無福馬林纖維過濾器的製作方法

2023-10-05 07:22:19

專利名稱：無福馬林纖維過濾器的製作方法
技術領域：
本發明涉及在i殳置於爐灶、烹調場所、廚房等的抽油煙機(range hood)或換氣扇上配置的纖維過濾器，更詳細地講，涉及適當地設計
過濾器的纖維單位面積重量及纖維直徑、並且實施了有害化學物質福 爾馬林對策的無福馬林纖維過濾器。
背景技術：
利用風扇進行排氣驅動的抽油煙機或換氣扇配置在西餐館或食堂 的廚房、家庭的廚房上方。烹調用的油脂、魚或肉的油分蒸發時，會 在抽油煙機或換氣扇的表面附著大量的油分或塵埃，需要進行其清除
操作。因此在抽油煙機或換氣扇的適宜部位裝上纖維狀過濾器，利用 過濾器收集排氣中的油分和塵埃，謀求前述清除操作的簡單化。這種 纖維過濾器作為暢銷商品銷售，也作為與安裝支架一體化構成的出租 商品廣泛地實用化。
前述纖維過濾器，由將長纖維或短纖維利用粘合劑相互粘結的無 紡布裁切成設定形狀的纖維過濾器構成。纖維過濾器主要收集油分， 故為了防止高溫的油分產生的變質、燃燒，往往由玻璃纖維形成，還 有時由其他的無機纖維或有機纖維形成。此外，為了防止所收集的油 劑燃燒，也在開發使表面栽附阻燃劑的技術。
雖然在開發各種的纖維過濾器，但目前還有種種的課題。第一是 不僅要適當維持作為纖維過濾器工作特性極重要的物性量的風扇運轉 時油蒸汽的收集率C和纖維過濾器前後的壓力損失AP，而且要設計 作為纖維過濾器結構特性的纖維單位面積重量M及其纖維直徑D。第 二，由於纖維過濾器在家庭或工作環境等中使用，故由纖維過濾器中 含有的前述粘合劑或前述阻燃劑等過濾器功能物質材料生成的福爾馬
林成分被視為以對人體黏膜的刺激性為中心的急性毒性、蒸汽化時的 呼吸器系、眼、咽喉等的炎症、接觸造成的皮膚炎症、揮發到空氣中 時的所謂室內空氣汙染綜合症、部分國際機構指出的致癌等的原因物 質，在衛生環境上解決福馬林問題的必要性便成為課題。
有關纖維過濾器的工作特性和結構特性的第一課題，作為以往典
型例的纖維過濾器，列舉出特許第2981533號(專利文獻l)和特開 2002-1 36814 (專利文獻2),以下對專利內容與課題進行說明。前述專 利文獻1公開了將平均纖維直徑0. 5-6. O)im、松密度0. 05-0. 50g/cm2 的極細無紡布(中間層)和在該極細無紡布的一面或兩面上的平均纖維 直徑10-60^im、松密度0. 05-0. 50g/cm2的纖維片(表面層)層合，成型 為高度3-100mra凹凸形狀的成型過濾器。該成型過濾器具有2層結構 或3層結構，表面層起保持過濾器整體形狀作用，通過表面層及中間 層起高效率地收集油分的作用。
前述專利文獻2公開了使2層的表面層間存在中間層的層合結構 的濾芯，示出了含纖維重量與粘合劑等栽附物質重量的單位面積重量 是150g/W以下，設定前述中間層的密度比前述表面層的密度小的濾 芯。更詳細地講，具有各表面層密度0. 01-0. lg/cm3、厚度O. l-3mm、 相對於濾芯總重量的重量比例20-40重量％、相對於纖維的粘合劑附著 率25-45重量°/。的特徵。此外，中間層具有密度0. 001-0. 01g/cm3、厚 度5-50mm、相對於濾芯的總重量的重量比例20-60重量％、相對於纖 維的粘合劑附著率20-40重量％的特徵。該濾芯具有3層結構，具有硬 性的表面層起保持過濾器整體形狀的作用，硬性的表面層及軟性的中 間層這兩者起高效率收集油分的作用的特徵。特許第2981533號公報中記栽了 濾芯整體的單位面積重量在150g/m2以上時壓力損失增大而不優選， 尤其是公開了玻璃纖維的場合，單位面積重量在150g/m2以下時確實 可以把壓力損失保持在10Pa以下。的確記載了總單位面積重量的臨界 值150g/V和壓力損失的臨界值10Pa，但完全沒有記栽總單位面積重
量與壓力損失的相關關係。而且也沒暗示總單位面積重量與纖維直徑 (平均纖維直徑)的關係。
由以上看出，兩個文獻完全沒有記栽如何設計作為纖維過濾器結 構特性的單位面積重量和纖維直徑的思想。而且，作為纖維過濾器的 工作特性，儘管收集率和壓力損失是極重要的物性量，但至於如何將
有。在工作特:與結構特性的相關關係不明的狀態下，等於不存在纖 維過濾器的設計方針。這種設計方針的不存在狀態不限於前述2個文 獻，而反映了纖維過濾器相關文獻具有的現狀。只要不查明前述相關 關係，則根本不可能解決纖維過濾器的合理設計。另外，前述專利文 獻2的單位面積重量是含纖維單位面積重量(纖維重量)與粘合劑等栽 附物質重量的總單位面積重量，在纖維單位面積重量與粘合劑重量的 關係不明的狀態下，只利用總單位面積重量的主張在原理上只能說不 充分。
對於第二的福馬林的課題，以往由於粘合劑中使用尿素系樹脂 或三聚氰胺樹脂，故換氣罩或換氣扇等的過濾器在高溫使用環境下產 生作為有害化學物質的福馬林成分。
另外，在前述阻燃劑或為了防止纖維脫落而栽附在過濾器表面上
的表面固化劑中，為了避免與尿素系樹脂或三聚氰胺樹脂的反應性， 使用用福馬林使其羥甲基化的羥甲基化磷酸胍。這種羥甲基化磷酸 胍，例如，具有抑制粘合劑中使用的尿素系樹脂水解的促進的效果。 這種效果通過使用甲醛使磷酸胍羥甲基化，化合物大致變成中性，例 如在阻燃劑中使用時，具有提高熱穩定性，即使在高溫狀態下也防止 化合物分解變成酸性的效果。因此使過濾器纖維上附著羥甲基化磷酸 胍時，利用磷酸抑制可燃性氣體的產生以及利用氮、磷酸的協同效果 產生的碳化促進作用因此難著火，發揮對油脂等的阻燃效果。然而， 由於這種羥曱基化，產生了在高溫環境下由羥曱基化磷酸胍大量產生 福馬林成分的問題。
