CN1816377A - 摩擦带电过滤材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种摩擦带电过滤材料，其中含有至少20质量％的含次膦酸化合物和/或磺酸化合物的聚酯系纤维、和至少30质量％的聚烯烃系纤维。另外，在所述聚酯系纤维中，次膦酸化合物和/或磺酸化合物与聚酯分子链发生共聚。由此，本发明可以提供组合聚酯系纤维和聚烯烃系纤维而成的可以表现出低压力损失和高颗粒捕集效率的带电过滤材料，进而还提供根据“JIS D 1201(1977)汽车车厢内用有机材料的可燃性试验方法”划分的可燃性属于自熄性且在实施焚烧处理时不会产生二噁英的带电过滤材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种摩擦带电过滤材料，更详细地说，涉及用于汽车车厢内或办公设备、居住空间等的空气过滤器或面罩等中使用的材料。进而，涉及根据“JIS D 1201(1977)汽车车厢内用有机材料的可燃性试验方法”划分的可燃性属于自熄性的摩擦带电过滤材料。
背景技术
作为吸收空气中的尘埃的气体过滤器，已经提出了各种不同的过滤器。其中，混合了不同的多种纤维的摩擦带电过滤材料，作为压力损失低且颗粒吸收效果比较高的过滤材料而受到了关注，迄今为止，提出了各种由不同组合的纤维构成的材料(例如，专利文献1～3)。
专利文献1：美国专利第4798850号说明书
专利文献2：特开2000-170068号公报
专利文献3：特表2003-512147号公报
在这些文献中，公开了除去由聚烯烃系纤维、和改性丙烯腈系纤维或丙烯腈系纤维、聚酯纤维组合而成的纤维中的油剂而清洗表面之后通过摩擦带电得到的过滤材料。但是，在所有文献中都没有记载过滤材料的可燃性。根据用途的不同，有时需要具有自熄性。例如当被用于汽车车厢内的空气净化构件时，通过“JIS D 1201(1977)汽车车厢内用有机材料的可燃性试验方法”判断的可燃性必须为自熄性。但是，在上述专利文献所公开的纤维中的聚烯烃系纤维和丙烯腈系纤维的组合尽管其过滤性能高，但丙烯腈系纤维极易燃烧，所以不具有自熄性。聚烯烃系纤维和改性丙烯腈系纤维的组合虽可显示出自熄性，但改性丙烯腈系纤维含有氯，在进行焚烧处理时有可能产生有害的二噁英类，所以从环境的角度来说不理想。
另外，聚烯烃系纤维和标准的芳香族聚酯纤维(以下，成为标准聚酯纤维)的组合尽管与聚烯烃系纤维和丙烯腈系纤维的组合相比其较难燃烧，但未必显示自熄性，而且过滤性能也较差。在专利文献3中，公开了由聚烯烃系纤维和聚酯纤维构成的过滤材料，但该材料不具有足够的带电性，特别是对0.3μm左右的微细颗粒的捕集效率不够充分，而且对于能表现出高过滤性能或自熄性的聚酯的结构没有任何记载。
发明内容
本发明的目的在于，提供通过聚酯系纤维和聚烯烃系纤维的组合而可以表现出低压力损失及高颗粒吸收效率的带电过滤材料，进而还提供根据“JIS D 1201(1977)汽车车厢内用有机材料的可燃性试验方法”划分的可燃性属于自熄性且在实施焚烧处理时不产生二噁英类的带电过滤材料。
本发明是一种摩擦带电过滤材料，其中含有至少20质量％的含次膦酸化合物和/或磺酸化合物的聚酯系纤维和至少30质量％的聚烯烃系纤维。
另外，上述摩擦带电过滤材料的特征在于，在上述聚酯系纤维中，次膦酸化合物和/或磺酸化合物与聚酯分子链发生了共聚。
此外，上述摩擦带电过滤材料的特征在于，根据JIS D 1201(1977)汽车车厢内用有机材料的可燃性试验方法划分的上述过滤材料的可燃性属于自熄性。
