JP5713991B2 - 空気及びガスを浄化するためのフィルタ材料 - Google Patents

Description

本発明は、空気及びガスを浄化するためのフィルタ材料、空気及びガスを浄化するためのフィルタ、並びに前記フィルタ材料をシガレットフィルタ、除塵装置及びガス清浄装置に使用する使用法に関する。

空気及びガスを浄化するための、ガスフィルタと称呼されているフィルタ材料は、病原体、花粉、埃又は不純ガス（Fremdgas）等の不都合な浮遊物を、空気若しくはガスから濾過するために使用される。重要な使用分野は、例えば製紙産業分野及びセメント産業分野等の粉塵を発生させる産業分野であり、居住空間及び作業空間から有害物質を遠ざけるための換気装置であり、また排出空気を浄化するための電気掃除機である。

その他の使用分野はたばこ類であり、例えばシガレットにフィルタとして使用される。シガレットフィルタは、シガレットの煙中の凝縮水及びガス等の健康に有害な物質の割合を減少させるために設けられる。しかも、フィルタによって煙はややマイルドにされるので、多くの喫煙者は、強い嗜好性のためにフィルタを取り除いたり又は短くしたりする。従来のシガレットフィルタにおいては、フィルタの褐色化が見えないようにするために、フィルタは、コルク色の吸い口によって包囲されている。産業的に製造された大抵のシガレットは、フィルタを備えており、自分でたばこを巻いて作る巻きたばこはタバコ屋で買うことができる。

従来技術により公知のシガレットフィルタを製造するための原料は、アセチルセルロース（Celluloseacetat）である。アセチルセルロースは、糸のような形で提供され、その直径は３０〜５０μｍである。アセチルセルロースは、エンドレスな帯材に集合されかつ束ねられ、この際に、トリアセチン（Triacetin）によって点状に接着される。このようなシガレットフィルタは、少なくとも０．２μｍよりも小さい直径の粒子を除去することができる。

シガレットフィルタに使用されるアセチルセルロースは、セルロース（Cellulose）を化学修飾することによって得られる。しかもセルロースは、処理しやすい安価な材料である。セルロースをアセチルセルロースに化学修飾することによって、繊維は、微生物のための栄養源として使用することができない。つまり、繊維は、糸状菌、かび又はバクテリアに対して耐性はあるが、生物学的な分解が困難である。化学的な耐性は、シガレットフィルタにおいては不都合である。何故ならば、化学的な耐性を有するシガレットフィルタは、非常にゆっくりと分解若しくは腐食するからである。自然に返された、つまり投げ捨てられた吸い殻は、長期間にわたって変わることがなく、塵芥と見なされる。

ヨーロッパ特許ＥＰ１０３２２８３号明細書によれば、生物学的に分解可能なフィルタを有するフィルタシガレットが公知である。このフィルタシガレットに設けられたフィルタは、エアライド（Airlaid）法によって製造された、ひだ付けされていないセルロースフリースを有しており、このセルロースフリースは、ノーマルな固着能力及び周方向に延在するフィルタ通気ゾーンを備えている。このシガレットは、アセテート特有の風味及び外観上の形を提供する。そのために、シガレットは、前記ヨーロッパ特許ＥＰ１０３２２８３号明細書に記載された独特な構成を有している。

このようなフィルタ材料は、たばこ類のためにだけ使用されるものではない。産業用品及び家庭用品として、常に新しい安価なフィルタ材料の需要がある。このような新しい安価なフィルタ材料によって、病原体、花粉、埃又はガス等の不都合な浮遊物が排気から除去されるか、又はこのようなフィルタ材料は、居住空間及び業務空間内への有害物質の侵入を阻止する換気装置に使用される。

本発明の課題は、良好なフィルタ効果と生物学的な分解可能性の利点とを有するフィルタ材料を提供することである。

この課題を解決した本発明によれば、フィルタ材料は、パルプ繊維より成る繊維層を有しており、該繊維層は、前記パルプ繊維を部分的に加圧し圧縮することによって形成された圧縮領域において互いに結合されている。パルプ繊維を部分的に圧縮することによって、セルロース／パルプは、圧縮されていない領域内におけるガス状の物質の透過率を低下させることなしに、所定の強度を得ることができる。フィルタ効果の改善も得られた。フィルタ材料はセルロース若しくはセルロース繊維から製造されるが、このセルロース若しくはセルロース繊維は、市場で安価に入手可能な材料であり、しかも処理がしやすい。

