JP6158117B2

JP6158117B2 - 不織布断熱材

Info

Publication number: JP6158117B2
Application number: JP2014038217A
Authority: JP
Inventors: 公昭延谷; 剛士山本
Original assignee: アンビック株式会社
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2017-07-05
Anticipated expiration: 2034-02-28
Also published as: JP2015161049A

Description

本発明は、不織布断熱材に関する。さらに詳しくは、長繊維で構成される不織布断熱材に関する。

断熱材は、衣料材料、建築材料、土木材料、乗り物材料など様々な分野で使用されている。従来からポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維などを用いた断熱材は知られている。例えば特許文献１には長繊維と短繊維を組み合わせた不織布シートが提案されている。

特表２００６−５０６５５１号公報

しかし、前記特許文献１で提案されている従来品は、断熱性に問題があり、さらに単繊維を使用していることから脱落繊維が発生しやすいという問題があり、これらの改善が求められていた。

本発明は、前記従来の問題を解決するため、断熱性が高く、脱落繊維が発生しにくい断熱材を提供する。

本発明の不織布断熱材は、長繊維で構成される不織布断熱材であって、前記長繊維は相対的に繊度の太い繊維と相対的に繊度の細い繊維を含み、前記太い繊維の繊度分布中心は、前記細い繊維の繊度分布中心の２倍以上あり、前記相対的に繊度の太い繊維と相対的に繊度の細い繊維は螺旋状に絡み合った繊維束であり、前記太い繊維と前記細い繊維は融点が異なり、太い繊維は相対的に融点が高く、不織布内で太い繊維は骨格となりへたりを防止して嵩高で保形性を有することを特徴とする。
本発明の不織布断熱材の製造方法は、前記の不織布断熱材の製造方法であって、融点の異なる少なくとも２種類のポリマーを紡糸口金から溶融押し出しし、前記紡糸口金の近傍に位置するガスロットからの放射状に放出した圧空によって前記紡糸口金の前方に吹き飛ばし、空気抵抗によりカルマン渦状に繊維が絡み合うことにより繊維束を形成し、繊維集合体にし、これをシート状にすることを特徴とする。

本発明は、長繊維で構成され、前記長繊維は相対的に繊度の太い繊維と相対的に繊度の細い繊維を含み、前記太い繊維の繊度分布中心は、前記細い繊維の繊度分布中心の２倍以上あり、前記相対的に繊度の太い繊維と相対的に繊度の細い繊維を螺旋状に絡み合った繊維束とすることにより、高い断熱性と嵩高性を有し、かつ短繊維の脱落問題もなく、コストも安い。すなわち、相対的に繊度の太い繊維と相対的に繊度の細い繊維が形成する繊維束は圧力が加わっても潰れない微小空間が多いので高い断熱性を有し、太い繊維は骨格となりへたりを防止して嵩高で保形性の高いシートが形成でき、太い繊維と細い繊維の交点が接着したり絡み合ったりすることで強度、嵩高さ及び高い断熱性を発揮できる。

図１Ａ-Ｂは本発明の一実施例で得られた長繊維不織布の構成繊維走査型電子顕微鏡(SEM日立走査型顕微鏡Ｓ−２６００Ｎ,倍率300倍)の写真である。図２は本発明の一実施例で紡糸し、絡み合って螺旋状に空気中を飛翔する繊維束の高速度カメラ（米国製ＶｉｓｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈ社製ＰｈａｎｔｏｍＭｉｒｏｅＸ４）の静止写真である。図３Ａは本発明の一実施例で得られた長繊維不織布の模式的断面図、図３Ｂは本発明の別の実施例の長繊維不織布の模式的断面図である。図４Ａは本発明の一実施例で使用する紡糸機の模式的説明図、図４Ｂ−Ｄは防糸口金部の模式的断面説明図である。図５Ａは本発明の一実施例の断熱性測定装置の説明図である。図６は本発明の実施例と比較例の厚み１０ｍｍ時の断熱性比較グラフである。図７は本発明の実施例と比較例の厚み１５ｍｍ時の断熱性比較グラフである。

