(57)【要約】【課題】本発明は、圧力損失、捕集効率に優れると共に、繰返し水洗後の捕集効率が低下しにくい集塵フィルター濾材を提供することを目的とするものである。【解決手段】集塵層と支持体層からなる集塵フィルター濾材であって、集塵層が、エレクトレットメルトブロー不織布とポリオレフィン系樹脂からなるスパンボンド不織布を有しており、外気に接する側にスパンボンド不織布が配置されており、支持体層がケミカルボンド不織布であることを特徴とする集塵フィルター濾材。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
集塵層と支持体層からなる集塵フィルター濾材であって、集塵層が、エレクトレットメルトブロー不織布とポリオレフィン系樹脂からなるスパンボンド不織布を有しており、外気に接する側にスパンボンド不織布が配置されており、支持体層がケミカルボンド不織布であることを特徴とする集塵フィルター濾材。
【請求項２】
請求項１記載の集塵フィルター濾材を用いてなるエアフィルター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力損失、捕集効率、プリーツ加工性に優れると共に、繰返し水洗後の捕集効率が低下しにくい集塵フィルター濾材及びエアフィルターに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、東アジア内陸部の砂漠、乾燥地域からの砂塵（黄砂）や、ＰＭ２．５、スギ、ヒノキなどの花粉の飛散、また、インフルエンザ等のウィルスによる感染症の流行が健康へ及ぼす影響から、窓を開けた室内空気の換気に代わり、空気清浄機やエアコンを用いて室内空気を浄化、調温、調湿する生活環境が多く見られる。特に、家庭や職場、自動車などの空間の快適性向上の機能に対する市場要望は強く、空気浄化手段の普及が進んでいる。身近な空気浄化手段としては、空気清浄機、エアコン等に装着されるエアフィルターが知られている。
【０００３】
これらのエアフィルターとして、従来から、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等の高分子繊維からなる不織布や割繊フィルムを用いたエレクトレットフィルターが用いられている、エレクトレットフィルターは、フィルターを構成する不織布の繊維に電荷を帯電させることにより、クーロン力や誘起力で塵埃等を繊維に吸着させて効率よく塵埃を捕集できる。エレクトレットフィルターは、低圧力損失かつ高捕集効率である特性を活かし、空気清浄機やビル空調機等の各種エアフィルターとして広く使用されている。
【０００４】
しかしながら、エレクトレットフィルターは、使用によって付着した塵を除去するために、例えば、水洗浄すると、帯電された部分へ付着した水分が導電性層を形成し、表面電位が大幅に減衰し、クーロン力による捕集効率が低下する問題がある。そこで、エレクトレット濾材に合成樹脂膜をフィブリル化して得られた多孔質フィルム材を複合したフィルター材（例えば、特許文献１）や、ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜と少なくとも一層の通気性支持材膜とを含むエアフィルター濾材（例えば、特許文献２）が提案されている。何れも、高捕集効率で繰返し水洗後の捕集効率に優れるが、合成樹脂膜又は多孔質膜が塵埃等を捕捉する機構のため、圧力損失が極めて高いと言う課題があった。また、セルロース性濾紙の両側に特定の短繊維層を積層し、ニードリングにより一体化したフィルター用不織布（例えば、特許文献３）が提案されているが、圧力損失が高く、繰返し水洗後の捕集効率にも劣る問題があった。また、エレクトレット不織布の上流側及び下流側に特定の防水シートを積層した濾材（例えば、特許文献４）が提案されている。圧力損失と捕集効率に優れるが、繰返し水洗後の捕集効率はやや劣り、プリーツ加工性は大きく劣る問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−２８４６１４号公報
【特許文献２】特開２００６−３４６１７４号公報
【特許文献３】特開２００９−１９５８４５号公報
