JP2007531617A - プリーツ付きの位置合せされたウェブフィルタ - Google Patents
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Abstract
Description
有効幾何ファイバー直径は、ディビス(Davies)C.N.、「空気を含んだ粉じんおよび粒子の分離(The Separation of Airborne Dust and Particles)、機械技術学会(Institution of Mechanical Engineers)、ロンドン(London)、会報(Proceedings)1B、1952年に規定された方法により評価された。
ウェブの全体の目視外観を、8mm×14mmの拡大ウィンドウを有する電荷結合素子カメラを備えたツァイスインスツルメンツ(Zeiss Instruments)解剖顕微鏡を用いて評価した。
型番150−Bテーバー(TABER)(商標)剛度計(テーバーインダストリーズ(Taber Industries)より市販)を用いてウェブ剛度を評価した。3.8cm×3.8cm正方形片を、鋭いレーザー刃を用いてウェブから慎重に切り取ってファイバー溶融を防ぎ、3〜4個の試料を用いて15°試料を曲げて機械および交差方向の剛度を評価により求めた。
型番5544インストロン(INSTON)(商標)万能試験機(インストロン社(Instron Corp.)より市販)応力−歪み(または負荷対伸び)を測定した。2.5cm×6.3cmの矩形片を、鋭いレーザー刃を用いてウェブから切断し、6〜10個の試料、50mm初期ジョー分離および3cm/分の伸張速度を用いて、最大力および最大時伸びを評価して求めた。
TSI(商標)型番8130高速自動フィルタ試験機(TSI社(TSI Inc.)より市販)および42.5L/分で流れるジオクチルフタレート(「DOP」)チャレンジエーロゾルを用いてフィルトレーション品質係数(QF)を求めた。較正した光度計をフィルタ入口および出口で用いて、DOP濃度およびフィルタを通る%DOP透過率を測定した。MKS圧力変換器(MKSインスツルメンツ(MKS instruments)より市販)を用いてフィルタの圧力降下(ΔP、mmH2O)を測定した。式:
アシュレ(ASHRAE)規格52.2「粒子サイズによる除去効率についての一般換気エアクリーニング装置の試験方法(Method of Testing General Ventilation Air−Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size)」に従ってフィルトレーション性能を評価した。アシュレ(ASHRAE)規格は、気流に分散した実験室生成塩化カリウム粒子を含有する試験エーロゾルのフィルトレーションを評価するものである。粒子カウンタにより、フィルタから上流および下流の12サイズ範囲の粒子を測定しカウントする。その結果を、様々なサイズ範囲における粒子についての最低複合効率値として記録することができる。最低複合効率値は、フィルタに25.4mmH2Oの最終圧力降下を負荷するため、最低パーセント粒子保持率(当該のサイズ範囲についての下流粒子カウント/上流粒子カウント×100)に対応している。増分のダスト負荷レベルで一組の粒子サイズ除去効率性能曲線も作成し、初期の清浄性能曲線を用いて、各サイズ範囲における最低性能を表す複合曲線を形成してもよい。複合曲線の点を平均し、平均を用いてフィルタの最低効率報告値を求める。
ポリプロピレンウェブ
図1に示すように構成した二次空気冷却システムおよび平床コレクタを追加して、従来の20.5cm幅のメルトブロー装置を修正した。従来のブローンマイクロファイバープロセスでは、二次冷却空気は用いず、ウェブは多孔性ドラムのような丸めた表面に集める。修正した装置を用いて、ファイバーが機械方向によく位置合せされたメルトブローンポリプロピレンウェブを作成した。二次空気冷却システムは、メルトブローダイ先端の下約6cmに配置された2つの対向する水平配置の幅76cm×高さ51cmの空気出口を用いて、空気出口から様々な速度で(または全くなしで)12〜13℃の冷却気流を分配した。平床コレクタは、床の下に位置する真空収集システムを用いた。メルトブローダイは、コレクタの前縁に位置していた。