WO2015111172A1 - 機能性エアフィルター - Google Patents

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WO2015111172A1
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sheath
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清敏 向井
康浩 林
佐野　昌隆
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泰陽株式会社
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Definitions

  • the present invention is an air filter that is used by being attached to a vent of an air conditioner or an air purifier, and more specifically, it can effectively maintain a hygiene function that suppresses the growth of spiders and germs for a long period of time, and has safety.
  • the present invention relates to a functional air filter that is high and has deodorizing properties.
  • This type of air filter is generally a knitted fabric made of a monofilament made of a thermoplastic resin, and a compound having antibacterial properties in the material resin at the monofilament spinning stage, such as an organic halogen compound, an unsaturated carbonyl compound, an amide It is formed by kneading an appropriate amount of additives such as a compound based on triazole and a triazole based compound.
  • additives such as a compound based on triazole and a triazole based compound.
  • these compounds are generally inferior in heat resistance, so they may be decomposed and altered by the heating temperature at the time of melt spinning, and special moldings such as using a special raw material resin to keep the molding temperature as low as possible. Consideration is often necessary.
  • the spun yarn has a problem in terms of stability over time because the particles exposed on the filament surface are eluted and exhibits antibacterial properties. Some are seen. Some antibacterial compounds use the antibacterial effect of metal ions such as silver, copper, and zinc, which is excellent in terms of safety, but the antibacterial effect may be lost due to metal surface oxidation. Yes, we cannot expect a stable effect over time.
  • the deodorizing means is roughly classified into a method of spraying a deodorizing agent and neutralizing it by a chemical reaction with a substance such as ammonia or formaldehyde, which is a base of off-flavor, and a method of adsorbing by contacting with a deodorizing agent.
  • the deodorizer used is activated carbon, zeolite, calcium carbonate, etc. having the shape of a porous granular material, and when this porous granular material is blended with a thermoplastic resin to form a monofilament, it is exposed to the filament surface layer.
  • the functional additive in the case of fibers extruded by kneading the functional additive into the master batch in the raw material resin in advance, the functional additive often enters the inside of the fiber and does not come out on the surface. The function it has cannot be fully demonstrated.
  • the object of the present invention is to spin the fiber material with good productivity and to solve the manufacturing problem as having excellent knitting efficiency.
  • the functional air filter of the present invention is an intersection of a weft and a diametrical thread composed of a core and a thermoplastic core-sheath composite monofilament of a composite fiber having a lower melting point resin as a sheath.
  • the functional air filter of the present invention is characterized in that, in the above (1), the particles are mixed particles in which fine particles are fixed on the surface of coarse particles.
  • the coarse particles are silica, alumina, zirconia, titania, or a mixture thereof, and the fine particles are platinum, gold, silver, copper It is characterized by being metal particles such as nickel and stainless steel, or a mixture of these metal particles with catechin.
  • the exposure of the particles from the surface of the sheath material is obtained by stretching a composite monofilament containing the particles in the longitudinal direction.
  • the exposure of the particles from the surface of the sheath material is obtained by rotating a composite monofilament containing the particles. It is characterized by being.
  • the core material can provide the necessary strength, and the sheath material has functions such as deodorant, antimicrobial, and antioxidant properties. Sex is obtained.
  • the fine particles since the mixed particles with fine particles fixed on the surface of the coarse particles are exposed from the surface of the sheath material, the fine particles have excellent functionality such as deodorant, antimicrobial, and antioxidant properties. The effect of is demonstrated directly. Moreover, even if the filter is washed with water, the mixed particles are not easily detached from the sheath material, so that the functionality is maintained for a long time.
  • the presence of the mixed particles contributes to improvement in dimensional stability and heat resistance of the composite monofilament constituting the air filter against environmental changes such as temperature and humidity changes. Furthermore, the mixed particles are blended only in the low melting point sheath material, and are extruded from the high melting point core material in the stretching operation so as to be exposed from the surface of the thin sheath material. Is exposed. Moreover, since the intersection of the weft and the warp is pressure-bonded and the sheath material is heat-sealed with each other, the dimension in the thickness direction of the air filter becomes constant, which facilitates automatic or manual cleaning.
  • (A) shows the state which formed the air filter by the honeycomb weave
  • (b) is the schematic which shows the state which crimped the weft and the warp, and formed the air filter.
  • It is explanatory drawing which shows the other manufacturing method of the filter of embodiment of this invention.
  • It is explanatory drawing which shows the method of the evaluation test of the filter of the Example of this invention.
  • It is a graph which shows the deodorizing evaluation with respect to ammonia of the filter of the Example of this invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a composite monofilament of the embodiment, (a) is an explanatory view showing a state in which mixed particles are embedded in a sheath material Y, and (b) is a drawing by stretching the composite monofilament. It is explanatory drawing which shows the state which exposed the particle
  • the composite monofilament of the present embodiment is a core-sheath joint type composite filament composed of a core material X and a sheath material Y, and mixed particles contained in the sheath material Y. P is exposed on the surface of the sheath material Y.
  • the core-sheath bonded type monofilament may be a conventionally known core-sheath type, and may be any of a concentric circular core-sheath type, an eccentric core-sheath type, and a multi-core core-sheath type.
  • the core X of the composite monofilament is formed of a relative high melting point thermoplastic resin, and is a resin that becomes soft when heated to the glass transition temperature or melting point and can be molded into a desired shape.
  • the sheath material Y of the composite monofilament is formed of a relative low melting point thermoplastic resin and is mixed with mixed particles.
  • the core material X is The thing similar to the high melting point thermoplastic resin to comprise can be used.
  • thermoplastic resin constituting the core material X and the sheath material Y examples include polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, polyvinyl acetate, Teflon (registered trademark), ABS resin, AS resin, acrylic resin, and the like. In the present invention, any of them can be used.
  • polyethylene is a polymer having the simplest structure obtained by polymerization of ethylene, and includes high density polyethylene, low density polyethylene, ultra low density polyethylene, linear low density polyethylene, and ultra high molecular weight polyethylene. Either can be used.
  • the polyethylene may be not only a homopolymer of ethylene but also a copolymer with an ⁇ -olefin such as propylene or butene-1 mainly composed of ethylene.
  • the melt index (MI) of polyethylene is often 0.1 to 100, preferably 0.2 to 80. MI represents the mass of a sample extruded for 10 minutes under the conditions of a temperature of 190 ° C., a load of 2160 g, and an orifice hole diameter of 2.092 mm in g.
  • the polypropylene constituting the core material X and the sheath material Y is a polymer obtained by polymerizing propylene, and is not only a propylene homopolymer but also a copolymer with propylene-based ⁇ -olefins such as ethylene and butene-1. It may be.
  • the melt flow rate (MFR) of polypropylene is 0.3 to 400, preferably 0.5 to 200.
  • a typical example of polypropylene is a propylene homopolymer having a melting point of, for example, 150 ° C. or more, and a composite filament having such a high melting point polypropylene as a core material X has spinnability, stretchability, physical properties (strength, dimensional stability). ) And the like.
  • melt flow rate (MFR) represents the mass of the sample extruded for 10 minutes on the conditions of temperature 230 degreeC, load 2160g, and orifice hole diameter 2.092mm in g number.
  • the thermoplastic resin used as the sheath material Y is a thermoplastic resin having a lower melting point than the thermoplastic resin used as the core material X.
  • a resin having a melting point of 5 ° C. or higher, more preferably 30 ° C. or lower is used.
  • it when it is set as the core material X and the sheath material Y by the same kind of resin, it can be set as the high melting-point core material X by enlarging the average molecular weight of resin.
  • the core-sheath type composite monofilament since the melting point of the sheath material Y is lower than the melting point of the core material X, the composite monofilament is stretched and the mixed particles contained in the sheath material Y are changed into the hard core material X. And can be exposed from the surface of the sheath material Y. Moreover, when the melting point of the sheath material Y is low, the intersection of the weft and the diameter yarn of the core-sheath type composite monofilament when the filter is configured can be fused. For example, it is usually preferable to use a material in which the sheath material Y is fused at a temperature of about 160 to 240 ° C. In addition, the kind of resin of a core material and resin of a sheath material may be the same, or may differ.
