JP2005113278A - 生分解性不織布およびそれを用いてなるフィルター - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、使用後の廃棄が大変容易であり、環境に与える負荷は非常に小さいという利点がある上に、良好な剛性と曲げ反発性、通気性、表面平滑性を有する生分解性不織布およびフィルターを提供せんとするものである。
【解決手段】
本発明の生分解性不織布は、生分解性繊維が熱接着により一体化されてなる不織布であって、該不織布の少なくとも片面の表面平均粗さが５〜６０μｍであり、かつ以下の式を同時に満たすことを特徴とするものである。
３．４Ｘ−Ｙ≦１１０・・・・・・・・・・（１）
０．００１２Ｘ−Ｚ≦−０．１・・・・・・（２）
８０≦Ｘ≦３５０
ここで、Ｘ：目付（ｇ／ｍ² ）、
Ｙ：曲げ反発強さ（ｍｇｆ）、
Ｚ：厚さ（ｍｍ）
また、本発明のフィルターは、かかる生分解性不織布を用いて構成されていることを特徴とするものである。
【選択図】なし

Description

本発明は、使用後の廃棄が大変容易であり、環境に与える負荷は非常に小さい生分解性不織布に関するものであり、良好な曲げ反発性、表面平滑性を有するフィルター材料に関するものである。

従来から工業資材、土木資材あるいは農業資材向けの不織布としてポリエステルやポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド等の熱可塑性樹脂を原料としたものが知られている。特に近年フィルター材料として、圧力損失が低く、捕集性能に優れた長繊維不織布が種々提案されている。長繊維不織布は剛性が高いためプリーツ性能がよく、かつダストの払い落とし性に優れるため、プリーツ型のフィルター材料として好適に用いられている。これら不織布は、使用後に焼却処理や埋め立て処理により廃棄されるのが一般的であるが、焼却処理をした場合、燃焼による発熱量が大きいため焼却炉を傷めやすいという問題があった。また埋め立て処理を実施した場合は、化学的に安定であるため長期間にわたって形状を保ち続けるという問題があった。

一方、近年の環境意識の高まりから種々の生分解性材料を使用した不織布が提案されている。生分解性材料は自然環境下で、日光、紫外線、熱、水、酵素、微生物等の作用により化学的に分解され、さらには形態的に崩壊するため、埋め立て処理や屋外への放置により処分が可能である。また焼却処理をした場合でも、ポリエステルやポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド等の樹脂に比べ燃焼熱量が低いものが多く、焼却処理設備への負担は少ない。しかしながら生分解性材料を用いた不織布で、工業資材や土木資材、あるいは農業資材として十分な強度や厚さ、さらにはフィルター材料として十分な剛性やダスト払い落とし性、通気性を有することは非常に困難であった。

例えばポリエステルを主原料とした剛性の高い不織布からなるフィルター基材が提案されているが（特許文献１）、プリーツ型フィルターとした場合、プリーツ加工性に優れているため非常に好ましい材料である。さらにはプリーツ加工後の形態安定性も良好であるため濾材のプリーツ山数を増やして濾過面積を広くし、濾材の処理風量を増加させることができるという利点も持っている。しかしながら原料が生分解性を有しないため不織布の使用後の廃棄が困難であり、焼却処理をした場合には燃焼熱が高いため焼却炉を傷めやすく、また埋め立て処理をした場合には、自然環境下では化学的に安定であるため長期間にわたって形状を保ち続けるという問題がある。

これら課題を解決する手段として、生分解樹脂を原料とした不織布が提案されている。例えば、生分解性樹脂を含有する繊維からなる不織布を、コルゲート加工してなるフィルターが提案されているが（特許文献２）、良好な生分解性能を示し、また捕集性能もフィルターとして十分なものと考えられるが、コルゲート加工による補強なしでは使用できない程度の剛性しか達成できないものであった。さらに生分解性繊維からなる不織布にて構成されるエアフィルター基材が提案されているが（特許文献３）、換気扇やレンジ周り等に使用される生活資材用のフィルターであり、工業用として使用できるレベルの剛性をもつものではなかった。特にプリーツ型フィルターとする場合には、剛性が不十分であるためプリーツ加工性が悪く、またプリーツしたフィルターの形態安定性も不十分であるため使用に耐え得るものではなかった。さらには表面の平滑性も十分なものとは言えず、ダストの払い落とし性も十分ではなかった。
特開平８−１００３７２号公報 特開平１０−２０２０２５号公報 特開２００３−１２６６２８号公報

