JP2003509204A - ろ過媒体およびその製造方法 - Google Patents

ろ過媒体およびその製造方法

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JP2003509204A JP2001524704A JP2001524704A JP2003509204A JP 2003509204 A JP2003509204 A JP 2003509204A JP 2001524704 A JP2001524704 A JP 2001524704A JP 2001524704 A JP2001524704 A JP 2001524704A JP 2003509204 A JP2003509204 A JP 2003509204A
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filtration
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スティーヴン、 ジョン ラッセル、
エリック ハンプショー、
マノジュ、 カンティラル、 チャガンラル ラソッド、
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Abstract

(57)【要約】 十分なろ過効率を有し、空気流に対する抵抗が低く、質量または厚さが過度に大きくないろ過媒体を製造する方法を提供することを目的とする。ろ過媒体を製造する方法は、繊維を空気中層状化して不織ウェブを形成する工程を含む。この方法は、歯で被覆された急速回転シリンダもしくはローラに原繊維を搬送するローラによる空気中層状化法、または繊維がメッシュスクリーン上で循環する篩い分けによる空気中層状化法である。何れの場合にも、繊維は、移動する空気流中に分散し、堆積して、不織ウェブを形成する。本発明により製造されるろ過媒体は、静電帯電され、高度の等方性に特徴がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ろ過媒体の製造、詳細には、特に呼吸用のろ過用途に適する静電ろ
過媒体の製造、およびこれにより製造される新規なろ過媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ろ過媒体は、たとえば浮遊微小粒子（細菌、粉塵など）を捕捉するために多く
の用途に広く使用されている。こうしたフィルタの場合、空気流に対する抵抗は
低く、しかもろ過効率（つまり、フィルタが浮遊微小粒子を捕捉する効果）を犠
牲にしないことが望ましい。こうした目的の達成を意図された公知の手段は、フ
ィルタ材料に静電荷を形成することである。こうした電荷は、浮遊物質を吸引す
るのに役立つ。こうして静電荷を生じたフィルタ媒体を使用する１つの特定の分
野は、呼吸用のろ過である。
【０００３】 米国特許第４，７９８，８５０号には、清潔なポリプロピレン繊維と、１種ま
たは複数種のハロゲン置換炭化水素を含む付加重合体とのブレンドから成るフェ
ルト構造を使ってフィルタ材料を形成する方法が記載されている。フェルトは、
繊維をウェブ状にカーディングし、ウェブをニードリングし凝集性の布帛構造を
形成して製造される。
【０００４】 カーディング作業では、繊維は、絡まっている繊維を解き、ある程度混合して
ブレンドの均質性を高めるのに役立つ一連の歯付きローラで加工される。カーデ
ィング機械で作られる製品は連続ウェブであり、このウェブは、最後のメインロ
ーラから機械（ドッファ）上に剥ぎ取られる。ドッファを出るウェブ中の繊維の
向きは、ドッファを出る繊維の向きによって実質的に決まり、主に縦方向である
。カーディングの際、ウェブの結合は主にドッファ上で行われ、繊維は、機械内
の繊維と金属との摩擦により調節される。ウェブは、その後層状に重ねられて、
いわゆる詰綿構造を形成し、次に機械的に接合される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
概して、十分なろ過効率を有し、空気流に対する抵抗が低く、質量または厚さ
が過度に大きくないろ過媒体を製造できることが望ましい。また、ろ過媒体が他
の材料に積層されるかまたは接合される多層構造を使用せずに、この目的を達成
できることが望ましい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
従来に比べて著しい利点を提供する不織フィルタ材料を形成するための改善さ
