JP2009125697A - 空気ろ過フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】機能を有する色素を効率よく合成繊維布帛表面に安定して局在配置することができる空気ろ過フィルタを提供すること。
【解決手段】合成繊維からなるフィルタ表面に、交互積層法を利用し、繊維表面に高分子電解質と前記高分子電解質とは反対の電荷を有する機能を有する有機化合物が積層されており、外気に触れるように機能を有する高分子電解質又は有機化合物色素がフィルタ表面に安定して配置されており、性能を効果的に発現できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空気清浄機などの空気濾過フィルタに関し、さらに詳しくは、交互積層法を利用してイオン性を有する消臭、防臭、抗菌、抗アレルゲンからなる群の少なくとも一種の機能をもつ、高分子電解質層若しくは有機化合物層を繊維表面に積層させた合成繊維からなる空気ろ過フィルタに関するものである。

近年、空気ろ過フィルタに対し、空気清浄や消臭・抗菌・防カビやアレルゲン物質除去性を有する要望が強まっている。さらに、フィルタを装着するエアコンといった家電製品にお掃除ロボットといったフィルタの手入れを簡便にする機能が備わった製品が多く上市されている。

こうした要求に鑑み、フィルタに種々の抗菌・殺菌剤等の機能化剤が使用され、特許文献１、２ではフィルタに消臭・抗菌・抗アレルゲン効果が知られるポリカルボン酸金属フタロシアニン）を付着させることを特徴とする消臭フィルタが提案されている。
特開２０００−１５２９８２ 特許第３８５８０８０

従来、繊維に機能剤を付着させる方法としては、紡糸時に機能剤を練りこむ方法、後加工による方法が提案されている。例えば、特許文献３では、繊維形成樹脂に、疎水性ゼオライトを必須成分とする脱臭剤を配合し、紡糸してなる消臭機能をもつ合成繊維を製造する方法が提案されている。
特開平７−３１０２２６

また、後加工による方法としては、特許文献４では繊維材料と機能剤を液状の高圧二酸化炭素中で反応させて、機能剤を付与させ、繊維材料に対して機能性付与と共に染色を行うこともできる方法、特許文献５では、酸化チタン等の光触媒と、カテキンや鉄フタロシアニン系化合物等の消臭剤と、銀スルホネート系化合物等の抗菌剤をバインダー樹脂あるいはイオン的に固着する方法等を用いて繊維表面に固着する方法が提案されている。
特開２００２−２０１５７０ 特開２００３−３４２８７１

ポリエステル繊維に機能剤を付与する方法に関しては、例えば特許文献６では、Fe(III)又はCo(III)フタロシアニン多価カルボン酸を担持せしめた二酸化チタン微粒子をポリエステルポリマー中に練りこみ、紡糸することでポリエステル繊維内部および表面に微分散させる方法や、特許文献７では、ポリエステル繊維に、活性炭、無機酸化物及び有機窒素系化合物が樹脂バインダーを介して繊維表面に固着する方法が提案されている。
特公平７−８１２０６ 特開平１０−２９２２６８

機能剤を染色と同時に繊維に吸着させる方法や紡糸時に機能剤を練りこむ方法では、繊維内部に大部分の機能剤が存在するため、外気に直接機能剤が触れることが少なく、機能の効率が低いという問題がある。

バインダーを用いて繊維表面にパディングする方法では、機能剤をフィルタ表面に被膜を形成させる際、機能の発現効率を良くする為にバインダーを厚くしなければならず、この厚みにより目の細かいフィルタにおいては、目詰まりが生じ、空気透過性能が低下するという問題がある。さらにはバインダーの厚さにより、形状が変化し、繊維の硬化や摩擦等により機能剤が容易に脱落してしまうという耐久性の問題がある。

ポリエステル繊維に機能剤を加工する場合は、紡糸時に機能剤を練りこむことはできるが、染色は高温高圧下で行われるため、染色と同時に機能剤を繊維に吸着することは難しいという問題がある。

本発明は、上記従来技術の有する問題点を解消し、消臭、防臭、抗菌、抗アレルゲンからなる群の少なくとも一種の機能をもつ、高分子電解質層若しくは有機化合物層を効率よく合成繊維表面に安定して局在配置することができるフィルタ製品を提供することである。

本発明は、合成繊維からなるフィルタの表面に、交互積層法を利用して、互いに反対のイオン性を有する高分子電解質と有機化合物が積層されていることを特徴とする空気ろ過フィルタである。