本発明は、長繊維で構成される不織布である。長繊維はメルトブロー法で製造できる。メルトブロー法の製造コストは安い。メルトブロー法にエレクトロスピンニング法を併用してもよい。長繊維は相対的に繊度の太い繊維と相対的に繊度の細い繊維を含み、太い繊維の繊度分布中心は、細い繊維の繊度分布中心の２倍以上である。メルトブロー法及び／又はエレクトロスピンニング法で製造される繊維は繊度は不均一であるが、細い繊維は繊度分布中心で１０μｍ以下が好ましい。より好ましくは、５．０μｍ以下であり、とくに好ましくは、３．０μｍ以下である。繊度分布中心は、走査型電子顕微鏡(SEM)による倍率３００〜３０００倍の写真により観察し、測定数５０個の計測による中心値である。

細い繊維は、非分割繊維であるのが好ましい。すなわち、メルトブロー法及び／又はエレクトロスピンニング法で製造される繊維の状態であり、分割処理などをしない繊維である。分割繊維を分割処理しても、繊維が束状となった繊維束となるが、繊維の長手方向に平行な繊維から形成されており、繊維同士の絡み合いはない。また、コストが高くなる問題がある。

太い繊維と細い繊維は融点が異なり、太い繊維は相対的に融点が高いことが好ましい。不織布内で太い繊維は骨格となりへたりを防止して嵩高で保形性の高いシートを形成するためである。

不織布を構成する繊維の材料は熱可塑性であれば特に制限はなく、一般的な樹脂が用いられる。例えば、ポリエステルまたはその共重合体もしくはこれらの混合物などの熱可塑性樹脂、具体的には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）、ポリトリメチレンテレフタレート（PTMT）、またイソフタル酸やフタル酸等の重合物、ポリアミドまたはその共重合体もしくはこれらの混合物であってもよく、またポリオレフィンまたはその共重合体もしくはこれらの混合物であってもよい。例えば、ポリエチレン（PE）、ポリプロピレン（PP）、α−オレフィン、エチレンなどをランダム共重合したポリプロピレンなどであってもよい。また、ポリエステル系樹脂またはポリアミド系樹脂、オレフィン系樹脂を混合した樹脂からなってもよい。また、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリ乳酸、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミドイミド、ポリアセタールなどの熱可塑性樹脂からなってもよい。

太い繊維はポリエステルが好ましい。ポリエステルはポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリトリメチレンテレフタレート(PTMT)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等がある。この中でもPET,PBTが好ましい。

本発明の長繊維不織布の少なくとも一表面には、毛羽立ち防止層が形成されているのが好ましい。このようにすると表面繊維の毛羽立ちや引っかかりを防ぐことができ、取扱い性が良好となる。毛羽立ち防止層は、熱圧着層、毛焼き層、樹脂層など表面加工によるものや、織物、編み物、スパンボンド不織布などを表面に置き一体化させた、いかなる層であっても良い。長繊維不織布と毛羽立ち防止層との一体化は、厚さ方向の溶融孔、熱ラミネート加工、フレームラミネート加工、接着材による加工、水流交絡等がある。スパンボンド不織布を採用する場合は、厚さ方向の溶融孔で一体化するのが好ましい。スパンボンド不織布の単位面積当たりの重量（目付）は５〜１００ｇ／ｍ²が好ましく、さらに好ましくは１０〜５０ｇ／ｍ²である。また、厚さ方向の溶融孔は高周波ローラを用いたピンソニック加工により形成できる。

本発明の長繊維不織布の目付は１０〜１００００ｇ／ｍ²が好ましく、さらに好ましくは５０〜５０００ｇ／ｍ²、とくに好ましくは１００〜１０００ｇ／ｍ²である。見掛け密度は０．００１〜０．３０ｇ／ｃｍ³が好ましく、さらに好ましくは０．００５〜０．２０ｇ／ｃｍ³、とくに好ましくは０．０１〜０．１０ｇ／ｃｍ³である。

次に本発明の長繊維不織布の製造方法について説明する。長繊維不織布は、融点の異なる少なくとも２種類のポリマーを紡糸口金から溶融押し出しし、圧力流体によって前記押し出された繊維を吹き飛ばし、前記吹き飛ばされた繊維をシート状に形成することにより得られる。圧力流体によって押し出された繊維を吹き飛ばしてシート状に形成する方法をメルトブロー法という。シート形成箇所又は紡糸口金の近傍には電極を配置し、紡糸口金との間に電圧をかけてもよい。電圧をかける方法はエレクトロスピニング法という。電圧をかけると紡糸口金から押し出された溶融ポリマーは帯電し対応する電極方向に紡糸される。このとき圧空によって高速に紡糸することで本発明の螺旋状に絡み合った繊維束状の長繊維が得られる。

