JP2018061924A

JP2018061924A - エアフィルター用不織布濾材

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Publication number: JP2018061924A
Application number: JP2016200218A
Authority: JP
Inventors: 徳広　敏弥; Toshiya Tokuhiro; 敏弥徳広; 翔大四至本; Shota Yoshimoto
Original assignee: Kurashiki Textile Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kurashiki Textile Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2016-10-11
Filing date: 2016-10-11
Publication date: 2018-04-19

Abstract

【課題】プリーツ加工が可能であって、形状保持に優れ、且つ、空気中に含まれる塵埃を持続的に効率よく、低圧損で除去するエアフィルター用の濾材を提供する。【解決手段】芯部がポリエステル、鞘部がポリプロピレン製の芯鞘複合繊維を用い、目付が５０〜２００g/ｍ２、厚みが０．５〜１．５ｍｍ、ガーレ剛軟度が５〜３０ｍＮの不織布をサーマルボンド法によって作製し、これにエレクトレット処理を施すことにより、除塵効率を高めたエアフィルター用不織布濾材を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、プリーツ加工性に優れ、かつ、エレクトレット加工により粉塵除去効果を向上させたエアフィルター用不織布濾材に関する。

近年、エアフィルターに用いられる濾材は、フィルター設計の自由度や使用後の廃棄が容易である等の理由で、不織布が広く用いられるようになってきた。エアフィルターの用途は、家庭用、産業用のエアコンをはじめ、ビル、工場の空気清浄用途、自動車などの車両、複写機等の事務機器用などに広がりをみせている。

不織布濾材を使用するエアフィルターには、大きなダスト捕集能力と低い圧力損失（以後、圧損とも称す）が要求されている。更に近年は、送風機の負荷低減、すなわち送風モーターの省エネ化、及び取り付けスペースの縮減による省スペース化などの観点から、エアフィルターにも性能仕様の改善がおこなわれてきた。例えば、不織布濾材に、山谷の三角形状のプリーツ構造を採用して、濾材としての有効面積を増加させることや、不織布濾材にエレクトレット処理を行うことで、圧損を増加させることなく除塵効率を高めることも行われている。

このような課題に対してプリーツ折の加工が容易にできると共に、その形状を安定に保持することが可能なプリーツ加工性（以下、プリーツ性ともいう）が優れた不織布濾材が求められており、ポリオレフィン系熱融着繊維をエレクトレット処理した濾材が知られている。

例えば、特許文献１には、「エレクトレットろ材、特にＪＩＳＢ９９０８：２００１で規定されている性能評価方法のうち、初期におけるＪＩＳ１１種比色法捕集効率が５０％から９９％を発現するプリーツ型フィルターユニットに用いられるエレクトレットろ材において、濾材が単一層で構成された不織布であり、かつ以下の（Ａ）〜（Ｃ）の要件を満たすエレクトレットろ材。（Ａ）不織布の嵩密度が０．０３〜０．２０ｇ／ｃｍ³であり、かつ厚みが１．５ｍｍ以下であること。（Ｂ）ガーレ法における曲げ反発性が１００〜５００ｍｇであること。（Ｃ）ろ材に含まれる油剤の付着量が０．１質量％以下である」濾材の提案がある。

また、特許文献２には、「エレクトレット化可能な熱融着繊維のウエブを加熱処理によってシート化したエレクトレット不織布であって、ＴＤ方向の引張強度が３０Ｎ／１５ｍｍ以上、厚みが１．５〜３．０ｍｍであるエアフィルター用エレクトレット濾材」（請求項１）、および、「ガーレ剛軟度が１００〜５００ｍｇである請求項１記載のエアフィルター用エレクトレット濾材」（請求項２）の提案がある。

また、特許文献３には、「少なくとも２層の不織布の積層体によって構成される濾材であって、片方の層にポリオレフィン系不織布、もう片方の層にポリエステル系不織布を配置し、該ポリオレフィン系不織布がエレクトレット加工された密度が０．１０〜０．２０ｇ／ｃｃの不織布であり、かつ積層された濾材の剛軟度が１００〜１５００ｍｇであることを特徴とするエレクトレット濾材。」（請求項１）の提案がある。

