JP2003293253A

JP2003293253A - 粒子含有不織布

Info

Publication number: JP2003293253A
Application number: JP2002099106A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Minemura; 慎一峯村
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2002-04-01
Filing date: 2002-04-01
Publication date: 2003-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】機能性粒子の固定を多量のバインダーを使用し
て強固にすると通気抵抗が大きくなるだけでなく機能性
粒子の機能が充分に発揮しないという問題があった。こ
れらの課題を解決し、かつ使用後も廃棄が容易な方法を
見いだした。【解決手段】本発明は、エレクトレット化された脂肪族
ポリエステルを主体とした不織布中に平均粒径１００〜
１０００μｍの粒子が不織布重量に対して５０〜５００
％含有されている層を有する粒子含有不織布からなり、
さらに、前記脂肪族ポリエステルを主体とした不織布の
熱収縮によって粒子が固定された前記記載の粒子含有不
織布からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機能性粒子を高含
有率で内部に有する不織布に関する。さらに詳しくは、
空気清浄用フィルターや壁紙や建材からの揮発成分を吸
着する建築資材あるいは車両用天井材、防護服などに特
に有用な不織布に関する。

【０００２】

【従来の技術】トルマリン粒子、光触媒粒子、活性炭な
どの機能性粒子を含有あるいは表面に保持する不織布が
衣料、防護服、フィルター、天井材、壁紙、吸音材など
に利用されている。特に、除塵機能を低圧損下で高める
ため、いわゆるエレクトレットフィルターと機能性粒子
の一体化品は産業上用途範囲が広い。一方で使用済み品
の処置も充分考慮せねばならない時代ともなっている。
このような背景の中で生分解性材料と機能性粒子の組み
合わせ方が重要な課題となっている。

【０００３】特開２００１−３３３９７３号公報には生
分解性を有するポリ乳酸繊維を活性炭と一体化する方法
が開示されている。しかしながらバインダーを全繊維重
量の５０％も使用しており、これでは活性炭の吸着性能
を充分生かせているとはいいがたい。

【０００４】また、特開２００１―２２６８６０号公報
には不織布中に機能性粒子を充填し両面から熱融着シー
トでカバーする方法が開示されているが、この方法では
生分解繊維を使用していないので使用後の廃棄性に問題
があるというだけでなく、機能性粒子がきちんとシート
間に固持されていないため使用中の通気抵抗や脱臭性能
が安定しなく、かつ粒子が脱落する心配もあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】これらの機能性粒子含
有不織布の機能を充分に発揮するためには、機能を発揮
させるために流体と機能性粒子の接触性をよくする必要
がある。しかしながら、機能性粒子の固定を多量のバイ
ンダーを使用して強固にすると通気抵抗が大きくなるだ
けでなく機能性粒子の機能が充分に発揮しないという問
題があった。これらの課題を解決し、かつ使用後も廃棄
が容易な方法を見いだした。

【０００６】

【発明を解決するための手段】本発明は、エレクトレッ
ト化された脂肪族ポリエステルを主体とした不織布中に
平均粒径１００〜１０００μｍの粒子が不織布重量に対
して５０〜５００％含有されている層を有する粒子含有
不織布からなり、さらに、前記脂肪族ポリエステルを主
体とした不織布の熱収縮によって粒子が固定された前記
記載の粒子含有不織布からなる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明で用いられる粒子を含有す
る不織布は以下の特性を有することが必要である。ま
ず、本発明において、不織布を構成する素材は、脂肪族
ポリエステルを主成分とすることが必要である。脂肪族
ポリエステルとしては、ポリ乳酸および／またはポリ乳
酸を主体とする熱可塑性樹脂であることが好ましい。ポ
リ乳酸を主体とする熱可塑性樹脂としては、乳酸にε−
カプロラクトンなどの環状ラクトン類、α−ヒドロキシ
酪酸、α−ドロキシイソ酪酸、α−ヒドロキシ吉草酸な
どのα−オキシ酸類、エチレングリコール、１，４−ブ
タンジオールなどのグリコール類、コハク酸、セパチン
酸などのジカルボン酸類が１種あるいは２種以上共重合
されたものを用いることができる。共重合体には、ラン
ダム共重合体および／またはブロック共重合体を用いる
ことができる。また、分子末端にカルボキシル基をもつ
化合物でポリマー分子末端をエステル化処理する事が好
ましく、このことにより熱成形時の安定性を改善するこ
とが可能である。

【０００８】不織布の製造方法や形態は特に規定されな
いが、通常の短繊維をカード処理して、更に機械的交絡
や水流交絡によって不織布化することが可能である。長
繊維の不織布の製造方法であるスパンボンド法やメルト
ブロー法なども繊維の脱落のないリントフリー性が求め
られるフィルター用途に好ましい。また予め帯電させた
フィルム状シートをスプリット後不織布化する方法も可
能である。

