(57)【要約】効率が増加した濾過材が提供される。この濾過材は、少なくとも一つの熔融吹き込み層からつくられ、塵埃が入る側と出て行く側とを有する中央の濾過層を含んでいる。第１の外側の層が該濾過材の塵埃が入る側に配置され、これは熔融吹き込み重合体繊維のウエッブからつくられ、また第２の外側の支持層または裏地層は濾過材の塵埃が出て行く側に配置されており、これはスパンボンド重合体の繊維ウエッブからつくられている。例示的な一具体化例においては、中央の濾過層は第１の上手側の熔融吹き込み層と第２の下手側の熔融吹き込み層とを含んでいる。第１の上手側の層は好ましくは第２の下手側の層の繊維よりも直径が大きい繊維からつくられている。本発明の濾過材は加熱、冷凍、および空調における濾過を含む用途に対するＡＳＨＲＡＥフィルターをつくるのに特に有用である。
2006500213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多成分シートからつくられた濾過材であって、該濾過材は
上手側の外側にある粗い熔融吹き込み層：
下手側の外側にあるスパンボンド層；
該上手側の外側の層と下手側の外側の層との間に配置された濾過成分を含んで成り、
該濾過成分は第１の上手の熔融吹き込み層と第２の下手の熔融吹き込み層を含み、該第１および第２の熔融吹き込み層は直径が約０．５〜１．５μｍの繊維からつくられ、第１の熔融吹き込み層をつくる繊維は第２の熔融吹き込み層をつくる繊維よりも直径が大きいことを特徴とする濾過材。
【請求項２】
第２の熔融吹き込み層は直径が約０．６５μｍの繊維からつくられ、第１の熔融吹き込み層は直径が約１μｍの繊維からつくられることを特徴とする請求項１記載の濾過材。
【請求項３】
第１および第２の熔融吹き込み層はそれぞれ約１〜２０ｇ／ｍ２のウエッブの坪量をもっていることを特徴とする請求項１記載の濾過材。
【請求項４】
第１の熔融吹き込み層は約１０ｇ／ｍ２のウエッブの坪量をもっていることを特徴とする請求項１記載の濾過材。
【請求項５】
第２の熔融吹き込み層は約２ｇ／ｍ２のウエッブの坪量をもっていることを特徴とする請求項１記載の濾過材。
【請求項６】
上手の外側の層は約５〜１０μｍの範囲の直径をもっている繊維からつくられることを特徴とする請求項１記載の濾過材。
【請求項７】
上手の外側の層は約１００ｇ／ｍ２のウエッブの坪量をもっていることを特徴とする請求項１記載の濾過材。
【請求項８】
下手の外側のスパンボンド層は約１０〜２５μｍの範囲の直径をもっている繊維からつくられることを特徴とする請求項１記載の濾過材。
【請求項９】
下手の外側のスパンボンド層は約１０〜４０ｇ／ｍ２のウエッブの坪量をもっている特徴とする請求項１記載の濾過材。
【請求項１０】
該濾過材は少なくとも約１０のα値をもっていることを特徴とする請求項１記載の濾過材。
【請求項１１】
該濾過材は約１６のα値をもっていることを特徴とする請求項１記載の濾過材。
【請求項１２】
上手の外側の層、下手の外側の層、および中央の濾過成分はそれぞれポリオレフィン、アクリル重合体および共重合体、ハロゲン化ビニル重合体および共重合体、ポリビニルエーテル、ポリハロゲン化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリビニルケトン、ポリビニルアミン、ポリビニル芳香族化合物、ポリビニルエステル、ビニル単量体の共重合体、天然および合成ゴム、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテル、フッ素重合体、およびこれらの混合物から成る群から選ばれる重合体からつくられることを特徴とする請求項１記載の濾過材。
【請求項１３】
濾過成分，上手の外側の層、および下手の外側の層はポリプロピレンからつくられることを特徴とする請求項１記載の濾過材。
【請求項１４】
該濾過材は塵埃保持能力が少なくとも約５０ｇ／ｍ２であることを特徴とする請求項１記載の濾過材。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は「強化されたかたさと増大したした塵埃保持能力をもつ濾過材（Ｆｉｔｅｒ  Ｍｅｄｉａ  Ｗｉｔｈ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｓｔｉｆｆｈｅｓｓ  ａｎｄ  Ｉｎｃｒｅａｓｅｄ  Ｄｕｓｔ  Ｈｏｌｄｉｎｇ  Ｃａｐａｃｉｔｙ）」と題する２００２年４月３０日出願の米国特許出願第１０／１３５，７９７号の一部継続出願である。該特許出願は引用により明らかに本明細書に包含される。
【技術分野】
【０００２】
本発明はＡＳＨＲＡＥ市場において使用される濾過材に関し、特に改善されたα値を有する高効率のフィルター媒体に関する。
【背景技術】
【０００３】
