JP6669315B1 - フィルター用スパンボンド不織布およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明のフィルター用スパンボンド不織布を構成する熱可塑性連続フィラメントの原料となる熱可塑性樹脂としては、特に、ポリエステルが好ましく用いられる。ポリエステルは、酸成分とアルコール成分をモノマーとして重合してなる高分子重合体である。酸成分としては、テレフタル酸、イソフタル酸およびフタル酸等の芳香族ジカルボン酸、アジピン酸やセバシン酸等の脂肪族ジカルボン酸、およびシクロヘキサンジカルボン酸等の脂環族ジカルボン酸等を用いることができる。また、アルコール成分としては、エチレングリコール、ジエチレングリコールおよびポリエチレングリコール等を用いることができる。
次に、本発明のフィルター用スパンボンド不織布、および、その製造方法について説明する。本発明のフィルター用スパンボンド不織布は、下記(a)〜(c)の工程を順次施すことによって製造される。
(a)熱可塑性重合体を紡糸口金から溶融押出した後、これをエアサッカーにより牽引、延伸して熱可塑性連続フィラメントを得る工程。
(b)得られたフィラメントを移動するネットコンベアー上に開繊板により繊維配列を規制し堆積させ繊維ウェブを形成する工程。
(c)得られた繊維ウェブに部分的熱接着を施す工程。
以下にこれらについて、さらに詳細を説明する。
まず、熱可塑性重合体を紡糸口金から溶融押出する。その後、これをエアサッカーにより牽引、延伸して熱可塑性連続フィラメントを得る。特に、熱可塑性連続フィラメントとして、ポリエステル系高融点重合体の周りに当該ポリエステル系高融点重合体の融点よりも低い融点を有するポリエステル系低融点重合体を配した複合型フィラメントを用いる場合には、ポリエステル系高融点重合体と、ポリエステル系低融点重合体を、それぞれ融点以上、(融点+70℃)以下で溶融し、ポリエステル系高融点重合体の周りに、そのポリエステル系高融点重合体の融点に対して、10℃以上140℃以下低い融点を有するポリエステル系低融点重合体を配した複合型フィラメントとして、口金温度が融点以上、(融点+70℃)以下の紡糸口金で細孔から紡出した後、エアサッカーにより紡糸速度4000m/分以上6000m/分以下で牽引、延伸して円形断面形状のフィラメント等の熱可塑性連続フィラメントを紡糸する。
(i)フィルター用スパンボンド不織布からランダムに小片サンプル10個を採取する。
(ii)走査型電子顕微鏡等で500〜2000倍の写真を撮影する。
(iii)各サンプルから10本ずつ、計100本の繊維を任意に選び出して、その太さを測定する。繊維は断面が円形と仮定し、太さを繊維径とする。
(iv)それらの算術平均値の小数点以下第二位を四捨五入して算出する。
本発明の不織布は、いわゆるフィルター用スパンボンド不織布であり、紡糸した熱可塑性連続フィラメントを移動するネットコンベアー上に開繊板により繊維配列を規制し堆積させ繊維ウェブを形成する工程を有する。具体的には熱可塑性連続フィラメントをエジェクターにて吸引し、エジェクターの下部にスリット状を有する開繊板から前記熱可塑性連続フィラメントと圧空(エアー)を噴射して繊維配列を規制し、移動するネットコンベアー上に堆積させ繊維ウェブを得る工程を有する。
本発明のフィルター用スパンボンド不織布は部分的融着部を有するものであるので、部分的融着部を形成するために前記(b)の工程で得られた繊維ウェブに部分的熱圧着を施す工程を行う。部分的融着部の好ましい態様は部分的に熱圧着されたものであるが、部分的に熱圧着する方法は特に限定されるものではない。熱エンボスロールによる接着、あるいは超音波発振装置とエンボスロールとの組み合わせによる接着が好ましいものである。特にエンボスロールによる接着は、不織布の強度を向上させる点から最も好ましいものである。熱エンボスロールによる熱接着の温度は、不織布の繊維表面に存在する最も融点の低いポリマーの融点に対して5℃以上60℃以下低いことが好ましく、10℃以上50℃以下低いことがより好ましい。熱エンボスロールによる熱接着の温度と不織布の繊維表面に存在する最も融点の低いポリマーの融点の温度差を5℃以上、より好ましくは10℃以上とすることで、過度の熱接着を防ぐことができる。一方、前記の温度差を60℃以下、より好ましくは50℃以下とすることによって、不織布内において均一な熱接着を行うことができる。
