JP3767502B2 - フィルター基材およびフィルター - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部分的に熱接着された不織布からなるフィルター基材およびそのフィルター基材を支持体としてなるフィルターに関するものである。本発明により供される不織布は、通気性が高いため、特にポリテトラフルオロエチレン、またはポリフッ化ビニリデンのような通気性の低いフィルター材料の支持体として好適であり、また剛軟度が高いため、特にプリーツ形状のフィルターとする場合、プリーツ加工性や形態保持性に優れ好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、フィルター基材として種々の不織布が提案されている。一般にフィルター基材として使用される不織布は、プリーツ加工を施し、フィルターユニット中での表面積を大きくし、濾過性能を高めたものが使用される。よって、フィルター基材として使用される不織布には、プリーツ加工性やプリーツ形態保持性を高めるため、剛性や強度が要求される。特に長繊維不織布は、生産コストや縦方向の剛性、強度に優れるため使用される分野も急速に拡大している。
【０００３】
さらに近年では、フィルター基材である不織布に、微多孔を有するポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンなどをフィルター材として貼合せることにより捕集性能を向上させ、かつ表面に付着した粉塵の離脱性を高めたものが。高性能フィルターとして使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンは、一般に膜厚が数十〜数百μｍであるため、エアーフィルターなどのフィルター材として使用する場合、ある程度の硬さ、強度を有する支持体と貼り合わせることが不可欠である。さらに、プリーツ型フィルター材として使用する場合、これら支持体には、プリーツ加工やプリーツの形態を保持するのに必要な程度の剛性などが必要とされる。
【０００５】
また、ポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンなどのフィルター膜は、孔径０．０１〜１０μｍ程度の微細孔を有しているため、通気性が非常に低いという特徴がある。このため、これらフィルター膜の支持体は、より通気性の高いものが求められる。
【０００６】
従来、これら支持体として種々の不織布が提案されているが、いずれもプリーツ材として使用するに十分な剛性と、フィルター材として使用するに十分な通気性を兼ね備えたものでは無かった。特にポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンなどの支持体として使用される場合には、著しく通気性を損なうものであった。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、熱可塑性連続フィラメントからなる熱圧着型不織布であり、かつフィルター基材として十分な剛性と通気性を兼ね備えたフィルター基材、および該フィルター基材を骨材として使用したフィルターを提供せんとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。
【０００９】
すなわち、本発明のフィルター基材は、熱可塑性連続フィラメントからなる不織布で、該熱可塑性連続フィラメントが高融点成分と低融点成分とからなり、該不織布は部分的に熱圧着されたものであって、目付が１００〜３００ｇ／ｍ² で、目付と通気量の関係が次式を満たし、かつ剛軟度が５００ｍｇｆ以上であることを特徴とするフィルター基材である。
【００１０】
０．２５Ｘ＋Ｙ＞８０
Ｘ：目付（ｇ／ｍ² ）
Ｙ：通気量（ｃｍ³ ／ｃｍ² ／ｓｅｃ）
また、本発明のフィルターは、好ましくは上記フィルター基材を支持体とし、少なくともその片面にフィルター層を有することを特徴とするフィルターである。さらに好ましくは、フィルター層はポリテトラフルオロエチレン、またはポリフッ化ビニリデンであることを特徴とするフィルターである。さらにまた、好ましくは、フィルターがプリーツ形状であることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、長繊維不織布を構成するフィラメントとして、高融点成分と低融点成分を使用し、高融点成分と低融点成分の種類、重量比率、フィラメントの繊度、さらには熱圧着面積を適正化することにより、高い剛性と高い通気性という相反する性能を兼ね備えたフィルター基材を提供できるという事実を究明したものである。
