KR102368947B1 - 멜트블론 부직포, 필터, 및 멜트블론 부직포의 제조 방법 - Google Patents

멜트블론 부직포, 필터, 및 멜트블론 부직포의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

겔 퍼미에이션 크로마토그래피에 있어서의 배출 곡선에 있어서, 분자량 2만 이상의 위치에 적어도 1개의 피크 톱과, 분자량 2만 미만의 위치에 적어도 1개의 피크 톱을 갖고, 극한 점도[η]가 0.35(dl/g) 이상 0.50(dl/g) 미만인 프로필렌계 중합체로 이루어지는 멜트블론 부직포.

Description

멜트블론 부직포, 필터, 및 멜트블론 부직포의 제조 방법
본 발명은 멜트블론 부직포, 필터, 및 멜트블론 부직포의 제조 방법에 관한 것이다.
멜트블로법에 의해 제조된 부직포(멜트블로 부직포 또는 멜트블론 부직포라고도 함)는, 일반적인 스펀본드 부직포와 비교해서, 부직포를 구성하는 섬유를 세화(細化)할 수 있기 때문에, 유연성, 균일성 및 치밀성이 우수하다. 이 때문에, 멜트블론 부직포는, 단독으로 또는 다른 부직포 등과 적층하여, 액체 필터나 에어 필터 등의 필터, 위생재, 메디컬재, 농업용 피복재, 토목재, 건재, 기름 흡착재, 자동차재, 전자 재료, 세퍼레이터, 의류, 포장재 등에 이용되고 있다.
부직포를 구성하는 섬유로서는, 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌 등의 열가소성 수지의 섬유가 알려져 있다.
일반적으로, 필터는 액체나 기체 중에 존재하는 미립자를 포집하여, 해당 액체나 기체로부터 미립자를 제거할 목적으로 사용되고 있다. 필터의 미립자를 포집하는 효율(이하, 「포집 효율」이라고도 한다)은, 필터를 구성하는 부직포의 섬유의 평균 섬유경이 작고, 또한 비표면적이 크면 우수한 경향이 있는 것이 알려져 있다. 또한, 미립자의 입자경이 작을수록, 포집 효율이 저하되는 것이 알려져 있다.
평균 섬유경이 작은 부직포로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌과 폴리에틸렌 왁스를 포함하는 수지 조성물을 멜트블로법으로 성형하여 얻어지는 부직포가 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조).
또한, 폴리에틸렌과 폴리에틸렌 왁스를 포함하는 수지 조성물을 멜트블로법으로 성형하여 얻어지는 부직포를, 폴리에스터와 에틸렌계 중합체로 형성되는 복합 섬유로 이루어지는 스펀본드 부직포와 적층한 부직포 적층체가 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 3 참조).
평균 섬유경이 작은 부직포를 제조하는 방법으로서는, 예를 들면, 멜트블론법에 있어서, 섬유상 수지에 고전압을 인가하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 4 참조).
또한, 섬유의 얽힘이나 부유 섬유의 부착이 억제되는 멜트블로 부직포의 제조 방법으로서, 다이와 흡인 롤의 간격을, 용융 폴리머의 연신이 완료됨과 함께, 얻어진 폴리머 섬유의 진동이 실질적으로 일어나지 않는 범위 내로 설정하고, 흡인 롤의 외주면과 흡인 후드의 다이측 단부의 간격을, 얻어진 멜트블로 부직포의 표면에 사절(絲切)된 섬유가 부착 또는 접촉하더라도 흡인 제거할 수 있는 범위 내로 설정하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 5 참조).
국제 공개 제2000/22219호 국제 공개 제2015/093451호 국제 공개 제2012/111724호 국제 공개 제2012/014501호 국제 공개 제2012/102398호
본 발명자들이 검토한 바, 특허문헌 1 및 특허문헌 3에 기재된 부직포는, 평균 섬유경이 충분히 작지 않기 때문에, 더한층의 포집 효율의 향상이 요구되는 것을 알 수 있었다. 또한, 특허문헌 2에 기재된 부직포는, 비표면적이 충분히 크지 않기 때문에, 더한층의 포집 효율의 향상이 요구되는 것을 알 수 있었다.
또한, 특허문헌 4에 기재된 섬유상 수지에 전압을 인가하는 방법에서는, 높은 전압을 인가하기 때문에, 제조상의 안전을 위해서 장치 전체의 설계를 재검토할 필요가 있어, 비용면의 개선이 요구된다.
또한, 특허문헌 5의 흡인 롤을 이용하는 방법에서는, 섬유를 포집하는 컬렉터(흡인 롤)의 형상이 드럼 형상으로 한정되어 버려, 다이(노즐)를 병렬로 배치할 수 없어, 제조 효율의 향상이 요구된다.
그래서, 본 발명에서는, 멜트블론법을 이용한 간이한 방법으로 제조할 수 있고, 또한 포집 효율이 우수한, 즉 평균 섬유경이 작고, 비표면적이 큰 부직포, 및 해당 부직포를 이용한 필터를 제공하는 것을 과제로 한다.
또한, 본 발명에서는, 극한 점도[η]가 0.50(dl/g) 미만으로 낮은 프로필렌계 중합체를 열가소성 수지 섬유로서 이용한 경우여도, 안정되게 방사할 수 있고, 또한 포집 효율이 우수한, 즉 평균 섬유경이 작고, 피크 섬유경 비율이 0.5를 초과하고, 비표면적이 큰 부직포가 얻어지는 멜트블론 부직포의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단은 이하와 같다.
<1> 겔 퍼미에이션 크로마토그래피에 있어서의 배출 곡선에 있어서, 분자량 2만 이상의 위치에 적어도 1개의 피크 톱과, 분자량 2만 미만의 위치에 적어도 1개의 피크 톱을 갖고, 극한 점도[η]가 0.35(dl/g) 이상 0.50(dl/g) 미만인 프로필렌계 중합체로 이루어지며, 평균 섬유경에 대한 피크 섬유경의 비율이 0.5를 초과하는 멜트블론 부직포.
<2> 상기 프로필렌계 중합체는, 중량 평균 분자량이 2만 이상인 고분자량 프로필렌계 중합체 A와, 중량 평균 분자량이 2만 미만인 저분자량 프로필렌계 중합체 B를 적어도 포함하는 <1>에 기재된 멜트블론 부직포.
<3> 상기 프로필렌계 중합체의 전체 질량에 대한 상기 저분자량 프로필렌계 중합체 B의 함유율이 40질량% 초과 60질량% 이하인 <2>에 기재된 멜트블론 부직포.
<4> 상기 프로필렌계 중합체의 전체 질량에 대한 상기 고분자량 프로필렌계 중합체 A의 함유율이 40질량% 이상 60질량% 미만인 <2> 또는 <3>에 기재된 멜트블론 부직포.
<5> 상기 고분자량 프로필렌계 중합체 A의 멜트 플로 레이트(MFR)가 1000g/10분∼2500g/10분인 <2>∼<4> 중 어느 한 항에 기재된 멜트블론 부직포.
<6> 상기 프로필렌계 중합체의 중량 평균 분자량은 2만 이상인 <1>∼<5> 중 어느 한 항에 기재된 멜트블론 부직포.
<7> 평균 섬유경이 0.90μm 이하인 섬유로 구성되는 <1>∼<6> 중 어느 한 항에 기재된 멜트블론 부직포.
<8> 비표면적이 2.5m2/g∼25.0m2/g인 <1>∼<7> 중 어느 한 항에 기재된 멜트블론 부직포.
<9> <1>∼<8> 중 어느 한 항에 기재된 멜트블론 부직포를 적어도 포함하는 부직포 적층체.
<10> <1>∼<8> 중 어느 한 항에 기재된 멜트블론 부직포를 포함하는 필터.
<11> 액체용 필터인 <10>에 기재된 필터.
<12> 멜트블로용 다이에 압송된 용융된 열가소성 수지를, 다수의 소공이 정렬된 노즐로부터 방출함과 함께, 소공의 열을 협지하도록 마련한 슬릿으로부터 분출되는 고온 고속 공기에 의해 견인 세화시켜 섬유를 형성하는 공정과,
이동하는 포집판 상에 상기 섬유를 퇴적하여 멜트블론 부직포를 형성하는 공정을 갖고,
상기 열가소성 수지는, 겔 퍼미에이션 크로마토그래피에 있어서의 배출 곡선에 있어서, 분자량 2만 이상의 위치에 적어도 1개의 피크 톱과, 분자량 2만 미만의 위치에 적어도 1개의 피크 톱을 갖고, 극한 점도[η]가 0.35(dl/g) 이상 0.50(dl/g) 미만인 프로필렌계 중합체이며,
상기 섬유를 형성하는 공정에 있어서, 상기 고온 고속 공기가 분출되는 상기 슬릿의 출구부의 양 측면으로부터, 상기 멜트블로용 다이의 선단부에 극간 없이 장착되어 있는 방출된 열가소성 수지 섬유를 냉각하기 위한 냉각 유체를 도입하기 위한 어태치먼트를 개재시켜, 노즐면을 따라서 수평 방향으로부터 30℃ 이하의 냉각 유체를 공급하여, 방출된 열가소성 수지 섬유를 냉각하는, 멜트블론 부직포의 제조 방법.
<13> 상기 냉각 유체가 냉각 공기인 <12>에 기재된 멜트블론 부직포의 제조 방법.
본 발명에 의하면, 멜트블론법을 이용한 간이한 방법으로 제조할 수 있고, 또한 포집 효율이 우수한, 즉 평균 섬유경이 작고, 비표면적이 큰 부직포, 및 해당 부직포를 이용한 필터를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 극한 점도[η]가 0.50(dl/g) 미만으로 낮은 프로필렌계 중합체를 열가소성 수지 섬유로서 이용한 경우여도, 안정되게 방사할 수 있고, 또한 포집 효율이 우수한, 즉 평균 섬유경이 작고, 피크 섬유경 비율이 0.5를 초과하고, 비표면적이 큰 부직포가 얻어지는 멜트블론 부직포의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 멜트블로 부직포의 제조 장치와 기본 구성을 함께하는 종래의 멜트블로 부직포의 제조 장치의 개략 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 멜트블로 부직포의 제조 장치의 멜트블로용 다이를 하면측으로부터 본 개략 사시도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 멜트블로 부직포의 제조 장치의 주요부를 나타내는 개략 단면도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 멜트블로 부직포의 제조 장치에 있어서의 공기류의 흐름을 나타내는 개략도이다.
도 5는 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에서 이용한 프로필렌계 중합체의 겔 퍼미에이션 크로마토그래피에 있어서의 배출 곡선이다.
도 6은 실시예 1에서 얻어진 멜트블로 부직포의 겔 퍼미에이션 크로마토그래피에 있어서의 배출 곡선이다.
본 개시에 있어서 「∼」를 이용하여 나타낸 수치 범위는, 「∼」의 전후에 기재되는 수치를 각각 최소값 및 최대값으로서 포함하는 범위를 나타낸다.
