JP5142816B2

JP5142816B2 - 気化フィルター用繊維構造体

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Publication number: JP5142816B2
Application number: JP2008130314A
Authority: JP
Inventors: 真規子橋本; 誉志美中山
Original assignee: Asahi Kasei Fibers Corp
Current assignee: Asahi Kasei Fibers Corp
Priority date: 2008-05-19
Filing date: 2008-05-19
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2028-05-19
Also published as: JP2009276034A

Description

一般に、加湿器の加湿方法としては、蒸気式、超音波式、気化式等が知られているが、近年省エネルギーの観点からの要求や、空気清浄機と一体型に組み込むための適正から気化型が主流になってきている。気化式加湿器は、保水状態の気化フィルターに室温または加温された空気を送風し、該気化フィルターから水を蒸発させて加湿を行うものである。
従来、気化フィルターには、水の吸い上げ性、保水性、湿潤時の保形性が要求される。そのため従来は、保水の観点からセルロース繊維を混用した基材を用いるのが一般的であった。しかしながら、セルロース繊維は吸水するとヤング率が下がり、形状が維持できないことや湿潤強度が低いため、例えば耐水性のアクリル系樹脂などを用いて硬仕上げを行い形状維持する必要がある。しかし、このような樹脂の使用により、樹脂が繊維間に浸透するため、水吸い上げ力の低下や、保水性能の低下が見られるという欠点があるほか、親水性が高く、水膨潤度が高いために単位風量あたりの水分蒸発量が制限されるという問題があった。

更に、セルロース繊維を用いたフィルターが除加湿機能のある機種に使用された場合には、繊維に痩せ硬化が起こり、長期間の使用で蒸散量の低下をきたすという問題があった。中でも綿やパルプなどの天然繊維やレーヨン繊維は繊維表面が平滑ではないため、加湿器に供給される水道水のカルキ成分が繊維表面で結晶化しやすく、フィルターの洗浄を頻繁に行なう必要があった。
近年、電器メーカーによる加湿方式の改良により加湿器の能力アップ化がおこなわれているが、気化フィルターは従来のままであり、単位風量あたりの水分蒸発量が大きく、加湿能力が高くて、加湿能力が低下しにくい気化フィルターが求められていた。
特許文献１には、このようなセルロース繊維の欠点を改良するため、ポリオレフィンやポリエステルなどの成形性の良い樹脂製の網状構造物にセルロース繊維を３０重量％含む繊維ウェブを一体化させ、樹脂によるセルロース繊維の保水能力の低下を防ぐ方法が開示されている。しかしながら、この方法では、セルロース繊維に保水した水分を蒸散させる必要があるため、単位風量あたりの水分蒸散量は改善できない。
特許文献２には、親水性繊維と熱融着性繊維を混繊し、熱圧着によりコルゲート構造またはプリーツ構造とし、空気の流入方向と線圧着角度を特定の範囲に制御することにより、有効通気量を多くする方法が開示されている。しかしながら、親水性繊維はレーヨンを代表とするセルロース繊維であり、水分蒸散量の改善には限界があり、長期使用による蒸散量の低下は回避できない。

特開２００４−２５０８３９号公報特開２００５−０３７０７６号公報

本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、保水時の保形性がよく、単位時間当たりの水蒸散量が多く加湿性能に優れ、長期使用においても蒸散能力が低下しない気化フィルターを提供することにある。

本発明者らは前記課題について鋭意検討した結果、吸水性高分子を共重合した吸水性、成型性に富む熱可塑性樹脂から得られる熱可塑性合成繊維性不織布と、乾燥速度が速い熱可塑性合成繊維を積層して繊維構造体とし、該繊維構造体を気化フィルターに組み込むことにより加湿性、保水性、蒸散性、保型性に優れる気化フィルターと成り得ることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、以下の通りのものである。
（１）ポリアルキレングリコールを共重合した熱可塑性吸水性樹脂を用いて得られる吸水性繊維から構成される吸水性不織布層と、熱可塑性繊維から成る不織布層を積層した繊維構造体であって、該繊維構造体の吸水性繊維の含有率が５〜５０ｗｔ％、目付けが２０〜１５０ｇ／ｍ ² 、保水量が３．１〜４．７ｇ／ｇ、水膨潤度が１０〜３０％であることを特徴とする気化フィルター用繊維構造体。
（２）上記（１）に記載の繊維構造体が、平面状の基材と波状の基材が組み合わされてなるコルゲート状構造、またはプリーツ状構造の一部または全部を構成していることを特徴とする気化フィルター。
（３）上記（２）に記載の気化フィルターが搭載された加湿器。

