JPWO2013080955A1 - 混繊不織布とこれを用いてなる濾材 - Google Patents
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Abstract
繊維径が異なる繊維が混合された不織布である。繊維径5.0μm以下である繊維(繊維群A)の体積割合が20〜80vol%であり、繊維径50.0以上である繊維(繊維群B)の体積割合が1〜40vol%であり、繊維径が5.0より大きく、〜50.0μm未満である繊維(繊維群C)の体積割合が0〜79vol%である。繊維群Aの繊維径中央値(A’)に対する繊維群Bの繊維径中央値(B’)の比(B’/A’)が35以上である。
Description
このように、捕集効率と圧力損失のバランスを両立し、かつ安価に濾材を得る方法はこれまで知られていなかった。
また、ここでいう繊維径中央値とは、統計用語として一般に用いられる中央値を意味する。すなわち、各繊維群において、n個の繊維について繊維径を計測し、その値を小さい順に並べたものをx1,x2,x3,…,xnとするとき、その繊維群の繊維径中央値は、nが奇数の場合、x(n+1)/2であり、nが偶数の場合は、(xn/2+x(n/2+1))/2である。
本発明の混繊不織布の好ましい態様によれば、前記の繊維群A、または繊維群Aと繊維群Bを構成する繊維はポリオレフィン繊維からなることである。
本発明の混繊不織布の好ましい態様によれば、前記の混繊不織布は、目付が10〜80g/m2であることを特徴とする混繊不織布である。
本発明の混繊不織布の好ましい態様によれば、前記の不織布はエレクトレット処理を施された不織布である。
本発明の混繊不織布の好ましい態様によれば、前記の不織布は、濾過風速4.5m/minにおける粒子径0.3〜0.5μmのポリスチレン粒子の捕集効率が99.9%以上かつQF値が0.20以上の不織布である。
本発明においては、前記の混繊不織布を用いて、エアフィルターに好適な濾材を製造することができる。
本発明の混繊不織布の素材は、非導電性を有する材料からなる繊維を主として含むものであることが好ましい。ここでいう非導電性は、体積抵抗率が1012・Ω・cm以上であることが好ましく、1014・Ω・cm以上であることがより好ましい態様である。
そのため、本発明の混繊不織布の製造方法としては、前記の米国特許第3981650号明細書に記載された紡糸口金を用いて紡糸する方法がより好ましい態様である。
また、繊維群Bの体積割合が1vol%より少ないと、不織布内の空隙が増加せず、圧力損失が増加してしまい、40vol%より多いと、不織布の繊維表面積が相対的に小さくなり、十分な捕集効率が得られない。
目付が10g/m2より低いと、不織布の厚み方向の繊維本数が減少するため低圧力損失となるが、ダストを捕捉するための有効繊維本数が減少してしまい、十分な捕集効率が得られないことがある。一方、目付が80g/m2より高いと、有効繊維本数が増加して高捕集効率となるが、繊維本数の増加により高圧力損失となってしまう傾向を示す。また、目付が80g/m2よりも大きい場合、不織布のコストの観点からも不適となる。
−Log(1−[捕集効率]/100)/[目付] >= 0.1
上式の左辺によって表現される値は、目付10g/m2あたりの捕集効率に相当する。一般に、フィルター濾材の捕集効率は、濾材の目付が大きいほど高くなる。しかし、目付が大きくなると、コストの観点から不利になる。上記の目付10g/m2あたりの捕集効率が、0.1よりも大きい場合、小さい目付でエアフィルター用濾材に要求される捕集効率が達成可能となり、コスト面で有利となる。
タテ×ヨコ=15cm×15cmの不織布の質量を3点測定し、それぞれ得られた値を1m2当たりの値に換算し、その平均値をとって目付(g/m2)とした。
不織布の任意の場所から、タテ×ヨコ=1cm×1cmの測定サンプルを30個採取し、走査型電子顕微鏡で倍率を調節して、採取したサンプルから繊維表面写真を各1枚ずつ、計30枚を撮影した。倍率は200〜3000倍とし、写真の中の繊維直径がはっきり確認できるものについてすべて有効数字0.1μmにて測定した。
また、得られた値のうち、繊維群A(繊維径が5.0μm以下)および繊維群B(繊維径が50.0μm以上)に属する繊維ついて、それぞれ繊維径中央値を計算した。さらに、繊維群A、繊維群Bおよび繊維群C(繊維径が5.0μmより大きく、50.0μm未満)の体積比率は、得られた繊維径の値を用い、次の式により算出した。ここでは、各繊維群に含まれる繊維の長さは一定(X)と仮定して体積を算出している。
・各繊維の体積 :Y=π(繊維径/2)2×X
・繊維群Aの体積:Z(A)=繊維群AにおけるYの総和