本発明によるフィルタ材料は、主要な内部物質として、不規則的に配置された繊維の形をした自然の材料、セルロース若しくはパルプを含有している。有利な形式でセルロース繊維が使用されており、このセルロース繊維は、フリース材料、特にエアライドフリースとして提供されている。フリース材料若しくはフリースは、繊維複合材料に含まれており、フレキシブルで多孔性の面製品である。この面製品は、繊維を織り混ぜることによって、かつ／または繊維を凝集接続及び／又は接着接続することによって製造される。フリースは、繊維より成る緩い材料であって、これらの繊維は、一般的に、繊維特有の付着力によって結束されている。フリースは、必要であれば硬化させることができる。この場合、本発明において使用するために、接着剤を省いた機械的な硬化が有利である。

本発明において、生物学的に分解可能とは、個別の内部物質が、微生物によって酸素から二酸化炭素、水及びその他の元素の塩に分解されて（Mineralisation：鉱物化）、新たなバイオマスが形成されるか、又は酸素なしに、二酸化炭素、メタン、塩及び新たなバイオマスに分解され、この場合、材料は、ヨーロッパ規格ＥＮ１３４３２「コンポスト化（発酵乾燥）及び生物学的な分解によって包装材料を再利用するための要求」を満たす必要がある。この規格に従って、長くても１２週間のコンポスト化（発酵乾燥）後、>２ｍｍの選別粒子において、検査材料つまり原材料の最初の乾燥重量の最大１０％が得られる。

可能な実施態様によれば、フィルタ材料は、圧縮されたセルロース繊維より成る繊維層に隣接して、この繊維層の上面側又は下面側のうちの少なくとも一方に別の層を有している。フィルタ材料が、繊維層の両面（上側面及び下側面）にそれぞれ別の層を有していてもよい。この場合、別の層は、同じ材料又は互いに異なる材料より成っていてよい。これらの別の層のために使用される材料は、例えばティッシュ、繊維状材料、フリース状材料及び／又はシート状材料であってよい。有利な形式で、単数又は複数の別の層のための材料は、同様にセルロースより成っているか、又は生物学的に良好に分解可能なプラスチック材料であってよい。別の層は、フィルタ材料の強度を高め、それによって高速機械の作業性が軽減される。

本発明の実施態様によれば、セルロース繊維及び、追加的に設けられた別の層は、熱を加えることによって前記圧縮された領域内において圧縮されている。

別の実施態様によれば、繊維層と別の層とが、熱を加えることによって同様に部分的に圧縮されるだけによって互いに結合されている。このような互いに結合されたセルロース繊維及び繊維層若しくは繊維ウエブは、ドイツ連邦共和国特許出願明細書（ＤＥ１９８２４８２５，ＤＥ１９８０３８３７，ＤＥ１９７５０８９０）、及びヨーロッパ特許（ＥＰ１０３２３４２）に、例として記載されている。

部分的に圧縮されたセルロース繊維をフィルタ材料として使用することによって、非常に良好な濾過効果、つまり除去しようとする浮遊物及びガスのための拘束作用が得られることが、確認された。このような拘束作用は、個別の圧縮領域によって、浄化しようとするガス又は空気の流れ又は表面が、浮遊物質が拘束されるように変化することによって得られる。別の理由は、圧縮によって、フィルタ材料の上面側及び下面側に別の、特に有利な表面構造が得られる、という点にある。

本発明の可能な実施態様によれば、フィルタ材料の表面構造を変えることができる。つまり、面状のハウジングが、折り畳まれ、設置され、かつ／またはしわ寄せされて、しわ寄せされた若しくはウェーブ付けされた外観が得られるように、つまり折り畳み／設置／しわ寄せの方向で、面状の構成体の寸法が短縮されるようになっている。このような構造変化は、幾つかの例では、しぼ寄せ（Kreppen）ともひだ付け（Krimpen）とも呼ばれる。