≪멜트블론 부직포≫
본 개시의 멜트블론 부직포는, 겔 퍼미에이션 크로마토그래피(GPC)에 있어서의 배출 곡선(이하, 「GPC 차트」라고도 한다)에 있어서, 분자량 2만 이상에 적어도 1개의 피크 톱과, 분자량 2만 미만에 적어도 1개의 피크 톱을 갖고, 극한 점도[η]가 0.35(dl/g) 이상 0.50(dl/g) 미만인 프로필렌계 중합체로 이루어지며, 평균 섬유경에 대한 피크 섬유경의 비율(이하, 「피크 섬유경 비율」이라고도 한다)이 0.5를 초과한다.
본 개시의 멜트블론 부직포를 구성하는 프로필렌계 중합체는, 분자량 2만 이상의 위치에 적어도 1개의 피크 톱을 가질 뿐만 아니라, 분자량 2만 미만의 위치에 적어도 1개의 피크 톱을 갖고, 또한 극한 점도[η]가 0.35(dl/g) 이상 0.50(dl/g) 미만임으로써, 멜트블론 부직포를 제작했을 때에, 평균 섬유경을 작게, 또한 비표면적을 크게 하는 것이 가능해진다. 따라서, 이와 같은 프로필렌계 중합체로 멜트블론 부직포를 구성하는 것에 의해 입자의 포집 효율이 향상된다. 또한, 평균 섬유경에 대한 피크 섬유경의 비율(이하, 「피크 섬유경 비율」이라고도 한다)이 0.5를 초과함으로써, 섬유경 분포가 좁아져 섬유경이 보다 균일화된다. 그 때문에, 불균일한 섬유경에 기인하여 생기는 극간의 발생이 억제되어, 입자의 포착 효율이 향상되는 경향이 있다.
또, 멜트블론법을 이용한 간이한 방법으로 제조할 수 있기 때문에, 생산성이 우수하다.
<프로필렌계 중합체>
본 개시의 멜트블론 부직포는, 프로필렌계 중합체로 이루어진다. 본 개시에 있어서, 프로필렌계 중합체란, 프로필렌의 함유율이 50질량% 이상인 중합체를 말한다.
프로필렌계 중합체는, GPC에 있어서의 배출 곡선에 있어서, 분자량 2만 이상에 적어도 1개의 피크 톱과, 분자량 2만 미만에 적어도 1개의 피크 톱을 갖는다. 이하, GPC의 배출 곡선에 있어서의 분자량 2만 이상의 위치에 나타나는 피크 톱을 「고분자측 피크 톱」이라고 칭하고, 분자량 2만 미만의 위치에 나타나는 피크 톱을 「저분자측 피크 톱」이라고 칭한다.
한편, 고분자측 피크 톱 및 저분자측 피크 톱의 수는, 프로필렌계 중합체에서 유래하는 피크 톱만을 세면 된다.
고분자측 피크 톱 중 적어도 1개는, 분자량 2만 이상에 위치하고, 3만 이상에 위치하는 것이 바람직하며, 4만 이상에 위치하는 것이 보다 바람직하다.
고분자측 피크 톱 중 적어도 1개는, 분자량 2만∼8만의 범위에 위치하는 것이 바람직하고, 3만∼7만의 범위에 위치하는 것이 바람직하며, 4만∼6.5만의 범위에 위치하는 것이 보다 바람직하다. 상기 범위 내이면, 평균 섬유경이 작아지는 경향이 있기 때문에 바람직하다.
저분자측 피크 톱 중 적어도 1개는, 분자량 2만 미만에 위치하고, 1.5만 이하에 위치하는 것이 바람직하고, 1.4만 이하에 위치하는 것이 보다 바람직하며, 1.3만 이하에 위치하는 것이 더 바람직하다.
저분자측 피크 톱 중 적어도 1개는, 분자량 400 이상 2만 미만의 범위에 위치하는 것이 바람직하고, 400∼1.5만의 범위에 위치하는 것이 바람직하고, 1000∼1.4만의 범위에 위치하는 것이 보다 바람직하고, 2000∼1.3만의 범위에 위치하는 것이 더 바람직하며, 6000∼1.3만의 범위에 위치하는 것이 특히 바람직하다. 상기 범위 내이면, 방사 중의 섬유 절단이 일어나기 어려워 방사성이 높은 그대로, 평균 섬유경을 작게 할 수 있는 경향이 있기 때문에 바람직하다.
프로필렌계 중합체의 중량 평균 분자량(Mw)은, 2만 이상인 것이 바람직하고, 3만 이상인 것이 보다 바람직하며, 3.5만 이상인 것이 더 바람직하다. 또한, 프로필렌계 중합체의 Mw는, 10만 이하인 것이 바람직하고, 8만 이하인 것이 보다 바람직하며, 6만 이하인 것이 더 바람직하다. Mw가 상기 상한치 이하이면 평균 섬유경이 작아지는 경향이 있기 때문에 바람직하고, Mw가 상기 하한치 이상이면 방사 중의 섬유 절단이 일어나기 어려워 방사성이 높기 때문에 바람직하다.
본 개시에 있어서, 프로필렌계 중합체의 겔 퍼미에이션 크로마토그래피(GPC)에 있어서의 배출 곡선은, GPC법에 의해, 하기의 장치 및 조건에서 측정했을 때의 배출 곡선을 말한다. 또한, 본 개시에 있어서, 프로필렌계 중합체의 중량 평균 분자량(Mw)은, 겔 퍼미에이션 크로마토그래피법에 의해, 하기의 장치 및 조건에서 측정한 폴리스타이렌 환산의 중량 평균 분자량을 말한다.
[GPC 측정 장치]
컬럼: TOSO GMHHR-H(S)HT
검출기: 액체 크로마토그램용 RI 검출기 WATERS 150C
[측정 조건]
용매: 1,2,4-트라이클로로벤젠
측정 온도: 145℃
유속: 1.0ml/분
시료 농도: 2.2mg/ml
주입량: 160μl
검량선: Universal Calibration
해석 프로그램: HT-GPC(Ver. 1.0)
한편, 방사 중에 프로필렌계 중합체의 열분해가 일어나고 있지 않는 경우는, 방사 전의 GPC 측정의 결과를 부직포의 GPC 측정의 결과로서 채용할 수 있다.
프로필렌계 중합체의 극한 점도[η]는 0.35(dl/g) 이상 0.50(dl/g) 미만이다. 극한 점도[η]가 0.35(dl/g) 미만이면, 단사(斷絲) 등의 방사 불량이 생기기 쉽다. 또한, 극한 점도[η]는 0.50(dl/g) 이상이면, 평균 섬유경이 크고 또한 비표면적이 작아져, 포집 효율이 뒤떨어진다.
방사 불량의 억제와, 평균 섬유경 및 비표면적의 관점에서, 프로필렌계 중합체의 극한 점도[η]는 0.37(dl/g)∼0.45(dl/g)인 것이 바람직하고, 0.39(dl/g)∼0.43(dl/g)인 것이 보다 바람직하다.
프로필렌계 중합체의 극한 점도[η]는, 데칼린 용매를 이용하여, 135℃에서 측정한 값이다. 구체적으로는, 다음과 같이 해서 구한다.
프로필렌계 중합체 약 20mg을 데칼린 15ml에 용해시키고, 135℃의 오일 배스 중에서 비점도 ηsp를 측정한다. 이 데칼린 용액에 데칼린 용매를 5ml 추가하여 희석 후, 마찬가지로 해서 비점도 ηsp를 측정한다. 이 희석 조작을 2회 더 반복하고, 농도(C)를 0으로 외삽했을 때의 ηsp/C의 값을 극한 점도로서 구한다(아래 식 참조).
[η]=lim(ηsp/C) (C→0)
프로필렌계 중합체는 프로필렌의 단독중합체여도, 프로필렌과 α-올레핀의 공중합체여도 된다. 프로필렌과 공중합되는 α-올레핀은 프로필렌보다도 소량이고, 또한 1종 단독으로 이용해도, 2종 이상을 병용해도 된다.
공중합되는 α-올레핀은 탄소수가 2 이상인 것이 바람직하고, 탄소수가 2, 4∼8인 것이 보다 바람직하다. 이와 같은 α-올레핀으로서, 구체적으로는 에틸렌, 1-뷰텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐, 4-메틸-1-펜텐 등을 들 수 있다.
프로필렌계 중합체로서는, 프로필렌의 함유율이 70질량% 이상인 것이 바람직하고, 80질량% 이상인 것이 보다 바람직하고, 90질량% 이상인 것이 더 바람직하며, 프로필렌 단독중합체인 것이 특히 바람직하다.
프로필렌계 중합체에 있어서의 프로필렌의 함유율이 상기 범위 내이면, 후술하는 고분자량 프로필렌계 중합체 A와, 후술하는 저분자량 프로필렌계 중합체 B를 포함하는 경우에, 상용성이 우수하고, 방사성이 향상되어, 평균 섬유경이 보다 작아지는 경향이 있어 바람직하다.
프로필렌계 중합체는, 용융 방사할 수 있는 한, 그의 멜트 플로 레이트(MFR: ASTM D-1238, 230℃, 하중 2160g)는 특별히 한정은 되지 않고, 통상 600g/10분∼2500g/10분이며, 1200g/10분∼1800g/10분의 범위에 있는 것이 바람직하다. MFR이 상기 범위에 있는 프로필렌계 중합체를 이용하는 것에 의해, 방사성이 양호하고, 인장 강도 등의 기계적 강도가 양호한 멜트블론 부직포가 얻어지는 경향이 있다.
GPC의 배출 곡선에 있어서 분자량 2만 이상과 분자량 2만 미만의 각각의 위치에 피크 톱을 갖는 프로필렌계 중합체는, Mw가 2만 이상인 고분자량 프로필렌계 중합체 A 중 적어도 하나와, Mw가 2만 미만인 저분자량 프로필렌계 중합체 B 중 적어도 하나를 포함함으로써 조제해도 된다. 즉, 고분자량 프로필렌계 중합체 A와 저분자량 프로필렌계 중합체 B의 혼합물(이하, 「프로필렌계 중합체 혼합물」이라고도 한다)이어도 된다.
또한, GPC의 배출 곡선에 있어서 분자량 2만 이상과 분자량 2만 미만의 각각의 위치에 피크 톱을 갖는 프로필렌계 중합체는, 다단 중합을 실시하고, 촉매 화합물의 종류나 다단 중합의 단수 등을 적절히 조정하여 조제해도 된다.
<고분자량 프로필렌계 중합체 A>
고분자량 프로필렌계 중합체 A는 Mw가 2만 이상이며, 3만 이상인 것이 바람직하고, 4만 이상인 것이 보다 바람직하다.
또한, 고분자량 프로필렌계 중합체 A의 Mw는 8만 이하인 것이 바람직하고, 7만 이하인 것이 보다 바람직하며, 6.5만 이하인 것이 더 바람직하다.
상기 범위 내이면, 평균 섬유경이 작아지는 경향이 있기 때문에 바람직하다.
