全熱交換用原紙およびそれを用いた全熱交換素子
【課題】伝熱性と透湿性と気体遮蔽性に優れ、様々な使用環境で長期にわたり使用可能な全熱交換用原紙および全熱交換素子を提供する。
【解決手段】セルロースパルプと熱可塑性高分子のナノファイバーとを含むことを特徴とする全熱交換用原紙およびそれを用いた全熱交換素子。
【解決手段】セルロースパルプと熱可塑性高分子のナノファイバーとを含むことを特徴とする全熱交換用原紙およびそれを用いた全熱交換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として空調分野に利用される全熱交換換気設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
室内外の空気の顕熱（熱）と潜熱（湿度）を交換しながら換気をする全熱交換換気設備は、省エネルギーの担い手として、オフィスビルはじめ工場に至る各種建築に普及している。最近では、改正省エネ法（エネルギー使用の合理化に関する法律）をはじめとする各種省エネルギー促進施策の高まりを受け、これまでの普及の中心であった大型建築物（床面積２０００ｍ２以上）だけでなく、新たに中小ビル・店舗向け普及が加速すると期待され、全熱交換器のコンパクト化要求が高まっている。また、多様な中小ビル・店舗の使用環境で、長期にわたり性能を維持することも、重要な要求項目である。
【０００３】
上記のような、全熱交換器のコンパクト化を実現するには、心臓部となる全熱交換素子および、それを構成する原紙の高性能化が必須である。
【０００４】
全熱交換用原紙の性能は、伝熱性と透湿性に加え、二酸化炭素を多く含む汚れた空気（排気）と新鮮な外気（給気）が、全熱交換器内部で混合しないための、気体遮断性で評価される。
【０００５】
これまでの全熱交換用原紙は、これら伝熱性、透湿性、気体遮断性をバランスさせるために、高度に叩解したセルロースパルプで緻密な薄紙を形成し、さらに吸湿材を塗工することで、高い透湿性と熱交換性を保持したまま気体遮蔽性を高めてきた。（特許文献１，２）
しかし、このようなセルロースに吸湿材を塗工した薄紙は、高湿条件下では原紙の湿潤強度が低下し、素子のコルゲート構造が崩れやすく寸法安定性に劣る、という問題もあった。したがって、従来のセルロース主体の全熱交換用原紙は、多様な使用環境で、長期にわたり性能を維持することは困難であった。また、高度に叩解したセルロースパルプは、抄紙時のろ水性が悪く、必ずしも生産性に優れているとはいえなかった。
【０００６】
なお、ナノファイバーやその利用については多数の開示があるが（例えば、特許文献３など）、全熱交換用原紙に用いたものはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ２００２／０９９１９３号公報
【特許文献２】特許第３９６９０６４公報
【特許文献３】特開２００５−２９９０６９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、上述した従来技術における問題点の解決を課題として検討した結果達成され
たものであり、伝熱性と透湿性と気体遮蔽性に優れ、様々な使用環境で長期にわたり使用可能な全熱交換用原紙および全熱交換素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、次のいずれかの手段を採用するものである。
【００１０】
（１）セルロースパルプと熱可塑性高分子のナノファイバーとを含むことを特徴とする全熱交換用原紙。
【００１１】
（２）前記セルロースパルプが、ＪＩＳ Ｐ８１２１（１９９５）で規定されるカナダ標準ろ水度試験で１５０ｍｌを超えるものであることを特徴とする前記（１）記載の全熱交換用原紙。
【００１２】
（３）前記熱可塑性高分子の主成分がナイロンであることを特徴とする前記（１）または（２）記載の全熱交換用原紙。
【００１３】
（４）さらに吸湿材を含むことを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の全熱交換用原紙。
【００１４】
（５）前記（１）〜（４）のいずれかに記載の全熱交換用原紙を用いたことを特徴とする全熱交換用素子。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、伝熱性と透湿性と気体遮蔽性に優れ、様々な使用環境で長期にわたり使用可能な全熱交換用原紙および全熱交換素子を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明において「ナノファイバー」とはナノメートル（ｎｍ）レベルの繊維径、いわゆるナノ径を有する繊維を意味し、具体的には繊維径が１ｎｍ以上、１０００ｎｍ未満の繊維をいう。なお、繊維断面が円形でない異形断面の場合は同面積の円形に換算したときの繊維径に基づくものとした。
【００１７】
本発明の全熱交換用原紙はセルロースパルプと熱可塑性高分子のナノファイバーとを含むことが必要である。水蒸気分圧の異なる空間が、材料で仕切られているとき、水蒸気は、材料中を通り、水蒸気分圧の高いほうから低いほうへ移行していく。その際、材料内部の微細空隙において、凝集と蒸散を繰り返すとされる。そのような凝集と蒸散は毛細管現象が大きく寄与する。本発明の全熱交換用原紙は、図１に示すようにセルロースパルプが重なりあうことにより生じるわずかな空間にナノファイバーが入り込んだ構成になっており、このような構成にすることで毛細管現象を促進することができる。走査型電子顕微鏡で断面を観察した場合、パルプの一部がフィブリル化しただけであれば隙間の空間に存在する繊維の形態ははっきりしない不定形であるが、本発明において入り込んだナノファイバーはそれとははっきりと区別でき、特徴的な構成を有していることが確認できる。また、ナノファイバーはナノ径を有する微細な繊維であるため、セルロースパルプの緻密性及び気体遮蔽性を阻害することもない。さらに、熱可塑性高分子材料であるので、セルロースのように、湿潤時、強度が大きく低下することがない。そのため、本発明の全熱交換用原紙は長期にわたり、全熱交換素子の安定した寸法安定性を保つことができる。
【００１８】
本発明に用いるナノファイバーの繊維径は毛細管現象促進の観点から、５００ｎｍ以下とすることが望ましく、生産性とのバランスから１ｎｍ以上とすることが望ましい。より好ましくは、１００〜３００ｎｍの範囲である。
【００１９】
また、本発明に用いるセルロースパルプとしては、特に規定するものではないが、木材等の植物から得られるＮパルプ（針葉樹パルプ）やＬパルプ（広葉樹パルプ）等を適宜組み合わせることができる。また、セルロースパルプは叩解によりフィブリル化させる必要があるが、その指標としてはＪＩＳ Ｐ８１２１（１９９５）で規定されるカナダ標準ろ水度試験で１５０ｍｌを超えるものであることが望ましい。１５０ｍｌを超えることで、ろ水性を向上させ、抄紙時の生産性を高めることができる。さらに５００ｍｌを超えるとセルロースパルプ間の空隙が大きくなり気体遮蔽性が損なわれるため、ろ水度としては１５０〜５００ｍｌの範囲がより好ましい。
【００２０】
