JP2008169521A

JP2008169521A - 複合不織布及びその製造方法

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Publication number: JP2008169521A
Application number: JP2007004964A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Kishimoto; 吉則岸本; Tetsuya Yamamoto; 哲也山本
Original assignee: Kyushu University NUC; Kochi University NUC; Hirose Seishi KK
Current assignee: Kyushu University NUC; Kochi University NUC; Hirose Seishi KK
Priority date: 2007-01-12
Filing date: 2007-01-12
Publication date: 2008-07-24

Abstract

【課題】優れた抗菌性を有し、様々な用途で安全に使用することが可能な複合不織布を提供すること。
【解決手段】この発明の複合不織布は、直径１μｍを超える太さの適宜の繊維からなる不織布基材１と、抗菌性を付与したナノファイバー２を含むものとしている。また、この複合不織布は、不織布基材１にナノファイバー２を付着させたものを、抗菌性を有する金属イオン水溶液に浸漬させた後、乾燥させることにより製造することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、衛生用品、医療用品、衣料品、建材等として利用可能な複合不織布に関するものである。

近年、衛生面に関する要求が強まっており、布団、枕、シーツ等の寝具や、カーペット、カーテン、壁紙等のインテリア用品、マスク、ガーゼ、包帯、白衣、おむつ等の医療衛生用品、床材、遮音材等の建材、エアコンのフィルターなどの空調設備等においても抗菌性を有する製品が好まれるようになってきた。

また、病院等の医療設備においては危険な病原菌等の繁殖を防止し、免疫力の低下した病人にも安全な衛生的環境を得るうえで、壁材、床材、天井材、空調設備等に使用する材料として抗菌性を有する不織布に対する要求はより高度化している。

従来から無機系の抗菌剤として、銀などの特定の金属に抗菌作用があることが知られており、これらの金属が金属表面から金属イオンとして溶け出すことにより抗菌性が発現することが知られている。金属元素を用いた抗菌剤としては、ゼオセライト、シリカゲル、ヒドロキシアパタイト等が知られている。これらの抗菌剤を用いて、不織布の原料である合成繊維に抗菌性を付与する方法として、無機系抗菌剤をポリプロピレンやポリエステルに練り込むことが行われているが（例えば特許文献１）、この方法では溶融紡糸時に抗菌剤粒子が凝集することによる樹脂圧力の上昇と糸切れの問題がある。

また、有機系の抗菌剤として、フェノール、ハロゲンや硫黄を含有する有機化合物が知られている。しかし、これら有機化合物は抗菌性には優れるものの、人体に有害な化合物が多く、また、無機系抗菌剤に比べて安定性に乏しいため、製品から逃失して効力を失うため、用途が限定されている。
特開２００３−１６６１５６号公報

そこで、この発明は、優れた抗菌性を有し、様々な用途で安全に使用することが可能な複合不織布を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、この発明は次のような技術的手段を講じている。

この発明の複合不織布は、直径１μｍを超える太さの適宜の繊維からなる不織布基材１と、抗菌性を付与したナノファイバー２を含むものとしている。

また、この複合不織布は、不織布基材１の層とナノファイバー２の層が積層されたものとすることができる。

前記不織布基材１は、ポリオレフィン系繊維からなるものとすることができる。

そして、この複合不織布は、不織布基材１にナノファイバー２を付着させたものを、抗菌性を有する金属イオン水溶液に浸漬させた後、乾燥させることにより製造することができる。

この発明の複合不織布は、上述のような構成を有しており、抗菌性を付与したナノファイバー２の存在により、抗菌性に優れ、様々な用途で安全に使用することが可能となっている。

また、この発明の複合不織布の製造方法は、ナノファイバー２に抗菌性を付与した前記複合不織布を容易に製造することができる。

以下、この発明の好適な実施形態を、図面を参照して説明する。

この複合不織布は、直径１μｍを超える太さの適宜の繊維からなる不織布基材１と、抗菌性を付与したナノファイバー２を含むものとしている。ここで、ナノファイバーとは、直径が１μｍ以下の太さの繊維のことをいう。この複合不織布では、ナノファイバー２はサブミクロン領域の微細孔を有する繊維集合体を構成しており、これに抗菌剤が担持されるようにしている。

