JP6907481B2 - ネット複合濾材 - Google Patents

Description

本発明は建物内に外気を入れる際、あるいは建物内空気を循環させながら空気調和を行う際に使用されるフィルターや、自動車、列車等の車両用や家庭用、業務用の空気清浄機などに用いられるフィルター用途に好適な濾材等に関するものである。

従来、建物内や、自動車、列車等の車両室内等の人が生活する空間内の粒子状物質を除去するフィルターには、ガラス繊維濾紙や合成繊維からなる不織布が濾材として一般に使用されている。特に最近は、合成繊維からなるエレクトレット化された不織布（エレクトレット不織布）と強度付与および粉塵保持の役目を果たす補強層とを積層し、濾過面積を大きくするためプリーツ形状にしたものが使用されている。

エレクトレット不織布に使用される不織布としては、スパンボンド不織布やメルトブロー不織布、スパンレース不織布、ニードルパンチ不織布等があり、単層であるいは複数を積層して用いられる。ここで、不織布における粒子捕集効率は、一般に、目付量、繊維径等により調整が可能である。

一方で、エレクトレット不織布は、粉塵やオイルミストの負荷により、静電気力が弱まり、微細塵粒子の捕集効率が低下することが知られている。特許文献１は、複数のエレクトレット不織布からなる複合不織布において、通気方向の上流側に液体帯電した不織布を設けることで捕集効率の低下を抑制している。

特許５４７５５４１号 特開２００５−２９６８２５号公報

ここで、引用文献１のように液体帯電した不織布にて粉塵やオイルミストの浸透をより低減するには、繊維径を細くし、目付量を上げる必要がある。しかしながら、そうすると、今度は、圧力損失の増加、目詰まりによる粉塵保持量の低下を引き起こす。また通気方向の下流側の不織布との積層方法によっては、上下流不織布層の間に粉塵やオイルミストが浸透していくため、捕集効率は低下する。また、補強のための補強層を積層すると捕集効率がさらに低下する。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑みなされ、その目的は、捕集効率の低下を抑制しつつも、圧力損失が低く、粉塵保持量に優れた濾材およびそれを用いた高性能なフィルター、また、濾材の製造方法を提供することにある。

本発明者らは鋭意検討した結果、以下に示す構成により、上記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。すなわち、本発明は以下のとおりである。
１．水流荷電方式にて荷電された不織布からなる上流層と、水流荷電方式にてあるいは摩擦帯電方式にて荷電された不織布からなる下流層と、前記上流層と前記下流層との間に、厚みが０．１〜１．５ｍｍ、目開きが１ｍｍ^２以上１００ｍｍ^２未満の補強ネットと、を備え、使用時に、前記上流層が前記下流層よりも通気方向の上流に配置されることを特徴とするネット複合濾材。
２．前記補強ネットは熱融着成分を有することを特徴とする上記１に記載のネット複合濾材。
３．上記１または２に記載のネット複合濾材を用いたことを特徴とするフィルター。
４．不織布からなる上流層と、補強層と、不織布からなる下流層と、が記載の順に積層され、前記上流層が前記下流層よりも通気方向の上流に配置されて使用される濾材の製造方法であって、前記上流層の不織布を単独で水流荷電方式で荷電する工程と、前記下流層の不織布を単独で水流荷電方式にてあるいは摩擦帯電方式にて荷電する工程と、を含み、前記補強層として、厚みが０．１〜１．５ｍｍ、目開きが１ｍｍ^２以上１００ｍｍ^２未満の補強ネットを用いることを特徴とする製造方法。

本発明により、捕集効率の低下を十分に抑制しつつも、圧力損失が低く、粉塵保持量に優れた濾材を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
本発明の濾材（ネット複合濾材）は、水流荷電方式にて荷電された不織布からなる上流層と、水流荷電方式にてあるいは摩擦帯電方式にて荷電された不織布からなる下流層と、前記上流層と前記下流層との間に、厚みが０．１〜１．５ｍｍ、目開きが１ｍｍ^２以上１００ｍｍ^２未満の補強ネットと、を備え、使用時に、前記上流層が前記下流層よりも通気方向の上流に配置される。この構成により、捕集効率の低下を十分に抑制しつつも、圧力損失が低く、粉塵保持量に優れた濾材が得られる。

