WO2024135486A1 - スパンボンド不織布、フィルター濾材、ならびに、エアフィルター - Google Patents
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B01D—SEPARATION
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- B01D39/16—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
-
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Definitions
- the present invention relates to spunbond nonwoven fabrics.
- Patent Document 1 proposes a filter substrate made of unentangled long-fiber nonwoven fabrics containing a specific polyester and a thermoplastic resin, and made of long fibers with specific ranges of birefringence and fineness, with specific ranges of basis weight, longitudinal bending resilience, tensile strength retention, and dry heat shrinkage at 180°C, and characterized by particle collection efficiency and QF value of specific values or more.
- the present invention was made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to provide a spunbond nonwoven fabric that has excellent pleating processability and shape retention, excellent dust removal performance, high breathability, and low environmental impact during use and disposal.
- a spunbond nonwoven fabric composed of composite fibers containing a specific resin as a constituent component, in which 50% or more of the surface of the composite fibers is polyolefin resin, and further, by setting the effective unit of one of the constituent components, a hindered amine compound, in the composite fibers to a specific range, can be obtained, which significantly improves strength and rigidity and imparts excellent pleating processability and shape retention.
- dust removal performance and breathability are significantly improved, and the environmental load during use and disposal can be significantly reduced compared to conventional filters.
- a spunbond nonwoven fabric composed of composite fibers containing, as components, a polyester resin P1, a polyolefin resin P2 having a melting point 20°C or more lower than the melting point of the polyester resin P1, and a hindered amine compound, in which 50% or more of the surface of the composite fibers is polyolefin resin P2, and the effective unit of the hindered amine compound in the composite fibers is 0.3 mg/g or more and 90.0 mg/g or less.
- a filter medium comprising the spunbond nonwoven fabric described in any one of [1] to [4] above.
- the present invention provides a spunbond nonwoven fabric that has excellent pleating processability and shape retention, excellent dust removal performance, high breathability, and low environmental impact during use and disposal. Due to these characteristics, the spunbond nonwoven fabric of the present invention can be particularly suitably used for filters.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an embodiment of a collection efficiency measuring device used for evaluating the collection efficiency and pressure loss of the spunbonded nonwoven fabric of the present invention.
- the spunbond nonwoven fabric of the present invention is a spunbond nonwoven fabric composed of composite fibers containing, as components, a polyester resin P1, a polyolefin resin P2 having a melting point 20°C or more lower than the melting point of the polyester resin P1, and a hindered amine compound, in which 50% or more of the surface of the composite fibers is polyolefin resin P2, and the effective unit of the hindered amine compound in the composite fibers is 0.3 mg/g or more and 90.0 mg/g or less.
- polyester resin P1 The composite fiber constituting the spunbonded nonwoven fabric of the present invention contains polyester-based resin P1 as a constituent component.
- polyester-based resin refers to a resin selected from each polyester resin such as polyethylene terephthalate described below, a mixture thereof, and a copolymer thereof. These resins may contain commonly used additives.
- ...-based resin has the same meaning.
- the polyester resin P1 is mainly composed of a high molecular weight polymer made of an acid component and an alcohol component as monomers.
- the term "main component” refers to a component whose mass ratio to the total mass being greater than 50% by mass.
- the term “main component” applies in the same manner.
- aromatic carboxylic acids such as phthalic acid (ortho form), isophthalic acid, and terephthalic acid
- aliphatic dicarboxylic acids such as adipic acid and sebacic acid
- alicyclic dicarboxylic acids such as cyclohexanecarboxylic acid
- ethylene glycol, diethylene glycol, and polyethylene glycol can be used.
- polyester resin P1 examples include polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polytrimethylene terephthalate (PTT), polyethylene naphthalate (PEN), polylactic acid (PLA), and polybutylene succinate (PBS).
- PET is preferably used because of its high melting point, excellent heat resistance, and excellent strength and rigidity.
- additives such as commonly used antioxidants, weathering stabilizers, light stabilizers, heat stabilizers, antistatic agents, electrostatic assistants, spinning agents, antiblocking agents, matting agents, mildew inhibitors, antibacterial agents, antiviral agents, flame retardants, metal oxides, hydrophilic agents, crystal nucleating agents, pigments, lubricants including polyethylene wax, aliphatic bisamides and/or aliphatic monoamides, or other polymers may be added as necessary, within the scope of the invention.
- the melting point of the polyester resin P1 is preferably 200°C or higher and 320°C or lower.
- the melting point of the polyester resin P1 be preferably 200°C or higher, more preferably 220°C or higher, and even more preferably 240°C or higher, a spunbond nonwoven fabric with excellent heat resistance can be obtained.
- the melting point of the polyester resin P1 be preferably 320°C or lower, more preferably 300°C or lower, and even more preferably 280°C or lower, energy consumption during nonwoven fabric production can be reduced, and the thermoplastic resin P2, which has a melting point 20°C or lower than the polyester resin P1 described below, can be prevented from thermally deteriorating during nonwoven fabric production.
- the yarn discharged from the spinneret can be easily cooled, excessive fusion between the fibers is suppressed, and a spunbond nonwoven fabric with excellent texture uniformity can be obtained.
- the melting point of the polyester resin P1 refers to the maximum melting peak temperature obtained by measuring the polyester resin P1 by differential scanning calorimetry (DSC).
- DSC differential scanning calorimetry
- a differential scanning calorimeter (DSC, for example, Perkin-Elmer's "DSC 8500") is used to raise the temperature from room temperature to 350°C at a heating rate of 20°C/min to obtain a DSC curve.
- the peak top temperature of the melting endothermic peak (melting peak temperature) is read from the DSC curve, and the highest melting peak temperature is determined as the melting point of the polyester resin P1.
- the intrinsic viscosity (IV) of the polyester resin P1 is preferably 0.55 or more and 0.75 or less.
- the intrinsic viscosity (IV) preferably 0.55 or more, more preferably 0.60 or less, and even more preferably 0.62 or more, the single yarn strength is increased.
- the intrinsic viscosity (IV) preferably 0.75 or less, more preferably 0.70 or less, and even more preferably 0.68 or less, the spinnability during the production of the nonwoven fabric can be improved.
- the intrinsic viscosity (IV) of the polyester resin P1 is a value measured by the following method.
- ⁇ is the viscosity of the polymer solution
- ⁇ 0 the viscosity of orthochlorophenol
- t the falling time of the solution (seconds)
- d the density of the solution (g/cm 3 )
- t 0 is the falling time of orthochlorophenol (seconds)
- d 0 is the density of orthochlorophenol (g/cm 3 ).
- (2) Calculate the intrinsic viscosity (IV) from the relative viscosity ⁇ r using the following formula, and round off to two decimal places: Intrinsic
- the conjugate fiber constituting the spunbonded nonwoven fabric of the present invention further contains a polyolefin resin P2 as a constituent component.
- the polyolefin resin P2 has a melting point 20°C or more lower than that of the polyester resin P1.
- a melting point 20°C or more preferably 50°C or more, and more preferably 80°C or more lower than the melting point of the polyester resin P1
- adhesion to the hot embossing roll in the manufacturing process described below is suppressed, resulting in a spunbond nonwoven fabric with excellent strength and rigidity.
- the melting point of the polyolefin resin P2 refers to the maximum melting peak temperature obtained by measuring the thermoplastic resin P2 by differential scanning calorimetry (DSC).
- DSC differential scanning calorimetry
- a differential scanning calorimeter (DSC, for example, Perkin-Elmer's "DSC 8500") is used to raise the temperature from room temperature to 350°C at a heating rate of 20°C/min to obtain a DSC curve.
- DSC differential scanning calorimeter
- melting peak temperatures The peak top temperatures of the melting endothermic peaks (melting peak temperatures) are read from the DSC curve, and the lowest melting peak temperature is determined as the melting point of the polyolefin resin P2.
- the melting point of the polyolefin resin P2 is preferably 100°C or higher and 240°C or lower.
- the melting point of the polyolefin resin P2 preferably be 100°C or higher, more preferably 110°C or higher, and even more preferably 120°C or higher, a spunbond nonwoven fabric having heat resistance sufficient for practical use is obtained.
- the melting point of the polyolefin resin P2 preferably be 240°C or lower, more preferably 210°C or lower, and even more preferably 180°C or lower, the sheet sticks to the heating roll during heat bonding, preventing distortion or wrinkles in the sheet and reducing the quality, and improving heat adhesion to obtain a spunbond nonwoven fabric having excellent strength and rigidity.
- polyolefin resin P2 examples include polyethylene resin, polypropylene resin, polybutene resin, polymethylpentene resin, etc.
- Polyolefin resins are suitable for applications requiring thermal adhesion, and among them, polyethylene resin and polypropylene resin are preferably used because of their excellent spinnability.
- polypropylene resin is more preferably used because of its high chargeability and charge retention after electret treatment as described below.
- Polyethylene resin means a resin having ethylene units as a repeating unit, and examples thereof include homopolymers of ethylene and copolymers of ethylene and various ⁇ -olefins. Of these, homopolymers of ethylene are preferred in order to prevent a decrease in spinning stability and strength.
- a copolymer of ethylene and various ⁇ -olefins a copolymer of ethylene and an ⁇ -olefin having 3 to 5 carbon atoms is preferred.
- examples include propylene, 1-butene, and 1-pentene, with 1-butene being more preferred.
- the content of ⁇ -olefin is preferably 0.1 mol% to 10 mol% based on the polymerization components of the polyethylene resin.
- ⁇ -olefin content preferably 0.1 mol% to 10 mol%, more preferably 0.1 mol% to 7 mol%, and even more preferably 0.1 mol% to 5 mol%, thread breakage during spinning and sticking to hot embossing rolls in the manufacturing process described below are suppressed, resulting in a spunbond nonwoven fabric with fewer defects such as distortion and wrinkles.
- the ⁇ -olefin species and ⁇ -olefin content in the polymerized components of polyethylene resins can be calculated, for example, from the peak positions and peak area ratios detected by a nuclear magnetic resonance (NMR) spectrometer.
- NMR nuclear magnetic resonance
- Polyethylene resins include medium density polyethylene, high density polyethylene (hereinafter sometimes abbreviated as HDPE), and linear low density polyethylene (hereinafter sometimes abbreviated as LLDPE).
- HDPE high density polyethylene
- LLDPE linear low density polyethylene
- HDPE and LLDPE are preferably used, as they suppress thread breakage during spinning in the manufacturing process described below, resulting in a spunbond nonwoven fabric with fewer surface defects.
- the melting point of the polyethylene resin is preferably 100°C or higher and 150°C or lower.
- the melting point of the polyethylene resin be preferably 100°C or higher, more preferably 110°C or higher, and even more preferably 120°C or higher, it becomes easier to obtain heat resistance that can withstand practical use.
- the melting point be preferably 150°C or lower, more preferably 140°C or lower, and even more preferably 135°C or lower, it becomes easier to cool the threads discharged from the spinneret in the manufacturing process described below, and fusion between the fibers is suppressed, resulting in a spunbond nonwoven fabric with excellent texture uniformity.
- the solid density of the polyethylene resin is preferably 0.935 g/cm 3 or more and 0.970 g/cm 3 or less.
- the solid density of the polyethylene resin be preferably 0.935 g/cm 3 or more, more preferably 0.940 g/cm 3 or more, and even more preferably 0.945 g/cm 3 or more, the adhesion to a hot embossing roll or the like in the manufacturing process described below is suppressed, resulting in a spunbonded nonwoven fabric with few defects such as distortion and wrinkles.
- the solid density of the polyethylene resin be preferably 0.970 g/cm 3 or less, more preferably 0.965 g/cm 3 or less, and even more preferably 0.960 g/cm 3 or less, the yarn breakage during spinning in the manufacturing process described below is suppressed, resulting in a spunbonded nonwoven fabric with few surface defects.
- examples of polypropylene-based resins include propylene homopolymers and copolymers of propylene with ethylene and various ⁇ -olefins.
- propylene homopolymers are preferred to prevent a decrease in spinning stability and strength.
- the copolymerization component When using a copolymer of propylene and various ⁇ -olefins, ethylene and 1-butene are preferred as the copolymerization component, as they have excellent spinning stability, with ethylene being more preferred.
- the copolymerization ratio is preferably 15 mol% or less, more preferably 10 mol% or less, and even more preferably 5 mol% or less, to prevent a decrease in spinning stability and strength.
- the ⁇ -olefin species and ⁇ -olefin content in the polymerization components of polypropylene-based resins can be calculated, for example, from the peak positions and peak area ratios detected by a nuclear magnetic resonance (NMR) spectrometer.
- NMR nuclear magnetic resonance
- the melting point of the polypropylene resin is preferably 120°C or higher and 180°C or lower.
- the polypropylene resin have a melting point of preferably 120°C or higher, more preferably 130°C or higher, and even more preferably 140°C or higher, it becomes easier to obtain heat resistance that can withstand practical use.
- the melting point be preferably 180°C or lower, more preferably 170°C or lower, and even more preferably 160°C or lower, it becomes easier to cool the threads discharged from the spinneret, suppressing fusion between the fibers and resulting in a spunbond nonwoven fabric with excellent texture uniformity.
- the polyolefin resin according to the present invention may be a mixture of two or more kinds, and in addition to the main polyolefin resin (referring to the polyolefin that occupies the largest mass % of the polyolefin resin), a resin composition containing a thermoplastic resin such as a polyolefin resin such as polyethylene, polypropylene, or poly-4-methyl-1-pentene, a thermoplastic elastomer, a low melting point polyester, or a low melting point polyamide may also be used.
- a thermoplastic resin such as a polyolefin resin such as polyethylene, polypropylene, or poly-4-methyl-1-pentene
- a thermoplastic elastomer such as polyethylene, polypropylene, or poly-4-methyl-1-pentene
- a thermoplastic elastomer such as polyethylene, polypropylene, or poly-4-methyl-1-pentene
- a thermoplastic elastomer such as polyethylene, polypropylene, or
- additives such as commonly used antioxidants, weathering stabilizers, light stabilizers, heat stabilizers, antistatic agents, antistatic assistants, spinning agents, antiblocking agents, matting agents, antibacterial agents, antifungal agents, antiallergen agents, antiviral agents, vitamins, flame retardants, metal oxides, hydrophilic agents, crystal nucleating agents, pigments, lubricants including polyethylene wax, aliphatic bisamides and/or aliphatic monoamides, or other polymers can be added as necessary, within the scope that does not impair the effects of the present invention.
- the melt flow rate (hereinafter sometimes abbreviated as MFR) of the polyolefin resin P2 is preferably 1 g/10 min or more and 100 g/10 min or less.
- MFR melt flow rate
- the MFR of the polyolefin resin P2 preferably be 1 g/10 min or more, more preferably 10 g/10 min or more, and even more preferably 20 g/10 min or more, thread breakage during spinning in the manufacturing process described below is suppressed, resulting in a spunbond nonwoven fabric with fewer surface defects.
- the MFR of the polyolefin resin P2 preferably be 100 g/10 min or less, more preferably 80 g/10 min or less, and even more preferably 60 g/10 min or less, the single thread strength is increased, resulting in a spunbond nonwoven fabric with excellent strength and rigidity.
- the MFR of the polyolefin resin used in the present invention can also be adjusted by blending two or more resins with different MFRs in any ratio.
- the MFR of this polyolefin resin P2 is measured using ASTM D1238-10 "Standard Test Method for Melt Flow Rates of Thermoplastics by Extrusion Plastometer" (Method A). According to this standard, polyethylene is measured at a load of 2.16 kg and a temperature of 190°C, and polypropylene is measured at a load of 2.16 kg and a temperature of 230°C.
- the polyolefin resin a resin containing a petroleum-derived component or a resin containing a biomass-derived component can be used, but a resin containing a biomass-derived component is preferred.
- the proportion of carbon derived from biomass is preferably 20% or more of the total carbon constituting the polyolefin resin, more preferably 50% or more, and even more preferably 90% or more. In this way, a spunbond nonwoven fabric with low environmental impact can be obtained.
- the polyolefin resin in the present invention includes not only polyolefin resins newly obtained by polymerizing components derived from biomass, but also recycled polyolefin resins that contain polyolefin resins derived from biomass.
- the percentage of carbon atoms derived from biomass is measured by the carbon-14 concentration measurement method using accelerator mass spectrometry (Method B) described in ASTM D6866-22 "Standard Test Methods for Determining the Biobased Content of Solid, Liquid, and Gasous Samples Using Radiocarbon Analysis.” With this method, it is possible to determine whether a component is derived from biomass or petroleum based on the amount of radioisotope of the carbon atoms. When all the carbon atoms are derived from biomass, the percentage of carbon atoms derived from biomass is 100%.
- the conjugate fiber constituting the spunbonded nonwoven fabric of the present invention further contains a hindered amine compound as a constituent component, more preferably a hindered amine compound represented by the following general formula (1):
- hindered amine compounds examples include poly[(6-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)amino-1,3,5-triazine-2,4-diyl)((2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)imino)hexamethylene((2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)imino)] (manufactured by BASF Japan Ltd., "Chimasorb” (registered trademark) 944LD), dimethyl succinate-1-(2-hydroxyethyl)-4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine polycondensate (manufactured by BASF Japan Ltd., "Tinuvin” (registered trademark) 622LD), and 2-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl)-2-n-butylmalonate bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl) (manufactured by BASF Japan Ltd.
- the hindered amine compound represented by the above general formula (1) includes, for example, poly[(6-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)amino-1,3,5-triazine-2,4-diyl)((2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)imino)hexamethylene((2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)imino)] (manufactured by BASF Japan Ltd., "Chimasorb” (registered trademark) 944LD), Examples include polycondensates of dibutylamine, 1,3,5-triazine, N,N'-bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl-1,6-hexamethylenediamine, and N-(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)butylamine (manufactured by BASF Japan Ltd., "Chimassorb” (registered trademark) 2020FDL).
- BCEL registered trademark
- the presence of a hindered amine compound in a composite fiber is specified as follows. (1) Five small sample pieces are taken from the spunbond nonwoven fabric of the present invention in the width direction. (2) The small sample is subjected to Soxhlet extraction with a methanol/chloroform mixed solution, and the extract is subjected to HPLC separation repeatedly. (3) The structure of each fraction is identified using instrumental analyses such as IR measurement, GC measurement, GC/MS measurement, MALDI-MS measurement, 1 H-NMR measurement, and 13 C-NMR measurement.
- the spunbond nonwoven fabric of the present invention is composed of conjugate fibers containing the polyester resin P1, the polyolefin resin P2, and the hindered amine compound as constituent components.
- the composite fiber has 50% or more of its surface made of the polyolefin resin P2. This means that the surface of the composite fiber is covered by the polyolefin resin P2 at a rate of 50% or more.
- 50% or more surface coverage rate of 50% or more, the same applies below
- 80% or more, more preferably 90% or more, and even more preferably 100% of the composite fiber surface be made of the polyolefin resin P2
- the composite fiber has both single yarn strength and thermal adhesiveness, and a spunbond nonwoven fabric has sufficient strength and rigidity for practical use.
- the electrostatic charge and charge retention properties are improved after the electret treatment described below, resulting in a spunbond nonwoven fabric with excellent dust removal performance.
- the coverage (%) of the surface of the composite fiber with the polyolefin resin P2 is calculated by the following procedure. (1) Ten small sample pieces (100 x 100 mm) are randomly taken from a spunbond nonwoven fabric. (2) The small sample piece is embedded in a bisphenol-based epoxy resin, and after the resin has hardened, a cross section is cut out with a microtome. In this case, if the spunbonded nonwoven fabric has a macro-fused portion as described below, the cross section sample is cut out so as to pass through the center of the portion other than the macro-fused portion (non-macro-fused portion).
- a cross-sectional photograph of the spunbonded nonwoven fabric is taken using a microscope (e.g., Keyence Corp.'s "VW-9000") or a scanning electron microscope (e.g., Keyence Corp.'s "VHX-D500”). At this time, the photograph is taken at a magnification (approximately 300x to 3000x) at which the interface between the different thermoplastic resins in the composite fibers can be clearly observed. In addition, when the spunbonded nonwoven fabric has macro-fused parts as described below, the photograph is taken at the center between the macro-fused parts.
- the coverage of the surface of the composite fiber with the polyolefin resin P2 is measured.
- All the measured values are averaged and rounded off to the first decimal place to determine the coverage rate of the surface of the composite fiber with polyolefin resin P2.
- the coverage rate (%) of the composite fiber surface with the polyolefin resin P2 can be adjusted depending on the composite form, cross-sectional shape, etc. of the composite fiber.
- composite forms such as concentric core-sheath type, eccentric core-sheath type, sea-island type, side-by-side type, etc. can be used.
- concentric core-sheath type and eccentric core-sheath type composite forms are more preferable because they have excellent spinnability, can be uniformly bonded to each other by thermal bonding, and can improve dust removal performance, and in particular, the concentric core-sheath type composite form is particularly preferable from the viewpoint of thermal bonding properties and dust removal performance.
- the cross-sectional shape of the composite fiber may be a round cross-section, a flat cross-section, or an irregular cross-section such as a Y-shape or C-shape.
- a round cross-section is a more preferred embodiment, since it has excellent spinnability and can be spun at a high spinning speed to produce a composite fiber with excellent single-yarn strength.
- a hollow cross-section can also be used as the cross-sectional shape, but a solid cross-section is a preferred embodiment, since it suppresses thread breakage during spinning in the manufacturing process described below, resulting in a spunbond nonwoven fabric with fewer surface defects.
- the composite fiber according to the present invention has an effective unit of the hindered amine compound in the composite fiber of 0.3 mg/g or more and 90.0 mg/g or less.
- the effective unit of the hindered amine compound is an index showing the mass ratio of the hindered amine compound that effectively contributes to the chargeability and charge retention after the electret treatment among the hindered amine compounds contained in the composite fiber.
- the effective unit of the hindered amine compound is 0.3 mg/g or more, preferably 0.5 mg/g or more, more preferably 1.0 mg/g or more, and even more preferably 1.5 mg/g or more, a spunbond nonwoven fabric having excellent chargeability and charge retention is obtained.
- the effective unit of the hindered amine compound is 90.0 mg/g or less, preferably 30.0 mg/g or less, more preferably 10.0 mg/g or less, and even more preferably 5.0 mg/g or less, thread breakage during spinning in the manufacturing process described below is suppressed, and a spunbond nonwoven fabric with few surface defects is obtained.
- the effective unit (mg/g) of the hindered amine compound in the composite fiber is determined by the value measured and calculated as follows. (1) Five small sample pieces are taken from the spunbond nonwoven fabric of the present invention in the width direction, and the mass (g) of each is measured. (2) The small sample is subjected to Soxhlet extraction with a methanol/chloroform mixed solution, and only the extract is subjected to high performance liquid chromatography (HPLC) under the following conditions: ⁇ Column: Organic silica hybrid (particle size 1-5 ⁇ m) Mobile phase: aqueous ammonia solution, methanolic ammonia solution, and mixtures thereof.
- HPLC high performance liquid chromatography
- each fraction is identified using instrumental analyses such as IR, GC, GC/MS, MALDI-MS, 1 H-NMR, and 13 C-NMR.
- the total mass (mg) of the fractions containing the hindered amine compound obtained from all the small piece samples is divided by the total mass (g) of all the small piece samples, and the resulting value (mg/g) is rounded off to the second decimal place to obtain the effective unit (mg/g) of the hindered amine compound.
- the effective units (mg/g) of the hindered amine compound in this composite fiber can be controlled by appropriately adjusting the mass of the hindered amine compound contained in the polyolefin resin P2, the composite form of the composite fiber, and the volume ratio of the polyester resin P1 and polyolefin resin P2 in the composite fiber described below.
- the composite fiber according to the present invention has micro-fused portions having a length of 5 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less in the fiber axis direction at least in part of the contact points between the fibers.
- micro-fused portions are portions that are fused to adjacent fibers in portions other than the macro-fused portions (non-macro-fused portions) described below, and the "contact points between fibers” include not only the micro-fused portions, but also portions where fibers are entangled and portions where fibers are simply in contact with each other without being fused.
- micro-fused portions have a length in the fiber axis direction of 5 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
- the presence of such micro-fused portions results in a spunbond nonwoven fabric that is excellent in strength and rigidity, as well as high breathability.
- the composite fiber has the above-mentioned micro-fused portions, they can be confirmed by observing the composite fiber from the cross section of the spunbonded nonwoven fabric using a microscope (e.g., Keyence Corp.'s "VW-9000") or a scanning electron microscope (e.g., Keyence Corp.'s "VHX-D500").
- a microscope e.g., Keyence Corp.'s "VW-9000”
- a scanning electron microscope e.g., Keyence Corp.'s "VHX-D500”
- the spunbonded nonwoven fabric has macro-fused portions as described below, the micro-fused portions should be confirmed in the non-macro-fused portions.
- the ratio of the number of contacts having micro-fused portions to the total number of contacts between fibers is preferably 20% or more and 100% or less, more preferably 50% or more and 100% or less, and even more preferably 80% or more and 100% or less. In this way, by increasing the proportion of micro-fused portions among the contacts between fibers, a spunbond nonwoven fabric with even greater strength and rigidity is obtained.
- the ratio of the number of contacts having micro-fused portions is calculated by the following procedure. (1) Five photographs of the cross section of the spunbond nonwoven fabric in the transverse direction are taken using the same procedure as in the measurement of the average center-to-center distance ( ⁇ m) of nearest neighboring fibers described below. (2) Count the number of fiber junctions in the cross-sectional photograph and the number of junctions having micro-fused portions. (3) The total number of contacts having micro-fused portions in all cross-sectional photographs is divided by the total number of contacts between fibers in all cross-sectional photographs, expressed as a percentage, and rounded off to one decimal place to obtain the number ratio of contacts having micro-fused portions.
- the presence of the micro-fused portion can be achieved by appropriately adjusting the composite form of the composite fiber, the volume ratio of the polyester resin P1 and the polyolefin resin P2 of the composite fiber, and/or the spinning temperature, the discharge amount per single hole of the spinneret, the spinning cooling conditions (temperature and volume of cooling air, etc.), and the conditions for thermally fusing the fiber contacts by passing hot air through them (temperature of hot air, time for passing hot air through them, etc.), which will be described later.
- the number ratio (%) of contacts having the micro-fused portion can be controlled by appropriately adjusting the composite form of the composite fiber, the volume ratio of the polyester resin P1 and the polyolefin resin P2 of the composite fiber, the apparent density of the spunbonded nonwoven fabric described later, the average center distance of the nearest fibers, and/or the spinning temperature, the discharge amount per single hole of the spinneret, the spinning cooling conditions (temperature and volume of cooling air, etc.), and the conditions for thermally fusing the fiber contacts by passing hot air through them (temperature of hot air, time for passing hot air through them, etc.), which will be described later.
- the composite fibers constituting the spunbond nonwoven fabric of the present invention preferably have an average single fiber diameter of 15.0 ⁇ m or more and 40.0 ⁇ m or less.
- the lower limit of this range of average single fiber diameter is preferably 15.0 ⁇ m or more, more preferably 20.0 ⁇ m or more, even more preferably 22.0 ⁇ m or more, and particularly preferably 24.0 ⁇ m or more, resulting in a spunbond nonwoven fabric with excellent breathability.
