JP3940459B2

JP3940459B2 - Air purification method

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Publication number: JP3940459B2
Application number: JP08310397A
Authority: JP
Inventors: 芳裕近森; 矩正加藤; 雅司小野; 智山元
Original assignee: W.L.Gore&Associates G.K.; W.L.Gore&Associates,Co.,LTD.; Japan Gore Tex Inc
Current assignee: W.L.Gore&Associates G.K.; W.L.Gore&Associates,Co.,LTD.; Japan Gore Tex Inc
Priority date: 1997-04-01
Filing date: 1997-04-01
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2017-04-01
Also published as: JPH10272367A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、活性微粒子の触媒作用等により大気中に存在する大気汚染物質を除去するために使用される空気浄化材及びその製造方法に関する。さらに詳しく述べると、大気中の窒素酸化物又は硫黄酸化物を酸化分解したり吸着させたりするために使用される活性微粒子を均一に分散させた平板状の空気浄化材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大気中に存在する低濃度の窒素酸化物や硫黄酸化物を除去するために触媒作用等をする粉末状の活性微粒子を利用した空気浄化材について研究されている。このような空気浄化材は、道路、トンネル、建築物等の構造物の側壁等に使用することを目的とするものが多く、反応効率の向上のみならず施工や取扱いの便宜から、これら活性微粒子を２次元方向に均一に分散させた平板状の空気浄化材として開発することが望まれている。
【０００３】
平板状の空気浄化材の開発例を挙げると、特開平6-315614号に、二酸化チタン又は二酸化チタンと活性炭との混合物を主成分とする触媒粉末を、接着剤を用いてシート材又はパネル材の表面に付着固定させて構成した空気浄化材（図４）や合成樹脂をバインダーとしてシート又はパネルに成形した空気浄化材（図５）が開示されている。これらの空気浄化材の開発は、いずれも平板状のものとすることを意図して行われているが、触媒粉末の固定方法において異なる。前者の図４に示す空気浄化材では、合成樹脂製のパネル又はシート１１の表面に接着剤を塗布した後、触媒粉末を振りかける等して触媒粉末をパネル又はシート表面に付着固定させて平板状のものにしようとするものである。この場合、触媒粉末の粒子１３は接着剤層１２中になかば埋もれた状態で固定される。後者の図５に示す空気浄化材では、触媒粉末１３とバインダー１４としての合成樹脂とを混合し、圧延により平板状に加工するものである。この場合、触媒粉末の粒子１３はバインダー１４中になかば埋没した状態となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記触媒粉末のような活性微粒子を用いた空気浄化材の開発においては、活性微粒子と大気との接触面積をいかに大きく確保できるかがその性能を決定する。また、工事現場での施工や取扱いの便宜から、一般に平板状の空気浄化材が望まれる。ここに、空気浄化材に固定された活性微粒子の大気側への開放面積をいかに大きくするかという課題と、該活性微粒子をいかにして平板状に固定又は成形するかという課題とを同時に解決する必要がある。
【０００５】
しかし、前記図４に示す空気浄化材では、活性微粒子１３を固定化材たる接着剤層１２中に埋没させることになるため、該粒子の大気側開放面積はかなり制約されることになる。また、前記図５に示す空気浄化材では、平板状に加工するための圧延の過程でバインダー樹脂１４中に活性微粒子１３を埋没させることとなり、実質的にはシート１１の表面近くに存在する粒子しか機能させえない。このように、活性微粒子を用いた空気浄化材の開発においては、活性微粒子の固定後の開放表面積を大きく確保すると同時に、該活性微粒子を平板状に分散させ固定させるという２つの技術的課題を解決しなければならない。これら２つの課題を解決することは一般に困難であるという問題が存在する。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、活性微粒子の大気側開放面積を従来よりも大きく確保しながら、そのまま平板状の空気浄化材として使用することができる又は容易に平板状に加工できる空気浄化材を提供すること及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の空気浄化材は、活性微粒子が多孔質のいわゆる延伸ポリテトラフルオロエチレン中に分散せしめられたものである。個々の活性微粒子は、該多孔質の延伸ポリテトラフルオロエチレンの構成マトリクスにより保持されている。ここで、多孔質の延伸ポリテトラフルオロエチレンの構成マトリクスとは、多孔質の延伸ポリテトラフルオロエチレンを構成しているノード（結節）及びフィブリル（小繊維）をいい、活性微粒子はノード及び／又はフィブリルによって区画されることにより形成された微小空隙（孔）内に封じ込められるように保持されるとともに、個々の微粒子は隔離された状態にある。ノードとフィブリルはいずれもポリテトラフルオロエチレンからなり、両者の違いはポリテトラフルオロエチレン分子の凝集状態又は結晶状態の違いによると考えられている。通常、ノードは微小な結晶リボンで相互に連結されたポリテトラフルオロエチレン１次粒子の凝集体であり、フィブリルはこれら１次粒子から引き出され伸びきった結晶リボンの束からなると考えられている。
【０００８】
活性微粒子としては、大気中の窒素酸化物又は硫黄酸化物を酸化する触媒粉末、特に、二酸化チタン又は二酸化チタンと活性炭との混合物が主成分であるものが好ましい。
【０００９】
本発明に係る空気浄化材の製造方法は、活性微粒子及びポリテトラフルオロエチレン粉末を成形助剤とともに混合してペースト成形体とし、該ペースト成形体から該成形助剤を除去した後、延伸することを特徴とする。
【００１０】
具体的には、活性微粒子及びポリテトラフルオロエチレン粉末を成形助剤とともに混合してペースト化し、該ペーストをダイを経て押出すことによりシート状成形体とし、該シート状成形体から該成形助剤を蒸発させて除去した後、該乾燥シート状成形体を延伸することにより、多孔質の延伸ポリテトラフルオロエチレンのシート又はフィルムとする。あるいは、活性微粒子をポリテトラフルオロエチレンのディスパージョンに混合し、該混合物から活性微粒子及びポリテトラフルオロエチレンを凝集させて水媒体から分離し、該凝集物に成形助剤を混合してペースト化し、該ペーストをダイを経て押出すことによりシート状成形体とし、該シート状成形体から該成形助剤を蒸発させて除去した後、該乾燥シート状成形体を延伸することにより、多孔質の延伸ポリテトラフルオロエチレンのシート又はフィルムとする。
【００１１】
このようにして調製された原料を用いて製造される活性微粒子が分散した多孔質の延伸ポリテトラフルオロエチレンは、本発明の目的を達成するために、通常、シート又はフィルムのような平板状の形態に最終的に仕上げられる。その結果、製造された活性微粒子が分散した多孔質の延伸ポリテトラフルオロエチレンのシート又はフィルムをそのまま空気浄化材として構造物の壁面に張り付けて使用できるほか、いったん支持パネル等の平板状の支持体の表面に接着等で固定した空気浄化材パネルとして使用することもできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について説明する。
本発明に用いる活性微粒子は、大気中に存在する低濃度の窒素酸化物や硫黄酸化物を除去するために使用される粉末状のものであれば、原則、すべて用いることができるが、本発明の製法の性質上、水や成形助剤と反応したり変質しないものであることが望ましい。そのような典型的な活性微粒子の例としては、窒素酸化物を酸化する効果がある二酸化チタン又は二酸化チタンと活性炭との混合物を挙げることができる。二酸化チタン又はそれと活性炭との混合物は、太陽光を受けることにより活性化し、大気中の窒素酸化物を酸化して硝酸に変え、該硝酸を洗浄除去することにより再活性化するとされている。
【００１３】
本発明に用いることができる活性微粒子は上記二酸化チタン又は二酸化チタンと活性炭の混合物のほか、窒素酸化物や硫黄酸化物に対して触媒作用等があり、水や成形助剤と反応したり変質しないものである限り、どのような化学的成分のものであってもよい。また、本発明に用いる多孔質の延伸ポリテトラフルオロエチレンの構造的特質から、活性微粒子の粒径にはおのずと制限が生じ、適正な範囲が存在する。活性微粒子は、通常、２次粒子として肉眼で観察されるが、本発明においては0.01〜5.0 μｍの範囲の粒子径のものが適用可能である。適用可能範囲は、多孔質の延伸ポリテトラフルオロエチレンの構造又はその孔の大きさ（通常、これを孔径と称している）との関係において相対的に定まるものである。粒子が大きすぎると延伸ポリテトラフルオロエチレンの製造、特に延伸工程において、粒子は欠陥として作用し、材料の破断の原因となり、望みの倍率に延伸することができない。逆に、粒子が孔径に比べあまりに小さいと、多孔質の延伸ポリテトラフルオロエチレンからの活性微粒子の抜け落ちが起こる。多孔質の延伸ポリテトラフルオロエチレンの平均的な孔径は0.1 〜2 μｍの範囲にあるとすることができるから、活性微粒子のさらに好ましい粒径は上記適用可能範囲のうち0.05〜3.0 μｍの範囲である。
