JP6879384B2 - ろ過材用不織布およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、非晶性ポリフェニレンサルファイド繊維および耐熱性繊維を含んでなるバグフィルタなどに好適に用いることができるろ過材用不織布に関するものであり、耐久性に優れ、ダスト払い落とし性が良好で、長期安定して排ガス中のダストろ過が可能なろ過材用不織布およびその製造方法に関するものである。
空気を清浄化するろ過材には、内部ろ過用ろ過材と表面ろ過用ろ過材とがある。集塵機フィルタであるバグフィルタには表面ろ過用ろ過材が用いられる。表面ろ過とは、ダストをろ過材表面で捕集し、ケーク（ダストの層）をろ過材表面に形成させ、そのケークによって、次々にダストを捕集し、ケークがある程度の厚さになったら空気圧によってろ過材表面からケークを除去し、再びろ過材表面にケークを形成させる操作を繰り返し、ろ過するものである。
石炭焚きボイラー、都市ごみ焼却炉、産業廃棄物焼却炉等から排出される排ガス中には煤塵のみならずダイオキシン等の有害物質も含まれており、大気汚染防止として各種排ガス集塵は非常に重要である。昨今は地球規模での人口増加、産業発展による電力需要の高まりから、火力発電所における石炭焚きボイラーの稼動によるＰＭ２．５などの問題も報告され、バグフィルタの高性能化による環境対策への対応がますます期待されている。
さらに、国、地域によって環境規制の内容は異なり、集塵機内のガス条件も異なるため、より広範囲にわたって使用可能なバグフィルタは今後ますます必要になってくるものと予想されている。
さらに、国、地域によって環境規制の内容は異なり、集塵機内のガス条件も異なるため、より広範囲にわたって使用可能なバグフィルタは今後ますます必要になってくるものと予想されている。
ダスト剥離性が良好でダストによる目詰まりが小さく、かつ長期安定して排ガス処理を行うため、様々なバグフィルタ用ろ過材が検討されている。例えば、不織布または織物のろ過面にポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥという）からなる細孔径が約２μｍ程度のメンブレンを接着させダスト払い落とし性を向上させたろ過材が提案されている。
また、層の厚み方向の中央部にスリットを入れたフィルムを形成させ、ダスト漏れを防ぐろ過材（例えば、特許文献１）、ニードルパンチングによる刺針密度を大きくして緻密化させたろ過材（例えば、特許文献２）、や単繊維繊度が２．０ｄｔｅｘ以下のポリフェニレンサルファイド（以下、ＰＰＳという）繊維を配することによりダスト剥離性、ダスト集塵性を良好にしたろ過材等が提案されている。
また、層の厚み方向の中央部にスリットを入れたフィルムを形成させ、ダスト漏れを防ぐろ過材（例えば、特許文献１）、ニードルパンチングによる刺針密度を大きくして緻密化させたろ過材（例えば、特許文献２）、や単繊維繊度が２．０ｄｔｅｘ以下のポリフェニレンサルファイド（以下、ＰＰＳという）繊維を配することによりダスト剥離性、ダスト集塵性を良好にしたろ過材等が提案されている。
上記様々な方法により、高捕集効率、長期安定して排ガス処理を実現しようとするも、特許文献１に記載のろ過層内部のフィルムにより通過しようとしたダストを捕捉するろ過材場合、繊維からなるろ過層自体の空隙率が大きいため、目詰まりを起こし長期安定して排ガスろ過を行えないという問題があった。
特許文献２に記載のニードルパンチによりろ過材を緻密化し空隙率を小さくする場合、ニードルによりろ過材内部の支持層がダメージを受け強力低下を引き起こしたり、ろ過層の繊維自体を傷つけたりしてしまうという問題があった。
特許文献３に記載のろ過面に配す繊維の単繊維繊度を２．０ｄｔｅｘ以下にしてろ過面を緻密化する場合、捕集効率には優れるが、高温下での剛性、耐摩耗性が十分でないため、使用時において物理的なろ過材の劣化が進行し、破損が生じるなどの問題があった。
このように、従来知られているバグフィルタ用ろ過材は、その原料が繊維であり、不織布、織物のような立体構造であるが故、表面ろ過を主体とするバグフィルタろ過メカニズムにおいては、メンブレンラミネート品同等の長期安定性、ろ過精度を実現することはかなわなかった。しかし、メンブレンラミネートの方法によるろ過材を集塵機用バグフィルタに使用した場合、特許文献４に示されるとおり、パルスジェット方式によるダスト払い落とし性は優れるが、他素材との接着性が悪いというＰＴＦＥの特性から、長期にわたるパルスジェット払い落とし操作によりメンブレン自体がろ過面から剥がれるという問題があった。また、加工コストが非常に高いというコスト上の問題も指摘されていた。
本発明の目的はろ過材用不織布、特にはバグフィルタに用いられる不織布において求められるろ過条件に応じたダストの目詰まりがなく、耐久性に優れ、ダスト払い落とし性が良好で、長期安定して排ガス中のダストろ過が可能なろ過材用不織布を提供するものである。