- the upper limit of the above range is preferably 40.0 ⁇ m or less, more preferably 34.0 ⁇ m or less, even more preferably 32.0 ⁇ m or less, and particularly preferably 29.0 ⁇ m or less, resulting in a spunbond nonwoven fabric with excellent dust removal performance and excellent strength and rigidity due to the large number of micro-fused parts.
- the average single fiber diameter ( ⁇ m) of the composite fibers constituting the spunbonded nonwoven fabric is calculated by the following procedure. (1) Ten small sample pieces (100 x 100 mm) are randomly taken from a spunbond nonwoven fabric. (2) Surface photographs are taken at 300 to 1000 times magnification using a microscope (e.g., Keyence Corp.'s "VW-9000”) or a scanning electron microscope (e.g., Keyence Corp.'s "VHX-D500”), and the widths (diameters) of the non-fused portions of the composite fibers are measured for a total of 50 fibers, five from each sample.
- a microscope e.g., Keyence Corp.'s "VW-9000
- a scanning electron microscope e.g., Keyence Corp.'s "VHX-D500
- the cross section of the composite fiber is irregular, the cross-sectional area is measured, and the diameter of a perfect circle having the same cross-sectional area is determined.
- the non-fused portion is the portion in which the fibers are not fused to each other or deformed.
- the diameter values of 50 measured fibers are averaged, and the average single fiber diameter ( ⁇ m) is determined by rounding off to one decimal place.
- This average single fiber diameter can be controlled by appropriately adjusting the volume ratio of the polyester resin P1 and the polyolefin resin P2 in the composite fiber, and/or the spinning temperature, the output per spinneret hole, the spinning speed, etc., which will be described later.
- the volume ratio of the polyester resin P1 is preferably 10% by volume or more and 90% by volume or less.
- the volume ratio of the polyester resin P1 preferably 10% by volume or more, more preferably 30% by volume or more, even more preferably 50% by volume or more, and particularly preferably 70% by volume or more, the single yarn strength is improved, and a spunbonded nonwoven fabric having sufficient strength for practical use is obtained.
- adhesion to a hot embossing roll or the like in the manufacturing process described below is suppressed, resulting in a spunbonded nonwoven fabric with fewer defects such as distortion and wrinkles.
- the volume ratio of the polyester resin P1 preferably 95% by volume or less, more preferably 90% by volume or less, even more preferably 85% by volume or less, and particularly preferably 80% by volume or less, the polyolefin resins P2 are firmly fused together during heat bonding, resulting in a spunbonded nonwoven fabric having sufficient strength and rigidity for practical use.
- the composite fiber according to the present invention preferably has a volume ratio of polyolefin resin P2 of 5 volume% or more and 90 volume% or less.
- a volume ratio of polyolefin resin P2 preferably 5 volume% or more, more preferably 10 volume% or more, even more preferably 15 volume% or more, and particularly preferably 20 volume% or more.
- the polyolefin resins P2 are firmly fused together during thermal bonding, resulting in a spunbonded nonwoven fabric with sufficient strength and rigidity for practical use.
- the chargeability and charge retention after the electret treatment described below are improved, resulting in a spunbonded nonwoven fabric with excellent dust removal performance.
- volume ratio of polyolefin resin P2 of preferably 90 volume% or less, more preferably 70 volume% or less, even more preferably 50 volume% or less, and particularly preferably 30 volume% or less, adhesion to a hot embossing roll or the like in the manufacturing process described below is suppressed, resulting in a spunbonded nonwoven fabric with fewer defects such as distortion and wrinkles.
- the volume ratio of the polyester resin P1 and the volume ratio of the polyolefin resin P2 in the composite fiber are considered to be 0 volume % as long as the content of the hindered amine compound in the composite fiber is 10 mass % or less in the composite fiber.
- the spunbonded nonwoven fabric of the present invention is composed of the above-mentioned composite fibers.
- the average center-to-center distance of the nearest fibers in the cross section of the spunbonded nonwoven fabric in the transverse direction (hereinafter, sometimes simply abbreviated as "average center-to-center distance of the nearest fibers") is preferably 50 ⁇ m or less.
- the upper limit of the range of the average center-to-center distance of the nearest fibers is preferably 50 ⁇ m or less, more preferably 46 ⁇ m or less, and even more preferably 42 ⁇ m or less, which increases the formation of micro-fused parts at the contact points between the fibers, resulting in a spunbonded nonwoven fabric with excellent strength and rigidity.
- the cross section of the spunbonded nonwoven fabric is formed with a coarse and dense fiber density, resulting in a spunbonded nonwoven fabric with excellent breathability.
- the lower limit of the range of the average center-to-center distance of the nearest fibers is the same value as the diameter of the composite fiber, but is preferably 30 ⁇ m or more, more preferably 34 ⁇ m or more, and even more preferably 38 ⁇ m or more, by which excessive fusion of the fibers is suppressed, the spunbonded nonwoven fabric has a good texture and a small variation in strength and rigidity.
- the "transverse direction” of the spunbonded nonwoven fabric refers to the sheet conveying direction when the spunbonded nonwoven fabric is produced, that is, the direction perpendicular to the winding direction of the nonwoven fabric roll (CD direction, Cross Direction)
- the "vertical direction” of the spunbonded nonwoven fabric refers to the sheet conveying direction when the spunbonded nonwoven fabric is produced, that is, the winding direction of the nonwoven fabric roll (MD direction, Machine Direction).
- the vertical direction and the horizontal direction are determined by the following procedure.
- a test piece with smaller dimensions is taken, with the length at the lower limit being 18.0 cm and the width at the lower limit being 2.0 cm.
- test pieces each having a length of 30 cm and a width of 5.0 cm are taken in directions rotated 30 degrees, 60 degrees, 90 degrees, 120 degrees, and 150 degrees from the direction (0 degrees) taken in (a).
- the tensile strength is measured in accordance with JIS L1913:2010 "Testing methods for general long-fiber nonwoven fabrics” in 6.3 “Tensile strength and elongation.” Specifically, a load is applied until the sample breaks under the conditions of a gripping distance of 20.0 cm (however, if the dimensions of the test piece are smaller than 30.0 cm in length, the gripping distance is set to a length obtained by subtracting 10 cm from the length of the test piece) and a pulling speed of 100 ⁇ 10 mm/min, and the strength of the sample at the maximum load is defined as the tensile strength (N/5 cm), and the average value of the three points is calculated and rounded off to the nearest tenth to obtain the tensile strength in that direction
- the direction in which the measured value is the highest shall be regarded as the warp direction of the spunbond nonwoven fabric, and the direction perpendicular to this shall be regarded as the transverse direction. However, if there are two or more directions in which the value is the highest, the following shall apply.
- the direction in which the tensile strength is lower in the direction perpendicular to the "highest direction" is determined as the warp direction of the spunbond nonwoven fabric.
- the tensile strengths in the perpendicular directions i.e., 90 degrees and 120 degrees
- the tensile strengths in the perpendicular directions are compared, and when the tensile strength of the test piece at 90 degrees is lower, 0 degrees is determined as the warp direction, and when the tensile strength of the test piece at 120 degrees is lower, 30 degrees is determined as the warp direction.
- the tensile strength in the direction perpendicular to the "highest direction" is also equal, for example, if the tensile strength in all six directions is equal, then any one of the six directions will be considered to be the vertical direction, and the direction perpendicular to this will be considered to be the horizontal direction.
- the average center-to-center distance between the nearest fibers in the cross section of the spunbonded nonwoven fabric in the transverse direction refers to a value measured and calculated by the following procedure.
- Five small sample pieces (100 ⁇ 100 mm) are randomly taken from the spunbonded nonwoven fabric, and a cross-sectional sample in the transverse direction is cut out from each small sample piece.
- the spunbonded nonwoven fabric has a macro-fused portion (described later)
- the cross-sectional sample is cut out so as to pass through the center of the portion other than the macro-fused portion (non-macro-fused portion).
- the average center-to-center distance of the nearest fibers in the cross section of the spunbonded nonwoven fabric in the transverse direction can be controlled by appropriately adjusting the volume ratio of the polyester resin P1 and the thermoplastic resin P2 of the composite fiber, the average single fiber diameter, the thickness, the apparent density, and/or the spinning speed described below, the shortest distance between adjacent macro-fused portions, the thermal bonding conditions (temperature, line pressure, etc.), etc.
- the number ratio of conjugate fibers having a center-to-center distance of the nearest fibers in the cross section in the transverse direction of the fabric is preferably 40% or more.
- the lower limit of the range of the number ratio R 1 of adjacent conjugate fibers is preferably 40% or more, more preferably 45% or more, and even more preferably 50% or more, so that the area of fusion at the contact points between the fibers increases, resulting in a spunbonded nonwoven fabric having excellent strength and rigidity.
- the cross section of the spunbonded nonwoven fabric has a sparse and dense fiber density, resulting in a spunbonded nonwoven fabric having excellent breathability.
- the upper limit of the above range is preferably 80% or less, more preferably 75% or less, and even more preferably 70% or less, so that excessive fusion between the fibers is suppressed, resulting in a spunbonded nonwoven fabric having a good texture and a small variation in strength and rigidity.
- the spunbonded nonwoven fabric of the present invention preferably satisfies the range of the number ratio R1 of the close conjugate fibers, and furthermore, the number ratio of conjugate fibers having a center-to-center distance of the nearest fibers in the cross section in the transverse direction of 35 ⁇ m or less (hereinafter, sometimes simply abbreviated as "number ratio R2 of close conjugate fibers") is 30% or more and 70% or less.
- the lower limit of the range of the number ratio R2 of the close conjugate fibers is preferably 30% or more, more preferably 35% or more, and even more preferably 40% or more, so that the area of fusion at the contact points between the fibers is increased, resulting in a spunbonded nonwoven fabric with excellent strength and rigidity.
- the cross section of the spunbonded nonwoven fabric has a coarse and dense fiber density, resulting in a spunbonded nonwoven fabric with excellent breathability.
- the upper limit of the above range preferably 70% or less, more preferably 65% or less, and even more preferably 60% or less, excessive fusion of the fibers to each other is suppressed, resulting in a spunbonded nonwoven fabric with good texture and small variation in strength and rigidity.
- the spunbonded nonwoven fabric of the present invention preferably has regularly arranged macro-fused parts.
- macro-fused parts refers to the parts where the fibers are melted and fused together by being compressed in the cross-sectional direction of the spunbonded nonwoven fabric, so that the cross-sectional shape of the fibers is deformed to a degree different from the shape of the other parts, and furthermore, the fibers are fused to each other until the part becomes a lump or a film.
- it is a part that is heat-compressed by a heat embossing roll or a part that is heat-fused by ultrasonic vibration.
- the shape and area of the compression part of the heat embossing roll used can be considered to be the same as the shape and area of the macro-fused part.
- the shape and area of the macro-fused part are considered to be the same as the shape and area of the part where the projections of the upper roll and the projections of the lower roll overlap and contact the nonwoven fiber web.
- the shape and area of the macro-fused portion are considered to be the same as the shape and area of the portion where the projections of the roll having projections and recesses contact the nonwoven fiber web.
- “regularly arranged” refers to being regularly present at regular intervals in both the warp and weft directions of the spunbonded nonwoven fabric. This reduces the variation in strength of the spunbonded nonwoven fabric.
- Specific arrangements include arrangements in which the centers of the macro-fused portions are arranged in a polygonal lattice pattern, such as triangular lattices, quadrangular lattices, trapezoidal lattices, parallelograms, and rhombic lattices, and hexagonal lattices, and of course lattices in which each side has the same length, such as square lattices, equilateral triangular lattices, and equilateral hexagonal lattices.
- a staggered arrangement is also included in the above polygonal lattice pattern.
- the shape of the macro-fused portion can be selected according to the application for which the spunbonded nonwoven fabric is to be used, and examples of such shapes include a circle, an ellipse, a square, a rectangle, a parallelogram, a diamond, a regular hexagon, and a regular octagon.
- the shortest distance between adjacent macro-fused parts is preferably 0.5 mm or more and 2.0 mm or less.
- the lower limit of the range of the shortest distance between adjacent macro-fused parts is preferably 0.5 mm or more, more preferably 0.7 mm or more, and even more preferably 0.9 mm or more.
- the average center-to-center distance of the closest fibers, the number ratio R 1 of the close conjugate fibers, and the number ratio R 2 of the close conjugate fibers can be easily adjusted, making it easier to obtain a spunbonded nonwoven fabric with high strength and rigidity, excellent breathability, and excellent liquid retention of functional drugs.
- the upper limit of the above range to preferably 2.0 mm or less, more preferably 1.8 mm or less, and even more preferably 1.6 mm or less, the macro-fused parts efficiently hold the conjugate fibers, resulting in a spunbonded nonwoven fabric with excellent strength and rigidity.
- the shortest distance between adjacent macro fused portions is a value measured and calculated according to the following procedure.
- Five small sample pieces (100 x 100 mm) are randomly taken from a spunbond nonwoven fabric.
- a surface photograph is taken at 20 to 300 times magnification using a microscope (e.g., Keyence Corporation's "VW-9000") or a scanning electron microscope (e.g., Keyence Corporation's "VHX-D500”) so that at least one repeating unit of the regularly arranged macro fusion portion is included.
- a microscope e.g., Keyence Corporation's "VW-9000”
- a scanning electron microscope e.g., Keyence Corporation's "VHX-D500
- the boundary between the macro-fused area and the non-macro-fused area is set as the start point/end point of the distance.
- the distance to the nearest macro-fused area is measured.
- the shortest distance values of the 15 measured points are averaged and rounded off to one decimal place to obtain the shortest distance (mm) between adjacent macro fused portions.
- the area of each of the macro fusion parts is preferably 0.10 mm2 or more and 1.00 mm2 or less.
- the lower limit of the area range of each of the macro fusion parts is preferably 0.10 mm2 or more, more preferably 0.15 mm2 or more, and even more preferably 0.20 mm2 or more, the composite fibers are firmly fused to each other by the macro fusion parts, resulting in a spunbonded nonwoven fabric with excellent strength and rigidity.
- the upper limit of the above range preferably 1.00 mm2 or less, more preferably 0.70 mm2 or less, and even more preferably 0.40 mm2 or less, voids are secured within the spunbonded nonwoven fabric, resulting in a spunbonded nonwoven fabric with excellent breathability and large dust retention capacity.
- the area of each of the macro fused portions is a value measured and calculated according to the following procedure.
- Five small sample pieces (100 x 100 mm) are randomly taken from a spunbond nonwoven fabric.
- a surface photograph is taken at 20 to 300 times magnification using a microscope (e.g., Keyence Corporation's "VW-9000") or a scanning electron microscope (e.g., Keyence Corporation's "VHX-D500”) so that at least one repeating unit of the regularly arranged macro fusion portion is included.
- a microscope e.g., Keyence Corporation's "VW-9000”
- a scanning electron microscope e.g., Keyence Corporation's "VHX-D500
- the ratio of the total area of the macro-fused portions to the surface of the spunbond nonwoven fabric is preferably 5% or more and 30% or less.
- a spunbond nonwoven fabric with excellent strength can be obtained by setting the lower limit of the range of the macro-fused portion area ratio to 5% or more, more preferably 8% or more, and even more preferably 10% or more.
- a spunbond nonwoven fabric with an upper limit of the above range of preferably 30% or less, more preferably 20% or less, and even more preferably 15% or less can be obtained with breathability that can be practically used as a filter aggregate.
- the adjacent macro fused portion area ratio is a value measured and calculated according to the following procedure.
- a microscope e.g., "VW-9000” manufactured by Keyence Corporation
- a scanning electron microscope e.g., "VHX-D500” manufactured by Keyence Corporation
- S1 the area ratio of the 25 locations are averaged and rounded off to the first decimal place to obtain the macro fused portion area ratio (%).
- the spunbonded nonwoven fabric of the present invention preferably has an apparent specific surface area of 980 cm 2 /g or more and 1600 cm 2 /g or less.
- the lower limit of the apparent specific surface area range is preferably 980 cm 2 /g or more, more preferably 1020 cm 2 /g or more, even more preferably 1050 cm 2 /g or more, and particularly preferably 1100 cm 2 /g or more, so that the spunbonded nonwoven fabric has high rigidity suitable for use as a pleated filter and excellent dust removal performance.
- the upper limit of the above range is preferably 1600 cm 2 /g or less, more preferably 1400 cm 2 /g or less, even more preferably 1300 cm 2 /g or less, and particularly preferably 1200 cm 2 /g or less, so that the spunbonded nonwoven fabric can be provided with high breathability suitable for use as a filter.
- the apparent specific surface area is a value calculated using the following formula from the average single fiber diameter ( ⁇ m) of the composite fiber and the solid density (g/cm 3 ) measured and calculated by the following procedures (1) to (4).
- the apparent specific surface area can be controlled by appropriately adjusting the volume ratio of the polyester resin P1 and the polyolefin resin P2 of the composite fiber and the average single fiber diameter.
- the spunbonded nonwoven fabric of the present invention preferably has a basis weight of 30 g/ m2 or more and 100 g/ m2 or less.
- the lower limit of the basis weight range of the spunbonded nonwoven fabric is preferably 30 g/ m2 or more, more preferably 40 g/ m2 or more, and even more preferably 50 g/ m2 or more, so that the spunbonded nonwoven fabric has sufficient strength and rigidity for practical use and has excellent dust removal performance.
- the upper limit of the above range is preferably 100 g/ m2 or less, more preferably 80 g/ m2 or less, and even more preferably 60 g/ m2 or less, so that the spunbonded nonwoven fabric has excellent breathability and is less environmentally hazardous when disposed of.
- the basis weight of the spunbond nonwoven fabric is determined in accordance with "6.2 Mass per unit area" of JIS L1913:2010 "Testing methods for general nonwoven fabrics” and is measured by the following procedure. (1) Take three 20 cm x 25 cm test pieces per meter of sample width. (2) Measure the mass (g) of each at standard conditions. (3) Express the average value as mass per square meter (g/m 2 ).
- the above basis weight can also be controlled by appropriately adjusting the output of each hole in the spinneret and the speed of the net conveyor that collects the yarn.
- the spunbond nonwoven fabric of the present invention has excellent strength and stiffness, and also has high dust removal performance, so when used as a filter, it is possible to reduce the basis weight compared to conventional filters. As a result, the amount of plastic used in the filter can be reduced, and thus the environmental impact at the time of disposal can be reduced.
- the spunbond nonwoven fabric of the present invention has a thickness of 0.20 mm or more and 0.60 mm or less.
- the lower limit of the thickness range of the spunbond nonwoven fabric to 0.20 mm or more, preferably 0.22 mm or more, more preferably 0.25 mm or more, and even more preferably 0.30 mm or more, the spunbond nonwoven fabric has sufficient rigidity for practical use and sufficient dust retention capacity as a filter.
- the upper limit of the above range to 0.60 mm or less, preferably 0.55 mm or less, more preferably 0.50 mm or less, and even more preferably 0.40 mm or less, the number of pleats can be increased during pleating of the filter to increase the filtration area, resulting in a filter with excellent dust removal efficiency and low pressure loss.
- the thickness (mm) of the spunbond nonwoven fabric is determined in accordance with "5.1” of JIS L1906:2000 "Testing methods for general long-fiber nonwoven fabrics” and is measured by the following procedure. (1) Using a pressure probe with a diameter of 10 mm, the thickness is measured to the nearest 0.01 mm at 10 points per meter at equal intervals across the width of the nonwoven fabric under a load of 10 kPa. (2) Round off the average of the 10 points above to two decimal places.
- the thickness of the spunbond nonwoven fabric can be controlled by appropriately adjusting the volume ratio of the polyester resin P1 and the polyolefin resin P2 of the composite fiber, the average single fiber diameter, and/or the thermal bonding conditions described below (shape of the macro-fused portion, shortest distance between adjacent macro-fused portions, compression rate, temperature, linear pressure, etc.).
- the spunbonded nonwoven fabric of the present invention preferably has an apparent density of 0.10 g/cm 3 or more and 0.25 g/cm 3 or less.
- the lower limit of the apparent density range of the spunbonded nonwoven fabric is preferably 0.10 g/cm 3 or more, more preferably 0.13 g/cm 3 or more, and even more preferably 0.15 g/cm 3 or more, so that the number of contact points at which micro-fused parts are formed between the composite fibers increases, resulting in a spunbonded nonwoven fabric having sufficient strength and rigidity for practical use.
- the apparent density is preferably 0.25 g/cm 3 or less, more preferably 0.22 g/cm 3 or less, and even more preferably 0.20 g/cm 3 or less, resulting in a spunbonded nonwoven fabric with excellent breathability.
- the apparent density (g/cm 3 ) is calculated from the above unrounded basis weight and thickness according to the following formula, and is rounded off to two decimal places.
- Apparent density (g/cm 3 ) ⁇ [basis weight (g/m 2 )]/[thickness (mm)] ⁇ 10 ⁇ 3 .
- the spunbond nonwoven fabric of the present invention preferably has a bending resistance in the longitudinal direction of 70 mg or more and 500 mg or less.
- the lower limit of the bending resistance range in the longitudinal direction of the spunbond nonwoven fabric is preferably 70 mg or more, more preferably 85 mg or more, and even more preferably 100 mg or more, so that the spunbond nonwoven fabric has a rigidity that can be practically used as a filter aggregate.
- the bending resistance in the longitudinal direction is preferably 500 mg or less, more preferably 450 mg or less, and even more preferably 400 mg or less, so that deterioration in quality, such as creases, can be prevented from occurring during sheet transport or roll winding.
- the bending resistance in the warp direction of the spunbond nonwoven fabric of the present invention is measured according to the method described in "6.7 Bending resistance (JIS method and ISO method)" of "6.7.4 Gurley method” in JIS L1913:2010 “General nonwoven fabric test methods.”
- the bending resistance in the warp direction of the spunbonded nonwoven fabric can be controlled by appropriately adjusting the volume ratio of the polyester resin P1 and the polyolefin resin P2 of the composite fiber, the average single fiber diameter, the thickness, the apparent density, and/or the spinning speed and heat bonding conditions (shape of the macro-fused portion, shortest distance between adjacent macro-fused portions, compression rate, temperature, linear pressure, etc.) described below.
- the spunbond nonwoven fabric of the present invention preferably has a stress at 5% elongation in the longitudinal direction of 80 N/5 cm or more and 500 N/5 cm or less.
- the lower limit of the range of stress at 5% elongation in the longitudinal direction of the spunbond nonwoven fabric is preferably 80 N/5 cm or more, more preferably 100 N/5 cm or more, and even more preferably 120 N/5 cm or more, which suppresses elongation due to tension during filter processing, thereby not only enabling stable production of filters with a high yield rate, but also suppressing deformation during use of the filter, resulting in a spunbond nonwoven fabric that can prevent an increase in pressure loss of the filter.
- the upper limit of the above range is preferably 500 N/5 cm or less, more preferably 450 N/5 cm or less, and even more preferably 400 N/5 cm or less, resulting in a spunbond nonwoven fabric with excellent tear strength.
- the stress at 5% elongation in the warp direction of the spunbond nonwoven fabric is a value measured by the following procedure in accordance with "6.3 Tensile strength and elongation (ISO method)" of JIS L1913:2010 "Testing methods for general nonwoven fabrics.”
- ISO method Tensile strength and elongation
- Three test pieces measuring 50 mm x 200 mm are taken per meter of width of the spunbond nonwoven fabric, with the long side facing the warp direction of the spunbond nonwoven fabric.
- the test piece is set in a tensile testing machine (for example, Tensilon universal testing machine "RTG-1250" manufactured by A & D Co., Ltd.) with a gripping distance of 200 mm.
- a tensile test is carried out at a tensile speed of 100 mm/min, and the stress at 5% elongation (stress at 5% elongation) is measured.
- the stress of the spunbonded nonwoven fabric at 5% elongation in the warp direction can be controlled by appropriately adjusting the volume ratio of the polyester resin P1 and polyolefin resin P2 of the composite fiber, the average single fiber diameter, the thickness, the apparent density, and/or the spinning speed and thermal bonding conditions (shape of the macro-fused portion, shortest distance between adjacent macro-fused portions, compression rate, temperature, linear pressure, etc.) described below.
- the air permeability of the spunbonded nonwoven fabric of the present invention is preferably 200 cm 3 /(cm 2 ⁇ sec) or more and 700 cm 3 /(cm 2 ⁇ sec) or less.
- the lower limit of the air permeability range of the spunbonded nonwoven fabric is preferably 200 cm 3 /(cm 2 ⁇ sec) or more, more preferably 300 cm 3 /(cm 2 ⁇ sec) or more, and even more preferably 400 cm 3 /(cm 2 ⁇ sec) or more, so that the spunbonded nonwoven fabric has excellent air permeability when used as a filter.
- the upper limit of the above range is preferably 700 cm 3 /(cm 2 ⁇ sec) or less, more preferably 600 cm 3 /(cm 2 ⁇ sec) or less, and even more preferably 500 cm 3 /(cm 2 ⁇ sec) or less, so that the spunbonded nonwoven fabric has strength and rigidity.
- the air permeability of a spunbond nonwoven fabric is defined as a value (cm3/( cm2 ⁇ sec )) measured in accordance with "6.8 Air permeability (JIS method)" of “6.8.1 Frazier method” of JIS L1913:2010 "Testing methods for general nonwoven fabrics” using an air permeability tester (for example, "FX3300-IV” manufactured by TEXTEST Co., Ltd.) and rounded off to one decimal place.
- JIS method Air permeability
- the air permeability of the spunbonded nonwoven fabric can be controlled by appropriately adjusting the average single fiber diameter, thickness, apparent density, and/or the thermal bonding conditions described below (shape of the macro-fused portion, minimum distance between adjacent macro-fused portions, bonding rate, temperature, linear pressure, etc.).
- the spunbond nonwoven fabric of the present invention has excellent breathability, so when used as a filter, it can reduce power consumption during operation and reduce the environmental impact.
- the spunbond nonwoven fabric of the present invention contains a functional agent.
- the spunbond nonwoven fabric of the present invention has excellent liquid retention when the functional agent is applied, and has a large effective area that contributes to the expression of function. This makes it possible to significantly enhance the effect of the applied functional agent.
- examples of such fabrics include those in which a thin film of the functional agent is attached to the fiber surface (coated with the functional agent), those in which particles of the functional agent are attached to the fiber surface, and those in which the functional agent added to the fiber is exposed on the fiber surface.
- Functional agents include antistatic agents, antibacterial agents, antifungal agents, antiallergen agents, antiviral agents, vitamins, flame retardants, hydrophilic agents, water repellents, and oil repellents.
- the spunbond nonwoven fabric of the present invention is preferably electret-treated by the method described below.
- Such a spunbond nonwoven fabric improves dust collection performance by utilizing electrostatic action in addition to physical action, and can function as a prefilter while being a filter aggregate, or can be used alone as a coarse dust filter.
- spunbond nonwoven fabric of the present invention has been subjected to electret treatment can be confirmed, for example, by a method of evaluation using a spectrophotometer with a red positively charged toner and a blue negatively charged toner, as described in WO 2017/110299, etc.
- the spunbond nonwoven fabric of the present invention is a long-fiber nonwoven fabric produced by the spunbond method.
- the spunbond method is excellent in productivity and mechanical strength, and can suppress the fuzzing and fiber shedding that are likely to occur in short-fiber nonwoven fabrics.
- S collected spunbond nonwoven fiber webs or heat-pressed spunbond nonwoven fabrics
- molten thermoplastic resin is first spun from a spinneret into long fibers, which are then drawn and stretched using compressed air by an ejector (air sucker), after which the fibers are collected on a moving net to obtain a nonwoven fiber web.
