JP6696141B2 - 脱臭フィルター用濾材 - Google Patents

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本発明は、剛性が高く、低圧力損失で、高粉塵保持量を有する脱臭フィルター用濾材に関するものである。
近年、空調用、エアコン用、自動車用フィルター等の分野において、濾材の高性能化、低コストの要求が高まっており、除塵性能と脱臭性能を両立するフィルター用濾材の検討が多くなされている。一般に脱臭性能を付与するには、粒子状または繊維状の吸着剤と接着剤を用いてシート化する方法が多く採用されており、例えば基材間に粒状吸着剤と粒状接着剤の混合物を散布し、これを加熱接着してなる吸着濾材が開発されている(例えば、特許文献1)。しかしながら、かかる吸着濾材は接着強度が弱いため、吸着剤の脱落や剛性が低いという問題があった。
自動車用フィルターでニーズが強いのは小型化である。自動車は搭載される機器が増加傾向にあり、フィルターの設置スペースが限られるためである。小型フィルターは開口部が小さく、高風量が流れるため、剛性の低い濾材を使用した場合、著しく変形する可能性があった。特に長期間使用により粉塵を多く堆積すると、風の流れる部分が限られるため、より変形しやすかった。また小型化に加え、最近では廃棄性の観点から、フィルターに使用される濾材使用量も出来るだけ少ない方が好ましい状況であった。濾材使用量を少なくすると、単位面積あたりの通過風速は速くなるため、剛性の低い濾材を使用する場合、著しく変形する可能性が一段と高くなっていた。
特開平11−5058号公報
本発明は、高風量処理時において、低圧力損失で粉塵保持量に優れた脱臭フィルター用濾材を提供することを課題とする。
本発明者らは鋭意検討した結果、以下に示す手段により、上記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。本発明は以下のとおりである。
1.吸着剤と接着剤からなる吸着層、ネットと長繊維不織布を隣接して積層したネット積層不織布層、および基材層の少なくとも3層からなる濾材であって、吸着層がネット積層不織布層と基材層に挟まれた構造である脱臭フィルター用濾材。
2.ネットが、熱融着成分を有するネットである上記1に記載の脱臭フィルター用濾材。
3.長繊維不織布が、熱融着成分を有する長繊維不織布である上記1または2に記載の脱臭フィルター用濾材。
本発明の脱臭フィルター用濾材は、濾材の剛性が高く、低圧力損失で、高粉塵保持量を有する脱臭フィルター用濾材を提供することができる。
本発明の脱臭フィルター用濾材は、吸着剤と接着剤からなる吸着層、ネットと長繊維不織布を隣接して積層したネット積層不織布層、および基材層の少なくとも3層からなる濾材である。そして、吸着層を厚み方向に動きにくいネット積層不織布層と基材層で挟んだ構成にすることにより、高い剛性を有した脱臭フィルター用濾材を得ることができるものである。
本発明の濾材に使用される吸着層は、吸着剤と接着剤とから構成される。
本発明の吸着層を構成する吸着剤としては、粉末状、粒状、破砕状、造粒状、ビーズ状の各種吸着剤が挙げられるが、幅広く種々のガスを吸着できる活性炭系が好ましい。例えば、ヤシガラ系、木質系、石炭系、ピッチ系等の活性炭が好適である。表面観察によって見られる内部への導入孔いわゆるマクロ孔数は多い方がよい。活性炭と接着剤である熱可塑性粉末樹脂から混合粉粒体をつくった際に、熱可塑性粉末樹脂が活性炭表面を被覆しても、熱プレス加工時に細孔内部からのガス脱着により、吸着可能な細孔を開放することができる。また、活性炭表面はある程度粗い方が溶融した樹脂の流動性も悪くなり、吸着性能低下を抑えることができる。