本発明によるフィルタ材料は、一般的な形式で、種々異なる形式の濾過効果が得られる、ほぼ２次元の層として提供されている。

繊維層と追加的に設けられた別の層とから成る、繊維ウエブとして構成された２次元の面製（場合によってはひだ付けされている）が提供されていて、巻き付けられ、かつ交互に設置されて、浄化しようとする空気／ガス流の長手方向に延在する複数の通路を形成するようにすれば、空気又はガスフィルタとして使用するために特に適していることが、分かった。浄化しようとする空気若しくはガスは、このような実施態様によれば、一方側フィルタ材料内に侵入し、前記のように形成された複数の通路を流過し、かつ圧縮されていない、繊維層の領域を流過することができる。フィルタ材料の折り畳み又は設置を用いて、このようにして形成された複数の通路の調節が行われる。このような通路の大きさの調節は、フィルタ材料より成る層が薄ければ薄い程、簡単である。部分的にのみ圧縮されているセルロース繊維の厚さは、薄すぎることはない。何故ならば、そうでなければフィルタ材料の強度は、フィルタに加工するために十分ではないからである。フィルタ材料の層厚は、有利には０．３〜１．８ｍｍである。

浄化しようとする空気流又はガス流が種々異なるフィルタ空間を貫流することによって、良好な濾過効果が得られる。濾過効果のその他の影響は、圧刻領域に基づいている。何故ならば、これらの圧刻領域内で、繊維層の表面構造が変化するからである。従って、本発明によるフィルタ材料は、除塵装置及びガス清浄装置にも、またタバコ類のフィルタ材料としても使用することができる。

本発明に従って使用されたフィルタ材料は、一般的に、単位面積当り重量が、１５ｇ／ｍ^２〜６００ｇ／ｍ^２、有利には２０ｇ／ｍ^２〜２００ｇ／ｍ^２である。

本発明によるフィルタの濾過効率は、添加剤によって高めることができる。このような添加剤は、例えば吸着手段、又は嗜好品、香料又はその他の補助材料であってよい。吸着手段は、例えば活性炭素、ゼオライト、ケイ酸塩及び／又はＳｉＯ_２より選択されている。吸着手段は、高い表面効率及び高い吸着効率を特徴としている。有害物質のための固着作用を有する別の添加剤として、有機酸、及び有機酸の塩、金属及び金属酸化物、窒素成分、イオン交換システム、アルコール、ポリフェノール及びポリフィリン誘導体が使用される。

使用分野に応じて、吸着手段の他に、シガレットの適合性及び思考を改善する芳香剤、嗜好品及び香料並びにその他の補助材料、例えばメントール、丁子油、カカオ、バニラ等の材料を含有していてよい。

添加剤の添加は、圧縮前又は圧縮後に繊維材料例えば繊維に散布するか又は吹き付けることによって、或いはフィルタストランド（Filterstrang）に直接噴霧することによって行われる。

本発明の別の実施態様は、前記フィルタ材料を含有する、ガス及び／又は空気を浄化するためのフィルタに関する。

シガレットフィルタに使用するために、一般的に面製品として提供されたフィルタ材料が、公知の形式で、有利には円筒形の形状にもたらされる。可能な実施態様によれば、フィルタ材料は、周壁層によって包囲されている。周壁層は、フィルタ材料が、一般的なシガレットペーパーであってもよい形状を維持するために、用いられる。

シガレットフィルタの実施態様によれば、フィルタ材料がシガレットのタバコ領域に直接続いている。可能な実施態様によれば、フィルタは、たばこの煙が侵入する側の端部に、別のフィルタ材料を有している。この別のフィルタ材料は、フィルタシガレットに用いられる一般的な材料、例えば活性炭、セルロースアセテート又はその他の、従来技術により公知のフィルタ材料である。

可能な別の実施態様によれば、シガレットフィルタは、本発明によるフィルタ材料の他に、煙が退出する側の端部、つまり吸い口側の端部に、補足材料が配置されている。この補足材料は、例えば別のフィルタ材料又は、シガレットのフィルタ側の端部におけるフィルタの外観に影響を左右する材料であってよい。

可能な実施態様によれば、周壁相は通気孔を有している。通気孔の製造は当業者により公知である。

２つの層を有するフィルタ材料の斜視図である。 ひだ付けされた状態のフィルタ材料の断面図である。 周壁層を部分的に取り除いたフィルタの斜視図である。 図３のＡ−Ａ線に沿ったフィルタの断面図である。