因此，本發明的目的是根據作為工作特性的收集率和壓力損失相 對於作為結構特性的纖維單位面積重量和纖維直徑所求得的相關關 系，最佳設計過濾器的纖維單位面積重量和纖維直徑，提供具有實施 了福馬林對策的過濾器功能的無福馬林纖維過濾器。
本發明是為了完成上述課題而進行的研究，本發明的第l方案涉 及無福馬林纖維過濾器，其為安裝在抽油煙機或換氣扇上的纖維過
濾器，根據由風扇運轉時的油蒸汽的收集率c和纖維過濾器前後的壓
力損失AP構成的纖維過濾器的工作特性因子與由只由纖維材料量求 出的纖維單位面積重量M及其纖維直徑D構成的過濾器結構特性因子 的相關關係，設定前述纖維單位面積重量M及前述纖維直徑D以滿足 設定的收集率C及壓力損失AP,使過濾器纖維上載附過濾器功能物質， 前述過濾器功能物質不生成福馬林成分。
再者，本發明中所謂油蒸汽的收集率c(y。)意味著使油蒸汽在過濾
器中通過時，過濾器收集的油蒸汽質量相對於流通油蒸汽質量的百分 率。所謂壓力損失AP(Pa)意味著風扇驅動時產生的過濾器前後的壓力 差。另外，所謂纖維單位面積重量M(g/m2)意味著只是形成過濾器的纖 維部分的單位面積重量(平面密度)，不包含粘合劑、阻燃劑等栽附物 質質量。此外，所謂纖維直徑D(pm)意味著平均纖維直徑，纖維直徑 不同的多種纖維混在的場合，相當於其平均纖維直徑。另外，本發明
中使用的纖維可任意地選自玻璃纖維、陶瓷纖維、複合纖維、天然纖 維、合成纖維、有機纖維、無機纖維等，作為纖維過濾器特別適合使
用耐熱性纖維。
本發明的第2方案涉及第1方案的無福馬林纖維過濾器，其中， 前述過濾器功能物質是使過濾器纖維間結合的粘合劑。
本發明的第3方案涉及第2方案的無福馬林纖維過濾器，其中， 前述粘合劑是聚羧酸鹽、採用交聯反應而不生成甲醛的熱固性水性組 合物、或聚氨酯樹脂。
本發明的第4方案涉及第1方案的無福馬林纖維過濾器，其中， 前述過濾器功能物質是阻燃劑。
本發明的第5方案涉及第4方案的無福馬林纖維過濾器，其中， 前述阻燃劑是磷酸胍或多磷酸鹽。
本發明的第6方案涉及第1方案的無福馬林纖維過濾器，其中， 前述過濾器功能物質是栽附在過濾器表面上的表面固化劑。
本發明的第7方案涉及第6方案的無福馬林纖維過濾器，其中， 前述表面固化劑是聚羧酸鹽、採用交聯反應而不生成甲醛的熱固性水 性組合物、或聚氨酯樹脂。
本發明的第8方案涉及第3或第7方案的無福馬林纖維過濾器， 其中，前述熱固性水性組合物是含有將烯鍵式不飽和單羧酸、烯鍵式 不飽和二羧酸或它們的混合物與具有磷酸基的不飽和單體進行自由基 聚合而得到的聚合物以及具有羥基的化合物的化學組合物。
本發明的第9方案涉及第1~第8方案的任一個的無福馬林纖 維過濾器，其中，由根據前述相關關係確定的上限值和下限值設定前 述纖維單位面積重量M及前述纖維直徑D。
本發明的第IO方案涉及第9方案的無福馬林纖維過濾器，其中， 前述收集率C及前述壓力損失AP在過濾器設計範圍內近似地用前述 纖維單位面積重量M或前述纖維直徑D的一次函數表達，由該1次函 數的相關關係導出前述上限值與前述下限值。
本發明的第ll方案涉及第9方案的無福馬林纖維過濾器，其中，
前述收集率C及前述壓力損失AP在過濾器設計範圍內近似地用M/D 的1次函數表達，由該1次函數的相關關係導出前述上限值和前述下限值。
根據本發明的第l方案，根據由風扇運轉時油蒸汽的收集率C和 纖維過濾器前後的壓力損失AP構成的纖維過濾器的工作特性因子與 由只由纖維材料量求出的纖維單位面積重量M及其纖維直徑D構成的 過濾器結構特性因子的相關關係，設定前述纖維單位面積重量M及前 述纖維直徑D以滿足設定的收集率C及壓力損失AP，使過濾器纖維上 栽附過濾器功能物質，由於前述過濾器功能物質不生成福馬林成分， 故利用最佳設計的過濾器的纖維單位面積重量和纖維直徑可實現過濾 器工作特性及結構特性的高品質化，而且可實現具有實施了福馬林 對策的過濾器功能的無福馬林纖維過濾器。
根據本發明的第2方案，通過使用不生成福馬林成分的粘合劑， 可提供實現了過濾器纖維結合保持功能的無福馬林化的無福馬林 纖維過濾器。
作為本發明中不生成福馬林成分的粘合劑，可以使用加熱或升 溫時不生成福馬林成分的丙烯酸系、環氧系、氨基甲酸酯系、或酚 系粘接材料，纖維過濾器特別優選耐熱性粘接材料，但除了有機系粘 接材料外也可以使用無機系耐熱粘接劑。
根據本發明的第3方案，由於前述粘合劑是聚羧酸鹽、採用交聯 反應而不生成甲醛的熱固性水性組合物、或聚氨酯樹脂，故可提供實 現了過濾器纖維結合保持功能的無福馬林化的無福馬林纖維過濾 器。
根據本發明的第4方案，通過使用不生成福馬林成分的阻燃劑， 可提供實現了過濾器阻燃性的無福馬林化的無福馬林纖維過濾 器。
作為本發明中不生成福馬林成分的阻燃劑，可以使用加熱或升 溫時不生成福馬林成分的磷酸系阻燃劑、無機系阻燃劑或反應系阻 燃劑。磷酸系阻燃劑包括磷酸酯系、多磷酸鹽系、紅磷酸鹽系阻燃劑。
