JP2541551C - - Google Patents

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JP2541551C
JP2541551C JP2541551C JP 2541551 C JP2541551 C JP 2541551C JP 2541551 C JP2541551 C JP 2541551C
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JP
Japan
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fibers
fiber
melt
die head
web
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Japanese (ja)
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キンバリー クラーク コーポレーシヨン
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は一般には溶融吹込材料に係わり、より詳細には、深さ方向、即ち、Z
軸方向に繊度勾配を有する溶融吹込材料に関わる。 〔従来の技術〕 溶融吹込により製造される材料は公知であり、商業、産業、及び家庭用品に種
々の態様で広く用いられている。溶融吹込法がウェブ状の熱可塑性繊維を形成す
るために用いられており、該溶融吹込法は、高分子樹脂を加熱して溶融体を形成
し、該溶融体をダイヘッド内のダイオリフィスから押し出し、通常空気から成る
加熱空気流をダイオリフィスから押し出された溶融体に吹きつけ不連続且つ繊維
化したフィラメント又は繊維を形成し、該繊維をドラム又は多孔質ベルト上に収
集させることから成る。収集時においては繊維は粘着性を保持しているため、互
いに結着し一体化したウェブを形成する。 このような溶融吹込法は公知であり、種々の特 許及び刊行物に記載されており、例えば、V.A.ヴェント、E.L.ブーン及びC.D.フ
ルハーティ等によるNRLレポート4364「超微細有機繊維の製造」、K.D.ロ
ーレンス、R.T.ルーカス及びJ.A.ヤング等によるNRLレポート5265「超微
細熱可塑性繊維を形成するための改良装置」、並びに、バンティン等に対し19
74年10月19日に発行された米国特許明細書第3,849,241 号等がある。 〔発明が解決しようとする問題点〕 微細繊維溶融吹込ウェブは濾材、吸収材料、防湿層、絶縁体、ワイパー等とし
て有用である。特に、溶融材料はHEPAフィルター及び近 HEPAフィルターの
濾材用途に可能性があるように思われる。 HEPAフィルターは、0.3ミクロン粒子に対し少くとも99.97%の濾過
効率を有する。HEPAフィルターの効率は米国軍用規格282、試験方法10
2.1に記載の試験手順に従って、毎分10.4乃至10フィート(約316.9c
m乃至320.0cm)の面速度(face velocity)で、平 均0.3ミクロン径のフタル酸ジオクチル粒子を使用して、測定される。フィル
ターの効率とは、HEPAフィルターにより空気流より濾過される粒子の割合(
パーセント)をいう。必要濾過効率の99.97%に達っしさえすれば、HEP
Aフィルターに分類される。約90%乃至99.97%の濾過効率を有するフィ
ルターを近HEPAフィルターと呼ぶ。 HEPAフィルター及び近HEPAフィルターは集積回路及び精密機器を製造
するためのクリーンルームにおいて、空気濾過のために使用される。HEPAフ
ィルター及び近HEPAフィルターは、又、手術室において空気中に存在し患者
に有害なバクテリアその他の異物を除却するために空気濾過する際にも用いられ
る。 HEPAフィルター及び近HEPAフィルターは必要濾過効率を実現しなけれ
ばならないだけでなく、フィルターの両端の圧力降下が任意の濾過効率に対しで
きるだけ低く抑えることも同様に重要である。HEPAフィルター又は近HEP
Aフ ィルター両端における圧力降下が過大になると、この過大な圧力降下を補正する
ため大型のより強力なファンが必要とされ、その結果、動力と騒音の増大を伴う
。従って、HEPAフィルター及び近HEPAフィルターは、濾材の有効寿命に
わたり、任意の濾過効率定格において、圧力降下をできる限り低く抑えることが
重要である。 通常、HEPAフィルター及び近HEPAフィルターは、フィラメント径が0
.3ミクロン乃至2.0ミクロンのガラスフィラメントより製造される。ガラス濾
材は湿式(製紙)法によりシート状に形成される。ガラスファイバー製のHEP
Aフィルター及び近HEPAフィルターが必要濾過効率を実現するためには、0
.3ミクロン径の粒子が濾材中を完全に通過しない程度の孔径を該フィルター内
に実現可能なフィラメント繊度である必要がある。このような濾材は、通常、深
さ方向(Z軸方向に)ガラスファイバーを一様に配した単一シート状に形成され
る。 近HEPA濾過効率に近似した溶融吹込濾材は、 溶融吹込押出機の押出量をダイ幅1インチ(約2.54cm)当たり毎時およそ4
乃至5ポンド(PIH)(約1.81kg乃至2.26kg)の従来のポリプロピレン
押出量を約1ポンド(約0.454kg)に下げ、且つ、高分子流を細繊化し切断
する際に用いる流体流量を、従来の毎分約100乃至150標準立方フィート(
SCFM)(約2.8m3乃至4.2m3)から約250乃至325SCFM(約7乃
至9.1m3)に増加させることにより、製造することができる。(標準立方フィ
ート/分は20インチ(約50.8cm)幅のダイヘッドに関するものである。従
って、ダイヘッド幅1インチ当たりの立方フィート/分に対する流量はSCFM
値を20で割れば求められる。)その結果、溶融吹込繊維の平均繊度は約5乃至
6ミクロン(繊度範囲は約0.5ミクロン乃至10ミクロン)となり、これは通
常の溶融吹込繊維とほぼ同じ値であるが、溶融吹込ウェブ全体にわたり従来の溶
融吹込ウェブよりも均一となっている。従来の溶融吹込ウェブの濾過効率は、約
