(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続式高せん断加工装置を用いた低分子量ポリマーの製造方法であって、
スクリュ本体の回転によって原料の高分子量ポリマーにせん断力を加えて低分子量化して低分子量ポリマーにするとともに、
前記スクリュ本体の内部の軸方向に設けられた通路を通過させることにより前記低分子量ポリマーを冷却することを特徴とする低分子量ポリマーの製造方法。
【請求項２】
前記低分子量ポリマーの多分散度が２〜５である、請求項１に記載の低分子量ポリマーの製造方法。
【請求項３】
前記高分子量ポリマーは、重量平均分子量が２５０，０００〜１，１００，０００のポリプロピレンであり、
前記低分子量ポリマーは、メルトフローレートが５００〜２，０００（ｇ／１０分間）である、請求項１または２に記載の低分子量ポリマーの製造方法。
【請求項４】
前記スクリュ本体の回転数が、２０００〜６０００ｒｐｍである、請求項１に記載の低分子量ポリマーの製造方法。
【請求項５】
前記通路の断面が円形であり、前記断面の直径が前記スクリュ本体の外径の１／１６〜１／３２である請求項１に記載の低分子量ポリマーの製造方法。
【請求項６】
前記通路が、前記スクリュ本体の内部に並行して複数設けられている、請求項５に記載の低分子量ポリマーの製造方法。
【請求項７】
前記通路が、前記スクリュ本体の内部に並行して４つ均等に設けられている、請求項５に記載の低分子量ポリマーの製造方法。
【請求項８】
ポリマーを押し出すダイと、前記ポリマーを前記ダイに供給する供給手段と、前記ダイから押し出される前記ポリマーに熱風を供給して繊維状に延伸する熱風供給手段とを備え、
前記供給手段が、スクリュの回転によって原料の高分子量ポリマーにせん断力を加えて低分子量化して低分子量ポリマーにする連続式高せん断加工装置であり、原料溜まりを形成する障壁部と、および前記スクリュ内部の軸方向に前記障壁部を跨いで設けられた通路とを備えていることを特徴とする、メルトブローン不織布の製造装置。
【請求項９】
前記連続式高せん断加工装置は、バレル温度設定部および回転数設定部を備えている、
請求項８に記載のメルトブローン不織布の製造装置。
【請求項１０】
前記低分子量ポリマーの粘度を測定する粘度測定手段をさらに備えている、
請求項８に記載のメルトブローン不織布の製造装置。
【請求項１１】
分子量低減剤を含有しない高分子量ポリマーにせん断力を加えて低分子量化した低分子量ポリマーとし、
ダイから押し出した前記低分子量ポリマーに、熱風を供給して繊維状に延伸して不織布とする、
メルトブローン不織布の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子量ポリマーを低分子量化して低分子量ポリマーとする、低分子量ポリマーの製造方法、ならびに汎用ポリマーの低分子量化とメルトブローン不織布の形成とを連続して行うことができるメルトブローン不織布の製造装置および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリプロピレン樹脂やナイロン６等の熱可塑性樹脂は、種々の用途に応じた粘度に調整して用いられており、例えば、微細繊維、不織布、濾材などに用いる場合、メルトブローン製法に適した粘度とする必要がある。そこで、粘度の低い低分子量のポリマー（以下、適宜、低分子量ポリマーという）を製造するために、特許文献１、２に記載の重合方法で用いられるメタロセン触媒などの添加量や重合時間を調整することが行われている。
しかし、重合条件によって分子量を調整すると、低分子量ポリマーの製造コストの増加につながる。そこで、高分子量ポリマーの低分子量化によって低分子量ポリマーを製造できれば、経済的であり産業上有用である。例えば非特許文献１には、ポリプロピレンに過酸化物を用いて二軸混練押出装置を用いて分子量を低下させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１０−５１６８５８
【特許文献２】特開２０１９−１９９５０６
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】"Controlled peroxide-induced degradation of polypropylene in a twin-screw extruder: Change of molecular weight distribution under conditions controlled by micromixing" P.D. Iedema et al (Chemical Engineering Science 66 (2011) 5474？5486)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、非特許文献１に記載の方法のように、過酸化物を用いると過酸化物の付近だけ劣化が進むことにより、分子量に空間的非一様性が発生し、分子量の分散が大きくなるという問題がある。得られるポリマーの分子量分布（多分散度）が大きくなると、例えばメルトブローン製法による不織布の原料として用いた場合、ウェブ状の繊維を製造するときに繊維が切れやすくなる。また、従来の二軸混練押出装置を用いた方法は、高温条件下で長時間連続して低分子量化することから、分子量を小さくする際にポリマーが熱劣化する程度が大きいという問題がある。
本発明は、過酸化物などの熱分解反応を促す添加剤を加えることなく、高分子量ポリマーにせん断力を加えることによって、短時間で高分子量ポリマーを低分子量化して、低分子量ポリマーを効率的に製造することができる、低分子量ポリマーの製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の低分子量ポリマーの製造方法は、押出機を用いた低分子量ポリマーの製造方法であって、スクリュ本体の回転によって原料の高分子量ポリマーにせん断力を加えて低分子量化して低分子量ポリマーにするとともに、前記スクリュ本体の内部の軸方向に設けられた通路を通過させることにより前記低分子量ポリマーを冷却する。【０００７】
本発明のメルトブローン不織布の製造装置は、ポリマーを押し出すダイと、前記ポリマーを前記ダイに供給する供給手段と、前記ダイから押し出される前記ポリマーに熱風を供給して繊維状に延伸する熱風供給手段とを備え、前記供給手段が、スクリュの回転によって原料の高分子量ポリマーにせん断力を加えて低分子量化して低分子量ポリマーにする連続式高せん断加工装置であり、原料溜まりを形成する障壁部と、および前記スクリュ内部の軸方向に前記障壁部を跨いで設けられた通路とを備えている。【０００８】
本発明のメルトブローン不織布の製造方法は、分子量低減剤を含有しない高分子量ポリマーにせん断力を加えて低分子量化した低分子量ポリマーとし、ダイから押し出した前記低分子量ポリマーに、熱風を供給して繊維状に延伸して不織布とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の低分子量ポリマーの製造方法は、高分子量ポリマーを低分子量化することにより、重合条件を調整して低分子量ポリマーを重合する方法に比べて、大量にかつ安価に低分子量ポリマーを効率よく製造することができる。また、高分子量ポリマーにせん断力を加えるとともに、内部の通路を通過させて低分子量ポリマーを冷却することで、せん断力による発熱を抑えて、熱劣化が抑えられた低分子量ポリマーを得ることができる。【００１０】
本発明のメルトブローン不織布の製造装置は、ポリマーをダイに供給する供給手段として、スクリュの回転によって原料の高分子量ポリマーにせん断力を加えて低分子量化する連続式高せん断加工装置を備えている。したがって、汎用ポリマーの低分子量化とメルトブローン不織布の形成とを連続して行うことができる。また、汎用ポリマーを低分子量化する際、過酸化物などの分子量低減剤を使用しないから、添加物の分解生成物を原因とする黄変着色や臭いの問題が生じない、医療・衛生用に適したメルトブローン不織布を製造することができる。さらに、連続式高せん断加工装置を使用して不織布を製造するダイに原料としてのポリマーを供給することで、広く流通している安価な単一の汎用ポリマー（汎用樹脂）を種々の用途に適した分子量の低分子量ポリマーに作り分け、単一の原料と単一の装置により多品種少量生産を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の製造方法に用いる装置を概略的に示す斜視図
【図２】図１に示す第１の押出機の断面図
【図３】図１に示す第１の押出機の二本のスクリュが互いに噛み合った状態を示す斜視図
【図４】図１に示す第３の押出機の断面図
【図５】図１に示す第２の押出機の断面図
