JP2015029770A

JP2015029770A - 空気清浄用濾材

Info

Publication number: JP2015029770A
Application number: JP2013162368A
Authority: JP
Inventors: 禎仁後藤; Sadahito Goto; 北川　義幸; Yoshiyuki Kitagawa; 義幸北川; 増森　忠雄; Tadao Masumori; 忠雄増森
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2013-08-05
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2015-02-16

Abstract

【課題】低通気抵抗でアルデヒド類、炭化水素系ガス類の脱臭性能に優れ、剥離強度が高くプリーツ加工性に優れ、使用中の汚れの視認性が良好な空気清浄用濾材を提供する。【解決手段】活性炭、ヒドラジド化合物が担持されたシリカゲルおよび熱可塑性樹脂の混合物がカバー層間に挟持されている空気清浄用濾材であって、前記混合物中の活性炭およびヒドラジド化合物が担持されたシリカゲルが前記熱可塑性樹脂の溶融によりカバー層間に接着固定化されており、前記混合物中のヒドラジド化合物が担持されたシリカゲルの含有量が活性炭に対し重量比で１〜１００であり、前記混合物中の活性炭に対するシリカゲルの平均粒径の比が０．５〜２．０であり、充てん密度の比が０．５〜２．０であり、前記混合物中の活性炭およびシリカゲルの平均粒径がそれぞれ１００μｍ以上である空気清浄用濾材。【選択図】なし

Description

本発明は、脱臭機能を有した空気清浄用濾材に関するものである。

近年、自動車用、家庭用フィルタ等の分野において、濾材の高機能化・多様化の要請が急激に高まっており、脱臭機能を有する空気清浄用濾材の検討が多くなされている。そして、これら空気清浄用濾材として、粒子状または繊維状の吸着剤と接着剤を用いてシート化する方法が多く採用されており、例えば、基材層間に粒状吸着剤と粒状接着剤の混合物を散布し、これを加熱接着してなる吸着濾材が開示されている（例えば、特許文献１）。

一方で、排気ガスやタバコ煙などから発生するアセトアルデヒドに代表されるアルデヒド類は臭気閾値が低く、有害性も高いため脱臭フィルタによる高効率な除去が期待されている。アセトアルデヒドやホルムアルデヒドは沸点が低く、極性も高いので通常の活性炭では除去しにくいことから、活性炭による低級アルデヒドの吸着除去性能を向上させる手段として、アニリンなどのアミン類や、ヒドラジン誘導体を活性炭に添着してその性能を向上させる方法が開示されている（例えば、特許文献２、３）。しかし、当該技術を用いた消臭材ならびに空気清浄フィルタは、添着した薬剤が活性炭上で徐々に劣化し、アルデヒド除去性能が低下していく問題があった。

また、活性炭を用いないアルデヒド除去材として、シリカゲル等の無機多孔体にヒドラジン誘導体を添着する方法が開示されている（例えば、特許文献４）。かかる吸着材はアルデヒド除去性能に特化して優れているが、トルエン、キシレン、ブタンなどの炭化水素系ガスの吸着はできないため、特に排ガス臭の脱臭フィルタとしては除去性能が不足するという問題があった。

かかる問題を解決するため、ヒドラジン誘導体を添着したゼオライト等の無機多孔体と活性炭を含有した消臭剤が開示されている（例えば、特許文献５）。当該技術を用いればアルデヒドと炭化水素系ガスを共に消臭できることは可能であるが、繊維構造体への担持用であるため、無機多孔体の粒径が３０μｍ以下と限定されており、空気清浄濾材として通風した場合は多孔体の充填密度の高さから通気抵抗が大きくなるという問題があった。また、活性炭の比率が全消臭剤の５０質量％以上が必要であり、空気清浄濾材として用いた場合は活性炭が黒色であるので色調が暗くなり、環境中のダストが捕集され目詰まりを起こしていても外観上判別できないという問題があった。

特開平１１−５０５８号公報特開平３−９８６４２号公報特開２００１−２１８８２４号公報特開２０１０−５８０７５号公報特開２００８−１４８８０４号公報

本発明は、上記従来技術の課題を背景になされたものであり、低通気抵抗であり、アルデヒド類と炭化水素系ガス類の脱臭性能に優れ、使用中のダスト付着による視認性が良好な空気清浄用濾材を提供するものである。

本発明者等は上記課題を解決するため、鋭意研究した結果、ついに本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下の通りである。
（１）活性炭、ヒドラジド化合物が担持されたシリカゲルおよび熱可塑性樹脂の混合物がカバー層間に挟持されている空気清浄用濾材であって、前記混合物中の活性炭およびヒドラジド化合物が担持されたシリカゲルが前記熱可塑性樹脂の溶融によりカバー層間に接着固定化されており、前記混合物中のヒドラジド化合物が担持されたシリカゲルの含有量が活性炭に対し重量比で１〜１００であり、前記混合物中の活性炭に対するシリカゲルの平均粒径の比が０．５〜２．０であり、充てん密度の比が０．５〜２．０であり、前記混合物中の活性炭およびシリカゲルの平均粒径がそれぞれ１００μｍ以上である空気清浄用濾材。
（２）ヒドラジド化合物がアジピン酸ジヒドラジドである（１）記載の空気清浄用濾材。

本発明による空気清浄用濾材は、低通気抵抗であり、アルデヒド類、炭化水素系ガス類の脱臭性能に優れ、剥離強度が高くプリーツ加工性に優れ、使用中の汚れの視認性が良好な空気清浄用濾材である。

