(57)【要約】【課題】本発明の課題は、熱伝導性、透湿性、用紙強度に優れた全熱交換素子用紙を提供することである。【解決手段】叩解したセルロース繊維と合成繊維と吸湿剤とを含む全熱交換素子用紙であって、前記合成繊維として、融点１６０℃以上の樹脂を芯成分とし、ポリエチレンを鞘成分とする繊維径６．０μｍ以下の芯鞘型複合繊維を２〜２５質量％含むことを特徴とする全熱交換素子用紙。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
叩解したセルロース繊維と合成繊維と吸湿剤とを含む全熱交換素子用紙であって、前記合成繊維として、融点１６０℃以上の樹脂を芯成分とし、ポリエチレンを鞘成分とする繊維径６．０μｍ以下の芯鞘型複合繊維を２〜２５質量％含むことを特徴とする全熱交換素子用紙。
【請求項２】
請求項１に記載の全熱交換素子用紙を用いたことを特徴とする全熱交換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新鮮な外気を供給すると共に室内の汚れた空気を排出する際に顕熱（温度）と潜熱（湿度）の熱交換を行う全熱交換器の全熱交換素子と、全熱交換素子に使用される全熱交換素子用紙に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱交換を行う空気対空気の熱交換器において、顕熱（温度）と共に潜熱（湿度）の熱交換も行う全熱交換器に使用される全熱交換素子では、全熱交換素子用紙を挟んで、給気流と排気流が互いに独立した流路で形成されており、その間で全熱交換が行われる。このような全熱交換素子を備えた全熱交換器で室内の換気を行えば、冷暖房効率を大きく抑制することが可能となる。
【０００３】
全熱交換素子用紙は熱伝導性と透湿性の両方を有する必要がある。顕熱の熱交換効率を高めるには、全熱交換素子用紙の厚みを薄くすることが効果的であり、そのため、用紙の坪量を減らす、若しくは、スーパーカレンダーなどの加圧処理が行われる。また、潜熱の熱交換効率を高めるには、セルロース繊維を主体とする多孔質の原紙（和紙、クラフト紙等）に吸湿剤などを添加して透湿性を付与することが行われる。
【０００４】
全熱交換素子用紙の坪量を減らした場合、部材を構成するセルロース繊維の本数が減少するため、用紙強度が更に低下してしまう。一方、セルロース繊維の本数を増やすために、セルロース繊維の叩解処理を過度に進めると、セルロース繊維の繊維長が短くなってしまい、かえって用紙強度が低下する問題点がある。また、スーパーカレンダーなどの加圧処理により、セルロース繊維がダメージを受けてしまい、結果として用紙強度が低下する問題点がある。
【０００５】
全熱交換素子には、直交流型と対向流型があり、全熱交換素子用紙を加工して作製される。いずれも専用の機械を用いて作製されるが、特に、対向流型の場合、全熱交換素子用紙に、室内及び室外の空気を通すための流路を確保するための樹脂枠を取り付ける工程がある。この工程には、一般的に作業効率の観点から、射出成型機が用いられるが、この時、用紙強度が不足していると、射出される樹脂の圧力により、全熱交換素子用紙が破れてしまい、全熱交換素子として全く機能しなくなる問題がある。
【０００６】
特許文献１では、全熱交換素子用紙の高湿空気流側の開口径を、低湿空気流側の開口径よりも大きくしたことを特徴とする全熱交換用紙が提案されている。用紙の両面の開口径に差異を付けることにより、透湿性の良化は見込めるが、用紙強度はまだ不十分なため、更なる改良が必要な問題点があった。
【０００７】