特開２０１２−１７０９１４号公報特開２０１４−６４９６９号公報特開２０１０−１４２７０３号公報

本発明は、圧力損失、粉塵捕集効率、および強度が優れ、エアフィルターとしての性能を長期に発揮する、プリーツ加工を施したエアフィルター用不織布濾材を提供することを課題とするものである。

本発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意研究を重ねた結果、芯部がポリエステル、鞘部がポリプロピレンの芯鞘構造の複合短繊維を用いてサーマルボンド不織布を形成したもので、その目付と厚み、繊維径（繊度）を適切に選択することによりプリーツ性を高め、更に、エレクトレット処理を施すことにより、前記課題を解決することを見出した。
すなわち、本発明は、芯部がポリエステル、鞘部がポリプロピレンの複合短繊維（以下、ＰＥＴ／ＰＰ複合短繊維とも云う）を５０質量％以上含み、目付が５０〜２００ｇ／ｍ²、厚みが０．５〜１．５ｍｍ、ガーレ剛軟度が５〜３０ｍＮである、エレクトレット処理サーマルボンド不織布で構成したエアフィルター用不織布濾材である。

また、前記不織布濾材の構成繊維は、平均繊度が２〜２２ｄｔｅｘの範囲にあり、少なくとも１種の繊度を持つ前記複合短繊維によって構成した前記のエアフィルター用不織布濾材である。

本発明のプリーツ性に優れるエアフィルター用不織布濾材は、ＰＥＴ／ＰＰ芯鞘構造の短繊維を用いてサーマルボンド不織布を形成することで、適度な剛性を備えており、プリーツ後の形状を長期間にわたり保持すると同時に、エレクトレット処理によって帯電性を向上させ、圧力損失の増大を招くことなく、高い除塵効率を発揮する。

本発明のエアフィルター用不織布濾材を説明する斜視図である。本発明のプリーツ濾材を備えたエアフィルターユニットを説明する斜視図である。プリーツされたフィルター濾材についての、使用状態による変形例を説明する断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、エアフィルターユニットの一例を説明する図であり、プリーツ加工した濾材の形状を説明する斜視図である。なお、エアフィルターユニットとは、プリーツ加工により、折部１，２が形成され、山高さｈ、ピッチＰの間隔にて、断面が三角形状のプリーツを形成したものである。

図２は、このプリーツの端面３及びプリーツ終末端４を別のシートで封止してエアフィルターユニットとしたものである。本発明では、この状態を以てエアフィルター製品とする。また、この封止シートには、種々の不織布やプラスチック枠材などを用いることができる。

図３は、プリーツ成形した濾材断面の使用状態を示す図である。すなわち、空気５によってプリーツの形状が変化する様子を示している。ここで、図３（Ａ）は、正常にプリーツを形成して二等辺三角形を実現した状態である。図３（Ｂ）は、プリーツ加工後に、スプリングバックや剛性不足などにより、プリーツ形状が変形し、フィルターとしては不適切な形状を示している。
更に、図３（Ｃ）は、不織布濾材の剛軟度が小さいため、通過する空気流の圧力によってプリーツが倒れ込んだ状態を示している。このような点から、プリーツを形成した不織布濾材は、適度の剛軟度と形状保持性を有することが必要である。

以下、本発明のエアフィルター用不織布濾材を構成する不織布について、詳細に説明する。
上述の如く、良好なプリーツ性を有することが、エアフィルターの性能を左右することは明らかであるが、良好なプリーツ性を得るための不織布濾材の性状の指標として、剛軟度を挙げることができる。
この剛軟度は、ガーレ式剛軟度試験機を用いＪＩＳ規格Ｌ１０８５（不織布芯地試験方法）を適用することによって測定し、定量化することができる（以下、この試験方法による剛軟度を単に「剛軟度」と記す。）。この剛軟度（単位ｍＮ）の数値が小さ過ぎる場合には、前記図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、プリーツ形状の良好な保持ができなくなる。