고분자량 프로필렌계 중합체 A의 Mw는 2만∼8만인 것이 바람직하고, 3만∼7만인 것이 바람직하며, 4만∼6.5만인 것이 보다 바람직하다.
고분자량 프로필렌계 중합체 A는 프로필렌의 단독중합체여도, 프로필렌과 α-올레핀의 공중합체여도 된다. 공중합되는 α-올레핀의 예는 전술한 대로이다. 고분자량 프로필렌계 중합체 A는, 저분자량 프로필렌계 중합체 B와의 상용성이 우수한 관점에서, 프로필렌의 함유율이 70질량% 이상인 것이 바람직하고, 80질량% 이상인 것이 보다 바람직하고, 90질량% 이상인 것이 더 바람직하며, 프로필렌 단독중합체인 것이 특히 바람직하다. 한편, 상용성이 우수하면 방사성이 향상되어, 평균 섬유경이 보다 작아지는 경향이 있어 바람직하다.
또한, 고분자량 프로필렌계 중합체 A는 1종을 단독으로 이용해도, 2종 이상을 병용해도 된다.
고분자량 프로필렌계 중합체 A의 밀도는 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 0.870g/cm3∼0.980g/cm3여도 되고, 바람직하게는 0.900g/cm3∼0.980g/cm3이고, 보다 바람직하게는 0.920g/cm3∼0.975g/cm3이며, 더 바람직하게는 0.940g/cm3∼0.970g/cm3이다.
고분자량 프로필렌계 중합체 A의 밀도가 0.870g/cm3 이상이면, 얻어지는 멜트블론 부직포의, 내구성, 내열성, 강도, 및 경시(經時)에서의 안정성이 보다 향상되는 경향이 있다. 한편, 고분자량 프로필렌계 중합체 A의 밀도가 0.980g/cm3 이하이면, 얻어지는 멜트블론 부직포의, 히트 실링성 및 유연성이 보다 향상되는 경향이 있다.
한편, 본 개시에 있어서, 프로필렌계 중합체의 밀도는, 190℃에 있어서의 2.16kg 하중에서의 멜트 플로 레이트(MFR) 측정 시에 얻어지는 스트랜드를, 120℃에서 1시간 열처리하고, 1시간에 걸쳐 실온(25℃)까지 서냉한 후, JIS K7112:1999에 준거해서 밀도 구배관으로 측정하여 얻은 값을 말한다.
고분자량 프로필렌계 중합체 A의 멜트 플로 레이트(MFR)는, 후술하는 저분자량 프로필렌계 중합체 B와 병용하여 멜트블론 부직포를 제조할 수 있는 한 특별히 한정되지 않는다. 고분자량 프로필렌계 중합체 A의 MFR은, 섬유경의 가늘기, 비표면적, 방사성 등의 관점에서, 바람직하게는 1000g/10분∼2500g/10분이고, 보다 바람직하게는 1200g/10분∼2000g/10분이며, 더 바람직하게는 1300g/10분∼1800g/10분이다.
본 개시에 있어서, 프로필렌계 중합체의 MFR은, ASTM D1238에 준거해서, 하중 2.16kg, 190℃의 조건에서 측정하여 얻은 값을 말한다.
프로필렌계 중합체의 전체 질량에 대한 고분자량 프로필렌계 중합체 A의 함유율은, 40질량% 초과 60질량% 이하인 것이 바람직하고, 40질량% 초과 60질량% 미만인 것이 보다 바람직하며, 45질량%∼55질량%인 것이 더 바람직하다.
고분자량 프로필렌계 중합체 A의 함유율이 상기 범위인 경우는, 평균 섬유경이 작고 또한 비표면적이 커지는 경향이 있다. 또한, 방사성, 섬유 강도, 미립자의 포집 효율, 및 여과 유량의 균형이 우수한 경향이 있다.
한편, 프로필렌계 중합체의 전체 질량이란, 전체 구성 단위에 대한 프로필렌의 함유율이 50질량% 이상인 중합체의 합계의 질량을 의미한다.
고분자량 프로필렌계 중합체 A의 함유율이 40질량% 이하가 되는 경우는, 고분자량 프로필렌계 중합체 A의 Mw를 높은 편으로 설계하는 것이 바람직하다. 한편, 고분자량 프로필렌계 중합체 A의 함유율이 60질량%를 상회하는 경우는, 고분자량 프로필렌계 중합체 A의 Mw를 낮은 편으로 설계하는 것이 바람직하다.
<저분자량 프로필렌계 중합체 B>
저분자량 프로필렌계 중합체 B는 Mw가 2만 미만으로, 비교적 분자량이 낮기 때문에, 왁스상의 중합체여도 된다.
저분자량 프로필렌계 중합체 B의 Mw는 1.5만 이하인 것이 바람직하고, 1.4만 이하인 것이 보다 바람직하며, 1.3만 이하인 것이 더 바람직하다.
또한, 저분자량 프로필렌계 중합체 B의 Mw는 400 이상인 것이 바람직하고, 1000 이상인 것이 보다 바람직하고, 2000 이상인 것이 더 바람직하며, 6000 이상인 것이 특히 바람직하다.
상기 범위 내이면, 방사 중의 섬유 절단이 일어나기 어려워 방사성이 높은 그대로, 평균 섬유경을 작게 할 수 있는 경향이 있기 때문에 바람직하다.
저분자량 프로필렌계 중합체 B의 Mw는 400 이상 2만 미만인 것이 바람직하고, 400∼1.5만인 것이 바람직하고, 1000∼1.4만인 것이 보다 바람직하고, 2000∼1.3만인 것이 더 바람직하며, 6000∼1.3만인 것이 특히 바람직하다.
저분자량 프로필렌계 중합체 B는 프로필렌의 단독중합체여도, 프로필렌과 α-올레핀의 공중합체여도 된다. 공중합되는 α-올레핀의 예는 전술한 대로이다. 저분자량 프로필렌계 중합체 B는, 고분자량 프로필렌계 중합체 A와의 상용성이 우수한 관점에서, 프로필렌의 함유율이 70질량% 이상인 것이 바람직하고, 80질량% 이상인 것이 보다 바람직하고, 90질량% 이상인 것이 더 바람직하며, 프로필렌 단독중합체인 것이 특히 바람직하다. 한편, 상용성이 우수하면 방사성이 높아져, 평균 섬유경이 보다 작아지는 경향이 있다.
또한, 저분자량 프로필렌계 중합체 B는 1종을 단독으로 이용해도, 2종 이상을 병용해도 된다.
저분자량 프로필렌계 중합체 B는 연화점이 90℃를 초과하는 것이 바람직하고, 100℃ 이상인 것이 보다 바람직하다.
저분자량 프로필렌계 중합체 B의 연화점이 90℃를 초과하면, 열처리 시 또는 사용 시에 있어서의 내열 안정성을 보다 향상시킬 수 있고, 결과로서 필터 성능이 보다 향상되는 경향이 있다. 저분자량 프로필렌계 중합체 B의 연화점의 상한은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 145℃를 들 수 있다.
본 개시에 있어서, 프로필렌계 중합체의 연화점은 JIS K2207:2006에 따라 측정하여 얻은 값을 말한다.
저분자량 프로필렌계 중합체 B의 밀도는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 0.890g/cm3∼0.980g/cm3여도 되고, 바람직하게는 0.910g/cm3∼0.980g/cm3이고, 보다 바람직하게는 0.920g/cm3∼0.980g/cm3이며, 더 바람직하게는 0.940g/cm3∼0.980g/cm3이다.
저분자량 프로필렌계 중합체 B의 밀도가 상기 범위에 있으면, 저분자량 프로필렌계 중합체 B와 고분자량 프로필렌계 중합체 A의 혼련성이 우수하고, 또한 방사성 및 경시에서의 안정성이 우수한 경향이 있다. 프로필렌계 중합체의 밀도의 측정 방법은 전술한 대로이다.
프로필렌계 중합체의 전체 질량에 대한 저분자량 프로필렌계 중합체 B의 함유율은 40질량% 이상 60질량% 미만인 것이 바람직하고, 40질량% 초과 60질량% 미만인 것이 보다 바람직하며, 45질량%∼55질량%인 것이 더 바람직하다.
저분자량 프로필렌계 중합체 B의 함유율이 상기 범위인 경우는, 평균 섬유경이 작고 또한 비표면적이 커지는 경향이 있다. 또한, 방사성, 섬유 강도, 미립자의 포집 효율, 및 여과 유량의 균형이 우수한 경향이 있다.
한편, 프로필렌계 중합체의 전체 질량이란, 전체 구성 단위에 대한 프로필렌의 함유율이 50질량% 이상인 중합체의 합계의 질량을 의미한다.
저분자량 프로필렌계 중합체 B의 함유율이 40질량%를 하회하는 경우는, 저분자량 프로필렌계 중합체 B의 Mw를 낮은 편으로 설계하는 것이 바람직하다. 이 경우의 저분자량 프로필렌계 중합체 B의 Mw는, 바람직하게는 400∼1.5만이고, 보다 바람직하게는 1,000∼1.3만이며, 특히 바람직하게는 1,000∼8,000이다.
한편, 저분자량 프로필렌계 중합체 B의 함유율이 60질량% 이상이 되는 경우는, 저분자량 프로필렌계 중합체 B의 Mw를 높은 편으로 설계하는 것이 바람직하다. 이 경우의 저분자량 프로필렌계 중합체 B의 Mw는, 바람직하게는 1,000∼1.5만이고, 보다 바람직하게는 3,000∼1.5만이며, 더 바람직하게는 5,000∼1.5만이다.
<멜트블론 부직포>
멜트블론 부직포를 구성하는 섬유의 평균 섬유경은 0.90μm 이하인 것이 바람직하고, 0.50μm∼0.87μm인 것이 보다 바람직하며, 0.50μm∼0.83μm인 것이 더 바람직하다. 평균 섬유경이 0.90μm 이하이면, 필터로 했을 때에 입자의 포집 효율이 향상되는 경향이 있어 바람직하다. 또한, 평균 섬유경이 0.50μm 이상이면, 필터로 했을 때에 섬유가 절단되기 어렵고, 절단된 섬유의 혼입에 의한 오염을 저감할 수 있는 경향이 있어 바람직하다. 본 개시의 프로필렌계 중합체를 이용함으로써, 평균 섬유경을 보다 작게 하는 것이 가능하다.
멜트블론 부직포의 평균 섬유경은, 멜트블론 부직포의 전자 현미경 사진(배율 1000배)으로부터, 임의의 100본의 부직포 섬유를 선택하고, 선택한 섬유의 직경을 측정하여, 그 평균값을 말한다.
멜트블론 부직포는 섬유경 분포를 측정했을 때에 평균 섬유경에 대한 피크 섬유경의 비율(피크 섬유경 비율)이 0.5를 초과한다. 피크 섬유경 비율이 0.5를 초과하면, 섬유경 분포가 좁아져 섬유경이 보다 균일화된다. 그 때문에, 불균일한 섬유경에 기인하여 생기는 극간의 발생이 억제되어, 입자의 포착 효율이 향상되는 경향이 있다.
