JP2009136736A - エレクトレット濾材およびフィルタユニット - Google Patents

Abstract

【課題】層間の接着性が良好で層間剥離がなく、低圧力損失かつ高い粒子捕集効率を発現し、ダスト負荷時の圧損上昇が緩やかで長寿命であり、剛性有し、プリーツ加工性に優れており、ユニット加工時の圧力損失、ダスト保持性に優れた、厚みが小さく、繊維や樹脂の毛羽立ちや脱落の少ないエレクトレット濾材およびフィルタユニットを提供する。
【解決手段】補強用ネットとサーマルボンド不織布または長繊維不織布とが接着された層と、丸断面短繊維からなるエレクトレット層が、絡合により一体化されているエレクトレット濾材。
【選択図】なし

Description

本発明は、気体中の微粒子の捕捉に用いられる高捕集効率かつ低圧力損失であるエレクトレット濾材及びフィルタユニットに関する。

従来より、平板で取り扱いが容易でさらにはプリーツ加工が可能な剛性を有する低圧力損失で高捕集効率のエレクトレット濾材が種々提案されている。例えば、ポリプロピレンフィルムをエレクトレット化し、ついで開繊カッター等で微細に割繊して得たエレクトレット化フィルムスプリット繊維と補強ネットを積層した濾材が開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。
これらの方法では、電荷密度の高いエレクトレットフィルムを用いているので、捕集効率は高いが、エレクトレット繊維がフィルムを割繊した形状である為、フィルム繊維同士の重なり部分が生じ、繊維の有効濾過面積および粉塵保持空間が十分でなかった。さらには、特許文献２では熱融着により毛羽立ちや脱落、層間剥離を防止しているが、熱融着時の熱によりエレクレットの劣化が生じ、捕集効率が低下するという問題があった。

また、フィルムスプリット以外の高帯電濾材として、摩擦帯電濾材とネットとの積層濾材が開示されている（例えば、特許文献３、４参照）。
これらは、繊維同士の重なりは無いと考えられるが、濾材表面の毛羽立ちや厚み制御、層間剥離について言及されておらず、濾材としてのハンドリング性に問題があるばかりか、プリーツ加工時の加工性、厚みや毛羽立ちによる構造圧損が大きいという問題があった。

特表平７−５０４１２１号公報 特開２００３−０４７８１１号公報 特表２０００−５０４９９２号公報 特開２００５−２９６８２５号公報

本発明は、層間の接着性が良好で層間剥離がなく、低圧力損失かつ高い粒子捕集効率を発現し、ダスト負荷時の圧損上昇が緩やかで長寿命であり、剛性有し、プリーツ加工性に優れており、ユニット加工時の圧力損失、ダスト保持性に優れた、厚みが小さく、繊維や樹脂の毛羽立ちや脱落の少ないエレクトレット濾材およびフィルタユニットを提供する。

本発明は、以下のとおりである。
１．補強用ネットとサーマルボンド不織布または長繊維不織布とが接着された層と、丸断面短繊維からなるエレクトレット層が、絡合により一体化されているエレクトレット濾材。
２．前記サーマルボンド不織布または長繊維不織布の少なくとも１層が、抗菌性を有する上記１に記載のエレクトレット濾材。
３．上記１または２に記載の濾材にプリーツ加工を施し、枠体に保持してなるフィルタユニット。

本発明は、層間の接着性が良好で層間剥離がなく、低圧力損失かつ高い粒子捕集効率を発現し、ダスト負荷時の圧損上昇が緩やかで長寿命であり、剛性を有し、プリーツ加工性に優れており、ユニット加工時の圧力損失、ダスト保持性に優れた、厚みが小さいエレクトレット濾材およびフィルタユニットを提供できるものである。