0.1インチ(約0.254cm) 水柱の圧力降下時において70%をはるかに下回わるのに対し、同様の繊度の繊
維を含む改良溶融吹込ウェブの濾過効率は、約0.25乃至0.36インチ(約0
.635乃至0.914cm)水柱の圧力降下時において約95乃至99.26%で
ある。 このような溶融吹込濾材は、約100ポンド/平方インチ(約7.03kg/cm2
)乃至約300ポンド/平方インチ(約21.09kg/cm2)の圧力で溶融吹込材
料を常温圧延することにより更に改良することができる。このようにして得られ
た常温圧延溶融吹込材料を濾材として用いた場合の濾過効率は、約0.32乃至
0.65インチ(0.81乃至1.65cm)水柱の圧力降下において、約97.0%
乃至99.57%である。 0.3乃至2.0ミクロン径のガラスファイバー又は0.5乃至10ミクロン径
の常温圧延溶融吹込ポリプロピレン繊維の単一シートから成るHEPAフィルタ
ーは近HEPAフィルターを用いて、0.3ミクロン台の微細粒子からはるかに
大径の粒子までが混在する空気を濾過する場合には、単一 シート状のガラスファイバー又は溶融吹込ポリプロピレン繊維製のHEPAフィ
ルター又は近HEPAフィルター用濾材は、大径粒子が該フィルターの上流表面に捕
捉されるにつれ、粒状物質を急速に付着する傾向を示す。その結果、フィルター
の上流側は粒状物質により急速に閉塞され、フィルター両端の圧力降下を大幅に
増大させフィルターの有効寿命を短縮させることになる。 このような早期閉塞及びフィルター交換を克服するために、Z軸方向に一様な
繊維分布を有する単一シート状濾材に換えて深さ濾材を用いてもよい。深さフィ
ルターは、Z軸方向に異なる濾過効率を有する層状の繊維を含むものである。こ
れらの層は、積層状の分離層であってもよく、密度が異なっていてもよく、又、
異なる種類の繊維から得てもよい。 後者の範畴において、ティル等の米国特許明細書第3,073,375 号は深さ濾材の
製造方法を開示している。この製法は、0.5ミクロン乃至約10ミクロン径の
微細な可塑性繊維を噴霧チューブと空 気ノズルとの構成により収集ベルト上に付着させるための第一の繊細形成部を含
む。第2の形成部においては、噴霧チューブ及び空気ノズルによって付着させた
微細可塑性繊維上に10ミクロン以上の径を有するレーヨン繊維を付着させるた
め、該噴霧チューブ及び空気ノズルから離間したダクトを介してファンでステー
プル状のレーヨン繊維を吹きとばす。該2つの繊維付着形成部は重畳した円錐形
の繊維模様を形成し、これにより、ウェブ中央に繊維の混合物を形成する。該ウ
ェブの繊度勾配は一方の側が小径の熱可塑性繊維で他方の側が大径のステープル
ファイバーとなっているため、深さフィルターとして機能すると言われている。 ポールの米国特許明細書第4,032,680 号は回転マンドレル上に溶融吹込濾材を
形成する方法を開示している。マンドレルに対し濾材を傾斜させることにより、
得られるウェブは一方の表面近傍において繊維の密度が高くなり対向面近傍にお
いて繊維の密度が低くなる。しかしながら、繊維自体 の直径平均は濾材の深さ方向にわたり均一となるように思われる。 前述のごとく、深さ濾材は、又、異なる濾過効率又は濾過特性を有するウェブ
状の材料を積層させることによっても製造可能である。例えば、キャリーの米国
特許明細書第4,011,067 は、溶融吹込又は溶液吹込による微細繊維から成る濾材
を開示している。該濾材は、多孔質ベースウェブ、微細繊維中間層、及び多孔質
上部ウェブを有する層状濾材である。多部の層は圧力降下のほんのわずかの部分
、通常20%以下をもたらすのみであり、一般に、ポリエチレン・テレフタレー
ト等の不織布ウェブとなっている。微細繊維中間層は HEPAフィルターの製造に
十分な厚さとなっている。 ワッドワース等の米国特許明細書第4,375,718 号は帯電濾材の製造方法を開示
している。濾材中の繊維はポリプロピレンでもよいし、溶融吹込技術により形成
してもよい。溶融吹込繊維の繊度は0.3乃至0.5ミクロン径であると開示され
ている。溶融吹込濾材は、次に、綿、レーヨン、木材パル プ、又は大麻等の不織布セルロース繊維あるいはこれらの繊維混合物の接触ウェ
ブを用いて一方の側に層状に形成する。不織布接触ウェブは電荷を受容する特定
の電気特性を有する。 〔問題点を解決するための手段〕 従って、本発明の目的は、濾材の深さ方向に繊度勾配を有する深さ濾材として
使用可能な単一の溶融吹込熱可塑性ウェブの製造方法を提供することにある。 上記目的は、収集ベルトに沿って隔置した多数のダイヘッドを有する形成ライ
ン上で実施される一般式溶融吹込法により達成される。ダイヘッド毎に作業パラ
メーターを変化させ、平均直径が変化する微細繊維を作ることにより、各々がお
おむね異なった所定の繊度を有する連続層でウェブを形成することができる。こ
の結果、該ウェブの第一の(上流側の)層は大きな繊度(超粗大)を有し、従っ
て、孔径は大径粒子が捕捉可能な大きさとなる。中間層は中径粒子が捕捉可能な
より小さな繊度(粗大及び中繊度)を有する。そして、最 終の(下流側の)層は更に小さい繊度(微細)と孔径とを有し、これよりも大き
な孔径の層を通過した最少の粒子を捕捉可能としている。その結果、大径及び中
径粒子はフィルターの深さ方向に向かって第1及び中間の層により捕捉され、濾
材の上流面及び微細な最終層の早期閉塞を回避することができる。 より詳細には、本発明の方法は、ポリプロピレン溶融体の押出量をダイヘッド
幅1インチ(約2.54cm)当たり毎時約1ポンド(PIH)(約0.454kg)
とし、空気流量を20インチ(約50.8cm)幅のダイヘッドに対し毎分250
乃至325標準立方フィート(SCFM)(約7乃至9.1m3)として、微細層
を形成し、中間層は1PIHを超える押出量と250SCFMを下回わる空気流
量で形成し、粗大層は中間層を上回わる押出量と250SCFMを下回わる空気
流量で形成する。 本発明の濾材は同一組成の熱可塑性繊細により同一形成ライン上において形成
されるので、各層 内の繊細間の結着は確実となるとともに、濾材は、予見可能な濾過作用を保証し
離層を防止するばらつきのない統一性を全体にわたって有することになる。又、
