(57)【要約】【課題】プリーツ性および耐風圧変形性に優れる低圧損・高捕集性能をもつエアフィルター用濾材を得ることが可能な湿式不織布およびエアフィルター用濾材を提供する。【解決手段】繊維直径が２００〜８００ｎｍで、繊維長さが０．４〜１．５ｍｍのナノファイバー繊維Ａと、それよりも太い繊維Ｂ、およびサーマルボンド性のあるバインダー繊維Ｃを含み、Ａ＋Ｂ：Ｃの重量比率が５０：５０〜７０：３０で、空隙率が９０％以上であることを特徴とする湿式不織布を用いてエアフィルター用濾材とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維直径が２００〜８００ｎｍで、繊維長さが０．４〜１．５ｍｍのナノファイバー繊維Ａと、それよりも太い繊維Ｂ、およびサーマルボンド性のあるバインダー繊維Ｃを含み、Ａ＋Ｂ：Ｃの重量比率が５０：５０〜７０：３０で、空隙率が９０％以上であることを特徴とする湿式不織布。
【請求項２】
繊維Ａが、海／島溶融粘度比が１．１〜２．０で島数が５００以上、かつ海／島のアルカリ加水分解速度比が２００以上の海島断面繊維をカットし、アルカリ加水分解により海ポリマーを除去することで作成する均一な繊維直径をもち、残留伸度が６０％以下の延伸糸ナノファイバーである、請求項１に記載の湿式不織布。
【請求項３】
サーマルボンド性のあるバインダー繊維Ｃが、１００〜２００℃の熱処理で荷重５０ｍｇ／ｄｔｅｘ下での収縮率が１０％以上である、請求項１または請求項２に記載の湿式不織布。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の湿式不織布と基材層とを貼り合わせ、または、請求項１〜３のいずれかに記載の湿式不織布を樹脂含浸硬化により得られたエアフィルター用濾材。
【請求項５】
ガーレ式剛軟度が２０００ｍＮ以上かつ厚み２．５ｍｍ以下である、請求項４に記載のエアフィルター用濾材。
【請求項６】
基材層が、スパンボンド不織布、ニードルパンチ不織布、メルトブロー不織布、カードウェブ不織布、エアレイドウエブ不織布、スパンレースウエブ不織布からなる群より選択され、かつ厚みが２．０ｍｍ以下である、請求項４または請求項５に記載のエアフィルター用濾材。
【請求項７】
前記樹脂含浸硬化に用いる含浸樹脂が、アクリルアミド系またはウレタン系またはエポキシ系である、請求項４〜６のいずれかに記載のエアフィルター用濾材。
【請求項８】
自動車用フィルターまたは家電用フィルターまたはクリーンルーム用フィルターに使用する、請求項４〜７のいずれかに記載のエアフィルター用濾材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリーツ性および耐風圧変形性に優れる低圧損・高捕集性能をもつエアフィルター用濾材を得ることが可能な湿式不織布およびエアフィルター用濾材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気清浄などを目的とするフィルター濾材として、ポリプロピレンなどの合成繊維の不織布を備える静電式フィルター濾材、あるいはガラス繊維からなるメカニカルフィルター濾材などが知られている。しかし、静電式フィルター濾材では、気体中のオイルミストや水分により、静電性能が劣化し、捕集効率が低下することがある。また、ガラス繊維からなるメカニカルフィルター濾材では、高捕集性能の実現には高圧損が避けがたいことと、廃棄残差の問題がある。
【０００３】
また、有機繊維を用いて、不織布の密度勾配による低圧損・高捕集性能に関する技術が提案されているが、密度差をつけるためには、繊度の異なる短繊維からなる不織布を積層したり（例えば特許文献１）平均孔径の異なる２層のエレクトレットメルトブロー不織布を用いたり（例えば特許文献２，３）、乾式不織布工程でウェブを作成して熱処理によるバインダー間のサーマルボンドの程度にグラデーションをつけたり（例えば特許文献４）などの手法が提案されている。しかしながら、厚みが２ｍｍ程度と厚い点が問題であり、プリーツフィルターのような省スペースを指向した、フィルターユニットには不向きであったり（例えば特許文献５）、エレクトレットによる高捕集性能であるため、捕集性能の安定性に問題があるなど、不満足なものであった。
