JP6006476B2

JP6006476B2 - 大粒子径ダスト対応高効率不織布濾材

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Publication number: JP6006476B2
Application number: JP2011117613A
Authority: JP
Inventors: 高広妹尾
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2031-05-26
Also published as: JP2012245449A

Description

本発明は、特に自動車エンジンフィルタに好適な、大粒子径ダスト対応の高効率不織布濾材に関するものである。

従来より自動車エンジンフィルタには、微細ダストに対する高い捕集効率と長時間の製品寿命が求められて来て、その方策として、例えば特許文献１，２には、濾材の厚さ方向に粗層，中間層，密層と平均繊度が大から小になるように積層し密度勾配を持たせた多層構造体よりなる不織布濾材が公開されている。

また、特許文献３，４には、繊維にエレクトレット加工し捕集効率を向上させる方法が公開されている。更に特許文献５，６においてはメルトブロー法等による不織布を使用し微細ダストを捕集する方策が、そして特許文献７，８においては使用繊維の繊維径をより細くした極細繊維あるいはナノファイバーを用いることにより各種ダストの捕集効率を向上させることが夫々、公開されている。

特開平１０−１８００２３号公報特開２００４−２４３２５０号公報特開２０１０−１４２７０３号公報特開２００１−２４６２１１号公報特開２００８−０７５２２７号公報特開２００２−２６６２１９号公報特開２０１０−２８１０１２号公報特開２０１０−０５８３２８号公報

しかし、上述の如く、従来から微小粒子を捕集するための各方策は種々検討されてきているが、何れも１５０μｍ以上の大粒子径ダストを捕集する方策については未だ開示されていないのが現状である。

通常、微小粒子が捕集可能な濾材であれば、当然大粒子径のダストも捕集されると考えられがちであるが、現実には粒子径の大きなダストになると濾材との衝突エネルギーも大きくなり、また背圧により濾材を構成する繊維間を押し分けて濾材を巣抜けしてしまうという現象（ダスト抜け）が起きている。

本発明はこのような大粒子径ダストの巣抜け現象に着目し、特に密層面の圧密化による表面密度の向上を図ることにより巣抜け現象を阻止し、大粒子径ダストの捕集効率を向上せしめることを目的とするものである。

上記目的を達成すべく本発明者らは鋭意検討を行い、その結果、本発明を完成するに至った。即ち、本発明大粒子径ダスト対応不織布濾材は、太い繊度のポリエステル短繊維からなる密度が低い粗層と、細い繊度のポリエステル短繊維からなる密度の高い密層と、両繊維の中間の繊度のポリエステル短繊維からなる中間密度の中層の３層構造体からなる不織布濾材であって、該３層構造体はニードルパンチ加工により結合され、当該３層を構成する短繊維は、接着剤樹脂が厚み方向に均一に付着され、密層には、当該密層表面のみに、熱圧縮されてより一層圧密された高い表面密度の細密表面が形成されている構成を特徴とする。

請求項２は上記構成の実施態様に係り、粗層が繊度３〜１０デシテックスのポリエステル短繊維よりなる目付３０〜８０ｇ／ｍ ² の繊維層であり、中層が繊度１．５〜５デシテックスのポリエステル短繊維よりなる目付４０〜９０ｇ／ｍ ² の繊維層であり、密層が繊度０．５〜２デシテックスのポリエステル短繊維よりなる目付８０〜１８０ｇ／ｍ ² の繊維層であって、接着剤樹脂が３０〜１５０ｇ／ｍ ² 付着されている構成よりなる。

請求項３は上記本発明不織布各層の好ましい実施態様であり、粗層を構成する繊維目付が４０〜６０ｇ／ｍ²，中層を構成する繊維目付が５０〜７５ｇ／ｍ²，密層を構成する繊維目付が１００〜１５０ｇ／ｍ²で、全繊維目付が２００〜３００ｇ／ｍ²、接着剤樹脂付着量が５０〜１００ｇ／ｍ²であって、不織布濾材の厚さが２〜４ｍｍである構成である。なお、上記粗，中，密各層を構成する繊維中に、特に密層には変性ポリエステルからなる低融点繊維を３０〜５０重量％含ませ混繊すればより好適である。

