JP3708366B2

JP3708366B2 - 帯電不織布

Info

Publication number: JP3708366B2
Application number: JP14408199A
Authority: JP
Inventors: 政実竹内; 美浩鈴木
Original assignee: Japan Vilene Co Ltd
Current assignee: Japan Vilene Co Ltd
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1999-05-24
Publication date: 2005-10-19
Anticipated expiration: 2019-05-24
Also published as: JP2000170068A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空気フィルターやマスクなどに用いられ、優れた性能を有する帯電不織布に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空気中の塵埃を捕集するために、様々な空気濾過材が用いられているのは周知の通りである。このような空気濾過材には、圧力損失が低く、しかも塵埃の捕集効率は可能な限り高いことが望まれており、種々の技術が提案されてきた。その中にあって、異なる繊維成分同士が摩擦によって帯電する現象は古くから知られており、圧力損失の増大に繋がる繊維の見掛け密度を上げることなく、繊維ウエブの調製時に生じる繊維間摩擦を利用した帯電により捕集効率を向上させ得る技術として注目されている。このような摩擦を利用した帯電不織布として、摩擦に関与する繊維成分を選択することにより、種々の組合せが提案されている。
その一例として、米国特許第４，７９８，８５０号（以下、文献１と称する）には、清浄なポリオレフィン系繊維と清浄なアクリル系繊維とをカード機によって繊維ウエブとして形成し、この際の繊維間摩擦を利用して帯電不織布を得る技術が開示されている。尚、本明細書では、繊維に付着する潤滑剤や帯電防止剤といった帯電を妨げる添加剤が、非イオン性界面活性剤、アルカリ性水溶液、アルコールなどによって洗浄除去された繊維の状態を「清浄な」と称する。この文献１に開示されるポリオレフィン系繊維として、ポリエチレン樹脂、エチレン−プロピレン共重合体またはポリプロピレン樹脂などを構成する炭化水素の一部をシアノ基、またはフッ素或いは塩素といったハロゲンで置換した構造のものが挙げられている。また、アクリル系繊維として、アクリロニトリルと塩化ビニルまたは塩化ビニリデンとを共重合したモダクリル繊維が開示されている。
【０００３】
さらに、特開平７−２５６０２４号公報（以下、文献２と称する）では、上述した清浄なポリオレフィン系繊維をポリプロピレン樹脂とポリエチレン樹脂とを芯鞘型またはサイドバイサイド型に配置した複合繊維とし、清浄なアクリル系繊維をハロゲン不含のポリアクリロニトリル繊維とし、これら２種類の繊維を摩擦帯電させ、しかも上記複合繊維によって熱融着性を持たせることが可能な空気濾過材を開示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来知られている帯電不織布として、清浄なポリオレフィン系繊維と清浄なアクリル系繊維との組み合わせのうち、文献１ではシアノ基またはハロゲンで一部置換を受けたポリオレフィン系繊維とモダクリル繊維との組み合わせが開示され、文献２では加熱成型などを考慮してポリプロピレン／ポリエチレンからなる熱融着性のポリオレフィン系繊維とハロゲン不含のアクリル系繊維とを組み合わせたものである。ここで、帯電不織布を用いて一定量で供給された塵埃を捕集する際、縦軸に捕集効率、横軸に時間（または粉じん供給量）を採って経時的変化を測定すると、比較的初期の段階では帯電が徐々に中和されて行くために捕集効率低下が見られる。ところが、さらに測定を継続すると、帯電不織布内に捕集された塵埃によって不織布に目詰まりを生じ、見かけ上の捕集効率は上昇傾向を示す。この目詰まりによる捕集効率の向上はメカニカル濾過とも言われ、圧力損失の上昇を伴うものであるが、この様な一連の現象は、その捕集効率曲線の形状からボトムダウン現象と称される。