空気フィルターの用途、例えば加熱、冷凍、および空調系に対しては通常紙の濾過材が使用されている。このような用途に対するフィルターおよび濾過材はＡｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｈｅａｔｉｎｇ，  Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ａｉｒ−Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，Ｉｎｃ．（ＡＳＨＲＡＥ）（米国熱・冷凍・空調工業会）によって承認され、大部分のものはＡＳＨＲＡＥのフィルターまたは濾過材と呼ばれている。
【０００４】
一般に紙の濾過材はフィルターをつくるのに使用される繊維の緻密なウエッブまたはマットを含んでおり、粒子状物質を含むガス流の中に向けて配置されている。これらのウエッブの緻密に詰められた細かい繊維により、細かい粒子を機械的に捕捉し或いは篩い分けるのに極めて適した細かい繊維間の細孔構造が与えられる。この濾過材は一般にガス流を透過し、しかも或る選ばれた大きさよりも大きい粒子の通過を阻止するのに十分に細かい細孔の大きさと適切な多孔度をもつようにつくられている。ガスが濾過材を通る際、濾過材の塵埃が入ってくる側は，拡散および遮断によって，選ばれた大きさの粒子をガス流から捕捉し保持するように作動する。
【０００５】
最初、ＡＳＨＲＡＥフィルターはガラス繊維またはガラス・マイクロ繊維（以後「ガラス繊維」と呼ぶ）からつくられた。しかしこれらのガラス繊維は発癌性物質の疑いをもたれており、従って空気フィルターにこれを使用することは望ましくない。ガラス繊維をベースにした濾過材の代わりにエレクトレットの熔融吹き込み（ｍｅｌｔｂｌｏｗｎ）繊維を用いる試みはあまり成功していない。熔融吹き込み繊維のウエッブは典型的には静電的に帯電させて高度の粒子状物質除去効率を与える必要がある。しかしフィルターの寿命の間における静電荷の安定性は時間が経つにつれて減少することが示されている。ひとたび電荷が消費されると、濾過性能は許容レベル以下に低下する可能性がある。
【０００６】
ガラス繊維のマットの代替物として合成濾過材を使用することによって生じる他の問題は、これらの濾過材が捕捉された塵埃で詰まる傾向があることである。濾過材の多孔度を減少させると濾過材の濾過性能を改善することができるが、その効果によって濾過材を横切る空気の圧力降下が増加する。これに加えて、濾過材の多孔度が減少すると、多孔度が大きなフィルターに比べて速い速度で塵埃の粒子が濾過材の表面に蓄積し、それによって濾過材を横切る圧力降下が増加する速度がさらに速くなる。この現象はフィルターの寿命を短くする。
【０００７】
ガラスをベースにしていない或る種の濾過材は又、それが自己支持性をもち得るのに十分な物理的な一体性に欠けている。濾過材の物理的な一体性はその坪量または厚さを増加させることにより改善することができるが、坪量または厚さを増加させると、濾過材を横切る圧力降下が悪化する。ガラスをベースにしない濾過材はそれ自体典型的には支持用の層に積層化されるか、或いは固定された枠に取り付けられている。しかし、通常の支持用の層または固定され枠は濾過過程に寄与せず、濾過材の製造コストを増加させるだけである。
【０００８】
従って、標準的なガラスマットのＡＳＨＲＡＥフィルターと同様な或いはそれよりも良好な濾過効率をもつ合成繊維濾過材が求められている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の概要
本発明によれば、ＡＳＨＲＡＥの濾過の用途、例えば加熱、冷凍、および空調の用途に特に有用な高効率の濾過材が提供される。
【００１０】
一具体化例においては、本発明の濾過材は上手の外側にある粗い熔融吹き込み層、下手の外側にあるスパンボンド層、および該上手の外側の層と下手の外側の層との間にある濾過成分を有する多成分シートからつくられている。濾過成分は少なくとも一つの熔融吹き込み層からつくられ、さらに好ましくは第１の上手の熔融吹き込み層と第２の下手の熔融吹き込み層からつくられている。第１および第２の熔融吹き込み層はそれぞれ好ましくは直径が約０．５〜１．５μｍの範囲の繊維からつくられ、第１の熔融吹き込み層をつくる繊維は第２の熔融吹き込み層をつくる繊維よりも大きな直径をもっているのが好ましい。例示的な一具体化例においては、第２の熔融吹き込み層は約０．６５μｍの直径をもつ繊維からつくられ、第１の熔融吹き込み層は約１μｍの直径をもつ繊維からつくられる。
【００１１】
一具体化例においては、上手の外側層は熔融吹き込みされたかたくて粗い重合体材料からつくられ、さらに好ましくは繊維が不規則に配向している重合体繊維の不織ウエッブからつくられる。上手の外側の層はウエッブの坪量が好ましくは約２ｇ／ｍ２であり、上手の外側の層をつくる繊維は好ましくは約５〜１０μｍの範囲の直径をもっている。
【００１２】
