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JP2018095973A - メルトブロー不織布 - Google Patents

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JP2018095973A JP2016238294A JP2016238294A JP2018095973A JP 2018095973 A JP2018095973 A JP 2018095973A JP 2016238294 A JP2016238294 A JP 2016238294A JP 2016238294 A JP2016238294 A JP 2016238294A JP 2018095973 A JP2018095973 A JP 2018095973A
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裕二 井山
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Abstract

【課題】本発明は、熱処理による通気量の回復に優れており、高い通気性を有するメルトブロー不織布を提供する。【解決手段】本発明のメルトブロー不織布は、熱可塑性樹脂からなる平均単繊維径が0.1〜8.0μmの長繊維からなる不織布であって、前記の不織布嵩密度が0.05〜0.30g/cm3であり、そして前記の長繊維中に結晶核剤が0.005〜1.0質量%含有されてなるメルトブロー不織布である。【選択図】 なし

Description

本発明は、メルトブロー不織布に関するものである。さらに詳しくは、本発明は、通気性に優れたメルトブロー不織布と、そのメルトブロー不織布を用いてなるエアフィルターに好適に用いられる濾材に関するものである。
従来から、気体中の花粉や塵等を除去するためにエアフィルターが使用されており、そのエアフィルターの濾材として不織布が多く用いられている。中でも、その不織布の製造法の一つであるメルトブロー法は、エアフィルター製品の濾材や電池セパレータ等々の製造に幅広く使用されている。メルトブロー法は、一般に、紡糸口金から押し出された熱可塑性ポリマーを、熱風噴射することにより繊維状に細化し、得られた繊維の自己融着特性を利用して繊維ウェブとして形成せしめる方法である。
このメルトブロー法は、スパンボンド法等の他の不織布の製造法に比べて、複雑な工程を必要とせず、また、単繊維径が数10μmから数μm以下の細い繊維が容易に得られるという利点を有する製法である。
ここでエアフィルターに要求される性能は、ミクロなダストを多く捕集することができる高捕集効率、および、エアフィルター内部を気体が通過する際に抵抗が少ない低圧力損失である。上記の高い捕集効率を有する濾材を得るためには、不織布を構成する単繊維が細繊度であることが適しているが、その一方で、単繊維を細繊度化するとその単繊維からなる不織布は潰れやすくなり、その不織布の繊維密度が増加することにより圧力損失が高くなるという課題がある。
また、圧力損失が低い濾材を得るためには、不織布を構成する単繊維が太繊度であることが適しているが、その一方で、単繊維を太繊度化すると不織布内の繊維表面積が減少してしまい、捕集効率が低下するという課題がある。このように、従来技術におけるエアフィルターに要求される性能において、高捕集効率を有することと低圧力損失を有することは、相反する関係にある。
上記の課題を解決する方法として、不織布をエレクトレット化し、物理的作用に加えて静電気的作用を利用することにより、高捕集効率と低圧力損失を同時に満足させる試みがなされている。
例えば、アース電極上に不織布を接触させた状態で、このアース電極と不織布を共に移動させながら、非接触型印加電極で高圧印加を行なって連続的にエレクトレット化するエレクトレット繊維シートの製造方法が提案されている(特許文献1参照。)。その他に、水を繊維に接触させて帯電させる方法として、繊維シートに対して水の噴流もしくは水滴流を不織布内部まで水が浸透するのに十分な圧力で噴霧させてエレクトレット化し、正極性と負極性の電荷を均一に混在させる方法(特許文献2参照。)や、繊維シートをスリット状のノズル上を通過させ、ノズルで水を吸引することにより繊維シートに水を浸透させて、正極性と負極性の電荷を均一に混在させる方法(特許文献3参照。)のような、いわゆるハイドロチャージ法が提案されている。
また別に、不織布を構成する繊維に対して、繊維に添加剤を添加することにより、高捕集効率を有しかつ低圧力損失特性を持つ不織布を得る方法が提案されており、具体的に、高分子重合体に、ヒンダードアミン系、含窒素ヒンダードフェノール系、金属塩ヒンダードフェノール系あるいはフェノール系の安定剤から選ばれた少なくとも1種の安定剤を配合してなる材料からなり、かつ100℃以上の温度における熱刺激脱分極電流からのトラップ電荷量が2.0×10−10クーロン/cm以上であるという耐熱性エレクトレット材料が提案されている(特許文献4参照。)。