無機系阻燃劑由於不生成氣體化成分而適用於纖維過濾器，無機系阻 燃劑除了氫氧化鋁、氧化銻、氫氧化鎂、硼酸鋅、錫酸鋅、胍鹽外， 還包括鋯系、鉬系、聚矽氧烷系、磷腈系化合物阻燃劑。反應系阻燃
劑包括四溴雙酚A、 二溴苯酚縮水甘油醚、溴化芳香族三嗪、三溴苯 酚、四溴鄰苯二甲酸酯、四氯鄰苯二曱酸酐、二溴新戊二醇、聚丙烯 酸五溴節基酯、氯橋酸、氯橋酸酐、溴化苯酚縮水甘油醚、二溴甲酚 縮氷甘油醚等，
根據本發明的第5方案，由於前述阻燃劑是磷酸胍或多磷酸鹽，
故可提供實現了過濾器阻燃性的無福馬林化的無福馬林纖維過濾 器。尤其是本方案使用的磷酸胍與以前的前述羥甲基化磷酸胍不同， 是沒有羥甲基化的阻燃劑，不生成福馬林成分。
根據本發明的第6方案，通過使用不生成福馬林成分的表面固 化劑，可提供實現了過濾器表面保持功能的無福馬林化的無福爾馬 林纖維過濾器。
根據本發明的第7方案，由於前述表面固化劑是聚羧酸鹽、採用 交聯反應而不生成曱醛的熱固性水性組合物、或聚氨酯樹脂，故可提 供實現了過濾器表面保持功能的無福馬林化的無福馬林纖維過濾器。
根據本發明的第8方案，由於前述熱固性水性組合物是含有將烯 鍵式不飽和單羧酸、烯鍵式不飽和二羧酸或它們的混合物與具有磷酸 基的不飽和單體進行自由基聚合而得到的聚合物以及具有羥基的化合 物的化學組合物，故可提供實現了過濾器表面保持功能的無福馬林 化的無福馬林纖維過濾器。
根據本發明的第9方案，由根據前述相關關系所確定的上限值和 下限值，最佳地設定前述纖維單位面積重量M及前述纖維直徑D，因 此可提供過濾器工作特性及結構特性上高品質化的無福馬林纖維過 濾器。本方案的前述相關關係例如用第10方案中的前述纖維單位面積 重量M或前述纖維直徑D的線形關係或第11方案中的M/D的一次函數 的近似式表達。
根據本發明的第10方案，由於前述收集率C及前述壓力損失AP 在過濾器設計範圍內近似地用前述纖維單位面積重量M或前述纖維直 徑D的1次函數表達，由該1次函數的相關關係導出前述上限值和前 述下限值，故可提供過濾器工作特性及結構特性上高品質化的無福爾 馬林纖維過濾器。
本方案中的相關關係，風扇運轉時油蒸汽的收集率coo及纖維過
濾器前後的壓力損失AP (Pa)在過濾器設計範圍內近似地用前述纖維 單位面積重量M(g/m2)或前述纖維直徑D(nm)的1次函數表達。所謂本
發明中的過濾器設計範圍，意味著作為過濾器通常使用的設計量的範 圍，是例如纖維單位面積重量M、纖維直徑D、纖維種類等的數值上的
物性範圍。
本發明者等判斷過濾器的工作特性(C、 AP)應該與結構特性(M、 D)直接相關，作為其一般關係式，設定了 C=f (M)、 Of (D)、 AP-f(M)、 AP-f(D)。 f意味著一般函數。通過使這種函數關係歸結成最簡單的線 形關係(直線關係)而完成了本發明。即，假設作為工作特性的收集率 C或壓力損失AP與作為結構特性的纖維單位面積重量M或纖維直徑D 近似地成直線關係而進行實驗的結果，由實驗數據確認這種近似的直 線關係。通過發現這種近似的直線關係，若指定作為結構特性的M和 D，則利用前述直線關係可直接導出作為工作特性的C和AP。相反如 果指定作為工作特性的C和AP，則能夠導出作為結構特性的M和D。 由於函數關係是直線關係，故具有使前述逆算極簡單化的特徵。因此， 本發明中利用在過濾器的工作特性(C、 AP)與結構特性(M、 D)之間成 立近似的直線關係，體現由(C、 AP)導出(M、 D)及由(M、 D)導出(C、 AP) 變得極簡單的效果。
通過將纖維過濾器應具有的油蒸汽的收集率C00設計為C。W)以 上，同時將纖維過濾器前後的壓力損失AP(Pa)設計為AP。(Pa)以下， 可以將纖維過濾器的結構特性設計成最佳值。即，作為纖維過濾器的
特性，收集率C需要設定以上的能力，同進要求壓力損失AP也是設 定以下。為了使纖維過濾器高性能化，更大地設計臨界值C。、更小地
設計AP。變得重要。如上所述，因為可以由工作特性(C、 AP)導出結構 特性(M、 D)，故採用本方案通過賦予C和AP的臨界值C。及AP。，可以 導出M與D的臨界值M。及D。，可最佳設計纖維過濾器的結構特性。
本方案中，作為具體地設計纖維過濾器的纖維單位面積重量M的 處理手段的一例，將前述1次函數近似地表達為C=aM+b、 AP-cM+d時， 因為a〉0且c〉0，故C和AP關於M成為增加函數。因此，利用OC。 的條件導出M的下限值Min，利用AP《P。的條件導出M的上限值NL,。 因此，通過賦予C。及AP。，自動地導出M"M^Lx的範圍，由該範圍可 適當地設計纖維過濾器的纖維單位面積重量M。使C。大時M^變大， 若縮小AP。則NLx變小，Mi^M^Lx的範圍自動地變窄。其結果可具體 地確定纖維單位面積重量M。
根據本發明的第ll方案，由於前述收集率C及前述壓力損失AP 在過濾器設計範圍內近似地用M/D的1次函數表達，可由該1次函數
的相關關係導出前述上限值和前述下限值，故可提供過濾器工作特性 及結構特性上高品質化的無福馬林纖維過濾器。
