KR20240026178A - 섬유 구조체 및 그 용도 - Google Patents

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Abstract

분진 유지 용량이 높은 섬유 구조체를 제공한다. 상기 섬유 구조체는, 단섬유의 섬유 직경이 5 ㎛ 를 초과하는 섬유 A 로 구성되는 태섬유군과, 단섬유의 섬유 직경이 5 ㎛ 이하인 섬유 B 로 구성되는 세섬유군을 포함하고, 상기 태섬유군과 상기 세섬유군이, 교락하는 교락 영역을 구비하는 섬유 구조체로서, 상기 섬유 구조체를 두께 방향으로 10 등분하고, 세섬유군측으로부터 태섬유군측을 향하여 제 1 영역 ∼ 제 10 영역으로 하고, 제 1 영역 ∼ 제 3 영역을 나타내는 영역 (S), 제 4 영역 ∼ 제 7 영역을 나타내는 영역 (T), 및 제 8 영역 ∼ 제 10 영역을 나타내는 영역 (U) 에 존재하는 상기 섬유 A 의 충전율을, 각각 SA, TA, 및 UA 로 하고, 상기 섬유 B 의 충전율을, 각각 SB, TB, 및 UB 로 했을 경우, SB, TB, 및 UB 중 SB 가 최대이며, TA＋TB＞SA＋SB＞UA＋UB 이다.

Description

섬유 구조체 및 그 용도
본원은, 일본에서 2021년 7월 7일에 출원한 일본 특허출원 2021-112950, 및 일본에서 2021년 7월 7일에 출원한 일본 특허출원 2021-112951의 우선권을 주장하는 것이고, 그들의 전체를 참조에 의해 본 출원의 일부를 이루는 것으로서 인용한다.
본 발명은, 태 (太) 섬유군과 세 (細) 섬유군이 교락하는 교락 영역을 구비하는 섬유 구조체에 관한 것이다.
종래부터, 기체 중의 화분이나 먼지 등의 분진을 제거하기 위해서 에어 필터가 사용되고 있다. 이와 같은 에어 필터의 여과재로는 부직포가 많이 사용되고 있다. 그 중에서도 멜트 블로법 등에 의해 형성할 수 있는 세섬유로 이루어지는 부직포는, 기체 중의 분진의 포집 능력이 높다. 한편, 구성 섬유의 단섬유를 세섬도로 하면, 부직포 내부의 섬유 밀도가 증가하기 때문에, 압력 손실이 높아진다는 문제가 있다.
압력 손실이 낮은 부직포를 얻기 위해서는, 부직포를 구성하는 단섬유가 태섬유인 것이 적합하지만, 한편, 구성 섬유의 단섬유를 태섬도로 하면, 부직포 내부의 섬유 표면적이 감소하기 때문에, 포집 효율이 저하된다는 문제가 있다. 이와 같이, 고포집 효율을 갖는 것과 저압력 손실을 갖는 것은 상반되는 관계에 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해서, 태섬유와 세섬유를 교락시킨 섬유 구조체를 사용함으로써, 고포집 효율 또한 저압력 손실을 발휘하는 시도가 행해지고 있다.
예를 들어, 특허문헌 1 (국제 공개 제2020/137605호) 에는, 면방향으로 퍼지는 극세섬유층과, 상기 극세섬유층에 인접하는 기재층을 포함하는 섬유 구조체로서, 상기 극세섬유층은, 단섬유의 수평균 섬유 직경 5 ㎛ 이하의 극세섬유로 구성되고, 상기 기재층은, 단섬유의 수평균 섬유 직경 7 ㎛ 이상의 비극세섬유로 구성되고, 상기 섬유 구조체의 두께 방향의 절단면에 있어서, 상기 기재층에는, 극세섬유가 비극세섬유 사이로 밀어넣어져 폭방향으로 퍼지는 혼재부가 존재함과 함께, 극세섬유층으로부터 밀어넣어진 극세섬유의 적어도 일부가, 기재층을 상기 극세섬유층측으로부터 차례로 가까운 영역, 중앙 영역 및 먼 영역으로 3 등분했을 경우의 먼 영역에 도달하고 있는, 섬유 구조체가 개시되어 있다.
또, 특허문헌 2 (국제 공개 제2021/010178호) 에는, 단섬유의 수평균 섬유 직경 4.5 ㎛ 이하의 극세섬유와, 단섬유의 수평균 섬유 직경 5.5 ㎛ 이상의 비극세섬유가 혼섬 일체화되고, 적어도 일방의 표면에 볼록부를 갖는, 섬유 구조체가 개시되어 있다.
국제 공개 제2020/137605호 국제 공개 제2021/010178호
그러나, 특허문헌 1 및 2 에서는, 초기의 포집 효율 및 압력 손실에 대한 평가밖에 실시하지 않았고, 분진의 포집을 계속했을 때의 시간 경과에 수반하는 성능 변화에 대해서는 기재되어 있지 않다.
장기간에 걸쳐서 에어 필터로서 사용하기 위해서는, 필터로서 사용할 수 없게 되는 수명에 이르기까지 어느 정도의 분진을 포집할 수 있는지를 나타내는 분진 유지 용량이 높은 것이 요구된다. 특허문헌 1 및 2 에 기재된 섬유 구조체는, 분진 유지 용량에 대해 추가적인 개선의 여지가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 분진 유지 용량이 높은 섬유 구조체를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해서 예의 검토한 결과, 태섬유군과 세섬유군이 교락하는 교락 영역을 구비하는 섬유 구조체에 있어서, 두께 방향에 있어서의 태섬유 (A) 및 세섬유 (B) 의 충전율이 특정한 관계를 갖고 있는, 또는 세섬유군을 구성하는 세섬유 (B) 끼리의 평균 융착점수가 특정한 범위 내에 있는 섬유 구조체에서는, 높은 분진 유지 용량을 달성할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명의 완성에 이르렀다.
즉, 본 발명은, 이하의 양태로 구성될 수 있다.
〔양태 1〕
단섬유의 섬유 직경이 5 ㎛ 를 초과하는 섬유 A 로 구성되는 태섬유군과, 단섬유의 섬유 직경이 5 ㎛ 이하인 섬유 B 로 구성되는 세섬유군을 포함하고, 상기 태섬유군과 상기 세섬유군이, 교락하는 교락 영역을 구비하는 섬유 구조체로서,
상기 섬유 구조체를 두께 방향으로 10 등분하고, 세섬유군측으로부터 태섬유군측을 향하여 제 1 영역 ∼ 제 10 영역으로 하고, 제 1 영역 ∼ 제 3 영역을 나타내는 영역 (S), 제 4 영역 ∼ 제 7 영역을 나타내는 영역 (T), 및 제 8 영역 ∼ 제 10 영역을 나타내는 영역 (U) 에 존재하는 상기 섬유 A 의 충전율을, 각각 SA, TA, 및 UA 로 하고, 상기 섬유 B 의 충전율을, 각각 SB, TB, 및 UB 로 했을 경우,
SB, TB, 및 UB 중 SB 가 최대이며,
TA＋TB＞SA＋SB＞UA＋UB 인, 섬유 구조체.
〔양태 2〕
양태 1 에 기재된 섬유 구조체로서, 섬유 구조체의 면방향 100 ㎛ × 100 ㎛ 중의 섬유 B 끼리의 평균 융착점수가 10 개 이하 (바람직하게는 8 개 이하, 보다 바람직하게는 5 개 이하) 인, 섬유 구조체.
〔양태 3〕
양태 2 에 기재된 섬유 구조체로서, 상기 섬유 B 끼리의 융착점이 멜트 블로법에서 유래하는, 섬유 구조체.
〔양태 4〕
단섬유의 섬유 직경이 5 ㎛ 를 초과하는 섬유 A 로 구성되는 태섬유군과, 단섬유의 섬유 직경이 5 ㎛ 이하인 섬유 B 로 구성되는 세섬유군을 포함하고, 상기 태섬유군과 상기 세섬유군이, 교락하는 교락 영역을 구비하는 섬유 구조체로서,
섬유 구조체의 면방향 100 ㎛ × 100 ㎛ 중의, 상기 세섬유군을 구성하는 섬유 B 끼리의 평균 융착점수가 1.0 개 이상 10.0 개 이하 (바람직하게는 1.0 개 이상 8.0 개 이하, 보다 바람직하게는 1.0 개 이상 5.0 개 이하) 인, 섬유 구조체.
〔양태 5〕
양태 4 에 기재된 섬유 구조체로서, 상기 섬유 B 끼리의 융착점이 멜트 블로법에서 유래하는, 섬유 구조체.
〔양태 6〕
양태 4 또는 5 에 기재된 섬유 구조체로서,
상기 섬유 구조체를 두께 방향으로 10 등분하고, 세섬유군측으로부터 태섬유군측을 향하여 제 1 영역 ∼ 제 10 영역으로 하고, 제 1 영역 ∼ 제 3 영역을 나타내는 영역 (S), 제 4 영역 ∼ 제 7 영역을 나타내는 영역 (T), 및 제 8 영역 ∼ 제 10 영역을 나타내는 영역 (U) 에 존재하는 상기 섬유 A 의 충전율을, 각각 SA, TA, 및 UA 로 하고, 상기 섬유 B 의 충전율을, 각각 SB, TB, 및 UB 로 했을 경우,
SB, TB, 및 UB 중 SB 가 최대이며,
TA＋TB＞SA＋SB＞UA＋UB 인, 섬유 구조체.
〔양태 7〕
양태 1 ∼ 6 중 어느 한 양태에 기재된 섬유 구조체로서, 상기 섬유 A 로 형성된 태섬유 부직포와 상기 섬유 B 로 형성된 세섬유 부직포의 낙합물인, 섬유 구조체.
〔양태 8〕
양태 1 ∼ 7 중 어느 한 양태에 기재된 섬유 구조체로서, 상기 태섬유군의 단섬유의 수평균 섬유 직경이 5.5 ㎛ 이상 (바람직하게는 6.0 ㎛ 이상, 보다 바람직하게는 7.0 ㎛ 이상) 이고, 상기 세섬유군의 단섬유의 수평균 섬유 직경이 4.5 ㎛ 이하 (바람직하게는 4.0 ㎛ 이하, 보다 바람직하게는 3.0 ㎛ 이하) 인, 섬유 구조체.
〔양태 9〕
양태 1 ∼ 8 중 어느 한 양태에 기재된 섬유 구조체로서, 단위 면적당 중량이 15 ∼ 180 g/㎡ (바람직하게는 18 ∼ 150 g/㎡, 보다 바람직하게는 20 ∼ 120 g/㎡) 인, 섬유 구조체.
〔양태 10〕
양태 1 ∼ 9 중 어느 한 양태에 기재된 섬유 구조체로서, 대전되어 있는, 섬유 구조체.
〔양태 11〕
양태 1 ∼ 10 중 어느 한 양태에 기재된 섬유 구조체로서, 포집 효율이 60 ％ 이상 (바람직하게는 70 ％ 이상, 보다 바람직하게는 80 ％ 이상) 인, 섬유 구조체.
〔양태 12〕
양태 1 ∼ 11 중 어느 한 항에 기재된 섬유 구조체로서, 포집 효율 및 압력 손실에 의해 하기 식에 따라서 산출되는 QF 값이 0.10 이상 (바람직하게는 0.15 이상, 보다 바람직하게는 0.19 이상) 인, 섬유 구조체.
QF 값 = -ln (1-포집 효율 (％)/100)/압력 손실 (Pa)
〔양태 13〕
양태 1 ∼ 12 중 어느 한 양태에 기재된 섬유 구조체를 구비하는 필터.
〔양태 14〕
양태 13 에 기재된 필터를 구비하는 마스크.
또한, 청구의 범위 및/또는 명세서 및/또는 도면에 개시된 적어도 두 구성 요소의 어떠한 조합도, 본 발명에 포함된다. 특히, 청구의 범위에 기재된 청구항의 둘 이상의 어떠한 조합도 본 발명에 포함된다.
