JP2005034710A

JP2005034710A - 耐水性フィルタ

Info

Publication number: JP2005034710A
Application number: JP2003198371A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Minemura; 慎一峯村; Toyota Seki; 豊太関
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2003-07-17
Filing date: 2003-07-17
Publication date: 2005-02-10
Also published as: WO2005011841A1

Abstract

【課題】吸着剤粒子を含有したプリーツ状フィルタにおいて水分がフィルタに取り込まれた場合でも、ひだ固定用のセパレーター等を使用しなくても通気抵抗の大幅な上昇を抑制可能なフィルタ及びフィルタ濾材を提供する。
【解決手段】本発明における吸着性シートは吸着剤粒子含有シートと通気性シートからなる。耐水性があり、かつ剛性のある材料を使用することにより、水分がフィルタに取り込まれた場合でも、ひだ固定用のセパレーター等を使用しなくても通気抵抗の大幅な上昇の抑制をはかる。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低通気抵抗で耐水性に優れたフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気浄化用フィルタでは活性炭、シリカゲル、ゼオライト、セピオライト等の粒子状吸着剤を含有したシートをプリーツ化したフィルタがよく使用される。特許文献１，特許文献２には活性炭を含有するシートをプリーツ状に成型したフィルタが開示されている。しかしながら水分が取り込まれやすい環境下においてはフィルタ形状変形などが生じ圧損上昇が大きくなりやすいという欠点があった。
このような活性炭フィルタの欠点を補うフィルタが望まれていた。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２−１３５１４１号公報
【特許文献２】
特開２０００―２４４２６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように多量の水分がフィルターに取り込まれた場合でも、ひだ固定用のセパレーター等を必要とせずに通気抵抗の大幅な上昇を抑制できるフィルタ及びフィルタ濾材を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、吸着性粒子を含有したプリーツユニットにおいて耐水性のある繊維を使用した吸着剤粒子含有シートと剛性の強い通気性シートを積層一体化することにより解決することを見いだした。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の吸着性シートは、吸着性粒子、支持繊維、接着性繊維からなる吸着剤粒子含有シートと通気性シートを積層一体化したシートである。
【０００８】
本発明の吸着性シートを構成する吸着剤粒子含有シートに用いられる吸着性粒子の平均粒子径は、通気性、吸着材の脱落、抄紙性等を考慮して、ＪＩＳ標準ふるい（ＪＩＳＺ８８０１）による値で平均１００〜６００μｍであることが好ましく、２００〜５００μｍであればより好ましい。平均粒子径が１００μｍ未満の場合には、一定の高吸着容量を得るのに通気抵抗が大きくなりすぎ、また、同時にシート充填密度が高くなりやすく、粉塵供給時に早期の圧損上昇を引き起こす原因にもなる。平均粒子径が６００μｍを越える場合には、脱落が生じやすくなり、またワンパスでの初期吸着性能が極端に低くなり、更にはプリーツ形状及びハニカム状等の空気浄化用フィルターとしたときの折り曲げ、及び波状加工時の加工性が悪くなる。なお、上記の吸着性粒子は、通常の分級機を使用して所定の粒度調整をすることにより、得ることが可能である。
【０００９】