- the resulting nonwoven fiber web is then subjected to a thermal bonding process to obtain a spunbond nonwoven fabric.
- the shapes of the spinneret and ejector are not particularly limited, but various shapes, such as round or rectangular, can be used. Among them, the combination of a rectangular spinneret and a rectangular ejector is preferably used because it uses a relatively small amount of compressed air, has excellent energy costs, is less likely to cause fusion or abrasion between the yarns, and makes it easy to open the yarns.
- the polyester resin P1 and the polyolefin resin P2 are melted in separate extruders, metered, and fed to a single spinneret to be spun into composite fibers.
- the hindered amine compound may be added to the extruder on the polyester resin P1 side, or to the extruder on the polyolefin resin P2 side, but it is more preferable to add it to the extruder on the polyolefin resin P2 side, or to use a mixture of the polyolefin resin P2 and the hindered amine compound in advance, since this can provide excellent charging properties and charge retention properties after electret treatment.
- the spinning temperature when spinning the composite fiber is preferably 200°C or higher and 320°C or lower, more preferably 240°C or higher and 300°C or lower, and even more preferably 270°C or higher and 290°C or lower.
- the spun long fiber yarn is then cooled.
- Methods for cooling the spun yarn include, for example, forcibly blowing cold air onto the yarn, allowing it to cool naturally at the ambient temperature around the yarn, and adjusting the distance between the spinneret and the ejector. Alternatively, a combination of these methods can be used.
- the cooling conditions can be appropriately adjusted taking into account the discharge rate per hole of the spinneret, the spinning temperature, the ambient temperature, etc.
- the cooled and solidified yarn is then pulled and stretched by compressed air ejected from the ejector.
- the spinning speed is preferably 4000 m/min to 7000 m/min, more preferably 4500 m/min to 6500 m/min, and even more preferably 5000 m/min to 6000 m/min.
- the spinning speed can be controlled by appropriately adjusting the spinning temperature, the discharge amount per single hole of the spinneret, the distance between the spinneret and the ejector, the conditions for cooling the spun yarn (temperature, volume of cold air, etc.), etc.
- the resulting long fibers are then collected on a moving net to obtain a nonwoven fiber web.
- the method for heat fusing the nonwoven fiber web includes a method of heat fusing using various rolls such as a heat embossing roll in which each of a pair of upper and lower rolls has an engraving (uneven portion) on its surface, a heat embossing roll consisting of a combination of a roll with one flat (smooth) surface and a roll with an engraving (uneven portion) on its surface, and a heat calendar roll consisting of a combination of a pair of upper and lower flat (smooth) rolls, and a method of heat fusing using ultrasonic vibration of a horn.
- a heat embossing roll in which each of a pair of upper and lower rolls has an engraving (uneven portion) on its surface
- a heat embossing roll consisting of a combination of a roll with one flat (smooth) surface and a roll with an engraving (uneven portion) on its surface
- a heat calendar roll consisting of a combination of a pair of upper and lower flat (s
- thermal embossing roll in which the surfaces of a pair of upper and lower rolls are engraved (uneven portions), or a thermal embossing roll consisting of a combination of a roll with one flat (smooth) surface and a roll with the other engraved (uneven) surface.
- This improves productivity and also makes it possible to provide regularly arranged macro-fused portions that improve the strength of the spunbonded nonwoven fabric.
- the preferred surface material for the hot embossing roll is a pair of metal rolls to obtain a sufficient heat compression effect and to prevent the engraving (convex and concave portions) of one embossing roll from being transferred to the surface of the other roll.
- the shape of the compression part of the heat embossing roll, etc. can be selected according to the application in which the spunbond nonwoven fabric is to be used, and examples include a circle, an ellipse, a square, a rectangle, a parallelogram, a rhombus, a regular hexagon, and a regular octagon.
- the shortest distance between adjacent compression parts is preferably 0.5 mm or more and 2.0 mm or less.
- the lower limit of the range of the shortest distance between adjacent compression parts is preferably 0.5 mm or more, more preferably 0.7 mm or more, and even more preferably 0.9 mm or more, the voids in the spunbonded nonwoven fabric are secured, so that the spunbonded nonwoven fabric has excellent breathability and a large dust retention capacity.
- the average center-to-center distance of the closest fibers, the number ratio R 1 of the close composite fibers, and the number ratio R 2 of the close composite fibers can be easily adjusted, so that a spunbonded nonwoven fabric having high strength and rigidity, excellent breathability, and excellent liquid retention of functional drugs can be easily obtained.
- the upper limit of the above range to preferably 2.0 mm or less, more preferably 1.8 mm or less, and even more preferably 1.6 mm or less, the macro fusion parts can efficiently hold the composite fibers, so that a spunbonded nonwoven fabric having excellent strength and rigidity can be obtained.
- the surface temperature of the hot embossing roll is between 30°C lower and 10°C higher (i.e., (Tm-30°C) to (Tm+10°C)) than the melting point of the polyolefin resin P2 being used (hereinafter sometimes referred to as Tm (°C)).
- the surface temperature of the hot roll to preferably -30°C (i.e., (Tm-30°C), hereinafter the same) or higher than the melting point of the polyolefin resin P2, more preferably -20°C (Tm-20°C) or higher, and even more preferably -10°C (Tm-10°C) or higher, it is possible to obtain a spunbond nonwoven fabric that is strong enough for practical use through strong thermal bonding.
- the surface temperature of the hot embossing roll is preferably +10°C (Tm + 10°C) or less, more preferably +5°C (Tm + 5°C) or less, and even more preferably +0°C (Tm + 0°C) or less, relative to the melting point of the polyolefin resin P2, it is possible to suppress a decrease in tear strength due to excessive thermal bonding and to prevent problems such as the spunbond nonwoven fabric sticking to the hot roll during thermal bonding.
- the linear pressure of the hot embossing roll during thermal bonding is preferably 50 N/cm or more and 500 N/cm or less.
- the linear pressure of the roll is preferably 50 N/cm or more, more preferably 100 N/cm or more, and even more preferably 150 N/cm or more, strong thermal bonding can be achieved, resulting in a spunbond nonwoven fabric with sufficient strength for practical use.
- the linear pressure of the hot embossing roll to preferably 500 N/cm or less, more preferably 400 N/cm or less, and even more preferably 300 N/cm or less, it is possible to prevent a decrease in tear strength due to excessive thermal bonding.
- thermal compression bonding can be performed using a thermal calendar roll consisting of a pair of upper and lower flat rolls before and/or after thermal bonding using the above-mentioned thermal embossing roll.
- the pair of upper and lower flat rolls refers to metal rolls or elastic rolls with no irregularities on the roll surface, and a pair of metal rolls or a pair of metal rolls and elastic rolls can be used.
- elastic roll refers to a roll made of a material that has greater elasticity than a metal roll.
- elastic rolls include so-called paper rolls made of paper, cotton, aramid paper, etc., and resin rolls made of urethane resin, epoxy resin, silicon resin, polyester resin, hard rubber, and mixtures of these.
- the temperature of the hot air passed through the spunbond nonwoven fabric is between 20°C lower and 20°C higher than the melting point (Tm (°C)) of the polyolefin resin P2 being used (i.e., (Tm - 20°C) to (Tm + 20°C)).
- the temperature of the hot air to preferably -20°C (i.e., (Tm - 20°C), hereinafter the same) or higher than the melting point of the polyolefin resin P2, more preferably -10°C (Tm - 10°C) or higher, and even more preferably +0°C (Tm + 0°C) or higher, it is possible to firmly heat-seal the contact points between the composite fibers, and obtain a spunbond nonwoven fabric with excellent strength and rigidity.
- Tm - 20°C i.e., (Tm - 20°C)
- Tm + 0°C +0°C
- the temperature of the hot air is preferably +20°C (Tm + 20°C) or less than the melting point of the polyolefin resin P2, more preferably +15°C (Tm + 15°C) or less, and even more preferably +10°C (Tm + 10°C) or less, it is possible to prevent the spunbond nonwoven fabric from partially melting or breaking due to the application of excessive heat.
- the time for which hot air is passed through the spunbonded nonwoven fabric is preferably 1 to 20 seconds.
- the time for a time of preferably 1 second or more, more preferably 3 seconds or more, and even more preferably 5 seconds or more the contact points between the composite fibers can be firmly heat-fused even in areas where the basis weight is partially high and the hot air is difficult to pass through, resulting in a spunbonded nonwoven fabric with excellent strength and rigidity.
- By passing the hot air for a time of preferably 20 seconds or less, more preferably 15 seconds or less, and even more preferably 10 seconds or less it is possible to prevent the spunbonded nonwoven fabric from partially melting or breaking due to the application of excessive heat.
- the spunbond nonwoven fabric of the present invention may also be post-processed to attach functional agents such as the antibacterial agents, antifungal agents, antiallergen agents, antiviral agents, vitamin agents, and flame retardants to the fiber surface.
- functional agents such as the antibacterial agents, antifungal agents, antiallergen agents, antiviral agents, vitamin agents, and flame retardants.
- the spunbond nonwoven fabric of the present invention when used as a filter, the effect of imparting these functionalities can be significantly improved compared to conventional filters.
- aqueous solvents include water alone, or aqueous solutions containing water-soluble organic solvents such as lower alcohols such as methanol and ethanol, lower ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, lower carboxylic acids such as acetic acid, and glycols such as ethylene glycol, propylene glycol, and diethylene glycol, and can be selected according to the purpose.
- the dust removal performance is improved by utilizing electrostatic action in addition to physical action, and the fabric can be used alone as a coarse dust filter.
- the method of electret treatment is not particularly limited, but suitable methods include a corona charging method, a method of charging a nonwoven fabric sheet by applying water to it and then drying it (for example, the methods described in JP-A-9-501604 and JP-A-2002-249978), and a thermal electret method.
- the electric field strength is preferably 15 kV/cm or more, and more preferably 20 kV/cm or more. This strengthens the charge and improves the collection performance by electrostatic action.
- the filter medium according to the present invention includes the spunbond nonwoven fabric described above. This makes it possible to provide a filter medium that is excellent in pleatability and shape retention, excellent in dust removal performance, high breathability, and low environmental impact during use and disposal.
- the filter medium of the present invention may further include another filter layer in addition to the spunbond nonwoven fabric to further enhance the dust removal performance.
- Methods for obtaining such a filter medium include laminating a filter layer that further enhances the dust removal performance and the spunbond nonwoven fabric of the present invention by spraying them with a moisture-curing urethane resin or the like using a spray method, or laminating them by spraying a thermoplastic resin and heat-sealing fibers through a heat path.
- examples of the filter layer that further enhances the above-mentioned dust removal performance include melt-blown nonwoven fabric obtained by the melt-blowing method, nanofiber nonwoven fabric obtained by the electrospinning method, dry nonwoven fabric obtained by forming short fibers into a web by the carding method or airlaid method, and wet nonwoven fabric obtained by dispersing short fibers in water and combing them onto a net.
- melt-blown nonwoven fabric and nanofiber nonwoven fabric are preferably used because of their excellent dust removal performance.
- this filter layer may also be an electret melt-blown nonwoven fabric that has been subjected to electret treatment, or a nanofiber nonwoven fabric. In this way, the dust removal performance can be further enhanced.
- the filter medium of the present invention can be used as a filter unit by incorporating the filter medium in sheet form into a frame material.
- the filter medium of the present invention can also be used as a pleated filter unit by repeatedly folding the filter medium in peaks and valleys and setting the pleated filter unit in a frame material.
- the air filter according to the present invention contains this filter medium.
- Specific examples of this air filter from the viewpoint of fine dust collection efficiency, include air conditioner filters, air purifier filters, and automobile cabin filters.
- the spunbond nonwoven fabric of the present invention can be used not only for the above-mentioned air filter applications, but also for other filter applications such as vehicle materials, daily living materials, and industrial materials.
- the spunbond nonwoven fabric of the present invention will be specifically described based on examples. However, the present invention is not limited to these examples.
- Measurement method The evaluation methods and measurement conditions used in the examples are described below. Unless otherwise specified, the measurements of each physical property were performed according to the above-mentioned methods.
- Average single fiber diameter ( ⁇ m) of composite fibers, presence or absence of micro-fused portions, number ratio (%) of contacts having micro-fused portions, average center-to-center distance (mm) of nearest fibers, number ratios R 1 (%) and R 2 (%) of nearest composite fibers The average single fiber diameter ( ⁇ m) of the composite fibers, the presence or absence of micro-fused parts, the number ratio (%) of contacts having micro-fused parts, and the average center-to-center distance (mm) of the nearest fibers were measured and calculated by the above-mentioned method using an electron microscope "VHX-D500" manufactured by Keyence Corp. The number ratios R1 (%) and R2 (%) of the nearest composite fibers were calculated as follows.
- the measurement is performed using the center of the circumscribing circle. In this case, if there is a macro fusion part, the measurement is performed for 50 fibers in order of proximity to the center of the cross-sectional photograph.
- the arithmetic mean of the measured center-to-center distances ( ⁇ m) between the nearest fibers is calculated and rounded off to one decimal place to obtain the average center-to-center distance ( ⁇ m) between the nearest fibers.
- the percentage of composite fibers having an average center-to-center distance between nearest fibers of 15 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less among all measured fiber cross sections is defined as R1 (%).
- the percentage of composite fibers having an average center-to-center distance between nearest fibers of 15 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less and an average center-to-center distance between nearest fibers of 35 ⁇ m or less among all measured fiber cross sections is defined as R2 (%).
- Airflow rate ( cm3 /( cm2 ⁇ sec): The measurement was performed using the above-mentioned method using an "FX3300-IV" measuring device manufactured by TEXTEST Co., Ltd. An air permeability of 200 cm 3 /(cm 2 ⁇ sec) or more was considered to be acceptable.
- Pleating processability Using a reciprocating pleating machine, 400 pleats were continuously made under the following conditions: pleat height: 25 mm, pleating speed: 40 pleats/min, and back pressure: 0.1 MPa.
- the pleated spunbond nonwoven fabric was observed for the shape and pitch (the distance between adjacent pleats) of the pleats when released, and the pleatability was ranked into the following three levels, with "A" being acceptable.
- B Disorders are observed in the peak shape and pitch.
- C The pleat shape could not be formed, or wrinkles or tears occurred.
- Shape retention Regarding the shape retention of the spunbonded nonwoven fabric pleated by the above method, the pleats were fixed to a frame so that the pitch of the pleats was 4 mm to form a filter unit, and a load of 5 kPa was applied from one side and left for 24 hours. Thereafter, the pleat shape was observed and ranked in the following three stages, with "A" being acceptable. A: No deformation of the pleats is observed. B: Partial collapse or deformation of the pleats is observed. C: The pleats are crushed and deformed throughout.
- Collection efficiency (%), pressure loss (Pa) Three measurement samples measuring 15 cm x 15 cm in length x width were taken from the spunbond nonwoven fabric in the width direction, and the collection efficiency of each measurement sample was measured using the collection efficiency measurement device shown in Figure 1.
- a dust storage box 2 is connected to the upstream side of a sample holder 1 in which a measurement sample M is set, and a flow meter 3, a flow control valve 4, and a blower 5 are connected to the downstream side.
- a particle counter 6 is also used in the sample holder 1, and the number of dust particles on the upstream side and the downstream side of the measurement sample M can be measured via a switching cock 7.
- the sample holder 1 is equipped with a pressure gauge 8, which can read the static pressure difference between the upstream and downstream of the measurement sample M.
- a 10% solution of polystyrene 0.309U (manufacturer: Nacalai Tesque, Inc.) was diluted 200-fold with distilled water and filled into the dust storage box 2.
- the measurement sample M was set in the sample holder 1, the air volume was adjusted with the flow control valve 4 so that the filter passing speed was 3.2 m/min, the dust concentration was stabilized in the range of 10,000 to 40,000 particles/2.83 ⁇ 10 ⁇ 4 m 3 (0.01 ft 3 ), and the dust number D upstream and the dust number d downstream of the measurement sample M were measured three times per measurement sample with a particle counter 6 ("KC-01D" manufactured by Rion Co., Ltd.), and the collection efficiency (%) of 0.3 ⁇ m to 0.5 ⁇ m particles was calculated using the following calculation formula based on JIS K0901:1991 "Test method for shape, dimensions and performance of filter material for collecting dust samples in gas".
- Collection efficiency (%) [1 - (d/D)] x 100 (where d represents the total number of downstream dust particles measured three times, and D represents the total number of upstream dust particles measured three times.)
- d represents the total number of downstream dust particles measured three times
- D represents the total number of upstream dust particles measured three times.
- the pressure loss was determined by reading the static pressure difference between the upstream and downstream of the measurement sample M during collection efficiency measurement using a pressure gauge 8. The average value of the five measurement samples was calculated and rounded off to one decimal place to obtain the final pressure loss (Pa).
- Polyester resin A polyethylene terephthalate resin dried to a moisture content of 50 mass ppm or less, having an intrinsic viscosity (IV) of 0.65, a melting point of 260°C, and a solid density of 1.38 g/ cm3 (referred to as "PET” in Tables 1 to 3).
- Polypropylene resin B A polypropylene resin made of a homopolymer having a melt flow rate (MFR) of 30 g/10 min, a melting point of 160° C., and a solid density of 0.91 g/cm 3 (referred to as “PP” in Tables 1 to 3).
- Polyethylene resin C High-density polyethylene resin having a melt flow rate (MFR) of 30 g/10 min, a melting point of 130° C., and a solid density of 0.955 g/cm 3 (referred to as “HDPE” in Tables 1 to 3).
- HDPE melt flow rate
- Hindered amine compound D Hindered amine compound "Chimasorb” (registered trademark) 944 (manufactured by BASF Japan Ltd., represented as "HA-D” in Tables 1 to 3).
- Metallic embossing roll an embossing roll made of a metallic engraved roll (referred to as "M-EMB” in Tables 1 to 3)
- Metallic flat roll metallic flat roll (referred to as "M-FLT” in Tables 1 to 3).
- the collected fiber web was thermally fused under conditions of a temperature of 150°C for both the upper and lower rolls and a linear pressure of 700N/cm using a heat embossing roll consisting of a combination of a metal embossing roll and a metal flat roll, in which circular convex portions were engraved in a staggered arrangement so that the area ratio of the macro-fused portions was 11% and the shortest distance between the macro-fused portions was 1.1 mm, to give regularly arranged macro-fused portions.
- spunbonded nonwoven fabric having a basis weight of 70 g/ m2 .
- spinnability no thread breakage was observed in 1 hour of spinning, and the obtained spunbonded nonwoven fabric had good texture with little color shading (spots) when visually observed on the surface.
- the obtained spunbond nonwoven fabric was run along the water surface of a water tank into which pure water was supplied, while a slit-shaped suction nozzle was brought into contact with the surface to suck in the water, thereby allowing the water to penetrate the entire surface of the spunbond nonwoven fabric. After draining the water, the fabric was allowed to dry naturally, yielding an electret-treated spunbond nonwoven fabric.
- the evaluation results are shown in Table 1.
- Example 2 A spunbonded nonwoven fabric and an electret-treated spunbonded nonwoven fabric were obtained in the same manner as in Example 1, except that the mass ratio of the core component to the sheath component was changed from 85:15 to 60:40, the discharge amount per hole was reduced from 3.30 g/min to 2.75 g/min, the spinning speed by the ejector was changed from 4500 m/min to 5000 m/min, and the average single fiber diameter was changed from 27.2 ⁇ m to 25.2 ⁇ m.
- the obtained spunbonded nonwoven fabric had little color shading (spots) on the surface when visually observed, and had a uniform texture.
- the evaluation results are shown in Table 1.
- Example 3 A spunbonded nonwoven fabric and an electret-treated spunbonded nonwoven fabric were obtained in the same manner as in Example 1, except that the content of the hindered amine compound D was increased from 1.0% by mass to 5.0% by mass. The spinnability was good with no broken threads observed after 1 hour of spinning, and the obtained spunbonded nonwoven fabric had little color shading (spots) on the surface when visually observed, and had a uniform texture. The evaluation results are shown in Table 1.
- Example 4 An electret-treated spunbonded nonwoven fabric was obtained by the same method as in Example 1, except that the discharge rate per hole was increased from 3.30 g/min to 4.95 g/min, the spinning speed by the ejector was increased from 4500 m/min to 4300 m/min, and the average single fiber diameter was changed from 27.2 ⁇ m to 34.0 ⁇ m. The spinnability was good with no broken threads observed after 1 hour of spinning, and the obtained spunbonded nonwoven fabric had little color shading (spots) on the surface when visually observed, and had a uniform texture. The evaluation results are shown in Table 1.
- Example 5 An electret-treated spunbonded nonwoven fabric was obtained in the same manner as in Example 1, except that instead of using the above-mentioned heat embossing roll for the collected fiber web, a heat calendar roll consisting of a pair of upper and lower metal flat rolls was used.
- the obtained spunbonded nonwoven fabric had no regularly arranged macro-fused parts, and the surface had little color shading (spots) when visually observed, and had a uniform texture.
- the evaluation results are shown in Table 2.
- Example 6 After the collected fiber web was given regularly arranged macro-fused portions, the process of passing hot air through the web was omitted, and the micro-fused portions at the contact points between the fibers were only fused between the fibers formed during the spinning and drawing processes.
- An electret-treated spunbonded nonwoven fabric was obtained in the same manner as in Example 1. The obtained spunbonded nonwoven fabric had little color shading (spots) on the surface when visually observed, and had a uniform texture. The evaluation results are shown in Table 2.
- Example 7 The polyester resin A and the polyethylene resin C containing 2.0% by mass of the hindered amine compound D were melted at temperatures of 295° C. and 200° C., respectively. Thereafter, the polyester resin A was used as a core component and the polyethylene resin C was used as a sheath component, and the components were spun from the holes of a concentric core-sheath composite spinneret at a spinneret temperature of 295° C., a core:sheath mass ratio of 70:30, and a discharge rate per hole of 3.30 g/min., and then filaments having a circular cross-sectional shape were spun by an ejector at a spinning speed of 4,400 m/min., and the filaments were deposited on a moving net conveyor while the fiber arrangement was regulated by a fiber-spreading plate, and a fiber web consisting of fibers having an average single fiber diameter of 28.0 ⁇ m was collected.
- the collected fiber web was subjected to heat fusion under conditions of a temperature of 130°C for both the upper and lower rolls and a linear pressure of 700 N/cm, using a heat embossing roll consisting of a combination of a metal embossing roll and a metal flat roll, in which circular convex portions were engraved in a staggered arrangement so that the adhesion area ratio was 11% and the shortest distance between adjacent macro-fused portions was 1.1 mm, to give regularly arranged macro-fused portions.
- spunbonded nonwoven fabric having a basis weight of 50 g/ m2 .
- spinnability no thread breakage was observed in 1 hour of spinning, and the obtained spunbonded nonwoven fabric had good texture with little color shading (spots) when visually observed on the surface.
- Example 8 An electret-treated spunbonded nonwoven fabric was obtained in the same manner as in Example 2, except that an eccentric core-sheath composite spinneret was used instead of a concentric core-sheath composite spinneret.
- the obtained spunbonded nonwoven fabric had little color shading (spots) on the surface when visually observed, and had a uniform texture.
- the evaluation results are shown in Table 2.
- the collected fiber web was subjected to heat fusion under conditions of a temperature of 130°C for both the upper and lower rolls and a linear pressure of 700 N/cm, using a heat embossing roll consisting of a combination of a metal embossing roll and a metal flat roll, in which circular convex portions were engraved in a staggered arrangement so that the adhesion area ratio was 11% and the shortest distance between adjacent macro-fused portions was 1.1 mm, to give regularly arranged macro-fused portions.
- spunbonded nonwoven fabric having a basis weight of 50 g/ m2 .
- spinnability no thread breakage was observed in 1 hour of spinning, and the obtained spunbonded nonwoven fabric had good texture with little color shading (spots) when visually observed on the surface.
- Example 1 An electret-treated spunbonded nonwoven fabric was obtained in the same manner as in Example 1, except that polypropylene resin B not containing a hindered amine compound was used. The obtained spunbonded nonwoven fabric had little color shading (spots) on the surface when visually observed, and had a uniform texture. The evaluation results are shown in Table 3.
- the collected fiber web was heat-sealed using a heat embossing roll consisting of a combination of a metal embossing roll and a metal flat roll, in which circular protrusions were engraved in a staggered arrangement so that the adhesion area ratio was 11% and the shortest distance between adjacent macro-fused portions was 1.1 mm, under conditions where the temperature of both the upper and lower rolls was 230°C and the linear pressure applied to the fiber web was 700 N/cm, thereby giving regularly arranged macro-fused portions, and a spunbonded nonwoven fabric with a basis weight of 70 g/ m2 was obtained.
- the spinnability was good with no thread breakage observed after 1 hour of spinning, and the obtained spunbonded nonwoven fabric had little color shading (spots) when visually observed on the surface, and had a uniform texture.
- the collected fiber web was heat-sealed using a heat embossing roll consisting of a combination of a metal embossing roll and a metal flat roll, in which circular protrusions were engraved in a staggered arrangement so that the adhesion area ratio was 11% and the shortest distance between adjacent macro-fused portions was 1.1 mm, under conditions where the temperature of both the upper and lower rolls was 230°C and the linear pressure applied to the fiber web was 700 N/cm, thereby giving regularly arranged macro-fused portions, and a spunbonded nonwoven fabric with a basis weight of 70 g/ m2 was obtained.
- the spinnability was good with no thread breakage observed after 1 hour of spinning, and the obtained spunbonded nonwoven fabric had little color shading (spots) when visually observed on the surface and had a uniform texture.
- the spunbond nonwoven fabrics of Examples 1 to 8 had sufficient rigidity for practical use, which resulted in excellent pleating processability and shape retention, excellent dust removal performance, and high breathability.
- the spunbond nonwoven fabric in Comparative Example 1 in which the effective units of the hindered amine compound in the composite fiber were less than 0.3 mg/g, had low collection efficiency and poor dust removal efficiency.
- the spunbond nonwoven fabric in Comparative Example 3 which also had a core component made of a polypropylene-based resin, had low rigidity and was poor in pleatability and shape retention.
