(57)【要約】【課題】  電荷誘導紡糸法を用いて、均一な形状および特性を有する不織布を高速かつ安全に量産するために、電荷誘電紡糸により得られる繊維構造物を堆積させる堆積部の最適な帯電方法、また当該繊維構造物の乾燥に適した形状を有する堆積部を用いた乾燥方法および連続的な不織布の搬送の方法を提供することにある。【解決手段】  正または負に帯電させた高分子化合物を含有する溶液を紡出する紡出部（Ａ）から、当該部位とは逆の極性に帯電させた板状の電極（Ｂ）に向けて高分子化合物溶液を吐出し、当該高分子化合物からなる繊維構造物を堆積させる不織布の製造方法において、紡出部（Ａ）と電極（Ｂ）の間に、複数の孔を有する平面状構造体（Ｃ）を挿入し、当該構造体（Ｃ）表面上に高分子化合物からなる繊維構造体を堆積させて不織布を得ることを特徴とする電荷誘電紡糸法による不織布の製造方法。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）正または負に帯電させた高分子化合物を含有する溶液を紡出する紡出部（Ａ）から、（２）当該部位とは逆の極性に帯電させた板状の電極（Ｂ）に向けて高分子化合物溶液を吐出し、（３）当該高分子化合物からなる繊維構造物を堆積させる不織布の製造方法であって、
（４）紡出部（Ａ）と電極（Ｂ）の間に、複数の孔を有する平面状構造体（Ｃ）を挿入し、
（５）当該構造体（Ｃ）表面上に高分子化合物からなる繊維構造体を堆積させて不織布を得ることを特徴とする電荷誘電紡糸法による不織布の製造方法。
【請求項２】
当該構造体（Ｃ）より形成される繊維構造体の堆積部が帯状であり、当該帯状堆積部を連続的に移動させることにより、得られた不織布を連続的に搬送することを特徴とする請求項１に記載の不織布の製造方法。
【請求項３】
当該構造体（Ｃ）が網目状構造体であることを特徴とする請求項１および２に記載の方法。
【請求項４】
当該網目状構造体の目開きが５μｍ〜３０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
電荷誘電紡糸法により高分子化合物の不織布を製造する製造装置であって、
（１）正または負に帯電させた高分子化合物を含有する溶液を紡出する紡出部（Ａ）と、
（２）当該部位とは逆の極性に帯電可能な板状の電極（Ｂ）とを有し、
（３）前記紡出部（Ａ）と電極（Ｂ）の間に、該高分子化合物からなる繊維構造物を堆積させるための複数の孔を有する平面状構造体（Ｃ）を挿入したことを特徴とする製造装置。
【請求項６】
該構造体（Ｃ）が帯状であり、かつ該構造体（Ｃ）が連続的に移動し該高分子化合物からなる繊維構造体の堆積物が搬送可能な構造体であることを特徴とする請求項５記載の製造装置。
【請求項７】
該構造体（Ｃ）が網目状構造体である請求項６記載の製造装置。
【請求項８】
該網目状構造体の目開きが５μｍ〜３０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項７に記載の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は不織布の製造方法に関する。さらに詳しくは、電荷誘導紡糸法により高分子化合物の不織布を製造する方法において、不織布が得られる堆積部の帯電方法、および連続的な不織布の搬送の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の高分子化合物を紡糸する技術としては、溶融状態の高分子化合物をノズルより紡出させ、これを大気中もしくはある種の気体中で冷却・固化させて繊維を得る「溶融紡糸法」や、高分子化合物を含む溶液をノズルより紡出させ、これより溶媒成分を蒸発させて繊維を得る「乾式紡糸法」、同様にノズルより紡出された繊維状高分子化合物を凝固液中で固化させて繊維を得る「湿式紡糸法」などが一般的に知られている。
【０００３】
また不織布を製造する技術は、既述の紡糸技術を応用したものであり、「乾式法」や「湿式法」の他に、溶融紡糸後に延伸・開繊の工程を経て不織布を得る「スパンボンド法」や、溶融紡糸ノズル口に高温高圧空気流を吹き当て、繊維状高分子化合物を延伸・開繊して不織布を得る「メルトブローン法」などが一般的に知られている。
【０００４】
これらの紡糸技術および不織布製造技術を利用し、既存の繊維や不織布にない新たな特性を供すべく、様々な取り組みが為されている。中でも、繊維の直径を極小とし、単位重量当たりの表面積を向上させることで新たな機能を付与させる取り組みが盛んである。