れた方法を考案した。
【０００７】 本発明により、繊維を空気中層状化して不織ウェブを形成するろ過媒体製造方
法を提供する。
【０００８】 本発明による方法は、以下を含むいくつかの点で先行技術に比べて利点がある
： （ｉ）ウェブ中の繊維の向きは、より無作為である（ウェブを形成する直前に
空気中に、緩んだ繊維を分散させるため）。その結果、ウェブ特性はより等方性
である。 （ｉｉ）カーディング工程は不用であり（従来に比べて）、結果として得られ
る構造は、互いの上に結合されたウェブの個々の層から構成されるのではない。
単一の一体化された構造が製造される。 （ｉｉｉ）空気中層状化ウェブ構造は、ｚ方向における明白な配向（つまり、
ウェブ表面に垂直）により特徴付けることができる。その結果、カーディングさ
れたウェブよりも嵩高な（所与の面密度に対して）構造が得られる。 （ｉｖ）篩い分け空気中層状化法を用いると、２〜１２ｍｍの繊維を均一なウ
ェブ構造に転換することが可能である（先行技術では、カーディングにより課せ
られる制約により、一般に３０〜２００ｍｍの長さしか処理できない）。 （ｖ）カーディングに比べて、より短いウェブ形成方法が達成される。 （ｖｉ）清潔な繊維であれば、長さが少なくとも２ｍｍであると仮定して、短
い廃棄繊維（たとえば、ポリプロピレン）をこの方法に使用することができる。
こうした短い繊維は、カーディング過程には適さない。
【０００９】 空気中層状化過程では、ウェブ形成方法は、先行技術とは実質的に異なり、著
しく異なる布帛特性が得られる。空気中層状化では、繊維は以下の何れかに搬送
される： （ａ）急速に回転し、歯で被覆され、他の歯付きローラまたは固定カーディン
グプレートと相互作用するシリンダもしくはローラ、または （ｂ）繊維がメッシュスクリーン上で循環し、空気流中を通ってウェブ構造を
形成する移動スクリーンまたはロータ装置。
【００１０】 現在、前者の方法（ローラによる空気中層状化）が好ましい。どちらの方法の
場合も、機械加工処理は、カーディングに使用する処理よりも非常に短く、しか
も繊維を静電帯電させるのに十分である。カーディングと対照的に、効果は、供
給ローラと開放ローラとの間の相互作用位置にのみ生じさせることができる。そ
の他の作業場所（たとえば、作業ローラ）は不要である。繊維の静電帯電は、繊
維が１組の供給ローラと１個の急速回転ローラとの間で分離される時、または繊
維がグリッドのロータおよびメッシュ糸に接触する時に行われる。カーディング
で使用する複数のローラは不要である。カーディングとさらに対照的に、帯電繊
維は、移動する空気流中に自由に分散し、空気／繊維混合物を形成する。空気は
次に、繊維を回転シリンダ（または移動領域）から吸引メッシュコンベヤベルト
、スクリーンまたはドラムに搬送し、繊維はここに降下してウェブを形成する。
ベルト／ドラムは、空気／繊維分離装置として作用する。この過程は連続的であ
り、ウェブの質量は、降下用ドラムまたはコンベヤの速度によって決まる。
【００１１】 ウェブの形成後、ウェブ構造の緻密一体化はニードルパンチにより行われる。
【００１２】 本発明により製造されるろ過媒体の質量は、約２００ｇ／ｍ2〜１０００ｇ／
ｍ2の範囲で様々である。呼吸用のろ過用途の場合、３５０〜５００ｇ／ｍ2の坪
量が一般に選択される。
【００１３】 性能特性（たとえば、流動抵抗、ろ過効率、寸法安定性および流体透過度）を
改善または修正するには、本発明により製造した布帛に既製の布帛、スクリムま
たはフィルムを取り付けると良い。
【００１４】 上記のとおり、本発明による方法で形成されたウェブの特性は、従来のウェブ
よりも一層等方性である。これは、縦方向および横方向、つまり、ウェブ製造時
のウェブの長手方向および横断方向（ＭＤ：ＣＤ）におけるウェブの引張強度の
比率が比較的低いことから明らかになる。したがって、本発明の第２態様により
、繊維状材料の不織ウェブから成るろ過媒体であって、前記ウェブのＭＤ：ＣＤ
比が２：１未満であるろ過媒体を提供する。より好ましくは、ＭＤ：ＣＤ比は１
．５：１未満である。
【００１５】 好ましくは、本発明の方法には、２種類以上の繊維のブレンドを使用する。最
も好ましくは、このブレンドは、（ａ）ポリオレフィンおよび（ｂ）１種または
複数種のハロゲン置換炭化水素を含む付加重合体を含む。ブレンドの前者の成分
はポリプロピレンであることが好ましく、後者は、たとえばポリ塩化ビニルまた
はポリ塩化ビニリデンで良い。
【００１６】 このブレンドは、上記繊維の代わりかまたは上記繊維の他に、その他の繊維を
