JP2024026107A - 高い破裂強さの湿式不織濾過媒体及びこれを生成するための方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】好ましい実施形態によれば、濾過媒体は、合成ステープル繊維と、繊維ウェブの総重量を基準として、20重量%~80重量%の、繊維ウェブに分散した芯鞘二成分ステープル繊維とを含み、繊維ウェブが、0.45g/cm3未満の密度を有し、10bar超の乾燥破裂強さを示し、合成ステープル繊維が、少なくとも2つの異なる種類の合成繊維の混合物を含み、合成ステープル繊維が、2.5μm~10μmの間の平均直径を有する第1の種類の合成繊維と、10μm~20μmの間の平均直径を有する第2の種類の合成繊維とを含む。
【選択図】なし
Description
本明細書及び添付の特許請求の範囲において用いる場合、下記の用語は、以下の定義を有することを意図する。
本明細書に開示する実施形態による不織繊維ウェブは、合成二成分ステープル繊維を含む。それ自体知られていることであるが、二成分ステープル繊維は、複数のポリマー源を別々の押出し機から押出し、一緒に紡いで、単一繊維を形成することによって形成されているであろう。典型的には2種の別々のポリマーを押出すが、二成分繊維は、別々の押出し機からの同じポリマー材料の押出しを包含してもよく、各押出し機のポリマー材料は、いくらか異なる特性(例えば融点)を有する。押出された両ポリマーは、二成分繊維の断面にわたって、実質的に常に別個に位置するゾーンに配置され、二成分繊維の長さに沿って、実質的に連続的に延長する。本明細書に開示する実施形態の実施に採用する二成分繊維の構成は、好ましくは実質的に対称的な芯鞘二成分繊維であり、それによって、ポリマーの鞘はポリマーの芯を、約25/75~約75/25の間、典型的には約50/50~約70/30の間の鞘の芯に対する面積比で、完全に囲んで包む。
本明細書に記載する実施形態の不織繊維ウェブはまた、繊維ウェブの総重量を基準として、約20重量%~約80重量%の間、例えば約40重量%~約75重量%の間の熱可塑性ステープル繊維を含む合成繊維を含むであろう。好ましくは、熱可塑性ステープル繊維は、平均直径が約20μm未満、例えば約2.5μm~約15μmの間、長さが約1mm~約24mmの間、例えば約3mm~約12mmの間であろう。
例えば、湿潤強度添加剤、蛍光増白剤、繊維保持剤、着色剤、分離助剤(例えば、シリコーン添加剤及び関連する触媒)、防火剤又は難燃剤(例えば、微粒子又は繊維の形態で)等のような、湿式濾過媒体に従来採用された添加剤も、繊維ウェブ中に存在しうる。存在する場合、これらの添加剤は、繊維ウェブの総重量を基準として、最大約30重量%、好ましくは最大約20重量%、例えば約1重量%~約20重量%の間の量で含まれうる。難燃性繊維を繊維ウェブに組み込む場合、難燃性繊維は、繊維ウェブの総重量を基準として、約40~約80重量%の間用いることができる。
本明細書に記載する不織繊維ウェブは、任意の従来型「湿式」製紙技術によって作製されうる。したがって、例えば、所定量の合成繊維と、芯鞘(sheath-core)二成分ステープル繊維と(ガラス繊維、基本的な熱可塑性繊維、及び/又は添加剤のような任意の任意選択の成分とともに)、水とを、パルパー又はビーターに入れることができる。繊維同士を混合し、パルパー又はビーターによって、水中に一様に分散させて、スラリーバッチを形成する。透過性、表面特性、及び繊維構造のような物理的パラメーターに影響を与えるため、繊維に対して、いくつかの機械的作業も実行することができる。その後、スラリーバッチを混合チェストに移送してよく、ここで追加の水を加え、繊維を均一にブレンドする。次いで、ブレンドしたスラリーをマシンチェストに移送してよく、ここで1つ又は複数のスラリーバッチを組み合わせ、バッチから連続プロセスに移送することができる。繊維の一様な分散を確実にするため、スラリーの粘稠度を設定し、撹拌によって維持する。この点について、スラリーは任意選択で、物理的パラメーターを調整するため、リファイナーを通過させてもよい。
