(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メルトブロー法によって製造された平均繊維径１０μｍ以下の極細繊維と短繊維からなる熱融着性繊維とを混合した繊維ウェブが、構成繊維がフィルム化されることなく圧縮され、かつ熱融着性繊維によって結合された不織布であり、不織布の厚みが０．１〜１．５ｍｍであることを特徴とする不織布からなるエアフィルタ。
【請求項２】
極細繊維が平均繊維径２μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のエアフィルタ。
【請求項３】
メルトブロー法によって製造された平均繊維径１０μｍ以下の極細繊維と短繊維からなる熱融着性繊維とを混合した繊維ウェブを、熱融着性繊維の融点未満の温度で加圧処理した後、熱融着性繊維の融点以上で極細繊維の融点より低い温度で実質的に加圧せずに加熱処理して不織布を形成し、その不織布の厚みを０．１〜１．５ｍｍとすることを特徴とする不織布からなるエアフィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願発明は、極細繊維、とくにメルトブロー法により製造された極細繊維と熱融着性繊維とが混合され、圧縮され、熱融着性繊維により結合された不織布及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、極細繊維と熱融着性繊維とを混合し、熱融着性繊維を結合した不織布が提案されている。この不織布は熱融着性繊維によって形成される骨格構造により強度が優れると共に、極細繊維によって微細な空隙を形成できるものであった。
しかしながら、更に緻密な構造を得るために加熱ロールなどにより加熱加圧すると、熱融着性繊維が溶融してフィルム化したり、極細繊維が変形してフィルム状となり、微細な空隙を閉塞してしまうという問題があった。また、フィルム化が生じにくいように、加熱温度を下げたり、加える圧力を小さくすると、ロールと接触する不織布の表面近傍では熱融着性繊維による結合が生じるが、不織布の内部では繊維が十分に結合しないという問題があった。
【０００３】
とくに、メルトブロー法による極細繊維を使用した場合、繊維の製造工程において繊維が強く延伸されていないため、結晶化度や配向性が低いので、加熱加圧による変形を受けやすかった。また、加熱加圧による弊害は、極細繊維が細くなればなるほど、その影響が強く表われる傾向にあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この出願発明は上記の従来技術の問題点を解決する不織布及びその製造方法に関するものであり、圧縮された緻密な構造を有するにもかかわらず、通気性又は通液性が良好であって、強度的にも優れた不織布を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この出願発明は、メルトブロー法によって製造された平均繊維径１０μｍ以下の極細繊維と短繊維からなる熱融着性繊維とを混合した繊維ウェブが、構成繊維がフィルム化されることなく圧縮され、かつ熱融着性繊維によって結合された不織布であり、不織布の厚みが０．１〜１．５ｍｍである不織布からなるエアフィルタに関する。
【０００６】
また、この出願発明は、メルトブロー法によって製造された平均繊維径１０μｍ以下の極細繊維と短繊維からなる熱融着性繊維とを混合した繊維ウェブを、熱融着性繊維の融点未満の温度で加圧処理した後、熱融着性繊維の融点以上で極細繊維の融点より低い温度で実質的に加圧せずに加熱処理して不織布を形成し、その不織布の厚みを０．１〜１．５ｍｍとする不織布からなるエアフィルタの製造方法に関する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