上記のとおり、バグフィルタのろ過メカニズムはろ過面に形成されるケークによる集塵であり、ろ過材を貫通する粒子状物質は充分なケークがろ過面表層に積層される前にろ過材内に侵入したものが大部分であることを発明者は知見した。
メンブレンラミネートされたろ過材はメンブレンに存在する貫通孔の直径が均一であるため初期の残留圧力損失が高めであっても、一定した残留圧力損失を得られる特徴をもちながら、ケークの形成によらず、安定した集塵性能を得られるものである。
したがって、不織布のみで排気濃度を低減するためには、ろ過材表面にケークが充分に形成されるまでの時間、粒子状物質をろ過材表面に留め置くことが重要で、かつそれを実現するろ過材の素材および加工処理を適正化する必要があることに着想し、本発明にいたった。
メンブレンラミネートされたろ過材はメンブレンに存在する貫通孔の直径が均一であるため初期の残留圧力損失が高めであっても、一定した残留圧力損失を得られる特徴をもちながら、ケークの形成によらず、安定した集塵性能を得られるものである。
したがって、不織布のみで排気濃度を低減するためには、ろ過材表面にケークが充分に形成されるまでの時間、粒子状物質をろ過材表面に留め置くことが重要で、かつそれを実現するろ過材の素材および加工処理を適正化する必要があることに着想し、本発明にいたった。
すなわち、本発明は以下の通りである。
１．非晶性ポリフェニレンサルファイド繊維を２０〜１００質量％、耐熱性繊維を０〜８０質量％含み、目付が８０〜４００ｇ／ｍ２の不織布であって、ＶＤＩ試験による初期の出口粉塵濃度が１．５ｍｇ／ｍ３以下であり、ＶＤＩ試験による負荷後の残留圧力損失／初期の残留圧力損失の値が２．５以下であるろ過材用不織布。
なお、「ＶＤＩ試験による初期の出口粉塵濃度」、及び「ＶＤＩ試験による初期の残留圧力損失」とは、下記（ａ）〜（ｈ）のエージング条件下、１０００Ｐａの払落し圧力損失制御のもとで集じんと払落しを３０回行った状態で測定される、出口粉塵濃度（ｍｇ／ｍ ３ ）、残留圧力損失（Ｐａ）を意味する。（ａ）サンプルサイズ：φ１５４ｍｍ、（ｂ）テストダスト：３．５μｍ（Ｐｕｒａｌ ＮＦ ドイツ製）、（ｃ）ダスト濃度：５ｇ／ｍ ３ 、（ｄ）ろ過速度：２ｍ／ｍｉｎ、（ｅ）温度：１６０℃、（ｆ）エージング間隔：５ｓｅｃ、（ｇ）パルス圧：０．５ＭＰａ、（ｈ）パルス噴射時間：５０ｍｓｅｃ
また、「ＶＤＩ試験による負荷後の残留圧力損失」とは、エージング処理（払い落とし：５秒間隔）を１００００回繰り返した後に、エージング後のろ布の集塵性能を安定化させるために、１０００Ｐａの払い落とし圧力損失制御のもとで払い落としを１０回繰り返した状態で測定される、残留圧力損失（Ｐａ）を意味する。
２．非晶性ポリフェニレンサルファイド繊維の繊度が１〜２５ｄｔｅｘであり、繊維長が３０〜９０ｍｍである上記１に記載のろ過材用不織布。
３．耐熱性繊維が結晶性ＰＰＳ繊維、アラミド繊維、フッ素繊維、ポリイミド繊維、炭素繊維およびガラス繊維のいずれか一種以上から選ばれる繊維含む上記１または２に記載のろ過材用不織布。
４．上記１〜３のいずれかのろ過材用不織布をろ過層とし、支持層および補強層と積層一体化したフェルト。
５．上記４に記載のフェルトを用いたフィルター。
６．非晶性ポリフェニレンサルファイド繊維を２０〜１００質量％、耐熱性繊維を０〜８０質量％含む短繊維不織布を、加熱・加圧処理により前記非晶性ポリフェニレンサルファイド繊維の一部の断面形状を扁平断面に変形させる、および／または溶融によりフィルム化させる、上記１に記載のろ過材用不織布の製造方法。
７．加熱・加圧処理が温度１１０〜１９０℃、圧力は２０〜５０ｋｇ／ｍ２で処理される上記６に記載のろ過材用不織布の製造方法。
１．非晶性ポリフェニレンサルファイド繊維を２０〜１００質量％、耐熱性繊維を０〜８０質量％含み、目付が８０〜４００ｇ／ｍ２の不織布であって、ＶＤＩ試験による初期の出口粉塵濃度が１．５ｍｇ／ｍ３以下であり、ＶＤＩ試験による負荷後の残留圧力損失／初期の残留圧力損失の値が２．５以下であるろ過材用不織布。
なお、「ＶＤＩ試験による初期の出口粉塵濃度」、及び「ＶＤＩ試験による初期の残留圧力損失」とは、下記（ａ）〜（ｈ）のエージング条件下、１０００Ｐａの払落し圧力損失制御のもとで集じんと払落しを３０回行った状態で測定される、出口粉塵濃度（ｍｇ／ｍ ３ ）、残留圧力損失（Ｐａ）を意味する。（ａ）サンプルサイズ：φ１５４ｍｍ、（ｂ）テストダスト：３．５μｍ（Ｐｕｒａｌ ＮＦ ドイツ製）、（ｃ）ダスト濃度：５ｇ／ｍ ３ 、（ｄ）ろ過速度：２ｍ／ｍｉｎ、（ｅ）温度：１６０℃、（ｆ）エージング間隔：５ｓｅｃ、（ｇ）パルス圧：０．５ＭＰａ、（ｈ）パルス噴射時間：５０ｍｓｅｃ