本發明者等判斷過濾器的工作特性(C、 AP)應當與結構特性(M、 D)有直接關係，進行另外解析的結果，得出將M和D —體地組合為M/D， 使M/D成為變量的構想。其理由如下。即使質量M相同而纖維直徑D 變小時，由於纖維表面積增大，故C、 AP應該增加。反之，即使纖維 直徑D相同而質量M增大時，由於纖維表面積增大，故C、 AP應該增 加。因此，C、 AP以M/D為變量，作為其一般關係式確立了 C-f(M/D)、 AP-f(M/D)。其中f意味著一般函數，通過使該函數關係歸結成最簡 單的線形關係(直線關係)而完成了本發明。此外，本發明者等理論上 導出前述函數關係，理論上證實C、 AP成為M/D的1次函數，因此確 信這種推論的正確性。為了驗證該理論，假設作為工作特性的收集率 C或壓力損失AP與作為結構特性的纖維單位面積重量M和纖維直徑D 的組合變量M/D近似地存在直線關係而進行實驗的結果，由實驗數據 確認了這種近似的直徑關係。另外，這種近似的直線關係的發現，若 指定作為結構特性的M和D,則利用前述直線關係可以直接導出作為
工作特性的C和AP。反之，若指定作為工作特性的C和AP，則可以 直接算出M/D,可以導出結構特性M、 D。因為函數關係是直接關係， 故具有使前述逆算極簡單化的特徵。這樣，本發明中利用在過濾器的 工作特性(C、 AP)與結構組合特性M/D之間成立近似的直線關係，體 現了由(C、 AP)導出(M、 D)及由(M、 D)導出(C、 AP)變得極簡單的效果。 本實施方案中，具體地設計纖維過濾器的纖維單位面積重量M的 場合，D為一定，則前述1次函數可近似地表達為C=aM+b、 AP=cM+e， 與前述第10方案相同，因為a〉0且c〉0,故C和AP關於M成為增加 函數。因此，利用OC。的條件導出M的下限值NU，利用AP^P。的條 件導出M的上限值NLx。因此，通過賦予Co及AP。，自動地導出Mmin^Mmax 的範圍，由該範圍可適當地設計纖維過濾器的纖維單位面積重量M。 使C。大時M^變大，若縮小AP。則M^變小，Mm"M^Lx的範圍自動地變 窄。其結果可具體地確定纖維單位面積重量M。
另外，作為具體地設計纖維過濾器的纖維直徑D的處理手段的一 例，M為一定，將前述1次函數近似地表達為C-q/D+u、 AP-s/D+t時， 因為q〉0且s〉0，故C和AP關於D成為減少函數。因此，利用OC。 的條件導出D的上限值Dma"利用AP《AP。的條件導出D的下限值Dmin。 因此，通過賦予C。及AP。，自動地導出D^《D《D^的範圍，可以由該 範圍適當地設計纖維過濾器的纖維直徑D。使C。大時D^變小，若縮 小AP。則D^變大，Dmu《D《D^的範圍自動地變窄。其結果可具體地 確定纖維直徑D。


圖1是本發明的實施方式所涉及的無福馬林纖維過濾器的構成圖。 圖2是前述纖維過濾器的運轉工作狀態圖。 圖3是形成前述纖維過濾器的纖維的形狀圖。 圖4是導出壓力損失理論式的模式圖。
圖5是縱軸為收集率C00、橫軸為纖維單位面積重量M(g/mO的本 實施方式的收集率-纖維單位面積重量圖。
圖6是縱軸為壓力損失AP(Pa)、橫軸為纖維單位面積重量M(g/m2)
的本實施方式的壓力損失-纖維單位面積重量圖。
圖7是縱軸為收集率CC0、橫軸為纖維直徑D(nm)的本實施方式的 收集率-纖維直徑圖。
圖8是縱軸為壓力損失AP (Pa)、橫軸為纖維直徑D Qini)的本實施方 式的壓力損失-纖維直徑圖。
圖9是縱軸為收集率C(W、橫軸為纖維直徑D(jim)的本實施方式的 另一收集率-纖維直徑圖。
圖IO是縱軸為壓力損失AP(Pa)、橫軸為纖維直徑D(nm)的本實施 方式的另一壓力損失-纖維直徑圖。
符號說明
2 無福馬林纖維過濾器 4 纖維
6 風扇
7 吸氣 9排氣
A 纖維截面積
D 纖維直徑
L 纖維長 P,吸氣壓力 P2排氣壓力 r纖維半徑
51 過濾器面積
52 過濾器開口面積 v, 吸氣速度
v2 排氣速度
具體實施例方式
本發明的實施方式所涉及的無福馬林纖維過濾器是根據由風 扇運轉時油蒸汽的收集率C和纖維過濾器前後的壓力損失AP構成的 纖維過濾器的工作特性因子與由只由纖維材料量求出的纖維單位面積
重量M及其纖維直徑D構成的過濾器結構特性因子的相關關係，設計 纖維單位面積重量M及纖維直徑D以滿足設定的收集率C及壓力損失 AP，使過濾器纖維上栽附不生成福馬林成分的過濾器功能物質的纖
維過濾器。
圖1是本實施方式所涉及的無福馬林纖維過濾器2(以下稱為 纖維過濾器2)的構成圖。纖維過濾器2是由纖維4形成的纖維過濾器， 利用粘合劑使纖維間結合，使纖維表面栽附阻燃劑及表面固化劑而構 成。纖維過濾器2是由織物、編物、無紡布等構成的布帛，特別優選 無紡布。將只由纖維構成的纖維過濾器的質量密度稱為纖維單位面積 重量M(g/m2)，將含粘合劑、阻燃劑、表面固化劑等過濾器功能物質質
量的質量密度稱為總單位面積重量或單位面積重量，本發明中以下使 用纖維單位面積重量M(g/m2)。本實施方式中的過濾器纖維材料可以使 用玻璃纖維、有機纖維、無機纖維、陶瓷纖維、金屬纖維、碳纖維、 天然纖維、合成纖維、或這些纖維的複合纖維的任一種。
本發明中為了比較過濾器的諸特性，過濾器纖維材料使用玻璃纖 維，試製含有各種的粘合劑、阻燃劑及表面固化劑的4種(A、 B、 C、 D)。試製物A是粘合劑使用採用交聯反應而不生成甲醛的熱固性水性 組合物、阻燃劑使用磷酸胍的纖維過濾器。試製物B是粘合劑使用聚 羧酸鹽、阻燃劑使用磷酸胍的纖維過濾器。試製物C是粘合劑使用聚 羧酸鹽、阻燃劑使用磷酸胍及多磷酸鹽的纖維過濾器。試製物D是粘 合劑使用聚羧酸鹽、阻燃劑使用多磷酸鹽的纖維過濾器。各試製物的 單位面積重量為約150g/n^以上。
