위에 있다.

Description

혼섬 부직포, 적층 시트, 필터, 및 혼섬 부직포의 제조 방법{ MIXED-FIBER NON-WOVEN FABRIC, LAMINATE SHEET, FILTER, AND METHOD FOR PRODUCING MIXED-FIBER NON-WOVEN FABRIC}
본 발명은 주로 에어 필터의 여과재로서 적합하게 사용되는, 다른 융점을 갖는 섬유로 이루어지는 혼섬(混纖) 부직포에 관한 것이다.
최근, 대기오염이나 감염증의 유행이 문제가 되는 중에, 건강적인 생활을 보내고 싶다고 하는 니즈로부터 공기청정기나 자동차용 캐빈 필터 등의 수요가 높아지고 있다. 이것들에 공통적으로 사용되고 있는 것이 부직포 등으로 구성되는 에어 필터 여과재에 의해서 공기 중의 진애를 제거하는 기술이다. 그리고, 이것들의 에어 필터 여과재에는 높은 포집 효율이 요구된다.
부직포를 사용한 여과재에 있어서 높은 포집 효율을 달성하는 방법으로서는, 부직포를 구성하는 섬유의 세섬도화를 진행시키는 기술이 알려져 있다(특허문헌 1참조). 그러나, 이 방법에서는 여과 정밀도의 향상과 함께 여과재의 압력손실(압손)이 증대한다. 압력손실이 커지면 공기청정이나 여과에 필요한 에너지가 증대한다고 하는 과제가 있었다.
이 과제의 해결 방법으로서 섬유에 대전 처리를 실시하는 방법이 널리 알려져 있다. 대전 처리는 일렉트릿 처리라고도 불리며, 특히 공기 중의 미소입자의 포집 효율을 높이는데에 매우 효과적인 방법이다(특허문헌 2, 특허문헌 3 및 특허문헌 4 참조). 이들 기술에 의해 포집 효율을 비약적으로 향상시킬 수 있다. 그러나, 필터의 저압손화에의 요구는 해마다 높아지고 있어, 더나은 저압손화를 달성하는 기술이 요구되고 있었다.
이 저압손화를 진행시키기 위한 기술로서, 다른 섬유 지름을 갖는 2종류 이상의 대전섬유를 혼합한 부직포를 여과재로서 사용하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 5, 특허문헌 6 및 특허문헌 7 참조). 또한, 대전섬유 이외에 대해서도, 섬유지름이 다른 섬유를 조합함으로써 필터 성능을 향상시키는 제안이 이루어져 있다(특허문헌 8 및 특허문헌 9 참조). 이것들 중에서도, 상기 특허문헌 7의 제안에 있어서는 섬유지름이 10㎛ 이하인 극세섬유와, 섬유지름이 10㎛를 초과하는 보다 큰 사이즈의 섬유를 혼합한 멜트블로우 부직포를 마스크나 필터에 사용함으로써 부직포로서의 적합한 시트 성형성과 통기성을 가진다고 하고 있다.
또한, 복수의 소재 성분으로 이루어지는 혼섬 멜트블로우 부직포를 제조하는 방법은 각종 알려져 있다. 필터 용도를 목적으로 한 예로서는, 한쪽의 섬유를 융해 시킴으로써 부직포의 내구성을 높이는 방법이 있다(특허문헌 10 참조). 또한, 필터 용도를 주목적으로 하는 것은 아니지만, 같은 제조방법을 사용하고 있는 예로서는 엘라스토머로 이루어지는 섬유를 혼섬함으로써 부직포의 신축성이나 촉감을 개선하는 제안을 들 수 있다(특허문헌 11, 특허문헌 12 및 특허문헌 13 참조).
일본 특허 공개 번호 제 2002-201560호 공보 일본 특허 공개 번호 제 소 63-280408호 공보 일본 특허 공표 번호 제 평 9-501604호 공보 일본 특허 공개 번호 제 2002-249978호 공보 일본 특허 공개 번호 제 평 2-104765호 공보 일본 특허 공표 번호 제 2010-511488호 공보 일본 특허 공표 번호 제 2009-545682호 공보 미국 특허 5783011호 명세서 일본 특허 공개 번호 제 평 11-131353호 공보 일본 특허 공개 번호 제 평 07-082649호 공보 일본 특허 공개 번호 제 2006-112025호 공보 일본 특허 공개 번호 제 2005-171456호 공보 일본 특허 공개 번호 제 평 6-93551호 공보
상기 특허문헌 7에 나타내어져 있는 제안에서는 2종류의 섬유를 동일한 성분에 의해 방사하고 있다. 이러한 조건으로 방사되는 섬유지름이 10㎛를 초과하는 극태섬유는 동시에 방사되는 극세섬유에 비하여 냉각 속도가 느려진다. 냉각 부족의 섬유는 섬유끼리가 융착하여 섬유의 표면적을 감소시킨다. 또한, 섬유가 콜렉터에 착지했을 때에 섬유가 형상을 유지할 수 없기 때문에 부직포 내의 섬유간 공극도 작아진다. 이 때문에, 부직포는 극태섬유의 혼섬에 의한 저압손과 극세섬유에 의한 고포집 효과를 충분하게 발휘할 수 없다고 하는 과제가 있었다.
그래서, 멜트블로우법에 있어서 섬유 냉각을 촉진하는 방법으로서는 포집 거리(구금 토출구멍과 콜렉터 사이의 거리)를 크게 취하는 방법이 있고, 특허문헌 7의 실시예에서는 이 방법을 채용하고 있다. 그러나, 멜트블로우법에 있어서 포집 거리를 크게 하면 섬유끼리의 얽힘이 증가하여 섬유의 유효한 표면적이 감소한다. 또한, 단위중량의 얼룩도 악화되는 경향이 된다. 이러한 멜트블로우 부직포는 특히 에어 필터에 사용되는 단위중량이 작은 조건에서는 충분한 포집 효율을 발휘할 수 없다고 하는 과제가 있었다.
또한, 특허문헌 10, 특허문헌 11, 특허문헌 12 및 특허문헌 13에 나타내어져 있는 다성분 혼섬 멜트블로우 부직포에 관한 제안에 있어서도, 섬유지름이 10㎛를 초과하는 극태섬유를 포함하는 이섬도 혼섬 부직포에 있어서 섬유간 융착을 저감할 수 있는 섬유지름과 원료종의 조합은 나타내어져 있지 않았다.
또한, 일렉트릿 필터로서 사용되는 멜트블로우 부직포에 대전성과 전하 유지성이 낮은 이종 폴리머를 혼섬했을 경우, 부직포 전체로서의 대전 성능이 저하하여 높은 포집 효율을 달성할 수 없다고 하는 과제가 있었다.
그래서 본 발명의 목적은, 높은 포집 효율을 가지면서 압손을 낮게 억제한, 특히 에어 필터의 여과재로서 적합하게 사용할 수 있는 혼섬 부직포를 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은 예의 연구의 결과, 적절한 원료종과, 섬유지름 및 섬유개수의 비율을 선택함으로써 상기 과제를 해결할 수 있는 혼섬 부직포가 얻어지는 것을 찾아냈다.
즉 본 발명은 혼섬 부직포에 관한 것으로서, 서로 다른 융점을 갖는 2종류의 섬유를 적어도 포함하는 부직포로서, 저융점 섬유는 폴리올레핀계 수지 성분 A에 의해 구성되어 있고, 고융점 섬유의 적어도 일부는 상기 폴리올레핀계 수지 성분 A보다 높은 융점을 갖는 고융점 수지 성분 B에 의해 구성되어 있으며, 상기 고융점 섬유의 수평균 섬유지름이 상기 저융점 섬유의 수평균 섬유지름보다 크고, 섬유지름 20㎛∼100㎛의 고융점 섬유가 상기 부직포의 단면에 단면 길이 1.00㎜당 1개 이상 존재하고, 상기 부직포를 구성하는 섬유 전체의 수평균 섬유지름이 0.3㎛∼10㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 혼섬 부직포의 바람직한 형태에 의하면 상기 부직포는 멜트블로우법에 의해 제조된 부직포이다.
본 발명의 혼섬 부직포의 바람직한 형태에 의하면 상기 저융점 섬유의 수평균 섬유지름은 0.3㎛∼7.0㎛이다.
본 발명의 혼섬 부직포의 바람직한 형태에 의하면 상기 고융점 섬유의 수평균 섬유지름은 15㎛∼100㎛이다.