【００１４】
本発明においては、活性微粒子は、大気汚染で特に問題となる窒素酸化物や硫黄酸化物を効率よく酸化除去できる光触媒が好ましく用いられる。具体的な例としては、二酸化チタン粉末や酸化亜鉛粉末などを挙げることができる。なかでも二酸化チタン粉末は、太陽光の照射により活性化し、表面に生じる酸化活性種によって窒素酸化物を酸化して硝酸とするので、あとは生成した硝酸を雨水等の水で洗い流すことができ、硝酸を洗浄除去した後は、再び光触媒としての機能を回復するので、繰返し使用することができる。さらに、二酸化チタンを活性炭等の吸着剤とともに用いると、生成した硝酸を吸着剤が優先的に吸着保持することから、硝酸が洗い流される前であっても二酸化チタンの効能を長期間にわたって維持できるという効果がある。また、二酸化チタン単独で用いた場合、窒素酸化物を酸化分解する過程で亜硝酸が一部脱離するので、活性炭粉末のような吸着剤を二酸化チタンとともに用いることは、この亜硝酸の脱離を抑制できる点からも好ましい。さらに、光触媒作用を高めるために、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化カルシウムなどの助触媒を添加してもよい。
【００１５】
本発明の製法の要点は、予め所定の活性微粒子を混合したポリテトラフルオロエチレン粉末を使用して、特公昭５１−１８９９１号公報に開示の延伸ポリテトラフルオロエチレンの製法を適用することにある。ここで、本発明に適用される公知の延伸ポリテトラフルオロエチレンの製法の概要を以下に説明する。
【００１６】
まず、ポリテトラフルオロエチレンファインパウダー（一次粒子の集合体である二次粒子からなる固体粉末）に所定量の液状の成形助剤が添加され、成形助剤がファインパウダー全体に均一に分布するようにブレンダー等を用いて混合される。成形助剤が混合されたファインパウダーはしっとりとしたいわゆるペースト状態になる。該ペーストは圧縮等により成形が可能となり、押出機に適用しやすいようにシリンダー形状に予備的に成形された後、押出機のダイを経て押出される。次いで、該押出物を成形助剤の沸点以上の温度に加熱するなどして、押出物から成形助剤を蒸発させ、押出成形物を乾燥させる。乾燥後の押出成形物は、ポリテトラフルオロエチレンの融点以下の温度で延伸機により、少なくとも１０％／秒以上の速度で、通常、もとの材料寸法の２倍から数倍の寸法に延伸される。この延伸により前述した多孔質の延伸ポリテトラフルオロエチレンの基本マトリクス構造が形作られる。延伸の後は、通常、延伸状態を維持したまま延伸物をポリテトラフルオロエチレンの融点以上の温度に加熱してから室温まで冷却される。この熱処理により延伸によって生じた延伸ポリテトラフルオロエチレンの構造が固定化又は安定化される。
【００１７】
本発明においては、本質的には、この多孔質の延伸ポリテトラフルオロエチレンの製法がそのまま適用される。異なるのは、前述のポリテトラフルオロエチレンと所定の活性微粒子とを予め混合し、これを原料として使用する点である。すなわち、本発明においては、活性微粒子をポリテトラフルオロエチレンのディスパージョン（水媒体分散物）の状態において又はディスパージョンから凝集分離して乾燥したファインパウダーの状態において予め機械的に混合することにより、活性微粒子を混合したポリテトラフルオロエチレンを原料として使用する。活性微粒子はポリテトラフルオロエチレンのディスパージョン状態において混合された後、通常の方法により凝集分離され乾燥されたファインパウダーを原料として使用したり、又は、ポリテトラフルオロエチレンの固体粉末状態において活性微粒子が混合されたファインパウダーを原料として使用する。また、後者における活性微粒子と固体ポリテトラフルオロエチレンファインパウダーとの混合は、成形助剤の投入前又は投入時のいずれにおいて行なってもよい。
【００１８】
活性微粒子の混合比は、混合後の全重量に対し最大５０重量％まで可能である。それ以上の混合比にしても延伸は可能であるが、延伸時において延伸物にピンホールの発生がみられるので、製品として用いるには望ましくない。通常は、１〜３０重量％の範囲が好ましく用いられ、さらに好ましくは５〜２０重量％の範囲が用いられる。
【００１９】
成形助剤としては、公知のミネラルスピリット、ホワイトオイル、ソルベントナフサ等の液状の成形助剤（液状潤滑剤）はすべて適用することができる。成形助剤の混合比は、活性微粒子とポリテトラフルオロエチレンとの混合物中のポリテトラフルオロエチレンに対し１５〜２０重量％の範囲が好ましいが、より好ましくは、１７〜１９重量％の範囲である。
【００２０】
本発明で用いるポリテトラフルオロエチレンは、結晶化度が９５％以上であるものが好ましく、さらには９８％以上のものがより好ましく使用される。これらは、一般に、ファインパウダーという呼称でグレード分けされ販売されているものである。また、このファインパウダーを水性媒体から凝集分離する前のディスパージョンという呼称で販売されているポリテトラフルオロエチレン乳濁液も原料として使用できることは前述した通りである。
【００２１】
本発明における活性微粒子を含有する多孔質の延伸ポリテトラフルオロエチレンを製造する方法は、以下に述べる通りである。前述した通り、前記活性微粒子をポリテトラフルオロエチレンへ混合する方法には、次の２つがある。第１の方法は、ポリテトラフルオロエチレンのディスパージョン状態で混合する方法であり、第２の方法はポリテトラフルオロエチレンの固体粉末状態で混合する方法である。活性微粒子の分散を均一にする観点からは、第１の方法の方が好ましい。
【００２２】
第１の方法では、活性微粒子はポリテトラフルオロエチレンの液状分散液であるディスパージョンに直接投入してもよいが、水媒体やアルコール等の有機媒体に活性微粒子を機械的な撹袢で分散させて投入する方が投入を連続的に行うのに好都合である。投入時及び投入後においても、ディスパージョンのゆるやかな撹袢（層流状態の撹袢）は欠かすことができない。撹袢をゆるやかにするのは、シェア付加によるポリテトラフルオロエチレンの繊維化をできるだけ避けるためである。投入は、通常、室温で行ってもよいが、最高でも４０℃以下、ポリテトラフルオロエチレンの繊維化を避けるためできるだけポリテトラフルオロエチレンの転移温度（１９℃）以下の低温で行うのが好ましい。投入後撹袢を続けると、次第に固形部分（ポリテトラフルオロエチレンと活性微粒子の混合物）が水媒体から分離し、通常、水媒体上に浮き上がる。水媒体の透明化を指標に撹袢の終期とするが、通常、１〜２時間以上の凝集時間を必要とする。分離した固形部分は、湿潤状態のまま次工程に用いてもよいし、乾燥して次工程に用いてもよい。乾燥する場合は、５０〜２５０℃の温度範囲で乾燥し、乾燥後、固形部分は、０℃以下の低温、通常、−１０〜５℃の温度に冷却し、冷却状態で穏やかに粉砕する。
【００２３】
第２の方法では、活性微粒子はポリテトラフルオロエチレンの固体粉末状態において機械的に撹袢混合される。機械的な混合は、シェア付加によるポリテトラフルオロエチレンの繊維化をできるだけ避けるため、ポリテトラフルオロエチレンの室温転移点以下の温度、具体的には１９℃以下の低温で行うのがよい。混合後、冷却状態で１０メッシュのふるいを通過する程度にまで穏やかに粉砕する。
【００２４】
このようにして第１の方法又は第２の方法により得られた活性微粒子を混合したポリテトラフルオロエチレンの粉末に、前記の液状の成形助剤が混合される。この場合も、混合の過程でシェア付加によるポリテトラフルオロエチレンの繊維化をできるだけ避けるため、混合は１９℃以下の低温で行うのが好ましい。成形助剤の混合によりペースト化した活性微粒子混合ポリテトラフルオロエチレンは、押出機のシリンダー形状に予備的に押し固め成形した後に、押出機に挿入しダイを経て押出される。押出は、室温以上の温度、通常、５０℃付近の温度で行う。押出物はカレンダーによる圧延等により所定の厚み、形状等に修正した後に、ポリテトラフルオロエチレンの分解温度（約４００℃）を超えない温度において、少なくとも１０％／秒以上の速度で延伸する。好ましくは、３００℃付近の温度で延伸する。本発明の目的から、延伸は、通常、実質的に２軸方向に行ない、活性微粒子分散延伸ポリテトラフルオロエチレンのフィルム又はシートとして製造する。
【００２５】
延伸後にポリテトラフルオロエチレンの融点以上の温度に加熱した後、冷却するという焼成処理は、必ずしも必須の工程ではないが、延伸ポリテトラフルオロエチレンの寸法安定性を高めるためには、行うことが好ましい。前記焼成処理は、具体的には次のようにして行う。延伸終了後の緊張状態を保った状態で、ポリテトラフルオロエチレンの融点（３４５℃）以上の温度、好ましくは３５０〜３７０℃の範囲の温度に加熱し、数秒間から数分間（具体的には、１秒〜３０分の範囲）保持した後に、室温にまで冷却される。この焼成処理により、ノードからのフィブリルの解け出しが阻止され、延伸ポリテトラフルオロエチレンのノード／フィブリル構造が固定化される。
