TWI787190B

TWI787190B - 不織布

Info

Publication number: TWI787190B
Application number: TW106123038A
Authority: TW
Inventors: 伊藤正士; 武田祐一; 平原武彥
Original assignee: 日商東麗泛應化學股份有限公司
Priority date: 2016-08-08
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2022-12-21
Also published as: JP6957472B2; WO2018030057A1; TW201807283A; JPWO2018030057A1

Abstract

本發明係提供：即使具有極細纖維卻薄片加工時的強度優異之不織布及其製造方法。本發明的不織布係平均纖維徑0.8μm以下，且纖維徑1.0μm以下纖維的體積比率未滿40%。本發明的不織布之製造方法，係於熔噴法，將每個紡絲噴嘴的樹脂吐出量設為0.01g/分以上，且依模頭部分的高分子壓力成為2.3MPa以上的方式，設定模頭溫度。

Description

不織布

本發明係關於不織布及其製造方法。

習知由極細纖維構成的不織布係使用於各種過濾器等，由纖維徑較小的纖維所形成不織布，因為微粒子捕捉性優異，因而適用於液體過濾器、空氣濾清器等。特別係是針對於由經熔融的熱可塑性樹脂施行紡絲而製造的熔噴不織布，因為已進行用於由纖維徑較小的纖維形成不織布的檢討。例如提案有利用熔噴法製造具2種不同纖維徑的不織布，而提供高捕集效率優異的過濾器(例如參照專利文獻1)。此情況，因為具有達70μm以上的粗纖維，因而如液體過濾器般，當欲均勻過濾緻密粒子時，有因粗纖維而出現空隙，成為遺漏的原因，故不佳。又，雖記載有藉由組合使用電紡絲的溶液紡絲，而使2種纖維混纖的不織布，但細纖維的體積比率較少、過濾精度差(例如參照專利文獻2)。同樣地，記載有藉由組合使用電紡絲的溶液紡絲，而使2種纖維混纖的不織布，但纖維徑差較大、且細纖維的體積比率變少，故不佳(例如參照專利文獻3)。

作為由極細纖維構成的熔噴不織布，提案有由平均纖維徑1μm 以下構成的不織布，但因為細纖維的體積比率多，因而強度非常弱。雖亦揭示有利用積層以提升強度，但若積層片數多，則積層間發生剝離，並不適合使用為過濾器(例如參照專利文獻4)。又，雖有關於具有較高比表面積的不織布之揭示，藉由存在較多的細纖維而使比表面積增加，但因此導致纖維間熔接變少，因而僅能獲得低強度者(例如參照專利文獻5)。雖有關於較少熔接的極細不織布之揭示，但若熔接少則僅能獲得低強度的薄片，因而在步驟進行中發生破裂等情形，故不佳(例如參照專利文獻6)。雖揭示有不織布孔徑分佈狹窄的不織布，但分佈狹窄時僅容易成為細纖維，若未存在適當的粗纖維，則成為強度差者，故不佳(例如參照專利文獻7)。

再者，雖有關於利用施加高電壓而促進熔接的製法之記載，但利用施加進行的熔接，對強度提升並無法造成充分影響。又，亦考慮藉由在吐絲口噴射正下方設置此種設備，利用氣流擾亂使薄片產生紋路(例如參照專利文獻8)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2015-196920號公報

[專利文獻2]日本專利特開2010-185154號公報

[專利文獻3]日本專利特開2009-057655號公報

[專利文獻4]日本專利特開2016-053241號公報

[專利文獻5]日本專利特開2015-190081號公報

[專利文獻6]日本專利特開2015-092038號公報

[專利文獻7]日本專利特開2016-030866號公報

[專利文獻8]國際公開第2012/014501號

極細熔噴不織布的重點在於縮小平均纖維徑，關於其方法已有各種檢討進行中。但，即使獲得細纖維，但當基重低、或薄片強度低的情況，仍難以將熔噴不織布加工為各種用途。為提升薄片的強度，可舉例如積層其他素材等方法，但有積層間出現剝離、因接著而導致過濾面積減少等，並無法獲得作為過濾器的充分性能。