上流層をなす不織布は、粉塵やオイルミストを負荷されても、一定の捕集効率を維持する必要がある。そのため、荷電処理が施されたエレクトレット不織布が好ましい。中でも水流荷電方式にて荷電されたエレクトレット不織布は、初期の捕集効率が高く、好ましい。エレクトレット不織布の製法は、スパンボンド不織布やメルトブロー不織布が好ましく、材質はポリプロピレン、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、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸等のポリエステル系樹脂が好ましく、なかでもポリプロピレンが、エレクトレット化が容易である点で特に好ましい。また繊維径は０．１μｍ〜５０μｍであることが好ましい。繊維径が０．１μｍより小さいと圧力損失が増加し、またシートとしての剛性が不足するため好ましくない。繊維径が５０μｍより大きいと、繊維表面積が小さくなるため、粒子捕集効率が著しく低下する。また、目付は５〜１００ｇ／ｍ^２であることが好ましい。目付が５ｇ／ｍ^２より小さいと、シートとしての剛性が不足し、また目付が１００ｇ／ｍ^２より大きいと、圧力損失が増加し、好ましくない。

本発明の濾材の上流層をなす不織布には、水流荷電方式にて荷電された不織布（被荷電シート）を用いる。水流荷電方式にて荷電する際、被荷電シートに噴射する水溶液は、ｐＨが７を超えることが好ましい。ｐＨが７以下の水溶液を使用した場合は、被荷電シートを高度にエレクトレット化することが困難である。水溶液の種類については、特に限定されるわけではないが、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、次亜塩素酸塩、アンモニア、アンモニウム塩、アミン類、炭酸塩、炭酸水素塩等が溶解している水溶液が挙げられる。なお、界面活性剤や有機溶剤は被荷電シートへの水溶液の浸透性を高めるだけでなく、被荷電シート表面に被膜を形成し、被荷電シートの高エレクトレット化を妨げるため、該水溶液中に含有されないほうがよい。

被荷電シートに前記水溶液を噴射する場合、被荷電シートを通気度５０■４００ｃｍ³／ｃｍ²／秒の網状支持体に載せ、この上方より水溶液を噴射するとともに、該網状支持体の下方を減圧状態とすることが好ましい。前記通気度はＪＩＳ Ｌ１０９６に記載のフランジール形試験機を用いて測定できる。網状支持体とは、具体的には金属ヤーンやプラスチックヤーンの織物からなる多孔構造物であり、平織り、綾織り、朱子織りなどの織り形状が挙げられる。金属素材としてはステンレス、ブロンズ等、またプラスチック素材としてはポリプロピレン、ポリエステル、ポリウレタン、ナイロン、ポリフェニレンサルファイドなどが挙げられる。

水流荷電方式にて荷電する際、水溶液を、例えば、被荷電シートの数ｃｍ上方に設置したシートの幅方向に沿って、多数のオリフィスを有するノズルより、水溶液が該シートを通過するのに十分な圧力で噴射する。通過するのに十分な圧力は、被荷電シートの目付によって異なる。例えば、目付が５〜２０ｇ／ｍ²のものでは０．３〜２ＭＰａ、２０〜５０ｇ／ｍ²のものでは０．６〜３ＭＰａ、５０〜１００ｇ／ｍ²のものでは１〜４ＭＰａであることが好ましい。圧力が高すぎると、被荷電シートにピンホールが開き、濾過性能が低下してしまう。また圧力が低すぎることで被荷電シート内を水溶液が十分に通過することができなければ被荷電シートを高度にエレクトレット化することができない。ノズルは直径０．０５〜０．２ｍｍのオリフィスをピッチ０．５〜３ｍｍで１列、または複数列配置したものが好ましい。また網状支持体を可動とし、被荷電シートをその長手方向に搬送させることにより噴射処理を連続的に行うことができる。その搬送速度は特に限定されないが、好ましい範囲を挙げると１〜１００ｍ／分である。また最適な噴射回数や処理面（片面か両面か）は被荷電シートの目付や平均繊維径に依存するため特に限定されない。

また水溶液の噴射と同時に、網状支持体の下方を、排気ブロアー等を用いて減圧状態とすることが好ましい。吸引負圧は特に限定されないが、２００〜２０００ｍｍＡｑが好ましい。減圧状態にすると、被荷電シート内を水溶液が十分に通過でき、被荷電シートを高度にエレクトレット化することができる。

被荷電シートに水溶液噴射処理した後の乾燥方法については、従来公知の方法が使用可能である。例えば、熱風乾燥法、真空乾燥法、または自然乾燥法等の方法が適用可能である。なかでも熱風乾燥法は、連続処理が可能であるため好ましい。熱風乾燥法の場合、乾燥温度としてはエレクトレットを消失させない程度の温度にする必要がある。好ましくは１２０℃以下、より好ましくは１００℃以下、さらに好ましくは８０℃以下にするのがよい。また、熱風乾燥前に、予備乾燥として、ニップロール、吸水ロール、またはサクション吸引等によって過剰な水分を取り除いておくとより好ましい。

