JP4318953B2

JP4318953B2 - 不織布製エアーフィルター材の製造方法

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Publication number: JP4318953B2
Application number: JP2003126178A
Authority: JP
Inventors: 忠田村; 明子城戸; 聡彦筒井
Original assignee: Shinwa Corp
Current assignee: Shinwa Corp
Priority date: 2003-05-01
Filing date: 2003-05-01
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2023-05-01
Also published as: JP2004330007A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たばこの煙などの微細な塵埃粒子を効率よく捕集することができる中高性能の不織布製エアーフィルター材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、不織布製エアーフィルター材は、ビルや工場などの空気調和機乃至は空気清浄機、自動車のエンジン部、家庭用の冷暖房機や換気装置乃至は空気清浄機などに広範に使用されている。特に、微細な塵埃粒子を捕集しうる中高性能エアーフィルター材としては、微細なガラス繊維が集積されてなるガラスシート又は微細なポリプロピレン繊維などが集積されてなるメルトブロー不織布が用いられている。
【０００３】
しかしながら、ガラスシートは、ガラス繊維の飛散などで健康を害する恐れがある。また、近年、エアーフィルター材を洗浄し再生して再使用することが行われているが、ガラスシートは洗浄時にガラス繊維が破損するため、洗浄しにくいということがあった。一方、メルトブロー不織布の場合も、微細なポリプロピレン繊維などは、その製造上、分子配向度が低く、繊維強度が低いために、洗浄時に摩耗或いは切断しやすく、再使用しにくいということがあった。
【０００４】
このため、ガラスシートやメルトブロー不織布の表面に、繊維強度の高い構成繊維よりなる不織布を貼合し、洗浄時におけるガラス繊維の破損又は微細なポリプロピレン繊維などの摩耗或いは切断を防止することが行われている。しかしながら、この方法は、エアーフィルター材を得るのに、不織布の貼合工程が必要となり、合理的ではないという憾みがあった。
【０００５】
以上のようなことから、ガラスシートやメルトブロー不織布に代えて、分割型繊維を分割させた極細繊維よりなる不織布をエアーフィルター材に用いようという試みがなされている。分割型繊維は、通常の溶融紡糸法によって製造しうるため、その分子配向度は比較的高く、繊維強度の面ではメルトブロー法で得られるポリプロピレン繊維などよりも優れている。分割型繊維を用いたエアーフィルター材の製造方法としては、たとえば、分割型繊維を１０質量％以上含む繊維ウェブに、加圧カレンダー加工を施した後、水流交絡処理を施して、分割型繊維を分割させて極細繊維を生成させると共に、極細繊維相互間を交絡する方法が知られている（特許文献１）。
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載の方法では、圧力損失が高く、しかも捕集効率の低いエアーフィルター材しか得られないという欠点があった。この理由は、水流交絡処理による分割が表面でのみ生じ、繊維ウェブの表面が極めて緻密になる一方、繊維ウェブの内部では分割が十分に生じていないためである。すなわち、最初に水流が作用する繊維ウェブの表面でのみ分割が生じ、そして、分割が生じて表面が緻密になると、もはや水流は繊維ウェブ内部に作用しにくくなり、内部で分割が生じにくくなるのである。したがって、表面が緻密になるため圧力損失が高くなり、内部での分割が不十分なために、分割型繊維を使用しているにも拘わらず、設計したほど捕集効率が高くならない。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−３０６７５４号公報（第２頁、請求項１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者などは、分割型繊維を用いて、圧力損失が低く、しかも捕集効率の高い不織布製エアーフィルター材を得ることを課題とし、種々研究を行った。