ナノファイバーは熱可塑性高分子からなるものであるが、熱可塑性高分子としては主成分がポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン等が挙げられる。ポリエステルとしてはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などの他、液晶ポリエステル等も挙げられる。また、ポリアミドとしてはナイロン６（Ｎ６）、ナイロン６６（Ｎ６６）、ナイロン１１（Ｎ１１）、ナイロン１２（Ｎ１２）などが挙げられる。ポリオレフィンとしては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）などが挙げられる。これらの高分子の中でも吸水しやすく、セルロースとの親和性の観点からナイロンであることが好ましく、ナイロン６が特に好ましい。また、ナイロン以外の成分を共重合または混合していてもかまわない。
【００２１】
なお、ナノファイバーは例えば、特開２００５−２９９０６９号公報（段落［００４５］〜［００５７］、段落［０１１４］〜［０１１７］など）に記載された方法等により製造することができる。
【００２２】
本発明の全熱交換用原紙は、ナノファイバーが１〜７０重量％の範囲で含まれていることが好ましい。１重量％以上とすることで、毛細管現象を促進することできる。一方で７０重量％を超えると超極細繊維であるナノファイバーによりろ水性が低くなり、生産性が低下する。より好ましい範囲としては、５〜５０重量％である。
【００２３】
本発明の全熱交換用原紙は必ずしも吸湿材を必要としないが、塩化リチウム、塩化カルシウム等のアルカリ金属塩を含んでよく、湿度移行がさらに促進される。
【００２４】
吸湿材の含有量としては、原紙重量に対し１〜３０重量％の範囲が好ましい。吸湿材を多量に含有することで湿度移行は促進されるが、高湿条件下での原紙の強度が低下することから３０重量％以下とすることが好ましい。さらに吸湿材は、コーティング等の塗工やディッピングなどの浸漬による加工で原紙に付与することができる。また、その際には、バインダーを併用してもよい。さらには抗菌剤、制菌剤、難燃剤等の機能剤を同時に付与することかできる。
【００２５】
本発明の全熱交換用原紙の透湿度としては、１５００〜４０００ｇ／ｍ２／２４ｈｒの範囲であることが好ましい。１５００ｇ／ｍ２／２４ｈｒ以上であると全熱交換素子として用いたときに湿度の交換性能が高く、優れた全熱交換性能を発現することができる。一方で４０００ｇ／ｍ２／２４ｈｒを越えると空気中の湿度を吸湿して、原紙の膨潤や収縮により、製造時の取扱いや製品使用時の寸法安定性に劣るといった問題が懸念される。より好ましい範囲としては、１８００〜３０００ｇ／ｍ２／２４ｈｒである。
【００２６】
原紙の透湿度をコントロールする方法としては、原紙の厚みを薄くすることによって透湿抵抗を低減する方法や原紙内部にナノファイバーを分散させながら介在させることによって、毛細管現象の促進させる方法や透湿剤の塗布などがあるが、適宜それらを選択、組合せることが好ましい。
【００２７】
本発明の全熱交換用原紙の透気度としては、５００秒／１００ｍｌ以上が好ましい。５００秒／１００ｍｌ以上とすることで、換気における給気と排気の全熱交換器内部で混合が抑制することができる。より好ましくは、５０００秒／１００ｍｌ以上であり、さらに好ましくは８０００秒／１００ｍｌ以上である。
【００２８】
原紙の透気度は、その密度に大きく依存するため、密度を０．５〜１．５ｇ／ｃｍ３の範囲にすることが好ましい。０．５ｇ／ｃｍ３以上とすることで、原紙内部の空隙を小さく抑えることができ、透気度の向上すなわち、高い空気遮蔽性を得ることができる。一方で１．５ｇ／ｃｍ３を越えると原紙内部の微細な空隙までもなくなり、ナノファイバーの毛細管現象による透湿性能を得ることができなくなる。
【００２９】
原紙の密度をコントロールする手法としては、特に規定するものではないが、回転する一対のロール、または複数本のロールの間で押圧させるカレンダー装置やプレス装置により圧密化されることが好ましい。圧密化を行うことにより、原紙の紙厚を薄くすることができ、熱交換を行う際の熱伝達や湿度透過の抵抗が小さくなり、より熱交換しやすくなるといった効果がある。
【００３０】
本発明の全熱交換用原紙は、空気透過度が０．０１〜０．１ｃｍ３／Ｐａ／ｍ２／分の範囲であることが好ましい。０．１ｃｍ３／Ｐａ／ｍ２／分を越えると空気の透過量が大きくなり、実使用時には、屋内臭気や二酸化炭素などが給気に混じるなどの問題が発生する懸念がある。また、０．０１ｃｍ３／Ｐａ／ｍ２／分未満であると実質的には無孔シートであり、透湿抵抗が高くなり湿度の交換性能が低下する。
【００３１】
空気透過度は、構成繊維のろ水度を下げることによって、小さく抑えることができるが、上述のようにろ水性が劣ることによって抄紙時の生産性が著しく低下する懸念がある。また、原紙の密度を上げる方法や樹脂の塗布やフィルム等との積層によっても同じく、空気透過度を小さく抑えることができるので、適宜それらを選択、組合わせることによって空気透過度をコントロールすることが好ましい。
【００３２】
本発明の全熱交換用原紙の寸法安定性としては、夏季の雨天時などの高湿度状態においても寸法安定性が優れることが好ましい。熱交換用原紙が収縮や膨張によって、寸法変化を起こすと全熱交換素子として形態を維持することが困難となり、使用時の圧力損失の増大を招き、換気量が充分に確保できないなどの問題が発生する。
【００３３】
本発明の全熱交換用原紙の製造方法としては、ナノファイバーとパルプ等の他の構成繊維を分けて、分散させることが好ましい。ナノファイバーのアスペクト比が大きく、繊維同士が絡みやすいため、分散剤や浸透剤などを用いて、ビーターやリファイナー等の叩解機で分散することが好ましく、抄紙工程の直前で各構成繊維を混ぜ合わせ、抄紙することが好ましい。また、抄紙機としては、丸網抄紙機、短網抄紙機、長網抄紙機やそれらの組み合わせた抄紙機などを用いることができるが、ナノファイバーを抄紙の内部に均一に分散配置させるためには、サクション等による脱水機能を有する抄紙機がナノファイバーを抄紙内部で部分的に偏ることを抑制できるので好ましい。
【００３４】
本発明の全熱交換用原紙は、全熱交換素子として好適に使用することができる。
【００３５】
本発明の熱交換素子は、本発明の熱交換用原紙とコルゲート加工した坪量２０〜２００ｇ／ｍ２のセルロースや合成繊維を主成分とする抄紙を接着剤等で貼り合わせ、片面コルゲートを得る。さらに、片面コルゲートの段目方向が一段づつ交差するように積層し、全熱交換素子を作製する。
【００３６】
コルゲート加工は、中芯を形成する互いに噛み合って回転する一対の歯車状のコルゲーターとライナをコルゲートされた中芯に押し付けるプレスロールからなる装置により行われる。中芯とライナの接着には、中芯の段加工された頂点部にのみ接着剤を塗布し、ライナを押圧し接着することもできるし、中芯、ライナの少なくともいずれかに接着成分を含有させ、中芯とライナを加熱しながら押圧することで接着させることもできる。
【実施例】
【００３７】
［測定方法］
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。本発明における各特性の定義および測定法は以下の通りである。