図１〜図３は、この発明の実施形態の複合不織布の断面の説明図である。この実施形態では、複合不織布は、不織布基材１の層とナノファイバー２の層からなる積層体として構成されている。図１は、不織布基材１の層、ナノファイバー２の層及び不織布基材１の層の３層の積層体として構成した例、図２は、ナノファイバー２の層、不織布基材１の層及びナノファイバー２の層の３層の積層体として構成した例、図３は、ナノファイバー２の層及び不織布基材１の層の２層の積層体として構成した例をそれぞれ示している。

この複合不織布は、以下に説明するように、〔１〕不織布基材の作製、〔２〕ナノファイバーの紡糸・不織布基材への付着、〔３〕不織布基材の層とナノファイバーの層とを接合するためのラミネーション（３層以上の場合のみ）、〔４〕抗菌性の付与、という工程で製造することができる。

〔１〕不織布基材の作製
不織布基材１は、適宜の不織布の製造方法により製造される、直径が１μｍを超える不織布からなるものとしている。不織布基材１は、ポリオレフィン系、ビニロン系、ポリエステル系等各種の繊維からなる湿式不織布とすることができるが、これに限定されることなく、各種の乾式不織布とすることもできる。また、不織布基材１の大きさ、形状、目付等は、製品の用途に応じて適宜設定することができる。

〔２〕ナノファイバーの紡糸・不織布基材への付着
ナノファイバー２は、静電紡糸法等により製造される不織布とすることができる。静電紡糸法（エレクトロスピニング法）は、高分子溶液あるいは高分子融液を紡糸ノズルから押出す際に、紡糸ノズルと対向電極間に０．５〜３０KVの高電圧を印加し、ノズル内の誘電体に電荷を蓄積させることにより、静電気的な反発力で微細繊維を製造するものであり、これによって前記不織布基材１の上にナノファイバー２を付着させることができる。

また、ナノファイバー２は、本件出願の発明者が開発したエレクトロバブルスピニング法（特願２００６−１９９１７９号）により製造することができる。エレクトロバブルスピニング法は、高分子溶液または高分子融液３に連続的に発生した泡４に高電圧を印加することにより静電紡糸を行なうようにしたものであり、図４に示したような構成の装置で実施することができる。

前記泡４は、プラスチック、セラミックスおよび金属材料から選ばれる１種または２種以上の組み合わせからなる多孔質材料５（又は細管）を介して圧縮空気６を通過させることにより発生させたものとすることができる。

前記多孔質材料５（又は細管）に供給する圧縮空気６の圧力は、次式で表される圧力Pより高い圧力であることとするとよい。

Ｐ= ４×γ×ｃｏｓθ／Ｄ
ただし、γは、高分子溶液または高分子融液３の表面張力、θは、多孔質材料５（又は細管）と高分子溶液または高分子融液１との接触角、Ｄは多孔質材料５の最大気孔直径（又は細管の最大直径）である。なお、「接触角」は、固体表面と固体表面上の液滴の接線がなす角度のことである。

エレクトロバブルスピニング法は、高分子溶液または高分子融液表面に発生した泡において、繊維を形成する鎖状高分子が極薄膜化して物理的・化学的分子間力が減少し、そして静電気の場で繊維に分散しようとする性質を利用することにより、泡表面から微細繊維を発生させることを特徴としているため、従来のノズルを使用した静電紡糸法と異なり、ノズル閉塞のため紡糸装置を停止させる必要がない。したがって、紡糸装置のメンテナンスは極めて容易である。また、微細繊維が発生する部位は泡表面であることから、高分子溶液または高分子融液全体に泡の発生があるため、高分子溶液または高分子融液全体から微細繊維が紡糸されることとなり、従来のノズルを使用する静電紡糸法や回転ロールを使用する静電紡糸法と比較して格段に生産性が良好である。