本発明の濾材の下流層をなす不織布には、上記同様の水流荷電方式にて荷電された不織布、あるいは摩擦帯電方式にて荷電された不織布（摩擦帯電得不織布）を用いる。下流層をなす不織布にエレクトレット機能を有する摩擦帯電不織布を用いる場合、この摩擦帯電不織布は、ポリエステル系繊維を少なくとも２０質量％とポリオレフィン系繊維を少なくとも３０質量％とを含んでなり、該摩擦帯電不織布中にリン原子および／またはイオウ原子が３００ｐｐｍ以上含有されていることが好ましい。リン原子および／またはイオウ原子は、ホスフィン酸化合物及び／またはスルホン酸化合物としてポリエステル分子鎖と共重合して存在していることが好ましい。このような摩擦帯電不織布は、例えば特許文献２に開示されているような公知の方法にて作成することができ、難燃性と濾過性能とに優れている。

ポリオレフィン系繊維にはリン系添加剤やイオウ系添加剤が含まれてもよい。リン系添加剤としてはトリス（２、４−ジ−t−ブチルフェニル）ホスフェイト、ビス（２、４−ジ−t−ブチルフェニル）ペンタエリスリトールホスフェイトなどが挙げられる。またイオウ系添加剤としては３，３’−チオジプロピオン酸ジラウリル、３，３’−チオジプロピオン酸ジミリスチルなどが挙げられる。前記添加剤含有ポリオレフィン系繊維とポリエステル系繊維からなる濾材は、添加剤を含んでいないポリオレフィン系繊維とポリエステル系繊維からなる濾材と比較して高い捕集効率を示す。捕集効率が高いほど、少ない目付量で要求を満足できるため、同じ捕集効率のエレクット化メルトブロー不織布やスパンボンド不織布と比べて圧力損失を下げることができる。

本発明の濾材の下流層に摩擦帯電得不織布を用いる場合、摩擦帯電得不織布に含まれるポリエステル系繊維には、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、芳香族ポリエステルを用いることができる。またポリエステル分子鎖には、ホスフィン酸化物及び／またはスルホン酸化合物が共重合されていることが好ましい。前記共重合ポリエステルとポリオレフィン系繊維からなる不織布は、標準ポリエステルとポリオレフィン系繊維からなる不織布と比較して帯電レベルが高く、また難燃性にも優れている。

ポリオレフィン系繊維とポリエステル系繊維の繊維径は１０〜２０μmが好ましい。かかる範囲であれば低圧力損失であり、かつ微細塵を十分に除去できるためである。混合割合は３０：７０〜７０：３０が好ましい。かかる範囲であれば有効に荷電することができるためである。

繊維の断面の形状は特に限定されず、円形、三角形、矩形、異形など何れでもよいが、より好ましくは円形である。例えば矩形断面の繊維であると、繊維同士の接触面積が増大し、有効繊維表面積の減少を引き起こすからである。繊維断面形状は直線部を有さない形状であれば、真円に限らず楕円形などでもよい。またその繊維長は、該繊維から上記摩擦帯電不織布を形成するためのシート化手段にもよるが、１０〜１００ｍｍが好ましく、より好ましくは３０〜８０ｍｍである。かかる範囲であれば、該繊維のカーディングにおいて、より均一なウェブを作製することができるからである。

シート化手段は特に限定しないが、繊維を混繊してカーディングによりウェブを作製し、それらをニードルパンチやウォーターパンチ等で繊維を交絡させる手段であるのが好ましい。不織布の厚み方向に繊維が配向するため、メルトブロー不織布やスパンボンド不織布に比べて、厚み方向全体で粉塵を保持することができ、超音波接合に伴う粉塵目詰まりによる粉塵保持量の低下も抑制することができる。ニードルパンチやウォーターパンチ等の絡合手段は必ずしも単独である必要は無く、組み合わせて利用してもよい。繊維間の絡合が強くなり、剥離強度が向上するからである。ウォーターパンチを実施する場合は、液体の接触による電荷の消失を防ぐために、摩擦帯電工程の前に実施するのが好ましい。

本発明の濾材に用いる補強ネットの材質は、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。補強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、上流層と下流層の不織布を熱で接着することができる。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。

本発明の濾材において、補強ネットは補強や接着効果を与えるだけでなく、上流層と下流層の不織布の間に空隙を設ける役割を果たす。これにより、本発明の濾材に粉塵やオイルミストを負荷しても、下流層をなす不織布にまで浸透することはなく、捕集効率の低下を低減することができる。さらに、発明者等は、補強ネットまで浸透したオイルミストが毛管現象により上流層側へと上がっていくことを見出した。これらの効果により、捕集効率の低下を同等程度にしながらも、上流層をなす不織布の低目付化や太繊維径化が可能になる。つまりは、本発明の濾材の圧力損失を下げ、粉塵保持量も向上できる。

