(57)【要約】【課題】本発明は、剛性と易プリーツ性を有し、粉塵負荷時の目詰まりの小さい長寿命エレクトレット積層濾材を提供するものである。【解決手段】ポリエステル系繊維サーマルボンド不織布からなる補強層とポリオレフィン系繊維とポリエステル系繊維からなる摩擦帯電不織布層とが突起状接合部で接合された積層不織布であって、突起状接合部の面積が積層不織布の全表面積の１．８〜１３％であり、突起状接合部間距離が３〜１０ｍｍであるエレクトレット積層濾材。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリエステル系繊維サーマルボンド不織布からなる補強層とポリオレフィン系繊維とポリエステル系繊維からなる摩擦帯電不織布層とが突起状接合部で接合された積層不織布であって、突起状接合部の面積が積層不織布の全表面積の１．８〜１３％であり、突起状接合部間距離が３〜１０ｍｍであるエレクトレット積層濾材。
【請求項２】
突起状接合部が超音波振動ユニットと複数の突起からなるドラムロールにより接合されたものである請求項１に記載のエレクトレット積層濾材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体中の微粒子の捕捉に用いられる高捕集効率で低圧力損失であるエレクトレット濾材であって、剛性と易プリーツ性を有し、粉塵負荷時の目詰まりの小さい長寿命エレクトレット積層濾材に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気中の粉塵を捕集するエアフィルターは、低圧力損失で粒子捕集効率が可能な限り高いことが望まれ、様々な種類の濾材が存在している。その中でもエレクトレット濾材は、機械的な捕集に加えて静電気力によって粉塵を高効率で捕集することが出来る。エレクトレット化の手段としては、コロナ荷電、水流荷電、または異なる繊維同士を摩擦する方法などが古くから知られている。
【０００３】
エレクトレット濾材は、単層または他の機能性を付与するために別のシートと積層して用いられる。特許文献１では、エレクトレット化されたメルトブロー不織布とスパンボンド不織布を超音波により接合した積層シートが開示されている。しかし、プリーツ加工に耐えうる剛性や、フィルター寿命の指標となる粉塵保持量に関して言及されていない。一般にメルトブロー不織布は、高い捕集効率を有するものの緻密な構造体であることから、粉塵負荷時の目詰まりが早い傾向があった。また超音波により接合した場合、接合部は局所的に濾材密度が増加するため、濾材全体の表面積に対する接合部の比率が高くなると、粉塵負荷時の目詰まりを助長するばかりか、圧力損失の急激な上昇も引き起こす問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２８７６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、剛性と易プリーツ性を有し、粉塵負荷時の目詰まりの小さい長寿命エレクトレット積層濾材を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは鋭意検討した結果、以下に示す手段により、上記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。本発明は以下のとおりである。
１．ポリエステル系繊維サーマルボンド不織布からなる補強層とポリオレフィン系繊維とポリエステル系繊維からなる摩擦帯電不織布層とが突起状接合部で接合された積層不織布であって、突起状接合部の面積が積層不織布の全表面積の１．８〜１３％であり、突起状接合部間距離が３〜１０ｍｍであるエレクトレット積層濾材。