請求項４，５は上記不織布濾材における密層の表面密度を高めるために好適な構成であり、請求項４は密層に、粗層、密層、中層を構成する繊維よりも融点が低い変性ポリエステルからなる低融点繊維が３０〜５０重量％混繊され、この低融点繊維が溶融固化されて細密表面が形成されているものである。

一方、請求項５は低融点短繊維の溶融固化とは異なり、樹脂加工により付与する態様で、樹脂加工により付与する接着剤樹脂に、粗層、密層、中層を構成する繊維よりも融点が低い低融点樹脂が使用され、この低融点樹脂が溶融固化されて細密表面が形成されているものである。

本発明によれば、前述の如く繊度の異なる繊維で密度勾配を有する３層構造に形成すると共に、繊度の細い繊維で構成される密層において更に表面密度を上げるために熱圧縮により密層表面のみに加熱体を接触することにより密層表面のみをより一層圧密し、高密度化せしめたから従来の懸案であった大粒子径ダストの捕集後の巣抜けを防止することができ、従って濾材全体として一層捕集効率が上がり、大小の粒子径ダストに拘わらず捕集が可能となる効果を有している。

本発明に係る不織布濾材の熱圧縮前の断面図である。本発明に係る不織布濾材の熱圧縮後の断面図である。

以下、更に添付図面を参照し、本発明の具体的形態について説明する。図において、１はエアの進入側の太い繊度の繊維からなる密度が低い粗層，３はエアの流出側の細い繊度の繊維からなる密度の高い密層であり、それら両層１，３の中間に繊度が比較的細く、第１層，第３層の繊維の繊度の中間繊維で構成された中間の密度の中層２があって、これら各層により図１に示す如く３層構造からなっていて、特に本発明濾材の特徴として図２に示すように密層３の表面は圧密されて一層密度が上げられた細密表面４となっている。

上記本発明にて使用される繊維としては、ポリエステル繊維，ナイロン繊維，アクリル繊維，ポリプロピレン繊維等の合成繊維，レーヨン繊維等の化学繊維，ポリフェニレンサルファイド繊維，ポリパラアラミド繊維，ポリメタアラミド繊維等の高機能性繊維など各繊維がが使用可能であるが、ポリエステル繊維が性能−価格のバランスがよく好適に使用される。そして、不織布を製造する方法としては、短繊維を使用したカーディング、ラッピング、ニードルパンチ、樹脂加工された所謂、ケミカルボンドタイプが好適であり、使用される。

以下、上記各層の構成について詳述すると、エアの進入側である粗層１は、比較的粒径の大きなダストの捕捉を目的とするため嵩高さが必要であり、使用繊維の繊度は３〜１０デシテックス、とりわけ４〜８デシテックスが好適であり、目付は３０〜８０ｇ／ｍ²、好ましくは４０〜６０ｇ／ｍ²である。粗層１と密層３の中間にあって密度勾配緩和によるダスト捕捉分布調整を目的とする中間の中層２を構成する繊維の繊度は１．５〜５デシテックス、好ましくは１．８〜３．５デシテックスであり、目付は４０〜９０ｇ／ｍ²、好ましくは５０〜７５ｇ／ｍ²である。

一方、エアの流出側にあり、微粒子を捕捉することを目的とし、更には、ダストの透過・拡散を防止するための密層３を構成する繊維の繊度は０．５〜２デシテックス、好ましくは０．８〜１．８デシテックスが好適であり、目付は８０〜１８０ｇ／ｍ²、好ましくは１００〜１５０ｇ／ｍ²である。そして、上記粗，中，密の３層積層による全繊維目付としては、２００〜３００ｇ／ｍ²が好適である。

