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JP2017133120A - 不織布、ならびにそれを具備する集塵フィルタ、微生物または生物組織の培地、およびコスメティック用品 - Google Patents

不織布、ならびにそれを具備する集塵フィルタ、微生物または生物組織の培地、およびコスメティック用品 Download PDF

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Taichi Nakamura
太一 中村
貴義 山口
Takayoshi Yamaguchi
貴義 山口
住田　寛人
Hiroto Sumita
寛人 住田
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Abstract

【課題】様々な用途に利用することができる、強度に優れる不織布を提供する。
【解決手段】不織布は、平均繊維径Ｄaveを有する繊維を含み、前記繊維同士の融合部を複数有し、第１主面およびその反対側の第２主面を有する不織布である。前記第１主面の第１基準面積当たりに観測される前記融合部の平均数Ｎhは、６個以上であり、前記平均繊維径Ｄaveは１０ｎｍ以上３μｍ以下であり、前記第１基準面積は５００μｍ2である。前記第１基準面積当たりに観測される前記融合部のうちの７０％以上において、前記融合部の最大長さＬmaxと前記平均繊維径Ｄaveとは、Ｌmax≧Ｄaveを満たすことが好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、繊維同士が融合した融合部を有する不織布、およびそれを用いた集塵フィルタ、微生物または生物組織の培地およびコスメティック用品に関する。
不織布は、繊維間に連続する空隙が形成されており、例えば、大きな表面積、高い通気性や高い浸透性を有するため、集塵フィルタ、医療用途、化粧品用途など、様々な用途に利用されている。例えば、特許文献１では、フェイスマスクなどのコスメティック用品に不織布を用いることが提案されている。また、特許文献２では、不織布を、生物種を培養するための培地に利用することが提案されている。
一般に、不織布中に多くの空隙を確保すると、表面積を大きく、通気性や浸透性を高めることができるものの、強度（機械的強度）は低下する。
特許文献３では、ナノファイバを用いたフィルタの強度を高め、圧力損失を低減する観点から、エアフィルタ用の不織布として、基材となる不織布Ａとナノファイバ不織布層Ｂとの複合不織布Ｃを、接着剤が付与された不織布Ｄに積層することが提案されている。
特開２０１２−２１０７９０号公報 特開２０１２−２００１５２号公報 特開２０１４−１１４５２１号公報
しかし、不織布の強度を高めるため、不織布の単位面積当たりの質量を大きくすると、集塵フィルタ用途では、圧力損失が大きくなる。そのため、不織布の単位面積当たりの質量を単純に大きくするだけでは、ある程度強度を高めることができても、用途が限定されてしまう。例えば、培地用途やシートマスク（フェイスマスクなど）などのコスメティック用途では、単位面積当たりの質量を大きくすることで強度を高めると、表面積が小さくなるため、培養効率が損なわれたり、美容液や化粧水などの浸透性が損なわれたりする。
このように、各用途に必要な特性を保持しながら、不織布の強度を高めることは従来困難であった。
本発明の目的は、様々な用途に利用することができる、強度に優れる不織布を提供することである。
本発明の一局面は、平均繊維径Ｄaveを有する繊維を含み、前記繊維同士の融合部を複数有し、第１主面およびその反対側の第２主面を有する不織布であって、
前記第１主面の第１基準面積当たりに観測される前記融合部の平均数Ｎhは、６個以上であり、
前記平均繊維径Ｄaveは１０ｎｍ以上３μｍ以下であり、
前記第１基準面積は５００μｍ2である、不織布に関する。
本発明の他の局面は、
多孔質基材層と、
前記多孔質基材層に積層された前記平均繊維径Ｄaveより小さい平均繊維径を有する繊維を含む繊維層と、
前記繊維層を介して前記多孔質基材層に積層された上記の不織布と、を具備する、集塵フィルタに関する。
本発明のさらに他の局面は、不織布を具備する微生物または生物組織の培地であって、
前記不織布は、平均繊維径Ｄaveを有する繊維を含み、前記繊維同士の融合部を複数有し、第１主面およびその反対側の第２主面を有し、
前記第１主面の第１基準面積当たりに観測される前記融合部の平均数Ｎhは、６個以上であり、
前記平均繊維径Ｄaveは０．８μｍ以上３μｍ以下であり、
前記第１基準面積は５００μｍ2である、微生物または生物組織の培地に関する。
本発明の別の局面は、不織布を具備するコスメティック用品であって、
前記不織布は、平均繊維径Ｄaveを有する繊維を含み、前記繊維同士の融合部を複数有し、第１主面およびその反対側の第２主面を有し、
前記第１主面の第１基準面積当たりに観測される前記融合部の平均数Ｎhは、６個以上であり、
