JP4069057B2

JP4069057B2 - 高性能エアフィルタ

Info

Publication number: JP4069057B2
Application number: JP2003368692A
Authority: JP
Inventors: 順児玉; 豊高堂
Original assignee: Tapyrus Co Ltd
Current assignee: Tapyrus Co Ltd
Priority date: 2003-10-29
Filing date: 2003-10-29
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2023-10-29
Also published as: JP2005131485A

Description

本発明は、熱可塑性樹脂の不織布からなる高性能エアフィルタに関し、特に、帯電量を多くした熱可塑性樹脂極細繊維不織布からなる低圧力損失、高効率濾材の高性能エアフィルタに関する。

従来より、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フィルタ材として、極細繊維からなる不織布が用いられ、特に低圧力損失下で微粒子の捕集効率を高めるフィルタの材料として、不織布に電荷を付与したエレクトレット化不織布が主に用いられてきている。
これらのフィルタにおけるエレクトレット化は、主として不織布をコロナ帯電させる方法、水流を衝突させる方法などが用いられている。しかしながら、コロナ帯電させる方法では、帯電量を十分に高めるようにするためには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を有している。また、水流の衝突にによる方法では、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を有していた。

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構造体に対して、極性液体を介して超音波振動を作用させてエレクトレット化をさせる方法（例えば、特許文献１参照。）が開示され、また、メルトブロー不織布に高圧流体噴霧処理を施し、その後コロナ帯電する方法（例えば、特許文献２参照。）が開示されている。しかしながら、これらの方法は、いずれも複雑な工程を必要とし、より簡便な方法の開発が求められている。
特開２００３−２０５２１０号公報特開２００３−２２０３１０号公報

本発明の目的は、前述の問題点を解決し、帯電量を多くした熱可塑性極細繊維不織布からなる低圧力損失、高効率濾材の高性能エアフィルタを提供することにある。

本発明者らは、上記の目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、不織布の原料樹脂に特定量の脂肪酸アマイド化合物を配合した樹脂組成物から得られる不織布を水流処理した後、乾燥することにより、粒子捕集効率に優れ、低圧力損失の高性能エアフィルタ用不織布が得られることを見出し本発明を完成させた。

すなわち、本発明の第１の発明によれば、熱可塑性樹脂に脂肪酸アマイド化合物を０．０５〜３重量％配合した樹脂組成物から得られる極細繊維不織布を水流帯電法によりエレクトレット化した不織布からなることを特徴とする高性能エアフィルタが提供される。

また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、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からなる群から選ばれる少なくとも一種類の樹脂であることを特徴とする高性能エアフィルタが提供される。

また、本発明の第３の発明によれば、第１又は２の発明において、不織布が、目付け５〜１００ｇ／ｍ^２、平均繊維径２〜３０μｍ、厚み０．１〜０．６ｍｍ、通気度２０〜２００ｃｃ／ｓｅｃ／ｃｍ^２のポリプロピレンメルトブロー不織布であることを特徴とする高性能エアフィルタが提供される。

本発明のフィルタは、脂肪酸アマイド化合物を含有する熱可塑性樹脂の不織布を水流処理法によりエレクトレット化したもので、粒子捕集効率に優れ、低圧力損失の高性能エアフィルタとして用いることができる。

本発明を以下に詳しく説明する。
本発明の不織布に用いる熱可塑性樹脂は、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、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等のポリエステル、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン４６等のポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリフッ化ビニリデン、ポリアリーレンスルフィド等を挙げることができる。これらの中では、ポリオレフィン、ポリエステルが好ましく、特に、プロピレンからなる単独重合体、共重合体が細い均一な繊維構成を得やすく、かつまた、不織布強度の面から好ましい。また、これらの熱可塑性樹脂は、必要に応じて適宜ブレンドして用いることができる。

また、上記熱可塑性樹脂の２種類以上の組合せからなる複合繊維を用いてもよい。例えば、外層がポリエチレンからなり、内芯層が外層ポリエチレンより２０℃以上、好ましくは３０℃以上高い融点を有する樹脂よりなる複合繊維が挙げられる。この複合繊維においては、例えば、外層のポリエチレンとしては、超高分子量ポリエチレン、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のいずれも使用できるが、特に低密度ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等の低融点のポリエチレンが好ましい。

