JPH05295645A

JPH05295645A - 不織布およびその製造方法

Info

Publication number: JPH05295645A
Application number: JP9794592A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Tanaka; 茂樹田中
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 1992-04-17
Filing date: 1992-04-17
Publication date: 1993-11-09
Anticipated expiration: 2016-05-08
Also published as: JP3164172B2

Abstract

(57)【要約】【目的】濾材として用いた際に安定して優れた濾過
性能を示す不織布およびその製造方法を提供する。【構成】極細繊維からなり通気抵抗のばらつきを小
さくした不織布、孔径の揃った不織布及びその製造方
法。【構成】エレクトロニクス、食品分野、医療分野な
どの液体濾過に好適な濾過材として利用可能な不織布が
安定して供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、極細繊維よりなる不織
布に関し、更に詳しくは液体フィルターなどに好適に利
用される不織布及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】極細繊維不織布としては、メルトブロー
法（特開昭４９−１０２５８号公報、特開昭４９−４８
９２１号公報、特開昭５０−１２３１５７号公報参照）
により作られた平均繊維径が０．１μｍ〜２０．０μｍ
である極細繊維不織布が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これらのメルトブロー
法により得られる不織布は、シート中にロープと呼ばれ
る複数本の繊維が絡み合ってできる束状繊維を多く含ん
でおり、このロープが存在するとフィルターとしての性
能を充分向上させることが難しく、厳しい精度を要求さ
れる膜素材などの用途に対しては著しく信頼性が劣ると
いう問題があった。

【０００４】かかる問題を解決するためにエアー風量を
大きくし、吐出量を小さくしてコールドプレスする方法
が提案されている（米国特許第４９２５６０１号明細書
参照）。しかしながら、この方法によってもサブミクロ
ン粒子を気相濾過精度及び液相濾過精度良く濾過するこ
とは、充填率が低く、通気抵抗が適切でなく、不十分で
あった。

【０００５】そこで、本発明は、充填率、通気抵抗、ポ
アーサイズなどに工夫を加え、フィルターに好適な不織
布およびその製造方法を提供することを課題とするもの
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる課題を
解決するために次の手段をとるものである。すなわち、
本発明は、平均繊維径が０．５μｍ以上７μｍ以下の極
細繊維からなり、充填率が８％〜２０％の不織布であっ
て、該不織布の幅方向の目付４０ｇ／ｍ² 当りの風速
３．４ｍ／秒での通気抵抗の平均値が１５０ｍｍＡｑ以
上６００ｍｍＡｑ以下であり、前記通気抵抗の最大値と
最小値との差が前記平均値に対して３０％以下であるこ
とを特徴とする不織布、充填率が５５％〜８５％の間に
ある圧着不織布において、最大ポアーサイズが４．０μ
ｍ以下で、且つ平均ポアサイズが２．０μｍ以下であっ
て、該平均ポアサイズに対する該最大ポアーサイズの比
が２．９以下であることを特徴とする圧着不織布、メル
トブロー法により、メルトインデックスが２５０〜１０
００のポリプロピレンの溶融ポリマーをノズルから紡出
し、ゲージ圧で０．２ｋｇ／ｃｍ² 〜０．９８ｋｇ／ｃ
ｍ² の高速エアー流で牽引細化させて捕集板に引き取っ
て不織布にする際に、前記ノズルのオリアフィスカ径を
０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下にし、該ノズルの孔の中
心間ピッチを０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下にし、単孔
当りの吐出量を０．０５ｇ／分〜０．８ｇ／分にし、前
記ノズルと前記捕集板との距離を５ｃｍ〜４０ｃｍにす
ることを特徴とする不織布の製造方法である。

【０００７】以下、本発明を詳細に説明する。まず、本
発明の不織布を構成する材質としては、メルトブロー法
の適用できるものであれば、有機物、無機物またはこれ
らの混合物が挙げられる。代表的な有機物としては、ポ
リオレフィンやポリエステル、ポリアミドなどが、挙げ
られる。また、無機物としては、ガラスや石英質の材質
が挙げられる。このなかで、生産性が良い点からオレフ
ィン系のポリマーが好ましく、特にポリプロピレンのポ
リマーが好ましい。また、ポリエステル系のポリマーで
は液体フィルターとして用いた際に、濾材自身からの抽
出物が少ないため、食料品関係を中心に好ましい。