【００３８】
（１）透気度
ＪＩＳ Ｐ８１１７（１９９８）の方法により、空気１００ｍｌが通過する時間を測定し、ガーレー透気抵抗度を透気度とし、気体遮蔽性の指標とした。
【００３９】
（２）透湿度
ＪＩＳ Ｚ０２０８（１９７６）の方法により、温度２０℃、湿度６５％の条件において、２４時間に材料を通過する水蒸気の質量（ｇ）をその材料１ｍ２あたりに換算した値を透湿度とした。
【００４０】
（３）寸法安定性
ＪＩＳ Ｚ０２０８（１９７６）で規定される透湿カップに材料を平滑になるように装着し、温度４０℃、相対湿度８０％ＲＨの条件下に放置し、１時間後、材料表面に生じたたわみを観察し、次のように分類した。
○・・・たわみ・うねりがほとんどない。
×・・・たわみ・うねりがあり表面がうねっている。
【００４１】
（４）空気透過度
ＰＭＩ社製パームポロメーターを用い、透過ガスとしてドライ空気を用いガス透過性能試験を行い、測定圧力１ａｔｍ（１０１．３ｋＰａ）のときの試験体の下流側で発生する流量を測定した。
【００４２】
（５）全熱交換効率
ＪＩＳ Ｂ８６２８（２００３）に規定される方法により、給気と排気との間の全熱交換効率を測定した。夏季の冷房時条件（夏季条件）として、一次気流(給気)が乾球温度３５℃、湿球温度２９℃で風量３００ｍ３／ｈｒとし、二次気流(排気)が乾球温度２７℃、湿球温度２０℃で風量３００ｍ３／ｈｒとした。また、冬季の暖房時条件（冬季条件）として、一次気流(給気)が乾球温度５℃、湿球温度２℃で風量３００ｍ３／ｈｒとし、二次気流(排気)が乾球温度２０℃、湿球温度１４℃で風量３００ｍ３／ｈｒとした。
【００４３】
（６）ナノファイバーの数平均繊維径
数平均繊維径は以下のようにして求める。すなわち、走査型電子顕微鏡で撮影したナノファイバーの集合体の写真を画像処理ソフト（ＷＩＮＲＯＯＦ）を用いて５ｍｍ角のサンプル内で無作為抽出した３０本の単繊維直径をｎｍ単位で小数の１桁目まで測定して少数の１桁目を四捨五入する。サンプリングは合計１０回行って各３０本の単繊維直径のデータを取り、合計３００本の単繊維直径のデータを積算後、全数で除して単純平均値を求めたものを数平均繊維径とした。
【００４４】
［実施例１］
（ナノファイバーの作製）
（ポリマーアロイチップ）
融点２２０℃のナイロン６、４０質量％と、融点１７０℃のポリＬ乳酸（光学純度９９．５％以上）、６０質量％を、２軸型の押出混練機を用いて２２０℃で溶融混練してポリマーアロイチップを得た。
【００４５】
（ポリマーアロイ繊維のトウ）
上記ポリマーアロイチップを、１軸型の押出機を備えたステープル用の溶融紡糸装置に投入し、２３５℃で溶融し、スピンブロックに導いた。そして、ポリマーアロイ溶融体を限界濾過径１５μｍの金属不織布に濾過させ、紡糸温度２３５℃で、孔径０．３ｍｍの吐出孔を有し口金面温度２１５℃とした口金から吐出させた。
【００４６】
吐出された線状の溶融ポリマーを冷却風で冷却固化し、油剤を付与し、紡糸速度１３５０ｍ／分で引き取った。
【００４７】
得られた未延伸糸を合糸した後、延伸温度９０℃、延伸倍率３．０４倍、熱セット温度１３０℃で延伸熱処理し、単繊維繊度３．０ｄｔｅｘ、総繊度５０万ｄｔｅｘのポリマーアロイ繊維のトウを得た。得られたポリマーアロイ繊維は、強度３．４ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度４５％であった。
【００４８】
（脱海・切断・叩解）
上記ポリマーアロイ繊維のトウを、９５℃に保った５％水酸化ナトリウム水溶液に１時間浸漬し、ポリマーアロイ繊維中のポリＬ乳酸成分を加水分解除去（脱海）した。次いで酢酸で中和し、水洗、乾燥し、ナノファイバーの繊維束を得、この繊維束を１ｍｍ長にカットした。このカット繊維を、水１０Ｌあたり３０ｇの濃度で、熊谷理機工業（株）製、試験用ナイヤガラビーターに仕込み、５分間予備叩解し、水を切って回収した。次いでこの回収物を自動式ＰＦＩミル（熊谷理機工業（株）製）に仕込み、回転数１５００ｒｐｍクリアランス０．２ｍｍの条件で６分間叩解した。そして、水を含んで粘土状となった回収物を８０℃の熱風乾燥機内で２４時間乾燥させ、ナノファイバーを得た。
【００４９】
得られたナノファイバーの繊維直径は１１０〜１８０ｎｍで、その数平均繊維径は１５０ｎｍであった。
【００５０】
（セルロース繊維の作製）
広葉樹パルプを、水１０Ｌあたり３０ｇの濃度で、熊谷理機工業（株）製、試験用ナイヤガラビーターに仕込み、１０分間叩解し、ＪＩＳ Ｐ８１２１（１９９５）に規定されるカナダ標準濾水度が３００ｍｌのセルロース繊維を得た。
【００５１】
（原紙の作製）
上記で得られた数平均繊維径１５０ｎｍのナイロン６ナノファイバー３０重量％と、セルロース繊維７０重量％を、水中で攪拌し抄紙して、厚み３９μｍ、坪量３０ｇ／ｍ２のナノファイバー混抄紙からなる全熱交換用原紙を得た。
【００５２】
この原紙の透気度、透湿度を表１に示す。
【００５３】
また、この原紙は、高温・高湿度下における形状保持性にも優れていた。表１に結果を示す。なお、この原紙を走査型電子顕微鏡で観察したところ、パルプ同士の隙間にナノファイバーが入り込んでおり、そのナノファイバーはフィブリル化したパルプとははっきりと区別されることが確認できた。
【００５４】
（全熱交換素子の作製）
上記ナノファイバー混抄紙からなる原紙をライナ、上記セルロース繊維を用い、別途作製した坪量１００ｇ／ｍ２のセルロースクラフト紙を中芯として、コルゲート加工を行い、段高さ２ｍｍ、段ピッチ５ｍｍの片面コルゲートを得た。
【００５５】
上記片面コルゲートを、段目方向が一段ずつ交差するように積層し、縦２４０ｍｍ、横２４０ｍｍ、高さ４５０ｍｍの全熱交換素子を作製した。
【００５６】
このナノファイバーを用いた全熱交換素子の全熱交換効率は、表１に示すとおり７１％（冬季条件）と非常に優れていた。
【００５７】
［実施例２］
（原紙の作製）
実施例１の原紙を用い、吸湿材として塩化リチウムを繊維重量に対し、５重量％を塗布し、乾燥させ、その後、一対の金属ロールを有するカレンダー装置を用い、１２０℃で圧密化を行い、厚み２９μｍの原紙を得た。得られた原紙の性能を表１に示す。
【００５８】
その他は実施例１と同様にして全熱交換用原紙と全熱交換素子を得た。
【００５９】
［実施例３、５］
（原紙の作製）
実施例１のナノファイバー１５重量％と、セルロース繊維８５重量％を、水中で攪拌し抄紙して、厚み４５μｍ、坪量３５ｇ／ｍ２の実施例３のナノファイバー混抄紙からなる全熱交換用原紙を得た。
【００６０】
また、ナノファイバー５０重量％と、セルロース繊維５０重量％を、水中で攪拌し抄紙して、厚み４０μｍ、坪量３３ｇ／ｍ２の実施例５のナノファイバー混抄紙からなる全熱交換用原紙を得た。
【００６１】
これらの原紙の性能を表１に示す。これらの原紙は、高温・高湿度下における形状保持性にも優れており、走査型電子顕微鏡で観察したところ、実施例１と同様にパルプ同士の隙間にナノファイバーが入り込んでおり、そのナノファイバーはフィブリル化したパルプとははっきりと区別されることが確認できた。
【００６２】
その他は実施例１と同様にして全熱交換用原紙と全熱交換素子を得た。
【００６３】
［実施例４、６］
