JP2014064969A

JP2014064969A - エレクトレット濾材

Info

Publication number: JP2014064969A
Application number: JP2012210505A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Hidaka; 裕輔日高
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2014-04-17

Abstract

【課題】優れたエレクトレット特性を有するとともにプリーツ加工が可能で、また低圧損、長寿命なエレクトレット濾材を提供すること。
【解決手段】エレクトレット化可能な熱融着繊維のウェブを加熱処理によってシート化したエレクトレット不織布であって、ＴＤ方向の引張強度が３０Ｎ／１５ｍｍ以上、厚みが１．５〜３．０ｍｍであるエアフィルター用エレクトレット濾材。
【選択図】なし

Description

本発明はエアーフィルター用に使用可能なエレクトレット濾材に関する。

エレクトレット濾材は、機械的な捕集に加えて静電気力によって粉塵を高効率で捕集できるものであり、空調用、エアコン用、自動車用、ОＡ機器などの排気フィルターユニットに使用されている。エアフィルターの形状は用途によって様々だが、例えば自動車エアコン用フィルターにおいてはプリーツ状に成型していることが好ましい。比較的狭い容積に広い面積の濾材を収納することが出来るため、通気性能の向上、長寿命化が可能となるからである。

エレクトレット濾材として使用される繊維状不織布としては、スパンボンド不織布やメルトブロー不織布、スパンレース不織布、ニードルパンチ不織布があるが、剛性が低いためプリーツ加工しにくいという問題があった。

これらの問題を解決するため、エレクトレット可能な繊維状不織布に合成繊維の網状物を熱接着させた積層型濾材が開示されている（例えば、特許文献１）。こうした熱接着型の積層濾材は、あらかじめ荷電したエレクトレット不織布と剛性のある補強材を熱接着させるため、荷電性能が熱により劣化し、エレクトレット濾材の捕集効率が低下することがある。

そこで、剛性のある補強材をあらかじめ熱接着した後に荷電する方法が開示されているが、補強材に含まれる油剤などの有機成分がエレクトレット不織布に作用し、エレクトレット濾材の捕集効率が低下するという問題があった。

エレクトレットを阻害する油剤に関しては、加熱処理後の油剤付着量の減少率が６０％以上であるポリオレフィン系熱融着繊維を用いたエレクトレット不織布が開示されている（例えば、特許文献２）。特許文献２では加熱処理により不織布の油剤付着量が減少するため、付着油剤の除去工程を追加することなく、容易にエレクトレット不織布を得られるとの記載がされているが、フィルター用濾材としてプリーツ加工する上で必要となる特性については何ら言及されていない。

特開平１−１９４９１２号公報特開２００２−３３９２５６号公報

本発明は優れたエレクトレット特性を有するとともにプリーツ加工が可能で、また低圧損、長寿命なエレクトレット濾材を提供することを目的とする。

本発明者らは鋭意検討した結果、以下に示す手段により、上記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。本発明は以下のとおりである。
（１）エレクトレット化可能な熱融着繊維のウェブを加熱処理によってシート化したエレクトレット不織布であって、ＴＤ方向の引張強度が３０Ｎ／１５ｍｍ以上、厚みが１．５〜３．０ｍｍであるエアフィルター用エレクトレット濾材。
（２）ガーレ剛軟度が１００〜５００ｍｇである（１）に記載のエアフィルター用エレクトレット濾材。

本発明により、優れたエレクトレット特性を有するとともにプリーツ加工が可能で、また低圧損、長寿命なエレクトレット濾材を得ることが出来る。

本発明のエレクトレット濾材は、ＴＤ方向の引張強度が３０Ｎ／１５ｍｍ以上である。引張強度が３０Ｎ／１５ｍｍより小さいと、繊維間の接着強度が不十分であるため剛性が弱くなり、フィルター形状で所定の風量を流しながら、粉塵を負荷した場合にプリーツ形状が変形する。その結果、圧力損失が大きく上昇し、粉塵供給量が低下する。