【００２６】
この延伸ポリテトラフルオロエチレンのマトリクス構造は、延伸条件（原料ポリテトラフルオロエチレンの種類、延伸方向、延伸温度、延伸速度、延伸倍率、等）によって視覚的に異なった様相を呈する。１軸方向に延伸すると、図１（ａ）に示すようにフィブリル１は１方向に配向したすだれ状になり、フィブリル１を繋ぐノード２は延伸方向に直角に細長い島（ポリテトラフルオロエチレン１次粒子の集合したものと考えられている）として観察される。一方、２軸方向に延伸すると、図１（ｂ）に示すようにフィブリル１はノード２を中心として放射状に広がり、ノード２は島状というよりむしろ粒子（ポリテトラフルオロエチレン１次粒子と考えられている）として観察される。また、延伸倍率を大きくすると、一般にフィブリル１は長くなり、相対的にノード２は小さくなり、空孔の割合が増大する。いずれにおいても、このマトリクスを構成しているフィブリル及びノードはいずれもポリテトラフルオロエチレンからなる。
【００２７】
前述した通り、延伸ポリテトラフルオロエチレンにおける多数の空孔３は、フィブリル１とノード２とによって空間が画された空間として存在し、互いに一体となって繋がっている。空孔３は延伸ポリテトラフルオロエチレンの一側の表面（表面）から他側の表面（裏面）まで達しており、この結果、活性微粒子分散延伸ポリテトラフルオロエチレンにおいても優れた空気透過性が維持されている。
【００２８】
活性微粒子分散延伸ポリテトラフルオロエチレンの空孔３の大きさは、延伸倍率により適宜選択されるが、バブルポイント法（ＡＳＴＭＦ−３１６）で測定した最大孔径で０．０１〜５０μｍ程度が好ましく、更に０．０５〜１５μｍ程度が好ましい。最大孔径が０．０１μｍ未満であると、後述の補強材を積層する場合にアンカー効果による接着や融着が困難になり、最大孔径が５０μｍを超えると十分な積層強度が得らず、また活性微粒子の固定が不十分となるからである。
【００２９】
このようなポリテトラフルオロエチレンマトリックスに活性微粒子が分散された活性微粒子分散延伸ポリテトラフルオロエチレンの微細構造（この構造は通常走査型電子顕微鏡により観察される）は、概念的に図２に示すように、延伸ポリテトラフルオロエチレンマトリックス、すなわち延伸ポリテトラフルオロエチレンに特有の構造であるノード／フィブリルによって画された空間（空孔）に保持された活性微粒子とからなる。図２は、２軸延伸した延伸ポリテトラフルオロエチレン中に活性微粒子４が取り込まれた状態を示す概念図である。活性微粒子は、上記延伸ポリテトラフルオロエチレン構造において、１個又は数個の粒子群となってその空孔３に保持されており、活性微粒子間又は活性微粒子群間は互いにフィブリル１とノード２とによって隔離された状態にある。活性微粒子４は、あたかもフィブリル１に取り込まれた形で固定、保持されるとともに、ノード２やフィブリル１によって隔離されている。この結果、活性微粒子４は、大気に大きく露出した状態で固定されることになり、空気と大きな接触面積を確保し維持できるようになる。よって、活性微粒子４の開放表面積は、合成樹脂バインダー又は接着剤で埋没固定される場合と比較して、著しく増大することになる。なお、これらは、図１（ａ）に示す一軸延伸により製造される場合であっても、同様である。
【００３０】
以上のような構成を有する活性微粒子分散延伸ポリテトラフルオロエチレンは、連続多孔質構造に起因する優れた空気透過性を示し、ポリテトラフルオロエチレン特有の優れた特性も兼ね備えている。すなわち、化学的安定性、耐熱性、撥水性にも優れ、紫外線に対する耐久性又は耐候性もあり、空気による酸化劣化もなく、したがって光触媒粉末による強い酸化作用にもまったく影響を受けない。すなわち、長期間にわたって太陽光や外気に晒されても、劣化や腐食が進みにくく、空気浄化材としてきわめて優れた性質を有している。
【００３１】
以上のような構成を有する活性微粒子分散延伸ポリテトラフルオロエチレンの形態としては、シート又はフィルムのような平板状のものとして製造することが好ましい。特に、そのままの形態で直接空気浄化材として使用しても、適当な補強材と積層して空気浄化材として使用してもよい。適当な補強材と積層して空気浄化材として使用することが特に好ましい。
【００３２】
製造されるべきシート又はフィルムの幅は特に限定されるものではないが、浄化材としての使用の便宜上、少なくとも３００ｍｍ以上、好ましくは１０００ｍｍ以上とするのがよい。フィルム幅が３００ｍｍ未満の場合、コストが割高になり、最終的に得られる浄化材の幅も３００ｍｍ以下に制限されるため、構造物の側壁に取り付ける際の施工性が低下するからである。厚みは、ダイヤルゲージで測定した平均厚み（テクロック社製１／１０００ｍｍダイヤルシックネスゲージで、本体バネ荷重以外の荷重をかけない状態で測定した）でいうと、好ましくは３〜３００μｍの範囲、更に好ましいものは２０〜１００μｍである。厚さ３μｍ未満では空気浄化材としての加工や運搬に十分な機械的耐久性が得られず、また補強材との積層加工も困難になる。一方、厚さ３００μｍ超過では、剛直性が増して生産性が悪くなり、材料費も高くなるため、コスト面で妥当でない。
【００３３】
以上のような構成を有する活性微粒子分散ポリテトラフルオロエチレンのシート又はフィルムは、そのまま構造物の壁面等に張り付ける空気浄化材として直接的に使用してもよいし、いったん支持材の表面に張り付けられた空気浄化材のパネルとして間接的に使用してもよい。また、活性微粒子分散延伸ポリテトラフルオロエチレンのシート又はフィルムを波状に折り曲げたり、丸めて使用することもよい。また、シート又はフィルムの一面に適当な補強材や別な機能を有する材料、例えば吸音材等を張り合わせた積層体として使用することも好ましい使用の１つである。
【００３４】
補強材としては、通気性のあるものが好ましいが、必ずしもそれに限定されず、金属、樹脂、セラミックスいずれの材質の補強材も使用することができる。樹脂の補強材の場合、樹脂の種類は特に限定されないが、ポリエステル、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル共重合体等の不織布、織物、編物、ネット、フィルムなどを一般に使用することができる。
【００３５】
いずれも、積層固定において延伸ポリテトラフルオロエチレンの多孔質構造が、いわゆるアンカー効果による接着又は融着による固定を可能にする。ポリテトラフルオロエチレンは一般に他の物質との親和性がなく、接着剤による接着性に劣るが、活性微粒子分散延伸ポリテトラフルオロエチレンは多孔質構造を有しているので、接着又は融着においては、接着剤や融解樹脂を活性微粒子分散延伸ポリテトラフルオロエチレンの空孔部分に入り込ませ、そのまま硬化させることによって、十分な強度をもって補強材に積層固定させることができる。以上述べたことは、補強材の代わりに、吸音材等の他の機能を有する支持材と積層する場合においても同じである。
【００３６】
以上のようにして製造される補強材等を積層した活性微粒子分散延伸ポリテトラフルオロエチレンフィルム又はシートを、そのまま空気浄化材として構造物の壁面に張り付けるなどして直接空気浄化材として使用してもよいが、平板状の支持パネル等の支持材に積層固定するなどした空気浄化材として使用してもよいことは前述した通りである。さらに、活性微粒子分散延伸ポリテトラフルオロエチレンフィルム又は該フィルムの積層体を空気浄化材として構造物の壁面等に張り付けてもよい。
【００３７】
図３は、本発明の空気浄化材を吸音材や保護材とともに取り付けられた高速道路用の空気浄化パネルの例を示している。吸音材を収納するためのステンレス製ハウジング７内にグラスウールからなる吸音材８が充填されており、前記吸音材８の上面を覆うように、本発明に係る空気浄化材９が取り付けられ、さらにこれらを保護するためにステンレスメッシュの保護材１０が設けられている。この場合、保護材１０は、道路側となるように設置され、空気浄化材９等を飛来物から保護する役割を果たすほか、雨水を透過させて、活性微粒子として二酸化チタンを使用した場合に酸化分解により生じる硝酸を浄化材表面から洗い流し、浄化機能の回復と維持に貢献する。このような構成の空気浄化パネルは、大気汚染物質の除去とともに騒音の軽減という機能を同時に発揮しうる。また、この場合、本発明の空気浄化材は吸音材の防水カバーとしての役割も同時に果たしている。
【００３８】
【実施例】
以下に、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
実施例１
