JP4754269B2 - エアフィルタ用ろ材及びその製造方法並びにエアフィルタ - Google Patents
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例えば、図3に示すように、ガラス繊維等を湿式抄紙法で抄造したシートからなる従来のろ材10は、平均繊維径の比較的小さいガラス繊維9によって、ろ材の厚さ方向に平均孔径の小さな隙間が均一に形成されてしまうため、空気の流入側に多くの粉塵8が偏って捕集され、圧力損失が高くなるという問題があった。前記ろ材10には平均繊維径のやや大きいガラス繊維16も含まれている。
そこで、本発明は、ろ材を構成するシート内の空隙部によって空気の通路が確保されるとともに、空気の流入側に偏って粉塵を捕集することなく、ろ材の厚み方向に均一に粉塵を捕集することができ、長寿命化することの可能なエアフィルタ用ろ材及びその製造方法並びにエアフィルタを提供することを目的とする。
また、本発明のエアフィルタ用ろ材の製造方法は、請求項2に記載の通り、平均繊維径4〜8μmのガラス短繊維70〜90質量%と、平均繊維径2μm未満のガラス短繊維0〜15質量%と、平均繊維径10〜35μmの接着性合成繊維5〜15質量%と、平均粒径3〜20μmの未発泡の発泡性粒子3〜10質量%を分散させた水性分散液を用いてシート状物を抄造し、前記発泡性粒子を発泡させて空隙部を形成した後、前記発泡性粒子を破裂させた破片で周囲の繊維を接着してシートとすることを特徴とする。
また、本発明のエアフィルタは、請求項3に記載の通り、請求項1に記載のエアフィルタ用ろ材を用いたことを特徴とする。
また、前記シート中に発泡性粒子の破片が3〜10質量%含まれるため、破裂した発泡性粒子の破片が通気性を悪化させない程度に強固に周囲の繊維を接着し、ろ材の強度を向上することができる。
本発明のエアフィルタ用ろ材の製造方法によれば、前記発泡性粒子を破裂させた破片で周囲の繊維を接着しているため、接着性合成繊維のみで繊維を接着する場合と比較して、シートの強度が向上し、長寿命のろ材を製造することができる。
本発明のエアフィルタ用ろ材を用いたエアフィルタは、ろ材強度が高いため、従来のガラス繊維を抄造したシートをろ材として用いた場合と比較して、ろ材の寿命を約2倍長くすることができ、前記ろ材を用いたエアフィルタをコンパクトに形成できる。
前記シート中に、平均繊維径4〜8μmのガラス短繊維を70〜90質量%配合しているのは、配合量が70質量%未満では接着性合成繊維、発泡性粒子の破片の配合量が増加するため、ろ材の圧力損失が高くなる問題があり、平均繊維径が8μmを超えるか若しくは配合量が90質量%を超えると、接着性合成繊維、発泡性粒子の破片の配合量も少なくなるため、ろ材の強度が低下するという問題があるからである。
前記シート中の繊維と繊維の隙間を小さくし、圧力損失を上昇させない範囲で粉塵の捕集効率を向上させるため、前記ガラス短繊維の一部を配合量0〜15質量%の範囲で平均繊維径2μm未満のガラス短繊維を使用することもできる。尚、安定した品質のガラス短繊維を使用するためには、平均繊維径0.3μm以上のものを使用することが好ましい。
前記ガラス短繊維は、蒸気吹付法、スピニング法、火焔挿入法、ロータリー法などで形成したものを使用することができる。
本発明の製造方法によれば、前記配合のガラス短繊維及び接着性合成繊維に、平均粒径3〜20μmの未発泡の発泡性粒子を分散させた水性分散液を用いて湿式抄紙法によりシート状物を抄造し、前記発泡性粒子を発泡させて空隙部を形成した後、前記発泡性粒子を破裂させた破片で周囲の繊維を接着したシートからなるエアフィルタ用ろ材を製造している。
また、平均粒径が3〜20μmの未発泡の発泡性粒子を使用しているのは、未発泡の発泡性粒子の平均粒径が3μm未満であると、発泡した発泡性粒子の膨張率が低いため、ろ材中に空気の通路となる充分な大きさの空隙部を形成することができないという問題があり、平均粒径が20μmを超えると、空隙が大きくなるため、ろ材の捕集効率は向上するものの、破裂した発泡性粒子が前記繊維の隙間に多量に接着してしまうため、圧力損失が高くなり、ろ材寿命が短くなるという問題があるからである。
前記発泡性粒子としては、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン及び/又はこれらの共重合体からなる外壁に、エタン、エチレン、プロパン、ブタン、イソブタン等の熱膨脹性ガスを内包したものを使用することができる。特に、発泡性粒子の膨張度、発泡した発泡性粒子とガラス短繊維の接着具合等から発泡性粒子の外壁にアクリロニトリル−メチルメタアクリレート(MMA)、内包する熱膨脹性ガスにイソブタンを使用した発泡性粒子を使用することが好ましい。前記熱膨脹性の発泡性粒子を使用した場合、加熱による膨張によって、前記発泡性粒子が発泡し、更に、前記発泡性粒子が破裂して内包された熱膨脹性ガスが外部に放出されるとともに、破裂した発泡性粒子の破片が溶融して、周囲にある繊維の表面及び/又は交点を強固に接着する。尚、前記ガスが外部に放出された前後で発泡性粒子の質量はほとんど変化しない。
