JP4747570B2

JP4747570B2 - 濾材

Info

Publication number: JP4747570B2
Application number: JP2004356862A
Authority: JP
Inventors: 禎仁後藤
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2004-12-09
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2024-12-09
Also published as: JP2006159133A

Description

本発明は建物内に外気を入れる際、あるいは室内空気を循環させながら空気調和を行う際に使用されるエアーフィルターや、自動車、列車等の車両用や家庭用、業務用の空気清浄機などに用いられるエアーフィルター用途に好適な濾材に関するものである。

従来より、建物室内や自動車や列車等の車両室内等の人が生活する空間内の粒子状物質を除去するエアーフィルターには、ガラス繊維濾紙や合成繊維からなる不織布が濾材として一般に使用されている。特に最近は、合成繊維からなるエレクトレット化された不織布と強度付与および粉塵保持の役目を果たす補強層とを積層し、濾過面積を大きくするためプリーツ形状で使用されている。

このような、エアーフィルターは粒子状物質を取り除くことを主目的として用いられてきたが、近年、多くの機能が要求されるに至っている。

例えば、健康・清潔に対する関心が高まるにつれて、生活空間の空気中に浮遊する細菌やかび等の除去が要求されるに至っている。しかしながら、空気中に浮遊する細菌やかびは、他の粒子状物質と同様に一般に使用されている従来のガラス繊維濾紙や不織布などの濾材で捕捉できるが、捕捉された細菌やかびが濾材内で繁殖して悪臭を発生する等の問題がある。そのため、かかる問題に対して、濾材に捕捉された細菌やかびが繁殖しないように濾材に抗菌性や防かび性等を付与することが提案されている。

また、近年、安全性の観点からフィルター用濾材には難燃性の要求も強くなっている。特に車両室内の様な比較的狭い密閉空間に設置され、タバコ等の火気が存在する状況で使用される場合は濾材の難燃性の必要性が大きくなる。

更に、エアコン内のエバポレータ横の様に水分が多量に存在する場所で使われるエアコン用フィルターや、外気の導入と同時に雨水が入り込む様な場所で使用されるフィルターには、水分の吸収によって濾材が変形し、風が通らなくなってしまうのを防ぐため、撥水性を有する濾材が要求されている。

このような、多様な要望に応えるため、これまで、空気浄化性能に優れ、さらに抗菌性、難燃性、撥水性を付与する為に数多くの試みが為されている。例えば、従来空気清浄用フィルター濾材に撥水性を付与するには、ポリプロピレンの様な撥水性を有する素材からなる緻密な層を最上流に設置するか、上流層に撥水加工を施して撥水性濾材とする方法がある。しかしながら、撥水性を有するだけの緻密な層を上流とすると、粉塵による目詰まりが早くなる、さらには撥水性を有する為に水系の後加工により抗菌性や難燃性を付与できないという問題があった。また、上流層に撥水加工を施した場合は、撥水剤の燃焼性の為に非常に燃えやすくなるという問題があった。

難燃性を有するフィルターとしては、除塵性濾材と難燃性の通気性濾材との積層濾材の間に難燃剤を含有するフィルターが提案されている。しかしながら、難燃性のみに主眼が置かれており水分の流入による変形や、菌の繁殖による悪臭の発生の防止は不十分である。（例えば特許文献１参照）
特開２００２−２９２２１４号公報

抗菌性フィルターとしては、除塵性濾材と通気性濾材との積層濾材の間に抗菌剤を含有するフィルターが提案されている。しかしながら、抗菌性のみに主眼が置かれており撥水性、難燃性については満足できるとは言いがたい。（例えば特許文献２参照）
特開２００２−３０６９１１号公報

上述の通り、本来、撥水性を付与する撥水剤は、燃えやすい油分を主成分としている為、撥水性と難燃性を両立させ、さらに抗菌性を付与する事は非常に困難であるため、近年の高いレベルの要求を全て満足するエアーフィルターは存在していないのが現状である。

本発明は上記問題点に鑑み、高い効率で粒子状物質を除去でき、捕捉した細菌の繁殖を抑制するとともに、水分流入時の性能および形状安定性と難燃性を同時に有する濾材を提供しようとするものである。