【０００５】
本発明者は、上述した２つの文献に開示される帯電不織布を含む種々の組み合わせ、特にアクリル系繊維を種々に変えて組み合わせることにより、優れた帯電状態を実現すべく鋭意検討を重ねた。その結果、或る特定のアクリル系繊維を用いることによって、前述した初期の捕集効率低下を改善すること（以下、ボトムダウン改善と称する場合がある）ができ、メカニカル濾過に転ずる直前であっても捕集効率に優れた帯電不織布を見出した。
【０００６】
従って、この発明の目的は、優れた帯電状態を持つことによって、長期間に渡って安定した捕集効率を持つ帯電不織布を提供することにある。
【０００７】
【発明を解決するための手段】
この目的の達成を図るため、本発明の帯電不織布の構成によれば、帯電を妨げるような前述の添加剤が実質的に除去された、清浄な複数の繊維成分からなり、これら繊維成分同士が摩擦帯電されてなる帯電不織布において、上述した複数の繊維成分が、ポリオレフィン系繊維と、無機系溶媒によって紡糸されたアクリル系繊維を用いたことにある。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施に好適な形態につき説明する。上述した通り、本発明の特徴は、清浄なポリオレフィン系繊維と清浄なアクリル系繊維とを組み合わせた帯電不織布であって、このアクリル系繊維として無機系溶媒によって紡糸されたアクリル系繊維を用いたことにある。
【０００９】
本発明に使用されるポリオレフィン系繊維は特に限定されるものではなく、前述した文献に開示されるポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、酢酸ビニル共重合体樹脂、エチレン−プロピレン共重合体または、これら樹脂の一部をシアノ基やハロゲンで置換した樹脂などを単独若しくは複数組み合わせた場合や、複合繊維として組み合わせたものを用いることができる。さらには、例えば芯鞘型の複合繊維において、その鞘成分として繊維表面に上記ポリオレフィン系樹脂を備えた場合であっても良い。
【００１０】
次に、本発明で使用するアクリル系樹脂について説明する。アクリル系繊維については、例えば文献３：「繊維便覧−原料編−」（繊維学会編，丸善株式会社刊，１９７０年１０月発行．第７２７頁〜第７７９頁参照）に詳説されている。既に述べたように、アクリル系繊維は、その樹脂組成により、文献１に採用されるモダクリル系とポリアクリロニトリル系とに分類される。このうち、ポリアクリロニトリル系繊維は、例えばジメチルホルムアミド。ジメチルアセトアミド、アセトニトリル、アセトンなどの有機系溶媒を用いて紡糸したものと、硝酸、塩化亜鉛水溶液、塩化カルシウム水溶液、ロダン塩（チオシアン酸ナトリウム、チオシアン酸カリウム、チオシアン酸カルシウム）水溶液などの無機系溶媒を用いたものとが知られている。本発明者の実験によれば、この発明に用いることができるアクリル系繊維は、何れもポリアクリロニトリル系のアクリル系繊維であって、その紡糸工程で無機系溶媒を用いて調製されたものである。
【００１１】
これら無機系溶媒によって紡糸された市販のアクリル系繊維として、「ベスロン」（東邦レーヨン（株）製，商品名）、「カシミロン」（旭化成工業（株）製，商品名）、「エクスラン」（日本エクスラン工業（株），商品名）、「クレスラン」（米国American Cyanamid Co.製，商品名）、「ゼフラン」（米国The Dow Chemical Co.製，商品名）、「コーテル」（英国Courtaulds Co.製，商品名）などが挙げられる。これら無機系溶媒によって紡糸調製されたアクリル系繊維の使用とボトムダウン改善効果との因果関係は明らかではない。しかしながら、モダクリル系繊維や有機系溶媒で紡糸調製されたポリアクリロニトリル系繊維の殆どは、くびれた異形断面を持ち、上述した無機系溶媒で紡糸調製されたポリアクリロニトリル系繊維の殆どが略円形断面を有することから、この略円形の繊維断面が摩擦帯電後の帯電状態などに有利に作用するものと考えられる。
