包含微细纤维纤维素层的多层结构体的制作方法

包含微细纤维纤维素层的多层结构体的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种多层结构体，其特征在于，包括至少一层包含微细纤维素纤维的微细纤维素纤维无纺布层，形成该微细纤维素纤维无纺布层的微细纤维素纤维的平均纤维直径为0.005μm以上且0.5μm以下，而且该多层结构体的平均厚度为10μm以上且200μm以下、密度为0.10g/cm3以上且0.90g/cm3以下、并且不透气度为2000s/100ml以上；包含该多层结构体的全热交换器用片；使用该全热交换器用片作为隔开温度、湿度或这两者均不同的两种气流的分隔材料的全热交换元件；以及使用该全热交换元件的全热交换器。
【专利说明】包含微细纤维纤维素层的多层结构体

【技术领域】
[0001] 本发明涉及包括至少一层微细纤维素纤维无纺布的多层结构体，包含该多层结构 体的全热交换器用片，使用该全热交换器用片作为隔开温度、湿度或这两者均不同的两种 气流的分隔材料的全热交换元件，以及使用该全热交换元件的全热交换器。

【背景技术】
[0002] 在一般的办公楼等建筑物所消费的能量中，占据最大比例的是空调设备（约 38% )。其中的30?40%不能与外部空气进行换气，减少由换气造成的空调能量的损耗可 以说是办公楼中节能的课题。另外，从建材、日用品等散发出的挥发性有机化合物所引起的 病态建筑综合症逐渐成为问题。作为产生这种问题的原因之一，可列举出：建筑物的密闭性 变高，此外冷暖气机普及而变得难以进行换气，挥散的有机化合物变得容易在室内滞留。在 上述状况下，根据日本国2003年7月的改正建筑基准法，在建筑物内设置换气设备被规定 为义务。另外，家庭用空调也试着附加换气功能，这样的动向不仅停留在日本国内，全世界 都在促进建筑物的换气。
[0003] 但是，想要促进建筑物的换气时，即使运行冷暖气机也难以维持热量，能量的消耗 变得过大。因此，进行换气的同时热量或冷热量不易于向外部释放从而抑制能量消耗的全 热交换器受到关注。
[0004] 作为所述的全热交换器，可列举出通过具有吸湿性的转子的旋转从排气向吸气进 行热回收的旋转型全热交换器、如图1所示那样的静止型全热交换器。关于该静止型全热 交换器，配置成波形板状的具有阻气性的全热交换器用元件将通过换气而被交换的外部的 新鲜供给空气与室内的污浊排出空气分隔开，在使显热移动的同时，使湿气透过而将水所 具有的潜热从排出空气向供给空气通过，从而抑制热量或冷热量向外部的释放。
[0005] 静止型全热交换器的全热交换器用元件所使用的全热交换器用片能够移动显热， 并且还能够使湿气通过从而移动潜热，因此热交换效率变高。作为这样的片，例如可列举出 使用了日本纸或纸浆制阻燃纸、玻璃纤维混抄纸、含无机粉末的混抄纸、包含合成聚合物的 微多孔膜或纸、无纺布等的全热交换器用片。但是，如果是通常的微多孔膜、纸、无纺布，则 空气也会透过，因此报道了对表面实施了聚合物涂布等表面处理的全热交换器用片。例如， 以下的专利文献1中报道了在以聚四氟乙烯作为原材料的多孔片上涂布有包含氧亚乙基 的聚氨酯系树脂的全热交换器用片，此外，以下的专利文献2中报道了包含聚酯和聚乙烯 或聚丙烯的全热交换器用片。任一者均使用了疏水性聚合物作为基材，因此得不到充分的 透湿度，其结果，作为全热交换器用片使用时未得到充分的热导率。
[0006] 以下的专利文献3中记载了在作为亲水性纤维的人造丝浆柏的无纺布上涂布有 粘胶（VISCOAT)的全热交换器用过滤器。其报道了，通过对亲水性纤维的人造丝进行涂布， 能够制造透湿度6900g/m2/24小时以上、透气度10000s/100ml以上的片。但是，由于透湿 度不充分，因此作为全热交换器用片使用时未得到充分的性能。
