JP2018506426A - フィルター媒体およびこれから作製されたフィルター - Google Patents

Abstract

酸化セルロースクラフト繊維を含むフィルター媒体が記載されている。フィルター媒体は、抗菌特性および消臭特徴を含む、改善されたフィルターの特徴を提供する。フィルター媒体は、空気フィルターと水フィルターの両方に使用することができる。上記フィルター媒体は抗菌特性を示す基質を含み得る。上記繊維は、合成繊維をさらに含んでもよく、この合成繊維は、ファイバーグラス繊維、ポリプロピレン繊維およびポリエステル繊維のうちの１種または複数から選択されてもよい。

Description

酸化クラフトセルロース繊維を含む、繊維状フィルター媒体が提供される。より詳細には、改善されたフィルター性能を示すフィルター媒体が提供される。

フィルターは、高性能フィルターを含めて、商業用および住宅用市場において通常使用されている。フィルター媒体は、多様な用途において、汚染を除去するために使用できる。用途に応じて、フィルター媒体は、さまざまな性能の特徴を有するように設計される。フィルター媒体は、繊維の不織ウェブから通常形成され、性能の特徴は、例えば、繊維の組成、繊維のサイズ、繊維の間隔、および繊維添加物またはコーティングを含む、不織ウェブの特性を変化させることによって操作される。大量の微粒子負荷、耐久性または液体もしくはガスの流れの一般的な清澄化が必要とされる場合、不織ウェブは、一般に選ばれるフィルター媒体である。

繊維ウェブは多孔性構造をもたらし、これにより、流体（例えば、ガス、空気、水）はフィルター媒体を通じて流れることが可能になる。流体内の汚染物質粒子は、繊維状ウェブ上に捕捉される。圧力損失、表面積、および坪量（ｂａｓｉｓ ｗｅｉｇｈｔ）などのフィルター媒体の特徴は、フィルター効率およびフィルターを通じた流体の流れに対する抵抗を含む、フィルター性能に影響を与える。一般的に、より高いフィルター効率は、流体の流れに対するより高い抵抗をもたらし、フィルターを横切る所定の流速に対するより高い圧力損失およびエネルギー消費の増大の原因となる。現在の商業用フィルターは、例えば、ポリエステル、ポリプロピレン、およびファイバーグラスを含む合成材料を代表的には含む。かかるフィルターは、綿などの天然繊維を含むことがある。

フィルターは、これらに限定されるわけではないが、換気システム、工業用空気調和機、無菌室、ＨＶＡＣ、呼吸器保護、および自動車組立などの工業プロセスを含む、空気を取り扱う多様な用途において使用される。フィルターは、これらに限定されるわけではないが、使い捨て水フィルター、住宅用浄水フィルター、工業用浄水フィルター、例えば、ＨＶＡＣ用途、石油化学用途、パルプおよび紙用途、飲料水、金属加工用途、廃水用途、食品産業用途およびプラスチック生産用途における水濾過を含む、液体を取り扱う多様な用途において使用されている。

高品質合成空気フィルターは、これらのフィルターを生産するための原材料が高価なので、しばしば高価である。高効率微粒子空気（ＨＥＰＡ）フィルターが、０．３ミクロン粒子の範囲において９９．９％までの効率を有する、市場で最も清潔な空気フィルターの１つであることは、当技術分野において周知である。ＨＥＰＡフィルターは、濾過媒体の高密度媒体パックを一般的に含む。ＨＥＰＡフィルター媒体の大きな接触面積が、フィルター効率を改善する。ＨＥＰＡフィルターは、最大の開口部より大きい粒子が通り抜けることができない篩のように働くばかりでなく、また、はるかにより小さい汚染物質および粒子を標的とするように設計されている。より小さい粒子は、妨害、すなわち、粒子が、空気の流れの流線に沿って進み、繊維のすぐ近くに入り込み、繊維に付着することによって捕捉され；より大きい粒子が、空気の流れの曲がった輪郭に沿って進むことによって繊維を避けることができず、直接、繊維の１つの中に包埋せざるを得なくなる慣性衝突によって捕捉され；かつ拡散によって捕捉される。これまで、ＨＥＰＡフィルターは、非常に微細な粒子を効率的に拘束するように設計されてきたが、ガスおよび臭い分子を濾過して除去しない。