本発明の吸着剤粒子含有シートに含まれる吸着剤粒子は、吸着剤粒子を３０〜９０重量％含有することが好ましい。３０重量％未満の場合には、良好な吸着性能が得られず、９０重量％を越える場合には、吸着剤粒子含有シートの強度がハンドリング性が低下し好ましくない。
【００１０】
本発明の吸着剤粒子含有シートは、支持繊維を５〜５０重量％含有することが好ましい。５重量％未満では、抄紙性が悪くなり、５０重量％を超える場合には、吸着効果が不良となる。
【００１１】
本発明の吸着剤粒子含有シートに用いられる支持繊維の外表面積は、１ｍ^２／ｇ以下であることが好ましい。１ｍ^２／ｇを越える場合には、通気性及び抄紙性が低下するためである。なお、上記の支持繊維としては、フィブリル化した繊維、フィブリル化していない繊維の両者が用いられる。
【００１２】
本発明の吸着剤粒子含有シートに用いられる支持繊維の繊維長は、３〜２０ｍｍであることが好ましい。３ｍｍ未満の場合には、通気性が悪くなり、２０ｍｍを超える場合には、抄紙性やシートの地合が悪くなり、通気抵抗、吸着性能のバラツキが大きくなる。
【００１３】
本発明の吸着剤粒子含有シートに用いられる支持繊維の材質は、水分を吸収しにくいものであることが好ましい。例えば、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリオレフィン、ビニロン、ガラス繊維等が用いられる。これらの繊維は寸法安定性の観点からも好ましい。なお、繊維形状は同心円形でも異形断面でもよい。また倦縮のかかった繊維も使用できる。抄紙でシート化する場合は水分を吸収しにくい繊維を使用しているので吸着剤粒子との混合が容易ではないが、更に界面活性剤を少量添加することでより地合を良好にできる。特に脂肪酸系の水系エマルジョンを使用すれば理由は明確ではないが活性炭吸着特性の低下を抑制できるだけでなく乾燥時のドライヤーからの離型性も良好にでき、すなわち抄紙しやすくなる。
【００１４】
本発明の吸着性シートに用いられる接着性繊維は、水膨潤性繊維や熱溶融性繊維等、混抄時の接着成分となるものであればよく、例えば、ポリビニルアルコール繊維、ポリエチレン繊維やポリプロピレン−ポリエチレン、ポリエステル複合繊維、ポリアミド複合繊維等が好適に用いられる。
【００１５】
また、これらの繊維はシースコア構造でも、サイドバイサイド構造、あるいは倦縮のある繊維でもよい。更に前述した支持繊維の一部あるいは全部がこのような接着性繊維であってもよい。
【００１６】
本発明の吸着剤粒子含有シートに用いられる接着性繊維の繊維長は、１〜２０ｍｍであることが好ましい。１ｍｍ未満の場合には、通気性が悪くなり、２０ｍｍを超える場合には、抄紙性やシートの地合が悪くなり、通気抵抗、吸着性能のバラツキが大きくなる。
【００１７】
本発明の吸着剤粒子含有シートに用いられる接着性繊維の混抄割合は、１〜３０重量部が好ましく、５〜２０重量部であればより好ましい。１重量部未満の場合には、接着成分としての機能を発揮することができず、３０重量部を超える場合には、吸着性が相対的に低下し、通気抵抗も上昇する。
【００１８】
本発明の吸着剤粒子含有シートは、抗菌剤、抗かび剤、抗ウイルス剤、難燃剤等の付随的機能を有する成分等を含めて構成してもよい。これらの成分は繊維類中に練り込んでも、後加工で添着、及び担持して付与してもよい。例えば、難燃剤を含めて構成することにより、ＦＭＶＳＳ．３０２で規定されている遅燃性の基準やＵＬ難燃規格に合致した吸着性シートを製造することが可能である。また、繊維類に吸着性能を有する繊維、例えば、イオン交換繊維等を用いることにより、脱臭機能を強化することも可能である。
【００１９】
本発明の吸着剤粒子含有シートの厚みは、０．３〜２．５ｍｍが好ましい。通気性や加工性を良好にするためである。
【００２０】
本発明の吸着剤粒子含有シートの目付は、５０ｇ／ｍ２以上が好ましい。高吸着能化が実現できるためである。
【００２１】
