JP2020114954A - ポリフェニレンサルファイド繊維含有湿式不織布 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、湿式抄紙法で製造する際に断紙が発生し難く、２５０℃に加熱した際の寸法安定性に優れるポリフェニレンサルファイド繊維含有湿式不織布を提供することである。【解決手段】ポリフェニレンサルファイド繊維とガラス繊維からなり、ポリフェニレンサルファイド繊維として異型断面を有するポリフェニレンサルファイド繊維を含有し、一層構造であることを特徴とするポリフェニレンサルファイド繊維含有湿式不織布であり、ガラス繊維の含有量が、全繊維に対して５質量％以上、５５質量％以下であることが好ましく、目付が８ｇ／ｍ２以上、２００ｇ／ｍ２以下であることが好ましい。【選択図】なし

Description

本発明はポリフェニレンサルファイド繊維含有湿式不織布に関するものである。

ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）繊維は、耐熱性、耐薬品性、耐加水分解性能、吸湿時の寸法安定性、絶縁性、難燃性、保温性に優れている高機能繊維であるため、用途が拡大している。例えば、高温のガス集塵に用いるフィルター、工業製品の乾燥工程に使用するドライヤー用カンバス、オフィス用コピー機のロール拭き取り材、電気機器や電子機器の絶縁材、成型材、緩衝材（クッション材）、保温布、電池用セパレータ等の用途が挙げられる。

ＰＰＳ繊維からなる耐熱性不織布として、湿式抄紙法で製造された耐熱性湿式不織布が知られている。例えば、ＰＰＳ延伸繊維とＰＰＳ未延伸繊維とを併用する耐熱性湿式不織布が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。湿式抄紙法で湿式不織布を製造する場合、抄紙網で製造された湿紙から搾水するウェットプレス部、湿紙を乾燥機まで搬送する工程等が存在する。ＰＰＳ延伸繊維とＰＰＳ未延伸繊維とを含有してなる耐熱性湿式不織布では、ウェットプレス部や搬送工程で断紙が起こりやすいという問題があった。また、ＰＰＳ繊維の乾熱収縮率を下げることで低目付でも耐熱寸法安定性の高い不織布が得られることが知られている（例えば、特許文献４参照）。この場合、湿紙及び不織布の比引張強さが十分に確保できないという問題があった。湿式抄紙法での製造の際の断紙を防ぐ目的でガラス繊維を配合することが知られている（例えば、特許文献５）。この場合、ＰＰＳ繊維の形状や熱寸法安定性に関して言及されていない。

特開平１−２７２８９９号公報 特開２０１０−２４５７４号公報 特開２０１１−１０６０４３号公報 特開２００４−２８５５３６号公報 特開２０１７−１５００９５号公報

本発明の課題は、湿式抄紙法で製造する際に断紙が発生し難く、２５０℃に加熱した際の寸法安定性に優れるＰＰＳ繊維含有湿式不織布を提供することである。

上記課題は、下記発明によって解決することができる。

（１）ポリフェニレンサルファイド繊維とガラス繊維からなり、ポリフェニレンサルファイド繊維として異型断面を有するポリフェニレンサルファイド繊維を含有し、一層構造であることを特徴とするポリフェニレンサルファイド繊維含有湿式不織布。

（２）ガラス繊維の含有量が、全繊維に対して５質量％以上、５５質量％以下である上記（１）に記載のポリフェニレンサルファイド繊維含有湿式不織布。

（３）目付が８ｇ／ｍ^２以上、２００ｇ／ｍ^２以下であることを特徴とする、上記（１）又は（２）に記載のポリフェニレンサルファイド繊維含有湿式不織布。

本発明によれば、ＰＰＳ繊維とガラス繊維からなり、且つ、異型断面を有するＰＰＳ繊維を含有することにより、湿式抄紙法で製造する際に断紙が発生し難く、２５０℃に加熱した際の寸法安定性に優れるＰＰＳ繊維含有湿式不織布を提供することができる。