【０００９】不織布に静電気集塵力を与える荷電処理
は、通常の直流コロナ処理を用いる事が可能である。印
加する電圧は高い方がより高い静電気力を付与すること
が可能であるが、スパーク等の問題を生じる可能性があ
るため２０ｋＶ前後が好ましい。また紡糸後不織布化す
るまでに帯電化させることも可能である。なお前述した
ようにフィルム状シートをスプリット後不織布化する方
法ではフィルム状態時に荷電しておけば高電荷密度のも
のが作製可能である。また、後述するように機能性粒子
を不織布間に散布し、ある程度シート化した後、荷電処
理することも当然可能である。

【００１０】荷電処理時間は、５〜３０秒程度が一般的
であるが、時間が長すぎてもあまり性能差がなく、適当
な処理時間を選択することが可能である。通常の処理す
る温度は２０℃前後の室温からポリマーの融点の間の温
度を適用することが可能であるが、脂肪族ポリエステル
では、高温で処理したほど高温での静電気力の安定性が
向上するため５０〜１３０℃くらいの温度で処理を行う
のが好ましい。

【００１１】不織布の目付は、５〜１２０ｇ／ｍ²であ
ることが好ましい。目付が高すぎると、フィルターとし
て使用した場合の圧力損失が大きくなったり、嵩高にな
りすぎて好ましくない。

【００１２】粒子を含有する層となる不織布は粒子とあ
まり強く接着していないことが望ましい。すなわち、本
発明の粒子を含有する層の不織布は、不織布中の粒子の
面内方向の移動を抑制する目的で利用される。構成する
繊維が粒子と強く接着されると、粒子の表面が繊維に覆
われてしまい粒子の機能発現を妨げられるため好ましく
ない。また、接着が強すぎると不織布全体の風合いが非
常に硬い物となってしまい用途が限定されてしまいあま
り好ましくない。

【００１３】機能性粒子の脱落の防止は、機能性粒子を
含有する不織布の繊維の収縮によって、より強固に３次
元的に絡み繊維と接触することで実用上問題ないレベル
になる。この方法であれば接着性繊維あるいはは接着性
ポリマー粒子あるいはそれらのいずれかの使用量も大幅
に削減もしくは使用しなくてよくなる。接着成分を使用
する場合でも全繊維重量の２０重量％以下、または機能
性粒子に対して２０重量％以下で充分である。使用可能
な接着成分は芯鞘構造の繊維、および粉末ホットメルト
バインダー等があげられる。粉末ホットメルトバインダ
ーを使用する場合は予め機能性粒子と混合しておけばよ
り強固な接着力が期待できる。

【００１４】次に不織布の厚みは０．２〜３．０ｍｍで
あることが必要である。厚みが０．２ｍｍより小さいと
粒子を高含有率保持するための空間を作ることが不可能
であり好ましくない。厚みが３ｍｍより大きいと、機能
性粒子が不織布内で移動するのを抑制しにくいため好ま
しくない。

【００１５】さらに、粒子を含有する不織布は充填率が
０．０１〜０．１５ｇ／ｃｃ程度がよい。さらに好まし
くは、充填密度が０．０２〜０．１０ｇ／ｃｃの間にあ
ることである。充填密度が小さいほど粒子を大量に含有
することができるため好ましい。ただし充填率が０．０
１ｇ／ｃｃよりあまり小さくなると不織布の外荷重に対
する圧縮あるいは引張変形抵抗が小さくなり不織布の形
態を保持することが難しくなるのであまり好ましくな
い。充填密度が０．１５ｇ／ｃｃより大きいと、粒子を
大量に含有することが難しく、通気抵抗も高くなり好ま
しくない。

【００１６】不織布に含有される粒子の種類は、活性炭
や光触媒粒子、トルマリン粒子など機能性を有する物で
あればよい。珪藻土などの非球形の異形の粒子を圧縮変
形抵抗を高くするために含有させることも好ましい形態
の一つである。キャビンフィルターや溶剤回収などのフ
ィルター用途に用いる場合には活性炭を１００〜６００
ｇ／ｍ²を含有させることが好ましい。また、粒子は、
球形でなくても良いが、不織布中に含有される粒子は球
相当平均直径１００〜１０００μｍの平均粒子径を持つ
ことが好ましい。球相当粒子径とは、粒子と同じ体積を
有する球の直径を意味する。粒子径が１００μｍより小
さいと不織布の開孔から粒子が落下しやすくなるので好
ましくない。粒子が１０００μｍより大きいと粒子を不
織布中に均一にばらまくのが難しくなったり、不織布を
折り曲げるときに、粒子が不織布を破る等の問題を生じ
ることがあり、あまり好ましくない。