さらに、細繊維と太繊維を混合した不織布を形成させることにより、粒子の目詰まりを起にくくし繊維間の空隙を増やすことによって、圧力損失の上昇を抑制する方法が提案されている(特許文献5および特許文献6参照。)。
特開昭61−289177号公報 米国特許第6119691号明細書 特開2003−3367号公報 特開昭63−280408号公報 特開平10−46460号公報 特開2006−37295号公報
上記の特許文献1〜6に記載の提案のように、不織布をエレクトレット化することにより捕集性能は向上するものの、通常のフィルター用濾材として不織布を使用する際は、成形加工または機能性付与加工などの種々の工程において不織布に張力がかかった状態でロール状に巻き取ったり、不織布をロールでプレスしたりするため、不織布に圧力がかかり、厚みが減少してフィルターとしての圧力損失が上昇してしまい、十分な圧力損失上昇の抑制効果を得ることができなかった。
そこで本発明の目的は、従来の不織布の課題に鑑み、熱処理による通気量の回復に優れており、かつ高い通気性を有するメルトブロー不織布を提供することにある。
本発明の他の目的は、上記の高い通気性を有するメルトブロー不織布を用いてなるエアフィルターに好適に用いられる濾材を提供することにある。
本発明は、上記の課題を解決せんとするものであって、本発明のメルトブロー不織布は、熱可塑性樹脂からなる平均単繊維径が0.1〜8.0μmの長繊維からなる不織布であって、前記の不織布の嵩密度が0.05〜0.30g/cmであり、かつ前記の長繊維中に結晶核剤が0.005〜1.0質量%含有されてなることを特徴とするメルトブロー不織布である。
本発明のメルトブロー不織布の好ましい態様によれば、前記の長繊維は、ポリプロピレン系樹脂を主体とする熱可塑性樹脂により構成されていることである。
本発明のメルトブロー不織布の好ましい態様によれば、前記の不織布は、100℃の温度で熱処理した後の通気量の上昇率が、130%以上であることである。
本発明のメルトブロー不織布を用いて、前記のメルトブロー不織布からなるエアフィルター濾材を製造することができる。
本発明によれば、熱処理による通気量の回復に優れており、成形加工などの工程で通気量が低下した場合でも、熱処理することにより高い通気性を有するメルトブロー不織布が得られる。本発明のメルトブロー不織布を使用することにより、通気性に優れたエアフィルター濾材が得られる。
本発明のメルトブロー不織布は、熱可塑性樹脂からなる平均単繊維径が0.1〜8.0μmの長繊維からなる不織布であって、前記の不織布の嵩密度が0.05〜0.30g/cmであり、かつ前記の不織布中に結晶核剤が0.005〜1.0質量%含有されてなるメルトブロー不織布である。
本発明のメルトブロー不織布は、熱可塑性樹脂からなり、主として非導電性繊維を含んでなるものが好ましい態様である。ここでいう非導電性は、体積抵抗率が1012・Ω・cm以上であることが好ましく、1014・Ω・cm以上であることがより好ましい態様である。
本発明において、主として非導電性繊維を含んでなるとは、メルトブロー不織布中に90質量%以上の非導電性繊維を含むことを指す。非導電性繊維の含有量は、好ましくは95質量%以上であり、より好ましくは97質量%以上である。メルトブロー不織布中の非導電性繊維が90質量%未満になると、例えば、メルトブロー不織布をエレクトレットした際に十分なエレクトレット性能が得られないことがある。
本発明で用いられる非導電性繊維の繊維材料としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートおよびポリ乳酸等のポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、フッ素系樹脂、ポリスチレンエラストマー、ポリオレフィンエラストマー、ポリエステルエラストマー、ポリアミドエラストマーおよびポリウレタンエラストマー等のエラストマー、およびこれらの共重合体または混合物などからなる樹脂を挙げることができる。
これらの中でも、ポリオレフィン系樹脂が好ましく用いられる。ポリオレフィン系樹脂は、体積抵抗率が高く、また吸水性が低いため、メルトブロー不織布をエレクトレットした際の帯電性および電荷保持性が強いため、これらの効果によって高い捕集効率を達成することができる。
ポリオレフィン系樹脂の種類としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンおよびポリメチルペンテン等のホモポリマーなどが挙げられる。また、これらのホモポリマーに異なる成分を共重合したコポリマーや、異なる2種以上のポリマーブレンド品等の樹脂を用いることもできる。これらの中でも、帯電保持性の観点から、ポリプロピレン樹脂およびポリメチルペンテンが好ましく用いられる。また、安価に利用できるという観点から、ポリプロピレン樹脂が好ましく用いられる。
