JPH09501604A - エレクトレット濾過材の荷電方法 - Google Patents

エレクトレット濾過材の荷電方法

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JPH09501604A JP7507157A JP50715795A JPH09501604A JP H09501604 A JPH09501604 A JP H09501604A JP 7507157 A JP7507157 A JP 7507157A JP 50715795 A JP50715795 A JP 50715795A JP H09501604 A JPH09501604 A JP H09501604A
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Abstract

(57)【要約】 エレクトレット濾過材を提供するための熱可塑性微小繊維の不織ウェブの荷電方法。上記方法には、多量の捕捉電荷を有し得る熱可塑性非導電性微小繊維の不織ウェブ上に、水の噴流または水滴流を、濾過向上性エレクトレット電荷をウェブに提供するのに十分な圧力で、衝突させる工程および該ウェブを乾燥する工程を含む。

Description

【発明の詳細な説明】 エレクトレット濾過材の荷電方法 （技術分野） 本発明は、繊維、例えばメルトブロー微小繊維から作製されたエレクトレット 向上濾過材（単に「エレクトレットフィルター」と呼ばれる）に関する。本発明 は、空気から特定物質を除去する繊維エレクトレットフィルターの改良された製 造方法に関する。本発明は特に、呼吸マスク、および濾過材上の濾過向上性静電 荷レベルを改良することに関する。 （背景技術） 長年、不織繊維フィルターウェブは、1954年5月25日発行のナバル・リサーチ・ ラボラトリーズ(Naval Research Laboratories)のレポート第4364号の、ファン・ アー・ベンテ(Van A.Wente)等の表題「マニュファクチュアー・オブ・スーパー・フ ァイン・オーガニック・ファイバーズ(Manufacture of Super Fine Organic Fiber s)」に開示のタイプのメルトブロー装置を用いて、ポリプロピレンから製造され ている。そのようなメルトブロー微小繊維ウェブは、微粒異物を濾過する用途、 例えばフェースマスク、水フィルター、およびその他の用途、例えば水から油を 除去する収着剤ウェブ、防音材および断熱材に広く用いられ続けている。 メルトブロー繊維がダイオリフィスから流出時に荷電粒子、例えば電子または イオンにより衝撃を与えられて(bombard)、繊維ウェブがエレクトレット化され る場合、メルトブロー微小繊維ウェブの濾過効率は、２種以上の要因により改善 され得る。同様に、ウェブは集められた後コロナへの暴露によりエレクトレット とされ得る。メルトブローされ、予想される環境条件下で適当な体積抵抗を有す る他のポリマー、例えばポリカーボネート類およびポリハロカーボン類も用いて よいが、メルトブローポリプロピレン微小繊維は特に有用である。 空気からの粒状汚染物の除去用の繊維フィルターもまたフィブリル化ポリプロ ピレンフィルムから製造される。エレクトレット濾過の向上が、フィブリル化さ れる前のフィルムを静電的に荷電することにより提供され得る。 一般的なポリマー、例えばポリエステル類、ポリカーボネート類等は処理され て、高帯電エレクトレットが作製されるが、これらの電荷は通常、特に湿潤状態 では寿命が短い。エレクトレット構造はフィルムまたはシートであってもよく、 電気音響装置、例えばマイクロホン、ヘッドホンおよびスピーカー、および粉塵 粒子制御、高電圧静電発生器、静電レコーダー内の静電成分としての用途および その他の用途も模索する。 （発明の要旨） １つの態様では、本発明は、多量の捕捉電荷を有し得る熱可塑性非導電性微小 繊維の不織ウェブ上に、水の噴流または水滴流を、濾過向上性エレクトレット電 荷をウェブに提供するのに十分な圧力で、衝突させる工程および該ウェブを乾燥 する工程から成る、エレクトレット濾過材を提供するための熱可塑性微小繊維の 不織ウェブの荷電方法を提供する。驚くべことに、単に水の噴流または水滴流を 不織微小繊維ウェブ上に衝突させることにより、そのウェブは濾過向上性エレク トレット電荷を生じることを見い出した。その荷電は、更に水を衝突させる前に ウェブにコロナ放電処理を行うことにより促進され得る。好ましくは、そのウェ ブは、メルトブローポリプロピレン微小繊維、ポリ(4-メチル-1-ペンテン)微小 繊維またはそれらの混合物から作製される。本明細書中では「ハイドロチャージ (hydrocharging)」の語により、この方法を表す。 ハイドロチャージウェブにフィルターを処理されていないＸ線を照射すると濾 過効率が顕著に低下するため、そのウェブは水の噴流または水滴流を衝突させた 後に荷電されるように見える。 本発明の方法により作製される繊維エレクトレットフィルターは、呼吸マスク 、例えばフェースマスクまたは家庭用および産業用の空気調和装置、空気清浄器 、真空掃除機、医療用送気管フィルター、および車両および通常装置、例えばコ ンピュータ、コンピュータディスクドライブおよび電子機器用の空気調和装置の エアーフィルター成分として有用である。