得られる高温領域カレンダリングされた繊維ウェブは、10bar超、典型的には12bar超、例えば15bar超の高い乾燥及び湿潤破裂強さを示すであろう。これらの高い乾燥及び湿潤破裂強さは、ウェブにわたって二成分ステープル繊維の鞘を溶融し、残りの二成分ステープル繊維の芯成分と合成ステープル繊維とを、繊維ウェブ全体で互いに結合させる、本明細書に記載する高温領域カレンダリングによって実現することができる。
以下の試験方法を採用して、下の表に報告するデータを得た。
以下の材料を採用した。
下の例1及び2の試料は、上述の湿式プロセスによって生成し、例2の試料は領域カレンダリングに供されている。
上に記載した方法によってベース基材を調製し、30重量%のLMF50 4De×6mm二成分ステープル繊維、及び30重量%PET 0.5De×5mmステープル繊維(Huvis)と、20重量%PET 1.4De×12mm(東レ)と、20重量%PET 0.3dt×5mm(帝人)とからなるPETステープル繊維の混合物を含む、100%合成繊維湿式不織媒体を形成した。基材は、210g/m2の基本重量、0.94mmのフラットシートキャリパー、及び80cfmの通気性を有する。
媒体例1のベース基材を、75kN/mのカレンダリングニップ圧、及び210℃のカレンダリング温度においてカレンダリングして、210g/m2の基本重量、0.60mmのフラットシートキャリパー、及び26cfmの通気性を有するカレンダリング湿式不織媒体を得た。
(Kolon Finon L2270NW)
比較例1の比較用媒体は、APC(大気汚染制御)濾過材のために従来用いられている、Kolon Industries(KOLON Tower,11,Kolon-ro,Gwacheon-si,Gyeonggi-do,South Korea)によって生成される市販のPETスパンボンド媒体であり、277g/m2の基本重量、0.61mmのキャリパー、及び25cfmの通気性を有する。
(東レ FSE21602A)
比較例2の比較用媒体は、APC(大気汚染制御)濾過材のために従来用いられている、Toray Advanced Materials Korea Inc.(FKI Tower 35,36 Fl.,24 Yeoui-daero,Yeongdeungpo-gu,Seoul,South Korea)によって生成される、別の市販のPETスパンボンド媒体であり、204g/m2の基本重量、0.48mmのキャリパー、及び28cfmの通気性を有する。
4.1 実験結果1
上記の媒体例を試験して、細孔サイズデータ(最小、平均流動、及び最大細孔サイズ)を決定し、細孔の数を決定した。加えて、媒体例のそれぞれを、乾燥及び湿潤破裂強さについて試験した。結果を下の表1に表示する。
濾過性能試験は、EN779:2012試験標準に従って、Palas GmbH(Greschbachstrasse 3 b 76229 Karlsruhe Germany)によって生成されたPalas MFP 3000を用いて実施した。本発明の媒体及び比較例を、試験標準EN779:2012の附属書AにおけるIPA除電法に基づいて、IPA除電なし及びIPA除電ありで試験した。データを下の表2に提示する。
例2の本発明の媒体、並びに比較例1及び2の比較用媒体を、ISO11057:2011試験標準に従って、FilTEq GmbH試験機(Amthausstr.14,D-76227 Karlsruhe,Germany)を用いて、パルスジェット洗浄についても試験した。各試験は、次の4つのフェイズからなるものであった。
フェイズ1(コンディショニング):差圧制御パルスジェット洗浄による30回の負荷サイクル、及び1000Paの洗浄設定点
フェイズ2(エージング):各5秒のインターバルにおいて10,000回のパルスジェット洗浄サイクル
フェイズ3(安定化):差圧制御パルスジェット洗浄による10回の負荷サイクル