本発明による気化フィルター用繊維構造体は、保型性が良好で、単位時間あたりの水蒸散量が多く、加湿器の加湿能力の向上および省電力化を可能にし、長期使用においても加湿能力が低下しにくいという優れた特性を有する。

本発明は、吸水性高分子を共重合した吸水性、成型性に富む熱可塑性吸水性樹脂の吸水性繊維からなる不織布層と、乾燥速度が速い熱可塑性合成繊維不織布層を積層して、繊維構造体とし、気化フィルターに組み込むことにより加湿性、保水性、蒸散性、保型性に優れる気化フィルター用繊維構造体である。
本発明に用いる吸水性繊維は、熱可塑性吸水性樹脂を用いて得られるものであり、熱可塑性吸水性樹脂は、ポリテトラメチレンテレフタレートを主成分とするポリエステルとポリエチレングリコール（ＰＥＧ）との共重合体からなる樹脂であり、ポリエチレングリコールの共重合量としては、好ましくは５〜９０ｗｔ％であり、より好ましくは１０〜８０ｗｔ％、さらに好ましくは３０〜６０ｗｔ％の範囲である。
共重合量がこの範囲であると、繊維構造体として、適正な吸水性、保水性を得ることができる。
吸水性繊維から構成される吸水性不織布層と熱可塑性繊維から成る不織布層から形成される積層体を含む繊維構造体において、吸水性繊維の含有率は、５〜５０ｗｔ％が好ましく、より好ましくは１０〜５０ｗｔ％、さらに好ましくは１５〜５０ｗｔ％の範囲である。

本発明のもう一方に用いられる熱可塑性不織布層を構成する樹脂は、ポリエステル系ポリマー、ポリアミド系ポリマー、ポリオレフィン系ポリマーおよびその混合物を挙げることができる。
ポリエステル系ポリマーとしては、例えば、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、ポリトリメチレンテレフタレート、又はポリ乳酸などの生分解性ポリエステル等を挙げることができる。さらにはこれらのポリエステルを主体とする共重合あるいはこれらの混合物でも良い。
本発明の熱可塑性吸水性樹脂１〜２０ｗｔ％を、これらのポリエステル系ポリマーに混合した樹脂を用いると親水性がより向上し、より好ましく用いることができる。
さらに、ポリエステル系樹脂を芯部成分とし、Ｃｏ−ＰＥＴ、低融点ＰＥＴ、又はポリオレフィン等の成分を鞘部にした、鞘芯型複合繊維からなる熱可塑性不織布層を配置すると、熱融着によるコルゲート構造体やプリーツ構造体への加工が容易になり、吸水性能や乾燥速度の低下をおこすこと無くより好ましく用いることができる。

ポリアミド系ポリマーとしては、例えば、ナイロン４、ナイロン６、ナイロン４６、ナイロン６６、ナイロン１１、ナイロン１２等を挙げることができる。また、これらのナイロンを主体とする共重合体あるいは混合物であっても良い。
ポリオレフィン系ポリマーとしては、例えば、ポリプロピレン、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン等を挙げることができる。
気化フィルター用繊維構造体は、必要に応じて、染色や防黴加工を行うので、加工の容易さからポリエステル系ポリマーまたはポリアミド系ポリマーが好ましい。また、水中での保型性、コルゲート構造体またはプリーツ構造体への付型性の観点から、ポリエステル系ポリマーがより好ましく用いられる。
本発明のポリアルキレングリコールを共重合した熱可塑性吸水性樹脂を用いて得られる吸水性繊維から構成される吸水性不織布層と、熱可塑性繊維から成る不織布層から形成される積層体は、公知の方法を用いて得られるものであり、製造方法及び積層方法としては従来公知の方法が任意に採用でき、特に制限はない。

