JP6571564B2

JP6571564B2 - エアフィルター濾材

Info

Publication number: JP6571564B2
Application number: JP2016047827A
Authority: JP
Inventors: 結衣菊池
Original assignee: Mitsubishi Paper Mills Ltd
Current assignee: Mitsubishi Paper Mills Ltd
Priority date: 2016-03-11
Filing date: 2016-03-11
Publication date: 2019-09-04
Anticipated expiration: 2036-03-11
Also published as: JP2017158916A

Description

本発明は、アルデヒド吸着性能を有するエアフィルター濾材に関するものである。

近年、東アジア内陸部の砂漠、乾燥地域からの砂塵（黄砂）や、ＰＭ２．５、スギ、ヒノキなどの花粉の飛散、また、インフルエンザ等のウィルスによる感染症の流行が健康へ及ぼす影響から、窓を開けた室内空気の換気に代わり、空気清浄機やエアコンを用いて室内空気を浄化、調温、調湿する生活環境が多く見られる。特に、家庭や職場、自動車などの空間の快適性向上の機能に対する市場要望は強く、空気浄化装置の普及が進んでいるとともに、空気浄化装置に取り付けて使用するエアフィルター濾材には様々な高機能化を要望されている。

室内の家具、自動車の内装、たばこの煙等から発生するホルムアルデヒドやアセトアルデヒドをはじめとする低級アルデヒド類は、いずれも刺激臭を伴う有害なガスである。ホルムアルデヒド、アセトアルデヒドは、発癌性が疑われている他、シックハウス症候群の原因物質とされ、厚生労働省が濃度指針値を定める１３種類の揮発性有機化合物（ＶｏｌａｔｉｌｅＯｒｇａｎｉｃＣｏｍｐｏｕｎｄｓ、ＶＯＣ）に分類されている。

これらの背景から、室内や車内のアルデヒドガス濃度を速やかに低減させ、人やペットの健康を守るため、アルデヒド吸着性能を有するエアフィルター濾材に対するニーズが高まってきた。

さらに、ユーザーの省エネに対する意識は以前に増して高まってきており、エアフィルター濾材の圧力損失の低減化は常に求められている。

例えば、ＶＯＣ吸着性能を高めるために、平均粒子径１μｍ以下の粒子を特定のバインダー比率で不織布に担持させた濾材（例えば、特許文献１）が開示されているが、その効果は未だ充分とは言えない。

特開２０１５−１５７２５０号公報

本発明の課題は、アルデヒド吸着性能に優れ、かつ、圧力損失の低いエアフィルター濾材を提供することである。

本発明者が研究した結果、通気性基材と吸着剤とバインダーとを含むエアフィルター濾材において、バインダーの種類によりアルデヒド吸着性能をコントロールすることができ、吸着剤がマイクロメートルオーダーの平均粒子径を持つ多孔質粒子であることによって、より優れたアルデヒド吸着性能を発現することを見出した。

すなわち、本発明は、
（１）通気性基材と吸着剤とバインダーとを含むエアフィルター濾材において、
前記吸着剤が平均粒子径１〜５０μｍの多孔質粒子であり、前記バインダーが、スチレン−アクリル系樹脂、塩化ビニル−アクリル系樹脂及びシリコーン系樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種のバインダーであり、前記バインダーが、エマルジョンバインダーであり、その平均粒子径が５０ｎｍ以上、２００ｎｍ未満であり、吸着剤に対するバインダーの含有量が５〜６０質量％であることを特徴とするエアフィルター濾材、
（２）バインダーがスチレン−アクリル系樹脂であることを特徴とする上記（１）に記載のエアフィルター濾材、
である。

本発明により、アルデヒド吸着性能に優れ、かつ、圧力損失の低いエアフィルター濾材を提供することができる。

以下、本発明のエアフィルター濾材について詳細に説明する。本発明のエアフィルター濾材は、通気性基材と吸着剤とバインダーとを含み、吸着剤が平均粒子径１〜５０μｍの多孔質粒子であり、バインダーが、スチレン−アクリル系樹脂、塩化ビニル−アクリル系樹脂及びシリコーン系樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種のバインダーであることを特徴とする。

