メルトブロー生分解性不織布およびその製造方法ならびに濾材
【課題】低い圧力損失でありながら高い捕集効率を有し、かつ生分解処理が可能な生分解性不織布およびそれを用いてなる濾材を提供する。
【解決手段】生分解性繊維から構成され、かつ複数の繊維が束状に５０μｍ以上接合されてなる繊維束の割合が全繊維本数に対して３〜２０％であることを特徴とするメルトブロー生分解性不織布。溶融した生分解性樹脂を、紡糸口金の口金孔の孔当たり０．０８〜１．００ｇ／ｍｉｎ／ｈｏｌｅの範囲で吐出し、吐出繊維の捕集距離を該口金孔を基点として８〜２０ｃｍ下方に配設し、メルトブロー法にて生分解性不織布を製造することにより得られる。
【解決手段】生分解性繊維から構成され、かつ複数の繊維が束状に５０μｍ以上接合されてなる繊維束の割合が全繊維本数に対して３〜２０％であることを特徴とするメルトブロー生分解性不織布。溶融した生分解性樹脂を、紡糸口金の口金孔の孔当たり０．０８〜１．００ｇ／ｍｉｎ／ｈｏｌｅの範囲で吐出し、吐出繊維の捕集距離を該口金孔を基点として８〜２０ｃｍ下方に配設し、メルトブロー法にて生分解性不織布を製造することにより得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生分解性を有するポリマーを使用してなる生分解性不織布で、低圧力損失ながら高捕集効率を有するフィルターの濾材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、フィルターの濾材には、ポリオレフィン系繊維不織布を用い、これに高電圧コロナ処理等により電気分極を付与したものが主に用いられてきた。
【０００３】
しかしながら、近年は環境負荷低減の観点から、トウモロコシなどの自然資源を原料として生成された生分解性ポリマーが注目され、生分解性繊維を用いたフィルターの濾材について「低圧力損失」「高捕集効率」を備えた高性能な濾材を得るための種々な提案がされている。
【０００４】
例えば、ポリ乳酸系繊維不織布を５０℃〜１３０℃の雰囲気温度で高電圧を５〜３０秒程度印加することにより製造される荷電不織布が知られている（特許文献１）。しかしながら、加熱の雰囲気下において長時間の印加をする方法は生産性が大幅に劣ると推定でき、また特にフィルター用濾材として使用する際に重要な圧損を低減させる方法については何ら述べられていない。
【０００５】
また、高性能な濾材を得る方法として、繊維の分散性を向上させることが公知であるが、例えば圧力損失相当径Ｄｆｐ、および電子顕微鏡観測により求まる平均繊維径Ｄｆｓの比で表される繊維分散性（Ｄｆｐ／Ｄｆｓ）が１以上１．３以下の範囲にあることを特徴とする合成樹脂からなる超高性能エレクトレットメルトブロー不織布が知られている（特許文献２）。しかしながら、繊維の分散性を向上することにより捕集効率は向上するものの圧力損失も高くなっており、さらに生分解性樹脂に適用できる技術については、何ら開示されていない。
【０００６】
この環境負荷および高圧損の問題を解決する手段として、乳酸重合体に高圧流体噴霧処理を施した圧力損失相当径Ｄｆｐ、および電子顕微鏡観測により求まる平均繊維径Ｄｆｓの比で表される繊維分散性（Ｄｆｐ／Ｄｆｓ）が２．０以下で、かつＱＦ値が２．５以上ある、メルトブロー不織布をコロナ荷電して得るエレクトレット濾材が知られている（特許文献３）。しかしながら、高圧流体噴霧処理を実施することは、噴霧工程、乾燥工程が必要となりコストアップになる、またメルトブロー不織布は強度が弱いため高圧噴霧の際に破れる、あるいは乾燥時にシートが収縮しやすい等の問題があった。このように生分解性メルトブロー不織布において、生産性を低下させることなく、低圧力損失で、かつ高捕集性能な不織布を得ることは困難であった。
【特許文献１】特開２００１−１４６６７２号公報
【特許文献２】特開平６−２５７０６５号公報
【特許文献３】特開２００３−２６０３１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑み、低い圧力損失でありながら高い捕集効率を有し、かつ生分解処理が可能な生分解性不織布およびそれを用いてなる濾材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。
【０００９】
すなわち、本発明の生分解性不織布は、生分解性繊維から構成され、かつ複数の繊維が束状に５０μｍ以上接合されてなる繊維束の割合が全繊維本数に対して３〜２０％であることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の生分解性不織布の製造方法は、溶融した生分解性樹脂をメルトブロー法にて生分解性不織布を製造する方法において、紡糸口金の口金孔の孔当たりの該溶融生分解性樹脂の吐出量を０．０８〜１．００ｇ／ｍｉｎ／ｈｏｌｅの範囲に制御し、かつ、吐出繊維の捕集距離を、該口金孔を基点として８〜２０ｃｍ下方に配設させたことを特徴とするものである。
【００１１】
