JPH08290026A - エアーフィルター材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ２種類以上の繊維からなる繊維シート材であ
って、当該繊維に油剤の付着が無く、且つ帯電せしめら
れている。帯電手段は揉み加工又は高電圧の印加により
行う。 【効果】 エアーフィルター材として微粒子の捕集効率
が高く、且つその捕集効率が長期間維持され、経時的に
捕集効率が低下することがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、居室、工場、自動車内
などにおける空気を浄化するための空気清浄機のフィル
ターや、防塵マスクなどに使用される、エアーフィルタ
ー材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にエアーフィルター材としては、空
気中の粒子の捕集高率が高く、空気中の細かい粒子まで
確実に捕集することが要求される。また一方では、空気
がエアーフィルター材を通る際の圧力損失が小さく、小
さい圧力で大量の空気を通過させることができることが
求められる。

【０００３】しかしながら一般に、捕集効率を高めるた
めにはフィルター材の目を詰めて繊維密度を高くする必
要があるが、そうすると圧力損失が大きくなる。また圧
力損失を小さくするために目を粗くすると、捕集効率が
低下するのであって、捕集効率と圧力損失とを両立させ
ることは困難である。

【０００４】近年、圧力損失が小さく且つ捕集効率が大
きいエアーフィルター材として、エレクトレットフィル
ターが出現している。このものは繊維を帯電させ、静電
気で微粒子を捕集するものであって、例えば特公平４−
３３９０４号公報や、特開平６−１３４２２５に記載さ
れたものが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらかかるエ
レクトレットフィルターでは、繊維を紡糸する際に電荷
を付与したり、荷電したフィルムを割繊したりして繊維
を作る必要があり、少量のフィルターを作るには適切で
はなかった。

【０００６】また通常の繊維で不織布を形成した後高電
圧をかけるなどして電荷を付与することもできるが、か
かるフィルターでは帯電させた静電気が経時的に放電
し、捕集効率が低下する。

【０００７】本発明はかかる事情に鑑みなされたもので
あって、圧力損失が小さく、且つ経時的に捕集効率が変
化することのない、エレクトレットフィルターを提供す
ることを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決する手段】而して本発明のエアーフィルタ
ー材は、２種類以上の繊維からなる繊維シート材であっ
て、当該繊維に油剤の付着が無く、且つ帯電せしめられ
ていることを特徴とするものである。

【０００９】このエアーフィルター材においては、前記
繊維シート材が、ポリオレフィン繊維と、ポリ塩化ビニ
ール又はポリ塩化ビニリデンの繊維とよりなるものであ
ることが好ましい。

【００１０】また本発明のエアーフィルター材の製造方
法は、２種類以上の繊維を混合して三次元的に交絡させ
て繊維シート材を形成し、当該繊維シート材に付着して
いる油剤などを除去し、然る後前記繊維シート材に揉み
加工を施して前記繊維に帯電させることを特徴とするも
のである。

【００１１】またこの方法における繊維の帯電手段とし
て、前記繊維シート材に高電圧を印加することにより帯
電せしめることもできる。

【００１２】本発明のエアーフィルター材は、不織布な
どの繊維シート材よりなっており、当該繊維シート材
は、２種類以上の異る繊維を混合し、これらを三次元的
に交絡させることにより形成されている。

【００１３】繊維シート材を構成する２種以上の繊維の
組合わせは、摩擦帯電序列ができるだけ離れた組合わせ
を採用するのが好ましい。摩擦帯電序列が離れているこ
とにより、エアーフィルター材に帯電させたときに電荷
の安定性が良好であり、帯電が長期間維持できる。

【００１４】また繊維シート材を構成する２種以上の繊
維のうち少くとも１種は、疎水性繊維を使用するのが好
ましい。疎水性繊維は公定水分率が小さい繊維であっ
て、公定水分率が１０％未満、好ましくは５％未満、さ
らに好ましくは１％未満であることが望ましい。

