JP2007136029A - 繊維シートおよびその製造方法ならびにエアフィルター - Google Patents

Abstract

【課題】活性炭や添着活性炭を使用せず、アセトアルデヒドのみを選択的、かつ効率よく除去するエアフィルター濾材に適した繊維シートを提供する。
【解決手段】ゼオライトと消臭剤とが少なくとも繊維の表面上に担持されてなることを特徴とする繊維シート
【選択図】 なし

Description

本発明は、エアフィルター用途に適した繊維シートに関する。

空気中の汚染物質についてはその種類が多岐に渡るが、その中でも特にアセトアルデヒド等のアルデヒド類が大きな問題となっている。アセトアルデヒドはタバコ煙や自動車の排気ガス中に含まれる代表的な悪臭成分であり、低濃度でも臭気を感じ易い。 また空気中の汚染物質の除去には、大きな表面積と細孔容積を有する活性炭が一般に使用されているが、アセトアルデヒドの活性炭への平衡吸着量は他の悪臭成分に比べて著しく小さい。

そこで活性炭によるアセトアルデヒドの吸着除去性能を向上させる手段として、例えばアミン類を活性炭に添着してその性能を向上させる方法が開示されている（特許文献１参照。）。しかし、当該技術を用いたエアフィルターは、アセトアルデヒドに起因する以外の臭気が温湿度の変化等によって発生（二次発臭）するという問題があった。これは、活性炭が物理吸着能をベースとしているため、除去対象とするアセトアルデヒド以外の物質をも吸着濃縮してしまい、これらの臭気成分は化学結合によりトラップされているわけではないため、温湿度変化等の環境要因によって、濃縮されていた臭気成分が一気に放出されることにより、本来の存在濃度では問題とならなかった臭気成分が悪臭として認知されてしまうというものである。
特開平５−３１７７０３号公報

本発明は、除去対象とする有害ガス成分のみを選択的、かつ効率よく除去するエアフィルター濾材に適した繊維シートを提供し、特にアセトアルデヒドのアルデヒド類の除去性能に極めて優れた繊維シートを提供することを目的とする。

すなわち本発明は、ゼオライトと消臭剤とが少なくとも繊維の表面上に担持されてなることを特徴とする繊維シートである。

また本発明は、ゼオライトと消臭剤とを混合分散させた液を繊維に保持させ、さらに乾燥させる工程を経て本発明の繊維シートを得ることを特徴とする繊維シートの製造方法である。

また本発明は、本発明の繊維シートを用いてなることを特徴とするエアフィルターである。

本発明に係る繊維シートは、対象ガス成分（アルデヒド類）との反応速度と吸着容量が格段に向上したものであり、これにより高風速下でも高除去効率を実現するこれまでに無いアルデヒド類除去フィルターを得ることができる。さらに、本発明の繊維シートは、物理吸着能に強く依存するものではないため、目的成分（アルデヒド類）以外の臭気成分を吸着濃縮し再放出すること（二次発臭）が無い。

本発明の繊維シートは、ゼオライトを少なくとも繊維の表面上に担持してなる。ゼオライトを採用することにより、処理エアと接触可能な表面積を得るとともに消臭剤を十分な量で繊維表面上に添着させることができる。またさらに、いわゆる分子ふるい効果によりアルデヒド類を選択的に吸着することが可能となる。

本発明で採用するゼオライトとしては、合成ゼオライトが、ケイ素とアルミニウムとの比率により親水性の程度を制御することができ、最適な親水性を有することができることから好ましい。本発明における合成ゼオライトのケイ素とアルミニウムとの比率としては、ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３のモル比で２０〜３００が好ましく、より好ましくは３０〜２００である。前記比率を３００以下とすることで、多孔質のゼオライトの細孔内部表面にまで薬品を添着させることができる。また前記比率を２０以上とすることで、空気中でのエアフィルターとしての使用時においても、細孔内が完全に水で満たされることないため、対象ガス成分が細孔内に進入することができ、効率の良い処理エアとの接触が可能となる。またさらに、上記範囲内とすることにより、ゼオライトの細孔の大きさと静電気特性とをアルデヒド類の吸着に特に適したものとすることができる。

