(57)【要約】【課題】高い集塵効率と低い圧力損失とを備える不織布を提供する。【解決手段】第１材料を含む繊維と、第２材料を含む帯電粒子と、を備える不織布であって、前記第１材料は、帯電列において、綿よりもマイナス側に位置し、前記第２材料は、帯電列において、綿よりもプラス側に位置し、前記帯電粒子の少なくとも一部が、前記繊維に埋め込まれている、不織布である。さらに、上記不織布と、前記不織布に積層される基材と、前記不織布の前記基材とは反対側に積層される保護材と、を備える、エアフィルタである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１材料を含む繊維と、
第２材料を含む帯電粒子と、を備える不織布であって、
前記第１材料は、帯電列において、綿よりもマイナス側に位置し、
前記第２材料は、帯電列において、綿よりもプラス側に位置し、
前記帯電粒子の少なくとも一部が、前記繊維に埋め込まれている、不織布。
【請求項２】
前記第２材料は窒素原子を含む樹脂である、請求項１に記載の不織布。
【請求項３】
前記第１材料はポリスチレン樹脂であり、
前記第２材料はトリアジン環を含む樹脂である、請求項１または２に記載の不織布。
【請求項４】
前記帯電粒子の全体が、前記繊維の中に入り込んでいる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の不織布。
【請求項５】
前記帯電粒子の平均粒子径Ｐ１と前記繊維の平均繊維径Ｄ１との比：Ｐ１／Ｄ１が、１／１００以上、３０以下である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の不織布。
【請求項６】
前記繊維の平均繊維径Ｄ１が１００ｎｍ以上、５０００ｎｍ以下である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の不織布。
【請求項７】
前記帯電粒子の平均粒子径Ｐ１が５０ｎｍ以上、３０００ｎｍ以下である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の不織布。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の不織布と、
前記不織布に積層される基材と、
前記不織布の前記基材とは反対側に積層される保護材と、を備える、エアフィルタ。
【請求項９】
気体の吸い込み部と、
気体の吐き出し部と、
前記吸い込み部と前記吐き出し部との間に配置される請求項８に記載のエアフィルタと、を備える、空気清浄機。
【請求項１０】
第１材料と、第２材料を含む粒子と、前記第１材料を溶解し、かつ、前記粒子を分散させる溶媒と、を含む原料液を準備する準備工程と、
前記原料液を噴射して、静電気力により、前記第１材料から繊維を生成させるとともに、生成した前記繊維を堆積させて不織布を形成する形成工程と、を具備し、
前記第１材料は、帯電列において、綿よりもマイナス側に位置し、
前記第２材料は、帯電列において、綿よりもプラス側に位置し、
前記形成工程では、帯電した前記粒子の少なくとも一部が前記繊維に埋め込まれる、不織布の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯電粒子を備える不織布に関し、例えば、空気清浄機の濾材として用いられる不織布に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気清浄機などに使用される濾材には、高い集塵性能が求められる。そのため、濾材に用いられる繊維を帯電させることが行われている。繊維を帯電させる方法として、特許文献１は、繊維の材料に帯電した粒子を配合し、これを電界紡糸する方法を教示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１５−５１６５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
帯電性の粒子として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が知られている。ＰＴＦＥは体積抵抗値が大きいため、帯電し易い材料である。しかし、ＰＴＦＥ粒子を含む原料液を電界紡糸して得られる繊維を用いた濾材は、圧力損失が大きくなり易い。ＰＴＦＥ粒子は、生成した繊維の表面に接触することにより保持されるため、繊維間の隙間が閉塞され易いことによる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一局面は、第１材料を含む繊維と、第２材料を含む帯電粒子と、を備える不織布であって、前記第１材料は、帯電列において、綿よりもマイナス側に位置し、前記第２材料は、帯電列において、綿よりもプラス側に位置し、前記帯電粒子の少なくとも一部が、前記繊維に埋め込まれている、不織布に関する。
【０００６】
本発明の他の局面は、上記不織布と、前記不織布に積層される基材と、前記不織布の前記基材とは反対側に積層される保護材と、を備える、エアフィルタに関する。
【０００７】
本発明のさらに他の局面は、気体の吸い込み部と、気体の吐き出し部と、前記吸い込み部と前記吐き出し部との間に配置される上記エアフィルタと、を備える、空気清浄機に関する。
【０００８】