さらにまた、本発明の濾材は、前記メルトブロー生分解性不織布を用いて構成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、低い圧力損失でありながら、高い捕集効率を有する高性能な濾材に好適な不織布を安定して提供することができ、しかも生分解性繊維で構成されていることから、環境負荷を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の生分解性不織布はメルトブロー法により得られるメルトブロー不織布であり、複数の繊維が束状に５０μｍ以上接合されてなる繊維束の割合が、全繊維本数に対して３〜２０％であり、好ましくは７〜１８％である。この割合が３％を未満ではシート形成が困難となり、また２０％を超えると、繊維束により空気の通り道が塞がれ圧力損失が高くなり、また繊維１本１本が粒子の捕集に有効に働いていないため、高性能な濾材が得られない。
【００１４】
本発明に用いられる生分解性繊維の原料樹脂は、生分解性能を有するものであれば特に限定されるものではないが、ポリ乳酸系樹脂、ポリブチレンサクシネート樹脂、ポリカプロラクトン樹脂、ポリエチレンサクシネート樹脂、ポリグリコール酸樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、ポリヒドロキシブチレート系樹脂、あるいはこれらのブレンド体等が好適に用いられる。これら生分解性を有する樹脂のうち、ポリ乳酸系樹脂は熱安定性の面から最も好ましいものである。かかるポリ乳酸系樹脂としては、ポリ（Ｄ−乳酸）と、ポリ（Ｌ−乳酸）と、Ｄ−乳酸とＬ−乳酸の共重合体、あるいはこれらのブレンド体が好ましく採用されるものである。ポリ乳酸系樹脂の重量平均分子量は、紡糸性を良くする観点からは５万以上であることが好ましく、７万以上であることがより好ましい。また、繊維の細径化を容易にする観点からは２５万以下であることが好ましく、２０万以下であることがより好ましい。
【００１５】
本発明の不織布を構成する繊維の平均繊維径は、圧損が高くならないようにするために、１μｍ以上が好ましく、２μｍ以上がより好ましい。一方、捕集効率を良くするために、平均繊維径は１０μｍ以下が好ましく、７μｍ以下がより好ましい。
本発明の不織布の目付は、不織布の強度を高くする観点から、１０ｇ／ｍ２以上が好ましく、２０ｇ／ｍ２がより好ましい。一方、圧損を低く保つ観点から、目付は７０ｇ／ｍ２以下が好ましく、５０ｇ／ｍ２以下がより好ましい。
【００１６】
さらに本発明の不織布は、エレクトレット化されていることが好ましい。
【００１７】
本発明の不織布は、測定風速４ｍ／ｍｉｎでの圧力損失が０．５〜２．０ｍｍＡｑであることが好ましく、０．５〜１．５ｍｍＡｑであることがより好ましい。また、このときの捕集効率は、０．３〜０．５μｍ粒子で６０％以上が好ましく、７０％以上がより好ましい。
【００１８】
ここでいう捕集効率および圧力損失は、次のようにして測定されたものである。
【００１９】
すなわち、不織布シートの幅方向に１０か所、測定用サンプルを採取し、それぞれのサンプルについて、図１に示す捕集効率測定装置で測定した。この捕集効率測定装置は、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、ブロワ５を連結している。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、サンプルＭ上流、下流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（メーカー：ナカライテック）を蒸留水で２００倍まで希釈し、ダスト収納箱２に充填する。次にサンプルＭをホルダー１にセットし、風量をフィルター通過速度が４．０ｍ／ｍｉｎ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、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（リオン社製、ＫＣ−０１Ｂ）で１サンプル当り１０回測定し、ＪＩＳ Ｋ−０９０１に基づいて下記計算式にて捕集効率（％）を求めた。１０サンプルの平均値を最終的な捕集性能とした。
【００２０】
捕集効率（％）＝〔１−（ｄ／Ｄ）〕×１００
ただし、
ｄ：下流ダストの１０回測定トータル個数
Ｄ：上流のダストの１０回測定トータル個数
圧力損失は、捕集効率測定時のサンプルＭ上流、下流の静圧差を圧力計８で読み取り求めた。１０サンプルの平均値を最終的な圧力損失とした。
【００２１】
次に、本発明の生分解性不織布の製造方法について説明する。
【００２２】
不織布の製造方法には、繊維の細径化が容易であるメルトブロー法が好適に用いられる。メルトブロー法は、原料ホッパーから投入した乾燥原料を押出機により溶融し、吐出孔が１列に配列された口金から押し出すと共に、口金吐出孔の両サイドに設けられた熱風噴射溝から噴射する熱風により、細化され、冷却しながら捕集コンベア上に捕集され、シートを形成する。
【００２３】
