JPS5910319A - 高性能エアーフィルター用濾材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 可燃性の極細繊維積層体よりなる沖過特性のすぐれた高
性能エアーフィルター用戸材ならびにその製造方法に関
する。

従来、原子力発電所や原子力研究所等の放射性物質を取
り扱う部場において、室内の放射性塵埃を含む空気な濾
過浄化して室外に放出するに際し使用される高性能エア
ーフィルターや・病院・精密機器組立て工場、半導体産
業等において、外部の空気を濾過清浄化してクリーンル
ーム内に取り入れるための高性能エアーフィルターは、
０３ミクロン以下の極微細塵埃を高効率で捕集すること
が必要である。

現在使用されている高性能エアーフィルター用汚材は微
細なガラス繊維を抄造した積層体でありガラス繊維以外
の繊維よりなる高性能エアーフィルター用汚材は皆無で
あった。

しかし、このガラス繊維の抄造タイプ汚材は、ダスト捕
集量の向上をはかることが難かしく、その上、強力が小
さいため取扱い中、使用中に破壊しやすく、また、不燃
性であるため焼却廃棄ができず使用済フィルターの廃棄
が問題となっている。

特に放射性塵埃を含む使用済フィルターは廃棄できない
ために保管されているのが現状であり、保管場所の確保
も問題となってきている。

そのため、取扱い中あるいは使用中にも破壊せず大きな
ダスト捕集量を有した長寿命、かつ、焼却可能な可燃性
高性能エアーフィルター用汚材の開発が切望されている
。

ところで現行の高性能エアーフィルターは）通気抵抗が
５０１１０ＩＩ■４２０以下と云う極めて抵抗の少ない
状態で、０．３ミクロンの極微細粒子を９９．９７％以
上捕集しなければならないため、これまでは極細ガラス
繊維の抄造タイプでしかこれを達成し得なかったもので
ある。

本発明者らは、可燃性繊維によりががる性能、特性を有
する高性能エアーフィルター用汚材を開発すべく鋭意研
究を重ねた結果、可燃性合成繊維の特定繊維直径の範囲
であって、がっ、特定の構造においてのみ、現行の高性
能エアーフィルターの要求性能を満足し、さらに、長寿
命、高強力であって、焼却可能な高性能エアーフィルタ
ー用汚材の開発に成功したのである。

本発明は、単繊維直径が０．１〜１．５ミクロンの極細
可燃性合成繊維を主体とするウェブの単独もしくは複数
枚が重なり合って一体化された繊維積層物よりなる汚材
において、該汚材の繊維充填率が３〜２０％、炉材の単
位面積当りの構成繊維の実測表面積ＳＢと理論表面積Ｓ
Ａの比が１〉も≧０７、Ａ 汚材の厚み方向の単繊維積層本数が４０〜１０００本で
あり、かつ、該汚材の少なくとも片面は、平均直径が０
．０５〜２　ｍｎ　％平均深さが００５〜Ｑ、５１１１
１１の不均一形状の微小凹凸で全面が覆われていること
を特徴とする汚材、ならびに、単繊維直径が０．１〜１
５ミクロンの極細可燃性合成繊維を主体とするウェブの
単独もしくは複数枚を重ねて熱処理を施こすか、あるい
は熱処理を施こさない繊維積層体を移動させつつ、その
片面もしくは両面に、該繊維積層体に対して平行に円運
動もしくは往復運動している直径０１〜０．５　ｍのノ
ズル群がら高圧水を噴射処理するに際して、該繊維積層
体とノズル群との間に網状体を介在せしめて高圧水を微
分散化して処理して、次いで、乾燥もしくは熱処理を施
こすこと友特徴とする汚材の製造方法である。

本発明においてウェブとは、短繊維のｂ造による不織布
１熔融紡糸した繊維を積層した長繊維不織布、カーディ
ングニードルノインチング等により形成されたウェブ等
を云うが、特に、メルトブロ一方式によるウェブが好ま
しい。これは）本発明の目的に合った極細長繊維を得や
すいばかりか、目付り厚み等が均一で、かつ、ピンホー
ルの発生しにくいウェブを得やすいためである。また、
ポリアミド系成分とポリエステル系成分の如き２成分よ
りなる海鳥繊維の一方を溶解除去して得た極細繊維より
なるウェブ、あるいは、剥離型複合紡糸法により得られ
る極細繊維よりなるウェブであってもよい。