【０００４】
また、メルトブローやスパンボンドなどの長繊維不織布では、繊度の異なるブレンド繊維から不織布を構成することが難しく、空隙率が小さくなることから、表面濾過タイプとなり寿命面に問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２３６５４２号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３４２８５号公報
【特許文献３】特開２００８−１５１９８０号公報
【特許文献４】特開２００８−０００６９６号公報
【特許文献５】特開２００４−３０１１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記の背景に鑑みなされたものであり、その目的は、プリーツ性および耐風圧変形性に優れる低圧損・高捕集性能をもつエアフィルター用濾材を得ることが可能な湿式不織布およびエアフィルター用濾材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は上記の課題を達成するため鋭意検討した結果、ナノファイバー繊維と該繊維よりも太い繊維とバインダー繊維とを用い、空隙率を大きくすることによりプリーツ性および耐風圧変形性に優れる低圧損・高捕集性能をもつエアフィルター用濾材を得ることが可能な湿式不織布およびエアフィルター用濾材が得られることを見出し、さらに鋭意検討を重ねることにより本発明を完成するに至った。
【０００８】
かくして、本発明によれば「繊維直径が２００〜８００ｎｍで、繊維長さが０．４〜１．５ｍｍのナノファイバー繊維Ａと、それよりも太い繊維Ｂ、およびサーマルボンド性のあるバインダー繊維Ｃを含み、Ａ＋Ｂ：Ｃの重量比率が５０：５０〜７０：３０で、空隙率が９０％以上であることを特徴とする湿式不織布。」が提供される。
【０００９】
その際、繊維Ａが、海／島溶融粘度比が１．１〜２．０で島数が５００以上、かつ海／島のアルカリ加水分解速度比が２００以上の海島断面繊維をカットし、アルカリ加水分解により海ポリマーを除去することで作成する均一な繊維直径をもち、残留伸度が６０％以下の延伸糸ナノファイバーであることが好ましい。また、サーマルボンド性のあるバインダー繊維Ｃが、１００〜２００℃の熱処理で荷重５０ｍｇ／ｄｔｅｘ下での収縮率が１０％以上であることが好ましい。
【００１０】
また、本発明によれば、前記の湿式不織布と基材層とを貼り合わせ、または、前記に記載の湿式不織布を樹脂含浸硬化により得られたエアフィルター用濾材が提供される。
【００１１】
その際、ガーレ式剛軟度が２０００ｍＮ以上かつ厚み２．５ｍｍ以下であることが好ましい。また、基材層が、スパンボンド不織布、ニードルパンチ不織布、メルトブロー不織布、カードウェブ不織布、エアレイドウエブ不織布、スパンレースウエブ不織布からなる群より選択され、かつ厚みが２．０ｍｍ以下であることが好ましい。また、前記樹脂含浸硬化に用いる含浸樹脂が、アクリルアミド系またはウレタン系またはエポキシ系であることが好ましい、また、自動車用または家電用またはクリーンルーム用フィルターに使用することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、プリーツ性および耐風圧変形性に優れる低圧損・高捕集性能をもつエアフィルター用濾材を得ることが可能な湿式不織布およびエアフィルター用濾材が得られる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。以下、本発明のエアフィルター用不織布について具体的に説明する。