本发明的摩擦带电过滤材料可以表现出低压力损失和高颗粒吸收效率。而且，由于将含有次膦酸化合物和/或磺酸化合物的聚酯系纤维和聚烯烃系纤维组合而成，因此在具有出色的摩擦带电性的同时，必要时可以容易地使于具备基于“JIS D 1201(1977)汽车车厢内用有机材料的可燃性试验方法”的自熄性，可以得到能在要求自熄性的空气过滤器的用途中利用的摩擦带电过滤材料。另外，因为本发明的过滤材料在焚烧处理时不会产生二噁英，所以其本身是对环境的负担较少的过滤材料。
具体实施方式
以下，详细说明本发明。
本发明的带电过滤材料，是多种纤维成分被混合而成的带电过滤材料，其特征在于，作为其构成纤维含有含次膦酸化合物和/或磺酸化合物的聚酯系纤维、和聚烯烃系纤维。
本发明中的次膦酸化合物是用下述通式(1)表示的化合物。
[化1]
(式中，X1表示酯形成性官能团，R1表示低级亚烷基或亚芳基(Arylene)，R2、R3表示相同或不同的碳原子数为1～10的烃基、n1表示1或者2的整数，n2、n3分别表示0～4的整数。)
本发明中的磺酸化合物是用下述通式(2)表示的磺酸金属盐、或用下述通式(3)表示的磺酸鏻盐。
[化2]
(式中，X2表示酯形成性官能团，X3表示和X2相同或不同的酯形成性官能团或氢原子，A1表示芳香族或脂肪族的基团，M1表示碱金属或碱土金属。)
[化3]
(式中，X4表示酯形成性官能团，X5表示和X4相同或不同的酯形成性官能团或氢原子，A2表示芳香族或脂肪族的基团，R4、R5、R6、R7是从氢、烷基、芳(Aryl)基、羟基烷基中选择的相同或不同的基团，n4表示1或者2的整数。)
在本发明的上述通式(1)中，作为X1具体可以举出羧基、羧基的碳原子数为1～6的烷基酯、环烷基酯、芳(Aryl)基酯、羟基、碳原子数为2～7的羟基烷氧基羰基等。另外，作为R1，优选为亚甲基、亚乙基、1，2-亚丙基、1，3亚丙基等低级亚烷基，1，3-亚苯基、1，4亚苯基等亚芳基(Arylene)等。另外，作为R2、R3，优选为碳原子数为1～6的烷基、环烷基、芳(Aryl)基和上述X1的1价基团等。
作为用上述通式(1)表示的次膦酸化合物的具体例，除了9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(HCA)之外，还有用下述化学式(a)～(z)表示的化合物。
[化4]
[化5]
[化6]
[化7]
进而，作为次膦酸化合物，除了上述以外，下述通式(4)的化合物或用通式(5)表示的羧基次膦酸及其衍生物也是可以使用的。
[化8]
(式中，R8表示碳原子数为1以上22以下的烷基、苯基、萘基和蒽基，M2表示金属离子、铵离子、鏻离子。)
作为用通式(4)表示的化合物的具体例子，有苯基次膦酸钠、苯基次膦酸钾、苯基次膦酸锂、苯基次膦酸钙、苯基次膦酸镁等。
[化9]
(式中，R11可以是碳原子数为4以上的带有支链的烷基或芳香族基，R12、R13是氢原子或碳原子数为1～6的1价的有机基团或具有羟基的有机基团，这些可以相同，也可以不同。另外，A3表示2价或3价的有机残基。)
作为用通式(5)表示的羧基次膦酸及其衍生物的具体例子，可以举出(2-羧基乙基)苯基次膦酸、(2-羧基乙基)-叔丁基次膦酸、(2-羧基乙基)1，1-二甲基己基次膦酸、(2-羧基乙基)萘基次膦酸、(2-羧基乙基)甲苯酰次膦酸、(2-羧基乙基)2，5-二甲基苯基次膦酸、(2-羧基乙基)环己基次膦酸、(2-羧基乙基)-4-氯苯基次膦酸、(4-羧基苯基)苯基次膦酸、(3-羧基苯基)苯基次膦酸、羧甲基苯基次膦酸、羧甲基萘基次膦酸和它们的低级醇酯、低级醇二酯、环状酐等。