使い捨てＨＶＡＣフィルターは、最も一般に認知された空気フィルターの１つであり、多くの場合、ボール紙枠内に収容されたひだ状のフィルターである。フィルター媒体は多くの場合、フィルターの表面積を改善し、屋内の空気の質に関連する汚染物質の多くを除去する一方で、フィルターを横切る圧力損失を最小限にするためにひだを付けた、ファイバーグラスまたはポリエステル媒体である。使い捨て空気フィルターは、定期的に変えることが意図されており、高価でしたがって耐久性フィルターに最もしばしば組み込まれる抗菌組成物で、一般的に処理されない。

暖房、換気、冷凍での用途、および空調用途において、媒体は、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｈｅａｔｉｎｇ、Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ（アメリカ暖房冷凍空調学会）（ＡＳＨＲＡＥ）によって認可された性能の特徴を有するように設計することができる。かかる媒体は、ＡＳＨＲＡＥフィルター媒体と呼ばれる。ＡＳＨＲＡＥフィルターは、他の商業用空気フィルターのように、上に記載された通り、主に高価な合成繊維材料から生産される。本明細書に記載されている通りのフィルター媒体は、商業用として許容されるフィルター効率を維持し、臭い制御を改善し、微生物増殖を最小化しつつ、合成材料の低コスト代用品を提供する。

フィルターはまた、多様な浄水および液体分離プロセスにおいて使用される。水フィルターは、フィルターが使用されることになる製品またはプロセスに応じて、多くの形態をとる。例えば、消費者は、水のビンの中に装着する、流し台に取り付ける、または冷蔵庫への送水管の中に装着する、水フィルターになじみがある。住宅使用のためのより大きい水フィルターは、温泉またはプール用フィルターを含む。他のそれほどなじみのない液体浄化フィルターは、例えば、水、乳、塗料または他の化学製品を濾すために、パイプの出口に取り付け得るバグフィルターを含む。

高価な添加物を必要とせず、改善された抗菌特性を提供する一方で、商業用として適切な流体濾過をもたらす、低コストで極めて有効なフィルター媒体に対する必要性が依然として存在する。添加物を必要とせず、改善された臭い削減を提供する一方で、商業用として適切な空気濾過をもたらす、低コストで極めて効率的なフィルター媒体に対する必要性もまた、依然として存在する。

本明細書に記載されている通り、フィルター媒体は、酸化クラフトセルロース繊維、および場合によっては酸化クラフトセルロース繊維と合成繊維との組合せを含む、ランダムに配置された繊維を含む。酸化クラフトセルロース繊維は、合成繊維原材料の低コストの代替物を提供し、濾過効率を損なうことなく、空気または水フィルターの抗菌品質も改善する。

本明細書にはさらに、フィルター媒体を封入する物理的枠を含む空気フィルターであって、前記フィルター媒体が、合成繊維および酸化クラフトセルロース繊維を含む、ランダムに配置された繊維の基質を含む、空気フィルターが記載されている。より詳細には、空気フィルターは、臭い濾過を提供する。

最後に、合成繊維と酸化クラフトセルロース繊維の両方を含むフィルター媒体を通じて、空気または水を通すことによる、空気または水を濾過する方法が記載されている。

（説明）
以下の考察は、本発明の多様な実施形態に関する。図面の描写は、必ずしもスケール通りではない。実施形態のある特定の特徴は、スケールまたは幾分模式的な形態において、誇張されて示されている可能性があり、従来の要素の一部の詳細は、明確さおよび簡潔さのために示されない可能性がある。これらの実施形態の１つまたは複数が、好まれ得るであろうが、開示された実施形態は、特許請求の範囲を含む、開示の範囲を制限するように解釈されるか、または別の方法で使用されるべきでない。所望の結果を得るために、下に考察される実施形態のさまざまな教示を、別々にまたはいずれかの好適な組合せで使用することができることが、十分に認識されるべきである。さらに、当業者は、以下の記載が広い適用を有し、いずれの実施形態の考察もその実施形態を例示することのみを意味しており、特許請求の範囲を含む開示の範囲が、その実施形態に限定されると暗示することを意図していないことを理解されたい。