[0007] 另一方面，本发明人等在以下的专利文献4中报道了包含微细纤维素作为一层的 无纺布结构体，所述微细纤维素包含微细纤维素纤维。但是，在专利文献4中记载的多层无 纺布结构体的透气性较高（不透气度在2000s/100ml以下），不适合作为全热交换器用片使 用。
[0008] 现有技术文献 [0009] 专利文献
[0010] 专利文献1 :日本特开平6-194093号公报
[0011] 专利文献2 :日本特开2003-287387号公报
[0012] 专利文献3 :日本特开2008-14623号公报
[0013] 专利文献4 :日本特开2010-115574号公报


【发明内容】

[0014] 发明要解决的问题
[0015] 本发明要解决的课题是提供不透气度大且透湿度也高的多层结构体，其作为全热 交换器用片的适应性高。
[0016] 用于解决问题的方案
[0017] 本发明人等着眼于在多层无纺布结构体中包含的微细纤维素纤维无纺布具有非 常微小的纤维直径，进行了利用在从水系分散液中利用抄纸法进行层叠后使其干燥时因向 厚度方向的较强的干燥收缩而致密化的性质，从而以低单位面积重量形成均匀的致密且薄 的层的研宄，进而为了解决课题而进行深入研宄，结果实现了提供不仅作为全热交换器用 片、而且作为能够广泛地用于要求兼顾高不透气度与高透湿度的用途领域的片材料的多层 结构体，从而完成了本发明。
[0018] SP，本发明如以下所述。
[0019] [1] 一种多层结构体，其特征在于，包括至少一层包含微细纤维素纤维的微细纤 维素纤维无纺布层，形成该微细纤维素纤维无纺布层的微细纤维素纤维的平均纤维直径为 0. 005ym以上且0. 5ym以下，而且该多层结构体的平均厚度为10ym以上且200ym以下、 密度为〇.l〇g/cm3以上且0. 90g/cm3以下、并且不透气度为2000s/100ml以上。
[0020] [2]根据前述[1]所述的多层结构体，其为2层结构，并且该多层结构体的平均厚 度为10ym以上且150ym以下、密度为0. 30g/cm3以上且0. 80g/cm3以下、并且不透气度为 3000s/100ml以上。
[0021] [3]根据前述[1]或[2]所述的多层结构体，其中，前述微细纤维素纤维无纺布层 中所含的微细纤维素纤维的比率为50重量％以上且100重量％以下。
[0022] [4]根据前述[1]?[3]中任一项所述的多层结构体，其中，前述微细纤维素纤维 无纺布层的单位面积重量的总和为lg/m2以上且15g/m2以下，并且厚度的总和为0. 5ym以 上且15ym以下。
[0023] [5]根据前述[1]?[4]中任一项所述的多层结构体，其中，前述多层结构体的一 层是由选自再生纤维素纤维、天然纤维素纤维、尼龙纤维、聚酯纤维和聚烯烃纤维组成的组 中的任一种或多种的组合构成的无纺布层、和/或多孔膜、和/或布料。
[0024] [6]根据前述[1]?[4]中任一项所述的多层结构体，其中，前述多层结构体的一 层为包含再生纤维素连续长纤维的无纺布层。
[0025] [7]根据前述[1]?[6]中任一项所述的多层结构体，其中，前述多层结构体进行 了耐水处理。
[0026] [8]根据前述[1]?[7]中任一项所述的多层结构体，其中，前述多层结构体进行 了亲水化处理。
[0027] [9] 一种全热交换器用片，其包含前述[1]?[8]中任一项所述的多层结构体。
[0028] [10]根据前述[9]所述的全热交换器用片，其中，前述多层结构体的平均厚度为 10ym以上且70ym以下。
[0029] [11]根据前述[10]所述的全热交换器用片，其中，前述多层结构体的平均厚度为 10ym以上且30ym以下。
[0030] [12]根据前述[9]?[11]中任一项所述的全热交换器用片，其中，前述多层结构 体进行了阻燃处理。
[0031] [13]根据前述[9]?[12]中任一项所述的全热交换器用片，其中，纤维素纤维在 构成前述多层结构体的原材料中所占的比率为90重量％以上。