各試製物中使用前述熱固性水性組合物作為表面固化劑。前述熱 固性水性組合物是含有將烯鍵式不飽和單羧酸、烯鍵式不飽和二羧酸 或它們的混合物與具有磷酸基的不飽和單體進行自由基聚合而製得的 聚合物以及具有羥基的化合物的化學組合物。
對上述試製物A D進行阻燃性能(採用帶油45度微型燃燒器法) 試驗的結果，均通過了阻燃性合格標準。因此，與以往使用的羥甲基 化磷酸胍不同，由於不使用尿素系樹脂使用的粘合劑、表面固化劑，
故可以不變性地含有磷酸胍，可以構成不生成福馬林成分的纖維過 濾器。或者，通過使用多磷酸鹽也可以構成不生成福馬林成分的纖
維過濾器。
另外，進行蒸汽破壞試驗的結果也均通過合格標準，此外，過濾 器表面的剛性充分，並且均沒有粉落的碎落性，可確認外觀、過濾器 材質(剛性)良好。因此，粘合劑使用前述熱固性水性組合物或聚羧酸 鹽，可以實現具有不生成福馬林成分的良好結構特性的纖維過濾器。 此外，表面固化劑使用前述熱固性水性組合物，可以實現不生成福爾 馬林成分的良好結構的纖維過濾器。
尤其是非變性磷酸胍及前述熱固性水性組合物為水溶性，可以一 並進行加工處理，有助於提高生產效率。
然後，對上述試製物A ~ D進行油收集性能試驗及壓力損失(壓損) 檢查，但因為這些纖維過濾器根據前述工作特性因子與前述過濾器結 構特性因子的相關關係設定纖維單位面積重量M及纖維直徑D以滿足 設定的收集率C及壓力損失AP，故可知具有良好的油收集性能(76~ 8 0%)及壓力損失性能(7. 2Pa)。
以下，詳細地說明本實施方式中的纖維單位面積重量M及纖維直徑 D的設定方法。再者，以下的實施例中也^f吏用通過含有與上述試製物A~ D同樣的粘合劑、阻燃劑及表面固化劑而具有過濾器功能的纖維過濾器。
圖2是纖維過濾器的運轉工作狀態圖。纖維過濾器2配置在風扇6 的前方，由爐灶放出的含油分的空氣作為吸氣7沿箭頭方向被前述風扇 6的驅動吸引，作為排氣9沿箭頭方向向大氣中排出。
圖3是形成纖維過濾器的纖維的形狀圖。圖3中形成纖維過濾器2 的所有的纖維4均用連續呈直線狀的一根表示。設纖維半徑為r、纖維 直徑為D(D-2r)、纖維長為L時，纖維圓截面積為；tr2，纖維圓周為2;rr， 纖維截面積A為A-2rL，如果忽略纖維圓截面積則纖維表面積S用S-27rrL 表示。
使用R表示纖維材料的質量密度時，纖維單位面積重量M為
M-7rr2LR，賦予纖維單位面積重量M時，纖維長L表示為L=M/ (7rr2R)， 使用該L，前述纖維表面積S和前述纖維截面積A變成如下的式。
S=2 rrL=2M/(rR)=4M〃DR) (1)
A=2rL-2M/ (TtrR) =4M/ (丌DR) (2)
吸氣中油分的收集率C，因為油分被纖維的外周表面附著收集，故 應與纖維表面積S成正比，使用比例常數n及比例常數k(-4n)，可按以 下式給出。
C=nS=n {4M/ (DR)} =kM/ (DR) (3)
因此，考慮不定的切片時，證明了 C在理論上用M/D的l次函數表示。
纖維過濾器的前後產生的壓力損失AP可以直觀地認為與構成過濾 器的纖維形成的遮蔽截面積，即前述纖維截面積A成正比。即，比例系 數為N時，AP-NA，該假設式可由後述的理論得到證明。因此，壓力損 失AP，使用比例常數N及比例常數K(-4N/tt)，可如下述式表示。
AP=NA-N {4M/ (兀DR)} =KM/ (DR) (4)
因此，考慮不定的切片時，證明了AP在理論上也用M/D的l次函 數表示。
給出纖維直徑D和纖維密度R的場合，由式(3)與(4)，如以下所示 可知C與AP成為纖維單位面積重量M的1次函數。
C=aM+b (a、 b:常數) (5)
AP=cM+e (c、 e:常數) (6)
同樣地，給出纖維單位面積重量M和纖維密度R的場合，由式(3) 與(4),如以下所示可知C與AP成為纖維直徑D的雙曲線函數。 C=q/D+u (q、 u:常數) (7)
AP=s/D+t (s、 t:常數) (8)
切片b、 e、 u、 t是對單純的前述理論式附加了只是切片的任意性 的切片。
以下證明前述的AP-NA。由該證明可證實上述式組(4) ~ (8)的正確 性。圖4是導出壓力損失的理論式的模式圖。S,是纖維過濾器的過濾器
面積，A是前述的纖維截面積，S2 (-S廣A)是過濾器的開口面積，Pi是吸
氣壓力，P2是排氣壓力，v,是吸氣速度，V2是排氣速度。
在過濾器的前後，按照連續的法則，S,v產Sw成立。由該連續法則
導出以下的式。
v產S2V2/S嚴(S廣A) v7^
—1-A/S丄)V2 (9) 另外，設空氣密度為Y時，由伯努利定律，在過濾器前後下式成立。 P!+l/2Yv卩-P2+l/2Yv (10) 由於P,P"故由P,-P2給出壓力損失AP。若與式(10)組合可得出以
下的式。
AP=P「P2=(l/2)Y(v22—v。 (11)
把式(9)代入式(11)，則變成下式。
AP"1/2)YV2M1-(1-A/SJ2) (12)
因A《S,成立,故(1-A/S》2成為1-2A/S"因此，式(12)按下式給出。
AP-Yv A/Si (13)