次に上記粗，中，密の３層は嵩高を維持しつつ機械的強さを付与し、層間剥離を防止するために先ずニードルパンチ加工、次いで樹脂加工される。ニードルパンチ加工は、各層別々のニードルパンチ加工した後に積層し、再度に加工を行うことも出来るが、粗，中，密の３層を構成する繊維層を重ねて同時にニードルパンチ加工するのが密度勾配が滑らかとなり好ましい。

上記ニードルパンチ加工を施された上記３層積層の不織布は、次いで接着剤樹脂付着のため樹脂加工に付される。加工方法としてはスプレー加工，コーティング加工，含浸加工などがあるが、樹脂が厚み方向に比較的均一に付与される含浸加工が好適である。使用される水系樹脂としては、ポリエステル樹脂，ポリアクリル酸エステル樹脂，ポリウレタン樹脂，エチレン−酢酸ビニル樹脂，ポリ塩化ビニル樹脂などのエマルジョンあるいはスチレン−ブタジエンラバー樹脂などのラテックス等が使用可能であるが、これらに限定されるものではない。また、用途によっては耐熱性に優れたエポキシ樹脂，フェノール樹脂，レゾルシン樹脂，メラミン樹脂，尿素樹脂なども使用可能である。更にはこれらの樹脂を３次元化し、より一層強固にさせるための架橋剤，触媒の使用も可能である。

これらの接着剤樹脂の繊維に対するドライ付着量は３０〜１５０ｇ／ｍ²、好ましくは５０〜１００ｇ／ｍ²である。付着量が３０ｇ／ｍ²以下（繊維に対する付着率１５％以下）になると充分な各種機械的強さが得られず好ましくなく、一方、１５０ｇ／ｍ²（繊維に対する付着率５０％以上）になると、接着剤樹脂が繊維間に多く付着し圧力損失が大きくなり、かつダスト捕集量が低下し好ましくない。

ここで上記積層不織布において特に本発明の最も重要な構成として、密層３の表面密度を高めることが肝要であり、そのため３層構造体を密層側から嵩高性を維持しつつ熱圧縮し密層表面のみを圧密化する。例えば具体的には少なくとも密層３に変性ポリエステル繊維等の低融点繊維を混繊し、熱ロールあるいは熱プレートなどの加熱体に密層表面を接触させて低融点繊維を溶融・固化せしめることが有効である。また、樹脂加工にて付与した接着樹脂に融点が低い樹脂を使用するようにしてもよく、この場合は該樹脂が溶融、固化することにより同様の効果が得られ、これらは随時、適用されるのが一般的であるが、両者を同時に適用することも可能である。

混繊する低融点繊維の種類としては、変性ポリエステル繊維，変性ナイロン繊維，ポリプロピレン繊維、あるいは芯鞘型，サイドバイサイド型などのバイコンポーネントタイプのポリエチレン−ポリプロピレン繊維，ポリエチレン−ポリエステル繊維等の使用が可能である。また、接着樹脂としてはポリアクリル酸エステル樹脂，ポリウレタン樹脂，ポリエステル樹脂等が好適に使用される。

かくして以上より構成される不織布は全繊維目付が２００〜３００ｇ／ｍ²で、付着接着剤を含めた全目付が２５０〜４５０ｇ／ｍ²で、密層を構成する繊維が１００〜１５０ｇ／ｍ²であることが好ましく、また厚さが２〜４ｍｍであることが好適である。以下、更に本発明を実施例により具体的に説明するが、発明は実施例に限定されるものではないことは勿論である。