エレクトロバブルスピニング法で紡糸可能なポリマーは、溶液化可能か、融液化可能なものであれば特に限定されず使用可能である。このようなポリマーの例として、ポリビニルアルコール、ポリエチレンビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン、ポリ−ε−カプロラクトン、ポリアクリロニトリル、ポリ乳酸、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートなどが挙げられ、単独あるいは２種以上を混合して使用することも可能である。

上記ポリマーを溶液化させる際の溶媒としては、ポリマーを完全に溶解させ、静電紡糸中に高分子溶液からのポリマー成分の再沈殿が起こらない溶媒であれは、特に限定されることなく使用可能である。このような溶媒の例としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスロホキシド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、テトラヒドロフラン、アセトン、アセトニトリル、水などが挙げられ、単独または２種以上を混合して使用することも可能である。

高分子溶液のポリマー濃度としては、圧縮空気による泡の発生と崩壊が連続して維持される粘性であれば、特に限定されることはないが、０．５重量％〜４０重量％程度が好ましい。

前記静電紡糸を行なう際に高分子溶液または高分子融液に印加する電圧は、紡糸が連続的に行なわれる状態を維持しうる電圧であれば、特に限定されることはない。通常０．５〜５０ＫＶの範囲が好適に使用される。

紡糸を行なう際の泡と対向電極の間隔は、紡糸により生成した微細繊維集合体の構造が維持できる間隔であれば特に限定されることなく適宜選択可能である。この間隔が短すぎる場合は、圧縮空気により発生した泡からの水滴が、対向電極上に堆積した微細繊維集合体に付着し、繊維構造が破壊される危険性がある。また、逆に間隔が大きすぎる場合は、微細繊維が効率的に発生せず、繊維集合体を作製することが困難となる。泡表面から対向電極までの好ましい間隔は、３〜１５ｃｍである。

この工程で作製された不織布基材１にナノファイバー２を付着させたものは、後述の抗菌性付与の工程において金属イオン水溶液に含浸させるため、ナノファイバー２の層は耐水性の優れたものとすることが望ましい。そのため、適切な架橋システムを使用してナノファイバー２を架橋し、耐水性を向上させるとよい。

例えば、ナノファイバー２の製造に用いるポリマーがポリビニルアルコールの場合は、モノアルデヒドなどのヒドロキシル反応材料、尿素、メラミンホルムアルデヒド樹脂およびその類似物、ホウ素および他の無機化合物、ジアルデヒド、酸、ウレタン、エポキシ、ならびに他の既知の架橋剤を使用して架橋することができる。

また、架橋性のポリビニルアルコールを使用することもできる。この例としては公知のケトン・ヒドラジド架橋システムを使用したものとするとよい。具体的には、カルボニル変性ポリビニルアルコールとアジピン酸ジヒドラジドの架橋反応を使用することができる。この反応は常温で反応が進行し、得られた架橋体は耐水性が良好であるため、本発明におけるナノファイバー２を形成させるポリマーとしては特に好ましい。

なお、ナノファイバー２の層の大きさ、形状、目付等は、製品の用途に応じて適宜設定することができる。

〔３〕ラミネーション
不織布基材１が、ポリオレフィン系やポリエステル系の繊維の不織布からなるものである場合は、加熱ラミネーションを行う。不織布基材１が、ビニロン系の繊維の不織布からなるものである場合は、水を使った湿熱ラミネーションを行う。

なお、ラミネーションは、複合不織布が３層ないしそれ以上の層数で構成される場合において行うものであり、２層構造の場合は必要ではない。また、３層構造の場合でも、まず不織布基材１の片面にナノファイバー２が付着した２層構造の複合不織布を作製し、その後、ナノファイバー２が付着していない面に、ナノファイバー２を付着させることにより、複合不織布を形成することができる。

〔４〕抗菌性の付与
不織布基材１にナノファイバー２を付着させたものに、抗菌剤を塗布する。抗菌剤の塗布は、ディップコーティング法を利用することができる。例えば、銀水溶液等、抗菌性を有する金属イオン水溶液に含浸させ、乾燥させることにより、抗菌性を付与することができる。