本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、使用後の廃棄が大変容易であり、環境に与える負荷は非常に小さいという利点がある上に、良好な剛性と曲げ反発性、通気性、表面平滑性を有する生分解性不織布およびフィルターを提供せんとするものである。

本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、本発明の生分解性不織布は、生分解性繊維が熱接着により一体化されてなる不織布であって、該不織布の少なくとも片面の表面平均粗さが５〜６０μｍであり、かつ以下の式を同時に満たすことを特徴とするものである。

３．４Ｘ−Ｙ≦１１０・・・・・・・・・・（１）
０．００１２Ｘ−Ｚ≦−０．１・・・・・・（２）
８０≦Ｘ≦３５０
ここで、Ｘ：目付（ｇ／ｍ² ）、
Ｙ：曲げ反発強さ（ｍｇｆ）、
Ｚ：厚さ（ｍｍ）
また、本発明のフィルターは、かかる生分解性不織布を用いて構成されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、良好な剛性と通気性、表面平滑性を有する、特にフィルターとして好ましく使用することができる生分解性不織布を確実に提供することができる。

本発明は、前記課題、つまり、使用後の廃棄が大変容易であり、環境に与える負荷は非常に小さいという利点がある上に、良好な剛性と曲げ反発性、通気性、表面平滑性を有する生分解性不織布について、鋭意検討し、不織布として、特定な生分解性繊維を互いに熱接着して一体化して不織布を構成してみたところ、かかる課題を一挙に解決することを究明したものである。

本発明に用いられる生分解性繊維の原料樹脂は生分解性能を有するものであれば特に限定されるものではないが、ポリ乳酸系樹脂、ポリブチレンサクシネート樹脂、ポリカプロラクトン樹脂、ポリエチレンサクシネート樹脂、ポリグリコール酸樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、ポリヒドロキシブチレート系樹脂等が好適に用いられる。またこれらの樹脂を複数種類複合して用いてもよい。これら生分解性を有する樹脂のうち、ポリ乳酸系樹脂は熱安定性や強度の面から最も好ましいものである。ポリ乳酸系樹脂としては、ポリ（Ｄ−乳酸）と、ポリ（Ｌ−乳酸）と、Ｄ−乳酸とＬ−乳酸の共重合体、あるいはこれらのブレンド体が好ましいものである。

ポリ乳酸系樹脂の重量平均分子量は５万〜３０万が好ましく、より好ましくは１０万〜３０万である。重量平均分子量が５万以下の場合、繊維の強力が低くなり好ましくない。重量平均分子量が３０万以上の場合、粘度が高いためノズルから押し出したポリマーの曳糸性が乏しく、高速延伸ができず、未延伸状態になり、十分な繊維強度を得ることができないため好ましくない方向である。

さらに本発明においてはこれら原料となる生分解性樹脂に、必要に応じて各種の添加剤を添加してもよい。例えば色を変えるための顔料や、繊維の結晶性を向上させるための結晶核剤、さらには抗菌剤や防カビ剤、難燃剤、等を本発明の効果を失わない範囲で添加してもよい。

本発明の生分解性不織布は、少なくともその片面の表面平均粗さが５〜６０μｍであることが重要である。表面平均粗さは好ましくは５〜４０μｍ、さらに好ましくは７〜１８μｍである。表面平均粗さが６０μｍを超える場合には、特にフィルター材として使用した際に、ダストが不織布表面から落ちにくく、フィルターが目詰まりし、濾材寿命が短くなるため好ましくない。また表面平均粗さが５μｍを下回る場合は、フィルター材としてのダスト払い落とし性は優れるものの、フィルターの圧力損失が著しく高くなるため好ましくない。

さらに本発明の不織布は以下の式を同時に満たすことが重要である。

３．４Ｘ−Ｙ≦１１０・・・・・・・・・・（１）
０．００１２Ｘ−Ｚ≦−０．１・・・・・・（２）
８０≦Ｘ≦３５０
ここで、Ｘ：目付（ｇ／ｍ² ）、Ｙ：曲げ反発強さ（ｍｇｆ）、Ｚ：厚さ（ｍｍ）
かかる（１）式を満たさない場合には、特にフィルター材として使用した場合に剛性が十分でなく、プリーツ加工性やプリーツ形態保持性に劣るため好ましくない方向である。（１）式は、次の（３）式を満たす方がより好ましいものである。

