JP2007097944A - 空気浄化用フィルタおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一つのフィルタで空気中に浮遊する炭化水素化合物、アンモニア、アルデヒド類等を同時に効果的に除去できる高性能の空気浄化用フィルタおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】バインダにより吸着材が支持体に固定される濾材を有する空気浄化用フィルタにおいて、前記バインダにグラフト共重合体を含有させたことを特徴とする空気浄化用フィルタおよびその製造方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、大気中の揮発性有機化合物（以下、ＶＯＣと言うこともある。）等の大気浮遊物質を吸着する空気浄化用フィルタに関し、とくに車両用空調装置に好適な空気浄化用フィルタおよびその製造方法に関する。

近年、自動車産業の分野においては、車室内の快適性の向上の要請が高まっており、車両用空調装置に、たとえば空気中に浮遊するＶＯＣ等を除去する空気浄化用フィルタの装着が進んでいる

車両用空調装置の空気浄化用フィルタにおいては、たばこ臭や車の排気ガス臭等の空気中のガス成分を吸着し空気を清浄化する場合は、一般に活性炭を吸着材とした空気浄化用フィルタが用いられている。しかし、活性炭を吸着材とした空気浄化用フィルタは、炭化水素化合物（以下、ＨＣと言うこともある。）に対しては優れた吸着能力を示すが、アルデヒド類やアンモニア等の吸着能力は低い。このため、アルデヒド類やアンモニア等を効果的に吸着除去するためには、たとえば、活性炭以外のものを吸着材に用いた空気浄化用フィルタを使用したり、あるいは活性炭とアルデヒド類やアンモニア等に対して優れた浄化能力を示す材料を複合して空気浄化用フィルタを構成するような手段が講じられている。

活性炭以外のものを利用したフィルタとしては、繊維の織布または不織布をグラフト重合処理した空気浄化用フィルタを用いてアンモニアやホルムアルデヒド等を効果的に分解可能なフィルタが提案されているが（特許文献１）、このようなフィルタは高速流下においては処理能力が低下する。また、炭化水素化合物に対する処理能力は低い。

このため、炭化水素化合物に対して優れた吸着能力を示す活性炭を吸着材に用いたフィルタとグラフト共重合体を用いたフィルタとをガス通過方向に直列に配列したタイプのエアフィルタの提案がなされている（特許文献２）。しかし、特許文献２のようなフィルタにおいては、通風抵抗が著しく増大するおそれがある。また、ハニカム状に形成した支持体内に活性炭とグラフト共重合体とを混合して充填し濾材を構成し、炭化水素化合物およびアンモニア、アルデヒド類を処理可能なフィルタ等の提案もなされている（特許文献３）。しかし、特許文献３のような提案においては、活性炭やグラフト共重合体を均一に分散させることは困難であるため、炭化水素化合物またはアンモニア等の処理能力が低下するおそれがある。
特開平５−１１１６０７号公報 特開平１０−２３０１１８号公報 特開２００１−１４５８１６号公報

そこで、本発明の課題は、一つのフィルタで空気中の炭化水素化合物、アンモニア、アルデヒド類等を同時に効果的に除去できる高性能の空気浄化用フィルタおよびその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る空気浄化用フィルタは、バインダにより吸着材が支持体に固定される濾材を有する空気浄化用フィルタにおいて、前記バインダにグラフト共重合体を含有させたことを特徴とするものからなる。このような構成においては、グラフト共重合体はバインダに含有されているので、たとえば支持体形成時に同時に支持体に固定でき、吸着材およびグラフト共重合体を有する濾材を得ることができる。したがって、上記濾材を用いて空気浄化用フィルタを構成すれば、空気中のアンモニア、アルデヒド類はグラフト共重合体により分解処理される。一方、吸着材として、たとえば活性炭を用いれば空気中の炭化水素化合物は活性炭に吸着される。したがって、アルデヒド、アンモニア等および炭化水素化合物を同時に除去でき、空気を確実に浄化可能な高性能の空気浄化用フィルタを実現することができる。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る空気浄化用フィルタの製造方法は、バインダにより吸着材が支持体に固定される濾材を有する空気浄化用フィルタを製造するに際し、前記バインダにグラフト共重合体を含有した後、該グラフト共重合体混合バインダを用いて、前記吸着材を支持体に固定することを特徴とする方法からなる。

