JP6129655B2 - エアフィルタ濾材の製造方法 - Google Patents
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Description
近年、このような用途においては、送風量の増大、開口面積の小型化などの要求により、エアフィルタの通風抵抗が小さいことが求められている。その結果、求められるエアフィルタ濾材(以下、フィルタ濾材ともいう。)は、それ自体が低圧力損失であるとともに、これをプリーツして使用する場合、プリーツ賦形性が良好、且つ、通風時にヘタらない保形性の高いものでなければならない。併せて、経済性、環境対応の面で、使用寿命の長い、すなわちダストの捕集容量の大きいフィルタ濾材が要望されている。
そのため、エアフィルタ濾材として、上記の問題点を解消し、特に、低圧力損失かつダスト捕集容量の大きい高寿命のエアフィルタに用いられるエアフィルタ濾材の開発が要望されている。
つまり、本発明者らは、(I)ポリオレフィン製のモノフィラメントが編込まれたネットの片面または両面に、ポリエチレン(PE)単一短繊維またはポリプロピレン(PP)/ポリエチレン(PE)芯鞘型短繊維からなる短繊維ウェブ(以下、繊維ウェブともいう)を紡出し、次に、(II)繊維ウェブを熱風によって、繊維同士の交点を溶着させることにより、ネットの格子空隙内に、かさ高な不織布を形成させ、次いで、(III)ネットに重なる繊維ウェブを、ネットの厚みでゲージをあけた加圧ロールにより、圧接して、ネットと繊維ウェブとを強固に一体化させることで、低圧力損失かつ内部空隙の大きい(したがって、ダスト捕集容量の大きい)エアフィルタ濾材を、連続した工程で得られることを、見出し、本発明を、完成するに至った。
工程(I):短繊維カード機によって、ポリエチレン(PE)単一短繊維またはポリプロピレン(PP)/ポリエチレン(PE)芯鞘型短繊維からなる繊維ウェブを紡出し、続いて、該繊維ウェブを、ポリオレフィン製ネットの片面または両面上に、積層して、繊維ウェブとネットの複合積層シートを形成する工程。ただし、該ネットはモノフィラメントからなり、該ネットの繊維径が0.1〜2mmであり、格子間隔が1〜10mmであり、開口率が40〜95%である。
工程(II):次いで、該複合積層シートを加熱炉内に導入し、熱風を該複合積層シートに直交するように通過させて、該繊維ウェブの短繊維を、ネットの格子内部に収納するとともに、繊維同士の交点を溶着して、ネットの格子内に不織布を形成する工程。
工程(III):次いで、該ネットの格子内に不織布を形成した複合積層シートを加圧ロールに導入して、ネットの格子内の不織布を圧着せずに、ネットとネット上の繊維ウェブとを圧着し、一体化する工程。
さらに、本発明の第3の発明によれば、第1又は2の発明において、前記PE単一短繊維またはPP/PE芯鞘型短繊維の表面には、予め繊維油剤が付加または付着され、該繊維油剤は、その主成分がポリエチレングリコール(PEG)と炭素数が10〜20の高級脂肪酸とのエステル化合物であり、かつ、前記工程(II)の熱風を通過させる処理により、該繊維油剤の60重量%以上が減少する繊維油剤であることを特徴とするエアフィルタ濾材の製造方法が提供される。
また、本発明のエアフィルタ濾材の製造方法から得られたエアフィルタ濾材は、エレクトレット処理を施すと、ダスト捕集効率が向上し、その性能が長期にわたり持続させることができる。
さらに、本発明のエアフィルタ濾材の製造方法は、短繊維不織布の形成とともに、ネットとの複合一体化が、連続工程にて実施されるので、生産方法としても合理的で、省力省エネルギー化を達成することができる。
工程(I):短繊維カード機によって、ポリエチレン(PE)単一短繊維またはポリプロピレン(PP)/ポリエチレン(PE)芯鞘型短繊維からなる繊維ウェブを紡出し、続いて、該繊維ウェブを、ポリオレフィン製ネットの片面または両面上に、積層して、繊維ウェブとネットの複合積層シートを形成する工程。
工程(II):次いで、該複合積層シートを加熱炉内に導入し、熱風を該複合積層シートに直交するように通過させて、該繊維ウェブの短繊維を、ネットの格子内部に収納するとともに、繊維同士の交点を溶着して、ネットの格子内に不織布を形成する工程。
工程(III):次いで、該ネットの格子内に不織布を形成した複合積層シートを加圧ロールに導入して、ネットの格子内の不織布を圧着せずに、ネットとネット上の繊維ウェブとを圧着し、一体化する工程。
1.工程(I)