【図６】図１に示す第２の押出機において、バレルおよびスクリュをともに断面で示す第２の押出機の断面図
【図７】図６のＦ１５−Ｆ１５線に沿う断面図
【図８】筒体の斜視図
【図９】スクリュに対する原料の流動方向を示す側面図
【図１０】スクリュが回転した時の原料の流動方向を概略的に示す第２の押出機の断面図
【図１１】複数の通路が平行に並んで設けられた例を示す、図７に相当する部分の断面図
【図１２】実施例において用いた高せん断加工装置における第２の押出機の内部構造を模式的に示す図
【図１３】実施例４の低分子量化により得られた低分子量ポリマーの粘度を示すグラフ
【図１４】実施例５の低分子量化により得られた低分子量ポリマーの粘度を示すグラフ
【図１５】比較例２の低分子量化により得られた低分子量ポリマーの粘度を示すグラフ
【図１６】（ａ）ＦＴ−ＩＲの測定結果を示すグラフ、（ｂ）Ｃ−Ｏ伸縮に帰属されるピークの付近を拡大して示すグラフ
【図１７】本発明の実施形態に係る製造装置の構成の概略を示す模式図
【図１８】図１７の製造装置におけるノズルヘッドの部分断面図
【図１９】（ａ）実施例８のメルトブローン不織布の外観を示す図面代用写真、（ｂ）実施例８のメルトブローン不織布の電子顕微鏡画像
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（低分子量ポリマーの製造方法）
本発明の低分子量ポリマーの製造方法は、原料の高分子量ポリマーにせん断力を加えて低分子量化するとともに、スクリュ本体の内部に設けられた通路を通過させて低分子量ポリマーを冷却する。せん断力を加えるともに、通路を通過させて冷却することによって、低分子量化における熱劣化を抑制することができる。また、過酸化物を加えることなく、低分子量化することにより、多分散度（重量平均分子量／数平均分子量）の小さい低分子量ポリマーとすることができる。通路を通過させて冷却しながら断続的にせん断力を加えることで、高分子量ポリマーの低分子量化により得られる低分子量ポリマーの熱劣化を抑えることができる。
【００１３】
低分子量ポリマーの熱劣化は、低分子量化によってＣ−Ｏ結合が生成された程度によって評価することができる。Ｃ−Ｏ結合が生成された程度は、例えば、ＦＴ−ＩＲの測定により得られるＣ−Ｏ伸縮に帰属されるピークの強度を用いて評価できる。本発明の製造方法によれば、Ｃ−Ｏ伸縮に帰属される波数１０００〜１０３０ｃｍ-1に生じるピークの強度が、原料として用いた高分子量ポリマーの３倍以下に抑えられた、熱劣化の少ない低分子量ポリマーを製造することができる。
【００１４】
［高分子量ポリマー］
本発明は、原料として高分子量ポリマーを用いる。本発明において、「高分子量ポリマー」とは、重量平均分子量（Ｍｗ）が２００，０００以上のポリマーをいう。高分子量ポリマーとしては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスルホン（ＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、芳香族ポリアミド（ＰＡ）、芳香族ポリエステル、芳香族ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアリーレンオキシド、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミド等の熱可塑性樹脂が挙げられる。これらの樹脂は、１種類を用いても、２種以上を併用しても良い。
【００１５】
メルトブローン製法による不織布製造用の低分子量ポリマーの原料として好ましい高分子量ポリマーとして、ポリプロピレンを挙げることができる。ポリプロピレンの重量平均分子量（Ｍｗ）は、低分子量化により、不織布の製造に適したメルトフローレート（適宜「ＭＦＲ」という。ＪＩＳ Ｋ７２１０−１（Ｂ法）、加重２．１６ｋｇ、温度２３０℃）の低分子量ポリマーとする観点から、２５０，０００〜１，１００，０００が好ましく、２５０，０００〜５００，０００がより好ましく、２５０，０００〜４００，０００がさらに好ましい。
【００１６】
［低分子量ポリマー］
本発明の製造方法により、高分子量ポリマーを低分子量化することにより、種々の用途に応じた性質を備えた低分子量ポリマーを製造することができる。本発明において、「低分子量ポリマー」とは、重量平均分子量（Ｍｗ）が２００，０００未満のポリマーをいう。メルトブローン製法の原料として低分子量ポリマーを用いる場合、そのＭＦＲは、５００〜２０００（ｇ／１０分間）が好ましく、１０００〜２０００（ｇ／１０分間）がより好ましい。
【００１７】
高分子量ポリマーを低分子量化する本発明の製造方法により、分子量分布の小さい低分子量ポリマーが得られる。分子量分布の小さい低分子量ポリマーは、メルトブローン製法により糸を製造する際に切断を生じにくい。メルトブローン製法により不織布を効率よく製造する観点から、低分子量ポリマーの多分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）は、２〜５が好ましく、２〜４がより好ましく、２〜３．５がさらに好ましい。
【００１８】
上述した本発明の低分子量ポリマーは、高分子量ポリマーを含む原料を溶融混練して連続的に吐出する連続式高せん断加工装置（押出機、以下、適宜、高せん断加工装置という）を用いて、内部に通路を備えたスクリュ本体の外周面に沿って、原料を搬送する際、外周面に設けられた障壁部により原料の搬送を制限して、スクリュ本体により原料にせん断力を加えるとともに、外周面に設けられた通路の入口から通路の出口へ通過させて原料を冷却することにより製造できる。
【００１９】
高せん断加工装置を用いることにより、高分子量ポリマーに過酸化物などの熱分解反応を促す添加剤を添加することなく、大きなせん断力を加えて、高分子量ポリマーを低分子量化しすることができる。低分子量化における熱劣化を抑制する観点から、低分子量化に要する時間が短いことが好ましい。例えば、合計の時間が、３０秒以下が好ましく、２０秒以下がより好ましい。低分子量化が繰り返される場合、通路を通過させることによって分断された、各低分子量化の時間は、１５秒以下が好ましく、１０秒以下がより好ましい。
【００２０】
上述したように、低分子量化の時間を短くすることにより、低分子量ポリマーの熱劣化を抑えることができる。このため、バレル設定温度を２５０〜３５０℃としても、低分子量化する際の熱劣化を抑制することができる。
【００２１】
本発明の製造方法について、高せん断加工装置を参照しつつ、以下に説明する。
図１には、高せん断加工装置１の構成が概略的に示されている。図１に示す高せん断加工装置１は、高分子量ポリマーを低分子量化する第２の押出機３に加えて、第１の押出機（処理機）２および第３の押出機（脱泡機）４を備えている。第１の押出機２、第２の押出機３および第３の押出機４は、互いに直列に接続されている。
【００２２】
第１の押出機２は、高分子量ポリマーを含む原料を、予備的に混練し、溶融するための処理機である。これら原料は、例えばペレットや粉末などの状態で第１の押出機２に供給される。
【００２３】
本実施形態では、原料の混練・溶融の度合いを強化するため、第１の押出機２として同方向回転型の二軸混練機を用いている。図２および図３は、二軸混練機の一例を開示している。二軸混練機は、バレル６と、バレル６の内部に収容された二本のスクリュ７ａ，７ｂと、を備えている。バレル６は、二つの円筒を組み合わせた形状を有するシリンダ部８を含んでいる。原料としての高分子量ポリマーは、バレル６の一端部に設けた供給口９からシリンダ部８に連続的に供給される。さらに、バレル６は、原料を溶融するためのヒータを内蔵している。
【００２４】
スクリュ７ａ，７ｂは、互いに噛み合った状態でシリンダ部８に収容されている。スクリュ７ａ，７ｂは、図示しないモータから伝わるトルクを受けて互いに同方向に回転される。図３に示すように、スクリュ７ａ，７ｂは、それぞれ、フィード部１１、混練部１２およびポンピング部１３を備えている。フィード部１１、混練部１２およびポンピング部１３は、スクリュ７ａ，７ｂの軸方向に沿って一列に並んでいる。
【００２５】
フィード部１１は、螺旋状に捩じれたフライト１４を有している。スクリュ７ａ，７ｂのフライト１４は、互いに噛み合った状態で回転するとともに、供給口９から供給された高分子量ポリマーを含む原料を混練部１２に向けて搬送する。
【００２６】
混練部１２は、スクリュ７ａ，７ｂの軸方向に並んだ複数のディスク１５を有している。スクリュ７ａ，７ｂのディスク１５は、互いに向かい合った状態で回転するとともに、フィード部１１から送られた原料である高分子量ポリマーを予備的に混練する。混練された原料は、スクリュ７ａ，７ｂの回転によりポンピング部１３に送り込まれる。