この出願発明の不織布に用いる極細繊維は、平均繊維径１０μｍ以下のメルトブロー法により得られる繊維が使用できるが、メルトブロー法により得られる平均繊維径１０μｍ以下の繊維であることが好ましく、より好ましくは平均繊維径が１μｍ未満、とくには０．０５〜０．６μｍである繊維が良い。極細繊維が細いほど微細な空隙を有する緻密な構造の不織布が得やすい。
【０００８】
メルトブロー法により得られる極細繊維の原料樹脂は、ポリプロピレン系、ポリエチレン系などのポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリウレタン系樹脂などが使用されるが、細い繊維が得やすいポリプロピレン系樹脂がとくに好ましい。
【０００９】
メルトブロー法により得られる極細繊維を使用する場合には、紡糸時の繊維切れなどを原因とする直径１０μｍ以上の樹脂の塊（いわゆる「ショット」）が実質的に含まれないものであることが好ましい。このようなショットの発生を防止しながら極細の繊維を得るには、一つのノズルから吐出される樹脂量を少なくすると共に、ノズル近傍から吹き出させる加熱気流の流量を多くすると良い。
【００１０】
熱融着性繊維は、極細繊維を熱融着できるものであればよく、低融点成分の全溶融型繊維、高融点成分と低融点成分からなる熱融着性複合繊維などが使用できる。熱融着性複合繊維は接着後も高融点成分の骨格により、不織布の空隙を保持できるのでより好ましい。
【００１１】
熱融着性複合繊維は、高融点成分が芯、低融点成分が鞘となる芯鞘型複合繊維、偏芯芯鞘型複合繊維、高融点成分と低融点成分が貼り合せ構造となるサイドバイサイド型複合繊維、低融点成分の海に高融点成分の島が分布した海島型複合繊維などがとくに好ましい。
【００１２】
熱融着性繊維の低融点成分は、極細繊維の融点よりも低いものであり、２０℃以上低いものが好ましい。
２０℃以上低くすることにより、極細繊維が低融点成分により接着する際に、極細繊維の溶融やフィルム化が生じないため、不織布を極細繊維による微細な空隙を有する構造にすることができる。
【００１３】
熱融着性繊維の平均繊維径は５〜１００μｍであり、１０〜５０μｍであることがとくに好ましい。
熱融着性繊維の平均繊維径が５μｍよりも細いと不織布の強度が弱くなる傾向があり、一方１００μｍよりも太いと、極細繊維との均質な混合が難しくなり、局所的に緻密になったり粗になったりするおそれがある。
【００１４】
熱融着性繊維は、極細繊維との混合のし易さなどを考慮すると短繊維が好ましい。また、ステープルファイバーなどの繊維製造工程で延伸処理されたものを使用すると、不織布の形態を保持するのに十分な強度が得られるのでより好ましい。
【００１５】
極細繊維と熱融着性繊維の配合割合（重量比）は、９０：１０〜１０：９０であることが好ましく、８０：２０〜２０：８０であることがより好ましい。
極細繊維の量がこの範囲より少ない場合には、緻密な構造が得にくくなり、一方、熱融着性繊維の量がこの範囲より少ない場合には、不織布の形態安定性が低下するおそれがある。
【００１６】
なお、この出願発明の濾材には必要に応じて他の繊維が含まれていてもよい。他の繊維としては、パルプ、フィブリル化繊維、難燃繊維、炭素繊維、羽毛や、熱融着性繊維が熱融着する温度では熱融着しない平均繊維径１０〜１００μｍの合成繊維などがある。ただし、これらの他の繊維を配合する場合には、その配合割合（重量比）は全構成繊維の３０重量％以下、とくには２０重量％以下であることが好ましい。
【００１７】
極細繊維と熱融着性繊維とを混合して繊維ウェブを形成する方法としては、例えば、メルトブロー法により形成された加熱気体流中の紡糸された繊維流に、開繊された熱融着性繊維を供給して両者を混合し、捕集体上に捕集して繊維ウェブを形成することにより製造することが好ましい。
他の繊維を混合する場合には、開繊機などにより熱融着性繊維と他の繊維を開繊すると共に混合し、これをメルトブロー法により形成された加熱気体流中の紡糸された繊維流に供給すれば良い。
【００１８】
極細繊維と熱融着性繊維とを混合した繊維ウェブは、熱融着性繊維の低融点成分の融点未満の温度で加圧処理される。加圧処理の際の温度は低融点成分の融点より５〜５０℃低い温度であることが、より好ましい。
