WO2023167057A1 - エレクトレットメルトブロー不織布の製造方法および製造装置 - Google Patents

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WO2023167057A1
WO2023167057A1 PCT/JP2023/006205 JP2023006205W WO2023167057A1 WO 2023167057 A1 WO2023167057 A1 WO 2023167057A1 JP 2023006205 W JP2023006205 W JP 2023006205W WO 2023167057 A1 WO2023167057 A1 WO 2023167057A1
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nonwoven fabric
width direction
electret
spun yarn
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田仲慶紀
林晋吾
▲吉▼富大浩
坂下竜太
箕浦潔
上田浩平
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東レ株式会社
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
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    • D04H3/08—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of strengthening or consolidating
    • D04H3/16—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of strengthening or consolidating with bonds between thermoplastic filaments produced in association with filament formation, e.g. immediately following extrusion

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for manufacturing electret meltblown nonwoven fabrics that enable the production of high-quality electret processed products at low cost.
  • meltblowing method is used in which a molten non-conductive polymer is extruded from a spinneret with a plurality of spinning holes in the width direction, and at the same time, hot air is jetted to stretch the molten polymer.
  • a method of electretizing using corona discharge, or manufacturing as in Patent Documents 1 and 2 A method of applying electret processing by jetting water to a meltblown nonwoven fabric to evenly contact the water, dehydrating and drying the fabric is disclosed. Compared to the method using corona discharge, the method of electret processing by contacting water does not use high-voltage equipment, so it is easier to maintain and manage the safety of the equipment. On the other hand, it is necessary to apply high water pressure to the meltblown nonwoven fabric in order to soak the water evenly into the fine meltblown nonwoven fabric and make it contact with the meltblown nonwoven fabric. There was a problem that a large amount of water was used and a large amount of energy was required for drying after dehydration.
  • a two-fluid type spray nozzle is used to spray fine water droplets on the spun yarn before the melt blown nonwoven fabric is formed.
  • a method of electret processing to perform is disclosed. In this method, fine water droplets are sprayed onto spun yarns in an open state before becoming a meltblown nonwoven fabric, so even if the amount of water is small, the yarns can be evenly contacted with water.
  • the hot air used for spinning the molten polymer is directly diverted to drying the water adhering to the spun yarn, the drying load after forming the melt blown nonwoven fabric is greatly reduced, or according to Patent Document 3, In other words, it is possible to eliminate the need for the drying process itself.
  • the uniformity of the amount of water applied is greatly deteriorated in the width direction, and the texture of the melt-blown nonwoven fabric produced by turbulence of air flow is deteriorated, so a drying process is not required over a wide width and a uniform electret It is difficult to process.
  • Patent Document 4 discloses, as a spray nozzle, a slit-shaped nozzle (slit-type nozzle) in which a water droplet ejection port extends in the width direction.
  • a slit-type nozzle ejects a large number of water droplets in a continuous belt shape in the width direction, so that the variation in the amount of water droplets in the width direction can be reduced more than that of a single-hole nozzle. You can prevent it from getting worse.
  • the slit-shaped opening has a larger total outlet cross-sectional area per spray width than a single-hole nozzle, it is necessary to spray a large amount of water in order to spray water droplets uniformly in the width direction. As a result, it is difficult to reduce the drying load.
  • An object of the present invention is to provide a manufacturing method and a manufacturing apparatus for an electret melt blown nonwoven fabric.
  • the present inventors have found that by ejecting air and water from different ejection ports from a spray nozzle and generating fine water droplets outside the nozzle, even with a small amount of water, It has been found that the water can be sprayed more uniformly over the entire surface.
  • the spray nozzle is provided only on the side of the electret melt blown nonwoven fabric collected by the collecting device in the direction of conveyance when viewed from the spun yarn.
  • a method for producing an electret meltblown nonwoven fabric is provided only on the side of the electret melt blown nonwoven fabric collected by the collecting device in the direction of conveyance when viewed from the spun yarn.
  • Spinning means for a non-conductive polymer having a plurality of spinning holes in the width direction, means for spraying water onto the spun yarn discharged from the spinning means, and a sheet for collecting the spun yarn
  • the water spraying means includes a plurality of water discharge ports arranged in the width direction and continuously or intermittently opened across the width direction, and a pair of air discharge ports arranged to sandwich the water discharge port, wherein the water discharged from the plurality of water discharge ports collides with the air discharged from the air discharge ports.
  • water can be sprayed more uniformly across the width of the spun yarn, so even if the melt blown nonwoven fabric has a width of 1 m or more, a homogeneous electret meltblown nonwoven fabric can be manufactured. can. Moreover, even under the spinning conditions where the polymer discharge rate is small, the amount of sprayed water can be reduced in accordance with the discharge rate, so that the energy required for the drying process can be reduced. As a result, it is possible to improve the quality of wide electret melt-blown nonwoven fabrics and improve production efficiency (widening, energy saving), and stabilize melt-blown nonwoven fabrics with low pressure loss and excellent collection efficiency over the entire width. can be obtained by Therefore, it is possible to easily and inexpensively provide a filter medium particularly suitable for an air filter or the like.
  • the spun yarn is rapidly cooled between the spinneret and the collection device by spraying water from the spray nozzle. Therefore, an amorphous portion is formed in the spun yarn, and a melt-blown nonwoven fabric having high elongation and resistance to tearing can be obtained by easily dispersing stress when pulled.
  • FIG. 1 is a conceptual cross-sectional view illustrating an apparatus for carrying out the method for producing an electret melt blown nonwoven fabric of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view at the center in the width direction, illustrating and explaining the schematic structure of the spray nozzle according to the present invention.
  • FIG. 3 is a front view illustrating and explaining the configuration of the tip of the spray nozzle according to the present invention.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view illustrating and explaining the configuration of the spray nozzle according to the present invention.
  • FIG. 5 is a conceptual cross-sectional view illustrating a collection efficiency measuring device for measuring the collection efficiency and pressure loss of the electret melt blown nonwoven fabric according to the present invention.
  • the electret meltblown nonwoven fabric is produced by melt-spinning a non-conductive polymer from a spinneret and directly fabricating the spun yarn on a collection device such as a conveyor or drum equipped with a collection net. manufacture.
  • the non-conductive polymer is not particularly limited as long as it has non-conductive properties.
  • it is mainly composed of a polymer having a volume resistivity of 10 12 ⁇ cm or more, more preferably 10 14 ⁇ cm or more.
  • examples thereof include polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polyesters such as polyethylene terephthalate and polylactic acid, polycarbonates, polystyrene, polyphenylene sulfite, fluororesins, and mixtures thereof.
  • those mainly composed of polyolefin or polylactic acid are preferable from the standpoint of electret performance, and those mainly composed of polypropylene are more preferable.
  • "mainly” means that it occupies 50% by mass or more of the entire constituent components.
  • the non-woven fabric obtained from the non-conductive polymer preferably contains at least one hindered amine additive or triazine additive. This is because by including this additive in the nonwoven fabric, it becomes possible to maintain particularly high electret performance. This additive is preferably blended into the non-conductive polymer before melt spinning.
  • the hindered amine compound includes, for example, poly[(6-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)imino-1,3,5-triazine-2,4-diyl) ((2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)imino) hexamethylene ((2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)imino)] (manufactured by BASF Japan Ltd., “ Chimasorb” (registered trademark) 944LD), dimethyl succinate-1-(2-hydroxyethyl)-4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine polycondensate (manufactured by BASF Japan Ltd., "tinuvin” ® 622LD), and 2-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl)-2-n-butylmalonate bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4- piperidyl) (manufact
  • triazine additives examples include poly[(6-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)imino-1,3,5-triazine-2,4-diyl)((2,2 ,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)imino)hexamethylene ((2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)imino)] (manufactured by BASF Japan Ltd., “Kimasorb” (registered trademark) 944LD), and 2-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)-5-((hexyl)oxy)-phenol (manufactured by BASF Japan Ltd., “Tinuvin” (registered trademark) 1577FF) and the like.
  • hindered amine additives it is particularly preferable to use hindered amine additives.
  • the non-woven fabric obtained from the non-conductive polymer may contain known additives such as heat stabilizers, weathering agents, polymerization inhibitors, etc., which are generally used in non-conductive non-woven fabrics for electret processed products. may be added.
  • the amount of the hindered amine additive or triazine additive is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.5 to 5% by mass of the nonwoven fabric mass, more preferably 0.7 to 3% by mass. It should be a range. By setting the addition amount to 0.5% by mass or more, a desired high level of electret performance can be easily obtained. Moreover, by making it 5% by mass or less, the spinnability and fabricability can be improved, and the cost can be more advantageous.
