JP7032780B2 - 連続繊維不織布およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ポリエステルにより構成される連続繊維不織布に関し、強度が高く、黒色に着色された連続繊維不織布に関する。

ポリエステルからなる連続繊維不織布は、強度が高く、また、耐久性に優れるため、各種分野に用いられている。そのなかでも、他の素材と複合する、あるいは不織布単独で、所定の形状に成型してなる成型物は、連続繊維不織布の特性を活かした成型物が得られる。成型するにあたっては、成型金型に応じた所定の形状への伸長しうる追従性、熱成型時の寸法安定性、成型後の形態保持性等の総合した熱成型性が求められる。

熱成型性を有する不織布の構成ポリマーであるポリエステルとしては、芳香族ポリエステルのみを使用するのではなく、芳香族ポリエステルと低融点の共重合ポリエステルと併用することが提案されている（特許文献１）。特許文献１では、成型に用いる長繊維不織布を構成する連続繊維には、芳香族ポリエステルと芳香族共重合ポリエステルとを併用しており、併用の仕方としては、２つポリエステルを複合紡糸して芯鞘複合繊維やサイドバイサイド繊維とする方法、２つポリエステルをブレンドしてブレンド紡糸してブレンド繊維とする方法、低融点熱接着繊維と高融点繊維とを混繊する方法を挙げている。

また、特許文献２では、芳香族ポリエステルと低融点の芳香族共重合ポリエステルとを混合または共重合した樹脂組成物の連続繊維からなる不織布を採用することにより、低モジュラスで高伸張性に優れるものが得られることを提案している。

特開２００７－６２０８４号公報 特許請求の範囲、段落番号００１５ 特許第４１２０８８３号公報 特許請求の範囲

しかしながら、特許文献１、２に開示された芳香族ポリエステルと低融点の芳香族共重合ポリエステルとによって構成される不織布は、エンボス点で熱圧着される際に、低融点の芳香族共重合ポリエステルが熱接着成分として機能するため、繊維同士の接着性が上がり、不織布強度は向上する傾向となるが、低融点の共重合ポリエステルを含むため、耐熱性に劣る。すなわち、熱成型の際に、高温に加熱するため寸法安定性を要するが、低融点の成分を含むと、高温下での加熱処理によって熱収縮が大きくなり、安定した熱成型加工を施しにくいという問題がある。

本発明は、強度および伸度が高く、成型金型に応じた所定の形状への良好な追従性、熱成型時の寸法安定性、成型後の形態保持性等の総合した熱成型性が向上し、より耐熱性に優れた連続繊維不織布を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、本発明に到達した。

すなわち、本発明は、芯鞘型複合繊維によって構成される連続繊維不織布であり、
芯鞘型複合繊維において、芯部および鞘部を構成するポリマーが両者共に芳香族ポリエステルポリマー（Ａ）であり、該芳香族ポリエステルポリマー（Ａ）の結晶融点が２４０～２７０℃であり、
芯部および鞘部を構成するポリマーのいずれにもカーボンブラックを含有し、かつカーボンブラックの含有量が、芯部のポリマーにおける含有量よりも鞘部のポリマーにおける含有量が多く、
不織布は、部分的に熱圧着された熱圧着部を有することにより、連続繊維同士が一体化していることを特徴とする連続繊維不織布を要旨とする。

