JP5268709B2

JP5268709B2 - サーマルボンド不織布ろ材及びそれを用いたエアフィルタ

Info

Publication number: JP5268709B2
Application number: JP2009046667A
Authority: JP
Inventors: 理包; 誠小林; 仁新沼; 文男中島; 正裕藤原
Original assignee: Nippon Muki Co Ltd; Kurashiki Textile Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nippon Muki Co Ltd; Kurashiki Textile Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2029-02-27
Also published as: JP2010201285A

Description

本発明は、塩素系、リン系、臭素系等の難燃剤や、ホルムアルデヒド等の有害物質を含有も発生もせず、洗濯再生可能なサーマルボンド不織布ろ材及びそれを用いたエアフィルタに関する。

従来のビル空調用などのエアフィルタは、火災時の延焼防止のため、難燃性を付与する目的で、塩素系、リン系、臭素系等の難燃剤を使用している。また、リユースの観点から洗濯再使用のため、ろ材に一定の硬さを付与する目的で、メラミン樹脂を架橋剤として使用している。

しかしながら、前記難燃剤は、焼却時にダイオキシンが発生するものや、焼却自体が困難であるもの等、環境や人体に影響があるものが多いため廃棄が困難である。また、これらの問題のない難燃剤は高価で、難燃性効果が低いという問題があった。
また、メラミン樹脂は、未反応部分からホルムアルデヒドが発生するため、シックハウスや、発ガン性の問題があり、メラミン樹脂を用いない方法の検討が望まれている。ところが、メラミン樹脂を用いない場合は洗濯性が劣るという問題があった。
そこで、濾過性能や難燃性を保持しながら、ダイオキシンの発生などによる環境負荷のかかることのない、また、リサイクル使用性能に優れるものとして、特許文献１に開示される通り、接着剤を使用せず５０重量％以上の熱融着繊維によって繊維同士を結合した不織布からなるフィルタが提案されている。

特開２００４-２９０９２９号公報

しかしながら、特許文献１のフィルタは、過度に熱融着繊維を含むため、洗浄して再使用するときの洗浄乾燥工程で熱融着繊維が軟化した時の影響が顕著に現れてしまい、不織布の厚みがつぶれ易く、１回目と２回目以降の使用時の性能が異なり、目的とする性能が得られないといった問題がある。

本発明者等はかかる問題点を解決するべく鋭意研究の結果、熱融着ＰＥＴ繊維からなるサーマルボンド不織布ろ材に、芯部をポリエステル、鞘部を熱可塑性エラストマーとした芯鞘複合短繊維と、高伸縮性繊維を特定量含ませることにより前記問題点を解決できることを知見した。
本発明のサーマルボンド不織布ろ材は、かかる知見に基づきなされたもので、請求項１記載の通り、熱融着ＰＥＴ繊維からなるサーマルボンド不織布ろ材であって、芯部をポリエステル、鞘部を熱可塑性エラストマーとした芯鞘複合短繊維を１０質量％以上、高伸縮性繊維を２０質量％以上含ませてなり、繊維表面積が８００〜２１００ｍ^２／ｍ^３、平均繊維径が４．２〜３７．８ｄｔ、繊維充填率が０．８〜１．５％であり、前記高伸縮性繊維は、ポリトリメチレンテレフタレート型繊維、ポリウレタン型繊維、天然ゴムの何れかであることを特徴とする。
また、請求項２記載のサーマルボンド不織布ろ材は、請求項１記載のサーマルボンド不織布ろ材において、前記芯鞘複合短繊維の鞘部の熱可塑性エラストマーは前記芯部のポリエステルの融点より４０℃以上低い融点を有するものであることを特徴とする。
また、請求項３記載のサーマルボンド不織布ろ材は、請求項１または２に記載のサーマルボンド不織布ろ材において、前記高伸縮性繊維は、ポリトリメチレンテレフタレート系ポリエステルからなる前記高伸縮性繊維であることを特徴とする。
また、請求項４記載のサーマルボンド不織布ろ材は、請求項１乃至３の何れかに記載のサーマルボンド不織布ろ材において、前記熱融着ＰＥＴ繊維４０〜６０質量％、前記芯鞘複合短繊維１０〜３０質量％、前記高伸縮性繊維２０〜４０質量％、その他の繊維０〜２０質量％からなることを特徴とする。
また、請求項５記載のサーマルボンド不織布ろ材は、請求項１乃至４の何れかに記載のサーマルボンド不織布ろ材において、前記熱可塑性エラストマーは結晶性であることを特徴とする。
また、本発明のエアフィルタは、請求項６記載の通り、請求項１乃至５の何れかに記載のサーマルボンド不織布ろ材を用いたことを特徴とする。