  • the thickness of the core-sheath type composite monofilament is not particularly limited and may be appropriately determined, but it is usually preferably about 50 to 400 ⁇ m in diameter.
  • the kind of the mixed particles P to be blended in the sheath material Y is not particularly limited as long as it is not melted by heating during stretching of the composite monofilament, and examples thereof include particles of resin, metal, glass, ceramics, and the like. It is done.
  • the filter can have the function.
  • the mixed particles for example, particles having fine particles P2 fixed to the surface of coarse particles P1 serving as a base as shown in FIG. 2 are used. By fixing the fine particles having functionality to the surface of the coarse particles, the fine particles having functionality are prevented from being buried in the resin, and by exposing them to the surface of the sheath material Y, A fine particle function can be provided.
  • the size of the coarse particles P1 is not particularly limited, but examples thereof include particles having an average particle size of about 1 to 100 ⁇ m.
  • the type of coarse particles is not particularly limited, and any particles that do not melt in the molding of a thermoplastic resin may be used, and examples thereof include particles of ceramics, glass, resin, metal, resin, and the like.
  • the shape is not particularly limited, such as a spherical shape, an oval shape, a cube, a rectangular parallelepiped, a polygonal solid, and a flat body.
  • Ceramic particles examples include alumina, silica, zirconia, and titania, and various ceramics such as a mixture thereof can be used.
  • ceramic particles include organic solvents such as polyvalent metal salts of inorganic acids such as phosphoric acid, sulfuric acid, nitric acid, carbonic acid, fluorides and siliceous fluorides of alkali metals and alkaline earth metals, colloidal silica, and alcohols.
  • An organosilica sol as a medium can be used.
  • clay minerals Various clay minerals, oxides, hydroxides, composite oxides, nitrides, carbides, silicides, borides, zeolites, cristobalite, diatomaceous earth, polyvalent metal salts of silicic acid, and the like can also be used.
  • clay minerals include kaolin, wax, sericite, and bentonite.
  • oxide include alumina, titania, silica, zirconia, and magnesia.
  • the hydroxide include aluminum, zinc, magnesium, calcium, manganese hydroxide, and the like.
  • Examples of the composite oxide include alum and mica
  • examples of the nitride include silicon nitride and boron nitride
  • examples of the carbide include silicon carbide and boron carbide.
  • examples of the polyvalent metal salt of silicic acid include aluminum salts, zinc salts, magnesium salts, calcium salts, and manganese salts.
  • the hollow body of the coarse particle mentioned above can also be used as a coarse particle.
  • the hollow body means that the inside of the particle has one or two or more independent bubbles (closed hollow portions) that do not communicate with the outside. Examples thereof include ceramic balloons made of silica, alumina, titania, zirconia, calcium carbonate, etc., glass balloons made of glass, shirasu balloons, and the like, and perlite foams and fly ash balloons can also be used.
  • the size (inner diameter) of the hollow part of the hollow body is not particularly specified. By using a hollow body, a composite filament can be reduced in weight.
  • the composite monofilament sheath material formed of a low melting thermoplastic resin is likely to float on the surface of the sheath material when melted, and is easily exposed to the surface as mixed particles. Become. Furthermore, by using a closed hollow, water absorption of the mixed particles can be eliminated, and absorption of moisture into the filter can be prevented.
  • the fine particles P2 supported on the surface of the coarse particles may be smaller than the above-mentioned coarse particles, for example, those having an average particle diameter of about 1 to 10 nm.
  • the type is not particularly limited, metal particles such as platinum, gold, silver, copper, nickel, and stainless steel can be cited, and about 10 to 30% by mass of catechin or the like is mixed with these metal particles. You can also.
  • the fine particles nano-order the functionality of the fine particles can be provided in the mixed particles.
  • metal particles such as platinum, gold, and silver are said to have catalytic and antibacterial functions, but by fixing fine particles to the surface of coarse particles, expensive metal particles such as platinum, gold, and silver Can be efficiently exposed to the surface of the sheath material, and the filter can be provided with catalytic effects such as antibacterial action, deodorant action, and antioxidant action over a long period of time.
  • the fine particles be 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the coarse particles.
  • the amount is preferably 0.1 to 5 parts by mass, more preferably 0.2 to 1 part by mass.
  • a mixture of fine particles and coarse particles is heated and sintered, and mixed particles in which fine particles are firmly fixed to the surface of coarse particles; Even when exposed on the surface of the sheath material without being buried in the resin, it is possible to prevent the fine particles from falling off.
  • fine particles such as platinum are made into a colloidal state (fine particle-containing dispersion) with a colloid agent, and coarse particles, a binder (for example, colloidal silica), and a dispersion medium (water, alcohol, etc.) are mixed therewith.
  • a colloidal state fine particle-containing dispersion
  • coarse particles coarse particles
  • a binder for example, colloidal silica
  • a dispersion medium water, alcohol, etc.
  • colloidal agent examples include thickeners, surfactants, carboxyl group-containing compounds containing a carboxyl group in the chemical structure, polyacrylic acid (including salts such as Na and K), polymethacrylic acid ( (Including salts such as Na and K), polyacrylic acid ester, polymethacrylic acid ester, polyvinylpyrrolidone (especially poly-1-vinyl-2-pyrrolidone), polyvinyl alcohol, aminopectin, pectin, methylcellulose, methylsulose, glutathione , Cyclodextrin, polycyclodextrin, dodecanethiol, organic acid (hydroxycarbanoic acid such as citric acid), glycerin fatty acid ester (polysorbate), cationic micelle-cetyltrimethylammonium bromide, surfactant (anionic, Cationic, amphoteric, nonionic ), Alkali metal salts of alkyl sulfates, mixtures thereof can be
  • the colloidal agent is a carboxy group-containing compound
  • the content of the colloidal silica as the binder is preferably 10% by mass or more and 50% by mass or less, more preferably 10% by mass or more and 30% by mass or less based on the total solid content.
  • Colloidal silica has a particle size of about 1 nm to 1 ⁇ m.
  • the fine particles are platinum
  • platinum fine particles are obtained by refluxing a solution in which a platinum metal salt and a protective agent (for example, an organic acid) are dissolved in a mixed solution of water and alcohol.
  • the fine particle-containing dispersion is prepared by precipitating particles. Thereafter, the dispersion can be replaced with alcohol (ethanol or the like).
  • the replacement method include a method of repeating an operation of adding a dispersion medium (such as alcohol) after replacement after evaporating a part of the dispersion medium before replacement.
  • the dispersion medium is removed from the surface of the coarse particles (oxidation removal step).
  • the dispersion medium is removed by oxidizing and removing the colloidal agent by heating in an oxidizing atmosphere, but the colloidal silica as the binder is melted or softened, and fine particles are supported on the surface of the coarse particles.
  • the heating temperature is preferably about 800 ° C. to 1100 ° C., more preferably 900 ° C. to 1000 ° C. in consideration of the melting or softening temperature of the binder.
  • the heating time can be appropriately set according to the time required for the colloidal agent to be oxidized and removed, and can be set to about 1 to 3 hours, for example.
  • Spray drying treatment can be employed as a method for making the above-mentioned fixed matter into a powder form.
  • the spray drying process is a processing method in which a slurry-like liquid material as a raw material is processed into a fine powder form.
  • the slurry-like liquid substance is heated and dried simultaneously with spraying in hot air to obtain a dry powder.
  • the spray / heat drying conditions may be a temperature at which the dispersion medium can be quickly removed by evaporation, for example, about 180 ° C. to 250 ° C.
  • thermoplastic resin and mixed particles In such a raw material structure, it is important that the mixed particles are blended in an amount of 0.2 to 5.0% by weight with respect to the thermoplastic resin. In other words, if the amount of the mixed particles is less than this, sufficient antibacterial and deodorizing functions cannot be obtained, and conversely, even if the amount is large, the functionality reaches a peak, leading to an increase in unnecessary material costs, and into the resin. This is because there is a problem of productivity deterioration such as difficulty in uniformly dispersing.
  • the ratio of the thermoplastic resin and the mixed particles in the sheath material is preferably 1 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the thermoplastic resin. The amount is preferably 2 to 30 parts by mass.
