JP3193420B2

JP3193420B2 - エア・フィルタおよびその製造方法

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Publication number: JP3193420B2
Application number: JP26287491A
Authority: JP
Inventors: 一志木村; 洋上原
Original assignee: Koken Co Ltd
Current assignee: Koken Co Ltd
Priority date: 1991-09-13
Filing date: 1991-09-13
Publication date: 2001-07-30
Anticipated expiration: 2016-07-30
Also published as: JPH0568821A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、メルトブロー繊維
と、熱可塑性合成樹脂フィルムを割裂加工・解繊して得
た繊維とからなるエア・フィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】空気濾過用のフィルタ素材として、特公
平１−５３３８２号公報は、発泡したポリオレフィン系
樹脂からなるフィルムをフィブリル化およびスプリット
処理し、さらにこれをコーミングロール処理して得た繊
維からなる擬似綿を開示している。さらに、特公平１ー
３５０９３号公報がこの擬似綿を製造するのに適した製
造装置を開示しているから、これらの技術を利用する
と、良質で安価なエア・フィルタを得ることができる。
また、特開昭６０−１６８５１１号公報は、ポリオレフ
ィン系合成樹脂のメルトブロー繊維を高圧電場でエレク
トレット化してエア・フィルタに供する技術を開示して
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】防塵マスクのエア・フ
ィルタに前記の擬似綿を使用すると、粉塵捕集効率が比
較的高く、しかも通気抵抗が低いマスクを簡単に製造す
ることができる。しかし、このマスクには、唯一の欠点
として粉塵堆積量の少ない使用初期の段階で捕集効率が
やや低く、労働安全衛生法に基づく防塵マスクの性能試
験に照らしてみると、規格値である９５％以上を常に満
たすことは難しいという問題がある。一方、エレクトレ
ット化したメルトブロー繊維を使用したエア・フィルタ
は、捕集効率が高くて通気抵抗が低く、性能は優れてい
るが、一般にこの種繊維の生産性はあまりよくないか
ら、コストが高くつき、加えて前記公知技術によるエレ
クトレット化では、そのための設備費等が嵩むという問
題がある。

【０００４】そこで、この発明は、メルトブロー繊維を
引きちぎりエレクトレット化する工程、および割裂加工
した熱可塑性合成樹脂フィルムを解繊する工程で針刃ロ
ールを使用し、これら両工程で得られた繊維を集積して
エア・フィルタを構成することにより、従来技術の問題
を解決することを課題にしている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明が前記課題を解
決するために手段とするところは、メルトブロー繊維
と、熱可塑性合成樹脂フィルムを割裂加工および解繊し
て得られる繊維とからなるエア・フィルタ、およびその
製造方法にある。

【０００６】かかるエア・フィルタは、熱可塑性合成樹
脂が添加剤として下記に化合物の少なくとも１つを０．
５〜８重量％含んでエレクトレット化しているメルトブ
ロー法で得られた繊維径０．１〜１０μｍ、繊維長１〜
３０ｍｍの第１の繊維３０〜８０重量％と、熱可塑性合
成樹脂フィルムを割裂加工および解繊して得た繊維径
０．１〜３０μｍ、繊維長５〜８０ｍｍの第２の繊維７
０〜２０重量％とによって構成する。この発明の好まし
い実施態様において、第１の繊維と第２の繊維とが積
層、または混合されている。化合物：ポリスチレン、ポ
リ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビ
ニル、ｐ−ｔｅｒ−（ブチル、オクチル、ノニル、アミ
ル、またはビス）フェノール、（ガムロジン、パラスト
リン酸、デヒドロアビエチレン酸、イソビマール酸、ネ
オアビエチレン酸、ビマール酸、バラストリン酸等の）
ロジン類、無水マレイン酸とアクリル酸との共重合物、
パーフルオロアクリレート、ジメチルアミノエチルメタ
クリレート、ビニルピリジン、ソルビット。

