JP2004188355A - エアフィルタ用濾材、その使用方法、エアフィルタユニットおよび通気性支持材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】PTFE多孔質膜1と通気性支持材2とを含み、通気性支持材2が、合成繊維とガラス繊維とを含む不織布であることを特徴とするエアフィルタ用濾材、そのエアフィルタ用濾材を用いたエアフィルタユニット。また、PTFE多孔質膜1と積層され、エアフィルタ用濾材として使用される通気性支持材2であって、合成繊維とガラス繊維とを含む不織布であることを特徴とする通気性支持材。上記した不織布に含まれる合成繊維とガラス繊維の重量比が7:1〜1:1であることが好ましい。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリテトラフルオロエチレン(以下「PTFE」という)多孔質膜を用いたエアフィルタ用濾材、その使用方法、そのエアフィルタ用濾材を用いたエアフィルタユニット、およびPTFE多孔質膜と積層され、エアフィルタ濾材として使用される通気性支持材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、クリーンルームで使用されるエアフィルタ用濾材には、ガラス繊維にバインダーを加えて抄紙したもの(以下「ガラス繊維製濾材」という)が多く用いられてきた。しかしこのような濾材には、濾材中に付着した小繊維が存在したり、折り曲げ加工時に発塵するといった問題があった。さらにこの濾材には、フッ酸など、ある種の化学薬品と接触すると発塵するという問題もあった。
【0003】
PTFEはクリーンな材料であり、近年、PTFE多孔質膜を含む濾材が、半導体工業などのクリーンルームに用いられる高性能エアフィルタの濾材として使用され始めている。特開2000−61280号公報に記載されているエアフィルタ用濾材はその一例である。一般に、PTFE多孔質膜は、補強のための通気性支持材とラミネートされてエアフィルタ用濾材とされる。このエアフィルタ用濾材は、連続したW字状のひだ折り加工(以下「プリーツ加工」という)がなされ、さらに枠付けされてエアフィルタユニットとして用いられる。
【0004】
【特許文献1】
特開平2000−61280号公報(第3−4頁、第2−5図)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記したPTFE多孔質膜は、同じ圧力損失のガラス繊維製濾材に比べ捕集効率が高い。これは、PTFE多孔質膜が、微細透孔が多数分散した構造をしていることに起因する。両者の厚みを比べると、PTFE多孔質膜の厚みは数μmから数十μmであり、ガラス繊維製濾材の厚みは数百μmであり、PTFE多孔質膜はガラス繊維製濾材と比較すると極めて薄い。すなわち、PTFE多孔質膜の単位厚さあたりの捕集効率はガラス繊維製濾材のそれと比較すると極めて高い。その結果、PTFE多孔質膜を含むエアフィルタ用濾材は、PTFE多孔質膜の上流側近傍で多くの粉塵を保持するようになり、運転中の圧力損失の上昇がガラス繊維製濾材よりも短期間で生じるという問題があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明のエアフィルタ用濾材は、PTFE多孔質膜と通気性支持材とを含み、前記通気性支持材が、合成繊維とガラス繊維とを含む不織布であることを特徴とする。
【0007】
本発明のエアフィルタユニットは、本発明のエアフィルタ用濾材を用いたことを特徴とする。
【0008】
本発明のエアフィルタ用濾材の使用方法は、前記PTFE多孔質膜の気体の流れの上流側に、前記通気性支持材を配置することを特徴とする。
【0009】
本発明の通気性支持材は、PTFE多孔質膜と積層され、エアフィルタ用濾材として使用される通気性支持材であって、合成繊維とガラス繊維とを含む不織布であることを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
