JP4512242B2

JP4512242B2 - 空気清浄用フィルター

Info

Publication number: JP4512242B2
Application number: JP2000252710A
Authority: JP
Inventors: 順児玉; 豊高堂
Original assignee: Tapyrus Co Ltd
Current assignee: Tapyrus Co Ltd
Priority date: 2000-08-23
Filing date: 2000-08-23
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2020-08-23
Also published as: JP2002058929A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高ダスト捕集容量及び高捕集効率を有する、極細繊維不織布と繊維シートの積層シートからなる空気中のダストを分離捕集する空気清浄用フィルターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、主としてクリーンルームおよびビル空調などの分野で室内を循環させる空気をろ過し、室内空気を清浄化する目的で使用されていた空気清浄用フルターは、最近の自動車の増加や環境汚染の拡大に伴い、自動車室内および一般家庭などにおいてエアフィルター、キャビンフィルター等として普及してきている。
【０００３】
これらのエアフィルターは、微粒子の捕集はもとより、比較的大きいダストを効率よく高容量で捕集し、さらにジグザグ折り、プリーツ折り等にした場合の形態保持性が要求されている。さらに、現在の機器・装置の小型化に対応できる、低圧力損失で高い粒子除去性を有するコンパクトなフィルターであることが要求され、比較的大きい粒子を捕集するための不織布と微粒子を捕集するためのエレクトレット処理不織布からなる積層体が開発されてきているが、２種類の不織布の接着工程、あるいはフィルター加工工程でフィルター内部の空隙が圧縮され、ダスト捕集する容量を著しく低下させるという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、上記問題点を解決した、形態保持性に優れた積層シートからなる高ダスト捕集容量と高捕集効率の空気清浄用フィルターを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、極細繊維からなる不織布と繊維径の異なる３種類の繊維を混抄した繊維シートを積層することにより、形態保持性にすぐれ、高ダスト捕集容量と高捕集効率のフィルターが得られることを見出し、本発明を完成した。
【０００６】
すなわち、本発明は、平均繊維径が０．５〜２５μｍ、充填率が４〜２０％、目付が７〜８０ｇ／ｍ^２の極細繊維からなる不織布と、（Ａ）３デニール未満の繊維径のビニロン繊維５〜５０重量％、（Ｂ）５デニール以上の繊維径のビニロン繊維５〜５０重量％及び（Ｃ）１．５〜１５デニールの繊維径のポリエステル繊維５〜５０重量％の３種類の混合繊維とバインダーからなり、平均繊維径が１５〜３０μｍ、充填率が３〜３０％、目付が４０〜１１０ｇ／ｍ^２であるケミカルボンド不織布又はサーマルボンド不織布から構成される繊維シートとを、積層した積層シートからなることを特徴とする空気清浄用フィルターである。
【０００７】
また、本発明は、上記繊維シートは、繊維とバインダーの重量比率が３０：７０〜８０：２０であることを特徴とする上記の空気清浄用フィルターである。
【０００８】
さらに、本発明は、極細繊維からなる不織布と繊維シートが２層又は３層以上に積層され、ＭＤ方向の剛軟度が８ｍＮ以上であり、かつＭＤ方向の剛性が０．０５ｍＮ／ｇ／ｍ^２以上であることを特徴とする上記の空気清浄用フィルターである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の空気清浄用フィルターは、極細繊維からなる不織布と形状保持性にすぐれた混合繊維からなる繊維シートとの積層シートからなる空気清浄用フィルターである。以下に、各構成について詳細に説明する。