【００１５】かかる繊維としては、ポリオレフィン繊
維、ポリ塩化ビニル繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維、ポ
リフッ化エチレン繊維、ガラス繊維などの、事実上公定
水分率が０％であると見做し得る繊維や、アクリロニト
リル繊維、ポリエステル繊維などの公定水分率が５％未
満の繊維を使用することができる。

【００１６】これらの疎水性繊維は、公定水分率が大き
い繊維と併用することもできるが、疎水性繊維のみを２
種以上組合わせて使用するのが、より好ましい。特に、
ポリオレフィン繊維と、ポリ塩化ビニル又はポリ塩化ビ
ニリデンの繊維とを組合わせて使用するのが好ましい。

【００１７】ポリオレフィン繊維としては、ポリエチレ
ン繊維、ポリプロピレン繊維、エチレン−プロピレン共
重合体繊維などを使用することができ、ポリプロピレン
繊維を使用するのが最も好ましい。

【００１８】またポリ塩化ビニル又はポリ塩化ビニリデ
ンの繊維は、それらのホモポリマーの繊維であってもよ
く、また塩化ビニル又は塩化ビニリデンと他の単量体と
の共重合体の繊維であっても差支えない。例えば塩化ビ
ニルを共重合させたアクリル系繊維を使用することもで
きる。

【００１９】ポリオレフィン繊維と、ポリ塩化ビニル又
はポリ塩化ビニリデンの繊維との混合比率は、３０：７
０〜８０：２０が適当であり、好ましくは４０：６０〜
７０：３０とするのが適当である。これらの繊維の太さ
は、エアーフィルター材としての用途や要求される性能
によっても異るが、概ね１〜１００μ程度とするのが適
当である。

【００２０】また羊毛と、ポリオレフィン繊維又はポリ
エステル繊維との組合わせも好ましい組合わせである。
羊毛は公定水分率が１６％と大きいが、摩擦により正に
帯電し易く、負に帯電するポリオレフィン繊維又はポリ
エステル繊維と組合わせることにより、良好な結果が得
られる。

【００２１】２種類以上の繊維を混合して繊維シートを
形成する手段としては、当該２種類以上の繊維を混紡し
てカーディングし、シート状に成形して、当該シートに
対して乾式ニードル又はウォーターニードルなどによ
り、三次元的な繊維の交絡を生ぜしめるのが好ましい。

【００２２】また一般に繊維は、加工性を良好ならしめ
るために、潤滑剤、静電防止剤など各種の油剤が塗布さ
れているが、油剤が付着したままでは繊維に親水性があ
り、帯電処理を施しても十分に帯電しないので、帯電処
理に先立って油剤を除去することが必要である。

【００２３】油剤を除去する方法としては、５０℃以上
の温水、アルコールなどの溶剤、ノニオン系の洗浄剤な
どで洗浄することができる。油剤除去の程度は、メタノ
ール注出分法（ＪＩＳＬ１０１５化学ステープル試験方
法）で測定して０．２％未満であれば、油剤が除去され
ていると見做すことができる。

【００２４】繊維シート材の油剤を除去したのち、当該
繊維シート材に帯電処理を施す。帯電処理の手段として
は、アーク放電などにより高電圧を印加して帯電させる
ことができる。電圧は高いほどより強く帯電させること
ができるが、過度に高いと繊維シート材にピンホールが
生じる恐れがあるので、３〜１０KV／cmとするのが適当
である。繊維のガラス転移点以上の温度で電圧を印加す
る場合には、３〜５KV／cm程度が適当である。

【００２５】またより簡単な方法として、繊維シート材
を揉み加工を施すことにより帯電させることができる。
揉み加工は、機械的に行うこともできるが、必要に応じ
て手で揉むことにより行うこともできる。

【００２６】なお予め油剤を除去した繊維を混紡し、カ
ーディングして繊維シート材を形成することにより、カ
ーディングの際の摩擦により揉み加工を施したと同様に
帯電させることもできるが、そこで生じた静電気により
作業性が低下して皺が生じたりすることがあり、必ずし
も好ましくない。

