特許 7567447 メルトブロー不織布及びエアフィルター

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-07

(45)【発行日】2024-10-16

(54)【発明の名称】メルトブロー不織布及びエアフィルター

(51)【国際特許分類】

   D04H 3/16 20060101AFI20241008BHJP

   D01F 1/10 20060101ALI20241008BHJP

   B01D 39/14 20060101ALI20241008BHJP

   B01D 39/16 20060101ALI20241008BHJP

【ＦＩ】

D04H3/16

D01F1/10

B01D39/14 E

B01D39/16 A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020212709

(22)【出願日】2020-12-22

(65)【公開番号】P2022098993

(43)【公開日】2022-07-04

【審査請求日】2023-09-12

(73)【特許権者】

【識別番号】722014321

【氏名又は名称】東洋紡エムシー株式会社

(72)【発明者】

【氏名】坂口 恵子

(72)【発明者】

【氏名】北川 義幸

【審査官】川口 裕美子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１８３３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１９９８８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０２９９４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１３－５４０９０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０５８０５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－０３４３８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｄ０４Ｈ ３／１６

Ｄ０１Ｆ １／１０

Ｂ０１Ｄ ３９／１４

Ｂ０１Ｄ ３９／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

不織布を形成する樹脂を１００重量部とした場合、ヒンダートアミン系添加剤を０．０１重量部～３重量部、かつ、脂肪酸金属塩を０．０２５重量部～０．２５重量部を含有し、引張試験における破断伸度［％］を目付［ｇ／ｍ^２］で割った値が０．５～４．０であることを特徴とするメルトブロー不織布。

【請求項2】

引張試験における破断強度［Ｎ／５０ｍｍ］を目付［ｇ／ｍ^２］で割った値が０．２～１．０であることを特徴とする請求項1に記載のメルトブロー不織布

【請求項3】

エレクトレット化されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のメルトブロー不織布。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか1項に記載のメルトブロー不織布を備えていることを特徴とするエアフィルター。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、加工時の寸法安定性に優れたメルトブロー不織布に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、気体中の花粉や塵等を除去するためにエアフィルターが使用されており、そのエアフィルターの濾材として不織布が多く用いられている。中でも、その不織布の製造法の一つであるメルトブロー法は、エアフィルター製品の濾材や電池セパレータ等々の製造に幅広く使用されている。メルトブロー法は、一般に、紡糸口金から押し出された熱可塑性ポリマーを、熱風噴射することにより繊維状に細化し、得られた繊維の自己融着特性を利用して繊維ウェブとして形成せしめる方法である。

【0003】

このメルトブロー法は、スパンボンド法等の他の不織布の製造法に比べて、複雑な工程を必要とせず、また、単繊維径が数１０μｍから数μｍ以下の細い繊維が容易に得られるという利点を有する製法である。

【0004】

ここでエアフィルターに要求される性能は、ミクロなダストを多く捕集することができる高捕集効率、および、エアフィルター内部を気体が通過する際に抵抗が少ない低圧力損失である。高捕集効率を有する濾材を得るためには、不織布を構成する単繊維が細繊度であることが適しているが、その一方で、単繊維を細繊度化すると不織布は潰れやすくなり、その不織布の繊維密度が増加することにより圧力損失が高くなるという課題がある。

【0005】

また、低圧力損失の濾材を得るためには、不織布を構成する単繊維が太繊度であることが適しているが、その一方で、単繊維を太繊度化すると不織布内の繊維表面積が減少してしまい、捕集効率が低下するという課題がある。このように、従来技術におけるエアフィルターに要求される性能において、高捕集効率化と低圧力損失化は、相反する関係にある。

【0006】

上記の課題を解決する方法として、不織布をエレクトレット化し、物理的作用に加えて静電気的作用を利用することにより、高捕集効率と低圧力損失とを同時に満足させる試みがなされている（特許文献１，２，３参照）さらに、不織布を構成する繊維にヒンダードアミン系の添加剤を添加することにより、耐熱性エレクトレット材料が提案されている（特許文献４参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開昭６１－２８９１７７号公報

