(57)【要約】【課題】ダストの捕集効率が高く、圧力損失が低いフィルター濾材を提供すること。【解決手段】静電紡糸された極細繊維を含むフィルター濾材であって、前記極細繊維が分子内に複数のエステル結合を有することを特徴とするフィルター濾材。極細繊維の平均繊維径は１０〜５０００ｎｍの範囲であることが好ましく、極細繊維はポリ乳酸、ポリエチレンテレフタレート、ポリメタクリル酸メチルまたはポリカーボネートからなる極細繊維であることが好ましい。また、分子内に複数のエステル結合を有する樹脂を溶媒に分散又は溶解させた紡糸溶液を調製する工程と、当該紡糸溶液を静電紡糸することによって、極細繊維を含む繊維構造体を得る工程と、を含む、フィルター濾材用繊維構造体の製造方法を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電紡糸された極細繊維を含むフィルター濾材であって、前記極細繊維が分子内に複数のエステル結合を有することを特徴とするフィルター濾材。
【請求項２】
前記極細繊維の平均繊維径が、１０〜５０００ｎｍの範囲である、請求項１に記載のフィルター濾材。
【請求項３】
前記極細繊維のガラス転移温度が２０℃以上である、請求項１又は２に記載のフィルター濾材。
【請求項４】
前記極細繊維が、ポリ乳酸、ポリエチレンテレフタレート、ポリメタクリル酸メチルまたはポリカーボネートからなる極細繊維である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィルター濾材。
【請求項５】
前記極細繊維が電荷安定剤を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載のフィルター濾材。
【請求項６】
分子内に複数のエステル結合を有する樹脂を溶媒に分散又は溶解させた紡糸溶液を調製する工程と、
当該紡糸溶液を静電紡糸することによって、極細繊維を含む繊維構造体を得る工程と、
を含む、フィルター濾材用繊維構造体の製造方法。
【請求項７】
前記分子内に複数のエステル結合を有する樹脂のガラス転移温度が２０℃以上である、請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
前記分子内に複数のエステル結合を有する樹脂が、ポリ乳酸、ポリエチレンテレフタレート、ポリメタクリル酸メチルまたはポリカーボネートである、請求項６又は７に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電紡糸法により製造されたフィルター濾材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、花粉や粉塵などの微細なダストを除去するためのエアフィルター濾材として、不織布製シートが多く用いられている。このようなフィルター濾材には、ダストを高効率で捕集する性能と、フィルター濾材を流体が通過する際の抵抗が少ない低圧力損失が求められている。従来から、このような高効率かつ低圧力損失のフィルター濾材を得る方法として、非常に細い直径を有する繊維で形成された緻密なマトリックス体により物理的に捕集効率を高める方法や、濾材にエレクトレット処理を施すことによりダストを電気的に吸引して捕集効率を高める方法が採用されている。
【０００３】
非常に細い直径を有する繊維を製造する方法として、静電紡糸法が知られている。一般的な静電紡糸法では、ポリマーを溶解させた紡糸溶液を金属製の噴射ニードルの先端に吐出させるとともに高電圧を印加し、接地した捕集電極表面に向けて繊維集合体を形成させる。このような方法により、直径が数十ｎｍから数百ｎｍの非常に細い繊維からなる不織布製シートを得ることができ、この静電紡糸不織布製シートをフィルター濾材へ応用する検討がなされている。特許文献１には、静電紡糸法により製造された、平均繊維径が０．０１μｍ以上、０．５μｍ未満の極細繊維集合体層と、平均繊維径が０．５μｍ以上、５μｍ以下の細繊維集合体層とを備えていることを特徴とする濾過材、が提案されている。このような極細繊維層を含むフィルター濾材は、緻密なマトリックス体を形成し、捕集効率を高めることが可能となるが、主な捕集機構がさえぎりや慣性といった物理的な効果に依存することから、更なる捕集効率の向上を達成するためには、目付量を高くする必要があり、フィルター濾材の圧力損失を増大させてしまうという問題がある。
【０００４】