【００２７】

【作用】本発明のエアーフィルター材は、繊維に付着し
た油剤が除去されており、且つ帯電せしめられているの
で、そこに空気を通すことにより空気中の微粒子が帯電
した繊維に吸着し、除去される。

【００２８】通常のエレクトレットフィルターにおいて
は、コロナ放電などにより高電圧を印加して帯電させる
ことが行われており、本発明においても同様の帯電処理
を行うことができる。

【００２９】また本発明のエアーフィルター材は、２種
類以上の繊維を混合して使用しているので、高電圧を印
加することによる帯電処理を行うことなく、単に機械的
な揉み加工を施すことにより、異る繊維同士の摩擦によ
り静電気分極が起り、容易に帯電させることができる。

【００３０】而して本発明のエアーフィルター材におい
ては、繊維シート材が２種類以上の繊維よりなっている
ので、単一の繊維からなるフィルター材に比べて、より
多くの静電気を発生すると共に、発生した静電気を保持
し続けることができ、外部に漏洩することが少い。

【００３１】この理由は必ずしも明らかではないが、恐
らく次のような現象に基くものではないかと推測され
る。

【００３２】すなわち、単一の繊維よりなるエアーフィ
ルター材では、高電圧を印加して帯電させるので、全体
に亙って正又は負のいずれかに帯電している。従って経
時的に徐々に放電して静電気が失われると共に、逆の電
荷をもった微粒子が吸着することによっても静電気が失
われ、徐々に捕集効率が低下する。

【００３３】これに対し本発明のエアーフィルター材で
は、２種類以上の繊維を混合して形成されているので、
それらの異る繊維の摩擦によって局部的に正と負とに分
極して帯電する。そのため繊維シート材の表面において
は放電により電荷が失われることがあっても、その内部
においては静電気が安定しており、それによって微粒子
を吸着することができる。

【００３４】また電荷をもった微粒子が吸着することに
より局部的に電荷が失われ、また経時的に放電して帯電
量が減少するが、エアーフィルター材の使用雰囲気下に
おける種々の原因による微振動により、異る繊維同士の
摩擦が生じ、そこで新たに正・負に分極して静電気が生
じるため、経時的に帯電量が減少して捕集効率が低下す
ることがない。

【００３５】本発明のエアーフィルター材においては、
繊維シート材内において、正に帯電した部分と負に帯電
した部分とが混在していると考えられる。そのため、繊
維シート材の表面電位を測定しても、その結果が必ずし
もエアーフィルター材の荷電状態を反映していないよう
であり、表面電位と微粒子の捕集効率との間に相関関係
が見られない。

【００３６】

【発明の効果】従って本発明によれば、長期間に亙って
帯電が維持されるので、空気中の微粒子を吸着して捕捉
し、エレクトレットエアーフィルター材として長期に亙
って優れた捕集効率を維持することができる。

【００３７】また静電気により微粒子を吸着するので、
捕集効率を高めるために繊維密度を高くする必要がな
く、空気を通す際の圧力損失が小さく、小さい動力で大
量の空気を濾過し、効率よく微粒子を捕集することがで
きる。

【００３８】また繊維をシートに成形した状態で油剤を
除去し、帯電処理を施すので、特殊な繊維を準備する必
要がなく、通常の繊維を使用してエレクトレットエアー
フィルター材を製作することができ、小ロットの生産が
可能である。

【００３９】

【実施例】

［実施例１］ポリプロピレン繊維（チッソポリプロ２．
５ｄ×７６mm）６０重量％と、塩化ビニル共重合アクリ
ル系繊維（鐘淵化学社製カネカロン３ｄ×７６mm）４０
重量％とを混紡し、カード機でシートを形成し、当該シ
ートを乾式ニードル機で１００本／cm²の回数でニード
ルパンチを施し、繊維を交絡させて、厚さ３mmの繊維シ
ート材を形成した。