本発明のさらに他の局面は、第１材料と、第２材料を含む粒子と、前記第１材料を溶解し、かつ、前記粒子を分散させる溶媒と、を含む原料液を準備する準備工程と、前記原料液を噴射して、静電気力により、前記第１材料から繊維を生成させるとともに、生成した前記繊維を堆積させて不織布を形成する形成工程と、を具備し、前記第１材料は、帯電列において、綿よりもマイナス側に位置し、前記第２材料は、帯電列において、綿よりもプラス側に位置し、前記形成工程では、帯電した前記粒子の少なくとも一部が前記繊維に埋め込まれる、不織布の製造方法に関する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高い集塵効率と低い圧力損失とを備える不織布を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るプリーツ加工されたエアフィルタを模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る空気清浄機の外観および内部を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る積層体の製造システムの一例の構成を示す図である。
【図４】実施例１で作製された不織布の電子顕微鏡写真である。
【図５】比較例１で作製された不織布の電子顕微鏡写真である。
【図６】比較例３で作製された不織布の電子顕微鏡写真である。
【図７】実施例２で作製された不織布の電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（不織布）
本実施形態に係る不織布（以下、第１不織布と称す）は、第１材料を含む繊維（以下、第１繊維と称す。）と、第２材料を含む帯電粒子とを備えており、全体として帯電性を有している。このような第１不織布は、例えば、第１材料と、第２材料を含む粒子（以下、原料粒子と称す。）と、を含む原料液から、電界紡糸法を用いて第１繊維を形成し、原料粒子とともにターゲット上に堆積させることにより得られる。
【００１２】
電界紡糸法では、上記原料液に電圧が印加され、帯電した状態でターゲットに向けて放出される。第１材料は、帯電列において綿よりもマイナス側に位置し、第２材料は、帯電列において綿よりもプラス側に位置する。すなわち、第１材料は負に帯電し易く、第２材料は正に帯電し易い。そのため、原料液中あるいは放出の過程において、両者は反発し難く、原料粒子の少なくとも一部が第１繊維の中に入り込んだ状態で、ターゲットに堆積する。よって、帯電粒子が第１繊維間の空隙を閉塞することによる圧力損失の増大が抑制されるとともに、帯電粒子は第１繊維から脱落し難くなるため、集塵効率の低下が抑制される。さらに、第１不織布において、帯電粒子の露出面積が少ないため、空気中の水分などにより除電され難い。すなわち、本実施形態によれば、圧力損失の増大を抑制しながら、長期にわたって高い集塵効率を維持することができる。
【００１３】
本実施形態によれば、第１不織布の製造だけでなく、第１不織布を含むエアフィルタの製造および使用の際にも、正に帯電し易い第２材料を含むことは有利に働く。エアフィルタは、例えば、第１不織布を、基材と保護材とで挟み込むことにより形成される。このとき、合成繊維を含む保護材の表面は負電位になり易い。第１不織布は正に帯電し易い第２材料を含むため、保護材との間で反発が生じ難く、接着性が向上する。また、エアフィルタは、正に帯電し易い第２材料を含む第１不織布と、負に帯電し易い保護材とを備える。そのため、大気中のダストが正および負のいずれに帯電している場合であっても、エアフィルタは、確実にこれらダストを捕捉することができる。
【００１４】
従来、帯電粒子として用いられるＰＴＦＥも負に帯電し易い。また、合成繊維の多くも、負に帯電し易い。つまり、合成繊維とＰＴＦＥとはいずれも負に帯電し易いため、電界紡糸の際に反発が生じ易い。そのため、帯電粒子の繊維への埋め込みが起こり難く、ＰＴＦＥは合成繊維の表面に点接触するように保持される。さらに、このように負に帯電し易いＰＴＦＥを備える濾材と、やはり負に帯電し易い保護材とを積層して得られるエアフィルタは、接着性および集塵性能に劣る。
【００１５】
原料液に配合される原料粒子は、帯電していてもよいし、帯電していなくてもよい。原料粒子には、原料粒子の製造工程中に、あるいは、原料粒子の製造後に電荷が付与されてもよいし、電界紡糸中に、あるいは、第１不織布形成後に、電荷が付与されてもよい。第１不織布において、第１繊維は帯電していてもよいし、帯電していなくてもよい。電界紡糸法によれば、原料粒子および／または第１繊維が帯電した状態の第１不織布が得られ易い。
【００１６】
電界紡糸法において、原料液には、例えば、正電圧が印加される。この場合、原料液全体としてはプラスに帯電するものの、第１材料と第２材料との間にはプラスへの帯電し易さに差があるため、両者の反発は抑制される。
【００１７】
第１不織布の初期の表面電位（帯電していない第１不織布と帯電している第１不織布との電位差）は、１ｋＶ以上、１０ｋＶ以下であることが好ましい。第１不織布の初期の表面電位が上記範囲であれば、高い集塵効率が期待できる。第１不織布の初期の圧力損失は、ＪＩＳＢ９９０８形式１の規格に準拠した測定機を用いて測定した場合、２０Ｐａ以下であることが好ましい。
【００１８】
集塵効率および／または圧力損失の異なる比較対象間の性能の優劣を判断することのできる指標として、性能指数がある。性能指数は、集塵効率および圧力損失から、以下の式により算出される。性能指数が大きいほど、エアフィルタとして高性能であることを示す。第１不織布の初期の性能指数は、０．２以上であることが好ましい。上記性能指数がこの範囲であれば、圧力損失が小さく、高い集塵効率を発揮できる。