  • the blended amount of the mixed particles When the blended amount of the mixed particles is too small, the desired deodorant property, antimicrobial property, physiological activity, antioxidant property, etc. are not fully exhibited, while the latter blended amount is excessively increased. However, not only does the functionality not exceed a certain level, but also the negative aspects of the reduction of the productivity of the composite monofilament constituting the filter and the decrease in strength and texture become conspicuous.
  • the composite monofilament of the present embodiment includes a high melting point thermoplastic resin and a low melting point thermoplastic resin mixed with mixed particles, a high melting point thermoplastic resin as a core X, and a low melting point mixed with mixed particles. It can manufacture by coextrusion molding at the temperature more than each melting temperature so that the thermoplastic resin of this may become the sheath material Y.
  • the composite monofilament is fed into the extruder by two series of extruders and a filament molding apparatus equipped with a composite nozzle having a core-sheath structure in which the discharge holes are substantially concentric circles.
  • a filament molding apparatus equipped with a composite nozzle having a core-sheath structure in which the discharge holes are substantially concentric circles.
  • thermoplastic resins for sheath and core materials auxiliary agents such as antioxidants, UV absorbers, colorants, lubricants, antistatic agents, matting agents, fluidity improvers, plasticizers and flame retardants are necessary. Can also be added.
  • the thermoplastic resin of the sheath material containing the mixed particles is combined with a stabilizer such as an antioxidant and a molding aid effective for improving aggregation and dispersibility including metal soap. It is preferable to ensure uniform dispersion of the mixed particles.
  • an appropriate amount of metal ion sources such as copper salt, iron salt, calcium salt, titanium salt, aluminum salt, silver salt, tin salt, zinc salt, chromium salt, and cobalt salt coexist. You can also let them.
  • the produced unstretched composite monofilament is stretched by a subsequent stretching process to reduce the thickness of the sheath material Y, thereby mixing the mixed particles blended in the sheath material Y, It is exposed on the surface of the sheath material Y.
  • the sheath material is further stretched to reduce the thickness of the sheath material. A part of the mixed particles blended therein is exposed on the surface of the sheath material.
  • the wall thickness of the sheath after stretching is not particularly specified, but it is desirable to make it smaller than the average particle diameter of the mixed particles.
  • the stretch ratio when the ratio is too small, the ratio of exposing the mixed particles blended in the sheath material to the surface of the sheath material is insufficient, so the stretch ratio is preferably 5 times or more. .
  • the draw ratio is too large, troubles such as easy delamination at the core-sheath joint interface may occur, so the upper limit of the draw ratio is generally preferably about 10 times.
  • the stretching temperature is higher than the softening temperature of the thermoplastic resin constituting the sheath material. Further, by mixing titanium oxide or metal particles effective as a photocatalyst into the composite monofilament and exposing them on the surface of the sheath material Y, a material having an extremely efficient photocatalytic function can be obtained.
  • ⁇ Rotation> As a means for exposing particles embedded in the sheath material from the surface of the sheath material, as shown in FIG. 1 (c), not only stretching but also rotating by holding one end of the core-sheath type composite monofilament after extrusion molding The particles can also be exposed from the sheath material surface by centrifugal force.
  • the exposure condition is easily determined when the rotational speed is fast, but is appropriately determined because it is related to the strength of the composite monofilament.
  • the filter of the embodiment of the present invention can be a functional filter (a filter for an air conditioner, an air cleaner, a vacuum cleaner, etc.) using the composite monofilament.
  • 3A and 3B are cross-sectional explanatory views showing the structure of the filter according to the embodiment, where FIG. 3A shows a state in which a filter is formed by honeycomb weaving, and FIG. 3B shows a state in which a filter is formed by crimping weft and warp yarns.
  • FIG. 3A shows a state in which a filter is formed by honeycomb weaving
  • FIG. 3B shows a state in which a filter is formed by crimping weft and warp yarns.
  • the fiber material typified by the composite monofilament thus obtained is a knitted fabric that forms an air filter, and a general structure as a knitted fabric, specifically a plain weave, Examples include mojiri weave, imitation weave and leash weave.
  • honeycomb structure made of fiber material with a fineness of 80 to 500 dr JIS-). L0206-1976 fiber terminology (textile section)) is preferred (see FIG. 3 (a)).
  • the honeycomb woven structure is characterized by a three-dimensional structure in which irregularities are formed on the front and back surfaces, which can be woven in series with a sulzer loom, etc.
  • the density can be 30 to 75 pieces / inch.
  • ⁇ Heat fusion> In this invention, after forming a filter, the intersection of the warp and weft of a sheath material is adhere
  • thermocompression-bonding roll type heater As an apparatus for heating and heat-bonding the intersection of the yarns of the fabric, a hot air heater, an infrared heater, a far infrared heater, a high pressure steam heater, an ultrasonic heater, a hot roll heater, A thermocompression-bonding roll type heater can be used. A plurality of these can also be used in combination.
  • the fusion of the intersection of the warp and weft of the above-mentioned sheath material is not a woven fabric as shown in FIG. 3 (a), but an arrangement of warp and weft as shown in FIG. After preparing the lower layer and forming the filter in the form of a net by overlapping the upper layer and the lower layer on top and bottom, their intersections are thermally fused.
  • silica (SiO 2) 35.5% colloidal silica H 2 O is blended into the composition of 64.5%, was added the same mass parts.
  • This mixed solution was sprayed and dried in a tank using hot air of 200 ° C. using a spray dryer (spray dryer).
  • the obtained powder was recovered, then placed in a ceramic container and heated in an electric furnace at about 900 to 1000 ° C. for 1 hour (oxidation removal of the colloidal agent).
  • citric acid as a colloid agent is oxidized and volatilized, and mixed particles P in which platinum nanoparticles (fine particles P2) having a volume average particle size of about 5 nm are fixed on the surface of silica (coarse particles P1) having a size of about 1 ⁇ m. It was created.
  • polypropylene (PP) having a melting point of 163 ° C. and an MFR of 3.1 was prepared as a thermoplastic resin for the core material X.
  • Polypropylene (PP) having a melting point of 128 ° C. and an MFR of 17.3 was prepared as a thermoplastic resin for the sheath material.
  • the said mixed particle P is mixed with the thermoplastic resin of a sheath material (5 mass parts mix
  • the core material X was co-extruded at 230 ° C.
  • the composite monofilament of 300 denier which exposed the said mixed particle P from the surface of the sheath material was extended
  • the core material X was 200 denier.
  • a honeycomb woven structure having a driving density of 60 ⁇ 60 yarns / inch, a side of each honeycomb structure unit of 5.2 mm, and a thickness of 2.2 mm is woven.
  • a filter was used.
  • Example filter of the present invention (b) Conventional product (filter of polypropylene composite monofilament fiber, no mixing of mixed particles into the fiber) (C) idling (no filter) The filter is formed of a honeycomb weave of 34 warps and 33 wefts.
  • ⁇ Test method (deodorization test method and evaluation contents)> As shown in FIG. 5, a 1 m 3 container that can be sealed in the shape of a cube is prepared, and an air purifier that can be operated remotely from the outside is installed in the container, and the size is set to 300 ⁇ 300 mm for each measurement. Two deodorizing filters to be used as test specimens were installed on the entire surface where the filter was attached, and a circulation system was prepared so that the odor distribution in the container was uniform. To prepare for the odor measurement, first install five cigarettes in the smoke absorber, ignite them at the same time, and burn them in about 6 to 8 minutes. When the first one reaches the filter, stop the smoke absorber. The remaining cigarettes smoked naturally.
  • the smoke absorber was installed in the center of the floor of the test space. While the cigarette smoked and smoked, the air cleaner fitted with the filter stopped operating, and when the last cigarette burned out, it was started by remote control.
  • the odor was measured by using an odor sensor as an initial concentration after about 5 minutes from the operation of the air cleaner, and using a gas detector tube for acetaldehyde and ammonia.
  • the deodorization performance was measured after the air cleaner was operated for 30 minutes and 60 minutes and then stopped. Moreover, about acetaldehyde, it carried out independently separately from the tobacco smoke test, and the deodorization test was implemented using the acetaldehyde standard solution.
