JP2019018188A - Air filter and method for manufacturing the same - Google Patents

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小西 宏明
Hiroaki Konishi
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Abstract

To provide an air filter that can improve collection efficiency without an increase in pressure loss, and to provide a method for manufacturing the same.SOLUTION: An air filter 10 includes: a substrate 1; and an ultrafine fiber layer 2 formed of an ultrafine fiber with an average fiber diameter 1 μm or less on the substrate 1. The ultrafine fiber constituting the ultrafine fiber layer 2 is an electret ultrafine fiber.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、エアフィルター、及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an air filter and a manufacturing method thereof.

近年、PM2.5(粒径が2.5μm以下の粒子状物質)などによる大気汚染が問題になっており、それらを捕集するためのエアフィルターの開発が盛んに行われている。この種のエアフィルターに用いる材料として、繊維径が1μm未満の極細繊維(ナノファイバー)からなる不織布(ナノファイバー不織布)が注目を集めている(例えば、特許文献1〜3参照)。   In recent years, air pollution due to PM2.5 (particulate matter having a particle size of 2.5 μm or less) has become a problem, and air filters for collecting them have been actively developed. As a material used for this type of air filter, a nonwoven fabric (nanofiber nonwoven fabric) made of ultrafine fibers (nanofibers) having a fiber diameter of less than 1 μm is attracting attention (for example, see Patent Documents 1 to 3).

ナノファイバーはナノスケールの直径に由来する機能とマクロなスケールの長さに由来するハンドリングの容易さを併せ持つユニークな材料である。ナノファイバーの代表的な効果として、(1)比表面積が大きいこと(超比表面積効果)、(2)サイズがナノスケールであること(ナノサイズ効果)、(3)ファイバー内で分子が配列すること(分子配列効果)があげられる。   Nanofiber is a unique material that combines the functions derived from nanoscale diameter and the ease of handling derived from macroscale length. Typical effects of nanofibers are (1) large specific surface area (super specific surface area effect), (2) nanoscale size (nanosize effect), and (3) molecules arranged in the fiber. (Molecular arrangement effect).

国際公開第2008/084797号International Publication No. 2008/084797 特開2010−236133号公報JP 2010-236133 A 特許第3534108号公報Japanese Patent No. 3534108

エアフィルターの性能は、下記式で表されるQF値によって示される。QF値とは、フィルターの単位通気抵抗あたりの捕集性能を示す値である。
QF値(1/Pa)=−ln[1−捕集効率(%)/100]/[圧力損失(Pa)]
QF値は各粒子径範囲の粒子に対応する値である。例えば、捕集対象粒子の粒子径分布が0.300μm以上10μm未満であれば、粒子径が0.300μm以上0.374μm未満の範囲に含まれる粒子を捕集対象とした場合のQF値、粒子径が0.374μm以上0.465μm未満の範囲に含まれる粒子を捕集対象とした場合のQF値、粒子径が0.465μm以上0.579μm未満の範囲に含まれる粒子を捕集対象とした場合のQF値はそれぞれ異なる。なぜなら捕集対象粒子のサイズによって捕集効率が異なるためである。一般に捕集対象粒子のサイズが大きくなると、捕集効率は増加する。従って、上記QF値の式より、捕集対象粒子径が大きくなるほど、QF値が大きくなる。また同様の理由で、粒子径が0.300μm以上0.374μm未満の範囲に含まれる粒子を捕集対象とした場合のQF値も、粒子径が0.374μm以上の粒子を捕集対象とした場合のQF値とは異なる。粒子径が0.300μm以上0.374μm未満の範囲に含まれる粒子を捕集対象とした場合の方が、粒子径が0.374μm以上の粒子を捕集対象とした場合よりも小さい粒子を含んでいるため、捕集効率が小さくなる。従って、粒子径が0.300μm以上0.374μm未満の範囲に含まれる粒子を捕集対象とした場合のQF値の方が、粒子径が0.374μm以上の粒子を捕集対象とした場合のQF値よりも小さくなる。なお、上記QF値の式より、捕集効率が100%になった場合は、−ln(0)となってしまうため、計算上QF値は算出できない。このため捕集効率100%に対応するQF値は存在しない。また、圧力損失は粒子径のサイズによらず、エアフィルターの構造によって決まるものであり一定である。
エアフィルターの場合、圧力損失が増大すると、QF値によって評価される捕集性能が低下する。したがって、圧力損失を増大させることなく捕集効率を向上させ、QF値を改善することが求められている。
The performance of the air filter is indicated by the QF value represented by the following formula. The QF value is a value indicating the collection performance per unit ventilation resistance of the filter.
QF value (1 / Pa) = − ln [1-collection efficiency (%) / 100] / [pressure loss (Pa)]
The QF value is a value corresponding to particles in each particle size range. For example, if the particle size distribution of the particles to be collected is 0.300 μm or more and less than 10 μm, the QF value and particles when the particles included in the range of 0.300 μm or more and less than 0.374 μm are to be collected QF value when particles included in the range of 0.374 μm or more and less than 0.465 μm are collected, and particles included in the range of 0.465 μm or more and less than 0.579 μm are collected. Each case has a different QF value. This is because the collection efficiency varies depending on the size of the particles to be collected. Generally, the collection efficiency increases as the size of the particles to be collected increases. Therefore, from the above formula of the QF value, the QF value increases as the collection target particle diameter increases. For the same reason, the QF value when particles included in the range of 0.300 μm or more and less than 0.374 μm are collected is also targeted for collection of particles having a particle size of 0.374 μm or more. This is different from the QF value of the case. The case where the particle diameter is in the range of 0.300 μm or more and less than 0.374 μm is the target of collection includes the smaller particles than the case where the particle diameter of 0.374 μm or more is the target of collection. Therefore, the collection efficiency becomes small. Therefore, the QF value in the case where particles included in the range of 0.300 μm or more and less than 0.374 μm are targeted for collection is the case where the particles whose particle diameter is 0.374 μm or more is targeted for collection. It becomes smaller than the QF value. In addition, from the formula of the above QF value, when the collection efficiency becomes 100%, it becomes −ln (0), and thus the QF value cannot be calculated. For this reason, there is no QF value corresponding to a collection efficiency of 100%. The pressure loss is determined by the structure of the air filter and is constant regardless of the particle size.
In the case of an air filter, when the pressure loss increases, the collection performance evaluated by the QF value decreases. Therefore, it is required to improve the collection efficiency and improve the QF value without increasing the pressure loss.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、圧力損失を増大させることなく捕集効率を向上させることができるエアフィルター、及びその製造方法を提供することを課題とする。   This invention is made | formed in view of the said situation, Comprising: It aims at providing the air filter which can improve collection efficiency, without increasing a pressure loss, and its manufacturing method.

本発明の第一の態様は、基材と、該基材上に平均繊維径が1μm未満の極細繊維(以下、「ナノファイバー」という場合がある)で形成された極細繊維層(以下、「ナノファイバー層」という場合がある)とを含み、前記極細繊維層を構成する前記極細繊維がエレクトレット化されたエアフィルターである。   In the first aspect of the present invention, an ultrafine fiber layer (hereinafter referred to as “nanofiber”) formed of a substrate and an ultrafine fiber having an average fiber diameter of less than 1 μm (hereinafter sometimes referred to as “nanofiber”) on the substrate. A nanofiber layer), and the ultrafine fibers constituting the ultrafine fiber layer are electretized air filters.

本発明の第二の態様は、平均繊維径が1μm未満の極細繊維を生成する工程と、基材上に前記極細繊維を含む極細繊維層を形成する工程と、前記極細繊維層を構成する前記極細繊維をエレクトレット化する工程とを有するエアフィルターの製造方法である。   The second aspect of the present invention includes a step of producing ultrafine fibers having an average fiber diameter of less than 1 μm, a step of forming an ultrafine fiber layer containing the ultrafine fibers on a substrate, and the ultrafine fiber layer. It is a manufacturing method of an air filter which has the process of electretizing ultrafine fiber.

本発明によれば、ナノファイバーがエレクトレット化されているので、従来の粒子捕集メカニズムに加え、さらに静電気的な粒子捕集メカニズムが加わる。これにより、エレクトレット化していないナノファイバーよりも捕集効率を向上させることができる。従って、より高い捕集効率を求める場合には、ナノファイバー層の坪量を増やさずに捕集効率の向上を達成できる。また、求める捕集効率が変わらなければ、ナノファイバーの量を減らすことができ、従って、低圧損を実現できる。   According to the present invention, since the nanofibers are electretized, an electrostatic particle collecting mechanism is added to the conventional particle collecting mechanism. Thereby, collection efficiency can be improved rather than the nanofiber which is not electretized. Therefore, when higher collection efficiency is required, improvement in collection efficiency can be achieved without increasing the basis weight of the nanofiber layer. Also, if the required collection efficiency does not change, the amount of nanofibers can be reduced, and thus low pressure loss can be realized.

