複合ろ材の製造方法
複合ろ材の製造方法は、例示的実施態様において、複数の合成繊維を含む不織布マットをスパンボンド法によって形成すること、およびエンボスカレンダーロールによって不織布マットをカレンダー加工して、複数の実質的に平行な不連続線の結合域を含む結合域パターンを形成し、合成繊維を結合して不織布を形成することを含み、不織布の濾過効率が、ＥＮ １８２２（１９９８）試験手順に従って測定した場合に約３５％〜５０％未満である。この方法はまた、ポリマー溶液をエレクトロブローン紡糸して、不織布マットの少なくとも１つの面の上に複数のナノ繊維を形成することによりナノ繊維層を施して、複合ろ材を形成することも含み、複合ろ材の最小濾過効率は、ＥＮ １８２２（１９９８）試験手順に従って測定した場合に約７０％である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は一般に、複合不織ろ材に関し、さらに詳細には、ナノ繊維をベースにした層が少なくとも１つの表面に施されているスパンボンド不織ろ材に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のろ材複合構造体の中には、基材を製造するための湿式紙製造方法、および軽量ナノ繊維被覆をろ材基材の片面または両面に付着させるエレクトロスパン（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｓｐｕｎ）技術を採用しているものがある。典型的には、ろ材基材の坪量は１００〜１２０グラム／平方メートル（ｇ／ｍ2）であり、ナノ繊維層の坪量は０．１ｇ／ｍ2以下である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
軽量ナノ繊維層は大きな機械的ストレスが加えられると損傷しやすいことが知られているが、それは特に、ナノ繊維層が、５００ナノメートル（ｎｍ）未満、より典型的には１００ｎｍ未満の直径を有する繊維から形成されるためである。従来のエレクトロスパン繊維の場合、ナノ繊維とベースろ材との間の、極性引力に基づく引力結合（ａｔｔｒａｃｔｉｏｎ ｂｏｎｄｓ）が比較的弱いため、ナノ繊維がろ材から脱落する「脱落」の問題があることが知られている。また、周知のエレクトロスパンナノ繊維層は、構造が２次元であるか、または厚さが単一の繊維層であり、ナノ繊維層がひび割れるか破れると、粉塵が容易にベースろ材基材に浸透しうる。ナノ繊維層が損傷した後、ベースろ材への粉塵の浸透が可能になり、フィルターの作業時圧力降下（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ）の増大をもたらすことになる。さらに、周知のろ材基材には機械的ストレスの限界もあり、ろ材基材は大きな粉塵負荷のもとで変形しやすい。
【０００４】
こうした周知のろ材複合構造体は、発電ガスタービンの流入空気を濾過するのに使用される場合、フィルターの耐用期間の間ずっと、フィルターへの細塵微粒子の浸透が可能になりうる。典型的には、この周知のろ材タイプは、周知の作業流量でＥＮ １８２２（１９９８）試験手順に従って試験した場合に、（典型的には、７．０ｍｍＨ2Ｏより大きい圧力降下で）およそ５５％の０．４μｍ粒子の捕捉率（ｃａｐｔｕｒｅ）および３００未満の品質係数をもたらす、新たなまたは真新しい電気的に中性の作業効率を有することになる。この初期効率の低さのため、１５〜２０ポンドもの粉塵が、２４，０００時間の耐用期間にわたって周知のろ材に浸透しうることが知られている。長時間にわたってタービン羽根を粉塵にさらすと、タービン羽根の深刻かつ破局的な付着および侵食を引き起こしかねない。タービン羽根をきれいにする現行の手順では、タービンを定期的にオフラインにして、羽根を水洗浄してきれいにする必要がある。タービンの停止時間は、タービンが作動せず、それゆえに発電が制限されるので、高価なものとなる。タービン羽根の掃除及び／または損傷した羽根の交換を行うためのタービン停止時間を削減または除去するために、同様の圧力降下または低減された圧力降下で、周知のろ材よりも高い効率のろ材を提供することが望まれるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの態様では、複合ろ材の製造方法が提供される。この方法は、複数の合成繊維を含む不織布マットをスパンボンド法（ｓｐｕｎｂｏｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ）によって形成すること、およびエンボスカレンダーロール（ｅｍｂｏｓｓｉｎｇ ｃａｌｅｎｄｅｒ ｒｏｌｌｓ）によって不織布マットをカレンダー加工して、複数の実質的に平行な不連続線の結合域を含む結合域パターンを形成し、合成繊維を結合して不織布を形成することを含み、不織布の濾過効率が、ＥＮ １８２２（１９９８）試験手順に従って測定した場合に約３５％〜５０％未満である。この方法はまた、ポリマー溶液をエレクトロブローン紡糸（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｂｌｏｗｎ ｓｐｉｎｎｉｎｇ）して、不織布マットの少なくとも１つの面の上に複数のナノ繊維を形成することによって、ナノ繊維層を施して複合ろ材を形成することも含み、複合ろ材の最小濾過効率は、ＥＮ １８２２（１９９８）試験手順に従って測定した場合に約７０％である。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】複合ろ材の例示的実施態様の断面図である。
【図２】図１に示す繊維の顕微鏡写真である。
【図３】図１に示すベースろ材基材の顕微鏡写真である。
【図４】図１に示すベースろ材基材の結合パターンの平面図である。
【図５】図１に示すろ材を組み込んだフィルターカートリッジの側面図である。
【図６】図４に示すフィルターカートリッジを組み込んだフィルターアセンブリの斜視図である。
【図７】例示的実施態様による様々な坪量のベースろ材基材の、０．３ミクロンでの分別効率を示す棒グラフである。
【図８】ナノ繊維層を含む場合と含まない場合の比較ベースろ材基材と比べた、例示的実施態様によるナノ繊維層を含む場合と含まない場合のベースろ材基材の、０．３ミクロンでの分別効率を示す棒グラフである。
【図９】ナノ繊維層を含む場合と含まない場合の比較ベースろ材基材と比べた、例示的態様によるナノ繊維層を含む場合と含まない場合のベースろ材基材 対 圧力降下を示す棒グラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
フィルターアセンブリ用の複合ろ材について、以下に詳細に記述する。例示的実施態様では、複合ろ材は、独特のスパンボンド法によって２つの繊維層から形成される合成不織布のろ材基材を含む。ナノ繊維層は、ろ材基材の少なくとも１つの面の上に付着させる。複合ろ材は、欧州標準ＥＮ １８２２（１９９８）試験手順に従って試験した場合に、０．４μｍ粒子の保持捕捉率（ｒｅｔａｉｎｅｄ ｃａｐｔｕｒｅ）が約７０％以上である初期濾過効率となり、周知のろ材と比べて性能が約１５％増大する。加えて、複合ろ材は、周知のろ材よりも圧力降下が３０％を超えて抑えられ、効率が７０％になる。この方法は、複数の合成繊維を含む不織布マットをスパンボンド法によって形成すること、およびエンボスカレンダーロールによって不織布マットをカレンダー加工して、複数の実質的に平行な不連続線の結合域を含む結合域パターンを形成し、合成繊維を結合して不織布を形成することを含み、不織布の濾過効率が、ＥＮ １８２２（１９９８）試験手順に従って測定した場合に約３５％〜５０％未満である。
【０００８】