形成後のウェブの常温圧延は濾過効率を向上させる。 本発明の他の目的及び特長は下記の詳細な説明と図面を参照することにより明
らかとなろう。 〔実施例〕 以下、好適な実施例及び手順に拠り本発明を説明するが、本発明を当該実施例
及び処理に限定するものではないことは理解できよう。逆に、特許請求の範囲に
記載の本発明の精神と範囲に包含されうるあらゆる代案、変形及び等価のものを
含むものである。 第1図は、深さ方向に繊度勾配を有する溶融吹込ウェブ12を形成するための
ウェブ形成装直10を示す。装置10は、熱可塑性樹脂ペレットを収容するホッ
パー16A乃至16Fを各々に配した6つの同一の押出機14A乃至14Fを有
する。押出機14A乃至14Fは、各々、駆動モー タ15A乃至15Fにより駆動されるスクリューコンベアを内蔵している。押出
機14A乃至14Fは各々、熱可塑性樹脂ペレットが溶融体となる熔融温度に、そ
の長さ方向に沿って、加熱される。スクリューコンベアーは、モーター15A乃
至15Fにより駆動され、熱可塑性材料を押出機から、各々に取付けられた吐出
管20A乃至20F内に押出す。吐出管20A乃至20Fは各々ダイ幅25を有
するダイヘッド22A乃至22Fに接続されている。 一例として、ダイヘッド22Aの断面を第2図に示す。図示のダイヘッド22
Aはダイ開口部、即ち、オリフィス26を有するダイ先端部24を含む。加熱流
体(通常は空気)はダイ先端部出口26に隣接する流路28及び30内で終端す
る管32及び34(第1図)を介してダイ先端部に供給される。 各ダイヘッドの先端開口部26から熱可塑性高分子が押し出される時に、高圧
空気が該高分子流を微細化して切断し、各ダイヘッドにおいて繊維 を形成する。該繊維は移動可能な多孔質ベルト38上に層状に被着し、層状ウェ
ブ12を形成する。溶融吹込処理の間、多孔質ベルト38背後を真空引きし、繊
維をベルト38上に引取る。ダイヘッド毎に適切な真空をもたらすため、多孔質
ベルト背後の真空室を各ダイヘッド毎に別個に設けてもよい。複数のダイヘッド
22A乃至22Fにより可動ベルト38上に繊維層が一度被着すると、ウェブ1
2が引出ロール40及び42によりベルト38から引取られる。常温圧延ロール
44及び46は引出ロール通過後のウェブ12と係合し、ウェブを圧延し、濾材
としての層状ウェブ12の濾過効率を高める。 溶融吹込装置10の前記説明は、一般に従来技術として公知である。溶融吹込
ウェブ12の特性は、溶融吹込装置10上で溶融吹込工程を実施する際に各押出
機及びダイヘッド毎に使用する種々な作業パラメーターを操作することによって
調節することができる。 得られる繊維層の特性を変化させるために各押 出機及びダイヘッド毎に、以下のパラメーターを調節変更することができる。 1. 高分子の種類 2. 高分子押出量(ダイ幅1インチ(約2.54cm2)当たりのポンド/時 ・・・P
IH) 3. 高分子溶融温度(°F又は℃) 4. 空気の温度(°F又は℃) 5. 空気流量(標準立方フィート/分 ・・・SCFM ・・・ 20インチ(約50.8cm)
幅ダイヘッドにて検量 6. ダイ先端と形成ベルトとの距離(インチ又はセンチメートル) 7. 形成ベルト下の真空(インチ(センチ)水柱 本発明の深さ濾材を形成するために、ダイヘッド22A乃至22Cは、3層の
微細繊維を多孔質ベルトに積層状に被着させる。微細繊維を複数の層状とするこ
とは、微細繊維層を作る場合に伴う押出量の限界のために、通常必要である。ダ
イヘッド22Dは該微細繊維上に中繊度繊維の単一層を被着する。ダイヘッド2
2Eはウェブ22の中 繊度繊維層上に粗大繊維の単一層を被着する。ダイヘッド22Fはウェブ12の
粗大繊維の層上に超粗大繊維の単一層を被着する。その結果、複合深さ濾材が、
ウェブ12の一方の側の微細繊維からウェブ12の他方の側の超粗大繊維へと一
層毎に漸次変化していく様に形成される。このよな層状ウェブ12を濾材に用い
ると、深さ方向、即ち、Z軸方向に繊度勾配を有する深さ濾材となる。 深さフィルター上の微細層は深さフィルターとして最高の濾過効率を実現する
ので、HEPAフィルター又は近HEPAフィルターに必要な濾過効率を達成す
ることができる。更に、常温圧延ロール44及び46により100乃至300ps
i の圧力でウェブ12を圧延することは、Z軸方向にウェブを密にし、これによ
り微細層の観察可能な表面細孔を密閉することにより、濾過効率を増加させる傾
向がある。表面細孔の密閉は、微細フィルター層中の孔径が小さくなることを示
すことは明らかである。 ウェブ12を濾材として使用する場合には、ウ ェブ12の微細繊維側をフィルターの下流側に使用し、ウェブ12の超粗大繊維
側を濾材の上流側に使用する。大径粒子は深さフィルターの超粗大層と粗大層に
より捕捉されるので、粒子が微細層に移動し微細フィルター層を早期に閉塞して
しまうことがない。同様に、中径粒子は中繊度層に捕捉されるので、微細層に移
動しこれを早期に閉塞してしまうことがない。 2層の微細繊維、並びに、中繊度、粗大及び超粗大の各繊維一層ずつを有する
深さ濾材を、第1図に示す6つのダイヘッドのうち5つを用いて以下の作業パラ
メーターに従い、製造した。 実験例1 1. 高分子3145は、イリノイ州、デスプレイネスのエクソン製造のポリプロ
ピレン樹脂 2. 1.04 OZ/yd2(約35.26g/cm2)は両微細層の総合基本重量 3. 空気流量は20インチ(約50.8センチ)幅ダイヘッドにおいて検量され
るが、又、ダイヘッド幅1インチ当たり立方フィート/分(SCFM)として、
該SCFM値を20インチ(約50.8センチ)で割ることにより、表わしても
よい。 4. 圧延は、10インチ(約25.4センチ)四方の試験片に行った。従って、
10トンの圧延圧力は(10tons×2000lbs/ton)/100in2=200lbs/in2(約10tons
×約9030kg/ton)/645 cm2=約145 kg/cm2 実験例1に示す様に複合ウェブの濾過効率は53%である。この濾過効率は複
合積層ウェブから成る2つの微細層の濾過効率に等しい。複合積層材の濾過効率
をHEPA域又は近HEPA域内又は近傍へ増加させるためには、0.3乃至0.