特許文献２には、繊維径が０．００１〜１μｍの繊維からなる荷電処理（エレクトレット処理）されたポリアミドイミド繊維の不織布を含むフィルターが提案されており、極細繊維からなる濾材をさらにエレクトレット処理することによって、捕集効率を格段に向上できることが記載されている。しかしながら、エレクトレット処理の方法として、コロナ放電によるエレクトレット化、高圧水流衝突によるエレクトレット化などの方法があるが、極細繊維は１本あたりの力学強度が低いために、エレクトレット加工する際のコロナ放電によって極細繊維がダメージを受け、良好な捕集性能が得られないという問題がある。さらに、不織布製シートを形成した後にエレクトレット加工を施す必要があるため、加工コストが増大するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２１８９０９号公報
【特許文献２】特開２００８−６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、上記のような問題を解決し、より簡単な工程で製造することが可能で、ダストの捕集効率が高く、圧力損失が低いフィルター濾材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記した課題を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、特定の材料を静電紡糸して得られる極細繊維を含む繊維構造体は、エレクトレット処理を施すことなく優れた帯電性を有することを見出した。そして、この繊維構造体は、ダストの捕集効率が高く、圧力損失が低いフィルター濾材として好適に用いられることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
本発明は、以下の構成を有する。
［１］静電紡糸された極細繊維を含むフィルター濾材であって、前記極細繊維が分子内に複数のエステル結合を有することを特徴とするフィルター濾材。
［２］前記極細繊維の平均繊維径が、１０〜５０００ｎｍの範囲である、［１］に記載のフィルター濾材。
［３］前記極細繊維のガラス転移温度が２０℃以上である、［１］又は［２］に記載のフィルター濾材。
［４］前記極細繊維が、ポリ乳酸、ポリエチレンテレフタレート、ポリメタクリル酸メチルまたはポリカーボネートからなる極細繊維である、［１］〜［３］のいずれかに記載のフィルター濾材。
［５］前記極細繊維が電荷安定剤を含む、［１］〜［４］のいずれかに記載のフィルター濾材。
［６］分子内に複数のエステル結合を有する樹脂を溶媒に分散又は溶解させた紡糸溶液を調製する工程と、
当該紡糸溶液を静電紡糸することによって、極細繊維を含む繊維構造体を得る工程と、
を含む、フィルター濾材用繊維構造体の製造方法。
［７］前記分子内に複数のエステル結合を有する樹脂のガラス転移温度が２０℃以上である、［６］に記載の製造方法。
［８］前記分子内に複数のエステル結合を有する樹脂が、ポリ乳酸、ポリエチレンテレフタレート、ポリメタクリル酸メチルまたはポリカーボネートである、［６］又は［７］に記載の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
以上の構成を有する本発明によれば、ダストの捕集効率が高く、圧力損失が低いフィルター濾材を提供することが可能となる。特に、掃除機や空気清浄機などの家電用エアフィルター、ビル空調用のエアフィルター、産業用の中・高性能フィルター、クリーンルーム用のＨＥＰＡフィルターやＵＬＰＡフィルターに好適なフィルター濾材を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１〜４、比較例１〜２のフィルター濾材について、圧力損失と捕集効率の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１２】
本発明のフィルター濾材は、静電紡糸された極細繊維を含むフィルター濾材であって、前記極細繊維が分子内に複数のエステル結合を有することを特徴としている。分子内に複数のエステル結合を有する樹脂を静電紡糸することにより得られた極細繊維は、エレクトレット処理を行わなくても優れた帯電性を有しており、この繊維を含むフィルター濾材は、緻密なマトリックスによる物理的な捕集と、優れた帯電性による電気的な捕集とにより、フィルター性能を格段に向上させることが可能となる。
【００１３】