呼吸マスクの用途では、エレクトレッ ト フィルターは成形したまたは折り曲げた半面マスク、交換可能なカートリッジま たはキャニスター、または前フィルターの形であってもよい。そのような用途で は、本発明の方法により作製されるエアーフィルター成分は粒状エーロゾルの除 去用として非常に有用である。エアーフィルターとして、例えば呼吸マスクに用 いられる場合、そのエレクトレット濾過材は、公知の方法により荷電される比較 エレクトレットフィルターより、非常に良好な濾過性能を有する。 （図面の簡単な説明） 図１は、本発明の方法に用いられる不織微小繊維ウェブの製造に有用な装置の 側面図である。 図２は、本発明に有用な水噴流吹付装置の斜視図である。 図３は、本発明に有用な噴霧器の斜視図である。 図４は、本発明に有用なポンプ作用吹付装置の斜視図である。 （発明の詳細な説明） 本発明に有用なメルトブロー微小繊維は、ファン・アー・ベンテ(Van A.Wente) の「スーパーファイン・サーモプラスチック・ファイバーズ(Superfine Thermopla stic Fibers)」インダストリアル・エンジニアリング・ケミストリー(Industrial Engineering Chemistry)第48巻、1342〜1346頁および1954年5月25日発行のナバ ル・リサーチ・ラボラトリーズ(Naval Research Laboratories)のレポート第4364 号の、ファン・アー・ベンテ(Van A.Wente)等の表題「マニュファクチュアー・オブ・ スーパー・ファイン・オーガニック・ファイバーズ(Manufacture of Super Fine O rganic Fibers)」に開示のようにして作製され得る。 メルトブロー微小繊維を作製するのに用いられる樹脂は、非導電性、即ち抵抗 率1014Ωcm以上を有する、多量の捕捉電荷を有し得る熱可塑性樹脂である。好ま しい樹脂には、ポリプロピレン、ポリ(4-メチル-1-ペンテン)およびそれらの混 合物を含む。その樹脂は、電気伝導度を増大するか、そうでなければ繊維が静電 荷を受け入れ保持する能力を妨害する帯電防止剤のような物質を実質的に含有す べきでない。メルトブロー微小繊維は単一樹脂から成っても、樹脂混合物、例え ばポリプロピレンおよびポリ(4-メチル-1-ペンテン)から生成されてもよく、層 状またはコア/シーズ型の２種の樹脂から生成されてもよい。ポリプロピレンお よびポリ(4-メチル-1-ペンテン)を層状またはコア/シーズ型に用いる場合、ポリ (4-メチル-1-ペンテン)は好ましくは外側面である。 本発明の繊維濾過材用のブロー微小繊維は、通常、デービス(Davies),C.N.の 「ザ・セパレーション・オブ・エアーボーン・ダスト・アンド・パーティクルズ(The S eparation of Airborne Dust and Particles)」、ロンドンのインスティチュー ション・オブ・メカニカル・エンジニアズ(Institution of Mechanical Engineers) 、プロシーディング(Proceeding)1B、1952年に開示の方法に従って計算した有効 繊維直径約３〜30μm、好ましくは約７〜15μmを有する。 また、ステープルファイバーがウェブ中に存在してもよい。ステープルファイ バーの存在により一般に、メルトブロー微小繊維のみのウェブより、ロフティー な(lofty)、密度の小さいウェブを提供する。好ましくは、ステープルファイバ ーが約90重量％以下、より好ましくは約70重量％以下を構成する。ステープルフ ァイバーを含有するそのようなウェブが米国特許第4,118,531号（ハウザー(Haus er)）に開示されている。 収着剤粒子材料、例えば活性炭または活性アルミナをウェブ中に含有してもよ い。そのような粒子はウェブ含量の約80体積％以下の量で含有してもよい。その ような粒子充填ウェブが例えば、米国特許第3,971,373号（ブラウン(Braun)）、 同4,100,324号（アンダーソン(Anderson)）および同4,429,001号（コルピン(Kol pin)等）に開示されている。 本発明の方法に従って作製したエレクトレット濾過材は好ましくは、基本重量 約10〜500g/m2、より好ましくは約10〜100g/m2を有する。メルトブロー微小繊維 ウェブの製造では、基本重量を、例えばコレクター速度またはダイ押出量のどち らかを変化させることにより、制御してもよい。濾過材の厚さは好ましくは約0. 25〜20mm、より好ましくは約0.5〜２mmである。エレクトレット濾過材およびそ れを作製するポリプロピレン樹脂には、電気伝導性を増大する不必要な処理、例 えばガンマ線への暴露、紫外線照射、熱分解、酸化等を行うべきない。 本発明に有用な不織微小繊維ウェブは図１に示されるような装置を用いて作製 されてよい。そのような装置には、液化繊維形成材料を用いる押出槽21を有する ダイ20；ダイの前端を横切る線上に配置し、繊維形成材料を押出すダイオリフィ ス22；および、ガス、通常熱風を高速で強制通風する共同ガスオリフィス23；を 含む。高速ガス流を引き出し、押出繊維形成材料を細くし、その結果、繊維形成 材料はコレクター24へ移動中に微小繊維として固化してウェブ25を生成する。 ステープルファイバーがウェブ中に存在する場合、それらは図１に示したよう な微小繊維ブロー装置の上に配置されたリッカーインロール32の使用により導入 されてもよい。