JP7220235B2 - ろ過性能が向上した不織布の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、フィルタ材料に適用される場合にろ過性能を向上させる不織布の製造方法に関する。
フィルタ（Ｆｉｌｔｅｒ）とは、異なる相を含んだ気体、液体が通過する隔壁の両側に圧力差を作って、気体、液体からその中に懸濁されている異なる相の粒子を効果的に分離する素材または装置と定義される。
フィルタは、微細粉塵をはじめとする各種汚染と細菌およびウイルスなどを遮断することができる。
フィルタはエアフィルタ、水処理フィルタ、ガスフィルタなどろ過対象によって区分される。
ポリエステルスパンボンド不織布は、優れた機械的物性、折曲性、形態安定性、作業性が容易である点で、主にフィルタ用ろ過素材として多く使われている。
プール・スパ用（Pool & Spa）フィルタの場合、プールなどで使われるポリエステルスパンボンド不織布が含まれた水処理用フィルタとして、水中の各種異物を効果的に除去して長時間の間使用できる能力が必要である。
既存の水処理用フィルタ素材としてポリエステルスパンボンド不織布は、細繊度の円形断面フィラメントで構成されており、織物に比べて不織布を構成するフィラメントの表面積が広いためろ過効率と各種異物の捕集量が向上するが、差圧が高く寿命が短いという問題がある。
韓国公開特許第２０１５－０１３２７４１号公報（ろ過効率と使用周期が改善されたろ過紙用湿式不織布およびその湿式不織布用短繊維）
本発明は前記問題を解決するためのものであり、不織布を構成する繊維の比表面積を調節してろ過性能を向上させる不織布の製造方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために本発明は、融点が２５０℃以上でＹ型断面を有するポリエステルの第１フィラメント、および、融点が１５０～２２０℃で円形断面を有するポリエステルの第２フィラメントを含んでなる混繊糸長繊維不織布において、前記Ｙ型断面の異形度（外接円の半径（Ｂ）／内接円の半径（Ａ））が２．０～３．２であり、かつ断面積が０．１１～０．２０ｍｍ２であることを特徴とするろ過性能が向上した不織布を提供する。
一方、本発明は、融点が２５０℃以上であるポリエステルの第１フィラメント８０～９５重量％、および、融点が１５０～２２０℃であるポリエステルの第２フィラメント５～２０重量％を含むようにして混繊紡糸するのであり、前記第１フィラメントはＹ型断面で異形度（外接円の半径（Ｂ）／内接円の半径（Ａ））が２．０～３．２であり、かつ断面積が０．１１～０．２０ｍｍ２になるように混繊糸を製造する段階；前記混繊糸を積層してウェブを形成する段階；および前記ウェブについてカレンダローラを通過させて熱接着するカレンダリング工程を行うことで不織布を製造する段階；を含む、ろ過性能が向上した不織布の製造方法を提供する。
本発明によれば、不織布を構成するポリエステル長繊維のＹ型断面の異形度を調節することによって、不織布の比表面積を増大させて、フィルタに適用する場合に、ろ過対象物質の捕集量を増大し、低い差圧を維持させて長期間使用が可能になる。
本発明の一実施例によるポリエステル第１フィラメントのＹ型断面模式図である。
本発明は、融点および断面形態が互いに異なる２種のポリエステル繊維で構成された長繊維スパンボンド不織布において、繊維の断面の調節により不織布の比表面積を増大させて、フィルタ用素材に適用する場合にろ過性能が向上する不織布に関するものである。
本発明の不織布を構成する繊維は、融点が２５０℃以上でＹ型断面を有するポリエステルの第１フィラメント８０～９５重量％、および融点が１５０～２２０℃で円形断面を有するポリエステルの第２フィラメント５～２０重量％を含んで混繊紡糸して延伸して製造される混繊糸である。
前記第１フィラメントは、融点が２５０℃以上、または２５５℃以上、または２５０℃以上２６０℃以下、または２５５℃以上２６０℃以下であり、Ｙ型断面を有するポリエステルであり得る。
前記第１フィラメントは繊度が３～７デニールであり得る。