複合ろ材は、周知のろ材よりも耐久性がある。また濾過作業および逆洗浄作業の間にろ材に加わる力によるろ材のたわみが少なくなるため、圧力降下量（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ ｂｕｉｌｄ−ｕｐ）が抑えられる。複合ろ材は、約３７０より大きい品質係数（Ｑf）、好ましい実施態様では、約４４０より大きい品質係数（Ｑf）を有しうる。また、複合ろ材は、ＥＮ−１８２２（１９９８）に従って測定した場合に抵抗（または圧力降下）が４．０ｍｍ未満（水）でありうるし、ベースろ材基材は、ＥＮ−１８２２（１９９８）に従って測定した抵抗が約２．５ｍｍ（水）未満である。さらに、ナノ繊維膜層は、周知のろ材よりも坪量が大きく、そのため、逆パルス洗浄において、周知のろ材よりもいっそう効率的にろ材をきれいにすることが可能である。ナノ繊維層の坪量が大きいと、豊富な蛇行経路を有する耐久性のある三次元表面濾過層がもたらされるが、そうした蛇行経路により、実質的に空気流を制限したり、圧力降下を大きくしたりすることなく、高効率および微粒子の捕捉が可能になる。
【０００９】
「品質係数（Ｑf）」とは、Ｑf＝−２５０００・ｌｏｇ（Ｐ／１００）／Δｐという式で定義されるパラメーターを意味する。ここで、「Ｐ」＝粒子浸透率（％）であり、「Δｐ」＝ろ材での圧力降下（パスカル）である。
【００１０】
「抵抗」とは、ＥＮ １８２２（１９９８）に記載されている試験方法を用いて測定した場合の抵抗（圧力降下）を意味する。
【００１１】
図面に関して言えば、図１は、ろ材１０の例示的実施態様の断面図である。ろ材１０は、第１面１４と第２面１６とを有するベースろ材基材１２を含む。ナノ繊維層２０は、ろ材基材の第１面１４に付着している。別の実施態様では、ナノ繊維層２０は第２面１６に付着しており、別の実施態様では、ナノ繊維層２０は第１面と第２面（１４と１６）のそれぞれに付着している。
【００１２】
ろ材基材１２は、スパンボンド法を用いて合成繊維から形成される不織布である。不織布は、二重繊維断面形状を含む。好適な二重繊維層断面は、円形構造またはトリローバル（ｔｒｉｌｏｂａｌ）構造を有する繊維形状を持つことができる。また図２に関して言えば、例示的実施態様では、二重繊維断面３０は、円柱形状の繊維３２の層とトリローバル形状の繊維の層３３を含む。繊維３２および３３は、噴射口に通してメルトスパン（ｍｅｌｔｓｐｕｎ）して複数の長繊維にするが、それらは均一に付着して三次元ランダムウェブになる。その後、ウェブを加熱し、エンボスカレンダー加工（ｅｍｂｏｓｓｅｄ ｃａｌｅｎｄｅｒｅｄ）する。それにより、ウェブは熱的に結合して、合体したスパンボンド布３６（図３に示す）になる。カレンダーロールのエンボスパターンの接触による熱で、熱可塑性繊維３０は軟化または溶融し、それにより、カレンダーロールのエンボスパターンの接点で不織繊維は結合する。温度は、少なくとも繊維３０の軟化または溶融が起こるように選択する。１つの実施態様では、温度は約９０℃〜約２４０℃である。冷却後に繊維３２および３３を溶融し、再固化することによって、繊維の望ましい結合が生じる。
【００１３】
円形繊維３２は直径が約１８ミクロン〜約２３ミクロンであり、トリローバル繊維３３は断面２点間距離（ｐｏｉｎｔ ｔｏ ｐｏｉｎｔ ｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎ ｄｉｓｔａｎｃｅｓ）が約２２〜３０ミクロンである。
【００１４】
図４に関して言えば、ベースろ材１２上の結合パターン４０により、ベースろ材１２の耐久性は満足のいくものとなり、それと共により多くの繊維を濾過に使用できるので、濾過効率が増大する。結合パターン４０は、ベースろ材１２の端から端にわたって延びている複数の平行な結合域の不連続線４２を含む。不連続線４２の非結合域４４の位置が、隣接した不連続線４２の結合域４６と一直線上に並ぶように、結合域の平行な不連続線４２は互いにずらされている。例示的実施態様では、ベースろ材１２の坪量は、約１００ｇ／ｍ2〜約３３０ｇ／ｍ2であり、別の実施態様では、約１００ｇ／ｍ2〜約２２０ｇ／ｍ2である。
【００１５】
任意の好適な合成繊維を使用して、ろ材基材１２の不織布を作ることができる。円形繊維３２およびトリローバル繊維３３用の好適な材料としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、熱可塑性ポリウレタン、ポリエーテルイミド、ポリフェニルエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、アラミド、およびそれらの混合物があるが、これらに限定されない。
【００１６】
例示的実施態様では、ナノ繊維層２０は、ポリマー溶液を紡糸ノズルに供給し、高電圧を紡糸ノズルにかけ、紡糸ノズルの下端部に圧縮空気を注入しながらポリマー溶液を紡糸ノズルに通して放出することを含む、エレクトロブローン紡糸法によって形成される。印加する高電圧は、約１ｋＶ〜約３００ｋＶの範囲である。ナノ繊維を形成するエレクトロブローン紡糸法および使用する特有の装置については、米国特許出願公開第２００５／００６７７３３２号明細書に詳細に記載されている。エレクトロブローン紡糸法では、周知のろ材上にある周知のナノ繊維濾過層よりも厚い耐久性のあるナノ繊維の三次元濾過層が得られる。例示的実施態様では、ナノ繊維層２０の坪量は約０．６ｇ／ｍ2〜約２０ｇ／ｍ2であり、別の実施態様では、約２ｇ／ｍ2〜約２０ｇ／ｍ2であり、別の実施態様では、約５ｇ／ｍ2〜約１０ｇ／ｍ2であり、別の実施態様では、約１．５ｇ／ｍ2〜約２．５ｇ／ｍ2である。ナノ繊維層２０中のナノ繊維は、平均直径が約５００ｎｍ以下である。
【００１７】
ほかの実施態様では、ナノ繊維層２０は、電気紡糸（ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ）、遠心紡糸、またはメルトブローイングによって形成することができる。伝統的な電気紡糸は、高電圧を溶液中のポリマーに加えてナノ繊維と不織マットを作り出す、米国特許第４，１２７，７０６号明細書に詳述されている技術である。しかし、電気紡糸法における全押出量は、もっと重い坪量のウェブを形成する際に商業的に実現可能であるためには、あまりに少なすぎる。遠心紡糸は、繊維形成方法であって、少なくとも１種の溶剤中に溶かされた少なくとも一種のポリマーを有する紡糸溶液を、回転円錐形ノズルを有する回転式噴霧器へ供給するステップを含む。ノズルは凹形の内部表面と前方表面放出エッジとを有する。凹形の内部表面に沿って回転式噴霧器を通って紡糸溶液が移動し、ノズルの放出エッジの前方表面に向かって紡糸溶液を散布する。紡糸溶液から別々の繊維の流れが生じ、溶剤を蒸発させながら電場の存在下または不存在下で高分子繊維を製造する。形成流体（ｓｈａｐｉｎｇ ｆｌｕｉｄ）はノズルの周囲を流れて、紡糸溶液を回転式噴霧器から遠のかせることができる。繊維が収集器上に回収され、ナノ繊維ウェブを形成する。さらに、メルトブローイングについては、米国特許第６，５２０，４２５号明細書中に詳細に記載されている。
【００１８】
