JP6268701B2

JP6268701B2 - エレクトレットろ材

Info

Publication number: JP6268701B2
Application number: JP2012275518A
Authority: JP
Inventors: 誠井上
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2018-01-31
Anticipated expiration: 2032-12-18

Description

本発明は、エアフィルターユニット、主に空調用、エアコン用に使用可能なフィルターユニットに用いられるろ材に関するものであって、特にＪＩＳＢ９９０８：２００１のうち形式２が適用されるやや微細な粉塵用フィルターユニットに使用されるろ材に関するものである。

エレクトレットろ材は、該ろ材を構成する繊維に半永久的に固定された電荷の静電気力によって空気中の微粒子を効果的に除去できるものであり、空調用、エアコン用、空気清浄機用フィルター、ＯＡ機器などの排気フィルターユニットに使用されている。こうした分野ではフィルターユニットの圧力損失を低く抑えつつ、大気中の微粒子を効率よく捕集する必要があるため、ろ材をジグザグに折りたたんでひだを構成したプリーツ状フィルターとして使用される。

一方エレクトレットとして使用される繊維状不織布としてはメルトブロー不織布や薄物スパンボンド不織布、薄型スパンレース不織布があるが、剛性が低いためひだ折り加工しにくいという問題があった。こうした問題を解決する方法として、薄いポリピロピレンメルトブロー不織布と太繊度の芯鞘繊維で構成された繊維ウェブを積層、加熱して剛性の高い部分と荷電が可能な部分で構成される積層型のろ材が考案されている（例えば、特許文献１参照）。また、機械的強度向上のためにエレクトレット化した不織布に合成繊維の網状物を熱接着させた積層型ろ材が考案されている（例えば、特許文献２参照）。

こうした熱接着型の積層ろ材は、あらかじめエレクトレット化させた薄手の不織布と剛性のある基材と接合するため熱によって除電され、エレクトレットによる除塵効率が低下することがある。また、エレクトレット可能な薄手の不織布と機械的強度のある部材をあらかじめ熱接着した後に荷電されることがあるが、部材に含まれる油剤などの有機成分がエレクトレット可能な不織布に作用してエレクトレット化を阻害する問題が生じていた。

また、エレクトレットを疎外する油剤については加熱処理後の油剤付着量の減少率が６０％以上であるポリオレフィン系熱融着繊維を用いたエレクトレット不織布の記載がある（例えば、特許文献３参照）。この文献では加熱により油剤が減少することでエレクトレット特性が得られて粉塵捕集効率が高いことが記載されているが、実際にフィルター用のろ材としての特性と具体的な大気中の捕集上条件については何ら言及されていない。

特開昭６２−８３０１７号公報特開平１−１９４９１２号公報特開２００２−３３９２５６号公報

本発明はエアフィルターの圧力損失、粉塵捕集効率や強度といった一般的なフィルター特性を維持しつつ、安定した捕集効率を発現できるエレクトレットろ材を提供することを課題とするものである。

本発明はかかる課題を解決するため、鋭意検討した結果得られたものである。すなわち、本発明は以下の通りである。
ポリオレフィン系芯鞘型熱融着繊維を６０〜１００重量％含有した繊維構造体からなる支持層と、これを挟持するスパンボンド不織布からなるシート層とで構成された、嵩密度が０．０５〜０．２０ｇ／ｃｍ３、厚みが１５ｍｍ以下、ガーレ法における曲げ反発性が９．８×１０ ^−４Ｎ〜４９．０×１０ ^−４Ｎであるエレクトレットろ材。

本発明により得られるエレクトレットろ材は、エアフィルターの圧力損失、粉塵捕集効率や強度といった一般的なフィルター特性を維持しつつ、フィルターの製造や使用時に必要である適度な強度を得ることが出来、かつ安定した捕集効率を得ることが出来る。