特許文献２では、パーチメント処理された繊維基材と、吸湿剤とを有することを特徴とする透湿性シートが提案されている。該透湿性シートのセルロース繊維は硫酸処理を施されていることから、時間の経過に伴ってセルロース繊維が劣化してしまい、十分な用紙強度を維持できないため、更なる改良が必要な問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−２４２１３０号公報
【特許文献２】特開２０１６−１０８７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、全熱交換効率に優れた全熱交換素子を作るために、熱伝導性、透湿性及び用紙強度に優れる全熱交換素子用紙を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために鋭意検討した結果、下記発明を見出した。
【００１１】
（１）叩解したセルロース繊維と合成繊維と吸湿剤とを含む全熱交換素子用紙であって、前記合成繊維として、融点１６０℃以上の樹脂を芯成分とし、ポリエチレンを鞘成分とする繊維径６．０μｍ以下の芯鞘型複合繊維を２〜２５質量％含むことを特徴とする全熱交換素子用紙。
【００１２】
（２）前記（１）に記載の全熱交換素子用紙を用いたことを特徴とする全熱交換素子。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の全熱交換素子用紙は、叩解したセルロース繊維と特定の合成繊維と吸湿剤とを含んでいるため、熱伝導性、透湿性及び用紙強度に優れた良好な全熱交換素子用紙を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の全熱交換素子用紙は、叩解したセルロース繊維と合成繊維と吸湿剤とを含み、叩解したセルロース繊維と合成繊維とを含む原紙と、該原紙に付与された吸湿剤とを含んでいる。
【００１５】
本発明における原紙について説明する。本発明における原紙は、叩解したセルロース繊維と合成繊維とを含み、湿式方式にて製造されることが好ましい。セルロース繊維としては、天然パルプを使用することが好ましい。天然パルプとしては、広葉樹晒しクラフトパルプ（ＬＢＫＰ）、針葉樹晒しクラフトパルプ（ＮＢＫＰ）、広葉樹晒しサルファイトパルプ（ＬＢＳＰ）、針葉樹晒しサルファイトパルプ（ＮＢＳＰ）、針葉樹未晒クラフトパルプ（ＮＵＫＰ）、広葉樹未晒クラフトパルプ（ＬＵＫＰ）等の木材パルプ繊維を単独又は複数配合して使用することが好ましい。その他として、綿、コットンリンター、麻、竹、サトウキビ、トウモロコシ、ケナフ等の植物繊維；羊毛、絹等の動物繊維；レーヨン、キュプラ、リヨセル等のセルロース再生繊維を単独又は複数配合して使用することもできる。
【００１６】
セルロース繊維の叩解の指標として、ＪＩＳ  Ｐ  ８１２１−１：２０１２に規定されたろ水度を適用することができる。本発明において、ＪＩＳ  Ｐ  ８１２１−１：２０１２に規定されたろ水度に特に制限はないが、６０°ＳＲ以上に叩解したセルロース繊維を用いることが好ましい。６０°ＳＲ以上の比較的細かなセルロース繊維を含む原紙は、水との親和性を維持したままで密な構造が形成されることとなり、透湿性と気体遮蔽性が得られると共に、この原紙に含有される芯鞘型複合繊維が均一に原紙に存在することとなり、その結果、用紙強度が改善される。
【００１７】
本発明の全熱交換素子用紙は、合成繊維として、融点１６０℃以上の樹脂を芯成分とし、ポリエチレンを鞘成分とする繊維径６．０μｍ以下の芯鞘型複合繊維を５〜１５質量％含むことを特徴としている。以下、特に断りのない限り、「融点１６０℃以上の樹脂を芯成分とし、ポリエチレンを鞘成分とする繊維径６．０μｍ以下の芯鞘型複合繊維」を「芯鞘型複合繊維」と略記する場合がある。
【００１８】