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Abstract
プリーツ加工性と形態保持性に優れ、かつ、除塵性能に優れるとともに、通気性が高く、使用時や廃棄時における環境負荷の小さいスパンボンド不織布を提供することを課題とし、ポリエステル系樹脂P1と、融点が前記ポリエステル系樹脂P1の融点よりも20℃以上低いポリオレフィン系樹脂P2と、ヒンダードアミン系化合物と、を構成成分として含む複合繊維により構成されるスパンボンド不織布であって、前記複合繊維の表面の50%以上がポリオレフィン系樹脂P2であり、前記複合繊維における前記ヒンダードアミン系化合物の有効単位が0.3mg/g以上90.0mg/g以下である、スパンボンド不織布を本旨とする。
Description
本発明は、スパンボンド不織布に関するものである。
近年、国連サミットでSDGs(持続可能な開発目標)が採択されるなど、世界的にサステナブル、すなわち持続可能な社会を目指す取り組みが加速している。こうしたなか、自動車用および家庭空気清浄機用フィルターにおいても環境負荷の小さい濾材の需要が高まっている。
これらのフィルターでは、短繊維や長繊維からなる不織布で構成されるプリーツ型濾材が広く使用されている。例えば、特許文献1では、特定のポリエステルと熱可塑性樹脂とを含有し、複屈折率、繊度が特定の範囲の長繊維で構成された、目付、縦方向の曲げ反発性、引張強度保持率、180℃の乾熱収縮率が特定の範囲の、交絡処理していない長繊維不織布からなり、粒子捕集効率、QF値が特定の値以上であることを特徴とするフィルター基材が提案されている。これによれば、中性能フィルターの濾過機能を維持して、屈曲疲労性に優れ、良好なプリーツ加工性とプリーツ形態保持性に優れ、50℃未満の温度域でも耐久性に優れた各種フィルターが得られる旨が記載されている。
しかしながら、特許文献1で提案されているようなフィルターについて、自動車用などのフィルターとして用いようとして、十分なプリーツ加工性、形態保持性、および、除塵性能を付与しようとした場合には、目付を増やすこととなってしまう。そして、そのようにすると、プラスチックの使用量が増えることで環境負荷が増加することに加え、通気性が低下し、さらに厚みも大きくなることから、フィルターユニットとしての圧力損失が増加し、消費電力が大きくなってしまうという課題がある。
そこで、本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、プリーツ加工性と形態保持性に優れ、かつ、除塵性能に優れるとともに、通気性が高く、使用時や廃棄時における環境負荷の小さいスパンボンド不織布を提供することにある。
本発明者らは、上記目的を達成するべく鋭意検討を重ねた結果、特定の樹脂を構成成分として含む複合繊維により構成されるスパンボンド不織布であって、前記複合繊維の表面の50%以上がポリオレフィン系樹脂であり、さらに、前記複合繊維において、その構成成分の1つであるヒンダードアミン系化合物の有効単位を特定の範囲とすることで、強度と剛性が格段に向上され、優れたプリーツ加工性と形態保持性を付与することができることに加え、さらに、除塵性能と通気性が格段に向上されることにより、従来のフィルターと比較して使用時や廃棄時の環境負荷を格段に低減することができるという知見を得た。
本発明は、これらの知見に基づいて完成に至ったものであり、本発明によれば、以下の発明が提供される。
[1] ポリエステル系樹脂P1と、融点が前記ポリエステル系樹脂P1の融点よりも20℃以上低いポリオレフィン系樹脂P2と、ヒンダードアミン系化合物と、を構成成分として含む複合繊維により構成されるスパンボンド不織布であって、前記複合繊維の表面の50%以上がポリオレフィン系樹脂P2であり、前記複合繊維における前記ヒンダードアミン系化合物の有効単位が0.3mg/g以上90.0mg/g以下である、スパンボンド不織布。
[2] 見掛けの比表面積が980cm2/g以上1600cm2/g以下である、請求項1に記載のスパンボンド不織布。
[3] 前記複合繊維の繊維同士の接点の少なくとも一部が、繊維軸方向に長さ5μm以上100μm以下のミクロ融着部を有する、前記[1]または[2]に記載のスパンボンド不織布。
[4] 前記スパンボンド不織布のヨコ方向の断面における最近接繊維の平均中心間距離が50μm以下である、前記[1]~[3]のいずれかに記載のスパンボンド不織布。
[5] 前記[1]~[4]のいずれかに記載のスパンボンド不織布を含む、フィルター濾材。
[6] 前記[5]に記載のフィルター濾材を含む、エアフィルター。
本発明によれば、プリーツ加工性と形態保持性に優れ、かつ、除塵性能に優れるとともに、通気性が高く、使用時や廃棄時における環境負荷の小さいスパンボンド不織布を提供する。これらの特性から、本発明のスパンボンド不織布は、特にフィルター用途として好適に用いることができる。
本発明のスパンボンド不織布は、ポリエステル系樹脂P1と、融点が前記のポリエステル系樹脂P1の融点よりも20℃以上低いポリオレフィン系樹脂P2と、ヒンダードアミン系化合物と、を構成成分として含む複合繊維により構成されるスパンボンド不織布であって、前記の複合繊維表面の50%以上がポリオレフィン系樹脂P2であり、前記複合繊維における前記ヒンダードアミン系化合物の有効単位が0.3mg/g以上90.0mg/g以下である。
このようにすることにより、プリーツ加工性と形態保持性に優れ、かつ、除塵性能に優れるとともに、通気性が高く、使用時や廃棄時における環境負荷の小さいスパンボンド不織布とすることができる。
以下に、本発明の構成要素について詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下に説明する範囲に何ら限定されるものではない。
[ポリエステル系樹脂P1]
本発明のスパンボンド不織布を構成する複合繊維は、ポリエステル系樹脂P1を構成成分として含む。このようにすることにより、実用に供しうる十分な強度や剛性を有するスパンボンド不織布とすることができる。なお、本発明において、「ポリエステル系樹脂」とは、後述するポリエチレンテレフタレートなどの各ポリエステル樹脂、それらの混合物、ならびにそれらの共重合体から選ばれた樹脂を指す。なお、これらの樹脂は通常用いられる添加剤を含んでも良い。以降、特記がない限り、「・・・系樹脂」との記載があるものは同様である。
本発明のスパンボンド不織布を構成する複合繊維は、ポリエステル系樹脂P1を構成成分として含む。このようにすることにより、実用に供しうる十分な強度や剛性を有するスパンボンド不織布とすることができる。なお、本発明において、「ポリエステル系樹脂」とは、後述するポリエチレンテレフタレートなどの各ポリエステル樹脂、それらの混合物、ならびにそれらの共重合体から選ばれた樹脂を指す。なお、これらの樹脂は通常用いられる添加剤を含んでも良い。以降、特記がない限り、「・・・系樹脂」との記載があるものは同様である。
ポリエステル系樹脂P1は、酸成分とアルコール成分とをモノマーとしてなる高分子重合体を主成分とする。なお、本発明において、「主成分」とは、全体の質量に対する当該成分の質量の割合が、50質量%より多いことを指す。以降、特記がない限り、「主成分」との記載があるものは同様である。
酸成分としては、フタル酸(オルト体)、イソフタル酸、テレフタル酸等の芳香族カルボン酸、アジピン酸やセバシン酸等の脂肪族ジカルボン酸、およびシクロヘキサンカルボン酸等の脂環族ジカルボン酸等を用いることができる。また、アルコール成分としては、エチレングリコール、ジエチレングリコールおよびポリエチレングリコール等を用いることができる。
ポリエステル系樹脂P1の例としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリトリメチレンテレフタレート(PTT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリ乳酸(PLA)およびポリブチレンサクシネート(PBS)等が挙げられる。なかでも、融点が高く耐熱性に優れ、かつ強度や剛性にも優れたPETが好ましく用いられる。
また、ポリエステル系樹脂P1には、本発明の効果を損なわない範囲で、通常用いられる酸化防止剤、耐候安定剤、耐光安定剤、耐熱安定剤、帯電防止剤、帯電助剤、紡曇剤、ブロッキング防止剤、艶消し剤、防カビ剤、抗菌剤、抗ウイルス剤、難燃剤、金属酸化物、親水剤、結晶核剤、顔料、ポリエチレンワックスを含む滑剤、脂肪族ビスアミドおよび/または脂肪族モノアミド等の添加物、あるいは他の重合体を必要に応じて添加することができる。
ポリエステル系樹脂P1の融点は、200℃以上320℃以下であることが好ましい。ポリエステル系樹脂P1の融点が好ましくは200℃以上、より好ましくは220℃以上、さらに好ましくは240℃以上であることにより、耐熱性に優れるスパンボンド不織布を得ることができる。一方、ポリエステル系樹脂P1の融点が好ましくは320℃以下、より好ましくは300℃以下、さらに好ましくは280℃以下であることにより、不織布製造時のエネルギー消費を抑えるとともに、後述するポリエステル系樹脂P1よりも融点が20℃以上低い熱可塑性樹脂P2が、不織布製造時に熱劣化することを抑制することができる。また紡糸口金から吐出された糸条を冷却し易くなり、繊維同士の過度な融着が抑制され、地合の均一性に優れたスパンボンド不織布となる。
ここで、ポリエステル系樹脂P1の融点とは、ポリエステル系樹脂P1を示差走査型熱量測定法(DSC)によって測定して得られる、最大の融解ピーク温度を指す。スパンボンド不織布、あるいは、これを構成する複合繊維からポリエステル系樹脂P1の融点を測定する場合、以下の手順によって算出される値を採用するものとする。
(1)スパンボンド不織布から0.5mg~5mgの複合繊維片を採取する。複合繊維から測定する場合は、該複合繊維を切断するなどして0.5mg~5mgの複合繊維片とする。
(2)(1)の複合繊維片について、示差走査型熱量計(DSC、例えば、PerKin-Elmer社製「DSC 8500」など)を用い、昇温速度20℃/分で、常温から350℃まで昇温して、DSC曲線を得る。
(3)DSC曲線から融解吸熱ピークのピークトップ温度(融解ピーク温度)を読み取り、最も高温の融解ピーク温度をポリエステル系樹脂P1の融点とする。
(1)スパンボンド不織布から0.5mg~5mgの複合繊維片を採取する。複合繊維から測定する場合は、該複合繊維を切断するなどして0.5mg~5mgの複合繊維片とする。
(2)(1)の複合繊維片について、示差走査型熱量計(DSC、例えば、PerKin-Elmer社製「DSC 8500」など)を用い、昇温速度20℃/分で、常温から350℃まで昇温して、DSC曲線を得る。
(3)DSC曲線から融解吸熱ピークのピークトップ温度(融解ピーク温度)を読み取り、最も高温の融解ピーク温度をポリエステル系樹脂P1の融点とする。
ポリエステル系樹脂P1の固有粘度(IV)は、0.55以上0.75以下であることが好ましい。固有粘度(IV)が、好ましくは0.55以上、より好ましくは0.60以下、さらに好ましくは0.62以上であることにより、単糸強度が高くなる。一方、固有粘度(IV)が、好ましくは0.75以下、より好ましくは0.70以下、さらに好ましくは0.68以下であることにより、不織布製造時の曳糸性を向上させることができる。
なお、本発明において、ポリエステル系樹脂P1の固有粘度(IV)は次の方法で測定される値を採用するものとする。
(1)オルソクロロフェノール100mLに対し試料8gを溶解し、下記式により、温度25℃においてオストワルド粘度計を用いて相対粘度ηrを求める
ηr=η/η0=(t×d)/(t0×d0)
ここで、ηはポリマー溶液の粘度、η0はオルソクロロフェノールの粘度、tは溶液の落下時間(秒)、dは溶液の密度(g/cm3)、t0はオルソクロロフェノールの落下時間(秒)、d0はオルソクロロフェノールの密度(g/cm3)を表す。
(2)相対粘度ηrから、下記式により固有粘度(IV)を算出し、小数点以下第3位を四捨五入する
固有粘度(IV)=0.0242ηr+0.2634。
(1)オルソクロロフェノール100mLに対し試料8gを溶解し、下記式により、温度25℃においてオストワルド粘度計を用いて相対粘度ηrを求める
ηr=η/η0=(t×d)/(t0×d0)
ここで、ηはポリマー溶液の粘度、η0はオルソクロロフェノールの粘度、tは溶液の落下時間(秒)、dは溶液の密度(g/cm3)、t0はオルソクロロフェノールの落下時間(秒)、d0はオルソクロロフェノールの密度(g/cm3)を表す。
(2)相対粘度ηrから、下記式により固有粘度(IV)を算出し、小数点以下第3位を四捨五入する
固有粘度(IV)=0.0242ηr+0.2634。
[ポリオレフィン系樹脂P2]
本発明のスパンボンド不織布を構成する複合繊維は、さらに、ポリオレフィン系樹脂P2を構成成分として含む。
本発明のスパンボンド不織布を構成する複合繊維は、さらに、ポリオレフィン系樹脂P2を構成成分として含む。
ポリオレフィン系樹脂P2は、ポリエステル系樹脂P1よりも融点が20℃以上低い。ポリエステル系樹脂P1の融点よりも20℃以上、好ましくは50℃以上、より好ましくは80℃以上低い融点であることにより、後述する製造工程における熱エンボスロールなどへの貼り付きが抑制されることとなるため、強度や剛性に優れたスパンボンド不織布となる。
ここで、ポリオレフィン系樹脂P2の融点とは、熱可塑性樹脂P2を示差走査型熱量測定法(DSC)によって測定して得られる、最大の融解ピーク温度を指す。スパンボンド不織布、あるいは、これを構成する複合繊維からポリオレフィン系樹脂P2の融点を測定する場合、以下の手順によって算出される値を採用するものとする。
(1)スパンボンド不織布から0.5mg~5mgの複合繊維片を採取する。複合繊維から測定する場合は、該複合繊維を切断するなどして0.5mg~5mgの複合繊維片とする。
(2)(1)の複合繊維片について、示差走査型熱量計(DSC、例えば、PerKin-Elmer社製「DSC 8500」など)を用い、昇温速度20℃/分で、常温から350℃まで昇温して、DSC曲線を得る。
(3)DSC曲線から融解吸熱ピークのピークトップ温度(融解ピーク温度)を読み取り、最も低温の融解ピーク温度をポリオレフィン系樹脂P2の融点とする。
(1)スパンボンド不織布から0.5mg~5mgの複合繊維片を採取する。複合繊維から測定する場合は、該複合繊維を切断するなどして0.5mg~5mgの複合繊維片とする。
(2)(1)の複合繊維片について、示差走査型熱量計(DSC、例えば、PerKin-Elmer社製「DSC 8500」など)を用い、昇温速度20℃/分で、常温から350℃まで昇温して、DSC曲線を得る。
(3)DSC曲線から融解吸熱ピークのピークトップ温度(融解ピーク温度)を読み取り、最も低温の融解ピーク温度をポリオレフィン系樹脂P2の融点とする。
また、ポリオレフィン系樹脂P2の融点は、100℃以上240℃以下であることが好ましい。ポリオレフィン系樹脂P2の融点が好ましくは100℃以上、より好ましくは110℃以上、さらに好ましくは120℃以上であることにより、実用に耐えうる耐熱性を有するスパンボンド不織布となる。一方、ポリオレフィン系樹脂P2の融点が好ましくは240℃以下、より好ましくは210℃以下、さらに好ましくは180℃以下であることにより、熱接着時に加熱ロールに貼り付き、シートに歪みやシワが発生して品位が低下することを防ぐとともに、熱接着性を向上し、強度や剛性に優れたスパンボンド不織布となる。
ポリオレフィン系樹脂P2の例としては、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリブテン系樹脂、ポリメチルペンテン系樹脂等が挙げられる。ポリオレフィン系樹脂は熱接着性が求められる用途に好適であり、なかでも、紡糸性に優れることから、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂が好ましく用いられる。さらに、後述するようなエレクトレット処理がなされた後の帯電性や電荷保持性が高いことから、ポリプロピレン系樹脂がより好ましく用いられる。
ポリエチレン系樹脂とは、繰り返し単位としてエチレン単位を有する樹脂を意味し、エチレンの単独重合体もしくはエチレンと各種α-オレフィンとの共重合体などが挙げられる。なかでも、紡糸安定性や強度の低下を防ぐため、エチレンの単独重合体が好ましい。エチレンと各種α-オレフィンとの共重合体としては、エチレンと炭素数3~5のα-オレフィンとの共重合体が好ましい。また前記炭素数3~5のα-オレフィンとしては、プロピレン、1-ブテン、1-ペンテンが挙げられるが、なかでも1-ブテンがより好ましい。このようにすることにより、溶融時の分子鎖の絡み合いを抑え、糸切れを抑制するとともに、非晶成分の増加により熱接着時に加熱ロールに貼り付き、シートに歪みやシワが発生して品位が低下することを防ぐことができる。
エチレンと各種α-オレフィンとの共重合体を用いる場合、α-オレフィンの含有量は、ポリエチレン系樹脂の重合成分に対して0.1mol%以上10mol%以下であることが好ましい。α-オレフィンの含有量が好ましくは0.1mol%以上10mol%以下、より好ましくは0.1mol%以上7mol%以下、さらに好ましくは0.1mol%以上5mol%以下であることにより、後述する製造工程における紡糸時の糸切れや熱エンボスロールなどへの貼り付きが抑制されることとなるため、歪みやシワなどの欠陥の少ないスパンボンド不織布となる。
ポリエチレン系樹脂の重合成分中のα-オレフィン種およびα-オレフィン含有量は、例えば、核磁気共鳴装置(NMR)による検出ピーク位置およびピーク面積比率から算出することができる。
またポリエチレン系樹脂としては、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン(以下、HDPEと略すことがある。)、または直鎖状低密度ポリエチレン(以下、LLDPEと略すことがある。)などが挙げられる。なかでも、後述する製造工程における紡糸時の糸切れが抑制されることとなるため、表面欠陥の少ないスパンボンド不織布となることから、HDPEまたはLLDPEが好ましく用いられる。
ポリエチレン系樹脂の融点は、100℃以上150℃以下であることが好ましい。ポリエチレン系樹脂の融点が好ましくは100℃以上、より好ましくは110℃以上、さらに好ましくは120℃以上であることにより、実用に耐え得る耐熱性を得やすくなる。また、融点が好ましくは150℃以下、より好ましくは140℃以下、さらに好ましくは135℃以下であることにより、後述する製造工程において、紡糸口金から吐出された糸条を冷却しやすくなり、繊維同士の融着を抑制されることとなるため、地合の均一性に優れたスパンボンド不織布となる。
ポリエチレン系樹脂の固体密度は、0.935g/cm3以上0.970g/cm3以下であることが好ましい。ポリエチレン系樹脂の固体密度が、好ましくは0.935g/cm3以上、より好ましくは0.940g/cm3以上、さらに好ましくは0.945g/cm3以上であることにより、後述する製造工程における熱エンボスロールなどへの貼り付きが抑制されることとなるため、歪みやシワなどの欠陥の少ないスパンボンド不織布となる。また、ポリエチレン系樹脂の固体密度が、好ましくは0.970g/cm3以下、より好ましくは0.965g/cm3以下、さらに好ましくは0.960g/cm3以下であることにより、後述する製造工程における紡糸時の糸切れが抑制されることとなるため、表面欠陥の少ないスパンボンド不織布となる。
一方、ポリプロピレン系樹脂としては、プロピレンの単独重合体もしくはプロピレンとエチレン、各種α-オレフィンとの共重合体などが挙げられる。なかでも、紡糸安定性や強度の低下を防ぐため、プロピレンの単独重合体が好ましい。
プロピレンと各種α-オレフィンとの共重合体を用いる場合、共重合成分としては、紡糸安定性に優れることから、エチレンや1-ブテンが好ましく、エチレンがより好ましい。また、共重合比率は、紡糸安定性や強度の低下を防ぐため、好ましくは15mol%以下、より好ましくは10mol%以下、さらに好ましくは5mol%以下である。
ポリプロピレン系樹脂の重合成分中のα-オレフィン種およびα-オレフィン含有量は、例えば、核磁気共鳴装置(NMR)による検出ピーク位置およびピーク面積比率から算出することができる。
ポリプロピレン系樹脂の融点は、120℃以上180℃以下であることが好ましい。ポリプロピレン系樹脂の融点が好ましくは120℃以上、より好ましくは130℃以上、さらに好ましくは140℃以上であることにより、実用に耐え得る耐熱性を得やすくなる。また、前記の融点が好ましくは180℃以下、より好ましくは170℃以下、さらに好ましくは160℃以下であることにより、紡糸口金から吐出された糸条を冷却し易くなり、繊維同士の融着を抑制して、地合の均一性に優れたスパンボンド不織布となる。
また、本発明に係るポリオレフィン系樹脂は2種以上の混合物であってもよく、主となるポリオレフィン系樹脂(ポリオレフィン系樹脂中、最も大きな質量%を占めるポリオレフィンのことを指す)の他に、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ-4-メチル-1-ペンテンなどのポリオレフィン系樹脂、熱可塑性エラストマー、低融点ポリエステル、および低融点ポリアミド等の熱可塑性樹脂を含有する樹脂組成物を用いることもできる。ただし、主となるポリオレフィン系樹脂の特性を十分に発現させるため、混合する他の熱可塑性樹脂の比率は20質量%以下であることが好ましく、より好ましくは10質量%以下、さらに好ましくは5質量%以下である。
そして、ポリオレフィン系樹脂P2には、本発明の効果を損なわない範囲で、通常用いられる酸化防止剤、耐候安定剤、耐光安定剤、耐熱安定剤、帯電防止剤、帯電助剤、紡曇剤、ブロッキング防止剤、艶消し剤、抗菌剤、防カビ剤、抗アレルゲン剤、抗ウイルス剤、ビタミン剤、難燃剤、金属酸化物、親水剤、結晶核剤、顔料、ポリエチレンワックスを含む滑剤、脂肪族ビスアミドおよび/または脂肪族モノアミド等の添加物、あるいは他の重合体を必要に応じて添加することができる。
ポリオレフィン系樹脂P2のメルトフローレート(以下、MFRと略すことがある。)は、1g/10分以上100g/10分以下であることが好ましい。ポリオレフィン系樹脂P2のMFRが好ましくは1g/10分以上、より好ましくは10g/10分以上、さらに好ましくは20g/10分以上であることにより、後述する製造工程における紡糸時の糸切れが抑制されることとなるため、表面欠陥の少ないスパンボンド不織布となる。一方、ポリオレフィン系樹脂P2のMFRが好ましくは100g/10分以下、より好ましくは80g/10分以下、さらに好ましくは60g/10分以下であることにより、単糸強度が高くなるため、強度や剛性に優れるスパンボンド不織布となる。もちろん、MFRの異なる2種類以上の樹脂を任意の割合でブレンドして、本発明で用いられるポリオレフィン系樹脂のMFRを調整することもできる。
このポリオレフィン系樹脂P2のMFRは、ASTM D1238-10「Standard Test Method for Melt Flow Rates of Thermoplastics by Extrusion Plastometer」(A法)によって測定される値を採用する。この規格によれば、ポリエチレンは荷重:2.16kg、温度:190℃にて、ポリプロピレンは荷重:2.16kg、温度:230℃にて測定することが規定されている。
また、ポリオレフィン系樹脂として、石油由来の成分を含む樹脂やバイオマス由来の成分を含む樹脂を用いることができるが、バイオマス由来の成分を含む樹脂が好ましい。また、バイオマス由来の炭素の存在割合が、ポリオレフィン系樹脂を構成する全炭素に対し20%以上を占めることが好ましく、50%以上を占めることがより好ましく、90%以上を占めることがさらに好ましい。このようにすることにより、環境負荷の小さいスパンボンド不織布となる。
また、本発明におけるポリオレフィン系樹脂としては、バイオマス由来の成分を重合して新たに得られたポリオレフィン系樹脂のみならず、バイオマス由来のポリオレフィン系樹脂が含有されてなるリサイクルのポリオレフィン系樹脂も包含するものである。
バイオマス由来の炭素原子の割合は、ASTM D6866-22「Standard Test Methods for Determining the Biobased Content of Solid, Liquid, and Gaseous Samples Using Radiocarbon Analysis」に記載の加速器質量分析(B法)による炭素14濃度測定法により測定される。この方法では、炭素原子の放射性同位体量から当該成分がバイオマス由来のものであるか、石油由来のものであるかを知ることができる。炭素原子が全てバイオマス由来である場合、バイオマス由来の炭素原子の割合は100%となる。
[ヒンダードアミン系化合物]
本発明のスパンボンド不織布を構成する複合繊維は、さらに、ヒンダードアミン系化合物を構成成分として含む。より好ましくは、下記の一般式(1)で表されるヒンダードアミン系化合物を構成成分として含有する。
本発明のスパンボンド不織布を構成する複合繊維は、さらに、ヒンダードアミン系化合物を構成成分として含む。より好ましくは、下記の一般式(1)で表されるヒンダードアミン系化合物を構成成分として含有する。
(ここで、R1~R3は水素または炭素原子数1~2のアルキル基、R4は水素または炭素数1~6のアルキル基である)
このようにすることにより、後述するようなエレクトレット処理がなされた後の帯電性や電荷保持性が高いスパンボンド不織布となる。そして、このようなスパンボンド不織布は、フィルターとしての優れた除塵性能を有することから、本発明のスパンボンド不織布を単体で粗塵フィルターとして用いたりすることができる。
このようにすることにより、後述するようなエレクトレット処理がなされた後の帯電性や電荷保持性が高いスパンボンド不織布となる。そして、このようなスパンボンド不織布は、フィルターとしての優れた除塵性能を有することから、本発明のスパンボンド不織布を単体で粗塵フィルターとして用いたりすることができる。
上記のヒンダードアミン系化合物としては、例えば、ポリ[(6-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)アミノ-1,3,5-トリアジン-2,4-ジイル)((2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)イミノ)ヘキサメチレン((2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)イミノ)](BASFジャパン株式会社製、“キマソーブ”(登録商標)944LD)、コハク酸ジメチル-1-(2-ヒドロキシエチル)-4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン重縮合物(BASFジャパン株式会社製、“チヌビン”(登録商標)622LD)、および2-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)-2-n-ブチルマロン酸ビス(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル)(BASFジャパン株式会社製、“チヌビン”(登録商標)144)、ジブチルアミン・1,3,5-トリアジン・N,N’-ビス(2,2,6,6ーテトラメチルー4-ピペリジル-1,6-ヘキサメチレンジアミン・N-(2,2,6,6ーテトラメチルー4-ピペリジル)ブチルアミンの重縮合物(BASFジャパン株式会社製、“キマソーブ”(登録商標)2020FDL)などが挙げられる。
