JP5727488B2 - 塵集積容量が向上しかつ高湿度環境に対する抵抗性が向上した空気濾過媒体 - Google Patents
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Description
本明細書で使用される「不織布」という用語は、多数の繊維を含むウェブを意味する。繊維は互いに結合されていても、結合されていなくてもよい。繊維は、単一の材料を含むことができるか、あるいは多種類の材料を(種々の繊維の組合せとして、またはそれぞれが種々の材料からなる類似の繊維の組合せとして)含むことができる。それぞれが複数の材料からなる類似の繊維は、「2成分(bicomponent)」(2種類の材料を含む)であっても、多成分(multicomponent)であってもよい。
本発明は、空気が水で飽和してミストが形成される間に作業圧力の実質的な増大が回避される、流れる空気から粒状物を濾過除去するための方法に関する。
フラットシートの微粒子集積試験
ASHRAEの塵およびISOの細塵は、典型的には、フィルターならびに濾過媒体用の塵補足容量試験で試験用エアロゾルとして使用される。しかし、これら2種類の塵の径(質量平均粒径が15ミクロンより大きい)は、実地の用途で、特に予備フィルターを用いて大きな粒子を除去する場合に、高効率のエアフィルターで課題とされている塵の径を反映していない。予備フィルターを備えた空気処理システムでの実地の測定によれば、3ミクロンより大きい粒子はまれであり、粒子は0.3から10ミクロンの間の径範囲にあり、約60質量%の粒子が0.3から0.5ミクロンの径範囲に入る。それゆえに、ASHRAEおよびISOの微細な試験用エアロゾルを用いた既存の塵補足試験では、実生活の状況での濾過媒体の塵補足容量が正確に予測されない。この問題を克服するため、質量平均直径が0.26ミクロンである試験用エアロゾルを用いる微粒子塵の集積試験が開発された。
それぞれのナノ繊維層試料について、10枚の走査型電子顕微鏡(SEM)画像(倍率:5,000倍)を撮影した。11本の明確に区別できるナノ繊維の直径を写真から測定し、記録した。欠陥(すなわち、ナノ繊維の塊、ポリマー滴、ナノ繊維の交差部分)は含めなかった。各試料の平均繊維直径を計算した。
濾過媒体の空気流通気度(air flow permeability)は一般に、Frazier測定(ASTM D737)で測定する。この測定では、124.5N/m2(0.5インチ(水柱))の圧力差を、適切に固定された媒体試料にかけて、結果として生じる空気流量をFrazier通気度(またはもっと簡単に「Frazier」)として測定する。本明細書では、Frazier通気度は、ft3/分/ft2の単位で記録してある。大きいFrazierは空気流通気度が大きいことに対応し、小さいFrazierは空気流通気度が小さいことに対応する。
湿度試験の目的は、塵またはエアロゾルが集積した濾過媒体に対する相対湿度の影響を調査することである。フラットシート媒体の試料にNaClの微細なエアロゾルを(上述のように)集積して、最終抵抗が150から300Paの間になるようにした。25℃において種々の相対湿度で少なくとも8時間、それらの試料の状態を整えた。状態調節室(conditioning chamber)から試料を取り出した直後に、試料の空気通気度を測定し、記録した。
濾過効率の測定は、直径11.3cmの円形開口部(面積=100cm2)を有する自動フィルター試験機(TSI Model No.3160)を用いて、フラットシート媒体で実施した。2重量%塩化ナトリウム水溶液を用いて、質量平均直径が0.26ミクロンである微細なエアロゾルを生じさせた。空気流量は、5.53cm/sの面速度に相当する32リットル/分であった。濾過効率および初期圧力低下は試験の初めに測定して記録した。
平均流動孔(MFP)径を、ASTM Designation E 1294−89、「Standard Test Method for Pore Size Characteristics of Membrane Filters Using Automated Liquid Porosimeter」に従って測定した。この場合、毛管流多孔率計(型番号CFP−34RTF8A−3−6−L4,Porous Materials,Inc.(PMI),Ithaca,NY)を用いて、ASTM Designation F 316の自動バブルポイント法により、0.05μm〜300μmの孔径直径の膜の孔径特性が大まかに測定される。個別の試料(直径が8、20または30mm)を、表面張力の低い液体(表面張力が16dyne/cmである1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロペン(つまり、「Galwick」))で濡らした。各試料を保持器に入れ、空気の圧力差をかけて、液体を試料から除去した。湿った流れが乾燥した流れ(ぬれ溶剤を含まない流れ)の半分と等しくなる圧力差を用いて、用意されたソフトウェアを使用して平均流動孔径を計算する。バブルポイントが最大孔径を指す。