メルトブロー法にて不織布を製造するにおいて、不織布を構成する繊維の中で複数の繊維が束状に５０μｍ以上接合されてなる繊維束の割合を、全繊維本数に対して３〜２０％の範囲に制御するためには冷却条件が重要である。冷却条件としては、冷却風量、冷却温度および口金孔を基点とした捕集コンベアまでの距離があるが、口金孔を基点とした捕集コンベアまでの距離が最も重要となる。例えば、孔当たりの吐出量が０．０８〜１．００ｇ／ｍｉｎ／ｈｏｌｅ、紡糸温度が生分解性樹脂の融点より２０℃高い温度から１００℃高い温度の範囲において、捕集距離は口金孔を基点として８〜２０ｃｍ下方に捕集コンベアを配設させるのが好ましく、より好ましくは１０〜１６ｃｍ下方とする。また、冷却温度は、特に限定されるものではないが、１５〜３０℃が好ましく、２０〜２５℃がより好ましい。冷却風速も特に限定されるものではないが、０．２〜５．０ｍ／ｓｅｃが好ましく、０．５〜３．０ｍ／ｓｅｃがより好ましい。
【００２４】
メルトブロー法により得られた不織布を、さらにエレクトレット化することもできる。エレクトレット化の方法としては、特に限定されるものではないが、コロナ荷電法、または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エレクトレット化する方法（例えば、特表平９−５０１６０４、特開２００２−２４９９７８等に記載されている方法）が好適に用いられる。コロナ荷電法の場合は１５ｋｖ／ｃｍ以上、好ましくは２０ｋｖ／ｃｍ以上の電界強度が適している。
【００２５】
本発明の不織布は、例えば剛性を付与する補強シートと貼り合わせ、プリーツ加工を行うことで濾材として用いることができる。また補強シートに用いられる素材は、生分解性を有するものが好ましく、例えば生分解樹脂からなる短繊維やケナフ、麻等の天然繊維を原料とし、これらをニードルパンチ、ウォータージェットパンチ等による機械的絡合や、熱エアスルー、熱エンボスによる熱接着処理あるいは樹脂接着により一体化した不織布が好適に用いられるが特に限定されるものではない。さらに形成された該濾材は、空調用フィルター、空気清浄機用フィルター、自動車キャビンフィルターの中性能、高性能用に好適であるが、その応用範囲はこれらに限られるものではない。
【実施例】
【００２６】
以下、実施例を挙げてより具体的に本発明を説明するが、これらの実施例に限定されるものではない。また、実施例において使用する特性値は、次の測定法により測定したものである。
（１）平均繊維径
不織布シートの任意の場所から、１０ｃｍ×１０ｃｍの測定サンプルを１０個採取し、走査型電子顕微鏡で倍率を１０００倍に調節して採取したサンプルから繊維写真を各３枚ずつ、計３０枚を撮影し、写真１枚当たりから繊維の直径がはっきり確認できるものについて５〜１０本測定し、平均した値を平均繊維径とした。
（２）繊維束の割合
上記の撮影した写真から繊維１本１本をカウントし、構成する全繊維本数を計測した。この内複数の繊維が束状に５０μｍ以上接合されている繊維束の本数をカウントし、次式で繊維束の割合を算出した。
【００２７】
繊維束割合（％）＝１００×繊維束数／全繊維本数
（３）目付
１００ｃｍ×１００ｃｍのシートの重量を測定し、得られた値を１ｍ２当たりの値に換算し、目付（ｇ／ｍ２）とした。
（４）捕集効率、圧力損失
不織布シートの幅方向６カ所で１５ｃｍ×１５ｃｍの測定用サンプルを採取し、それぞれのサンプルについて、図１に示す捕集効率測定装置で測定した。この捕集効率測定装置は、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、ブロワ５を連結している。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、サンプルＭ上流、下流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（メーカー：ナカライテック）を蒸留水で２００倍まで希釈し、ダスト収納箱２に充填する。次にサンプルＭをホルダー１にセットし、風量をフィルター通過速度が４．０ｍ／ｍｉｎ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、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（リオン社製、ＫＣ−０１Ｂ）で１サンプル当り１０回測定し、ＪＩＳ Ｋ−０９０１に基づいて下記計算式にて０．３〜０．５μｍ粒子の捕集効率（％）を求めた。６サンプルの平均値を最終的な捕集性能とした。
【００２８】
捕集効率（％）＝〔１−（ｄ／Ｄ）〕×１００
ただし、
ｄ：下流ダストの１０回測定トータル個数
Ｄ：上流のダストの１０回測定トータル個数
また、圧力損失は捕集効率測定時のサンプルＭ上流、下流の静圧差を圧力計８で読み取り求めた。１０サンプルの平均値を最終的な圧力損失とした。
【００２９】
実施例１
重量平均分子量が１６万、融点が１６８℃であるポリ乳酸樹脂を原料とし、２３５℃で溶融した後、紡糸温度２３５℃で細孔より単孔吐出量０．２５ｇ／ｍｉｎで紡出し、口金吐出孔の両サイドに設けられた熱風噴射溝から噴射する流量を６００Ｎｍ３／ｈとした。さらに捕集距離を口金下を基点として１５ｃｍ下方に捕集コンベアを配設させて、冷却温度を２０℃、冷却風速を３．０ｍ／ｓｅｃとし、目付３０ｇ／ｍ２の不織布を製造した。得られた不織布を構成する繊維の平均繊維径は６．４μｍであり、複数の繊維が束状に５０μｍ以上接合されてなる繊維束の割合は１４％であった。
