エレクトレットろ材
【課題】エアフィルターの圧力損失、粉塵捕集効率や強度といった一般的なフィルター特性を維持しつつ、安定した捕集効率を発現できるエレクトレットろ材を提供する。
【解決手段】エレクトレットろ材、特にＪＩＳ Ｂ ９９０８：２００１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、該ろ材は不織布であり、複数のシートの積層および／また接合された形態ではなく、単一層をなすことが特徴であり、具体的には以下の（Ａ）〜（Ｃ）の要件を満たすことで解決される。
（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特性が１００〜５００mgであること。
（Ｃ）ろ材に含まれる油剤の付着量が０．１重量％以下であること。
【解決手段】エレクトレットろ材、特にＪＩＳ Ｂ ９９０８：２００１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、該ろ材は不織布であり、複数のシートの積層および／また接合された形態ではなく、単一層をなすことが特徴であり、具体的には以下の（Ａ）〜（Ｃ）の要件を満たすことで解決される。
（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特性が１００〜５００mgであること。
（Ｃ）ろ材に含まれる油剤の付着量が０．１重量％以下であること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアフィルターユニット、主に空調用、エアコン用に使用可能なフィルターユニットに用いられるろ材に関するものであって、特にＪＩＳ Ｂ ９９０８：２００１のうち形式２が適用されるやや微細な粉塵用フィルターユニットに使用されるろ材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エレクトレットろ材は、該ろ材を構成する繊維に半永久的に固定された電荷の静電気力によって空気中の微粒子を効果的に除去できるものであり、空調用、エアコン用、空気清浄機用フィルター、ＯＡ機器などの排気フィルターユニットに使用されている。こうした分野ではフィルターユニットの圧力損失を低く抑えつつ、大気中の微粒子を効率よく捕集する必要があるため、ろ材をジグザグに折りたたんでひだを構成したプリーツ状フィルターとして使用される。
エレクトレットろ材として使用される繊維状不織布としてはメルトブロー不織布や薄物スパンボンド不織布、薄型スパンレース不織布があるが、剛性が低いためひだ折り加工しにくいという問題があった。
【０００３】
こうした問題を解決する方法として、薄いポリピロピレンメルトブロー不織布と太繊度の芯鞘繊維で構成された繊維ウェブを積層、加熱して剛性の高い部分と荷電が可能な部分で構成される積層型のろ材が考案されている（特許文献１）。
また、機械的強度向上のためにエレクトレット化した不織布に合成繊維の網状物を熱接着させた積層型ろ材が考案されている（特許文献２）。
こうした熱接着型の積層ろ材は、あらかじめエレクトレット化させた薄手の不織布と剛性のある基材と接合するため熱によって除電され、エレクトレットによる除塵効率が低下することがある。また、エレクトレット可能な薄手の不織布と機械的強度のある部材をあらかじめ熱接着した後に荷電されることがあるが、部材に含まれる油剤などの有機成分がエレクトレット可能な不織布に作用してエレクトレット化を阻害する問題が生じていた。
【０００４】
また、エレクトレットを疎外する油剤については加熱処理後の油剤付着量の減少率が６０％以上であるポリオレフィン系熱融着繊維を用いたエレクトレット不織布の記載がある（特許文献３）。この文献では加熱により油剤が減少することでエレクトレット特性が得られて粉塵捕集効率が高いことが記載されているが、実際にフィルター用のろ材としての特性と具体的な大気中の捕集上条件については何ら言及されていない
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−８３０１７号公報
【特許文献２】特開平１−１９４９１２号公報
【特許文献３】特開２００２−３３９２５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はエアフィルターの圧力損失、粉塵捕集効率や強度といった一般的なフィルター特性を維持しつつ、安定した捕集効率を発現できるエレクトレットろ材を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑み、鋭意検討した結果得られたものであり、以下の通りである。
（１）エレクトレットろ材、特にＪＩＳ Ｂ ９９０８：２００１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、ろ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重量％以下であること。