【特許文献４】特開２０００−２４４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、圧力損失、捕集効率、プリーツ加工性に優れると共に、繰返し水洗後の捕集効率が低下しにくい集塵フィルター濾材及び該集塵フィルターを用いてなるエアフィルターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために鋭意検討した結果、以下の集塵フィルター濾材及びエアフィルターを発明した。
【０００８】
（１）集塵層と支持体層からなる集塵フィルター濾材であって、集塵層が、エレクトレットメルトブロー不織布とポリオレフィン系樹脂からなるスパンボンド不織布を有しており、外気に接する側にスパンボンド不織布が配置されており、支持体層がケミカルボンド不織布であることを特徴とする集塵フィルター濾材。
（２）（１）記載の集塵フィルター濾材を用いてなるエアフィルター。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の集塵フィルター濾材及びエアフィルターについて、以下に詳細に説明する。本発明の集塵フィルター濾材は、集塵層と支持体層からなり、集塵層が、エレクトレットメルトブロー不織布とポリオレフィン系樹脂からなるスパンボンド不織布を有しており、外気に接する側にスパンボンド不織布が配置されており、支持体層がケミカルボンド不織布である。具体的な濾材構成は、スパンボンド不織布／エレクトレットメルトブロー不織布／ケミカルボンド不織布の三層構成、もしくは、スパンボンド不織布／エレクトレットメルトブロー不織布／スパンボンド不織布／ケミカルボンド不織布の四層構成である。「外気に接する側」とは、集塵フィルター濾材において、空気が流入する面側（上流側）又は空気が流出する面側（下流側）という意味である。
【００１０】
本発明において、集塵層には、高い集塵性能が得られるエレクトレットメルトブロー不織布が用いられる。エレクトレットメルトブロー不織布の繊維に使用される樹脂としてはポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレートなどの芳香族ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート樹脂などの合成高分子材料などの高い電気抵抗率を有する材料が好ましい。中でも、低融点であり、メルトブロー不織布の製造が容易なポリプロピレンがより好ましい。また、エレクトレットメルトブロー不織布に使用される樹脂に、帯電性、耐候性、熱安定性、機械的特性、着色、表面特性、又はその他の特性を強化し改良するために、各種の添加剤を加えることができる。特に、エレクトレット加工を行うため、帯電性を強化する目的で、エレクトレット添加剤を含むことが好ましい。エレクトレット添加剤としては、ヒンダードアミン系化合物及びトリアジン系化合物からなる群から選ばれる少なくとも一種のエレクトレット添加剤が含まれていることが好ましい。
【００１１】
本発明において、エレクトレットメルトブロー不織布には、上記の化合物の他に、熱安定剤、耐候剤、重合禁止剤等の一般にエレクトレット加工される不織布に使用されている通常の添加剤を添加することもできる。
【００１２】
本発明において、エレクトレットメルトブロー不織布のエレクトレット加工方法としては、エレクトロエレクトレット、熱エレクトレット、ラジオエレクトレット、メカノエレクトレット、フォトエレクトレット、マグネットエレクトレットなどが挙げられ、特に制限はないが、工業的に不織布フィルターで用いられているエレクトロエレクトレット及び熱エレクトレットが好ましい。
【００１３】
本発明において、エレクトレットメルトブロー不織布に含まれる繊維の平均単繊維径は、０．１〜８．０μｍであることが好ましく、より好ましくは０．５〜６．０μｍであり、さらに好ましくは、１．０〜４．０μｍである。平均単繊維径が８．０μｍを超えると、エレクトレットメルトブロー不織布の繊維間の空隙が大きくなり、捕集効率が低下する場合がある。一方、平均単繊維径が０．１μｍ未満では、繊維間の空隙が狭くなり、圧力損失が高くなる場合がある。
【００１４】
本発明において、エレクトレットメルトブロー不織布の目付けは１０〜５０ｇ／ｍ２が好ましく、より好ましくは１５〜４０ｇ／ｍ２である。目付けが５０ｇ／ｍ２を超えると圧力損失が高くなる場合があり、一方、目付けが１０ｇ／ｍ２未満であると、捕集効率が低下する場合がある。
【００１５】
