(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力損失相当径Ｄｆｐおよび電子顕微鏡観測により求まる平均繊維径Ｄｆｓの比で表される繊維分散性（Ｄｆｐ／Ｄｆｓ）が２．０以下で、平均繊維径Ｄｆｓが１．５μｍ以上５μｍ以下である、高分子重合体からなるメルトブロー不織布に高圧流体噴霧処理を施し、さらにコロナ荷電した空気濾過速度２．５ｃｍ／秒における０．３ミクロン粒子透過率と圧力損失から計算されるＱＦ値が３．５以上であるエレクトレット濾材。
【請求項２】
繊維充填密度が０．０９ｃｃ／ｃｃ以上０．２ｃｃ／ｃｃ以下であることを特徴とする請求項１に記載のエレクトレット濾材。
【請求項３】
高分子重合体が、ポリオレフィン系樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載のエレクトレット濾材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は気体中の微粒子の捕捉に用いられ、低圧力損失ながら高捕集効率を有するエレクトレット濾材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
メルトブロー不織布は、その紡糸条件、すなわちノズル孔径、ノズル孔配列、樹脂吐出量、紡糸温度、冷却速度、ノズルと捕集面の距離等を種々変更することにより、不織布の物理的構造を制御することが可能である。メルトブロー不織布を高性能濾材として適用するためには、繊維径を小さくし、繊維同士を分散させ、かつ繊維充填密度を大きくしたペーパーライクな不織布とする必要があった。しかしながらこのような不織布は当然ながら圧力損失が大きい上に、コロナ放電処理等によりエレクトレット化する際に、繊維充填密度が小さい不織布に比べて荷電効率がよくないという問題がある。
【０００３】
エレクトレット濾材の電荷密度の簡易メジャーとして、粒子透過率の対数値を圧力損失で除したＱＦ値がしばしば用いられるが、繊維充填密度が増大するに伴いＱＦ値は低下する傾向がある。この原因は、繊維充填密度が大きいとコロナイオンが不織布内部にまで到達しにくくなり、不織布表面しか荷電されないためと推定される。逆に、圧力損失を低減するため、繊維径を大きくしたり、繊維充填密度を小さくする方向に紡糸条件を変更すると、結果として繊維分散性が悪くなる。このような不織布をエレクトレット化するとＱＦ値は大きくなる傾向があるが、捕集効率絶対値を大きくすることができず、高精度濾過には使えないという問題があった。
【０００４】
米国特許第４５４８６２８号公報には単繊維直径が０．１〜１．５ミクロンの極細可燃性合成繊維を主体とするメルトブローウェブに高圧水を噴霧し、構成繊維を分散化するとともにウェブの厚み方向に繊維を交絡させることによって、高性能エアフィルター用濾材を得る方法が開示されている。この方法により、ガラス濾紙に比べて低圧損で目詰まりしにくい濾材が得られると記載されているが、０．１〜１．５ミクロンという極細繊維を使用していたり、また高圧水噴霧後に加熱プレス処理を行ったりしているため十分低圧損とは言い難い。またこの公報にはエレクトレットという記載がない。実施例では２．３ｃｍ／秒の風速条件における０．３ミクロン粒子の捕集効率および圧力損失のデータが開示されているが、そのＱＦ値は最大でも１．７程度に留まり、満足すべきレベルとは言えない。
【０００５】