以下、本発明について、詳細に説明する。

本発明の連続繊維不織布は、芯鞘型複合繊維によって構成され、芯部および鞘部を構成するポリマーが両者ともに芳香族ポリエステルポリマー（Ａ）である。

芳香族ポリエステルポリマー（Ａ）（なお、以下、芳香族ポリエステルポリマー（Ａ）を「芳香族ポリエスエル（Ａ）」と略記することもある。）は、コポリマーではなくホモポリマーであることから、結晶性が高く、ＤＳＣ融解吸熱曲線を描いた際に、明確な融点ピーク（結晶融点）を示す。本発明において用いられる芳香族ポリエステル（Ａ）としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート等が挙げられ、耐熱性の観点から、結晶融点は２４０～２７０℃のものとし、ポリエチレンテレフタレートを好ましく用いる。このような結晶性が高い芳香族ポリエステル（Ａ）を芯部と鞘部を構成するポリマーの両者に用いることから、本発明の連続繊維不織布は耐熱性に優れる。また、第三成分が共重合してなるコポリマーではなく、エチレンテレフタレートなどの単一モノマー成分の繰り返し単位からなるポリエチレンテレフタレートなどのホモポリマーを用いることにより、構成繊維および不織布の強度や伸度等の機械的物性が向上する。また、コスト的にも有利である。

本発明における連続繊維は、芯部と鞘部に同じ芳香族ポリエステル（Ａ）を配するが、芯部と鞘部のいずれのポリマーにおいても、カーボンブラックを含有し、かつ、芯部と鞘部におけるカーボンブラックの含有量に差を設けることを特徴とする。

すなわち、芯部と鞘部とにおけるカーボンブラックの含有量が、芯部のポリマーにおける含有量よりも鞘部のポリマーにおける含有量が多い。カーボンブラックの含有量が多さに応じて、その熱伝導性が変化する。すなわち、芯部と鞘部に同じ芳香族ポリエステル（Ａ）を配しているが、カーボンブラックの含有量の多い鞘部と、カーボンブラックの含有量の少ない芯部とを比較すると、カーボンブラックの含有量の多い鞘部の方が熱が伝わりやすくなる。その結果、特定の熱を付加した際に、鞘部の方が熱が伝わりやすく、軟化しやすくなり、一方、カーボンブラックの含有量の少ない芯部は熱が伝わりにくく、軟化しにくい。したがって、本発明の不織布は、部分的に熱圧着された熱圧着部を有することによって連続繊維同士が一体化しているが、熱圧着部を形成する際に、鞘部は、熱が伝わりやすいため、融点よりも低い温度で良好に軟化することから、熱接着性に優れるものとなる。さらに、融点よりも低い温度で良好に軟化するため、熱接着処理温度を融点よりも低い温度に設定しても、鞘部のポリマーは良好に軟化して熱接着成分として機能し、繊維同士を良好に接合する。このように、熱接着処理温度を融点よりも低い温度にて熱圧着部を形成させて得られた不織布は、熱圧着部において熱の影響が大きくないため、フィルム樹脂化しにくく、引っ張りに対して伸張しやすく破壊や破断が生じにくいことから、伸度が向上でき、熱成型時の追従性が良好となる。さらには、熱圧着された箇所（熱圧着部）において、融点以下の低い温度で熱処理が施されており、かつ、芯部は、鞘部よりもカーボンブラックの含有量が少ないため熱が伝わりにくいことから、芯部への熱の影響がなく、熱圧着部においても芯部は良好に強度を維持する。熱圧着処理については後述するが、熱処理時の設定温度は、芳香族ポリエステル（Ａ）の融点よりも９０～６０℃低い温度に設定することができ、このような融点より９０～６０℃もの低い温度であっても良好に熱接着されて実用的な強度を発揮することができる。なお、芯部と鞘部は両者ともに同じ芳香族ポリエステルが配されるが、本発明の目的が達成されれば、両者の粘度は、同じものであっても、異なるものであってもよい。特に、鞘部が熱接着成分として機能することを考慮すれば、粘度は、同等もしくは、鞘部の粘度が低いもの（流動しやすいもの）を用いることが好ましい。

芯部と鞘部とに含有するカーボンブラックの含有量には差を設けるが、具体的な含有量としては、下式１、２を満たしていることが好ましい。
式１：０．５質量％≦鞘部ポリマーのカーボンブラック含有量≦３質量％
式２：０＜芯部ポリマーのカーボンブラック含有量≦１質量％
鞘部を構成するポリマーのカーボンブラック含有量が０．５質量％以上とすることにより、上記したカーボンブラックを含有することによる所望する効果を良好に発揮することができる。また、鞘部を構成するポリマーのカーボンブラック含有量の上限を３質量％とすることにより、繊維を製造する際の溶融紡糸工程において、製糸性が良好で、糸切れが発生しにくい。