エレクトロブローン紡糸法によってナノ繊維を形成するのに好適なポリマーは、熱可塑性ポリマーに限定されず、熱硬化性ポリマーも含まれうる。好適なポリマーとしては、ポリイミド、ポリアミド（ナイロン）、ポリアラミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルイミド、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリアニリン、ポリエチレンオキシド、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、スチレンブタジエンゴム、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルブチレン、ポリアセタール、ポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィン、セルロースエーテルとセルロースエステル、ポリアルキレンスルフィド、ポリアリーレンオキシド、ポリスルホン、変性ポリスルホンポリマー、およびそれらの混合物があるが、これらに限定されない。また、一般的な種類のポリ（塩化ビニル）、ポリメタクリル酸メチル（および他のアクリル樹脂）、ポリスチレン、およびこれらのコポリマー（ＡＢＡ型ブロックコポリマーを含む）、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリ（塩化ビニリデン）、ポリビニルアルコール（架橋型および非架橋型の様々な度合いの加水分解度（８７％〜９９．５％）のもの）およびこれらのコポリマーまたは誘導体化合物の範疇に入る材料を使用できる。ポリアミド縮合重合体の１つの好適な種類は、ナイロン材料（ナイロン−６、ナイロン−６，６、ナイロン６，６−６，１０など）である。ポリマー溶液は、選択したポリマーを溶かす溶剤を選択して調製する。ポリマー溶液は、添加剤（例えば、可塑剤、紫外線安定剤、架橋剤、硬化剤、反応開始剤など）と混ぜ合わせることができる。ポリマーの溶解には、特定のどんな温度範囲も必要でない場合もあるが、溶解反応を促進するには加熱が必要になることがある。
【００１９】
繊維ポリマーのＴgを下げるために、上述のさまざまなポリマーに可塑剤を添加するのが有利でありうる。好適な可塑剤は、ポリマー、ならびにナノ繊維層の特定の最終用途によって異なるであろう。例えば、ナイロンポリマーは、水で可塑化するか、または電気紡糸またはエレクトロブローン紡糸法の工程で残る残留溶剤で可塑化することさえもできる。ポリマーのＴgを下げるのに有用でありうる他の可塑剤として、脂肪族グリコール類、芳香族のスルファノミド（ｓｕｌｐｈａｎｏｍｉｄｅｓ）、フタル酸エステル（限定されないが、フタル酸ジブチル、ジヘキシル（ｄｉｈｅｘｌ）フタレート、ジシクロヘキシルフタレート、ジオクチルフタレート、ジイソデシルフタレート、ジウンデシルフタレート、ジドデカニルフタレート（ｄｉｄｏｄｅｃａｎｙｌ ｐｈｔｈａｌａｔｅ）、およびジフェニルフタレートを含む）などが含まれるが、これらに限定されない。
【００２０】
図５は、ろ材１０から形成されたフィルターエレメント５０の側面図である。例示的実施態様では、ろ材１０は複数のプリーツ５２を含む。フィルターエレメント５０は、第１エンドキャップ５４と反対側の第２エンドキャップ５６を含み、ろ材１０がエンドキャップ５４と５６との間に延在している。フィルターエレメント５０は、内部導管５８を有する管状の形をしている（図６に示す）。フィルターエレメント５０は、形状が円柱形であるが、図６に示すように円錐形であってもよい。フィルターエレメント５０が構造的に一体になるように、かつ／またはろ材１０を支持するために、フィルターエレメント５０は内側支持ライナー及び／または外側支持ライナーを含むこともできる。
【００２１】
図６は、管用シート（ｔｕｂｅ ｓｈｅｅｔ）６２に、端と端が接するような仕方で（ｉｎ ａｎ ｅｎｄ ｔｏ ｅｎｄ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ）ペアにして取り付けられた複数のフィルターエレメント５０を含む、フィルターアセンブリ６０の斜視図である。管用シート６２は、フィルターアセンブリ６０の汚れた空気の側ときれいな空気の側とを隔てている。パルス空気でフィルターエレメント５０をきれいにするための洗浄システム６４は、給気管６８に取り付けられた複数の空気ノズル６６を含む。フィルターエレメント５０の内部導管５８中に誘導される圧縮空気のパルスを用いて、集められたゴミおよび粉塵を取り去ってフィルターエレメント５０をきれいにする。
【００２２】
様々な坪量を有するベースろ材基材１２試験試料のフラットシートを、ＥＮ １８２２（１９９８）試験方法に従ったフラットシート分別効率試験で、比較ベースろ材基材と比較した。ＤＥＨＳ粒子を含む空気を、約５．３ｃｍ／ｓの流量で誘導してそれぞれの試験試料中を通過させた。図７は、スパンボンドベースろ材１２の比較試験および向上した濾過効率性能のグラフ表示を示す。棒Ａは、坪量が１６５ｇ／ｍ2であるベース基材１２を表し、および棒Ｂは坪量が２３０ｇ／ｍ2である比較ベース基材を表す。棒Ｃは、坪量が１３０ｇ／ｍ2である比較ベースろ材基材を表す。ベースろ材基材はナノ繊維層を含んでいなかった。ベースろ材基材１２は、５．３ｃｍ／ｓで試験した０．３ミクロンの粒径では、比較ベースよりも効率が高い。
【００２３】
ベースろ材基材１２のフラットシートおよびナノ繊維層２０を含むベースろ材基材１２のフラットシートを、ＥＮ １８２２（１９９８）試験方法に従ったフラットシート分別効率試験で、ナノ繊維層を含む場合と含まない場合の比較ベースろ材基材と比較した。０．３ミクロンのＤＥＨＳ粒子を含む空気を、約５．３ｃｍ／ｓの流量で誘導してそれぞれの試験試料を通過させた。図８は、比較試験のグラフ表示を示す。棒Ａは１６５ｇ／ｍ2の場合のベースろ材基材１２を表し、棒Ｂはナノ繊維層２０を含む１６５ｇ／ｍ2の場合のベースろ材基材１２を表す。棒Ｃは、比較ベースろ材基材を表し、棒Ｄはナノ繊維層を含む比較ベースろ材基材を表す。ナノ繊維層２０を含む場合と含まない場合のベースろ材基材１２は、ナノ繊維層を含む場合と含まない場合の比較ベース基材よりも効率が高かった。
【００２４】
ベースろ材基材１２のフラットシートおよびナノ繊維層２０を含むベースろ材基材１２のフラットシートを、ＥＮ １８２２（１９９８）試験方法に従ったフラットシート圧力降下試験で、ナノ繊維層を含む場合と含まない場合の比較ベースろ材基材と比較した。ＤＥＨＳ粒子を含む空気を、約５．３ｃｍ／ｓの流量で誘導してそれぞれの試験試料中を通過させた。図９は、比較試験のグラフ表示を示す。棒Ａは比較ベースろ材基材を表し、棒Ｂはナノ繊維層を含む比較ベースろ材基材を表す。棒Ｃは１６５ｇ／ｍ2の場合のベースろ材基材１２を表し、棒Ｄはナノ繊維層２０を含む１６５ｇ／ｍ2の場合のベースろ材基材１２を表す。ナノ繊維層２０を含む場合と含まない場合のベースろ材基材１２は、ナノ繊維層を含む場合と含まない場合の比較ベース基材よりも圧力降下が抑えられた。
【００２５】
ろ材１０から形成された上述のフィルターエレメント５０は、ほとんどどんな応用分野でも空気流を濾過するのに使用でき、例えば、ガスタービンの吸気口の空気の濾過に使用できる。ろ材１０の特有の構造体は、周知のろ材よりも耐久性がある。また濾過作業および逆洗浄作業の間にろ材に加わる力によるたわみが少なくなるため、圧力降下量が比較的抑えられる。周知のフィルターエレメントの効率が約５０〜５５％であるのと比べて、フィルターエレメント５０では、エアロゾルまたは粉塵の最大透過粒子径（ｍｏｓｔ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ）（約０．３〜約０．４ミクロン）での捕捉率が約７０％よりも大きいという平均効率がもたらされうる。また、ナノ繊維層２０は、周知のろ材よりも坪量が大きく、そのため、逆パルス洗浄において、ろ材１０は、周知のろ材よりもいっそう効率的にきれいにすることができる。さらに、ナノ繊維層２０の坪量が大きいと、豊富な蛇行経路を有する耐久性のある三次元表面濾過層がもたらされるが、そうした蛇行経路により、空気流を制限したり圧力降下を大きくしたりすることなく、高効率および微粒子の捕捉が可能になる。
【００２６】