【００１０】
（１）極細繊維からなる不織布
本発明の積層シートに用いる極細繊維からなる不織布の平均繊維径は、０．５〜２５μｍ、好ましくは１〜１０μｍである。平均繊維径が０．５μｍ未満では、微粒子の目詰まりが速く、２５μｍを超えると、微粒子捕集効率が悪くなる。
【００１１】
また、極細繊維からなる不織布の充填率は、４〜２０％、好ましくは６〜１５％である。充填率が４％未満では、微粒子捕集効率が悪くなり、２０％を超えると通気性が下がり、圧力損失が高くなる。
【００１２】
また、極細繊維からなる不織布の目付は、７〜８０ｇ／ｍ^２、好ましくは１５〜５０ｇ／ｍ^２である。目付が７ｇ／ｍ^２未満であると、微粒子捕集効率が悪くなり、８０ｇ／ｍ^２を超えると通気性が下がり圧力損失が高くなる。
【００１３】
さらに、極細繊維不織布の通気度は、５〜７００ｃｃ／ｃｍ^２／ｓｅｃが好ましく、より好ましくは２０〜３００ｃｃ／ｃｍ^２／ｓｅｃであり、極細繊維不織布の厚みは、０．０５〜２．５ｍｍが好ましく、より好ましくは０．１〜１．０ｍｍである。通気度が５ｃｃ／ｃｍ^２／ｓｅｃ未満では、目詰まりが速くなり、７００ｃｃ／ｃｍ^２／ｓｅｃを超えると、微粒子捕集効率が低くなる。厚みが０．０５ｍｍ未満では、微粒子捕集効率が低くなり、２．５ｍｍを超えると、通気性が下がり、圧力損失が高くなる。
【００１４】
本発明で用いる極細繊維からなる不織布の製造方法は、上記のような物性を有する不織布を製造する方法であればどのような方法であってもよいが、スパンボンド法またはメルトブロー法により製造される不織布が好ましい。
【００１５】
また極細繊維不織布の素材としては、熱可塑性樹脂等が挙げられ、特に、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ナイロン、ポリエステル等が好ましく、それらの中では、ポリプロピレン系樹脂の不織布を用いるのが好ましい。ポリプロピレンとしては、プロピレン単独重合体、或いは過半重合割合のプロピレンと他のα−オレフィン（エチレン、ブテン、ヘキセン、４−メチルペンテン、オクテン等）、不飽和カルボン酸又はその誘導体（アクリル酸、無水マレイン酸等）、芳香族ビニル単量体（スチレン等）等とのランダム、ブロック又はグラフト共重合体である。また、ポリプロピレンのメルトフローレート（ＭＦＲ）は、１０〜１２００ｇ／１０分、特に１５〜４００ｇ／１０分のものが好ましい。これらプロピレンは、得られた不織布が下記物性を有する範囲であれば、単独でも、或いは複数種類の重合体の混合物としても使用することもできるし、ポリプロピレンを主成分としてなる樹脂でもよい。
【００１６】
また、極細繊維からなる不織布は、微粒子を捕集する機能を向上させるために、エレクトレット化処理をしたものを用いてもよい。エレクトレット化不織布を用いるのは、静電気力によって微細な粉塵を効率良く捕集することができるためであり、このエレクトレット化は、不織布をアースされた電極上を走行させ、この上から針電極又はワイヤー電極に高電圧を印加することによってコロナ放電を行い達成される。このエレクトレット化の程度は、不織布の表面電荷密度を２×１０^−１０クーロン／ｃｍ^２以上の電荷密度とするのが好ましい。この表面電荷密度が２×１０^−１０クーロン／ｃｍ^２未満であると、空気中の粉塵等の分離捕集性能が劣るようになるため好ましくない。表面電荷密度が５×１０^−１０クーロン／ｃｍ^２以上であると、空気中の粉塵等の分離捕集性能が著しく高まるため好ましく用いられる。
【００１７】
（２）繊維シート
本発明の積層シートで上記の極細繊維からなる不織布と積層する繊維シートは、繊維径の異なる３種類の繊維を混抄して得られ、エアー中の比較的大きい粒子を捕集し、形状を保持するための役割を果たすものである。
【００１８】