２．突起状接合部が超音波振動ユニットと複数の突起からなるドラムロールにより接合されたものである上記１に記載のエレクトレット積層濾材。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のエレクトレット積層濾材は、低圧力損失、高捕集効率、高粉塵保持量であり、プリーツ形状のフィルタユニットでも高性能を発揮できる。また、加工時の樹脂脱落や揮発性有機化合物の発生もなく安心して使用でき、環境汚染の少ないエレクトレット積層濾材を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の補強層は、ポリエステル系繊維サーマルボンド不織布であり、積層濾材に剛性を付与し、形状保持性を向上させるものである。ポリエステル系繊維は、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等のポリエステル系合成繊維を単一またはシースコアやサイドバイサイドに複合して用いることができる。ポリエステル系繊維は後述する摩擦帯電不織布層にも使用されているため、親和性が良く、異なる材質同士を用いた場合と比べて、超音波による接合も強固となる。
【０００９】
本発明の摩擦帯電不織布層は、ポリオレフィン系繊維とポリエステル系繊維とからなり、ポリオレフィン系繊維を少なくとも３０質量％以上とポリエステル系繊維を少なくとも２０質量％含んでいることが好ましい。さらに、本発明の摩擦帯電不織布層中にリン原子および／またはイオウ原子が３００ｐｐｍ以上含有されていることが好ましい。これらリン原子および／またはイオウ原子は、ホスフィン酸化合物および／またはスルホン酸化合物としてポリエステル分子鎖と共重合して存在していることがより好ましい。このような摩擦帯電不織布は、例えば特開２００５−２９６８２５号公報に開示されているような公知の方法で作成することができ、難燃性と濾過性能に優れている。
【００１０】
ポリオレフィン系繊維にはリン系添加剤やイオウ系添加剤が含まれてもよい。リン系添加剤としてはトリス（２、４−ジ−t−ブチルフェニル）ホスフェイト、ビス（２、４−ジ−t−ブチルフェニル）ペンタエリスリトールホスフェイトなどが挙げられる。またイオウ系添加剤としては３，３’−チオジプロピオン酸ジラウリル、３，３’−チオジプロピオン酸ジミリスチルなどが挙げられる。前記添加剤含有ポリオレフィン系繊維とポリエステル系繊維からなる摩擦帯電不織布層は、添加剤を含んでいないポリオレフィン系繊維とポリエステル系繊維からなる摩擦帯電不織布層と比較して高い捕集効率を示す。捕集効率が高いほど、少ない目付量で要求を満足できるため、同じ捕集効率のエレクット化メルトブロー不織布やスパンボンド不織布と比べて圧力損失を下げることができ、さらには超音波接合に伴う圧力損失の上昇や粉塵の目詰まりを抑制できる。
【００１１】
ポリエステル系繊維には、ポリエ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、芳香族ポリエステルを用いることができる。またポリエステル分子鎖には、ホスフィン酸化物および／またはスルホン酸化合物が共重合されていることが好ましい。前記共重合ポリエステル繊維とポリオレフィン系繊維からなる摩擦帯電不織布層は、標準ポリエステル繊維とポリオレフィン系繊維からなる摩擦帯電不織布層と比較して帯電レベルが高く、また難燃性にも優れている。
【００１２】
ポリオレフィン系繊維とポリエステル系繊維の繊維径は１０〜２０μｍであることが好ましい。かかる範囲であれば低圧力損失であり、微細塵を十分に除去できるためである。ポリオレフィン系繊維とポリエステル系繊維の混合割合は重量割合で３０：７０〜７０：３０が好ましい。かかる範囲であれば有効に荷電することが出来るためである。
【００１３】
ポリオレフィン系繊維とポリエステル系繊維の繊維断面形状は特に限定されず、円形、三角形、矩形、異形など何れでも良いが、好ましくは円形断面形状の繊維である。例えば矩形断面形状繊維であると、繊維同士の接触面積が増大し、有効繊維表面積の減少を引き起こすからである。繊維断面形状は直線部を有さない形状であれば、真円に限らず楕円形などでも良い。また、繊維長は、前記摩擦帯電不織布層の不織布化手段にもよるが、１０〜１００ｍｍが好ましく、３０〜８０ｍｍがより好ましい。かかる範囲であれば、繊維のカーディングにおいて、より均一なウェブを作製することができるからである。
【００１４】