본 발명의 혼섬 부직포의 바람직한 형태에 의하면 상기 저융점 섬유의 개수가 상기 고융점 섬유의 개수에 대하여 50배∼5000배 많은 것이다.
본 발명의 혼섬 부직포의 바람직한 형태에 의하면 상기 부직포는 대전 처리되어 있는 부직포이다.
본 발명에 있어서는 상기 혼섬 부직포를 적어도 1층 함유하는 적층 시트로 할 수 있고, 또한 상기 혼섬 부직포 또는 상기 적층 시트를 포함하는 필터로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 혼섬 부직포의 제조방법은 서로 다른 융점을 갖는 폴리올레핀계 수지 성분 A와 고융점 수지 성분 B를 동일 다이에 형성된 개개의 토출구멍으로부터 토출하여 혼섬 방사하는 방법으로서, 상기 고융점 수지 성분 B의 융점이 상기 폴리올레핀계 수지 성분 A의 융점보다 높은 융점을 갖고, 제조시의 방사온도에 있어서 상기 고융점 수지 성분 B의 용융 점도가 상기 폴리올레핀계 수지 성분 A보다 높으며, 상기 폴리올레핀계 수지 성분 A로 이루어지는 섬유의 겉보기 방사속도가 상기 고융점 수지 성분 B로 이루어지는 섬유의 겉보기 방사속도에 비하여 20배∼500배 빠른 것을 특징으로 한다.
(발명의 효과)
본 발명에 의하면 높은 포집 효율을 나타내면서 압력손실을 낮게 억제한 혼섬 부직포, 및 그 혼섬 부직포로 이루어지는 이러한 성능을 구비한 필터가 얻어진다. 본 발명에 의해 얻어지는 부직포는 높은 포집 효율을 나타내기 때문에 필터로서 사용했을 때에 높은 미립자의 제거 성능을 갖는다. 또한, 압력손실이 낮게 억제되어 있기 때문에 여과장치를 보다 작은 에너지로 운전할 수 있다.
도 1은 포집 효율 및 압력손실의 측정장치를 나타내는 개략 플로우도이다.
이어서, 본 발명의 혼섬 부직포의 실시형태에 대하여 설명한다.
본 발명의 혼섬 부직포는 서로 다른 융점을 갖는 2종류의 섬유를 적어도 포함하는 부직포로서, 저융점 섬유는 폴리올레핀계 수지 성분 A에 의해 구성되어 있고, 고융점 섬유는 그 폴리올레핀계 수지 성분 A보다 높은 융점을 갖는 고융점 수지 성분 B에 의해 구성되어 있다.
본 발명의 혼섬 부직포를 구성하는 저융점 섬유는 상기한 바와 같이 폴리올레핀계 수지 성분 A에 의해 구성된다.
폴리올레핀계 수지는 체적 저항율이 높고, 또한 흡습성이 낮기 때문에 섬유화했을 때의 대전성 및 전하 유지성이 강하다. 이 효과 때문에, 저융점 섬유의 성분으로서 폴리올레핀계 수지 성분을 사용함으로써 본 발명의 혼섬 부직포는 높은 포집 효율을 달성할 수 있다.
성분 A로서 사용되는 폴리올레핀계 수지의 종류로서는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐 및 폴리메틸펜텐 등의 호모폴리머 등을 들 수 있다. 또한, 이들 호모폴리머에 다른 성분을 공중합한 코폴리머나, 다른 2종 이상의 폴리머 블렌드를 사용해도 좋다. 이것들 중에서도, 대전 유지성의 관점으로부터 폴리프로필렌 및 폴리메틸펜텐이 바람직하게 사용된다. 또한, 저렴하게 이용할 수 있다고 하는 관점으로부터 폴리프로필렌이 더욱 바람직하게 사용된다.
폴리올레핀계 수지 성분 A는 극세섬유를 방사하기 쉽도록 멜트 플로우 레이트(MFR)가 큰 성분을 사용하는 것이 바람직하다. 230℃, 21.18N 하중 조건에 있어서의 MFR의 값은, 예를 들면 100g/10min 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 500g/10min 이상이다. MFR가 이 값보다 큰 원료를 사용함으로써 섬유를 세화하는 것이 용이하게 되고, 목적으로 하는 섬유지름 범위의 섬유를 용이하게 얻을 수 있다. 또한, MFR의 상한값으로서는 2000g/10min 이하인 것이 바람직하다. MFR가 이 값을 초과하면 방사시의 용융 점도가 지나치게 낮아지기 때문에 쇼트 결점이 다발하기 쉬워지는 등, 방사성에 문제가 발생할 경우가 있다.
본 발명의 혼섬 부직포를 구성하는 고융점 섬유는 고융점 수지 성분 B에 의해 구성된다.
고융점 수지 성분 B에는 저융점 섬유를 구성하는 폴리올레핀계 수지 성분 A에 비하여 융점이 높은 수지를 사용한다. 여기에서 말하는 융점은, 일반적으로는 시차 주사 열량계(DSC)의 측정에 의해 융해에 의한 흡열 피크가 나타나는 온도에 상당한다. 고융점 수지 성분 B에 폴리올레핀계 수지 성분 A보다 높은 융점의 수지를 사용함으로써 큰 섬유지름을 갖는 고융점 섬유는 신속하게 고화가 진행된다. 이 때문에, 섬유의 착지시에 고융점 섬유의 융착이나 섬유의 변형을 억제하는 것이 가능해진다. 이 결과, 부직포 내의 섬유 표면적을 크게 할 수 있고, 필터로서 사용했을 때의 압력손실을 작게 할 수 있다.
폴리올레핀계 수지 성분 A와 고융점 수지 성분 B의 융점차는 10℃ 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 20℃ 이상이며, 더욱 바람직하게는 30℃ 이상이다. 성분 A와 성분 B의 융점차가 지나치게 작으면 극태섬유의 고화가 진행되지 않아 섬유간 융착이나 섬유변형을 저감하는 효과가 얻어지기 어렵고, 목적으로 하는 낮은 압력손실을 달성할 수 없는 경우가 있다. 또한, 성분 A와 성분 B의 융점차의 상한으로서는 100℃ 이하인 것이 바람직하고, 80℃ 이하인 것이 더욱 바람직한 형태이다. 융점차가 이 값보다 커지면 방사시에 저융점 섬유의 냉각이 불충분하게 되어 벌키성(bulkiness)이 잃어버려질 경우가 있다.
또한, 폴리올레핀계 수지 성분 A의 융점은 100℃ 이상인 것이 바람직하고, 120℃ 이상인 것이 보다 바람직하고, 140℃ 이상인 것이 보다 바람직한 형태이다. 폴리올레핀계 수지 성분 A의 융점이 이 값보다 낮을 경우, 부직포를 고온 하에서 사용할 때의 내구성·포집 성능이 악화된다. 또한, 고융점 수지 성분 B의 융점은 350℃ 이하인 것이 바람직하고, 300℃ 이하인 것이 보다 바람직한 형태이다. 고융점 수지 성분 B의 융점이 이 값보다 높을 경우 방사에 고내열 설비가 필요하게 된다.
고융점 수지 성분 B로서 사용하는 폴리머종으로서는 융점이 상기 조건을 만족시키는 것이면 되고, 예를 들면 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 및 폴리락트산 등의 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리페닐렌설파이드, 불소계 수지, 폴리스티렌 엘라스토머, 폴리올레핀 엘라스토머, 폴리에스테르 엘라스토머, 폴리아미드 엘라스토머 및 폴리우레탄 엘라스토머 등의 엘라스토머, 및 이것들의 공중합체 또는 혼합물 등을 들 수 있다. 이것들 중에서도 변형이 작고, 강직한 섬유가 얻기 쉽다고 하는 관점으로부터 엘라스토머 이외인 것이 바람직하고, 구체적으로는 폴리올레핀류나 폴리에스테르류가 바람직하고, 바람직한 융점 범위가 얻기 쉽다고 하는 점으로부터 폴리에스테르류가 더욱 바람직하게 사용된다.
본 발명에 있어서 고융점 수지 성분 B에 사용되는 폴리머로서는 반드시 대전 유지성이 높은 것을 사용할 필요는 없다. 또한, 대전 처리를 행할 경우에는 이 고융점 수지 성분 B에 사용되는 폴리머는 소수성의 폴리머인 것이 바람직하다. 소수성의 폴리머로서는 폴리프로필렌이나 폴리에스테르, 폴리스티렌류 등을 들 수 있다.