そして、上記の一般式(1)で表されるヒンダードアミン系化合物としては、例えば、ポリ[(6-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)アミノ-1,3,5-トリアジン-2,4-ジイル)((2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)イミノ)ヘキサメチレン((2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)イミノ)](BASFジャパン株式会社製、“キマソーブ”(登録商標)944LD)、ジブチルアミン・1,3,5-トリアジン・N,N’-ビス(2,2,6,6ーテトラメチルー4-ピペリジル-1,6-ヘキサメチレンジアミン・N-(2,2,6,6ーテトラメチルー4-ピペリジル)ブチルアミンの重縮合物(BASFジャパン株式会社製、“キマソーブ”(登録商標)2020FDL)などが挙げられる。もちろん、複数種類のヒンダードアミン系化合物が組み合わせられて含有するものでもよい。
複合繊維にヒンダードアミン系化合物が含有されていることは、以下のようにして特定することとする。
(1)本発明のスパンボンド不織布から小片サンプルを幅方向に5個採取する。
(2)小片サンプルをメタノール/クロロホルム混合溶液でソックスレー抽出し、抽出物についてHPLC分取を繰り返す。
(3)各分取物について、IR測定、GC測定、GC/MS測定、MALDI-MS測定、1H-NMR測定、および13C-NMR測定などの機器分析を用いて構造を特定する。
(1)本発明のスパンボンド不織布から小片サンプルを幅方向に5個採取する。
(2)小片サンプルをメタノール/クロロホルム混合溶液でソックスレー抽出し、抽出物についてHPLC分取を繰り返す。
(3)各分取物について、IR測定、GC測定、GC/MS測定、MALDI-MS測定、1H-NMR測定、および13C-NMR測定などの機器分析を用いて構造を特定する。
[複合繊維]
本発明のスパンボンド不織布は、前記のポリエステル系樹脂P1と、前記のポリオレフィン系樹脂P2と、前記のヒンダードアミン系化合物と、を構成成分として含む複合繊維により構成される。
本発明のスパンボンド不織布は、前記のポリエステル系樹脂P1と、前記のポリオレフィン系樹脂P2と、前記のヒンダードアミン系化合物と、を構成成分として含む複合繊維により構成される。
そして、前記の複合繊維は、その表面の50%以上が前記のポリオレフィン系樹脂P2である。これは、ポリオレフィン系樹脂P2による複合繊維の表面の被覆率が50%以上であることを意味するものであり、複合繊維の表面の50%以上(表面の被覆率が50%以上、以下同様である。)、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは100%が前記のポリオレフィン系樹脂P2であることにより、単糸強度と熱接着性を兼ね備えた複合繊維とし、実用に供しうる十分な強度や剛性を有するスパンボンド不織布となる。さらに、後述するようなエレクトレット処理がなされた後の帯電性や電荷保持性が高め、除塵性能に優れたスパンボンド不織布となる。
なお、ポリオレフィン系樹脂P2による複合繊維の表面の被覆率(%)は、以下の手順によって算出される値を採用するものとする。
(1)スパンボンド不織布からランダムに小片サンプル(100×100mm)を10個採取する。
(2)小片サンプルをビスフェノール系エポキシ樹脂で樹脂包埋し、樹脂が硬化した後、ミクロトームにより断面を切り出す。この際、スパンボンド不織布が後述するマクロ融着部を有する場合には、そのマクロ融着部以外の箇所(非マクロ融着部)の中心を通過するように断面サンプルを切り出す。
(3)マイクロスコープ(例えば、株式会社キーエンス社製「VW-9000」など)や走査型電子顕微鏡(例えば、株式会社キーエンス社製「VHX-D500」など)で、スパンボンド不織布の断面写真を撮影する。このとき、複合繊維における異なる熱可塑性樹脂の界面が明瞭に観察できる倍率(およそ300倍~3000倍程度)で撮影する。また、スパンボンド不織布が後述するマクロ融着部を有する場合には、マクロ融着部間の中心で撮影する。
(4)測定が可能なすべての繊維断面について、ポリオレフィン系樹脂P2による複合繊維の表面の被覆率を測定する。
(5)すべての測定値を平均し、小数点以下第1位を四捨五入してポリオレフィン系樹脂P2による複合繊維の表面の被覆率とする。
(1)スパンボンド不織布からランダムに小片サンプル(100×100mm)を10個採取する。
(2)小片サンプルをビスフェノール系エポキシ樹脂で樹脂包埋し、樹脂が硬化した後、ミクロトームにより断面を切り出す。この際、スパンボンド不織布が後述するマクロ融着部を有する場合には、そのマクロ融着部以外の箇所(非マクロ融着部)の中心を通過するように断面サンプルを切り出す。
(3)マイクロスコープ(例えば、株式会社キーエンス社製「VW-9000」など)や走査型電子顕微鏡(例えば、株式会社キーエンス社製「VHX-D500」など)で、スパンボンド不織布の断面写真を撮影する。このとき、複合繊維における異なる熱可塑性樹脂の界面が明瞭に観察できる倍率(およそ300倍~3000倍程度)で撮影する。また、スパンボンド不織布が後述するマクロ融着部を有する場合には、マクロ融着部間の中心で撮影する。
(4)測定が可能なすべての繊維断面について、ポリオレフィン系樹脂P2による複合繊維の表面の被覆率を測定する。
(5)すべての測定値を平均し、小数点以下第1位を四捨五入してポリオレフィン系樹脂P2による複合繊維の表面の被覆率とする。
また、上記のポリオレフィン系樹脂P2による複合繊維の表面の被覆率(%)は、複合繊維の複合形態、断面形状などによって調整することができる。
複合繊維の複合形態としては、例えば、同心芯鞘型、偏心芯鞘型、海島型、サイドバイサイド型などの複合形態を用いることができる。中でも、紡糸性に優れ、熱接着により繊維同士を均一に接着させることができ、かつ、除塵性能を向上させることができることから、同心芯鞘型、偏心芯鞘型の複合形態とすることがより好ましく、とりわけ、熱接着性と除塵性能の観点から、同心芯鞘型の複合形態とすることが特に好ましい態様である。
そして、複合繊維の断面形状としては、丸断面の他、扁平断面、および、Y型やC型などの異形断面であってもよい。なかでも、曳糸性に優れ、高い紡糸速度で紡糸することで単糸強度の優れた複合繊維とすることができることから、丸断面がより好ましい態様である。また断面形状として中空断面を適用することもできるが、後述する製造工程における紡糸時の糸切れが抑制されることとなり、表面欠陥の少ないスパンボンド不織布となることから、中実断面が好ましい態様である。
また、本発明に係る複合繊維は、その複合繊維における前記のヒンダードアミン系化合物の有効単位が0.3mg/g以上90.0mg/g以下である。ここで、ヒンダードアミン系化合物の有効単位とは、前記複合繊維に含有されるヒンダードアミン系化合物のうち、エレクトレット処理がなされた後の帯電性や電荷保持性に有効に寄与するヒンダードアミン系化合物の質量割合を示す指標である。このヒンダードアミン系化合物の有効単位が、0.3mg/g以上、好ましくは0.5mg/g以上、より好ましくは1.0mg/g以上、さらに好ましくは1.5mg/g以上であることにより、帯電性や電荷保持性に優れたスパンボンド不織布となる。一方、ヒンダードアミン系化合物の有効単位が、90.0mg/g以下、好ましくは30.0mg/g以下、より好ましくは10.0mg/g以下、さらに好ましくは5.0mg/g以下であることにより、後述する製造工程における紡糸時の糸切れが抑制されることとなるため、表面欠陥の少ないスパンボンド不織布となる。
なお、複合繊維におけるヒンダードアミン系化合物の有効単位(mg/g)は、以下のようにして測定、算出される値を用いることとする。
(1)本発明のスパンボンド不織布から小片サンプルを幅方向に5個採取し、それぞれの質量(g)を測定する。
(2)小片サンプルをメタノール/クロロホルム混合溶液でソックスレー抽出し、抽出物についてのみ、さらに高速液体クロマトグラフィー(HPLC)で分取を繰り返す。このHPLCは、以下の条件で分取を行うこととする。
・カラム:有機シリカハイブリッド(粒子径1~5μm)
・移動相:アンモニア水溶液、アンモニアメタノール溶液、およびこれらの混合液
(3)各分取物について、IR測定、GC測定、GC/MS測定、MALDI-MS測定、1H-NMR測定、および13C-NMR測定などの機器分析を用いて構造を特定する。
(4)すべての小片サンプルから得られたヒンダードアミン系化合物の含まれる分取物の質量の合計値(mg)を、すべての小片サンプルの質量の合計値(g)で除して、その値(mg/g)を小数点以下第2位で四捨五入し、ヒンダードアミン系化合物の有効単位(mg/g)とする。
(1)本発明のスパンボンド不織布から小片サンプルを幅方向に5個採取し、それぞれの質量(g)を測定する。
(2)小片サンプルをメタノール/クロロホルム混合溶液でソックスレー抽出し、抽出物についてのみ、さらに高速液体クロマトグラフィー(HPLC)で分取を繰り返す。このHPLCは、以下の条件で分取を行うこととする。
・カラム:有機シリカハイブリッド(粒子径1~5μm)
・移動相:アンモニア水溶液、アンモニアメタノール溶液、およびこれらの混合液
(3)各分取物について、IR測定、GC測定、GC/MS測定、MALDI-MS測定、1H-NMR測定、および13C-NMR測定などの機器分析を用いて構造を特定する。
(4)すべての小片サンプルから得られたヒンダードアミン系化合物の含まれる分取物の質量の合計値(mg)を、すべての小片サンプルの質量の合計値(g)で除して、その値(mg/g)を小数点以下第2位で四捨五入し、ヒンダードアミン系化合物の有効単位(mg/g)とする。
また、この複合繊維におけるヒンダードアミン系化合物の有効単位(mg/g)は、前記のポリオレフィン系樹脂P2に含有させるヒンダードアミン系化合物の質量、複合繊維の複合形態、後述の複合繊維のポリエステル系樹脂P1とポリオフィン系樹脂P2の体積比率などを適切に調整することにより制御することができる。
さらに、本発明に係る複合繊維は、繊維同士の接点の少なくとも一部が繊維軸方向に長さ5μm以上100μm以下のミクロ融着部を有することが好ましい。
この「ミクロ融着部」とは、後述するマクロ融着部以外の部分(非マクロ融着部)において、隣接する繊維と融着している部分であり、「繊維同士の接点」とは、このミクロ融着部の他に、繊維同士が交絡している部分や繊維同士が融着せずに単に接しているだけの部分も含まれる。
そして、ミクロ融着部は、繊維軸方向に長さ5μm以上100μm以下である。このようなミクロ融着部を有していることにより、強度や剛性に優れ、かつ、通気性の高いスパンボンド不織布となる。
複合繊維が上記のミクロ融着部を有する場合には、スパンボンド不織布の断面より、複合繊維を、マイクロスコープ(例えば、株式会社キーエンス社製「VW-9000」など)や走査型電子顕微鏡(例えば、株式会社キーエンス社製「VHX-D500」など)を用いて観察することで確認することができる。この際、スパンボンド不織布が後述するマクロ融着部を有する場合には、非マクロ融着部でミクロ融着部を確認するものとする。
ミクロ融着部を有する接点の数比率は、繊維同士の接点の総数に対して、好ましくは20%以上100%以下、より好ましくは50%以上100%以下、さらに好ましくは80%以上100%以下である。このように、繊維同士の接点に占めるミクロ融着部の割合が多くなることにより、さらに強度や剛性に優れたスパンボンド不織布となる。
なお、ミクロ融着部を有する接点の数比率は、以下の手順によって算出される値を採用するものとする。
(1)後述の最近接繊維の平均中心間距離(μm)の測定と同様の手順で、スパンボンド不織布のヨコ方向の断面写真を5枚撮影する。
(2)断面写真内の繊維同士の接点の数と、ミクロ融着部を有する接点の数をカウントする。
(3)すべての断面写真のミクロ融着部を有する接点の総数を、すべての断面写真の繊維同士の接点の総数で除して、百分率で表記し、小数点以下第1位を四捨五入してミクロ融着部を有する接点の数比率とする。
(1)後述の最近接繊維の平均中心間距離(μm)の測定と同様の手順で、スパンボンド不織布のヨコ方向の断面写真を5枚撮影する。
(2)断面写真内の繊維同士の接点の数と、ミクロ融着部を有する接点の数をカウントする。
(3)すべての断面写真のミクロ融着部を有する接点の総数を、すべての断面写真の繊維同士の接点の総数で除して、百分率で表記し、小数点以下第1位を四捨五入してミクロ融着部を有する接点の数比率とする。
また、前記のミクロ融着部を有させること自体は、前記の複合繊維の複合形態、前記の複合繊維のポリエステル系樹脂P1とポリオフィン系樹脂P2の体積比率、および/または、後述する紡糸温度、紡糸口金単孔あたりの吐出量、紡糸冷却条件(冷却風の温度、風量など)、熱風を貫通させて繊維接点同士を熱融着させる条件(熱風の温度、熱風を貫通させる時間など)などを適切に調整することにより達成することができ、そのミクロ融着部を有する接点の数比率(%)は、前記の複合繊維の複合形態、前記の複合繊維のポリエステル系樹脂P1とポリオフィン系樹脂P2の体積比率、後述するスパンボンド不織布の見掛け密度、最近接繊維の平均中心間距離、および/または、後述する紡糸温度、紡糸口金単孔あたりの吐出量、紡糸冷却条件(冷却風の温度、風量など)、熱風を貫通させて繊維接点同士を熱融着させる条件(熱風の温度、熱風を貫通させる時間など)などを適切に調整することにより制御することができる。
また、本発明のスパンボンド不織布を構成する複合繊維は、平均単繊維径が15.0μm以上40.0μm以下であることが好ましい。この平均単繊維径の範囲について、その下限が好ましくは15.0μm以上、より好ましくは20.0μm以上、さらに好ましくは22.0μm以上、特に好ましくは24.0μm以上であることにより、通気性に優れたスパンボンド不織布となる。一方、前記の範囲について、その上限が好ましくは40.0μm以下、より好ましくは34.0μm以下、さらに好ましくは32.0μm以下、特に好ましくは29.0μm以下であることにより、除塵性能に優れるとともに、ミクロ融着部が多くなるため、強度や剛性に優れたスパンボンド不織布となる。
なお、スパンボンド不織布を構成する複合繊維の平均単繊維径(μm)は、以下の手順によって算出される値を採用するものとする。
(1)スパンボンド不織布からランダムに小片サンプル(100×100mm)を10個採取する。
(2)マイクロスコープ(例えば、株式会社キーエンス社製「VW-9000」など)や走査型電子顕微鏡(例えば、株式会社キーエンス社製「VHX-D500」など)で300倍~1000倍の表面写真を撮影し、各サンプルから5本ずつ、計50本の非融着部の複合繊維の幅(直径)を測定する。複合繊維の断面が異形の場合には断面積を測定し、同一の断面積を有する正円の直径を求める。非融着部とは、繊維が互いに融着したり変形したりしていない部分である。
(3)測定した50本の直径の値を平均し、小数点以下第2位を四捨五入して平均単繊維径(μm)とする。
(1)スパンボンド不織布からランダムに小片サンプル(100×100mm)を10個採取する。
(2)マイクロスコープ(例えば、株式会社キーエンス社製「VW-9000」など)や走査型電子顕微鏡(例えば、株式会社キーエンス社製「VHX-D500」など)で300倍~1000倍の表面写真を撮影し、各サンプルから5本ずつ、計50本の非融着部の複合繊維の幅(直径)を測定する。複合繊維の断面が異形の場合には断面積を測定し、同一の断面積を有する正円の直径を求める。非融着部とは、繊維が互いに融着したり変形したりしていない部分である。
(3)測定した50本の直径の値を平均し、小数点以下第2位を四捨五入して平均単繊維径(μm)とする。
そして、この平均単繊維径は、前記の複合繊維のポリエステル系樹脂P1とポリオフィン系樹脂P2の体積比率、および/または、後述する紡糸温度、紡糸口金単孔あたりの吐出量、紡糸速度などを適切に調整することにより制御することができる。
本発明に係る複合繊維は、ポリエステル系樹脂P1の体積比率が10体積%以上90体積%以下であることが好ましい。ポリエステル系樹脂P1の体積比率が好ましくは10体積%以上、より好ましくは30体積%以上、さらに好ましくは50体積%以上、特に好ましくは70体積%以上であることにより、単糸強度を向上させ、実用に供しうる十分な強度を有するスパンボンド不織布となるとともに、後述する製造工程における熱エンボスロールなどへの貼り付きが抑制されることとなるため、歪みやシワなどの欠陥の少ないスパンボンド不織布となる。一方、ポリエステル系樹脂P1の体積比率が好ましくは95体積%以下、より好ましくは90体積%以下、さらに好ましくは85体積%以下、特に好ましくは80体積%以下であることにより、熱接着時にポリオレフィン系樹脂P2同士が強固に融着し、実用に供しうる十分な強度や剛性を有するスパンボンド不織布となる。
本発明に係る複合繊維は、ポリオレフィン系樹脂P2の体積比率が5体積%以上90体積%以下であることが好ましい。ポリオレフィン系樹脂P2の体積比率が好ましくは5体積%以上、より好ましくは10体積%以上、さらに好ましくは15体積%以上、特に好ましくは20体積%以上であることにより、熱接着時にポリオレフィン系樹脂P2同士が強固に融着し、実用に供しうる十分な強度や剛性を有するスパンボンド不織布となる。さらに、後述するようなエレクトレット処理がなされた後の帯電性や電荷保持性が高め、除塵性能に優れたスパンボンド不織布となる。一方、ポリオレフィン系樹脂P2の体積比率が好ましくは90体積%以下、より好ましくは70体積%以下、さらに好ましくは50体積%以下、特に好ましくは30体積%以下であることにより、後述する製造工程における熱エンボスロールなどへの貼り付きが抑制されることとなるため、歪みやシワなどの欠陥の少ないスパンボンド不織布となる。
なお、本発明においては、複合繊維における前記のポリエステル系樹脂P1の体積比率、ポリオレフィン系樹脂P2の体積比率には、複合繊維における前記のヒンダードアミン系化合物の含有量が複合繊維中10質量%以下である限りにおいて、前記のヒンダードアミン系化合物の体積比率が0体積%であるものと見なすこととする。
[スパンボンド不織布]
本発明のスパンボンド不織布は、前記の複合繊維により構成される。そして、前記のスパンボンド不織布のヨコ方向の断面における最近接繊維の平均中心間距離(以降、単に「最近接繊維の平均中心間距離」と略記することがある)が50μm以下であることが好ましい。この最近接繊維の平均中心間距離の範囲について、その上限が、好ましくは50μm以下、より好ましくは46μm以下、さらに好ましくは42μm以下であることにより、繊維同士の接点におけるミクロ融着部の形成を増えることとなるため、強度や剛性に優れたスパンボンド不織布となる。さらに、スパンボンド不織布の断面における繊維密度の粗密が形成されるため、通気性に優れたスパンボンド不織布となる。一方、前記の最近接繊維の平均中心間距離の範囲について、その下限は、複合繊維の直径と同一の値となるが、好ましくは30μm以上、より好ましくは34μm以上、さらに好ましくは38μm以上であることにより、繊維同士が過度に融着されることが抑制されるため、スパンボンド不織布の地合が良好なものとなり、強度や剛性のばらつきが小さいスパンボンド不織布となる。
本発明のスパンボンド不織布は、前記の複合繊維により構成される。そして、前記のスパンボンド不織布のヨコ方向の断面における最近接繊維の平均中心間距離(以降、単に「最近接繊維の平均中心間距離」と略記することがある)が50μm以下であることが好ましい。この最近接繊維の平均中心間距離の範囲について、その上限が、好ましくは50μm以下、より好ましくは46μm以下、さらに好ましくは42μm以下であることにより、繊維同士の接点におけるミクロ融着部の形成を増えることとなるため、強度や剛性に優れたスパンボンド不織布となる。さらに、スパンボンド不織布の断面における繊維密度の粗密が形成されるため、通気性に優れたスパンボンド不織布となる。一方、前記の最近接繊維の平均中心間距離の範囲について、その下限は、複合繊維の直径と同一の値となるが、好ましくは30μm以上、より好ましくは34μm以上、さらに好ましくは38μm以上であることにより、繊維同士が過度に融着されることが抑制されるため、スパンボンド不織布の地合が良好なものとなり、強度や剛性のばらつきが小さいスパンボンド不織布となる。
ここで、本発明において、スパンボンド不織布の「ヨコ方向」とは、スパンボンド不織布を製造する際のシート搬送方向、すなわち、不織布ロールにおける巻き取り方向に対して垂直に交差する方向(CD方向、Cross Direction)を指すものであり、スパンボンド不織布の「タテ方向」とは、スパンボンド不織布を製造する際のシート搬送方向、すなわち、不織布ロールにおける巻き取り方向(MD方向、Machine Direction)を指すものである。そして、スパンボンド不織布の見た目からタテ方向が決定できる場合、すなわち、不織布ロールにおける巻取方向が一義に決定できる場合には、この方向をタテ方向とし、その方向に垂直に交差する方向をヨコ方向とする。一方で、スパンボンド不織布が切断された場合などでロール状態にない場合など、見た目からタテ方向、あるいは、ヨコ方向が決定できない場合には、以下の手順によってタテ方向、ヨコ方向を決定することとする。
(a)スパンボンド不織布の面内において、任意の1方向を定め、その方向に沿って、長さ30.0cm、幅5.0cmの試験片を、等間隔に3枚採取する。ただし、スパンボンド不織布の面積が小さく、上記の3枚の試験片を確保できない場合に限り、試験片の寸法(長さ、幅)を、長さは18.0cm、幅は2.0cmを下限として、それぞれ小さくした試験片を採取する。
(b)(a)で採取した方向(0度)から30度、60度、90度、120度、150度回転させた方向においても、同様に長さ30cm、幅5.0cmの試験片を3枚ずつ採取する。
(c)各方向の試験片について、JIS L1913:2010「一般長繊維不織布試験方法」の6.3「引張強さおよび伸び率」に準拠して、引張強力を測定する。具体的には、つかみ間隔20.0cm(ただし、試験片の寸法が、長さ30.0cmより小さくなっている場合には、つかみ間隔を試験片の長さから10cm減じた長さとする)、引張速度100±10mm/minの条件で、サンプルが切断するまで加重を加え、サンプルの最大荷重時の強さを引張強力(N/5cm)とし、3点の平均値を算出し、小数点以下第1位を四捨五入した値を、その方向の引張強力とする。
(d)測定により得られた値が最も高い方向を、そのスパンボンド不織布のタテ方向とし、これに直交する方向をヨコ方向とする。ただし、最も高い方向が2方向以上ある場合には、以下のとおりとする。
・前記の「最も高い方向」と直交する方向の引張強力がより低くなる方向をそのスパンボンド不織布のタテ方向とする。例えば、前記の0度と30度の試験片の引張強力が最も高くなった場合には、その直交する方向、すなわち、90度と120度との引張強力を比較して、90度の試験片の引張強力が低い場合には0度をタテ方向とし、120度の試験片の引張強力が低い場合には、30度をタテ方向とする。
・前記の「最も高い方向」と直交する方向の引張強力も等しい場合、例えば、6方向の引張強力が全て等しい場合には、その6方向のいずれかの方向をタテ方向であるとし、これに直交する方向をヨコ方向とする。
(a)スパンボンド不織布の面内において、任意の1方向を定め、その方向に沿って、長さ30.0cm、幅5.0cmの試験片を、等間隔に3枚採取する。ただし、スパンボンド不織布の面積が小さく、上記の3枚の試験片を確保できない場合に限り、試験片の寸法(長さ、幅)を、長さは18.0cm、幅は2.0cmを下限として、それぞれ小さくした試験片を採取する。
(b)(a)で採取した方向(0度)から30度、60度、90度、120度、150度回転させた方向においても、同様に長さ30cm、幅5.0cmの試験片を3枚ずつ採取する。
(c)各方向の試験片について、JIS L1913:2010「一般長繊維不織布試験方法」の6.3「引張強さおよび伸び率」に準拠して、引張強力を測定する。具体的には、つかみ間隔20.0cm(ただし、試験片の寸法が、長さ30.0cmより小さくなっている場合には、つかみ間隔を試験片の長さから10cm減じた長さとする)、引張速度100±10mm/minの条件で、サンプルが切断するまで加重を加え、サンプルの最大荷重時の強さを引張強力(N/5cm)とし、3点の平均値を算出し、小数点以下第1位を四捨五入した値を、その方向の引張強力とする。
(d)測定により得られた値が最も高い方向を、そのスパンボンド不織布のタテ方向とし、これに直交する方向をヨコ方向とする。ただし、最も高い方向が2方向以上ある場合には、以下のとおりとする。
・前記の「最も高い方向」と直交する方向の引張強力がより低くなる方向をそのスパンボンド不織布のタテ方向とする。例えば、前記の0度と30度の試験片の引張強力が最も高くなった場合には、その直交する方向、すなわち、90度と120度との引張強力を比較して、90度の試験片の引張強力が低い場合には0度をタテ方向とし、120度の試験片の引張強力が低い場合には、30度をタテ方向とする。
・前記の「最も高い方向」と直交する方向の引張強力も等しい場合、例えば、6方向の引張強力が全て等しい場合には、その6方向のいずれかの方向をタテ方向であるとし、これに直交する方向をヨコ方向とする。
なお、本発明において、スパンボンド不織布のヨコ方向の断面における最近接繊維の平均中心間距離とは、以下の手順によって測定、算出される値を指すものとする。
(1)スパンボンド不織布からランダムに小片サンプル(100×100mm)を5個採取し、それぞれの小片サンプルからヨコ方向の断面サンプルを切り出す。このとき、スパンボンド不織布が後述するマクロ融着部を有する場合には、そのマクロ融着部以外の箇所(非マクロ融着部)の中心を通過するように断面サンプルを切り出す。
(2)各小片サンプルについて、マイクロスコープ(例えば、株式会社キーエンス社製「VW-9000」など)や走査型電子顕微鏡(例えば、株式会社キーエンス社製「VHX-D500」など)を用いて、200倍~500倍の断面写真を撮影する。このとき、スパンボンド不織布の厚さ全体が収まるように撮影する。また、スパンボンド不織布が後述するマクロ融着部を有する場合には、マクロ融着部間の中心で撮影する。
(3)断面写真内のすべての繊維断面について、当該繊維とその最近接繊維(当該繊維から最も距離が近い繊維)との中心間距離を測定する。複合繊維の断面が異形の場合には、外接する正円の中心を用いて測定する。このとき、後述するマクロ融着部を有する場合には、断面写真の中央に近い順に50本の繊維の測定をおこなう。
(4)測定した最近接繊維との中心間距離の値(μm)の算術平均値を算出して、小数点以下第2位を四捨五入して最近接繊維の平均中心間距離(μm)とする。
(1)スパンボンド不織布からランダムに小片サンプル(100×100mm)を5個採取し、それぞれの小片サンプルからヨコ方向の断面サンプルを切り出す。このとき、スパンボンド不織布が後述するマクロ融着部を有する場合には、そのマクロ融着部以外の箇所(非マクロ融着部)の中心を通過するように断面サンプルを切り出す。