【文献】米国特許第６１１９６９１号

【文献】特開２００３－３３６７号公報

【文献】特開昭６３－２８０４０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上記のように、不織布をエレクトレット化することにより捕集性能は向上し、さらにヒンダードアミン系の添加剤を加えることで熱安定性は向上するものの、不織布の伸度が大きくなり、次のような問題が発生することがわかった。フィルター用濾材として不織布を製造する際に、成形加工または機能性付与加工などの種々の工程において、不織布に張力をかけてロール状に巻き取ったり補強材と貼り合わせたりするので、不織布の伸度が大きくなると、上記のように不織布に力がかる際に、幅が広くなったり加工性が非常に悪くなるという問題が発生する。

【0009】

そこで本発明は、上記課題に鑑みなされ、その目的は、寸法安定性に優れ加工性のよいメルトブロー不織布及びそれを用いたエアフィルターを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明者らは上記の課題を解決するために、鋭意研究した結果、以下の構成の本発明を完成するに到った。
１．不織布を形成する樹脂を１００重量部とした場合、ヒンダードアミン系添加剤を０．０１重量部～３重量部、かつ、脂肪酸金属塩を０．０２５重量部～０．２５重量部を含有し、引張試験における破断伸度［％］を目付［ｇ／ｍ^２］で割った値が０．５～４．０であることを特徴とするメルトブロー不織布。
２．引張試験における破断強度［Ｎ／５０ｍｍ］を目付［ｇ／ｍ^２］で割った値が０．２～１．０であることを特徴とする1に記載のメルトブロー不織布
３．エレクトレット化されていることを特徴とする、１または２に記載のメルトブロー不織布。
４．１～３のいずれか1つに記載のメルトブロー不織布を備えていることを特徴とするエアフィルター。

【発明の効果】

【0011】

本発明の上記構成によれば、引張試験における破断伸度を目付で割った値が０．５～４．０であるため、加工時の寸法安定性に優れたフィルター用不織布を提供することができる。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明のメルトブロー不織布は、不織布を形成する樹脂を１００重量部とした場合、ヒンダードアミン系添加剤を０．０１重量部～３重量部、かつ、脂肪酸金属塩を０．０２５重量部～０．２５重量部を含有する。ヒンダードアミン系添加剤を０．０１重量部～３重量部、かつ、脂肪酸金属塩を０．０２５重量部～０．２５重量部を含有することで、後述の実施例で示すように、寸法安定性に優れ、加工性が高くなることがわかった。

【0013】

ヒンダートアミン系添加剤の含有量は、不織布を成す樹脂１００重量部に対して、０．０１重量部～３重量部であり、加工性に加え、電荷残留効果および材料としての均一性の観点から０．７重量部～１．５重量部であることが好ましい。ヒンダードアミン系安定剤として具体的には、ポリ［｛（６－（１，１，３，３－テトラメチルブチル）イミノ－１，３，５－トリアジン－２，４，－ジイル｝｛（２，２，６，６－テトラメチル－４－ピペリジル）イミノ｝ヘキサメチレン｛（２，２，６，６－テトラメチル－４－ピペリジル）イミノ｝］、コハク酸ジメチル－１－（２－ヒドロキシエチル）－４－ヒドロキシ－２，２，６，６－テトラメチルピペリジン重縮合物、２－（３，５－ジ－ｔ－ブチル－４－ヒドロキシベンジル）－２－ｎ－ブチルマロン酸ビス（１，２，２，６，６、－ペンタメチル－４－ピペリジル）などが挙げれる。