本実施形態におけるエアフィルターの一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the air filter in this embodiment. 本実施形態におけるエアフィルターを製造する装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the apparatus which manufactures the air filter in this embodiment. 本実施形態のエアフィルターの変形例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the modification of the air filter of this embodiment. 本実施形態のエアフィルターの変更例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the example of a change of the air filter of this embodiment. 実施例及び比較例の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of an Example and a comparative example. 実施例及び比較例の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of an Example and a comparative example.

<エアフィルター>
本実施形態にかかるエアフィルターは、基材と、該基材上に平均繊維径が1μm未満の極細繊維(以下、「ナノファイバー」という。)で形成された極細繊維層(以下、「ナノファイバー層」という。)とを含み、前記極細繊維層を構成する前記極細繊維がエレクトレット化されたものである。
<Air filter>
The air filter according to the present embodiment includes an ultrafine fiber layer (hereinafter referred to as “nanofiber”) formed of a substrate and an ultrafine fiber (hereinafter referred to as “nanofiber”) having an average fiber diameter of less than 1 μm on the substrate. And the ultrafine fibers constituting the ultrafine fiber layer are electretized.

図1は、本実施形態におけるエアフィルターの一例を示す断面模式図である。本実施形態において、エアフィルター10は、基材1と、基材1上にナノファイバーで形成されたナノファイバー層2とを含んでおり、ナノファイバー層2はエレクトレット化されているナノファイバーから成っている。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an air filter in the present embodiment. In the present embodiment, the air filter 10 includes a base material 1 and a nanofiber layer 2 formed of nanofibers on the base material 1, and the nanofiber layer 2 is made of electret nanofibers. ing.

(基材)
本実施形態において、基材とは、いわゆる不織布として公知のもの全般を指す。
基材1としては、例えば、乾式不織布、湿式法不織布、スパンボンド不織布、メルトブロー不織布、サーマルボンド不織布、ケミカルボンド不織布、ニードルパンチ不織布、スパンレース不織布、ステッチボンド不織布、スチームジェット不織布等が挙げられる。
基材1の材料としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、レーヨン、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、アクリル、ビニロン、アラミド、ガラス、ゼルロース等が挙げられる。基材1は、1種の材料からなるものであってもよいし、2種以上の異なる材料を混合したものでもよい。
(Base material)
In this embodiment, a base material refers to the thing generally known as what is called a nonwoven fabric.
Examples of the substrate 1 include a dry nonwoven fabric, a wet method nonwoven fabric, a spunbond nonwoven fabric, a melt blown nonwoven fabric, a thermal bond nonwoven fabric, a chemical bond nonwoven fabric, a needle punch nonwoven fabric, a spunlace nonwoven fabric, a stitch bond nonwoven fabric, and a steam jet nonwoven fabric.
Examples of the material of the substrate 1 include polyethylene, polypropylene, rayon, polyester, polyamide, polyolefin, acrylic, vinylon, aramid, glass, and cellulose. The substrate 1 may be made of one kind of material, or may be a mixture of two or more kinds of different materials.

基材1の種類は特に限定されないが、製品としてのエアフィルターに求められる各種物性値(捕集効率、圧力損失、厚みなど)に応じて、基材1に求められる各種物性値(捕集効率、圧力損失、厚み、空隙率など)は自ずと特定される。一般的に、エアフィルターでは低圧損化が求められるため、ハンドリング性や強度に問題が出ない限り、基材は薄く、空隙率が大きく、通気性の良い物が望ましい。基材の空隙率について、特に制限は無いが、後述するように、粒子径が0.300μm以上0.374μm未満の範囲に含まれる粒子を捕集対象とした場合のエレクトレット化前のエアフィルターのQF値が0.018以上に保てるものが望ましい。   Although the kind of base material 1 is not specifically limited, According to various physical property values (collection efficiency, pressure loss, thickness, etc.) required for an air filter as a product, various physical property values (collection efficiency) required for the base material 1 , Pressure loss, thickness, porosity, etc.) are naturally specified. In general, an air filter is required to have a low pressure loss. Therefore, unless there is a problem in handling properties and strength, it is desirable that the substrate is thin, has a high porosity, and has good air permeability. There is no particular limitation on the porosity of the substrate, but as will be described later, the air filter before electretization when particles included in the range of particle size of 0.300 μm or more and less than 0.374 μm are collected. It is desirable that the QF value be kept at 0.018 or more.

(ナノファイバー)
本実施形態において、ナノファイバーとは、樹脂を平均繊維径1μm未満の繊維としたものをいう。
(Nanofiber)
In the present embodiment, the nanofiber refers to a resin whose fiber has an average fiber diameter of less than 1 μm.

ナノファイバー層2は、下記式で表される空隙率が95%以上であることが好ましく、96%以上であることがより好ましい。ナノファイバー層2の空隙率が上記範囲の下限値以上であることにより、エアフィルターの圧力損失の増大をより抑制し、より高いQF値を維持できる。
空隙率(%)=100−{坪量(g/m)×100/樹脂密度(g/cm)/厚み(μm)}
ここで、樹脂密度(g/cm)とはナノファイバー層2を構成する樹脂の材料密度を指し、厚み(μm)とはナノファイバー層2の膜厚を指す。
The nanofiber layer 2 preferably has a porosity represented by the following formula of 95% or more, and more preferably 96% or more. When the porosity of the nanofiber layer 2 is not less than the lower limit of the above range, an increase in pressure loss of the air filter can be further suppressed and a higher QF value can be maintained.
Porosity (%) = 100− {basis weight (g / m 2 ) × 100 / resin density (g / cm 3 ) / thickness (μm)}
Here, the resin density (g / cm 3 ) refers to the material density of the resin constituting the nanofiber layer 2, and the thickness (μm) refers to the film thickness of the nanofiber layer 2.

本実施形態において、ナノファイバー層2の坪量は好ましくは5g/m以下であり、より好ましくは4g/m以下であり、さらに好ましくは3g/m以下である。ナノファイバー層2の坪量が上記範囲の上限値以下であることにより、エアフィルターの圧力損失の増大を抑制できる。 In the present embodiment, the basis weight of the nanofiber layer 2 is preferably 5 g / m 2 or less, more preferably 4 g / m 2 or less, and even more preferably 3 g / m 2 or less. When the basis weight of the nanofiber layer 2 is not more than the upper limit of the above range, an increase in pressure loss of the air filter can be suppressed.

ナノファイバー層2の原材料として使用可能な樹脂は、糸状に加工可能な熱可塑性樹脂である。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリ乳酸を含むポリエステル、ナイロン(ナイロン6、ナイロン66)を含むポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレンを含むポリオレフィン、ポリビニルアルコール系ポリマー、アクリロニトリル系ポリマー、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)などを含むフッ素系ポリマー、ウレタン系ポリマー、塩化ビニル系ポリマー、スチレン系ポリマー、(メタ)アクリル系ポリマー、ポリオキシメチレン、エーテルエステル系ポリマー、トリアセチルセルロース等のセルロース修飾ポリマーなどが使用され得る。なかでも、ポリエチレンテレフタレート、ポリ乳酸、ナイロン(ナイロン6、ナイロン66)及びポリプロピレンは、延伸性及び分子配向性が良いため好ましい。そのなかでも、ポリプロピレンはエレクトレットの分極状態を保持しやすく、エレクトレットフィルターでは良く用いられる素材であり最も好ましい。   The resin that can be used as the raw material of the nanofiber layer 2 is a thermoplastic resin that can be processed into a thread shape. For example, polyethylene terephthalate, polyester including polylactic acid, polyamide including nylon (nylon 6, nylon 66), polypropylene, polyolefin including polyethylene, polyvinyl alcohol polymer, acrylonitrile polymer, tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer Fluoropolymers such as (PFA), urethane polymers, vinyl chloride polymers, styrene polymers, (meth) acrylic polymers, polyoxymethylene, ether ester polymers, cellulose modified polymers such as triacetylcellulose, etc. are used Can be done. Among these, polyethylene terephthalate, polylactic acid, nylon (nylon 6, nylon 66) and polypropylene are preferable because they have good stretchability and molecular orientation. Among them, polypropylene is most preferable because it is easy to maintain the polarization state of the electret and is a material often used in electret filters.

本実施形態におけるナノファイバー層2は、構成繊維の平均繊維径(1μm未満)の2倍以上10倍以下の繊維径を有した繊維(すなわち、相対的に太い繊維)を所定の割合で含むことが好ましい。具体的には、本発明によるエアフィルターにおいて、前記平均繊維径の2倍以上10倍以下の繊維径を有する繊維が繊維総数の2〜20%を占めていることが好ましい。これにより、本実施形態におけるエアフィルターは、実用上で十分な捕集効率を実現しつつ、従来のナノファイバー不織布に比べて、通気性を高めることで圧力損失を改善し、また、前記エアフィルターの寿命を長期化することを可能とする。   The nanofiber layer 2 in the present embodiment includes a fiber having a fiber diameter that is not less than 2 times and not more than 10 times the average fiber diameter (less than 1 μm) of the constituent fibers (that is, a relatively thick fiber) at a predetermined ratio. Is preferred. Specifically, in the air filter according to the present invention, it is preferable that fibers having a fiber diameter of 2 to 10 times the average fiber diameter occupy 2 to 20% of the total number of fibers. As a result, the air filter according to the present embodiment improves the pressure loss by increasing the air permeability as compared with the conventional nanofiber nonwoven fabric while achieving practically sufficient collection efficiency. It is possible to prolong the life of the.