特開平６−２５７０６５号公報には圧力損失相当径Ｄｆｐ、および電子顕微鏡観測により求まる平均繊維径Ｄｆｓの比で表される繊維分散性（Ｄｆｐ／Ｄｆｓ）が１以上１．３以下の範囲にあることを特徴とする超高性能エレクトレットメルトブロー不織布が開示されている。しかしながらこの要件を満たすメルトブロー不織布は、上述の通り圧力損失が高く、荷電効率がよくないという問題があった。実際に本公報の実施例１、２に開示されているデータからＱＦ値を計算すると２前後である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、低圧力損失ながら高い捕集効率を有するエレクトレット濾材およびその製造方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高分子重合体からなるメルトブロー不織布に高圧流体噴霧処理を施したことからなるエレクトレット濾材であって、該メルトブロー不織布の圧力損失相当径Ｄｆｐおよび電子顕微鏡観測により求まる平均繊維径Ｄｆｓの比で表される繊維分散性（Ｄｆｐ／Ｄｆｓ）が２．０以下であるエレクトレット濾材である。
【０００８】
本発明の好ましい実施態様は、前記メルトブロー不織布の平均繊維径Ｄｆｓが１．５μｍ以上５μｍ以下で、かつ不織布の繊維充填密度が０．０９ｃｃ／ｃｃ以上０．２ｃｃ／ｃｃ以下であるエレクトレット濾材である。
【０００９】
また本発明の好ましい実施態様は、前記エレクトレット濾材が、空気濾過速度２．５ｃｍ／秒における０．３ミクロン粒子透過率と圧力損失から計算されるＱＦ値が２．５以上であるエレクトレット濾材である。
【００１０】
また本発明の好ましい実施態様は、前記メルトブロー不織布を構成する高分子重合体が、ポリオレフィン系樹脂であるエレクトレット濾材である。
【００１１】
また本発明は、メルトブロー不織布に高圧流体噴霧処理を施し、その後コロナ荷電するエレクトレット濾材の製造方法である。
【００１２】
本発明のエレクトレット濾材は、高圧流体噴霧処理を施したメルトブロー不織布からなる。高圧流体の種類は特に限定するものではないが、簡便性とその効果を考えると水が好ましい。流体が水の場合、その噴射方法は次のとおりである。すなわちメルトブロー不織布の幅方向に沿って複数個の孔を有するノズルプレートを不織布の数ｃｍ上方に配置し、不織布をその長手方向に移動させながらノズルより圧力５〜４０ｋｇｆ／ｃｍ2で水を不織布に衝突させる。このとき不織布を適当なメッシュを有する網状体に載せ、水噴射面の反対側を減圧状態にしておくとよい。ノズル孔は通常テーパー形状となっておりその吐出部の径は０．０５〜０．１５ｍｍφが好ましい。また各孔間のピッチは０．５〜２ｍｍが好ましい。０．０５ｍｍφ以下の径、および０．５ｍｍ以下のピッチのノズルプレートは製作が困難であり極めて高コストとなる。また孔径が０．１５ｍｍφ以上の場合、メルトブロー不織布にピンホールが開きやすくなるため好ましくない。またピッチ２ｍｍ以上では１回あたりの水の衝突数が少なく、処理回数を多くする必要があるため好ましくない。
【００１３】
上記の高圧流体噴霧処理後のメルトブロー不織布において、圧力損失相当径Ｄｆｐおよび電子顕微鏡観測により求まる平均繊維径Ｄｆｓの比で表される繊維分散性（Ｄｆｐ／Ｄｆｓ）が２．０以下であることが重要である。圧力損失相当径Ｄｆｐは次の数１から数値解析して求めることができる。
【００１４】
【数１】
0004352302.tif 000002
ここで、
Ｄｆｐ：圧力損失相当径
Ｌ：エレクトレット濾材の厚み
△Ｐ：エレクトレット濾材の圧力損失
ｕ：エレクトレット濾材の空気濾過速度
α：エレクトレット濾材の繊維充填密度
ρ：空気密度（＝1.２１ｋｇ／ｍ3）
μ：空気粘度（＝1.８１×１０-5Ｐａ・ｓ）
である。
【００１５】
圧力損失相当径Ｄｆｐは、エレクトレット濾材の圧力損失△Ｐを空気濾過速度ｕで測定し、数１で求める。ただし、数１は圧力損失相当径Ｄｆｐについて解析的に解けないので、左辺と右辺が等しくなるよう数値解析して求まる値である。なお、エレクトレット濾材の厚みＬは、０．３Ｎ／ｃｍ2の荷重で測定された場合の値とし、圧力損失△Ｐは、空気濾過速度ｕが２．５ｃｍ／秒で測定された値とする。エレクトレット不織布の繊維充填密度αは、該不織布の目付Ｗ（ｇ／ｍ2）と先に述べた厚みＬ（ｍｍ）から、次の数２を用いて算出される。