上記ネットの繊維径は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、また圧力損失に対しても有利である。また厚みは０．１〜１．５ｍｍが好ましい。０．１ｍｍより薄いと剛性が低くなるばかりか、下流側のエレクトレット不織布にオイルミストが浸透しやすくなり、捕集効率の低下が大きくなる。１．５ｍｍより厚いと、フィルターとした時の圧力損失が高くなり、好ましくない。

上流層と補強ネットと下流層との積層は公知の方法にて行えばよく、特に限定しないが、接着樹脂による方法や、熱可塑性樹脂を用いた熱処理、超音波を用いた方法が挙げられる。

本発明のフィルターは、本発明の濾材を用いるものであり、例えば、プリーツ加工や、枠への取付加工または枠との一体加工、などが施されていてもよい。また、本発明のフィルターは、本発明の濾材に他の材料を組み合わせて形成されていてもよい。フィルターの使用時には、上流層を下流層よりも通気流の上流側に配置させる。

以下に実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。もちろん、本発明は、下記の実施例に限定されるものではなく、前・後記の趣旨に適合しうる範囲で適宜変更することも可能である。そして、それら適宜変更したものも本発明の技術的範囲に含まれる。

まず、後述の実施例および比較例により作成した濾材の特性の測定方法について説明する。

（圧力損失）
濾材をダクト内に設置し、空気濾過速度が１０ｃｍ／秒になるよう大気を通気させ、濾材の上流と下流との静圧差を差圧計にて読み取り、圧力損失（Ｐａ）を測定した。

（粒子捕集効率）
濾材をダクト内に設置し、空気濾過速度が１０ｃｍ／秒になるよう大気を通気させ、濾材の上流と下流とにおける０．３〜０．５μｍ粒子の個数濃度をパーティクルカウンターにて計測し、次式にて粒子捕集効率を算出した。
粒子捕集効率（％）＝｛１−（下流側濃度／上流側濃度）｝×１００

（ＰＡＯ粒子負荷後の粒子捕集効率）
濾材をダクト内に設置し、粒子濃度が１００ｍｇ／ｍ^３、濾過速度が１０ｃｍ／秒になるように調整したＰＡＯ粒子混合気体を通気させ、供給量が２５ｇ／ｍ^２になるまで負荷した後、粒子捕集効率を測定した。

〔実施例１〕
ポリプロピレン製メルトブロー不織布Ａ（目付１５ｇ／ｍ^２）とポリプロピレン製メルトブロー不織布Ｂ（目付１５ｇ／ｍ^２）を、それぞれ単独で水流荷電方式にてエレクトレット化した。

エレクトレット化したメルトブロー不織布Ａとポリプロピレンネット（目付５０ｇ／ｍ^２）、及びエレクトレット化したメルトブロー不織布Ｂを、この順番になるよう、１３５℃の熱ロールにて熱融着させ、ネット複合濾材を得た。得られたネット複合濾材を、エレクトレット化したメルトブロー不織布Ａが通気方向の上流層となるよう配置にして、各特性を測定した結果を表１に示す。

〔参考例１〕
ポリプロピレン製メルトブロー不織布Ａ（目付１５ｇ／ｍ２）を水流荷電方式にてエレクトレット化した。また円形断面ポリプロピレン繊維（宇部日東化成株式会社製、２．２ｄｔｅｘ、５１ｍｍ）と、リンを含有する難燃性の円形断面ポリエステル繊維（東洋紡株式会社製、１．７ｄｔｅｘ、４４ｍｍ）を１：１の重量比で混綿、カーディングして目付１５ｇ／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（ＰＫ−１０３、三井化学株式会社製）を積層後３ＭＰａの高圧水を連続的に噴霧して交絡させると同時に油剤を除去、乾燥し積層体を作成した。前記積層体を針密度３１本／ｃｍ２にてニードルパンチ処理を行い、摩擦帯電（エレクトレット化）と交絡を同時に行って、全目付３０ｇ／ｍ２の摩擦帯電不織布Ｃを得た。

エレクトレット化したメルトブロー不織布Ａとポリプロピレンネット（目付５０ｇ／ｍ^２）、及び摩擦帯電不織布Ｃを、この順番になるよう、１３５℃の熱ロールにて熱融着させ、ネット複合濾材を得た。得られたネット複合濾材を、エレクトレット化したメルトブロー不織布Ａが通気方向の上流層となるように配置して、各特性を測定した結果を表１に示す。

