JP7148585B2 - メルトブロー不織布及び吸収性物品 - Google Patents
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Description
メルトブロー不織布は、メルトブロー法により製造される不織布である。
メルトブロー不織布を製造する技術に関し、特許文献1には、メルトブロー法によりポリプロピレン繊維及びそのウエブを製造する際に、ポリプロピレン樹脂として、温度230℃、荷重2160gにおけるメルトインデックスが70~500g/10分であるポリプロピレンを用い、且つノズル内における当該ポリプロピレン樹脂の溶融粘度を50ポイズ以下とする方法が記載されている。また、特許文献1には、ポリプロピレン樹脂に対して結晶核剤と称される無機、有機化合物を添加することが記載されている。
しかし、繊維径が小さい繊維を得るためには、熱風の使用量を増大させる必要があり、製造コストが上昇しやすい。また、本発明者らの検討によれば、熱風の使用量を増やすと紡糸時の繊維の勢いが強まるため繊維が乱れやすく、そのため不織布の地合いが悪くなる傾向も見られた。不織布の地合いとは、不織布の見た目に関わる品質のことをいい、地質が均一で見た目にムラがない不織布ほど地合いが良いという。
不織布の地合いの悪さは単に見た目が不均一というだけにとどまらず、不織布の用途にもよるが、例えばフィルターとして使用する場合にその性能の低下につながり、耐水圧が期待される用途に用いた場合にその耐水圧の低下につながる。
従来においては、繊維径が小さく且つ地合いの良好な不織布の製造は困難であり、特許文献1~3の技術も、そのような要請に十分に応えるものではなかった。
本発明のメルトブロー不織布は、構成繊維の繊維径が小さく、地合いが良好であり、また吸光度が高いため色や物の隠蔽性にも優れている。
本発明のメルトブロー不織布の製造方法は、メルトブロー法により不織布を製造する方法であり、熱可塑性樹脂組成物を加熱溶融した後、その溶融物をノズルから吐出させ、吐出させた溶融物を、気流により延伸させて繊維状とする紡糸工程を具備する。繊維状となった溶融物は、捕集工程において、ネットコンベアーや捕集スクリーンといった公知の捕集手段上に堆積され、互いに融着により接着されて不織布化される。
本発明に用いる熱可塑性樹脂組成物は、下記(1)の成分を含んでいる。
(1)全体としてのMFRが500g/10分以上の熱可塑性樹脂。
熱可塑性樹脂組成物に含まれる熱可塑性樹脂は、全体としての温度230℃、荷重2160gにおけるメルトフローレートが500g/10分以上である。以下、温度230℃、荷重2160gにおけるメルトフローレートを、単に「MFR」という。
熱可塑性樹脂組成物に含まれる熱可塑性樹脂は、全体としてのMFRが500g/10分以上である。即ち、熱可塑性樹脂組成物に1種類の熱可塑性樹脂のみが含まれる場合は、その熱可塑性樹脂のMFRが500g/10分以上であり、2種以上の熱可塑性樹脂が含まれる場合は、それらの混練物としてのMFRが500g/10分以上である。
従来、このような高MFRの樹脂と溶解型結晶核剤を組み合わせる技術は見出されておらず、本発明において、この組み合わせによって構成繊維の繊維径が小さいだけでなく、地合いも良いメルトブロー不織布を、熱風使用量を抑制しつつ効率よく製造することができることが初めて見出された。
ここでいう、熱可塑性樹脂の含有割合は、熱可塑性樹脂組成物に含まれる熱可塑性樹脂の総量の、該熱可塑性樹脂組成物の全質量に対する割合であり、例えば、熱可塑性樹脂組成物に1種類の熱可塑性樹脂のみが含まれている場合は、その熱可塑性樹脂の質量の、熱可塑性樹脂組成物の全質量に対する割合であり、熱可塑性樹脂組成物に複数種の熱可塑性樹脂が含まれている場合は、複数種の熱可塑性樹脂の合計質量の、熱可塑性樹脂組成物の全質量に対する割合である。
全体としてのMFRが500g/10分以上の熱可塑性樹脂の含有割合が90質量%以上であることにより、熱風使用量を抑制しつつ、得られる不織布の繊維径を小さくし、地合いが良好な不織布を製造することができる。これは、繊維径については、全体としてのMFRが500g/10分以上の熱可塑性樹脂の含有割合が90質量%以上であると熱可塑性樹脂が延伸しやすくなるためと考えられる。一方、地合いについての機構は定かではないが、全体としてのMFRが500g/10分以上の熱可塑性樹脂の含有割合が90質量%以上であると熱可塑性樹脂が延伸しやすくなる、或いはノズルから吐出された樹脂同士の絡まりが起こりにくくなる等の効果により、繊維の乱れが抑制されるためと推察される。
