JP2010119998A

JP2010119998A - エレクトレット濾過布

Info

Publication number: JP2010119998A
Application number: JP2008298673A
Authority: JP
Inventors: Kimiaki Nobetani; 公昭延谷; Yoshihiro Maeda; 良浩前田
Original assignee: Ambic Co Ltd
Current assignee: Ambic Co Ltd
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2010-06-03

Abstract

【課題】従来の、超音波振動を作用させて不織布をエレクトレット化させる方法や、高圧流体噴霧処理を施した後コロナ荷電する方法は、いずれも複雑な工程を必要としており、製造コストが高くなる。また、トリボ荷電では、材料が高価であるとともに、プリーツ加工が難しいという問題があった。
【解決手段】熱可塑性樹脂の未延伸繊維からなる不織布を、結晶化温度付近でエレクトレット加工したことを特徴としている。また、前記熱可塑性樹脂が、ポリオレフィン、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、ポリアミドからなる群から選ばれる少なくとも一種の樹脂で、未延伸繊維の複屈折率が０〜０．０８である。また、前記未延伸繊維からなる不織布の目付が２０〜５００ｇ／ｍ^２である。また、プリーツ形状に加工されていることを特徴としている。
【選択図】なし

Description

本発明は、熱可塑性樹脂の未延伸繊維からなる不織布からなる濾過布に関し、より詳しくは、未延伸繊維からなる短繊維不織布、長繊維不織布をエレクトレット加工することにより得られる、加工性、耐久性に優れたエレクトレット濾過布に関するものである。

従来、気体中の微粒子の捕集はもとより比較的大きいダストを効率良く捕集できる濾過布として、極細繊維からなる不織布が用いられている。特に、低圧力損失下で微粒子の捕集効率を高める濾過布として、不織布に電荷を付与したエレクトレット不織布が主に用いられてきている。これらの濾過布におけるエレクトレット化は、主として不織布をコロナ荷電させる方法や水流を衝突させる方法などが知られている。

しかしながら、コロナ荷電させる方法では、荷電量を十分に高めるようにするために電圧を上げる必要があり、電圧を上げすぎるとスパークが起こり不織布にピンホールが生じやすいという問題がある。また、水流の衝突による方法では、高圧水流の衝突によって不織布構成繊維が絡まりやすく、その結果、繊維配向が変わり、開口が形成されやすく、エレクトレット化による濾過効率と圧力損失を両立する不織布濾過材の設計が難しくなる等の問題があった。

このような問題を解決する方法として、熱可塑性樹脂からなる不織布に水を担持させた後に、水を介して超音波振動を作用させて、前記不織布をエレクトレット化させる方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、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方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−２０５２１０号公報特開２００３−２２０３１０号公報

しかしながら、ポリプロピレンやポリエチレン等の低融点ポリオレフィン樹脂からなる繊維を用いてエレクトレット化しても、耐熱性が得られ難く、剛性も低いので芯材と鞘材の複合繊維とする必要がある。また、不織布に水を担持させた後に、水を介して超音波振動を作用させて、不織布をエレクトレット化させる方法（特許文献１）や、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方法（特許文献２）は、いずれも複雑な工程を必要としているので、製造コストが高くなるという問題がある。さらに、トリボ荷電では、材料が高価であるとともに、プリーツ加工が難しいという問題がある。

本発明のエレクトレット濾過布は、熱可塑性樹脂の未延伸繊維からなる不織布を、結晶化温度付近でエレクトレット加工したことを特徴としている。また、前記熱可塑性樹脂が、ポリオレフィン、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、ポリアミドからなる群から選ばれる少なくとも一種の樹脂である。また、前記不織布の目付が２０〜５００ｇ／ｍ^２である。なお、本発明において未延伸とは、複屈折率０〜０．０８の繊維と定義する。