６．４Ｘ−Ｙ≦４１０・・・・・・・・・（３）
なお本式におけるＹ：曲げ反発強さは、不織布の縦方向の曲げ反発強さを示したものである。

上記（２）式を満たさない場合は、特にフィルター材として使用した場合には、不織布の密度が高くなって嵩高さがなくなり、通気性が失われ、好ましくない方向である。（２）式は、次の（４）式を満たす方がより好ましい。

０．００１６Ｘ−Ｚ≦−０．１・・・・・（４）
また不織布の目付は８０〜３５０ｇ／ｍ² の範囲のものが好ましく用いられる。さらに好ましくは１００〜３００ｇ／ｍ² の範囲のものである。目付が８０ｇ／ｍ² を下回ると、不織布の剛性が低下するため、好ましくない方向である。目付が３５０ｇ／ｍ² を越えると、不織布を剥離することなく熱接着させることが困難な方向であり好ましくない。

本発明の生分解性不織布を構成する生分解性繊維の繊度は１〜１０デニールの範囲にあることが好ましい。より好ましくは１〜８デニール、さらに好ましくは１．２〜５デニールの範囲である。繊度が１デニールを下回る場合には、ポリマーの紡糸性が悪化するため操業上好ましくない上に、得られた不織布が緻密になりすぎ、通気性が失われる方向であるため特にフィルター材料としては好ましくないものである。繊度が１０デニールを越える場合は、不織布は嵩高くなり通気性は向上するものの、特にフィルターとして使用する場合に不織布の目開きが大きくなりすぎるため捕集性能が低下し好ましくなく、さらには表面平均粗さが大きくなる傾向であり、好ましくない。また操業面でも原料樹脂を紡糸する際に、樹脂の冷却が不十分になりやすく、紡糸性が悪化する傾向であるため好ましくない。

生分解性繊維の繊度については上記の範囲であれば、異なる繊度の繊維を任意に混合して使用する方法も好ましいものである。また生分解性繊維の断面形状は特に制限されるものではないが、操業性の点からは丸形断面が最も好ましい。三角や四角、さらにはＹ型やＸ型等のいわゆる異形断面は、特にフィルター材としては、不織布の捕集面積を増やし、捕集性能を向上させるという点から好ましく用いられるものである。またこれら丸形断面繊維や異形断面繊維を任意に混合して使用する方法も好ましいものである。さらに前述の原料樹脂を複数種類使用して、芯鞘型や多葉型、蜜柑割り型等の複合繊維とすることも好ましい形態である。

また本発明の生分解性不織布は、長繊維不織布からなることが好ましい形態である。長繊維不織布は、繊維が縦方向に配列する傾向であるため、縦方向の剛性が強く、特にプリーツ型のフィルターとした場合、プリーツ加工性やプリーツ形態保持性に優れるため好ましいものである。生分解性不織布の製造方法は特に限定されるものではないが、スパンボンド法により製造されるスパンボンド不織布が最も好ましい。

本発明にて使用されるスパンボンド不織布は、特に規定されるものではないが、溶融したポリマーをノズルより押し出し、これを高速吸引ガスにより吸引延伸した後、移動コンベア上に繊維を捕集してウェブとし、さらに連続的に熱接着、絡合等を施すことにより一体化されたシートとする、いわゆるスパンボンド法により製造されたものが好ましい。

本発明における不織布の一体化の方法としては部分的な熱接着が最も好ましいが、一旦絡合処理したものをさらに部分的に熱接着させる方法も好ましく用いられるものである。該部分的熱接着の面積は５〜５０％が好ましい。さらに好ましくは８〜４５％、より好ましくは１０〜３０％である。部分的熱接着の方法は特に限定されるものではないが、一対の熱エンボスロールによる接着、あるいは超音波発振装置とエンボスロールによる接着が好ましい方法であるが、強度的には一対の熱エンボスロールによる接着がより好ましいものである。熱エンボスロールによる熱接着の温度は、繊維表面に存在する樹脂の融点より５〜５０℃低いことが好ましく、より好ましくは１０〜４０℃低い温度条件である。熱エンボスロールによる熱接着の温度が、繊維表面に存在する樹脂の融点より５℃未満低い温度であった場合、樹脂の溶融が激しく、エンボスロールへのシート取られ、ロール汚れが発生、シートが硬くなるばかりかロール巻付きも頻発するなど安定生産も不可能となる。また繊維表面に存在する樹脂の融点より５０℃以上低い温度であった場合、樹脂の融着が不十分であり物性的に弱いものとなる傾向であり好ましくない。また本発明における一対の熱エンボスロールとは、片方がフラットロール、もう一方がエンボスロールからなるものが、得られた不織布の表面平滑性を向上させるためには好ましい形態である。さらに、得られた不織布の表面平滑性をより向上させるためには、フラットロールとエンボスロールで熱圧着させた後、熱圧着点から連続的に不織布をフラットロールに密着させ緊張条件で熱処理することが、より好ましい方法である。不織布をフラットロールに密着させる距離は、２〜１００ｃｍが好ましいが、より好ましくは５〜８０ｃｍ、さらに好ましくは１０〜５０ｃｍである。密着させる距離が２ｃｍ未満の場合は、不織布の表面平滑性を向上させるのが困難な場合もあり好ましくない。密着させる距離が１００ｃｍを越える場合は、不織布の表面平滑性は向上させやすいが、製造装置が煩雑となるため製造上好ましくない方向である。