他の具体化例においては、下手のスパンボンド外側層はウエッブの坪量が約１０〜４０ｇ／ｍ２であることができ、下手の外側層をつくる繊維は約１０〜２５μｍの範囲の直径をもっていることができる。下手の外側層は任意に該下手の外側にあるスパンボンド層の塵埃が入ってくる側に該スパンボンド層に接着した熔融吹き込み層を含んでいることができる。
【００１３】
例示的な一具体化例においては、本発明の濾過材は少なくとも約１０、さらに好ましくは約１６のα値をもち、塵埃保持能力は少なくとも約５０ｇ／ｍ２である。濾過成分、上手の外側の層、および下手の外側の層はポリプロピレンからつくられることが好ましい。
【００１４】
本発明は添付図面と組み合わせて以下に行われる詳細な説明によりさらに十分に理解されるであろう。添付図面において全図面を通じ同じ参照番号は同じ部材を示すものとする。
【００１５】
発明の詳細な説明
ここで本発明の特徴および他の詳細点を特定的に説明し、それを特許請求の範囲において示すことにする。本発明の特定の具体化例は例示のために示されたものであって、本発明を限定するものではないと了解された。本発明の原理的な特徴は本発明の範囲を逸脱することなく種々の具体化例において使用することができる。
【００１６】
一般に本発明によれば、粒子、空気に含まれた汚染物および／または油を保持する濾過材が提供される。この濾過材は、バッグ・フィルターまたは襞付きのパネルフィルターのような加熱用および空調用のダクトに使用されるフィルターを含むＡＳＨＲＡＥの濾過の用途に特に有用である。本発明の濾過材はまた廉価であり、現在の濾過材に比べ濾過性能特性が増強され、かたさが増加し、取り扱いおよび加工性が改善されている。
【００１７】
図１は濾過材１０の塵埃が入ってくる側面２０、例えば上手の側の上につくられた第１の外側の層１２、中間の濾過層１４、および濾過材１０の塵埃が出て行く側３０、例えば下手の側の上につくられた第２の外側の層１６または裏地を有する濾過材１０の一具体化例を示す。第１の外側の層は好ましくは重合体の熔融吹き込み繊維のウエッブからつくられ、濾過材１０の塵埃保持能力を増加させ、該濾過材にかたさを与えるのに効果的である。第２の外側の支持層１６は好ましくはスパンボンド重合体のウエッブ、或いはスパンボンド重合体の繊維のウエッブに接着された重合体の熔融吹き込み繊維のウエッブを有する二つの組み合わせられた層からつくられる。第２の外側の層は濾過材１０に強度を与える効果があり、加工の際にフィルター１０が裂けるのを防ぐことができる。中間の濾過成分１４は濾過材１０の主要な濾過成分としての作用をし、１枚、２枚またはそれ以上の繊維のウエッブの層からつくることができる。
【００１８】
濾過材１０の第１の外側の層１２はかたくて粗い熔融吹き込み繊維のウエッブからつくることができ、これによって或る与えられた圧力降下に対して濾過材１０にかたさを与え、濾過材１０の塵埃保持能力を増加させるのに効果がある。例示した具体化例においては、第１の外側の層１２はテクスチャー加工されて外側の層１２の隣接した層、即ち中間の濾過層１４への接着を容易にしている。第１の外側の層１２をつくるのに使用される熔融吹き込み繊維は当業界に公知であり、一般に機械的手段によって繊維を絡み合わせることによってつくられた不規則に配向した繊維からつくられる不織布を含んでいる。熔融吹き込み繊維のウエッブは比較的広い繊維の直径の分布をもっている。繊維のウエッブをつくるのに使用される重合体の繊維の平均直径は一般に約１〜２０μｍの範囲にあることができる。意図された用途に依存して、さらに好適な重合体繊維の直径は約１〜１５μｍ、もっと好ましくは約５〜７μｍの範囲にある。第１の外側の層１２の坪量は好ましくは約１０〜１５０ｇ／ｍ２、さらに好ましくは約１００ｇ／ｍ２である。使用する場合、第１の外側の層１２は好ましくは空気透過度が０．５インチの水中において６００立方フィート／分より大きい。
【００１９】
上記に記載されたすべての繊維の直径はＳＥＭによる分析を用いて得られた平均の繊維の直径の代表的な値であることは当業界の専門家には理解できるであろう。
【００２０】
熔融吹き込みされた第１の外側の層１２をつくるのに用いることができる適切な材料は、ポリオレフィン、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、およびエチレン−α−オレフィン共重合体；アクリル重合体および共重合体、例えばポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチルアクリレート；ハロゲン化ビニル重合体および共重合体、例えばポリ塩化ビニル；ポリビニルエーテル、例えばポリビニルメチルエーテル；ポリハロゲン化ビニリデン、例えばポリフッ化ビニリデンおよびポリ塩化ビニリデン；ポリアクリロニトリル；ポリビニルケトン：ポリビニルアミン；ポリビニル芳香族化合物、例えばポリスチレン；ポリビニルエステル、例えばポリ酢酸ビニル；ビニル単量体相互のおよびオレフィンとの共重合体、例えばエチレン−メタクリル酸メチル共重合体、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂、およびエチレン−酢酸ビニル共重合体；天然および合成ゴム、例えばブタジエン−スチレン共重合体、ポリイソプレン、合成ポリイソプレン、ポリブタジエン、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、ポリクロロプレンゴム、ポリイソブチレンゴム、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、イソブチレン−イソプレン共重合体、およびポリウレタンゴム；ポリアミド、例えばナイロン６６およびポリカプロラクタム；ポリエステル、例えばポリエチレンテレフタレート；ポリカーボネート：ポリイミド；ポリエーテル；フッ素重合体、例えばポリテトラフルオロエチレンおよび弗素化されたエチレンプロピレンが含まれる。なかでもポリプロピレンがより好適な重合体材料である。
【００２１】
第２の外側の層１６はスパンボンド繊維のウエッブからつくられることが好ましく、濾過材１０の塵埃が出て行く側３０の上に配置される。スパンボンド繊維のウエッブを使用すると、濾過材１０に強度およびかたさがさらに付け加わる。第２の外側の層１６は任意にスパンボンド繊維のウエッブに接着した熔融吹き込み繊維を有する２枚の組になった層からつくることができる。２枚の組になった層は非常に粗い繊維をスパンボンド繊維のウエッブの上に直接熔融吹き込みすることによってつくることができる。熔融吹き込み繊維は第１の外側の層１２について述べた材料と同様なかたい重合体材料からつくることが好ましく、フィルター材料１０にかたさを賦与する上で効果がある。熔融吹き込み繊維のウエッブの層はスパンボンド層に均一性を与え、軽い繊維で被覆されているかもしれない区域を除去する点でさらに有利である。スパンボンド繊維は軽い重合体材料からつくることができ、またフィルター材料１０に強度を与える上で効果がある。
【００２２】
スパンボンドのウエッブは典型的には強度／重量の比が比較的大きく、多孔度が大きいことが特徴であり、また良好な耐摩耗性をもっている。繊維の平均直径は約１０〜２５μｍの範囲内にあり得る。第２の外側の層１６の坪量は好ましくは約１０〜４０ｇ／ｍ２、さらに好ましくは約３４ｇ／ｍ２である。しかし、第２の外側の層１６の坪量は与えられた濾過の用途における強度の要求に依存して変えることができ、かなり重いスパンボンド層を使用することができる。製造時または使用時における所望の強度レベル、意図される濾過効率、および抵抗または圧力降下の許容レベルのような因子を考慮して当業界の専門家は容易に適切な坪量を決定することができる。一般にスパンボンド層は、主として構造的な機能を果たす粗い繊維の比較的薄い相であり、完成した濾過材の中での濾過または圧力降下には全くまたは殆ど寄与しないと考えられている。
【００２３】
外側の層１６をつくることができる適切なスパンボンド材料は当業界の専門家には公知である。例えばスパンボンド繊維は種々の重合体樹脂からつくることができ、その中にはこれだけに限定はされないが、ポリオレフィン、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、およびエチレン−α−オレフィン共重合体；アクリル重合体および共重合体、例えばポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチルアクリレート；ハロゲン化ビニル重合体および共重合体、例えばポリ塩化ビニル；ポリビニルエーテル、例えばポリビニルメチルエーテル；ポリハロゲン化ビニリデン、例えばポリフッ化ビニリデンおよびポリ塩化ビニリデン；ポリアクリロニトリル；ポリビニルケトン：ポリビニルアミン；ポリビニル芳香族化合物、例えばポリスチレン；ポリビニルエステル、例えばポリ酢酸ビニル；ビニル単量体相互のおよびオレフィンとの共重合体、例えばエチレン−メタクリル酸メチル共重合体、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂、およびエチレン−酢酸ビニル共重合体；天然および合成ゴム、例えばブタジエン−スチレン共重合体、ポリイソプレン、合成ポリイソプレン、ポリブタジエン、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、ポリクロロプレンゴム、ポリイソブチレンゴム、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、イソブチレン−イソプレン共重合体、およびポリウレタンゴム；ポリアミド、例えばナイロン６６およびポリカプロラクタム；ポリエステル、例えばポリエチレンテレフタレート；ポリカーボネート：ポリイミド；ポリエーテル；フッ素重合体、例えばポリテトラフルオロエチレンおよび弗素化されたエチレンプロピレンが含まれる。
