(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維デニールが０．０５〜０．５ｄ、繊維長が１〜８０ｍｍ、弾性率が５００〜２７００ｇ／ｄの高弾性率ポリオレフィン繊維を重量分率で２０〜７０％、フィブリル状繊維を１０〜８０重量％含有する不織布と、メルトブロー法による平均繊維径５μｍ以下の不織布とが積層されてなることを特徴とする不織布。
【請求項２】
前記高弾性率ポリオレフィン繊維の繊維長が1〜２０ｍｍであって、抄紙法により製造されてなることを特徴とする請求項１記載の不織布。
【請求項３】
前記フィブリル状繊維が合成パルプであることを特徴とする請求項１記載の不織布。
【請求項４】
前記フィブリル状繊維がセルロース繊維であることを特徴とする請求項１記載の不織布。
【請求項５】
請求項１記載の不織布の厚みが２０〜１５０μｍで、目付が１５〜１００ｇ／ｍ２であることを特徴とする電池セパレータ用不織布。
【請求項６】
請求項１記載の不織布の厚みが８０〜３００μｍで、目付が２０〜１００ｇ／ｍ２であることを特徴とするフィルター用不織布。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はフィルターや電池セパレータなどの分離材用途に特に好適な不織布に関する物である。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりポリオレフィンや合成セルロースなどの極細繊維よりなる不織布は、優れた遮蔽性や小さいポアーサイズを有する特性から電池セパレータや気液フィルターとして利用されてきた。一方、高弾性率繊維はその特性を活かして耐衝撃材、ロープ及びコンポジット補強材，等として用いられてきた。
【０００３】
昨今の電池の小型化要求やフィルター精度の向上の要求に応えるには、繊維の極細化が有利であるが、不織布の外力に対する変形抵抗や形態保持性が低くなるという問題を生じている。電池セパレータでは、電池に組み込む際の電極のバリで孔が開くという問題があった。フィルター用途においても、濾過液に硬度の高い粒子や先端形状が鋭利な粒子が含まれている場合には、粒子が不織布に食い込んで孔が開くという問題があった。こうした問題を解決するためには、極細の高弾性繊維を補強材として用いる事が好ましいが、高弾性率繊維は一般に繊維デニールが１ｄｅｎより太く、単独あるいは複合化して不織布にしても良い遮蔽性やフィルタ〜特性を得ることができなかった。また、パラアラミドなどの液晶繊維を分割したサブミクロンの繊維を用いることも可能であるが、耐酸性などが劣るという問題や、針状繊維が発ガン性を持つ可能性があるなどの問題が指摘されており用途が限定されるという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、優れた遮蔽性やフィルター性を持ち、かつ変形抵抗や形態保持性に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】
本発明は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ね、フィルターや電池セパレータとして特に好適な不織布を提供するために、下記の手段をとる。
【０００６】
即ち、第１の発明は、繊維デニールが0.05〜0.8ｄ、繊維長が１〜8０ｍｍ、弾性率が500〜2700g/dの高弾性率ポリオレフィン繊維を重量分率で3〜70％含有してなることを特徴とする不織布である。
具体的には、高弾性率ポリオレフィン繊維の繊維長が1〜20ｍｍであって、抄紙法により製造されてなることを特徴とする上記記載の不織布、フィブリル状繊維を10〜90重量％含有することを特徴とする上記記載の不織布、フィブリル状繊維が合成パルプであることを特徴とする前記記載の不織布及びフィブリル状繊維がセルロース繊維であることを特徴とする前記記載の不織布である。
また第２発明は、上記記載の不織布の厚みが2０〜１５０μｍで、目付が１５〜１００ｇ／ｍ2であることを特徴とする電池セパレータ用不織布である。
更に第３発明は、上記記載の不織布の厚みが8０〜300μｍで、目付が20〜１００ｇ／ｍ2であることを特徴とするフィルター用不織布である。
【０００７】
以下に本発明を詳細に説明する。本発明の不織布において好適に用いることのできる高弾性率ポリオレフィン繊維としては、超高分子量のポリオレフィン繊維があげられる。繊維を製造する手段はゲル紡糸法が一般的であるが別の方法を採ることも可能である。本発明に好適な不織布の製造方法としては、乾式カード法や湿式抄紙法があり、更に水流交絡処理などをしても良い。ポリオレフィンとしてはポリエチレンやポリプロピレンが一般的であるが特に規定される物ではない。
【０００８】