ある特定の用語は、特定の特徴または構成成分を指すために、以下の記載および特許請求の範囲全体において使用される。当業者が理解される通り、さまざまな人々が、同じ集合体または構成成分を異なる名称で呼んでいる可能性がある。本文書は、名称が異なるが構造や機能は異ならない構成成分または特徴を区別することを意図しない。

以下の考察および特許請求の範囲において、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、制限がない様式で使用され、したがって、「含むが、これらに限定されない」ことを意味すると解釈されるべきである。「最上部（ｔｏｐ）」、「最下部（ｂｏｔｔｏｍ）」、「上（ａｂｏｖｅ）」、「下（ｂｅｌｏｗ）」、およびこれらの用語の変化形は、便宜上使用されるが、構成成分のいかなる特定の方位も要求しない。

記載されている通りの流体フィルター媒体は、酸化セルロースクラフト繊維を含む。本明細書で使用されている通り、用語「流体」は、液体とガスの両方を指す。クラフト繊維は、しばしば、他の再生されたセルロース材料または合成材料に対する、それほど高価でない代替物である。酸化クラフトセルロース繊維は、米国特許第８，７７８，１３６号、米国特許出願公開ＵＳ２０１２０１７５０７３、ＵＳ２０１４／０２７４６８０、ＵＳ２０１４／０３７１４４２、ＵＳ２０１４／０３１８７２５ならびに国際公開ＷＯ２０１４／１４０８５２、ＷＯ２０１４／１４０９４０およびＷＯ２０１４／１２２５３３に記載されている通り、酸化プロセスを使用して生産することができ、これら文献の全ては、全体として、本明細書に参照することによって組み込まれる。これらの出願公開および特許において記載されている通りの酸化方法は、適切な繊維の特徴および化学官能性を提供して、抗菌／抗ウイルス特徴、消臭特徴、および改善されたコストプロファイルを有するフィルター媒体産物をもたらす。

酸化セルロースクラフト繊維は、合成繊維を加えることなく濾過媒体として使用される場合、わずかなコストで商業用として許容される濾過を示す。さらに、細菌およびウイルスの増殖を阻害するこれらの酸化繊維の能力は、他の同様の濾過媒体に対して優位点を有する繊維媒体をもたらす。記載されている通りの酸化セルロースクラフト繊維媒体は、Ｅ−ｃｏｌｉ、Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ ａｕｒｅｕｓ、Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ ｅｎｔｅｒｉｃａ ｐｕｌｌｏｒｕｍ、およびＬｉｓｔｅｒｉａ ｍｏｎｏｃｙｔｏｇｅｎｅｓに対する抵抗を含む、抗菌特性を示す。酸化繊維媒体は、ライノウイルスおよびインフルエンザで試験した場合にも抗ウイルス特性を示した。

酸化繊維に付随する機能性は、フィルター媒体の抗菌／抗ウイルス特性を改善するばかりでなく、酸化繊維が合成繊維との組合せで使用される場合、合成繊維への繊維の結合をさらに改善させる。一実施形態によれば、フィルターは、合成繊維をさらに含む。合成繊維は、ファイバーグラス、ポリエチレン、ポリエステル、ポリプロピレン、アクリル、レーヨン、ナイロン、フルオロポリマー等、およびそれらの組合せを含むが、これらに限定されない、当技術分野で認識されているいずれかの合成繊維材料であってもよい。合成繊維は、２成分繊維、例えば、芯部分の合成材料が鞘部分の合成材料と異なる芯鞘型繊維であってもよい。

