WO2020189170A1 - 不織布製造方法 - Google Patents

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solvent
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洋亮 中川
金村 一秀
竜太 竹上
和臣 井上
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    • D04H1/70Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres
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    • D04H1/728Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged by electro-spinning
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    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
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    • D04H1/40Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/42Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
    • D04H1/425Cellulose series

Definitions

  • the present invention relates to a non-woven fabric manufacturing method.
  • Nonwoven fabrics formed from fibers are known. Nonwoven fabrics are being actively developed for use in various fields. Expected applications include, for example, heat insulating materials, sound absorbing materials, filters, etc., and are also expected to be used for medical purposes and as scaffolding materials for cells.
  • the non-woven fabric is manufactured by, for example, an electric field spinning method.
  • the electrospinning method which is also called an electrospinning method, applies a voltage between a fiber material (a solution in which the fiber material is dissolved in a solvent) and a collector, and makes one positive (+) and the other negative (-).
  • a non-woven fabric is formed by charging and ejecting a fiber material toward a collector to form a fiber, and collecting the formed fiber with a collector.
  • Patent Documents 1 and 2 describe a configuration in which charged air is blown to remove static electricity from the non-woven fabric. By doing so, the thickness can be reduced and the hole diameter can be kept small. That is, since the fibers constituting the non-woven fabric are charged with the same polarity as the non-woven fabric, a repulsive force (repulsive force) is generated between the fibers, but the repulsive force is suppressed (reduced) by static elimination to reduce the thickness and pore diameter. Can be kept small.
  • the present invention has been made in view of the above background, and an object of the present invention is to provide a non-woven fabric manufacturing method capable of manufacturing a non-woven fabric in which the pore diameter changes from one end surface to the other end surface without a boundary.
  • the non-woven fabric manufacturing method of the present invention applies a voltage between a solution in which a fiber material is dissolved in a solvent and a collector, and ejects the solution toward the collector to form a fiber.
  • the non-woven fabric manufacturing method in which the non-woven fabric is collected as a non-woven fabric by a collector, 0.03 ⁇ / W ⁇ 0 when the texture of the non-woven fabric is W (g / m 2 ) and the absolute value of the charge amount is ⁇ (kV). .15 is satisfied.
  • the solvent is preferably a mixture of a plurality of compounds.
  • the boiling point of the solvent is preferably 80 ° C. or lower.
  • the solvent preferably contains dichloromethane and methanol.
  • the fiber material is a cellulosic polymer.
  • the cellulosic polymer is preferably cellulose acylate.
  • the non-woven fabric manufacturing facility 10 of the present invention is for forming a fiber 11 and manufacturing a non-woven fabric 20 by using an electric field spinning method, and is a solution preparing unit 23 and a non-woven fabric manufacturing unit. 24 and.
  • the solution preparation unit 23 is for preparing the solution 23a forming the fiber 11.
  • the solution preparation unit 23 prepares the solution 23a by dissolving the material (fiber material) of the fiber 11 in a solvent.
  • a resin can be used as the fiber material.
  • the polymer it is preferable to use a polymer that can be made into a solution by dissolving it in a solvent, and more preferably a polymer that can be made into a solution by being dissolved in an organic solvent.
  • PVA polylactic acid
  • PMMA polymethylmethacrylate
  • PAN polyacrylic nitrile
  • PVA polyvinyl alcohol
  • cellulose-based polymer polyester, polyurethane, elastoma and the like can be mentioned.
  • the cellulosic polymer is preferably cellulose acylate.
  • Cellulose acylate is a cellulose ester in which some or all of the hydrogen atoms constituting the hydroxy group of cellulose are substituted with an acyl group.
  • the cellulose acylate is preferably one of cellulose acetate propionate (CAP), cellulose triacetate (TAC) and cellulose diacetate (DAC).
  • the solvent may be composed of one kind of compound or may be composed of two or more kinds of compounds.
  • the solvent since the solvent has a function of adjusting the evaporation rate in addition to the viewpoint of dissolving the fiber material, it is preferable that the solvent is a mixture composed of two or more kinds of compounds from the viewpoint of adjusting the evaporation rate.
  • Specific examples thereof include a mixture of dichloromethane (DCM) and methanol (Methanol), chloroform (CHCl 3 ), water, dimethylformamide (DMF) and the like.
  • ethanol isopropanol, butanol, benzyl alcohol, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, methyl formate, ethyl formate, hexane, cyclohexane, carbon tetrachloride, benzene, xylene, N.
  • -Methylpyrrolidone diethyl ether, dioxane, 1-methoxy-2-propanol, toluene, acetone, tetrahydrofuran and the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the solvent preferably has a boiling point of 80 ° C. or lower.