極細繊維を構成する樹脂としては、分子内に複数のエステル結合を有していれば、特に限定されないが、少なくとも一つのエステル結合を含む繰り返し単位を主成分としていることが好ましい。このような樹脂としては、例えば、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリブチレンサクシネート、ポリカプロラクトンなどの脂肪族ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレートなどの芳香族ポリエステル樹脂、ポリアクリル酸メチルなどのアクリル酸エステル重合体、ポリメタクリル酸メチルなどのメタクリル酸エステル重合体、およびこれらの共重合体などを例示できる。これらの分子内に複数のエステル結合を有する樹脂は１種類で使用してもよく、２種類以上を混合して使用してもよい。混合して使用する際の混合率は、特に限定されず、求める曳糸性や分散性、得られる極細繊維の物性を鑑みて、適宜設定することができる。特定の理論に拘束されるものではないが、分子内に複数のエステル結合を有する樹脂は、静電紡糸過程における電荷トラップ安定性と極性基の配向の相乗効果によって、優れた帯電性を有し、電荷を帯びたままになると考えられる。分子内に複数のエステル結合を有する樹脂を静電紡糸することによって得られるこのような特性は、従来技術の中では予測されておらず、本発明で見出された予想外の新規な効果である。
極細繊維を構成する樹脂の重量平均分子量としては、特に限定されないが、１０，０００〜１０，０００，０００の範囲でありことが好ましく、５０，０００〜５，０００,０００の範囲であることがより好ましく、１００,０００〜１,０００,０００であることがさらに好ましい。重量平均分子量が１０,０００以上であれば、極細繊維の繊維形成性に優れ、ガラス転移温度が高くなるため好ましく、１０,０００,０００以下であれば、溶解性や熱可塑性に優れ、加工が容易になるため好ましい。
【００１４】
極細繊維のガラス転移温度としては、特に限定されないが、濾材の捕集効率の安定性の観点から、２０℃以上であることが好ましく、５０℃以上であることがより好ましく、１００℃以上であることがさらに好ましい。ガラス転移温度が２０℃以上である樹脂を材料として用いて静電紡糸を行うと、帯電性に優れた不織布が得られ、捕集効率の安定性に優れたフィルター濾材が得られるものと考えられている。なお、極細繊維のガラス転移温度は、例えば、示差走査熱量計を用いて、昇温速度を１０℃／ｍｉｎとしたときのベースラインの変化する温度で測定することが可能である。ガラス転移温度が２０℃以上である樹脂としては、例えば、ポリ乳酸、ポリエチレンテレフタラート、ポリブチレンテレフタレート、ポリグルコール酸、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル等が挙げられる。
【００１５】
極細繊維は結晶性であっても、非晶性であってもよい。結晶性である場合、その結晶化度は２０％以上が好ましく、３０％以上がより好ましく、４０％以上であることがさらに好ましい。結晶化度が２０％以上であれば、濾材の捕集効率の安定性を向上させることができるとともに、極細繊維の力学強度が高くなり、フィルターへの加工性が向上するため好ましい。極細繊維の結晶化度は、例えば、Ｘ線回折法にて得られた回折チャートおける結晶部の面積の総和を、結晶部および非晶部の面積の総和で除し、その値に１００を乗じることで得ることができる。極細繊維が非晶性である場合、極細繊維が柔軟性を有し、プリーツ加工時における極細繊維の破断を抑制できる。
【００１６】
極細繊維の平均繊維径は、特に限定されないが、１０〜５０００ｎｍの範囲であることが好ましい。平均繊維径が１０ｎｍ以上であると繊維１本あたりの強度が大きくなり、フィルターへの加工時などの破れによる性能低下の抑制や、ダストによるフィルター濾材の目詰まりの軽減が可能となるため好ましい。また５０００ｎｍ以下であれば、繊維の比表面積が大きくなり、低圧力損失かつ高捕集効率のフィルターが得られるため好ましい。このような観点から、極細繊維の平均繊維径は、２０〜２０００ｎｍの範囲がより好ましく、５０〜１０００ｎｍの範囲であることがさらに好ましい。繊維径の分布は、特に限定されるものではないが、ＣＶ値が５０％以下であることが好ましく、より好ましくは３０％以下である。ＣＶ値が５０％以下であれば、フィルターとして用いた場合、捕集効率と圧力損失のバランスに優れ、ＣＶ値が３０％以下であれば両者のバランスがより良好になるので好ましい。また、静電紡糸された繊維の長さは、特に限定されないが、毛羽立ちなどの観点から、連続繊維であることが好ましい。
【００１７】