その結果、分割型繊維と、未分割の分割型繊維の繊度よりも大きい繊度の非分割型繊維とを所定の割合で均一に混合すれば、予期せぬことに、この課題を達成しうることを見出した。本発明は、このような知見に基づくものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、分割型繊維３０〜８０質量％と、未分割の該分割型繊維の繊度よりも大きい繊度を持つ非分割型繊維７０〜２０質量％とを均一に混合してなる、目付３０〜８０ｇ／ｍ ² の繊維ウェブに、水流交絡処理を施し、該繊維ウェブの厚さ方向の全体に亙って、該分割型繊維を分割させて極細繊維を生成させると共に、該極細繊維相互間及び該非分割型繊維と該極細繊維相互間を交絡させることを特徴とするシート状の不織布製エアーフィルター材の製造方法に関するものである。
【００１０】
本発明においては、まず、分割型繊維を準備する。分割型繊維としては、従来公知のものであって、水流交絡処理で用いる柱状水流で容易に分割しうるものであれば、どのようなものであってもよい。一般的には、非相溶性の二種の高分子重合体が、各々複数本以上貼り合わされてなるものが用いられる。たとえば、図１に示す如き繊維断面を持つものが用いられる。すなわち、分割型繊維の横断面が略台形のポリプロピレン極細繊維とポリエチレン極細繊維とが中空円柱状となるように、交互に貼り合わされてなるものが用いられる。その他に、非相溶性の二種の高分子重合体の組み合わせとしては、ポリエステル／ポリアミド、ポリプロピレン／ポリエステル、ポリエチレン／ポリエステルなどが挙げられる。また、汎用的に用いられている図２に示す如き繊維断面を持つ分割型繊維なども、好適に採用しうる。
【００１１】
分割型繊維の繊度は任意であるが、分割によってなるべく細い繊維を得ようとすると、それに応じて細い繊度のものを用いる必要がある。具体的には、１〜１０ｄｔｅｘであるのが好ましく、特に１〜４ｄｔｅｘであるのがより好ましい。分割型繊維の分割数も任意であるが、分割によってなるべく細い繊維を得ようとすると、それに応じて分割数の多いものが好ましい。すなわち、紡糸口金の精度などの紡糸技術が許す範囲で多くするのが好ましい。具体的には、４分割以上、より好ましくは８分割以上、最も好ましくは１２〜３２分割の分割型繊維を用いるのが好ましい。また、分割型繊維の繊維長も任意である。本発明において、繊維ウェブを得るのは、一般的に紡績用カード機を使用して得ることが多いので、紡績用に適した繊維長であるのが好ましい。具体的には、１０〜１００ｍｍ程度である。
【００１２】
分割型繊維の他に、非分割型繊維を準備する。非分割型繊維とは、水流交絡処理によって、分割が生じない繊維をいう。具体的には、通常使用している単一成分よりなる繊維を用いればよい。また、二成分以上よりなる複合繊維（熱融着性複合繊維を含む。）を用いてもよい。非分割型繊維を構成する高分子重合体も任意でよく、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミドなどが挙げられる。また、非分割型繊維の繊維長も任意ではあるが、分割型繊維と同様に、１０〜１００ｍｍ程度が一般的である。
【００１３】
非分割型繊維の繊度は、未分割の分割型繊維の繊度よりも大きいことが必要である。たとえば、分割型繊維の繊度が２ｄｔｅｘであれば、非分割型繊維の繊度は２ｄｔｅｘよりも大きいことが必要である。そうでないと、圧力損失が低く、且つ捕集効率の高いエアーフィルター材を得られなくなる。具体的に、非分割型繊維の繊度は、２〜１５ｄｔｅｘであるのが好ましい、特に５〜７ｄｔｅｘであるのがより好ましい。
【００１４】
上記した分割型繊維３０〜８０質量％と非分割型繊維７０〜２０質量％とを均一に混合して繊維ウェブを得る。特に好ましくは、分割型繊維４０〜７５質量％と非分割型繊維６０〜２５質量％とを均一に混合してなる繊維ウェブを得る。繊維ウェブを得る方法としては、所定質量の分割型繊維と非分割繊維を均一に混合した混綿を、カード機に通せば、両者を均一に混合してなる繊維ウェブが得られる。分割型繊維が３０質量％未満であると、極細繊維の量が少なくなって、捕集効率が低下するので、好ましくない。また、分割型繊維が８０重量％を超えると、相対的に繊維ウェブの表面のみが分割される傾向になり、圧力損失が高くなるので、好ましくない。本発明においては、捕集効率の高いものが得られるので、従来のように、目付を高くして捕集効率を向上させる必要性が少ない。したがって、繊維ウェブの目付を３０〜８０ｇ／ｍ²というように低めに設定する。
【００１５】