(エアフィルター)
本実施形態のエアフィルター10は、粒子径が0.300μm以上0.374μm未満の範囲に含まれる粒子を捕集対象としたとき、エレクトレット化前には下記式で表されるQF値が0.018以上であることが好ましく、0.020以上であることがより好ましい。粒子径が0.300μm以上0.374μm未満の範囲に含まれる粒子を捕集対象とするエレクトレット化前のQF値が上記範囲の下限値以上であるエアフィルターを用いることにより、エレクトレット化後に、より良好なエアフィルター性能が得られる。なお、上記で説明した通り、粒子径が0.374μm以上の粒子を捕集対象とした場合のQF値は、粒子径が0.300μm以上0.374μm未満の範囲に含まれる粒子を捕集対象とした場合のQF値よりも基本的に大きくなる。具体的には、粒子径が0.374μm以上の粒子を捕集対象としたとき、下記式で表されるQF値は0.018以上であることが好ましい。
QF値(1/Pa)=−ln[1−捕集効率(%)/100]/[圧力損失(Pa)]
(air filter)
The air filter 10 of the present embodiment has a QF value represented by the following formula of 0. 0 when electrification is performed when particles included in a range of 0.300 μm or more and less than 0.374 μm are collected. It is preferably 018 or more, and more preferably 0.020 or more. By using an air filter whose particle size is 0.300 μm or more and less than 0.374 μm and for which the QF value before electretization for collecting particles contained in the range is equal to or more than the lower limit of the above range, Good air filter performance can be obtained. As described above, the QF value when particles having a particle size of 0.374 μm or more are to be collected is the particles to be collected in the range where the particle diameter is 0.300 μm or more and less than 0.374 μm. Is basically larger than the QF value. Specifically, when particles having a particle diameter of 0.374 μm or more are targeted for collection, the QF value represented by the following formula is preferably 0.018 or more.
QF value (1 / Pa) = − ln [1-collection efficiency (%) / 100] / [pressure loss (Pa)]

本実施形態のエアフィルターは、例えば、粗塵用フィルター、中高性能フィルター、HEPAフィルター、ULPAフィルター、ガス除去フィルター、マスク、エアエレメント、エアコンフィルター、空気清浄器用フィルター等に適用できる。   The air filter of the present embodiment can be applied to, for example, a coarse dust filter, a medium / high performance filter, a HEPA filter, a ULPA filter, a gas removal filter, a mask, an air element, an air conditioner filter, an air cleaner filter, and the like.

本実施形態におけるエアフィルターによれば、ナノファイバー層2を構成するナノファイバーがエレクトレット化されているので、従来の粒子捕集メカニズムに加え、さらに静電気的な粒子捕集メカニズムが加わる。これにより、エレクトレット化していないナノファイバーよりも捕集効率を向上させることができる。つまり、圧力損失を増大させることなく捕集効率を向上させることができる。また、粒子捕集が進むにつれナノファイバー層2の表面に粒子が付着し、繊維内部の電荷と見かけ上打ち消し合い、静電気的な捕集性能が低下してしまう事があるが、被捕集物がナノファイバー層2に付着、蓄積していくことによりナノファイバー層2の目が詰まっていくことにより、捕集効率の低下を免れるので、結果的にエアフィルターとして必要な捕集性能は長期間持続する。   According to the air filter in the present embodiment, since the nanofibers constituting the nanofiber layer 2 are electretized, an electrostatic particle collection mechanism is further added to the conventional particle collection mechanism. Thereby, collection efficiency can be improved rather than the nanofiber which is not electretized. That is, the collection efficiency can be improved without increasing the pressure loss. In addition, as the particle collection proceeds, particles adhere to the surface of the nanofiber layer 2 and apparently cancel each other with the charge inside the fiber, which may reduce the electrostatic collection performance. As the nanofiber layer 2 adheres and accumulates on the nanofiber layer 2, clogging of the nanofiber layer 2 avoids a decrease in the collection efficiency. As a result, the collection performance required as an air filter is long-term. continue.

<エアフィルターの製造方法>
本実施形態にかかるエアフィルターの製造方法は、ナノファイバーを生成する工程と、基材上に前記ナノファイバーを含むナノファイバー層を形成する工程と、前記ナノファイバー層を構成する前記ナノファイバーをエレクトレット化する工程とを有する。
<Air filter manufacturing method>
The method for producing an air filter according to the present embodiment includes a step of producing nanofibers, a step of forming a nanofiber layer containing the nanofibers on a substrate, and the nanofibers constituting the nanofiber layer electret. And a step of converting.

(ナノファイバー生成工程)
ナノファイバー生成工程は、従来公知の方法を用いることができる。例えば、エレクトロスピニング法(電界紡糸法)、メルトブロー法、海島溶融紡糸法、炭酸ガス超音速レーザー延伸法等が挙げられる。なかでも、炭酸ガス超音速レーザー延伸法は、(1)熱可塑性高分子材料であれば適用でき、(2)得られるナノファイバーは無限長繊維であり、(3)繊維配向性は高く、(4)溶剤を使用しないために作業環境やナノファイバーの安全性は高く、(5)減圧化で繊維を捕集するためにナノファイバーの飛散を防止でき、(6)装置は小型で簡便な構造であるため、設置場所を選ばず、拡張性にも優れているので好ましい。
(Nanofiber production process)
A conventionally well-known method can be used for a nanofiber production | generation process. Examples thereof include an electrospinning method (electrospinning method), a melt blow method, a sea-island melt spinning method, a carbon dioxide supersonic laser drawing method, and the like. Among them, the carbon dioxide supersonic laser stretching method can be applied to (1) a thermoplastic polymer material, (2) the obtained nanofibers are infinitely long fibers, and (3) the fiber orientation is high ( 4) Work environment and safety of nanofiber are high because no solvent is used, (5) Nanofiber scattering can be prevented by collecting fiber by reducing pressure, and (6) Device is small and simple structure Therefore, it is preferable because it is excellent in expandability regardless of the installation location.

以下、本実施形態におけるナノファイバー生成工程の好ましい一例について説明する。
本発明の実施形態に係るナノファイバーは、原フィラメント送出手段と延伸室とがノズルを介して接続されると共にノズルの入口と出口との圧力差が20kPa以上である装置を用いて生成される。すなわち、前記原フィラメント送出手段が原フィラメントを送り出し、この送り出された原フィラメントが前記ノズルを通過して前記延伸室へと導かれる。前記延伸室では、前記ノズルから出てきた原フィラメントにレーザー照射が行われ、これにより、原フィラメントが連続的に溶融、延伸されて、ナノファイバーが生成される。
Hereinafter, a preferable example of the nanofiber generation step in the present embodiment will be described.
The nanofiber according to the embodiment of the present invention is generated using an apparatus in which the raw filament delivery means and the drawing chamber are connected via a nozzle and the pressure difference between the inlet and the outlet of the nozzle is 20 kPa or more. That is, the original filament delivery means sends out the original filament, and the delivered original filament passes through the nozzle and is guided to the drawing chamber. In the drawing chamber, laser irradiation is performed on the original filament that has come out of the nozzle, whereby the original filament is continuously melted and drawn to produce nanofibers.

本実施形態において、原フィラメントとして多原糸(マルチフィラメント)が使用される。したがって、以下では原フィラメントをマルチフィラメントという場合がある。多原糸(マルチフィラメント)とは、複数本の単原糸(モノフィラメント)からなる束のことを指す。マルチフィラメントを構成する1本のモノフィラメントの断面形状については特に制限されない。すなわち、モノフィラメントは、断面形状が円形はもちろん、断面形状が楕円形、四角形、三角形、台形、その他多角形などの各種異形原糸であってもよい。また、モノフィラメントとして、中空糸、芯鞘型原糸、サイドバイサイド型原糸などの複合原糸が用いられてよい。さらに、マルチフィラメントを構成するモノフィラメントは、全て同じものである必要はない。形状、材質が異なるモノフィラメントが組み合わされてマルチフィラメントを構成してもよい。   In this embodiment, a multifilament yarn (multifilament) is used as the original filament. Therefore, hereinafter, the original filament may be referred to as a multifilament. The multi-primary yarn (multifilament) refers to a bundle composed of a plurality of single yarns (monofilament). The cross-sectional shape of one monofilament constituting the multifilament is not particularly limited. That is, the monofilament may be various deformed yarns such as an elliptical shape, a quadrangular shape, a triangular shape, a trapezoidal shape, and other polygonal shapes as well as a circular sectional shape. Further, as the monofilament, composite yarn such as hollow fiber, core-sheath type yarn, side-by-side type yarn may be used. Furthermore, the monofilaments constituting the multifilament need not all be the same. Multifilaments may be configured by combining monofilaments having different shapes and materials.