本願発明のサーマルボンド不織布ろ材は、熱融着ＰＥＴ繊維からなるサーマルボンド不織布ろ材であって、芯部をポリエステル、鞘部を熱可塑性エラストマーとした芯鞘複合短繊維を１０重量％以上、高伸縮性繊維を２０重量％以上含ませてなるため、前記芯鞘複合短繊維の熱可塑性エラストマーの溶融によってサーマルボンド不織布ろ材を構成する熱融着ＰＥＴ繊維、高伸縮性繊維に対して、また、芯鞘複合短繊維同士が強固に熱融着して強度に優れたものとなり、更にまた、高伸縮性繊維の配合によって、不織布の厚みがつぶれにくい構造となり、リサイクル使用性能に優れたものとなっている。また、樹脂バインダを用いないため、ダイオキシンの発生などによる環境負荷もかかることがないものとなっている。また、熱融着ＰＥＴ繊維を主体としたサーマルボンド不織布ろ材であるため、難燃性にも優れたものである。

本願発明のサーマルボンド不織布ろ材は前記の通り、熱融着ＰＥＴ繊維を主体とし、芯部をポリエステル、鞘部を熱可塑性エラストマーとした芯鞘複合短繊維を１０重量％以上、高伸縮性繊維を２０重量％以上含ませてなり、繊維表面積が８００〜２１００ｍ^２／ｍ^３、平均繊維径が４．２〜３７．８ｄｔ、繊維充填率が０．８〜１．５％であることを特徴とするものである。

本願発明のサーマルボンド不織布ろ材は、前記熱融着ＰＥＴ繊維にその他の繊維を加えることもでき、このようなその他の繊維としては、特別な制限はなく、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、アクリロニトリル繊維、ポリ塩化ビニル繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリオレフィン繊維、レーヨン繊維、綿、羊毛等の一般に製造販売されている繊維が挙げられる。

また、前記熱融着ＰＥＴ繊維としては、芯部のポリエステル（融点２００℃〜２７０℃程度）と鞘部の低融点ポリエステル（融点あるいは軟化点１００〜２００℃程度）からなる芯鞘型や、サイドバイサイド型の複合繊維や、低融点ポリエステルのみからなる繊維等が挙げられる。

また、芯部をポリエステル、鞘部を熱可塑性エラストマーとした芯鞘複合短繊維の前記ポリエステルとしては、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、ポリエチレンナフタレート、ポリトリメチレンテレフタレートが挙げられる。

また、鞘部の熱可塑性エラストマーとしては、融点が２００℃以下のポリエーテルエステルエラストマーが挙げられる。また、前記鞘部の熱可塑性エラストマーは前記芯部のポリエステルの融点より４０℃以上低い融点を有するものであることが、溶融熱融着の強度を高めるために好ましい。このような観点から、例えば、前記熱可塑性エラストマーとしては、ポリブチレン系テレフタレートとポリブチレングリコールとを反応させて得られるブロック共重合ポリエーテルポリエステルエラストマーの使用が好ましい。尚、前記熱可塑性エラストマーは、結晶性であることが好ましい。

前記高伸縮性繊維としては、ポリトリメチレンテレフタレート型繊維、ポリウレタン型繊維、天然ゴムが挙げられるが、ポリトリメチレンテレフタレート系ポリエステルが好ましい。

前記サーマルボンド不織布ろ材を構成する熱融着ＰＥＴ繊維、芯鞘複合短繊維、高伸縮性繊維、その他の繊維の配合については、熱融着ＰＥＴ繊維４０〜６０質量％、芯鞘複合短繊維１０〜３０質量％、高伸縮性繊維２０〜４０質量％、その他の繊維０〜２０質量％の配合割合とするのが好ましい。

