(57)【要約】      （修正有）【課題】オイルミスト負荷における効率低下を抑制し、かつ電荷消失時にも高効率を維持するとともに通気抵抗の上昇を抑制したフィルターを提供する。【解決手段】撥油性を有するエレクトレット繊維層と、活性炭など多孔質材料を含有するシート、もしくはオレフィン系繊維もしくはポリエステル系繊維などからなる繊維シートである吸油層を積層したフィルター。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
撥油性を有するエレクトレット繊維層と、吸油層を積層したフィルター。
【請求項２】
吸油層が多孔質材料を含んでなる請求項１に記載のフィルター。
【請求項３】
吸油層が繊維シートからなる請求項１に記載のフィルター。
【請求項４】
繊維層からなる吸油層が上流側に配置されてなる請求項３に記載のフィルター。
【請求項５】
エレクトレット繊維層が繊維径が１μｍ以下の繊維から構成されている請求項１〜４のいずれかに記載のフィルター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は空気浄化用途に用いられるフィルターおよびその利用に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、空気浄化用途に用いられるフィルターとしては各種繊維素材からなる繊維層が用いられている。これらは、メンブレンや粒子充填層を用いた濾過方式よりも通気抵抗が低く、かつ構成素材同士の空隙率が大きいためにフィルターとして長寿命であるという利点を有している。また、シート状であるため変形の自由度が高く、防塵マスク、各種空調機器用エレメント、空気清浄機などに幅広く用いられている。
【０００３】
繊維層フィルターは、さえぎり、拡散、慣性衝突などの機械的捕集機構により構成繊維上に粒子を捕捉するが、これらの機構は粒子、繊維径や通過風速により変動するが、０．１〜０．３μｍ前後にフィルター捕集効率として極小値を有することが知られている。
【０００４】
上記の極小値における効率を向上させるため、電気的な引力を併用する方法が知られている。たとえば、被捕集粒子に電荷を与える方法、電極間にフィルターを配置することによりフィルター使用時に誘電分極させる方法、絶縁性材料に電荷を保持させることにより静電引力を利用する方法などが知られている。フィルター構成繊維に安定的な電荷を保持させたフィルターは予め所定の帯電処理を行うのみで外部電源などのエネルギーを必要としないため、エレクトレットフィルター、静電フィルター等として幅広く用いられている。
【０００５】
しかしながら、エレクトレットフィルターは粒子の捕集に伴い静電引力が低下するという問題があり、とりわけオイルミストが表面に付着した場合には液滴が表面を被覆するとともに電荷そのものの漏洩、中和を招くため急激に性能が低下するという問題ある。かかる問題を解決するために、通常のエレクトレットフィルターよりも撥油性を高めた、すなわち表面張力をさせたフィルターを用いることが知られている。
【０００６】
エレクトレットフィルターには、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリカーボネート等の疎水性高分子が用いられているため、さらに撥油性を高めるために樹脂内にパーフルオロ基を有した添加剤を混合する方法（たとえば、特許文献１参照）、パーフルオロ基を有した加工剤で表面処理する方法（たとえば、特許文献２参照）、ならびに繊維構成素材の水素をフッ素置換する方法（たとえば、特許文献３参照）などにより、オイルミスト耐性を持たせることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−６３１３号公報
【特許文献２】特開２００９−２４２５５０号公報
【特許文献３】特表２００２−５１９４８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来公知の撥油性フィルターを用いた場合、繊維表面におけるオイルミストの広がりが抑制されるため、粒子負荷に対して効率の低下は緩やかとなる。その一方で、液滴の接触角が大きくなることで同一負荷量における通風抵抗の上昇率が大となり、更には一定以上に負荷した場合には液滴同士の連結により閉塞されるという問題がある。また、撥油性を付与されていても電荷の散逸およびフィルター効率の低下を完全に防ぐことはできないため、電荷消失時においても高い機械的捕集効率を発現するフィルターが望まれている。
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、オイルミスト負荷における効率低下を抑制し、かつ電荷消失時にも高効率を維持するとともに通気抵抗の上昇を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のフィルターは前記の問題を解決するために、下記の構成を有することを特徴とするものである。