本実施形態においてはモノフィラメントが10本以上束ねられたマルチフィラメントが原フィラメントとして使用される。束ねられるモノフィラメントの本数は、使用されるノズルに応じて調整できる。具体的には、ノズルの整流部の断面積S1に対するマルチフィラメントの総断面積S2の比率(S2/S1)が適切な範囲に収まるように適宜調整され得る。好ましくは20本以上、より好ましくは40本以上のモノフィラメントが束ねられたマルチフィラメントが原フィラメントとして使用される。また、マルチフィラメントを構成する各モノフィラメントの直径は、好ましくは10〜200μmである。なお、マルチフィラメントは、複数本のモノフィラメントが束としての一体性を失うことが無いように、通常は撚りがかけられている。撚りの数は、モノフィラメントの本数、形状、材質等によって適宜調整される(通常は20回/m以上である)。   In this embodiment, a multifilament in which 10 or more monofilaments are bundled is used as the original filament. The number of monofilaments to be bundled can be adjusted according to the nozzle used. Specifically, the ratio (S2 / S1) of the total cross-sectional area S2 of the multifilament to the cross-sectional area S1 of the rectifying unit of the nozzle can be appropriately adjusted so as to be within an appropriate range. A multifilament in which 20 or more, more preferably 40 or more monofilaments are bundled is preferably used as the original filament. The diameter of each monofilament constituting the multifilament is preferably 10 to 200 μm. The multifilament is usually twisted so that a plurality of monofilaments do not lose their integrity as a bundle. The number of twists is appropriately adjusted depending on the number, shape, material, etc. of the monofilament (usually 20 times / m or more).

マルチフィラメントとして使用可能な樹脂は、糸状に加工可能な熱可塑性樹脂である。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリ乳酸を含むポリエステル、ナイロン(ナイロン6、ナイロン66)を含むポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレンを含むポリオレフィン、ポリビニルアルコール系ポリマー、アクリロニトリル系ポリマー、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)などを含むフッ素系ポリマー、ウレタン系ポリマー、塩化ビニル系ポリマー、スチレン系ポリマー、(メタ)アクリル系ポリマー、ポリオキシメチレン、エーテルエステル系ポリマー、トリアセチルセルロース等のセルロース修飾ポリマーなどが使用され得る。特に、ポリエチレンテレフタレート、ポリ乳酸、ナイロン(ナイロン6、ナイロン66)及びポリプロピレンは、延伸性及び分子配向性が良いため、ナノファイバーの生成に好適である。そのなかでも、ポリプロピレンはエレクトレットの分極状態を保持しやすく、エレクトレット化して用いる素材としては、最も良く用いられる素材であり最も好ましい。   The resin that can be used as the multifilament is a thermoplastic resin that can be processed into a thread shape. For example, polyethylene terephthalate, polyester including polylactic acid, polyamide including nylon (nylon 6, nylon 66), polypropylene, polyolefin including polyethylene, polyvinyl alcohol polymer, acrylonitrile polymer, tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer Fluoropolymers such as (PFA), urethane polymers, vinyl chloride polymers, styrene polymers, (meth) acrylic polymers, polyoxymethylene, ether ester polymers, cellulose modified polymers such as triacetylcellulose, etc. are used Can be done. In particular, polyethylene terephthalate, polylactic acid, nylon (nylon 6, nylon 66), and polypropylene are suitable for producing nanofibers because they have good stretchability and molecular orientation. Among them, polypropylene is easy to maintain the polarization state of the electret, and is the most frequently used material as the material to be used as the electret.

また、マルチフィラメントは、その繊維の中に各種有機物、有機金属錯体、無機物質などの各種物質が練り込まれたり、その繊維の表面に付着されたりされ得る。この場合、ナノファイバーが生成される際に、練り込まれ及び/又は付着された物質が均一に分散して、ナノファイバーに機能性を付与することが可能である。   Further, in the multifilament, various substances such as various organic substances, organometallic complexes, and inorganic substances can be kneaded in the fiber, or attached to the surface of the fiber. In this case, when the nanofibers are generated, the kneaded and / or attached substances can be uniformly dispersed to impart functionality to the nanofibers.

図2は、本実施形態におけるナノファイバーを製造する装置の一例を示す図である。
図2において、原フィラメント供給室C1と延伸室C2とは、ノズル30を介して接続されている。なお、原フィラメント供給室C1の上流側には、原フィラメント(マルチフィラメント)をノズル30に向けて送り出す原フィラメント送出装置25が設けられている。原フィラメント送出装置25は、一定の送出速度でマルチフィラメントを送り出することができればよく、その構成等は特に限定されない。以下、原フィラメント送出装置25及び原フィラメント供給室C1をまとめて「原フィラメント送出手段」という場合がある。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an apparatus for producing nanofibers in the present embodiment.
In FIG. 2, the original filament supply chamber C <b> 1 and the stretching chamber C <b> 2 are connected via a nozzle 30. An original filament sending device 25 that sends the original filament (multifilament) toward the nozzle 30 is provided on the upstream side of the original filament supply chamber C1. The original filament delivery device 25 is not particularly limited as long as it can deliver multifilaments at a constant delivery speed. Hereinafter, the original filament delivery device 25 and the original filament supply chamber C1 may be collectively referred to as “original filament delivery means”.

ノズル30は、内面が、下流に向かうほど内径が小さくなるテーパ状に形成された導入部31と、導入部31の下流端に連続して形成され、内径が一様の直管状の整流部32とを有するのが好ましい。
整流部32の長さLと整流部32の径Dとの比(L/D)は、好ましくは1〜100であり、より好ましくは1〜50であり、さらに好ましくは1〜10である。なお、整流部32には、使用されるマルチフィラメントにおけるモノフィラメントの本数、形状、材質などに応じて、気流調整用の加工などが適宜施されてもよい。
The nozzle 30 has an inner surface with a tapered inner portion 31 whose inner diameter becomes smaller toward the downstream, and a straight tube rectifying portion 32 formed continuously with the downstream end of the introducing portion 31 and having a uniform inner diameter. It is preferable to have.
The ratio (L / D) between the length L of the rectifying unit 32 and the diameter D of the rectifying unit 32 is preferably 1 to 100, more preferably 1 to 50, and even more preferably 1 to 10. The rectifying unit 32 may be appropriately subjected to processing for airflow adjustment according to the number, shape, material, and the like of monofilaments in the multifilament used.

原フィラメント供給室C1は、P1気圧の雰囲気下にある。一方、延伸室C2は、P1気圧よりも低いP2気圧の雰囲気に保たれている。P1気圧の原フィラメント供給室C1とP2気圧の延伸室との圧力差(P1−P2)によって、ノズル30中にはノズルの入口(導入部31)から出口(整流部32の下流末端部)に向かう気流が生じる。ノズル30に送り込まれたマルチフィラメントは、ノズル30中に生じた気流によってノズル30を通過して延伸室C2へと送られる。
なお、P1≧2×P2であることが好ましく、P1≧3×P2がさらに好ましく、P1≧5×P2であることが最も好ましい。また、P1とP2との圧力差(P1−P2)は、具体的には、20kPa以上であることが好ましく、50kPa以上であることがより好ましい。
The original filament supply chamber C1 is under an atmosphere of P1 atmospheric pressure. On the other hand, the stretching chamber C2 is maintained in an atmosphere of P2 atmospheric pressure lower than P1 atmospheric pressure. Due to the pressure difference (P1-P2) between the P1 atmospheric pressure original filament supply chamber C1 and the P2 atmospheric pressure stretching chamber (P1-P2), the nozzle 30 has an inlet (introduction section 31) to an outlet (downstream end of the rectification section 32). A heading airflow is generated. The multifilament fed into the nozzle 30 passes through the nozzle 30 by the air flow generated in the nozzle 30 and is sent to the stretching chamber C2.
P1 ≧ 2 × P2 is preferable, P1 ≧ 3 × P2 is more preferable, and P1 ≧ 5 × P2 is most preferable. Moreover, specifically, the pressure difference (P1−P2) between P1 and P2 is preferably 20 kPa or more, and more preferably 50 kPa or more.