第１フィラメントの繊度が３デニール未満の場合、切糸が多く発生して紡糸作業性が低下するのであり、７デニールを超えると、冷却不足によりフィラメントの合体現象が発生して紡糸作業性が低下し、連続的につながる不織布ウェブの形成において均一性を維持することが難しい。
前記第１フィラメントのＹ型断面の一例は、下記図１に示すとおりである。
第１フィラメントのＹ型断面糸は、ポリエステル高分子が吐出される口金のノズルにて、Ｙ型断面の幅（Ｃ）および腕（Ｄ）の長さを調節することにより、フィラメント断面の異形度（外接円の半径（Ｂ）／内接円の半径（Ａ））を制御し、ノズル孔（ｈｏｌｅ）の断面積の調節により紡糸安定性を制御して製造することができる。
本発明のＹ型断面糸の異形度が２．０～３．２、または２．１～３．０であり、かつ断面積が０．１１～０．２０ｍｍ２、または０．１２～０．１９ｍｍ２、または０．１２３～０．１８９ｍｍ２であることが好ましいが、Ｙ型断面糸の異形度が３．２以上または断面積が０．１１ｍｍ２未満の場合、紡糸する際に口金の圧力が過度に増加して、口金の変形と損傷などが発生し得るのであり、異形度が２．０未満または断面積が０．２０ｍｍ２以上の場合、フィラメントの紡糸性が低下すると同時に、フィルタに適用する場合における性能（ろ過効率、圧力損失）が低下し得る。
前記第２フィラメントは、繊度が１～５デニールで、円形断面である。
前記第２フィラメントは、融点が１５０～２２０℃、または１８０～２２０℃、または１９０～２２０℃、または２００～２２０℃、または１５０～２１０℃、または１８０～２１０℃、または１９０～２１０℃、または２００～２１０℃、または２０５～２１０℃で、円形断面を有するポリエステルであり得る。
前記第１フィラメントの融点は、前記第２フィラメントの融点よりも、４０℃以上、または４５℃以上、または４０℃以上、５０℃以下、または４５℃以上５０℃以下だけさらに高くのであり得る。すなわち、前記第１フィラメントの融点から前記第２フィラメントの融点を引いた差の値が、４０℃以上、または４５℃以上、または４０℃以上で、５０℃以下、または４５℃以上５０℃以下であり得る。
前記第１フィラメントの融点から前記第２フィラメントの融点を引いた差の値が、４０℃未満に減少すると、高温環境で成形性が減少し得る。
融点が２５０℃以上でＹ型断面を有するポリエステルの第１フィラメント８０～９５重量％、および融点が１５０～２２０℃で円形断面を有するポリエステルの第２フィラメント５～２０重量％を含み得る。
不織布において前記第２フィラメントの含有量比が５重量％未満であれば、フィラメント間の結合力の不足により不織布の機械的強度が低下し得る。
前記第２フィラメントの含有量比が２０重量％を超えると、混繊紡糸する際にフィラメントの冷却不足によりフィラメントの合体が発生して紡糸作業性が低下し得るのであり、不織布の比表面積の増大に限界があるため好ましくない。
前記混繊糸を製造する際に、２成分のポリエステルが混繊紡糸の形態で紡糸されたフィラメントを、高圧の空気延伸装置を利用して延伸速度４，５００～５，５００ｍ／分で、十分に延伸することができる。
この際、延伸速度が４，５００ｍ／分未満であれば、フィラメントの結晶化度が低いために不織布の強度と強力が低下するのであり、延伸速度が５，５００ｍ／分を超えると延伸エアーによってフィラメントが滑って、近接するフィラメントとのもつれが発生して、不織布の均斉度が低下し得る。
その後、前記混繊糸を積層してウェブを形成する段階を実施する。
この際、連続移動するコンベアネットの上に、前記混繊糸を通常の方法で積層してウェブを形成する。
その後、前記ウェブについてカレンダリングローラを通過させて熱風処理するカレンダリング工程を実施し、フィラメントが熱接着することによって不織布の強度が付与され、不織布に適正な平滑性および厚さが付与される。
この際、前記カレンダリングローラは、第２フィラメントを溶融させて接着機能を示し得る温度に加熱する。