【0014】

脂肪酸金属塩の含有量は、不織布を成す樹脂１００重量部に対して、０．０２５重量部～０．２５重量部であり、０．０３重量部～０．１重量部であることが好ましい。脂肪酸金属塩の脂肪酸としては、具体的には、ステアリン酸、ラウリル酸、ミリスチン酸、パルミチン酸等が挙げられ、金属元素としてはマグネシウム、ナトリウム、カリウム、アルミニウム、亜鉛等が挙げられる。

【0015】

本発明のメルトブロー不織布は、破断伸度［％］を目付［ｇ／ｍ^２］で割った値が０．５～４．０であり、好ましくは、１．０～３．５である。破断伸度を目付で割った値が４．０を超えると、不織布を濾材として用いるフィルターの製造工程において、巻取りや補強材との貼り合せ加工時に幅入りし取り扱いが悪くなる。また、０．５を下回ると、、不織布の柔軟性がなく、プリーツ加工時に破断、問題となる。０．５～４．０の範囲であると、加工時の幅入りが小さく、加工性、作業性の向上が見込める。

【0016】

ここで、破断伸度とは、不織布の試料を引張試験機を用いて引張り、試料が切断（破断）した時の伸びを測定したものである。破断伸度（引張伸び）は、次の式によって算出する。
破断伸度[％]＝１００×（Ｌ－Ｌ０）／Ｌ０
Ｌ０：試験前の試料の長さ、Ｌ：破断時（直前）の試料長さ

【0017】

また、本発明のメルトブロー不織布は、さらに、破断強度［Ｎ／５０ｍｍ］を目付［ｇ／ｍ^２］で割った値が０．２～１．０であり、好ましくは、０．３～０．７である。破断強度を目付で割った値が０．２～１．０の範囲であると、加工性、作業性の向上が見込める。

【0018】

ここで、破断強度とは、不織布の試料を引張試験機を用いて、破断するまで引っ張ったときの最大強力を指すものとする。

【0019】

本発明のメルトブロー不織布の原料には、溶融紡糸が可能な熱可塑性樹脂を使用することができる。例えば、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、アクリル、ポリプロピレン、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、共重合ポリプロピレン（例えば、プロピレンを主体として、エチレン、ブテン、１，４－メチルペンテン－１等との二元または多元共重合体）等をはじめとするポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、酸成分をテレフタル酸以外にイソフタル酸をも加えて共重合したこれらの低融点ポリエステルをはじめとするポリエステル系樹脂、ナイロン６、ナイロン６６などのポリアミド系樹脂、ポリスチレン（アタクチックポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン）、ポリウレタンエラストマー、ポリエステルエラストマー、ポリテトラフルオロエチレン等の熱可塑性樹脂が挙げられる。また、乳酸系ポリエステルなどの生分解性樹脂を使用して生分解性を持たせるなど、機能性の樹脂を使用することもできる。また、これらを主成分とした共重合体や、これらの重合体を複数ブレンドしたブレンド体が挙げられる。

【0020】

また、本発明のメルトブロー不織布は、ヒンダードアミン系添加剤に加えて、含窒素ヒンダードフェノール系、金属塩ヒンダードフェノール系、フェノール系、硫黄系、燐系などの添加剤が添加されていてもよい。さらに、本発明のメルトブロー不織布は、必要に応じて、例えば、艶消し剤、潤滑剤、顔料、熱安定剤、耐光剤、紫外線吸収剤、静電剤、導電剤、蓄熱材などの各種添加剤を適宜の範囲内で添加することができる。またその他に、除塵、消臭、抗菌、防かび、抗ウイルス、防虫、殺虫、害虫忌避、有害物除去、芳香、除湿、調湿、吸湿（乾燥）、水分（湿度）透過、油等の吸着、陽イオン吸着などのイオンバランスの調整および水や揮発性薬剤等の蒸散または徐放などの各種機能を有する添加剤が添加されていてもよい。

【0021】

メルトブロー不織布の繊維形態としては、重合体単体からなる単相形態であっても、複数種の前記重合体からなる複合形態（芯鞘型複合形態、並列型複合形態、割繊型複合形態）であってもよい。