本発明に用いられる熱可塑性樹脂は、ポリオレフィン、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、ポリアミドからなる群から選ばれる少なくとも一種の樹脂であり、特に好ましくはポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴ樹脂という）である。このＰＥＴ樹脂から短繊維不織布用の未延伸短繊維を製造する方法は、例えば、ＰＥＴ樹脂ペレットを押出機に供給して所定温度で溶融し、紡糸口金を経てＰＥＴ樹脂フィラメントとして紡糸し巻きとった後、３０〜１５０ｍｍの長さにカットする。一方、このＰＥＴ樹脂から未延伸繊維からなる長繊維不織布を製造する方法は、例えば、ＰＥＴ樹脂ペレットを押出機に供給して所定温度で溶融し、紡糸口金を経てＰＥＴ樹脂フィラメントとして紡糸チャンバー内に押し出す。紡糸チャンバー内に押し出されたＰＥＴ樹脂フィラメントは、冷却風によって室温まで冷却されつつ所定速度で回転する引取ゴデットロールにより細化されて、固化し、所定繊度の未延伸繊維からなる長繊維不織布として所定の巻取速度で巻き取られる。

本発明の最も特徴とするところは、未延伸繊維からなる不織布、を結晶化温度付近でエレクトレット加工したことであり、これにより、粉塵除去性能が高い濾過布を得ることができる。未延伸繊維からなる長繊維不織布をエレクトレット加工する方法としては、例えば、コロナ荷電、電界荷電、熱間電界荷電、電子線照射などを挙げることができるが、これらに限定されるものではなく、高帯電量で電荷が安定的に保持されるのであれば他の荷電方法を用いてもよい。

本発明のエレクトレット濾過布は、熱可塑性樹脂の未延伸繊維からなる不織布を、結晶化温度付近でエレクトレット加工したことを特徴としている。これにより、粒子捕集効率に優れ、低圧力損失のエレクトレット濾過布が得られる。また、長繊維不織布のエレクトレット濾過布は芯材を必要としないので安価であり、プリーツ加工が容易で、耐久性にも優れたエレクトレット濾過布を提供することができる。

本発明のエレクトレットフィルターに用いる熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ−３−メチル−１−ブテン、ポリ−４−メチル−１−ペンテン、ポリ弗化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリオレフィン、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、ポリアミド、ポリアクリロニトリル、ポリサルホン、ポリフェニレンオキサイド等の絶縁性有機繊維や、生分解性を有するポリ乳酸等の生分解性有機繊維を挙げることができる。この中で、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からなる群から選ばれる少なくとも一種の樹脂が好ましく、特にポリエチレンテレフタレートは、融点が高いため耐熱性に優れ、さらには剛性にも優れており、且つ、安価であるので特に好ましいものである。

未延伸繊維からなる不織布をエレクトレット加工する方法や形態は特に限定されないが、本発明では、未延伸繊維からなる不織布を結晶化温度付近で施工することを特徴としている。エレクトレット加工の方法としては、例えば、コロナ荷電、電界荷電、熱間電界荷電、電子線照射などを挙げることができるが、これらに限定されるものではなく、高帯電量で電荷が安定的に保持されるのであれば他の荷電方法を用いてもよい。コロナ荷電、電界荷電で行う場合は、５ｋＶ／ｃｍ以上での電界強度が好ましく、１５ｋＶ／ｃｍ以上の電界強度が一層好ましい。電子線照射の場合は、０．１〜１Ｍｒａｄ程度で照射することが好ましい。

また、本発明における不織布の原料樹脂には、本発明の効果を損なわない範囲で、結晶核剤や艶消し剤、顔料、防カビ剤、抗菌剤、難燃剤、親水剤等を添加してもよい。さらに、本来の機能を損なうことがなければ、微量の共重合体成分を含むものでもよい。