【０００８】これらの材質により形成される極細繊維の
平均繊維径は、０．５μｍ〜７μｍ好ましくは０．５μ
ｍ〜３μｍである。平均繊維径が７μｍをこえると、微
小な粒子の高い捕集効率を得ることが難しくなる。他
方、０．５μｍより細くなると、不織布のハンドリング
が悪くなるだけでなく、濾過抵抗が高すぎて問題とな
る。

【０００９】また、メルトブロー法によって得られる繊
維の繊維径は、ばらつきが大きく、そのため太い繊維が
存在し、濾過効率が低下する。したがって、繊維径の標
準偏差を平均値で割ったＣＶ％が５５％より大きくなる
と濾過性能が低下するので、ＣＶ％は５５％以下が好ま
しく、さらに好ましくは４０％以下、特に好ましくは３
０％以下である。原因については、ＣＶ％が５５％をこ
えると太い繊維が存在するために太い繊維の近傍でチャ
ンネリングが起こるためと推定される。また、不織布を
カレンダー加工して用いる際にプレス加工の抵抗となる
ため安定した充填率調整が難しくなる。

【００１０】不織布の風速３．４ｍ／秒の通気抵抗は、
目付４０ｇ／ｍ² 当り１５０ｍｍＡｑ以上６００ｍｍＡ
ｑ以下、好ましくは２５０ｍｍＡｑ以上５００ｍｍＡ
ｑ、さらに好ましくは３００ｍｍＡｑ以上４８０ｍｍＡ
ｑ以下である。通気抵抗の最適値は繊維径が小さいほど
その値が大きくなる。目付が４０ｇ／ｍ² でない場合に
は、その目付での通気抵抗を以下の式により計算して、
４０ｇ／ｍ² 当りに換算する。４０ｇ／ｍ² 目付当り通
気抵抗（ｍｍＡｑ）＝実目付の通気抵抗（ｍｍＡｑ）×
４０（ｇ／ｍ² ）／実目付（ｇ／ｍ² ）・・・・・・・・（Ｉ）

【００１１】通気抵抗は、目付当りに換算すると、充填
率（％）に依存するが、本発明領域での充填率でこの通
気抵抗の範囲にあることが好ましい。また、通気抵抗の
ばらつきが小さいことが、フィルター性能の安定化につ
ながる。この通気抵抗は、不織布の幅方向に１インチ間
隔で直径１インチの円盤形の不織布部分を風速３４０ｃ
ｍ／秒で測定した目付４０ｇ／ｍ² 当りの値であるが、
この通気抵抗の最大値と最小値との差が平均の通気抵抗
に対して３０％以下、好ましくは２５％以下である。

【００１２】従来においては、繊維の分散性が悪く、繊
維本数の粗密が存在することにより通気抵抗のばらつき
が大きく、通気抵抗の最大値と最小値との差が平均の通
気抵抗に対して３０％をこえる場合が少なくないという
問題があった。これに対して本発明においては、繊維の
分散性を良くして、通気抵抗の平均値を所定範囲におさ
めるとともに、気相系のエアフィルターとして不織布を
用いる際の充填率は８％〜２０％におさめるようにした
ものである。充填率が低すぎると濾過効率が低下し、他
方、充填率が高すぎると気相での濾過抵抗が高く、用途
が著しく制限される。

【００１３】本発明においては通気抵抗は、繊維の粗密
を反映するように、不織布の幅方向に１インチ間隔で直
径１インチの円盤形の部分を風速３４０ｃｍ／秒で測定
し、目付４０ｇ／ｍ² 当りに換算した値を用いる。本測
定で測定を１インチにしたのは、小さな部位での繊維の
分散性をより正確に評価するためである。

【００１４】また、本発明の圧着不織布は、カレンダー
処理等をして、液体フィルター用として好適に用いられ
るものであるが、充填率５５％〜８５％の間にあること
が好ましい。充填率５５％より小さいと、液相濾過精度
が上がらなくなる。また、カレンダー処理した不織布に
シワ等が入ったり、プリーツ加工などの後加工を行う際
に、部分的に充填率が変化するという問題が生じる。他
方、８５％を超えると濾過抵抗が大きくなりすぎて使用
に問題がある。また、通常充填率が上がると濾過精度は
向上するが、充填率が７５％より高くなった所から、濾
過抵抗が上昇する割には濾過精度が向上しないことが明
らかとなった。この原因として、充填率が８５％をこえ
ると繊維により形成されるポアーが遺れすぎて閉塞する
個所が増加するためと考えられる。