7210に準拠し、試験温度230℃、荷重2160gで測定する。なお、出来上がった不織布を再溶融させ、同様に測定を行うことで構成樹脂に関するMFRを測定することもできる。
また、熱可塑性樹脂組成物は、単独でのMFRが500g/10分以上の熱可塑性樹脂として、ポリオレフィン樹脂を含むことが好ましく、ポリプロピレン樹脂を含むことが更に好ましい。ここでいう、ポリプロピレン樹脂には、プロピレンのホモポリマーの他、プロピレンと他のエチレン等のα-オレフィンとのランダムコポリマー、プロピレンとα-オレフィンとのブロックコポリマー等が含まれる。ポリプロピレン樹脂は、重量平均分子量が、好ましくは25000以上、より好ましくは35000以上であり、また好ましくは80000以下、より好ましくは60000以下である。
(2)溶解型結晶核剤
結晶核剤は、有機系の結晶核剤と無機系の結晶核剤とに大別されるが、有機系の結晶核剤が好ましい。有機系の結晶核剤は、タルクやシリカ等の無機系の結晶核剤に比して分散性に優れ少量で効果が得られやすい。
また、有機系の結晶核剤は、溶解型の結晶核剤と分散型の結晶核剤とに区別することができる。本発明においては、その溶解型の結晶核剤(溶解型結晶核剤ともいう)を用いる。
溶解型結晶核剤としては、熱可塑性樹脂組成物中の主たる熱可塑性樹脂の溶解型結晶核剤として市販のもの等を用いることができる。例えば、熱可塑性樹脂組成物に含まれる主たる熱可塑性樹脂がポリプロピレン樹脂の場合、ポリプロピレン樹脂の溶解型結晶核剤として市販の各種の結晶核剤を用いることができ、一例を示せば、新日本理化株式会社の「ゲルオールD」、「ゲルオールMD」、「ゲルオールDXR」及び「リカクリアPC1」、BASF社の「IRGACLEAR XT386」等を用いることもできる。ポリプロピレンの溶解型結晶核剤は、ソルビトール系の結晶核剤、例えば、前述した「ゲルオールD」、「ゲルオールMD」、「ゲルオールDXR」等、又はアミド系の結晶核剤、例えば、前述した「リカクリアPC1」、「IRGACLEAR XT386」等を用いることが好ましい。
溶解型結晶核剤は、一種を単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
溶解型結晶核剤が含まれていることは、メルトブロー不織布を再溶融して得られる熱可塑性樹脂組成物を示差走査熱量計測定等により分析することで確認することができる。また、再溶融状態の熱可塑性樹脂組成物から高沸点溶剤を用いて溶解型結晶核剤を抽出し、高速液体クロマトグラフィー法や核磁気共鳴法等の公知の分析手法により化合物種の特定をすることができる。溶解型結晶核剤であれば、溶解温度以上に十分加熱された熱可塑性樹脂組成物を観察しても、溶解型結晶核剤の凝集物等が観察されない。
しかし、不織布製造装置の運転を一時的に停止した後、再開したときなどに、停止中にも分子量の減少が生じることに起因し、生産される不織布の品質を不安定化させる等の観点から「分子量低減剤」は使用しないことが好ましい。
例えば、スクリューを内蔵したバレル及び原料投入部を備えた押出機と、押出機に直接又はギアポンプ等を介して接続されたダイとを備えた公知の不織布製造装置を用いて製造することができる。その場合、好ましくは、熱可塑性樹脂組成物は、例えばペレットとして原料投入部から押出機内に供給され、押出機中において加熱されて溶融状態となり、その溶融物が、押出機から直接又はギアポンプ等を介してダイに供給される。ダイには、溶融物を吐出させる複数のノズルが直列した状態に形成されており、ダイに供給された溶融物は、複数のノズルから吐出されるとともに、そのノズルを挟んでその両側に位置する吹き出し口から噴射される高温高圧の気流によって延伸され、繊維状となる。そして、繊維状となった溶融物が、前述した公知の捕集手段上に堆積し、繊維どうしが互いに融着してメルトブロー不織布となる。ダイに設けられた複数のノズルは、好ましくは一定の間隔で直列している。また、高温高圧の気流は、好ましくは空気流であるが、他のガスの気流であっても良い。