本発明のエレクトレットろ材の断面図を示す。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明はエレクトレットろ材、特にＪＩＳＢ９９０８：２００１で規定されている
性能評価方法のうち、初期におけるＪＩＳ１１種比色法捕集効率が５０％から９９％を発
現するプリーツ型フィルターユニットに用いられるエレクトレットろ材に適用される。該
ろ材はポリオレフィン系繊維構造体からなる支持層と、これを挟持するポリオレフィン系
繊維からなるシート層で構成されたことを特徴し、該エレクトレットろ材は以下（A）（B
）の用件を満たすことが好ましい。
（Ａ）ろ材の嵩密度が０．０５〜０．２０ｇ／ｃｍ^３であり、かつ厚みが１．５ｍｍ以下
であること。
（Ｂ）ろ材のガーレ法における曲げ反発特性が１００〜５００ｍｇｆ（９．８×１０ ^−４〜４９．０×１０ ^−４Ｎ）であること。

本発明のエレクトレットろ材の嵩密度は、ろ材の持つ粉塵捕集効率と通気抵抗のバランスを考慮した場合、０．０５〜０．２０ｇ／ｃｍ^３、好ましくは０．０６〜０．１８ｇ／ｃｍ^３である。嵩密度が０．０５ｇ／ｍ^３より小さい場合、繊維の量が少ないためエレクトレット後の粉塵捕集効率が低下し、０．２０ｇ／ｃｍ^３より大きい場合、ろ材の空気抵抗が高くフィルターユニットにした場合の圧力損失が高くなり、かつ粉塵保持量が小さくなり、いずれも好ましくない。

本発明のエレクトレットろ材の厚みは、プリーツ後のフィルターユニットの圧力損失に大きく影響するため、１．５ｍｍ以下、好ましくは１．４ｍｍ以下である。厚みが１．５ｍｍより大きい場合、プリーツ後のフィルターユニットにおける通気時の構造抵抗が増加するため圧力損失が大きくなり、好ましくない。

さらに、本発明のエレクトレットろ材のガーレ法における曲げ反発特性は、１００〜５００ｍｇｆ、好ましくは１２０〜４８０ｍｇｆであることが適度なプリーツ加工性を維持する上で必要である。曲げ反発特性が１００ｍｇｆより小さい場合、ろ材の曲げ強度が低下するのでプリーツ加工時にきれいな山状のプリーツが形成されず、いびつな形状を形成する。反対に５００ｍｇｆより大きい場合、強度が高いため、プリーツ加工時に折り曲げることが出来ず、頂点がいびつな形状に形成されるため、好ましくない。

本発明のエレクトレットろ材は、ポリオレフィン系繊維構造体からなる支持層と、これを挟持するポリオレフィン繊維からなるシート材で構成されていることが必要である。ろ材をフィルターユニットとして構成する上で、支持層をシート材で両面から挟持することによって必要な強度とプリーツ安定性を確保し、さらに、支持層とシート材がともにエレクトレット化できることによってろ材全体で微粉塵を均一に保持することが可能となる。シート材が片面しか存在しない場合、ろ材製造時に支持層とシート材で収縮差が生じてしまいろ材に巻き癖がつき、安定したＶ字をなすプリーツを形成することが出来ない。また、シート材がなく、支持層のみで構成された場合、除塵効率が支持層の物性値にのみ支配されてしまうため、除塵効率を向上させることに限界が生じ、好ましくない。また、両面から挟持するシート材はスパンボンド不織布であることが強度、通気抵抗を考慮すると好ましい。

本発明のエレクトレットろ材の具体的な製造方法について説明する。本発明におけるポリオレフィン系繊維構造体からなる支持層は、特にポリプロピレンを芯に、ポリエチレンを鞘に構成される芯鞘型熱融着繊維を用い、ウェブ状にしてから両面よりシート材で挟持することが融着特性と工程の合理性の観点から好適に用いられる。芯鞘型熱融着繊維はろ材の強度と圧力損失を考慮した場合、繊度が２．２〜２２Ｔの繊維を用いることが好ましい。繊度が２２Ｔより大きい繊維の場合、難燃剤を含有した場合に融着強度が低下し、ろ材の強度が弱くなる。また繊度が２．２Ｔ未満である場合、繊維径が小さくなるためにろ材にした場合の圧力損失が高くなり、好ましくない。芯鞘型熱融着繊維の芯成分のポリプロピレン樹脂と鞘成分（融着成分）としてのポリエチレンとの比率は様々であるが、充分な接着性を得るためにはポリプロピレン（ＰＰ）とポリエチレン（ＰＥ）が重量比で１：４〜４：１に調整されることが好ましい。