본 발명의 섬유 구조체에 의하면, 분진 유지 용량이 높기 때문에, 장기간에 걸쳐서 분진을 포집하는 것이 가능하다.
이 발명은, 첨부의 도면을 참고로 한 이하의 바람직한 실시형태의 설명으로부터, 보다 명료하게 이해될 것이다. 그러나, 실시형태 및 도면은 단순한 도시 및 설명을 위한 것이며, 이 발명의 범위를 정하기 위해서 이용되어야 하는 것은 아니다. 이 발명의 범위는 첨부된 청구의 범위에 의해 정해진다. 도면은 반드시 일정한 축척으로 나타내지는 않고, 본 발명의 원리를 나타내는 데에 있어서 과장된 것으로 되어 있다.
도 1 은 실시예 4 의 섬유 구조체의 단면 확대 사진이다.
도 2 는 실시예 4 의 섬유 구조체의 세섬유군측의 표면 확대 사진이다.
도 3 은 본 발명의 일실시 양태의 섬유 구조체의 각 영역을 설명하기 위한 단면 개념도이다.
본 발명의 섬유 구조체는, 단섬유의 섬유 직경이 5 ㎛ 를 초과하는 섬유 A (이하, 태섬유 (A) 라고 칭하는 경우가 있다) 로 구성되는 태섬유군과, 단섬유의 섬유 직경이 5 ㎛ 이하인 섬유 B (이하, 세섬유 (B) 라고 칭하는 경우가 있다) 로 구성되는 세섬유군을 포함하고, 태섬유군과 세섬유군이 교락하는 교락 영역을 구비한다. 여기서, 교락 영역이란, 도 1 의 타원 테투리로 나타내는 바와 같이 세섬유군을 구성하는 세섬유 (B) 의 일부가 태섬유군에 침입하고 있는 구조를 갖고 있는 영역을 나타낸다. 이와 같은 구조는, 후술하는 낙합 처리를 실시함으로써 얻을 수 있다. 본 발명의 섬유 구조체는, 태섬유군과 세섬유군의 교락 영역을 적어도 일부에 구비하고 있고, 태섬유군과 세섬유군이 각각 층으로서 단순히 중첩되어 있을 뿐인 적층물과는 상이하다. 예를 들어, 본 발명의 섬유 구조체는, 태섬유군과 세섬유군이 각각 층을 형성하고, 양 층의 계면 부근에서만 교락 영역을 구비하고 있어도 되고, 태섬유군과 세섬유군이 각각 층으로 나뉘어 있지 않고, 두께 방향 전체에 걸쳐서 교락 영역을 구비하고 있어도 된다. 또한, 단섬유의 섬유 직경이란, 개개의 단섬유의 직경을 나타낸다. 후술하는 실시예에 기재된 방법에 의해, 단섬유의 섬유 직경을 지표로 하여, 개개의 단섬유를 태섬유 (A) 와 세섬유 (B) 로 구별할 수 있다.
본 발명에 있어서, 섬유 구조체를 두께 방향으로 10 등분하고, 세섬유군측으로부터 태섬유군측을 향하여 제 1 영역 ∼ 제 10 영역이라고 정의하고, 제 1 영역 ∼ 제 3 영역을 영역 (S), 제 4 영역 ∼ 제 7 영역을 영역 (T), 제 8 영역 ∼ 제 10 영역을 영역 (U) 이라고 정의한다. 여기서, 세섬유군측이란, 섬유 구조체를 두께 방향으로 2 등분한 영역에 있어서, 세섬유 (B) 의 분포에 주목하여, 해당 영역에 있어서의 세섬유 (B) 의 충전율이 타방의 영역보다 많은 측을 의미하고, 태섬유군측이란, 세섬유군측과는 반대인 측을 의미한다.
도 3 은, 일실시 양태의 섬유 구조체의 각 영역을 설명하기 위한 단면 개념도이다. 도 3 에서는, 섬유 구조체 (100) 의 두께 방향 (Z) 으로 2 등분한 영역에 있어서, 세섬유 (B) 의 충전율은 상측의 영역 (제 1 영역 ∼ 제 5 영역) 이 하측의 영역 (제 6 영역 ∼ 제 10 영역) 보다 많기 때문에, 섬유 구조체 (100) 의 상측을 세섬유군측 (101), 하측을 태섬유군측 (102) 이라고 정의하고, 상측으로부터 차례로 제 1 영역, 제 2 영역,···제 10 영역으로 하고 있다. 그리고, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 제 1 영역 ∼ 제 3 영역이 영역 (S) 에, 제 4 영역 ∼ 제 7 영역이 영역 (T) 에, 제 8 영역 ∼ 제 10 영역이 영역 (U) 에 각각 상당한다.
본 발명에 있어서, 각 제 n 영역 (n=1 ∼ 10) 에 존재하는 태섬유 (A) 의 충전율을 MnA, 세섬유 (B) 의 충전율을 MnB 라고 정의하고, 제 1 영역 ∼ 제 10 영역의 전영역에 존재하는 태섬유 (A) 의 충전율을 MA, 세섬유 (B) 의 충전율을 MB 라고 정의하고, 영역 (S), 영역 (T), 및 영역 (U) 에 존재하는 태섬유 (A) 의 충전율을, 각각 SA, TA, 및 UA, 세섬유 (B) 의 충전율을, 각각 SB, TB, 및 UB 라고 정의한다. 본 발명에 있어서, 충전율이란, 소정의 영역의 체적에 대한, 당해 영역 중에서 대상인 섬유가 차지하는 체적의 비율을 나타내고, 후술하는 실시예에 기재한 방법에 의해 측정되는 값이다.
예를 들어, M1A 는, 제 1 영역의 체적에 대한, 제 1 영역 중에서 태섬유 (A) 가 차지하는 체적의 비율을 나타낸다. M2-3A 는, 제 2 영역 및 제 3 영역의 전체 체적에 대한, 제 2 영역 및 제 3 영역 중에서 태섬유 (A) 가 차지하는 체적의 비율을 나타내고, M2A 및 M3A 의 평균치와 동등하다. SA 는, 영역 (S) (요컨대, 제 1 영역 ∼ 제 3 영역) 의 전체 체적에 대한, 영역 (S) 중에서 태섬유 (A) 가 차지하는 체적의 비율을 나타내고, M1A, M2A 및 M3A 의 평균치와 동등하다.
본 발명의 섬유 구조체는, SB, TB, 및 UB 중 SB 가 최대이며, TA＋TB＞SA＋SB＞UA＋UB 여도 된다. 이와 같은 섬유 구조체는, 필터로서 사용하는 경우, 그 영역 (U) 측을 포집시의 상류측으로서 사용할 수 있다. 그 경우, 기류는, 영역 (U) 으로부터 유입되고, 영역 (U), 영역 (T), 영역 (S) 의 순서로 통과하여, 영역 (S) 으로부터 유출된다. 즉, 이와 같은 섬유 구조체는, 상류측의 영역 (U) 에 있어서 섬유 (태섬유 (A) 및 세섬유 (B)) 의 충전율이 낮고, 중간의 영역 (T) 에 있어서 섬유 (태섬유 (A) 및 세섬유 (B), 특히 태섬유 (A)) 의 충전율이 높고, 또한 하류측의 영역 (S) 에 있어서 세섬유 (B) 의 충전율이 높은 구조를 갖는다. 기체 중의 분진은, 여러 가지 입경의 입자상 물질이 서로 섞여 있지만, 이와 같은 특정한 섬유 분포를 갖는 섬유 구조체에서는, 먼저 영역 (U) 은 섬유가 적고 성긴 구조를 갖고 있기 때문에, 막힘을 일으키지 않고 입경이 큰 분진을 포집할 수 있다. 이어서, 영역 (T) 은 섬유 (특히 태섬유 (A)) 의 충전율이 높음으로써 영역 (U) 보다 눈이 작은 구조를 갖고 있기 때문에, 입경이 큰 분진의 나머지를 포집함과 함께, 입경이 작은 분진을 서서히 포집할 수 있다. 그리고, 영역 (S) 은 세섬유 (B) 가 가장 많음으로써 영역 (T) 보다 더 조밀한 구조를 갖고 있기 때문에, 입경이 작은 분진을 포집할 수 있다. 이와 같이, 상기 섬유 구조체는, 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라, 입경이 큰 분진으로부터 작은 분진을 서서히 포집할 수 있는 공공의 구배 구조를 갖고 있기 때문에, 막힘으로 압력 손실이 높아지기 어려워, 높은 분진 유지 용량을 달성할 수 있다.
본 발명의 섬유 구조체는, 상류측에서의 막힘을 방지하는 관점에서 영역 (U) 의 섬유 충전율은 낮은 것이 바람직하고, 예를 들어, UA＋UB 가 10.0 ％ 이하여도 되고, 바람직하게는 8.0 ％ 이하, 보다 바람직하게는 5.0 ％ 이하여도 된다. UA＋UB 의 하한으로는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 입경이 큰 분진을 어느 정도 포집하는 것을 가능하게 하는 관점에서, 0.1 ％ 이상이어도 되고, 바람직하게는 0.5 ％ 이상이어도 된다.
본 발명의 섬유 구조체는, 중간의 영역에 있어서 막힘을 방지하면서 포집 효율을 향상시키는 관점에서, 영역 (T) 에서의 섬유 충전율 (TA＋TB) 이 6.0 ∼ 30.0 ％ 여도 되고, 바람직하게는 6.2 ∼ 25.0 ％, 보다 바람직하게는 6.5 ∼ 20.0 ％ 여도 된다.
본 발명의 섬유 구조체는, 하류측에서 입경이 작은 분진의 포집 효율을 향상시키는 관점에서 영역 (S) 에서의 세섬유 (B) 의 충전율이 높은 것이 바람직하고, 예를 들어, M1B, M2B 및 M3B 중 최대의 MnB 가 5.0 ％ 이상이어도 되고, 바람직하게는 5.5 ％ 이상, 보다 바람직하게는 6.0 ％ 이상이어도 된다. M1B, M2B 및 M3B 중 최대의 MnB 의 상한으로는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 압력 손실을 저감하는 관점에서, 25.0 ％ 이하여도 되고, 바람직하게는 18.0 ％ 이하, 보다 바람직하게는 15.0 ％ 이하여도 된다.
본 발명의 섬유 구조체는, 분진 유지 용량을 향상시키는 관점에서, SB＋UA 가 1.0 ∼ 12.0 ％ 여도 되고, 바람직하게는 2.0 ∼ 11.5 ％, 보다 바람직하게는 2.5 ∼ 11.0 ％ 여도 된다.
본 발명의 섬유 구조체는, 세섬유군측의 영역 (S) 에 태섬유 (A) 가 존재하여 교락 영역을 구비하고 있는 것이 바람직하고, 예를 들어, M2-3A 가 0.05 ∼ 20.0 ％ 여도 되고, 바람직하게는 0.08 ∼ 15.0 ％, 보다 바람직하게는 0.10 ∼ 10.0 ％ 여도 된다.
본 발명의 섬유 구조체에 있어서, 교락 영역은, 제 1 영역 ∼ 제 10 영역 가운데, 태섬유 (A) 및 세섬유 (B) 의 모두가 존재하는 영역으로 간주해도 되고, 예를 들어, 교락 영역으로서 제 n 영역에 존재하는 태섬유 (A) 의 충전율과 세섬유 (B) 의 충전율의 비 MnA/MnB 가 0.1 ∼ 200 이어도 된다. 또, 본 발명의 섬유 구조체는, 교락 영역을 두께 방향으로 넓게 구비하고 있는 것이 바람직하고, 예를 들어, 제 1 영역 ∼ 제 10 영역 중 적어도 2 개 (바람직하게는 적어도 3 개, 보다 바람직하게는 적어도 4 개) 의 이웃하는 영역에 있어서, MnA/MnB 가 0.2 ∼ 100 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.5 ∼ 80, 더욱 바람직하게는 1 ∼ 70 이어도 된다.