本発明で採用するゼオライトの平均粒径としては０．０１〜２００μｍが好ましく、より好ましくは０．１〜５０μｍである。２００μｍ以下とすることで、処理エアとの接触効率を上げることができるとともに、繊維表面に均一に担持させることができる。０．０１μｍ以上とすることで、繊維表面への担持に使用するバインダー樹脂に無機粒子が埋没してしまうのを防ぐことができる。

多孔質の細孔の直径としては、０．５〜１００ｎｍが好ましく、より好ましくは５０ｎｍ以下である。１００ｎｍ以下とすることで、無機粒子の機械的強度の低下等の無理なく比表面積を大きくとることができる。また０．５ｎｍ以上とすることで、添着させる薬品や対象ガス成分が細孔内部に進入できなくなるのを防ぐことができる。

また本発明で採用するゼオライトの比表面積としては、ＢＥＴ比表面積で５０〜１２００ｍ^２／ｇが好ましく、より好ましくは１００〜１０００ｍ^２／ｇである。５０ｍ^２／ｇ以上とすることで、添加する薬品の反応場として実効的な面積が得られ、除去しようとするガス成分との実効的な反応速度が得られる。また１２００ｍ^２／ｇ以下とすることで、ゼオライトの機械的強度の低下によるため取り扱い性の不便を防ぐことができる。

本発明で採用するゼオライトの担持量としては、基材の繊維シートに対して１０〜１００質量％が好ましく、より好ましくは２０〜５０質量％である。１０質量％以上とすることで、薬品の反応場として実効的な表面積を得て吸着性能を向上させることができる。また１００質量％以下とすることで、エアフィルターとしての通気特性を阻害するのを防ぐことができる。

また、本発明にゼオライト以外の無機粒子を併用してもよい。

本発明の繊維シートは、消臭剤も繊維の表面上に担持してなることが重要である。
ゼオライトが物理的に吸着したアルデヒド類を、消臭剤により化学的に吸着し、二次発臭を防ぐことができる。

本発明で採用する消臭剤としては、アミノ基を有する化合物が好ましい。

アミノ基を有する化合物としては、ヒドラジン類、脂肪族アミン類、芳香族アミン類、尿素類などのアミン化合物があげられる。その中でも酸ヒドラジド類が好ましい。

酸ヒドラジドは、カルボン酸とヒドラジンとから誘導される−ＣＯ−ＮＨＮＨ_２で表される酸ヒドラジド基を有する化合物であり、ヒドラジド末端の窒素原子のα位に、更に非共有電子対を有する窒素原子が結合しており、これにより求核反応性が著しく向上している。この非共有電子対がアルデヒド類のカルボニル炭素原子を求核的に攻撃して反応し、アルデヒド類をヒドラジド誘導体として固定化することにより、アルデヒド類に対する高い除去性能を発現できると考えられる。

アルデヒド類の中でもアセトアルデヒドは、カルボニル炭素のα位に電子供与性のアルキル基を有するために、カルボニル炭素の求電子性が低く化学吸着されにくいが、本発明の繊維シートにおいて採用する酸ヒドラジド類は前述のとおり求核反応性が高いため、アセトアルデヒドに対しても良好な化学吸着性能を発現する。

酸ヒドラジドとしては例えば、分子中に１個の酸ヒドラジド基を有する酸モノヒドラジドとしては、ホルムヒドラジド、アセトヒドラジド、プロピオン酸ヒドラジド、安息香酸ヒドラジド等、分子中に２個の酸ヒドラジド基を有する酸ジヒドラジドとしては、シュウ酸ジヒドラジド、マロン酸ジヒドラジド、コハク酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、フマル酸ジヒドラジド、マレイン酸ジヒドラジド、テレフタル酸ジヒドラジド等、分子中に３個以上の酸ヒドラジド基を有する酸ポリヒドラジドとしては、ポリアクリル酸ヒドラジド等が挙げられる。