工程(I)は、短繊維カード機によって、ポリエチレン(PE)単一短繊維またはポリプロピレン(PP)/ポリエチレン(PE)芯鞘型短繊維からなる繊維ウェブを紡出し、続いて、該繊維ウェブを、ポリオレフィン製ネットの片面または両面上に、積層して、繊維ウェブとネットの複合積層シートを形成する工程である。
図1及び図2は、ネットの両面上に、繊維ウェブを積層して、複合積層シートを形成する工程を説明する図であるが、図1及び図2において、繊維原綿となる短繊維は、カード機1により所定の目付重量にて、連続的に紡出され、シート状の繊維ウェブを形成して、前方に搬送され、同じく後方から繰り出されるネット2を挟み込むようにして、繊維ウェブとネットの複合積層シートを形成する。
工程(II)は、工程(I)で得られた複合積層シートを加熱炉内に導入し、熱風を該複合積層シートに直交するように通過させて、該繊維ウェブの短繊維を、ネットの格子内部に収納するとともに、繊維同士の交点を溶着して、ネットの格子内に不織布を形成する工程である。
図1及び図2において、工程(I)で形成された複合積層シートは、搬送コンベア3により、加熱炉内4に導入される。
加熱炉内4においては、所定の温度に設定された熱風を、該複合積層シートを貫通するように、すなわち、該複合積層シートに直交するように、送り込み、繊維ウェブを構成する短繊維の表面を溶融しつつ各繊維の交点を融着し、これにより、ネットの格子内に不織布を形成する。
工程(III)は、工程(II)で得られたネットの格子内に不織布を形成した複合積層シートを、加圧ロールに導入して、ネットの格子内の不織布を圧着せずに、ネットとネット上の繊維ウェブとを圧着し、一体化する工程である。
図1及び図2において、工程(II)で得られたネットの格子内に不織布を形成した複合積層シートが加熱されたままの状態で、ネットの厚みにゲージ間隔を設定した加圧ロール5に、導入されることにより、ネットの上に載っている繊維ウェブを圧着する。
上記の機構により、かさ高で空隙率が大きく、従って、低圧力損失でダスト捕集容量が高い不織布化したフィルタ濾材を、ネットの格子内に形成することができる。
また、加圧ロール5は、ネットとそのフィラメントに載っている繊維ウェブとを、加圧し、一体化する。これにより、腰のある保形性に優れたエアフィルタ濾材6を製造することができる。
また、図3は、ネットの片面に、繊維ウェブを積層した場合を示すが、その操作は、上記の工程と同じである。
(1)短繊維
本発明において、使用される繊維原綿となる短繊維は、ポリエチレン(PE)単一短繊維またはポリプロピレン(PP)/ポリエチレン(PE)芯鞘型短繊維であり、その繊維径が1〜20dtexの範囲から選択される。また、繊維径の異なる短繊維を、混合して用いてもよい。
本発明において、ネットは、PP(芯)/PE(鞘)またはPP(芯)/低融点PP(鞘)構造のモノフィラメントが織り込まれたり、融着されたものである。
また、本発明で用いられるネットについては、エアフィルタ濾材の支持体としての機能から、以下の仕様の中から選ばれるのが好ましい。
(i)ネットの種類:
ネットの種類には、平織り、絡み織り、成形ネットなどがあるが、特に限定されない。
(ii)ネットの材質:
ネットに融着させる繊維ウェブがポリエチレンなどのポリオレフィンであることから、ネットの材質は、樹脂の親和性および融点の近さから、ポリオレフィンが好ましく、特にPE(鞘)/PP(芯)または低融点PP(鞘)/PP(芯)構造のモノフィラメントが格子状に織り込まれたり、融着成形されたものが、より好ましく用いられる。
(iii)ネットの繊維径:
ネットの繊維径は、0.1〜2mmの範囲が好ましく用いられる。
(iv)ネットの格子間隔:
ネットの格子間隔は、1〜10mmの範囲が好ましく用いられる。
(v)ネットの開口率:
ネットの開口率は、40〜95%の範囲が好ましく用いられる。
上記のようにして得られたエアフィルタ濾材の特徴ある構造を、図4及び図5により、説明する。
図4(a)は、繊維ウェブをネットの両面から挟んだ構造の積層複合シートの断面の模式図であり、前記図1及び図2の製造方法に対応するものである。
図4(a)では、ネットのフィラメント10〜10’が構成する格子空間内に短繊維が収納され、繊維交点が熱風により、溶着結合して不織布を形成していることを表す模式図である。
また、図4(b)は、実施例1で得た試料を平面からみたSEM写真である。
