JP2014226629A - エレクトレットろ材 - Google Patents

Abstract

【課題】メルトブロー不織布との接合ろ材におけるプリーツフィルターの粉塵保持特性の減少を圧力損失や捕集効率を犠牲にすることなく向上させ、かつ生産性の高いろ材を提供する。【解決手段】ろ材が少なくともポリプロピレンのメルトブロー不織布と支持層が接合された層構造であり、かつメルトブロー不織布に孔径１．０ｍｍ以下でかつ個数が１平方インチ当たり１５０〜５００本の小孔が形成されていることを特徴とするエレクトレットろ材をプリーツフィルターとして用いることによりプリーツフィルターの粉塵保持特性を圧力損失や捕集効率を犠牲にすることなく向上させることが出来る。【選択図】図１

Description

本発明は、エアフィルターユニット、主に空調用、エアコン用に使用可能なフィルターユニットに用いられるろ材に関するものであって、特にＪＩＳ Ｂ ９９０８：２００１のうち形式２が適用されるやや微細な粉塵用フィルターユニットに使用されるろ材に関するものである。

エレクトレットろ材は、該ろ材を構成する繊維に半永久的に固定された電荷の静電気力によって空気中の微粒子を効果的に除去できるものであり、空調用、エアコン用、空気清浄機用フィルター、ＯＡ機器などの排気フィルターユニットに使用されている。こうした分野ではフィルターユニットの圧力損失を低く抑えつつ、大気中の微粒子を効率よく捕集する必要があるため、ろ材をジグザグに折りたたんでひだを構成したプリーツ状フィルターとして使用される。一方エレクトレットとして使用される繊維状不織布としてはメルトブロー不織布や薄物スパンボンド不織布、薄型スパンレース不織布があるが、剛性が低いためひだ折り加工しにくいという問題があった。

こうした問題を解決する方法として、薄いポリピロピレンメルトブロー不織布と太繊度の芯鞘繊維で構成された繊維ウェブを積層、加熱して剛性の高い部分と荷電が可能な部分で構成される積層型のろ材が考案されている（例えば、特許文献１）。

また、機械的強度向上のためにエレクトレット化した不織布に合成繊維の網状物を熱接着させた積層型ろ材が考案されている（例えば、特許文献２）。こうしたメルトブロー不織布との積層ろ材は繊維径の細いメルトブロー不織布を用いることで除塵効率は向上するもののその分目詰まりが早いため粉塵保持特性が相対的に低くなる問題を抱えていた。

特開昭６２−８３０１７号公報 特開平１−１９４９１２号公報

本発明はメルトブロー不織布との接合ろ材におけるプリーツフィルターの粉塵保持特性を圧力損失や捕集効率を犠牲にすることなく向上させるろ材を提供する。

本発明はかかる問題点に鑑み、鋭意検討した結果得られたものである。本発明は以下の通りである。
（１）ＪＩＳ Ｂ ９９０８：２００１で規定されている性能評価方法のＪＩＳ１１種比色法平均捕集効率が９０％から９９％を発現するプリーツ型フィルターユニットに用いられるエレクトレットろ材において、ろ材が少なくともポリプロピレンのメルトブロー不織布と支持層が接合された積層構造であり、かつメルトブロー不織布に小孔が形成されていることを特徴とするエレクトレットろ材。
（２）支持層がポリエチレン／ポリプロピレンの芯鞘構造を有する熱融着性繊維を主体としたものであり、支持層が小孔が形成されているメルトブロー不織布と熱接着されている（１）に記載のエレクトレットろ材。
（３）メルトブロー不織布に形成された小孔の孔径が１．０ｍｍ以下であり、小孔の個数は２０〜８０個／ｃｍ^２である（１）または（２）記載のエレクトレットろ材。
（４）支持層がカードウェブで供給され、メルトブロー不織布上に積層され、ニードルパンチによって両者を交絡させた後、熱接着することによって接合とメルトブロー不織布の小孔形成を行うことを特徴とする（１）に記載のエレクトレットろ材の製造方法。