（原紙の作製）
実施例３、５の原紙を用い、一対の金属ロールを有するカレンダー装置を用い、１２０℃で圧密化を行い、それぞれ厚み３３μｍ、４０μｍの実施例４、６の原紙を得た。得られた原紙の性能を表１に示す。
【００６４】
その他は実施例１と同様にして全熱交換用原紙と全熱交換素子を得た。
【００６５】
［実施例７］
（ナノファイバーの作製）
（ポリマーアロイチップ）
溶融粘度１２０Ｐａ・ｓ（２６２℃、１２１．６ｓｅｃ−１）、融点２２５℃のＰＢＴと２エチルヘキシルアクリレートを２２％共重合したポリスチレン（ｃｏ−ＰＳ）、ＰＢＴの含有率を２０重量%とし、２軸型の押出混練機を用いて２４０℃としてポリマーアロイチップを得た。
【００６６】
（ポリマーアロイ繊維のトウ）
これを溶融温度２６０℃、紡糸温度２６０℃（口金面温度２４５℃）、紡糸速度１２００ｍ／分で実施例１と同様に溶融紡糸を行った。得られた未延伸糸を延伸温度１００℃、延伸倍率を２．４９倍とし、熱セット温度１１５℃として実施例１と同様に延伸熱処理した。得られたポリマーアロイ繊維は、強度１．４ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度３３％であった。
【００６７】
（脱海・切断・叩解）
このポリマーアロイ繊維をトリクレンに浸漬することにより、海成分であるｃｏ−ＰＳの９９％以上を溶出した後に乾燥し、ギロチンカッターで１ｍｍ長にカットして、ＰＢＴナノファイバー集合体短繊維を得た。このカット繊維を、水１０Ｌあたり３０ｇの濃度で、熊谷理機工業（株）製、試験用ナイヤガラビーターに仕込み、５分間予備叩解し、水を切って回収した。次いでこの回収物を自動式ＰＦＩミル（熊谷理機工業（株）製）に仕込み、回転数１５００ｒｐｍクリアランス０．２ｍｍの条件で６分間叩解した。そして、水を含んで粘土状となった回収物を８０℃の熱風乾燥機内で２４時間乾燥させ、ナノファイバーを得た。
【００６８】
得られたナノファイバーの繊維直径は７０〜１５０ｎｍで、その数平均繊維径は１００ｎｍであった。
【００６９】
（原紙の作製）
上記で得られた数平均繊維径は１００ｎｍのＰＢＴナノファイバー３０重量％と、実施例１と同様にして得られたセルロース繊維７０重量％を、水中で攪拌し抄紙して、厚み３５μｍ、坪量３４ｇ／ｍ２のナノファイバー混抄紙からなる全熱交換用原紙を得た。
【００７０】
この原紙は、走査型電子顕微鏡で観察したところ、パルプ同士の隙間にナノファイバーが入り込んでおり、そのナノファイバーはフィブリル化したパルプとははっきりと区別されることが確認できた。この原紙の特性を表１に示す。
【００７１】
さらに、この全熱交換用原紙を用い、実施例１と同様にして全熱交換素子を作製した。その性能を表１に示す。
【００７２】
［比較例１］
（原紙の作製）
実施例１のセルロース繊維１００重量％を、水中で攪拌し抄紙して、厚み４１μｍ、坪量３０ｇ／ｍ２のセルロース紙からなる全熱交換用原紙を得た。
この原紙の透気度、透湿度を表１に示す。
【００７３】
上記原紙は、高温・高湿度下における形状保持性において、たわみが生じた。表２に結果を示す。
【００７４】
（全熱交換素子の作製）
セルロース紙からなる原紙をライナ、実施例１と同様に別途作成した坪量１００ｇ／ｍ２のセルロースクラフト紙を中芯として、コルゲート加工とその積層を行い、縦２４０ｍｍ、横２４０ｍｍ、高さ４５０ｍｍの全熱交換素子を作製した。
【００７５】
ナノファイバーを含まない上記素子の全熱交換効率は、表２に示すとおり夏季：５１％、冬季：６５％と低く、実施例１に比べ劣っていた。
【００７６】
［比較例２］
（原紙の作製）
比較例１の原紙を用い、一対の金属ロールを有するカレンダー装置を用い、１２０℃で圧密化を行い、厚み３５μｍの原紙を得た。得られた原紙の性能を表１に示す。
【００７７】
その他は実施例１と同様にして全熱交換用原紙と全熱交換素子を得た。
【００７８】
［比較例３］
繊維径５μｍ、繊維長１ｍｍのナイロン６カットファイバー３０重量％と、実施例１と同様にセルロース繊維７０重量％を、水中で攪拌し抄紙して、厚み４４μｍ、坪量３０ｇ／ｍ２のナイロン混抄紙からなる全熱交換用原紙を得た。
【００７９】
この原紙の透気度は３０秒／１００ｍｌと空気が抜けやすく、繊維径がミクロン（μｍ）レベルのナイロンでは、原紙の緻密性を阻害してしまい、全熱交換器に求められる高い透気度が得られないことがわかった。全熱交換用原紙としては不適と判断し、透湿性、寸法安定性及び全熱交換効率は測定しなかった。
【００８０】
【表１】
【００８１】
【表２】
【００８２】
表１及び２に示すとおり、本発明である実施例は、比較例１および３に対し、透気度が高い、つまり気体遮蔽性が優れている上、寸法安定性、透湿性ともに優れている。結果として、全熱交換効率も高くなっており、伝熱性と透湿性と気体遮蔽性に優れ、様々な使用環境で長期にわたり使用可能である。また、圧密化により透気度を向上した比較例２においては、本発明の実施例と比較して、透湿度が低くなっており、原紙内部の空隙が閉塞され、透湿抵抗が高く、全熱交換効率が低いものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】実施例１の全熱交換用原紙の断面の一例を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【図２】寸法安定性評価における温度４０℃、相対湿度８０％ＲＨの条件下で１時間放置後の実施例１および比較例１の結果の一例を示す写真である。実施例１の結果状態は、全熱交換用原紙にほとんどうねりがなく、平滑な状態を維持しているが、比較例１の結果状態では、全熱交換用原紙にうねりが発生し、寸法が変化していることがわかる。
【符号の説明】
【００８４】
１：セルロースパルプ
２：ナノファイバー
３：寸法安定評価後の実施例１の全熱交換用原紙
４：寸法安定評価後の比較例１の全熱交換用原紙
５：透湿カップ
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明により、伝熱性と透湿性と気体遮蔽性に優れ、様々な使用環境で長期にわたり使用可能な全熱交換用原紙および全熱交換素子を提供することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として空調分野に利用される全熱交換換気設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
室内外の空気の顕熱（熱）と潜熱（湿度）を交換しながら換気をする全熱交換換気設備は、省エネルギーの担い手として、オフィスビルはじめ工場に至る各種建築に普及している。最近では、改正省エネ法（エネルギー使用の合理化に関する法律）をはじめとする各種省エネルギー促進施策の高まりを受け、これまでの普及の中心であった大型建築物（床面積２０００ｍ２以上）だけでなく、新たに中小ビル・店舗向け普及が加速すると期待され、全熱交換器のコンパクト化要求が高まっている。また、多様な中小ビル・店舗の使用環境で、長期にわたり性能を維持することも、重要な要求項目である。
【０００３】
上記のような、全熱交換器のコンパクト化を実現するには、心臓部となる全熱交換素子および、それを構成する原紙の高性能化が必須である。