PTFE多孔質膜を補強する通気性支持材には、通常、PTFE多孔質膜よりも通気性の高い不織布などが用いられる。本発明者らは、この通気性支持体にプレフィルタとしての機能を付加することを前提として、上記した問題の解決を試みた。
【0011】
通気性支持材の捕集性能は、不織布を構成する繊維の径が小さいほど向上する。細い繊維の紡糸法としてメルトブロー法が知られているが、この方法により得られたポリプロピレン繊維からなる不織布では、厚み350μmにおいて、多分散ジオクチルフタレート(以下「DOP」と略す)(粒径0.3〜0.5μm)の捕集効率は45%程度である。しかしながら、PTFE多孔質膜を含むエアフィルタ用濾材の圧力損失の上昇を、ガラス繊維製濾材の圧力損失の上昇と同程度とするか、それより抑制するためには、通気性支持材の捕集効率を50%以上とすることが望ましい。通気性支持材の捕集効率を50%以上とするには、上記したポリプロピレン製不織布の厚みを厚くすればよいが、捕集効率が50%以上である不織布の厚みは極めて厚く、プリーツ加工に支障をきたしてしまう。
【0012】
薄いガラス繊維製濾材を通気性支持材として使用することも考えられるが、薄いガラス繊維製濾材は強度が弱くプリーツ加工に耐えられない。また、PTFE多孔質膜との接着に際し、従来の通気性支持材とPTFE多孔質膜とを接着する方法として容易な熱ラミネートによる方法を採用できない。
【0013】
そこで、本発明者らは、主として強度を担う合成繊維と、主として高捕集能を担うガラス繊維とを含む不織布を通気性支持材として用いることとした。すなわち、本実施の形態のエアフィルタ用濾材は、PTFE多孔質膜と通気性支持材とを含み、通気性支持材が、合成繊維とガラス繊維とを含む不織布であることを特徴とする。本実施の形態のエアフィルタ用濾材によれば、通気性支持材がプレフィルタとして機能する。この通気性支持材の捕集機能によって、PTFE多孔質膜の目づまりが抑制されるので、エアフィルタ用濾材の圧力損失の上昇を抑制できる。また、通気性支持材が合成繊維とガラス繊維とを含む不織布であるので、プリーツ加工やPTFE多孔質膜との接着も容易である。したがって、目づまりが起こり難く、寿命の長いエアフィルタ用濾材を容易に提供することができる。
【0014】
以下に、本発明のエアフィルタ用濾材の一例を、図面を参照しながら説明する。
【0015】
図1に示すように、本実施の形態のエアフィルタ用濾材は、PTFE多孔質膜1と通気性支持材2とを含んでいる。通気性支持材2は、合成繊維とガラス繊維とを含む不織布である。このエアフィルタ用濾材は、PTFE多孔質膜1の気体の流れの上流側に通気性支持材2を配置して使用されるため、通気性支持材2は、PTFE多孔質膜1を保護および補強するとともに、プレフィルタとしても機能する。
【0016】
不織布を構成する合成繊維の材料、構造は特に限定されないが、一部または全部の繊維が芯鞘構造であり、芯繊維が鞘繊維より相対的に融点が高い複合繊維であることが好ましい。合成繊維の材料としては、特に限定されないが、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステルあるいはこれらの複合材料などを用いることができる。
【0017】
ガラス繊維としては、エアフィルタ用濾材として用いられるガラス繊維(平均繊維径0.2〜1μm、平均繊維長200〜1500μm)などを用いることができる。また、これらの繊維の組成についても、特に制限はなく、例えばホウ珪酸ガラス、シリカガラスなどを用いることができる。
【0018】
不織布に含まれる合成繊維とガラス繊維の重量比は、例えば、DOP(平均粒径0.3〜0.5μm)を用いて測定される捕集効率が50%以上となるように決定することが好ましいが、上記した捕集効率を具備する不織布を作製するに際し、ガラス繊維が少なすぎると不織布の厚さが厚くなり、PTFE多孔質膜と積層した後に行われるプリーツ加工が困難となる。一方、ガラス繊維が多すぎると通気性支持材の圧力損失が適当な値より大きくなる。また、主として強度を保持する合成繊維が不足して、不織布の加工およびPTFE多孔質膜との接着が困難となる。通気性支持材2は、5.3cm/sの流速で空気を透過させたときの圧力損失が150Pa以下であることが好ましい。