性能指数＝−ｌｎ（１−集塵効率（％）／１００）／圧力損失（Ｐａ））
【００１９】
第１不織布の単位面積当たりの平均の質量は、０．０１ｇ／ｍ２以上、１．５ｇ／ｍ２以下であることが好ましく、０．０１ｇ／ｍ２以上、０．５ｇ／ｍ２以下であることがより好ましく、０．０３ｇ／ｍ２以上、０．３ｇ／ｍ２以下であることが特に好ましい。第１不織布の上記質量がこの範囲であると、圧力損失を抑制しながら、高い集塵効率が発揮され易い。
【００２０】
第１不織布の厚みＴ１は、圧力損失の観点から、０．１μｍ以上、１０μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以上、５μｍ以下であることがより好ましい。第１不織布の厚みＴ１とは、例えば、不織布の任意の１０箇所の厚みの平均値である。厚みとは、不織布の２つの主面の間の距離である。第１不織布の厚みＴ１は、第１不織布の断面を写真に取り、第１不織布の一方の主面上にある任意の１地点から他方の主面まで、最も距離の短くなる線を引いたとき、この線上にある繊維のうち、最も離れた位置にある２本の繊維の外側（外法）の距離として求められる。他の任意の複数地点（例えば、９地点）についても同様にして第１不織布の厚みを算出し、これらを平均化した数値を、第１不織布の厚みとする。上記厚みの算出に際しては、二値化処理された画像を用いてもよい。後述する厚みＴ２およびＴ３についても同じである。
【００２１】
（第１繊維）
第１繊維は、帯電列において、綿よりもマイナス側に位置する第１材料を含む。
第１材料は、上記を満たす限り特に限定されない。第１材料としては、例えば、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリサルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエステル（例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート）、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリスチレン（ＰＳ）等の樹脂が挙げられる。これらは、単独あるいは２種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、平均繊維径Ｄ１が小さくなり易く、集塵効率が向上し易い点で、ＰＶＤＦが好ましい。また、帯電粒子が繊維の中に入り込み易く、圧力損失が低減され易い点で、ＰＳが好ましい。
【００２２】
第１繊維の平均繊維径Ｄ１は、集塵効率の観点から、５０００ｎｍ以下であることが好ましく、３０００ｎｍ以下であることがより好ましい。また、平均繊維径Ｄ１は１００ｎｍ以上であることが好ましく、２００ｎｍ以上であることがより好ましい。
【００２３】
平均繊維径Ｄ１とは、第１繊維の直径の平均値である。第１繊維の直径とは、第１繊維の長さ方向に対して垂直な断面の直径である。そのような断面が円形でない場合には、最大径を直径と見なしてよい。また、第１不織布を一方の主面の法線方向から見たときの、第１繊維の長さ方向に対して垂直な方向の幅を、第１繊維の直径と見なしてもよい。平均繊維径Ｄ１は、例えば、第１不織布に含まれる任意の１０本の第１繊維の任意の箇所の直径の平均値である。後述する平均繊維径Ｄ２およびＤ３についても同じである。
【００２４】
（帯電粒子）
帯電粒子は、少なくとも一部が第１繊維の中に入り込むことによって、第１繊維に保持されている。これにより、帯電粒子が第１繊維間の空隙を閉塞することによる圧力損失の増大が抑制される。さらに、帯電粒子の脱落が抑制されるとともに、露出面積が少なくなって、空気中の水分などによる除電が抑制される。なかでも、帯電粒子の全体が第１繊維の中に入り込んでいることが好ましい。
【００２５】
帯電粒子は、帯電列において、綿よりもプラス側に位置する第２材料を含む。
第２材料は、上記を満たす限り特に限定されず、例えば、窒素原子を含む樹脂が挙げられる。このような樹脂としては、トリアジン環を含む樹脂が挙げられる。トリアジン環を含む樹脂としては、例えば、メラミン樹脂、メラミン変性樹脂等が挙げられる。メラミン変性樹脂としては、メラミン・ホルムアルデヒド縮合物、ベンゾグアナミン・メラミン・ホルムアルデヒド縮合物、ベンゾグアナミン・ホルムアルデヒド縮合物等が挙げられる。なかでも、帯電性に優れる点で、メラミン樹脂、メラミン・ホルムアルデヒド縮合物が好ましい。
【００２６】
第１不織布における帯電粒子の付着量は特に限定されないが、集塵効率および圧力損失の観点から、１〜１０００ｍｇ／ｍ２が好ましく、２〜５００ｍｇ／ｍ２がより好ましい。
【００２７】
帯電粒子の平均粒子径Ｐ１は特に限定されないが、平均粒子径Ｐ１が平均繊維径Ｄ１よりも過度に小さいと、帯電粒子が第１繊維の内部深くにまで入り込み易くなるため、帯電していることによる効果（集塵効率の向上効果）が発揮され難くなる場合がある。一方、平均粒子径Ｐ１が平均繊維径Ｄ１よりも過度に大きいと、帯電粒子が第１繊維間の空隙を閉塞することによって、圧力損失が増大することが懸念される。これらの点を考慮すると、平均粒子径Ｐ１と平均繊維径Ｄ１との比：Ｐ１／Ｄ１は、１／１００以上、３０以下が好ましく、１／１００以上、５以下がより好ましく、１／１００以上、１以下がさらに好ましい。
【００２８】
平均粒子径Ｐ１は、具体的には、５０ｎｍ以上、３０００ｎｍ以下であり、好ましくは５０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下である。平均粒子径Ｐ１は、第１不織布を一方の主面の法線方向から見たときの、１０個の帯電粒子の最大径の平均値である。帯電粒子は一次粒子であってもよいし、二次粒子であってもよい。