また、消臭剤としてアミノ基を有する化合物を採用する場合、消臭助剤として酸触媒を有することも好ましい。アルデヒド類のカルボニル炭素の電子を酸触媒が共有することによって、アルデヒド類のカルボニル炭素の求電子性を高くし、アルデヒド類に対する化学吸着能を向上させることができる。

酸触媒の酸としては、プロトン供与体であるブレンステッド酸や、電子対受容体であるルイス酸を挙げることができる。

ルイス酸としては例えば、珪素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、タングステン、モリブデン、スズ、鉄等の水酸化物もしくは酸化物、グラファイト、イオン交換樹脂等からなる担体に、硫酸根、五フッ化アンチモン、五フッ化タンタル、三フッ化ホウ素等を付着或いは担持したもの、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、酸化第二スズ（ＳｎＯ_２）、チタニア（ＴｉＯ_２）、酸化第二鉄（Ｆｅ_３Ｏ_３）、酸化タングステン（ＷＯ_３）等を例示することができる。

本発明の繊維シートは、上記のようなゼオライトと消臭剤とを少なくとも繊維の表面上に担持してなる。

本発明で採用する繊維としては、天然繊維、合成繊維、ガラス繊維や金属繊維等の無機繊維が使用でき、中でも溶融紡糸が可能な熱可塑性樹脂の合成繊維が好ましい。合成繊維を形成する熱可塑性樹脂の例としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、アクリル、ビニロン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ乳酸等を挙げることができ、用途等に応じて選択できる。また、複数種を組み合わせて使用してもよい。

本発明で採用する繊維は、異型断面形状を有することや、繊維表面に多数の孔やスリットを有することも好ましい。そうすることにより、繊維の表面積を大きくし、ゼオライトや消臭剤等に対する担持性を向上させることができる。異型断面形状とは、円形以外の断面形状を指し、例えば扁平型、略多角形、楔型等を挙げることができる。異型断面形状の繊維は、異型孔を有する口金を用いて紡糸することにより得ることができる。また、繊維表面に多数の孔やスリットを有する繊維は、溶剤に対する溶解性の異なる２種類以上のポリマーをアロイ化して紡糸し、溶解性の高い方のポリマーを溶剤で溶解除去することにより得ることができる。

本発明で採用する繊維の繊維径としては、繊維シートをエアフィルターとして使用する用途において目標とする通気性や集塵性能に応じて選択すればよいが、好ましくは１〜１０００μｍ、より好ましくは５〜１００μｍである。１μｍ以上とすることで、無機粒子が繊維シート表面で目詰まりするのを防ぎ、通気性の低化を防ぐことができる。また１０００μｍ以下とすることで、繊維表面積の減少による担持能力の低下や処理エアとの接触効率の低下を防ぐことができる。

本発明で採用する繊維が構成する基材繊維シートは、通気性を有する繊維構造体であり、綿状物、編織物、不織布、紙およびその他の三次元網状体（例えば多孔性ポリウレタン発泡体）等を挙げることができる。これらのような構造をとることにより、通気性を確保しつつ、表面積を大きくとることができる。

基材繊維シートの目付けとしては、１０〜５００ｇ／ｍ^２が好ましく、より好ましくは３０〜２００ｇ／ｍ^２である。基材繊維シートの目付けを１０ｇ／ｍ^２以上とすることで、無機粒子と薬品を担持するための加工に耐える十分な強度が得られ、エアを通気させた際にフィルター構造を維持するのに必要な剛性が得られる。また目付けを２００ｇ／ｍ^２以下とすることで、繊維シートの内部まで無機粒子を均一に担持することができ、プリーツ形状やハニカム形状に二次加工する際の取り扱い性の面でも好ましい。