  • Example 3 Using a hollow shirasu balloon having an average particle diameter of about 2 ⁇ m as the coarse particles P1 of Example 2, the mixture particles P are rotated as shown in FIG. 1C (rotation speed: 100 times / minute). A filter was formed in the same manner as in Example 1 except that the composite monofilament was formed by exposing it to the surface. When the deodorizing effect was evaluated in the same manner as in Example 1, the same effect as in Example 1 was obtained. ⁇ Example 3>
  • Example 1 a hollow shirasu balloon having an average particle diameter of about 2 ⁇ m was used as the coarse particles P1 in Example 3 and 10 mass% catechin powder was added to the platinum nanocolloid dispersion as the fine particles P2.
  • a filter was formed as in Example 1.
  • the functional filter of the present invention provides the required strength with the core material, and functional properties such as deodorant, antimicrobial, and antioxidant properties with the sheath material, and particles from the surface of the sheath material. Since the exposed composite monofilament is used, the functional effect of the particles is directly exhibited and the industrial applicability is extremely high.

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Abstract

【課題】長期間にわたって黴や雑菌の繁殖を抑制する充分な機能を維持することができ、衛生的で安全性の高く、かつ脱臭性を有する機能性エアフィルターを提供すること。 【解決手段】芯材と、それよりも低融点の樹脂を鞘材とした複合繊維の熱可塑性芯鞘型複合モノフィラメントからなる緯糸及び径糸の交点において、前記鞘材同士が熱融着して得られるフィルターであって、前記複合モノフィラメントは、その鞘材に配合した粒子の一部を鞘材の表面から露出させるようにしたことを特徴とする機能性エアフィルター。この粒子は、粗大粒子の表面に微細粒子を固着させた混合粒子であることが望ましい。

Description

機能性エアフィルター
　本発明は、エアコンや空気清浄機などの通気口などに取り付けて使用するエアフィルターであって、詳しくは黴や雑菌等の繁殖を抑制する衛生機能を長期間有効に維持でき、また安全性が高く、脱臭性を具備する機能性エアフィルターに関するものである。
　近年の健康指向の高まりにあって、抗菌グッズなる商品が多く市場に出回っている。
そして、こうした傾向は消費者の手が直接に触れるものに限られるものではなく、例えば、現在では生活必需品ともなっているエアコンや空気清浄機のエアフィルターにおいても黴や雑菌の繁殖抑制処理がなされ、さらに空気と接触する使用方法から脱臭機能を付与して、効果的に清浄な空気にする試みがある。
　この種のエアフィルターは一般的には熱可塑性樹脂製のモノフィラメントからなる編織物であって、モノフィラメント紡糸段階で材料樹脂中に抗菌性を有する化合物、例えば、有機ハロゲン化合物、不飽和カルボニル化合物、アミド系化合物、トリアゾール系化合物などの添加剤を適量練り込んで成形したものである。
　しかし、これら化合物は一般的には耐熱性に劣っているため、溶融紡糸時の加熱温度により分解変質することがあり、特別な原料樹脂を使用して成形温度をできる限り低く抑えるなど、特別な配慮が必要なことが多い。
　また紡糸されたものは、専らフィラメント表面に露出した粒体が溶出して抗菌性が発揮されるものであるため、経時的な安定効果の点で問題があると共に、化合物のなかには安全性に疑問視されるものも存在している。
　抗菌性化合物として、銀、銅、亜鉛などの金属イオンによる抗菌効果を利用したものもあり、これは安全性の面では優れたものといえるが、金属の表面酸化によって抗菌効果が滅失することがあり、やはり経時的な安定効果は期待できない。
　一般的に、脱臭の手段としては、脱臭剤を噴霧して異臭の基になるアンモニアやホルムアルデヒドなどの物質と化学反応で中和させる方法と、脱臭剤に接触させて吸着する方法に大別されるが、エアフィルターにおいてはその空気の流れの中に配置する使用方法から専ら後者の方法によるものである。
　したがって、用いる脱臭剤は、多孔質粉粒体の形状を有する活性炭、ゼオライト、炭酸カルシウムなどであり、この多孔質粉粒体は熱可塑性樹脂に配合してモノフィラメントを成形すると、フィラメント表層に露出する一部の微孔のみが吸着作用を有しているの止まり、脱臭機能として効率的でないし、また長期間の使用で吸着性能が著しく低下する点で問題となっている。
このような従来技術として特開平１１－３０９３１４号公報がある。
特開平１１－３０９３１４号公報
　しかし、一般的なモノフィラメントの紡糸において、抗菌性化合物や脱臭剤などの機能性添加剤は、原料樹脂中に配合させる場合に、押出機に直接または予めマスターバッチとして所定濃度になるように投入されるのが定法であって、添加剤の配合量が少ない仕様であれば樹脂中への均一な分散が困難であったり、一方、添加剤配合量が多い仕様であればモノフィラメントの物性低下、特に強伸度の低下が起こりやすく、編織成工程に何らかの付帯設備が必要となったり、また完成したエアフィルターの耐久性が不充分であるなど、製造上と品質上の両面で問題点が指摘されている。
　また、機能性添加剤を、原料樹脂中のマスターバッチに予め練り込んで押し出した繊維の場合には、機能性添加剤が繊維の内部に入って表面に出てこないことが多く、添加物の持つ機能を十分に発揮することができない。
　また、接着剤で機能性添加剤を表面に接着する場合は、繊維の表面に添加剤を確実に固着させるのが容易ではなく、接着剤で繊維同士が接着して通気孔が塞がることもある。
さらに、樹脂に添加剤を練り込んだ繊維の場合と同様に、添加剤が接着剤の内部に入って表面に出てこないことが多く、添加剤の持つ機能を十分に発揮することができない。
　そこで、本発明の目的は、生産性良好に繊維材料を紡糸して、また編織成の効率に優れたものとして製造上の問題点を解決し、さらに得られる製品としても、長期間にわたって黴や雑菌の繁殖を抑制する充分な機能を維持することができ、衛生的で安全性の高く、かつ脱臭性を有する機能性エアフィルターを提供することである。
（１）本発明の機能性エアフィルターは、芯材と、それよりも低融点の樹脂を鞘材とした複合繊維の熱可塑性芯鞘型複合モノフィラメントからなる緯糸及び径糸の交点において、
前記鞘材同士が熱融着して得られるフィルターであって、前記複合モノフィラメントは、その鞘材に配合した粒子の一部を鞘材の表面から露出させるようにしたものであることを特徴とする。