【0019】
以上のことから、不織布に含まれる合成繊維とガラス繊維の重量比は、7:1〜1:1であることが好ましい。さらには、6:1〜2:1であることが好ましい。圧力損失の上昇(DHC値)が、ガラス繊維製濾材のそれより小さく、ガラス繊維製濾材に比べて長寿命のエアフィルタ用濾材を提供できるからである。また、圧力損失(初期値)についても、ガラス繊維製濾材のそれより小さいため、このようなエアフィルタ用濾材を用いた空気清浄装置において、消費電力を低く抑え、ランニングコストを低減できるからである。
【0020】
合成繊維とガラス繊維とを含む不織布の作製方法は特に限定されないが、合成繊維とガラス繊維とを湿式または乾式でブレンドし、抄紙し、それを加熱して、各繊維を接着する方法が一般的である。芯鞘構造を有する合成繊維を用いる場合は、鞘成分を溶融させて合成繊維とガラス繊維とを接着してもよい。また、バインダー、例えばポリビニルアルコール水溶液などを用いて合成繊維とガラス繊維とを接着させることもできる。
【0021】
エアフィルタ用濾材は、図1に示した形態の他に、図2に示すように、PTFE多孔質膜1の一方の面側に2層以上の通気性支持材2を含んでいてもよい。また、複数のPTFE多孔質膜と複数の通気性支持材とが交互に積層されていてもよいし、PTFE多孔質膜および通気性支持材のいずれか一方もしくは両方が連続して積層されている部分があってもよいが、ガラス繊維を含む通気性支持材の下流側には少なくとも1層のPTFE多孔質膜が配置されていることが好ましい。通気性支持材2に付着したガラス繊維などがあってもPTFE多孔質膜によって捕集することができ、下流側にガラス繊維などが流れ出すことを防止できるからである。
【0022】
また、エアフィルタ用濾材は、図1および図2に示した形態の他に、PTFE多孔質膜1および通気性支持材2とは別の通気性材料3(図3および図4参照)をさらに含んでいてもよい。この通気性材料3の圧力損失は、通常、5〜25Paである。
【0023】
通気性材料3は、材質、形態などについて、特に限定されないが、PTFE多孔質膜1および通気性支持材2より通気性に優れた材料、例えば、不織布、織布、メッシュ(網目状シート)、その他の多孔質材料を用いることができる。ただし、強度、柔軟性、作業性の点からは不織布が好ましい。通気性材料3の材料としては、特に限定するものではないが、ポリオレフィン(PE、PPなど)、ポリアミド、ポリエステル(ポリエチレンテレフタレート(PET)など)、芳香族ポリアミド、あるいはこれらの複合材などからなるものを用いることができる。一部または全部の繊維が芯鞘構造の複合繊維を用いることが一般的であり、芯繊維が鞘繊維より相対的に融点が高い合成繊維であることが好ましい。
【0024】
通気性材料3の配置位置は、特に限定されることなく、例えば、図3に示すように、PTFE多孔質膜1と通気性支持材2の間に配置してもよいし、図4に示すように、PTFE多孔質膜1の通気性支持材2が配置された面側の反対面側に配置してもよい。ただし、図4に示した形態の場合は、通気性材料3は、上記した材料中にガラス繊維を含まないことが好ましい。ガラス繊維が、エアフィルタ濾材の下流側に流れ出すおそれがあるからである。
【0025】
PTFE多孔質膜1は、使用用途に応じた捕集機能が発揮されるものであれば、孔径などについて特に限定されないが、通常、平均孔径0.01〜5μm、厚み3〜50μm、5.3cm/sの流速で空気を透過させたときの圧力損失が50〜1000Paであることが好ましい。
【0026】
