JPWO2018123418A1

JPWO2018123418A1 - エアフィルタ濾材

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Publication number: JPWO2018123418A1
Application number: JP2018558926A
Authority: JP
Inventors: 港加藤; 大輔小森; 玄将大西; 由浩辻; 純稲垣
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2019-10-31
Also published as: CN110072603A; CN110072603B; WO2018123418A1

Abstract

基材層（２）と帯電性を有する細繊維層（３）とを備えたエアフィルタ濾材（１）であって、細繊維層（３）は、ヒンダードフェノール系光安定剤とベンゾトリアゾール系光安定剤とが添加された高分子材料を含む。高分子材料は、体積抵抗率が１０１６Ωｃｍ以上であり、且つ、誘電正接が０．００１以下である。ヒンダードフェノール系光安定剤の重量をＸ、ベンゾトリアゾール系光安定剤の重量をＹとした場合に、０＜（Ｙ／Ｘ）≦１．２５の関係を満たすことを特徴とする。

Description

本発明は、空気浄化を目的とした空気浄化装置などに組み込まれるエアフィルタ濾材に関する。

大気中の塵、埃、花粉等のアレルゲン物質を除去し、浄化する空気浄化装置等に組み込まれているエアフィルタ濾材は、低圧力損失且つ高捕集効率であることが求められている。そのため、エアフィルタ濾材は、コロナ放電や液体浸漬等を利用したエレクトレット処理によりクーロン力や誘起力が付与されている。これにより、エアフィルタ濾材は、物理的捕集機能に加えて帯電捕集機能を有し、使用初期段階においては、高い捕集効率を実現している。しかしながら、様々な環境下での使用により帯電効果が低減していき、捕集効率が低下することが知られている。そのため、エアフィルタ濾材は、様々な使用環境を想定し、例えば高温高湿環境での負荷を与えた後においても、帯電効果を保持していることが求められている。

従来から、エアフィルタ濾材を構成する高分子細繊維にヒンダードアミン系、ベンゾトリアゾール系、ヒンダードフェノール系等の光安定剤を添付し、紡糸後にエレクトレット処理を施すことにより、エアフィルタ濾材が帯電しやすくなるという知見がある。実際にベンゾトリアゾール系光安定剤やヒンダードフェノール系光安定剤を高分子細繊維に添付すると、帯電効果が得られ、捕集効率が向上する。また、複数種類の光安定剤を混合して高分子細繊維に添加しても同様の帯電効果が得られている（例えば、特許文献１または２を参照）。

このように、光安定剤には、紫外光等の光による高分子の劣化を抑制するという本来の用途以外にも、エアフィルタ濾材の捕集効率を向上させるために用いる用途もある。

特開２０１１−６８１０号公報特開２００８−２２１９７４号公報

しかしながら、分析を繰り返すと、光安定剤には物性や化学構造による相性があることが分かった。さらに高分子細繊維に対する各光安定剤の混合量や、相互間の混合割合によっても帯電効果に影響を及ぼすという課題を見出した。

すなわち、複数種類の光安定剤を高分子細繊維に混合することにより、エアフィルタ濾材の製造初期段階での帯電性能は大幅に向上する。しかし、高分子細繊維に対する混合量や相互間の混合割合によっては、高温高湿などの環境負荷を与えた後に、帯電効果が低減することを確認した。言い換えると高分子細繊維に保持された電荷の放出が起こりやすくなる条件（混合量や混合割合）が存在することを確認した。そのため、光安定剤の適切な混合量や混合割合が未知な状況では、環境負荷の影響を受けた後でも所望の捕集効率を実現しようとするとエアフィルタ濾材の目付量を増加させる必要がある。目付量を増加させるということは、経済的にも不利になるだけでなく、圧力損失も増大してしまう。

そこで、本発明では、低圧力損失かつ高捕集効率を実現することはもちろんのこと、環境負荷後においても、高い帯電効果を維持することができるエアフィルタ濾材の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、帯電効果を付与した高分子細繊維に添着する光安定剤の組合せおよび混合割合を鋭意検討して見出したものである。

すなわち、本発明は、基材層と帯電性を有する細繊維層とを備えたエアフィルタ濾材であって、細繊維層は、ヒンダードフェノール系光安定剤とベンゾトリアゾール系光安定剤とが添加された高分子材料を含む。高分子材料は、体積抵抗率が１０^１６Ωｃｍ以上であり、且つ、誘電正接が０．００１以下である。ヒンダードフェノール系光安定剤の重量をＸ、ベンゾトリアゾール系光安定剤の重量をＹとした場合に、０＜（Ｙ／Ｘ）≦１．２５の関係を満たすことを特徴とする。

本発明のエアフィルタ濾材によれば、高温高湿等の環境負荷後の帯電効果の低減を抑制することが可能である。すなわち、エアフィルタ濾材の製造初期段階の帯電効果を高めるだけでなく、環境負荷後も高い帯電効果を維持し、光安定剤による帯電付与効果を最大限発揮することができる。さらに、高分子の細繊維で高い帯電効果が発揮されるため、低目付量でも十分な捕集効率が期待でき、低圧力損失化を実現することができる。