本発明のエレクトレット濾材の厚みは１．５〜３．０ｍｍ、好ましくは１．６〜２．５ｍｍである。濾材の厚みが１．５ｍｍより小さいと、濾材密度が高くなり、粉塵を捕集する空間が狭くなるため、十分な寿命を発揮することが出来ない。濾材の厚みが３．０ｍｍより大きくなると、フィルターに収納できる濾材の量が少なくなるばかりか、フィルターの構造による圧力損失が増加してしまう。

本発明のエレクトレット濾材のガーレ剛軟度は好ましくは１００〜５００ｍｇであり、より好ましくは１２０〜４８０ｍｇである。ガーレ剛軟度が前記範囲であると、適度なプリーツ加工性を有し、フィルターとしての性能を維持することが可能である。ガーレ剛軟度が１００ｍｇより小さいと、プリーツ加工時にきれいな山形状を形成できないばかりか、高風量エアー通風時にプリーツ形状が変形し、圧力損失の増加を伴う。ガーレ剛軟度が５００ｍｇより大きい場合は、剛性が高すぎるためプリーツ加工時に折り曲げることが困難となり、プリーツ形状がいびつとなるため、いずれも好ましくない。

本発明で使用する熱融着繊維は、熱融着成分を溶融温度以上に加熱することで繊維間の接着強度を高めるために使用される。熱融着成分は単一成分でも複数成分からなる繊維でもよい。複数成分からなる場合、芯鞘構造やサイドバイサイド構造を採用することが出来る。本発明においてはエレクトレット性能を付与する点でポリオレフィン系熱融着繊維が好ましく、具体的にはポリプロピレンを芯に、ポリエチレンを鞘とする熱融着芯鞘繊維が用いられる。主成分のポリプロピレンと接着成分であるポリエチレンの配合方法は様々であるが、配合比率は重量比で１：４〜４：１が好ましい。かかる範囲内であれば単糸強度と接着性を両立することができる。

前記芯鞘繊維の繊度は２．２〜２２ｄｔｅｘの範囲内が好ましい。２．２ｄｔｅｘより小さいと、同じ繊維量で比較した場合に繊維表面積が広くなるため、圧力損失が増加する。２２ｄｔｅｘより大きいと、同じ繊維量で比較した場合に、繊維長が同じであれば繊維本数が少なくなるため、繊維間の接着点が減少し、十分な剛性が得られない。

本発明のエレクトレット濾材に使用する不織布を製造する方法は公知の方法でよいが、ステープル繊維をカード機やエアレイド装置で繊維ウェブを作製後、ニードルパンチ法やスパンレース法でシートを形成し、さらに熱処理によって熱融着繊維を溶かすことでシート強度を高める方法が好ましい。熱処理の方法としては、ヒートスルー方式、熱風オーブン、熱ロールによる加熱圧着等が挙げられるが、厚み方向により均一に熱がかかる点でヒートスルー方式が好ましい。具体的には熱融着繊維の鞘成分の融点以上の熱風エアーを前記繊維ウェブに１０〜６０秒間通過させることで繊維間を接着させる。加熱時間が１０秒より小さいと熱融着が不十分となるため、必要とするシート強度が得られない。

エレクトレット濾材の厚みの調整方法としては、熱融着繊維が溶融した状態で所定の厚みに調整し、冷却することが必要であり、このような状態で厚みを調整する方法であれば特に限定されない。具体的には、前記繊維ウェブを所定のギャップに調整したネットに挟み込みながら加熱する方法や、加熱直後に所定のギャップに調整したプレスロールに通過する方法が挙げられる。

本発明の濾材において、エレクトレット特性を得る上で、その構成繊維の油剤の付着量を０．１重量％以下とすることが重要である。一般的な短繊維不織布で使用される原綿には、特にカード工程での静電気の発生を抑制するため、有機成分を主体とした油剤が含有されている。このような油剤はエレクトレット化を抑制する効果があるため、あらかじめ油剤成分を除去した原綿を、静電気の発生しない環境下でシート化したり、繊維ウェブを水流にて交絡すると同時に油剤成分を除去するなどの方法を行なうことが好ましい。