前記ポリオレフィン系の芯鞘型熱融着繊維と他の繊維を混綿して公知の方法でカード機にかけウェブ状にした後、熱融着を行って不織布を製造する。ポリオレフィン系の芯鞘型熱融着繊維と混綿する他の繊維はろ材に要求される機能に応じて選択される。例えば、抗菌、高カビ性や難燃性を付与したい場合はこうした機能を持つ公知の添加剤が添加された繊維をエレクトレット性が損なわない程度に混ぜてもよい。ポリオレフィン系の芯鞘型熱融着繊維と他の繊維の混綿比率は、芯鞘型熱融着繊維が６０〜１００重量％となるのが好ましい。

支持層を製造する方法は公知の方法でよく、例えばカードウェブをニードルパンチにより交絡させて不織布にする方法、カードウェブを水流によって交絡させて不織布にする方法がある。しかしながら必要な強度を得るためには、不織布とした後、熱融着繊維の鞘成分の融点以上の温度で十分に熱が行き渡る時間、具体的には１０〜６０秒間ヒートスルーオーブンで加熱して鞘部を融解させて繊維間融着をする必要がある。この場合、必要とされる厚みにするためにはウェブを交絡した不織布を所定のギャップに調整したネットに挟み込んで加熱することで可能となる。また、ウェブを交絡した不織布をオーブンで加熱させた後所定のギャップに調整したプレスローラー中を通過させることによってでも可能である。プリーツろ材として必要な曲げ反発特性を得るには熱融着繊維の融着成分が加熱溶融した状態で所定の厚みに調整して冷却させることが必要で、このような状態で厚みを調整する方法であれば特に限定されるものではない。

次に支持層においてエレクトレット性を得る方法について説明する。支持層を構成する繊維に付着する油剤は、ろ材形成後５０〜８０℃程度の温浴に数分間含浸して脱水することで油剤を除去する。また連続的には未加熱の不織布を温浴に通した後所定の温度で乾燥し、そのまま融点以上の温度に加熱して油剤を除去することも可能である。また、加熱によって油剤成分が減少する繊維を用いてもよい。油剤が除去されたシートは荷電処理によって荷電され、エレクトレットろ材になる。荷電方法特に限定されるものではないがコロナ放電による方法や水などの液体を通過させて得られる方法、シートを摩擦によって静電気を発生させる方法など公知の方法でよい。

次に支持層を挟持するシート材について説明する。シート材はポリオレフィン系繊維であることが必要で、具体的にはポリプロピレン繊維で構成されたスパンボンド不織布であることが好ましい。シート材の仕様は望まれる効率や通気抵抗によって適宜選定されるが、おおむね支持層の主構成繊維の同程度〜３倍の繊度を有した繊維で構成され、重量は支持層の１／２〜１／６程度とすることが、ろ材の強度と粉塵保持特性を考慮した上で好適である。スパンボンド不織布については公知のもので良い。

支持層をシート材で挟持する方法について説明する。本発明は支持層をシート材で挟持することが必要だが、方法としては支持層製造時、即ちエレクトレット化可能な繊維をウェブにし、繊維を加熱接着する際にウェブの上下面にシート材を配設して積層し、同時にエアスルーオーブンやカレンダーロールに通して接着する。その他、接着剤をシート材に塗布し成形された支持層を接合する方法もある。接着によってエレクトレット性が低下しない方法であれば特に限定しない。

次に実施例、比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例のみに限定されるものではない。なお、測定方法は下記の方法で実施した。