【００２９】
帯電粒子（原料粒子）の比重は、１〜２が好ましく、１．１〜１．６がより好ましい。これにより、電界紡糸の際、原料粒子は、第１材料を溶解し得る溶媒中で均一に分散され易くなって、安定した紡糸が行われ易くなる。
【００３０】
（第２不織布）
第１不織布には、帯電粒子を含まない第２不織布が積層されてもよい。第２不織布は、例えば、帯電粒子が付着していないこと以外、第１不織布と同様の構成を備える。これにより、集塵効率がさらに向上する。第２不織布は、第１不織布と同様に電界紡糸法により形成され得る。
【００３１】
（基材）
第１不織布には、基材が積層されることが好ましい。基材は、第１不織布を支持して、形状を保持する。そのため、第１不織布と基材とを備える複合体は、エアフィルタに適用し易い。第１不織布が電界紡糸法により形成される場合、基材をターゲットにして、第１繊維を堆積させてもよい。第２不織布を積層する場合、まず基材に第２不織布を積層した後、第１不織布を積層することが好ましい。第１不織布を上記複合体の最外に配置することにより、集塵効率はさらに向上する。
【００３２】
基材の形態および材質は特に限定されず、用途に応じて適宜選択すればよい。基材として、具体的には、織物、編物、不織布等の繊維構造体が例示できる。なかでも、圧力損失の観点から、基材は不織布であることが好ましい。不織布は、例えば、スパンボンド法、乾式法（例えば、エアレイド法）、湿式法、メルトブロー法、ニードルパンチ法等により製造される。なかでも、基材は、スパンボンド法、湿式法により製造された不織布であることが好ましい。
【００３３】
基材が繊維構造体である場合、基材を構成する第２繊維の材質は特に限定されず、例えば、ガラス繊維、セルロース、アクリル樹脂、ＰＰ、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエステル（例えば、ＰＥＴ、ポリブチレンテレフタレート）、ＰＡ、あるいはこれらの混合物等が挙げられる。なかでも、形状保持材として適する点で、第２繊維の材質は、ＰＥＴ、セルロースが好ましい。
【００３４】
第２繊維の平均繊維径Ｄ２は特に限定されず、例えば、１μｍ以上、１２０μｍ以下であってもよく、５μｍ以上、５０μｍ以下であってもよい。基材の厚みＴ２は、特に限定されず、例えば、５０μｍ以上、５００μｍ以下であってもよく、１５０μｍ以上、４００μｍ以下であってもよい。基材の単位面積当たりの質量も特に限定されず、例えば、１０ｇ／ｍ２以上、１００ｇ／ｍ２以下であってもよく、３５ｇ／ｍ２以上、８０ｇ／ｍ２以下であってもよい。
【００３５】
基材の圧力損失は特に限定されない。なかでも、基材の初期の圧力損失は、ＪＩＳＢ９９０８形式１の規格に準拠した測定機を用いて測定した場合、１Ｐａ以上、１０Ｐａ以下程度であることが好ましい。基材の初期の圧力損失がこの範囲であれば、複合体全体の圧力損失も抑制される。
【００３６】
基材の空隙率は特に限定されないが、圧力損失の観点から、６５体積％以上、９８体積％以下であることが好ましい。基材の空隙率（体積％）は、例えば、（１−基材の見かけの単位体積当たりの質量／第２繊維の比重）×１００、で表わされる。
【００３７】
（保護材）
第１不織布は、さらに保護材を備えていてもよい。第１不織布に基材が積層されている場合、保護材は、第１不織布の基材側とは反対側に積層される。保護材は、種々の外部負荷から第１不織布を保護する保護層であり得、第１不織布とともにダストを捕捉する集塵体であり得る。そのため、上記複合体の第１不織布側に保護材が積層された積層体は、エアフィルタとして好適である。
【００３８】
保護材の形態および材質は特に限定されず、用途に応じて適宜選択すればよい。保護材としては、基材と同様、繊維構造体が例示できる。なかでも、圧力損失の観点から、保護材も不織布であることが好ましい。保護材が不織布である場合、保護材を構成する第３繊維の材質は特に限定されず、第２繊維と同じ材質が挙げられる。なかでも、後述するように保護材を帯電させる場合、帯電性が維持され易い点で、ＰＰが好ましい。ＰＰは、負に帯電し易い。
【００３９】
保護材が不織布である場合、その製造方法も特に限定されず、基材で例示した方法が同じく例示できる。なかでも、濾材として適する繊維径の細い第３繊維が形成され易い点で、保護材は、メルトブロー法により製造されることが好ましい。
【００４０】
第３繊維の平均繊維径Ｄ３は特に限定されないが、集塵効率および圧力損失を考慮すると、第１繊維の平均繊維径Ｄ１よりも大きく（Ｄ３＞Ｄ１）、第２繊維の平均繊維径Ｄ２よりも小さい（Ｄ３＜Ｄ２）ことが好ましい。平均繊維径Ｄ３は、例えば、０．５μｍ以上、２０μｍ以下であり、５μｍ以上、２０μｍ以下であることが好ましい。
【００４１】
保護材の圧力損失は、特に限定されない。なかでも、保護材の初期の圧力損失は、ＪＩＳＢ９９０８形式１の規格に準拠した測定機を用いて測定した場合、１〜４０Ｐａ程度であることが好ましい。保護材の初期の圧力損失がこの範囲であれば、積層体全体の圧力損失も抑制される。
【００４２】
保護材の厚みＴ３は、圧力損失の観点から、５０μｍ以上、５００μｍ以下であることが好ましく、１５０μｍ以上、４００μｍ以下であることがより好ましい。保護材の単位面積当たりの質量は、圧力損失の観点から、５ｇ／ｍ２以上、５０ｇ／ｍ２以下であることが好ましく、１０ｇ／ｍ２以上、３０ｇ／ｍ２以下であることがより好ましい。