本発明の空気清浄用濾材の模式図である。本発明中の通気抵抗測定冶具である。本発明中のフィルタユニットの斜視図である。本発明中の剥離強度測定の概略図である。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明の空気清浄用濾材にはシリカゲルを含む。シリカゲルは活性炭と異なり天然物由来の表面官能基や不純物を有しないので、アルデヒド吸着用の薬剤を添着してもシリカゲルと反応することはなく、薬剤が劣化するのを抑制できる。シリカゲルは、二酸化珪素を主成分とした一次粒子の凝集体であり気相法、湿式法（沈降法）、ゾルゲル法など各種方法により得ることができる。本発明に用いられるシリカゲルは、所望の特性が得られるものであればいずれの方法にて得られるものでも好ましく用いることができる。

本発明に用いられるシリカゲルは、平均粒径として１００μｍ以上であることが必要であり、好ましくは２００〜６００μｍである。平均粒径が１００μｍ未満であると吸着速度を得るには有利であるが、カバー層間にシリカゲル粒子を固定化して空気清浄用濾材として使用する場合、吸着容量を確保するために使用量を増やすと充填密度が高くなるために、通気抵抗が大きすぎ通風できなくなる。さらに脱落や飛散が生じやすくなる可能性がある。

本発明に用いられるシリカゲルの細孔直径としては、１２〜１００ｎｍであることが好ましく、２０〜９０ｎｍであることがより好ましく、３０〜８０ｎｍであることがさらに好ましく、４０〜７０ｎｍであることが最も好ましい。１２ｎｍ未満であると薬剤添着時に細孔が閉塞しやすくなるため、反応速度の面で不利となり、また壁間の分子間力による物理吸着力が大きくなるため臭気の非意図的吸着および脱離が大きくなる。一方、細孔直径が１００ｎｍを超える場合には表面積を得ることが困難であるため、十分な脱臭速度が得られない。
本発明で定義される細孔直径はＢＪＨ法により得られるピーク直径を意味しており、より詳しくは７７ケルビン（液体窒素温度）における窒素吸着法により得られる吸着側等温線を用いて求められる。本法では必ずしも全細孔容積を求める必要がないため、本発明の大細孔シリカゲルを用いた場合において評価、解析が容易となる。

本発明に用いられるシリカゲルでは毛管凝縮の作用を低減するために上述の細孔直径を有するとともに、脱臭材として有用な吸着速度を発現させるために表面積が必要である。すなわち、７７ケルビンにおける窒素吸着ＢＥＴ法により計算される比表面積において２０〜１０００ｍ^２／ｇが好ましく、３５〜５００ｍ^２／ｇがより好ましく、５０〜４００ｍ^２／ｇがさらに好ましく、７０〜３００ｍ^２／ｇが最も好ましい。２０ｍ^２／ｇ未満であるとアルデヒドの除去速度が小さくなり、１０００ｍ^２／ｇを超えると臭気の物理吸着量が多くなるという問題がある。

本発明の空気清浄用濾材はアセトアルデヒド等の低級アルデヒドに対する吸着性能を発現させるために、シリカゲルに少なくとも１種のヒドラジド化合物を担持してなることを特徴とする。
ヒドラジド化合物としては、分子中に１個のヒドラジド基を有するモノヒドラジド化合物、分子中に２個のヒドラジド基を有するジヒドラジド化合物、分子中に３個以上のヒドラジド基を有するポリヒドラジド化合物等を挙げることができる。

モノヒドラジド化合物の具体例としては、例えば、一般式（１）Ｒ−ＣＯ−ＮＨＮＨ_２［式中、Ｒは水素原子、アルキル基または置換基を有することのあるアリール基を示す。］で表されるモノヒドラジド化合物を挙げることができる。

上記一般式（１）において、Ｒで示されるアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、ｎ−ヘプチル基、ｎ−オクチル基、ｎ−ノニル基、ｎ−デシル基、ｎ−ウンデシル基等の炭素数１〜１２の直鎖状アルキル基を挙げることができる。アリール基としては、例えば、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基等を挙げることができ、これらの中でもフェニル基が好ましい。またアリール基の置換基としては、例えば、水酸基、フッ素、塩素、臭素等のハロゲン原子、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｉｓｏ−ブチル基等の炭素数１〜４の直鎖または分岐鎖状のアルキル基等を挙げることができる。

上記一般式（１）のヒドラジド化合物としては、より具体的には、ラウリル酸ヒドラジド、サリチル酸ヒドラジド、ホルムヒドラジド、アセトヒドラジド、プロピオン酸ヒドラジド、ｐ−ヒドロキシ安息香酸ヒドラジド、ナフトエ酸ヒドラジド、３−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸ヒドラジド等を例示できる。

ジヒドラジド化合物の具体例としては、例えば、一般式（２）Ｈ_２ＮＨＮ−Ｘ−ＮＨＮＨ_２［式中Ｘは基−ＣＯ−または基−ＣＯ−Ａ−ＣＯ−を示す。Ａはアルキレン基またはアリーレン基を示す。］で表わされるジヒドラジド化合物を挙げることができる。