（２）本発明の機能性エアフィルターは、上記（１）において、前記粒子が、粗大粒子の表面に微細粒子を固着させた混合粒子であることを特徴とする。
（３）本発明の機能性エアフィルターは、上記（２）において、前記粗大粒子が、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、又はこれらの混合物であり、前記微細粒子が、白金、金、銀、銅、ニッケル、ステンレスなどの金属粒子や、これらの金属粒子にカテキンを混合したものであることを特徴とする。
（４）本発明の機能性エアフィルターは、上記（１）～（３）のいずれかにおいて、前記鞘材の表面からの粒子の露出は、粒子を配合した複合モノフィラメントを長手方向に延伸してなるものであることを特徴とする。
（５）本発明の機能性エアフィルターは、上記（１）～（３）のいずれかにおいて、前記鞘材の表面からの粒子の露出は、粒子を配合した複合モノフィラメントを回転させてなるものであることを特徴とする。
　本発明の機能性エアフィルターは、繊維材料の形態として複合モノフィラメントを採用することから、芯材により必要な強度が得られ、鞘材により、消臭性、抗微生物性、抗酸化性などの機能性が得られる。
　また、鞘材の表面から、粗大粒子の表面に微細粒子を固着させた混合粒子が露出しているので、微細粒子が有する、消臭性、抗微生物性、抗酸化性などの優れた機能性の効果が直接発揮される。
　しかも、フィルターを水洗いするような使い方をしても、混合粒子が鞘材から容易には脱離しないので、その機能性が長期にわたり持続する。
　さらに、混合粒子の存在は、温湿度変化などの環境変化に対するエアフィルターを構成する複合モノフィラメントの寸法安定性や耐熱性の向上にも貢献する。
　さらにまた、混合粒子は、低融点の鞘材にのみ配合し、延伸操作で、高融点の芯材によって押し出されるようにして、薄肉となる鞘材の表面から露出させるので、確実にエアフィルター表面に露出している。
　また、緯糸と経糸との交点を圧着して鞘材同士で熱融着しているので、これにより、エアフィルターの厚み方向の寸法が一定となり、自動又は手動で掃除が容易となる。
本発明の実施の形態の複合モノフィラメントの断面図であり、（ａ）は混合粒子が鞘材の中に埋設された状態を示す説明図であり、（ｂ）は延伸して混合粒子を鞘材の表面上に露出させた状態を示す説明図であり、（ｃ）は回転させて混合粒子を鞘材の表面上に露出させた状態を示す説明図である。 粗大粒子の表面に微細粒子を固着させた状態を示す混合粒子の説明図である。 本発明の実施の形態のエアフィルターの構造を示す断面説明図である。（ａ）は蜂巣織りでエアフィルターを形成した状態を示し、（ｂ）は緯糸、経糸を圧着してエアフィルターを形成した状態を示す概略図である。 本発明の実施の形態のフィルターの他の製造方法を示す説明図である。 本発明の実施例のフィルターの評価試験の方法を示す説明図である。 本発明の実施例のフィルターのアンモニアに対する消臭評価を示すグラフである。 本発明の実施例のフィルターのアセトアルデヒドに対する消臭評価を示すグラフである。 本発明の実施例のフィルターのタバコに対する消臭評価を示すグラフである。 本発明の実施例のフィルターの洗浄に対する評価を示すグラフである。
　本発明のフィルターを構成する繊維材料に用いられる複合モノフィラメントである芯鞘型熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂などが挙げられる。
具体的には、ポリプロピレン、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、エチレン－プロピレン共重合体、エチレン－酢酸ビニル共重合体、エチレン－アクリル酸エステル共重合体などの単独または組み合わせた樹脂組成物である。
〈複合モノフィラメント〉
図１は実施の形態の複合モノフィラメントの断面図であり、（ａ）は混合粒子が鞘材Ｙの中に埋設された状態を示す説明図であり、（ｂ）は複合モノフィラメントを延伸して混合粒子を鞘材Ｙの表面上に露出させた状態を示す説明図であり、（ｃ）は複合モノフィラメントを回転させて混合粒子を鞘材Ｙの表面上に露出させた状態を示す説明図である。
　図１（ｂ）に示すように、本実施形態の複合モノフィラメントは、芯材Ｘと鞘材Ｙとで構成された芯鞘接合型の複合フィラメントであり、鞘材Ｙ中に含まれた混合粒子Ｐが、鞘材Ｙの表面に露出している。
　芯鞘接合型の複合モノフィラメントは、従来公知の芯鞘型であればよく、同心円芯鞘型、偏心芯鞘型、多心芯鞘型のいずれであってもよい。
〈芯材〉
複合モノフィラメントの芯材Ｘは相対的な高融点熱可塑性樹脂で形成されており、ガラス転移温度または融点まで加熱することによって軟らかくなり、目的の形に成形できる樹脂である。
〈鞘材〉
複合モノフィラメントの鞘材Ｙは、相対的な低融点熱可塑性樹脂で形成されるとともに混合粒子が配合されており、鞘材Ｙを構成する低融点熱可塑性樹脂の例としても、上記芯材Ｘを構成する高融点熱可塑性樹脂と同様のものを用いることができる。
　芯材Ｘや鞘材Ｙを構成する熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、テフロン（登録商標）、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂、などが挙げられるが、本発明においてはいずれも使用できる。
　また、ポリエチレンとしては、エチレンが重合した最も単純な構造をもつ高分子であり、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、超低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、があるが、いずれも使用可能である。ポリエチレンは、エチレンのホモポリマーのみならず、エチレンを主体とするプロピレンやブテン－１などのα－オレフィンとの共重合体であってもよい。
　ポリエチレンのメルトインデックス（ＭＩ）は、０．１～１００、好ましくは０．２～８０とすることが多い。なお、ＭＩとあるのは、温度１９０℃、荷重２１６０ｇ、オリフィス孔径２．０９２ｍｍの条件で１０分間押し出した試料の質量をｇ数で表わしたものである。
　芯材Ｘや鞘材Ｙを構成するポリプロピレンは、プロピレンを重合させたポリマーであり、プロピレンのホモポリマーのみならず、プロピレンを主体とするエチレン、ブテン－１などのα－オレフィンとの共重合体であってもよい。ポリプロピレンのメルトフローレート（ＭＦＲ）は０．３～４００、好ましくは０．５～２００とする。
　ポリプロピレンの代表例は、融点がたとえば１５０℃以上のプロピレン単独重合体であり、そのような高融点のポリプロピレンを芯材Ｘとする複合フィラメントは、紡糸性、延伸性、物性（強度、寸法安定性）などの点において特に好ましい。なお、メルトフローレート（ＭＦＲ）とは、温度２３０℃、荷重２１６０ｇ、オリフィス孔径２．０９２ｍｍの条件で１０分間押し出した試料の質量をｇ数で表わしたものである。
　上記の構成の複合モノフィラメントにおいて、鞘材Ｙとなる熱可塑性樹脂は、芯材Ｘとなる熱可塑性樹脂よりも低融点熱可塑性樹脂を用いる。例えば５℃以上、より好ましくは３０℃以上低い融点の樹脂を用いる。なお、同じ種類の樹脂で、芯材Ｘ及び鞘材Ｙとする場合は、樹脂の平均分子量を大きくすることで高融点の芯材Ｘとすることができる。
　また、芯鞘型複合モノフィラメントとしては、芯材Ｘの融点よりも鞘材Ｙの融点が低いことによって、複合モノフィラメントを延伸して、鞘材Ｙに含まれている混合粒子を、硬い芯材Ｘによって押し出して鞘材Ｙの表面から露出させることができる。
　また、鞘材Ｙの融点が低いことによって、フィルターに構成した場合の芯鞘型複合モノフィラメントの緯糸及び径糸の交点を融着させることができる。例えば、通常、１６０～２４０℃程度の温度で鞘材Ｙ同士が融着するものを用いるのが好ましい。
　なお、芯材の樹脂と鞘材の樹脂の種類は、同じであっても異なっていてもよい。
　芯鞘型複合モノフィラメントの太さとしては、特に限定されず、適宜、決定されるものであるが、通常、直径５０～４００μm程度であることが好ましい。
＜混合粒子＞