一方、芯部を構成するポリマーに、カーボンブラックを含有しない場合、芯部が色を有しないので透けるため、繊維の色が黒を発色するように見えず、グレー色を呈し斑があるように見える。したがって、本発明においては、斑なく美観性を呈する黒色の不織布とするために、芯部ポリマーにもカーボンブラックを含有させる。芯部に含有するカーボンブラックの含有量の上限を１質量％とすることにより、芯部において良好な強度を発揮し、引張りに対して破壊や破断が生じにくく良好に伸張し、成型性にも優れた不織布を得ることができる。

なお、本発明の芯部あるいは鞘部を構成するポリマー中に、本発明の目的を阻害しない範囲で、顔料、帯電防止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、耐候剤、難燃剤、抗菌等の添加物を添加してもよい。

複合繊維における芯部と鞘部の複合比（質量比）は、芯部／鞘部＝９０／１０～５０／５０が好ましい。芯部の質量を少なくとも５０質量％以上とすることにより、機械的強度に優れる繊維および不織布を得ることができ、一方、芯部の質量を多くとも９０質量％以下とすることにより、繊維同士の接着剤として鞘部を良好に機能させることができ、不織布として良好に形態保持できる。

複合繊維の単繊維繊度は、不織布の用途に応じて適宜選択すればよく、特に限定しないが、一般に０．５～１２デシテックス程度がよい。

本発明の不織布は、上記した芯鞘型複合繊維が集積されてなり、部分的に熱圧着された熱圧着部と熱圧着されていない部分（非熱圧着部）とを有し、熱圧着部を有することにより、繊維同士が一体化している。

このように部分的に熱圧着された熱圧着部を有する不織布は、その不織布の機械的強力は、構成繊維の強力と熱圧着部における接着強力に依存する。ここで、部分熱圧着部において構成繊維が、構成ポリマーの融点付近の加熱により溶融固着していると、部分熱圧着部が溶融樹脂化したフィルム状物となり、熱成型時の伸張に追従できずに伸びず、部分熱圧着部において破断が発生しやすくなる。したがって、部分熱圧着部が溶融樹脂化すると、その熱圧着部が強固に接着しているために、伸びに対する応力が非常に高くなり、応力が熱圧着部に集中して、結局、その箇所で破断してしまい、所望の形状に追従する成型品を得にくい。本発明では、熱圧着部においても、鞘部が融点よりも６０～９０℃低い温度での熱処理によってポリマーが軟化することにより繊維同士が接着し、芯部のポリマーは熱の影響を受けにくく、配向結晶化が促進した状態で繊維形態を維持していることから、熱圧着部は溶融固化したフィルム状物になりにくく、熱圧着部における繊維自体の強度が低下しにくい。したがって、熱成型の際には小さい力で伸びやすく、高い伸度を呈して、また破断しにくいことから、所望の形状に良好に追従する。また、芯部と鞘部がいずれも芳香族ポリエステル（Ａ）によって構成されるため、コポリマーからなるものと比較して、強度や伸度等の機械的物性に優れるうえに、耐熱性に優れることから、熱成型時に付与される高温の加熱によっても熱収縮しにくく、取扱い性が良好で、熱成型時の寸法安定性、成型後の形態保持性が良好となる。

本発明の連続繊維不織布の目付は、用途に応じて適宜選択すればよいが、一般に、１０～２００ｇ／ｍ^２程度がよい。目付が１０ｇ／ｍ^２未満であると、地合および機械的強力に劣る場合があり、実用的ではない。一方、目付が２００ｇ／ｍ^２を超えるとコスト面で不利である場合がある。熱成型性を考慮すると、１０～８０ｇ／ｍ^２がよい。

