JP2989684B2 - ポリメチルペンテン極細繊維ウエブ及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特定のポリメチルペン
テン樹脂を用い、メルトブローン法によって、極細で良
好な目付均一性、繊維配列性を有する耐水圧の高いポリ
メチルペンテン極細繊維ウエブ及びその製造方法を提供
するものである。本発明のポリメチルペンテン極細繊維
ウエブはその高い撥水性、耐熱性、フィルター性、柔軟
性、嵩高性を生かして各種フィルター類、透湿防水シー
ト類、ワイパー類、衛生材料類等に好適に利用される。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性樹脂を溶融紡糸し、これを高速
の気体によって繊維流とした後、シート状に捕集して不
織布を製造する方法は、特開昭49−10258号公報、特開
昭49−48921号公報、特開昭50−121570号公報等でメル
トブローン法と称して種々提案されている。また、ポリ
メチルペンテン樹脂（以下ＰＭＰ樹脂という）のメルト
ブローンウエブに関してもＵ.Ｓ.Ｐ.3,627,677号及びＲ
ｅ.31,087号においてポリオレフィンポリマーのメルト
ブローンウエブの一例として示されている。また、Ｕ.
Ｓ.Ｐ.3,481,953号ではＰＭＰ樹脂とポリプロピレンと
をブレンドしてメルトブローンする例が示されている。
更に、特開平1−224020号公報ではＰＭＰメルトブロー
ン繊維をエレクトレット化してエレクトレットフィルタ
ーとすることが示されている。このように、ＰＭＰ樹脂
をメルトブローン法によって極細繊維ウエブとすること
は公知である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術において
は、ＰＭＰ樹脂をメルトブローンによって極細繊維ウエ
ブ化する方法について詳細条件については何等提案はな
されておらず、他のポリオレフィンポリマー、具体的に
はポリプロピレンのメルトブローン法による極細繊維ウ
エブの製造条件に準じるものであった。しかし、本発明
者らの検討によれば、このような従来技術には次のよう
な重大な問題のあることが判明した。

【０００４】すなわち、ウエブを構成する繊維をより極
細に、例えば５μm以下にするためには、高温の空気を
多量に溶融吐出ポリマー流に作用させてその細化を進め
なければならないのであるが、ＰＭＰ樹脂の場合にはポ
リプロピレンの場合と違って、空気が多くなって来ると
溶融吐出ポリマー流は細化繊維化して吸引ゾーンを有す
る金網ベルトコンベア上等で一旦シートを形成してウエ
ブ状に捕集されてもウエブ上を多量に流れる熱風や周囲
から多量に吸い込んでくる二次空気によって、ウエブ表
面の繊維が大きく乱されてしまう。そして、遂にはウエ
ブがちぎれるように切断してしまい、均一なウエブを捕
集することが実質的に不可能になってしまうという問題
が発生する。また、ウエブが切断しないまでも、ウエブ
を構成する繊維の細化が均一に十分進まず、繊維径の斑
の大きいものとなる。このため、得られた極細繊維ウエ
ブは目付や繊維径、繊維の配列状態が均一でなく斑の多
いものとなり易く、撥水性（耐水度）も低いものしか得
られない。

【０００５】これはＰＭＰ樹脂の結晶化速度が比較的早
いことと共にポリプロピレン等に比べて融点が７０℃程
度も高いため、ポリマー流は細化繊維化過程においてそ
の分だけ高い温度で結晶化するため、細化途中又は細化
後繊維が相互に接触しても融着の形成が大幅に抑えられ
るため、繊維間に融着による結合が少なくなりウエブの
安定性が小さくなるためであると考えられる。一般にポ
リオレフィン系ポリマーはメルトブローンによって極細
繊維ウエブ化し易いポリマーと見なされていたが、ＰＭ
Ｐ樹脂のように融点が高く、結晶性のポリオレフィンで
はその状況が全く変わって来る。