本発明は、不織布を構成するフィラメントの形態によって繊維の表面積が決定されることに着眼し、同じ太さであるならば、フィラメントの断面形態が、円形でないその他の形態、すなわち異形であるときに繊維の表面積が広くなるということを利用した技術である。
すなわち、異形断面の第１フィラメントおよび円形断面の第２フィラメントで構成されたポリエステルスパンボンド不織布を製造し、このように製造された不織布を、プールなどに使われる水処理用フィルタとして適用すると、不織布の比表面積の向上によって各種異物の捕集量が増加し、差圧を減少させてフィルタの寿命が向上しうる。
以下、本発明を下記の実施例と比較例に基づいてさらに詳細に説明する。
ただし、下記の実施例は本発明を例示するためのものであり、本発明は下記実施例によって限定されず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、置換および均等の他の実施例に変更できることは、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者にとり明白であろう。
［実施例１］
第１フィラメントとして２５５℃の融点のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）と、第２フィラメントとして２１０℃の融点の共重合ポリエステル（ＣｏＰＥＴ）を、それぞれ、紡糸温度２８５℃にて連続押出機を利用して溶融させた。
その後、それぞれの溶融物について、第１フィラメントは下記表１の異形断面を形成し、第２フィラメントは円形断面を形成するようにする、紡糸口金の毛細孔を通じて吐出して、放出された連続フィラメントを冷却風で固化させた後、高圧の空気延伸装置を利用して、紡糸速度が５，０００ｍ／ｍｉｎになるように延伸させてフィラメント繊維を製造した。
この際、第１フィラメントと第２フィラメントとの含有量比が８０：２０ｗｔ％になるように混繊紡糸して混繊糸を製造するとともに、第１フィラメントの繊度が下記表１に示すようになり、第２フィラメントの繊度は３デニールになるように、吐出量と、紡糸口金の毛細孔の数を調節した。
次に、前記混繊糸を連続してコンベアネット（ｎｅｔ）上にウェブの形態で積層させた後、通常の方法で、１３０℃に予熱したカレンダローラの間を通過させて熱風接着するカレンダリング工程を経て、単位面積当たりの重量が１００ｇ／ｍ２（ｇｓｍ）であり、厚度が０．４３ｍｍである不織布を製造した。
［実施例２～３］および［比較例１～４］
前記実施例１で前記第１フィラメントを下記表１のように形成したことを除いては、実施例１と同様の方法を用いて不織布を製造した。
Figure 0007220235000001
前記実施例および比較例の不織布に対して下記の試験方法を利用して特性を測定し、その結果を下記の表２に示した。
１．第１フィラメントの異形度および幅と長さの比率測定
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）断面イメージを通じて、異形（Ｙ型）フィラメントの幅と腕の長さを計算して、異形度および比率を測定する。
２．第１フィラメントの比表面積の測定
ＡＳＴＭ Ｆ３１６法を利用して測定する。
直径２ｃｍ大きさの試験片を用い、Ｐｏｒｏｕｓ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｃ．社のＥＳＡ測定装備を用いて、測定部に固定された試験片に、０．０１９ｃＰの粘度を有する流体を通過させて、圧力による流量で試験片の比表面積を測定する。
３．不織布のろ過性能
ＴＯＰＡＳ ＡＦＣ－１３１（エアフィルタ（Ａｉｒ Ｆｉｌｔｅｒ）ろ過性能装置）を用いて不織布のろ過性能を評価する。
フィルタ濾材として、横ｘ縦＝０．５２５ｘ０．２２５ｃｍの大きさの試験片を利用して、７５．６ｍ３／ｈの風速で測定する。この際に使われる粉塵粒子にはＩＳＯ－１２１０３－１ Ａ２ Ｆｉｎｅ ＴＥＳＴ Ｄｕｓｔを使用し、濃度は２０ｍｇ／ｍ３で実施する。
３－１．捕集率
フィルタ濾材に３．０～５．０μｍの粉塵粒子を通過させた際に、フィルタ濾材に捕集される比率を測定する。
３－２．圧力損失（Ｐａ）