本発明にて得られる生分解性不織布の使用用途は、何ら制限されるものではないが、剛性が強く、表面平滑性に優れるという点から、フィルターとして好適に用いられる。

また本発明におけるフィルターとは、集塵機等に使用される工業用のエアフィルターが好ましい用途である。さらに本発明の生分解性不織布をプリーツ加工し、円筒型のユニットとして成型し、プリーツフィルターとして使用する用途が、最も好ましいものである。本発明の生分解性不織布をフィルター材料とする場合、捕集性能を向上させるための極細繊維層や微多孔膜、あるいは剛性を向上させるためのネット、等を貼り合わせて使用する方法も好ましいものである。

以下、実施例に基づき本発明につき具体的に説明するが、本発明がこれら実施例によって限定されるものではない。なお、下記実施例における各特性値は、次の方法で測定したものである。
（１）融点（℃）：
パーキンエルマ社製示差走査型熱量計ＤＳＣ−２型を用い、昇温温度２０℃／分の条件で測定し、得られた融解吸熱曲線において極値を与える温度を融点とした。
（２）繊度（ｄ）：
不織布からランダムに小片サンプル１０個を採取し、走査型電子顕微鏡で５００〜３０００倍の写真を撮影し、各サンプルから１０本ずつ、計１００本の繊維直径を測定し、平均値から繊維径を算出、これをポリマーの密度で補正し、繊度を算出した。
（３）目付（ｇ／ｍ² ）：
ＪＩＳ Ｌ１９０６の４．２に準じて、縦方向５０ｃｍ×横方向５０ｃｍの試料を３点採取、各試料の重量をそれぞれ測定し、得られた値の平均値を単位面積当たりに換算し、不織布の目付（ｇ／ｍ² ）とした。
（４）厚さ（ｍｍ）：
ＪＩＳ Ｌ１９０６の４．１に準じ、加圧子の面積が２ｃｍ² の厚さ計を使用し、１０ｋＰａの荷重で、１０点の厚さを測定し、その平均値を不織布の厚さ（ｍｍ）とした。
（５）表面平均粗さ（μｍ）
ＪＩＳ Ｂ０６０１の３．１．１に準じてＲａ（算術平均粗さ）を求めた。測定は株式会社小坂研究所製のサーフコーダＳＥ−４０Ｃを用いて、カットオフ値２．５ｍｍ、評価長さ８ｍｍ、送り速さ０．５ｍｍ／Ｓの条件で、５点の測定を行い、その平均値を表面平均粗さ（μｍ）とした。測定は試料の表裏についてそれぞれ実施し、値の低い方を試料の表面平均粗さの値とした。
（６）曲げ反発強さ（ｍｇｆ）：
不織布の剛軟度の指標として、曲げ反発性をＪＩＳ Ｌ１０９６ ６．２０．１ Ａ法（ガーレ法）に準じて測定した。即ち試料から縦５．０８ｃｍ（２インチ）×横２．５４ｃｍ（１インチ）のサンプル片を５枚採取し、ガーレ式試験機を用いて適当な荷重を設定し、不織布縦方向の剛軟度を表裏とも測定し、その平均値を曲げ反発強さ（ｍｇｆ）とした。
（７）生分解性
不織布を５８℃のコンポスト中に埋設し、３ヶ月後に取り出し、不織布が形態を保持していない場合、あるいは形態を保持していても不織布の縦方向の引張強力が埋設前の５０％以下まで低下している場合、生分解性が良好であると判定した。不織布が形態を保持し、かつ不織布の縦方向の引張強力が埋設前の５０％を越える値を保持している場合、生分解性が不良であると判定した。なお不織布の縦方向の引張強力はＪＩＳ Ｌ１９０６の４．３．１に準じて測定した。