本発明者らは、様々な実験の結果、プリーツ性と剛軟度との間に明らかな相関があること、そして望ましい剛軟度が５〜３０ｍＮの間にあることを見出した。
すなわち、剛軟度が５ｍＮよりも小さい場合には、プリーツされた濾材が、通過する空気の風圧によって、三角山形状が変形するなど、エアフィルターとしての機能を著しく損ねることが判明した。また、剛軟度が３０ｍＮを超えると、プリーツ形成時の機械的な抵抗が増加するとともに、不織布自体の反発弾性が増大するために、均一なプリーツ形状を形成することが困難になることも明らかになった。

一方、エアフィルターの濾材としての不織布には、良好なる除塵効率と、低い圧力損失が備わることが求められている。そこで、除塵効率を高めるために、不織布自体にエレクトレット処理を施すことによって、エアフィルター濾材としての除塵効率を高めることが行われる。このエレクトレット処理は、不織布を構成する繊維を帯電し、静電気の作用によってダストを吸引するものであるが、不織布の繊維素材によっては、付加された帯電力が時間とともに減衰し、エアフィルターとして長期使用ができなくなる場合がある。
例えば、ポリエステル繊維やポリアミド繊維などの不織布素材は、その傾向が著しいため、こうした繊維を使用してフィルター用不織布を作っても、帯電を保持できず、良好な除塵効率が得られない。このため、長期にわたる帯電保持性に優れる不織布用の原綿素材として、芯部：ポリプロピレン（ＰＰ）、鞘部：ポリエチレン（ＰＥ）で構成したポリオレフィン系芯鞘短繊維（以後、ＰＰ／ＰＥ繊維ともいう）の使用が提案されている。（引用特許文献１、２参照）

しかしながら、このようなポリオレフィン系繊維素材は、繊維自体の剛性が低いため、不織布を作製しても剛性が低く、いわゆる「腰」の弱い、柔らかい不織布となり、良好なプリーツ加工性及びフィルター使用の際の通風に対する耐変形性を十分に発揮できない。

一方、不織布の作製が容易で、腰の硬い、プリーツ性が良好な繊維原綿としては、芯部：ポリエステル（ＰＥＴ）／鞘部：ポリエステル共重合体（ｃｏ−ＰＥＴ）の芯鞘短繊維（以後ＰＥＴ／ｃｏ−ＰＥＴ繊維ともいう）があるが、素材がポリエステルであるため、後述の比較例で挙げるように、エレクトレット処理を施しても、短時間のうちに帯電が減衰するために、除塵性能を維持することができない。

本発明者らは、このような問題点について鋭意検討の結果、芯部にポリエステル、鞘部にポリプロピレンを配したＰＥＴ／ＰＰ複合短繊維を用いることによって、帯電保持性、プリーツ性、及び通風時の耐変形性に優れるフィルター用濾材を得ることが可能であることを見出し、本発明とした。
すなわち、具体的には、複合短繊維の繊度は、２〜２２ｄｔｅｘの範囲から１種又は２種以上が選択される。なお、２種以上の繊維を混合使用する場合には、最終的に繊維の平均繊度が、２〜２２ｄｔｅｘの繊度範囲に収まるように選ばれることが望ましい。ここで、平均繊度が小さ過ぎる繊維を用いると、エレクトレット処理による除塵効率は高まる反面、剛軟度が低下し、プリーツ性が低下する。

一方、平均繊度が大き過ぎると、不織布の剛軟度は上昇するが、その反面、反発弾性が大きくなり、プリーツ形状が不揃いとなり、その結果、フィルター性能が低下するため、好ましくない。

また、良好なプリーツ性を得るためには、不織布濾材としての剛軟度は５〜３０ｍＮの範囲が望ましいことを前述したが、この性状を得る条件として、上述のＰＥＴ／ＰＰ複合短繊維を使用する不織布の目付範囲を５０〜２００ｇ／ｍ²、厚みを０．５〜１．５ｍｍとすることで、良好な外観を得るためのプリーツ性及び耐変形性を有するフィルターを得ることができることを見出した。また、目付がこの範囲の下限値を下回ると、不織布の剛軟度が低下し、プリーツ性と耐変形性が損なわれる。一方、目付及び厚みが上限を超えると、硬くなり過ぎ、反発性も増して好ましいプリーツ形状の形成に支障が生じるため好ましくない。