吸水性不織布層および熱可塑性樹脂からなる不織布層としては、長繊維あるいは短繊維いずれを用いてもよく、その形成方法としてもスパンボンド法とメルトブロー法に代表される紡糸直結法やカーディングやエアレイなどの乾式法、抄紙法などの湿式法などいずれを用いても良い。
吸水性不織布層と熱可塑性不織布層の接着あるいは絡み合わせる方法としては、カレンダー法、スルーエアーヒーティング法などの熱接着法、接着剤を用いる化学的接着法、ニードルパンチ法、水流交絡法、ステッチボンド法などの機械的接着法などのいずれを用いてもよい。
不織布構造体をコルゲート形状にする場合は、スパンボンド法やメルトブロー法により不織布を作成し、接着剤による吸水面積の現象を避けるためにも熱接着法で積層するほうが好ましい。プリーツ形状にする場合はこの限りではない。

本発明の繊維構造体は、吸水性繊維からなる不織布層と、熱可塑性樹脂からなる不織布層が少なくとも１層ずつ積層されていればよく、積層する層の数は特に限定されないが、両外層を熱可塑性樹脂からなる長繊維不織布で構成し、かつ中間層として吸水性繊維からなる不織布層を配置した積層体であることが好ましい。このような構造をとることにより、吸水しても形状を維持することができる。
本発明の気化フィルター用繊維構造体は、上記ポリアルキレングリコールを共重合した熱可塑性吸水性樹脂を用いて得られる吸水性繊維から構成される吸水性不織布層と、熱可塑性繊維から成る不織布層から形成される積層体が、気化フィルターの一部またはすべてを構成し、気化フィルターの水膨潤度が３〜３５％の範囲を逸脱しない範囲で、他の材料を組み合わせることができる。

組み合わせる材料は、ポリエステル系樹脂、ナイロン系樹脂、ポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂等の熱可塑性繊維やセルロース繊維、またはその混合物でも良い。セルロース繊維は本来水膨潤度が大きく、保水量は大きいが乾燥速度が遅いため本発明の目的には不適であるが、本発明の積層体と接触して組み合わせることにより、セルロース繊維から積層体に水の移行が起こり、乾燥速度の低下を押さえる効果が見られ、保水と乾燥を補完しあい、設置型の気化フィルターとしては好ましく用いることができる。
気化フィルターの水膨潤度は３〜３５％が必要であり、３５％を超えるとフィルターに保持された水分とフィルター基材の繊維との親和力が高すぎ、乾燥速度の低下をきたすため好ましくない。また、水膨潤度が３％未満であるとフィルターの水親和性が低すぎ、蒸散に必要な水分を十分保持することができない。気化フィルターの水膨潤度は蒸散性の観点から保水量と乾燥速度のバランスを取ることが重要であり、より好ましい水膨潤度は１０〜３０％の範囲である。

本発明の気化フィルターに用いる積層体の目付けは２０〜１５０ｇ／ｍ^２であり、２０ｇ／ｍ^２未満であれば十分な保水量を得ることができず、１５０ｇ／ｍ^２を超えては風が繊維内層部まで行き渡らず、単位重量あたりの乾燥速度が遅くなる。
また、繊維構造体に占める吸水繊維層の割合は５〜５０重量％であり、５重量％未満は加湿器の機種にもよるが気化フィルターとしての保水量と水拡散性が不足し、また、５０重量％を超えると湿潤時の保型性が不足する。積層体に占める吸水繊維層の割合は、好ましくは１０重量％〜５０重量％、より好ましくは１５〜５０重量％の範囲である。最近の加湿器の一部の機種に採用されている回転式加湿器フィルターは、常時気化フィルターに水が供給されるので吸水繊維層の割合が５重量％以上で問題なく使用できるが、気化フィルターの下層部が水に浸り、吸い上げる方式の加湿器に搭載される設置式気化フィルターでは、水の吸い上げ量を多くする必要であるため、吸水繊維層の割合が１０重量％以上必要である。また、１５重量％以上あれば、加湿器の型式や規模に左右されず、十分な加湿量が達成できる。