次に、本発明の不織布の好ましい製造方法について説明する。

本発明の不織布は、スパンボンド法によって効率よく製造することができる。まず、上述した芳香族ポリエステル（Ａ）を準備し、芯部を構成するポリマーおよび鞘部を構成するポリマーには、芯部のポリマーにおける含有量よりも鞘部のポリマーにおける含有量が多くなるよう所定量のカーボンブラックを含有させる。そして、個別に溶融計量し、芯鞘型複合紡糸口金を用いて、カーボンブラックの含有量が多いポリマーは鞘部を構成するノズル孔に、カーボンブラックの含有量が少ないポリマーは芯部を構成するノズル孔に、それぞれ供給し溶融紡糸する。紡糸口金より紡出した紡出糸条は、従来公知の横吹き付けや環状吹き付け等の冷却装置を用いて冷却した後、吸引装置を用いて牽引細化して引き取る。

牽引細化の際の牽引速度は、３５００～４５００ｍ／分に設定する。牽引速度が３５００ｍ／分未満であると、糸条においては、十分に分子配向が促進されず、得られる不織布が熱収縮しやすく寸法安定性が劣る傾向となる。一方、牽引速度が４５００ｍ／分を超えると、糸条への大きな応力がかかり構成ポリマーにおいても結晶化が進むことから、伸度が低いものとなり、成型性に不向きな不織布となる。

牽引細化した芯鞘型複合繊維は、公知の開繊器具にて開繊された後、スクリーンコンベアなどの移動式捕集面上に開繊堆積させて、不織ウェブを形成する。その後、この不織ウェブに、熱エンボス装置などの熱圧着装置を用いて部分的に加熱圧着することにより、構成繊維同士を一体化して本発明の不織布を得る。

部分的に加熱加圧する際の熱処理温度（熱エンボス装置のロール設定温度）が、芳香族ポリエステル（Ａ）の融点よりも９０～６０℃低い温度に設定するとよい。本発明における芯鞘型複合繊維は、上記したように、芯部と鞘部に同じ芳香族ポリエステル（Ａ）を配するが、カーボンブラックの含有量の違いにより、熱の伝わりやすさが異なる。すなわち、カーボンブラックの含有量が多い鞘部は、熱が熱の伝わりやすいため、融点よりも９０～６０℃も低い温度で鞘部は良好に軟化し繊維同士を接着することから実用的な強度を有する不織布が得られる。熱処理温度が、融点よりも９０℃低い温度よりさらに低い温度に設定すると、鞘部が軟化しにくくなり接着強力が劣る傾向となる。一方、融点よりも６０℃低い温度より高い温度に設定すると、熱圧着部が溶融固化して樹脂化しやすくなり、成型にあたっての所望の追従性が得られにくくなる。

本発明の不織布は、上記した構成を採用したことから、強度および伸度が向上したものとなる。そして、強伸度が高く、耐熱性を有することから、熱成型性にも優れたものとなる。したがって、不織布として幅広い用途に適用できるとともに、所望の形状に熱成型する用途、例えば、各種容器やトレー、フィルター、自動車内装材等において、不織布単独または他の素材と複合して良好に用いることができる。