本発明のメルトブロー不織布は、平均単繊維径が0.1〜8.0μmである長繊維からなる不織布である。平均単繊維径は、より好ましくは0.3〜7.0μmであり、さらに好ましくは0.5〜5.0μmとすることにより、通気性と塵埃捕集特性に優れたメルトブロー不織布が得られやすくなる。平均単繊維径が0.1μm未満では、メルトブロー不織布内の空隙が広がらず十分な通気性が得られず、さらに、平均単繊維径が8.0μmを超えると、メルトブロー不織布内の繊維表面積が減少し、エアフィルター濾材として用いた際に十分な捕集効率が得られない。
また、本発明のメルトブロー不織布の目付は、3〜100g/mの範囲であることが好ましい。目付を3〜100g/m、好ましくは5〜70g/m、より好ましくは10〜50g/mとすることにより、通気性と塵埃捕集特性に優れたメルトブロー不織布が得られやすくなる。
本発明のメルトブロー不織布において、嵩密度は0.05〜0.30g/cmの範囲であることが好ましく、より好ましくは0.07〜0.25g/cmである。嵩密度が0.07g/cm未満では、上記の目付の範囲内において厚みが高いことを意味しており、メルトブロー不織布をエアフィルターとして用いるためにプリーツ加工を施した際、山の頂点部と谷の頂点部の間で不織布が湾曲してデッドスペースが増加し、圧力損失が高くなってしまうことがある。また、嵩密度が0.30g/cmより大きくなると、メルトブロー不織布内の空隙が小さくなり、十分な通気性が得られないことがある。
本発明のメルトブロー不織布は、不織布を構成する長繊維中に、結晶核剤を0.005〜1.0質量%含有し、好ましくは0.007〜0.5質量%含有する。結晶核剤を含有することにより、紡糸された繊維の固化が早く進むことによって繊維同士の融着が減少し、通気性が向上する。
ここでいう含有量は、例えば次のようにして求めることができる。不織布をメタノール/クロロホルム混合溶液でソックスレー抽出後、その抽出物についてHPLC分取を繰り返し、各分取物についてIR測定、GC測定、GC/MS測定、MALDI−MS測定、H−NMR測定、および13C−NMR測定で構造を確認する。該結晶核剤の含まれる分取物の質量を合計し、不織布全体に対する割合を求め、これを結晶核剤の含有量とする。
結晶核剤の含有量が0.005質量%未満では、熱処理時の通気量上昇率が小さい。一方、結晶核剤の含有量が1.0質量%を超えると、紡糸性が悪化したりコスト的にも不利になる。
結晶核剤としては、例えば、ソルビトール系核剤、ノニトール系核剤、キリシトール系核剤、リン酸系核剤、トリアミノベンゼン誘導体核剤、およびカルボン酸金属塩核剤などが挙げられる。
ソルビトール系核剤には、ジベンジリデンソルビトール(DBS)、モノメチルジベンジリデンソルビトール(例えば、1,3:2,4−ビス(p−メチルベンジリデン)ソルビトール(p−MDBS))、ジメチルジベンジリデンソルビトール(例えば、1,3:2,4−ビス(3,4−ジメチルベンジリデン)ソルビトール(3,4−DMDBS))などが含まれ、“Millad”(登録商標) 3988(ミリケン・ジャパン(株)製)、および“ゲルオール”(登録商標)E-200(新日本理化(株)製)などが挙げられる。
ノニトール系核剤には、例えば、1,2,3―トリデオキシ−4,6:5,7−ビス−[(4−プロピルフェニル)メチレン]−ノニトールなどが含まれ、“Millad”(登録商標)NX8000(ミリケン・ジャパン(株)製)などが挙げられる。
キシリトール系核剤には、例えば、ビス−1,3:2,4−(5’,6’,7’,8’−テトラヒドロ−2−ナフトアルデヒドベンジリデン)1−アリルキシリトールなどが含まれる。また、リン酸系核剤には、例えば、アルミニウム−ビス(4,4’,6,6’−テトラ−tert−ブチル−2,2’−メチレンジフェニル−ホスファート)−ヒドロキシドなどが含まれ、“アデカスタブ”(登録商標)NA−11((株)ADEKA製)や、“アデカスタブ”(登録商標)NA−21((株)ADEKA製)などが挙げられる。
トリアミノベンゼン誘導体核剤には、例えば、1,3,5−トリス(2,2−ジメチルプロパンアミド)ベンゼンなどが含まれ、“Irgaclear”(登録商標)XT386”(BASFジャパン(株)製)などが挙げられる。さらに、カルボン酸金属塩核剤には、例えば、安息香酸ナトリウムや、1,2−シクロヘキサンジカルボキシル酸カルシウム塩などが含まれる。
本発明のメルトブロー不織布は、上記の結晶核剤の他に、熱安定剤、耐候剤および重合禁止剤等の添加剤を添加することができ、メルトブロー不織布をエレクトレット処理した際のエレクトレット性能をより良好にするという観点から、前記の繊維材料にヒンダードアミン系添加剤または/およびトリアジン系添加剤を少なくとも1種類含有することが好ましい態様である。
