JP5908709B2 - フィルター用不織布およびその製造方法およびフィルター - Google Patents
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このため、例えば、繊維シートをエレクトレット化し、静電気的作用を利用することにより優れた捕集効率と低圧力損失とを両立させる試みがなされている(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3参照)。
しかしながら、かかる方法では、繊維シートをエレクトレット化するため複雑な工程を必要とするものであった。
その際、極細繊維Aがポリエステル繊維であることが好ましい。また、極細繊維Aが、ポリエステルからなりかつ島径(D)が100〜1000nmである島成分と前記ポリエステルよりもアルカリ水溶液易溶解性ポリマーからなる海成分とを有する複合繊維にアルカリ減量加工を施すことにより、前記海成分を溶解除去したポリエステル繊維であることが好ましい。また、繊維Bに含まれる前記ポリマーが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、およびポリメチルメタクリレートからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。また、繊維Bが複合繊維であり、かつ繊維Bに含まれる前記ポリマーが複合繊維の表面に露出していることが好ましい。
また、本発明によれば、前記のフィルター用不織布を用いてなるフィルターが提供される。その際、フィルターがエアーフィルターであることが好ましい。また、フィルターが多層構造フィルターであって、前記のフィルター用不織布が、ダスト流入側の最表層に配されていることが好ましい。
まず、本発明のフィルター用不織布(単に「不織布」ということもある。)に含まれる極細繊維Aにおいて、単繊維径(D)が100〜1000nm(より好ましくは300〜1000nm、さらに好ましくは550〜800nm)の範囲内であることが肝要である。該単繊維径が100nm未満の場合、極細繊維同士が擬似膠着しやすく均一分散しにくいため、捕集効率が低下するおそれがある。逆に、該単繊維径が1000nmより大きい場合も、極細繊維としての効果が低くなり、捕集効率が低下するおそれがある。極細繊維の単繊維断面形状が丸断面以外の異型断面である場合には外接円の直径を単繊維径とする。なお、単繊維径は、透過型電子顕微鏡で繊維の横断面を撮影することにより測定が可能である。
また、前記極細繊維Aは単一ポリマー成分で形成されることが好ましいが、複数のポリマー成分からなるブレンド繊維や芯鞘型(またはサイドバイサイド型)複合繊維であってもよい。
前記のような極細繊維の製造方法としては、海成分に島成分をブレンドしたブレンド型複合繊維の海成分を溶解除去したものでもよいが、国際公開第2005/095686号パンフレットに開示された方法が、単繊維径が均一となり捕集効率が向上し好ましい。
好ましい溶融粘度比(海/島)は、1.1〜2.0、特に1.3〜1.5の範囲である。この比が1.1倍未満の場合には溶融紡糸時に島成分が接合しやすくなり、一方2.0倍を越える場合には、粘度差が大きすぎるために紡糸調子が低下しやすい。
浴比(%)=(繊維質量(gr)/アルカリ水溶液質量(gr)×100)
また、アルカリ減量加工において、アルカリ濃度は2%〜10%であることが好ましい。2%未満では、アルカリ不足となり、減量速度が極めて遅くなるおそれがある。一方、10%を越えるとアルカリ減量が進みすぎ、島部分まで減量されるおそれがある。
SP値=(Ecoh/V)1/2
ただし、Ecohは凝集エネルギー(J/mol)であり、Vはモル容積(cm3/mol)である。
