JP2003047811A

JP2003047811A - エレクトレット濾材およびその製造方法

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Publication number: JP2003047811A
Application number: JP2001241119A
Authority: JP
Inventors: Shoji Tokuda; 省ニ徳田
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2001-08-08
Filing date: 2001-08-08
Publication date: 2003-02-18
Anticipated expiration: 2021-08-08
Also published as: JP4923353B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高捕集効率かつ低圧力損失であり、繊維の毛羽
立ちや脱落、層間剥離がなく、また剛性と易プリーツ性
を有するエレクトレット濾材およびその製造方法。【解決手段】少なくとも３層以上の繊維層からなるエレ
クトレット濾材であって、最外層が熱融着性繊維層と不
織布、内層の少なくとも１層がエレクトレット化スプリ
ット繊維の短繊維ウェブ層であり、最外層の熱融着性繊
維層が機械的交絡により層を超えて反対側の不織布にま
で到達して絡合した融着部を有することを特徴とするエ
レクトレット濾材およびその製造方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気体中の微粒子の
捕捉に用いられる高捕集効率かつ低圧力損失であるエレ
クトレット濾材に関し、繊維の毛羽立ちや脱落、層間剥
離がなく、かつ剛性と易プリーツ性を有するエレクトレ
ット濾材及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来技術】特開平７−２５１０１５号公報にはエレク
トレット化スプリット繊維と熱融着性繊維で構成され、
繊維脱落や毛羽立ちがないエレクトレットフィルターが
開示されている。同公報では、エレクトレット化スプリ
ット繊維単独で開綿や梳綿すると静電気的トラブルが多
く発生し、製造されるフィルターの濾過性能がばらつい
たり、性能の低いフィルターしか得られない問題点が指
摘されている。これを解決するためにエレクトレット化
スプリット繊維と油剤付着量が０．０１〜５重量％であ
る熱融着性繊維を混合してウェブとし、熱融着させたフ
ィルターとする方法が開示されている。この方法では操
業性やフィルター性能の点から熱融着性繊維の油剤付着
量を０．０１〜５重量％の範囲内に制御する必要があ
る。また剛性やプリーツ加工性を発現するためには熱融
着性繊維の混合割合をある程度大きくする必要があり、
高捕集効率とするためにはウェブ全体の目付を大きくす
る必要がある。

【０００３】特開平８−１１７５２６号公報には熱融着
性繊維層とエレクトレット化スプリット繊維層を、表面
を熱融着性繊維層にして交互に積層し、厚さ方向で機械
的交絡により層を超えて繊維絡合した融着部を有するフ
ィルターが開示され、スプリット繊維の毛羽立ちや層間
剥離のないエレクトレットフィルターが得られることが
記載されている。この公報ではフィルターの剛性とハン
ドリング性向上、易プリーツ化のために補強材を積層す
ることが開示されているが、この補強材は熱融着性繊維
層のうちの一層である。またこの公報ではエレクトレッ
ト化スプリット繊維層の作製方法が明確に記載されてい
ない。

【０００４】特開平８−２８１０２９号公報にはエレク
トレット繊維と熱融着性繊維で融着結合したウェブの表
裏両面に網状ネットを積層し一体化した、繊維脱落がな
く腰の強いエアコン用フィルターが開示されている。し
かしながら腰の強いフィルターを得るためには、熱融着
性繊維の混率を大きくし、かつ繊度や目付の大きい網状
シートを使用する必要があり、エアコン用フィルター以
外の用途には捕集効率が必ずしも満足できるレベルでは
なかったり、あるいはフィルター厚さが大きくなったり
するという問題があった。