【００４３】
保護材は、帯電（永久帯電）していてもよい。すなわち、保護材は、外部電界が存在しない状態において半永久的に電気分極を保持し、周囲に対して電界を形成していてもよい。これにより、ダストの捕捉性能がさらに高まる。この場合、保護材の表面電位（帯電していない保護材と帯電している保護材との電位差）は特に限定されず、例えば、５ｋＶ以上、１００ｋＶ以下であってもよい。ただし、第１不織布が帯電性を有しているため、高価な帯電保護材を用いなくても、集塵効率は十分に高くなる。つまり、本実施形態によれば、高い集塵効率を備える積層体を安価に得ることができる。
【００４４】
保護材の空隙率は特に限定されないが、圧力損失の観点から、６０体積％以上、９５体積％以下であることが好ましく、７０体積％以上、９０体積％以下であることがより好ましい。
【００４５】
（接着剤）
第１不織布と保護材とが積層される場合、第１不織布と保護材とは、接着剤を介して接着されてもよい。この場合、圧力損失、吸着性能および集塵性能の観点から、接着剤は、ライン状または点状に配置されていることが好ましい。
【００４６】
接着剤の種類は特に限定されず、例えば、熱可塑性樹脂を主成分とするホットメルト接着剤等が挙げられる。熱可塑性樹脂としては、例えば、エチレン・ビニルアルコール共重合体（ＥＶＡ）、ＰＵ、ＰＥＴ等のポリエステル、ウレタン変性共重合ポリエステル等の共重合ポリエステル、ＰＡ、ポリオレフィン（例えば、ＰＰ、ＰＥ）等が例示できる。ホットメルト接着剤は、加熱により溶融されながら、例えば、第１不織布上に付与される。
【００４７】
接着剤の付着量は特に限定されないが、接合強度および圧力損失の観点から、０．５ｇ／ｍ２以上、１５ｇ／ｍ２以下であることが好ましく、１ｇ／ｍ２以上、１０ｇ／ｍ２以下であることがより好ましく、３ｇ／ｍ２以上、９ｇ／ｍ２以下であることが特に好ましい。
【００４８】
（エアフィルタ）
第１不織布は、エアフィルタとして好適に用いられる。エアフィルタは、図１に示すように、基材と第１不織布と、必要に応じて第２不織布と、保護材とを備える積層体１０を、例えば蛇腹状にプリーツ加工することにより得られる。図１は、本実施形態に係るプリーツ加工されたエアフィルタ２０を模式的に示す斜視図である。プリーツ加工の折り目Ｃ同士の間隔は特に限定されず、エアフィルタ２０のサイズ、用途等に応じて適宜設定すればよい。折り目Ｃ同士の間隔は、例えば、１５ｍｍ以上、６０ｍｍ以下である。
【００４９】
（空気清浄機）
本実施形態にかかる空気清浄機は、例えば図２に示すように、吸い込み部１０１と、吐き出し部１０２と、エアフィルタ２０と、を備える。図２は、本実施形態に係る空気清浄機１００の外観および内部を示す斜視図である。このとき、エアフィルタ２０は、保護材が吸い込み部１０１に対向するように、吸い込み部１０１と吐き出し部１０２との間に配置されることが好ましい。
【００５０】
空気清浄機１００は、外部の大気を吸い込み部１０１から空気清浄機１００内部に取り込む。取り込まれた大気は、エアフィルタ２０を通過する間に集塵され、清浄化された大気が吐き出し部１０２から再び外部に放出される。
【００５１】
空気清浄機１００は、吸い込み部１０１とエアフィルタ２０との間に、さらに、大きな塵等を捕捉するプレフィルタ１０３等を備えてもよい。また、エアフィルタ２０と吐き出し部１０２との間に消臭フィルタ１０４や加湿フィルタ（図示せず）等が備えられてもよい。
【００５２】
（不織布の製造方法）
以下、電界紡糸法により第１繊維を生成させる場合を例に挙げて、本実施形態の不織布（第１不織布）の製造方法を説明する。本実施形態では、第１繊維を基材上に堆積させるとともに、その後、保護材を積層させている。
【００５３】
第１不織布は、例えば、（１）第１材料と、第２材料を含む原料粒子と、第１材料を溶解し、かつ、粒子を分散させる溶媒と、を含む原料液を準備する準備工程と、（２）原料液を噴射して、静電気力により、第１材料から第１繊維を生成させるとともに、生成した第１繊維を基材に堆積させて第１不織布を形成する形成工程と、を具備する製造方法により得ることができる。形成工程では、帯電した粒子の少なくとも一部が、繊維に埋め込まれる。さらに、（３）第１不織布に保護材を積層し、積層体を形成する工程と、（４）得られた積層体をプリーツ加工する工程と、を行うことにより、エアフィルタが作製される。
【００５４】
積層体を形成するまでの工程（１）〜（３）は、例えば、ラインの上流から下流に基材を搬送し、搬送される基材の主面に第１不織布を形成した後、保護材を積層する製造システムにより実施することが可能である。このような製造システムは、例えば、（１）基材を搬送ベルトに供給する基材供給ユニットと、（２）原料液から静電気力により第１繊維を生成させ、搬送中の基材に堆積させる電界紡糸機構を有する電界紡糸ユニットと、（３）電界紡糸ユニットから送り出される第１不織布に、保護材を積層する保護材積層ユニットと、を具備する。
【００５５】
以下、図２を参照しながら、第１不織布を備える積層体の製造方法およびこれを行う製造システムについて説明するが、以下のシステムおよび製造方法は、本発明を限定するものではない。図２は、積層体の製造システム２００の一例の構成を概略的に示す図である。製造システム２００は、積層体１０を製造するための製造ラインを構成している。
【００５６】
まず、基材２を準備する。製造システム２００では、基材２は、製造ラインの上流から下流に搬送される。製造システム２００の最上流には、ロール状に捲回された基材２を内部に収容した基材供給ユニット２０１が設けられている。基材供給ユニット２０１は、モータ１３により第１供給リール１２を回転させて、第１供給リール１２に捲回された基材２を搬送ローラ１１に供給する。