本発明でいう交互積層法とは、基板の表面に、電荷を帯びている分子とそれとは反対の電荷を帯びている分子を、静電相互作用を利用することにより、交互に一層ずつ積み上げ多層薄膜を作製していく方法である。

本発明でいう空気ろ過フィルタとは、空気中のアレルゲン物質や細菌などを取り除くための空気透過を有する空気ろ過機能をなすものであり、例えば、エアコン、空気清浄機、掃除機のフィルタおよびソックスフィルタ、空調システム用エアフィルタが挙げられ、本発明では特にエアコン用としての合成繊維からなるエアコン用フィルタとして有用であるがそれに限られたものではない。

本発明における合成繊維とは、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル系繊維、ナイロン６やナイロン６６、アラミドなどのポリアミド系繊維、ポリアクリロニトリルを主成分とするアクリル系繊維、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系繊維、ポリ塩化ビニル系繊維などが挙げられ、本発明では特にポリエステル系繊維が好ましい。

また、本発明でいう高分子電解質とは、水中にてカチオンやアニオンに電離するイオン性をもつ高分子のことをいう。具体的には、カチオン性を有するものでは、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド、ポリアリルアミン塩酸塩、ポリエチルイミン、ポリビニルピリジン、ポリリジンが挙げられ、アニオン性を有するものではポリスチレンスルホン酸、ポリビニル硫酸、デキストラン硫酸、ポリアクリル酸、ポリマレイン酸などが挙げられる。

これらの中で特に、カチオン性を有する高分子電解質としてポリジアリルジメチルアンモニウムクロライドが、ポリエステル系繊維の表面上で自己組織的配列によって強固な層を形成できるため、特に好ましく用いられる。また、発明者らがＪＩＳ Ｌ１９０２の抗菌性試験方法に従って確認した結果、繊維表面に形成されたポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド層は、未処理の対照試料と比較して黄色ブドウ球菌の増殖を1万分の１以下に抑制でき、大腸菌に関しては検出限界以下に抑制できる抗菌作用を有することが分かっている。ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライドは次の化学式(１)で示される。

本発明におけるイオン性を有する有機化合物は、消臭、防臭、抗菌、抗アレルゲンからなる群の少なくとも一種の機能を有する物質である。具体的には、金属フタロシアニンの誘導体、フェノール性水酸基を含有するフラボノイド、ポルフィリンの誘導体、メチレンブルー、マカライトグリーンなどが挙げられる。

これらの中で金属フタロシアニンの誘導体は、優れた消臭・防臭機能を有することが知られており、本発明において好ましく用いることができる。この金属フタロシアニンに関しては、銅、鉄、アルミニウム、ニッケル、コバルト、亜鉛、チタン、バナジウム、ロジウム、ルテニウム、ケイ素、モリブデン、タングステン、オスミウムからなる金属の群の一種を中心金属として含有するものが好ましく、化学構造中にカルボキシル基やスルホン基を導入してアニオン性とした誘導体であることが推奨される。

また、フェノール性水酸基を含有するフラボノイドは、スギ花粉などのアレルゲン物質に吸着して不活化させる抗アレルゲン機能を有することが知られており、本発明において好ましく用いることができる。ここでのフラボノイドとはフラバンの基本骨格を有する化合物の総称であり、アントシアニン類、フラバン類、プロアントシアニジン類、Ｃ−グリコシルフラボノイド類、バイフラボノイド類、トリフラボノイド類、イソフラボノイド類、ネオフラボノイド類、フラボン類およびフラボノール類とそれらの配糖体、カルコン、オーロン、フラバノンといった微量フラボノイド類が挙げられる。

本発明によって、消臭、防臭、抗菌、抗アレルゲンからなる群の少なくとも一種の機能を有する高分子電解質若しくは有機化合物を、外気に接触するフィルタ表面に多層薄膜構造で安定的に局在配置することにより、フィルタとして高い効率性が得られるとともに、ブラシ等によるフィルタ清掃によって下層を新たに表出させることで機能を回復できることを特徴に持つフィルタを提供することができる。