（１）撥油性を有するエレクトレット繊維層と、吸油層を積層したフィルター。
（２）吸油層が多孔質材料を含んでなる（１）に記載のフィルター。
（３）吸油層が繊維シートからなる（１）に記載のフィルター。
（４）繊維層からなる吸油層が上流側に配置されてなる（３）に記載のフィルター。
（５）エレクトレット繊維層が繊維径が１μｍ以下の繊維から構成されている（１）〜（４）のいずれかに記載のフィルター。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、オイルミスト負荷に対して効率低下が少なく、かつ通気抵抗の上昇を抑制したフィルターを得ることが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明の具体例を例示するが、本発明の趣旨に則り用途毎に最適な構成を選択するものである。
【００１２】
本発明のフィルターは、少なくとも１層がエレクトレット繊維層で構成されていることを特徴とする。繊維層とは織布、不織布、綿状などを用途に応じて適当な形状および厚みに成形したものであるが、フィルター用途としては不織布であることが好ましい。
【００１３】
不織布を得る方法としては単成分短繊維や分割短繊維、芯鞘型複合短繊維をカーディング、エアレイド、湿式抄紙法などによりシート化し短繊維不織布を得る方法や、スパンボンド法、メルトブローン法、エレクトロスピニング法などにより長繊維不織布を得る方法など従来公知の方法を用いることが可能である。機械的捕集機構を効果的に利用することで緻密な細繊度のシートが容易に得られることから、不織布を得る方法として、メルトブローン法やエレクトロスピニング法が好ましく、残溶剤の処理を必要としない観点からメルトブローン法や溶融エレクトロスピニングが最も好ましい。
【００１４】
上記繊維層のエレクトレット化はフィルター使用時に所望の特性が得られるものであれば特に制限されず、繊維単体、シート成形時、シート成型後のいずれでエレクトレット化してもかまわない。また、エレクトレット化法としても、高電圧による分極、荷電イオンの衝突、荷電粒子の注入、摩擦帯電、蒸気および凝縮、噴霧液体との接触および衝突帯電など従来公知の方法を用いることができる。
【００１５】
エレクトレット繊維層に用いられる素材としては所望の特性を有するものであれば特に制限されないが、繊維形状などへの加工性を考慮し、電気抵抗の高い合成樹脂素材であることが好ましい。具体的には非フッ素系素材としてはポリエステル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリオレフィン、環状オレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンなどであり、より好ましくはポリエチレン、ポリブテン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリスチレン、環状オレフィン等のポリオレフィン系素材であり、疎水性、電気抵抗、成形性などのバランスが良好であるため実用特性に優れたエレクトレット層が得られる。
【００１６】
上述の合成樹脂素材は実質的に撥油特性を示さないため、予めフッ素原子を有した合成樹脂素材を用いることも好ましい、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン／パーフルオロ（アルキルビニルエーテル）共重合体（ＰＦＡ）、エチレン／テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、テトラフルオロエチレン‐ヘキサフルオロプロピレン‐ビニリデンフロオライド３元共重合体（ＴＨＶ）などであり、熱可塑性の観点からはＦＥＰ、ＰＦＡ、ＥＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＴＨＶがより好ましい。
【００１７】
上記樹脂素材には樹脂自体の劣化を抑制し、更にはエレクトレット繊維層の電荷安定性を高めるために、従来公知の配合剤および配合組成を好ましく用いることができる。たとえば、配合剤としては各種金属塩、酸化防止剤、光安定化剤などであり、配合組成としては、異なる樹脂成分を混合することにより得られるポリマーアロイなどである。
【００１８】
エレクトレット繊維層に非フッ素系樹脂を用いる場合には撥油処理されてなることを特徴とする。撥油処理の方法としては繊維製造時にフッ素樹脂を混合する方法、フッ素系添加剤を混合する方法、繊維またはシート形状とした後にフッ素系表面処理剤を付着させる方法、フッ素樹脂にて表面コーティングする方法、フッ素ガスにて繊維表面を直接フッ素化する方法、フッ素化合物をグラフト処理する方法など従来公知の手法を好ましく用いることができる。中でも、繊維製造後にフッ素化処理することは、フッ素系樹脂の分解温度や溶融粘度の影響を受けず成形の自由度が高められるとともに、また廃棄処理、製造コスト面でも有利となる。
【００１９】