본 발명의 섬유 구조체는, 고포집 효율 및 저압력 손실을 양립하는 관점에서, 제 1 영역 ∼ 제 10 영역의 전영역의 섬유 충전율 MA＋MB 가 1.0 ∼ 20.0 ％ 여도 되고, 바람직하게는 3.0 ∼ 18.0 ％, 보다 바람직하게는 5.0 ∼ 15.0 ％ 여도 된다.
본 발명의 섬유 구조체는, 제 1 영역 ∼ 제 10 영역의 전영역에 있어서의 태섬유 (A) 의 충전율과 세섬유 (B) 의 충전율의 비 MA/MB 가 0.5 ∼ 10 이어도 되고, 바람직하게는 0.8 ∼ 8, 보다 바람직하게는 1.10 ∼ 6, 더욱 바람직하게는 2.25 ∼ 5 여도 된다.
본 발명의 섬유 구조체는, 섬유 구조체의 면방향 100 ㎛ × 100 ㎛ 중의 세섬유 (B) 끼리의 평균 융착점수가 1.0 개 이상 10.0 개 이하여도 된다. 여기서, 융착이란, 섬유의 적어도 일부가 용융되어, 섬유끼리가 접착되어 있는 상태를 말한다. 섬유 구조체의 면방향 100 ㎛ × 100 ㎛ 중의 세섬유 (B) 끼리의 융착점수란, 현미경에 의한 섬유 구조체의 면방향 100 ㎛ × 100 ㎛ 의 범위의 평면 확대 화상에 있어서 확인할 수 있는 세섬유 (B) 끼리가 도 2 의 둥근 테두리로 나타내는 바와 같이 교점에서 융착되어 있는 지점의 수이다. 평균 융착점수란, 섬유 구조체의 면방향에서 상이한 5 지점의 100 ㎛ × 100 ㎛ 중의 융착점수의 평균치를 나타내고, 후술하는 실시예에 기재된 방법에 의해 측정되는 값이다. 또한, 확대 화상으로 확인할 수 있는 융착점수이기 때문에, 섬유 구조체의 면방향 100 ㎛ × 100 ㎛ 의 표면만이 아니라, 확대 화상에 있어서 표시되어 있는 그 두께 방향의 범위도 포함한다.
세섬유 (B) 끼리의 평균 융착점수를 적게 억제한 섬유 구조체에서는, 세섬유군은, 융착에 의한 고정이 적고, 기계적 낙합으로 결합되어 있기 때문에 세섬유군의 자유도가 증가하여, 섬유가 움직이기 쉬워진다. 그 결과, 후술하는 낙합시에 세섬유군이 태섬유군에 낙합되기 쉬워진다. 한편, 세섬유 (B) 끼리의 평균 융착점수가 지나치게 적은 경우, 세섬유군의 자유도가 지나치게 커진다. 그 결과, 낙합시에 세섬유군이 빠져나가 밀어 헤쳐지기 때문인지, 태섬유군과의 교락이 행해지기 어려워진다. 이와 같이, 세섬유 (B) 끼리의 평균 융착점수가 세섬유군과 태섬유군의 관계에 영향을 미치기 때문인지, 세섬유 (B) 끼리의 평균 융착점수가 특정한 범위 내에 있는 섬유 구조체는, 세섬유군과 태섬유군이 교락하기 쉬워지는 상태가 됨으로써, 세섬유 (B) 가 세섬유군측에 잔존하면서도, 두께 방향의 내부의 영역에 섬유가 많이 분포하는 구조를 형성할 수 있다고 생각되고, 그 결과, 분진 유지 용량을 높게 할 수 있다고 생각된다. 세섬유 (B) 끼리의 평균 융착점수는, 바람직하게는 8.0 개 이하여도 되고, 보다 바람직하게는 5.0 개 이하여도 된다.
또, 세섬유 (B) 끼리의 융착점은, 멜트 블로법에서의 융착에서 유래하고 있어도 된다. 후술하는 바와 같이, 멜트 블로법은, 섬유를 가늘게 할 수 있는 점에서 바람직하지만, 섬유의 자기 융착 특성을 이용한 부직포의 제조 방법이다. 기류에 대한 섬유의 자유도를 향상시키는 관점에서, 멜트 블로법에서 발생하는 세섬유 (B) 끼리의 평균 융착점수가 특정한 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 섬유 구조체는, 태섬유 (A) 로 형성된 태섬유 부직포 (바람직하게는 멜트 블론 부직포 또는 스펀레이스 부직포) 와 세섬유 (B) 로 형성된 세섬유 부직포 (바람직하게는 멜트 블론 부직포) 의 낙합물이어도 된다.
본 발명의 섬유 구조체에 있어서, 세섬유 (B) 는, 장섬유여도 되고, 단섬유여도 되고, 그 섬유 길이는 15 ㎜ 이상이어도 되고, 바람직하게는 20 ㎜ 이상, 보다 바람직하게는 30 ㎜ 이상, 더욱 바람직하게는 35 ㎜ 이상이어도 된다. 본 발명에 있어서, 장섬유란, 장섬유 부직포 (예를 들어, 멜트 블론 부직포, 스펀본드 부직포) 를 구성하는 섬유이며, 소정의 섬유 길이로 절단되어, 섬유 길이가 비교적 균일한 단섬유와는 구별할 수 있다.
섬유 구조체의 단위 면적당 중량은, 용도에 따라 적절히 설정하는 것이 가능하고, 예를 들어, 15 ∼ 180 g/㎡ 정도여도 되고, 바람직하게는 18 ∼ 150 g/㎡ 정도, 보다 바람직하게는 20 ∼ 120 g/㎡ 정도여도 된다. 또한, 단위 면적당 중량은, 후술하는 실시예에 기재된 방법에 의해 측정되는 값이다.
섬유 구조체의 겉보기 밀도는, 고포집 효율 및 저압력 손실을 양립하는 관점에서, 예를 들어, 0.005 ∼ 0.30 g/㎤ 정도 (예를 들어, 0.005 ∼ 0.10 g/㎤) 여도 되고, 바람직하게는 0.01 ∼ 0.20 g/㎤ 정도 (예를 들어, 0.01 ∼ 0.08 g/㎤), 보다 바람직하게는 0.02 ∼ 0.15 g/㎤ 정도 (예를 들어, 0.02 ∼ 0.07 g/㎤) 여도 된다. 또한, 겉보기 밀도는, 후술하는 실시예에 기재된 방법에 의해 측정되는 값이다.
섬유 구조체의 두께는, 용도에 따라 적절히 설정하는 것이 가능하고, 예를 들어, 0.1 ∼ 5 ㎜ 정도여도 되고, 바람직하게는 0.2 ∼ 3 ㎜ 정도, 보다 바람직하게는 0.3 ∼ 1 ㎜ 정도여도 된다. 또한, 두께는, 후술하는 실시예에 기재된 방법에 의해 측정되는 값이다.
태섬유 (A) 는, 섬유 구조체 중의 단섬유의 섬유 직경이 5.0 ㎛ 를 초과하는 섬유 모두를 의미하고, 이 태섬유 (A) 의 집합체가 태섬유군이지만, 압력 손실을 저감하는 관점에서, 태섬유군의 단섬유의 수평균 섬유 직경은 5.5 ㎛ 이상이어도 되고, 바람직하게는 6.0 ㎛ 이상, 보다 바람직하게는 7.0 ㎛ 이상이어도 된다. 태섬유군의 단섬유의 수평균 섬유 직경의 상한치는 특별히 한정되지 않지만, 세섬유군과의 낙합성을 최적화하는 관점에서 50 ㎛ 이하여도 되고, 바람직하게는 30 ㎛ 이하여도 된다. 단섬유의 수평균 섬유 직경은, 후술하는 실시예에 기재된 방법에 의해 측정되는 값이다.
세섬유 (B) 는, 섬유 구조체 중의 단섬유의 섬유 직경이 5.0 ㎛ 이하인 섬유 모두를 의미하고, 이 세섬유 (B) 의 집합체가 세섬유군이지만, 포집 효율을 향상시키는 관점에서, 세섬유군의 단섬유의 수평균 섬유 직경이 4.5 ㎛ 이하여도 되고, 바람직하게는 4.0 ㎛ 이하, 보다 바람직하게는 3.0 ㎛ 이하여도 된다. 세섬유군의 단섬유의 수평균 섬유 직경의 하한치는 특별히 한정되지 않지만, 취급성의 관점에서, 0.1 ㎛ 이상이어도 되고, 바람직하게는 0.5 ㎛ 이상이어도 된다.
태섬유군과 세섬유군의 교락을 최적화하는 관점에서, 세섬유군의 단섬유의 수평균 섬유 직경과 태섬유군의 단섬유의 수평균 섬유 직경의 비는, (세섬유군)/(태섬유군) 으로서, 예를 들어, 0.05 ∼ 0.80 이어도 되고, 바람직하게는 0.08 ∼ 0.50, 보다 바람직하게는 0.10 ∼ 0.35 여도 된다.
태섬유군을 구성하는 태섬유 (A) 는, 용도에 따라 선택할 수 있고, 천연 섬유, 재생 섬유, 반합성 섬유, 합성 섬유의 어느 것이나 사용할 수 있다. 구체적으로는, 코튼, 마, 양모, 펄프 등의 천연 섬유 ; 레이온, 폴리노직, 큐프라 등의 재생 섬유 ; 아세테이트, 트리아세테이트 등의 반합성 섬유 ; 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 수지로부터 형성되는 폴리올레핀계 섬유, 폴리스티렌 등의 폴리스티렌계 수지로부터 형성되는 폴리스티렌계 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리락트산 등의 폴리에스테르계 수지로부터 형성되는 폴리에스테르계 섬유, 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 11, 폴리아미드 12, 폴리아미드 610, 폴리아미드 612 등의 폴리아미드계 수지로부터 형성되는 폴리아미드계 섬유, 폴리카보네이트계 수지로부터 형성되는 폴리카보네이트계 섬유, 폴리우레탄계 수지로부터 형성되는 폴리우레탄계 섬유, 폴리아크릴로니트릴 등의 아크릴계 수지로부터 형성되는 아크릴계 섬유, 각종 내열성 섬유 등의 합성 섬유를 들 수 있다. 이들 섬유는, 단독으로 또는 2 종이상 조합하여 사용해도 된다.
또, 태섬유 (A) 는 비복합 섬유여도 되고, 복합 섬유 (심초형 복합 섬유, 해도형 복합 섬유, 사이드 바이 사이드형 복합 섬유 등) 여도 된다. 복합 섬유의 경우, 예를 들어, 저융점 수지를 일방의 성분 (예를 들어, 초 성분, 바다 성분 등) 으로 하고, 고융점 수지를 다른 성분 (예를 들어, 심 성분, 섬 성분 등) 으로 하는 복합 섬유가 바람직하다. 저융점 수지 및 고융점 수지는, 서멀 본드에서의 처리 온도에 따라, 상기 서술한 섬유를 형성하는 수지 등에서 적절히 선택할 수 있다.
이들 섬유 가운데, 폴리올레핀계 섬유, 폴리에스테르계 섬유, 아크릴계 섬유, 내열성 섬유, 및 이들의 복합 섬유가 바람직하게 사용된다.
내열성 섬유는, 폴리머의 분자 내에, 방향족, 복소 고리, 함황, 함질소 등의 구조를 갖는 단위를 갖는 내열성 폴리머로 구성되는 섬유여도 되고, 예를 들어, 폴리에테르에테르케톤 (PEEK) 섬유, 폴리에테르케톤 (PEK) 섬유, 폴리에테르케톤케톤 (PEKK) 섬유, 폴리페닐렌술파이드 (PPS) 섬유, 방향족 폴리아미드 섬유 (예를 들어 지방족 디아민 단위와 방향족 디카르복실산 단위로 구성되는 폴리아미드 섬유), 아라미드 섬유 (파라아라미드 섬유, 메타아라미드 섬유), 폴리이미드 (PI) 섬유, 폴리에테르이미드 (PEI) 섬유, 폴리아미드이미드 섬유, 비정성 폴리아릴레이트 섬유, 액정성 폴리에스테르 섬유, 폴리벤조옥사졸 (PBO) 섬유, 폴리벤조이미다졸 (PBI) 섬유, 폴리벤조티아졸 섬유, 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE) 섬유, 멜라민 섬유, 노볼로이드 섬유 등을 들 수 있다. 이들 섬유는, 단독으로 또는 2 종 이상 조합하여 사용해도 된다.