以下に本発明を詳細に説明する。
本発明のエレクトレット濾材は、補強用ネットとサーマルボンド不織布または長繊維不織布が予め接着された層と、丸断面短繊維からなるエレクトレット層とが、絡合により一体化されている。エレクレット層は丸断面短繊維から構成されていることが必要で、例えばフィルムスプリット繊維のような矩形断面であると繊維同士で接触により、有効濾過面積の減少および粉塵負荷時の粉塵保持空間の減少が生じるので好ましくない。繊維断面形状は直線部を有さない形状であれば、繊維同士の接触による有効濾過面積の減少が少ないため好ましい。本発明でいる丸断面形状とは真円に限定されず楕円形を含むものである。

エレクトレット層のエレクトレット化方法は特に限定されず、コロナ荷電法、摩擦帯電法、流体摩擦荷電法等広く用いる事ができるが、摩擦帯電法は空隙率が高い濾材を高帯電量でエレクトレット化できるので好ましい。

摩擦帯電濾材を用いる場合はポリエステル系繊維を少なくとも２０質量％とポリオレフィン系繊維を少なくとも３０質量％含んでおり、該摩擦帯電濾材中にリン原子および／またはイオウ原子が３００ｐｐｍ以上含有されていることが好ましい。これらリン原子および／またはイオウ原子は、ホスフィン酸化合物および／またはスルホン酸化合物としてポリエステル分子鎖と共重合して存在していることが好ましい。このような摩擦帯電繊維は、例えば特開２００５−２９６８２５号公報に開示されているような公知の方法にて作製することができ、難燃性と濾過性能に優れている。

サーマルボンド不織布または長繊維不織布は、濾過性能を阻害しない程度に低圧損であることが好ましく、繊維径は１０〜５０μｍが好ましく、２０〜３５μｍがより好ましい。目付量は５〜５０ｇ／ｍ^２が好ましく、１０〜３０ｇ／ｍ^２がより好ましい。繊維径が１０μｍより小さい場合や目付量が５０ｇ／ｍ^２より大きいと通気抵抗が高くなり好ましくなく、繊維径が５０μｍより大きいと繊維本数が少ないために交絡が弱くなり好ましくない。また目付量が５ｇ／ｍ^２より小さいと絡合時のシート強度が不足し、シート切れやシワが発生するので好ましくない。

サーマルボンド不織布または長繊維不織布の製造方法は特に限定されず、長繊維不織布はスパンボンド法やメルトブロー法を用いることができ、サーマルボンド不織布は熱融着性芯鞘繊維を含む繊維をカーディング後、熱処理して得ることができる。

本発明のサーマルボンド不織布または長繊維不織布を構成する繊維素材は特に限定されず、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン系、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系合成繊維を単一あるいは芯鞘状に複合して用いることができる。抗菌性を有するサーマルボンド不織布または長繊維不織布を導入気体の上流に配置して使用すると、上流側で捕集された菌の増殖を抑制できるので、濾材として抗菌性が発揮され好ましい。

本発明の補強用ネットは、合成繊維、無機繊維、金属繊維の何れでもよい。繊度は１０〜１５００デニール、目開きは１ｍｍ^２以上、好ましくは９ｍｍ^２以上である。繊度、目開きがこの範囲であれば補強効果は十分であり、また通気抵抗に対しても有利である。このようなネットで補強することにより、シートとしての取り扱い性が優れるばかりか、プリーツ加工を施した時に、形状保持に極めて優れた効果を発揮する。

本発明のエレクトレット濾材は、前述した層以外にも脱臭層、抗菌防カビ層、抗アレルゲン層など種々の機能を有したシート層が積層可能である。

補強用ネットと、低圧損のサーマルボンド不織布または長繊維不織布を絡合のみで積層すると、不織布に比べてネットの目開きが大きいために絡合が不十分となり、この層間で剥離が起こり易い。よって補強用ネットと、サーマルボンド不織布または長繊維不織布とを接着しておくと剥離問題を解消することができる。接着法は特に限定されず、熱接着、バインダー接着、接着剤等を用いることができるが、より好ましくは加工が容易な熱接着である。