その理由は定かではないが、まず一般的に、溶解型結晶核剤は熱可塑性樹脂の結晶核となり、結晶化を促進させる機能があると言われている。特許文献1においても、その効果により表面層が急激に凝固することが、メルトブロー繊維の極細化につながるとの記載がある。しかし、本発明者らが本発明のメルトブロー不織布を分析してみたところ、そのような熱可塑性樹脂の顕著な結晶化促進は確認できなかった。これは、本発明の熱可塑性樹脂組成物中の90質量%以上を占める熱可塑性樹脂は、全体としてのMFRが500g/10分以上と流動性が高いため、通常の熱可塑性樹脂とは結晶化の挙動が違うためと推察される。
一方、溶解型結晶核剤は冷却過程でネットワーク構造を形成するとの報告がある。したがってまず、本発明におけるノズルから吐出される熱可塑性樹脂組成物の溶融物は粘度が低く、流動性が高いため、吐出された溶融物が、気流を受けると比較的容易に引き伸ばされる。一方、その溶融物の冷却過程において、溶解型結晶核剤がネットワーク構造を形成しているため、粘度が低い溶融物が引き伸ばされても破断されにくくなることによって、熱風使用量を増大させなくても、繊維径が小さな繊維が形成されやすく、大きく引き伸ばされた長い繊維が生じやすい。そのような長い繊維が、不織布の平面方向に拡がって配されることによって地合いが均質化されやすくなっているものと推察している。
本発明の好ましい実施形態において得られる吸光度の高いメルトブロー不織布によれば、その吸光度が高いことによって、色や物の隠蔽性を、従来のメルトブロー不織布に比して向上させることができる。また、色や物の隠蔽性を従来のメルトブロー不織布と同等に維持しながら、厚みや坪量を減少させたりすることもできる。
例えば、熱可塑性樹脂組成物の溶融物を、ノズルから吐出させる際の温度を280℃以下とし、気流の温度を280℃以下として、エネルギー消費量を大幅に抑制したメルトブロー不織布の製造方法も可能である。また、下限は樹脂の融点以上とする必要があり、温度が高い方が細い繊維になりやすい。ノズルから吐出させる際の温度とは、例えば、ノズルから吐出する直前の溶融物の温度であり、通常ダイの温度と同程度である。気流の温度は、ノズル近傍に配された吹き出し口から噴射する気体の温度である。
本発明のメルトブロー不織布の製造方法によれば、熱風使用量を抑制しつつ、溶融物が大きく延伸した、繊維径が小さい繊維からなるメルトブロー不織布の製造が可能である。
メルトブロー不織布の構成繊維の平均繊維径が5μm以下であると、メルトブロー不織布が、(ア)フィルター性、及び(イ)耐水性等に優れたものとなる。
(ア)フィルター性に優れることは、各種分離膜や衛生マスク等として用いた場合に、除去したい異物を効率よく捕集できる等の利点がある。
(イ)耐水性に優れることは、例えば生理用ナプキンや使い捨ておむつ等の吸収性物品の裏面シートや側方カフス等として用いた場合に、防漏性が高くなる等の利点がある。
フィルター性の向上の観点から、メルトブロー不織布の構成繊維の平均繊維径は、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは0.3μm以上であり、また好ましくは5μm以下、より好ましくは2μm以下である。
〔平均繊維径の測定方法〕
おむつ等から測定対象の不織布を得る場合は、コールドスプレー又は有機溶剤でホットメルトを無効化させ、測定対象の不織布を丁寧に剥がして単離する。この工程は、特に記載が無い限り、本明細書中において、全ての測定に共通である。
平均繊維径は、まず、不織布からランダムに小片サンプル5個を採取する。次に、走査型電子顕微鏡等で視野に20~60本の繊維が映るよう1000~10000倍に拡大した写真を撮影する。視野内の全ての繊維について、それぞれ1回ずつカウントするよう繊維径を測定し、平均値の小数点以下第一位を四捨五入し算出することで求める。
本発明のメルトブロー不織布の製造方法によれば、地合いの良いメルトブロー不織布の製造が可能である。地合い指数は地合いの良否の評価基準となり、小さいほど地合いが良好であることを意味する。
地合い指数が低く195以下であると、メルトブロー不織布は、外観上、むらが目立たないものとなり、高級感のあるものとなる。また、地合い指数が195以下であると、メルトブロー不織布は、耐水圧が期待される用途に用いた場合にその耐水圧に優れたものとなる。
外観の向上や耐水圧の向上等の観点から、地合い指数は、より好ましくは190以下であり、更に好ましくは185以下であり、低ければ低いほど好ましい。