内芯層を構成する樹脂としては、ポリエチレンの融点より２０℃以上高い融点を有する樹脂で、ポリプロピレン、ポリ−４−メチルペンテン−１、ポリ−３−メチルブテン−１、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、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアリーレンスルフィド、ポリアリーレンオキシド等の樹脂が挙げられ、特に、好ましくはポリプロピレンである。

内芯層の太さは、繊維径の１／５〜４／５程度であることが、外層の接着性と内芯層による形状保持効果を保つ上で望ましく、内芯層の位置は繊維の中心であっても偏芯していてもよい。
鞘の材質がポリエチレンであると、不織布製造時の熱エンボス処理や熱カレンダー処理の加工工程をより低温で行うことができるために好ましい。また、メルトブロー法ポリプロピレン不織布のポリプロピレンの結晶化温度においてポリエチレン部分を融解させてポリプロピレン繊維との結合度を増すことになり好都合である。さらに、鞘のポリエチレンが溶融しても、芯の部分は溶融せず、繊維としての形状が保持され、かつ強度も保持される。

本発明において、上記熱可塑性樹脂に配合して用いる脂肪酸アマイド化合物は、熱可塑性樹脂のメルトブロー不織布繊維の水流によるエレクトレット化帯電率を向上させる機能を有する化合物である。本発明で用いることのできる脂肪酸アマイド化合物としては、脂肪酸、不飽和脂肪酸のモノアマイド類、ビスアマイド類が挙げられ、例えば、ステアリン酸アマイド、バルミチン酸アマイド、ベヘニン酸アマイド、ミリスチン酸アマイド、エルカ酸アマイド、オレイン酸アマイド、カプリル酸アマイド、カプリン酸アマイド、リノール酸アマイド、リノレン酸アマイド、リジノールサンアマイド、パルミトレイン酸アマイド、ラウリン酸アマイド、アラキド酸アマイド、アラキジン酸アマイド、エイコセン酸アマイド、ブライジン酸アマイド、エライジン酸アマイド、Ｎ−ステアリルエルカ酸アマイド、Ｎ−（２−ハイドロキシメチル）・ステアリン酸アマイド、Ｎ−（２−ハイドロキシエチル）ラウリン酸アマイド、エチレンビスオレイン酸アマイド、エチレンビスステアリン酸アマイド、メチレンビスステアリン酸アマイド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アマイド、ヘキサメチレンビスエルカ酸アマイド、オクタメチレンビスエルカ酸アマイド等を挙げることができる。

本発明において、熱可塑性樹脂に配合する脂肪酸アマイド化合物の配合量は、熱可塑性樹脂に対して０．０５〜３重量％、好ましくは０．５〜２重量％である。配合量が０．０５重量％未満では繊維の電荷の維持効果が小さく、３重量％を超えると効果の飽和とともに、配合物が不織布化工程で分解し製品の着発色、臭気、揮発成分の生成などの副作用が起きやすくなり好ましくない。

本発明の不織布は、上記の熱可塑性樹脂に脂肪酸アマイド化合物を配合した樹脂組成物を用い、メルトブロー法、スパンボンド法、乾式法、湿式法等で製造して得られる。
特にポリオレフィンを用いたメルトブロー法不織布としては、目付けは、好ましくは５〜１００ｇ／ｍ^２であり、より好ましくは１０〜４０ｇ／ｍ^２である。平均繊維径は、好ましくは２〜３０μｍであり、より好ましくは４〜２５μｍである。厚みは、好ましくは０．１〜０．６ｍｍであり、より好ましくは０．２〜０．４ｍｍである。通気度は、好ましくは２０〜２００ｃｃ／ｓｅｃ／ｃｍ^２であり、より好ましくは３０〜１５０ｃｃ／ｓｅｃ／ｃｍ^２である。このような物性を有するポリプロピレンメルトブロー不織布がエアーフィルタとして用いるのに好ましい。
また、ポリオレフィンを用いたスパンボンド法不織布としては、目付重量は、好ましくは５〜１００ｇ／ｍ^２であり、より好ましくは１０〜４０ｇ／ｍ^２である。平均繊維径は、好ましくは１０〜３０μｍであり、より好ましくは１０〜２０μｍである。厚みは、好ましくは０．１〜０．６ｍｍであり、より好ましくは０．２〜０．４ｍｍである。通気度は、好ましくは１００〜４００ｃｃ／ｓｅｃ／ｃｍ^２であり、より好ましくは１５０〜３００ｃｃ／ｓｅｃ／ｃｍ^２である。このような物性を有すポリプロピレンスパンボンド不織布がエアーフィルタとして用いるのに好ましい。