【０００６】本発明の目的は、従来のポリオレフィンポ
リマーをメルトブローン法によって極細繊維ウエブ化す
る方法、とりわけＰＭＰ樹脂における前記した問題点を
解決して、十分に繊維の細化を進めると共に良好な目付
均一性、繊維配列性を有する撥水性の高いＰＭＰ極細繊
維ウエブ及び該ウエブを安定して製造する方法を提案す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、ポリオレ
フィン、とりわけＰＭＰ樹脂をメルトブローン法で極細
繊維ウエブ化する方法について鋭意検討した結果、本発
明に到達したものである。

【０００８】即ち、本発明は、不織布を構成する繊維の
平均直径をＤ（μm）、密度をρ（ｇ／cm³）、不織布の
見掛密度をＰ（ｇ／cm³）とするとき、下記式２で表さ
れる平均繊維間距離ｄ（μm）と耐水圧Ｈ（cm水柱）と
の積が３００以上であることを特徴とするポリメチルペ
ンテン極細繊維ウエブであり、

【式２】

【０００９】また、ポリメチルペンテンをオリフィス状
ノズルから溶融吐出させ、該ノズルオリフィス近傍から
噴出する高温高速の気体によって細化繊維化しシート上
に捕集してウエブとするメルトブローン法において、前
記ポリメチルペンテンが温度２５０℃、荷重５０００ｇ
におけるメルトインデックスが１００〜８００ｇ／分で
ありかつ、前記ノズル通過時の溶融粘度が３０〜１５０
ポイズであり、更に前記気体の噴出圧力を０．８kg／cm
²以下とし、その温度を２６０〜３４０℃とすることを
特徴とするポリメチルペンテン極細繊維ウエブの製造方
法である。

【００１０】

【作用】本発明におけるポリメチルペンテン（ＰＭＰ）
樹脂とは、ポリプロピレンを出発原料とし、これを２量
化させ、４−メチルペンテン−１とし、更に重合してホ
モポリマーとしたもの及びその共重合体である。すなわ
ち、ＰＭＰ樹脂は融点が２３０〜２４０℃とポリオレフ
ィンの中では最も高く得られた極細繊維ウエブの耐熱性
が優れたものとなる。また、表面張力もポリオレフィン
の中では最も小さく、得られる極細繊維ウエブの撥水性
（耐水度）は極めて良好なものとなる。

【００１１】繊維ウエブの耐水度は、繊維ウエブの目付
や繊維を構成するポリマーと水との接触角や表面張力に
よっても左右されるが、最も重要なファクターは隣合う
繊維の配列状態による開口の大きさ（孔径）である。こ
の開口の大きさは一般に均一ではなくある分布をもって
おり、実際の耐水度は開口の平均的な大きさではなく孔
径の最大値により左右される。すなわち、平均の孔径が
小さくても大きな開口が存在すれば、その開口の大きさ
に応じて耐水度は低下する。従って、極細繊維ウエブの
平均孔径が同一である場合、孔径分布が小さいほど、す
なわち、ウエブの繊維配列状態の斑が小さいほど耐水度
は高くなる。また、接触角や表面張力が同じである場
合、耐水度は、水を最大孔径に相当する孔に押し込むの
に必要な圧力と考えることができ、孔径に反比例するも
のと考えられるため、極細繊維ウエブの均整度は耐水度
と平均孔径との積の大きさにより評価することができ
る。

【００１２】ここで、極細繊維ウエブの平均孔径は、前
記式２で表される仮想的な平均繊維間距離ｄで代用する
ことができる。実際の不織布の平均孔径は式２の平均繊
維間距離とは異なっていると考えられるが、仮想的な配
列状態（仮想的な平均孔径）を考えるとき平均孔径は式
２の平均繊維間距離に比例するものと考えられ、式２で
代用することができる。式２は次のような仮想的な不織
布モデルの平均繊維間距離として求めることができる。
繊維径が全て等しく、平行に配列しており、最密充填の
状態からそれぞれの繊維が均等に離れた状態、すなわ
ち、各繊維が正三角形の頂点の位置で平行に配列したモ
デルを考えるとき、平均繊維間距離は次のようにして求
められる。

【００１３】不織布を構成する繊維の平均直径をＤ（μ
m）、密度をρ（ｇ／cm³）、不織布の見掛密度をＰ（ｇ
／cm³）、平均繊維間距離ｄ（μm）とすると、正三角形
の一辺の長さは Ｄ＋ｄ（μm） 正三角形の面積は