設Yv /S產N(常數)時，最終下式成立，目的式得到證明。
AP-NA
以下的實施例1 ~ 4是收集率C及壓力損失AP在過濾器設計範圍內 近似地由M/D的l次函數表示，由該1次函數的相關關係導出用於設定 纖維單位面積重量M或纖維直徑D的上限值與下限值的纖維過濾器設計 的場合。
使用具有39. 3jim的纖維直徑的玻璃纖維，製作具有3種纖維單位 面積重量M(g/m2)的1層結構的平面狀無紡纖維過濾器。該纖維過濾器 是一邊3Qcm及厚度8咖的矩形過濾器，前述纖維單位面積重量M(g/m2) 是86、 117、 139的3種，分別只塗布使纖維相互結合的粘合劑36、 45、 57 (g/m2)而構成纖維過濾器。塗布粘合劑後的纖維過濾器的總單位面積 重量(g/m2)成為122、 162、 196。
把前述3種纖維過濾器分別安裝在位於風扇前面的矩形框中。然後，
按照財團法人Better living 2006年3月24日^^布的優良住宅部件性
能試驗方法書的換氣單元(廚房用風扇)所述的方法，使之產生油蒸汽。 即在加熱的炒鍋上，用20分鐘'f曼'隄滴下50g植物油和160g水，連續地 生成油蒸汽。在前述20分鐘間驅動前述風扇，使油蒸汽在纖維過濾器 中通過，收集油蒸汽。對前述3種纖維過濾器分別進行該收集實驗。
測定收集油蒸汽後的纖維過濾器的重量，減去收集前的纖維過濾器 的重量，得到所收集的油蒸汽重量。該收集的油蒸汽重量與油總重量50g 相比，算出油蒸汽的收集率C(W。其結果，相對於纖維單位面積重量 M(g/m2)86、 117、 139，收集率C (%)是70. 5、 73.7、 75.7。由以上的實 驗，作為收集率C00和纖維單位面積重量M(g/m2)的座標點，得出(M、 C) = (86、 70.5)、 (117、 73.7)、 (139、 75. 7)的三點。
圖5是縱軸為收集率COi)，橫軸為纖維單位面積重量M(g/m2)的收 集率-纖維單位面積重量圖。將前述三點的座標繪圖，則看出大致在一 條直線上。採用最小二乘法確定回歸直線，得出C=0. 0984M+62. 077。由 本發明者等的經驗，要求油蒸汽的收集率C的臨界值C。是70。/。，故由上 述直線式導出M。=80. 5(g/m2)。而且C關於M是增加函數，故由OC。的 條件成為M > M。， M。成為M的下限值Mrain， C。=70時得出M > Mmin=80. 5 (g/m2)。
為了纖維過濾器的高效率化，若使C。大於70%,則NU的數值也增 加。因此，由M》M^的條件，確定纖維單位面積重量M(g/m"變得容易。 該效果依賴於C相對於M是增加函數。
對由實施例l製作的3種纖維過濾器測定收集油蒸汽工作下的壓力 損失AP(Pa)。其結果可知按纖維單位面積重量M(g/m2)86、 117、 139的 順序，壓力損失AP(Pa)為5.8、 6.9、 7.8。由以上的測定，作為壓力損 失AP(Pa)和纖維單位面積重量M(g/m"的座標點，得出(M、 AP) = (86、 5.8)、 (117、 6.9)、 (139、 7.8)的三點。
圖6是縱軸為壓力損失AP(Pa)、橫軸為纖維單位面積重量M(g/m2) 的壓力損失-纖維單位面積重量圖。將前述三點的座標繪圖時，可知與 圖1同樣地大致是1次直線。採用最小二乘法得到的回歸直線為
AP-O. 0376M+2. 5483。為了使油蒸汽高效地貫通過濾器而流過，優選壓 力損失AP的臨界值AP。是10Pa，故由上述直線式導出M。=198. 2 (g/m2)。 此外，因AP關於M是增加函數，故由AP< AP。的條件成為NKM。， M。成 為M的上限值M,, AP。-10(Pa)時，得出NKMmax=198. 2(g/m2)。
為了纖維過濾器的高效率化，使AP。小於10Pa時，M,的數值也減 小。因此，由M《NL,的條件容易確定纖維單位面積重量(g/m2)。這種效 果依賴於AP相對於M是增加函數。
由實施例l及2可知，實驗驗證收集率C和壓力損失AP是纖維單 位面積重量M的近似增加直線，其結果由OC。和AP《AP。的條件導出 Mmin < M < M陽。作為 一 例，相對於 C=0. 0984M+62. 077 及 AP-O. 0376M+2. 5483，使用0 70(°/。)和AP < 10 (Pa)的條件時，可導出 80. 5《M(g/m2)<198. 2的範圍。為了進一步收縮該M的範圍，可以增大 臨界值C。，縮小臨界值AP。。例如，當075(。/。)時，Mmin-131. 3(g/m2), 當AP。-8(Pa)時，得出Mmax-145. 0(g/m2)。因此，M的範圍成為131. 3 < M(g/m2) <145. 0，可縮小範圍。這樣，對具體的直線式，通過可變地設 定C。和AP。，可設計作為結構特性之一的纖維單位面積重量M,證明容 易設計減少了任意性的M。
使用具有3種纖維直徑D(拜)的玻璃纖維分別形成具有160(g/m2) 纖維單位面積重量的纖維過濾器，製作3種一層結構式平面狀無紡纖維 過濾器。該纖維過濾器是一邊30cm及厚度8醒的矩形過濾器，前述纖 維直徑D(nm)是20、 30、 40三種。分別只適量塗布使纖維相互結合的粘 合劑，構成三種纖維過濾器。