피크 섬유경 비율은 0.53 이상인 것이 바람직하고, 0.55 이상인 것이 보다 바람직하다. 피크 섬유경 비율의 상한치는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 0.95 이하여도 되고, 0.90 이하여도 된다.
섬유경 분포에 있어서의 평균 섬유경과 피크 섬유경의 측정 방법에 대하여 설명한다.
(1) 평균 섬유경의 측정
멜트블론 부직포를, 주식회사 히타치제작소제 전자 현미경 「S-3500N」을 이용하여 배율 5000배의 사진을 촬영하고, 무작위로 섬유의 폭(직경: μm)을 1000점 측정하고, 수 평균으로 평균 섬유경(μm)을 산출한다.
멜트블론 부직포에 있어서의 섬유의 측정 개소를 무작위로 하기 위해, 촬영한 사진의 왼쪽 위 모서리로부터 오른쪽 아래 모서리로 대각선을 긋고, 대각선과 섬유가 교차한 개소의 섬유의 폭(직경)을 측정한다. 측정점이 1000점이 될 때까지 신규로 사진을 촬영하고 측정을 행한다.
(2) 피크 섬유경(최빈 섬유경)
앞서 기술한 「(1) 평균 섬유경의 측정 방법」에서 측정된 1000점의 섬유경(μm)의 데이터에 기초하여, 대수 도수 분포를 작성한다.
대수 도수 분포는, x축을 섬유경(μm)을, 10을 밑으로 하는 대수 스케일 상에 플롯하고, y축은 빈도의 백분율로 한다. x축 상에 있어서, 섬유경 0.1(=10-1)μm로부터 섬유경 50.1(=101.7)μm까지를, 대수 스케일 상에서 균등하게 27로 분할하고, 빈도가 가장 큰 분할 구간에 있어서의 x축의 최소값과 최대값의 상승 평균의 값을 피크 섬유경(최빈 섬유경)으로 한다.
멜트블론 부직포의 비표면적은 2.5m2/g∼25.0m2/g인 것이 바람직하고, 3.0m2/g∼20.0m2/g인 것이 보다 바람직하며, 4.0m2/g∼15.0m2/g인 것이 더 바람직하다. 비표면적이 상기 범위 내이면 입자의 포착 효율이 향상되는 경향이 있기 때문에 바람직하다. 본 개시의 프로필렌계 중합체를 이용함으로써, 비표면적을 보다 크게 하는 것이 가능하다. 멜트블론 부직포의 비표면적은 JIS Z8830:2013에 준거해서 구한 값이다.
멜트블론 부직포는, 본 개시의 프로필렌계 중합체를 이용함으로써, 평균 섬유경과 비표면적을 상기 범위 내로 할 수 있어, 필터로서 이용하면 포집 효율이 우수하다.
멜트블론 부직포의 평균 공경은 10.0μm 이하인 것이 바람직하고, 3.0μm 이하인 것이 보다 바람직하며, 2.5μm 이하인 것이 더 바람직하다.
또한, 멜트블론 부직포의 평균 공경은 0.01μm 이상인 것이 바람직하고, 0.1μm 이상인 것이 보다 바람직하다. 평균 공경이 0.01μm 이상이면, 멜트블론 부직포를 필터에 이용한 경우에, 압손이 억제되고, 유량을 유지할 수 있는 경향이 있다.
또한, 멜트블론 부직포의 최대 공경은 20μm 이하인 것이 바람직하고, 6.0μm 이하인 것이 보다 바람직하며, 5.0μm 이하인 것이 더 바람직하다.
또한, 멜트블론 부직포의 최소 공경은 0.01μm 이상인 것이 바람직하고, 0.1μm 이상인 것이 보다 바람직하다.
멜트블론 부직포의 공경(평균 공경, 최대 공경 및 최소 공경)은 버블 포인트법에 의해 측정할 수 있다. 구체적으로는, JIS Z8703:1983(시험 장소의 표준 상태)에 준거해서, 온도 20±2℃, 습도 65±2%의 항온실 내에서, 멜트블론 부직포의 시험편에 불소계 불활성 액체(예를 들면, 3M사제, 상품명: 플루오리너트)를 함침시키고, 캐필러리 플로 포로미터(예를 들면, Porous materials, Inc사제, 제품명: CFP-1200AE)로 공경을 측정한다.
멜트블론 부직포의 평량은 용도에 따라 적절히 결정할 수 있지만, 통상 1g/m2∼200g/m2이고, 2g/m2∼150g/m2의 범위에 있는 것이 바람직하다.
멜트블론 부직포의 공극률은 통상 40% 이상이며, 40%∼98%의 범위에 있는 것이 바람직하고, 60%∼95%의 범위에 있는 것이 보다 바람직하다. 본 개시의 멜트블론 부직포가 엠보싱 가공되어 있는 경우에는, 멜트블론 부직포의 공극률은 엠보싱점을 제외한 개소에 있어서의 공극률을 의미한다.
또한, 본 개시의 멜트블론 부직포 중, 40% 이상의 공극률을 갖는 부위가 차지하는 체적이 90% 이상인 것이 바람직하고, 거의 모든 부위에서 40% 이상의 공극률을 갖는 것이 보다 바람직하다. 본 개시의 멜트블론 부직포를 필터에 이용하는 경우에는, 엠보싱 가공되어 있지 않거나, 또는 거의 모든 영역에서 엠보싱 가공되어 있지 않은 것이 바람직하다. 엠보싱 가공되어 있지 않은 경우에는, 필터에 유체를 통과시켰을 때의 압력 손실이 억제되고, 또한 필터 유로 길이가 길어지기 때문에 필터링 성능이 향상되는 경향이 있다. 한편, 본 개시의 멜트블론 부직포가 다른 부직포에 적층되어 있는 경우에, 다른 부직포는 엠보싱 가공되어 있어도 된다.
멜트블론 부직포의 통기도는, 바람직하게는 3cm3/cm2/sec∼30cm3/cm2/sec이고, 보다 바람직하게는 5cm3/cm2/sec∼20cm3/cm2/sec이며, 더 바람직하게는 8cm3/cm2/sec∼12cm3/cm2/sec이다.
멜트블론 부직포는 용매 성분을 포함하지 않는 것이 바람직하다. 용매 성분이란, 섬유를 구성하는 프로필렌계 중합체를 용해 가능한 유기 용매 성분을 의미한다. 용매 성분으로서는, 다이메틸폼아마이드(DMF) 등을 들 수 있다. 용매 성분을 포함하지 않는다란, 헤드스페이스 가스 크로마토그래프법에 의해 검출 한계 이하인 것을 의미한다.
멜트블론 부직포의 섬유는 섬유끼리가 자기 융착한 교락점을 갖는 것이 바람직하다. 자기 융착한 교락점이란, 섬유를 구성하는 프로필렌계 중합체 자체가 융착함으로써 섬유끼리가 결합한 분기 부위를 의미하고, 섬유끼리가 바인더 수지를 개재시켜 접착되어 생긴 교락점과는 구별된다. 자기 융착한 교락점은 멜트블론에 의한 섬유상 프로필렌계 중합체의 세화의 과정에서 형성된다. 섬유끼리가 자기 융착한 교락점을 갖는지 여부는 전자 현미경 사진에 의해 확인할 수 있다.
멜트블론 부직포의 섬유끼리가 자기 융착에 의한 교락점을 갖는 경우, 섬유끼리를 접착시키기 위한 접착 성분을 이용하지 않아도 된다. 따라서, 섬유끼리가 자기 융착에 의한 교락점을 갖는 멜트블론 부직포는, 섬유를 구성하는 프로필렌계 중합체 이외의 수지 성분을 함유할 필요가 없고, 또한 함유하지 않는 것이 바람직하다.
멜트블론 부직포는 단층 부직포로서 이용해도 되고, 또는 적층체의 적어도 하나의 층을 구성하는 부직포로서 이용해도 된다. 적층 부직포를 구성하는 다른 층의 예로서는, 종래의 멜트블론 부직포, 스펀본드 부직포, 니들 펀칭 및 스펀 레이스 부직포 등의 다른 부직포, 및 직물, 편물, 종이 등이 포함된다. 부직포 적층체에 있어서, 본 개시의 멜트블론 부직포는 적어도 1매 포함되어 있으면 되고, 2매 이상 포함되어 있어도 된다. 또한, 다른 부직포, 직물, 편물, 종이 등도 이들 중에서 적어도 1매 포함되어 있으면 되고, 2매 이상 포함되어 있어도 된다. 부직포 적층체는 필터로서 이용할 수 있고, 발포 성형용 보강재 등으로서 이용해도 된다.
<멜트블론 부직포의 용도>
본 개시의 멜트블론 부직포는, 예를 들면, 가스 필터(에어 필터), 액체 필터 등의 필터로서 이용해도 된다.
멜트블론 부직포가, 1) 용제 성분을 포함하지 않음, 2) 섬유끼리를 접착시키기 위한 접착제 성분을 포함하지 않음, 3) 엠보싱 가공이 실시되어 있지 않음, 이들 1)∼3) 중 적어도 하나를 만족시키는 경우에는, 불순물의 함유량이 저감된다. 그 때문에, 이와 같은 멜트블론 부직포는 청정성과 필터링 성능이 높아, 고성능 필터로서 적합하게 이용된다.
본 개시의 멜트블론 부직포는, 액체용 필터로서 적합하게 이용할 수 있다.
본 개시의 멜트블론 부직포는, 평균 섬유경이 작고, 또한 비표면적이 큰 경향이 있다. 이 때문에, 본 개시의 멜트블론 부직포를 액체 필터로서 이용하면, 미립자의 포집 효율이 우수하기 때문에 바람직하다.
액체용 필터는 본 개시의 멜트블론 부직포의 단층으로 이루어져도 되고, 또는 본 개시의 멜트블론 부직포의 2층 이상의 부직포 적층체로 이루어져도 된다. 액체용 필터로서, 2층 이상의 멜트블론 부직포를 포함하는 부직포 적층체를 이용하는 경우는, 2층 이상의 멜트블론 부직포를 단순히 겹쳐도 된다.
또한, 액체용 필터는, 목적 및 적용하는 액체에 따라서, 본 개시의 멜트블론 부직포에, 다른 멜트블론 부직포를 조합해도 된다. 또한, 액체용 필터의 강도를 강하게 하기 위해서, 스펀본드 부직포, 망상물 등을 적층해도 된다.
액체 필터는, 예를 들면, 공경을 작게 제어하기 위해서 플랫 롤 사이에 클리어런스를 마련한 한 쌍의 플랫 롤을 이용하여 캘린더 처리를 행해도 된다. 플랫 롤 사이의 클리어런스는, 부직포의 두께에 따라서 적절히 변경하여, 부직포의 섬유 사이에 있는 공극이 없어지지 않도록 하는 것이 필요하다.