また、不織布の目付量としては、２０〜５００ｇ／ｍ^２のものが使用でき、１００〜２５０ｇ／ｍ^２のものが好ましい。２０ｇ／ｍ^２未満のものは、繊維斑が大きく、塵埃捕集効果が低くなる。一方、５００ｇ／ｍ^２を越える場合は、集塵捕集効果が高くなるが、圧力損失が大きくなると共に加工が難しくなり好ましくない。また、不織布の厚みは、０．１〜１０．０ｍｍのものが使用でき、０．３〜２．０ｍｍのものが好ましく、０．５〜１．５ｍｍのものがより好ましい。０．１ｍｍ未満のものは、繊維斑が大きく、塵埃捕集効果が小さくなる。一方、１０ｍｍを越える場合は、集塵捕集効果が高くなるが、圧力損失が大きくなると共に加工が難しくなり好ましくない。

また、本発明の未延伸繊維は、複屈折率が０〜０．０８であることが必要である。未延伸繊維の複屈折率が０．０８を超えると、エレクトレット化の効果が低く、集塵効果が低くなる。更に好ましい複屈折率は０．０４以下である。

本発明の未延伸繊維からなる長繊維不織布の製造方法の一例について説明する。まず、乾燥機で所定の水分率までに乾燥されたＰＥＴペレットを２５０〜２６５℃の温度に設定された押出機に供給して溶融する。溶融ＰＥＴは、その後ベンドを経て２５０〜２６５℃に設定されたスピンヘッドに送液され、ギヤポンプで計量される。その後、スピンパックに装着された複数の孔を有する紡糸口金を経て、ＰＥＴフィラメントとして紡糸チャンバー内に押し出される。押出機及びスピンヘッドの温度は、ＰＥＴペレットの固有粘度や形状によって上記範囲から最適なものを選ぶ。紡糸チャンバー内に押し出されたＰＥＴフィラメントは、冷却風によって室温まで冷却されつつ所定の速度で回転する引取ゴデットロールによって細化されて、固化し、所定の繊度の未延伸ならなる長繊維不織布として巻き取られる。

未延伸繊維からなる不織布エレクトレット加工は、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、中実質誘電体シートを被せたアース板上に未延伸のスパンボンドを重ねてコロナ放電を行う方法が好ましい。コロナ荷電は室温雰囲気で行ってもよいが、未延伸のスパンボンドを７０〜１４０℃に加熱した状態で１５ｋＶ／ｃｍ以上の直流コロナ電界を印加し、その後電界を印可したままの状態で４０℃以下まで冷却すると、室温で荷電する場合よりも電気分極が大きくなるため好ましい。エレクトレット加工する前に、湯洗い等で繊維油剤を洗浄除去することもエレクトレット効果をたかめるので好ましい。

本発明のエレクトレット濾過布をプリーツ形状に加工する方法として、前記方法で作製した未延伸繊維からなる不織布をプリーツ状に折り曲げて筒状フィルターユニットや平板状フィルターユニットとすることもできる。この製造方法の１例をあげるが、特にこの方法に限定されるものではない。まず、前記の未延伸繊維からなる不織布を１枚あるいは数枚積層してプリーツ状に折り畳み、両側面部を超音波、高周波等の熱シール法によって完全に溶着させる。この時、補強あるいは有効ろ過面積増大のために、未延伸繊維からなる不織布と適当なスペーサーとを交互に積層して折り畳んでもよい。このスペーサーの形状は特に限定されるものではなく、編物、ネット、パンチングシートなど種々のものを用いることができる。また、積層する未延伸繊維からなる不織布の繊維径を変化させたり、密度勾配を付与することにより、ろ過精度の変化やフィルターの交換寿命の延長を計ることもできる。次に多孔支持体を内部に入れ、両端をエンドキャップで接着する。接着には加熱溶融法を使用しても良く、ホットメルトなどのバインダーで接着しても良い。必要によってはフィルターユニットの保護のために外層に多孔網筒を使用しても良い。これらのスペーサー、エンドキャップ、バインダー、多孔網筒等の材料や形状は特に限定されるものではないが、本発明の効果を損なうことがないよう、いずれの材質も未延伸繊維からなる不織布と同程度以上の耐熱性、耐久性を持つことが望ましい。

