JP4693509B2

JP4693509B2 - 複合構造体およびその製造方法

Info

Publication number: JP4693509B2
Application number: JP2005165471A
Authority: JP
Inventors: 安泰岩重
Original assignee: Teijin Techno Products Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2005-06-06
Filing date: 2005-06-06
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2025-06-06
Also published as: JP2006336173A

Description

本発明は芳香族ポリアミド極細繊維が繊維構造体に積層してなる複合繊維構造体およびその製造方法に関するものである。さらに詳細には、室内の空気や排水中に含まれる有害化学物質や粉塵を除去するフィルターやごみ焼却施設用耐熱バグフィルターなどに好適に使用することができる複合繊維構造体およびその製造方法に関するものである。

従来、ごみ焼却施設等で用いられるバグフィルターは、高温雰囲気下かつ焼却により生成される有害化学物質に接触するような雰囲気にて用いられるため、耐熱性、耐薬品性が必要とされる。この他に、焼却により生じるダストの高捕集性能及びダストの払い落とし性が重要とされ、このような性能を満たすフッ素繊維製フェルトを用いたバグフィルターが提案されている（例えば、特許文献１など）。

しかしながら、これらのフェルト素材のみを用いたバグフィルターでは、捕集されたダストのうちフェルト内部に捕集されたダストは、払い落としを行ってもフェルト内部に残存し完全に除去できないため、フィルター寿命が短くなるという欠点がある。
特開平９−３７５６号公報

本発明の目的は、上記背景技術の有する問題点を解決し、耐熱性、耐薬品性に加え、捕集したダストの払い落とし性に優れているため長時間使用可能であり、耐熱バグフィルターなどに好適に用いることができる複合繊維構造体を提供することにある。

本発明者らは上記目的を達成するために鋭意検討した結果、芳香族ポリアミドの極細繊維の成形が可能となる方法や条件を見つけ、さらにこれを繊維構造体に積層しフィルターに用いたところ、長時間使用してもダストによる目詰まりが少なく、耐熱性、耐薬品性、長期耐久性の点で従来のフィルターよりも性能が優れていることがわかった。

かくして本発明によれば、繊維構造体に極細繊維が積層してなる複合繊維構造体であって、該極細繊維が単繊維の直径が１〜３,０００ｎｍであるポリメタフェニレンイソフタルアミドを主成分とする芳香族ポリアミド極細繊維であり、該繊維構造体が単繊維の直径が３〜１００μｍである繊維からなる繊維構造体であることを特徴とする複合繊維構造体が提供される。

また、ポリメタフェニレンイソフタルアミドを主成分とする芳香族ポリアミドが極性溶媒に０．１〜２０重量％の濃度で溶解しておりかつアルカリ金属塩を０．１〜１重量％含む溶液に、１〜５０ｋＶの電圧を印加して紡糸し芳香族ポリアミド極細繊維を成形し、これを繊維構造体上に積層することを特徴とする複合繊維構造体の製造方法が提供される。

本発明の複合繊維構造体は、芳香族ポリアミド極細繊維で構成されているため耐熱性、耐薬品性が良好であり、しかも捕集したダストの払い落とし性にも優れ長期間の使用が可能である。ため、耐熱バグフィルターなどの用途に好適に使用することができる。また、本発明の製造方法によれば、芳香族ポリアミドの極細繊維を成形可能であり、また効率よく複合繊維構造体を成形することができる。

本発明の複合繊維構造体は、繊維構造体に極細繊維が積層してなる複合繊維構造体である。本発明においては、上記の極細繊維が、単繊維の直径が１〜３,０００ｎｍであるポリメタフェニレンイソフタルアミドを主成分とする芳香族ポリアミド極細繊維であることが肝要である。このように、上記芳香族ポリアミド極細繊維が繊維構造体の積層されていることによって、複合繊維構造体は耐薬品性や耐熱性を有する用途でも使用可能になり、特に高温や化学物質にさらされる側に芳香族ポリアミド極細繊維が積層された複合繊維構造体表面が向くようにすれば、より高い性能を発揮する。

また、本発明においては、芳香族ポリアミド極細繊維の単繊維の直径が１〜３０００ｎｍ、好ましくは１〜２０００ｎｍ、さらに好ましくは１〜１０００ｎｍである必要がある。上記の単繊維の直径が１ｎｍ未満の場合は、複合繊維構造体の強力が低下し、一方、単繊維の直径が３０００ｎｍを超える場合は、極細繊維の優位性が発現せずフィルター性能が低下する。また、同じ重量の一般的な芳香族ポリアミド繊維が繊維構造体の表面に積層されている場合と比較して、上記のような繊維の直径が極めて小さい芳香族ポリアミド極細繊維が繊維構造体表面を薄く均一に覆っている方が、複合繊維構造体の耐熱性や耐薬品性を向上させる上で望ましい。さらに本発明においては、極細繊維に消臭性、抗菌性、防汚性などを有する機能材を付与することも可能であるが、極細繊維では直径が大きい繊維と比較して表面積が大きいためかかる機能が充分に発揮される。

