JP2014036929A - フィルターおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】繊維表面の少なくとも一部にジカルボン酸成分のうち75モル%以上がテレフタル酸及び/又はそのエステル形成性誘導体であり、共重合成分としてスルホイソフタル酸の金属塩(i)さらに(ii)としてシクロヘキンサジカルボン酸及び/又はそのエステル形成性誘導体、(iii)として脂肪酸及びそのエステル形成性誘導体からなるポリエステル、他の表面部分に湿熱接着性成分を含む複合繊維で構成され、かつ不織繊維構造を有するフィルターであって、前記湿熱接着性繊維の融着により前記不織繊維構造が固定された成形体で構成されているフィルター。
【選択図】なし
Description
しかし、フィルターを構成する繊維にフィラーを固定することは、繊維間の空隙をフィラーで埋めることとなり、表面層の極細繊維の存在と共に大きな圧力損失を示唆している。さらに、フィルターを構成する繊維に多くのフィラーを固定し、かつ脱落しないようにすることは困難であるため、フィラーを固定するための表面層が必要となり、構造が複雑化する。
しかし、このフィルターでは、濾過方向が限定される上に、繊維束同士の空隙の調整が困難である。さらに、繊維同士の接着が内部で不均一であるため、圧力損失が大きく、濾過性能との両立も困難である。
しかし、このフィルターでも、硬度が低く、不織布単独で形態を保持できないため、プレート基板に固定する必要があり、圧力損失も大きい。
上記1)2)のいずれの場合もフィルターの構成材料からなる、骨格となる材料の表面と骨格材料間の空隙が重要となる。
フィルター性能を一定な能力に維持する為には、まずはこれらの材料の配置、構造がしっかりと維持される必要がある。その前提の基で、材料表面の有効活用、空隙による篩い作用の効果が発揮される。使用中にこれらが変化してしまう場合には、フィルターとして使用する事は困難である。
すなわち、フィルターの構成素材がろ過したい粒子との吸着や親和性が高いのみで、構造としての維持性が悪かったり、また一方で、素材からなる構造がしっかりとはしているが、除去したい粒子との吸着性、親和性がかね備わっていなければ優れたフィルターとはなりえない。両者の間の作用にバランスの取れている事が重要で、これらを満たす材料が必要となる。
また、基材が2次元布帛であり、これらをフィルター製品とするために2次加工を施し、再成型する場合にもこれらが維持されることが重要であり、加工時に樹脂処理などの加工薬剤により、素材との吸着、親和性の阻害を発生させたり、空隙構造の空隙を薬剤で埋めてしまったり、あるいは加工中の工程で物理的に押しつぶして仕舞わないようにしなければならない。
また、加工後の製品、例えば、フィルター製品形状として良く知られている、プリーツ形状やコルゲート形状にした後でも前述のポイントが維持され手いる必要がある事は言うまでもない。
さらに本発明の目的は、フィルターの機能として重要な、1)フィルター構成材料の表面との付着や吸着性の発現、2)フィルター構造の空隙を制御して、篩い作用による効果をバランスよく実現させたフィルターを提供することにある。
前記成形体は、少なくとも40質量%以上の以下の複合繊維よりなり、その複合繊維の表面がカチオン可染樹脂と湿熱接着性樹脂を含有する複合繊維であって、かつ前記複合繊維の湿熱接着性樹脂がエチレン−ビニルアルコール系共重合体で構成されていてもよい。
また、本発明のフィルターは、さらに非湿熱接着性繊維を含有し、前記複合繊維と非湿熱接着性繊維との割合(質量比)が、複合繊維/非湿熱接着性繊維=99/1〜40/60であってもよい。さらに、本発明のフィルターは、平均繊維長20〜80mmの繊維のみで構成された不織繊維構造を有しており、非繊維状無機フィラーなどのフィラーを実質的に含有しない。
さらに本発明は、フィルターとして重要な機構である、1)フィルター構成材料の表面での付着や吸着性を効率よく発現させる為に複合繊維に使用する樹脂の一部に静電特性を付与した樹脂を用い、かつ 2)フィルター構造の空隙を制御して、篩い作用による効果を発揮させるために、複合繊維中の湿熱融着樹脂を配合し、水蒸気での加工を施す事により、強固で均一性の高い空隙構造の作成を実現させた。これにより両者の機能をバランスよく実現させることができる。