【００４０】この繊維シート材を７０℃の温水で１０分
間水洗して油剤を除去し、脱水乾燥した後、１００℃で
５分間揉み加工を施して静電気を発生させ、エレクトレ
ットエアーフィルター材を得た。このフィルター材は目
付１２３ｇ／ｍ²、厚さ２．７mmであり、油剤は０．１
７％であった。

【００４１】［実施例２］ポリプロピレン繊維（チッソ
ポリプロ２．５ｄ×７６mm）６０重量％と、ポリ塩化ビ
ニル繊維（帝人社製テビロン５ｄ×５１mm）４０重量％
とを混紡し、以下実施例１と同様に操作して、エレクト
レットエアーフィルター材を得た。このフィルター材は
目付１１６ｇ／ｍ²、厚さ２．３mmであり、油剤は０．
１４％であった。

【００４２】［実施例３］ポリプロピレン繊維（チッソ
ポリプロ２．５ｄ×７６mm）６０重量％と、羊毛繊維
（太さ２５μ）４０重量％とを混紡し、以下実施例１と
同様に操作して、エレクトレットエアーフィルター材を
得た。このフィルター材は目付１３０ｇ／m²、厚さ２．
８mmであり、油剤は０．２％以下であった。

【００４３】［実施例４］ポリプロピレン繊維（チッソ
ポリプロ２．５ｄ×７６mm）６０重量％と、アクリル繊
維（三菱レーヨン社製ボンネル３ｄ×５１mm太さ２５
μ）４０重量％とを混紡し、以下実施例１と同様に操作
して、エレクトレットエアーフィルター材を得た。この
フィルター材は目付１２９ｇ／ｍ²、厚さ２．９mmであ
り、油剤は０．２％以下であった。

【００４４】［実施例５］ポリエステル繊維（帝人社製
テトロン３ｄ×７６mm）６０重量％と、羊毛繊維（太さ
２５μ）４０重量％とを混紡し、羊毛フェルトの縮充工
程により目付３８０ｇ／ｍ²、厚さ３mmの繊維シート材
を形成した。

【００４５】この繊維シート材を７０℃の温水で１０分
間洗浄して油剤を除去し、脱水乾燥した後、１００℃で
５分間揉み加工を施して静電気を発生させ、エレクトレ
ットエアーフィルター材を得た。このフィルター材にお
ける油剤は、０．２％以下であった。

【００４６】［実施例６］実施例１において、繊維シー
ト材に対する帯電手段として、揉み加工に代えて電圧
（−１７ＫＶ／３cm×５分）を印加して静電気を発生さ
せて、エレクトレットエアーフィルター材を得た。この
フィルター材の目付、厚さ及び油剤は、実施例１と同一
であった。

【００４７】「実施例７］ポリエステル繊維（帝人社製
テトロン３ｄ×７６mm）６０重量％と、塩化ビニル共重
合アクリル系繊維（鐘淵化学社製カネカロン６ｄ×７６
mm）４０重量％とを混紡し、以下実施例１と同様に操作
して、エレクトレットエアーフィルター材を得た。この
フィルター材は目付１１２ｇ／ｍ²、厚さ２．８mmであ
り、油剤は０．１８％であった。

【００４８】［実施例８］実施例７の方法により形成さ
れたシートの下に目付４０ｇ／ｍ²のポリエステルスパ
ンボンドを重ね、実施例１に記載したと同様のニードル
パンチを施してシートとスパンボンドとを接合し、以下
実施例１と同様に操作して、目付１３２ｇ／ｍ²のエレ
クトレットエアーフィルター材を得た。

【００４９】このフィルター材における繊維の比率は、
ポリエステル繊維７３％（混紡シートのポリエステル４
２％、スパンボンドポリエステル３１％）、ポリ塩化ビ
ニル繊維２７％であった。