・繊維群Bの体積:Z(B)=繊維群BにおけるYの総和
・繊維群Cの体積:Z(C)=繊維群CにおけるYの総和
・繊維群Aの体積比率(vol%)=Z(A)/[Z(A)+Z(B)+Z(C)]
・繊維群Bの体積比率(vol%)=Z(B)/[Z(A)+Z(B)+Z(C)]
・繊維群Cの体積比率(vol%)=Z(C)/[Z(A)+Z(B)+Z(C)]
不織布の縦方向5カ所でタテ×ヨコ=15cm×15cmの測定用サンプルを採取し、それぞれのサンプルについて、図1に示す捕集効率測定装置で測定した。この捕集効率測定装置は、測定サンプルMをセットするサンプルホルダー1の上流側にダスト収納箱2を連結し、下流側に流量計3、流量調整バルブ4、およびブロワ5を連結している。また、サンプルホルダー1にパーティクルカウンター6を使用し、切替コック7を介して、測定サンプルMの上流側のダスト個数と下流側のダスト個数とをそれぞれ測定することができる。さらに、サンプルホルダー1は圧力計8を備え、測定サンプルMの上流と下流での静圧差を読み取ることができる。捕集効率の測定にあたっては、ポリスチレン0.309U 10%溶液(メーカー:ナカライテスク(株))を蒸留水で200倍まで希釈し、ダスト収納箱2に充填する。次に、測定サンプルMをサンプルホルダー1にセットし、風量をフィルター通過速度が4.5m/minになるように流量調整バルブ4で調整し、ダスト濃度を1万〜4万個/2.83×10−4m3(0.01ft3)の範囲で安定させ、測定サンプルMの上流のダスト個数Dおよび下流のダスト個数dをパーティクルカウンター6(リオン社製、KC−01B)で1個の測定サンプル当り3回測定し、JIS K 0901:1991「気体中のダスト試料捕集用ろ過材の形状、寸法並びに性能試験方法」に基づいて下記計算式を用いて0.3〜0.5μm粒子の捕集効率(%)を求めた。5個の測定サンプルの平均値を、最終的な捕集効率とした。
捕集効率(%)=〔1−(d/D)〕×100
ただし、
d:下流ダストの3回測定トータル個数
D:上流のダストの3回測定トータル個数
高捕集の不織布ほど、下流のダスト個数が少なくなるため、捕集効率の値は高くなる。
また、圧力損失は、捕集効率測定時の測定サンプルMの上流と下流の静圧差を圧力計8で読み取り求めた。5個の測定サンプルの平均値を最終的な圧力損失とした。
濾過性能の指標となるQF値(Pa−1)は、前記捕集効率(%)および圧力損失(Pa)を用いて以下の式により計算される。低圧力損失かつ高捕集効率であるほどQF値は高くなり、濾過性能が良好であることを示す。
QF値=−[ln(1−捕集効率/100)]/圧力損失
“キマソーブ”(登録商標)944(BASF・ジャパン(株)製)を1質量%添加したポリプロピレン(MFR=860)(α)と、“キマソーブ”(登録商標)944(BASF・ジャパン(株)製)を1質量%添加したポリプロピレン(MFR=60)(β)を、それぞれ異なる押出機に投入し、直径が0.25mmおよび0.60mmの吐出孔(それぞれa,b)がa:b=5:1にて繰り返し一直線上に配置した口金(孔ピッチ:a−b間;2mm,a−a間;1mm、孔数:a;90ホール,b;20ホール、幅:150mm)を用いて、メルトブロー法により、口金孔aから吐出されるポリマーαの単孔吐出量を0.15g/分・ホール、口金孔bから吐出されるポリマーβの単孔吐出量を0.90g/分・ホールとし、ノズル温度265℃、エア温度285℃、およびエア圧力0.10MPaの条件で噴射し、捕集コンベア上に捕集した。口金の吐出孔と捕集コンベア間の距離は20cmとした。捕集コンベアの速度を調整することによって、目付が30g/m2の不織布を得た。
得られた混繊不織布を、純水/イソプロパノールの質量比が70/30からなる混合水溶液に含浸させ、次いで自然乾燥することにより、エレクトレット化メルトブロー混繊不織布を得た。このエレクトレットメルトブロー不織布の特性値を測定し、表1に示した。
実施例1で使用したポリプロピレンのMFRを1550(α)と60(β)に変更し、a,bから吐出されるポリマーα、βの単孔吐出量をそれぞれ0.15g/分・ホールと1.53g/分・ホール、エア圧力0.13MPaとし、目付を一致させるため捕集コンベアの速度を調整したこと以外は、実施例1と同じ方法により目付が30g/m2の混繊不織布を得た。
得られた混繊不織布を実施例1と同様の方法でエレクトレット処理した後、特性値を測定し、表1に示した。
実施例1で使用したポリプロピレンのMFRを860(α)と20(β)に変更し、a,bから吐出されるポリマーα、βの単孔吐出量をそれぞれ0.15g/分・ホールと0.68g/分・ホール、エア圧力0.10MPaとし、目付を一致させるため捕集コンベアの速度を調整したこと以外は、実施例1と同じ方法により目付が30g/m2の混繊不織布を得た。