【００３０】
次いでこの不織布にコロナ荷電法により２５ｋＶ／ｃｍの印加電圧でエレクトレット処理を実施した。このエレクトレット不織布の捕集効率と圧力損失を測定した結果、捕集効率は７８％、また圧力損失は０．７ｍｍＡｑと良好な性能を示した。
【００３１】
実施例２
単孔吐出量０．２９ｇ／ｍｉｎ、流量６５０Ｎｍ３／ｈ、捕集距離を１７ｃｍ、冷却温度を２３℃、冷却風速を１．５ｍ／ｓｅｃとした以外は実施例１と同様の条件で、目付３０ｇ／ｍ２の不織布を製造した。得られた不織布を構成する繊維の平均繊維径は５．６μｍであり、複数の繊維が束状に５０μｍ以上接合されてなる繊維束の割合は１２％であった。
【００３２】
次いでこの不織布に実施例１と同様にエレクトレット処理を実施した。このエレクトレット不織布の捕集効率と圧力損失を測定した結果、捕集効率は７９％、また圧力損失は０．７ｍｍＡｑと良好な性能を示した。
【００３３】
実施例３
単孔吐出量０．２３ｇ／ｍｉｎ、流量７００Ｎｍ３／ｈ、捕集距離を１０ｃｍ、冷却温度を２５℃、冷却風速を０．７ｍ／ｓｅｃとした以外は実施例１と同様の条件で、目付３０ｇ／ｍ２の不織布を製造した。得られた不織布を構成する繊維の平均繊維径は４．６μｍであり、複数の繊維が束状に５０μｍ以上接合されてなる繊維束の割合は１８％であった。
【００３４】
次いでこの不織布に実施例１と同様にエレクトレット処理を実施した。このエレクトレット不織布の捕集効率と圧力損失を測定した結果、捕集効率は８７％、また圧力損失は１．２ｍｍＡｑと良好な性能を示した。
【００３５】
実施例４
実施例１で製造した、平均繊維径６．４μｍ、複数の繊維が束状に５０μｍ以上接合されてなる繊維束の割合が１４％である不織布に、コロナ荷電法により２０ｋＶ／ｃｍの印加電圧でエレクトレット処理を実施した。このエレクトレット不織布の捕集効率と圧力損失を測定した結果、捕集効率は７０％、また圧力損失は０．７ｍｍＡｑと良好な性能を示した。
【００３６】
比較例１
流量６５０Ｎｍ３／ｈ、捕集距離を３５ｃｍとした以外は実施例１と同様の条件で目付３０ｇ／ｍ２の不織布を製造したが、繊維が融着しなかったため捕集ができずシート化できなかった。
【００３７】
比較例２
単孔吐出量０．１６ｇ／ｍｉｎ、流量７５０Ｎｍ３／ｈ、捕集距離を５ｃｍとした以外は実施例１と同様の条件で目付３０ｇ／ｍ２の不織布を製造した。得られた不織布の繊維径は４．６μｍであり、複数の繊維が束状に５０μｍ以上接合されてなる繊維束の割合は３４％であった。
【００３８】
この不織布に実施例１と同様にエレクトレット処理を実施した。このエレクトレット不織布の捕集効率と圧力損失を測定した結果、捕集効率は５６％、また圧力損失は３．６ｍｍＡｑとなり、圧力損失が高いものであった。
【００３９】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明により、低い圧力損失でありながら、高い捕集効率を有し、且つ環境負荷を低減することができる不織布が得られ、この不織布は濾材として中性能、高性能用の空調用フィルター、空気清浄機用フィルター、キャビンフィルターに好ましく用いることができるが、その応用範囲はこれらに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】捕集効率および圧力損失の測定装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４２】
１：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
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生分解性を有するポリマーを使用してなる生分解性不織布で、低圧力損失ながら高捕集効率を有するフィルターの濾材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、フィルターの濾材には、ポリオレフィン系繊維不織布を用い、これに高電圧コロナ処理等により電気分極を付与したものが主に用いられてきた。
【０００３】
しかしながら、近年は環境負荷低減の観点から、トウモロコシなどの自然資源を原料として生成された生分解性ポリマーが注目され、生分解性繊維を用いたフィルターの濾材について「低圧力損失」「高捕集効率」を備えた高性能な濾材を得るための種々な提案がされている。
【０００４】
例えば、ポリ乳酸系繊維不織布を５０℃〜１３０℃の雰囲気温度で高電圧を５〜３０秒程度印加することにより製造される荷電不織布が知られている（特許文献１）。しかしながら、加熱の雰囲気下において長時間の印加をする方法は生産性が大幅に劣ると推定でき、また特にフィルター用濾材として使用する際に重要な圧損を低減させる方法については何ら述べられていない。
【０００５】
また、高性能な濾材を得る方法として、繊維の分散性を向上させることが公知であるが、例えば圧力損失相当径Ｄｆｐ、および電子顕微鏡観測により求まる平均繊維径Ｄｆｓの比で表される繊維分散性（Ｄｆｐ／Ｄｆｓ）が１以上１．３以下の範囲にあることを特徴とする合成樹脂からなる超高性能エレクトレットメルトブロー不織布が知られている（特許文献２）。しかしながら、繊維の分散性を向上することにより捕集効率は向上するものの圧力損失も高くなっており、さらに生分解性樹脂に適用できる技術については、何ら開示されていない。