本発明における不織布のエレクトレット化は、水の噴流または水滴流を衝突させる方法による。水の噴流または水滴流を衝突させる方法としては、特に限定されず、不織布に水が満遍なく浸透状態にすることができる下記の方法が好ましい。
例えば、熱可塑性樹脂を多数の紡糸孔を設けた口金から溶融紡出し、その紡出糸を下方のネットに捕集して不織布にする際、口金からネットまでの紡出糸に水を噴射又は噴霧し、紡出糸を捕集して得た不織布を乾燥してエレクトレット化シートにする方法が挙げられる。このように溶融紡糸と同時に直接不織布を製布する際、口金から捕集ネットまでの紡出糸に水を噴射又は噴霧したのちネット上に不織布を形成するので、その不織布に水が満遍なく浸透状態になり、この不織布を乾燥することで高品質、高性能のエレクトレット化シートにすることができる。しかも、紡糸から一工程でエレクトレット化シートを得ることができ、また製造設備は、紡糸設備、水の噴射又は噴霧設備、乾燥設備などであるので、従来の高電圧発生設備に比べて低廉になり、かつ安全維持管理を低コストで行うことができる。

また、予め製造した熱可塑性樹脂の不織布シートを走行させながら該シートにスリット状の吸引ノズルをシート幅方向に横切るように接触させると共に、該接触部の反対側のシート面を水面に接触又は浸漬させ、該吸引ノズルから水をシート厚さ方向に貫通するように吸引して該不織布シート内に水を浸透させ、次いで該不織布シートを乾燥する方法が挙げられる。このように不織布シートを走行させながら、そのシートにスリット状の吸引ノズルを接触させ、その接触部の反対側のシート面を水面に接触又は浸漬させて、吸引ノズルから水を吸引することにより、水をシート厚さ方向に貫通するように移動させるため、シート内部の厚さ方向全体に水を浸透させることができる。しかも、吸引ノズルをシート幅方向を横切るように配置し、かつシートを走行させながら吸引を行うから、上記シート厚さ方向全体の水の浸透作用をシート全面に満遍なく行き渡らせる。したがって、このシートを乾燥すると、シート全面に電荷が均一かつ高密度に帯電したエレクトレット化シートを得ることができる。
また、上記浸透作用は、スリット状の吸引ノズルを非導電性繊維シートに接触させた箇所だけで局部的な水の吸引操作だけでよいため、小さな水槽で達成することができ、大型水槽は不要になる。したがって、製造装置を可及的にコンパクトにすることができ、また従来の高電圧発生設備が不要であるため安全且つ低コストにすることができる。

さらに、予め製造した熱可塑性樹脂の不織布シートに５ＧＰａ以上の水圧でウォータージェットを吹付け、次いで該不織布シートを乾燥する方法が挙げられる。この方法では、高圧の水圧により、水をシート厚さ方向に貫通させ、シート内部の厚さ方向全体に水を浸透させることができる。したがって、このシートを乾燥すると、シート全面に電荷が均一かつ高密度に帯電したエレクトレット化シートを得ることができる。

また、本発明のフィルタは、上記熱可塑性樹脂に脂肪酸アマイド化合物を配合した樹脂組成物から得られるエレクトレット化不織布にプリーツ加工等の機能を付与するために他の不織布を積層して用いても良い。積層できる不織布としては、ケミカルボンド不織布、乾式不織布、サーマルボンド乾式不織布、湿式不織布等を挙げることができる。

本発明のフィルタは、脂肪酸アマイド化合物が配合された熱可塑性樹脂から得られている不織布を水流によるエレクトレット化しているので、帯電量は高くなり、空気清浄用フィルタ、マスク、自動車用キャビンフィルタ、ワイパー等に有効に用いることができる。