前記平均繊維径Ｄaveは１０ｎｍ以上８００ｎｍ以下であり、
前記第１基準面積は５００μｍ2である、コスメティック用品に関する。
本発明によれば、強度に優れ、様々な用途に利用できる不織布を提供できる。
本発明の一実施形態に係る不織布を製造するための製造装置の一例の構成を概略的に示す図である。 実施例１で得られた不織布の第１主面側から撮影した走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。 実施例１で得られた不織布を基材層から剥離する際の写真である。
［不織布］
本発明に係る不織布は、平均繊維径Ｄaveを有する繊維を含み、繊維同士の融合部を複数有し、第１主面およびその反対側の第２主面を有する。第１主面の第１基準面積当たりに観測される融合部の平均数Ｎhは、６個以上であり、平均繊維径Ｄaveは１０ｎｍ以上３μｍ以下である。なお、第１基準面積は５００μｍ2である。
不織布は、繊維間に形成される連続空隙により、大きな表面積、高い通気性や液体の浸透性などを有し、様々な用途に利用されている。連続空隙が多く（繊維が粗に）なると、表面積は大きく、通気性や浸透性は高くなるが、不織布の強度（機械的強度）は低下する。しかし、不織布の単位面積当たりの質量を大きくすると、強度は高まるものの、繊維が密になることで、連続空隙が少なくなるため、各用途に必要な性能が得られなくなる。例えば、圧力損失が大きくなるため、集塵フィルタ用途に適さなくなる。
本発明では、平均繊維径Ｄaveが１０ｎｍ〜３μｍの繊維を含む不織布において、繊維同士の融合部を、不織布の第１主面の第１基準面積（５００μｍ2）当たりの平均数Ｎhで
６個以上形成する。このように、融合部を多く形成することで、高い強度を確保することができる一方、不織布の繊維間には、多くの連続空隙を確保できる。そのため、様々な用途に必要な特性、例えば、大きな表面積、通気性、浸透性などを保持しながらも、不織布の強度を高めることができる。例えば、集塵フィルタ用途では、高い強度と低い圧力損失とを両立できる。
なお、融合部とは、不織布を構成する繊維同士が、例えば、溶着（ｗｅｌｄｉｎｇ）や融着（ｆｕｓｉｏｎ）などにより融合して一体化した部分であり、溶着や融着により形成される状態と同様の状態を有する。
融合部の平均数Ｎhは、例えば、不織布の第１主面側から撮影したＳＥＭ画像において、第１主面の所定面積を有する複数（例えば、１０箇所）の領域について融合部の個数をカウントして合計し、第１基準面積当たりの個数に換算することにより求めることができる。なお、平均数Ｎhを求める際には、融合部は、不織布を第１主面側から見たときに、繊維同士が一体化していることが明確に確認できる範囲でカウントすればよい。
平均繊維径Ｄaveとは、繊維の直径の平均値である。繊維の直径とは、第１主面の法線方向から見たときの、繊維の長さ方向に対して垂直な方向の幅である。平均繊維径Ｄaveは、例えば、不織布に含まれる任意の１０本の繊維の任意の箇所（融合部を除く）の直径の平均値である。
第１基準面積当たりに観測される融合部のうちの７０％以上において、融合部の最大長さＬmaxと平均繊維径Ｄaveとは、Ｌmax≧Ｄaveを満たすことが好ましい。このように、大きな融合部が形成されることで、不織布の強度をさらに高めることができる。
なお、融合部の最大長さＬmaxとは、第１主面を法線方向から見たときの融合部の最大長さである。また、Ｌmax≧Ｄaveを満たす融合部の割合（％）は、任意の複数（例えば、１０箇所）の領域について算出した平均値である。
不織布の第１主面に対して垂直な断面の第２基準面積当たりに観測される融合部の平均数Ｎpは、Ｎp＞Ｎhを満たすことが好ましい。ここで、第２基準面積は５００μｍ2である。このように、第１主面に対する法線方向における融合部の数が、面方向における融合部の数に比較して多いことで、法線方向における強度を高めることができ、法線方向における繊維同士の剥離を抑制することができる。また、不織布の面方向における伸縮性も確保し易い。
融合部の平均数Ｎpは、例えば、不織布の第１主面に対して垂直な断面のＳＥＭ画像において、平均数Ｎhの場合と同様にして求めることができる。平均数Ｎpを求める際には、融合部は、上記の断面から見たときに、繊維同士が一体化していることが明確に確認できる範囲でカウントすればよい。
以下に不織布の構成についてより具体的に説明する。
不織布を構成する繊維（第１繊維）の材質は、特に限定されず、例えば、ポリアミド（ＰＡ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリサルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、ポリプロピレン、ポリエステル（ポリ乳酸、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）など）、ポリウレタン（ＰＵ）、セルロース誘導体等のポリマーが挙げられる。これらのポリマーには、それぞれ、単独重合体および共重合体の双方が含まれる。繊維は、これらの材質を一種含んでもよく、二種以上含んでもよい。材質は、不織布の用途に応じて選択すればよい。不織布の強度を高め易い観点からは、これらの材質のうち、ＰＳ、および／またはＰＵが好ましい。中でも、ＰＵは、自己融着性を示し、多くの融合部が形成され易いため好ましい。