本実施形態においては、P1が大気圧とされ、P2が大気圧未満の圧力とされるのが特に好ましい。装置を比較的簡便に構成できるからである。なお、原フィラメント供給室C1及び延伸室C2の温度は、通常、室温(常温)とされる。但し、マルチフィラメントを予熱したい場合や延伸後のフィラメントを熱処理したい場合などにおいては、加熱エアーが適宜使用され得る。フィラメントが酸化されるのを防ぐ場合には窒素ガス等の不活性ガスが使用され得る。水分の飛散を防ぐ場合には水蒸気や水分を含む気体が使用され得る。また、マルチフィラメントの振動(後述する)を制御する目的で、その他各種の不活性ガスも使用され得る。   In the present embodiment, it is particularly preferable that P1 is an atmospheric pressure and P2 is a pressure lower than the atmospheric pressure. This is because the apparatus can be configured relatively simply. In addition, the temperature of the original filament supply chamber C1 and the drawing chamber C2 is normally set to room temperature (normal temperature). However, when it is desired to preheat the multifilament or heat treat the drawn filament, heated air can be used as appropriate. An inert gas such as nitrogen gas can be used to prevent the filament from being oxidized. In order to prevent the scattering of moisture, a gas containing water vapor or moisture can be used. Various other inert gases can also be used for the purpose of controlling the vibration (described later) of the multifilament.

本実施形態において、マルチフィラメントを延伸室C2へと送るために十分な気流を生じさせるためには、ノズル30の整流部32の断面積S1に対するマルチフィラメントの総断面積S2の比率(=S2/S1、以下「ノズル整流部占有率」という)が50%以下になるようにしなければならない。ノズル整流部占有率(S2/S1)が50%よりも大きいと、整流部32内を流通する高速気流の量が不足して、マルチフィラメントの振動(後述する)が十分に得られないからである。マルチフィラメントの振動が不十分であると、溶融したマルチフィラメントが糸状にならず、溶融塊として落下するため、ナノファイバーが得られない。他方、ノズル整流部占有率(S2/S1)が5%よりも小さくなると、マルチフィラメントの振動が大きくなりすぎたり、気流の力がマルチフィラメントにうまく加わらなかったりして、所望のナノファイバーが得られない。したがって、ノズル整流部占有率(S2/S1)は、5〜50%とする必要があり、10〜35%であることが好ましい。   In this embodiment, in order to generate a sufficient air flow for sending the multifilament to the drawing chamber C2, the ratio of the total cross-sectional area S2 of the multifilament to the cross-sectional area S1 of the rectifying unit 32 of the nozzle 30 (= S2 / S1, hereinafter referred to as “nozzle rectification unit occupation ratio”) must be 50% or less. If the nozzle rectification unit occupancy (S2 / S1) is greater than 50%, the amount of high-speed airflow flowing through the rectification unit 32 is insufficient, and multifilament vibration (described later) cannot be obtained sufficiently. is there. If the vibration of the multifilament is insufficient, the melted multifilament does not form a thread and falls as a molten lump, so that nanofibers cannot be obtained. On the other hand, if the nozzle rectification unit occupancy (S2 / S1) is less than 5%, the vibration of the multifilament becomes too large or the force of the air current does not apply well to the multifilament, and the desired nanofiber is obtained. I can't. Therefore, the nozzle rectification unit occupation ratio (S2 / S1) needs to be 5 to 50%, and preferably 10 to 35%.

ノズル30を通過したマルチフィラメントにはレーザー照射が行われ、マルチフィラメントの先端部が加熱されて溶融する。このとき、マルチフィラメントに振動を生じさせる必要があり、そのために、レーザー照射位置、レーザー形状及びレーザーパワーなどのレーザー照射条件が適宜調整される。   The multifilament that has passed through the nozzle 30 is irradiated with laser, and the tip of the multifilament is heated and melted. At this time, it is necessary to generate vibration in the multifilament, and accordingly, laser irradiation conditions such as a laser irradiation position, a laser shape, and a laser power are appropriately adjusted.

マルチフィラメントからナノファイバーを得るには、レーザー照射によってマルチフィラメントを振動させる必要があるが、単にマルチフィラメントを振動させればよいというわけではない。所望のナノファイバーを安定して得るためには、ノズル30の中心軸に対し、振動時のマルチフィラメント(の束中央)の角度(以下「マルチフィラメントの振動角」という)が5°〜80°の範囲である必要がある。好ましくは、マルチフィラメントの振動角が、15°〜50°の範囲であり、より好ましくは、20°〜40°の範囲である。   In order to obtain nanofibers from multifilaments, it is necessary to vibrate the multifilaments by laser irradiation, but it is not necessary to simply vibrate the multifilaments. In order to stably obtain a desired nanofiber, the angle of the multifilament (center of bundle) during vibration (hereinafter referred to as “vibration angle of multifilament”) is 5 ° to 80 ° with respect to the central axis of the nozzle 30. Must be in the range. Preferably, the vibration angle of the multifilament is in the range of 15 ° to 50 °, more preferably in the range of 20 ° to 40 °.

また、マルチフィラメントに振動を生じさせるためには、レーザー照射を行う位置も重要である。具体的には、マルチフィラメントの溶融部の中心位置がノズル出口の垂直下1mm以上15mm以下の位置となるように、レーザー照射が行われる必要がある。マルチフィラメントの溶融部がノズル出口から1mmよりも近い距離にあると、ノズルから流出する気流によってマルチフィラメントの振動角が上述した範囲の上限を超えてしまうおそれがあり、マルチフィラメントの溶融部がノズル出口から15mmよりも離れた距離にあると、ノズルから流出する気流が弱まるため、マルチフィラメントの振動角が上述した範囲の下限を下回ってしまうおそれがあるからである。好ましくは、レーザー照射は、マルチフィラメントの溶融部の中心位置がノズル出口の垂直下3mm以上10mm以下の位置となるように行われ、より好ましくは、レーザー照射は、マルチフィラメントの溶融部の中心位置がノズル出口の垂直下3mm以上5mm以下の位置となるように行われる。
以上に述べた条件を満たしたマルチフィラメントに振動が生じるとき、ナノファイバーが生成される。
In order to generate vibration in the multifilament, the position where laser irradiation is performed is also important. Specifically, it is necessary to perform laser irradiation so that the center position of the melted part of the multifilament is a position of 1 mm to 15 mm vertically below the nozzle outlet. If the melted part of the multifilament is at a distance closer than 1 mm from the nozzle outlet, the vibration angle of the multifilament may exceed the upper limit of the above range due to the airflow flowing out from the nozzle, and the melted part of the multifilament This is because if the distance is more than 15 mm from the outlet, the airflow flowing out from the nozzle is weakened, and the vibration angle of the multifilament may fall below the lower limit of the above range. Preferably, the laser irradiation is performed such that the center position of the melting portion of the multifilament is a position of 3 mm or more and 10 mm or less vertically below the nozzle outlet, and more preferably, the laser irradiation is the center position of the melting portion of the multifilament. Is performed at a position 3 mm or more and 5 mm or less below the nozzle outlet.
Nanofibers are generated when vibration occurs in the multifilament that satisfies the above-described conditions.

上記の工程においては、使用される原フィラメント(マルチフィラメント)、原フィラメント(マルチフィラメント)の送出速度、ノズル形状、レーザー照射条件、及び/又は、原フィラメント供給室と延伸室との圧力差(P1−P2)を変更することによって、得られるナノファイバーの平均繊維径や繊維径分布を調整することが可能である。例えば、本実施形態のエアフィルター用のナノファイバーを生成する場合には、構成繊維中に、構成繊維の平均繊維径の2倍以上10倍以下の繊維径を有する繊維(相対的に太い繊維)が所定の割合で含まれるように、原フィラメント、原フィラメントの送出速度、ノズル形状、レーザー照射条件、及び/又は、圧力差(P1−P2)が選択又は決定される。   In the above process, the original filament used (multifilament), the delivery speed of the original filament (multifilament), the nozzle shape, the laser irradiation conditions, and / or the pressure difference (P1) between the original filament supply chamber and the drawing chamber. By changing -P2), it is possible to adjust the average fiber diameter and fiber diameter distribution of the nanofibers obtained. For example, when producing the nanofiber for air filters of this embodiment, the fiber (relatively thick fiber) which has a fiber diameter of 2 to 10 times the average fiber diameter of the constituent fiber in the constituent fiber Are included in a predetermined ratio, the original filament, the delivery speed of the original filament, the nozzle shape, the laser irradiation conditions, and / or the pressure difference (P1-P2) are selected or determined.