本発明において、集塵層に用いられるスパンボンド不織布を構成するポリオレフィン系繊維の原料となるポリオレフィン系樹脂としては、ポリプロピレン系樹脂としてはプロピレンの単独重合体、プロピレンと各種α−オレフィンの共重合体；ポリエチレン系樹脂としてはエチレンの単独重合体、エチレンと各種α−オレフィンの共重合体などが挙げられる。紡糸性や強度の特性から、特にポリプロピレン系樹脂が好ましく用いられる。また、スパンボンド不織布には、繰返し水洗耐性をより強化し改良するために、撥水性シリコーン樹脂、フッ素樹脂などの撥水剤を担持させることができる。なお、必要に応じて、スパンボンド不織布には、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、脱臭、抗菌、防カビ、抗ウィルス、抗アレルゲン、芳香性薬剤等の各種機能を付与しても良い。
【００１６】
本発明において、集塵層に用いられるスパンボンド不織布を構成するポリオレフィン系繊維の平均単繊維径は５〜３０μｍであることが好ましく、より好ましくは８〜２０μｍであり、さらに好ましくは、１０〜１７μｍである。平均単繊維径が３０μｍを超えると、スパンボンド不織布の繊維間の空隙が大きくなり、繰返し水洗耐性が劣る場合がある。一方、平均単繊維径が５μｍ未満では、繊維間の空隙が狭くなり、圧力損失が高くなる場合がある。
【００１７】
本発明において、集塵層に用いられるスパンボンド不織布層の目付けは５〜５０ｇ／ｍ２が好ましく、より好ましくは８〜４０ｇ／ｍ２であり、さらに好ましくは１０〜２０ｇ／ｍ２である。目付けが５０ｇ／ｍ２を超えると圧力損失が高くなる場合があり、一方、目付けが５ｇ／ｍ２未満であると、繰返し水洗耐性が劣る場合がある。
【００１８】
本発明において、支持体層を用いる理由として、プリーツ加工性を集塵フィルター濾材に付与すると共に、プリーツフィルターに加工した場合の形状安定性を持たせるためである。支持体層が無い場合、例えばプリーツ加工といった成型加工が上手く行えないことや、プリーツフィルターに通風した場合、濾材が風圧により変形して、圧力損失が高くなる問題がある。
【００１９】
本発明において、支持体層としては、圧力損失とプリーツ加工性のバランスが良いケミカルボンド不織布が用いられる。スパンボンド不織布などのサーマルボンド不織布、ニードルパンチ不織布、スパンレース不織布、ステッチボンド不織布を用いた場合、支持体層が無い場合よりは、プリーツ加工性やフィルターに加工した場合の形状安定性は向上するが、その程度は低く、満足できるレベルにはない。形状安定性を向上させるために、目付けを高くすると圧力損失が悪くなる。また、支持体層として、湿式不織布を用いた場合、同じく形状安定性の良化程度は低く、かつ、圧力損失が悪くなる。
【００２０】
本発明において、支持体層として用いるケミカルボンド不織布の繊維原料として、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、アクリル系樹脂などが挙げられる。使用する繊維は単一のものに限定されず、複数の繊維を混合してもよい。ケミカルボンド不織布のバインダー原料として、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、アクリル系樹脂などが挙げられる。ケミカルボンド不織布を構成する繊維の配合については、特に限定されるものではないが、ポリエステル系繊維を含有することが好ましい。また、ポリエステル系繊維を中心に、剛直性が比較的高い繊維（例えば、芯鞘構造を有するバインダー繊維、ポリビニルアルコール系繊維、ガラス繊維、金属繊維、アルミナ繊維、炭素繊維、再生セルロース繊維、竹パルプ、麻パルプなど）を一部配合することによっても、良好なプリーツ適性を得ることができる。
【００２１】
本発明において、支持体層に用いられるケミカルボンド不織布の平均単繊維径は５〜５０μｍであることが好ましく、より好ましくは１０〜４０μｍであり、さらに好ましくは、１５〜３０μｍである。平均単繊維径が５０μｍを超えると、スパンボンド不織布の繊維間の空隙が大きくなり、プリーツ加工性が劣る場合がある。一方、平均単繊維径が５μｍ未満では、繊維間の空隙が狭くなり、圧力損失が高くなる場合がある。
【００２２】
本発明において、支持体層に用いられるケミカルボンド不織布の目付けは２０〜１００ｇ／ｍ２が好ましく、より好ましくは３０〜６０ｇ／ｍ２であり、さらに好ましくは４０〜８０ｇ／ｍ２である。目付けが１００ｇ／ｍ２を超えると、圧力損失が高くなる場合があり、一方、目付けが２０ｇ／ｍ２未満であると、プリーツ加工性が劣る場合がある。
