(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
坪量２５〜１５０ｇ／ｍ2 の不織布からなるエアフィルタ用濾材において、構成繊維を接着させるポリビニルアルコール繊維状バインダーが完全溶解することなく繊維形態を保持しながら膨潤し、濾材の厚さ方向に均一に存在していることを特徴とする、エアフィルタ用濾材。
【請求項２】
請求項１の膨潤後のポリビニルアルコール繊維状バインダーの繊維径が７．５〜１１０μｍである、請求項１に記載のエアフィルタ用濾材。
【請求項３】
請求項１の膨潤後のポリビニルアルコール繊維状バインダーの繊維径が、膨潤前の繊維径の１．１〜７倍である、請求項１記載のエアフィルタ用濾材。
【請求項４】
濾材中のポリビニルアルコール繊維状バインダーが、濾材重量を基準として０．１〜１０重量％である、請求項１〜３のいずれか一つに記載のエアフィルタ用濾材。
【請求項５】
エアフィルタ用濾材がガラス繊維を主体とした不織布である請求項１〜４のいずれか一つに記載のエアフィルタ用濾材。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つに記載のエアフィルター用濾材を製造する方法において、原料繊維を水中でスラリー化し、このスラリー化工程の際にポリビニルアルコール繊維状バインダーを添加し、得られるスラリーを抄紙機で抄紙し、５０〜８０重量％の含水率の湿紙を形成しそして乾燥することを特徴とする、上記方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体製造などの各種クリーンルーム、ビル空調用、空気清浄の用途などに使用されるガラス繊維を主体としたエアフィルタ用濾材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、極細ガラス繊維、又はチョップドガラス繊維主体のエアフィルタ用濾材は、ガラス繊維自体に接着力が無く、濾材強度が出ないため、従来より水系の合成樹脂系バインダーやポリビニルアルコール繊維状バインダーなどを単独使用、あるいは併用して強度付与させている。このうち、ポリビニルアルコール繊維状バインダーは、濾材製造時では、原料ガラス繊維に混合して水に分散し、湿式抄紙でシート化する「内添法」で使用され、繊維状であるため、抄紙時のシートへの歩留まりが良く、合成樹脂系バインダーのようにバインダーを含浸させるための後工程を必要としないなどの利点がある。ところが、ポリビニルアルコール繊維状バインダーにおいては、製造時の乾燥工程で、シート中の熱水にいったん溶解するため、同工程の中でシートの厚みの外側方向に、次第にバインダーが移動するいわゆる「マイグレーション」を起こしやすい。
【０００３】
この結果、シート表面に樹脂だまりができて、濾材の目をふさぎ、圧力損失を増大させたり、シート内部のバインダー不足が原因で、シートの剛性が低下する。また、これをひだ折りプリーツ加工を行い、濾材をユニットとして組み立てる際、割れ、層剥離、折り山姿不良等のトラブルを起こすことが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記欠点や問題点を解決し、ガーレー剛度が高く、圧力損失が低く、ひだ折りプリーツ加工特性、特に剥離強度の良好なエアフィルタ用濾材を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、従来の様に、繊維状バインダーを完全溶融させると、前述のごとく問題が生ずるが、これを半溶融状態、即ち繊維の形態を保持させた状態に制御して、バインダーとして用いることにより、これらの問題点を解決できる事を見出した。