フェイズ4(測定):差圧制御パルスジェット洗浄による2時間の負荷サイクル
上の表3におけるデータは、本発明の媒体は有利なことに、30回目のサイクルにおいて、比較例1及び2の比較用スパンボンド媒体よりもおよそ2~5倍長いサイクル時間を有していたことを示している。図11~13からわかるように、例2の本発明の媒体はまた、対象圧力低下に達するまで長くかかり、より長いサイクル時間をもたらす。エージング後では、湿式カレンダリング媒体のサイクル時間は、スパンボンド媒体よりも著しく長いままであり続けた(3~10倍長い)。加えて、例2の湿式カレンダリングされた本発明の媒体はまた、30回目のサイクル及びエージング後の測定時の両方において、比較例1及び2の比較用媒体よりも遥かに少ない粉塵侵入を示した。
4.4 実験結果-難燃性繊維を含む繊維ウェブ
いずれの追加の化学処理もなく、難燃性PET繊維から作製した実施形態を下に開示する。
4.5 実験結果-多層濾過媒体
以下の例(例A~D)では、本発明の不織繊維ウェブを追加の繊維質媒体と積み重ねて、多層濾過媒体を提供した。
例A:高温領域カレンダリングされた繊維ウェブをアルミニウム処理スパンボンド薄層に積層した多層濾過媒体。得られた多層濾過媒体は、1000オーム未満の非常に低い電気抵抗を有していた。
例B:繊維ウェブをPVDFナノ繊維によってコーティングした。
例C及びD:繊維ウェブを、延伸ポリテトラフルオロエチレン(ePTFE)とともに積層した。得られる2層濾過は高い濾過効率を有し、EN 1822-1試験標準によるE12又はH13クラス濾過材として分類することができる。
例A~Dの物理的特性を表5に表示する。
実施形態
本発明の実施形態としては、とりわけ以下のものが挙げられる。
1.合成ステープル繊維と、
繊維ウェブの総重量を基準として、約20重量%~約80重量%の、繊維ウェブに分散した芯鞘(sheath-core)二成分ステープル繊維と
を含む、高温領域カレンダリングされた湿式不織繊維ウェブを含む繊維質濾過媒体であって、
繊維ウェブが、10bar超の乾燥破裂強さを示す、上記繊維質濾過媒体。
2.繊維ウェブが、約12bar超、好ましくは約15bar超の乾燥破裂強さを有する、実施形態1に記載の繊維質濾過媒体。
3.繊維ウェブが、約10bar超、好ましくは約12bar超、より好ましくは約15bar超の湿潤破裂強さを有する、実施形態1に記載の繊維質濾過媒体。
4.繊維ウェブが、25μm以下、好ましくは22μm以下の最小細孔サイズを有する、実施形態1に記載の繊維質濾過媒体。
5.繊維ウェブが、40μm以下、好ましくは35μm以下、より好ましくは30μmの平均流動細孔サイズを有する、実施形態3に記載の繊維質濾過媒体。
6.繊維ウェブが、50μm以下、典型的には45μm以下、例えば40μm以下の最大細孔サイズを有する、実施形態4に記載の繊維質濾過媒体。
7.繊維ウェブが、25μm以下、典型的には22μm以下の細孔サイズ範囲を有する、実施形態3に記載の繊維質濾過媒体。
8.濾過媒体を、EN779:2012標準によるF7濾過材として分類することができる、実施形態1に記載の繊維質濾過媒体。
9.繊維ウェブの総重量を基準として、10重量%未満のガラス繊維を含む、実施形態1に記載の繊維質濾過媒体。
10.ガラス繊維がガラスミクロ繊維である、実施形態8に記載の繊維質濾過媒体。
11.合成繊維が、少なくとも2つの異なる種類の合成繊維の混合物を含む、実施形態1に記載の繊維質濾過媒体。
12.合成繊維が、約2.5μm~約10μmの間の平均直径を有する第1の種類の合成繊維と、約10μm~約20μmの間の平均直径を有する第2の種類の合成繊維とを含む、実施形態10に記載の繊維質濾過媒体。
13.第1の種類の合成繊維が、約1mm~約6mmの間の平均長さを有し、第2の種類の合成繊維が、約5mm~約24mmの間の平均長さを有する、実施形態11に記載の繊維質濾過媒体。