【０００４】
全熱交換用原紙の性能は、伝熱性と透湿性に加え、二酸化炭素を多く含む汚れた空気（排気）と新鮮な外気（給気）が、全熱交換器内部で混合しないための、気体遮断性で評価される。
【０００５】
これまでの全熱交換用原紙は、これら伝熱性、透湿性、気体遮断性をバランスさせるために、高度に叩解したセルロースパルプで緻密な薄紙を形成し、さらに吸湿材を塗工することで、高い透湿性と熱交換性を保持したまま気体遮蔽性を高めてきた。（特許文献１，２）
しかし、このようなセルロースに吸湿材を塗工した薄紙は、高湿条件下では原紙の湿潤強度が低下し、素子のコルゲート構造が崩れやすく寸法安定性に劣る、という問題もあった。したがって、従来のセルロース主体の全熱交換用原紙は、多様な使用環境で、長期にわたり性能を維持することは困難であった。また、高度に叩解したセルロースパルプは、抄紙時のろ水性が悪く、必ずしも生産性に優れているとはいえなかった。
【０００６】
なお、ナノファイバーやその利用については多数の開示があるが（例えば、特許文献３など）、全熱交換用原紙に用いたものはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ２００２／０９９１９３号公報
【特許文献２】特許第３９６９０６４公報
【特許文献３】特開２００５−２９９０６９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、上述した従来技術における問題点の解決を課題として検討した結果達成され
たものであり、伝熱性と透湿性と気体遮蔽性に優れ、様々な使用環境で長期にわたり使用可能な全熱交換用原紙および全熱交換素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、次のいずれかの手段を採用するものである。
【００１０】
（１）セルロースパルプと熱可塑性高分子のナノファイバーとを含むことを特徴とする全熱交換用原紙。
【００１１】
（２）前記セルロースパルプが、ＪＩＳ Ｐ８１２１（１９９５）で規定されるカナダ標準ろ水度試験で１５０ｍｌを超えるものであることを特徴とする前記（１）記載の全熱交換用原紙。
【００１２】
（３）前記熱可塑性高分子の主成分がナイロンであることを特徴とする前記（１）または（２）記載の全熱交換用原紙。
【００１３】
（４）さらに吸湿材を含むことを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の全熱交換用原紙。
【００１４】
（５）前記（１）〜（４）のいずれかに記載の全熱交換用原紙を用いたことを特徴とする全熱交換用素子。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、伝熱性と透湿性と気体遮蔽性に優れ、様々な使用環境で長期にわたり使用可能な全熱交換用原紙および全熱交換素子を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明において「ナノファイバー」とはナノメートル（ｎｍ）レベルの繊維径、いわゆるナノ径を有する繊維を意味し、具体的には繊維径が１ｎｍ以上、１０００ｎｍ未満の繊維をいう。なお、繊維断面が円形でない異形断面の場合は同面積の円形に換算したときの繊維径に基づくものとした。
【００１７】
本発明の全熱交換用原紙はセルロースパルプと熱可塑性高分子のナノファイバーとを含むことが必要である。水蒸気分圧の異なる空間が、材料で仕切られているとき、水蒸気は、材料中を通り、水蒸気分圧の高いほうから低いほうへ移行していく。その際、材料内部の微細空隙において、凝集と蒸散を繰り返すとされる。そのような凝集と蒸散は毛細管現象が大きく寄与する。本発明の全熱交換用原紙は、図１に示すようにセルロースパルプが重なりあうことにより生じるわずかな空間にナノファイバーが入り込んだ構成になっており、このような構成にすることで毛細管現象を促進することができる。走査型電子顕微鏡で断面を観察した場合、パルプの一部がフィブリル化しただけであれば隙間の空間に存在する繊維の形態ははっきりしない不定形であるが、本発明において入り込んだナノファイバーはそれとははっきりと区別でき、特徴的な構成を有していることが確認できる。また、ナノファイバーはナノ径を有する微細な繊維であるため、セルロースパルプの緻密性及び気体遮蔽性を阻害することもない。さらに、熱可塑性高分子材料であるので、セルロースのように、湿潤時、強度が大きく低下することがない。そのため、本発明の全熱交換用原紙は長期にわたり、全熱交換素子の安定した寸法安定性を保つことができる。
【００１８】
本発明に用いるナノファイバーの繊維径は毛細管現象促進の観点から、５００ｎｍ以下とすることが望ましく、生産性とのバランスから１ｎｍ以上とすることが望ましい。より好ましくは、１００〜３００ｎｍの範囲である。
【００１９】
また、本発明に用いるセルロースパルプとしては、特に規定するものではないが、木材等の植物から得られるＮパルプ（針葉樹パルプ）やＬパルプ（広葉樹パルプ）等を適宜組み合わせることができる。また、セルロースパルプは叩解によりフィブリル化させる必要があるが、その指標としてはＪＩＳ Ｐ８１２１（１９９５）で規定されるカナダ標準ろ水度試験で１５０ｍｌを超えるものであることが望ましい。１５０ｍｌを超えることで、ろ水性を向上させ、抄紙時の生産性を高めることができる。さらに５００ｍｌを超えるとセルロースパルプ間の空隙が大きくなり気体遮蔽性が損なわれるため、ろ水度としては１５０〜５００ｍｌの範囲がより好ましい。
【００２０】
ナノファイバーは熱可塑性高分子からなるものであるが、熱可塑性高分子としては主成分がポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン等が挙げられる。ポリエステルとしてはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などの他、液晶ポリエステル等も挙げられる。また、ポリアミドとしてはナイロン６（Ｎ６）、ナイロン６６（Ｎ６６）、ナイロン１１（Ｎ１１）、ナイロン１２（Ｎ１２）などが挙げられる。ポリオレフィンとしては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）などが挙げられる。これらの高分子の中でも吸水しやすく、セルロースとの親和性の観点からナイロンであることが好ましく、ナイロン６が特に好ましい。また、ナイロン以外の成分を共重合または混合していてもかまわない。
【００２１】
なお、ナノファイバーは例えば、特開２００５−２９９０６９号公報（段落［００４５］〜［００５７］、段落［０１１４］〜［０１１７］など）に記載された方法等により製造することができる。
【００２２】
本発明の全熱交換用原紙は、ナノファイバーが１〜７０重量％の範囲で含まれていることが好ましい。１重量％以上とすることで、毛細管現象を促進することできる。一方で７０重量％を超えると超極細繊維であるナノファイバーによりろ水性が低くなり、生産性が低下する。より好ましい範囲としては、５〜５０重量％である。
【００２３】