【００５７】
基材２は、搬送ローラ１１により、電界紡糸ユニット２０２に搬送される。電界紡糸ユニット２０２が具備する電界紡糸機構は、ユニット内の上方に設置された第１繊維１Ｆの原料液２２を放出するための放出体２３と、放出された原料液２２をプラスに帯電させる帯電手段（後述参照）と、放出体２３と対向するように配置された基材２を上流側から下流側に搬送する搬送コンベア２１と、を備えている。搬送コンベア２１は、基材２とともに第１繊維１Ｆを収集するコレクタ部として機能する。なお、電界紡糸ユニット２０２の台数は、特に限定されるものではなく、１台でも２台以上でもよい。
【００５８】
電界紡糸ユニット２０２および／または放出体２３が複数ある場合、電界紡糸ユニット２０２ごと、あるいは、放出体２３ごとに、形成される第１繊維１Ｆの平均繊維径Ｄ１を変化させてもよい。第１繊維１Ｆの平均繊維径Ｄ１は、原料液２２の吐出圧力、印加電圧、原料液の濃度、放出体２３と基材２との距離、温度、湿度などを調整することにより、変化させることができる。また、上記の場合、放出体２３に供給される原料液２２の組成を変化させてもよい。例えば、原料粒子を含む原料液および含まない原料液をそれぞれ用いることにより、基材２上に、第１不織布および第２不織布を形成することができる。
【００５９】
放出体２３の基材２の主面と対向する側には、原料液２２の放出口（図示せず）が複数箇所設けられている。放出口の径は、原料粒子の平均粒子径Ｐ１等を考慮して適宜設定される。平均粒子径Ｐ１が５０００ｎｍ以下の場合、放出口の径は１５０μｍ以上であることが好ましく、２５０μｍ以上であることが好ましい。放出体２３の放出口と、基材２との距離は、電界紡糸ユニット２０２の規模や所望の繊維径にもよるが、例えば、１００〜６００ｍｍであればよい。放出体２３は、電界紡糸ユニット２０２の上方に設置された、基材２の搬送方向と平行な第１支持体２４から下方に延びる第２支持体２５により、自身の長手方向が基材２の主面と平行になるように支持されている。第１支持体２４は、放出体２３を基材２の搬送方向（ＭＤ）とは垂直な方向（ＴＤ）に揺動するように、可動であってもよい。
【００６０】
帯電手段は、放出体２３に電圧を印加する電圧印加装置２６と、搬送コンベア２１と平行に設置された対電極２７とで構成されている。対電極２７は接地（グランド）されている。これにより、放出体２３と対電極２７との間には、電圧印加装置２６により印加される電圧に応じた電位差（例えば２０〜２００ｋＶ）を設けることができる。なお、帯電手段の構成は、特に限定されない。例えば、対電極２７はマイナスに帯電されていてもよい。また、対電極２７を設ける代わりに、搬送コンベア２１のベルト部分を導体から構成してもよい。
【００６１】
放出体２３は、導体で構成されており、長尺の形状を有し、その内部は中空になっている。中空部は原料液２２を収容する収容部となる。原料液２２は、放出体２３の中空部と連通するポンプ２８の圧力により、原料液タンク２９から放出体２３の中空に供給される。そして、原料液２２は、ポンプ２８の圧力により、放出口から基材２の主面に向かって放出される。放出された原料液２２は、帯電した状態で放出体２３と基材２との間の空間（生成空間）を移動中に静電爆発を起し、繊維状物（第１繊維１Ｆ）を生成する。生成した第１繊維１Ｆは基材２上に、不織布状に堆積する。
【００６２】
このとき、第１繊維の原料である第１材料は負に帯電し易く、原料粒子に含まれる第２材料は正に帯電し易い。よって、原料液２２中あるいは放出の過程において、両者の反発が生じ難く、原料粒子の少なくとも一部が第１繊維１Ｆの中に入り込んだ状態で、基材に堆積する。このとき、原料粒子は、帯電した状態で第１繊維１Ｆに保持され得る。これにより、第１繊維とこれに保持された原料粒子（あるいは帯電粒子）とを備える第１不織布が得られる。第１不織布の単位面積当たりの質量は、原料液２２の吐出圧力、印加電圧、原料液２２の濃度、基材２の搬送速度などを調整することにより、制御される。
【００６３】
原料液２２に含まれる溶媒としては、第１材料を溶解し得るものの中から製造条件に応じて、適切なものを選択すればよい。例えば、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、ヘキサフルオロイソプロパノール、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジベンジルアルコール、１，３−ジオキソラン、１，４−ジオキサン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチル−ｎ−ヘキシルケトン、メチル−ｎ−プロピルケトン、ジイソプロピルケトン、ジイソブチルケトン、アセトン、ヘキサフルオロアセトン、フェノール、ギ酸、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジプロピル、塩化メチル、塩化エチル、塩化メチレン、クロロホルム、ｏ−クロロトルエン、ｐ−クロロトルエン、四塩化炭素、１，１−ジクロロエタン、１，２−ジクロロエタン、トリクロロエタン、ジクロロプロパン、ジブロモエタン、ジブロモプロパン、臭化メチル、臭化エチル、臭化プロピル、酢酸、ベンゼン、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、シクロペンタン、ｏ−キシレン、ｐ−キシレン、ｍ−キシレン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、ジメチルスルホキシド、ピリジン、水等を用いることができる。これらは単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。なかでも、電界紡糸法に適している点で、ＤＭＡｃが好ましい。