フィナ(FINA)(商標)タイプ3960ポリプロピレン(フィナオイル・アンド・ケミカル社(Fina Oil and Chemical Co.)より市販)を、265℃で操作される押出し機中で溶融し、9.1kg/hrでメルトブローダイへ供給した。抵抗加熱器を用いてダイを約265℃に維持し、4.2m3/分で流れる300℃の一次空気を供給した。DCDを調整して、32.5L/分のフローレートで0.5mmH2O圧力降下のウェブを提供した。二次冷却空気を用いて作成したウェブについては、DCDは約20cmであった。二次冷却空気を用いずに作成したウェブについては、DCDは約34cmであった。コレクタ真空を調整して、8〜9%の剛性を有するウェブを提供した。50または35m/秒出口速度で二次冷却空気を用いて作成したウェブについて、コレクタ真空は3250N/m2、17m/秒出口速度で二次冷却空気を用いて作成したウェブについては5000N/m2、二次冷却空気を用いずに作成したウェブについてはゼロであった。集められたウェブの秤量は80g/m2、19μmEFDであった。ウェブを、米国特許第4,588,537号明細書(クラッセ(Klasse)ら)に開示されているようにコロナ処理し、米国特許第5,908,598号明細書(ルソー(Rousseau)ら)に開示されているようにヒドロチャージして、機械的特性およびフィルトレーション品質係数QFを評価して求めた。ウェブをまた126℃で5分間熱処理して、再評価し、機械的特性を求めた。
EFDの小さなウェブ
実施例1の方法を用いて、3.4m3/分で流れる300℃の一次空気、二次冷却空気、および秤量が80g/m2、剛度が8〜9%、有効ファイバー直径が実施例1で得られたよりも小さい、集められたウェブを与えるよう調整されたコレクタ真空を用いて、メルトブローンポリプロピレンウェブを作成した。以下の表4に示してあるのは、実施例番号、二次空気速度および質量流量比、有効ファイバー直径、および得られたウェブについてのファイバーカウントおよびファイバー位置合せデータである。
PETおよびナイロンウェブ
実施例1の方法を用いて、ポリエチレンテレフタレート(「PET」)およびナイロン(ウルトラミッド(ULTRAMID)(商標)BS−400Nナイロン、BASF社(BASF Corp.)より市販)により、2.9m3/分で流れる350℃の一次空気および任意で二次冷却空気を用いて不織ウェブを作成した。12.7cmDCDを用いてPETウェブを作成し、16.5cmDCDを用いてナイロンウェブを作成した。集められたPETウェブの秤量は85g/m2、5〜6%の剛度および16μmEFDであった。集められたナイロンウェブの秤量は70g/m2、5〜6%の剛度および17〜18μmEFDであった。以下の表5に示してあるのは、実施例番号または比較例番号、二次空気速度および質量流量比、用いたポリマー、ならびに得られたウェブについてのファイバーカウントおよびファイバー位置合せデータである。
添加剤
添加剤ポリ(4−メチル−1−ペンテン)を1.5%添加して実施例2を繰り返した。これにより、フィルトレーション品質係数QFが添加剤なしの1.5から添加剤ありの1.7に増加した。
添加剤
添加剤ポリ(4−メチル−1−ペンテン)を1.5%添加、およびチマソーブ(CHIMASSORB)944ヒンダードアミン光安定化剤を0.5%添加して実施例11を繰り返した。ウェブはヒドロチャージしたが、コロナ処理はしなかった。フィルトレーション品質係数QFは2.5であり、二次冷却空気を用いずに作成された従来の未処理のポリプロピレンブローンマイクロファイバーからできたウェブを用いて得られたものの2倍であった。
経時のQF評価
実施例1の方法を用いて、1770二次冷却空気:ポリマー質量流量比で流れる二次冷却空気あり、およびなしでメルトブローンポリプロピレンウェブを作成し、コロナ処理、ハイドロチャージして評価し、フィルトレーション品質係数QFを求めた。ウェブの秤量は85g/m2、19〜21μmEFD、42.5L/分での圧力降下0.4〜0.5mmH2Oであった。以下の表6に示してあるのは、二次冷却空気あり(実施例13)およびなし(比較例4)で作成したウェブについての様々な累積DOP露光レベル後のQF係数である。
プリーツ炉フィルタ