【０００５】
しかしながら、既述の紡糸技術および不織布製造技術を利用して得られた繊維の直径、および不織布を構成する繊維の直径は、既存の繊維と同等の直径（数〜数十μｍ程度）であり、サブミクロンやナノスケールの直径を有する繊維を製造することは困難である。また、高圧下での高分子化合物の押し出しや繊維状高分子化合物の冷却・固化に供される設備は複雑かつ高価であり、製造コストの増大や安定した製品供給を阻害する。
【０００６】
そこで、新しい紡糸技術として、米国特許第６１０６９１３号明細書（特許文献１）や米国特許第６１１０５９０号明細書（特許文献２）でも取り上げられている「電荷誘導紡糸法」が注目を集めている。本法は、高分子化合物を含有する溶液を正または負に帯電させ、これとは逆の極性に帯電させた繊維状高分子化合物堆積部に対し、ノズルやニードルを介して紡出する方法である。一方の極性を帯びた繊維状高分子化合物は、当該堆積部に到達する間に、繊維内の電気的な斥力により細化が進む。本法によると、数ｎｍの直径を有する繊維の製造が可能となる。
【０００７】
一方、本法の課題とされている量産技術に関しても検討が盛んに行われている。特開２００２−２０１５５９号公報（特許文献３）では、液状の高分子物質を貯蔵するバレル、当該バレルより液状の高分子物質を加圧供給するポンプ、当該ポンプより供給される液状の高分子物質を荷電されたノズルを通して噴射する紡糸部、液状の高分子物質を荷電させるための高電圧発生部、紡糸部とは異なる極性に帯電させたウェブ堆積部（コレクタ）から成る高分子ウェブ製造装置が教示されている。本法によると、研究用途で供される１つのニードルを用いた実験室規模の製造とは異なり、高分子ウェブを高速かつ大量に製造することが可能である。
【０００８】
しかし本法では、コンベヤベルトのみを帯電させることは構造上困難であり、高分子ウェブを堆積し、移送する部位全てを帯電させる必要がある。つまり、紡糸部を含むウェブ堆積部（コレクタ）を高電圧下に置く必要があり、均一な荷電分布が困難なだけでなく、溶媒蒸気が混在する故、著しく危険性が高い。帯電箇所の多寡は危険性の有無に直結する問題であり、帯電箇所を減らす工夫が望まれる。本課題を解消すべく、さらに別の高電圧発生部を設置し、紡糸部とウェブ堆積部を別々に帯電させる方法が教示されているが、高電圧発生部は非常に高価であり、設備コスト増大は避けられない。
【０００９】
また、高分子ウェブが含有する溶媒除去を目的とした熱風乾燥を行う場合、高分子ウェブの堆積および移送を目的としたコンベヤベルトが熱風の循環を阻害し、著しく乾燥効率を悪化させる。
【００１０】
他に特開２００２−２４９９６６号公報（特許文献４）でも同様の量産方法が教示されている。本法は、高分子溶液を製造する工程と電荷誘導紡糸法により高分子溶液を紡糸する工程、およびウェブ堆積部上に高分子ウェブを得る工程から成り、紡糸工程の相対湿度および高分子溶液の温度を制御することにより、所望の繊維径を有する高分子ウェブの大量製造を可能にしている。
【００１１】
しかし本法においても、既述の帯電方法や乾燥方法に問題があり、均一な形状および特性を有する製品を供することは困難である。
【００１２】
【特許文献１】米国特許第６１０６９１３号明細書
【特許文献２】米国特許第６１１０５９０号明細書
【特許文献３】特開２００２−２０１５５９号公報
【特許文献４】特開２００２−２４９９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
電荷誘導紡糸法を利用して、均一な形状および特性を有する不織布を高速かつ安全に量産するために紡糸により得られる繊維構造物を堆積させる堆積部の最適な帯電方法、また当該繊維構造物の乾燥に適した形状を有する堆積部を用いた乾燥方法および連続的な不織布の搬送の方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
発明者らは既述の問題を解消するために鋭意検討し、正または負に帯電させた高分子化合物を含有する溶液を紡出する紡出部（Ａ）と、当該部位とは逆の極性に帯電させた板状の電極（Ｂ）の間に、複数の孔を一定間隔で配列させた構造体（Ｃ）を挿入することで、当該構造体（Ｃ）表面上に高分子化合物が良好な秩序を保ちながら堆積し、均一な形状および特性を有する不織布が連続的に得られることを見出した。また本発明により、不織布の堆積部の余分な帯電部位を減少させ、設備費の軽減に大きく寄与できることを見出した。