抗菌剤としては、銀以外にも、銅等の抗菌性を有する金属、その他適宜の無機系抗菌剤を利用することができ、また複数の種類の抗菌剤を混合して使用することもできる。抗菌性の内容は、製品の用途に応じて、殺菌、減菌、滅菌、抗かび、消毒、消臭等のいずれかの効果が得られるようにすればよく、抗菌性のレベルも適宜設定することができる。

なお、この複合不織布において、抗菌剤はナノファイバー２に塗布されていればよく、不織布基材１は抗菌剤が塗布されていない状態であってもよい。特に、ポリオレフィン系の繊維からなる不織布の場合は、界面活性剤を用いなければ、抗菌剤を塗布した状態にすることは困難であるが、この複合不織布では、ナノファイバー２に抗菌剤を担持させることにより、全体として抗菌性が発揮されるようにしているため、界面活性剤を用いて不織布基材１に抗菌剤を塗布する必要はない。したがって、この複合不織布は、不織布基材１がポリオレフィン系の繊維からなるものであっても、抗菌性に優れているとともに、界面活性剤を使用していない安全な製品とすることができる。

以上の〔１〕〜〔４〕の工程により製造された複合不織布は、ナノファイバー２に抗菌性が付与されているため、強い抗菌性を長期間維持することが可能であり、また、従来の抗菌剤を繊維に練り込んだもののような、紡糸時における抗菌剤粒子が凝集することによる樹脂圧力の上昇や糸切れの問題はなく、衛生用品、医療用品、衣料品、建材等として、様々な分野で使用することができる。

以下に、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。

実施例１〜４を、次の〔１〕〜〔４〕の工程により作製した。いずれの実施例も、不織布基材１、ナノファイバー２、不織布基材１の順に積層された３層構造の複合不織布とした。

〔１〕不織布基材の作製
各実施例の不織布基材１については、それぞれ下記の不織布を用いて作製した。
実施例１：廣瀬製紙株式会社製オレフィン系湿式不織布（商品名：HOP−１５H（目方：１５．２ｇ／m²））
実施例２：廣瀬製紙株式会社製ポリエステル／パルプ系湿式不織布（商品名：ＨＯＳ（目方：３５．２ｇ／m²））
実施例３：廣瀬製紙株式会社製ポリエステル系湿式不織布（商品名：０５ＴＨ−１２（目方：１１．３ｇ／m²））
実施例４：廣瀬製紙株式会社製ビニロン系湿式不織布（商品名：ＶＮ１０１２（目方：１２．１ｇ／m²））
〔２〕ナノファイバーの紡糸・不織布基材への付着
いずれの実施例の場合も、次のようにしてナノファイバー２の紡糸・不織布基材１への付着を行い、不織布基材１の片面にナノファイバー２が付着した２層構造の複合不織布を作製した。

まず、重合度５００のポリビニルアルコールを熱水に溶解させ２５ｍａｓｓ％のポリビニルアルコール水溶液を作製した。この水溶液を紡糸液として、静電紡糸法によりポリビニルアルコールナノファイバーを不織布基材１の片面に紡糸し、１２０℃乾燥炉でポリビニルアルコールナノファイバーの乾燥を行った。

〔３〕ラミネーション
前記〔２〕で作製した２層構造の複合不織布と、これとは別に作製した表１の不織布基材１とをラミネーションにより一体化させることにより、ナノファイバー２を両側から不織布基材１でサンドイッチした３層構造の積層体である複合不織布を作製した。具体的には、不織布基材１を構成する繊維の種類に応じて次の通りに行った。

（Ａ）不織布基材１にポリオレフィン系繊維を用いる場合（実施例１）
前記〔２〕で作製した片面にナノファイバー２が付着した２層構造の複合不織布と、別に作製した表１のポリオレフィン系不織布基材１を、線圧０．３ＭＰａ／ｃｍ、１２５℃でプレスロールによりラミネーションを行い、ナノファイバー２を両側からポリオレフィン系不織布からなる不織布基材１でサンドイッチした３層構造の複合不織布を作製した。