(2)各小片サンプルについて、マイクロスコープ(例えば、株式会社キーエンス社製「VW-9000」など)や走査型電子顕微鏡(例えば、株式会社キーエンス社製「VHX-D500」など)を用いて、200倍~500倍の断面写真を撮影する。このとき、スパンボンド不織布の厚さ全体が収まるように撮影する。また、スパンボンド不織布が後述するマクロ融着部を有する場合には、マクロ融着部間の中心で撮影する。
(3)断面写真内のすべての繊維断面について、当該繊維とその最近接繊維(当該繊維から最も距離が近い繊維)との中心間距離を測定する。複合繊維の断面が異形の場合には、外接する正円の中心を用いて測定する。このとき、後述するマクロ融着部を有する場合には、断面写真の中央に近い順に50本の繊維の測定をおこなう。
(4)測定した最近接繊維との中心間距離の値(μm)の算術平均値を算出して、小数点以下第2位を四捨五入して最近接繊維の平均中心間距離(μm)とする。
また、スパンボンド不織布のヨコ方向の断面における最近接繊維の平均中心間距離は、前記の複合繊維のポリエステル系樹脂P1と熱可塑性樹脂P2の体積比率、平均単繊維径、厚さ、見掛け密度、および/または、後述する紡糸速度、隣接するマクロ融着部間の最短距離、熱接着の条件(温度、線圧等)などを適切に調整することにより制御することができる。
本発明のスパンボンド不織布は、そのヨコ方向の断面における最近接繊維の中心間距離が15μm以上40μm以下である複合繊維の数割合(以降、単に「近接複合繊維の数割合R1」と略記することがある)が、40%以上であることが好ましい。この近接複合繊維の数割合R1の範囲について、その下限が、好ましくは40%以上、より好ましくは45%以上とし、さらに好ましくは50%以上であることにより、繊維同士の接点において融着する面積を増えることとなるため、強度や剛性に優れたスパンボンド不織布となる。さらに、スパンボンド不織布の断面における繊維密度の粗密が形成されるため、通気性に優れたスパンボンド不織布となる。一方、前記の範囲について、その上限が、好ましくは80%以下、より好ましくは75%以下、さらに好ましくは70%以下であることにより、繊維同士が過度に融着されることが抑制されるため、スパンボンド不織布の地合が良好なものとなり、強度や剛性のばらつきが小さいスパンボンド不織布となる。
本発明のスパンボンド不織布は、前記の近接複合繊維の数割合R1の範囲を満たしつつ、さらに、ヨコ方向の断面における最近接繊維の中心間距離が35μm以下である複合繊維の数割合(以降、単に「近接複合繊維の数割合R2」と略記することがある)が、30%以上70%以下であることが好ましい。この近接複合繊維の数割合R2の範囲について、その下限が、好ましくは30%以上、より好ましくは35%以上、さらに好ましくは40%以上であることにより、繊維同士の接点において融着する面積を増えることとなるため、強度や剛性に優れたスパンボンド不織布となる。さらに、スパンボンド不織布の断面における繊維密度の粗密が形成されるため、通気性に優れたスパンボンド不織布となる。一方、前記の範囲について、その上限が、好ましくは70%以下、より好ましくは65%以下、さらに好ましくは60%以下とすることにより、繊維同士が過度に融着されることが抑制されるため、スパンボンド不織布の地合が良好なものとなり、強度や剛性のばらつきが小さいスパンボンド不織布となる。
本発明のスパンボンド不織布は、規則的に配列したマクロ融着部を有することが好ましい。ここで、この「マクロ融着部」とは、スパンボンド不織布の断面方向に圧着されるなどして、繊維断面形状がその他の部分の形状と異なる程度に変形して、さらには、その箇所が塊状となったり、フィルム状となったりするまで繊維が溶融して、繊維同士が融着している場所を指す。具体的には、熱エンボスロールにより熱圧着された部分や、超音波振動により熱融着された部分である。熱圧着や熱融着した時に、その部分に十分な熱が加わり、当該部分の複合繊維全体が融着している場合には、使用した熱エンボスロールなどの圧着部分の形状、面積とマクロ融着部の形状、面積とは同一であると見なすことができる。例えば、熱エンボスロールによる熱圧着の場合において、後述するような、一対の凹凸を有するロールにより熱接着するときには、マクロ融着部の形状、面積は上側ロールの凸部と下側ロールの凸部とが重なって不織繊維ウェブに当接する部分の形状、面積と同一であると考えられる。また、後述するような、凹凸を有するロールとフラットロールにより熱接着するときには、マクロ融着部の形状、面積は凹凸を有するロールの凸部が不織繊維ウェブに当接する部分の形状、面積と同一であると考えられる。上記のようなマクロ融着部を有していることにより、強度や剛性に優れたスパンボンド不織布となる。
そして、本発明において、「規則的に配列した」とは、スパンボンド不織布のタテ方向とヨコ方向とにそれぞれ一定の間隔で規則的に存在したものであることを指す。このようにすることにより、スパンボンド不織布の強度のばらつきを低減することができる。具体的な配列の形態としては、マクロ融着部の中心が、多角形状の格子状に配置される形態、例えば、三角形格子、長方形、台形、平行四辺形、菱形といった形状から構成される四角形格子、六角形格子などが挙げられ、当然、それぞれ正方形格子、正三角形格子、正六角形格子というように、格子の一辺の長さが等しい格子も挙げられる。また、千鳥配置も上記の多角形状の格子状に配置される形態に含まれる。
本発明のスパンボンド不織布において、前記のマクロ融着部の形状は、スパンボンド不織布が使用される用途に応じて選択することができ、例えば、円形、楕円形、正方形、長方形、平行四辺形、ひし形、正六角形および正八角形などが挙げられる。
本発明のスパンボンド不織布が、規則的に配列したマクロ融着部を有する場合において、その隣接するマクロ融着部間の最短距離は、0.5mm以上2.0mm以下であることが好ましい。隣接するマクロ融着部間の最短距離の範囲について、その下限が、好ましくは0.5mm以上、より好ましくは0.7mm以上、さらに好ましくは0.9mm以上であることにより、スパンボンド不織布内の空隙が確保されるので、通気性に優れ、ダスト保持容量の多いスパンボンド不織布となる。これに加えて、前記の最近接繊維の平均中心間距離や近接複合繊維の数割合R1、近接複合繊維の数割合R2を容易に調整できるようになるため、強度や剛性が高く、通気性に優れ、かつ、機能薬剤の液保持性に優れたスパンボンド不織布が得られやすくなる。一方、前記の範囲について、その上限が、好ましくは2.0mm以下、より好ましくは1.8mm以下、さらに好ましくは1.6mm以下であることにより、マクロ融着部によって複合繊維が効率的に把持されるため、強度や剛性に優れたスパンボンド不織布となる。
なお、前記の隣接するマクロ融着部間の最短距離は、以下の手順によって測定、算出される値とする。
(1)スパンボンド不織布からランダムに小片サンプル(100×100mm)を5個採取する。
(2)各小片サンプルについて、マイクロスコープ(例えば、株式会社キーエンス社製「VW-9000」など)や走査型電子顕微鏡(例えば、株式会社キーエンス社製「VHX-D500」など)を用いて、規則的に配列したマクロ融着部の繰り返し単位が一単位以上含まれるように、20倍~300倍の表面写真を撮影する。
(3)各写真からランダムに3か所のマクロ融着部を選定し、隣接するマクロ融着部との最短距離を測定する。このとき、マクロ融着部と非マクロ融着部の境界線を距離の始点/終点とする。また、1つのマクロ融着部の周囲に複数の融着部が存在する場合、最も近いマクロ融着部との距離を測定する。
(4)測定した15点の最短距離の値を平均し、小数点以下第2位を四捨五入して、隣接するマクロ融着部間の最短距離(mm)とする。
(1)スパンボンド不織布からランダムに小片サンプル(100×100mm)を5個採取する。
(2)各小片サンプルについて、マイクロスコープ(例えば、株式会社キーエンス社製「VW-9000」など)や走査型電子顕微鏡(例えば、株式会社キーエンス社製「VHX-D500」など)を用いて、規則的に配列したマクロ融着部の繰り返し単位が一単位以上含まれるように、20倍~300倍の表面写真を撮影する。
(3)各写真からランダムに3か所のマクロ融着部を選定し、隣接するマクロ融着部との最短距離を測定する。このとき、マクロ融着部と非マクロ融着部の境界線を距離の始点/終点とする。また、1つのマクロ融着部の周囲に複数の融着部が存在する場合、最も近いマクロ融着部との距離を測定する。
(4)測定した15点の最短距離の値を平均し、小数点以下第2位を四捨五入して、隣接するマクロ融着部間の最短距離(mm)とする。
本発明のスパンボンド不織布において、規則的に配列したマクロ融着部を有する場合において、前記のマクロ融着部の個々の面積は、0.10mm2以上1.00mm2以下であることが好ましい。このマクロ融着部の個々の面積の範囲について、その下限が、好ましくは0.10mm2以上、より好ましくは0.15mm2以上、さらに好ましくは0.20mm2以上であることにより、マクロ融着部によって複合繊維同士がしっかりと融着されることとなるため、強度や剛性に優れたスパンボンド不織布となる。一方、前記の範囲について、その上限が、好ましくは1.00mm2以下、より好ましくは0.70mm2以下、さらに好ましくは0.40mm2以下であることにより、スパンボンド不織布内の空隙が確保されるので、通気性に優れ、ダスト保持容量の多いスパンボンド不織布となる。
なお、本発明において、前記のマクロ融着部の個々の面積は、以下の手順によって測定、算出される値とする。
(1)スパンボンド不織布からランダムに小片サンプル(100×100mm)を5個採取する。
(2)各小片サンプルについて、マイクロスコープ(例えば、株式会社キーエンス社製「VW-9000」など)や走査型電子顕微鏡(例えば、株式会社キーエンス社製「VHX-D500」など)を用いて、規則的に配列したマクロ融着部の繰り返し単位が一単位以上含まれるように、20倍~300倍の表面写真を撮影する。
(3)各写真からランダムに3か所のマクロ融着部を選定して面積を測定する。計15か所の面積(mm2)の算術平均値を算出し、小数点以下第3位を四捨五入して、マクロ融着部の個々の面積(mm2)とする。
(1)スパンボンド不織布からランダムに小片サンプル(100×100mm)を5個採取する。
(2)各小片サンプルについて、マイクロスコープ(例えば、株式会社キーエンス社製「VW-9000」など)や走査型電子顕微鏡(例えば、株式会社キーエンス社製「VHX-D500」など)を用いて、規則的に配列したマクロ融着部の繰り返し単位が一単位以上含まれるように、20倍~300倍の表面写真を撮影する。
(3)各写真からランダムに3か所のマクロ融着部を選定して面積を測定する。計15か所の面積(mm2)の算術平均値を算出し、小数点以下第3位を四捨五入して、マクロ融着部の個々の面積(mm2)とする。
本発明のスパンボンド不織布が、規則的に配列したマクロ融着部を有する場合において、スパンボンド不織布表面に占めるマクロ融着部の総面積の割合(以降、単にマクロ融着部面積率と略記することがある)は、5%以上30%以下であることが好ましい。マクロ融着部面積率の範囲について、その下限が5%以上、より好ましくは8%以上、さらに好ましくは10%以上であることにより、強度に優れたスパンボンド不織布となる。一方、前記の範囲について、その上限が、好ましくは30%以下、より好ましくは20%以下、さらに好ましくは15%以下であることにより、フィルター骨材として実用に供しうる通気性を有するスパンボンド不織布となる。
なお、前記の隣接するマクロ融着部面積率は、以下の手順によって測定、算出される値とする。
(1)スパンボンド不織布からランダムに小片サンプル(100×100mm)を5個採取する。
(2)各小片サンプルについて、マイクロスコープ(例えば、株式会社キーエンス社製「VW-9000」など)や走査型電子顕微鏡(例えば、株式会社キーエンス社製「VHX-D500」など)を用いて、マクロ融着部の配列の繰り返し単位の面積(S1)と、繰り返し単位に含まれるマクロ融着部の面積(S2)を5か所測定し、S2をS1で除して面積率(%)を算出する。
(3)計25か所の面積率(%)を平均し、小数点以下第1位を四捨五入して、マクロ融着部面積率(%)とする。
(1)スパンボンド不織布からランダムに小片サンプル(100×100mm)を5個採取する。
(2)各小片サンプルについて、マイクロスコープ(例えば、株式会社キーエンス社製「VW-9000」など)や走査型電子顕微鏡(例えば、株式会社キーエンス社製「VHX-D500」など)を用いて、マクロ融着部の配列の繰り返し単位の面積(S1)と、繰り返し単位に含まれるマクロ融着部の面積(S2)を5か所測定し、S2をS1で除して面積率(%)を算出する。
(3)計25か所の面積率(%)を平均し、小数点以下第1位を四捨五入して、マクロ融着部面積率(%)とする。
本発明のスパンボンド不織布は、その見掛けの比表面積が980cm2/g以上1600cm2/g以下であることが好ましい。見掛けの比表面積の範囲について、その下限が、好ましくは980cm2/g以上、より好ましくは1020cm2/g以上、さらに好ましくは1050cm2/g以上、特に好ましくは1100cm2/g以上であることにより、プリーツフィルターとしての使用に適した高い剛性を有し、かつ、除塵性能に優れたスパンボンド不織布となる。一方、前記の範囲について、その上限が、好ましくは1600cm2/g以下、より好ましくは1400cm2/g以下、さらに好ましくは1300cm2/g以下、特に好ましくは1200cm2/g以下であることにより、フィルターとしての使用に適した高い通気性を付与することができる。
なお、本発明において、前記の見掛けの比表面積は、前記の複合繊維の平均単繊維径(μm)と以下の(1)~(4)の手順によって測定、算出される固体密度(g/cm3)とから、以下の式を用いて算出される値を採用するものとする。
見掛けの比表面積(cm2/g)=4×104/{[平均単繊維径(μm)]×[固体密度(g/cm3)]}
(固体密度の測定、算出方法)
(1)スパンボンド不織布からランダムに小片を5枚採取する。
(2)(1)の小片をエタノールに浸して洗浄し、大気中で乾燥する。
(3)(2)の小片について、水-エタノール混合液系を用いて、浮沈法により密度(g/cm3)を求める。
(4)同様の測定を5枚の小片で行い、測定した密度の値(g/cm3)の算術平均値を算出し、小数点以下第4位を四捨五入して複合繊維の固体密度(g/cm3)とする。
(固体密度の測定、算出方法)
(1)スパンボンド不織布からランダムに小片を5枚採取する。
(2)(1)の小片をエタノールに浸して洗浄し、大気中で乾燥する。
(3)(2)の小片について、水-エタノール混合液系を用いて、浮沈法により密度(g/cm3)を求める。
(4)同様の測定を5枚の小片で行い、測定した密度の値(g/cm3)の算術平均値を算出し、小数点以下第4位を四捨五入して複合繊維の固体密度(g/cm3)とする。
また、見掛けの比表面積は、前記の複合繊維のポリエステル系樹脂P1とポリオレフィン系樹脂P2の体積比率や平均単繊維径を適切に調整することにより制御することができる。
本発明のスパンボンド不織布は、その目付が、30g/m2以上100g/m2以下であることが好ましい。スパンボンド不織布の目付の範囲について、その下限が好ましくは30g/m2以上、より好ましくは40g/m2以上、さらに好ましくは50g/m2以上であることにより、実用に供し得る十分な強度と剛性を有し、かつ、除塵性能に優れたスパンボンド不織布となる。一方、前記の範囲について、その上限が好ましくは100g/m2以下、より好ましくは80g/m2以下、さらに好ましくは60g/m2以下であることにより、通気性に優れ、かつ、廃棄時の環境負荷の小さいスパンボンド不織布となる。
なお、本発明において、スパンボンド不織布の目付は、JIS L1913:2010「一般不織布試験方法」の「6.2 単位面積当たりの質量」に準じ、以下の手順によって測定される値を採用するものとする。
(1)20cm×25cmの試験片を、試料の幅1m当たり3枚採取する。
(2)標準状態におけるそれぞれの質量(g)を量る。
(3)その平均値を1m2当たりの質量(g/m2)で表する。
(1)20cm×25cmの試験片を、試料の幅1m当たり3枚採取する。
(2)標準状態におけるそれぞれの質量(g)を量る。
(3)その平均値を1m2当たりの質量(g/m2)で表する。
また、上記の目付は、紡糸口金の単孔吐出量や糸条を捕集するネットコンベアーの速度などを適切に調整することにより制御することができる。
本発明のスパンボンド不織布は強度と剛性に優れ、かつ、高い除塵性能を有することから、フィルターとしての使用において、従来よりも目付量を低減することが可能である。この結果、フィルターに使用されるプラスチック量を削減することができ、ひいては、廃棄時の環境負荷を低減することができるのである。
本発明のスパンボンド不織布は、その厚さが、0.20mm以上0.60mm以下である。スパンボンド不織布の厚さの範囲について、その下限が0.20mm以上、好ましくは0.22mm以上、より好ましくは0.25mm以上、さらに好ましくは0.30mm以上であることにより、実用に供しうる十分な剛性を有し、かつ、フィルターとして十分なダスト保持容量を有するスパンボンド不織布となる。一方、前記の範囲について、その上限が、0.60mm以下、好ましくは0.55mm以下、より好ましくは0.50mm以下、さらに好ましくは0.40mm以下であることにより、フィルターのプリーツ加工時にひだ折り数を増やして濾過面積を大きくすることができるため、除塵効率に優れ、かつ、圧力損失の小さいフィルターとなる。
なお、本発明において、スパンボンド不織布の厚さ(mm)は、JIS L1906:2000「一般長繊維不織布試験方法」の「5.1」に準じ、以下の手順によって測定される値を採用するものとする。
(1)直径10mmの加圧子を使用し、荷重10kPaで不織布の幅方向等間隔に1mあたり10点の厚さを0.01mm単位で測定する。
(2)上記10点の平均値の小数点以下第3位を四捨五入する。
(1)直径10mmの加圧子を使用し、荷重10kPaで不織布の幅方向等間隔に1mあたり10点の厚さを0.01mm単位で測定する。
(2)上記10点の平均値の小数点以下第3位を四捨五入する。
また、スパンボンド不織布の厚さは、前記の複合繊維のポリエステル系樹脂P1とポリオレフィン系樹脂P2の体積比率、平均単繊維径、および/または、後述する熱接着の条件(マクロ融着部の形状、隣接するマクロ融着部との最短距離、圧着率、温度、および線圧等)などを適切に調整することにより制御することができる。
また、本発明のスパンボンド不織布は、その見掛け密度が、0.10g/cm3以上0.25g/cm3以下であることが好ましい。スパンボンド不織布の見掛け密度の範囲について、その下限が好ましくは0.10g/cm3以上、より好ましくは0.13g/cm3以上、さらに好ましくは0.15g/cm3以上であることにより、複合繊維間のミクロ融着部が形成される接点が増えることとなるため、実用に供するのに十分な強度や剛性を有するスパンボンド不織布となる。一方、見掛け密度が好ましくは0.25g/cm3以下、より好ましくは0.22g/cm3以下、さらに好ましくは0.20g/cm3以下であることにより、通気性に優れたスパンボンド不織布とすることができる。
なお、本発明において、見掛け密度(g/cm3)は、上記の四捨五入前の目付と厚さから、次の式に基づいて算出し、小数点以下第3位を四捨五入したものとする。
見掛け密度(g/cm3)={[目付(g/m2)]/[厚さ(mm)]}×10-3。
本発明のスパンボンド不織布は、そのタテ方向の剛軟度が、70mg以上500mg以下であることが好ましい。スパンボンド不織布のタテ方向の剛軟度の範囲について、その下限が、好ましくは70mg以上、より好ましくは85mg以上、さらに好ましくは100mg以上であることにより、フィルター骨材として実用に供しうる剛性を有するスパンボンド不織布となる。一方、タテ方向の剛軟度が、好ましくは500mg以下、より好ましくは450mg以下、さらに好ましくは400mg以下であることにより、シート搬送時やロール巻取り時に折れ目が付くなどの品位の低下が発生することを防ぐことができる。
本発明のスパンボンド不織布のタテ方向の剛軟度は、JIS L1913:2010「一般不織布試験方法」の「6.7 剛軟度(JIS法及びISO法)」の「6.7.4 ガーレ法」に記載の方法に準じて測定される値を採用するものとする。
また、スパンボンド不織布のタテ方向の剛軟度は、前記の複合繊維のポリエステル系樹脂P1とポリオレフィン系樹脂P2の体積比率、平均単繊維径、厚さ、見掛け密度、および/または、後述する紡糸速度、熱接着の条件(マクロ融着部の形状、隣接するマクロ融着部との最短距離、圧着率、温度、および線圧等)などを適切に調整することにより制御することができる。
本発明のスパンボンド不織布は、そのタテ方向の5%伸長時応力が、80N/5cm以上500N/5cm以下であることが好ましい。スパンボンド不織布のタテ方向の5%伸長時応力の範囲について、その下限が、好ましくは80N/5cm以上、より好ましくは100N/5cm以上、さらに好ましくは120N/5cm以上であることにより、フィルター加工時の張力による伸びが抑制されるため、フィルターを高い歩留まりで安定して生産できるようになるだけではなく、フィルター使用時にはその変形が抑制され、フィルターの圧力損失が増加することを防ぐことができるスパンボンド不織布となる。一方、前記の範囲について、その上限が好ましくは500N/5cm以下、より好ましくは450N/5cm以下、さらに好ましくは400N/5cm以下であることにより、引裂強度に優れたスパンボンド不織布となる。
なお、本発明において、スパンボンド不織布のタテ方向の5%伸長時応力は、JIS L1913:2010「一般不織布試験方法」の「6.3 引張強さ及び伸び率(ISO法)」に準じ、以下の手順によって測定される値を採用するものとする。
(1)50mm×200mmの試験片を、長辺側がスパンボンド不織布のタテ方向となる向きで、スパンボンド不織布の幅1m当たり3枚採取する。
(2)試験片をつかみ間隔200mmで引張試験機(例えば、株式会社エー・アンド・デイ社製テンシロン万能試験機「RTG-1250」など)にセットする。
(3)引張速度100mm/分で引張試験を実施し、5%伸長時の応力(5%伸長時応力)を測定する。
(4)各試験片で測定した5%伸長時応力の平均値を求め、小数点以下第3位を四捨五入する。
(1)50mm×200mmの試験片を、長辺側がスパンボンド不織布のタテ方向となる向きで、スパンボンド不織布の幅1m当たり3枚採取する。
(2)試験片をつかみ間隔200mmで引張試験機(例えば、株式会社エー・アンド・デイ社製テンシロン万能試験機「RTG-1250」など)にセットする。
(3)引張速度100mm/分で引張試験を実施し、5%伸長時の応力(5%伸長時応力)を測定する。
(4)各試験片で測定した5%伸長時応力の平均値を求め、小数点以下第3位を四捨五入する。
また、スパンボンド不織布のタテ方向の5%伸長時応力は、前記の複合繊維のポリエステル系樹脂P1とポリオレフィン系樹脂P2の体積比率、平均単繊維径、厚さ、見掛け密度、および/または、後述する紡糸速度、熱接着の条件(マクロ融着部の形状、隣接するマクロ融着部との最短距離、圧着率、温度、および線圧等)などを適切に調整することにより制御することができる。
本発明のスパンボンド不織布の通気量は、200cm3/(cm2・秒)以上700cm3/(cm2・秒)以下が好ましい。スパンボンド不織布の通気量の範囲について、その下限が、好ましくは200cm3/(cm2・秒)以上、より好ましくは300cm3/(cm2・秒)以上、さらに好ましくは400cm3/(cm2・秒)以上であることにより、フィルターとして使用する上で優れた通気性を有するスパンボンド不織布となる。一方、前記の範囲について、その上限が、好ましくは700cm3/(cm2・秒)以下、より好ましくは600cm3/(cm2・秒)以下、さらに好ましくは500cm3/(cm2・秒)以下であることにより、強度や剛性を有するスパンボンド不織布となる。
なお、本発明において、スパンボンド不織布の通気量は、JIS L1913:2010「一般不織布試験方法」の「6.8 通気性(JIS法)」の「6.8.1 フラジール形法」に準じて、通気性試験機(例えば、TEXTEST社製「FX3300-IV」など)により測定される値(cm3/(cm2・秒))を、小数点以下第1位を四捨五入して得られた値とする。
また、スパンボンド不織布の通気量は、前記の平均単繊維径、厚さ、見掛け密度、および/または、後述する熱接着の条件(マクロ融着部の形状、隣接するマクロ融着部との最短距離、圧着率、温度、および線圧等)などを適切に調整することにより制御することができる。
本発明のスパンボンド不織布は通気性に優れることから、フィルターとしての使用において、運転中の電力消費を低く抑え、環境負荷を低減することができるのである。
本発明のスパンボンド不織布は、機能性薬剤を含むことも、好ましい態様の一つである。本発明のスパンボンド不織布は、機能性薬剤が付与される際の液保持性に優れ、かつ、機能発現に資する有効面積も大きい。そのため、付与された機能性薬剤の効果を格段に高めることができる。具体的には、繊維表面に機能性薬剤の薄膜が付着してなる(機能性薬剤がコーティングされてなる)もの、繊維表面に機能性薬剤の粒子が付着してなるもの、繊維に添加した機能性薬剤が繊維表面に露出してなるものなどが挙げられる。
機能性薬剤としては、帯電防止剤、抗菌剤、防カビ剤、抗アレルゲン剤、抗ウイルス剤、ビタミン剤、難燃剤、親水剤、撥水剤、撥油剤などが挙げられる。
また、本発明のスパンボンド不織布は、後述する方法によって、エレクトレット処理されてなるものであることが好ましい。このようなスパンボンド不織布であることにより、物理的作用に加えて、静電気的作用を利用して除塵捕集性能を向上させ、フィルター骨材でありながらプレフィルターとしての機能を有したり、単体で粗塵フィルターとして用いたりすることができる。
なお、本発明のスパンボンド不織布がエレクトレット処理されてなるものであるか否かは、例えば、国際公開第2017/110299号公報などに記載されているような、赤色の正帯電性トナーと青色の負帯電性トナーとを用いて分光測色計により評価する方法などによって確認することができる。
[スパンボンド不織布の製造方法]
次に、本発明のスパンボンド不織布を製造する方法の好ましい態様について、具体的に説明する。
次に、本発明のスパンボンド不織布を製造する方法の好ましい態様について、具体的に説明する。
本発明のスパンボンド不織布は、スパンボンド法により製造される長繊維不織布である。スパンボンド法は、生産性や機械的強度に優れている他、短繊維不織布で起こりやすい毛羽立ちや繊維の脱落を抑制することができる。また、捕集したスパンボンド不織繊維ウェブあるいは熱圧着したスパンボンド不織布(どちらもSと表記する)を、SS、SSSおよびSSSSと複数層積層することにより、生産性や地合均一性が向上するため好ましい態様である。
スパンボンド法では、まず溶融した熱可塑性樹脂を紡糸口金から長繊維として紡出し、これをエジェクター(エアサッカー)により圧縮エアで吸引延伸した後、移動するネット上に繊維を捕集して不織繊維ウェブを得る。さらに得られた不織繊維ウェブに熱接着処理を施し、スパンボンド不織布が得られる。
紡糸口金やエジェクターの形状は特に制限されないが、例えば、丸形や矩形等、種々の形状のものを採用することができる。なかでも、圧縮エアの使用量が比較的少なくエネルギーコストに優れること、糸条同士の融着や擦過が起こりにくく、糸条の開繊も容易であることから、矩形口金と矩形エジェクターの組み合わせが好ましく用いられる。