【００１４】
本発明においてナノファイバー繊維Ａは、繊維直径が２００〜８００ｎｍで、繊維長さが０．４〜１．５ｍｍのナノファイバーである。繊維直径は、ナノファイバー単繊維どうしの凝集がなく、極細繊維由来の高捕集効率を達成するために、２００ｎｍ〜８００ｎｍが肝要である。特に、４００ｎｍ〜８００ｎｍが分散性や抄紙工程における網上でのスラリー濾水性の点から好ましい。また、長さについては、０．４〜１．５ｍｍ(好ましくは０．４〜０．７ｍｍ)が繊維の絡み凝集の抑制の点から重要である。好ましくは、Ｌ／Ｄが１０００以下になるよう、繊維直径と長さから決定するとよい。かかるナノファイバーの製造方法は、国際公開第２００５／０９５６８６号パンフレットに開示された方法が、単繊維径が均一となり好ましい。
【００１５】
すなわち、ポリエステルポリマーからなりかつその島径（Ｄ）が２００〜８００ｎｍである島成分と、前記のポリエステルポリマーよりもアルカリ易溶解性ポリマーかなる海成分とを有する複合繊維を、海島型複合繊維用口金を用いて紡糸、延伸した後にアルカリ減量加工を施し、前記海成分を溶解除去したものであることが好ましい。
【００１６】
ここで、海成分と島成分の溶解速度比が２００以上、好ましくは３００〜３０００であると、島分離性が良好となり好ましい。海成分は、ポリ乳酸、超高分子量ポリアルキレンオキサイド縮合系ポリマー、ポリアルキレングリコール系化合物と５-ナトリウムスルホイソフタル酸の共重合ポリエステルが最適である。ここでアルカリアルカリ水溶液とは、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム水溶液などである。これ以外にも、ナイロン６やナイロン６６等の脂肪酸ポリアミドに対するギ酸、ポリスチレンに対するトリクロロエチレン等やポリエチレンに対する熱エチレンやキシレン等の溶剤、ポリビニールアルコールやエチレン変形ビニルアルコール系ポリマーに対する熱水をそれぞれのケースで使用することができる。
【００１７】
海島型複合繊維において、溶融紡糸時における海成分に溶融粘度が島成分ポリマーの溶融粘度よりも大きいことが好ましい。これにより、５００島以上の島成分をもち、海成分比率が３０％以下のケースでも、海島構造が乱れずに、薄層海部位形成することができる。
【００１８】
溶融紡糸に用いられる海島型複合繊維用口金としては、島成分を形成するための中空ピン群や微細孔群を有するものなど任意のものを用いることができる。吐出された海島型複合繊維は冷却風により固化され、所定の引き取り速度に設定した回転ローラーにより引き取られ、未延伸糸を得る。
【００１９】
得られた未延伸糸は、海成分を抽出後に得られる極細繊維の用途・目的に応じて、そのままカット工程あるいはその後の海成分溶解工程に供してもよい。目的とする強度・伸度・熱収縮特性に合わせるために、延伸工程や熱処理工程を経由して、カット工程あるいはその後の減量工程に供することができる。
【００２０】
次に、かかる複合繊維を、カットした後、アルカリ減量加工を施すことにより前記海成分を溶解除去する。このようにして得られたナノファイバー繊維を湿式抄紙工程に用いる。
【００２１】
本発明におけるバインダー繊維Ｃは熱接着性繊維であって、不織布の強度やネットワーク構造および収縮による嵩向上などの役割がある。繊維径が３μｍ以上の、未延伸糸または複合繊維が好ましい。単繊維繊度は、０．１〜３．３ｄｔｅｘであることが好ましい。このましくは、０．２〜１．７ｄｔｅｘである。繊維長は、３〜１０ｍｍであることが好ましい。
【００２２】
バインダー繊維のうち、未延伸繊維としては、紡糸速度が６００〜１５００ｍ／ｍｉｎで紡糸された未延伸ポリエステル繊維が好ましい。ポリエステルとは、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレタレート、ポリブチレンテレフタレートが挙げられ、好ましくは生産性、水への分散性などの理由から、ポリエチレンテレフタレートやそれを主成分とする共重合ポリエステルが好ましい。