本発明の吸着剤の粒径範囲は、通気性、吸着材の脱落、シート加工性等を考慮して、JIS標準ふるい(JIS Z8801)による値で60〜1000μmが好ましく、100〜900μmがより好ましい。粒径範囲が60μm未満では、一定の高吸着容量を得るのに圧力損失が大きくなりすぎ、またシート充填密度が高くなるために粉塵負荷時の圧力損失の上昇が早くなり、粉塵保持量が低下する。粒径範囲が1000μmを超える場合には、シートから吸着剤の脱落が生じ易くなり、またワンパスでの初期吸着性能が極端に低くなり、さらにはプリーツ形状および波状等の空気浄化用フィルターユニットとしたときの折り曲げ、および波状加工時の加工性が悪くなる。なお、上記の粒径範囲の吸着剤は、通常の分級機を使用して所定の粒度調整をすることにより、得ることが可能である。
本発明の吸着層に含まれる吸着剤の重量は、10〜450g/m2が好ましく、50〜350g/m2がより好ましい。かかる範囲であれば、圧力損失の大幅な上昇を抑えつつ、十分な脱臭性能を得ることができる。
本発明の吸着剤は、極性物質やアルデヒド類の吸着性能を向上することを目的として、薬品処理を施して用いてもよい。ガス薬品処理に用いられる薬品としては、アルデヒド系ガスやNOx等の窒素化合物、SOx等の硫黄化合物、酢酸等の酸性の極性物質に対しては、例えばエタノールアミン、ポリエチレンイミン、アニリン、P−アニシジン、スルファニル酸等のアミン系薬剤や水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸グアニジン、リン酸グアニジン、アミノグアニジン硫酸塩、5,5−ジメチルヒダントイン、ベンゾグアナミン、2,2−イミノジエタノール、2,2,2−ニトロトリエタノール、エタノールアミン塩酸塩、2−アミノエタノール、2,2−イミノジエタノール塩酸塩、P−アミノ安息香酸、スルファニル酸ナトリウム、L−アルギニン、メチルアミン塩酸塩、セミカルバジド塩酸塩、ヒドラジン、ヒドロキノン、硫酸ヒドロキシルアミン、過マンガン酸塩、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム等が好適に用いられ、アンモニア、メチルアミン、トリメチルアミン、ピリジン等の塩基性の極性物質に対しては、例えば、リン酸、クエン酸、リンゴ酸、アスコルビン酸、酒石酸等が好適に用いられる。これらの薬品処理した吸着剤は、単独または薬品処理していない吸着剤と混合して用いても良い。なお、薬品処理は、例えば、活性炭に薬品を担持させたり、添着することにより行う。また、活性炭に直接薬品を処理する以外に、シート面表面付近に通常のコーティング法等で添着加工する方法やシート全体に含浸添着することも可能である。この際、アルギン酸ソーダやポリエチレンオキサイド等の増粘剤を混入した薬品水溶液をつくり、これを担持、添着を実施する方法もできる。この方法では水への溶解度が低い薬品を担持、添着し、さらに薬品の脱落を抑制するのにも有効である。
本発明の吸着層に含まれる接着剤は、熱可塑性樹脂であることが好ましく、その素材としては、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、エチレン−アクリル共重合体樹脂等が挙げられる。
本発明の接着剤に使用する熱可塑性樹脂は、粉末状で、その大きさが平均粒子径で1〜40μmであるものが好ましく、5〜30μmであるものがより好ましく、1〜40μmの範囲に95重量%以上が含まれるものであることがさらに好ましい。かかる範囲の平均粒子径であれば、熱可塑性樹脂が、吸着剤の表面細孔を塞ぐことを低減できる一方、吸着剤との混合時にファンデルワールス力や静電気力による吸着剤への予備接着が有効になされ、均一に分散することができ、吸着層とネット積層不織布および基材層との部分的剥離を効果的に防止することができるからである。