図１は、エアフィルタ濾材の積層構造を示す概略図である。図２は、電界紡糸法および製造工程を説明する概略図である。図３は、比較例１、参考例１および参考例２に対して行った性能評価の結果を示す図である。図４は、実施例１、実施例２，実施例３、比較例１、比較例２、比較例３および比較例４に対して行った性能評価の結果を示す図である。図５Ａは、帯電効果の低下傾向を示す図である。図５Ｂは、環境負荷後においてＨＥＰＡ性能を実現する際の圧力損失が４０Ｐａを越えるポイントを示す図である。

本発明の請求項１に係わるエアフィルタ濾材は、基材層と帯電性を有する細繊維層とを備えたエアフィルタ濾材であって、細繊維層は、ヒンダードフェノール系光安定剤とベンゾトリアゾール系光安定剤とが添加された高分子材料を含む。高分子材料は、体積抵抗率が１０^１６Ωｃｍ以上であり、且つ、誘電正接が０．００１以下である。ヒンダードフェノール系光安定剤の重量をＸ、ベンゾトリアゾール系光安定剤の重量をＹとした場合に、０＜（Ｙ／Ｘ）≦１．２５の関係を満たすことを特徴とする。

これにより、ヒンダードフェノール系光安定剤とベンゾトリアゾール系光安定剤との組み合わせによる相乗効果を得ることができる。

また、本発明の請求項２に係るエアフィルタ濾材は、基材層と帯電性を有する細繊維層とを備えたエアフィルタ濾材であって、細繊維層は、ヒンダードフェノール系光安定剤とベンゾトリアゾール系光安定剤とが添加された高分子材料を含む。高分子材料は、体積抵抗率が１０^１６Ωｃｍ以上であり、且つ、誘電正接が０．００１以下である。ヒンダードフェノール系光安定剤の重量をＸ、ベンゾトリアゾール系光安定剤の重量をＹ、高分子材料の重量をＺとした場合に、Ｘ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）＝５、且つ、０＜Ｙ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）＜６．２５の関係を満たすことを特徴とする。

これにより、高分子材料、ヒンダードフェノール系光安定剤およびベンゾトリアゾール系光安定剤を適切な混合量および混合割合で混合することができる。このようなエアフィルタ濾材を用いることにより、濾材の製造初期の帯電性能だけでなく、環境負荷後も高い帯電性能を維持することが可能となる。また、エアフィルタの圧力損失を大幅に低減させて、空気浄化装置のファンの回転数を抑えるので、低消費電力化を実現することができる。さらに、圧力損失が低下したことにより、空気浄化装置本体の大風量化が期待される。あるいは圧力損失低減分を他の機能として新たに付与することが可能となる。

また、本発明の請求項３に係わるエアフィルタ濾材は、基材層と帯電性を有する細繊維層とを備えたエアフィルタ濾材であって、細繊維層は、ヒンダードフェノール系光安定剤とベンゾトリアゾール系光安定剤とが添加された高分子材料を含む。高分子材料は、体積抵抗率が１０^１６Ωｃｍ以上であり、且つ、誘電正接が０．００１以下である。ヒンダードフェノール系光安定剤の重量をＸ、ベンゾトリアゾール系光安定剤の重量をＹ、高分子材料の重量をＺとした場合に、Ｘ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）＝５、且つ、Ｙ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）＝５．０の関係を満たすことを特徴とする。

これにより、ヒンダードフェノール系光安定剤とベンゾトリアゾール系光安定剤との混合比率のなかで最適な相乗効果を得ることができ、長期間にわたり帯電性能を維持することができる。

また、本発明の請求項４に係わるエアフィルタ濾材は、帯電性を有する細繊維層の平均繊維径が１００ｎｍ以上且つ２０００ｎｍ以下の平均繊維径で構成されることを特徴とする。

これにより、繊維径がナノオーダーであるため、エアフィルタ濾材を平面視で捉えた際の空隙部が小さくなる。すなわち、細繊維の３次元網目構造が形成する細孔が小さくなるため、物理的捕集機能による捕集効率が向上する。また、上述した通り、細繊維層には、高体積抵抗率および低誘電正接の高分子材料を用いている。そのため、紡糸時に付与された多くの電荷を安定保持することが可能で、細繊維間に発生する高い電界強度を長期間にわたって保持することができる。これにより、物理的捕集機能の効率だけでなくクーロン力による捕集効率をも長期間維持することが可能である。

（実施の形態）
以下、図面を参照にしながら本発明におけるエアフィルタ濾材の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する内容は実施の一例に過ぎず、これに限定されるものではない。

図１は、エアフィルタ濾材の積層構造を示す概略図である。図１に示すようにエアフィルタ濾材１は、基材層２と、基材層２の上面に設けた帯電性を有する細繊維層３とを備えた構成である。

エアフィルタ濾材１を構成する基材層２は、ガラス繊維、パルプ繊維、樹脂繊維、炭素繊維および無機繊維、またはそれらの少なくとも１つの繊維によって形成されている。基材層２の製法としては、スパンボンド法、乾式または湿式抄紙法、メルトブローン法、スパンボンド法、エアレイド法、サーマルボンド法などが挙げられる。