本発明の吸着剤粒子含有シートの充填密度は、０．１５〜０．３ｇ／ｃｃであれば好ましく、０．１７〜０．２５ｇ／ｃｃであればより好ましい。０．１５ｇ／ｃｃ未満の場合には、粉塵除去効率が低くなり、０．３ｇ／ｃｃを超える場合には、目詰まりにより早期の圧損上昇を引き起こし、フィルターとしては好ましくない。このようなシート密度に調整するには、支持繊維中に繊維径１５μｍ以上のものを適量混抄することにより、繊維と吸着材粒子間に空隙を持たせることが容易となるためより好ましい。
【００２２】
本発明の吸着剤粒子含有シートは、例えば、次のように製造される。即ち、予め吸着剤粒子、支持繊維、接着性繊維を水中に分散させスラリー状とし、これを長網式、短網式、円網式等の方法によって水分を除去し湿潤ウェッブをつくり、その後プレスローラーで軽く絞り、あるいは吸引後、回転乾燥ドラムにて接触乾燥する方法でシートの連続物を製造できる。また、スラリー中に高分子系、無機系の分散剤や凝集剤を適量添加して歩留まりを向上させることもできる。また、通気性のある穴のあいた金型や樹脂型に上記スラリーを流し込み、その後吸引、乾燥する方法でも本発明の吸着剤粒子含有シートを製造できる。また、支持繊維、接着性繊維を含む不織布ウェッブを予め作製しておき、この中に吸着剤粒子を分散させその後、熱風を吹き付ける方法でシート化する方法、あるいは、乾燥条件下で吸着剤粒子と繊維状、あるいは粉末状バインダーとを熱処理下で一体化する製法でもよい。
【００２３】
本発明の吸着性シートは、上記で説明した吸着剤粒子含有シートに通気性シートを積層するのが耐水性強化の面で好ましい。更に、折り曲げ加工時等やフィルターとしての使用時等の吸着剤粒子の脱落防止をより確実なものとすることができるからである。
【００２４】
通気性シートの種類は、特に限定されるものではなく、例えば、不織布状、織物状、ニット状等が好適に用いられる。
【００２５】
通気性シートを構成する繊維の材質は、水分の吸収しにくいものが好ましい。２０℃×９５％ＲＨ下の標準水分率で１５％以下の材質が好ましい。例えば、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリオレフィン、ビニロン、ガラス繊維等が用いられる。なお、繊維形状は同心円形でも異形断面でもよい。また倦縮のかかった繊維も使用できる。
【００２６】
通気性シートを構成する繊維の繊維径は平均１５μｍ以上であることが好ましい。更に好ましくは平均３０μｍ以上の繊維が構成繊維の主体となっていることである。繊維径が平均１５μｍ未満であれば通気抵抗が高くなりがちであり、あまり好ましくない。
【００２７】
通気性シートの目付量は１０〜１５０ｇ／ｍ^２が好ましい。１０ｇ／ｍ^２以下であれば、強度面、吸着剤粒子含有シート表面からの活性炭脱落面で問題がある。１５０ｇ／ｍ^２より大きくなれば、通気抵抗が高く、かつシート厚みが過度に厚くなるので、プリーツユニットにした場合、構造抵抗が大きくなり実用的とは言えない。
【００２８】
通気性シートの充填密度は０．４ｇ／ｃｃ未満が好ましい。０．４ｇ／ｃｃ以上では通気性が悪くなり、かつ粉塵保持量が小さくなりがちである。
【００２９】
通気性シートの通気抵抗は線速３０ｃｍ／ｓで１０Ｐａ未満であることが好ましい。１０Ｐａ以上では実用上全体の通気抵抗が高くなりすぎ好ましくない。
【００３０】
通気性シートの厚みは０．１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下が好ましい。０．１ｍｍ未満では実用強度面が充分とはいえず好ましくない。１．０ｍｍより大きいとシート厚みが厚すぎ、ユニットにした場合の構造抵抗が大きくなりすぎる点等で好ましくない。
【００３１】
通気性シートの製法は特に限定はないがスパンボンド法、サーマルボンド法、ケミカルボンド法が挙げられるがこの限りではない。
【００３２】
通気性シートの剛性はＪＩＳＬ１０９６Ｂ法（スライド法）に準じた剛軟度が長手方向（ＭＤ）、クロス方向（ＴＤ）とも１．０Ｎ・ｃｍ以上であることが好ましい。１．０Ｎ・ｃｍ未満であれば耐水試験後のユニット変形がおこりやすくなり通気抵抗の上昇を招きやすい。
【００３３】
通気性シートは、エレクトレット化された通気性シートであってもよい。エレクトレット化された通気性シートを積層すれば、タバコ煙粒子、カーボン粒子、海塩粒子をはじめとするサブミクロン粒子に対する除去効果も増大することが可能であるからである。