14.合成ステープル繊維が、繊維ウェブの総重量を基準として、約5重量%~約30重量%、典型的には10重量%~約20重量%の間の再生セルロース繊維を含む、実施形態1に記載の繊維質濾過媒体。
15.再生セルロース繊維がリヨセル繊維を含む、実施形態13に記載の繊維質濾過媒体。
16.濾過媒体が、湿潤強度添加剤、蛍光増白剤、繊維保持剤、着色剤、燃料-水分離助剤、及び難燃剤又は防火剤からなる群から選択される少なくとも1種の添加剤を更に含む、実施形態1に記載の繊維質濾過媒体。
17.少なくとも1種の添加剤が、繊維ウェブの総重量を基準として、約40~約80重量%の量で難燃性繊維を含む、実施形態15に記載の繊維質濾過媒体。
18.合成ステープル繊維が、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリブチレンテレフタラート(PBT)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ナイロン-6、ナイロン6,6、ナイロン-6,12、及びこれらの組合せからなる群から選択されるポリマーから形成される、実施形態1に記載の繊維質濾過媒体。
19.二成分ステープル繊維の鞘及び芯が、ポリエチレンテレフタラート(PET)から形成され、鞘を形成するPETが、芯を形成するPETの溶融温度よりも低い溶融温度を有する、実施形態1に記載の繊維質濾過媒体。
20.(a)合成ステープル繊維を含む水性繊維質スラリーと、繊維ウェブの総重量を基準として、約20重量%~約80重量%の芯鞘(sheath-core)二成分ステープル繊維とから、湿式繊維ウェブを形成するステップ、及び
(b)合成ステープル繊維を互いに結合させて、10bar超の乾燥破裂強さを有する繊維ウェブを実現するため、ステップ(a)からの湿式繊維ウェブを、高温領域カレンダリングに供して、二成分ステープル繊維の鞘を溶融させるステップ
を含む、繊維ウェブを作製する方法。
21.約1kN/m~約150kN/mの間のカレンダリング圧力条件、及び約110℃~約250℃の間のカレンダリング温度条件において、約1m/分~約50m/分の間のカレンダリングライン速度によってステップ(b)を実施する、実施形態19に記載の方法。
本願の出願当初の特許請求の範囲に係る発明の内容は、以下の通りである。
[項1]
高温領域カレンダリングされた湿式不織繊維ウェブを含む繊維質濾過媒体であって、
合成ステープル繊維と、
繊維ウェブの総重量を基準として、約20重量%~約80重量%の、繊維ウェブに分散した芯鞘二成分ステープル繊維と
を含み、
繊維ウェブが、10bar超の乾燥破裂強さを示す、
上記繊維質濾過媒体。
[項2]
繊維ウェブが、約12bar超、好ましくは約15bar超の乾燥破裂強さを有する、項1に記載の繊維質濾過媒体。
[項3]
繊維ウェブが、約10bar超、好ましくは約12bar超、より好ましくは約15bar超の湿潤破裂強さを有する、項1又は2に記載の繊維質濾過媒体。
[項4]
繊維ウェブが、約0.45g/cm3未満、例えば約0.40g/cm3未満の密度を有する、項1から3のいずれか一項に記載の繊維質濾過媒体。
[項5]
繊維ウェブが、25μm以下、好ましくは22μm以下の最小細孔サイズを有する、項1から4のいずれか一項に記載の繊維質濾過媒体。
[項6]
繊維ウェブが、40μm以下、好ましくは35μm以下、より好ましくは30μmの平均流動細孔サイズを有する、項1から5のいずれか一項に記載の繊維質濾過媒体。
[項7]
繊維ウェブが、50μm以下、典型的には45μm以下、例えば40μm以下の最大細孔サイズを有する、項1から6のいずれか一項に記載の繊維質濾過媒体。
[項8]
繊維ウェブが、25μm以下、典型的には22μm以下の細孔サイズ範囲を有する、項1から7のいずれか一項に記載の繊維質濾過媒体。
[項9]
濾過媒体を、EN779:2012標準によるF7濾過材として分類することができる、項1から8のいずれか一項に記載の繊維質濾過媒体。
[項10]