【００２３】
なお、必要に応じて、支持体層に用いられるケミカルボンド不織布には、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、脱臭、抗菌、防カビ、抗ウィルス、抗アレルゲン、芳香、撥水性薬剤等の各種機能を付与しても良い。
【００２４】
集塵層に用いられるエレクトレットメルトブロー不織布及びスパンボンド不織布、支持体層に用いられるケミカルボンド不織布の平均単繊維直径は、各不織布からランダムに小片サンプル１０個を採取し、走査型電子顕微鏡で５００〜３０００倍の写真を撮影し、各サンプルから１０本ずつ、計１００本の単繊維の直径を測定し、それらの平均値を算出することにより求めることができる。
【００２５】
本発明において、エレクトレットメルトブロー不織布、スパンボンド不織布、ケミカルボンド不織布をそれぞれ積層する方法としては、部分的又は全体的に、ピンソニック法などによる融着、ホットメルトスプレー法やシンター法等のホットメルトパウダー式ラミネート法などによる接着、ステッチボンド法などによる縫合又はニードルパンチ法やいわゆるスパンレース法等の水流交絡法などによる交絡などを施して一体化させる方法が例示される。特に一体化させる方法に制限はないが、圧力損失、各不織布の剥離抑制の観点から、ピンソニック法、ホットメルトスプレー法、ホットメルトパウダー式ラミネート法が好ましい。
【００２６】
本発明の集塵フィルター濾材は、プリーツ加工が施されて、エアフィルターとして使用される。プリーツ加工とは、山谷状の折加工であり、一定の通気面積に対して集塵フィルター濾材の面積を増やすことができるため好ましい。なお、プリーツの形状に関しても特に限定されるものではなく、エアフィルターの用途に合わせて適宜選択すればよい。また、エアフィルターに加工した後の集塵層と支持体層は、風向きに対して、どちらの層を上流側に設置しても良く、エアフィルターの用途に合わせて適宜選択すればよい。
【００２７】
本発明の集塵フィルター濾材及びエアフィルターは、一般住宅用や業務用、自動車や鉄道車輌用等といった様々な場面で使用される空調機、空気清浄機、掃除機、除湿機、乾燥機、加湿器、換気扇、熱交換装置等の各種空気処理装置に装着使用することにより、除塵や脱臭といった空気清浄効果が得られる。また、自然給排気のための外気流入口（通気口や窓等）に、本発明の集塵フィルター濾材及びエアフィルターを用いてもよい。
【実施例】
【００２８】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、実施例に限定されるものでない。なお、実施例中の「％」及び「部」は特に断りのない限り、それぞれ「質量％」及び「質量部」を示す。
【００２９】
＜スパンボンド不織布１（ＳＢ１）＞
スパンボンド不織布１（ＳＢ１）として、ポリプロピレン製スパンボンド不織布で目付け３０ｇ／ｍ２、圧力損失０．４Ｐａのものを用意した。
【００３０】
＜スパンボンド不織布２（ＳＢ２）＞
スパンボンド不織布２（ＳＢ２）として、ポリエステル製スパンボンド不織布で目付け３０ｇ／ｍ２、圧力損失０．４Ｐａのものを用意した。
【００３１】
＜エレクトレットメルトブロー不織布（帯電ＭＢ）＞
エレクトレット処理したメルトブロー不織布（帯電ＭＢ）として、ポリプロピレン製メルトブロー不織布で目付け３０ｇ／ｍ２、圧力損失２５Ｐａ、捕集効率が９９．９％のものを用意した。
【００３２】
＜メルトブロー不織布（ＭＢ）＞
上記エレクトレットメルトブロー不織布（帯電ＭＢ）のエレクトレット加工前のものをメルトブロー不織布として用意した。目付け３０ｇ／ｍ２、圧力損失２５Ｐａ、捕集効率が６４０％であった。
【００３３】
＜ケミカルボンド不織布（ＣＢ）＞
ケミカルボンド不織布（ＣＢ）として、ポリエステル繊維３０ｇ／ｍ２とアクリル樹脂１５ｇ／ｍ２からなる目付け４５ｇ／ｍ２、圧力損失０．６Ｐａのものを用意した。
【００３４】
実施例１〜２及び比較例１〜７の集塵フィルター濾材を以下の工程にて作製した。
【００３５】
（実施例１〜２及び比較例１〜７の集塵フィルター濾材の作製）