【００１２】
これら本発明におけるポリオレフィン系繊維と上記アクリル系繊維との重量混合比は、摩擦による帯電効率を確保するため、前述した文献１及び文献２に開示されるのと同様に、３０：７０〜８０：２０の範囲内とするのが好適である。本発明の帯電不織布は、これらポリオレフィン系繊維及び上記アクリル系繊維のみにより構成するのが好ましいが、係る場合に限定されるものではなく、この他の樹脂からなる繊維成分は、帯電不織布に占める重量比率で３０mass％以下程度であれば、実質的に同等の効果を期待し得る。
【００１３】
また、繊維成分における前述の添加剤残留量、即ち、所定の洗浄処理を行った後に、メタノールで再度洗浄抽出することによって減少する重量が、メタノールまたはエタノールなどのアルコールによる抽出前の繊維重量に占める重量割合を０．２mass％以下、好ましくは０．１５mass％以下とするのが好適である。
【００１４】
以下、本発明の帯電不織布を得るに好適な製造工程を例示により説明する。まず、上述した組み合わせを含む複数の繊維成分を所定の重量混合比で開繊・混綿した後、これら繊維成分を清浄化する。然る後、これら繊維を周知のウエブ形成装置にかけ、各繊維成分を互いに摩擦することにより帯電した繊維ウエブを形成する。ここに言うウエブ形成装置とは、繊維成分同士を摺擦して帯電することが可能なフラットカードやローラーカードに代表されるカード機の他、ガーネット機或いはエアレイ法に属する装置を表す。このエアレイ法に属する装置として、例えば本出願人が特開平５−９８１３号公報（以下、文献４）に開示するような、複数の開繊シリンダーをハウジング内に収納し、これらシリンダーを高速回転させることによってシリンダーの周縁に積極的に空気流を発生させ、この空気流によって繊維成分を所定方向に吹き飛ばし得る装置が挙げられる。特に、このエアレイ法によるウエブ形成は、空気流を積極的に発生させる過程で繊維同士が摺擦されるエネルギーが大きいため、カード機などに比べて良好な帯電状態を実現することができる。
【００１５】
このようなウエブ形成装置により得られた繊維ウエブをそのまま帯電不織布として利用することもできるが、主としてウエブ強度を高めるため、また、補助的な摩擦帯電を図るためにニードルパンチ法による絡合を行うのが好適である。
【００１６】
さらに、本発明の帯電不織布は繊維ウエブ作製時に帯電が実現されるため、コロナ放電処理のように効率的な帯電を実現するための設計上の制約が少なく、用途に応じた面密度及び厚さで作製することができる。しかしながら、ウエブ強度を確保するために、好ましくは４０ｇ／ｍ²以上、前述したメカニカル濾過を利用するために、より好適には１５０ｇ／ｍ²以上の面密度で構成するのが良い。
【００１７】
【実施例】
以下、この発明の実施例につき説明する。尚、この実施例では、本発明の理解を容易とするため、特定の数値条件などを例示するが、本発明はこれら特定条件にのみ限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内で任意好適な設計の変更及び変形を行うことができる。
【００１８】
本実施例では、ポリオレフィン系繊維として市販のポリプロピレン繊維と、種々の市販アクリル系繊維との組み合わせで、重量混合比をポリオレフィン系繊維／アクリル系繊維＝４０／６０、面密度を２００ｇ／ｍ²、針密度を１００本／ｃｍ²など、主な繊維ウエブの作成条件を統一した。この際、後述する各繊維成分の組み合わせで混綿した後に温水で清浄化を図り、メタノール抽出法により繊維の残留添加剤が０．１５mass％以下であることを確認して使用した。これら混綿された繊維をカード機またはエアレイ機にかけてウエブ形成し、ニードルパンチ法による絡合を行うことにより帯電不織布を作製した。表１に、各実施例並びに比較例における繊維成分の組み合わせ、アクリル系繊維の紡糸溶媒、ウエブ形成手段を示すと共に、表１に記した各繊維の詳細を表２に示す。
【００１９】
【表１】