本発明のフィルターは、繊維表面の少なくとも一部に後述する共重合成分からなるポリエステル、他の表面部分に湿熱接着性成分を含み、かつ不織繊維構造を有している。特に、本発明のフィルターは、前記湿熱接着性樹脂の融着により前記不織繊維構造が固定された成形体で構成され、繊維構造に特有の高い通気性や吸水性を有するだけでなく、不織繊維構造を構成する繊維の配列と、この繊維同士の接着状態を所定の範囲とすることにより、通常の不織布では得られない「曲げ挙動(高い曲げ応力を有し、また最大曲げ応力を示す地点を過ぎてさらに曲げても応力を保持するとともに、応力を解除すると復元しようとする挙動)」と「軽量性」と「表面硬さ(表面に荷重をかけて厚さ方向に力を付与しても容易に変形し難い特性)」とを兼ね備え、さらに折れ難く、形態保持性も確保している。
本発明のフィルターを構成する複合繊維において、繊維表面の一部を構成するポリエステル樹脂は、共重合成分として下記化学式(I)で表されるスルホイソフタル酸の金属塩(i)を共重合成分の一つとし、さらに該スルホイソフタル酸の金属塩(i)を含有する共重合ポリエステルである。
上記式(I)で表されるスルホイソフタル酸の金属塩(i)は1種類のみをポリエステル中に共重合させても、また2種以上を共重合させてもよい。
上記式(I)で表されるスルホイソフタル酸の金属塩(i)を共重合させることにより、従来のポリエステル繊維に比べて繊維内部構造に非晶部分を保有させることができ、かつ化学吸着、物理吸着性能を付与することができる。
また、本発明の短繊維を構成するポリエステル樹脂の固有粘度は0.55〜0.70であるのが好ましい。
湿熱接着性樹脂複合繊維は、少なくとも湿熱接着性樹脂を含んで構成されている。湿熱接着性樹脂は、高温水蒸気によって容易に実現可能な温度において、流動又は容易に変形して接着機能を発現可能であればよい。具体的には、熱水(例えば、80〜120℃、特に95〜100℃程度)で軟化して自己接着又は他の繊維に接着可能な熱可塑性樹脂、例えば、セルロース系樹脂(メチルセルロースなどのC1−3アルキルセルロース、ヒドロキシメチルセルロースなどのヒドロキシC1−3アルキルセルロース、カルボキシメチルセルロースなどのカルボキシC1−3アルキルセルロース又はその塩など)、ポリアルキレングリコール樹脂(ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイドなどのポリC2-4アルキレンオキサイドなど)、ポリビニル系樹脂(ポリビニルピロリドン、ポリビニルエーテル、ビニルアルコール系重合体、ポリビニルアセタールなど)、アクリル系共重合体及びそのアルカリ金属塩[(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリルアミドなどのアクリル系単量体で構成された単位を含む共重合体又はその塩など]、変性ビニル系共重合体(イソブチレン、スチレン、エチレン、ビニルエーテルなどのビニル系単量体と、無水マレイン酸などの不飽和カルボン酸又はその無水物との共重合体又はその塩など)、親水性の置換基を導入したポリマー(スルホン酸基やカルボキシル基、ヒドロキシル基などを導入したポリエステル、ポリアミド、ポリスチレン又はその塩など)、脂肪族ポリエステル系樹脂(ポリ乳酸系樹脂など)などが挙げられる。さらに、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、熱可塑性エラストマー又はゴム(スチレン系エラストマーなど)などのうち、熱水(高温水蒸気)の温度で軟化して接着機能を発現可能な樹脂も含まれる。
本発明のフィルターは、前記繊維で構成されたウェブから得られる不織繊維構造を有しており、その形状はシート状又は板状である。平面形状は、特に限定されず、例えば、円形又は楕円形状、多角形状などであってもよく、正方形や長方形などの四方形状であってもよい。さらに、用途に応じて、曲げ加工などを施してもよい。
本発明のフィルターの製造方法では、まず、前記湿熱接着性樹脂複合繊維を含む繊維をウェブ化する。ウェブの形成方法としては、慣用の方法、例えば、スパンボンド法、メルトブロー法などの直接法、メルトブロー繊維やステープル繊維などを用いたカード法、エアレイ法などの乾式法などを利用できる。