把前述纖維直徑D不同的三種纖維過濾器分別安裝在矩形根中，配 置在風扇的前面。在爐灶上加熱注入了 50g植物油的炒鍋，生成油蒸汽。 利用前述風扇的驅動使油蒸汽在纖維過濾器中通過，直到植物油全部蒸 發使纖維過濾器收集油蒸汽。分別對前述3種纖維過濾器進行這種收集 實驗。
測定收集油蒸汽後的纖維過濾器重量，減去收集前的纖維過濾器的
重量，算出所收集的油蒸汽重量。將該收集的油蒸汽重量與油總重量50g 相比，算出油蒸汽的收集率C(n/。)。其結果可知，相對於纖維直徑D(jim)20、 30、 40，收集率COO為78.3、 74.1、 72.3。由以上的實驗，作為收集 率C(%)與纖維直徑D(nm)的座標點，得到(D，C)-(20， 78. 3) 、 (30， 74. 1)、 (40， 72. 3)的三點。
圖7是縱軸為收集率C00,橫軸為纖維直徑D(nm)的收集率-纖維 直徑圖。將前述三點的座標繪圖，可知大致在一條直線上。釆用最小二 乘法確定回歸雙曲線，得出C-240/D+66. 5。如前所述，因要求油蒸汽收 集率C的臨界值C。是70。/。，故從上述曲線式可導出D。=68. 6(nm)。另夕卜， 由於C關於D是減少函數，故由OC。的條件，成為D《D。， D。成為D的 上限值D隨，C。-70時得出D《Dmax=68.6(nm)。
為了纖維過濾器的高效率化，使C。大於7(^時，D,的數值減小。因 此，由D《D阻的條件容易確定纖維直徑D(拜)。該效果依賴於C相對於 D是減少函數。
對由實施例3製作的3種纖維過濾器，測定收集油蒸汽工作時的壓 力損失AP(Pa)。其結果可知，按纖維直徑D(nm)20、 30、 40的順序， 壓力損失AP(Pa)成為8. 7、7. 3、6. 8。由以上的測定，作為壓力損失AP (Pa) 與纖維直徑D(nm)的座標點，得到(D， AP)-(20， 8.7)、 (30， 7.3)、 (40， 6. 8)的三點。
圖8是縱軸為壓力損失AP (Pa)、橫軸為纖維直徑D (nm)的壓力損失 -纖維直徑圖。將前述3點的座標繪圖時，可知與圖7同樣地大致是雙 曲線。釆用最小二乘法得到的回歸雙曲線為AP=73. 3/D+4. 9。為了油蒸 汽高效地貫通過濾器進行流通，優選壓力損失AP的臨界值AP。是10Pa， 故由上述雙曲線導出DQ=14. 3(nm)。另外，由於AP關於D是減少函數， 故由AP《AP。的條件成為D>D。， D。成為D的下限值D^， AP。-10(Pa)時, 得出D>Dmin=14. 3(—。
為了纖維過濾器的高效率化，使AP。小於10Pa時，D^的數值增加。 因此，由D〉D^的條件容易確定纖維直徑D(拜)。該效果依賴於AP相
對於D是減少函數。
由實施例3及4可知，實驗證明收集率C與壓力損失AP是纖維直 徑D的近似的減少雙曲線，其結果，由OC。和AP《AP。的條件導出Dmi 《D《D謹。作為一例，對於O240/D+66. 5及AP=73. 3/D+4. 9，使用C > 70(%)和AP《10(Pa)的條件時，可以導出14. 3<D(nm) < 68. 6的範圍。 為了進一步收縮該D的範圍，可以增大臨界值C。，縮小臨界值AP。。例 如，074(%)時，成為D眼-32. O(fim) ， AP。-8(Pa)時，得出D in-23. 6 (nm)。 因此，D的範圍成為23. 6<D(nm) <32. 0，可縮小範圍。這樣，對具體 的函數式，通過可變地設定C。和AP。，可設計作為結構特性之一的纖維 直徑D，證明容易設計減少了任意性的D。
以下的實施例5、 6是收集率C及壓力損失AP在過濾器設計範圍內 近似地由纖維單位面積重量M或纖維直徑D的1次函數表示，由該1次 函數的相關關係導出用於設定纖維單位面積重量M或纖維直徑D的上限 值與下限值的纖維過濾器設計的場合。
使用具有3種纖維直徑D(nm)的玻璃纖維分別形成具有150(g/m2) 纖維單位面積重量的纖維過濾器，製作3種1層結構式平面狀無紡纖維 過濾器。該纖維過濾器是一邊30cm及厚度8ram的矩形過濾器，前述纖 維直徑DQtm)是20、 30、 40三種。分別只適量塗布使纖維相互結合的粘 合劑，構成3種纖維過濾器。
把前述纖維直徑D不同的3種纖維過濾器分別安裝在矩形框中，配 置在風扇的前面。在爐灶上加熱注入了 50g植物油的炒鍋，生成油蒸汽。 通過前述風扇的驅動，使油蒸汽在纖維過濾器中通過，直到植物油全部 蒸發使纖維過濾器收集油蒸汽。對前述3種纖維過濾器分別進行這種收 集實驗。
測定收集油蒸汽後的纖維過濾器的重量，減去收集前的纖維過濾器 的重量，得出所收集的油蒸汽重量。將所收集的油蒸汽重量與油總重量 50g相比，算出油蒸汽的收集率C(%)。其結果可知，相對於纖維直徑 D(jun)20、 30、 40，收集率C (%)成為78. 5、 76.1、 75.1。由以上的實驗，
作為收集率C(。/。)與纖維直徑D(nm)的座標點，得到(D， C) = (20， 78.5)、 (30， 76.1)、 (40， 75.1)的三點。
圖9是縱軸為收集率C(y。)、橫軸為纖維直徑D(nm)的收集率-纖維 直徑圖。將前述3點的座標繪圖時，可知大致在一條直線上。採用最小 二乘法確定回歸直線時，得出0. 175D+81. 75。如上所述，由於要求 油蒸汽收集率C的臨界值C。是70%,故由上述直線式導出D。=67. 1 (拜)。 另外，C關於D是減少函數，故由OC。的條件，成為D《D。， D。為D的 上限值D固，C。-70時，得出D<Dmax=67. l(拜)。