【０００７】また、かかるエア・フィルタの製造方法
は、エレクトレット材料を添加剤として含有する熱可塑
性合成樹脂のメルトブロー法で得た繊維径０．１〜１０
μｍのメルトブロー繊維を針刃ロールにより機械的に引
きちぎり、擦過して繊維長１〜３０ｍｍのエレクトレッ
ト化した第１の繊維にする工程、熱可塑性合成樹脂フィ
ルムを割裂加工して得たスプリットヤーンを針刃ロール
により解繊し繊維径０．１〜３０μｍ、繊維長５〜８０
ｍｍの第２の繊維にする工程、およびこれら第１と第２
の繊維を針刃ロール処理後に（３０〜８０）：（７０〜
２０）の重量比で積層または混合して集積する工程を含
む。この発明の好ましい実施態様において、メルトブロ
ー繊維は、エレクトレット材料を０．５〜８重量％含有
している。

【０００８】

【作用】この発明では、比較的繊維径が大きく、繊維長
が長く、従って繊維充填密度が低く、粗い粉塵の捕集に
適する第２の繊維に対して、繊維径が小さく、繊維長の
短いエレクトレット化した第１の繊維を加えることによ
り、繊維充填密度が高いエレクトレットフィルタが得ら
れる。このフィルタは、第１の繊維の存在によって粉塵
堆積量が少ない使用初期段階でも細かい粉塵を捕集する
ことが可能であり、粉塵堆積量が多くなると第２の繊維
によっても粉塵を捕集することが可能になるから、この
発明によれば、堆積量の多少にかかわらず高い粉塵捕集
効率が得られる。

【０００９】かかるエア・フィルタの製造方法におい
て、メルトブロー繊維を針刃ロールで処理することによ
り効率よく引きちぎり、エレクトレット化し、この処理
と併行してスプリットヤーンの針刃ロールによる解繊を
行うことができる。針刃ロール処理して得た第１の繊維
と第２の繊維とを集積すると、それぞれの繊維が三次元
的に配向し、多孔性のエア・フィルタとなる。

【００１０】

【実施例】この発明に係るエア・フィルタおよびその製
造方法の詳細を添付の図に基づいて説明すると、以下の
とおりである。

【００１１】図１は、この発明に係るエア・フィルタ１
の模式的断面図である。図１の（Ａ）は、比較的短いメ
ルトブロー繊維からなる第１の繊維２と熱可塑性合成樹
脂フィルムを割裂加工および解繊して得た第２の繊維３
とが一様に混合されている場合を示し、（Ｂ）は、第１
の繊維２と第２の繊維３とが積層されている場合を示
す。（Ａ）、（Ｂ）いずれの場合にも、第１の繊維２に
は繊維径０．１〜１０μｍ、繊維長１〜３０ｍｍのエレ
クトレット化した短いメルトブロー繊維を３０〜８０重
量％、第２の繊維３には繊維径０．１〜３０μｍ、繊維
長５〜８０ｍｍの前記解繊した繊維を７０〜２０重量％
の範囲で使用する。このように比較的繊維径が大きく、
繊維長の長い第２の繊維３は、繊維間の目が粗く、繊維
充填密度が低くなる傾向を有する。一方、繊維径が小さ
く、繊維長の短い第１の繊維２は、繊維充填密度が高
く、第２の繊維３と混合した時に、第２の繊維３の粗い
目を埋めることができる（（Ａ）参照）。

【００１２】図２は、１００倍の顕微鏡写真であって、
（Ａ）は集積した第１の繊維２を示し、（Ｂ）は集積し
た第２の繊維３を示す。これらの写真により、第１、第
２の繊維２，３の形状の特徴が明らかである。なお、こ
こで使用した第２の繊維３は、前記特公平１−５３３８
２号公報の開示技術によるものである。