【０００５】また特表平７−５０４１２１号公報、特表
２０００−５０４９９２号公報には、ニードルパンチ加
工によってフィブリル化エレクトレット繊維の繊維状ウ
ェブと支持体スクリムとを接合する方法が記載されてい
る。この方法ではウェブの目付、圧力損失および捕集効
率の改良された均一なエレクトレット繊維ウェブフィル
ターが得られると記載されている。しかしながら、フィ
ブリル化エレクトレット繊維の毛羽立ちや繊維脱落につ
いては何ら記載されていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
を鑑みてなされたものであり、高捕集効率かつ低圧力損
失であり、繊維の毛羽立ちや脱落、層間剥離がなく、ま
た剛性と易プリーツ性を有するエレクトレット濾材およ
びその製造方法を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも３
層以上の繊維層からなるエレクトレット濾材であって、
最外層が熱融着性繊維層と不織布、内層の少なくとも１
層がエレクトレット化スプリット繊維の短繊維ウェブ層
からなり、最外層の熱融着性繊維層が機械的交絡により
層を超えて反対側の不織布にまで到達して絡合した融着
部を有することを特徴とするエレクトレット濾材であ
る。

【０００８】また本発明の好ましい実施態様は、前記エ
レクトレット濾材において、内層としてさらにネットを
積層したことを特徴とするエレクトレット濾材である。

【０００９】また本発明は、上記エレクトレット濾材を
製造するための方法であって、開綿、梳綿して形成した
熱融着性繊維ウェブを最表面、不織布を最裏面とし、開
綿、梳綿して形成したエレクトレット化スプリット繊維
ウェブが内層となるように積層し、これをニードルパン
チ加工して繊維絡合させ、次いで加熱処理して融着させ
ることを特徴とするエレクトレット濾材の製造方法であ
る。

【００１０】また本発明の好ましい実施態様は、前記エ
レクトレット濾材を製造するための方法において、内層
としてさらにネットを積層したことを特徴とするエレク
トレット濾材の製造方法である。

【００１１】また本発明の好ましい実施態様は、前記エ
レクトレット濾材を製造するための方法において、３０
〜１００ｍｍの短繊維に切断したエレクトレット化スプ
リット繊維を、相対湿度５０％以上の雰囲気下で開綿、
梳綿してエレクトレット化スプリット繊維層を形成する
ことを含むエレクトレット濾材の製造方法である。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明のエレクトレット濾材に用
いられる熱融着性繊維とは、加熱によって溶融する成分
を含んだ繊維をいう。熱融着成分としてはポリエチレ
ン、変性ポリエチレン、共重合ポリエステル、共重合ナ
イロン、エチレン酢酸ビニル共重合体などがある。これ
らの繊維は単一の融着成分から成っていてもよいが、多
成分から成っていてもよい。これらの熱融着繊維は通常
の溶融紡糸によりえられる。多成分から成る熱融着性繊
維としては、シースコア構造やサイドバイサイド構造が
ある。例えば、シースコア構造でシース材料にコア材料
よりも低融点融着成分を用いて、両成分の融点の中間の
温度で処理すると、シース部分だけが溶融しコアの繊維
はそのままの形状で保持される。本発明で用いられる熱
融着性繊維の繊度は１〜１００デニール、好ましくは３
〜５０デニール、最も好ましくは５〜３０デニールであ
る。この繊度以下であれば十分に加熱時に融着が起こら
ず、形態保持が困難である。また逆にこの繊度以上であ
れは、融着部分が大きくなり圧力損失に不利になる。

【００１３】上記の熱融着性繊維は通常の方法により開
綿、梳綿されて熱融着性繊維ウェブに形成される。その
目付は５〜３０ｇ/ｍ²、好ましくは５〜２０ｇ／ｍ²で
ある。この目付けの範囲が圧力損失にとっては最適範囲
である。