上記したPTFE多孔質膜は、従来から用いられてきた方法により作製することができるが、以下にその作製方法の一例を説明する。まず、PTFEファインパウダーに液状潤滑剤を加えたペースト状の混和物を予備成形する。液状潤滑剤としては、PTFEファインパウダーの表面を濡らすことができ、抽出や加熱することより除去することができるものであれば特に限定されず、例えば、ナフサ、ホワイトオイルなどの炭化水素を使用することができる。液状潤滑剤の添加量は、PTFEファインパウダー100重量部に対して5〜50重量部程度が適当である。上記した予備成形は、液状潤滑剤が絞り出されない程度の圧力で行う。次に、予備成形体を押出し、圧延することによってシート状に成形し、このようにして得られたシート状の成形体を少なくとも一軸方向に延伸してPTFE多孔質膜を得る。尚、延伸は、液状潤滑剤を除去してから行うとよい。延伸条件は、適宜設定できるが、通常、温度は30〜320℃であり、延伸倍率は、縦方向、横方向ともに2〜30倍である。また、延伸後にPTFE多孔質膜をPTFEの融点以上に加熱して焼成すれば、強度を高めることができる。
【0027】
このようにして得られたPTFE多孔質膜1と、通気性支持材2および通気性材料3を積層する方法は、特に限定されず、例えば、接着剤ラミネート、熱ラミネートなどの方法を適用することができるが、熱により通気性支持材2や通気性材料3の一部を溶融し、隣接する層の対向する面に部分的に接着する熱ラミネートが好ましい。このように接着剤を用いずに接着すると、余分な重量増加がなく、通気性の低下も抑えることができ、接着後に行うプリーツ加工も行い易い。
【0028】
このようにして得られたエアフィルタ用濾材は、通常、プリーツ加工され、PTFE多孔質膜1と通気性支持材2および/または通気性材料3とが対向する面において互いに接触しないように、ホットメルトなどでビードが形成され、さらに金属枠などで枠付けされてエアフィルタユニットとなる。
【0029】
プリーツ加工は、例えば、外周にブレードを配置した一対の回転ドラムを回転させながら濾材をひだ折りしていくロータリー方式、濾材の移送方向に所定の間隔をおいて配置した一対のブレードを移動させながら濾材を両面から交互に折り畳んでいくレシプロ方式などにより行われる。
【0030】
PTFE多孔質膜1、通気性支持材2および通気性材料3は、上記した積層工程およびエアフィルタユニットヘの加工工程において、摩擦により帯電しやすい。帯電して表面電位が高くなったPTFE多孔質膜1、通気性支持材2および通気性材料3に導電体が近づいたり、人間が素手で触れたりすると、放電(スパーク)して、PTFE多孔質膜1に貫通孔が形成されることがある。PTFE多孔質膜1に上記した貫通孔が形成されると、PTFE多孔質膜1の孔径の短径よりも粒子径が小さい粒子について、捕集効率の粒子径依存性がなくなる、いわゆるリーク現象が発生する。このようなリークの発生を防止するためには、上記した積層工程およびエアフィルタユニットヘの加工工程において、摩擦が発生しやすい場所に帯電除去装置を配置して帯電除去を行うとよい。
【0031】
また、帯電を抑制するために、帯電しにくいPTFE多孔質膜、通気性支持材および通気性材料を用いてもよい。例えば、カーボン、金属粉などの導電性材料を練り込んだPTFE多孔質膜、通気性支持材および通気性材料を用いたり、スパッタ処理、放電処理または界面活性剤のコーティング処理などを施して、親水化処理したPTFE多孔質膜、通気性支持材および通気性材料を用いてもよい。
【0032】
尚、上記した帯電を抑制する方法のうち、いずれを採用する場合においても、PTFE多孔質膜、通気性支持材および通気性材料の表面電位の絶対値が0.3kV以下となる程度にまで低下させればよい。表面電位は、市販の表面電位計を用いれば容易に測定できる。
【0033】
エアフィルタ用濾材全体の厚みは、0.2〜0.8mmが好ましく、特には、0.3〜0.6mmが好ましい。厚すぎると圧力損失が大きくなり、プリーツ加工もしづらくなり、一方、薄すぎると剛性が低下するためにプリーツ加工がしづらくなるからである。
【0034】
【実施例】
次に、本発明のエアフィルタ用濾材の一例について、具体的に説明する。
【0035】
(実施例1)
PTFEファインパウダー(旭・ICIフロロポリマーズ社製、フルオンCD−123)100重量部に対して液状潤滑剤(流動パラフィン)30重量部を均一に混合し、この混合物を円筒状に予備成形し、次いでこれを丸棒状に押出成形した。この丸棒状の成形体を、液状潤滑剤を含んだままの状態で1対の金属圧延ロールの間に通し、厚み0.2mmに圧延した。次に、液状潤滑剤をノルマルデカンにより抽出除去した後、温度300℃で、長さ(縦)方向に10倍、次いで温度120℃で、横方向に30倍に延伸し、さらに温度400℃で0.5秒間加熱して焼成した。このようにしてPTFE多孔質膜(厚み10μm、気孔率93%、平均孔径1.0μm、圧力損失162Pa、捕集効率99.99%)を作製した。