本発明の全熱交換用原紙は必ずしも吸湿材を必要としないが、塩化リチウム、塩化カルシウム等のアルカリ金属塩を含んでよく、湿度移行がさらに促進される。
【００２４】
吸湿材の含有量としては、原紙重量に対し１〜３０重量％の範囲が好ましい。吸湿材を多量に含有することで湿度移行は促進されるが、高湿条件下での原紙の強度が低下することから３０重量％以下とすることが好ましい。さらに吸湿材は、コーティング等の塗工やディッピングなどの浸漬による加工で原紙に付与することができる。また、その際には、バインダーを併用してもよい。さらには抗菌剤、制菌剤、難燃剤等の機能剤を同時に付与することかできる。
【００２５】
本発明の全熱交換用原紙の透湿度としては、１５００〜４０００ｇ／ｍ２／２４ｈｒの範囲であることが好ましい。１５００ｇ／ｍ２／２４ｈｒ以上であると全熱交換素子として用いたときに湿度の交換性能が高く、優れた全熱交換性能を発現することができる。一方で４０００ｇ／ｍ２／２４ｈｒを越えると空気中の湿度を吸湿して、原紙の膨潤や収縮により、製造時の取扱いや製品使用時の寸法安定性に劣るといった問題が懸念される。より好ましい範囲としては、１８００〜３０００ｇ／ｍ２／２４ｈｒである。
【００２６】
原紙の透湿度をコントロールする方法としては、原紙の厚みを薄くすることによって透湿抵抗を低減する方法や原紙内部にナノファイバーを分散させながら介在させることによって、毛細管現象の促進させる方法や透湿剤の塗布などがあるが、適宜それらを選択、組合せることが好ましい。
【００２７】
本発明の全熱交換用原紙の透気度としては、５００秒／１００ｍｌ以上が好ましい。５００秒／１００ｍｌ以上とすることで、換気における給気と排気の全熱交換器内部で混合が抑制することができる。より好ましくは、５０００秒／１００ｍｌ以上であり、さらに好ましくは８０００秒／１００ｍｌ以上である。
【００２８】
原紙の透気度は、その密度に大きく依存するため、密度を０．５〜１．５ｇ／ｃｍ３の範囲にすることが好ましい。０．５ｇ／ｃｍ３以上とすることで、原紙内部の空隙を小さく抑えることができ、透気度の向上すなわち、高い空気遮蔽性を得ることができる。一方で１．５ｇ／ｃｍ３を越えると原紙内部の微細な空隙までもなくなり、ナノファイバーの毛細管現象による透湿性能を得ることができなくなる。
【００２９】
原紙の密度をコントロールする手法としては、特に規定するものではないが、回転する一対のロール、または複数本のロールの間で押圧させるカレンダー装置やプレス装置により圧密化されることが好ましい。圧密化を行うことにより、原紙の紙厚を薄くすることができ、熱交換を行う際の熱伝達や湿度透過の抵抗が小さくなり、より熱交換しやすくなるといった効果がある。
【００３０】
本発明の全熱交換用原紙は、空気透過度が０．０１〜０．１ｃｍ３／Ｐａ／ｍ２／分の範囲であることが好ましい。０．１ｃｍ３／Ｐａ／ｍ２／分を越えると空気の透過量が大きくなり、実使用時には、屋内臭気や二酸化炭素などが給気に混じるなどの問題が発生する懸念がある。また、０．０１ｃｍ３／Ｐａ／ｍ２／分未満であると実質的には無孔シートであり、透湿抵抗が高くなり湿度の交換性能が低下する。
【００３１】
空気透過度は、構成繊維のろ水度を下げることによって、小さく抑えることができるが、上述のようにろ水性が劣ることによって抄紙時の生産性が著しく低下する懸念がある。また、原紙の密度を上げる方法や樹脂の塗布やフィルム等との積層によっても同じく、空気透過度を小さく抑えることができるので、適宜それらを選択、組合わせることによって空気透過度をコントロールすることが好ましい。
【００３２】
本発明の全熱交換用原紙の寸法安定性としては、夏季の雨天時などの高湿度状態においても寸法安定性が優れることが好ましい。熱交換用原紙が収縮や膨張によって、寸法変化を起こすと全熱交換素子として形態を維持することが困難となり、使用時の圧力損失の増大を招き、換気量が充分に確保できないなどの問題が発生する。
【００３３】
本発明の全熱交換用原紙の製造方法としては、ナノファイバーとパルプ等の他の構成繊維を分けて、分散させることが好ましい。ナノファイバーのアスペクト比が大きく、繊維同士が絡みやすいため、分散剤や浸透剤などを用いて、ビーターやリファイナー等の叩解機で分散することが好ましく、抄紙工程の直前で各構成繊維を混ぜ合わせ、抄紙することが好ましい。また、抄紙機としては、丸網抄紙機、短網抄紙機、長網抄紙機やそれらの組み合わせた抄紙機などを用いることができるが、ナノファイバーを抄紙の内部に均一に分散配置させるためには、サクション等による脱水機能を有する抄紙機がナノファイバーを抄紙内部で部分的に偏ることを抑制できるので好ましい。
【００３４】
本発明の全熱交換用原紙は、全熱交換素子として好適に使用することができる。
【００３５】
本発明の熱交換素子は、本発明の熱交換用原紙とコルゲート加工した坪量２０〜２００ｇ／ｍ２のセルロースや合成繊維を主成分とする抄紙を接着剤等で貼り合わせ、片面コルゲートを得る。さらに、片面コルゲートの段目方向が一段づつ交差するように積層し、全熱交換素子を作製する。
【００３６】
コルゲート加工は、中芯を形成する互いに噛み合って回転する一対の歯車状のコルゲーターとライナをコルゲートされた中芯に押し付けるプレスロールからなる装置により行われる。中芯とライナの接着には、中芯の段加工された頂点部にのみ接着剤を塗布し、ライナを押圧し接着することもできるし、中芯、ライナの少なくともいずれかに接着成分を含有させ、中芯とライナを加熱しながら押圧することで接着させることもできる。
【実施例】
【００３７】
［測定方法］
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。本発明における各特性の定義および測定法は以下の通りである。
【００３８】
（１）透気度
ＪＩＳ Ｐ８１１７（１９９８）の方法により、空気１００ｍｌが通過する時間を測定し、ガーレー透気抵抗度を透気度とし、気体遮蔽性の指標とした。
【００３９】
（２）透湿度
ＪＩＳ Ｚ０２０８（１９７６）の方法により、温度２０℃、湿度６５％の条件において、２４時間に材料を通過する水蒸気の質量（ｇ）をその材料１ｍ２あたりに換算した値を透湿度とした。
【００４０】
（３）寸法安定性
ＪＩＳ Ｚ０２０８（１９７６）で規定される透湿カップに材料を平滑になるように装着し、温度４０℃、相対湿度８０％ＲＨの条件下に放置し、１時間後、材料表面に生じたたわみを観察し、次のように分類した。
○・・・たわみ・うねりがほとんどない。
×・・・たわみ・うねりがあり表面がうねっている。
【００４１】
（４）空気透過度
ＰＭＩ社製パームポロメーターを用い、透過ガスとしてドライ空気を用いガス透過性能試験を行い、測定圧力１ａｔｍ（１０１．３ｋＰａ）のときの試験体の下流側で発生する流量を測定した。
【００４２】
（５）全熱交換効率
ＪＩＳ Ｂ８６２８（２００３）に規定される方法により、給気と排気との間の全熱交換効率を測定した。夏季の冷房時条件（夏季条件）として、一次気流(給気)が乾球温度３５℃、湿球温度２９℃で風量３００ｍ３／ｈｒとし、二次気流(排気)が乾球温度２７℃、湿球温度２０℃で風量３００ｍ３／ｈｒとした。また、冬季の暖房時条件（冬季条件）として、一次気流(給気)が乾球温度５℃、湿球温度２℃で風量３００ｍ３／ｈｒとし、二次気流(排気)が乾球温度２０℃、湿球温度１４℃で風量３００ｍ３／ｈｒとした。