【０００６】
即ち、本発明は、坪量２５〜１５０ｇ／ｍ2 の不織布からなるエアフィルタ用濾材において、構成繊維を接着させるポリビニルアルコール繊維状バインダーが完全溶解することなく繊維形態を保持しながら膨潤し、濾材の厚さ方向に均一に存在していることを特徴とする、エアフィルタ用濾材に関する。
【０００７】
本発明の好ましい実施態様においては、膨潤後のポリビニルアルコール繊維状バインダーの繊維径が７．５〜１１０μｍである。本発明の別の好ましい実施態様においては、ポリビニルアルコール繊維状バインダーの繊維径が膨潤前の繊維径の１．１〜７．０倍である。濾材中のポリビニルアルコール繊維状バインダーが濾材重量を基準として０．１〜１０重量％であるのが有利である。
【０００８】
本発明のエアフィルタ用濾材はガラス繊維を主体とした不織布であるのが有利である。エアフィルタ用濾材は、例えば平均繊維径６μｍ以下の極細ガラス繊維またはチョップドガラス繊維を主体とするが、必要に応じてポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアラミド、アクリル、ビニロン、レーヨンなどの有機繊維が配合されていてもよい。
【０００９】
エアフィルタ用濾材の製造工程におけるバインダーの付与方法には、繊維シート形成後に付与する外添法と、原料繊維の分散工程で添加する内添法があるが、本発明においては、ポリビニルアルコール繊維状バインダーを均一に分散させるために、内添法で行なう必要がある。また、本発明の濾材を製造する際には、ポリビニルアルコール繊維状バインダーを含んだ湿紙の乾燥前の含水率が後述の理由から５０〜８０重量％である必要がある。
【００１０】
即ち、本発明のエアフィルタ用濾材は、原料繊維を水中でスラリー化し、このスラリー化工程の際にポリビニルアルコール繊維状バインダーを添加し、得られるスラリーを抄紙機で抄紙し、５０〜８０重量％の含水率の湿紙を形成しそして乾燥することを特徴とする方法によって製造される。この方法も本発明の対象である。
【００１１】
本発明を以下に更に詳細に説明する。
ポリビニルアルコール繊維状バインダーを内添法で使用する際に、シートが乾燥工程に入り、シートが保持する水の温度が溶解温度に達すると、繊維状バインダーはその表面から溶融し、混合した他の繊維との交点に付着し、シートの水分が蒸発するとともに固化し、強度を発揮する。その際、繊維状バインダーの直径は、溶融前後で太くなる現象、つまり「膨潤」が見られ、この現象と本発明の効果とで高い相関があることを本発明者等は発見した。
【００１２】
即ち、半溶融状態であるポリビニルアルコール繊維状バインダーの直径は、溶融前に比べ１．１倍〜７倍に膨潤しており、この膨潤状態に制御できれば繊維状バインダーが乾燥工程でマイグレーションを起こさないことが分かった。繊維状バインダーは７倍より多く膨潤すると完全溶解してマイグレーションを起し、膨潤度が１．１倍より小さいと、ほとんど溶解部分がなく、バインダー効果が発揮されない。この膨潤状態は、電子顕微鏡下、あるいは後述の如く、繊維状バインダーを着色して実態顕微鏡下で観察することができ、膨潤前の繊維直径との関係から膨潤度を算出することができる。また、膨潤度１．１倍以下の繊維状バインダーは、電子顕微鏡や実態顕微鏡での観察で、繊維状バインダーとガラス繊維、あるいは繊維状バインダー同志との交点での融着が見られない。
【００１３】