ステープルファイバーのウェブ27、通常は例えばガーネットまた はランド・ウェバー(RANDO-WEBBER)装置により作製した粗い、不織ウェブを駆動 ロール29の下をテーブル28に沿って送り、その先端はリッカーインロール32に対 してかみ合っている。リッカーインロール32はウェブ27の先端から繊維をもぎ取 り、その繊維を互いから分離する。もぎ取った繊維はエアー流れにより傾斜した トラフ(trough)またはダクト30を通って運ばれ、ブロー微小繊維流れに入り、そ れらはブロー微小繊維と混合される。 粒状物質をウェブ中に導入する場合、ダクト30のような充填メカニズムを用い てそれを添加してよい。 ウェブのハイドロチャージは水噴流または水滴流をウェブ上に、濾過向上性エ レクトレット電荷をウェブに提供するのに十分な圧力で、衝突させることによっ て行われる。最適結果を達成するのに必要な圧力は、用いられる吹付装置の種類 、ウェブを生成するポリマーの種類、ウェブの厚さおよび密度、およびハイドロ チャージの前に前処理、例えばコロナ処理を行ったかどうかに依存する。一般に 、圧力約10〜500psi(69〜3450kPa)が好適である。好ましくは、水滴流を提供す るのに用いられる水は比較的純粋である。蒸留水または脱イオン水が、水を出す のに好ましい。 水噴流または水滴流は、如何なる好適な吹付手段によって提供されてもよい。 作業は一般にハイドロエンタングル(hydroentangle)するのに用いられるよりハ イドロチャージでは低圧で行われるけれども、水力学的にハイドロエンタングル 繊維に有用なそれらの装置は一般に本発明の方法に有用である。 好適な吹付手段の例が図２に示され、繊維ウェブ10は支持手段11上に移送され る。移送手段はベルト、好ましくは多孔性、例えば篩またはファブリックであっ てよい。水噴流ヘッド13による水噴流12は水圧を供給するポンプ（表示せず）を 用いる水吹付を提供する。水噴流12はウェブ10上の衝突点12'で衝突する。好ま しくは、多孔性支持体の下を真空としてウェブを通ってスプレーの通過を補助し 、乾燥エネルギー必要量を低減する。 更に、本発明の方法に用いられるのに好適な吹付手段の例には、送水管14を通 って提供される水および送気管15を通って提供される圧縮空気をノズル16に供給 しスプレーミストを提供してウェブ10に衝突させる噴霧器、例えば図３に示され るもの、および、ポンプハンドル17が水供給手段18により提供される水を強制的 にノズル19を通してスプレーミストを提供するポンプ作用吹付装置、例えば図４ に示されるものを含む。 以下の実施例において、他に表示しない場合、すべての百分率および部数は重 量による。以下の試験方法を用いてその例を評価する。 （DOP透過および圧力降下） 濃度70〜110mg/m3のジオクチルフタル酸(DOP)の0.3μm直径粒子を、４つのオ リフィスを有するTSI No.212噴霧器および30psi(207kPa)の清浄空気を用いて生 成した。その粒子を直径11.45cmの濾過材試料を流速42.5リットル/分で強制通過 させ、それは面速度6.9cm/秒であった。その試料をエーロゾルに30秒間暴露した 。透過を光学的光散乱槽、エアー・テクニークス(Techniques)社から市販のパー セント・ペネトレーション・メーター(Percent Penetration Meter)TPA-8F型を用 いて測定した。DOP透過は、好ましくは約70％以下、より好ましくは約40％以下 である。圧力降下を電気圧力計を用いて、流速42.5リットル/分でおよび面速度6 .9cm/秒で示した。圧力降下はmmＨ2Ｏで表したΔＰとして測定した。好ましくは 、単層ウェブに関して、圧力降下は約４mmＨ2Ｏ以下、より好ましくは約３mmＨ2 Ｏ 以下である。 透過および圧力降下を用いて、以下の式： により、DOP透過の自然対数(ln)からＱ(quality factor)「ＱＦ値」を計算する 。初期ＱＦ値が高いほど、初期濾過性能が良好であることを示す。ＱＦ値の減少 により濾過性能が低下する。一般に、ＱＦ値少なくとも約0.25が好ましく、少な くとも約0.5がより好ましく、少なくとも約１が最も好ましい。 （煙草煙吸収テスト） 煙草煙吸収テストは、平坦フィルター試料(14cm×14cm)に適合したアスピレー ター（ノレルコ・カンパニー(Norelco Company)製のCAM 770ルームエアークリー ナー(Room Air Cleaner)）を備えた容積１m3の矩形寸法を有する試験槽中で行わ れた。予め決めておいた数の煙草(１〜10)を喫煙し得る喫煙装置は、制御燃焼時 間４〜５分間中に試験槽中に煙を放出した。ファンにより、試験槽中に生じた煙 草煙を均一に混合した。サンプリング流速５cc/秒および検出範囲0.1〜7.5μm粒 径を有するレーザー粒子カウンター（コロラド州のパーティクル・メジャメント・ システム(Particle Measurement System)製のPMS LAS-X型）は試験槽環境中の粒 子数当たりの粒子濃度をモニターした。フィルター試料の粒子捕捉効率および圧 力降下を、煙草煙の吸収の前後で測定した。 濾過材の粒子捕捉効率は、ＮaＣl粒子を用い、試料を通過する空気の表面速度 26.7cm/秒のTSI AFT-8110オートメーティッド・フィルター・テスター(Automated Filter Tester)（ミネソタ州セントポール(St.Paul)のＴＳＩ社製）を用いて測 定した。