不織布は、電界紡糸法により形成される。より具体的には、繊維の原料液を、電界紡糸機構のノズルから放出させて繊維化し、基材層の主面に堆積させることにより形成される。このとき、繊維同士が接触している部分において、繊維同士の材料が相互に拡散し合って、一体化することにより、融合部が形成される。すなわち、繊維の形状が定まらず、部分的に流動性を有する状態で融合部が形成される。融合部の数は、例えば、原料液の固形分濃度、紡糸する際の湿度、温度、および／または電場の強度を調節することにより、調節することができる。これらの条件については、後述する不織布の製造方法の項目においてより詳細に説明する。
繊維の平均繊維径Ｄaveは、１０ｎｍ以上であればよく、５０ｎｍ以上または１００ｎｍ以上であってもよく、７００ｎｍ以上（例えば、８００ｎｍ以上）または１μｍ以上であってもよい。平均繊維径Ｄaveは、３μｍ以下であればよく、２．５μｍ以下（例えば、２μｍ以下）または８００ｎｍ以下であってもよい。これらの下限値と上限値とは任意に組み合わせることができる。平均繊維径Ｄaveは、例えば、１０ｎｍ〜２．５μｍ、１０ｎｍ〜２μｍ、７００ｎｍ〜３μｍ、７００ｎｍ〜２．５μｍ、８００ｎｍ〜３μｍ、１〜３μｍ、１０〜８００ｎｍ、５０〜８００ｎｍ、または１００〜８００ｎｍなどであってもよい
繊維が、このような平均繊維径を有することで、繊維の集合体である不織布としての強度を確保し易くなることに加え、不織布において繊維間に多くの連続空隙を形成し易くなる。また、基材層や保護層を積層して積層不織布としなくても、不織布のみで自立膜を構成し易い。
平均繊維径Ｄaveは、用途に応じて上記の範囲から適宜選択してもよい。不織布は、例えば、集塵フィルタ用途では、集塵層として用いる極細繊維層としても用いることができる。他にも、集塵層として用いる極細繊維層を保護する層（保護層）としても用いることができる。その場合の平均繊維径Ｄaveは、前者の極細繊維層の繊維であれば、例えば１０〜８００ｎｍの範囲から適宜決定でき、後者の保護層の繊維であれば、例えば５００ｎｍ〜３μｍの範囲から適宜決定できる。微生物または生物組織の培地用途では、平均繊維径Ｄaveは、例えば、８００ｎｍ〜３μｍまたは１〜３μｍなどであってもよい。このような平均繊維径Ｄaveを有する不織布を用いた培地は、医療・製薬分野の研究開発向け用途にも適している。コスメティック用品用途では、平均繊維径Ｄaveは、例えば、１０〜８００ｎｍであり、１００〜８００ｎｍであってもよい。
不織布は、第１主面およびその反対側の第２主面を有する。第１主面は、通常、電界紡糸法により形成される際の上面、すなわち、繊維の堆積方向の上側の主面（基材層とは反対側の主面）である。
第１主面の第１基準面積（５００μｍ2）当たりに観測される融合部の平均数Ｎhは、６個以上であり、８個以上であることが好ましい。融合部の平均数Ｎhの上限は特に制限されないが、面方向においてある程度の伸びを確保し易い観点からは、５０個以下であることが好ましい。融合部の平均数Ｎhが６個未満であると、不織布の強度が不十分となり、自立膜を形成し難い。
不織布の強度をさらに高める観点からは、融合部はある程度の大きさを有することが好ましい。このような観点から、第１主面の第１基準面積（５００μｍ2）当たりに観測される融合部のうちの７０％以上（好ましくは８０％以上）において、融合部の最大長さＬmaxと平均繊維径Ｄaveとが、Ｌmax≧０．８Ｄaveであることが好ましく、Ｌmax≧Ｄaveを満たすことがさらに好ましい。
電界紡糸法では、電極上に配した基材層の主面に、原料液から紡糸された繊維が堆積されることで不織布が形成される。紡糸直後の繊維は、基材層の主面に堆積した段階で極少量残存していた溶媒が速やかに揮発していくが、繊維の堆積が進むと揮発が追いつかず、溶媒残存量が増えてくる。これにより、残存溶媒を介した繊維同士が溶解することで融合部を形成し易くなる。
不織布の厚み方向における断面（つまり、不織布の第１主面に対して垂直な断面）において、第２基準面積（５００μｍ2）当たりに観測される融合部の平均数Ｎpは、Ｎp＞Ｎhを満たすことが好ましく、Ｎp≧１．５ＮhまたはＮp≧２Ｎhを満たすことがさらに好ましい。ＮpとＮhとがこのような関係を満たす場合、不織布の厚み方向における強度を高めることができる。本発明において、面方向よりも厚み方向において結合部が多くなるように制御できる。その理由の詳細は定かではないが、不織布を作製する際に、基材層上に面方向に載置される繊維は、同じ電荷に帯電しているため、帯電状態を制御することで、重なり合い難くすることができる。一方、厚み方向に堆積される繊維は、接触する下層の繊維との間の斥力よりも繊維の重力の影響を受けやすい。よって、繊維が厚み方向に重なり合う融合部を相対的に形成し易くなると考えられる。