【００２４】
外側の層１６に使用するのに適した市販のスパンボンド材料の一例は、Ｒｅｅｍａｙ  Ｉｎｃ．製のポリプロピレン・スパンボンド材料であり、これはＢＢＡ不織布の１種であって坪量は約３４ｇ／ｍ２（１オンス／平方ヤード）である。
【００２５】
第１および第２の外側の層１２、１６の間に配置された濾過成分１４は濾過を行うのに効果的であり、一つ、二つまたはそれ以上の繊維のウエッブの層からつくることができる。層１４は粗い高度にかさ高の（ｌｏｆｔ）繊維から細かいマイクロ繊維の範囲に亙っていることができ、ウエッブの坪量は約１〜５０ｇ／ｍ２、さらに好ましくは１〜２０ｇ／ｍ２であり得る。この層の性質は製造法と重合体の種類に依存している。即ち、所望の性質をもった１種またはそれ以上の熔融吹き込み層をつくるために処理パラメータを調節することができる。
【００２６】
濾過成分１４をつくるのに使用される層の数および材料の種類は使用の際に要求される効率レベルルに基づいて決定することができる。高い効率レベルをもったフィルターは効率レベルの低いフィルターに比べフィルターを通るより多くの粒子を阻止するであろう。一般に、ＡＳＨＲＡＥ市場に使用されるフィルターは典型的には４０〜４５％、６０〜６５％、８０〜８５％または９０〜９５％のいずれかの効率レベルをもっている。当業界の専門家は、当業界に公知の種々の異なった層を用い所望の効率を達成することができることを容易に認識するであろう。
【００２７】
本発明の濾過材１０、４０、５０の濾過成分１４をつくるのに使用される熔融吹き込み材料は第１の外側の層１２について述べたものを含む種々の重合体材料からつくることができる。これらの繊維は繊維の直径分布が比較的広いことがことが好ましく、使用する重合体の繊維の直径は約０．５〜２０μｍの範囲にある。意図された用途に依存して、さらに好適な重合体繊維の直径は約０．５〜１．５μｍの範囲にある。濾過成分１４の全体の厚さは約２０〜１００ミル、好ましくは約５０〜８０ミルである。
【００２８】
図２はＡＳＨＲＡＥの濾過の用途に用いられる濾過材５０の一つの例示的な具体化例を示す。この濾過材５０は前述のように第１および第２の外側の層１２、１６、および二つの熔融吹き込み層５４、５６からつくられた濾過成分１４を含んでいる。第１および第２の熔融吹き込み濾過成分５４、５６はそれぞれ直径が約０．５〜１．５μｍの範囲の繊維を有し、濾過される空気流から粒子を捕捉し保持する効果をもっている。第１の上手にある熔融吹き込み層５４は第２の下手にある熔融吹き込み層５６に比べて大きな直径をもった繊維からつくられることが好ましい。例示的な一具体化例においては、第１の層５４はウエッブの坪量が約１０ｇ／ｍ２であって約１μｍの直径の繊維からつくられ、第２の層５６はウエッブの坪量が約２ｇ／ｍ２であって直径約０．６５μｍの繊維からつくられる。濾過成分１４の第２の層５６に直径約０．６５μｍの繊維を使用すると、繊維の直径が小さいと濾過材の濾過効率を著しく改善する点において特に有利である。その結果、本発明の濾過材は現在のガラス・マットの材料の性能レベルと同様な性能レベルをもっているが、ガラス繊維を使用する必要は全くない。
【００２９】
図３は８０〜８５％または９０〜９５％の効率レベルを必要とする用途に使用される濾過材４０の他の具体化例を示す。この濾過材４０は前述のように第１および第２の外側の層１２、１６を含んでおり、濾過成分１４は三つのの熔融吹き込み層４４、４６、４８からつくられている。第１の熔融吹き込み濾過成分４４は第１の外側の層１２のすぐ下手に配置され、粗く高度にかさ高の熔融吹き込み重合体繊維のウエッブからつくられ、濾過される空気流から最も大きな粒子を捕捉して保持する予備フィルターの役目をする。第１の層４４は空気流中の大きな粒子が第２および第３の濾過成分４６、４８の中の小さい空隙を塞ぐのを防いでいる。層４４のウエッブ坪量は好ましくは約４０〜１２０ｇ／ｍ２、さらに好ましくは約１００ｇ／ｍ２である。第２の濾過成分４６は直径が約１μｍの繊維からつくられた熔融吹き込みウエッブであり、第１の層４４で捕捉されなかった小さい粒子を保持する効果があり、従って濾過材４０の塵埃保持能力を増加させている。層４６のウエッブの坪量は好ましくは約３〜２５ｇ／ｍ２、さらに好ましくは約１０ｇ／ｍ２である。第３の濾過成分４８は直径約０．６５μｍの非常に細かい繊維からつくられた熔融吹き込みウエッブである。層４８のウエッブの坪量は好ましくは約１〜１０ｇ／ｍ２、さらに好ましくは約２ｇ／ｍ２である。
【００３０】
当業界の通常の専門家は、本発明の濾過材をつくるのに使用される各材料から成るさらに他の層を含ませることができ、またさらに他の材料を代替品とし、或いは上記の材料に付け加えて使用することもできることを理解できるであろう。さらに本発明の濾過材は、このような材料に通常使用して特殊な性質を賦与し、押し出しを容易にし、或いは材料の他の性能を改善する種々の添加物を任意に含んでいることができる。
