説明

フィルタ用濾材の製造方法ならびに該濾材を使用したフィルタ

【課題】微細塵を低い圧力損失でありながら高い捕集効率をもって捕集し得るフィルタ用濾材を提供する。
【解決手段】短繊維不織布に樹脂含浸された不織布やスパンポンド等の不織布よりなる基材上に、ポリアクリル酸エステル樹脂などの接着性樹脂エマルジョンを機械的に発泡、塗工する際に、該エマルジョンに発泡剤,整泡剤に加え、更に増粘剤を夫々好適な比率をもって添加し、微小な泡の形成及び安定化を図って、該安定で微小な泡の層を短繊維不織布やスパンポンド等の不織布よりなる基材上に塗工した後、破泡することなく乾燥することにより基材上に微小な多数の空隙を有する層を形成せしめる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、微細塵ダストを捕集するにあたり、高い捕集効率と低い圧力損失を兼ね備えたフィルタ用濾材の製造方法ならびに該濾材を使用したフィルタに関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般にフィルタ性能は、塵埃の捕集効率,圧力損失,フィルタ寿命などにより評価される。その中で微細塵(カーボンダストなど)の捕集効率を高めるために、従来、いくつかの試みがなされて来た。
【0003】
例えば特許文献1では、ダストの進入サイドから清浄化された空気が抜けるサイドに向けて、比較的太い短繊維を使用した不織布(粗層)、次いで中間層不織布、最後は比較的細い短繊維を使用した不織布(密層)の3層密度勾配型不織布が提案されている。この3層密度勾配型不織布は空気の流れ方向に繊維の密度勾配が形成され、高捕集効率化に寄与しているとされている。
【0004】
また、特許文献2,3,4,5では、先の粗層上に比較的密度の高いスパンポンド、繊維の細いメルトブロー、極細繊維のナノファイバーあるいは1本の繊維を機械的あるいは化学的に分割した極細繊維からなる不織布を積層、あるいはコーティング層を形成せしめて高捕集効率化を図る試みが示されている。
【0005】
更に、特許文献6では、先に粗層、中間層、密層の何れかあるいは全層に対して、各種の接着性樹脂を付与し、繊維間を埋め、繊維間の空隙を小さくすることにより高捕集効率化を図る試みがなされている。また、接着性樹脂を付与し高捕集効率化を図る別の方法としては、特許文献7に、接着性樹脂を機械的あるいは化学的に発泡せしめた後に先の層に対して、塗工後、泡を破泡させることなく乾燥し、多孔層を形成する方法が紹介されている。
【0006】
しかし、上記の各方法は何れの方法においても、積層あるいはコーティングの方法が煩雑であり、生産性に劣ると共に空気の流れ方向に密度差を形成する場合の積層においては各層間の接着力,結合力の弱さを向上させるという課題があり、更に極細繊維の使用は取り扱い並びに価格的な面で問題を抱えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開昭53−49383号公報
【特許文献2】特公平4−48485号公報
【特許文献3】特開2007−46478号公報
【特許文献4】特開2006−289209号公報
【特許文献5】特開2004−243250号公報
【特許文献6】特開平6−343809号公報
【特許文献7】特公昭60−38171号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は上述の如き実状に対処し、前記課題を対処すべく特に積層による各層間の接着力,結合力の向上を図り、また高価な極細繊維を使用することなしに従来の接着性樹脂エマルジョンの発泡技術を改善し、特に増粘剤を適宜添加することを見出すことにより上記の問題を解消して微細塵を高い効率で捕集し得るフィルタ用濾材を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
即ち、上記目的に適合する本発明は低圧力損失で、微細塵を高効率で捕集し得るフィルタ用濾材の製造方法であり、不織布よりなる基材上に接着性樹脂エマルジョンを機械的に発泡,塗工してフィルタ用濾材を製造するにあたり、前記接着性樹脂エマルジョンに発泡剤,整泡剤に加え、特に増粘剤を添加し、微小な泡の形成及び安定化を図り、該安定化された微小な泡の層を前記基材上に塗工した後、破泡することなく乾燥することにより、基材上に微小な多数の空隙を有する層を形成せしめることを特徴とする。ここで、上記接着性樹脂エマルジョンとしては、ポリアクリル酸エステル樹脂,ポリウレタン樹脂,水系ポリエステル樹脂,ポリエチレン酢酸ビニル樹脂などのエマルジョンが用いられる。