かかるウェブを構成する繊維は単繊維直径がｏ、１〜１
５ミクロン、好ましくは、０２〜ｌ、　０ミクロンの範
囲による極細可燃性合成繊維が主体となっていることが
必要である。ここで本発明において可燃性合成繊維とし
て（ま、易燃焼性及び難燃性の合成繊維を云い、特に燃
焼させやすいものだけですく高温を付与すれば燃焼させ
得るようなものであってもよい。逆に燃焼しやすいもの
を用いる場合には難燃剤加工を施こしておくことが好ま
しい。

これは使用中における火災対策として有効であり、この
加工が本発明ｐ材の性能を阻害するものではない。特に
この主体となる可燃性合成繊維としては、ポリエステル
系繊維、ポリアミド系繊維、ポリオレフィン系繊維・ポ
リアミド系繊維等の熱可塑性合成繊維が好ましく、その
内でもボＩＪ　エステル系合成繊維が寸法安定性面より
最も好ましい。

この主体となるべき可燃性合成繊維の単繊維直径が０１
ミクロン未満であると繊維同志の密着が大きいために、
これにより構成された炉材となすべき繊維積層物の密度
が大きくなり過ぎ、要求される極微細粒子の捕集は確実
となるが、初期通気抵抗が増大するため好ましくない。

逆に、単繊維直径が１５ミクロンを超えると、これより
なる繊維積層物の密度が小さくなりすぎ、極微細粒子を
高効率で捕集することが困難となる。本発明において、
主体となすべき可燃性合成繊維の特に好ましい単繊直径
は０．２〜１．０ミクロンの１ｉ［のものである。

かかる単繊維直径が０１〜１５ミクロンの極細可燃性合
成繊維を主体とするウェブは一枚もしくは二枚以上が積
層され一体化して繊維積層物を形成している。

上記可燃性合成繊維を主体とした繊維積層物において、
構成繊維の全てを単繊維直径が０．１〜１．５ミクロン
の同種の可燃性合成繊維としてもよいが、異種の繊維を
混ぜてもよく、特に、主体トナル可燃性合成繊維の最大
単繊維直径の２〜１０倍の単繊維直径を有する同種もし
くは、異種の繊維が３０％以下、好ましくは、２０％以
下混合されていることが好ましい。この太い繊維は炉材
の補強的役割を果すと共に、極めて細い単繊維同志が相
互に密着するのを防ぎ、通気抵抗の急激な上昇を阻止す
る上で有益である。

本発明において重要なことは、かかる繊維積層物が次の
項目を満足していることである。

まず第１に、’Ｘ１００（ただし、ρは繊維のρ 真の密度、ρ′は繊維積層物の見掛密度である。）で表
わされる繊維充填率が３〜２０％の範囲にあることであ
る。繊維充填率が３％未満であると極微細塵埃の捕集が
確実には行ない得す、本発明の高性能エアーフィルター
用戸材とはなり得ない。

また、繊維充填率が２０％以上となると初期通気抵抗が
大きくなり、短時間に目詰りを起してｐ材寿命が短かく
なり実用に供せないものとなるので好ましくない。本発
明において最も好ましい繊維充填率は５〜１５％のもの
である。

第２に、炉材の単位面積当りの構成繊維の実測囲にある
ことである。ここで実測表面積とはＮ２ガスの吸着量よ
り算出する方式の比表面積測定装置により測定した値で
あり、また、理論表面積とは単位面積の重量と構成繊維
の直径、デニールより算出した計算上の総表面である。

この表面積比は繊維積層物を構成する繊維の集束程度、
密着程度を表わすものであり、この値が０７以上、好ま
しくは０．８以上である必要がある。表面積比が０．７
未満の場合、繊維積層物を構成する繊維が相互に密着し
てより太い繊維が多数形成されているために微細塵埃の
捕集効率が著しく低下するので好ましくない。特に単繊
維直径が０．５ミクロン以下の極細繊維は凝集力が強い
ために相互に密着した集束状繊維となる可能性が強い。

そのため、本発明では）極細繊維の密着した集束状繊維
を分散化し単繊維状もしくはそ１１に近い状態にするこ
とにより表面積比を０．７以上にする。例えば、メルト
ブロ一方式により製造した極細繊維ウェブに高圧水を噴
射処理して得られる。また、この処理によって繊維同志
のからみがよくなる。

第３に、戸材厚み方向の単繊維積層本数が４０〜１００
０本の範囲にあることである。本数が４０本未満である
ときは、戸材の密度が小さくなり過ぎて微細塵埃を高効
率で捕集することが困難となる。また、本数が１０００
本以上となると、ｐ材の密度が大きくなり過ぎて初期通
気抵抗が増大するため好ましくない。なお、ここで云う
繊維積層１００×単ｍ雑直住（ミクロン） きる数を云う。