本発明のエレクトレット濾材は、補強用ネットとサーマルボンド不織布または長繊維不織布とを予め接着した層と、丸断面短繊維からなるエレクトレット層とを絡合一体化することにより得られる。絡合法としてはニードルパンチ法や水流交絡法を単独あるいは組み合わせて利用できるが、水流交絡法を実施する場合は液体によるエレクトレットの消失を防止するために、エレクトレット化工程の前に実施するのが好ましい。熱による接着でないためエレクトレットの劣化はない。

本発明のエレクトレット濾材は、補強用ネットとサーマルボンド不織布または長繊維不織布の接着品を、その後、丸断面短繊維からなるエレクトレット層およびその他の層と絡合する場合は、層を構成する繊維同士の交絡により積層状態を保持しているため層間の接着性は良好である。また、補強用ネットを含んでいるので容易にプリーツ加工してフィルタユニットとして使用することができる。プリーツ加工を施すことにより、同じ通風開口部でも濾過面積を大幅に増大することができ、フィルタの捕集効率の向上と低圧力損失化、およびダスト負荷時の圧損上昇の抑制が可能である。本発明の濾材は、毛羽立ちが少なく厚みも小さいのでプリーツ加工時の構造圧損を抑制することができ、フィルタとして低圧損であり、より多くの濾材を折り込むことで高性能化が可能である。

以下、実施例により本発明を詳細に説明する。

（濾材厚み）
２０ｍｍφの測定端子を用い７ｇ／ｃｍ^２の荷重にて測定を実施した。

（通気抵抗）
濾材をダクト内に設置し、空気濾過速度が１０ｃｍ／秒になるよう大気を通気させ、濾材上流、下流の静圧差を差圧計にて読み取り、通気抵抗とした。

（粒子捕集効率）
濾材をダクト内に設置し、空気濾過速度が１０ｃｍ／秒になるよう大気を通気させ、濾材上流、下流の０．３〜０．５μｍ粒子の個数濃度をパーティクルカウンターにて計測し、次式にて粒子捕集効率を算出した。
粒子捕集効率（％）＝［１−（下流側濃度／上流側濃度）］×１００

（ダスト保持量）
濾材をダクト内に設置し、空気濾過速度が５０ｃｍ／秒になるよう大気を通気させ、濾材上流側から、ＪＩＳ１５種粉塵を７０ｍｇ／ｍ^３の濃度にて負荷し、通気抵抗が初期から１５０Ｐａ上昇するまで粉塵を負荷した。この時の濾材単位面積あたりのダスト捕集量をダスト保持量とした。

（接着性）
積層濾材を手で引きはがした時の剥離強度を○（良好）、×（不足）で評価した。

［実施例１］
ラミネート工程において、１５ｇ／ｍ^２のポリプロピレン製スパンボンド不織布Ａ（シンワ株式会社製、繊度５．５ｄｔｅｘ）と接触するロール温度１２３℃、ポリプロピレン製ネットＢ（１４４４ｄｔｅｘ、目開き３×５ｍｍ、５５ｇ／ｍ^２）と接触するロール温度９３℃にセットし、不織布Ａ、ネットＢを上下ロールで挟み、プレス圧力３．９ＭＰａ、速度４．０ｍ／分で加工して熱接着品Ｃを作製した。
リンを含有する難燃性の丸断面ポリエステル短繊維（東洋紡績株式会社製「ハイム」（登録商標）、繊度１．７ｄｔｅｘ、繊維長４４ｍｍ）と丸断面ポリプロピレン短繊維（宇部日東化成株式会社製、繊度２．２ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍ）を１：１の重量比で混綿、カーディングして目付２５ｇ／ｍ^２の混繊ウェブを作製し、これにスパンボンド不織布Ａを積層後３ＭＰａの高圧水を連続的に噴霧して交絡させると同時に油剤を除去、乾燥し積層体Ｄを作製した。前記積層体Ｄのスパンボンド不織布Ａと反対面に熱接着品Ｃのスパンボンド不織布Ａ面が来るように積層し、針密度５０本／ｃｍ^２にてニードルパンチ処理を行い、摩擦帯電と交絡を同時に行って、全目付１１０ｇ／ｍ^２のエレクトレット濾材を得た。ニードルパンチ処理時の温湿度は、２７℃、５５ＲＨ％とした。このエレクトレット濾材をネット側が導入気体の下流側となるようにして評価した結果、厚みは１．１ｍｍ、通気抵抗は２．２Ｐａ，捕集効率は５５％、ダスト保持量は１３３ｇ／ｍ^２であり、接着性は良好で毛羽立ちは無かった。