実施例１
繊度６．６デシテックス、繊維長５１ｍｍのポリエステル繊維８５ｗｔ％と、繊度２．２デシテックス、繊維長５１ｍｍのポリエステル繊維１５ｗｔ％からなる目付４８ｇ／ｍ²の粗層用繊維ウエブと、繊度２．２デシテックス、繊維長５１ｍｍのポリエステル繊維７０ｗｔ％と、繊度１．５デシテックス、繊維長３８ｍｍのポリエステル繊維３０ｗｔ％からなる目付６９ｇ／ｍ²の中層用繊維ウエブと、繊度１．３デシテックス、繊維長３８ｍｍのポリエステル繊維７０ｗｔ％と、繊度１．１デシテックス、繊維長３８ｍｍのポリエステル繊維３０ｗｔ％からなる目付１１１ｇ／ｍ²の密層用繊維ウエブを積層後、密層側からニードルパンチ処理を施し、連続してアクリル共重合体のバインダーに浸漬して固形分付着量が７５ｇ／ｍ²になるように付与し、熱風乾燥機（乾燥温度１５０℃）を通して得られたものをクリアランス調整しながら密層側から温度２００℃がかかるように熱圧縮加工を施し密層表面のみを圧密化して表面高密度の不織布濾材を得た。得られた濾材の目付は３０３ｇ／ｍ²で、厚さは３．６ｍｍであった。また、熱圧縮された後の嵩高減少率は粗・中層の１０％程度に対し密層の減少率は表面が圧密され、３０％以上であった。
実施例２
繊度６．６デシテックス、繊維長５１ｍｍのポリエステル繊維８５ｗｔ％と、繊度２．２デシテックス、繊維長５１ｍｍのポリエステル繊維１５ｗｔ％からなる目付５２ｇ／ｍ²の粗層用繊維ウエブと、繊度２．２デシテックス、繊維長５１ｍｍのポリエステル繊維７０ｗｔ％と、繊度１．５デシテックス、繊維長３８ｍｍのポリエステル繊維３０ｗｔ％からなる目付７３ｇ／ｍ²の中層用繊維ウエブと、繊度１．３デシテックス、繊維長３８ｍｍのポリエステル繊維４０ｗｔ％と、繊度１．１デシテックス、繊維長３８ｍｍのポリエステル繊維３０ｗｔ％、繊度２．２デシテックス、繊維長５１ｍｍ、融点１６０℃の変性ポリエステル繊維３０ｗｔ％からなる目付１５０ｇ／ｍ²の密層用繊維ウエブを積層後、密層側からニードルパンチ処理を施し、連続してアクリル共重合体のバインダーに浸漬して固形分付着量７６ｇ／ｍ²になるように付与し、熱風乾燥機（乾燥温度１５０℃）を通して得られたものをクリアランス調整しながら密層側から温度２００℃がかかるように熱圧縮加工を施し密層表面のみを圧密化して表面高密度の不織布濾材を得た。得られた濾材の目付は３５１ｇ／ｍ²で厚さは２．５ｍｍであった。また、熱圧縮後の嵩高減少率は粗・中層の１１％程度に対し密層は表面が圧密され、５０％を越えていた。
実施例３
繊度６．６デシテックス、繊維長５１ｍｍのポリエステル繊維８５ｗｔ％と、繊度２．２デシテックス、繊維長５１ｍｍのポリエステル繊維１５ｗｔ％からなる目付４９ｇ／ｍ²の粗層用繊維ウエブと、繊維２．２デシテックス、繊維長５１ｍｍのポリエステル繊維７０ｗｔ％と、繊度１．５デシテックス、繊維長３８ｍｍのポリエステル繊維３０ｗｔ％からなる目付７１ｇ／ｍ²の中層用繊維ウエブと、繊度１．３デシテックス、繊維長３８ｍｍのポリエステル繊維２０ｗｔ％と、繊度１．１デシテックス、繊維長３８ｍｍのポリエステル繊維３０ｗｔ％、繊度２．２デシテックス、繊維長５１ｍｍ、融点１６０℃の変性ポリエステル繊維５０ｗｔ％からなる目付１３４ｇ／ｍ²の密層用繊維ウエブを積層後、密層側からニードルパンチを施し、連続してアクリル共重合体のバインダーに浸漬して固形分付着量７６ｇ／ｍ²になるように付与し、熱風乾燥機（乾燥温度１５０℃）を通して得られたものをクリアランス調整しながら密層側から温度２００℃がかかるように熱圧縮加工を施し、密層表面のみを圧密化して表面高密度の不織布濾材を得た。得られた濾材の目付は３３０ｇ／ｍ²で、厚さは３．１ｍｍであった。また熱圧縮後の各層の嵩高減少率は粗・中層の減少率が２．５％程度であったのに対し、表面が圧密化された密層は２８％を越えていた。