  • FIG. 1 illustrates an apparatus for carrying out the electret meltblown nonwoven fabric manufacturing method of the present invention.
  • reference numeral 1 denotes a spinneret for melt spinning, and a plurality of spinning holes 1a are provided on the lower surface of the spinneret 1 so as to be arranged in a row in the width direction, that is, in the direction perpendicular to the paper surface, A molten polymer, which is a non-conductive polymer, is discharged vertically downward from the spinning hole 1a.
  • Both sides of the spinning hole 1a are provided with slit holes (not shown) whose longitudinal direction is the width direction, and by jetting hot air from the slit holes, the discharged molten polymer is stretched and spun.
  • a collecting net 2 for collecting the spun yarn F is disposed below the spinneret 1, and is endlessly wound around rolls 3, 3 to constitute a conveyer so as to move in the direction of the arrow. ing. Further, between the spinneret 1 and the collection net 2, a spray nozzle 4 having a width direction as a longitudinal direction is provided at a constant distance from the spun yarn F, and a tip 4a of the spray nozzle 4 is provided. water is sprayed onto the spun yarn from the At this time, it is preferable to install the nozzle so that the water spray direction is perpendicular to the spun yarn, that is, in the horizontal direction. By installing the nozzle in such a manner, the inertial force of the water droplets to be sprayed is less likely to be defeated by the hot air, and a large amount of water can be efficiently adhered to the spun yarn.
  • the tip 4a of the spray nozzle 4 is preferably set so that the distance (vertical distance) L from the lower surface of the nozzle 1 to the bottom is 30 mm or more and 250 mm or less. Heat deactivation during electret can be suppressed by spraying water at a position 30 mm or more away from the nozzle. In addition, by spraying water in a range of 250 mm or less from the spinneret, the water can be dried using the heat of the polymer during spinning. can be reduced or mitigated.
  • the distance L is more preferably in the range of 40 mm or more and 200 mm or less, and further preferably in the range of 50 mm or more and 150 mm or less.
  • the distance D from the tip 4a of the spray nozzle 4 to the spun yarn is preferably in the range of 50 mm or more and 150 mm or less.
  • the water droplets discharged from the plurality of water discharge ports are sufficiently diffused and distributed continuously, so that the water droplets are uniformly distributed in the width direction of the spun yarn. can be sprayed with water.
  • the tip 4a in a range of 150 mm or less in the horizontal direction from the spun yarn, the air discharged from the air outlet is suppressed from being defeated by the hot air accompanying the spun yarn, and the fiber is sufficiently heated after spinning. water can adhere to the
  • the distance D is more preferably 60 mm or more and 140 mm or less, still more preferably 70 mm or more and 130 mm or less.
  • the spray nozzle 4 may be provided on both the left side and the right side of the spun yarn F in FIG. 1, or on only one of them. It is preferable to provide it only on the side in the conveying direction. By installing it only on the conveying direction side, it is possible to prevent water droplets that do not adhere to the fibers and pass through the threads from falling onto the collecting conveyor and adhering to the non-woven fabric after collection, which increases drying. .
  • the number of installed spray nozzles 4 may be two or more, but one is preferable. When two or more spray nozzles are installed, the air discharged from each spray nozzle interferes with each other, turbulent airflow, and the quality of the meltblown nonwoven fabric may deteriorate. does not occur, and a high-quality melt blown nonwoven fabric can be obtained.
  • the following formula for the spray amount of water (Wp/Wf) X100 (Wherein, Wp is the water ejection mass of the spray nozzle per unit width per unit time, and Wf is the ejection mass of the non-conductive polymer per unit width per unit time.) It is desirable that the water/polymer percentage [%] represented by is 300% or more and less than 500%. If the water/polymer percentage is less than 500%, the water is sufficiently evaporated by the heat of the spun polymer, and even if the amount of polymer discharged is small, a high-quality electret melt-blown nonwoven fabric can be obtained without a drying process. . On the other hand, when the water/polymer percentage is 300% or more, the electret melt-blown nonwoven fabric having a sufficient charge amount and high collection efficiency can be obtained.
  • the spray nozzle has a plurality of water discharge ports arranged in the same direction as the width direction of the spinneret for melt spinning, and a plurality of water discharge ports that open continuously or intermittently across the width direction. It has a pair of air ejection openings arranged opposite to each other so as to be sandwiched therebetween, and more specifically, it can have a configuration as shown in FIGS. 2 to 4, for example.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view at the center in the width direction for explaining the schematic structure of the spray nozzle.
  • water is supplied from the water supply port 16 , expanded in the width direction by the water manifold 18 , and discharged from the water discharge port 31 provided at the tip 4 a of the spray nozzle 4 .
  • Air is supplied from air supply ports 15a and 15b, expanded in the width direction by air manifolds 17a and 17b, and discharged from air discharge ports 33a and 33b.
  • the water discharged from the water discharge port 31 collides with the air discharged from the air discharge ports 33a and 33b, and the water is turned into fine droplets by the impact force of the air.
  • FIG. 3(a) is a front view showing the configuration of the tip of the spray nozzle 4.
  • the longitudinal direction of the nozzle is shortened.
  • the water discharge port 31 has a rectangular opening end, and is wider than the discharge width of the molten polymer discharged from the nozzle for melt spinning as a whole.
  • a plurality of nozzles are arranged at equal intervals in the width direction of the spray nozzle.
  • the arrangement pitch P of the water ejection ports 31 is preferably 10 mm or less from the viewpoint of uniformity of water droplets in the width direction.
  • a pair of slit-shaped air ejection openings 33 a and 33 b are arranged in the spray nozzle 4 in the vicinity of the plurality of water ejection openings 31 so as to sandwich the plurality of water ejection openings 31 .
  • the width of the air discharge port is wider than the width of the entire water discharge port.
  • the air discharge ports 33a and 33b may be opened by a single slit continuous in the width direction as shown in FIG. Correspondingly, it may be opened intermittently. Moreover, when opening intermittently, it may be circular, elliptical, or the like.
  • the opening width is preferably larger than the opening width of the water discharge port.
  • water is discharged not by a single slit-shaped discharge port extending in the width direction, but by using a plurality of water discharge ports intermittently arranged in the width direction. Even when the ejection flow rate is small, the ink can be ejected more uniformly across the width.
  • air is discharged in a substantially continuous belt-like shape in the width direction using air discharge ports that are continuous or intermittent in the width direction, air currents that deteriorate the texture of the melt blown nonwoven fabric are used. interference can be prevented. With such a combination of water and air ejection structures, it is possible to more uniformly spray water onto spun yarns across the sheet width direction while reducing the amount of water ejection.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view for explaining the configuration of the spray nozzle 4.
  • the main housing 11 of the spray nozzle 4 is composed of parts 12, 13a, 13b, 14a and 14b.
  • Numerals 13a and 13b are inner blocks for forming a water manifold and a water discharge port.
  • One inner block 13a has a water supply port 16 for receiving water and a water manifold 18 for widening water in the width direction.
  • reference numeral 12 denotes a comb-shaped shim sandwiched between the inner blocks 13a and 13b. is formed.
  • Reference numerals 14a and 14b denote outer blocks, which are combined with the inner blocks 13a and 13b to form air ejection ports for ejecting air.
  • the shape of the air ejection port in the embodiment shown in FIG. 4 is one continuous slit in the width direction.
  • Each of the outer blocks 14a and 14b has air supply ports 15a and 15b for receiving air, and air manifolds 17a and 17b for widening air in the width direction on the mating surfaces of the outer blocks 14a and 14b. , air supply ports 15a and 15b are communicated with air manifolds 17a and 17b.
  • the spray nozzle 4 as described above is arranged between the spinneret 1 and the collection net 2 constituting the conveyer as shown in FIG. 1, and sprays water onto the spun yarn melted and spun from the spinneret.
  • the spun yarn F sprayed with water is collected by the collection net 2 and formed into the nonwoven fabric S.
  • the water used for spraying should preferably be water from which contaminants have been removed through a liquid filter or the like, and should be as clean as possible.
  • pure water such as ion-exchanged water, distilled water, and reverse osmosis membrane filtered water.
  • the level of pure water is preferably 10 3 ⁇ S/m or less, more preferably 10 2 ⁇ S/m or less, in terms of electrical conductivity.
  • the nonwoven fabric S is nipped by the feeding rollers 5 to remove excess water, and then conveyed to the drying device 6 . Note that this step may be performed as needed, and may be omitted.
  • the drying device 6 heated air is supplied from the supply port 6a and discharged from the exhaust port 6b, thereby heating the inside.
  • the nonwoven fabric S enters the drying device 6, is heated and dried as necessary, and is carried out as an electret sheet.
  • the electret meltblown nonwoven fabric obtained in this way is a high-quality, high-performance electret processed product in which high electric charges are uniformly distributed across the width direction.