【００５０】［実施例９］ポリ塩化ビニル繊維（帝人社
製テビロン５ｄ×５１mm）６０重量％と、塩化ビニル共
重合アクリル系繊維（鐘淵化学社製カネカロン３ｄ×７
６mm）４０重量％とを混紡し、以下実施例１と同様に操
作して、エレクトレットエアーフィルター材を得た。こ
のフィルター材における目付は９５ｇ／ｍ²、油剤は
０．２％以下であった。

【００５１】［実施例１０］実施例９の方法により形成
されたシートの下に目付４０ｇ／ｍ²のポリエステルス
パンボンドを重ね、実施例１に記載したと同様のニード
ルパンチを施してシートとスパンボンドとを接合し、以
下実施例１と同様に操作して、目付１３５ｇ／ｍ²のエ
レクトレットエアーフィルター材を得た。

【００５２】このフィルター材における繊維の比率は、
ポリエステル繊維３０％、ポリ塩化ビニル系繊維７０％
（テビロン４２％、カネカロン２８％）であった。

【００５３】［比較例１］塩化ビニル共重合アクリル系
繊維（鐘淵化学社製カネカロン３ｄ×７６mm）を単独で
使用して、カード機で目付１００ｇ／ｍ²のシートを形
成し、乾式ニードル機で１００本／cm²の回数でニード
ルパンチを施し、繊維を交絡させて、厚さ３mmの繊維シ
ート材を形成した。

【００５４】この繊維シート材を７０℃の温水で１０分
間水洗して油剤を除去し、脱水乾燥した後、１００℃で
５分間揉み加工を施して静電気を発生させ、エレクトレ
ットエアーフィルター材を得た。このフィルター材は目
付１２３ｇ／ｍ²、厚さ２．７mmであり、油剤は０．２
％以下であった。

【００５５】［比較例２］ポリ塩化ビニル繊維（帝人社
製テビロン５ｄ×５１mm）を単独で使用して、比較例１
と同様に操作して、エレクトレットエアーフィルター材
を得た。このフィルター材における油剤は０．２％以下
であった。

【００５６】［比較例３］ポリプロピレン繊維（チッソ
ポリプロ２．５ｄ×７６mm）を単独で使用して、以下比
較例１と同様に操作して、エレクトレットエアーフィル
ター材を得た。このフィルター材における油剤は０．２
％以下であった。

【００５７】［比較例４］ポリエステル繊維（帝人社製
テトロン３ｄ×７６mm）を単独で使用して、以下比較例
１と同様に操作して、エレクトレットエアーフィルター
材を得た。このフィルター材の油剤は０．２％以下であ
った。

【００５８】［比較例５］前記実施例１において、油剤
洗浄処理を行うことなく、その他は実施例１と同様に操
作して、エレクトレットエアーフィルター材を得た。こ
のフィルター材の油剤は０．３５％であり、目付及び厚
さは実施例１と同じであった。

【００５９】［比較例６］前記実施例１において、揉み
加工を行うことなく、その他は実施例１と同様に操作し
て、エレクトレットエアーフィルター材を得た。このフ
ィルター材の目付、厚さ及び油剤は実施例１と同じであ
った。

【００６０】［比較例７］比較例１において、繊維シー
ト材に対する帯電手段として、揉み加工に代えて電圧
（−２０ＫＶ／３cm×５分）を印加して静電気を発生さ
せて、その他は実施例１と同様に操作して、エレクトレ
ットエアーフィルター材を得た。このフィルター材の目
付、厚さ及び油剤は、比較例１と同一であった。

【００６１】［比較例８］比較例３において、繊維シー
ト材に対する帯電手段として、揉み加工に代えて電圧
（−１５ＫＶ／３cm×５分）を印加して静電気を発生さ
せて、その他は実施例３と同様に操作して、エレクトレ
ットエアーフィルター材を得た。このフィルター材の目
付、厚さ及び油剤は、比較例３と同一であった。