エアフィルタ濾材１を構成する細繊維層３は、物理的捕集効果を十分に得るという観点から、常温常圧の環境下においてナノオーダーの細繊維を容易に作製可能な電界紡糸法を用いて製造される。なお、ナノオーダーの繊維径を有する細繊維を作製可能な方法であれば、特に電界紡糸法には限定されない。

図２は、電解紡糸法および製造工程を説明する概略図である。電界紡糸法は、図２に示すように、アース処理が施され、水平移動が可能な搬送手段６と、搬送手段６の上方に配置され、紡糸溶液４を噴霧する高分子溶液専用ノズル５とから構成される製造設備を用いる。

まず、搬送手段６によって基材層２が搬送される。次に、高分子溶液専用ノズル５を基材層２に向け、基材層２に対して紡糸溶液４を噴霧し、基材層２上に細繊維層３を形成する。より具体的には、高分子溶液専用ノズル５と紡糸溶液４との間に＋２０ｋV程度の高電圧を印加する。これにより、高分子溶液専用ノズル５の先端付近の液滴が帯電する。そして、同極性の電荷による静電反発力が液滴の表面張力を上回ると、紡糸溶液４が、アース処理を施した搬送手段６に向かって噴霧され、搬送手段６に載せた基材層２上に細繊維層３を形成する。このように、電界紡糸法では、製造時に高電界を印加するので、細繊維層３に多くの電荷が付与され、後工程で帯電処理を行う必要がない。

なお、電界紡糸法において用いる紡糸溶液４は、細繊維層３を形成するための高分子原料を溶媒に溶解させたものである。溶媒としては、水、有機溶剤、アルコール類等が挙げられる。高分子を溶解させることが可能であれば特に限定されない。具体的には、アセトン、エタノール、メタノール、フェノール、プロパノール、イソプロパノール、クロロホルム、ベンジルアルコール、シクロヘキサン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、四塩化炭素、酢酸、ギ酸、塩化メチレン、トルエン、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ヘキサフロロイソプロパノール（ＨＦＩＰ）などが用いられる。さらに、これらの溶媒を２種類以上混合させて用いることも可能である。

次に、本実施の形態のエアフィルタ濾材１を形成する細繊維層３の特徴を説明する。

細繊維層３は、高分子材料で形成され、帯電性能を向上させる役割を担うヒンダードフェノール系光安定剤およびベンゾトリアゾール系光安定剤を含んでいる。

ここで、高分子材料とヒンダードフェノール系光安定剤とベンゾトリアゾール系光安定剤との重量に占めるヒンダードフェノール系光安定剤の重量％は５重量％である。なお、５重量％とは、４．５重量％から５．４重量％の範囲を含むものとする。好ましくは５．０重量％である。また、高分子材料とヒンダードフェノール系光安定剤とベンゾトリアゾール系光安定剤との重量に占めるベンゾトリアゾール系光安定剤の重量％は、０重量％より多く６．２５重量％未満である。

従来技術の範囲では、光安定剤一種類を単独使用しただけでは、十分な帯電効果が得られない。また、複数種類の光安定剤を混合する場合であっても、光安定剤の組み合わせや混合比率によって、拮抗作用やブリードアウト現象を引き起こす可能性がある。そのため、エアフィルタ濾材の製造初期および高温高湿耐久後の帯電性能が低下してしまうという問題がある。

そこで、本実施の形態のように、ヒンダードフェノール系光安定剤とベンゾトリアゾール系光安定剤とを適量組み合わせ、高分子細繊維に混合することにより、光安定剤の単独使用時以上の帯電効果が得られる。また、エアフィルタ濾材製造初期の性能向上だけでなく、高温高湿に代表される環境負荷後においても帯電効果を維持し、低圧力損失のエアフィルタ濾材でありながら高い捕集効率を実現することが可能である。

なお、光安定剤は、添加量が多過ぎると、添加剤（光安定剤）が細繊維層３の表面付近に析出しやすくなるブリードアウト現象が発生する可能性がある。これは、高分子細繊維の電荷保持機構に、添加剤の導入によるエネルギー状態の変化、高分子中の双極子モーメントによる内部分極、添加剤が不純物となり内部分極に寄与する等が影響を及ぼしていると考えられる。また、水蒸気暴露の影響が強い高温高湿環境下においては、エアフィルタ濾材の製造初期段階に高分子細繊維表面に付与された電荷は大気中に抜けやすい。一方、細繊維内部に保持された電荷は大気中に抜けにくいと考えられる。

すなわち、添加剤の添加量が多く、ブリードアウト現象の影響がある場合は、製造初期の帯電効果は高いが、環境負荷中に細繊維表面近傍の保持電荷は大気中に放出されやすい。そのため、細繊維表面近傍の添加剤効果が弱くなり、エアフィルタ濾材１の帯電効果が低減してしまう可能性がある。

そこで、高分子材料とヒンダードフェノール系光安定剤とベンゾトリアゾール系光安定剤との重量に占めるヒンダードフェノール系光安定剤の重量％が５重量％、且つ、ベンゾトリアゾール系光安定剤の重量％が０重量％より多く６．２５重量％未満の混合比率で添加することが好ましい。なお、濾材の圧力損失に着眼すると、より好ましくは、ヒンダードフェノール系光安定剤の重量％が５重量％、且つ、ベンゾトリアゾール系光安定剤の重量％が５．０重量％である。