  • the boiling point of the compound having the largest mass ratio is regarded as the boiling point of the solvent.
  • the solvent is a mixture of three or more kinds of compounds and there are a plurality of compounds having the highest mass ratio
  • the boiling point of the compound having the highest boiling point is regarded as the boiling point of the solvent.
  • the solvent is a mixture of compound a, compound b, and compound c
  • the boiling point of one of compound a and compound b, which has a higher boiling point is regarded as the boiling point of the solvent.
  • the solvent is preferably an organic compound, that is, an organic solvent.
  • the non-woven fabric manufacturing unit 24 includes a nozzle unit 25, an integrated unit 26, a power supply 27, a static eliminator 28, and a charge meter 29.
  • the nozzle unit 25 is formed long in the width direction of the support 30 described later (see FIG. 1). Further, in the present embodiment, as described above, the nozzle units 25 long in the width direction of the support 30 are arranged side by side in the longitudinal direction of the support 30, and in the present embodiment, the three nozzle units 25 are arranged. (Three rows of nozzle units 25 are provided) (see FIG. 2). In these nozzle units 25, a plurality of nozzles 25a (three in the present embodiment) are arranged side by side along the longitudinal direction of the nozzle unit 25 (that is, the width direction of the support 30) (see FIG.
  • the solution 23a prepared by the solution preparation unit 23 is supplied to each nozzle 25a, and the solution 23a is discharged from each nozzle 25a toward the integration unit 26.
  • the number of nozzle units 25 and the number of nozzles 25a provided in each nozzle unit 25 are not limited to this embodiment and can be changed as appropriate.
  • the collecting unit 26 has a collector 52, a support supply unit 57, and a support winding unit 58.
  • the collector 52 is for attracting the solution 23a discharged from the nozzle 25a and collecting the formed fibers 11 to obtain the non-woven fabric 20. In the present embodiment, the fibers 11 are placed on the support 30 described later. Collect.
  • the collector 52 is composed of an endless belt formed of an annular metal strip, stretched over the rollers 61 and 62, and circulates and moves with the rotation of the rollers 61 and 62.
  • the support supply unit 57, the support winding unit 58, the rollers 61 and 62, the static eliminator 28 described later, and the charge meter 29 are not shown. ing.
  • a voltage is applied between the collector 52 and the nozzle unit 25 (nozzle 25a) by the power supply 27.
  • one of the collector 52 and the nozzle 25a is positively (+) charged, and the other is negatively ( ⁇ ) charged.
  • the solution 23a is attracted to the collector 52 side and ejected from the nozzle 25a toward the collector 52.
  • the collector 52 may be made of a material that is charged by applying a voltage from the power supply 27, and is made of, for example, stainless steel.
  • the nozzle 25a is charged to (+) and the collector 52 is charged to ( ⁇ ), but the polarities of the nozzle 25a and the collector 52 may be opposite. Further, one of the collector 52 and the nozzle 25a may be grounded to set the potential to 0.
  • the support supply unit 57 supplies, for example, a support 30 made of a strip-shaped aluminum sheet to the collector 52.
  • the support 30 moves with the movement of the collector 52 and passes below the nozzle unit 25.
  • the fibers 11 ejected from the nozzle 25a are sequentially collected on the support 30 to form a strip-shaped non-woven fabric 20.
  • the support 30 is peeled off from the non-woven fabric 20, and the support 30 is wound around the support winding portion 58.
  • the non-woven fabric 20 formed in this way has a thickness and a plurality of holes by being entangled with each other and overlapping with each other (see FIG. 3).
  • a heating step may be provided to heat the non-woven fabric 20 together with the support 30, or the non-woven fabric 20 may be heated by itself after the support 30 is peeled off.
  • residual stress the force accumulated in the fiber 11 at the time of collection and the force that bends the fiber 11
  • the fiber 11 is straightened (the force that bends the fiber 11).
  • the static eliminator 28 blows static elimination air (charged wind) for removing static electricity from the non-woven fabric 20 toward the non-woven fabric 20.
  • the static eliminator 28 is arranged between the nozzle units 25 (nozzles 25a) arranged in the longitudinal direction of the support 30 (the transport direction of the non-woven fabric 20) (see FIG. 2).
  • a charge meter 29 for measuring the charge amount of the nonwoven fabric 20 is installed in the vicinity of the static eliminator 28 (in the present embodiment, on the upstream side in the transport direction of the nonwoven fabric 20 (hereinafter, may be simply referred to as the upstream side).
  • the static eliminator 28 on the upstream side determines the polarity and the charge amount of the non-woven fabric 20 based on the charge amount of the non-woven fabric 20 also measured by the charge meter 29 on the upstream side. Further, the non-woven fabric 20 is conveyed.