【００１７】また、粒子は不織布繊維成分重量に対して
５０〜６００％含有されていることが好ましい。粒子を
より多く含有することで粒子の機能をより効果的に発現
させることが可能となる。しかしながら、粒子含有率が
６００％を越えると粒子の移動を拘束する繊維の量が少
なくなるため粒子脱落の可能性が高くなったり、不織布
を折り曲げにくくなるなどの問題を生じやすい。

【００１８】本発明の粒子含有不織布の少なくとも片面
にカバーシートを張り合わせてあることが粒子の脱落を
防止したり、成形性を向上させるなどの目的で実施する
ことができる。

【００１９】本発明の不織布の片面に更にエレクトレッ
ト化された不織布を積層し、除塵機能をより強化する事
もエアーフィルター用途や防護服などに利用する場合に
好ましい。また、不織布からの粒子や粒子が摩耗したり
割れたりした物を捕集して脱落防止する効果も期待でき
る。本発明の不織布を製造する好ましい形態の一つとし
て以下の方法があげられる。まず、粒子を内部に含有さ
せる適当な開孔を有する不織布上に、平均直径１００〜
１０００μｍの微粒子を不織布重量に対して５０〜６０
０％の重量分を定量落下させて後、振動あるいは剪断，
伸張などの外力を加えて粒子を不織布内部に浸透させた
後、熱処理にて繊維を収縮させ一体化することが好まし
い。

【００２０】粒子の供給方法は特に不織布に適当な振動
与えたり、変形な変形を与えることで粒子が不織布内部
まで均一に分散させることが可能となる。粒子の落下方
法は特に規定されないがロータリーフィーダーなどで付
与するのが効率的である。

【００２１】不織布の予熱あるいは熱接着繊維の溶融手
段の一つとして、赤外線ヒータあるいは遠赤外線ヒータ
を用いることが好ましい。赤外線ヒータあるいは遠赤外
線ヒータを用いることより、不織布を均一に加熱するこ
とが可能となり、剥離の問題の生じにくい積層体とする
ことができる。不織布表面付近の温度は使用している脂
肪族ポリエステル繊維の少なくともガラス転移点以上で
ある必要がある。たとえばポリ乳酸であれば７０℃以上
に加熱することが目安になる。上述のバインダーを使用
している場合はバインダー成分の融点以上で熱処理する
のが好ましい。このようにすることで脂肪族ポリエステ
ル繊維成分が熱収縮し、より強固に機能性粒子成分を固
持可能となる。予め荷電処理された不織布を使用する場
合は熱収縮度はエレクトレット化された電荷が失われな
い程度にする必要がある。いずれにしてもあまり収縮度
をあげては実用上通気抵抗が大きくなりすぎたり、強度
的にも不安定になるので１０％以内の収縮率に抑えるの
が好ましい。

【００２２】以下本発明を実施例によって更に詳細に説
明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもので
はなく、前・後記の趣旨に沿って設計変更することはい
ずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。

【００２３】尚、実施例中の数値は以下のような方法で
測定した値である。実施例（還元比粘度）溶媒をクロロホルムとして、試料ポリマ
ーを０．５ｇ／ｄｌ秤量し、溶かした試料溶液により、
ウベローデ粘度計を用い測定した。（酸価）試料ポリマーをクロロホルム／メタノール（体
積比１：１）混合溶媒に溶解し、この溶液をナトリウム
メトキシド／メタノール溶液で滴定することにより測定
した。（目付）３０ｃｍ各の正方形に不織布を切り出し重量を
測定した後、１ｍ²あたりに換算した。（平均繊維径）不織布の表面像を走査型電子顕微鏡で１
５００倍の倍率で撮影した。繊維断面が円形であると仮
定して、各繊維側面の端部間の距離を測定して繊維径と
した。１００本の繊維をランダムに選んで測定を実施
し、算術平均した値を平均繊維径（μｍ）とした。（除塵効率）室温の空気を１０ｃｍ／秒で不織布を通過
させ、入口側および出口側の０．３〜０．５μｍの大気
塵をダスト粒子濃度（個／ｃｃ）を光散乱方式の粒子濃
度計により測定し、以下の式により除塵効率を測定し
た。除塵効率(%)＝（１−（（出口濃度）／（入口濃
度）））×１００（厚み）荷重１８０ｇｆ／ｃｍ²の圧力を加えた時の値（シート充填率、嵩密度）シート充填密度（ｇ／ｃｃ）＝シート目付／シート厚み［シート厚みは１８０ｇｆ／ｃｍ²の荷重下での値］（生分解試験）サンプルに対して土中埋設試験を行っ
た。試験方法はサンプルを深さ１０ｃｍのところに６ヶ
月間埋めて、その後外観で分解状態を評価した。