【００１５】
即ち本発明の第１は、電荷誘電紡糸法により高分子化合物の不織布を製造する方法において、正または負に帯電させた高分子化合物を含有する溶液を紡出する紡出部（Ａ）と、当該部位とは逆の極性に帯電させた板状の電極（Ｂ）の間に、複数の孔を一定間隔で配列させた平面状構造体（Ｃ）を挿入し、当該構造体（Ｃ）表面上に高分子化合物を堆積させて不織布を得ることを特徴とする不織布の製造方法に関する。本発明の第２は、当該構造体（Ｃ）より形成される堆積部が帯状であり、当該帯状堆積部を連続的に移動させることにより、得られた不織布を連続的に搬送することを特徴とする上記第１の発明の製造方法に関する。本発明の第３は、当該構造体（Ｃ）が網目状構造体であることを特徴とする上記第１および第２の発明の製造方法に関する。本発明の第４は、当該網目状構造体の目開きが５μｍ〜３０ｍｍの範囲であることを特徴とする上記第３の発明の製造方法に関する。
【００１６】
また本発明は、電荷誘電紡糸法により高分子化合物の不織布を製造する製造装置であって、
（１）正または負に帯電させた高分子化合物を含有する溶液を紡出する紡出部（Ａ）と、
（２）当該部位とは逆の極性に帯電可能な板状の電極（Ｂ）とを有し、
（３）前記紡出部（Ａ）と電極（Ｂ）の間に、該高分子化合物からなる繊維構造物を堆積させるための複数の孔を有する平面状構造体（Ｃ）を挿入したことを特徴とする製造装置に関するものである。
【発明の効果】
【００１７】
電荷誘電紡糸法により高分子化合物の不織布を製造する方法において、正または負に帯電させた高分子化合物を含有する溶液を紡出する紡出部（Ａ）と、当該部位とは逆の極性に帯電させた板状の電極（Ｂ）の間に、複数の孔を一定間隔で配列させた構造体（Ｃ）を挿入することで、当該構造体（Ｃ）表面上に高分子化合物が良好な秩序を保ちながら堆積し、均一な形状および特性を有する不織布が得られる。また、高分子化合物の堆積部となる帯状の当該構造体（Ｃ）を連続的に移動させることにより、得られた不織布を連続的に搬送することが可能である。不織布の堆積部の帯電方法を既述の通りとすることで、設備の余分な帯電部位を減少させることができ、安定した不織布量産が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に本発明について詳述する。
製品の原料となる高分子化合物を、当該高分子化合物が可溶な溶媒で均一溶解させ、高分子化合物を含有する溶液を調製する。調製は密閉式の攪拌槽内で行い、均一溶解を助長する目的で槽内を加温する。
【００１９】
本発明で使用される高分子化合物としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリ−ｍ−フェニレンテレフタレート、ポリ−ｐ−フェニレンイソフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン−アクリレート共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリアクリロニトリル−メタクリレート共重合体、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステルカーボネート、ナイロン、アラミド、ポリカプロラクトン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、コラーゲン、ポリヒドロキシ酪酸、ポリ酢酸ビニル、ポリペプチド等の少なくとも１種が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００２０】
また、本発明で使用される溶媒としては、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコール、メチルイソブチルケトン、メチル−ｎ−ヘキシルケトン、メチル−ｎ−プロピルケトン、ジイソプロピルケトン、ジイソブチルケトン、アセトン、フェノール、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジプロピル、塩化メチル、塩化エチル、塩化メチレン、ｏ−クロロトルエン、ｐ−クロロトルエン、クロロホルム、四塩化炭素、１，１−ジクロロエタン、１，２−ジクロロエタン、ジクロロプロパン、ジブロモエタン、ジブロモプロパン、臭化メチル、臭化エチル、臭化プロピル、ベンゼン、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン、シクロペンタン、ｏ−キシレン、ｐ−キシレン、ｍ−キシレン、水等の少なくとも１種が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００２１】