実施例１および２ならびに比較例３〜７のろ材の例は、実施態様のろ材１０と周知のろ材との比較を示している。実施例１および２および比較例３〜７のそれぞれのろ材について、効率、抵抗および品質係数を測定した。効率はＥＮ−１８２２（１９９８）試験手順に従って測定し、抵抗はＥＮ−１８２２（１９９８）に従って測定し、品質係数Ｑfは上述のようにして計算した。
【００２７】
実施例１は、円形繊維とトリローバル繊維とを含むスパンボンドポリエステル・二重層のベースろ材基材であり、実施例２は、実施例１のベースろ材基材に、エレクトロブローン紡糸法によって形成された２ｇ／ｍ2のナノ繊維層を加えたものである。比較例３は、周知の乾式（ｄｒｙｌａｉｄ）ポリエステルベースろ材基材であり、比較例４は、比較例３の周知の乾式ポリエステルベースろ材基材に、２ｇ／ｍ2のナノ繊維層を加えたものである。比較例５は、湿式合成紙に０．５ｇ／ｍ2未満のナノ繊維層を加えたものである。比較例６は湿式合成紙であり、比較例７は、実施例６の湿式合成紙に２０ｇ／ｍ2のメルトブローン繊維層を加えたものである。例の結果を以下の表１に示す。実施例２を比較例４、５、および７の複合材と比較すると、抵抗を低減しても効率が犠牲にされておらず、これにより、高い関連した品質係数値が得られる。
【００２８】
【表１】
【００２９】
本明細書では、実施例を用いて、最良の態様を含む本発明を開示し、また装置またはシステムの製造および使用ならびに採用されている方法の実施を含め、本発明を当業者が実施できるようにしている。本発明の特許性のある範囲は、請求項によって定められており、当業者が思いつく他の実施例を包含しうる。そのような他の実施例は、請求項の文字通りの言葉と違わない構造要素を有する場合、あるいは請求項の文字通りの言葉と実質的に違わない同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲に含まれることが意図されている。
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は一般に、複合不織ろ材に関し、さらに詳細には、ナノ繊維をベースにした層が少なくとも１つの表面に施されているスパンボンド不織ろ材に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のろ材複合構造体の中には、基材を製造するための湿式紙製造方法、および軽量ナノ繊維被覆をろ材基材の片面または両面に付着させるエレクトロスパン（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｓｐｕｎ）技術を採用しているものがある。典型的には、ろ材基材の坪量は１００〜１２０グラム／平方メートル（ｇ／ｍ2）であり、ナノ繊維層の坪量は０．１ｇ／ｍ2以下である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
軽量ナノ繊維層は大きな機械的ストレスが加えられると損傷しやすいことが知られているが、それは特に、ナノ繊維層が、５００ナノメートル（ｎｍ）未満、より典型的には１００ｎｍ未満の直径を有する繊維から形成されるためである。従来のエレクトロスパン繊維の場合、ナノ繊維とベースろ材との間の、極性引力に基づく引力結合（ａｔｔｒａｃｔｉｏｎ ｂｏｎｄｓ）が比較的弱いため、ナノ繊維がろ材から脱落する「脱落」の問題があることが知られている。また、周知のエレクトロスパンナノ繊維層は、構造が２次元であるか、または厚さが単一の繊維層であり、ナノ繊維層がひび割れるか破れると、粉塵が容易にベースろ材基材に浸透しうる。ナノ繊維層が損傷した後、ベースろ材への粉塵の浸透が可能になり、フィルターの作業時圧力降下（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ）の増大をもたらすことになる。さらに、周知のろ材基材には機械的ストレスの限界もあり、ろ材基材は大きな粉塵負荷のもとで変形しやすい。
【０００４】
こうした周知のろ材複合構造体は、発電ガスタービンの流入空気を濾過するのに使用される場合、フィルターの耐用期間の間ずっと、フィルターへの細塵微粒子の浸透が可能になりうる。典型的には、この周知のろ材タイプは、周知の作業流量でＥＮ １８２２（１９９８）試験手順に従って試験した場合に、（典型的には、７．０ｍｍＨ2Ｏより大きい圧力降下で）およそ５５％の０．４μｍ粒子の捕捉率（ｃａｐｔｕｒｅ）および３００未満の品質係数をもたらす、新たなまたは真新しい電気的に中性の作業効率を有することになる。この初期効率の低さのため、１５〜２０ポンドもの粉塵が、２４，０００時間の耐用期間にわたって周知のろ材に浸透しうることが知られている。長時間にわたってタービン羽根を粉塵にさらすと、タービン羽根の深刻かつ破局的な付着および侵食を引き起こしかねない。タービン羽根をきれいにする現行の手順では、タービンを定期的にオフラインにして、羽根を水洗浄してきれいにする必要がある。タービンの停止時間は、タービンが作動せず、それゆえに発電が制限されるので、高価なものとなる。タービン羽根の掃除及び／または損傷した羽根の交換を行うためのタービン停止時間を削減または除去するために、同様の圧力降下または低減された圧力降下で、周知のろ材よりも高い効率のろ材を提供することが望まれるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの態様では、複合ろ材の製造方法が提供される。この方法は、複数の合成繊維を含む不織布マットをスパンボンド法（ｓｐｕｎｂｏｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ）によって形成すること、およびエンボスカレンダーロール（ｅｍｂｏｓｓｉｎｇ ｃａｌｅｎｄｅｒ ｒｏｌｌｓ）によって不織布マットをカレンダー加工して、複数の実質的に平行な不連続線の結合域を含む結合域パターンを形成し、合成繊維を結合して不織布を形成することを含み、不織布の濾過効率が、ＥＮ １８２２（１９９８）試験手順に従って測定した場合に約３５％〜５０％未満である。この方法はまた、ポリマー溶液をエレクトロブローン紡糸（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｂｌｏｗｎ ｓｐｉｎｎｉｎｇ）して、不織布マットの少なくとも１つの面の上に複数のナノ繊維を形成することによって、ナノ繊維層を施して複合ろ材を形成することも含み、複合ろ材の最小濾過効率は、ＥＮ １８２２（１９９８）試験手順に従って測定した場合に約７０％である。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】複合ろ材の例示的実施態様の断面図である。
【図２】図１に示す繊維の顕微鏡写真である。
【図３】図１に示すベースろ材基材の顕微鏡写真である。
【図４】図１に示すベースろ材基材の結合パターンの平面図である。
【図５】図１に示すろ材を組み込んだフィルターカートリッジの側面図である。
【図６】図４に示すフィルターカートリッジを組み込んだフィルターアセンブリの斜視図である。
【図７】例示的実施態様による様々な坪量のベースろ材基材の、０．３ミクロンでの分別効率を示す棒グラフである。
【図８】ナノ繊維層を含む場合と含まない場合の比較ベースろ材基材と比べた、例示的実施態様によるナノ繊維層を含む場合と含まない場合のベースろ材基材の、０．３ミクロンでの分別効率を示す棒グラフである。
【図９】ナノ繊維層を含む場合と含まない場合の比較ベースろ材基材と比べた、例示的態様によるナノ繊維層を含む場合と含まない場合のベースろ材基材 対 圧力降下を示す棒グラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