不織布の厚みは、用途に応じて、例えば、１〜３００μｍの範囲から適宜選択でき、１０〜２００μｍであってもよい。不織布の厚みが５０μｍ以上である場合には、高い強度が得られ易い。そのため、基材層および／または保護層を積層せずに自立膜として不織布を利用することもできる。
なお、本明細書中、不織布の厚みとは、例えば、不織布の任意の複数箇所（例えば、１０箇所）について計測した厚みの平均値である。不織布の厚みは、不織布の２つの主面の間の距離を言う。不織布の厚みは、具体的には、不織布の断面写真において、不織布の一方の主面上にある任意の１地点から他方の主面まで、一方の表面に対して垂直な線を引いたとき、この線上にある繊維のうち、最も離れた位置にある２本の繊維の外側の間の距離として求められる。他の任意の複数地点（例えば、９地点）についても同様にして不織布の厚みを計測し、これらを平均化した数値を、不織布の厚みとする。
不織布の単位面積当たりの質量は、用途に応じて、例えば、０．１〜５００ｇ／ｍ2の範囲から選択できる。本発明では、不織布が多くの融合部を含むため、不織布の単位面積当たりの質量が１．５ｇ／ｍ2以上と比較的小さくても、不織布の強度を高めることができ、不織布を自立膜として利用することもできる。
［不織布の製造方法］
不織布（第１不織布）は、繊維の原料液を電界紡糸（エレクトロスピニング）法により紡糸して、得られる繊維を基材層上に堆積させ、融合部を形成することにより製造できる。
以下に各工程についてより具体的に説明する。
（電界紡糸工程）
電界紡糸工程では、基材層の一方の主面に、原料液を電界紡糸して、繊維を堆積させることにより、不織布（第１不織布）を製造する。電界紡糸では、原料液に、高電圧を印加し、電荷をもった原料液をノズルから吐出することにより、繊維が生成する。
繊維の原料としては、繊維の材質として例示した各種ポリマーが使用される。また、原料として、これらのポリマーの前駆体を用いてもよい。例えば、繊維をＰＩで構成する場合には、ポリアミド酸などのＰＩ前駆体を原料として用いてもよい。
原料液は、繊維の原料に加え、通常、溶媒を含む。溶媒としては、繊維の原料を溶解し、揮発などにより除去可能なものであれば特に制限されず、原料の種類や製造条件に応じて、水および有機溶媒から適宜選択して使用できる。溶媒としては、非プロトン性の極性有機溶媒が好ましい。このような溶媒としては、例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）などのアミド（鎖状または環状アミドなど）；ジメチルスルホキシドなどのスルホキシドなどが挙げられる。これらの溶媒は一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。ＰＳやＰＵなどの原料を溶解し易く、電界紡糸し易い観点からは、ＤＭＡｃ、ＤＭＦなどのアミドが好ましい。
原料液は、必要に応じて、公知の添加剤を含むことができる。
繊維の原料を含む溶液を原料液として用いて不織布を形成する場合、繊維に溶媒を残存させた状態で、繊維を堆積させると、繊維同士の接触点で、残存した溶媒の作用により繊維同士が溶着して融合部が形成される。融合部の数やサイズ、融合部の分布状態を制御する上では、原料液の固形分濃度や紡糸する際の湿度の調節が重要である。
原料液の固形分濃度は、溶媒や繊維の原料の種類に応じて調節できるが、例えば、５〜５０質量％であり、１０〜３０質量％であることが好ましい。
紡糸する際の湿度は、例えば、２０〜８０％Ｒｈであり、３０〜５０％Ｒｈであることが好ましい。
また、融合部を形成する際に、溶媒を繊維に適度に残存させた状態とするため、温度を調節することも有効である。紡糸空間の温度を、例えば、２０〜５０℃とすることが好ましく、２５〜３５℃としてもよい。
紡糸された繊維の帯電率や堆積される際の溶媒の残存量を調節する観点から、電界紡糸時の電場の強度を調節することも好ましい。電場の強度は、例えば、原料液を放出するノズルと、繊維を堆積させる基材層（コレクタ部）との間の距離を調節することにより調節できる。ノズルとコレクタ部との間の距離は、例えば、１００〜６００ｍｍであり、２００〜３００ｍｍであることが好ましい。
電界紡糸により得られた不織布は、ヒータなどを用いて乾燥される。この乾燥処理により、繊維に残存する溶媒が除去される。このとき、繊維同士が溶媒を介して溶解した状態の接触点において溶媒が除去されることで、繊維同士が一体化された融合部が形成される。乾燥は、電界紡糸工程において行ってもよく、電界紡糸工程とは別の工程（乾燥工程）として行ってもよい。
乾燥温度は、繊維の材質や溶媒の種類に応じて適宜選択でき、例えば、２０〜１５０℃であり、４０〜１００℃であることが好ましい。