平均繊維径0.8μmのCガラス短繊維3’(日本板硝子株式会社製MLF#208)10質量%と、平均繊維径4μmのCガラス短繊維3(株式会社マグ製W50)78質量%と、接着性合成繊維として、平均繊維径17μm、平均繊維長5mmの芯鞘型合成繊維2(芯成分ポリエステル、鞘成分変成ポリエステル、140℃の熱収縮率55%、クラレ株式会社製N720)7質量%と、発泡性粒子として、平均粒径10〜20μmの熱膨脹性マイクロカプセル4(発泡開始温度100〜105℃、外壁にアクリロニトリル−メチルメタアクリレート(MMA)共重合体、熱膨張性ガスにイソブタンを内包した松本油脂製薬株式会社製マツモトマイクロスフェアーF−55)5質量%とを水中に分散、混合して水性分散液とした。この水性分散液に対して、分子量150万のカチオン性アクリルアミド吸着剤を添加して前記熱膨脹性マイクロカプセル4を前記Cガラス短繊維3,3’及び芯鞘型合成繊維2の表面に吸着・担持させた。
図1(a)に示すように、通常の抄紙機を用いて前記水性分散液をシート状物とした後、界面活性剤処理を行った。図1(b)に示すように、前記シート状物を140℃で乾燥して、Cガラス短繊維3,3’と芯鞘型合成繊維2を接着するとともに、未発泡の熱膨張性マイクロカプセル4を約20倍に発泡させて、発泡したマイクロカプセル5とし、このマイクロカプセル5の球面に沿って周囲のCガラス短繊維3、3’及び芯鞘型合成繊維2を押し広げた。そして、図1(c)と図2に示すように、発泡したマイクロカプセル5を破裂させ、破裂させた破片7で周囲のCガラス短繊維3,3’と芯鞘型合成繊維2を接着し、内部に複数の空隙部6を形成した厚さ0.71mm、目付92g/cm2のシート1をエアフィルタ用ろ材とした。尚、図2中、8は粉塵を示す。
平均繊維径4μmのCガラス短繊維(株式会社マグ製W50)73質量%とし、発泡性粒子として、前記熱膨脹性マイクロカプセルを10質量%としたこと以外は、実施例1と同様にして、厚さ0.86mm、目付91g/cm2のシートをエアフィルタ用ろ材とした。
平均繊維径0.8μmのCガラス短繊維(日本板硝子株式会社製MLF#208)を0質量%とし、平均繊維径4μmのCガラス短繊維(株式会社マグ製W50)88質量%としたこと以外は、実施例1と同様にして、厚さ0.70mm、目付90g/cm2のシートをエアフィルタ用ろ材とした。
平均繊維径4μmのCガラス短繊維3(株式会社マグ製W50)の代わりに、平均繊維径4μmのCガラス短繊維(NANJING AIXIN FIBREGLASS PRODUCT CO.,LTD製)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、厚さ0.71mm、目付92g/cm2のシート1をエアフィルタ用ろ材とした。
平均繊維径4μmのCガラス短繊維(株式会社マグ製W50)を83質量%とし、発泡性粒子として、前記熱膨脹性マイクロカプセルを0質量%としたこと以外は、実施例1と同様にして、厚さ0.60mm、目付95g/cm2のシートをエアフィルタ用ろ材とした。
平均繊維径4μmのCガラス短繊維(株式会社マグ製W50)を68質量%とし、発泡性粒子として、前記熱膨脹性マイクロカプセルを15質量%としたこと以外は、実施例1と同様にして、厚さ0.91mm、目付88g/cm2のシートをエアフィルタ用ろ材とした。
市販の湿式抄紙法により抄造した平均繊維径2μmガラス繊維を主体とする厚さ0.36mm、目付64g/cm2のシートをエアフィルタ用ろ材とした。
市販の湿式抄紙法により抄造した平均繊維径2μmガラス繊維を主体とする厚さ0.50mm、目付90g/cm2のシートをエアフィルタ用ろ材とした。
平均粒径0.3μmの大気塵を0.5m/sの風速でエアフィルタ用ろ材に通過させ、JIS B9908に準拠した捕集効率を測定した。
捕集効率(%)=(1−下流側粒子個数/上流側粒子個数)×100
評価基準:捕集効率50%以上を◎、40〜50%を○、40%未満を×とした。
JIS B9908に規定された方法に基づいて、以下のようにろ材の寿命を測定した。
JIS Z8901に規定する試験用粉体である15種類の粉体を用いて、粉塵濃度70±30mg/m3で風速5.3cm/sで最終圧力損失250Paになる粉体塵保持量を測定した。