さらに、本発明の炉材は少なくともその片面が、平均直
径０．０５〜２１１ｍ＼平均深さ００５〜０．５　ｍの
不均一形状の微小凹凸で全面が覆われている。

ここで云う凹凸は、その断面が真円とはかぎらず、異形
断面の凹凸も多゛く含まれており、また、深さも多段と
なっているために、一つの凹凸の平均直径とは、最大長
径と最小長径との算術平均で表わされるものを云う。こ
の平均直径は００５〜２ｍ好ましくは０．１〜１ｍであ
る。本発明では平均直径がこの範囲からはずれても直ち
に本発明炉材の効果、即わち、炉材表面積の著しい増大
をはかり、ダスト捕集能力を増して、炉材寿命を長くす
る効果を減するものではない。また、全ての凹凸がこの
範囲にある必要はなく、数％以下の範囲で０．０５〜２
ｍ以外の凹凸が含まれていてもよい。

しかし、平均直径が２ｍ以上のものが極めて多くなると
、炉材表面積の著しい減少をきたし本発明の目的を達成
しえないので好ましくない。また、平均直径が０，０５
■以上のものが極めて多くなった場合にも同様の理由に
より好ましくない。

また）凹凸の平均深さとは）最大深さと最小深さの算術
平均で表わされるものを云う。この平均深さは０．０５
〜０．５　Ｉ１１好ましくは０．１〜０．３　ｍである
。平均深さが０．５−以上になるとピンボール的な四部
が形成されるため捕集効率が低下するので好ましくない
。平均深さが０．０５ｍ以下であると、炉材表面積の増
大がはかれず、本発明目的を達成し得ないので好ましく
ない。

なお、本発明において、微小凹凸の平均直径、平均深さ
の測定は、炉材表面をカーボン紙で軽くこすって、凸部
先端を着色し、倍率１０倍の実体顕微鏡により線絡して
行なった。

かかる構造、表面形状を有する本発明炉材の製造方法は
、単繊維直径が０．１〜１．５ミクロンの極細可燃性合
成繊維を主体とするウェブの単独もしくは複数枚を重ね
て熱処理を施こすか、あるいは熱処理を施こさない繊維
積層体を移動させつつ、その片面もしくは両面に、該繊
維積層１対して平行に円運動もしくは往復運動している
直ｌ　Ｏ，１〜０５■のノズル群から高圧水を噴射処理
するに際して、該繊維積層体とノズル群との間に網状体
を介在せしめて高圧水を微分散化して処理して、次いで
、乾燥もしくは熱処理を施こすものである。

本発明において繊維積層物は、あらかじめ熱処理を施こ
しても施こさなくてもよい。熱処理しない場合には最終
工程で熱処理を施こせばよく、また１熱処理を施こす場
合には最終工程では乾燥を行なえばよい。ここで熱処理
は形態安定性等を目的として行なうものであり、１２０
℃以上であって繊維の融点以下の温度で行なうのが好ま
しい。

かかる繊維積層体は移動する金網上に乗せて搬送させつ
つ、バキュームゾーンでその表面に高圧水を噴射処理し
て繊維同志のからみを与える。この高圧水の噴射処理は
、直径が０１〜０．５　ｗｍ　ｓ、好ましくは、０．１
〜０．３　ｔｒｒｍ直径のノズルを多数配列したノズル
群から水圧２〜３０　ｋｇ／ｃｍ２（ゲージ圧）の高圧
水で行なう。ノズル直径が０１１１ＩＩ＋以下であると
高圧水であっても繊維積層体に噴射する水の力が弱く繊
維同志のからみが充分に行なえない。

そのため繊維充填率が本発明炉材の範囲に入らす１その
上、集束繊維の分散が不充分となり繊維表面積比も０．
７以上にはなしえない。

また、ノズル直径が０．５　ｗａ以上になると水の力が
強すぎて繊維積層体にピンホールを発生するおそれがあ
り、本発明の目的である高性能炉材とはなりえない。

繊維積層物に噴射処理する水圧が２　ｋｇ／ｃｍ”以下
の場合、水の力か弱すぎて繊維同志のからみが充分に行
なえず、繊維充填率）繊維表面積比が本発明の範囲に入
らない。また、水圧が３０　ｋｇ／ｃｍ２以上の場合、
水の力が強すぎて繊維積層体にピンホールが発生するお
それがあり、高性能炉材となりえない場合があるので好
ましくない。