為了纖維過濾器的高效率化，使C。大於70y。時，D^的數值減小。因 此，由D《D隨的條件容易確定纖維直徑D(jim)。該效果依賴於C相對於 D是減少函數。
對由實施方式3製作的3種纖維過濾器測定收集油蒸汽工作時的壓 力損失AP(Pa)。其結果可知，按纖維直徑D(jim)20、 30、 40的順序， 壓力損失AP(Pa)成為8.7、7. 3、6. 8。由以上的測定，作為壓力損失AP(Pa) 與纖維直徑D(拜)的座標點，得到(D， AP)-(20， 8.7)、 (30, 7.3)、 (40， 6.8)的3點。
圖IO是縱軸為壓力損失AP(Pa)、橫軸為纖維直徑D(nm)的壓力損 失-纖維直徑圖。將前述3點的座標繪圖，可知與圖9同樣地大致是1 次直線。採用最小二乘法得到的回歸直線成為AP--0. 095D+10. 517。為 了高效地使油蒸汽貫通過濾器進行流通，優選壓力損失AP的臨界值AP。 是10Pa，故可由上述直線式導出D。-5.4(fim)。另外，因AP關於D是減 少函數，故由AP D。， D。成為D的下限值Dmin， AP。-10 (Pa) 時可得出D>Dmin=5.4(nm)。
為了纖維過濾器的高效率化，使AP。小於10Pa時，D^的數值增加。 因此，由D^D^的條件容易確定纖維直徑DQim)。該效果依賴於AP相 對於D是減少函數。
由實施方式5及6可知，實驗證明收集率C與壓力損失AP是纖維 直徑D的近似減少直線，其結果由OC。和AP《AP。的條件導出Dmin<D
<Dmax。作為一例，對於C--O. 175D+81. 75及AP=-0. 095D+10. 517，使用 C》70(W和AP《10(Pa)的條件時，可導出5.4<D(—《67.1的範圍。 為了進一步收縮該D的範圍，可增大臨界值C。，縮小臨界值AP。。例如， Co-75W)時，D隨-38.6(拜)，AP。-8(Pa)時，得出Dmin=26. 5 (畔)。因此， D的範圍成為26. 5<D(nm) <38. 6,可縮小範圍。這樣，對具體的直線 式，通過可變地設定C。與AP。，可設計作為結構特性之一的纖維直徑D, 證明容易設計縮小了任意性的D。
再者，本發明不限定於上述實施方式，不脫離本發明的技術思想的 範圍內的各種變形例、設計變更等也包含在該技術範圍內。
本發明利用過濾器的工作特性(收集率C、壓力損失AP)與結構特性 (纖維單位面積重量M、纖維直徑D)之間成立近似的直線關係，具有由 (C， AP)導出(M， D)及由(M， D)導出(C， AP)變得極簡單的效果。因此， 極容易設計業務用及家庭用的纖維過濾器，可以向社會及家庭提供初次 系統地引入了科學工學設計方法的纖維過濾器。因此，通過把油蒸汽的 收集率C (%)設計成C。 (%)以上，同時把纖維過濾器前後的壓力損失AP (Pa) 設計成AP。(Pa)以下，可以對纖維過濾器最佳設計結構特性，不僅纖維 過濾器行業，而且實現由抽油煙機或換氣扇排除油汙、設備淨化作業的 勞力減輕。而且，^使過濾器纖維栽附不生成福馬林成分的過濾器功能 物質，可提供在家庭、工作環境的安全衛生環境上具有防止福馬林汙 染的安全措施功能的無福馬林纖維過濾器。
權利要求
1.無福馬林纖維過濾器，是安裝在抽油煙機或換氣扇上的纖維過濾器，其特徵在於根據由風扇運轉時油蒸汽的收集率C和纖維過濾器前後的壓力損失ΔP構成的纖維過濾器的工作特性因子與由只由纖維材料量求出的纖維單位面積重量M及其纖維直徑D構成的過濾器結構特性因子的相關關係，設定前述纖維單位面積重量M及前述纖維直徑D以滿足設定的收集率C及壓力損失ΔP，使過濾器纖維載附過濾器功能物質，前述過濾器功能物質不生成福馬林成分。
10. 權利要求9所述的無福馬林纖維過濾器，其中前述收集率C 及前述壓力損失AP在過濾器設計範圍內近似地由前述纖維單位面積重量 M或前述纖維直徑D的1次函數表示，由該1次函數的相關關係導出前述 上限值和前述下限值。
11. 權利要求9所述的無福馬林纖維過濾器，其中前述收集率C及 前述壓力損失AP在過濾器設計範圍內近似地由M/D的l次函數表示，由 該1次函數的相關關係導出前述上限值和前迷下限值。
全文摘要
本發明提供最佳設計過濾器的纖維單位面積重量和纖維直徑、並且具備實施了福馬林對策的過濾器功能的無福馬林纖維過濾器。本發明所涉及的纖維過濾器是安裝在抽油煙機或換氣扇上的纖維過濾器，根據由風扇運轉時的油蒸汽的收集率C和纖維過濾器前後的壓力損失ΔP構成的纖維過濾器的工作特性因子與由只由纖維材料量求出的纖維單位面積重量M及其纖維直徑D構成的過濾器結構特性因子的相關關係，設定纖維單位面積重量M及纖維直徑D以滿足設定的收集率C及壓力損失ΔP，並且不使用尿素系樹脂使用的粘合劑、表面固化劑，通過含有非變性磷酸胍，可構成不生成福馬林成分的衛生環境上安全的無福馬林纖維過濾器。
文檔編號B01D39/00GK101112666SQ20061016309
公開日2008年1月30日 申請日期2006年11月30日 優先權日2006年7月25日
發明者仲矢正明 申請人:打清股份有限公司