【００２７】
ポンピング部１３は、螺旋状に捩じれたフライト１６を有している。スクリュ７ａ，７ｂのフライト１６は、互いに噛み合った状態で回転するとともに、予備的に混練された原料をバレル６の吐出端から押し出す。
【００２８】
このような二軸混練機によると、スクリュ７ａ，７ｂのフィード部１１に供給された原料は、スクリュ７ａ，７ｂの回転に伴うせん断発熱およびヒータの熱を受けて溶融する。二軸混練機での予備的な混練により溶融された原料は、図１に矢印Ａで示すように、バレル６の吐出端から第２の押出機３に連続的に供給される。
【００２９】
さらに、第１の押出機２を二軸混練機として構成することで、原料が第２の押出機３に供給される時点で、原料は、第１の押出機２での予備的な混練により溶融されて最適な粘度に保たれる。また、第１の押出機２を二軸混練機として構成することで、第２の押出機３に連続して原料を供給する際、単位時間当たりに、所定量の原料を安定して供給することができる。したがって、原料の高分子量ポリマーを低分子量化する第２の押出機３の負担を軽減することができる。なお、第１の押出機２では、低分子量化ではなく、スムーズに溶融することを目的として、原料にせん断力が加えられる。
【００３０】
第２の押出機３は、原料の高分子量ポリマーを低分子量化して低分子量ポリマーを生成するための要素である。本実施形態では、第２の押出機３として単軸押出機である高せん断加工装置を用いている。単軸押出機は、バレル２０と、一本のスクリュ２１と、を備えている。スクリュ２１は、溶融された原料にせん断作用および冷却作用を付与する機能を有している。スクリュ２１を含む第２の押出機３の構成に関しては、後で詳細に説明する。
【００３１】
第３の押出機４は、第２の押出機３から吐出された低分子量ポリマーに含まれるガス成分を吸引・除去するための要素である。本実施形態では、第３の押出機４として単軸押出機を用いている。図４に示すように、単軸押出機は、バレル２２と、バレル２２に収容された一本のベントスクリュ２３と、を備えている。バレル２２は、真っ直ぐな円筒状のシリンダ部２４を含んでいる。第２の押出機３から押し出された混練物は、シリンダ部２４の軸方向に沿う一端部からシリンダ部２４に連続的に供給される。
【００３２】
バレル２２は、ベント口２５を有している。ベント口２５は、シリンダ部２４の軸方向に沿う中間部に開口されているとともに、真空ポンプ２６に接続されている。さらに、バレル２２のシリンダ部２４の他端部は、ヘッド部２７で閉塞されている。ヘッド部２７は、低分子量ポリマーを吐出させる吐出口２８を有している。
【００３３】
ベントスクリュ２３は、シリンダ部２４に収容されている。ベントスクリュ２３は、図示しないモータから伝わるトルクを受けて一方向に回転される。ベントスクリュ２３は、螺旋状に捩じれたフライト２９を有している。フライト２９は、ベントスクリュ２３と一体的に回転するとともに、シリンダ部２４に供給された混練物をヘッド部２７に向けて連続的に搬送する。混練物は、ベント口２５に対応する位置に搬送された時に、真空ポンプ２６のバキューム圧を受ける。すなわち、真空ポンプによってシリンダ部２４内を負圧に引くことで、混練物に含まれるガス状物質やその他の揮発成分が混練物から連続的に吸引・除去される。ガス状物質やその他の揮発成分が取り除かれた混練物は、ヘッド部２７の吐出口２８から高せん断加工装置１の外に低分子量ポリマーとして連続的に吐出される。
【００３４】
次に、低分子量ポリマーを生成するための要素である第２の押出機３について説明する。
図５、図６に示すように、第２の押出機３のバレル２０は、真っ直ぐな筒状であって、水平に配置されている。バレル２０は、複数のバレルエレメント（バレル）３１に分割されている。
【００３５】
各バレルエレメント３１は、円筒状の貫通孔３２を有している。バレルエレメント３１は、それぞれの貫通孔３２が同軸状に連続するようにボルト締結により一体的に結合されている。バレルエレメント３１の貫通孔３２は、互いに協働してバレル２０の内部に円筒状のシリンダ部３３を規定している。シリンダ部３３は、バレル２０の軸方向に延びている。
【００３６】
バレル２０の軸方向に沿う一端部に供給口３４が形成されている。供給口３４は、シリンダ部３３に連通するとともに、当該供給口３４に第１の押出機２で溶融された原料が連続的に供給される。
【００３７】
バレル２０は、図示しないヒータを備えている。ヒータは、バレル２０の温度が原料の混練に最適な値となるように、必要に応じてバレル２０の温度を調整する。さらに、バレル２０は、例えば水あるいは油のような冷媒が流れる冷媒通路３５を備えている。冷媒通路３５は、シリンダ部３３を取り囲むように配置されている。冷媒は、バレル２０の温度が予め決められた上限値を超えた時に冷媒通路３５に沿って流れ、バレル２０を強制的に冷却する。
【００３８】
バレル２０の軸方向に沿う他端部は、ヘッド部３６で閉塞されている。ヘッド部３６は、吐出口３６ａを有している。吐出口３６ａは、供給口３４に対しバレル２０の軸方向に沿う反対側に位置されるとともに、第３の押出機４に接続されている。
【００３９】
押出機用のスクリュ２１は、原料の搬送方向に沿った直線状の軸線を有し、スクリュ本体３７を備えている。本実施形態のスクリュ本体３７は、一本の回転軸３８と、複数の円筒状の筒体３９と、で構成されている。
【００４０】
回転軸３８は、第１の軸部４０および第２の軸部４１を備えている。第１の軸部４０は、バレル２０の一端部の側である回転軸３８の基端に位置している。第１の軸部４０は、継手部４２およびストッパ部４３を含んでいる。継手部４２は、図示しないカップリングを介してモータのような駆動源に連結される。ストッパ部４３は、継手部４２に同軸状に設けられている。ストッパ部４３は、継手部４２よりも径が大きい。
【００４１】
第２の軸部４１は、第１の軸部４０のストッパ部４３の端面から同軸状に延びている。第２の軸部４１は、バレル２０の略全長に亘る長さを有するとともに、ヘッド部３６と向かい合う先端を有している。第１の軸部４０および第２の軸部４１を同軸状に貫通する真っ直ぐな軸線Ｏ１は、回転軸３８の軸方向に水平に延びている。
【００４２】
第２の軸部４１は、ストッパ部４３よりも径が小さいソリッドな円柱状である。図７に示すように、第２の軸部４１の外周面に一対のキー４５ａ，４５ｂが取り付けられている。キー４５ａ，４５ｂは、第２の軸部４１の周方向に１８０°ずれた位置で第２の軸部４１の軸方向に延びている。
【００４３】
図７、図８に示すように、各筒体３９は、第２の軸部４１が同軸状に貫通するように構成されている。筒体３９の内周面に一対のキー溝４９ａ，４９ｂが形成されている。キー溝４９ａ，４９ｂは、筒体３９の周方向に１８０°ずれた位置で筒体３９の軸方向に延びている。
【００４４】
筒体３９は、キー溝４９ａ，４９ｂを第２の軸部４１のキー４５ａ，４５ｂに合わせた状態で第２の軸部４１の先端の方向から第２の軸部４１の上に挿入される。本実施形態では、第２の軸部４１の上に最初に挿入された筒体３９と第１の軸部４０のストッパ部４３の端面との間に第１のカラー４４が介在している。さらに、全ての筒体３９を第２の軸部４１の上に挿入した後、第２の軸部４１の先端面に第２のカラー５１を介して固定ねじ５２がねじ込まれている（図５、図６参照）。
【００４５】
このねじ込みにより、全ての筒体３９が、第１のカラー４４と第２のカラー５１との間で第２の軸部４１の軸方向に締め付けられ、隣り合う筒体３９の端面が隙間なく密着している。
【００４６】
スクリュ本体３７は、スクリュ要素として、原料を搬送するための複数の搬送部８１と、原料の流動を制限するための複数の障壁部８２と、を有している。すなわち、バレル２０の一端部に対応するスクリュ本体３７の基端に複数の搬送部８１が配置され、バレル２０の他端部に対応するスクリュ本体３７の先端に複数の搬送部８１が配置されている。さらに、これら搬送部８１の間において、スクリュ本体３７の基端から先端に向かって、搬送部８１と障壁部８２とが軸方向に交互に並べて配置されている。搬送部８１と障壁部８２とを一組として配置する数により、高分子量ポリマーを低分子量化して低分子量ポリマーとする工程を繰り返す回数が決定される。搬送部８１と障壁部８２とは、一組のみ配置された構成、または複数組が配置された構成のいずれとしてもよい。いずれの場合も、高分子量ポリマーを低分子量化した直後に通路８８（図５、図６参照）を通過させて、高分子量ポリマーおよび低分子量ポリマー（両者を区別しない場合、適宜、「ポリマー」という）を冷却することにより、これらの熱劣化を抑制できる。なお、バレル２０の供給口３４は、スクリュ本体３７の基端の側に配置された搬送部８１に向けて開口している。
【００４７】
