JP4882984B2 - エレクトレット濾材およびフィルタユニット - Google Patents

Description

本発明は、気体中の微粒子の捕捉に用いられる高捕集効率かつ低圧力損失であるエレクトレット濾材及びフィルタユニットに関する。

従来より、平板で取り扱いが容易で、さらにはプリーツ加工が可能な剛性を持ち、低圧力損失で高捕集効率なエレクトレット濾材が種々提案されている。例えば、ポリプロピレンフィルムをエレクトレット化し、ついで開繊カッターで等で微細に割繊して得たエレクトレット化フィルムスプリット繊維と補強ネットを積層した濾材が開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。
これらの方法では、電荷密度の高いエレクトレットフィルムを用いているので、捕集効率は高いが、エレクトレット繊維がフィルムを割繊した形状である為、フィルム繊維同士の重なり部分が生じ、繊維の有効濾過面積および粉塵保持空間が十分でなかった。さらには、特許文献２では熱融着により毛羽立ちや脱落、層間剥離を防止しているが、熱融着時の熱によりエレクレットの劣化が生じ、捕集効率が低下するという問題があった。

また、フィルムスプリット以外の高帯電濾材として、摩擦帯電濾材とネットとの積層濾材が開示されている（例えば、特許文献３、４参照）。
これらは、繊維同士の重なりは無いと考えられるが、濾材表面の毛羽立ちや厚み制御、層間剥離について言及されておらず、濾材としてのハンドリング性に問題があるばかりか、プリーツ加工時の加工性、厚みや毛羽立ちによる構造圧損が大きいという問題があった。

特表平７−５０４１２１号公報 特開２００３−０４７８１１号公報 特表２０００−５０４９９２号公報 特開２００５−２９６８２５号公報

従って、本発明は、低圧力損失で高い粒子捕集効率を発現し、ダスト負荷時の圧損上昇が緩やかで、かつプリーツ加工性に優れユニット加工時の圧力損失、ダスト保持性に優れた、厚みが小さく、毛羽立ちの少ないエレクトレット濾材およびフィルタユニットを提供するものである。

本発明は、以下のとおりである。
１．丸断面短繊維からなるエレクトレット層と補強用ネットを含み、両外層が長繊維不織布からなり、各層間が絡合により一体化されている少なくとも４層以上からなるエレクトレット濾材。
２．補強用ネットの両側に丸断面短繊維からなるエレクトレット層を配してなる上記１に
記載のエレクトレット濾材。
３．前記長繊維不織布の少なくとも１層が、抗菌性を有する
上記１または２に記載のエレクトレット濾材。
４．上記１〜３のいずれかに記載の濾材にプリーツ加工を施し、枠体に保持してなるフィ
ルタユニット。

本発明により、低圧力損失で高い粒子捕集効率を発現し、ダスト負荷時の圧損上昇が緩やかで、かつプリーツ加工性に優れユニット加工時の圧力損失、ダスト保持性に優れた、厚みが小さく、毛羽立ちの少ないエレクトレット濾材およびフィルタユニットが提供できるものである。

以下に本発明を詳細に説明する。
本発明のエレクトレット濾材は、丸断面短繊維からなるエレクトレット層と補強用ネットを含み、両最外層が長繊維不織布からなり、各層間が絡合により一体化されている少なくとも４層以上からなるエレクトレット濾材である。

エレクレット層は丸断面短繊維で構成されていることが必要で、例えばフィルムスプリット繊維のような矩形断面であると繊維同士の接触により、有効濾過面積の減少および粉塵負荷時の粉塵保持空間の減少が生じるので好ましくない。繊維断面形状は直線部を有さない形状であれば、繊維同士の接触による有効面積が小さくならないので好ましい。本願発明でいう丸断面とは、真円に限定されず楕円形を含むものである。

エレクトレット層のエレクトレット化方法は特に限定されず、コロナ荷電法、摩擦帯電法、流体摩擦荷電法等広く用いることができるが、摩擦帯電法は空隙率が高い濾材を高帯電量でエレクトレット化できるので好ましい。
摩擦帯電法を用いる場合は、摩擦帯電濾材中にポリエステル系繊維を少なくとも２０質量％とポリオレフィン系繊維を少なくとも３０質量％含んでなり、該摩擦帯電濾材中にリン原子および／またはイオウ原子が３００ｐｐｍ以上含有されていることが好ましい。これらリン原子および／またはイオウ原子は、ホスフィン酸化合物および／またはスルホン酸化合物としてポリエステル分子鎖と共重合して存在していることが好ましい。このような摩擦帯電濾材は、例えば特開２００５−２９６８２５号公報に開示されているような公知の方法にて作成することができ、難燃性と濾過性能に優れる。