この繊維ウェブには、水流交絡処理が施される。水流交絡処理とは、孔径０．０５〜０．５ｍｍのオリフィスが０．５〜１．５ｍｍ間隔で列をなして設けられたノズルダイを用い、このオリフィスから水圧３〜４０ＭＰａで柱状水流を噴射し、この柱状水流を繊維ウェブに衝突させるという処理である。繊維ウェブに柱状水流を衝突させることによって、その物理的衝撃力で、繊維ウェブを構成している分割型繊維が分割され、極細繊維が生成する。これと同時に、繊維ウェブを構成している各繊維に運動エネルギーが与えられるため、極細繊維相互間及び非分割型繊維と極細繊維相互間が相互に交絡するのである。なお、分割型繊維を分割させるという観点からは、柱状水流噴射の水圧としては、５〜１８ＭＰａの範囲であるのが好ましい。
【００１６】
本発明においては、非分割型繊維が存在しているので、繊維ウェブ表面で分割型繊維が分割し極細繊維が生成しても、非分割型繊維は当初の太さのままである。そして、所定の割合で混合されている非分割型繊維の繊度は、分割型繊維の繊度よりも大きいので、繊維ウェブ表面における、非分割型繊維相互間，非分割型繊維と極細繊維相互間及び非分割型繊維と未分割の分割型繊維相互間で、ある程度の大きさの繊維間間隙を保持している。すなわち、この繊維間間隙は、極細繊維相互間、極細繊維と未分割の分割型繊維相互間、未分割の分割型繊維相互間の繊維間間隙よりも、相対的に大きな繊維間間隙となっている。したがって、この繊維間間隙を通して、柱状水流がその運動エネルギーを極端に低下せしめられることなく、繊維ウェブ内部まで到達し、繊維ウェブ内部の分割型繊維を分割させるのである。なお、繊度の大きい非分割型繊維の存在によって、繊維ウェブに基本骨格が与えられていることになり、水流交絡処理時に、繊維ウェブの乱れも少ない。
【００１７】
これに対して、特許文献１の実施例に記載された方法では、繊度２．５デニールの分割型繊維と繊度２デニールの非分割型繊維が均一に混合されてなる繊維ウェブに水流交絡処理を施している（特許文献１、第３頁の段落番号００１４及び００１５）。すなわち、分割型繊維の繊度よりも小さい繊度の非分割型繊維を用いている。したがって、非分割型繊維相互間の繊維間間隙及び非分割型繊維と未分割の分割型繊維相互間の繊維間隙は、未分割の分割型繊維相互間の繊維間間隙よりも小さくなってしまう。また、非分割型繊維と極細繊維相互間の繊維間隙も、未分割の分割型繊維と極細繊維相互間の繊維間隙よりも小さくなってしまう。よって、特許文献１記載の技術では、非分割型繊維を分割型繊維に混合しても、本発明の如く、柱状水流が繊維ウェブ内部まで到達するという作用効果を十分に発揮することはできない。
【００１８】
水流交絡処理を施した後、常法によって乾燥処理すれば、極細繊維及び非分割型繊維が交絡している不織布が得られる。そして、この不織布は、そのままでエアーフィルター材として用いられるのである。また、不織布を得た後、後加工として、構成繊維を荷電処理し、エレクトレットエアーフィルター材として用いることもできる。さらに、こられの不織布に、プリーツ加工を施してエアーフィルター材とするときは、ネットや他の不織布などのシート状物を積層貼合してもよい。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明を説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。本発明は、分割型繊維の繊度よりも大きな繊度の非分割型繊維を所定量混合して水流交絡処理すると、繊維ウェブ表面ではある程度の繊維間間隙が保持でき、しかも繊維ウェブ内部に存在する分割型繊維の分割が促進され、圧力損失が低く、捕集効率の高いエアーフィルター材が得られるとの知見に基づくものとして、解釈されるべきである。
【００２０】
実施例１
分割型繊維として、断面が略台形のポリプロピレン極細繊維とポリエチレン極細繊維とが交互に貼合されてなる、図１に示した中空横断面を持つものであって、繊度２．２ｄｔｅｘで繊維長５１ｍｍのものを準備した。一方、非分割型繊維として、横断面円形で繊度６．６ｄｔｅｘ及び繊維長５１ｍｍのポリプロピレン繊維を準備した。そして、分割型繊維４０質量％と非分割型繊維６０質量％とを均一に混合し、カード機で開繊及び集積して、目付６０ｇ／ｍ²の繊維ウェブを得た。そして、この繊維ウェブの全幅に亙って、水圧１０ＭＰａで柱状水流を噴射し、水流交絡処理を行った。その後、乾燥して不織布を得、これをそのままエアーフィルター材とした。
【００２１】
実施例２
分割型繊維と非分割型繊維の混合割合を、分割型繊維６０質量％：非分割型繊維４０質量％にした他は、実施例１と同様の方法によってエアーフィルター材を得た。