본 발명의 혼섬 부직포를 제조함에 있어서, 특히 저융점 섬유와 고융점 섬유를 동일 구금으로부터 방사할 경우에는 고융점 수지 성분 B로서 방사 구금 온도에 있어서의 용융 점도가 폴리올레핀계 수지 성분 A보다 큰 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 고융점 수지 성분 B에 용융 점도가 높은 수지를 사용함으로써 수평균 섬유지름이 0.3㎛∼10㎛인 극세섬유로 이루어지는 부직포 중에 수평균 섬유지름이 15㎛∼100㎛인 극태의 고융점 섬유가 혼합된 상태를 달성하기 쉬워진다.
본 발명의 혼섬 부직포를 구성하는 폴리올레핀계 수지 성분 A 및 고융점 수지 성분 B 중 어느 한쪽에, 또는 양쪽에, 대전성, 내후성, 열안정성, 기계적 특성, 착색, 표면 특성, 또는 그 밖의 특성을 강화·개량하기 위해서 첨가제를 첨가해도 좋다. 특히, 혼섬 부직포에 대전 처리를 행할 경우에는 대전성을 강화할 목적으로 일렉트릿 첨가제를 포함하는 것이 바람직하다. 특히, 일렉트릿 첨가제로서 힌다드아민계 화합물 및 트리아진계 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종이 포함되어 있는 것이 바람직하다.
힌다드아민계 화합물로서는 폴리[(6-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)이미노-1,3,5-트리아진-2,4-디일)((2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노)헥사메틸렌((2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노)](BASF·재팬(주)제, "키마소브"(등록상표) 944LD), 숙신산 디메틸-1-(2-히드록시에틸)-4-히드록시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘 중축합물(BASF·재팬(주)제, "티누빈"(등록상표) 622LD), 및 2-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시벤질)-2-n-부틸말론산 비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜)(BASF·재팬(주)제, "티누빈"(등록상표) 144) 등을 들 수 있다.
또한, 트리아진계 첨가제로서는 상술의 폴리[(6-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)이미노-1,3,5-트리아진-2,4-디일)((2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노)헥사메틸렌((2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노)](BASF·재팬(주)제, "키마소브"(등록상표) 944LD), 및 2-(4,6-디페닐-1,3,5-트리아진-2-일)-5-((헥실)옥시)-페놀(BASF·재팬(주)제, "티누빈"(등록상표) 1577FF) 등을 들 수 있다. 이것들 중에서도 특히 힌다드아민계 화합물이 바람직하게 사용된다.
힌다드아민계 화합물 및/또는 트리아진계 화합물의 함유량은 부직포 전질량에 대하여 0.1질량%∼5.0질량%의 범위인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.5질량%∼3.0질량%의 범위이며, 더욱 바람직하게는 0.8질량%∼2.0질량%의 범위이다. 또한, 이들 힌다드아민계 화합물이나 트리아진계 화합물을 부직포 또는 섬유 표면에 부착시키는 등의 경우에는 부직포 전질량에 대하여 0.1질량%∼5.0질량%의 범위로 부착시키는 것이 바람직하다.
또한, 부직포에는 상기 화합물 이외에, 열안정제, 내후제 및 중합 금지제 등의 일반적으로 일렉트릿 가공품의 부직포에 사용되고 있는 통상의 첨가제를 첨가해도 좋다.
본 발명의 혼섬 부직포에 있어서의 바람직한 폴리올레핀계 수지 성분 A와 고융점 수지 성분 B의 질량비(%)는 2:98∼90:10이다. 이 질량비(%)는 보다 바람직하게는 10:90∼80:20이며, 더욱 바람직하게는 30:70∼70:30이다.
본 발명에서 사용되는 저융점 섬유를 구성하는 폴리올레핀계 수지 성분 A의 질량비(%)가 2보다 적을 경우, 부직포 중의 섬유 표면적이 작아져 목적으로 하는 높은 포집 효율을 달성하는 것이 어렵다.
또한, 본 발명의 고융점 섬유의 적어도 일부를 구성하는 고융점 수지 성분 B의 질량비(%)가 10보다 적을 경우, 성분 B의 존재에 의한 융착 및 섬유 변형의 저감 효과를 충분하게 얻을 수 없어 목적으로 하는 저압손을 달성하는 것이 어렵다. 또한, 본 발명의 혼섬 부직포에는 본 발명의 효과를 손상하지 않는 범위에서 폴리올레핀계 수지 성분 A와, 고융점 수지 B 이외의 성분이 포함되어 있어도 관계없다.
본 발명의 혼섬 부직포의 제조방법으로서는 특정한 제조방법에 한정되지 않고, 예를 들면 멜트블로우법, 스펀본딩법, 일렉트로스피닝법, 및 별개로 제조된 단섬유 또는 장섬유를 교락 또는 혼합 후, 필요에 따라서 접착하는 방법 등을 들 수 있다. 또한, 저융점 섬유와 고융점 섬유를 제조하는 공정이 반드시 동일할 필요는 없다. 예를 들면, 저융점 섬유를 일렉트로스피닝법에 의해 방사하고, 고융점 섬유를 멜트블로우법에 의해 방사하는 방법이나, 저융점 섬유를 멜트블로우법에 의해 방사하고, 고융점 섬유를 스펀본딩법으로 방사하는 방법, 저융점 섬유를 멜트블로우법으로 방사하고, 고융점 섬유로서 별개로 제조된 단섬유를 불어넣음으로써 혼합하는 방법 등, 2종류 이상의 방법을 조합시켜도 좋다.
이것들 중에서도, 복잡한 공정을 필요로 하지 않고, 수평균 섬유지름이 0.3㎛∼7.0㎛의 세섬유군과 수평균 섬유지름이 15㎛∼100㎛의 태섬유군을 동시에 방사제조할 수 있다고 하는 관점으로부터 멜트블로우법을 사용하는 것이 바람직하다. 멜트블로우법에 있어서의 방사 조건으로서는, 폴리머 토출량, 노즐 온도, 가압 공기 압력, 가압 공기 온도 등이 있지만, 이들 방사 조건의 최적화를 행함으로써 원하는 섬유지름과 섬유개수 비율을 갖는 혼섬 부직포를 얻을 수 있다. 구체적으로는, 저융점 섬유의 원료로서 용융 점도가 작은 원료를 사용하고, 고융점 섬유의 원료로서 용융 점도가 큰 원료를 사용하는 것, 저융점 섬유의 토출구멍으로부터의 폴리머 단구멍 토출량을 작게, 고융점 섬유의 토출구멍으로부터의 폴리머 단구멍 토출량을 크게 설정하는 것, 저융점 섬유의 토출구멍의 수를 고융점 섬유의 토출구멍의 수에 비해서 많게 하는 것을 적당하게 조합함으로써 원하는 섬유지름과 섬유개수 비율을 갖는 혼섬 부직포를 얻을 수 있다.
본 발명의 혼섬 부직포를 제조하는 설비로서는 멜트블로우법을 채용할 경우의 설비에는, 예를 들면 미국 특허 제3981650호 명세서에 기재된 1개의 방사 구금에 이종(異種)의 수지가 유출되는 방사구멍이 일렬로 늘어선 구조의 방사 구금를 사용할 수 있다. 얻어지는 섬유 웹에서는 2종의 섬유가 보다 균일하게 혼합된다. 또한, 예를 들면 특허 공개 평 8-13309호 공보에 기재된 바와 같은 저융점 섬유와 고융점 섬유를 다른 방사 구금에 의해 방사하여 혼합시키는 방법을 사용해도 좋다. 또한, 별개로 제조한 저융점 섬유로 이루어지는 부직포와 고융점 섬유로 이루어지는 부직포를 적층하고, 그 후 니들펀치 등의 교락 처리를 실시해도 좋다. 단일의 공정에 의해 2종류의 섬유가 보다 균일하게 혼합된 부직포가 얻어지는 것으로부터, 1개의 방사 구금에 이종의 수지가 유출되는 방사구멍이 일렬로 늘어선 구조의 방사 구금를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 혼섬 부직포를 멜트블로우법에 의해 제조할 경우, 저융점 섬유와 고융점 섬유를 토출하는 구금의 구멍수(개)의 비는 1:15∼15:1인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1:1∼11:1이며, 더욱 바람직하게는 2:1∼7:1이다. 저융점 섬유의 토출구멍의 수가 적을 경우, 본 발명이 바람직하다고 하는 섬유개수의 비를 달성하는 것이 곤란하게 된다. 또한, 고융점 섬유의 토출구멍의 수가 저융점 섬유의 토출구멍의 수에 비해서 지나치게 적을 경우, 저융점 섬유를 혼섬 부직포의 평면 상에 균일하게 분산시키는 것이 곤란하게 된다. 저융점 섬유의 토출구멍과 고융점 섬유의 토출구멍을 일렬로 배치할 경우, 2종의 토출구멍은 교대로 배열해도 좋고, 그 대신에 원하는 방법으로 배열해도 좋다. 예를 들면, 2종의 토출구멍 a와 b를, abba, aabbbaa, aaaabbbaaaa라고 하는 배열을 취할 수도 있다. 균일한 부직포를 얻는다고 하는 관점으로부터는 2종의 토출구멍이 교대로 배열되어 있는 형태가 바람직하다. 또한, 필요에 따라서 저융점 섬유 및 고융점 섬유 이외의, 제 3 섬유의 토출구멍을 구비하고 있어도 좋다.