本発明のＰＰＳ繊維含有湿式不織布は、ＰＰＳ繊維とガラス繊維からなり、異型断面を有するＰＰＳ繊維を含有することを特徴としている。本発明のＰＰＳ繊維含有湿式不織布は、主体繊維としてＰＰＳ延伸繊維を含有し、バインダー繊維としてＰＰＳ未延伸繊維を含有することが好ましい。ＰＰＳ未延伸繊維は、大部分が非結晶構造であり、熱を加えることで溶融し、バインダーとして働くことができる。ＰＰＳ延伸繊維は、繊維製造工程において延伸を加えられることで、繊維の短繊維強度が強く、寸法安定性に優れている。本発明において、ＰＰＳ延伸繊維及びＰＰＳ未延伸繊維を併用した場合には、耐熱性が優れた不織布を提供することが容易になる。

ポリフェニレンサルファイド（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｓｕｌｆｉｄｅ）繊維とは、ポリマー構成単位として−（Ｃ_６Ｈ_４−Ｓ）−を主要構造単位とする重合体（ＰＰＳ重合体）からなる合成繊維である。ＰＰＳ重合体の代表例としては、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンサルファイドスルホン、ポリフェニレンサルファイドケトン等が挙げられる。また、これらのランダム共重合体、ブロック共重合体等も挙げられる。さらに、前記重合体の混合物が挙げられる。特に好ましいＰＰＳ重合体としては、ポリマーの主要構造単位として、−（Ｃ_６Ｈ_４−Ｓ）−で表されるｐ−フェニレン単位を、好ましくは９０質量％以上含有するＰＰＳ重合体が挙げられる。

異型断面を有するＰＰＳ繊維において、異型断面とは、繊維の長さ方向に垂直に切断した場合の断面形状が円形断面形状及び楕円断面形状以外のものであり、三角形状、Ｙ型形状、扁平形状、ドックボーン形状、三つ葉形状等の断面を有するものを言う。例えば、これらは、異型金型を用いて直接紡糸する方法、複合繊維を溶解又は分割する方法などによって得られるが、異型金型を用いて直接紡糸することにより得られる異型断面を有するＰＰＳ繊維が本発明においては好適に用いられる。また、断面形状に特に限定はないが、強度向上の観点から、Ｙ型形状又は三つ葉形状の断面形状を有するＰＰＳ繊維がより好ましい。Ｙ型又は三つ葉形状は、円形断面形状に比べ比表面積が大きくなり、繊維同士の接着点が増加し、湿紙強度及び抄紙工程後の原紙強度が向上するだけではなく、熱カレンダー加工時に不織布内部の空間に入り込むように変形して接着するため、不織布としての強度を向上させることに寄与することができる。

ＰＰＳ繊維のみからなる湿式不織布は、湿式抄紙法でシート化する場合に、湿紙の状態での保水性が極めて低いために、抄紙機のウェットプレス部や乾燥機に搬送する工程での断紙が起こりやすいという問題があった。本発明のＰＰＳ繊維含有湿式不織布は、異型断面を有するＰＰＳ繊維及びガラス繊維を含有することによって、湿式抄紙法によって製造する際に、断紙が起き難いという効果が得られる。より詳細に説明すると、異型断面を有するＰＰＳ繊維及びガラス繊維を含むことで、ＰＰＳ繊維とガラス繊維がスラリー中でよく絡み合い、湿紙強度が強くなり、抄紙機のウェットプレス部での繊維の剥がれや断紙が発生し難くなる。さらに、ＰＰＳ繊維とガラス繊維を含むことで、本発明で製造される不織布の加熱寸法安定性が向上するという効果も得られている。

本発明において、ＰＰＳ繊維と併用するガラス繊維は、マイクロガラス繊維が好ましい。湿式抄紙法では、マイクロガラス繊維とチョップドガラス繊維が使用されることが多い。チョップドガラス繊維を使用した場合、湿式抄紙法によって湿式不織布原紙を得た後に、熱カレンダー処理を行うと、チョップドガラス繊維が割れてしまい、熱カレンダー処理後の湿式不織布に割れが生じることがあり、操業性が悪化する場合がある。一方、マイクロガラス繊維を使用した場合、熱カレンダー処理時のマイクロガラス繊維の割れは起き難く、操業性が向上するという効果が得られている。

