JP2002539864A5

JP2002539864A5 -

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Publication number: JP2002539864A5
Application number: JP2000606318A
Authority: JP
Filing date: 2000-03-06
Publication date: 2007-04-26

Description

【特許請求の範囲】
【請求項１】全体として空気不透性になるようにヒートシール可能な空気不透性フィルム層（１３）とフィルム支持層（１２）とのフィルムのラミネート（１１）を含む第１の側壁と、少なくとも１つの合成繊維フィルタ層（２３）と、合成繊維支持層（２２）とを含むフィルタラミネート（２１）から形成されている第２の側壁とを熱シーム（２５）により結合し、それによって粒子を捕捉するための内部開放領域（２６）を画定している２つの側壁を有する電気掃除機フィルタバッグ。
【請求項２】前記フィルム支持層（１２）が前記フィルム層（１３）の外側に配置されている請求項１記載の電気掃除機フィルタバッグ。
【請求項３】前記フィルタ層（２３）が溶融ブロー不織フィルタ層またはフィブリル化繊維不織フィルタ層を含む請求項１記載の電気掃除機フィルタバッグ。
【請求項４】前記フィルタ層（２３）が２〜４００ｍ^３／分／ｍ^２の透気率と、１０〜２００ｇ／ｍ^２の坪量を有し、少なくとも一部がヒートシール可能な熱可塑性繊維または繊維層で形成されている請求項１記載の電気掃除機フィルタバッグ。
【請求項５】前記フィルタラミネート（２１）が、透気率１００ｍ^３／分／ｍ^２〜１０００ｍ^３／分／ｍ^２の熱可塑性繊維の不織繊維状ウェブから形成された少なくとも１つの内部拡散層（２４）をさらに含み、前記熱可塑性繊維の少なくとも一部がヒートシール可能な繊維であり、前記拡散層繊維状ウェブの坪量が１０〜１００ｇ／ｍ^２である請求項４記載の電気掃除機フィルタバッグ。

これまで電気掃除機バッグは、セルロース紙、通常比較的高坪量の紙で構築されていた。これらの紙バッグはコストという点では有利である。しかしながら、これらのバッグは大量の呼吸微粒子材料、特に直径１０ミクロンの粒子を放出することが比較的最近明らかになってきている。これらのサイズの粒子は、長い間空気を含んだままで、多くのアレルゲンを含んでいる。これらの呼吸微粒子が、電気掃除機により屋内環境に置かれると、アレルギー等のある人々にとって大きな健康上の問題を引き起こす。こうした問題に対処するために、数多くの特許で、セルロースバッグに内部ろ過層、特に、溶融ブロー不織、スパンボンドウェブまたはこれらの組み合わせのような微粒子合成繊維フィルタ材料層をラミネートすることが提案されている。例えば、米国特許第３，４９８，０３１号は、小さなフェルト状層を紙袋の内側表面に付けることを提案している。このフェルト状材料が袋内を循環するダストを抑えると主張している。圧力降下が不当に増大するのを避けるため、フィルタ材料は特定の位置にのみ配置され、袋のその他の領域にフィルタ材料を与えない。この構造でも、大量の粒子がフィルタフェルトを通過してしまう。合成繊維状フィルタ媒体の連続した内側ライナを与えることにより従来の紙の電気掃除機バッグを修正することも提案されている。例えば、米国特許第５，０８０，７０２号は、溶融ブローウェブのような合成繊維状フィルタ媒体で紙袋をライニングすることを提案しており、米国特許第５，３０６，５３４号には、この種の合成フィルタ媒体バッグライナがエレクトレット帯電できることが示唆されている。同様のフィルタが裏打ちされた紙袋構造はまた、欧州特許第３３８４７９号にも提案されており、溶融ブロー不織材料またはマイクロガラスファイバー材料から形成されたフィルタ層が記載されており、このフィルタ材料はエレクトレット帯電されていてもよい。上記タイプのフィルタ裏打ち紙袋を作成する方法は、米国特許第５，４３７，９１０号に開示されている。この特許には、十分に強固なシームとするために、シームで紙の層と紙の層が重なっていることが重要と述べられている。これは、フィルタライナを紙の外側層の一端でオフセットすることによりなされる。