【００３１】
本発明の濾過材に有用な１種の適当な添加物は電荷安定添加物である。電荷安定添加物の例は脂肪酸から誘導される脂肪酸アミドである。「脂肪酸」という言葉は当業界の通常の専門家によって理解されており、油脂の加水分解で得られる飽和または不飽和の直鎖カルボン酸を含んでいる。適当な脂肪酸の例にはラウリン酸（ドデカン酸）、ミリスチン酸（テトラデカン酸）、パルミチン酸（ヘキサデカン酸）、ステアリン酸（オクタデカン酸）、オレイン酸（（Ｚ）−９−オクタデセン酸）、リノール酸（（Ｚ，Ｚ）−９，１２−オクタデカジエン酸）、リノレン酸（（Ｚ，Ｚ，Ｚ）−９，１２，１５−オクタデカトリエン酸）およびエレオステアリン酸（（Ｚ，Ｅ，Ｅ）−９，１１，１３−オクタデカトリエン酸）が含まれる。典型的には上記の酸からつくられるアミドは当業界に公知の方法で製造される１級アミドである。２級および３級の脂肪酸アミドも電荷安定添加物として適しているが、この場合にはアミドの窒素は１個またはそれ以上のアルキル基で置換されている。２級および３級脂肪酸アミドも当業界に公知の方法、例えば脂肪酸をエステル化した後適当なアルキルアミンを用いてアミド化反応を行わせる方法で製造することができる。アミドの窒素上のアルキル置換基は直鎖または分岐したアルキル基であることができ、約２〜２０個、好ましくは約２〜１４個、さらに好ましくは約２〜６個、最も好ましくは約２個の炭素原子をもっていることができる。好適具体化例においては、脂肪酸アミドは「ビス」アミドであり、この場合１個のアルキル鎖が二つの独立なアミド分子の２個の窒素を連結している。例えば、アルキレンビス−脂肪酸アミドはアルキレンビス−ステアリン酸アミド、アルキレンビス−パルミチン酸アミド、アルキレンビス−ミリスチン酸アミド、およびアルキレンビス−ラウリン酸アミドを含んでいる。典型的にはこのアルキル鎖による連結は約２〜８個、好ましくは２個の炭素原子を含んでいる。アルキル鎖の結合は分岐していることもまたしていないこともできる。好適なビス−脂肪酸アミドはエチレンビス−ステアリン酸アミドおよびエチレンビス−パルミチン酸アミド、例えばＮ，Ｎ’−エチレンビスステアリン酸アミドおよびＮ，Ｎ’−エチレンビス−パルミチン酸アミドである。
【００３２】
本発明の濾過材１０、４０、５０をつくるためには、当業界に公知の熔融吹き込み法およびスパンボンド法を使用することができる。
【００３３】
本発明を制限しない実施例によれば、第１の外側の層１２および濾過成分１４をつくるのに使用される熔融吹き込み法は、熔融した熱可塑性重合体を熔融した糸またはフィラメントとして多数の細かい通常は円形のダイス型の毛管に通して高速のガス流の中に押し出すことによってつくられ、この場合高速のガス流は熔融した熱可塑性の重合体のフイラメントをその直径を減少させて細くする。細くするためのガス流の流速および圧力は連続した熔融吹き込みフィラメントかまたは不連続な繊維が生じるように調節することができる。空気に担持された生じた繊維はまだ十分に急冷されていない状態で高速の空気流によって運ばれ、捕集面の上に沈積し、不規則に分散し自発的に接合した熔融吹き込み繊維のウエッブを生じる。一具体化例においては、第１の外側の層１２は、表面にパターンが付けられた捕集面に繊維を吹き付けることによってテクスチャー加工することができる。
【００３４】
熔融吹き込み法（ｍｅｌｔｂｌｏｗｎ  ｐｒｏｃｅｓｓ）でつくられたウエッブの性質は処理パラメータ、例えば吹き込む空気の温度、速度および方向を調節することによって変えることができる。これらのパラメータは個々の繊維の長さ、直径、および物理的性質に影響を与える。他の重要な因子はオリフィスの幾何学的形状およびダイス型アセンブリーと捕集面との間の距離である。
【００３５】
熔融吹き込み繊維を製造する方法の例はＢｕｔｉｎ等の米国特許第３，８４９，２４１号明細書およびＳｃｈｗａｒｚの同第４，３８０，５７０号明細書に記載されている。
【００３６】
第２の外側の層１６をつくるのに使用されるスパンボンド重合体のウエッブは、１種またはそれ以上の熔融した熱可塑性重合体を繊維として紡糸口金の多数の毛管から押し出すことによってつくることができる。押し出された繊維を冷却しながら、引き出しまたは他の公知の延伸機構によって延伸してスパンボンド繊維をつくる。延伸されたスパンボンド繊維を次に形成面の上に不規則に沈積させ、即ち寝かせて横たえ、緩く絡み合った均一な繊維のウエッブをつくる。寝かせてつくった繊維のウエッブに対し次に接合工程、例えば熱接合またはニードルパンチを行い、得られる不織布繊維のウエッブに物理的一体性および寸法安定性を賦与する。
【００３７】
スパンボンド不織ウエッブを製造する方法の例はＡｐｐｅｌ等の米国特許第４，３４０，５６３号明細書、Ｍａｔｓｕｋｉ等の同第３，８０２，８１７号明細書、Ｈａｎｓｅｎ等の同第３，８５５，０４６号明細書、およびＤｏｒｓｃｈｅｎｅｒ等の同第３，６９２，６１８号明細書に記載されている。