これは、ネットの厚みに、好ましくはネットの厚みの±5%の範囲に、例えば、ネットの厚みが0.5mmであれば、0.475〜0.525mmの範囲に設定した、ゲージを開けた加圧ロールにより、圧着されて、繊維ウェブがネットに融着し、一体化した様態を示すものである。
ここで重要なことは、ネット格子内空間に形成された繊維は、加圧ロールにより、圧着されることは無く、高い空隙を保持している。これは、加圧ロールの圧力が、専らネットのモノフィラメント10,10’にかかり、一方、繊維ウェブは、加圧を免れるためである。
このようにして、低圧力損失かつ高いダスト捕集容量を有するエアフィルタ濾材がネット内に形成される。
また、図5(a)、(b)は、前記図3に示す工程により繊維ウェブがネットの片面に積層された例であり、得られた繊維ウェブとネットが一体化したフィルタ濾材構造を示すものである。
すなわち、上記の製造方法よって得られたエアフィルタ濾材を、特定の繊維油剤処理を施した後に、エレクトレット処理を施すことにより、ダストの捕集効率を向上する方法である。
通常、短繊維原綿には、カード機1での摩擦帯電を防ぐために、親水性油剤が付与されている。この繊維油剤がエレクトレット処理の実効性を低める原因になっている。
そのため、この親水性油剤をエアフィルタ濾材から除去する手段としては、水で洗浄することが挙げられるが、水洗と乾燥の工程が増加し、実用的な処理とはいえない。
そこで、本発明では、エレクトレット処理の実効性を高めるために、以下に述べる特定の親水性繊維油剤を、繊維表面に付着または付与し、熱風加熱炉内で、繊維表面に付着した繊維油剤を、揮発(蒸発や気化)または繊維内に侵入することなどにより、消失せしめることによって、実効性のあるエレクトレット処理を可能にしたものである。
例えば、当初の付着量が0.4重量%であれば、熱風加熱炉内で、100×(0.4−0.01)/0.4〜100×(0.4−0.1)/0.4=97.5〜75重量%が消失するように、また、当初0.2重量%であれば、100×(0.2−0.01)/0.2〜100×(0.2−0.1)/0.2=95〜50重量%が、消失するように、減少するものを選択する。60重量%以上が減少する繊維油剤が好ましく、80重量%以上が減少する繊維油剤がより好ましく、90重量%以上が減少する繊維油剤がさらに好ましいい。
すなわち、本発明に適する具体的な繊維油剤は、分子量が400〜800の範囲で、主成分はポリエチレングリコールと炭素数10〜20の脂肪酸とのエステル化合物が好適である。脂肪酸は、飽和、不飽和のいずれでもよく、また、直鎖、分岐鎖のいずれでもよい。例えば、デカン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルチミン酸、ステアリン酸、オレイン酸などである。この種の繊維油剤は、熱風で揮散する若しくは加熱により、その親水基がポリエチレン内部に潜り込むため、エレクトレット効果が高まるものと、考察される。
本発明では、この現象を利用し、特定の繊維油剤処理を施した後に、エレクトレット処理を施すことにより、繊維表面に、高レベルの荷電帯電状態を長期にわたり維持することができる。
以下の実施例及び比較例でのフィルタ性能は、以下の方法により、計測されたものである。
フィルタ試験機(TSI−8130、NaCl/0.3μm粒子、5.3cm/sec)を用いて、圧力損失(Pa)とダスト捕集効率(%)を計測した。
2.ダスト捕集量:
各フィルタ濾材で、10cm×10cm×5mm(高さ)×40山(山数)で作製したユニットに、JIS 15種粉塵を70mg/minの割合で供給し、圧力上昇が初期から150Pa上昇するまでのダスト捕集量を計測した。これを単位面積m2当りの保持量に換算した。
300×300mmの試験片を採取し、水分平衡状態の重さを測定し、1m2当たりに換算して求めた。
4.通気度:
JIS L−1096A法(フラジール形法)に準じて測定した。
5.難燃性:
JACA法(空気清浄装置用ろ材燃焼性試験方法)に準じて測定した。
実施例1は、前記の図1に示す製造方法により、短繊維ウェブ(目付け重量12g/m2)をネットの両面から挟み込み、熱風加熱炉に導入して、ネットの格子内に不織布を形成し、その後、加熱炉外に設置された加圧ロールにおいて、ネットと繊維ウェブを加圧し一体化した。
この不織布/ネット複合積層シートに、エレクトレット処理を施し、最終製品としてのエアフィルタ濾材とした。
そのエアフィルタとしての性能(通気度、圧力損失、捕集効率)を表1に示した。