上述の極細繊維を含む繊維構造体の目付は、特に限定されないが、０．０１〜１０ｇ／ｍ２の範囲であることが好ましい。目付が０．０１ｇ／ｍ２以上であれば、極細繊維の積層体をフィルター濾材として用いた場合、良好な捕集効率が得られるため好ましく、１０ｇ／ｍ２以下であれば、圧力損失を低くすることができるため好ましい。このような観点から、極細繊維の繊維構造体の目付は、０．０５〜８ｇ／ｍ２の範囲であることがより好ましく、０．１〜５ｇ／ｍ２の範囲であることがさらに好ましい。本発明の極細繊維を含む繊維構造体は優れた帯電性を有しているため、目付が低い繊維を用いても高い捕集効率を実現することができる。
【００１８】
本発明のフィルター濾材のダストの初期捕集効率は、特に限定されないが、６０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましく、９０％以上であることがさらに好ましい。また、初期圧力損失は、特に限定されないが、２００Ｐａ以下であることが好ましく、１００Ｐａ以下であることがより好ましい。ここで、初期捕集効率および初期圧力損失は、粒子径：０．０７μｍ（個数中央径）、粒子濃度：１０〜２５ｍｇ／ｍ３）を測定流速５．３ｃｍ／ｓｅｃでサンプルを通過させたときの測定値である。初期捕集効率と初期圧力損失は、極細繊維の平均繊維径や目付を適宜変更して調整することが可能である。特に、掃除機や空気清浄機、ビル空調用のエアフィルターとして用いる場合、初期捕集効率と初期圧力損失は、６０％以上かつ６０Ｐａ以下であることが好ましく、８０％以上かつ４０Ｐａ以下であることがより好ましく、９０％以上かつ２５Ｐａ以下であることがさらに好ましい。
【００１９】
本発明のフィルター濾材の捕集効率の維持率は、特に限定されないが、７０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましく、９０％以上であることがさらに好ましい。ここで、捕集効率の維持率とは、ダストの負荷試験において、捕集効率の最も低くなったときの値を、初期の捕集効率の値で除し、１００で乗じた値で定義される。
【００２０】
極細繊維は、ランダムに配置されてもよく、一次元、もしくは二次元に配列されていてもよい。ランダムに配置されている場合には、力学強度などの特性が等方的に発現し、一次元、もしくは二次元に配列されている場合には、種々の特性が異方的に発現する。また、極細繊維の表面構造は、特に限定されず、平滑構造であっても、凹凸構造であってもよい。平滑構造の場合には繊維の強度が高くなる点で好ましく、凹凸構造の場合には繊維の比表面積が高くなる点で好ましい。
【００２１】
本発明のフィルター濾材は、前述の極細繊維を含んでいれば特に限定されるものではないが、他のシート状素材と積層一体化されていてもよく、極細繊維を含む層の片面、または両面に、不織布、織布、ネット、および通気性フィルムからなる群から選択された少なくとも１つの層が積層された、２層または３層以上の積層体であってもよい。２層以上の積層体とすることで、フィルター濾材の力学強度が向上し、加工性の優れたフィルター濾材を提供することが可能となるため好ましい。極細繊維を含む層の両面に、不織布、織布、ネット、もしくは通気性フィルムを積層する場合、極細繊維層が表面露出しなくなり、これによって極細繊維層が破れにくくなるため好ましい。
【００２２】
積層する不織布、織布、ネット、もしくは通気性フィルムの素材は、特に限定されず、例えば、ポリエチレンおよびポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリ乳酸およびポリブチレンサクシネート等のポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン、ポリフッ化ビニリデンおよびポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、酢酸セルロースなどを挙げることができ、極細繊維を含む層との剥離性、加工性、耐熱性、耐薬品性等の観点から、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂であることが好ましく、ポリエステル系樹脂であることがさらに好ましい。積層する不織布、織布、ネット、もしくは通気性フィルムの構成は、特に限定されるものではなく、１種類からなる単層品であってもよく、２種類以上からなる多層品であってもよく、その機能や効果に応じて、適宜選択することが可能である。
【００２３】