繊維Bは前記ポリマー単独成分からなる繊維であってもよいが、繊維Bが複合繊維であり、かつ繊維Bに含まれる前記ポリマーが複合繊維の表面に露出していると、不織布の布帛強度を損なわず好ましい。繊維Bが前記ポリマー単独成分からなる繊維である場合、後記のように前記ポリマーを熱融着させると不織布の布帛強度が低下するおそれがある。
その際、複合繊維の形態としては、芯鞘型複合繊維、偏芯芯鞘型複合繊維、サイドバイサイド型複合繊維などが例示される。
前記繊維Bにおいて、単繊維繊度としては0.1〜6.0dtex(より好ましくは0.5〜2.0dtex)の範囲内であることが好ましい。該単繊維繊度が0.1dtexよりも小さいと不織布の布帛強度が低下したり、カード工程性が低下するおそれがある。逆に、該単繊維繊度が6.0dtexよりも大きいと、不織布表面に形成される繊維間空隙孔が大きくなり、不織布をフィルターとして用いた際に捕集効率が低下するおそれがある。
また、かかる不織布に揉み加工を施すことは好ましいことである。かかる揉み加工により凝集した極細繊維を分散することが可能となるだけでなく、不織布が摩擦帯電することにより静電気捕集性能による捕集効率がさらに向上し好ましい。その際、不織布を摩擦帯電させる上で、例えば、THEN社製AF40などのエアーフロー染色機(気流染色機ともいう。)を揉み加工機として用い、乾燥状態で揉み加工を行うことは好ましいことである。手揉みでもよい。
(圧力損失[Pa]の測定方法)
測定対象物である不織布を有効間口50mmφのホルダーにセットし、流量6.0m3/分で空気を通過させて、測定対象物上下流の差圧を圧力センサE8Y−A5Y(オムロン社製)にて測定する。
(初期捕集効率(η)[%])
前記圧力損失と同様の装置、流量において、ダストを大気塵として、下流の流径0.3〜0.5μmの粒子数CをパーティクルカウンターKC−03B(リオン社製)で測定し、次式により算出する。なお、測定対象物測定前後に、ホルダーに何も置かない状態で、粒子数をカウントし、測定対象物測定前をCb、測定対象物測定後をCaとする。
初期捕集効率(η)={(Cb+Ca)/2−C}/{(Cb+Ca)/2}×100
(静電気による捕集効率(ηe)[%])
測定対象物を、イソプロピルアルコールで充填されたデシケーター内で、一晩静置し、除電を行う。その後、サンプルをデシケーターから取り出し、十分に乾燥させる。この除電した測定対象物を用いて、前記初期捕集効率と同様の装置、条件で粒子数C´を測定し、次式により静電気による捕集効率を算出する。なお、測定対象物測定前後に、ホルダーに何も置かない状態で、粒子数をカウントし、測定対象物測定前をCb´、測定対象物測定後をCa´とする。
静電気による捕集効率(ηe)={1−(Cb´+Ca´)/2−C´}/{(Cb´+Ca´)/2}×100
なお、本発明の不織布は、極細繊維Aと繊維Bとを含む単層不織布であってもよいし、極細繊維Aと繊維Bと含む層を積層した多層不織布、さらには、他の繊維からなる層を積層した多層不織布であってもよい。
かかるフィルターはエアーフィルターまたはバグフィルターが好ましい。かかるフィルターは、捕集効率に優れるだけでなく、圧損が低いため高寿命であるので、自動車その他車両などの内燃機関用エアーフィルター、キャビン、マスク、空気清浄機、ビル空調用、半導体、食品、医薬品工場などに用いられるエアーフィルターなどとして好適である。
前記の不織布を用いてフィルターを得る際、他の不織布や織物などを積層してもよい。また、不織布が多層不織布である場合、前記の極細繊維Aと繊維Bとを含む層がダスト流入側の最表層に配されていることが好ましい。
乾燥処理後のポリマーを紡糸時のルーダー溶融温度に設定したオリフィスにセットして5分間溶融保持したのち、数水準の荷重をかけて押し出し、そのときのせん断速度と溶融粘度をプロットする。そのプロットをなだらかにつないで、せん断速度−溶融粘度曲線を作成し、せん断速度が1000秒−1の時の溶融粘度を見た。