繊維シートを構成する不織布の３種類の繊維は、（Ａ）繊維径が３デニール未満、好ましくは０．５〜２デニールのビニロン繊維が５〜５０重量％、（Ｂ）繊維径が５デニール以上、好ましくは５〜２０デニールのビニロン繊維が５〜５０重量％、（Ｃ）繊維径が１．５〜１５デニール、好ましくは３〜１０デニールのポリエステル繊維が５〜５０重量％からなる混合繊維である。
【００１９】
上記のように（Ａ）の細い径のビニロン繊維と（Ｂ）の太い径のビニロン繊維とを用いることにより、厚みを保持する効果があり、（Ｃ）のポリエステル繊維を用いることにより、プリーツ折りしてフィルターとした時の剛性が付与される。
【００２０】
また、繊維シートを構成する不織布の充填率は、３〜３０％、好ましくは５〜２０％である。充填率が３％未満では、比較的大きい粒子の捕集効率が低くなり、３０％を超えると、ダストの目詰まりが早くなる。
【００２１】
さらに、繊維シートの目付は、４０〜１１０ｇ／ｍ^２、好ましくは５０〜１００ｇ／ｍ^２である。目付が４０ｇ／ｍ^２未満では、剛性が低く、プリーツ加工性が悪く、１１０ｇ／ｍ^２を超えると、厚みが上がり、プリーツ加工した時、構造圧損が上がり好ましくない。
【００２２】
繊維シートを構成する不織布全体の平均繊維径は、１５〜３５μｍが好ましく、より好ましくは２０〜３０μｍである。平均繊維径が１５μｍ未満では、ダストの目詰まりが速くなり、３５μｍを超えると、比較的大きい粒子の捕集性能が低くなり、表層での目詰まりが速くなる。
【００２３】
また、繊維シートの厚みは、０．３〜２．０ｍｍが好ましく、より好ましくは０．５〜１．２ｍｍである。厚みが０．３ｍｍ未満では、柔らかくプリーツ加工性が得られず、２．０ｍｍを超えると、構造圧損が上昇し好ましくない。
【００２４】
本発明で用いる繊維シートは、上記の物性を満足するものであれば、どのような方法で製造されたものであってもよいが、上記の３種類の混合繊維からケミカルボンド法又はサーマルボンド法等によって得られる不織布が好ましい。ケミカルボンド法又はサーマルボンド法による不織布の場合、繊維とバインダーの重量比率が３０：７０〜８０：２０であることが好ましい。繊維とバインダーとの重量比が上記範囲外で、繊維の割合が大きくなると剛性が低くなりプリーツ加工時の構造圧損が上がり好ましくなく、バインダーの割合が大きくなるとダストの目詰まりが早くなる。
【００２５】
（３）積層シート
本発明の空気清浄用フィルターに用いる積層シートは、上記極細繊維からなる不織布と上記繊維シートを積層して製造される。積層方法は、ホットメルトパウダー法、超音波エンボス接着法、スプレーラミネート法等の一般に用いられている常法により得られる。
【００２６】
積層体の構成としては、極細繊維不織布／繊維シート、極細繊維不織布／繊維シート／極細繊維不織布、繊維シート／極細繊維不織布／繊維シートのような２層又は３層の構成のいずれでもよく、目的に応じてその構成を変えて用いることができる。
【００２７】
本発明の空気清浄用フィルターに用いる積層シートは、上記のようにして製造されるが、フィルター基材として用いる際に、プリーツ加工、ユニット加工して使用される場合が多い。プリーツ加工時の成形加工性が優れていると同時に、使用時に空気抵抗を受ける際フィルター基材が変形を受けるとユニットの構造圧損が増すため、これに耐える剛軟度が必要であり、高い剛軟度を有していることが好ましい。積層シートのＭＤ方向の剛軟度は、８ｍＮ以上が好ましく、より好ましくは１５ｍＮ以上である。ＭＤ方向の剛軟度が８ｍＮ未満であるとプリーツ加工性が得られない。
【００２８】
また、積層シートのＭＤ方向の剛性は、０．０５ｍＮ／ｇ／ｍ^２以上が好ましく、より好ましくは０．１ｍＮ／ｇ／ｍ^２以上である。ＭＤ方向の剛性が０．０５ｍＮ／ｇ／ｍ^２未満であるとプリーツ加工性が得られない。ここで、ＭＤ方向の剛性は、ＭＤ方向の剛軟度（ｍＮ）を目付（ｇ／ｍ^２）で除して求めた値である。
【００２９】