본 발명의 혼섬 부직포를 1개의 방사 구금에 이종의 수지가 유출되는 방사구멍이 늘어선 구조의 방사 구금를 사용해서 방사할 경우, 폴리올레핀계 수지 성분 A로 이루어지는 섬유의 겉보기 방사속도는 고융점 수지 성분 B로 이루어지는 섬유의 겉보기 방사속도에 비하여 20배∼500배 빠른 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 40배∼200배이며, 더욱 바람직하게는 50배∼100배이다. 동일한 구금로부터 겉보기 방사속도가 크게 다른 섬유를 동시에 토출함으로써 원하는 섬유지름과 섬유개수 비율을 구비한 혼섬 부직포를 단일의 스텝에서 얻을 수 있다. 겉보기 방사속도의 비가 이것보다 작을 경우, 원하는 섬유지름과 섬유개수 비율의 달성에는 2종의 폴리머의 토출구멍 수의 비를 크게 할 필요가 생기고, 혼섬 부직포 중에 2종의 섬유를 균일하게 분산시키는 것이 곤란하게 된다.
상기 겉보기 방사속도는 다음 식으로 산출된다.
Figure 112014045126715-pct00001
여기에서, 겉보기 방사속도는 일반적인 용해방사에서 사용되는 방사속도의 산출방법과 동일하지만, 섬유가 멜트블로우법에 의해 방사되고 있을 경우에는 실제의 방사속도와는 반드시 일치하지 않는다. 동일 다이로부터 토출되는 섬유에 있어서 겉보기 방사속도의 차를 크게 하는 것은 사용하는 수지 원료의 용융점도의 차를 크게 함으로써 달성된다. 본 발명의 혼섬 부직포에 있어서는 폴리올레핀계 수지 성분 A로서 저점도 원료를, 고융점 수지 성분 B로서 고점도 원료를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 혼섬 부직포를 멜트블로우법에 의해 제조할 경우, 포집 거리(구금토출구멍과 콜렉터 사이의 거리, DCD)는 5㎝∼30㎝의 범위인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 10㎝∼25㎝이다. 포집 거리가 커졌을 경우 방사된 섬유끼리의 얽힘이 증가하여 필터로서 유효하게 기능하는 섬유 표면적이 감소한다. 또한, 부직포의 단위중량 얼룩도 악화되기 때문에 필터 여과재로서는 부적당하게 된다. 또한, 포집 거리를 지나치게 작게 취하였을 경우 섬유의 고화가 충분하게 진행되지 않은 상태로 시트화되게 되기 때문에, 섬유간 융착이 증가하여 섬유 표면적의 감소와 압손의 상승을 초래한다. 콜렉터의 형태로서는, 예를 들면 드럼 방식, 컨베이어 방식, 일본 특허 공개 2011-168903호 공보에 개시되어 있는 바와 같은 드럼·컨베이어를 조합시킨 방식, 및 미국 특허 5783011호 명세서 등에 개시되어 있는 바와 같은 원통 필터 형상의 콜렉터 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 혼섬 부직포는 적어도 2종류의 다른 평균 섬유지름을 가지는 섬유가 혼합되어서 이루어짐으로써 높은 필터 성능을 달성한다. 이 메커니즘은 명확하지는 않지만, 다음과 같이 추정된다. 2종류의 섬유 중 평균 섬유지름이 작은 저융점 섬유는, 본 발명의 혼섬 부직포에 있어서 포집 효율을 향상시키는 기능을 담당한다. 또한, 평균 섬유지름이 큰 고융점 섬유는, 본 발명의 혼섬 부직포에 있어서 주로 저압손화 기능을 담당한다. 평균 섬유지름이 작은 저융점 섬유는 비표면적이 크기 때문에 입자를 섬유 표면에 효율적으로 포집할 수 있다. 이 저융점 섬유의 네트워크 중에 평균 섬유지름이 큰 고융점 섬유가 혼합되어 있음으로써 저융점 섬유의 사이에 큰 공극이 생성된다. 이 섬유간 공극의 존재에 의해 부직포의 통기성이 향상되어 압력손실이 작아진다. 이 효과를 보다 효율적으로 발휘하기 위해서는, 2종류의 섬유가 부직포의 두께 방향에 걸쳐서 균일하게 혼합된 상태인 것이 바람직하다.
여기에서, 섬유의 평균 섬유지름이란 수평균 섬유지름을 가리키고, 부직포 표면 또는 단면의 현미경 사진을 촬영하고, 상(像) 중에 존재하는 섬유의 섬유지름을 계측하여 그 평균치를 산출함으로써 얻을 수 있다. 또한 상기 섬유지름이란, 섬유의 단면 형상이 진원인 경우에는 그 직경을 말한다. 섬유가 진원이 아닌 경우에는 섬유를 축방향에 대하여 수직인 단면을 취했을 때의 최장경을 말한다.
저융점 섬유의 바람직한 수평균 섬유지름은 0.3㎛∼7.0㎛이며, 보다 바람직하게는 0.5㎛∼3.0㎛이며, 더욱 바람직하게는 1.0㎛∼2.0㎛의 범위이다. 수평균 섬유지름이 클 경우 섬유의 비표면적이 작아져 충분한 입자 포집 능력을 얻을 수 없는 경우가 있다. 저융점 섬유는 포집 효율을 향상시키는 목적으로 대전 처리되어 있는 것이 보다 바람직한 형태이다.
본 발명의 혼섬 부직포에는 섬유지름이 20㎛∼100㎛인 고융점 섬유를 부직포 단면 1.00㎜당 1개 이상 포함한다. 보다 바람직하게는 3개 이상이며, 더욱 바람직하게는 10개 이상이다. 여기에서, 부직포 단면 1.00㎜당의 섬유개수란 부직포면에 직교하고, 서로 직교하는 2개의 부직포 단면을 각종 현미경으로 관찰하여 각각의 단면에 대해서 통과하는 섬유의 단면 길이당의 개수를 계측하고, 또한 각각의 단면의 값을 평균함으로써 얻을 수 있다. 고융점 섬유가 20㎛ 이상인 섬유를 포함하지 않을 경우 섬유간의 공극을 지지하는 효과가 작아진다. 또한, 혼섬 부직포의 단면 1㎜당에 포함되는 섬유지름 20㎛∼100㎛의 고융점 섬유의 수가 1개 미만일 경우도 섬유간의 공극을 지지하는 효과가 작아진다.
고융점 섬유의 바람직한 수평균 섬유지름은 15㎛∼100㎛이며, 보다 바람직하게는 20㎛∼50㎛이며, 더욱 바람직하게는 20㎛∼40㎛이다. 고융점 섬유의 수평균 섬유지름이 이것보다 작을 경우 섬유간의 공극을 지지하는 효과가 작아질 경우가 있다. 또한, 고융점 섬유의 수평균 섬유지름이 이것보다 클 경우 고융점 섬유를 형성하기 위해서 많은 수지 원료가 필요하기 때문에 경제적으로 불리하게 될 경우가 있다.
