JP3326808B2

JP3326808B2 - フィルター

Info

Publication number: JP3326808B2
Application number: JP5889492A
Authority: JP
Inventors: 智緒方; 和幸永柄; 和枝山本
Original assignee: Chisso Corp
Current assignee: JNC Corp
Priority date: 1992-02-12
Filing date: 1992-02-12
Publication date: 2002-09-24
Anticipated expiration: 2017-09-24
Also published as: JPH05220313A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複合メルトブロ−紡糸法
により得られた極細複合繊維からなり、濾過面が凹凸状
に成形された濾過ライフの長い精密濾過用フイルタ−に
関する。

【０００２】

【従来の技術】メルトブロ−法により得られた極細繊維
を用いたフイルタ−は、濾過精度が良いので医薬品や電
子機器の製造時に用いられる液体のプレフイルタ−とし
て、或はクリ−ンル−ム用エアフイルタ−等として採用
されている。特開昭５８−８９９２４号公報にはメルト
ブロ−法により製造した繊維径の異なる複数枚のウエブ
を、スパンレース法あるいは熱カレンダー法により一旦
不織布とし、この不織布を繊維径の順に積層した密度勾
配型のフイルタ−が開示されている。このフイルタ−は
密度勾配型であるので濾過精度が良いという長所があ
る。反面、濾過材として用いられている不織布がスパン
レース法によるものでは繊維同士は単に絡合しているの
みなので、濾過の過程で繊維が脱落したり、あるいは強
度不足、形状保持性不足等の課題があり、また熱カレン
ダー法によるものでは熱圧着過程での繊維の溶融による
膜状化、細孔径の不均一化等が発生するので濾過ライフ
が短く、濾過精度の安定性が劣るという課題がある。

【０００３】特開昭５９−８０３１３号公報には、細繊
度繊維、太繊度繊維、及び熱融着性繊維からなる混合繊
維の混合比を順次変化させて密度勾配型とし、かつ繊維
同士を熱融着繊維により接着させたフィルターが開示さ
れている。しかし、このフイルタ−に用いられている細
繊度繊維の繊維は、通常の紡糸法により得られた単糸繊
度１デニール程度のステ−プルであり、濾過精度もせい
ぜい２０μｍ程度と劣るので精密濾過用フイルタ−とし
ては使用できない。特開昭５３−１１４９７６号公報に
は通常の複合紡糸法により得られた熱融着性複合繊維か
らなる不織布を、また特開平１−２２４０２１号公報に
は通常のメルトブロ−法により得られた極細繊維からな
る不織布を、それぞれ波状に成型したフイルタ−が開示
されている。又、特開昭６０−９９０５７号公報には、
融点の異なる２種の熱可塑性樹脂を用いた複合メルトブ
ロ−紡糸法により得られた極細複合繊維からなり、繊維
の交点が熱融着された不織布を顔面に沿うように成型し
たマスクが開示されている。しかし前記各号公報に開示
されたフイルタ−やマスク等は、通常の太繊度ステ−プ
ルを用いたものであつたり、メルトブロ−法極細繊維を
用いたものであつても、熱圧着時の単繊維の溶融による
膜状化や細孔径の不均一化等の欠点が存在したり、或は
密度勾配型ではない、等の理由で濾過ライフや濾過精度
が劣るという課題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は濾過ライフが
長く、濾過精度がよくしかも形状保持性のよい精密濾過
用フイルタ−を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者等は上記の課題
を解決すべく鋭意研究の結果、複合メルトブロー紡糸法
により得られた極細複合繊維ウェブを使用し、フィルタ
ーの厚み方向に繊維充填密度勾配をつけ、濾過面を凹凸
状に成型して表面積を増加させ、且つ繊維の交点を熱融
着することにより所期の目的が達成されることを知り本
発明を完成するに至った。即ち、（１）本願第１の発明
は、融点差が２０℃以上ある２種以上の熱可塑性樹脂を
複合メルトブロー法により紡糸して得られた平均繊維径
が１０μｍ以下である極細複合繊維からなり、繊維間が
熱融着されたフィルターにおいて、少なくとも一方の面
が凹凸状であり、且つ、フィルターの厚み方向への密度
勾配があり、繊維充填密度が、密部では０．０２−０．
３５ｇ／ｃｍ ^３、粗部では０．０１−０．２５ｇ／ｃｍ
^３であることを特徴とするフィルターであり、（２）本
願第２の発明は、密度勾配が、極細複合繊維の繊維径を
フィルターの厚み方向に順次変えながら積層して形成さ
れたものである上記（１）に記載のフィルターであり、
（３）本願第３の発明は、フィルターが補強材で補強さ
れたものである上記（１）又は（２）に記載のフィルタ
ーである。