이들 내열성 섬유 가운데, 용융 방사성 및 내열성의 관점에서, 액정성 폴리에스테르 섬유, 폴리에테르이미드 섬유, 폴리페닐렌술파이드 섬유, 반방향족 폴리아미드 섬유 (예를 들어, 디카르복실산 단위가, 테레프탈산 단위를 포함하고, 디아민 단위가, 1,9-노난디아민 단위 및/또는 2-메틸-1,8-옥탄디아민 단위를 포함하는 반방향족 폴리아미드 섬유) 등이 바람직하게 사용된다.
세섬유군을 구성하는 세섬유 (B) 는, 제법에 따라 적절히 선택할 수 있지만, 합성 섬유가 바람직하게 사용된다. 합성 섬유를 구성하는 수지로는, 예를 들어, 폴리올레핀계 수지, 폴리스티렌계 수지, 아크릴계 수지, 폴리비닐알코올계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리염화비닐리덴계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리에테르계 수지, 폴리아미드계 수지, 상기 서술한 태섬유군에서 사용되는 내열성 섬유를 구성하는 수지, 열가소성 엘라스토머 등을 들 수 있다. 이들 수지는, 단독으로 또는 2 종 이상 조합하여 사용해도 된다. 세섬유 (B) 는, 태섬유 (A) 와 동일 종류의 수지로 이루어지는 섬유여도 되고, 상이한 종류의 수지로 이루어지는 섬유여도 된다. 또, 포집 성능의 관점에서, 세섬유 (B) 는 소수성 섬유인 것이 바람직하다. 또한, 태섬유 (A) 및 세섬유 (B) 의 쌍방이 소수성 섬유인 것이 바람직하다.
내열성 섬유를 구성하는 수지로는, 멜트 블론 부직포를 형성하는 관점에서는, 용융 방사성 및 내열성의 관점에서, 액정성 폴리에스테르, 폴리에테르이미드, 폴리페닐렌술파이드, 반방향족 폴리아미드 (예를 들어, 디카르복실산 단위가, 테레프탈산 단위를 포함하고, 디아민 단위가, 1,9-노난디아민 단위 및/또는 2-메틸-1,8-옥탄디아민 단위를 포함하는 반방향족 폴리아미드) 등의 수지가 바람직하게 사용된다.
본 발명의 섬유 구조체의 제조 방법은, 예를 들어, 태섬유 부직포와 세섬유 부직포의 적층물을 준비하는 공정과, 상기 적층물에 대해 낙합 처리를 실시하는 공정을 적어도 구비하고 있어도 된다.
준비 공정에서는, 태섬유 부직포와 세섬유 부직포의 적층물이 준비된다. 적층물을 구성하는 태섬유 부직포 및 세섬유 부직포는, 각각 별도로 준비되어, 중첩함으로써 적층물로 해도 되고, 일방의 부직포 (예를 들어 태섬유 부직포) 를 지지체 등으로서 사용하여, 멜트 블로법 등에 의해 그 위에 직접 타방의 부직포 (예를 들어 세섬유 부직포) 를 퇴적 등에 의해 형성시켜 적층물로 해도 된다. 소재의 베리에이션을 높이는 관점에서는, 태섬유 부직포 및 세섬유 부직포를 각각 따로 준비하여 중첩한 적층물인 것이 바람직하다. 적층물은, 이후의 낙합 공정에 있어서, 태섬유 부직포 및 세섬유 부직포를 충분히 낙합하는 관점에서, 양자가 접착되지 않고 단순히 중첩된 상태 (접착제 프리) 인 것이 바람직하다. 그 경우, 얻어지는 섬유 구조체는, 태섬유 부직포 및 세섬유 부직포의 구성 섬유가 서로 융착되어 있지 않는 것이 바람직하다.
낙합 전의 태섬유 부직포는, 단섬유의 수평균 섬유 직경이 5.5 ㎛ 이상이어도 되고, 바람직하게는 6.0 ㎛ 이상, 보다 바람직하게는 7.0 ㎛ 이상이어도 된다. 단섬유의 수평균 섬유 직경의 상한치는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 50 ㎛ 이하여도 되고, 바람직하게는 30 ㎛ 이하여도 된다. 태섬유 부직포는, 주로 (예를 들어, 60 중량％ 이상) 단섬유의 섬유 직경이 5.0 ㎛ 를 초과하는 태섬유 (A) 로부터 형성되어 있어도 된다. 태섬유 부직포 중의 태섬유 (A) 가 세섬유 부직포 중의 세섬유 (B) 와 교락 가능한 한, 태섬유 부직포의 종류는 특별히 한정되지 않고, 건식 부직포, 방사 직결형 부직포 (예를 들어, 멜트 블론 부직포, 스펀본드 부직포) 등이 바람직하게 사용된다. 태섬유 부직포는, 단독으로 또는 2 종 이상 조합하여 사용해도 된다.
예를 들어, 건식 부직포에서는, 소정의 섬유 집합체로부터, 카드법 또는 에어레이드법에 의해, 웹이 형성된다. 얻어진 웹은, 이어서, 실용적인 강도를 부여하기 위해서, 섬유끼리를 결합시킨다. 결합 방법으로는, 화학적 결합 (예를 들어, 케미컬 본드법), 열적 결합 (예를 들어, 서멀 본드법, 스팀 제트법), 기계적 결합 (예를 들어, 스펀레이스법, 니들 펀치법) 을 이용할 수 있지만, 간편성의 관점에서, 수류 낙합 처리에 의해 낙합하는 스펀레이스법을 사용하는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 건식 부직포로는, 케미컬 본드 부직포, 서멀 본드 부직포, 스펀레이스 부직포, 스팀 제트 부직포, 니들 펀치 부직포, 에어레이드 부직포 등을 들 수 있다. 이들 중, 세섬유 부직포와 충분히 낙합하는 관점에서, 스펀레이스 부직포가 바람직하다.
건식 부직포를 구성하는 섬유의 섬유 길이는 15 ∼ 70 ㎜ 정도여도 되고, 바람직하게는 20 ∼ 65 ㎜ 정도, 보다 바람직하게는 30 ∼ 60 ㎜ 정도, 더욱 바람직하게는 35 ∼ 55 ㎜ 정도여도 된다. 이와 같은 섬유 길이에 의해 건식 부직포를, 습식 부직포 (통상, 섬유 길이는 10 ㎜ 이하) 와 구별하는 것이 가능하다.
또, 방사 직결형 부직포로는, 멜트 블론 부직포, 스펀본드 부직포 등을 들 수 있다. 이들 중, 저단위 면적당 중량이어도 강직성을 갖도록 조정할 수 있기 때문에, 멜트 블론 부직포가 바람직하다. 멜트 블론 부직포는, 멜트 블로법에 의해 얻어지는 부직포이며, 멜트 블로법에서는, 일반적으로 세섬도의 부직포가 얻어지지만, 특정한 제조 조건에 의해 태섬도의 부직포를 얻는 것도 가능하다. 멜트 블론 부직포를 태섬유 부직포로서 사용하는 경우, 강직성이 높아, 세섬유 부직포와의 낙합성을 향상시킬 수 있다. 세섬유군이 교락하기 쉬워지도록 태섬유군에 강직성을 부여하기 위해서는, 멜트 블로법에 의한 섬유류의 섬유가 세화하기 전의 굵은 상태에서, 또한 섬유가 고화하기 전에 포집면에 섬유를 도달시키는 것이 바람직하다. 예를 들어, 멜트 블로법에 의한 섬유류의 포집 거리를 짧게 하거나, 또는 수지 점도를 높게 하거나 하여 섬유 직경을 굵게 함으로써, 고화할 때까지의 시간을 길게 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 포집 거리 (노즐로부터 포집면까지의 거리) 는, 3 ∼ 100 ㎝ 의 범위여도 되고, 바람직하게는 5 ∼ 80 ㎝, 보다 바람직하게는 7 ∼ 60 ㎝ 여도 된다.
태섬유 부직포를 구성하는 섬유는, 강직성을 향상시켜, 세섬유 부직포와 충분히 낙합하는 관점에서, 장섬유여도 된다.
태섬유 부직포의 단위 면적당 중량은, 예를 들어, 10 ∼ 150 g/㎡ 정도여도 되고, 바람직하게는 12 ∼ 130 g/㎡ 정도, 보다 바람직하게는 15 ∼ 100 g/㎡ 정도여도 된다.
태섬유 부직포는, 세섬유 부직포와 충분히 낙합하는 관점에서, 비교적 성긴 구조를 갖는 것이 바람직하고, 그 겉보기 밀도는, 예를 들어, 0.005 ∼ 0.20 g/㎤ 정도 (예를 들어, 0.005 ∼ 0.07 g/㎤) 여도 되고, 바람직하게는 0.01 ∼ 0.15 g/㎤ 정도 (예를 들어, 0.01 ∼ 0.06 g/㎤), 보다 바람직하게는 0.02 ∼ 0.10 g/㎤ 정도 (예를 들어, 0.02 ∼ 0.05 g/㎤) 여도 된다.
태섬유 부직포의 두께는, 예를 들어, 0.1 ∼ 5 ㎜ 정도여도 되고, 바람직하게는 0.2 ∼ 3 ㎜ 정도, 보다 바람직하게는 0.3 ∼ 1 ㎜ 정도여도 된다.
낙합 전의 세섬유 부직포는, 단섬유의 수평균 섬유 직경이 4.5 ㎛ 이하여도 되고, 바람직하게는 4.0 ㎛ 이하, 보다 바람직하게는 3.0 ㎛ 이하여도 된다. 단섬유의 수평균 섬유 직경의 하한치는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 0.1 ㎛ 이상이어도 되고, 바람직하게는 0.5 ㎛ 이상이어도 된다. 세섬유 부직포는, 주로 (예를 들어, 60 중량％ 이상) 단섬유의 섬유 직경이 5.0 ㎛ 이하인 세섬유 (B) 로부터 형성되어 있어도 된다.
세섬유 부직포로는, 멜트 블론 부직포, 일렉트로 스피닝 부직포, 분할 섬유로부터 얻어지는 부직포 (상이한 성분의 다발로 이루어지는 섬유로부터 일단 부직포를 형성하고, 이 섬유를 상이한 성분의 계면으로부터 분할시켜 얻어진 세섬유 부직포), 해도 섬유로부터 얻어지는 부직포 (해도 섬유로 형성된 부직포의 바다 부분을 용출하여 얻어진 세섬유 부직포), 피브릴 섬유로 이루어지는 부직포 (일단 형성된 부직포에 대해 물리적 충격을 주어, 섬유를 피브릴화시킴으로써 얻어진 세섬유 부직포) 등을 사용할 수 있고, 교락 용이함의 관점에서, 멜트 블론 부직포가 바람직하게 사용된다.