  • the static eliminator 28 on the downstream side in the direction (hereinafter, may be simply referred to as the downstream side) determines the polarity and the charge amount of the static elimination wind based on the charge amount of the non-woven fabric 20 also measured by the charge meter 29 on the downstream side.
  • the fibers 11 constituting the non-woven fabric 20 are charged with the same polarity as the non-woven fabric 20, a repulsive force (repulsive force) is generated between the fibers 11 constituting the non-woven fabric 20. Then, as the amount of charge of the non-woven fabric 20 increases, the repulsive force increases, the fibers 11 are separated from each other, the thickness of the non-woven fabric 20 becomes thicker, and the pore diameter also becomes larger, so that the non-woven fabric 20 becomes disorganized and enlarged.
  • repulsive force repulsive force
  • the repulsive force becomes smaller, and it is difficult to secure the thickness and keep the pore diameter uniform due to insufficient repulsion between the fibers 11, and the non-woven fabric 20 is crushed into a film. It ends up.
  • the charge amount meter 29 is used so as to satisfy 2 (kV) ⁇ ⁇ (kV) ⁇ 20 (kV).
  • the polarity and amount of electric charge supplied from the static eliminator 28 to the non-woven fabric 20 are controlled based on the measured electric charge amount of the non-woven fabric 20. By doing so, enlargement and film formation are prevented, and a non-woven fabric 20 having an appropriate thickness and pore diameter can be obtained.
  • the absolute value ⁇ (kV) of the charge amount may be simply referred to as the charge amount ⁇ (kV).
  • the basis weight (weight per unit area) of the nonwoven fabric 20 is W (g / m 2 )
  • "0.03 ⁇ / W ⁇ 0.15" is satisfied.
  • the charge amount ⁇ (kV) of the non-woven fabric 20 is controlled. That is, the charge amount ⁇ (kV) increases as the basis weight W (g / m 2 ) increases (the thickness of the non-woven fabric 20 increases) so that “ ⁇ / W” is kept within a predetermined range. are doing. By doing so, the repulsive force between the fibers 11 increases as the thickness of the non-woven fabric 20 increases. Therefore, as shown in FIGS. 3 and 4, one end surface (the surface on the collector 52 side in the present embodiment). A non-woven fabric 20 whose pore diameter changes (expands in this embodiment) without a boundary from the other end surface (the surface on the nozzle 25a side in the present embodiment) can be obtained.
  • FIGS. 3 and 4 the upper part of the figure shows a cross-sectional enlarged image of the non-woven fabric 20 manufactured by controlling the charge amount ⁇ (kV) so as to satisfy “0.03 ⁇ / W ⁇ 0.15”.
  • the lower part of the figure shows the luminance (luminance of the enlarged cross-sectional image) at each position in the thickness direction of the nonwoven fabric 20.
  • FIG. 3 shows the non-woven fabric 20 formed without the heating step
  • FIG. 4 shows the non-woven fabric 20 formed through the heating step (the non-woven fabric 20 of FIG. 3 is heated in the heating step). Is shown.
  • the fiber 11 appears white and the holes appear black in the enlarged cross-sectional image. That is, in the cross-sectional enlarged image, the brightness of the fiber 11 portion is high and the brightness of the hole portion is low. Therefore, the higher the brightness of the enlarged cross-section image, the denser the fiber 11 (higher fiber density) and the smaller the pore diameter. On the contrary, the lower the brightness, the sparser the fiber 11 (lower fiber density) and the larger the pore diameter. Is shown. Then, from FIGS. 3 and 4, the non-woven fabric 20 manufactured by controlling the charge amount ⁇ (kV) so as to satisfy “0.03 ⁇ / W ⁇ 0.15” is from the collector 52 side to the nozzle 25a side.
  • the objects to be removed are concentrated on the boundary portion between the layers as in the case where two non-woven fabrics having different pore diameters are laminated and used as a filter. It is particularly suitable when used as a filter because it does not end up.
  • the charge amount ⁇ (kV) and the basis weight W (g / m 2 ) indicate real-time values at one time point of the concentration of the fiber 11. That is, as described above, the charge amount ⁇ (kV) indicates the charge amount of the real tie measured by the charge amount meter 29.
  • the basis weight W (g / m 2 ) the real-time basis weight is calculated and used based on the amount of the solution 23a ejected from the nozzle 25a.
  • the present invention is not limited to this, and the final values at the time when the collection of the fiber 11 is completed may be used as the charge amount ⁇ (kV) and the basis weight W (g / m 2 ).
  • the example of using the measured value measured by the charge meter 29 as the charge amount ⁇ (kV) has been described, but the charge amount meter 29 is abolished and the theory is set as the charge amount ⁇ (kV).