본 발명의 혼섬 부직포는 부직포를 구성하는 섬유 전체의 수평균 섬유지름이 0.3㎛∼10㎛ 이하의 범위이며, 보다 바람직하게는 0.5㎛∼7.0㎛이며, 보다 바람직하게는 0.5㎛∼2.0㎛이다. 본 발명의 혼섬 부직포는 보다 작은 수평균 섬유지름을 갖는 저융점 섬유의 개수가 섬유지름 20㎛ 이상의 고융점 섬유의 개수에 비해서 압도적으로 많은 구성이다. 이 때문에, 부직포 전체에서의 평균 섬유지름은 작아진다. 부직포를 구성하는 섬유 전체의 수평균 섬유지름이 이 범위로 되도록 저융점 섬유·고융점 섬유의 섬유지름·섬유개수를 설계함으로써 저압력손실과 고포집 효율을 양립하는 혼섬 부직포를 얻을 수 있다. 혼섬 부직포를 구성하는 섬유 전체의 수평균 섬유지름이 이 값보다도 커지면, 섬유의 비표면적이 작아져 충분한 포집 효율을 얻을 수 없다. 또한, 이 범위보다 작아지면 압력손실이 증대한다.
고융점 섬유는 폴리올레핀계 수지 성분 A보다 높은 융점을 갖는 고융점 수지 성분 B에 의해 구성된다. 고융점 섬유가 고융점 수지 성분 B를 포함함으로써 섬유간의 융착이나, 섬유의 변형을 억제하여 공극 지지 효과를 효율적으로 발휘하는 것이 가능해진다. 고융점 섬유는 섬유의 일부에 고융점 수지 성분 B를 포함하고 있으면, 본 발명의 효과를 손상하지 않는 범위에서 다른 성분을 포함하고 있어도 관계없다. 예를 들면, 고융점 섬유로서 고융점 수지 성분 B를 심에 사용하고, 별도의 수지 성분 C를 초로서 사용해서 복합한 섬유나, 고융점 수지 성분 B를 초에 사용하고, 별도의 수지 성분 C를 심으로서 사용해서 복합한 섬유를 사용해도 좋다. 전자의 경우에는 고융점 섬유의 효과로서 적어도 섬유 변형을 억제하는 효과를 얻을 수 있다. 후자의 경우에는 고융점 섬유의 효과로서 적어도 섬유간 융착을 억제하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 복합시키는 경우에는 폴리올레핀계 수지 성분 A와 고융점 수지 성분 B의 복합이나, 폴리올레핀계 수지 성분 A와 고융점 수지 성분 B와 다른 성분 C의 3성분 복합 등이라도 좋다. 복합의 형상으로서는 심초형 외에, 사이드 바이 사이드형, 편심 심초형, 및 해도형 등의 복합 형태를 포함하여 그 밖의 공지의 복합 형태를 취할 수 있다. 또한, 고융점 섬유의 단면 형상은 임의의 형상을 취할 수 있고, 환형 이외에, 삼각형, Y형, 편평형, 다엽형, 및 편평형 등의 형상이어도 좋다.
본 발명의 혼섬 부직포에 있어서 저융점 섬유의 개수가 고융점 섬유의 개수에 대하여 50배∼5000배 많은 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 60배∼1000배이며, 더욱 바람직하게는 90배∼500배다. 여기에서, 섬유의 개수의 비는 혼섬 부직포에 있어서 임의의 부직포면에 직교하고 또한 서로 직교하는 2개의 단면을 취했을 때에, 그것들의 단면을 통과하는 섬유의 개수의 비의 평균치를 계측함으로써 얻을 수 있다.
본 발명의 혼섬 부직포는 섬유지름이 작은 저융점 섬유가 섬유지름이 큰 고융점 섬유보다 압도적으로 많은 구성이므로, 본 발명의 혼섬 부직포는 20㎛ 이상이라고 하는 극태섬유를 포함하면서 부직포의 비표면적을 크게 할 수 있다. 이것에 의해 높은 포집 효율을 달성할 수 있다.
또한, 저융점 섬유의 개수가 고융점 섬유의 개수에 비해서 매우 많고, 고융점 섬유의 수평균 섬유지름이 저융점 섬유의 수평균 섬유지름에 비해서 매우 크다고 하는 특징적인 섬유 구성에 의해, 혼섬 부직포의 표면적의 대부분을 저융점 섬유가 차지하는 상태로 할 수 있다. 이 때문에, 혼섬 부직포에 대전 처리를 실시할 경우, 고융점 섬유가 전하 유지성이 낮은 성분을 포함하고 있을 경우라도 부직포 전체로서는 높은 대전성·전하 유지성을 가질 수 있다.
고융점 섬유의 개수에 대한 저융점 섬유의 개수가 상기 값보다 적을 경우, 목적으로 하는 높은 포집 효율이 얻어지지 않고, 특히 대전 처리시에 그 성능 저하가 현저하게 된다. 이 성능 저하는 폴리올레핀계 수지 성분 A로서 폴리프로필렌을 선택했을 때에 특히 현저하게 된다. 폴리프로필렌은 저렴하고 대전성·전하 유지성이 높다. 이 특성 때문에 대전 필터재로서 널리 사용되고 있다. 그러나, 폴리프로필렌보다 융점이 높은 수지에는 전하 유지성이 낮은 것이 대부분이다. 본 발명은 상기한 섬유개수의 비율을 가짐으로써 고융점의 수지 성분을 함유하면서 높은 필터 성능을 끌어내는 것이 가능해진다.
본 발명의 혼섬 부직포가 함유하는 저융점 섬유와 고융점 섬유의 섬유지름, 수평균 섬유지름 및 섬유개수 비를 결정함에 있어서, 양쪽 섬유를 판별하는 방법으로서는 여러가지 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 2종류의 섬유의 융점차나, 약액으로의 내성차를 이용하여 한쪽의 섬유만을 소실시키고, 잔류한 섬유에 대해서 광학현미경·주사형 전자현미경 등의 각종 현미경을 이용하여 섬유지름을 측정하는 방법을 사용할 수 있다. 또한, 현미 라만 분광법, 현미 적외 분광법, 전자선 마이크로 애널라이저, 및 비행 시간형 2차 이온 질량분석법 등의 각종 미소 영역의 물질 분포가 분석 가능한 방법을 이용하여 섬유의 성분을 판별하면서 계측하는 방법을 사용해도 좋다. 예를 들면, 본 발명의 혼섬 부직포에 있어서 고융점 섬유의 수평균 섬유지름이 저융점 섬유의 수평균 섬유지름보다 큰 것을 확인하기 위해서는, 혼섬 부직포를 2개의 성분의 융점 사이의 온도에서 열처리하고, 저융점 섬유를 융해시켰을 때의 부직포 전체의 수평균 섬유지름을 열처리 전의 평균 섬유지름과 비교하는 방법을 취할 수 있다.
본 발명의 혼섬 부직포의 단위중량은 5g/㎡ 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10g/㎡ 이상이며, 에어 필터용의 여과재로서 사용할 경우에는 15g/㎡ 이상인 것이 더욱 바람직한 형태이다. 단위중량이 지나치게 작은 혼섬 부직포는 강도가 저하되기 때문에 제조시의 부직포의 반송성에 문제를 보일 수 있다. 또한, 혼섬 부직포의 단위중량은 1000g/㎡ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 200g/㎡ 이하이며, 에어 필터용의 여과재로서 사용할 경우에는 40g/㎡ 이하인 것이 더욱 바람직한 형태이다. 단위중량이 지나치게 큰 혼섬 부직포는 제조 비용면에 있어서 불리하게 된다.
본 발명의 혼섬 부직포에 있어서는 단위단면 길이·단위중량당의 섬유지름 20㎛∼100㎛의 고융점 섬유의 개수가 0.10(개·㎡/(g·㎜)) 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.20(개·㎡/(g·㎜)) 이상이며, 더욱 바람직하게는 0.30(개·㎡/(g·㎜)) 이상이다. 단위단면·단위중량당의 섬유개수는 다음 식으로 정의한다. 단위단면·단위중량당의 섬유지름 20㎛∼100㎛의 고융점 섬유의 개수가 지나치게 적으면 고융점 섬유의 효과를 부직포 전면에 걸쳐 얻을 수 없어진다.