（２）上記（１）に記載の不織布が、ポリオレフィン系熱融着繊維を６０〜１００重量％含む熱融着された不織布であるエレクトレットろ材。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、エアフィルターの圧力損失、粉塵捕集効率や強度といった一般的なフィルター特性を維持しつつ、フィルターの製造や使用時に必要である適度な強度を得ることが出来、かつ安定した捕集効率を得ることが出来る。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明はエレクトレットろ材、特にＪＩＳ Ｂ ９９０８：２００１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適用される。該ろ材は不織布であるが、複数のシートの積層および／また接合された形態ではなく、単一層をなすことが特徴であり、具体的には以下（A）〜（Ｃ）の要件を満たなくてはならない。
（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特性が１００〜５００mgであること。
（Ｃ）ろ材に含まれる油剤の付着量が０．１重量％以下であること。
【００１０】
また、本発明を実現するには、上記不織布が、ポリオレフィン系熱融着繊維を６０〜１００重量％含む熱融着された不織布であることが必要である。
【００１１】
本発明におけるエレクトレットろ材において必要とされる不織布の嵩密度はろ材の持つ粉塵捕集効率と通気抵抗のバランスを考慮した場合、０．０３〜０．２０ｇ／ｃｍ３、好ましくは０．０４〜０．１８ｇ／ｃｍ３が好ましい。嵩密度が０．０３ｇ／ｍ３より小さい場合、繊維の量が少ないためエレクトレット後の粉塵捕集効率が低下し、０．２０ｇ／ｃｍ３より高い場合、ろ材の空気抵抗が高くフィルターユニットにした場合の圧力損失が高くなり、かつ粉塵保持量が小さくなり、いずれも好ましくない。
【００１２】
厚みについてはプリーツ後のフィルターユニットの圧力損失に大きく影響するため、１．５ｍｍ以下、好ましくは１．４ｍｍ以下に調整されることが好ましい。厚みが１．５ｍｍより大きい場合、プリーツ後のフィルターユニットにおける通気時の構造抵抗が増加するため圧力損失が大きくなり、好ましくない。
【００１３】
さらに、本発明におけるエレクトレットろ材のガーレ法における曲げ反発特性が１００〜５００ｍｇ、好ましくは１２０〜４８０ｍｇであることが適度なプリーツ加工性を維持する上で必要である。曲げ反発特性が１００ｍｇより低い場合、ろ材の曲げ強度が低下するのでプリーツ加工時にきれいな山状のプリーツが形成されず、いびつな形状を形成する。反対に５００ｍｇより大きい場合、強度が高いためプリーツ加工時に折り曲げることが出来ず、頂点がいびつな形状に形成されるため、いずれも好ましくない。
【００１４】
本発明においてはろ材に含まれる油剤の付着量が０．１重量％以下であることがプリーツ型フィルターユニット用におけるエレクトレットろ材において必要な捕集性能を得る上で重要である。短繊維不織布に使用される原綿にはカード時に発生する静電気を抑制してウエブ形成性を安定化するために有機成分が主である油剤が含有されている。こうした油剤はウエブの形成を安定化する反面、シート化後に荷電処理を行いエレクトレット化した場合においても抑制する効果を有する。したがって本発明における油剤の付着量はシートの重量に対して０．１重量％以下であることが必要な荷電効果を得る上で重要である。油剤の付着量が０．１重量％より多い場合、仮に荷電されても電荷が安定せず、必要な粉塵捕集効率を得ることが出来なくなり、好ましくない。なお、こうしたエレクトレットろ材を得るためにはエレクトレットが可能な素材、特にポリオレフィン系の成分でポリオレフィン系熱融着繊維を６０〜１００重量％含む熱融着された不織布であることが必要である。ポリオレフィン系の熱融着繊維の含有率が６０重量％より低い場合、必要な荷電効果が得られず、かつシートとして必要な強度が得られないため好ましくない。
【００１５】
続いて、本発明を実現するための具体的な製造方法について説明する。本発明は、特にポリプロピレンを芯に、ポリエチレンを鞘に構成される芯鞘繊維を用い、ウェブ状にしてからシート化することが融着特性と工程の合理性の観点から好適に用いられる。該芯鞘繊維はシートの強度と圧力損失を考慮した場合、２．２〜２２ｄｔｅｘの繊維を用いることが好ましく、それより繊度の大きいものである場合、難燃剤が含有した場合の融着強度が低下するためシートの強度が弱くなる。また２．２ｄｔｅｘ未満である場合、繊維直径が細くなるためにシートにした場合の圧力損失が高くなり、好ましくない。主成分のポリプロピレン繊維と接着成分としてのポリエチレンとの比率は配合の方法により様々であるが充分な接着性を得るためにはポリプロピレン（ＰＰ）繊維とポリエチレン（ＰＥ）が重量比で１：４〜４：１に調整されることが望ましい。こうしたポリオレフィン系の芯鞘繊維と他の繊維を混綿して公知の方法でカード機にかけウエブ状にした後、熱接着を行って不織布を製造する。ポリオレフィン系の芯鞘繊維と混綿する他の繊維はシートに要求される機能に応じて選択される。例えば、抗菌、高カビ性や難燃性を付与したい場合はこうした機能を持つ公知の添加剤が添加された繊維をエレクトレット性が損なわない程度に混ぜてもよい。
【００１６】