本発明の濾材は、プリーツ加工に必要とされる強度を有しているため、加工時にいびつな形状の山が形成することなく、きれいな山状のプリーツを形成することができる。プリーツ加工により、同じ通風開口部でもろ過面積を大幅に増大することができ、フィルターの捕集効率の向上と、低圧損化が可能となる。そのため自動車エアコン用フィルターとして使用することが出来る。プリーツ加工された濾材は枠体にて保持される。枠体としては紙や段ボール、不織布あるいは金属が挙げられる。

本発明に係わるプリーツ加工の方法としては特に限定されず、上下に１枚ずつ配置された刃が交互に運動することで濾材を挟みこんでいくレシプロ式や、濾材を高速で搬送させながら一定間隔の筋をつけていく筋付け式が挙げられる。筋付け式には一定間隔ごとに溝の入ったロールと同間隔で突起の付いたロールが上下で回転し、その間に濾材を挟み込みながら筋を付ける、いわゆる回転式プリーツ方式と濾材の進行方向に対して垂直に上下運動する鉄版によって筋を付ける、いわゆるストライピング方式が挙げられる。

以下に実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。実施例中に示した特性は以下の方法で測定した。

（引張強度）
１５ｍｍ（ＭＤ方向）×２００ｍｍ（ＴＤ方向）の試験片を準備し、ＪＩＳＬ−１０９６に準じてＴＤ方向の引張強度を測定した。
（ガーレ剛軟度）
ＪＩＳＬ−１０９６Ａ法（ガーレ法）に準拠し、ＴＤ方向の剛軟度を測定した。
（ひだ密着）
濾材をダクト内に設置し、空気濾過速度が３．９ｍ／秒になるように大気を通気させ、濾材上流側からＪＩＳ１５種粉塵を０．５ｇ／ｍ^３の濃度にて負荷し、圧力損失が初期から１５０Ｐａ上昇するまで粉塵を負荷した。粉塵負荷後のフィルターを目視観察し、プリーツの山と山が密着しているものを、ひだ密着有りと判断した。
（圧力損失）
フィルターをダクト内に設置し、空気濾過速度が３．９ｍ／秒になるよう大気を通気させ、エアフィルターの圧力損失（Ｐａ）を測定した。
（粒子捕集効率）
濾材をダクト内に設置し、空気濾過速度が１．６ｍ／秒になるよう大気を通気させ、濾材の上流、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
（粉塵供給量）
濾材をダクト内に設置し、空気濾過速度が３．９ｍ／秒になるように大気を通気させ、濾材上流側からＪＩＳ１５種粉塵を０．５ｇ／ｍ^３の濃度にて負荷し、圧力損失が初期から１５０Ｐａ上昇するまで粉塵を負荷した。この時の試験時間中に投入した粉塵供給量を計測し、粉塵供給量（ｇ／個）とした。

＜実施例１＞
ポリプロピレン（芯）／ポリエチレン（鞘）で構成される芯鞘型熱融着繊維（宇部日東化成株式会社製、６．６ｄｔｅｘ、６４ｍｍ）をカーディングすることで、繊維ウェブを作製し、これをエアスルーオーブンで１４０℃、２０秒間加熱させ、目付１０２ｇ／ｍ^２、厚み２．４ｍｍの不織布を得た。該不織布を荷電装置に処理し、エレクトレット濾材を作製した。この濾材をプリーツ機にて山高さ２８ｍｍ、ピッチ１４ｍｍのプリーツ状に加工し、外形２００ｍｍ×２００ｍｍのフィルターを作製した。
濾材の引張強度、ガーレ剛軟度、フィルターのひだ密着有無、圧力損失、粒子捕集効率、粉塵供給量を表１に示す。
以下の例は実施例１と熱処理条件、目付、厚みが異なるのみで作製条件は同様である。
またプリーツ加工条件、フィルターサイズについても実施例１と同じ条件でフィルターを作製した。