また、細繊維層３は、高い帯電性を確保するために、体積抵抗率が、１０^１６Ωｃｍ以上、且つ、誘電正接が０．００１以下の条件を満たす高分子原料を選択することが好ましい。これにより、細繊維中に電荷がトラップされやすくなる。さらに熱エネルギーとして大気中に電荷が放出されにくく、上記の条件を満たす高分子細繊維は電荷を保持しやすい。それにより、さえぎりやブラウン拡散、慣性といった物理的捕集効果だけでなく、強力なクーロン力により、極性の偏りをもつ帯電した粒子が細繊維に引き寄せられる。さらに、非帯電の粒子が誘電分極されて細繊維に吸引されるので、捕集効率が大幅に向上する。

そこで、細繊維層３を形成する高分子として、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニルエーテル（ＰＰＥ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＥＥ）、ポリフェニルスルホン（ＰＰＳＵ）、ペルフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合樹脂（ＦＥＰ）、四フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂（ＥＴＦＥ）など、あるいはこれらの混合物を用いることが可能である。

なお、体積抵抗率が１０^１６Ωｃｍより低い場合、高電圧印加時の細繊維への電荷の蓄積がなく帯電しないため、捕集効率が低下する。また、誘電正接が０．００１より大きい場合、細繊維に付与された電荷が熱エネルギーとして損失しやすいため、大気中に放出されやすく、捕集効率が低下してしまう。そのため、体積抵抗率が１０^１６Ωｃｍ以上、且つ、誘電正接が０．００１以下の高分子原料が好ましい。

また、帯電による粉塵の捕集効果を発揮させるために、細繊維層３は、平均繊維径が１００ｎｍ以上且つ２０００ｎｍ以下の繊維で構成することが好ましい。繊維径が大きい場合、細繊維層３が形成する３次元網目構造の細孔が大きくなる。そうすると、大気中の粉塵等を引き寄せるクーロン力が弱くなり、捕集効率の低下を招くため好ましくない。より好ましい平均繊維径は、１００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下である。

これにより、細繊維層３は、多くの電荷を保持することが可能になるため、３次元網目構造中の繊維間の強いクーロン力により捕集効率を向上させることができる。さらに、細繊維層３は電荷保持能力が高いため、様々な要因で汚染された大気中や高温高湿等の高負荷環境下においても、長期間にわたって高い捕集効率を維持することができる。

さらに、細繊維層３には、空気分子と細繊維表面との界面で発生する相互作用により空気が滑りやすくなるスリップフロー効果が働く。これにより、繊維界面近傍の空気の乱流を抑制することが可能となり、エアフィルタ濾材としての圧力損失の増加を抑制することが可能である。また、細繊維化による表面積の増大により、繊維表面の電荷密度を増加させることができるため、クーロン力による捕集効率はさらに向上する。