また、「ＶＤＩ試験による負荷後の残留圧力損失」とは、エージング処理（払い落とし：５秒間隔）を１００００回繰り返した後に、エージング後のろ布の集塵性能を安定化させるために、１０００Ｐａの払い落とし圧力損失制御のもとで払い落としを１０回繰り返した状態で測定される、残留圧力損失（Ｐａ）を意味する。
２．非晶性ポリフェニレンサルファイド繊維の繊度が１〜２５ｄｔｅｘであり、繊維長が３０〜９０ｍｍである上記１に記載のろ過材用不織布。
３．耐熱性繊維が結晶性ＰＰＳ繊維、アラミド繊維、フッ素繊維、ポリイミド繊維、炭素繊維およびガラス繊維のいずれか一種以上から選ばれる繊維含む上記１または２に記載のろ過材用不織布。
４．上記１〜３のいずれかのろ過材用不織布をろ過層とし、支持層および補強層と積層一体化したフェルト。
５．上記４に記載のフェルトを用いたフィルター。
６．非晶性ポリフェニレンサルファイド繊維を２０〜１００質量％、耐熱性繊維を０〜８０質量％含む短繊維不織布を、加熱・加圧処理により前記非晶性ポリフェニレンサルファイド繊維の一部の断面形状を扁平断面に変形させる、および／または溶融によりフィルム化させる、上記１に記載のろ過材用不織布の製造方法。
７．加熱・加圧処理が温度１１０〜１９０℃、圧力は２０〜５０ｋｇ／ｍ２で処理される上記６に記載のろ過材用不織布の製造方法。
本発明のろ過材用不織布は、特にはバグフィルタに用いられる不織布において求められるろ過条件に応じたダストの目詰まりがなく、ダスト払い落とし性が良好で、長期安定して排ガス中のダストろ過が可能な耐久性に優れたろ過材用不織布を提供することが可能となる。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の非晶質ＰＰＳ繊維に使用する樹脂は、線状ＰＰＳ樹脂が好ましく、ＡＳＴＭ Ｄ−１２３８−８２法で荷重４９Ｎ、温度３１５．６℃の条件で測定したＰＰＳのメルトフローレートが５０〜１６０ｇ／１０ｍｉｎのものが好ましい。バグフィルタ用ろ過材のように厳しい各種用途には単なる耐熱性や耐薬品性のみならず、例えばフィルター形体に必要な強度なども併せ持つ必要がある。そのため、例えば繊維としての高い強力を得るために、重合段階でトリクロロベンゼンなどを用いて未反応の塩素基を残しておき、紡糸前のポリマーの段階で酸素雰囲気あるいはチッソ雰囲気での高温処理によって未反応塩素基により架橋反応を起こさせ重合度を増し、繊維として必要な初期強度を得る方法がある。また、比較的メルトフローレート（低分子量）の低いポリマーでも、紡糸前に、酸素雰囲気で一時的に架橋させて分子量を大きくすることによっても繊維自体は強力など必要物性を満足させることができる。しかし、この様な方法では比較的低分子量ポリマーを一次的な架橋反応によって得られたポリマーよりなる繊維であり、ＥＳＣＡなどでイオウ原子を中心とする結合を測定すると既に−ＳＯ−や−ＳＯ２−の結合が含まれ、一次的に架橋や酸化により重合度を高くしたこの様な方法では長期に渡る耐熱性を得ることはできない。本発明のＰＰＳは、ＡＳＴＭ Ｄ−１２３８−８２法で荷重４９Ｎ、温度３１５．６℃の条件で測定したＰＰＳのメルトフローレートが５０〜１６０ｇ／１０ｍｉｎからなる線状ポリマーを紡糸してなるものであり、例えば、ＥＳＣＡでイオウ原子を中心とする結合状態を測定した場合、その９５アトミック％以上がスルフィド結合であることが好ましく、９８アトミック％以上がスルフィド結合であることより好ましく、１００アトミック％がスルフィド結合であることがさらに好ましい。
本発明の非晶質ＰＰＳ繊維に使用する樹脂は、線状ＰＰＳ樹脂が好ましく、ＡＳＴＭ Ｄ−１２３８−８２法で荷重４９Ｎ、温度３１５．６℃の条件で測定したＰＰＳのメルトフローレートが５０〜１６０ｇ／１０ｍｉｎのものが好ましい。バグフィルタ用ろ過材のように厳しい各種用途には単なる耐熱性や耐薬品性のみならず、例えばフィルター形体に必要な強度なども併せ持つ必要がある。そのため、例えば繊維としての高い強力を得るために、重合段階でトリクロロベンゼンなどを用いて未反応の塩素基を残しておき、紡糸前のポリマーの段階で酸素雰囲気あるいはチッソ雰囲気での高温処理によって未反応塩素基により架橋反応を起こさせ重合度を増し、繊維として必要な初期強度を得る方法がある。また、比較的メルトフローレート（低分子量）の低いポリマーでも、紡糸前に、酸素雰囲気で一時的に架橋させて分子量を大きくすることによっても繊維自体は強力など必要物性を満足させることができる。しかし、この様な方法では比較的低分子量ポリマーを一次的な架橋反応によって得られたポリマーよりなる繊維であり、ＥＳＣＡなどでイオウ原子を中心とする結合を測定すると既に−ＳＯ−や−ＳＯ２−の結合が含まれ、一次的に架橋や酸化により重合度を高くしたこの様な方法では長期に渡る耐熱性を得ることはできない。本発明のＰＰＳは、ＡＳＴＭ Ｄ−１２３８−８２法で荷重４９Ｎ、温度３１５．６℃の条件で測定したＰＰＳのメルトフローレートが５０〜１６０ｇ／１０ｍｉｎからなる線状ポリマーを紡糸してなるものであり、例えば、ＥＳＣＡでイオウ原子を中心とする結合状態を測定した場合、その９５アトミック％以上がスルフィド結合であることが好ましく、９８アトミック％以上がスルフィド結合であることより好ましく、１００アトミック％がスルフィド結合であることがさらに好ましい。
