JP2003512147A

JP2003512147A - 濾材およびその製造方法

Info

Publication number: JP2003512147A
Application number: JP2001531483A
Authority: JP
Inventors: コリングウッド・ジェレミー・アンドルー; ゴードン・ジョン
Original assignee: ホリンズワースアンドヴォ−スエアフィルトレーションリミテッド
Priority date: 1999-10-19
Filing date: 2000-10-16
Publication date: 2003-04-02
Also published as: AU7807800A; GB9924549D0; WO2001028656A1; US6811594B1; EP1225966A1

Abstract

(57)【要約】ポリエステルファイバと、帯電可能な少なくとも１種類の他のファイバとのブレンドからなる帯電濾材を開示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（技術分野）本発明は、流体を濾過する濾材（フィルタ材料）およびその製造方法に関し、
特に限定はしないが空気濾過用フィルタの濾材およびその製造方法に関する。

【０００２】（背景技術）永久静電荷を備えた空気濾材は知られている。このような材料は、濾材と濾過
すべき粒子との間の静電引力により非常に効率的に粒子を濾過し、その用途とし
て、防塵ヘルメットの空気濾過器、人工呼吸器、吸引クリーナおよび空調システ
ムがある。

【０００３】濾材は、多くの優れた特性を有することが望ましい。濾材は、粒子を効率的に
濾過できると同時に、濾材を通る流体の流れに対する抵抗は小さくなくてはなら
ない。このことは、空気濾過の場合、濾材を通る前後の空気の圧力降下が小さい
ことを意味する。また、濾材の濾過性能が維持されること、すなわち、少なくと
もできる限り長期間に亘って性能劣化が最小限であることが重要である。これに
よりフィルタの作動寿命が延長される。更に、フィルタの稼動寿命が尽きた場合
には、安全に廃棄できることが重要である。最近では、油性物質による侵蝕に耐
え得る濾材が要望されている。

【０００４】欧州特許EP 0 246 811には、使用される開構造帯電ファイバにより、優れた濾
過効率を有しかつ空気流に対する抵抗が小さい空気濾材が開示されている。この
濾材は、ポリオレフィンファイバとハロゲン置換ポリオレフィンファイバとのブ
レンドで形成されている。米国特許第5,470,485号には、コア／ジャケット形す
なわちサイド・バイ・サイド形のコンジュゲート・ポリプロピレン／ポリエチレ
ンファイバと、ハロゲンを含まないポリアクリロニトリルファイバとのブレンド
からなる空気濾材が開示されている。剛性を有しかつ成形可能な濾材の不織マッ
トを製造する上で、コンジュゲートファイバを使用することは米国特許第5,470,
485号の本質的要素である。各場合において、濾材は、反対極性の電荷を支持す
る異種材料の、全体として電気的に中性のファイバであることに留意すべきであ
る。

【０００５】（発明の開示）本発明は、上記優れた特性の幾つかまたは全部を備えた高品質の濾材を提供す
る。

【０００６】本発明の第１態様によれば、ポリエステルファイバと、少なくとも１つの他の
種類の帯電可能ファイバとのブレンドからなる帯電濾材が提供される。

【０００７】このような濾材は、オイルベースの液体エアロゾルに曝される場合でも、優れ
た濾過効率および放置寿命が得られる。また、欧州特許EP 0 246 811に開示され
たハロゲン含有ブレンドとは異なり、ポリエステルは容易に入手できかつ焼却時
にダイオキシンを発生することがない。

【０００８】濾材は、ポリエステルファイバとポリオレフィンファイバとのブレンドで形成
するのが好ましい。欧州特許EP 0 246 811の濾材とは異なり、このような濾材は
ダイオキシン化合物を発生しないため、焼却により安全に廃棄できる。ポリオレ
フィンファイバは、ポリプロピレンで形成するのが好ましい。ポリプロピレンフ
ァイバのデニールは、ポリエステルファイバのデニールより大きいものとするこ
とができる。ポリプロピレンファイバのデニールは、ポリエステルファイバのデ
ニールの少なくとも１．５倍より大きいものとすることができる。

【０００９】ポリエステルファイバと他の単一または複数種類のファイバとの重量比は、８
０：２０〜２０：８０の範囲内、好ましくは７０：３０〜３０：７０の範囲内、
最も好ましくは６０：４０〜４０：６０の範囲内に定めることができる。