本発明において、吸着剤である多孔質粒子としては、活性炭、天然及び合成ゼオライト、活性アルミナ、活性白土、セピオライト、酸化鉄などの鉄系化合物、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、ケイ酸アルミニウム、シリカ、シリカ−酸化亜鉛複合物、シリカ−アルミナ−酸化亜鉛複合物、複合フィロケイ酸塩など、あるいはこれらの混合物などが挙げられる。これらの多孔質粒子がアミノ化合物で修飾されていることがより好ましい。

本発明における多孔質粒子の平均粒子径について説明する。多孔質粒子の平均粒子径は、１〜５０μｍであり、３〜２０μｍであることがより好ましい。多孔質粒子の平均粒子径が１μｍ未満の場合、塗工液中の多孔質粒子が凝集しやすくなるため、塗工における固形分付着量がばらつくとともに、多孔質粒子が濾材から脱落しやすくなり、アルデヒド吸着性能が充分に発現されなくなる。バインダーの含有量を増やすことで、多孔質粒子の濾材からの脱落を抑制することはできるが、濾材を構成する繊維間の空隙が少なくなり、濾材の通気性が悪くなるとともに、多孔質粒子の表面がバインダーで過剰に被覆され、アルデヒド吸着性能が充分に発現されなくなる。多孔質粒子の平均粒子径が５０μｍより大きい場合、濾材を構成する繊維との接着面積が減少するため、多孔質粒子が濾材から脱落しやすくなり、アルデヒド吸着性能が充分に発現されなくなる。

本発明において、バインダーは、スチレン−アクリル系樹脂、塩化ビニル−アクリル系樹脂及びシリコーン系樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種のバインダーであり、これらのバインダーの中から、１種、又は複数種の混合物を使用することができる。より高いアルデヒド吸着性能と、より低い圧力損失を両立させるには、スチレン−アクリル系樹脂であることが好ましい。

バインダーはエマルジョンバインダーであることが好ましい。エマルジョンバインダーの平均粒子径は、特に限定されるものではないが、５０〜５００ｎｍであることが好ましく、１００〜２００ｎｍであることがより好ましい。エマルジョンバインダーの平均粒子径が５０〜５００ｎｍである場合の方が、塗工における固形分付着量が安定するためである。本発明では、エマルジョンバインダーの平均粒子径は、５０ｎｍ以上、２００ｎｍ未満である。

本発明において、平均粒子径は、レーザー回折・散乱法による粒度分布測定装置を用いて測定されるメジアン径（ｄ５０）を指す。

バインダーの含有量は、特に限定されるものではないが、吸着剤に対し、固形分質量基準で、５〜６０質量％であることが好ましい。バインダーの含有量が５〜６０質量％である場合の方が、塗工における固形分付着量が安定するとともに、より高いアルデヒド吸着性能と、より低い圧力損失を両立できるためである。

本発明の濾材に使用する通気性基材の材料としては、ポリアミド系繊維、ポリエステル系繊維、ポリアルキレンパラオキシベンゾエート系繊維、ポリウレタン系繊維、ポリビニルアルコール系繊維、ポリ塩化ビニリデン系繊維、ポリ塩化ビニル系繊維、ポリアクリロニトリル系繊維、ポリオレフィン系繊維、フェノール系繊維等の合成繊維、ガラス繊維、金属繊維、アルミナ繊維、炭素繊維、活性炭素繊維等の無機繊維、木材パルプ、竹パルプ、麻パルプ、ケナフパルプ、藁パルプ、バガスパルプ、コットンリンターパルプ、木綿、羊毛、絹等の天然繊維、古紙再生パルプ、レーヨン等の再生セルロース繊維やコラーゲン等のタンパク質、アルギン酸、キチン、キトサン、澱粉等の多糖類等を原料とした再生繊維等、あるいは、これらの繊維に親水性や難燃性等の機能を付与した繊維等を単独又は組み合わせて使用することができる。

本発明の濾材に使用する通気性基材の製造方法については特に制限はなく、目的・用途に応じて、乾式法、湿式抄造法、メルトブローン法、スパンボンド法、フラッシュ紡糸法、エアレイド法、静電紡糸法等で得られたウェブを水流交絡法、ニードルパンチ法、ステッチボンド法等の物理的方法、サーマルボンド法等の熱による接着方法、レジンボンド等の接着剤による接着方法で強度を発現させる方法を適宜組み合わせて製造することができる。