上記一般式（２）において、Ａで示されるアルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、ヘプタメチレン基、オクタメチレン基、ノナメチレン基、デカメチレン基、ウンデカメチレン基等の炭素数１〜１２の直鎖状アルキレン基を挙げることができる。アルキレン基の置換基としては、例えば水酸基等を挙げることができる。アリーレン基としては、例えば、フェニレン基、ビフェニレン基、ナフチレン基、アントリレン基、フェナントリレン基等を挙げることができ、これらの中でもフェニレン基、ナフチレン基等が好ましい。アリーレン基の置換基としては、上記アリール基の置換基と同様のものを挙げることができる。

上記一般式（２）のジヒドラジド化合物は、具体的には、例えば、カルボヒドラジド、シュウ酸ジヒドラジド、マロン酸ジヒドラジド、コハク酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、アゼライン酸ジヒドラジド、セバシン酸ジヒドラジド、ドデカン−２酸ジヒドラジド、マレイン酸ジヒドラジド、フマル酸ジヒドラジド、ジグリコール酸ジヒドラジド、酒石酸ジヒドラジド、リンゴ酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジド、テレフタル酸ジヒドラジド、ダイマー酸ジヒドラジド、２，６−ナフトエ酸ジヒドラジド等の２塩基酸ジヒドラジド等が挙げられる。さらに、特公平２−４６０７号公報に記載の各種２塩基酸ジヒドラジド化合物、２，４−ジヒドラジノ−６−メチルアミノ−ｓｙｍ−トリアジン等も本発明のジヒドラジドとして用いることができる。

ポリヒドラジド化合物は、具体的には、ポリアクリル酸ヒドラジド等を例示できる。これらの中でも、ジヒドラジド化合物が好ましく、２塩基酸ジヒドラジドが特に好ましく、アジピン酸ジヒドラジドがより一層好ましい。

上記ヒドラジド化合物は１種を単独でまたは２種以上を混合して使用することができる。

シリカゲル上へのヒドラジド化合物の担持処理法としては、所望の特性が得られる手法であれば特に制限されないが、例えばシリカゾル中にヒドラジド化合物を混合し一次粒子表面上に担持させると共に乾燥固化させる方法、シリカゲルを溶媒中に溶解させヒドラジド化合物を含浸担持する方法、ヒドラジド化合物を溶媒中に溶解させシリカゲル上に噴霧・塗布することにより吸収させる方法などにより担持させ、続く工程により溶媒の乾燥を行う。溶媒としてはヒドラジド化合物の特性ならびに作業性を考慮し適当なものを選択することができる。このうち安全性ならびに作業性の観点から水系溶媒を用いることが好ましい。

より好ましい担持処理方法としては、容器中で攪拌混合しながら水分が滞留する未満の薬剤溶液を吸収担持させ、続く乾燥工程においても攪拌混合もしくは流動層などにより粒子分散性を維持する方法である。当該方法を用いることにより、粒子間を架橋した溶液による凝集固着が軽減されると共に、後述する除去材のシート化時にシリカゲルおよびシート表面へのヒドラジド化合物の析出および析出物の飛散を低減することができる。さらには、シート加工時に、薬剤析出物または微粉末が減少することによる粒子固着性向上効果もある。

より具体的な担持例としてはヘンシェルミキサーならびにリボンミキサー等にて攪拌混合しながらヒドラジド化合物溶液を噴霧もしくは適時注入することで溶液を吸収させるとともに、続く工程で加熱、減圧もしくは併用することにより乾燥することが好ましい。ヒドラジド化合物ならびに担体であるシリカゲルも親水性であるため活性炭と比較して薬剤の平衡吸着力に劣るため、当該手法を用いることで表面析出の低減された良好な除去材を得ることができる。

攪拌混合法により担持させる場合においては装置ならびにシリカゲルの特性により適当な条件を用いることが出来る。より具体的には溶媒使用量はシリカゲル粒子１００部に対し５〜３００重量部が好ましく、１０〜２５０重量部がより好ましく、２０〜２００重量部がさらに好ましく、５０〜１５０重量部が最も好ましい。５重量部よりも溶媒使用量が少ない場合には、担体への浸透が不十分となるため吸着性能が低下する。また、３００重量部よりも溶媒使用量が多い場合には、シリカゲルが飽和するため、表面への薬剤析出ならびに凝集が生じると共に、乾燥に多大なエネルギーが必要となる。シリカゲルの細孔容積との観点から鑑みると、概ね全細孔容積に対して５％〜２００％の溶媒体積が好ましく、１０％〜１５０％の溶媒体積がより好ましく、２０〜１１０％の溶媒体積がさらに好ましい。

本発明におけるヒドラジド化合物の担持量としては、シリカゲル１００部に対して１〜１００重量部が好ましく、５〜５０重量部がより好ましい。１重量部未満であると除去容量と速度が不十分となり、１００重量部を超えるとシリカゲルの細孔閉塞が顕著となり、多孔質体との併用効果である除去容量と速度が得られなくなる。

本発明に用いられる活性炭の平均粒径は、通気性、ダスト保持性、脱落性、シート加工性等を考慮して、ＪＩＳＫ１４７４活性炭試験方法に基づいた質量平均径にて１００μｍ以上であり、好ましくは２００〜６００μｍである。平均粒径が１００μｍ未満であると吸着速度を得るには有利であるが、カバー層間にシリカゲルを固定化して空気清浄用濾材として使用する場合、吸着容量を確保するために使用量を増やすと充填密度が高くなり、通気抵抗が大きすぎ通風できなくなる。さらに脱落や飛散が生じやすくなる可能性がある。なお、上記の粒状活性炭は、通常の分級機を使用して所定の粒度調整をすることにより、得ることが可能である。