【００１４】本発明におけるエレクトレット化スプリッ
ト繊維は以下のように製造することができる。原料樹脂
としてポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、
ポリ−４−メチル−１−ペンテン、ポリ−３−メチル−
１−ブテンなどが挙げられるが好ましくはポリプロピレ
ンである。これらの樹脂から溶融押し出しによりキャス
トフィルムを作製し、次いで５〜１０倍に一軸延伸して
延伸フィルムを得る。その後これを荷電工程にてエレク
トレット化し、次いで開繊カッターで微細に割繊してエ
レクトレット化スプリット繊維を得ることができる。具
体的なエレクトレット化の方法にはコロナ放電による荷
電、電子線照射による荷電、高電界下における荷電など
が挙げられる。スプリット繊維の幅の好ましい範囲は４
０〜１００μｍであり、厚さは３〜５０μｍが好適であ
る。幅、厚みともこの範囲を超えると嵩が大きくなりす
ぎたり、電荷が低くなりすぎてエレクトレット効果と圧
力損失が両立しない。

【００１５】上記のエレクトレット化スプリット繊維
は、まず繊維長３０〜１００ｍｍの長さに切断され、そ
の後開綿、梳綿工程によりエレクトレット化スプリット
繊維層ウェブに形成される。従来、エレクトレット化ス
プリット繊維を単独で開綿や梳綿において積層する操作
では、静電気力によって梳綿機出口部やレイヤー振り落
とし部にエレクトレット化スプリット繊維が付着すると
いうトラブルが発生し、極めて生産性が悪かった。しか
しながら本発明者らは開綿、梳綿工程雰囲気の相対湿度
を５０％以上、好ましくは６０％以上に制御することに
より、前記のような静電気的トラブルが解消でき、かつ
スプリット繊維自体のエレクトレット性には悪影響を及
ぼさないことを見出した。本発明におけるエレクトレッ
ト化スプリット繊維層の目付は５〜１００ｇ/ｍ²、好ま
しくは１０〜５０ｇ/ｍ²である。

【００１６】本発明のエレクトレット濾材の最外層を構
成する不織布の種類は特に限定しない。乾式不織布、湿
式不織布の何れでもよい。またエレクトレットでも非エ
レクトレットの何れでもよい。繊度や目付は特に限定す
るものではなく、許容される圧力損失と剛性との兼ね合
いによって適宜選択することができる。また必要に応じ
て脱臭機能や抗菌機能を有する不織布であっても差し支
えない。

【００１７】本発明におけるネットは合成繊維、無機繊
維、金属繊維の何れでもよい。繊度は１０〜１５００デ
ニール、目開きは１ｍｍ²以上、好ましくは９ｍｍ²以上
である。繊度、目開きがこの範囲であれば補強効果は十
分であり、また圧力損失に対しても有利である。このよ
うにネットで補強することによりプリーツ加工などした
時、形態保持に優れた効果を発揮する。

【００１８】本発明のエレクトレット濾材は次のように
して製造される。不織布を最下層、熱融着性繊維層を最
上層とし、その間に少なくとも１層のエレクトレット化
スプリット繊維層、および必要に応じてさらにネットを
挟んで積層する。エレクトレット化スプリット繊維層と
ネットの順序は特に限定されない。なお他の繊維層、例
えば別の熱融着性繊維層やエレクトレット化スプリット
繊維層、不織布、ネット等を内側の層としてさらに積層
しても差し支えない。この積層体をニードルパンチ加工
により最外層の熱融着性繊維層が機械的交絡により層を
超えて反対側の最外層の不織布にまで到達させて絡合さ
せる。仮に最外層が不織布がなく目開きの大きいネット
のみであると、熱融着性繊維とネットの交絡点の数が少
ないため接着強度が十分ではない。最外層の不織布があ
ることで熱融着性繊維と不織布の交絡による接着強度が
十分なものとなる。ニードルパンチ加工のパンチ密度は
１０〜５００パンチ/ｃｍ²、好ましくは２０〜２００パ
ンチ／ｃｍ²である。