本発明を以下の実施例、比較例によって具体的に説明する。なお、物性の測定は以下の方法を用いて行った。
（１）平均繊維径：試験片の任意な５箇所を電子顕微鏡で５枚の写真撮影を行い、１枚の写真につき２０本の繊維の直径を測定し、これら５枚の写真について行い、合計１００本の繊維径を平均して求めた。
（２）目付け：試料長さ方向より、１００×１００ｍｍの試験片を採取し、水分平衡状態の重さを測定し、１ｍ^２当たりに換算して求めた。
（３）厚み：試料長さ方向より、１００×１００ｍｍの試験片を採取し、ダイヤルシックネスゲージで測定した。
（４）捕集効率：０．３μｍのＮａＣｌ粒子の試験用粉塵含有空気を９５Ｌ／ｍｉｎの流量で通過させ、ＪＩＳＺ８８１３に準じた光散乱光量積算方式により、通過前通過後の粉塵濃度を同時に連続的に測定し、次式により、捕集効率を求めた。
捕集効率（％）＝（通過後の粉塵濃度（ｍｇ／ｍ^２）−通過前の粉塵濃度（ｍｇ／ｍ^２））／（通過前の粉塵濃度（ｍｇ／ｍ^２）×１００
（５）圧力損失：捕集効率の試験と並行してアネロイド式圧力計を用い、０．３μｍのＮａＣｌ粒子の試験用粉塵含有空気の通過前後の圧力を測定し、その差圧を求めた。

（実施例１）
メルトフローレート５０ｇ／１０分のホモポリプロピレン（ＰＰ）に対し、２重量％のエチレンビスステアリン酸アマイド（日本化成（株）製スリパックス−Ｅ）を配合した樹脂組成物を押出機によって溶融可塑化し、ポリマーラインを経て、ダイ幅２０インチ、ノズル孔が１０インチ当たり３００孔、エアギャップ１．０ｍｍ、セットバック１．０ｍｍのノズルピースにより樹脂全吐出量７ｋｇ／ｈｒ、ダイ温度３００℃、空気温度３００℃、空気流量１５Ｎｍ^３／ｈｒ、ダイ−コンベア距離２００ｍｍで、加熱された圧縮空気とともに大気中に吐出し、これを回転スクリーン上に連続的に捕集させ、スクリーンの移動速度を適当に調節して、平均繊維径４μｍ、目付け４０ｇ／ｍ^２、厚み０．１９ｍｍのメルトブロー不織布を得た。
次に、得られたメルトブロー不織布の片面に水を噴霧し、水の通過量が約１Ｌ／ｍ^２になるように反対側から吸引を行い、その後８０℃の温度で乾燥してエレクトレット化フィルタを得た。得られたフィルタの捕集効率及び圧力損失を測定した。その結果を表１に示す。

（比較例１）
エチレンビスステアリン酸アマイドを配合しないポリプロピレンを用い、コロナ放電法によりエレクトレット化する以外は、実施例１と同様にしてフィルタを得た。得られたフィルタの捕集効率及び圧力損失を測定した。その結果を表１に示す。

（比較例２）
エチレンビスステアリン酸アマイドを配合しないポリプロピレンを用いる以外は、実施例１と同様にしてフィルタを得た。得られたフィルタの捕集効率及び圧力損失を測定した。その結果を表１に示す。

（比較例３）
エレクトレット化をコロナ放電処理による以外は、実施例１と同様にしてフィルタを得た。得られたフィルタの捕集効率及び圧力損失を測定した。その結果を表１に示す。

本発明のフィルタは、脂肪酸アマイド化合物を含有する熱可塑性樹脂の不織布を水流処理法によりエレクトレット化したもので、粒子捕集効率に優れ、低圧力損失の高性能エアフィルタとして、ビル空調用フィルタ、キャビンフィルタ、マスク用として有用である。

Claims

熱可塑性樹脂に脂肪酸アマイド化合物を０．０５〜３重量％配合した樹脂組成物から得られる極細繊維不織布を水流帯電法によりエレクトレット化した不織布からなることを特徴とする高性能エアフィルタ。
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からなる群から選ばれる少なくとも一種類の樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の高性能エアフィルタ。
不織布が、目付け５〜１００ｇ／ｍ^２、平均繊維径２〜３０μｍ、厚み０．１〜０．６ｍｍ、通気度２０〜２００ｃｃ／ｓｅｃ／ｃｍ^２のポリプロピレンメルトブロー不織布であることを特徴とする請求項１又は２に記載の高性能エアフィルタ。