本発明に用いられる活性炭は、ＪＩＳＫ１４７４活性炭試験方法にて硬さ９０％以上を有するヤシ殻活性炭を用いることが好ましい。硬さ９５％以上のヤシ殻活性炭がより好ましい。活性炭の硬さが９０％未満であるとシート加工時やプリーツ加工時に活性炭が破砕され、濾材表面やプリーツ頂点から活性炭の脱落が発生する。

本発明に用いられる活性炭の原料としては、ヤシ殻、木質系、石炭系、ピッチ系などが知られているが、ヤシ殻であることが好ましい。ヤシ殻活性炭の細孔は他の原料と比較して小さい細孔の比率が多く、不純物である灰分も少ない。つまり、ヤシ殻活性炭は細孔が小さいために吸着した臭気分子に対して効果的に細孔壁との分子間力が働き、吸着した臭気分子を脱離させにくい特徴がある。また灰分が少ないことから重量当たりの臭気吸着性能も高い。

本発明に用いられる活性炭のＪＩＳＫ１４７４に準拠して測定したときのトルエン吸着量は、２０重量％以上が好ましい。悪臭ガス等の無極性のガス状及び液状物質に対して高い吸着性能を必要とするためである。

本発明の空気清浄用濾材は、活性炭、シリカゲルおよび熱可塑性樹脂の混合物がカバー層間に挟持されており、前記シリカゲルにはヒドラジド化合物が担持されており、前記熱可塑性樹脂の溶融により、吸着材である活性炭とシリカゲルが接着されると共に、カバー層と吸着材が接着されているものである。

本発明の空気清浄用濾材では、吸着材として活性炭とヒドラジド化合物が担持されたシリカゲルを併用することが必要である。活性炭単独では炭化水素系の臭気ガスは吸着できるが、沸点が低く極性の高い低分子アルデヒド類は吸着できないため、それを補う目的で低分子アルデヒド類の吸着性能が高いヒドラジド化合物を担持したシリカゲルを併用する。その結果、種々の臭気に対してバランスよく脱臭することが可能になる。

さらに、活性炭単独であると、濾材が黒色化するため、空気清浄時にダストが堆積してもダストが視認できず、ダスト堆積による目詰まりが起こっていても気付くことができない恐れがある。混合物中における活性炭に対するヒドラジド化合物が担持されたシリカゲルの含有量の重量比は１〜１００とする必要があり、１未満であるとダスト視認性に劣りが好ましくなく、１００を超えると炭化水素系ガスの吸着能が不足し好ましくない。

本発明の空気清浄用濾材の活性炭に対するシリカゲルの平均粒径の比は０．５〜２．０とする必要がある。平均粒径の差が大きくことなると、特にこれらの吸着材の充填量が少ない場合は、カバー層間に固定化する際に大きな粒径の粒子のみが両側のカバー層と接触することになるので、小さい方の粒子はカバー層と接着できず脱落が生じる。また剥離強度も弱くなるので平均粒径の比が０．５〜２．０の範囲になる近い粒径の吸着材を選定する必要がある。

本発明の空気清浄用濾材の活性炭に対するシリカゲルの充てん密度の比も０．５〜２．０とする必要がある。平均粒径だけでなく充てん密度についても両者の差異が大きくなると、後述するシート化時に吸着材の分離が起こり好ましくない。つまり、両者を混合する際に充てん密度の違いから吸着材が偏在してしまい均一な混合ができない。均一な混合ができないと濾材中で吸着性能やダスト視認性のバラつきが発生し期待の効果が得られないので、充てん密度の比は０．５〜２．０とすることが必要である。

本発明の空気清浄用濾材に使用するカバー層は、織布状、不織布状のいずれの繊維構造体でも構わない。空気清浄時の上流側となるカバー層を構成する繊維の平均繊維径は１０〜１００μｍが好ましく、２０〜６０μｍがより好ましく、２０〜４５μｍがさらに好ましい。上流側カバー層は、被処理空気の流入面であるため、構成繊維の平均繊維径が１０μｍより小さいと、繊維間の空隙も狭くなり、空気中の塵埃がカバー層上に堆積し、通気抵抗が急上昇する。構成する繊維の平均繊維径が１００μｍより大きいと、特にプリーツ時に吸着材粒子が飛び出すあるいは脱落する。

上流側のカバー層を構成する繊維の色調は空気中のダストの視認性が良好な淡い色が好ましく、白色あるいは蛍光色がより好ましい。濃色であると空気中の排ガスや塵埃などのダスト成分が堆積しても判別できないため、多量にダストが堆積し目詰まりしていても濾材が交換されない可能性がある。

一方で、下流側のカバー層を構成する繊維の平均繊維径は特に限定されないが、吸着材の脱落を考慮し１０〜３０μｍが好ましい。構成繊維の平均繊維径が１０μｍより小さいと通気抵抗が高くなり、３０μｍより大きいと吸着材の脱落が生じる。

本発明のカバー層を構成する繊維構造体の充填密度は０．０５ｇ／ｃｃ以上であることが好ましい。０．０５ｇ／ｃｃより充填密度が低いとプリーツ加工時に熱セットが効かず、プリーツ形状を保つことが難しくなる。より好ましくは０．１５ｇ／ｃｃ以上である。