【０００６】
この環境負荷および高圧損の問題を解決する手段として、乳酸重合体に高圧流体噴霧処理を施した圧力損失相当径Ｄｆｐ、および電子顕微鏡観測により求まる平均繊維径Ｄｆｓの比で表される繊維分散性（Ｄｆｐ／Ｄｆｓ）が２．０以下で、かつＱＦ値が２．５以上ある、メルトブロー不織布をコロナ荷電して得るエレクトレット濾材が知られている（特許文献３）。しかしながら、高圧流体噴霧処理を実施することは、噴霧工程、乾燥工程が必要となりコストアップになる、またメルトブロー不織布は強度が弱いため高圧噴霧の際に破れる、あるいは乾燥時にシートが収縮しやすい等の問題があった。このように生分解性メルトブロー不織布において、生産性を低下させることなく、低圧力損失で、かつ高捕集性能な不織布を得ることは困難であった。
【特許文献１】特開２００１−１４６６７２号公報
【特許文献２】特開平６−２５７０６５号公報
【特許文献３】特開２００３−２６０３１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑み、低い圧力損失でありながら高い捕集効率を有し、かつ生分解処理が可能な生分解性不織布およびそれを用いてなる濾材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。
【０００９】
すなわち、本発明の生分解性不織布は、生分解性繊維から構成され、かつ複数の繊維が束状に５０μｍ以上接合されてなる繊維束の割合が全繊維本数に対して３〜２０％であることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の生分解性不織布の製造方法は、溶融した生分解性樹脂をメルトブロー法にて生分解性不織布を製造する方法において、紡糸口金の口金孔の孔当たりの該溶融生分解性樹脂の吐出量を０．０８〜１．００ｇ／ｍｉｎ／ｈｏｌｅの範囲に制御し、かつ、吐出繊維の捕集距離を、該口金孔を基点として８〜２０ｃｍ下方に配設させたことを特徴とするものである。
【００１１】
さらにまた、本発明の濾材は、前記メルトブロー生分解性不織布を用いて構成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、低い圧力損失でありながら、高い捕集効率を有する高性能な濾材に好適な不織布を安定して提供することができ、しかも生分解性繊維で構成されていることから、環境負荷を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の生分解性不織布はメルトブロー法により得られるメルトブロー不織布であり、複数の繊維が束状に５０μｍ以上接合されてなる繊維束の割合が、全繊維本数に対して３〜２０％であり、好ましくは７〜１８％である。この割合が３％を未満ではシート形成が困難となり、また２０％を超えると、繊維束により空気の通り道が塞がれ圧力損失が高くなり、また繊維１本１本が粒子の捕集に有効に働いていないため、高性能な濾材が得られない。
【００１４】
本発明に用いられる生分解性繊維の原料樹脂は、生分解性能を有するものであれば特に限定されるものではないが、ポリ乳酸系樹脂、ポリブチレンサクシネート樹脂、ポリカプロラクトン樹脂、ポリエチレンサクシネート樹脂、ポリグリコール酸樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、ポリヒドロキシブチレート系樹脂、あるいはこれらのブレンド体等が好適に用いられる。これら生分解性を有する樹脂のうち、ポリ乳酸系樹脂は熱安定性の面から最も好ましいものである。かかるポリ乳酸系樹脂としては、ポリ（Ｄ−乳酸）と、ポリ（Ｌ−乳酸）と、Ｄ−乳酸とＬ−乳酸の共重合体、あるいはこれらのブレンド体が好ましく採用されるものである。ポリ乳酸系樹脂の重量平均分子量は、紡糸性を良くする観点からは５万以上であることが好ましく、７万以上であることがより好ましい。また、繊維の細径化を容易にする観点からは２５万以下であることが好ましく、２０万以下であることがより好ましい。
【００１５】
本発明の不織布を構成する繊維の平均繊維径は、圧損が高くならないようにするために、１μｍ以上が好ましく、２μｍ以上がより好ましい。一方、捕集効率を良くするために、平均繊維径は１０μｍ以下が好ましく、７μｍ以下がより好ましい。
本発明の不織布の目付は、不織布の強度を高くする観点から、１０ｇ／ｍ２以上が好ましく、２０ｇ／ｍ２がより好ましい。一方、圧損を低く保つ観点から、目付は７０ｇ／ｍ２以下が好ましく、５０ｇ／ｍ２以下がより好ましい。
【００１６】
さらに本発明の不織布は、エレクトレット化されていることが好ましい。
【００１７】
本発明の不織布は、測定風速４ｍ／ｍｉｎでの圧力損失が０．５〜２．０ｍｍＡｑであることが好ましく、０．５〜１．５ｍｍＡｑであることがより好ましい。また、このときの捕集効率は、０．３〜０．５μｍ粒子で６０％以上が好ましく、７０％以上がより好ましい。
【００１８】