密閉式攪拌槽内で均一溶解した高分子化合物を含有する溶液は、当該攪拌槽よりポンプを介して紡出部（Ａ）に送液される。当該ポンプとしては、単段・多段遠心ポンプ、斜流ポンプ、回転ポンプ等を使用することができるが、中でも回転ポンプが好適である。紡出量はポンプ回転数で制御できる。
【００２２】
紡出部（Ａ）は、先端にノズル等を備えたシリンダーで構成されており、既述ポンプにより押し出された高分子化合物を含む溶液がノズルを介し、不織布を堆積させる堆積部に向かって繊維状に紡出される。
【００２３】
ノズル形状としては、汎用の噴霧ノズル、ニードル、紡糸用キャップ等の中から好適な形状のものが選択できるが、好ましくはニードルである。
【００２４】
また、既述シリンダーは単筒式でも多筒式でもよいが、面状の不織布を大量生産するために、多くは多筒式が採用される。多筒式の場合、先端にノズル等を備えた単筒式シリンダーを、一定の間隔で複数配列させる。ポンプより送液された高分子化合物を含有する溶液は、複数のシリンダーに均等分割され、各シリンダーの先端に備えられたノズルを介し、不織布を堆積させる堆積部に向かって繊維状に紡出される。
【００２５】
既述の通り、紡出部（Ａ）のシリンダーを多筒式とすることが好ましいが、さらに好ましくは、シリンダーを単筒式とし、その先端に、複数の孔を一定の間隔で配列させたスピンブロックを設ける方法である。スピンブロックは断面がハンガー形のＴダイであり、その先端に複数の孔を一定の間隔で配列させた紡出面を有する。
【００２６】
高分子化合物を含有する溶液は、単筒式シリンダーに送液され、さらに先端のスピンブロックに供給され、複数の孔を一定の間隔で配列させた紡出面より、不織布を堆積させる堆積部に向かって繊維状に紡出される。本法によると、複数の繊維状高分子化合物を均一に紡出させることが可能である。
【００２７】
電荷誘導紡糸法では、紡出部（Ａ）の末端であるノズルやスピンブロックを、正または負に帯電させる。ノズルやスピンブロックを帯電させることにより、高分子化合物を含有する溶液が正または負に帯電する。紡出された繊維状高分子化合物は、正または負の一方のみに帯電しているため、繊維内部で電荷同士の斥力が発生し、繊維径の細化が促進される。
【００２８】
繊維状高分子化合物は、紡出部（Ａ）の末端であるノズルやスピンブロックの帯電極性とは異なる極性に帯電させた電極（Ｂ）に向かって紡出される。当該電極上では超極細繊維が堆積して不織布を形成する。
【００２９】
しかし既述の通り、堆積部として電極そのものを用いる既述の方法では、電極だけでなく、ロールやこれらを支持する構造物までもが高電圧下となり、製造の安定性や安全性を著しく悪くする。
【００３０】
そこで本発明では、正または負に帯電させた紡出部（Ａ）と、当該部位とは逆の極性に帯電させた板状の電極（Ｂ）の間に、同形の孔を一定間隔で複数配列させた構造体（Ｃ）を挿入し、当該構造体（Ｃ）表面上に高分子化合物を堆積させる。
【００３１】
また、当該構造体（Ｃ）は得られた繊維構造物を均一に堆積させかつ搬送する目的で帯状とし、さらに当該帯状堆積部をエンドレスに移送可能なベルトコンベア状とする。当該帯状堆積部をロールにより回転させ、得られた不織布を連続的に搬送する。
【００３２】
当該構造体（Ｃ）は、均一な荷電分布を考慮した場合、電場を著しく阻害しない構造体であることが望ましい。よって、平織、綾織、平畳織等、種々の織り方が施された金網や打抜金網、多孔板などの網目状構造体が最適である。
【００３３】
さらには原料の高分子溶液からの溶媒の揮発、乾燥という観点から通気性を有することが望まれることからも金網、打ち抜きされた多孔板などの網目状構造体が最適である。
【００３４】
しかし、当該網目状構造体の目開きが極端に大きい場合、紡出部（Ａ）より紡出された繊維状高分子化合物が電極に到達してしまうため、当該網目状構造体上に不織布が堆積できず、また、目開きが極端に小さい場合は、均一な電荷分布を著しく阻害するため、良質な不織布を得ることができない。よって、当該網目状構造体の目開きの好適な範囲は５μｍ〜３０ｍｍ、さらに好ましくは５μｍ〜１ｍｍである。