また、本実施の形態において帯電強化のために添加する光安定剤は、ヒンダードフェノール系光安定剤およびベンゾトリアゾール系光安定剤を用いることができる。

具体的には、Ｉｒｇａｎｏｘ１０１０（ＢＡＳＦジャパン社製；ペンタエリスリトールテトラキス｛３−（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート｝）、Ｉｒｇａｎｏｘ１０３５（ＢＡＳＦジャパン社製；ビス［３−｛３，５−ジ（ｔｅｒｔ−ブチル）−４−ヒドロキシフェニル｝プロピオン酸］チオビスエチレン）、Ｉｒｇａｎｏｘ１０７６（ＢＡＳＦジャパン社製；オクタデシル−３−（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート）、Ｉｒｇａｎｏｘ１０９８（ＢＡＳＦジャパン社製；Ｎ，Ｎ’−ヘキサン−１，６−ジイルビス｛３−（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオナミド｝）、Ｉｒｇａｎｏｘ５６５（ＢＡＳＦジャパン社製；４−［｛４，６−ビス（オクチルチオ）−１，３，５−トリアジン−２−イル｝アミノ］−２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）、Ｉｒｇａｎｏｘ１１３５（ＢＡＳＦジャパン社製；オクチル−３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシ−ヒドロ肉桂酸）、Ｉｒｇａｎｏｘ１１４１（ＢＡＳＦジャパン社製；２，４−ジメチル−６−（１−メチルペンタデシル）フェノール）、Ｉｒｇａｎｏｘ１３３０（ＢＡＳＦジャパン社製；２，４，６−トリス（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジル）メシチレン）、Ｉｒｇａｎｏｘ１４２５ＷＬ（カルシウムジエチルビス［｛（３，５−ビス（１，１−ジメチルエチル）−４−ヒドロキシフェニル）メチル｝ホスホネート］、Ｉｒｇａｎｏｘ２４５（ＢＡＳＦジャパン社製；ビス［３−（３−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシ−５−メチルフェニル）プロピオン酸］［エチレンビス（オキシエチレン）］、Ｉｒｇａｎｏｘ２５９（ＢＡＳＦジャパン社製；１，６−ヘキサンジオールビス［３−（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオナート］、ＡＯ−４０（ＡＤＥＫＡ社製；４，４’−ブチリデンビス（３−メチル−６−ターシャリーブチル）フェノール）、ＡＯ−３０（ＡＤＥＫＡ社製；１，１，３−トリス−（２−メチル−４−ヒドロキシ−５−ターシャリーブチルフェニル）ブタン）、Ｔｉｎｕｖｉｎ３２６（ＢＡＳＦジャパン社製；２−（２’−ヒドロキシ−３’−ｔｅｒｔ−ブチル−５’−メチルフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾール）、Ｔｉｎｕｖｉｎ２３４（ＢＡＳＦジャパン社製；２−｛２−ヒドロキシ−３，５−ビス（α，α’ジメチルベンジル）フェニル｝−２Ｈ−ベンゾトリアゾール）、Ｔｉｎｕｖｉｎ３２９（ＢＡＳＦジャパン社製；２−（２−ヒドロキシ−５−ｔｅｒｔ−オクチルフェニル）ベンゾトリアゾール）、Ｔｉｎｕｖｉｎ３６０（ＢＡＳＦジャパン社製；２，２’−メチレンビス｛６−（ベンゾトリアゾール−２−イル）−４−ｔｅｒｔ−オクチルフェノール｝）、ＴｉｎｕｖｉｎＰ（ＢＡＳＦジャパン社製；２−（２Ｈ−ベンゾトリアゾール−２−イル）−ｐ−クレゾール）、Ｔｉｎｕｖｉｎ５７１（ＢＡＳＦジャパン社製；２−（２Ｈ−ベンゾトリアゾール−２−イル）−６−ドデシル−４−メチルフェノール）、Ｓｕｍｉｓｏｒｂ２５０（住友化学社製；２−｛２−ヒドロキシ−３−（３，４，５，６−テトラヒドロフタルイミド−メチル）−５−メチルフェニル｝ベンゾトリアゾール）、ＡＤＫＳＴＡＢＬＡ３１（ＡＤＥＫＡ社製；２，２’−メチレンビス｛６−（ベンゾトリアゾール−２−イル）−４−ｔｅｒｔ−オクチルフェノール｝）などが挙げられる。

（実施例）
本発明を、実施例を挙げ以下に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。また、実施例と比較例における評価項目は以下の手法で実施した。

（エアフィルタ濾材の性能評価）
エアフィルタ濾材をダクトに固定し、濾材の通過面風速が６．４５ｃｍ／ｓｅｃとなるようにポンプ流量を設定した。

本実例では、エアフィルタ濾材の性能の指標として下記の（式１）で算出される性能指数Ｑｆ（Ｑｕａｌｉｔｙｆａｃｔｏｒ）値を用いた。

Ｑｆ［１／Ｐａ］＝−ｌｎ（１−捕集効率［％］／１００）／圧力損失［Ｐａ］・・・（式１）
この指標は、Ｑｆ値が大きいほど高性能であることを示す。また、この指標は、評価対象となるエアフィルタ濾材間で圧力損失と捕集効率との両方が異なる場合でも、性能の優劣を判断することが可能である。

ここで、捕集効率は、エアフィルタ濾材の上流側と下流側における大気粉塵の粒子径が０．３〜０．５μｍである粒子数をパーティクルカウンター（カノマックス社製；Ｍｏｄｅｌ３８８７）で１サンプルあたり３回測定し、濾材の上流側と下流側の粒子数の比率から算出した。また、エアフィルタ濾材の圧力損失は、捕集効率の測定と同時に、濾材の上流側と下流側の静圧差を差圧計で測定した。

さらに、本実施の形態では、エアフィルタ濾材の性能の指標として、エアフィルタ濾材がＨＥＰＡ性能（粒子径０．３μｍの粉塵を９９．９７％以上捕集）を実現する際の濾材の圧力損失を用いた。ＨＥＰＡ性能を実現する際の濾材の圧力損失は、（式１）で算出したＱｆ値を基に試算することができる。現在、世の中に流通しているエアフィルタの圧力損失を鑑みると、ＨＥＰＡ性能を実現する際の濾材の圧力損失が４０Ｐａ程度まで低減されると、空気浄化装置のファンの回転数を抑えることができ、低消費電力化に繋がる可能性がある。

また、本実施の形態では、Ｑｆ値およびＨＥＰＡ性能を実現する際の濾材の圧力損失を、製造初期段階および耐久試験後に算出した。耐久試験は、具体的には、温度４０℃および湿度９０パーセントの環境下にエアフィルタ濾材を９６時間保存することで行った。