【００２４】実施例１メルトブロー法により得られた還元比粘度が１．５２、
酸価が１６（ｅｑ／１０3ｋｇ）の分子末端カルボキシ
ル基をラウリルアルコールでエステル化したポリ乳酸よ
りなる目付３５ｇ／ｍ²、厚み１．２ｍｍ、充填率０．
０３、平均繊維径１０μｍの不織布に２０ＫＶの電界を
かけ帯電不織布とした。この不織布の上より、ロータリ
ーフィーダーにより平均粒径０．４ｍｍの活性炭粒子を
２００ｇ／ｍ²になるように落下させた。その後、フェ
ルトカレンダーにて８０℃、線圧１．５ｋｇ／ｃｍで約
１５秒プレスした。この不織布から通気抵抗測定用のサ
ンプルを切り出したが断面からの粒子の脱落はほとんど
なかった。特に一般にバインダーと呼ばれるものは使用
していないが、接着性は実用上全く問題ないレベルのも
のである。また、完成したシートの除塵特性を調査した
ところ除塵機能は活性炭を散布する前のエレクトレット
化した不織布の特性からほとんど低下していないことも
わかった。当然ながら活性炭の吸着特性もトルエンガス
を使用しＪＩＳ１４７４法で調査したがほとんど吸着特
性が低下していないことも確認できた。更に、使用後の
不織布を土中への埋設試験を実施した結果、ポリ乳酸に
生分解があるため分解する速度も非常に速いものである
こともわかった。

【００２５】実施例２還元比粘度が１．５２、酸価が１６（ｅｑ／１０3ｋ
ｇ）の分子末端カルボキシル基をラウリルアルコールで
エステル化したポリ乳酸繊維（繊度：３ｄｔｅｘ、繊維
長：６４ｍｍ）よりなる４０ｇ／ｍ²のウェッブを３０
メッシュのスクリーン上で水流ジェットにより絡合せし
め、厚み１．０ｍｍの不織布を得た。この不織布は水流
交絡時に油剤が充分除去され、残留油剤付着量は０．０
１％以下であった。この不織布に２０ＫＶの電界をかけ
帯電不織布とした。このシート上に実施例１に記載した
同様の処方で活性炭を散布し不織布中に活性炭が絡むよ
うに３次元構造体を形成させた。その後、フェルトカレ
ンダーにて８０℃、線圧１．５ｋｇ／ｃｍで約１５秒プ
レスした。この不織布から通気抵抗測定用のサンプルを
切り出したが断面からの粒子の脱落はほとんどなかっ
た。特に一般にバインダーと呼ばれるものは使用してい
ないが、接着性は実用上全く問題ないレベルのものであ
る。ここでも完成したシートの除塵特性を調査したとこ
ろ除塵機能は活性炭を散布する前のエレクトレット化し
た不織布の特性からほとんと低下していないこともわか
った。当然ながら活性炭の吸着特性もトルエンガスを使
用しＪＩＳ１４７４法で調査したがほとんど吸着特性が
低下していないことも確認できた。また、使用後の不織
布を土中への埋設試験を実施した結果、ポリ乳酸に生分
解があるため分解する速度も非常に速いものであること
もわかった。

【００２６】比較例１ポリプロピレン繊維（繊度：３ｄｔｅｘ、繊維長：６４
ｍｍ）よりなる４０ｇ／ｍ²のウェッブを３０メッシュ
のスクリーン上で水流ジェットにより絡合せしめ、厚み
１．０ｍｍの不織布を得た。この不織布は水流交絡時に
油剤が充分除去され、残留油剤付着量は０．０１％以下
であった。この不織布に２０ＫＶの電界をかけ帯電不織
布とした。このシート上に実施例１に記載した同様の処
方で活性炭を散布し不織布中に活性炭が絡むように３次
元構造体を形成させた。その後、フェルトカレンダーに
て８０℃、線圧１．５ｋｇ／ｃｍで約１５秒プレスし
た。この不織布から通気抵抗測定用のサンプルを切り出
したが断面からの粒子の脱落はかなり多かった。実用上
は使用できないレベルのものである。また、使用後の不
織布を土中への埋設試験を実施した結果、分解せずに廃
棄性の非常に悪いものであった。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の不織布は機能
性粒子がエレクトレット化された不織布中に固持され、
かつ粒子の脱落も実用上問題ないものを提供できるもの
である。更には、廃棄性に極めて優れたものであり従来
技術と比較し産業上の利用性は大である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ０３Ｃ 3/28 Ｂ０３Ｃ 3/28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エレクトレット化された脂肪族ポリエス
テルを主体とした不織布中に平均粒径１００〜１０００
μｍの粒子が不織布重量に対して５０〜５００％含有さ
れている層を有する粒子含有不織布。
【請求項２】前記脂肪族ポリエステルを主体とした不織
布の熱収縮によって粒子が固定された請求項１に記載の
粒子含有不織布。