フィルター媒体は、当技術分野で認識されているいずれかの方法を使用して生産することができる。例えば、フィルター媒体は、空気積層、スパンボンド、湿式積層、メルトブロー、電界紡糸、ニードルパンチ、スパンレース、カーディング、またはサーマルボンドによって、生産することができる。

酸化繊維が合成繊維との組合せで使用される場合の一実施形態によれば、酸化繊維は、合成繊維と混合（ｂｌｅｎｄ）されてもよく、合成繊維は、酸化繊維のためのバインダーとして働く。酸化セルロースクラフト繊維は、合成繊維と混合し、湿式積層して、基質産物を生産することができる。合成材料および天然材料から不織布を形成するための当技術分野で認識されているいずれかの方法を使用して、本明細書に記載されているフィルター媒体を生産することができる。

本明細書に記載されている通りのフィルター媒体には、エンボス加工、カレンダー仕上げ、コロナ放電、ニードリング、エレクトレット特性または摩擦電気電位を発生させる特定の繊維の混合（ｃｏ−ｍｉｎｇｌｉｎｇ）を含むが、これらに限定されない、いずれかの好適な製造後処理を施すことができる。フィルター媒体は、撥液剤、抗菌処理、難燃剤またはマイクロカプセル化剤を含むが、これらに限定されない、いずれかの好適な仕上げ処理で処理してもよい。

本明細書に記載されている通りのフィルターおよびフィルター媒体は、フィルター媒体における使用のための当技術分野において理解される通りの、他の繊維、材料または粒子を組み込んでよい。例えば、水フィルターは、不織繊維状材料から作られることが多いが、多くの場合、他の材料、例えば、繊維状ウェブ中に分散された活性炭を有することができる。本明細書に記載されている通りの酸化クラフトセルロースフィルター媒体は、当技術分野で認識されている添加物と一緒に使用してもよい。

本明細書に記載されている通りのフィルター媒体は、工業用空気調和機を含む換気システム、空気サンプリング、無菌室、呼吸器保護、および工業プロセスを含むが、これらに限定されない、多様なフィルター用途において使用することができる。より詳細には、本明細書に記載されている通りのフィルター媒体は、パネルフィルター、パッドフィルター、ＨＥＰＡフィルター、無菌室フィルター、ファンフィルター、ファンコイルユニット、自動車フィルター、スプレイブースフィルター、自動車組立フィルター、バグフィルター、拡張表面硬質フィルター、カートリッジフィルター、ブランケットフィルター、タービン吸入システムとしての前置フィルター、箱枠フィルター、ビールフィルター、電気掃除機用吸塵袋を含むが、これらに限定されない、多様なフィルターフォーマットにおいて使用することができる。本明細書に記載されている通りのフィルター媒体は、自動車吸気および空気フィルターならびにＨＶＡＣフィルターの生産において、好ましくは使用される。一実施形態によれば、フィルター媒体が酸化クラフトセルロース繊維のみを含む場合、フィルターまたは前置フィルターは、堆肥にできるか、そして／または再利用可能である。

本明細書に記載されている通りの方法および生産物は、示した実施例に限定されるべきではないことに留意されるべきである。むしろ、実施例は本来的に代表例に過ぎない。

酸化セルロースクラフト繊維を、方法ＪＩＳ Ｌ１９０２：２００８（ＩＳＯ２０７４３）を使用して、抗菌活性について評価した。ＴＡＰＰＩが抗細菌試験のための方法を提供しておらず、この方法は、日本個人向け衛生産業標識法にとっての基本であるので、この評価方法を使用した。非酸化クラフトセルロースを、本明細書で参照された方法により生産された、２種の酸化クラフトセルロース材料と比較して、濾過媒体中の細菌およびウイルスの増殖を低減または防止する酸化処理の有効性を確認した。繊維を、Ｅ−ｃｏｌｉ、Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ ａｕｒｅｕｓ、Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ ｅｎｔｅｒｉｃａ−ｐｕｌｌｏｒｕｍ、ｌｉｓｔｅｒｉａ ｍｏｎｏｃｙｔｏｇｅｎｅｓ、ライノウイルスおよびインフルエンザについて試験した。