캘린더 처리 시에, 가열 처리를 행하는 경우, 롤 표면 온도가 폴리프로필렌 섬유의 융점보다 15℃ 내지 50℃ 낮은 온도의 범위에서 열압접하는 것이 바람직하다. 롤 표면 온도가 폴리프로필렌 섬유의 융점보다 15℃ 이상 낮은 경우는, 멜트블론 부직포의 표면의 필름화가 억제되어, 필터 성능의 저하가 억제되는 경향이 있다.
또한, 본 개시의 멜트블론 부직포는 발포 성형용 보강재에 이용해도 된다. 발포 성형용 보강재란, 예를 들면, 유레테인 등으로 이루어지는 발포 성형체의 표면을 피복하여, 발포 성형체의 표면을 보호하거나, 발포 성형체의 강성을 높이거나 하기 위해서 사용되는 보강재이다.
본 개시의 멜트블론 부직포는 평균 섬유경이 작고, 또한 비표면적이 커지는 경향이 있기 때문에, 액체 유지 성능이 높아지는 경향이 있다. 따라서, 발포 성형용의 금형 내면에, 본 개시의 멜트블론 부직포를 포함하는 발포 성형용 보강재를 배치하고, 발포 성형을 행함으로써, 유레테인 등의 발포용 수지가 성형체 표면으로 배어 나오는 것을 방지할 수 있다. 발포 성형용 보강재에는, 본 개시의 멜트블론 부직포만으로 이루어지는 단층 부직포를 이용해도 되지만, 본 개시의 멜트블론 부직포의 편면 또는 양면에, 스펀본드 부직포가 적층된 부직포 적층체를 이용하는 것이 바람직하다. 스펀본드 부직포를 적층함으로써, 예를 들면 다른 층과의 적층이 용이해진다.
발포 성형용 보강재에 이용하는 스펀본드 부직포로서는, 섬유경이 10μm∼40μm인 것이 바람직하고, 10μm∼20μm인 것이 보다 바람직하며, 평량은 10g/m2∼50g/m2인 것이 바람직하고, 10g/m2∼20g/m2인 것이 보다 바람직하다. 스펀본드 부직포층의 섬유경 및 평량이 상기 범위이면, 발포용 수지의 배어 나옴을 방지하기 쉬운 경향이 있음과 함께, 발포 성형용 보강재의 경량화가 도모된다.
한편, 발포 성형용 보강재는, 필요에 따라서, 스펀본드 부직포 상에 추가로 보강층 등을 가져도 된다. 보강층으로서는, 여러 가지의 공지된 부직포 등을 이용할 수 있다. 발포 성형용 보강재가 보강층을 편면에만 갖는 경우, 발포 성형용 보강재는, 보강층이 본 개시의 멜트블론 부직포보다, 발포 수지측이 되도록 배치하여 사용된다.
≪멜트블론 부직포의 제조 방법≫
본 개시의 멜트블론 부직포의 제조 방법은 특별히 제한되지 않고, 종래 공지된 방법을 적용할 수 있다. 단, 이하에 나타내는 본 개시의 멜트블론 부직포의 제조 방법에 의하면, 용이하게 본 개시의 멜트블론 부직포를 제조할 수 있다.
본 개시의 멜트블론 부직포의 제조 방법은, 멜트블로용 다이에 압송된 용융된 열가소성 수지를, 다수의 소공이 정렬된 노즐로부터 방출함과 함께, 소공의 열을 협지하도록 마련한 슬릿으로부터 분출되는 고온 고속 공기에 의해 견인 세화시켜 섬유를 형성하는 공정과, 이동하는 포집판 상에 상기 섬유를 퇴적하여 멜트블론 부직포를 형성하는 공정을 갖는다.
한편, 상기 열가소성 수지는, 겔 퍼미에이션 크로마토그래피에 있어서의 배출 곡선에 있어서, 분자량 2만 이상의 위치에 적어도 1개의 피크 톱과, 분자량 2만 미만의 위치에 적어도 1개의 피크 톱을 갖고, 극한 점도[η]가 0.35(dl/g) 이상 0.50(dl/g) 미만인 프로필렌계 중합체이다.
그리고, 상기 섬유를 형성하는 공정에 있어서, 상기 고온 고속 공기가 분출되는 상기 슬릿의 출구부의 양 측면으로부터, 상기 멜트블로용 다이의 선단부에 극간 없이 장착되어 있는 방출된 열가소성 수지 섬유를 냉각하기 위한 냉각 유체를 도입하기 위한 어태치먼트를 개재시켜, 노즐면을 따라서 수평 방향으로부터 30℃ 이하의 냉각 유체를 공급하여, 방출된 열가소성 수지 섬유를 냉각한다.
여기에서, 본 발명자들은, 프로필렌계 중합체를 원료로서 이용하여, 극한 점도[η]를 더 낮춤으로써, 세섬유화 및 비표면적의 증가를 달성할 수 있는 것은 아닐까 생각했다. 그러나, 극한 점도[η]가 지나치게 낮아지면, 멜트블론법으로는 방사하는 것이 용이하지 않게 되는 것을 알 수 있었다. 그래서, 극한 점도[η]가 낮아도 용이하게 방사할 수 있는 방법이 없는지를 더 검토했다. 예의 검토한 결과, 방출 직후의 섬유를 냉각함으로써, 안정되게 방사 가능할 뿐만 아니라, 섬유경이 작고 또한 비표면적이 커지는 것을 발견하여, 본 개시의 멜트블론 부직포의 제조 방법에 이른 것이다.
한편, 본 개시의 구성에서는, 냉각 유체를 송부하는 장치를, 기존의 멜트블론법의 제조 설비에 추가하는 것만으로 구성하는 것이 가능하여, 비용을 저감할 수 있다는 이점이 있다.
또한 본 개시의 구성에서는, 냉각 유체를 송부하는 장치의 장착도, 측면으로부터 냉각 유체를 내뿜는 구성으로 함으로써, 제조 효율에 전혀 영향을 주지 않고서 제조할 수 있다는 이점이 있다.
멜트블론법이란, 멜트블론 부직포의 제조에 있어서의 플리스 형성법의 하나이다. 용융된 프로필렌계 중합체를 방사 구금으로부터 섬유상으로 토출시킬 때에, 용융 상태의 토출물에 양 측면으로부터 가열 압축 가스를 맞힘과 함께, 가열 압축 가스를 수반시킴으로써 토출물의 지름을 작게 할 수 있다.
멜트블론법은, 구체적으로는, 예를 들면, 원료가 되는 프로필렌계 중합체를 압출기 등을 이용하여 용융한다. 용융 프로필렌계 중합체는 압출기의 선단에 접속된 방사 구금에 도입되고, 방사 구금의 방사 노즐로부터 섬유상으로 토출된다. 토출된 섬유상의 용융 프로필렌계 중합체를 고온 가스(예를 들면 공기)로 견인하는 것에 의해, 섬유상의 용융 프로필렌계 중합체가 세화된다.
토출된 섬유상의 용융 프로필렌계 중합체는, 고온 가스에 견인됨으로써, 통상 1.4μm 이하, 바람직하게는 1.0μm 이하의 직경으로까지 세화된다. 바람직하게는, 고온 가스에 의한 한계까지 섬유상의 용융 프로필렌계 중합체를 세화한다.
또, 노즐면을 따라서 수평 방향으로부터 30℃ 이하의 냉각 유체를 공급하여, 섬유상의 프로필렌계 중합체를 냉각함으로써, 극한 점도[η]가 0.50(dl/g) 미만으로 낮은 프로필렌계 중합체를 열가소성 수지 섬유로서 이용한 경우여도, 안정되게 방사할 수 있다.
상기 냉각 유체로서는 물 및 공기를 들 수 있지만, 물을 사용한 경우에는 부직포에 수분이 잔존하여 곰팡이가 발생할 우려가 있는 것, 또한 물 유래의 미소 금속분이 섬유에 부착되기 때문에 반도체 산업에 사용되는 정밀 필터용 부직포, 혹은 세퍼레이터용 부직포로서는 바람직하지 않을 우려가 있다.
이 때문에, 상기 냉각 유체로서는 냉각 공기가 바람직하다.
여기에서, 상기 어태치먼트는 상기 멜트블로용 다이의 선단부에 극간 없이 장착되어 있다.
한편, 이 극간 없이란, 외부의 공기가 혼입되는 공기 통로가 형성되지 않는다는 의미이다.
이와 같은 구성에 의하면, 노즐면을 따라서 냉각풍이 부여되고, 고온 고속 공기에 의해 견인 세화시켜 이루어지는 섬유를 냉각하기 위한 냉각 유체, 바람직하게는 냉각 공기를 받아들이는 것에 의해서도 와류의 발생이 생기는 경우는 없어, 서로 섞인 고온 고압 공기와 냉각 유체를 정연하게 하방으로 유도하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 섬유끼리의 뒤얽힘 혹은 융착을 방지하면서 수지 섬유를 하방으로 안내할 수 있다.
세화된 섬유상의 용융 프로필렌계 중합체에, 고전압을 인가하여, 더 세화해도 된다. 고전압을 인가하면, 전장의 인력에 의해 섬유상의 용융 프로필렌계 중합체가 포집측으로 잡아 당겨져 세화된다. 인가하는 전압은 특별히 제한되지 않고, 1kV∼300kV여도 된다.
또한, 섬유상의 용융 프로필렌계 중합체에, 열선을 조사하여, 더 세화해도 된다. 열선을 조사함으로써 세화되고, 유동성이 저하된 섬유상 프로필렌계 중합체를 재용융할 수 있다. 또한, 열선을 조사함으로써, 섬유상 프로필렌계 중합체의 용융 점도를 보다 낮출 수도 있다. 그 때문에, 분자량이 큰 프로필렌계 중합체를 방사 원료로 하더라도, 충분히 세화된 섬유를 얻을 수 있어, 고강도의 멜트블론 부직포가 얻어질 수 있다.
열선이란, 파장 0.7μm∼1000μm의 전자파를 의미하고, 특히 파장 0.7μm∼2.5μm인 근적외선을 의미한다. 열선의 강도나 조사량은 특별히 제한되지 않고, 섬유상 용융 프로필렌계 중합체가 재용융되면 된다. 예를 들면, 1V∼200V, 바람직하게는 1V∼20V의 근적외선 램프 또는 근적외선 히터를 이용할 수 있다.
섬유상의 용융 프로필렌계 중합체는 웹상으로 포집된다. 일반적으로는, 컬렉터에 포집되고 퇴적된다. 이에 의해, 멜트블론 부직포가 제조된다. 컬렉터의 예에는, 다공 벨트, 다공 드럼 등이 포함된다. 또한, 컬렉터는 공기 포집부를 갖고 있어도 되고, 이에 의해 섬유의 포집을 촉진해도 된다.
컬렉터 상에 미리 마련한 원하는 기재 상에 섬유를 웹상으로 포집해도 된다. 미리 마련해 두는 기재의 예에는, 멜트블론 부직포, 스펀본드 부직포, 니들 펀칭 및 스펀 레이스 부직포 등의 다른 부직포, 및 직물, 편물, 종이 등이 포함된다. 이에 의해, 고성능 필터, 와이퍼 등에서 사용하는 멜트블론 부직포 적층체를 얻을 수도 있다.