素材の撥油性は、ＪＩＳ  Ｋ６７６８（１９９９）にて定義されるぬれ張力試験液において、浸透に必要な表面試験液張力として４０ｍＮ／ｍ以下が好ましく、３５ｍＮ／ｍ以下がより好ましく、３０ｍＮ／ｍ以下がさらに好ましく、２５ｍＮ／ｍ以下が最も好ましい。これらの数値は防塵マスクや空調エレメントの評価試験に用いられる代表的オイルミストであるＤＯＰ（表面張力：３１ｍＮ／ｍ）やＰＡＯ（たとえばＥｍｅｒｙ３００４・表面張力：２９ｍＮ／ｍ）および、実使用環境におけるオイルミストへの耐久性を考慮したものである。
【００２０】
本発明のエレクトレット繊維層に用いられる繊維の繊維径は０．００１〜１００μｍであることが好ましく、０．００５〜２０μｍであることがより好ましく、０．０１〜１０μｍであることが更に好ましく、０．０２〜１μｍであることが最も好ましい。繊維径を上記範囲とする目的は、機械的捕集効率を高める一方で、通気抵抗を低減させるためである。
【００２１】
本発明においては、機械的捕集効率を高めることを意図としているため、エレクトレット繊維層が単独の製法、素材からなる均一素材であってもよく、製法、素材ならびに繊維径の異なる２種以上の素材を用いてなるシート材料でも良い。
【００２２】
本発明においては、撥油性を有するエレクトレット繊維層に吸油層を積層してなることを特徴とする。フィルター分野において一般的に付加されるオイルミストとしては試験粒子としてＤＯＰ、ＰＡＯ、ＤＥＨＳ、使用環境で負荷される成分としてはタバコ煙、調理油、潤滑油、農薬等であり、非フッ素系素材を繊維層として用いた場合には、ポリエチレン、ポリプロピレン等の低エネルギー材料であっても液滴の浸透や拡散が生じる。
【００２３】
吸油層の素材としては、撥油層に捕捉された液滴を吸収移行するものであれば特に制限されないが、活性炭、ゼオライト、パルプなど多孔質材料を含有もしくは表面に加工したシートや、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ポリスチレン繊維、ポリアミド繊維、ポリアクリロニトリル繊維、ポリエステル繊維、ポリカーボネート繊維、セルロース繊維、レーヨン繊維などからなる繊維シートを用いることが好ましい。より好ましくはポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ポリスチレン繊維などのオレフィン系繊維もしくはポリエステル繊維からなる繊維シートであり、最も好ましくはポリプロピレン繊維シートである。
【００２４】
吸油層に繊維シートを用いる場合は、１種類もしくは２種類以上の繊維を組み合わせて用いることも好ましく、通風抵抗や粗大粒子の捕集などの観点で適当な素材を選択することができる。
【００２５】
吸油層に用いられる素材は、非エレクトレット化素材またはエレクトレット化素材のいずれでも用いることが可能であり、エレクトレット化素材であることが好ましい。
【００２６】
吸油層に用いる繊維シートの種類は所望の構成が得られるものであれば特に制限されないが、サーマルボンド法、スパンボンド法、スパンレース法、溶融および溶液法によるエレクトロスピニングなどの方法によりシート化した素材を用いることができる。
【００２７】
吸油層に用いる繊維シートを構成する繊維としては、繊維径が０．００５〜１００μｍであることが好ましく、０．０１〜２０μｍであることがより好ましく、０．５〜５μｍであることが更に好ましく、１〜１０μｍであることが最も好ましい。
【００２８】
撥油層と吸油層に使用する繊維径は捕集対象とする粒子や使用環境により選択することができるが、撥油層に用いる繊維はより細繊度であることが好ましい。
より好ましくは撥油層に用いる繊維が繊維径１μｍ以下のナノファイバーであり、親油層が繊維径１μｍ〜１０μｍ程度のマイクロファイバーであることが好ましい。
【００２９】
本組み合わせの意図は下記効果を念頭においたものである。
まず第1に、繊維径の小なるナノファイバーを用いることで、同一通気抵抗における機械的捕集効率を高めることが可能であり、電荷が消失した場合の最低捕集効率を向上することができる。
第２に、ナノファイバーを単一層として用いた場合には、繊維間距離および濾材体積が小さいことからオイルミストの保持容量を確保することが困難であるが、吸油層に移行させることで通気抵抗の上昇が抑制される。
第３に、ナノファイバーとマイクロファイバーは同一風速における最低捕集粒子径が異なり、マイクロファイバーの最低捕集効率は０．３μｍ程度に最大透過率を持つのに対し、ナノファイバーの最低捕集効率は０．１μｍ程度に最大透過率を有するため、捕集性能が相補的となる。したがって、試験用ミストやタバコ煙、環境中のオイルミストなど特定範囲に個数最頻径を持つ対象に対して電荷消失時の最低捕集性能を向上し、フィルター性能を高めることができる。
【００３０】
本発明のフィルターは少なくとも一組の撥油層と吸油層を組み合わせてオイルミストに対する効率向上および長寿命化を達成するものであり、必要に応じて他の構成部材と併用して用いることができる。すなわち、プレフィルター層、繊維保護層、補強部材ならびに機能性繊維層などと組み合わせて用いることも好ましい。