  • the fibers that constitute the electret melt blown nonwoven fabric preferably have an average single fiber diameter of 0.1 ⁇ m or more and 8.0 ⁇ m or less.
  • the average single fiber diameter preferably 0.1 ⁇ m or more, more preferably 0.3 ⁇ m or more, and even more preferably 0.5 ⁇ m or more.
  • the collection efficiency of the electret melt blown nonwoven fabric can be improved by setting the thickness to 8.0 ⁇ m or less, more preferably 7.0 ⁇ m or less, and even more preferably 5.0 ⁇ m or less.
  • the average single fiber diameter is calculated as follows. First, 15 measurement samples of 3 mm ⁇ 3 mm were collected from a total of 15 points, 3 points in the width direction of the fiber sheet (2 points at the side ends and 1 point at the center) and 5 points at intervals of 5 cm in the longitudinal direction, and scanned. Using an electron microscope (for example, "VHX-D500" manufactured by KEYENCE CORPORATION, etc.), the magnification is adjusted to 3000 times, and a total of 15 photographs of the fiber surface are taken, one for each of the collected measurement samples. Then, the single fiber diameter is measured for all fibers whose fiber diameter (single fiber diameter) can be clearly confirmed in the photograph, and the value obtained by rounding off the arithmetic average value to the second decimal place is the average single fiber diameter. and
  • the average fiber tortuosity of the fibers constituting the electret meltblown nonwoven fabric is 1.10 or more and 1.50 or less.
  • the average fiber tortuosity is preferably 1.10 or more, more preferably 1.30 or more, the voids between the fibers are widened, and an electret melt blown nonwoven fabric having high bulkiness, low pressure loss, and high tensile elongation can be obtained.
  • it is set it to 1.50 or less, more preferably 1.40 or less, the rigidity of the fibers increases, and an electret melt blown nonwoven fabric having high shape stability can be obtained.
  • the average fiber tortuosity is calculated as follows. First, 15 measurement samples of 3 mm ⁇ 3 mm were collected from a total of 15 points, 3 points in the width direction of the nonwoven fabric (2 points at the side ends and 1 point at the center) and 5 points at intervals of 5 cm in the longitudinal direction. A microscope (for example, "VHX-D500" manufactured by KEYENCE CORPORATION) is adjusted to a magnification of 200 times, and a total of 15 photographs of the fiber surface are taken, one for each of the collected measurement samples.
  • a microscope for example, "VHX-D500" manufactured by KEYENCE CORPORATION
  • the linear distance (L1) between the ends of the fiber and the actual fiber length (L2) are measured, and the bending rate ( L2/L1) is calculated, and the value obtained by rounding off the arithmetic mean value to the third decimal place is taken as the average fiber tortuosity.
  • the average fiber tortuosity of the polyolefin resin fibers in the electret meltblown nonwoven fabric can be controlled by performing an appropriate quenching treatment from one direction immediately after spinning the polyolefin resin fibers. Specifically, it can be controlled by spraying water or cold air from one direction immediately after spinning, or by spraying water from one direction during spinning. Among them, the method of spraying water is the most preferable because it can be performed together with the electret treatment.
  • the amount of sprayed water is not particularly limited as long as the spun yarn is hit with water, and the amount of spray may be appropriately adjusted so as to achieve the target fiber curvature, but the drying process during electret processing is unnecessary. Therefore, it is more desirable that the water/polymer percentage [%] is 300% or more and less than 500%.
  • a sample for measurement of length ⁇ width 15 cm ⁇ 15 cm was collected at five arbitrary locations of the nonwoven fabric, and each sample was measured by the collection efficiency measuring device shown in FIG.
  • a dust storage box 200 is connected upstream of a sample holder 100 on which a measurement sample M is set, and a flow meter 300, a flow control valve 400, and a blower 500 are connected downstream.
  • a particle counter 600 is installed in the sample holder 100, and the number of dust particles on the upstream side and the number of dust particles on the downstream side of the measurement sample M can be measured via a switching cock 700, respectively.
  • the sample holder 100 is equipped with a pressure gauge 800, and the static pressure difference between the upstream side and the downstream side of the measurement sample M can be read.
  • a polystyrene 0.309U 10% solution (manufacturer: Nacalai Tesque Co., Ltd.) was diluted 200 times with distilled water and filled in the dust storage box 200 .
  • the measurement sample M is set in the sample holder 100, the air flow is adjusted with the flow control valve 400 so that the filter passing speed is 4.5 m/min, and the dust concentration is 10,000 to 40,000/2.83. ⁇ 10 ⁇ 4 m 3 (0.01 ft 3 ), and the upstream dust count D and the downstream dust count d of the measurement sample M are counted by a particle counter 600 (manufactured by Rion Co., Ltd., KC-01B).
  • the pressure loss (Pa) was obtained by reading the static pressure difference between the upstream side and the downstream side of the measurement sample M with the pressure gauge 800 when measuring the collection efficiency.
  • the average value (Pa) of the five measurement samples was rounded off to the second decimal place to obtain the final pressure loss.
  • the QF value (Pa -1 ) which is an index of filtration performance, is calculated by the following formula using the collection efficiency (%) and pressure loss (Pa). The lower the pressure loss and the higher the collection efficiency, the higher the QF value, which indicates that the filtration performance is good. ).
  • Average fiber curvature (-) For the average fiber curvature, 15 measurement samples of 3 mm ⁇ 3 mm were collected from a total of 15 points, 3 points in the width direction of the nonwoven fabric (2 points at the side ends and 1 point at the center) and 5 points at intervals of 5 cm in the longitudinal direction. , Keyence Co., Ltd. "VHX-D500" was adjusted to a magnification of 200 times, and a total of 15 photographs of the fiber surface were taken, one for each of the collected measurement samples.
  • the linear distance (L1) between the ends of the fiber and the actual fiber length (L2) are measured, and the bending rate (L2 /L1) was calculated, and the value obtained by rounding off the third decimal place of those arithmetic average values was taken as the average fiber tortuosity (no unit).
  • Example 2 A meltblown nonwoven fabric was produced in the same manner as in Example 1, except that the water/polymer percentage was changed to 328%. The obtained nonwoven fabric was dried when the spun yarns were collected by the collecting net, so the drying device 6 was not used.
  • Example 3 A meltblown nonwoven fabric was produced in the same manner as in Example 2, except that the water/polymer percentage was changed to 468%. The obtained nonwoven fabric was dried when the spun yarns were collected by the collection net, so no drying apparatus was used.
  • Example 1 A melt-blown nonwoven fabric was produced in the same manner as in Example 1, except that instead of the spray nozzle 4, eight conical nozzles (“AKIMist” (registered trademark) manufactured by Ikeuchi Co., Ltd.) were evenly arranged at intervals of 130 mm. Since the manufactured nonwoven fabric contained water, it was further dried with hot air by the drying device 6 shown in FIG.
  • Example 2 The procedure was the same as in Example 1, except that the spray nozzle 4 was replaced with a slit-shaped nozzle having a single water discharge port of 1200 mm ⁇ 0.05 mm (“Slit Nozzle PSN” manufactured by Ikeuchi Co., Ltd., manufactured by SUS304). to produce a meltblown nonwoven fabric.
  • Slit Nozzle PSN manufactured by Ikeuchi Co., Ltd., manufactured by SUS304.
  • the amount of water sprayed is less than the minimum amount of water that the slit nozzle can normally spray, so the water spray is uneven in the width direction, and water is clearly sprayed from the nozzle in part of the width direction. It was not possible to measure physical properties.
  • Example 3 Same as Example 1 except that instead of the spray nozzle 4, eight single-hole spray nozzles ("SU13A-SS” manufactured by Spraying Systems Japan LLC) that spray water in a fan shape were arranged evenly at intervals of 130 mm. to produce a meltblown nonwoven fabric. Since the manufactured nonwoven fabric contained moisture, it was further dried with hot air using the drying apparatus shown in FIG.
  • Table 1 summarizes the evaluation results regarding the physical properties, appearance quality, and presence or absence of the drying process of the nonwoven fabrics produced in each example and comparative example.
  • Example 1 a spray nozzle was used in which water discharged from a plurality of water discharge ports was discharged and collided with air from the air discharge ports to spray water onto the spun yarn.
  • water is uniformly sprayed, and as a result, the appearance quality is good, the fibers are bent moderately with an average fiber bending rate of 1.15 to 1.33, and the sheet is uniformly charged, and the QF value is 0
  • An electret melt-blown nonwoven fabric having a filtration performance of 0.190 or higher could be produced.
  • Example 2 by setting the water/polymer percentage to 300% or more and less than 500%, an energy-saving production method that does not use a drying apparatus has a high filtration performance with a QF value of 0.190 or more. An electret meltblown nonwoven fabric was produced.