フィルター試料の上流および下流位置でのＮaＣl粒子濃度それぞれ、ＣIN およびＣOUTをTSI AFT-8110の光度計を用いて測定し、フィルターの粒子捕捉 効率Ｅは式： Ｅ＝（１−［ＣOUT/ＣIN］）×100％ を用いて計算した。 （周囲空気粒子ローディングテスト） フィルター試料を周囲空気に流速149ft3/分(250m3/時間)で試料300mm×116mm を用いて長時間暴露し、続いて粒径0.3μmおよび1.0μmを有する粒子を通過させ た。得られた粒子捕捉効率を、その通過前および予定した周囲空気ローディング 時間後の両方で、煙草煙吸収テストと同様に測定した。 （実施例１〜７および比較例C1〜C2） ポリプロピレン（エクソン(Exxon)社から市販のエスコレン(ESCORENE)3505G） 微小繊維ウェブを、ファン・アー・ベンテ(Van A.Wente)の「スーパーファイン・サ ーモプラスチック・ファイバーズ(Superfine Thermoplastic Fibers)」、インダ ストリアル・エンジニアリング・ケミストリー(Industrial Engineering Chemistr y)第48巻、1342〜1346頁に開示のように作製した。そのウェブは基本重量55g/m2 および厚さ0.1cmを有した。その繊維の有効繊維直径は7.6μmであった。そのウ ェブの試料に、図１に示したものと同様のハイドロエンタングラー（ハニーコー ム・システム(Honeycomb System)社から市販のラボラトリー・モデル(Laboratory Model)製造番号101）により提供された水の噴流を衝突させ、それは１インチ(2. 5cm)幅毎に各々直径0.005インチ(0.13mm)の40の表１に示した様々な水圧のスプ レーオリフィスを有するスプレーバー幅24インチ(0.6m)を有した。各試料を速度 3.5m/分でそのスプレーバー下を通過させ、続いて各面を一度処理して、減圧排 気し、70℃で１時間乾燥した。その処理試料のDOP透過および圧力降下を測定し 、Ｑ(ＱＦ)を計算した。透過およびＱを表１に示した。 図１のデータから明らかなように、ハイドロチャージ（少なくとも約170kPaの 圧力での）により、このウェブに有用なレベルのエレクトレット向上濾過特性を 発現させた。 （実施例８〜15および比較例C3〜C4） ウェブを実施例１〜７と同様に作製し、アルミニウム基平面に接触して、電流 をコロナ源１cm当たり約0.01mAで保持し、コロナ源を基平面から約４cmに配置し た状態で、速度1.2m/分で正のＤＣコロナ下を２度通すことによりコロナ処理し た。続いて、このウェブ試料に、実施例１〜７と同様に表２に示した様々な圧力 で水噴流を衝突させた。その処理試料のDOP透過および圧力降下を測定し、Ｑを 計算した。透過(Pen)およびＱ(ＱＦ)を表２に示した。 表２のデータから明らかなように、ハイドロチャージ（少なくとも約170kPaの 圧力での）により、このウェブのエレクトレット濾過特性を向上させた。 （実施例16〜21および比較例C5） ウェブを、用いられたポリマーがポリ-4-メチル-1-ペンテン（ミツイケミカル (Mitsui Chemical)社から市販のTPX MX-007）である以外は実施例１〜７と同様 に作製した。そのウェブを実施例８〜15と同様にコロナ処理した。実施例16〜21 では、このウェブ試料を続いて、表３に示した様々な圧力で実施例１〜７と同様 に水滴を衝突させた。その処理試料のDOP透過および圧力降下を測定し、Ｑを計 算した。透過(Pen)およびＱ(ＱＦ)を表３に示した。 表３のデータから明らかなように、ポリ-4-メチル-1-ペンテンウェブの圧力約 69kPa以上でのハイドロチャージにより、優れたエレクトレット向上濾過特性を 有するウェブが作製された。 （実施例22〜24および比較例C6〜C8） 実施例22〜24および比較例C6〜C8では、ステープルファイバー50重量％を含有 するポリプロピレン（エスコレン(ESCORENE)3505G）微小繊維ウェブを、米国特 許第4,118,531号（ハウザー(Hauser)）に開示のように作製した。各ウェブは重 量約50g/m2を有した。実施例22および比較例C6では、ステープルファイバーは17 デニール、長さ5.1cmのシンセティック・インダストリーズ(Synthetic Industrie s)から市販の無添加(natural)のポリプロピレン（17dPP）であり；実施例23およ び比較例C7では、ステープルファイバーは15デニール、長さ3.1cmのポリエステ ル、イーストマン・ケミカル・カンパニー(Eastman Chemical Company)から市販の コーデル(KODEL)K-431（15dPET）であり；実施例24および比較例C8では、ステー プルファイバーは６デニール、長さ5.1cmのポリエステル、イーストマン・ケミカ ルカンパニー(Eastman Chemical Company)から市販のコーデル(KODEL)K-211（6d PET）であった。使用前に、ポリエステルステープルファイバーを、熱水(約140 °F、60℃)中のリキノックス(LIQUINOX)(アルコノックス(Alconox)社から市販) 約２重量％を用いて約５分間撹拌しながら洗浄して表面仕上げを除去し、濯いで 、乾燥した。 