본 발명의 섬유 구조체를 얻기 위해서는, 세섬유 (B) 끼리의 평균 융착점수가 특정한 범위 내에 있는 세섬유 부직포를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 세섬유 부직포를 사용함으로써, 태섬유 부직포와 낙합 처리를 실시하고, 세섬유군과 태섬유군을 교락시키기 쉽게 할 수 있다. 예를 들어, 멜트 블론 부직포는, 노즐로부터 압출된 용융 열가소성 폴리머를, 열풍 분사함으로써 섬유상으로 세화하고, 고온 고속 기류 중에서 섬유를 교락시킴과 동시에 자기 융착시켜 형성된다. 본 발명에서는, 멜트 블로법에 의한 섬유류의 포집 거리를 조정함으로써, 토출된 폴리머가 섬유화하여 포집면에 도달할 때까지의 사이에서의 자기 융착성을 제어하는 것이 가능하여, 얻어지는 세섬유 부직포의 세섬유 (B) 끼리의 평균 융착점수를 조정할 수 있는 것을 알아냈다. 구체적으로는, 포집 거리를 길게 함으로써 자기 융착을 억제할 수 있는 한편, 포집 거리를 짧게 함으로써 자기 융착을 촉진할 수 있고, 수지 점도나 에어 온도 등의 조건에 따라 다르기도 하지만, 포집 거리 (노즐로부터 포집면까지의 거리) 는, 35 ∼ 90 ㎝ 여도 되고, 바람직하게는 40 ∼ 80 ㎝, 보다 바람직하게는 40 ∼ 70 ㎝ 여도 된다.
세섬유 부직포의 단위 면적당 중량은, 태섬유 부직포와 충분히 낙합하는 관점에서, 예를 들어, 1.0 ∼ 30 g/㎡ 정도여도 되고, 바람직하게는 2.0 ∼ 25 g/㎡ 정도, 보다 바람직하게는 3.0 ∼ 20 g/㎡ 정도여도 된다.
세섬유 부직포의 겉보기 밀도는, 예를 들어, 0.01 ∼ 0.30 g/㎤ 정도여도 되고, 바람직하게는 0.03 ∼ 0.25 g/㎤ 정도, 보다 바람직하게는 0.05 ∼ 0.20 g/㎤ 정도여도 된다.
세섬유 부직포의 두께는, 예를 들어, 0.01 ∼ 0.30 ㎜ 정도여도 되고, 바람직하게는 0.03 ∼ 0.25 ㎜ 정도, 보다 바람직하게는 0.05 ∼ 0.20 ㎜ 정도여도 된다.
적층물에서는, 이후의 낙합 공정에 있어서, 태섬유 부직포와 세섬유 부직포를 충분히 낙합하는 관점에서, 태섬유 부직포의 단위 면적당 중량 (W1) 과 세섬유 부직포의 단위 면적당 중량 (W2) 의 비 W1/W2 가 1.2 ∼ 8.0 이어도 되고, 바람직하게는 1.3 ∼ 5.0, 보다 바람직하게는 1.5 ∼ 3.5, 보다 더 바람직하게는 1.7 ∼ 2.5 여도 된다.
낙합 처리로는, 스펀레이스법, 니들 펀치법 등을 이용함으로써 태섬유 부직포와 세섬유 부직포를 낙합하는 것이 가능하지만, 세섬유 부직포의 장섬유를 충분히 낙합하는 관점에서는, 스펀레이스법이 바람직하게 사용된다.
예를 들어, 스펀레이스법에서는, 태섬유 부직포와 세섬유 부직포를 중첩한 적층물을 재치한 다공질 지지체에 대해, 미세한 구멍을 뚫은 노즐로부터 고압의 수류 (예를 들어 1 ㎫ 이상) 를 제트 분사하고, 적층물을 관통한 수류가 지지체에 대해 반사되고, 그 에너지로 섬유를 낙합할 수 있다.
스펀레이스법으로 사용되는 다공질 지지체는, 드럼형, 플레이트형 중 어느 것이어도 되고, 이들을 조합하여 실시되어도 되지만, 플레이트형의 다공질 지지체를 사용하는 것이 바람직하다. 다공질 지지체의 개공률은, 예를 들어, 10 ∼ 50 ％, 바람직하게는 15 ∼ 40 ％, 더욱 바람직하게는 20 ∼ 30 ％ 정도여도 된다. 또, 다공질 지지체의 구멍 직경은, 예를 들어, 0.01 ∼ 5.0 ㎜, 바람직하게는 0.05 ∼ 3.0 ㎜, 보다 바람직하게는 0.1 ∼ 1.0 ㎜ 정도여도 된다.
수류의 수압은, 적층물의 두께 등에 따라 적절히 설정할 수 있지만, 예를 들어, 1 ∼ 10 ㎫, 바람직하게는 1.5 ∼ 9.5 ㎫, 더욱 바람직하게는 2 ∼ 9 ㎫ 정도여도 된다.
수류의 분사에 사용하는 노즐의 구멍 직경은, 예를 들어 0.05 ∼ 0.2 ㎜ 정도여도 된다. 노즐에 있어서의 미세한 구멍의 간격은, 예를 들어, 0.3 ∼ 5.0 ㎜, 바람직하게는 0.4 ∼ 3.0 ㎜, 더욱 바람직하게는 0.5 ∼ 2.0 ㎜ 정도여도 된다.
수류의 분사에 사용하는 노즐은, 1 열 또는 복수 열 형성해도 되고, 예를 들어, 그 배열수는 1 ∼ 5 열이며, 태섬유 부직포와 세섬유 부직포의 낙합성을 최적화하는 관점에서, 2 ∼ 3 열이 바람직하다. 노즐을 복수열 형성하는 경우, 배열마다 수류의 수압은 상이해도 되고, 태섬유 부직포와 세섬유 부직포의 낙합성을 최적화하는 관점에서, 기계 방향 (MD 방향) 을 향해 적층물에 맞히는 수류의 수압을 높게 해 나가는 것이 바람직하다.
태섬유 부직포와 세섬유 부직포의 낙합시에는, 상기 다공질 지지체 상에 태섬유 부직포와 세섬유 부직포를 중첩한 적층물을 재치하고, 일정한 속도로 당해 적층물을 다공질 지지체와 함께 길이 방향으로 연속적으로 이송하면서, 상기 조건으로 낙합 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 적층물의 이송 속도는, 예를 들어, 1.0 ∼ 10.0 m/분, 바람직하게는 2.0 ∼ 9.0 m/분, 보다 바람직하게는 3.0 ∼ 8.0 m/분 정도여도 된다. 적층물의 이송 속도를 상기 범위로 함으로써, 태섬유 부직포와 세섬유 부직포의 낙합성을 최적화하고, 얻어지는 섬유 구조체의 분진 유지 용량을 보다 더 높일 수 있다.
또, 스펀레이스법에 의한 낙합 처리에서는, 적층물의 태섬유 부직포측 또는 세섬유 부직포측의 어느 쪽으로부터 수류를 분사해도 되지만, 태섬유 부직포와 세섬유 부직포를 충분히 낙합하는 관점에서, 적층물의 세섬유 부직포측으로부터 수류를 분사해도 된다.
또한, 용도에 따라, 섬유 구조체에 대해 대전 처리를 실시하여, 포집 효율을 높여도 된다. 대전 처리는, 낙합 처리 전의 적층물에 실시되어도 되고, 낙합 처리를 한 섬유 구조체에 대해 실시되어도 된다.
대전 처리는, 대전 가능한 한 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 마찰, 접촉에 의해 전하를 부여하는 방법, 활성 에너지선 (예를 들어 전자선, 자외선, X 선 등) 을 조사하는 방법, 코로나 방전, 플라즈마 등의 기체 방전을 이용하는 방법, 고전계를 이용하는 방법, 물 등의 극성 용매를 사용한 하이드로 차징법 등을 들 수 있다.
하이드로 차징법에서는, 예를 들어, 물, 유기 용매 등의 극성 용매 (배수 처리 등의 생산성의 관점에서는, 바람직하게는 물) 를, 섬유 구조체에 분무하거나, 분무하면서 진동시키거나, 부여한 후 혹은 부여하면서 섬유 구조체의 편측으로부터 흡인시키거나 함으로써, 섬유 구조체 내부에 극성 용매를 침투시켜 대전시킨다. 섬유 구조체에 충돌시키는 극성 용매의 압력은, 바람직하게는 0.1 ∼ 5 ㎫ 여도 된다. 하부로부터의 흡인 압력은, 바람직하게는 500 ∼ 5000 ㎜H2O 여도 된다. 하이드로 차징의 처리 시간은, 바람직하게는 0.001 ∼ 5 초여도 된다.
본 발명의 섬유 구조체의 분진 유지 용량은, 4.3 mg 이상이어도 되고, 바람직하게는 4.5 mg 이상, 보다 바람직하게는 5.0 mg 이상, 더욱 바람직하게는 6.0 mg 이상이어도 된다. 분진 유지 용량은 높을수록 바람직하고 상한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 30 mg 정도여도 된다. 여기서, 분진 유지 용량은, 내경 110 ㎜ 의 원의 필터 홀더에 장착된 섬유 구조체에 대해 압력 손실이 초기치의 2 배가 될 때까지 포집되는 분진량을 나타내고, 후술하는 실시예에 기재된 방법에 의해 측정되는 값이다.
본 발명의 섬유 구조체의 포집 효율 (초기 포집 효율) 은, 높을수록 바람직하지만, 압력 손실을 적절한 범위로 제어하는 관점에서, 예를 들어, 60 ％ 이상 (예를 들어 60 ％ ∼ 99.99 ％) 이어도 되고, 바람직하게는 70 ％ 이상, 보다 바람직하게는 80 ％ 이상이어도 된다. 여기서, 포집 효율은, 후술하는 실시예에 기재된 방법에 의해 측정되는 값이다.
본 발명의 섬유 구조체의 압력 손실 (초기 압력 손실) 은, 함유시키는 섬유의 섬유 직경 등의 설계에 따라, 예를 들어, 0 ∼ 30 Pa 의 범위로 조정할 수 있지만, 섬유 구조체의 압력 손실은, 예를 들어, 0 ∼ 20 Pa 정도여도 되고, 바람직하게는 0 ∼ 15 Pa 정도, 보다 바람직하게는 1 ∼ 14 Pa 정도여도 된다. 여기서, 압력 손실은, 후술하는 실시예에 기재된 방법에 의해 측정되는 값이다.
본 발명의 섬유 구조체는, 포집 효율 및 압력 손실에 의해 하기 식에 따라서 산출되는 QF 값에 대해서는, 예를 들어 0.10 이상, 바람직하게는 0.15 이상, 보다 바람직하게는 0.19 이상이어도 된다. QF 값을 높을수록 바람직하고 상한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 2.00 정도여도 된다.
QF 값 = -ln(1-포집 효율 (％)/100)/압력 손실 (Pa)
이와 같은 섬유 구조체의 용도로는, 예를 들어, 필터 (특히 에어 필터) 로서 바람직하게 사용할 수 있다. 필터는, 예를 들어, 마스크, 각종 공조용 (빌딩 공조, 클린 룸, 도장 부스 등), 자동차 공업용 (캐빈 필터 등), 일반 가전용 (에어콘, 공기 청정기, 청소기 등) 등에 사용되는 필터로서 사용할 수 있다. 섬유 구조체를 필터로서 사용하는 경우, 그 태섬유군측을 상류측으로서 사용할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 섬유 구조체는 마스크의 필터 시트로서 사용되어도 된다. 본 발명의 마스크는, 인체의 입가 및 코의 쌍방 또는 어느 일방을 적어도 피복하는 피복부로서 본 발명의 섬유 구조체를 적어도 구비하고 있으면 되고, 예를 들어, 당해 피복부를 구성하는 복수층 중 1 층으로서 섬유 구조체를 구비하고 있어도 된다. 또, 섬유 구조체는, 마스크를 구성하는 호기측 시트, 표면측 시트의 사이에 배치 형성되는 중간 시트로서 사용되어도 된다.
또한, 본 발명에 있어서 마스크란, 인체의 입가 및 코 (특히 콧구멍부) 의 쌍방 또는 어느 일방을 적어도 피복하는 것을 가리키고, 얼굴에 고정시키는 밴드 등의 고정부의 유무를 불문한다. 또한, 마스크는, 인체의 입가 및 코 이외의 부분을 피복하고 있어도 된다. 예를 들어, 일 변형예로는, 본 발명의 마스크는, 수면시 무호흡 증후군의 치료에 적합한 CPAP 요법, 환기 부전에 적합한 NIPPV 요법 등에 사용하는 수면시 무호흡 증후군의 치료용 마스크 (예를 들어, 코 마스크, 풀 페이스 마스크 등) 여도 된다.