本発明の非晶質ＰＰＳ繊維は、Ｐ−フェニレンサルファイド（−Ｃ６Ｈ４−Ｓ−）単位を有するポリマーからなる繊維でＰ−フェニレンサルファイド繰り返し単位を好ましくは７０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上含む線状ポリマーからなる繊維である。ＰＰＳ繊維は耐熱性、各種薬品に対する耐薬品性、難燃性に優れることから、１９０℃以下での使用範囲ではバグフィルター用ろ過材として非常に高い性能を発揮する。
本発明の非晶質ＰＰＳ繊維に使用するＰＰＳ樹脂のＡＳＴＭ Ｄ−１２３８−８２法で荷重４９Ｎ、温度３１５．６℃の条件で測定したメルトフローレートは５０〜１６０ｇ／１０ｍｉｎであることが好ましい。十分な長期耐熱性や強度を得るためには線状ポリマーで、かつ重合度がより高いほうが好ましい。しかし、メルトフローレートが５０ｇ／１０ｍｉｎ未満では高温でもあまりにも粘性が高く、紡糸時の圧損上昇などから生産性の面では好ましくない。また、メルトフローレートが１６０ｇ／１０ｍｉｎを超える、すなわち分子量が小さくなると、紡糸時の圧損上昇などは抑えることができるが、分子量分布が大きくなり、低圧損状態でより高分子量樹脂が含まれると、高分子量樹脂の溶融状態が悪く紡糸時の糸切れなどに影響を及ぼす可能性がある。また、長期耐熱性の観点からも低分子量化は好ましくない。この様な観点から非晶質ＰＰＳ繊維に使用するＰＰＳ樹脂のメルトフローレートは好ましくは５０〜１６０ｇ／１０ｍｉｎ、より好ましくは８０〜１４０ｇ／１０ｍｉｎの範囲である。また、線状ＰＰＳ樹脂は、架橋型や半架橋型のＰＰＳ樹脂に比べると、長期耐熱性に優れるばかりでなく溶融時の熱安定性も優れるため加工性にも優れる。
本発明の非晶質ＰＰＳ繊維に使用するＰＰＳ樹脂は、極性有機溶媒中で、アルカリ金属硫化物とジハロ芳香族化合物を重合反応させる方法により得ることができる。アルカリ金属硫化物は、例えば、硫化ナトリウム、硫化リチウム、硫化カリウム等、あるいはこれらの混合物などが使用することができる。これらの中でも硫化ナトリウムが最も経済的に優れることから一般的に用いられる。
また、ジハロ化合物としては、例えば、ｐ−ジクロロベンゼン、ｏ−ジクロロベンゼン、ｍ−ジクロロベンゼンなどのジハロベンゼン、１，４−ジクロロナフタレン等のジハロナフタレン、その他、ジハロ安息香酸、ジハロベンゾフェノン、ジハロフェニルエーテルなどを上げることができるが、物性および経済的観点よりｐ−ジクロロベンゼンが最も好ましく使用される。その他、一般的には、多少の分岐構造を得るために１分子当り２個ではなく３個以上のハロゲン置換基を有するポリハロ芳香族化合物を少量併用することも知られており、トリクロロベンゼンなどが上げられるが、本発明でいう線状樹脂とはこの様な半架橋構造を実質的に有さないものである。
本発明の非晶質ＰＰＳ繊維は、断面形状が好ましくは丸断面であり、繊度が好ましくは１〜２５ｄｔｅｘであり、より好ましくは２〜１５ｄｔｅｘであり、さらに好ましくは３〜１０ｄｔｅｘであり、繊維長が好ましくは３０〜９０ｍｍであり、捲縮数が好ましくは３〜２０個／２５ｍｍである。
本発明の非晶質ＰＰＳ繊維は、前記したＰＰＳ樹脂を用い、溶融紡糸法により得ることができる。ノズルより溶融したＰＰＳ樹脂を押し出し、紡速５００〜２０００ｍ／ｍｉｎで紡糸し、非晶性ＰＰＳ繊維を得る。非晶質ＰＰＳ繊維の捲縮は、一般的に用いられる押し込み式クリンパー等を用いて付与することができる。その際捲縮後に乾燥温度５０〜８０℃、乾燥時間２０分〜１時間にて水分を除去することで捲縮形状を安定させることができる。
本発明の耐熱性繊維は、結晶性ＰＰＳ繊維、アラミド繊維、フッ素繊維、ポリイミド繊維、炭素繊維およびガラス繊維から選ばれる繊維が好ましく、なかでも結晶性ＰＰＳ繊維、アラミド繊維、フッ素繊維であるＰＴＦＥ繊維およびポリイミド繊維から選ばれる繊維がより好ましい。
本発明の耐熱性繊維は、繊度が０．５〜１５ｄｔｅｘ、繊維長が３０〜９０ｍｍ、捲縮数が３〜２０個／２５ｍｍであることが好ましい。
本発明の不織布は、非晶質ＰＰＳ繊維を２０〜１００質量％、耐熱性繊維を０〜８０質量％含む。本発明の不織布の非晶質ＰＰＳ繊維の含有率が２０質量％未満では、得られる不織布の表面の平滑化・低空隙化が不足し、ＶＤＩ試験による負荷後の残留圧力損失／初期の残留圧力損失の値が大きくなる。非晶質ＰＰＳ繊維の含有率は、好ましくは２５〜９５質量％、より好ましくは３０〜９０質量％、さらに好ましくは３５〜８５質量％である。耐熱性繊維の含有量は、好ましくは５〜７５質量％、より好ましくは１０〜７０質量％、さらに好ましくは１５〜６５質量％である。