本発明において、ＰＰＳ繊維と併用するガラス繊維は、円形断面を有する。ガラス繊維の平均繊維径は、５μｍ以下が好ましく、０．１μｍ以上、５μｍ以下がより好ましく、０．５μｍ以上、４μｍ以下がさらに好ましい。平均繊維径が５μｍよりも太い場合は、スラリー中でのＰＰＳ繊維とガラス繊維の絡み合いが不十分になり、湿式抄紙工程での断紙の抑制効果が低くなる場合がある。また、平均繊維径が０．１μｍ未満の場合は、湿式抄紙工程でワイヤーから流出するガラス繊維が多くなり、歩留まりが悪くなる場合がある。なお、ガラス繊維の平均繊維径は、単繊維の断面の走査型電子顕微鏡像から算出する。断面観察時の走査型電子顕微鏡の観察倍率は２０００倍に設定し、無作為に抽出した繊維１００本の繊維径を測定し、その平均値を平均繊維径とする。

本発明のＰＰＳ繊維含有湿式不織布において、異型断面を有するＰＰＳ繊維の含有量は、４５質量％以上、９５質量％以下であることが好ましく、６０質量％以上、９０質量％以下であることがより好ましい。異型断面を有するＰＰＳ繊維の含有量が４５質量％未満である場合、乾燥後の原紙強度及び熱カレンダー加工後の不織布強度が十分に向上しない恐れがある。また、異型断面を有するＰＰＳ繊維の含有量が９５質量％超である場合、湿紙強度が十分に向上せず、断紙が起こりやすくなる恐れがある。

本発明のＰＰＳ繊維含有湿式不織布において、ガラス繊維の含有量は５質量％以上、５５質量％以下であることが好ましく、１０質量％以上、４０質量％以下であることが好ましい。ガラス繊維の含有量が５質量％未満の場合、湿式抄紙工程での断紙が改善されない場合がある。ガラス繊維の含有量が５５質量％を超えた場合、ＰＰＳ繊維同士の結着確率やＰＰＳ繊維とガラス繊維の結着確率が低下し、不織布全体の強度が低くなる場合がある。

本発明のＰＰＳ繊維含有湿式不織布において、ＰＰＳ未延伸繊維の含有量は、全繊維量に対して３０質量％以上、９０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは４０質量％以上、８０質量％以下である。ＰＰＳ未延伸繊維の含有量が３０質量％よりも少なくなると、繊維同士を接着させるバインダー効果が不足し、不織布として十分な引張強度が得られない場合がある。また、ＰＰＳ未延伸繊維の含有量が９０質量％よりも多くなると、熱カレンダー加工時に幅方向の収縮が大きくなり、プロファイルを悪化させる場合がある。

湿式抄紙法における製造効率を考慮すると、ＰＰＳ繊維の直径は、好ましくは０．１〜３０μｍであり、より好ましくは１〜２５μｍであり、さらに好ましくは２〜２０μｍである。ＰＰＳ繊維の直径が０．１μｍ未満の場合、湿式抄紙機の抄紙網から脱落してしまう場合がある。一方、ＰＰＳ繊維の直径が３０μｍを超えた場合、スラリー中での繊維同士の絡み度合いが不十分になり、湿式抄紙工程での断紙の抑制効果が十分ではなく、繊維間の接点が少なくなり過ぎて、強度維持が困難になる場合がある。また、ガラス繊維を含有させていない場合、湿紙強度が十分に向上せず、断紙が起こりやすくなる場合がある。なお、ＰＰＳ繊維の直径は、ＰＰＳ繊維含有湿式不織布を鋭利な刃物でカットして、その断面を２０００倍の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、無作為に抽出した繊維１００本の各面積から真円の直径として算出した平均値である。