不織布を製造する方法は公知の方法でよく、例えばカードウエブをニードルパンチにかける方法、カードウエブを水流によって交絡させシートを構成する方法がある。しかしながら必要な強度を得るためにはシート構成後、熱融着繊維の鞘成分の融点以上の温度で十分に熱が行き渡る時間、具体的には１０〜６０秒間ヒートスルーオーブンで加熱して鞘部を融解させて繊維間接着をする必要がある。この場合、必要とされる厚みにするためにはウエブを交絡した不織布を所定のギャップに調整したネットに挟み込んで加熱する事で可能となる。また、ウエブを交絡した不織布をオーブンで加熱させた後所定のギャップに調整したプレスローラー中を通過させることによってでも可能である。プリーツろ材として必要な曲げ反発特性を得るには熱融着繊維成分が加熱溶融した状態で所定の厚みに調整して冷却させることが必要で、このような状態で厚みを調整する方法であれば特に限定されるものではない。
【００１７】
続いて必要なエレクトレット性を得る上で必要な油剤の除去方法について説明する。油剤は不織布形成後５０〜８０℃程度の温浴に数分間含浸して脱水することによって得られる。また連続的には未加熱の不織布を温浴に通した後所定の温度で乾燥し、そのまま融点以上の温度に加熱して得ることも可能である。また、加熱によって油剤成分が減少する繊維（特許文献３）を用いてもよい。油剤が除去されたシートは荷電処理によって荷電され、エレクトレットフィルターろ材になる。荷電方法特に限定されるものではないがコロナ放電による方法や水などの液体を通過させて得られる方法、シートを摩擦によって静電気を発生させる方法など公知の方法でよい。
【実施例】
【００１８】
次に実施例、比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例のみに限定されるものではない。なお、測定方法は下記の方法で実施した。
【００１９】
（１）目付（ｇ／ｍ２）：２００ｍｍ角の寸法で切り出し、秤量して寸法で除した。
（２）厚み（ｍｍ）：荷重０．７ｋＰａの厚みを読み取った。
（３）嵩密度（ｇ／ｃｍ３）：目付を厚みで除した値を採用した。
（４）曲げ反発性：ＪＩＳ Ｌ １０９６（１９９０）６．２０．１ Ａ法に準拠。
（５）油剤付着量：試料２ｇを採取し、エタノール／メタノール：重量混合比２／１の抽出液５０ｃｃに含浸させて油剤を抽出した。抽出前後の重量を測定して単位重量あたりの抽出量（重量％）を算出した。
（６）フィルターユニットの特性
ろ材６０５ｍｍ巾×２０ｍ長を製造し、山高さ５８ｍｍにてひだ折りして山ピッチ６ｍｍになる様に公知の方法でビード樹脂を２５ｍｍ間隔で流し込んで成型し、プリーツを形成した。６１０ｍｍ角のアルミ枠材にプリーツを装填して圧力損失とＪＩＳ１１種の初期捕集効率を測定した。測定装置はＪＩＳ Ｂ ９９０８（２００１）の形式２に基づく装置を用いた。風量は５６ｍ３／ｍｉｎで実施し、粉塵負荷は２９４Paで終了した。
【００２０】
以下実施例中および比較例で用いたシートの荷電方法を以下に示した。
（１）荷電装置
アース側：アルミ板に厚さ２ｍｍのシリコンシートを敷設した。
電極側：針間隔１０ｍｍの針電極
電極−アース間距離：針先端からシリコンシートまで１０ｍｍ
（２）荷電方法
印加電圧：２０ｋＶ
荷電時間：３０秒
【００２１】
＜実施例１＞
ポリプロピレン（芯成分）／ポリエチレン（鞘成分）（ポリプロピレン：ポリエチレン重量比は１：１）で構成される２．２ｄｔｅｘ、長さ３８ｍｍの短繊維、および６．６ｄｔｅｘ、長さ６４ｍｍの短繊維（いずれも宇部日東化成株式会社製耐熱脱油繊維ＨＲ−ＬＥ）を８：２の割合で混繊してカード機にかけてウエブとし、ウエブをクロスレイヤーで連続的に積層し、ステンレスメッシュをウエブの上下から挟む形で搬送してエアスルーオーブンに通し、温度１５０℃、１分間加熱融着させ、目付８５ｇ／ｍ２、厚み１．０ｍｍのサーマルボンド不織布を得た。該不織布を荷電装置に通して荷電し、エレクトレットろ材を得た。このろ材をひだ折りしてフィルターユニットを製作しユニット特性を評価した。ろ材の目付、厚み、嵩密度、油剤付着量、フィルターユニットの圧力損失、粉塵保持量、初期におけるＪＩＳ１１種捕集効率を表１に示す。
【００２２】
＜実施例２＞
ポリプロピレン（芯成分）／ポリエチレン（鞘成分）（ポリプロピレン：ポリエチレン重量比は１：１）で構成される２．２ｄｔｅｘ、長さ３８ｍｍの短繊維（宇部日東化成株式会社製耐熱脱油繊維ＨＲ−ＬＥ）、および６．６ｄｔｅｘ、長さ６４ｍｍのポリエステル短繊維（東レ株式会社製Ｔ２０１）を８：２の割合で混繊してカード機にかけてウエブとし、ウエブをクロスレイヤーで連続的に積層し、ステンレスメッシュをウエブの上下から挟む形で搬送してエアスルーオーブンに通し、温度１５０℃、１分間加熱融着させ、目付９５ｇ／ｍ２、厚み１．０ｍｍのサーマルボンド不織布を得た。該不織布を荷電装置に通して荷電し、エレクトレットろ材を得た。このろ材をひだ折りしてフィルターユニットを製作してユニット特性を評価した。ろ材の目付、厚み、嵩密度、油剤付着量、フィルターユニットの圧力損失、粉塵保持量、初期におけるＪＩＳ１１種捕集効率を表１に示す。
【００２３】
＜実施例３＞
実施例２と同じ繊維組成で目付１００ｇ／ｍ２、厚み０．７ｍｍのサーマルボンド不織布を得た。該不織布を荷電装置に通して荷電し、エレクトレットろ材を得た。このろ材をひだ折りしてフィルターユニットを製作してユニット特性を評価した。ろ材の目付、厚み、嵩密度、油剤付着量、フィルターユニットの圧力損失、粉塵保持量、初期におけるＪＩＳ１１種捕集効率を表１に示す。