コロナ処理およびヒドロチャージした実施例2のウェブ、コロナ処理およびヒドロチャージした比較例1のウェブおよびアキュエア(ACCUAIR)(商標)コロナ処理スパンボンドポリエチレン/ポリプロピレンツインファイバーウェブ(秤量71g/m2、約20μmEFD、キンバリークラーク社(Kimberly Clark Corp.)より市販)の試料を、図7に示すプリーツ媒体100のようなプリーツ102を有する50.8cm×63.5cm×2.1cm高さのフィルタ要素へと形成した。プリーツ102は、折り畳みが交差方向と位置合せされ、長さ寸法に添って87プリーツ(13.8プリーツ/10cm)となるように構成した。プリーツ媒体100を、サポート110のような膨張金属サポート間に挟んで糊付けし、図8に示す枠112のようなボール紙枠に装着して、フィルタ114のような枠のあるフィルタを形成した。アシュレ(ASHRAE)規格52.2「粒子サイズによる除去効率についての一般換気エアクリーニング装置の試験方法(Method of Testing General Ventilation Air−Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size)」に従って1.5m/秒の面速度で、仕上がったフィルタのフィルトレーション性能を評価した。以下の表7に記した結果に、0.3〜1μm、1〜3μmおよび3〜10μmのサイズ範囲の粒子について最低複合効率値が示されている。表7にはまた、評価完了後の合計フィルタ重量増加(フィルタにより捕捉された合計微粒子重量)も記されている。高い最低複合効率および合計フィルタ重量増加値は、良好なフィルトレーション、長い耐用年数または良好なフィルトレーションと長い耐用年数の両方に対応している。
プリーツ炉フィルタ圧力降下対面速度評価
実施例14および15の方法を用いて、メルトブローン位置合せファイバーポリプロピレンウェブをコロナ処理およびヒドロチャージしたが、熱処理はしなかった。このウェブは1.7MDのテーバー剛度値を有しており、実施例16のウェブとして以下に規定されている。コロナ処理、ヒドロチャージおよび熱処理を用いて剛性のウェブを作成した。このウェブは2.2MDのテーバー剛度値を有しており、実施例17のウェブとして以下に規定されている。添加剤ポリ(4−メチル−1−ペンテン)を1.5%添加し、コロナ処理、ヒドロチャージおよび熱処理して更に剛性のウェブを作成した。このウェブは3.7MDのテーバー剛度値を有しており、実施例18のウェブとして以下に規定されている。実施例16〜18のウェブ、アキュエア(ACCUAIR)コロナ処理スパンボンドポリエチレン/ポリプロピレンツインファイバーウェブ(2.1MDテーバー剛度および比較例8のウェブとして以下に規定)の試料を、図7に示すプリーツ媒体100のようなプリーツ102を有する30cm×27cm×2.1cm高さのフィルタ要素へと形成した。フィルタは長さ寸法に添って13.8プリーツ/10cm有しており、図8のサポート110のような膨張金属サポート間に挟まれ糊付けされていた。一連の操作において、かかるフィルタを、透明側のプレートによって、プリーツ端部が撮影できるプレキシガラス(PLEXIGLAS)(商標)プラスチック枠に装着した。枠側のプレートは、フィルトレーション媒体端部に接触していたが、プリーツの動きは可能であった。枠を真空テーブルの上に装着し、下方に向けられたボックス型ファンからの空気に曝した。フィルタ圧力降下が、約1.5m/秒面速度で約0.35in(0.9cm)の水に達するまで、SAEファイン試験ダストとタルクの50:50混合物で作成した合成ダストを気流に散在させることによりフィルタに負荷をかけた。これは、実質的に自然の負荷レベルをシミュレートするものである。以下の表8に示してあるのは、フィルタについての説明、MDテーバー剛度値および合計フィルタ重量増加値である。
Claims (28)
- 折り畳みプリーツの列を有しかつ熱可塑性ファイバーを含有する不織フィルタウェブを含むフィルタ要素であって、前記ファイバーの過半数が前記プリーツの列方向に対して90°±20°で位置合せされているフィルタ要素。
- 前記ファイバーの約55〜約90%が前記列方向に対して90°±20°で位置合せされている、請求項1に記載のフィルタ要素。