本発明で採用する基材繊維シートは、熱接着性成分や樹脂バインダーを有することも、形状保持、強度向上、寸法安定性等の点で好ましい。

本発明の繊維シートは、上記のようなゼオライトと消臭剤とを担持させた繊維シートにさらに異なる繊維構成のシートを積層することも好ましい。例えば直行流型フィルターとしての使用において、上流側に嵩高で目の粗い不織布シートを積層すれば、ダスト保持量が向上し長寿命化が可能となる。また下流側に極細繊維からなる不織布シートを積層すれば、高捕集効率化が可能となる。

さらにこの極細繊維からなる不織布シートがエレクトレット処理されていればなお好ましい。エレクトレット処理がされていることにより、通常では除去しにくいサブミクロンサイズやナノサイズの微細塵を静電気力により捕集する事が出来るようになる。

エレクトレット不織布を構成する材料としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート等の芳香族ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート樹脂等の合成高分子材料等の、高い電気抵抗率を有する材料が好ましい。

次に、本発明の繊維シートの製造方法としては、ゼオライトと消臭剤とを混合分散させた液を繊維に保持させ、さらに乾燥させる工程を経ることが好ましい。ゼオライトに予め消臭剤を添着させたものをそのまま水溶液に混合して繊維シートに担持させると、ゼオライトに添着していた薬品が液中に溶出して希釈されるため、乾燥処理後に繊維シート上に残存する消臭剤の量が不足し、十分な除去性能が得られない。一方、上記方法とすることにより、薬品の添着量を自由に調節することができる。

また上記方法の他、例えばゼオライトと消臭剤とを混合した水溶液を基材繊維シートにコーティング処理により塗布したり、スプレー処理により吹き付けたりしてもよい。

また、ゼオライトを先に繊維シート表面に固定した後、消臭剤を混合した水溶液をディッピング処理やスプレー処理で付着させてもよい。

また、ゼオライトの繊維表面への付与方法として、繊維表面にゼオライトを直接結晶化させ皮膜化させてもよい。具体的には例えば、合成繊維や無機繊維からなる繊維基材に、ゼオライトの前駆体のゾルを塗布し、乾燥してゲルの皮膜とし、次に有機アミン、アルコール、水から選択される１種以上の蒸気に曝露することによりゼオライトを膜状に結晶化させる、所謂ドライゲルコンバージョン法などにより、繊維表面にゼオライトの結晶を皮膜化させることができる。

また、ゼオライトの繊維表面への付与方法として、製糸段階でゼオライトを繊維表面に配置させてもよい。具体的には例えば、合成繊維の芯鞘複合紡糸において、鞘成分中にゼオライトを大量配合することにより、芯鞘複合の表面近傍にゼオライトを偏在させることができる。またこの方法において、ゼオライトを表面に露出させるために、化学的あるいは物理的な処理により表面の樹脂成分を適量取り除くことも好ましい。

本発明の繊維シートは、エアフィルター用途に好適に用いることができる。特に、自動車の起動時や温湿度変化時等に狭い室内に二次発臭することも抑えられる点で、自動車用キャビンフィルター用途に好適に用いることができる。

本発明のエアフィルターの形状としては、そのまま平面状で使用してもよいが、プリ−ツ型やハニカム型を採用することが好ましい。プリーツ型は直行流型フィルターとしての使用において、またハニカム型は平行流型フィルターとしての使用において、処理エアの接触面積を大きくして捕集効率を向上させるとともに、低圧損化を同時に図ることができる。