フィルターアセンブリ用の複合ろ材について、以下に詳細に記述する。例示的実施態様では、複合ろ材は、独特のスパンボンド法によって２つの繊維層から形成される合成不織布のろ材基材を含む。ナノ繊維層は、ろ材基材の少なくとも１つの面の上に付着させる。複合ろ材は、欧州標準ＥＮ １８２２（１９９８）試験手順に従って試験した場合に、０．４μｍ粒子の保持捕捉率（ｒｅｔａｉｎｅｄ ｃａｐｔｕｒｅ）が約７０％以上である初期濾過効率となり、周知のろ材と比べて性能が約１５％増大する。加えて、複合ろ材は、周知のろ材よりも圧力降下が３０％を超えて抑えられ、効率が７０％になる。この方法は、複数の合成繊維を含む不織布マットをスパンボンド法によって形成すること、およびエンボスカレンダーロールによって不織布マットをカレンダー加工して、複数の実質的に平行な不連続線の結合域を含む結合域パターンを形成し、合成繊維を結合して不織布を形成することを含み、不織布の濾過効率が、ＥＮ １８２２（１９９８）試験手順に従って測定した場合に約３５％〜５０％未満である。
【０００８】
複合ろ材は、周知のろ材よりも耐久性がある。また濾過作業および逆洗浄作業の間にろ材に加わる力によるろ材のたわみが少なくなるため、圧力降下量（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ ｂｕｉｌｄ−ｕｐ）が抑えられる。複合ろ材は、約３７０より大きい品質係数（Ｑf）、好ましい実施態様では、約４４０より大きい品質係数（Ｑf）を有しうる。また、複合ろ材は、ＥＮ−１８２２（１９９８）に従って測定した場合に抵抗（または圧力降下）が４．０ｍｍ未満（水）でありうるし、ベースろ材基材は、ＥＮ−１８２２（１９９８）に従って測定した抵抗が約２．５ｍｍ（水）未満である。さらに、ナノ繊維膜層は、周知のろ材よりも坪量が大きく、そのため、逆パルス洗浄において、周知のろ材よりもいっそう効率的にろ材をきれいにすることが可能である。ナノ繊維層の坪量が大きいと、豊富な蛇行経路を有する耐久性のある三次元表面濾過層がもたらされるが、そうした蛇行経路により、実質的に空気流を制限したり、圧力降下を大きくしたりすることなく、高効率および微粒子の捕捉が可能になる。
【０００９】
「品質係数（Ｑf）」とは、Ｑf＝−２５０００・ｌｏｇ（Ｐ／１００）／Δｐという式で定義されるパラメーターを意味する。ここで、「Ｐ」＝粒子浸透率（％）であり、「Δｐ」＝ろ材での圧力降下（パスカル）である。
【００１０】
「抵抗」とは、ＥＮ １８２２（１９９８）に記載されている試験方法を用いて測定した場合の抵抗（圧力降下）を意味する。
【００１１】
図面に関して言えば、図１は、ろ材１０の例示的実施態様の断面図である。ろ材１０は、第１面１４と第２面１６とを有するベースろ材基材１２を含む。ナノ繊維層２０は、ろ材基材の第１面１４に付着している。別の実施態様では、ナノ繊維層２０は第２面１６に付着しており、別の実施態様では、ナノ繊維層２０は第１面と第２面（１４と１６）のそれぞれに付着している。
【００１２】
ろ材基材１２は、スパンボンド法を用いて合成繊維から形成される不織布である。不織布は、二重繊維断面形状を含む。好適な二重繊維層断面は、円形構造またはトリローバル（ｔｒｉｌｏｂａｌ）構造を有する繊維形状を持つことができる。また図２に関して言えば、例示的実施態様では、二重繊維断面３０は、円柱形状の繊維３２の層とトリローバル形状の繊維の層３３を含む。繊維３２および３３は、噴射口に通してメルトスパン（ｍｅｌｔｓｐｕｎ）して複数の長繊維にするが、それらは均一に付着して三次元ランダムウェブになる。その後、ウェブを加熱し、エンボスカレンダー加工（ｅｍｂｏｓｓｅｄ ｃａｌｅｎｄｅｒｅｄ）する。それにより、ウェブは熱的に結合して、合体したスパンボンド布３６（図３に示す）になる。カレンダーロールのエンボスパターンの接触による熱で、熱可塑性繊維３０は軟化または溶融し、それにより、カレンダーロールのエンボスパターンの接点で不織繊維は結合する。温度は、少なくとも繊維３０の軟化または溶融が起こるように選択する。１つの実施態様では、温度は約９０℃〜約２４０℃である。冷却後に繊維３２および３３を溶融し、再固化することによって、繊維の望ましい結合が生じる。
【００１３】
円形繊維３２は直径が約１８ミクロン〜約２３ミクロンであり、トリローバル繊維３３は断面２点間距離（ｐｏｉｎｔ ｔｏ ｐｏｉｎｔ ｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎ ｄｉｓｔａｎｃｅｓ）が約２２〜３０ミクロンである。
【００１４】
図４に関して言えば、ベースろ材１２上の結合パターン４０により、ベースろ材１２の耐久性は満足のいくものとなり、それと共により多くの繊維を濾過に使用できるので、濾過効率が増大する。結合パターン４０は、ベースろ材１２の端から端にわたって延びている複数の平行な結合域の不連続線４２を含む。不連続線４２の非結合域４４の位置が、隣接した不連続線４２の結合域４６と一直線上に並ぶように、結合域の平行な不連続線４２は互いにずらされている。例示的実施態様では、ベースろ材１２の坪量は、約１００ｇ／ｍ2〜約３３０ｇ／ｍ2であり、別の実施態様では、約１００ｇ／ｍ2〜約２２０ｇ／ｍ2である。
【００１５】
任意の好適な合成繊維を使用して、ろ材基材１２の不織布を作ることができる。円形繊維３２およびトリローバル繊維３３用の好適な材料としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、熱可塑性ポリウレタン、ポリエーテルイミド、ポリフェニルエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、アラミド、およびそれらの混合物があるが、これらに限定されない。
【００１６】
例示的実施態様では、ナノ繊維層２０は、ポリマー溶液を紡糸ノズルに供給し、高電圧を紡糸ノズルにかけ、紡糸ノズルの下端部に圧縮空気を注入しながらポリマー溶液を紡糸ノズルに通して放出することを含む、エレクトロブローン紡糸法によって形成される。印加する高電圧は、約１ｋＶ〜約３００ｋＶの範囲である。ナノ繊維を形成するエレクトロブローン紡糸法および使用する特有の装置については、米国特許出願公開第２００５／００６７７３３２号明細書に詳細に記載されている。エレクトロブローン紡糸法では、周知のろ材上にある周知のナノ繊維濾過層よりも厚い耐久性のあるナノ繊維の三次元濾過層が得られる。例示的実施態様では、ナノ繊維層２０の坪量は約０．６ｇ／ｍ2〜約２０ｇ／ｍ2であり、別の実施態様では、約２ｇ／ｍ2〜約２０ｇ／ｍ2であり、別の実施態様では、約５ｇ／ｍ2〜約１０ｇ／ｍ2であり、別の実施態様では、約１．５ｇ／ｍ2〜約２．５ｇ／ｍ2である。ナノ繊維層２０中のナノ繊維は、平均直径が約５００ｎｍ以下である。
【００１７】
ほかの実施態様では、ナノ繊維層２０は、電気紡糸（ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ）、遠心紡糸、またはメルトブローイングによって形成することができる。伝統的な電気紡糸は、高電圧を溶液中のポリマーに加えてナノ繊維と不織マットを作り出す、米国特許第４，１２７，７０６号明細書に詳述されている技術である。しかし、電気紡糸法における全押出量は、もっと重い坪量のウェブを形成する際に商業的に実現可能であるためには、あまりに少なすぎる。遠心紡糸は、繊維形成方法であって、少なくとも１種の溶剤中に溶かされた少なくとも一種のポリマーを有する紡糸溶液を、回転円錐形ノズルを有する回転式噴霧器へ供給するステップを含む。ノズルは凹形の内部表面と前方表面放出エッジとを有する。凹形の内部表面に沿って回転式噴霧器を通って紡糸溶液が移動し、ノズルの放出エッジの前方表面に向かって紡糸溶液を散布する。紡糸溶液から別々の繊維の流れが生じ、溶剤を蒸発させながら電場の存在下または不存在下で高分子繊維を製造する。形成流体（ｓｈａｐｉｎｇ ｆｌｕｉｄ）はノズルの周囲を流れて、紡糸溶液を回転式噴霧器から遠のかせることができる。繊維が収集器上に回収され、ナノ繊維ウェブを形成する。さらに、メルトブローイングについては、米国特許第６，５２０，４２５号明細書中に詳細に記載されている。