【００１６】
【数２】
0004352302.tif 000003
【００１７】
本発明における平均繊維径Ｄｆｓは以下の手順で求めることができる。エレクトレット濾材の任意の場所で倍率２０００倍の電子顕微鏡写真を撮り、写真上の１本１本の繊維径を読み取り目盛付ルーペで測定し得られた値の算術平均値とする。また、融着している繊維は、融着界面を境として繊維径を読み取った。尚、測定繊維本数は特に規定はしないが、繊維径のばらつきを考慮すると少なくとも１００本以上、好ましくは２００本以上の繊維について測定する必要がある。
【００１８】
本発明において、電子顕微鏡観測による平均繊維径Ｄｆｓは、メルトブロー不織布を構成する基本となる１本１本の繊維の繊維径を意味するものである。したがって（Ｄｆｐ／Ｄｆｓ）の比をとると、その数値が大きいほど繊維分散性が悪く、１に近いほど繊維分散性が良いことになる。
【００１９】
本発明の第１の目的は、もともと繊維分散性の良い、繊維充填密度の大きいメルトブロー不織布に高圧流体噴霧処理を施してその圧力損失を低減することである。このようなメルトブロー不織布は、高圧流体噴霧処理を施さずにコロナ荷電した場合、ある程度高い捕集効率を示すものの、圧力損失が大きいという問題点がある。高圧流体噴霧処理により繊維充填密度が若干低下し、圧力損失を低減することができる。逆に繊維分散性が悪く繊維充填密度の良くないメルトブロー不織布は低圧損であるが、捕集効率も低く、このような不織布に高圧流体噴霧処理を施しても、本発明の目的とする高捕集効率を有するエレクトレット濾材を得ることはできない。
【００２０】
本発明の第２の目的は、もともと繊維分散性の良い、繊維充填密度の大きいメルトブロー不織布に高圧流体噴霧処理を施して繊維充填密度を若干低減させ、これによりコロナ荷電効率を向上させることである。先に述べたとおり、エレクトレット濾材のＱＦ値は繊維充填密度が増大するに伴い低下する傾向がある。繊維充填密度の大きいメルトブロー不織布に適当な条件で高圧流体噴霧処理を施すことにより、繊維充填密度が若干低減しコロナ荷電効率を向上させることができる。
【００２１】
本発明のエレクトレット濾材の（Ｄｆｐ／Ｄｆｓ）は２．０以下であることが重要であるが、好ましくは１．７以下である。また、高圧流体噴霧処理により圧力損失が低減することを考慮すると、高圧流体噴霧処理前の（Ｄｆｐ／Ｄｆｓ）は、これよりもさらに小さい値であることが必要である。前述のとおり（Ｄｆｐ／Ｄｆｓ）大きいということはメルトブロー不織布の繊維分散性が悪いということであり、このような不織布をエレクトレット化しても捕集効率を大きくすることができない。（Ｄｆｐ／Ｄｆｓ）が２．０を超える不織布では本発明の目的とする高い捕集効率を達成することができない。
【００２２】
本発明のエレクトレット濾材は、電子顕微鏡観測による平均繊維径Ｄｆｓが１．５μｍ以上５μｍ以下であることが重要である。繊維径が１．５μｍよりも小さいと圧力損失が大きくなりすぎ、繊維径が５μｍより大きいと十分な捕集効率が得られない。また上述の理由により、高圧流体噴霧処理後の繊維充填密度は０．０９ｃｃ／ｃｃ以上０．２ｃｃ／ｃｃ以下であることが重要である。０．０９ｃｃ／ｃｃ以下では十分な捕集効率が得られず、０．２ｃｃ／ｃｃ以上では圧力損失が大きくなりすぎる。好ましくは０．１ｃｃ／ｃｃ以上０．１７ｃｃ／ｃｃ以下である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明のエレクトレット濾材の原料となるメルトブロー不織布は、通常のメルトブロー製造設備によって製造することができる。繊維径、繊維充填密度、および（Ｄｆｐ／Ｄｆｓ）を上記の範囲に制御する方法は特に限定されないが、繊維分散性を良くするためには、例えばノズルピッチを大きくするとか、樹脂吐出量を小さくするとか、ノズルと捕集面の距離の小さくするなどの方策がある。