海成分および島成分のポリマーを、各々、径0.3mm、長さ0.6mmのキャピラリーを24孔もつ口金から吐出し、1000〜2000m/分の紡糸速度で引き取って得た未延伸糸を残留伸度が30〜60%の範囲になるように延伸して、83dtex/24フィラメントのマルチフィラメントを作成した。これを所定の溶剤および溶解温度で浴比100として、溶解時間と溶解量から減量速度を算出した。
透過型電子顕微鏡TEMで、倍率30000倍で繊維断面写真を撮影し、測定した。ただし、繊維径は、繊維断面におけるその外接円の直径を用いた(n数5の平均値)。
走査型電子顕微鏡(SEM)により、海成分溶解除去前の極細短繊維を基盤上に寝かせた状態とし、20〜500倍で測定した。SEMの測長機能を活用して測定した(n数5の平均値)。
JIS P8124(紙のメートル坪量測定方法)に基づいて測定した。
JIS P8118(紙及び板紙の厚さと密度の試験方法)に基づいて測定した。
JIS P8118(紙及び板紙の厚さと密度の試験方法)に基づいて測定した。
測定対象物である不織布を有効間口50mmφのホルダーにセットし、流量6.0m3/分で空気を通過させて、測定対象物上下流の差圧を圧力センサE8Y−A5Y(オムロン社製)にて測定した。
前記圧力損失と同様の装置、流量において、ダストを大気塵として、下流の流径0.3〜0.5μmの粒子数CをパーティクルカウンターKC−03B(リオン社製)で測定し、次式により算出した。なお、測定対象物測定前後に、ホルダーに何も置かない状態で、粒子数をカウントし、測定対象物測定前をCb、測定対象物測定後をCaとした。
初期捕集効率(η)={(Cb+Ca)/2−C}/{(Cb+Ca)/2}×100
測定対象物を、イソプロピルアルコールで充填されたデシケーター内で、一晩静置し、除電を行った。その後、サンプルをデシケーターから取り出し、十分に乾燥させた。この除電した測定対象物を用いて、前記初期捕集効率と同様の装置、条件で粒子数C´を測定し、次式により静電気による捕集効率を算出した。なお、測定対象物測定前後に、ホルダーに何も置かない状態で、粒子数をカウントし、測定対象物測定前をCb´、測定対象物測定後をCa´とした。
静電気による捕集効率(ηe)={1−(Cb´+Ca´)/2−C´}/{(Cb´+Ca´)/2}×100
島成分に285℃での溶融粘度が120Pa・secのポリエチレンテレフタレート、海成分に285℃での溶融粘度が135Pa・secである平均分子量4000のポリエチレングリコールを4重量%、5−ナトリウムスルホイソフタル酸を9mol%共重合した改質ポリエチレンテレフタレートを使用し、海:島=10:90の重量比率で島数400の口金を用いて紡糸し、紡糸速度1500m/minで引き取った。海成分と島成分とのアルカリ減量速度比は1000倍であった。これを3.9倍に延伸することにより、極細繊維A用として海島型複合繊維(単繊維繊度5.6dtex、単繊維に含まれる島成分の島径700nm)を得た後、繊維長44mmにカットした。
一方、繊維Bとして、鞘成分にポリエチレン(前記海島型複合繊維に含まれるポリエチレンテレフタレートよりも溶解度パラメータSP値が3以上低いポリマー)、芯成分にポリエチレンテレフタレートを配した芯鞘型複合繊維(帝人ファイバー社製TJ04CE 単繊維繊度1.2dtex、繊維長44mm)を用意した。
実施例1において、前記海島型複合繊維(極細繊維A用)と繊維Bとを、極細繊維A(前記海島型複合繊維をアルカリ減量した後の極細繊維A)と繊維Bとの重量比(極細繊維A:繊維B)70:30となるように混綿すること以外は実施例1と同様にした。得られたエアーフィルターは捕集効率に優れるだけでなく、圧損が低く高寿命なものであった。評価結果を表1に示す。
実施例2において、繊維Bとして、鞘成分にポリエチレン(前記海島型複合繊維に含まれるポリエチレンテレフタレートよりも溶解度パラメータSP値が3以上低いポリマー)、芯成分にポリプロピレンを配した芯鞘型複合繊維(単繊維繊度1.7dtex、繊維長44mm)を用いること以外は実施例2と同様にした。得られたエアーフィルターは捕集効率に優れるだけでなく、圧損が低く高寿命なものであった。評価結果を表1に示す。