【0010】
請求項3は、従来の微多孔加工用の泡を作成する際には、形成された泡を不織布などの被塗工物に塗工後は速やかに破泡し基材へ浸透することが望まれているのに対し、破泡することなく乾燥させ、基材上に微小な多数の空隙を有する層を形成せしめる本発明の根幹をなすものであり、前記接着性樹脂エマルジョンを機械発泡する際に、ノニオン系界面活性剤などの発泡剤を0.1〜5重量%、高級脂肪酸のアンモニウム塩などの整泡剤を0.1〜5重量%に加え、更にポリウレタン系などの増粘剤を0.5〜10重量%添加し機械的に発泡倍率5〜20倍に発泡すると、微小で安定した泡が得られ、特に泡の粘度を10,000〜70,000mPa・秒に上げることにより泡の安定性を格段に向上させることが可能となり、泡の形状を保ったままで基材上に塗工され、乾燥されて微多孔層が形成された所期のフィルタ用濾材を得ることができる。
【0011】
なお、上記により得られたフィルタ用濾材は、基材となる不織布上に塗工,乾燥された樹脂層に内在する空隙の平均細孔径が5〜20μmであり、ドライ塗工量が10〜100g/m2、厚さが0.1〜1.5mmであることが好適である。上記製造方法において基材として使用される不織布は、ポリエステル繊維単独あるいはレーヨン繊維などを混綿し計量→カード→ラッピング→ニードルパンチ→接着性樹脂エマルジョンの含浸加工されたものが用いられる。この短繊維不織布の目付としては、70〜180g/m2(内繊維量は50〜120g/m2)、厚さとしては、0.2〜2mmが好適である。
【0012】
また、上記短繊維不織布に目付30g/m2以下のスパンポンド層を積層し、ニードル加工,ケミカルボンド加工してなる目付が70〜200g/m2、厚さが0.2〜2.5mmの不織布や、スパンポンド不織布として、エンボスタイプあるいはケミカルボンドタイプで見掛け密度0.15〜0.40g/m3 、目付50〜150g/m2のものが用いられる。請求項6は上記製造方法で製造された濾材の利用に係り、該濾材を所定の形状に成型し、形成してなるフィルタであり、就中、自動車のエンジンフィルタに用いて好適である。
【発明の効果】
【0013】
上記本発明製造方法により製造されたフィルタ用濾材は、破泡することなく乾燥されているため、泡が壊されて内部に浸透することなく基材表面に泡がのっているまま乾燥されて多数の空隙を有する層を形成していることから、低い圧力損失でありながら微細塵を高効率でもって捕集し得る効果を有し、自動車用エンジンフィルタ用濾材などに用いて極めて有用である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、更に本発明の具体的態様について説明する。本発明は先ず上述の如く、接着性樹脂エマルジョンを機械的に発泡させる際に発泡剤、整泡剤に加え、更に増粘剤を好適な比率でもって添加し、微小な泡の形成および安定化を図って、該安定で微小な泡の層を基材不織布上に塗工した後、破泡することなく乾燥することにより、微小な多数の空隙を有する層を基材上に形成せしめ、微細塵を高効率で捕集し得るようにしたフィルタ用濾材の製造方法にある。
【0015】
これを更に詳述すると、本発明は先ず発泡層が形成される支持層となるケミカルボンド不織布あるいはスパンポンドなどの不織布よりなる基材上に、ポリアクリル酸エステル樹脂などの接着性樹脂エマルジョンを機械的に発泡、塗工するに際して発泡剤,整泡剤、更に増粘剤を好適な添加率で配合し、発泡倍率5〜20倍に発泡し平均泡径7〜20μmの微細で安定な泡を得る。そして該安定な泡を次に通常の泡コーティングの方法により塗工し、該泡を破泡させることなく乾燥させることにより、微小な多数の空隙を有する所望の樹脂微多孔層を基材上に形成せしめるフィルタ用濾材の製造方法である。
【0016】