即ち、本発明は、（１）エレクトレット層とその上流側に設置される補強層が積層されてなる濾材であって、ＪＩＳＬ１０９２（１９９８）繊維製品の防水性試験方法スプレー試験にて湿潤状態２点以上の撥水性、かつ、ＪＩＳＬ１９０２（１９９８）繊維製品の抗菌性試験方法、定性試験にてハロー有りを示す抗菌性、かつ、ＪＩＳＤ１２０１（１９９８）自動車、及び農林用トラクタ・機械装置−内装材料の燃焼性試験方法にて測定開始点を通過後６０秒以内かつ５０ｍｍ以内で消火する難燃性を示すことを特徴とする撥水抗菌難燃性濾材。（２）補強層目付の５〜５０％が難燃剤、０．５〜５％が撥水剤、０．１〜３％が抗菌剤からなる事を特徴とする前記（１）記載の濾材。（３）補強層がサーマルボンド法不織布からなる（１）または（２）記載の濾材である。

本発明による濾材は、高い効率で粒子状物質を除去でき、濾材上での菌の繁殖を抑制し、撥水性および難燃性を同時に有しているため、火気の危険がある場合でも、水に接触するような用途であっても、清潔且つ安全に使用できるという利点がある。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明にかかる濾材は、エレクトレット層と補強層が積層されてなることが好ましい。
生活空間の空気中に浮遊している粒子状物質は一般に平均粒径が０．１μｍ前後と微細な粒子が多いが、通常の不織布では微細な粒子状物質を除去することができない。しかし、エレクトレット不織布は静電気力により微細な粒子状物質の除去が可能なため、エレクトレット不織布を用いる事により、微細な粒子状物質を高い効率で除去できる濾材が得られるのである。かかるエレクトレット不織布を得る方法は、特に限定されず、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリ乳酸、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等の誘電体材料からなる不織布にコロナ荷電処理などを施したり、エレクトレット化されたフィルムを割繊繊維化して不織布にするなどの方法が使用できる。

エレクトレット層は、先述の通り微細な粒子を捕集する層であり、繊維径は０．１μｍから５０μｍ、目付は５〜１００ｇ／ｍ²のメルトブローン不織布、スパンボンド不織布等が用いられるが、エレクトレット層単独では腰強度が弱く、プリーツ加工ができない為、補強層と貼り合わせる事が好ましい。

補強層としては、エレクトレット層の支持体となりうる腰強度と、濾過機能を妨げない低い通気抵抗が必要であり、繊維径はエレクトレット層より太く１０〜１００μｍ、目付５０〜２００ｇ／ｍ²の熱可塑性繊維からなる不織布が好適に用いられる。補強層の製法はサーマルボンド法が好ましい。スパンボンド法やレジンボンド法では、補強層としての強度を得る為の繊維間の接着固定に多量な接着剤が必要であり、難燃性を阻害しやすい。またサーマルボンド法の補強層であれば、補強層内に熱融着繊維が含まれている為、エレクトレット層との積層の際に、両者を重ね加熱加圧するのみで接着可能となるので好ましい。

エレクトレット層と補強層との積層方法は特に限定されないが、熱融着性シートを挟み込み加熱して融着する方法、層間にパウダー状、あるいは繊維状のホットメルト接着剤を塗布する方法、エンボス加工や超音波加工により積層する方法、エレクトレット層あるいは補強層に熱融着性繊維を含有させ、加熱して接着積層する方法等が用いられる。

積層された濾材は、ＪＩＳＬ１０９２（１９９８）繊維製品の防水性試験方法スプレー試験にて湿潤状態２点以上の撥水性を有し、かつ、ＪＩＳＬ１９０２（１９９８）繊維製品の抗菌性試験方法、定性試験にてハロー有りを示す抗菌性を有し、かつ、ＪＩＳＤ１２０１（１９９８）自動車、及び農林用トラクタ・機械装置−内装材料の燃焼性試験方法にて測定開始点を通過後６０秒以内かつ５０ｍｍ以内で消火する難燃性を示すことが必要である。撥水性が２点以下であると、使用中に濾材が雨水等で濡れた場合、濾材が水分を吸収してしまうので通気抵抗の急激な上昇を招いたり、濾材強度が極端に低下し濾材の変形を生じる。抗菌性は、濾材で捕集した菌類が濾材上で繁殖し、異臭を放ったり通気抵抗が上昇するのを防止する為に必要であり、グラム陽性菌を代表する黄色ブドウ状球菌とグラム陰性菌を代表する大腸菌について、ＪＩＳＬ１９０２（１９９８）繊維製品の抗菌性試験方法、定性試験にてハローを示す抗菌性があれば良い。さらに、難燃性は安全上必要でありＪＩＳＤ１２０１（１９９８）自動車、及び農林用トラクタ・機械装置−内装材料の燃焼性試験方法にて測定開始点を通過後６０秒以内かつ５０ｍｍ以内で消火する燃焼性を示せば、通常の環境で着火しても濾材が全焼したり、他の部品に燃え移る事はない。これらの撥水性、抗菌性、難燃性は同時に満たす事が必要であり、何れの性能が欠けてもフィルター用濾材としての機能を十分に発揮できないし、安全、衛生上問題がある。