本発明の不織布は、目付が８０〜４００ｇ／ｍ２であり、好ましくは９０〜３５０ｇ／ｍ２であり、より好ましくは１００〜２５０ｇ／ｍ２である。目付が８０ｇ／ｍ２未満ではろ過材表面にケークが充分に形成されるまでの時間、粒子状物質をろ過材表面に留め置くことができず、ＶＤＩ試験による初期の出口粉塵濃度が高くなり好ましくなく、４００ｇ／ｍ２を超えるとろ過材の初期の残留圧力損失が高くなり好ましくない。
本発明の不織布は、厚みが好ましくは０．６〜４．５ｍｍであり、より好ましくは０．７〜４．０ｍｍであり、さらに好ましくは０．８〜３．０ｍｍである。厚みが０．６ｍｍ未満ではろ過材表面にケークが充分に形成されるまでの時間、粒子状物質をろ過材表面に留め置くことができず、ＶＤＩ試験による初期の出口粉塵濃度が高くなり好ましくなく、４．５ｍｍを超えるとろ過材の初期の残留圧力損失が高くなり好ましくない。
本発明の不織布は、ＶＤＩ試験による負荷後の出口粉塵濃度が好ましくは０．５ｍｇ／ｍ３以下であり、より好ましくは０．４５ｍｇ／ｍ３以下であり、より好ましくは０〜０．３５ｍｇ／ｍ３である。負荷後の出口粉塵濃度が０．５ｍｇ／ｍ３を越えると粉塵がろ過材を素抜けていたと言え好ましくない。
本発明の不織布は、ＶＤＩ試験による初期の出口粉塵濃度が１．５ｍｇ／ｍ３以下であり、より好ましくは１．３ｍｇ／ｍ３であり、さら好ましくは０〜１．２ｍｇ／ｍ３である。初期の出口粉塵濃度が１．５ｍｇ／ｍ３を越えると 使用初期に粉塵が過材を素抜けていると言え好ましくない。
本発明の不織布は、ＶＤＩ試験による負荷後の残留圧力損失／初期の残留圧力損失の値が２．５以下であり、好ましくは２．３以下であり、より好ましくは２．０以下である。残留圧力損失の負荷後／初期の値が２．５を越えると負荷後のろ過材は粉塵による目詰まりのためダスト払い落としをしても残留圧力損失が回復しなくなっていたと言え好ましくない。
本発明の不織布は、ＶＤＩ試験による負荷後の残留圧力損失が好ましくは５００Ｐａ以下であり、より好ましくは４００Ｐａ以下であり、さらに好ましくは３００Ｐａ以下である。
本発明の不織布は、ＶＤＩ試験による初期の残留圧力損失が好ましくは３００Ｐａ以下であり、より好ましくは２５０Ｐａであり、さらに好ましくは２００Ｐａ以下である。
本発明の不織布は以下の方法で得ることができる。まず、非晶性ＰＰＳ繊維と耐熱性繊維を所定の割合で混綿しカードウェッブとした後、あるいは非晶性ＰＰＳ繊維と耐熱性繊維のそれぞれからカードウェッブを作成し積層した後、ニードルパンチやウォータパンチにより交絡し、短繊維不織布を得る。短繊維不織布を得る方法としては、抄紙法やサーマルボンド法、ケミカルボンド法を利用することもできる。その後、得られた短繊維不織布を、温度は好ましくは１１０〜１９０℃、より好ましくは１２０〜１８０℃で、圧力は２０〜５０ｋｇ／ｍ２で加熱・加圧処理を施すことで本発明の不織布が得られる。本発明の不織布は、特には上記加熱温度で加熱・加圧処理することにより、不織布に含まれる非晶性ＰＰＳ繊維の一部が、その断面形状が円形断面から扁平断面に形状変化する、および／または溶融によりフィルム化する、ことによりろ過材として使用する場合表面となる不織布の加熱・加圧処理面（以下、不織布ろ過面という）が平滑化・低空隙化され、不織布ろ過面に対し垂直方向の空隙をつぶす。そのため、不織布をろ過材として使用する場合、不織布ろ過面側から流れ込む対象流体内の粒子状物質の不織布内への侵入を抑え、不織布ろ過面での粒子状物質のトラップ量を増すことができる。
本発明のろ過材用不織布を表面層とし、支持層および補強層とを前記順に積層一体化した３層構造のフェルトとして使用するのも好ましい使用形態である。前記フェルトの好ましい目付としては、主な用途と考えられる、バグフィルターの生産時および集塵機へのフェルト脱着時の取り扱い性、集塵機運転時のフェルトの破断、損傷防止、フェルト生産時の生産性、流体通過量などから３００〜８００ｇ／ｍ２が好ましく、４００〜７００ｇ／ｍ２がより好ましい。
支持層および補強層と積層一体化したフェルトに本発明のろ過材用不織布を使用する場合、ろ過材用不織布を得るための加熱・加圧処理は、表面層、支持層および補強層を積層一体化した後に表面層側から上記温度および圧力で加熱・加圧してもよい。
前記支持層としては、結晶性ＰＰＳ繊維、アラミド繊維、フッ素繊維、ポリイミド繊維、炭素繊維またはガラス繊維のマルチフィラメント、モノフィラメント、または紡績糸からなる目の粗い織物であることが好ましく、その織密度としては、経方向、緯方向ともに８〜４０本／２．５４ｃｍが好ましい。織組織としては、平織り、二重織り、三重織り、綾織り、朱子織りなどがあるが、低コストで汎用的な平織りが好ましい。