本発明において、全熱交換素子用紙に対し、芯鞘型複合繊維の割合は２〜２５質量％であり、５〜２０質量％であることがより好ましく、７〜１５質量％であることが更に好ましい。全熱交換素子用紙が芯鞘型複合繊維を含有していると、芯鞘型複合繊維の溶融により繊維同士の接着点が強固になり、全熱交換素子用紙の用紙強度が向上するという効果が得られる。
【００１９】
芯鞘型複合繊維の割合が２質量％より少ない場合、繊維同士の接着点が増えないため、用紙強度を向上させる効果が発現しない。また、芯鞘型複合繊維の割合が２５質量％より多い場合、繊維同士の接着点は増加するが、芯鞘型複合繊維はセルロース繊維より繊維径が太いために、シート自体の目が詰まり難くなって、熱伝導性が劣る場合がある。
【００２０】
本発明において、芯鞘型複合繊維の芯成分として用いられる融点１６０℃以上の樹脂には、ポリエステル、アクリル、ポリプロピレン、全芳香族ポリエステル、全芳香族ポリエステルアミド、ポリアミド、半芳香族ポリアミド、全芳香族ポリアミド、全芳香族ポリエーテル、全芳香族ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリ−ｐ−フェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、エチレン−ビニルアルコール共重合体などの樹脂を挙げることができる。
【００２１】
これらの芯鞘型複合繊維は、単独で使用してもよいし、２種類以上の組み合わせで使用してもよい。この中でも、ポリエステル、アクリル、ポリプロピレン（ＰＰ）、全芳香族ポリエステル、全芳香族ポリエステルアミド、ポリアミド、半芳香族ポリアミド、全芳香族ポリアミドが好ましく、ポリエステル、アクリル、ポリプロピレンが更に好ましい。
【００２２】
芯成分として用いられる樹脂の融点が１６０℃以上であることにより、芯部分が形状を保つことができる。芯成分として用いられる樹脂の融点は、１６３℃以上がより好ましい。本発明において、融点は、ＪＩＳ  Ｋ  ７１２１：２０１２に準拠して測定した値である。
【００２３】
鞘成分のポリエチレンの融点は１１５℃以上であることが透湿性の点から好ましく、１４０℃以下であることが十分な用紙強度を発現させる効果の点から好ましい。
【００２４】
芯鞘型複合繊維の繊維径は６．０μｍ以下であることにより、全熱交換素子用紙を所望の薄さにすることができ、また、熱伝導性を十分なものとすることができる。芯鞘型複合繊維の繊維径は、全熱交換素子用紙断面の走査型電子顕微鏡観察により測定することができる。
【００２５】
本発明の全熱交換素子用紙には、必要とする密度、平滑度、透気度、強度を得るために、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、カオリン、タルク、クレー、二酸化チタン、水酸化アルミニウム、シリカ、アルミナ、有機顔料等の各種填料、接着剤、サイズ剤、定着剤、歩留まり剤、紙力増強剤等の各種配合剤を適宜含有することができる。
【００２６】
本発明における原紙の製法としては、一般的な長網抄紙機、丸網抄紙機等を用いて、セルロース繊維及び合成繊維をシート状に形成する方法が挙げられる。
【００２７】
本発明の全熱交換素子用紙には、必要とする密度、平滑度、透気度、強度を得るために、抄紙機に設置されたサイズプレス、ロールコーター等で、表面サイズプレスを施してもよい。表面サイズプレス液の成分としては、天然植物から精製した澱粉、ヒドロキシエチル化澱粉、酸化澱粉、エーテル化澱粉、リン酸エステル化澱粉、酵素変性澱粉やそれらをフラッシュドライして得られる冷水可溶性澱粉、ポリビニルアルコール等の各種合成バインダーが適宜使用できる。
【００２８】