極細繊維の積層体を作製する方法は特に限定されないが、不織布、織布、ネット、もしくは通気性フィルム上に、極細繊維を直接静電紡糸する方法、静電紡糸によって得られた極細繊維を含む層を、その後工程において、不織布、織布、ネット、もしくは通気性フィルムに積層し、一体化する方法が例示できる。一体化の方法は、特に限定されるわけではなく、加熱したフラットロールやエンボスロールによる熱圧着、ホットメルト剤や化学接着剤による接着、循環熱風もしくは輻射熱による熱接着などを採用することができるが、一体化による極細繊維を含む層の物性低下を抑制するという観点では、なかでも循環熱風もしくは輻射熱による熱処理が好ましい。フラットロールやエンボスロールによる熱圧着の場合、極細繊維を含む層が溶融フィルム化したり、エンボス点周辺部分に破れが発生したりするなど、少なからずダメージを受け、フィルター濾材として使用する場合には、溶融フィルム化によって通気、通液性が低下したり、破れによって捕集特性が低下したりするなどの性能低下を生じやすい。また、ホットメルト剤や化学接着剤による接着の場合には、該成分によって極細繊維を含む層の繊維間空隙が埋められ、性能低下を生じやすいことや、該成分の溶出によってフィルター濾材の使用環境が制限される場合がある。一方で、循環熱風もしくは輻射熱による熱処理で一体化した場合には、極細繊維を含む層へのダメージがほとんどなく、かつ十分な層間剥離強度で一体化できるので好ましい。循環熱風もしくは輻射熱による熱処理によって一体化する場合には、特に限定されるものではないが、熱融着性複合繊維からなる不織布および積層体を使用することが好ましい。熱融着性複合繊維は、例えば、低融点成分と高融点成分を複合した複合繊維を例示でき、高融点成分としてはポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ナイロン６、ナイロン６，６、ポリ−Ｌ−乳酸など、低融点成分としては低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート共重合体、ポリ−ＤＬ−乳酸、ポリプロピレン共重合体、ポリプロピレンなどを例示することができる。複合繊維の高融点成分と低融点成分の融点差は、特に限定されるものではないが、熱融着の加工温度幅を広くするためには、１５℃以上であることが好ましく、３０℃以上であることがより好ましい。複合の形態は特に限定されるものではなく、公知の同心鞘芯型、偏心鞘芯型、並列型、海島型、放射状型などの複合形態を採用することができる。
【００２４】
極細繊維を含む繊維構造体は、特に限定されないが、他の繊維素材と混繊されていてもよい。混繊させる繊維素材の材料としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、セルロース、セルロース誘導体、キチン、キトサン、コラーゲン、およびこれらの共重合体などの高分子材料、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、ハイドロキシアパタイトなどの無機材料などを挙げることができる。繊維素材の平均繊維径は特に限定されないが、本発明の極細繊維と同程度であっても、異なっていてもよい。混繊させる繊維素材の材料や繊維径は、機能や効果に応じて、適宜選択することが可能である。極細繊維と他の繊維素材を混繊させる方法としては、特に限定されないが、極細繊維と他の繊維素材を同時に静電紡糸する方法、極細繊維と他の繊維素材を水等に分散させて抄紙する方法などを例示できる。
【００２５】
本発明のフィルター濾材は、さらにエレクトレット加工されていてもよい。エレクトレット加工を行えば、極細繊維を含むフィルター濾材の性能をさらに向上させることが可能となる。エレクトレット加工方法としては、例えば、コロナ放電によるエレクトレット加工を例示できる。
本発明のフィルター濾材は、本発明の効果を著しく損なわない範囲であれば、制電加工、撥水加工、親水加工、抗菌加工、紫外線吸収加工、近赤外吸収加工、防汚加工などを目的に応じて施されていてもよい。
【００２６】
＜静電紡糸法＞
静電紡糸法とは、紡糸溶液を吐出させるとともに、電界を作用させて、吐出された紡糸溶液を繊維化し、コレクター上に繊維を得る方法である。例えば、紡糸溶液をノズルから押し出すとともに電界を作用させて紡糸する方法、紡糸溶液を泡立たせるとともに電界を作用させて紡糸する方法、円筒状電極の表面に紡糸溶液を導くとともに電界を作用させて紡糸する方法などを挙げることができる。
【００２７】
紡糸溶液としては、曳糸性を有するものであれば特に限定されないが、樹脂を溶媒に分散させたもの、樹脂を溶媒に溶解させたもの、樹脂を熱やレーザー照射によって溶融させたものなどを用いることができる。
【００２８】