【００２３】
また、バインダー繊維のうち、複合繊維としては、抄紙時のドライヤー温度により融着接着効果を発現するポリマー成分、たとえば非結晶性共重合ポリエステルが鞘部に配置され、これらのポリマーより融点が２０℃以上高い他のポリマーが芯部に配置された芯鞘型複合繊維が好ましい。また、偏心芯鞘型複合繊維、サイドバイサイド型複合繊維などの形態も使用できる。
【００２４】
ここで、上記の非結晶性共重合ポリエステルは、テレフタル酸、イソフタル酸、エチレングリコールおよびジエチレングリコールを主成分として用いることがコスト面からも好ましい。
【００２５】
さらに、ナノファイバーの分散を助けるとともに、空隙率の向上にも寄与する非バインダー繊維であり、ナノファイバーよりも太い繊維Ｂについては、繊維径が均一で分散性のよいポリエステル繊維が最もよい。ただし、少量および目的に応じて、種々の紙用繊維素材が使用可能であり、たとえば、木材パルプ、天然パルプ、アラミドやポリエチレンを主成分とする合成パルプ、ナイロン、アクリル、ビニロン、レーヨン等の成分を含む合成繊維または半合成繊維を混合、添加してもよい。  
【００２６】
Ａ＋Ｂ：Ｃの重量比率が＝５０：５０〜７０：３０であることが必要である。バインダー繊維Ｃは、バインダー繊維どうしの融着ネットワークをつくり、不織布構造の骨格や不織布自身の強度を担う。バインダー繊維Ｃが５０％より大であると、熱処理斑により粗密や凹凸が発生し、地合いや厚みの不均一、また平均孔径など微細なサイズ領域でばらつきが増加し、フィルター性能にばらつきが発生しやすい。一方、３０％未満の場合は、十分な嵩高構造を形成できにくく、また不織布強度不足となり、好ましくない。
【００２７】
本発明において空隙率が９０％以上である。該空隙率が９０％未満では圧損が大きくなり好ましくない。
【００２８】
本発明の湿式不織布は、前記の繊維を用いて通常の長網抄紙機、短網抄紙機、丸網抄紙機などを用いて抄紙した後、バインダー繊維Ｃを熱接着することにより得られる。
【００２９】
ここで、前記高空隙構造は、非接触あるいは低テンション乾燥工程による収縮を伴う嵩高加工によるものであることが好ましい。ヤンキードライヤーによる高熱ドラムへの転写乾燥工程は、厚みの均一性をもたらすが、一方でシートの厚み方向を圧縮作用が働き、ポリエステル繊維等の有機繊維抄紙の場合、空隙率が８５％以下と小さくなるおそれがある。一方、エアースルー方式と呼ばれる熱風による乾燥やベルト乾燥機などの低テンション熱処理工程を通すと、前記のバインダー繊維が加熱により収縮力は、厚み方向へその応力を緩和させることにより、厚みが増す。そのことにより、空隙率はポリステルのような低比重繊維を用いても、９０％以上となる。その際、サーマルボンド性のあるバインダー繊維は、１００〜２００℃の熱処理工程において収縮率が１０％以上であることが好ましい。収縮率が１０％未満の場合は、短繊維どうしの拘束力により、収縮が抑制され、十分な嵩高構造が得られないので、好ましくない。高空隙構造の形成により、ダスト捕集効率が格段に上昇し、同時に圧損の低下を実現する。さらに、ナノファイバーが含まれることにより、ダストの衝突確率が祖増加するとともに、ブラウン運動効果による捕集効果が高まり、より高捕集となる。
【００３０】
次に、本発明のエアフィルター用濾材は前記の湿式不織布と基材層とを貼り合わせ、または、前記の湿式不織布を樹脂含浸硬化により得られたエアフィルター用濾材である。
【００３１】