次に、本発明において使用する繊維構造体とは、織編物、不織布、紙状物などをいう。また、上記繊維構造体を構成する繊維としては、木綿、麻などの天然繊維、ガラス繊維、カーボン繊維、金属繊維などの無機繊維、及び、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、芳香族ポリアミド繊維、アクリル繊維、ポリ塩化ビニル繊維、ポリオレフィン繊維、ポリアクリロニトリル繊維などの合成繊維を挙げることができ、複合繊維構造体により高い耐熱性、耐薬品性が必要とされる場合は無機繊維や、合成繊維では芳香族ポリアミド繊維がより好ましい。

さらに、上記の繊維構造体を構成する繊維の単繊維の直径は、１〜１００μｍ、好ましくは１〜５０μｍである。上記の単繊維の直径が１μｍ未満では、繊維構造体全体が、目が詰まった構造となりやすく十分な通気性が得られない。一方、１００μｍを超えると、繊維間空隙が大きくなり、捕集対象粒子の繊維への衝突機会の減少により、捕集効率が低下する。

また、上記の繊維の形状としては、短繊維糸条、長繊維糸条、スプリットヤーン、テープヤーンなどのいずれの形状であってもよい。

以上に説明した複合繊維構造体を製造する方法としては、次の方法を採用することができる。すなわち、ポリメタフェニレンイソフタルアミドを主成分とする芳香族ポリアミドが極性溶媒に０．１〜２０重量％の濃度で溶解しておりかつアルカリ金属塩を０．１〜１重量％含む溶液に、１〜５０ｋＶの電圧を印加して紡糸し芳香族ポリアミド極細繊維を成形し、これを繊維構造体上に積層する方法である。

上記の芳香族ポリアミド極細繊維において、極細繊維の太さは、紡糸において印加する電圧（印加電圧）、溶液濃度や、溶液の吐出孔からこれを吹付ける繊維構造体までの距離に依存する。また、繊維構造体に連続的に極細繊維を成形することによって、立体的な網目を持つ三次元構造の薄膜が得られる。また、上記方法によれば膜を不織布などの布帛のように厚くすることが可能であり、サブミクロンの網目を持つ不織布を製造することができる。

さらに、均一な繊維径の極細繊維を安定して得るためには、最適な溶媒と最適な溶液濃度（粘度）を選択することが影響する。例えば、極性溶媒については、低沸点でポリメタフェニレンイソフタルアミドを溶解し易く、溶液の低粘度化が可能な極性の高い溶媒を選ぶことが望ましい。

溶液の濃度（粘度）については、粘度を下げるために低濃度にすると、帯電する芳香族ポリアミドポリマーの絶対量が減るため、該ポリマーの帯電量減少により、溶液の変形が起こりにくくなるため、極細繊維が形成されずにフィルム状になる。逆に高濃度にすると、ポリマー帯電量増加により、容易に極細繊維を形成可能だが、溶媒量が減り、蒸発速度が早まる為に固化が急速に進み、繊維径が大きくなる。よって、本発明の目的とする極細繊維の単繊維の直径とするには、溶液濃度を前述した０．１〜２０重量％とすることが望ましい。

上記の芳香族ポリアミド繊維を溶解させる溶媒は、沸点が低く極性の高い極性溶媒が好適である。例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、テトラメチル尿素、Ｎ−メチルカプロラクタム、Ｎ−メチルビペリジンなどが例示され、特にＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドンが好ましい。

また、アルカリ金属塩を溶液に添加することにより、帯電し易くなり、紡糸状態が非常に安定する。アルカリ金属塩は、塩化リチウム、塩化カルシウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウムなどが例示されるが、特に塩化リチウム、塩化カルシウムが好ましい。上記のアルカリ金属塩の添加量としては、溶媒の重量に対して０．１〜１．０重量％が好ましい。

単繊維の直径が３〜１００μｍの繊維から構成される繊維構造体に積層する芳香族ポリアミド極細繊維の目付は、通常、０．００１〜１０ｇ／ｍ^２、好ましくは０．０１〜３．０ｇ／ｍ^２である。上記目付けが０．０１ｇ／ｍ^２未満では、繊維構造体表面に一様に極細繊維を被覆するのが難しくなる傾向にあり、一方、３．０ｇ／ｍ^２を超えると、通気性が低下する傾向にある。