本發明係為解決上述問題而完成，其提供：即使具有極細纖維，卻對薄片進行加工時的強度優異之不織布及其製造方法。

為達成上述目的，本發明的不織布係平均纖維徑0.8μm以下，且纖維徑1.0μm以下之纖維的體積比率未滿40%。

本發明的不織布較佳係平均基重達10g/m²以上。

本發明的不織布較佳係長邊方向的5%伸張時應力達5.0N/5cm以上。

本發明的不織布之製造方法，係於熔噴法，將每個紡絲噴嘴的樹脂吐出量設為0.01g/分以上，且依模頭部分的聚合物壓力成為2.3MPa以上的方式，設定模頭溫度。

根據本發明可提供即使具有極細纖維，卻且對薄片進行加工時的強度優異之不織布及其製造方法。

圖1係實施例及比較例的不織布之纖維徑分佈直方圖。圖1(a)係實施例1、圖1(b)係實施例2、圖1(c)係比較例1的各不織布之纖維徑分佈。

圖2係拉伸試驗的S-S曲線。

以下，針對本發明進行更具體說明。本發明的不織布係藉由平均纖維徑0.8μm以下，且纖維徑1.0μm以下之纖維的比例，依體積換算計未滿40%，而可實現過濾精度優異、且步驟進行性所需強度優異的不織布及其製造方法。

本發明不織布的特徵在於：構成不織布的纖維之平均纖維徑在0.8μm以下，且纖維徑1.0μm以下之纖維的體積比率未滿40%。平均纖維徑較佳係0.7μm以下、更佳係0.4μm以下。平均纖維徑的下限值較佳係0.1μm以上。若平均纖維徑超過0.8μm，則因為不織布的細孔徑變大，而有無法捕捉較細粒徑粉塵的情況，容易導致作為過濾器的機能不足。又，1.0μm以下之纖維的比例依體積比率計，較佳係10%以上且未滿40%、更佳係20%以上且未滿35%以下。若1.0μm以下之纖維的體積比率達40%以上，則薄片的強度降低，於過濾器加工時，薄片發生延伸變形、或在加工中容易斷裂。若少於10%，則因為粗纖維存在較多，因而不織布的細孔徑變大，有無法捕捉較細粒徑粉塵的情況，作為過濾器的機能不足。此處所謂「平均纖維徑」係如後述纖維徑的測定方法所示般，從構成不織布的纖維每200支之特定纖維徑所計算出的值，而所謂「體積比率(體積換算的比率)」係同樣地根據從後述纖維徑測定所獲得數值而計算出的值。

本發明不織布的表觀密度係0.05g/cm³以上且0.50g/cm³以下，且最大細孔徑較佳係10.0μm以下。表觀密度更佳係0.08g/cm³以上且0.30g/cm³以下。又，較佳係0.11g/cm³以上且0.15g/cm³以下。為了縮小最大細孔徑，亦可積層不織布、或施行壓光加工而適當調整，從操作性、成本面而言，更佳係單層的不織布。

上述中，所謂「表觀密度」係依如後述測定不織布的平均厚度與平均基重，再依下式計算出的值。表觀密度越小，則可謂越蓬鬆的不織布。

表觀密度(g/cm³)={平均基重(g/m²)/平均厚度(mm)}/1000

上述平均基重係在不織布的操作時，若考慮下一步驟的作業性等，則最好為高基重，較佳係10g/m²以上。又，如前述，從操作性、成本面而言，更佳係獲得單層且平均基重達10g/m²以上的不織布。

構成本發明不織布的纖維係由熱可塑性樹脂構成。只要屬於熱可塑性樹脂即可，其餘並無特別的限定，可使用例如：聚酯、聚烯烴、聚醯胺、聚苯硫醚等。其中較佳係聚丙烯極細纖維。聚丙烯樹脂係可使用公知物，當利用後述熔噴法進行製造時，MFR(熔體流動速率)最好在10g/10分以上且2000g/10分以下的範圍內。表示樹脂物性值的MFR係利用JIS K7210-1的標準試驗方法測定。相關聚丙烯樹脂係依測定條件2.16kg、230℃(JIS K6921-2中，相關聚丙烯樹脂所決定的條件)所測定的值。