【0036】
芯鞘構造のポリエステル繊維(芯成分は融点260℃の高融点ポリエステル繊維、鞘成分は融点230℃低融点ポリエステル繊維、平均繊維径25μm、平均繊維長6000μm)85重量%とガラス繊維(平均繊維径0.5μm、平均繊維長1000μm)15重量%を含む混合物をポリエチレンオキシド水溶液(ポリエチレンオキシド濃度0.2重量%)中に分散させ、抄紙し、それを235℃で3分間加熱して、厚さ0.25mmの通気性支持材(不織布)を作製した。尚、繊維(芯鞘構造のポリエステル繊維とガラス繊維)とポリエチレンオキシド水溶液の重量比は4:6とした。次に、この通気性支持材と上記したPTFE多孔質膜とを熱ラミネート方式(加熱ロール温度、285℃)でラミネートし、2層構造のエアフィルタ用濾材を得た。
【0037】
(実施例2)
実施例1で用いた芯鞘構造のポリエステル繊維の割合を80重量%、実施例1で用いたガラス繊維の割合を20重量%としたこと以外は実施例1と同様である。通気性支持材の厚みは0.25mmである。
【0038】
(実施例3)
実施例1で用いた芯鞘構造のポリエステル繊維の割合を70重量%、実施例1で用いたガラス繊維の割合を30重量%としたこと以外は実施例1と同様である。通気性支持材の厚みは0.25mmである。
【0039】
(実施例4)
PP繊維(平均繊維径30μm、平均繊維長7000μm)88重量%とガラス繊維(平均繊維径0.5μm、平均繊維長1000μm)12重量%を含む混合物をポリビニルアルコール水溶液(ポリビニルアルコール濃度3.5重量%)中に分散させ、抄紙し、それを150℃で3分間加熱して、厚さ0.2mmの通気性支持材(不織布)を作製した。繊維(PP繊維とガラス繊維)とポリビニルアルコール水溶液の重量比は4:6とした。次に、この通気性支持材と実施例1で作製したPTFE多孔質膜とを熱ラミネート方式(加熱ロール温度、180℃)でラミネートし、2層構造のエアフィルタ用濾材を得た。
【0040】
(実施例5)
長さ(縦)方向の延伸倍率を18倍としたこと以外は実施例1と同様にしてPTFE多孔質膜を作製した(厚み5μm、気孔率92%、平均孔径1.8μm、圧力損失70Pa、捕集効率99.99%)。次に、実施例1で用いた芯鞘構造のポリエステル繊維の割合を50重量%、実施例1で用いたガラス繊維の割合を50重量%とし、実施例1と同様にして、厚み0.25mmの通気性支持材を作製した。この通気性支持材と上記のPTFE多孔質膜とを実施例1と同様の条件で熱ラミネートして、2層構造のエアフィルタ用濾材を得た。
【0041】
(比較例1)
通気性支持材を、実施例1で用いた芯鞘構造のポリエステル繊維のみから作製したこと以外は実施例1と同様である。通気性支持材の厚みは0.25mmである。
【0042】
(比較例2)
一般的なガラス繊維からなるエアフィルタ用濾材(北越製紙製、HEPA用濾材、H380−A、厚み0.4mm)を用意した。
【0043】
実施例1〜5、比較例1または2において作製されたPTFE多孔質膜、通気性支持材およびエアフィルタ用濾材について、下記に示す方法により捕集効率、圧力損失、DHC(Dust Holding Capacity:圧力損失の上昇性)を測定し、その結果を表1に示した。
【0044】
[圧力損失] サンプルを有効面積100cm2の円形ホルダーにセットし、入り口側から空気を供給しつつ、入口側と出口側に圧力差を与え、このサンプルを通過する空気の流速を5.3cm/sに調整したときの圧力損失(初期値)を圧力計(マノメーター)で測定した。サンプルは、空気を供給する入口側に通気性支持材が配置されるように円形ホルダーにセットした。
【0045】
[DHC] 圧力損失の測定方法と同様にして、サンプルに空気を流速10.6cm/sで7日間透過させ、7日後の圧力損失を測定した。
【0046】