【００３４】
本発明の吸着性シートにおいて、吸着剤粒子含有シートと通気性シートの積層方法は、特に限定されるものではない。例えば、少量の接着剤の塗布、あるいは熱融着性を利用した接着法、たとえば、接着繊維を被接着体に吹きかける方法、熱可塑性あるいは熱硬化性の粉末樹脂や接着性シートをシート間に挿入し、加熱のみ、及びプレスを加えて接着する方法や、超音波により融着させ接着する方法等が好適に用いられる。接着剤の種類としては、ポリエステル系、ポリオレフィン系、ポリアミド、アクリル系をはじめ種々あげられるが水分を吸収しにくい素材を使用する方が好ましい。
【００３５】
本発明の空気浄化用フィルターは、上記で説明した吸着性シートをプリーツ状や波状に成型されて使用される。
【００３６】
本発明の空気浄化用フィルターの厚みは、１０〜４００ｍｍが好ましい。カーエアコン内部装着をはじめとする車載用途や家庭用空気清浄機であれば、通常の内部スペースの関係から、１０〜６０ｍｍ程度、ビル空調用途へよく設置される大型のフィルタユニットであれば４０〜４００ｍｍ程度が収納スペースから考えると好ましい。
【００３７】
本発明の空気浄化用フィルターのひだ山頂点間隔は２〜３０ｍｍが好ましい。２ｍｍ未満ではひだ山間が密着しすぎでデッドスペースが多く、効率的にシートを活用できなくなる。一方、３０ｍｍより大きいとシート展開面積が小さくなるためフィルター厚みに応じた除去効果を得ることができなくなる。
【００３８】
本発明の空気浄化用フィルターは、通気性シート側を上流側に配置する方が好ましい。かようにすることにより、上流側で粉塵を効率的に捕らえられるため吸着剤粒子の効用をより長くさせることができるからである。
【００３９】
以下本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に沿って設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００４０】
尚、実施例中の数値は以下のような方法で測定した値である。
【００４１】
▲１▼シート状での通気抵抗は線速３０ｃｍ／ｓの条件下での値
ユニット状での通気抵抗はフィルター面風速３．７ｍ／ｓ条件下での値
▲２▼シート充填密度
シート充填密度（ｇ／ｃｃ）＝シート目付／シート厚み
［シート厚みは７ｇｆ／ｃｍ^２の荷重下での値］
▲３▼剛軟度
ＪＩＳＬ１０９６Ｂ法（スライド法）に従ってＭＤ、ＣＤ両方向を測定した。なお試験片の幅は１５ｍｍ、有効試験片の長さは１０ｃｍとして測定した。
▲４▼耐水試験（図１）
フィルター面風速３．７ｍ／ｓの条件下でフィルタユニットにスプレーで水を８０ｃｃ／ｍｉｎ×１０ｍｉｎ間供給し、その後、連続して同風速で通風のみ実施し、最も通気抵抗が低くなった値を記録した。
【００４２】
（実施例１）
平均粒径２００μｍである粒状活性炭を７０重量部、６デニール×繊維長５ｍｍのポリエステル繊維を１０重量部、２デニール×繊維長５ｍｍのポリエステル製芯鞘複合繊維を８重量部、水膨潤性熱溶融性繊維である１デニール×繊維長３ｍｍのポリビニルアルコール１２部とをパルパーで水中に分散し、更に脂肪酸系のカチオン性界面活性剤（商品名：サントールＫＬ、日華化学製）を１重量部添加し湿式抄紙用原液を調整した。これを長網式抄紙法にて抄紙して湿潤ウェッブをつくった。その後プレスローラーで軽く絞り１４０℃で回転乾燥ドラムにて乾燥し、目付１７０ｇ／ｍ^２、シート充填密度０．２１ｇ／ｃｃの吸着剤粒子含有シートを得た。シート地合も良好であり、また乾燥時に回転乾燥ドラムに極度に密着することもなく、したがってドライヤーからの離型性も良好でシートの破れ、割れ等もなく抄紙性に優れたものであるばかりか撥水性が、該界面活性剤を添加しない場合と比較しより向上していることが確認できた。通気性シートとして１５デニール×５１ｍｍ、２０デニール×５１ｍｍ、４デニール×５１ｍｍを重量比で６０：３０：１０で混合して作製した目付６０ｇ／ｍ^２、厚み０．３ｍｍ、通気抵抗３Ｐａのポリエステル製サーマルボンド不織布（ＭＤ方向の剛軟度１．