含んでも良い。含むことができるその他の種類の繊維としては、ポリエチレンと
、「モダクリル」、すなわち、３５〜８５質量％のアクリロニトリル単位を含み
、好ましくは、残りは、塩化ビニルまたは塩化ビニリデンなどのハロゲン化炭化
水素である実質的にその他の付加重合体形成単位からなる、共重合体とが挙げら
れる。
【００１７】 ブレンドの成分は、任意の適切な割合で存在して良い。好ましくは、（ａ）：
（ｂ）の質量比は７０：３０〜３０：７０の範囲である。最も好ましくは、２種
類の繊維は、ほぼ等しい割合で、つまり何れの場合にも４５％〜５５質量％存在
する。
【００１８】 好ましくは、ブレンド中に含まれる２種類の繊維の線密度は類似しており、０
．１〜１０ｄｔｅｘ（ｄｔｅｘ＝１０，０００ｍの繊維の質量のグラム数）であ
る。
【００１９】 最も好ましくは、繊維は３．３ｄｔｅｘ未満である。繊維の直径に関しては、
直径は１２μｍ以下であることが最も好ましい。
【００２０】 繊維は、ブレンドする以前に繊維仕上げ剤、油分またはその他の異質な物質を
含まないことが好ましい。こうした化学薬品は、合成洗剤、炭酸ナトリウムまた
は炭酸カリウム溶液を含む溶液を使用する水性精錬過程により、繊維から除去す
ると理想的である。その他の精錬方法も適している。精錬過程の後、さらに処理
する前に水洗および乾燥段階を十分に行うべきである。
【００２１】 同様に、すべての機械的な処理機械類は、好ましくは化学的手段により十分に
洗浄し、すべての繊維仕上げ剤、ワックス、グリース、帯電防止剤またはその他
の化学的残留物を除去しなければならない。
【００２２】 次に、本発明の現在好ましい実施態様については、添付の図面に関して、単に
具体的に示すために詳細に説明する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１ ローラによる空気中層状化 ローラによるシステムは、多くの形態を取ることができる。基本的な実施態様
を図１に示す。ローラによる空気中層状化過程では、原繊維は、先ず供給コンベ
ヤ１１から被覆供給ローラシステム１２に搬送され、次に、歯で被覆されて、固
定カーディング要素１４、１５またはその他何らかの被覆表面（被覆ローラ）と
相互に作用する急速回転シリンダ１３に搬送される。繊維の静電帯電は、繊維が
被覆シリンダ１２、１３上でほぐれる時に行われる。エアナイフ１６は、繊維を
シリンダ１３から、下から吸引されている穿孔コンベヤ１７上に移動させる。繊
維の不織ウェブは、穿孔コンベヤ１７上に蓄積されて抜き取られ、ニードルパン
チにより緻密一体化される。
【００２４】 実施の形態２ 篩い分けによる空気中層状化 篩い分けによる空気中層状化過程の一例を図２に示す。こうした過程では、ほ
ぐれた繊維は、基部にグリッド２２を有するドラム２１内に含まれる。ドラム２
１内のロータ２３は、空気流中の繊維を穿孔コンベヤ２４の上面に移動させ、穿
孔コンベヤには、下から吸引が行われている。やはり、不織ウェブはコンベヤ上
に蓄積して抜き取られ、ニードルパンチにより緻密一体化される。システム内の
空気流は、一対のローラ２５、２６の間に限定され、下流にあるローラ２６はウ
ェブの圧縮も行う。静止グリッドおよびロータの代わりに回転ローラまたはブラ
シを使用するその他のシステムを使用することもできる。
【００２５】 繊維のブレンド 使用できる繊維のブレンドの例は、以下のとおりである： ａ）ポリ塩化ビニル／ポリプロピレン ｂ）ポリ塩化ビニル／モダクリル／ポリプロピレン ｃ）ポリ塩化ビニル／ポリプロピレン／ポリエチレン ｄ）ポリ塩化ビニル／モダクリル／ポリエチレン。
【００２６】 何れの場合にも、ブレンド中のＰＶＣの割合は約５０％である。すべての繊維
は、直径１２μｍ以下、長さ２〜１２ｍｍの範囲である。
【００２７】 実験結果は、本発明の方法が、先行技術に比べて、ろ過媒体に著しい性能上の
利点を提供することを示している： （ｉ）布帛の質量は２０％以下減少し、しかも少なくとも９９．９９９７％とい
う細菌ろ過効率を維持することができる。 （ｉｉ）流動抵抗は３９％以下減少し（既存の技術に比べて）、しかも少なくと
も９９．９９９７％という細菌ろ過効率を維持することができる。 （ｉｉｉ）単一層の空気中層状化構造で、少なくとも９９．９９９９７％という
細菌ろ過効率を達成することができる。積層または組込み層（たとえば、メルト
ブロー法による布帛）は不要である。
【００２８】 本発明の方法（特に、ローラによる空気中層状化法）を使用して製造された布