本発明の接着剤に使用する熱可塑性粉末樹脂の形状は特に規定はないが、球状、破砕状等があげられる。当然ながら、2種以上の熱可塑性粉末樹脂を併用もできる。さらには、薬品担持した吸着剤または薬品担持した不織布を使用した場合でもこの処方であれば、吸着剤表面に熱可塑性粉末樹脂がドライ状態の混合時から仮接着した状態になるため仮に該薬品が相異なる性質のものであっても後のシート化工程でも互いに干渉することを避けることができるので充分な効果が発揮される。
本発明の吸着層に含まれる接着剤は、吸着剤に対して1〜40質量%であることが好ましく、3〜30質量%であることがより好ましい。かかる範囲内であれば、他の層との接着力、圧力損失、脱臭性能に優れる脱臭フィルター用濾材が得られるからである。
本発明の濾材に使用されるネット積層不織布層は、ネットと長繊維不織布とを隣接して積層した構成のものである。
本発明のネット積層不織布層を構成するネットの材質は、特に限定されるものではないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、エチレン・酢酸ビニル共重合樹脂が好ましい。ネットを構成する繊維としては、単一成分の樹脂からなるものでもよく、複数成分からなるものでもあってもよいが、低融点樹脂と高融点樹脂を含むサイドバイサイド構造やシースコア構造からなる複合繊維であることが好ましい。上記ネットを構成する繊維の熱融着成分である低融点樹脂の存在により、長繊維不織布との接着時に熱融着成分を溶融させることで接着性が上がり、ネット積層不織布層の剛性が高まるとともに、ネット積層不織布層が厚み方向に動きにくくなる。そのため、吸着層は平面上に配列され、濾材全体の剛性が高くなる。シースコア構造からなる複合繊維の樹脂の組み合わせとしては、例えば熱融着成分であるシース成分をポリエチレンや低融点ポリプロピレン、コア成分をポリプロピレンやポリエチレンテレフタレートとする組み合わせ等が考えられる。
上記ネットを構成する繊維の繊維径は0.04〜0.4mmが好ましく、ネットの目開きは1mm2以上100mm2未満が好ましく、9mm2以上50mm2未満がより好ましい。繊維径、目開きがこの範囲であれば、補強効果は十分であり、また通気抵抗に対しても有利である。
本発明のネット不織布層を構成する長繊維不織布は、その材質は、特に限定されるものではないが、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂などが好ましく、これらを用い、スパンボンド法やメルトブロー法等で得られる。長繊維不織布として好ましくは、シースコア構造の熱融着成分を有する長繊維からなる不織布であり、コア成分の素材は高融点であるポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等、熱融着成分であるシース成分の素材は低融点であるポリエチレン、ポリプロピレン、低融点ポリエステル等であることが好ましい。上記熱融着成分を有する長繊維からなる不織布の低融点成分の存在により、上記ネットとの接着時に熱融着成分を溶融させることで接着性が上がり、ネット積層不織布層の剛性が高まるとともに、ネット積層不織布層が厚み方向に動きにくくなる。そのため、吸着層は平面上に配列され、濾材全体の剛性が高くなる。また上記熱融着成分を有する長繊維からなる不織布がシースコア構造であれば、シース成分が熱融着により減少しても、コア成分が残っているため、熱融着成分を有する長繊維からなる不織布の平面性は損なわれず、繊維が厚み方向に動きにくくなるため、濾材として高い剛性を維持することができる。
本発明の熱融着成分を有する長繊維からなる不織布の目付は5〜40g/m2が好ましく、10〜30g/m2がより好ましい。目付が5g/m2未満では吸着層と熱融着する面積が小さく、十分な接着強度が得られない。一方、40g/m2を超えると、繊維本数の増加に伴い圧力損失が高くなるばかりか、繊維間の粉塵保持空間が減少し、粉塵保持量が低下する。