不織布を基材層上に形成する場合、基材層としては、樹脂フィルムなどを用いてもよいが、不織布（第２不織布）などの多孔質基材層であることが好ましい。第２不織布に含まれる繊維（第２繊維）の材質は特に限定されず、例えば、ガラス繊維、セルロース、アクリル樹脂、ポリオレフィン、ポリエステル、ＰＡなどが挙げられる。ポリオレフィンとしては、ＰＰ、ポリエチレンなどが例示される。ポリエステルとしては、例えば、ＰＥＴ、ポリブチレンテレフタレートなどが挙げられる。第２繊維は、これらの材質を一種含んでもよく、二種以上含んでもよい。形状保持の観点からは、これらの材質のうち、セルロース、ポリエステル、および／またはＰＡが好ましい。
第２繊維の平均繊維径は特に限定されず、例えば、１μｍ以上、４００μｍ以下である。
第２不織布としては、例えば、スパンボンド法、乾式法（例えば、エアレイド法）、湿式法、メルトブロー法、ニードルパンチ法等により製造されたものが使用される。
第２不織布の厚みは、例えば、５０〜５００μｍである。
基材層として、離型性を有するシートを用いて不織布（第１不織布）を形成し、基材から剥離してもよい。
積層不織布を作製する場合には、必要に応じて、圧着工程を設けてもよい。圧着工程では、例えば、基材層と第１不織布とを含む積層物を厚み方向に圧縮することにより各層間を圧着させることができる。圧着は、ローラなどの公知の圧着部材を用いて行うことができる。
不織布（第１不織布）は、例えば、製造ラインの上流から下流に基材層（第２不織布）を搬送し、搬送される基材の主面に不織布（第１不織布）を形成する製造装置により製造することができる。このような製造装置は、例えば、（１）製造ラインに基材層を供給する基材層供給部、（２）第１繊維の原料を含む原料液を電界紡糸することにより、第１繊維を生成させ、基材層に堆積させて第１不織布を形成する電界紡糸機構を備えており、さらに（３）乾燥ユニットを備えていてもよい。また、製造装置は、（４）基材層と第１不織布とを含む積層物を圧着させる圧着部、を備えていてもよい。なお、基材層として、離型性を有するシートを用いる場合には、形成された第１不織布から基材層を剥離させてもよい。
以下、図１を参照しながら、不織布の製造装置について説明するが、以下の製造装置は、本発明を限定するものではない。図１は、不織布の製造装置の一例の構成を概略的に示す図である。図１では、基材層１と、不織布（第１不織布）２とがこの順序で積層された積層不織布１０が形成される場合を示している。
まず、基材層１を準備し、製造装置２００の製造ラインの上流から下流に搬送する。製造装置２００の最上流には、ローラ状に捲回された基材層１を内部に収容した基材層供給部２０１が設けられている。基材層供給部２０１は、モータ１３により供給リール１２を回転させて、供給リール１２に捲回された基材層１を製造ラインの搬送ローラ１１に供給する。
基材層１は、搬送ローラ１１により、電界紡糸ユニット（図示せず）を備える電界紡糸装置２０２に搬送される。電界紡糸ユニットが具備する電界紡糸機構は、装置内の上方に設置された、第１繊維の原料を含む原料液を放出するための放出体（ノズル）２３と、放出された原料液をプラスに帯電させる帯電手段（後述参照）と、放出体２３と対向するように配置された基材層１を上流側から下流側に搬送する搬送コンベア２１と、を備えている。搬送コンベア２１は、基材層１とともに、第１繊維２Ｆを収集するコレクタ部として機能する。なお、電界紡糸ユニットの台数は、特に限定されるものではなく、１台でも２台以上でもよい。
電界紡糸ユニットおよび／または放出体２３が複数ある場合、必要に応じて、電界紡糸ユニットごと、あるいは、放出体２３ごとに、形成される第１繊維２Ｆの平均繊維径を変化させても良い。第１繊維２Ｆの平均繊維径は、原料液の吐出圧力、印加電圧、原料液の濃度、放出体２３と基材層１との距離、温度、湿度などを調整することにより、変化させることができる。
放出体２３の基材層１の主面と対向する側には、原料液の放出口（図示せず）が複数箇所設けられている。放出体２３は、電界紡糸ユニットの上方に設置された、基材層１の搬送方向と平行な第１支持体２４から下方に延びる第２支持体２５により、自身の長手方向が基材層１の主面と平行になるように支持されている。第１支持体２４は、放出体２３を基材層１の搬送方向とは垂直な方向に揺動させるように、可動であっても良い。
帯電手段は、放出体２３に電圧を印加する電圧印加装置２６と、搬送コンベア２１と平行に設置された対電極２７とで構成されている。対電極２７は接地（グランド）されている。これにより、放出体２３と対電極２７との間には、電圧印加装置２６により印加される電圧に応じた電位差（例えば２０ｋＶ〜２００ｋＶ）を設けることができる。なお、帯電手段の構成は、特に限定されない。例えば、対電極２７はマイナスに帯電されていても良い。また、対電極２７を設ける代わりに、搬送コンベア２１のベルト部分を導体から構成してもよい。