繊Ｓ積層体に高水圧を噴射処理するノズル群は移動して
いる繊維積層体に対して平行に円運動もしくは往復運動
している。この時の回転速度もしくは振巾速度は、通常
、１００〜３００回／分が好ましいが、これは繊維積層
体の移動速度との関係で適時選定すれ（ずよい。また、
円運動の直径往復運動の振巾は、ノズルの左右前後の配
列間隔より大きいことが望ましく、ノズル配列間隔が３
〜１０叫の場合、円運動の直径、あるいは、往復運動の
振巾は５〜１２＋ｍｎが好ましい。

本発明炉材の製造方法において、最も重要なことは、繊
維積層体に高圧水を噴射処理するに際して、該繊維積層
体とノズル群との間に網状体を介在させておき、高圧水
を微分散化してから繊維積層体表面に噴射するのである
。この網状体はノズル群から分離し固定しておく。これ
により円運動もしくは往復運動するノズルから噴射され
る高圧水は網状体の構成金属線に衝突し微分散化するの
である。この網状体として、金網、合成樹脂網、合成繊
維モノフィラ網などがあるが、これらの内でも最も好ま
しいものは高圧水によっても変形しに＜＜、ヤング率と
寸法安定性等を有す直径０．１〜１ｍの金属線よりなる
５０〜２００メツンユの金網である。

網状体の位置は繊維積層物の表面から１〜３ｍ上方であ
って、ノズル群より１〜５　ｃｍ　下方が好まし！ハ。

繊維積層体への微分散化した高圧水の噴射処理は、片面
もしくは両面に少なくとも１回以上行なうことが望まし
い。

なお、本発明において、かかる網状体により微分散化し
た高圧水を噴射処理する前に、繊維積層体の片面もしく
は両面に、それぞれ１回以上の高圧水処理、即わちノズ
ル群から噴射された微分散していない高圧水を直接繊維
積層体に噴射しておくことは、繊維積層体の集束繊維の
分散化をはかり、繊維同志のからみをよくして、次の微
分散高圧水の作用を助ける上で極め好ましいことである
。

この場合にもノズル群は円運動もしくは往復運動を行な
ｔｐ％しめて、繊維積層物への高圧水の噴射面積を増大
させておく。また、この時の高圧水の圧力は５〜３０　
ｋｇ／ｃｍ２が好ましい。

かくしてなる本発明１材は、繊維充填率が小さく、構成
繊維は分散されているため、通気抵抗の極めて小さい状
態で微細塵埃をほぼ完全に捕集することができる。更に
その表面は第１図並びに第２図に示すごとく微小凹凸に
よって全面が覆われているため、を過に有効な表面が増
大して、ダスト捕集量の増大と寿命の著しい向上がはか
れる。

さらに本発明沢材は極細可燃性合成繊維を主体としてい
るため、強力は大であり、取扱い中側用中において破損
することはなく、まだ使用済ｐ材は焼却廃棄できるので
あり、従来から使用されているガラス繊維製高性能エア
ーフィルターの欠点、問題点を全て解決した画期的な高
性能エアーフィルターとなし得るのである。

次に実施例を挙げて本発明を説明する。

実施例１ メルトプロー法により製造した単繊維直径が０．０８ミ
クロン、０１ミクロン、１ミクロン１１，５ミクロン、
２ミクロンを主体とするポリエステル繊維ウェブ（目付
ａ　ｏ　ｆ／ｍ２）を１枚〜５枚積層し、１３０℃定巾
でピンテンター処理を施こした。

これを１ｍ／ｍｉｎの速度で移動している５０メツシユ
の金網上に乗せて、移動させつつ、バキュームゾーンで
その上方４０鶴の位置にあるノズル群からゲージ圧２〜
３０　ｋｇ／ａｎ２の高圧水を噴射処理した。この時、
繊維積層物とノズル群の中間に直径隔で千鳥状に６列配
置し、直径８１ｍで、２５０回４０円運動をしている。

積層物への高圧水の噴射処理は表裏各２回行ない、次い
で１００℃で乾燥した。得られたＦ材の０．３ミクロン
粒径のステアリン酸粒子の捕集効率および通気抵抗を測
定し姫。

その結果を次表に示した。

なお、実験屋の前に記載した○×の記号で○は本発明ｐ
材、×は杢発明外の涙材を示す。また、外観欄の微小凹
凸とは平均直径００５〜２鵡、深さ０．０５〜０．５鴫
の凹凸を云う。