本発明の熱融着成分を有する長繊維からなる不織布を構成する長繊維の繊維径は3〜100μmが好ましく、5〜80μmがより好ましく、10〜60μmがさらに好ましい。かかる範囲であれば、柔軟性を保持しつつ、上記ネットとの接着性の向上と高剛性化の役割を十分に果たすことができるからである。
本発明の基材層は、ポリオレフィン系繊維、ポリエステル系繊維、ポリアミド系繊維、ポリウレタン系繊維等の繊維からなる繊維構造体であることが好ましい。基材層は、その製造方法は特に限定されず、メルトブローン法、スパンボンド法、エアレイド法、ニードルパンチ法、水流交絡法、サーマルボンド法、ケミカルボンド法を単独または組み合わせて製造された不織布であることがより好ましい。
本発明の濾材は、抗菌剤、抗かび剤、抗ウイルス剤、難燃剤等の付随的機能を有する成分等を含めて構成してもよい。これらの成分は繊維類や不織布中に練り込んでも、後加工で添着、及び担持して付与してもよい。例えば、難燃剤を含めて構成することにより、FMVSS.302で規定されている遅燃性の基準やUL難燃規格に合致した脱臭フィルター用濾材を製造することが可能である。
本発明の濾材を最終的に熱プレスしシート製造するには、よく使用されるロール間熱プレス法、または上下ともフラットな熱ベルトコンベヤー間にはさみこむフラットベッドラミネート法等があげられる。より均一な厚み、接着状態をつくりだすには後者の方が好ましい。
本発明の脱臭フィルター用濾材の製法について説明する。まずは、吸着剤と接着剤を所定の重量秤量し、攪拌機に入れ、約10分間回転速度30rpmで攪拌する。次にこの混合粉末を、ネットと長繊維不織布を隣接して積層したネット積層不織布層の長繊維不織布側に散布し、さらにその上から基材層を重ね合わせ、熱プレス処理を行なう。熱プレスの際のシート表面温度は熱可塑性樹脂の融点の3〜30℃高いのが好ましく、5〜20℃高いのがより好ましい。
本発明の脱臭フィルター用濾材の厚みは、0.1〜3.0mmが好ましく、0.5〜2.0mmがより好ましい。厚みが0.1mm未満であれば粉塵捕集空間が小さいため、粉塵負荷時の圧力損失の上昇が早く、目詰まりが発生する。また厚みが3.0mmを超えると濾材の厚みが厚すぎるため、プリーツ状ユニットとした場合に構造抵抗が大きくなり、結果としてユニット全体での圧力損失が高くなり過ぎ実用上問題がある。
本発明の脱臭フィルター用濾材の目付は、30〜500g/m2であることが好ましく、50〜400g/m2であることがより好ましい。目付が30g/m2未満であれば濾材の剛性が弱いため、通風負荷時にユニットが変形し、圧力損失が増大する。目付が500g/m2を超えると濾材の厚みが厚くなるためプリーツ状ユニットとした場合の構造抵抗が大きくなり実用上問題となる。
本発明の濾材を使用したプリーツ状フィルタユニットの厚みは、10〜400mmが好ましい。カーエアコンに内蔵装着をはじめとする車載用途や家庭用空気清浄機であれば、通常の内部スペースの関係から、10〜60mm程度、ビル空調用途へよく設置される大型のフィルターユニットであれば40〜400mm程度が収納スペースから考えると好ましい。
以下に実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。実施例中に示した特性は以下の方法で測定した。
(圧力損失)
濾材をダクト内に設置し、空気濾過速度が30cm/秒になるよう大気を通気させ、濾材の上流、下流の静圧差を差圧計にて読み取り、圧力損失(Pa)を測定した。
(剛性)
JIS L−1096 A法(ガーレ法)に準拠し、MD方向の剛軟度を測定した。
(圧力損失)
フィルターをダクト内に設置し、風量10m3/分になるよう大気を通気させ、フィルターの上流、下流の静圧差を差圧計にて読み取り、圧力損失(Pa)を測定した。