【００１５】前記の圧着不織布は、毛細管吸引力を測定
するポロメーター（コールタール社）により測定した平
均ポアーサイズが２．０μｍ以下でなければならない。
これは、最大ポアーサイズの大きさと相俟って液相濾過
精度を上げるためである。また、最大ポアーサイズは
４．０μｍ以下、好ましくは３．０μｍ以下である。通
液抵抗を上げずに平均ポアーサイズの大きさと相俟って
液相濾過精度を上げるためである。

【００１６】次に、最大ポアーサイズと平均ポアーサイ
ズとの比（以下「ポアーインデックス」という。）が
２．９以下であることが必要である。このポアーインデ
ックスが小さいことは、不織布又は圧着不織布のポアー
サイズが均一であることを示し、ポアーインデックスが
小さいほど同じ濾過精度で通気抵抗又は通液抵抗を小さ
くすることを示す目安となるものである。通常の濾過で
は最大ポアーサイズが濾過の精度を支配的に決定するこ
とから、同一充填率では濾過精度が高く、他方、同一濾
過精度では濾過抵抗を小さくすることができる。また、
濾材の目付を小さくしても、濾過精度の大きな低下がな
いことにも関連する。すなわち、本発明の圧着不織布
は、濾過精度と濾過抵抗のバランスに優れた濾材として
好適に使用される。

【００１７】本発明の圧着不織布は、構成繊維がすでに
述べたような平均繊維径が０．５μｍ〜７μｍの極細繊
維からなるものが好ましく、また、その繊維径のＣＶ％
が５５％以下であることが好ましい。

【００１８】本発明の不織布をエアーフィルターとして
用いる際には荷電処理を実施することによりいわゆるエ
レクトレット化を実施することが好ましい。

【００１９】液体フィルターとして本発明の充填率が８
〜２０％の不織布を用いる際には、不織布を積層して用
いることが好ましい。不織布一枚でのサブミクロン粒子
の濾過を実施する際には濾過効率を上げることが難しく
なる。従って、少なくとも５層、好ましくは１０層以
上、更に好ましくは１４層以上積層することが好まし
い。不織布を積層する効果は粒子が多分散である場合や
粒子が完全に固体でない場合に効果を特に発揮する。粒
子が多分散であるというのは、単分散ポリスチレンラテ
ックスなどのように粒子径がそろっておらず、ここでは
粒子径の標準偏差が平均粒子径の５〜１０％より大きい
場合をさし、また、粒子が完全な固体でないというの
は、粒子が濾過層内で何等かの刺激や応力により変形す
ることをいい、ゲル状物や血液中の血球などをその代表
としてあげられ、積層数をあげて行くと、濾過抵抗が高
まるが、通気抵抗の合計が７０００ｍｍＡｑ以下である
ことが好ましい。１枚当りの通気抵抗の小さいときには
積層効果が大きい。

【００２０】他方、カレンダー処理して充填率を５５〜
８５％に調整した不織布は、その積層効果が少なく、多
くても１０層以下、更に好ましくは５層以下であること
が好ましい。これは、不織布の表面での濾過が深さ方向
の濾過に対して寄与するものが大きいことによると考え
られる。また、全体の圧力損失が大きくなりすぎること
も問題である。

【００２１】また、他のタイプの不織布や織布または多
孔フイルムなど多孔質材料と積層して用いて濾過精度や
ライフの改善を実施することもでき、粒状または繊維状
活性炭などの吸着材と併用して使うことも脱臭や脱イオ
ン、脱溶剤等の観点から望ましい形態である。その他、
繊維をコロナ放電、電子線照射や親水化剤添付などの後
加工により親水化処理をし、初期の濡れ性を改善するこ
とも好ましい。

【００２２】次に、本発明の製造方法を説明する。メル
トブロー法により、メルトインデックスが２５０〜１０
００のポリプロピレンの溶融ポリマーをオリフィス径が
０．１ｍｍ〜０．５ｍｍのノズルから紡出する。オリフ
ィス径が０．１ｍｍより小さいと、オリフィスの加工精
度からオリフィス形状が不揃いになり、繊維径のＣＶ％
が大きくなるので好ましくない。また、ポリマーの劣化
などにより長期運転時に孔がつまり易いという問題が生
じるので好ましくない。他方、０．５ｍｍより大きいと
極細繊維を得ることが困難になるので好ましくない。