樹脂を分散または溶解させる溶媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール、プロパノール、アセトン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、トルエン、キシレン、ピリジン、蟻酸、酢酸、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、クロロホルム、１，１，２，２−テトラクロロエタン、１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロイソプロパノール、トリフルオロ酢酸及びこれらの混合物などを挙げることができる。混合して使用する場合の混合率は、特に限定されるものではなく、求める曳糸性や分散性、得られる繊維の物性を鑑みて、適宜設定することができる。
【００２９】
静電紡糸の安定性や繊維形成性を向上させる目的で、紡糸溶液中にさらに界面活性剤を含有させてもよい。界面活性剤は、例えば、ドデシル硫酸ナトリウムなどの陰イオン性界面活性剤、臭化テトラブチルアンモニウムなどの陽イオン界面活性剤、ポリオキシエチレンソルビタモンモノラウレートなどの非イオン性界面活性剤などを挙げることができる。界面活性剤の濃度は、紡糸溶液に対して５重量％以下の範囲であることが好ましい。５重量％以下であれば、使用に見合う効果の向上が得られるため好ましい。耐候性を向上させ、フィルターとして使用する場合には、さらにエレクトレット性能の向上や帯電性の安定化の目的から、電荷安定剤としてヒンダードアミン系化合物からなる群から選ばれる少なくとも一種が含まれていることが好ましい。ヒンダードアミン系化合物としては、ポリ［(６−（１，１，３，３−テトラメチルブチル）イミノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジイル)（（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）イミノ）ヘキサメチレン（（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）イミノ）］（ＢＡＳＦ社製、キマソーブ９４４）、コハク酸ジメチル−１−（２−ヒドロキシエチル）−４−ヒドロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン重縮合物（ＢＡＳＦ社製、チヌビン６２２）、２−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジル）−２−ｎ−ブチルマロン酸ビス（１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジル）（ＢＡＳＦ社製、チヌビン１４４）などが例示できる。電荷安定剤の濃度は、特に限定されないが、分子内に複数のエステル結合を有する樹脂に対して、０．１〜１０重量％の範囲であることが好ましい。０．１重量％以上であれば、極細繊維に帯電した電荷を長期間にわたって安定に維持できるため好ましく、１０重量％以下であれば、使用に見合う効果が得られるため好ましい。
【００３０】
本発明の効果を著しく損なわない範囲であれば、上記以外の成分も紡糸溶液の成分として含んでもよい。
【００３１】
紡糸溶液の調製方法は、特に限定されず、撹拌や超音波処理などの方法を挙げることができる。また、混合の順序も特に限定されず、同時に混合しても、逐次に混合してもよい。撹拌により紡糸溶液を調製する場合の撹拌時間は、樹脂が溶媒に均一に溶解または分散していれば特に限定されず、例えば、１〜２４時間程度撹拌してもよい。
【００３２】
静電紡糸により繊維を得るためには、紡糸溶液の粘度を、１０〜１０，０００ｃＰの範囲に調製することが好ましく、５０〜８，０００ｃＰの範囲であることがより好ましい。粘度が１０ｃＰ以上であると、繊維を形成するための曳糸性が得られ、１０，０００ｃＰ以下であると、紡糸溶液を吐出させるのが容易となる。粘度が５０〜８，０００ｃＰの範囲であれば、広い紡糸条件範囲で良好な曳糸性が得られるのでより好ましい。紡糸溶液の粘度は、樹脂の分子量、濃度や溶媒の種類や混合率を適宜変更することで、調整することができる。
【００３３】
紡糸溶液の温度は、常温で紡糸することもできるし、加熱・冷却して紡糸してもよい。紡糸溶液を吐出させる方法としては、例えば、ポンプを用いてシリンジに充填した紡糸溶液をノズルから吐出させる方法などが挙げられる。ノズルの内径としては、特に限定されないが、０．１〜１．５ｍｍの範囲であるのが好ましい。また吐出量としては、特に限定されないが、０．１〜１０ｍＬ／ｈｒであるのが好ましい。