<멜트블론 부직포의 제조 장치>
본 개시의 멜트블론 부직포를 제조하기 위한 제조 장치는, 본 개시의 멜트블론 부직포를 제조할 수 있으면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면,
1) 프로필렌계 중합체를 용융시켜 반송하는 압출기(멜트블로용 다이)와,
2) 압출기로부터 반송된 용융 프로필렌계 중합체를 섬유상으로 토출(방출)하는 방사 구금(다수의 소공이 정렬된 노즐)과,
3) 방사 구금의 하부에, 고온 가스(고온 고속 공기)를 분사하는 가스 노즐(슬릿)과,
4) 고온 가스(고온 고속 공기)가 분출되는 가스 노즐(슬릿)의 출구부의 양 측면으로부터, 멜트블로용 다이의 선단부에 극간 없이 장착되어 있는 방출된 열가소성 수지 섬유를 냉각하기 위한 냉각 유체를 도입하기 위한 어태치먼트를 개재시켜, 노즐면을 따라서 수평 방향으로부터 30℃ 이하의 냉각 유체를 공급하여, 방출된 열가소성 수지 섬유를 냉각하는 냉각기와,
5) 방사 구금으로부터 토출된 섬유상의 용융 프로필렌계 중합체를 웹상으로 포집하는 포집기
를 구비하는 제조 장치를 들 수 있다.
압출기는 특별히 한정되지 않고, 1축 압출기여도 다축 압출기여도 된다. 호퍼로부터 투입된 고체 프로필렌계 중합체가 압축부에서 용융된다.
방사 구금(노즐)은 압출기의 선단에 배치되어 있다. 방사 구금은 통상 복수의 방사 노즐을 구비하고 있고, 예를 들면, 복수의 방사 노즐이 열(列)상으로 배열되어 있다. 방사 노즐의 직경은 0.05mm∼0.38mm인 것이 바람직하다. 용융 프로필렌계 중합체가 압출기에 의해 방사 구금에까지 반송되고, 방사 노즐에 도입된다. 방사 노즐의 개구부로부터 섬유상의 용융 프로필렌계 중합체가 토출된다. 용융 프로필렌계 중합체의 토출 압력은 통상 0.01kg/cm2∼200kg/cm2의 범위이고, 10kg/cm2∼30kg/cm2의 범위인 것이 바람직하다. 이에 의해 토출량을 높여, 대량 생산을 실현한다.
가스 노즐은 방사 구금의 하부, 보다 구체적으로는 방사 노즐의 개구부 부근에 고온 가스를 분사한다. 분사 가스는 공기일 수 있다. 가스 노즐을 방사 노즐의 개구부의 근방에 마련하고, 노즐 개구로부터의 토출 직후의 프로필렌계 중합체에 고온 가스를 분사하는 것이 바람직하다.
분사하는 고온 가스의 속도(풍속)는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 10m/초∼220m/초이고, 보다 바람직하게는 50m/초∼180m/초이다. 분사하는 고온 가스의 온도는 통상 5℃∼400℃ 이하이고, 바람직하게는 250℃∼350℃의 범위이다. 분사하는 고온 가스의 종류는 특별히 한정되지 않고, 압축 공기를 이용해도 된다.
멜트블론법에 있어서, 섬유는 고온 가스에 의해 인장되어 섬유화된다. 그 때문에 고온 가스의 속도에 따라 섬유경은 변화되고, 속도가 높은 편이 열가소성 수지 섬유를 세섬화할 수 있는 경향이 있는 점에서 바람직하다. 한편으로, 상기의 상한치 이내임으로써, 방사가 안정적이게 되고, 예를 들면 인접한 섬유와 융착하는 등 해서 섬유경이 커지는 것이 억제된다.
냉각기는, 고온 가스(고온 고속 공기)가 분출되는 가스 노즐(슬릿)의 출구부의 양 측면으로부터, 멜트블로용 다이의 선단부에 극간 없이 장착되어 있는 방출된 열가소성 수지 섬유를 냉각하기 위한 냉각 유체를 도입하기 위한 어태치먼트를 개재시켜, 노즐면을 따라서 수평 방향으로부터 30℃ 이하의 냉각 유체를 공급하여, 방출된 열가소성 수지 섬유를 냉각한다. 냉각 유체의 온도는, 단사를 방지하는 관점에서, -50℃ 이상이 바람직하고, -30℃ 이상이 보다 바람직하며, 0℃ 이상이 더 바람직하다.
분사하는 냉각 유체의 풍량은, 섬유를 충분히 냉각할 수 있으면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 100m3/hr∼30000m3/hr이고, 보다 바람직하게는 1000m3/hr∼10000m3/hr이다.
멜트블론 부직포의 제조 장치는 방사 구금으로부터 토출된 섬유상의 용융 프로필렌계 중합체에 전압을 인가하는 전압 부여 수단을 추가로 구비해도 된다.
또한, 방사 구금으로부터 토출된 섬유상의 용융 프로필렌계 중합체에 열선을 조사하는 열선 조사 수단을 추가로 구비해도 된다.
웹상으로 포집하는 포집기(컬렉터)는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 다공 벨트에 섬유를 포집하면 된다. 다공 벨트의 메시 폭은 5메시∼200메시인 것이 바람직하다. 또, 다공 벨트의 섬유 포집면의 뒤쪽에 공기 포집부를 마련하여, 포집을 용이하게 해도 된다. 포집기의 포집면으로부터, 방사 노즐의 노즐 개구부까지의 거리는 3cm∼55cm인 것이 바람직하다.
이하, 상기 프로필렌계 중합체에 의한 멜트블론 부직포의 제조 방법 및 제조 장치에 대하여, 도면을 참조하면서 더 설명한다.
도 1 및 도 2는 종래부터 사용되고 있는 종래의 멜트블론 부직포의 제조 장치를 나타낸 개략도이다.
이 멜트블론 부직포의 제조 장치(2)는, 멜트블로용 다이(4)의 하방에, 메시 컨베이어(6)로 이루어지는 포집판이 배치되고, 이 메시 컨베이어(6)의 하방에, 감압 수단에 의해 내부를 흡인할 수 있는 석션 박스(8)가 배치되어 있다.
또, 석션 박스(8)의 측방에는, 메시 컨베이어(6)를 이동(회전)시키기 위한 롤러(9)가 배치되고, 또 그의 하류측 상방에는, 멜트블로 부직포를 권취하기 위한 권취 롤러(도시하지 않음)가 배치되어 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 멜트블로용 다이(4)의 하면측에는, 단면(斷面) 형상이 이등변 삼각형상인 다이 노즈(12)가 배치되고, 이 다이 노즈(12)의 중앙부에, 복수의 소공(14)이 열상으로 배열된 노즐(16)이 배치되어 있다(예를 들면, 노즐(16)에는 10개∼10000개의 소공(14)이 열상으로 배열되어 배치된다). 그리고, 수지 통로(18) 내에 공급되어 온 용융 수지는 노즐(16)의 각 소공(14)으로부터 하방을 향해 압출된다. 한편, 도 2에서는, 압출되어 오는 1본의 섬유(10)만을 나타내고 있다. 한편, 노즐(16)의 소공(14)의 열을 양측으로부터 협지하도록 슬릿(31, 31)이 형성되고, 이들 슬릿(31, 31)에 의해 공기 통로(20a, 20b)가 구성되어 있다. 그리고, 공기 통로(20a, 20b)로부터 보내져 오는 고온 고압 공기가 용융 수지의 압출 시에 비스듬히 하방을 향해 분출된다.
노즐(16)에 형성된 소공(14)의 지름은 통상 0.05mm∼0.4mm가 바람직하다. 소공(14)의 지름이 0.05mm 이상이면, 섬유의 형상이 안정되는 경향이 있고, 섬유경의 CV값이 작아지는 경향이 있기 때문에 바람직하다. 또한, 폴리머의 열화 등에 의해 장기간 운전 시에 구멍이 막히기 어려워져 바람직하다. 한편, 0.4mm 이하이면 섬유경이 작아지는 경향이 되기 때문에 바람직하다.
용융 수지의 단공(單孔) 토출량은 통상 0.02g/분∼3.0g/분, 바람직하게는 0.04g/분∼2.0g/분이다. 토출량이 0.02g/분 이상이면, 생산성이 우수함과 함께, 플라이라고 불리는 섬유의 사절이 발생하기 어려워 방사 안정성이 우수하고, 연속 조업 운전 시의 구멍 막힘도 생기기 어렵기 때문에 바람직하다. 한편, 3.0g/분 이하이면 섬유경이 작아지는 경향이 있기 때문에 바람직하다.
또한, 위생 재료용으로 이용하는 경우는, 제품의 성질상, 저비용화가 요구되기 때문에, 비교적 높은 토출량에서의 생산을 행할 것이 요구되고, 그 경우는, 단공 토출량은 통상 0.2g/분 이상, 바람직하게는 0.3g/분 이상이다. 토출량이 0.2g/분 이상이면 생산성이 높기 때문에 바람직하다.
또한, 세섬유, 예를 들면 0.50μm∼0.90μm의 섬유경을 갖는 멜트블로 부직포를 얻기 위해서는, 통상 1.0mm∼6.0mm, 바람직하게는 1.5mm∼4.0mm, 더 바람직하게는 2.0mm∼3.0mm의 범위에 있다.
또한, 위생 재료용으로 이용하는 경우는, 제품의 성질상, 저비용화가 요구되기 때문에, 비교적 높은 토출량에서의 생산을 행할 것이 요구되므로, 섬유의 양을 비교적 많게 할 것이 요망된다. 이 때문에 소공(14)의 구멍 사이의 거리는 통상 0.1mm∼2.0mm, 바람직하게는 0.15mm∼1.8mm, 더 바람직하게는 0.21mm∼1.6mm의 범위에 있다.
종래의 멜트블론 부직포의 제조 장치(2)는 개략 상기와 같이 구성되어 있다. 그리고, 이와 같은 멜트블론 부직포의 제조 장치(2)에서는, 고온 고압 공기와 함께 노즐(16)로부터 방출된 용융 수지를 고온 고속 공기에 의해 견인 세화시켜 이루어지는 섬유(10)는, 메시 컨베이어(6) 상에서 자기 융착에 의해 결합되고, 그 후, 하류측의 도시하지 않는 부직포의 권취 롤러에 의해 순차적으로 권취된다.
본 실시예에 의한 멜트블론 부직포의 제조 장치는, 상기와 같은 범용의 구성에 더하여 새롭게, 도 3에 나타낸 바와 같이, 냉각 공기를 도입하기 위한 어태치먼트(32)가 멜트블로용 다이(30)에 착탈 자유롭게 구비된다.