【００１３】図３は、エア・フィルタ１の製造工程を示
す模式図である。この工程の基本的構成は、前記特公平
１−５３３８２号公報、および同１−３５０９３号公報
の開示技術に基づいている。図３では、高速回転する２
個の針刃ロール５，６が、それらロール５，６の繊維放
出側を垂直なダクト７に臨ませてあり、ダクト７の下端
には針刃ロール処理後の繊維を集積し、水平方向に移送
するためのエンドレスメッシュベルト８が設けてある。
一方の針刃ロール５の材料供給側には、処理前のメルト
ブロー繊維９の移送ベルト１０と送り込みロール１１と
が設けてある。他方の針刃ロール６の材料供給側には、
熱可塑性合成樹脂フィルムをフィブリル化し、さらに割
裂加工して得たスプリットヤーン３１の移送ベルト３２
と送り込みロール３３とが設けてある。エンドレスメッ
シュベルト８は、裏側に設置したバキューム装置１５に
よる吸気流がダクト７を通って流れるように構成してあ
る。ダクト７の一側上端には邪魔板１２を設け、放出さ
れた繊維がダクト上方へ逃げないようにしてある。ダク
ト７の一側下端には送り出しロール１６を配置し、ベル
ト８には下流域で加圧ロール１７を上方から臨ませ、終
端域では一対のホットメルトロール１８がベルト８を介
して対向配置してある。ベルト８内側には駆動ロール１
９、アイドルロール２０が設けてある。ベルト８の終端
域から離れた位置に、案内ロール２１、捲取ロール２２
が配置してある。

【００１４】このように構成した工程で針刃ロール５に
供給するメルトブロー繊維９は、繊維径０．１〜１０μ
ｍであって、添加剤としてポリスチレン、ポリ塩化ビニ
リデン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ｐ−
ｔｅｒ−（ブチル、オクチル、ノニル、アミル、または
ビス）フェノール、（ガムロジン、パラストリン酸、デ
ヒドロアビエチレン酸、イソビマール酸、ネオアビエチ
レン酸、ビマール酸、パラストリン酸等の）ロジン類、
無水マレイン酸とアクリル酸の共重合物、パーフルオロ
アクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、
ビニルピリジン、ソルビットの中の少なくとも１つを、
０．５〜８重量％含有している。このメルトブロー繊維
９は、押出しノズルから吐出した後に、繊維がなるべく
個々に解繊している状態で、一例として３，０００〜１
０，０００ｒｐｍで回転する外径約１００Фの針刃ロー
ル５に供給すると、絡み合ったり、融着したりした繊維
が解きほぐされ、引きちぎられ、あるいは擦過されて、
繊維長１〜３０ｍｍの比較的短い第１の繊維２となると
同時に帯電して、エレクトレットになる。第１の繊維２
は、ダクト７に放出され、吸気流とともに、または、バ
キューム装置１５を使用しないときには自重で、ベルト
８上に落下する。

【００１５】一方、針刃ロール５と同様な針刃ロール６
には、例えば前記特公平１−５３３８２号公報に開示の
技術を使用して熱可塑性合成樹脂フィルム、より好まし
くは発泡した同フィルムをフィブリル化し、さらに針刃
ロールで割裂処理することにより得たスプリットヤーン
３１を供給すると、このヤーン３１が解繊されて繊維径
０．１〜３０μｍ、繊維長５〜８０ｍｍの第２の繊維３
が得られる。第２の繊維３はダクト７に放出され、針刃
ロール５から放出されたメルトブロー繊維２と混合され
てベルト８上に落下、堆積し、綿状の繊維集積物２３と
なる。第１の繊維２と第２の繊維３とは（３０〜８
０）：（７０〜２０）の重量比で混合するが、各針刃ロ
ール５，６への供給量の調節により、その重量比を自在
に設定することができる。

【００１６】繊維集積物２３は、ベルト８の速度や送り
出しロール１６の高さ調整などにより、所要目付を有す
るウエブ２４となってダクト７外へ送り出され、加圧ロ
ール１７で軽度に加圧されて地合が安定し、所要厚みと
なる。その後、必要ならホットメルトロール１８によっ
て、またはそれに代えて熱風を吹きつけること等によっ
てウエブ２４を融着処理し、さらに地合を安定させるこ
ともできる。ベルト８を出たウエブ２４は、フィルタ１
となって捲取ロール２２に捲き取られ、適宜裁断して使
用される。

