メルトブロー不織布の生産と応用についての紹介

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溶融噴射不織布の生産プロセスは、金型のノズルから押し出されたポリマー溶着体の細い流れを高速の熱風で引き伸ばし、超微細な繊維を形成してネットカーテンやローラーに凝縮させ、繊維同士が互いに結合することで不織布を完成させるものです。.

溶融噴射繊維とスパンボンド繊維の比較：

繊維長：スパンボンドはフィラメント、溶融噴射は短繊維です。.
繊維強度：スパンボンド繊維強度＞溶融噴射繊維強度。.
繊維の細さ：溶融噴射繊維はスパンボンド繊維より細いです。.

溶融噴射装置は配置方法により水平型と垂直型に分けられます。.

1. プロセスフローと設備

溶融噴射プロセス

ポリマー調製→溶着押出→計量ポンプ→溶着ノズルアセンブリー→溶着ドリップストレッチ→冷却→受信装置

含まれる設備 PP溶融噴射不織布生産ライン

主な設備：フィーダー、スクリュー押出機、計量ポンプ、溶着ノズルアセンブリー、空気圧縮機、空気加熱器、受信装置、巻取り装置。ポリエステルなどの原料を生産するにはチップ乾燥装置も必要です。.

補助設備：ノズル清掃炉、静電気塗布装置、スプレー装置など。.

1. フィーダー

押出機のホッパーに設置されます。フィーダーの役割はポリマーのシートをスクリュー押出機のホッパーに吸引することです。通常自動機能を備えており、単位時間あたりの供給量は生産ライン全体の出力に応じて設定できます。.

2. スクリュー押出機

3. 計量ポンプ

4. 溶着ノズルアセンブリー

ノズルアセンブリーは溶着装置の最も重要な部分であり、主に以下を含みます：

ポリマー溶着分配システム
ノズルヘッドシステム

ポリマー溶着分配システム

ポリマー溶着分配システムは、ポリマー溶着体が溶着ノズルの全長にわたり均一に流れ、均一な滞留時間を確保できるようにします。これにより、溶着不織布の幅方向における特性がより均一になります。.

ノズルシステム

ノズルヘッドシステムはスピンネット、ガスプレート、加熱・保温部品などで構成されています。.

溶着製品の均一性はノズルと密接に関係しています。一般的に、溶着ノズルヘッドの加工精度は高く、そのためノズルヘッドの製造コストは高くなります。.

5. 空気加熱器

溶着プロセスでは大量の高温空気が必要です。空気圧縮機で出力された圧縮空気は除湿・ろ過され、空気加熱器で加熱されて溶着ノズルアセンブリーへ送られます。空気加熱器は圧力容器であり、同時に高温空気の酸化にも耐えなければならないため、材料はステンレス鋼でなければなりません。.

6. 受信装置

溶着プロセスの主な受信装置の種類は、ローラータイプ、フラットスクリーンタイプです。

三次元成形（マンデル）：フィルター素子を生産する装置

三次元受信装置を採用し、間欠受信と連続受信に分かれます。.

間欠受信装置

受信装置が前後に動いて、繊維がマンデルに何層にも巻き付けられます。受信距離を変えることで密度勾配のあるフィルター素子を生産できます。;

マンデルのサイズを変えて異なる内径のフィルター素子を生産します。各フィルター素子が作られた後、マンデルを交換する必要があるため、生産効率は低くなります。.

連続受信装置

受信マンデルはカンチレバー梁の形をしており、チューブ状のフィルター素子を出力するための伝動軸があります。伝動軸の先端にはねじがあり、チューブ状のフィルター素子は受信マンデルから引き抜かれて切断システムへ搬送されます。.

密度勾配のあるフィルター素子を生産する際には、異なる受信距離を持つ複数のノズルヘッドを装備する必要があります。.

7. 補助設備

溶着生産ラインの主な補助設備はノズル清掃炉です。溶着ノズルヘッドを一定期間使用すると穴詰まりが発生します。この場合、溶着ノズルヘッドを交換する必要があります。.

交換した溶着ノズルは焼却して、ノズルに残ったポリマーと不純物を取り除く必要があります。スクリューやスピンネットは通常、余分なポリマーと不純物を除去するために焼きます。.

2. 溶着に使用される原料

理論上、すべての熱可塑性（高温で溶着、低温で固化）ポリマーのチップ原料を溶着プロセスに使用できます。ポリプロピレンは溶着技術で最も広く使われるチップ素材の一つです。他にも、溶着技術でよく使われるポリマーのチップ素材には、ポリエステル、ポリアミド、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスチレン、PBT、EMA、EVAなどがあります。.

ポリマーの種類によってその融点や流動特性が決まります。それぞれのポリマー原料ごとに、対応する溶着プロセス、例えば加熱温度、スクリューの長径比、スクリュー形状、原料乾燥プロセスなどが若干異なります。.