本発明の全熱交換素子用紙には、必要とする密度、平滑度、透気度、強度を得るために、カレンダー処理を施してもよい。カレンダー装置としては、硬質ロール同士、弾性ロール同士及び硬質ロールと弾性ロールの対の組み合わせからなる群から選ばれる１種以上の組合せロールを有する装置が好適に使用される。具体的には、マシンカレンダー、ソフトニップカレンダー、スーパーカレンダー、多段カレンダー、マルチニップカレンダー等を使用することができる。
【００２９】
本発明の全熱交換素子用紙の坪量、厚み、密度等に関しては特に制限はないが、交換効率の観点から、坪量は低く、厚みは薄く、密度は高いものが好ましい。坪量は２０〜８０ｇ／ｍ２の範囲が好ましく、３０〜７０ｇ／ｍ２の範囲がより好ましい。厚みは２０〜８０μｍの範囲が好ましく、３０〜６０μｍの範囲がより好ましい。密度は０．７〜１．１ｇ／ｃｍ３の範囲が好ましく、０．９〜１．１ｇ／ｃｍ３の範囲がより好ましい。
【００３０】
本発明の全熱交換素子用紙には、難燃性を付与する目的で難燃剤を付着することができる。難燃剤としては、無機系難燃剤、無機リン系化合物、含窒素化合物、塩素系化合物、臭素系化合物などがある。例えば、ホウ砂とホウ酸の混合物、水酸化アルミニウム、三酸化アンチモン、リン酸アンモニウム、ポリリン酸アンモニウム、スルファミン酸アンモニウム、スルファミン酸グアニジン、リン酸グアニジン、リン酸アミド、塩素化ポリオレフィン、臭化アンモニウム、非エーテル型ポリブロモ環状化合物等の水溶液若しくは水に分散可能である難燃剤が挙げられる。難燃性のレベルとしては、ＪＩＳ  Ａ  １３２２：１９６６で測定される炭化長が１０ｃｍ未満であることが好ましい。難燃剤の付着量としては、特に制限はなく、使用する難燃剤にもよるが、５ｇ／ｍ２〜１０ｇ／ｍ２の範囲であることが好ましい。１０ｇ／ｍ２よりも多く付着させても良いが、効果は頭打ちとなる。
【００３１】
本発明の全熱交換素子用紙には、防カビ性を付与する目的で、防カビ剤を付着することができる。防カビ剤としては、一般的に防カビ剤として市販されているものが使用できる。例えば、有機窒素化合物、硫黄系化合物、有機酸エステル類、有機ヨウ素系イミダゾール化合物、ベンザゾール化合物などが挙げられる。防カビ性のレベルとしては、ＪＩＳ  Ｚ  ２９１１：２０１０で測定される菌糸の発育が認められない状態が好ましい。防カビ剤の付着量としては、０．５ｇ／ｍ２〜５ｇ／ｍ２の範囲であることが好ましい。５ｇ／ｍ２よりも多く付着させても良いが、効果は頭打ちとなる。
【００３２】
本発明の全熱交換素子用紙における吸湿剤について説明する。吸湿剤は、湿熱交換効率を高めるため、原紙に塗布又は含浸する。吸湿剤としては、無機酸塩、有機酸塩、無機質填料、多価アルコール、尿素類、吸湿（吸水）性高分子などがある。
【００３３】
例えば、無機酸塩としては、塩化リチウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウムなどがある。有機酸塩としては、乳酸ナトリウム、乳酸カルシウム、ピロリドンカルボン酸ナトリウムなどがある。無機質填料としては、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、珪酸アルミニウム、珪酸マグネシウム、タルク、クレー、ゼオライト、珪藻土、セピオライト、シリカゲル、活性炭などがある。多価アルコールとしては、グリセリン、エチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリグリセリンなどがある。尿素類としては、尿素、ヒドロキシエチル尿素などがある。
【００３４】
