JP4902960B2 - サーマルボンドされたステープルファイバーと帯電したマイクロファイバーを含有する成形フィルタ要素 - Google Patents
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Description
本発明について、以下の用語は次のように定義される。
「デニール」とは、9,000メートルのフィラメントのグラムでの重量を意味する。
「帯電した」とは、測定可能で、一時的な期間を超えてファイバーに存在する電荷をファイバーが有していることを意味する。
「フィルタ要素」とは、その中を通過する流体から汚染物質を除去可能な流体透過性構造のことを意味する。
「マイクロファイバー」とは、不定の長さと、約15マイクロメートル(μm)以下の平均幾何ファイバー直径とを有するファイバーのことを意味する。
「成形ウェブ」とは、二次元において三次元より実質的に大きく、マスク、炉フィルタ、パネルまたは一連のパネル等といった所望の形状へと形成された構造のことを意味する。
「成形温度」とは、ウェブを加熱して成形がなされる温度のことを意味する。
「サーマルボンドされていない」とは、サーマルボンドされていないファイバーを含めるウェブを成形するのに好適な温度まで加熱された後に、ファイバーが近接するファイバーに実質的にボンドされていないことを意味する。
「多孔性」とは、流体透過性のことを意味する。
「ソリディティ」とは、ウェブにおける固体のパーセントを意味し、単位のないフラクションとして表現され、大きな数値は固体フラクションが多いことを示している。
「軟化温度」とは、ファイバー成分を他のファイバーにボンドでき、冷却時にボンドされた状態を保持する範囲までファイバー成分が軟化される最低温度を意味している。
「ステープルファイバー」とは、一定の長さを有するファイバーのことを意味する。
「サーマルボンド可能なファイバー」とは、軟化温度より少なくとも高い温度まで加熱されてから冷却された後に、近接するファイバーにボンドできるファイバーのことを意味する。
「サーマルボンドされたファイバー」とは、軟化温度より少なくとも高い温度まで加熱されてから冷却された後に、近接するファイバーにボンドされたファイバーのことを意味する。
個々の成形フィルタの透過率および圧力降下を、ミネソタ州セントポールのTSIインコーポレーテッド(TSI Incorporated, St. Paul, Minnesota)のAFTテスター、型番8130を用いて求めた。1立方メートル当たり20ミリグラム(mg/m3)の濃度の塩化ナトリウム(NaCl)を誘発(challenge)エアロゾルとして用いた。エアロゾル誘発は、1秒当たり13.8センチメートル(cm/秒)の面速度で分配された。透過率試験中、成形フィルタ試験片の圧力降下を測定した。ミリメートル水(mmH2O)で記録してある。
本発明のウェブに用いるファイバーの平均幾何ファイバー直径は、ウェブ試験片の顕微鏡写真の画像分析により求めることができる。
成形フィルタ要素の剛性を、ノースカロライナ州グリーンスボロのジェーキング社(Jaking & Co., Greensboro, North Carolina)より入手可能なキングスティフネステスター(King Stiffness Tester)を用いて測定した。剛性は、直径2.54cmの平面プローブをフィルタ要素に8.06cm(3.175インチ)の深さで押し込むのに必要な力として求める。プローブ要素をフィルタ要素の外側に配置して、フィルタ要素が試験のために配置されたプラットフォームに対して垂直に配向した。成形濾過マスクについては、プローブに対して対向するように中央下に配置したマスクの凸面側のプラットフォームに配置する。プローブを、32mm/秒のレートでマスクから下降させ、マスクと接触させ、指定した範囲(21ミリメートル)まで圧縮した。プローブを完全に下降した端部で、物品を圧縮するのに必要な力(ニュートン)を記録した。
品質係数を次のようにして求める。
透過率および圧力降下を用いて、式:
QF(1/mmH2O)=−Ln{NaCl透過率(%)/100}/圧力降下(mmH2O)
により、NaCl透過率の自然対数(Ln)から品質係数「QF値」を計算する。高い初期QF値は、初期濾過性能が良好であることを示している。QF値の減少は、濾過性能の減少と有効に関連している。
本発明の成形フィルタ要素を形成するのに用いるマイクロファイバー結合ウェブを、米国特許第4,118,531号明細書(ハウザー(Hauser))に記載され、図5に示されたプロセスに従ってブローンマイクロファイバーとサーマルボンド可能なステープルファイバーのブレンドから作成した。テキサス州ヒューストンのフィーナオイル・アンド・ケミカル社(FINA Oil and Chemical Co., Houston, Texas)より入手可能なポリプロピレンフィーナ(Fina)タイプ3960および日本、東京の三井石油化学(株)(Mitsui Petrochemical Industries, Ltd. of Tokyo, Japan)製ポリ−4−メチル−1−ペンテンタイプTPX−DX820のブレンドを用いて結合ウェブのブローンマイクロファイバー成分を作成した。ニューヨーク州ホースローンのチバガイギー社(Ciba Geigy Corporation, Hawthorne. New York)より入手可能なチマソーブ(Chimassorb)944FLを溶融添加剤として含めた。ブローンマイクロファイバー成分に用いる成分の重量比は98%ポリプロピレン、1.2%TPX−DX820および0.8%チマソーブ(Chimassorb)944FLであった。マイクロファイバー成分の秤量は1平方メートル当たり98グラム(g/m2)、上述した平均幾何ファイバー直径試験により平均幾何ファイバー直径を求めたところ4.4μmとなった。