Figure 112014045126715-pct00002
본 발명의 혼섬 부직포는 대전 처리(일렉트릿 처리)되어 있는 것이 바람직하다. 특히 일렉트릿화 부직포 시트로 하면 정전기 흡착 효과에 의해 더욱 저압력손실, 고포집 효율을 얻을 수 있다. 일렉트릿화의 방법은 특별하게 한정되는 것이 아니지만, 고성능을 갖는 부직포를 얻는 점에서 물을 부직포에 부여한 후에 건조시킴으로써 일렉트릿화하는 방법이 바람직하게 사용된다. 물을 혼섬 부직포에 부여하는 방법으로서는 물의 분류(噴流) 또는 수적류를 부직포 내부까지 물이 침투하는데에 충분한 압력으로 분무하는 방법이나, 물을 부여한 후 또는 부여하면서 혼섬 부직포의 편측으로부터 흡인해서 부직포 내에 물을 침투시키는 방법, 이소프로필알콜, 에틸알콜 및 아세톤 등의 수용성 유기용제와 물의 혼합 용액에 혼섬 부직포를 침지시켜서 물을 부직포 내부까지 침투시키는 방법 등이 있지만, 일렉트릿화의 방법으로서는 이것들의 범위에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 혼섬 부직포는 필터의 여과재로서 사용하는데에 적합한 높은 포집 효율을 나타낸다. 대전 처리 후의 포집 효율의 값으로서는 풍속 4.5m/min에 있어서의 공기 중의 0.3㎛∼0.5㎛ 폴리스티렌 입자의 포집 효율이 90.00% 이상인 것이 바람직하고, 99.00% 이상인 것이 보다 바람직하고, 99.90% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 특히 99.90% 이상의 포집 효율을 나타내는 혼섬 부직포는 고정밀도 에어 필터의 여과재로서 적합하게 사용할 수 있다.
또한, 일반적으로 포집 효율은 단위중량과 상관된다. 본 발명의 혼섬 부직포는 다음 식으로 산출되는 단위중량 10g/㎡ 상당의 포집 효율이 50.0% 이상인 것이 바람직하고, 75.0% 이상인 것이 보다 바람직하고, 90.0% 이상인 것이 더욱 바람직한 형태이다. 단위중량 10g/㎡ 상당의 포집 효율이 높을수록 목적으로 하는 포집 효율을 달성하는 단위중량을 작게 억제할 수 있기 때문에 비용면에서 유리하다.
Figure 112014045126715-pct00003
본 발명의 혼섬 부직포는 높은 포집 효율을 낮은 압력손실로 달성할 수 있다고 하는 특징을 가진다. 본 발명의 부직포는 다음 식에서 정의되는 QF값이 0.10㎩-1 이상인 것이 바람직하고, 0.13㎩-1 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.16㎩-1 이상인 것이 더욱 바람직한 형태이다. QF값의 값이 클수록 같은 포집 효율을 낮은 압손에서 달성할 수 있다.
Figure 112014045126715-pct00004
또한, 본 발명의 혼섬 부직포는 다른 시트와 적층해서 적층 섬유 부직포로 해도 좋다. 예를 들면, 부직포 시트와 그것보다 강성이 높은 시트를 적층해서 제품강력을 향상시켜서 사용하는 것이나, 탈취·항균 등 기능성을 갖는 시트와 조합시켜서 사용하는 것은 바람직하다. 적층방법은 특별하게 한정되지 않지만, 접착제를 이용하여 2종류의 부직포를 접합시키는 방법이나, 멜트블로우법 이외의 제법으로 제조한 부직포 시트 상에 멜트블로우법에 의해 적층하는 방법을 들 수 있다. 기타, 2종류의 부직포를 접합시키는 방법으로서는 습기 경화형 우레탄 수지를 스프레이법으로 산포하는 방법, 열가소성 수지, 열융착 섬유를 산포해 열로를 통해서 접합시키는 방법 등이 있지만, 2종류의 부직포를 접합할 수 있으면 방법은 특별하게 한정하지 않는다.
그러나, 본 발명의 혼섬 부직포는 주된 사용 용도가 필터이므로 압손 상승이 생기는 접합방법은 바람직하지 못하다. 그 점에서, 습기 경화형 우레탄 수지에 의한 스프레이법은 2매의 부직포를 프레스하지 않고 접합시키는 것이 가능하기 때문에, 접합시의 압력손실의 상승이 적어 바람직한 방법이다.
본 발명에 의해 압력손실이 낮고, 높은 포집 효율을 갖는 혼섬 부직포를 얻을 수 있고, 이 혼섬 부직포는 여과재로서, 특히 에어 필터에 적합하게 사용할 수 있다.
즉, 본 발명의 혼섬 부직포는 필터의 여과재로서 사용할 수 있다. 이 여과재는 에어 필터 전반, 그 중에서도 공조용 필터, 공기청정기용 필터, 및 자동차 캐빈 필터의 고성능 용도에 적합하지만, 그 응용 범위는 이것들에 한정되는 것은 아니다.
(실시예)
이어서, 실시예를 들어서 본 발명의 혼섬 부직포에 대해서 보다 구체적으로 설명한다. 실시예에 있어서 사용하는 특성값은 다음 측정법에 의해 측정한 것이다.
(1) 부직포의 단위중량
세로×가로=15㎝×15㎝의 부직포의 질량을 3점 측정하고, 각각 얻어진 값을 1㎡당의 값으로 환산하고, 그 평균치를 취해서 부직포의 단위중량(g/㎡)으로 했다.
(2) 수평균 섬유지름
부직포의 임의의 장소로부터 세로×가로=3㎜×3㎜의 측정 샘플을 12개 채취하고, 주사형 전자현미경으로 배율을 조절하여 채취한 샘플로부터 섬유 표면 사진을 각 1매씩, 합계 12매를 촬영했다. 배율은 200배∼3000배로 했다. 사진 속의 섬유지름을 분명히 확인할 수 있는 섬유에 대해서 전부 섬유지름을 측정했다. 각 섬유지름은 유효숫자 0.1㎛의 측정 정밀도로 행하였다. 이 값을 합계하고, 측정한 섬유개수로 나눈 값을 수평균 섬유지름으로 했다. 수평균 섬유지름은 1.0㎛ 이상은 유효숫자 2자리로 하고, 1.0㎛ 미만은 유효숫자 1자리로 해서 산출했다.
(3) 섬유개수
부직포의 임의의 장소로부터 세로×가로=20㎜×5㎜의 부직포편 12개를 채취했다. 이 때, 12개 중 6개의 부직포편의 긴 변이 나머지 6개의 부직포편의 긴 변과 직교하도록 채취했다. 채취한 부직포편에 에폭시 수지를 함침해 고화시켰다. 이 부직포편을 짧은 변과 평행한 방향으로 편날 면도칼에 의해 절단하고, 세로×가로=1㎜×5㎜의 단편을 얻었다. 이 단편의 절단면에 대해서 주사형 전자현미경에 의해 촬영하고, 합계 12매의 부직포 단면 사진을 얻었다. 배율은 200배∼1000배로 해서 사진 중의 섬유 단면 형상을 분명히 확인할 수 있는 것에 대해서는 전부 계수했다.
(4) 포집 효율과 압력손실
부직포의 세로방향 5개소에서 세로×가로=15㎝×15㎝의 측정용 샘플을 채취하고, 각각의 샘플에 대해서 도 1에 나타내는 포집 효율 측정장치로 측정했다. 이 포집 효율 측정장치는 측정 샘플(M)을 셋트하는 샘플 홀더(1)의 상류측에 더스트 수납 상자(2)를 연결하고, 하류측에 유량계(3), 유량 조정 밸브(4), 및 블로워(5)를 연결하고 있다. 또한, 샘플 홀더(1)에 파티클 카운터(6)를 사용하고, 전환 콕(7)을 통해서 측정 샘플(M)의 상류측의 더스트 개수와 하류측의 더스트 개수를 각각 측정할 수 있다. 또한, 샘플 홀더(1)는 압력계(8)를 구비하고, 측정 샘플(M)의 상류와 하류에서의 정압차를 판독할 수 있다. 포집 효율의 측정시에는 폴리스티렌 0.309U10% 용액(메이커:나카라이테스크(주))을 증류수로 200배까지 희석하고, 더스트 수납 상자(2)에 충전한다. 이어서, 측정 샘플(M)을 샘플 홀더(1)에 셋트하고, 풍량을 필터 통과 속도가 4.5m/min이 되도록 유량 조정 밸브(4)로 조정하고, 더스트 농도를 1만∼4만개/2.83×10-4㎥(0.01ft3)의 범위에서 안정시켜, 측정 샘플(M)의 상류의 더스트 개수(D) 및 하류의 더스트 개수(d)를 파티클 카운터(6)(리온사제, KC-01B)로 1개의 측정 샘플당 3회 측정하고, JISK-0901:1991 「기체 중의 더스트 시료 포집용 여과재의 형상, 치수 및 성능 시험 방법」에 의거하여 하기 계산식을 이용하여 0.3㎛∼0.5㎛ 입자의 포집 효율(%)을 구했다. 5개의 측정 샘플의 평균치를 최종적인 포집 효율로 했다.