【０００６】以下本発明を詳細に説明する。本発明のフ
イルタ−に用いる極細複合繊維には、ポリオレフイン、
ポリエステル、ポリアミド等の繊維形成が可能な熱可塑
性樹脂の中から、融点が２０℃以上異なる２種の樹脂を
選び複合メルトブロ−紡糸したものが用いられる。その
ような樹脂の組み合わせの例として、ポリエチレン／ポ
リプロピレン、ポリプロピレン／ポリエチレンテレフタ
レ−ト、ポリアミド／ポリエチレンテレフタレ−ト等の
組合せを示すことができる。複合形式としては、両樹脂
を並列型、或は低融点樹脂を鞘側に、高融点樹脂を芯側
に配した鞘芯型、もしくは低融点樹脂を海側に、高融点
樹脂を島側に配した海島型が例示できる。繊維同士の接
点を低融点の樹脂で接着させる目的でウェブを熱処理す
る際、高融点の樹脂まで軟化ないし溶融すると繊維が膜
状化し易く、フィルターの細孔径の不均一や濾過抵抗の
増加を招くので、高融点成分を溶融ないし軟化させるこ
となく、低融点成分による強固な融着を発生させるため
には両樹脂の融点差が２０℃以上である異が望ましい。
又、低融点樹脂と高融点樹脂の複合比は、繊維間の接着
を十分な強度のものとするために、重量比で２０／８０
から８０／２０好ましくは３０／７０から７０／３０で
ある。このような繊維を複合メルトブロ−紡糸法で紡糸
する方法としては、特開昭６０−９９０５７号公報、特
開平２−２８９１０７号公報に開示されたような複合紡
糸口金を用い、複数の熱可塑性樹脂をそれぞれの押出機
から紡糸口金に供給し、紡糸口金から押し出された溶融
樹脂を高速の熱風で吹き飛ばし、捕集コンベア−上に極
細の複合繊維ウエブとして堆積させる方法が利用でき
る。複合メルトブロ−法では繊維径が樹脂の押出量を増
やせば太くなり、熱風の流速を増やせば細くなるので、
これらの条件のいずれか一方、或は両方を変化させるこ
とにより繊維径が変化したウェブを得ることが出来る。
フィルターを構成する繊維は、平均繊維径が１０μｍ以
下であることが好ましい。平均繊維径が１０μｍを超え
ると濾過精度が１０μｍより悪くなるので好ましくな
い。

【０００７】本発明のフイルタ−は、濾過面が凹凸状に
成形されており、且つ厚み方向に密度勾配があり、しか
も繊維間の交点が熱融着されたものである。本発明でい
う凹凸状とは、フィルターの濾過面をマクロ的に観た場
合平滑でなく、凹部の底点と凸部の頂点との差が約１ｍ
ｍ以上ある何等かの凹凸状を形成した状態をいう。具体
的な形状としては、鋭角あるいはＵ字形に折り曲げた直
線状あるいは波状の襞付けされたもの、点状や溝状の独
立した凹部が散在したもの等の形が例示できる。このよ
うな凹凸構造をとることにより濾材の表面積を増加さ
せ、濾過ライフを長くする。濾過は、凹凸状側を濾過す
べき流体の導入側として行う。密度勾配型とは、フイル
タ−の厚み方向における繊維充填密度が段階的に、又は
連続的に変化した状態をいう。繊維充填密度は下記式１
で表わされ、５個の試料の平均値で示す。繊維充填密度（ｇ／ｃｍ³）＝Ｗ／（Ｖ×ρ）式１Ｗ：ウエブ・不織布・フィルターの目付（ｇ／ｍ²）Ｖ：１ｍ²当りの体積（ｃｍ³／ｍ²） ρ：繊維の比重（ｇ／ｃｍ³）繊維充填密度はフィルター全体で約０．０１−０．３５
の範囲であつて、密部では０．０２−０．３５、粗部で
は０．０１−０．２５の範囲にあるものが好ましい。密
部の繊維充填密度が０．０１未満の場合には精密濾過は
不可能であり、０．３５を越える場合、濾過すべき流体
の通過抵抗が大きくなり過ぎるので何れも好ましくな
い。