  • Comparative Examples 1 and 3 although a sufficient amount of water was sprayed, the QF value was as low as 0.102 or less, and an electret melt blown nonwoven fabric having sufficient performance could not be obtained. In both cases, striped unevenness extending in the transport direction was confirmed in the manufactured nonwoven fabric. As a result, it is thought that the filtration performance varied in the plane of the sample, and the average QF value in the sample size became small.
  • Comparative Example 2 since there was a portion where water was not sprayed in the width direction of the nonwoven fabric, it was judged to be defective without conducting detailed evaluation.
  • Comparative Example 4 Although the amount of water to be sprayed was the same as in Example 3, the nonwoven fabric was partially wet due to large spray unevenness due to interference of water droplets between nozzles, and the drying process was unnecessary. I could't. Moreover, for the same reason as in Comparative Examples 1 and 3, the QF value was as low as 0.050, and a wide electret melt blown nonwoven fabric having sufficient performance could not be obtained.
  • the high-quality wide electret melt-blown nonwoven fabric obtained by the present invention can be used as a filter unit by incorporating it into a frame material as it is in sheet form.
  • a filter medium it is particularly suitable for high-performance applications such as air filters in general, air conditioner filters, air purifier filters and automobile cabin filters. In that case, it can also be used as a filter unit by performing pleat processing that repeats mountain folds and valley folds and setting it on a frame material.

Abstract

少量の水を幅方向にわたって高精度に噴霧することで、乾燥負荷を低減しつつ、広幅であってもより均質にエレクトレット加工を施すため、幅方向に複数の紡糸孔を備えた口金から非導電性重合体を溶融紡出し、その紡出糸を下方の捕集装置で捕集してメルトブロー不織布にする際、前記口金から前記捕集装置までの間の紡出糸に、スプレーノズルによって水を噴霧して、前記メルトブロー不織布をエレクトレット化するエレクトレットメルトブロー不織布の製造方法であって、前記スプレーノズルは、前記幅方向に配列された複数の水吐出口と、前記幅方向に亘って連続または間欠で開口するとともに、前記複数の水吐出口を挟むように対向配置された一対のエア吐出口と、を備え、前記複数の水吐出口から吐出された水に前記エア吐出口から吐出されたエアを衝突させることにより、前記紡出糸に水を噴霧する、エレクトレットメルトブロー不織布の製造方法とする。

Description

エレクトレットメルトブロー不織布の製造方法および製造装置
　本発明は、高品質のエレクトレット加工品を低コストで生産可能にするエレクトレットメルトブロー不織布の製造方法および製造装置に関する。
　従来、低圧力損失のエアフィルター用材料などとして、エレクトレット加工されたメルトブロー不織布が多用されている。エレクトレット加工されたメルトブロー不織布を製造する手法としては、幅方向に複数の紡糸孔を備えた口金から溶融した非導電性ポリマーを吐出し、それと同時に熱風を噴射して溶融ポリマーを引き伸ばす、いわゆるメルトブロー法により極細繊維を紡出し、その紡出糸を下方の捕集装置で捕集してメルトブロー不織布とした後、コロナ放電を用いてエレクトレット化する手法や、特許文献１、２のように、製作したメルトブロー不織布に水を噴射して満遍なく水を接触させた後、脱水、乾燥させることでエレクトレット加工を施す手法が開示されている。水を接触させてエレクトレット加工を施す手法は、コロナ放電を用いる手法と比べ高電圧設備を用いないため、設備の安全維持管理が容易である。一方、目の細かいメルトブロー不織布の中まで万遍なく水をしみこませて接触させるためには、メルトブロー不織布に高水圧を与える必要があり、実質的に浸漬状態となってしまうため、メルトブロー不織布の含水量が多く、脱水後の乾燥に多大なエネルギーを要する問題があった。
　このような問題に対し、乾燥負荷を軽減する手法として、特許文献３、４のように、メルトブロー不織布が形成される前の紡出糸に、２流体型のスプレーノズルを用いて微細水滴を噴霧するエレクトレット加工の手法が開示されている。この手法はメルトブロー不織布になる前の開繊状態の紡出糸に対して微細水滴を噴霧するため、少量の水であっても満遍なく糸に水を接触させることができる。また、溶融ポリマーを紡出するために用いた熱風がそのまま紡出糸に付着した水の乾燥に転用されるため、メルトブロー不織布を形成した後の乾燥負荷を大幅に低減、あるいは特許文献３によれば乾燥工程自体を不要とすることが可能であるということである。
特開２００２－１６６１１４号公報 特許第３４７６８０４号公報 国際公開第２００３／０６０２１６号 特開２００２－１６１４６７号公報
　しかしながら、特許文献３に開示されるように、水の噴霧に円錐状に水滴を射出する単孔型スプレーノズル（円錐型ノズル）を用いる場合、円錐型ノズルは紡出糸の幅方向に対して山なりの吐出分布を持つため、幅方向に亘って等量の水滴を付与することができず、エレクトレット性能を幅方向均一に発現させることは困難である。また一般的な単孔型ノズルが噴霧できる噴霧幅は、せいぜい３００ｍｍ程度であるため、これよりも幅の広い広幅メルトブロー不織布を製作するにあたっては、かかる手法を適用することはできない。なお、このような広幅メルトブロー不織布に適用する場合は、単孔型ノズルを幅方向に一定間隔で複数個並べる方法が考えられるが、各ノズル間の噴霧がオーバーラップする箇所では飛翔する水滴や気流が干渉して、付与される水量の均一性が幅方向で大幅に悪化したり、気流の乱れによって製作されるメルトブロー不織布の地合いが悪化するため、広幅に渡って乾燥工程が不要且つ均質なエレクトレット加工を施すことは困難である。
　一方、特許文献４では、スプレーノズルとして、水滴噴射口が幅方向に延在したスリット状のノズル（スリット型ノズル）を開示している。このようなスリット型ノズルは、幅方向で連続帯状に無数の水滴を射出するため、単孔型ノズルよりも幅方向の水滴量のバラつきを小さくでき、且つ気流が干渉しないのでメルトブロー不織布の地合いが悪化するのも防止できる。しかしながら、スリット状の開口部は、単孔型のノズルと比較して噴霧幅当たりの総吐出口断面積が大きくなるため、幅方向に均一に水滴を噴霧するためには、噴霧する水量を大きくする必要があり、結局、乾燥負荷の低減を実現することが困難である。