次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、フィルタ１０は、繊維１１の表面上に、交互積層した高分子電解質層１２および有機化合物層１３を備える。フィルタ１０としては、エアコン、空気清浄機、掃除機のフィルタおよびソックスフィルタ、空調システム用エアフィルタが挙げられる。繊維１１はポリエステル等の合成繊維から構成される織物、編物、樹脂繊維混、不織布により形成される。高分子電解質層１２中の高分子電解質からなり、この高分子電解質としてはポリジアリルジメチルアンモニウム塩又はポリスチレンスルホン酸ナトリウム等が挙げられる。有機化合物層１３中の有機化合物としては、金属フタロシアニンの誘導体、フェノール性水酸基を含有するフラボノイド、ポルフィリン誘導体、メチレンブルー、マカライトグリーン等が挙げられる。金属フタロシアニンの誘導体としては、銅、鉄、アルミニウム、ニッケル、コバルト、亜鉛、チタン、バナジウム、ロジウム、ルテニウム、ケイ素、モリブデン、タングステン、オスミウムからなる金属の群の一種を含有する金属フタロシアニンの誘導体を用いることが好ましい。
高分子電解質層１２、有機化合物層１３の組み合わせからなる積層の繰り返しの数は、範囲限定されるものではないが、高分子電解質層１２、有機化合物層１３を２層以上積層させること、特に５層以上が好ましい。
このように構成されたフィルタ１０の積層方法を説明する。先ず合成繊維により構成されたフィルタ１１を用意する。このフィルタ１１の表面に高分子電解質をコーティングして高分子電解質層１２を形成する。この高分子電解質層のコーティング方法として、浸漬法が挙げられる。ここで、高分子電解質層の表面に、有機化合物をコーティングすることにより、有機化合物層１３が形成される。次いで有機化合物層１３の表面に高分子電解質、さらに高分子電解質層の表面に、有機化合物をコーティングすることを繰り返し、高分子電解質および有機化合物を積層したフィルタ１０を得る。
ここで交互積層法の基本原理を示す概念図として図２を示す。図２において、溶液２１には、カチオン性電解質溶液、溶液２２には、アニオン性の電解質溶液が入れられている。ここで、被成膜材料として、基板２１を溶液２２内に入れると、基板１０の表面にカチオン性電解質が吸着し、さらにこの基板１０を溶液２３内に入れると、吸着していたカチオン性電解質の表面にアニオン性電解質が静電相互作用により吸着する。このように、基板２１を溶液２１と溶液２３とに交互に浸漬させてゆけば、基板２１の表面には、カチオン性電解質からなる層とアニオン性電解質からなる層とが交互に積層されてゆくことになり、最終的に多層構造が形成される。

以下に、発明の実施の形態を実施例に基づき、図面を参照して説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。図３に示すように、先ず繊度２３デニールのポリエステル繊維を１００本／インチの密度で組織した平織物からなる布帛３１を用意した。次に布帛３１をポリジアリルジメチルアンモニウム塩水溶液に浸漬させ、高分子電解質層３２を形成した。ここで、ポリジアリルジメチルアンモニウム塩（PDDA）は１ｗｔ％水溶液となるように水を加えて調整したものである。この溶液の中に布帛２１を浸漬し、高分子電解質層３２を形成した。次いで過剰の高分子電解質を取り除くために水で布帛２１を洗った。その後、布帛２１を銅フタロシアニンスルホン酸ナトリウム水溶液に浸漬させることにより、色素層２３を形成した。具体的には、銅フタロシアニンスルホン酸ナトリウム色素を水に溶かし、２×１０^−３ｍｏｌ・Ｌ^−１となるように調整した。この溶液の中に布帛３１を浸漬し、色素層３３を形成した。なお、銅フタロシアニンスルホン酸ナトリウムは次の化学式(２)で示される。

その後過剰の色素を取り除くために水で布帛３１を洗った。これらの工程を5回繰り返すことにより布帛３１を5回積層した多層積層構造とした。この積層体を実施例1とした。

本発明の実施例２を以下に示す。実施例1と同様に、先ず繊度７５デニールのポリエステル繊維を４０本／インチの密度で組織した平織物からなる布帛を用意した。次に布帛をポリジアリルジメチルアンモニウム塩水溶液に浸漬させ、高分子電解質層を形成した。ここで、ポリジアリルジメチルアンモニウム塩（PDDA）は１ｗｔ％水溶液となるように水を加えて調整したものである。この溶液の中に布帛を浸漬し、高分子電解質層を形成した。次いで過剰の高分子電解質を取り除くために水で布帛を洗った。その後、布帛をコバルトフタロシアニンスルホン酸ナトリウム水溶液に浸漬させることにより、色素層を形成した。具体的には、コバルトフタロシアニンスルホン酸ナトリウム色素を水に溶かし、０．５ｇ・Ｌ^−１となるように調整した。この溶液の中に布帛を浸漬し、色素層を形成した。なお、コバルトフタロシアニンスルホン酸ナトリウムは次の化学式(３)で示される。その後過剰の色素を取り除くために水で布帛を洗った。これらの工程を5回繰り返すことにより布帛を5回積層した多層積層構造とした。