【０００８】本発明のフイルタ−は種々の方法で製造す
ることができる。例えば、融点差が２０℃以上あるよう
な２種の熱可塑性樹脂を、複合メルトブロ−法により紡
糸して平均繊維径が一定の極細繊維ウェブを得、このウ
ェブを温度や圧力、時間等の加熱条件を変えて繊維充填
密度の異なる何種かの熱融着型不織布とした後、この不
織布を密度の順に積層し金型や襞付け加工機を用いて表
面を凹凸状に成形する方法がある。また、紡糸時の押出
量や噴出気体圧力等の紡糸条件を順次変えて平均繊維径
の異なる複数の極細繊維ウェブを得、これらを平均繊維
径の順に積層し、加熱、成形する方法がある。極細繊維
ウェブを捕集コンベア−上に配置された多孔質で凹凸状
の成型材上に直接吹き付け堆積させた後、表面側と裏面
側の温度条件を変えて加熱して密度勾配をつけ加熱成形
する方法、あるいは、捕集コンベア−に吹き付けられた
気体を捕集コンベア−下部より吸引排気する際にできる
ウェブの表面側と裏面側の吸引力の差を利用し、裏面側
が密、表面側が粗である繊維ウエブを得て加熱成形する
方法もある。更に、平均繊維径が順次異なる極細繊維ウ
ェブを紡出し、これを平坦な捕集材上に、または多孔質
で凹凸の成型基材上に、繊維径の順に堆積し、その後加
熱条件や成型条件を変え成型する方法等がある。又、本
発明のフイルタ−において、強度や形状保持性を一層改
善する目的でフィルターの何れか一方の表面、又は両
面、もしくは内部に補強材を設けることができる。その
ような補強材として、スパンボンド法不織布、熱融着型
複合繊維製不織布、熱融着型複合モノフイラメント製ネ
ツト、金網等が例示できる。該補強材は繊維径が極細繊
維よりも太く且つ通気性のあるものであればよい。該補
強材で補強されたものは、低目付フイルタ−であつても
成型後の形状保持性が一層良くなり、さらに強度も高い
ものとなる。

【０００９】以下に本発明を実施例で説明する。なを各
例において用いた濾過性能等の測定法を以下に記載す
る。濾過精度：３０リツトルの水を入れた水槽、ポンプ、及
び濾過器からなる循環式濾過試験装置を用いる。濾液排
出側にハニカム形金属製補強材を備えた２５ｃｍ×２２
ｃｍの大きさの濾過器のハウジングに試料フイルタ−一
個を取付、水を毎分１０リツトルの流量で循環させなが
ら、水槽にケ−キ（カ−ボランダム＃４０００）を５グ
ラム添加する。ケ−キ添加より３分後に採取した濾過水
１００ミリリツトルを、０．６ミクロン以上の粒子を捕
集できるメンブレンフイルタ−で濾過する。メンブレン
フイルタ−上に捕集された粒子のサイズを粒度分布測定
機で測定し、最も大きな粒子のサイズ（最大流出径、ミ
クロン）を試料フイルタ−の濾過精度とする。濾過ライフ：前記濾過試験装置に試料フイルタ−一個を
取付、水を毎分３０リツトルの流量で循環させる。水槽
に火山灰土壌下層土粉末（平均粒径１２．９ミクロン、
粒径が１．０−３０ミクロンの範囲ものが９９重量％以
上）を２０グラム添加して循環濾過を続け、水槽内の水
が透明になった時点でフイルタ−前後の差圧を測定す
る。この粉末の添加と差圧の測定の操作を差圧が３ｋｇ
／ｃｍ²になるまで繰り返す。１回目の粉末添加から差
圧が３ｋｇ／ｃｍ²になるまでまでの時間を濾過ライフ
とした。平均繊維径：ウェブ、不織布、或はフイルタ−から切取
った試料片の走査型電子顕微鏡写真を用いて測定した１
００本の繊維径の平均値。

