JP2008018350A - 耐水性エレクトレットシートおよび平行流型エアフィルター - Google Patents

Abstract

【課題】
水洗等の洗浄による濾材表面の電位消失を少なく抑えるとともに、濾過性能を維持したままで洗浄後繰返し再使用することができる耐水性エレクトレットシート３およびこのシートを構成要素として用いた平行流型エアフィルター７を提供すること。
【解決手段】
本発明に係る耐水性エレクトレットシート３は、エレクトレット化シート２の両面に、耐水性フィルム１を積層して接着したものである。ここで、上記耐水性としては、ＪＩＳ Ｌ １０９２：１９９８ ６．１（１）Ａ法に規定される耐水度が、５００ｍｍＨ_２Ｏ以上であることが好ましい。また、本発明に係る平行流型エアフィルター７は、上記耐水性エレクトレットシート３をフィルターエレメントに加工して、内部に多数の平行流の空気通過セル４を形成せしめたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気フィルターの分野に関する。具体的には、空気中の浮遊塵埃を捕集して空気の清浄化を行うとともに、かつ洗浄も可能な耐水性エレクトレットシート、並びに該耐水性エレクトレットシートを構成要素とする平行流型エアフィルターに関する。

従来より、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等の高分子繊維からなる不織布や割繊フィルムを用いたいわゆるエレクトレットフィルターは、これらに電荷を帯電させることにより、クーロン力や誘起力で塵埃等を繊維に吸着させて効率よく塵埃を捕集できることから、低圧損かつ高捕集効率である特性を活かし、空気清浄機やビル空調機等の各種エアフィルターとして広く使用されている。中でも特に平行流型フィルターは、清浄対象の空気がフィルター表面に沿うように平行して流れ、その低騒音、低圧力損失といった特性を発揮することができるため、当該フィルターの構成要素として広く用いられている（例えば、特許文献１、特許文献２）。

近年、エアフィルター分野に関しても、廃棄物量削減や省エネルギー化にともない、従来、使い捨てていたエアフィルターを洗浄し、繰返し再使用できる性能のものが要求されている。

しかしながら、エレクトレットフィルターは、使用によって付着した塵を除去するため例えば水により洗浄すると、帯電された部分への水分付着が導電性層を形成し、表面電位が大巾に減衰し、クーロン力による捕集効率が低下する。従って、洗浄再生されるエアフィルターは、繊維を緻密に集合させた圧力損失の高い非エレクトレットフィルターが用いられているのが現状である。

この問題に対して、エレクトレット繊維の表面を樹脂層で被膜し、防水処理したエレクトレットフィルターが種々提案されている（例えば、特許文献３、特許文献４）。

しかしながら、これらエレクトレット化した繊維表面に樹脂を被膜した洗浄再生フィルターは、樹脂被膜時の加工温度や溶剤に含まれるイオン基の影響により電荷の減衰が起きやすいため、フィルターの低圧力損失化や高捕集効率化が困難である。また、捕集した塵を水洗等で除去してフィルターとして再使用する際に、繊維間に入り込んだ塵の除去が容易ではなく、この塵を水洗等により除去しようとするとフィルター自体の繊維が脱落しやすいこと、水洗等を行って再使用を繰り返すと捕集能力が大きく低下すること、洗浄後のフィルター寸法変化や変形により空調装置への再装着が困難であること等の多くの問題を有している。

さらに、エレクトレット化繊維の表面を樹脂被膜処理するには、複雑な装置により多くの工程を必要とし、製造コストの面においても問題がある。
特開昭５６−１０３１２号公報（特許請求の範囲第１項、第５図） 特許第２７１９１０２号公報（請求項１、図１） 特開平６−２１８２１１号公報（請求項９、段落００２０、表１） 特許第３５０７６９１号公報（請求項１〜５）

本発明の目的は、上記問題点を解消し、水洗等の洗浄による濾材表面の電位消失を少なく抑えるとともに、濾過性能を維持したままで洗浄後繰返し再使用することができる耐水性エレクトレットシートおよびこのシートを構成要素として用いた平行流型エアフィルターを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る耐水性エレクトレットシートは、エレクトレット化シートの両面に、耐水性を有するフィルムを固着してなることを特徴とする。

また、上記目的を達成するため、本発明に係る平行流型エアフィルターは、上記耐水性エレクトレットシートを、該シートの表面に空気が沿って流れる平行流となるように折り曲げ加工することにより、内部に多数の空気通過セルを形成せしめたことを特徴とする。