포집 효율(%)=〔1-(d/D)〕×100
단,
d: 하류 더스트의 3회 측정 토털 개수
D: 상류 더스트의 3회 측정 토털 개수
고포집의 부직포일수록 하류의 더스트 개수가 적어지기 때문에 포집 효율의 값은 높아진다. 또한, 압력손실은 포집 효율 측정시의 샘플(M)의 상류와 하류의 정압차를 압력계(8)로 판독하여 구했다. 5개의 측정 샘플의 평균치를 최종적인 압력손실로 했다.
(5) QF값
여과 성능의 지표가 되는 QF값은 상기 포집 효율 및 압력손실을 이용하여 다음 식에 의해 계산된다. 저압력손실 또한 고포집 효율일일수록 QF값은 높아지고, 여과 성능이 양호한 것을 나타낸다.
Figure 112014045126715-pct00005
[실시예 1]
폴리올레핀계 수지 성분 A로서 "키마소브"(등록상표) 944(BASF·재팬(주)제)를 1질량% 첨가한 폴리프로필렌(PP) 수지(융점 163℃, MFR=860g/10min)를 사용하고, 고융점 수지 성분 B로서 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 수지(융점 225℃)를 사용했다.
2기의 압출기 및 기어 펌프, 2종류의 토출구멍 a, b를 구비한 혼섬 방사용 멜트블로우 구금(a구멍 지름: 0.25㎜, b구멍 지름: 0.6㎜, a구멍 수: 95홀, b구멍 수: 20홀, 구금 폭 150㎜, a-a 구멍 피치: 1㎜, a-b 구멍 피치: 2㎜, 구멍 배열: b구멍의 사이에 5개의 a구멍을 삽입해서 일렬로 배열), 압축공기 발생장치 및 공기 가열기, 포집 컨베이어, 및 권취기로 이루어지는 장치를 이용하여 멜트블로우 부직포의 제조를 행하였다.
각각의 압출기에 상기 성분 A의 수지 펠릿과 상기 성분 B의 수지 펠릿을 각각 투입하고, 280℃의 온도에서 가열 용융시켜 기어 펌프를 상기 성분 A:성분 B의 질량비(%)를 41:59가 되도록 설정하고, 상기 성분 A 및 성분 B를 각각 혼섬방사용 멜트블로우 구금의 a구멍 및 b구멍에 안내하고, 각각 0.15g/min/홀, 1.02g/min/홀의 단구멍 토출량으로 노즐 온도 280℃의 온도 조건에서 토출했다. 이 토출 폴리머를 압력 0.05㎫, 온도 300℃의 온도의 가압 공기로 세화하고, 구금 토출구멍으로부터 20㎝의 거리에 설치한 포집 컨베이어에 분사함으로써 시트화했다. 포집 컨베이어 속도를 조정하여 단위중량이 30g/㎡의 혼섬 부직포를 얻었다.
실시예 1에서 얻어진 혼섬 부직포를 175℃의 온도의 열풍 건조기를 이용하여 5분간 가열 처리하여 폴리프로필렌(PP) 섬유를 융해시켰다. 이 부직포에 대해서 수평균 섬유지름과, 섬유개수를 계측하고, 고융점 섬유의 수평균 섬유지름으로 했다.
이어서, 실시예 1에서 얻어진 혼섬 부직포를 2-클로로페놀로 처리하여 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 섬유를 용해시켰다. 이 부직포에 대해서 수평균 섬유지름과 섬유개수를 계측하고, 저융점 섬유의 수평균 섬유지름으로 했다.
이어서, 실시예 1에서 얻어진 혼섬 부직포를 순수/이소프로판올의 질량비가 70/30인 혼합 수용액에 함침시키고, 이어서 자연 건조함으로써 일렉트릿화 멜트블로우 혼섬 부직포를 얻었다. 이 일렉트릿화 멜트블로우 혼섬 부직포의 특성값을 측정하여 표 1에 나타냈다.
[실시예 2]
폴리올레핀계 수지 성분 A로서 "키마소브"(등록상표) 944(BASF·재팬(주)제)를 1질량% 첨가한 폴리프로필렌(PP) 수지(융점 163℃, MFR=1550g/10min)를 사용하고, 폴리올레핀계 수지 성분 A와 고융점 수지 성분 B의 질량비(%)를 60:40으로 해서 구멍 a의 단구멍 토출량을 0.28g/min/hole, 구멍 b의 단구멍 토출량을 0.90g/min/hole, 가압 공기 온도를 305℃, 가압 공기 압력을 0.06㎫로 한 것 이외에는 실시예 1과 같은 방법에 의해 부직포를 제조했다.
실시예 2에서 얻어진 혼섬 부직포를 175℃ 온도의 열풍 건조기를 이용하여 5분간 가열 처리하여 폴리프로필렌(PP) 섬유를 융해시켰다. 이 부직포에 대해서 수평균 섬유지름과 섬유개수를 계측하고, 고융점 섬유의 수평균 섬유지름으로 했다.
이어서, 실시예 2에서 얻어진 혼섬 부직포를 2-클로로페놀로 처리하여 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 섬유를 용해시켰다. 이 부직포에 대해서 수평균 섬유지름과 섬유개수를 계측하고, 저융점 섬유의 수평균 섬유지름으로 했다.
실시예 2에서 얻어진 부직포를 실시예 1과 같은 방법으로 일렉트릿 처리한 후 특성값을 측정하고, 표 1에 나타냈다.
[실시예 3]
고융점 수지 성분 B로서 이소프탈산을 11몰% 공중합한 산화티탄을 0.3질량% 포함하는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지(융점 230℃)를 사용하고, 폴리올레핀계 수지 성분 A와 고융점 수지 성분 B의 질량비(%)를 41:59로 하며, 구멍 b의 단구멍 토출량을 1.01g/min/hole, 가압 공기 온도를 305℃로 한 것 이외에는 실시예 1과 같은 방법에 의해 부직포를 제조했다.
실시예 3에서 얻어진 혼섬 부직포를 175℃ 온도의 열풍 건조기를 이용하여 5분간 가열 처리하여 폴리프로필렌(PP) 섬유를 융해시켰다. 이 부직포에 대해서 수평균 섬유지름과 섬유개수를 계측하고, 고융점 섬유의 수평균 섬유지름으로 했다.
이어서, 실시예 3에서 얻어진 혼섬 부직포를 2-클로로페놀로 처리하여 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유를 용해시켰다. 이 부직포에 대해서 수평균 섬유지름과 섬유개수를 계측하고, 저융점 섬유의 수평균 섬유지름으로 했다.
실시예 3에서 얻어진 부직포를 실시예 1과 같은 방법으로 일렉트릿 처리한 후 특성값을 측정하고, 표 1에 나타냈다.
[실시예 4]
고융점 수지 성분 B로서 폴리메틸펜텐 수지(융점 235℃, TPX(등록상표）DX820 미츠이 카가쿠(주)제)를 사용하고, 폴리올레핀계 수지 성분 A와 고융점 수지 성분 B의 질량비(%)를 40:60으로 하며, 구멍 b의 단구멍 토출량을 1.05g/min/hole, 가압 공기 온도를 305℃로 한 것 이외에는 실시예 1과 같은 방법에 의해 부직포를 제조했다.
실시예 4에서 얻어진 부직포의 단면에 대해서 주사형 전자현미경에 의한 관찰을 행하여, 구멍 a로부터의 토출 섬유군의 섬유지름이 10㎛ 미만이어서 구멍 b로부터의 토출 섬유군의 섬유지름이 10㎛ 이상과 명확하게 다른 섬유지름 분포를 갖는 것을 확인했다. 이것을 바탕으로, 섬유지름 10㎛ 미만의 섬유군과, 섬유지름 10μ 이상의 섬유군에 대해서 수평균 섬유지름 및 섬유개수를 측정했다.