図１には、本発明によるフィルタ材料の拡大した斜視図が示されている。このフィルタ材料の厚さは誇張して示されている。フィルタ材料１は、図示の実施例では２つの層、つまり繊維層２と別の層３とを有している。

下側の著しく厚い層は、添加物を有するパルプ繊維より成る繊維層２である。この繊維層２は、有利な形式でエアライド（Airlaid）法によって、セルロース材料より製造されている。このような形式のセルロース材料は、安価な大量生産品として提供されている。連続的なエアライド法で製造する場合、繊維材料のウエブ（帯材）は、場合によっては吸着材料が混入されているパルプ（Fluff Pulp；毛羽立ちパルプ）より成るパルプ材料を、空気流内で積層したスウェル（Schuettung；うねり）より製造される。規格化された製品を製造するために、市場に提供可能な、再生可能な木材原材料が用いられる。

繊維層１のための一次製品として、空気流内でパルプスウェルを製造することによって、パルプ繊維を乾燥処理することができ、それによって、次の工程で別の層と結合する際に、パルプ繊維を、個別のつまり不連続的な圧刻領域４において良好に圧縮することができる。このような圧刻領域４の外側では、繊維は互いに緩く（ルーズに）配置されており、これによってこの圧刻領域４の外側において、層１の吸着能力／濾過作用及び柔軟性が改善される。

別の層３は、繊維層２よりも著しく薄い。この層３は、例えば繊維状、フリース状又はシート状の材料より成るウエブによって形成される。

圧縮は、広い範囲に亘って均一に行われるのではなく、主に圧刻領域４において行われ、この際に繊維層２に凹部５が形成される。圧刻領域４内に形成された凹部５は、円形又は多角形であってよい。図示の実施例では、凹部５は、ピラミッド台形又は円錐台形の形を有している。

別の層３は薄く構成されているので、圧縮時に発生する圧刻パターンは、別の層３の外側にも認められる。

圧刻は２つのローラによって行われる。２つのローラのうちの一方は、凹部５を形成する構造を有している。このような形式で、不連続的な圧刻領域４にパルプ繊維の圧縮が得られる。圧刻領域４の外側では、繊維は互いに緩く配置されており、それによって材料の吸着能力及び柔軟性が改善される。この実施例によれば、フィルタ材料を製造する際に、接着剤もその他の結合剤（例えばLatex；ラテックス）も必要ない。結合は純粋に熱機械的（thermomechnisch；サーモメカニカル）に行われる。圧刻領域の所望の配置、例えば圧刻領域の数及び大きさによって、ガスの貫流及びひいてはフィルタ効果を部分的に制御することができる。

繊維層２の単位面積当り重量は、１５ｇ／ｍ^２〜６００ｇ／ｍ^２であり、有利には２０ｇ／ｍ^２〜２００ｇ／ｍ^２である。別の層３の単位面積当り重量は、一般的に、繊維層２の単位面積当り重量よりもやや小さく、有利には１５ｇ／ｍ^２〜３０ｇ／ｍ^２である。

図２は、ひだ付けされた材料ウエブ１の断面図を示す。各層は図示してない。図示の構成では、材料は不規則に折り畳まれている。それによって、圧刻領域４の隣に複数の隆起部６及び複数の凹部７を備えた表面構造を有するフィルタ材料が得られる。

図３には、本発明によるフィルタ８が示されている。このフィルタ８は、図１に示された、面構造体として提供されたフィルタ材料と周壁層９（図面では部分的に取り除かれている）とから形成されている。フィルタ材料１は、図示の実施例では交互に配置されているか又は折り畳まれており、フィルタの長手方向に延在する複数の通路１１が形成されている。これら複数の通路１１及びフィルタ材料１の繊維層を通って、浄化しようとするガスが貫流する。つまり、浄化しようとするガスは、有利には折り畳まれた層２，３に沿って貫流し、ごく僅かな量を除いて、折り畳まれた層２，３に対して直交する横方向に貫流することはない。