以下、本発明を、実施例によりさらに具体的に説明する。本発明は、これらの実施例により限定されるものではない。

なお、実施例、比較例にて得られた不織布の各特性値の評価方法は、以下の通りである。
（１）融点（℃）
示差熱走査型熱量計（パーキンエルマ社製、ＤＳＣ－２型）を用い、試料質量を５ｍｇ、昇温速度を１０℃／分で測定し、得られた融解吸熱曲線の最大値を与える温度を融点（℃）とした。
（２）目付（ｇ／ｍ^２）
不織布から、１０ｃｍ×１０ｃｍの試料片を裁断し、これを１０点作製した。標準状態（２０℃、６５％ＲＨ）において各試料片を秤量し、この秤量の平均値を算出した。この平均値を単位面積当たりの質量に換算し、不織布の目付け（ｇ／ｍ^２）とした。
（３）繊度（ｄｔｅｘ）
部分熱圧着前における堆積されたウェブの状態から、構成繊維をランダムに５０本抜き出し、これらの繊維径を顕微鏡にて測定した。この測定値を密度補正して、各々の繊維の繊度を算出し、さらに平均値を求め、繊度とした。
（４）５％強力（Ｎ／５ｃｍ）
下（５）と同条件で測定した際の、５％伸長時の応力を５％強力とした。
（５）引張強力（Ｎ／５ｃｍ）
試料長２０ｃｍ、試料幅５ｃｍの試料片を１０点作製し、各試料片について、定速伸張型引張試験機（オリエンテック社製、「テンシロンＵＴＭ－４－１－１００」）を用い、つかみ間隔１０ｃｍ、引張速度２０ｃｍ／分で伸張した際の、切断時の破断荷重（Ｎ／５ｃｍ）を測定した。そして、破断荷重の平均値を引張強力とした。測定は、機械方向（ＭＤ）および機械方向と直交する方向（ＣＤ）において測定した。
（６）破断伸度（％）
上記（５）における評価前の試料片長さをＬ_０とし、切断時の試料片長さをＬとして、下記式によって算出した。
（破断伸度）（％）＝｛（Ｌ－Ｌ_０）／Ｌ_０｝×１００
（７）乾熱収縮率（％）
１５ｃｍ×１５ｃｍの試料片を５点準備した。各々の試料片を、温度１８０℃で５分間放置し、収縮率を下式により算出した。算出された値の平均値を、乾熱収縮率とした。
（乾熱収縮率）（％）＝［（１５－Ｌｘ）／１５］×１００
なお、上記式において、Ｌｘは、５分間放置した後の試料の長さを示す。

実施例１
芳香族ポリエステル（Ａ）として、融点２５８℃、固有粘度０．７０のポリエチレンテレフタレートを使用した。この芳香族ポリエステル（Ａ）を鞘／芯＝３０／７０（質量比）となるように個別に計量した後、個別のエクトル－ダー型押出機を用いて溶融し、芯鞘形複合断面となるように溶融紡糸した。その際、芯部にはカーボンブラックを０．５質量％の割合で添加し、鞘部にはカーボンブラックを１．０質量％の割合で添加した。

紡出糸条を公知の冷却装置にて冷却した後、引き続いて紡糸口金の下方に設けたエアーサッカーにて牽引速度４０００ｍ／分で牽引細化し、公知の開繊器具を用いて開繊した。さらに、移動するスクリーンコンベア上にウェブとして捕集堆積させた。なお、堆積させた複合連続繊維の単糸繊度は３．０デシテックスであった。

次いで、このウェブを、エンボスロールと表面平滑な金属ロールとからなる熱エンボス装置に通して熱処理を施し、目付が３０ｇ／ｍ^２であるポリエステル系連続繊維不織布を得た。熱エンボス条件としては、両ロールの表面温度を１７０℃とした。エンボスロールとして、個々の面積が０．６ｍｍ^２の六角形の彫刻模様で、圧接点密度が２０点／ｃｍ^２、圧接面積率が１５％のものを用いた。

実施例２、３
実施例１と同様の条件で、目付が４０ｇ／ｍ^２、５０ｇ／ｍ^２のポリエステル系連続繊維不織布を得た。

比較例１
実施例１にて用いたポリエチレンテレフタレートを用いて、単相で円形断面となるように溶融紡糸した。なお、ポリエチレンテレフタレートには、カーボンブラックを０．７質量％の割合で添加した。

紡出糸条を公知の冷却装置にて冷却した後、引き続いて紡糸口金の下方に設けたエアーサッカーにて牽引速度５０００ｍ／分で牽引細化し、公知の開繊器具を用いて開繊した。さらに、移動するスクリーンコンベア上にウェブとして捕集堆積させた。なお、堆積させた繊維の単糸繊度は２．４デシテックスであった。