ここで本発明において発泡層を形成する支持層基材として使用される不織布は、ケミカルボンド不織布あるいはスパンポンド不織布であり、このうちケミカルボンド不織布は、常法により製造されるものであって、使用される繊維はポリエステル繊維,ポリアミド繊維,レーヨン繊維などであって特に限定されるものではない。また、短繊維の層のみでなく、目付30g/m2以下のスパンポンド上に積層し、ニードルパンチ加工,ケミカルボンド加工されたものであってもかまわない。なお、繊維はその繊維径が1〜10デシテックス、長さが20〜100mmの汎用の繊維でもよい。また、カード,ニードルパンチ,ケミカルボンドの条件は特に限定するものではない。
【0017】
ケミカルボンド不織布を使用するときは、その目付範囲として70〜180g/m2(内繊維量は50〜120g/m2)、厚さとしては、0.2〜2mmが好適である。目付70g/m2以下、厚さ0.2mm以下になると接着性樹脂を発泡、塗工する際に、該不織布の厚さ方向に一部浸透し、性能のバラツキの原因となり好ましくない。一方、目付180g/m2以上、厚さ2mm以上になとるフィルタ濾材としては、圧力損失が大きくなって好ましくなく、目付は80〜150g/m2、厚さは0.3〜1.5mmが特に好ましい。なお、目付30g/m2以下のスパンポンドと積層するときは目付70〜200g/m2、厚さが0.2〜2.5mmの範囲であることが好適である。
【0018】
また、支持層基材として使用し得るスパンポンドとしては、通常のエンボスタイプあるいはニードルパンチタイプに樹脂加工を施したケミカルボンドタイプのどちらでも可能であるが、目付としては50〜150g/m2、見掛け密度0.15〜0.40g/cm3が好ましい。目付50g/m2以下、見掛け密度0.15g/cm3以下になると接着性樹脂を発泡、塗工する際に、該不織布の厚さ方向に一部浸透し、性能のバラツキの原因となり好ましくない。一方、目付150g/m2以上、見掛け密度0.40g/cm3以上になるとフィルタ濾材としては、圧力損失が大きくなって好ましくなく、従って目付70〜120g/m2、見掛け密度0.2〜0.3g/cm3が最も好ましい。
【0019】
次に本発明は上記不織布からなる基材に微多孔層を形成すべく接着性樹脂を塗工するが、使用される接着性樹脂としては、ポリアクリル酸エステル樹脂,ポリウレタン樹脂,水系ポリエステル樹脂,ポリエチレン酢酸ビニル樹脂などのエマルジョンが挙げられる。しかし、比較的安価で風合いの硬軟を選び得るポリアクリル酸エステル樹脂のエマルジョンが実用上、最も好ましい。
【0020】
また、機械的発泡に際し上記接着性樹脂には発泡剤,整泡剤,増粘剤が添加される。本発明で使用し得る発泡剤としては、ノニオン系界面活性剤,アニオン系界面活性剤などがあるが、特にノニオン系界面活性剤が好適である。その添加量は0.1重量%以下であれば、接着性ポリアクリル酸エステル樹脂などのタイプによっては充分な発泡倍率が得られず、また5重量%以上添加すると形成された発泡層の耐水性を阻害する場合や変色を招く場合があるので、0.5〜3.5重量%の添加が好ましい。
【0021】
また、本発明で使用し得る整泡剤としては、ポリジメチルシロキサンなどのシリコーン系やステアリン酸アンモニウムなどの脂肪酸のアンモニウム塩系などの整泡剤が好適である。また、その添加量は0.1〜5重量%であるが、0.1重量%以下では充分な整泡効果が得られず形成された泡の大きさに班が出やすくなる。一方、添加量が5重量%以上になると、接着性の阻害などが発現し好ましくなく、0.5〜3重量%の添加が特に好ましい。
【0022】
更に本発明において重要な要素として上記接着性樹脂エマルジョンに発泡剤,整泡剤と共に増粘剤が添加される。この添加される増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)などのセルロース系増粘剤,高分子量のポリビニルアルコール,高分子量の界面活性剤,アルギン酸ソーダなどの天然物系増粘剤及びポリウレタン樹脂系増粘剤などであり、なかでも増粘効果の大きいポリウレタン樹脂系増粘剤が好適である。またその添加量は0.5〜10重量%であるが、0.5重量%以下では使用する接着性樹脂の種類によっては増粘効果が出がたいものもあり好ましくない。一方、10重量%以上添加すると、後に形成された微多孔層が硬く、脆くなり好ましくなく、1〜5重量%の添加が特に好ましい。
【0023】