繊維ウェブの総重量を基準として、10重量%未満のガラス繊維を含む、項1から9のいずれか一項に記載の繊維質濾過媒体。
[項11]
ガラス繊維がガラスミクロ繊維である、項10に記載の繊維質濾過媒体。
[項12]
合成繊維が、少なくとも2つの異なる種類の合成繊維の混合物を含む、項1から11のいずれか一項に記載の繊維質濾過媒体。
[項13]
合成繊維が、約2.5μm~約10μmの間の平均直径を有する第1の種類の合成繊維と、約10μm~約20μmの間の平均直径を有する第2の種類の合成繊維とを含む、項12に記載の繊維質濾過媒体。
[項14]
第1の種類の合成繊維が、約1mm~約6mmの間の平均長さを有し、第2の種類の合成繊維が、約5mm~約24mmの間の平均長さを有する、項13に記載の繊維質濾過媒体。
[項15]
合成ステープル繊維が、繊維ウェブの総重量を基準として、約5重量%~約30重量%の間、典型的には10重量%~約20重量%の間の再生セルロース繊維を含む、項1から14のいずれか一項に記載の繊維質濾過媒体。
[項16]
再生セルロース繊維がリヨセル繊維を含む、項15に記載の繊維質濾過媒体。
[項17]
濾過媒体が、湿潤強度添加剤、蛍光増白剤、繊維保持剤、着色剤、燃料-水分離助剤、及び難燃剤又は防火剤からなる群から選択される少なくとも1種の添加剤を更に含む、項1から16のいずれか一項に記載の繊維質濾過媒体。
[項18]
少なくとも1種の添加剤が、繊維ウェブの総重量を基準として、約40~約80重量%の量で難燃性繊維を含む、項17に記載の繊維質濾過媒体。
[項19]
合成ステープル繊維が、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリブチレンテレフタラート(PBT)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ナイロン-6、ナイロン6,6、ナイロン-6,12、及びこれらの組合せからなる群から選択されるポリマーから形成される、項1から18のいずれか一項に記載の繊維質濾過媒体。
[項20]
二成分ステープル繊維の鞘及び芯が、ポリエチレンテレフタラート(PET)から形成され、鞘を形成するPETが、芯を形成するPETの溶融温度よりも低い溶融温度を有する、項1から19のいずれか一項に記載の繊維質濾過媒体。
[項21]
繊維ウェブを作製する方法であって、
(a)合成ステープル繊維を含む水性繊維質スラリーと、繊維ウェブの総重量を基準として、約20重量%~約80重量%の芯鞘二成分ステープル繊維とから、湿式繊維ウェブを形成するステップ、及び
(b)ステップ(a)からの湿式繊維ウェブを高温領域カレンダリングに供して、二成分ステープル繊維の鞘を溶融させるステップであり、合成ステープル繊維を互いに結合させて、10bar超の乾燥破裂強さを有する繊維ウェブを実現するようにする、ステップ
を含む、方法。
[項22]
約1kN/m~約150kN/mのカレンダリング圧力条件、及び約110℃~約250℃のカレンダリング温度条件において、約1m/分~約50m/分のカレンダリングライン速度によってステップ(b)を実施する、項21に記載の方法。
Claims (22)
- 高温領域カレンダリングされた湿式不織繊維ウェブを含む繊維質濾過媒体であって、
合成ステープル繊維と、
繊維ウェブの総重量を基準として、約20重量%~約80重量%の、繊維ウェブに分散した芯鞘二成分ステープル繊維と
を含み、
繊維ウェブが、10bar超の乾燥破裂強さを示す、
上記繊維質濾過媒体。 - 繊維ウェブが、約12bar超、好ましくは約15bar超の乾燥破裂強さを有する、請求項1に記載の繊維質濾過媒体。
- 繊維ウェブが、約10bar超、好ましくは約12bar超、より好ましくは約15bar超の湿潤破裂強さを有する、請求項1又は2に記載の繊維質濾過媒体。
- 繊維ウェブが、約0.45g/cm3未満、例えば約0.40g/cm3未満の密度を有する、請求項1から3のいずれか一項に記載の繊維質濾過媒体。