ここでいう捕集効率および圧力損失は、次のようにして測定されたものである。
【００１９】
すなわち、不織布シートの幅方向に１０か所、測定用サンプルを採取し、それぞれのサンプルについて、図１に示す捕集効率測定装置で測定した。この捕集効率測定装置は、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、ブロワ５を連結している。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、サンプルＭ上流、下流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（メーカー：ナカライテック）を蒸留水で２００倍まで希釈し、ダスト収納箱２に充填する。次にサンプルＭをホルダー１にセットし、風量をフィルター通過速度が４．０ｍ／ｍｉｎ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、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（リオン社製、ＫＣ−０１Ｂ）で１サンプル当り１０回測定し、ＪＩＳ Ｋ−０９０１に基づいて下記計算式にて捕集効率（％）を求めた。１０サンプルの平均値を最終的な捕集性能とした。
【００２０】
捕集効率（％）＝〔１−（ｄ／Ｄ）〕×１００
ただし、
ｄ：下流ダストの１０回測定トータル個数
Ｄ：上流のダストの１０回測定トータル個数
圧力損失は、捕集効率測定時のサンプルＭ上流、下流の静圧差を圧力計８で読み取り求めた。１０サンプルの平均値を最終的な圧力損失とした。
【００２１】
次に、本発明の生分解性不織布の製造方法について説明する。
【００２２】
不織布の製造方法には、繊維の細径化が容易であるメルトブロー法が好適に用いられる。メルトブロー法は、原料ホッパーから投入した乾燥原料を押出機により溶融し、吐出孔が１列に配列された口金から押し出すと共に、口金吐出孔の両サイドに設けられた熱風噴射溝から噴射する熱風により、細化され、冷却しながら捕集コンベア上に捕集され、シートを形成する。
【００２３】
メルトブロー法にて不織布を製造するにおいて、不織布を構成する繊維の中で複数の繊維が束状に５０μｍ以上接合されてなる繊維束の割合を、全繊維本数に対して３〜２０％の範囲に制御するためには冷却条件が重要である。冷却条件としては、冷却風量、冷却温度および口金孔を基点とした捕集コンベアまでの距離があるが、口金孔を基点とした捕集コンベアまでの距離が最も重要となる。例えば、孔当たりの吐出量が０．０８〜１．００ｇ／ｍｉｎ／ｈｏｌｅ、紡糸温度が生分解性樹脂の融点より２０℃高い温度から１００℃高い温度の範囲において、捕集距離は口金孔を基点として８〜２０ｃｍ下方に捕集コンベアを配設させるのが好ましく、より好ましくは１０〜１６ｃｍ下方とする。また、冷却温度は、特に限定されるものではないが、１５〜３０℃が好ましく、２０〜２５℃がより好ましい。冷却風速も特に限定されるものではないが、０．２〜５．０ｍ／ｓｅｃが好ましく、０．５〜３．０ｍ／ｓｅｃがより好ましい。
【００２４】
メルトブロー法により得られた不織布を、さらにエレクトレット化することもできる。エレクトレット化の方法としては、特に限定されるものではないが、コロナ荷電法、または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エレクトレット化する方法（例えば、特表平９−５０１６０４、特開２００２−２４９９７８等に記載されている方法）が好適に用いられる。コロナ荷電法の場合は１５ｋｖ／ｃｍ以上、好ましくは２０ｋｖ／ｃｍ以上の電界強度が適している。
【００２５】
本発明の不織布は、例えば剛性を付与する補強シートと貼り合わせ、プリーツ加工を行うことで濾材として用いることができる。また補強シートに用いられる素材は、生分解性を有するものが好ましく、例えば生分解樹脂からなる短繊維やケナフ、麻等の天然繊維を原料とし、これらをニードルパンチ、ウォータージェットパンチ等による機械的絡合や、熱エアスルー、熱エンボスによる熱接着処理あるいは樹脂接着により一体化した不織布が好適に用いられるが特に限定されるものではない。さらに形成された該濾材は、空調用フィルター、空気清浄機用フィルター、自動車キャビンフィルターの中性能、高性能用に好適であるが、その応用範囲はこれらに限られるものではない。
【実施例】
【００２６】
以下、実施例を挙げてより具体的に本発明を説明するが、これらの実施例に限定されるものではない。また、実施例において使用する特性値は、次の測定法により測定したものである。
（１）平均繊維径
不織布シートの任意の場所から、１０ｃｍ×１０ｃｍの測定サンプルを１０個採取し、走査型電子顕微鏡で倍率を１０００倍に調節して採取したサンプルから繊維写真を各３枚ずつ、計３０枚を撮影し、写真１枚当たりから繊維の直径がはっきり確認できるものについて５〜１０本測定し、平均した値を平均繊維径とした。
（２）繊維束の割合
上記の撮影した写真から繊維１本１本をカウントし、構成する全繊維本数を計測した。この内複数の繊維が束状に５０μｍ以上接合されている繊維束の本数をカウントし、次式で繊維束の割合を算出した。