【００１２】
すなわち、本発明のフィルター基材としては、剛軟度が５００ｍｇｆ以上であり、かつ目付が１００〜３００ｇ／ｍ² であり、さらに目付（Ｘ：ｇ／ｍ² ）と通気量（Ｙ：ｇ／ｍ² ）の関係が次式（１）を満たす不織布が使用される。
【００１３】
０．２５Ｘ＋Ｙ＞８０ ………（１）
また、より好ましくは次式（２）を満たす不織布である。
【００１４】
０．２５Ｘ＋Ｙ＞９５ ………（２）
本発明の不織布における通気性は、ＪＩＳ Ｌ１０９６のフラジール型試験に基づいて測定した通気量の値により表した。
【００１５】
目付と通気量の関係が上記式（１）を満たさない場合、不織布は通気性が低く、フィルター基材として使用した場合に圧損が高くなり、フィルター性能が低いものとなる。また、ポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンなどのフィルター膜と貼り合わせた場合、通気性が著しく低下して圧損が高くなり、フィルター性能が著しく低いものとなる。
【００１６】
また、不織布の目付は上記の通り１００〜３００ｇ／ｍ² であることが好ましく、さらに好ましくは１５０〜２８０ｇ／ｍ² である。目付が１００ｇ／ｍ² 未満の場合は、不織布の剛性が低くなるため好ましくなく、目付が３００ｇ／ｍ² を超える場合、不織布の剛性は十分であるが、通気性が低くなるため好ましくない。
【００１７】
さらに、本発明における不織布の剛軟度は、ＪＩＳ Ｌ１０９６のガーレ法試験に基づいて測定される剛軟度で表したとき、５００ｍｇｆ以上であるものが好ましく、８００ｍｇｆ以上であるものがさらに好ましい。剛軟度が５００ｍｇｆより低い場合、不織布の剛性不足のため、プリーツ加工性が著しく低下し、シートが蛇行したり、不均一なピッチが発生しやすいため好ましくない。さらに、プリーツフィルターとしてフィルターに組み込んだ場合、剛性が弱いため、プリーツ山部が風圧により湾曲、変形し、濾過面積が少なくなるため好ましくない。ただし、本発明者らの各種知見によれば、フィルターの一構成部材としての性能なども踏まえれば、剛軟度値の上限は４５００ｍｇｆ程度までである。
【００１８】
本発明において使用される不織布は、熱可塑性長繊維からなる不織布が好ましい。さらに該熱可塑性長繊維が高融点成分と低融点成分からなることが好ましい。該高融点成分としては、不織布の強度、さらには耐熱性の点からポリエチレンテレフタレートが好ましく、該低融点成分としては、不織布を熱圧着させ適度な剛性を得るために、共重合ポリエステルまたはポリブチレンテレフタレートが好ましい。該共重合ポリエステルの共重合成分としては特に限定されるものではないが、イソフタル酸、アジピン酸などが特に好ましい。該低融点成分として最も好ましいものは、イソフタル酸を共重合成分とした共重合ポリエステルである。
【００１９】
また、該低融点成分と該高融点成分の融点差は１５℃以上であることが、熱圧着の点から好ましい。該融点差が１５℃未満の場合、低融点成分だけでなく、高融点成分も熱圧着により変形、ダメージを受け、不織布の剛性、強度が低下するため好ましくない。低融点成分と高融点成分の融点差は、より好ましくは２０℃以上である。
【００２０】
さらに、該低融点成分の重量割合は不織布全体の５〜４０％であることが好ましく、より好ましくは１０〜３０％である。該低融点成分の重量割合が５％未満の場合、熱接着力が低下し、不織布の層間が剥離、さらには不織布の剛性が不足し、プリーツ加工時にシートが蛇行したり、折り曲げピッチが不均一となるため好ましくない。また該低融点成分の重量割合が４０％を超える場合、熱圧着力が著しく向上し、不織布の通気性が低下するため好ましくない。
【００２１】
本発明の不織布を構成する熱可塑性長繊維は、高融点成分からなるフィラメントと、低融点成分からなるフィラメントの混繊であっても良いが、適度な熱圧着により、剛性と通気性を調整しやすい点から、高融点成分の周りを低融点成分が被覆してなる芯鞘型のフィラメントが好ましい。
【００２２】