【００４３】
（６）ナノファイバーの数平均繊維径
数平均繊維径は以下のようにして求める。すなわち、走査型電子顕微鏡で撮影したナノファイバーの集合体の写真を画像処理ソフト（ＷＩＮＲＯＯＦ）を用いて５ｍｍ角のサンプル内で無作為抽出した３０本の単繊維直径をｎｍ単位で小数の１桁目まで測定して少数の１桁目を四捨五入する。サンプリングは合計１０回行って各３０本の単繊維直径のデータを取り、合計３００本の単繊維直径のデータを積算後、全数で除して単純平均値を求めたものを数平均繊維径とした。
【００４４】
［実施例１］
（ナノファイバーの作製）
（ポリマーアロイチップ）
融点２２０℃のナイロン６、４０質量％と、融点１７０℃のポリＬ乳酸（光学純度９９．５％以上）、６０質量％を、２軸型の押出混練機を用いて２２０℃で溶融混練してポリマーアロイチップを得た。
【００４５】
（ポリマーアロイ繊維のトウ）
上記ポリマーアロイチップを、１軸型の押出機を備えたステープル用の溶融紡糸装置に投入し、２３５℃で溶融し、スピンブロックに導いた。そして、ポリマーアロイ溶融体を限界濾過径１５μｍの金属不織布に濾過させ、紡糸温度２３５℃で、孔径０．３ｍｍの吐出孔を有し口金面温度２１５℃とした口金から吐出させた。
【００４６】
吐出された線状の溶融ポリマーを冷却風で冷却固化し、油剤を付与し、紡糸速度１３５０ｍ／分で引き取った。
【００４７】
得られた未延伸糸を合糸した後、延伸温度９０℃、延伸倍率３．０４倍、熱セット温度１３０℃で延伸熱処理し、単繊維繊度３．０ｄｔｅｘ、総繊度５０万ｄｔｅｘのポリマーアロイ繊維のトウを得た。得られたポリマーアロイ繊維は、強度３．４ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度４５％であった。
【００４８】
（脱海・切断・叩解）
上記ポリマーアロイ繊維のトウを、９５℃に保った５％水酸化ナトリウム水溶液に１時間浸漬し、ポリマーアロイ繊維中のポリＬ乳酸成分を加水分解除去（脱海）した。次いで酢酸で中和し、水洗、乾燥し、ナノファイバーの繊維束を得、この繊維束を１ｍｍ長にカットした。このカット繊維を、水１０Ｌあたり３０ｇの濃度で、熊谷理機工業（株）製、試験用ナイヤガラビーターに仕込み、５分間予備叩解し、水を切って回収した。次いでこの回収物を自動式ＰＦＩミル（熊谷理機工業（株）製）に仕込み、回転数１５００ｒｐｍクリアランス０．２ｍｍの条件で６分間叩解した。そして、水を含んで粘土状となった回収物を８０℃の熱風乾燥機内で２４時間乾燥させ、ナノファイバーを得た。
【００４９】
得られたナノファイバーの繊維直径は１１０〜１８０ｎｍで、その数平均繊維径は１５０ｎｍであった。
【００５０】
（セルロース繊維の作製）
広葉樹パルプを、水１０Ｌあたり３０ｇの濃度で、熊谷理機工業（株）製、試験用ナイヤガラビーターに仕込み、１０分間叩解し、ＪＩＳ Ｐ８１２１（１９９５）に規定されるカナダ標準濾水度が３００ｍｌのセルロース繊維を得た。
【００５１】
（原紙の作製）
上記で得られた数平均繊維径１５０ｎｍのナイロン６ナノファイバー３０重量％と、セルロース繊維７０重量％を、水中で攪拌し抄紙して、厚み３９μｍ、坪量３０ｇ／ｍ２のナノファイバー混抄紙からなる全熱交換用原紙を得た。
【００５２】
この原紙の透気度、透湿度を表１に示す。
【００５３】
また、この原紙は、高温・高湿度下における形状保持性にも優れていた。表１に結果を示す。なお、この原紙を走査型電子顕微鏡で観察したところ、パルプ同士の隙間にナノファイバーが入り込んでおり、そのナノファイバーはフィブリル化したパルプとははっきりと区別されることが確認できた。
【００５４】
（全熱交換素子の作製）
上記ナノファイバー混抄紙からなる原紙をライナ、上記セルロース繊維を用い、別途作製した坪量１００ｇ／ｍ２のセルロースクラフト紙を中芯として、コルゲート加工を行い、段高さ２ｍｍ、段ピッチ５ｍｍの片面コルゲートを得た。
【００５５】
上記片面コルゲートを、段目方向が一段ずつ交差するように積層し、縦２４０ｍｍ、横２４０ｍｍ、高さ４５０ｍｍの全熱交換素子を作製した。
【００５６】
このナノファイバーを用いた全熱交換素子の全熱交換効率は、表１に示すとおり７１％（冬季条件）と非常に優れていた。
【００５７】
［実施例２］
（原紙の作製）
実施例１の原紙を用い、吸湿材として塩化リチウムを繊維重量に対し、５重量％を塗布し、乾燥させ、その後、一対の金属ロールを有するカレンダー装置を用い、１２０℃で圧密化を行い、厚み２９μｍの原紙を得た。得られた原紙の性能を表１に示す。
【００５８】
その他は実施例１と同様にして全熱交換用原紙と全熱交換素子を得た。
【００５９】
［実施例３、５］
（原紙の作製）
実施例１のナノファイバー１５重量％と、セルロース繊維８５重量％を、水中で攪拌し抄紙して、厚み４５μｍ、坪量３５ｇ／ｍ２の実施例３のナノファイバー混抄紙からなる全熱交換用原紙を得た。
【００６０】
また、ナノファイバー５０重量％と、セルロース繊維５０重量％を、水中で攪拌し抄紙して、厚み４０μｍ、坪量３３ｇ／ｍ２の実施例５のナノファイバー混抄紙からなる全熱交換用原紙を得た。
【００６１】
これらの原紙の性能を表１に示す。これらの原紙は、高温・高湿度下における形状保持性にも優れており、走査型電子顕微鏡で観察したところ、実施例１と同様にパルプ同士の隙間にナノファイバーが入り込んでおり、そのナノファイバーはフィブリル化したパルプとははっきりと区別されることが確認できた。
【００６２】
その他は実施例１と同様にして全熱交換用原紙と全熱交換素子を得た。
【００６３】
［実施例４、６］
（原紙の作製）
実施例３、５の原紙を用い、一対の金属ロールを有するカレンダー装置を用い、１２０℃で圧密化を行い、それぞれ厚み３３μｍ、４０μｍの実施例４、６の原紙を得た。得られた原紙の性能を表１に示す。
【００６４】
その他は実施例１と同様にして全熱交換用原紙と全熱交換素子を得た。
【００６５】
［実施例７］
（ナノファイバーの作製）
（ポリマーアロイチップ）
溶融粘度１２０Ｐａ・ｓ（２６２℃、１２１．６ｓｅｃ−１）、融点２２５℃のＰＢＴと２エチルヘキシルアクリレートを２２％共重合したポリスチレン（ｃｏ−ＰＳ）、ＰＢＴの含有率を２０重量%とし、２軸型の押出混練機を用いて２４０℃としてポリマーアロイチップを得た。
【００６６】
（ポリマーアロイ繊維のトウ）
これを溶融温度２６０℃、紡糸温度２６０℃（口金面温度２４５℃）、紡糸速度１２００ｍ／分で実施例１と同様に溶融紡糸を行った。得られた未延伸糸を延伸温度１００℃、延伸倍率を２．４９倍とし、熱セット温度１１５℃として実施例１と同様に延伸熱処理した。得られたポリマーアロイ繊維は、強度１．４ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度３３％であった。
【００６７】
（脱海・切断・叩解）