(ナノファイバー層形成工程)
上記の工程において生成されたナノファイバーを、不織布からなる基材上に成膜し、基材上にナノファイバーを含むナノファイバー層が形成された濾材を得る。具体的には、例えば、シート状の基材を一方向に送り出しつつ、その片側表面に上述の装置からナノファイバーを射出して基材の繊維表面にナノファイバー層を形成する。このとき、基材上のナノファイバー層の坪量が好ましくは5g/m以下となるように、ナノファイバーの射出量、及びシート状基材の送り出し速度を適宜調整する。なお、生成されたナノファイバーを基材上に効率的に成膜するため、例えば上述の装置においては、ノズルをシート状基材の移動方向に対して交差する方向に複数並べて配置してもよい。この場合においては、振動したマルチフィラメント同士が接触しないように、及び/又は、隣接するノズルの気流による悪影響を受けないように、ノズルの間隔が適宜調整される。
以上説明した方法により得られた濾材は、例えばニップ処理を加えた上で、ロール等で巻き取ることができる。
(Nanofiber layer formation process)
The nanofiber produced | generated in said process is formed into a film on the base material which consists of a nonwoven fabric, and the filter medium with which the nanofiber layer containing nanofiber was formed on the base material is obtained. Specifically, for example, while feeding a sheet-like base material in one direction, nanofibers are ejected from one of the surfaces of the above-described apparatus to form a nanofiber layer on the fiber surface of the base material. At this time, the injection amount of the nanofiber and the feeding speed of the sheet-like substrate are adjusted as appropriate so that the basis weight of the nanofiber layer on the substrate is preferably 5 g / m 2 or less. In order to efficiently form the produced nanofibers on the substrate, for example, in the above-described apparatus, a plurality of nozzles may be arranged in a direction intersecting the moving direction of the sheet-like substrate. . In this case, the interval between the nozzles is adjusted as appropriate so that the vibrated multifilaments do not contact each other and / or are not adversely affected by the air flow of the adjacent nozzles.
The filter medium obtained by the method described above can be wound up with a roll or the like after, for example, a nip treatment.

(エレクトレット化工程)
ナノファイバーをエレクトレット化する方法は特に限定されず、コロナ放電処理、電子線照射、放射線照射等で行われるが、なかでもコロナ放電処理が最も好ましい。
コロナ放電処理における印加電圧は、ナノファイバー層2の坪量、ナノファイバーの繊維径、電圧印加時間などに応じて適宜調整される。
(Electretization process)
The method for converting the nanofiber into an electret is not particularly limited, and is performed by corona discharge treatment, electron beam irradiation, radiation irradiation, or the like, and among these, the corona discharge treatment is most preferable.
The applied voltage in the corona discharge treatment is appropriately adjusted according to the basis weight of the nanofiber layer 2, the fiber diameter of the nanofiber, the voltage application time, and the like.

(任意工程:積層工程)
本実施形態にかかるエアフィルターの製造方法では、所望により積層工程を行ってもよい。
積層工程では、上記の工程で製造した濾材のロールを所定の寸法に裁断してエアフィルター10とし、さらにそれらエアフィルター10を複数枚積層してエアフィルター20とする。ここで、エアフィルター10を複数枚積層する場合、複数のナノファイバー層を構成するナノファイバーのうち、一部のみをエレクトレット化してもよいし、全部をエレクトレット化してもよい。
(Optional process: Lamination process)
In the manufacturing method of the air filter according to the present embodiment, a lamination process may be performed as desired.
In the laminating step, the filter medium roll produced in the above steps is cut into a predetermined size to form the air filter 10, and a plurality of these air filters 10 are further laminated to form the air filter 20. Here, when a plurality of air filters 10 are stacked, only some or all of the nanofibers constituting the plurality of nanofiber layers may be electretized.

図3は、本実施形態のエアフィルターの変更例を示す断面模式図である。本例におけるエアフィルター20は、エアフィルター10を複数枚重ねて構成した積層型エアフィルターである。なお、図3では、エアフィルター10を3枚積層したエアフィルター20を例示しているが、積層するエアフィルター10の枚数は、目的とするフィルターの捕集性能に応じて適宜調整される。
なお、図3においては、ナノファイバー層2/基材1/ナノファイバー層2/基材1/ナノファイバー層2/基材1の順となるようにエアフィルター10を積層した実施形態を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、基材1/ナノファイバー層2/ナノファイバー層2/基材1/基材1/ナノファイバー層2/ナノファイバー層2/基材1など、積層順序、方向等は特に限定されない。
また、坪量の異なるエアフィルター10を積層しても構わない。例えば、ナノファイバー層2a(坪量1g)/基材1a(坪量5g)/ナノファイバー層2b(坪量2g)/基材1b(坪量5g)/ナノファイバー層2c(坪量3g)/基材1c(坪量5g)という構成(図4(a))、ナノファイバー層2d(坪量1g)/基材1d(坪量5g)/ナノファイバー層2e(坪量2g)/基材1e(坪量7g)/ナノファイバー層2f(坪量3g)/基材1f(坪量10g)という構成(図4(b))など、積層するナノファイバー層と基材の坪量は特に限定されない。また、エアフィルター10以外の素材が間に入っていても構わない。例えば、ナノファイバー層2/基材1/ナノファイバー2/基材1/要素外不織布3/ナノファイバー層2/基材1/要素外不織布3という構成(図4(c))など、要素外不織布の種類や挿入する位置は特に限定されない。
複数のエアフィルター10を積層するための方法はエアフィルターの性能が発揮できれば特に限定されない。例えば、ホットメルトパウダー接着、エンボス加工、外周部のみの熱圧着加工または超音波融着加工用いることができる。また、加工する箇所も特に限定されない。加工が施されるのは、積層品の全面でも良いし、外周部のみでも良い。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a modification of the air filter of the present embodiment. The air filter 20 in this example is a stacked air filter configured by stacking a plurality of air filters 10. 3 illustrates the air filter 20 in which three air filters 10 are stacked, the number of the air filters 10 to be stacked is appropriately adjusted according to the collection performance of the target filter.
In addition, in FIG. 3, the embodiment which laminated | stacked the air filter 10 so that it was the order of nanofiber layer 2 / base material 1 / nanofiber layer 2 / base material 1 / nanofiber layer 2 / base material 1 was illustrated. However, the present invention is not limited to this. For example, the order of lamination, the direction, and the like are not particularly limited, such as base material 1 / nanofiber layer 2 / nanofiber layer 2 / base material 1 / base material 1 / nanofiber layer 2 / nanofiber layer 2 / base material 1.
Moreover, you may laminate | stack the air filter 10 from which basic weight differs. For example, nanofiber layer 2a (basis weight 1g) / substrate 1a (basis weight 5g) / nanofiber layer 2b (basis weight 2g) / substrate 1b (basis weight 5g) / nanofiber layer 2c (basis weight 3g) / Configuration of substrate 1c (basis weight 5g) (FIG. 4 (a)), nanofiber layer 2d (basis weight 1g) / substrate 1d (basis weight 5g) / nanofiber layer 2e (basis weight 2g) / substrate 1e The basis weight of the nanofiber layer to be laminated and the substrate is not particularly limited, such as the configuration (basis weight 7 g) / nanofiber layer 2f (basis weight 3g) / substrate 1f (basis weight 10g) (FIG. 4B). . Further, materials other than the air filter 10 may be interposed. For example, the configuration of nanofiber layer 2 / base material 1 / nanofiber 2 / base material 1 / non-element non-woven fabric 3 / nanofiber layer 2 / base material 1 / non-element non-woven fabric 3 (FIG. 4 (c)), etc. The kind of nonwoven fabric and the position to insert are not specifically limited.
The method for laminating the plurality of air filters 10 is not particularly limited as long as the performance of the air filter can be exhibited. For example, it is possible to use hot melt powder bonding, embossing, thermocompression processing of only the outer peripheral portion, or ultrasonic fusion processing. Moreover, the part to process is not specifically limited. The processing may be performed on the entire surface of the laminated product or only on the outer peripheral portion.

次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。また、実施例及び比較例中における各値は下記の方法で求めた。   EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited by these examples. Moreover, each value in an Example and a comparative example was calculated | required with the following method.

(1)平均繊維径
製造されたエアフィルターの表面を走査型電子顕微鏡(株式会社日本電子製JCM−5000)により撮影(倍率4000倍)した。得られた写真を無作為に20枚選び、写真内の繊維の本数を数えると共に、全ての繊維の径を測定した。写真20枚のデータを一つのデータとして扱い、写真20枚の中に含まれる繊維の総数及びすべての繊維の繊維径に基づき繊維径の平均値を求め、それをエアフィルター中のナノファイバーの平均繊維径とした。
(1) Average fiber diameter The surface of the manufactured air filter was photographed (magnification 4000 times) with a scanning electron microscope (JCM-5000 manufactured by JEOL Ltd.). Twenty obtained photographs were selected at random, the number of fibers in the photograph was counted, and the diameters of all the fibers were measured. The data of 20 photos is treated as one data, and the average value of the fiber diameters is calculated based on the total number of fibers contained in the 20 photos and the fiber diameters of all the fibers. The fiber diameter was used.