再者，上述不織布較佳係熔噴不織布。藉由熔噴法，當熔融樹脂從紡絲噴嘴依纖維狀吐出時，所吐出的纖維狀熔融樹脂係從二側面抵接到壓縮氣體(例如空氣)，且追隨氣體而可縮小纖維徑。依此若採行熔噴法，可輕易獲得含極細纖維且平均纖維徑在0.80μm以下的不織布，故較佳。

再者，本發明不織布之製造方法的特徵在於：在施行熔噴法時，將每紡絲噴嘴的樹脂吐出量設為0.01g/分以上，且模頭壓力設為2.3MPa以上。若模頭壓力低於2.3MPa，則喪失從吐絲口吐出的聚合物的直進性，紡絲不穩定，而成為所謂「彈粒(shot)」的塊狀聚合物並被噴射於不織布上。此處，模頭壓力的上限值係10MPa左右，此係標準之現有裝置的限制，若上述限制解除，則並不限定於該上限。

為了獲得平均纖維徑0.80μm以下、且纖維徑1.0μm以下之纖維的體積比率未滿40%未満之不織布，必需將每紡絲噴嘴的樹脂吐出量設為0.01g/分以上。若上述樹脂吐出量少於0.01g/分，則可進行較多之纖維徑為例如1.0μm以下之細纖維的紡絲，但細纖維的比率卻變得過大。所以，纖維間的熔接變弱，無法維持薄片的強度，在步驟進行時出現薄片延伸或斷裂情形。又，在將吐絲口噴射後的纖維捕集為薄片狀之抽吸設備中，細纖維並無法完全被捕集，發生所謂「吹流飛棉」的棉屑。藉由將上述樹脂吐出量設為0.01g/分以上，可使其有部分存在例如纖維徑超過1.0μm的粗纖維。藉由該粗纖維，可增強不織布纖維間熔接，能獲得高強度的薄片。又，因為粗纖維與細纖維糾纏，所以抑制飛棉發生，亦能達高基重化。上述樹脂吐出量較佳係0.2g/分以下。若上述樹脂吐出量過多，則粗纖維的比例過多，故不佳。

本發明不織布之製造方法中，較佳係使用表示樹脂物性值的MFR在10g/10分以上且2000g/10分以下範圍內的原料樹脂。表示樹脂物性值的MFR係配合樹脂的種類而規定測定溫度，例如聚丙烯，係測定溫度為230℃。模頭溫度一般係設定為表示樹脂物性值的MFR之測定溫度附近之溫度，所以為了製造所需不織布，最好將具有既定範圍內MFR設為樹脂選擇指標。

依此，若利用本發明的不織布之製造方法進行熔噴不織布的製造，可適當地獲得上述所規定的不織布。

[實施例] (實施例1)

使用熔噴不織布製造裝置，以聚丙烯樹脂為原料進行不織布製造。本實施例中，原料係使用聚丙烯樹脂A(商品名「Achieve^TM 6936G2」、Exxon Mobil公司製、MFR=1550)。使用上述聚丙烯樹脂，在上述製造裝置中，將模頭的設定溫度設為260℃，且將直徑0.12mm紡絲噴嘴每1孔的吐出量設為0.017g/分。從上述紡絲噴嘴的二側，依設定溫度290℃吹抵經加熱壓縮的空氣，再從距上述紡絲噴嘴100mm距離處的捕集裝置進行紡絲，獲得平均基重30g/m²的熔噴不織布。此時的模頭壓力係2.3MPa。所獲得不織布的物性係依下述記載方法測定。結果如表1所示。又，所獲得不織布的纖維徑分佈直方圖係如圖1(a)所示，而相關1片試驗片在拉伸試驗中的S-S曲線係如圖2中的實線所示。

(實施例2)

原料係使用MFR=850的聚丙烯樹脂B。除了將模頭的設定溫度設為240℃，並將經加熱壓縮空氣的設定溫度設為230℃之外，其餘均依照與實施例1同樣地獲得不織布。此時的模頭壓力係2.9MPa。所獲得不織布的物性係依照下述所記載方法測定。結果如表1所示。所獲得不織布的纖維徑分佈直方圖係如圖1(b)所示，而相關1片試驗片在拉伸試驗中的S-S曲線係如圖2中的虛線所示。