【００３５】
網目状構造体の素材としては、ステンレス、アルミニウム、鉄等の金属類やこれら金属類の合金、各種化学合成樹脂等を教示できるが、長期安定性や耐溶媒性、強度等を考慮し、主としてステンレスが用いられる。
【００３６】
既述の方法を用いることにより、均一な形状および特性を有する不織布が連続的に得られる。不織布の堆積部の余分な帯電部位を減少させることで、製造の安定性および安全性が向上し、さらには設備費も削減することができる。
【実施例】
【００３７】
以下に実施例を挙げて本発明を詳述するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
[実施例１]
アンカー型攪拌翼を装備した攪拌機付ステンレス製攪拌槽（内容積：１００ｍＬ）に、ポリ乳酸チップ５．０ｇと塩化メチレン４５．０ｇを投入し、密閉した。加温のため、当該攪拌槽を２５℃で一定制御された温水槽の中に浸漬させ、回転数：１００ｒｐｍで攪拌を開始した。１時間後、攪拌槽を開放し、ポリ乳酸が塩化メチレンに均一溶解していることを確認した。当該攪拌槽底部に設けられた仕切弁に、ステンレス製パイプを接続し、もう一方の端点をギヤポンプに接続した。ギヤポンプの紡出側には、吸込側と同種のステンレスパイプを接続し、当該ステンレスパイプのもう一方の端点を、内容積：１０ｍＬ、直径：１０ｍｍのステンレス製単筒式シリンダーに接続した。当該シリンダーの下部にはスピンブロックを接続した。当該スピンブロックの紡出面は、横：１００ｍｍ、縦：２０ｍｍの長方形であり、孔径：５０μｍの孔が複数設けられている。当該紡出面より下部３００ｍｍの位置に板状電極をセットした。当該紡出面と電極の間、当該紡出面より下部１５０ｍｍの位置に、目開き：１７０μｍのステンレス製平織金網を配置し、堆積される不織布の連続搬送が可能となるよう、２本のロールを設置した。これら２本のロールは同方向に回転し、速度制御が可能な構造である。紡出部（Ａ）を正極とし、紡出部（Ａ）下方に設置した電極を負極とし、両者の間に１０ｋＶの高電圧を印加した。これと同時に、攪拌槽下部の仕切弁を開放し、ギヤポンプの駆動を開始した。また、不織布の堆積部ポリ乳酸−塩化メチレン溶液がギヤポンプを介してシリンダーに送液され、紡出部（Ａ）より超極細の繊維が紡出され始めた。この時の紡出部（Ａ）の温度は２５℃、湿度は３４％で、紡出量は０．９ｍＬ／分であった。ステンレス製平織金網上には不織布が堆積し、１．１ｍ／分の搬送速度で目的の不織布を回収することができた。不織布のＳＥＭ観察を行ったところ、不織布を構成する繊維の繊維径は０．５３±０．０７μｍであった。
【００３８】
[実施例２]
不織布の堆積部となるステンレス製平織金網の目開きを５１０μｍとし、紡出部（Ａ）の温度を２４℃、湿度を３２％、紡出量を１．２ｍＬ／分とする以外は実施例１と同様に実施した。実施例１と同様、ステンレス製平織金網上には不織布が堆積し、ロールの回転による搬送で、目的の不織布を回収することができた。不織布のＳＥＭ観察を行ったところ、不織布を構成する繊維の繊維径は０．６９±０．０７μｍであった。
【００３９】
[実施例３]
不織布の堆積部となるステンレス製平織金網の目開きを１．０２ｍｍとし、紡出部（Ａ）の湿度を３８％とする以外は実施例１と同様に実施した。実施例１と同様、ステンレス製平織金網上には不織布が堆積し、ロールの回転による搬送で、目的の不織布を回収することができた。不織布のＳＥＭ観察を行ったところ、不織布を構成する繊維の繊維径は０．８１±０．０６μｍであった。
【００４０】
[実施例４]
高分子化合物をポリカーボネートチップ５．０ｇとし、紡出部（Ａ）の温度を２２℃、湿度を３５％とする以外は実施例３と同様に実施した。実施例１と同様、ステンレス製平織金網上には不織布が堆積し、ロールの回転による搬送で、目的の不織布を回収することができた。不織布のＳＥＭ観察を行ったところ、不織布を構成する繊維の繊維径は０．８８±０．０５μｍであった。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本願発明の概念図である。
【符号の説明】
【００４２】
１．紡出部（Ａ）
２．電極（Ｂ）
３．構造体（Ｃ）
４．高電圧発生部
【図１】
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