【００３４】
電界を作用させる方法としては、ノズルとコレクターに電界を形成させることができれば特に限定されるものではなく、例えば、ノズルに高電圧を印加し、コレクターを接地してもよい。印加する電圧は、繊維が形成されれば特に限定されないが、５〜１００ｋＶの範囲であるのが好ましい。また、ノズルとコレクターとの距離は、繊維が形成されれば特に限定されないが、５〜５０ｃｍの範囲であるのが好ましい。コレクターは、紡糸された繊維を捕集できるものであればよく、その素材や形状などは特に限定させるものではない。コレクターの素材としては、金属等の導電性材料が好適に用いられる。コレクターの形状としては、特に限定されないが、例えば、平板状、シャフト状、コンベア状などを挙げることができる。コレクターが平板状であると、シート状に繊維構造体を捕集することができ、シャフト状であると、チューブ状に繊維構造体を捕集することができる。コンベア状であれば、シート状に捕集された繊維構造体を連続的に製造することができる。
【実施例】
【００３５】
下記の実施例は、例示を目的としたものに過ぎない。本発明の範囲は、本実施例に限定されない。
【００３６】
実施例中に示した物性値の測定方法と定義を以下に示す。
＜平均繊維径＞
日立株式会社製の走査型電子顕微鏡（ＳＵ−８０００）を使用して、静電紡糸で得られた極細繊維構造体の表面を５０００〜３００００倍で観察し、画像解析ソフトを用いて繊維５０本の直径を測定し、繊維５０本の繊維径の平均値を平均繊維径とした。
＜フィルター性能＞
ＴＳＩ社製のフィルター効率自動検出装置（Ｍｏｄｅｌ８１３０）を使用して、ＮａＣｌ（粒子径：０．０７μｍ（個数中央径）、粒子濃度：１０〜２５ｍｇ／ｍ３）を測定流速５．３ｃｍ／ｓｅｃでサンプルを通過させたときの圧力損失および捕集効率を測定した。
＜帯電電位＞
ポリエチレンテレフタレート製不織布上に静電紡糸された極細繊維構造体が積層されたフィルター濾材用不織布の上下をアルミ板で挟み、表面電荷を除去した。続いて、表面電荷を除去したフィルター濾材用不織布の極細繊維構造体側の表面を、シムコジャパン製の静電気測定器（ＦＭＸ−００３）にて測定した。
【００３７】
[実施例１]
ＮａｔｕｒｅＷｏｒｋｓ製のポリ乳酸（６０６０Ｄ）１１重量部、ジメチルホルムアミド４４．５重量部、ジクロロメタン４４．５重量部からなる紡糸溶液を調製した。次いで、シリンジポンプにより内径０．２２ｍｍのノズルに紡糸溶液を２．０ｍＬ／ｈｒで供給するとともに、ノズルに３２．５ｋＶの電圧を印加し、ポリ乳酸からなる極細繊維を静電紡糸した。ノズルと接地されたコレクター間の距離は２２．５ｃｍとした。ノズルとコレクターとの間に配置されたポリエチレンテレフタレート製不織布の送り速度を変更し、ポリ乳酸からなる極細繊維の繊維構造体の目付が異なるフィルター濾材を作製した。
ポリ乳酸からなる極細繊維の平均繊維径は、３００ｎｍであった。
【００３８】
[実施例２]
中興紡製のポリエチレンテレフタレート１５重量部、トリフルオロ酢酸４２．５重量部、ジクロロメタン４２．５重量部からなる紡糸溶液を調製した。次いで、シリンジポンプにより内径０．２２ｍｍのノズルに紡糸溶液を１．０ｍＬ／ｈｒで供給するとともに、ノズルに１６ｋＶの電圧を印加し、ポリエチレンテレフタレートからなる極細繊維を静電紡糸した。ノズルと接地されたコレクター間の距離は２０ｃｍとした。ノズルとコレクターとの間に配置されたポリエチレンテレフタレート製不織布の送り速度を変更し、ポリエチレンテレフタレートからなる極細繊維の繊維構造体の目付が異なるフィルター濾材を作製した。
ポリエチレンテレフタレートからなる極細繊維の平均繊維径は、８６０ｎｍであった。
【００３９】
［実施例３］
台湾化学繊維製のポリカーボネート（ＡＣ３８００）１５重量部、１,１,２,２−テトラクロロエタン４２．５重量部、ジクロロメタン４２．５重量部、臭化テトラブチルアンモニウム０．０５重量部からなる紡糸溶液を調製した。次いで、シリンジポンプにより内径０．２２ｍｍのノズルに紡糸溶液を２．０ｍＬ／ｈｒで供給するとともに、ノズルに２５ｋＶの電圧を印加し、ポリカーボネートからなる極細繊維を静電紡糸した。ノズルと接地されたコレクター間の距離は２０ｃｍとした。ノズルとコレクターとの間に配置されたポリエチレンテレフタレート製不織布の送り速度を変更し、ポリカーボネートからなる極細繊維の繊維構造体の目付が異なるフィルター濾材を作製した。
ポリカーボネートからなる極細繊維の平均繊維径は、８３０ｎｍであった。
【００４０】
［実施例４］