実施例2において、繊維Bとして、鞘成分に共重合ポリプロピレン(前記海島型複合繊維に含まれるポリエチレンテレフタレートよりも溶解度パラメータSP値が3以上低いポリマー)、芯成分にポリプロピレンを配した芯鞘型複合繊維(単繊維繊度1.7dtex、繊維長44mm)を用いること以外は実施例2と同様にした。得られたエアーフィルターは捕集効率に優れるだけでなく、圧損が低く高寿命なものであった。評価結果を表1に示す。
島成分に285℃での溶融粘度が120Pa・secのポリエチレンテレフタレート、海成分に285℃での溶融粘度が135Pa・secである平均分子量4000のポリエチレングリコールを4重量%、5−ナトリウムスルホイソフタル酸を9mol%共重合した改質ポリエチレンテレフタレートを使用し、海:島=10:90の重量比率で島数400の口金を用いて紡糸し、紡糸速度1500m/minで引き取った。海成分と島成分とのアルカリ減量速度比は1000倍であった。これを3.9倍に延伸することにより、極細繊維A用として海島型複合繊維(単繊維繊度5.6dtex、単繊維に含まれる島成分の島径700nm)を得た後、繊維長44mmにカットした。
一方、繊維Bとして、ポリプロピレン(前記海島型複合繊維に含まれるポリエチレンテレフタレートよりも溶解度パラメータSP値が3以上低いポリマー)からなるポリプロピレン繊維(単繊維繊度1.2dtex、繊維長44mm)を用意した。
次いで、前記ウエブ2を前記ウエブ1の上に積層し、ニードルパンチ、熱処理(温度150℃、時間90秒、乾熱)、アルカリ減量加工(4%NaOH水溶液で75℃にて前記海島型複合繊維を25%減量)により前記海島型複合繊維を極細繊維A(ポリエチレンテレフタレート繊維、単繊維径(D)が700nm)とし、さらに公知のエアーフロー染色機を用いて揉み加工を行い不織布を摩擦帯電させることにより、目付け370g/m2のフィルター用不織布を得た。次いで、該不織布からなるエアーフィルターを得た。得られたエアーフィルターは捕集効率に優れるだけでなく、圧損が低く高寿命なものであった。評価結果を表1に示す。
島成分に285℃での溶融粘度が120Pa・secのポリエチレンテレフタレート、海成分に285℃での溶融粘度が135Pa・secである平均分子量4000のポリエチレングリコールを4重量%、5−ナトリウムスルホイソフタル酸を9mol%共重合した改質ポリエチレンテレフタレートを使用し、海:島=10:90の重量比率で島数400の口金を用いて紡糸し、紡糸速度1500m/minで引き取った。海成分と島成分とのアルカリ減量速度比は1000倍であった。これを3.9倍に延伸することにより、極細繊維A用として海島型複合繊維(単繊維繊度5.6dtex、単繊維に含まれる島成分の島径700nm)を得た後、繊維長44mmにカットした。
一方、繊維Bとして、ポリプロピレン(前記海島型複合繊維に含まれるポリエチレンテレフタレートよりも溶解度パラメータSP値が3以上低いポリマー)からなるポリプロピレン繊維(単繊維繊度1.2dtex、繊維長44mm)を用意した。
次いで、前記ウエブ1の上に前記ウエブ2を積層し、さらにその上に前記ウエブ3を積層し、ニードルパンチ、熱処理(温度150℃、時間90秒、乾熱)、アルカリ減量加工(4%NaOH水溶液で75℃にて前記海島型複合繊維を25%減量)により前記海島型複合繊維を極細繊維A(ポリエチレンテレフタレート繊維、単繊維径(D)が700nm)とし、さらに公知のエアーフロー染色機を用いて揉み加工を行い不織布を摩擦帯電させることにより、目付け370g/m2のフィルター用不織布を得た。次いで、該不織布からなるエアーフィルターを得た。得られたエアーフィルターは捕集効率に優れるだけでなく、圧損が低く高寿命なものであった。評価結果を表1に示す。