気化フィルター基材に必要な性能は、供給される水をいち早く蒸発させて加湿するものであることから、水拡散性が良いこと、乾燥速度が速いことであり、設置式気化フィルターにはＪＩＳ−Ｌ−１０９６バイレック法に代表される吸い上げ高さ（輸水性能）が求められる。
本発明の気化フィルターには、必要に応じて、抗菌剤、防黴剤、顔料、染料、その他の機能性薬剤を使用してもよく、これらの薬剤を固定させるため、バインダー樹脂を使用しても良い。気化式加湿器の気化フィルターは常時湿潤状態にあるため、抗菌剤や防黴剤を付与することは有効である。尚、本発明の気化フィルターはこれらの加工後の諸性能が本発明の範囲内にあればよい。

以下に、実施例および比較例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は下記の実施例などにより何ら制限されるものではない。
なお、各特性の評価方法は下記のとおりである。
１．目付（ｇ／ｍ^２）
ＪＩＳ−Ｌ−１０９６に規定の方法に従い、経２０ｃｍ×緯２０ｃｍの試験片を５枚採取して質量を測定し、その平均値を単位面積あたりの重量に換算して求めた。
２．保水性
２０℃×６５％ＲＨの環境下でサンプルを２４時間以上調湿した後、吸水性繊維積層不織布のサンプル重量を測定する（ｃｇ）。イオン交換水に３０分浸漬した後、サンプルの端をピンセット等でつまみあげ、１分間余分な水を落としたのち、サンプル重量を測定し（ｄｇ）、サンプル１ｇあたりの保水量を下記の式により求める。
保水量（ｇ／ｇ）＝（ｄ−ｃ）／ｃ

３．吸い上げ高さ（バイレック法）
ＪＩＳ−Ｌ−１０９６に準拠し、１０分後の吸い上げ高さを測定する。
４．乾燥速度
吸水性繊維積層不織布を１５ｃｍ×１５ｃｍにサンプリングし、２０℃×６５％ＲＨの環境下でサンプルを２４時間以上調湿する。同環境下、サンプル重量を測定した後、イオン交換水を０．２ｍｌ滴下し、その直後の重量を測る。その後、５分おきにサンプルの重量を測定し、残存水分率が５０％を切るまで重量測定を継続する。グラフに残存水分率をプロットし、残存水分率が５０％に到達した時間をグラフより読み取る。
５．水膨潤度
２０℃×６５％ＲＨの環境下で２０℃±２℃の蒸留水に３０分間浸漬し、３５００ｒｐｍで５分間遠心脱水機にかけた後のサンプルを赤外線水分計ＦＤ−２３０（（株）ケット科学研究所社製）にて水分率を求め、この値を水膨潤度とした。ｎ＝５の平均値を求めた。

６．蒸散量
放湿量：ＪＥＭ１４２６
東芝ホームテクノ社製、加湿器；ＫＡ−Ｇ６０ＤＸに搭載されている気化フィルター（ＫＡＦ−７）と同様の形のコルゲートタイプ気化フィルターを試作し、加湿性能を評価した。２０℃×３０％ＲＨにコントロールされた人工気候室内で、加湿モードを「連続」とし、積算運転時間８時間運転後と１００時間運転後に、単位時間当たりのタンク内の水道水消費量を測定した。なお、２００時間運転は、１０時間運転後２４時間以上自然乾燥を繰り返し、２００時間経過後に測定を開始した。
７．カルキ成分の付着量
１００時間運転後の気化フィルターのカルキ成分付着量を目視にて、以下の基準で判定した。
○：フィルター全体に薄く付着して結晶粒化している量が少ない。
△：フィルター全体に薄く付着して平面状基材の中心部にやや結晶粒化している。
×：フィルターの中心部に結晶粒化している量が多い。