上記グラフト共重合体含有量は、吸着材の１ｗｔ％〜４０ｗｔ％であることが好ましい。含有量が１ｗｔ％未満であると、空気中のアンモニア、アルデヒド類を十分に分解し除去できなくなるおそれがある。一方、含有量が４０ｗｔ％を超えると活性炭からなる吸着材の含有量が相対的に低下するため炭化水素化合物を十分に吸着できなくなるおそれがある。

上記支持体に含まれる吸着材の量は１０ｇ／ｍ^２〜３００ｇ／ｍ^２であることが好ましい。１０ｇ／ｍ^２未満の場合は、吸着材により吸着される炭化水素化合物の除去が不十分になるおそれがある。一方、３００ｇ／ｍ^２を超えるとグラフト共重合体量が少なくなるためアンモニア、アルデヒド類の処理能力の低下、圧損の増大を招来するおそれがある。

上記吸着材は、炭化水素化合物に対して吸着能力を発揮するものであればとくに限定されるものではないが、好ましくは活性炭を挙げることができる。

上記支持体は、とくに限定されるものではなく、たとえば不織布、織布、発泡体等を挙げることができるが、好ましくは不織布を挙げることができる。

上記不織布はケミカルボンド法により製造することができる。たとえば、活性炭を混合したフリースを、バインダにグラフト共重合体を含有するグラフト共重合体混合バインダに含浸する、製造方法。あるいは、活性炭を混合したフリースに、バインダにグラフト共重合体を含有したグラフト共重合体混合バインダを塗布する製造方法を採用できる。

本発明に係る空気浄化用フィルタの濾材は、たとえば波形に形成されることが好ましい。このように形成すれば、フィルタの表面積を広く確保することができるので、空気の浄化性能を向上することができる。

上記グラフト共重合体は、幹となる重合体に、側鎖として官能基Ｈ_２ＮＣＨ_２ＣＨ_２ＮＨ_２を含む単量体が重合されたものが好ましい。このような官能基により、たとえばホルムアルデヒド（ＨＣＨＯ）は以下のように分解される。
Ｒ（ＣＨ_２ＣＨ_２ＮＨ_２）−ＮＨ_２＋ＨＣＨＯ→Ｒ（ＣＨ_２ＣＨ_２ＮＨ_２）−Ｎ＝ＣＨ_２＋Ｈ_２Ｏ
ここで、Ｒは幹となる重合体を示す。

本発明に係る空気浄化用フィルタは、たとえば住宅、工場等に設置される空調装置の空気浄化用フィルタとして利用できるが、とくに自動車等の車両用空調装置の空気浄化用フィルタとして好適である。

上記のような本発明に係る空気浄化用フィルタによれば、一つのフィルタで炭化水素化合物，アンモニア、アルデヒド類を効果的に除去することができるので、空気を効果的に浄化することができる。

以下に、本発明に係る空気浄化用フィルタおよびその製造方法の望ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
図１ないし図３は本発明の一実施態様に係る空気浄化用フィルタを示している。図において１は空気浄化用フィルタを示しており、該空気浄化用フィルタ１は枠体２と濾材３とを有している。また、本実施態様においては、空気浄化用フィルタ１は車両用空調装置の空気浄化用フィルタに構成されている。また、濾材３は図１に示すように波形に形成されている。

図２、図３に示すように、濾材３は、不織布からなる支持体４を有しており、該支持体４に、吸着材としての活性炭５およびグラフト共重合体６がバインダにより固定されている。このような濾材３は、たとえば図４、図５に示すようなケミカルボンド法により容易に製造できる。濾材３において、活性炭５の含有量は、１０ｇ／ｍ^２〜３００ｇ／ｍ^２になるよう設定され、グラフト共重合体６は活性炭５の１ｗｔ％〜４０ｗｔ％になるように設定されている。