本発明のＰＰＳ繊維含有湿式不織布に用いるＰＰＳ繊維の繊維長は、好ましくは１〜２０ｍｍであり、より好ましくは２〜１５ｍｍであり、さらに好ましくは３〜１０ｍｍである。１ｍｍ未満の場合、湿式抄紙時に抄紙網から抜け落ちる場合があり、十分な強度が得られない場合がある。一方、２０ｍｍを超えた場合、水に分散する際にもつれ等を起こす場合があり、均一な地合が得られない場合がある。

本発明のＰＰＳ繊維含有湿式不織布は、一層構造であることにより、多層構造では作製し難い、目付が低い不織布を得ることができる。

本発明では、一層構造のＰＰＳ繊維含有湿式不織布を湿式抄紙法で製造する。まず、繊維を均一に水中に分散させ、その後、スクリーン（異物、塊等除去）等の工程を通し、スラリーを調製する。スラリーの最終繊維濃度は、好ましくは０．０１〜０．５０質量％である。該スラリーが、抄紙機で抄き上げられ、湿紙が得られる。工程中で、分散剤、消泡剤、親水剤、帯電防止剤、高分子粘剤、離型剤、抗菌剤、殺菌剤等の薬品を添加する場合もある。

抄紙機としては、例えば、長網、円網、傾斜ワイヤー等の抄紙網を単独で使用した抄紙機を使用することができる。

湿式抄紙法では、抄紙網で製造され、ウェットプレス部で搾水された湿紙を、ヤンキードライヤー、エアードライヤー、シリンダードライヤー、サクションドラム式ドライヤー、赤外方式ドライヤー等の乾燥機で乾燥することによって、湿式不織布原紙が得られる。湿紙の乾燥の際に、ヤンキードライヤー等の熱ロールに密着させて熱圧乾燥させることによって、密着させた面の平滑性が向上する。熱圧乾燥とは、タッチロール等で熱ロールに湿紙を押しつけて乾燥させることを言う。熱ロールの表面温度は、好ましくは１００〜１８０℃であり、より好ましくは１２０〜１６０℃である。圧力は、好ましくは５０〜１０００Ｎ／ｃｍであり、より好ましくは１００〜８００Ｎ／ｃｍである。

本発明のＰＰＳ繊維含有湿式不織布には、熱カレンダー加工を施すことが好ましい。ＰＰＳ繊維含有湿式不織布の熱カレンダー処理に使用されるカレンダーユニットとしては、金属ロール−金属ロール、金属ロール−弾性ロール、金属ロール−コットンロール、金属ロール−シリコンロール等のロールの組み合わせのカレンダーユニットが挙げられる。これらのカレンダーユニットは、単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

熱カレンダー処理の際、金属ロールの表面温度は、好ましくは１００〜２６０℃であり、より好ましくは１５０〜２５０℃である。金属ロールの温度が１００℃より低いと、ＰＰＳ未延伸繊維の溶融が進まず、繊維−繊維間の結着が進まない場合がある。また、金属ロールの温度が２６０℃より高いと、ＰＰＳ繊維含有湿式不織布を構成する繊維が、金属ロールに貼り付き、不織布表面の均一性を損なう場合がある。

熱カレンダー処理時のニップのニップ圧力は、好ましくは１９０〜１８００Ｎ／ｃｍであり、より好ましくは３９０〜１５００Ｎ／ｃｍである。加工速度は、好ましくは５〜１５０ｍ／ｍｉｎであり、より好ましくは１０〜８０ｍ／ｍｉｎである。

本発明のＰＰＳ繊維含有湿式不織布の目付は、ＪＩＳ Ｐ ８１２４：２０１１に準拠して測定し、好ましくは８〜２００ｇ／ｍ^２であり、より好ましくは１２〜１５０ｇ／ｍ^２である。目付が８ｇ／ｍ^２未満では、ＰＰＳ繊維含有湿式不織布の均一性、引張強度が不十分となる場合がある。目付が２００ｇ／ｍ^２を超えると、熱カレンダー処理時に、ＰＰＳ繊維含有湿式不織布に熱付与を均一に行うことが難しくなる場合がある。