【００２３】オリフィスの中心孔間の距離は０．５ｍｍ
〜２．０ｍｍ、好ましくは０．７５ｍｍ〜１．５ｍｍさ
らに好ましくは０．８０ｍｍ〜１．２ｍｍである。０．
５ｍｍより小さくなるとロープが発生しやすくなり、濾
過精度が低下する。これは、隣の繊維との接触の確率が
増大し、繊維が絡まってロープが発生しやすくなるため
と考えられる。

【００２４】他方、２．０ｍｍをこえると、繊維同志の
交絡がきわめて低下し、不織布の寸法安定性が低下し、
不織布の強力低下や毛羽立ちの問題が生じる。また、単
孔吐出量は０．０５ｇ／分〜０．８ｇ／分、好ましくは
０．１ｇ／分〜０．５ｇ／分である。吐出量が０．０５
ｇ／分より小さくなると生産性が低くなるだけでなく、
フライと呼ばれる繊維の糸切れが発生しやすくなり、連
続操業運転時に孔詰りが生じやすい。他方、０．８ｇ／
分より大きくなると、ショットと呼ばれる玉状の繊維が
発生しやすくなり、また、ポリマーの熱容量が大きいた
め繊維の冷却が遅れ、未固化の繊維がすでに形成された
不織布シートに落ちて、シートに貫通孔が明けられると
いう問題が生じる。

【００２５】また、ポリプロピレンのポリマーのメルト
インデックスは２５０〜１０００であるが、２５０（ｇ
／１０分）未満になると細化が不充分となって好ましく
なく、１０００（ｇ／１０分）をこえると糸切れが増え
たり、糸径のばらつきが大きくなってあまり好ましくな
い。

【００２６】さらに、高速エアー流はゲージ圧で０．２
ｋｇ／ｃｍ²〜０．９８ｋｇ／ｃｍ²であるが、０．２ｋ
ｇ／ｃｍ² 未満になると、糸条の細化が不充分となり好
ましくない。他方、０．９８ｋｇ／ｃｍ² をこえると、
牽引エアー速度が超音速流となり、流れの非定常が高く
なり好ましくない。

【００２７】また、ノズルと捕集板との距離は５ｃｍ〜
４０ｃｍである。好ましくは、６cm〜３０ｃｍ、さらに
好ましくは７ｃｍ〜２５ｃｍである。５ｃｍより小さく
なると、繊維の冷却遅れにより不織布に貫通孔が生じた
り、牽引流体流の捕集板上での速度が早くなって不織布
の表面を毛羽だたせたりして好ましくない。他方、４０
ｃｍより大きくなると、ロープが増加し繊維の分散性が
著しく低下するので好ましくない。不織布シートの貫通
孔がなく、ロープ状物が小さい不織布をえるためには、
単孔吐出量とオリフィス間ピッチ、牽引流体流量に応じ
てノズルと捕集板との間の距離の最適化を図ることが必
要であると考えられる。なお、ミストクエンチなどの冷
却強化手段を用いると、この距離はさらに短くすること
が可能であり、５〜１０ｃｍの距離が液相フィルターと
して利用する際に特に好ましい。

【００２８】

【実施例】

実施例１〜１３、比較例１〜１４メルトブロー法により、ポリプロピレンのポリマーを表
１〜表６に示す条件により同表の不織布（目付４０ｇ／
ｍ² ）を製造して、その特性を測定した。また、該不織
布を熱プレスローラー（表面温度９０〜１３０℃、圧着
力５０〜１５０ｋｇ／ｃｍ）により圧着して所望の充填
率に調整したものも測定した。気相での濾過効率の測定
に用いる不織布は２０ＫＶで１０秒間エレクトレット処
理を行った。

【００２９】なお、測定方法は、次のとおりである。平均繊維径およびＣＶ％：シートの表面の走査型電
子顕微鏡写真を１０００〜３０００倍の倍率で撮影し、
その写真の繊維径をランダムに２００本測定して、その
算術平均値を平均繊維径（μｍ）とした。目付（ｇ／ｍ² ）：２０ｃｍ角のサンプル（ｎ＝
５）の重量を測定し、１ｍ2 当りに換算した平均値を目
付（ｇ／ｍ² ）とした。