【００１０】本発明の第２態様によれば、ポリエステルファイバと、静電荷を帯電可能な他
の少なくとも１種類のファイバとをブレンドし、このブレンドから濾材を製造す
ることからなる帯電濾材の製造方法が提供される。

【００１１】濾材の性能は、ファイバ表面上に潤滑剤および帯電防止剤（これらは、集合的
に、「スピン仕上げ剤」として知られている）が存在することによってかなりの
影響を受ける。実際に、商業的に製造されるポリマーファイバはスピン仕上げさ
れており、従って、ファイバのブレンド前、ブレンド中またはブレンド後に、フ
ァイバから潤滑剤および帯電防止剤を実質的に除去する必要がある。

【００１２】本発明の方法は、ファイバのブレンドをカーディングおよび／またはエア・レ
イング（air-laying）する工程と、ファイバのブレンドをクロスラッピングして
不織布を形成する工程とで構成できる。不織布は、カレンダリングまたはニード
ル・パンチング等の方法により機械的または熱的に適宜結合できる。

【００１３】ポリエステルファイバはポリオレフィンファイバとブレンドでき、ポリオレフ
ィンファイバはポリプロピレンファイバで形成できる。

【００１４】（発明を実施するための最良の形態）以下、添付図面を参照して本発明による濾材およびその製造方法について説明
する。

【００１５】本発明は、ポリエステルファイバと、静電荷を帯電可能な少なくとも１種類の
他のファイバとのブレンドからなる濾材に関する。

【００１６】本発明は、優れた濾過性能を得るにはファイバの清浄度が非常に重要であるこ
とを認識したものである。より詳しくは、使用されるファイバの表面特性と濾材
の長期間性能との間にはある関係があると考えられる。一般に、大きい裂け目お
よび割れ目を有する表面を備えたファイバからは、性能の劣った濾材が製造され
る。この理由の少なくとも一部は、裂け目および割れ目からスピン仕上げ剤（お
よび、特に水）を除去することが困難なことによると考えられる。従って、滑ら
かに表面仕上げされたファイバを使用するのが好ましい。

【００１７】一般に濾材は、欧州特許EP 0 246 811に開示された方法に従って製造されてい
た。欧州特許EP 0 246 811の方法では、潤滑剤および帯電防止剤の除去は、前記
ファイバのブレンディング前に行なわれることに留意すべきである。これに対し
、本発明の例では、この除去工程はファイバのブレンディング工程の後に行なわ
れる。両アプローチとも本発明の範囲内にある。潤滑剤および帯電防止剤の除去
は、界面活性剤、アルカリまたは溶媒洗じゅう（scouring）のような布繊維洗じ
ゅう工程により行なうことができる。界面活性剤の洗じゅう工程後には、ファイ
バのすすぎおよび乾燥を行なうのが好ましい。

【００１８】ブレンドされたファイバは、カーディングおよびエア・レイングを行なって、
ｉ）不織布を形成しかつｉｉ）ファイバに帯電させることができる。カーディン
グおよびエア・レイング工程後に、フェルト製品を作るため、製品をクロスラッ
ピングし、次にニードリングおよびカレンダリングを行なうことができる。カー
ディングおよびエア・レイングの両方を行なうのではなく、ブレンドのカーディ
ングまたはエア・レイングの一方のみを行なうこともできる。エア・レイング処
理の１つの長所は、ファイバを長手方向に配向できることに加えて、より高い割
合のファイバを垂直方向に（すなわち、不織材料の長さ方向の下に）配向できる
ことである。このことは、使用に際し、濾過すべき空気流と濾材のファイバとの
接触を増大させる効果を呈し、このため、より高い濾過効率が得られる。エア・
レイング装置は商業的に入手できる。

【００１９】本発明の好ましい実施形態は、ポリエステルとポリプロピレンとのブレンドか
らなる。一例では、ポリエステルとポリプロピレンとの５０／５０ブレンドを使
用した。比較の目的で、モダクリル（modacrylic）とポリプロピレンとの５０／
５０ブレンドを使用して、EP 0 246 811に開示の濾材を製造した。