各ウェブ試料を実施例８〜15と同様にコロナ処理した。実施例22〜24では、ウ ェブに、実施例１〜７と同様に静水圧690kPaを用いて速度3.5m/分で散水を続い て衝突させた。処理試料のDOP透過および圧力降下を測定し、Ｑを計算した。透 過(Pen)およびＱ(ＱＦ)を表４に示した。 表４のデータから明らかなように、メルトブロー微小繊維およびステープルフ ァイバーの混合物のコロナ処理後のハイドロチャージにより、コロナ処理のみを 行っ たウェブと比較してＱが向上した。最も顕著な向上は、15デニールのポリエステ ルステープルファイバー50重量％を含有するウェブで見られた。 （実施例25〜26および比較例C9） ポリプロピレンウェブを実施例１〜７と同様に作製した。そのウェブは基本重 量54g/m2および厚さ7.5μmを有した。比較例C9では、ウェブ試料を実施例８〜15 と同様にコロナ処理した。実施例25では、試料を、空気圧380〜414kPaおよび周 囲圧力での水を用いる噴霧器（ソニック・デペロープメント(Sonic Development) 社から市販のSCD 052H型、共振器キャップを外して）を用いて、各面を距離約７ 〜12cmでハイドロチャージした。実施例26では、試料を比較例C9と同様にコロナ 処理し、続いて実施例25と同様にハイドロチャージした。処理試料のDOP透過お よび圧力降下を測定し、Ｑを計算した。透過(Pen)およびＱ(ＱＦ)を表５に示し た。 表５のデータから明らかなように、このウェブを噴霧器(実施例25)を用いるハ イドロチャージにより、Ｑはコロナ処理のみほど高くないが（比較例C9）、向上 した濾過特性を提供した。メルトブロー微小繊維およびステープルファイバーの 混合物のコロナ処理後のハイドロチャージにより、コロナ処理のみを行ったウェ ブと比較してＱが向上した。最も顕著な向上は、15デニールのポリエステルステ ープルファイバー50重量％を含有するウェブで見られた。コロナ処理後の噴霧器 を用いたハイドロチャージにより、表５中の実施例で最も高いＱを提供した。 （実施例27および比較例C10） 用いたポリマーがポリプロピレン（フィナ・オイル・アンド・ケミカル(Fina Oil ＆ Chemical)社から市販のFINA 3860X）75％およびポリ(4-メチル-1-ペンテン) （ミツイ・ケミカル(Mitsui Chemical)社から市販のTPXR MX−007）25％のペレッ ト混合物であること以外は、実施例１〜７と同様にウェブを作製した。そのウェ ブは厚さ10mmであり、基本重量55g/m2を有した。有効繊維直径は8.1μmであった 。実施例27では、そのウェブ試料をコロナ処理し、続いて水圧345kＰa(50psi)を 用いて、実施例８〜15と同様に水噴流を衝突させた。比較例Ｃ10では、試料をコ ロナ処理だけ行った。その処理試料のDOP透過および圧力降下を試験し、Ｑを計 算した。透過およびＱ(ＱＦ)を表６に示した。 表６のデータから明らかなように、ハイドロチャージによって、コロナ処理だ け行った比較例C10より、実施例27のウェブの濾過特性を非常に向上した。 （実施例28） ポリプロピレン/ポリ(4-メチル-1-ペンテン)多層微小繊維を、装置に２種の押 出機および３層のフィードブロック（スプリッター・アセンブリ）続いて米国特 許第5,207,970号(ジョセフ(Joseph)等)に開示の層を成す繊維を有する微小繊維 ウェブの作製方法を用いた以外は、実施例１〜７と同様に作製した。第１の押出 機は、フィナ・オイル・アンド・ケミカル(Fina Oil ＆ Chemical)社から市販のメ ルトフロー50のポリプロピレン樹脂の溶融流れを、樹脂を約320℃に加熱するフ ィードブロックアセンブリに送った。第２の押出機は、樹脂を約343℃に加熱し 、 ミツイ・ペトロケミカル・インダストリーズ(Mitsui Petrochemical Industries) 社から市販のTPXRグレードMX-007として市販のポリ(4-メチル-1-ペンテン)の溶 融流れをフィードブロックに送った。そのフィードブロックは２つのポリマー流 れに分離した。そのポリマー溶融流れは、フィードブロックの存在により交互に ３層溶融流れに、外側層がポリ(4-メチル-1-ペンテン)となるように混合された 。ギヤポンプを調節して、ポリプロピレン:ポリ(4-メチル-1-ペンテン)ポリマー 溶融物をポンプ比75：25でフィードブロックアセンブリを送った。ウェブをダイ までの距離28cm(11インチ)のコレクターで収集した。３層微小繊維から得られた ウェブは、有効繊維直径約８μm以下および基本重量55g/m2を有した。そのウェ ブ試料を実施例８〜15と同様にコロナ処理し、続いて水圧345kPaを用いて、実施 例１〜７と同様に水噴流を衝突させた。そのウェブを減圧排気し、70℃で１時間 乾燥した。水噴流の衝突前（コロナ処理のみ）並びにコロナ処理および水噴流の 衝突の両方の後のウェブの圧力降下および透過を測定し、Ｑを計算した。透過お よびＱを表７に示した。 （実施例29） ポリプロピレンおよびポリ(4-メチル-1-ペンテン)溶融流れを比50:50で３層フ ィードブロックに送り、コレクターからダイまでの距離が23cm(９インチ)であっ た以外は実施例28と同様に、基本重量55g/m2を有して、有効繊維直径８μm以下 を有する３層微小繊維から成るウェブを作製した。