本発明のフィルター用スパンボンド不織布は、2mN以上100mN以下の剛軟度を有する。剛軟度が2mN以上、より好ましくは3mN以上、さらに好ましくは5mN以上であれば、不織布の強度や形態保持性を保ちつつプリーツ加工ができる。一方、100mN以下、好ましくは80mN以下、より好ましくは60mN以下、さらに好ましくは50mN以下であれば、プリーツ加工時の折たたみ抵抗が大きくなく、凹凸がシャープに仕上がる。
(i)試料から長さ38.1mm(有効試料長L=25.4mm)、幅d=25.4mmの試験片を試料の任意の5点から採取する。ここで本発明においては、不織布の長手方向を試料のタテ方向とする。
(ii)採取した試験片をそれぞれチャックに取り付け、可動アームA上の目盛り1−1/2”(1.5インチ=38.1mm)に合わせてチャックを固定する。この場合、試料長の1/2”(0.5インチ=12.7mm)はチャックに1/4”(0.25インチ=6.35mm)、試料の自由端にて振子の先端に1/4”(0.25インチ=6.35mm)がかかるため測定にかかる有効試料長Lは試験片長さから1/2”(0.5インチ=12.7mm)差し引いたものとなる。
(iii)次に振り子Bの支点から下部のおもり取付孔a、b、c(mm)に適当なおもりWa、Wb、Wc(g)を取り付けて可動アームAを定速回転させ、試験片が振り子Bから離れるときの目盛りRG(mgf)を読む。目盛りは小数点以下第一位の桁で読む。ここでおもり取付孔に取り付けるおもりは適宜選択できるものであるが、目盛りRGが4〜6になるよう設定するのが好ましい。
(iv)測定は試験片5点につき表裏各5回、合計50回実施する。
(v)得られた目盛りRGの値から下記式を用いて剛軟度の値は小数点以下第二位を四捨五入してそれぞれ求める。試料の剛軟度(mN)は、50回の測定の平均値を、小数点以下第二位を四捨五入して算出するものである。
(i)フィルター用スパンボンド不織布からタテ方向、ヨコ方向に5cm×5cmの小片をそれぞれ20個ずつ、合計400個採取する。
(ii)各試料(不織布)の質量をそれぞれ測定する。
(iii)得られた値の算術平均値(g)を単位面積(1m2)当たりに換算し、小数点以下第一位を四捨五入することで、フィルター用スパンボンド不織布の目付を求める。
(iv)(i)〜(iii)の結果を基に、以下の式によりCV値を計算し、小数点以下第二位を四捨五入する。
・目付CV(%)=(目付の標準偏差)/(目付の平均値)×100。
(i)50cm幅のシートから、等間隔に3個、フィルター用スパンボンド不織布の長手方向(プリーツ山谷の筋と直交する方向)に幅15mm×長さ110mmの試験片を採取する。
(ii)張力2kgf、速度175回/min、角度±135°でシートが切断するまでの往復折り曲げの回数を記録する。
(iii)3個の試験片の算術平均値を求め、小数点以下第一位を四捨五入した値をフィルター用スパンボンド不織布の耐折強さ(回)とする。
(i)厚み計(例えば、テクロック社製“TECLOCK”(登録商標)SM−114等)を使用して、不織布の厚みを幅方向等間隔に10点測定する。
(ii)上記算術平均値から小数点以下第3位を四捨五入し、不織布の厚み(mm)とする。
・見掛け密度(g/cm3)=目付(g/m2)/厚み(mm)/1000