【００１０】（実施例１、比較例１）メルトフロレ−ト
１２０（ｇ／１０分：２３０℃、２１６０ｇ）、融点１
６３℃のポリプロピレンを第１成分とし、メルトフロレ
−ト１２４（ｇ／１０分：１９０℃、２１６０ｇ）、融
点１２２℃の線状低密度ポリエチレンを第２成分とし、
孔径０．３ｍｍ、孔数５０１の並列型メルトブロ−紡糸
口金を用い、複合比１／１（重量比）、紡糸温度を第１
成分２６０℃、第２成分２６０℃、総吐出量１２０ｇ／
分の条件で複合紡糸し、温度３３０℃の空気を圧力２．
１ｋｇ／ｃｍ²で導入し金網コンベア−上に吹き付け、
目付け１３０ｇ／ｍ²、平均繊維径１．８μｍのウェブ
を得た。このウェブをカレンダ−ロ−ルを用い温度１０
５℃で熱圧着し、厚み１．１７ｍｍ、繊維密度０．１２
の不織布（不織布ａ）を得た。この不織布とは別に、前
記ウェブをフラツトなステンレス板と、山の高さ４ｍ
ｍ、山間ピツチ５ｍｍの鋭角の波型のステンレス製コル
ゲート板にはさみ、温度１３０℃で４分間加熱処理し、
表面が凹凸状で裏面がフラツトな不織布（不織布ｂ）を
得た。成型後の不織布は山の高さ４ｍｍ、谷部の厚さ
１．２ｍｍ、繊維密度０．０４４であつた。不織布ａを
不織布ｂのフラツトな面に接するように積層し、熱風型
加熱機を用いて温度１２８℃で１分間加熱して２層が熱
融着したフイルタ−を得た。このフイルタ−の凹凸状側
の表面積は１．８９ｍ²であつた。この凹凸状側を液体
の導入側として濾過性能試験を行ったところ、濾過精度
は１．０μｍで、濾過ライフは１４分であつた（実施例
１）。一方、比較例として不織布ａのみで濾過性能試験
を行ったところ、濾過精度は１．１μｍであったが濾過
ライフは３分であり、濾過ライフが短いものであった
（比較例１）。以上の結果より、密度勾配型で且つ濾過
面が凹凸状に成形された本願発明のフィルターは、従来
のメルトブロー法によるフィルターより濾過精度が良く
且つ濾過ライフも長いことが分かる。

【００１１】（実施例２、比較例２）固有粘度０．５
９、融点２５２℃のポリエチレンテレフタレ−トを第１
成分とし、メルトフロレ−ト３８０（ｇ／１０分：２３
０℃、２１６０ｇ）、融点１６３℃のポリプロピレンを
第２成分として用い、実施例１と同じ紡糸装置を用い、
複合比１／１（重量比）、紡糸温度を第１成分３２０
℃、第２成分２４０℃、総吐出量１２０ｇ／分の条件で
並列型に複合紡糸し、温度３７０℃の空気を圧力０．８
ｋｇ／ｃｍ²で導入して金網コンベア−上に吹き付け、
目付け９０ｇ／ｍ²、繊維径８．６μｍのウェブ（Ａ）
を得た。その後空気圧を１．４ｋｇ／ｃｍ²に上げ、目
付け９０ｇ／ｍ² 、繊維径４．１μｍのウェブ（Ｂ）を
得た。更に空気圧を１．９ｋｇ／ｃｍ²に上げ、目付け
１９０ｇ／ｍ² 、繊維径１．２μｍのウェブ（Ｃ）を得
た。ウェブ（Ｃ）をカレンダ−ロ−ルを用い温度１５５
℃で熱圧着し、厚み０．８５ｍｍ、繊維密度０．１９の
不織布を得た（不織布Ｃ）。つぎに、前記ウェブ（Ｂ）
とウェブ（Ａ）とを積層し、この積層ウェブをフラツト
なステンレス板と山の高さ４ｍｍ、山間ピツチ５ｍｍの
鋭角の波型のステンレス製コルゲート板にはさみ、温度
１６５℃で５分間加熱処理し、表面（ウエブ（Ａ）側）
が凹凸状で裏面（ウェブ（Ｂ）側）がフラツトな不織布
（不織布Ｄ）を得た。成型後の不織布は山の高さ４ｍ
ｍ、谷部の厚さ１．３ｍｍ、繊維密度０．０４７であつ
た。不織布Ｄの裏面側に不織布Ｃを積層し、熱風型加熱
機を用いて温度１７２℃で３分間加熱し、繊維径が表面
側から裏面側へ太いものから細いものへ３層に順次変化
し、且つ繊維同士の接点が熱融着したフイルタ−を得
た。このフイルタ−の凹凸状側の表面積は１．８９ｍ²
であつた。この凹凸状側を液体の導入側とし、濾過性能
試験を行ったところ、濾過精度は０．９μｍ、濾過ライ
フは１１分であつた（実施例２）。一方、比較例として
不織布Ｃのみで濾過性能試験を行ったところ濾過精度は
１．１μｍであったが、濾過ライフは２分であり、濾過
ライフが短いものであった（比較例２）。