  • the theoretical value of the charge amount ⁇ (kV) may be calculated based on the applied voltage of the power supply 27 and the charge amount of the static elimination wind from the static eliminator 28.
  • the theoretical value calculated based on the amount of the solution 23a ejected from the nozzle 25a is used as the basis weight W (g / m 2 ), but the present invention is limited to this. Not done.
  • the final basis weight W (g / m 2 ) at the time when the collection of the fiber 11 is completed the measured value obtained by actually measuring the weight per unit area of the manufactured nonwoven fabric 20 is used. It can also be used.
  • FIG. 5 shows the verification results for verifying the relationship between the charge amount ⁇ (kV) and the basis weight W (g / m 2 ).
  • the charge amount ⁇ (kV) is in the range of “0.03 ⁇ / W ⁇ 0.15” as an application example (application examples 1 to 8), and the charge amount ⁇ (kV) is “0.
  • Reference examples (reference examples 1 to 3) are those outside the range of 03 ⁇ / W ⁇ 0.15 ", and the charge amount ⁇ (kV) and the grain in these application examples 1 to 8 and reference examples 1 to 3 are used.
  • the non-woven fabric 20 was produced by using different W (g / m 2 ), fiber material, solvent, and concentration. Then, the fiber density ratio was calculated for each of the nonwoven fabrics 20 of Application Examples 1 to 8 and Reference Examples 1 to 3 produced in this manner, and evaluated based on the calculated fiber density ratio.
  • the final values at the time when the collection of the fiber 11 is completed are used as the basis weight W (g / m 2 ) and the charge amount ⁇ (kV), and this value is also used for ⁇ / W. Is calculated.
  • the concentration is a value of ⁇ M1 / (M1 + M2) ⁇ ⁇ 100 when the mass of the fiber material is M1 and the mass of the solvent is M2.
  • the fiber density ratio is a value obtained by calculating the ratio of the fiber density (brightness of the cross-sectional image) on the other end surface side to the fiber density (brightness of the cross-sectional image) on the one end surface side of the nonwoven fabric 20.
  • the evaluation was that the fiber density ratio was less than 80% and the change in pore diameter in the thickness direction was sufficiently large as "A”, and the fiber density ratio of 80% or more was less than 90% in the thickness direction.
  • the one with a large change in pore size is "B”
  • the one with a fiber density ratio of 90% or more is less than 95%
  • the one with a confirmed change in pore diameter in the thickness direction is "C”
  • the fiber density ratio is 95% or more. Therefore, it was designated as "D” that it was difficult to confirm the change in the hole diameter in the thickness direction.
  • the production conditions and evaluations of the nonwoven fabrics 20 of Application Examples 1 to 8 and Reference Examples 1 to 3 are as shown in FIG.
  • Reference Example 2 since the fiber 11 was unraveled and the non-woven fabric 20 could not be peeled from the support 30, the fiber density ratio could not be calculated. Therefore, the fiber density ratio was described as "-" and the evaluation was set to "D". There is.
  • the charge amount ⁇ (kV) within the range of "0.03 ⁇ / W ⁇ 0.15", it is possible to cause a change in the pore diameter in the thickness direction, and in particular, a filter. It was confirmed that an effective non-woven fabric 20 can be produced when used as.
  • the relationship between the amount of charge ⁇ (kV) and the basis weight W (g / m 2 ) is preferably 0.05 ⁇ / W ⁇ 0.13, more preferably 0.09 ⁇ / W ⁇ 0.12.