【００２４】
＜実施例４＞
実施例２と同じ繊維組成で目付７０ｇ／ｍ２、厚み１．３ｍｍのサーマルボンド不織布を得た。該不織布を荷電装置に通して荷電し、エレクトレットろ材を得た。このろ材をひだ折りしてフィルターユニットを製作してユニット特性を評価した。ろ材の目付、厚み、嵩密度、油剤付着量、フィルターユニットの圧力損失、粉塵保持量、初期におけるＪＩＳ１１種捕集効率を表１に示す。
【００２５】
＜実施例５＞
ポリプロピレン（芯成分）／ポリエチレン（鞘成分）（ポリプロピレン：ポリエチレン重量比は１：１）で構成される２．２ｄｔｅｘ、長さ３８ｍｍの短繊維（宇部日東化成株式会社製ＨＲ−ＣＫ）、および６．６ｄｔｅｘ、長さ６４ｍｍのポリエステル短繊維（東レ株式会社製Ｔ２０１）を８：２の割合で混繊してカード機にかけてウエブとし、ウエブをクロスレイヤーで連続的に積層し、ステンレスメッシュをウエブの上下から挟む形で搬送してエアスルーオーブンに通し、温度１５０℃、１分間加熱融着させ、目付９０ｇ／ｍ２、厚み１．０ｍｍのサーマルボンド不織布を得た。該不織布を７０℃に設定された温浴中に５分間含浸させよく揉んで水分が不織布中に行き渡るように洗浄し、その後脱水して油剤を除去した。油剤の除去を２回繰り返した後、乾燥させて荷電装置に通して荷電し、エレクトレットろ材を得た。このろ材をひだ折りしてフィルターユニットを製作してユニット特性を評価した。ろ材の目付、厚み、嵩密度、油剤付着量、フィルターユニットの圧力損失、粉塵保持量、初期におけるＪＩＳ１１種捕集効率を表１に示す。
【００２６】
＜比較例１＞
ポリプロピレン（芯成分）／ポリエチレン（鞘成分）（ポリプロピレン：ポリエチレン重量比は１：１）で構成される２．２ｄｔｅｘ、長さ３８ｍｍの短繊維（宇部日東化成株式会社製耐熱脱油繊維ＨＲ−ＬＥ）、および６．６ｄｔｅｘ、長さ６４ｍｍのポリエステル短繊維（東レ株式会社製Ｔ２０１）を８：２の割合で混繊してカード機にかけてウエブとし、ウエブをクロスレイヤーで連続的に積層し、ステンレスメッシュをウエブの上下から挟む形で搬送してエアスルーオーブンに通し、温度１５０℃、１分間加熱融着させ、目付６０ｇ／ｍ２、厚み２．３ｍｍのサーマルボンド不織布を得た。該不織布を荷電装置に通して荷電し、エレクトレットろ材を得た。このろ材をひだ折りしてフィルターユニットを製作してユニット特性を評価した。ろ材の目付、厚み、嵩密度、油剤付着量、フィルターユニットの圧力損失、粉塵保持量、初期におけるＪＩＳ１１種捕集効率を表１に示す。
【００２７】
＜比較例２＞
ポリプロピレン（芯成分）／ポリエチレン（鞘成分）（ポリプロピレン：ポリエチレン重量比は１：１）で構成される２．２ｄｔｅｘ、長さ３８ｍｍの短繊維（耐熱脱油繊維宇部日東化成株式会社製ＨＲ−ＬＥ）、および６．６ｄｔｅｘ、長さ６４ｍｍのポリエステル短繊維（東レ株式会社製Ｔ２０１）を８：２の割合で混繊してカード機にかけてウエブとし、ウエブをクロスレイヤーで連続的に積層し、ステンレスメッシュをウエブの上下から挟む形で搬送してエアスルーオーブンに通し、温度１５０℃、１分間加熱融着させ、目付４５ｇ／ｍ２、厚み１．０ｍｍのサーマルボンド不織布を得た。該不織布を荷電装置に通して荷電し、エレクトレットろ材を得た。しかし、このろ材をひだ折りしてフィルターユニットを製作したが強度がなくひだ折りすることが出来なかった。ろ材の目付、厚み、嵩密度、油剤付着量を表１に示す。
【００２８】
＜比較例３＞
ポリプロピレン（芯成分）／ポリエチレン（鞘成分）（ポリプロピレン：ポリエチレン重量比は１：１）で構成される２．２ｄｔｅｘ、長さ３８ｍｍの短繊維（耐熱脱油繊維宇部日東化成株式会社製ＨＲ−ＬＥ）、および同短繊維６．６ｄｔｅｘを１：１の割合で混繊してカード機にかけてウエブとし、ウエブをクロスレイヤーで連続的に積層し、ステンレスメッシュをウエブの上下から挟む形で搬送してエアスルーオーブンに通し、温度１５０℃、１分間加熱融着させ、目付１５０ｇ／ｍ２、厚み０．７ｍｍのサーマルボンド不織布を得た。該不織布を荷電装置に通して荷電し、エレクトレットろ材を得た。このろ材をひだ折りしてフィルターユニットを製作してユニット特性を評価した。ろ材の目付、厚み、嵩密度、油剤付着量、フィルターユニットの圧力損失、粉塵保持量、初期におけるＪＩＳ１１種捕集効率を表１に示す。
【００２９】
＜比較例４＞
実施例４で製造した不織布を洗浄せずに荷電し、ユニット化してエレクトレットろ材を得た。このろ材をひだ折りしてフィルターユニットを製作してユニット特性を評価した。ろ材の目付、厚み、嵩密度、油剤付着量、フィルターユニットの圧力損失、粉塵保持量、初期におけるＪＩＳ１１種捕集効率を表１に示す。