帛の典型的な結果（流動抵抗およびろ過効率）を表１に示す。これらのサンプル
は、ポリ塩化ビニルおよびポリプロピレンの５０：５０のブレンドだった。先行
技術により製造した布帛（５０：５０のモダクリル／ポリ塩化ビニル）の試験結
果を比較のために表２に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】
【表２】
【００３１】 すべての試験は、７．５×５．３ｃｍで、２２ｍｍの円筒状入り口および出口
を有するプラスチック筐体内に結合した各布帛パッド上で実施した。流動抵抗は
、ＢＳ ＥＮ ＩＳＯ ９３６０−１：２０００に従って測定した。細菌効率に関
しては、規格は現在存在しない。しかし、すべての製品は、ｐｒＥＮ １３３２
８−１第１部の以前の草案規格に従って試験した。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ローラによる空気中層状化過程の略図である。
【図２】 篩い分けによる空気中層状化過程の略図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年１０月３日（２００１．１０．３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】 本発明の方法（特に、ローラによる空気中層状化法）を使用して製造された布
帛の典型的な結果（流動抵抗およびろ過効率）を表１に示す。これらのサンプル
は、ポリ塩化ビニルおよびポリプロピレンの５０：５０のブレンドだった。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】削除
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ａ６２Ｂ 23/02 Ａ６２Ｂ 23/02 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ， ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ， ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，Ｓ Ｅ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ， ＺＷ (72)発明者 ラッセル、 スティーヴン、 ジョン イギリス国 エイチジー２ ８ディーエイ チ ノース ヨークシャー ハロゲート クロムウェル ロード 14 (72)発明者 ハンプショー、 エリック イギリス国 ダブリューエフ３ ４ジェイ ワイ ウェイクフィールド スタンリー アッシュ グローヴ ８ (72)発明者 ラソッド、 マノジュ、 カンティラル、 チャガンラル イギリス国 ダブリューエフ17 ０イーデ ィー ウェスト ヨークシャー バットリ ー バーストール ローワン クロース 15 Ｆターム(参考） 2E185 BA16 CB16 4D019 AA01 BA13 BB03 BC01 BD01 CB06 CB07 DA03 4L047 AA14 AA15 AA17 AA28 AB07 CA19 CC12

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 繊維を空気中層状化して不織ウェブを形成する工程を含むろ
    過媒体の製造方法。
  2. 【請求項２】 歯で被覆され、他の歯付きローラもしくは固定カーディング
    プレートと相互作用する急速回転シリンダまたはローラに原繊維を搬送する工程
    を含む、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 繊維がメッシュスクリーン上で循環する篩い分けスクリーン
    またはロータスクリーンに原繊維を搬送する工程を含む、請求項１に記載の方法
    。
  4. 【請求項４】 繊維がその後移動空気流中に分散して、空気／繊維混合物を
    形成する、請求項２または請求項３に記載の方法。
  5. 【請求項５】 繊維が２種類以上の繊維のブレンドを含む、前記請求項の何
    れか１項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記ブレンドが、（ａ）ポリオレフィンおよび（ｂ）１個ま
    たは複数個のハロゲン置換炭化水素を含む付加重合体を含む、請求項５に記載の
    方法。