本発明の実施例３を以下に示す。実施例1、２と同様に、先ず繊度７５デニールのポリエステル繊維を４０本／インチの密度で組織した平織物からなる布帛を用意した。次に布帛をポリジアリルジメチルアンモニウム塩水溶液に浸漬させ、高分子電解質層を形成した。ここで、ポリジアリルジメチルアンモニウム塩（PDDA）は１ｗｔ％水溶液となるように水を加えて調整したものである。この溶液の中に布帛を浸漬し、高分子電解質層を形成した。次いで過剰の高分子電解質を取り除くために水で布帛を洗った。その後、布帛をアレルノンST（大和化学）水溶液に浸漬させることにより、色素層を形成した。具体的には、アレルノンSTを水に溶かし、１０ｗｔ％となるように調整した。この溶液の中に布帛を浸漬し、色素層を形成した。なお、アレルノンSTは次の化学式(４)で示されるフラボノイドである。その後過剰の色素を取り除くために水で布帛を洗った。これらの工程を5回繰り返すことにより布帛を5回積層した多層積層構造とした。

（評価）

実施例のポリエステル繊維布帛を、分光光度計により測色し，得られた分光反射率から数(1)より表面染色濃度（Ｋ/Ｓ値）を算出して評価した。

K/S値は値が高いほど色濃度は高くなり、値が低いほど色濃度は低くなる。算出したK/S値を縦軸にとり、横軸に波長をとった結果を実施例１、２、３について、それぞれ図４、図５及び図６に示す。図４、図５及び図６から積層回数につれてK/S値が大きくなっており、色素層の積層による色濃度の増大が認められる。

フィルタの縦断面図である。 交互積層法基本原理概念図である。 実施例の交互積層縦断面図である。 実施例１のK/Sスペクトルである。 実施例２のK/Sスペクトルである。 実施例３のK/Sスペクトルである。

符号の説明

１０ フィルタ
１１ 繊維
１２ 高分子電解質層
１３ 有機化合物層
２０ 交互積層操作方法
２１ 基板
２２ カチオン性高分子電解質溶液
２３ アニオン性高分子電解質溶液
３１ ポリエステル繊維布帛
３２ PDDA層
３３ 銅フタロシアニンスルホン酸層

Claims (5)

1. 合成繊維からなる布帛又は不織布の表面に、互いに反対のイオン性を有する高分子電解質および有機化合物が交互積層して薄膜を形成しており、前記高分子電解質および／又は前記有機化合物が、消臭、防臭、抗菌、抗アレルゲンからなる群の少なくとも一種の機能を有していることを特徴とする空気ろ過フィルタ材。
2. 合成繊維からなる布帛又は不織布の表面に、互いに反対のイオン性を有する高分子電解質および有機化合物が交互積層して薄膜を形成しており、前記高分子電解質がカチオン性のジアリルジメチルアンモニウム塩重合体であることを特徴とする、請求項１記載の空気ろ過フィルタ材。
3. 合成繊維からなる布帛又は不織布の表面に、互いに反対のイオン性を有する高分子電解質および有機化合物が交互積層して薄膜を形成しており、前記有機化合物が銅、鉄、アルミニウム、ニッケル、コバルト、亜鉛、チタン、バナジウム、ロジウム、ルテニウム、ケイ素、モリブデン、タングステン、オスミウムからなる金属の群の一種を含有する、アニオン性の金属フタロシアニン誘導体であることを特徴とする、請求項１記載の空気ろ過フィルタ材。
4. 合成繊維からなる布帛又は不織布の表面に、互いに反対のイオン性を有する高分子電解質および有機化合物が交互積層して薄膜を形成しており、前記有機化合物がアニオン性のフェノール性水酸基を含有するフラボノイドであることを特徴とする、請求項１記載の空気ろ過フィルタ材。
5. 合成繊維からなる布帛が、繊度２３−７５デニールのポリエステル繊維を４０−１００本／インチの密度で組織した織物である、ことを特徴とする請求項１−４記載のエアコン用フィルタ材。

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