図３は、比較例１、参考例１および参考例２に対して行った性能評価の結果を示す図である。図４は、実施例１、実施例２，実施例３、比較例１、比較例２、比較例３および比較例４に対して行った性能評価の結果を示す図である。つまり、図３および図４は、以下に説明する参考例、実施例、比較例のそれぞれについての製造初期段階における性能（初期性能）および耐久試験後における性能（耐久後性能）をまとめたものである。なお、図３および図４に記載されている「濾材圧損」とは、上記の「ＨＥＰＡ性能を実現する際の濾材の圧力損失」のことである。また、図４の記載の「混合比率」とは、ヒンダードフェノール系光安定剤とベンゾトリアゾール系光安定剤との混合比率を表している。具体的には、（添加したベンゾトリアゾール系光安定剤の重量）／（添加したヒンダードフェノール系光安定剤の重量）、すなわち、ヒンダードフェノール系光安定剤の重量を１とした場合のベンゾトリアゾール系光安定剤の重量を表している。

（参考例１）
本実施の形態に示す製造方法を用いて、エアフィルタ濾材を作製した。高分子原料としてポリスチレンを用い、ポリスチレンをＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミドに溶解し、ポリスチレン２０重量％溶液を作製した。この溶液に、ヒンダードフェノール系光安定剤であるＩｒｇａｎｏｘ５６５を少量添加し、紡糸溶液を得た。

その後、電界紡糸法を用いて上記紡糸溶液を紡糸し、基材層の上に細繊維層を形成したエアフィルタ濾材を得た。

そして上述した性能評価を行い、その結果を図３に示した。

（参考例２）
上記参考例１と同様の手法を用いてポリスチレン２０重量％溶液を作製した。この溶液に、ベンゾトリアゾール系光安定剤であるＴｉｎｕｖｉｎ３２６を少量添加し、紡糸溶液を得た。

その後、電界紡糸法を用いてエアフィルタ濾材を得た。

そして、参考例１と同様の性能評価を行い、その結果を図３に示した。

（実施例１）
上記参考例１と同様の手法を用いてポリスチレン２０重量％溶液を作製した。この溶液に対して、参考例１で使用したヒンダードフェノール系光安定剤であるＩｒｇａｎｏｘ５６５と参考例２で使用したベンゾトリアゾール系光安定剤であるＴｉｎｕｖｉｎ３２６とを添加して紡糸溶液を得た。各光安定剤の具体的な添加量は、ヒンダードフェノール系光安定剤であるＩｒｇａｎｏｘ５６５が、ポリスチレンとＩｒｇａｎｏｘ５６５とＴｉｎｕｖｉｎ３２６との総重量に対して５重量％である。また、ベンゾトリアゾール系光安定剤であるＴｉｎｕｖｉｎ３２６が、ポリスチレンとＩｒｇａｎｏｘ５６５とＴｉｎｕｖｉｎ３２６との総重量に対して０．５重量％である。すなわち、ヒンダードフェノール系光安定剤とベンゾトリアゾール系光安定剤との混合比率は、１対０．１である。

その後、電界紡糸法を用いてエアフィルタ濾材を得た。

そして、参考例１と同様の性能評価を行い、その結果を図４に示した。

（実施例２）
上記参考例１と同様の手法を用いてポリスチレン２０重量％溶液を作製した。この溶液に、ヒンダードフェノール系光安定剤であるＩｒｇａｎｏｘ５６５と、ベンゾトリアゾール系光安定剤であるＴｉｎｕｖｉｎ３２６とを添加して紡糸溶剤を得た。

実施例２では、ヒンダードフェノール系光安定剤であるＩｒｇａｎｏｘ５６５は、実施例１と同様にポリスチレンとＩｒｇａｎｏｘ５６５とＴｉｎｕｖｉｎ３２６との総重要に対して５重量％添加した。また、ベンゾトリアゾール系光安定剤であるＴｉｎｕｖｉｎ３２６は、実施例１よりも多く、ポリスチレンとＩｒｇａｎｏｘ５６５とＴｉｎｕｖｉｎ３２６との総重要に対して２．５重量％添加した。すなわち、ヒンダードフェノール系光安定剤とベンゾトリアゾール系光安定剤との混合比率は、１対０．５である。

その後、電界紡糸法を用いてエアフィルタ濾材を得た。

（実施例３）
上記参考例１と同様の手法を用いてポリスチレン２０重量％溶液を作製した。この溶液に、ヒンダードフェノール系光安定剤であるＩｒｇａｎｏｘ５６５と、ベンゾトリアゾール系光安定剤であるＴｉｎｕｖｉｎ３２６とを添加して紡糸溶剤を得た。

実施例３では、ヒンダードフェノール系光安定剤であるＩｒｇａｎｏｘ５６５は、実施例１と同様にポリスチレンとＩｒｇａｎｏｘ５６５とＴｉｎｕｖｉｎ３２６との総重要に対して５重量％添加した。また、ベンゾトリアゾール系光安定剤であるＴｉｎｕｖｉｎ３２６は、実施例２よりもさらに多く、ポリスチレンとＩｒｇａｎｏｘ５６５とＴｉｎｕｖｉｎ３２６との総重要に対して５．０重量％添加した。すなわち、ヒンダードフェノール系光安定剤とベンゾトリアゾール系光安定剤との混合比率は、１対１．０である。

その後、電界紡糸法を用いてエアフィルタ濾材を得た。

（比較例１）
上記参考例１と同様の手法を用いてポリスチレン２０重量％溶液を作製した。この溶液に、ベンゾトリアゾール系光安定剤およびベンゾトリアゾール系光安定剤を何れも添加せず、紡糸溶液を得た。