【００３０】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明のエレクトレットろ材は単純な繊維構成により電荷保持性が安定し、従来にくらべて低い圧力損失で高い粉塵捕集効率を得ることが出来る。また、組成が単純であることにより生産性が増加し、低コストなろ材を提供することが出来る。これは一般的な空調用フィルターユニットの分野では非常に有効である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアフィルターユニット、主に空調用、エアコン用に使用可能なフィルターユニットに用いられるろ材に関するものであって、特にＪＩＳ Ｂ ９９０８：２００１のうち形式２が適用されるやや微細な粉塵用フィルターユニットに使用されるろ材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エレクトレットろ材は、該ろ材を構成する繊維に半永久的に固定された電荷の静電気力によって空気中の微粒子を効果的に除去できるものであり、空調用、エアコン用、空気清浄機用フィルター、ＯＡ機器などの排気フィルターユニットに使用されている。こうした分野ではフィルターユニットの圧力損失を低く抑えつつ、大気中の微粒子を効率よく捕集する必要があるため、ろ材をジグザグに折りたたんでひだを構成したプリーツ状フィルターとして使用される。
エレクトレットろ材として使用される繊維状不織布としてはメルトブロー不織布や薄物スパンボンド不織布、薄型スパンレース不織布があるが、剛性が低いためひだ折り加工しにくいという問題があった。
【０００３】
こうした問題を解決する方法として、薄いポリピロピレンメルトブロー不織布と太繊度の芯鞘繊維で構成された繊維ウェブを積層、加熱して剛性の高い部分と荷電が可能な部分で構成される積層型のろ材が考案されている（特許文献１）。
また、機械的強度向上のためにエレクトレット化した不織布に合成繊維の網状物を熱接着させた積層型ろ材が考案されている（特許文献２）。
こうした熱接着型の積層ろ材は、あらかじめエレクトレット化させた薄手の不織布と剛性のある基材と接合するため熱によって除電され、エレクトレットによる除塵効率が低下することがある。また、エレクトレット可能な薄手の不織布と機械的強度のある部材をあらかじめ熱接着した後に荷電されることがあるが、部材に含まれる油剤などの有機成分がエレクトレット可能な不織布に作用してエレクトレット化を阻害する問題が生じていた。
【０００４】
また、エレクトレットを疎外する油剤については加熱処理後の油剤付着量の減少率が６０％以上であるポリオレフィン系熱融着繊維を用いたエレクトレット不織布の記載がある（特許文献３）。この文献では加熱により油剤が減少することでエレクトレット特性が得られて粉塵捕集効率が高いことが記載されているが、実際にフィルター用のろ材としての特性と具体的な大気中の捕集上条件については何ら言及されていない
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−８３０１７号公報
【特許文献２】特開平１−１９４９１２号公報
【特許文献３】特開２００２−３３９２５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はエアフィルターの圧力損失、粉塵捕集効率や強度といった一般的なフィルター特性を維持しつつ、安定した捕集効率を発現できるエレクトレットろ材を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑み、鋭意検討した結果得られたものであり、以下の通りである。
（１）エレクトレットろ材、特にＪＩＳ Ｂ ９９０８：２００１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、ろ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重量％以下であること。
（２）上記（１）に記載の不織布が、ポリオレフィン系熱融着繊維を６０〜１００重量％含む熱融着された不織布であるエレクトレットろ材。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、エアフィルターの圧力損失、粉塵捕集効率や強度といった一般的なフィルター特性を維持しつつ、フィルターの製造や使用時に必要である適度な強度を得ることが出来、かつ安定した捕集効率を得ることが出来る。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明はエレクトレットろ材、特にＪＩＳ Ｂ ９９０８：２００１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適用される。該ろ材は不織布であるが、複数のシートの積層および／また接合された形態ではなく、単一層をなすことが特徴であり、具体的には以下（A）〜（Ｃ）の要件を満たなくてはならない。
（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特性が１００〜５００mgであること。
（Ｃ）ろ材に含まれる油剤の付着量が０．１重量％以下であること。
【００１０】
また、本発明を実現するには、上記不織布が、ポリオレフィン系熱融着繊維を６０〜１００重量％含む熱融着された不織布であることが必要である。
【００１１】
本発明におけるエレクトレットろ材において必要とされる不織布の嵩密度はろ材の持つ粉塵捕集効率と通気抵抗のバランスを考慮した場合、０．０３〜０．２０ｇ／ｃｍ３、好ましくは０．０４〜０．１８ｇ／ｃｍ３が好ましい。嵩密度が０．０３ｇ／ｍ３より小さい場合、繊維の量が少ないためエレクトレット後の粉塵捕集効率が低下し、０．２０ｇ／ｃｍ３より高い場合、ろ材の空気抵抗が高くフィルターユニットにした場合の圧力損失が高くなり、かつ粉塵保持量が小さくなり、いずれも好ましくない。