本実施態様においては、グラフト共重合体６は、幹となる重合体に、側鎖として官能基Ｈ_２ＮＣＨ_２ＣＨ_２ＮＨ_２を含む単量体が重合されたものが用いられている。このような官能基により、たとえばホルムアルデヒド（ＨＣＨＯ）は以下のように分解される。
Ｒ（ＣＨ_２ＣＨ_２ＮＨ_２）−ＮＨ_２＋ＨＣＨＯ→Ｒ（ＣＨ_２ＣＨ_２ＮＨ_２）−Ｎ＝ＣＨ_２＋Ｈ_２Ｏ
ここで、Ｒは幹となる重合体を示す。

図４は、濾材３をケミカルボンド法（含浸法）により製造する際の製造装置を示している。図４において、７は製造装置を示している。製造装置７は、短繊維８（本実施態様においては、６ｍｍ以下）を供給する供給手段９を有している。供給手段９からは、活性炭５（粒径５０μｍ）を含む短繊維８がカード機１０に供給され、活性炭５を含む短繊維８の集積層（フリース）１１が形成される。なお、活性炭５の含有量は、完成された濾材３において、１０ｇ／ｍ^２〜３００ｇ／ｍ^２になるよう設定されている。集積層１１は、バインダ槽１２中のグラフト共重合体６が含有されたグラフト共重合体混合バインダ１３に含浸された後、加熱乾燥手段１４により処理され巻き取りローラ１５により巻き取られるようになっている。なお、グラフト共重合体混合バインダ１３に含有されるグラフト共重合体６は活性炭５の１ｗｔ％〜４０ｗｔ％になるように設定されている。

図５は、濾材３をケミカルボンド法（スプレー法）により製造する際の製造装置を示している。図５において、１６は製造装置を示している。製造装置１６は、短繊維８（本実施態様においては、６ｍｍ以下）を供給する供給手段９を有している。供給手段９からは、活性炭５（粒径５０μｍ）を含む短繊維８がカード機１０に供給され、活性炭５を含む短繊維８の集積層（フリース）１１が形成される。なお、活性炭５の含有量は、完成された濾材３において、１０ｇ／ｍ^２〜３００ｇ／ｍ^２になるよう設定されている。そして、該集積層１１に、バインダ塗布手段１７によりグラフト共重合体６が含有されたグラフト共重合体混合バインダ１３が塗布された後、加熱乾燥手段１４により処理され巻き取りローラ１５により巻き取られるようになっている。なお、グラフト共重合体混合バインダ１３に含有されるグラフト共重合体６は活性炭５の１ｗｔ％〜４０ｗｔ％になるように設定されている。

本実施態様においては、グラフト共重合体６はグラフト共重合体混合バインダ１３に含有されているので、活性炭５およびグラフト共重合体６を有する濾材３を得ることができる。このため空気中のアンモニア、アルデヒド類はグラフト共重合体６により分解される。一方、吸着材として、活性炭５により空気中の炭化水素化合物は活性炭５に吸着される。したがって、一つのフィルタでアルデヒド、アンモニア等および炭化水素化合物をともに除去でき、空気を確実に浄化可能な高性能の空気浄化用フィルタを実現することができる。

また、本実施態様においては、グラフト共重合体６の含有量は、吸着材としての活性炭５の１ｗｔ％〜４０ｗｔ％であり、活性炭５とグラフト共重合体６とがバランスよく配合されているので、空気中のアンモニア、アルデヒド類を十分に分解し除去しつつ、炭化水素化合物を吸着できる。また、吸着材としての活性炭５の量は１０ｇ／ｍ^２〜３００ｇ／ｍ^２であるので、アンモニア、アルデヒド類の処理能力の低下、圧損の増大を招来するおそれはない。