- 集められた前記ファイバーの約70〜約85%が前記列に対して90°±20°で位置合せされている、請求項1に記載のフィルタ要素。
- 長さが約2〜5cmのファイバーを前記ウェブからけば立てることができる、請求項1に記載のフィルタ要素。
- 前記ファイバーの平均有効ファイバー直径が約8〜約25μmである、請求項1に記載のフィルタ要素。
- 前記ウェブが、50mmゲージ長さを用いた、前記列方向に交差する方向における面内引張り強度対前記列方向における引張り強度の少なくとも2:1の比を有する、請求項1に記載のフィルタ要素。
- 前記ウェブが、50mmゲージ長さを用いた、前記列方向に交差する方向における面内引張り強度対前記列方向における引張り強度の少なくとも4:1の比を有する、請求項1に記載のフィルタ要素。
- 前記ウェブが、前記列方向に交差する方向における面内テーバー剛度対前記列方向におけるテーバー剛度の少なくとも2:1の比を有する、請求項1に記載のフィルタ要素。
- 前記ウェブが、前記列方向に交差する方向における面内テーバー剛度対前記列方向におけるテーバー剛度の少なくとも2.2:1の比を有する、請求項1に記載のフィルタ要素。
- 前記ウェブの主面が、前記列方向に交差する個々のファイバーの実質的な位置合せに対応する細溝を示す、請求項1に記載のフィルタ要素。
- 前記ウェブに配置された湿潤流体が、前記列方向に交差して優先的に吸い上げられる、請求項1に記載のフィルタ要素。
- 前記ウェブがアニールされている、請求項1に記載のフィルタ要素。
- 前記ウェブがコロナ処理またはハイドロチャージされている、請求項1に記載のフィルタ要素。
- 熱可塑性ファイバーを含む不織フィルトレーションウェブにプリーツの列を形成する工程であって、前記ファイバーの過半数が前記プリーツの列方向に対して90°±20°で位置合せされている工程と、
プリーツフィルタ要素を所望のサイズおよび形状に切断する工程と
を含むプリーツフィルタ要素を製造する方法。 - 前記ファイバーの約55〜約90%が前記列方向に対して90°±20°で位置合せされている、請求項14に記載の方法。
- 集められた前記ファイバーの約70〜約85%が前記列方向に対して90°±20°で位置合せされている、請求項14に記載の方法。
- 長さが約2〜5cmのファイバーを前記ウェブからけば立てることができる、請求項14に記載の方法。
- 前記ファイバーの平均有効ファイバー直径が約8〜約25μmである、請求項14に記載の方法。
- 前記ウェブが、50mmゲージ長さを用いた、前記列方向に交差する方向における面内引張り強度対前記列方向における引張り強度の少なくとも2:1の比を有する、請求項14に記載の方法。
- 7cm/秒の面速度で移動する10〜700nmのサイズ範囲を有する100ppmのジオクチルフタレート粒子を用いた前記ウェブのフィルトレーション品質係数QFが少なくとも約0.6である、請求項19に記載の方法。
- 前記ウェブが、50mmゲージ長さを用いた、前記列方向に交差する方向における面内引張り強度対前記列方向における引張り強度の少なくとも4:1の比を有する、請求項14に記載の方法。
- 前記ウェブが、前記列方向に交差する方向における面内テーバー剛度対前記列方向におけるテーバー剛度の少なくとも2:1の比を有する、請求項14に記載の方法。
- 前記ウェブが、前記列方向に交差する方向における面内テーバー剛度対前記列方向におけるテーバー剛度の少なくとも2.2:1の比を有する、請求項14に記載の方法。
- 前記ウェブの主面が、前記列方向に交差する個々のファイバーの実質的な位置合せに対応する細溝を示す、請求項14に記載の方法。
- 前記ウェブに配置された湿潤流体が、前記列方向に交差して優先的に吸い上げられる、請求項14に記載の方法。
- 前記ウェブがアニールされている、請求項14に記載の方法。
- 前記ウェブがコロナ処理またはハイドロチャージされている、請求項14に記載の方法。
- 7cm/秒の面速度で移動する10〜700nmのサイズ範囲を有する10ppmのジオクチルフタレート粒子を用いた前記ウェブのフィルトレーション品質係数QFが少なくとも約0.6である、請求項20に記載の方法。
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