【００３０】充填率（％）：シートの厚み（ｍ）を
ＪＩＳＬ−１０９６のダイヤルゲージ法により７ｇ／
ｃｍ² の荷重下で測定した。シートの目付（ｇ／ｍ² ）
を厚み（ｍ）で割り、百分率（％）であらわした。気相濾過精度（％）：０．３μｍの空気塵の捕集効
率を線速度５．３ｃｍ／秒で測定し、｛（入口濃度−出
口濃度）／入口濃度｝×１００で求めた。通気抵抗（ｍｍＡｑ）：空気の通気抵抗を直径２５
ｍｍの円形サンプルを用いて線速度３．４ｍ／秒で差圧
計により測定した。通液抵抗（ｍｍＡｑ）：線速度２．２ｃｍ／分のと
きの水の通液抵抗を差圧計により求めた。なお、サンプ
ルの大きさは直径１４０ｃｍの円形部分である。液相濾過精度（％）：日本合成ゴム社製の０．４３
μｍのポリスチレンラテックスの濾過精度を濾過速度
２．２ｃｍ／分で、｛（入口濃度−出口濃度）／入口濃
度｝×１００により求めた。最大ポアーサイズ及び平均ポアーサイズ：コールタ
ー社ポロメーターIIにより測定した（ＡＳＴＭＦ３１６
−７０）。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】

【表３】

【００３４】

【表４】

【００３５】

【表５】

【００３６】

【表６】実施例１〜４と比較例１〜５とから明らかなように、同
一繊維径では気相および液相の濾過精度が実施例の方が
優れている。通気抵抗についてみると、繊維が細い程高
くなるが、充填率が２０％より高くなると通気抵抗が大
きくなりすぎて、気相のフィルターとしての用途が著し
く阻害される。比較例３、５のように繊維径が太くなり
すぎると充填率を高くしても精度は期待できない。

【００３７】実施例５〜８、比較例６〜９で明らかな様
に、オリフィス径が大きくなると繊維を細くしにくく、
紡糸応力が低下するためか繊維径のＣＶ％が増加する。
また、オリフィスピッチが小さすぎると、シート中にロ
ープが増え、繊維径ＣＶ％も高くなる。繊維の充填率が
高すぎると、濾過抵抗が大きくフィルターとして好まし
くない。ノズル、捕集間距離は繊維径が太いほど大きく
とる必要があるが、繊維の分散性が悪くなり、通気抵抗
もバラツキが大きく濾過精度も良くない。

【００３８】実施例１０〜１３、比較例１１〜１４に示
すものは、圧着不織布の例であるが、比較例１０は充填
率が低く、しかも最大ポアーサイズも平均ポアーサイズ
もポアーインデックスが範囲外であるので液相濾過精度
が悪かった。比較例１４は、特に最大ポアーサイズが特
に大きいため液相濾過精度は特に悪かった。比較例１２
は充填率が高すぎて液相濾過精度は良いものの、通液抵
抗が大きく不充分であった。比較例１３はポアーインデ
ックスが２．９をこえているために通液濾過精度は若干
低く、両者のバランスが不充分であった。

【００３９】

【発明の効果】本発明により液相および気相の両方で濾
過精度が高く、通気抵抗の小さい優れた濾過性能を示す
濾過材として好適に用いられる不織布を得ることができ
る。また、この不織布はその特性から保温材やセパレー
タ、医療用布としても用いることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平均繊維径が０．５μｍ以上７μｍ以下
の極細繊維からなり、充填率が８％〜２０％の不織布で
あって、該不織布の幅方向の目付４０g/ｍ²当りの風速
３．４ｍ／秒での通気抵抗の平均値が１５０ｍｍＡｑ以
上６００ｍｍＡｑ以下であり、前記通気抵抗の最大値と
最小値との差が前記平均値に対して３０％以下であるこ
とを特徴とする不織布。
【請求項２】極細繊維の繊維径のＣＶ％が５５％以下
である請求項１に記載の不織布。
【請求項３】充填率が５５％〜８５％の間にある圧着
不織布において、最大ポアーサイズが４．０μｍ以下
で、且つ平均ポアーサイズが２．０μｍ以下であって、
該平均ポアサイズに対する該最大ポアーサイズの比が
２．９以下であることを特徴とする圧着不織布。
【請求項４】メルトブロー法により、メルトインデック
スが２５０〜１０００のポリプロピレンの溶融ポリマー
をノズルから紡出し、ゲージ圧で０．２kg／cm² の高速
エアー流で牽引細化させて捕集板に引き取って不織布に
する際に、前記ノズルのオリフィス径を０．１ｍｍ以上
０．５ｍｍ以下にし、該ノズルの孔の中心間ピッチを
０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下にし、単孔当りの吐出量
を０．０５ｇ／分〜０．８ｇ／分にし、前記ノズルと前
記捕集板との距離を５ｃｍ〜４０ｃｍにすることを特徴
とする不織布の製造方法。