本発明により、ろ材の圧力損失を低減し、フィルターユニットの粉塵捕集効率や粉塵供給量を強度といった一般的なフィルター特性を維持しつつ、フィルターの製造や使用時に必要である適度な強度を得ることが出来、かつ安定した捕集効率を得ることが出来る。

本発明のエレクトレットろ材の断面図を示す。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明はＪＩＳ Ｂ ９９０８：２００１で規定されている性能評価方法のＪＩＳ１１種比色法平均捕集効率が９０％から９９％を発現するプリーツ型フィルターユニットに用いられるエレクトレットろ材に適用され、該ろ材が少なくともポリプロピレンのメルトブロー不織布と補強を主目的とする層が接合された積層構造であり、かつメルトブロー不織布に小孔が形成されている。これはメルトブロー繊維と補強を主目的とする層との接合性を高め、かつプリーツフィルター時の粉塵保持特性を向上させる。

小孔の口径は１．０ｍｍ以下が好ましく、０．１〜０．８ｍｍがより好ましい。小孔の個数は２０〜８０個／ｃｍ^２が好ましく、２５〜７５個／ｃｍ^２がより好ましい。上記小孔であることが接合性の向上と粉塵保持特性の向上を両立する上で好適である。小孔の個数２０個／ｃｍ^２未満の場合、あまり接着に寄与せず、かつフィルター時の粉塵保持特性の向上がない。さらに口径が１．０ｍｍより大きく、また孔数が８０個／ｃｍ^２より多い場合、メルトブロー不織布に与えられるダメージが大きくなり、粉塵捕集効率の低下を招くため好ましくない。

本発明におけるエレクトレットろ材の嵩密度はろ材の持つ粉塵捕集効率と通気抵抗のバランスを考慮した場合、０．０５〜０．２０ｇ／ｃｍ^３が好ましく、０．０６〜０．１８ｇ／ｃｍ^３がより好ましい。嵩密度が０．０５ｇ／ｍ^３より小さい場合、繊維の量が少ないためエレクトレット後の粉塵捕集効率が低下し、０．２０ｇ／ｃｍ^３より大きい場合、ろ材の空気抵抗が高くフィルターユニットにした場合の圧力損失が高くなり、かつ粉塵保持量が小さくなり、いずれも好ましくない。

本発明におけるエレクトレットろ材の厚みはプリーツ後のフィルターユニットの圧力損失に大きく影響するため、１．５ｍｍ以下が好ましく、１．４ｍｍ以下がより好ましい。厚みが１．５ｍｍより大きい場合、プリーツ後のフィルターユニットにおける通気時の構造抵抗が増加するため圧力損失が大きくなり、好ましくない。

本発明におけるエレクトレットろ材のガーレ法における曲げ反発特性が１００〜５００ｍｇが好ましく、１２０〜４８０ｍｇがより好ましい。前記範囲はが適度なプリーツ加工性を維持する上で必要である。曲げ反発特性が１００ｍｇより低い場合、ろ材の曲げ強度が低下するのでプリーツ加工時にきれいな山状のプリーツが形成されず、いびつな形状を形成する。反対に５００ｍｇより大きい場合、強度が高いためプリーツ加工時に折り曲げることが出来ず、頂点がいびつな形状に形成されるため、いずれも好ましくない。

また、本発明では補強を主目的とする層はポリエチレン／ポリプロピレンの芯鞘構造を有する熱融着性繊維を主体としたものであり、かつ小孔が形成されているメルトブロー不織布と熱接着されていることが接着性向上とユニット時の粉塵保持特性の向上を両立する上で好ましい。

本発明を実現するための具体的な製造方法について説明する。本発明において補強を主目的とする層で形成される支持層は、特にポリプロピレンを芯に、ポリエチレンを鞘に構成される芯鞘繊維を用い、ウェブ状にしてからメルトブロー不織布上に積層され、両面からニードルパンチによって両者を交絡させた後熱接着することが工程の合理性の観点から好適に用いられる。該芯鞘繊維はシートの強度と圧力損失を考慮した場合、２．２〜２２ｄｔｅｘの繊維を用いることが好ましく、それより繊度の大きいものである場合、融着強度が低下するためシートの強度が弱くなる。また２．２ｄｔｅｘ未満である場合、繊維直径が細くなるためにシートにした場合の圧力損失が高くなり、好ましくない。