本発明では、ポリエステル系樹脂P1およびポリオレフィン系樹脂P2を、それぞれ別々の押出機において溶融し、計量して一つの紡糸口金へと供給し、複合繊維として紡出する。このとき、前記のヒンダードアミン系化合物は、ポリエステル系樹脂P1側の押出機に添加するなどしてもよいし、ポリオレフィン系樹脂P2側の押出機に添加するなどしてもよいが、ポリオレフィン系樹脂P2側の押出機に添加する、あるいは、ポリオレフィン系樹脂P2とヒンダードアミン系化合物とを予め混合したものを用いることで、エレクトレット処理がなされた後の帯電性や電荷保持性を優れたものとするとすることができるため、より好ましい。
複合繊維を紡糸する際の紡糸温度は、200℃以上320℃以下であることが好ましく、より好ましくは240℃以上300℃以下であり、さらに好ましくは270℃以上290℃以下である。紡糸温度を上記範囲内とすることにより、ポリエステル系樹脂P1やポリオレフィン系樹脂P2の熱劣化を抑制しつつ、安定した溶融状態とし、優れた曳糸性を得ることができる。
紡出された長繊維の糸条は、次に冷却される。紡出された糸条を冷却する方法としては、例えば、冷風を強制的に糸条に吹き付ける方法、糸条周りの雰囲気温度で自然冷却する方法、および紡糸口金とエジェクター間の距離を調整する方法等が挙げられ、またはこれらの方法を組み合わせる方法を採用することができる。また、冷却条件は、紡糸口金の単孔あたりの吐出量、紡糸温度および雰囲気温度等を考慮して適宜調整して採用することができる。
次に、冷却固化された糸条は、エジェクターから噴射される圧縮エアによって牽引され、延伸される。
紡糸速度は、4000m/分以上7000m/分以下であることが好ましく、より好ましくは4500m/分以上6500m/分以下であり、さらに好ましくは5000m/分以上6000m/分以下である。紡糸速度を4000m/分以上7000m/分以下とすることにより、高い生産性を有するだけでなく、繊維の配向結晶化を促進できるため、高強度の長繊維を得ることができる。紡糸速度は、紡糸温度、紡糸口金単孔あたりの吐出量、紡糸口金とエジェクター間の距離、紡出された糸条を冷却する条件(冷風の温度、風量等)などを適切に調整することにより制御することができる。
続いて、得られた長繊維を、移動するネット上に捕集して不織繊維ウェブを得る。
本発明では、前記の不織繊維ウェブに対して、ネット上でその片面から熱フラットロールを当接して仮接着させることも好ましい態様である。このようにすることにより、ネット上を搬送中に不織繊維ウェブの表層がめくれたり吹き流れたりして地合が悪化することを防いだり、糸条を捕集してから熱圧着するまでの搬送性を改善することができる。
続いて、得られた不織繊維ウェブを、熱融着させることにより規則的に配列したマクロ融着部を形成させることが好ましい。不織繊維ウェブを熱融着させる方法は特に制限されないが、例えば、上下一対のロール表面にそれぞれ彫刻(凹凸部)が施された熱エンボスロール、片方のロール表面がフラット(平滑)なロールと他方のロール表面に彫刻(凹凸部)が施されたロールとの組み合わせからなる熱エンボスロール、および上下一対のフラット(平滑)ロールの組み合わせからなる熱カレンダーロールなど、各種ロールにより熱融着させる方法、ホーンの超音波振動により熱融着させる方法などが挙げられる。
なかでも、上下一対のロール表面にそれぞれ彫刻(凹凸部)が施された熱エンボスロール、または片方のロール表面がフラット(平滑)なロールと他方のロール表面に彫刻(凹凸部)が施されたロールとの組み合わせからなる熱エンボスロールを用いることが好ましい。このようにすることで、生産性を向上するとともに、スパンボンド不織布の強度を向上させる規則的に配列したマクロ融着部を設けることができる。
熱エンボスロールの表面材質としては、十分な熱圧着効果を得て、かつ片方のエンボスロールの彫刻(凹凸部)が他方のロール表面に転写することを防ぐため、金属製ロールと金属製ロールを対にすることが好ましい態様である。
熱エンボスロールなどの圧着部分の形状は、スパンボンド不織布が使用される用途に応じて選択することができ、例えば、円形、楕円形、正方形、長方形、平行四辺形、ひし形、正六角形および正八角形などが挙げられる。
そして、スパンボンド不織布のタテ方向とヨコ方向とにそれぞれ一定の間隔で規則的に存在されるようにするため、前記の圧着部分の中心が、前記で例示したような形態で、規則的に配置されることが好ましい。このようにすることにより、スパンボンド不織布の強度のばらつきや異方性を低減させることができる。
前記のように、規則的に配列したマクロ融着部を形成させる場合において、隣接する圧着部分間の最短距離は、0.5mm以上2.0mm以下とすることが好ましい。隣接する圧着部分間の最短距離の範囲について、その下限を、好ましくは0.5mm以上、より好ましくは0.7mm以上、さらに好ましくは0.9mm以上とすることにより、スパンボンド不織布内の空隙が確保されるので、通気性に優れ、ダスト保持容量の多いスパンボンド不織布とすることができる。これに加えて、前記の最近接繊維の平均中心間距離や近接複合繊維の数割合R1、近接複合繊維の数割合R2を容易に調整できるようになるため、強度や剛性が高く、通気性に優れ、かつ、機能薬剤の液保持性に優れたスパンボンド不織布が得られやすくなる。一方、前記の範囲について、その上限を、好ましくは2.0mm以下、より好ましくは1.8mm以下、さらに好ましくは1.6mm以下とすることにより、マクロ融着部によって複合繊維を効率的に把持させることができるため、強度や剛性に優れたスパンボンド不織布とすることができる。
前記のように、規則的に配列したマクロ融着部を形成させる場合における、熱エンボスロールの表面温度は、使用しているポリオレフィン系樹脂P2の融点(以降、Tm(℃)と記載することがある)に対し30℃低い温度から10℃高い温度(すなわち、(Tm-30℃)~(Tm+10℃))とすることが好ましい態様である。熱ロールの表面温度をポリオレフィン系樹脂P2の融点に対し好ましくは-30℃(すなわち、(Tm-30℃)、以下同様)以上とし、より好ましくは-20℃(Tm-20℃)以上とし、さらに好ましくは-10℃(Tm-10℃)以上とすることにより、強固に熱接着させ、実用に供しうる強度のスパンボンド不織布を得ることができる。また、熱エンボスロールの表面温度をポリオレフィン系樹脂P2の融点に対し好ましくは+10℃(Tm+10℃)以下とし、より好ましくは+5℃(Tm+5℃)以下とし、さらに好ましくは+0℃(Tm+0℃)以下とすることにより、過度な熱接着により引裂強度が低下することを抑制したり、熱接着時にスパンボンド不織布が熱ロールの貼り付く不具合が発生することを防いだりすることができる。
熱接着時の熱エンボスロールの線圧は、50N/cm以上500N/cm以下とすることが好ましい。ロールの線圧を好ましくは50N/cm以上とし、より好ましくは100N/cm以上とし、さらに好ましくは150N/cm以上とすることにより、強固に熱接着させ、実用に供しうる強度のスパンボンド不織布を得ることができる。一方、熱エンボスロールの線圧を好ましくは500N/cm以下とし、より好ましくは400N/cm以下とし、さらに好ましくは300N/cm以下とすることにより、過度な熱接着により引裂強度が低下することを抑制することができる。
また、本発明では、スパンボンド不織布の厚さを調整することを目的に、上記の熱エンボスロールによる熱接着の前および/あるいは後に、上下一対のフラットロールからなる熱カレンダーロールにより熱圧着を施すことができる。上下一対のフラットロールとは、ロールの表面に凹凸のない金属製ロールや弾性ロールのことであり、金属製ロールと金属製ロールを対にしたり、金属製ロールと弾性ロールを対にしたりして用いることができる。
また、ここで弾性ロールとは、金属製ロールと比較して弾性を有する材質からなるロールのことである。弾性ロールとしては、例えば、ペーパー、コットンおよびアラミドペーパー等のいわゆるペーパーロールや、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂、ポリエステル系樹脂および硬質ゴム、およびこれらの混合物からなる樹脂製のロールなどが挙げられる。
続いて、融着部を付与したスパンボンド不織布に対し、熱風を貫通させて複合繊維の表面を軟化または融解させ、繊維接点同士を熱融着させることが好ましい。
スパンボンド不織布を貫通させる熱風の温度は、使用しているポリオレフィン系樹脂P2の融点(Tm(℃))に対し20℃低い温度から20℃高い温度(すなわち、(Tm-20℃)~(Tm+20℃))とすることが好ましい態様である。熱風の温度をポリオレフィン系樹脂P2の融点に対し好ましくは-20℃(すなわち、(Tm-20℃)、以下同様)以上とし、より好ましくは-10℃(Tm-10℃)以上とし、さらに好ましくは+0℃(Tm+0℃)以上とすることにより、前記複合繊維間の接点同士を強固に熱融着させ、強度と剛性に優れたスパンボンド不織布を得ることができる。また、熱風の温度をポリオレフィン系樹脂P2の融点に対し好ましくは+20℃(Tm+20℃)以下とし、より好ましくは+15℃(Tm+15℃)以下とし、さらに好ましくは+10℃(Tm+10℃)以下とすることにより、過度に熱が加わることでスパンボンド不織布が部分的に溶融したり、破断したりすることを防ぐことができる。
スパンボンド不織布に熱風を貫通させる時間は、1秒~20秒が好ましい。熱風を貫通させる時間を、好ましくは1秒以上とし、より好ましくは3秒以上とし、さらに好ましくは5秒以上とすることにより、目付が部分的に高く熱風が貫通しにくい部分でも、前記複合繊維間の接点同士を強固に熱融着させ、強度と剛性に優れたスパンボンド不織布を得ることができる。一方、熱風を貫通させる時間を、好ましくは20秒以下とし、より好ましくは15秒以下とし、さらに好ましくは10秒以下とすることにより、過度に熱が加わることでスパンボンド不織布が部分的に溶融したり、破断したりすることを防ぐことができる。
また、本発明のスパンボンド不織布は、後加工によって繊維表面に前記の抗菌剤、防カビ剤、抗アレルゲン剤、抗ウイルス剤、ビタミン剤、難燃剤などの機能性薬剤を付着させても良い。特に、本発明のスパンボンド不織布をフィルターとして使用する場合、従来のフィルターと比較して、これらの機能性付与の効果を格段に高めることができる。
繊維表面に機能性薬剤を付着させる方法としては、グラビアロール、キスロールなどを用いたコーティング法や、含浸法、噴霧法などが好ましく用いられる。また、安全性に優れ、環境への負荷が小さいことから、機能性薬剤を希釈する溶剤は水系であることが好ましい。ここで、水系の溶媒とは、水単体、またはメタノール、エタノール等の低級アルコール類、アセトン、メチルエチルケトンなどの低級ケトン類、酢酸などの低級カルボン酸類、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール等のグリコール類といった水溶性有機溶媒を含む水溶液が挙げられ、目的に応じて選択することができる。
また、本発明のスパンボンド不織布は、エレクトレット処理を施すことにより、物理的作用に加えて、静電気的作用を利用して除塵性能を向上させ、単体で粗塵フィルターとして用いることができる。
エレクトレット処理の方法は特に限定されるものでないが、コロナ荷電法、不織布シートに水を付与した後に乾燥させることにより帯電する方法(例えば、特表平9-501604号公報、特開2002-249978号公報等に記載されている方法)、熱エレクトレット法などが好適に用いられる。コロナ荷電法の場合は、電界強度が15kV/cm以上であることが好ましくは、20kV/cm以上であることがより好ましい。このようにすることにより、帯電を強め、静電気的作用による捕集性能を向上させることができる。
[フィルター濾材、エアフィルター]
本発明に係るフィルター濾材は、前記のスパンボンド不織布を含む。このようにすることにより、プリーツ性と形態保持性に優れ、かつ、除塵性能に優れるとともに、通気性が高く、使用時や廃棄時における環境負荷の小さいフィルター濾材とすることができる。
本発明に係るフィルター濾材は、前記のスパンボンド不織布を含む。このようにすることにより、プリーツ性と形態保持性に優れ、かつ、除塵性能に優れるとともに、通気性が高く、使用時や廃棄時における環境負荷の小さいフィルター濾材とすることができる。
また本発明のフィルター濾材は、さらに除塵性能を高めるために、前記のスパンボンド不織布に加えて、別の濾材層を含んでも良い。このようなフィルター濾材を得る方法としては、除塵性能をさらに高める濾材層と、本発明のスパンボンド不織布とを、スプレー法で湿気硬化型ウレタン樹脂などを散布して貼り合わせる方法や、熱可塑性樹脂、熱融着繊維を散布し、熱路を通して貼り合わせる方法を用いることができる。
なお、上記の除塵性能をさらに高める濾材層としては、メルトブロー法により得られるメルトブロー不織布、電界紡糸法(エレクトロスピニング法)により得られるナノファイバー不織布、短繊維をカード法やエアレイド法によりウェブ化して得られる乾式不織布、短繊維を水中分散しネット上にすき上げて得られる湿式不織布などが挙げられる。なかでも、除塵性能に優れることから、メルトブロー不織布やナノファイバー不織布が好ましく用いられる。また、この濾材層も、エレクトレット処理が施されてなる、エレクトレットメルトブロー不織布であったり、ナノファイバー不織布であったりしてもよい。このようにすることで、さらに、除塵性能を高めることができる。
本発明のフィルター濾材は、シート状のまま枠材に組み込んでフィルターユニットとして使用することができる。また、本発明のフィルター濾材を、山折と谷折を繰り返してプリーツ加工を施し、枠材にセットしたプリーツ状のフィルターユニットとして使用することもできる。なかでも、濾過面積が大きく、除塵性能と圧力損失に優れたフィルターユニットとなることから、プリーツ状のフィルターユニットとして使用することが好ましい。
そして、本発明に係るエアフィルターは、このフィルター濾材を含む。このエアフィルターの具体例としては、微細塵の捕集効率の観点から、空調機用フィルター、空気清浄機用フィルター、自動車キャビンフィルターが挙げられる。
また、本発明のスパンボンド不織布は、上記のエアフィルター用途のみならず、車両用資材、生活資材、工業資材などに用いられる他のフィルター用途としても好適に用いることができる。
次に、実施例に基づき、本発明のスパンボンド不織布について具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
[測定方法]
実施例で用いた評価法とその測定条件について説明する。なお、各物性の測定において、特段の記載がないものは、前記の方法に基づいて測定を行ったものである。
実施例で用いた評価法とその測定条件について説明する。なお、各物性の測定において、特段の記載がないものは、前記の方法に基づいて測定を行ったものである。
(1)紡糸速度(m/分):
上記の平均単繊維径と使用する樹脂の固体密度から、長さ10000m当たりの質量を平均単繊維繊度(dtex)として、小数点以下第2位を四捨五入して算出した。そして、平均単繊維繊度と、各条件で設定した紡糸口金単孔から吐出される樹脂の吐出量(以下、単孔吐出量と略記する。)(g/分)から、次の式に基づき、紡糸速度を有効数字2桁として算出した
紡糸速度(m/分)=(10000×[単孔吐出量(g/分)])/[平均単繊維繊度(dtex)]。
上記の平均単繊維径と使用する樹脂の固体密度から、長さ10000m当たりの質量を平均単繊維繊度(dtex)として、小数点以下第2位を四捨五入して算出した。そして、平均単繊維繊度と、各条件で設定した紡糸口金単孔から吐出される樹脂の吐出量(以下、単孔吐出量と略記する。)(g/分)から、次の式に基づき、紡糸速度を有効数字2桁として算出した
紡糸速度(m/分)=(10000×[単孔吐出量(g/分)])/[平均単繊維繊度(dtex)]。
(2)複合繊維の平均単繊維径(μm)、ミクロ融着部の有無、ミクロ融着部を有する接点の数比率(%)、最近接繊維の平均中心間距離(mm)、近接複合繊維の数割合R1(%)およびR2(%):
複合繊維の平均単繊維径(μm)、ミクロ融着部の有無、ミクロ融着部を有する接点の数比率(%)、および最近接繊維の平均中心間距離(mm)は、株式会社キーエンス製電子顕微鏡「VHX-D500」を用いて、前記の方法により測定、算出した。近接複合繊維の数割合R1(%)およびR2(%)については以下のように算出した。
(i)スパンボンド不織布からランダムに小片サンプル(100×100mm)を5個採取し、それぞれの小片サンプルからヨコ方向の断面サンプルを切り出す。このとき、スパンボンド不織布が後述するマクロ融着部を有する場合には、そのマクロ融着部以外の箇所(非マクロ融着部)の中心を通過するように断面サンプルを切り出す。
(ii)各小片サンプルについて、マイクロスコープ(例えば、株式会社キーエンス社製「VW-9000」など)や走査型電子顕微鏡(例えば、株式会社キーエンス社製「VHX-D500」など)を用いて、200倍~500倍の断面写真を撮影する。このとき、スパンボンド不織布の厚さ全体が収まるように撮影する。また、スパンボンド不織布が後述するマクロ融着部を有する場合には、マクロ融着部間の中心で撮影する。
(iii)断面写真内のすべての繊維断面について、当該繊維とその最近接繊維(当該繊維から最も距離が近い繊維)との中心間距離を測定する。複合繊維の断面が異形の場合には、外接する正円の中心を用いて測定する。このとき、マクロ融着部を有する場合には、断面写真の中央に近い順に50本の繊維の測定をおこなう。
(iv)測定した最近接繊維との中心間距離の値(μm)の算術平均値を算出して、小数点以下第2位を四捨五入して最近接繊維の平均中心間距離(μm)とする。測定したすべての繊維断面のうち、最近接繊維の平均中心間距離が15μm以上40μm以下である複合繊維の数割合をR1(%)とする。また、測定したすべての繊維断面のうち、最近接繊維の平均中心間距離が15μm以上40μm以下であり、さらに最近接繊維の平均中心間距離が35μm以下である複合繊維の数割合をR2(%)とした。
複合繊維の平均単繊維径(μm)、ミクロ融着部の有無、ミクロ融着部を有する接点の数比率(%)、および最近接繊維の平均中心間距離(mm)は、株式会社キーエンス製電子顕微鏡「VHX-D500」を用いて、前記の方法により測定、算出した。近接複合繊維の数割合R1(%)およびR2(%)については以下のように算出した。
(i)スパンボンド不織布からランダムに小片サンプル(100×100mm)を5個採取し、それぞれの小片サンプルからヨコ方向の断面サンプルを切り出す。このとき、スパンボンド不織布が後述するマクロ融着部を有する場合には、そのマクロ融着部以外の箇所(非マクロ融着部)の中心を通過するように断面サンプルを切り出す。
(ii)各小片サンプルについて、マイクロスコープ(例えば、株式会社キーエンス社製「VW-9000」など)や走査型電子顕微鏡(例えば、株式会社キーエンス社製「VHX-D500」など)を用いて、200倍~500倍の断面写真を撮影する。このとき、スパンボンド不織布の厚さ全体が収まるように撮影する。また、スパンボンド不織布が後述するマクロ融着部を有する場合には、マクロ融着部間の中心で撮影する。
(iii)断面写真内のすべての繊維断面について、当該繊維とその最近接繊維(当該繊維から最も距離が近い繊維)との中心間距離を測定する。複合繊維の断面が異形の場合には、外接する正円の中心を用いて測定する。このとき、マクロ融着部を有する場合には、断面写真の中央に近い順に50本の繊維の測定をおこなう。
(iv)測定した最近接繊維との中心間距離の値(μm)の算術平均値を算出して、小数点以下第2位を四捨五入して最近接繊維の平均中心間距離(μm)とする。測定したすべての繊維断面のうち、最近接繊維の平均中心間距離が15μm以上40μm以下である複合繊維の数割合をR1(%)とする。また、測定したすべての繊維断面のうち、最近接繊維の平均中心間距離が15μm以上40μm以下であり、さらに最近接繊維の平均中心間距離が35μm以下である複合繊維の数割合をR2(%)とした。
(3)複合繊維におけるヒンダードアミン系化合物の有効単位(mg/g):
分取に使用した高速液体クロマトグラフィー(HPLC)装置として、Agilent Technologies社製「Agilent1100LC/MSD」を、ヒンダードアミン系化合物の同定にMALDI-MS測定を用い、以下の分取条件のもと、前記の方法により測定、算出した。
・カラム:YMC-Triart C18(内径4.6mm×長さ250mm、粒子径5μm)
・カラム温度:25℃
・移動相:0.3Mアンモニア水溶液/0.3Mアンモニアメタノール溶液の混合液(0/100~20/80体積%)
・フローレート:0.6mL/分
(4)マクロ融着部面積率(%)、マクロ融着部間の最短距離(mm)、マクロ融着部の個々の面積(mm2):
株式会社キーエンス製電子顕微鏡「VHX-D500」を用いて、前記の方法により測定、算出した。
分取に使用した高速液体クロマトグラフィー(HPLC)装置として、Agilent Technologies社製「Agilent1100LC/MSD」を、ヒンダードアミン系化合物の同定にMALDI-MS測定を用い、以下の分取条件のもと、前記の方法により測定、算出した。
・カラム:YMC-Triart C18(内径4.6mm×長さ250mm、粒子径5μm)
・カラム温度:25℃
・移動相:0.3Mアンモニア水溶液/0.3Mアンモニアメタノール溶液の混合液(0/100~20/80体積%)
・フローレート:0.6mL/分
(4)マクロ融着部面積率(%)、マクロ融着部間の最短距離(mm)、マクロ融着部の個々の面積(mm2):
株式会社キーエンス製電子顕微鏡「VHX-D500」を用いて、前記の方法により測定、算出した。
(5)スパンボンド不織布のタテ方向の剛軟度(mg):
測定装置として、株式会社安田精機製作所社製「No.311 ガーレー式柔軟度試験機」を使用し、前記の方法により測定した。
測定装置として、株式会社安田精機製作所社製「No.311 ガーレー式柔軟度試験機」を使用し、前記の方法により測定した。
(6)通気量(cm3/(cm2・秒)):
測定装置として、TEXTEST社製「FX3300-IV」を使用し、前記の方法により測定した。通気量は200cm3/(cm2・秒)以上を合格とした。
測定装置として、TEXTEST社製「FX3300-IV」を使用し、前記の方法により測定した。通気量は200cm3/(cm2・秒)以上を合格とした。
(7)プリーツ加工性:
レシプロ式プリーツ加工機にて、プリーツ山高さ25mm、プリーツ加工速度40山/分、背圧0.1MPaの条件で、400山連続してプリーツ加工を実施した。プリーツ加工後のスパンボンド不織布について、解放時の山の形状、ピッチ(隣接する山同士の間隔)を観察し、プリーツ加工性について以下の3段階でランク分けし、「A」を合格とした。
A:山の頂点形状、ピッチが安定している。
B:山の頂点形状、ピッチに乱れが見られる。
C:プリーツ形状が形成できなかったか、しわや破れが発生した。
レシプロ式プリーツ加工機にて、プリーツ山高さ25mm、プリーツ加工速度40山/分、背圧0.1MPaの条件で、400山連続してプリーツ加工を実施した。プリーツ加工後のスパンボンド不織布について、解放時の山の形状、ピッチ(隣接する山同士の間隔)を観察し、プリーツ加工性について以下の3段階でランク分けし、「A」を合格とした。
A:山の頂点形状、ピッチが安定している。
B:山の頂点形状、ピッチに乱れが見られる。
C:プリーツ形状が形成できなかったか、しわや破れが発生した。
(8)形態保持性:
前記の方法によりプリーツ加工したスパンボンド不織布の形態保持性について、プリーツ山のピッチが4mmとなるよう型枠に固定してフィルターユニットとし、片面から5kPaの荷重をかけて24時間放置した。その後、プリーツ形状を観察し、以下の3段階でランク分けし、「A」を合格とした。
A:プリーツの変形が見られない。
B:部分的にプリーツの山つぶれや変形が見られる。
C:全体にプリーツの山つぶれや変形が見られる。
前記の方法によりプリーツ加工したスパンボンド不織布の形態保持性について、プリーツ山のピッチが4mmとなるよう型枠に固定してフィルターユニットとし、片面から5kPaの荷重をかけて24時間放置した。その後、プリーツ形状を観察し、以下の3段階でランク分けし、「A」を合格とした。
A:プリーツの変形が見られない。
B:部分的にプリーツの山つぶれや変形が見られる。
C:全体にプリーツの山つぶれや変形が見られる。
(9)捕集効率(%)、圧力損失(Pa):
スパンボンド不織布から、タテ×ヨコ=15cm×15cmの測定用サンプルを幅方向に3枚採取し、それぞれの測定用サンプルについて、図1に示す捕集効率測定装置を用いて捕集効率を測定した。この図1の捕集効率測定装置には、測定サンプルMをセットするサンプルホルダー1の上流側に、ダスト収納箱2を連結し、下流側に流量計3、流量調整バルブ4およびブロワ5が連結されている。また、サンプルホルダー1にパーティクルカウンター6を使用し、切替コック7を介して、測定用サンプルMの上流側のダスト個数と下流側のダスト個数とをそれぞれ測定することができる。さらに、サンプルホルダー1は圧力計8を備え、測定サンプルMの上流と下流での静圧差を読み取ることができる。
スパンボンド不織布から、タテ×ヨコ=15cm×15cmの測定用サンプルを幅方向に3枚採取し、それぞれの測定用サンプルについて、図1に示す捕集効率測定装置を用いて捕集効率を測定した。この図1の捕集効率測定装置には、測定サンプルMをセットするサンプルホルダー1の上流側に、ダスト収納箱2を連結し、下流側に流量計3、流量調整バルブ4およびブロワ5が連結されている。また、サンプルホルダー1にパーティクルカウンター6を使用し、切替コック7を介して、測定用サンプルMの上流側のダスト個数と下流側のダスト個数とをそれぞれ測定することができる。さらに、サンプルホルダー1は圧力計8を備え、測定サンプルMの上流と下流での静圧差を読み取ることができる。
捕集効率の測定にあたっては、ポリスチレン0.309U 10%溶液(製造元:ナカライテスク株式会社)を蒸留水で200倍まで希釈し、ダスト収納箱2に充填する。次に、測定用サンプルMを、サンプルホルダー1にセットし、風量をフィルター通過速度が3.2m/分になるように、流量調整バルブ4で調整し、ダスト濃度を1万~4万個/2.83×10-4m3(0.01ft3)の範囲で安定させ、測定サンプルMの上流のダスト個数Dおよび下流のダスト個数dをパーティクルカウンター6(リオン株式会社製「KC-01D」)で1個の測定用サンプル当り3回測定し、JIS K0901:1991「気体中のダスト試料捕集用ろ過材の形状、寸法並びに性能試験方法」に基づいて、下記の計算式を用いて、0.3μm~0.5μm粒子の捕集効率(%)を求めた。5枚の測定用サンプルの平均値を算出し、小数点以下第2位を四捨五入して最終的な捕集効率(%)とした
捕集効率(%)=〔1-(d/D)〕×100
(ただし、dは下流ダストの3回測定トータル個数を表し、Dは上流のダストの3回測定トータル個数を表す。)
除塵効率に優れる不織布ほど、下流ダスト個数が少なくなるため、捕集効率の値は高くなる。
捕集効率(%)=〔1-(d/D)〕×100
(ただし、dは下流ダストの3回測定トータル個数を表し、Dは上流のダストの3回測定トータル個数を表す。)
除塵効率に優れる不織布ほど、下流ダスト個数が少なくなるため、捕集効率の値は高くなる。
また、圧力損失は、捕集効率測定時の測定用サンプルMの上流と下流の静圧差を圧力計8で読み取り求めた。5個の測定サンプルの平均値を算出し、小数点以下第2位を四捨五入して最終的な圧力損失(Pa)とした。
[使用した樹脂]
次に、実施例・比較例において使用した樹脂について、その詳細を記載する。