吸湿（吸水）性高分子としては、ポリアスパラギン酸、ポリアクリル酸、ポリグルタミン酸、ポリリジン、アルギン酸、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース及びそれらの塩又は架橋物、カラギーナン、ペクチン、ジェランガム、寒天、キサンタンガム、ヒアルロン酸、グアーガム、アラビアゴム、澱粉及びそれらの架橋物、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、コラーゲン、アクリルニトリル系重合体ケン化物、澱粉／アクリル酸塩グラフト共重合体、酢酸ビニル／アクリル酸塩共重合体ケン化物、澱粉／アクリルニトリルグラフト共重合体、アクリル酸塩／アクリルアミド共重合体、ポリビニルアルコール／無水マレイン酸共重合体、ポリエチレンオキサイド系、イソブチレン−無水マレイン酸共重合体、多糖類／アクリル酸塩グラフト自己架橋体等がある。目的とする透湿度に応じて、種類や付着量を選んで用いられる。
【００３５】
本発明においては、コスト面と透湿性能の観点から、塩化カルシウム、塩化リチウム及び塩化マグネシウムの群から選ばれる１種以上の吸湿剤を使用することが好ましい。特に好ましい吸湿剤は塩化カルシウムである。塩化カルシウムと他の吸湿剤とを併用しても良い。
【００３６】
吸湿剤の付着量は、特に制限はない。使用する吸湿剤の種類にもよるが、ＪＩＳ  Ｚ  ０２０８：１９７６の評価方法を用い、２３℃、相対湿度５０％の条件下で測定された透湿度が３００ｇ／ｍ２・２４ｈ以上であることが好ましい。この範囲であれば、湿熱交換性能に優れた全熱交換素子が得ることができる。吸湿剤の付着量としては、使用する吸湿剤の種類にもよるが、ある程度の付着量から湿熱交換性能が頭打ちになることもあり、３ｇ／ｍ２〜１５ｇ／ｍ２の範囲であることが好ましく、４ｇ／ｍ２〜１０ｇ／ｍ２の範囲であることがより好ましい。透湿度としては３００ｇ／ｍ２・２４ｈ〜１５００ｇ／ｍ２・２４ｈの範囲が好ましく、４００ｇ／ｍ２・２４ｈ〜１０００ｇ／ｍ２・２４ｈの範囲がより好ましい。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。なお、実施例中における部や百分率は断りのない限り、すべて質量によるものである。
【００３８】
＜叩解パルプ＞
針葉樹晒しクラフトパルプ（ＮＢＫＰ）を濃度３％で離解した後、ダブルディスクリファイナーを用いて、ショッパー・リーグラ法のろ水度が７０°ＳＲになるまで叩解したパルプを叩解パルプとした。
【００３９】
＜合成繊維１＞
芯成分がポリプロピレン樹脂（融点１６０℃）で鞘成分がポリエチレン樹脂である繊維径５．２μｍ、繊維長３ｍｍの芯鞘型複合繊維を合成繊維１とした。
【００４０】
＜合成繊維２＞
芯成分がポリプロピレン樹脂（融点１６０℃）で鞘成分がポリエチレン樹脂である繊維径１０．４μｍ、繊維長５ｍｍの芯鞘型複合繊維を合成繊維２とした。
【００４１】
＜合成繊維３＞
ポリプロピレン樹脂からなる繊維径３．９μｍ、繊維長３ｍｍの単一繊維を合成繊維３とした。
【００４２】
＜合成繊維４＞
芯成分がポリエステル樹脂（融点２５５℃、ＰＥＴ）で鞘成分が変性ポリエステル樹脂（融点１１０℃、変性ＰＥＴ）である繊維径２．４μｍ、繊維長３ｍｍの芯鞘型複合繊維を合成繊維４とした。
【００４３】
実施例１〜３及び比較例１〜６の全熱交換素子用紙を以下の工程にて作製した。
【００４４】
（実施例１〜３及び比較例１〜６の全熱交換素子用紙の作製）
２ｍ３の分散タンクに水を投入後、それぞれ十分に離解させた叩解パルプと合成繊維を表１に示す配合比率になるように混合し、分散濃度０．２％で５分間分散して、長網抄紙機にて抄造し、坪量３５ｇ／ｍ２の実施例１〜３、比較例１〜６の全熱交換素子用紙の原紙を得た。該原紙に、含浸加工機にて吸湿剤として塩化リチウムを表１の対原紙付与率となるように付与した。その後、カレンダー処理を行い、厚さ３２μｍの実施例１〜３、比較例１〜６の全熱交換素子用紙を得た。
【００４５】
【表１】
2020134009.tif 000002