その他の繊維を０〜２０質量％とするのは、設計通りの物性が確保できるように、必要に応じて混入し物性を調整するためである。

また、熱融着ＰＥＴ繊維を４０〜６０質量％とするのは、４０質量％未満であるとろ材が柔らかくなりすぎて、設計通りの剛軟性(コシ)が確保できず、６０質量％を越えるとろ材が硬くなりすぎて、外枠に入れにくくハンドリングに問題があるからである。

また、芯鞘複合短繊維を１０〜３０質量％とするのは、１０質量％未満であると寸法収縮率と剛軟性が大きすぎて、設計通りの洗濯性が確保できないからである。３０質量％を超えると、圧損と効率が高くなりすぎて給塵量が不足になる問題がある。

また、高伸縮性繊維２０〜４０質量％とするのは、２０質量％未満であると、ろ材が薄くなりすぎて、設計通りのろ材厚みが確保できず、４０質量％を越えるとろ材が厚くなりすぎて、設計通りのろ材厚みが確保できないからである。

また、前記サーマルボンド不織布ろ材は、厚さ、５〜２５ｍｍ、目付５０〜４００ｇ／ｍ^２程度に構成するのが好ましい。厚さ、５〜２５ｍｍとするのは、ハンドリングしやすくするためである。厚さが５ｍｍ未満あるいは２５ｍｍ超ではハンドリングしにくい問題がある。
また、目付５０〜４００ｇ／ｍ^２程度にするのも、ハンドリングしやすくするためである。目付５０ｇ／ｍ^２未満あるいは４００ｇ／ｍ^２超えではハンドリングしにくい問題がある。
また、前記サーマルボンド不織布ろ材は、ろ材単位体積当たりの繊維表面積が８００〜２１００ｍ^２／ｍ^３、平均繊維径が４．２〜３７．８ｄｔ、繊維充填率が０．８〜１．５％とすることで優れたエアフィルタ用ろ材とすることができる。
前記繊維表面積が８００ｍ^２／ｍ^３未満ではろ材が柔らかくなりすぎて、外枠に入れにくくハンドリング性が悪く、洗濯性もクリアできず、フィルタ効率が不足になる問題がある。また、繊維表面積が２１００ｍ^２／ｍ^３超えではフィルタ圧損と効率が高くなりすぎて給塵量が不足になる問題がある。
また、前記繊維径が４．２ｄｔ未満ではフィルタ圧損と効率が高くなりすぎて給塵量が不足になる問題がある。また、繊維径が３７．８ｄｔ超えではろ材が硬くなりすぎて、外枠に入れにくくハンドリング性が悪く、フィルタ効率が不足になる問題がある。
また、前記繊維充填率が０．８％未満ではろ材が柔らかくなりすぎて、外枠に入れにくくハンドリング性が悪く、洗濯性もクリアできず、フィルタ効率が不足になる問題がある。また、繊維充填率が１．５％超えではフィルタ圧損と効率が高くなりすぎて給塵量が不足になる問題がある。
特に、ろ材単位体積当たりの繊維表面積が９００〜１８００ｍ^２／ｍ^３、繊維径が９．４〜２６．３ｄｔ、繊維充填率が０．９〜１．３％とすることが好ましい。
尚、ろ材単位体積当たりの繊維表面積は、ろ材単位体積当たりの繊維表面積＝４×繊維充填率／繊維径により求めた。
また、繊維径は、SEM写真で繊維径別の本数を５００本測定し、簡易的に「算術平均径」を求めて繊維径とした。
また、繊維充填率は、繊維充填率＝(目付／(厚さ×比重))×１００％により求めた。

また、前記サーマルボンド不織布の洗濯性を向上させるため、次のような後加工を施すようにしてもよい。
(１)加熱処理：１８０℃、３分の加熱処理を加える。
(２)再加熱処理：１８０〜２５０℃、１０秒以上の加熱処理を加える。
(３)ネット(網体)サンドイッチ・貼付法：骨材となり得るネットを、ろ材表面に貼り付けるか、ろ材内部に埋め込む。
(４)パウダ(粉末バインダ)塗布法：融点２００℃以下のパウダをろ材表面に直接塗布し加熱する。もしくは、ノズルに詰まらない程度のパウダを、水中によく分散させ、ろ材表面にスプレーし加熱する。
(５)部分接着加工：ろ材の一部分を加熱、高周波加工等で部分的に接着させる。