  • Non-woven fabric manufacturing equipment 11 Fiber 20 Non-woven fabric 23 Solution adjustment part 23a Solution 24 Non-woven fabric manufacturing part 25 Nozzle unit 25a Nozzle 26 Integrated part 27 Power supply 28 Static eliminator 29 Charge meter 30 Support 52 Collector 57 Support supply part 58 Support winding Part 61, 62 Roller

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Abstract

一端面から他端面に向かって境界なく孔径が変化する不織布を製造可能な不織布製造方法を提供する。 不織布製造設備(10)は、コレクタ(52)とノズル(25a)との間に電圧を印加し、ノズル(25a)からコレクタ(52)へ向けて溶液(23a)を噴出させてファイバ(11)を形成する。形成したファイバ(11)は、コレクタ(52)に捕集され、不織布(20)が形成される。不織布製造設備(10)は、除電器(28)を備えている。除電器(28)は、不織布20の目付をW(g/m2 )、帯電量を∨(kV)としたときに、「0.03<∨/W<0.15」を満たすように、不織布(20)の除電を行う。

Description

不織布製造方法
 本発明は、不織布製造方法に関する。
 ファイバから形成された不織布が知られている。不織布は、種々の分野における用途開発が盛んに行われている。期待される用途には例えば断熱材、吸音材、フィルタなどが挙げられ、また、医療用や細胞の足場材としての利用も期待される。
 不織布は、例えば、電界紡糸法により製造される。電界紡糸法は、エレクトロスピニング法などとも呼ばれ、ファイバ材(溶媒にファイバ材が溶解した溶液)とコレクタとの間に電圧を印加し、一方をプラス(+)他方を-マイナス(-)に帯電させてファイバ材をコレクタへ向けて噴出させてファイバを形成し、形成したファイバをコレクタで捕集することにより不織布を形成するものである。
 また、下記特許文献1、2には、帯電風を送風して不織布を除電する構成が記載されている。こうすることで、厚みを薄く及び孔径を小さく抑えることができる。つまり、不織布を構成するファイバは、不織布と同じ極性に帯電するため、ファイバ同士の間には斥力(反発し合う力)が生じるが、除電により斥力を抑える(小さくする)ことで、厚み及び孔径を小さく抑えることができる。
特開2006-291397号公報 特開2007-092213号公報
 ところで、不織布をフィルタとして用いる場合、孔径の異なる複数枚の不織布を、上流側から下流側へ向けて段階的に孔径が小さくなるように積層し、大きな異物から順に各層で段階的に濾過することがある。しかしながら、この場合、層の境界に、異物などの濾過対象物が集中してしまうといった問題があった。
 本発明は、上記背景を鑑みてなされたものであり、一端面から他端面に向かって境界なく孔径が変化する不織布を製造可能な不織布製造方法を提供することを目的としている。
 上記目的を達成するために、本発明の不織布製造方法は、溶媒にファイバ材が溶解している溶液とコレクタとの間に電圧を印加し、溶液をコレクタへ向けて噴出することにより形成したファイバを、コレクタで不織布として捕集する不織布製造方法において、不織布の目付をW(g/m2 )、帯電量の絶対値を∨(kV)としたときに、0.03<∨/W<0.15を満たす。
 2(kV)≦∨(kV)≦20(kV)を満たすことが好ましい。
 溶媒は、複数の化合物の混合物であることが好ましい。
 溶媒の沸点が80℃以下であることが好ましい。
 溶媒は、ジクロロメタンとメタノールとを含むことが好ましい。
 ファイバ材が、セルロース系ポリマーであることが好ましい。
 セルロース系ポリマーは、セルロースアシレートであることが好ましい。
 本発明によれば、一端面から他端面に向かって境界なく孔径が変化する不織布を製造可能である。
支持体の幅方向から観察した不織布製造設備の概略図である。 支持体の長手方向から観察した不織布製造設備の概略図である。 不織布の断面拡大画像と厚み方向の各位置における輝度との関係を示す説明図である。 不織布の断面拡大画像と厚み方向の各位置における輝度との関係を示す説明図である。 不織布の検証結果を示す説明図である。
 図1、図2に示すように、本発明の不織布製造設備10は、電界紡糸法を用いてファイバ11の形成及び不織布20の製造をするためのものであり、溶液調製部23と不織布製造部24とを備える。溶液調製部23は、ファイバ11を形成する溶液23aを調製するためのものである。溶液調製部23は、ファイバ11の素材(ファイバ材)を、溶媒に溶解することにより、溶液23aを調製する。