【0022】

繊維の断面形状は、円形断面に限らず、楕円形、菱形、三角形、Ｔ形等であってもよく、また中空部を有するものであってもよく、任意の形状を適宜選択すればよい。

【0023】

本発明のメルトブロー不織布は、コロナ放電法や水流荷電法など公知の技術によってエレクトレット化されていることが、さらに高性能な濾材やエアフィルターを得ることができるため好ましい。ヒンダードアミン系添加剤を含まないエレクトレット不織布が水と接触すると、通常その電荷を消失してしまう。ヒンダードアミン系添加剤を含有するエレクトレット不織布は、水と接触しても電荷を消失し難いという知見を得ている。

【0024】

本発明のメルトブロー不織布の目付は、５～１００ｇ／ｍ²が好ましく、より好ましくは１０～６０ｇ／ｍ²である。また、その繊維径（直径）は、０．００１～１００μｍであり、０．００５～２０μｍが好ましく、０．０１～１０μｍがより好ましく、０．０２～５μｍがさらに好ましく、０．０３～３μｍが特に好ましい。繊維径が１００μｍを超えると場合には、エアフィルターとしての実用的な捕集効率を得ることが困難であり、電荷減衰時の効率低下が大きい。繊維の直径が０．００１μｍよりも小さい場合には、エレクトレット材料としての静電電荷を付与することが困難である。

【0025】

本発明におけるメルトブロー不織布の繊維は、単独の製法、材料からなる均一物であってもよく、製法、材料および繊維径の異なる２種以上を用いてなる混合物であってもよい。

【0026】

本発明のエアフィルターは、本発明のメルトブロー不織布を用いるものであり、例えば、形状加工や、枠などへの取り付け加工が施されていてもよい。また、本発明のエアフィルターは、本発明のメルトブロー不織布に他の材料を組み合わせて形成されてもよい。

【0027】

本発明のメルトブロー不織布を濾材としてエアフィルターを製造する際、波状に加工してもよい。波状に加工する方法としては、一般にプリーツ加工と呼ばれる山谷状に繰り返しの折り加工や、段ボール加工における中芯の波状加工などが挙げられる。このように波状に加工することによって、一定の通気面積に対して濾過面積を増すことができ、特定の風量に対してエアフィルターを通過する空気の速度が低下するのに伴って圧力損失が低下して通気性が改善される。さらに、捕集効率の向上および長寿命化が達成されると共に、単板での使用に比べてエアフィルター自体の強度が増し、空調機器への装着時や交換時の取り扱い性がよくなるという利点がある。

【0028】

以上のように、本発明により、加熱時の電荷の消失が少なく、すなわち熱安定性に優れ、かつ、加工時の寸法安定性に優れたメルトブロー不織布及びエアフィルターが得られる。

【実施例】

【0029】

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。しかし本発明は、下記の実施例に限定されるものではなく、前・後記の趣旨に適合しうる範囲で適宜変更することも可能である。そして、それら適宜変更したものも本発明の技術的範囲に含まれる。

【0030】

初めに、実施例および比較例中で測定した特性値およびその測定方法を以下に示す。

【0031】

（メルトフローインデックス［ｇ／１０ｍｉｎ］）
ＪＩＳ Ｋ６９２１－２：２０１８の表３の１．１メルトマスフローレイト（ＭＦＲ）に従い、測定した。

【0032】

（平均繊維径（μｍ））
メルトブロー不織布からランダムに小片試料１０個を採取し、走査型電子顕微鏡で５００～３０００倍の写真を撮影し、各試料から繊維を１０本ずつ、計１００本の繊維直径を測定し、平均値の小数点以下第一位を四捨五入し算出した。