かくして本発明は上述の如く発泡剤,整泡剤に更に増粘剤を夫々、前記の接着性樹脂エマルジョンに好適な各比率でもって添加して微小な泡の形成及び安定化を図り、該安定で微小な泡の層を前記不織布よりなる基材上に塗工して破泡することなく乾燥することによって、基材上に微小な多数の空隙を有する層を形成せしめるが、基材上に塗工する上記接着性樹脂を発泡したもののドライ塗工量としては、平均細孔径(ボアサイズ)5〜20μmの微多孔層を10〜100g/m2、塗工厚さ0.1〜1.5mmが好ましい。微多孔層が10g/m2以下、厚さ0.1mm以下になると微多孔層が充分に、かつ均一に形成されず好ましくなく、一方、微多孔層が100g/m2以上、厚さ1.5mm以上になると圧力損失が大きく、フィルタ濾材としては好ましくない。特に微多孔層の目付が20〜60g/m2、厚さが0.15〜1mmは最も好ましい。以下、更に本発明の具体的な実施例を比較例と共に説明する。
【実施例】
【0024】
実施例1
繊度1.3デシテックス、繊維長38mmのポリエステル繊維60重量%と、繊度1.1デシテックス、繊維長38mmのレーヨン繊維40重量%を常法どおり計量、カーディング、ラッピングした繊維層90g/m2を目付25g/m2、エンボスタイプの繊度1.3デシテックスのポリエステルスパンポンドの上に積層後、針番手40番のニードルにて打ち込み本数48本/cm2、針深さ10.5mmにてニードルパンチ加工後、エヌエスシー社製酢ビ樹脂エマルジョンXリンク125−2812を20%に希釈したものを含浸→乾燥し、40ドライg/m2付与し、発泡コーティング用基材を得た。次いで、下記処方の調合液を調整後、
DIC製:ポリアクリル酸エステル樹脂 80重量%
第1工業製薬製:発泡剤 2重量%
日華化学製:ウレタン系増粘剤 2重量%
サンノプコ社製:整泡剤 3重量%
顔料 0.1重量%
水 12.9重量%
汎用の機械発泡機にて10倍に発泡させて、BM型粘度計3号ロータ、回転数6rpmにて31,000mPa・秒の粘度のクリーム状発泡液を得た。該発泡液をドクターコーティングの際にクリアランスを調整塗工し、その後、熱風乾燥機にて150℃×1.5分乾燥し、20ドライg/m2の微多孔層を得た。この濾材の総目付は178g/m2であった。
実施例2
実施例1同様の基材に、実施例1同様のクリーム状発泡液をドクターコーティングの際にクリアランスを広げ塗工し、その後、熱風乾燥機にて150℃×1.5分乾燥し、50ドライg/m2の微多孔層を得た。この濾材の総目付は208g/m2であった。
実施例3
繊度1.3デシテックス、繊維長38mmのポリエステル繊維60重量%と、繊度1.1デシテックス、繊維長38mmのレーヨン繊維40重量%を常法どおり計量、カーディング、ラッピングした繊維層60g/m2を目付25g/m2エンボスタイプのポリエステルスパンポンド(繊度1.3デシテックス)の上に積層後、針番手40番のニードルにて打ち込み本数48本/cm2、針深さ10.5mmにてニードルパンチ加工後、エヌエスシー社製酢ビ樹脂エマルジョンXリンク125−2812を20%に希釈したものを含浸→乾燥し、30ドライg/m2付与し、発泡コーティング用基材を得た。該不織布に対して実施例1と同様にドクターコーティング加工を行い、その後、熱風乾燥機にて150℃×1.5分間乾燥し、20ドライg/m2の微多孔層を得た。この濾材の総目付は135g/m2であった。
比較例1
市販の阿波製紙製濾紙:坪量(目付) 130g/m2
比較例2
繊度1.3デシテックス、繊維長38mmのポリエステル繊維60重量%と、繊度1.1デシテックス、繊維長38mmのレーヨン繊維40重量%を常法どおり計量、カード、ラッピングした繊維層60g/m2を目付25g/m2エンボスタイプのポリエステルスパンポンドの上に積層後、針番手40番のニードルにて打ち込み本数48本/cm2、針深さ10.5mmにてニードルパンチ加工後、エヌエスシー社製酢ビ樹脂エマルジョンXリンク125−2812を20%希釈したものを含浸→乾燥し、30ドライg/m2付与し基材を得た。次いで、タピルス製メルトブローン不織布(繊維径3μm)を呉羽テック製熱接着性不織布目付15g/m2でもって両者を熱接着し、濾材とした。この濾材の総目付は150g/m2であった。
比較例3