その後、電界紡糸法を用いてエアフィルタ濾材を得た。

そして、参考例１と同様の性能評価を行い、その結果を図３および図４に示した。

（比較例２）
上記参考例１と同様の手法を用いてポリスチレン２０重量％溶液を作製した。この溶液に、ヒンダードフェノール系光安定剤であるＩｒｇａｎｏｘ５６５と、ベンゾトリアゾール系光安定剤であるＴｉｎｕｖｉｎ３２６とを添加して紡糸溶剤を得た。

比較例２では、ヒンダードフェノール系光安定剤であるＩｒｇａｎｏｘ５６５は、実施例１と同様にポリスチレンとＩｒｇａｎｏｘ５６５とＴｉｎｕｖｉｎ３２６との総重要に対して５重量％添加した。また、ベンゾトリアゾール系光安定剤であるＴｉｎｕｖｉｎ３２６は、実施例３よりもさらに多く、ポリスチレンとＩｒｇａｎｏｘ５６５とＴｉｎｕｖｉｎ３２６との総重要に対して７．５重量％添加した。すなわち、ヒンダードフェノール系光安定剤とベンゾトリアゾール系光安定剤との混合比率は、１対１．５である。

その後、電界紡糸法を用いてエアフィルタ濾材を得た。

（比較例３）
上記参考例１と同様の手法を用いてポリスチレン２０重量％溶液を作製した。この溶液に、ヒンダードフェノール系光安定剤であるＩｒｇａｎｏｘ５６５と、ベンゾトリアゾール系光安定剤であるＴｉｎｕｖｉｎ３２６とを添加して紡糸溶剤を得た。

比較例３では、ヒンダードフェノール系光安定剤であるＩｒｇａｎｏｘ５６５は、実施例１と同様にポリスチレンとＩｒｇａｎｏｘ５６５とＴｉｎｕｖｉｎ３２６との総重要に対して５重量％添加した。また、ベンゾトリアゾール系光安定剤であるＴｉｎｕｖｉｎ３２６は、比較例２よりさらに多く、ポリスチレンとＩｒｇａｎｏｘ５６５とＴｉｎｕｖｉｎ３２６との総重要に対して１０．０重量％添加した。すなわち、ヒンダードフェノール系光安定剤とベンゾトリアゾール系光安定剤との混合比率は、１対２．０である。

その後、電界紡糸法を用いてエアフィルタ濾材を得た。

（比較例４）
上記参考例１と同様の手法を用いてポリスチレン２０重量％溶液を作製した。この溶液に、ヒンダードフェノール系光安定剤であるＩｒｇａｎｏｘ５６５と、ベンゾトリアゾール系光安定剤であるＴｉｎｕｖｉｎ３２６とを添加して紡糸溶剤を得た。

比較例４では、ヒンダードフェノール系光安定剤であるＩｒｇａｎｏｘ５６５は、実施例１と同様にポリスチレンとＩｒｇａｎｏｘ５６５とＴｉｎｕｖｉｎ３２６との総重要に対して５重量％添加した。また、ベンゾトリアゾール系光安定剤であるＴｉｎｕｖｉｎ３２６は、比較例３よりもさらに多く、ポリスチレンとＩｒｇａｎｏｘ５６５とＴｉｎｕｖｉｎ３２６との総重要に対して１５．０重量％添加した。すなわち、ヒンダードフェノール系光安定剤とベンゾトリアゾール系光安定剤との混合比率は、１対３．０である。

その後、電界紡糸法を用いてエアフィルタ濾材を得た。

（比較結果）
図３および図４は、上記の性能評価の結果を表した図である。

図３に示すように、光安定剤を添加していない比較例１は、ＨＥＰＡ性能を実現する際の濾材圧損（初期性能）は５０．７Ｐａだが、耐久試験後は帯電効果が低下し、８４．５Ｐａまで濾材圧損が増加する。

ヒンダードフェノール系光安定剤を添加した参考例１と比較例１とを比較すると、初期性能はほとんど同等だが、参考例１は、耐久試験後も性能が低下することなく、帯電効果を維持することが可能である。ベンゾトリアゾール系光安定剤を添加した参考例２と比較例１とを比較すると、参考例２は、初期性能が向上する。しかし、耐久後性能は低下しており、環境負荷後の帯電効果に課題があることがわかる。

このように、光安定剤の種類によって、得られる帯電効果には差があり、光安定剤の組合せも重要な因子であることがわかる。

図４に示すように、ヒンダードフェノール系光安定剤およびベンゾトリアゾール系光安定剤を添加した実施例１、実施例２および実施例３は、比較例１と比較して初期性能および耐久後性能共に高い水準を維持している。

また、実施例１、実施例２および実施例３は、光安定剤を単独で使用した参考例１および参考例２と比較すると、単独使用時以上の帯電性能を発揮することがわかる。これは単純な相乗効果が得られているだけでなく、ヒンダードフェノール系光安定剤とベンゾトリアゾール系光安定剤との化学構造の相性や高分子材料との相溶性が良いと考えられる。そのため、細繊維内部で電荷を保持しやすい帯電機構が形成されていると考えられる。