７５．６ｍ３／ｈの風速でフィルタ濾材の通過の前後の初期圧力損失を測定する（ＲＳ Ｋ ００１１）。
３－３．Ｄ．Ｈ．Ｃ（Ｄｕｓｔ Ｈｏｌｄｉｎｇ Ｃａｐａｃｉｔｙ）：
同一のサンプル規格及び風速で、粉塵粒子の濃度を７０ｍｇ／ｍ３とし、最終圧力が１００Ｐａになった時、フィルタに捕集された粉塵粒子の重量を測定する（ＲＳＫ Ｋ ００１１）。
３－４．ろ過時間
同一のサンプル規格及び風速で、粉塵粒子の濃度を７０ｍｇ／ｍ３とし、最終圧力が１００Ｐａに到達するときまでの時間を測定する。
この時間が長くなるほどフィルタにおける不織布の使用寿命が長くなる。
Figure 0007220235000002
前記表２の結果から、異形度が本発明の範囲にある場合に、捕集量、ろ過効率、圧力損失およびろ過時間の性能がバランスよく発現することが確認される。
反面、異形度が過度に大きくなると、比表面積も過度に広くなって、かえって捕集量が減少するのであり（比較例２参照）、異形度が過度に小さくなると、比表面積も過度に狭くなって、捕集量は増加するが、圧力損失とろ過効率が悪くなるということ（比較例４参照）が確認される。
Ａ：Ｙ型断面における内接円の半径
Ｂ：Ｙ型断面における外接円の半径
Ｃ：Ｙ型断面における幅
Ｄ：Ｙ型断面における長さ

Claims (11)

  1. 融点が２５０℃以上でＹ型断面を有するポリエステルの第１フィラメント、および、融点が１５０～２２０℃で円形断面を有するポリエステルの第２フィラメントを含んでなる混繊糸長繊維不織布において、
    前記Ｙ型断面の異形度（外接円の半径（Ｂ）／内接円の半径（Ａ））が２．０～３．２であり、かつ断面積が０．１１～０．２０ｍｍ２であることを特徴とする、ろ過性能が向上した不織布。
  2. 前記第１フィラメントの繊度は、３～７デニールであることを特徴とする、請求項１に記載のろ過性能が向上した不織布。
  3. 前記不織布の比表面積が０．２～０．３ｍ２／ｇであることを特徴とする、請求項１に記載のろ過性能が向上した不織布。
  4. 前記融点が２５０℃以上でＹ型断面を有するポリエステルの第１フィラメント８０～９５重量％、および、融点が１５０～２２０℃で円形断面を有するポリエステルの第２フィラメント５～２０重量％を含む、請求項１に記載のろ過性能が向上した不織布。
  5. 前記第２フィラメントは、繊度が１～５デニールである、請求項１に記載のろ過性能が向上した不織布。
  6. 前記第１フィラメントの融点は、前記第２フィラメントの融点よりも４０℃以上高い、請求項１に記載のろ過性能が向上した不織布。
  7. 融点が２５０℃以上であるポリエステルの第１フィラメント８０～９５重量％、および、融点が１５０～２２０℃であるポリエステルの第２フィラメント５～２０重量％を含んで混繊紡糸するのであって、
    前記第１フィラメントは、Ｙ型断面で異形度（外接円の半径（Ｂ）／内接円の半径（Ａ））が２．０～３．２になり、かつ断面積が０．１１～０．２０ｍｍ２になるようにして、混繊糸を製造する段階；
    前記混繊糸を積層してウェブを形成する段階；および
    前記ウェブについてカレンダローラを通過させて熱接着するカレンダリング工程を行って不織布を製造する段階；を含む、ろ過性能が向上した不織布の製造方法。
  8. 前記第１フィラメントは、繊度が３～７デニールであることを特徴とする、請求項７に記載のろ過性能が向上した不織布の製造方法。
  9. 前記第２フィラメントは、繊度が１～５デニールであり、円形断面であることを特徴とする、請求項７に記載のろ過性能が向上した不織布の製造方法。
  10. 前記第１フィラメントの融点は、前記第２フィラメントの融点よりも４０℃以上高い、請求項７に記載のろ過性能が向上した不織布の製造方法。
  11. 前記カレンダローラは、前記第２フィラメントを溶融させて接着機能を示し得る温度に加熱したことを特徴とする、請求項７に記載のろ過性能が向上した不織布の製造方法。
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