〔耐水圧の測定方法〕
耐水圧は、JIS L1092に記載の耐水度試験に準拠して測定する。なお、試験片の大きさが規定に満たない時には、採取できる面積の試験片に水が当たるよう測定面積を縮小した装置を組み、同様の方法で測定を行うことができる。
測定は10枚の試験片について行い、その平均値をサンプルの耐水圧とする。
野村商事株式会社製の地合い計(フォーメーションテスター「FMT-MIII」を用いて求める。
具体的には、メルトブロー不織布のサンプルを試料台の上に置き、サンプルの片面側から光を照射した際の透過像を二次元CCDカメラで捕える。サンプル中の有効サイズ10cm×10cmを320×230画素に分解し、それぞれの画素が受ける光の強さを測定し、画素それぞれに対する透過率を下記の式で算出する。
透過率T(%)=〔(VT-VR)/(V100-V0)〕×100 ・・・(1)
ただし、VTは点灯時(サンプル有)の透過光量、VRは、消灯時(サンプル有)の透過光量であり、V100は点灯時(サンプル無)の透過光量、V0は、消灯時(サンプル無)の透過光量である。
得られた透過率Tから下記式(2)に従い吸光度を算出する。
吸光度E=2-logT ・・・(2)
得られた吸光度から下記式(3)により地合い指数を算出する。
地合い指数=吸光度Eの変動係数×10
=〔吸光度の標準偏差(σ)〕/〔吸光度の平均値(Eave.)〕×10
・・・(3)
測定は10枚の試験片について行い、その平均値をサンプルの地合い指数とする。
なお、サンプルサイズが小さく、有効サイズとして10cm×10cmの大きさが得られない場合は、該サンプルを試料台中央に置き、有効サイズを該サンプルの大きさ未満かつできるだけ広い面積となるよう適宜指定して測定を行うことで、そのサンプルの地合い指数を求めることができる。
本発明のメルトブロー不織布の製造方法によれば、吸光度が高く、色や物の隠蔽性に優れたメルトブロー不織布を得ることができる。
坪量10g/m2相当の平均吸光度が0.17以上であると、色や物品自体を消費者になるべく見えないようにした方が良い個所に用いたときに、当該色や物の隠蔽性に優れている。例えば、生理用ナプキンや使い捨ておむつ等の吸収性物品の裏面シートや側方カフス等として用いたときに、吸収体に吸収された経血や尿の色の隠蔽性に優れている。
色や物の隠蔽性の向上の観点から、平均吸光度は、より好ましくは0.18以上であり、更に好ましくは0.19以上である。隠蔽性の観点からは大きければ大きいほど好ましいが、適度な光透過性の観点からは、平均吸光度は、好ましくは0.6以下であり、より好ましくは0.5以下である。
〔平均吸光度の測定方法〕
上述の〔地合い指数の測定方法〕に記載の方法により、メルトブロー不織布のサンプルについて、320×230の画素それぞれに対する透過率Tを算出し、算出した透過率Tから前記の式(2)に従い、画素それぞれの吸光度を算出する。そして、それらの平均値を試験片の吸光度とする。一つのサンプルにつき、10枚の試験片について試験片の吸光度を求め、それらの平均値を、メルトブロー不織布の平均吸光度とする。坪量10g/m2相当の平均吸光度は、求めたメルトブロー不織布の平均吸光度をNとし、下記式(4)により求められる。メルトブロー不織布の坪量は、後述の〔嵩密度の測定方法〕に記載の方法で求める。
坪量10g/m2相当の平均吸光度=メルトブロー不織布の平均吸光度N×〔10(g/m2)/メルトブロー不織布の坪量(g/m2)〕 ・・・(4)
なお、メルトブロー不織布の坪量は、1g/m2以上が好ましく、3g/m2以上がより好ましく、そして、15g/m2以下が好ましく、12g/m2以下がより好ましい。この下限以上とすることで、隠蔽性や強度を担保でき、上限以下とすることで使用感を担保でき、またコストを低く抑えることができる。
嵩密度が38kg/m3以上であると、強度に優れ耐水性も高くなるため好ましい。他方、嵩密度が200kg/m3以下であると、手で触れたときの感触が硬くならずに好ましい。
上述した強度及び耐水性と感触とを両立させる観点から、メルトブロー不織布の嵩密度は、より好ましくは39kg/m3以上であり、更に好ましくは40kg/m3以上であり、また、より好ましくは180kg/m3以下であり、更に好ましくは160kg/m3以下である。
〔嵩密度の測定方法〕