試験試料を、材料０．４グラムで調製した。試料を、容器に入れ、蒸気滅菌し、乾燥させた。試料に、試験される細菌またはウイルスを含有する血清０．２ｍｌを接種した。試料を、下の表２に特定された時間、３７℃でインキュベートさせた。インキュベーション後に、試料を、生理食塩水２０ｍｌで洗浄した。胞子を数え、次に、表１に記載されている通り報告した。

以下の報告は、対照繊維に対して細菌増殖が削減したパーセントである。

同じ試料に、ライノウイルスおよびインフルエンザを接種した。試料１が、ライノウイルス（Rhnovirus）９９．２％およびインフルエンザ９９．９５％を死滅させた一方で、試料２は、ライノウイルス９３％を死滅させたが、インフルエンザには影響を与えなかった。

本明細書において具体的な実施形態を例証し記載したが、同じ目的を達成するために構成されたいずれの取り合わせも、示された具体的な実施形態にとって代用となり得ることが理解されるべきである。この開示は、多様な実施形態のあらゆる改変例または変形例を網羅することが意図される。上の実施形態と本明細書に記載されていない他の実施形態との組合せは、上の記載を再考察する際、当業者にとって明白であり得る。

Claims (20)

1. ランダムに配置された繊維を含む基質を含む、流体フィルター媒体であって、
   前記繊維が、酸化クラフトセルロース繊維を含む、流体フィルター媒体。
2. 前記基質が抗菌特性を示す、請求項１に記載のフィルター媒体。
3. 前記繊維が、合成繊維をさらに含む、請求項１に記載のフィルター媒体。
4. 前記合成繊維が、ファイバーグラス繊維、ポリプロピレン繊維およびポリエステル繊維のうちの１種または複数から選択される、請求項３に記載のフィルター媒体。
5. フィルター媒体を封入する枠を含む、空気フィルターであって、
   前記フィルター媒体が、ランダムに配置された繊維のマットを含み、前記繊維が、合成繊維および酸化クラフトセルロース繊維を含む、空気フィルター。
6. 前記フィルター媒体が抗菌特性を示す、請求項５に記載の空気フィルター。
7. 前記空気フィルターがＨＶＡＣフィルターであり、前記合成繊維がファイバーグラスである、請求項６に記載の空気フィルター。
8. 前記フィルター媒体がひだ状である、請求項７に記載の空気フィルター。
9. ＨＥＰＡフィルターである、請求項５に記載の空気フィルター。
10. 前記ＨＥＰＡフィルターが、フィルター媒体の高密度パックを含む、請求項９に記載の空気フィルター。
11. ランダムに配置された繊維の基質を含む、液体フィルターであって、
    前記繊維が、酸化クラフトセルロース繊維を含む、液体フィルター。
12. フィルター媒体が抗菌特性を示す、請求項１１に記載の液体フィルター。
13. 前記繊維が、合成繊維をさらに含む、請求項１１に記載の液体フィルター。
14. フィルター媒体がひだ状である、請求項１１に記載の液体フィルター。
15. 濾過される液体が、水である、請求項１１に記載の液体フィルター。
16. 合成繊維および酸化クラフトセルロース繊維を含む、ランダムに配置された繊維を含むフィルター媒体を提供することと、
    濾過される流体をフィルターに通すことと、
    前記フィルター媒体中の流体の流れから汚染物質を収集することと
    を含む、流体を濾過する方法。
17. 前記流体が、空気または水である、請求項１６に記載の方法。
18. 前記フィルター媒体が抗菌特性を示す、請求項１６に記載の方法。
19. 前記フィルターが浄水フィルターである、請求項１６に記載の方法。
20. 前記フィルターがＨＶＡＣフィルターである、請求項１６に記載の方法。