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。なお、実施例中における部や百分率は断りのない限り、すべて質量によるものである。

＜ＰＰＳ繊維１＞
断面形状が三つ葉形状であり、繊度１．３デシテックス、直径１１μｍ、繊維長５ｍｍの異型断面を有するＰＰＳ延伸繊維を「ＰＰＳ繊維１」とした。

＜ＰＰＳ繊維２＞
楕円断面形状であり、繊度０．２デシテックス、直径４μｍ、繊維長５ｍｍの異型断面を有するＰＰＳ延伸繊維を「ＰＰＳ繊維２」とした。

＜ＰＰＳ繊維３＞
円形断面形状であり、繊度１．１デシテックス、直径１０μｍ、繊維長５ｍｍのＰＰＳ延伸繊維を「ＰＰＳ繊維３」とした。

＜ＰＰＳ繊維４＞
断面形状が三つ葉形状であり、繊度２．６デシテックス、直径１６μｍ、繊維長５ｍｍの異型断面を有するＰＰＳ未延伸繊維を「ＰＰＳ繊維４」とした。

＜ＰＰＳ繊維５＞
円形断面形状であり、繊度１．７デシテックス、直径１３μｍ、繊維長５ｍｍのＰＰＳ未延伸繊維を「ＰＰＳ繊維５」とした。

＜ガラス繊維１＞
平均繊維径３μｍのガラス繊維を「ガラス繊維１」とした。

＜ガラス繊維２＞
平均繊維径９μｍのガラス繊維を「ガラス繊維２」とした。

＜実施例１〜１７、比較例１〜６＞
表１記載の繊維配合にて、分散濃度０．２％で１０分間、繊維を水に分散し、円網抄紙機を使って湿紙を形成し、その後、表面温度１５０℃のヤンキードライヤーにて熱圧乾燥し、一層構造の湿式不織布原紙を得た。

（熱カレンダー処理）
湿式不織布原紙に、金属ロール−弾性ロールのカレンダーユニットによって、金属ロール温度２３０℃、加工速度１０ｍ／ｍｉｎで表裏共に金属ロールが接触してニップされるように熱カレンダー処理を２回施し、一層構造のＰＰＳ繊維含有湿式不織布を得た。

実施例及び比較例において、目付及び厚さの測定、並びに生産性及び加熱寸法変化の評価を行い、結果を表１に示した。

（目付）
ＪＩＳ Ｐ ８１２４：２０１１に準拠して、ＰＰＳ繊維含有湿式不織布を１００ｍｍ×１００ｍｍにカットして試験片とし、電子分析天秤（島津製作所社製）を用いて２０枚測定した各値の平均値を目付とした。

（厚さ）
ＪＩＳ Ｐ ８１１８：２０１４に準拠して、目付測定時に採取した試験片から１枚ずつマイクロメータ（ミツトヨ社製）を用いて、２０枚測定した各値の平均値を厚さとした。

（生産性）
湿式不織布原紙を製造する際の生産性を以下の指標で評価した。

「５」：抄紙機の各パートでの湿紙、湿式不織布原紙の走行性は安定しており、断紙は発生しなかった。増速も可能。
「４」：抄紙機の各パートでの湿紙、湿式不織布原紙の走行性は安定している。断紙は発生しないが、繊維剥けがわずかに見られる。
「３」：抄紙機の各パートでの湿紙、湿式不織布原紙の走行性は安定している。断紙は発生しないが、繊維剥けが「４」よりも多い。
「２」：プレスパートでの湿紙の強度は弱いが、「３」よりも低速であれば製造可能である。時々、ドライヤー出口で、断紙が発生することがある。
「１」：プレスパートでの湿紙の強度が弱く、断紙が頻発する。