溶融紡糸は、融点が異なり互いに相溶しない少なくとも２種類のポリマーを同一の紡糸口金から溶融押し出してもよい。これにより融点の高いポリマーは太い繊維となり、融点の低いポリマーは細い繊維となる。融点の異なる少なくとも２種類のポリマーをそれぞれ別の紡糸口金から溶融押し出しても良い。これにより同様に融点の高いポリマーは太い繊維となり、融点の低いポリマーは細い繊維となるが、押し出し量を制御できるので、細い繊維と太い繊維の割合をコントロールできる。細い繊維と太い繊維の割合は質量比で９０〜１０：１０〜９０が好ましく、８０〜４０：２０〜６０がさらに好ましい。

次に図面を用いて説明する。図３Ａは本発明の一実施例で得られた長繊維不織布１５の模式的断面図である。この長繊維不織布１５は、繊度の太い繊維と細い繊維を含む長繊維層１２と、少なくとも一面のスパンボンド不織布層１３と高周波ローラを用いたピンソニック加工により厚さ方向の溶融孔１４を有する。図３Ｂは別の実施例の長繊維不織布１７の模式的断面図である。この長繊維不織布１７は、繊度の太い繊維と細い繊維を含む長繊維層１２の少なくとも一表面を毛焼き加工したもので、１６は毛焼き層である。スパンボンド不織布層１３又は毛焼き層１６を設けると、表面繊維の毛羽立ちや引っかかりを防ぐことができ、取扱い性が良好となる。

図４Ａは本発明の一実施例で使用する紡糸機１１の模式的説明図、図４Ｂ-Ｄは同紡糸機の紡糸口金の部分の模式的説明図である。基台１の上に溶融押し出し機２が据え付けられており、ホッパー３からポリマーチップを矢印４の方向に供給する。押し出し機２で溶融押し出しされたポリマーはダイノーズ（紡糸口金）５から押し出され、ダイノーズ（紡糸口金）５の近傍に形成されているガスロット６からの放射状に放出した圧空によって前方に吹き飛ばされ、次に空気抵抗によりカルマン渦状に繊維が絡み合って繊維束を形成し、繊維集合体８になる。図２は、絡み合って螺旋状に空気中を飛翔する繊維束の高速度カメラ（米国製ＶｉｓｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈ社製ＰｈａｎｔｏｍＭｉｒｏｅＸ４）の静止写真である。図４Ａにおける矢印７はルーツブロアからの圧空供給方向を示す。前方に吹き飛ばされた繊維集合体８は巻き取りローラ９上でシート状になり巻き取られる。１０は巻き取られた長繊維不織布である。巻き取りローラ９の代わりに金属ネットを配置しても良い。ダイノーズ（紡糸口金）５と巻き取りローラ９又は金属ネットには１０〜１００ｋＶ程度の電圧をかけてもよい。圧空供給方向は、ポリマーの性状によって、ダイノズルの前方だけではなく、直行、斜め前方４５度など紡糸に最適な角度を設定する。一例として図４Ｂ-Ｄに示すように、ガスロット６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄは１個もしくは複数個配置してもよい。

以下、実施例を用いてさらに具体的に説明する。なお、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

＜厚さ測定＞
尾崎製作所製大型スナップゲージＫ−７型、測定子直径１００ｍｍ、加重２．５ｇ/ｃｍ²で１０点測定し、その表示範囲とした。
＜断熱性試験＞
図５に示す断熱性試験装置２０を２０±０．２℃で温調した恒温槽２７内にいれ、ヒータ２１の温度を８０±０．１℃に温調した。ヒータ２１の上にはアルミ板２２を置き、その上に断熱材試験試料２３を乗せ、アルミ板２２の周囲と断熱材試験試料２３に発泡スチロール断熱材２４ａ，２４ｂ，２４ｃを置き、アルミ板２２と断熱材試験試料２３との間にヒータ側温度センサー２５を挿入し、断熱材試験試料２３と発泡スチロール断熱材２４ｃとの間に断熱材表面センサー２６を挿入した。実施例、比較例の断熱材試験試料２３の厚みを１５ｍｍと１０ｍｍに押さえて、表面温度を１０秒毎に測定した。表面温度がほとんど変化しなくなってから６０分間連続して測定して、その平均値により、断熱性能を比較評価した。