ポリテトラフルオロエチレンファインパウダーは、三井・デュポンフロロケミカル株式会社のディスパージョン「テフロン」（登録商標）を使用した。活性微粒子は、石原産業株式会社製の二酸化チタンを使用した。ディスパージョン１００重量部に対して、二酸化チタンを１５重量部混合した後、撹袢による通常の方法で触媒とポリテトラフルオロエチレンとの混合物を凝集分離し、これをオーブン中で乾燥した後、１０メッシュ以下の粒子に粉砕した。次に、成形助剤として出光石油化学株式会社の「スーパーゾル」を１８．５重量部添加混合した後、押出機のシリンダー形状に圧縮予備成形をし、次いでこれを成形助剤を含んだままダイを経て押出して押出物を得た。該押出物は圧延によって厚さ０．３６ｍｍ、幅１５０ｍｍのテープ状にした。次に、該テープ状の成形体を約２００℃のオーブン中で加熱し、成形助剤を蒸発除去した。その後、３００℃付近の温度で１５０％／秒の速度で幅方向に７００％延伸し、続いて３６０℃で数分程度、焼成処理した。これにより、白色の二酸化チタンが分散した延伸ポリテトラフルオロエチレンのフィルム（実施例１の空気浄化材）を得た。得られたフィルムの厚みは、テクロック社製１／１０００ｍｍダイヤルシックネスゲージで、本体バネ荷重以外の荷重をかけない状態で測定したところ、５８μｍであった。フィルムの空孔の最大孔径は、ＡＳＴＭＦ−３１６に基づいて測定したところ、０．５μｍであった。
【００３９】
実施例２
実施例１の方法で製造した二酸化チタン分散延伸ポリテトラフルオロエチレンフィルムとポリエチレンフィルムとをヒートロールで融着させて積層一体化させた空気浄化材（実施例２）を作成した。補強材として用いたポリエチレンフィルムは、石島化学工業株式会社のポリエチレンフィルム（厚さ３５μｍ）である。
積層一体化は、まず実施例１で製造した二酸化チタン分散延伸ポリテトラフルオロエチレンフィルムとポリエチレンフィルムとを重ね合わせ、両者をヒートロールでニップさせることによりポリエチレンを融解させて融着した。この際、融けたポリエチレンフィルムがヒートロールに付着するのを防ぐため、延伸ポリテトラフルオロエチレンフィルムをヒートロール側に、ポリエチレンフィルム側をニップロール側に配置した。また、ヒートロールの温度は１７０℃、ニップ圧力７Ｋｇ／ｃｍ² 、加工速度５ｍ／ｍｉｎの条件で行なった。
【００４０】
比較例
実施例で用いたのと同じ三井・デュポンフロロケミカル株式会社のポリテトラフルオロエチレンファインパウダー１００重量部に、石原産業株式会社製の二酸化チタンを５０重量部及び成形助剤２０重量部を実施例１と同様にして混合、ペースト化した後、実施例１と同様にして圧縮予備成形し、次いで成形助剤を含んだままダイを通過させて押出し物を得た。該押出し物を２５０℃で加熱乾燥して成形助剤を除去して、厚さ１mmの二酸化チタン分散ポリテトラフルオロエチレンシート（比較例に係る空気浄化材）を得た。
【００４１】
［評価］
上記実施例１及び２で作成した空気浄化材、並びに比較例で作成した空気浄化材をそれぞれ１ｍ×１ｍのステンレス製のパネルに固定し、このパネルを自動車道路脇に、空気浄化材が南向きになるように設置した。このパネルの前面（自動車道路側の面）を紫外線を透過するガラスで覆い、空気ポンプにより、シートとガラスの間の空間に毎分２０リットルの空気を送り込んだ。ＮＯｘ濃度を晴天の日の午後１時に測定したところ、ＮＯｘ濃度は１．９ｐｐｍだった。次に、浄化材を通過した後の空気中のＮＯｘ濃度を測定した。実施例１及び２の空気浄化材を通過した空気のＮＯｘ濃度はいずれも０．０１ｐｐｍであり、比較例の空気浄化材を用いたパネルを通過した空気中のＮＯｘ濃度は０．２ｐｐｍだった。
【００４２】
次に、前記実施例１及び２の空気浄化材、並びに比較例の空気浄化材の音響透過損失を測定した。いずれも空気浄化材の一側から８０ｄＢのノイズを発生させ、空気浄化材の他側における音圧レベルを無響音室内で測定した。その結果、周波数１０００Ｈｚでの音圧の減衰レベルは、実施例１で０．５ｄＢ、実施例２で８ｄＢ、比較例で３０ｄＢであった。減衰レベルが小さいということは、音を反射しにくいこと、すなわち、音を透過しやすく、図３の例に示すように吸音材の前面にカバーとして使用した場合、音が空気浄化材により反射されて吸音材に届かなくなり、吸音材の吸音性能が低下するという現象を起こしにくいことを示している。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の空気浄化材においては、浄化機能を有する活性微粒子は、ノード／フィブリル構造を有する連続多孔質の延伸ポリテトラフルオロエチレン中に分散され保持されており、その大気に開放された表面積は非常に大きい状態にある。そのため、本発明の空気浄化材は、従来の合成樹脂バインダーを用いる方法や接着剤を使用して固定する方法のものに比べ、浄化機能がかってないほどに高められる。
【００４４】
しかも、本発明に係る活性微粒子分散延伸ポリテトラフルオロエチレンはシート又はフィルムとして容易に製造することができるから、均一に分散させにくい活性微粒子であっても、容易にそれを均一に分散させた平板状の空気浄化材として製造することができる。その結果、本発明の空気浄化材に係る活性微粒子分散延伸ポリテトラフルオロエチレンシート又はフィルムは、そのまま構造物の壁面に張り付けて使用する空気浄化材として使用することができるほか、いったん支持材に張り付けた空気浄化材としてから構造物の壁面に張り付けて使用することもできる。この際、活性微粒子分散延伸ポリテトラフルオロエチレンのシート又はフィルムに補強材を裏打ちすることにより、空気浄化材としての強度を高めることもできる。
【００４５】
また、二酸化チタンのように、活性微粒子が太陽光を受けることにより活性化する光触媒である場合は、太陽光が延伸ポリテトラフルオロエチレンの構造内部にまで入るので、内部の触媒粉末もその活性機能を維持することができ、回復することもでき、いつまでも優れた空気浄化機能を発揮する。
【００４６】
本発明の空気浄化材において、活性微粒子を保持しているマトリックスたるノード及びフィブリルはポリテトラフルオロエチレンからなるので、本質的にポリテトラフルオロエチレンの耐薬品性、耐紫外線性、耐酸化性、耐熱性などの優れた性質を有している。
【００４７】
本発明の製造方法によれば、活性微粒子が延伸ポリテトラフルオロエチレンフィルム又はシート中に保持され、且つ活性微粒子の表面積が広く空気中に解放された本発明の空気浄化材を容易に製造することができる。また、本発明の製造方法によれば、シートの幅、空孔率、空孔の大きさ、フィルムの強度を容易に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空気浄化材に用いられる多孔質の延伸ポリテトラフルオロエチレンフィルムの微細構造（電子顕微鏡観察）を説明するための概念図である。
【図２】本発明の空気浄化材を構成する活性微粒子が存在する多孔質の延伸ポリテトラフルオロエチレンフィルムの微細構造を説明するための概念図である。
【図３】本発明に係る空気浄化材の利用態様の一例を示す断面図である。
【図４】従来の空気浄化材の構造を説明するための概念模式図である。
【図５】従来の空気浄化材の構造を説明するための概念模式図である。
【符号の説明】
１フィブリル
２ノード
３空孔
４活性微粒子（触媒粉末粒子）
８活性微粒子分散延伸ポリテトラフルオロエチレンフィルム
１０保護材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an air purification material used for removing air pollutants present in the atmosphere by the catalytic action of active fine particles and the like, and a method for producing the same. More specifically, the present invention relates to a flat air purification material in which active fine particles used to oxidatively decompose or adsorb nitrogen oxides or sulfur oxides in the atmosphere are uniformly dispersed and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
Research has been conducted on air purification materials using powdered active fine particles that act as a catalyst to remove low concentrations of nitrogen oxides and sulfur oxides present in the atmosphere. Many of these air purification materials are intended for use on the side walls of structures such as roads, tunnels, and buildings, and these active fine particles are used not only for improving reaction efficiency but also for convenience of construction and handling. It is desired to develop a flat plate-like air purifying material that is uniformly dispersed in a two-dimensional direction.