鞘材Ｙに配合する混合粒子Ｐの種類は、特に限定するものではないが、複合モノフィラメントの延伸時の加熱で溶融しないものであればよく、樹脂、金属、ガラス、セラミックス、などの粒子が挙げられる。混合粒子Ｐを鞘材Ｙに添加することにより、フィルターにその機能を持たせることができる。混合粒子としては、例えば図２に示すような、ベースとなる粗大粒子Ｐ１の表面に微細粒子Ｐ２を固着させたものを用いる。
　機能性を有する微細粒子を粗大粒子の表面に固着させることにより、機能性を有する微細粒子が樹脂の中に埋もれてしまうことを防止し、鞘材Ｙの表面に露出させることにより、フィルターにその微細粒子の機能を持たせることができる。
＜粗大粒子＞
粗大粒子Ｐ１とは、その大きさを特に限定するものではないが、その平均粒径が１～１００μｍ程度の大きさを有するものが挙げられる。粗大粒子の種類は、特に限定するものではないが、熱可塑性樹脂の成型において溶融しないものであればよく、セラミックス、ガラス、樹脂、金属、樹脂などの粒子が挙げられる。また、その形としては、球状、卵型状、立方体、直方体、多角立体、扁平体、など、特にその形状は限定するものではない。
　粗大粒子のセラミックス粒子としては、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、などが挙げられ、またこれらの混合物など種々のセラミックスを用いることができる。その他、セラミックス粒子としては、リン酸、硫酸、硝酸、炭酸などの無機酸の多価金属塩、アルカリ金属やアルカリ土（類）金属のフッ化物やケイフッ化物、コロイダルシリカ、アルコール等の有機溶媒を媒体とするオルガノシリカゾルを用いることができる。
　また、各種の粘土鉱物、酸化物、水酸化物、複合酸化物、窒化物、炭化物、ケイ化物、ホウ化物、ゼオライト、クリストバライト、ケイ藻土、ケイ酸の多価金属塩なども用いることができる。
　粘土鉱物としては、カオリン、ろう石、セリサイト、ベントナイトなどが挙げられる。
酸化物としては、アルミナ、チタニア、シリカ、ジルコニア、マグネシアなどが挙げられる。
　水酸化物としては、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、マンガンの水酸化物などが挙げられる。
　複合酸化物としてはミョウバン、雲母などが挙げられ、窒化物としては窒化ケイ素、窒化ホウ素などが挙げられ、炭化物としては炭化ケイ素、炭化ホウ素などが挙げられる。
ケイ酸の多価金属塩としては、アルミニウム塩、亜鉛塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、マンガン塩などが挙げられる。
＜中空体＞
さらに、粗大粒子として、上述した粗大粒子の中空体を用いることもできる。中空体とは、粒子内部が、外部と連通しない独立した気泡（閉鎖型中空部）を、１つ又は２つ以上有するものをいう。例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、炭酸カルシウム等を素材としたセラミックバルーン、ガラスを素材としたガラスバルーン、シラスバルーンなどが挙げられ、またパーライト発泡体、フライアッシュバルーンも用いることができる。中空体の中空部の大きさ（内径）は特に規定するものではない。中空体を用いることにより、複合フィラメントを軽量化することができる。
　また、閉鎖型中空を有する粗大粒子とすることで、低融点熱可塑性樹脂で形成される複合モノフィラメントの鞘材が溶融時において、鞘材の表面に浮上しやすく、混合粒子として表面に露出しやすくなる。
　さらに、閉鎖型中空とすることで、混合粒子の吸水性をなくすことができ、フィルターへの水分の吸収を防止できる。
＜微細粒子Ｐ２＞
粗大粒子の表面に担持させる微細粒子Ｐ２は上述した粗大粒子の粒径よりも小径のもの、例えば、その平均粒径が１～１０ｎｍ程度の直径を有するものが挙げられる。
　また、その種類を特に限定するものではないが、白金、金、銀、銅、ニッケル、ステンレス、などの金属粒子が挙げられ、これらの金属粒子にカテキンなどを１０～３０質量％程度混合することもできる。
　微細粒子をナノオーダーとすることで、微細粒子の有する機能性を混合粒子に具備させることができる。例えば、白金，金、銀などの金属粒子は、触媒や抗菌の機能を有するとされるが、微細粒子を粗大粒子の表面に固着させることで、高価である白金，金、銀などの金属粒子を鞘材の表面に効率よく露出させることができ、フィルターに、長期にわたる抗菌作用や消臭作用、抗酸化作用などの触媒効果を具備させることができる。
＜粗大粒子と微細粒子の割合＞
混合粒子における、粗大粒子と微細粒子との間の関係において、粗大粒子１００質量部に対し微細粒子を０．１～１０質量部とすることが望ましい。好ましくは０．１～５質量部、さらに好ましくは０．２～１質量部である。微細粒子の割合が余りに少ないときには、所望の抗菌性、消臭性、抗酸化性などの機能性の発揮が不足し、微細粒子の割合が余りに多いときには、粗大粒子に対するバランスを崩し、コスト的にもアップする。
　なお、微細粒子を粗大粒子の表面に担持させるには、例えば、微細粒子と粗大粒子とを混合したものを加熱焼結して、粗大粒子の表面に微細粒子を強固に固着させた混合粒子とすることができ、樹脂の中に埋もれずに鞘材の表面上に露出した場合においても、微細粒子の脱落を防止することができる。
　また、微細粒子を粗大粒子の表面に固着させるには、以下の方法も適用できる。すなわち、白金などの微細粒子をコロイド化剤によってコロイド状態（微細粒子含有分散液）とし、これに、粗大粒子、結合剤（例えばコロイダルシリカ）、分散媒体（水やアルコールなど）を混合する。
　上述のコロイド化剤としては、増粘剤、界面活性剤、カルボキシル基を化学構造中に含むカルボキシル基含有化合物が挙げられ、ポリアクリル酸（Ｎａ、Ｋなどの塩を含む）、ポリメタクリル酸（Ｎａ、Ｋなどの塩を含む）、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、ポリビニルピロリドン（特に、ポリ－１－ビニル－２－ピロリドン）、ポリビニルアルコール、アミノペクチン、ペクチン、メチルセルロース、メチルスロース、グルタチオン、シクロデキストリン、ポリシクロデキストリン、ドデカンチオール、有機酸（クエン酸などのヒドロキシカルバン酸）、グリセリン脂肪酸エステル（ポリソルべー卜）、カチオン性ミセル－臭化セチルトリメチルアンモニウム、界面活性剤（アニオン性、カチオン性、両性、ノニオン性）、アルキル硫酸エステルのアルカリ金属塩、それらの混合物が例示できる。
　コロイド化剤がカルボキシ基含有化合物である場合は、微細粒子に対して、カルボキシ基のモル数が白金のモル数を基準として８０～１８０程度になるように含有させることが望ましい。結合剤としてのコロイダルシリカの含有量としては、固形分の質量が全体を基準として１０質量％以上５０質量％以下にすることが望ましく、１０質量％以上３０質量％以下にすることがより望ましい。コロイダルシリカは粒径が１ｎｍ～１μｍ程度のものをいう。
　上述の微細粒子含有分散液において、例えば微細粒子を白金とした場合、白金金属塩と保護剤（例えば有機酸）とを、水及びアルコールの混合液に溶解させた溶液を還流することにより白金微細粒子を析出させて微細粒子含有分散液を調整する。その後、分散液をアルコール（エタノールなど）に置換することもできる。
　置換方法としては、置換前の分散媒の一部を蒸発させた後に、置換後の分散媒（アルコールなど）を添加する操作を繰り返す方法が例示できる。
　微細粒子含有分散液と、粗大粒子と、結合剤とを混合してスラリー状態の液状物質とし、粗大粒子の表面にコロイド状態の微細粒子（微細粒子含有分散液）を固着させた後（固着させたものを固着物という）、粉末状にし、乾燥することで、固着物中の微細粒子含有分散液中の分散媒を除去して、微細粒子を粗大粒子の表面に固着（担持）させる。
　微細粒子含有分散液を粗大粒子の表面に固着させた後、粗大粒子の表面から分散媒を除去する（酸化除去工程）。分散媒の除去は、酸化雰囲気下で、加熱することによりコロイド化剤を酸化除去するが、結合剤であるコロイダルシリカが溶融乃至軟化して、微細粒子が粗大粒子の表面に担持される。