放出体２３は、導体で構成されており、長尺の形状を有し、その内部は中空になっている。中空部は原料液２２を収容する収容部となる。原料液２２は、放出体２３の中空部と連通するポンプ２８の圧力により、原料液タンク２９から放出体２３の中空に供給される。そして、原料液２２は、ポンプ２８の圧力により、放出口から基材層１の主面に向かって放出される。放出された原料液２２は、帯電した状態で放出体２３と基材層１との間の空間（生成空間）を移動中に静電爆発を起し、繊維状物（第１繊維２Ｆ）を生成する。生成した第１繊維２Ｆは、基材層１の主面に堆積し、第１不織布２を形成する。
電界紡糸機構は、上記の構成に限定されない。所定の繊維の生成空間において、原料液２２から静電気力により第１繊維２Ｆを生成させ、生成した第１繊維２Ｆを基材層１の主面に堆積させることができる機構であれば、特に限定なく用いることができる。ノズルは、特に制限されず、例えば、放出体２３の長手方向に垂直な断面の形状が上方から下方に向かって次第に小さくなる形状であるＶ型ノズルや、ニードル型ノズルなどであってもよい。
第１不織布２は、電界紡糸装置２０２内において乾燥して第１繊維２Ｆに残存する溶媒を除去してもよいが、電界紡糸装置２０２に続く乾燥ユニット２０４で乾燥してもよい。このような乾燥処理により融合部が形成される。乾燥ユニット２０４は、ヒータ４２を備えているが、この場合に限らず、減圧下で乾燥するものであってもよい。
次いで、圧着部２０５において、基材層１に第１不織布２を積層した積層物を、圧着部２０５が備える上下に配置された一対の加圧ローラ５３（５３ａおよび５３ｂ）の間に挟んで押圧する。これにより、積層不織布１０が形成される。
最後に、圧着部２０５から積層不織布１０を搬出し、ローラ６１を経由して、より下流側に配置されている回収装置２０６に搬送する。回収装置２０６は、例えば、搬送されてくる積層不織布１０を捲き取る回収リール６２を内蔵している。回収リール６２はモータ６３により回転駆動される。
なお、基材層１として離型性シートを用いた場合には、圧着部２０５で得られる積層不織布１０から、基材層１を剥離させて回収リールなどで捲きとって回収するとともに、基材層１から剥離させた第１不織布２を圧着部２０５から搬出して回収装置２０６で回収すればよい。
本発明に係る不織布は、多くの連続空隙を有するとともに、強度に優れているため、様々な用途に利用できる。不織布は、特に、集塵フィルタ、微生物または生物組織の培地、シートマスクなどのコスメティック用品に適している。
［集塵フィルタ］
集塵フィルタは、上記の不織布（第１不織布）だけで形成してもよく、多孔質基材層と、多孔質基材層上に積層された第１不織布とを含んでもよい。多孔質基材層は、骨材で集塵機能をほとんど有さないことが多い。集塵フィルタが第１不織布を含むことで、圧力損失を抑制しながら、ダストを捕捉することができる。また、多孔質基材層と、第１不織布との間には、平均繊維径Ｄaveより小さい平均繊維径を有する繊維を含む繊維層を設けてもよい。このような繊維層を含む場合には、より小さなダストを繊維層で捕捉することができる。また、多孔質基材層と、多孔質基材層に積層された第１不織布と、第１不織布に積層された保護層とで集塵フィルタを形成してもよい。この場合、第１不織布は、前述のように極細繊維で形成される。
各層の間は必要に応じて接着剤を用いて接着してもよい。
繊維層を構成する繊維（第３繊維）の材質は、第１繊維について例示したものから適宜選択できる。繊維層は、第１不織布の場合に準じて、電界紡糸法により形成できる。ただし、繊維層では、第１不織布の場合のような融合部は必ずしも形成されている必要はなく、形成されている場合でもその数が少なくてもよい。
第３繊維の平均繊維径は、原料液の吐出圧力、印加電圧、原料液の濃度、放出体と基材層との距離、温度、湿度などを調整することにより、調節すればよい。第３繊維の平均繊維径は、Ｄaveよりも小さければよく、例えば、５ｎｍ以上９００ｎｍ以下の範囲から適宜選択でき、１０ｎｍ以上５００ｎｍ未満であってもよい。繊維層を設ける場合、第１不織布は、第３繊維を保護する層として機能し、第１不織布の平均繊維径Ｄaveは、第３繊維の平均繊維径に応じて、前述のように５００ｎｍ〜３μｍの範囲から適宜決定すればよい。
集塵フィルタを、多孔質基材層と、第１不織布と、保護層との積層体で構成する場合、第１不織布の平均繊維径Ｄaveは、前述のように、１０〜８００ｎｍの範囲から適宜決定できる。保護層は、第４繊維を含む第３不織布で構成できる。第４繊維の材質は特に限定されず、第２繊維について例示した材質から適宜選択できる。帯電され易い観点からは、ＰＰが好ましい。
第４繊維の平均繊維径は、特に限定されないが、平均繊維径Ｄaveより大きくしてもよい。第４繊維の平均繊維径は、例えば、５００ｎｍ以上、２０μｍ以下であり、１μｍ以上、２０μｍ以下としてもよい。
第３不織布の製造方法は特に限定されず、第２不織布で例示した方法が同じく例示できる。なかでも、集塵フィルタとして適する繊維径の細い不織布が形成され易い点で、第３不織布は、メルトブロー法により製造されることが好ましい。
［微生物または生物組織の培地］