本発明の濾材に使用する通気性基材の坪量は、特に限定されるものではないが、３０〜１５０ｇ／ｍ^２であることが好ましい。通気性基材の坪量が３０ｇ／ｍ^２未満の場合は、吸着剤を十分に担持させられず、アルデヒド吸着性能が小さくなり過ぎる場合がある。通気性基材の坪量が１５０ｇ／ｍ^２を超えた場合は、圧力損失が高くなり過ぎる場合がある。

本発明のエアフィルター濾材は、通気性基材に吸着剤をバインダーで担持させる方法によって製造される。吸着剤を担持させる方法としては、吸着剤を通気性基材にできるだけ均一に付着できる方法であれば、特に制限はない。吸着剤及びバインダーを含む分散液を塗工液として、通気性基材に、スクリーン印刷法、ロールコート法、スプレー法、浸漬法、カーテンコート法、バーコート法、エアナイフ法、ホットメルト法、グラビアコート法、刷毛塗り法、オフセット印刷法等の塗工方法によって通気性基材に付与し、溶媒や分散媒を乾燥等により除去して担持させる方法が例示される。

本発明において、吸着剤の固形分付着量は、基材に対して、３〜２５ｇ／ｍ^２であることが好ましい。吸着剤の固形分付着量が３ｇ／ｍ^２を下回る場合は、アルデヒド吸着性能が小さくなり過ぎる場合がある。２５ｇ／ｍ^２を超えると、アルデヒド吸着性能は十分であるが、経済的に見合わない場合がある。より好ましい固形分付着量は、５〜２０ｇ／ｍ^２である。

なお、必要に応じて、本発明の趣旨を逸脱せず、他の性能を付加する目的において、脱臭、抗菌、防カビ、抗ウィルス、防虫、殺虫、消臭、芳香、感温、保温、蓄温、蓄熱、発熱、吸熱、防水、耐水、撥水、疎水、親水、除湿、調湿、吸湿、撥油、親油、油等の吸着、及び水や揮発性薬剤等の蒸散又は徐放等の各種機能をエアフィルター濾材に付加することもできる。

本発明のエアフィルター濾材は、空調機、空気清浄機、掃除機、除湿機、乾燥機、加湿機、換気扇、扇風機、熱交換装置等の機械による強制給排気による空気処理装置に装着使用することにより、空間内のアルデヒドガスの吸着に好ましい効果が得られる。あるいは、自然給排気のための外気流入口（通気口や窓等）に本発明のエアフィルター濾材を用いてもよい。

以下に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、実施例に限定されるものでない。なお、実施例中の「％」及び「部」は特に断りのない限り、それぞれ「質量％」及び「質量部」を示す。なお、実施例４、６、７、９〜１２及び１５は参考例である。

（平均粒子径）
多孔質粒子の平均粒子径及びエマルジョンバインダーの平均粒子径は、レーザー回折・散乱法による粒度分布測定装置（日機装社製、商品名：マイクロトラック（登録商標）ＭＴ３３００型）を用いて、メジアン径（ｄ５０）を測定した。多孔質粒子の平均粒子径の単位はμｍ、エマルジョンバインダーの平均粒子径の単位はｎｍである。

（実施例１）
通気性基材としてポリエステルスパンボンド不織布（坪量５０ｇ／ｍ^２）を用い、吸着剤である多孔質粒子として平均粒子径１μｍのアミノ化合物で修飾されたケイ酸アルミニウムと、バインダーとして平均粒子径１５０ｎｍのスチレン−アクリル系樹脂エマルジョンバインダーとを水に分散し、混合撹拌してなる塗工液を、サイズプレス処理で通気性基材に塗工し、１２０℃で乾燥することにより、実施例１のエアフィルター濾材を作成した。塗工において、吸着剤の固形分付着量（目標値）は１０ｇ／ｍ^２であり、バインダーの固形分付着量（目標値）は３ｇ／ｍ^２であり、吸着剤に対するバインダーの含有量は３０％であった。

（実施例２）
多孔質粒子として平均粒子径１０μｍのアミノ化合物で修飾されたケイ酸アルミニウムを用いる以外は、実施例１と同様にして、実施例２のエアフィルター濾材を作製した。