紙を完全に取り払う試みにおいて、いくつかの特許は合成材料以外から形成された電気掃除機バッグを提案している。しかしながら、これらの袋のシームはそれでも、従来の紙袋のように縫ったり、接着剤により接合することにより作成されるとある。米国特許第４，５８９，８９４号は、平均直径１０ミクロン未満のランダム合成ポリマーマイクロファイバーのウェブを含むフィルタ層を提案している。このフィルタ層ウェブは特定範囲の坪量と透気性を有している。さらに、この比較的脆性のフィルタ層を保護するために、フィルタ層は２層以上の弾性のある外側不織層、例えば、スパンボンド不織ウェブ間に挟まれている。米国特許第４，９１７，９４２号はまた、合成材料で電気掃除機バッグを形成することも提案している。この媒体から作成された電気掃除機バッグは、従来の紙袋加工装置で作成可能と主張している。フィルタ材料ラミネートは、直接支持ウェブに接着された合成ポリマーのマイクロファイバーウェブを含んでいる。マイクロファイバーウェブは帯電されたエレクトレットを誘引し、これにより、微粉サブミクロン粒子について高捕捉効率を有するフィルタ媒体を比較的低い圧力降下で提供する。

不織フィルタ媒体層２３を形成する繊維は、通常、帯電してエレクトレット特性を形成することのできる誘電性ポリマーから形成される。一般的に、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエステル等が好適であり、好ましいのは、エレクトレット特性を放出する傾向にある添加剤を含まないポリマーであるポリプロピレン、ポリ（４−メチル−ペンテン）またはポリカーボネートである。通常、フィルタ層の透気率は少なくとも約２ｍ^３／分／ｍ^２、好ましくは少なくとも１０ｍ^３／分／ｍ^２〜約４００ｍ^３／分／ｍ^２まででなければならない。フィルタ層２３の坪量（ｂａｓｉｓｗｅｉｇｈｔ）は、通常１０〜２００ｇ／ｃｍ^２である。高いろ過効率が必要な場合には、２枚以上のフィルタ層を用いてもよい。高効率フィルタウェブについては、フィルタ層の坪量は１００グラム／ｍ^２未満、好ましくは約１５〜６０グラム／ｍ^２、圧力降下は面速５．３ｃｍ／秒で１０ｍｍＨ_２Ｏ未満、好ましくは６ｍｍＨ_２Ｏ未満、最も好ましくは５ｍｍＨ_２Ｏ未満である。

本発明の好ましい高効率ろ過媒体は、ポリプロピレン、ポリ（４−メチル−１−ペンテン）またはこれらのブレンドのエレクトレット帯電繊維のフィルタウェブを含み、坪量（ＢＷ）が１００グラム／ｍ^２未満、有効繊維直径（ＥＦＤ）が約５ミクロン未満、透気率（ＰＥＮ）が０．０３％未満であり、ＢＷ／（ＥＦＤ・ＰＥＮ）の比（Ｉ）が１００を超え、好ましくは２００を超え、最も好ましくは１，０００を超える。高効率フィルタウェブパーセント透気率（ＰＥＮ）は、好ましくは０．０２％未満、最も好ましくは０．０１％未満である。パーセント透気率は、面速５．３ｃｍ／秒で、０．３ミクロンのＤＯＰ粒子について粒子濃度ダウンストリーム対粒子濃度アップストリームとして定義される。