ここで、嵩高構造をその後の加工工程、また送風圧に対しても維持するために、基材をラミネートして補強したり、また不織布繊維の表面に付着して、ネットワークを形成して強固な三次元構造をつくる樹脂含浸プロセスにより、保たれることが好ましい。基材は、スパンボンド不織布、ニードルパンチ不織布をはじめとする、曲げ剛性の高い不織布が好ましい。厚みは２．０ｍｍ以下のものが好ましい。２．０ｍｍを超える厚みの場合、後述するが、限られたフィルター面積へのプリーツ折込数の関係から、プリーツどうしが密着するなど、十分な面積を取れないケースがあるので、２．０ｍｍの厚み以下が好ましい。また、樹脂含浸手法により、湿式不織布そのものを硬化させるための含浸樹脂は、片面、両面コート、あるいは含浸のいずれでもよい。含浸樹脂は、アクリルアミド系、ウレタン系、エポキシ系が好ましい。
【００３２】
このようにして得られたエアフィルター用濾材において、曲げ硬さはガーレ測定方法で２０００ｍｇｆ以上が好ましい。２０００ｍｇｆ以上の場合は、プリーツ賦型が十分であり、風圧などのよる変形・密着がない。一方、２０００ｍｇｆ未満の場合は、変形・密着により、デッドスペースができ、圧損が高くなってしまい、また有効にフィルター面積を利用していないので、目詰まり・寿命も早くなるおそれがある。
【００３３】
厚みは２．５ｍｍ以下が好ましい。フィルターカートリッジサイズは、多くの場合、サイズに制限があり、ＤＨＣが大きい場合は、フィルターのプリーツ数を低減して、十分なプリーツ間距離をとることができる可能性もあるが、２．５ｍｍより大の場合は、プリーツ間の距離が小さく、密着の懸念があり。またそれを予防するためのサポートを挿入するとなると、コスト高を招きやすい。従って、厚みは２．５ｍｍ以下が好ましい。
【００３４】
以上の結果、フィルター効率インデックスであるＰＦ値が１５以上のフィルター濾材が得られ、高捕集と低圧損をもたらし、省エネ・寿命ともに優れるフィルター濾材となる。かかるエアフィルター用濾材は、自動車用フィルター、家電用フィルター、クリーンルーム用フィルターなどとして好適に用いられる。
【実施例】
【００３５】
次に本発明の実施例及び比較例を詳述するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。なお、実施例中の各測定項目は下記の方法で測定した。
（１）繊維直径・繊度
繊維断面を鋭利な刃物でカットして、その断面を２０００倍のＳＥＭで観察する。１００個の平均を繊維直径とする。また繊度は、1万メートルあたりの重量ｄｔｅｘ：デシテックス表示とする。
（２）目付
ＪＩＳ  ８１２４（紙のメートル坪量測定方法）に基づいて目付を測定した。
（３）厚さ
ＪＩＳ  Ｐ８１１８（紙及び板紙の厚さと密度の測定方法）に基づいて厚みを測定した。測定荷重は７５ｇ／ｃｍ２にて、Ｎ＝５で測定し、平均値を求めた。
（４）空隙率
上記目付と厚さ、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）繊維の密度を１．３６ｇ／ｃｍ３として、下記式から計算した。
空隙率＝１００−（目付）／（厚さ）／１．３６  ×  １００（％）
（５）ＰＦ値
圧損と捕集率から以下の式により、フィルターの高性能性指標を算出する。
ＰＦ値=-LOG(0.3μ透過率(%)/100)/(圧損（Pa）/9.8)×100
（６）ダスト保持量：ＤＨＣ・ＤＨＣ分配率
ＪＩＳ８種ダストを濃度１ｇ／ｍ２、流入速度１０ｃｍ／ｓｅｃにてフィルターに導入し、圧損が２ｋＰａに達するまでの時間とその際にフィルターに保持されているダスト重量を測定し、１ｍ２あたりのダスト保持量に換算した。
（７）収縮率
荷重０．０５ｇ／ｄｔｅｘ下にて乾熱処理を行い、収縮率を測定した。
収縮熱処理前の長さ（Ｌ０）−熱処理後の長さ（Ｌ１）／（Ｌ０）×１００（％）
（８）剛軟度
ＪＩＳ  Ｌ１９１３  一般短繊維不織布試験方法の剛軟度・ガーレ法に基づいて、測定し、剛軟度ｍｇｆを算出した。
（９）溶融粘度