比較例１
繊度６．６デシテックス、繊維長５１ｍｍのポリエステル繊維８５ｗｔ％と、繊度２．２デシテックス、繊維長５１ｍｍのポリエステル繊維１５ｗｔ％からなる目付３５ｇ／ｍ²の粗層用繊維ウエブと、繊度２．２デシテックス、繊維長５１ｍｍのポリエステル繊維７０ｗｔ％と、繊度１．５デシテックス、繊維長３８ｍｍのポリエステル繊維３０ｗｔ％からなる目付４１ｇ／ｍ²の中層用繊維ウエブと、繊度１．４５デシテックス、繊維長３８ｍｍのポリエステル繊維７０ｗｔ％と、繊度１．３デシテックス、繊維長３８ｍｍのポリエステル繊維３０ｗｔ％からなる目付９９ｇ／ｍ²の密層用繊維ウエブ及び平均繊度０．２デシテックスからなる分割繊維をウォーターパンチ法にて繊維絡合した目付１００ｇ／ｍ²の密層用不織布を積層後、密層側からニードルパンチ処理を施し、連続してアクリル共重合体のバインダーに浸漬して固形分付着量６３ｇ／ｍ²になるように付与し、熱風乾燥機（乾燥温度１５０℃）を通して不織布濾材を得た。得られた濾材の目付は３３８ｇ／ｍ²で、厚さは３．７ｍｍであった。
比較例２
繊度６．６デシテックス、繊維長５１ｍｍのポリエステル繊維８５ｗｔ％と、繊度２．２デシテックス、繊維長５１ｍｍのポリエステル繊維１５ｗｔ％からなる目付７９ｇ／ｍ²の粗層用繊維ウエブと、繊度２．２デシテックス、繊維長５１ｍｍのポリエステル繊維７０ｗｔ％と、繊度１．５デシテックス、繊維長３８ｍｍのポリエステル繊維３０ｗｔ％からなる目付９５ｇ／ｍ²の中層用繊維ウエブと、繊度１．３デシテックス、繊維長３８ｍｍのポリエステル繊維７０ｗｔ％と、繊度１．１デシテックス、繊維長３８ｍｍのポリエステル繊維３０ｗｔ％からなる目付６５ｇ／ｍ²の密層用繊維ウエブを積層後、密層側からニードルパンチ処理を施し、連続してアクリル共重合体のバインダーに浸漬して固形分付着量が７３ｇ／ｍ²になるように付与し、熱風乾燥機（乾燥温度１５０℃）を通して得られたものをクリアランス調整しながら密層側から温度２００℃がかかるように熱圧縮加工を施し、不織布濾材を得た。得られた濾材の目付は３１２ｇ／ｍ²で厚さは３．５ｍｍであった。また、熱圧縮後の嵩高減少率を求めたところ、低融点繊維による圧密化はなく粗・中層の減少率と、密層の減少率に余り差は見られなかった。
比較例３
繊度１７．０デシテックス、繊維長７６ｍｍのポリエステル繊維１０ｗｔ％と、繊度６．６デシテックス、繊維長５１ｍｍのポリエステル繊維６０ｗｔ％、繊度４．４デシテックス、繊維長５１ｍｍ、融点１６０℃の変性ポリエステル繊維３０ｗｔ％からなる目付６８ｇ／ｍ²の粗層用繊維ウエブと、繊度６．６デシテックス及び３．３デシテックス、繊維長５１ｍｍのポリエステル繊維各２０ｗｔ％、繊度２．２デシテックス、繊維長５１ｍｍ、融点１６０℃の変性ポリエステル繊維６０ｗｔ％からなる目付２０４ｇ／ｍ²の中層用繊維ウエブと、平均繊度０．１デシテックスのメルトブロー法による目付２０ｇ／ｍ²の密層用不織布を積層後、密層側からニードルパンチ処理を施した濾材の目付は２９２ｇ／ｍ²で、厚さは３．５ｍｍであった。なお、この濾材にはバインダー浸漬は行わず、従ってバインダー付着はなく、熱圧着も行われなかった。