【００１９】次いでこの積層体を加熱処理すると、熱融
着性繊維はエレクトレット化スプリット繊維や不織布と
融着一体化し、毛羽立ちが抑制される。毛羽立ちを抑制
するためには、エレクトレット化スプリット繊維層より
も外側に熱融着繊維層が存在していることが重要であ
る。ここで加熱処理の温度は使用する熱融着性繊維の融
点によって決められるが、ポリエチレン系なら１３０℃
程度、共重合ポリエステルなら１２０℃程度がよい。こ
れらの温度で短時間に加熱処理するとエレクトレット化
スプリット繊維のエレクトレット性の低下は極めて小さ
く、捕集効率の低下はほとんど問題にならない。このよ
うにパンチ密度の調整、加熱処理をすることにより、内
層の中に柱状の融着部分を生じ、より一層接着強度が増
すとともに繊維の脱落もなくなり、毛羽立ちも制御で
き、できた濾材の屈曲強度も向上し、プリーツ加工なと
゜がより容易になる。

【００２０】本発明のエレクトレット濾材を用いて空気
清浄フィルターを作製する場合、さらに別の脱臭シート
や抗菌シートを貼り合わせてもよい。この場合、熱融着
繊維層側あるいは不織布側の何れの側に貼り合わせても
よい。

【００２１】実施例以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、本発明はこ
れら実施例に限定されるものではない。まず、本実施
例で得たエレクトレット濾材の試験方法を以下に記す。

【００２２】（大気塵粒子除去性能）直径４７ｍｍの円
板状エレクトレット濾材試料を濾過面積１２．５ｃｍ²
のステンレス性フィルターホルダーに装着した。このフ
ィルターホルダーには濾材の上流側と下流側にサンプリ
ング管が取りつけられており、空気をサンプリングして
パーティクルカウンターＫＣ−０１（ＲＩＯＮ製）で粒
子個数濃度が測定できるようにした。フィルターホルダ
ーの下流側に真空ポンプを接続し、濾材に通過風速１０
ｃｍ／秒で空気を導入しつつ濾材の上流側の０．３μｍ
の粒子個数濃度（Ｃｉｎ）と下流側の０．３μｍの粒子
個数濃度（Ｃｏｕｔ）を計測し、（Ｃｉｎ−Ｃｏｕｔ）
／Ｃｉｎ×１００（％）により粒子捕集効率を求めた。

【００２３】（圧力損失）直径４７ｍｍの円板状エレク
トレット濾材試料を濾過面積１２．５ｃｍ²のステンレ
ス製フィルタホルダーに装着し、その下流側にブロワー
を接続し、濾材に空気を導入しつつ、その上流側と下流
側の圧力損失をマノスターゲージにより測定した。通過
風速は１０ｃｍ／秒とした。

【００２４】（繊維脱落性）２０ｃｍ角のエレクトレッ
ト濾材試料を黒色紙の上に置き、これに重さ１００ｇの
２０ｃｍ角の板を１０ｃｍの高さから３回繰り返して落
下させた後、試料下面に脱落した繊維の本数を数えた。
１つの実施例（比較例）について３つの試料片で評価
し、脱落本数の平均値を四捨五入して算出した。

【００２５】（毛羽立ち）１０ｃｍ角のエレクトレット
濾材試料を２つ折りにしてその折り目の頂点に２ｍｍを
超える繊維の毛羽が存在する場合を毛羽立ちあり、２ｍ
ｍを超える繊維の毛羽が存在しない場合を毛羽立ちなし
と判定した。

【００２６】（実施例１）融点が１１０℃である共重合
ポリエステル系熱融着性繊維（８デニール、油剤付着量
７重量％）を開綿、梳綿して目付１０ｇ／ｍ²の熱融着
性繊維層ウェブ（Ａ）を作製した。また厚さ８μｍ、平
均幅８０μｍのポリプロピレン製エレクトレット化スプ
リット繊維を７５ｍｍ長さの短繊維状に切断し、相対湿
度６５％雰囲気下で開綿、梳綿して目付３０ｇ／ｍ²の
エレクトレット化スプリット繊維層ウェブ（Ｂ）を作製
した。これらと、繊度４デニール、目付８０ｇ／ｍ²の
ポリエステル系スパンボンド不織布（Ｃ）を、上から
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の順番で積層した。この積層体
を４０パンチ／ｃｍ²でニードルパンチ加工して繊維を
交絡させ、次いで１２０℃の熱風オーブン中を通過させ
て熱融着させ、実施例１のエレクトレット濾材試料を作
製した。