【００１７】このエア・フィルタ１は、繊維集積物２３
を得る過程で繊維をダクト上方から落下させる方式を採
用したから、繊維が三次元的に、即ち平面的に見ても厚
み方向断面で見ても、ほぼ均等に配向している。エア・
フィルタ１は、三次元的に多孔性で、通気に対して極め
て大きな接触面積を有し、粉塵捕集効率の向上に効果的
である。また、メルトブロー繊維９は、針刃ロール５に
より短く引きちぎられると同時にエレクトレット化して
いるから、エア・フィルタ１は静電気的に集塵すること
も可能である。しかも、このようなエレクトレット繊維
の製造方式は、生産効率がよいうえに、繊維を引きちぎ
り、解きほぐすための針刃ロール以外には特別の設備が
不要で、生産コストを低く抑えるうえで有効である。第
１の繊維２がエレクトレット化する機構については詳ら
かではないが、針刃ロール５による処理で、電荷が添加
剤の部分にトラップされるからと考えられる。また、図
３の構成に代えて、ベルト８の流れに沿って二基のダク
ト７を直列に配置し、各ダクト７でメルトブロー繊維９
とスプリットヤーン３１とを別々に処理すれば、図１の
（Ｂ）に示した積層構造のエア・フィルタ１を得ること
ができる。使用する針刃ロール５，６としては、繊維の
引きちぎりやスプリットヤーンの解繊に適しているなら
ば、ロールに針を植え込んだものの他に、針に代えてガ
ーネットワイヤをロールに捲きつけたもの等を使用する
ことができる。

【００１８】図４乃至図７は、エア・フィルタ１につい
て、比較例と実施例との性能を、粉塵捕集効率と粉塵堆
積量および通気抵抗と粉塵堆積量との関係で示すグラフ
である。捕集効率および通気抵抗の測定は、労働安全衛
生法に基づく防塵マスクの性能試験に準拠した。各比較
例と実施例とに使用したエア・フィルタは、次のとおり
である。比較例１発泡ポリプロピレンフィルムをフィブリル化し、さらに
スプリットヤーンとした後に針刃ロール処理して得た繊
維長５〜６０ｍｍ、繊維径１〜２０μｍの繊維（前記第
２の繊維）からなる目付２００ｇ／ｍ^２のエア・フィル
タ。比較例２比較例１と同様にして得たポリプロピレンの繊維からな
る目付３００ｇ／ｍ^２のエア・フィルタ。実施例１比較例１と同様にして得たポリプロピレンの繊維５０ｇ
と、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）にポリフッ
化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を７重量％添加した繊維径約
５μｍのメルトブロー繊維を針刃ロールにより引きちぎ
り、解きほぐすと同時にエレクトレット化して得た繊維
長３〜２０ｍｍの繊維（前記第１の繊維）１５０ｇとを
均一に混合した目付２００ｇ／ｍ^２のエア・フィルタ。実施例２実施例１と同様であるが、ポリプロピレンの繊維１００
ｇとメルトブロー繊維をエレクトレット化した繊維１０
０ｇとを均一に混合した目付２００ｇ／ｍ^２のエア・フ
ィルタ。

【００１９】図４、図５は、各々比較例１、２の性能を
示す。これらから明らかなように、ポリプロピレンフィ
ルムから得た繊維だけで構成した比較例１、２のエア・
フィルタは、堆積量０〜２０ｍｇの間において粉塵捕集
効率が低く、前記性能試験の規格値下限である９５％に
近い値を示している。目付を２００ｇ／ｍ^２から３００
ｇ／ｍ^２に増やしてもこの傾向は大して改善されていな
い。

【００２０】図６、図７は、各々実施例１、２の性能を
示す。これらから明らかなように、ポリプロピレンフィ
ルムから得た繊維と、メルトブロー繊維をエレクトレッ
ト化して得た繊維とからなる実施例１，２のエア・フィ
ルタは、堆積量０〜１００ｍｇの範囲にわたり９９〜１
００％の高い捕集効率を示している。

【００２１】

【発明の効果】繊維充填密度の低い合成樹脂フィルムか
ら得た繊維と、繊維充填密度が高くエレクトレット化し
たメルトブロー繊維から得た繊維とによってエア・フィ
ルタを構成したから、このエア・フィルタでは、粉塵堆
積量の多少にかかわらず高い粉塵捕集効率と低い通気抵
抗とが得られる。