次いで、以上の上記各実施例，比較例で得られた濾材について夫々、物性を比較した。その結果を下記表１に示す。表中における測定・評価方法は以下の通りである。
（測定・評価方法）
１．目付：ＪＩＳＬ１９１３６．２に準じた。
２．厚さ：ＪＩＳＬ１９２３６．１に準じた。
３．濾過性能：ＪＩＳＤ１６１２に準じた。

有効濾過面積：１０００ｃｍ² 空気量：１．８ｍ³／分空気速度：３０ｃｍ／秒
（１）微細ダスト濾過性能ＩＳＯＦＩＮＥＤＵＳＴを使用（ダスト濃度１ｇ／ｍ³）初期清浄効率（％）：ダスト２０ｇ投入時の捕集効率
フルライフ清浄効率（％）：増加抵抗３００ｍｍＡｑ時の捕集量
ダスト保持量（ｇ／０．１ｍ³）：増加抵抗３００ｍｍＡｑ時の捕集量
（２）大粒子径ダスト濾過性能ＪＩＳＬＺ８９０１Ｎｏ１（ダスト濃度１ｇ／ｍ³）試験時間１０分
５０μｍ以上の透過ダスト量（ｍｇ）：試験終了後、メッシュ（格子間隔５０μｍ）上に捕集されたダストの最大粒子径

上記表より本発明に係る不織布濾材は、各比較例濾材に比し大粒子径ダストの透過が少なく、即ち、巣抜けすることなくメッシュ上に捕集され、捕集効率が向上することが分かる。

１：粗層
２：中層
３：密層
４：細密表面

Claims

太い繊度のポリエステル短繊維からなる密度が低い粗層と、
細い繊度のポリエステル短繊維からなる密度の高い密層と、
両繊維の中間の繊度のポリエステル短繊維からなる中間密度の中層の３層構造体からなる不織布濾材であって、
該３層構造体はニードルパンチ加工により結合され、当該３層を構成する短繊維は、接着剤樹脂が厚み方向に均一に付着され、密層には、当該密層表面のみに、熱圧縮されてより一層圧密された高い表面密度の細密表面が形成されていることを特徴とする大粒子径ダスト対応高効率不織布濾材。
粗層が繊度３〜１０デシテックスのポリエステル短繊維よりなる目付３０〜８０ｇ／ｍ²の繊維層であり、中層が繊度１．５〜５デシテックスのポリエステル短繊維よりなる目付４０〜９０ｇ／ｍ²の繊維層であり、密層が繊度０．５〜２デシテックスのポリエステル短繊維よりなる目付８０〜１８０ｇ／ｍ²の繊維層であって、接着剤樹脂が３０〜１５０ｇ／ｍ²付着されている請求項１記載の大粒子径ダスト対応高効率不織布濾材。
粗層を構成する繊維目付が４０〜６０ｇ／ｍ²，中層を構成する繊維目付が５０〜７５ｇ／ｍ²，密層を構成する繊維目付が１００〜１５０ｇ／ｍ²で、全繊維目付が２００〜３００ｇ／ｍ²であり、接着剤樹脂付着量が５０〜１００ｇ／ｍ²であって、不織布濾材の厚さが２〜４ｍｍである請求項１または２記載の大粒子径ダスト対応高効率不織布濾材。
密層に、粗層、密層、中層を構成する繊維よりも融点が低い変性ポリエステルからなる低融点繊維が３０〜５０重量％混繊され、この低融点繊維が溶融固化されて細密表面が形成されている請求項１，２または３記載の大粒子径ダスト対応高効率不織布濾材。
樹脂加工により付与する接着剤樹脂に、粗層、密層、中層を構成する繊維よりも融点が低い低融点樹脂が使用され、この低融点樹脂が溶融固化されて細密表面が形成されている請求項１，２または３記載の大粒子径ダスト対応高効率不織布濾材。