【００２０】下記表は、上記濾材の透過率（％）を示すものである。透過率（％）とは、濾
材により捕捉されないで濾材を通過する空気流で運ばれる粒子の百分率をいう。
濾材の透過率（％）を測定する試験は、英国標準規格BS 4400 試験に従って行な
った。標準カプセル形態をなす質量２ｇの対象材料を、０．６５μｍの平均直径
の塩化ナトリウム粒子を用いて試験した。

【００２１】

【表１】

【００２２】かくして、本発明の実施形態によれば優れた濾過効率が得られた。ポリプロピ
レンのデニールの方がポリエステルのデニールより大きい実施形態は優れた耐久
寿命を有し、一定期間に亘って高い濾過効率を保有することが判明した。

【００２３】図１は、それぞれ、ポリプロピレン／ポリエステルブレンドおよびポリプロピ
レン／モダクリルブレンド（EP 0246 811の好ましい実施形態）についての長期
間に亘る透過率（％）曲線１０、１２を示すグラフである。透過率（％）は、濾
材を通過する空気流中の空気粒子の百分率（従って、効率値＝１００（％）−透
過率（％）となる）を表す。３０日の期間経過後、ポリプロピレン／ポリエステ
ルブレンド性能は約１．２％の透過率値に低下する。これに対し、ポリプロピレ
ン／モダクリルブレンドは、約１．９％に達するかなり高い透過率値を呈する。
また、ポリプロピレン／ポリエステルブレンドは、試験の間中、ポリプロピレン
／モダクリルブレンドより優れた性能を呈する。図示の結果は、ポリプロピレン
／ポリエステルブレンドから作られたフィルタは優れた作動寿命を有することを
明瞭に示している。作動寿命は、フィルタが特定規格内で性能を発揮できる期間
により定められる。

【００２４】 EP 0 246 811に従って商業的に製造される濾材は、ハロゲン置換ポリアクリロ
ニトリル等のモダクリルを使用しており、実際に、EP 0 246 811では、モダクリ
ルが好ましいと開示されている。しかしながら、モダクリルは、焼却したときに
、強い毒性をもつダイオキシンを許容できないほど高濃度で発生するという欠点
を有している。使用済み空気濾材の廃棄には種々の環境的事柄をカバーするＩＳ
Ｏ１４０００規格が適用されるので、このことはかなり大きな問題である。特に
極東の幾つかの国では、このような廃棄は焼却により行なうべきことを法律が規
定している。本願明細書に開示するポリプロピレン／ポリエステルブレンドは、
ファイバ中にハロゲン置換基が存在しないので、焼却したときにダイオキシンを
発生しない。

【００２５】ポリエステル／ポリプロピレンブレンドに関連する他の長所は、得られる濾材
の水分率が低く、このためＨＭＥ（熱／水分交換：heat and moisture exchange
）用途への扉を開くことができることである。

【００２６】オイルベース液体エアロゾルに曝すことの影響にアクセスすることの実験を行
なった。このようなエアロゾルは、一般に、同サイズの固体粒子より透過性が高
いと考えられている。オイルベースエアロゾルに曝したときの性能の評価は、NI
OSH 42 CFR Part 84およびBSEN 143等の空気濾過性能についての幾つかの国際規
格の基礎を形成する。

【００２７】ジ・イソ・オクチル・フタレート（ＤＯＰ）の「オイルミスト」エアロゾルに
曝すことにより３つのフィルタサンプルを試験した。試験したサンプルは、１５
０ｇｍ^−２の密度のポリプロピレン／モダクリルの５０／５０ブレンド（EP 0 2
46 811の好ましい実施形態）、１５０ｇｍ^−２の密度のポリプロピレン／ポリエ
ステルの５０／５０ブレンドおよび２７０ｇｍ^−２の密度のポリプロピレン／ポ
リエステルの５０／５０ブレンドである。フィルタ性能は、４２．５リットル／
分の流量のＤＯＰエアロゾルを使用して試験した。図２は、それぞれ、ポリプロ
ピレン／モダクリルブレンド、１５０ｇｍ^−２の密度のポリプロピレン／ポリエ
ステルブレンドおよび２７０ｇｍ^−２の密度のポリプロピレン／ポリエステルブ
レンドについての３５分間の透過率値２０、２２、２４を示すグラフである。本
発明のブレンドの性能が、EP 0 246 811に従って製造された濾材よりかなり優れ
ていることは明白である。