[0032] [14] 一种前述[1]?[6]中任一项所述的多层结构体的制造方法，其包括以下的 工序：
[0033] 在无纺布层上利用抄纸法层叠形成平均纤维直径为0. 005ym以上且0. 5ym以下 的微细纤维素纤维无纺布层的工序、以及
[0034] 将得到的层叠无纺布干燥的工序。
[0035] [15]根据前述[14]所述的方法，其还包括在前述干燥工序之后进行热处理的工 序。
[0036] [16]根据前述[14]所述的多层结构体的制造方法，其包含以下的工序：
[0037] 在前述[1]?[6]中任一项所述的多层结构体的单面或双面利用涂覆形成亲水性 涂覆层的工序。
[0038] [17] -种全热交换元件，其使用前述[9]?[13]中任一项所述的全热交换器用片 作为隔开温度、湿度或这两者均不同的两种气流的分隔材料。
[0039] [18] -种全热交换器，其使用前述[17]所述的全热交换元件。
[0040] 发明的效果
[0041] 本发明的多层结构体由于不透气度大、且透湿度也高，因此能够适用于要求兼顾 这些物性的所有用途，尤其是能够在办公室的空调用全热交换器、家庭用全热交换器等中 作为隔开温度、湿度或这两者均不同的两种空气的分隔材料（全热交换元件）而适宜地利 用。即，所述全热交换元件由于隔开空气的闭塞部分较薄，因此比现有的全热交换器用片更 易于透过湿气，所以保持湿度的效果也变高。进而，由本发明提供的多层结构体由于耐久性 也优异，因此通过将其用于全热交换器，能够提供在长时间内具有极高的湿度交换效率和 全热交换效率的热交换器。

【专利附图】

【附图说明】
[0042] 图1为示出静止型全热交换器的结构的概略图。
[0043] 图2为本发明的多层结构体的表面（微细纤维素纤维层）的SEM图像（实施例1 : 倍率1000倍）。
[0044] 图3为本发明的多层结构体的背面（支撑体层）的SEM图像（实施例1 :倍率1000 倍）。
[0045] 图4为本发明的多层结构体的截面的SEM图像（实施例6 :倍率1000倍）。

【具体实施方式】
[0046] 本发明的多层结构体包括至少一层或多层包含微细纤维素纤维的微细纤维素纤 维无纺布层。若不由微细纤维素纤维构成，则无法实现所期望的不透气度、透湿度、耐久性。
[0047] 构成微细纤维素纤维无纺布层的微细纤维素纤维的原材料优选含有50重量％以 上且100重量％以下的如下的纤维素纤维，g卩，所述纤维素纤维为包括：包含纤维素的针叶 木浆、阔叶木浆、源自棉花的纸浆、源自麻（蕉麻物种、剑麻物种等）的纸浆、源自红麻的纸 浆、源自竹子的纸浆、源自甘蔗渣的纸浆、细菌纤维素、人造丝、铜氨纤维、天丝等纯的纤维 素纤维；以及，乙酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、羧甲基纤维素、羧乙基纤维 素、硝化纤维素、甲基纤维素这样的纤维素衍生物纤维。其不足50重量％时，形成无纺布层 时无法确保足够大的不透气度，故不优选。需要说明的是，从本发明的多层结构体的特长即 高不透气度的观点出发，微细纤维素纤维在构成微细纤维素纤维无纺布层的纤维原材料中 所占的组成优选为70重量％，从易于形成具有更高的不透气度的层的观点出发，纯的纤维 素的微细纤维更优选为80重量％以上、最优选为90重量％以上。由此，能够适宜地实现较 大的不透气度、同时实现较大透湿度。但是，只要是含有50重量％以上的纤维素纤维的范 围，则也可以混合其他的微细纤维，例如，为了使强度提高，也可以包含具有热熔性的聚乙 烯纤维、聚丙烯纤维、聚酮纤维、聚酯纤维等微细纤维。