【００１２】
厚みについてはプリーツ後のフィルターユニットの圧力損失に大きく影響するため、１．５ｍｍ以下、好ましくは１．４ｍｍ以下に調整されることが好ましい。厚みが１．５ｍｍより大きい場合、プリーツ後のフィルターユニットにおける通気時の構造抵抗が増加するため圧力損失が大きくなり、好ましくない。
【００１３】
さらに、本発明におけるエレクトレットろ材のガーレ法における曲げ反発特性が１００〜５００ｍｇ、好ましくは１２０〜４８０ｍｇであることが適度なプリーツ加工性を維持する上で必要である。曲げ反発特性が１００ｍｇより低い場合、ろ材の曲げ強度が低下するのでプリーツ加工時にきれいな山状のプリーツが形成されず、いびつな形状を形成する。反対に５００ｍｇより大きい場合、強度が高いためプリーツ加工時に折り曲げることが出来ず、頂点がいびつな形状に形成されるため、いずれも好ましくない。
【００１４】
本発明においてはろ材に含まれる油剤の付着量が０．１重量％以下であることがプリーツ型フィルターユニット用におけるエレクトレットろ材において必要な捕集性能を得る上で重要である。短繊維不織布に使用される原綿にはカード時に発生する静電気を抑制してウエブ形成性を安定化するために有機成分が主である油剤が含有されている。こうした油剤はウエブの形成を安定化する反面、シート化後に荷電処理を行いエレクトレット化した場合においても抑制する効果を有する。したがって本発明における油剤の付着量はシートの重量に対して０．１重量％以下であることが必要な荷電効果を得る上で重要である。油剤の付着量が０．１重量％より多い場合、仮に荷電されても電荷が安定せず、必要な粉塵捕集効率を得ることが出来なくなり、好ましくない。なお、こうしたエレクトレットろ材を得るためにはエレクトレットが可能な素材、特にポリオレフィン系の成分でポリオレフィン系熱融着繊維を６０〜１００重量％含む熱融着された不織布であることが必要である。ポリオレフィン系の熱融着繊維の含有率が６０重量％より低い場合、必要な荷電効果が得られず、かつシートとして必要な強度が得られないため好ましくない。
【００１５】
続いて、本発明を実現するための具体的な製造方法について説明する。本発明は、特にポリプロピレンを芯に、ポリエチレンを鞘に構成される芯鞘繊維を用い、ウェブ状にしてからシート化することが融着特性と工程の合理性の観点から好適に用いられる。該芯鞘繊維はシートの強度と圧力損失を考慮した場合、２．２〜２２ｄｔｅｘの繊維を用いることが好ましく、それより繊度の大きいものである場合、難燃剤が含有した場合の融着強度が低下するためシートの強度が弱くなる。また２．２ｄｔｅｘ未満である場合、繊維直径が細くなるためにシートにした場合の圧力損失が高くなり、好ましくない。主成分のポリプロピレン繊維と接着成分としてのポリエチレンとの比率は配合の方法により様々であるが充分な接着性を得るためにはポリプロピレン（ＰＰ）繊維とポリエチレン（ＰＥ）が重量比で１：４〜４：１に調整されることが望ましい。こうしたポリオレフィン系の芯鞘繊維と他の繊維を混綿して公知の方法でカード機にかけウエブ状にした後、熱接着を行って不織布を製造する。ポリオレフィン系の芯鞘繊維と混綿する他の繊維はシートに要求される機能に応じて選択される。例えば、抗菌、高カビ性や難燃性を付与したい場合はこうした機能を持つ公知の添加剤が添加された繊維をエレクトレット性が損なわない程度に混ぜてもよい。
【００１６】
不織布を製造する方法は公知の方法でよく、例えばカードウエブをニードルパンチにかける方法、カードウエブを水流によって交絡させシートを構成する方法がある。しかしながら必要な強度を得るためにはシート構成後、熱融着繊維の鞘成分の融点以上の温度で十分に熱が行き渡る時間、具体的には１０〜６０秒間ヒートスルーオーブンで加熱して鞘部を融解させて繊維間接着をする必要がある。この場合、必要とされる厚みにするためにはウエブを交絡した不織布を所定のギャップに調整したネットに挟み込んで加熱する事で可能となる。また、ウエブを交絡した不織布をオーブンで加熱させた後所定のギャップに調整したプレスローラー中を通過させることによってでも可能である。プリーツろ材として必要な曲げ反発特性を得るには熱融着繊維成分が加熱溶融した状態で所定の厚みに調整して冷却させることが必要で、このような状態で厚みを調整する方法であれば特に限定されるものではない。
【００１７】
続いて必要なエレクトレット性を得る上で必要な油剤の除去方法について説明する。油剤は不織布形成後５０〜８０℃程度の温浴に数分間含浸して脱水することによって得られる。また連続的には未加熱の不織布を温浴に通した後所定の温度で乾燥し、そのまま融点以上の温度に加熱して得ることも可能である。また、加熱によって油剤成分が減少する繊維（特許文献３）を用いてもよい。油剤が除去されたシートは荷電処理によって荷電され、エレクトレットフィルターろ材になる。荷電方法特に限定されるものではないがコロナ放電による方法や水などの液体を通過させて得られる方法、シートを摩擦によって静電気を発生させる方法など公知の方法でよい。
【実施例】
【００１８】
次に実施例、比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例のみに限定されるものではない。なお、測定方法は下記の方法で実施した。
【００１９】