【００３８】
スパンボンド層および熔融吹き込み層がつくられたら、これらの層を接合して本発明の濾過材１０、４０、５０をつくる。当業界に公知のいくつかの方法、例えば超音波熔接法、超音波接合法、接着剤を用いる方法、或いは当業界の通常の専門家に公知の他の方法を用いて濾過材１０、４０、５０をつくることができる。超音波接合は縁の熔接、幅全体の熔接、幅の一部の熔接、或いはこれらの組み合わせにより達成することができる。
【００３９】
別法として、カレンダー掛け法によって層を一緒にプレスし、これによって各層を他の層に対して物理的に接着させる。この方法は、濾過材１０、４０、５０の中に接合剤が混入せず、従って濾過材１０、４０、５０の多孔度が影響を受けないという利点をもっている。
【００４０】
濾過材１０、４０、５０をつくった後またはその途中で、任意に繊維のウエッブに静電荷を賦与し、濾過材１０、４０、５０の性能を強化することができる。重合体のウエッブに永久的な双極子を賦与してエレクトレット・濾過材をつくるには種々の方法が知られている。帯電はＡＣまたはＤＣのコロナ放電ユニットまたはその組み合わせによって行われる。コロナ・ユニット、ＡＣコロナ放電ユニットおよび／またはＤＣコロナ放電ユニットを繊維ウエッブの上方および／または下方に置き、繊維ウエッブにエレクトレットの性質を賦与することができる。その機器構成は繊維ウエッブのいずれかの側に中性の接地ロールが配置され、ウエッブの上方または下方のいずれかの側に活性電極が配置されるような形を含んでいる。或る具体化例においては、１種類だけのコロナ放電ユニット、例えばＤＣまたはＡＣコロナ放電ユニットだけを繊維ウエッブの上方または下方に置くが、他の方法としてはウエッブの上方および下方に交互に配置する。他の具体化例においては、ＡＣまたはＤＣコロナ放電ユニットを組み合わせて交互に使用する。ＡＣまたはＤＣコロナ放電ユニットは陽イオンまたは陰イオンだけを生成するように制御することができる。放電の特定の特性は電極の形、極性、間隙の大きさ、およびガスまたはガス混合物によって決定される。
【００４１】
繊維ウエッブの中でエレクトレットの性質をつくる方法の一例は米国特許第５，４０１，４４６号明細書に記載されている。この特許の内容は引用により本明細書に包含される。また帯電は他の方法、例えば摩擦による帯電法を用いて達成することもできる。典型的には繊維ウエッブに対して約１〜約３０ｋＶ／ｃｍ（エネルギーの種類、例えばＤＣ放電またはＡＣ放電による）、好ましくは約１０〜約３０ｋＶ／ｃｍの範囲で放電を行う。好適な範囲は約１０〜約２０ｋＶ／ｃｍである。
【００４２】
当業界の通常の専門家は、さらに他の処理法によっても本発明のエレクトレット・濾過材のフィルター効率および性質を最適化し得ることを容易に理解できるであろう。
【００４３】
使用時においてフィルターの性能は異なった基準によって評価される。フィルターまたは濾過材は濾過すべき汚染物質がフィルターを横切る透過率が低いことによって特徴付けられることが望ましい。しかし同時にフィルターを横切って相対的に低い圧力降下、または抵抗が必ず存在する。透過率はしばしば下記式
Ｐｅｎ  ＝  Ｃ／Ｃ０
で定義される。ここでＣはフィルターを通った後の粒子の濃度であり、Ｃ０はフィルターを通る前の粒子の濃度である、濾過効率は
１００−％透過率
として定義される。効果的なフィルターは透過率およびフィルターを横切る圧力降下の両方に対しできるだけ低い値を維持することが望ましいから、透過率の対数対フィルターを横切る圧力降下の傾斜を表すアルファ（α）値によってフィルターの評価が行われる。この傾斜が大きいこと、即ちα値が高いことはフィルターの性能が良いことを意味する。αは下記式によって表される。
α＝−１００・ｌｏｇ（Ｃ／Ｃ０）／ＤＰ
ここでＤＰはフィルターを横切る圧力降下である。この値は典型的には数ｍｍＨ２Ｏである。フィルターの性能を評価するための標準的な試験は当業界に公知であり、２００ｍｇ充填した後における透過率および抵抗（α値に関連している）に注目する。一つの共通な試験においては、完全に湿潤されるまでフィルター材料をイソプロピルアルコールでソーキングし、次いで少なくとも２４時間放置して乾燥する。ソーキングはフィルター材料上の電荷を除去するのに効果がある。次いでフィルターの寿命の間フィルターの性能に対し最も悪い可能性を与える圧力降下および濾過効率を決定するために製品の試験を行う。
【００４４】
