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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
説明

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。

【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/m以上が好ましく、20g/mがより好ましい。一方、圧損を低く保つ観点から、目付は70g/m以下が好ましく、50g/m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/2.83×10−4(0.01ft)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1m当たりの値に換算し、目付(g/m)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/2.83×10−4(0.01ft)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600Nm/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/m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650Nm/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/m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700Nm/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/m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650Nm/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/m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750Nm/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/m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/m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】
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【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)】