また本発明のエアフィルターは、例えば図１、図２に示されるように枠体３に納めて使用することが、エアの処理効率や取扱い性の点で好ましい。

［測定方法］
（１）ＢＥＴ比表面積
ユアサアイオニクス社製オートソーブ（登録商標）６を用い、ＪＩＳ Ｒ １６２６−１９９６に規定のＢＥＴ多点法に従って測定した。試料は約５ｇ採取し、加熱前処理を施し、Ｎ_２を吸着質とし、定容法にて測定した。

（２）アセトアルデヒドの除去能力
平板状の繊維シートを実験用のダクトに取り付け、ダクトに温度２３℃、湿度５０％ＲＨの空気を０．２ｍ／ｓｅｃの速度で送風した。さらに上流側から、標準ガスボンベによりアセトアルデヒドを上流濃度２０ｐｐｍとなるように添加し、繊維シートの上流側と下流側とにおいてエアをサンプリングし、赤外吸光式連続モニターを使用してそれぞれのアセトアルデヒド濃度を経時的に測定し、これから除去効率の推移を確認した。

（３）圧力損失
平板状の繊維シートを実験用のダクトに取り付け、ダクトに温度２３℃、湿度５０％ＲＨの空気を０．２ｍ／ｓｅｃの速度で送風した。その際の繊維シートの上流側と下流側との差圧をＭＯＤＵＳ社製デジタルマノメータＭＡ２−０４Ｐにて測定した。

［実施例１］
ゼオライトとして、東ソー社製「ＨＳＺ−３８５ＨＵＡ」（ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３＝９５）を使用した。

消臭剤として、アジピン酸ジヒドラジド（日本化成社製）を用いた。

基材繊維シートとして、単繊維繊度１．５ｄｔｅｘのビニロン１６．５質量％と単繊維繊度７．１ｄｔｅｘのビニロン２２質量％と単繊維繊度２．０ｄｔｅｘのポリエチレンテレフタレート１６．５質量％とリン系難燃剤含有アクリル樹脂バインダー４５質量％とからなる目付け７０ｇ／ｍ^２の不織布を用いた。

前記ゼオライトを４質量％と前記酸ヒドラジドを２質量％とを均一分散させた水溶液中に前記基材繊維シートを含浸させ、前記水溶液を前記基材繊維シートに対し６４０ｇ／ｍ^２付着させた後、乾燥させて、目付け１０８ｇ／ｍ^２の繊維シートを得た。

得られた繊維シートの面風速０．２ｍ／ｓｅｃでの圧力損失は１６Ｐａであった。

［実施例２］
ゼオライトとして、実施例１と同様に東ソー社製「ＨＳＺ−３８５ＨＵＡ」（ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３＝９５）を使用した。

消臭剤として、東亞合成社製無機消臭剤「ケスモン（登録商標）ＮＳ−２３１」を使用した。

基材シートとしては、実施例１と同様の不織布を用いた。

前記ゼオライトを４質量％と前記消臭剤を４質量％とを均一分散させた水溶液中に前記基材繊維シートを含浸させ、前記水溶液を前記基材繊維シートに対し６４０ｇ／ｍ^２付着させた後、乾燥させて、目付け１２１ｇ／ｍ^２の繊維シートを得た。

［比較例１］
ゼオライトを使用せず、消臭剤として実施例１と同様のアジピン酸ジヒドラジドを使用した。

基材シートとして、実施例１と同様の不織布を用いた。

前記消臭剤を４質量％を均一分散させた水溶液中に前記基材繊維シートを含浸させ、前記水溶液を前記基材繊維シートに対し６４０ｇ／ｍ^２付着させた後、乾燥させて、目付け９５ｇ／ｍ^２の繊維シートを得た。

［比較例２］
ゼオライトとして、実施例１と同様に東ソー社製「ＨＳＺ−３８５ＨＵＡ」（ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３＝９５）を使用した。