【式３】 正三角形中に含まれる繊維の断面積は

【式４】 繊維断面積と密度の積は正三角形の面積と見掛密度の積
に等しいから

【式５】 この式５を整理すると式２が得られる。

【００１４】本発明の極細繊維ウエブは、式２で求めら
れる平均繊維間距離ｄ（μm）とＪＩＳ Ｌ−１０９２
で求められる耐水度Ｈ（cm）との積の値が３００以上、
好ましくは３５０以上、更に好ましくは４００以上であ
る繊維径と配列状態の均整度の高いポリメチルペンテン
極細繊維ウエブである。この積の値が３００より小さい
と、その極細繊維ウエブは繊維の極細化が十分でなく繊
維径の斑が大きいか、目付や繊維の配列状態の斑が大き
いか、またはその両者である。比較的目付の大きい領域
においては、繊維径や繊維の配列状態に多少の斑があっ
ても厚さによってある程度カバーされるため、比較的耐
水度が大きくなるが、目付の小さい領域においては繊維
径や繊維の配列斑が直接的に開口の大きさに影響し、耐
水度の高いものが得られにくい。本願発明の極細繊維ウ
エブは特に目付が５０ｇ／m²以下の比較的小さい領域に
おいて目付割合いに比して高い耐水度が得られるため特
に効果的である。なお、繊維ウエブを親水性油剤や撥水
剤などで処理すると、繊維表面と水との接触角が変化し
耐水度に影響を及ぼすため、本発明における耐水度の測
定は、油剤などの処理剤が付与されている場合には該処
理剤を適当な溶剤などで処理して除去した状態で行う。

【００１５】次に、本発明において用いるメルトブロー
ン装置の一例についてその主要なダイ部分を図１に示し
てメルトブローンにおけるポリマー流の細化繊維化とウ
エブ形成について説明する。押出機によって溶融押出し
されたポリマー流は適当なフィルター（図１には図示せ
ず）によって濾過された後、メルトブローンダイ１の溶
融ポリマー導入部２へ導かれ次いでノズルオリフィス３
から溶融吐出される。これと同時に加熱空気導入部４へ
導入された加熱空気はメルトブローンノズルダイ１とリ
ップにより形成された加熱空気噴出スリット状噴射口５
へ導かれここから噴出されて、前記溶融吐出ポリマー流
へ作用しこれを細化して繊維形成する。次いでこれをシ
ート状に捕集して極細繊維ウエブを作製するものであ
る。

【００１６】本発明で用いられるＰＭＰ樹脂は、ＡＳＴ
Ｍ−Ｄ−１２３８に記載のメルトインデクサーを用い、
温度２５０℃、荷重５０００ｇの条件で測定されたメル
トインデックスが１００〜８００ｇ／１０分であること
が必須の要件となる。メルトインデックスは溶融ポリマ
ーの重合度及び流動性、溶融粘度の尺度である。メルト
インデックスが１５０ｇ／１０分以下であるとＰＭＰポ
リマー流を高温の空気流によってショットと呼ばれる細
化不良を伴わずに十分に細化繊維化（例えば直径５μm
以下）することが可能となる低溶融粘度、具体的には１
５０ポイズ以下まで低下せしめるためにはＰＭＰポリマ
ーの溶融温度を３５０℃以上の非常に高温にしなければ
ならず、このような高温下では、ＰＭＰポリマーの熱分
解が激しくなるため溶融粘度は低下するものの一定レベ
ルに安定に維持することが不可能になってしまう。溶融
粘度が時々刻々変動するこの状態ではンメルトブローン
後得られるウエブ中の極細繊維の繊度斑がシート巾方向
に生じウエブ品質の低下や、繊維長が短くなるためシー
ト状に捕集されず周囲へ綿状で飛散する微細繊維”風
綿”が多発して生産性の低下を生じる。