本発明の濾材は、両外層に長繊維不織布を備えており、丸断面短繊維からなるエレクトレット層と補強用ネットの外側に配置して絡合処理を施すことにより、長繊維不織布と、短繊維エレクトレット層が強固に絡み合うため、層間で剥離しにくく、毛羽立ちによる厚みの増大を抑制することができる。

そして、各層不織布の繊維間の接着や層間の接合に接着剤が用いられていないため、絡合時の接着剤の脱落物質の発生や接着剤からの揮発性有機化合物の発生がないという特徴がある。

長繊維不織布は、濾過性能を阻害しない程度に低圧損であることが好ましい。繊維径は１０〜５０μｍが好ましく、２０〜３５μｍがより好ましい。目付量は５〜５０ｇ／ｍ^２が好ましく、１０〜３０ｇ／ｍ^２がより好ましい。繊維径が１０μｍより小さい場合や目付量が５０ｇ／ｍ^２より大きい場合、通気抵抗が高くなり好ましくない。また、繊維径が５０μｍより大きい場合、繊維本数が少なくなり交絡が弱くなり好ましくない。目付量が５ｇ／ｍ^２より小さい場合、絡合時のシート強度が不足し、シート切れやシワが発生するので好ましくない。

長繊維不織布の製造方法は特に限定されず、スパンボンド法やメルトブロー法を用いることができる。

本発明の長繊維不織布を構成する繊維素材は特に限定されず、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン系、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系合成繊維を単一あるいは芯鞘状に複合して用いることができる。エレクトレット濾材の両外層のうち少なくとも片側の不織布を構成する繊維が抗菌性を有していると、抗菌性を有する繊維を使用した不織布を導入気体の上流として使用した場合、上流側で捕集された菌の増殖を抑制できるので、濾材として抗菌性を発揮でき好ましい。

本発明の補強用ネットは、合成繊維、無機繊維、金属繊維の何れでもよい。繊度は１１〜１６６７ｄｔｅｘ、目開きは１ｍｍ^２以上、好ましくは９ｍｍ^２以上である。繊度、目開きがこの範囲であれば補強効果は十分であり、また通気抵抗に対しても有利である。このようなネットで補強することにより、シートとしての取り扱い性が優れるばかりか、プリーツ加工を施した時に、形状保持に極めて優れた効果を発揮する。

本発明のエレクトレット濾材は、４層以上からなるものであり、前述した層以外にも脱臭層、抗菌防カビ層、抗アレルゲン層など種々の機能を有したシートが積層可能である。特に、補強用ネットの両外側に丸断面短繊維からなるエレクレット層を配置すると、ネットを介してエレクトレット層間の絡合時の絡みが強くなり、剥離強度が著しく向上するので好ましく、この場合は両外層を含めて５層構造となる。

絡合方法は、ニードルパンチ法や水流交絡法を単独あるいは組み合わせて利用できるが、水流交絡法を実施する場合は、液体によるエレクトレットの消失を防止する為に、水流交絡はエレクトレット化工程の前に実施するのが好ましい。

本発明のエレクトレット濾材は、補強用ネットを含んでいるので容易にプリーツ加工してフィルタユニットとして使用することができる。プリーツ加工を施すことにより、同じ通風開口部でも濾過面積を大幅に増大することができ、フィルタの捕集効率の向上と低圧損化、およびダスト負荷時の圧損上昇の抑制が可能である。本発明の濾材は、毛羽立ちが少なく厚みも小さいのでプリーツ加工時の構造圧損を抑制することができるので、フィルタとして低圧損であり、より多くの濾材を折り込み高性能化が可能である。

以下、実施例及び比較例を用いて、本発明を詳細に説明する。

（濾材厚み）
２０ｍｍφの測定端子を用い７ｇ／ｃｍ^２の荷重にて測定を実施した。

（通気抵抗）
濾材をダクト内に設置し、空気濾過速度が１０ｃｍ／秒になるよう大気を通気させ、濾材上流、下流の静圧差を差圧計にて読み取り、通気抵抗とした。

（粒子捕集効率）
濾材をダクト内に設置し、空気濾過速度が１０ｃｍ／秒になるよう大気を通気させ、濾材上流、下流の０．３〜０．５μｍ粒子の個数濃度をパーティクルカウンターにて計測し、次式にて粒子捕集効率を算出した。
粒子捕集効率（％）＝［１−（下流側濃度／上流側濃度）］×１００