また、該熱可塑性長繊維の繊度は４〜１３デシテックスであることが好ましく、５〜１１デシテックスがより好ましく、７〜１０デシテックスがさらに好ましい。繊度が４デシテックス未満の場合、熱接着した不織布の通気性が低くなってしまう場合があるので好ましくなく、また繊度が１３デシテックスを超える場合、繊維を紡糸するときに十分に冷却することが困難になる場合があり、生産性の点から好ましくない。また、上記の繊度範囲４〜１３デシテックスを満たすフィラメントの重量割合が、全フィラメントの５０％以上であることが好ましく、より好ましくは７５％以上、最も好ましいのは９０％以上である。該フィラメントの重量割合が５０％未満の場合は、得られる不織布の通気性が低くなる方向であり、特にポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンなどのフィルター膜と貼り合わせた場合に、通気性が著しく低下してフィルターの圧損が高くなってしまう場合があり、フィルター性能として高いものを得ることが難しくなり好ましくないものである。
【００２３】
また、本発明における熱可塑性長繊維の高融点成分、低融点成分のいずれにおいても、酸化チタンやカーボンブラック等の添加剤を含んでもよいことはいうまでもない。
【００２４】
不織布の熱圧着面積は５〜４０％が好ましく、より好ましくは１０〜３０％である。該熱圧着面積が５％未満の場合、接着力が低下し、不織布の層間が剥離し、さらに不織布に十分な剛性、強度が得られず、プリーツ加工性も低下する。また、該熱圧着面積が４０％を超える場合、熱圧着力が著しく向上し、不織布の通気性が低下するため好ましくない。
【００２５】
本発明にかかるフィルター基材を得るには、必ずしも限定されるものではないが、特に、熱可塑性連続フィラメントを細孔より溶融紡出し、これをエアーサッカー装置等により引き取り、５０００ｍ／ｍｉｎ程度で牽引した後、高圧印加や衝突帯電により熱可塑性フィラメントを開繊させ、引き続き移動面上に噴射、捕集して不織布ウェブを形成し、これを連続して熱圧着して不織布を製造することが重要である。特に、剛軟度が５００ｍｇｆ以上、かつ目付が１００〜３００ｇ／ｍ² 、さらに目付（Ｘ：ｇ／ｍ² ）と通気量（Ｙ：ｇ／ｍ² ）の関係が上述の（１）式を満たす不織布を製造するためには、該熱可塑性連続フィラメントは、高融点成分と低融点成分とからなることが重要であり、さらに該不織布の熱圧着が部分的に施されることが重要である。また、該高融点成分としてポリエチレンテレフタレートを使用し、該低融点成分として共重合ポリエステルまたはポリブチレンテレフタレートを使用し、かつ該低融点成分の重量割合が、熱可塑性連続フィラメント中５〜４０％とすることが肝要である。さらに該熱可塑性連続フィラメントとして、高融点成分の周りを低融点成分が被覆してなる芯鞘型フィラメントを用いることが肝要である。
【００２６】
特に、従来における当該不織布分野のフィルター基材の製造にあっては、一般に、ポリエステルやポリプロピレンを溶融紡糸して、熱圧着や機械的絡合、あるいはこれらの組合せにより一体化するものが通常であったが、繊維の原料や、原料の複合比率、さらには繊維の繊度（太さ）、また熱圧着の面積などが不適当であったため、フィルター基材として使用する場合に、十分な剛軟度と通気性を併せ持つものは得られず、例えば剛軟度が５００ｍｇｆ以上のものでは、上述（１）式の値は６０〜７０程度のものが一般的であった。
【００２７】
特に、０．２５Ｘ＋Ｙ＞９５ である（２）式を満たす不織布を製造するには、本発明者らの各種知見によれば、更に、該熱可塑性連続フィラメントとして、全フィラメントの５０重量％以上が繊度４〜１３デシテックスのものを用い、さらには該不織布の熱圧着面積を５〜４０％程度とすることが肝要である。
【００２８】
いずれにしても、複合繊維の複合比率、繊維の繊度（太さ）、圧着面積の存在比率、個々の圧着部の大きさや、不織布の圧着程度などを組合せることにより、所望とする特性の不織布を得ることができる。
【００２９】
また、本発明の不織布の特性を損なわない範囲で、不織布に薬剤を付与することにより、抗菌性や防カビ性を付与してもよい。
【００３０】