実施例を比較例と対比して説明する。

（実施例１）
次の繊維構成でサーマルボンド法で不織布ろ材を作成した。
繊維径２２ｄｔ（４５．８μ）、比重１．３５の熱融着ＰＥＴ(芯部・融点２３５℃、鞘部・軟化点１１０℃)を５０質量％、芯部をポリエチレンテレフタレート（融点２３５℃）、鞘部をポリエーテルエステルエラストマー（融点１５５℃）とした繊維径６.６ｄｔ（２５．１μｍ）、比重１．３５の芯鞘複合短繊維を２０質量％、ポリトリメチレンテレフタレート系ポリエステルからなる繊維径１３ｄｔ（３５．２μｍ）、比重１．３５の高伸縮性繊維を３０質量％の繊維構成で計算値平均繊維径１６．２ｄｔ（３９．３μｍ）とし、１８０℃で３分間加熱処理して厚み２０ｍｍ、繊維目付３２０ｇ／ｍ^２、ろ材単位体積当たりの繊維表面積が１４９０ｍ^２／ｍ^３、平均繊維径１０．７ｄｔ（３２μｍ）、比重１．３５、繊維充填率が１．２％のサーマルボンド不織布を作成した。また、後加工として再加熱処理を施し、実施例１のろ材を得た。

（実施例２）
後加工をしないこと以外は、実施例１と同様にして実施例２のろ材を得た。

（比較例１）
繊維径２２ｄｔ（４５．８μｍ）、比重１．３５のＰＥＴ（融点２３５℃）を５０質量％、繊維径９ｄｔ（２９．３μｍ）、比重１．３５のＰＥＴ（融点２３５℃）を４０質量％、繊維径１７ｄｔ（４０．２μｍ）、比重１．３５のＰＥＴ（融点２３５℃）を１０質量％の繊維構成で、計算値平均繊維径１６．２ｄｔ（３９．３μｍ）とし、１８０℃で３分間加熱処理して厚み２０ｍｍ、繊維目付３２０ｇ／ｍ^２、ろ材単位体積当たりの繊維表面積が１４９０ｍ^２／ｍ^３、平均繊維径１０．７ｄｔ（３２μｍ）、比重１．３５、繊維充填率が１．２％のサーマルボンド不織布を作成した。また、後加工として再加熱処理を施し、比較例１のろ材を得た。

（比較例２）
後加工をしないこと以外は比較例１と同様にして、比較例２の濾材を得た。
（比較例３）
繊維目付１６０ｇ／ｍ^２、ろ材単位体積当たりの繊維表面積が７５０ｍ^２／ｍ^３、平均繊維径１０．７ｄｔ（３２μｍ）、比重１．３５、繊維充填率が０．６％としたこと以外は実施例１と同様にして、比較例３の濾材を得た。
（比較例４）
芯部をポリエチレンテレフタレート、鞘部をポリエーテルエステルエラストマー（融点１５５℃）とした繊維径６.６ｄｔ（２５．１μｍ）、比重１．３５の芯鞘複合短繊維を９０質量％、ポリトリメチレンテレフタレート系ポリエステルからなる高伸縮性繊維１３ｄｔ（３５．２μｍ）、比重１．３５を１０質量％の繊維構成で、計算値平均繊維径７．２ｄｔ（２６．３μｍ）とし、１８０℃で３分間加熱処理して厚み２０ｍｍ、繊維目付１９０ｇ／ｍ^２、ろ材単位体積当たりの繊維表面積が１４９０ｍ^２／ｍ^３、平均繊維径３．８ｄｔ（１９μｍ）、比重１．３５、繊維充填率が０．７％のサーマルボンド不織布を作成した。また、後加工として再加熱処理を施し、比較例４の濾材を得た。

