JP7190856B2

JP7190856B2 - ポリフェニレンサルファイド繊維含有湿式不織布の製造方法

Info

Publication number: JP7190856B2
Application number: JP2018184236A
Authority: JP
Inventors: 真一江角
Original assignee: Mitsubishi Paper Mills Ltd
Current assignee: Mitsubishi Paper Mills Ltd
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2022-12-16
Anticipated expiration: 2038-09-28
Also published as: JP2020051004A

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の製造方法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、延伸ＰＰＳ繊維と未延伸ＰＰＳ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。延伸ＰＰＳ繊維と未延伸ＰＰＳ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。湿紙及び不織布の引張強度を十分に確保するためバインダー繊維にポリビニルアルコール繊維やポリエステル繊維を用いることが知られている（例えば、特許文献５及び６）。この場合、耐薬品性が低下する問題があった。

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２０１７－２１８６９３号公報特開２０１７－２２６９２８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、不織布の比引張強さを十分確保でき、耐薬品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。

上記課題は、下記発明によって解決することができる。

（１）異型断面（但し、扁平形状を除く）を有するポリフェニレンサルファイド繊維を分散させたスラリーから湿式抄紙法でポリフェニレンサルファイド繊維含有湿式不織布を製造する方法であり、該ポリフェニレンサルファイド繊維含有湿式不織布は、ポリフェニレンサルファイド繊維のみからなり、異型断面を有するポリフェニレンサルファイド繊維（但し、扁平形状を除く）を含有し、目付が２０ｇ／ｍ^２以上、２００ｇ／ｍ^２未満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の製造方法。

（２）異型断面（但し、扁平形状を除く）を有するポリフェニレンサルファイド繊維の含有量が、全繊維に対して１０質量％以上である上記（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の製造方法。

本発明によれば、ポリフェニレンサルファイド繊維のみからなり、且つ、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、不織布の比引張強さを十分確保でき、耐薬品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ができる。

本発明のポリフェニレンサルファイド繊維含有湿式不織布は、ポリフェニレンサルファイド繊維のみからなり、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。

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。

本発明において、ＰＰＳ繊維としては、延伸ＰＰＳ繊維と未延伸ＰＰＳ繊維を使用することが好ましい。未延伸ＰＰＳ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。延伸ＰＰＳ繊維は、繊維製造工程において延伸を加えられることで、繊維の単繊維強度が強く、寸法安定性に優れている。本発明において、延伸ＰＰＳ繊維及び未延伸ＰＰＳ繊維を併用した場合には、耐薬品性及び耐熱性により優れた不織布を提供することができる。

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に、断面形状が円形形状以外のものであり、三角形状、Ｙ型形状、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繊維を含むことで、繊維の比表面積が向上し、繊維間の接着点が増加することで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り、また、湿紙の保水性が高まることにより、スムーズに乾燥機へと搬送することができ、断紙を抑制できる。さらに、乾燥機による乾燥後の原紙強度が向上し、後加工性にも優れる。

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、１０質量％以上であることが好ましく、３０質量％以上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１０質量％未満である場合、原紙強度が十分に向上せず、断紙が起こりやすくなるというおそれがある。また、全部のＰＰＳ繊維が異型断面を有するＰＰＳ繊維であっても良い。

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繊維の繊維径は、好ましくは０．１～３０μｍであり、より好ましくは１．０～２５μｍであり、さらに好ましくは２～２０μｍである。繊維径が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、繊維径が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充分ではなく、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。

本発明のＰＰＳ繊維含有湿式不織布に用いる繊維の繊維長は、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。

本発明では、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、同種又は異種の２以上の抄紙網がオンラインで設置されているコンビネーション抄紙機等を使用することができる。また、不織布が二層以上の多層構成の場合には、各々の抄紙機で抄き上げた湿紙を積層する抄き合わせ法や、一方の層を形成した後に、該層上に繊維を分散したスラリーを流延して積層とする流延法等で、不織布を製造することができる。繊維を分散したスラリーを流延する際に、先に形成した層は湿紙状態であっても良いし、乾燥状態であっても良い。また、２枚以上の乾燥状態の層を熱融着させて、多層構成の不織布とすることもできる。

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、未延伸ＰＰＳ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。

本発明において、ＰＰＳ繊維含有湿式不織布が多層構成である場合、各層の繊維配合が同一である多層構成であっても良く、各層の繊維配合が異なっている多層構成であっても良い。多層構成である場合、各層の目付が下がることにより、スラリーの繊維濃度を下げることができるため、ＰＰＳ繊維含有湿式不織布の地合が良くなり、その結果、ＰＰＳ繊維含有湿式不織布の地合の均一性が向上する。また、各層の地合が不均一であった場合でも、積層することで補填できる。さらに、抄紙速度を上げることができ、操業性が向上するという効果も得られる。

本発明のＰＰＳ繊維含有湿式不織布の目付は、ＪＩＳＰ８１２４：２０１１に準拠して測定し、特に限定しないが、好ましくは２０～２００ｇ／ｍ^２であり、より好ましくは３０～１００ｇ／ｍ^２である。目付が２０ｇ／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。また、実施例９は参考例である。

＜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、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＞
断面形状が円形形状であり、繊度１．１デシテックス、繊維長５ｍｍのＰＰＳ延伸繊維をＰＰＳ繊維２とした。