本発明のカバー層は、厚みが０．１〜３．０ｍｍであることが好ましい。厚みが０．１ｍｍより小さいと目付斑も考慮すると活性炭の抜け、脱落の懸念が生じる。厚みが３．０ｍｍより大きいと濾材全体の厚みが大き過ぎ、プリーツ状ユニットとした場合に構造抵抗が大きくなり、結果としてユニット全体での通気抵抗が高くなり過ぎ、実用上問題がある。

本発明のカバー層は、目付量が１５〜１００ｇ／ｍ^２であることが好ましく、２０〜８０ｇ／ｍ^２がより好ましい。目付が１５ｇ／ｍ^２未満であれば吸着材および熱可塑性樹脂の抜けが多くなる。目付が１００ｇ／ｍ^２を越えると、シート厚み大きくなり、プリーツ状ユニットとした場合の構造抵抗が大きくなる。

本発明のカバー層を構成する繊維構造体の繊維素材は、特に限定されず、ポリオレフィン系、ポリエステル系、レーヨン系、ポリアミド系、ポリウレタン系、アクリル系、ポリビニルアルコール系、ポリカーボネート系等の素材を用いることができる。そのなかでも、低融点熱可塑性樹脂成分を鞘成分に、高融点熱可塑性樹脂成分を芯成分に用いた芯鞘型複合繊維を用いれば後述する加熱シート化時に鞘成分が溶融して活性炭との結合力が高まり好ましい。

本発明のカバー層には、タバコ煙粒子、カーボン粒子、海塩粒子をはじめとするサブミクロン粒子に対する除去効果も増大することができる帯電した不織布、いわゆるエレクトレットシートを使用することもできる。エレクトレットシートをカバー層とすることにより、ダスト等が活性炭、シリカゲル、熱可塑性樹脂から構成される吸着材層に侵入して吸着材層内の活性炭およびシリカゲルの細孔が閉塞することを防止し、フィルタ寿命を延長することができるからである。

本発明のカバー層を構成する繊維構造体の繊維配向は、特に限定はなく、例えば不織布状であればランダム状、クロス状、パラレル状いずれでも構わない。

本発明の空気清浄用濾材において、カバー層と吸着材との接着には、熱可塑性樹脂が用いられ、その素材としてはポリエステル系、ポリオレフィン系、ポリアミド系、ポリウレタン系、エチレン−アクリル共重合体、ポリアクリレート、ポリアーレン、ポリアクリル、ポリジエン、エチレン−酢酸ビニル、ＰＶＣ、ＰＳ等の熱可塑性樹脂があげられる。中でもポリエステル系樹脂を用いれば、酸素指数（ＬＯＩ値）が高いため濾材としての難燃性向上に大きな効果があり好ましい。また、カバー層と同一素材であればより接着性が向上する効果がある。

本発明の熱可塑性樹脂の大きさは、粉末状で平均粒径１〜４０μｍが好ましい。平均粒径５〜３０μｍがより好ましい。また、平均粒径１〜４０μｍの範囲に９５重量％以上が含まれることがさらに好ましい。かかる範囲の平均粒径であれば、熱可塑性樹脂が、吸着材の表面細孔を塞ぐことを低減できる一方、吸着材との混合時にファンデルワールス力や静電気力による活性炭への予備接着が有効になされ、均一に分散することができ、吸着材層内、及びカバー層との接着性を良好にできるからである。

本発明の熱可塑性樹脂は粉末状であれば形状は特に規定しないが、球状、破砕状、繊維状等があげられる。熱可塑性樹脂の融点は、移動車両等の室内の環境温度等考慮すると８０℃以上が好ましく、９０℃以上がより好ましい。

本発明の熱可塑性樹脂の溶融時の流動性は、ＪＩＳＫ−７２１０記載のＭＩ値で、１〜８０ｇ／１０ｍｉｎが好ましく、３〜３０ｇ／１０ｍｉｎがより好ましい。かかる範囲であれば、吸着材の表面の閉塞を防止しつつ、吸着材層とカバー層を強固に接着することができるからである。

本発明の熱可塑性樹脂の含有量は、活性炭に対して１〜４０重量％であることが好ましく、３〜３０重量％であることがより好ましい。かかる範囲内であれば、カバー層との接着力、通気抵抗、脱臭性能に優れる脱臭濾材が得られるからである。

粉末状および粒状の熱可塑性樹脂の粒径調整法は、機械粉砕、冷凍粉砕、化学調整法等があげられる。また最終的に篩にかけ一定粒径を得ることができるが、一定の粒径を確保できる方法であれば特に限定されない。

本発明の空気清浄用濾材は、抗菌剤、抗かび剤、抗ウイルス剤、難燃剤等の付随的機能を有する成分等を含めて構成してもよい。これらの成分は繊維類や不織布、織物中に練り込んでも、後加工で添着、または担持して付与してもよい。例えば、難燃剤を含めて構成することにより、ＦＭＶＳＳ．３０２で規定されている遅燃性の基準やＵＬ難燃規格に合致した空気清浄用濾材を製造することが可能である。

上記の付随的機能を有する成分は、活性炭等へ添着または担持してもよい。但し、この際には、活性炭本来の吸着機能を損なわないよう留意する必要がある。また、カバー層の繊維に吸着性能を有する機能を付与、例えば、酸やアルカリの薬剤を添着したりイオン交換繊維等を用いることにより、脱臭機能を強化することも可能である。