【００２４】
本発明のエレクトレット濾材は、空気濾過速度２．５ｃｍ／秒における０．３ミクロン粒子透過率ＰＥＮと圧力損失ΔＰ（ｍｍＡｑ）から計算されるＱＦ値が２．５以上であり、好ましくは３．０以上、より好ましくは３．５以上である。ＱＦ値は数３により算出することができる。この式から明らかなように、ＱＦ値が大きいほど高捕集効率かつ低圧力損失であるといえる。
【００２５】
【数３】
0004352302.tif 000004
【００２６】
本発明の前記メルトブロー不織布を構成する高分子重合体はポリオレフィン系樹脂であり、好ましくはポリプロピレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテンやこれらポリマーの共重合体、ブレンド体などである。またエレクトレット性を阻害しない添加剤を適宜配合しても差し支えない。
【００２７】
本発明のエレクトレット濾材は、メルトブロー不織布に高圧流体噴霧処理を施し、その後コロナ荷電することによって得ることができる。コロナ荷電の方法は、高い帯電量を容易に短時間で与えることができることから、例えば特開平３−６９６６３号公報に記載されている中実質誘電体シート上にメルトブロー不織布を重ねてコロナ放電を行う方法が好ましい。
【００２８】
本発明のメルトブロー不織布の目付は効率的にコロナ荷電を行う観点から５ｇ／ｍ2以上１００ｇ／ｍ2以下が好ましく、１０ｇ／ｍ2以上６０ｇ／ｍ2以下が特に好ましい例として挙げることができる。
【００２９】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【００３０】
高圧水噴霧処理
メルトブロー不織布をプラスティックメッシュに載せ、直径０．１ｍｍφ、ピッチ１ｍｍのノズルから所定の圧力で水噴霧処理を行った。メルトブロー不織布がノズルを通過する速度を１０ｍ／ｍｉｎとし、またプラスティックメッシュ側を５００ｍｍＡｑの減圧状態とした。この条件で不織布の表裏について各３回ずつの処理を行った。その後この不織布を７０℃で１時間乾燥した。
【００３１】
コロナ荷電処理
メルトブロー不織布を、誘電体シートを敷いたアース板上に置き、アース板上方１ｃｍに設置した針状電極に＋１５ｋＶの直流高電圧を１０秒間印加し、エレクトレット濾材試料とした。
【００３２】
ＱＦ値：濾過特性の評価
圧力損失は、エレクトレット濾材試料をダクト内に設置し、空気濾過速度が２．５cm／秒になるようコントロールし、エレクトレット濾材上流、下流の静圧差を圧力計で読み取り求めた。また粒子捕集効率（％）の測定は粒子径０．３μｍのＮａＣｌ粒子を用い、２．５cm／秒にて行った。
【００３３】
平均繊維径Ｄｆｓ
エレクトレット濾材の任意の場所で倍率２０００倍の電子顕微鏡写真を撮り、写真上の１本１本の繊維径を読み取り目盛付ルーペで測定し、その算術平均値を求めてＤｆｓとした。融着している繊維は、融着界面を境として繊維径を読み取った。測定繊維本数は各濾材試料について２００本ずつとした。
【００３４】
厚み、繊維充填密度
厚みは尾崎製作所製ＰＥＡＣＯＣＫデジタルゲージＤ−２０Ｓを使用し、不織布にかかる荷重を０．３Ｎ／ｃｍ2にして測定した。また繊維充填密度は目付、厚みの測定値から数３により算出した。
【００３５】
（実施例１）