本発明におけるフィルター用スパンボンド不織布の目付あたりの通気量は、0.04((cm3/(cm2・秒))/(g/m2))以上0.50((cm3/(cm2・秒))/(g/m2))以下であることが好ましい。目付あたりの通気量が0.04((cm3/(cm2・秒))/(g/m2))以上、好ましくは、0.05((cm3/(cm2・秒))/(g/m2))以上であると、圧力損失が上昇するのを抑制できる。また、目付あたりの通気量が0.50((cm3/(cm2・秒))/(g/m2))以下、好ましくは、0.48((cm3/(cm2・秒))/(g/m2))以下であると、ダストが内部に滞留しにくいことによりダスト払い落とし性が良好である。
(i)フィルター用スパンボンド不織布の幅方向等間隔に150mm×150mmの試験片を10枚採取する。
(ii)試験機の円筒の一端に試験片を取り付けた後、下限抵抗器によって傾斜型気圧計が125Paの圧力を示すように、吸込みファン及び空気孔を調整し、その時の垂直型気圧計の示す圧力を測る。
(iii)測定した圧力と使用した空気孔の種類とから、試験機に付属の換算表によって試験片を通過する空気量(cm3/(cm2・秒))を求める。
(iv)得られた10点の試験片の通気量の算術平均値を、小数点以下第一位を四捨五入して、フィルター用スパンボンド不織布の通気量(cm3/(cm2・秒))を算出する。
(v)以下の式によって、目付当たりの通気量を算出し、小数点以下第四位を四捨五入して、フィルター用スパンボンド不織布の目付あたりの通気量((cm3/(cm2・秒))/(g/m2))を算出する。
・目付あたりの通気量((cm3/cm2・sec)/(g/m2))=通気量(cm3/cm2・sec)/目付(g/m2)
本発明のフィルター用スパンボンド不織布の目付あたりのタテ方向の引張強力(以降、目付あたりのタテ引張強力と表記することがある。)は、3.8(N/5cm)/(g/m2)以上であることが好ましく、より好ましくは4.0.(N/5cm)/(g/m2)以上である。また、目付あたりのヨコ方向の引張強力(以降、目付あたりのヨコ引張強力と表記することがある。)は、2.0(N/5cm)/(g/m2)以上であることが好ましく、より好ましくは2.3(N/5cm)/(g/m2)以上である。
・目付あたりの引張強力((N/5cm)/(g/m2))=引張強力(N/5cm)/目付(g/m2)
ここで、本発明において、タテ方向とはフィルター用スパンボンド不織布製造時のシート搬送方向、すなわち不織布ロールにおける巻き取り方向を指し、ヨコ方向とはフィルター用スパンボンド不織布製造時のシート搬送方向と直交する方向、すなわち不織布ロールにおける幅方向を指すものである。
(i)タテ方向を長辺とした30cm×5cmの試験片を、それぞれ幅方向等間隔に1mあたり3点採取する。
(ii)ヨコ方向を長辺とした5cm×30cmの試験片を、それぞれ幅方向等間隔に1mあたり3点採取する。
(iii)定速伸長型引張試験機を用いて、つかみ間隔が20cmで、引張速度が10cm/分の条件で引張試験を実施する。
(iv)破断したときの強力を読み取り、小数点以下第一位を四捨五入した値を引張強力(N/5cm)とする。
(v)前記の(iv)で得られた引張強力(N/5cm)の値を、上記の目付(g/m2)の値で除し、タテ方向とヨコ方向について、それぞれの目付あたりの引張強度を、小数点以下第二位を四捨五入し、算出する。
下記の実施例における各特性値は、次の方法で測定したものである。ただし、各物性の測定において、特段の記載がないものは、前記の方法に基づいて測定を行ったものである。
示差走査型熱量計として、パーキンエルマー社製「DSC−2型」を用いた。
ポリエステルの固有粘度(IV)は、次の方法で測定した。
(ここで、ηはポリマー溶液の粘度、η0はオルソクロロフェノールの粘度、tは溶液の落下時間(秒)、dは溶液の密度(g/cm3)、t0はオルソクロロフェノールの落下時間(秒)、d0はオルソクロロフェノールの密度(g/cm3)を、それぞれ表す。)
次いで、相対粘度ηrから、下記式により固有粘度(IV)を算出した。
・固有粘度(IV)=0.0242ηr+0.2634。
厚み計として、テクロック社製“TECLOCK”(登録商標)SM−114を使用した。