5ミ クロン径の微細繊維を押出すためのダイヘッドの数を増やすことによって、総合
微細層の基本重量を増加させる必要がある。例えば、微細繊維を得るダイヘッド
を更に加えて、微細繊維層全体の総合基本重量を1.04から2.0 OZ/yd2(約3
5.26から約67.8g/cm2)に増加させると、濾過効率は71%に増大する。
付加の圧延圧力と関連させて基本重量を更に増加させると、微細繊維層の濾過効
率は更に高いパーセント値となるものと思われる。空気流量を250乃至325
SCFMに増加させると、微細層の濾過効率が高まる。又、他の高分子、例えば
、デラウェア州、ウィルミントンの、ハイモントU.S.A.Inc.製造のポリプロピレ
ン樹脂PC973等を用いれば、より濾過効率の高いウェブを得ることができる
。 実験例1は、ウェブの深さ方向全体にわたって(上流側から下流側へ)繊度勾
配が減少する複合ウェブを示すものである、本発明は、又、複合ウェブの深さ方
向全体にわたって、繊度勾配が増減しえる複合ウェブをも意図するものである。
例え ば、本発明は、繊度(上流側から下流側へ)が、粗大、中繊度、微細、中繊度及
び粗大繊維から成る層を有する複合ウェブを意図するものでもある。前記層のう
ち、最後の2つの下流側の層(中繊度及び粗大)は、取扱い中に微細層を保護す
るため、又は、上流下流にかかわらず取り付けることができる濾材を得るために
加えてもよい。 第3図は、実験例1の微細繊維層を500倍に拡大して示す顕微鏡写真である
。この層は0.3乃至5.0ミクロン径の繊維を有し、実験例1において、平均繊
度は2.5ミクロンである。第4図、第5図及び第6図も、同様に、実験例1の
中繊度、粗大、及び超粗大の各繊維を500倍に拡大して示す顕微鏡写真である
。これらの顕微鏡写真は、複合濾材の深さ方向にわたって繊度勾配の性質を定性
的に図示するものである。
The present invention relates generally to melt-blown materials, and more particularly, to the depth direction, ie, Z
It relates to a melt-blown material having a fineness gradient in the axial direction. BACKGROUND OF THE INVENTION Materials produced by melt blowing are well known and are widely used in various aspects for commercial, industrial, and household products. Melt blowing is used to form thermoplastic fibers in the form of a web, which melts by heating a polymer resin and extruding the melt through a die orifice in a die head. Blowing a stream of heated air, usually consisting of air, onto the melt extruded from the die orifice to form discontinuous and fibrillated filaments or fibers which are collected on a drum or porous belt. At the time of collection, the fibers retain their tackiness and thus bind together to form an integrated web. Such melt-blown methods are known and have been described in various patents and publications, for example, NRL Report 4364 "Production of Ultrafine Organic Fibers" by VA Vent, EL Boone and CD Fulherty, KD Lawrence , RT Lucas and JA Young et al., NRL Report 5265, "Improved Apparatus for Forming Ultrafine Thermoplastic Fibers", and 19
U.S. Pat. No. 3,849,241 issued Oct. 19, 74 and the like. [Problems to be Solved by the Invention] The fine fiber melt-blown web is useful as a filter medium, an absorbent material, a moisture-proof layer, an insulator, a wiper and the like. In particular, the molten material appears to be a potential filter media application for HEPA and near HEPA filters. HEPA filters have a filtration efficiency of at least 99.97% for 0.3 micron particles. Efficiency of HEPA filter is US military standard 282, test method 10
According to the test procedure described in 2.1, 10.4 to 10 feet per minute (approximately 316.9 c
It is measured using a dioctyl phthalate particle with an average diameter of 0.3 micron at a face velocity of (m to 32.0 cm). The efficiency of the filter is defined as the percentage of particles filtered from the air stream by the HEPA filter (
Percent). As long as the required filtration efficiency reaches 99.97%, HEP
Classified as A filter. A filter having a filtration efficiency of about 90% to 99.97% is called a near HEPA filter. HEPA filters and near-HEPA filters are used for air filtration in clean rooms for manufacturing integrated circuits and precision equipment. HEPA filters and near-HEPA filters are also used in air filtration in operating rooms to remove bacteria and other foreign materials that are present in the air and harmful to patients. Not only must the HEPA and near-HEPA filters achieve the required filtration efficiency, but it is equally important that the pressure drop across the filter be as low as possible for any filtration efficiency. HEPA filter or near HEP
If the pressure drop across the A-filter becomes excessive, a larger and more powerful fan is required to compensate for this excessive pressure drop, resulting in increased power and noise. It is therefore important that HEPA filters and near-HEPA filters keep the pressure drop as low as possible at any filtration efficiency rating over the useful life of the filter media. Usually, the HEPA filter and the near HEPA filter have a filament diameter of 0.