（１）目付（ｇ／ｍ２）：２００ｍｍ角の寸法で切り出し、秤量して寸法で除した。
（２）厚み（ｍｍ）：荷重０．７ｋＰａの厚みを読み取った。
（３）嵩密度（ｇ／ｃｍ３）：目付を厚みで除した値を採用した。
（４）曲げ反発性：ＪＩＳ Ｌ １０９６（１９９０）６．２０．１ Ａ法に準拠。
（５）油剤付着量：試料２ｇを採取し、エタノール／メタノール：重量混合比２／１の抽出液５０ｃｃに含浸させて油剤を抽出した。抽出前後の重量を測定して単位重量あたりの抽出量（重量％）を算出した。
（６）フィルターユニットの特性
ろ材６０５ｍｍ巾×２０ｍ長を製造し、山高さ５８ｍｍにてひだ折りして山ピッチ６ｍｍになる様に公知の方法でビード樹脂を２５ｍｍ間隔で流し込んで成型し、プリーツを形成した。６１０ｍｍ角のアルミ枠材にプリーツを装填して圧力損失とＪＩＳ１１種の初期捕集効率を測定した。測定装置はＪＩＳ Ｂ ９９０８（２００１）の形式２に基づく装置を用いた。風量は５６ｍ３／ｍｉｎで実施し、粉塵負荷は２９４Paで終了した。
【００２０】
以下実施例中および比較例で用いたシートの荷電方法を以下に示した。
（１）荷電装置
アース側：アルミ板に厚さ２ｍｍのシリコンシートを敷設した。
電極側：針間隔１０ｍｍの針電極
電極−アース間距離：針先端からシリコンシートまで１０ｍｍ
（２）荷電方法
印加電圧：２０ｋＶ
荷電時間：３０秒
【００２１】
＜実施例１＞
ポリプロピレン（芯成分）／ポリエチレン（鞘成分）（ポリプロピレン：ポリエチレン重量比は１：１）で構成される２．２ｄｔｅｘ、長さ３８ｍｍの短繊維、および６．６ｄｔｅｘ、長さ６４ｍｍの短繊維（いずれも宇部日東化成株式会社製耐熱脱油繊維ＨＲ−ＬＥ）を８：２の割合で混繊してカード機にかけてウエブとし、ウエブをクロスレイヤーで連続的に積層し、ステンレスメッシュをウエブの上下から挟む形で搬送してエアスルーオーブンに通し、温度１５０℃、１分間加熱融着させ、目付８５ｇ／ｍ２、厚み１．０ｍｍのサーマルボンド不織布を得た。該不織布を荷電装置に通して荷電し、エレクトレットろ材を得た。このろ材をひだ折りしてフィルターユニットを製作しユニット特性を評価した。ろ材の目付、厚み、嵩密度、油剤付着量、フィルターユニットの圧力損失、粉塵保持量、初期におけるＪＩＳ１１種捕集効率を表１に示す。
【００２２】
＜実施例２＞
ポリプロピレン（芯成分）／ポリエチレン（鞘成分）（ポリプロピレン：ポリエチレン重量比は１：１）で構成される２．２ｄｔｅｘ、長さ３８ｍｍの短繊維（宇部日東化成株式会社製耐熱脱油繊維ＨＲ−ＬＥ）、および６．６ｄｔｅｘ、長さ６４ｍｍのポリエステル短繊維（東レ株式会社製Ｔ２０１）を８：２の割合で混繊してカード機にかけてウエブとし、ウエブをクロスレイヤーで連続的に積層し、ステンレスメッシュをウエブの上下から挟む形で搬送してエアスルーオーブンに通し、温度１５０℃、１分間加熱融着させ、目付９５ｇ／ｍ２、厚み１．０ｍｍのサーマルボンド不織布を得た。該不織布を荷電装置に通して荷電し、エレクトレットろ材を得た。このろ材をひだ折りしてフィルターユニットを製作してユニット特性を評価した。ろ材の目付、厚み、嵩密度、油剤付着量、フィルターユニットの圧力損失、粉塵保持量、初期におけるＪＩＳ１１種捕集効率を表１に示す。
【００２３】
＜実施例３＞
実施例２と同じ繊維組成で目付１００ｇ／ｍ２、厚み０．７ｍｍのサーマルボンド不織布を得た。該不織布を荷電装置に通して荷電し、エレクトレットろ材を得た。このろ材をひだ折りしてフィルターユニットを製作してユニット特性を評価した。ろ材の目付、厚み、嵩密度、油剤付着量、フィルターユニットの圧力損失、粉塵保持量、初期におけるＪＩＳ１１種捕集効率を表１に示す。
【００２４】
＜実施例４＞
実施例２と同じ繊維組成で目付７０ｇ／ｍ２、厚み１．３ｍｍのサーマルボンド不織布を得た。該不織布を荷電装置に通して荷電し、エレクトレットろ材を得た。このろ材をひだ折りしてフィルターユニットを製作してユニット特性を評価した。ろ材の目付、厚み、嵩密度、油剤付着量、フィルターユニットの圧力損失、粉塵保持量、初期におけるＪＩＳ１１種捕集効率を表１に示す。
【００２５】
＜実施例５＞
ポリプロピレン（芯成分）／ポリエチレン（鞘成分）（ポリプロピレン：ポリエチレン重量比は１：１）で構成される２．２ｄｔｅｘ、長さ３８ｍｍの短繊維（宇部日東化成株式会社製ＨＲ−ＣＫ）、および６．６ｄｔｅｘ、長さ６４ｍｍのポリエステル短繊維（東レ株式会社製Ｔ２０１）を８：２の割合で混繊してカード機にかけてウエブとし、ウエブをクロスレイヤーで連続的に積層し、ステンレスメッシュをウエブの上下から挟む形で搬送してエアスルーオーブンに通し、温度１５０℃、１分間加熱融着させ、目付９０ｇ／ｍ２、厚み１．０ｍｍのサーマルボンド不織布を得た。該不織布を７０℃に設定された温浴中に５分間含浸させよく揉んで水分が不織布中に行き渡るように洗浄し、その後脱水して油剤を除去した。油剤の除去を２回繰り返した後、乾燥させて荷電装置に通して荷電し、エレクトレットろ材を得た。このろ材をひだ折りしてフィルターユニットを製作してユニット特性を評価した。ろ材の目付、厚み、嵩密度、油剤付着量、フィルターユニットの圧力損失、粉塵保持量、初期におけるＪＩＳ１１種捕集効率を表１に示す。
【００２６】
＜比較例１＞