さらに、ヒンダードフェノール系光安定剤の添加量を５重量％で固定し、ベンゾトリアゾール系光安定剤の添加量を０．５重量％から１５．０重量％まで変化させた実施例１、実施例２、実施例３、比較例２、比較例３および比較例４について検討する。

ベンゾトリアゾール系光安定剤の添加量が０．５重量％から１０．０重量％へと増加するに伴い、初期性能は向上する傾向がある。しかし、ベンゾトリアゾール系光安定剤を１５．０重量％添加すると初期性能が低下する傾向を確認した。

一方、耐久後性能は、ベンゾトリアゾール系光安定剤の添加量が０．５重量％から５．０重量％の間では、高い帯電効果を維持している。その中でも特に、ベンゾトリアゾール系光安定剤を５．０重量％添加した実施例３は、多くの電荷を保持していることがわかる。しかしながら、ベンゾトリアゾール系光安定剤の添加量が７．５重量％以上になると、初期性能と比較して耐久後性能が大幅に低下してしまう。これは、光安定剤の添加量が多くなり、光安定剤が細繊維の表面近傍にブリーミングしたことが原因であると考えらえる。これにより、エアフィルタ濾材は、水蒸気暴露等の影響を受けやすくなり、保持していた電荷が大気中に放出されやすくなったためであると考えられる。

また、ブリードアウト現象の影響で帯電効果が低下傾向にあるのは、ベンゾトリアゾール系光安定剤を５．０重量％より多く添加した場合に確認される。

上述したように、ＨＥＰＡ性能を実現する際の濾材の圧力損失が４０Ｐａ程度まで低減されると、空気浄化装置のファンの回転数を抑えることができ、低消費電力化に繋がる可能性がある。そのため、図４において、濾材圧損が４０Ｐａ以下の場合に〇印を付けた。〇印は、空気浄化装置に用いるエアフィルタ濾材として好適であることを示している。一方で、図４において濾材圧損が４０Ｐａを超える場合に×印を付けた。×印は、空気浄化装置に用いるエアフィルタ濾材として不向きであることを示している。

そこで、ベンゾトリアゾール系光安定剤の添加量が５．０重量％から１５．０重量％の範囲において、濾材圧損が４０Ｐａとなる添加量について、図５Ａおよび図５Ｂを用いて検討する。図５Ａは、帯電効果の低下傾向を示す図である。図５Ｂは、環境負荷後においてＨＥＰＡ性能を実現する際の圧力損失が４０Ｐａを越えるポイントを示す図である。図５Ａに示すように、帯電効果の低下は、ベンゾトリアゾール系光安定剤の添加量の増加に比例していると考えられる。そこで、図５Ｂに示すように、実測値から近似式ｙ＝２．５４５１ｘ＋２４．１１４を導いた。そしてこの近似式を用いて算出すると、環境負荷後においてＨＥＰＡ性能を実現する際の圧力損失（ｙ）が４０Ｐａを超えるのは、ベンゾトリアゾール系光安定剤の添加量（ｘ）が６．２５重量％以上のときであることが導出された。なお、ベンゾトリアゾール系光安定剤の添加量が６．２５重量％の場合におけるヒンダードフェノール系光安定剤とベンゾトリアゾール系光安定剤との混合比率は、１対１．２５である。

すなわち、高分子細繊維にヒンダードフェノール系光安定剤およびベンゾトリアゾール系光安定剤を適した混合割合で添加することにより、光安定剤の単独使用以上の電荷保持能力を発揮することが可能である。この電荷保持能力は環境負荷にも耐え、高捕集性能且つ低圧力損失を実現可能なエアフィルタ濾材が得られる。

本発明におけるエアフィルタ濾材は、高温高湿等の環境負荷後においても高い帯電効果を発揮可能で、低圧力損失且つ高捕集効率を実現するものである。従って、長期間にわたって安定した性能維持が可能であるため、家庭用および産業用の空気浄化装置のエアフィルタ濾材として利用することができる。

１エアフィルタ濾材
２基材層
３細繊維層
４紡糸溶液
５高分子溶液専用ノズル
６搬送手段

Claims

基材層と帯電性を有する細繊維層とを備えたエアフィルタ濾材であって、
前記細繊維層は、ヒンダードフェノール系光安定剤とベンゾトリアゾール系光安定剤とが添加された高分子材料を含み、
前記高分子材料は、体積抵抗率が１０^１６Ωｃｍ以上であり、且つ、誘電正接が０．００１以下であり、
前記ヒンダードフェノール系光安定剤の重量をＸ、前記ベンゾトリアゾール系光安定剤の重量をＹとした場合に、０＜（Ｙ／Ｘ）≦１．２５の関係を満たすことを特徴とするエアフィルタ濾材。
前記高分子材料の重量をＺとした場合に、Ｘ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）＝５、且つ、０＜Ｙ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）＜６．２５の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載のエアフィルタ濾材。
Ｙ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）＝５．０の関係を満たすことを特徴とする請求項２に記載のエアフィルタ濾材。
前記細繊維層は、１００ｎｍ以上且つ２０００ｎｍ以下の平均繊維径で構成されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のエアフィルタ濾材。