  7. 【請求項７】 成分（ａ）がポリプロピレンであり、成分（ｂ）がポリ塩化
    ビニルおよび／またはポリ塩化ビニリデンである、請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記ブレンドが、３５〜８５質量％のアクリロニトリル単位
    を含み、残りは、塩化ビニルまたは塩化ビニリデンなどのハロゲン化炭化水素で
    ある実質的にその他の付加重合体形成単位からなる、モダクリル共重合体をさら
    に含む、請求項６または請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 成分（ａ）と成分（ｂ）との質量比が７０：３０〜３０：７
    ０の範囲である、請求項６〜請求項８の何れか１項に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 成分（ａ）と成分（ｂ）との質量比が４５：５５〜５５：
    ４５の範囲である、請求項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 成分（ａ）と成分（ｂ）中の繊維の線密度が０．１〜１０
    ｄｔｅｘである、請求項６〜請求項１０の何れか１項に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 繊維の線密度が３．３ｄｔｅｘ未満である、請求項１１記
    載の方法。
  13. 【請求項１３】 繊維の直径が１２μｍ以下である、上記請求項の何れか１
    項に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 繊維状物質の不織ウェブを含み、前記ウェブの縦方向およ
    び横方向（ＭＤ：ＣＤ）、つまり前記ウェブの長手方向および横断方向における
    前記ウェブの引張強度比が２：１未満であるろ過媒体。
  15. 【請求項１５】 前記ＭＤ：ＣＤ比が１．５：１未満である、請求項１４記
    載のろ過媒体。
  16. 【請求項１６】 前記ウェブが２種類以上の繊維のブレンドを含む、請求項
    １４または請求項１５記載のろ過媒体。
  17. 【請求項１７】 前記ブレンドが、（ａ）ポリオレフィンおよび（ｂ）１種
    または複数種のハロゲン置換炭化水素を含む付加重合体を含む、請求項１６記載
    のろ過媒体。
  18. 【請求項１８】 成分（ａ）がポリプロピレンであり、成分（ｂ）がポリ塩
    化ビニルおよび／またはポリ塩化ビニリデンである、請求項１７記載のろ過媒体
    。
  19. 【請求項１９】 前記ブレンドが、３５〜８５質量％のアクリロニトリル単
    位を含み、残りは、塩化ビニルまたは塩化ビニリデンなどのハロゲン化炭化水素
    である実質的にその他の付加重合体形成単位からなる、モダクリル共重合体をさ
    らに含む、請求項１７または請求項１８に記載のろ過媒体。
  20. 【請求項２０】 成分（ａ）と成分（ｂ）との質量比が７０：３０〜３０：
    ７０の範囲である、請求項１７〜請求項１９の何れか１項に記載のろ過媒体。
  21. 【請求項２１】 成分（ａ）〜成分（ｂ）の質量比が４５：５５〜５５：４
    ５である、請求項２０記載のろ過媒体。
  22. 【請求項２２】 成分（ａ）および成分（ｂ）中の繊維の線密度が０．１〜
    １０ｄｔｅｘの範囲である、請求項１７〜請求項２１の何れか１項に記載のろ過
    媒体。
  23. 【請求項２３】 前記繊維の線密度が３．３ｄｔｅｘ未満である、請求項２
    ２記載のろ過媒体。
  24. 【請求項２４】 前記繊維の直径が１２μｍ以下である、請求項１４〜請求
    項２３の何れか１項に記載のろ過媒体。
  25. 【請求項２５】 ２００ｇ／ｍ2〜１０００ｇ／ｍ2の質量を有する、請求項
    １４〜請求項２０の何れか１項に記載のろ過媒体。
  26. 【請求項２６】 前記媒体が３５０〜５００ｇ／ｍ2の質量を有する、請求
    項２５記載のろ過媒体。
  27. 【請求項２７】 ａ）ポリ塩化ビニル／ポリプロピレン； ｂ）ポリ塩化ビニル／モダクリル／ポリプロピレン； ｃ）ポリ塩化ビニル／ポリプロピレン／ポリエチレン；および ｄ）ポリ塩化ビニル／モダクリル／ポリエチレン から成る群から選択された繊維のブレンドを含む、請求項１４〜請求項２６の何
    れか１項に記載のろ過媒体。
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