[0048] 构成微细纤维素纤维无纺布层的微细纤维素纤维优选为纤维素微纤维 (cellulosemicrofiber)。此处，纤维素微纤维是指，包含天然纤维素或再生纤维素的被称 为微纤维的纤维直径为几nm?200nm的纤维素纤维及其集束体。更具体而言是指，利用 高压均化器、超高压均化器、研磨机等高度地施加剪切力的装置将被称为细菌纤维素的由 醋酸菌、细菌类所产生的纤维素、或者被称为微纤维化纤维素的纸浆等源自植物的纤维素 或海鞘纤维素那样的源自动物的纤维素进行微细化处理而得到的，从纤维表面撕下来的独 立的微纤维或由它们集束而成的微细纤维。在本发明中，从成本、品质管理的方面出发，特 别优选使用微纤维化纤维素作为原料。此外，微细的纤维直径的再生纤维素纤维的切断纱 (cutyarn)、微细的纤维直径的纤维素衍生物纤维的切断纱、通过电纺丝法获得的再生纤 维素、或纤维素衍生物的极细丝的切断纱也能够作为微细纤维素纤维来使用。
[0049] 本发明的微细纤维素纤维的平均纤维直径为0. 005ym以上且0. 5ym以下。此处， 微细纤维素纤维的平均纤维直径意味着从表面的SEM图像、TEM图像识别的数均纤维直径， 并且按照国际公开第W02006/4012号公报中记载的评价方法为基准。一般而言，可以说由 纤维素纤维构成的无纺布在孔隙率为一定的条件下存在纤维直径越细则热导率越高的倾 向。纤维直径变粗时，占据一定空间的纤维网络的网络密度变低，被认为对热的传导有贡献 的表面传导的效率变差，因此热导率降低。本发明人等发现，通过将纤维素纤维的纤维直径 设为0. 5ym以下，能够以低单位面积重量形成极为致密且不透气度大的层作为无纺布层， 构成的纤维的纤维直径较细，并且能够将单位面积重量设计得较低，因此能够制造热导率 相对较大的片。另一方面，纤维直径不足〇. 005ym的微细纤维素纤维难以稳定地制造，微 细纤维素纤维的纤维直径优选为0. 008ym以上且0. 4ym以下、更优选为0. 015ym以上且 0? 3ym以下。
[0050] 微细纤维素纤维无纺布层能够由包含聚合度（DP)为100以上且12000以下的微 细纤维素纤维的微细纤维素纤维无纺布构成。聚合度为形成纤维素分子链的葡萄糖环的重 复数。通过纤维素纤维的聚合度为100以上，从而纤维自身的拉伸强度、弹性模量提高，其 结果，无纺布结构体的强度提高，安装全热交换元件时的处理性和使用全热交换器时的品 质稳定性提高。微细纤维素纤维的聚合度没有特别的上限，但是实质上聚合度超过12000 的纤维素难以获取，在工业上无法利用。从处理性和工业上的实施的观点出发，纤维素纤维 的聚合度优选为150?8000、更优选为300?6000。
[0051] 构成微细纤维素纤维无纺布层的微细纤维素纤维的表面或内部也可以被化学修 饰。例如可以包含：微细纤维素纤维（纤维素微纤维）的表面上存在的一部分或大部分的 羟基被酯化了的微细纤维素纤维，所述酯化包括醋酸酯化、硝酸酯化、硫酸酯化；微细纤维 素纤维（纤维素微纤维）的表面上存在的一部分或大部分的羟基被醚化了的微细纤维素纤 维，所述醚化包括以甲醚为代表的烷基醚化、以羧甲基醚为代表的羧基醚化、氰基乙醚；以 及，利用TEMPO氧化催化剂（例如，2, 2, 6, 6-四甲基哌啶基氧自由基）将6位的羟基氧化形 成了羧基（包含酸型、盐型）的微细纤维素纤维。
[0052] 在本发明的多层结构体中，微细纤维素纤维无纺布层的单位面积重量小，其结果， 作为层的厚度较薄是重要的。本发明中，实质上形成包含微细纤维素纤维的致密且孔径小 的薄层，因此不透气度大且透湿度也高的设计成为可能。这是因为，由于层的厚度较薄，从 而水蒸气的透过路径能够设计得较短，进而该层包含微细的纤维，因此层内部存在的纤维 表面积大，能够将在纤维间界面移动的水蒸气的每单位体积中的移动通路密度设计得较 高，其结果，表现出高透湿度成为可能。
[0053] 同时，薄且致密的微细纤维素纤维无纺布层由于其较薄、并且构成的微细纤维的 每单位体积中的存在密度较大（即内部界面面积），因此能够确保纤维界面的表面导热性， 该层自身会具有高导热性。