【００１７】一方、メルトインデックスが８００ｇ／１
０分を越えて大きくなるとＰＭＰ樹脂の重合度が低くな
り過ぎるためか、得られる極細繊維ウエブの強力が小さ
くなってしまって実用上問題となる。従って、本発明の
ＰＭＰ樹脂の温度２５０℃、荷重５０００ｇにおけるメ
ルトインデックスは１００〜８００ｇ／１０分でなけれ
ばならない。このようなＰＭＰ樹脂を用いることによっ
て、押出機からメルトブローン用ダイ、ノズルオリフィ
スまでポリマー溶融ライン温度の設定を過大に高める必
要がなくなり、ＰＭＰ樹脂の激しい熱分解が抑えられ
て、品質良好なＰＭＰ極細繊維ウエブが安定に製造可能
となる。

【００１８】次に本発明において重要な点としてメルト
ブローン時ＰＭＰ樹脂が溶融吐出するため、ノズルを通
過する際の溶融粘度が３０〜１５０ポイズであることが
ある。ノズル部における溶融粘度が３０ポイズ未満の場
合、ポリマーのメルトテンションが小さくなり過ぎ、繊
維形成性が低下してポリマー流の切断が多くなり、形成
される繊維の長さが非常に短くなると共に繊維径も不揃
いになる。そのため、正常にシート状に捕集されず、周
囲へ綿状で飛散する”風綿”が発生して、安定なメルト
ブローンを継続することが事実上不可能となる。また、
得られるウエブ中に筋状の繊維束が多量に混入して外観
の不良なものとなってしまったり撥水性の低いものとな
ってしまう。

【００１９】一方、ノズル部のＰＭＰ樹脂の溶融粘度が
１５０ポイズを越えて大きくなるとまず第一にメルトブ
ローンによる細化が進みにくくなる。すなわち細化を進
めるため必要な高温高速の気体流量をより多くまたその
温度をより高くする必要がありエネルギー消費的に不利
になる。更に、致命的な問題としてメルトブローンを実
施していてその時間が長くなると紡糸口金部周辺に着色
した付着物が集積する。この集積物は経時的に多くなり
遂には吐出ポリマー流に接触する。その場合には紡糸口
金面で不良な糸切れが発生する。一般にメルトブローン
では、形成される繊維は完全な連続ではなく、有限な長
さをもつ不連続な繊維と推定されるが、これは、メルト
ブローンにおいては、細化完了後にはポリマー流が、そ
の高速の変形に追従しきれずに、規則的、安定に切断す
るものである。

【００２０】前述のごとく生じる不良な糸切れはこれと
は全く異質なものであり、細化前に切れるため未延伸で
あることは勿論極めて太いもので不織布中に混入すると
その品位を著しく損ねると共に撥水性の低下を招くもの
である。この付着物の発生の正確な理由は分からない
が、溶融粘度が高すぎるメルトブローンでは、高温高速
の気体によるポリマー流の細化が不規則になる要素が増
大して、切断も不規則に生じてその一部分が正常なブロ
ーン方向以外へも飛散するため紡糸口金周辺へ付着する
ものと推定される。ちなみにこの付着物を採取して分析
したところ、これは溶融吐出メルトブローンされている
ＰＭＰ樹脂であった。これはある程度上記の推定を裏付
けている。以上の理由からメルトブローンによってＰＭ
Ｐ極細繊維ウエブを製造するに際しては、ノズル部の溶
融粘度は３０〜１５０ポイズでなければならない。好ま
しい範囲は５０〜１００ポイズである。

【００２１】次に、本発明において肝要な点として、溶
融吐出するＰＭＰ樹脂を細化繊維化する空気の噴射圧力
を０．８kg／cm²以上とすることがある。なお、噴出圧
力は図１の加熱空気導入部４のリップ６に近い点で測定
したものである。この噴出圧力が０．８kg／cm²を越え
て大きくなると、加熱空気流速が早くなるためポリマー
流の細化繊維化は進んで繊維径は充分小さくなる。しか
しこの場合、細化繊維流をシート状に捕集して極細繊維
ウエブとして捕集しようとしても、一旦ウエブ状を形成
したものの高速で噴出される空気流とこの空気流が周囲
から吸引して生じる”二次空気”の流れによってウエブ
表面が容易に乱れ、ついでウエブ全体が変形し遂にはウ
エブが切断されて（ちぎれて）しまって、均一な極細繊
維ウエブの形成が不可能になってしまう。このような現
象の正確な理由については分からないが、同じポリオレ
フィン系ポリマーであるポリプロピレンにおいては全く
認められないことから次のように推定している。