〔比較例１〕
ポリプロピレン製メルトブロー不織布Ａ（目付１５ｇ／ｍ^２）とポリプロピレン製メルトブロー不織布Ｂ（目付１５ｇ／ｍ^２）を、それぞれ単独で水流荷電方式にてエレクトレット化した。

エレクトレット化したメルトブロー不織布Ａとエレクトレット化したメルトブロー不織布Ｂを、１６０℃で溶融させたホットメルト接着剤２ｇ／ｍ^２を用いて貼りあわせ複合不在を得た。得られた複合濾材を、エレクトレット化したメルトブロー不織布Ａが通気方向の上流層となるように配置して、各特性を測定した結果を表１に示す。

〔比較例２〕
ポリプロピレン製メルトブロー不織布Ａ（目付１５ｇ／ｍ^２）を水流荷電方式にてエレクトレット化した。また円形断面ポリプロピレン繊維（宇部日東化成株式会社製、２．２ｄｔｅｘ、５１ｍｍ）と、リンを含有する難燃性の円形断面ポリエステル繊維（東洋紡績株式会社製、１．７ｄｔｅｘ、４４ｍｍ）を１：１の重量比で混綿、カーディングして目付１５ｇ／ｍ^２の混繊ウェブを作製し、これに１５ｇ／ｍ^２のポリプロピレンスパンボンド不織布（ＰＫ−１０３、三井化学株式会社製）を積層後３ＭＰａの高圧水を連続的に噴霧して交絡させると同時に油剤を除去、乾燥し積層体を作成した。前記積層体を針密度３１本／ｃｍ^２にてニードルパンチ処理を行い、摩擦帯電と交絡を同時に行って、全目付３０ｇ／ｍ^２の摩擦帯電不織布Ｃを得た。

エレクトレット化したメルトブロー不織布Ａと摩擦帯電不織布Ｃを、１６０℃で溶融させたホットメルト接着剤２ｇ／ｍ^２を用いて貼りあわせ複合濾材を得た。この得られた複合濾材について測定した値を表１に示す。得られた複合濾材を、エレクトレット化したメルトブロー不織布Ａが通気方向の上流層となるように配置して、各特性を測定した結果を表１に示す。

表１から分かるように、水流荷電方式にて荷電された不織布からなる上流層と水流荷電方式にてあるいは摩擦帯電方式にて荷電された不織布からなる下流層との間に、厚みが０．１〜１．５ｍｍ、目開きが１ｍｍ^２以上１００ｍｍ^２未満の補強ネットを配置させ、上流層を下流層よりも通気方向の上流に配置して使用した実施例１，２は、比較例１，２に比べて、捕集効率の低下を十分に抑制しつつ、圧力損失が低く、粉塵保持量に優れていることが分かる。

なお、上記開示した実施の形態および各実施例はすべて例示であり制限的なものではない。また、実施の形態および各実施例で開示した構成を適宜組み合わせた実施の形態や実施例も本発明に含まれる。つまり、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって有効であり、特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内のすべての変更・修正・置き換え等を含むものである。

本発明の濾材は、圧力損失や粉塵保持量に優れており、長時間使用可能である。そのため、特に、フィルター用途において産業上の有用性は高い。

Claims (4)

1. 水流荷電方式にて荷電された不織布からなる上流層と、
   水流荷電方式にて荷電された不織布からなる下流層と、
   前記上流層と前記下流層との間に、厚みが０．１〜１．５ｍｍ、目開きが１ｍｍ^２以上１００ｍｍ^２未満の補強ネットと、を備え、
   前記補強ネットはポリプロピレンから成り、
   前記上流層が前記下流層よりも通気方向の上流に配置されて使用されることを特徴とするネット複合濾材。
2. 上記補強ネットは熱融着成分を有することを特徴とする請求項１に記載のネット複合濾
   材。
3. 請求項１または２に記載のネット複合濾材を用いたことを特徴とするフィルター。
4. 不織布からなる上流層と、補強層と、不織布からなる下流層と、が記載の順に積層され、前記上流層が前記下流層よりも通気方向の上流に配置されて使用される濾材の製造方法であって、
   前記上流層の不織布を単独で水流荷電方式で荷電する工程と、前記下流層の不織布を単独で水流荷電方式にて荷電する工程と、を含み、
   前記補強層として、厚みが０．１〜１．５ｍｍ、目開きが１ｍｍ^２以上１００ｍｍ^２未満であり、ポリプロピレンから成る補強ネットを用いることを特徴とする製造方法。