실시예
이하에, 실시예에 기초하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들에 의해 아무런 제한도 받지 않는다. 또한, 이하의 실시예 및 비교예에 있어서는, 하기 방법에 의해 각종 물성을 측정하였다.
[단섬유의 수평균 섬유 직경]
주사형 전자 현미경을 사용하여 섬유 구조체의 표면을 관찰하였다. 전자 현미경 사진으로부터 섬유를 무작위로 선택하고, 단섬유 측면으로부터 섬유 직경을 측정하고, 섬유 직경이 5.0 ㎛ 를 초과하는 섬유를 태섬유 (A) 로 하여 수평균 섬유 직경 (n=100) 을 산출하고, 섬유 직경이 5.0 ㎛ 이하인 섬유를 세섬유 (B) 로 하여 수평균 섬유 직경 (n=100) 을 산출하였다.
[단위 면적당 중량 및 겉보기 밀도]
JIS L 1913「일반 부직포 시험 방법」의 6.2 에 준하여, 단위 면적당 중량 (g/㎡) 을 측정하였다. 또, 겉보기 밀도 (g/㎤) 는, 단위 면적당 중량을 두께로 나눔으로써, 산출하였다.
[두께]
섬유 구조체 또는 각종 부직포의 두께 방향에 대해 평행하게, 또한 기계 방향 (MD) 에 대해 수직이 되도록, 면도칼 (「패더 면도칼 S 편날」, 패더 안전 면도 (주) 사 제조) 을 사용하여 임의의 10 지점를 절단하고, 디지털 현미경에 의한 사진으로 각각의 단면을 관찰하였다. 그리고, 섬유 구조체 또는 각종 부직포의 각 절단면에 있어서 상단 및 하단을 결정하고, 상단에서 하단까지의 두께 방향의 거리를 측정하고, 이들 10 지점의 평균치를 산출함으로써, 섬유 구조체 및 각종 부직포의 두께 (㎜) 를 구하였다.
[섬유의 충전율]
섬유 구조체를 면방향 2.5 ㎝ × 2.5 ㎝ 로, 임의의 5 지점에서 잘라내어 샘플을 채취한 후, 각 샘플에 대해 하기 조건으로 X 선 CT 측정하여 3 차원 화상을 얻었다.
＜X 선 CT 측정 조건＞
측정 장치 : Xradia 520 Versa (칼 자이즈사 제조)
X 선 타깃 : 텅스텐
X 선원 강도 : 160 ㎸
출력 : 10 W
대물 렌즈 : 4X
촬영 시야 범위 : 1512 ㎛
픽셀 사이즈 : 1.5 ㎛/pix
비닝 : 2
노광 시간 : 2 초/장
촬영 장수 : 3201 장
촬상 시간 : 4 시간
＜화상 해석 조건＞
얻어진 3 차원 화상을 이하의 순서로 화상 해석 소프트 Avizo (써모피셔 사이언티픽사 제조) 를 사용하여 화상 해석함으로써 각 영역의 각종 섬유의 충전율을 측정하였다.
얻어진 3 차원 화상을 화상 해석 소프트웨어 상에서, 섬유 구조체 샘플의 3 차원 화상을 0.75 ㎜ × 0.75 ㎜ × 전체 두께가 되도록 컷한 후, NON-LOCAL Filter 기능에 의해 노이즈를 제거하였다. NON-LOCAL Filter 기능은, 이하의 조건으로 설정하였다.
Spatial Standard Deviation 값 : 5
Intensity Standard Deviation 값 : 0.2
Search window 값 : 10
Local Neighborhood 값 : 3
그리고, Interactive Thresholding 기능으로 2 치화를 실시하고, 모든 섬유를 추출하였다. 임계값은 65536 계조 중 30000 ∼ 35000 의 임의의 값으로 하였다.
NON-LOCAL Filter 처리에 의해 노이즈를 제거한 데이터에 대해, Fiber Tracing 기능을 사용하여, 특정한 섬유 직경을 갖는 섬유 (태섬유 (A)) 를 추출하였다. Fiber Tracing 기능은, 이하의 조건으로 설정하였다.
Cylinder Correlation 의 Cylinder length 값 : 섬유 직경의 2.5 ∼ 3.5 배의 사이의 임의의 값
Angular Sampling 값 : 5
Mask Cylinder Radius 값 : 섬유 반경 ＋ 1 ∼ 섬유 반경 ＋ 13 의 사이의 임의의 값
Outer Cylinder Radius 값 : 섬유 반경
Inner Cylinder Radius 값 : 0
Trace Correlation Lines 의 Direction Coefficient 값 : 0.45
Minimum Distance 값 : 섬유 반경 ∼ 섬유 직경의 사이의 임의의 값
또, Arithmetic 기능을 사용하고, Interactive Thresholding 기능으로 추출한 전체 섬유로부터, Fiber Tracing 기능으로 추출한 특정한 섬유 직경을 갖는 섬유를 빼고, 다른 섬유 직경을 갖는 섬유 (세섬유 (B)) 만을 추출하였다.
Arithmetic 기능을 사용하고, Interactive Thresholding 기능으로 추출한 전체 섬유 이외의 영역을 공극으로서 추출하였다.
Regional Volume Fraction 기능을 사용하고, 화상 데이터를 두께 방향으로 7.5 ㎛ 마다 해석하고, 각각의 영역에 있어서의 태섬유 (A)/세섬유 (B)/공극의 체적 비율을 산출하였다. 섬유가 0.1 vol％ 이상 존재하는 영역을 섬유 구조체의 영역으로 하여 측정 범위로 하였다.
상기에서 측정한 섬유 구조체의 두께가 L (㎜) 인 경우, 이 두께를 10 등분하여 1 분할 영역당 두께가 L/10 (㎜) 이 되도록, 상기 7.5 ㎛ 마다 해석한 섬유 구조체의 영역을 모두 통합하고, 단면을 L/10 (㎜) 두께 마다 10 계층분으로 분할하고, 얻어진 10 계층분 중 세섬유군측으로부터 태섬유군측을 향하여 제 1 영역 ∼ 제 10 영역으로 하고, 각 영역에 있어서의 태섬유 (A), 세섬유 (B) 의 충전율을 산출하였다.
동일 섬유 구조체 샘플 (2.5 ㎝ × 2.5 ㎝) 내에 있어서, 0.75 ㎜ × 0.75 ㎜ × 전체 두께의 해석 범위를 125 ㎛ 피치로, 상기 해석 조건에 있어서 10 지점 해석하였다. 측정 결과는, 전체 5 샘플에 대해 10 지점, 합계 50 점의 평균치로 하였다.
또한, 얻어진 10 계층분 중 세섬유군측으로부터 태섬유군측을 향하여 제 1 영역 ∼ 제 10 영역으로 하고, 제 1 영역 ∼ 제 3 영역을 나타내는 영역 (S) 의 태섬유 (A), 세섬유 (B) 의 충전율의 평균치, 제 4 영역 ∼ 제 7 영역을 나타내는 영역 (T) 의 태섬유 (A), 세섬유 (B) 의 충전율의 평균치, 및 제 8 영역 ∼ 제 10 영역을 나타내는 영역 (U) 의 태섬유 (A), 세섬유 (B) 의 충전율의 평균치를 각각 산출하였다.
[평균 융착점수]
섬유 구조체를 면방향 1 ㎝ × 1 ㎝ 로 잘라내어 샘플을 채취하고, 주사형 전자 현미경을 사용하여, 얻어진 샘플의 세섬유군측의 표면을 100 ㎛ × 100 ㎛ 의 범위에서 랜덤하게 촬상하였다. 그리고, 얻어진 화상으로부터, 세섬유 (B) 가 서로 융착되어 있는 지점의 수를 측정하고, 이것을 면방향에서 상이한 5 지점의 100 ㎛ × 100 ㎛ 의 범위의 화상으로 측정하고, 이들 수의 평균치를 산출하였다. 또한, 융착되어 있는 지점의 수에 대해, 동일한 세섬유 (B) 끼리여도 복수 지점에서 융착되어 있는 경우에는, 다른 지점으로서 세었다.
[포집 효율, 압력 손실, QF 값]
필터 효율 자동 검출 장치 (TSI 사 제조, AFT8130A) 를 사용하여, 실시예 및 비교예에서 얻어진 섬유 구조체의 포집 성능을 평가하였다. 먼저, 시험 샘플을 태섬유군측이 상류측, 세섬유군측이 하류측이 되도록, 내경 110 ㎜ 의 원의 필터 홀더에 장착하였다. 이 상태에서 질량 중앙 직경이 0.26 ㎛ 인 NaCl 입자를 시험 입자로 사용하여, 시험 샘플을 세트한 필터 홀더에 입자 농도 15 ∼ 20 mg/㎥, 풍량 32 리터/분, 면속도 5.33 ㎝/초로 10 초간 흘려, 상류측의 입자 농도 X1, 하류측 (여과 후) 의 입자 농도 X2 를, 레이저식 입자 검출기를 사용하여 측정하고, 하기 식으로부터 포집 효율을 구하였다.
포집 효율 (％) =｛(X1-X2)/X1｝× 100
또, 상기 필터 효율 자동 검출 장치에 있어서의 필터 홀더의 상류측, 하류측간에 미차압계를 배치하고, 풍량 32 리터/분에 있어서의 차압 (압력 손실 (Pa)) 을 측정하였다.
그리고, 얻어진 포집 효율 및 압력 손실로부터, 하기 식에 의해 QF 값을 산출하였다.
QF 값 = -ln(1-포집 효율 (％)/100)/압력 손실 (Pa)
[분진 유지 용량]
필터 효율 자동 검출 장치 (TSI 사 제조, AFT8130A) 를 사용하여, 실시예 및 비교예에서 얻어진 섬유 구조체의 포집 성능을 평가하였다. 먼저, 시험 샘플을 태섬유군측이 상류측, 세섬유군측이 하류측이 되도록, 내경 110 ㎜ 의 원의 필터 홀더에 장착하였다. 이 상태에서 질량 중앙 직경이 0.26 ㎛ 인 NaCl 입자를 시험 입자로 사용하여, 시험 샘플을 세트한 필터 홀더에 입자 농도 15 ∼ 20 mg/㎥, 풍량 32 리터/분, 면속도 5.33 ㎝/초로 60 분간 흘려, 2 분마다 포집 효율과 압력 손실을 상기와 동일한 수법에 의해 산출하였다. 그리고, 얻어진 수치를 사용하여, 측정 개시시의 압력 손실로부터 2 배의 압력 손실이 될 때까지의 시간 t 를 측정하였다. 또한, 상류측의 입자 농도, 풍량, 포집 효율로부터 각 2 분간의 입자 포집 중량을 하기 식에 의해 산출하고, 시간 t 까지의 총합을 분진 유지 용량으로 하였다.
2 분간의 입자 포집 중량 = 상류측의 입자 농도 (mg/㎥) × 풍량 (리터/분) × 0.001 (㎥/리터) × 2 (분) × 포집 효율 (％)/100
[실시예 1]
(1) 태섬유 부직포의 제작
폴리프로필렌 (MFR [230 ℃, 21.18 N 하중] = 30 g/10 분) 100 질량부를, 일반적인 멜트 블론 설비를 사용하여, 방사 온도 260 ℃, 에어 온도 260 ℃, 에어 유량 13 N㎥/min, 단공 토출량 0.3 g/구멍·분, 구멍 직경 0.4 ㎜, 구멍 간격 1.5 ㎜ 로 노즐 구멍으로부터 토출하고, 열풍에 의해 세화시킨 섬유류를 포집 거리 32 ㎝ 로 포집함으로써, 태섬유 부직포 (단섬유의 수평균 섬유 직경 7.2 ㎛, 단위 면적당 중량 20 g/㎡, 두께 0.76 ㎜, 겉보기 밀도 0.03 g/㎤) 를 얻었다.