（加熱寸法変化率）
ＪＩＳ Ｋ ７２１２：１９９９に準拠して、ＰＰＳ繊維含有湿式不織布を１００ｍｍ×１００ｍｍの寸法に、ロールの中心部及び両端部からカットし、試験片とした。２３℃、相対湿度５０％の条件下で、試験片の縦方向（Ｌ１）及び横方向（Ｔ１）の寸法を測定した後、２５０℃に設定したオーブンに、試験片の一端を金属クリップで挟み、試験片取付け枠に懸垂し、２時間加熱を行った。加熱終了後、試験片を加熱前の温湿度条件に冷却し、縦方向（Ｌ２）及び横方向（Ｔ２）の寸法を測定し、以下の式から縦方向（ΔＬ）と横方向（ΔＴ）の寸法変化率を算出し、その平均値を加熱寸法変化率［％］とした。

縦方向の寸法変化率 ΔＬ＝（１−（Ｌ１−Ｌ２）／Ｌ１）×１００

横方向の寸法変化率 ΔＴ＝（１−（Ｔ１−Ｔ２）／Ｔ１）×１００

実施例１〜１７と比較例１〜４を比較することで、ＰＰＳ繊維とガラス繊維からなり、ＰＰＳ繊維として異型断面を有するＰＰＳ繊維を含有する実施例１〜１７のＰＰＳ繊維含有湿式不織布は、異型断面を有するＰＰＳ繊維を含まない比較例１〜４のＰＰＳ繊維含有湿式不織布に対し、生産性及び／又は加熱寸法安定性が優れることがわかる。

実施例２と比較例５を比較することで、ＰＰＳ繊維とガラス繊維からなり、ＰＰＳ繊維として異型断面を有するＰＰＳ繊維を含有するＰＰＳ含有湿式不織布は、ＰＰＳ繊維として異型断面を有するＰＰＳ繊維を含有するが、ガラス繊維を含有しないＰＰＳ含有湿式不織布に比べ、生産性及び加熱寸法安定性に優れることがわかる。

実施例１と実施例１７を比較することで、ＰＰＳ含有湿式不織布がＰＰＳ繊維とガラス繊維を含有する場合であっても、ガラス繊維の平均繊維径が５μｍ以下である方が、生産性及び加熱寸法安定性に優れていることがわかる。

実施例２、１０及び１１を比較することで、ガラス繊維を含有するＰＰＳ含有湿式不織布であっても、ガラス繊維の配合量が、全繊維に対して５５％を超えると、生産性が低下し、断紙が発生しやすくなることがわかる。

実施例１３と比較例６の比較から、異型断面を有するＰＰＳ繊維を含有するＰＰＳ繊維含有湿式不織布は、異型断面を有するＰＰＳ繊維を含有しないＰＰＳ繊維含有湿式不織布に比べ、生産性及び加熱寸法安定性が優れることがわかる。

ガラス繊維の含有量が５〜５５％である実施例１及び実施例６〜１０を比較することで、ガラス繊維を含有量が多いほど、加熱寸法安定性が優れていることがわかる。

本発明のＰＰＳ繊維含有湿式不織布は、高温のガス集塵に用いるフィルター、工業製品の乾燥工程に使用するドライヤー用カンバス、オフィス用コピー機のロール拭き取り材、電気機器や電子機器の絶縁材、成型材、緩衝材（クッション材）、保温布等に利用することができる。

Claims (3)

1. ポリフェニレンサルファイド繊維とガラス繊維からなり、ポリフェニレンサルファイド繊維として異型断面を有するポリフェニレンサルファイド繊維を含有し、一層構造であることを特徴とするポリフェニレンサルファイド繊維含有湿式不織布。
2. ガラス繊維の含有量が、全繊維に対して５質量％以上、５５質量％以下である請求項１に記載のポリフェニレンサルファイド繊維含有湿式不織布。
3. 目付が８ｇ／ｍ^２以上、２００ｇ／ｍ^２以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のポリフェニレンサルファイド繊維含有湿式不織布。