図示の実施例では、フィルタは周壁層９によって包囲されている。

フィルタ８をシガレットフィルタとして使用した場合、周壁層９は１重の巻紙であってよい。この巻紙は、シガレットのたばこ棒（図示せず）も、シガレットフィルタも一緒に包囲する。周壁層９がフィルタ８だけを包囲するようにしてもよい。

フィルタ材料１の表面１０は、通路１１の内側面を形成する。凹部５によって、及びフィルタ材料１の最適なひだ付けによって、本発明によるフィルタの濾過効果に有利に作用する、通路１１の凸凹の表面構造が得られる。

図４は、本発明によるフィルタのＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。フィルタ材料１は、図示されているように、交互に配置されているので、フィルタの長手方向に複数の通路１１が形成されている。交互に配置されたフィルタ材料１は、フィルタ８の内部で左右対称又は左右非対称に配置されている。図示の実施例では、交互に配置されたフィルタ材料１の層は、複数の円弧を形成している。フィルタ材料より成る層の配置は、不規則であってよい。

本発明によるフィルタ材料は、空気及びガスを浄化するための装置に使用することもできる。フィルタ材料１を、図３及び図４に示したように、円筒形の形にすることも可能である。また装置に挿入されたフィルタの形は、任意の形であってよい、例えばボックス状又はその他の可能な形であってよい。

１ フィルタ材料、 ２ 繊維層、 ３ 別の層、 ４ 圧刻領域、圧縮領域、 ５ 凹部、 ６ 隆起部、 ７ その他の凹部、 ８ フィルタ、 ９ 周壁層、 １０ フィルタ材料１の表面、 １１ 通路

Claims (13)

1. 空気及びガスを浄化するためのフィルタ材料において、該フィルタ材料は、パルプ繊維より成る繊維層（２）を有しており、前記繊維層（２）は、該繊維層（２）の上面側又は下面側に別の層（３）を有しており、前記繊維層（２）のパルプ繊維は、前記パルプ繊維を部分的に加圧し圧縮することによって形成された圧縮領域（４）において互いに結合されており、
   前記繊維層（２）及び、追加的に設けられた前記別の層（３）は、浄化しようとする空気流の流れ方向に延在する繊維ウエブとして構成されており、
   前記フィルタ材料は、交互に配置されているか又は折り畳まれて、前記フィルタ材料の長手方向に延在する複数の通路（１１）が形成されていることを特徴とする、空気及びガスを浄化するためのフィルタ材料。
2. 前記パルプ繊維の前記圧縮領域（４）が、熱を加えながら圧縮されている、請求項１記載のフィルタ材料。
3. 接着剤もその他の結合剤も使用することなしに製造される、請求項１又は２記載のフィルタ材料。
4. 前記繊維層が該繊維層（２）の上面側及び下面側の両方に別の層（３）を有しており、該別の層（３）が、同じ材料又は互いに異なる材料より成っている、請求項１から３までのいずれか１項記載のフィルタ材料。
5. 前記別の層（３）が、それぞれ互いに無関係に、ティッシュ、繊維状の材料、フリース状の材料又はシート状の材料より選択されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のフィルタ材料。
6. 前記フィルタ材料の単位面積当り重量が、１５ｇ／ｍ^２〜６００ｇ／ｍ^２、有利には２０ｇ／ｍ^２〜２００ｇ／ｍ^２である、請求項１から５までのいずれか１項記載のフィルタ材料。
7. 請求項１から６までのいずれか１項記載のフィルタを、脱塵及びガス清浄装置に使用する、使用法。
8. 請求項１から６までのいずれか１項記載のフィルタを、たばこ類に使用する、使用法。
9. 請求項１から６までのいずれか１項記載のフィルタ材料（１）を有する、ガス及び／又は空気を浄化するためのフィルタ。
10. 請求項１から６までのいずれか１項記載のフィルタ材料（１）を有する、シガレットフィルタ。
11. 前記フィルタ材料が周壁層（９）によって包囲されている、請求項１０記載のシガレットフィルタ。
12. 前記フィルタ材料が、煙が侵入する側の端部に、別のフィルタ材料を有している、請求項１０又は１１記載のシガレットフィルタ。
13. 前記別のフィルタ材料が、活性炭素、アセチルセルロース、紙より選択されている、請求項１２記載のシガレットフィルタ。

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