コンジュゲートステープルファイバーを70%のセルボンド(CELBOND)T254(12dpf、長さ38mm)およびタイプ295(15pdf、長さ38mm)として入手可能な30%のポリエステルステープルファイバーのブレンドに代えた以外は実施例1に記載したようにして成形カップ形フィルタを作成した。セルボンド(CELBOND)T254ステープルファイバーの平均幾何ファイバー直径は33μm、タイプ295の平均幾何ファイバー直径は35μm、マイクロファイバーの平均幾何ファイバー直径は4.4μmであった。ステープルファイバー成分の秤量は約130g/m2であった。結合ウェブの合計秤量は約242g/m2であった。本実施例の成形カップ形フィルタ要素を試験した。結果を下の表1に示してある。
コンジュゲートステープルファイバーを49%のセルボンド(CELBOND)T254(12dpf、長さ38mm)、タイプ295(15pdf、長さ38mm)として入手可能な21%のポリエステルステープルファイバー、米国特許第4,813,946号明細書(インスレー(Insley))に記載された7%のマイクロファイバーマイクロウェブのブレンドに代えた以外は実施例1に記載したようにして成形フィルタを作成した。セルボンド(CELBOND)T254ステープルファイバーの平均幾何ファイバー直径は33μm、タイプ295の平均幾何ファイバー直径は35μm、マイクロファイバーの平均幾何ファイバー直径は4.4μmであった。本実施例で用いた溶融添加剤、チマソーブ(CHIMASSORB)944FLは、実施例1で用いたTPX−DX820/チマソーブ(CHIMASSORB)944FLの組み合わせに代え、1.0重量%で用いた。ポリプロピレンブローンマイクロファイバーの比率は99重量%まで増やした。結合ウェブのブローンマイクロファイバー成分の秤量は約52g/m2、ステープルファイバーは約115g/m2、マイクロファイバーマイクロウェブは約17g/m2であった。結合ウェブの合計秤量は約219g/m2であった。実施例3の物品の圧力降下、透過率および剛性について試験し、品質係数を求めた。
45重量%のブローンマイクロファイバーと55重量%のサーマルボンディングコンジュゲートステープルファイバーを用いて、実施例1に記載したようにして、ブローンマイクロファイバー結合ウェブを作成した。ステープルおよびマイクロファイバーの平均幾何ファイバー直径は、それぞれ、33および4.4μmであった。本実施例においては、TPXまたはチマソーブ(CHIMASSORB)944はマイクロファイバーには添加しなかった。得られた結合ウェブの合計秤量は約100g/m2であった。国際公開第00/01737号パンフレットに記載されたフッ素化によりウェブを両面で処理した。フロリダ州セントピータースバーグのプラズマサーム(PlasmaTherm, St. Petersburg, Florida)製の平行板容量結合型プラズマ反応器型番2480を用いて、本実施例のウェブをフッ素化した。この実験ではプラズマサーム(PlasmaTherm)において電極ギャップを15cmから1.6cmに減じた。ウェブ試料を20.3cm×30.5cmのセクションへと切断し、反応器内の電力供給電極に置いた。反応器チャンバーを閉じて、約1.3Pa以下のチャンバー圧力までポンピングした。ミネソタ州セントポールの3M社(3M Company, St. Paul, Minnesota)より入手可能なパーフルオロプロパンC3F8ガスを、40Paのチャンバー圧力に達するまで、83標準cm3/分のレートでチャンバーへ計量した。13.56MHzを用いて電源から1000ワットの電力供給をチャンバーの電極に行い、ウェブを1分間処理した。プラズマを消し、ガスの分配を止めた。チャンバーを排気し、試料を取り出し、裏返し、反応器に戻す前に大気圧まで通気した。ウェブの両面が等価の処理を受けるまでプロセスを繰り返した。
フッ素化処理においてC3F8ガスフローレートが169標準cm3/分であり、チャンバー圧力が66.7Paであり、ウェブの各面について30秒の処理時間とした以外は実施例4に記載したようにしてウェブを作成した。実施例1に記載したようにしてウェブの2層を結合し成形した。成形ウェブのNaCl粒子透過率および圧力降下について試験し、QF値を計算した。結果を表2に示してある。
Claims (6)
- 互いにサーマルボンドされたステープルファイバーと、互いにサーマルボンドされておらず、かつステープルファイバーにサーマルボンドされた帯電したマイクロファイバーとを含有する多孔性成形ウェブを含むフィルタ要素であって、ファイバー交点で少なくとも部分的に前記ステープルファイバー間のボンドにより、前記多孔性成形ウェブが成形構造に保持されているフィルタ要素。
- 前記多孔性成形ウェブが、約30〜70重量パーセントの互いにサーマルボンド可能なステープルファイバーと、約30〜70重量パーセントの互いにサーマルボンド不可能なマイクロファイバーとを含有する、請求項1に記載のフィルタ要素。
- 前記多孔性成形ウェブが、重量基準でステープルファイバーよりマイクロファイバーを多く含有する、請求項1に記載のフィルタ要素。
- 前記ステープルファイバーの長さが0.3m未満である、請求項1に記載のフィルタ要素。
- 互いにサーマルボンド可能なステープルファイバーと帯電した互いにサーマルボンドされていないマイクロファイバーとを含む予備成形繊維状ウェブを提供するステップと、
前記繊維状ウェブを目的の形状へとサーマルボンド可能なステープルファイバーどうしが熱的にボンドされてファイバー交点でボンドを示すように成形するステップと、
を含むフィルタ要素の製造方法。 - 前記予備成形ウェブのソリディティが約5〜30パーセントである、請求項5に記載の方法。
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