 ファイバ材としては、樹脂(ポリマー)を用いることができる。ポリマーとしては、溶媒に溶解することにより溶液にできるポリマーを用いることが好ましく、有機溶媒に溶解することにより溶液にできるポリマーであることがより好ましい。例えば、ポリ乳酸(PLA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリアクリルニトリル(PAN)、ポリビニルアルコール(PVA)、セルロース系ポリマー、ポリエステル、ポリウレタン、エラストマなどが挙げられる。
 セルロース系ポリマーはセルロースアシレートであることが好ましい。セルロースアシレートは、セルロースのヒドロキシ基を構成する水素原子の一部または全部がアシル基で置換されているセルロースエステルである。セルロースアシレートは、セルロースアセテートプロピオネート(CAP)と、セルローストリアセテート(TAC)とセルロースジアセテート(DAC)のいずれかひとつであることが好ましい。
 溶媒は、1種類の化合物で構成されていてもよいし、2種類以上の化合物で構成されていてもよい。ただし、溶媒は、ファイバ材を溶解する観点の他に、蒸発速度を調整する機能をもつから、蒸発速度を調整する観点では、2種類以上の化合物で構成された混合物である方が好ましい。具体的には、ジクロロメタン(DCM)とメタノール(MeOH)の混合物、クロロホルム(CHCl3 )、水、ジメチルホルムアミド(DMF)などが挙げられる。また、溶媒としては、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、ベンジルアルコール、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルアセテート、エチルアセテート、プロピルアセテート、ブチルアセテート、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ヘキサン、シクロヘキサン、四塩化炭素、ベンゼン、キシレン、N-メチルピロリドン、ジエチルエーテル、ジオキサン、1-メトキシ-2-プロパノール、トルエン、アセトン、テトラヒドロフランなどを用いることができる。これらは、単独で使用してもよいし、2種類以上を混合して使用してもよい。
 溶媒は、沸点が80℃以下であることが好ましい。なお、溶媒が複数の化合物の混合物である場合には、質量割合が最も多い化合物の沸点を、溶媒の沸点としてみなす。なお、溶媒が3種以上の化合物の混合物であり、質量割合が最も多い化合物が複数ある場合には、それらのうち沸点が最も高い化合物の沸点を溶媒の沸点とみなす。例えば、溶媒が化合物aと化合物bと化合物cとの混合物であり、(化合物aの質量):(化合物bの質量):(化合物cの質量)=40:40:20というように、質量割合が最も多い化合物が化合物aと化合物bとの2つである場合には、化合物aと化合物bとのうち沸点が高い一方の沸点を溶媒の沸点とみなす。溶媒は有機化合物であること、すなわち有機溶媒であることが好ましい。
 不織布製造部24は、ノズルユニット25と、集積部26と、電源27と、除電器28と、帯電量計29とを備える。ノズルユニット25は、後述する支持体30の幅方向に長く形成されている(図1参照)。また、本実施形態では、前述のように支持体30の幅方向に長いノズルユニット25を、支持体30の長手方向に並べて配置しており、本実施形態では、3つのノズルユニット25を配置している(ノズルユニット25を3列設けている)(図2参照)。これらノズルユニット25には、ノズルユニット25の長手方向(すなわち、支持体30の幅方向)に沿って複数(本実施形態では3つ)のノズル25aが並べて配されている(図1参照)。各ノズル25aには、溶液調製部23によって調製された溶液23aが供給され、溶液23aは、各ノズル25aから集積部26へ向けて吐出される。なお、ノズルユニット25の数、及び、各ノズルユニット25に設けるノズル25aの数については、本実施形態に限定されず、適宜変更できる。
 集積部26は、コレクタ52と、支持体供給部57と、支持体巻取部58とを有する。コレクタ52はノズル25aから吐出された溶液23aを誘引し、形成されたファイバ11を捕集して不織布20を得るためのものであり、本実施形態では、ファイバ11を後述の支持体30上に捕集する。コレクタ52は、金属製の帯状物で環状に形成された無端ベルトで構成され、ローラ61、62に張り渡され、ローラ61、62の回転に伴って循環移動する。なお、図1では、図面の煩雑化を避けるため、支持体供給部57、支持体巻取部58、ローラ61、62、及び、後述する除電器28、帯電量計29については図示を省略している。
 コレクタ52とノズルユニット25(ノズル25a)との間には電源27により電圧が印加される。これにより、コレクタ52とノズル25aとのうち一方がプラス(+)に帯電し、他方がマイナス(-)に帯電する。こうすることで、溶液23aがコレクタ52側へ誘引され、ノズル25aからコレクタ52へ向けて噴出される。コレクタ52は、電源27によって電圧が印加されることにより帯電する素材から形成されていればよく、例えば、ステンレス製とされる。なお、本実施形態では、ノズル25aを(+)、コレクタ52を(-)に帯電させているが、ノズル25aとコレクタ52との極性は逆であってもよい。また、コレクタ52とノズル25aとの一方をアースして電位を0とする構成としてもよい。