ＡＬＤＲＩＣＨ社製のポリメタクリル酸メチル１２重量部、Ｎ,Ｎ-ジメチルホルムアミド８８重量部、ドデシル硫酸ナトリウム０．０５重量部からなる紡糸溶液を調製した。次いで、シリンジポンプにより内径０．２２ｍｍのノズルに紡糸溶液を２．０ｍＬ／ｈｒで供給するとともに、ノズルに３０ｋＶの電圧を印加し、ポリメタクリル酸メチルからなる極細繊維を静電紡糸した。ノズルと接地されたコレクター間の距離は２０ｃｍとした。ノズルとコレクターとの間に配置されたポリエチレンテレフタレート製不織布の送り速度を変更し、ポリメタクリル酸メチルからなる極細繊維の繊維構造体の目付が異なるフィルター濾材を作製した。
ポリメタクリル酸メチルからなる極細繊維の平均繊維径は、８２０ｎｍであった。
【００４１】
[比較例１]
ＡＲＫＥＭＡ社製のポリフッ化ビニリデン（Ｋｙｎａｒ３１２０−５０）２０重量部、ジメチルアセトアミド４８重量部、アセトン３２重量部からなる紡糸溶液を調製した。次いで、シリンジポンプにより内径０．２２ｍｍのノズルに紡糸溶液を１．０ｍＬ／ｈｒで供給するとともに、ノズルに２５ｋＶの電圧を印加し、ポリフッ化ビニリデンからなる極細繊維を静電紡糸した。ノズルと接地されたコレクター間の距離は２０ｃｍとした。ノズルとコレクターとの間に配置されたポリエチレンテレフタレート製不織布の送り速度を変更し、ポリフッ化ビニリデンからなる極細繊維の繊維構造体の目付が異なるフィルター濾材を作製した。
ポリフッ化ビニリデンからなる極細繊維の平均繊維径は、２５０ｎｍであった。
【００４２】
[比較例２]
ＡＬＤＲＩＣＨ社製のナイロン６，６が１０重量部、蟻酸５４重量部、酢酸３６重量部からなる紡糸溶液を調製した。次いで、シリンジポンプにより内径０．２２ｍｍのノズルに紡糸溶液を０．６ｍＬ／ｈｒで供給するとともに、ノズルに３５ｋＶの電圧を印加し、ナイロン６，６からなる極細繊維を静電紡糸した。ノズルと接地されたコレクター間の距離は１５ｃｍとした。ノズルとコレクターとの間に配置されたポリエチレンテレフタレート製不織布の送り速度を変更し、ナイロン６，６からなる極細繊維の繊維構造体の目付が異なるフィルター濾材を作製した。
ナイロン６，６からなる極細繊維の平均繊維径は、２００ｎｍであった。
【００４３】
実施例１〜４、比較例１〜２のフィルター濾材について、極細繊維の材料、ガラス転移温度、平均繊維径、目付およびフィルター性能を表１に示す。なお、ガラス転移温度は各材料の代表的な値を示している。
【００４４】
【表１】
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【００４５】
表１に示されるように、実施例１〜４のフィルター濾材は帯電性を有し、比較例１〜２のものと比較して高い捕集効率と低い圧力損失を両立するものであった。
【００４６】
実施例１〜４、比較例１〜２のフィルター濾材について、圧力損失と捕集効率の関係を図１に示す。
【００４７】
表１および図１に示されるとおり、本発明のフィルター濾材は従来の極細繊維と同様の製造方法を用いて製造でき、また、従来のフィルター濾材と比べて、圧力損失が低く、かつ捕集効率を高くすることができる。
【００４８】
［実施例５］
紡糸溶液に、電荷安定剤としてキマソーブ９４４を０．１１重量部添加した以外は、実施例１と同様に紡糸し、ポリ乳酸極細繊維構造体の目付が０．５ｇ／ｍ２のフィルター濾材を作製した。
実施例１（極細繊維の目付が０．５ｇ／ｍ２）と実施例５で得られたフィルター濾材を一般環境下（室温：１５〜４０℃、相対湿度：３０〜９０％）に９０日間放置したときの捕集効率の変化を表２に示す。
表２に示されるとおり、電荷安定剤を含むフィルター濾材は、捕集効率の低下が小さく、長期間にわたって帯電した電荷を安定に維持することが出来た。
【００４９】
【表２】
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【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の分子内に複数のエステル結合を有する樹脂が静電紡糸された極細繊維を含むフィルター濾材は、ダストの捕集効率が高く、圧力損失が低いため、エアフィルター用濾材や液体フィルター用濾材として好適に用いることが可能である。特に、掃除機や空気清浄機などの家電用エアフィルター、ビル空調用のエアフィルター、産業用の中・高性能フィルター、クリーンルーム用のＨＥＰＡフィルターやＵＬＰＡフィルターに好適なフィルター濾材を提供することが可能となる。
【図１】
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