(2)空隙率
ナノファイバー層の空隙率は、下式によって算出した。
空隙率(%)=100−{坪量(g/m)×100/樹脂密度(g/cm)/厚み(μm)}
ここで、樹脂密度(g/cm)とは前記ナノファイバー層を構成する樹脂の密度を指し、厚み(μm)とは前記ナノファイバー層の膜厚を指す。
(2) Porosity The porosity of the nanofiber layer was calculated by the following formula.
Porosity (%) = 100− {basis weight (g / m 2 ) × 100 / resin density (g / cm 3 ) / thickness (μm)}
Here, the resin density (g / cm 3 ) refers to the density of the resin constituting the nanofiber layer, and the thickness (μm) refers to the film thickness of the nanofiber layer.

(3)エアフィルター試験(初期性能試験)
製造されたエアフィルターについて、フィルター性能試験機(東京ダイレック株式会社製DFT−4)により、圧力損失および粒子径が0.300μm以上0.374μm未満の範囲に含まれる粒子を捕集対象とした場合の粒子捕集効率を評価した。試験粒子種は大気塵を使用した。試験風速は10cm/sとした。捕集効率は光散乱法式のパーティクルカウンタ(TSI Model 3330)を用いて算出した。
また、エアフィルターのQF値は、下記式によって算出した。
QF値(1/Pa)=−ln[1−捕集効率(%)/100]/[圧力損失(Pa)]
(3) Air filter test (initial performance test)
For the manufactured air filter, when a filter performance tester (DFT-4 manufactured by Tokyo Directec Co., Ltd.) is used to collect particles whose pressure loss and particle size are in the range of 0.300 μm or more and less than 0.374 μm. The particle collection efficiency was evaluated. The test particle type used atmospheric dust. The test wind speed was 10 cm / s. The collection efficiency was calculated using a light scattering particle counter (TSI Model 3330).
The QF value of the air filter was calculated by the following formula.
QF value (1 / Pa) = − ln [1-collection efficiency (%) / 100] / [pressure loss (Pa)]

(実施例1)
原フィラメントであるマルチフィラメントとして、ポリプロピレン製のマルチフィラメント(830dtex、25フィラメント)を用意した。ノズルには、整流部の内径が0.8mmであり、整流部の長さが2.4mmのノズルを用い、これを10mm間隔で40個並べて配置した。ノズル占有率を18%とし、延伸室の真空度が30kPaの状態でマルチフィラメントを0.2m/minで供給し、マルチフィラメントの溶融部の中心位置がノズル下3mmの位置になるように500Wのφ6mの円形レーザーを照射した。このときノズル出口でマルチフィラメントが振動角23度で振動し、生成されたナノファイバーをポリオレフィン製湿式不織布(基材)で受けることにより複合不織布(濾材)を得た。得られた複合不織布は、ニップ処理を加えた上で巻き取った。得られた複合不織布、より具体的には、ポリオレフィン製湿式不織布上に形成されたナノファイバー層からなる複合不織布において、そのナノファイバーの平均繊維径は300nmであった。また、ナノファイバー層の空隙率は96%であった。また、ナノファイバー層の坪量は1.5g/mであった。
得られた複合不織布を、印加電圧−6kVでコロナ処理し、エアフィルター内のナノファイバーをエレクトレット化したエアフィルターを得た。エレクトレット化したエアフィルターの表面電位は−250V〜−200Vであった。
得られたエレクトレット化したエアフィルターについて、エアフィルター試験を行った。結果を表1に示す。
Example 1
A multifilament made of polypropylene (830 dtex, 25 filaments) was prepared as a multifilament that is an original filament. As the nozzle, a nozzle having an inside diameter of 0.8 mm and a length of 2.4 mm was used, and 40 nozzles were arranged side by side at intervals of 10 mm. The nozzle occupation ratio is 18%, the multifilament is supplied at 0.2 m / min with the vacuum degree of the stretching chamber being 30 kPa, and the center position of the melting portion of the multifilament is 500 W so that the center position is 3 mm below the nozzle. A circular laser with a diameter of 6 m was irradiated. At this time, the multifilament vibrated at a vibration angle of 23 degrees at the nozzle outlet, and the produced nanofiber was received by a polyolefin-made wet nonwoven fabric (base material) to obtain a composite nonwoven fabric (filter material). The obtained composite nonwoven fabric was wound after being subjected to a nip treatment. In the obtained composite nonwoven fabric, more specifically, a composite nonwoven fabric composed of a nanofiber layer formed on a polyolefin wet nonwoven fabric, the average fiber diameter of the nanofiber was 300 nm. The porosity of the nanofiber layer was 96%. The basis weight of the nanofiber layer was 1.5 g / m 2 .
The obtained composite nonwoven fabric was subjected to corona treatment at an applied voltage of -6 kV to obtain an air filter in which nanofibers in the air filter were electretized. The surface potential of the electretized air filter was -250V to -200V.
The obtained electret air filter was subjected to an air filter test. The results are shown in Table 1.

(実施例2)
ナノファイバー層の坪量が3gとなるように複合不織布を製造した以外は実施例1と同様にしてエレクトレット化エアフィルターを得た。
得られたエレクトレット化エアフィルターについて、エアフィルター試験を行った。結果を表1に示す。
(Example 2)
An electret air filter was obtained in the same manner as in Example 1 except that the composite nonwoven fabric was manufactured so that the basis weight of the nanofiber layer was 3 g.
The obtained electret air filter was subjected to an air filter test. The results are shown in Table 1.

(比較例1)
コロナ処理を行わなかった以外は実施例1と同様にして複合不織布を得た。
得られた複合不織布について、エアフィルター試験を行った。結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
A composite nonwoven fabric was obtained in the same manner as in Example 1 except that the corona treatment was not performed.
The obtained composite nonwoven fabric was subjected to an air filter test. The results are shown in Table 1.

(比較例2)
コロナ処理を行わなかった以外は実施例2と同様にして複合不織布を得た。
得られた複合不織布について、エアフィルター試験を行った。結果を表1に示す。
(Comparative Example 2)
A composite nonwoven fabric was obtained in the same manner as in Example 2 except that the corona treatment was not performed.
The obtained composite nonwoven fabric was subjected to an air filter test. The results are shown in Table 1.

Figure 2019018188
Figure 2019018188

表1の結果に示されるように、実施例1及び2(エレクトレット化有り)では、比較例1及び2(エレクトレット化無し)と比べ、捕集効率が向上し、QF値が高くなることが確認された。   As shown in the results of Table 1, in Examples 1 and 2 (with electretization), it was confirmed that the collection efficiency was improved and the QF value was higher than in Comparative Examples 1 and 2 (without electretization). It was done.

(実施例3−1)
実施例1のエレクトレット化エアフィルターについて、実施例1と同様の方法で、表2に示す粒子径範囲の粒子捕集効率を評価した。結果を表2に示す。
(実施例3−2)
実施例1のエレクトレット化エアフィルターについて、常温・常圧・常湿で、エレクトレット加工後7か月間放置したあとのエアフィルター性能を確認した。実施例1と同様の方法で、表2に示す粒子径範囲の粒子捕集効率を評価した。結果を表2に示す。
(Example 3-1)
For the electret air filter of Example 1, the particle collection efficiency in the particle diameter range shown in Table 2 was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
(Example 3-2)
The electretized air filter of Example 1 was checked for air filter performance after standing for 7 months after electret processing at normal temperature, normal pressure, and normal humidity. In the same manner as in Example 1, the particle collection efficiency in the particle diameter range shown in Table 2 was evaluated. The results are shown in Table 2.

(比較例3)
比較例1の複合不織布について、実施例1と同様の方法で、表2に示す粒子径範囲の粒子捕集効率を評価した。結果を表2に示す。
(Comparative Example 3)
About the composite nonwoven fabric of the comparative example 1, the particle collection efficiency of the particle diameter range shown in Table 2 was evaluated by the same method as in Example 1. The results are shown in Table 2.

Figure 2019018188
Figure 2019018188

図5は、実施例3−1、3−2及び比較例3における、粒子径(μm)と捕集効率(%)との関係を示すグラフである。図5に示すように、実施例3−1及び3−2(エレクトレット化有り)では、比較例3(エレクトレット化無し)と比べ、特に1μm未満の粒子径範囲の捕集効率が向上していることが確認された。また、実施例3−1(エレクトレット化後)と実施例3−2(7ヶ月経過後)の比較より、エレクトレット加工後7ヶ月経過後もエレクトレット化の効果が維持されていることが確認された。   FIG. 5 is a graph showing the relationship between the particle diameter (μm) and the collection efficiency (%) in Examples 3-1 and 3-2 and Comparative Example 3. As shown in FIG. 5, in Examples 3-1 and 3-2 (with electretization), the collection efficiency is improved particularly in a particle diameter range of less than 1 μm as compared with Comparative Example 3 (without electretization). It was confirmed. Moreover, it was confirmed from the comparison of Example 3-1 (after electretization) and Example 3-2 (after seven months progress) that the effect of electretization is maintained even after seven months have elapsed after electret processing. .

(実施例4−1)
実施例2のエレクトレット化エアフィルターについて、実施例1と同様の方法で、表3に示す粒子径範囲の粒子捕集効率を評価した。結果を表3に示す。
(Example 4-1)
For the electretized air filter of Example 2, the particle collection efficiency in the particle diameter range shown in Table 3 was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3.