［実施例２］
実施例１と同様にして、積層体Ｄを作製し、前記積層体Ｄのスパンボンド不織布と反対面に熱接着品ＣのネットＢ面が来るように積層し、針密度５０本／ｃｍ^２にてニードルパンチ処理を行い、摩擦帯電と交絡を同時に行って、全目付１１０ｇ／ｍ^２のエレクトレット濾材を得た。ニードルパンチ処理時の温湿度は、２７℃、５５ＲＨ％とした。このエレクトレット濾材を熱接着品Ｃ由来のスパンボンド不織布Ａ側が導入気体の上流側となるようにして評価した結果、厚みは１．２ｍｍ、通気抵抗は２．２Ｐａ、捕集効率は５７％、ダスト保持量は１３０ｇ／ｍ^２であり、接着性は良好で毛羽立ちは無かった。

［比較例１］
実施例１と同様にして積層体Ｄを作製し、前記積層体Ｄのスパンボンド不織布Ａと反対面にネットＢとスパンボンド不織布Ａをスパンボンド不織布Ａが最外層に来るように積層し、針密度５０本／ｃｍ^２にてニードルパンチ処理を行い、摩擦帯電と交絡を同時に行って、全目付１１０ｇ／ｍ^２のエレクトレット濾材を得た。ニードルパンチ処理時の温湿度は、２７℃、５５ＲＨ％とした。このエレクトレット濾材をネットと接しているスパンボンド不織布側が導入気体の下流側となるようにして評価した結果、厚みは１．３ｍｍ、通気抵抗は２．２Ｐａ、捕集効率は５８％、ダスト保持量は１３４ｇ／ｍ^２であり、接着性は不足で毛羽立ちは無かった。

［比較例２］
リンを含有する難燃性の丸断面ポリエステル短繊維（東洋紡績株式会社製「ハイム」（登録商標）、繊度１．７ｄｔｅｘ、繊維長４４ｍｍ）と丸断面ポリプロピレン短繊維（宇部日東化成株式会社製、繊度２．２ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍ）を１：１の重量比で混綿、カーディングして目付２５ｇ／ｍ^２の混繊ウェブを作製し、３ＭＰａの高圧水を連続的に噴霧して交絡させると同時に油剤を除去、乾燥し積層体Ｅを作成した。前記積層体ＥとネットＢ、スパンボンド不織布Ａをネットが中央となるように積層し、針密度５０本／ｃｍ^２にてニードルパンチ処理を行い、摩擦帯電と交絡を同時に行って、全目付９５ｇ／ｍ^２のエレクトレット濾材を得た。ニードルパンチ処理時の温湿度は、２７℃、５５ＲＨ％とした。このエレクトレット濾材をスパンボンド不織布側が導入気体の下流側となるようにして評価した結果、厚みは１．７ｍｍ、通気抵抗は２．３Ｐａ、捕集効率は５８％、ダスト保持量は１２５ｇ／ｍ^２であり、接着性は非常に不足しており毛羽立ちが大きかった。