 支持体供給部57は、例えば、帯状のアルミニウムシートからなる支持体30をコレクタ52に供給する。支持体30は、コレクタ52の移動に伴って移動し、ノズルユニット25の下方を通過する。この間に、ノズル25aから噴出したファイバ11が支持体30上に順次捕集されて帯状の不織布20が形成される。この後、不織布20から支持体30が剥がされ、支持体30は、支持体巻取部58に巻き取られる。このようにして形成された不織布20は、ファイバ11同士が絡み合い、また、重なり合うことで、厚みを有するとともに、複数の孔を有するものである(図3参照)。
 なお、加熱工程を設け、支持体30とともに不織布20を加熱、または、支持体30を剥がした後に不織布20を単体で加熱してもよい。不織布20を加熱することで、不織布20から残留応力(捕集の際にファイバ11に蓄積された力であり、ファイバ11を湾曲させている力)が除去され、ファイバ11が直線化される(図4参照)。
 除電器28は、不織布20の除電を行うための除電風(帯電風)を不織布20へ向けて送風する。本実施形態では、支持体30の長手方向(不織布20の搬送方向)に並べられたノズルユニット25(ノズル25a)の間に除電器28を配置している(図2参照)。除電器28の近傍(本実施形態では、不織布20の搬送方向上流側(以下、単に上流側と称する場合がある)には、不織布20の帯電量を測定するための帯電量計29が設置されている。そして、上流側の除電器28は、同じく上流側の帯電量計29により測定された不織布20の帯電量に基づいて除電風の極性及び帯電量を決定する。また、不織布20の搬送方向下流側(以下、単に下流側と称する場合がある)の除電器28は、同じく下流側の帯電量計29により測定された不織布20の帯電量に基づいて除電風の極性及び帯電量を決定する。この除電風が不織布20に到達することで不織布20が除電され、不織布20の帯電量が減少する。
 ここで、不織布20を構成するファイバ11は不織布と同じ極性に帯電するため、不織布20を構成するファイバ11同士の間には斥力(反発し合う力)が生じる。そして、不織布20の帯電量が多くなるほど斥力が大きくなり、ファイバ11同士が離間して不織布20の厚みが厚くまた孔径も大きくなり、不織布20がまとまりのなく肥大化したものとなってしまう。一方、不織布20の帯電量が少なくなるほど斥力が小さくなり、ファイバ11同士の反発が足りずに厚みを確保すること及び孔径を均質に保つことが難しく、不織布20がつぶれてフイルム化したものとなってしまう。
 このため、本実施形態では、不織布20の帯電量の絶対値を∨(kV)としたときに、2(kV)≦∨(kV)≦20(kV)を満たすように、帯電量計29により測定された不織布20の帯電量に基づいて除電器28から不織布20に供給する電荷の極性及び電荷量を制御している。こうすることで、肥大化及びフイルム化が防止され、適度な厚み及び孔径の不織布20を得られる。なお、以下では、帯電量の絶対値∨(kV)を、単に帯電量∨(kV)と称する場合がある。
 また、本実施形態では、不織布20の目付(単位面積あたりの重さ)をW(g/m2 )としたときに、「0.03<∨/W<0.15」を満たすように、不織布20の帯電量∨(kV)を制御している。つまり、「∨/W」が所定の範囲内に保たれるように、目付W(g/m2 )が大きくなる(不織布20の厚みが厚くなる)に連れて帯電量∨(kV)を大きくしている。こうすることで、不織布20の厚みが厚くなるに連れてファイバ11同士の間の斥力が大きくなるので、図3、図4に示すように、一端面(本実施形態ではコレクタ52側の面)から他端面(本実施形態ではノズル25a側の面)へ向かって境界なく孔径が変化(本実施形態では拡大)する不織布20が得られる。
 図3、図4では、図の上段に、「0.03<∨/W<0.15」を満たすように帯電量∨(kV)を制御して製造した不織布20の断面拡大画像を示し、図の下段に、この不織布20の厚み方向の各位置における輝度(断面拡大画像の輝度)を示している。また、図3は、加熱工程を介さずに形成された不織布20を示しており、図4は、加熱工程を介して形成された不織布20(図3の不織布20を加熱工程で加熱したもの)を示している。
 図3、図4において、断面拡大画像には、ファイバ11が白く写り、孔が黒く写る。すなわち、断面拡大画像では、ファイバ11部分の輝度が高く、孔部分の輝度が低い。このため、断面拡大画像の輝度が高いほどファイバ11が密であり(繊維密度が高く)孔径も小さく、反対に、輝度が低いほどファイバ11が疎であり(繊維密度が低く)孔径も大きいことを示している。そして、図3、図4からは、「0.03<∨/W<0.15」を満たすように帯電量∨(kV)を制御して製造した不織布20が、コレクタ52側からノズル25a側へ向かって境界なく孔径が拡大していることが確認できた。このように、厚み方向において境界なく孔径が拡大している不織布20は、孔径の異なる2枚の不織布を積層してフィルタとして用いた場合のように層同士の境界部分に除去対象物が集中してしまうといったことがないので、フィルタとして用いる場合に特に好適である。