消臭剤は、用いなかった。

基材シートとして、実施例１と同様の不織布を用いた。

前記ゼオライトを４質量％を均一分散させた水溶液中に前記基材繊維シートを含浸させ、前記水溶液を前記基材繊維シートに対し６４０ｇ／ｍ^２付着させた後、乾燥させて、目付け９７ｇ／ｍ^２の繊維シートを得た。

［比較例３］
ゼオライトの代わりに、平均粒径４μｍ、比表面積４０ｍ^２／ｇの無孔質シリカ（洞海化学工業社製サンスフェア（登録商標）ＮＰ−３０）を使用した。

消臭剤として、実施例１と同様のアジピン酸ジヒドラジドを用いた。

基材シートとして、実施例１と同様の不織布を用いた。

前記無多孔質シリカを４質量％と前記酸ヒドラジドを２質量％とを均一分散させた水溶液中に前記基材繊維シートを含浸させ、前記水溶液を前記基材繊維シートに対し６４０ｇ／ｍ^２付着させた後、乾燥させて、目付け１０９ｇ／ｍ^２の繊維シートを得た。

各実施例・比較例のアセトアルデヒド除去効率の経時推移を図３に示す。実施例１，２は、初期捕集効率がそれぞれ２８％、２７％と高く、経時的な捕集効率の低下も緩やかであった。それに対し、比較例１，２,３は初期捕集効率がそれぞれ４％、３％、１３．７％と低く、更に経時的にも急激に捕集効率が低下した。

比較例１でアセトアルデヒドの除去性能が低い理由は、ゼオライトがないため、アジピン酸ジヒドラジドとアセトアルデヒドの反応場が十分に得られなかったためである。

比較例２で性能が低い理由は、消臭剤がないため、ゼオライトによる物理吸着能力しかなかったためである。

比較例３でアセトアルデヒドの除去性能が低い理由は、ゼオライトに比べ無機粒子の比表面積が小さく、アジピン酸ジヒドラジドとアセトアルデヒドの反応場が十分に得られなかったためである。

本発明による繊維シートは自動車や鉄道車両等の車室内の空気を清浄化するためのエアフィルター、健康住宅、ペット対応マンション、高齢者入所施設、病院、オフィス等で使用される空気清浄機用フィルター、エアコン用フィルター、ＯＡ機器の吸気・排気フィルター、ビル空調用フィルター、産業用クリーンルーム用フィルター等のエアフィルター濾材として好ましく使用される。

本発明の一実施形態を示すエアフィルターの概略斜視図である。 本発明の一実施形態を示すエアフィルターの概略斜視図である。 本発明の繊維シートおよび比較例におけるアセトアルデヒド除去効率の経時変化を示したグラフである。

符号の説明

１ エアフィルター濾材（プリーツ型）
２ エアフィルター濾材（ハニカム型）
３ 枠体

Claims (9)

1. ゼオライトと消臭剤とが少なくとも繊維の表面上に担持されてなることを特徴とする繊維シート。
2. ゼオライトにおけるケイ素とアルミニウムとの比率がＳｉＯ_２/Ａｌ_２Ｏ_３のモル比で２０〜３００である、請求項１記載の繊維シート。
3. 消臭剤がアミノ基を有する化合物である、請求記載１または２の繊維シート。
4. さらにエレクトレット処理された繊維シートを積層してなる、請求項１〜３のいずれか記載の繊維シート。
5. 繊維シートがアルデヒド類を選択的に吸着する、請求項１〜４のいずれか記載の繊維シート。
6. エアフィルター用途に用いられる、請求項１〜５のいずれか記載の繊維シート。
7. 自動車用キャビンフィルター用途に用いられる、請求項６記載の繊維シート。
8. ゼオライトと消臭剤とを混合分散させた液を繊維に保持させ、さらに乾燥させる工程を経て請求項１〜７のいずれか記載の繊維シートを得ることを特徴とする繊維シートの製造方法。
9. 請求項１〜７のいずれか記載の繊維シートを用いてなることを特徴とするエアフィルター。