(比較例1)

除了將紡絲噴嘴每1孔的吐出量設為0.008g/分，並將經加熱壓縮空氣的設定溫度設為190℃之外，其餘均依照與實施例2同樣地獲得不織布。此時的模頭壓力係2.6MPa。所獲得不織布的物性係依照下述所記載方法測定。結果如表1所示。又，所獲得不織布的纖維徑分佈直方圖係如圖1(c)所示，而相關1片試驗片在拉伸試驗中的S-S曲線係如圖2中的單點虛線所示。

(比較例2)

除了將紡絲噴嘴每1孔的吐出量設為0.008g/分，並將經加熱壓縮空氣的設定溫度設為290℃之外，其餘均依照與實施例2同樣地獲得不織布。此時的模頭壓力係2.0MPa。在此條件下，因為發生多起彈粒，因而無法獲得均勻的薄片。其理由係模頭的壓力降低，紡絲性惡化所致。

實施例1的不織布係平均纖維徑0.61μm、且1.0μm以下纖維的體積比率25.2%。拉伸強度21.4N/5cm、5%伸張時應力18.3N/5cm，顯示非常高的值。可獲得即使含有極細纖維卻步驟進行性優異的不織布。

實施例2的不織布係平均纖維徑0.68μm、且1.0μm以下纖維的體積比率24.3%。拉伸強度19.1N/5cm、5%伸張時應力15.4N/5cm，顯示非常高的值。可獲得即使含有極細纖維卻步驟進行性優異的不織布。

另一方面，比較例1的不織布雖平均纖維徑係0.63μm，但1.0μm以下纖維的體積比率係40.0%。拉伸強度7.1N/5cm、5%伸張時應力1.1N/5cm，顯示非常低的值。因為粗纖維少，因而無法獲得高強度，雖含有極細纖維，但步驟進行時發生薄片斷裂等情形。

如上述，實施例可獲得具有極細纖維，且薄片加工時強度優異的不織布。實施例所獲得的不織布係相較於比較例所獲得不織布之下，儘管超過1.0μm般的粗纖維徑纖維依體積比率計，實施例1為約75%、實施例2為約76%，但最大細孔徑仍較小，從過濾器性能的觀點，可謂均勻性優異。

另外，實施例及比較例所獲得上述不織布的特性，係依照以下方法測定。

[平均厚度]

平均厚度係將所獲得不織布裁切為250mm×250mm，並利用針盤式厚度規測定各邊中央處4個地方，再從所獲得的值計算出平均值，並將小數點以下第3位四捨五入而求得。

[平均基重]

平均基重係將所獲得不織布裁切為250mm×250mm而成為試驗片，採取3片，利用電子天平分別測定各自的質量，計算出3片的平均值，並將該平均值乘上16倍，再將小數點以下第2位四捨五入而求得。

[表觀密度]

表觀密度係從前述的平均厚度及平均基重，依照下式計算出，並將小數點以下第4位四捨五入。

表觀密度(g/cm³)={平均基重(g/m²)/平均厚度(mm)}/1000

[平均纖維徑、纖維支數比率、纖維體積比率]

平均纖維徑、纖維支數比率及纖維體積比率係從利用電子顕微鏡依5000倍拍攝所獲得不織布的照片，藉由測定纖維徑而求得。平均纖維徑係從10張照片中，任意針對合計支數200支的纖維測定纖維徑到直徑0.01μm等級，求取該等的平均，並將小數點以下第3位四捨五入而求得。纖維徑1.0μm以下纖維的支數比率係將上述纖維200支中屬於纖維徑1.0μm以下的纖維支數，除以總測定纖維支數，並依百分率表示。纖維徑1.0μm以下纖維的體積比率係於上述纖維200支中，針對屬於1.0μm以下的纖維，將各纖維徑的平方值的總和，除以總測定纖維的各纖維徑的平方值的總和，並依百分率表示，且將小數點以下第2位四捨五入而計算出。