さらに、高性能のフィルター基材として本発明にかかるフィルター基材用不織布を使用する場合、該フィルター基材はフィルター層の支持体として用いるのがより好ましい使用方法である。特に、本発明にかかるフィルター基材を山谷折り（プリーツ加工）して支持体として成形賦型し、該支持体におけるその少なくとも片面にフィルター層（濾過層としての機能を第一の機能として有する層）を配置してフィルターを構成して使用することがより高性能を発揮し得て好ましいものである。該山谷折り（プリーツ加工）して支持体としての成形賦型を良好に行わしめる上で、剛軟度は一定値以上はあることが重要なものなのである。
【００３１】
該フィルター層としては、捕集性能が向上し、捕集した粉塵の離脱性に優れるものであれば特に限定されるものではないが、ポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンが好ましい。該ポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンを該フィルター基材に貼り合わせる方法としては特に限定されるものではないが、生産性や簡便さの点から、接着剤によりフィルター膜を不織布表面に接着させる方法や、フィルター膜、あるいは不織布の表面を溶融させ、お互いを接着させる方法が好ましい。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明をさらに実施例により詳細に説明する。実施例における各特性値は以下の方法で測定したものである。
（１）目付（ｇ／ｍ² ）：
ＪＩＳ Ｌ１０９６に基づき不織布の１ｍ² 当たりの質量を測定した。
（２）通気性（ｃｍ³ ／ｃｍ² ／ｓｅｃ）：
ＪＩＳ Ｌ１０９６のフラジール型試験に基づき、不織布試験片を通過する空気量を測定した。
（３）剛軟度（ｍｇｆ）：
ＪＩＳ Ｌ１０９６のガーレ法に基づき、不織布の縦方向２．５インチ×横方向１インチの試験片の剛軟度を測定した。
（４）シート剥離：
幅２０ｃｍ×長さ８０ｃｍの試料を長さ方向全体にわたって、半径１０ｃｍの円弧状に折り曲げ、剥離の状況を以下の基準で評価した。
【００３３】
○：剥離は全く認められないもの
△：１ｃｍ未満の剥離があるもの
×：１ｃｍ以上の剥離があるもの
（５）プリーツ加工性：
幅５０ｃｍ×長さ１ｍの試料を、ロータリー式プリーツ加工機で、ピッチが３ｃｍとなるようプリーツ加工し、以下の基準で評価した。
【００３４】
○：プリーツが鋭角で均一であり、シートに蛇行の見られないもの
△：プリーツがやや不均一であり、シートに僅かな蛇行が見られるもの
×：プリーツが不均一で、シートに蛇行が見られるもの
実施例１
高融点成分を固有粘度が０．６６、融点が２６０℃であるポリエチレンテレフタレートとし、低融点成分を固有粘度が０．６８、融点が２３０℃であるイソフタル酸共重合ポリエステルとして、該低融点成分の重量を全体の２０％とし、該高融点成分の周りを該低融点成分が被覆してなる芯鞘型のフィラメントを単糸繊度９デシテックス（ｄｔｅｘ）となるように吐出量を設定して溶融紡出し、連続して空気圧にて約５０００ｍ／ｍｉｎの高速牽引を実施した。
【００３５】
引き続き、フィラメントを空気圧にて噴射、開繊し、移動するネット上に堆積させ不織布ウェブとし、これを一対の加熱エンボスロールにより線圧６０ｋｇ／ｃｍ、ロール表面温度２００℃、接着面積２３％の条件で圧着し、目付が１５０、２００、２５０ｇ／ｍ² の不織布をそれぞれ得た。
実施例２
芯鞘型フィラメントの単糸繊度を６デシテックスとなるよう吐出量を設定し、加熱エンボスロールの接着条件を、線圧５０ｋｇ／ｃｍ、ロール表面温度１９０℃、接着面積２０％とし、その他の条件は全て実施例１と同じ条件で、目付１５０、２００、２５０ｇ／ｍ² の不織布をそれぞれ得た。
実施例３
高融点成分を固有粘度が０．６６、融点が２６０℃であるポリエチレンテレフタレートとして単糸繊度が９デシテックスとなるよう吐出量を設定し、低融点成分を固有粘度が０．６８、融点が２３０℃であるイソフタル酸共重合ポリエステルとして単糸繊度９デシテックスとなるよう吐出量を設定、それぞれ溶融紡出して紡糸混繊し、連続して空気圧にて約５０００ｍ／ｍｉｎの高速牽引を実施した。なお低融点成分の重量は全体の２３％とした。引き続きフィラメントを空気圧にて噴射、開繊し、移動するネット上に堆積させ不織布ウェブとし、これを一対の加熱エンボスロールにより線圧７０ｋｇ／ｃｍ、ロール表面温度２０５℃、接着面積２３％の条件で圧着し、目付が１５０ｇ／ｍ² 、２００ｇ／ｍ² 、２５０ｇ／ｍ² の不織布をそれぞれ得た。