通常、外側支持層２２は、通常の使用での引裂きに耐えるのに十分な強度を有する必然性によってのみ制限される。さらに、外側支持層２２の透気率は少なくとも約５０ｍ^３／分／ｍ^２、好ましくは少なくとも１００ｍ^３／分／ｍ^２〜約５００ｍ^３／分／ｍ^２までまたはそれ以上でなければならない。支持層２２の坪量は、通常１０〜１００グラム／ｍ^２である。

拡散層２４の透気率は、通常、少なくとも約５０ｍ^３／分／ｍ^２、好ましくは１００ｍ^３／分／ｍ^２〜１０００ｍ^３／分／ｍ^２未満、最も好ましくは１００ｍ^３／分／ｍ^２〜７００ｍ^３／分／ｍ^２でなければならない。透気率が約１０００ｍ^３／分／ｍ^２を超えると、拡散層はバッグに入る高速粒子の初期バリアとして作用するには広がりすぎで、バッグの衝撃荷重効率に悪影響を及ぼす。拡散層２４の坪量は通常、約１０〜１００ｇ／ｍ^２、好ましくは１５〜４０ｇ／ｍ^２である。拡散層の引張り強度（実施例で定義される）は少なくとも約０．１０ｋｇ／ｃｍ、好ましくは少なくとも約０．１５ｋｇ／ｃｍである。内部拡散層の繊維の有効繊維直径は少なくとも約１０μｍである。好適な拡散層は、熱可塑性繊維、およびポリオレフィン（例えば、ポリプロピレン）ステープル繊維の点接合カードウェブのような強化カードウェブのスパンボンドウェブを含む。

フィルム層１３は、熱条件下で（例えば、熱溶接または超音波接合）支持ウェブ１２そして、熱可塑性であるフィルタ層２３および／または拡散層２４のいずれかに接合可能な好適な熱的にシール可能なフィルム層である。通常、これらの層は、相容性のある熱可塑性材料から形成されることによりヒートシール可能である（例えば、すべての層が、ポリエチレン、ポリプロピレンまたはこれらのコポリマーのような同じ、または同様のポリマーから形成されている）。フィルム層は、ポリプロピレンポリマーまたはコポリマーから形成されているのが好ましく、多層フィルムの場合には、これらのポリマーの外側層を少なくとも有している。共押出し等により形成された多層フィルムは、例えば、フィルム層のいずれかの側に相容性のない材料を接合する必要があるときに用いることができる。フィルム層の坪量は通常、約３０〜４００ｇ／ｍ^２、好ましくは６０〜２００ｇ／ｍ^２である。２００ｇ／ｍ^２を超える坪量だと、シームは過剰に硬くなってしまい、容易に開いたり、曲がらないバッグとなってしまう。

支持層１２は、支持層２２と一般的に同様であり、少なくともシームのみでフィルム層１３に接合しているのが好ましい。支持層１２はまたフィルム層またはフィルム層の外側表面にヒートシール可能であるのが好ましい。好ましい支持層は、ポリプロピレン繊維から形成されたスパンボンド不織または熱接合カードウェブのような強化不織布である。透気性は支持層１２には重要ではないが、坪量は通常１０〜１００ｇ／ｍ^２であり、支持層２２と同様の材料で形成されている。フィルム層１３および支持層１２の複合体は、電気掃除機バッグ表面積の２０〜８０パーセント、好ましくは４０〜６０パーセントの電気掃除機バッグの側壁またはパネルを形成する。