本発明によれば、エレクトレット化シートの両面に、耐水性を有するフィルムを積層して接着しているため、シート表面に樹脂皮膜をする従来品に比べて圧力損失が低く、捕集性能が高いものが得られ、また、洗浄時の表面電位の消失が少ないため、洗浄後の再使用時においても捕集性能が高い耐水性エレクトレットシートおよび該シートを用いた平行流型エアフィルターを得ることができる。

以下、本発明の最良の実施形態を一実施例の図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る耐水性エレクトレットシートの要部拡大の斜視図である。図において、耐水性エレクトレットシート３は、エレクトレット化シート２の両面に、耐水性フィルム１が積層され、後述の手段により一体化されたものである。

エレクトレット化シートを保護する手段として耐水性フィルムを採用することにより、洗浄によりシートを構成する繊維が脱落するのを防ぎ、また捕集された塵を繊維間に残すことなく容易に洗い落とすことができる。尚、塵の捕集は帯電により行うので、繊維間に拘束させなくても十分に捕集できる。またフィルムの採用は、例えば樹脂を塗布する場合に比べ被覆による電荷の減衰が少ないため、エレクトレット化シートとしての機能を維持できる。さらに、樹脂の塗布に比べ低コストであるという利点も有する。

耐水性フィルム１としては、例えば、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレンといったポリオレフィン系樹脂フィルムや、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−α−オレフィン共重合体等といった原料を共押出し等の公知の技術によってフィルム化がなされたものが挙げられる。

耐水性フィルム１の厚さとしては、１〜２５０μｍのものが好ましい。１μｍ未満では、必要な耐水度が得られないうえ、折り、曲げ加工による負荷や洗浄による摩擦でフィルムが破れてしまう可能性がある。また、２５０μｍを超えると荷電部からフィルム表面までの距離が離れ、クーロン力が低下してしまう。

エレクトレット化シート２の素材としては、電荷がかかるものであれば特に限定することなく使用でき、例えばポリプロピレン、ポリスチレン、３フッ化エチレン、テフロン（登録商標）、ポリカーボネート、ポリエステルなどの原料からなるシートが挙げられる。

これら素材のシート２に電荷を付与する手段としては、従来から用いられるコロナ放電、電界放電、電子線照射などの直流電圧を印加して電荷を帯電処理する方法や、シートを水や極性溶媒に接触させて乾燥させる過程で荷電させる方法、あるいは前記エレクトレット化が可能な原料からなる未延伸糸を延伸しながら荷電してエレクトレット繊維とした後、不織布や織編物といったシート状にする手段などの公知の方法で得ることができる。また、エレクトレット効果やフィルター加工性を高めるため、複数層もしくは複数素材のシートを重ね合わせてもよい。

係るシート２の形態としては、不織布、織編物などの布帛の他に網状物やフィルムであってもよく、中でも不織布やフィルムが好ましい。特に、スパンボンド法より製造された不織布、たとえばポリエチレン、ポリプロピレンあるいはポリテトラフルオロエチレンを主成分とするスパンボンド不織布が、耐水性を有するフィルムとの積層加工性や、表面毛羽が少ない点、剛軟度の面から好ましい。

次に、エレクトレット化シート２の両面に耐水性フィルム１を積層し、固着する方法としては、例えば２つのロールから巻出された２枚の上記素材からなるフィルムに対し、接着剤として湿気硬化型ウレタン樹脂、エチレン酢酸ビニル樹脂、エチレン塩化ビニル樹脂、ポリアミド共重合樹脂、ポリオレフィン樹脂等のホットメルト樹脂をスプレーしたり、あるいは例えばエチレン酢酸ビニル樹脂、低密度ポリエチレンなどの低融点パウダーを点状、線状、網目状に散布し、次にエレクトレット化されたシートの上下から挟み込み、空気泡が残らないように接着する方法が挙げられる。その他にも、低融点のフィルムをエレクトレット化シートの両面に融着する融着法、フレームラミ法、ドライラミネートする方法や、プレス成形する方法が挙げられる。中でも、大気中の湿気と反応して不溶性となる湿気硬化型ウレタン樹脂をエレクトレット化シートの両面に網目状にスプレーするのが接着性や耐水性を向上させ、かつ、エレクトレットシート層の電荷を積層時の加工温度や貼り合わせ剤のイオン基により減衰させないので好ましい。

なお、接着に際しては耐水性フィルムの両サイドは、袋状に形成する必要は無く、カットされたシート形状のエレクトレット化シートと、同様のカットされたフィルム同士を積層することでよい。２枚の耐水性フィルムとエレクトレット化シートとの間は、例えば上記したホットメルトスプレー等が点状、網目状、線状に塗布された接着層が介在されており、これにより少なくともエレクトレット化シートの一部分が封入された構造となっており、洗浄中、エレクトレット化シートの中への水の進入を極少量に抑えることができる。