得られた混繊不織布を実施例1と同様の方法でエレクトレット処理した後、特性値を測定し、表1に示した。
実施例1で使用したポリプロピレンのMFRを1550(α)と60(β)に変更し、a,bから吐出されるポリマーα、βの単孔吐出量をそれぞれ0.15g/分・ホールと1.53g/分・ホール、エア圧力0.05MPaとし、口金吐出孔と捕集コンベア間の距離を30cmとし、目付を一致させるため捕集コンベアの速度を調整したこと以外は、実施例1と同じ方法により目付が30g/m2の混繊不織布を得た。
得られた混繊不織布を実施例1と同様の方法でエレクトレット処理した後、特性値を測定し、表1に示した。
実施例1で使用したポリプロピレン(α、β)を用い、a,bから吐出されるポリマーα、βの単孔吐出量をそれぞれ0.19g/分・ホールと0.83g/分・ホール、ノズル温度255℃、エア温度265℃、エア圧力0.13MPaとし、目付を一致させるため捕集コンベアの速度を調整したこと以外は、実施例1と同じ方法により目付が30g/m2の混繊不織布を得た。
得られた混繊不織布を実施例1と同様の方法でエレクトレット処理した後、特性値を測定し、表1に示した。
実施例1で使用したポリプロピレン(α、β)を用い、bから吐出されるポリマーβの単孔吐出量を0.70g/分・ホールとし、ノズル温度255℃、エア温度265℃、エア圧力0.13MPaとし、目付を一致させるため捕集コンベアの速度を調整したこと以外は、実施例1と同じ方法により目付が30g/m2の混繊不織布を得た。
得られた混繊不織布を実施例1と同様の方法でエレクトレット処理した後、特性値を測定し、表1に示した。
実施例1で使用したポリプロピレン(α)のみを用い、a,bから吐出されるポリマーαの単孔吐出量がそれぞれ0.19g/分・ホールと1.38g/分・ホール、ノズル温度255℃、エア温度265℃、エア圧力0.15MPaとし、目付を一致させるため捕集コンベアの速度を調整したこと以外は、実施例1と同じ方法により目付が30g/m2の混繊不織布を得た。
得られた混繊不織布を実施例1と同様の方法でエレクトレット処理した後、特性値を測定し、表1に示した。
また、比較例3と4では繊維群Bを含まないことから、圧力損失の上昇が見られ、QF値が低下してしまっている。
2:ダスト収納箱
3:流量計
4:流量調整バルブ
5:ブロワ
6:パーティクルカウンター
7:切替コック
8:圧力計
M:測定サンプル
Claims (8)
- 繊維径が互いに異なる繊維が混合された不織布であり、前記繊維径が5.0μm以下である繊維からなる繊維群Aと、前記繊維径が50.0μm以上である繊維からなる繊維群Bとを含み、また前記繊維径が5.0μmより大きく、50.0μm未満である繊維からなる繊維群Cを任意に含み、
繊維全体に占める上記繊維群Aの体積割合が20〜80vol%、繊維群Bの体積割合が1〜40vol%、繊維群Cの体積割合が0〜79vol%であり、
前記繊維群Aの繊維径中央値(A’)に対する前記繊維群Bの繊維径中央値(B’)の比(B’/A’)が35以上であることを特徴とする、混繊不織布。 - 前記の繊維群Aの体積割合は30〜70vol%、繊維群Bの体積割合は5〜30vol%、繊維群Cの体積割合が0〜65vol%であることを特徴とする、請求項1に記載の混繊不織布。
- 不織布がメルトブロー法により製造された不織布であることを特徴とする、請求項1または2に記載の混繊不織布。
- 繊維群A、または繊維群Aと繊維群Bを構成する繊維がポリオレフィン繊維であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の混繊不織布。
- 目付が10〜80g/m2であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の混繊不織布。
- 不織布がエレクトレット処理を施された不織布であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の混繊不織布。
- 不織布が、濾過風速4.5m/minにおける粒子径0.3〜0.5μmのポリスチレン粒子の捕集効率が99.9%以上かつQF値が0.20以上の不織布であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の混繊不織布。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の混繊不織布からなることを特徴とする、濾材。
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