【0033】

（目付（ｇ／ｍ^２））
ＪＩＳ Ｌ１９０６（２０００年版）５．２に準じて、縦方向５０ｃｍ×横方向５０ｃｍのメルトブロー不織布の試料を３個採取して、各試料の重量をそれぞれ測定し、得られた値の平均値を単位面積当たりに換算、小数点以下第一位を四捨五入した。

【0034】

（加工性）
一般的な補強材の上に活性炭粒子（粒径２００～４００μｍ）を散布し、さらにメルト
ブロー不織布を積層、接着し、活性炭シートを作製した。このシートをレシプロプリーツ
加工機にて、山高さ３．０ｃｍとなるようにプリーツ加工を実施し、以下の基準によって
評価した。
○：プリーツが均一であり加工上の問題もない。
△：プリーツがやや不均一である。
×：プリーツが不均一、または、不織布が破れる、のいずれかで加工上問題がある。

【0035】

（破断強度、破断伸度）
ＪＩＳ Ｌ１９０６（２０００年版）の５．３．１に準じ、サンプルサイズ５ｃｍ×２０ｃｍ、つかみ間隔１５ｃｍ、引張速度２０ｃｍ／ｍｉｎの条件にて、縦方向、横方向とも３個のサンプルについて引張試験を行った。サンプルが破断するまで引っ張ったときの最大強力を破断強度［Ｎ／５０ｍｍ］、破断時の伸度を破断伸度［％］とし、それぞれをシートの目付［ｇ／ｍ^２］で割った数値を算出した。

【0036】

［実施例１］
メルトフローインデックス１３００のポリプロピレン樹脂１００重量部に対して、ヒンダードアミン系添加剤であるキマソーブ９４４（ＢＡＳＦ社製）を１．０重量部、ステアリン酸マグネシウムを０．０５重量部含有するメルトブローン不織布（目付２０ｇ／ｍ^２、平均繊維直径２．０μｍ、厚み０．２３ｍｍ）を作製した。得られた不織布は、目付当たりの破断強度０．７、目付当たりの破断伸度が２．０であった。加工性は〇であった。
［実施例２］
メルトフローインデックス１３００のポリプロピレン樹脂１００重量部に対して、ヒンダードアミン系添加剤であるキマソーブ９４４（ＢＡＳＦ社製）を１．０重量部、ステアリン酸マグネシウムを０．０５重量部含有するメルトブローン不織布（目付４５ｇ／ｍ^２、平均繊維直径３．５μｍ、厚み０．３５ｍｍ）を作製した。得られた不織布は目付当たりの破断強度０．３、目付当たりの破断伸度が３．５であった。加工性は〇であった。
［比較例１］
メルトフローインデックス１３００のポリプロピレン樹脂１００重量部に対して、ヒンダードアミン系添加剤であるキマソーブ９４４（ＢＡＳＦ社製）を１．０重量部含有するメルトブロー不織布（目付２０ｇ／ｍ^２、平均繊維直径２．０μｍ、厚み０．２３ｍｍ）を作製した。得られた不織布は、目付当たりの破断強度０．３、目付当たりの破断伸度が０．３であった。加工性は×であった。
［比較例２］
メルトフローインデックス１３００のポリプロピレン樹脂１００重量部に対して、ヒンダードアミン系添加剤であるキマソーブ９４４（ＢＡＳＦ社製）を１．０重量部、ステアリン酸マグネシウムを０．０１重量部含有するメルトブローン不織布（目付２０ｇ／ｍ^２、平均繊維直径２．０μｍ、厚み０．２３ｍｍ）を作製した。得られた不織布は、目付当たりの破断強度０．５、目付当たりの破断伸度が０．２であった。。加工性は×であった。

【0037】

実施例１，２のメルトブロー不織布は、比較例１，２と比較して加工性に優れていることがわかる。

【産業上の利用可能性】

【0038】

本発明のメルトブロー不織布は、熱耐性を有しつつ、加工時の寸法安定性に優れ、エアフィルター用濾材として好適に利用することができる。