ポリプロピレン（芯成分）／ポリエチレン（鞘成分）（ポリプロピレン：ポリエチレン重量比は１：１）で構成される２．２ｄｔｅｘ、長さ３８ｍｍの短繊維（宇部日東化成株式会社製耐熱脱油繊維ＨＲ−ＬＥ）、および６．６ｄｔｅｘ、長さ６４ｍｍのポリエステル短繊維（東レ株式会社製Ｔ２０１）を８：２の割合で混繊してカード機にかけてウエブとし、ウエブをクロスレイヤーで連続的に積層し、ステンレスメッシュをウエブの上下から挟む形で搬送してエアスルーオーブンに通し、温度１５０℃、１分間加熱融着させ、目付６０ｇ／ｍ２、厚み２．３ｍｍのサーマルボンド不織布を得た。該不織布を荷電装置に通して荷電し、エレクトレットろ材を得た。このろ材をひだ折りしてフィルターユニットを製作してユニット特性を評価した。ろ材の目付、厚み、嵩密度、油剤付着量、フィルターユニットの圧力損失、粉塵保持量、初期におけるＪＩＳ１１種捕集効率を表１に示す。
【００２７】
＜比較例２＞
ポリプロピレン（芯成分）／ポリエチレン（鞘成分）（ポリプロピレン：ポリエチレン重量比は１：１）で構成される２．２ｄｔｅｘ、長さ３８ｍｍの短繊維（耐熱脱油繊維宇部日東化成株式会社製ＨＲ−ＬＥ）、および６．６ｄｔｅｘ、長さ６４ｍｍのポリエステル短繊維（東レ株式会社製Ｔ２０１）を８：２の割合で混繊してカード機にかけてウエブとし、ウエブをクロスレイヤーで連続的に積層し、ステンレスメッシュをウエブの上下から挟む形で搬送してエアスルーオーブンに通し、温度１５０℃、１分間加熱融着させ、目付４５ｇ／ｍ２、厚み１．０ｍｍのサーマルボンド不織布を得た。該不織布を荷電装置に通して荷電し、エレクトレットろ材を得た。しかし、このろ材をひだ折りしてフィルターユニットを製作したが強度がなくひだ折りすることが出来なかった。ろ材の目付、厚み、嵩密度、油剤付着量を表１に示す。
【００２８】
＜比較例３＞
ポリプロピレン（芯成分）／ポリエチレン（鞘成分）（ポリプロピレン：ポリエチレン重量比は１：１）で構成される２．２ｄｔｅｘ、長さ３８ｍｍの短繊維（耐熱脱油繊維宇部日東化成株式会社製ＨＲ−ＬＥ）、および同短繊維６．６ｄｔｅｘを１：１の割合で混繊してカード機にかけてウエブとし、ウエブをクロスレイヤーで連続的に積層し、ステンレスメッシュをウエブの上下から挟む形で搬送してエアスルーオーブンに通し、温度１５０℃、１分間加熱融着させ、目付１５０ｇ／ｍ２、厚み０．７ｍｍのサーマルボンド不織布を得た。該不織布を荷電装置に通して荷電し、エレクトレットろ材を得た。このろ材をひだ折りしてフィルターユニットを製作してユニット特性を評価した。ろ材の目付、厚み、嵩密度、油剤付着量、フィルターユニットの圧力損失、粉塵保持量、初期におけるＪＩＳ１１種捕集効率を表１に示す。
【００２９】
＜比較例４＞
実施例４で製造した不織布を洗浄せずに荷電し、ユニット化してエレクトレットろ材を得た。このろ材をひだ折りしてフィルターユニットを製作してユニット特性を評価した。ろ材の目付、厚み、嵩密度、油剤付着量、フィルターユニットの圧力損失、粉塵保持量、初期におけるＪＩＳ１１種捕集効率を表１に示す。
【００３０】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明のエレクトレットろ材は単純な繊維構成により電荷保持性が安定し、従来にくらべて低い圧力損失で高い粉塵捕集効率を得ることが出来る。また、組成が単純であることにより生産性が増加し、低コストなろ材を提供することが出来る。これは一般的な空調用フィルターユニットの分野では非常に有効である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレクトレットろ材、特にＪＩＳ Ｂ ９９０８：２００１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、ろ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重量％以下であること。
【請求項２】
請求項１に記載の不織布が、ポリオレフィン系熱融着繊維を６０〜１００重量％含む熱融着された不織布であるエレクトレットろ材。
【請求項１】
エレクトレットろ材、特にＪＩＳ Ｂ ９９０８：２００１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、ろ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重量％以下であること。
【請求項２】
請求項１に記載の不織布が、ポリオレフィン系熱融着繊維を６０〜１００重量％含む熱融着された不織布であるエレクトレットろ材。
【公開番号】特開２０１２−１７０９１４（Ｐ２０１２−１７０９１４Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３６９５３（Ｐ２０１１−３６９５３）
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【出願人】（０００００３１６０）東洋紡績株式会社 (3,622)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【出願人】（０００００３１６０）東洋紡績株式会社 (3,622)
【Ｆターム（参考）】
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