- 繊維ウェブが、25μm以下、好ましくは22μm以下の最小細孔サイズを有する、請求項1から4のいずれか一項に記載の繊維質濾過媒体。
- 繊維ウェブが、40μm以下、好ましくは35μm以下、より好ましくは30μmの平均流動細孔サイズを有する、請求項1から5のいずれか一項に記載の繊維質濾過媒体。
- 繊維ウェブが、50μm以下、典型的には45μm以下、例えば40μm以下の最大細孔サイズを有する、請求項1から6のいずれか一項に記載の繊維質濾過媒体。
- 繊維ウェブが、25μm以下、典型的には22μm以下の細孔サイズ範囲を有する、請求項1から7のいずれか一項に記載の繊維質濾過媒体。
- 濾過媒体を、EN779:2012標準によるF7濾過材として分類することができる、請求項1から8のいずれか一項に記載の繊維質濾過媒体。
- 繊維ウェブの総重量を基準として、10重量%未満のガラス繊維を含む、請求項1から9のいずれか一項に記載の繊維質濾過媒体。
- ガラス繊維がガラスミクロ繊維である、請求項10に記載の繊維質濾過媒体。
- 合成繊維が、少なくとも2つの異なる種類の合成繊維の混合物を含む、請求項1から11のいずれか一項に記載の繊維質濾過媒体。
- 合成繊維が、約2.5μm~約10μmの間の平均直径を有する第1の種類の合成繊維と、約10μm~約20μmの間の平均直径を有する第2の種類の合成繊維とを含む、請求項12に記載の繊維質濾過媒体。
- 第1の種類の合成繊維が、約1mm~約6mmの間の平均長さを有し、第2の種類の合成繊維が、約5mm~約24mmの間の平均長さを有する、請求項13に記載の繊維質濾過媒体。
- 合成ステープル繊維が、繊維ウェブの総重量を基準として、約5重量%~約30重量%の間、典型的には10重量%~約20重量%の間の再生セルロース繊維を含む、請求項1から14のいずれか一項に記載の繊維質濾過媒体。
- 再生セルロース繊維がリヨセル繊維を含む、請求項15に記載の繊維質濾過媒体。
- 濾過媒体が、湿潤強度添加剤、蛍光増白剤、繊維保持剤、着色剤、燃料-水分離助剤、及び難燃剤又は防火剤からなる群から選択される少なくとも1種の添加剤を更に含む、請求項1から16のいずれか一項に記載の繊維質濾過媒体。
- 少なくとも1種の添加剤が、繊維ウェブの総重量を基準として、約40~約80重量%の量で難燃性繊維を含む、請求項17に記載の繊維質濾過媒体。
- 合成ステープル繊維が、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリブチレンテレフタラート(PBT)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ナイロン-6、ナイロン6,6、ナイロン-6,12、及びこれらの組合せからなる群から選択されるポリマーから形成される、請求項1から18のいずれか一項に記載の繊維質濾過媒体。
- 二成分ステープル繊維の鞘及び芯が、ポリエチレンテレフタラート(PET)から形成され、鞘を形成するPETが、芯を形成するPETの溶融温度よりも低い溶融温度を有する、請求項1から19のいずれか一項に記載の繊維質濾過媒体。
- 繊維ウェブを作製する方法であって、
(a)合成ステープル繊維を含む水性繊維質スラリーと、繊維ウェブの総重量を基準として、約20重量%~約80重量%の芯鞘二成分ステープル繊維とから、湿式繊維ウェブを形成するステップ、及び
(b)ステップ(a)からの湿式繊維ウェブを高温領域カレンダリングに供して、二成分ステープル繊維の鞘を溶融させるステップであり、合成ステープル繊維を互いに結合させて、10bar超の乾燥破裂強さを有する繊維ウェブを実現するようにする、ステップ
を含む、方法。 - 約1kN/m~約150kN/mのカレンダリング圧力条件、及び約110℃~約250℃のカレンダリング温度条件において、約1m/分~約50m/分のカレンダリングライン速度によってステップ(b)を実施する、請求項21に記載の方法。
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