具体的には、例えば、低融点成分がポリエチレン樹脂の場合には表面温度８０〜１２０℃のプレス機やロールなどで加圧して厚みを圧縮することが好ましく、とくに加圧を５〜３０秒間行うことが好ましい。
このようにすると、構成繊維である極細繊維と熱融着性繊維のいずれもをフィルム化させることなく、繊維ウェブを圧縮して緻密化することが可能となる。
【００１９】
次いで、加圧処理することにより製造されたウェブは、熱融着性繊維に含まれる低融点成分の融点以上で極細繊維を構成する樹脂の融点より低い温度で、実質的に加圧せずに加熱処理される。
実質的に加圧せずに加熱処理するとは、加熱カレンダーロールや熱プレス機などのように加圧状態で加熱処理するものではないことを意味しており、例えば、雰囲気温度を上記の温度に調節したドライヤー内を通す方法や、上記の温度の気体を繊維ウェブ内に通過させる方法などによる加熱処理をいう。
具体的には、例えば、低融点成分がポリエチレン樹脂、極細繊維がポリプロピレン樹脂からなる場合には、熱風ドライヤーなどを用いて１４０〜１５０℃の熱風で処理することが好ましい。
このようにすると、加熱ロールなどにより接着する場合のように、接着が繊維ウェブの表層付近に偏って生じたり、ロールの接触圧などにより低融点成分がフィルム化することがなく、しかも繊維ウェブの全体にわたって熱融着性繊維の低融点成分が他の繊維との接触点で接着するため、均質で強固な結合が得られる。
【００２０】
このような条件で加圧処理及び加熱処理により製造された不織布は、構成繊維がフィルム化されることなく圧縮されると共に、内部まで均質に接着されているため、薄く、表面の磨耗耐性が優れており強度がある。得られる不織布の厚みは０．１〜１．５ｍｍ、より好ましくは０．３〜１．０ｍｍである。また、不織布の面密度は４０〜２００ｇ／ｍ2、より好ましくは４０〜１５０ｇ／ｍ2である。
【００２１】
この出願発明の不織布の製造方法の一例を以下に説明する。
図１の不織布の製造工程図に示すように、この出願発明の不織布１はメルトブロー装置用のダイ５を用いて極細繊維２を形成すると共に、開繊機６により開繊した熱融着性繊維３をこの極細繊維と混合し、これをコンベヤーベルトなどの捕集体７上に捕集して繊維ウェブ４とした後、加圧処理装置９により圧縮処理し、次いでドライヤーなどの加熱処理装置８を通して熱融着性繊維により構成繊維を結合して得られる。
【００２２】
極細繊維２はメルトブロー装置用のダイ５を使用してメルトブロー法により形成される。図２に示すように、ダイ５には溶融樹脂を吐出するノズル５１とこのノズル近傍から加熱気流を吹き出す吹出し口５２とが設けられており、ノズルから押出された溶融樹脂は加熱気流により細化されて極細繊維を形成する。通常、ノズル５１は複数個、所定間隔で直線上に並んでおり、この両側に連続したスリットの形状で吹出し口５２が設けられる。
上述したように、この出願発明では溶融樹脂の吐出量を少なくすると共に、加熱気流の流量を高めることによりショットがほとんどない極細繊維を供給することができる。例えば、条件を整えることによって、平均繊維径１μｍ未満のメルトブロー繊維をショットの発生なしに供給することも可能である。
【００２３】
熱融着性繊維３は開繊機６を使用して開繊したものを、上記の極細繊維の繊維流に供給して混合する。
開繊機６としては、カード機、ガーネット機などが使用できるが、図３に示すように、複数の開繊シリンダー６１をハウジング６２に収納した開繊機が好ましい。この開繊機は、通常のカード機などの開繊機と異なり、繊維の開繊をシリンダーとウォーカー間の梳り作用で行うのではなく、シリンダーの遠心力により繊維をハウジング内壁に衝突させることにより行っている。このため、カード機などのように繊維にクリンプがなくても開繊できる。また、この開繊機では繊維の長さや太さなどの制約もカード機に比べて受けにくい。
【００２４】
開繊された熱融着性繊維を極細繊維の繊維流に供給する場合には、極細繊維の繊維流に対して、できるだけ垂直な方向から供給した方が繊維を均質に混合しやすくなるので好ましい。