Manufactured from glass filaments of 0.3 microns to 2.0 microns. The glass filter medium is formed into a sheet by a wet (papermaking) method. HEP made of glass fiber
In order for the A filter and the near HEPA filter to achieve the required filtration efficiency, 0
The filament size must be such that a pore size such that 0.3 micron diameter particles do not completely pass through the filter medium can be realized in the filter. Such a filter medium is usually formed in a single sheet in which glass fibers are uniformly arranged in the depth direction (in the Z-axis direction). The melt-blown filter media, which approximates the near-HEPA filtration efficiency, has a melt-blown extruder output of approximately 4 per hour per die width (about 2.54 cm).
The conventional polypropylene throughput of about 5 to 5 pounds (PIH) is reduced to about 1 pound and the fluid used to finely cut and cut the polymer stream. The flow rate is reduced to about 100-150 standard cubic feet per minute (
By increasing the SCFM) (approximately 2.8 m 3 to 4.2 m 3) to about 250 to 325SCFM (about 7 to 9.1 m 3), can be produced. (Standard cubic feet / minute is for a 20 inch (about 50.8 cm) wide die head. Therefore, the flow rate for cubic feet / minute per inch of die head width is SCFM.
It is determined by dividing the value by 20. As a result, the average fineness of the melt-blown fibers is about 5 to 6 microns (the fineness range is about 0.5 to 10 microns), which is about the same value as normal melt-blown fibers, but the overall melt-blown web Over the conventional melt-blown web. The filtration efficiency of conventional melt-blown webs is well below 70% at a pressure drop of about 0.1 inches (about 0.254 cm) of water, while an improved melt-blown web containing fibers of similar fineness. Has a filtration efficiency of about 0.25 to 0.36 inches (about 0.
It is about 95-99.26% at the pressure drop of the water column. Such melt blown filter media can be about 100 pounds per square inch (about 7.03 kg / cm 2).
) To can be further improved by cold rolling meltblown material at a pressure of about 300 lbs / square inch (about 21.09kg / cm 2). When the cold-rolled melt-blown material thus obtained is used as a filter medium, the filtration efficiency is about 97.7 at a pressure drop of about 0.32 to 0.65 inches (0.81 to 1.65 cm) of water. 0%
To 99.57%. A HEPA filter consisting of a single sheet of 0.3 to 2.0 micron diameter glass fiber or 0.5 to 10 micron diameter cold rolled melt blown polypropylene fiber uses a near HEPA filter to produce fine particles of the order of 0.3 microns. When filtering air containing particles and particles having a much larger diameter, a filter material for a single sheet glass fiber or a melt-blown polypropylene fiber made of a HEPA filter or a near HEPA filter has a large particle diameter. Tend to attach particulate matter rapidly as they become trapped on the upstream surface of As a result, the upstream side of the filter is rapidly blocked by particulate matter, which greatly increases the pressure drop across the filter and reduces the useful life of the filter. To overcome such premature blockage and filter replacement, a depth filter may be used instead of a single sheet filter having a uniform fiber distribution in the Z-axis direction. The depth filter contains layered fibers having different filtration efficiencies in the Z-axis direction. These layers may be laminated separation layers, may have different densities,
It may be obtained from different types of fibers. In the latter category, U.S. Pat. No. 3,073,375 to Till et al. Discloses a method for making depth filter media. The process includes a first delicate formation for depositing fine plastic fibers of 0.5 micron to about 10 micron diameter on a collection belt by means of a spray tube and an air nozzle. In the second forming section, in order to deposit rayon fibers having a diameter of 10 microns or more on the fine plastic fibers adhered by the spray tube and the air nozzle, a fan is provided through a duct separated from the spray tube and the air nozzle. Blow out the staple rayon fibers with. The two fiber deposits form a superposed conical fiber pattern, thereby forming a mixture of fibers in the center of the web. The fineness gradient of the web is said to function as a depth filter because one side is made of small diameter thermoplastic fibers and the other side is made of large diameter staple fibers. Paul U.S. Pat. No. 4,032,680 discloses a method of forming a meltblown filter media on a rotating mandrel. By inclining the filter media with respect to the mandrel,
The resulting web has a high fiber density near one surface and a low fiber density near the opposing surface. However, the diameter average of the fibers themselves appears to be uniform across the depth of the filter media. As mentioned above, depth filter media can also be manufactured by laminating web-like materials having different filtration efficiencies or characteristics. For example, U.S. Pat. No. 4,011,067 to Carrie discloses a filter medium consisting of fine fibers by melt or solution blowing. The filter medium is a layered filter medium having a porous base web, a fine fiber intermediate layer, and a porous upper web. The multiple layers provide only a small portion of the pressure drop, typically less than 20%, and are generally nonwoven webs such as polyethylene terephthalate. The fine fiber interlayer is thick enough for the manufacture of HEPA filters. U.S. Pat. No. 4,375,718 to Wadworth et al. Discloses a method for making charged filter media. The fibers in the filter media may be polypropylene or may be formed by melt blowing techniques. The fineness of the meltblown fibers is disclosed to be 0.3 to 0.5 micron diameter. The meltblown filter media is then formed into a layer on one side using a contact web of nonwoven cellulosic fibers such as cotton, rayon, wood pulp, or hemp, or a mixture of these fibers. Nonwoven contact webs have certain electrical properties that accept charge. [Means for Solving the Problems] Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing a single melt-blown thermoplastic web that can be used as a depth filter medium having a fineness gradient in the depth direction of the filter medium. It is in. The above objective is accomplished by a general melt blowing method performed on a forming line having a number of die heads spaced along a collection belt. By varying the operating parameters for each die head to produce fine fibers of varying average diameter, a web can be formed of continuous layers, each having a generally different predetermined fineness. As a result, the first (upstream) layer of the web has a high fineness (ultra coarse), and thus the pore size is large enough to capture large particles. The intermediate layer has a smaller fineness (coarse and medium fineness) that the medium-sized particles can capture. The final (downstream) layer has a smaller fineness (fineness) and a smaller pore size, and can capture the minimum number of particles that have passed through a layer having a larger pore size. As a result, the large- and medium-sized particles are trapped by the first and intermediate layers in the depth direction of the filter, so that early blocking of the upstream surface of the filter medium and the fine final layer can be avoided. More specifically, the method of the present invention provides a method for reducing the throughput of a polypropylene melt to about 1 pound per hour (PIH) per inch of die head width (about 2.54 cm).