繊度1.3デシテックス、繊維長38mmのポリエステル繊維60重量%と、繊度1.1デシテックス、繊維長38mmのレーヨン繊維40重量%を常法どおり計量、カード、ラッピングした繊維層60g/m2を目付25g/m2、繊維径1.3デシテックスのエンボスタイプポリエステルスパンポンドの上に積層後、針番手40番のニードルにて打ち込み本数48本/cm2、針深さ10.5mmにてニードルパンチ加工後、エヌエスシー社製酢ビ樹脂エマルジョンXリンク125−2812を20%希釈したものを含浸→乾燥し30ドライg/m2付与し得られた。この濾材の総目付は158g/m2であった。
【0025】
以上の各実施例,比較例によって得られた各濾材について夫々、圧力損失,清浄効率を下記測定条件に拠り測定し対比した。その結果を下記表1に示す。
【0026】
【表1】

【0027】
測定条件
1.最大細孔径:PMI社製細孔径分布測定器型式CFD−1200A使用(φ20mm)
2.平均孔径:同上
3.単板ΔP:φ360mm 0.6cm3/分通風時の圧力損失を差圧計にて測定
4.カーボンダスト清浄効率:カーボンダスト供給後、単板ΔP+2.94kPa到達時の
a:フィルタに保持されたカーボンダスト重量
b:アブソリュートフィルタに保持されたカーボンダスト重量
清浄効率=(a/a+b)×100 5.カーボンダストライフ:同上
【産業上の利用可能性】
【0028】
本発明のフィルタ用濾材は、上記に見られる如く微細塵を高効率でもって捕集し得ることから、特に自動車のエンジンフィルタ用濾材などに使用され得るものである。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
不織布よりなる基材上に接着性樹脂エマルジョンを機械的に発泡,塗工してフィルタ用濾材を製造する方法において、前記接着性樹脂エマルジョンに発泡剤,整泡剤に更に増粘剤を添加し、微小な泡の形成及び安定化を図り、該安定で微小な泡の層を基材上に塗工した後、破泡することなく乾燥することにより基材上に微小な多数の空隙を有する層を形成せしめることを特徴とする微細塵を高効率で捕集し得るフィルタ用濾材の製造方法。
【請求項2】
接着性樹脂エマルジョンがポリアクリル酸樹脂,ポリウレタン樹脂,水系ポリエステル樹脂,ポリエチレン酢酸ビニルなどのエマルジョンである請求項1記載のフィルタ用濾材の製造方法。
【請求項3】
発泡剤,整泡剤,増粘剤としてノニオン系界面活性剤などの発泡剤を0.1〜5重量%,高級脂肪酸のアンモニウム塩などの整泡剤を0.1〜5重量%と更にポリウレタン系増粘剤などの増粘剤を0.5〜10重量%添加することにより発泡倍率5〜20倍に発泡し、粘度10,000〜70,000mPa・秒の微小で安定な泡を得て該泡を基材上に塗工する請求項1または2記載のフィルタ用濾材の製造方法。
【請求項4】
基材となる不織布上に塗工,乾燥された微多孔層に内在する空隙の平均細孔径が5〜20μmであり、ドライ塗工量が10〜100g/m2、厚さが0.1〜1.5mmである請求項1,2または3記載のフィルタ用濾材の製造方法。
【請求項5】
基材となる不織布がポリエステル繊維単独あるいはレーヨン繊維などを混綿し、ニードルパンチ加工を施した繊維量50〜120g/m2のウエブにポリアクリル酸エステル樹脂などを含浸・付与した目付が70〜180g/m2、厚さが0.2〜2mmであるケミカルボンド不織布あるいは該不織布に目付30g/m2以下のスパンポンド繊維層を積層し、ニードルパンチ加工,ケミカルボンド加工してなる、目付が70〜200g/m2、厚さが0.2〜2.5mmの不織布あるいはエンボスタイプもしくはケミカルボンドタイプのスパンポンド不織布からなる群より選ばれた不織布であって、見掛け密度0.15〜0.40g/cm3,目付50〜150g/m2の不織布である請求項1〜4の何れかの項に記載のフィルタ用濾材の製造方法。
【請求項6】
請求項1〜5の何れかの項に記載する方法で製造されたフィルタ用濾材を所定の形状に成型し形成せしめた自動車エンジン用フィルタ。

【公開番号】特開2011−245423(P2011−245423A)
【公開日】平成23年12月8日(2011.12.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−121273(P2010−121273)
【出願日】平成22年5月27日(2010.5.27)
【出願人】(391021570)呉羽テック株式会社 (57)
【Fターム(参考)】