【００２７】（実施例２）実施例１と同様の熱融着性繊
維層ウェブ（Ａ）、およびエレクトレット化スプリット
繊維層ウェブ（Ｂ）を作製した。繊維径０．３ｍｍ、目
付３０ｇ／ｍ²、目開き２５ｍｍ²のポリオレフィン系ネ
ット（Ｄ）、および繊度４デニール、目付１５ｇ／ｍ²
のポリプロピレン製スパンボンド不織布（Ｅ）をそれぞ
れ準備し、上から（Ａ）、（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｅ）の順
番で積層した。この積層体を２０パンチ／ｃｍ²でニー
ドルパンチ加工して繊維を交絡させ、次いで１２０℃の
熱風オーブン中を通過させて熱融着させ、実施例２のエ
レクトレット濾材試料を作製した。

【００２８】（実施例３）実施例１および実施例２で作
製したエレクトレット濾材試料について、レシプロ式プ
リーツ加工機を用いてプリーツ加工性テストを実施した
ところ、何れも加工性良好であった。プリーツ高さ２０
ｍｍ、ピッチ８ｍｍのフィルターを作製し耐風圧試験を
行ったところ、何れもフィルタ間口風速３ｍ／秒におい
てもプリーツ形状の座屈はみられなかった。

【００２９】（比較例１）実施例２と同様の熱融着性繊
維とエレクトレット化スプリット繊維を重量比１／３で
開綿、梳綿により均一混合し、目付４０ｇ／ｍ²の繊維
層ウェブを得た。このウェブを上にし、実施例２と同様
のポリオレフィン系ネット（Ｄ）、スパンボンド不織布
（Ｅ）の順番で積層した。次いで実施例２と同様のニー
ドルパンチ加工、熱処理を行って比較例１のエレクトレ
ット濾材試料を作製した。

【００３０】（比較例２）実施例２においてスパンボン
ド不織布（Ｅ）を使用せずに（Ａ）、（Ｂ）、（Ｄ）の
順番で積層し、実施例２と同様のニードルパンチ加工、
熱処理を行って比較例２のエレクトレット濾材試料を作
製した。

【００３１】（比較例３）実施例２において熱融着性繊
維層ウェブ（Ａ）を使用せずに（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｅ）
の順番で積層し、実施例２と同様のニードルパンチ加
工、熱処理を行って比較例３のエレクトレット濾材試料
を作製した。

【００３２】（比較例４）実施例２と同様の積層体を２
０パンチ／ｃｍ²でニードルパンチ加工して繊維を交絡
させ、熱融着をさせずに比較例４のエレクトレット濾材
試料を作製した。

【００３３】（比較例５）実施例２と同様の積層体をニ
ードルパンチ加工せずに、１２０℃の熱風オーブン中を
通過させて熱融着させ、比較例５のエレクトレット濾材
試料を作製した。

【００３４】第１表に実施例１〜２および比較例１〜５
の粒子捕集効率、圧力損失、繊維脱落、毛羽立ち、層間
剥離を評価した結果を示した。

【００３５】

【表１】

【００３６】実施例１〜２のエレクトレット濾材では何
れも毛羽立ち、繊維脱落、層間剥離がみられない。また
いずれもプリーツ性良好で高風速下における耐風圧性
（剛性）も良好であった。なお、実施例１では剛性確保
のため目付８０ｇ／ｍ²のポリエステル系スパンボンド
不織布を使用しており若干圧損が高くなっている。これ
に対して実施例２ではポリオレフィン系ネットで剛性を
付与し、目付１５ｇ／ｍ ²のスパンボンド不織布を使用
することにより低圧損化を実現している。