（ダスト保持量）
濾材をダクト内に設置し、空気濾過速度が５０ｃｍ／秒になるよう大気を通気させ、濾材上流側から、ＪＩＳ１５種粉塵を７０ｍｇ／ｍ^３の濃度にて負荷し、通気抵抗が初期から１５０Ｐａ上昇するまで粉塵を負荷した。この時の濾材単位面積あたりのダスト捕集量をダスト保持量とした。

（接着性）
積層濾材を手で引きはがした時の剥離強度を強・中・弱で評価した。

［実施例１］
リンを含有する難燃性の丸断面ポリエステル短繊維（東洋紡績株式会社「ハイム」（登録商標）、繊度１．７ｄｔｅｘ、繊維長４４ｍｍ）と丸断面ポリプロピレン繊維（宇部日東化成株式会社製、繊度２．２ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍ）を１：１の重量比で混綿、カーディングして目付２５ｇ／ｍ^２の混繊ウェブＡを作製し、これに１５ｇ／ｍ^２のポリプロピレンスパンボンド不織布Ｂ（シンワ株式会社製、繊度５．５ｄｔｅｘ）を積層後、３ＭＰａの高圧水を連続的に噴霧して交絡させると同時に油剤を除去、乾燥し積層体Ｃを作成した。前記積層体Ｃのスパンボンド不織布Ｂの反対側に、ポリプロピレン製ネット（繊度１４４４ｄｔｅｘ、目開き３×５ｍｍ、目付５５ｇ／ｍ^２）とポリプロピレンスパンボンド不織布Ｂをポリプロピレンスパンボンド不織布Ｂが最外層に来るように積層し、針密度５０本／ｃｍ^２にてニードルパンチ処理を行い、摩擦帯電と交絡を同時に行って、総目付１１０ｇ／ｍ^２のエレクトレット濾材を得た。ニードルパンチ処理時の温湿度は、２７℃、５５ＲＨ％とした。このエレクトレット濾材を積層体Ｃが導入気体上流側となるようにして評価した結果、厚みは１．３ｍｍ、通気抵抗は２．２Ｐａ，捕集効率は５８％、ダスト保持量は１３４ｇ／ｍ^２であり、接着性は中であり、毛羽立ちは無かった。

［実施例２］
実施例１と同様にして、積層体Ｃを作成し、ポリプロピレン製ネット（繊度１４４４ｄｔｅｘ、目開き３×５ｍｍ、目付５５ｇ／ｍ^２）の両側に積層体Ｃをスパンボンド不織布Ｂが外側になるように積層して、針密度５０本／ｃｍ^２にてニードルパンチ処理を行い、摩擦帯電と交絡を同時に行って、総目付１３５ｇ／ｍ^２のエレクトレット濾材を得た。ニードルパンチ処理時の温湿度は、２７℃、５５ＲＨ％とした。このエレクトレット濾材の厚みは１．５ｍｍ、通気抵抗は４．４Ｐａ、捕集効率は７８％、ダスト保持量は１０１ｇ／ｍ^２であり、接着性は強であり、毛羽立ちは無かった。

［比較例１］
リンを含有する難燃性の丸断面ポリエステル短繊維（東洋紡績株式会社「ハイム」（登録商標）、繊度１．７ｄｔｅｘ、繊維長４４ｍｍ）と丸断面ポリプロピレン繊維（宇部日東化成株式会社製、繊度２．２ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍ）を１：１の重量比で混綿、カーディングして目付２５ｇ／ｍ^２の混繊ウェブＡを作製し、３ＭＰａの高圧水を連続的に噴霧して交絡させると同時に油剤を除去、乾燥し積層体Ｄを作成した。前記積層体Ｄとポリプロピレン製ネット（繊度１４４４ｄｔｅｘ、目開き３×５ｍｍ、目付５５ｇ／ｍ^２）とポリプロピレンスパンボンド不織布Ｂをネットが中央となるように積層し、針密度５０本／ｃｍ^２にてニードルパンチ処理を行い、摩擦帯電と交絡を同時に行って、総目付９５ｇ／ｍ^２のエレクトレット濾材を得た。ニードルパンチ処理時の温湿度は、２７℃、５５ＲＨ％とした。このエレクトレット濾材をスパンボンド不織布Ｂ側が導入気体上流側となるようにして評価した結果、厚みは１．７ｍｍ、通気抵抗は２．３Ｐａ、捕集効率は５８％、ダスト保持量は１２５ｇ／ｍ^２であり、接着性は弱であり、毛羽立ちが大きかった。