즉, 본 개시의 제조 장치에서는, 공기 통로(20a, 20b)로부터 고온 고압 공기, 예를 들면, 280℃ 이상의 고온 고압 공기가 공급되는 것 외에, 어태치먼트(32)를 개재시켜 수평 방향으로부터 30℃ 이하의 냉각 유체, 바람직하게는 냉각 공기가 가해진다. 이에 의해, 본 개시에서는, 세섬유이고, 또한 섬유 100본 중의 융착 개수가 15개 이하, 바람직하게는 12개 이하, 더 바람직하게는 10개 이하로 섬유가 융착되는 것에 의해 발생하는 태섬유가 적은 멜트블로 부직포를 제조하는 것을 가능하게 하고 있다.
여기에서, 어태치먼트(32)는 멜트블로용 다이(30)에 대해서 별체(別體)이고, 또한 멜트블로용 다이(30)에 대해서 착탈 자유롭게 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 멜트블로용 다이(30)는, 예를 들면 히터에 의해, 통상 280℃ 부근까지 고온으로 되고 있으므로, 온도차가 큰 냉각 공기를 공급하기 위한 어태치먼트(32)는, 멜트블로용 다이(30) 사이에서 열전파가 생기지 않도록 설치할 필요가 있다. 그 때문에, 예를 들면, 다이(30)의 하면에 단열재를 개재시키는 것이 바람직하다. 혹은, 멜트블로용 다이(30)와 어태치먼트(32) 사이에 약간 극간을 두고 장착해도 좋다.
그러나, 이와 같이 멜트블로용 다이(30)와 어태치먼트(32) 사이에 약간 극간을 마련하는 경우에는, 양자의 외부 단면(端面) 사이에 차폐판 등을 꽂아 놓고, 이에 의해, 다이(30)와 어태치먼트(32) 사이를 기밀 상태로 폐색할 필요가 있다.
이와 같은 태양에서 멜트블로용 다이(30)에 어태치먼트(32)가 착탈 자유롭게 설치되면, 어태치먼트(32)로부터 공급되어 오는 냉각 공기는, 후술하는 바와 같이 공기 통로(20a, 20b)로부터 공급되어 오는 고온 고압 공기에 즉시 혼합되는 것은 아니고, 도 4에 나타낸 바와 같이, 고온 고압 공기의 흐름을 따라서 일시적으로 독립된 상태에서 하방으로 안내될 수 있다.
이와 같이, 멜트블로용 다이(30)와 어태치먼트(32) 사이가 극간 없이 접속되어 있으면, 즉 외부의 공기가 혼입되는 공기 통로가 형성되지 않도록 접속되어 있으면, 해당 어태치먼트(32)의 상부에 와류가 발생하는 경우가 없다. 이에 의해, 도 3에 나타낸 화살표 A 방향의 고온 고압 공기의 흐름이 흐트러지는 경우는 없다. 따라서, 원하는 섬유경으로 방사, 연신된다.
또, 본 개시에서는, 수평 방향으로부터 화살표 B 방향의 냉각 공기가 가해지면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 전술한 바와 같이 고온 고압 공기와 냉각 공기가 즉시 혼합되는 것은 아니고, 충돌하는 위치로부터 약간 내려간 위치에서 혼합된다. 따라서, 섬유(10)가 상기와 같이 고온 고압 공기로 소정의 지름으로 견인 세화됨과 함께, 급냉되게 된다.
따라서, 본 개시에 의하면, 냉각 공기가 고온 공기에 혼합된 이후에는, 급냉되는 것에 의해, 섬유 사이끼리의 열융착을 가급적 방지할 수 있다.
2017년 12월 28일에 출원된 일본 특허출원 2017-254715호의 개시는 그 전체가 참조에 의해 본 개시에 원용된다.
본 개시에 있어서의 모든 문헌, 특허출원, 및 기술규격은, 개개의 문헌, 특허출원, 및 기술규격이 참조에 의해 원용되는 것이 구체적이면서 개개로 기재된 경우와 동일한 정도로, 본 개시 중에 참조에 의해 원용된다.
실시예
이하, 실시예에 기초하여 본 발명을 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예 및 비교예에 있어서의 물성값 등은 이하의 방법에 의해 측정했다.
(1) 평균 섬유경
멜트블론 부직포에 대하여, 전자 현미경(주식회사 히타치제작소제 S-3500N)을 이용하여, 배율 1000배의 사진을 촬영하고, 임의로 섬유 100본(n=100)을 선택하여, 그 섬유의 폭(직경)을 측정하고, 얻어진 측정 결과의 평균을 평균 섬유경으로 했다.
(2) 비표면적
JIS Z8830:2013에 준거해서, 질소 가스의 물리 흡착을 이용한 세공 분포계(Belsorp max, 닛폰벨 주식회사제)에 의해, 멜트블론 부직포의 BET 비표면적(BET법에 의한 비표면적)(m2/g)을 측정했다.
(3) 피크 섬유경 비율
섬유경 분포에 있어서의 평균 섬유경과 피크 섬유경을 측정하고, 얻어진 피크 섬유경을 평균 섬유경으로 나눴다. 섬유경 분포에 있어서의 평균 섬유경과 피크 섬유경의 측정 방법은 이하와 같이 해서 행했다.
(3-1) 섬유경 분포에 있어서의 평균 섬유경
멜트블론 부직포를, 주식회사 히타치제작소제 전자 현미경 「S-3500N」을 이용하여 배율 5000배의 사진을 촬영하고, 무작위로 섬유의 폭(직경: μm)을 1000점 측정하여, 수 평균으로 평균 섬유경(μm)을 산출했다.
멜트블론 부직포에 있어서의 섬유의 측정 개소를 무작위로 하기 위해, 촬영한 사진의 왼쪽 위 모서리로부터 오른쪽 아래 모서리로 대각선을 긋고, 대각선과 섬유가 교차한 개소의 섬유의 폭(직경)을 측정한다. 측정점이 1000점이 될 때까지 신규로 사진을 촬영하고 측정을 행했다.
(3-2) 섬유경 분포에 있어서의 피크 섬유경(최빈 섬유경)
앞서 기술한 「(3-1) 평균 섬유경의 측정 방법」에서 측정된 1000점의 섬유경(μm)의 데이터에 기초하여, 대수 도수 분포를 작성했다.
대수 도수 분포는, x축을 섬유경(μm)을, 10을 밑으로 하는 대수 스케일 상에 플롯하고, y축은 빈도의 백분율로 했다. x축 상에 있어서, 섬유경 0.1(=10-1)μm로부터 섬유경 50.1(=101.7)μm까지를, 대수 스케일 상에서 균등하게 27로 분할하고, 빈도가 가장 큰 분할 구간에 있어서의 x축의 최소값과 최대값의 상승 평균의 값을 피크 섬유경(최빈 섬유경)으로 했다.
[실시예 1]
고분자량 프로필렌계 중합체 A로서 Achieve 6936G2(제품명, ExxonMobil사제, 중량 평균 분자량: 5.5만의 프로필렌계 중합체, MFR: 1550) 50질량부와, 저분자량 프로필렌계 중합체 B로서 하이왁스 NP055(제품명, 미쓰이화학 주식회사제, 중량 평균 분자량: 7700의 프로필렌계 중합체) 50질량부를 혼합하여, 프로필렌계 중합체 혼합물(1)의 100질량부를 얻었다.
프로필렌계 중합체 혼합물(1)을 전술한 방법으로 GPC로 측정을 실시한 바, 분자량 5만 5천의 위치와, 분자량 8천의 위치에 피크 톱이 존재했다. 피크 톱의 수는 2개였다. 프로필렌계 중합체 혼합물(1)의 중량 평균 분자량(Mw)은 2만 9천이었다. 또한, 프로필렌계 중합체 혼합물(1)의 극한 점도[η]를 전술한 방법으로 측정한 바, 0.41(dl/g)이었다.
프로필렌계 중합체 혼합물(1)의 GPC 차트를 도 5에 나타낸다.
프로필렌계 중합체 혼합물(1)을 다이에 공급하고, 설정 온도 280℃의 다이로부터, 노즐 단공당 50mg/분으로, 노즐의 양측으로부터 취출(吹出)하는 고온 공기(280℃, 120m/초)와 함께 토출하고, 또 노즐의 출구에 있어서, 양 측면으로부터 냉각 공기(10℃, 6000m3/hr)를 내뿜고, 웹상으로 포집하여 멜트블론 부직포를 얻었다. 다이의 노즐의 직경은 0.12mm였다. 얻어진 멜트블론 부직포의 평균 섬유경, 피크 섬유경, 피크 섬유경 비율 및 비표면적을 전술한 방법으로 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
얻어진 멜트블론 부직포에 대하여, 전술한 방법으로 GPC 측정을 행했다. 얻어진 GPC 차트를 도 6에 나타낸다. 멜트블론 부직포의 GPC 측정에서는, 분자량 5만 5천의 위치와, 분자량 8천의 위치에 피크 톱이 존재했다. 피크 톱의 수는 2개였다. 멜트블론 부직포의 중량 평균 분자량(Mw)은 2만 9천이었다.
또한, 얻어진 멜트블론 부직포에 대하여, 이하의 방법으로 극한 점도[η]를 측정했다.
멜트블론 부직포의 약 20mg을 데칼린 15ml에 용해시키고, 135℃의 오일 배스 중에서 비점도 ηsp를 측정했다. 이 데칼린 용액에 데칼린 용매를 5ml 추가하여 희석 후, 마찬가지로 해서 비점도 ηsp를 측정했다. 이 희석 조작을 2회 더 반복하고, 농도(C)를 0으로 외삽했을 때의 ηsp/C의 값을 극한 점도로서 구했다(아래 식 참조).
[η]=lim(ηsp/C) (C→0)
멜트블론 부직포의 극한 점도[η]는, 방사 전과 변함없이, 0.41(dl/g)이었다.
[실시예 2]
실시예 1에 있어서, 냉각 공기의 온도를 20℃로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서 멜트블론 부직포를 얻었다. 얻어진 멜트블론 부직포의 평균 섬유경, 피크 섬유경, 피크 섬유경 비율, 비표면적, 및 극한 점도[η]를 전술한 방법으로 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[실시예 3]
실시예 2에 있어서, 프로필렌계 중합체 혼합물(1) 100질량부 대신에, 고분자량 프로필렌계 중합체 A로서의 Achieve 6936G2(제품명, ExxonMobil사제, 중량 평균 분자량: 5.5만의 프로필렌계 중합체, MFR: 1550) 60질량부와, 저분자량 프로필렌계 중합체 B로서의 하이왁스 NP055(제품명, 미쓰이화학 주식회사제, 중량 평균 분자량 7700의 프로필렌계 중합체) 40질량부의 혼합물인 프로필렌계 중합체 혼합물(2) 100질량부를 이용한 것 이외에는 실시예 2와 마찬가지의 조작을 행했다.