And an air flow rate of 250 per minute for a 20 inch (about 50.8 cm) wide die head.
~ 325 standard cubic feet (SCFM) (approximately 7-9.1 m 3 ) to form a fine layer, an intermediate layer with an output of more than 1 PIH and an air flow of less than 250 SCFM, and a coarse layer And an air flow rate below 250 SCFM. Since the filter medium of the present invention is formed on the same forming line by thermoplastic fines of the same composition, the binding between the fines in each layer is ensured, and the filter medium guarantees a predictable filtering action and performs delamination. There will be uniformity to prevent throughout. or,
Cold rolling of the formed web improves filtration efficiency. Other objects and features of the present invention will become apparent with reference to the following detailed description and drawings. EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described based on preferred examples and procedures, but it will be understood that the present invention is not limited to the examples and processing. On the contrary, the intent is to cover all alternatives, modifications and equivalents as may be included within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. FIG. 1 shows a web forming reload 10 for forming a melt-blown web 12 having a fineness gradient in a depth direction. Apparatus 10 has six identical extruders 14A to 14F, each having a hopper 16A to 16F containing thermoplastic resin pellets. The extruders 14A to 14F have built-in screw conveyors driven by drive motors 15A to 15F, respectively. Each of the extruders 14A through 14F is heated along its length to the melting temperature at which the thermoplastic resin pellets become a melt. The screw conveyor is driven by motors 15A to 15F and extrudes thermoplastic material from the extruder into discharge pipes 20A to 20F attached to each. The discharge pipes 20A to 20F are connected to die heads 22A to 22F each having a die width 25. As an example, FIG. 2 shows a cross section of the die head 22A. Die head 22 shown
A includes a die opening or die tip 24 having an orifice 26. Heated fluid (usually air) is supplied to the die tip via tubes 32 and 34 (FIG. 1) terminating in channels 28 and 30 adjacent the die tip outlet 26. As the thermoplastic polymer is extruded from the tip openings 26 of each die head, the high pressure air fines and cuts the polymer stream to form fibers at each die head. The fibers are deposited in layers on a movable porous belt 38 to form a layered web 12. During the melt blowing process, a vacuum is drawn behind the porous belt 38 and the fibers are drawn onto the belt 38. A vacuum chamber behind the porous belt may be provided separately for each die head to provide an appropriate vacuum for each die head. Once the fiber layer is applied on the movable belt 38 by the plurality of die heads 22A to 22F, the web 1
2 is withdrawn from belt 38 by withdrawal rolls 40 and 42. The cold rolling rolls 44 and 46 engage the web 12 after passing through the drawer roll, and roll the web, thereby increasing the filtration efficiency of the layered web 12 as a filter medium. The above description of the meltblowing apparatus 10 is generally known in the prior art. The properties of the meltblown web 12 can be adjusted by manipulating various operating parameters used for each extruder and die head when performing the meltblown process on the meltblown apparatus 10. The following parameters can be adjusted and changed for each extruder and die head to change the properties of the resulting fiber layer. 1. Kind of polymer 2. Polymer extrusion amount (pound / hour per 1 inch die width (approximately 2.54 cm 2 ) ・ ・ ・ P
IH) 3. Polymer melting temperature (° F or ° C) 4. Air temperature (° F or ° C) 5. Air flow rate (standard cubic feet / minute ... SCFM ... 20 inches (about 50.8 cm)
Calibration with width die head 6. Distance between die tip and forming belt (inch or centimeter) 7. Vacuum (inch (cm)) water column under forming belt Die heads 22A to 22C to form depth filter media of the present invention Deposits three layers of fine fibers in a layered fashion on a porous belt, where multiple layers of fine fibers are usually required due to limitations in the amount of extrusion involved in making a fine fiber layer. The die head 22D deposits a single layer of medium fineness fibers on the fine fibers.