なお、上記極細繊維から不織布を製造する方法には特に限定はなく、従来公知の方法が任意に採用できる。また不織布の形状や物性などにも特に限定はない。

また、耐熱性、耐薬品性に優れた芳香族ポリアミド極細繊維から構成されるため、ごみ焼却施設用耐熱バグフィルターなどの用途に使用することが望ましい。なぜなら、本発明の複合繊維構造体の表面には、極細繊維が積層されているため、バグフィルターにて焼却により発生するダストがフィルターを構成するフェルトに代表される繊維構造体内部にまで到達しにくく、極細繊維表面にダストが捕集、積層される捕集機構である表面ろ過の形態を取る。また、極細繊維より構成される繊維構造体表面は、１μｍ程度の細孔径を持った比較的平滑な表面を有する。そのため、フィルター表面に蓄積されたダストを振動等の付与によって払い落とす際、容易にダストの脱落が可能である。

以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。なお、実施例における各物性は以下の方法により求めたものである。
（１）捕集効率
使用ダストとしてＪＩＳ８９０１試験用標準ダスト１０種（フライアッシュ；日本粉体工業協会製）を用い、捕集効率を、複合繊維構造体を通過したダスト濃度から次式を用いて算出した。数値が高い程、捕集効率に優れると言える。
（捕集効率）＝［（ダスト供給濃度−吹き漏れダスト濃度）／ダスト供給濃度］×１００
（２）残留圧力損失
５０サイクル後の圧縮空気によるダストの払い落とし直後の圧力損失とする。数値が低いほど払い落とし性に優れると言える。
（３）集塵サイクル時間
５０サイクル後のダストが払い落とされてから、次の払い落としまでに要する時間とする。数値が高い程、目詰まりに対する寿命が長いと言える。結果を表２に示す。

［実施例１］
芳香族ポリアミド繊維フェルト（目付４９０ｇ／ｍ^２）表面にポリメタフェニレンイソフタルアミドを主成分とする芳香族ポリアミド粉末状体、塩化リチウム、溶媒Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドを１０：１：８９の重量比で溶解させたポリマー溶液を調製した。次に、エレクトロスピニング法にて印加電圧２０ｋＶ下で繊維径が６５ｎｍの芳香族ポリアミド極細繊維を目付０．５ｇ／ｍ^２積層させ複合繊維構造体を作製した。得られた複合繊維構造体を用いフィルターとしての性能を評価した。結果を表１に示す。

［実施例２］
芳香族ポリアミド粉末状体、塩化リチウム、溶媒Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドの重量比を１２：１：８７に変更した以外は実施例１と同様にして複合構造体を得た、フィルターとしての性能を評価した。結果を表１に示す。

［比較例１］
実施例１で用いた芳香族ポリアミド繊維フェルト（目付４９０ｇ／ｍ^２）をそのまま用いフィルターとしての性能を評価した。結果を表１に示す。

本発明の複合繊維構造体は、芳香族ポリアミド極細繊維で構成されているため耐熱性、耐薬品性が良好であり、しかも捕集したダストの払い落とし性にも優れ長期間の使用が可能であるため、ごみ焼却設備の耐熱バグフィルターなどの用途に好適に使用することができる。

Claims

繊維構造体に極細繊維が積層してなる複合繊維構造体であって、該極細繊維が単繊維の直径が１〜３,０００ｎｍであるポリメタフェニレンイソフタルアミドを主成分とする芳香族ポリアミド極細繊維であり、該繊維構造体が単繊維の直径が３〜１００μｍである繊維からなる繊維構造体であることを特徴とする複合繊維構造体。
ポリメタフェニレンイソフタルアミドを主成分とする芳香族ポリアミドが極性溶媒に０．１〜２０重量％の濃度で溶解しておりかつアルカリ金属塩を０．１〜１重量％含む溶液に、１〜５０ｋＶの電圧を印加して紡糸し芳香族ポリアミド極細繊維を成形し、これを繊維構造体上に積層することを特徴とする複合繊維構造体の製造方法。
極性溶媒が、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、テトラメチル尿素、Ｎ−メチルカプロラクタム、Ｎ−メチルビペリジンのいずれかである請求項２記載の複合繊維構造体の製造方法。
アルカリ金属塩が、塩化リチウム、塩化カルシウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウムのいずれかである請求項２記載の複合繊維構造体の製造方法。