摩擦帯電不織布層の不織布化手段は特に限定しないが、ポリオレフィン系繊維とポリエステル系繊維を混繊してカーディングによりウェブを作製し、それをニードルパンチやウォーターパンチ等により繊維交絡させる方法が好ましい。不織布層の厚み方向に繊維が配向するため、メルトブロー不織布やスパンボンド不織布に比べて、厚み方向全体で粉塵を保持することができ、超音波接合に伴う粉塵目詰まりによる粉塵保持量の低下も抑制することが出来る。ニードルパンチやウォーターパンチ等の絡合手段は必ずしも単独である必要は無く、組み合わせて利用しても良い。繊維間の絡合が強くなり、剥離強度が向上するからである。ウォーターパンチを実施する場合は、液体の接触による電荷の消失を防ぐために、摩擦帯電工程の前に実施するのが好ましい。
【００１５】
補強層と摩擦帯電不織布層とは、超音波振動ユニットと突起部を有するドラムロールに両側から圧着され、超音波振動ユニットから供給される振動エネルギーを受けて、加熱・融着されて形成される突起状接合部より接合され、積層不織布とする。突起状接合部の面積は、積層不織布の全表面積の１．８〜１３％であり、５〜１０％であることが好ましい。突起状接合部の面積が積層不織布の全面積の１．８％未満であると、十分な接着強度が得られず、プリーツ加工時に剥離が生じるばかりか、フィルターとして使用中にも通風により剥離が生じるといった問題が発生する。１３％より大きくなると、接合部は濾材密度が高いため、粉塵負荷時の目詰まりが早くなり、さらには圧力損失の極端な上昇を引き起こし、好ましくない。
【００１６】
突起部を有するドラムロールの突起は一定の間隔で配置されており、凹部は超音波振動ユニットと接触せず、摩擦帯電不織布層と補強層は凹部部分では接合されない。ドラムロールの突起部により積層不織布に形成される突起状接合部間距離は３〜１０ｍｍである。３ｍｍ未満であると同様に十分な接着強度が得られず、１０ｍｍより大きいと粉塵負荷時の目詰まり、圧力損失の上昇が発生し好ましくない。突起状部の形状は特に限定されず、円形、正方形、長方形など何れの形状を用いても良い。
【００１７】
積層不織布のガーレ剛軟度は１００〜５００ｍｇが好ましく、１２０〜４８０ｍｇがより好ましい。この範囲内であることと、積層不織布が適度なプリーツ加工性を有し、フィルターとしての性能を維持することができるからである。ガーレ剛軟度が１００ｍｇより小さいと、プリーツ加工時にきれいな山形状を形成できないばかりか、高風量エアー通風時にプリーツ形状が変形し、圧力損失の増加を伴う。ガーレ剛軟度が５００ｍｇより大きい場合は、剛性が高すぎるためプリーツ加工時に折り曲げることが困難となり、プリーツ形状がいびつとなるため好ましくない。
【実施例】
【００１８】
以下に実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。実施例中に示した特性は以下の方法で測定した。
【００１９】
（圧力損失）
濾材をダクト内に設置し、空気濾過速度が１０ｃｍ／秒になるよう大気を通気させ、濾材の上流、下流の静圧差を差圧計にて読み取り、圧力損失（Ｐａ）を測定した。
【００２０】
（０．３μｍ粒子捕集効率）
濾材をダクト内に設置し、空気濾過速度が１０ｃｍ／秒になるよう大気を通気させ、濾材の上流、下流の０．３〜０．５μｍ粒子の個数濃度をパーティクルカウンターにて計測し、次式にて粒子捕集効率を算出した。
粒子捕集効率（％）＝[１−（下流側濃度／上流側濃度）]×１００
【００２１】
（接着強度）
上流側、下流側の基材層間の平均剥離強度を測定。試験片のサイズは巾５０ｍｍ、長さ２００ｍｍとして、引張強度１００ｍｍ／分として実施した。
【００２２】
（剛軟度）
ＪＩＳ  Ｌ−１０９６  Ａ法（ガーレ法）に準拠し、ＭＤ方向の剛軟度を測定した。
【００２３】
（ＡＣ−ＦＩＮＥ粉塵保持量）
濾材をダクト内に設置し、空気濾過速度が３０ｃｍ／秒になるように大気を通気させ、濾材上流側からＡＣ−ＦＩＮＥ粉塵を１．０ｇ／ｍ3の濃度にて負荷し、圧力損失が初期圧力損失から２００Ｐａ増加するまで粉塵を負荷した。この時の試験時間中に投入した粉塵保持量を計測し、粉塵保持量（ｇ／ｍ2）とした。
【００２４】
＜実施例１＞