フィルター材料の試験はＴＳＩ（Ｒ）モデル８１１０  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｆｉｌｔｅｒ  Ｔｅｓｔｅｒ（ＴＳＩ，Ｉｎｃ．製，米国ミネソタ州、Ｓｔ．Ｐａｕｌ）を用い、０．５ミクロンのＮａＣｌ粒子を使用して試験する。またフィルター材料は０．３μのフタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）粒子を用いＴＳＩ（Ｒ）モデル８１３０  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｆｉｌｔｅｒ  Ｔｅｓｔｅｒで試験することもできる。装置のレーザー光度計によってフィルターの上手および下手で粒子の濃度を測定する。試験は自動的に行われ、各試験の結果として透過率（％）、流速、および圧力降下が出力される。測定された濾過効率および圧力降下を用いてフィルター材料のα値を決定することができ、この値をソーキングする前のフィルター材料のα値と比較することができる。
【００４５】
本発明の濾過材は空気に担持される汚染物質に対し４０〜４５％、６０〜６５％、８０〜８５％、および９０〜９５％の濾過効率を与え、塵埃保持能力は約８．０ｇ／ｍ２である。このことは、同様な効率をもつが塵埃保持能力が約４．０〜７．０ｇ／ｍ２の現在の合成フィルター材料に比べて著しい改善である。
【００４６】
本発明の濾過材は空気フィルターの広範な用途に広く使用することができ、ＡＳＨＲＡＥフィルターに使用するのに特に適している。即ち例えば該濾過材はＨＶＡＣ、ＨＥＰＡ、ＵＬＰＡまたは同様なフィルターをつくるのに使用することができる。或る場合には、本発明の濾過材は他の濾過材、例えば市販の濾過材の作動を補強するために使用することができる。即ち本発明の濾過材は種々のフィルターの上手側、下手側、またはそれらの層の間に適用して、好適な濾過操作を得ることができる。
【００４７】
下記実施例により本発明を例示する。
【実施例１】
【００４８】
得られた４枚の層から成るエレクトレットの濾過材を上記のようにしてつくったが、この場合第１の外側の層（塵埃が入る側）は１００ｇ／ｍ２の粗い繊維、即ち直径が約５〜７μｍのかたいポリプロピレンの熔融吹き込み繊維でつくった。濾過成分は２枚の層からつくられており、第１の層（上手側）は１０ｇ／ｍ２の粗い繊維で、直径が約１μｍの高度にかさ高のポリプロピレンの熔融吹き込み繊維であり、第２の層（下手側）は２ｇ／ｍ２の細かい繊維で、直径が約０．６５μｍの細かいポリプロピレンの熔融吹き込み繊維であった。第２の外側の層（ガスが出て行く側）は３４ｇ／ｍ２の粗いポリプロピレンのスパンボンド層からつくった。
（対照実施例１）
第１の対照実施例は繊維ウエッブの４枚の層からつくった。第１の外側の層（ガスが入る側）は８．５ｇ／ｍ２の軽量ポリプロピレンのスパンボンドからつくった。濾過成分は繊維ウエッブの２枚の層からつくられており、第１の層（上手側）は８０ｇ／ｍ２の粗い繊維で、高度にかさ高のポリプロピレンの熔融吹き込み繊維であり、第２の層（下手側）は２０ｇ／ｍ２の細かいポリプロピレンの熔融吹き込み繊維であった。第２の外側の層（ガスが出て行く側）はＢＢＡの子会社であるＲｅｅｍａｙ社製の４２ｇ／ｍ２の中程度の坪量をもつポリプロピレンのＴｙｐａｒ製品からつくった。
（対照実施例２）
第２の対照実施例は２枚のガラス繊維の層からつくった。第１の層はウエッブの坪量約１５ｇ／ｍ２の裏地を有する軽量ポリエステルのスパンボンド層であった。第２の層はウエッブの坪量が約５５〜６０ｇ／ｍ２のウエッブを有するガラスの高度にかさ高の張った繊維層からつくった。
【００４９】
下記の表には、実施例１に従ってつくられた本発明の濾過材の性質を対照実施例１および２に従ってつくられた現存の濾過材の性質と比較して示す。表１によれば、本発明に従ってつくられた濾過材特に直径約０．６５μｍの繊維からつくられた熔融吹き込み層を有する濾過材を用いることによりα値を増加させることができることが示されている。実施例１でつくられた濾過材の性能は対照実施例２に従ってつくられた現存のガラス・マット材料の性能と同様であり、対照実施例１に従ってつくられた従来法の合成濾過材より優れた利点を与える。
【００５０】
【表１】
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【００５１】
当業界の通常の専門家は、通常行われる実験をこれ以上しないでも、上記に説明した本発明の特定の具体化例に対する多くの均等物を知り、或いは確かめることができるであろう。これらのおよび他のすべての均等物は本発明の特許請求の範囲の中に含まれるものである。本明細書に引用したすべての出版物および参考文献は、背景技術の項に挙たものを含め、その全文が引用により明白に本明細書に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の濾過材の断面図。
【図２】図１の濾過材の他の具体化例を示す図。
【図３】図１の濾過材の一具体化例を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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