回転軸３８は、第１の軸部４０および第２の軸部４１を備えている。第１の軸部４０は、バレル２０の一端部の側である回転軸３８の基端に位置している。第１の軸部４０は、継手部４２およびストッパ部４３を含んでいる。継手部４２は、図示しないカップリングを介してモータのような駆動源に連結される。ストッパ部４３は、継手部４２に同軸状に設けられている。ストッパ部４３は、継手部４２よりも径が大きい。
【００４８】
各搬送部８１は、螺旋状に捩じれたフライト８４を有している。フライト８４は、筒体３９の周方向に沿う外周面から搬送路５３に向けて張り出している。フライト８４は、スクリュ本体３７の基端から見てスクリュ２１が逆時計回りに左回転した時に、当該スクリュ本体３７の基端から先端に向けて原料を搬送するように捩じれている。すなわち、フライト８４は、当該フライト８４の捩じれ方向が右ねじと同じように右に捩じれている。
【００４９】
各障壁部８２は、螺旋状に捩じれたフライト８６を有している。フライト８６は、筒体３９の周方向に沿う外周面から搬送路５３に向けて張り出している。フライト８６は、スクリュ本体３７の基端から見てスクリュ２１が逆時計回りに左回転した時に、スクリュ本体３７の先端から基端に向けて原料を搬送するように捩じれている。すなわち、フライト８６は、当該フライト８６の捩じれ方向が左ねじと同じように左に捩じれており、フライト８４とは逆方向の逆スクリュになっている。
【００５０】
各障壁部８２のフライト８６の捩じれピッチは、搬送部８１のフライト８４の捩じれピッチと同じか、それよりも小さく設定されている。さらに、フライト８４，８６の頂部とバレル２０のシリンダ部３３の内周面との間には、僅かなクリアランスが確保されている。
【００５１】
図５、図６、図９に示すように、スクリュ本体３７は、スクリュ要素として、スクリュ本体３７の軸方向に延びる複数の通路８８を有している。通路８８は、一つの障壁部８２と、当該障壁部８２を挟んだ二つの搬送部８１とを一つのユニットとすると、双方の搬送部８１の筒体３９に各ユニットの障壁部８２を跨いで形成されている。この場合、通路８８は、スクリュ本体３７の軸方向に沿った同一の直線上において、所定の間隔（例えば、等間隔）で一列に整列されている。通路８８は、搬送部８１に挟まれた障壁部８２に設けられ、搬送部８１における低分子量化の間でポリマーを冷却して熱劣化を抑制する。
【００５２】
さらに、通路８８は、筒体３９の内部において、回転軸３８の軸線Ｏ１から偏心した位置に設けられている。言い換えると、通路８８は、軸線Ｏ１から外れており、スクリュ本体３７が回転した時に、軸線Ｏ１の周りを公転するようになっている。
【００５３】
図７に示すように、通路８８は、例えば円形の断面形状を有する孔である。通路８８は、原料の流動のみを許容する中空の空間として構成されている。通路８８の壁面８９は、スクリュ本体３７が回転した時に、軸線Ｏ１を中心に自転することなく軸線Ｏ１の周りを公転する。
【００５４】
通路８８を円形の断面形状を有する孔とする場合、円の直径は、例えば１〜５ｍｍ程度、より好ましくは１〜３ｍｍ程度に設定すればよい。また、通路８８の距離（長さ）は、例えば１５〜９０ｍｍ程度に設定すればよい。原料のポリマーを円滑に通過させ、通過させる際にこれらを冷却するとともに、これらの搬送部８１における充満率を高くする観点から、通路８８の断面の円の直径は１〜３ｍｍが好ましく、通路８８の距離は４０〜６０ｍｍが好ましい。
【００５５】
図１０に示すように、各通路８８は、入口９１、出口９２、通路本体９３を有している。入口９１および出口９２は、通路本体９３により連通されており、一つの障壁部８２の両側に接近して設けられている。別の捉え方をすると、隣り合う二つの障壁部８２の間に隣接した一つの搬送部８１において、入口９１は、当該搬送部８１の下流端の付近の外周面に開口されているとともに、出口９２は、当該搬送部８１の上流端の付近の外周面に開口されている。一つの搬送部８１の外周面において開口されている入口９１と出口９２とは、通路本体９３によって連通されていない。入口９１は障壁部８２を介して隣り合う下流側の搬送部８１の出口９２と連通されており、出口９２は障壁部８２を介して隣り合う上流側の搬送部８１の入口９１と連通されている。
【００５６】
通路８８を通過するときは、スクリュ２１によるせん断力がポリマーに印加されない。これにより、ポリマーに対してせん断力が断続的に加えられるから、ポリマーが熱劣化することを抑制できる。通路８８を通過させる際の冷却効果を高めるため、回転軸３８の軸線Ｏ１に沿って同軸状に延びた冷媒通路（図示せず）を回転軸３８の内部に形成してもよい。冷媒通路を形成する場合、その一端は出口配管につながれており、他端は回転軸３８の先端で液密にふさがれた構造とすることができる。冷媒導入管を冷媒通路の内部に同軸状に挿入してもよい。これにより、冷媒が回転軸３８の軸方向に沿って循環するので、冷媒を利用して通路８８を通過する際に、ポリマーを効率よく冷却することができる。
【００５７】
図１０には、搬送部８１のうちスクリュ本体３７の搬送部８１に対応した箇所の原料の充満率がグラデーション（濃淡）で表されている。すなわち、当該搬送部８１において、色調が濃くなる程に原料の充満率が高くなっている。図１０から明らかなように、搬送部８１において、障壁部８２に近づくに従い原料の充満率が高まっており、障壁部８２の直前で、原料の充満率が１００％となっている。このように、原料溜まりＲの近傍において、充填率が約１００％となっている高分子量ポリマーに、スクリュ２１の回転により高いせん断力が加えられる。これにより、高分子量ポリマーを低分子量化して、メルトブローン法による不織布の製造に使用可能なメルトフローレートを備えた低分子量ポリマーとすることができる。
【００５８】
障壁部８２の直前で、原料の充満率が１００％となる「原料溜まりＲ」が形成される。原料溜まりＲでは、原料の流動が堰き止められたことで、当該原料の圧力が上昇している。圧力が上昇した原料は、図１０に破線の矢印で示すように、搬送部８１の外周面に開口された入口９１から通路８８に連続的に流入し、当該通路８８内を連続的に流動する。搬送方向に沿って原料が充満する長さである充満長は、通路８８と障壁部８２との位置関係によって規定される。
【００５９】
通路８８の口径（内径）によって規定される通路断面積は、シリンダ部３３の径方向に沿う搬送部８１の円環断面積よりも遥かに小さい。別の捉え方をすると、通路８８の口径に基づく広がり領域は、円環形状の搬送路５３の広がり領域よりも遥かに小さい。
【００６０】
図１１に示すように、スクリュ本体３７の内部に複数の通路８８が並行して設けられた構成とすることが好ましい。複数の通路８８を設ける場合、スクリュ本体３７に均等に配置することが好ましい。この構成により、冷却効率を向上させることおよびＭＦＲの小さい低分子量ポリマーを得ることができる。この場合、通路８８の入口９１および出口９２（図８参照）もそれぞれ、スクリュ本体３７の外周面に均等に設けられる。
【００６１】
図１１には、スクリュ本体３７の内部に４つの通路８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄが並行して設けられた例を示している。同図に示すように、複数の通路８８が均等に配置されるとは、スクリュ本体３７の断面の軸線（中心点）Ｏ１と隣り合う通路８８を結ぶ線の角度が等しいことをいう。Ｏ１と隣り合う通路８８を結ぶ線の角度は、通路８８が４つの場合９０°であり、通路８８が２つの場合１８０°である。なお、Ｄ１はスクリュ本体３７の外径を示している。
【００６２】
第２の押出機３に供給された原料は、図９に矢印Ｃで示すように、スクリュ本体３７の基端の側に位置された搬送部８１の外周面に投入される。このとき、スクリュ本体３７の基端から見てスクリュ２１が逆時計回りに左回転すると、搬送部８１のフライト８４は、原料を、図９に実線の矢印で示すように、スクリュ本体３７の先端に向けて連続的に搬送する。
【００６３】
本実施形態では、複数の搬送部８１および複数の障壁部８２がスクリュ本体３７の軸方向に交互に並んでいるとともに、複数の通路８８がスクリュ本体３７の軸方向に間隔を存して並んでいる。このため、供給口３４からスクリュ本体３７に投入された原料は、図９および図１０に矢印で示すように、せん断作用および冷却作用を交互に繰り返し受けながらスクリュ本体３７の基端から先端の方向に連続的に搬送される。
【００６４】
低分子量化の条件として、スクリュ本体３７の回転数、通路８８の内径、距離、せん断作用と冷却作用とを交互に繰り返す回数などが挙げられる。本発明において、搬送を制限する回数は、第２の押出機３に、スクリュ本体３７に挟まれて設けられている障壁部８２の数と同じであり、スクリュ本体３７の間の通路８８が設けられている障壁部８２の数によって規定される。
【００６５】