（実施例３）
多孔質粒子として平均粒子径５０μｍのアミノ化合物で修飾されたケイ酸アルミニウムを用いる以外は、実施例１と同様にして、実施例３のエアフィルター濾材を作製した。

（実施例４）
バインダーとして平均粒子径２００ｎｍのシリコーン系樹脂エマルジョンバインダーを用いる以外は、実施例２と同様にして、実施例４のエアフィルター濾材を作製した。

（実施例５）
バインダーとして平均粒子径１７０ｎｍの塩化ビニル−アクリル系樹脂エマルジョンバインダーを用いる以外は、実施例２と同様にして、実施例５のエアフィルター濾材を作製した。

（実施例６）
バインダーとして平均粒子径３０ｎｍのスチレン−アクリル系樹脂エマルジョンバインダーを用いる以外は、実施例２と同様にして、実施例６のエアフィルター濾材を作製した。

（実施例７）
バインダーの固形分付着量が６ｇ／ｍ^２であり、吸着剤に対するバインダーの含有量が６０％である以外は、実施例６と同様にして、実施例７のエアフィルター濾材を作製した。

（実施例８）
バインダーとして平均粒子径５０ｎｍの塩化ビニル−アクリル系樹脂エマルジョンバインダーを用いる以外は、実施例２と同様にして、実施例８のエアフィルター濾材を作製した。

（実施例９）
バインダーとして平均粒子径５００ｎｍの塩化ビニル−アクリル系樹脂エマルジョンバインダーを用いる以外は、実施例２と同様にして、実施例９のエアフィルター濾材を作製した。

（実施例１０）
バインダーとして平均粒子径６００ｎｍの塩化ビニル−アクリル系樹脂エマルジョンバインダーを用いる以外は、実施例２と同様にして、実施例１０のエアフィルター濾材を作製した。

（実施例１１）
バインダーの固形分付着量が６ｇ／ｍ^２であり、吸着剤に対するバインダーの含有量が６０％である以外は、実施例１０と同様にして、実施例１１のエアフィルター濾材を作製した。

（実施例１２）
バインダーの固形分付着量が０．３ｇ／ｍ^２であり、吸着剤に対するバインダーの含有量が３％である以外は、実施例２と同様にして、実施例１２のエアフィルター濾材を作製した。

（実施例１３）
バインダーの固形分付着量が０．５ｇ／ｍ^２であり、吸着剤に対するバインダーの含有量が５％である以外は、実施例２と同様にして、実施例１３のエアフィルター濾材を作製した。

（実施例１４）
バインダーの固形分付着量が６ｇ／ｍ^２であり、吸着剤に対するバインダーの含有量が６０％である以外は、実施例２と同様にして、実施例１４のエアフィルター濾材を作製した。

（実施例１５）
バインダーの固形分付着量が７ｇ／ｍ^２であり、吸着剤に対するエマルジョンバインダーの含有量が７０％である以外は、実施例２と同様にして、実施例１５のエアフィルター濾材を作製した。

（比較例１）
多孔質粒子として平均粒子径０．１μｍのアミノ化合物で修飾されたケイ酸アルミニウムを用いる以外は、実施例２と同様にして、比較例１のエアフィルター濾材を作製した。

（比較例２）
バインダーの固形分付着量が６ｇ／ｍ^２であり、吸着剤に対するバインダーの含有量が６０％である以外は、比較例１と同様にして、比較例２のエアフィルター濾材を作製した。

（比較例３）
バインダーの固形分付着量が０．５ｇ／ｍ^２であり、吸着剤に対するバインダーの含有量が５％である以外は、比較例１と同様にして、比較例３のエアフィルター濾材を作製した。

（比較例４）
多孔質粒子として平均粒子径８０．０μｍのアミノ化合物で修飾されたケイ酸アルミニウムを用いる以外は、実施例２と同様にして、比較例４のエアフィルター濾材を作製した。

（比較例５）
バインダーとして平均粒子径２００ｎｍのウレタン系樹脂エマルジョンバインダーを用いる以外は、実施例２と同様にして、比較例５のエアフィルター濾材を作製した。

（比較例６）
バインダーとして平均粒子径６００ｎｍのエチレン−酢酸ビニル系樹脂エマルジョンバインダーを用いる以外は、実施例２と同様にして、比較例６のエアフィルター濾材を作製した。