本実施例の実験應６０涙材と現行ガラス繊維製涙材との
物性比較を行なった結果を次に示した。

また、実験應６のＦ材の表面写真會命幸士キ曹→を第２
図に示した。

実験＆　６　ｔＰ材現行ガラス沖戸 材張強力（ｋｆ／１ｎ）　　　３．２５Ｘ２．５５１．
１０Ｘ０．８５破断伸度　（％）　　　　３０Ｘ、４２
３Ｘ６耐水圧（強力保持率％）　　１００Ｘ１００　４
０Ｘ４０耐熱性（強力保持率％）　　１００Ｘ１００　
１００Ｘ１００折目強力（強力保持率％）　　１３０Ｘ
１２０　　６９Ｘ７５破裂強さく　ｋｙ／ｃｍ２）　　
　　２，８１　　　０．３　ａ焼却残渣　（％）　　　
　　０．０７　　　９５．１５０簡Ｈ２０までの到達時
間＠　　４１０　　　　２００（注） 耐水　圧：　水中６０分浸漬後の強力保持重態　熱性；
１２０°Ｃ６０分処理後の強力保持率実施例カニ　ロー
ルプレス（３Ｋ９１０ｎｂ２）後の強力保持率実施例２ 単ｍ維直径が０．５ミクロンのポリエステル繊維よりな
り、ウェブ目（’Ｊ’＃（３０ｒ／ｍ２＋　６０ｒ／ｍ
２＋１００　’／ｍ”　＋　１５０　’／ｍ”　＋　２
０　”　／ｍ２Ｃ’）　５種ノウニブな、メルトブロー
法により製造した。得られたウェブは目付が大きくなる
に従がって肉眼で観察し得る太いロープ状の集束状繊維
が多数混在し、表層部にムラの多いものとなった。これ
らのウェブをそれぞれ単独で実施ｆｉ１１と同じ方法で
処理して涙材を得た。ただし、高圧水の噴射処理は、第
１回目をゲージ圧５　ｋｙ／ｃｍ２の直接水（金網をつ
けない状態）でウェブの表裏各１回処理し、次いで、第
２回目をゲージ圧５ｋｆ／ｃｒｎ２の分散水（金網をつ
けた状態）でウェブの表裏各１回処理した。得られたＦ
材は表面に微小凹凸が多数形成されていた。

これら炉材の性能を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明沢材の概略断面図であり、図中１は沢材
表面の微小凹凸を示す。 第２図は本発明沢拐の表面の構造を示す顕微鏡写真であ
る。 出願人　旭化成工業株式会社 代理人　豊　　１）　善　　雄 千１図 帛２図 Ｉｙ＋気

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （り単繊維直径が０．１〜１．５ミクロンの極細可燃性
   合成繊維を主体とするウェブの単独もしくけ複数枚が重
   なり合って一体イピされた繊維積層物よりなる炉材にお
   いて、該炉材の繊維充填率が３〜２０％）炉材の単位面
   積当りの構成繊維の実測表面積・　　　５Ｂ ＳＢと理論表面積ＳＡＯ比か１〉５≧０７、炉材の厚み
   方向の単繊維積層本数が４０〜１０００本であり、かつ
   、該炉材の少なくとも片面は、平均直径が０．０５〜２
   ｍ、平均深さが０．０５〜０．５ｍの不均一形状の微小
   凹凸で全面が覆われていることを特徴とする炉材。 （２）単繊維直径が０１〜１５ミクロンの極細可燃性合
   成繊維を主体とするウェブは、メルトプロー法により得
   られるポリエステル長繊維ウェブである特許請求の範囲
   第１項記載の炉材。 （３）単繊維直径が０．１〜１．５ミクロンの極細可燃
   性合成繊維を主体とする。ウェブの単独もしくは複数枚
   を重ねて熱処理を施こすか、あるいは、熱処理を施こさ
   ない繊維積層体を移動させつつ、その片面もしくは両面
   に、該繊維積層体に対して平行に円運動もしくは往復運
   動している直径ｏ、　１〜０、５　ｍのノズル群から高
   圧水な噴射処理するに際して、該繊維積層体とノズル群
   との間に網状体を介在せしめて高圧水を微分散化して処
   理し、次いで乾燥もしくは熱処理を施こすことを特徴と
   する炉材の製造方法。 （４）単繊維直径が０．１〜１．５ミクロンの極細可燃
   性合成繊維を主体とするウェブは）メルトブロー法によ
   り得られるポリエステル長繊維ウェブである特許請求の
   範囲第３項に記載の炉材の製造方法。