得られたウェブを実施例28と 同様に、コロナ処理し、続いて水噴流を衝突させ、乾燥した。水噴流の衝突前（ コロナ処理のみ）並びにコロナ処理および水噴流の衝突の両方の後のウェブの圧 力降下および透過を測定し、Ｑを計算した。透過およびＱを表７に示した。 （実施例30） ポリプロピレンおよびポリ(4-メチル-1-ペンテン)溶融流れを比25:75で３層フ ィードブロックに送り、コレクターからダイまでの距離が7.5cm(19インチ)であ った以外は実施例28と同様に、基本重量55g/m2を有して、有効繊維直径８μm以 下を有する３層微小繊維から成るウェブを作製した。得られたウェブを実施例28 と同 様に、コロナ処理し、続いて水噴流を衝突させ、乾燥した。水噴流の衝突前（コ ロナ処理のみ）並びにコロナ処理および水噴流の衝突の両方の後のウェブの圧力 降下および透過を測定し、Ｑを計算した。透過およびＱを表７に示した。 （実施例31） 樹脂を約343℃に加熱する１種だけの押出機を用いた以外は実施例28と同様に 、ポリ(4-メチル-1-ペンテン)のウェブを作製した。押出機はギヤポンプを通っ て直接ダイに連結した。ダイからコレクターの距離は19cm(7.5インチ)であった 。有効繊維直径8.5μmおよび基本重量55g/m2を有する得られたウェブを、実施例 28と同様に、コロナ処理し、続いて水噴流を衝突させ、乾燥した。水噴流の衝突 前（コロナ処理のみ）並びにコロナ処理および水噴流の衝突の両方の後のウェブ の圧力降下および透過を測定し、Ｑを計算した。透過およびＱを表７に示した。 （実施例32） 第２の押出機が、フィナ(FINA)から市販のメルトフロー50のポリプロピレン樹 脂およびポリ(4-メチル-1-ペンテン)樹脂（ミツイ(Mitsui)社製の「TPX」グレー ドMX−007）のペレット混合物の溶融流れをフィードブロックアセンブリに送っ た以外は実施例28と同様に、基本重量55g/m2を有して、有効繊維直径約８μm以 下を有する３層微小繊維から成るウェブを作製した。そのポリマー溶融流れは、 交互に３層溶融流れに、外側層がペレット混合物（ポリプロピレン75重量％：ポ リ(4-メチル-1-ペンテン)25重量％）となるように混合された。ギヤポンプを調 節して、重量比50：50のポリプロピレン:ペレット混合物ポリマー溶融物をフィ ードブロックアセンブリに送った。ダイからのコレクターの距離は19cm(7.5イン チ)であった。得られたウェブを実施例28と同様にコロナ処理し、続いて水噴流 を衝突させ、乾燥した。水噴流の衝突前（コロナ処理のみ）並びにコロナ処理お よび水噴流の衝突の両方の後のウェブの圧力降下および透過を測定し、Ｑを計算 した。透過およびＱを表７に示した。 表７のデータから明らかなように、ポリ(4-メチル-1-ペンテン)から成る外側 層を有する繊維を含有するかまたは、ポリ(4-メチル-1-ペンテン)を含有するウ ェブは、コロナ処理および水噴流の衝突を行った場合に、優れたレベルの向上し た濾過特性を示した。 （実施例33） ポリプロピレンおよびポリ(4-メチル-1-ペンテン)の溶融流れを重量比50：50 で５層フィードブロックに送った以外は実施例28と同様に、基本重量63g/m2を有 して、有効繊維直径約10μm以下を有する５層微小繊維から成るウェブを作製し た。そのポリマー溶融流れは、フィードブロックの存在により交互に５層溶融流 れに、外側層がポリ(4-メチル-1-ペンテン)樹脂となるように混合された。得ら れたウェブを、アルミニウム基平面に接触して、電流を約0.05mA/cmで保持し、 かつコロナ源を基平面から約７cmに配置した状態で、逐次、速度７m/分で６つの 正のＤＣコロナ源下を通すことによりコロナ処理した。続いて、そのコロナ処理 ウェブに、水圧が690kPaである以外は実施例28と同様に水噴流を衝突させた。そ のウェブを減圧排気し、82℃で約45秒間エアードライヤーを通して乾燥した。水 噴流の衝突前（コロナ処理のみ）並びにコロナ処理および水噴流の衝突の両方の 後のウェブの圧力降下および透過を測定し、Ｑを計算した。透過およびＱを表８ に示した。 （実施例34） 樹脂を約340℃に加熱する１種だけの押出機を用いた以外は実施例28と同様に 、基本重量62g/m2を有して、有効繊維直径約10μm以下を有する５層微小繊維か ら成るウェブを作製した。その押出機は、メルトフロー50のポリプロピレン樹脂 50重量％およびポリ(4-メチル-1-ペンテン)樹脂（ミツイ(Mitsui)社製の「TPX」 グレードMX−007）のペレット混合物の溶融流れをフィードブロックに送った。 得られたウェブを実施例33と同様にコロナ処理し、続いて水噴流を衝突させ、乾 燥した。水噴流の衝突前（コロナ処理のみ）並びにコロナ処理および水噴流の衝 突の両方の後のウェブの圧力降下および透過を測定し、Ｑを計算した。透過およ びＱを表８に示した。 （実施例35） 第２の押出機が、ミツイ(Mitsui)社から「TPX」グレードDX820として市販のポ リ(4-メチル-1-ペンテン)の溶融流れをフィードブロックに送った以外は実施例3 3と同様に、基本重量62g/m2を有して、有効繊維直径約10μm以下を有する５層微 小繊維から成るウェブを作製した。そのポリマー溶融流れは、交互に５層溶融流 れに、外側層がペレット混合物（ポリプロピレン75重量％：ポリ(4-メチル-1-ペ ンテン)25重量％）となるように混合された。