2E deposits a single layer of coarse fibers on the medium size fiber layer of the web 22. The die head 22F deposits a single layer of ultra coarse fibers on the layer of coarse fibers of the web 12. As a result, the composite depth filter
The fibers are formed so as to gradually change from fine fibers on one side of the web 12 to ultra coarse fibers on the other side of the web 12. When such a layered web 12 is used as a filter medium, it becomes a depth filter medium having a fineness gradient in the depth direction, that is, the Z-axis direction. Since the fine layer on the depth filter achieves the highest filtration efficiency as a depth filter, the filtration efficiency required for a HEPA filter or a near HEPA filter can be achieved. Further, 100 to 300 ps by the cold rolling rolls 44 and 46
Rolling the web 12 at a pressure of i tends to increase the filtration efficiency by densifying the web in the Z-axis direction, thereby sealing the observable surface pores of the fine layer. It is clear that sealing the surface pores indicates that the pore size in the fine filter layer is smaller. When the web 12 is used as a filter medium, the fine fiber side of the web 12 is used downstream of the filter, and the ultra coarse fiber side of the web 12 is used upstream of the filter medium. Since the large-diameter particles are captured by the super-coarse layer and the coarse layer of the depth filter, the particles do not move to the fine layer and do not block the fine filter layer at an early stage. Similarly, the medium-sized particles are trapped in the medium fineness layer, so that they do not move to the fine layer and block it early. A depth filter medium having two layers of fine fibers and one layer of each of medium fineness, coarse and ultra coarse fibers was produced using five of the six die heads shown in FIG. 1 according to the following working parameters. . Experimental example 1 1. Polymer 3145 is a polypropylene resin manufactured by Exxon, Des Plaines, Illinois. 2. 1.04 OZ / yd 2 (about 35.26 g / cm 2 ) is the combined basis weight of both microlayers. Calibrated at an inch (about 50.8 cm) wide die head, but also as cubic feet per minute (SCFM) per inch of die head width
It may be expressed by dividing the SCFM value by 20 inches. 4. Rolling was performed on 10 inch (about 25.4 cm) square test pieces. Therefore,
The rolling pressure of 10 tons is (10 tons × 2000 lbs / ton) / 100 in 2 = 200 lbs / in 2 (about 10 tons
X about 9030 kg / ton) / 645 cm 2 = about 145 kg / cm 2 As shown in Experimental Example 1, the filtration efficiency of the composite web is 53%. This filtration efficiency is equal to the filtration efficiency of the two fine layers of the composite laminated web. To increase the filtration efficiency of the composite laminate into or near the HEPA zone or near HEPA zone, 0.3 to 0.3.
It is necessary to increase the basis weight of the total fine layer by increasing the number of die heads for extruding 5 micron diameter fine fibers. For example, by further adding a die head for obtaining fine fibers, the total basis weight of the entire fine fiber layer is adjusted to 1.04 to 2.0 OZ / yd 2 (about 3
Increasing from 5.26 to about 67.8 g / cm 2 ) increases the filtration efficiency to 71%.
As the basis weight is further increased in connection with the additional rolling pressure, it is believed that the filtration efficiency of the fine fiber layer will be a higher percentage. Air flow between 250 and 325
Increasing to SCFM increases the filtration efficiency of the fine layer. Also, the use of other polymers, such as polypropylene resin PC973 manufactured by Himont USA Inc. of Wilmington, Del., Can provide a web with higher filtration efficiency. Experimental Example 1 shows a composite web in which the fineness gradient decreases throughout the depth of the web (from upstream to downstream). The present invention also provides a fineness gradient throughout the depth of the composite web. It is also intended for a composite web in which the number can be increased or decreased.
For example, the present invention also contemplates a composite web having a layer of fineness (from upstream to downstream) comprising coarse, medium, fine, medium and coarse fibers. Of the above layers, the last two downstream layers (medium fineness and coarseness) may be added to protect the fine layer during handling or to obtain a filter medium that can be attached regardless of upstream or downstream. Good. FIG. 3 is a micrograph showing the fine fiber layer of Experimental Example 1 at a magnification of 500 times. This layer has fibers of 0.3 to 5.0 microns diameter, and in Example 1 the average fineness is 2.5 microns. 4, 5 and 6 are similarly micrographs showing each of the medium fineness, coarse and ultra coarse fibers of Experimental Example 1 at a magnification of 500 times. These micrographs qualitatively illustrate the nature of the fineness gradient across the depth of the composite filter media.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明に係わる溶融吹込材料製造装置を示す概略図、 第2図は本発明に係わる溶融吹込製法の実施に 関して使用されるダイヘッドの横断面図、 第3図は本発明に係わる濾材の微細層の繊維の形状を示す顕微鏡写真(500
×)、 第4図は本発明に係わる濾材の中繊度層の繊維の形状を示す顕微鏡写真(50
0×)、 第5図は本発明に係わる濾材の粗大層の繊維の形状を示す顕微鏡写真(500
×)、及び 第6図は本発明に係わる濾材の超粗大層の繊維の形状を示す顕微鏡写真(50
0×)である。 10……ウェブ形成装置 12……溶融吹込ウェブ 22A〜22F……ダイヘッド 44、46……常温圧延ロール
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing an apparatus for producing a melt-blown material according to the present invention; FIG. 2 is a cross-sectional view of a die head used for carrying out a melt-blown manufacturing method according to the present invention; The figure is a photomicrograph (500) showing the fiber shape of the fine layer of the filter medium according to the present invention.
×), FIG. 4 is a micrograph (50) showing the fiber shape of the medium fineness layer of the filter medium according to the present invention.
0 ×), FIG. 5 is a micrograph (500) showing the fiber shape of the coarse layer of the filter medium according to the present invention.
×), and FIG. 6 is a micrograph (50) showing the shape of the fibers of the ultra coarse layer of the filter medium according to the present invention.