［実施例１］
固有粘度が０．７０のポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）を常用の溶融紡糸装置に供給し、２９０℃にて均一に溶融混合し、円形断面の紡糸口を有する紡糸口金から溶融紡出して速度４５００ｍ／分にて引き取り、２．０ｄｔｅｘのポリエチレンテレフタレート繊維を得た。得られたポリエチレンテレフタレート繊維を開繊分散して目付が２０ｇ／ｍ^２のウェブを形成した。
次に固有粘度が０．９２でポリエチレングリコールの共重合率が４５重量％であるポリテトラメチレンテレフタレートとポリエチレングリコールとの共重合ポリエステル樹脂を常用のメルトブロー溶融紡糸装置に供給し、２７０℃にて均一に溶融混合し、円形断面の紡糸口を有する紡糸口金から溶融紡出して２．５μｍの吸水性繊維からなる目付１５ｇ／ｍ^２のウェブを得た。得られた吸水性ウェブを上記の目付２０ｇ／ｍ^２のポリエチレンテレフタレート繊維からなるウェブで挟み、１６５℃で加熱した長方形柄エンボス（圧着面積１１．４％）ロールとフラットロール間で線圧４５Ｎ／ｃｍにて部分圧着して５５ｇ／ｍ^２の繊維構造体を作成した。得られた繊維構造体の保水量、水膨潤度、吸い上げ高さ、乾燥速度を表１に示した。

［実施例２］
実施例１と同様の方法でポリエチレンテレフタレート繊維を開繊分散して目付４０ｇ／ｍ^２のウェブと目付１５ｇ／ｍ^２吸水性ウェブを得た。得られた吸水性ウェブを目付４０ｇ／ｍ^２のポリエチレンテレフタレート繊維からなるウェブで挟み、１６５℃で加熱した長方形柄エンボス（圧着面積１１．４％）ロールとフラットロール間で線圧４５Ｎ／ｃｍにて部分圧着して９５ｇ／ｍ^２の積層不織布を作成した。得られた繊維構造体の保水量、水膨潤度、吸い上げ高さ、乾燥速度を表１に示した。

［実施例３］
積層不織布の（ｃ）層として、スパンボンド用の２成分紡糸口金を用いて、鞘成分が高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ：融点１３０℃）、芯成分がポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ：融点２６３℃）からなり、平均繊維径１６μｍの目付１５ｇ／ｍ^２の鞘芯型複合繊維不織布を作製した。
（ｂ）層は、固有粘度が０．９２でポリエチレングリコールの共重合率が４５重量％であるポリテトラメチレンテレフタレートとポリエチレングリコールとの共重合ポリエステル樹脂を常用のメルトブロー溶融紡糸装置に供給し、２７０℃にて均一に溶融混合し、円形断面の紡糸口を有する紡糸口金から溶融紡出して２．５μｍの吸水性繊維からなる目付１０ｇ／ｍ^２のウェブを得た。

（ａ）層は、固有粘度が０．７０のポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）を常用の溶融紡糸装置に供給し、２９０℃にて均一に溶融混合し、円形断面の紡糸口を有する紡糸口金から溶融紡出して速度４５００ｍ／分にて引き取り、２．０ｄｔｅｘのポリエチレンテレフタレート繊維を得た。得られたポリエチレンテレフタレート繊維を開繊分散して目付が２０ｇ／ｍ^２のウェブを形成した。得られた不織布を、(ａ)（ｂ）（ｃ）３層に重ね合わせ、圧着面積率が１５％のエンボスロールで、線圧３５０Ｎ／ｃｍ、上下温度を２３０℃／１１０℃の条件で熱圧着して一体化し、目付４０ｇ／ｍ^２の繊維構造体を得た。
得られた繊維構造体の保水量、水膨潤度、吸い上げ高さ、乾燥速度を表１に示した。

［比較例１］
繊度３．０ｄｔｅｘで繊維長５１ｍｍのレーヨン繊維５０重量％と繊度５．８ｄｔｅｘで繊維長５１ｍｍのポリエステルを均一混合し、次いでカーディング加工を施し、目付８０ｇ／ｍ^２の短繊維繊維層を得た。得られた短繊維繊維層をウォーターパンチ処理で繊維間を交絡し、均一な不織布を得た。得られた不織布をアクリル樹脂で樹脂加工した後、保水量、水膨潤度、吸い上げ高さ、乾燥速度を表１に示した。