ギヤポンプを調節して、重量比50 ：50のポリプロピレン:ペレット混合物ポリマー溶融物をフィードブロックアセ ンブリに送った。得られたウェブを実施例33と同様にコロナ処理し、続いて水噴 流を衝突させ、乾燥した。水噴流の衝突前（コロナ処理のみ）並びにコロナ処理 および水噴流の衝突の両方の後のウェブの圧力降下および透過を測定し、Ｑを計 算した。透過およびＱを表８に示した。 （実施例36） 第２の押出機が、メルトフロー50のポリプロピレン樹脂80重量％およびポリ(4 -メチル-1-ペンテン)樹脂（ミツイ(Mitsui)社製の「TPX」グレードMX-007）20重 量％のペレット混合物の溶融流れをフィードブロックアセンブリに送った以外は 実施例28と同様に、基本重量59g/m2を有して、有効繊維直径約10μm以下を有す る５層微小繊維から成るウェブを作製した。そのポリマー溶融流れは、交互に５ 層溶融流れに、外側層がペレット混合物となるように混合された。ギヤポンプを 調節して、重量比50：50のポリプロピレン:ペレット混合物ポリマー溶融物をフ ィードブロックアセンブリに送った。得られたウェブを実施例33と同様にコロナ 処理し、続いて水噴流を衝突させ、乾燥した。水噴流の衝突前（コロナ処理のみ ）並びにコロナ処理および水噴流の衝突の両方の後のウェブの圧力降下および透 過を測定し、Ｑを計算した。透過およびＱを表８に示した。 （実施例37） ポリ(4-メチル-1-ペンテン)樹脂（ミツイ(Mitsui)社製の「TPX」グレードMX− 007）のウェブを、樹脂を約340℃に加熱する１種だけの押出機を用いた以外は実 施例28と同様に５層溶融流れを用いて作製した。押出機はギヤポンプを通って直 接ダイに連結した。得られたウェブを実施例33と同様にコロナ処理し、続いて水 噴流を衝突させ、乾燥した。基本重量は65g/m2であり、有効繊維直径約10μm以 下であった。水噴流の衝突前（コロナ処理のみ）並びにコロナ処理および水噴流 の衝突の両方の後のウェブの圧力降下および透過を測定し、Ｑを計算した。透過 およびＱを表８に示した。 （実施例38a-d、39a-dおよび40a-d） 直径10.16cmおよび厚さ1.3mmの円形フィルター層を、実施例38a-d用として実 施例35、実施例39a-d用として実施例36および実施例40a-d用として実施例37と同 様に作製したウェブ材料から作製した。円形フィルター成分を、表９に示した様 々な層数の米国特許第4,886,058号（ブロストロム(Brostrom)等）に開示の帯電 エレクトレット濾過材から、前部および後部壁材用として集成した。各集成フィ ルター成分は、内径1.91cmを有する単一円形ポリプロピレン通気管を有した。そ のフィルター成分のDOP透過および圧力効果を試験した。その結果を表９に示し た。 （実施例41a-e） 樹脂を約340℃に加熱する１種だけの押出機を用い、かつそれをギヤポンプを 通って直接ダイに連結した以外は実施例33と同様に、メルトフロー50のポリプロ ピレン樹脂のウェブを作製した。得られたウェブは基本重量55g/m2、有効繊維直 径約８μm以下を有した。得られたウェブを実施例33と同様にコロナ処理し、続 いて水噴流を衝突させ、乾燥した。 様々な層数のエレクトレットウェブを含有するフィルター成分を作製し、実施 例38〜40と同様に試験した。その結果を表９に示した。 （比較例C11） 得られたウェブをコロナ処理のみ行った以外は実施例41と同様に、メルトフロ ー50のポリプロピレン樹脂のウェブを作製した。６層エレクトレット濾過材を用 いたフィルター成分を集成し、実施例38〜40と同様に試験した。その結果を表９ に示した。 そのデータは、ポリプロピレン繊維、ポリ(4-メチル-1-ペンテン)とのポリプ ロピレンの多層繊維構造、およびポリ(4-メチル-1-ペンテン)繊維のいずれのコ ロナ処理微小繊維濾過材の水噴流衝突により、コロナ処理のみ行ったポリプロピ レン微小繊維６層構造と比較して、初期および最終ローディングの両方でのDOP 透過が劣ることを示した。従って、水衝突処理微小繊維媒質を用いたフィルター 成分がより少数層の媒質を用いて作製され得るほど、フィルター成分がより多数 層を有するコロナ処理エレクトレット濾過材に匹敵するかまたはそれより優れた 性能レベルを提供する場合にフィルター成分全域での圧力降下は小さくなり得る 。 （実施例42） コレクターからダイまでの距離が40cm(16インチ)であって、樹脂を372℃まで 加熱し、有効繊維直径が14μmであった以外は実施例31と同様に、フィルター試 料を作製した。そのウェブは基本重量40g/m2および厚さ1.2mm(0.049インチ)を有 した。ひだをつけたフィルター成分をそのフィルターウェブおよびからウェブを 80℃で約25分乾燥した圧力降下を測定した。その試料の煙草煙テストおよび濾過 効率を決定した。その結果を表10に示した。 （実施例43） 「TPXTM」グレードMX−007ポリ(4-メチル-1-ペンテン)を用いた以外は実施例4 2と同様に、フィルターを作製した。圧力降下を測定した。その試料の煙草煙テ ストおよび濾過効率を決定した。その結果を表10に示した。 表10のデータは、ポリ(4-メチル-1-ペンテン)から作製し、コロナ処理および 水衝突処理を組合せたフィルターの濾過効率が優れることを示した。 （実施例44aおよび44b） コレクターからダイまでの距離が11インチ(28cm)であって、有効繊維直径が14 μmであった以外は実施例31と同様に、フィルター試料を作製した。そのウェブ は基本重量が40g/m2および厚さ1.2mm(0.049インチ)を有した。ひだをつけたフィ ルター成分をそのフィルターウェブおよびコルバック(ColbackR)（80g/m2、BASF 社から市販）から作製し、それは約１g/m2の接着剤を用いてそのフィルターウェ ブに接着した。フィルター成分は長さ29cm、幅10cmであり、その29cm長さに高さ 28mmのひだを52プリーツ有した。そのウェブの初期効率および圧力降下値を測定 し、そして粒径0.3μm（実施例44a）および１μm（実施例44b）での周囲空気粒 子ローディングテストを行った。その結果を表11に示した。 表11のデータは、ある粒径での連続使用条件下でも粒子捕捉効率が長時間保持 され得ることを示した。 本発明の範囲および意図を逸脱することなく本発明の様々な変形および変更が 当業者に明らかとなるが、本発明は例示のために本明細書中に示されるものに限 定されるべきではない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ)，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｚ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＴ，ＬＵ， ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，Ｐ Ｌ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ジョーンズ、マービン・イー アメリカ合衆国 55133―3427、ミネソタ 州、セント・ポール、ポスト・オフィス・ ボックス33427番（番地の表示なし) (72)発明者 メイヤー、ダニエル・イー アメリカ合衆国 55133―3427、ミネソタ 州、セント・ポール、ポスト・オフィス・ ボックス33427番（番地の表示なし)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １．多量の捕捉電荷を有し得る熱可塑性非導電性微小繊維の不織ウェブ上に、 水の噴流または水滴流を、濾過向上性エレクトレット電荷をウェブに提供するの に十分な圧力で、衝突させる工程および該ウェブを乾燥する工程から成る、エレ クトレット濾過材を提供するための熱可塑性微小繊維の不織ウェブの荷電方法。 ２．該水の噴流がハイドロエンタングル(hydroentangle)装置により提供され る請求項１記載の方法。 ３．該水滴流が噴霧器によって提供される請求項１記載の方法。 ４．該水の噴流または水滴流が圧力約69〜3450kPaで提供される請求項１記載 の方法。 ５．該ウェブに、該水の噴流または該水滴流の衝突の前に、コロナ放電処理を 行う請求項１記載の方法。 ６．該ウェブが更にステープルファイバーを含有する請求項１記載の方法。 ７．該ステープルファイバーが該ウェブの90重量％以下を構成する請求項６記 載の方法。 ８．該ウェブが基本重量約５〜500g/m2を有する請求項１記載の方法。 ９．該ウェブが厚さ約0.25〜20mmを有する請求項１記載の方法。 10．該微小繊維が有効繊維直径約３〜30μmを有する請求項１記載の方法。 11．該微小繊維がポリプロピレン、ポリ(4-メチル-1-ペンテン)またはそれら の混合物である請求項１記載の方法。 12．該微小繊維がポリプロピレンおよびポリ(4-メチル-1-ペンテン)を含有す る請求項１記載の方法。 13．ポリプロピレンおよびポリ(4-メチル-1-ペンテン)が該微小繊維中で層を 成す請求項12記載の方法。 14．捕捉電荷を有する熱可塑性非導電性微小繊維の不織ウェブを含有するエレ クトレット濾過材であって、該電荷が(1)水の噴流または水滴流を、濾過向上性 エレクトレット電荷をウェブに提供するのに十分な圧力で、そのウェブ上に衝突 させる工程および(2)上記ウェブを乾燥する工程によって提供されるエレクトレ ット濾過材。 15．捕捉電荷を有する熱可塑性非導電性微小繊維の不織ウェブを含有するマス ク着用者の鼻および口を覆うのに用いられる弾性カップ型濾過フェースマスクで あって、該電荷が(1)水の噴流または水滴流を、濾過向上性エレクトレット電荷 をウェブに提供するのに十分な圧力で、そのウェブ上に衝突させる工程および(2 )上記ウェブを乾燥する工程によって提供される弾性カップ型濾過フェースマス ク。 16．少なくとも１つの吸入口、吸入バルブ、および吸入フィルターおよび少な くとも１つの呼息口および呼息バルブから成るフェースピース；上記フェースピ ースにより保持されたフェースシール；および上記フェースピースを着用者頭部 に保持するためのハーネス；を含む呼吸マスクアセンブリであって、該吸入フィ ルターが捕捉電荷を有する熱可塑性非導電性微小繊維の不織ウェブを含有し、該 電荷が(1)水の噴流または水滴流を、濾過向上性エレクトレット電荷をウェブに 提供するのに十分な圧力で、そのウェブ上に衝突させる工程および(2)上記ウェ ブを乾燥する工程によって提供される呼吸マスクアセンブリ。
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