以下、実施例にて本発明をより具体的に説明する。
実施例１
支持体としての不織布を構成する短繊維（繊維長６ｍｍ以下）に、濾材の活性炭（粒径５０μｍ）量が７５ｇ／ｍ^２となるように活性炭を含有し、バインダにグラフト共重合体の含有量が活性炭の０．５ｗｔ％を含有させケミカルボンド法（含浸法）により、厚み０．５〜２．０ｍｍの濾材を製造し空気浄化用フィルタを構成した。

実施例２
グラフト共重合体の含有量を活性炭の１．０ｗｔ％になるように設定した以外は実施例１と同様に濾材を製造し空気浄化用フィルタを構成した。

実施例３
グラフト共重合体の含有量を活性炭の１０ｗｔ％になるように設定した以外は実施例１と同様に濾材を製造し空気浄化用フィルタを構成した。

実施例４
グラフト共重合体の含有量を活性炭の２０ｗｔ％になるように設定した以外は実施例１と同様に濾材を製造し空気浄化用フィルタを構成した。

実施例５
グラフト共重合体の含有量を活性炭の４０ｗｔ％になるように設定した以外は実施例１と同様に濾材を製造し空気浄化用フィルタを構成した。

実施例６
グラフト共重合体の含有量を活性炭の６０ｗｔ％になるように設定した以外は実施例１と同様に濾材を製造し空気浄化用フィルタを構成した。

比較例１
支持体としての不織布を構成する短繊維（繊維長６ｍｍ以下）に、濾材の活性炭（粒径５０μｍ）量が７５ｇ／ｍ^２となるように活性炭を含有し、ケミカルボンド法（含浸法）により、厚み０．５〜２．０ｍｍの濾材を製造し空気浄化用フィルタを構成した。

比較例２
支持体としての不織布を構成する短繊維（繊維長６ｍｍ以下）に、濾材の活性炭（粒径５０μｍ）量が６５ｇ／ｍ^２となるように活性炭を含有し、ケミカルボンド法（含浸法）により、厚み０．５〜２．０ｍｍの濾材Ａを製造した。一方、厚み０．５〜２．０ｍｍの不織布に直接グラフト処理を行い濾材Ａに含有される活性炭の１５ｗｔ％となるグラフト共重合体を含有させた濾材Ｂを製造した。上記濾材Ａと濾材Ｂを貼り合わせて空気浄化用フィルタを構成した。

表１に実施例１〜実施例５および比較例１〜比較例２のグラフト共重合体の含有量、に対するホルムアルデヒド（ＨＯＣＨＯ）の分解量をまとめて記載した。そして、ホルムアルデヒドの分解量が従来の空気浄化用フィルタに比べ、際立って優れているものを○と判定し、やや優れているものを△、同等なものを×と判定した。

また、実施例３の濾材の活性炭量を変化させた場合の圧力損失の変化を図６に示した。さらに、実施例３と比較例１、２のホルムアルデヒド、トルエンの除去効率の対比を図７に示した。

以上より、本発明の空気浄化用フィルタは、アルデヒド類、炭化水素化合物等のＶＯＣを効率よく除去できることが分かる。

本発明に係る空気浄化用フィルタは、住宅、工場、あるいは自動車等の空調装置の空気浄化用フィルタとして利用できるが、とくに自動車用空調装置の空気浄化用フィルタに好適である。

本発明の一実施態様に係る空気浄化用フィルタの斜視図である。 図１の空気浄化用フィルタの断面図である。 図２のＡ部の拡大図である。 本発明の一実施態様に係る空気浄化用フィルタをケミカルボンド法（含浸法）により製造する際の製造装置の概略構成図である。 本発明の一実施態様に係る空気浄化用フィルタをケミカルボンド法（スプレー法）により製造する際の製造装置の概略構成図である。 濾材の活性炭量と圧力損失の関係を示す関係図である。 実施例３と比較例１、２のホルムアルデヒド、トルエンの除去効率を対比した対比図である。