メルトブロー法による極細繊維の繊維流が水平方向に形成される場合には、上部より熱融着性繊維を落下させて供給しても良いが、図１のように、極細繊維の繊維流が垂直方向に形成される場合には、図３の開繊機６のように、エアーノズル６３などを設けて熱融着性繊維を水平方向（繊維流に垂直方向）に供給することが好ましい。
【００２５】
なお、必要な場合には、熱融着性繊維の供給角度を調節して、厚み方向の熱融着性繊維の分布を変えて、厚み方向に粗密構造ができるようにしても良い。
【００２６】
混合された極細繊維２と熱融着性繊維３とはコンベヤーベルトなどの捕集体７に捕集されて繊維ウェブ４を形成する。捕集体にはロール、ネットなども使用できる。気体流の衝突で繊維ウェブが乱れたり、飛散したりしないように、捕集体は通気性であることが好ましく、更には捕集体の捕集面の反対側へ気体がサクションされていることが好ましい。
【００２７】
次いで、繊維ウェブ４は加圧処理装置９により加圧処理される。この加圧処理装置９としては、加圧ロール、プレス機などが使用できるが、図１に示すような加熱装置９１を内側に配した一対の無限軌道９２の間で加圧処理する装置がとくに好ましい。この装置９では、加圧ロールなどに比べて加圧している時間が長いため、強いせん断力が繊維ウェブに加わりにくく、得られる不織布の圧力損失を上昇させにくいので良い。加圧処理は熱融着性繊維３がフィルム化したり、極細繊維２がフィルム状に変形したりして不織布の微細な空隙を塞がないように、熱融着性繊維３の低融点成分が溶融しない融点未満の温度で行われる。
【００２８】
この後、繊維ウェブ４は加熱処理装置８により加熱処理されて、熱融着性繊維３により構成繊維を結合することで不織布１が得られる。この加熱処理装置８としては、ドライヤー、熱風ドライヤー、サクション付きのドライヤーなどを使用することが好ましく、実質的に加圧しない状態（無圧下）で加熱処理される。また、加熱は極細繊維が溶融しない融点未満の温度で、熱融着性繊維が接着する低融点成分の融点以上の温度で行われる。このような条件下で熱融着性繊維を加熱接着させると、繊維ウェブの厚み方向に接着が均質に行え、しかも極細繊維が形成する微細な空隙構造が加熱処理により潰れないので良い。
【００２９】
【実施例】
以下、この出願発明を実施例により具体的に説明する。
【００３０】
実施例１
図１に示す製造工程により不織布を製造した。また、メルトブロー装置用のダイとして、図２に示すダイを使用した。ダイには直径０．２ｍｍのノズルが０．８ｍｍ間隔で直線状に９００個設けられており、その両側にスリット状の加熱気流の吹出し口が形成されている。ノズル近傍の温度は３３０℃に調整され、溶融したポリプロピレン樹脂が一つのノズル当たり０．０３３ｃｍ3／分の樹脂量で吐出される。また、加熱気流の流量はポリプロピレン樹脂量に対して質量比で７５倍量とする。これにより、ダイからはメルトブローされた平均繊維径０．５μｍの極細繊維からなるショットが実質的に含まれない繊維流が形成される。
一方、図３に示す開繊機により、芯がポリプロピレン樹脂、鞘がポリエチレン樹脂からなる平均繊維径１６μｍ、長さ５１ｍｍの熱融着性繊維を開繊し、エアーノズルにより、極細繊維の繊維流に略直角方向から供給し、混合した。
混合された繊維をコンベヤーベルト上に捕集して繊維ウェブを形成した。なお、ベルトはメッシュ体からなり、ベルトの捕集面から逆面へと厚さ方向に吸引（サクション）し、繊維ウェブの繊維の乱れを防いだ。得られた繊維ウェブには、極細繊維が８５ｇ／ｍ2、熱融着性繊維が３０ｇ／ｍ2含まれており、全体の重さ（面密度）は１１５ｇ／ｍ2であった。
この繊維ウェブを図１に示すような加圧処理装置で、ポリエチレン樹脂の融点より低い１２０℃の温度で２０秒間加圧処理した後、ポリエチレン樹脂の融点より高く、ポリプロピレン樹脂の融点より低い１４５℃の雰囲気温度のドライヤーで、気流を繊維ウェブの厚み方向に通過させて加熱処理して、熱融着性繊維で結合し、厚み０．９ｍｍの不織布を得た。