【００２２】すなわち、噴出空気の圧力が高くなるにつ
れて、噴出後空気の断熱膨張が大きくなるため噴出空気
の温度低下が大きくなって、実質的には瞬間的な断熱膨
張後低温状態でポリマー流と接触するため、ポリマー流
は急激な冷却をする。このときＰＭＰ樹脂は２３０〜２
４０℃と高い融点で比較的速い結晶性を有するため、細
化繊維化中に結晶化が進むため、繊維流は互いに接触し
て融着を殆どしないため、繊維間の融着結合が形成され
にくく、捕集されたウエブは繊維間の補強が繊維の絡み
合だけのため、形態安定性に乏しいものとなってしまっ
たと考えられる。

【００２３】それに対して、噴出空気が０．８kg／cm²
以下となると加熱空気速度が遅くなることから、この空
気の流れ自体によっても、また、この空気流が周囲から
吸引することによって生じる二次空気からのウエブへの
作用が小さくなる。それと同時に吐出空気の断熱膨張も
低下するため、吐出空気の瞬間的な温度低下が非常に緩
やかになるため細化繊維流が相互に接触した際の融着の
形成も適度に増加し、極細繊維ウエブの形態安定性も良
好となるものと考えられる。前記空気流の作用の減少と
ウエブ形態安定性向上のため、安定な捕集が可能とな
る。

【００２４】従って、溶融吐出するＰＭＰ樹脂を細化繊
維化する空気の噴出圧力は０．８kg／cm²以下でなけれ
ばならない。更に、本発明において重要な点として前記
噴出空気温度を２６０〜３４０℃とすることがある。噴
出空気温度が２６０℃より低い場合には、断熱膨張の効
果がいくら小さくなったとしても、膨張前の温度が低い
ためか、細化繊維間に適度な、即ち、極細繊維ウエブの
形態安定性を向上させるような、融着を形成させること
ができない。一方、噴射空気温度が３４０℃を越えて高
くなってしまうと、前記とは全く逆に繊維間の融着が激
しくなり、得られる極細繊維ウエブは粗硬な風合い触感
を呈するようになって実用価値のないものとなってしま
う。従って、噴出空気温度は２６０〜３４０℃でなけれ
ばならない。

【００２５】また、本発明の極細繊維ウエブを構成する
繊維の平均直径が５μm以下である事が好ましい。さら
に本発明の方法で製造される極細繊維ウエブの目付は指
向する用途によって決められるが一般に５〜２００ｇ／
m²の範囲である。例えば生理用ナプキンのバックシート
に用いる時には低目付に、マスク、エアフィルター、オ
イルフィルター、サージカルガウン、ドレープ、滅菌ラ
ップ、衣料用中綿等に用いるときは中目付、農業用、土
木用、工業用の各種透湿防水シートに用いるときは中目
付ないしは高目付とする。

【００２６】本発明の極細繊維ウエブの産業上の利用例
として以下のものを挙げる事ができる。 ・建築資材：アスファルトルーフィング基布、結露防止
シート、ハウスラップ基布、保温シート ・農業資材：遮光シート、育苗用シート、吸排水シー
ト、防根シート、防草シート ・生活資材：風呂敷、使い捨てカイロ袋、カーテン、障
子紙、防虫シート、タフトカーペット基布、作業服、デ
ィスポーザブルの簡易衣料、保温中綿、ワイピングクロ
ス、ティーバック、芯地 ・工業用資材：エアフィルター、オイルフィルター、電
線押え巻テープ、包装材、絶縁用テープ、電池セパレー
ター、車輌資材（カーマット、カーシート等） ・医療・衛生資材：紙おむつ、メディカルガウン、手術
用覆布、パップ剤基布、ナプキン