本発明の空気清浄用濾材の構成単位としては、上流側カバー層／シリカゲル、活性炭及び熱可塑性樹脂の混合物／下流側カバー層である。
空気清浄用濾材の基本的な製法について説明する。まず、活性炭、ヒドラジド化合物が担持されたシリカゲル、および粉末状熱可塑性樹脂を所定の重量秤量し、シェーカー（撹拌器）に入れ、約１０分間回転速度３０ｒｐｍで撹拌する。この際の水分率は混合物重量の１５％以内が好ましい。この時点で粉末状熱可塑性樹脂が活性炭表面およびヒドラジド化合物が担持されたシリカゲル表面に仮接着された混合物となっている。次に、この混合物をカバー層の上に散布後、カバー層を積層し、熱プレス処理を実施する。熱プレスの際のシート表面温度は粉末状熱可塑性樹脂の融点の好ましくは３〜３０℃、より好ましくは５〜２０℃高い程度である。

別法として、活性炭、ヒドラジド化合物が担持されたシリカゲル、および粉末状熱可塑性樹脂を予め混合した混合粉体をカバー層の上に散布後、さらに粒状熱可塑性樹脂を一定量散布し、さらにカバー層を積層後、熱プレス処理を実施する方法、あるいはカバー層に予め粒状熱可塑性樹脂を固着させておき、このシートを上述したカバー層として、この上に活性炭と粉末状熱可塑性樹脂を予め混合した混合粉体を散布、あるいはカバー層に使用し、熱プレス処理を実施して空気清浄用濾材を得ることもできる。

また、熱処理する前に赤外線等で予め予備加熱し、仮接着しておけば、プレス時におこりがちな混合物の不規則な流動も生じず、より分散性が良好な空気清浄用濾材が製造できる。赤外線による熱処理は、気流などを起こさず、混合物を静置した状態で加熱することができ、混合物の飛散などを防止することができる。

最終的に熱プレスしシート製造するにはよく使用されるロール間熱プレス法、あるいは上下ともフラットな熱ベルトコンベヤー間にはさみこむフラットベッドラミネート法等があげられる。より均一な厚み、接着状態をつくりだすには後者の方がより好ましい。また、本発明で記載するカバー層と上記製法の特徴の組み合わせにより、活性炭同志の過度の結着を抑制することができると同時に、カバー層との実用上充分な接着強力を得ることができる。

本発明で得られた空気清浄用濾材は、プリーツ形状に加工するのに好適である。プリーツ形状への加工方法は特に限定されずレシプロ方式、ロータリー方式、ストライピング方式等、広く利用できる。プリーツ形状に加工することによって単位面積あたりの濾材折り込み量を増やせるため、脱臭性能やダスト保持性能を飛躍的に向上させることができる。

本発明の空気清浄用濾材を使用したプリーツ状フィルタユニットの厚みは、１０〜４００ｍｍが好ましい。カーエアコンに内蔵装着をはじめとする車載用途や家庭用空気清浄機であれば、通常の内部スペースの関係から、１０〜６０ｍｍ程度、ビル空調用途へよく設置される大型のフィルタユニットであれば４０〜４００ｍｍ程度が収納スペースから考えると好ましい。

本発明のフィルタユニットのひだ山頂点間隔は、２〜３０ｍｍが好ましい。２ｍｍ未満ではひだ山間が密着しすぎでデッドスペースが多く、効率的にシートを活用できなくなるため好ましくない。一方、３０ｍｍを越えると濾材折り込み面積が小さくなるためフィルタ厚みに応じた除去効果を得ることができなくなるため好ましくない。

以下本発明を実施例によって、さらに詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に沿って設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
なお、実施例中の数値は以下のような方法で測定した値である。

（平均繊維径）
カバー層表面の走査型電子顕微鏡写真（倍率１００倍）を撮影し、その写真からｎ＝３０にて繊維径を測定した平均値を算出した。

（平均粒径）
活性炭およびシリカゲルについては、ＪＩＳＫ１４７４活性炭試験方法に基づいた質量平均径を平均粒径とした。また、熱可塑性樹脂については、レーザ回折式粒子径分布測定装置（島津製作所製）を用いてＤ５０メジアン径を平均粒径とした。

（目付）
２００ｍｍ×２００ｍｍの試料を使用し、８０℃の恒温槽中に３０分放置後、デシケータ（乾燥剤：シリカゲル）中で３０分放置する。その後取り出し、感量１０ｍｇの化学天秤で測定して、ｍ^２当りの重量に換算した。

（通気抵抗）
図２に示す測定冶具により、試料大きさφ７５ｍｍ、有効濾過面積φ５０．５ｍｍ、濾材通過風速５０ｃｍ／ｓｅｃとなるよう通風した時の上流側と下流側の差圧をマノスターゲージで測定し、通気抵抗とした。

（厚み）
φ７５ｍｍの試料を用い、ダイヤルシックネスゲージにより測定した。測定子の大きさはφ５０ｍｍ、測定荷重は２．９４Ｎとした。

（充てん密度）
ＪＩＳＫ１４７４（２００７）活性炭試験法に基づき充てん密度を測定した。

（剥離強度）
図４に示す様に測定する。試験片の大きさは幅５０ｍｍ、長さ２００ｍｍとして、引張速度１００ｍｍ／ｍｉｎとする。図４のＬ寸法は、スタート時２００ｍｍで終了時２８０ｍｍ（剥離量４０ｍｍ）とし、その間の平均値を剥離強度とする。なお強度の計測は株式会社島津製作所製オートグラフを用いた。