次いで、このウェブを、エンボスロールと表面平滑な金属ロールとからなる熱エンボス装置に通して熱処理を施し、目付が３０ｇ／ｍ^２であるポリエステル系連続繊維不織布を得た。熱エンボス条件としては、両ロールの表面温度を１９０℃とした。エンボスロールとして、個々の面積が０．６ｍｍ^２の六角形の彫刻模様で、圧接点密度が２０点／ｃｍ^２、圧接面積率が１５％のものを用いた。

比較例２、３
比較例１と同様の条件で、目付が４０ｇ／ｍ^２、５０ｇ／ｍ^２のポリエステル系連続繊維不織布を得た。

比較例４
比較例１において、牽引速度を４０００ｍ／分としたこと以外は、比較例１と同様にしてポリエステル系連続繊維不織布を得た。なお、捕集堆積させた不織ウェブの繊維の単糸繊度は３．０デシテックスであった。

比較例５、６
比較例４と同様の条件で、目付が４０ｇ／ｍ^２、５０ｇ／ｍ^２のポリエステル系連続繊維不織布を得た。

得られた実施例および比較例の評価結果を表１に示す。なお、乾熱収縮率に関しては、実施例３、比較例３、６にて得られた不織布について測定評価した。

表１から明らかなように、本発明の不織布である実施例１～３は、比較例のものと比べて、引張強力および伸度が非常に高い。したがって、強力が高く、伸びが大きいので、成型の際に所望の成型金型に追従することができ、また、成型時の応力によって破れ等が生じにくい。

Claims (5)

1. 芯鞘型複合繊維によって構成される連続繊維不織布であり、
   芯鞘型複合繊維において、芯部および鞘部を構成するポリマーが両者共に芳香族ポリエステルポリマー（Ａ）であり、該芳香族ポリエステルポリマー（Ａ）の結晶融点が２４０～２７０℃であり、
   芯部および鞘部を構成するポリマーのいずれにもカーボンブラックを含有し、かつカーボンブラックの含有率が、芯部のポリマーにおける含有量よりも鞘部のポリマーにおける含有量が多く、
   不織布は、部分的に熱圧着された熱圧着部を有することにより、連続繊維同士が一体化していることを特徴とする連続繊維不織布。
2. 芯部および鞘部を構成するポリマーが含有するカーボンブラックの含有量が、下式１、２を満たしていることを特徴とする請求項１記載の連続繊維不織布
   式１：０．５質量％≦鞘部ポリマーのカーボンブラック含有量≦３質量％
   式２：０＜芯部ポリマーのカーボンブラック含有量≦１質量％
3. 芯部と鞘部の質量比率が、（芯部）／（鞘部）＝９０／１０～５０／５０であることを特徴とする請求項１または２記載の連続繊維不織布。
4. 芯鞘型複合ノズル孔を用いて溶融紡糸し、得られた芯鞘型複合繊維を集積して連続繊維不織布を製造する方法であり、
   芯部を構成するためのノズル孔に、カーボンブラックを含有する芳香族ポリエステルポリマー（Ａ）であって、結晶融点が２４０～２７０℃の芳香族ポリエステルポリマー（Ａ）を供給し、
   鞘部を構成するためのノズル孔に、カーボンブラックを含有する芳香族ポリエステルポリマー（Ａ）であって、結晶融点が２４０～２７０℃の芳香族ポリエステルポリマー（Ａ）であり、前記芯部を構成する芳香族ポリエステルポリマーにおけるカーボンブラックの含有量よりもカーボンブラックの含有量が少ないポリマー（Ａ）を供給して溶融紡糸し、
   牽引速度３５００～４５００ｍ／分で引き取り、
   得られた芯鞘型複合繊維を集積し、集積してなる不織ウェブに部分的に加熱加圧することにより、芯鞘型複合繊維の鞘部の芳香族ポリエステルポリマー（Ａ）を軟化させて繊維同士を接着することにより一体化することを特徴とする請求項１記載の連続繊維不織布の製造方法。
5. 部分的に加熱加圧する際の熱処理温度が、芳香族ポリエステルポリマー（Ａ）の融点よりも９０～６０℃低い温度であることを特徴とする請求項４記載の連続繊維不織布の製造方法。