실시예 4에서 얻어진 부직포를 실시예 1과 같은 방법으로 일렉트릿 처리한 후 특성값을 측정하고, 표 1에 나타냈다.
[비교예 1]
수지 성분 B로서 "키마소브"(등록상표) 944(BASF·재팬(주)제)를 1질량% 첨가한 폴리프로필렌 수지(융점 163℃, MFR=60g/10min)를 사용하고, 폴리올레핀계 수지 성분 A와 수지 성분 B의 질량비(%)를 43:57로 하고, 구멍 b의 단구멍 토출량을 0.90g/min/hole로 한 것 이외에는 실시예 1과 같은 방법에 의해 부직포를 제조했다.
비교예 1에서 얻어진 부직포의 단면에 대해서 주사형 전자현미경에 의한 관찰을 행하여, 구멍 a로부터의 토출 섬유군의 섬유지름이 10㎛ 미만이어서 구멍 b로부터의 토출 섬유군의 섬유지름이 10㎛ 이상과 명확하게 다른 섬유지름 분포를 갖는 것을 확인했다. 이것을 바탕으로, 섬유지름 10㎛ 미만의 섬유군과, 섬유지름 10㎛ 이상의 섬유군에 대해서 수평균 섬유지름 및 섬유개수를 측정했다.
비교예 1에서 얻어진 부직포를 실시예 1과 같은 방법으로 일렉트릿 처리한 후 특성값을 측정하고, 표 1에 나타냈다.
[비교예 2]
혼섬 방사용 멜트블로우 구금의 b구멍 지름를 0.4㎜로 하고, 성분 B로서 "키마소브"(등록상표) 944(BASF·재팬(주)제)를 1질량% 첨가한 폴리프로필렌 수지(융점 163℃, MFR=860g/10min)를 사용하고, 성분 A와 성분 B의 질량비(%)를 40:60으로 하고, 구멍 a의 단구멍 토출량을 0.19g/min/hole, b의 단구멍 토출량을 1.39g/min/홀, 노즐 온도를 255℃로 하고, 가압 공기 압력을 0.15㎫로 하고, 가압 공기 온도를 265℃로 한 것 이외에는 실시예 1과 같은 방법에 의해 부직포를 제조했다.
비교예 2에서 얻어진 부직포의 단면에 대해서 주사형 전자현미경에 의한 관찰을 행하였다. 구멍 a로부터의 토출 섬유와 구멍 b로부터의 토출 섬유의 섬유지름은 가깝고, 관찰 사진으로부터는 어느 섬유인가를 판별할 수는 없었다. 이 때문에, 2종의 섬유의 수평균 섬유지름을 각각 계측할 수는 없었다. 또한, 20㎛를 초과하는 섬유지름을 가지는 섬유는 관측되지 않았다.
비교예 2에서 얻어진 부직포를 실시예 1과 같은 방법으로 일렉트릿 처리한 후 특성값을 측정하고, 표 1에 나타냈다.
Figure 112014045126715-pct00006
표 1로부터 분명하게 나타나 있는 바와 같이, 실시예 1에 있어서 혼섬 멜트블로우 방사 설비를 이용하여 2종류의 원료종, 토출량, 가압 공기 압력, 노즐 온도 등을 조정함으로써 융점 163℃의 폴리프로필렌으로 구성되는 수평균 섬유지름 1.5㎛의 섬유와, 융점 225℃의 폴리부틸렌테레프탈레이트로 구성되는 수평균 섬유지름 25㎛의 섬유의 혼합체로 이루어지는 혼섬 부직포가 얻어졌다.
마찬가지로, 실시예 2에서는 융점 163℃의 폴리프로필렌으로 구성되는 수평균 섬유지름 1.8㎛의 섬유와, 융점 225℃의 폴리부틸렌테레프탈레이트로 구성되는 수평균 섬유지름 20㎛의 섬유의 혼합체로 이루어지는 혼섬 부직포가 얻어졌다.
또한, 실시예 3에서는 융점 163℃의 폴리프로필렌으로 구성되는 수평균 섬유지름 1.2㎛의 섬유와, 융점 230℃의 공중합 폴리에틸렌테레프탈레이트로 구성되는 수평균 섬유지름 29㎛의 섬유의 혼합체로 이루어지는 혼섬 부직포가 얻어졌다.
또한, 실시예 4에서는 융점 163℃의 폴리프로필렌으로 구성되는 수평균 섬유지름 1.3㎛의 섬유와, 융점 235℃의 폴리메틸펜텐으로 구성되는 수평균 섬유지름 66㎛의 섬유의 혼합체로 이루어지는 혼섬 부직포가 얻어졌다.
이들 실시예 1∼4에서 얻어진 각 혼섬 부직포는 모두 높은 포집 효율과, 낮은 압력손실을 나타냈다.
이것에 대하여, 비교예 1에 나타내어진 부직포는 섬유지름 20㎛∼100㎛의 태섬유에 고융점 성분을 포함하지 않기 때문에 섬유간의 융착이 크고, 압력손실이 큰 부직포로 되었다. 또한, 비교예 2에 나타내어진 부직포는 부직포 중에 섬유지름 20㎛ 이상 100㎛ 이하의 섬유를 포함하지 않고, 또한 고융점 섬유도 포함하지 않기 때문에 충분한 포집 효율을 달성할 수 없었다.
이상과 같이, 수평균 섬유지름이 다른 2종의 섬유가 혼섬된 부직포에 있어서 세섬유와 태섬유의 수평균 섬유지름 및 각각의 섬유의 성분을 특정의 것으로 함으로써 압력손실이 낮음과 아울러 포집 효율이 우수한 혼섬 부직포를 얻을 수 있었다.
1 : 샘플 홀더 2 : 더스트 수납 상자
3 : 유량계 4 : 유량 조정 밸브
5 : 블로워 6 : 파티클 카운터
7 : 전환 콕 8 : 압력계
M : 측정 샘플

Claims (10)

  1. 서로 다른 융점을 갖는 2종류의 섬유를 적어도 포함하는 부직포로서, 저융점 섬유는 폴리올레핀계 수지 성분 A에 의해 구성되어 있고, 고융점 섬유의 적어도 일부는 상기 폴리올레핀계 수지 성분 A보다 높은 융점을 갖는 고융점 수지 성분 B에 의해 구성되어 있으며, 저융점 섬유의 개수는 고융점 섬유의 개수에 대하여 60배∼1000배 많고, 상기 고융점 섬유의 수평균 섬유지름이 상기 저융점 섬유의 수평균 섬유지름보다 크고, 섬유지름 20㎛∼100㎛의 고융점 섬유가 상기 부직포의 단면에 단면 길이 1.00㎜당 1개 이상 존재하고, 상기 부직포를 구성하는 섬유 전체의 수평균 섬유지름이 0.3㎛∼10㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 혼섬 부직포.
  2. 제 1 항에 있어서,
    부직포가 멜트블로우법에 의해 제조된 부직포인 것을 특징으로 하는 혼섬 부직포.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    저융점 섬유의 수평균 섬유지름은 0.3㎛∼7.0㎛인 것을 특징으로 하는 혼섬 부직포.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    고융점 섬유의 수평균 섬유지름은 15㎛∼100㎛인 것을 특징으로 하는 혼섬 부직포.
  5. 삭제
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    부직포가 대전 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 혼섬 부직포.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 혼섬 부직포를 적어도 1층 함유하는 것을 특징으로 하는 적층 시트.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 혼섬 부직포를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터.
  9. 폴리올레핀계 수지 성분 A와, 상기 폴리올레핀계 수지 성분 A의 융점 보다도 10℃ 이상 100℃ 이하 높은 융점을 갖는 고융점 수지 성분 B를 동일 다이에 형성된 개개의 토출구멍으로부터 토출하여 혼섬 방사하는 방법으로서, 제조시의 방사온도에 있어서 상기 고융점 수지 성분 B의 용융 점도가 상기 폴리올레핀계 수지 성분 A보다 높으며, 상기 폴리올레핀계 수지 성분 A로 이루어지는 섬유의 겉보기 방사속도가 상기 고융점 수지 성분 B로 이루어지는 섬유의 겉보기 방사속도에 비하여 20배∼500배 빠른 것을 특징으로 하는 혼섬 부직포의 제조방법.
  10. 제 7 항에 기재된 적층 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터.
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