【００２７】
繊維束割合（％）＝１００×繊維束数／全繊維本数
（３）目付
１００ｃｍ×１００ｃｍのシートの重量を測定し、得られた値を１ｍ２当たりの値に換算し、目付（ｇ／ｍ２）とした。
（４）捕集効率、圧力損失
不織布シートの幅方向６カ所で１５ｃｍ×１５ｃｍの測定用サンプルを採取し、それぞれのサンプルについて、図１に示す捕集効率測定装置で測定した。この捕集効率測定装置は、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、ブロワ５を連結している。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、サンプルＭ上流、下流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（メーカー：ナカライテック）を蒸留水で２００倍まで希釈し、ダスト収納箱２に充填する。次にサンプルＭをホルダー１にセットし、風量をフィルター通過速度が４．０ｍ／ｍｉｎ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、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（リオン社製、ＫＣ−０１Ｂ）で１サンプル当り１０回測定し、ＪＩＳ Ｋ−０９０１に基づいて下記計算式にて０．３〜０．５μｍ粒子の捕集効率（％）を求めた。６サンプルの平均値を最終的な捕集性能とした。
【００２８】
捕集効率（％）＝〔１−（ｄ／Ｄ）〕×１００
ただし、
ｄ：下流ダストの１０回測定トータル個数
Ｄ：上流のダストの１０回測定トータル個数
また、圧力損失は捕集効率測定時のサンプルＭ上流、下流の静圧差を圧力計８で読み取り求めた。１０サンプルの平均値を最終的な圧力損失とした。
【００２９】
実施例１
重量平均分子量が１６万、融点が１６８℃であるポリ乳酸樹脂を原料とし、２３５℃で溶融した後、紡糸温度２３５℃で細孔より単孔吐出量０．２５ｇ／ｍｉｎで紡出し、口金吐出孔の両サイドに設けられた熱風噴射溝から噴射する流量を６００Ｎｍ３／ｈとした。さらに捕集距離を口金下を基点として１５ｃｍ下方に捕集コンベアを配設させて、冷却温度を２０℃、冷却風速を３．０ｍ／ｓｅｃとし、目付３０ｇ／ｍ２の不織布を製造した。得られた不織布を構成する繊維の平均繊維径は６．４μｍであり、複数の繊維が束状に５０μｍ以上接合されてなる繊維束の割合は１４％であった。
【００３０】
次いでこの不織布にコロナ荷電法により２５ｋＶ／ｃｍの印加電圧でエレクトレット処理を実施した。このエレクトレット不織布の捕集効率と圧力損失を測定した結果、捕集効率は７８％、また圧力損失は０．７ｍｍＡｑと良好な性能を示した。
【００３１】
実施例２
単孔吐出量０．２９ｇ／ｍｉｎ、流量６５０Ｎｍ３／ｈ、捕集距離を１７ｃｍ、冷却温度を２３℃、冷却風速を１．５ｍ／ｓｅｃとした以外は実施例１と同様の条件で、目付３０ｇ／ｍ２の不織布を製造した。得られた不織布を構成する繊維の平均繊維径は５．６μｍであり、複数の繊維が束状に５０μｍ以上接合されてなる繊維束の割合は１２％であった。
【００３２】
次いでこの不織布に実施例１と同様にエレクトレット処理を実施した。このエレクトレット不織布の捕集効率と圧力損失を測定した結果、捕集効率は７９％、また圧力損失は０．７ｍｍＡｑと良好な性能を示した。
【００３３】
実施例３
単孔吐出量０．２３ｇ／ｍｉｎ、流量７００Ｎｍ３／ｈ、捕集距離を１０ｃｍ、冷却温度を２５℃、冷却風速を０．７ｍ／ｓｅｃとした以外は実施例１と同様の条件で、目付３０ｇ／ｍ２の不織布を製造した。得られた不織布を構成する繊維の平均繊維径は４．６μｍであり、複数の繊維が束状に５０μｍ以上接合されてなる繊維束の割合は１８％であった。
【００３４】
次いでこの不織布に実施例１と同様にエレクトレット処理を実施した。このエレクトレット不織布の捕集効率と圧力損失を測定した結果、捕集効率は８７％、また圧力損失は１．２ｍｍＡｑと良好な性能を示した。
【００３５】
実施例４
実施例１で製造した、平均繊維径６．４μｍ、複数の繊維が束状に５０μｍ以上接合されてなる繊維束の割合が１４％である不織布に、コロナ荷電法により２０ｋＶ／ｃｍの印加電圧でエレクトレット処理を実施した。このエレクトレット不織布の捕集効率と圧力損失を測定した結果、捕集効率は７０％、また圧力損失は０．７ｍｍＡｑと良好な性能を示した。
【００３６】
比較例１
流量６５０Ｎｍ３／ｈ、捕集距離を３５ｃｍとした以外は実施例１と同様の条件で目付３０ｇ／ｍ２の不織布を製造したが、繊維が融着しなかったため捕集ができずシート化できなかった。
【００３７】
比較例２
単孔吐出量０．１６ｇ／ｍｉｎ、流量７５０Ｎｍ３／ｈ、捕集距離を５ｃｍとした以外は実施例１と同様の条件で目付３０ｇ／ｍ２の不織布を製造した。得られた不織布の繊維径は４．６μｍであり、複数の繊維が束状に５０μｍ以上接合されてなる繊維束の割合は３４％であった。
【００３８】
この不織布に実施例１と同様にエレクトレット処理を実施した。このエレクトレット不織布の捕集効率と圧力損失を測定した結果、捕集効率は５６％、また圧力損失は３．６ｍｍＡｑとなり、圧力損失が高いものであった。