【００２２】
実施例３
分割型繊維と非分割型繊維の混合割合を、分割型繊維７５質量％：非分割型繊維２５質量％にした他は、実施例１と同様の方法によってエアーフィルター材を得た。
【００２３】
比較例１
分割型繊維と非分割型繊維の混合割合を、分割型繊維２０質量％：非分割型繊維８０質量％にした他は、実施例１と同様の方法によってエアーフィルター材を得た。
【００２４】
比較例２
分割型繊維と非分割型繊維の混合割合を、分割型繊維８５質量％：非分割型繊維１５質量％にした他は、実施例１と同様の方法によってエアーフィルター材を得た。
【００２５】
比較例３
非分割型繊維を用いずに分割型繊維１００質量％とした他は、実施例１と同様の方法によってエアーフィルター材を得た。
【００２６】
〔圧力損失及び捕集効率の測定〕
実施例１〜３及び比較例１〜３に係る方法で得られたエアーフィルター材を用い、室内空気を風速１０ｃｍ／秒で通過させた。そして、エアーフィルター材の前後（すなわち、室内空気がエアーフィルター材を通過する前後）における０．３〜０．５μｍの粒径範囲の塵埃の数を光散乱式パーティクルカウンター（リオン株式会社製ＫＣ−０１）を用いて測定した。エアーフィルター材を通過する前の塵埃数をＸとし、通過した後の塵埃数をＹとしたとき、〔１−（Ｙ／Ｘ）〕×１００の式で捕集効率（％）を算出した。また、室内空気がエアーフィルター材を通過する前後における静圧差から圧力損失（Ｐａ）を測定した。この結果を表１に示した。
【００２７】
〔表１〕

【００２８】
表１の結果から、実施例１〜３に係る方法で得られたエアーフィルター材は、比較例１に係るエアーフィルター材と比べて捕集効率が高く、また比較例２及び３に係るエアーフィルター材と比べて圧力損失が低くなっている。比較例１に係るエアーフィルター材の捕集効率が低い理由は、分割型繊維の混合量が少ないためである。また、比較例２及び３に係るエアーフィルター材の圧力損失が高い理由は、非分割型繊維の混合量が少ないためである。特に、分割型繊維１００質量％からなる比較例３に係るエアーフィルター材の場合、捕集効率の点でも、実施例１〜３に係るエアーフィルター材に劣っている。この理由は、水流交絡処理時に、繊維ウェブ表面で分割型繊維が分割されて繊維間間隙が小さくなり、柱状水流が繊維ウェブ内部まで到達しにくくなり、内部に存在する分割型繊維が十分に分割されていないからであると考えられる。
【００２９】
【作用】
本発明は、分割型繊維の繊度よりも大きい繊度を持つ非分割型繊維を所定量混合した繊維ウェブに水流交絡処理を施して、不織布製エアーフィルター材を得るというものである。そして、この非分割型繊維の所定量の存在によって、繊維ウェブ表面においてある程度の大きさの繊維間間隙を保持するという作用、及び繊維ウェブ内部に存在する分割型繊維を十分に分割させ、極細繊維を十分に生成させるという作用を奏するものである。
【００３０】
【発明の効果】
したがって、本発明に係る方法で得られたエアーフィルター材は、ある程度の大きさの繊維間間隙を持っているので、圧力損失が高くなるのを防止しうるという効果を奏する。また、エアーフィルター材内部においても分割型繊維が十分に分割され極細繊維が生成しているので、捕集効率も高くなるという効果を奏する。
【００３１】
また、本発明に係る方法で得られたエアーフィルター材は、繊度の大きい非分割型繊維が混合されており、しかも非分割型繊維に極細繊維が交絡している。したがって、全体として強度の高いものを得ることができ、エアーフィルター材の洗浄時において、形態が崩れにくいという効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いる分割型繊維の横断面の一例を示したものである。
【図２】本発明で用いる分割型繊維の横断面の一例を示したものである。

Claims

分割型繊維３０〜８０質量％と、未分割の該分割型繊維の繊度よりも大きい繊度を持つ非分割型繊維７０〜２０質量％とを均一に混合してなる、目付３０〜８０ｇ／ｍ ² の繊維ウェブに、水流交絡処理を施し、該繊維ウェブの厚さ方向の全体に亙って、該分割型繊維を分割させて極細繊維を生成させると共に、該極細繊維相互間及び該非分割型繊維と該極細繊維相互間を交絡させることを特徴とするシート状の不織布製エアーフィルター材の製造方法。
分割型繊維４０〜７５質量％と、未分割の該分割型繊維の繊度よりも大きい繊度を持つ非分割型繊維６０〜２５質量％とを均一に混合してなる繊維ウェブを用いる請求項１記載の不織布製エアーフィルター材の製造方法。