上記耐水性エレクトレットシート（積層シート）における耐水性の程度としては、ＪＩＳ Ｌ １０９２：１９９８ ６．１（１）耐水度試験Ａ法（低圧法）に規定される方法で測定した耐水圧が、５００ｍｍＨ₂Ｏ以上、より好ましくは２０００ｍｍＨ₂Ｏ以上であるものがよい。５００ｍｍＨ₂Ｏ未満では、フィルター洗浄時に水等の洗浄剤がエレクトレットシートに接触し、電荷の減衰が起きる。

なお、本発明においては、必要に応じてエレクトレット化シートおよび耐水性フィルムに、対し、例えば艶消し剤、潤滑剤、顔料、熱安定剤、耐光剤、紫外線吸収剤、静電剤、導電剤、蓄熱材などの各種添加剤を適宜の範囲内で添加することができる。また、その他に、除塵、消臭、抗菌、防かび、抗ウイルス、抗アレルゲン、防虫、殺虫、害虫忌避、有害物除去、芳香などの各種機能を有する添加剤を添加してもよい。

次に、図２は、本発明に係る平行流型フィルターの横断面図である。図において、本発明の平行流型フィルター７は、フルート部５と、その両面に位置するライナー部６とで構成される。フルート部５は、前述の図１の耐水性エレクトレットシート３をコルゲート状に折り曲げてその内部に多数の空気濾過セル４を形成したもので、空気は耐水性エレクトレットシート３表面に対し、平行流となるように図の紙面に対して直角方向に流れる。ライナー部６も図１の耐水性エレクトレットシート３からなる平板状のもので、前述した方法によりフルート部５に積層され、一体化される。

以下、本発明の実施例を説明する。なお、本実施例で用いた性能評価方法は以下の通りである。

［測定方法］
（１）表面電位
図１において、積層した耐水性エレクトレットシート３の表面電位は、表面電位計ＫＳＤ−０１０３（春日電機株式会社製）を用いて、塵埃付着試験前と洗浄乾燥繰返し５サイクル後に測定した。測定は、表面電位計の電極部前面５０ｍｍの距離にフィルターを電極面と平行に置き、その状態でのフィルターの表面電位を測定した。一枚のフィルターにつき５回測定し、そのときの最大値をフィルターの表面電位とした。

（２）耐水度
積層した耐水性エレクトレットシート３の耐水度はＪＩＳ Ｌ１０９２：１９９８． ６．１（１）Ａ法（低圧法）に基づいて測定した。

（３）捕集性能
フィルターの塵埃付着試験前と下記（５）の洗浄乾燥繰返し５サイクル後に、フィルターを有効間口面積０．０２２ｍ²のホルダーにセットし、面風速０．１ｍ／秒で空気を通過させ、フィルター上下流（濾過前後）の粒径０．３〜０．５μｍの大気塵粉塵数をパーティクルカウンター（ＲＩＯＮ株式会社製、形式：ＫＣ−０１Ｄ）で測定し、
捕集効率（％）＝１−（下流大気塵数÷上流大気塵数）×１００
の式より算出した。

（４）圧力損失
ＪＩＳ Ｂ９９０８：２００１．８．１．２に基づきフィルターの塵埃付着試験前と下記（５）の洗浄乾燥繰返し５サイクル後に、面風速０．１ｍ／秒で空気を通過させ、フィルター上下流の圧力差を差圧計で測定した。

（５）評価用洗浄
エアフィルターに、ＪＩＳ１５種試験用ダストを圧力損失が２９Ｐａに上昇するまで捕集させた後、エアフィルターをアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムが０．５ｗｔ％含まれる洗浄液の入った水中にて３分間浸積しながら手でゆすぎ洗いした後、水中で軽くすすぎ洗いし、乾燥機にて６０℃で４時間乾燥処理までを１サイクルとし、計５サイクルのダスト負荷・洗浄・乾燥を行った。

［実施例１］
（エレクトレット化シート）
ポリプロピレン繊維（三井住友ポリオレフィン社製 Ｓ１０ＡＬ）からなる目付１２０ｇ／ｍ²、平均繊維径１４μｍ、厚さ４１０μｍのスパンボンド不織布に、コロナ放電法によりエレクトレット化処理を施してエレクトレット化シートを得た。このエレクトレット化シートの表面電位は３３０Ｖであった。