【００３７】比較例１は熱融着性繊維とエレクトレット
化スプリット繊維を均一混合し、かつ熱融着性繊維の量
が少ないため毛羽立ちおよび繊維脱落がみられた。また
実施例と同量のエレクトレット化スプリット繊維を使用
しているにも関わらず捕集効率が低い。これは熱融着性
繊維の油剤がエレクトレットに対して悪さをしているた
めである。比較例２ではネットと繊維層ウェブの接着が
十分ではなく部分的に剥離しているところがあった。不
織布を使用せず目開きの大きいネットのみであると、熱
融着性繊維とネットの交絡点の数が少なく接着強度が十
分ではないためである。比較例３では熱融着性繊維によ
る融着がないため、エレクトレット化スプリット繊維の
毛羽立ちと繊維脱落が多く認められた。比較例４は熱融
着処理を実施していないため、繊維の毛羽立ちと繊維脱
落が多く認められた。比較例５はニードルパンチ加工を
実施していないため、繊維脱落と層間剥離が認められ
た。

【００３８】（比較例６）厚さ８μｍ、平均幅８０μｍ
のポリプロピレン製エレクトレット化スプリット繊維を
７５ｍｍ長さの短繊維状にカットし、相対湿度３０％雰
囲気下で開綿、梳綿を試みた。しかしながらエレクトレ
ット化スプリット繊維の梳綿機出口部やレイヤー振り落
とし部への付着が激しく、連続した繊維層ウェブを得る
ことができなかった。

【００３９】

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明のエレク
トレット濾材は最外層が熱融着性繊維層と不織布、内層
の少なくとも１層がエレクトレット化スプリット繊維の
短繊維ウェブ層であり、最外層の熱融着性繊維層が機械
的交絡により層を超えて反対側の不織布にまで到達して
絡合した融着部を有することにより、毛羽立ちや繊維脱
落、層間剥離を防止するものである。したがって従来技
術に比べてエレクトレット化スプリット繊維に対する熱
融着性繊維層の使用量を極めて少なくすることができ、
圧力損失を低減することができる。またエレクトレット
化スプリット繊維と熱融着性繊維を均一混合しないの
で、熱融着性繊維に付着している油剤によるエレクトレ
ット低下の懸念がない。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも３層以上の繊維層からなるエレ
クトレット濾材であって、最外層が熱融着性繊維層と不
織布からなり、内層の少なくとも１層がエレクトレット
化スプリット繊維の短繊維ウェブ層からなり、かつ最外
層の該熱融着性繊維層とが機械的交絡により層を超えて
反対側の不織布にまで到達して絡合した融着部を有する
ことを特徴とするエレクトレット濾材。
【請求項２】前記エレクトレット濾材において、内層と
してさらにネットを積層したことを特徴とする請求項１
に記載のエレクトレット濾材。
【請求項３】開綿、梳綿して形成した熱融着性繊維層ウ
ェブを最表面、不織布を最裏面とし、開綿、梳綿して形
成したエレクトレット化スプリット繊維層ウェブが内層
となるように積層し、これらをニードルパンチ加工して
繊維絡合させ、次いで加熱処理して融着させることを特
徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載のエレクトレ
ット濾材の製造方法。
【請求項４】内層としてネットを積層したことを特徴と
する請求項１乃至３のいずれかに記載のエレクトレット
濾材の製造方法。
【請求項５】３０〜１００ｍｍの短繊維に切断したエレ
クトレット化スプリット繊維を、相対湿度５０％以上の
雰囲気下で開綿、梳綿してエレクトレット化スプリット
繊維層ウェブを形成すること特徴とする請求項１乃至４
のいずれかに記載のエレクトレット濾材の製造方法。