前記補強層としては、結晶性ＰＰＳ繊維、アラミド繊維、フッ素繊維、ポリイミド繊維、炭素繊維またはガラス繊維のいずれか一種以上の繊維からなる不織布であることが好ましい。
本発明のろ過材用不織布を表面層とし、支持層および補強層とを前記順に積層一体化したフェルトは、たとえば以下の製造方法によって得られる。まず、非晶性ＰＰＳ繊維と耐熱性繊維を所定の割合で混綿しカードウェッブとし、支持層である結晶性ＰＰＳ繊維、アラミド繊維、フッ素繊維、ポリイミド繊維、炭素繊維またはガラス繊維のマルチフィラメントからなる目の粗い織物と積層し、ニードルパンチにより一体化し、ろ過層と支持層の積層品を作成する。この積層品の支持層側に、結晶性ＰＰＳ繊維、アラミド繊維、フッ素繊維、ポリイミド繊維、炭素繊維またはガラス繊維のいずれか一種以上の短繊維からなるカードウェッブを積層し、さらに両面よりニードルパンチで一体化する。得られた３層構造の積層品をろ過層側から温度１１０〜１９０℃、圧力は２０〜５０ｋｇ／ｍ２の熱カレンダーで加熱・加圧処理し、フェルトを得る。
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。なお、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
（１）繊度
ＪＩＳ Ｌ１０１５（２０１０） ８．５に基づき測定した。
ＪＩＳ Ｌ１０１５（２０１０） ８．５に基づき測定した。
（２）目付
ＪＩＳ Ｌ１９１３（２０１０） ６．２に基づき測定した。
ＪＩＳ Ｌ１９１３（２０１０） ６．２に基づき測定した。
（３）ＶＤＩ試験
ＶＤＩ３９２６試験に準拠し、サンプルサイズ、評価条件等は以下のとおりで測定を実施した。
サンプルサイズ：φ１５４ｍｍ
テストダスト：３．５μｍ、Ｐｕｒａｌ ＮＦ ドイツ製
ダスト濃度：５ｇ／ｍ３
ろ過速度：２ｍ／ｍｉｎ
温度：１６０℃
ダスト払い落とし：１０００Ｐａ
エージング間隔：５ｓｅｃ
パルス圧：０．５ＭＰａ
パルス噴射時間：５０ｍｓｅｃ
テスト方法
（ｉ）１０００Ｐａの払落し圧力損失制御のもとで集じんと払落しを３０回行う。
初期の出口粉塵濃度（ｍｇ／ｍ３）、残留圧力損失（Ｐａ）を測定する。
（ｉｉ）エージング処理は払い落としを５秒間隔で１００００回繰り返す。安定化処理は、エージング後のろ布の集塵性能を安定化させるため、１０００Ｐａの払い落とし圧力損失制御のもとで払い落としを１０回繰り返す。負荷後の出口粉塵濃度（ｍｇ／ｍ３）、残留圧力損失（Ｐａ）を測定する。
ＶＤＩ３９２６試験に準拠し、サンプルサイズ、評価条件等は以下のとおりで測定を実施した。
サンプルサイズ：φ１５４ｍｍ
テストダスト：３．５μｍ、Ｐｕｒａｌ ＮＦ ドイツ製
ダスト濃度：５ｇ／ｍ３
ろ過速度：２ｍ／ｍｉｎ
温度：１６０℃
ダスト払い落とし：１０００Ｐａ
エージング間隔：５ｓｅｃ
パルス圧：０．５ＭＰａ
パルス噴射時間：５０ｍｓｅｃ
テスト方法
（ｉ）１０００Ｐａの払落し圧力損失制御のもとで集じんと払落しを３０回行う。
初期の出口粉塵濃度（ｍｇ／ｍ３）、残留圧力損失（Ｐａ）を測定する。
（ｉｉ）エージング処理は払い落としを５秒間隔で１００００回繰り返す。安定化処理は、エージング後のろ布の集塵性能を安定化させるため、１０００Ｐａの払い落とし圧力損失制御のもとで払い落としを１０回繰り返す。負荷後の出口粉塵濃度（ｍｇ／ｍ３）、残留圧力損失（Ｐａ）を測定する。
（実施例１）
東洋紡株式会社製 非晶質ＰＰＳ繊維（繊度：５．５ｄｔｅｘ、繊維長：６０ｍｍ、断面形状：丸断面）５０質量％と東洋紡株式会社製ＰＰＳ繊維（繊度２．２ｄｔｅｘ、繊維長：６０ｍｍ、断面形状：丸断面）５０質量％を混綿し、ニードルパンチにより交絡した後、温度１２０℃、圧力３５ｋｇ／ｍ２の熱カレンダーロールにて、加熱・加圧処理を実施した。さらに、ろ過面となる不織布表面の毛焼き処理を実施し、目付１００ｇ／ｍ２のろ過材用不織布を得た。
得られたろ過材用不織布の物性測定結果を表１にまとめた。
東洋紡株式会社製 非晶質ＰＰＳ繊維（繊度：５．５ｄｔｅｘ、繊維長：６０ｍｍ、断面形状：丸断面）５０質量％と東洋紡株式会社製ＰＰＳ繊維（繊度２．２ｄｔｅｘ、繊維長：６０ｍｍ、断面形状：丸断面）５０質量％を混綿し、ニードルパンチにより交絡した後、温度１２０℃、圧力３５ｋｇ／ｍ２の熱カレンダーロールにて、加熱・加圧処理を実施した。さらに、ろ過面となる不織布表面の毛焼き処理を実施し、目付１００ｇ／ｍ２のろ過材用不織布を得た。
得られたろ過材用不織布の物性測定結果を表１にまとめた。
（実施例２）
温度１５０℃、圧力３５ｋｇ／ｍ２の熱カレンダーロールにて、加熱・加圧処理を実施した以外は実施例１と同様にして目付１００ｇ／ｍ２のろ過材用不織布を得た。
得られたろ過材用不織布の物性測定結果を表１にまとめた。