［実施例４］
実施例１で得られた繊維構造体を用い、平面状基材／波状基材の長さ比が１／１．４、波状基材の一山が６ｍｍになるように、平版基材に波状基材の山部を接着した。このコルゲート構造体をロール状に巻き、直径１９．５ｃｍ、厚さ２．２ｃｍのコルゲート構造体の気化フィルターを得た。得られた気化フィルターの断面図を図１に示す。
得られた気化フィルターを東芝ホームテクノ社製、加湿器：ＫＡ−Ｇ６０ＤＸに付属の気化フィルターＫＡＦ−７のホルダーにセットし、放湿量とカルキ成分の付着量を観察した。気化フィルターの蒸散布量、カルキ成分付着量を表２に示す。
蒸散性に優れ加湿量が多いにも関わらずカルキ成分はフィルター全体に薄く付着して結晶粒化している量が少なく、加湿性、保水性、蒸散性、保型性に優れた、気化フィルター用繊維構造体であった。

［実施例５］
実施例２で得られた繊維構造体を平面状基材に、実施例３で得られた繊維構造体を波状基材に配置し、実施例４と同様の方法で気化フィルターを得た。
得られた気化フィルターを東芝ホームテクノ社製、加湿器：ＫＡ−Ｇ６０ＤＸに付属の気化フィルターＫＡＦ−７のホルダーにセットし、放湿量とカルキ成分の付着量を観察した。気化フィルターの蒸散布量、カルキ成分付着量を表２に示す。
蒸散性に優れ加湿量が多いにも関わらずカルキ成分はフィルター全体に薄く付着して結晶粒化している量が少なく、加湿性、保水性、蒸散性、保型性に優れた、気化フィルター用繊維構造体であった。

［実施例６］
比較例１で得られた不織布を平面状基材に、実施例１で得られた繊維構造体を波状基材に配置し、実施例４と同様の方法で気化フィルターを得た。得られた気化フィルターを東芝ホームテクノ社製、加湿器：ＫＡ−Ｇ６０ＤＸに付属の気化フィルターＫＡＦ−７のホルダーにセットし、放湿量とカルキ成分の付着量を観察した。気化フィルターの蒸散布量、カルキ成分付着量を表２に示す。
蒸散性に優れ加湿量が多いにも関わらずカルキ成分は波状繊維構造体部全体に薄く付着し、平面状基材の中心部にやや結晶粒化しているのみであり、加湿性、保水性、蒸散性、保型性に優れた、気化フィルター用繊維構造体であった。

［比較例２］
比較例１で得られた不織布を平面状基材と波状基材に配置し、実施例４と同様の方法で気化フィルターを得た。得られた気化フィルターを東芝ホームテクノ社製、加湿器：ＫＡ−Ｇ６０ＤＸに付属の気化フィルターＫＡＦ−７のホルダーにセットし、放湿量とカルキ成分の付着量を観察した。気化フィルターの蒸散布量、カルキ成分付着量を表２に示す。
該気化フィルターは加湿量が２００時間運転で加湿量が減少し、フィルターの中心部に、カルキ成分が結晶粒化している量が多かった。

本発明の気化フィルター用繊維構造体は、保水時の保形性がよく、単位時間当たりの水蒸散量が多く加湿性能に優れ、長期使用においても蒸散能力が低下しない気化フィルターの製造に用いられる。

本発明の実施例４〜６で得られた気化フィルターの断面図である。

Claims

ポリアルキレングリコールを共重合した熱可塑性吸水性樹脂を用いて得られる吸水性繊維から構成される吸水性不織布層と、熱可塑性繊維から成る不織布層を積層した繊維構造体であって、該繊維構造体の吸水性繊維の含有率が５〜５０ｗｔ％、目付けが２０〜１５０ｇ／ｍ ² 、保水量が３．１〜４．７ｇ／ｇ、水膨潤度が１０〜３０％であることを特徴とする気化フィルター用繊維構造体。
請求項１に記載の繊維構造体が、平面状の基材と波状の基材が組み合わされてなるコルゲート状構造、またはプリーツ状構造の一部または全部を構成していることを特徴とする気化フィルター。
請求項２に記載の気化フィルターが搭載された加湿器。