（実施例１）
ポリプロピレン（サンアロマ株式会社製、商品名“ＰＷＨ００Ｎ；以下ＰＷＨと省略する。”、ＭＦＲ１７５０、２３０℃、２．１ｋｇ、JISK６９２１−２）とポリエチレンテレフタレート（東洋紡株式会社製、商品名“バイオペレットＥＭＣ３０７”,PET）のそれぞれのチップをブレンド（重量比でPP：PET=７０：３０）し、図４Ａに示す溶融紡糸装置のホッパー４から供給し、溶融押し出し機２から溶融押し出しし紡糸した。紡糸温度は３２０℃、ポリマーのダイノーズ（紡糸口金）５からの押し出し量は５００ｇ／分、０．４Ｍｐａの圧搾空気を直径１mmの細孔からダイノーズに噴射し、巻き取りローラ９で長繊維不織布１０を巻き取った。得られた不織布の太い繊維の繊度分布中心は２５μｍであり、細い繊維の繊度分布中心は１．２μｍであった。得られた長繊維不織布の目付は４４０ｇ／ｍ²、厚さは２４〜２６ｍｍであった。

得られた長繊維不織布を平らにし、この不織布の表裏両面に目付１５ｇ／ｍ²のスパンボンド不織布を積層し、高周波ローラを用いたピンソニック加工により厚さ方向の溶融孔で前記長繊維不織布スパンボンド不織布を一体化した。厚さ方向の溶融孔のピッチ間隔は２５ｍｍとした。得られた長繊維不織布の目付は４５０ｇ／ｍ²、厚さは２０〜２２ｍｍであった。

図１Ａ-Ｂは得られた長繊維不織布の構成繊維の状態を示す走査型電子顕微鏡(SEM,倍率300倍)の写真である。太い繊維はポリエチレンテレフタレート(PET)であり、細い繊維はポリプロピレン(PP)である。図３Ａはピンソニック加工した長繊維不織布１５の模式的断面図である。

（実施例２）
ポリプロピレン（ＰＬＢ）と（サンアロマ株式会社製、商品名“ＰＷＨ００Ｎ；以下ＰＷＨと省略する。”、ＭＦＲ１７５０、２３０℃、２．１ｋｇ、JISK６９２１−２）をそれぞれ別の溶融紡糸装置（図４Ａ）のホッパー４から供給し、溶融押し出し機２から溶融押し出しし紡糸した。このとき、紡糸されたＰＬＢとＰＷＨを３０度の角度で交差複合して、巻き取りロール９で長繊維不織布１０を巻き取った。ＰＬＢの紡糸温度は３２０℃、ポリマーのダイノーズ（紡糸口金）５からの押し出し量は２５０ｇ／分、圧空の吹き出し圧力は０．２Ｍｐａ、とし、ＰＷＨの紡糸温度は３３０℃、ポリマーのダイノーズ（紡糸口金）５からの押し出し量は５００ｇ／分、圧空の吹き出し圧力は０．３Ｍｐａとした。得られた不織布の太い繊維(ＰＬＢ)の繊度分布中心は５０μｍであり、細い繊維(ＰＷＨ)の繊度分布中心は２．０μｍであった。得られた長繊維不織布の目付は４５５ｇ／ｍ²、厚さは２４〜２６ｍｍであった。

（実施例３）
ポリプロピレン、ＰＬＢとＰＷＨをそれぞれ別の溶融紡糸装置（図４Ａ）のホッパー４から供給し、溶融押し出し機２から溶融押し出しし紡糸した。このとき、紡糸されたＰＬＢとＰＷＨを３０度の角度で交差複合して、巻き取りロール９で長繊維不織布１０を巻き取った。ＰＬＢの紡糸温度は３２０℃、ポリマーのダイノーズ（紡糸口金）５からの押し出し量は２５０ｇ／分、圧空の吹き出し圧力は０．２Ｍｐａ、とし、ＰＷＨの紡糸温度は３３０℃、ポリマーのダイノーズ（紡糸口金）５からの押し出し量は５００ｇ／分、圧空の吹き出し圧力は０．２Ｍｐａとした。得られた不織布の太い繊維(ＰＬＢ)の繊度分布中心は５０μｍであり、細い繊維(ＰＷＨ)の繊度分布中心は３．０μｍであった。得られた長繊維不織布の目付は４４０ｇ／ｍ²、厚さは２３〜２５ｍｍであった。