在表示本发明中的磺酸化合物的上述通式(2)中，X2是酯形成性官能团，X3表示与X2相同或不同的酯形成性官能团或氢原子。作为酯形成性官能团的具体例子，可以举出-COOH、-COOR、-OH、-OR[各式中，R是低级烷基、或苯基]等。其中，作为用R表示的低级烷基，例如优选其碳原子数为1～4个的直链状或支链状的烷基。另外，A1表示芳香族或脂肪族的基团，其中，优选芳香族基团。M1表示碱金属或碱土金属，作为碱金属，可以举出钠、钾、锂等，作为碱土金属，可以举出钙、镁等。
用上述通式(2)表示的磺酸化合物可以作为与二醇的反应产物添加。作为这种磺酸化合物的特别优选的例子，可以举出5-钠磺基间苯二甲酸(和其甲酯、乙二醇酯)、间-钠磺基苯甲酸(和其甲酯、乙二醇酯)、对-钠磺基苯甲酸(和其甲酯、乙二醇酯)、邻-钠磺基苯甲酸(和其甲酯、乙二醇酯)、4-羟基-3-钠磺基苯甲酸(和其甲酯、乙二醇酯)、3-羟基-4-钠磺基苯甲酸(和其甲酯、乙二醇酯)、3-钠磺基水杨酸(和其甲酯、乙二醇酯)等。
在本发明的上述通式(3)中，X4是酯形成性官能团，X5表示与X4相同或不同的酯形成性官能团或氢原子。作为酯形成性官能团的具体例子，可以举出-COOH、-COOR、-OH、-OR[各式中，R是低级烷基、或苯基]等。其中，作为用R表示的低级烷基，例如优选其碳原子数为1～4个的直链状或支链状的烷基。另外，A1表示芳香族或脂肪族的基团，其中，优选芳香族基团。R4、R5、R6和R7表示从氢、烷基、芳(aryl)基、羟基烷基中选择的相同或不同的基团。这种磺酸鏻盐可以通过通常的对应磺酸和次膦酸类的反应或者对应的磺酸金属盐和卤化鏻类的反应而容易地合成。
用上述通式(3)表示的磺酸鏻盐可以作为与二醇的反应产物添加。作为这种磺酸鏻盐的优选的例子，可以举出3，5-二羧基苯磺酸四丁基鏻盐、3，5-二羧基苯磺酸乙基三丁基鏻盐、3，5-二羧基苯磺酸苄基三丁基鏻盐、3，5-二羧基苯磺酸苯基三丁基鏻盐、3，5-二羧基苯磺酸四苯基鏻盐、3，5-二羧基苯磺酸乙基三苯基鏻盐、3，5-二羧基苯磺酸丁基三苯基鏻盐、3，5-二羧基苯磺酸苄基三苯基鏻盐、3，5-二甲酯基苯磺酸四丁基鏻盐、3，5-二甲酯基苯磺酸乙基三丁基鏻盐、3，5-二甲酯基苯磺酸苄基三丁基鏻盐、3-甲酯基苯磺酸四丁基鏻盐、3-甲酯基苯磺酸四苯基鏻盐、3，5-二(β-羟基乙氧基羰基)苯磺酸四丁基鏻盐、3，5-二(β-羟基乙氧基羰基)苯磺酸四苯基鏻盐、3-(β-羟基乙氧基羰基)苯磺酸四丁基鏻盐、3-(β-羟基乙氧基羰基)苯磺酸四苯基鏻盐、4-羟基乙氧基苯磺酸四丁基鏻盐、2，6-二羧基萘-4-磺酸四丁基鏻盐、α-四丁基鏻琥珀酸等。上述磺酸鏻盐可以并用2种以上。
另外，本发明中的次膦酸化合物为(2-羧基乙基)苯基次膦酸也是优选的实施方式之一。
在本发明中，优选上述次膦酸化合物和/或磺酸化合物在聚酯分子链上发生共聚。另外，该聚酯分子链，可以从二羧酸成分当中80％以上为对苯二甲酸或其酯形成性衍生物的二羧酸，和二醇成分当中的80％以上为从乙二醇、三甲撑二醇、四甲撑二醇中选择的至少一种亚烷基二醇或它们的酯形成性衍生物的二醇得到。就共聚物中的上述次膦酸化合物和/或磺酸化合物的含量而言，以次膦酸化合物和磺酸化合物计为整个羧酸成分的0.5～5摩尔％，优选为1～3摩尔％。其中，次膦酸化合物和磺酸化合物可以共存于同一聚酯分子链内。当制造这些共聚聚酯时，酯交换反应、缩聚反应中都可以采用以往公知的催化剂、反应条件。另外，可以将这些共聚聚酯树脂作为原料，采用常规方法制造短纤维。