本発明における不織布濾材としては、サーマルボンド法によって作製することが好ましい。サーマルボンド不織布では、前工程として、カード機から紡出するシート状ウエブをクロスに積層する方式と、パラレル積層する方式がある。本発明においては、繊維構成と目付が同一であればクロス積層ウエブ方式、あるいはパラレル積層ウエブ方式のいずれを用いてもよい。また、サーマルボンド不織布の製造工程において、エアースルー加熱工程の後に加圧ロールを用いて、厚みを所望の大きさに調整することができる。又は、上記の紡出ウエブを直接エンボスロールに導入し、その後、熱風処理を施して、所望の厚みを持つ不織布を形成させることができる。

また、本発明のＰＥＴ／ＰＰ複合短繊維からなるサーマルボンド不織布と、より細い繊維で構成されるポリプロピレン製メルトブロー不織布を貼り合わせて２層の複合不織布濾材とすることも可能である。すなわち、本発明のサーマルボンド不織布の優れたプリーツ性と、２〜１０μｍの極細繊維で構成される各種メルトブロー不織布を組み合わせ、更に両者にエレクトレット処理を行うことにより、高度の除塵効率を有するプリーツ成形可能なエアフィルター濾材を提供することも可能である。

なお、不織布の原料となる短繊維には、機械摩擦を軽減する油剤が表面に微量添加されているのが通例であるが、本発明におけるサーマルボンド不織布の製造においては、エアースルー方式、又は、エンボス加工と加熱乾燥を組み合わせた方式を用いる。いずれの方式も加熱空気を用いるので、熱風の作用によって油剤が揮散するか、繊維樹脂内に拡散（潜り込み）して、繊維表面から消失し、油剤による帯電性への影響は生じなくなる。

以下に、実施例及び比較例を挙げ、それぞれで使用した繊維、不織布の物性、不織布の評価方法等について説明する。

まず、フィルター用不織布濾材の作製方法と、作製した不織布の評価方法を以下に説明する。
[測定試料の調製法]
ＰＥＴ／ＰＰ複合短繊維原綿（ステープル長５１ｍｍ）をカーディング機に投入し、所定の目付に繊維を配置して、シート状のウエブとし、このウエブを熱風炉内に投入する。
熱風炉内では、ウエブに１８０℃の熱風をエアースルー方式で貫通することで、繊維表面を軟化させて繊維交点を融着し、その後、炉外に排出した後に加圧ロールで連続的に加圧して厚みを調整し、不織布濾材を作製した。不織布の厚みは、ウエブの繊維目付と加圧ギャップの調整により設定した。

前記の方法により得た不織布を以下に示す方法によって、その性状と性能を評価して表１に示した。
（１）不織布の目付
試料の不織布として長さ方向より、１００×１００ｍｍの試験片を採取し、水分平衡状態の質量を測定し、１ｍ²当たりの質量に換算した。
（２）不織布の厚み
不織布試料を１００g／ｍ²の荷重の厚み計にて測定した。

（３）剛軟度
ＪＩＳＬ１０８５「不織布芯地試験方法」に基づき測定した。
（４）通気度
ＪＩＳＬ１０９６「一般織物試験方法」に基づくフラジール型通気度試験機を用いて測定した。

（５）除塵効率（表では、単に"効率"と記す。）
測定機器の形式：ＴＳＩ社製フィルター試験機８１３０
ダスト粒子：平均０．３μｍの食塩微粒子
測定空気流速：５．３ｃｍ／秒
測定面積：１００ｇ／ｍ²
（６）圧力損失
上記（５）の条件に同じ

（７）プリーツ性
本発明にて使用する各種不織布について、プリーツ機を用いてプリーツ成形を行った後に、プリーツ成形によって、プリーツの折り目が形成されて保持されているか否かを、以下の評価基準によって目視で評価した。
良好：プリーツ成形した三角形状の折り目が形成され、保持できる。
不良：プリーツ成形した折り目が不揃いか、あるいは折り目が保持できない。