通気量の測定には、テクステスト社製通気性試験機「FX3300−III」を用いて測定した。
剛軟度は、株式会社大栄精機製作所製ガーレ・柔軟度試験機「GAS−10」を用いて測定した。
定速伸長型引張試験機として、東洋ボールドウィン社製テンシロン「RTC−1250A」を用いた。
フィルター用スパンボンド不織布のMIT試験による耐折強さの測定には、東洋精機製作所製MIT耐折疲労試験機「D型」を用いた。
フィルター用スパンボンド不織布の圧着面積率の測定には、KEYENCE製デジタルマイクロスコープ「VHX−5000」を用いた。不織布の任意の部分から、マイクロスコープの倍率20倍で不織布の長手方向および幅方向に平行な1.0cm×1.0cmの矩形枠を3箇所とり、3箇所それぞれについて当該面積に対する矩形枠内の熱圧着部の面積を測定して平均値をとり、小数点以下第一位を四捨五入したものを圧着面積率とした。
不織布の任意の部分から、15cm×15cmの試験サンプルを3個採取し、VDI/DIN 3926を参考標準として集塵性能試験を実施した。試験サンプルの濾過面積は0.016m2とし、濾過風速は2.0m/分とした。ダスト粉塵は、酸化アルミニウム粒子(Dp50:10.5μm)を使用し、試験サンプル上流の粉塵濃度が5g/m3となるよう一定濃度で供給した。
・集塵率(%)=(1−粉漏れ濃度(g/m3)/上流の粉塵濃度(g/m3))×100
また、30回目の払い落としサイクルの、パルスジェットを噴射してから5秒後の圧力損失を測定し、3回の測定の平均をとり、小数点以下第一位を四捨五入して得た値を当該フィルター用スパンボンド不織布の圧力損失とした。
次に、実施例・比較例において使用した樹脂について、その詳細を記載する。
・ポリエステル系樹脂A:水分率50質量ppm以下に乾燥した、固有粘度(IV)が0.65で融点が260℃の、ポリエチレンテレフタレート(PET)。
・ポリエステル系樹脂B:水分率50質量ppm以下に乾燥した、固有粘度(IV)が0.64、イソフタル酸共重合率が11mol%で融点が230℃の、共重合ポリエステル(CO−PET)
[実施例1]
前記のポリエステル系樹脂Aと前記のポリエステル系樹脂Bを、それぞれ295℃と280℃の温度で溶融させた。その後、ポリエステル系樹脂Aを芯成分とし、ポリエステル系樹脂Bを鞘成分として、口金温度が295℃で、芯:鞘=80:20の質量比率で細孔から紡出した後、エアサッカーにより紡糸速度4900m/分で円形断面形状のフィラメントを紡糸し、移動するネットコンベアー上にスリットを有する開繊板により繊維配列を規制し堆積させ、単繊維径が14.8μmの繊維からなる繊維ウェブを捕集した。捕集した繊維ウェブに、一対のフラットロールからなるカレンダーロールによって、温度が140℃で、線圧が50kg/cmの条件で仮接着した。さらに引き続いて、圧着面積率10%となる一対の彫刻ロールからなるエンボスロールによって、温度200℃で、線圧が70kg/cmの条件で熱接着し、目付が260g/m2のフィルター用スパンボンド不織布を得た。得られたフィルター用スパンボンド不織布の見掛け密度は0.35g/cm3、通気量は13cm3/(cm2・秒)、目付当たりの通気量は0.050(cm3/(cm2・秒))/(g/m2)、タテ剛軟度は45mN、ヨコ剛軟度は11mN、剛軟度タテ/ヨコ比は4.1であり、MIT試験による耐折強さは257936回、目付CVは2.8%であった。結果を表1に示す。
単繊維径が14.4μmとなるよう紡出速度を変更した一方、目付を実施例1と同じにするためネットコンベアーの速度を変更したこと以外は、実施例1と同じ条件で、目付が260g/m2のフィルター用スパンボンド不織布を得た。得られたフィルター用スパンボンド不織布の見掛け密度は0.36g/cm3、通気量は12cm3/(cm2・秒)、目付当たりの通気量は0.046(cm3/(cm2・秒))/(g/m2)、タテ剛軟度は46mN、ヨコ剛軟度は13mN、剛軟度タテ/ヨコ比は3.5であり、MIT試験による耐折強さは362779回、目付CVは2.7%であった。結果を表1に示す。