［比較例２］
厚さ８μｍ、平均幅８０μｍのポリプロピレン製エレクトレット化フィルムスプリット繊維を７５ｍｍ長さの短繊維状に切断し、相対湿度６５％雰囲気下で開綿、梳綿して目付３０ｇ／ｍ²のエレクトレット化フィルムスプリット繊維層ウェブを作製した。これと、ポリプロピレン製ネット（繊度１４４４ｄｔｅｘ、目開き３×５ｍｍ、目付５５ｇ／ｍ^２）とポリプロピレンスパンボンド不織布Ｂをネットが中央となるように積層し、針密度５０本／ｃｍ^２にてニードルパンチ処理を行い、総目付１００ｇ／ｍ^２のエレクトレット濾材を得た。このエレクトレット濾材をエレクトレット化フィルムスプリット繊維層側が導入気体上流側となるよう評価した結果、濾材の厚みは１．８ｍｍ、通気抵抗は２．３Ｐａ、捕集効率は４７％、ダスト保持量は８０ｇ／ｍ^２であり、接着性は弱であり、毛羽立ちが大きかった。

［比較例３］
融点が１１０℃である共重合ポリエステル系熱融着性繊維（繊度８．９ｄｔｅｘ、油剤付着量７重量％）を開綿、梳綿して目付１０ｇ／ｍ^２の熱融着性繊維層ウェブを作製した。また厚さ８μｍ、平均幅８０μｍのポリプロピレン製エレクトレット化スプリット繊維を７５ｍｍ長さの短繊維状に切断し、相対湿度６５％雰囲気下で開綿、梳綿して目付３０ｇ／ｍ^２のエレクトレット化スプリット繊維層ウェブを作製した。これらと、ポリプロピレン製ネット（繊度１４４４ｄｔｅｘ、目開き３×５ｍｍ、目付５５ｇ／ｍ^２）とポリプロピレンスパンボンド不織布Ｂを、熱融着性繊維ウェブ、エレクトレット化スプリット繊維層ウェブ、ネット、スパンボンド不織布Ｂの順に積層し、針密度５０本／ｃｍ^２にてニードルパンチ処理を行った後、次いで１２０℃の熱風オーブン中を通過させて熱融着させ、総目付１１０ｇ／ｍ^２のエレクトレット濾材を得た。このエレクトレット濾材を熱融着性繊維ウェブ側が導入気体上流側となるよう評価した結果、厚みは１．５ｍｍ、通気抵抗は２．３Ｐａ、捕集効率は４０％、ダスト保持量は７８ｇ／ｍ^２であり、接着性は強であり、毛羽立ちもほとんど無かった。

実施例および比較例の結果を表１に示した。実施例の濾材では低圧損、高捕集効率、高ダスト保持量であり、両外層の不織布との交絡によって低厚みで毛羽立ちも無く、層間の接着性も良好であった。一方、比較例１では両外層に長繊維不織布が無い為、厚みが大きく、交絡による絡みも少ない為に接着強度も弱かった。比較例２、３では、フィルムスプリット型繊維を用いている為、繊維同士の重なり部での有効濾過面積の減少により捕集効率およびダスト保持量の低下が大きく、さらに比較例３では熱融着時の熱の影響によりエレクトレットの消失が起こり捕集効率の低下が起こっていた。

本発明のエレクトレット濾材は、エレクトレット繊維の有効表面積が大きいことから低通気抵抗、高捕集効率、高ダスト保持量であり、毛羽立ちがなく接着性も良好であるため、プリーツ形状のフィルタユニットでも高性能を発揮できる。また、加工時の樹脂脱落や揮発性有機化合物の発生もなく安心して使用でき、環境汚染の少ないエレクトレット濾材として産業上有用である。

Claims (4)

1. 丸断面短繊維からなるエレクトレット層と補強用ネットを含み、両外層が長繊維不織布からなり、各層間が絡合により一体化されている少なくとも４層以上からなるエレクトレット濾材。
2. 補強用ネットの両側に丸断面短繊維からなるエレクトレット層を配してなる請求項１に記載のエレクトレット濾材。
3. 前記長繊維不織布の少なくとも１層が、抗菌性を有する請求項１または２に記載のエレクトレット濾材。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の濾材にプリーツ加工を施し、枠体に保持してなるフィルタユニット。