프로필렌계 중합체 혼합물(2)를 전술한 방법으로 GPC로 측정을 실시한 바, 분자량 5만 5천과 분자량 8천의 위치에 피크 톱이 존재했다. 피크 톱의 수는 2개였다. 프로필렌계 중합체 혼합물(2)의 중량 평균 분자량(Mw)은 2.9만이었다. 또한, 프로필렌계 중합체 혼합물(2)의 극한 점도[η]를 전술한 방법으로 측정한 바, 0.49(dl/g)였다. 얻어진 멜트블론 부직포의 평균 섬유경, 피크 섬유경, 피크 섬유경 비율, 비표면적, 및 극한 점도[η]를 표 1에 나타낸다.
[참고예 1]
실시예 1에 있어서, 냉각 공기의 온도를 50℃로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서 멜트블론 부직포의 제조를 시도했지만, 방사할 수 없었다.
[참고예 2]
실시예 1에 있어서, 냉각 공기를 이용하지 않은 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 멜트블론 부직포의 제조를 시도했지만, 방사할 수 없었다.
[비교예 1]
실시예 2에 있어서, 프로필렌계 중합체 혼합물(1) 100질량부 대신에, 고분자량 프로필렌계 중합체 A로서의 Achieve 6936G2(제품명, ExxonMobil사제, 중량 평균 분자량: 5.5만의 프로필렌계 중합체, MFR: 1550)를 단독으로 100질량부 이용한 것 이외에는 실시예 2와 마찬가지의 조작을 행했다.
고분자량 폴리프로필렌계 중합체 A로서의 Achieve 6936G2를 전술한 방법으로 GPC로 측정을 실시한 바, 분자량 5만 5천의 위치에만 피크 톱이 존재했다. 고분자량 프로필렌계 중합체 A로서의 Achieve 6936G2의 극한 점도[η]를 전술한 방법으로 측정한 바, 0.63(dl/g)이었다. Achieve 6936G2의 GPC 차트를 도 5에 나타낸다. 얻어진 멜트블론 부직포의 평균 섬유경, 피크 섬유경, 피크 섬유경 비율, 비표면적, 및 극한 점도[η]를 표 1에 나타낸다.
[비교예 2]
실시예 2에 있어서, 프로필렌계 중합체 혼합물(1) 100질량부 대신에, 고분자량 프로필렌계 중합체 A로서의 Achieve 6936G2(제품명, ExxonMobil사제, 중량 평균 분자량: 5.5만의 프로필렌계 중합체, MFR: 1550) 85질량부와, 저분자량 프로필렌계 중합체 B로서의 하이왁스 NP055(제품명, 미쓰이화학 주식회사제, 중량 평균 분자량 7700의 프로필렌계 중합체) 15질량부의 혼합물인 프로필렌계 중합체 혼합물(3) 100질량부를 이용한 것 이외에는 실시예 2와 마찬가지의 조작을 행했다.
프로필렌계 중합체 혼합물(3)을 전술한 방법으로 GPC로 측정을 실시한 바, 분자량 5만 5천과 분자량 8천의 위치에 피크 톱이 존재했다. 피크 톱의 수는 2개였다. 프로필렌계 중합체 혼합물(3)의 중량 평균 분자량(Mw)은 3.8만이었다. 또한, 프로필렌계 중합체 혼합물(3)의 극한 점도[η]를 전술한 방법으로 측정한 바, 0.56(dl/g)이었다. 프로필렌계 중합체 혼합물(3)의 GPC 차트를 도 5에 나타낸다. 얻어진 멜트블론 부직포의 평균 섬유경, 피크 섬유경, 피크 섬유경 비율, 비표면적, 및 극한 점도[η]를 표 1에 나타낸다.
[비교예 3]
실시예 1에 있어서, 프로필렌계 중합체 혼합물 100질량부 대신에, SP50500P(제품명, 프라임폴리머사제, 중량 평균 분자량: 3.8만의 에틸렌계 중합체, JIS K 7210-1:2014에 준거해서 190℃, 하중 2.16kg에서 측정한 MFR: 135) 85질량부와, 하이왁스 720P(제품명, 미쓰이화학 주식회사제, 중량 평균 분자량: 7000의 에틸렌계 중합체) 15질량부의 혼합물인 에틸렌계 중합체 혼합물 100질량부를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지의 조작을 행했다.
에틸렌계 중합체 혼합물을 전술한 방법으로 GPC로 측정을 실시한 바, 프로필렌계 중합체에서 유래하는 피크 톱은 존재하지 않았다. 한편, 에틸렌계 중합체에서 유래하는 피크 톱은 분자량 3만 8천의 위치와 분자량 7천의 위치에 존재했다. 에틸렌계 중합체 혼합물의 중량 평균 분자량은 3만 1천이었다. 또한, 에틸렌계 중합체 혼합물의 극한 점도[η]를 전술한 방법으로 측정한 바, 0.61(dl/g)이었다. 얻어진 멜트블론 부직포의 평균 섬유경, 피크 섬유경, 피크 섬유경 비율, 비표면적, 및 극한 점도[η]를 표 1에 나타낸다.
[비교예 4]
프로필렌·에틸렌 공중합체로서 VistamaxxTM6202〔제품명, ExxonMobil사제, 중량 평균 분자량: 7만, MFR(230℃, 2.16kg 하중): 20g/10min, 에틸렌 함량: 15질량%〕 40질량부와, 프로필렌계 중합체 왁스〔밀도: 0.900g/cm3, 중량 평균 분자량: 7800, 연화점 148℃, 에틸렌 함량: 1.7질량%〕 40질량부와, 프로필렌 단독중합체〔MFR: 1500g/10분, 중량 평균 분자량: 54000〕 20질량부를 혼합하여, 프로필렌계 중합체 조성물(4)를 얻었다.
프로필렌계 중합체 혼합물(4)를 다이에 공급하고, 설정 온도 280℃의 다이로부터, 노즐 단공당 50mg/분으로, 노즐의 양측으로부터 취출하는 고온 공기(280℃, 120m/초)와 함께 토출하고, 웹상으로 포집하여 멜트블론 부직포를 얻었다. 다이의 노즐의 직경은 0.12mm였다.
프로필렌계 중합체 혼합물(4)를 전술한 방법으로 GPC로 측정을 실시한 바, 분자량 7만의 위치와, 분자량 5.4만의 위치와, 분자량 8천의 위치에 피크 톱이 존재했다. 피크 톱의 수는 3개였다. 프로필렌계 중합체 혼합물(4)의 중량 평균 분자량(Mw)은 4.8만이었다. 또한, 프로필렌계 중합체 혼합물(4)의 극한 점도[η]를 전술한 방법으로 측정한 바, 1.3(dl/g)이었다. 얻어진 멜트블론 부직포의 평균 섬유경, 피크 섬유경, 피크 섬유경 비율, 비표면적, 및 극한 점도[η]를 표 1에 나타낸다.
Figure 112020064910949-pct00001
표 1 중, 「-」는 해당하는 성분을 포함하지 않는 것을 의미한다. PP는 폴리프로필렌, PE는 폴리에틸렌을 나타낸다.
표 1로부터 분명한 바와 같이, 실시예의 멜트블론 부직포에서는, 비교예의 멜트블론 부직포에 비해, 평균 섬유경이 작고, 또한 비표면적이 크다. 이 때문에, 실시예의 멜트블론 부직포를 필터로서 이용했을 때에 미립자의 포집 효율이 우수한 것을 알 수 있다. 또한, 피크 섬유경의 비율이 0.5를 초과하므로, 불균일한 섬유경에 기인하여 생기는 극간의 발생이 억제되기 때문에, 미립자의 포착 효율이 더 우수한 것을 알 수 있다.
2 제조 장치
4 멜트블로용 다이
6 메시 컨베이어
8 석션 박스
10 섬유
12 다이 노즈
14 소공
16 노즐
18 수지 통로
20a, 20b 공기 통로
31 슬릿
32 어태치먼트

Claims (13)

  1. 겔 퍼미에이션 크로마토그래피에 있어서의 배출 곡선에 있어서, 분자량 2만 이상의 위치에 적어도 1개의 피크 톱과, 분자량 2만 미만의 위치에 적어도 1개의 피크 톱을 갖고, 극한 점도[η]가 0.35(dl/g) 이상 0.50(dl/g) 미만인 프로필렌계 중합체로 이루어지며, 평균 섬유경에 대한 피크 섬유경의 비율이 0.5를 초과하는 멜트블론 부직포.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로필렌계 중합체는, 중량 평균 분자량이 2만 이상인 고분자량 프로필렌계 중합체 A와, 중량 평균 분자량이 2만 미만인 저분자량 프로필렌계 중합체 B를 적어도 포함하는 멜트블론 부직포.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 프로필렌계 중합체의 전체 질량에 대한 상기 저분자량 프로필렌계 중합체 B의 함유율이 40질량% 초과 60질량% 이하인 멜트블론 부직포.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 프로필렌계 중합체의 전체 질량에 대한 상기 고분자량 프로필렌계 중합체 A의 함유율이 40질량% 이상 60질량% 미만인 멜트블론 부직포.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 고분자량 프로필렌계 중합체 A의 멜트 플로 레이트(MFR)가 1000g/10분∼2500g/10분인 멜트블론 부직포.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로필렌계 중합체의 중량 평균 분자량은 2만 이상인 멜트블론 부직포.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    평균 섬유경이 0.90μm 이하인 섬유로 구성되는 멜트블론 부직포.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    비표면적이 2.5m2/g∼25.0m2/g인 멜트블론 부직포.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 멜트블론 부직포를 적어도 포함하는 부직포 적층체.
  10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 멜트블론 부직포를 포함하는 필터.
  11. 제 10 항에 있어서,
    액체용 필터인 필터.
  12. 멜트블로용 다이에 압송된 용융된 열가소성 수지를, 다수의 소공이 정렬된 노즐로부터 방출함과 함께, 소공의 열을 협지하도록 마련한 슬릿으로부터 분출되는 고온 고속 공기에 의해 견인 세화시켜 섬유를 형성하는 공정과,
    이동하는 포집판 상에 상기 섬유를 퇴적하여 멜트블론 부직포를 형성하는 공정을 갖고,
    상기 열가소성 수지는, 겔 퍼미에이션 크로마토그래피에 있어서의 배출 곡선에 있어서, 분자량 2만 이상의 위치에 적어도 1개의 피크 톱과, 분자량 2만 미만의 위치에 적어도 1개의 피크 톱을 갖고, 극한 점도[η]가 0.35(dl/g) 이상 0.50(dl/g) 미만인 프로필렌계 중합체이며,
    상기 섬유를 형성하는 공정에 있어서, 상기 고온 고속 공기가 분출되는 상기 슬릿의 출구부의 양 측면으로부터, 상기 멜트블로용 다이의 선단부에 극간 없이 장착되어 있는 방출된 열가소성 수지 섬유를 냉각하기 위한 냉각 유체를 도입하기 위한 어태치먼트를 개재시켜, 노즐면을 따라서 수평 방향으로부터 30℃ 이하의 냉각 유체를 공급하여, 방출된 열가소성 수지 섬유를 냉각하는, 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 멜트블론 부직포의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 냉각 유체가 냉각 공기인 멜트블론 부직포의 제조 방법.
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