【００１８】
エレクトロブローン紡糸法によってナノ繊維を形成するのに好適なポリマーは、熱可塑性ポリマーに限定されず、熱硬化性ポリマーも含まれうる。好適なポリマーとしては、ポリイミド、ポリアミド（ナイロン）、ポリアラミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルイミド、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリアニリン、ポリエチレンオキシド、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、スチレンブタジエンゴム、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルブチレン、ポリアセタール、ポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィン、セルロースエーテルとセルロースエステル、ポリアルキレンスルフィド、ポリアリーレンオキシド、ポリスルホン、変性ポリスルホンポリマー、およびそれらの混合物があるが、これらに限定されない。また、一般的な種類のポリ（塩化ビニル）、ポリメタクリル酸メチル（および他のアクリル樹脂）、ポリスチレン、およびこれらのコポリマー（ＡＢＡ型ブロックコポリマーを含む）、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリ（塩化ビニリデン）、ポリビニルアルコール（架橋型および非架橋型の様々な度合いの加水分解度（８７％〜９９．５％）のもの）およびこれらのコポリマーまたは誘導体化合物の範疇に入る材料を使用できる。ポリアミド縮合重合体の１つの好適な種類は、ナイロン材料（ナイロン−６、ナイロン−６，６、ナイロン６，６−６，１０など）である。ポリマー溶液は、選択したポリマーを溶かす溶剤を選択して調製する。ポリマー溶液は、添加剤（例えば、可塑剤、紫外線安定剤、架橋剤、硬化剤、反応開始剤など）と混ぜ合わせることができる。ポリマーの溶解には、特定のどんな温度範囲も必要でない場合もあるが、溶解反応を促進するには加熱が必要になることがある。
【００１９】
繊維ポリマーのＴgを下げるために、上述のさまざまなポリマーに可塑剤を添加するのが有利でありうる。好適な可塑剤は、ポリマー、ならびにナノ繊維層の特定の最終用途によって異なるであろう。例えば、ナイロンポリマーは、水で可塑化するか、または電気紡糸またはエレクトロブローン紡糸法の工程で残る残留溶剤で可塑化することさえもできる。ポリマーのＴgを下げるのに有用でありうる他の可塑剤として、脂肪族グリコール類、芳香族のスルファノミド（ｓｕｌｐｈａｎｏｍｉｄｅｓ）、フタル酸エステル（限定されないが、フタル酸ジブチル、ジヘキシル（ｄｉｈｅｘｌ）フタレート、ジシクロヘキシルフタレート、ジオクチルフタレート、ジイソデシルフタレート、ジウンデシルフタレート、ジドデカニルフタレート（ｄｉｄｏｄｅｃａｎｙｌ ｐｈｔｈａｌａｔｅ）、およびジフェニルフタレートを含む）などが含まれるが、これらに限定されない。
【００２０】
図５は、ろ材１０から形成されたフィルターエレメント５０の側面図である。例示的実施態様では、ろ材１０は複数のプリーツ５２を含む。フィルターエレメント５０は、第１エンドキャップ５４と反対側の第２エンドキャップ５６を含み、ろ材１０がエンドキャップ５４と５６との間に延在している。フィルターエレメント５０は、内部導管５８を有する管状の形をしている（図６に示す）。フィルターエレメント５０は、形状が円柱形であるが、図６に示すように円錐形であってもよい。フィルターエレメント５０が構造的に一体になるように、かつ／またはろ材１０を支持するために、フィルターエレメント５０は内側支持ライナー及び／または外側支持ライナーを含むこともできる。
【００２１】
図６は、管用シート（ｔｕｂｅ ｓｈｅｅｔ）６２に、端と端が接するような仕方で（ｉｎ ａｎ ｅｎｄ ｔｏ ｅｎｄ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ）ペアにして取り付けられた複数のフィルターエレメント５０を含む、フィルターアセンブリ６０の斜視図である。管用シート６２は、フィルターアセンブリ６０の汚れた空気の側ときれいな空気の側とを隔てている。パルス空気でフィルターエレメント５０をきれいにするための洗浄システム６４は、給気管６８に取り付けられた複数の空気ノズル６６を含む。フィルターエレメント５０の内部導管５８中に誘導される圧縮空気のパルスを用いて、集められたゴミおよび粉塵を取り去ってフィルターエレメント５０をきれいにする。
【００２２】
様々な坪量を有するベースろ材基材１２試験試料のフラットシートを、ＥＮ １８２２（１９９８）試験方法に従ったフラットシート分別効率試験で、比較ベースろ材基材と比較した。ＤＥＨＳ粒子を含む空気を、約５．３ｃｍ／ｓの流量で誘導してそれぞれの試験試料中を通過させた。図７は、スパンボンドベースろ材１２の比較試験および向上した濾過効率性能のグラフ表示を示す。棒Ａは、坪量が１６５ｇ／ｍ2であるベース基材１２を表し、および棒Ｂは坪量が２３０ｇ／ｍ2である比較ベース基材を表す。棒Ｃは、坪量が１３０ｇ／ｍ2である比較ベースろ材基材を表す。ベースろ材基材はナノ繊維層を含んでいなかった。ベースろ材基材１２は、５．３ｃｍ／ｓで試験した０．３ミクロンの粒径では、比較ベースよりも効率が高い。
【００２３】
ベースろ材基材１２のフラットシートおよびナノ繊維層２０を含むベースろ材基材１２のフラットシートを、ＥＮ １８２２（１９９８）試験方法に従ったフラットシート分別効率試験で、ナノ繊維層を含む場合と含まない場合の比較ベースろ材基材と比較した。０．３ミクロンのＤＥＨＳ粒子を含む空気を、約５．３ｃｍ／ｓの流量で誘導してそれぞれの試験試料を通過させた。図８は、比較試験のグラフ表示を示す。棒Ａは１６５ｇ／ｍ2の場合のベースろ材基材１２を表し、棒Ｂはナノ繊維層２０を含む１６５ｇ／ｍ2の場合のベースろ材基材１２を表す。棒Ｃは、比較ベースろ材基材を表し、棒Ｄはナノ繊維層を含む比較ベースろ材基材を表す。ナノ繊維層２０を含む場合と含まない場合のベースろ材基材１２は、ナノ繊維層を含む場合と含まない場合の比較ベース基材よりも効率が高かった。
【００２４】
ベースろ材基材１２のフラットシートおよびナノ繊維層２０を含むベースろ材基材１２のフラットシートを、ＥＮ １８２２（１９９８）試験方法に従ったフラットシート圧力降下試験で、ナノ繊維層を含む場合と含まない場合の比較ベースろ材基材と比較した。ＤＥＨＳ粒子を含む空気を、約５．３ｃｍ／ｓの流量で誘導してそれぞれの試験試料中を通過させた。図９は、比較試験のグラフ表示を示す。棒Ａは比較ベースろ材基材を表し、棒Ｂはナノ繊維層を含む比較ベースろ材基材を表す。棒Ｃは１６５ｇ／ｍ2の場合のベースろ材基材１２を表し、棒Ｄはナノ繊維層２０を含む１６５ｇ／ｍ2の場合のベースろ材基材１２を表す。ナノ繊維層２０を含む場合と含まない場合のベースろ材基材１２は、ナノ繊維層を含む場合と含まない場合の比較ベース基材よりも圧力降下が抑えられた。
【００２５】