本発明で用いられるポリビニルアルコール繊維状バインダー直径は、通常７μｍから１５μｍのものが用いられるが、これらは繊維状バインダーとして一般的なものである。ちなみに、１５μｍ以上のものは単位重量当たりの本数が少なくなるため、接着交点が少なくバインダー効果が低く、一方、７μｍ以下のものは、ポリビニルアルコール繊維状バインダーの製造コストが高くなってしまう。これらを前述の膨潤度１．１〜７．０倍に制御することにより、本発明の効果を発揮させることができる。ポリビニルアルコール繊維状バインダーの膨潤後の直径は、７．５〜１１０μｍの範囲内となり得る。
【００１４】
また、本発明で用いられるポリビニルアルコール繊維状バインダーには、構造式、溶解温度の異なるさまざまなタイプのものがあり、本発明の効果を発揮させるためこれら選定に注意しなければならない。ポリビニルアルコール繊維状バインダーについて各種溶解温度のものが知られているが、自身の溶解温度が低過ぎると、湿熱効果により乾燥工程で完全溶解してしまい、マイグレーションを起こし、剛度が低下し、圧力損失が増加してしまう。また、溶解温度が高過ぎると、繊維間の接着力が低くなり、濾材強度が低くなる。
【００１５】
繊維の形態保持をさせる方法としては、特に１つに限定するものではないが、例えば、湿紙の水分にも充分に注意する必要がある。好ましい溶解温度は、抄紙機の乾燥能力、条件等の関係で選定されるが、通常５０℃〜８０℃である。水分が少な過ぎると、溶解せず繊維間の接着力が少なくなり、濾材強度が低くなる。また、水分が高過ぎると、完全溶解してしまい、マイグレーションを起こし、剛度が低下し、圧力損失が増加してしまう。本発明では、乾燥工程に入る直前の湿紙の水分を５０％〜８０％、好ましくは５５％〜７０％にすることが望ましい。
【００１６】
また、熱水溶解温度の高いポリビニルアルコール繊維状バインダーを選定するのも一つの方法である。その他、ポリビニルアルコール繊維状バインダーが、熱水に溶解するのにある程度の時間がかかるのを利用し、湿紙を高温で急加熱し、一気に水分をとばす方法、あるいは、前述の通り乾燥工程に入る前に、湿紙の水分をプレス脱水や真空吸引で十分に減らしておいて、乾燥させる方法などが挙げられる。ただし、いずれの方法も条件が厳しすぎると、繊維が全く溶解、膨張しないで、バインダー効果を発揮しなくなるので、条件設定には十分注意しなければならない。
【００１７】
ポリビニルアルコール繊維状バインダーの含有量は、望ましくは０．１重量％〜１０重量％であるが、０．５重量％〜７重量％がより望ましい。ポリビニルアルコール繊維状バインダーの含有量が対濾材重量０．１重量％未満では効果が少なく、１０重量％を超えると、エアフィルタ用濾材の圧力損失を著しく増加させてしまう。
【００１８】
ポリビニルアルコール繊維状バインダーは、単独で内添法により用いて本発明の目的を達成させることができるが、濾材に通常要求される耐水性、撥水性、耐薬品性を付与させたい場合は、更に合成樹脂系バインダーラテックスあるいは撥水剤を併用することが望ましい。これらの濾材中におけるポリビニルアルコール繊維状バインダーとの合計含有量は１０重量％以下、好ましくは７重量％以下である。多くの合成樹脂系バインダーラテックスは、繊維間で膜状物を形成し、圧力損失の上昇を起こしやすいため、その量は少ない程よい。
【００１９】
合成樹脂系バインダーラテックスとしては、特に限定されるものではないが、例えば、アクリル系ラテックス、酢ビ系ラテックス、ウレタン系ラテックス、エポキシ系ラテックス、ＳＢＲ系ラテックス、ＮＢＲ系ラテックス、オレフィン系ラテックス等を単独、又は２種類以上併用できるが、基材との接着性が良く、膜状物を形成し難いものを選定するべきである。
【００２０】