［比較例３］
厚さ８μｍ、平均幅８０μｍのポリプロピレン製エレクトレット化フィルムスプリット繊維を７５ｍｍ長さの短繊維状に切断し、相対湿度６５％雰囲気下で開綿、梳綿して目付３０ｇ／ｍ^２のエレクトレット化フィルムスプリット繊維層ウェブを作製した。これと、ネットＢとスパンボンド不織布ＡをネットＢが中央となるように積層し、針密度５０本／ｃｍ^２にてニードルパンチ処理を行い、全目付１００ｇ／ｍ^２のエレクトレット濾材を得た。このエレクトレット濾材をスパンボンド不織布側が導入気体の下流側となるよう評価した結果、濾材の厚みは１．８ｍｍ、通気抵抗は２．３Ｐａ、捕集効率は４７％、ダスト保持量は８０ｇ／ｍ^２であり、接着性は非常に不足しており毛羽立ちが大きかった。

［比較例４］
融点が１１０℃である共重合ポリエステル系熱融着性短繊維（繊度８．９ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍ、油剤付着量７重量％）を開綿、梳綿して目付１０ｇ／ｍ^２の熱融着性繊維層ウェブを作製した。また厚さ８μｍ、平均幅８０μｍのポリプロピレン製エレクトレット化スプリット繊維を７５ｍｍ長さの短繊維状に切断し、相対湿度６５％雰囲気下で開綿、梳綿して目付３０ｇ／ｍ^２のエレクトレット化スプリット繊維層ウェブを作製した。これらと、ネットＢとスパンボンド不織布Ａを、熱融着性繊維ウェブ、エレクトレット化スプリット繊維層ウェブ、ネットＢ、スパンボンド不織布Ａの順に積層し、針密度５０本／ｃｍ^２にてニードルパンチ処理を行った後、次いで１２０℃の熱風オーブン中を通過させて熱融着させ、全目付１１０ｇ／ｍ^２のエレクトレット濾材を得た。このエレクトレット濾材をスパンボンド不織布側が導入気体の下流側となるよう評価した結果、厚みは１．５ｍｍ、通気抵抗は２．３Ｐａ、捕集効率は４０％、ダスト保持量は７８ｇ／ｍ^２であり、接着性は良好であり、毛羽立ちもほとんど無かった。

実施例および比較例の結果を表１に示した。実施例の濾材では層間の接着性が良好で、低圧損、高捕集効率、高ダスト保持量であり、交絡によって低厚みで毛羽立ちも無い。一方、比較例１ではネットとスパンボンド不織布が接着されていないため、層間の接着強度が不足している。比較例２も最外層に長繊維不織布あるいはサーマルボンド不織布が無い為ネットが接着によって固定されておらず、交絡による絡みが少なくなるため濾材が嵩高くなり接着強度も弱い。比較例３、４では、フィルムスプリット型繊維を用いている為、繊維同士の重なり部分において有効濾過面積が減少し、捕集効率およびダスト保持量の低下が大きくなる。さらに比較例４では熱融着時の熱の影響によりエレクトレットの消失が起こり捕集効率の低下が起こっている。

本発明のエレクトレット濾材は、層間の接着性が良好で、エレクトレット繊維の有効表面積が大きいことから低通気抵抗、高捕集効率、高ダスト保持量であり、毛羽立ちがないため、プリーツ形状のフィルタユニットでも高性能を発揮でき、産業上有用である。

Claims (3)

1. 補強用ネットとサーマルボンド不織布または長繊維不織布とが接着された層と、丸断面短繊維からなるエレクトレット層が、絡合により一体化されているエレクトレット濾材。
2. 前記サーマルボンド不織布または長繊維不織布の少なくとも１層が、抗菌性を有する請求項１に記載のエレクトレット濾材。
3. 請求項１または２に記載の濾材にプリーツ加工を施し、枠体に保持してなるフィルタユニット。