４Ｎ・ｃｍ、ＴＤ方向の剛軟度１．９Ｎ・ｃｍ）を融点が１１０℃、目付１０ｇ／ｍ^２であるポリアミド系不織布をシート間に挟み、１３０℃下で熱プレスを実施し、積層シートを製造した。このシートから縦２００ｍｍ、横２００ｍｍ、山高さ３０ｍｍ、プリーツ山ピッチ６ｍｍのフィルタユニットを作製した。なお、フィルタユニットの山固定は側面を厚み３ｍｍのポリプロピレン製樹脂板を使用し、かつポリエチレンホットメルト樹脂で強固に接着させており、すなわち山固定はフィルタ端面のみで実施した（図２）。このフィルタユニットの性能を評価したところ初期通気抵抗は１１０Ｐａ、耐水試験後の通気抵抗は１２０Ｐａであった。また、耐水試験中及び、試験後のユニット形状のくずれも非常に小さいものであった。
【００４３】
（比較例１）
平均粒径２００μｍである粒状活性炭を７０重量部、８デニール×繊維長８ｍｍのレーヨン繊維を６重量部、４デニール×４ｍｍのレーヨン繊維を４重量部、水膨潤性熱溶融性繊維である１デニール×繊維長３ｍｍのポリビニルアルコール１２部とをパルパーで水中に分散し湿式抄紙用原液を調整した。これを長網式抄紙法にて抄紙して湿潤ウェッブをつくり、その後プレスローラーで軽く絞り１４０℃で回転乾燥ドラムにて乾燥し、目付１７０ｇ／ｍ^２、シート充填密度０．２１ｇ／ｃｃの吸着剤含有シートを得た。一方、通気性シートとしてポリエステルからなる目付２０ｇ／ｍ^２のスパンボンド不織布（厚み０．１５ｍｍ、通気抵抗４Ｐａ、ＭＤ方向剛軟度０．４Ｎ・ｃｍ、ＴＤ方向剛軟度０．２Ｎ・ｃｍ）不織布を融点が１１０℃、目付１０ｇ／ｍ^２であるポリアミド系不織布を２層間に挟み、１３０℃下で熱プレスを実施し、積層シートを製造した。このシートを縦２００ｍｍ、横２００ｍｍ、山高さ３０ｍｍ、プリーツ山ピッチ６ｍｍのフィルタユニットを作製した。ユニット製造法は実施例１と同様の方法で実施した。このフィルタユニットの性能を評価したところ初期通気抵抗は１１０Ｐａ、耐水試験後の通気抵抗は１５０Ｐａであり、耐水試験後のユニット形状くずれが大きいものであった。
【００４４】
（実施例２）
平均粒径２００μｍの粒状活性炭を１００重量部と熱可塑性粉末樹脂として平均粒径１０μｍのエチレン−アクリル酸共重合熱可塑性バインダー１０重量部を予め充分混合し、エチレン−ポリエステル複合不織布（目付２０ｇ／ｍ^２）上に、目付１３０ｇ／ｍ^２となるように散布後、更に、実施例１に記載した通気性シートを上から被せ、１２０℃で熱プレス実施し、積層一体化シートを作製した。このシートを実施例１と同様の方法でユニット化した。このフィルタユニットの性能を評価したところ初期通気抵抗は１１５Ｐａ、耐水試験後の通気抵抗は１２０Ｐａであり、耐水試験後のユニット形状はほとんどないものであった。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明のフィルタは前述したように多量の水分がフィルターに取り込まれた場合でも、ひだ固定用のセパレーター等を必要とせずに通気抵抗の大幅な上昇を抑制できるフィルタ及びフィルタ濾材を提供するものである。本発明の産業上の利用性は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る耐水試験法の模式図を示す。
【図２】本発明のフィルタユニット形状の模式図である。
【図３】本発明の耐水試験時の圧損変化挙動を実施例と比較例で比較した。
【図４】本発明に係る吸着性シートの代表的構造の模式図である。

Claims

吸着性シートがプリーツ状に成型されており以下の関係にあるフィルタ。
通気抵抗Ａ／通気抵抗Ｂ ≦ １．２
Ａ、Ｂは以下の条件下での通気抵抗
Ａ：８０ｃｃ／ｍｉｎ×１０ｍｉｎ間連続で水を通風供給後、通風のみ実施し最も通気抵抗が低くなる値。フィルタ面風速３．７ｍ／ｓ。
Ｂ：水供給前の通気抵抗、フィルタ面風速３．７ｍ／ｓ。
プリーツ山固定が、フィルタ端縁部もしくは側面部のみとなっている請求項１記載のフィルタ。
吸着性シートが、通気性シートと吸着性粒子を含むシートの接着一体化されたものであることを特徴とする、請求項１乃至２いずれかに記載のフィルタ。