W=W2−W1(g/フィルタユニット)
W :粉塵保持量
W1:試験開始時のフィルタユニット重量(g)
W2:試験終了時のフィルタユニット重量(g)
評価基準:前記方法に基づいて測定した従来例1のエアフィルタ用ろ材の寿命を100とし、前記従来例1のろ材の寿命よりも寿命が2倍を超えるろ材を◎とし、2倍のろ材を○とし、2倍未満の寿命のろ材を×とした。
前記寿命試験をしたろ材を使って、流出側の各ろ材に粉塵が付着しているか否かを評価した。粉塵が付着している場合は、○(有り)とし、粉塵が付着していない場合は、×(無し)とした。
捕集効率及び寿命が全てが○か◎の場合は◎とし、捕集効率が×でろ材の寿命が○の場合は○とし、ろ材の寿命が×の場合は×とした。
実施例1〜4のエアフィルタ用ろ材は、ろ材の寿命が従来例1の市販品のろ材に比較して2倍以上も長くなっていることが確認できた。更に、実施例1、2、4は捕集効率もよいことが確認できた。実施例1〜4のエアフィルタ用ろ材は、発泡性粒子を発泡させ、前記発泡性粒子を破裂させた破片で周囲の繊維表面及び/又は交点を接着した空隙部を有しており、この空隙部が通路となって、ろ材の厚さ方向に空気が通過しやすくなり、ろ材を構成するシートの主体となる平均繊維径4〜8μmのガラス短繊維による細かい網目構造よって、ろ材の厚さ方向全体にわたって略均等に粉塵が捕集されるため、ろ材寿命が長くなることが確認できた。また、実施例1、2、4のように、平均繊維径2μm未満の微細なガラス短繊維を配合した場合は、この微細なガラス短繊維が、平均繊維径4〜8μmのガラス短繊維によって形成された比較的細かい網目構造によって分散されて、更に細かい網目構造が形成され、ろ材の厚さ方向全体にわたって粉塵を捕集する効率が高くなり、ろ材寿命がより長くなることが確認できた。
また、実施例3のように、平均繊維径が2μm未満のガラス短繊維を全く配合しない場合は、従来例1のろ材よりもろ材寿命が2倍長くなるものの、ろ材を構成する繊維と繊維の隙間が大きくなるため、粉塵の捕集効率が実施例1、2、4よりも低下していた。
また、比較例1のように、発泡性粒子を全く配合しないろ材は、前記発泡性粒子の発泡による空隙部が形成されないため、ろ材の厚さ方向に空気の通路が確保されず、ろ材寿命が従来例1と同様に短くなっていた。また、比較例1のろ材は、空気の流出側に付着している粉塵が無かったため、発泡性粒子の発泡による空隙部が形成されていないことから、空気の通路が確保されておらず、空気の流入側となるろ材に偏って粉塵が捕集されているものと推測された。
また、比較例2のように、10質量%を超える発泡性粒子を配合したろ材は、発泡性粒子の発泡による空隙が多く形成されるため見掛け上の粉塵の捕集効率は上がるものの、本来粉塵を捕集する部分である単位体積当たりのろ材の部分が少なくなり、この少ないろ材部分に粉塵が捕集されるため、圧力損失が高くなり、ろ材の寿命が従来例1と同様に短くなっていた。
また、従来例2のように市販品のろ材の目付を実施例1〜4と同様にした場合であっても、実施例1〜4のようにろ材が長寿命化しなかった。
2 接着性合成繊維である芯鞘型合成繊維
3 平均繊維径4μmのCガラス短繊維
3’ 平均繊維径0.8μmのCガラス短繊維
4 未発泡の熱膨張性マイクロカプセル
5 熱膨張により発泡したマイクロカプセル
6 空隙部
7 破裂したマイクロカプセルの破片
8 粉塵
9 ガラス繊維
10 ろ材
11 平均繊維径の大きい合成繊維
12 平均繊維径の小さいガラス短繊維
13 空隙部
14 外壁
15 ろ材
16 平均繊維径のやや大きいガラス繊維
Claims (3)
- 発泡性粒子を破裂させた破片で周囲の繊維を接着して空隙部を形成したシートからなるエアフィルタ用ろ材であって、前記シートは平均繊維径4〜8μmのガラス短繊維70〜90質量%と、平均繊維径2μm未満のガラス短繊維0〜15質量%と、平均繊維径10〜35μmの接着性合成繊維5〜15質量%と、発泡性粒子の破片3〜10質量%からなることを特徴するエアフィルタ用ろ材。
- 平均繊維径4〜8μmのガラス短繊維70〜90質量%と、平均繊維径2μm未満のガラス短繊維0〜15質量%と、平均繊維径10〜35μmの接着性合成繊維5〜15質量%と、平均粒径3〜20μmの未発泡の発泡性粒子3〜10質量%を分散させた水性分散液を用いてシート状物を抄造し、前記発泡性粒子を発泡させて空隙部を形成した後、前記発泡性粒子を破裂させた破片で周囲の繊維を接着してシートとすることを特徴とするエアフィルタ用ろ材の製造方法。
- 請求項1に記載のエアフィルタ用ろ材を用いたことを特徴とするエアフィルタ。
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