上記の不織布（第１不織布）は、微生物や生物組織を培養するための培地（培養のための足場）としても利用できる。従来、培地としては、カンテンやゼラチンなどの培地が利用されてきた。しかし、このような従来の培地では、面方向における培養はできるものの、三次元的に培養することは難しい。
第１不織布は、多くの連続空隙を有するため、三次元的な培養を行うことができる。また、養分を含む液体やゲル状の培地を第１不織布に多量に含浸させることもできる。さらに、第１不織布は高い強度を有しながら、ある程度の面方向への伸縮性も有することから実用性にも優れている。
［コスメティック用品］
不織布を用いたコスメティック用品は、例えば、化粧水や美容液などを含浸させて、顔全体、または顔や体（手足など）の一部を覆うためのシートマスク（またはシートパック）などとして利用されている。このような用途では、不織布に、化粧水や美容液の含浸性が高く、肌へのなじみがよく、肌へ貼り付けたり肌から剥がしたりする際の強度が高いことなどが求められる。第１不織布は、多くの連続空隙を含むため、化粧水や美容液などの液体の含浸性が高い。また、融合部を多く含むことで、強度にも優れている。そのため、第１不織布は、シートマスク（例えば、フェイスマスクなど）などのコスメティック用品としての利用にも適している。
特に、第１不織布において、融合部の平均数Ｎpが、平均数Ｎhよりも多い場合には、強度を確保しながらも、面方向における融合部の数が少ないことで肌に対する摩擦を小さくすることができる。よって、このような第１不織布は、特に、シートマスクなどのコスメティック用品に適している。このような用途では、Ｎp≧１．５ＮhまたはＮp≧２Ｎhであることがより好ましい。
以下、本発明を実施例および比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
実施例１
（１）不織布の作製
基材層としてセルロースを主体とする不織布（厚み：３００μｍ、平均繊維径：１５μｍ、単位面積当たりの質量：４２ｇ／ｍ2）を準備した。
図１に示すような製造システムを用いて、搬送される基材層に第１繊維を堆積させて第１不織布を形成することにより積層不織布を得た。第１繊維の原料液としては、ＰＵを２０質量％含むＤＭＡｃ溶液を用いた。第１不織布の平均繊維径Ｄaveは０．８μｍ、平均厚みは２０μｍ、単位面積当たりの平均の質量は１０ｇ／ｍ2であった。
第１不織布の基材層とは反対側の主面（第１主面）側からＳＥＭ画像を撮影し、融合部の平均数Ｎhを既述の手順で求めたところ、８個であった。図２に第１主面側から撮影したＳＥＭ画像を示す。図２において丸で囲んだ部分が融合部である。
また、第１不織布の第１主面と垂直な断面におけるＳＥＭ画像を撮影し、融合部の平均数ＮpおよびＬmaxを既述の手順で求めたところ、それぞれ２０個および１μｍであった。
（２）強度の評価
（ａ）テープ剥離試験
上記（１）で得られた積層不織布の第１不織布の第１主面に、粘着力５Ｎ／ｃｍの粘着テープを貼り付け、粘着テープの一方の端部を持ち上げて、剥離角１８０°で剥離させた。このとき、粘着テープのみが剥がれて、第１不織布は基材層上に残った状態で第１不織布の剥離は見られなかった。このことから、第１不織布は、５Ｎ／ｃｍより大きな引き剥がし強度を有していると言うことができ、高い強度が得られることが分かる。
（ｂ）第１不織布の剥離試験
基材層として、ＰＥＴ製のフィルムを用いたこと以外は、上記（１）と同様にして積層不織布を得た。そして、第１不織布を基材層から剥離する際の第１不織布の破断の程度を確認した。第１不織布を基材層から剥離する際の写真を図３に示す。図３に示されるように、第１不織布を基材層から剥離する際には、第１不織布を引っ張る方向に沿って皺ができるほど強い力で引っ張っているが、第１不織布の破断は見られず、高い強度を有することが分かる。
実施例２
（１）不織布の作製
基材層としてセルロースを主体とする不織布（厚み：３００μｍ、平均繊維径：１５μｍ、単位面積当たりの質量：４２ｇ／ｍ2）を準備した。
図１に示す製造装置において、基材層供給装置２０１と電界紡糸装置２０２との間に、電界紡糸装置２０２と同じような電界紡糸装置を有するとともに、この電界紡糸装置と電界紡糸装置２０２との間に接着剤散布装置を有する製造装置を用いて、三層構造の積層不織布を作製した。
より具体的には、搬送される基材層に、ＰＥＳを２０質量％濃度で含むＤＭＡｃ溶液を原料液として用いて第３繊維を堆積させて繊維層を形成した。得られた繊維層上に、接着剤（ポリエステル系ホットメルト樹脂）を散布し、次いで実施例１と同様の条件で第１繊維を堆積させて第１不織布を形成することにより積層物を形成した。第１繊維の原料液としては、ＰＵを２０質量％含むＤＭＡｃ溶液を用いた。繊維層の平均繊維径は、２００ｎｍであり、平均厚みは１０μｍであった。第１不織布の平均繊維径Ｄaveは８００ｎｍであり、平均厚みは１５０μｍであった。得られた積層物を加熱して接着剤を溶融させ、次いで、一対の加圧ローラの間に積層物を供給して、厚み方向に押圧することにより圧着させることにより、積層不織布を得た。圧着の圧力は５ｋＰａとした。