 なお、本実施形態では、帯電量∨(kV)及び目付W(g/m2 )は、ファイバ11の捕集中の一時点におけるリアルタイムの値を示すものである。つまり、前述のように帯電量∨(kV)については帯電量計29により測定したリアルタイの帯電量を示している。また、目付W(g/m2 )については、ノズル25aから噴出された溶液23aの量に基づいてリアルタイムの目付を算出して用いている。しかし、本発明はこれに限定されず、帯電量∨(kV)及び目付W(g/m2 )として、ファイバ11の捕集が終了した時点における最終的な値を用いてもよい。
 また、本実施形態では、帯電量∨(kV)として、帯電量計29で測定された実測値を用いる例で説明をしたが、帯電量計29を廃止し、帯電量∨(kV)として理論値を用いてもよい。この場合、電源27の印加電圧及び除電器28からの除電風の帯電量などに基づいて帯電量∨(kV)の理論値を算出すればよい。さらに、本実施形態では、目付W(g/m2 )として、ノズル25aから噴出された溶液23aの量に基づいて算出された理論値を用いる例で説明をしたが、本発明はこれに限定されない。ファイバ11の捕集が終了した時点における最終的な目付W(g/m2 )としては、製造された不織布20の単位面積あたりの重さを実際に測定することによっても得られた実測値を用いることも可能である。
 図5に、帯電量∨(kV)と目付W(g/m2 )との関係を検証した検証結果を示す。検証では、帯電量∨(kV)が「0.03<∨/W<0.15」の範囲内であるものを適用例(適用例1~8)、帯電量∨(kV)が「0.03<∨/W<0.15」の範囲外であるものを参考例(参考例1~3)とし、これら適用例1~8と参考例1~3とで帯電量∨(kV)、目付W(g/m2 )、ファイバ材、溶媒、濃度を異ならせて不織布20を製造した。そして、このようにして製造した適用例1~8及び参考例1~3の不織布20それぞれについて、繊維密度比を算出し、算出した繊維密度比に基づいて評価した。
 なお、図5においては、目付W(g/m2 )及び帯電量∨(kV)として、ファイバ11の捕集が終了した時点における最終的な値を用い、∨/Wについてもこの値を用いて算出している。また、濃度は、ファイバ材の質量をM1、溶媒の質量をM2としたときに、{M1/(M1+M2)}×100の値である。さらに、繊維密度比は、不織布20の一端面側の繊維密度(断面画像の輝度)に対する他端面側の繊維密度(断面画像の輝度)の割合を算出した値である。また、評価は、繊維密度比が80%を下回り、厚み方向における孔径の変化が十分に大きいものを「A」、繊維密度比が80%以上であるものの90%は下回っており、厚み方向における孔径の変化が大きいものを「B」、繊維密度比が90%以上であるものの95%は下回っており、厚み方向における孔径の変化が確認できるものを「C」、繊維密度比が95%以上であり、厚み方向における孔径の変化を確認することが困難なものを「D」とした。
 適用例1~8及び参考例1~3の不織布20の製造条件及び評価は、図5に示す通りである。なお、参考例2については、ファイバ11が解れて支持体30から不織布20を剥離できず、繊維密度比を算出できなかったため、繊維密度比については「-」と記し、評価を「D」としている。以上の検証により、帯電量∨(kV)が「0.03<∨/W<0.15」の範囲内とすることで、厚み方向において孔径の変化を生じさせることが可能であり、特にフィルタとして用いた場合に有効な不織布20を製造できることが確認できた。帯電量∨(kV)と目付W(g/m2 )との関係は、0.05<∨/W<0.13が好ましく、0.09<∨/W<0.12がより好ましい。
 10 不織布製造設備
 11 ファイバ
 20 不織布
 23 溶液調整部
 23a 溶液
 24 不織布製造部
 25 ノズルユニット
 25a ノズル
 26 集積部
 27 電源
 28 除電器
 29 帯電量計
 30 支持体
 52 コレクタ
 57 支持体供給部
 58 支持体巻取部
 61、62 ローラ

Claims (7)

  1.  溶媒にファイバ材が溶解している溶液とコレクタとの間に電圧を印加し、前記溶液を前記コレクタへ向けて噴出することにより形成したファイバを、前記コレクタで不織布として捕集する不織布製造方法において、
     前記不織布の目付をW(g/m2 )、帯電量の絶対値を∨(kV)としたときに、
     0.03<∨/W<0.15
     を満たす不織布製造方法。
  2.  2(kV)≦∨(kV)≦20(kV)
     を満たす請求項1記載の不織布製造方法。
  3.  前記溶媒は、複数の化合物の混合物である請求項1または2記載の不織布製造方法。
  4.  前記溶媒の沸点が80℃以下である請求項1~3のいずれか1項に記載の不織布製造方法。
  5.  前記溶媒は、ジクロロメタンとメタノールとを含む請求項1~4のいずれか1項に記載の不織布製造方法。
  6.  前記ファイバ材が、セルロース系ポリマーである請求項1~5のいずれか1項に記載の不織布製造方法。
  7.  前記セルロース系ポリマーは、セルロースアシレートである請求項6記載の不織布製造方法。
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