ろ材１０から形成された上述のフィルターエレメント５０は、ほとんどどんな応用分野でも空気流を濾過するのに使用でき、例えば、ガスタービンの吸気口の空気の濾過に使用できる。ろ材１０の特有の構造体は、周知のろ材よりも耐久性がある。また濾過作業および逆洗浄作業の間にろ材に加わる力によるたわみが少なくなるため、圧力降下量が比較的抑えられる。周知のフィルターエレメントの効率が約５０〜５５％であるのと比べて、フィルターエレメント５０では、エアロゾルまたは粉塵の最大透過粒子径（ｍｏｓｔ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ）（約０．３〜約０．４ミクロン）での捕捉率が約７０％よりも大きいという平均効率がもたらされうる。また、ナノ繊維層２０は、周知のろ材よりも坪量が大きく、そのため、逆パルス洗浄において、ろ材１０は、周知のろ材よりもいっそう効率的にきれいにすることができる。さらに、ナノ繊維層２０の坪量が大きいと、豊富な蛇行経路を有する耐久性のある三次元表面濾過層がもたらされるが、そうした蛇行経路により、空気流を制限したり圧力降下を大きくしたりすることなく、高効率および微粒子の捕捉が可能になる。
【００２６】
実施例１および２ならびに比較例３〜７のろ材の例は、実施態様のろ材１０と周知のろ材との比較を示している。実施例１および２および比較例３〜７のそれぞれのろ材について、効率、抵抗および品質係数を測定した。効率はＥＮ−１８２２（１９９８）試験手順に従って測定し、抵抗はＥＮ−１８２２（１９９８）に従って測定し、品質係数Ｑfは上述のようにして計算した。
【００２７】
実施例１は、円形繊維とトリローバル繊維とを含むスパンボンドポリエステル・二重層のベースろ材基材であり、実施例２は、実施例１のベースろ材基材に、エレクトロブローン紡糸法によって形成された２ｇ／ｍ2のナノ繊維層を加えたものである。比較例３は、周知の乾式（ｄｒｙｌａｉｄ）ポリエステルベースろ材基材であり、比較例４は、比較例３の周知の乾式ポリエステルベースろ材基材に、２ｇ／ｍ2のナノ繊維層を加えたものである。比較例５は、湿式合成紙に０．５ｇ／ｍ2未満のナノ繊維層を加えたものである。比較例６は湿式合成紙であり、比較例７は、実施例６の湿式合成紙に２０ｇ／ｍ2のメルトブローン繊維層を加えたものである。例の結果を以下の表１に示す。実施例２を比較例４、５、および７の複合材と比較すると、抵抗を低減しても効率が犠牲にされておらず、これにより、高い関連した品質係数値が得られる。
【００２８】
【表１】
【００２９】
本明細書では、実施例を用いて、最良の態様を含む本発明を開示し、また装置またはシステムの製造および使用ならびに採用されている方法の実施を含め、本発明を当業者が実施できるようにしている。本発明の特許性のある範囲は、請求項によって定められており、当業者が思いつく他の実施例を包含しうる。そのような他の実施例は、請求項の文字通りの言葉と違わない構造要素を有する場合、あるいは請求項の文字通りの言葉と実質的に違わない同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲に含まれることが意図されている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の合成繊維を含む不織布マットをスパンボンド法によって形成するステップと；
エンボスカレンダーロールによって前記不織布マットをカレンダー加工して、複数の実質的に平行な不連続線の結合域を含む結合域パターンを形成し、前記合成繊維を結合して不織布を形成するステップであって、前記不織布の濾過効率が、ＥＮ １８２２（１９９８）試験手順に従って測定した場合に約３５％〜５０％未満であるステップと；
ポリマー溶液をエレクトロブローン紡糸して前記不織布の少なくとも１つの面の上に複数のナノ繊維を形成することによって、ナノ繊維層を施して前記複合ろ材を形成するステップであって、前記複合ろ材の最小濾過効率が、ＥＮ １８２２（１９９８）試験手順に従って測定した場合に約７０％であるステップと
を含む、複合ろ材の構造体の製造方法。
【請求項２】
前記ベース基材が、円形繊維断面とトリローバル繊維断面の両方を含む二重層を含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記不織布と前記ナノ繊維層の組み合わさったものが実質的に電気的に中性である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ナノ繊維層を施すステップが、エレクトロブローン紡糸法、電気紡糸法、遠心紡糸法、またはメルトブローイング法によってナノ繊維層を施すことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ナノ繊維層が、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、熱可塑性ポリウレタン、ポリエーテルイミド、ポリフェニルエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、およびアラミドのうちの少なくとも１種を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記不織布マットをカレンダー加工するステップが、坪量が約１００ｇ／ｍ2〜約３００ｇ／ｍ2である不織布からの前記不織布マットをカレンダー加工することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ナノ繊維層を施すステップが、平均直径が約５００ｎｍ以下である複数のナノ繊維を施して、坪量が約０．６ｇ／ｍ2〜約２０ｇ／ｍ2である前記ナノ繊維層を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ナノ繊維層を施すステップが、平均直径が約５００ｎｍ以下である複数のナノ繊維を施して、坪量が約１．５ｇ／ｍ2〜約２．５ｇ／ｍ2である前記ナノ繊維層を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
エンボスカレンダーロールによる前記不織布マットのカレンダー加工により、複数の実質的に平行な不連続線の結合域を含む結合域パターンが形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
複数の合成繊維を含む不織布マットをスパンボンド法によって形成するステップが、平均直径が約１８〜約３０ミクロンである複数の合成繊維を含む不織布マットを形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記不織布の抵抗がＥＮ−１８２２（１９９８）に従って測定した場合に約２．５ｍｍ（水）未満であり、前記複合ろ材の構造体の抵抗がＥＮ−１８２２（１９９８）に従って測定した場合に約４．０ｍｍ（水）未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記複合ろ材の構造体の品質係数Ｑfが約３７０より大きい、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記複合ろ材の構造体の品質係数Ｑfが約４４０より大きい、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ナノ繊維層が複数のナノ繊維を含み、前記ナノ繊維が前記エレクトロブローン紡糸法を用いてポリマーから形成され、前記ポリマーが、ポリイミド、ポリアミド、ポリアラミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルイミド、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリアニリン、ポリエチレンオキシド、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、スチレンブタジエンゴム、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルブチレン、およびそれらのコポリマーまたは誘導体化合物の少なくとも１種を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記複合ろ材をプリーツ加工することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１】