　本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、少量の水を幅方向にわたって高精度に噴霧することで、乾燥負荷を低減しつつ、広幅であってもより均質にエレクトレット加工を施すことができる、エレクトレットメルトブロー不織布の製造方法および製造装置を提供することを目的とする。
　本発明者らは、上記の課題について鋭意検討を行った結果、スプレーノズルからエアと水をそれぞれ異なる吐出口から吐出し、ノズルの外部で微細水滴を生成することで、低水量でも幅方向に亘ってより均一に水を噴霧できることを見出した。
　本発明は、これら知見に基づいて完成に至ったものであり、本発明によれば、以下の発明が提供される。
　［１］　幅方向に複数の紡糸孔を備えた口金から非導電性重合体を溶融紡出し、その紡出糸を下方の捕集装置で捕集してメルトブロー不織布にする際、前記口金から前記捕集装置までの間の紡出糸に、スプレーノズルによって水を噴霧して、前記メルトブロー不織布をエレクトレット化するエレクトレットメルトブロー不織布の製造方法であって、前記スプレーノズルは、前記幅方向に配列された複数の水吐出口と、前記幅方向に亘って連続または間欠で開口するとともに、前記複数の水吐出口を挟むように対向配置された一対のエア吐出口と、を備え、前記複数の水吐出口から吐出された水に前記エア吐出口から吐出されたエアを衝突させることにより、前記紡出糸に水を噴霧する、エレクトレットメルトブロー不織布の製造方法。
　［２］　式：（Ｗｐ／Ｗｆ）×１００
（式中、Ｗｐは、単位幅あたりの単位時間における前記スプレーノズルの水吐出質量であり、Ｗｆは、単位幅あたりの単位時間における前記非導電性重合体の吐出質量である）
で表される水／重合体百分率［％］が、３００％以上５００％未満である、前記［１］に記載のエレクトレットメルトブロー不織布の製造方法。
　［３］　前記スプレーノズルから前記紡出糸までの水平方向の距離が５０ｍｍ以上、１５０ｍｍ以下である、前記［１］または［２］に記載のエレクトレットメルトブロー不織布の製造方法。
　［４］　前記スプレーノズルは、前記紡出糸から見て、前記捕集装置に捕集された前記エレクトレットメルトブロー不織布の搬送方向側にのみ備える、前記［１］～［３］のいずれかに記載のエレクトレットメルトブロー不織布の製造方法。
　［５］　幅方向に複数の紡糸孔を備えた非導電性重合体の紡出手段、前記紡出手段から吐出される紡出糸への水噴霧手段、および前記紡出糸を捕集するシート化手段、を備えたエレクトレットメルトブロー不織布の製造装置であって、前記水噴霧手段は、前記幅方向に配列された複数の水吐出口と、前記幅方向に亘って連続または間欠で開口するとともに、前記水吐出口を挟むように配置された一対のエア吐出口と、を備え、前記複数の水吐出口から吐出された水に前記エア吐出口から吐出されたエアを衝突させるスプレーノズルである、エレクトレットメルトブロー不織布の製造装置。
　本発明によれば、紡出糸に対して水を幅方向に亘ってより均一に噴霧することができるため、メルトブロー不織布が例えば幅１ｍ以上の広幅であっても、均質なエレクトレットメルトブロー不織布を製作できる。またポリマー吐出量が少ない紡出条件であっても、該吐出量に合わせて水の噴霧量を少量化することができるため、乾燥工程にかかるエネルギーを低減することができる。そして、これにより、広幅エレクトレットメルトブロー不織布の品質の向上と、生産効率の向上（広幅化、省エネルギー化）を両立でき、全幅に亘って圧力損失が低いうえに捕集効率に優れたメルトブロー不織布を安定して得ることができる。そのため、特にエアフィルター等に好適な濾材を容易かつ安価に提供することができる。
　また、本発明においては、スプレーノズルからの水の噴霧によって紡出糸が口金から捕集装置までの間で急冷されることになる。それ故、紡出糸には非晶部ができ、引っ張った際に応力が分散しやすく、伸度が高く、破れにくいメルトブロー不織布とすることができる。
図１は、本発明のエレクトレットメルトブロー不織布の製造方法を実施する装置を例示した、断面概念図である。 図２は、本発明に係るスプレーノズルの概略構造を例示・説明する、幅方向中央における断面図である。 図３は、本発明に係るスプレーノズルの先端の構成を例示・説明する、前面図である。 図４は、本発明に係るスプレーノズルの構成を例示・説明する、分解斜視図である。 図５は、本発明に係るエレクトレットメルトブロー不織布の捕集効率、圧力損失を測定するための捕集効率測定装置を説明する、断面概念図である。
　本発明において、エレクトレットメルトブロー不織布は、非導電性重合体を口金から溶融紡糸し、その紡出糸を、捕集ネットなどを備えたコンベアやドラムなどの捕集装置上に直接製布することで製造する。
　非導電性重合体は、非導電性の特性を有すれば特に限定されるものではない。好ましくは体積抵抗率が１０１２・Ω・ｃｍ以上、さらに好ましくは１０１４・Ω・ｃｍ以上の重合体を主体にするのがよい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ乳酸等のポリエステル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイト、フッ素系樹脂、およびこれらの混合物などを挙げることができる。これらの中でも、ポリオレフィンまたはポリ乳酸を主体とするものはエレクトレット性能の点から好ましく、さらにポリプロピレンを主体とするものは一層好ましい。なお、ここで主体とは、構成成分全体の５０質量％以上を占めるということである。
　本発明において、非導電性重合体から得られる不織布には、ヒンダードアミン系添加剤又はトリアジン系添加剤を少なくとも１種配合することが好ましい。この添加剤を不織布に含有させることにより、特に高いエレクトレット性能を保持させることが可能になるからである。この添加剤は溶融紡糸前の非導電性重合体中に配合しておくことが好ましい。
　上記２種類の添加剤のうちヒンダードアミン系化合物としては、例えば、ポリ［（６－（１，１，３，３－テトラメチルブチル）イミノ－１，３，５－トリアジン－２，４－ジイル）（（２，２，６，６－テトラメチル－４－ピペリジル）イミノ）ヘキサメチレン（（２，２，６，６－テトラメチル－４－ピペリジル）イミノ）］（ＢＡＳＦ・ジャパン株式会社製、“キマソーブ”（登録商標）９４４ＬＤ）、コハク酸ジメチル－１－（２－ヒドロキシエチル）－４－ヒドロキシ－２，２，６，６－テトラメチルピペリジン重縮合物（ＢＡＳＦジャパン株式会社製、“チヌビン”（登録商標）６２２ＬＤ）、および２－（３，５－ジ－ｔ－ブチル－４－ヒドロキシベンジル）－２－ｎ－ブチルマロン酸ビス（１，２，２，６，６－ペンタメチル－４－ピペリジル）（ＢＡＳＦジャパン株式会社製、“チヌビン”（登録商標）１４４）などが挙げられる。
　また、トリアジン系添加剤としては、例えば、ポリ［（６－（１，１，３，３－テトラメチルブチル）イミノ－１，３，５－トリアジン－２，４－ジイル）（（２，２，６，６－テトラメチル－４－ピペリジル）イミノ）ヘキサメチレン（（２，２，６，６－テトラメチル－４－ピペリジル）イミノ）］（ＢＡＳＦジャパン株式会社製、“キマソーブ”（登録商標）９４４ＬＤ）、および２－（４，６－ジフェニル－１，３，５－トリアジン－２－イル）－５－（（ヘキシル）オキシ）－フェノール（ＢＡＳＦジャパン株式会社製、“チヌビン”（登録商標）１５７７ＦＦ）などを挙げることができる。
　これらのなかでも特にヒンダードアミン系添加剤を使用することが好ましい。
　非導電性重合体から得られる不織布には、上記添加剤の他に、熱安定剤、耐候剤、重合禁止剤等の、一般にエレクトレット加工品の非導電性不織布に使用されている公知の添加剤を添加するようにしてもよい。
　上記ヒンダードアミン系添加剤又はトリアジン系添加剤の添加量としては、特に限定されないが、好ましくは不織布質量の０．５～５質量％の範囲にするとよく、更に好ましくは０．７～３質量％の範囲にするとよい。添加量を０．５質量％以上とすることで、目的とする高レベルのエレクトレット性能を容易に得ることができる。また、５質量％以下とすることで、紡糸性や製布性を優れたものとし、かつ、コスト的にもより有利なものとすることができる。
　以上のようなエレクトレットメルトブロー不織布を製造するための本発明の方法について、図面に基づいて詳細を説明する。なお、以下の説明は本発明の理解を容易にするために記載したものであり、本発明を何ら限定するものではない。本発明の権利範囲は、以下の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。