実施例１
重量平均分子量が１５万でＱ値（Ｍｗ／Ｍｎ）が１．７８、融点が１６８℃であるポリ乳酸樹脂を原料とし、２１０℃で溶融した後、口金温度２２０℃で細孔より単孔吐出量０．６９ｇ／分で紡出した後、エジェクターにより紡糸速度４３００ｍ／分で紡糸し、移動するネットコンベアー上に捕集し得られたウェブを、凸部の面積が１５％のエンボスロールとフラットロールで、温度１４０℃、圧力６０ｋｇ／ｃｍの条件で熱圧着し、連続してフラットロールに１０ｃｍの距離密着させ緊張条件で熱処理を実施し、目付１５０ｇ／ｍ² の不織布を製造した。

実施例２
不織布の目付を２００ｇ／ｍ² とした以外は、実施例１と同様の方法で不織布を製造した。

実施例３
単孔吐出量を１．１０ｇ／分とし、不織布の目付を２００ｇ／ｍ² とした以外は、実施例１と同様の方法で不織布を製造した。

得られた不織布の特性は表１に示した通りであるが、実施例１〜３の不織布は目付と曲げ反発性、および目付と厚さの関係が前述の式（１）、（２）を満たしており、剛性と嵩高さに優れたものであった。また不織布の表面平均粗さは、実施例１：１３μｍ、実施例２：１５μｍ、実施例３：２０μｍと良好であった。また、さらに生分解性試験では、いずれの不織布にも形態の劣化が見られ、縦方向の引張強力の低下も５０％以上であり、良好な生分解性を有していた。

比較例１
実施例１と同様の原料を用い、２１０℃で溶融した後、口金温度２２０℃で細孔より単孔吐出量４．３９ｇ／分で紡出した後、エジェクターにより紡糸速度３５００ｍ／分で紡糸し、移動するネットコンベアー上に捕集し得られたウェブを、凸部の面積が１５％のエンボスロールとフラットロールで、温度１４０℃、圧力６０ｋｇ／ｃｍの条件で熱圧着し、目付２００ｇ／ｍ² の不織布を製造した。

比較例２
実施例１と同様の原料を用い、２１０℃で溶融した後、口金温度２２０℃で細孔より単孔吐出量１．１０ｇ／分で紡出した後、エジェクターにより紡糸速度４３００ｍ／分で紡糸し、移動するネットコンベアー上に捕集し得られたウェブを、凸部の面積が３％のエンボスロールとフラットロールで、温度１００℃、圧力６０ｋｇ／ｃｍの条件で熱圧着し、目付２００ｇ／ｍ² の不織布を製造した。
得られた不織布の特性は表１に示した通りであるが、比較例１は前述の式（１）、（２）を満たしており、剛性と嵩高さに優れてはいたが、糸条の融着が発生し操業性は不良であった。さらに不織布の生分解性は良好であるものの、繊度が１１．３ｄと太いため表面平均粗さが７５μｍと大きく、表面平滑性に劣るものであった。また比較例２は式（２）を満たし、表面平均粗さは３７μｍと使用できるレベルであり、さらに生分解性も良好であったが、熱接着温度が低く、かつ熱接着の面積が小さいため、不織布の熱接着が十分でなく、式（１）を満たしておらず、不織布の剛性に劣るものであった。

Claims (7)

1. 生分解性繊維が熱接着により一体化されてなる不織布であって、該不織布の少なくとも片面の表面平均粗さが５〜６０μｍであり、かつ、以下の式を同時に満たすことを特徴とする生分解性不織布。
   ３．４Ｘ−Ｙ≦１１０・・・・・・・・・・（１）
   ０．００１２Ｘ−Ｚ≦−０．１・・・・・・（２）
   ８０≦Ｘ≦３５０
   ここで、Ｘ：目付（ｇ／ｍ² ）、
   Ｙ：曲げ反発強さ（ｍｇｆ）、
   Ｚ：厚さ（ｍｍ）
2. 該生分解性繊維が、１〜１０デニールの単繊維繊度を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の生分解性不織布。
3. 該生分解性繊維が、ポリ乳酸系樹脂からなることを特徴とする請求項１または２に記載の生分解性不織布。
4. 該不織布が、部分的熱接着されたものであり、かつ、該部分的熱接着の接着面積が、該不織布全面積に対して５〜５０％の範囲内であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の生分解性不織布。
5. 該生分解性繊維が、長繊維であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の生分解性不織布。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の生分解性不織布を用いて構成されていることを特徴とするフィルター。
7. 該フィルターが、プリーツを有するプリーツフィルターである請求項６に記載のフィルター。