このポリマーアロイ繊維をトリクレンに浸漬することにより、海成分であるｃｏ−ＰＳの９９％以上を溶出した後に乾燥し、ギロチンカッターで１ｍｍ長にカットして、ＰＢＴナノファイバー集合体短繊維を得た。このカット繊維を、水１０Ｌあたり３０ｇの濃度で、熊谷理機工業（株）製、試験用ナイヤガラビーターに仕込み、５分間予備叩解し、水を切って回収した。次いでこの回収物を自動式ＰＦＩミル（熊谷理機工業（株）製）に仕込み、回転数１５００ｒｐｍクリアランス０．２ｍｍの条件で６分間叩解した。そして、水を含んで粘土状となった回収物を８０℃の熱風乾燥機内で２４時間乾燥させ、ナノファイバーを得た。
【００６８】
得られたナノファイバーの繊維直径は７０〜１５０ｎｍで、その数平均繊維径は１００ｎｍであった。
【００６９】
（原紙の作製）
上記で得られた数平均繊維径は１００ｎｍのＰＢＴナノファイバー３０重量％と、実施例１と同様にして得られたセルロース繊維７０重量％を、水中で攪拌し抄紙して、厚み３５μｍ、坪量３４ｇ／ｍ２のナノファイバー混抄紙からなる全熱交換用原紙を得た。
【００７０】
この原紙は、走査型電子顕微鏡で観察したところ、パルプ同士の隙間にナノファイバーが入り込んでおり、そのナノファイバーはフィブリル化したパルプとははっきりと区別されることが確認できた。この原紙の特性を表１に示す。
【００７１】
さらに、この全熱交換用原紙を用い、実施例１と同様にして全熱交換素子を作製した。その性能を表１に示す。
【００７２】
［比較例１］
（原紙の作製）
実施例１のセルロース繊維１００重量％を、水中で攪拌し抄紙して、厚み４１μｍ、坪量３０ｇ／ｍ２のセルロース紙からなる全熱交換用原紙を得た。
この原紙の透気度、透湿度を表１に示す。
【００７３】
上記原紙は、高温・高湿度下における形状保持性において、たわみが生じた。表２に結果を示す。
【００７４】
（全熱交換素子の作製）
セルロース紙からなる原紙をライナ、実施例１と同様に別途作成した坪量１００ｇ／ｍ２のセルロースクラフト紙を中芯として、コルゲート加工とその積層を行い、縦２４０ｍｍ、横２４０ｍｍ、高さ４５０ｍｍの全熱交換素子を作製した。
【００７５】
ナノファイバーを含まない上記素子の全熱交換効率は、表２に示すとおり夏季：５１％、冬季：６５％と低く、実施例１に比べ劣っていた。
【００７６】
［比較例２］
（原紙の作製）
比較例１の原紙を用い、一対の金属ロールを有するカレンダー装置を用い、１２０℃で圧密化を行い、厚み３５μｍの原紙を得た。得られた原紙の性能を表１に示す。
【００７７】
その他は実施例１と同様にして全熱交換用原紙と全熱交換素子を得た。
【００７８】
［比較例３］
繊維径５μｍ、繊維長１ｍｍのナイロン６カットファイバー３０重量％と、実施例１と同様にセルロース繊維７０重量％を、水中で攪拌し抄紙して、厚み４４μｍ、坪量３０ｇ／ｍ２のナイロン混抄紙からなる全熱交換用原紙を得た。
【００７９】
この原紙の透気度は３０秒／１００ｍｌと空気が抜けやすく、繊維径がミクロン（μｍ）レベルのナイロンでは、原紙の緻密性を阻害してしまい、全熱交換器に求められる高い透気度が得られないことがわかった。全熱交換用原紙としては不適と判断し、透湿性、寸法安定性及び全熱交換効率は測定しなかった。
【００８０】
【表１】
【００８１】
【表２】
【００８２】
表１及び２に示すとおり、本発明である実施例は、比較例１および３に対し、透気度が高い、つまり気体遮蔽性が優れている上、寸法安定性、透湿性ともに優れている。結果として、全熱交換効率も高くなっており、伝熱性と透湿性と気体遮蔽性に優れ、様々な使用環境で長期にわたり使用可能である。また、圧密化により透気度を向上した比較例２においては、本発明の実施例と比較して、透湿度が低くなっており、原紙内部の空隙が閉塞され、透湿抵抗が高く、全熱交換効率が低いものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】実施例１の全熱交換用原紙の断面の一例を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【図２】寸法安定性評価における温度４０℃、相対湿度８０％ＲＨの条件下で１時間放置後の実施例１および比較例１の結果の一例を示す写真である。実施例１の結果状態は、全熱交換用原紙にほとんどうねりがなく、平滑な状態を維持しているが、比較例１の結果状態では、全熱交換用原紙にうねりが発生し、寸法が変化していることがわかる。
【符号の説明】
【００８４】
１：セルロースパルプ
２：ナノファイバー
３：寸法安定評価後の実施例１の全熱交換用原紙
４：寸法安定評価後の比較例１の全熱交換用原紙
５：透湿カップ
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明により、伝熱性と透湿性と気体遮蔽性に優れ、様々な使用環境で長期にわたり使用可能な全熱交換用原紙および全熱交換素子を提供することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルロースパルプと熱可塑性高分子のナノファイバーとを含むことを特徴とする全熱交換用原紙。
【請求項２】
前記セルロースパルプがＪＩＳ Ｐ８１２１（１９９５）で規定されるカナダ標準ろ水度試験で１５０ｍｌを超えるろ水度を示すものであることを特徴とする請求項１記載の全熱交換用原紙。
【請求項３】
前記熱可塑性高分子の主成分がナイロンであることを特徴とする請求項１または２記載の全熱交換用原紙。
【請求項４】
さらに吸湿材を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の全熱交換用原紙。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の全熱交換用原紙を用いたことを特徴とする全熱交換用素子。
【請求項１】
セルロースパルプと熱可塑性高分子のナノファイバーとを含むことを特徴とする全熱交換用原紙。
【請求項２】
前記セルロースパルプがＪＩＳ Ｐ８１２１（１９９５）で規定されるカナダ標準ろ水度試験で１５０ｍｌを超えるろ水度を示すものであることを特徴とする請求項１記載の全熱交換用原紙。
【請求項３】
前記熱可塑性高分子の主成分がナイロンであることを特徴とする請求項１または２記載の全熱交換用原紙。
【請求項４】
さらに吸湿材を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の全熱交換用原紙。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の全熱交換用原紙を用いたことを特徴とする全熱交換用素子。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−２４８６８０（Ｐ２０１０−２４８６８０Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５８８６８（Ｐ２０１０−５８８６８）
【出願日】平成２２年３月１６日（２０１０．３．１６）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１６日（２０１０．３．１６）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
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