上記の撥水性、抗菌性、難燃性は、積層濾材の補強層に撥水剤、抗菌剤および難燃剤を含有させることにより達成することが好ましい。補強層は強度付与の役割があるため、通常エレクトレット層の２倍以上の目付を有するので、濾材としての難燃性は補強層が支配的になるからである。撥水性は、濾材の上流側にのみ必要であるが、繊維径の大きい補強層を微細な粒子を捕集するエレクトレット層より上流に設置して使用するのが、粉塵堆積による目詰まりを防止する為にも効果的であるので、上流側の補強層のみに撥水性があれば良い。菌は補強層、エレクトレット層の両方に捕集されるが、補強層に抗菌性があれば、隣接するエレクトレット層に捕集された菌についても繁殖を抑制する効果がある為、補強層のみに抗菌剤が担持されていれば良い。

補強層中の難燃剤、撥水剤、抗菌剤の比率は、それぞれ補強層目付に対して５〜５０％、０．５〜５％、０．１〜３％が好ましい。難燃性と撥水性は相反する性質であり、それぞれ上記の比率の範囲で担持させる事が重要である。撥水剤の成分は水分をはじく親油性の燃えやすい油分である為、撥水剤を５％以上とすると難燃剤を５０％まで加えても燃焼性を抑制できない。難燃剤を５０％以上とすると、難燃性は付与できるが補強層の通気抵抗が高くなる。撥水剤を０．５％以下とすると撥水性が十分でない。抗菌剤の比率は０．１〜３％が好ましく、０．１％以下だとＪＩＳＬ１９０２（１９９８）繊維製品の抗菌性試験方法、定性試験にてハローを示さないので抗菌性に劣り、３％以上だとコスト高となり好ましくない。

補強層に担持させる難燃剤は、特に限定されないが、難燃性、不燃性、防炎性、耐炎性、耐火性、消火性などの機能を付与する薬剤であり、ハロゲン系リン酸エステルや非ハロゲン系リン酸エステルなでのリン系難燃剤、デカブロモフェニルオキサイドのような臭素系難燃剤、塩素化パラフィンなどの塩素系難燃剤、三酸化アンチモンに代表されるアンチモン酸化物、水酸化アルミニウムまたはグアニジン化合物などの無機系難燃剤等の市販の難燃剤を広く使用する事ができるが、近年の環境負荷物質問題を考慮すると非ハロゲン系難燃剤が好ましい。撥水剤としても、特に限定されずシリコーン樹脂系、フッ素樹脂系の市販の撥水剤を広く使用する事ができる。抗菌剤としても、特に限定されずベンゾイミダゾール化合物、有機窒素系化合物、有機窒素硫黄系化合物、第四級アンモニウム塩、芳香族カルボン酸エステル系化合物等、市販の抗菌剤を広く使用する事ができる。

補強層への担持方法は特に限定されないが、撥水剤、難燃剤、抗菌剤の混合物に補強層を含浸、乾燥する方法が工程も簡易的であり好ましい。
以下、実施例を挙げて、本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何等限定されるものではない

まず、本実施例で用いた濾材の試験方法を以下に示す。
（難燃性能）
ＪＩＳＤ１２０１−１９９８（自動車、及び農林用トラクタ・機械装置−内装材料の燃焼性試験方法）に準じて実施し、測定開始点を通過後６０秒以内かつ５０ｍｍ以内で消火した物を難燃性有りとした。
（撥水性能）
ＪＩＳＬ１０９２−１９９８（繊維製品の防水性試験方法スプレー試験）にて湿潤状態２点以上を撥水性有りとした。
（抗菌性能）
ＪＩＳＬ１９０２−１９９８（繊維製品の抗菌性試験方法、定性試験）にて菌種に黄色ブドウ状球菌および大腸菌を用い、ハロー有りの場合を抗菌性有りとした。
（通気抵抗）
直径７２ｍｍの円板状の濾材を下流側が真空ポンプに接続されている濾過面積２０ｃｍ２のフィルターホルダーに装着した。濾材に流速１０ｃｍ／ｓで室内空気を導入し、濾材の上下流の差圧の差圧計にて測定し、この差圧を通気抵抗とした。