0 ×). 10 Web forming apparatus 12 Melt blown webs 22A to 22F Die heads 44, 46 Cold rolls

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1) ウエブの深さ方向に繊度勾配のある溶融吹込によって形成した熱可塑性繊維
からなる複合ウエブの形成方法において、繊維組成が同一の熱可塑性繊維を少な
くとも3層、溶融吹込により、隣接する層の繊維が互いに異なる繊度となるよう
に、収集装置上に堆積させると同時に隣接する層の繊維を互いに接合させること
を特徴とする複合ウエブ形成方法。 (2) 前記ウェブは100乃至300psi の圧力で常温圧延されることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の溶融吹込熱可塑性繊維の複合ウェブ形成方法。 (3) 前記層は少くとも一つの微細繊維層及び少くとも一つの中間繊維層を含み、
前記微細繊維層は、ポリプロピレン溶融体の押出量をダイヘッド幅2.5センチ
(1インチ)当たり毎時0.454kg(1ポンド)を下回わる量とし、微細繊維
用空気流量を毎分7.0乃至9.1標準立方メートル(250乃至325標準立
方フィート/分)として、微細繊維ダイヘッドを介してポリプロピレン繊維を被
着することにより形成され、前記中間繊維層は、ポリプロピレン溶融体の押出量
をダイヘッド幅2.5センチ当たり毎時0.454kgを上回わる量とし、中間繊
維用空気流量を毎分7.0標準立方メートルを下回わる量として、中間繊維ダイ
ヘッドを介してポリプロピレン繊維を被着することにより形成されることを特徴
とする特許請求の範囲第2項記載の溶融吹込熱可塑性繊維の複合ウェブ形成方法
。 (4) 前記層は更に、前記中間繊維層を上回わるポリプロピレン溶融体押出量と毎
分7.0標準立方メートルを下回わる粗大繊維空気流量とで、粗大繊維用ダイヘ
ッドを介してポリプロピレン繊維を被着することにより形成される少くとも1つ
の粗大繊維層を含むことを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の溶融吹込熱可
塑性繊維の複合ウェブ形成方法。 (5) ウエブの深さ万向に繊度勾配のある溶融吹込によって形成した熱可塑性繊維
から成る複合ウエブから形成される濾材であって、繊維組成が同一の熱可塑性繊
維を、溶融吹込により、隣接する層の繊維が互いに異なる繊度となるように、収
集装置上に堆積させると同時に隣接する層の繊維を互いに接合させることによっ
て形成された複合ウエブにより形成されたことを特徴とする濾材。 (6) 前記ウエブは100乃至300psiの圧力で常温圧延されることを特徴とす
る特許請求の範囲第5項記載の濾材。 (7) 前記層は少くとも一つの微細繊維層及び少くとも一つの中間繊維層を含み、
前記微細繊維層は、ポリプロピレン溶融体の押出量をダイヘッド輻2.54セン
チ(1インチ)当たり毎時0.454kg(1ポンド)を下回わる量とし、微細繊
維用空気流量を毎分7.0乃至9.1標準立方メートル(250乃至325標準
立方フィート/分)として、微細繊維ダイヘッドを介してポリプロピレン繊維を
被着することにより形成され、前記中間繊維層は、ポリプロピレン溶融体の押出
量をダイヘッド輻2.54センチ当たり毎時0.454kgを上回わる量とし、中
間繊維用空気流量を毎分7.0標準立万メートルを下回わる量として、中間繊維
ダイヘッドを介してポリプロピレン繊維を被着することにより形成されることを
特徴とする特許請求の範囲第6項記載の濾材。 (8) 前記層は更に、前記中間繊維層を上回わるポリプロピレン溶融体押出量と毎
分7.0標準立方メートルを下回わる粗大繊維空気流量とで、粗大繊維用ダイヘ
ッドを介してポリプロピレン繊維を被着することにより形成される少くとも1つ
の粗大繊維層を含むことを特徴とする特許請求の範囲第7項記載の濾材。
(1) In a method for forming a composite web composed of thermoplastic fibers formed by melt blowing having a fineness gradient in a depth direction of the web, at least three layers of thermoplastic fibers having the same fiber composition are melted. A method for forming a composite web, comprising: depositing on a collecting device and joining fibers of adjacent layers together so that fibers of adjacent layers have different densities by blowing. (2) The method for forming a composite web of melt-blown thermoplastic fibers according to claim 1, wherein the web is cold-rolled at a pressure of 100 to 300 psi. (3) said layer comprises at least one fine fiber layer and at least one intermediate fiber layer;
The fine fiber layer has an extrusion rate of the polypropylene melt of less than 0.454 kg (1 pound) per hour per 2.5 cm (1 inch) die head width and an air flow rate of 7.0 per minute for the fine fiber. From 9.1 standard cubic meters (250 to 325 standard cubic feet per minute) by depositing polypropylene fibers through a fine fiber die head, wherein the intermediate fiber layer determines the extrusion rate of the polypropylene melt by the die head width. By depositing polypropylene fibers through an intermediate fiber die head at an amount exceeding 0.454 kg / h per 2.5 cm and an air flow rate for the intermediate fibers of less than 7.0 standard cubic meters per minute. The method for forming a composite web of melt-blown thermoplastic fibers according to claim 2, wherein the composite web is formed. (4) The layer further comprises a polypropylene melt through the coarse fiber die head at a polypropylene melt extrusion rate above the intermediate fiber layer and a coarse fiber air flow below 7.0 standard cubic meters per minute. 4. A method according to claim 3 including at least one coarse fiber layer formed by applying. (5) A filter medium formed of a composite web composed of thermoplastic fibers formed by melt-blowing with a fineness gradient in all directions of the depth of the web, wherein thermoplastic fibers having the same fiber composition are adjacently melt-blown. A filter medium formed by a composite web formed by depositing on a collecting device and joining fibers of adjacent layers together so that fibers of different layers have different densities. (6) The filter medium according to claim 5, wherein the web is cold-rolled at a pressure of 100 to 300 psi. (7) said layer comprises at least one fine fiber layer and at least one intermediate fiber layer;
The fine fiber layer has a polypropylene melt extrusion rate of less than 0.454 kg (1 pound) per hour per 2.54 cm (1 inch) die head radiation and a fine fiber air flow rate of 7.0 per minute. To 9.1 standard cubic meters (250 to 325 standard cubic feet / minute) by depositing polypropylene fibers through a fine fiber die head, wherein the intermediate fiber layer controls the polypropylene melt extrusion rate by die head radiation. A polypropylene fiber is applied through an intermediate fiber die head at an amount exceeding 0.454 kg per hour per 2.54 cm and an air flow rate for the intermediate fiber of less than 7.0 standard cubic meters per minute. The filter medium according to claim 6, wherein the filter medium is formed by the following steps. (8) The layer further comprises a polypropylene melt extruding through the coarse fiber die head at a polypropylene melt extrusion rate above the intermediate fiber layer and a coarse fiber air flow below 7.0 standard cubic meters per minute. 8. The filter media according to claim 7, comprising at least one coarse fiber layer formed by applying.

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