【００６４】
原料液２２における溶媒と第１材料との混合比率は、選定される溶媒の種類と第１材料の種類により異なる。原料液２２における溶媒の割合は、例えば、６０質量％から９５質量％である。原料液２２における粒子の量は特に限定されず、例えば、０．１質量％から５質量％である。
【００６５】
第１不織布を形成する電界紡糸機構は、上記の構成に限定されない。所定の第１繊維１Ｆの生成空間において、原料液２２から静電気力により第１繊維１Ｆを生成させ、生成した第１繊維１Ｆを基材の主面に堆積させることができる機構であれば、特に限定なく用いることができる。例えば、放出体２３の長手方向に垂直な断面の形状は、上方から下方に向かって次第に小さくなる形状（Ｖ型ノズル）であってもよい。
【００６６】
第１不織布が形成された後、基材２と第１不織布との複合体を加熱して、第１繊維１Ｆに含まれる溶媒の除去を行ってもよい。加熱温度は、溶媒の沸点に応じて適宜設定すればよく、例えば、基材２の表面が１００〜２００℃程度になるように、加熱すればよい。
【００６７】
第１不織布が形成された後、保護材３を接着するための接着剤を、複合体の第１不織布側にライン状または点状に塗布してもよい。ライン状の接着剤は、圧力損失および集塵性能の観点から、所定の間隔をあけて複数本、配置されることが好ましい。あるいは、接着剤の粒子を、点状に第１不織布に散布してもよい。
【００６８】
次いで、複合体は、保護材積層ユニット２０３に搬送される。保護材積層ユニット２０３では、複合体の第１不織布側に保護材３が供給される。これにより、複合体と保護材３とが、例えば接着剤を介して積層されて、積層体１０が得られる。保護材３が長尺である場合、基材２と同様に、保護材３は第２供給リール３２に巻き取られていてもよい。この場合、保護材３は、第２供給リール３２から捲き出されながら、複合体に積層される。
【００６９】
保護材３を積層した後、積層体１０を挟んで上下に配置された一対の加圧ローラ３３（３３ａおよび３３ｂ）により圧力を加えながら、積層体１０を加圧して、上記複合体と保護材３とをさらに密着させてもよい。
【００７０】
続いて、保護材積層ユニット２０３から積層体１０を搬出し、ローラ４１を経由して、より下流側に配置されている回収ユニット２０４に搬送する。回収ユニット２０４は、例えば、搬送されてくる積層体１０を捲き取る回収リール４２を内蔵している。回収リール４２はモータ４３により回転駆動される。
【００７１】
回収リール４２に捲き取られた積層体１０は、所望の形状に裁断された後、プリーツ加工機内（図示せず）に導入される。プリーツ加工機では、積層体１０を例えば蛇腹状に折り曲げて、折り目Ｃを形成する。これにより、プリーツ加工が施されたエアフィルタ２０が得られる。エアフィルタ２０には、形成された折り目Ｃと交わるように、ホットメルト樹脂がビード状に塗布される。ホットメルト樹脂によって、隣接するプリーツ同士が部分的に接着されて、プリーツ形状が保持される。
【００７２】
以下、本発明を実施例用いて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００７３】
［評価法］
（１）集塵効率（計数法）
積層体を１２ｃｍ×１２ｃｍに裁断し、サンプルとした。このサンプルに、大気中の粉塵を、面風速５．３ｃｍ／ｓｅｃで吸引させた（吸引試験）。サンプルの上流側の大気中の粉塵（直径約０．３μｍ）濃度（個数）をＣ０、下流側の粉塵（直径約０．３μｍ）濃度（個数）をＣ１として、集塵効率（％）（＝（１−Ｃ１／Ｃ０）×１００）を算出した。個数濃度は、光散乱式自動粒子計数器を用いて求めた。上記吸引試験を連続して４回行った。なお、上流側に保護材を向けて配置した。
【００７４】
（２）圧力損失
上記粉塵濃度測定の際に、サンプルの上流側の空気圧Ｐ０および下流側の空気圧Ｐ１をあわせて測定し、圧力損失（＝Ｐ０−Ｐ１）を算出した。空気圧の測定には、ＪＩＳＢ９９０８の規格に準拠した測定機（マノメータ）を使用した。
【００７５】
（３）性能指数
集塵効率および圧力損失から、性能指数（＝−ｌｎ（１−集塵効率（％）／１００）／圧力損失（Ｐａ））を算出した。
【００７６】
（４）耐久性
積層体を、温度４０℃、湿度９０％Ｒｈの環境下に４日間置く加速試験を行った後、上記（１）〜（３）にしたがって、集塵効率および圧力損失を算出した。
【００７７】
［実施例１］
基材としてＰＥＴを主体とする不織布（Ｔ２：２７４μｍ、Ｄ２：４９μｍ、単位面積当たりの質量：７１ｇ／ｍ２）を準備した。
原料液として、ＰＶＤＦ（第１材料）を１６質量％、メラミン粒子（原料粒子、比重１．５）を１質量％含むＤＭＡｃ溶液を準備した。
【００７８】
図２に示すような製造システムを用いて、搬送される基材に向けて原料液を放出し、第１不織布を形成した。形成された第１繊維の平均繊維径Ｄ１は２５０ｎｍであった。得られた第１不織布の平均の厚みＴ１は０．６μｍ、単位面積当たりの質量は０．２ｇ／ｍ２であった。第１不織布において原料粒子は帯電しており、第１不織布の表面電位は６．１ｋＶであった。帯電粒子の平均粒子径Ｐ１は４００ｎｍであり、付着量は５ｍｇ／ｍ２であった。得られた第１不織布の電子顕微鏡写真（倍率５０００倍）を図４に示す。図４において、第１繊維の途中に膨らみが形成されている。これは、原料粒子の一部または全部が第１繊維の中に入り込むことにより形成されている。