【００２０】
【表２】

【００２１】
次いで、これら帯電不織布の評価方法について説明する。この実施例では、ボトムダウン改善効果を評価する測定法の一例として、防じんマスクに適用されている「防じんマスクの規格」（昭和６３年労働省告示第１９号）第６条に記載される試験方法に準じて行った。まず、粉じんの通過面積が直径８５ｍｍの円形となるように各帯電不織布を所定形状に裁断して測定サンプルとし、規定の測定装置に装着する。次いで、ＪＩＳＴ８１５１に規定される、粒径が２μｍ以下の石英を粉じんに用い、粉じん濃度が３０ｍｇ／ｍ³、かつ流量を３０リッター／分（０．０３ｍ³／分）として粉じんを測定サンプル上流側から供給し、測定サンプル上流側及び測定サンプル下流側の粉じん量を光散乱式粉じん濃度計で測定し、この測定結果は、供給された粉じん量に対する下流側で観測された粉じん量の割合を捕集効率（％）として経時的に記録した。さらに、各測定点での圧力損失は、測定試料上流側と同下流側での圧力差をマノメーターで測定、記録した。これら結果につき、図を参照して説明する。
【００２２】
図１から図６は、実施例１〜比較例２に係る６種類の帯電不織布を測定サンプルとし、各測定サンプルに対する粉じん供給量が合計１００ｍｇとなるまでの測定を行った際の捕集効率を各々プロットした捕集効率曲線である。縦軸は捕集効率（％）を採り、横軸は測定開始からの粉じん供給量（ｍｇ）を採って示す。
【００２３】
まず、実施例１では、測定開始時の捕集効率が９９％以上、捕集効率の最小値は粉じん供給量が６０ｍｇにおいて約９３％であった。図１から理解できる通り、明確なボトム領域は認められず、帯電の劣化による捕集効率の低下は極めて小さいものであった。
【００２４】
また、実施例２における測定開始時の捕集効率も９９％以上、捕集効率の最小値は粉じん供給量が７０ｍｇにおいて約９５％であった。図２に示すように、無機系溶媒である硝酸により紡糸調製されたアクリル系繊維を用いたことを除いては実施例１と同様な構成した場合でも明確なボトム領域は認められず、良好な帯電状態にあることが理解できる。
【００２５】
実施例３における測定開始時の捕集効率は約９９％であり、捕集効率の最小値は粉じん供給量が３０ｍｇにおいて約９５％であった。この実施例３は、表１に示すように、ポリオレフィン系繊維が異なることを除いては実施例１と同様な構成で作製したものであるが、図３から理解できるように、明確なボトムダウンを来すことなく、良好な帯電状態を実現することが確認された。
【００２６】
実施例４は、上記実施例３と繊維成分の構成を同一とし、ウエブ形成をエアレイ機で実施したものであり、図４に示す通り、測定開始時の捕集効率はほぼ１００％であり、その後の経時的な捕集効率低下は実質的に認められず、測定時間内では９９％以上の捕集効率が維持された。このように、ウエブ形成手段としてエアレイ法を採用することによって、より良好な帯電状態が得られることが確認された。
【００２７】
次いで、有機系溶媒で紡糸されたアクリル系繊維を用いた比較例１では、測定開始時点での捕集効率が約７７％と低く、捕集効率の最小値は粉じん供給量が１０ｍｇにおいて７３％と、明確なボトムが観測された（図５参照）。その後、捕集効率は回復し、典型的なボトムダウンが認められた。
【００２８】
モダクリル系繊維を用いた比較例２においては、図６に示す通り、測定開始時の捕集効率は９６．６％であったが、捕集効率の最小値は粉じん供給量が６０ｍｇにおいて７８％であり、比較例１の場合と同様に、明らかなボトム領域が認められた。
【００２９】
これらの測定結果からも理解できるように、ポリオレフィン系繊維とアクリル系繊維の組み合わせで構成した帯電不織布にあって、このアクリル系繊維を無機系溶媒により紡糸されたもので構成した実施例１〜実施例４では、捕集効率の低下が実質的に解消され、著しいボトムダウン改善を図り得ることが明らかとなった。
【００３０】
続いて、これら６つの帯電不織布について、捕集効率測定時の圧力損失変化を測定した結果を、測定開始時及び測定終了時（１００ｍｇ時）について、Ｐａ（パスカル）単位で表３に示す。
【００３１】
【表３】

【００３２】
上記表３に示す通り、測定開始時の圧力損失を比較すれば、ほぼ同等の結果となった。しかしながら、測定終了時の圧力損失を比較すれば、エアレイ法でウエブ形成した実施例４は、著しい低圧損をもたらすことが認められた。前述した捕集効率の測定結果（図１〜図６参照）と、圧力損失の計測結果（上記表３参照）とからも、本発明の構成を適用した帯電不織布は、ボトムダウン改善効果のみならず、低圧損で高効率な空気濾過材となし得ることが確認された。
【００３３】
以上、この発明の実施例につき、防じんマスクの評価方法を参照して説明したが、本発明の技術は係る用途に限定して用いるものではなく、空気濾過材一般に適用することができる。また、本発明の帯電不織布の優れた帯電特性を利用してワイピングクロスなどに使用することもできる。
【００３４】
【発明の効果】
上述した説明から明らかなように、ポリオレフィン系繊維と無機系溶媒で紡糸調製されたアクリル系繊維との組み合わせで構成された帯電不織布により、優れた帯電状態を実現することができ、帯電状態の低下が抑制されることによってボトムダウン現象の改善を図ることができる。従って、本発明を適用することにより、優れた濾過性能を有する種々の空気濾過材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に関する評価試験結果を説明するための捕集効率曲線図、
【図２】本発明の実施例２に関する評価試験結果を説明するための捕集効率曲線図、
【図３】本発明の実施例３に関する評価試験結果を説明するための捕集効率曲線図、
【図４】本発明の実施例４に関する評価試験結果を説明するための捕集効率曲線図、
【図５】本発明の比較例１に関する評価試験結果を説明するための捕集効率曲線図、
【図６】本発明の比較例２に関する評価試験結果を説明するための捕集効率曲線図。

Claims

添加剤残留量が０．２ｍａｓｓ％以下である清浄な複数の繊維成分からなり、該繊維成分同士が摩擦帯電されてなる帯電不織布において、前記複数の繊維成分が、ポリオレフィン系繊維と、無機系溶媒によって紡糸されたアクリル系繊維とを含むことを特徴とする帯電不織布。
前記ポリオレフィン系繊維と前記アクリル系繊維との重量混合比を３０：７０〜８０：２０の範囲としたことを特徴とする請求項１記載の帯電不織布。
前記帯電不織布がエアレイ法によりウエブ形成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の帯電不織布。