JP2016540629A - 空気濾過媒体としてのエレクトレットナノファイバーウェブ - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書において使用される場合、「ウェブ」という用語は、一般的に不織布に作製される繊維のネットワークの層を意味する。
初めに紡糸ディスクについての図1を考えると、繊維110は、紡糸ディスクのエッジの放出位置109から排出することを示している。繊維は、収集装置111に堆積される。典型的には、図1に図式的に示されるように、繊維は、収集装置の方に制御された方式にて流れず、収集装置に均一に堆積しない。本発明において使用される国際公開第2013096672号パンフレットのプロセスは、特に均一のウェブを作製する目的によって、回転部材から放出されるフィブリル及び繊維に空気及び静電荷を加えることによってこの状況を修正する。
任意の高電圧直流(d.c.)又は更には交流(a.c.)源を、本発明の静電場を供給するために使用することができる。電界場を使用して、紡糸流体に電荷を供給する。回転部材上にある間に、又は、フィブリル又は繊維の形態で放出されながら、又は更には、繊維が空気又は静電場による減衰の結果として形成された後に紡糸流体は帯電されることができる。回転部材に近接した帯電された構成要素によって生成するコロナ放電からのイオン電流によってなど、紡糸流体は、直接帯電されることができる。こうした帯電された構成要素の1つの例は、回転部材と同心であり、放出される溶融ポリマー又はポリマー溶液に或いはフィブリル又は繊維に近接して位置するリングであろう。
気流場は、気流の方向及び速度が特徴である2つの領域を有する。第1の領域は、回転部材からのフィブリル又は繊維の放出位置であり、この第1の領域における気流の方向は、回転部材の紡糸軸に対して基本的に直角である。気流は、回転部材の半径方向に沿うことができ、或いは、これに対して角度があることができ、空気は、回転部材に近接して位置する複数のノズルから供給されることができ、或いは、スロットから、又は回転部材のエッジの周りで連続方式で供給されることができる。空気は、紡糸軸から外側へ放射状に向かうことができ、或いは、空気が任意の所定のノズルから離れた位置で半径に対して角度を向くことができる。
以下の非限定的な実施例においては、以下の試験方法を使用して、様々な報告された特徴及び特性を決定した。ASTMは、米国材料試験協会(American Society of Testing Materials)を意味する。
繊維直径を、走査型電子顕微鏡(SEM)を使用して測定した。細かさの異なるレベルにおける繊維形態を明らかにするために、SEM画像を、X25、X100、X250、X500、X1,000、X2,500、X5,000、及びX10,000の名目倍率で取得した。繊維直径の計数については、繊維を、5000x又は2500xの倍率で、少なくとも5つの(10つまで)画像から計数した。
W=φρA×δ。
BW=W/Aであることから、従って、φ=BW/ρδ、及びポリマー密度ρ、
多孔性=1−個体区分
=1−BW/ρδ。
連続繊維からなるポリプロピレン(PP)媒体は、152.4mm直径の紡糸ディスクを用いて、米国特許第8,277,711号明細書の遠心溶融紡糸プロセスを使用して作製した。ギヤポンプを有するPRISM押し出し機を使用して、ポリマー溶融物を、溶融転写ラインを通して回転紡糸ディスクに送達した。押し出し温度を240℃に設定した。溶融転写ラインからの紡糸溶融物の温度を、300℃に設定し、溶融供給速度は、10グラム/分であった。紡糸ディスクに対する空気加熱装置の温度設定点は、290℃であった。紡糸ディスクの回転速度を、一定の10,000rpmに設定した。国際公開第2013/096672号パンフレットのプロセスを使用して、繊維をベルト収集装置に敷設して、PPウェブ媒体を形成し、これは参照により本明細書に組み込まれる。繊維のウェブ敷設は、設計された気流場及び帯電配置の組合せによって制御される。気流場の操作パラメーターは、中空回転軸及び反旋回ハブを介して適用された、伸長ゾーンエア、シェーピングエア、及びセンターエアの空気温度、及び、気流速度である。紡糸ディスクの周りにおいて収集装置ベルト及びコロナリングにおける二重高電圧帯電が存在する。ウェブを、紡糸ディスクの下で距離をおいて敷設する。紡糸筐体温度は40℃であり、且つ、湿度は11%であり、収集装置ベルトにおいて+70kV及び0.23mAの、コロナリングにおいて−11.5kV及び0.58mAの二重高電圧帯電を有する。伸張ゾーンエアーフローを、220℃及び8.0SCFMに設定した。シェーピングエアフローを、80℃及び12.0SCFMに設定した。中空回転軸及び反旋回ハブを通るセンターエアーフローを、25℃及び1.5SCFMに設定した。ベルトは152.4cm/分で移動し12.7cmの敷設距離で、ベルト収集装置にナノファイバーウェブを敷設した。