湿気試験器(moistures tester)は、雨滴または水ミストをシミュレートする水の、濾過媒体に対する影響を試験するのに用いられる、空気チャンバーを含む装置である。媒体試料を、空気チャンバーの正面の外側平面に固定する。その後、空気流を空気チャンバー内で水ノズルの周囲に発生させて媒体に向ける。空気チャンバーの内側と外側の圧力差を圧力計で測定する。その値を記録し、水ノズルを開く。水を6分間出しっぱなしにし、媒体が乾燥するまで適当な間隔で圧力差を測る。
実施例では、ポリアミド−6,6が24%のギ酸溶液を、国際公開第03/080905号パンフレットに記載されているように電気ブロー加工(electroblowing)で紡糸してナノウェブを形成させる。数平均繊維直径はおよそ350nmであった。
表1は、実施例1〜3に関してTSI 3160で行った圧力低下および濾過効率の測定値を示す。表2および3は、湿気試験での圧力上昇の挙動を示す。
次に、本発明の態様を示す。
1. 水ミストをかなり含みかつ濾過除去する粒子を含んでいる空気流を供給するステップと、
前記空気流を濾過媒体に通すステップと
を含む、空気から粒子を濾過除去する方法であって、
前記媒体が、前記空気流に対して上流側と下流側とを有し、また疎水性不織ウェブの下流において前記疎水性不織ウェブと流体接触するナノウェブ層を含む、方法。
2. 空気流中の水ミストにさらされた状態での前記媒体での圧力低下が、前記水ミストに3分間さらした後にせいぜい10倍しか増大しない、上記1に記載の方法。
3. 第2ウェブが前記ナノウェブと前記疎水性ウェブとの間に配置され、かつその両方と流体接触する、上記1に記載の方法。
4. 前記疎水性ウェブが前記ナノウェブと実際に接触する、上記1に記載の方法。
5. 前記疎水性ウェブがその表面の少なくとも一部で前記ナノウェブと結合している、上記4に記載の方法。
6. 前記疎水性ウェブが前記ナノウェブと点結合している、上記5に記載の方法。
7. 前記疎水性ウェブが、前記ナノウェブの上流においてスパンボンド不織ウェブを含みかつ前記ナノウェブと流体接触する、上記1に記載の方法。
8. 前記スパンボンド不織ウェブが前記ナノウェブと実際に接触する、上記7に記載の方法。
9. 前記スパンボンド不織ウェブが前記ナノウェブと結合している、上記8に記載の方法。
10. 前記スパンボンド不織ウェブが前記ナノウェブと点結合している、上記8に記載の方法。
11. 前記スパンボンドウェブが、1成分がポリオレフィンを含む、単一成分繊維または2成分複合繊維を含む、上記7に記載の方法。
12. 前記不織ウェブが、前記ナノウェブの上流において前記ナノウェブと流体接触するメルトブローン不織ウェブを含む、上記1に記載の方法。
13. 前記メルトブローン不織ウェブが前記ナノウェブと実際に接触する、上記12に記載の方法。
14. 前記メルトブローン不織ウェブが前記ナノウェブと結合している、上記13に記載の方法。
15. 前記メルトブローン不織ウェブが前記ナノウェブと点結合している、上記13に記載の方法。
Claims (9)
- (a)濾過除去する粒子を含んでいる水ミストを供給するステップと、
(b)濾過除去する粒子を含んでいる水ミストを、疎水性不織ウェブとナノウェブとを含む濾過媒体に通すステップと
を含む、水ミストから粒子を濾過除去する方法であって、
前記濾過媒体が、前記水ミスト流に対して上流側と下流側とを有し、
(i)ナノウェブは、電気ブロー加工で形成され、少なくとも2グラム/平方メートルの坪量を有し、かつ、疎水性不織ウェブの下流に配置され、
(ii)疎水性不織ウェブは、濾過除去する粒子を含んでいる水ミストに面するように配置され、
(iii)濾過媒体は、水ミストにさらされた場合に、濾過媒体で測定された圧力低下が、前記水ミストに3分間さらした後にせいぜい10倍しか増大しない、方法。 - 別のウェブが前記ナノウェブと前記疎水性ウェブとの間に配置される、請求項1に記載の方法。
- 前記疎水性ウェブが前記ナノウェブと実際に接触する、請求項1に記載の方法。
- 前記疎水性ウェブがその表面の少なくとも一部で前記ナノウェブと結合している、請求項3に記載の方法。
- 前記疎水性ウェブが、スパンボンド不織ウェブを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記スパンボンド不織ウェブが前記ナノウェブと実際に接触する、請求項5に記載の方法。
- 前記スパンボンドウェブが、1成分がポリオレフィンを含む、単一成分繊維または2成分複合繊維を含む、請求項5に記載の方法。
- 前記不織ウェブが、メルトブローン不織ウェブを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記メルトブローン不織ウェブが前記ナノウェブと実際に接触する、請求項8に記載の方法。
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