【００３９】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明により、低い圧力損失でありながら、高い捕集効率を有し、且つ環境負荷を低減することができる不織布が得られ、この不織布は濾材として中性能、高性能用の空調用フィルター、空気清浄機用フィルター、キャビンフィルターに好ましく用いることができるが、その応用範囲はこれらに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】捕集効率および圧力損失の測定装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４２】
１：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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生分解性繊維から構成され、かつ複数の繊維が束状に５０μｍ以上接合されてなる繊維束の割合が全繊維本数に対して３〜２０％であることを特徴とするメルトブロー生分解性不織布。
【請求項２】
該生分解性繊維の平均繊維径が１〜１０μｍであることを特徴とする請求項１記載のメルトブロー生分解性不織布。
【請求項３】
目付が１０〜７０ｇ／ｍ２であることを特徴とする請求項１または２に記載のメルトブロー生分解性不織布。
【請求項４】
該生分解性繊維がポリ乳酸系樹脂からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のメルトブロー生分解性不織布。
【請求項５】
エレクトレット化されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のメルトブロー生分解性不織布。
【請求項６】
測定風速４．０ｍ／ｍｉｎでの圧力損失が０．５〜２．０ｍｍＡｑであり、０．３〜０．５μｍ粒子の捕集効率が６０％以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のメルトブロー生分解性不織布。
【請求項７】
溶融した生分解性樹脂をメルトブロー法にて生分解性不織布を製造する方法において、紡糸口金の口金孔の孔当たりの該溶融生分解性樹脂の吐出量を０．０８〜１．００ｇ／ｍｉｎ／ｈｏｌｅの範囲に制御し、かつ、吐出繊維の捕集距離を、該口金孔を基点として８〜２０ｃｍ下方に配設させたことを特徴とするメルトブロー生分解性不織布の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載のメルトブロー生分解性不織布を用いて構成されていることを特徴とする濾材。
【請求項１】
生分解性繊維から構成され、かつ複数の繊維が束状に５０μｍ以上接合されてなる繊維束の割合が全繊維本数に対して３〜２０％であることを特徴とするメルトブロー生分解性不織布。
【請求項２】
該生分解性繊維の平均繊維径が１〜１０μｍであることを特徴とする請求項１記載のメルトブロー生分解性不織布。
【請求項３】
目付が１０〜７０ｇ／ｍ２であることを特徴とする請求項１または２に記載のメルトブロー生分解性不織布。
【請求項４】
該生分解性繊維がポリ乳酸系樹脂からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のメルトブロー生分解性不織布。
【請求項５】
エレクトレット化されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のメルトブロー生分解性不織布。
【請求項６】
測定風速４．０ｍ／ｍｉｎでの圧力損失が０．５〜２．０ｍｍＡｑであり、０．３〜０．５μｍ粒子の捕集効率が６０％以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のメルトブロー生分解性不織布。
【請求項７】
溶融した生分解性樹脂をメルトブロー法にて生分解性不織布を製造する方法において、紡糸口金の口金孔の孔当たりの該溶融生分解性樹脂の吐出量を０．０８〜１．００ｇ／ｍｉｎ／ｈｏｌｅの範囲に制御し、かつ、吐出繊維の捕集距離を、該口金孔を基点として８〜２０ｃｍ下方に配設させたことを特徴とするメルトブロー生分解性不織布の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載のメルトブロー生分解性不織布を用いて構成されていることを特徴とする濾材。
【図１】
【公開番号】特開２００６−２７４４５７（Ｐ２００６−２７４４５７Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−９１１２７（Ｐ２００５−９１１２７）
【出願日】平成１７年３月２８日（２００５．３．２８）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２８日（２００５．３．２８）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
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