主成分のポリプロピレン繊維と接着成分としてのポリエチレンとの比率は配合の方法により様々であるが充分な接着性を得るためにはポリプロピレン（ＰＰ）繊維とポリエチレン（ＰＥ）が重量比で１：４〜４：１に調整されることが望ましい。ポリオレフィン系の芯鞘繊維と混綿する他の繊維はシートに要求される機能に応じて選択される。例えば、抗菌、高カビ性や難燃性を付与したい場合はこうした機能を持つ公知の添加剤が添加された繊維を混ぜてもよい。

支持層としての必要な強度を得るためにはメルトブロー繊維とウェブとの積層、プレニードルパンチの後、熱融着繊維の鞘成分の融点以上の温度で十分に熱が行き渡る時間、具体的には１０〜６０秒間ヒートスルーオーブンで加熱して鞘部を融解させて繊維間接着をする必要がある。この場合、必要とされる厚みにするためには積層されたメルトブロー不織布とウェブを所定のギャップに調整したネットに挟み込んで加熱することで可能となる。

また、積層されたメルトブロー不織布とウェブをオーブンで加熱させた後所定のギャップに調整したプレスローラー中を通過させることによってでも可能である。プリーツろ材として必要な曲げ反発特性を得るには熱融着繊維成分が加熱溶融した状態で所定の厚みに調整して冷却させることが必要で、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るものではない。

こうして得られた積層ろ材はさらに荷電処理を行ってエレクトレット化される。エレクトレット化についてはコロナ荷電、液体を高圧で通じて荷電する液体荷電など公知の方法でよい。さらに支持層はポリオレフィン系繊維で出来ているので油剤を除去することによって支持層も荷電することが可能である。例えば、カードウェブ中の芯鞘繊維は帯電防止のための油剤が付着しているが、この油剤はろ材形成後５０〜８０℃程度の温浴に数分間含浸して脱水することによって除去することが出来、荷電することが可能である。また連続的には未加熱の不織布を温浴に通した後所定の温度で乾燥し、そのまま融点以上の温度に加熱して得ることも可能である。また、加熱によって油剤成分が減少する公知の繊維を用いてもよい。

こうして得られた積層ろ材はメルトブロー不織布に小孔が形成され、プリーツフィルターを形成する上で必要な強度を保ちつつ低い圧力損失と高い大気塵捕集効率を得ることができる。

次に実施例、比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例のみに限定されるものではない。なお、測定方法は下記の方法で実施した。

＜目付（ｇ／ｍ^２）＞
２００ｍｍ角の寸法で切り出し、秤量して寸法で除した。

＜厚み（ｍｍ）＞
荷重０．７ｋＰａの厚みを読み取った。

＜嵩密度（ｇ／ｃｍ^３）＞
目付を厚みで除した値を採用した。

＜曲げ反発性＞
ＪＩＳ Ｌ １０９６（１９９０）６．２０．１ Ａ法に準拠。

＜フィルターユニットの特性＞
ろ材６０５ｍｍ巾×２０ｍ長を製造し、山高さ５８ｍｍにてひだ折りして山ピッチ６ｍｍになる様に公知の方法でビード樹脂を２５ｍｍ間隔で流し込んで成型し、プリーツを形成した。６１０ｍｍ角のアルミ枠材にプリーツを装填して圧力損失とＪＩＳ１１種の捕集効率を測定した。測定装置はＪＩＳ Ｂ ９９０８（２００１）の形式２に基づく装置を用いた。風量は５６ｍ^３／ｍｉｎで実施し、粉塵負荷は２９４Paで終了した。

以下実施例中および比較例で用いたシートの荷電方法を以下に示した。
＜荷電装置＞
アース側：アルミ板に厚さ２ｍｍのシリコンシートを敷設した。
電極側：針間隔１０ｍｍの針電極
電極−アース間距離：針先端からシリコンシートまで１０ｍｍ
＜荷電方法＞
印加電圧：２０ｋＶ
荷電時間：３０秒