＜ＰＰＳ繊維３＞
断面形状が三つ葉形状であり、繊度２．６デシテックス、繊維長５ｍｍの異型断面を有するＰＰＳ未延伸繊維をＰＰＳ繊維３とした。

＜ＰＰＳ繊維４＞
断面形状が円形形状であり、繊度１．７デシテックス、繊維長５ｍｍのＰＰＳ未延伸繊維をＰＰＳ繊維４とした。

＜ＰＶＡ繊維＞
繊度１．１デシテックス、繊維長３ｍｍのポリビニルアルコール繊維をＰＶＡ繊維とした。

＜ＰＥＴ繊維＞
芯部がポリエチレンテレフタレート（融点：２６０℃）、鞘部がイソフタル酸を共重合成分としているポリエチレンテレフタレートからなる非晶性の共重合ポリエステル（ガラス転移点：７２℃）であり、繊度１．１デシテックス、繊維長５ｍｍのポリエステル芯鞘繊維を、ＰＥＴ繊維とした。

＜実施例１～１０、比較例１～５＞
表１記載の繊維配合にて、分散濃度０．２質量％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、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、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、比引張強さ及び耐アルカリ性の評価を行い、結果を表１に示した。

（目付）
ＪＩＳＰ８１２４：２０１１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）
ＪＩＳＰ８１１８：２０１４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。

（比引張強さ）
ＪＩＳＰ８１１３：２００６に準拠して、定速緊張形引張試験機「テンシロン卓上材料試験機、型番：ＳＴＡ－１１５０」（オリエンテック製）を用いて、ＰＰＳ繊維含有湿式不織布のＭＤ方向を長辺として１５ｍｍ×１５０ｍｍの短冊状にカットし、試験片とした。これを、チャック間距離１００ｍｍに設定し、チャックの移動速度を１００ｍｍ／分として、定速で引張を行い、シートが破断した際の強度を測定して引張強度とした。さらに、その値を目付で除することで比引張強さを算出した。

（耐アルカリ性）
ＪＩＳＰ８１１３：２００６に準拠して、定速緊張形引張試験機「テンシロン卓上材料試験機、型番：ＳＴＡ－１１５０」（オリエンテック製）を用いて、ＭＤ方向の引張強度を上記と同様の方法で測定した値（引張強度１）と、常温下、１０％ＮａＯＨ水溶液にＰＰＳ繊維含有湿式不織布を５０時間浸漬した後、十分に水洗及び風乾し、同様の引張強度を測定した値（引張強度２）を用いて、以下の式から強度維持率を算出した。

強度維持率＝引張強度２／引張強度１×１００

ＰＰＳ繊維含有湿式不織布の耐アルカリ性を以下の指標で評価した。

「５」：１００％
「４」：９７％以上、１００％未満
「３」：９３％以上、９７％未満
「２」：９０％以上、９３％未満
「１」：９０％未満

実施例１～８と比較例１～３を比較することで、ＰＰＳ繊維のみからなり、異型断面を有するＰＰＳ繊維を含有し、目付が２０ｇ／ｍ^２以上、２００ｇ／ｍ^２以下である実施例１～８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のＰＰＳ繊維含有湿式不織布に対し、生産性及び比引張強さに優れることがわかる。また、バインダー繊維の一部にＰＶＡ繊維又はＰＥＴ繊維を含む比較例２及び３のＰＰＳ繊維含有湿式不織布に対し、耐アルカリ性に優れることがわかる。

実施例９と比較例４を比較することで、ＰＰＳ繊維のみからなり、異型断面を有するＰＰＳ繊維を含んでいるが、目付が２００ｇ／ｍ^２超である比較例４のＰＰＳ繊維含有湿式不織布に対し、目付が２００ｇ／ｍ^２である実施例９のＰＰＳ繊維含有湿式不織布は、生産性及び比引張強さに優れることがわかる。

実施例１０と比較例５を比較することで、ＰＰＳ繊維のみからなり、異型断面を有するＰＰＳ繊維を含んでいるが、目付が２０ｇ／ｍ^２未満である比較例５のＰＰＳ繊維含有湿式不織布に対し、目付が２０ｇ／ｍ^２である実施例１０のＰＰＳ繊維含有湿式不織布は、生産性及び比引張強さに優れることがわかる。

実施例１～５の比較から、ＰＰＳ未延伸繊維の含有量が３０質量％以上である実施例１～４のＰＰＳ繊維含有湿式不織布は、ＰＰＳ未延伸繊維の含有量が３０質量％未満である実施例５のＰＰＳ繊維含有湿式不織布に対し、生産性が優れていることがわかる。

実施例６～８の比較から、断面形状が円形形状であるＰＰＳ繊維より、異型断面を有するＰＰＳ繊維の含有量が多いほど、比引張強さ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

異型断面（但し、扁平形状を除く）を有するポリフェニレンサルファイド繊維を分散させたスラリーから湿式抄紙法でポリフェニレンサルファイド繊維含有湿式不織布を製造する方法であり、該ポリフェニレンサルファイド繊維含有湿式不織布は、ポリフェニレンサルファイド繊維のみからなり、異型断面を有するポリフェニレンサルファイド繊維（但し、扁平形状を除く）を含有し、目付が２０ｇ／ｍ^２以上、２００ｇ／ｍ^２未満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の製造方法。
異型断面（但し、扁平形状を除く）を有するポリフェニレンサルファイド繊維の含有量が、全繊維量に対して１０質量％以上である請求項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の製造方法。