【００２２】かかるエア・フィルタの製造方法では、ダ
クトに臨ませた針刃ロールを使用してメルトブロー繊維
の引きちぎりやエレクトレット化、スプリットヤーンの
解繊等の処理、およびこれら処理によって得られた繊維
の集積を一挙に行うことができるから、エア・フィルタ
の生産性がよく、またエレクトレット化のための特別な
設備も不要で、生産コストを低く抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）および（Ｂ）は、この発明に係るエア・
フィルタの模式的断面図。

【図２】（Ａ）は針刃ロールで処理した後のメルトブロ
ー繊維の顕微鏡写真であり、（Ｂ）はスプリットヤーン
を針刃ロールで処理した後の繊維の顕微鏡写真（それぞ
れ１００倍）。

【図３】エア・フィルタの模式的製造工程図。

【図４】比較例１のエア・フィルタの性能を示すグラ
フ。

【図５】比較例２のエア・フィルタの性能を示すグラ
フ。

【図６】実施例１のエア・フィルタの性能を示すグラ
フ。

【図７】実施例２のエア・フィルタの性能を示すグラ
フ。

【符号の説明】

１エア・フィルタ２第１の繊維３第２の繊維５，６針刃ロール９メルトブロー繊維３１スプリットヤーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＤ０４Ｈ 1/42 Ｄ０４Ｈ 1/42 Ｗ 13/02 13/02 (56)参考文献特開平１−224020（ＪＰ，Ａ) 特開平２−284614（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−123414（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−197118（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 39/00 - 39/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】熱可塑性合成樹脂が添加剤として下記化合
物の少なくとも１つを０．５〜８重量％含んでエレクト
レット化しているメルトブロー法で得られた繊維径０．
１〜１０μｍ、繊維長１〜３０ｍｍの第１の繊維３０〜
８０重量％と、熱可塑性合成樹脂フィルムを割裂加工お
よび解繊して得た繊維径０．１〜３０μｍ、繊維長５〜
８０ｍｍの第２の繊維７０〜２０重量％とからなること
を特徴とするエア・フィルタ。化合物：ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ
化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ｐ−ｔｅｒ−（ブチ
ル、オクチル、ノニル、アミル、またはビス）フェノー
ル、（ガムロジン、パラストリン酸、デヒドロアビエチ
レン酸、イソビマール酸、ネオアビエチレン酸、ビマー
ル酸、バラストリン酸等の）ロジン類、無水マレイン酸
とアクリル酸との共重合物、パーフルオロアクリレー
ト、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ビニルピリ
ジン、ソルビット。
【請求項２】前記第１の繊維と第２の繊維とが積層され
ている請求項１記載のエア・フィルタ。
【請求項３】前記第１の繊維と第２の繊維とが混合され
ている請求項１記載のエア・フィルタ。
【請求項４】添加剤としてエレクトレット材料を含有す
る熱可塑性合成樹脂のメルトブロー法で得た繊維径０．
１〜１０μｍのメルトブロー繊維を針刃ロールにより機
械的に引きちぎり、擦過して、繊維長１〜３０ｍｍのエ
レクトレット化した第１の繊維にする工程、熱可塑性合
成樹脂フィルムを割裂加工して得たスプリットヤーンを
針刃ロールにより解繊し繊維径０．１〜３０μｍ、繊維
長５〜８０ｍｍの第２の繊維にする工程、および前記第
１と第２の繊維を（３０〜８０）：（７０〜２０）の重
量比で積層または混合して集積する工程を含むことを特
徴とするエア・フィルタの製造方法。
【請求項５】前記メルトブロー繊維が、前記エレクトレ
ット材料として次の化合物の中の少なくとも１つを０．
５〜８重量％含む請求項４記載のエア・フィルタの製造
方法。ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化
ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ｐ−ｔｅｒ−（ブチル、
オクチル、ノニル、アミル、またはビス）フェノール、
（ガムロジン、パラストリン酸、デヒドロアビエチレン
酸、イソビマール酸、ネオアビエチレン酸、ビマール
酸、バラストリン酸等の）ロジン類、無水マレイン酸と
アクリル酸との共重合物、パーフルオロアクリレート、
ジメチルアミノエチルメタクリレート、ビニルピリジ
ン、ソルビット。