【００３６】
実施例１〜３に記載した不織布の通気性、剛軟度、シート剥離、さらにプリーツ加工性の評価結果を表１に示した。表１から明らかなように、実施例１〜３の不織布はいずれも０．２５Ｘ＋Ｙの値が８０以上であり、さらに剛軟度が５００ｍｇｆ以上で、シート剥離もなく、プリーツ加工性も良好で、フィルター基材として満足できる特性を有するものであった。
比較例１
芯鞘型フィラメントの単糸繊度が２．８デシテックスとなるよう吐出量を設定し、加熱エンボスロールの接着条件を、線圧６０ｋｇ／ｃｍ、ロール表面温度２００℃、接着面積２３％とし、その他の条件は全て実施例１と同じ条件で、目付１５０、２００、２５０ｇ／ｍ² の不織布をそれぞれ得た。この不織布の各種特性の評価結果を表１に示した。
【００３７】
表１から明らかなように、この不織布は、シート剥離はなく、プリーツ加工性も優れていたが、通気性が非常に低く、０．２５Ｘ＋Ｙの値がいずれも８０以下であり、特にポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンなどのフィルター膜の支持体とした場合、通気性が著しく低くなるため好ましくないものであった。
比較例２
高融点成分の単糸繊度が３．５デシテックス、低融点成分の単糸繊度が３．５デシテックス、低融点成分の重量が全体の４％となるよう吐出量を設定し、その他の条件は全て実施例３と同じ条件で、目付１５０、２００、２５０ｇ／ｍ² の不織布をそれぞれ得た。この不織布の各種特性の評価結果を表１に示した。表１から明らかなように、この不織布は、通気性が低く、０．２５Ｘ＋Ｙの値が８０以下であった。また接着も不十分であり、シート剥離があり、プリーツ加工性にも劣るものであった。
【００３８】
【表１】

【００３９】
【発明の効果】
本発明のフィルター基材は、目付（Ｘ）と通気量（Ｙ）が０．２５Ｘ＋Ｙ＞８０となり、かつ剛軟度を５００ｍｇｆ以上とすることにより、シートの剥離もなく、プリーツ加工性も良好であり、さらに通気性が高いことからフィルターユニットとした場合、圧損が低く良好な性能を示すものであり、特にポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンなどのフィルター膜の支持体とした場合、その効果は顕著である。

Claims (8)

1. 熱可塑性連続フィラメントからなる不織布からなり、該熱可塑性連続フィラメントが高融点成分と低融点成分とからなり、該不織布は部分的に熱圧着されたものであって、目付が１００〜３００ｇ／ｍ² で、また目付と通気量の関係が次式（１）を満たし、かつ剛軟度が５００ｍｇｆ以上であることを特徴とするフィルター基材。
   ０．２５Ｘ＋Ｙ＞８０ ………（１）式
   Ｘ：目付（ｇ／ｍ² ）
   Ｙ：通気量（ｃｍ³ ／ｃｍ² ／ｓｅｃ）
2. 熱可塑性連続フィラメントとして、該高融点成分がポリエチレンテレフタレートであり、該低融点成分が共重合ポリエステルまたはポリブチレンテレフタレートであり、かつ該低融点成分の重量割合が、該熱可塑性連続フィラメント中５〜４０％のものを用いてなることを特徴とする請求項１記載のフィルター基材。
3. 該熱可塑性連続フィラメントとして、高融点成分の周りを低融点成分が被覆してなる芯鞘型フィラメントを用いてなることを特徴とする請求項１または２記載のフィルター基材。
4. 該熱可塑性連続フィラメントとして、全フィラメントの５０重量％以上が、繊度４〜１３デシテックスのものを用いてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフィルター基材。
5. 該不織布として、熱圧着面積が５〜４０％のものを用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のフィルター基材。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のフィルター基材を支持体とし、少なくともその支持体の片面にフィルター層を配してなることを特徴とするフィルター。
7. 該フィルター層として、ポリテトラフルオロエチレン、またはポリフッ化ビニリデンからなるものを用いてなることを特徴とする請求項６記載のフィルター
8. 該フィルターが、プリーツ形状を呈しているものであることを特徴とする請求項７記載のフィルター。