（２）圧力損失
上記（１）で得られた積層不織布を縦１２ｃｍ×横１２ｃｍのサイズに裁断し、サンプルとした。このサンプルに、大気粉塵を、面風速５．３ｃｍ／ｓｅｃで吸引させた。このときのサンプルの上流側の空気圧Ｐ0と下流側の空気圧Ｐ1とを測定し、圧力損失（＝Ｐ0−Ｐ1）を算出したところ、３５Ｐａと、一般的な５０Ｐａに比べて低い圧力損失を示した。なお、空気圧の測定には、ＪＩＳ Ｂ ９９０８形式１（計数法）の規格に準拠して、マノメータを使用した。
実施例３
（１）不織布の作製
基材層としてセルロースを主体とする不織布（厚み：３００μｍ、平均繊維径：１５μｍ、単位面積当たりの質量：４２ｇ／ｍ2）を準備した。
図１に示すような製造システムを用いて、搬送される基材層に第１繊維を堆積させて第１不織布を形成することにより積層不織布を得た。第１繊維の原料液としては、ＰＵを２０質量％含むＤＭＡｃ溶液を用いた。第１不織布の平均繊維径Ｄaveは２００ｎｍ、平均厚みは２０μｍであった。
（２）評価
得られた積層不織布を５ｃｍ×５ｃｍのサイズに裁断し、市販の美容液を含浸させて、シートマスクを作製した。第１不織布側の表面が頬に接触するように、シートマスクを頬に貼り付けた。５分後、シートマスクを頬から剥離した。シートマスクは、貼り付けたり剥離したりする際の肌に感じる抵抗が少なく、肌触りに優れていた。また、シートマスクを頬から剥離した後の頬の表面には、繊維の残存は見られず、強度に優れていた。
本発明の不織布は、空気清浄機や空調機の集塵フィルタや濾材、微生物または生物組織の培養のための培地（足場）、シートマスクなどのコスメティック用品などとして利用することができる。これらの他、不織布は、液体用のフィルタ、電池用の分離シート、燃料電池用のメンブレン、妊娠検査シート等の体外検査シート、医療用シート、防塵マスク等の防塵布や防塵服、塵を拭き取る拭取シート等としても利用できる。
１：基材層、２Ｆ：第１繊維、２：第１不織布、１０：積層不織布、１１：搬送ローラ、１２：供給リール、１３：モータ、２１、３１：搬送コンベア、２２：原料液、２３：放出体、２４：第１支持体、２５：第２支持体、２６：電圧印加装置、２７：対電極、２８：ポンプ、２９：原料液タンク、４１：搬送ローラ、４２：ヒータ、５１：搬送ローラ、５２：第２供給リール、５３、５３ａ、５３ｂ：加圧ローラ、６１：ローラ、６２：回収リール、６３：モータ、２００：製造装置（製造システム）、２０１：基材層供給部、２０２：電界紡糸装置、２０４：乾燥ユニット、２０５：圧着部、２０６：回収装置

Claims (7)

  1. 平均繊維径Ｄaveを有する繊維を含み、前記繊維同士の融合部を複数有し、第１主面およびその反対側の第２主面を有する不織布であって、
    前記第１主面の第１基準面積当たりに観測される前記融合部の平均数Ｎhは、６個以上であり、
    前記平均繊維径Ｄaveは１０ｎｍ以上３μｍ以下であり、
    前記第１基準面積は５００μｍ2である、不織布。
  2. 前記第１基準面積当たりに観測される前記融合部のうちの７０％以上において、前記融合部の最大長さＬmaxと前記平均繊維径Ｄaveとは、Ｌmax≧Ｄaveを満たす、請求項１に記載の不織布。
  3. 前記不織布の前記第１主面に対して垂直な断面の第２基準面積当たりに観測される前記融合部の平均数Ｎpは、Ｎp＞Ｎhを満たし、
    前記第２基準面積は５００μｍ2である、請求項１または２に記載の不織布。
  4. Ｎp≧２Ｎhを満たす、請求項３に記載の不織布。
  5. 多孔質基材層と、
    前記多孔質基材層に積層された前記平均繊維径Ｄaveより小さい平均繊維径を有する繊維を含む繊維層と、
    前記繊維層を介して前記多孔質基材層に積層された請求項１〜４のいずれか１項に記載の不織布と、を具備する、集塵フィルタ。
  6. 不織布を具備する微生物または生物組織の培地であって、
    前記不織布は、平均繊維径Ｄaveを有する繊維を含み、前記繊維同士の融合部を複数有し、第１主面およびその反対側の第２主面を有し、
    前記第１主面の第１基準面積当たりに観測される前記融合部の平均数Ｎhは、６個以上であり、
    前記平均繊維径Ｄaveは８００ｎｍ以上３μｍ以下であり、
    前記第１基準面積は５００μｍ2である、微生物または生物組織の培地。
  7. 不織布を具備するコスメティック用品であって、
    前記不織布は、平均繊維径Ｄaveを有する繊維を含み、前記繊維同士の融合部を複数有し、第１主面およびその反対側の第２主面を有し、
    前記第１主面の第１基準面積当たりに観測される前記融合部の平均数Ｎhは、６個以上であり、
    前記平均繊維径Ｄaveは１０ｎｍ以上８００ｎｍ以下であり、
    前記第１基準面積は５００μｍ2である、コスメティック用品。
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