［実施例１］平均繊維径２０μｍ、目付１００ｇ／ｍ2 のポリエステル系サーマルボンド不織布に難燃剤として大京化学（株）製「ビゴール」を１０％、撥水剤として大京化学（株）製「ダイガード」を１％、抗菌剤として大和化学（株）製「アモルデン」を０．５％担持させ、補強層を作製した。これにエレクトレット化した繊維径８μｍ、目付３０ｇ／ｍ2 のポリプロピレンメルトブローン不織布を繊維状の合成ゴム系接着剤を用いて接着して濾材を得た。

［実施例２］補強層への担持成分に、難燃剤としてメタクリル酸アルキルエステル・アクリル酸アルキルエステル共重合物を３０％、撥水剤として日華化学（株）製「ＮＫガード」を２％、抗菌剤として大和化学（株）製「アモルデン」を０．５％担持させた以外は、実施例１と同様にエレクトレット不織布との積層濾材を得た。

［比較例１］平均繊維径２０μｍ、目付１００ｇ／ｍ2 のポリエステル系サーマルボンド不織布を補強層とし、これにエレクトレット化した繊維径８μｍ、目付３０ｇ／ｍ2 のポリプロピレンメルトブローン不織布を繊維状の合成ゴム系接着剤を用いて接着して濾材を得た。

［比較例２］補強層への担持成分に、難燃剤としてメタクリル酸アルキルエステル・アクリル酸アルキルエステル共重合物を３０％、撥水剤として日華化学（株）製「ＮＫガード」を１０％、抗菌剤として大和化学（株）製「アモルデン」を０．５％担持させた以外は、実施例１と同様にエレクトレット不織布との積層濾材を得た。

［比較例３］補強層への担持成分に、難燃剤としてメタクリル酸アルキルエステル・アクリル酸アルキルエステル共重合物を１０％、撥水剤として日華化学（株）製「ＮＫガード」を０．１％、抗菌剤として大和化学（株）製「アモルデン」を０．３％担持させた以外は、実施例１と同様にエレクトレット不織布との積層濾材を得た。
［比較例４］補強層への担持成分に、難燃剤としてメタクリル酸アルキルエステル・アクリル酸アルキルエステル共重合物を６０％、撥水剤として日華化学（株）製「ＮＫガード」を４％、抗菌剤として大和化学（株）製「アモルデン」を１％担持させた以外は、実施例１と同様にエレクトレット不織布との積層濾材を得た。

上述した濾材について、先に説明した方法により通気抵抗と難燃性、撥水性、抗菌性の試験を実施した。結果を第１表に示す。ただし○は性能有りを、×は性能無しを示す。

実施例１〜２，比較例１〜４より明らかなように、本発明を適用した実施例では難燃性、撥水性、抗菌性を同時に有しており通気抵抗の上昇も小さいことがわかる。

以上述べた如く、本発明の濾材は、難燃性と撥水性および抗菌性を併せ持った、低通気抵抗、高捕集効率濾材であり、あらゆる環境での性能安定性と安全性が考慮されおり、車両用空気浄化フィルター、家電製品用空気浄化フィルター、ビル・工場用空気浄化フィルター、事務機器用空気浄化フィルター等、幅広い用途分野に利用することができ、産業界に貢献することが大である。

Claims

目付が５〜１００ｇ／ｍ ^２のエレクトレット層とその上流側に設置される目付が５０〜２００ｇ／ｍ ^２の補強層が積層されてなる濾材であって、補強層目付の５〜５０％が難燃剤、０．５〜５％が撥水剤、０．１〜３％が抗菌剤からなる濾材。
補強層がサーマルボンド法不織布からなる請求項１に記載の濾材。
ＪＩＳＬ１０９２（１９９８）繊維製品の防水性試験方法スプレー試験にて湿潤状態２点以上の撥水性を示し、かつ、ＪＩＳＬ１９０２（１９９８）繊維製品の抗菌性試験方法、定性試験にてハロー有りを示す抗菌性を有し、かつ、ＪＩＳＤ１２０１（１９９８）自動車、及び農林用トラクタ・機械装置−内装材料の燃焼性試験方法にて測定開始点を通過後６０秒以内かつ５０ｍｍ以内で消火する難燃性を有する請求項１又は２に記載の濾材。