本発明の濾材は、一般紙や湿式不織布を製造するための抄紙機、例えば、長網抄紙機、円網抄紙機、傾斜ワイヤー式抄紙機などの湿式抄紙機で製造できる。乾燥にはシリンダードライヤー、ヤンキードライヤー、スルードライヤー、赤外線ドライヤーなどの乾燥機を用いることができる。また、２種類以上の乾燥機を使用し、本発明の濾材を乾燥することは何ら差し支えない。
【００２１】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例及び比較例における坪量、シートの厚さ、ガーレー剛度、剥離強度及び圧力損失は以下の方法で測定した。
【００２２】
本発明で測定を行った坪量、シートの厚さは、ＪＩＳ  Ｌ−１０９６に準拠して行った。ガーレー剛度については、ＴＡＰＰＩ  ＳＴＡＮＤＡＲＤ  Ｔ５４３ｐｍ−８４に準拠して行ったが、サンプルの長さ２．５インチ、幅１インチにて測定を行った。剥離強度は、ＴＡＰＰＩ  ＵＭ５６９に準拠して測定を行った。圧力損失は（Ｐａ）、ＪＩＳ  Ｂ９９０８に準じて測定され、濾材に空気を風速５．３ｃｍ／秒で通気させた時の通気抵抗を測定した。シート乾燥前後のポリビニルアルコール繊維状バインダーの直径は、紙パルプの種類とその試験法（紙パルプ技術協会編、“紙パルプの種類とその試験法”のＰＶＡのヨウ素硼酸試験、昭和４１年、ｐ３０１）を用いて着色を行い、その着色された繊維の直径を実体顕微鏡にて任意に１０本測定し、それらの繊維径の平均値を算出した。プリーツ加工適性については、加工機に通した時の割れ、剥離、折姿の状況を目視にて判定した。
【００２３】
実施例１：
平均繊維径６μｍ以下の極細ガラス繊維９０重量％とチョップドガラス繊維１０重量％及び対濾材重量０．５重量％のポリビニルアルコール繊維状バインダー（ＳＰＧ  ０５６、クラレ（株）製、７．３μｍ×３ｍｍ）をパルパーにて、ｐＨ３．５の酸性水を用いて離解し、水性スラリーを作成して、これらのスラリーから標準角型手抄き抄紙機を用いて、シートを形成した。これにアクリル系ラテックス（ＳＦＡ−３３、大日本インキ（株）製）を湿紙に付与し、湿紙の水分を５５％にし、その後１３０℃のロータリードライヤーにて一気に乾燥し、坪量７０ｇ／ｍ2 、バインダー樹脂分６．２重量％で、シート乾燥後の膨潤したポリビニルアルコール繊維状バインダーの繊維径が８．１μｍのシートを得た。
【００２４】
実施例２：
湿紙の水分を７０％にした以外は実施例１を繰り返した。シート乾燥後のポリビニルアルコール繊維状バインダーの繊維径は４０μｍであり、坪量７０ｇ／ｍ2 、バインダー樹脂分５．８重量％のシートを得た。
【００２５】
実施例３：
ポリビニルアルコール繊維状バインダー（ＶＰＢ１０１  クラレ（株）製：１２．９μｍ×３ｍｍ）を６．０重量％とし、湿紙の水分を５５％にした以外は、実施例１を繰り返した。坪量７０ｇ／ｍ2 、バインダー樹脂分６．５重量％で、シート乾燥後のポリビニルアルコール繊維状バインダーの繊維径が１４．２μｍのシートを得た。
【００２６】
実施例４：
ポリビニルアルコール繊維状バインダー（ＶＰＢ１０１、クラレ（株）製、１２．９μｍ×３ｍｍ）を６．０重量％とし、湿紙の水分を７０％とした以外は実施例２を繰り返した。坪量７０ｇ／ｍ2 、バインダー樹脂分６．８重量％のシートを得た。シート乾燥後のポリビニルアルコール繊維状バインダーの繊維径が８８．７μｍのシートを得た。
【００２７】
比較例１：
平均繊維径６μｍ以下の極細ガラス繊維９０重量％とチョップドガラス繊維１０重量％及び対濾材重量０．５重量％のポリビニルアルコール繊維状バインダー（ＳＰＧ  ０５６、クラレ（株）製、７．３μｍ×３ｍｍ）をパルパーにて、ｐＨ３．５の酸性水を用いて離解し、水性スラリーを作成して、これらのスラリーから標準角型手抄き抄紙機を用いて、シートを形成した。これにアクリル系ラテックス（ＳＦＡ−３３、大日本インキ（株）製）を湿紙に付与し、湿紙の水分を３５％とし、その後１３０℃のロータリードライヤーで一気に乾燥し、坪量７０ｇ／ｍ2 、バインダー樹脂分６．１重量％で、シート乾燥後のポリビニルアルコール繊維状バインダーの繊維径が７．３μｍのシートを得た。