[0003]
An example of the development of a flat air purification material is disclosed in JP-A-6-315614, in which a catalyst powder mainly composed of titanium dioxide or a mixture of titanium dioxide and activated carbon is used as a sheet material or panel material using an adhesive. An air purification material (FIG. 4) constructed by adhering and fixing to the surface of the sheet or an air purification material (FIG. 5) molded into a sheet or panel using a synthetic resin as a binder are disclosed. The development of these air purification materials is intended to be flat, but differs in the method of fixing the catalyst powder. In the former air purification material shown in FIG. 4, after applying an adhesive to the surface of the synthetic resin panel or sheet 11, the catalyst powder is sprinkled on the surface of the panel or sheet by sprinkling the catalyst powder, etc. It is something to try to make things. In this case, the catalyst powder particles 13 are fixed in an embedded state in the adhesive layer 12. In the latter air purification material shown in FIG. 5, the catalyst powder 13 and the synthetic resin as the binder 14 are mixed and processed into a flat plate shape by rolling. In this case, the catalyst powder particles 13 are buried in the binder 14.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the development of an air purifying material using active fine particles such as the catalyst powder, how large a contact area between the active fine particles and the atmosphere can be secured is determined. In addition, a flat air purification material is generally desired for the convenience of construction and handling at the construction site. Here, the problem of how to increase the open area to the atmosphere of the active fine particles fixed to the air purification material and the problem of how to fix or mold the active fine particles in a flat form are solved simultaneously. There is a need.
[0005]
However, in the air purification material shown in FIG. 4, the active fine particles 13 are buried in the adhesive layer 12 as the immobilization material, so that the open area on the atmosphere side of the particles is considerably limited. Further, in the air purification material shown in FIG. 5, the active fine particles 13 are buried in the binder resin 14 in the course of rolling for processing into a flat plate shape, and particles that exist substantially near the surface of the sheet 11. Can only function. As described above, the development of the air purification material using active fine particles solves two technical problems of securing a large open surface area after fixing the active fine particles and simultaneously dispersing and fixing the active fine particles in a flat plate shape. Must. There is a problem that it is generally difficult to solve these two problems.
[0006]
The present invention has been made in view of such circumstances, and the object of the present invention is to use it as a flat air purification material as it is while securing a larger open area on the atmosphere side of active fine particles than in the past. An object of the present invention is to provide an air purifying material that can be processed easily or into a flat plate shape, and to provide a manufacturing method thereof.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The air purification material of the present invention is obtained by dispersing active fine particles in porous so-called expanded polytetrafluoroethylene. Individual active fine particles are held by the constituent matrix of the porous expanded polytetrafluoroethylene. Here, the constituent matrix of porous expanded polytetrafluoroethylene refers to nodes (nodules) and fibrils (small fibers) constituting the porous expanded polytetrafluoroethylene, and the active fine particles are nodes and / or Each microparticle is in an isolated state while being held so as to be contained in a microscopic void (hole) formed by being partitioned by the fibril. Nodes and fibrils are both made of polytetrafluoroethylene, and the difference between the two is considered to be due to the difference in the aggregation or crystal state of the polytetrafluoroethylene molecules. Usually, nodes are aggregates of polytetrafluoroethylene primary particles interconnected by minute crystal ribbons, and fibrils are considered to be composed of bundles of crystal ribbons drawn and extended from these primary particles.
[0008]
The active fine particles are preferably a catalyst powder that oxidizes nitrogen oxides or sulfur oxides in the atmosphere, particularly those mainly composed of titanium dioxide or a mixture of titanium dioxide and activated carbon.
[0009]
In the method for producing an air purification material according to the present invention, active fine particles and polytetrafluoroethylene powder are mixed with a molding aid to form a paste molded body, and after removing the molding aid from the paste molded body, stretching is performed. It is characterized by.
[0010]
Specifically, active fine particles and polytetrafluoroethylene powder are mixed with a molding aid to form a paste, and the paste is extruded through a die to obtain a sheet-like molded body. Then, the dried sheet-like molded body is stretched to obtain a porous stretched polytetrafluoroethylene sheet or film. Alternatively, the active fine particles are mixed with a dispersion of polytetrafluoroethylene, the active fine particles and polytetrafluoroethylene are aggregated from the mixture and separated from the aqueous medium, and a molding aid is mixed into the aggregate to form a paste, The paste is extruded through a die to form a sheet-like molded body, and after removing the molding aid by evaporating from the sheet-like molded body, the porous sheet is stretched by stretching the dried sheet-shaped molded body. A polytetrafluoroethylene sheet or film is used.
[0011]
In order to achieve the object of the present invention, a porous expanded polytetrafluoroethylene in which active fine particles produced using the raw material thus prepared are dispersed is usually a flat plate like a sheet or a film. Finally finished to form. As a result, the porous expanded polytetrafluoroethylene sheet or film in which the active fine particles are dispersed can be used as it is as an air purifying material as it is affixed to the wall surface of the structure. It can also be used as an air purification material panel fixed to the surface of the substrate by adhesion or the like.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
The active fine particles used in the present invention can be used in principle as long as they are in a powder form used to remove low-concentration nitrogen oxides and sulfur oxides present in the atmosphere. From the nature of the production method, it is desirable that it does not react or change in quality with water or a molding aid. Examples of such typical active fine particles include titanium dioxide or a mixture of titanium dioxide and activated carbon, which has an effect of oxidizing nitrogen oxides. Titanium dioxide or a mixture of titanium dioxide and activated carbon is activated by receiving sunlight, oxidized nitrogen oxides into nitric acid, and reactivated by washing and removing the nitric acid.
[0013]
The active fine particles that can be used in the present invention have a catalytic action on nitrogen oxides and sulfur oxides in addition to the above-mentioned titanium dioxide or a mixture of titanium dioxide and activated carbon, and do not react with water or a molding aid or change its quality. As long as it is, it may be of any chemical component. Further, due to the structural characteristics of the porous expanded polytetrafluoroethylene used in the present invention, the particle size of the active fine particles is naturally limited, and there is an appropriate range. The active fine particles are usually observed as secondary particles with the naked eye, but particles having a particle diameter in the range of 0.01 to 5.0 μm are applicable in the present invention. The applicable range is relatively determined in relation to the structure of porous expanded polytetrafluoroethylene or the size of the pores (usually referred to as the pore diameter). If the particles are too large, in the production of stretched polytetrafluoroethylene, particularly in the stretching process, the particles act as defects, cause the material to break, and cannot be stretched to the desired magnification. Conversely, if the particles are too small compared to the pore size, the active fine particles fall off from the porous expanded polytetrafluoroethylene. Since the average pore diameter of the porous expanded polytetrafluoroethylene can be in the range of 0.1 to 2 μm, the more preferable particle diameter of the active fine particles is in the range of 0.05 to 3.0 μm in the applicable range. is there.
[0014]
In the present invention, a photocatalyst capable of efficiently oxidizing and removing nitrogen oxides and sulfur oxides, which are particularly problematic due to air pollution, is preferably used as the active fine particles. Specific examples include titanium dioxide powder and zinc oxide powder. Above all, titanium dioxide powder is activated by irradiation with sunlight, and oxidizes nitrogen oxides with oxidized active species generated on the surface to make nitric acid, so the generated nitric acid can be washed away with water such as rainwater, After the nitric acid is washed away, the function as a photocatalyst is restored again, so that it can be used repeatedly. Furthermore, when titanium dioxide is used with an adsorbent such as activated carbon, the adsorbent preferentially adsorbs and retains the produced nitric acid, so that the effectiveness of titanium dioxide can be maintained for a long time even before the nitric acid is washed away. effective. In addition, when titanium dioxide is used alone, nitrous acid is partially desorbed during the process of oxidative decomposition of nitrogen oxides. It is also preferable from the viewpoint that it can be suppressed. Further, in order to enhance the photocatalytic action, a promoter such as iron oxide, magnesium oxide, calcium oxide may be added.