温度１５０℃、圧力３５ｋｇ／ｍ２の熱カレンダーロールにて、加熱・加圧処理を実施した以外は実施例１と同様にして目付１００ｇ／ｍ２のろ過材用不織布を得た。
得られたろ過材用不織布の物性測定結果を表１にまとめた。
（実施例３）
温度１７０℃、圧力３５ｋｇ／ｍ２の熱カレンダーロールにて、加熱・加圧処理を実施した以外は実施例１と同様にして目付１００ｇ／ｍ２のろ過材用不織布を得た。
得られたろ過材用不織布の物性測定結果を表１にまとめた。
温度１７０℃、圧力３５ｋｇ／ｍ２の熱カレンダーロールにて、加熱・加圧処理を実施した以外は実施例１と同様にして目付１００ｇ／ｍ２のろ過材用不織布を得た。
得られたろ過材用不織布の物性測定結果を表１にまとめた。
（実施例４）
東洋紡株式会社製 非晶質ＰＰＳ繊維（繊度：１．５ｄｔｅｘ、繊維長：６０ｍｍ、断面形状：丸断面）５０質量％と東洋紡株式会社製ＰＰＳ繊維（繊度２．２ｄｔｅｘ、繊維長：６０ｍｍ、断面形状：丸断面）５０質量％を混綿し、ニードルパンチにより交絡した後、温度１５０℃、圧力３５ｋｇ／ｍ２の熱カレンダーロールにて、加熱・加圧処理を実施した。さらに、ろ過面となる不織布表面の毛焼き処理を実施し、目付１００ｇ／ｍ２のろ過材用不織布を得た。
得られたろ過材用不織布の物性測定結果を表１にまとめた。
東洋紡株式会社製 非晶質ＰＰＳ繊維（繊度：１．５ｄｔｅｘ、繊維長：６０ｍｍ、断面形状：丸断面）５０質量％と東洋紡株式会社製ＰＰＳ繊維（繊度２．２ｄｔｅｘ、繊維長：６０ｍｍ、断面形状：丸断面）５０質量％を混綿し、ニードルパンチにより交絡した後、温度１５０℃、圧力３５ｋｇ／ｍ２の熱カレンダーロールにて、加熱・加圧処理を実施した。さらに、ろ過面となる不織布表面の毛焼き処理を実施し、目付１００ｇ／ｍ２のろ過材用不織布を得た。
得られたろ過材用不織布の物性測定結果を表１にまとめた。
（比較例１）
加熱・加圧処理を実施しない以外は実施例１と同様にして目付１００ｇ／ｍ２のろ過材用不織布を得た。
得られたろ過材用不織布の物性測定結果を表１にまとめた。
加熱・加圧処理を実施しない以外は実施例１と同様にして目付１００ｇ／ｍ２のろ過材用不織布を得た。
得られたろ過材用不織布の物性測定結果を表１にまとめた。
（比較例２）
温度１００℃、圧力３５ｋｇ／ｍ２の熱カレンダーロールにて、加熱・加圧処理を実施した以外は実施例１と同様にして目付１００ｇ／ｍ２のろ過材用不織布を得た。
得られたろ過材用不織布の物性測定結果を表１にまとめた。
温度１００℃、圧力３５ｋｇ／ｍ２の熱カレンダーロールにて、加熱・加圧処理を実施した以外は実施例１と同様にして目付１００ｇ／ｍ２のろ過材用不織布を得た。
得られたろ過材用不織布の物性測定結果を表１にまとめた。
（比較例３）
東洋紡株式会社製ＰＰＳ繊維（繊度２．２ｄｔｅｘ、繊維長：６０ｍｍ、断面形状：丸断面）をニードルパンチにより交絡した後、温度１７０℃、圧力３５ｋｇ／ｍ２の熱カレンダーロールにて、加熱・加圧処理を実施した。さらに、ろ過面となる不織布表面の毛焼き処理を実施し、目付１００ｇ／ｍ２のろ過材用不織布を得た。
得られたろ過材用不織布の物性測定結果を表１にまとめた。
東洋紡株式会社製ＰＰＳ繊維（繊度２．２ｄｔｅｘ、繊維長：６０ｍｍ、断面形状：丸断面）をニードルパンチにより交絡した後、温度１７０℃、圧力３５ｋｇ／ｍ２の熱カレンダーロールにて、加熱・加圧処理を実施した。さらに、ろ過面となる不織布表面の毛焼き処理を実施し、目付１００ｇ／ｍ２のろ過材用不織布を得た。
得られたろ過材用不織布の物性測定結果を表１にまとめた。
（実施例５）
ろ過層として、加熱・加圧処理および毛焼き処理を実施しない以外は実施例２と同様にして目付１００ｇ／ｍ２のろ過層用不織布を作成した。
支持層として、東洋紡株式会社 結晶性ＰＰＳマルチフィラメント繊維（繊度：２５０ｄｔｅｘ、６０フィラメント、引張強度４．３ｃＮ／ｄｔｅｘ）を平織りにして作成した目付８５ｇ／ｍ２の織物を作成した。
補強層として、東洋紡株式会社製 結晶性ＰＰＳ繊維（繊度：２．２ｄｔｅｘ（繊維径：１４．４４μｍ）、繊維長６０ｍｍ、断面形状：丸断面）をニードルパンチにより交絡し、目付４００ｇ／ｍ２の短繊維不織布を作成した。
ろ過層、支持層、および補強層を積層し、ニードルパンチにより交絡し積層一体化し、ろ過層面側から温度１２０℃、圧力３５ｋｇ／ｍ２の熱カレンダーロールにて、加熱・加圧処理を実施した。さらに、ろ過層面の毛焼き処理を実施し、目付５８５ｇ／ｍ２、厚み１．８０ｍｍのフェルトを得た。
得られたフェルトの測定結果を表１にまとめた。
ろ過層として、加熱・加圧処理および毛焼き処理を実施しない以外は実施例２と同様にして目付１００ｇ／ｍ２のろ過層用不織布を作成した。
支持層として、東洋紡株式会社 結晶性ＰＰＳマルチフィラメント繊維（繊度：２５０ｄｔｅｘ、６０フィラメント、引張強度４．３ｃＮ／ｄｔｅｘ）を平織りにして作成した目付８５ｇ／ｍ２の織物を作成した。