　図１は、本発明のエレクトレットメルトブロー不織布の製造方法を実施する装置を例示したものである。図１の装置において、符号１は溶融紡糸用の口金であり、口金１の下面には複数の紡糸孔１ａが幅方向、すなわち紙面に直交する方向に列状に並ぶように設けられており、紡糸孔１ａから非導電性重合体である溶融ポリマーが鉛直下向きに吐出される。紡糸孔１ａの両側には、前記幅方向を長手方向とするスリット孔（図示されない）が備えられており、該スリット孔から熱風を噴射することで、吐出された溶融ポリマーが引き伸ばされ、紡出糸Ｆとして紡出されている。この口金１の下方には紡出糸Ｆを捕集するための捕集ネット２が配置され、ロール３，３に無端状に巻回されて矢印方向に移動するように、搬送コンベアを構成している。さらに、口金１と捕集ネット２との間には、幅方向を長手方向としたスプレーノズル４が紡出糸Ｆに対して一定の距離を設けて備えられており、スプレーノズル４の先端４ａから紡出糸に水を噴霧している。このとき水の噴霧方向が、紡出糸に対して直交方向、すなわち水平方向となるようにノズルを設置することが好ましい。そのようにノズルを設置することで、噴霧される水滴の慣性力が熱風に負けにくくなり、効率的に多くの水を紡出糸に付着させることができる。
　そして、スプレーノズル４の先端４ａは、口金１の下面から下方への距離（鉛直方向の距離）Ｌが３０ｍｍ以上、２５０ｍｍ以下の位置になるように設定されていることが好ましい。口金から３０ｍｍ以上離れた位置に水を噴霧することで、エレクトレット時の熱失活を抑えることができる。また、口金からの距離が２５０ｍｍ以下の範囲に水を噴霧することで、紡糸時のポリマー熱を利用して水を乾燥させることができ、後の工程で水を強制的に乾燥させる加熱手段を削減あるいは軽減させることができる。距離Ｌについて、より好ましくは４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲内、さらに好ましくは５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲内である。
　また、スプレーノズル４の先端４ａから紡出糸（紡糸孔から鉛直下向きに引いた線）までの距離Ｄは、５０ｍｍ以上、１５０ｍｍ以下の範囲が望ましい。先端４ａを紡出糸から水平方向に５０ｍｍ以上離すことで、複数の水吐出口から吐出された水滴が十分に拡散して、連続的な分布となるので、紡出糸に対して幅方向均一に水を噴霧できる。また先端４ａを紡出糸から水平方向に１５０ｍｍ以下の範囲に設置することで、エア吐出口から吐出されたエアが紡出糸に随伴する熱風に負けることを抑制し、紡糸後の繊維に十分に水を付着させることができる。距離Ｄについて、より好ましくは６０ｍｍ以上、１４０ｍｍ以下、さらに好ましくは７０ｍｍ以上、１３０ｍｍ以下である。
　そしてスプレーノズル４は、図１において紡出糸Ｆの左側、右側の両方に、もしくはどちらか片方のみに備えていても良いが、右側、すなわち捕集ネット２によって捕集されたエレクトレットメルトブロー不織布が搬送される方向側のみに設けることが好ましい。搬送方向側のみに設置することで、繊維に付着せず糸条を突き抜けた水滴が捕集コンベア上に落下し、捕集後の不織布に付着することを防ぐことができるため、乾燥性が増す。
　なお、スプレーノズル４の設置台数は２台以上としても良いが、１台とすることが好ましい。スプレーノズルを２台以上設置した場合、各スプレーノズルから吐出されたエア同士が干渉して気流が乱れ、メルトブロー不織布の品質が悪化する恐れがあるが、１台であればそのような気流の干渉が起こらず、高品位なメルトブロー不織布とすることができる。
　さらに水の噴霧量については以下の式：
（Ｗｐ／Ｗｆ）Ｘ１００
（式中、Ｗｐは、単位幅あたりの単位時間におけるスプレーノズルの水吐出質量であり、Ｗｆは、単位幅あたりの単位時間における非導電性重合体の吐出質量である）
で表される水／重合体百分率［％］が、３００％以上５００％未満であることが望ましい。水／重合体百分率が５００％未満であれば、紡糸ポリマーの熱量によって十分に水分が蒸発し、ポリマー吐出量が少ない場合であっても乾燥工程なしに高品質のエレクトレットメルトブロー不織布を得ることができる。一方、水／重合体百分率が３００％以上であれば、不織布の帯電量が十分となり、高い捕集効率を発現するエレクトレットメルトブロー不織布を得ることができる。
　次に、スプレーノズルについて詳細を説明する。本発明において、スプレーノズルは、溶融紡糸用の口金の幅方向と同じ方向に配列された複数の水吐出口と、該幅方向に亘って連続または間欠で開口するとともに、複数の水吐出口を挟むように対向配置された一対のエア吐出口を有するが、具体的には例えば図２～図４に示すような構成を有するものとすることができる。
　図２は、スプレーノズルの概略構造を説明する幅方向中央における断面図である。図２に示すスプレーノズル４において、水は、水供給口１６から供給され、水マニホールド１８で幅方向に拡幅され、スプレーノズル４の先端４ａに設けられた水吐出口３１から吐出される。また、エアは、エア供給口１５ａ、１５ｂからそれぞれ供給され、エアマニホールド１７ａ、１７ｂで幅方向に拡幅され、エア吐出口３３ａ、３３ｂから吐出される。このような構成により、水吐出口３１から吐出された水にエア吐出口３３ａ、３３ｂから吐出されたエアが衝突し、当該エアの打力で水が微細水滴化する。
　次に図３（ａ）は、スプレーノズル４の先端の構成を示す前面図である。なお、図の理解を容易にするため、ノズルの長手方向を短くしている。図３（ａ）に示すスプレーノズル４の先端において、水吐出口３１は矩形の開口端を有しており、全体で溶融紡糸用の口金から吐出される溶融ポリマーの吐出幅よりも広くなるように、スプレーノズルの幅方向に等間隔で複数並んでいる。なお水吐出口３１の配列ピッチＰは、水滴の幅方向均一性の観点から１０ｍｍ以下であることが好ましい。
　また、スプレーノズル４には、それら複数の水吐出口３１の近傍で、該複数の水吐出口３１を挟み込むように一対のスリット形状のエア吐出口３３ａ、３３ｂが対向配置されている。このとき各水吐出口３１から吐出されるすべての水を均等にエアの打力で微細化するために、エア吐出口の幅は、水吐出口の全体の幅よりも広くなっている。なお、エア吐出口３３ａ、３３ｂは、図３（ａ）のように幅方向に亘って連続する１つのスリットで開口してもよいし、図３（ｂ）に示すように水吐出口３１に対応して、間欠状に開口してもよい。また、間欠状に開口する場合は、円形、楕円形等であってもよい。間欠状に開口させる場合は、開口幅が水吐出口の開口幅より大きくすることが好ましい。
　このように本発明においては、水の吐出を、幅方向に延在する１つのスリット状の吐出口ではなく、幅方向に断続的に配置された複数の水吐出口を用いて行うため、水吐出流量が小さい場合であっても幅方向に亘ってより均一に吐出することができる。また、エアの吐出は、幅方向に亘って連続してまたは間欠したエア吐出口を用いて、実質的に幅方向に連続帯状のエアを吐出するため、メルトブロー不織布の地合いを悪化させるような気流の干渉を防ぐことができる。そして、このような水とエアの吐出構造の組み合わせにより、水の吐出流量を低減しつつも、シート幅方向に亘って、紡出糸に水をより均一に噴霧することができる。
　次に、図４はスプレーノズル４の構成を説明する分解斜視図である。なお、図の理解を容易にするため、ノズルの長手方向を短くしている。図４において、スプレーノズル４の本体筐体１１は、符号１２、１３ａ、１３ｂ、１４ａおよび１４ｂの部品から構成されている。符号１３ａ、１３ｂは、水マニホールドと水吐出口を形成するための内側ブロックである。片方の内側ブロック１３ａは、水を受け入れる水供給口１６と水を幅方向に拡幅する水マニホールド１８を有しており、水供給口１６は水マニホールド１８まで連通している。次に符号１２は内側ブロック１３ａ、１３ｂに挟まれる櫛形状のシムであり、内側ブロック１３ａ、１３ｂ、およびシム１２が合わさったとき、シム１２の櫛歯間の隙間によって幅方向に複数の吐出口が形成される。符号１４ａ、１４ｂは外側ブロックであり、内側ブロック１３ａ、１３ｂとそれぞれ合わさることでエアを吐出するエア吐出口を形成する。なお、図４に示す態様におけるエア吐出口の形状は、幅方向に渡って連続する１つのスリットである。また、それぞれの外側ブロック１４ａ、１４ｂは、エアを受け入れるエア供給口１５ａ、１５ｂと、外側ブロック１４ａ、１４ｂとの合わせ面側にエアを幅方向に拡幅するエアマニホールド１７ａ、１７ｂを有しており、エア供給口１５ａ、１５ｂはエアマニホールド１７ａ、１７ｂまで連通している。