[0015]
The main point of the production method of the present invention is to apply the production method of expanded polytetrafluoroethylene disclosed in Japanese Patent Publication No. 51-18991 using polytetrafluoroethylene powder mixed with predetermined active fine particles in advance. Here, the outline | summary of the manufacturing method of the well-known expanded polytetrafluoroethylene applied to this invention is demonstrated below.
[0016]
First, a predetermined amount of liquid forming aid is added to polytetrafluoroethylene fine powder (solid powder composed of secondary particles that are aggregates of primary particles) so that the forming aid is uniformly distributed throughout the fine powder. Are mixed using a blender or the like. The fine powder mixed with the molding aid is in a moist so-called paste state. The paste can be molded by compression or the like, and is preliminarily molded into a cylinder shape so as to be easily applied to an extruder, and then extruded through an extruder die. Next, the extrudate is evaporated from the extrudate by heating the extrudate to a temperature equal to or higher than the boiling point of the forming aid, and the extrudate is dried. The extrudate after drying is usually stretched at a temperature not higher than the melting point of polytetrafluoroethylene by a stretching machine at a speed of at least 10% / second to a size twice to several times the original material size. The This stretching forms the basic matrix structure of porous expanded polytetrafluoroethylene described above. After stretching, the stretched product is usually heated to a temperature equal to or higher than the melting point of polytetrafluoroethylene while maintaining the stretched state, and then cooled to room temperature. The structure of expanded polytetrafluoroethylene produced by stretching is fixed or stabilized by this heat treatment.
[0017]
In the present invention, this method for producing porous expanded polytetrafluoroethylene is essentially applied as it is. The difference is that the above-mentioned polytetrafluoroethylene and predetermined active fine particles are mixed in advance and used as a raw material. That is, in the present invention, the active fine particles are mechanically mixed in advance in the state of a dispersion (aqueous medium dispersion) of polytetrafluoroethylene or in the state of fine powder that is agglomerated and separated from the dispersion and dried. Polytetrafluoroethylene mixed with active fine particles is used as a raw material. The active fine particles are mixed in a dispersion state of polytetrafluoroethylene, and then used as a raw material by fine powder that has been agglomerated and separated by a normal method, or the active fine particles are in a solid powder state of polytetrafluoroethylene. The mixed fine powder is used as a raw material. Further, the mixing of the active fine particles and the solid polytetrafluoroethylene fine powder in the latter may be performed either before or at the time of charging the molding aid.
[0018]
The mixing ratio of the active fine particles can be up to 50% by weight based on the total weight after mixing. Stretching is possible even with a mixing ratio higher than that, but pinholes are generated in the stretched product during stretching, which is not desirable for use as a product. Usually, a range of 1 to 30% by weight is preferably used, and a range of 5 to 20% by weight is more preferably used.
[0019]
As the molding aid, all known liquid molding aids (liquid lubricants) such as known mineral spirits, white oil, and solvent naphtha can be applied. The mixing ratio of the molding aid is preferably in the range of 15 to 20% by weight, more preferably in the range of 17 to 19% by weight with respect to polytetrafluoroethylene in the mixture of the active fine particles and polytetrafluoroethylene. .
[0020]
The polytetrafluoroethylene used in the present invention preferably has a crystallinity of 95% or more, and more preferably 98% or more. These are generally graded and sold under the name of fine powder. In addition, as described above, a polytetrafluoroethylene emulsion marketed under the name of a dispersion before the fine powder is agglomerated and separated from the aqueous medium can also be used as a raw material.
[0021]
The method for producing porous expanded polytetrafluoroethylene containing active fine particles in the present invention is as described below. As described above, there are the following two methods for mixing the active fine particles into polytetrafluoroethylene. The first method is a method of mixing in a dispersion state of polytetrafluoroethylene, and the second method is a method of mixing in a solid powder state of polytetrafluoroethylene. From the viewpoint of making the dispersion of the active fine particles uniform, the first method is preferable.
[0022]
In the first method, the active fine particles may be directly added to a dispersion which is a liquid dispersion of polytetrafluoroethylene, but the active fine particles are dispersed in an organic medium such as an aqueous medium or alcohol by mechanical stirring. It is more convenient to perform the charging continuously. Even at the time of charging and after charging, gentle stirring of the dispersion (stirring in a laminar flow state) is indispensable. The reason for the gentle stirring is to avoid fiber formation of polytetrafluoroethylene by shear addition as much as possible. The charging may normally be performed at room temperature, but it is preferably performed at a temperature as low as 40 ° C. or less and as low as possible at a transition temperature of polytetrafluoroethylene (19 ° C.) as much as possible to avoid fiber formation of polytetrafluoroethylene. When stirring is continued after the addition, the solid portion (mixture of polytetrafluoroethylene and active fine particles) gradually separates from the aqueous medium and usually floats on the aqueous medium. Although the final stage of stirring is based on the clearness of the aqueous medium as an indicator, it usually requires an aggregation time of 1 to 2 hours or more. The separated solid part may be used in the next step in a wet state, or may be dried and used in the next step. In the case of drying, it is dried in a temperature range of 50 to 250 ° C. After drying, the solid part is cooled to a low temperature of 0 ° C. or lower, usually −10 to 5 ° C., and gently pulverized in the cooled state.
[0023]
In the second method, the active fine particles are mechanically stirred and mixed in a solid powder state of polytetrafluoroethylene. The mechanical mixing is preferably carried out at a temperature below the room temperature transition point of polytetrafluoroethylene, specifically at a low temperature of 19 ° C. or less, in order to avoid fiber formation of polytetrafluoroethylene by shear addition as much as possible. After mixing, pulverize gently to the extent that it passes through a 10 mesh sieve in the cooled state.
[0024]
In this way, the liquid molding aid is mixed into the polytetrafluoroethylene powder mixed with the active fine particles obtained by the first method or the second method. In this case as well, the mixing is preferably performed at a low temperature of 19 ° C. or less in order to avoid as much as possible fiber formation of polytetrafluoroethylene by shear addition in the mixing process. The active fine particle mixed polytetrafluoroethylene formed into a paste by mixing a molding aid is preliminarily pressed and molded into a cylinder shape of an extruder, and then inserted into the extruder and extruded through a die. Extrusion is carried out at a temperature above room temperature, usually around 50 ° C. The extrudate is stretched at a rate of at least 10% / second or more at a temperature not exceeding the decomposition temperature of polytetrafluoroethylene (about 400 ° C.) after being corrected to a predetermined thickness, shape, etc. by rolling with a calendar. Preferably, it extends | stretches at the temperature of 300 degreeC vicinity. For the purpose of the present invention, stretching is usually carried out substantially biaxially, and is produced as a film or sheet of active fine particle dispersed stretched polytetrafluoroethylene.
[0025]
The firing treatment of cooling after heating to a temperature equal to or higher than the melting point of polytetrafluoroethylene after stretching is not necessarily an essential step, but is preferably performed in order to increase the dimensional stability of the stretched polytetrafluoroethylene. . Specifically, the firing process is performed as follows. In a state where the stretched state is maintained after being stretched, it is heated to a temperature not lower than the melting point (345 ° C.) of polytetrafluoroethylene, preferably in the range of 350 to 370 ° C., for a few seconds to a few minutes (specifically, 1 second to 30 minutes), and then cooled to room temperature. By this firing treatment, the fibrils are prevented from being unwound from the nodes, and the expanded polytetrafluoroethylene node / fibril structure is fixed.
[0026]
The matrix structure of the stretched polytetrafluoroethylene visually appears different depending on the stretching conditions (type of raw polytetrafluoroethylene, stretching direction, stretching temperature, stretching speed, stretching ratio, etc.). When stretched in the uniaxial direction, the fibrils 1 are interdigitally oriented in one direction as shown in FIG. 1A, and the nodes 2 connecting the fibrils 1 are elongated islands (polytetrafluoroethylene primary) at right angles to the stretch direction. It is considered as an aggregate of particles). On the other hand, when extending in the biaxial direction, the fibril 1 spreads radially around the node 2 as shown in FIG. 1 (b), and the node 2 is considered to be a particle (polytetrafluoroethylene primary particle rather than an island shape). Is observed). In addition, when the draw ratio is increased, the fibril 1 is generally longer, the node 2 is relatively smaller, and the ratio of holes is increased. In any case, both the fibrils and nodes constituting this matrix are made of polytetrafluoroethylene.