ネットコンベアーの速度を調整して目付を200g/m2に変更したこと以外は、実施例1と同じ条件で、単繊維径が14.8μmの繊維からなる、目付が200g/m2のフィルター用スパンボンド不織布を得た。得られたフィルター用スパンボンド不織布の見掛け密度は0.32g/cm3、通気量は22cm3/(cm2・秒)、目付当たりの通気量は0.110(cm3/(cm2・秒))/(g/m2)、タテ剛軟度は26mN、ヨコ剛軟度は7mN、剛軟度タテ/ヨコ比は3.7であり、MIT試験による耐折強さは449155回、目付CVは3.0%であった。結果を表1に示す。
ネットコンベアーの速度を調整して目付を150g/m2に変更したこと以外は、実施例1と同じ条件で、単繊維径が14.8μmの繊維からなる、目付が150g/m2のフィルター用スパンボンド不織布を得た。得られたフィルター用スパンボンド不織布の見掛け密度は0.28g/cm3、通気量は36cm3/(cm2・秒)、目付当たりの通気量は0.240(cm3/(cm2・秒))/(g/m2)、タテ剛軟度は12mN、ヨコ剛軟度は3mN、剛軟度タテ/ヨコ比は4.0であり、MIT試験による耐折強さは427542回、目付CVは3.4%であった。結果を表1に示す。
前記のポリエステル系樹脂Aと前記のポリエステル系樹脂Bを、それぞれ295℃と280℃の温度で溶融させた。その後、ポリエステル系樹脂Aを芯成分とし、ポリエステル系樹脂Bを鞘成分として、口金温度295℃、芯:鞘=80:20の質量比率で細孔から紡出した後、金属衝突板へフィラメントを衝突させ、摩擦帯電により繊維を帯電して開繊させ繊維ウェブを捕集した。捕集した繊維ウェブに、一対のフラットロールからなるカレンダーロールによって、温度が140℃で、線圧が50kg/cmの条件で仮接着した。さらに引き続いて、圧着面積率18%となる一対の彫刻ロールからなるエンボスロールで、温度が200℃で、線圧が60kg/cmの条件で熱接着し、単繊維径が16.5μmの繊維からなる、目付が260g/m2のスパンボンド不織布を得た。得られたスパンボンド不織布の見掛け密度は0.42g/cm3、通気量は11cm3/(cm2・秒)、目付当たりの通気量は0.042(cm3/(cm2・秒))/(g/m2)、タテ剛軟度は25mN、ヨコ剛軟度は11mN、剛軟度タテ/ヨコ比は2.3であり、MIT試験による耐折強さは21139回、目付CVは6.0%であった。結果を表1に示す。
ネットコンベアーの速度を調整して目付を200g/m2に変更したこと以外は、比較例1と同じ条件で、単繊維径が16.5μmの繊維からなる、目付が200g/m2のスパンボンド不織布を得た。得られたスパンボンド不織布の見掛け密度は0.37g/cm3、通気量は18cm3/(cm2・秒)、目付当たりの通気量は0.090(cm3/(cm2・秒))/(g/m2)、タテ剛軟度は15mN、ヨコ剛軟度は6mN、剛軟度タテ/ヨコ比は2.5であり、MIT試験による耐折強さは20591回、目付CVは6.2%であった。結果を表1に示す。
ネットコンベアーの速度を調整して目付を150g/m2に変更したこと以外は、比較例1と同じ条件で、単繊維径が16.5μmの繊維からなる、目付が150g/m2のスパンボンド不織布を得た。得られたスパンボンド不織布の見掛け密度は0.35g/cm3、通気量は30cm3/(cm2・秒)、目付当たりの通気量は0.200(cm3/(cm2・秒))/(g/m2)、タテ剛軟度は8mN、ヨコ剛軟度は3mN、剛軟度タテ/ヨコ比は2.7であり、MIT試験による耐折強さは18687回、目付CVは6.4%であった。結果を表1に示す。
吐出量を調整して単繊維径を変更し、ネットコンベアー速度の速度を変更したこと以外は、実施例1と同じ条件で、単繊維径が12.0μm繊維からなる目付が260g/m2のスパンボンド不織布を得た。得られたスパンボンド不織布の見掛け密度は0.37g/cm3、通気量は7cm3/(cm2・秒)、目付当たりの通気量は0.027(cm3/(cm2・秒))/(g/m2)、タテ剛軟度は47mN、ヨコ剛軟度は13mN、剛軟度タテ/ヨコ比は3.6であり、MIT試験による耐折強さは77011回、目付CVは2.2%であった。結果を表1に示す。