（１）目付（ｇ／ｍ^２）
２００ｍｍ角の寸法でサンプルを切り出し、秤量して寸法で除した。
（２）厚み（ｍｍ）
０．７ｋＰａ荷重下での厚みを読み取った。
（３）嵩密度（ｇ／ｃｍ^３）
目付を厚みで除した値を採用した。
（４）曲げ反発性（ｍｍ）
ＪＩＳＬ１０９６（１９９０）６．２０．１Ａ法に準拠した。
（５）フィルターユニットの特性
ろ材６０５ｍｍ巾×２０ｍ長を製造し、山高さ５８ｍｍにてひだ折りして山ピッチ６ｍｍになる様に公知の方法でビード樹脂を２５ｍｍ間隔で流し込んで成型し、プリーツを形成した。６１０ｍｍ角のアルミ枠材にプリーツを装填して圧力損失とＪＩＳ１１種の初期捕集効率を測定した。測定装置はＪＩＳＢ９９０８（２００１）の形式２に基づく装置を用いた。風量は５６ｍ^３／ｍｉｎで実施し、粉塵負荷は２９４Paで終了した。

以下実施例中および比較例で用いたシートの荷電方法を以下に示す。
（６）荷電装置
アース側：アルミ板に厚さ２ｍｍのシリコンシートを敷設した。
電極側：針間隔１０ｍｍの針電極
電極−アース間距離：針先端からシリコンシートまで１０ｍｍ
（７）荷電方法
印加電圧：２０ｋＶ
荷電時間：３０秒

＜実施例１＞
ポリプロピレン（芯成分）／ポリエチレン（鞘成分）（ポリプロピレン：ポリエチレン重量比は１：１）で構成される繊度２．２Ｔ、長さ３８ｍｍの短繊維、およびポリプロピレン（芯成分）／ポリエチレン（鞘成分）（ポリプロピレン：ポリエチレン重量比は１：１）で構成される繊度６．６Ｔ、長さ６４ｍｍの短繊維（いずれも宇部日東化成株式会社製耐熱脱油繊維ＨＲ−ＬＥ）を８：２の割合で混繊してカード機にかけてウェブとし、ウェブをクロスレイヤーで連続的に積層した。積層ウェブの上下面にポリプロピレンスパンボンド不織布（繊度５．５Ｔ、１７ｇ／ｍ^２）を積層し、ステンレスメッシュをシートの上下から挟む形で搬送してエアスルーオーブンに通し、温度１５０℃、１分間加熱融着させ、積層不織布を得た。該不織布を荷電装置に通して荷電し、エレクトレットろ材を得た。このろ材をひだ折りしてフィルターユニットを製作し、ユニット特性を評価した。ろ材の目付、厚み、嵩密度、フィルターユニットの圧力損失、粉塵保持量、初期におけるＪＩＳ１１種捕集効率を表１に示す。

＜実施例２＞
ポリプロピレン（芯成分）／ポリエチレン（鞘成分）（ポリプロピレン：ポリエチレン重量比は１：１）で構成される繊度２．２Ｔ、長さ３８ｍｍの短繊維、およびポリプロピレン（芯成分）／ポリエチレン（鞘成分）（ポリプロピレン：ポリエチレン重量比は１：１）で構成される繊度６．６Ｔ、長さ６４ｍｍの短繊維（いずれも宇部日東化成株式会社製耐熱脱油繊維ＨＲ−ＬＥ）を８：２の割合で混繊してカード機にかけてウェブとし、ウェブをクロスレイヤーで連続的に積層した。積層ウェブの上面に繊度５．５Ｔ、１７ｇ／ｍ^２のポリプロピレンスパンボンド不織布、下面に繊度２．２Ｔ、２５ｇ／ｍ^２のポリプロピレンスパンボンド不織布を積層し、テンレスメッシュをシートの上下から挟む形で搬送してエアスルーオーブンに通し、温度１５０℃、１分間加熱融着させ、積層不織布を得た。該不織布を荷電装置に通して荷電し、エレクトレットろ材を得た。このろ材をひだ折りしてフィルターユニットを製作し、繊度２．２Ｔのスパンボンドが下流側になる様ユニット特性を評価した。ろ材の目付、厚み、嵩密度、フィルターユニットの圧力損失、粉塵保持量、初期におけるＪＩＳ１１種捕集効率を表１に示す。