不織布の嵩密度は以下の方法で求めた不織布の坪量Aをその厚みBで除することで求める。
坪量Aは、メルトブロー不織布の任意の位置から0.1m四方の正方形の測定片を10枚切り出し、その測定片の質量(kg)を測定し、これを測定片の面積(m2)で除し、10枚の相加平均値を求めることで得る。
厚みBは前記の寸法の正方形の測定片を切り出し、その上に12.5g(直径56.4mm)のプレートを載置し、該プレートの重さを含め49Pa圧力下で、株式会社KEYENCE製CCDレーザー変位計(レーザー発信器:LK-085、本体:LK-2110、表示部:RV-10)を用いて測定する。5回測定した相加平均値をその不織布の厚みTとする。
例えば、本発明に係るメルトブロー不織布は、吸収性物品の構成部材として用いられる。吸収性物品は、主として尿、経血等の身体から***される液を吸収保持するために用いられるものである。
斯かる吸収性物品は、典型的には、表面シート、裏面シート及び両シート間に介在配置された液保持性の吸収体を具備している。吸収性物品は更に、吸収性物品の具体的な用途に応じた各種部材を具備していてもよい。そのような部材は当業者に公知である。例えば吸収性物品が使い捨ておむつや生理用ナプキン、失禁パッドである場合には、着用者の前後方向に沿う長手方向の両側部に一対又は二対以上の立体ガードを配置することができる。
また、衛生マスクのフィルター材として用いることもできる。
〔実施例1~5及び比較例2〕
熱可塑性樹脂にMFRが1300g/10分のポリプロピレン樹脂を用い、これに表1に示す溶解型結晶核剤を0.1%配合したものを熱可塑性樹脂組成物として、メルトブロー不織布を製造した。製造するメルトブロー不織布の坪量は10g/m2となるようにした。
メルトブロー不織布の製造条件は、下記の通りとした。
樹脂温度(ノズルから吐出させる際の温度):265℃
単孔吐出量:0.20g/min/hole
熱風流量:300Nm3/hr、熱風温度265℃
ノズル径:0.15mm、ノズル長さ:3mm、ノズルピッチ:0.85mm
溶解型結晶核剤A:新日本理化株式会社製「ゲルオールD」
溶解型結晶核剤B:新日本理化株式会社製「ゲルオールMD」
溶解型結晶核剤C:新日本理化株式会社製「ゲルオールDXR」
溶解型結晶核剤D:新日本理化株式会社製「リカクリアPC1」
溶解型結晶核剤E:BASF社製「IRGACLEAR XT386」
分散型結晶核剤:シリカ微粒子
実施例1で用いたMFRが1300g/10分のポリプロピレン樹脂に結晶核剤を配合せずに用いた以外は、実施例1と同様にして、メルトブロー不織布を製造した。製造するメルトブロー不織布の坪量は10g/m2であった。
MFRが400g/10分のポリプロピレン樹脂を、比較例3については結晶核剤を配合せずに熱可塑性樹脂組成物とし、比較例4及び5については、MFRが400g/10分のポリプロピレン樹脂に、表1に示す溶解型結晶核剤を0.1%配合して熱可塑性樹脂組成物とした。それらの熱可塑性樹脂組成物を用いてメルトブロー不織布を製造した。製造するメルトブロー不織布の坪量は10g/m2となるようにした。
メルトブロー不織布の製造条件は、以下の通りとした。
樹脂温度(ノズルから吐出させる際の温度):265℃
単孔吐出量:0.20g/min/hole
熱風流量:300Nm3/hr、熱風温度265℃
ノズル径:0.15mm、ノズル長さ:3mm、ノズルピッチ:0.85mm
実施例及び比較例で得られた各メルトブロー不織布について、前述した方法により、構成繊維の平均繊維径、平均吸光度、地合い指数、嵩密度及び耐水圧を測定した。それらの結果を表1に示した。
Claims (3)
- 単独での温度230℃、荷重2160gにおけるメルトフローレートが500g/10分以上の熱可塑性樹脂の含有割合が90質量%以上である構成繊維からなり、該構成繊維に溶解型結晶核剤を含む、メルトブロー不織布であって、
平均繊維径が0.1~5μmであり、地合い指数が195以下であり、坪量10g/m2相当の平均吸光度が0.17以上であり、
吸収性物品の構成部材に用いる、メルトブロー不織布。 - 嵩密度が38kg/m3以上200kg/m3以下である、請求項1に記載のメルトブロー不織布。
- 請求項1又は2に記載のメルトブロー不織布を含む、吸収性物品。
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