JIS L1913「一般短繊維不織布試験方法」に準じて測定した。
JIS L1913「一般短繊維不織布試験方法」に準じて厚みを測定し、この値と目付けの値とから見かけ密度を算出した。
JIS L1096に準じてフラジール形法にて測定した。
走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、成形体断面を100倍に拡大した写真を撮影した。撮影した成形体の厚み方向における断面写真を厚み方向に三等分し、三等分した各領域(表面、内部(中央)、裏面)において、そこに見出せる繊維切断面(繊維端面)の数に対して繊維同士が接着している切断面の数の割合を求めた。各領域に見出せる全繊維断面数のうち、2本以上の繊維が接着した状態の断面の数の占める割合を以下の式に基づいて百分率で表わした。なお、繊維同士が接触する部分には、融着することなく単に接触している部分と、融着により接着している部分とがある。但し、顕微鏡撮影のために成形体を切断することにより、成形体の切断面においては、各繊維が有する応力によって、単に接触している繊維同士は分離する。従って、断面写真において、接触している繊維同士は、接着していると判断できる。
但し、各写真について、断面の見える繊維は全て計数し、繊維断面数100以下の場合は、観察する写真を追加して全繊維断面数が100を超えるようにした。なお、三等分した各領域についてそれぞれ繊維接着率を求め、その最大値に対する最小値の割合(最小値/最大値)も併せて求めた。
JIS K7017に記載の方法のうちA法(3点曲げ法)に準じて測定した。このとき、測定サンプルは25mm幅×80mm長のサンプルを用い、支点間距離を50mmとし、試験速度を2mm/分として測定を行った。本発明では、この測定結果チャートにおける最大応力(ピーク応力)を最大曲げ応力とした。なお、曲げ応力の測定は、MD方向およびCD方向について測定した。ここで、MD方向とは、測定サンプルの長辺に対しウェブ流れ方向(MD)が平行となるように測定サンプルを採取した状態をいい、一方、CD方向とは、測定サンプルの長辺に対しウェブ幅方向(CD)が平行となるように測定サンプルを採取した状態をいう。
曲げ応力の測定において、最大曲げ応力(ピーク応力)を示す曲げ量(変位)を超え、さらにその変位の1.5倍の変位まで曲げつづけた時の応力を、それぞれ1.5倍変位応力とした。
JIS L1907「繊維製品の吸水性試験法」に準じて、吸水速度を測定した。サンプルであるインク保持体の上に、0.05g/滴の水滴を10mmの高さから1滴滴下し、その水滴がインク保持体に吸い込まれるまでの時間を測定した。
JIS L1907「吸水率」に準じて測定した。5cm×5cm角サイズのサンプルを調製し、質量(成形体質量)を測定する。このサンプルを水中に30秒間沈めておき、その後引き上げて、空気中に1つの角を上にした状態で1分間吊して表面の水を切った後、質量(吸水後質量)を測定し、以下の式に基づいて算出した。
試験用ダスト7種(日本粉体工業技術協会製)を1%濃度になるように、蒸留水に分散させたものを試験液体として用いた。フィルターは、試験前に30分間蒸留水で湿潤処理したものを漏斗に取り付け、漏斗とフィルターとの境界はシリコーンシーリング材(コニシ(株)製、ボンドシリコンシーラント)を用いて漏れを防止した。また、比較例は、板状の形状を保持できないため、10メッシュのステンレス金網で形状を保持しながら濾過を行った。フィルター性試験は、フィルター上に試験液を注いで、濾過を行った後、乾燥して重量を測り、捕集できたダストの質量比で濾過率を求めた。
不織繊維試料を5mm角の立方体形状にカットし、50cm3の水を入れた三角フラスコ(100cm3)に投入した。このフラスコを振とう器(ヤマト科学(株)製、「MK160型」)に装着し、振幅30mmの旋回方式にて60rpmの速度で30分間振とうさせた。振とう後、形態変化及び形態保持性状態を目視で観察し、以下の基準に従って3段階評価した。
○:大きく欠落した部分は見られないが、形態の変形が見られる
×:欠落部分の発生が見られる。