スクリュ２１は、駆動源からのトルクを受けて回転する。メルトブローン製法に適した低分子量ポリマーを製造するために好適なスクリュ２１の回転数は、スクリュ２１の外径によって異なる。一般に、スクリュ２１の外径が小さくなるにしたがって、好適な回転数が大きくなる傾向にある。外径が３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下のスクリュ２１を用いる場合、スクリュ２１の回転数は、２０００〜６０００ｒｐｍが好ましく、２０００〜４０００ｒｐｍがより好ましい。
【００６６】
本実施形態では、図９に示すように、実線の矢印で示した搬送部８１における原料の搬送方向と、破線の矢印で示した通路８８内における原料の流動方向とが同じである。また、通路８８の入口９１が搬送部８１における下流側（先端側、図９に向かって左側）の端部近傍に設けられ、出口９２は障壁部８２を介して隣り合う下流側の搬送部８１の上流側の端部近傍に設けられている。このように、障壁部８２を跨ぐ通路８８の長さＬ２が短く構成されているから、原料が通路８８を通過する際の流動抵抗が低くなる。したがって、本実施形態の製造方法は、粘度の高い高分子量ポリマーを低分子量化する製造方法として適している。
【００６７】
通路８８の長さＬ２は、当該通路８８が跨ぐ障壁部８２の長さＬ１よりも大きい必要があるが、原料が通路８８を通過する際の流動抵抗を低くする観点から、通路８８が跨いでいる障壁部８２の長さＬ１の２倍以下が好ましく、１．５倍以下がより好ましく、１．３倍以下がさらに好ましい。
【００６８】
そして、スクリュ本体３７の先端に達した原料の高分子量ポリマーは、十分に低分子量化された低分子量ポリマーとなって、吐出口３６ａから第３の押出機４に連続的に供給され、混練物に含まれるガス状物質やその他の揮発成分が混練物から連続的に除去される。
【００６９】
以上説明したように、本実施形態の高せん断加工装置１は、高速回転可能に構成された単軸のスクリュ２１の一部にポリマーを堰き止める障壁部８２が設けられている。そして、障壁部８２に堰き止められた原料溜まりＲの高分子量ポリマーを含む原料が、障壁部８２を跨いで設けられた通路８８を通過する構造を有する単軸押出機である。高せん断加工装置１の上流には二軸押出機等の第１の押出機２が接続されており、第１の押出機２によって溶融混合された樹脂が、高せん断加工装置１に投入される。
【００７０】
高せん断加工装置１のスクリュ２１は、高速回転可能に構成されているため、原料溜まりＲの高分子量ポリマーを含む原料に大きなせん断力を樹脂に与えることができる。ここで、高速回転可能とは、例えば、５０００ｒｐｍ（回転／分間）程度まで回転可能であることをいう。原料溜まりＲにおける通路８８の入口９１付近において、原料が充満状態にあるため、この部分で高分子量ポリマーを含む原料に大きなせん断力が加えられる。よって、高分子量ポリマーの十分な低分子量化を実現するには、障壁部８２を増やし、通路８８の内径を小さくすることが好ましい。ただし、せん断発熱によりポリマーの温度が上昇しすぎると、酸化反応が過剰に進行して低分子量ポリマーの物性に悪影響を及ぼす虞れがある。そこで、適度な大きさの内径を備えた通路８８を通過させて樹脂を冷却して発熱を抑えて、過剰な酸化反応による低分子量ポリマーの熱劣化を抑制している。
【００７１】
（メルトブローン不織布の製造装置）
入手の容易な汎用ポリマーは、通常、重合反応器と呼ばれる大きなタンクにおいてモノマーと触媒を掻き混ぜて、モノマーを重合することにより製造される。この製造方法は、大量生産に向いているため、射出成型や押出成形用途などの製造量の多いグレードのポリマーは、市場で安価に入手することができる。
【００７２】
しかし、メルトブローン不織布の製造に用いられる非常に低粘度の超低粘度ポリマーは、汎用ポリマーに比べて需要が小さいため、大量生産用の重合反応器を用いて超低粘度ポリマーを製造した場合、需要の大きな汎用ポリマーよりも製造に要するコストが高くなる。ゆえに、メルトブローン不織布の原料として使用できるグレードの超低粘度ポリマーの流通量は小さく、また、取引価格も汎用ポリマーに比べて高価である。そこで、安価に入手できる汎用ポリマーを低分子量化して、メルトブローン不織布の製造に用いられる超低粘度ポリマーとすることが検討されている。
【００７３】
汎用ポリマーを低分子量化する方法として、有機過酸化物などの分子量低減剤をポリプロピレン樹脂などの汎用ポリマーに添加し、加熱した押出機を通過させて熱分解する方法が挙げられる（例えば、非特許文献１）。
【００７４】
しかし、過酸化物などの分子量低減剤は、それ自体が反応性の高い物質であるから、分子量低減剤と汎用ポリマーとを迅速かつ均一に混練することが困難である。このため、押出機内の過酸化物の付近だけ汎用ポリマーの分解が進み、低分子量化した後の分子量分布が広がりやすいという問題がある。
【００７５】
また、分子量低減剤を用いる場合、低分子量化は、押出条件だけでなく、分子量低減剤の添加量や混練度にも影響を受けるから、低分子量化後のポリマーの分子量をコントロールすることが技術的に容易ではない。このように分子量のコントロールを連続的に変更することが技術的に難しいから、これまで分子量の調整による不織布の物性調整はなされていなかった。
【００７６】
さらに、汎用ポリマーに分子量低減剤を添加して低分子量化した場合、熱分解の際に分子量低減剤の分解生成物などが生じる。この分解生成物が、メルトブローン法による不織布の製造の際、発煙を生じさせ、作業環境を悪化させる原因になることがある。また、分解生成物はメルトブローン不織布の黄変着色や臭いの原因になるため、分子量低減剤を添加した原料はマスクなどの衛生用品の製造用として適していない。
【００７７】
不織布は用途に応じて原料の入手先が大きく異なる。例えば、農業用の不織布は、マスクほどの純度は要求されない上に大量に使用されるため、高分子量の原料を二軸押出機内で過酸化物により分解した原料を用いて製造される。これに対して、マスクなど人の肌に触れる不織布は、異臭やアレルギー反応を避けるために純度の高い原料を使用する必要がある。このため化学工場の重合反応器で製造されているが、マスク用の原料は生産量が少ないため割高になるうえ、例えば花粉飛散量などの季節的な影響を受けることから、年間を通じた需要変動が大きい。このように、不織布は季節的な需要の変動が大きいことから、同じ原料を用いて異なる用途に適した不織布を製造できる、多品種少量生産に適した不織布の製造装置が求められている。
【００７８】
本発明によれば、特殊なグレードの超低粘度ポリマーではなく、入手が容易な汎用ポリマーの低分子量化と、メルトブローン不織布の形成とを連続して行うことができ、多品種少量生産に適したメルトブローン不織布の製造装置および製造方法を提供することができる。
【００７９】
図１７は、本実施形態の装置１００の構成の概略を示す模式図である。装置１００は、原料のポリマーを低分子量化し、当該低分子量化した低分子量ポリマーを用いてメルトブローン法により不織布を形成するメルトブローン不織布の製造装置である。メルトブローン法とは、ダイのノズルヘッドから押し出される熱可塑性の樹脂を熱風で噴射することにより繊維状に延伸し、コンベア上に集積してその自己融着性によりウェブを形成させる溶融紡糸法である。以下では、メルトブローン法により形成された不織布をメルトブローン不織布といい、適宜、不織布と略記する。
【００８０】
装置１００は、上述した高せん断加工装置１、フィルタ１０２、ギアポンプ１０３、ダイ（メルトブローンダイ）１０４、ノズルヘッド１０５、熱風供給手段１０６、ベルトコンベア１０７、巻き取り装置１０８および粘度測定部１０９を備えている。
【００８１】
高せん断加工装置１（図１、図４、図５および図１０参照）の第２の押出機３は、バレル２０と、スクリュ２１と、を備えている。バレル２０は、真っ直ぐな筒状であって、水平に配置されている。スクリュ２１の回転によって原料の高分子量ポリマーにせん断力を加えて低分子量化して低分子量ポリマーとし、第３の押出機４のヘッド部２７の吐出口２８から、フィルタ１０２およびギアポンプ１０３を介してダイ１０４に供給する。高せん断加工装置１を樹脂供給手段として用いることにより、高分子量ポリマーの低分子量化と、低分子量ポリマーを用いた不織布の形成とを一貫して行うことができる。
【００８２】
高せん断加工装置１を用いることで、分子量低減剤などの添加剤を添加することなく、高分子量ポリマーを低分子量化できる。低分子量化のための添加剤が必要ないことから、不織布の黄変着色や臭いの原因となる添加剤の分解生成物が生じない。このため、装置１００を用いて、医療・衛生用に適した不織布を製造できる。
【００８３】