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)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)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)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)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)製、“チヌビン”(登録商標)1577FF)などを挙げることができる。
上記のヒンダードアミン系添加剤および/またはトリアジン系添加剤の添加量は、メルトブロー不織布の質量に対して、好ましくは0.5〜5質量%であり、より好ましくは0.7〜3質量%である。添加量をこの範囲とすることにより、エレクトレット化した際に優れた塵埃捕集特性が得られやすくなる。
次に、本発明のメルトブロー不織布の製造方法について説明する。
本発明のメルトブロー不織布は、例えば、次の方法により製造することができる。
まず、熱可塑性樹脂材料と添加剤とを混練した後に、押出機内で溶融して口金部に供給し、メルトブロー法により不織布を製造する。熱可塑性樹脂材料と添加剤を混練する方法としては、紡糸機の押出機ホッパーにこれらを混合して供給し、押出機内で混練りし、直接口金へ供給する方法や、あらかじめ、熱可塑性樹脂材料と添加剤を混練押出機や静止混練機等で混練りしてマスターチップを作製する方法が挙げられる。
メルトブロー法では、複雑な工程を必要とせず、数μmの細繊維を容易に得ることができ、高い塵埃捕集特性を達成しやすくすることができる。
次いで、このメルトブロー不織布に対して、エレクトレット化処理を実施することができる。エレクトレット化処理は、メルトブロー不織布単層でも、他のシートと積層した積層繊メルトブロー不織布も実施することができる。
本発明のメルトブロー不織布をエレクトレット化する方法としては、例えば、特許文献1(特開昭61−289177号公報)や特許文献2(米国特許第6119691号明細書)、および特許文献3(特開2003−3367号公報)に記載の方法を用いることができる。
本発明のメルトブロー不織布は、100℃の温度で熱処理した後の通気量の上昇率が130%以上であることが好ましい態様であり、より好ましくは132%以上である。100℃の温度で熱処理した後の通気量の上昇率をこの範囲とすることにより、高い通気性を有するエアフィルター濾材を得られやすくすることができる。
本発明のエアフィルター濾材は、本発明のメルトブロー不織布からなる。本発明のメルトブロー不織布から、本発明のエアフィルター濾材を得る方法としては、不織布とそれよりも剛性の高いシートを湿気硬化型ウレタン樹脂などをスプレー法で散布して貼り合わせる方法や、熱可塑性樹脂、熱融着繊維を散布し熱路を通して貼り合わせる方法(例えば、特開2004−82109号公報に記載の方法)を用いることができる。
本発明のエアフィルター濾材は、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好適である。
(1)メルトブロー不織布の目付:
タテ×ヨコ=15cm×15cmのメルトブロー不織布の質量を、1サンプルについて測定した。得られた値を1m当たりの値に換算し、小数点以下第1位を四捨五入して、メルトブロー不織布の目付(g/m)を算出した。
(2)平均単繊維径:
平均単繊維径については、メルトブロー不織布の任意の場所から、3mm×3mmの測定サンプルを10個採取し、走査型電子顕微鏡で倍率を1000〜3000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10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について単繊維径を測定し、平均した値の小数点以下第2位を四捨五入して平均単繊維径とした。
(3)メルトブロー不織布の厚み:
厚み計(テクロック社製“TECLOCK”(登録商標)SM−114)を使用して、メルトブロー不織布の厚みを幅方向等間隔に10点測定し、その平均値から小数点以下第3位を四捨五入し、厚み(mm)とした。
(4)メルトブロー不織布の嵩密度:
上記(1)および(3)で求めた目付および厚みの値を用い、次式により熱処理前後のメルトブロー不織布の嵩密度(g/cm)を算出した。
・嵩密度=[目付(g/m)/(厚み(mm)×1000)]
(5)メルトブロー不織布の通気量:
通気量測定機(TEXTEST社製FX3300)を使用して、測定圧125Pa、測定面積38cmの条件でメルトブロー不織布の通気量を3点測定し、その平均値から小数点以下第2位を四捨五入し、通気量(cc/cm/sec)とした。
(5)100℃で熱処理した後の通気量の上昇率(%):
メルトブロー不織布の縦方向3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、平滑な金属板で挟み、油圧プレス装置を用いて常温下で10kg/cmの荷重を1分間かけた。次に、100℃の温度に設定した熱風乾燥機(エスペック(株)TABAI PHH−100)の中に吊り下げた状態で、5分間熱処理した。熱処理前後のメルトブロー不織布の通気量を測定し、次式により、100℃の温度で熱処理した後の通気量の上昇率を計算し、3個の測定サンプルの平均値を最終的な熱処理した後の通気量の上昇率とした。
・熱処理した後の通気量の上昇率=[(熱処理後の通気量/熱処理前の通気量)]×100。
[実施例1]
熱可塑性樹脂原料として、“アデカスタブ”(登録商標)NA−21((株)ADEKA製))を0.15質量%およびヒンダードアミン系化合物“キマソーブ”(登録商標)944(BASFジャパン(株)製)を1質量%含む、メルトフローレートが850g/10分のポリプロピレン樹脂を用いた。
ポリプロピレン樹脂原料を紡糸機の原料ホッパーに投入し、直径が0.4mmと0.6mmの吐出孔を交互に一直線上に配置した口金(孔ピッチ:1.6mm、孔数:94ホール、幅:150mm)を用いて、メルトブロー法により、ポリマー吐出量が32g/分、ノズル温度が265℃、エア温度が290℃、エア圧力が0.10MPaの条件で噴射し、捕集コンベア速度を調整することによって、目付が25g/mのメルトブロー不織布を得た。
得られたメルトブロー不織布を、常温下で10kgf/cmの荷重を1分間かけてプレスした後、100℃の温度に設定した熱風乾燥機中で5分間熱処理し、熱処理前後の通気量を測定し、通気量の上昇率を算出した。メルトブロー不織布の各測定値と算出値を、表1に示す。
[実施例2]
熱可塑性樹脂原料として、実施例1で使用したNA−21を0.60質量%としたこと以外は、実施例1と同じ方法によりメルトブロー不織布を得た。
得られたメルトブロー不織布について、実施例1と同様の方法により各特性値を測定した。得られた結果を、表1に示す。
[実施例3]
熱可塑性樹脂原料として、“Irgaclear”(登録商標)XT386(BASFジャパン(株)製)を0.01質量%添加したこと以外は、実施例1と同じ方法によりメルトブロー不織布を得た。
得られたメルトブロー不織布について、実施例1と同様の方法により各特性値を測定した。得られた結果を、表1に示す。
[実施例4]
熱可塑性樹脂原料として、実施例3で使用したIrgaclear XT386を0.03質量%添加したこと以外は、実施例3と同じ方法によりメルトブロー不織布を得た。
得られたメルトブロー不織布について、実施例1と同様の方法により各特性値を測定した。得られた結果を、表1に示す。
[比較例1]
熱可塑性樹脂原料として、実施例1で使用したポリプロピレンにNA−21を添加しないこと以外は、実施例1と同じ方法によりメルトブロー不織布を得た。
得られたメルトブロー不織布について、実施例1と同様の方法により各特性値を測定した。得られた結果を、表1に示す。
Figure 2018095973
表1から明らかなように、本発明の実施例1〜4は、結晶核剤を0.01〜0.3質量%の範囲で含むため、プレスしたメルトブロー不織布であっても、熱処理することにより通気量が130%以上回復した不織布が得られた。
これに対し、結晶核剤を含有していない比較例1では、実施例1〜4に対して、熱処理後の通気量上昇率が130%未満であり、プレスしたメルトブロー不織布の通気量の回復が小さい結果であった。
以上のように本発明では、結晶核剤を含有し、繊維径と嵩密度を特定の範囲に制限することにより、熱処理による通気量の回復に優れるメルトブロー不織布を得ることができた。

Claims (4)

  1. 熱可塑性樹脂からなる平均単繊維径が0.1〜8.0μmの長繊維からなる不織布であって、前記不織布の嵩密度が0.05〜0.30g/cmであり、かつ前記長繊維中に結晶核剤が0.005〜1.0質量%含有されてなることを特徴とするメルトブロー不織布。
  2. 長繊維が、ポリプロピレン系樹脂を主体とする熱可塑性樹脂により構成されている請求項1記載のメルトブロー不織布。
  3. 100℃の温度で熱処理した後の通気量の上昇率が、130%以上である請求項1または2記載のメルトブロー不織布。
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載のメルトブロー不織布からなるエアフィルター濾材。
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