・ポリエステル系樹脂A:水分率50質量ppm以下に乾燥した、固有粘度(IV)が0.65、融点が260℃、固体密度が1.38g/cm3の、ポリエチレンテレフタレート樹脂(表1~表3では「PET」と表記した)
・ポリプロピレン系樹脂B:メルトフローレート(MFR)が30g/10分、融点が160℃、固体密度が0.91g/cm3の、ホモポリマーからなるポリプロピレン樹脂(表1~表3では「PP」と表記した)
・ポリエチレン系樹脂C:メルトフローレート(MFR)が30g/10分、融点が130℃、固体密度が0.955g/cm3の、高密度ポリエチレン樹脂(表1~表3では「HDPE」と表記した)
・ヒンダードアミン系化合物D:ヒンダードアミン系化合物“キマソーブ”(登録商標)944(BASFジャパン株式会社製、表1~3では「HA-D」と表記した)。
次に、実施例・比較例において使用した樹脂について、その詳細を記載する。
・ポリエステル系樹脂A:水分率50質量ppm以下に乾燥した、固有粘度(IV)が0.65、融点が260℃、固体密度が1.38g/cm3の、ポリエチレンテレフタレート樹脂(表1~表3では「PET」と表記した)
・ポリプロピレン系樹脂B:メルトフローレート(MFR)が30g/10分、融点が160℃、固体密度が0.91g/cm3の、ホモポリマーからなるポリプロピレン樹脂(表1~表3では「PP」と表記した)
・ポリエチレン系樹脂C:メルトフローレート(MFR)が30g/10分、融点が130℃、固体密度が0.955g/cm3の、高密度ポリエチレン樹脂(表1~表3では「HDPE」と表記した)
・ヒンダードアミン系化合物D:ヒンダードアミン系化合物“キマソーブ”(登録商標)944(BASFジャパン株式会社製、表1~3では「HA-D」と表記した)。
[熱融着時に使用する熱ロール]
さらに、実施例・比較例において、熱融着時に使用した熱ロールについて、その詳細を記載する。
・金属製のエンボスロール:金属の彫刻ロールからなるエンボスロール(表1~表3では「M-EMB」と表記した)
・金属製のフラットロール:金属のフラットロール(表1~表3では「M-FLT」と表記した)。
さらに、実施例・比較例において、熱融着時に使用した熱ロールについて、その詳細を記載する。
・金属製のエンボスロール:金属の彫刻ロールからなるエンボスロール(表1~表3では「M-EMB」と表記した)
・金属製のフラットロール:金属のフラットロール(表1~表3では「M-FLT」と表記した)。
(実施例1)
前記のポリエステル系樹脂Aと、前記のヒンダードアミン系化合物Dを1.0質量%含む、前記のポリプロピレン系樹脂Bとを、それぞれ295℃と220℃の温度で溶融させた。その後、ポリエステル系樹脂Aを芯成分、ポリプロピレン系樹脂Bを鞘成分として、口金温度(紡糸温度に相当する)が295℃、芯成分:鞘成分=85:15の質量比率、単孔あたりの吐出量が3.30g/分で、同心芯鞘複合紡糸口金の細孔から紡出した後、エジェクターにより紡糸速度4500m/分で円形断面形状のフィラメントを紡糸し、移動するネットコンベアー上に開繊板により繊維配列を規制し堆積させ、平均単繊維径が27.2μmの繊維からなる繊維ウェブを捕集した。捕集した繊維ウェブに対し、マクロ融着部面積率が11%、マクロ融着部間の最短距離が1.1mmとなるように、千鳥配置で円形の凸部の彫刻が施された、金属製のエンボスロールと、金属製のフラットロールとの組み合わせからなる熱エンボスロールを用い、上下ロールともに温度が150℃、繊維ウェブにかかる線圧が700N/cmとなる条件で熱融着させることで、規則的に配列したマクロ融着部を付与した。その後、さらに、温度が165℃の熱風を貫通させて、複合繊維間の接点にミクロ融着部を形成させ、目付が70g/m2のスパンボンド不織布を得た。紡糸性については、1時間の紡糸において糸切れは見られず良好であり、得られたスパンボンド不織布は目視で表面の色の濃淡(斑)が少なく、地合が均一なものであった。
前記のポリエステル系樹脂Aと、前記のヒンダードアミン系化合物Dを1.0質量%含む、前記のポリプロピレン系樹脂Bとを、それぞれ295℃と220℃の温度で溶融させた。その後、ポリエステル系樹脂Aを芯成分、ポリプロピレン系樹脂Bを鞘成分として、口金温度(紡糸温度に相当する)が295℃、芯成分:鞘成分=85:15の質量比率、単孔あたりの吐出量が3.30g/分で、同心芯鞘複合紡糸口金の細孔から紡出した後、エジェクターにより紡糸速度4500m/分で円形断面形状のフィラメントを紡糸し、移動するネットコンベアー上に開繊板により繊維配列を規制し堆積させ、平均単繊維径が27.2μmの繊維からなる繊維ウェブを捕集した。捕集した繊維ウェブに対し、マクロ融着部面積率が11%、マクロ融着部間の最短距離が1.1mmとなるように、千鳥配置で円形の凸部の彫刻が施された、金属製のエンボスロールと、金属製のフラットロールとの組み合わせからなる熱エンボスロールを用い、上下ロールともに温度が150℃、繊維ウェブにかかる線圧が700N/cmとなる条件で熱融着させることで、規則的に配列したマクロ融着部を付与した。その後、さらに、温度が165℃の熱風を貫通させて、複合繊維間の接点にミクロ融着部を形成させ、目付が70g/m2のスパンボンド不織布を得た。紡糸性については、1時間の紡糸において糸切れは見られず良好であり、得られたスパンボンド不織布は目視で表面の色の濃淡(斑)が少なく、地合が均一なものであった。
続いて、純水が供給される水槽の水面に沿って得られたスパンボンド不織布を走行させながら、その表面にスリット状の吸引ノズルを当接させて水を吸引することにより、スパンボンド不織布全面に水を浸透させ、水切り後に自然乾燥させることにより、エレクトレット処理されたスパンボンド不織布を得た。評価した結果を表1に示す。
(実施例2)
芯成分と鞘成分の質量比率が芯成分:鞘成分=85:15であったところを芯成分:鞘成分=60:40とし、単孔あたりの吐出量が3.30g/分であったところを2.75g/分に減らし、エジェクターにより紡糸速度4500m/分で紡糸していたところを5000m/分として、平均単繊維径を27.2μmから25.2μmに変えたこと以外は、実施例1と同じ方法により、スパンボンド不織布、エレクトレット処理されたスパンボンド不織布を得た。得られたスパンボンド不織布は目視で表面の色の濃淡(斑)が少なく、地合が均一なものであった。評価した結果を表1に示す。
芯成分と鞘成分の質量比率が芯成分:鞘成分=85:15であったところを芯成分:鞘成分=60:40とし、単孔あたりの吐出量が3.30g/分であったところを2.75g/分に減らし、エジェクターにより紡糸速度4500m/分で紡糸していたところを5000m/分として、平均単繊維径を27.2μmから25.2μmに変えたこと以外は、実施例1と同じ方法により、スパンボンド不織布、エレクトレット処理されたスパンボンド不織布を得た。得られたスパンボンド不織布は目視で表面の色の濃淡(斑)が少なく、地合が均一なものであった。評価した結果を表1に示す。
(実施例3)
前記のヒンダードアミン系化合物Dの含有量を1.0質量%から5.0質量%に増やしたこと以外は、実施例1と同じ方法により、スパンボンド不織布、エレクトレット処理されたスパンボンド不織布を得た。紡糸性については、1時間の紡糸において糸切れは見られず良好であり、得られたスパンボンド不織布は目視で表面の色の濃淡(斑)が少なく、地合が均一なものであった。評価した結果を表1に示す。
前記のヒンダードアミン系化合物Dの含有量を1.0質量%から5.0質量%に増やしたこと以外は、実施例1と同じ方法により、スパンボンド不織布、エレクトレット処理されたスパンボンド不織布を得た。紡糸性については、1時間の紡糸において糸切れは見られず良好であり、得られたスパンボンド不織布は目視で表面の色の濃淡(斑)が少なく、地合が均一なものであった。評価した結果を表1に示す。
(実施例4)
単孔あたりの吐出量を3.30g/分であったところを4.95g/分に増やし、エジェクターにより紡糸速度4500m/分で紡糸していたところを4300m/分として、平均単繊維径を27.2μmから34.0μmとしたこと以外は、実施例1と同じ方法により、エレクトレット処理されたスパンボンド不織布を得た。紡糸性については、1時間の紡糸において糸切れは見られず良好であり、得られたスパンボンド不織布は目視で表面の色の濃淡(斑)が少なく、地合が均一なものであった。評価した結果を表1に示す。
単孔あたりの吐出量を3.30g/分であったところを4.95g/分に増やし、エジェクターにより紡糸速度4500m/分で紡糸していたところを4300m/分として、平均単繊維径を27.2μmから34.0μmとしたこと以外は、実施例1と同じ方法により、エレクトレット処理されたスパンボンド不織布を得た。紡糸性については、1時間の紡糸において糸切れは見られず良好であり、得られたスパンボンド不織布は目視で表面の色の濃淡(斑)が少なく、地合が均一なものであった。評価した結果を表1に示す。
(実施例5)
捕集した繊維ウェブに対し、前記の熱エンボスロールを用いていたところ、上下一対の金属製のフラットロールの組み合わせからなる熱カレンダーロールを用いたこと以外は、実施例1と同じ方法により、エレクトレット処理されたスパンボンド不織布を得た。得られたスパンボンド不織布には、規則的に配列したマクロ融着部はない他、目視で表面の色の濃淡(斑)が少なく、地合は均一なものであった。評価した結果を表2に示す。
捕集した繊維ウェブに対し、前記の熱エンボスロールを用いていたところ、上下一対の金属製のフラットロールの組み合わせからなる熱カレンダーロールを用いたこと以外は、実施例1と同じ方法により、エレクトレット処理されたスパンボンド不織布を得た。得られたスパンボンド不織布には、規則的に配列したマクロ融着部はない他、目視で表面の色の濃淡(斑)が少なく、地合は均一なものであった。評価した結果を表2に示す。
(実施例6)
捕集した繊維ウェブに対し、規則的に配列したマクロ融着部を付与した後、熱風を貫通させる工程を省くことにより、繊維同士の接点のミクロ融着部を、紡糸・延伸過程において形成される繊維間の融着のみとしたこと以外は、実施例1と同じ方法により、エレクトレット処理されたスパンボンド不織布を得た。得られたスパンボンド不織布は目視で表面の色の濃淡(斑)が少なく、地合が均一なものであった。評価した結果を表2に示す。
捕集した繊維ウェブに対し、規則的に配列したマクロ融着部を付与した後、熱風を貫通させる工程を省くことにより、繊維同士の接点のミクロ融着部を、紡糸・延伸過程において形成される繊維間の融着のみとしたこと以外は、実施例1と同じ方法により、エレクトレット処理されたスパンボンド不織布を得た。得られたスパンボンド不織布は目視で表面の色の濃淡(斑)が少なく、地合が均一なものであった。評価した結果を表2に示す。
(実施例7)
前記のポリエステル系樹脂Aと、前記のヒンダードアミン系化合物Dを2.0質量%含む、前記のポリエチレン系樹脂Cとを、それぞれ295℃と200℃の温度で溶融させた。その後、ポリエステル系樹脂Aを芯成分、ポリエチレン系樹脂Cを鞘成分として、口金温度が295℃、芯:鞘=70:30の質量比率、単孔あたりの吐出量が3.30g/分で、同心芯鞘複合紡糸口金の細孔から紡出した後、エジェクターにより紡糸速度4400m/分で円形断面形状のフィラメントを紡糸し、移動するネットコンベアー上に開繊板により繊維配列を規制し堆積させ、平均単繊維径が28.0μmの繊維からなる繊維ウェブを捕集した。捕集した繊維ウェブに対し、接着面積率が11%、隣接するマクロ融着部間の最短距離が1.1mmとなるように、千鳥配置で円形の凸部の彫刻が施された、金属製のエンボスロールと、金属製のフラットロールとの組み合わせからなる熱エンボスロールを用い、上下ロールともに温度が130℃、繊維ウェブにかかる線圧が700N/cmとなる条件で熱融着させることで、規則的に配列したマクロ融着部を付与した。その後、さらに、温度が140℃の熱風を貫通させて、複合繊維間の接点にミクロ融着部を形成させ、目付が50g/m2のスパンボンド不織布を得た。紡糸性については、1時間の紡糸において糸切れは見られず良好であり、得られたスパンボンド不織布は目視で表面の色の濃淡(斑)が少なく、地合が均一なものであった。
前記のポリエステル系樹脂Aと、前記のヒンダードアミン系化合物Dを2.0質量%含む、前記のポリエチレン系樹脂Cとを、それぞれ295℃と200℃の温度で溶融させた。その後、ポリエステル系樹脂Aを芯成分、ポリエチレン系樹脂Cを鞘成分として、口金温度が295℃、芯:鞘=70:30の質量比率、単孔あたりの吐出量が3.30g/分で、同心芯鞘複合紡糸口金の細孔から紡出した後、エジェクターにより紡糸速度4400m/分で円形断面形状のフィラメントを紡糸し、移動するネットコンベアー上に開繊板により繊維配列を規制し堆積させ、平均単繊維径が28.0μmの繊維からなる繊維ウェブを捕集した。捕集した繊維ウェブに対し、接着面積率が11%、隣接するマクロ融着部間の最短距離が1.1mmとなるように、千鳥配置で円形の凸部の彫刻が施された、金属製のエンボスロールと、金属製のフラットロールとの組み合わせからなる熱エンボスロールを用い、上下ロールともに温度が130℃、繊維ウェブにかかる線圧が700N/cmとなる条件で熱融着させることで、規則的に配列したマクロ融着部を付与した。その後、さらに、温度が140℃の熱風を貫通させて、複合繊維間の接点にミクロ融着部を形成させ、目付が50g/m2のスパンボンド不織布を得た。紡糸性については、1時間の紡糸において糸切れは見られず良好であり、得られたスパンボンド不織布は目視で表面の色の濃淡(斑)が少なく、地合が均一なものであった。
続いて、実施例1と同じ方法により、エレクトレット処理されたスパンボンド不織布を得た。評価した結果を表2に示す。
(実施例8)
同心芯鞘複合紡糸口金の代わりに偏心芯鞘複合紡糸口金を使用したこと以外は、実施例2と同じ方法により、エレクトレット処理されたスパンボンド不織布を得た。得られたスパンボンド不織布は目視で表面の色の濃淡(斑)が少なく、地合が均一なものであった。評価した結果を表2に示す。
同心芯鞘複合紡糸口金の代わりに偏心芯鞘複合紡糸口金を使用したこと以外は、実施例2と同じ方法により、エレクトレット処理されたスパンボンド不織布を得た。得られたスパンボンド不織布は目視で表面の色の濃淡(斑)が少なく、地合が均一なものであった。評価した結果を表2に示す。
(参考例1)
前記のポリエステル系樹脂Aと、ヒンダードアミン系化合物を含まない、前記のポリエチレン系樹脂Cとを、それぞれ295℃と200℃の温度で溶融させた。その後、ポリエステル系樹脂Aを芯成分、ポリエチレン系樹脂Cを鞘成分として、口金温度が295℃、芯:鞘=70:30の質量比率、単孔あたりの吐出量が2.20g/分で、同心芯鞘複合紡糸口金の細孔から紡出した後、エジェクターにより紡糸速度6000m/分で円形断面形状のフィラメントを紡糸し、移動するネットコンベアー上に開繊板により繊維配列を規制し堆積させ、平均単繊維径が19.3μmの繊維からなる繊維ウェブを捕集した。捕集した繊維ウェブに対し、接着面積率が11%、隣接するマクロ融着部間の最短距離が1.1mmとなるように、千鳥配置で円形の凸部の彫刻が施された、金属製のエンボスロールと、金属製のフラットロールとの組み合わせからなる熱エンボスロールを用い、上下ロールともに温度が130℃、繊維ウェブにかかる線圧が700N/cmとなる条件で熱融着させることで、規則的に配列したマクロ融着部を付与した。その後、さらに、温度が140℃の熱風を貫通させて、複合繊維間の接点にミクロ融着部を形成させ、目付が50g/m2のスパンボンド不織布を得た。紡糸性については、1時間の紡糸において糸切れは見られず良好であり、得られたスパンボンド不織布は目視で表面の色の濃淡(斑)が少なく、地合が均一なものであった。
前記のポリエステル系樹脂Aと、ヒンダードアミン系化合物を含まない、前記のポリエチレン系樹脂Cとを、それぞれ295℃と200℃の温度で溶融させた。その後、ポリエステル系樹脂Aを芯成分、ポリエチレン系樹脂Cを鞘成分として、口金温度が295℃、芯:鞘=70:30の質量比率、単孔あたりの吐出量が2.20g/分で、同心芯鞘複合紡糸口金の細孔から紡出した後、エジェクターにより紡糸速度6000m/分で円形断面形状のフィラメントを紡糸し、移動するネットコンベアー上に開繊板により繊維配列を規制し堆積させ、平均単繊維径が19.3μmの繊維からなる繊維ウェブを捕集した。捕集した繊維ウェブに対し、接着面積率が11%、隣接するマクロ融着部間の最短距離が1.1mmとなるように、千鳥配置で円形の凸部の彫刻が施された、金属製のエンボスロールと、金属製のフラットロールとの組み合わせからなる熱エンボスロールを用い、上下ロールともに温度が130℃、繊維ウェブにかかる線圧が700N/cmとなる条件で熱融着させることで、規則的に配列したマクロ融着部を付与した。その後、さらに、温度が140℃の熱風を貫通させて、複合繊維間の接点にミクロ融着部を形成させ、目付が50g/m2のスパンボンド不織布を得た。紡糸性については、1時間の紡糸において糸切れは見られず良好であり、得られたスパンボンド不織布は目視で表面の色の濃淡(斑)が少なく、地合が均一なものであった。
続いて、実施例1と同じ方法により、エレクトレット処理されたスパンボンド不織布を得た。評価した結果を表2に示す。
(比較例1)
ヒンダードアミン系化合物を含まないポリプロピレン系樹脂Bを用いたこと以外は、実施例1と同じ方法により、エレクトレット処理されたスパンボンド不織布を得た。得られたスパンボンド不織布には、目視で表面の色の濃淡(斑)が少なく、地合は均一なものであった。評価した結果を表3に示す。
ヒンダードアミン系化合物を含まないポリプロピレン系樹脂Bを用いたこと以外は、実施例1と同じ方法により、エレクトレット処理されたスパンボンド不織布を得た。得られたスパンボンド不織布には、目視で表面の色の濃淡(斑)が少なく、地合は均一なものであった。評価した結果を表3に示す。
(比較例2)
ヒンダードアミン系化合物を含まない、前記のポリエステル系樹脂Aと、前記のヒンダードアミン系化合物Dを1.0質量%含む、前記のポリエステル系樹脂Aとを、それぞれ295℃の温度で溶融させた。その後、ヒンダードアミン系化合物を含まないポリエステル系樹脂Aを芯成分、前記のヒンダードアミン系化合物Dを含むポリエステル系樹脂Aを鞘成分として、口金温度が295℃、芯:鞘=85:15の質量比率、単孔あたりの吐出量が3.30g/分で、同心芯鞘複合紡糸口金の細孔から紡出した後、エジェクターにより紡糸速度4100m/分で円形断面形状のフィラメントを紡糸し、移動するネットコンベアー上に開繊板により繊維配列を規制し堆積させ、平均単繊維径が27.2μmの繊維からなる繊維ウェブを捕集した。捕集した繊維ウェブに対し、接着面積率が11%、隣接するマクロ融着部間の最短距離が1.1mmとなるように、千鳥配置で円形の凸部の彫刻が施された、金属製のエンボスロールと、金属製のフラットロールとの組み合わせからなる熱エンボスロールを用い、上下ロールともに温度が230℃、繊維ウェブにかかる線圧が700N/cmとなる条件で熱融着させることで、規則的に配列したマクロ融着部を付与し、目付が70g/m2のスパンボンド不織布を得た。紡糸性については、1時間の紡糸において糸切れは見られず良好であり、得られたスパンボンド不織布は目視で表面の色の濃淡(斑)が少なく、地合が均一なものであった。
ヒンダードアミン系化合物を含まない、前記のポリエステル系樹脂Aと、前記のヒンダードアミン系化合物Dを1.0質量%含む、前記のポリエステル系樹脂Aとを、それぞれ295℃の温度で溶融させた。その後、ヒンダードアミン系化合物を含まないポリエステル系樹脂Aを芯成分、前記のヒンダードアミン系化合物Dを含むポリエステル系樹脂Aを鞘成分として、口金温度が295℃、芯:鞘=85:15の質量比率、単孔あたりの吐出量が3.30g/分で、同心芯鞘複合紡糸口金の細孔から紡出した後、エジェクターにより紡糸速度4100m/分で円形断面形状のフィラメントを紡糸し、移動するネットコンベアー上に開繊板により繊維配列を規制し堆積させ、平均単繊維径が27.2μmの繊維からなる繊維ウェブを捕集した。捕集した繊維ウェブに対し、接着面積率が11%、隣接するマクロ融着部間の最短距離が1.1mmとなるように、千鳥配置で円形の凸部の彫刻が施された、金属製のエンボスロールと、金属製のフラットロールとの組み合わせからなる熱エンボスロールを用い、上下ロールともに温度が230℃、繊維ウェブにかかる線圧が700N/cmとなる条件で熱融着させることで、規則的に配列したマクロ融着部を付与し、目付が70g/m2のスパンボンド不織布を得た。紡糸性については、1時間の紡糸において糸切れは見られず良好であり、得られたスパンボンド不織布は目視で表面の色の濃淡(斑)が少なく、地合が均一なものであった。
続いて、実施例1と同じ方法により、エレクトレット処理されたスパンボンド不織布を得た。評価した結果を表3に示す。
(比較例3)
前記のヒンダードアミン系化合物を含まない、前記のポリプロピレン系樹脂Bと、前記のヒンダードアミン系化合物Dを1.0質量%含む、前記のポリプロピレン系樹脂Bとを、それぞれ220℃の温度で溶融させた。その後、前記のヒンダードアミン系化合物を含まないポリプロピレン系樹脂Bを芯成分、前記のヒンダードアミン系化合物Dを含むポリプロピレン系樹脂Bを鞘成分として、口金温度が220℃、芯:鞘=85:15の質量比率、単孔あたりの吐出量が2.75g/分で、同心芯鞘複合紡糸口金の細孔から紡出した後、エジェクターにより紡糸速度5200m/分で円形断面形状のフィラメントを紡糸し、移動するネットコンベアー上に開繊板により繊維配列を規制し堆積させ、平均単繊維径が27.2μmの繊維からなる繊維ウェブを捕集した。捕集した繊維ウェブに対し、接着面積率が11%、隣接するマクロ融着部間の最短距離が1.1mmとなるように、千鳥配置で円形の凸部の彫刻が施された、金属製のエンボスロールと、金属製のフラットロールとの組み合わせからなる熱エンボスロールを用い、上下ロールともに温度が230℃、繊維ウェブにかかる線圧が700N/cmとなる条件で熱融着させることで、規則的に配列したマクロ融着部を付与し、目付が70g/m2のスパンボンド不織布を得た。紡糸性については、1時間の紡糸において糸切れは見られず良好であり、得られたスパンボンド不織布は目視で表面の色の濃淡(斑)が少なく、地合が均一なものであった。
前記のヒンダードアミン系化合物を含まない、前記のポリプロピレン系樹脂Bと、前記のヒンダードアミン系化合物Dを1.0質量%含む、前記のポリプロピレン系樹脂Bとを、それぞれ220℃の温度で溶融させた。その後、前記のヒンダードアミン系化合物を含まないポリプロピレン系樹脂Bを芯成分、前記のヒンダードアミン系化合物Dを含むポリプロピレン系樹脂Bを鞘成分として、口金温度が220℃、芯:鞘=85:15の質量比率、単孔あたりの吐出量が2.75g/分で、同心芯鞘複合紡糸口金の細孔から紡出した後、エジェクターにより紡糸速度5200m/分で円形断面形状のフィラメントを紡糸し、移動するネットコンベアー上に開繊板により繊維配列を規制し堆積させ、平均単繊維径が27.2μmの繊維からなる繊維ウェブを捕集した。捕集した繊維ウェブに対し、接着面積率が11%、隣接するマクロ融着部間の最短距離が1.1mmとなるように、千鳥配置で円形の凸部の彫刻が施された、金属製のエンボスロールと、金属製のフラットロールとの組み合わせからなる熱エンボスロールを用い、上下ロールともに温度が230℃、繊維ウェブにかかる線圧が700N/cmとなる条件で熱融着させることで、規則的に配列したマクロ融着部を付与し、目付が70g/m2のスパンボンド不織布を得た。紡糸性については、1時間の紡糸において糸切れは見られず良好であり、得られたスパンボンド不織布は目視で表面の色の濃淡(斑)が少なく、地合が均一なものであった。
続いて、実施例1と同じ方法により、エレクトレット処理されたスパンボンド不織布を得た。評価した結果を表3に示す。
実施例1~8のスパンボンド不織布は、実用に供しうる十分な剛性を有し、このことによりプリーツ加工性と形態保持性に優れ、かつ、除塵性能に優れるとともに、通気性が高いものであった。
一方、比較例1の複合繊維におけるヒンダードアミン系化合物の有効単位が0.3mg/gよりも小さいスパンボンド不織布は、捕集効率が低く除塵効率に劣るものであった。芯成分と鞘成分がともに同一のポリエステル系樹脂Aからなるスパンボンド不織布についても除塵効率に劣るものであった。このような従来のスパンボンド不織布では、除塵効率を高めるために目付を増やす必要があるが、そのようにすると、プラスチックの使用量が増えることで環境負荷が増加することに加え、通気性が低下し、さらに厚みも大きくなることから、フィルターユニットとしての圧力損失が増加し、消費電力が大きいものとなる。
また、比較例3の芯成分もポリプロピレン系樹脂からなるスパンボンド不織布は、剛性が低く、プリーツ加工性や形態保持性に劣るものであった。このような従来のスパンボンド不織布では、プリーツ加工性や形態保持性を高めるために目付を増やす必要があるが、そのようにすると、プラスチックの使用量が増えることで環境負荷が増加することに加え、通気性が低下し、さらに厚みも大きくなることから、フィルターユニットとしての圧力損失が増加し、消費電力が大きいものとなる。
1:サンプルホルダー
2:ダスト収納箱
3:流量計
4:流量調整バルブ
5:ブロワ
6:パーティクルカウンター
7:切替コック
8:圧力計
M:測定サンプル
2:ダスト収納箱
3:流量計
4:流量調整バルブ
5:ブロワ
6:パーティクルカウンター
7:切替コック
8:圧力計
M:測定サンプル
Claims (6)
- ポリエステル系樹脂P1と、
融点が前記ポリエステル系樹脂P1の融点よりも20℃以上低いポリオレフィン系樹脂P2と、
ヒンダードアミン系化合物と、
を構成成分として含む複合繊維により構成されるスパンボンド不織布であって、
前記複合繊維の表面の50%以上がポリオレフィン系樹脂P2であり、
前記複合繊維における前記ヒンダードアミン系化合物の有効単位が0.3mg/g以上90.0mg/g以下である、
スパンボンド不織布。 - 見掛けの比表面積が980cm2/g以上1600cm2/g以下である、請求項1に記載のスパンボンド不織布。
- 前記複合繊維の繊維同士の接点の少なくとも一部が、繊維軸方向に長さ5μm以上100μm以下のミクロ融着部を有する、請求項1または2に記載のスパンボンド不織布。
- 前記スパンボンド不織布のヨコ方向の断面における最近接繊維の平均中心間距離が50μm以下である、請求項1または2に記載のスパンボンド不織布。
- 請求項1または2に記載のスパンボンド不織布を含む、フィルター濾材。
- 請求項5に記載のフィルター濾材を含む、エアフィルター。
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---|---|---|---|
JP2022-204063 | 2022-12-21 | ||
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PCT/JP2023/044573 WO2024135486A1 (ja) | 2022-12-21 | 2023-12-13 | スパンボンド不織布、フィルター濾材、ならびに、エアフィルター |
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2023
- 2023-12-13 WO PCT/JP2023/044573 patent/WO2024135486A1/ja unknown
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