［実施例１−１〜１−３、比較例１−１〜１−３］
ポリプロピレン（芯成分）／ポリエチレン（鞘成分）（ポリプロピレン：ポリエチレン重量比は１：１）で構成される２．２ｄｔｅｘ、長さ５１ｍｍの短繊維、および６．６ｄｔｅｘ、長さ６４ｍｍの短繊維（いずれも宇部日東化成株式会社製耐熱脱油繊維ＨＲ−ＬＥ）を８：２の割合で混繊してカード機にかけてウェブとし、ウェブをクロスレイヤーで連続的に積層した。ウェブの設定目付を６０ｇ／ｍ^２とした。積層ウェブの下面にポリプロピレンメルトブロー不織布（平均繊維直径５μｍ、１５ｇ／ｍ^２）を積層し、そのまま上下から所定のニードルパンチで予備パンチを行い、それぞれ表１に記載の小孔径、小孔の個数となるように小孔を形成した。その後ステンレスメッシュを積層ウェブの上下から挟む形で搬送してエアスルーオーブンに通し、温度１５０℃、１分間加熱融着させ、積層不織布を得た。該不織布を荷電装置に通して荷電し、エレクトレットろ材を得た。このろ材をひだ折りしてフィルターユニットを製作しユニット特性を評価し、結果を表１に示す。

［比較例２］
ポリプロピレン（芯成分）／ポリエチレン（鞘成分）（ポリプロピレン：ポリエチレン重量比は１：１）で構成される２．２ｄｔｅｘ、長さ５１ｍｍの短繊維、および６．６ｄｔｅｘ、長さ６４ｍｍの短繊維（いずれも宇部日東化成株式会社製耐熱脱油繊維ＨＲ−ＬＥ）を８：２の割合で混繊してカード機にかけてウェブとし、ウェブをクロスレイヤーで連続的に積層した。ウェブの設定目付を６０ｇ／ｍ^２とした。積層ウェブの下面にポリプロピレンメルトブロー不織布（平均繊維直径５μｍ、１５ｇ／ｍ^２）を積層し、そのままステンレスメッシュを積層ウェブの上下から挟む形で搬送してエアスルーオーブンに通し、温度１５０℃、１分間加熱融着させ、積層不織布を得た。該不織布を荷電装置に通して荷電し、エレクトレットろ材を得た。このろ材をひだ折りしてフィルターユニットを製作しユニット特性を評価し、結果を表１に示す。

本発明のエレクトレットろ材は補強を主目的とした層とニードルパンチによって小孔が形成されたメルトブロー不織布が熱によって接合されているため、プリーツフィルターにおける粉塵保持特性向上が向上する。また、またメルトブロー不織布とカードウェブ層がニーパンによって予備接着されているため加熱接着時のシートのしわなどの発生がすくなく生産性の向上も図ることができる。これは一般的な空調用フィルターユニットの分野では非常に有効である。

１ ： 支持層
２ ： メルトブロー不織布層（下流）

Claims (4)

1. ＪＩＳ Ｂ ９９０８：２００１で規定されている性能評価方法のＪＩＳ１１種比色法平均捕集効率が９０％から９９％を発現するプリーツ型フィルターユニットに用いられるエレクトレットろ材において、ろ材が少なくともポリプロピレンのメルトブロー不織布と支持層が接合された積層構造であり、かつメルトブロー不織布に小孔が形成されていることを特徴とするエレクトレットろ材。
2. 支持層がポリエチレン／ポリプロピレンの芯鞘構造を有する熱融着性繊維を主体としたものであり、支持層が小孔が形成されているメルトブロー不織布と熱接着されている請求項１に記載のエレクトレットろ材。
3. メルトブロー不織布に形成された小孔の孔径が１．０ｍｍ以下であり、小孔の個数は２０〜８０個／ｃｍ^２である請求項１または２記載のエレクトレットろ材。
4. 支持層がカードウェブで供給され、メルトブロー不織布上に積層され、ニードルパンチによって両者を交絡させた後、熱接着することによって接合とメルトブロー不織布の小孔形成を行うことを特徴とする請求項１に記載のエレクトレットろ材の製造方法。