表1に示すようにジカルボン酸成分のうち88.3モル%がテレフタル酸(TA)であり、5−ナトリウムスルホイソフタル酸を1.7モル%、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸(CHDA)を5.0モル%、アジピン酸を5.0モル%、それぞれ含んだ全カルボン酸成分と、エチレングリコール、及び所定の添加剤とでエステル交換反応及び重縮合反応をさせて作った樹脂が繊維表面の一部に露出しており、他の成分がエチレン−ビニルアルコール系共重合体(エチレン含有量44モル%、ケン化度98.4モル%、芯鞘比=50/50)である、図1 二 に示した断面構造を有する湿熱接着性を有する複合ステープル繊維(3dtex、51mm長、捲縮数21個/インチ、捲縮率13.5%)を準備した。
このカードウェブを、50メッシュ、幅500mmのステンレス製エンドレス金網を装備したベルトコンベアに移送した。なお、該ベルトコンベアの金網の上部には同じ金網が装備されており、それぞれが同じ速度で同方向に回転し、これら両金網の間隔を任意に調整可能なベルトコンベアを使用した。
ポリエステル系樹脂(A)を、5−ナトリウムスルホイソフタル酸を2.5モル%、にした以外は、実施例1と同様にして準備した。
このステープル繊維を用いて、目付約100g/m2のウェブを作製し、これを11枚重ねて合計目付およそ1100g/m2のカードウェブとした。ノズル側とサクション側の上下コンベアベルト間の間隔を10mmとする以外は実施例1と同様にして成形体を製造した。得られた成形体は、ボード状の形態を有していた。得られた成形体のフィルターとしての評価結果を表2に示す。
実施例2の様にして得た湿熱接着性樹脂複合繊維とレーヨン繊維(繊度1.4dtex、繊維長44mm)とを60/40(質量比)の割合で混綿して目付約100g/m2のカードウェブを作製しこれを5枚積層 する以外は実施例1と同様にして成形体を製造した。得られた成形体は、ボード状の形態を有していた。得られた成形体のフィルターとしての評価結果を表1に示す。得られた液体保持材の評価結果を表2に示す。
レーヨン繊維(繊度1.4dtex、繊維長44mm)で構成された目付約100g/m2のウェブを5枚重ねて、孔径φ0.1mm、0.6mmピッチのノズルを用いて、3段階で、水圧3→5→8MPaの条件で表裏を1回ずつ水流絡合処理して交絡一体化したスパンレース不織布で構成されたフィルターの評価結果を表2に示す。
Claims (8)
- 厚み方向の断面において、厚み方向に三等分した各々の領域における繊維接着率がいずれも5〜50%であり、かつ各領域における繊維接着率の最大値に対する最小値の割合が50%以上である請求項1記載のフィルター。
- 0.05〜0.2g/cm3の見掛け密度を有するとともに、少なくとも一方向における最大曲げ応力が0.05MPa以上であり、最大曲げ応力を示す曲げ量に対して1.5倍の曲げ量における曲げ応力が、最大曲げ応力に対して1/5以上である請求項1又は2記載のフィルター。
- 成形体が、少なくとも40質量%以上の以下の複合繊維よりなり、その複合繊維の表面がカチオン可染樹脂と湿熱接着性樹脂を含有する複合繊維であって、前記複合繊維の湿熱接着性樹脂がエチレン−ビニルアルコール系共重合体で構成されている請求項1〜3のいずれかに記載のフィルター。
- さらに非湿熱接着性繊維を含有し、前記複合繊維と非湿熱接着性繊維との割合(質量比)が、複合繊維/非湿熱接着性繊維=99/1〜40/60である請求項1〜4のいずれかに記載のフィルター。
- 平均繊維長20〜80mmの繊維のみで構成された不織繊維構造を有し、フィラーを実質的に含有しない請求項1〜5のいずれかに記載のフィルター。
- 非繊維状無機フィラーを実質的に含有しない請求項1〜6のいずれかに記載のフィルター。
- 湿熱接着性成分を含む繊維ウェブを高温水蒸気で加熱し、前記湿熱接着性成分を含む繊維をウェブ化する工程と、生成した繊維ウェブを高温水蒸気で加熱処理して繊維を融着し、不織繊維構造を有する成形体を得る工程とを含む請求項1〜7のいずれかに記載のフィルターの製造方法。
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