また、低分子量化の条件としての添加剤の添加量、混練度などを調整する必要がないから、メルトブローン不織布の製造コストを抑制できる。さらに、高せん断加工装置１は、バレル２０の設定温度や、スクリュ２１の回転数を変更することにより低分子量化を制御して、所望の分子量の低分子量ポリマーを製造できるから、さまざまな不織布を開発・製造することが可能である。
【００８４】
フィルタ１０２は、高せん断加工装置１から熱可塑性樹脂などの低分子量ポリマーが供給され、ギアポンプ１０３に送る前に低分子量ポリマーから異物を除去する。ギアポンプ１０３は、低分子量ポリマーに圧力を加えて、所定量の低分子量ポリマーをダイ１０４に対して連続的に供給する。ギアポンプ１０３から供給された低分子量ポリマーは、熱風供給手段１０６から供給された高速空気流などの熱風により、ダイ１０４のノズルヘッド１０５が備える細孔１５１（図１８参照）から、不織布回収用のベルトコンベア１０７に向かって押し出される。
【００８５】
図１８は、ノズルヘッド１０５の部分断面図である。ノズルヘッド１０５の細孔１５１は、図１８のヘッド断面に直角な方向（Ｚ軸方向）に多数並んで配列されており、細孔１５１の両側（Ｘ軸方向両側）に熱風の吹き出し口であるスリット１５２がヘッド断面に直角な方向に沿って設けられている。細孔１５１から押し出された低分子量ポリマーは、両側のスリット１５２から細孔１５１の出口を挟むように吹き出る高速の熱風によって延伸され、細い繊維状となる。このように多数並んだ細孔１５１から出て延伸され、繊維状になった樹脂は、一定速度で走行するベルトコンベア１０７上に集積・搬送されて、不織布となる。ベルトコンベア１０７上の不織布は、巻き取り装置１０８によってロール状に巻き取られる。
【００８６】
ダイ１０４のノズルヘッド１０５から押し出した低分子量ポリマーに、熱風を供給して繊維状に延伸して不織布とする際の条件は、目的とする不織布の性質に応じて適宜設定すればよく、たとえば、ダイの温度２００〜４００℃、熱風の温度２００〜４００℃、熱風の風量５０〜３００Ｎｍ3／ｈｒが挙げられる。
【００８７】
高せん断加工装置１のスクリュ２１（図５、６、９参照）は、高速回転可能に構成されているため、大きなせん断力を高分子量ポリマーに与えることができる。ここで、樹脂は、通路８８の入口９１付近において充満状態にあるため（図１０参照）、この部分で大きなせん断力が加えられる。よって、高分子量ポリマーの十分な低分子量化を実現するには、通路８８の内径を小さくすることが好ましい。ただし、せん断発熱によりポリマーの温度が上昇しすぎると、酸化反応が過剰に進行してポリマーの物性に悪影響を及ぼす虞がある。そこで、適度な大きさの内径を備えた通路８８を通過させることでポリマーを冷却して発熱を抑え、過剰な酸化反応によるポリマーの物性の悪化を防ぎながら低分子量化を制御する。
【００８８】
原料溜まりＲにおいて低分子量化された低分子量ポリマーは、スクリュ２１の内部の軸方向に、障壁部８２を跨いて設けられた通路８８を通過して、第２の押出機３内において第３の押出機４側に移動する。このように、原料溜まりＲの近傍に通路８８を設けることで、低分子量化に続いて通路８８を通過させて、ポリマーを冷却して熱による劣化を抑制できる。
【００８９】
図１７に示すように、高せん断加工装置１を制御する制御部１１６は、スクリュ２１におけるスクリュ本体３７の回転数を設定する回転数設定部１１７および、高せん断加工装置１内の温度を設定する温度設定部（バレル温度設定部）１１８を備えている。このため、スクリュ２１の構成を決めた後、変更が容易なスクリュ２１の回転数およびバレル２０の温度を変更して、分子量の異なる低分子量ポリマーをダイ１０４に供給して、さまざまな用途に適した不織布を製造することができる。
【００９０】
また、装置１００は、高せん断加工装置１とフィルタ１０２との間に、粘度測定部１０９を備えている。粘度測定部１０９は、高せん断加工装置１により低分子量化された低分子量ポリマーの粘度を測定し、制御部１１６に測定結果を送信するものである。このため、粘度測定部１０９により測定した低分子量ポリマーの粘度に基づいて、スクリュ２１の回転数およびバレル２０の温度を調整することができる。また、測定した粘度に基づいて、低分子量ポリマーのＭＦＲを推定することができる。
【００９１】
粘度測定部１０９は、例えば、単管、圧力計および熱電対を用いて構成することができる。この場合、単管の低分子量ポリマーの上流側および下流側の端部にそれぞれ設けられた圧力計により測定した圧力差、熱電対により測定した温度、および押出量に基づいて、低分子量ポリマーの粘度を測定することができる。なお、熱電対は、単管の両端のうちの一方に設ければよい。単管は、直線状、Ｕ字状等の形状のものを用いることができ、両側の端部（入口、出口）にスリットを取り付け、粘度を測定するときにスリットを開ける構成としてもよい。また、粘度測定部１０９が設置される位置は、図１７に示す場所に限られない。例えば、フィルタ１０２とギアポンプ１０３との間に設置してもよい。
【００９２】
以上説明したように、高せん断加工装置１を樹脂供給手段として用いることで、分子量低減剤を含有しない高分子量ポリマーにせん断力を加えて低分子量化した低分子量ポリマーとし、ダイから押し出した低分子量ポリマーに、熱風を供給して繊維状に延伸して不織布として、メルトブローン不織布を製造することができる。したがって、過酸化物の添加量、混練度、分解残渣などを気にせずに、回転速度やバレル温度といった押出条件のみで、汎用ポリマーから低分子量ポリマーを製造することができる。このため、メルトブローン不織布の製造コストが安価に済み、過酸化物などを添加して熱分解する方法と違い、医療・衛生用途にも使用可能なメルトブローン不織布を製造することができる。
【実施例】
【００９３】
実施例の低分子量ポリマーの製造においては、図１〜図１１を参照して実施の形態で説明した装置を用いた。スクリュ有効長（スクリュ長／スクリュ径）４８に対する混練部１２のスクリュ有効長を８に設定した第１の押出機２に供給し、予備的に混練することで溶融状態の原料を生成した。そして、その溶融状態の原料を、第２の押出機３の原料としての高分子量ポリマーを第１の押出機２から第２の押出機３に連続的に供給し、低分子量化して低分子量ポリマーを製造した。【００９４】
実施例１〜５で用いた高せん断加工装置に共通する第２の押出機３の仕様および製造条件を以下に記す。
＜高せん断加工装置＞
バレルユニットのスクリュ径（外径）：４８ｍｍ
バレルユニットのスクリュ有効長（Ｌ／Ｄ）：６．２５〜１８．７５
通路長さ（Ｌ２、図９、図１２参照）：４５ｍｍ
原料供給量：４．８ｋｇ／時間
堰き止め数：１【００９５】
実施例１〜５では、低分子量化に要する時間を短くしてポリマーが熱劣化による酸化を極力受けないようにするため、２つのスクリュ本体３７の間に1つの障壁部８２を跨いで通路８８が設けられた、すなわち障壁部８２（堰き止め数）が１つの高せん断加工装置を用いて低分子量ポリマーを製造した。【００９６】
図１２は、実施例１〜実施例５において用いた高せん断加工装置における第２の押出機３の内部構造を模式的に示した図である。同図に示すように、供給口３４から供給された原料の高分子量ポリマーは、スクリュ本体３７の回転により低分子量化されるとともに、その間の通路８８を通過する際に冷却される。このようにスクリュ本体３７からのせん断力がポリマーに断続的に加えられることで、せん断発熱によるポリマーの熱劣化を抑制できる。【００９７】
＜実施例１＞
以下の装置を用いて、高分子量ポリマーを低分子量化して低分子量ポリマーを製造した。
＜原料＞
高分子量ポリマー
Ｊ１０８Ｍ（商品名、プライムポリマー製、Ｍｗ２５１，０００、低粘度ポリプロピレン）
Ｆ７０４ＮＰ（商品名、プライムポリマー製、Ｍｗ４５１，０００、中粘度ポリプロピレン）
Ｅ１０５ＧＭ（商品名、プライムポリマー製、Ｍｗ１，１３０，０００、高粘度ポリプロピレン）
＜装置＞
高せん断加工装置
通路：断面円形、直径φ２ｍｍ・４個、バレル設定温度１９５℃
回転数：１００、５００、１０００、１５００、２０００、３６００ｒｐｍ【００９８】
製造された低分子量ポリマーについて、高温ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）を用いて測定した単純ポリスチレン換算の重量平均分子量（Ｍｗ）および、メルトフローレート（ＭＦＲ、ＪＩＳ Ｋ７２１０−１（Ｂ法）、加重２．１６ｋｇ、温度２３０℃、以下特記しない場合、この方法による測定値を示す）を表１に示す。
【表１】
0006949342.tif 000002
高せん断加工装置を用いて高分子量ポリマーを低分子量化した低分子量ポリマーを製造することができた。また、スクリュの回転数を変化させることにより、ＭＦＲの異なる低分子量ポリマーを製造することができた。スクリュの回転数を３０００ｒｐｍ以上とすることにより、メルトブローン製法による不織布の製造に適したＭＦＲ５００（ｇ／１０分間）を超える低分子量ポリマーが得られた。【００９９】