補強層として、東洋紡株式会社製 結晶性ＰＰＳ繊維（繊度：２．２ｄｔｅｘ（繊維径：１４．４４μｍ）、繊維長６０ｍｍ、断面形状：丸断面）をニードルパンチにより交絡し、目付４００ｇ／ｍ２の短繊維不織布を作成した。
ろ過層、支持層、および補強層を積層し、ニードルパンチにより交絡し積層一体化し、ろ過層面側から温度１２０℃、圧力３５ｋｇ／ｍ２の熱カレンダーロールにて、加熱・加圧処理を実施した。さらに、ろ過層面の毛焼き処理を実施し、目付５８５ｇ／ｍ２、厚み１．８０ｍｍのフェルトを得た。
得られたフェルトの測定結果を表１にまとめた。
（比較例４）
ろ過層、支持層、および補強層を積層し、ニードルパンチにより交絡し積層一体化し、ろ過層面側から温度１００℃、圧力３５ｋｇ／ｍ２の熱カレンダーロールにて、加熱・加圧処理を実施した。さらに、ろ過層面の毛焼き処理を実施した以外実施例５と同様にして、目付５８５ｇ／ｍ２、厚み１．８０ｍｍのフェルトを得た。
得られたフェルトの測定結果を表１にまとめた。
ろ過層、支持層、および補強層を積層し、ニードルパンチにより交絡し積層一体化し、ろ過層面側から温度１００℃、圧力３５ｋｇ／ｍ２の熱カレンダーロールにて、加熱・加圧処理を実施した。さらに、ろ過層面の毛焼き処理を実施した以外実施例５と同様にして、目付５８５ｇ／ｍ２、厚み１．８０ｍｍのフェルトを得た。
得られたフェルトの測定結果を表１にまとめた。
表１の結果から明らかなように、実施例１〜４のろ過材用不織布は適切な加熱・加圧処理によりろ過材表面形態が最適化されており、濾過性能が向上しており、負荷後の出口粉塵濃度が低く、残留圧力損失の負荷後／初期の値が小さい、すなわちろ過性能の時間変動が少なく寿命の長いろ過材用不織布であると言える。それに比べ、比較例１〜２のろ過材用不織布は、加熱・加圧処理が不適切であるためろ過材表面形態が最適化されておらず、その結果本発明品に比べ性能の劣るろ過材用不織布であると言える。非晶性ＰＰＳ繊維を含まない比較例３のフェルトは、加熱・加圧処理は本発明と同様な処理であるが、結晶性ＰＰＳ繊維１００％を使用しているため、その結果本発明品に比べ性能の劣るろ過材用不織布であると言える。
本発明のろ過材用不織布は、ダストの目詰まりがなく、ダスト払い落とし性が良好で、長期安定して排ガス中のダストろ過が可能な耐久性に優れたろ過材用不織布であり、特にバグフィルタに好適に用いられる不織布であり、産業界への寄与大である。
Claims (7)
- 非晶質ポリフェニレンサルファイド繊維を２０〜１００質量％、耐熱性繊維を０〜８０質量％含み、目付が８０〜４００ｇ／ｍ２の不織布であって、ＶＤＩ試験による初期の出口粉塵濃度が１．５ｍｇ／ｍ３以下であり、ＶＤＩ試験による負荷後の残留圧力損失／初期の残留圧力損失の値が２．５以下であるろ過材用不織布。
なお、「ＶＤＩ試験による初期の出口粉塵濃度」、及び「ＶＤＩ試験による初期の残留圧力損失」とは、下記（ａ）〜（ｈ）のエージング条件下、１０００Ｐａの払落し圧力損失制御のもとで集じんと払落しを３０回行った状態で測定される、出口粉塵濃度（ｍｇ／ｍ ３ ）、残留圧力損失（Ｐａ）を意味する。（ａ）サンプルサイズ：φ１５４ｍｍ、（ｂ）テストダスト：３．５μｍ（Ｐｕｒａｌ ＮＦ ドイツ製）、（ｃ）ダスト濃度：５ｇ／ｍ ３ 、（ｄ）ろ過速度：２ｍ／ｍｉｎ、（ｅ）温度：１６０℃、（ｆ）エージング間隔：５ｓｅｃ、（ｇ）パルス圧：０．５ＭＰａ、（ｈ）パルス噴射時間：５０ｍｓｅｃ
また、「ＶＤＩ試験による負荷後の残留圧力損失」とは、エージング処理（払い落とし：５秒間隔）を１００００回繰り返した後に、エージング後のろ布の集塵性能を安定化させるために、１０００Ｐａの払い落とし圧力損失制御のもとで払い落としを１０回繰り返した状態で測定される、残留圧力損失（Ｐａ）を意味する。 - 非晶質ポリフェニレンサルファイド繊維の繊度が１〜２５ｄｔｅｘであり、繊維長が３０〜９０ｍｍである請求項１に記載のろ過材用不織布。
- 耐熱性繊維が結晶性ＰＰＳ繊維、アラミド繊維、フッ素繊維、ポリイミド繊維、炭素繊維およびガラス繊維のいずれか一種以上から選ばれる繊維含む請求項１または２に記載のろ過材用不織布。
- 請求項１〜３のいずれかのろ過材用不織布をろ過層とし、支持層および補強層と積層一体化したフェルト。
- 請求項４に記載のフェルトを用いたフィルター。
- 非晶質ポリフェニレンサルファイド繊維を２０〜１００質量％、耐熱性繊維を０〜８０質量％含む短繊維不織布を、加熱・加圧処理により前記非晶質ポリフェニレンサルファイド繊維の一部の断面形状を扁平断面に変形させる、および／または溶融によりフィルム化させる、請求項１に記載のろ過材用不織布の製造方法。
- 加熱・加圧処理が温度１１０〜１９０℃、圧力は２０〜５０ｋｇ／ｍ２で処理される請求項６に記載のろ過材用不織布の製造方法。
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