発明者は、本発の不織布をフィルターや電池セパレータなどの分離材として好適に用いる不織布のひとつの理想的な構成として、繊維デニールが0.05〜0.8ｄ、繊維長が１〜8０ｍｍ、弾性率が500〜2700g/dの高弾性率ポリオレフィン繊維を重量分率で3〜70％含む不織布があげられることを明らかとした。
【０００９】
遮蔽性あるいはフィルター性を向上するには繊維デニールが0.05〜0.8ｄであることが必要である。0.8ｄを越えて太くなると遮蔽性などが低下する。一方デニールが0.05ｄより小さくなると、繊維製造過程での糸切れなどの紡糸不安定現象が増え操業性が低下したり、生産性が低下するなどの問題が生じる。好ましくは0.05〜0.5den、更に好ましくは0.07〜0.3ｄenである。また、繊維径が細すぎると乾式不織布製造では、カード処理などでの繊維の開繊性が低下するという問題が生じる。繊維長が1ｍｍ未満では、高弾性繊維使用による形態保持性や寸法安定性の改善効果が見られない。繊維長が80ｍｍを超えると乾式および湿式不織布製造工程のいずれにおいても繊維の開繊性に問題がある。抄紙法を用いて不織布をつくることが、均一な地合の不織布を得る上で好ましいが、抄紙により不織布を製造するには高弾性率繊維の長さが20mm以下であることが不織布の地合の均一性を良くするうえで特に好ましい。また、繊維の弾性率は500〜2700g/dの間にあることが好ましい。500g/d以下では補強効果があまり認められず、2700g/d以上の高弾性率繊維は製造が困難である。
【００１０】
本発明において、高弾性率繊維は3〜70％含まれている事が好ましい。繊維の含有量が3％より小さいと形態保持性などの改善が難しい。70％より高い場合でも、高弾性率繊維は分子のモビリティが低く、繊維の接着が難しいために、繊維間の接着力が弱くなり不織布の形態保持性が低下する。不織布の形態保持性や寸法安定性をあげるには高強力繊維を用いても、該繊維が短繊維である場合には繊維の絡みや接着がが強力に寄与しており、繊維の末端部やその他の繊維成分が切れるために効果が認められない。本発明で目的とする形態安定性や寸法安定性の良い不織布を得るには、繊維の圧縮抵抗と相関のある弾性率が高いことが重要となる。
【００１１】
不織布の強伸度特性をあげるには、フィブリル状繊維を不織布中に混合分散させることが好ましい。フィブリルが相互に絡まることにより不織布の強伸度特性を改善できる。フィブリル状繊維の製造法は特に規定しないが、オレフィン素材ではフラッシュ紡糸法などが、セルロース素材ではポリノジックやレーヨン等では酸処理によるのが一般的である。フィブル状繊維の含有量は10〜90％が好適である。10％未満では強伸度特性改善効果が少なく、90%を超えると、不織布の地合の斑が大きくなり好ましくない。
【００１２】
フィブリル状繊維は、熱可塑性であると熱融着処理により更に形態保持性を改善することが可能であり好ましい。現在、繊維長0.5〜3.0mm程度のフィブリル化繊維である合成パルプが上市されているが、融点が１１０℃以下のものを用いると、繊維相互の接着のための熱処理などにより、高弾性率繊維に熱的なダメージを与えることがなく、シートの収縮の問題がないので特に好ましい。フィブリ化繊維長も80mm以下であることが好ましく、抄紙法を用いるときは、20mm以下であることが特に好ましい。
【００１３】
本発明の不織布を電池セパレータとして用いる際には、少なくとも一部の繊維がスルフォン化処理されている繊維が存在することが望ましい。スルフォン化により液の濡れ性がよくなり、電解質の保液性や急速充電性がよくなると推定される。スルフォン化処理の方法としては、液相で加熱濃硫酸処理したり亜硫酸ガス化で処理する方法が考えられる。なお、スルフォン化後には、処理時に不純物が複製するため、純水などでよく洗浄することが必要である。
【００１４】
本発明の不織布を電池セパレータとして用いる際には、不織布の厚みは2０〜１５０μｍの間にあることが望ましい。厚みが2０μｍより小さいと電解液の保液性が小さくなったり、遮蔽性が低下するためあまり好ましくない。また、不織布強度も小さくなって好ましくない。逆に１５０μｍより大きいと電池が大型化して好ましくない。また、不織布の目付は１５〜１００ｇ／ｍ2の間にあることが望ましく、20〜80ｇ／ｍ2が特に好ましい。目付が１５ｇ／ｍ2より小さいと形態保持性改善効果が認められない。これは、高弾性率オレフィン繊維を均一に分散させることが難しくなり遍在化しているためと推定される。逆に１００ｇ／ｍ2より大きいと厚みが大きすぎて好ましくない。
【００１５】
本発明の不織布をフィルターとして用いる際には、不織布の厚みは80〜300μｍの間にあることが望ましい。厚みが80μｍより小さいとフィルター性能がが低下するためあまり好ましくない。また、不織布強度も小さくなって好ましくない。逆に300μｍより大きくしてもフィルター性能はあまり改善されない。また、不織布の目付は20〜１００ｇ／ｍ2の間にあることが望ましく、特に20〜50ｇ／ｍ2が好ましい。目付が20ｇ／ｍ2より小さいと形態保持性改善効果が認められない。これは、高弾性率オレフィン繊維を均一に分散させることが難しくなり遍在化しているためと推定される。逆に１００ｇ／ｍ2より大きいと複合化により改善する必要が生じなくなる。