（複屈折率）
本発明における複屈折率測定は、ニコン製「ＯＰＴＩＰＨＯＴ−ＰＯＬ」を用いて行った。スライドグラス上に封入液（ツェーデル油または流動パラフィン）を滴下し、５〜６ｍｍ長の繊維軸に対し４５度の角度に切断した試料の切断面を上にして液中に浸漬する。試料スライドグラスを回転ステージに載せて、スケールと繊維が平行になるように調整してアナライザーを挿入し暗視野にさた後、コンペセーターを３０にして縞数ｎを数える。次に、コンペセーターを３０〜４０の方向に廻して試料が最初に最も暗くなる点のコンペセーターの目盛ａと、反対方向に廻して試料が最初に最も暗くなるコンペセーターの目盛ｂを測定する。以上の測定を数回繰り返した後、以下の式に基づいて複屈折率（Δｎ）を算出した。
Δｎ＝Γ／ｄ
Γ（レターデーション）＝ｎλ_０＋ε
λ_０＝５８９ｎｍ
ε：Ｃ／１００００（装置定数＝０．８１６）とｉより求める。

（実施例１）
目付２５０ｇ／ｍ^２、複屈折率０．０２０の未延伸繊維からなる長繊維不織布を７０℃に加温して、１５ＫＶ、５秒間保ち、エレクトレット加工した。

（実施例２）
目付を１５０ｇ／ｍ^２としたこと以外は、実施例１と同様とした。

（比較例１）
目付２５０ｇ／ｍ^２の延伸された長繊維不織布を７０℃に加温して、１５ＫＶ、５秒間保ち、エレクトレット加工した。

（比較例２）
目付を１５０ｇ／ｍ^２としたこと以外は、比較例１と同様とした。

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５ｃｍ／秒になるようコントロールし、エレクトレット濾過布の上流、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の大気塵を用い、５ｃｍ／秒にて行った。その結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例１，２において、エレクトレット加工前の捕集効率は、１１．０２％、９．００％であったが、エレクトレット加工後の捕集効率は、５０．０１％、５０．４２％と著しく向上した。また、圧力損失はエレクトレット前後による差はなかった。一方、比較例１，２において、エレクトレット加工前の捕集効率は、１１．００％、８．６８％であったが、エレクトレット加工後の捕集効率は、１０．８８％、８．７０％と殆ど差はなく、また、圧力損失もエレクトレット前後による差はなかった。これにより、未延伸のスパンボンドに対してエレクトレット加工すると、捕集効率を著しく向上することが実証された。

本発明のエレクトレット濾過布は自動車や鉄道車両等の車室内の空気を清浄化するためのエアフィルター、掃除機の排気用フィルターおよびメインフィルター、空気清浄機用フィルター、エアコン用フィルター、ＯＡ機器の吸気・排気フィルター、ビル空調用フィルターのほか一般的な工業用のフィルターとして広く使用することができる。特に好ましくは、プリーツ形状の円筒型ユニットとして集塵機等のフィルターバグ等に用いることのできるエレクトレット濾過布である。

Claims

熱可塑性樹脂の未延伸繊維からなる不織布を、結晶化温度付近でエレクトレット加工したことを特徴とするエレクトレット濾過布。
前記熱可塑性樹脂が、ポリオレフィン、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、ポリアミドからなる群から選ばれる少なくとも一種の樹脂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過布。
前記熱可塑性樹脂からなる未延伸繊維の複屈折率が０〜０．０８であること特徴とする請求項１及び請求項２に記載のエレクトレット濾過布。
前記不織布の目付が２０〜５００ｇ／ｍ^２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過布。
前記フィルターが、プリーツ形状に加工されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエレクトレット濾過布。