(実施例4−2)
実施例2のエレクトレット化エアフィルターについて、常温・常圧・常湿で、エレクトレット加工後7か月間放置したあとのエアフィルター性能を確認した。実施例1と同様の方法で、表3に示す粒子径範囲の粒子捕集効率を評価した。結果を表3に示す。
(比較例4)
比較例2の複合不織布について、実施例1と同様の方法で、表3に示す粒子径範囲の粒子捕集効率を評価した。結果を表3に示す。
(Example 4-2)
About the electret-ized air filter of Example 2, the air filter performance after standing for 7 months after electret processing at normal temperature, normal pressure, and normal humidity was confirmed. In the same manner as in Example 1, the particle collection efficiency in the particle diameter range shown in Table 3 was evaluated. The results are shown in Table 3.
(Comparative Example 4)
For the composite nonwoven fabric of Comparative Example 2, the particle collection efficiency in the particle diameter range shown in Table 3 was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3.

Figure 2019018188
Figure 2019018188

図6は、実施例4−1、4−2及び比較例4における、粒子径(μm)と捕集効率(%)との関係を示すグラフである。図6に示すように、実施例4−1及び4−2(エレクトレット化有り)では、比較例4(エレクトレット化無し)と比べ、特に1μm未満の粒子径範囲の捕集効率が向上していることが確認された。また、実施例4−1(エレクトレット化後)と実施例4−2(7ヶ月経過後)の比較より、エレクトレット加工後7ヶ月経過後もエレクトレット化の効果が維持されていることが確認された。   FIG. 6 is a graph showing the relationship between the particle diameter (μm) and the collection efficiency (%) in Examples 4-1 and 4-2 and Comparative Example 4. As shown in FIG. 6, in Examples 4-1 and 4-2 (with electretization), the collection efficiency is improved particularly in a particle diameter range of less than 1 μm as compared with Comparative Example 4 (without electretization). It was confirmed. Moreover, it was confirmed from the comparison of Example 4-1 (after electretization) and Example 4-2 (after seven months elapse) that the effect of electretization is maintained even after elapse of 7 months after electret processing. .

1…基材、2…ナノファイバー層、10…エアフィルター、20…積層型エアフィルター DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base material, 2 ... Nanofiber layer, 10 ... Air filter, 20 ... Laminated air filter

Claims (11)

基材と、該基材上に平均繊維径が1μm未満の極細繊維で形成された極細繊維層とを含み、前記極細繊維層を構成する前記極細繊維がエレクトレット化されたエアフィルター。   An air filter comprising a substrate and an ultrafine fiber layer formed of ultrafine fibers having an average fiber diameter of less than 1 μm on the substrate, wherein the ultrafine fibers constituting the ultrafine fiber layer are electretized. 前記極細繊維層の、下記式で表される空隙率が95%以上である、請求項1に記載のエアフィルター。
空隙率(%)=100−{坪量(g/m)×100/樹脂密度(g/cm)/厚み(μm)}
ここで、樹脂密度(g/cm)とは前記極細繊維層を構成する樹脂の密度を指し、厚み(μm)とは前記極細繊維層の膜厚を指す。
The air filter according to claim 1, wherein a porosity of the ultrafine fiber layer represented by the following formula is 95% or more.
Porosity (%) = 100− {basis weight (g / m 2 ) × 100 / resin density (g / cm 3 ) / thickness (μm)}
Here, the resin density (g / cm 3 ) refers to the density of the resin constituting the ultrafine fiber layer, and the thickness (μm) refers to the film thickness of the ultrafine fiber layer.
前記極細繊維層が、前記平均繊維径の2倍以上10倍以下の繊維径を有する繊維の数が繊維総数の2〜20%を占める、請求項1又は2に記載のエアフィルター。   The air filter according to claim 1 or 2, wherein the ultrafine fiber layer occupies 2 to 20% of the total number of fibers having a fiber diameter of 2 to 10 times the average fiber diameter. 粒子径が0.300μm以上0.374μm未満の範囲に含まれる粒子を捕集対象としたとき、下記式で表されるエレクトレット化前のQF値が0.018以上である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のエアフィルター。
QF値(1/Pa)=−ln[1−捕集効率(%)/100]/[圧力損失(Pa)]
The QF value before electret represented by the following formula is 0.018 or more represented by the following formula when particles included in the range of particle diameters of 0.300 μm or more and less than 0.374 μm are collected. The air filter according to any one of the above.
QF value (1 / Pa) = − ln [1-collection efficiency (%) / 100] / [pressure loss (Pa)]
粒子径が0.374μm以上の粒子を捕集対象としたとき、下記式で表されるQF値が0.018以上である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のエアフィルター。
QF値(1/Pa)=−ln[1−捕集効率(%)/100]/[圧力損失(Pa)]
The air filter according to any one of claims 1 to 4, wherein a QF value represented by the following formula is 0.018 or more when particles having a particle diameter of 0.374 µm or more are collected.
QF value (1 / Pa) = − ln [1-collection efficiency (%) / 100] / [pressure loss (Pa)]
平均繊維径が1μm未満の極細繊維を生成する工程と、
基材上に前記極細繊維を含む極細繊維層を形成する工程と、
前記極細繊維層を構成する前記極細繊維をエレクトレット化する工程と
を有するエアフィルターの製造方法。
Producing an ultrafine fiber having an average fiber diameter of less than 1 μm;
Forming an ultrafine fiber layer containing the ultrafine fibers on a substrate;
A process for producing an air filter, comprising: electretizing the ultrafine fibers constituting the ultrafine fiber layer.
前記不織布製造工程が、原フィラメント送出手段と延伸室がノズルを介して接続され、ノズルの入口の圧力とノズルの出口の圧力差が20kPa以上である装置を用いて、ノズルから延伸室へ導かれた原フィラメントにレーザー照射することにより極細繊維を製造することを含み、
原フィラメントとして単原糸(モノフィラメント)が10本以上束ねられた多原糸(マルチフィラメント)を用い、ノズルの整流部の断面積S1とマルチフィラメントの総断面積S2の比(S2/S1)が50%以下になる条件でマルチフィラメントを延伸室へ導き、ノズルから出てきたマルチフィラメントに対し、溶融部の中心位置がノズル出口の垂直下1mm以上15mm以下の位置になるようにレーザー照射を行うことでマルチフィラメント先端部を溶融し、このとき圧力差によって生じる気流により、マルチフィラメント全体がノズルの中心軸に対して、5°以上80°以下の最大角度をもって、ノズル孔を頂点とする円錐形状空間の内部をランダムに揺れ動くことにより、マルチフィラメントの先端溶融部が延伸される、請求項6に記載のエアフィルターの製造方法。
The nonwoven fabric manufacturing process is led from the nozzle to the drawing chamber using an apparatus in which the raw filament delivery means and the drawing chamber are connected via a nozzle, and the pressure difference between the nozzle inlet and the nozzle outlet is 20 kPa or more. Producing ultrafine fibers by irradiating the original filament with laser,
A multi-filament yarn (multifilament) in which 10 or more monofilament yarns (monofilaments) are bundled as the original filament, and the ratio (S2 / S1) of the cross-sectional area S1 of the nozzle rectifying unit and the total cross-sectional area S2 of the multifilament is The multifilament is guided to the drawing chamber under the condition of 50% or less, and laser irradiation is performed so that the center position of the melted portion is 1 mm or more and 15 mm or less vertically below the nozzle outlet with respect to the multifilament that has come out of the nozzle. As a result, the tip of the multifilament is melted, and at this time, the air flow generated by the pressure difference causes the entire multifilament to have a maximum angle of 5 ° to 80 ° with respect to the central axis of the nozzle, and a conical shape with the nozzle hole as the apex The tip melt part of the multifilament is stretched by swinging randomly inside the space. The manufacturing method of the air filter as described.
前記S2/S1が10〜35%である、請求項7に記載のエアフィルターの製造方法。   The manufacturing method of the air filter of Claim 7 whose said S2 / S1 is 10 to 35%. 前記圧力差が50kPa以上である、請求項7又は8に記載のエアフィルターの製造方法。   The method for manufacturing an air filter according to claim 7 or 8, wherein the pressure difference is 50 kPa or more. ノズルの整流部径Dと整流部長さLの比(L/D)が0.1〜100である、請求項7〜9のいずれか一項に記載のエアフィルターの製造方法。   The method for producing an air filter according to any one of claims 7 to 9, wherein a ratio (L / D) of the rectifying portion diameter D and the rectifying portion length L of the nozzle is 0.1 to 100. 原フィラメントが熱可塑性樹脂からなる、請求項7〜10のいずれか一項に記載のエアフィルターの製造方法。   The manufacturing method of the air filter as described in any one of Claims 7-10 with which an original filament consists of thermoplastic resins.
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