　上記のようなスプレーノズル４は、図１に示すように口金１と搬送コンベアを構成する捕集ネット２の間に配され、口金から溶融紡出された紡出糸に水を噴霧する。そして、水が噴霧された紡出糸Ｆは、捕集ネット２に捕集されて不織布Ｓに形成される。
　なお、噴霧に用いる水は、液体フィルター等で汚れを除去したものであって、出来るだけ清浄なものを使用することが好ましい。特にイオン交換水、蒸留水、逆浸透膜の濾過水等の純水の使用が好ましい。また、純水としてのレベルは、導電率で１０３μＳ／ｍ以下が好ましく、さらに好ましくは、１０２μＳ／ｍ以下であるものがよい。
　そして、不織布Ｓは、送りローラ５によりニップされて余剰の水を除去したのち、乾燥装置６に搬送される。なお、この工程は、必要に応じて実施すればよく、省略することもできる。
　乾燥装置６においては、加熱空気が供給口６ａから供給され、排気口６ｂから排出されることにより内部が加熱される。不織布Ｓはこの乾燥装置６に進入し、必要に応じて加熱乾燥されることにより、エレクトレット化シートになって搬出される。
　このようにして得られたエレクトレットメルトブロー不織布は、高い電荷を幅方向に亘って均一分布した高品質、高性能のエレクトレット加工品になっている。
　なお、上記した水／重合体百分率が５００％未満となるようにノズル４から水Ｗを噴霧する場合には、紡糸ポリマーの熱量によって水分が十分に蒸発するため、ポリマー吐出量が少ない場合であっても乾燥工程なしに高品質のエレクトレットメルトブロー不織布を得ることができる。そのため、乾燥装置６を備えていない製造装置とすることも可能である。
　そして、エレクトレットメルトブロー不織布を構成する繊維は、平均単繊維径が０．１μｍ以上８．０μｍ以下であることが好ましい。平均単繊維径を好ましくは０．１μｍ以上、より好ましくは０．３μｍ以上、さらに好ましくは０．５μｍ以上とすることで、繊維シートの強度を向上させることができる。一方、８．０μｍ以下、より好ましくは７．０μｍ以下、さらに好ましくは５．０μｍ以下とすることで、エレクトレットメルトブロー不織布の捕集効率を向上させることができる。
　なお、平均単繊維径は、次のように算出する。まず、繊維シートの幅方向３点（側端部２点と中央１点）、それを長手方向５ｃｍおきに５点、合計１５点から、３ｍｍ×３ｍｍの測定サンプルを１５個採取し、走査型電子顕微鏡（例えば、株式会社キーエンス製「ＶＨＸ－Ｄ５００」など）で倍率を３０００倍に調節して、採取した測定サンプルから繊維表面写真を各１枚ずつ、計１５枚を撮影する。そして、写真の中の繊維直径（単繊維径）がはっきり確認できる繊維すべてについて単繊維径を測定し、それらの算術平均値の小数点以下第２位を四捨五入して得られる値を平均単繊維径とする。
　また、エレクトレットメルトブロー不織布を構成する繊維の平均繊維屈曲率が１．１０以上１．５０以下であることが好ましい。平均繊維屈曲率を好ましくは１．１０以上、より好ましくは１．３０以上とすることで、繊維間の空隙が広くなり嵩高で低圧損、しかも引張伸度の高いエレクトレットメルトブロー不織布とすることができる。一方、１．５０以下、より好ましくは１．４０以下とすることで、繊維の剛直性が増え、形態安定性が高いエレクトレットメルトブロー不織布とすることができる。
　なお、平均繊維屈曲率は、次のように算出する。まず、不織布の幅方向３点（側端部２点と中央１点）、それを長手方向５ｃｍおきに５点、合計１５点から、３ｍｍ×３ｍｍの測定サンプルを１５個採取し、走査型電子顕微鏡（例えば、株式会社キーエンス製「ＶＨＸ－Ｄ５００」など）で倍率２００倍に調節して、採取した測定サンプルから繊維表面写真を各１枚ずつ、計１５枚を撮影する。そして、写真の中で繊維長さが７５０μｍ以上あることがはっきりと確認できる繊維すべてについて、繊維の両端間の直線距離（Ｌ１）と実際の繊維長（Ｌ２）を測定し、それぞれの屈曲率（Ｌ２／Ｌ１）を計算し、それらの算術平均値の小数点以下第３位を四捨五入して得られる値を平均繊維屈曲率とする。
　本発明において、エレクトレットメルトブロー不織布におけるポリオレフィン系樹脂繊維の平均繊維屈曲率は、ポリオレフィン系樹脂繊維の紡糸直後に一方向から適切な急冷処理を行うことで制御することができる。具体的には、紡糸直後に一方向から水や冷風を吹きかけたり、紡糸中に一方向から水を噴霧したりするなどして制御することができる。中でも、水を噴霧する手法はエレクトレット処理も合わせて実施できることから、最も望ましい。
　水の噴霧量については紡出される糸条に水が当たっていれば特に限定されず、目標の繊維屈曲率になるよう噴霧量を適宜調整すれば良いが、エレクトレト加工時の乾燥工程が不要になることから水／重合体百分率［％］が３００％以上５００％未満であることがより望ましい。
　次に、実施例を挙げてより具体的に本発明を説明する。実施例において使用する物性値は、次の測定法により測定したものである。
　（１）目付（ｇ／ｍ２）
　タテ×ヨコ＝１５ｃｍ×１５ｃｍの不織布の質量を３点測定し、それぞれ得られた値を１ｍ２当たりの値に換算し、その平均値をとって目付（ｇ／ｍ２）とした。
　（２）平均単繊維径（μｍ）
　不織布の幅方向３点（側端部２点と中央１点）、それを長手方向５ｃｍおきに５点、合計１５点から、３ｍｍ×３ｍｍの測定サンプルを１５個採取し、株式会社キーエンス製「ＶＨＸ－Ｄ５００」で倍率を３０００倍に調節して、採取した測定サンプルから繊維表面写真を各１枚ずつ、計１５枚を撮影した。写真の中の繊維直径（単繊維径）がはっきり確認できる繊維全てについて単繊維径を測定し、それらの算術平均値の小数点以下第２位を四捨五入して得られる値を平均単繊維径（μｍ）とした。
　（３）捕集効率（％）および圧力損失（Ｐａ）
　不織布の任意の５カ所でタテ×ヨコ＝１５ｃｍ×１５ｃｍの測定用サンプルを採取し、それぞれのサンプルについて、図５に示す捕集効率測定装置で測定した。この捕集効率測定装置は、測定サンプルＭをセットするサンプルホルダー１００の上流側にダスト収納箱２００を連結し、下流側に流量計３００、流量調整バルブ４００、およびブロワ５００を連結している。また、サンプルホルダー１００にパーティクルカウンター６００を設置しており、切替コック７００を介して、測定サンプルＭの上流側のダスト個数と下流側のダスト個数とをそれぞれ測定することができる。さらに、サンプルホルダー１００は圧力計８００を備え、測定サンプルＭの上流側と下流側の静圧差を読み取ることができる。
　捕集効率の測定にあたっては、ポリスチレン０．３０９Ｕ　１０％溶液（メーカー：ナカライテスク株式会社）を蒸留水で２００倍まで希釈し、ダスト収納箱２００に充填した。次に、測定サンプルＭをサンプルホルダー１００にセットし、風量をフィルター通過速度が４．５ｍ／ｍｉｎになるように流量調整バルブ４００で調整し、ダスト濃度を１万～４万個／２．８３×１０－４ｍ３（０．０１ｆｔ３）の範囲で安定させ、測定サンプルＭの上流側ダスト個数Ｄおよび下流側ダスト個数ｄをパーティクルカウンター６００（リオン株式会社製、ＫＣ－０１Ｂ）で１個の測定サンプル当り３回測定し、ＪＩＳ　Ｋ　０９０１：１９９１「気体中のダスト試料捕集用ろ過材の形状、寸法並びに性能試験方法」に基づいて下記計算式を用いて０．３～０．５μｍ粒子の捕集効率（％）を求めた。５個の測定サンプルの平均値（％）を小数点以下第４位で四捨五入し、最終的な捕集効率とした
　捕集効率（％）＝〔１－（Σｄ／ΣＤ）〕×１００
　ただし、
　Σｄ：下流側ダスト個数ｄの３回測定トータル個数
　ΣＤ：上流側ダスト個数Ｄの３回測定トータル個数
　高捕集の不織布ほど、下流のダスト個数が少なくなるため、捕集効率の値は高くなる。
　また、圧力損失（Ｐａ）は、捕集効率測定時の測定サンプルＭの上流側と下流側の静圧差を圧力計８００で読み取り求めた。５個の測定サンプルの平均値（Ｐａ）を小数点以下第２位で四捨五入し、最終的な圧力損失とした。
　（４）ＱＦ値（Ｐａ－１）
　濾過性能の指標となるＱＦ値（Ｐａ－１）は、前記捕集効率（％）および圧力損失（Ｐａ）を用いて以下の式により計算される。低圧力損失かつ高捕集効率であるほどＱＦ値は高くなり、濾過性能が良好であることを示す
　ＱＦ値＝－［ｌｎ（１－捕集効率（％）／１００）］／圧力損失（Ｐａ）。
　（５）平均繊維屈曲率（－）
　平均繊維屈曲率は、不織布の幅方向３点（側端部２点と中央１点）、それを長手方向５ｃｍおきに５点、合計１５点から、３ｍｍ×３ｍｍの測定サンプルを１５個採取し、株式会社キーエンス製「ＶＨＸ－Ｄ５００」で倍率２００倍に調節して、採取した測定サンプルから繊維表面写真を各１枚ずつ、計１５枚を撮影した。写真の中で繊維長さが７５０μｍ以上あることがはっきりと確認できる繊維全てについて、繊維の両端間の直線距離（Ｌ１）と実際の繊維長（Ｌ２）をそれぞれ測定してそれぞれの屈曲率（Ｌ２／Ｌ１）を計算し、それらの算術平均値の小数点以下第３位を四捨五入して得られる値を平均繊維屈曲率（単位なし）とした。繊維が直線的であるほど平均繊維屈曲率は１．００に近くなり、繊維が大きく曲がっているほど平均繊維屈曲率は１より大きくなる。