【００２７】

【実施例】以下本発明を具体的な実施例で説明するが本
発明はこれによって限定されるものではない。尚、実施
例及び比較例中、不織布を構成する極細繊維の太さは、
不織布を操作型電子顕微鏡で１０００倍に拡大した写真
を撮り、その中の任意の極細繊維１００本の直径を測定
しその数平均により求めたものである。不織布の耐水圧
は耐水度とも呼ばれるが、極細繊維ウエブを圧着面積９
％のドット状エンボス処理後、ＪＩＳ Ｌ−１０９２の
方法によって測定したものである。メルトインデックス
は前記ＡＳＴＭ−Ｄ−１２３８記載のメルトインデクサ
ーを用い、温度２５０℃、荷重５０００ｇで測定したも
のである。平均繊維間距離ｄの算出には、ＰＭＰ樹脂及
びＰＰ樹脂の密度をそれぞれ０．８３ｇ／cm³及び０．
９１ｇ／cm³として計算した。

【００２８】実施例１〜４、比較例１〜８ 直径０．３mmのオリフィス状ノズルを０．７５mmピッチ
で一列に配列したダイ巾２０００mmの図１に示すような
メルトブローン装置を用いてメルトブローンを行った。
表１に示すメルトブローン条件でそれぞれ原則として連
続２４時間のメルトブローンを行い、メルトブローン調
子、不織布の品質の評価、不織布の耐水度等の測定を行
った。結果を表２に示す。

【００２９】

【表１】

【表２】

【００３０】本発明の実施例である実施例１〜４ではメ
ルトブローン工程調子、不織布品質、耐水度はいずれも
良好であった。それに対して、本発明外の例である比較
例１及び６は、メルトブローン品質評価は不良で耐水
度、耐水度と平均繊維間距離との積の値がいずれも小さ
い。また、比較例２〜５及び７ではウエブがちぎれて工
程調子は不良であった。比較例８は原料ポリマーをポリ
プロピレンとしたものであるが、工程調子等は良好であ
るが、ポリメチルペンテンに比べて接触角が小さいため
耐水度は明らかに見劣りしている。

【発明の効果】本発明によれば、ポリオレフィンの中で
は最も撥水性に優れたＰＭＰ樹脂を原料として平均繊維
径５μm以下の非常に極細のＰＭＰ繊維からなる目付が
均一で耐水度の高いウエブを安定に製造することが可能
である。本発明の極細繊維ウエブは非常に高い耐水度と
極細繊維ウエブに共通する柔軟性、嵩高性、透湿性、通
気性、フィルター性能を併せ持つものである。更に耐熱
性もポリオレフィンでは最も高いものである。そのた
め、各種フィルター類、透湿防水シート、ワイパー類、
衛生材料、その他広い用途に使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の極細繊維ウエブの製造に用いられるメ
ルトブローンダイの一例の主要部の断面図である。

【符号の説明】

１ メルトブローンダイ ２ 溶融ポリマー導入部 ３ オリフィス状ノズル ４ 加熱気体導入部 ５ 加熱気体噴出スリット ６ リップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−113060（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−181041（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−139864（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−199425（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−167361（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−251653（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) D04H 1/00 - 5/08

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 不織布を構成する繊維の平均直径をＤ
   （μm）、密度をρ（ｇ／cm³）、不織布の見掛密度をＰ
   （ｇ／cm³）とするとき、下記式１で表される平均繊維
   間距離ｄ（μm）と耐水圧Ｈ（cm水柱）との積が３００
   以上であることを特徴とするポリメチルペンテン極細繊
   維ウエブ。 【式１】
2. 【請求項２】 ポリメチルペンテンをオリフィス状ノズ
   ルから溶融吐出させ、該ノズルオリフィス近傍から噴出
   する高温高速の気体によって細化繊維化しシート上に捕
   集してウエブとするメルトブローン法において、前記ポ
   リメチルペンテンが温度２５０℃、荷重５０００ｇにお
   けるメルトインデックスが１００〜８００ｇ／分であり
   かつ、前記ノズル通過時の溶融粘度が３０〜１５０ポイ
   ズであり、更に前記気体の噴出圧力を０．８kg／cm²以
   下とし、その温度を２６０〜３４０℃とすることを特徴
   とするポリメチルペンテン極細繊維ウエブの製造方法。