[0027]
As described above, the numerous pores 3 in the expanded polytetrafluoroethylene exist as a space defined by the fibril 1 and the node 2 and are integrally connected to each other. The holes 3 reach from one surface (front surface) to the other surface (back surface) of the expanded polytetrafluoroethylene, and as a result, excellent air permeability is maintained even in the active fine particle dispersed expanded polytetrafluoroethylene. Has been.
[0028]
The size of the pores 3 of the active fine particle-dispersed stretched polytetrafluoroethylene is appropriately selected depending on the stretch ratio, but the maximum pore size measured by the bubble point method (ASTM F-316) is preferably about 0.01 to 50 μm, Furthermore, about 0.05-15 micrometers is preferable. When the maximum pore diameter is less than 0.01 μm, it becomes difficult to adhere or fuse due to the anchor effect when laminating a reinforcing material to be described later, and when the maximum pore diameter exceeds 50 μm, sufficient lamination strength cannot be obtained and active This is because the fine particles are not sufficiently fixed.
[0029]
The fine structure of active fine particle-dispersed stretched polytetrafluoroethylene in which active fine particles are dispersed in such a polytetrafluoroethylene matrix (this structure is usually observed by a scanning electron microscope) is conceptually shown in FIG. And active microparticles held in spaces (holes) defined by nodes / fibrils having a structure unique to expanded polytetrafluoroethylene. FIG. 2 is a conceptual diagram showing a state in which the active fine particles 4 are taken into biaxially stretched expanded polytetrafluoroethylene. The active fine particles are one or several particle groups in the stretched polytetrafluoroethylene structure and are held in the pores 3 between the active fine particles or the active fine particle groups. Is isolated by The active fine particles 4 are fixed and held as if they were taken into the fibril 1 and are isolated by the nodes 2 and fibrils 1. As a result, the active fine particles 4 are fixed in a state of being largely exposed to the atmosphere, and a large contact area with air can be secured and maintained. Therefore, the open surface area of the active fine particles 4 is remarkably increased as compared with the case where the active fine particles 4 are buried and fixed with a synthetic resin binder or an adhesive. In addition, these are the same even if it is a case where it manufactures by the uniaxial stretching shown to Fig.1 (a).
[0030]
The active fine particle-dispersed stretched polytetrafluoroethylene having the above-described structure exhibits excellent air permeability due to the continuous porous structure, and also has excellent characteristics unique to polytetrafluoroethylene. That is, it is excellent in chemical stability, heat resistance and water repellency, has durability or weather resistance against ultraviolet rays, is not oxidized by air, and is not affected at all by the strong oxidizing action by the photocatalyst powder. That is, even when exposed to sunlight or outside air for a long period of time, deterioration and corrosion are unlikely to proceed, and it has extremely excellent properties as an air purification material.
[0031]
As the form of the active fine particle-dispersed stretched polytetrafluoroethylene having the above-described configuration, it is preferably produced as a flat plate such as a sheet or a film. In particular, it may be used directly as an air purification material, or may be laminated with an appropriate reinforcing material and used as an air purification material. It is particularly preferable to use it as an air purification material by laminating with an appropriate reinforcing material.
[0032]
Although the width | variety of the sheet | seat or film which should be manufactured is not specifically limited, For convenience of use as a purification | cleaning material, it is good to set it as at least 300 mm or more, Preferably it is 1000 mm or more. This is because when the film width is less than 300 mm, the cost is high and the width of the finally obtained purification material is limited to 300 mm or less, so that the workability at the time of attachment to the side wall of the structure is lowered. The thickness is preferably in the range of 3 to 300 μm, more preferably in terms of the average thickness measured with a dial gauge (measured with a 1/1000 mm dial thickness gauge manufactured by Teclock Co., Ltd. without applying a load other than the main body spring load). The thing is 20-100 micrometers. If the thickness is less than 3 μm, sufficient mechanical durability for processing and transportation as an air purification material cannot be obtained, and lamination with a reinforcing material becomes difficult. On the other hand, when the thickness exceeds 300 μm, the rigidity is increased, the productivity is deteriorated, and the material cost is also increased.
[0033]
The active fine particle-dispersed polytetrafluoroethylene sheet or film having the above-described configuration may be used directly as an air purifying material directly affixed to the wall surface of the structure, or once affixed to the surface of the support material. It may be used indirectly as a panel of the produced air purification material. Further, a sheet or film of active fine particle-dispersed stretched polytetrafluoroethylene may be folded into a wave shape or rolled up. Moreover, it is also one of the preferable uses to use as a laminated body which laminated | stacked the suitable reinforcing material and the material which has another function, for example, a sound-absorbing material etc., on the sheet | seat or film.
[0034]
The reinforcing material is preferably breathable, but is not necessarily limited thereto, and any reinforcing material made of metal, resin, or ceramics can be used. In the case of a resin reinforcing material, the type of resin is not particularly limited, but non-woven fabrics such as polyester, nylon, polyethylene, polypropylene, and ethylene vinyl acetate copolymer, woven fabrics, knitted fabrics, nets, and films can be generally used.
[0035]
In any case, the porous structure of expanded polytetrafluoroethylene enables fixing by adhesion or fusion by the so-called anchor effect in the lamination fixing. Polytetrafluoroethylene generally has no affinity with other materials and is inferior in adhesiveness with an adhesive, but active fine particle dispersed stretched polytetrafluoroethylene has a porous structure. The adhesive and molten resin are allowed to enter the pores of the active fine particle-dispersed stretched polytetrafluoroethylene and cured as it is, so that they can be laminated and fixed to the reinforcing material with sufficient strength. What has been described above is the same in the case of stacking with a support material having another function such as a sound absorbing material instead of the reinforcing material.
[0036]
The active fine particle-dispersed stretched polytetrafluoroethylene film or sheet laminated with the reinforcing material produced as described above is directly used as an air purification material by directly pasting it on the wall surface of the structure as an air purification material. However, as described above, it may be used as an air purification material that is laminated and fixed to a support material such as a flat support panel. Furthermore, the active fine particle dispersed stretched polytetrafluoroethylene film or a laminate of the film may be attached to the wall surface of the structure as an air purification material.
[0037]
FIG. 3 shows an example of an air purification panel for a highway in which the air purification material of the present invention is attached together with a sound absorbing material and a protective material. A stainless steel housing 7 for storing the sound absorbing material is filled with a sound absorbing material 8 made of glass wool, and an air purifying material 9 according to the present invention is attached so as to cover the upper surface of the sound absorbing material 8, and these A stainless steel protective material 10 is provided to protect the surface. In this case, the protective material 10 is installed so as to be on the road side and plays a role of protecting the air purification material 9 and the like from flying objects. In addition, the protective material 10 is oxidized when titanium dioxide is used as the active fine particles through the rainwater. Nitric acid generated by decomposition is washed away from the surface of the purification material, contributing to the recovery and maintenance of the purification function. The air purification panel having such a configuration can simultaneously exhibit the function of reducing noise as well as removing air pollutants. In this case, the air purification material of the present invention also plays a role as a waterproof cover for the sound absorbing material.
[0038]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples.
Example 1
As the polytetrafluoroethylene fine powder, a dispersion “Teflon” (registered trademark) manufactured by Mitsui DuPont Fluorochemical Co., Ltd. was used. As the active fine particles, titanium dioxide manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd. was used. After mixing 15 parts by weight of titanium dioxide with respect to 100 parts by weight of the dispersion, the mixture of the catalyst and polytetrafluoroethylene is agglomerated and separated by a usual method by stirring, and after drying in an oven, 10 parts Grinded into particles below mesh. Next, after adding and mixing 18.5 parts by weight of “Supersol” from Idemitsu Petrochemical Co., Ltd. as a molding aid, compression pre-molded into the cylinder shape of the extruder, and then containing the molding aid. Extrusion was obtained by extrusion through a die. The extrudate was rolled into a tape having a thickness of 0.36 mm and a width of 150 mm. Next, the tape-shaped molded body was heated in an oven at about 200 ° C. to evaporate and remove the molding aid. Thereafter, the film was stretched 700% in the width direction at a speed of 150% / second at a temperature near 300 ° C., and then fired at 360 ° C. for about several minutes. Thereby, a stretched polytetrafluoroethylene film (air purifying material of Example 1) in which white titanium dioxide was dispersed was obtained. The thickness of the obtained film was 58 μm as measured with a 1/1000 mm dial thickness gauge manufactured by Teclock Co. without applying any load other than the main body spring load. The maximum hole diameter of the film pores was 0.5 μm as measured based on ASTM F-316.