<実施例1>
ポリプロピレン繊維(繊度2.2dtex、繊維長51mm)と、ポリエチレンテレフタレート繊維(繊度1.7dtex、繊維長44mm)を1:1の重量比で混綿、カーディングして目付25g/m2の混繊ウェブを作製し、これに15g/m2のポリプロピレンスパンボンド不織布を積層後、3MPaの高圧水を連続的に噴霧して交絡、乾燥し、混繊シートを作成した。この混繊シートの上に、ポリプロピレンネット(50g/m2)とポリプロピレンスパンボンド不織布(15g/m2)の順になるように、ニードルパンチにて積層加工を行い、ネット積層不織布を作成した。
上記ネット積層不織布のポリプロピレンスパンボンド不織布側に、吸着層として平均粒径550μmのヤシガラ活性炭および熱可塑性粉末樹脂として住友精化製フロービーズEA209の重量比1:0.1の混合粉末を目付300g/m2になるように散布した。さらに吸着層の上から基材層として目付15g/m2のポリエチレンテレフタレートスパンボンド不織布を重ね合わせ、140℃の加熱処理にてシート化を行ない、濾材を得た。得られた濾材をプリーツ機にて山高さ28mm、ピッチ7mmのプリーツ状に加工し、外形200mm×200mmのフィルターを作製した。
<実施例2>
ポリプロピレン繊維(繊度2.2dtex、繊維長51mm)と、ポリエチレンテレフタレート繊維(繊度1.7dtex、繊維長44mm)を1:1の重量比で混綿、カーディングして目付25g/m2の混繊ウェブを作製し、これに15g/m2のポリプロピレンスパンボンド不織布を積層後、3MPaの高圧水を連続的に噴霧して交絡、乾燥し、混繊シートを作成した。この混繊シートの上に、ポリプロピレンネット(50g/m2)と熱融着成分を有する長繊維からなる不織布(12g/m2、ポリエチレンテレフタレート(コア成分)/ポリエチレン(シース成分))の順になるように、ニードルパンチにて積層加工を行い、ネット積層不織布を作成した。
上記ネット積層不織布の熱融着成分を有する長繊維からなる不織布側に、吸着層として平均粒径550μmのヤシガラ活性炭および熱可塑性粉末樹脂として住友精化製フロービーズEA209の重量比1:0.1の混合粉末を目付300g/m2になるように散布した。さらに吸着層の上から基材層として目付15g/m2のポリエチレンテレフタレートスパンボンド不織布を重ね合わせ、140℃の加熱処理にてシート化を行ない、濾材を得た。得られた濾材をプリーツ機にて山高さ28mm、ピッチ7mmのプリーツ状に加工し、外形200mm×200mmのフィルターを作製した。
<実施例3>
ポリプロピレン繊維(繊度2.2dtex、繊維長51mm)と、ポリエチレンテレフタレート繊維(繊度1.7dtex、繊維長44mm)を1:1の重量比で混綿、カーディングして目付25g/m2の混繊ウェブを作製し、これに15g/m2のポリプロピレンスパンボンド不織布を積層後、3MPaの高圧水を連続的に噴霧して交絡、乾燥し、混繊シートを作成した。この混繊シートの上に、熱融着成分を有するネット(50g/m2、ポリプロピレン(コア成分)/低融点ポリプロピレン(シース成分))と熱融着成分を有する長繊維からなる不織布(12g/m2、ポリエチレンテレフタレート(コア成分)/ポリエチレン(シース成分))の順になるように、ニードルパンチにて積層加工を行い、ネット積層不織布を作成した。
上記ネット積層不織布の熱融着成分を有する長繊維からなる不織布側に、吸着層として平均粒径550μmのヤシガラ活性炭および熱可塑性粉末樹脂として住友精化製フロービーズEA209の重量比1:0.1の混合粉末を目付300g/m2になるように散布した。さらに吸着層の上から基材層として目付15g/m2のポリエチレンテレフタレートスパンボンド不織布を重ね合わせ、140℃の加熱処理にてシート化を行ない、濾材を得た。得られた濾材をプリーツ機にて山高さ28mm、ピッチ7mmのプリーツ状に加工し、外形200mm×200mmのフィルターを作製した。