【００２８】
比較例２：
平均繊維径６μｍ以下の極細ガラス繊維９０重量％とチョップドガラス繊維１０重量％及び対濾材重量６．０重量％のポリビニルアルコール繊維状バインダー（ＳＰＧ  ０５６、クラレ（株）製、７．３μｍ×３ｍｍ）をパルパーにて、ｐＨ３．５の酸性水を用いて離解し、水性スラリーを作成して、これらのスラリーから標準角型手抄き抄紙機を用いて、シートを形成した。これにアクリル系ラテックス（ＳＦＡ−３３、大日本インキ（株）製）を湿紙に付与し、湿紙の水分を９５％とし、その後１３０℃のロータリードライヤーで一気に乾燥し、坪量７０ｇ／ｍ2 、バインダー樹脂分６．８重量％で、シート乾燥後のポリビニルアルコール繊維状バインダーが、繊維形態をなしていないシートを得た。
【００２９】
比較例３：
湿紙の水分を３５％とした以外は実施例３を繰り返した。シート乾燥後のポリビニルアルコール繊維状バインダーの繊維径は１３μｍであり、得られるシートは坪量７０ｇ／ｍ2 で、バインダー樹脂分６．７重量％であった。
【００３０】
比較例４：
湿紙の水分を９０％とした以外は実施例３を繰り返した。シート乾燥後のポリビニルアルコール繊維状バインダーは繊維形態をなしていない。得られたシートは坪量７０ｇ／ｍ2 で、バインダー樹脂分６．９重量％であった。
【００３１】
比較例５：
平均繊維径６μｍ以下の極細ガラス繊維９０重量％とチョップドガラス繊維１０重量％及び対濾材重量１１．０重量％のポリビニルアルコール繊維状バインダー（ＳＰＧ  ０５６、クラレ（株）製、７．３μｍ×３ｍｍ）をパルパーにて、ｐＨ３．５の酸性水を用いて離解し、水性スラリーを作成して、これらのスラリーから標準角型手抄き抄紙機を用いて、シートを形成した。これにアクリル系ラテックス（ＳＦＡ−３３、大日本インキ（株）製）を湿紙に付与し、湿紙の水分を５５％とし、その後１３０℃のロータリードライヤーで一気に乾燥し、坪量７０ｇ／ｍ2 、バインダー樹脂分１３．０重量％で、シート乾燥後のポリビニルアルコール繊維状バインダーの繊維径が８．１μｍのシートを得た。
【００３２】
シート物性を表１にまとめて示す。
【００３３】
【表１】
0003848139.tif 000002
【００３４】
上記実施例１〜４で示した濾材は、ガーレー剛度ならびに剥離強度が高く、圧力損失の上がりも少なく、プリーツ加工特性が良好なエアーフィルター用濾材であった。
【００３５】
比較例１では、圧力損失は上昇していないが、ガーレー剛度、剥離強度が低く、ひだ折プリーツ加工適性が悪い。
【００３６】
比較例２では、圧力損失の上昇が著しく、ガーレー剛度、剥離強度は低い。また、ひだ折プリーツ加工適性が悪い。
【００３７】
比較例３では、圧力損失は上昇していないが、ガーレー剛度、剥離強度は低い。また、ひだ折プリーツ加工適性が悪い。
【００３８】
比較例４では、圧力損失の上昇が著しく、ガーレー剛度、剥離強度が低い。また、ひだ折プリーツ加工適性が悪い。
【００３９】
比較例５では、圧力損失の上昇が激しく、ガーレー剛度、剥離強度は高い。また、ひだ折プリーツ加工適性が悪い。
【００４０】
【発明の効果】
本発明は、エアフィルタ用濾材について、内添法におけるポリビニルアルコール繊維状バインダーの溶融の度合いを制御することにより、エアフィルタ用濾材としての適性を損なうことのない、新規な濾材を提供するものである。