＜実施例２＞
ポリプロピレン（芯）／ポリエチレン（鞘）で構成される芯鞘型熱融着繊維（宇部日東化成株式会社製、６．６ｄｔｅｘ、６４ｍｍ）をカーディングすることで、繊維ウェブを作製し、これをエアスルーオーブンで１４０℃、２０秒間加熱させ、目付１０３ｇ／ｍ^２、厚み１．７ｍｍの不織布を得た。

＜実施例３＞
ポリプロピレン（芯）／ポリエチレン（鞘）で構成される芯鞘型熱融着繊維（宇部日東化成株式会社製、６．６ｄｔｅｘ、６４ｍｍ）をカーディングすることで、繊維ウェブを作製し、これをエアスルーオーブンで１４０℃、２０秒間加熱させ、目付１２２ｇ／ｍ^２、厚み２．３ｍｍの不織布を得た。

＜実施例４＞
ポリプロピレン（芯）／ポリエチレン（鞘）で構成される芯鞘型熱融着繊維（宇部日東化成株式会社製、６．６ｄｔｅｘ、６４ｍｍ）をカーディングすることで、繊維ウェブを作製し、これをエアスルーオーブンで１４０℃、２０秒間加熱させ、目付７８ｇ／ｍ^２、厚み２．３ｍｍの不織布を得た。

＜比較例１＞
ポリプロピレン（芯）／ポリエチレン（鞘）で構成される芯鞘型熱融着繊維（宇部日東化成株式会社製、６．６ｄｔｅｘ、６４ｍｍ）をカーディングすることで、繊維ウェブを作製し、これをエアスルーオーブンで１４０℃、２０秒間加熱させ、目付１０１ｇ／ｍ^２、厚み１．０ｍｍの不織布を得た。

＜比較例２＞
ポリプロピレン（芯）／ポリエチレン（鞘）で構成される芯鞘型熱融着繊維（宇部日東化成株式会社製、６．６ｄｔｅｘ、６４ｍｍ）をカーディングすることで、繊維ウェブを作製し、これをエアスルーオーブンで１４０℃、２０秒間加熱させ、目付１００ｇ／ｍ^２、厚み４．２ｍｍの不織布を得た。

＜比較例３＞
ポリプロピレン（芯）／ポリエチレン（鞘）で構成される芯鞘型熱融着繊維（宇部日東化成株式会社製、６．６ｄｔｅｘ、６４ｍｍ）をカーディングすることで、繊維ウェブを作製し、これをエアスルーオーブンで１４０℃、２０秒間加熱させ、目付５０ｇ／ｍ^２、厚み２．４ｍｍの不織布を得た。

＜比較例４＞
ポリプロピレン（芯）／ポリエチレン（鞘）で構成される芯鞘型熱融着繊維（宇部日東化成株式会社製、６．６ｄｔｅｘ、６４ｍｍ）をカーディングすることで、繊維ウェブを作製し、これをエアスルーオーブンで１４０℃、５秒間加熱させ、目付９８ｇ／ｍ^２、厚み２．２ｍｍの不織布を得た。

＜比較例５＞
ポリプロピレン（芯）／ポリエチレン（鞘）で構成される芯鞘型熱融着繊維（宇部日東化成株式会社製、６．６ｄｔｅｘ、６４ｍｍ）をカーディングすることで、繊維ウェブを作製し、これをエアスルーオーブンで１２０℃、２０秒間加熱させ、目付９９ｇ／ｍ^２、厚み２．１ｍｍの不織布を得た。

本発明のエアフィルターは、プリーツ加工性が良好であり、また低圧損であるため長時間使用可能であり、産業界に寄与すること大である。

Claims

エレクトレット化可能な熱融着繊維のウェブを加熱処理によってシート化したエレクトレット不織布であって、ＴＤ方向の引張強度が３０Ｎ／１５ｍｍ以上、厚みが１．５〜３．０ｍｍであるエアフィルター用エレクトレット濾材。
ガーレ剛軟度が１００〜５００ｍｇである請求項１記載のエアフィルター用エレクトレット濾材。