将上述共聚聚酯纤维与聚烯烃系纤维混合后，通过采用适当的方法使纤维彼此摩擦，可以产生静电电荷，其带电水平远高于使用标准聚酯纤维的情形。因此，本发明的摩擦带电过滤材料与由标准聚酯纤维和聚烯烃系纤维构成的过滤材料相比，其过滤性能更为出色。
另外，上述共聚聚酯纤维与标准聚酯纤维相比，阻燃特性更出色。这可能是因为，通过在聚合物中含有次膦酸化合物和/或磺酸化合物，体现了燃烧时的滴落性(drip)，从而有助于提高阻燃效果。因此，本发明的摩擦带电过滤材料容易具备通过“JIS D 1201(1977)汽车车厢内用有机材料的可燃性试验方法”判断的自熄性。
本发明中的聚烯烃系纤维是指聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯—聚丙烯复合纤维等，优选聚丙烯纤维。这些聚烯烃系纤维中可以含有阻燃剂。
通常在摩擦带电过滤材料中，若要提高由摩擦带来的带电水平，被认为有效的方法是增加不同纤维之间的接触频率、增加由接触产生的电荷量等方式。其中，关于后者，如上所述，通过对上述共聚聚酯纤维和聚烯烃系纤维进行混合、摩擦，可以使带电水平提高。关于前者，存在聚酯系纤维和聚烯烃系纤维的混合比的最佳区域，如果在该区域之外，则带电水平不能变高。
因此，在本发明的摩擦带电过滤材料中，含有次膦酸化合物和/或磺酸化合物的上述聚酯系纤维的含量，相对于全部构成纤维，需要达到20质量％以上。当不到20质量％时，不能得到足够的高带电化的效果、和阻燃化的效果。优选为30～70质量％。
另外，在本发明的带电过滤材料中，为了体现由摩擦带来的带电效果，聚烯烃系纤维的含量相对于全部构成纤维需要达到30质量％以上，优选为30～70质量％。
本发明的摩擦带电过滤材料中，除了含有次膦酸化合物和/或磺酸化合物的聚酯系纤维、和聚烯烃系纤维之外，还可以含有其他纤维。作为优选的纤维，有标准聚酯纤维、聚乳酸纤维、丙烯腈系纤维等。
以下说明本发明的摩擦带电过滤材料的适合的制造方法例。首先，以规定的质量混合比对含有上述纤维的多种纤维成分进行混棉、梳理处理，制造混合纤维网(web)，随后在纤维网状的状态下除去纤维表面的油剂。除去drip的具体方法有将纤维网浸渍在溶剂或表面活性剂等的槽中后进行冲洗处理的方法、向纤维网喷射高压水的方法等。接着，对已干燥的纤维网进行摩擦处理而得到带电过滤材料。作为摩擦处理的方法，例如有在使过滤材料啮合于2个齿轮辊之间的状态下使之通过并同时进行摩擦的方法、或通过针刺(needle punch)处理而同时进行摩擦和交织的方法等。在这些摩擦工序中，可在实施带电处理的同时对纤维网进行拉伸，调整至规定的单位面积重量，或者也可以与加强材料贴合。作为加强材料，可以使用网状物(net)、纺粘型(spunbond)无纺布、热粘型无纺布、湿式抄浆纸等以往公知的材料。
实施例
下面，通过实施例详细说明本发明。
[共聚聚酯纤维的制造]
(制造例1)
将194质量份的对苯二甲酸二甲酯(DMT)、124质量份的乙二醇、相对于DMT为2摩尔％的上述化合物(r)的次膦酸化合物放入到反应容器中，向其中添加相对于DMT为0.1摩尔％的乙酸锌、和0.02摩尔％的三氧化锑，在氮气气氛下用2小时的时间从150℃升温至230℃，同时进行酯交换反应。接着，将其产物转移到缩聚罐中，在280℃、1mmHg以下的减压条件下进行5小时的缩聚反应，得到共聚聚酯树脂。将该树脂作为原料，采用常规方法制作2.2分特的短纤维A。