(2) 세섬유 부직포의 제작
폴리프로필렌 (MFR [230 ℃, 21.18 N 하중] = 700 g/10 분) 100 질량부에, 일반적인 멜트 블론 설비를 사용하여, 방사 온도 215 ℃, 에어 온도 215 ℃, 에어 유량 10 N㎥/min, 단공 토출량 0.036 g/구멍·분, 구멍 직경 0.3 ㎜, 구멍 간격 0.75 ㎜, 포집 거리 40 ㎝ 로 멜트 블로 방사를 실시하고, 세섬유 부직포 (단섬유의 수평균 섬유 직경 1.2 ㎛, 단위 면적당 중량 10 g/㎡, 두께 0.10 ㎜, 겉보기 밀도 0.10 g/㎤) 를 얻었다.
(3) 태섬유 부직포와 세섬유 부직포의 낙합 처리
이어서, (1) 에서 얻어진 태섬유 부직포와, (2) 에서 얻어진 세섬유 부직포를 중첩하였다. 이 적층물을 다공질 지지체 (개공률 25 ％, 구멍 직경 0.3 ㎜) 의 위에 재치하고, 속도 5.0 m/분으로 적층물의 길이 방향으로 연속적으로 이송함과 동시에, 구멍 직경 0.10 ㎜ 의 오리피스를 적층물의 폭방향을 따라 0.6 ㎜ 의 간격으로 형성하고 있는 노즐 2 개 (인접하는 노즐간의 거리 20 ㎝) 를 사용하여, 1 열째의 노즐로부터 분사한 고압 수류의 수압을 2.0 ㎫, 2 열째의 노즐로부터 분사한 고압 수류의 수압을 3.0 ㎫ 로 하여, 세섬유 부직포측으로부터 고압 수류를 분사하여 낙합 처리를 실시하였다.
계속해서, 태섬유 부직포와 세섬유 부직포를 낙합하여 얻어진 섬유 구조체에 대해 하이드로 차징법에 의해 대전 처리를 실시하였다. 구체적으로는, 이하의 조건으로, 섬유 구조체에 일방의 표면으로부터 물을 분무한 후, 섬유 구조체의 타방의 표면에 슬릿상의 흡인 노즐을 맞닿게 하여 물을 흡인함으로써 섬유 구조체 내부에 물을 침투시켜, 탈수 후에 자연 건조시켰다.
·물의 압력 : 0.4 ㎫
·흡인 압력 : 2000 ㎜H2O
·처리 시간 : 0.0042 초 (속도 20 m/min)
얻어진 섬유 구조체의 각종 평가 결과를 표 1 에 나타낸다.
[실시예 2]
실시예 1 (1) 에서 얻어진 태섬유 부직포와, 실시예 1 (2) 에서 얻어진 세섬유 부직포를 중첩하여 실시예 1 에서 사용한 다공질 지지체 상에 재치하고, 속도 5.0 m/분으로 적층물의 길이 방향으로 연속적으로 이송함과 동시에, 구멍 직경 0.10 ㎜ 의 오리피스를 적층물의 폭방향을 따라 0.6 ㎜ 의 간격으로 형성하고 있는 노즐 3 개 (인접하는 노즐간의 거리 20 ㎝) 를 사용하여, 1 열째의 노즐로부터 분사한 고압 수류의 수압을 3.0 ㎫, 2 열째의 노즐로부터 분사한 고압 수류의 수압을 5.0 ㎫, 3 열째의 노즐로부터 분사한 고압 수류의 수압을 10 ㎫ 로 하여, 세섬유 부직포측으로부터 고압 수류를 분사하여 낙합 처리를 실시하였다. 계속해서, 실시예 1 과 동일하게 대전 처리를 실시하고, 태섬유 부직포와 세섬유 부직포가 교락한 섬유 구조체를 얻었다. 얻어진 섬유 구조체의 각종 평가 결과를 표 1 에 나타낸다.
[실시예 3]
(1) 태섬유 부직포의 제작
원면으로서 단섬유의 수평균 섬유 직경 17.5 ㎛, 섬유 길이 51 ㎜ 의 폴리프로필렌 섬유 (NF, 우베 엑시모 주식회사 제조) 100 중량％ 를 사용하여, 카드법을 사용하여 세미 랜덤 웹을 제작하였다. 이어서, 얻어진 세미 랜덤 웹을, 개공률 25 ％, 구멍 직경 0.3 ㎜ 의 펀칭 드럼 지지체 상에 재치하고, 속도 5.0 m/분으로 길이 방향으로 연속적으로 이송함과 동시에, 상방으로부터 고압 수류를 분사하여 낙합 처리를 실시하였다. 이로써, 교락한 섬유 웹 (부직포) 을 제조하였다. 이 낙합 처리에 있어서는, 구멍 직경 0.10 ㎜ 의 오리피스를 웹의 폭방향을 따라 0.6 ㎜ 의 간격으로 형성하고 있는 노즐 2 개를 사용하고 (인접하는 노즐간의 거리 20 ㎝), 1 열째의 노즐로부터 분사한 고압 수류의 수압을 3.0 ㎫, 2 열째의 노즐로부터 분사한 고압 수류의 수압을 5.0 ㎫ 로 하여, 스펀레이스 처리를 실시하고, 또한, 이면으로 하여 동일한 낙합 처리를 실시하고, 태섬유 부직포 (단위 면적당 중량 35 g/㎡, 두께 0.42 ㎜, 겉보기 밀도 0.08 g/㎤) 를 얻었다.
(2) 세섬유 부직포의 제작
폴리프로필렌 (MFR [230 ℃, 21.18 N 하중] = 700 g/10 분) 100 질량부에, 일반적인 멜트 블론 설비를 사용하여, 방사 온도 215 ℃, 에어 온도 215 ℃, 에어량 0.4 ㎫, 단공 토출량 0.1 g/구멍·분, 구멍 직경 0.3 ㎜, 구멍 간격 0.6 ㎜ (1열 배치), 포집 거리 40 ㎝ 로 멜트 블로 방사를 실시하고, 세섬유 부직포 (단섬유의 수평균 섬유 직경 2.5 ㎛, 단위 면적당 중량 10 g/㎡, 두께 0.11 ㎜, 겉보기 밀도 0.10 g/㎤) 를 얻었다.
(3) 태섬유 부직포와 세섬유 부직포의 낙합 처리
이어서, (1) 에서 얻어진 태섬유 부직포와, (2) 에서 얻어진 세섬유 부직포를 중첩하였다. 이 적층물을 실시예 1 에서 사용한 다공질 지지체 상에 재치하고, 속도 5.0 m/분으로 적층물의 길이 방향으로 연속적으로 이송함과 동시에, 구멍 직경 0.10 ㎜ 의 오리피스를 적층물의 폭방향을 따라 0.6 ㎜ 의 간격으로 형성하고 있는 노즐 1 개를 사용하여, 수압 3.0 ㎫ 의 고압 수류를 세섬유 부직포측으로부터 분사하여 낙합 처리를 실시하였다. 계속해서, 실시예 1 과 동일하게 대전 처리를 실시하고, 태섬유 부직포와 세섬유 부직포가 교락한 섬유 구조체를 얻었다. 얻어진 섬유 구조체의 각종 평가 결과를 표 1 에 나타낸다.
[실시예 4]
실시예 3 (1) 에서 얻어진 태섬유 부직포와, 실시예 3 (2) 에서 얻어진 세섬유 부직포를 중첩하여 실시예 1 에서 사용한 다공질 지지체 상에 재치하고, 속도 5.0 m/분으로 적층물의 길이 방향으로 연속적으로 이송함과 동시에, 구멍 직경 0.10 ㎜ 의 오리피스를 적층물의 폭방향을 따라 0.6 ㎜ 의 간격으로 형성하고 있는 노즐 1 개를 사용하여, 수압 7.0 ㎫ 의 고압 수류를 세섬유 부직포측으로부터 분사하여 낙합 처리를 실시하였다. 계속해서, 실시예 1 과 동일하게 대전 처리를 실시하고, 태섬유 부직포와 세섬유 부직포가 교락한 섬유 구조체를 얻었다. 얻어진 섬유 구조체의 각종 평가 결과를 표 1 에 나타내고, 단면 확대 사진을 도 1, 세섬유군측의 표면 확대 사진을 도 2 에 나타낸다.
[실시예 5]
실시예 3 (1) 에서 얻어진 태섬유 부직포와, 실시예 3 (2) 에서 얻어진 세섬유 부직포를 중첩하여 실시예 1 에서 사용한 다공질 지지체 상에 재치하고, 속도 5.0 m/분으로 적층물의 길이 방향으로 연속적으로 이송함과 동시에, 구멍 직경 0.10 ㎜ 의 오리피스를 적층물의 폭방향을 따라 0.6 ㎜ 의 간격으로 형성하고 있는 노즐 3 개 (인접하는 노즐간의 거리 20 ㎝) 를 사용하여, 1 열째의 노즐로부터 분사한 고압 수류의 수압을 3.0 ㎫, 2 열째의 노즐로부터 분사한 고압 수류의 수압을 5.0 ㎫, 3 열째의 노즐로부터 분사한 고압 수류의 수압을 10 ㎫ 로 하여, 세섬유 부직포측으로부터 고압 수류를 분사하여 낙합 처리를 실시하였다. 계속해서, 실시예 1 과 동일하게 대전 처리를 실시하고, 태섬유 부직포와 세섬유 부직포가 교락한 섬유 구조체를 얻었다. 얻어진 섬유 구조체의 각종 평가 결과를 표 1 에 나타낸다.
[실시예 6]
(1) 세섬유 부직포의 제작
폴리프로필렌 (MFR [230 ℃, 21.18 N 하중] = 700 g/10 분) 100 질량부에, 일반적인 멜트 블론 설비를 사용하여, 방사 온도 215 ℃, 에어 온도 215 ℃, 에어량 0.4 ㎫, 단공 토출량 0.1 g/구멍·분, 구멍 직경 0.3 ㎜, 구멍 간격 0.6 ㎜ (1열 배치), 포집 거리 70 ㎝ 로 멜트 블로 방사를 실시하고, 세섬유 부직포 (단섬유의 수평균 섬유 직경 2.5 ㎛, 단위 면적당 중량 10 g/㎡, 두께 0.11 ㎜, 겉보기 밀도 0.10 g/㎤) 를 얻었다.
(2) 태섬유 부직포와 세섬유 부직포의 낙합 처리
실시예 3 (1) 에서 얻어진 태섬유 부직포와, 실시예 6 (1) 에서 얻어진 세섬유 부직포를 중첩하여 실시예 1 에서 사용한 다공질 지지체 상에 재치하고, 속도 5.0 m/분으로 적층물의 길이 방향으로 연속적으로 이송함과 동시에, 구멍 직경 0.10 ㎜ 의 오리피스를 적층물의 폭방향을 따라 0.6 ㎜ 의 간격으로 형성하고 있는 노즐 1 개를 사용하여, 수압 4.0 ㎫ 의 고압 수류를 세섬유 부직포측으로부터 분사하여 낙합 처리를 실시하였다. 계속해서, 실시예 1 과 동일하게 대전 처리를 실시하고, 태섬유 부직포와 세섬유 부직포가 교락한 섬유 구조체를 얻었다. 얻어진 섬유 구조체의 각종 평가 결과를 표 1 에 나타낸다.