（アセトアルデヒド脱臭効率）
２５℃、相対湿度５０％雰囲気中で、３ｐｐｍのアセトアルデヒドガスを風速２０ｃｍ／ｓｅｃにて試験濾材に通風した。通風１分後に濾材の上下流の濃度をそれぞれガステック製検知管で測定し、上流側のガス濃度から下流側のガス濃度を減じた値を上流側のガス濃度で除した値の百分率で示した。測定は６ｃｍ×６ｃｍに切り取った濾材単板サンプルで行った。

（トルエン脱臭効率）
２５℃、相対湿度５０％雰囲気中で、８０ｐｐｍのトルエンガスを風速２０ｃｍ／ｓｅｃにて試験濾材に通風した。通風１分後に濾材の上下流の濃度をそれぞれガステック製検知管で測定し、上流側のガス濃度から下流側のガス濃度を減じた値を上流側のガス濃度で除した値の百分率で示した。測定は６ｃｍ×６ｃｍに切り取った濾材単板サンプルで行った。

（混合均一性）
所定量の活性炭とシリカゲルをフープシェーカー（京町産業車両株式会社製）に入れ、１５分攪拌後に取り出し、目視にて色調均一性を確認し、均一なものを良好、不均一なものを不良とした。

（ダスト視認性）
濾材単板をダクト内に設置し、濾材通過風速が５０ｃｍ／ｓｅｃになるよう大気を通気させ、濾材上流側から、ＪＩＳＺ８９０１記載の１５種粉塵を７０ｍｇ／ｍ^３の濃度にて０．５ｇ／ｍ^２負荷し、目視にてダストの付着具合を確認し、ダスト付着が明確に視認できるものを良好、できないものを不良とした。

［実施例１］
平均繊維径２７μｍ、目付３０ｇ／ｍ^２、厚み０．２ｍｍの白色ポリエチレンテレフタレート繊維からなるスパンボンド不織布を上流カバー層として用いた。
活性炭として平均粒径３５０μｍ、ＪＩＳＫ１４７４（２００７）活性炭試験法の充てん密度が０．４４ｇ／ｃｃ、ＢＥＴ比表面積９５０ｍ^２／ｇであるヤシガラ系粒状活性炭と、シリカゲルとして平均粒径３００μｍ、ＪＩＳＫ１４７４（２００７）活性炭試験法の充てん密度が０．６９ｇ／ｃｃ、ＢＥＴ比表面積６１０ｍ^２／ｇのＡ型シリカゲルにアジピン酸ジヒドラジドをシリカゲル１００重量部に対し５重量部担持させたもの、熱可塑性粉末樹脂として低密度ポリエチレン樹脂（平均粒径２０μｍ、ＭＩ２４ｇ／１０ｍｉｎ、融点１０６℃）を、４０：６０：２０の重量比にて秤量し、フープシェーカー（京町産業車両株式会社製）にて１５分撹拌混合した。この混合粉粒体を前記上流カバー層に総量１００ｇ／ｍ^２になるように均一に散布した。
その上に鞘がポリエチレン、芯がポリエチレンテレフタレートからなる白色芯鞘型複合繊維スパンボンド不織布（平均繊維径２０μｍ、目付２０ｇ／ｍ^２、厚み０．２ｍｍ）を下流カバー層として重ね合わせ、テフロン（登録商標）／ガラス製のベルト間に挟み込み、このベルト間隔を０．５ｍｍ、圧力１００ｋＰａに設定し１４０℃、３０秒間熱プレス加工実施した。その後冷却し所望の空気清浄用濾材を得た。

［実施例２］
活性炭として平均粒径３５０μｍ、充てん密度０．５５ｇ／ｃｃ、ＢＥＴ比表面積９００ｍ^２／ｇのヤシ殻活性炭を用いた以外は実施例１と同じシリカゲルと熱可塑性樹脂を用い、これらの重量比を１０：９０：２０にて秤量し、実施例１と同様にして空気清浄用濾材を得た。

［実施例３］
活性炭として平均粒径５２０μｍ、充てん密度０．４９ｇ／ｃｃ、ＢＥＴ比表面積９００ｍ^２／ｇのヤシ殻活性炭を用い、シリカゲルとして平均粒径４５０μｍ、充てん密度が０．６２ｇ／ｃｃ、ＢＥＴ比表面積６００ｍ^２／ｇのＡ型シリカゲルにアジピン酸ジヒドラジドを５重量％担持させたものを用いた以外は実施例１と同じ熱可塑性樹脂を用い、これらの重量比を２０：８０：２０にて秤量し、実施例１と同様にして空気清浄用濾材を得た。

［実施例４］
シリカゲルとして平均粒径４５０μｍ、充てん密度が０．６２ｇ／ｃｃ、ＢＥＴ比表面積６００ｍ^２／ｇのＡ型シリカゲルにアジピン酸ジヒドラジドを５重量％担持させたものを用いた以外は実施例１と同じ活性炭と熱可塑性樹脂を用い、これらの重量比を２：８０：２０にて秤量し、実施例１と同様にして空気清浄用濾材を得た。