（実施例４）
ポリプロピレン、ＰＬＢとＰＷＨをそれぞれ別の溶融紡糸装置（図４Ａ）のホッパー４から供給し、溶融押し出し機２から溶融押し出しし紡糸した。このとき、紡糸されたＰＬＢとＰＷＨを３０度の角度で交差複合して、巻き取りロール９で長繊維不織布１０を巻き取った。ＰＬＢの紡糸温度は３２０℃、ポリマーのダイノーズ（紡糸口金）５からの押し出し量は２５０ｇ／分、圧空の吹き出し圧力は０．３Ｍｐａ、とし、ＰＷＨの紡糸温度は３３０℃、ポリマーのダイノーズ（紡糸口金）５からの押し出し量は５００ｇ／分、圧空の吹き出し圧力は０．４Ｍｐａとした。得られた不織布の太い繊維(ＰＬＢ)の繊度分布中心は２５μｍであり、細い繊維(ＰＷＨ)の繊度分布中心は１．０μｍであった。得られた長繊維不織布の目付は４６０ｇ／ｍ²、厚さは２３〜２５ｍｍであった。

得られた長繊維不織布の断熱性試験をした。比較例１品として、市販の３Ｍ社製、商品名“シンサレート”,TAI-4047, 目付450g/m²、厚さ21〜23mm）を用いた。実施例１〜４品と比較例１品の内容を表１に示す。

(備考) 表面温度の平均値は測定開始後６０分間の平均温度を示す。平均温度は低いほうが断熱性は良好であることを示す。

図６、図７に実施例１〜４品と比較例１品の断熱性グラフを示す。図６、図７は温度が低いほうが断熱性は良好であることを示す。実施例１〜４品は比較例１品に比べて断熱性が高かった。

１基台
２溶融押し出し機
３ホッパー
４ポリマーチップ供給方向
５ダイノーズ（紡糸口金）
６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄガスロット
７圧空供給方向
８繊維集合体
９巻き取りロール
１０巻き取られた長繊維不織布
１１紡糸機
１２長繊維層
１３スパンボンド不織布層
１４溶融孔
１５,１７長繊維不織布
１６毛焼き層
２０断熱性試験装置
２１ヒータ
２２アルミ板
２３断熱材試験試料
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ発泡スチロール断熱材
２５ヒータ側温度センサー
２６断熱材表面センサー
２７恒温槽

Claims

長繊維で構成される不織布断熱材であって、
前記長繊維は相対的に繊度の太い繊維と相対的に繊度の細い繊維を含み、
前記太い繊維の繊度分布中心は、前記細い繊維の繊度分布中心の２倍以上あり、
前記相対的に繊度の太い繊維と相対的に繊度の細い繊維は螺旋状に絡み合った繊維束であり、
前記太い繊維と前記細い繊維は融点が異なり、太い繊維は相対的に融点が高く、不織布内で太い繊維は骨格となりへたりを防止して嵩高で保形性を有することを特徴とする不織布断熱材。
前記太い繊維及び前記細い繊維はいずれも非分割繊維である請求項１に記載の不織布断熱材。
前記細い繊維は繊度分布中心で１０μｍ以下である請求項１又は２に記載の不織布断熱材。
前記不織布の少なくとも一表面には、毛羽立ち防止層が形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の不織布断熱材。
前記不織布の少なくとも一表面にスパンボンド不織布が積層され、厚さ方向の溶融孔で一体化されている請求項１〜４のいずれかに記載の不織布断熱材。
前記不織布の少なくとも一表面は毛焼きされている請求項１〜５のいずれかに記載の不織布断熱材。
請求項１〜６のいずれかに記載の不織布断熱材の製造方法であって、
融点の異なる少なくとも２種類のポリマーを紡糸口金から溶融押し出しし、前記紡糸口金の近傍に位置するガスロットからの放射状に放出した圧空によって前記紡糸口金の前方に吹き飛ばし、空気抵抗によりカルマン渦状に繊維が絡み合うことにより繊維束を形成し、繊維集合体にし、これをシート状にすることを特徴とする不織布断熱材の製造方法。