複数の合成繊維を含む不織布マットをスパンボンド法によって形成するステップと；
エンボスカレンダーロールによって前記不織布マットをカレンダー加工して、複数の実質的に平行な不連続線の結合域を含む結合域パターンを形成し、前記合成繊維を結合して不織布を形成するステップであって、前記不織布の濾過効率が、ＥＮ １８２２（１９９８）試験手順に従って測定した場合に約３５％〜５０％未満であるステップと；
ポリマー溶液をエレクトロブローン紡糸して前記不織布の少なくとも１つの面の上に複数のナノ繊維を形成することによって、ナノ繊維層を施して前記複合ろ材を形成するステップであって、前記複合ろ材の最小濾過効率が、ＥＮ １８２２（１９９８）試験手順に従って測定した場合に約７０％であるステップと
を含む、複合ろ材の構造体の製造方法。
【請求項２】
前記ベース基材が、円形繊維断面とトリローバル繊維断面の両方を含む二重層を含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記不織布と前記ナノ繊維層の組み合わさったものが実質的に電気的に中性である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ナノ繊維層を施すステップが、エレクトロブローン紡糸法、電気紡糸法、遠心紡糸法、またはメルトブローイング法によってナノ繊維層を施すことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ナノ繊維層が、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、熱可塑性ポリウレタン、ポリエーテルイミド、ポリフェニルエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、およびアラミドのうちの少なくとも１種を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記不織布マットをカレンダー加工するステップが、坪量が約１００ｇ／ｍ2〜約３００ｇ／ｍ2である不織布からの前記不織布マットをカレンダー加工することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ナノ繊維層を施すステップが、平均直径が約５００ｎｍ以下である複数のナノ繊維を施して、坪量が約０．６ｇ／ｍ2〜約２０ｇ／ｍ2である前記ナノ繊維層を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ナノ繊維層を施すステップが、平均直径が約５００ｎｍ以下である複数のナノ繊維を施して、坪量が約１．５ｇ／ｍ2〜約２．５ｇ／ｍ2である前記ナノ繊維層を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
エンボスカレンダーロールによる前記不織布マットのカレンダー加工により、複数の実質的に平行な不連続線の結合域を含む結合域パターンが形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
複数の合成繊維を含む不織布マットをスパンボンド法によって形成するステップが、平均直径が約１８〜約３０ミクロンである複数の合成繊維を含む不織布マットを形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記不織布の抵抗がＥＮ−１８２２（１９９８）に従って測定した場合に約２．５ｍｍ（水）未満であり、前記複合ろ材の構造体の抵抗がＥＮ−１８２２（１９９８）に従って測定した場合に約４．０ｍｍ（水）未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記複合ろ材の構造体の品質係数Ｑfが約３７０より大きい、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記複合ろ材の構造体の品質係数Ｑfが約４４０より大きい、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ナノ繊維層が複数のナノ繊維を含み、前記ナノ繊維が前記エレクトロブローン紡糸法を用いてポリマーから形成され、前記ポリマーが、ポリイミド、ポリアミド、ポリアラミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルイミド、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリアニリン、ポリエチレンオキシド、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、スチレンブタジエンゴム、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルブチレン、およびそれらのコポリマーまたは誘導体化合物の少なくとも１種を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記複合ろ材をプリーツ加工することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２０１１−５２９７７９（Ｐ２０１１−５２９７７９Ａ）
【公表日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２１３８０（Ｐ２０１１−５２１３８０）
【出願日】平成２１年８月３日（２００９．８．３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０５２５８１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０１４９８６
【国際公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【出願人】（３９００２３６７４）イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー (2,692)
【氏名又は名称原語表記】Ｅ．Ｉ．ＤＵ ＰＯＮＴ ＤＥ ＮＥＭＯＵＲＳ ＡＮＤ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月３日（２００９．８．３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０５２５８１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０１４９８６
【国際公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【出願人】（３９００２３６７４）イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー (2,692)
【氏名又は名称原語表記】Ｅ．Ｉ．ＤＵ ＰＯＮＴ ＤＥ ＮＥＭＯＵＲＳ ＡＮＤ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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