[0039]
Example 2
An air purifying material (Example 2) was prepared by fusing a titanium dioxide dispersed stretched polytetrafluoroethylene film and a polyethylene film produced by the method of Example 1 with a heat roll and integrating them. The polyethylene film used as the reinforcing material is a polyethylene film (thickness: 35 μm) manufactured by Ishijima Chemical Co., Ltd.
In the lamination integration, the titanium dioxide dispersion-stretched polytetrafluoroethylene film and the polyethylene film produced in Example 1 were first overlapped, and both were nipped with a heat roll to melt and fuse the polyethylene. At this time, in order to prevent the melted polyethylene film from adhering to the heat roll, the stretched polytetrafluoroethylene film was disposed on the heat roll side, and the polyethylene film side was disposed on the nip roll side. The heat roll temperature is 170 ° C., and the nip pressure is 7 kg / cm. ² The process was performed at a processing speed of 5 m / min.
[0040]
Comparative example
Example 1 100 parts by weight of the same polytetrafluoroethylene fine powder of Mitsui DuPont Fluorochemical Co., Ltd. used in the examples, 50 parts by weight of titanium dioxide manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd. and 20 parts by weight of molding aids After mixing and pasting in the same manner as in Example 1, compression pre-molding was carried out in the same manner as in Example 1, and then the die was passed through while containing the molding aid to obtain an extrudate. The extrudate was heated and dried at 250 ° C. to remove the molding aid, and a titanium dioxide-dispersed polytetrafluoroethylene sheet (air purification material according to a comparative example) having a thickness of 1 mm was obtained.
[0041]
[Evaluation]
The air purification material created in Examples 1 and 2 above and the air purification material created in the comparative example are each fixed to a 1 m × 1 m stainless steel panel, this panel is placed on the side of the automobile road, and the air purification material faces south. It installed so that it might become. The front surface of the panel (surface on the automobile road side) was covered with glass that transmits ultraviolet rays, and 20 liters of air was fed into the space between the sheet and the glass by an air pump. When the NOx concentration was measured at 1 pm on a clear day, the NOx concentration was 1.9 ppm. Next, the NOx concentration in the air after passing through the purification material was measured. The NOx concentration of the air that passed through the air purification materials of Examples 1 and 2 was both 0.01 ppm, and the NOx concentration in the air that passed through the panel using the air purification material of the comparative example was 0.2 ppm.
[0042]
Next, the sound transmission loss of the air purification materials of Examples 1 and 2 and the air purification material of the comparative example was measured. In both cases, noise of 80 dB was generated from one side of the air purification material, and the sound pressure level on the other side of the air purification material was measured in an anechoic chamber. As a result, the sound pressure attenuation level at a frequency of 1000 Hz was 0.5 dB in Example 1, 8 dB in Example 2, and 30 dB in the Comparative Example. The low attenuation level means that the sound is difficult to reflect, that is, the sound is easily transmitted, and when used as a cover on the front surface of the sound absorbing material as shown in the example of FIG. 3, the sound is reflected by the air purification material. This means that it is difficult to cause a phenomenon that the sound absorbing performance of the sound absorbing material is lowered due to the fact that it cannot reach the sound absorbing material.
[0043]
【The invention's effect】
In the air purification material of the present invention, the active fine particles having a purification function are dispersed and held in continuous porous expanded polytetrafluoroethylene having a node / fibril structure, and the surface area opened to the atmosphere is extremely high. Is in a great condition. Therefore, the air purifying material of the present invention is enhanced to the extent that it does not have a purifying function as compared with the conventional method using a synthetic resin binder or the method of fixing using an adhesive.
[0044]
Moreover, since the active fine particle-dispersed stretched polytetrafluoroethylene according to the present invention can be easily produced as a sheet or a film, even the active fine particles that are difficult to disperse uniformly can be easily dispersed uniformly. It can be manufactured as an air purification material. As a result, the active fine particle-dispersed stretched polytetrafluoroethylene sheet or film according to the air purification material of the present invention can be used as an air purification material to be used as it is attached to the wall surface of the structure as it is, and once attached to the support material. After being used as an air purification material, it can also be used by being attached to the wall surface of the structure. At this time, the strength of the air purification material can be increased by lining the reinforcing material on the active fine particle dispersed stretched polytetrafluoroethylene sheet or film.
[0045]
In addition, when the active fine particles are activated by receiving sunlight, such as titanium dioxide, sunlight enters the structure of the expanded polytetrafluoroethylene, so that the internal catalyst powder also has its active function. Can be maintained, can be recovered, and exhibits an excellent air purification function forever.
[0046]
In the air purification material of the present invention, since the nodes and fibrils which are the matrix holding the active fine particles are made of polytetrafluoroethylene, the chemical resistance, ultraviolet resistance, oxidation resistance and heat resistance of polytetrafluoroethylene are essentially included. It has excellent properties such as properties.
[0047]
According to the production method of the present invention, the air purification material of the present invention in which active fine particles are held in a stretched polytetrafluoroethylene film or sheet and the active fine particles have a large surface area and released into the air can be easily produced. Can do. Moreover, according to the manufacturing method of the present invention, the width of the sheet, the porosity, the size of the holes, and the strength of the film can be easily adjusted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining the fine structure (observation with an electron microscope) of a porous stretched polytetrafluoroethylene film used for an air purification material of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining the fine structure of a porous stretched polytetrafluoroethylene film in which active fine particles constituting the air purification material of the present invention are present.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a usage mode of an air purification material according to the present invention.
FIG. 4 is a conceptual schematic diagram for explaining the structure of a conventional air purification material.
FIG. 5 is a conceptual schematic diagram for explaining the structure of a conventional air purification material.
[Explanation of symbols]
1 fibril
2 nodes
3 holes
4 Active fine particles (catalyst powder particles)
8 Active fine particle dispersed stretched polytetrafluoroethylene film
10 Protective material

Claims

ノード・フィブリル構造を有する多孔質の２軸延伸ポリテトラフルオロエチレン中に、活性微粒子を分散させた空気浄化材の大気側に空気を通過させることを特徴とする空気浄化方法。An air purification method comprising passing air through an atmosphere of an air purification material in which active fine particles are dispersed in porous biaxially stretched polytetrafluoroethylene having a node fibril structure .

前記空気浄化材が防水カバーを兼ねる請求項１に記載の空気浄化方法。 The air purification method according to claim 1, wherein the air purification material also serves as a waterproof cover.

空気浄化材の大気側を表側としたとき、空気浄化材の裏側に吸音材を配置する請求項１又は２に記載の空気浄化方法。 The air purification method according to claim 1 or 2, wherein a sound-absorbing material is disposed on the back side of the air purification material when the atmosphere side of the air purification material is the front side.

前記活性微粒子が、前記延伸ポリテトラフルオロエチレンの構成マトリクスにより保持されている請求項１〜３のいずれかに記載の空気浄化方法。 The air purification method according to claim 1, wherein the active fine particles are held by a constituent matrix of the expanded polytetrafluoroethylene.

前記活性微粒子が、大気中の窒素酸化物又は硫黄酸化物を酸化する触媒粉末である請求項１〜４のいずれかに記載の空気浄化方法。 The air purification method according to any one of claims 1 to 4, wherein the active fine particles are catalyst powder that oxidizes nitrogen oxides or sulfur oxides in the atmosphere.

前記活性微粒子が、二酸化チタン又は二酸化チタンと活性炭との混合物を主成分とする請求項１〜５のいずれかに記載の空気浄化方法。 The air purification method according to any one of claims 1 to 5, wherein the active fine particles are mainly composed of titanium dioxide or a mixture of titanium dioxide and activated carbon.

前記空気浄化材の形態が、平板状である請求項１〜６に記載のいずれかの空気浄化方法。 The air purification method according to claim 1, wherein the air purification material has a flat plate shape.

前記空気浄化材を支持パネルで固定して使用する請求項１〜７のいずれかに記載の空気浄化方法。 The air purification method according to claim 1, wherein the air purification material is used while being fixed by a support panel.

前記空気浄化材を高速道路で使用する請求項１〜８のいずれかに記載の空気浄化方法。 The air purification method according to claim 1, wherein the air purification material is used on a highway.