　（６）外観品位
　得られた不織布を目視観察し、水を噴霧しなかった以外は同様にして製作した不織布（非エレクトレット加工品）と比較して、ムラの増減が判断できないものを「良好」、明らかにムラが増加しているものを「不良」とした。
　［実施例１］
　“キマソーブ”（登録商標）９４４（ＢＡＳＦ・ジャパン株式会社製）を１質量％添加したポリプロピレン（ＭＦＲ＝８５０）を押出機に投入し、図１のようなメルトブロー装置において、紡出糸から水平方向に１００ｍｍ、口金下１２０ｍｍの位置に、図２、図３（ａ）、図４に示す形態のスプレーノズルを設け、水／重合体百分率が６５７％となるように紡出糸に水を付与し、幅１．２ｍのメルトブロー不織布を製造した。製造した不織布は水分を含んでいたため、さらに図１に示す乾燥装置６により熱風乾燥させた。
　［実施例２］
　水／重合体百分率を３２８％に変更した以外は実施例１と同様にしてメルトブロー不織布を製造した。得られた不織布は、紡出糸を捕集ネットで捕集した段階で乾燥していたため、乾燥装置６を用いなかった。
　［実施例３］
　水／重合体百分率を４６８％に変更した以外は実施例２と同様にしてメルトブロー不織布を製造した。得られた不織布は、紡出糸を捕集ネットで捕集した段階で乾燥していたため、乾燥装置を用いなかった。
　［比較例１］
　スプレーノズル４に代えて、円錐型ノズル（“ＡＫＩＭｉｓｔ”（登録商標）株式会社いけうち製）を１３０ｍｍ間隔で均等に８本並べた以外は実施例１と同様にして、メルトブロー不織布を製造した。製造した不織布は水分を含んでいたため、さらに図１に示す乾燥装置６により熱風乾燥させた。
　［比較例２］
　スプレーノズル４に代えて、１２００ｍｍ×０．０５ｍｍの水吐出口を単一で有するスリット状のノズル（株式会社いけうち製「スリットノズルＰＳＮ」、ＳＵＳ３０４製）に変更した以外は実施例１と同様にして、メルトブロー不織布を製造した。しかし、この条件ではスリットノズルが正常に噴霧できる下限水量よりも噴霧する水量が少ないため、水の噴霧が幅方向に不均一であり、幅方向の一部で明らかにノズルから水が噴霧されてない箇所があり、物性の測定は実施できなかった。
　［比較例３］
　スプレーノズル４に代えて、扇状に水を噴霧する単孔型スプレーノズル（スプレーイングシステムスジャパン合同会社製「ＳＵ１３Ａ－ＳＳ」）を１３０ｍｍ間隔で均等に８本並べた以外は実施例１と同様にして、メルトブロー不織布を製造した。製造した不織布は水分を含んでいたため、さらに図１に示す乾燥装置により熱風乾燥させた。
　［比較例４］
　水／重合体百分率を４６８％に変更した以外は比較例１と同様にしてメルトブロー不織布を製造した。製造した不織布は幅方向で部分的に水分を含んでいる箇所があったため、さらに図１に示す乾燥装置により熱風乾燥させた。
　各実施例、比較例で製作した不織布の物性値、外観品位、乾燥工程の有無についての評価結果を表１にまとめて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１から明らかなように、実施例１～３では、複数の水吐出口から吐出された水にエア吐出口からエアを吐出・衝突させて紡出糸に水を噴霧するスプレーノズルを用いることにより、均一に水が噴霧され、その結果外観品位良好で、平均繊維屈曲率が１．１５～１．３３とほどよく繊維が屈曲し、かつ均一にシートが帯電している、ＱＦ値が０．１９０以上の濾過性能が高いエレクトレットメルトブロー不織布を製造できた。また、実施例２、３では、水／重合体百分率を３００％以上、５００％未満とすることにより、乾燥装置を用いない省エネルギーな製造方法で、ＱＦ値が０．１９０以上の濾過性能が高いエレクトレットメルトブロー不織布を製造できた。
　一方で、比較例１、３では、十分な水量を噴霧したにも関わらず、ＱＦ値が０．１０２以下と性能が低く、十分な性能を有するエレクトレットメルトブロー不織布を得ることができなかった。いずれも、製造した不織布に、搬送方向に延びる縞状のムラが確認されたことから、単孔型ノズル間で水滴や気流が干渉し、幅方向の帯電状態のムラや、圧力損失のムラが生じ、その結果、濾過性能がサンプルの面内でばらついてしまい、サンプルサイズにおける平均的なＱＦ値が小さくなってしまったと考えられる。次に比較例２では、不織布の幅方向で部分的に水が噴霧されていない箇所があったため、詳細な評価を行わずして、不良であると判断した。次に比較例４では、噴霧する水量を実施例３と同じにしたにも関わらず、ノズル間の水滴の干渉により噴霧ムラが大きいため部分的に不織布が濡れており、乾燥工程を不要とすることができなかった。また、比較例１、３と同様の理由により、ＱＦ値が０．０５０と性能が低く、十分な性能を有する広幅エレクトレットメルトブロー不織布を得ることができなかった。
　本発明によって得られる高品質の広幅エレクトレットメルトブロー不織布は、シート状のまま枠材に組み込んでフィルターユニットとして使用することができる。また、エアフィルター濾材として、エアフィルター全般、中でも空調用フィルター、空気清浄機用フィルターおよび自動車キャビンフィルターの高性能用途に特に好適である。その際には、山折と谷折を繰り返すプリーツ加工を施し、枠材にセットすることで、フィルターユニットとして使用することもできる。
１　　　　溶融紡糸用の口金
１ａ　　　紡糸孔
２　　　　捕集ネット
３　　　　ロール
４　　　　スプレーノズル
４ａ　　　スプレーノズル先端
５　　　　ローラ
６　　　　乾燥装置
６ａ　　　供給口
６ｂ　　　排気口
１１　　　本体筐体
１２　　　シム
１３ａ、１３ｂ　内側ブロック
１４ａ、１４ｂ　外側ブロック
１５ａ、１５ｂ　エア供給口
１６　　　水供給口
１７ａ、１７ｂ　エアマニホールド
１８　　　水マニホールド
３１　　　水吐出口
３３ａ、３３ｂ　エア吐出口
１００　　サンプルホルダー
２００　　ダスト収納箱
３００　　流量計
４００　　流量調整バルブ
５００　　ブロワ
６００　　パーティクルカウンター
７００　　切替コック
８００　　圧力計
Ｆ　　　　紡出糸
Ｗ　　　　水
Ｓ　　　　不織布
Ｍ　　　　測定サンプル

Claims (5)

  1. 　幅方向に複数の紡糸孔を備えた口金から非導電性重合体を溶融紡出し、その紡出糸を下方の捕集装置で捕集してメルトブロー不織布にする際、前記口金から前記捕集装置までの間の紡出糸に、スプレーノズルによって水を噴霧して、前記メルトブロー不織布をエレクトレット化するエレクトレットメルトブロー不織布の製造方法であって、前記スプレーノズルは、前記幅方向に配列された複数の水吐出口と、前記幅方向に亘って連続または間欠で開口するとともに、前記複数の水吐出口を挟むように対向配置された一対のエア吐出口と、を備え、前記複数の水吐出口から吐出された水に前記エア吐出口から吐出されたエアを衝突させることにより、前記紡出糸に水を噴霧する、エレクトレットメルトブロー不織布の製造方法。
  2. 　式：（Ｗｐ／Ｗｆ）×１００
    （式中、Ｗｐは、単位幅あたりの単位時間における前記スプレーノズルの水吐出質量であり、Ｗｆは、単位幅あたりの単位時間における前記非導電性重合体の吐出質量である）
    で表される水／重合体百分率［％］が、３００％以上５００％未満である、請求項１に記載のエレクトレットメルトブロー不織布の製造方法。
  3. 　前記スプレーノズルから前記紡出糸までの水平方向の距離が５０ｍｍ以上、１５０ｍｍ以下である、請求項１または２に記載のエレクトレットメルトブロー不織布の製造方法。
  4. 　前記スプレーノズルは、前記紡出糸から見て、前記捕集装置に捕集された前記エレクトレットメルトブロー不織布の搬送方向側にのみ備える、請求項１または２に記載のエレクトレットメルトブロー不織布の製造方法。
  5. 　幅方向に複数の紡糸孔を備えた非導電性重合体の紡出手段、前記紡出手段から吐出される紡出糸への水噴霧手段、および前記紡出糸を捕集するシート化手段、を備えたエレクトレットメルトブロー不織布の製造装置であって、前記水噴霧手段は、前記幅方向に配列された複数の水吐出口と、前記幅方向に亘って連続または間欠で開口するとともに、前記水吐出口を挟むように配置された一対のエア吐出口と、を備え、前記複数の水吐出口から吐出された水に前記エア吐出口から吐出されたエアを衝突させるスプレーノズルである、エレクトレットメルトブロー不織布の製造装置。
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