実施例
ろ過材料
材料Ａ
市販の電気掃除機バッグに用いられるセルロース紙フィルタ材料
材料Ｂ
セルロース紙の層に近接したブローマイクロファイバーの層からなる市販の電気掃除機バッグ材料ラミネート
材料Ｃ
ブローマイクロファイバーの層が共伸張して接合したスパンボンドキャリア布帛からなる電気掃除機バッグ材料フィルタラミネートであって、エレクトレット電荷を導くスパンボンド／マイクロファイバーラミネートが、エレクトレット帯電マイクロファイバー層に近接する第２のスパンボンド布帛層に結合している。この第２のスパンボンド層が内部拡散層を形成する。フィルタラミネートは、ここに参考文献として組み込まれる米国特許第４，９１７，９４２号（Ｗｉｎｔｅｒｓ）に記載された通りに作成され、スパンボンドキャリア布帛（坪量３４ｇ／ｍ^２、ファイバーウェブノースアメリカン社（サウスカロライナ州、シンプソンヴィル）より入手可能）、平均直径５μｍの坪量４０ｇ／ｍ^２のエレクトレット帯電ブローマイクロファイバーウェブを含む。スパンボンドカバーウェブ（坪量３４ｇ／ｍ^２、ファイバーウェブノースアメリカ社）は内部拡散層を形成した。
材料Ｄ
ブローマイクロファイバー層が坪量３０ｇ／ｍ^２の高効率微粒子空気（ＨＥＰＡ）エレクトレット帯電ブローマイクロファイバーからなる以外は媒体Ｃと同様の３層フィルタ材料ラミネート構造体。ポリプロピレン系ブローマイクロファイバー（ＢＭＦ）ウェブは、例えば、Ｗｅｎｔｅ、「極細熱可塑性繊維」、工業技術化学、第４８巻、１３４２頁以降参照（１９５６年）または海軍研究試験所、報告Ｎｏ．４３６４、１９５４年５月２５日発行、Ｗｅｎｔｅら著「極細有機繊維の製造」に記載されているような溶融ブロープロセスを用いて作成した。押出し機は２１０℃、２９０℃、３４０℃および３４０℃の４つの温度制御ゾーンを有しており、押出し機をダイに接続する流管は３２０℃に維持され、Ｊ＆ＭＭＰＭＢダイ（溶融ポリマー溶融ブローダイ）という商品名でＪ＆Ｍ社（ジョージア州、ドーソンヴィル）より入手可能なＢＭＦダイは３２０℃に維持された。一次空気をギャップ幅０．１０２ｃｍで約４００℃および６９０キロパスカル（ｋＰａ）に維持して、均一なウェブを作成した。ポリプロピレン樹脂（Ｅｓｃｏｒｅｎｅ（登録商標）ＰＰ３５０５、エクソン社（テキサス州、ヒューストン）より入手可能な４００メルトフローインデックスのポリプロピレン樹脂）をＢＭＦダイから０．１８２ｇ／穴／分の速度で送出し、得られたウェブを、ＢＭＦダイから１２ｃｍのところに配置された穿孔回転ドラムコレクタの周りを通過するスパンボンド布帛（３４ｇ／ｍ^２、ファイバーウェブノースアメリカ社より入手可能）に集めた。コレクタドラムを掃除機システムに接続して、６．１８×１０^３パスカルの真空度に維持した。ウォーターミスターをＢＭＦダイとコレクタドラムの中間に配置し、ＢＭＦウェブの冷却を促した。マイクロファイバーの平均有効繊維直径（ＥＦＤ）は２．８μｍであった。ポリ（４−メチル−１−ペンテン）（ＴＰＸＤＸ８２０、三井石油化学工業（日本、東京）より入手可能）に配合されたＣＨＩＭＡＳＳＯＲＢ（登録商標）９４４ＦＬ（チバガイギー社（ニューヨーク州、ホースローン）より入手可能なヒンダードアミン）からなる電荷向上パッケージを、ＢＭＦウェブの作成中に粉体としてポリプロピレンペレット原料に加えた。ＣＨＥＭＡＳＳＯＲＢ（登録商標）９４４ＦＬとポリ（４−メチル−１−ペンテン）を４０：６０の比率で単軸押出し機において溶融配合し、得られたブレンドを直径の大きな繊維に押出し、その繊維を粉体（０．１２５インチメッシュ）へと研削することにより、安定パッケージ粉体を作成した。ＢＭＦウェブの組成は、ポリプロピレン９８．３ｗｔ．％、ポリ（４−メチル−１−ペンテン）０．９ｗｔ．％およびＣＨＩＭＡＳＳＯＲＢ（登録商標）９４４ＦＬ０．８ｗｔ．％からなっていた。形成後、約５５０ｋＰａの水圧を使って、ここに参考文献として組み込まれる米国特許第５，４９６，５０７号（Ａｎｇａｄｊｉｖａｎｄら）に実質的に記載されたハイドロ帯電プロセスを用いて、ＢＭＦウェブを帯電した。