なお、本実施例1で使用したネットは、鞘部ポリエチレン(PE)、芯部がポリプロピレン(PP)でできた芯鞘構造のモノフィラメントを編み込んだもので、ネットとしての目付重量は35g/m2、厚みは、0.44mm、格子間隔4mmのものを用いた。
また、短繊維としては、鞘部がポリエチレン(PE)、芯部がポリプロピレン(PP)の芯鞘構造の物の表面に、分子量600のポリエチレングリコールとラウリン酸とのモノエステルからなる油剤を付着させて、加熱乾燥処理し、太さが2.2デシテックス(dtex)、長さ51mmのものを作製し、使用した。この短繊維の油剤付着量は、繊維重量100重量%に対して、0.31重量%であり、加工後の不織布/ネット複合積層シートでの短繊維表面の油剤付着量は、0.04重量%であり、原綿の油剤付着量に比べ、大幅な油剤付着量の減少が確認された。
また、加工条件(加熱炉の熱風温度、加圧ロールのゲージ間隔など)も表1に、また、これらの条件により得られたフィルタ濾材の性能も併せて、表1に示した。
上記実施例1の対比として、2枚のスパンボンド不織布(ポリプロピレン製、1枚当りの目付け重量18g/m2)をネットの両面から挟み込み、熱ロールにより貼り合わせたものを比較例1とした。尚、比較のため、不織布の目付重量を、実施例1とほぼ同程度とした。
その結果、実施例1は、比較例1との対比において、低圧力損失、高ダスト捕集量であることが明らかとなった。
その理由として、比較例1で得たフィルタ濾材の構造を、図7に示すが、図7(b)に示すように、スパンボンド不織布が、ネット上でフィルム化し、また、スパンボンド不織布特有のエンボス部分がフィルム化し、その結果、圧力損失とダストの目詰まりが起きやすい繊維組織になっていることが、観察される。
短繊維ウェブを片面から供給した場合の例(図3に示す方法)を実施例2とした。
実施例1において、短繊維は、繊度が6.6dtexのものを使用し、短繊維ウェブの目付重量は15g/m2とする以外は、実施例1の条件に準拠した。
上記実施例2の対比として、1枚のスパンボンド不織布(ポリプロピレン製、目付け重量12g/m2)をネットの片側に積層し、熱ロールにより貼り合わせたものを比較例2とした。また、図6に該スパンボンド不織布をネットの貼り合わせ状態を示した。
その結果、実施例2は、比較例2との対比において、低圧力損失、高ダスト捕集量であることが明らかである。
実施例1、2及び比較例1、2の概要と、評価結果を表1に示す。
2 ネット
3 搬送コンベア
4 加熱炉
5 加圧ロール
6 エアフィルタ濾材
10 ネットのフィラメント
10’ ネットのフィラメント
Claims (3)
- 次の(I)〜(III)の連続工程からなることを特徴とするエアフィルタ濾材の製造方法。
工程(I):短繊維カード機によって、ポリエチレン(PE)単一短繊維またはポリプロピレン(PP)/ポリエチレン(PE)芯鞘型短繊維からなる繊維ウェブを紡出し、続いて、該繊維ウェブを、ポリオレフィン製ネットの片面または両面上に、積層して、繊維ウェブとネットの複合積層シートを形成する工程。ただし、該ネットはモノフィラメントからなり、該ネットの繊維径が0.1〜2mmであり、格子間隔が1〜10mmであり、開口率が40〜95%である。
工程(II):次いで、該複合積層シートを加熱炉内に導入し、熱風を該複合積層シートに直交するように通過させて、該繊維ウェブの短繊維を、ネットの格子内部に収納するとともに、繊維同士の交点を溶着して、ネットの格子内に不織布を形成する工程。
工程(III):次いで、該ネットの格子内に不織布を形成した複合積層シートを加圧ロールに導入して、ネットの格子内の不織布を圧着せずに、ネットとネット上の繊維ウェブとを圧着し、一体化する工程。 - 前記工程(III)では、ネットと繊維ウェブが加熱された状態で、ネットの厚みにゲージ間隔を設けた加圧ロールにより、ネットと繊維ウェブの短繊維を一体化することを特徴とする請求項1に記載のエアフィルタ濾材の製造方法。
- 前記PE単一短繊維またはPP/PE芯鞘型短繊維の表面には、予め繊維油剤が付加または付着され、該繊維油剤は、その主成分がポリエチレングリコール(PEG)と炭素数が10〜20の高級脂肪酸とのエステル化合物であり、かつ、前記工程(II)の熱風を通過させる処理により、該繊維油剤の60重量%以上が減少する繊維油剤であることを特徴とする請求項1又は2に記載のエアフィルタ濾材の製造方法。
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