（Ｂ）不織布基材１にポリエステル系繊維を用いる場合（実施例２・３）
前記〔２〕で作製した片面にナノファイバー２が付着したポリエステル系不織布基材１と、別に作製した表１のポリエステル系不織布基材１を、線圧０．３ＭＰａ、２８０℃でプレスロールによりラミネーションを行い、ナノファイバー２を両側からポリエステル系不織布からなる不織布基材１でサンドイッチした３層構造の複合不織布を作製した。

（Ｃ）不織布基材１にビニロン系繊維を用いる場合（実施例４）
前記〔２〕で作製した片面にナノファイバー２が付着したビニロン系不織布基材１と、別の水中に浸漬処理をした表１のビニロン系不織布基材１を、線圧０．３ＭＰａ、1２５℃でプレスロールによりラミネーションを行い、ナノファイバー２を両側からビニロン系不織布からなる不織布基材１でサンドイッチした３層構造の複合不織布を作製した。

〔４〕抗菌性の付与
いずれの実施例の場合も、銀イオン水溶液（抗菌化研株式会社製「ＬｕｎａＳｉｌｖｅｒ（ルナシルバー：登録商標）」）を、精製水を用いて１００倍に希釈し、前記〔３〕で作製した複合不織布をこの銀イオン水溶液に浸漬させた後、１１０℃で乾燥させることにより、抗菌性を有する複合不織布を完成させた。

次に、上記工程により作製した実施例１〜４について行った抗菌性試験について説明する。試験方法は、ＪＩＳＬ１９０２に基づく菌液吸収法（繊維製品評価技術協議会認定の抗菌性試験方法）により、静菌活性値を測定し、抗菌性能を評価した。評価に使用した菌株は、ＳｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓａｕｒｅｕｓＦＤＡ２０９Ｐ（黄色ブドウ球菌）であった。

具体的には、バイアル瓶に入れた滅菌済み試料０．４ｇに、生菌数を１±０．３×１０⁵に調整した菌液０．２ｍLをできるだけ均一に接種し、３７℃で１８時間培養した。その培養液に、界面活性剤Ｔｗｅｅｎ−８０（Ｔｗｅｅｎは登録商標）を０．２％添加した生理食塩水２０ｍLを加えて攪拌し、菌を洗い出した。洗い出した菌の１０倍希釈系列を作製し、ニュートリエント寒天培地と混合して３７℃で２４時間以上培養し、コロニー数を数え、生菌数を求めた。

標準試料および試験試料について、上記試験をそれぞれ行い、下式から静菌活性値を求めた（表１）。なお、標準試料としては、綿標準白布を用いた。

静菌活性値＝ｌｏｇＢ−ｌｏｇＣ
Ｂ：標準試料を１８時間培養した後、回収した菌数
Ｃ：試験試料を１８時間培養した後、回収した菌数

比較例１〜４は、それぞれ実施例１〜４に対応するもので、ナノファイバーを含まない２層構造の不織布の積層体としたものである。一般的には、静菌活性値が２．０以上であれば抗菌効果があるとされている。ナノファイバーを含まない比較例１〜４と比べ、実施例１〜４は、いずれも高い静菌活性値を示し、優れた抗菌効果を発揮することが明らかとなった。

この発明の実施形態の複合不織布の説明図。この発明の他の実施形態の複合不織布の説明図。この発明のさらに他の実施形態の複合不織布の説明図。この発明の実施形態の複合不織布の製造方法の説明図。

符号の説明

１不織布基材
２ナノファイバー

Claims

直径１μｍを超える太さの適宜の繊維からなる不織布基材と、抗菌性を付与したナノファイバーを含むことを特徴とする複合不織布。
不織布基材の層とナノファイバーの層が積層されたものである請求項１記載の複合不織布。
不織布基材がポリオレフィン系繊維からなるものである請求項１又は２記載の複合不織布。
不織布基材にナノファイバーを付着させたものを、抗菌性を有する金属イオン水溶液に浸漬させた後、乾燥させることを特徴とする請求項１、２又は３記載の複合不織布の製造方法。