(制造例2)
将194质量份的对苯二甲酸二甲酯(DMT)、124质量份的乙二醇、相对于DMT为3摩尔％的5-钠磺基间苯二甲酸的乙二醇酯放入到反应容器中，向其中添加相对于DMT为0.1摩尔％的乙酸锌、和0.02摩尔％的三氧化锑，在氮气气氛下用2小时的时间从150℃升温至230℃，同时进行酯交换反应。接着，将其产物转移到缩聚罐中，在280℃、1mmHg以下的减压条件下进行5小时的缩聚反应，得到共聚聚酯树脂。将该树脂作为原料，采用常规方法制作2.2分特的短纤维B。
(制造例3)
将194质量份的对苯二甲酸二甲酯(DMT)、124质量份的乙二醇放入到反应容器中，向其中添加相对于DMT为0.1摩尔％的乙酸锌、和0.02摩尔％的三氧化锑，在氮气气氛下用3小时的时间从150℃升温至230℃，同时进行酯交换反应。接着，将其产物转移到缩聚罐中，添加相对于DMT为2摩尔％的3，5-二(β-羟基乙氧基羰基)苯磺酸四丁基鏻盐，在280℃、1mmHg以下的减压条件下进行5小时的缩聚反应，得到共聚聚酯树脂。将该树脂作为原料，采用常规方法制作2.2分特的短纤维C。
(制造例4)
将1236质量份的对苯二甲酸、62质量份的(2-羧基乙基)苯基次膦酸和1055质量份的乙二醇放入到反应容器中，进而添加三氧化锑0.55质量份、三乙胺11质量份，在230℃、表压2.5kg/cm2下，一边逐步除去酯由化生成的水，一边进行酯化反应2小时。接着，用1小时的时间将体系的温度升温至275℃，此期间缓慢降低体系的压力，使其降至0.1mmHg，在该条件下进行2小时的缩聚反应。所得共聚聚酯树脂的[η]为0.64且磷含量为5900ppm。将该共聚聚酯树脂作为原料，采用常规方法进行纺纱、拉伸，制作2.2分特的短纤维D。
(带电过滤材料的制造方法)
对表1所示的规定质量混合比的纤维进行混棉、梳理，制作单位面积重量为100g/m2的混合纤维网，向其连续地喷射3MPa的高压水以除去油剂。将其干燥后，以50根/cm2针密度进行针刺处理，同时进行摩擦带电和交织，得到带电过滤材料试样。针刺处理时的温湿度为27℃、55RH％。其中，表1所示的上述A、B、C以外的纤维如下所示。
NC：宇部日东化成(株)制的聚丙烯短纤维(2.2dtex，51mm)
707：东洋纺织(株)制的标准聚酯纤维(2.2dtex，51mm)
K8：日本エクスラン工业(株)制的丙烯腈系纤维(2.2dtex，51mm)
(过滤性能的测量)
测量压力损失时，将带电过滤材料试样设置在管内，并将空气过滤速度控制为30cm/秒，之后用压力计读取过滤材料上游、下游的静压差而求出。另外，颗粒捕集效率(％)的评价中，使用颗粒直径为0.3μm的NaCl颗粒，在30cm/秒的条件下进行。
(可燃性评价)
按照JIS D 1201(1977)汽车车厢内用有机材料的可燃性试验方法实施。就试验点数而言，在各过滤材料的梳理方向的MD方向和TD方向上各取5处。
实施例1～7和比较例1～4的纤维构成、过滤性能、可燃性评价结果示于表1中。实施例的带电过滤材料的颗粒捕集效率都高，就实施例1和4而言，在可燃性试验中，所有的部位都显示出了自熄性。比较例1的带电过滤材料尽管其颗粒捕集效率高，但由于丙烯腈系纤维非常容易燃烧，所以在可燃性试验中，在MD、TD的所有部位都具有易燃性。比较例2和3的带电过滤材料的颗粒捕集效率稍低，另外，在可燃性试验中，也看到了不显示自熄性的部位。在比较例4中，由于聚丙烯纤维的混合率小，所以颗粒捕集效率低。