断面形状が円形断面であるポリプロピレン繊維（宇部日東化成株式会社製、繊度２．２ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍ）と、リンを含有する難燃性の断面形状が円形断面であるポリエステル繊維（東洋紡株式会社製、繊度１．７ｄｔｅｘ、繊維長４４ｍｍ）を１：１の重量比で混綿、カーディングして目付１５ｇ／ｍ2の混繊ウェブを作製し、これに目付１５ｇ／ｍ2のポリプロピレンスパンボンド不織布（ＰＫ−１０３、三井化学株式会社製）を積層後３ＭＰａの高圧水を連続的に噴霧して交絡させると同時に油剤を除去、乾燥し積層体を作成した。前記積層体を針密度３１本／ｃｍ2にてニードルパンチ処理を行い、摩擦帯電と交絡を同時に行って、全目付３０ｇ／ｍ2の摩擦帯電不織布を得た。前記摩擦帯電不織布と目付が９０ｇ／ｍ2のポリエステル繊維からなるサーマルボンド不織布を、超音波振動ユニットと円状突起が４ｍｍ間隔で配置されたドラムロールからなる超音波装置にて接合した。
【００２５】
＜実施例２＞
断面形状が円形断面であるポリプロピレン繊維（宇部日東化成株式会社製、繊度２．２ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍ）と、リンを含有する難燃性の断面形状が円形断面であるポリエステル繊維（東洋紡株式会社製、繊度１．７ｄｔｅｘ、繊維長４４ｍｍ）を１：１の重量比で混綿、カーディングして目付３５ｇ／ｍ2の混繊ウェブを作製し、これに目付１５ｇ／ｍ2のポリプロピレンスパンボンド不織布（ＰＫ−１０３、三井化学株式会社製）を積層後３ＭＰａの高圧水を連続的に噴霧して交絡させると同時に油剤を除去、乾燥し積層体を作成した。前記積層体を針密度３１本／ｃｍ2にてニードルパンチ処理を行い、摩擦帯電と交絡を同時に行って、全目付５０ｇ／ｍ2の摩擦帯電不織布を得た。前記摩擦帯電不織布とポリエステル繊維からなるサーマルボンド不織布９０ｇ／ｍ2を、超音波振動ユニットと円状突起が４ｍｍ間隔で配置されたドラムロールからなる超音波装置にて接合した。
【００２６】
＜実施例３＞
実施例１と同様の方法にての全目付３０ｇ／ｍ2の摩擦帯電不織布を得た。前記摩擦帯電不織布と目付が９０ｇ／ｍ2のポリエステル繊維からなるサーマルボンド不織布を、超音波振動ユニットと円状突起が８．５ｍｍ間隔で配置されたドラムロールからなる超音波装置にて接合した。
【００２７】
＜実施例４＞
実施例１と同様の方法にての全目付５０ｇ／ｍ2の摩擦帯電不織布を得た。前記摩擦帯電不織布と目付が９０ｇ／ｍ2のポリエステル繊維からなるサーマルボンド不織布を、超音波振動ユニットと円状突起が８．５ｍｍ間隔で配置されたドラムロールからなる超音波装置にて接合した。
【００２８】
＜比較例１＞
実施例１と同様の方法にての全目付３０ｇ／ｍ2の摩擦帯電不織布を得た。前記摩擦帯電不織布と目付が９０ｇ／ｍ2のポリエステル繊維からなるサーマルボンド不織布を、超音波振動ユニットと円状突起が２．５ｍｍ間隔で配置されたドラムロールからなる超音波装置にて接合した。
【００２９】
＜比較例２＞
実施例１と同様の方法にての全目付３０ｇ／ｍ2の摩擦帯電不織布を得た。前記摩擦帯電不織布と目付が９０ｇ／ｍ2のポリエステル繊維からなるサーマルボンド不織布を、超音波振動ユニットと円状突起が１５ｍｍ間隔で配置されたドラムロールからなる超音波装置にて接合した。
【００３０】
＜比較例３＞
ポリプロピレン繊維からなるメルトブロー不織布（２０ｇ／ｍ2、繊維径３．５μｍ）を、コロナ荷電によりエレクトレット化し、エレクトレットシートを用意した。前記エレクトレットシートと目付が９０ｇ／ｍ2のポリエステル繊維からなるスパンボンド不織布（繊維易５０μｍ）を、超音波振動ユニットと円状突起が４ｍｍ間隔で配置されたドラムロールからなる超音波装置にて接合した。
【００３１】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明のエレクトレット積層濾材は、低圧力損失、高捕集効率、高粉塵保持量であり、プリーツ形状のフィルタユニットでも高性能を発揮できる。また、加工時の樹脂脱落や揮発性有機化合物の発生もなく安心して使用でき、環境汚染の少ないエレクトレット積層濾材として産業上有用である。