　この場合の加熱温度は、結合剤の溶融乃至軟化温度を考慮し、８００℃～１１００℃程度にすることが望ましく、９００℃～１０００℃にすることが更に望ましい。
　加熱時間は、コロイド化剤が酸化除去されるために必要な時間に応じて適正に設定可能であり、例えば、１時間～３時間程度にすることができる。
　上述の固着物の形態を粉末状にするための方法としては、噴霧乾燥処理（スプレードライ法）を採用することができる。噴霧乾燥処理は、原料となるスラリー状態の液状物質を微細な粉末状の形態に加工する処理方法をいい、スラリー状態の液状物質を、熱風中に噴霧と同時に加熱乾燥を行い乾燥粉体を得る方法である。
　本実施形態において、噴霧・加熱乾燥の条件としては、分散媒を速やかに蒸発除去することができる温度、例えば、１８０℃～２５０℃程度とすることができる。
＜熱可塑性樹脂と混合粒子の割合＞
このような原材料の構成において、熱可塑性樹脂に対して混合粒子は０.２～５.０重量％が配合することが肝要である。即ち、混合粒子がこれより少量であると充分な抗菌や脱臭機能が得られず、逆に多量であっても機能性が頭打ちとなって無用な材料費のコスト上昇を招くと共に、樹脂中への均一分散が困難になるなど生産性悪化の問題が生じるからである。
　鞘材における熱可塑性樹脂と混合粒子の割合は、熱可塑性樹脂１００質量部に対して、混合粒子の割合を１～５０質量部とすることが望ましい。好ましくは２～３０質量部である。混合粒子の配合量が余りに少ないときは、所望の消臭性、抗微生物性、生理活性、抗酸化性などの機能性が充分には発揮されず、一方、後者の配合量を余りに多くしても、機能性は一定以上に上がらないばかりでなく、フィルターを構成する複合モノフィラメントの生産性が低下したり、強度や風合が低下したりするというマイナス面が目立つようになる。
〈芯材と鞘材との割合〉
複合モノフィラメントにおける芯材Ｘと鞘材Ｙとの割合は、質量比で、芯材Ｘ：鞘材Ｙ＝３０：７０～８０：２０、好ましくは、３５：６５～７５：２５である。鞘材Ｙの割合が少ないと混合粒子の割合が小となるので所望の機能性が充分には奏されなくなるからである。
一方、鞘材Ｙの割合が多いと、延伸後において混合粒子が鞘材Ｙの中に埋もれてしまい鞘材Ｙの表面に露出されなくおそれが大きくなるからである。
〈複合モノフィラメントの製造法〉
本実施形態の複合モノフィラメントは、高融点の熱可塑性樹脂と、混合粒子が配合された低融点の熱可塑性樹脂とを、高融点の熱可塑性樹脂が芯材Ｘ、混合粒子が配合された低融点の熱可塑性樹脂が鞘材Ｙとなるように、それぞれの溶融温度以上の温度で共押出成形することにより製造することができる。
　複合モノフィラメントは、二系列の押出機と、吐出孔が略同心円として芯鞘構造をなす複合ノズルを備えたフィラメント成形装置により、芯層成分樹脂と鞘層成分樹脂を各々押出機に投入して、溶融状態で押し出して、冷却した後に、熱風オーブン式、熱ロール式、ウオーターバス式などの加熱延伸を行い、弛緩処理を施して紡糸することができる。
　鞘材や芯材の熱可塑性樹脂には、必要により、酸化防止剤、紫外線吸収剤、着色剤、滑剤、帯電防止剤、艶消し剤、流動性改善剤、可塑剤、難燃剤などの助剤を添加しておくこともできる。特に、混合粒子を配合した鞘材の熱可塑性樹脂には、酸化防止剤等の安定剤と共に、金属石鹸をはじめとする凝集防止性ないし分散性の向上に有効な成形助剤を併用配合して、混合粒子の均一分散を確保することが好ましい。
　また、混合粒子の担持性を向上させるため、銅塩、鉄塩、カルシウム塩、チタン塩、アルミニウム塩、銀塩、スズ塩、亜鉛塩、クロム塩、コバルト塩などの金属イオン源を適当量共存させておくこともできる。
　図１（ｂ）に示すように、製造された未延伸の複合モノフィラメントを、その後の延伸処理により引き延ばし鞘材Ｙの肉厚を薄くすることにより、鞘材Ｙ中に配合された混合粒子を、鞘材Ｙの表面上に露出させる。このとき、鞘材を構成する熱可塑性樹脂の融点は、芯材を構成する熱可塑性樹脂の融点よりも低いので、鞘材がより引き延ばされて鞘材の肉厚が薄くなり、鞘材中に配合されている混合粒子の一部が鞘材の表面上に露出されるのである。
　なお、延伸後の鞘材の肉厚は特に規定するものではないが、混合粒子の平均粒径よりも小さくすることが望ましい。
　なお、延伸倍率に特に限定はないものの、倍率が余りに小さいときは、鞘材に配合した混合粒子を鞘材の表面に露出させる割合が不足するので、延伸倍率は５倍以上とすることが望ましい。
　一方、延伸倍率を余りに大きくすると、芯鞘接合界面において層間剥離を起こしやすくなるなどのトラブルを生ずることがあるので、延伸倍率の上限は一般には１０倍程度までとすることが好ましい。
　また、延伸温度は、鞘材を構成する熱可塑性樹脂の軟化温度以上で行うことが望ましい。
また、複合モノフィラメントに、光触媒として有効な酸化チタンや金属粒子を配合し、それらを鞘材Ｙの表面に露出させることにより、極めて効率のよい光触媒機能を有する素材とすることもできる。
＜回転＞
　なお、鞘材に埋設した粒子の鞘材表面からの露出手段としては、図１（ｃ）に示すように、延伸のみでなく、押出成形後の芯鞘型複合モノフィラメントに一端を把持して回転させて遠心力によって粒子を鞘材表面からの露出させることもできる。この場合の、露出条件としては、回転速度が速いほうが粒子を露出させやすいが、複合モノフィラメントの強度との関連もあるので適宜決められる。通常は、鞘材の溶融温度に近い雰囲気で、１００～５００回／分程度の回転速度で、１～２分程度行うことが望ましい。
＜フィルター＞
本発明の実施形態のフィルターは、上記複合モノフィラメントを用いて、機能性フィルター（空調機、空気清浄機、真空掃除機等のフィルター）とすることができる。
　図３は、実施の形態のフィルターの構造を示す断面説明図であり、（ａ）は蜂巣織りでフィルターを形成した状態を示し、（ｂ）は緯糸、経糸を圧着してフィルターを形成した状態を示す概略図である。
＜編織組織＞
このように得られる複合モノフィラメントを代表とする繊維材料は、編織物となってエアフィルターを形成するものであり、編織組織として一般的な組織、具体的には織布にあっては、平織、もじり織、模紗織、からみ織等が挙げられる。
　また、エアフィルターとして要求される弾力性、柔軟性、通風性、集埃性に加えて取扱いにおける寸法安定性の点で、特に繊度が８０～５００ｄｒの繊維材料からなる蜂巣織構造体（ＪＩＳ－Ｌ０２０６－１９７６の繊維用語（織物部門）参照）とすることが好ましい（図３（ａ）参照）。
　なお、蜂巣織構造体は、スルザー型織機などによって一連に織成でき、表裏面に凹凸部が形成された立体的な構造を特徴とするもので、本発明のエアフィルターにおいては、経緯の織成密度として３０～７５本／インチとすることができる。
＜熱融着＞
本発明において、フィルターを形成した後に、鞘材の経糸及び緯糸の交点を熱融着により接着する。この熱融着による接着は、糸条をフィルター状に製織し、製織と同時に、もしくは製織後に、得られた製織物を糸条の低融点の鞘材が溶融又は軟化する温度で、かつ高融点の芯材が軟化しない温度に加熱することにより行うことができる。熱融着による接着することにより、フィルターの厚みが一定となりフィルターの清掃等のメンテナンスが容易となる。
　製織物の糸条の交点を加熱し熱接着させるための装置としては、熱風型加熱機、赤外線加熱機、遠赤外線加熱機、高圧蒸気加熱機、超音波型加熱機、熱ロール型加熱機、熱圧着ロール型加熱機等を挙げることができる。また、これらの複数を組み合わせて使用することもできる。
　上記の鞘材の経糸及び緯糸の交点を熱融着は、図３（ａ）のような織物ではなく、図３（ｂ）に示すように、経糸及び緯糸を並べたものを、それぞれ上層又は下層として準備して、それらの上層と下層を上下に重ねることによってネット状にフィルターを形成した後に、それらの交点を熱融着させるものである。
　なお、ネット状にフィルターを形成してから後に延伸する方法もある。図４に示すように、複合モノフィラメントの経糸及び緯糸を織ってフィルターにした後に、これらの経糸及び緯糸を上下左右に延伸して、鞘材の内部に埋もれている混合粒子を鞘材の表面から露出させることもできる。
次に、実施例をあげて本発明をさらに詳細に説明する。
＜実施例１＞