＜実施例３＞
ポリプロピレン（芯成分）／ポリエチレン（鞘成分）（ポリプロピレン：ポリエチレン重量比は１：１）で構成される繊度２．２Ｔ、長さ３８ｍｍの短繊維（宇部日東化成株式会社製耐熱脱油繊維ＨＲ−ＬＥ）、および繊度６．６Ｔ、長さ６４ｍｍのポリエステル短繊維（東レ株式会社製Ｔ２０１）を８：２の割合で混繊してカード機にかけてウェブとし、ウェブをクロスレイヤーで連続的に積層した。積層ウェブの上下面にポリプロピレンスパンボンド不織布（繊度５．５Ｔ、１７ｇ／ｍ^２）を積層し、ステンレスメッシュをウェブの上下から挟む形で搬送してエアスルーオーブンに通し、温度１５０℃、１分間加熱融着させ、積層不織布を得た。該不織布を荷電装置に通して荷電し、エレクトレットろ材を得た。このろ材をひだ折りしてフィルターユニットを製作してユニット特性を評価した。ろ材の目付、厚み、嵩密度、フィルターユニットの圧力損失、粉塵保持量、初期におけるＪＩＳ１１種捕集効率を表１に示す。

＜比較例１＞
ポリプロピレン（芯成分）／ポリエチレン（鞘成分）（ポリプロピレン：ポリエチレン重量比は１：１）で構成される繊度２．２Ｔ、長さ３８ｍｍの短繊維、およびポリプロピレン（芯成分）／ポリエチレン（鞘成分）（ポリプロピレン：ポリエチレン重量比は１：１）で構成される繊度６．６Ｔ、長さ６４ｍｍの短繊維（いずれも宇部日東化成株式会社製耐熱脱油繊維ＨＲ−ＬＥ）を８：２の割合で混繊してカード機にかけてウェブとし、ウェブをクロスレイヤーで連続的に積層した。積層ウェブの上下面をステンレスメッシュを挟む形で搬送してエアスルーオーブンに通し、温度１５０℃、１分間加熱融着させ、積層不織布を得た。該不織布を荷電装置に通して荷電し、エレクトレットろ材を得た。このろ材をひだ折りしてフィルターユニットを製作しユニット特性を評価した。ろ材の目付、厚み、嵩密度、フィルターユニットの圧力損失、粉塵保持量、初期におけるＪＩＳ１１種捕集効率を表１に示す。

＜比較例２＞
ポリプロピレン（芯成分）／ポリエチレン（鞘成分）（ポリプロピレン：ポリエチレン重量比は１：１）で構成される繊度２．２Ｔ、長さ３８ｍｍの短繊維、およびポリプロピレン（芯成分）／ポリエチレン（鞘成分）（ポリプロピレン：ポリエチレン重量比は１：１）で構成される繊度６．６Ｔ、長さ６４ｍｍの短繊維（いずれも宇部日東化成株式会社製ＨＲ−ＣＫ）を８：２の割合で混繊してカード機にかけてウェブとし、ウェブをクロスレイヤーで連続的に積層した。積層ウェブの上下面にポリプロピレンスパンボンド不織布（繊度５．５Ｔ、１７ｇ／ｍ^２）を積層し、ステンレスメッシュをシートの上下から挟む形で搬送してエアスルーオーブンに通し、温度１５０℃、１分間加熱融着させ、積層不織布を得た。該不織布を荷電装置に通して荷電し、エレクトレットろ材を得た。このろ材をひだ折りしてフィルターユニットを製作しユニット特性を評価した。ろ材の目付、厚み、嵩密度、フィルターユニットの圧力損失、粉塵保持量、初期におけるＪＩＳ１１種捕集効率を表１に示す。