（８）エレクトレット処理効果
各試料について、エレクトレット処理の効果を評価するために、エレクトレット処理の前後で除塵効率がどのように変化（増加）したかを測定し、除塵効率の増加比（倍数として下式にて算出)を求め、比較評価した。
式：エレクトレット処理効果（倍数）＝処理後の除塵効率／処理前の除塵効率
また、エレクトレット処理した試料の除塵効率は、上記の処理後、１か月後に行い、経時的に安定した除塵効率を測定した。実施例の内容及び結果については、表１に纏めて示す。また、比較例についても、表２に纏めて示す。

[実施例１]
上記の試料調製方法に従い、芯部がＰＥＴ、鞘部がＰＰ製の繊度６ｄｔｅｘ、ステープル長５１ｍｍのＰＥＴ／ＰＰ複合短繊維を用いて表１の実施例１に示す繊維組成と目付及び厚みを賦与した不織布試料１を作製した(表中では、ＰＥＴ／ＰＰと略記)。
作製した不織布試料１の測定結果を表１に示す。不織布試料１の剛軟度は８ｍＮであり、さらにこれをプリーツ機によってプリーツ成形を行ったところ、良好なプリーツ形状を得た。
次に不織布試料１のフィルター性能の評価を行うため、不織布試料１にエレクトレット処理を施し、前段落の「（８）エレクトレット処理効果」で説明した手法によって処理前後の除塵効率を各々測定し、その増加度を倍数として求めた。その結果、表１に示すように、エレクトレット処理によって、除塵効率（表中では「効率」と略記）が３．８倍に向上した。また、このエレクトレット処理によって、圧力損失（表中では「圧損」と略記）の上昇が殆ど見られないことから、エアフィルター用の不織布濾材として、十分役に立つものであることが判明した。

[実施例２]
使用したＰＥＴ／ＰＰ複合短繊維の繊度を９ｄｔｅｘとした以外は、実施例１と同様に不織布試料を作製し、作製した不織布試料の性状、プリーツ性及びフィルター性能を評価し、表１にその結果を示す。

[実施例３]
使用したＰＥＴ／ＰＰ複合短繊維の繊度を３ｄｔｅｘとした以外は、実施例１と同様に不織布試料を作製し、作製した不織布試料の性状、プリーツ性及びフィルター性能を評価し、表１にその結果を示す。

[実施例４]
実施例１での繊維構成と同じとし、不織布目付を５０ｇ／ｍ²とした以外は、実施例１と同様に不織布試料を作製し、作製した不織布試料の性状、プリーツ性及びフィルター性能を評価し、表１にその結果を示す。

[実施例５]
実施例５においては、実施例１での繊維構成と同じとし、不織布目付を１２０ｇ/ｍ²とした以外は、実施例１と同様に不織布試料を作製し、作製した不織布試料の性状、プリーツ性及びフィルター性能を評価し、表１にその結果を示す。

[実施例６]
不織布目付を２００ｇ／ｍ²とし、繊維の繊度を２ｄｔｅｘとした以外は、実施例１と同様の方法により不織布試料を作製し、作製した不織布試料の性状、プリーツ性及びフィルター性能を評価し、表１にその結果を示す。

[実施例７]
繊度が６ｄｔｅｘのＰＥＴ／ＰＰ複合短繊維を５０質量％、繊度が３ｄｔｅｘのＰＥＴ／ＰＰ複合短繊維を５０質量％混合し、実施例１と同様の方法により不織布試料を作製した。この不織布試料の性状、プリーツ性及びフィルター性能を評価し、表１にその結果を示す。

[実施例８]
繊度が６ｄｔｅｘのＰＥＴ／ＰＰ複合短繊維を５０質量％、繊度が１３ｄｔｅｘのＰＥＴ短繊維（表中では「ＰＥＴ」と略記）５０質量％を混合し、実施例１と同様の方法により不織布試料を作製し、作製した不織布試料の性状、プリーツ性及びフィルター性能を評価し、表１にその結果を示す。