吐出量を調整して単繊維径を変更し、ネットコンベアー上に単繊維径14.0μmの繊維ウェブを捕集した後、その上に単繊維径18.0μmの繊維ウェブを積層して捕集し、ネットコンベアーの速度を変更し、圧着面積率10%となるエンボスロールを使用したこと以外は、比較例1と同じ条件で、表層部の単繊維径が14.0μm、裏層部の単繊維径が18.0μmの繊維からなる、目付が260g/m2のスパンボンド不織布を得た。得られたスパンボンド不織布の見掛け密度は0.33g/cm3、通気量は15cm3/(cm2・秒)、目付当たりの通気量は0.058(cm3/(cm2・秒))/(g/m2)、タテ剛軟度は28mN、ヨコ剛軟度は11mN、剛軟度タテ/ヨコ比は2.5であり、MIT試験による耐折強さは189081回、目付CVは6.6%であった。結果を表1に示す。
圧着面積率10%となるエンボスロールを使用したこと以外は、比較例3と同じ条件で、単繊維径が16.5μmの繊維からなる、目付が150g/m2のスパンボンド不織布を得た。得られたスパンボンド不織布の見掛け密度は0.29g/cm3、通気量は40cm3/(cm2・秒)、目付当たりの通気量は0.267(cm3/(cm2・秒))/(g/m2)、タテ剛軟度は12mN、ヨコ剛軟度は5mN、剛軟度タテ/ヨコ比は2.4であり、MIT試験による耐折強さは193583回、目付CVは6.3%であった。結果を表1に示す。
Claims (11)
- 熱可塑性連続フィラメントより構成され、部分的融着部を有するフィルター用スパンボンド不織布であって、前記不織布の剛軟度が2mN以上100mN以下、目付CV値が5%以下、目付が150g/m2以上300g/m2以下である、フィルター用スパンボンド不織布。
- JIS P8115:2001「紙及び板紙−耐折強さ試験方法− MIT試験機法」に準じて測定される耐折強さが10万回以上である請求項1に記載のフィルター用スパンボンド不織布。
- 熱可塑性連続フィラメントが、ポリエステル系高融点重合体の周りに当該ポリエステル系高融点重合体の融点よりも低い融点を有するポリエステル系低融点重合体を配した複合型フィラメントである、請求項1または2に記載のフィルター用スパンボンド不織布。
- 部分的熱圧着により融着されてなり、圧着面積率が5%以上15%以下である、請求項1〜3のいずれかに記載のフィルター用スパンボンド不織布。
- タテ剛軟度が10mN以上100mN以下、かつ剛軟度タテ/ヨコ比が3以上である、請求項1〜4のいずれかに記載のフィルター用スパンボンド不織布。
- 耐折強さが15万回以上である、請求項2〜5のいずれかに記載のフィルター用スパンボンド不織布。
- 目付CV値が4.5%以下である、請求項1〜6のいずれかに記載のフィルター用スパンボンド不織布。
- 熱可塑性連続フィラメントの単繊維径が10.0μm以上22.0μm以下である、請求項1〜7のいずれかに記載のフィルター用スパンボンド不織布。
- プリーツ形状に加工されてなる、請求項1〜8のいずれかに記載のフィルター用スパンボンド不織布。
- 下記(a)〜(c)の工程を順次施す、請求項1〜8のいずれか記載のフィルター用スパンボンド不織布の製造方法。
(a)熱可塑性重合体を紡糸口金から溶融押出した後、これをエアサッカーにより牽引、延伸して熱可塑性連続フィラメントを得る工程。
(b)得られたフィラメントを移動するネットコンベアー上に開繊板により繊維配列を規制し堆積させ繊維ウェブを形成する工程。
(c)得られた繊維ウェブに部分的熱圧着を施す工程。 - 上記(a)〜(c)の工程を施した後、さらにプリーツ形状に加工する請求項10記載の製造方法。
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