【００７９】
次いで、第１不織布側から、接着剤（ポリエステル系ホットメルト樹脂、散布量５．７ｇ／ｍ２）を介して、保護材としてＰＰを主体とするメルトブロー不織布（Ｔ３：８２μｍ、Ｄ３：５μｍ、単位面積当たりの質量：８ｇ／ｍ２）を積層した。続いて、加圧ローラにより圧着して、積層体を得て、上記評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００８０】
［比較例１］
メラミン粒子を含まない原料液を用いたこと以外は、実施例１と同様にして積層体を作製し、評価した。評価結果を表１に示す。形成された繊維の平均繊維径は約１５０ｎｍであった。得られた不織布の平均の厚みは０．５μｍ、単位面積当たりの質量は０．２ｇ／ｍ２であった。得られた不織布の電子顕微鏡写真（倍率５０００倍）を図５に示す。
【００８１】
［比較例２］
メラミン粒子を含まない原料液を用いたこと、および、保護材として帯電処理されたＰＰ不織布を用いたこと以外は、実施例１と同様にして積層体を作製し、評価した。評価結果を表１に示す。得られた積層体の表面電位は５．６ｋＶであった。
【００８２】
［比較例３］
メラミン粒子に替えてＰＴＦＥ粒子（平均粒子径２０００ｎｍ）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして積層体を作製し、評価した。評価結果を表１に示す。得られた積層体の表面電位は６．２ｋＶであった。形成された繊維の平均繊維径は約１５０ｎｍであった。得られた不織布の平均の厚みは０．６μｍ、単位面積当たりの質量は０．２ｇ／ｍ２であった。得られた不織布の電子顕微鏡写真（倍率１０００倍）を図６に示す。図６において、原料粒子は、第１繊維の表面に接触することにより保持されている。なお、図６には、第１繊維には紡錘型の膨らみが形成されているが、これは、繊維化できなかった第１材料の塊である。
【００８３】
【表１】
2018204124.tif 000003
【００８４】
実施例１の積層体は、比較例１に対して、初期および加速試験後における圧力損失が同程度である一方、初期の集塵効率に優れている。また、実施例１の積層体は、加速試験後にも高い集塵効率を示している。比較例２および３は、初期および加速試験後における圧力損失が非常に大きい。
【００８５】
［実施例２］
原料液として、ＰＳ（第１材料）を３０質量％、メラミン粒子を１質量％含むＤＭＡｃ溶液を準備したこと以外は、実施例１と同様にして積層体を作製し、評価した。評価結果を表２に示す。なお、表２には、加速試験後の性能指数も併せて示す。
【００８６】
形成された第１繊維の平均繊維径Ｄ１は２０００ｎｍであった。得られた第１不織布の平均の厚みＴ１は０．７μｍ、単位面積当たりの質量は０．２ｇ／ｍ２であった。第１不織布において原料粒子は帯電しており、第１不織布の表面電位は６．０ｋＶであった。帯電粒子の平均粒子径Ｐ１は３２０ｎｍであり、付着量は６ｍｇ／ｍ２であった。得られた第１不織布の電子顕微鏡写真（倍率５０００倍）を図７に示す。図７において、第１繊維の表面に凸部が形成されている。これは、原料粒子の全部が第１繊維の中に入り込むことにより形成された凸部である。実施例２では、第１繊維に保持された原料粒子の表面は、ほとんど露出していなかった。
【００８７】
［比較例４］
メラミン粒子を含まない原料液を用いたこと以外は、実施例２と同様にして積層体を作製し、評価した。評価結果を表２に示す。形成された繊維の平均繊維径は約２０００ｎｍであった。得られた不織布の平均の厚みは０．６μｍ、単位面積当たりの質量は０．２ｇ／ｍ２であった。
【００８８】
【表２】
2018204124.tif 000004
【００８９】
実施例２の積層体は、比較例１に対して圧力損失が同程度である一方、初期の集塵効率に優れている。さらに、実施例２の積層体は、加速試験前後で集塵効率に大きな変化はなく、性能指数もほぼ同等である。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明の積層体は、高い集塵効率と低い圧力損失とを備えるため、空気清浄機の濾材の他、空調機の濾材、防塵マスク等の防塵布や防塵服として、好適である。
【符号の説明】
【００９１】
１０：積層体
１Ｆ：第１繊維
２：基材
３：保護材
２０：エアフィルタ
１００：空気清浄機
１０１：吸い込み部
１０２：吐き出し部
１０３：プレフィルタ
１０４：消臭フィルタ
２００：製造システム
２０１：基材供給ユニット
１１：搬送ローラ
１２：第１供給リール
１３：モータ
２０２：電界紡糸ユニット
２１：搬送コンベア
２２：原料液
２３：放出体
２４：第１支持体
２５：第２支持体
２６：電圧印加装置
２７：対電極
２８：ポンプ
２９：原料液タンク
２０３：保護材積層ユニット
３１：搬送ローラ
３２：第２供給リール
３３、３３ａ、３３ｂ：加圧ローラ
２０４：回収ユニット
４１：ローラ
４２：回収リール
４３：モータ
【図１】
2018204124.tif 000005
【図２】
2018204124.tif 000006
【図３】
2018204124.tif 000007
【図４】
2018204124.tif 000008
【図５】
2018204124.tif 000009
【図６】
2018204124.tif 000010
【図７】
2018204124.tif 000011