[비교예 1]
(1) 세섬유 부직포의 제작
폴리프로필렌 (MFR [230 ℃, 21.18 N 하중] = 700 g/10 분) 100 질량부에, 일반적인 멜트 블론 설비를 사용하여, 방사 온도 215 ℃, 에어 온도 215 ℃, 에어 유량 10 N㎥/min, 단공 토출량 0.036 g/구멍·분, 구멍 직경 0.3 ㎜, 구멍 간격 0.75 ㎜, 포집 거리 10 ㎝ 로 멜트 블로 방사를 실시하고, 세섬유 부직포 (단섬유의 수평균 섬유 직경 1.2 ㎛, 단위 면적당 중량 10 g/㎡, 두께 0.10 ㎜, 겉보기 밀도 0.10 g/㎤) 를 얻었다.
(2) 태섬유 부직포와 세섬유 부직포의 낙합 처리
실시예 1 (1) 에서 얻어진 태섬유 부직포와, 비교예 1 (1) 에서 얻어진 세섬유 부직포를 중첩하여 실시예 1 에서 사용한 다공질 지지체 상에 재치하고, 속도 5.0 m/분으로 적층물의 길이 방향으로 연속적으로 이송함과 동시에, 구멍 직경 0.10 ㎜ 의 오리피스를 적층물의 폭방향을 따라 0.6 ㎜ 의 간격으로 형성하고 있는 노즐 2 개 (인접하는 노즐간의 거리 20 ㎝) 를 사용하여, 1 열째의 노즐로부터 분사한 고압 수류의 수압을 2.0 ㎫, 2 열째의 노즐로부터 분사한 고압 수류의 수압을 3.0 ㎫ 로 하여, 태섬유 부직포측으로부터 고압 수류를 분사하여 낙합 처리를 실시하였다. 계속해서, 실시예 1 과 동일하게 대전 처리를 실시하고, 태섬유 부직포와 세섬유 부직포가 교락한 섬유 구조체를 얻었다. 얻어진 섬유 구조체의 각종 평가 결과를 표 1 에 나타낸다.
[비교예 2]
(1) 세섬유 부직포의 제작
폴리프로필렌 (MFR [230 ℃, 21.18 N 하중] = 700 g/10 분) 100 질량부에, 일반적인 멜트 블론 설비를 사용하여, 방사 온도 215 ℃, 에어 온도 215 ℃, 에어량 0.4 ㎫, 단공 토출량 0.1 g/구멍·분, 구멍 직경 0.3 ㎜, 구멍 간격 0.6 ㎜ (1열 배치), 포집 거리 30 ㎝ 로 멜트 블로 방사를 실시하고, 세섬유 부직포 (단섬유의 수평균 섬유 직경 2.5 ㎛, 단위 면적당 중량 10 g/㎡, 두께 0.11 ㎜, 겉보기 밀도 0.10 g/㎤) 를 얻었다.
(2) 태섬유 부직포와 세섬유 부직포의 낙합 처리
실시예 3 (1) 에서 얻어진 태섬유 부직포와, 비교예 2 (1) 에서 얻어진 세섬유 부직포를 중첩하여 실시예 1 에서 사용한 다공질 지지체 상에 재치하고, 속도 5.0 m/분으로 적층물의 길이 방향으로 연속적으로 이송함과 동시에, 구멍 직경 0.10 ㎜ 의 오리피스를 적층물의 폭방향을 따라 0.6 ㎜ 의 간격으로 형성하고 있는 노즐 1 개를 사용하여, 수압 3.0 ㎫ 의 고압 수류를 세섬유 부직포측으로부터 분사하여 낙합 처리를 실시하였다. 계속해서, 실시예 1 과 동일하게 대전 처리를 실시하고, 태섬유 부직포와 세섬유 부직포가 교락한 섬유 구조체를 얻었다. 얻어진 섬유 구조체의 각종 평가 결과를 표 1 에 나타낸다.
[비교예 3]
(1) 세섬유 부직포의 제작
폴리프로필렌 (MFR [230 ℃, 21.18 N 하중] = 700 g/10 분) 100 질량부에, 일반적인 멜트 블론 설비를 사용하여, 방사 온도 215 ℃, 에어 온도 215 ℃, 에어량 0.4 ㎫, 단공 토출량 0.1 g/구멍·분, 구멍 직경 0.3 ㎜, 구멍 간격 0.6 ㎜ (1열 배치), 포집 거리 100 ㎝ 로 멜트 블로 방사를 실시하고, 세섬유 부직포 (단섬유의 수평균 섬유 직경 2.5 ㎛, 단위 면적당 중량 10 g/㎡, 두께 0.11 ㎜, 겉보기 밀도 0.10 g/㎤) 를 얻었다.
(2) 태섬유 부직포와 세섬유 부직포의 낙합 처리
실시예 3 (1) 에서 얻어진 태섬유 부직포와, 비교예 3 (1) 에서 얻어진 세섬유 부직포를 중첩하여 실시예 1 에서 사용한 다공질 지지체 상에 재치하고, 속도 5.0 m/분으로 적층물의 길이 방향으로 연속적으로 이송함과 동시에, 구멍 직경 0.10 ㎜ 의 오리피스를 적층물의 폭방향을 따라 0.6 ㎜ 의 간격으로 형성하고 있는 노즐 1 개를 사용하여, 수압 4.0 ㎫ 의 고압 수류를 세섬유 부직포측으로부터 분사하여 낙합 처리를 실시하였다. 계속해서, 실시예 1 과 동일하게 대전 처리를 실시하고, 태섬유 부직포와 세섬유 부직포가 교락한 섬유 구조체를 얻었다. 얻어진 섬유 구조체의 각종 평가 결과를 표 1 에 나타낸다.
Figure pct00002
표 1 에 나타내는 바와 같이, 비교예 1 ∼ 3 은, 영역 (S), 영역 (T) 및 영역 (U) 의 섬유 충전율이 SA＋SB＞TA＋TB＞UA＋UB 의 관계를 갖고 있고, 태섬유 (A) 및 세섬유 (B) 의 충전율이 특정한 관계에 없고, 또, 세섬유 (B) 끼리의 평균 융착점수가 특정한 범위 내에 없고, 분진 유지 용량은 낮다.
한편, 실시예 1 및 2 는, SB, TB, 및 UB 중 SB 가 최대이며, TA＋TB＞SA＋SB＞UA＋UB 라는 특정한 관계를 갖고 있고, 또, 세섬유 (B) 끼리의 평균 융착점수가 특정한 범위 내에 있다. 이들 섬유 구조체는, 비교예 1 과 동등한 평균 섬유 직경을 갖는 태섬유 부직포 및 세섬유 부직포를 사용하여 제조하고 있음에도 불구하고, 비교예 1 보다 분진 유지 용량이 1.4 배 이상 높다.
또, 마찬가지로, 실시예 3 ∼ 6 은, 각 영역에서 태섬유 (A) 및 세섬유 (B) 가 특정한 분포를 갖고 있어, 세섬유 (B) 끼리의 평균 융착점수가 특정한 범위 내에 있다. 이들의 섬유 구조체는, 비교예 2 및 3 과 동등한 평균 섬유 직경을 갖는 태섬유 부직포 및 세섬유 부직포를 사용하여 제조하고 있음에도 불구하고, 비교예 2 및 3 보다 분진 유지 용량이 1.5 배 이상 높다.
본 발명의 섬유 구조체는, 분진 유지 용량이 높고, 장수명이기 때문에, 각종 필터 (특히 에어 필터, 백 필터, 액체 필터) 등으로서 바람직하게 사용할 수 있다. 예를 들어, 마스크, 각종 공조용 (빌딩 공조, 클린 룸, 도장 부스 등), 자동차 공업용 (캐빈 필터 등), 일반 가전용 (에어콘, 공기 청정기, 청소기 등) 등에 사용되는 필터로서 사용할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명했지만, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 추가, 변경 또는 삭제가 가능하고, 그러한 것도 본 발명의 범위 내에 포함된다.
A : 태섬유 (A)
B : 세섬유 (B)
100 : 섬유 구조체
101 : 세섬유군측
102 : 태섬유군측
1 ∼ 10 : 제 1 영역 ∼ 제 10 영역
S : 영역 (S)
T : 영역 (T)
U : 영역 (U)
Z : 두께 방향

Claims (14)

  1. 단섬유의 섬유 직경이 5 ㎛ 를 초과하는 섬유 A 로 구성되는 태섬유군과, 단섬유의 섬유 직경이 5 ㎛ 이하인 섬유 B 로 구성되는 세섬유군을 포함하고, 상기 태섬유군과 상기 세섬유군이, 교락하는 교락 영역을 구비하는 섬유 구조체로서,
    상기 섬유 구조체를 두께 방향으로 10 등분하고, 세섬유군측으로부터 태섬유군측을 향하여 제 1 영역 ∼ 제 10 영역으로 하고, 제 1 영역 ∼ 제 3 영역을 나타내는 영역 (S), 제 4 영역 ∼ 제 7 영역을 나타내는 영역 (T), 및 제 8 영역 ∼ 제 10 영역을 나타내는 영역 (U) 에 존재하는 상기 섬유 A 의 충전율을, 각각 SA, TA, 및 UA 로 하고, 상기 섬유 B 의 충전율을, 각각 SB, TB, 및 UB 로 했을 경우,
    SB, TB, 및 UB 중 SB 가 최대이며,
    TA＋TB＞SA＋SB＞UA＋UB 인, 섬유 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    섬유 구조체의 면방향 100 ㎛ × 100 ㎛ 중의 섬유 B 끼리의 평균 융착점수가 10 개 이하인, 섬유 구조체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 섬유 B 끼리의 융착점이 멜트 블로법에서 유래하는, 섬유 구조체.
  4. 단섬유의 섬유 직경이 5 ㎛ 를 초과하는 섬유 A 로 구성되는 태섬유군과, 단섬유의 섬유 직경이 5 ㎛ 이하인 섬유 B 로 구성되는 세섬유군을 포함하고, 상기 태섬유군과 상기 세섬유군이, 교락하는 교락 영역을 구비하는 섬유 구조체로서,
    섬유 구조체의 면방향 100 ㎛ × 100 ㎛ 중의, 상기 세섬유군을 구성하는 섬유 B 끼리의 평균 융착점수가 1.0 개 이상 10.0 개 이하인, 섬유 구조체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 섬유 B 끼리의 융착점이 멜트 블로법에서 유래하는, 섬유 구조체.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 섬유 구조체를 두께 방향으로 10 등분하고, 세섬유군측으로부터 태섬유군측을 향하여 제 1 영역 ∼ 제 10 영역으로 하고, 제 1 영역 ∼ 제 3 영역을 나타내는 영역 (S), 제 4 영역 ∼ 제 7 영역을 나타내는 영역 (T), 및 제 8 영역 ∼ 제 10 영역을 나타내는 영역 (U) 에 존재하는 상기 섬유 A 의 충전율을, 각각 SA, TA, 및 UA 로 하고, 상기 섬유 B 의 충전율을, 각각 SB, TB, 및 UB 로 했을 경우,
    SB, TB, 및 UB 중 SB 가 최대이며,
    TA＋TB＞SA＋SB＞UA＋UB 인, 섬유 구조체.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유 A 로 형성된 태섬유 부직포와 상기 섬유 B 로 형성된 세섬유 부직포의 낙합물인, 섬유 구조체.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 태섬유군의 단섬유의 수평균 섬유 직경이 5.5 ㎛ 이상이고, 상기 세섬유군의 단섬유의 수평균 섬유 직경이 4.5 ㎛ 이하인, 섬유 구조체.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단위 면적당 중량이 15 ∼ 180 g/㎡ 인, 섬유 구조체.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    대전되어 있는, 섬유 구조체.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    포집 효율이 60 ％ 이상인, 섬유 구조체.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    포집 효율 및 압력 손실에 의해 하기 식에 따라서 산출되는 QF 값이 0.10 이상인, 섬유 구조체.
    QF 값 = -ln (1-포집 효율 (％)/100)/압력 손실 (Pa)
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 섬유 구조체를 구비하는 필터.
  14. 제 13 항에 기재된 필터를 구비하는 마스크.
KR1020247001510A 2021-07-07 2022-06-24 섬유 구조체 및 그 용도 KR20240026178A (ko)

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