＜実施例２＞
＜原料＞
高分子量ポリマー：Ｊ１０８Ｍ
＜装置＞
高せん断加工装置
通路：断面円形、直径φ２ｍｍ・１個
バレル設定温度：９０、１３０、１９５、２３０、２９５℃
回転数：２０００ｒｐｍ【０１００】
製造された低分子量ポリマーのメルトフローレートを測定した結果を表２に示す。
【表２】
0006949342.tif 000003
バレル設定温度を高くすることにより、得られる低分子量ポリマーのＭＦＲが大きくなることが分かった。ただし、高せん断加工装置を用いた場合、ポリマーが装置内に存在する滞留時間が短いから、二軸混練押出装置を用いた場合よりもポリマーに対する熱の影響を抑えることができる。【０１０１】
＜実施例３＞
＜原料＞
高分子量ポリマー：Ｊ１０８Ｍ
＜装置＞
高せん断加工装置
通路：断面円形、直径φ４ｍｍ・１個、直径φ２ｍｍ・１個、直径φ２ｍｍ・４個
バレル設定温度：９０℃、１９５℃
回転数：１００、１０００、２０００ｒｐｍ【０１０２】
得られた低分子量ポリマーのメルトフローレートを測定した結果を表３に示す。
【表３】
0006949342.tif 000004
スクリュの回転数を１０００ｒｐｍ以上とした場合、通路の直径φは２ｍｍのときに４ｍｍよりも、ＭＦＲが大きい低分子量ポリマーを製造することができた。この結果から、通路の断面を円形とする場合、各通路の直径は、バレルユニットのスクリュ径（外径）の１／３２〜１／１６が好ましく、１／２８〜１／２０がより好ましいといえる。また、バレルユニットのスクリュ径（外径）を４５〜５５ｍｍとする場合、各通路の直径は１〜３ｍｍ程度が好ましいといえる。【０１０３】
また、スクリュ本体の内部に直径φ２ｍｍの通路を並行して４つ均等に設けることによって、さらにＭＦＲが大きい低分子量ポリマーを製造できた。直径φ２ｍｍの通路を４個設けることにより、通路の断面積の合計が同程度である直径φ４ｍｍの通路を１個設けた場合と比較して、ＭＦＲが顕著に向上した。このことから、複数の通路を設けることが好ましく、３〜５個の通路を並行に設けることがより好ましいといえる。【０１０４】
＜実施例４＞
＜原料＞
高分子量ポリマー：Ｊ１０８Ｍ
＜装置＞
高せん断加工装置
貫通穴：円形、直径φ２ｍｍ・４個
回転数：２０００、２５００、３０００、３６００ｒｐｍ（回転／分間）
バレル設定温度：１９５℃【０１０５】
図１３は高分子量ポリマーの低分子量化により得られた低分子量ポリマーの粘度を示すグラフである。同図に示すように、スクリュ回転数を３６００ｒｐｍとすることにより、ＭＦＲ５６０（ｇ／１０分間）の低分子量ポリマーを製造できた。本発明の製造方法によって、メルトブローン製法による不織布の製造に好適なＭＦＲ５００以上の低分子量ポリマーを効率よく製造することができた。【０１０６】
得られた低分子量ポリマーの重量平均分子量（Ｍｗ）、数平均分子量（Ｍｎ）および多分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）を以下の表４に示す。
【表４】
0006949342.tif 000005
表４に示すように、高せん断加工装置を用いて製造された低分子量ポリマーは、原料の高分子量ポリマーよりも多分散度が小さくなった。多分散度が小さい低分子量ポリマーは、分子量の小さい低分子量ポリマーを含有する割合が低いため製造中に糸の切断が生じにくい。したがって、メルトブローン製法による不織布の製造用として好適である。【０１０７】
＜実施例５＞
＜原料＞
高分子量ポリマー：Ｅ１０５ＧＭ
＜装置＞
高せん断加工装置
貫通穴：円形、直径φ２ｍｍ・４個
回転数：２０００、２５００、３０００、３６００ｒｐｍ（回転／分間）
バレル設定温度：１９５℃【０１０８】
図１４は高せん断加工装置を用いた低分子量化により得られた低分子量ポリマーの粘度を示すグラフである。得られた低分子量ポリマーの重量平均分子量（Ｍｗ）、数平均分子量（Ｍｎ）および多分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）を以下の表に示す。
【表５】
0006949342.tif 000006
表５に示すように、原料として高粘度ポリプロピレン（Ｅ１０５ＧＭ）を用いた実施例２も、低粘度ポリプロピレン（J１０８Ｍ）を用いた実施例４同様に、多分散度の小さい低分子量ポリマーを製造できた。【０１０９】
＜比較例１＞
実施例１の高せん断加工装置に代えて二軸混練押出装置を用いて、高分子量ポリマーを低分子量化した。
＜原料＞
高分子量ポリマー：Ｊ１０８Ｍ、Ｆ７０４ＮＰ、Ｅ１０５ＧＭ
＜装置＞
二軸混練押出装置（製品名；ＴＥＭ２６二軸混練押出機、東芝機械（株）製）
スクリュ回転数：７５０ｒｐｍ
原料供給量：１０ｋｇ／時間
バレル設定温度：１９５、２５０、３００、３５０℃【０１１０】
得られたポリマーのメルトフローレートを測定した結果を表６に示す。Ｊ１０８Ｍを３５０℃で処理したものは、後述する実施例６同様、校正曲線に基づいて推定したＭＦＲを示す。
【表６】
0006949342.tif 000007
表６に示すように、高せん断加工装置の代わりに二軸混練押出装置を用いて、バレル設定温度を変化させることにより、ＭＦＲの異なる低分子量ポリマーを製造することができた。しかし、二軸混練押出装置を用いた場合、高せん断加工装置よりも低分子量化に要する時間が長くなる。そして、低分子量化の際に通路を通過させてポリマーを冷却することなく、連続的に低分子化が行われる。したがって、低分子量化によって酸化が進み、低分子量ポリマーが熱劣化するという問題がある。【０１１１】
＜比較例２＞
＜原料＞
高分子量ポリマー：Ｊ１０８Ｍ
＜装置＞
二軸混練押出装置（製品名；ＴＥＭ２６二軸混練押出機、東芝機械（株）製）
バレル設定温度：３５０℃
原料供給量：１０ｋｇ／時間
スクリュ回転数：７５０ｒｐｍ【０１１２】
図１５は二軸混練押出装置を用いた低分子量化により得られた低分子量ポリマーの粘度を示すグラフである。同図に示すように、二軸混練押出装置を用いても高分子量ポリマーを低分子量化することができた。しかし、以下に示すように、従来の二軸混練押出装置を用いた場合、実施例の低分子量ポリマーと比較して、低分子量化における熱劣化が大きかった。【０１１３】
＜低分子量ポリマーの酸化度の測定＞
図１６（ａ）は、原料として用いたポリプロピレンならびに、実施例４の３６００ｒｐｍとしたものおよび比較例２の低分子量ポリマーについてＦＴ−ＩＲを測定した結果を示すグラフであり、図１６（ｂ）はＣ−Ｏ伸縮に帰属されるピークを拡大して示すグラフである。酸化の進行度合いを示すＣ−Ｏ伸縮由来のピーク（１０１８．２３、１０４３．７８、９９７．５０ｃｍ-1）の強度を用いて、低分子量ポリマーの熱劣化の程度を評価した結果を表７および表８に示す。【０１１４】
【表７】
0006949342.tif 000008
【０１１５】
【表８】
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【０１１６】
図１６（ａ）、図１６（ｂ）、表７および表８に示されるように、９００から１，３００ｃｍ-1のＣ−Ｏ伸縮由来のピークの比較により、低分子量化によりＣ−Ｏ結合が増加したことが分かる。比較例４の低分子量ポリマーでは、Ｃ−Ｏ伸縮に由来するピークの強度の増加が著しかった。これに対して、実施例４の低分子量ポリマーは、Ｃ−Ｏ伸縮由来のピークの強度が原料よりもやや大きくなってはいるものの、比較例２の低分子量ポリマーよりも十分に小さかった。このように、実施例４の低分子量ポリマーは、比較例２に比べてコントロール（原料の高分子量ポリマー）に対するピーク高さの比が低く、熱劣化によるＣ−Ｏ結合の生成が抑えられたことが分かる。
以上のように、高せん断加工装置を用いることによって、低分子量化における酸化の進行を抑制できることが分かった。この結果は、低分子量化に要する時間が短いこと、およびせん断力を加えるとともに通路を通過させて断続的なせん断力を加えることでポリマーの温度が比較的低い温度に維持できたためと考えられる。【０１１７】
なお、Ｃ−Ｈの伸縮および変角に帰属されるＦＴ−ＩＲのピークは、実施例４と比較例２とで同じように増加していた。このため、Ｃ−Ｃ結合の破断による新たなＣ−Ｈ結合の生成は同程度起こっているといえる。また、Ｃ＝Ｏ伸縮由来の１，８５０から１，６５０ｃｍ-1のピークが認められなかったことから、低分子量化によるＣ＝Ｏ結合は生成していないといえる。【０１１８】
＜実施例６＞
本実施例では、障壁部８２による堰き止め箇所を増やした高せん断加工装置を用いて低分子量ポリマーを製造した。すなわち、通路８８が設けられた障壁部８２を４つ有するスクリュ本体３７を備えた高せん断加工装置および、通路８８が設けられた障壁部８２を７つ有するスクリュ本体３７を備えた高せん断加工装置を用いて低分子量ポリマーを製造した。【０１１９】