さらに、厚みは、０．５〜２．２ｍｍが好ましく、通気度は、５〜２８０ｃｃ／ｃｍ^２／ｓｅｃが好ましく、線速度が５．３ｃｍ／ｓｅｃ時の圧力損失は、０．１〜１５ｍｍＡｑが好ましい。
【００３０】
以上のような物性を有する本発明の積層シートとからなる空気清浄用フィルターは、ダスト捕集率、形態保持性に優れ、キャビンフィルター、ビル空調用フィルター、一般産業用フィルター、ＨＥＰＡ／ＵＬＰＡのプレフィルター、空気清浄器用フィルター等として用いることができる。
【００３１】
【実施例】
本発明を以下の実施例、比較例によって具体的に説明する。なお、物性の測定は以下の方法を用いて行った。
（１）繊維径：試験片の任意な５箇所を電子顕微鏡で５枚の写真撮影を行い、１枚の写真につき２０本の繊維の直径を測定し、これら５枚の写真について行い、合計１００本の繊維径を平均して求めた。
【００３２】
（２）目付：試料長さ方向より、１００×１００ｍｍの試験片を採取し、水分平衡状態の重さを測定し、１ｍ^２当たりに換算して求めた。
【００３３】
（３）不織布の厚み：試料長さ方向より、１００×１００ｍｍの試験片を採取し、ダイヤルシックネスゲージで測定した。
【００３４】
（４）通気度：試料長さ方向より、１００×１００ｍｍの試験片を採取し、ＪＩＳＬ１０９６に準拠し、フラジール型試験機を用いて測定した。
【００３５】
（５）剛軟度：ＪＩＳＬ１０９６（ガーレー法）に準拠して測定した。
【００３６】
（６）平板捕集効率（ＮａＣｌ効率）：０．３μｍのＮａＣｌ粒子の試験用粉塵含有空気を所定量の流量で通過させＪＩＳＺ８８１３に準じた光散乱光量積算方式により、通過前通過後の粉塵濃度を同時に連続的に測定し、次式により、捕集効率を求めた。
捕集効率（％）＝（通過前の粉塵濃度（ｍｇ／ｍ^３）−通過後の粉塵濃度（ｍｇ／ｍ^３））／（通過前の粉塵濃度（ｍｇ／ｍ^３）×１００
【００３７】
（７）平板初期圧力損失：捕集効率の試験と並行してアネロイド式圧力計を用い、０．３μｍのＮａＣｌ粒子の試験用粉塵含有空気の通過前後の線速度が５．３ｃｍ／ｓｅｃ時の圧力を測定し、その差圧を求めた。
【００３８】
（８）平板ダスト捕集容量（ＤＨＣ）：エアーフローテスターで試験用粉塵ＪＩＳ１５種を用い、フィルター測定面積３１４ｃｍ^２、面風速１０ｃｍ／ｓｅｃ、粉塵濃度１００ｍｇ／ｍ^３により、圧力損失が初期圧損＋３０ｍｍＡｑアップ時までの保持した粉塵重量をｇ／ｍ^２で求めた。
【００３９】
（９）フィルタユニットの捕集容量（ＤＨＣ）、初期圧力損失、比色法効率：ＪＩＳＢ９９０８（換気用エアフィルタユニット）に準拠し、定格流量５６ｍ^３／ｍｉｎで測定した。
【００４０】
実施例１
（１）極細繊維不織布
ＭＦＲ１５ｇ／１０分のポリプロピレンからメルトブロー法により、目付４０ｇ／ｍ^２、充填率１０％、厚み０．４５ｍｍ、通気度３５ｃｃ／ｃｍ^２／ｓｅｃ、繊維径３．８μｍ、の不織布を得た。このメルトブロー不織布をアース電極上に置きエレクトレット化処理をし、表面電荷が５×１０^−１０クーロン／ｃｍ^２のエレクトレット化不織布を得た。
【００４１】
（２）繊維シート
１．５デニールのビニロンステープル２０重量％、７デニールのビニロンステープル５０重量％及び６デニールのポリエステル繊維（帝人製）３０重量％からなる混合繊維を用い、繊維とバインダーの重量比を５０：５０にしてケミカルボンド法により不織布を得た。得られたケミカルボンド不織布の物性は、平均繊維径２５μｍ、充填率１４％、目付９０ｇ／ｍ^２、厚み０．５ｍｍ、通気度２５０ｃｃ／ｃｍ^２／ｓｅｃであった。
【００４２】
（３）積層シート及びフィルタユニットの製造
上記（１）で得た極細繊維不織布と上記（２）で得た繊維シートをホットメルトパウダーで２層に積層し、平板積層シートを得た。さらに平板積層シートを３０ｍｍの高さにプリーツし、高さ６１０ｍｍ×幅６１０ｍｍ×深さ２９０ｍｍのフィルタユニットを得た。平板積層シートとフィルタユニットの性能試験を行った。その結果を表１に示す。
【００４３】
実施例２
（１）極細繊維不織布