乾燥処理後のポリマーを紡糸時のルーダー温度に設定したオリフィスにセットして５分間溶融保持したのち、数水準の荷重をかけて押し出し、そのときのせん断速度と溶融粘度をプロットする。そのデータをもとに、せん断速度−溶融粘度曲線を作成し、せん断速度が１０００ｓｅｃ−１の時の溶融粘度を読み取った。
（１０）アルカリ減量速度
海成分および島成分のポリマーを、それぞれ、径0.3mm、長さ0.6mmの円孔を２４孔持つ口金から吐出し、１０００〜２０００ｍ／ｍｉｎの紡糸速度で引き取って得た未延伸糸を残留伸度が30〜60%の範囲となるように延伸して、８３ｄｔｅｘ／２４フィラメントのマルチフィラメントを作成した。これを１．５ｗｔ％ＮａＯＨ水溶液８０℃を用い、浴比１００として、溶解時間と溶解量から減量速度を算出した。
【００３６】
［実施例１］
繊維直径７００ｎｍ×長さ０．５ｍｍ（アスペクト比＝７００）のナノファイバー繊維Ａと、繊度１．７ｄｔｅｘ×長さ５ｍｍのポリエチレンテレフタレート繊維Ｂと、熱接着繊維Ｃとして芯鞘複合型熱接着性繊維で、繊度１．７ｄｔｅｘ×長さ５ｍｍ、芯ポリマーと鞘ポリマーは、それぞれ融点２５６℃のポリエチレンテレフタレート、テレフタル酸、イソフタル酸、エチレングリコールおよびジエチレングリコールを主成分とする非晶性共重合ポリエステルを５０／５０ｗｔ％の割合で断面形成したものである。
これらをＡ：Ｂ：Ｃ＝３０：４０：３０の割合で配合し、分散剤・消泡剤を適量添加して、分散させたスラリーを円網で湿式抄紙し、ニップローラーでの脱水後、巻き取った。引き続いて、ベルト式乾燥機に巻出しながら導入し、加熱収縮によりバインダー間のネットワークを形成して構造固定したのち、一定の張力にて巻き取った。
【００３７】
［実施例２〜４、比較例１〜５］
ナノファイバー繊維Ａ：延伸糸繊維Ｂ：バインダー繊維Ｃの配合比を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様な方法で不織布を作成した。
【００３８】
［比較例６］
実施例１と同様に湿紙を形成させたのち、ドライヤーに導入して乾燥熱処理して抄紙工程を完了した。
【００３９】
［実施例５］
基材として、目付80g/m2のポリエステルスパンドンドシートを接着樹脂スプレーにて基材に噴霧し、実施例１の湿式不織布をラミネートした。
【００４０】
［実施例６］
実施例１の湿式不織布に、アクリルアミド樹脂を片面にナイフコートし、乾燥硬化させた。
【００４１】
以下、結果を説明する。実施例１は、空隙率９０％以上を達成し、フィルター性能が高い。また、実施例２〜４は、ナノファイバー添加量がことなるが、高空隙率を達成し、捕集率・ＤＨＣともに良好な結果を示した。一方、比較例１は、バインダー繊維量が少ないために、空隙率が９０％未満であり、圧損が高い。また、比較例２は、バインダー繊維比率が大きいために、収縮斑が発生し、捕集率が低い。比較例３は、ナノファイバー繊維直径が１５０ｎｍと小さいため、抄紙工程にて凝集し、地合い斑が発生し、捕集率の低下が見られた。比較例４は、繊維直径が１μと大きいために、捕集率が小さい。比較例５は、ナノファイバー繊維長が長いために、絡みにより、分散性不良となり、捕集率が低い。比較例６では、ヤンキードライヤー乾燥熱処理を行ったために、空隙率が９０％未満となり、圧損が高い。
【００４２】
実施例５は、基材ＰＥＴスパンボンドを貼りあわせて、プリーツ性に優れたフィルター濾材となった。実施性６は、フィルター硬さを増加させるために、熱硬化性樹脂を含浸させて、フィルター性能とプリーツ性にも優れる。
【００４３】
【表１】
2015140495.tif 000002
【００４４】
【表２】
2015140495.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明によれば、プリーツ性および耐風圧変形性に優れる低圧損・高捕集性能をもつエアフィルター用濾材を得ることが可能な湿式不織布およびエアフィルター用濾材が提供され、その工業的価値は極めて大である。