<比較例1>
ポリプロピレン繊維(繊度2.2dtex、繊維長51mm)と、ポリエチレンテレフタレート繊維(繊度1.7dtex、繊維長44mm)を1:1の重量比で混綿、カーディングして目付25g/m2の混繊ウェブを作製し、これに15g/m2のポリプロピレンスパンボンド不織布を積層後、3MPaの高圧水を連続的に噴霧して交絡、乾燥し、混繊シートを作成した。この混繊シートを、ポリプロピレンスパンボンド不織布(15g/m2)とニードルパンチにて積層加工を行い、ニードルパンチ不織布を作成した。
上記ニードルパンチ不織布のポリプロピレンスパンボンド不織布側に、吸着層として平均粒径550μmのヤシガラ活性炭および熱可塑性粉末樹脂として住友精化製フロービーズEA209の重量比1:0.1の混合粉末を目付300g/m2になるように散布した。さらに吸着層の上から基材層として目付65g/m2のポリエチレンテレフタレート短繊維と熱融着短繊維(高融点ポリエステル(コア成分)/低融点ポリエステル(シース成分))からなるサーマルボンド不織布を重ね合わせ、140℃の加熱処理にてシート化を行ない、濾材を得た。得られた濾材をプリーツ機にて山高さ28mm、ピッチ7mmのプリーツ状に加工し、外形200mm×200mmのフィルターを作製した。
<比較例2>
ポリプロピレン繊維(繊度2.2dtex、繊維長51mm)と、ポリエチレンテレフタレート繊維(繊度1.7dtex、繊維長44mm)を1:1の重量比で混綿、カーディングして目付25g/m2の混繊ウェブを作製し、これに15g/m2のポリプロピレンスパンボンド不織布を積層後、3MPaの高圧水を連続的に噴霧して交絡、乾燥し、混繊シートを作成した。この混繊シートを、熱融着成分を有する長繊維からなる不織布(12g/m2、ポリエチレンテレフタレート(コア成分)/ポリエチレン(シース成分))とニードルパンチにて積層加工を行い、ニードルパンチ不織布を作成した。
上記ニードルパンチ不織布の熱融着成分を有する長繊維からなる不織布側に、吸着層として平均粒径550μmのヤシガラ活性炭および熱可塑性粉末樹脂として住友精化製フロービーズEA209の重量比1:0.1の混合粉末を目付300g/m2になるように散布した。さらに吸着層の上から基材層として目付65g/m2のポリエチレンテレフタレート短繊維と熱融着短繊維(高融点ポリエステル(コア成分)/低融点ポリエステル(シース成分))からなるサーマルボンド不織布を重ね合わせ、140℃の加熱処理にてシート化を行ない、濾材を得た。得られた濾材をプリーツ機にて山高さ28mm、ピッチ7mmのプリーツ状に加工し、外形200mm×200mmのフィルターを作製した。
本発明の脱臭フィルター用濾材は、濾材の剛性が高く、圧力損失が低く、粉塵保持量に優れた脱臭フィルター用濾材であるため、長時間使用可能であり、産業界への寄与大である。

Claims (3)

  1. 吸着剤と接着剤からなる吸着層、ネットと長繊維不織布を隣接して積層したネット積層不織布層、および基材層の少なくとも3層からなる濾材であって、吸着層がネット積層不織布層の長繊維不織布と基材層に挟まれた構造であり、
    上記ネットは、構成する繊維の繊維径が0.04〜0.4mmであり、目開きが1mm2以上100mm2未満であり、プリーツ状に加工される、脱臭フィルター用濾材。
  2. 上記ネットが、熱融着成分を有するネットである請求項1に記載の脱臭フィルター用濾材。
  3. 長繊維不織布が、熱融着成分を有する長繊維不織布である請求項1または2に記載の脱臭フィルター用濾材。
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