バッグ充填能力試験
電気掃除機バッグの耐用年数を、そのダスト保持能力により示した。この調査において、異なる坪量の内部拡散層を有する本発明の二重媒体バッグの性能を調べた。この試験では、市販の住居用掃除機Ｋｅｎｍｏｒｅプログレッシブを試験装置として用いて、シミュレートされた使用中の環境に掃除機フィルタバッグを晒した。バッグにポートランドセメントダストを増分しながら充填し、試験方法ＡＳＴＭＦ５５８−８８に従って、電気掃除機の空気出力を測定することにより、充填試験を行った。バッグ構造については後述してある。５０％の空気出力減少後の充填として報告されるバッグ充填能力結果を表３に示す。

実施例３
坪量が３４ｇ／ｍ^２の布帛の変わりに、坪量が１７ｇ／ｍ^２のスパンボンド布帛（ファイバーウェブノースアメリカン社より入手可能）を内部拡散層フィルタに用いた以外は実施例１のバッグと実質的に同じようにして実施例３のバッグを組み立てた。

実施例４
坪量１７ｇ／ｍ^２のスパンボンド布帛の２層を内部拡散層に用いた以外は実施例３のバッグと実質的に同じようにして実施例４のバッグを組み立てた。

表３のデータによれば、内部拡散層のある掃除機フィルタバッグ構造体は、内部拡散層のないバッグよりも大幅に高いダスト保持能力を有していることが分かる。さらに、バッグのダスト保持能力は、内部拡散層の坪量が増えるにしたがって増える。さらに重要なのは、ダスト保持能力は、多層の拡散層を用いることにより大幅に改善できることである。拡散ライナとして坪量１７ｇ／ｍ^２の２層の布帛を用いた実施例４のバッグの充填能力は、拡散ライナーとして坪量３４ｇ／ｍ^２の単層のスパンボンド布帛を用いた実施例１の充填能力より１９．２％高かった。

最大溶接厚さ
一連の実施例について、本発明の二重媒体バッグの構造に用いられる代表的なマイクロファイバーろ過媒体に超音波溶接可能な最大のフィルム厚さを求めた。厚さ６５μｍ（坪量６０ｇ／ｍ^２）の多層ポリプロピレンフィルムを、実施例１に記載したのと同様の二重媒体バッグ構造体に用いて、フィルム厚さを変えた。ブランソンＦＳ９０超音波溶接機を最大出力設定の７５％、３．４×１０^５パスカルアンビル圧力およびライン速度０．１ｍ／秒で用いて超音波溶接を行った。接合強度およびマイクロファイバー層に与える損傷の主観的評価を、フィルム層の数の関数として表９に示す。

【００６７】
【表９】
表９
フィルムの厚さ／溶接性

材料
フィルタ媒体Ｃ：上述したスパンボンド／ポリプロピレンマイクロファイバー／スパンボンドラミネート
ポリプロピレンフィルム：厚さ６５μｍ、坪量６０ｇ／ｍ^２、アメリカンプロフォールより入手可能
ポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）フィルム：厚さ９０μｍ、坪量１００ｇ／ｍ^２、（株）帝人（日本、東京）より入手可能
ナイロンフィルム：厚さ６０μｍ、坪量５８ｇ／ｍ^２、ＫＮＦ社（ペンシルバニア州、タマクア）より入手可能