[0054] 本发明的多层结构体中的微细纤维素纤维无纺布层的单位面积重量的总和为lg/ m2以上且15g/m2以下、优选为2g/m2以上且10g/m2以下、进一步优选为3g/m2以上且8g/m2 以下的范围。处于该范围时，能够平衡良好地表现出不透气度、透湿度、热导率这三个物性。 该单位面积重量的总和不足lg/m2时，变得难以将不透气度均匀地保持在2000s/100ml以 上，此外，大于15g/m2时，存在透湿度降低的倾向，因此任一情况均不优选。需要说明的是， "单位面积重量的总和"是指，在该无纺布存在2层以上的情况下，意味着将各层的单位面积 重量相加而得到的值。例如，通过浸涂在无纺布上涂布微细纤维素分散液的情况下，形成以 支撑体作为中心层的3层结构（微细纤维素纤维无纺布层为2层）。另外，微细纤维素纤 维无纺布层的厚度的总和为0. 5ym以上且15ym以下、进一步优选为1ym以上且12ym 以下、最优选为1. 5ym以上且8ym以下时，能够平衡良好地表现出不透气度、透湿度、热 导率这三个物性。该层的厚度的总和不足0. 5ym时，变得难以将不透气度均匀地保持在 2000s/100ml以上，大于15ym时，存在透湿度降低的倾向，因此任一情况均不优选。此处微 细纤维素纤维无纺布层的厚度是指，通过观察本发明的多层结构体的切断面的截面SEM图 像而得到的厚度。
[0055] 如上，在本发明中，将微细纤维素纤维无纺布的层设计为低单位面积重量且较薄 是重要的，但是此时仅依靠微细纤维素纤维无纺布层会难以确保能够作为片材料而进行处 理的机械强度，因此在本发明中作为支撑体使用其他的多孔的片，使该层进行一层以上的 层叠化，制成多层结构体。也包含该支撑体层的本发明的多层结构体的平均厚度为10um 以上且200ym以下、优选为10ym以上且150ym以下、更优选为10ym以上且70ym以 下、进一步优选为10um以上且30ym以下。本发明的多层结构体为不足10ym的平均厚 度时，难以设计为操作上没有问题的机械强度，此外，为大于200ym的平均厚度时，作为片 的刚性变高，也会在处理上难以操作，故不优选。
[0056] 本发明的多层结构体的单位面积重量的总和优选为lOg/m2以上且100g/m2以下。 不足l〇g/m2时，得不到不透气度与机械强度。单位面积重量超过100g/m2的无纺布结构体 难以得到充分的透湿度，并且从导热性的观点出发也是不利的。优选为12g/m2以上且80g/ m2以下、更优选为14g/m2以上且60g/m2以下。尤其是，本发明的多层结构体为包含平均纤 维直径为0. 005ym以上且0. 5ym以下的微细纤维素纤维的微细纤维素纤维无纺布层与支 撑体层的2层结构的无纺布结构体的情况下，从不透气度与透湿度的平衡和经济上的理由 出发，将微细纤维素纤维无纺布层的单位面积重量设计为lg/m2以上且15g/m2以下、且将支 撑体层的单位面积重量设计为9g/m2以上且99g/m2以下时，更优选将微细纤维素纤维无纺 布层的单位面积重量设计为2g/m2以上且10g/m2以下、且将支撑体层的单位面积重量设计 为l〇g/m2以上且78g/m2以下时，最优选将微细纤维素纤维无纺布层的单位面积重量设计为 3g/m2以上且8g/m2以下、且将支撑体层的单位面积重量设计为llg/m2以上且57g/m2以下 时，能够达成前述作为多层结构体的高性能。
[0057] 本发明的多层结构体的密度为0. 10g/cm3以上且0. 90g/cm3以下、更优选为0. 30g/cm3以上且0. 80g/cm3以下。本发明的多层结构体具有前述那样将致密的微细纤维素纤维层 层叠在多孔的支撑体上而成的结构，因此作为整体具有以下的特征：虽然不透气度高，但如 此作为片材料的密度低。设为不足〇.l〇g/cm3的密度时，不能确保作为片材料的机械强度， 故不优选；设为大于〇. 90g/cm3的密度时，不仅是微细纤维素纤维层，支撑体层的不透气性 也高，且成为高密度，变得难以表现出作为本发明的效果的高透湿度，也不优选。此处，密度 可以使用测定的多层结构体的整体单位面积重量W(g/m2)与整体的平均厚度D(ym)通过 以下的关系式求出。