【００２８】本発明の材料と他の繊維質材料のウェブとの複合材料は、初期効率および負荷
効率を改善できることが判明している。繊維質材料は微小繊維質のもので形成で
き、かつ多層に形成できる。複合材料は、接着、ニードリングまたは超音波接合
等の従来技術で知られた方法を用いて製造できる。スクリム（荒目地クロス）を
付加して、複合材料の成形性または剛性を高め、または付加的保護を与えること
ができる。

【００２９】図３は、ポリエステルファイバの走査型電子顕微鏡写真である。ファイバは非
常に滑らかで、断面は一般に円形である。このため、このようなポリエステルフ
ァイバを有する本発明の帯電濾材は、電荷の非常に均一な分布を有し、かつ水分
を発生させることが殆どなく、かつ洗浄が容易であり、高い濾過効率が得られる
。

【００３０】５０／５０以外のブレンド比は本発明の範囲内にあることに留意すべきである
。また、ポリエステルファイバは、ポリプロピレン以外のファイバとブレンドす
ることができる。例えば、ポリエステルファイバは、アクリルファイバとブレン
ドすることもできる。ハロゲンを含有しないアクリルファイバは、焼却したとき
にダイオキシンを発生しないので、モダクリルファイバより好ましい。

【００３１】上記例では、「標準」直径すなわち約１．０〜３デニールのファイバを使用し
た。本発明はこれに限定されるものではなく、実際に、ファイバ特性を変えるこ
とによって濾材特性を変化させることができる。「粗い」デニールのファイバと
は概略的に５デニール以上のファイバであり、一方、微細デニールのファイバと
は概略的に１．５デニール以下のファイバである。異なる粗さのファイバをブレ
ンドすることもできる。効率以外のファクタ、例えば所望の性能特性を得るのに
要する濾材の前後の圧力降下、濾材のコストおよび／または重量を考察も考えら
れることに留意すべきである。このようなファクタを最適化するのに、ファイバ
粗さを変えることは１つの方法である。

【図面の簡単な説明】

【図１】一定期間に亘るフィルタ性能を示すグラフである。

【図２】オイルベースエアロゾルに曝されたときのフィルタ性能を示すグラフである。

【図３】ポリエステルファイバの走査型電子顕微鏡写真である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，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，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者ゴードン・ジョンイギリスチェシアエスケー15 ３キューエスストックポートスタリーブリッジギャローズクラフロード１Ｆターム(参考） 4D019 AA01 AA03 BA13 BB03 BC01 BD01 DA03 4L047 AA14 AA21 AA28 AB02 BA03 CC12 DA00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポリエステルファイバと、帯電可能な少なくとも１種類の他
のファイバとのブレンドからなることを特徴とする帯電濾材。
【請求項２】ポリエステルファイバと、ポリプロピレンファイバとのブレ
ンドからなることを特徴とする請求項１記載の濾材。
【請求項３】前記ポリプロピレンファイバのデニールがポリエステルファ
イバのデニールより大きいことを特徴とする請求項２記載の濾材。
【請求項４】前記ポリプロピレンファイバのデニールがポリエステルファ
イバのデニールの少なくとも１．５倍より大きいことを特徴とする請求項２記載
の濾材。
【請求項５】前記ポリエステルファイバと他の少なくとも１種類のファイ
バとの重量比が、８０：２０〜２０：８０の範囲内、好ましくは７０：３０〜３
０：７０の範囲内、最も好ましくは６０：４０〜４０：６０の範囲内にあること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の濾材。
【請求項６】ポリエステルファイバと、帯電可能な少なくとも１種類の他
のファイバとをブレンドする工程を有することを特徴とする帯電濾材の製造方法
。
【請求項７】前記ファイバのブレンド前、ブレンド中またはブレンド後に
、潤滑剤および帯電防止剤をファイバから実質的に除去することを特徴とする請
求項６記載の製造方法。
【請求項８】前記ファイバのブレンドをカーディングして不織布を形成す
る工程を有することを特徴とする請求項７記載の製造方法。
【請求項９】前記不織布をニードリングすることを特徴とする請求項８記
載の製造方法。
【請求項１０】前記ポリエステルファイバとポリプロピレンファイバとを
ブレンドすることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項記載の製造方法。