＜原料＞
高分子量ポリマー：Ｊ１０８Ｍ
＜装置＞
高せん断加工装置
通路：断面円形、直径φ２ｍｍ・４個
バレル設定温度：３００℃
回転数：３６００ｒｐｍ
原料供給量：１０ｋｇ／時間
堰き止め数：４、７【０１２０】
本実施例の製造方法により製造された低分子量ポリマーは粘度が低く、メルトフローレート（ＭＦＲ）を直接測定することができなかった。そこで、低分子量ポリマーのメルトフローレートは、ポリプロピレンの粘度（ゼロせん断粘度）と、そのメルトフローレートの既知の値に関するデータから作成した校正曲線に基づいて推定した。高せん断加工装置の堰き止め数が、低分子量ポリマーのゼロせん断粘度とメルトフローレートとに与える影響を以下の表に示す。
【表９】
0006949342.tif 000010
※実施例２：通路：断面円形、直径φ２ｍｍ・１個、バレル設定温度：２９５℃、回転数：２０００ｒｐｍ【０１２１】
本実施例の結果から、高せん断加工装置の堰き止め箇所を増やすことにより、ゼロせん断粘度が低い低分子量ポリマーを製造できることが分かった。これは、スクリュ内部でポリマーを堰き止めて充満状態を作り出すことにより、回転速度の増加に伴う非充満状態となる部分の増加を抑制し、ポリマーに大きなせん断応力を加えることができたためと推定される。【０１２２】
また、高せん断加工装置を用いて、汎用ポリマーを原料として、高分子量ポリマーの低分子量化により、メルトブローン不織布の製造に要求される、メルトフローレート５００［ｇ／１０分間］以上、さらにはメルトフローレートが１０００［ｇ／１０分間］を超える低分子量化が可能であることが分かった。【０１２３】
＜実施例７＞
本実施例では、以下の原料および装置を用いて、押出量の影響を調べた。
＜原料＞
高分子量ポリマー：Ｊ１０８Ｍ
＜装置＞
高せん断加工装置
通路：断面円形、直径φ２ｍｍ・４個、
バレル設定温度：３００℃
回転数：３６００ｒｐｍ
原料供給量：１０ｋｇ／時間、５０ｋｇ／時間、１００ｋｇ／時間、
堰き止め数：４【０１２４】
本実施例の低分子量ポリマーは粘度が低かったため、実施例６同様、校正曲線に基づいてメルトフローレートを推定した。高せん断加工装置の押出量が、ゼロせん断粘度とメルトフローレートとに与える影響を以下の表に示す。
【表１０】
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本実施例の結果から、高せん断加工装置の堰き止め箇所の数とは異なり、押出量を増やすことによって、得られる低分子量ポリマーのゼロせん断粘度およびメルトフローレートは略変化しなかった。【０１２５】
＜実施例８＞
高せん断加工装置を用いて、汎用のポリプロピレンであるＪ１０８Ｍ（商品名、プライムポリマー製、Ｍｗ２５１，０００）を低分子量化し、ＭＦＲが１１４８の低分子量ポリマーを製造した。この低分子量ポリマーを用いて、メルトブローン不織布を製造した。メルトブローン不織布の物性目標は、目付１０〜４０ｇ／ｍ2、平均繊維系２μｍ以下とした。【０１２６】
＜高せん断加工装置＞
バレルユニットのスクリュ径（外径）：４８ｍｍ
バレルユニットのスクリュ有効長（Ｌ／Ｄ）：１８．７５
通路：断面円形、直径φ２ｍｍ・４個
通路長さ（Ｌ２、図９参照）：４５ｍｍ
堰き止め数（障壁部の数）：４
＜条件＞
原料供給量：２０ｋｇ／時間
バレル設定温度：３２０℃
スクリュ回転速度：３６００回転／分間【０１２７】
図１９（ａ）は、Ｊ１０７Ｇを高せん断加工装置で低分子量化した低分子量ポリマーを原料として製造したメルトブローン不織布の外観を示す図面代用写真であり、図１９（ｂ）は、電子顕微鏡画像である。メルトブローン不織布の色は良好であり、低分子量化による酸化の影響は少なかった。また、メルトブローン不織布を触った感じは、ざらざらしておらず、しなやかな風合いであっため、樹脂溜まりは発生していなかったといえる。繊維は密集しており隙間は確認されなかった。メルトブローン成形時における吐出ムラや繊維飛散などの不具合も生じなかった。図１９（ｂ）に示す電子顕微鏡画像を見ても、繊維径に大きなばらつきは確認されなかった。製造したメルトブローン不織布の物性値は、目付３０ｇ／ｍ2、平均繊維径１．６μｍであった。【０１２８】
＜実施例９＞
実施例８では、原料供給量２０ｋｇ／時間で低分子量化した低分子量ポリマーを原料としてメルトブローン不織布が製造できることを確認した。しかし、メルトブローン不織布の製造には、２ｋｇ／時間程度での原料供給に対応するメルトブローン装置が用いられることがある。そこで、本実施例では、原料供給を２ｋｇ／時間とした場合に、高せん断部装置の条件の調整により、種々の低分子量ポリマーを製造した。
メルトブローン不織布の製造に適したＭＦＲ５００〜２０００［ｇ／１０分間］の低分子量ポリマーを製造できることを確認した。【０１２９】
＜原料＞
高分子量ポリマー
Ｊ１０７Ｇ（商品名、プライムポリマー製、Ｍｗ２８０，０００、低粘度ポリプロピレン、ＭＦＲ３０［ｇ／１０分間］）
＜高せん断加工装置＞
バレルユニットのスクリュ径（外径）：４８ｍｍ
バレルユニットのスクリュ有効長（Ｌ／Ｄ）：１２．５
通路：断面円形、直径φ２ｍｍ・１個
通路長さ（Ｌ２、図９参照）：４５ｍｍ
堰き止め数（障壁部の数）：４
＜条件＞
原料供給量：２ｋｇ／時間
バレル設定温度：２６０〜３２０℃
スクリュ回転速度：３０００〜５０００回転／分間【０１３０】
表１１に示すように、高せん断加工装置の条件（回転速度およびバレル設定温度）を調整することにより、メルトブローン不織布の製造に適したＭＦＲ５００〜２０００［ｇ／１０分間］の低分子量ポリマーを製造することができた。
【表１１】
0006949342.tif 000012
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
本発明は、過酸化物を加えることなく高分子量ポリマーを低分子量化して低分子量ポリマーとすることができ、例えば、メルトブローン製法に適した低分子量ポリマーの製造に用いることができる。
【符号の説明】
【０１３２】
１：高せん断加工装置  ２：第１の押出機  ３：第２の押出機  ４：第３の押出機  ６：バレル  ７ａ，７ｂ：スクリュ  ８：シリンダ部  ９：供給口  １１：フィード部  １２：混練部  １３：ポンピング部  １４：フライト  １５：ディスク  １６：フライト  ２０：バレル  ２１：スクリュ  ２２：バレル  ２３：ベントスクリュ  ２４：シリンダ部  ２５：ベント口  ２６：真空ポンプ  ２７：ヘッド部  ２８：吐出口  ２９：フライト  ３１：バレルエレメント（バレル）  ３２：貫通孔  ３３：シリンダ部  ３４：供給口  ３５：冷媒通路  ３６：ヘッド部  ３６ａ：吐出口  ３７：スクリュ本体  ３８：回転軸  ３９：筒体  ４０：第１の軸部  ４１：第２の軸部  ４２：継手部  ４３：ストッパ部  ４４：第１のカラー  ４５ａ，４５ｂ：キー  ４９ａ，４９ｂ：キー溝  ５１：第２のカラー  ５２：固定ねじ  ５３：搬送路  ８１：搬送部（スクリュ要素）  ８２：障壁部（スクリュ要素）  ８４，８６：フライト  ８８，８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄ：通路（スクリュ要素）  ８９：壁面  ９１：入口  ９２：出口  ９３：通路本体  Ｏ１：軸線  １００：装置  １０２：フィルタ  １０３：ギアポンプ  １０４：ダイ  １０５：ノズルヘッド  １０６：熱風供給手段  １０７：ベルトコンベア  １０８：巻き取り装置  １０９：粘度測定部  １１６：制御部  １１７：回転数設定部  １１８：温度設定部（バレル温度設定部）  １５１：細孔  １５２：スリット
【要約】
過酸化物などの熱分解反応を促す添加剤を加えることなく、高分子量ポリマーにせん断力を加えることによって、高分子量ポリマーを低分子量化して、低分子量ポリマーを効率的に製造することができる、メルトブローン不織布用に好適な低分子量ポリマーの製造方法およびメルトブローン不織布の製造装置を提供する。スクリュ本体３７の回転によって原料の高分子量ポリマーにせん断力を加えて低分子量化して低分子量ポリマーにするとともに、スクリュ本体３７の内部の軸方向に設けられた通路８８を通過させることによって低分子量ポリマーを冷却する、連続式高せん断加工装置を用いて低分子量ポリマーおよびメルトブローン不織布を製造する。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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