実施例1において、繊維Bを用いることなく海島型複合繊維だけを用いて、これ以外は実施例1と同様にした。得られたエアーフィルターは捕集効率に優れるものではなかった。
実施例2において、繊維Bとして、鞘成分に非結晶ポリエステル(前記海島型複合繊維に含まれるポリエチレンテレフタレートと同じ溶解度パラメータSP値を有するポリマー)、芯成分にポリエチレンテレフタレートを配した芯鞘型複合繊維を用いること以外は実施例2と同様にした。得られたエアーフィルターは、静電気による捕集効率に優れるものではなかった。評価結果を表1に示す。
実施例1と海島型複合繊維(極細繊維A用)だけを用いて混綿し、カードで目付け100g/m2のウエブ1を得た。次いで、ポリエチレンテレフタレート繊維(単繊維繊度2.2dtex、繊維長51mm)のみを用いてカードにて目付け100g/m2のウエブ2を得た。次いで、ポリエチレンテレフタレート繊維(単繊維繊度2.2dtex、繊維長51mm)のみを用いてカードにて目付け200g/m2のウエブ3を得た。
次いで、前記ウエブ1の上に前記ウエブ2を積層し、さらにその上に前記ウエブ3を積層し、ニードルパンチ、熱処理(温度150℃、時間90秒、乾熱)、アルカリ減量加工(4%NaOH水溶液で75℃にて前記海島型複合繊維を25%減量)により前記海島型複合繊維を極細繊維A(ポリエチレンテレフタレート繊維、単繊維径(D)が700nm)とし、さらに公知のエアーフロー染色機を用いて揉み加工を行い不織布を摩擦帯電させることにより、目付け370g/m2のフィルター用不織布を得た。次いで、該不織布からなるエアーフィルターを得た。得られたエアーフィルターは、静電気による捕集効率に優れるものではなかった。評価結果を表1に示す。
Claims (11)
- フィルター用不織布であって、ポリマーからなり単繊維径(D)が100〜1000nmの範囲内であり、かつ、単繊維径(D)nmに対する繊維長(L)nmの比(L/D)が100〜200000の範囲内である極細繊維Aと、前記ポリマーに比べて溶解度パラメータSP値が3以上小さいポリマーを含む繊維Bとを含み、かつ摩擦帯電していることを特徴とするフィルター用不織布。
- 極細繊維Aがポリエステル繊維である、請求項1に記載のフィルター用不織布。
- 極細繊維Aが、ポリエステルからなりかつ島径(D)が100〜1000nmである島成分と前記ポリエステルよりもアルカリ水溶液易溶解性ポリマーからなる海成分とを有する複合繊維にアルカリ減量加工を施すことにより、前記海成分を溶解除去したポリエステル繊維である、請求項2に記載のフィルター用不織布の製造方法。
- 繊維Bに含まれる前記ポリマーが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、およびポリメチルメタクリレートからなる群より選択される少なくとも1種である、請求項1または請求項2に記載のフィルター用不織布。
- 繊維Bが複合繊維であり、かつ繊維Bに含まれる前記ポリマーが複合繊維の表面に露出してなる、請求項1または請求項2または請求項4に記載のフィルター用不織布。
- 繊維Bに含まれる前記ポリマーが熱融着することにより不織布が3次元網目構造を有する、請求項1または請求項2または請求項4または請求項5に記載のフィルター用不織布。
- 揉み加工が施されてなる、請求項2に記載のフィルター用不織布の製造方法。
- 前記の揉み加工が不織布を摩擦帯電させる揉み加工である、請求項7に記載のフィルター用不織布の製造方法。
- 請求項1または請求項2または請求項4または請求項5または請求項6に記載のフィルター用不織布を用いてなるフィルター。
- フィルターがエアーフィルターである、請求項9に記載のフィルター。
- フィルターが多層構造フィルターであって、前記のフィルター用不織布が、ダスト流入側の最表層に配されてなる、請求項10に記載のフィルター。
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