[実施例９]
使用したＰＥＴ／ＰＰ複合短繊維の繊度を１１ｄｔｅｘとした以外は、実施例１と同様の方法により不織布試料を作製し、作製した不織布試料の性状、プリーツ性及びフィルター性能を評価し、表１にその結果を示す。

[実施例１０]
使用したＰＥＴ／ＰＰ複合短繊維の繊度を２２ｄｔｅｘとした以外は、実施例１と同様の方法により不織布試料を作製し、作製した不織布試料の性状、プリーツ性及びフィルター性能を評価し、表１にその結果を示す。
表１に見るように、上記実施例１〜１０の試料の剛軟度は、いずれも５〜３０ｍＮの範囲にあり、プリーツ機によるプリーツ性は良好であった。また、エレクトレット処理により、いずれの除塵効率も、圧損の上昇を伴うことなく３倍以上に向上させることができた。

[比較例１]
実施例１と同一の繊維種の繊維構成とし、目付を４０ｇ／ｍ²とした以外は、実施例１と同様に作製した不織布試料の性状、プリーツ性及びフィルター性能を評価した。その結果を表２に示すが、この試料については、目付の低下により剛軟度が不足し、良好なプリーツ性が得られなかった。

[比較例２]
実施例１と同一の繊維種の繊維構成とし、目付を２５０ｇ／ｍ²とした以外は、実施例１と同様に不織布試料を作製し、得られた不織布試料の性状、プリーツ性及びフィルター性能を評価したところ、良好なプリーツ形状が得られなかった（表２）。その理由として、この比較例２の試料では、目付と厚みが過大であり、剛軟度が大きくなり過ぎ、反発弾性が大きくなるため、プリーツの折面が蛇行してプリーツ形状を一定とすることが困難となり、プリーツを賦与するエアフィルター用不織布濾材としては、不適切である。

[比較例３]
比較例３は、芯部がポリプロピレン、鞘部がポリエチレンのＰＰ／ＰＥ複合短繊維（繊度３ｄｔｅｘ、ステープル長５１ｍｍ）を使用し、実施例１と同様の方法により不織布試料を作製した（表中では、ＰＰ／ＰＥと略記）。得られた不織布試料を評価した結果、表２に示すとおり、不織布自体の剛軟度が低く、プリーツそのものが柔らかく、風圧に耐えるエアフィルターが実現できないことが判明した。

[比較例４]
比較例４は、すべての繊維原料を全量ポリエステル繊維（表中ではＰＥＴと略記）とし、実施例１と同様の方法により不織布試料を作製し、プリーツ加工及びエレクトレット処理を行った。得られた不織布試料を評価した結果、表２に示す通り、エレクトレット処理直後から１日を経て除塵効率が急速に低下し、エレクトレットの処理後の除塵効率が上昇せず、帯電性が持続しないことが明らかとなった。

本発明の不織布は、良好なプリーツを持ちながら、良好な帯電性を併せ持ち、以て、圧損が小さく除塵効率の大きなフィルター濾材を提供するもので、塵埃を嫌う各種工業用クリーンルームのプレフィルター、家庭用、及びオフイス用空気清浄フィルター、事務機器用フィルター及び車両用キャビンフィルター等の濾材として好適である。

１・・・プリーツ形成後の不織布濾材の頂線
２・・・プリーツ形成後の不織布濾材の谷線
３・・・プリーツ形成後の不織布濾材の端部シール材
４・・・プリーツ末端のシール材
５・・・空気

Claims

芯部がポリエステル、鞘部がポリプロピレンの複合短繊維を５０質量％以上含み、目付が５０〜２００ｇ／ｍ²、厚みが０．５〜１．５ｍｍ、ガーレ剛軟度が５〜３０ｍＮのエレクトレット処理サーマルボンド不織布で構成したことを特徴とするエアフィルター用不織布濾材。
前記不織布濾材の構成繊維は、平均繊度が２〜２２ｄｔｅｘの範囲であり、少なくとも１種の繊度を持つ前記複合短繊維によって構成したことを特徴とする前記請求項１に記載のエアフィルター用不織布濾材。