得られた不織布の引張強度は５４Ｎ／５０ｍｍ幅であり、優れた強度を示し、また、圧力損失は３５０Ｐａ、捕集効率は、９９．９８％であり微細な塵埃を捕集できる緻密な空隙構造を持つと共に通気性も良好であった。
引張強度は得られた不織布を幅５０ｍｍ、長さ３００ｍｍの試験片に裁断し、この試験片を引張試験機にチャック間距離が２００ｍｍとなるように装着し、引張速度１００ｍｍ／分の条件で引張って求めた。
なお、試験片は不織布のタテ方向とヨコ方向が長手方向となるように裁断したものを用い、タテ、ヨコ試験片で測定した各引張強度の平均値を求めて不織布の引張強度とした。
また、得られた不織布をダクト内に空気の移動を遮るように取り付け、不織布の厚み方向に０．３μｍの大気塵を含む空気を風速５．３ｃｍ／秒で通過させて、不織布の通過前後の空気中の０．３μｍの粒子の数をパーティクルカウンターで測定し、捕集効率を求めた。
捕集効率＝（通過前の粒子数−通過後の粒子数）×１００／通過前の粒子数
また、同様の条件で空気を通過させて、不織布の通過前後の静圧をマノメーターにより測定し、これらの差から圧力損失を求めた。
【００３１】
比較例１
実施例１と同様にして得た、極細繊維が８５ｇ／ｍ2、熱融着性繊維が３０ｇ／ｍ2含まれており、全体の重さ（面密度）が１１５ｇ／ｍ2の繊維ウェブを、温度１１５℃の条件で、フラットロールプレス装置により加熱加圧処理して、厚み０．９ｍｍの不織布を得た。
得られた不織布の引張強度、圧力損失、捕集効率を実施例１と同様の方法で測定したところ、圧力損失は、３５０Ｐａ、捕集効率は９９．９８％で、実施例１と同等の緻密な構造と通気性を示したが、引張強度は１５Ｎ／５０ｍｍ幅と実施例１の１／３以下と小さく問題があった。
【００３２】
比較例２
実施例１と同様にして得た、極細繊維が８５ｇ／ｍ2、熱融着性繊維が３０ｇ／ｍ2含まれており、全体の重さ（面密度）が１１５ｇ／ｍ2の繊維ウェブを、温度１３０℃の条件で、フラットロールプレス装置により加熱加圧処理したところ、フラットロールに繊維ウェブが巻付いて製造できなかった。
【００３３】
実施例２
メルトブローの条件を、一つのノズル当たりの樹脂の吐出量を０．０７ｃｍ3／分に、加熱気流の流量を樹脂量に対して質量比で５０倍量に変更し、平均繊維径２μｍの極細繊維からなる繊維流が形成されるように変更したこと以外は、実施例１と同様にして不織布を製造した。
得られた不織布の引張強度、圧力損失、捕集効率を実施例１と同様の方法で測定したところ、圧力損失は、８Ｐａ、捕集効率は８８％、引張強度は５５Ｎ／５０ｍｍ幅であった。
【００３４】
【発明の効果】
この出願発明の製造方法では、熱融着性繊維の融点未満の温度で加圧処理した後に、熱融着性繊維の融点以上で極細繊維の融点より低い温度で加熱処理しているため、熱融着性繊維や極細繊維がフィルム化することなく、不織布の内部でも熱融着性繊維が結合した構造が得られている。
このため、この出願発明の不織布は、圧縮された緻密な構造を有するにもかかわらず、通気性又は通液性が良好であって、強度的にも優れている。
このように、この出願発明の不織布は非常に優れた性質を持つため、電池用セパレータ、ワイピング材、断熱材、保温材、液体用フィルタ、マスク、空調用フィルタなどの用途に用いるのに適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】  不織布の製造工程の一例を示す図
【図２】  メルトブロー装置用ダイの一例の断面模型図
【図３】  開繊機の一例の断面模型図
【符号の説明】
１  不織布
２  極細繊維
３  熱融着性繊維
４  繊維ウェブ
５  メルトブロー装置用ダイ
５１  ノズル
５２  熱気流吹き出し口
６  開繊機
６１  開繊シリンダー
６２  ハウジング
６３  エアーノズル
７  捕集体
８  加熱処理装置
９  加圧処理装置
９１  加熱装置
９２  無限軌道
【図１】
0003657415.tif 000002
【図２】
0003657415.tif 000003
【図３】
0003657415.tif 000004