電子顕微鏡観測により求まる平均繊維径Ｄｆｓが２．０μｍ、目付３０ｇ／ｍ2、繊維充填密度０．１４ｃｃ／ｃｃのポリプロピレンメルトブロー不織布を上述の方法により水圧２０ｋｇｆ／ｃｍ2で高圧水噴霧処理を行い、引き続きコロナ荷電処理を行って実施例１のエレクトレット濾材を得た。その不織布特性および濾過特性の結果を表１に示した。高圧水噴霧処理を行わずにコロナ荷電処理を行った場合に比べて、０．３μｍ粒子捕集効率は９９．７％から９９．９３％に上昇し、また圧力損失は１．７ｍｍＡｑから１．３ｍｍＡｑに低減した。
【００３６】
（実施例２）
電子顕微鏡観測により求まる平均繊維径Ｄｆｓが１．７μｍ、目付４０ｇ／ｍ2、繊維充填密度０．１５ｃｃ／ｃｃのポリプロピレンメルトブロー不織布を上述の方法により水圧２０ｋｇｆ／ｃｍ2で高圧水噴霧処理を行い、引き続きコロナ荷電処理を行って実施例２のエレクトレット濾材を得た。その不織布特性および濾過特性の結果を表１に示した。高圧水噴霧処理を行わずにコロナ荷電処理を行った場合に比べて、０．３μｍ粒子捕集効率は９９．９９９８％から９９．９９９９８％に上昇し、また圧力損失は４．４ｍｍＡｑから３．４ｍｍＡｑに低減した。
【００３７】
（比較例１、２）
電子顕微鏡観測により求まる平均繊維径Ｄｆｓが２．２μｍ、目付３５ｇ／ｍ2、繊維充填密度０．０８ｃｃ／ｃｃのポリプロピレンメルトブロー不織布を上述の方法により水圧２０ｋｇｆ／ｃｍ2で高圧水噴霧処理を行い、引き続きコロナ荷電処理を行って比較例１のエレクトレット濾材を得た。また同様に水圧５０ｋｇｆ／ｃｍ2で高圧水噴霧処理を行い、引き続きコロナ荷電処理を行って比較例２のエレクトレット濾材を得た。その不織布特性および濾過特性の結果を表１に示した。高圧水噴霧処理を行わずにコロナ荷電処理を行った場合、０．３μｍ粒子捕集効率は９８％、圧力損失は０．９ｍｍＡｑであり、比較例１での高圧水噴霧の効果は小さい。また比較例２から明らかなように水圧を大きくしすぎると０．３μｍ粒子捕集効率が逆に低下した。
【００３８】
（比較例３、４）
電子顕微鏡観測により求まる平均繊維径Ｄｆｓが１．３μｍ、目付３０ｇ／ｍ2、繊維充填密度０．１６ｃｃ／ｃｃのポリプロピレンメルトブロー不織布を上述の方法により水圧２０ｋｇｆ／ｃｍ2で高圧水噴霧処理を行い、引き続きコロナ荷電処理を行って比較例３のエレクトレット濾材を得た。また同様に水圧５０ｋｇｆ／ｃｍ2で高圧水噴霧処理を行い、引き続きコロナ荷電処理を行って比較例４のエレクトレット濾材を得た。その不織布特性および濾過特性の結果を表１に示した。高圧水噴霧処理を行わずにコロナ荷電処理を行った場合、０．３μｍ粒子捕集効率は９９．９９９％、圧力損失は８．０ｍｍＡｑであり、比較例３では高圧水噴霧により捕集効率の向上が認められるものの、依然として高圧力損失でありＱＦ値は２以下である。また、これより水圧を大きくして処理した比較例４では逆に０．３μｍ粒子捕集効率が低下した。不織布にピンホールが開いたためと推定される。
【００３９】
【表１】
0004352302.tif 000005
【００４０】
上記の結果より、実施例１および実施例２のエレクトレット濾材では、高圧水噴霧処理後にコロナ荷電することにより、圧力損失が低減し、かつ捕集効率が向上していることが明らかである。これに対して比較例１、２のように、もともと繊維充填密度が小さく繊維分散性の悪いメルトブロー不織布に高圧水噴霧処理を行っても、圧力損失は若干低減できるが十分な捕集効率が得られない。このように本発明のエレクトレット濾材は従来のエレクトレット濾材では達成し得なかった、低圧力損失ながら高い捕集効率、高いＱＦ値を有することがわかる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明のエレクトレット濾材は、従来のエレクトレット濾材では達成しえなかった、低圧力損失ながら高い捕集効率を有する。