【００４６】
上記のようにして得られた実施例１〜３及び比較例１〜６の全熱交換素子用紙について、以下の項目について測定し、評価した。
【００４７】
（透湿度）
ＪＩＳ  Ｚ  ０２０８：１９７６に規定される透湿度試験方法に準じ、温度２０℃、相対湿度６５％の条件にて透湿度測定を実施した。
【００４８】
（熱伝導性）
全熱交換素子用紙を温度２０℃の室内に垂直にセットし、その表面側３０ｃｍの距離から赤外ランプ（５００Ｗ）で照射し、測定開始から１０分後の該全熱交換素子用紙の表面温度及び裏面温度を赤外放射温度計で測定した。
【００４９】
〇：表面と裏面との温度差が５℃未満であり、熱伝導性が優れるレベル
△：表面と裏面との温度差が５〜１０℃であり、熱伝導性にやや優れるレベル
×：表面と裏面との温度差が１０℃超えであり、熱伝導性が劣るレベル
【００５０】
（引張強度）
作製した全熱交換素子用紙について、卓上型材料試験機（株式会社オリエンテック製、商品名ＳＴＡ−１１６７５０）を用いて、ＪＩＳ  Ｐ  ８１１３：２００６に準じて縦方向の引張強度を測定した。試験片のサイズは、縦方向２５０ｍｍ、幅５０ｍｍとし、２個のつかみ具の間隔を１００ｍｍ、引張速度を２００ｍｍ／ｍｉｎとした。
【００５１】
○：引張強度が１０００Ｎ／ｍ以上であり、用紙強度が優れるレベル
△：引張強度が４００Ｎ／ｍ以上１０００Ｎ／ｍ未満であり、用紙強度がやや優れるレベル
×：引張強度が４００ｎ／ｍ未満であり、用紙強度が劣るレベル
【００５２】
【表２】
2020134009.tif 000003
【００５３】
表２より、実施例の全熱交換素子用紙は、透湿度、熱伝導性が優れるのみならず、用紙強度も良好であることが確認できた。これに対して、比較例の全熱交換素子用紙は、透湿度、熱伝導性及び用紙強度のすべてに優れているものはなかった。
【００５４】
実施例１と比較例１とを比較すると、比較例１は繊維径が６．０μｍ以上の芯鞘型複合型繊維を用いているため、実施例１の方が、引張強度が良好であることがわかる。実施例１と比較例２とを比較すると、比較例２はポリプロピレン樹脂のみからなる単一繊維を用いているため、実施例１の方が、引張強度が良好であり、また、比較例２の透湿度が９００ｇ／ｍ２・２４ｈと劣ることがわかる。実施例１と比較例３を比較すると、比較例３は芯成分がポリエステル樹脂で鞘成分が変性ポリエステル樹脂である芯鞘型複合繊維を用いているため、実施例１の方が、引張強度が良好であり、また、比較例３の透湿度が８００ｇ／ｍ２・２４ｈと劣ることがわかる。実施例１と比較例４とを比較すると、比較例４は本発明の芯鞘型複合繊維を用いておらず、繊維成分として、叩解パルプのみを含んでいるため、実施例１の方が引張強度が良好であることがわかる。実施例１と比較例５とを比較すると、比較例５の全熱交換素子用紙は吸湿剤を含んでいないため、実施例１の方が、透湿度が良好であることがわかる。実施例３と比較例６とを比較すると、比較例６の全熱交換素子用紙は芯鞘型複合繊維の含有量が２５質量％を超えるため、実施例３の方が、透湿度及び熱伝導性が良好であることがわかる。
【００５５】
これらのことから、叩解したセルロース繊維と合成繊維と吸湿剤とを含む全熱交換素子用紙であって、前記合成繊維として、融点１６０℃以上の樹脂を芯成分とし、ポリエチレンを鞘成分とする繊維径６．０μｍ以下の芯鞘型複合繊維を２〜２５質量％含む全熱交換素子用紙は、熱伝導性、透湿性、用紙強度に優れ、有効であることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の全熱交換素子用紙は新鮮な外気を供給すると共に室内の汚れた空気を排出する際に顕熱（温度）と共に潜熱（湿度）の熱交換を行う全熱交換器の全熱交換素子に使用される。