＜比較例３＞
ポリプロピレン（芯成分）／ポリエチレン（鞘成分）（ポリプロピレン：ポリエチレン重量比は１：１）で構成される２．２Ｔ、長さ３８ｍｍの短繊維、および６．６Ｔ、長さ６４ｍｍの短繊維（いずれも宇部日東化成株式会社製耐熱脱油繊維ＨＲ−ＬＥ）を８：２の割合で混繊してカード機にかけてｗｅｂとし、ｗｅｂをクロスレイヤーで連続的に積層した。積層ｗｅｂの下面にポリプロピレンスパンボンド不織布（２．２Ｔ、１７ｇ／ｍ^２）を積層し、ステンレスメッシュを上下から挟む形で搬送してエアスルーオーブンに通し、温度１５０℃、１分間加熱融着させ、積層不織布を得た。該不織布を荷電装置に通して荷電し、エレクトレットろ材を得た。このろ材をひだ折りしてフィルターユニットを製作し、スパンボンド側が下流側になるようにユニット特性を評価した。ろ材の目付、厚み、嵩密度、フィルターユニットの圧力損失、粉塵保持量、初期におけるＪＩＳ１１種捕集効率を表１に示す。

＜比較例４＞
ポリプロピレン（芯成分）／ポリエチレン（鞘成分）（ポリプロピレン：ポリエチレン重量比は１：１）で構成される２．２Ｔ、長さ３８ｍｍの短繊維、および６．６Ｔ、長さ６４ｍｍの短繊維（いずれも宇部日東化成株式会社製耐熱脱油繊維ＨＲ−ＬＥ）を８：２の割合で混繊してカード機にかけてｗｅｂとし、ｗｅｂをクロスレイヤーで連続的に積層した。積層ｗｅｂの上下面にポリプロピレンスパンボンド不織布（５．５Ｔ、１７ｇ／ｍ^２）を積層し、ステンレスメッシュをシートの上下から挟む形で搬送してエアスルーオーブンに通し、温度１４０℃、３０秒間加熱融着させ、積層不織布を得た。該不織布を荷電装置に通して荷電し、エレクトレットろ材を得た。このろ材をひだ折りしてフィルターユニットを製作しユニット特性を評価した。ろ材の目付、厚み、嵩密度、フィルターユニットの圧力損失、粉塵保持量、初期におけるＪＩＳ１１種捕集効率を表１に示す。

＜比較例５＞
ポリプロピレン（芯成分）／ポリエチレン（鞘成分）（ポリプロピレン：ポリエチレン重量比は１：１）で構成される２．２Ｔ、長さ３８ｍｍの短繊維、および６．６Ｔ、長さ６４ｍｍの短繊維（いずれも宇部日東化成株式会社製耐熱脱油繊維ＨＲ−ＬＥ）を８：２の割合で混繊してカード機にかけてｗｅｂとし、ｗｅｂをクロスレイヤーで連続的に積層した。積層ｗｅｂの上下面にポリプロピレンスパンボンド不織布（５．５Ｔ、３０ｇ／ｍ^２）を積層し、ステンレスメッシュをシートの上下から挟む形で搬送してエアスルーオーブンに通し、温度１５０℃、１２０秒間加熱融着させ、積層不織布を得た。該不織布を荷電装置に通して荷電し、エレクトレットろ材を得た。このろ材をひだ折りしてフィルターユニットを製作しユニット特性を評価した。ろ材の目付、厚み、嵩密度、フィルターユニットの圧力損失、粉塵保持量、初期におけるＪＩＳ１１種捕集効率を表１に示す。

本発明のエレクトレットろ材は単純な繊維構成により電荷保持性が安定し、従来にくらべて低い圧力損失で高い粉塵捕集効率を得ることが出来る。また、機械的強度が高いためプリーツ加工が容易になるためフィルターユニットの生産性が向上する。これは一般的な空調用フィルターユニットの分野では非常に有効である。

１：支持層
２：シート層（上流）
３：シート層（下流）

Claims

ポリオレフィン系芯鞘型熱融着繊維のみの繊維構造体からなる支持層と、これを挟持するスパンボンド不織布からなるシート層とで構成された、嵩密度が０．０５〜０．２０ｇ／ｃｍ^３、厚みが１．５ｍｍ以下、ガーレ法における曲げ反発性が９．８×１０^−４Ｎ〜４９．０×１０^−４Ｎであるエレクトレットろ材。