実施例2では、以下の変更を伴う実施例1と同様の条件の下で同一のPPブレンド物を作製した。溶融転写ラインからの紡糸溶融物の温度を、300℃に設定し、溶融供給速度は、5グラム/分であった。紡糸ディスクに対する空気加熱装置の温度設定点は、290℃であった。ベルトは45.72cm/分で移動し12.7cmの敷設距離で、ナノファイバーウェブをベルト収集装置に敷設した。紡糸筐体温度は24℃であり、且つ、湿度は11%であり、収集装置ベルトにおいて+70kV及び0.21mAの、コロナリングにおいて−11.7kV及び0.49mAの二重高電圧帯電を有する。伸張ゾーンエアーフローを、200℃及び8.0SCFMに設定した。シェーピングエアフローを、80℃及び12.0SCFMに設定した。中空回転軸及び反旋回ハブを通るセンターエアーフローを、25℃及び1.5SCFMに設定した。
実施例3では、以下の変更を伴う実施例1と同様の条件の下で同一のPPブレンド物を作製した。溶融転写ラインからの紡糸溶融物の温度を、300℃に設定し、溶融供給速度は、5グラム/分であった。紡糸ディスクに対する空気加熱装置の温度設定点は、290℃であった。ベルトは150cm/分で移動し12.7cmの敷設距離で、ナノファイバーウェブをベルト収集装置に敷設した。紡糸筐体温度は44℃であり、且つ、湿度は13%であり、収集装置ベルトにおいて+70kV及び0.21mAの、コロナリングにおいて−11.7kV及び0.49mAの二重高電圧帯電を有する。伸張ゾーンエアーフローを、200℃及び8.0SCFMに設定した。シェーピングエアフローを、80℃及び12.0SCFMに設定した。中空回転軸及び反旋回ハブを通るセンターエアーフローを、25℃及び1.5SCFMに設定した。
比較例1は、米国特許出願公開第2008/0023888号明細書のプロセスに従ってメルトブロー装置を使用して作製したメルトブローポリプロピレン媒体であった。3つのメルトブローダイ
ダイ#1:直径0.12mmの紡糸オリフィス(孔)及び60:1の直径に対する長さの比を有する、100孔/インチのミクロンメルトブローダイ
ダイ#2:直径0.12mmの紡糸オリフィス(孔)及び150:1の直径に対する長さの比を有する、100孔/インチのナノメルトブローダイ
ダイ#3:直径0.06mmの紡糸オリフィス(孔)及び30:1の直径に対する長さの比を有する、200孔/インチのミクロンメルトブローダイ
を使用した。
比較例2は、得られた溶液エレクトロブローナイロン媒体であった。国際公開第2003/080905号パンフレットに記載の通り、ギ酸に溶解したポリアミド−6,6の24%溶液をエレクトロブローすることによって紡糸し、ナノウェブを作製した。比較例2−1は、約350nmの数平均繊維直径を有する。比較例2−2は、約400nmの数平均繊維直径を有する。比較例2−3は、約600nmの数平均繊維直径を有する。
比較例3及び4は、3Mからの商用のフィルターMax.Allergenから得られたメルトブローポリプロピレン媒体であった。比較例3では放電された。比較例4では入手したままの状態で使用した。
比較例5は、帯電メルトブローナノファイバー空気濾過媒体であった。
Claims (8)
- −20kVまでの静電荷、約70%〜約99.99%の濾過効率範囲、及び0.3直径ミクロン粒子における約2.5mmwg未満の空気抵抗を有する単一ソースのランダムに混ざり合わされた繊維ネットワークを含む単一層ポリマーエレクトレットナノファイバーウェブを含む空気濾過媒体。
- 前記ナノファイバーウェブは、
(a)前記ナノファイバーウェブにおける繊維の少なくとも約65個数%は、約1000nm未満の数平均直径を有するナノファイバーであることと、
(b)前記ナノファイバーウェブにおける繊維の多くとも約30個数%は、約1.0μm〜約3.0μmの数平均直径を有するマイクロファイバーであることと、
(c)前記ナノファイバーウェブにおける繊維の多くとも約5個数%は、約3.0μmを超える数平均直径を有する粗繊維であることと、
を含む、請求項1に記載の空気濾過媒体。 - 前記ナノファイバーウェブは、少なくとも約70%の多孔性、多くとも約15μmの平均流量孔サイズ、及び125Paで約870cm3/cm2/分〜約6000cm3/cm2/分のフレーザー空気透過性を有する、請求項1に記載の空気濾過媒体。
- 前記ナノファイバーウェブは、約5〜約100g/m2の目付を有する、請求項1に記載の空気濾過媒体。
- 前記ナノファイバーウェブは、約10g/m2〜約60g/m2の目付を有する、請求項1に記載の空気濾過媒体。
- 前記ナノファイバーウェブは、約10g/m2〜約20g/m2の目付を有する、請求項5に記載の空気濾過媒体。
- 前記ナノファイバーウェブは、ポリプロピレン、及びブレンド物におけるポリプロピレンが異なるポリプロピレン−ポリプロピレンブレンド物からなる群から選択されるポリマーを含む、請求項1に記載の空気濾過媒体。
- 前記ナノファイバーウェブは、遠心溶融紡糸プロセスによって作製される、請求項1に記載の空気濾過媒体。
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