【００１２】（実施例３、比較例３）実施例２で使用し
たメルトフロレ−ト３８０のポリプロピレンを第１成分
とし、実施例１で使用したメルトフロレ−ト１２４の線
状低密度ポリエチレンを第２成分とし、実施例１と同じ
紡糸装置を用い、複合比１／１（重量比）、紡糸温度を
第１成分２４０℃、第２成分２４０℃、総吐出量１２０
ｇ／分の条件で紡糸し、温度３３０℃の空気を１．８ｋ
ｇ／ｃｍ²で導入し金網コンベア−上に配置された成型
基材上に吹き付け、目付け４２０ｇ／ｍ²、平均繊維径
２．４μｍのウェブを得た。なお成型基材としては、
ポリエチレンテレフタレ−トを芯とし、高密度ポリエチ
レンを鞘とする単糸繊度８００ｄ／ｆの複合モノフイラ
メントを、経糸緯糸が共に１２本／２５ｍｍの密度の平
織りし、この織布を山の高さ２．５ｃｍ、山間ピツチ
２．５ｃｍの波形に加熱成型すると共に繊維間を熱融着
させた襞付き網を用いた。なお成型基材に吹き付けられ
た気流はコンベア−下部の吸引装置により、通常のメル
トブロー紡糸より５割吸引量を増して除去した。ウェブ
が成型基材上に堆積するにつれ。、ウェブの下部は吸引
作用により繊維密度が大きく、ウェブの上部は吸引作用
が弱く作用するので繊維密度が小さく、全体として密度
勾配型のウエブとなった。このウエブを熱風型加熱機を
用いて、成型基材ごと温度１３０℃で５分間加熱処理
し、極細繊維の交点及び極細繊維と成型基材の接点が十
分に熱融着したフイルタ−を得た。このフイルタ−は平
均厚みが１．４ｃｍ（モノフイラメントを除く）、山間
ピツチ２．５ｃｍ、平均繊維充填密度が０．０１４、山
頂部の表面側の繊維密度が０．０１０、山頂部裏面側の
繊維密度が０．０２１の密度勾配型であつた。このフイ
ルタ−は凹凸部側の表面積が２．２４ｍ²であつた。こ
の該フイルタ−の粗密度側を液体の導入側として濾過性
能試験を行ったところ、濾過精度は４．０μｍ、濾過ラ
イフは１９分であつた（実施例３）。一方、比較例とし
て成型基材を用いずに、直接金網コンベア−上にウェブ
を堆積させ、吹き付けた気流はコンベア−下部の吸引装
置により通常より吸引力を弱めて吸引除去した。得られ
たウェブは、目付け４２０ｇ／ｍ²、繊維径２．４μｍ
であつた。このウエブを熱風型乾燥機を用いて１３０℃
で５分間加熱処理し、極細繊維の交点が十分に熱融着し
たフイルタ−を得た。このフイルタ−は平均繊維充填密
度、表面及び裏面側の繊維充填密度が共に０．０１４で
あり、密度勾配のないものであつた。このフイルタ−の
濾過性能試験を行ったところ、濾過精度は７．９μｍ、
濾過ライフは１３分であり、濾過ライフの短いものであ
った（比較例３）。

【００１３】

【発明の効果】本発明のフイルタ−は、複合メルトブロ
−紡糸法により得られた熱融着型で極細の複合繊維で構
成され、フィルターの厚み方向に繊維充填密度が変化し
た密度勾配型であり、且つ繊維同士がその接点で強固に
融着されている。しかもこのフイルタ−は濾過すべき流
体の導入側が凹凸状に成型されて、濾過面積が増大され
ている。従つてこのフイルタ−は精密濾過が可能な上に
濾過ライフが長い。又モノフイラメントネツト、金網、
太繊度糸で構成された不織布、等の補強材で補強された
ものは上記効果にプラスし、強度が大である、形状保持
性がよい等の効果を併わせ持つ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】融点差が２０℃以上ある２種以上の熱可塑
性樹脂を複合メルトブロー法により紡糸して得られた平
均繊維径が１０μｍ以下である極細複合繊維からなり、
繊維間が熱融着されたフィルターにおいて、少なくとも
一方の面が凹凸状であり、且つ、フィルターの厚み方向
への密度勾配があり、繊維充填密度が、密部では０．０
２−０．３５ｇ／ｃｍ ^３、粗部では０．０１−０．２５
ｇ／ｃｍ ^３であることを特徴とするフィルター。
【請求項２】密度勾配が、極細複合繊維の繊維径をフィ
ルターの厚み方向に順次変えながら積層して形成された
ものである請求項１記載のフィルター。
【請求項３】フィルターが補強材で補強されたものであ
る請求項１又は２記載のフィルター。