スパンボンド不織布とエレクトレットメルトブロー不織布とをウレタン系ホットメルトを用いたホットメルトスプレー法により接着することで、集塵層を得た。次いで、該集塵層と支持体層であるケミカルボンド不織布とを、同じくウレタン系ホットメルトを用いたホットメルトスプレー法により接着することで、実施例１〜２、比較例１〜７の集塵フィルター濾材を得た。
【００３６】
【表１】
2020131185.tif 000002
【００３７】
上記のようにして得られた実施例１〜２及び比較例１〜７の集塵フィルター濾材について、以下の項目について測定し、評価した。
【００３８】
（圧力損失）
ＪＩＳ−Ｂ−９００８：２０１１に準じ、風向きに対して支持体層を上流側に設置して風速５．３ｃｍ／秒における集塵フィルター濾材の圧力損失（Ｐａ）を測定し、下記の評価基準に基づき結果を判定した。
【００３９】
○：圧損が３５Ｐａ未満であり、圧力損失が優れるレベル
△：圧損が３５Ｐａ以上５５Ｐａ未満であり、圧力損失にやや優れるレベル
×：圧損が４５Ｐａ以上であり、圧力損失が劣るレベル
【００４０】
（捕集効率）
ＪＩＳ−Ｂ−９００８：２０１１に準じ、風向きに対して支持体層を上流側に設置して風速５．３ｃｍ／秒における集塵フィルター濾材の０．３μｍ大気塵の捕集効率を測定し、下記の評価基準に基づき結果を判定した。
【００４１】
○：捕集効率が９７％以上であり、効率が優れるレベル
△：捕集効率が９０％以上９７％未満であり、効率にやや優れるレベル
×：捕集効率が９０％未満であり、効率が劣るレベル
【００４２】
（プリーツ加工性の評価）
プリーツ加工機を用い、集塵フィルター濾材に３０ｍｍの折山高さでプリーツ加工を施し、下記の判定基準に基づき、集塵フィルター濾材のプリーツ加工性を判定した。
【００４３】
○：折加工後の濾材に破れがなく、問題なく加工できる
×：折加工後の濾材に破れが見られる
なお、本発明においては○を実用レベルとした。
【００４４】
（繰返し水洗耐性）
集塵フィルター濾材を２０分間、水に浸漬した後、流水に１分間さらす。次いで、９０℃で１時間乾燥し、これを１サイクルとする。サイクルごとに捕集効率を測定し、捕集効率が９０％未満になるまで試験を繰り返し、下記の評価基準に基づき結果を判定した。
【００４５】
○：サイクル数が６０回に達しており、繰返し耐水性に優れるレベル
△：サイクル数が４０回以上６０回未満であり、繰返し耐水性にやや優れるレベル
×：サイクル数が４０回未満であり、繰返し耐水性が劣るレベル
【００４６】
【表２】
2020131185.tif 000003
【００４７】
表２より、実施例の集塵フィルター濾材は、圧力損失、捕集効率、プリーツ加工性が優れるのみならず、繰返し水洗耐性も良好であることが確認できた。これに対して、比較例の集塵フィルター濾材は、圧力損失、捕集効率、プリーツ加工性及び繰返し水洗耐性のすべてに優れているものはなかった。
【００４８】
実施例１と比較例１及び比較例２とを比較すると、比較例１及び比較例２は、集塵層としてエレクトレットメルトブロー不織布を用いていないため、捕集効率と繰返し水洗耐性が大きく劣ることがわかる。実施例１と比較例３、比較例４及び比較例５とを比較すると、比較例３、比較例４及び比較例５は、支持体層がケミカルボンド不織布ではないため、プリーツ加工性が大きく劣り、特に比較例５では繰返し水洗耐性も大きく劣ることがわかる。実施例１と比較例６とを比較すると、比較例６は集塵層のエレクトレット不織布が外気に接する側であるため、繰返し水洗耐性も大きく劣ることがわかる。実施例１と比較例７とを比較すると、比較例７は集塵層のスパンボンド不織布を構成する繊維がポリオレフィン系樹脂ではないため、繰返し水洗耐性が大きく劣ることがわかる。
【００４９】
これらのことから、集塵層と支持体層からなる多層の集塵フィルター濾材であって、集塵層が、エレクトレットメルトブロー不織布とポリオレフィン系樹脂からなるスパンボンド不織布を有しており、支持体層がケミカルボンド不織布であることを特徴とする集塵フィルター濾材は、圧力損失、捕集効率に優れると共に、繰返し水洗後の捕集効率が低下しにくいことが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の集塵フィルター濾材及び集塵フィルターは、一般住宅用や業務用、自動車や鉄道車輌用等といった様々な場面で使用される空調機、空気清浄機、掃除機、除湿機、乾燥機、加湿器、換気扇、熱交換装置等の各種空気処理装置に利用することができる。また、自然給排気のための外気流入口（通気口や窓等）に利用することもできる。