噴霧乾燥装置（スプレードライヤー）を用いて、白金の微細粒子含有分散液を粗大粒子Ｐ１の表面に固着させた。すなわち、平均粒子径１μｍ程度のシリカからなる粒子と、体積平均粒子径５ｎｍ程度の白金ナノコロイド分散液（＝微細粒子含有分散液、アプト社製、白金含有量は２０μｇ／０．１ｇ、白金微細粒子の体積平均粒径は５μｍ、コロイド化剤はクエン酸）とを、質量比が３：７となるように混合した。
　なお、この混合液に、結合剤として、シリカ（ＳｉＯ２）が３５．５％、Ｈ２Ｏが６４．５％の組成に配合されたコロイダルシリカを、同じ質量部加えた。この混合液を、噴霧乾燥機（スプレードライヤー）を使って、２００℃の熱風を用いて槽内に噴霧して乾燥した。得られた粉末を回収し、その後、セラミックス質の容器に入れて、電気炉にて約９００～１０００℃、１時間加熱した（コロイド化剤の酸化除去）。
　この結果、コロイド化剤としてのクエン酸は酸化・揮散して、体積平均粒径５ｎｍ程度の白金ナノ微粒子（微細粒子Ｐ２）を１μｍ程度のシリカ（粗大粒子Ｐ１）表面に固着させた混合粒子Ｐを作成した。
　次に、芯材Ｘの熱可塑性樹脂として、融点が１６３℃でＭＦＲが３．１のポリプロピレン（ＰＰ）を用意した。鞘材の熱可塑性樹脂として、融点が１２８℃でＭＦＲが１７．３のポリプロピレン（ＰＰ）を用意した。そして、前記混合粒子Ｐを鞘材の熱可塑性樹脂に混合（鞘材樹脂１００に対して５質量部配合）し、複合ダイを備えた２台の押出機により、鞘材Ｙについては２０５℃で、芯材Ｘについては２３０℃で、吐出孔が略同心円として芯鞘構造をなす複合ノズルを備えたフィラメント成形装置により共押出成形した。
芯材Ｘと鞘材の質量比は、芯：鞘＝２：１とした。
　次いで、延伸温度２３０℃で約６倍に延伸することにより、鞘材の表面から前記混合粒子Ｐを露出させた３００デニールの複合モノフィラメントを得た。このときの芯材Ｘは２００デニールであった。
　この複合モノフィラメントを経糸、緯糸に用いて、打込密度６０×６０本／インチ、各蜂巣構造ユニットの一辺が５．２ｍｍ、厚み２．２ｍｍの蜂巣織構造体物を織成し、本実施例のエアフィルターとした。
＜フィルターの評価＞
実施例のフィルターについて、アンモニア、アセトアルデヒド、及びタバコの消臭効果について検証した。消臭試験の測定方法は、一般社団法人日本電機工業会の定める「家庭用空気清浄機」についての規格、ＪＥＭ－１４６７－１９９５の「脱臭性能試験」に準じて実施した。
＜フィルター＞
フィルターは以下の３種類を用意した。
（ａ）本発明の実施例フィルター
（ｂ）従来品（ポリプロピレン複合モノフィラメント繊維のフィルター、繊維への混合粒子の練り込みはなし）
（ｃ）空運転（フィルターなし）
なお、上記フィルターは、経糸３４本、緯糸３３本の蜂巣織りで形成したものである。
＜試験方法（消臭試験方法と評価内容）＞
図５に示すように、ほぼ立方体の形をした１ｍ３ の密閉できる容器を準備し、その中に屋外からリモコン操作できる空気清浄機を設置し、測定毎にそれぞれ３００×３００ｍｍの寸法にした供試体となる消臭フィルターを２枚ずつ全面フィルター取り付け部分に設置し、容器内の臭気分布が均一になるような循環システムを準備した。
　ニオイの測定準備は、最初に煙草を５本吸煙装置に設置し、それらに同時に着火し、約６～８分間で燃焼させるが、最初の１本がフィルターに到達した時点で吸煙装置を停止させ、残りのタバコは自然発煙させた。
吸煙装置は試験空間の床の中央に設置した。
タバコの吸煙中および発煙中は、フィルターを取り付けた空気清浄機は運転を停止させ、最後のタバコが燃え尽きた時点でリモコン操作で運転を開始させた。
ニオイの測定は、空気清浄機を運転させてから約５分経過後に初期濃度として、タバコ臭気をニオイセンサーにて、また、アセトアルデヒド、アンモニアはガス検知管を用いて計測した。
消臭性能の測定は、空気清浄機を３０分間および６０分間運転させてから運転を停止させてから計測した。
また、アセトアルデヒドについては、タバコ発煙試験とは別に改めて単独にて実施し、アセトアルデヒド標準液を用いて消臭試験を実施した。
＜消臭性能結果＞
（１）アンモニア
図６に示すように、実施例のフィルターは従来品のフィルターと比較して約１．５倍の消臭効果があった。なお、図中Ａ、Ｂは、それぞれ、３０分後、６０分後の各臭気成分の消臭率ηを、次式により求めたものである。
消臭率（％）（縦軸）
Ａ：η３０＝（１－Ｃ３０／Ｃ０）×１００
Ｂ：η６０＝（１－Ｃ６０／Ｃ０）×１００
図７，図８についても同様である。
（２）アセトアルデヒド
図７に示すように、実施例のフィルターは従来品のフィルターと比較して約３～５倍の消臭効果があった。
（３）タバコ
図８に示すように、実施例のフィルターは従来品のフィルターと比較して約２倍の消臭効果があった。
＜洗浄による消臭性能への影響＞
洗浄による消臭性能への影響を調査した。３０分間のアンモニア消臭試験測定サイクルで、１サイクルを終了した時点でフィルターを洗浄し、自然乾燥後、再び新しいサイクルで試験を実施する、というサイクル試験を繰り返した。
その結果、図９に示すように、フィルターを１００回水洗いしても、消臭率は７０％を維持して、初期の８３％からの低下がみられなかった。この結果から、鞘材から露出している混合粒子の剥離がないといえる。
一方、比較例は、通常の繊維にカテキンを練り込んだ蜂巣織のフィルターであるが、１５サイクルで５０％以下に低下し、消臭効果が消失した。
＜実施例２＞
実施例２の粗大粒子Ｐ１として平均粒子径２μｍ程度の中空体のシラスバルーンを用いて、図１（ｃ）に示すように回転させて（回転速度：１００回／分）混合粒子Ｐを鞘材の表面に露出させて複合モノフィラメントを形成した以外は、実施例１と同様にしてフィルターを形成した。実施例１と同様に消臭効果を評価をしたところ、実施例１と同様の効果があった。
＜実施例３＞
実施例３の粗大粒子Ｐ１として平均粒子径２μｍ程度の中空体のシラスバルーンを用い、微細粒子Ｐ２として、白金ナノコロイド分散液に１０質量％のカテキンパウダーを加えたものである点以外は、実施例１と同様にしてフィルターを形成した。
実施例１と同様に消臭効果を評価をしたところ、実施例１と同様の効果があった。
　本発明の機能性フィルターは、芯材により必要な強度が得られ、鞘材により、消臭性、抗微生物性、抗酸化性などの機能性が得られ、また、鞘材の表面から粒子が露出している複合モノフィラメントを用いているので、粒子が有する機能性の効果が直接発揮され、産業上の利用可能性が極めて高い。
Ｐ 混合粒子
Ｐ１ 微細粒子
Ｐ２ 粗大粒子
Ｘ 芯材
Ｙ 鞘材

Claims (5)

  1. 芯材と、それよりも低融点の樹脂を鞘材とした複合繊維の熱可塑性芯鞘型複合モノフィラメントからなる緯糸及び径糸の交点において、
    前記鞘材同士が熱融着して得られるフィルターであって、
    前記複合モノフィラメントは、
    その鞘材に配合した粒子の一部を鞘材の表面から露出させるようにしたものであることを特徴とする機能性エアフィルター。
  2. 前記粒子が、粗大粒子の表面に微細粒子を固着させた混合粒子であることを特徴とする請求項１に記載の機能性エアフィルター。
  3. 前記粗大粒子が、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、又はこれらの混合物であり、
    前記微細粒子が、白金、金、銀、銅、ニッケル、ステンレスなどの金属粒子や、これらの金属粒子にカテキンを混合したものであることを特徴とする請求項２に記載の機能性エアフィルター。
  4. 前記鞘材の表面からの粒子の露出は、
    粒子を鞘材に配合した複合モノフィラメントを長手方向に延伸させてなるものであることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の機能性エアフィルター。
  5. 前記鞘材の表面からの粒子の露出は、
    粒子を配合した複合モノフィラメントを回転させてなるものであることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の機能性エアフィルター。
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