【００１６】
さらに、不織布の引張強力は１．５〜３０ｋｇ／５ｃｍ巾であることが好ましい。１．５ｋｇ／５ｃｍ巾ｇより小さいと強度向上のためのカレンダー加工工程などで不織布切断が生じやすく問題である。特に電池セパレータ用途では、狭い幅のテープ上で用いられることから５ｋｇ／５ｃｍ巾以上であることが好ましく、より好ましくは７ｋｇ／５ｃｍ巾以上、特に好ましくは１０ｋｇ／ｃｍ以上である。本発明の不織布は、カレンダー加工などの熱融着手段により繊維間の接着を強化して、不織布の強度をより高くなるように改善することが好ましい。また、別の不織布と積層などにより複合化することも好ましい。メルトブロー法による平均繊維径5μｍ以下の不織布と積層することが分離性能を向上する上で好ましい。また、引っ張り強度が７ｋｇ／５ｃｍ以上のスパンボンド不織布と積層することも好ましい。
【００１７】
以下に、本発明の不織布の実施例を記載するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００１８】
本発明で用いた測定方法を以下に示す。
ロ．目付（ｇ／ｍ2）
一定面積でシートを５枚切り出し、精密天秤で秤量する。測定値を算術平均して、それを１ｍ２あたりに換算して目付とした。
【００１９】
ハ．厚み（μｍ）
各シートの中央部で２０ｇ／ｃｍ2荷重下での厚みを５点測定し、算術平均を不織布の厚みとした。
【００２０】
ニ．繊維弾性率
繊維を引張試験機にセットし、試長２０ｃｍ、引張速度１０ｃｍ／分で測定し、弾性率を求めた。
【００２１】
ホ．液体濾過精度
不織布を直径４７ｍｍφのフォルダーにセットして、ＪＩＳ１１種の粒子を２００ＰＰＭ分散させた粘度２００ｃｐの水飴（マルトース）の水溶液を用いて濾過試験を行った。入口濃度と試験開始後2分後の出口濃度を測定して初期の捕集効率を測定した。圧力が５ｋｇｆ／ｃｍ2になるまでの時間をライフとした。
濾過精度（％）＝［1-（出口濃度／入り濃度）］×１００
【００２２】
へ．電池容量保持率
２５００ｍＡｈのニッケル金属水素電池を作成し、満充電した後電池を４０℃で７日間放置した後の放電容量を、満充電後の放電容量を１００％として百分率にて示した。
【００２３】
【実施例】
（比較例１）
平均繊維径0.03den（３μｍ），目付５５ｇ／ｍ2のポリプロピレン製メルトブローン不織布を１１０℃でカレンダー処理して繊維を融着させ積層して厚み150μｍと93μｍの不織布を得た。厚み150μｍの不織布は亜硫酸ガス雰囲気化でスルホン化処理を実施して電池性能を評価した。電池に組み込む際に、3個の内２個の電池において、電極のバリが不織布に孔をあけて損傷を与えて歩留まりが悪く問題であった。良好な１個のみ電池の容量保持率を測定したところ、75％と高く良好な特性を示した。厚み９３μｍの不織布はフィルター性能を評価した。濾過テスト開始後２分後の濾過精度が9７％と高いが、ライフが3分２４秒と短く問題であった。濾過時の液の透過抵抗にが大きいことから、不織布が液の背圧で押しつぶされて開孔径が小さくなったことが原因と推定される。
【００２４】
（実施例１）
0. 5denの超高分子量ポリエチレン繊維をゲル紡糸法によって作成した。弾性率は1400g/dであった。この繊維を５ｍｍにカットして、合成パルプＳＷＰ（三井化学株式会社製，Ｌ〜１００）と質量比で、３：７で混合してから抄紙した。得られた不織布を、比較例１と同一の目付２０ｇ／ｍ2のポリプロピレン製メルトブローン不織布と１１０℃でカレンダー処理して繊維を融着させ積層して総目付５５ｇ／ｍ2、厚み140μｍの不織布を得た。亜硫酸ガス雰囲気化でスルホン化処理を実施して電池性能を評価した。電池の組み込み過程で穴あきなどのトラブルはなかった。電池の容量保持率は76％と高く非常に好適であった。
【００２５】
（実施例2）
実施例１で用いた高弾性率繊維と、合成パルプＳＷＰ（Ｌ〜１００）および1ｄのフィブリル化レーヨン（東洋紡績株式会社製，ＣＳＦ200）を質量比で1：1：３の割合で混合して後に抄紙した。得られた不織布を、平均繊維径３μｍ，目付２０ｇ／ｍ2のポリプロピレン製メルトブローン不織布と１１０℃でカレンダー処理して繊維を融着させ積層し総目付５５ｇ／ｍ2、厚み95μｍの不織布を得た。液体フィルターの性能を測定したところ、濾過精度が95％と高くライフも８分４７秒と長かった。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によると、寸法安定性や形態保持性に優れ、自己放電の小さいアルカリ２次電池用のセパレータ用、気液フィルター、医療用不織布、等に好適な不織布を提供することを可能とした。