［実施例５］
実施例１と同じ活性炭とシリカゲルおよび熱可塑性樹脂を用い、これらの重量比を５：９５：２０にて秤量し、実施例１と同様にして空気清浄用濾材を得た。

［比較例１］
活性炭として平均粒径６５０μｍ、充てん密度０．４９ｇ／ｃｃ、ＢＥＴ比表面積９００ｍ^２／ｇのヤシ殻活性炭を用い、シリカゲルとして平均粒径２５０μｍ、充てん密度が０．７１ｇ／ｃｃ、ＢＥＴ比表面積６００ｍ^２／ｇのＡ型シリカゲルにアジピン酸ジヒドラジドを５重量％担持させたものを用いた以外は実施例１と同じ熱可塑性樹脂を用い、これらの重量比を２０：８０：２０にて秤量し、実施例１と同様にして空気清浄用濾材を得た。

［比較例２］
実施例１と同じ活性炭とシリカゲルおよび熱可塑性樹脂を用い、これらの重量比を８０：２０：２０にて秤量し、実施例１と同様にして空気清浄用濾材を得た。

［比較例３］
活性炭として平均粒径３５０μｍ、充てん密度０．３０ｇ／ｃｃ、ＢＥＴ比表面積８１５ｍ^２／ｇのヤシ殻活性炭を用い、シリカゲルとして平均粒径３５０μｍ、充てん密度が０．６９ｇ／ｃｃ、ＢＥＴ比表面積６００ｍ^２／ｇのＡ型シリカゲルにアジピン酸ジヒドラジドを５重量％担持させたものを用いた以外は実施例１と同じ熱可塑性樹脂を用い、これらの重量比を１０：９０：２０にて秤量し、実施例１と同様にして空気清浄用濾材を得た。

［比較例４］
活性炭として平均粒径８０μｍ、充てん密度０．６３ｇ／ｃｃ、ＢＥＴ比表面積９２０ｍ^２／ｇのヤシ殻活性炭を用い、シリカゲルとして平均粒径５０μｍ、充てん密度が０．７２ｇ／ｃｃ、ＢＥＴ比表面積６００ｍ^２／ｇのＡ型シリカゲルにアジピン酸ジヒドラジドを５重量％担持させたものを用いた以外は実施例１と同じ熱可塑性樹脂を用い、これらの重量比を１０：９０：２０にて秤量し、実施例１と同様にして空気清浄用濾材を得た。

［比較例５］
シリカゲルとしてアジピン酸ジヒドラジドを担持しないものを用いた以外は、実施例１と同様にして空気清浄用濾材を得た。

［比較例６］
実施例１中でシリカゲルを用いずに、活性炭と熱可塑性樹脂の重量比を１００：２０とした以外は実施例１と同様にして空気清浄用濾材を得た。

［比較例７］
実施例１中で活性炭を用いずに、シリカゲルと熱可塑性樹脂の重量比を１００：２０とした以外は実施例１と同様にして空気清浄用濾材を得た。

実施例１〜５は通気抵抗が低く、アセトアルデヒドだけでなく、炭化水素系ガスであるトルエンも除去可能であり、ダストの視認性にも優れている。活性炭とシリカゲルの平均粒径、充てん密度が近いため、均一性が高く、また剥離強度も高いのでプリーツ加工時に濾材が剥離することもないものであった。
一方、比較例１では活性炭とシリカゲルの平均粒径が大きく異なるためにカバー層との接着不良が発生し剥離強度が低下した。比較例２では活性炭の混合比率が高すぎるため、濾材が黒色化しダスト負荷時の視認性に劣っていた。比較例３では活性炭とシリカゲルの充てん密度が大きく異なるため、混合時に両者が分離してしまい均一性が十分でなかった。比較例４では活性炭とシリカゲルの平均粒径が小さいため、通気抵抗が非常に高くなった。比較例５ではシリカゲルにアジピン酸ジヒドラジドが担持されていないため、アセトアルデヒド除去できなかった。比較例６および７ではアジピン酸ジヒドラジド担持シリカゲルあるいは活性炭のどちらか一方しか含んでいないため、脱臭性能が十分でなかった。

本発明の空気清浄用濾材は、低通気抵抗でアルデヒド類、炭化水素系ガス類の脱臭性能に優れ、剥離強度が高くプリーツ加工性に優れ、使用中の汚れの視認性に良好な空気清浄用濾材を提供できるものであり産業界に貢献することが大である。

１空気清浄用濾材
２上流側カバー層
３活性炭、シリカゲル、熱可塑性樹脂混合層
４下流側カバー層
５プリーツユニット
６枠体
７活性炭、シリカゲル、熱可塑性樹脂混合層
８カバー層
９チャック

Claims

活性炭、ヒドラジド化合物が担持されたシリカゲルおよび熱可塑性樹脂の混合物がカバー層間に挟持されている空気清浄用濾材であって、前記混合物中の活性炭およびヒドラジド化合物が担持されたシリカゲルが前記熱可塑性樹脂の溶融によりカバー層間に接着固定化されており、前記混合物中のヒドラジド化合物が担持されたシリカゲルの含有量が活性炭に対し重量比で１〜１００であり、前記混合物中の活性炭に対するシリカゲルの平均粒径の比が０．５〜２．０であり、充てん密度の比が０．５〜２．０であり、前記混合物中の活性炭およびシリカゲルの平均粒径がそれぞれ１００μｍ以上である空気清浄用濾材。
ヒドラジド化合物がアジピン酸ジヒドラジドである請求項１記載の空気清浄用濾材。