オレフィン系ポリマー原料（例えばポリプロピレン）は重合度が高いので、加熱温度は融点より100℃以上高くてもスムーズに溶着できますが、ポリエステルの加熱温度は融点より少し高い程度で溶着可能です。オレフィン系原料は一般に乾燥する必要はありません。ポリエステルは必ずチップ乾燥が必要です。.

ポリマー原料の分子量と分子量分布は、溶着プロセスおよび溶着不織布の性能に最も重要な要因です。.

溶着プロセスにおいては、一般的にポリマー原料の低分子量かつ分子量分布が狭い方が溶着ウェブの均一性に有利だとされています。ポリマーの分子量が低いほど融着流動指数（MFI、融着流動指数とは一定の圧力と温度下で10分間に流出する溶着体の重量を指す）が高くなり、融着粘度が低くなるため、溶着プロセスでの引き伸ばし効果が弱くなります。.

3. 溶着不織布の構造と特性

溶着不織布の特徴の一つは繊維の細さが小さく、通常10μm未満で、ほとんどの繊維の細さは1～4μmであることです。.

溶着ノズルから受信装置までのスピンライン全体にかかるさまざまな力はバランスが取れません（高温・高速気流の引き伸ばし力の変動、冷却空気の速度や温度などの影響）。そのため、溶着繊維の細さが異なることになります。.

スパンボンド不織布ウェブの繊維直径の均一性は、溶着繊維よりも著しく優れています。これはスパンボンドプロセスでは紡糸工程の条件が安定しており、引き伸ばしや冷却条件が変わらないためです。.

溶着繊維の結晶性と配向性はスパンボンド法よりも小さいです。そのため、溶着繊維の強度は低く、繊維ウェブの強度も劣ります。いくつかのPP繊維の強度は以下の通りです：

溶着繊維の強度が低いことから、溶着不織布の実用的な応用は主にその超微細繊維の特性によるものです。.

4. 溶着不織布の用途

現在、溶着不織布は主に以下に使用されています：

1 フィルター素材

濾過とは、気体や液体中に分散した粒子状物質を分離することです。.

濾過メカニズム：ふるい分け沈殿、静電沈殿、拡散沈殿など。.

粒子はフィルター素材の孔径より大きいですか？

研究によると、孔径が10～数十ミクロンのフィルター素材は、最大1 µmの粉塵を捕捉できることが示されています。スクリーンの沈降効果を向上させるためには、フィルター素材の孔径を小さくする必要があります。つまり、繊維の細さを下げ、素材の密度を高めることが必要です。.

溶着不織布は、繊維が細く、多数の孔があり、孔径が小さいという利点を持っています。.

用途：

ガス濾過：医療用マスク、室内空調用フィルター素材。.

液体濾過：飲料水の濾過、水の濾過。.

濾過効果を向上させるためには、繊維の細さを下げ、フィルター素材の密度を高めることができますが、これにより濾過抵抗が大幅に増加します。.

そのため、溶着不織布に静電気を帯びさせ、静電気効果によって濾過効果を向上させることができます。これをエレクトレット処理と呼びます。.

エレクトレット処理を施した溶着不織布は長期間にわたり静電気を保持し、静電気効果によって微細な粉塵を捕らえることができるため、高い濾過効率と低い濾過抵抗という利点があります。.

ポリプロピレンは高い電気抵抗率（7×10¹⁰Ω·cm）と大きな電荷注入能力を持ち、エレクトレット繊維を作るのに理想的な材料です。実験によると、エレクトレット仕上げを施したポリプロピレン溶着不織布を自然状態で1440時間保管した後も、濾過効率は変わらないことが確認されています。.

エレクトレット仕上げが溶着不織布の濾過効率と抵抗に与える影響

エレクトレット仕上げ後も、溶着不織布の濾過抵抗は変化していないものの、濾過効率は大幅に向上しており、他の不織布にはない優れた性能を発揮しています。.

2. 医療・健康素材

医療用マスク：内層と外層にスパンボンド素材、中間に溶着不織布を使用した複合素材（SMS）。.

3. 環境保護素材（油吸着素材）

ポリプロピレン溶着不織布は、その素材特性とマイクロファイバー構造から優れた油吸着素材です。欧米や日本などの先進国では、海洋油流出事故や工場設備からの油漏れ、下水処理などに広く利用されています。.

ポリプロピレン溶着不織布は疎水性かつ親油性を持ち、強酸や強アルカリにも耐え、水より軽い密度を有しています。油を吸収した後も長期間にわたり水面上に浮かび続け、変形せず、再利用や長期保存が可能です。ポリプロピレン溶着不織布は油吸着コード、油吸着チェーン、油吸着枕などに加工され、吸油量は自重の10～50倍に達します。.