（積層させるフィルム）
厚さ２０μｍ、耐水度１２００ｍｍＨ_２Ｏのポリプロピレン製共押出しフィルムを積層させるフィルムとして用いた。

（積層エレクトレットシート）
上記で得られたエレクトレット化シートの両面に上記の耐水性フィルムを、ホットメルトスプレー法で湿気硬化型ウレタン樹脂にて積層接合することにより、積層エレクトレットシート、すなわち本発明に係る耐水性エレクトレットシートを得た。このシート状基材の表面電位は２９０Ｖ、耐水度は２０００ｍｍＨ_２Ｏ以上、剛軟度は１５００ｍｇであった。

（平行流型エアフィルター）
このシート状基材を用いてハニカムピッチ６．３ｍｍ、ひだ山高さ４．０ｍｍでコルゲートハニカムを成形し、縦１００ｍｍ、横２５０ｍｍ、奥行き３０ｍｍの本発明に係る平行流型フィルターを作製した。この平行流型エアフィルターの初期圧力損失は１９．６Ｐａ、捕集効率は３９．６％であった。

洗浄後のエアフィルターは、変形がなくハニカム形状もダスト負荷前の状態を保っており、フィルター性能を測定したところ、圧力損失は２１．４Ｐａ（上昇率８％）、捕集効率は３６．８％（保持率９３％）であった。

［実施例２］
（エレクトレット化シート）
厚さ５０μｍのポリプロピレンフィルム（東レ社製トレファン（登録商標）、２５００Ｓ）に、コロナ放電法によりエレクトレット化処理を施してエレクトレット化シートを得た。このエレクトレット化シートの表面電位は５６０Ｖであった。

（積層させるフィルム）
実施例１で用いたのと同様のフィルムを用いた。

（積層エレクトレットシート）
上記のエレクトレット化シートを用いた以外は実施例１と同様にして、積層エレクトレットシート（耐水性エレクトレットシート）を得た。

（平行流型エアフィルター）
上記で得られた耐水性エレクトレットシートを用い、実施例１と同様にして平行流型エアフィルターを作製した。

洗浄による圧力損失の上昇率は２％、捕集効率の保持率は９２％と、洗浄再使用性能が良好なエアフィルターであった。

［比較例１］
（エレクトレット化シート）
実施例１で用いたのと同様のエレクトレット化シートを用いた。

（積層させるフィルム）
耐水度２００ｍｍＨ_２Ｏと耐水性の低いエチレン酢酸ビニル共重合体フィルムを、積層させるフィルムとした。

（積層エレクトレットシート）
上記のエレクトレット化シートを用いた以外は実施例１と同様にして、積層エレクトレットシートを得た。

（平行流型エアフィルター）
上記で得られた積層エレクトレットシートを用い、実施例１と同様にして平行流型エアフィルターを作製した。

洗浄後の捕集効率の保持率は１９％と、大きく低下した。

以上の実施例及び比較例の結果を纏めたのが次の表１である。

上記表１から、本発明に係る耐水性フィルムを有する平行流型フィルターは、洗浄しても、電荷の減衰が起きないため捕集性能がほとんど低下しないことが分かった。また、洗浄後の圧力損失が初期の圧力損失付近まで回復していることから、フィルムが固着されていることによりフィルター表面が平滑となり、洗浄による塵埃の除去が容易であることが分かった。

本発明に係る耐水性エレクトレットシートおよびこの耐水性エレクトレットシートを構成要素とする平行流型エアフィルターは、例えば空気清浄機、ルームエアコン、ビル空調機、車載用空調機、クリーンルーム、半導体クリーンルーム内の各種製造装置またはウエハ搬送経路のエアフィルターもしくは洗浄再生フィルターなどに好ましく使用することができる。

本発明に係る耐水性エレクトレットシートの要部拡大の斜視図である。 図１の耐水性エレクトレットシートを積層した本発明に係る平行流型フィルターの横断面図である。

符号の説明

１………耐水性フィルム
２………エレクトレット化シート
３………耐水性エレクトレットシート（本発明）
４………セル
５………フルート部
６………ライナー部
７………平行流型エアフィルター（本発明）

Claims (3)

1. エレクトレット化シートの両面に、耐水性を有するフィルムを固着してなることを特徴とする耐水性エレクトレットシート。
2. ＪＩＳ Ｌ １０９２ ：１９９８ ６．１（１）Ａ法に規定される耐水度が、５００ｍｍＨ_２Ｏ以上であることを特徴とする請求項１記載の耐水性エレクトレットシート。
3. 請求項１または２記載の耐水性エレクトレットシートを、該シートの表面に空気が沿って流れる平行流となるように折り曲げ加工することにより、内部に多数の空気通過セルを形成せしめたことを特徴とする平行流型エアフィルター。

Images