[Dw/Dn]

當纖維徑Di纖維存在Ni支時，數平均纖維徑Dn與重量平均纖維徑Dw係依如下述求取。Dw/Dn係根據該等所計算出，表示纖維徑分佈的指標，越接近1，則纖維徑分佈越均勻。

Dn=ΣXiDi=Σ(NiDi)/Σ(Ni)

(式中、Xi=纖維徑Di的存在比率=Ni/ΣNi。)

DW=ΣWiDi=Σ(NiDi2)/Σ(NiDi)

(式中、Wi=纖維徑Di的重量分率=NiDi/ΣNiDi。)

[最大細孔徑]

根據起泡點法(JIS K3832(1990))求取最大細孔徑。測定係使用自動細孔徑分佈測定器(型號「CFP-1200AEXCS」、Porous materials,Inc公司製)，從依照下述試驗方法所獲得之起泡點值，使用下式1計算出最大細孔徑，並將小數點以下第2位四捨五入。

(試驗方法)

使不織布試驗片含潤試劑(GALWICK、表面張力15.9dyn/cm=15.9mN/m)並完全潤濕，將液體(試劑)與樣品(不織布)的接觸角設為零。將已含潤上述試劑的不織布試驗片，安裝於上述測定器的支撐架上進行測定。

d=Cr/P (式1)

d=最大細孔徑(μm)

r=試劑的表面張力(15.9mN/m)

P=差壓(Pa)

C=壓力常數(2860)

[平均細孔徑]

在上述自動細孔徑分佈測定器中安裝乾燥的不織布試驗片，使對其中一面施加的空氣壓逐漸增加，並測定表示當空氣穿透乾燥試驗片時的壓力與流量間之關係的乾燥流量曲線(DRY FLOW CURVE)。此時，將空氣開始穿透乾燥試驗片時的壓力設為P₁。接著，根據上述乾燥流量曲線，製作穿透流量設為1/2的半乾流量曲線。然後，將上述試驗片浸漬於上述試劑中之後，施行同樣的測定，獲得潤濕流量曲線(WET FLOW CURVE)。

平均細孔徑d_m係從半乾流量曲線與潤濕流量曲線之交叉點的壓力P₂、與上述P₁間之差壓P_c，使用下式2計算出，並將小數點以下第2位四捨五入。

d_m=Cr/P_c (式2)

d_m=平均細孔徑(μm)

r=液體的表面張力(15.9mN/m)

P_c=差壓(P₂-P₁)(Pa)

C=壓力常數(2860)

[通氣度]

將所獲得不織布裁切為200mm×200mm而成為試驗片，採取5片，依照根據JIS L 1096(A法：FRAZIER式法)的方法，使用通氣性試驗/通氣度測定器(TEXTEST公司製FX3300)進行測定。測定時，求取通過1cm²面積的空氣量(cm³/cm²/sec)，從5片試驗片的上述空氣量之平均值，將小數點以下第2位四捨五入而獲得通氣度。

[拉伸強度、5%伸張時應力]

將所獲得不織布相對於薄片長度方向裁切為長200mm×寬50mm的試驗片，再對薄片全寬依等間隔採取5片，依照根據JIS L 1913的方法，依抓取間隔50mm、拉伸速度300mm/分施行試驗，並將顯示最大強度的值設為拉伸強度。又，從所獲得S-S曲線中讀取5%伸張時的強度，設為5%伸張時應力。求取5片試驗片的上述拉伸強度及5%伸張時應力之平均值，並將小數點以下第2位四捨五入。

本發明的不織布係即使含有一定以上比例之粗纖維，仍均勻性優異，即使含有極細纖維卻高強度，因而可適用於各種過濾器用途，特別適用於液體過濾器用途。又，若根據本發明不織布之製造方法，可製造均勻性優異，即使含有極細纖維卻高強度的不織布。

Claims

一種不織布，係平均纖維徑0.8μm以下，且纖維徑1.0μm以下之纖維的體積比率未滿40%；具有纖維間熔接，且長邊方向的5%伸張時應力係5.0N/5cm以上。
如請求項1之不織布，其中，平均基重係10g/m²以上。