【权利要求】
1. 一种多层结构体，其特征在于，包括至少一层包含微细纤维素纤维的微细纤维素 纤维无纺布层，形成该微细纤维素纤维无纺布层的微细纤维素纤维的平均纤维直径为 0. 005 ym W上且0. 5 ym W下，而且该多层结构体的平均厚度为10 ym W上且200 ym W下、 密度为0. l〇g/cm3W上且0. 90g/cm 下、并且不透气度为2000s/100ml W上。
2. 根据权利要求1所述的多层结构体，其为2层结构，并且该多层结构体的平均厚度 为lOym W上且150ym W下、密度为0. 30g/cm3W上且0.80g/cm3W下、并且不透气度为 3000s/100ml W上。
3. 根据权利要求1或2所述的多层结构体，其中，所述微细纤维素纤维无纺布层中所含 的微细纤维素纤维的比率为50重量％ W上且100重量％ W下。
4. 根据权利要求1?3中任一项所述的多层结构体，其中，所述微细纤维素纤维无纺 布层的单位面积重量的总和为lg/m2W上且15g/m 2W下，并且厚度的总和为0. 5 y m W上且 15 y m W下。
5. 根据权利要求1?4中任一项所述的多层结构体，其中，所述多层结构体的一层是由 选自再生纤维素纤维、天然纤维素纤维、巧龙纤维、聚醋纤维和聚締姪纤维组成的组中的任 一种或多种的组合构成的无纺布层、和/或多孔膜、和/或布料。
6. 根据权利要求1?4中任一项所述的多层结构体，其中，所述多层结构体的一层为包 含再生纤维素连续长纤维的无纺布层。
7. 根据权利要求1?6中任一项所述的多层结构体，其中，所述多层结构体进行了耐水 处理。
8. 根据权利要求1?7中任一项所述的多层结构体，其中，所述多层结构体进行了亲水 化处理。
9. 一种全热交换器用片，其包含权利要求1?8中任一项所述的多层结构体。
10. 根据权利要求9所述的全热交换器用片，其中，所述多层结构体的平均厚度为 10 y m W上且 70 y m W下。
11. 根据权利要求10所述的全热交换器用片，其中，所述多层结构体的平均厚度为 10 y m W上且 30 y m W下。
12. 根据权利要求9?11中任一项所述的全热交换器用片，其中，所述多层结构体进行 了阻燃处理。
13. 根据权利要求9?12中任一项所述的全热交换器用片，其中，纤维素纤维在构成所 述多层结构体的原材料中所占的比率为90重量％ W上。
14. 一种权利要求1?6中任一项所述的多层结构体的制造方法，其包括W下的工序： 在无纺布层上利用抄纸法层叠形成平均纤维直径为0. 005 y m W上且0. 5 y m W下的微 细纤维素纤维无纺布层的工序、W及 将得到的层叠无纺布干燥的工序。
15. 根据权利要求14所述的方法，其还包括在所述干燥工序之后进行热处理的工序。
16. 根据权利要求14所述的多层结构体的制造方法，其包含W下的工序： 在权利要求1?8中任一项所述的多层结构体的单面或双面利用涂覆形成亲水性涂覆 层的工序。
17. -种全热交换元件，其使用权利要求9?13中任一项所述的全热交换器用片作为 隔开温度、湿度或该两者均不同的两种气流的分隔材料。
18. -种全热交换器，其使用权利要求17所述的全热交换元件。
【文档编号】F28F3/00GK104470720SQ201380038460
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年7月19日 优先权日:2012年7月19日
【发明者】小野博文, 鹰巢修二, 堀井厚志, 吉田晓 申请人:旭化成纤维株式会社