次に、これら実施例１及び２並びに比較例１乃至４の各ろ材について、洗濯性の試験を行った。
尚、洗濯性の試験方法は、下記２通りとし、両試験法とも試験サンプルは３００ｍｍ×３００ｍｍのものを使用した。
（１）家庭用洗濯機：家庭用洗濯機で１５分洗濯し、１分間脱水後自然乾燥する操作を７回繰り返すものとする。
（２）高圧水洗法：家庭用高圧洗浄機で吐出圧力７．５ＭＰａで１分洗浄し、水を切り自然乾燥する操作を７回繰り返すものとした。
それぞれの試験方法の場合の寸法収縮率MD/CD、剛軟性MD/CDを評価するものとした。
尚、剛軟性の評価方法は、JIS-L-1044（綿織物試験方法）のスライド法に準拠して行った。
また、寸法収縮率の評価方法は、JIS-L-1042（織物の収縮率試験方法）に準拠して行った。
洗濯性の判定基準は、寸法収縮率MD/CD：±１%、剛軟性MD/CD：３５ｍｍ以下を判定基準とし、２通りの洗濯方法で判定基準をクリアできるのが◎、いずれかの１通りの洗濯方法で判定基準をクリアできるのが○、２通りの洗濯方法どれも判定基準をクリアできないのが×とした。

次に、これら実施例１及び２並びに比較例１乃至４の各ろ材について、フィルタ性能の試験を行った。評価方法は、下記通りとした。
(１)初期圧力損失(Ｐａ)：フィルタ寸法610×610の大きさでＪＩＳダクトを用いて風速２．５m/sでの圧力損失を測定するものとした（JIS B 9908 形式３）。
(２)平均捕集効率(質量法％)：タテ型試験装置を用いて、試験風速２.５ｍ／ｓにおけるASHRAE粉体での捕集効率を測定するものとした（JIS B 9908 形式３ ASHRAE粉体）。
(３)給塵量(ｇ／台)：タテ型試験装置を用いて、試験風速２.５ｍ／ｓにおけるASHRAE粉体での最終圧力損失までの粉塵供給量を測定するものとした（JIS B 9908 形式３ ASHRAE粉体）。
尚、フィルタ性能の判定基準は、平均捕集効率８２%以上、初期圧力損失８８Ｐａ以下、給塵量４５０ｇ／ｍ^２以上を判定基準とし、この判定基準を全てクリアできるのが○、判定基準の何れかをクリアできないのが×とした。

このように、実施例１，２は比較例１，２と同等のフィルタ性能を有しつつ、洗濯性にも優れることが確認できた。尚、比較例３は、ろ材単位体積当たりの繊維表面積が小さくかつ繊維充填率が低いため、フィルタ性能のうち、効率と給塵量が悪くなった。また、比較例４は、繊維径が小さくかつ繊維充填率が低いため、フィルタ性能のうち、圧損と給塵量が悪くなった。

Claims

熱融着ＰＥＴ繊維からなるサーマルボンド不織布ろ材であって、
芯部をポリエステル、鞘部を熱可塑性エラストマーとした芯鞘複合短繊維を１０質量％以上、高伸縮性繊維を２０質量％以上含ませてなり、
繊維表面積が８００〜２１００ｍ^２／ｍ^３、平均繊維径が４．２〜３７．８ｄｔ、繊維充填率が０．８〜１．５％であり、
前記高伸縮性繊維は、ポリトリメチレンテレフタレート型繊維、ポリウレタン型繊維、天然ゴムの何れかであることを特徴とするサーマルボンド不織布ろ材。
前記芯鞘複合短繊維の鞘部の熱可塑性エラストマーは前記芯部のポリエステルの融点より４０℃以上低い融点を有するものであることを特徴とする請求項１記載のサーマルボンド不織布ろ材。
前記高伸縮性繊維は、ポリトリメチレンテレフタレート系ポリエステルからなる高伸縮性繊維であることを特徴とする請求項１または２記載のサーマルボンド不織布ろ材。
前記熱融着ＰＥＴ繊維４０〜６０質量％、前記芯鞘複合短繊維１０〜３０質量％、前記高伸縮性繊維２０〜４０質量％、その他の繊維０〜２０質量％からなることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のサーマルボンド不織布ろ材。
前記熱可塑性エラストマーは結晶性であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のサーマルボンド不織布ろ材。
請求項１乃請至５の何れかに記載のサーマルボンド不織布ろ材を用いたことを特徴とするエアフィルタ。