[捕集効率] 圧力損失の測定と同一の装置を用い、サンプルを通過する空気の流速を5.3cm/sに調整しながら、サンプルの上流側にDOP(粒径0.3〜0.5μm)を濃度が約107個/リットルとなるように供給し、上流側の粒子濃度とサンプルを透過してきた下流側の粒子濃度とをパーティクルカウンターで測定し、その測定値を下記の式に代入して捕集効率を求めた。
捕集効率(%)=(1−(下流側濃度/上流側濃度))×100
【0047】
【表1】
【0048】
表1に示すように、実施例1〜5のエアフィルタ用濾材は、通気性支持材が、合成繊維50〜88重量%、ガラス繊維12〜50重量%を含む材料から形成されているが、このように通気性支持材がガラス繊維を含むことによって、通気性支持材の捕集効率が著しく向上している。そのため、実施例1〜5のエアフィルタ用濾材は、圧力損失の上昇(DHC値)について、ガラス繊維製濾材(比較例2)と同等か、あるいはガラス繊維製濾材より抑制されている。特に、合成樹脂50〜86重量%、ガラス繊維14〜50重量%(重量比6:1〜2:1)を含む材料から形成された不織布を通気性支持材として用いた場合、圧力損失の上昇(DHC値)は、ガラス繊維製濾材(比較例2)のそれより小さい。したがって、ガラス繊維製濾材に比べて長寿命のエアフィルタ用濾材を提供することができる。また、圧力損失(初期値)についても、ガラス繊維製濾材(比較例2)のそれより小さいので、このようなエアフィルタ用濾材を用いた空気清浄装置において、消費電力を低く抑え、ランニングコストを低減できる。
【0049】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、目づまりが起こり難く、寿命の長いエアフィルタ用濾材を容易に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のエアフィルタ用濾材の一形態を示す一部断面図
【図2】 本発明のエアフィルタ用濾材の別の一形態を示す一部断面図
【図3】 本発明のエアフィルタ用濾材の別の一形態を示す一部断面図
【図4】 本発明のエアフィルタ用濾材の別の一形態を示す一部断面図
【符号の説明】
1 PTFE多孔質膜
2 通気性支持材
3 通気性材料
Claims (8)
- ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜と通気性支持材とを含み、前記通気性支持材が、合成繊維とガラス繊維とを含む不織布であることを特徴とするエアフィルタ用濾材。
- 前記合成繊維と前記ガラス繊維の重量比が7:1〜1:1である請求項1に記載のエアフィルタ用濾材。
- 前記通気性支持材は、5.3cm/sの流速で空気を透過させたときの圧力損失が150Pa以下であり、粒径が0.3〜0.5μmのジオクチルフタレートを用いて測定される捕集効率が50%以上である請求項1に記載のエアフィルタ用濾材。
- 請求項1〜3のいずれかの項に記載のエアフィルタ用濾材を用いたことを特徴とするエアフィルタユニット。
- 請求項1〜3のいずれかの項に記載のエアフィルタ用濾材の使用方法であって、前記ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜の気体の流れの上流側に、前記通気性支持材を配置することを特徴とするエアフィルタ用濾材の使用方法。
- ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜と積層され、エアフィルタ用濾材として使用される通気性支持材であって、合成繊維とガラス繊維とを含む不織布であることを特徴とする通気性支持材。
- 前記合成繊維と前記ガラス繊維の重量比が7:1〜1:1である請求項6に記載の通気性支持材。
- 前記不織布は、5.3cm/sの流速で空気を透過させたときの圧力損失が150Pa以下であり、粒径が0.3〜0.5μmのジオクチルフタレートを用いて測定される捕集効率が50%以上である請求項6に記載の通気性支持材。
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