【００６２】［比較例９］比較例４において、繊維シー
ト材に対する帯電手段として、揉み加工に代えて電圧
（−１０ＫＶ／３cm×５分）を印加して静電気を発生さ
せて、その他は実施例４と同様に操作して、エレクトレ
ットエアーフィルター材を得た。荷電直後の電位は５．
４Ｖであった。またこのフィルター材の目付、厚さ及び
油剤は、比較例４と同一であった。

【００６３】［比較例１０］比較例８において、油剤洗
浄処理を行うことなく、その他は比較例８と同様に操作
をして（但し印加電圧は−１９ＫＶ／３cm×５分）、エ
レクトレットエアーフィルター材を得た。荷電直後の電
位は２．０Ｖであり、油剤は０．４１％であり、目付及
び厚さは比較例４と同一であった。

【００６４】［試験方法］ 捕集効率 上記各実施例及び比較例のエレクトレットエアーフィル
ター材について、それぞれ８０mmΦのフィルター面に毎
分１５リットルの空気を通し、そのフィルター通過前後
の空気中に含まれる、０．３〜５μの微粒子の数をパー
ティクルカウンターで計数した。捕集効率は次の式で算
出した。

【００６５】

【数１】捕集効率＝（１−フィルター前個数／フィルタ
ー後個数）×１００％ そして試験開始直後、１日後及び７日後の捕集効率を測
定し、経時的な捕集効率の変化を見た。 圧力損失 各フィルター材に、１５リットル／３０mmΦで空気を通
し、フィルター材の通過による圧力損失を測定し、mmＡ
ｑで現した。

【００６６】［試験結果］試験の結果を表１に示す。

【００６７】

【表１】 表１によれば、本発明により微粒子の捕集効率が高く、
且つその捕集効率が長期間維持され、経時的に捕集効率
が低下することがない。実施例においては表面電位を測
定しても安定したデータが得られなかったが、その表面
電位の大きさとは無関係に、極めて高い捕集効率を示し
た。

【００６８】これに対し単一の繊維よりなるエアーフィ
ルター材に関する比較例１〜４，７〜１０においては、
微粒子の捕集効率が低く、しかも経時的に捕集効率が低
下しているのである。ポリオレフィンを使用した比較例
３，７では、捕集効率の経時変化は小さいが、捕集効率
の値が小さい。

【００６９】また２種類以上の繊維よりなるものであっ
ても、油剤除去操作を経ていないものは、比較例５に示
されるように捕集効率が極端に小さく、エレクトレット
エアーフィルター材としての効果を有しない。また帯電
処理を施していない比較例６においても捕集効率が小さ
い。

【００７０】本発明において帯電処理の手段として、揉
み加工により行う方法と、高電圧を印加する方法とがあ
るが、実施例１と６との比較からも理解できるように、
揉み加工のほうが捕集効率が高いが、高電圧を印加する
方法によっても十分に高い捕集効率を有し、且つその経
時的低下が小さい。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２種類以上の繊維からなる繊維シート材
   であって、当該繊維に油剤の付着が無く、且つ帯電せし
   められていることを特徴とする、エアーフィルター材
2. 【請求項２】 前記繊維シート材が、ポリオレフィン繊
   維と、ポリ塩化ビニール又はポリ塩化ビニリデンの繊維
   とよりなることを特徴とする、請求項１に記載のエアー
   フィルター材
3. 【請求項３】 ２種類以上の繊維を混合して三次元的に
   交絡させて繊維シート材を形成し、当該繊維シート材に
   付着している油剤などを除去し、然る後前記繊維シート
   材に揉み加工を施して前記繊維に帯電させることを特徴
   とする、エアーフィルター材の製造方法
4. 【請求項４】 ２種類以上の繊維を混合して三次元的に
   交絡させて繊維シート材を形成し、当該繊維シート材に
   付着している油剤などを除去し、然る後前記繊維シート
   材に高電圧を印加して前記繊維に帯電させることを特徴
   とする、エアーフィルター材の製造方法