ＭＦＲ１５ｇ／１０分のポリプロピレンからメルトブロー法により、目付３０ｇ／ｍ^２、充填率１０％、厚み０．３４ｍｍ、通気度４６ｃｃ／ｃｍ^２／ｓｅｃ、繊維径３．８μｍの不織布と目付１５ｇ／ｍ^２、充填率１０％、厚み０．１７ｍｍ、通気度１５２ｃｃ／ｃｍ^２／ｓｅｃ、繊維径９μｍの不織布を得た。
【００４４】
（２）繊維シート
１．５デニールのビニロンステープル２０重量％、７デニールのビニロンステープル５０重量％及び６デニールのポリエステル繊維（帝人製）３０重量％からなる混合繊維を用い、繊維とバインダーの重量比を５０：５０にしてケミカルボンド法により不織布を得た。得られたケミカルボンド不織布の物性は、平均繊維径２５μｍ、充填率１４％、目付９０ｇ／ｍ^２、厚み０．５ｍｍ、通気度２５０ｃｃ／ｃｍ^２／ｓｅｃであった。
【００４５】
（３）積層シートの製造
上記（２）で得た繊維シートの両側に上記（１）で得た２種類の極細繊維不織布をホットメルトパウダーで３層に積層し、平板積層シートを得た。さらに平板積層シートを、実施例１と同様にプリーツ加工してフィルタユニットを得た。平板積層シートとフィルタユニットの性能試験を行った。その結果を表１に示す。
【００４６】
比較例１
実施例１の繊維シートの製造において、目付を３５ｇ／ｍ^２にする以外は、実施例１と同様にして、平板積層シートを得た。さらに平板積層シートをプリーツ加工しようとしたが、折り加工ができなかった。平板積層シートの性能試験を行った。結果を表１に示す。
【００４７】
比較例２
繊維シートとして、平均繊維径２０μｍ、充填率１４％、目付１００ｇ／ｍ^２のポリエステル繊維からなるスパンボンド不織布を用いる以外は、実施例１と同様にして平板積層シートを得た。さらに平板積層シートをプリーツ加工しようとしたが、折り加工ができなかった。平板積層シートの性能試験を行った。結果を表１に示す。
【００４８】
【表１】

【００４９】
表１から明らかなように、３種類の混合繊維であって、本発明の繊維シートを積層した積層シート及びそれからなるフィルタユニットは、粒子捕集効率及び粒子捕集容量に優れている（実施例１〜２）。一方、３種類の繊維径からなる不織布ではあるが、目付が本発明の範囲外の繊維シートを用いると、ダスト捕集容量に劣り、かろうじてプリーツ加工が可能であるが、剛性が弱いためエアーをユニットに流した形状が保持できなかった（比較例１）。また、不織布繊維シートとして目付の大きいスパンボンド不織布を用いると剛性が弱くプリーツ加工ができず、フィルタユニットが得られなかった（比較例２）。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の空気清浄用フィルターは、極細繊維からなる不織布と繊維径及び材質の異なる３種類の繊維を混抄した繊維シートを積層し、プリーツ加工したものであるので、形状保持性に優れ、かつ粒子捕集効率及びダスト捕集容量に優れ、特に、ビル空調用フィルター、一般産業用フィルター、キャビンフィルター用として有用である。

Claims

平均繊維径が０．５〜２５μｍ、充填率が４〜２０％、目付が７〜８０ｇ／ｍ^２の極細繊維からなる不織布と、（Ａ）３デニール未満の繊維径のビニロン繊維５〜５０重量％、（Ｂ）５デニール以上の繊維径のビニロン繊維５〜５０重量％及び（Ｃ）１．５〜１５デニールの繊維径のポリエステル繊維５〜５０重量％の３種類の混合繊維とバインダーからなり、平均繊維径が１５〜３０μｍ、充填率が３〜３０％、目付が４０〜１１０ｇ／ｍ^２であるケミカルボンド不織布又はサーマルボンド不織布から構成される繊維シートとを、積層した積層シートからなることを特徴とする空気清浄用フィルター。
繊維シートは、繊維とバインダーの重量比率が３０：７０〜８０：２０であることを特徴とする請求項１記載の空気清浄用フィルター。
極細繊維からなる不織布と繊維シートが２層又は３層以上に積層され、ＭＤ方向の剛軟度が８ｍＮ以上であって、ＭＤ方向の剛性が０．０５ｍＮ／ｇ／ｍ^２以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気清浄用フィルター。