【００３１】
プレフィルター層ならびに繊維保護層としては、例えばスパンボンド不織布、サーマルボンド不織布、発泡ウレタンなどであり、補強部材としては例えばサーマルボンド不織布、各種ネットなどであり、機能性繊維層としては例えば抗菌、抗ウイルスならびに識別や意匠のを目的とした着色繊維層などを例示することができる。吸油層にこれらの機能を持たせることも厚みや通気抵抗を低減する方法として好ましい。
【００３２】
本発明のフィルターはオイルミストを除去するためのフィルター用途に幅広く用いることができる。一例としては、防塵および防毒マスク、家庭用空気清浄機、建物ならびに乗物の換気システム、各種装置の保護など幅広く用いることができる。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
（フィルター試験方法）
オイルミストに対する捕集試験は以下の方法にて実施した。
負荷条件
負荷粒子：Durasyn 164  （PAO：poly α-olefin   Emery3004相当物）
発生器  ：TOPAS ATM-226 (発生粒子径0.3μm前後）
負荷面積：50mmφ
風速    ：10cm/s
負荷量  ：40mg/min  （0.055mg/L：21.1g/m2/min）
効率計条件
評価粒子：大気塵
計測法  ：光散乱計数法  （範囲0.3〜0.5μｍ）
評価風速：10cm/s
なお、フィルターの捕集効率は上流側と下流側の粒子数から下式にて算出した。
フィルター捕集効率（％）＝（１−（下流側個数÷上流側個数））×１００
（撥油試験法）
撥油試験法は以下の試験にて実施した。
ＪＩＳ  Ｋ６７６８（１９９９）に定められた配合にて３０、３５、４０、４５、５０ｍＮ／ｍの試験液を調整した。微生物試験用マイクロピペッターにて１００μｍ静置し浸透度合いを観察した。液滴として存在する場合にはフィルター表面張力はその数値以下であるとする。
（フィルター性能指標）
フィルターの性能比較としてＱＦ値を用いた。単位通気抵抗あたりの捕集性能を示すものである。
ＱＦ＝（−Ｌｎ（下流側個数÷上流側個数））÷通気抵抗
【００３４】
（実施例１）
メルトブローン法により得られた目付３０ｇ／ｍ２、平均繊維径３μｍ、厚み０．２５ｍｍのポリプロピレンシートに対し、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）-水溶液と混合したフッ素系撥油加工剤（旭硝子株式会社製  ＡＧ−Ｅ０９２）を浸透させた後に乾燥処理を行った。付着量は１ｇ／ｍ２であり、３０ｍＮ／ｍ以下の撥油性を有していた。エレクトレット化処理した後に、未加工の同一シート（３５ｍＮ／ｍ以上の吸油性）と、メッシュ状の粘着樹脂を用い、貼り合わせた。初期効率は９９％、通気抵抗は１１０Ｐａであった。オイルミスト負荷後の効率は９５％、通気抵抗は１３５Ｐａであった。また、積層シートの除電品効率は４５％、ＱＦ値は０．００５４であった。
【００３５】
（実施例２）
メルトブローン法により得られた目付８ｇ／ｍ２、平均繊維径０．６μｍ、厚み０．１ｍｍのポリプロピレンシートに対し、ＩＰＡ溶液と混合したフッ素系撥油加工剤（旭硝子株式会社製  ＡＧ−Ｅ０９２）を浸漬し乾燥処理を行った。付着量は０．３ｇ／ｍ２であり、３０ｍＮ／ｍ以下の撥油性を有していた。エレクトレット化処理した後に未加工の同一シート（３５ｍＮ／ｍ以上の吸油性）と、メッシュ状の粘着樹脂を用い、貼り合わせた。初期効率は９９．５％、通気抵抗は１３５Ｐａであった。オイルミスト負荷後の効率は９５％、通気抵抗は１５５Ｐａであった。また、積層シートの除電品効率は８１％、ＱＦ値は０．０１２であった。
【００３６】
（比較例１）
実施例１の構成において撥油処理を実施しなかった以外は同一とした。
初期効率は９９％、通気抵抗は１１０Ｐａであったが、オイルミスト負荷後の効率４８％、通気抵抗は１３０Ｐａであった。また、積層シートの除電品効率は４５％、ＱＦ値は０．００５４であった。
【００３７】
（比較例２）
実施例２の構成にてフッ素加工シートのみを試験に用いた。初期効率は９９％、通気抵抗は８０Ｐａであったが、オイルミスト負荷後の効率は９０％、通気抵抗は２８０Ｐａであった。また、シート単体の除電品効率は７０％、ＱＦ値は０．０１５であった。
【００３８】
比較例１では、実施例１に対して効率の低下が大きい。比較例２では実施例２に対し通気抵抗の上昇が著しく、効率低下も大きい。また、実施例２により電荷を有していない状態でも高い効率を与えることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
オイルミストを除去するためのフィルター用途に幅広く用いることができる。一例としては、防塵および防毒マスク、家庭用空気清浄機、建物ならびに乗物の換気システム、各種装置の保護など幅広く用いることができる。