表1
| 纤维混合比(质量％) | 0.3μm颗粒捕集效率 | 压力损失(Pa) | 可燃性 | |||||||
| NC | A | B | C | D | 707 | K8 | ||||
| 实施例1 | 50 | 50 | 85 | 20 | 自熄性 | |||||
| 实施例2 | 50 | 50 | 86 | 21 | - | |||||
| 实施例3 | 50 | 50 | 83 | 21 | - | |||||
| 实施例4 | 50 | 20 | 30 | 77 | 19 | 自熄性 | ||||
| 实施例5 | 65 | 30 | 5 | 76 | 20 | - | ||||
| 实施例6 | 35 | 55 | 10 | 73 | 20 | - | ||||
| 实施例7 | 50 | 50 | 78 | 21 | 自熄性 | |||||
| 比较例1 | 50 | 50 | 78 | 20 | 易燃性 | |||||
| 比较例2 | 50 | 50 | 59 | 21 | 迟燃性 | |||||
| 比较例3 | 60 | 5 | 35 | 48 | 21 | 迟燃性 | ||||
| 比较例4 | 20 | 70 | 10 | 35 | 19 | 自熄性 | ||||
工业上的可利用性
本发明的摩擦带电过滤材料，因为具有出色的摩擦带电特性，所以可以表现出低压力损失和高颗粒捕集效率。而且，因为组合聚酯系纤维和聚烯烃系纤维而成，可以容易地达到基于“JIS D 1201(1977)汽车车厢内用有机材料的可燃性试验方法”的自熄性，可以提供能用在要求自熄性的空气过滤器用途中的过滤材料。另外，本发明的带电过滤材料在焚烧处理中不会产生二噁英，所以可以作为环境负荷少的带电过滤材料用于工业生产上。
Claims (3)
1、一种摩擦带电过滤材料，其特征在于，含有
至少20质量％的含次膦酸化合物和/或磺酸化合物的聚酯系纤维、和至少30质量％的聚烯烃系纤维。
2、如权利要求1所述的摩擦带电过滤材料，其特征在于，
所述次膦酸化合物和/或磺酸化合物与聚酯分子链发生了共聚。
3、如权利要求1或者2所述的摩擦带电过滤材料，其特征在于，
根据JIS D 1201(1977)汽车车厢内用有机材料的可燃性试验方法所划分的所述过滤材料的可燃性属于自熄性。
Applications Claiming Priority (3)
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| JP2003380714 | 2003-11-11 | ||
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| CNA2004800185290A Pending CN1816377A (zh) | 2003-11-11 | 2004-10-25 | 摩擦带电过滤材料 |
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2004
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20060809 |