符号の説明

１ 空気浄化用フィルタ
２ 枠体
３ 濾材
４ 支持体
５ 活性炭
６ グラフト共重合体
７、１６ 製造装置
８ 短繊維
９ 供給手段
１０ カード機
１１ 短繊維の集積層（フリース）
１２ バインダ槽
１３ グラフト共重合体混合バインダ
１４ 加熱乾燥手段
１５ 巻き取りローラ
１７ バインダ塗布手段

Claims (19)

1. バインダにより吸着材が支持体に固定される濾材を有する空気浄化用フィルタにおいて、前記バインダにグラフト共重合体を含有させたことを特徴とする空気浄化用フィルタ。
2. 前記バインダに吸着材の１ｗｔ％〜４０ｗｔ％のグラフト共重合体が含有されている、請求項１の空気浄化用フィルタ。
3. 前記支持体に固定される吸着材量が１０ｇ／ｍ^２〜３００ｇ／ｍ^２の範囲である、請求項１または２の空気浄化用フィルタ。
4. 前記吸着材が活性炭からなる、請求項１ないし３のいずれかに記載の空気浄化用フィルタ。
5. 前記支持体が不織布からなる、請求項１ないし４のいずれかに記載の空気浄化用フィルタ。
6. 前記不織布がケミカルボンド法により製造される、請求項５の空気浄化用フィルタ。
7. 前記濾材が波形に成形されている、請求項１ないし６のいずれかに記載の空気浄化用フィルタ。
8. 前記グラフト共重合体の側鎖にＨ_２ＮＣＨ_２ＣＨ_２ＮＨ_２基が含まれている、請求項１ないし７のいずれかに記載の空気浄化用フィルタ。
9. 前記空気浄化用フィルタが車両空調装置用の空気浄化用フィルタからなる、請求項１ないし８のいずれかに記載の空気浄化用フィルタ。
10. バインダにより吸着材が支持体に固定される濾材を有する空気浄化用フィルタを製造するに際し、前記バインダにグラフト共重合体を含有した後、該グラフト共重合体混合バインダを用いて、前記吸着材を支持体に固定することを特徴とする空気浄化用フィルタの製造方法。
11. 前記バインダに吸着材の１ｗｔ％〜４０ｗｔ％のグラフト共重合体を含有した、請求項１０の空気浄化用フィルタの製造方法。
12. 前記支持体に固定される吸着材量が１０ｇ／ｍ^２〜３００ｇ／ｍ^２の範囲である、請求項１０または１１の空気浄化用フィルタの製造方法。
13. 前記吸着材が活性炭である、請求項１０ないし１２のいずれかに記載の空気浄化用フィルタの製造方法。
14. 前記支持体が不織布である、請求項１０ないし１３のいずれかに記載の空気浄化用フィルタの製造方法。
15. バインダにより活性炭が不織布に固定される濾材を有する空気浄化用フィルタを製造するに際し、前記活性炭を混合したフリースを、前記バインダにグラフト共重合体を含有するグラフト共重合体混合バインダに含浸する、請求項１４の空気浄化用フィルタの製造方法。
16. バインダにより活性炭が不織布に固定される濾材を有する空気浄化用フィルタを製造するに際し、活性炭を混合したフリースに、前記バインダにグラフト共重合体を含有したグラフト共重合体混合バインダを塗布する、請求項１４の空気浄化用フィルタの製造方法。
17. 前記濾材を波形に成形する、請求項１０ないし１６のいずれかに記載の空気浄化用フィルタの製造方法。
18. 前記グラフト共重合体の側鎖にＨ_２ＮＣＨ_２ＣＨ_２ＮＨ_２基が含まれている、請求項１０ないし１７のいずれかに記載の空気浄化用フィルタの製造方法。
19. 前記空気浄化用フィルタが車両空調装置用のフィルタである、請求項１０ないし１８のいずれかに記載の空気浄化用フィルタの製造方法。

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