（比較例７）
吸着剤を含有させない以外は、実施例２と同様にして、比較例７のエアフィルター濾材を作製した。バインダーの固形分付着量は３ｇ／ｍ^２、つまり、実施例２と同量である。

（比較例８）
バインダーを含有させない以外は、実施例２と同様にして、比較例８のエアフィルター濾材を作製した。

上記により作製した実施例１〜１５及び比較例１〜８のエアフィルター濾材について、以下に示す評価方法により評価を行った。なお、各評価について、温度、湿度の記載がない場合はすべて２５℃、５０％ＲＨ（相対湿度）の環境で行った。

（塗工における固形分付着量のばらつき）
実施例１〜１５、比較例１〜８のエアフィルター濾材を作製する工程をそれぞれ３０回実施し、それぞれの濾材について、塗工における固形分付着量を算出し、標準偏差σを求めることで、固形分付着量のばらつきを評価した。固形分付着量の単位はｇ／ｍ^２である。標準偏差σが「◎：１未満」、「○：１以上２未満」、「×：２以上」として、本発明においては、◎及び○を発明の対象とする。好ましくは◎であることが、塗工の処理ムラが少ないため、良好な脱臭性能を発現できると言える。

（吸着剤の脱落）
実施例１〜１５、比較例１〜６及び８で得た濾材を、それぞれ１０ｃｍ×１０ｃｍの大きさに裁断して検体とし、個々に評価した。実験台上で、Ａ４サイズの黒色画用紙の上に検体を置き、検体の上方５ｃｍの高さから２００ｇの分銅を３回鉛直落下させ、黒色画用紙上に脱落した吸着剤の量を目視評価した。吸着剤が「◎：脱落していない」、「○：少し脱落する」、「×：多く脱落する」として、本発明においては、◎及び○を発明の対象とする。好ましくは◎であることが、吸着剤が濾材から脱落しないため、より良好なアルデヒド吸着性能を有すると言える。

（アセトアルデヒド吸着性能試験）
実施例１〜１５及び比較例１〜８で得た濾材を、それぞれ１０ｃｍ×１０ｃｍの大きさに裁断して検体とし、個々に試験した。検体を５リットルの臭気袋に入れて密閉し、アセトアルデヒドガスを１０ｐｐｍ注入して３０分後の臭気袋中のアセトアルデヒド濃度をガス検知管で測定した。３０分後の臭気袋中のアセトアルデヒド濃度が「◎：１ｐｐｍ未満」、「○：１ｐｐｍ以上２ｐｐｍ未満」、「×：２ｐｐｍ以上」として３段階で評価した。本発明においては、◎及び○を発明の対象とする。好ましくは◎であることが、より多くのアセトアルデヒドガスを吸着するため、濾材の寿命が長いと言える。

（圧力損失の評価）
ＪＩＳＢ９９０８に準じて、実施例１〜１５及び比較例１〜８で得た濾材の圧力損失を、風速５．３ｃｍ／秒にて測定した。圧力損失が「◎：６Ｐａ未満」、「○：６Ｐａ以上１２Ｐａ未満」、「×：１２Ｐａ以上」として３段階で評価した。本発明においては、◎及び○を発明の対象とする。好ましくは◎であることが、より良好な通気性を有すると言える。

実施例１〜１５及び比較例１〜８の構成を表１に示す。

実施例１〜１５及び比較例１〜８の評価結果を表２に示す。

表２の結果から明らかなように、吸着剤が平均粒子径１〜５０μｍの多孔質粒子であり、前記バインダーが、スチレン−アクリル系樹脂、塩化ビニル−アクリル系樹脂及びシリコーン系樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種のバインダーである、実施例１〜１５のエアフィルター濾材では、塗工における固形分付着量のばらつきが小さく、吸着剤の脱落を抑えられ、良好なアルデヒド吸着性能を発現しながら、圧力損失が低いことがわかる。

これに対し、吸着剤である多孔質粒子の平均粒子径が１μｍ未満である比較例１〜３のエアフィルター濾材では、塗工における固形分付着量のばらつきが大きく、アセトアルデヒド吸着性能が低いことがわかる。吸着剤である多孔質粒子の平均粒子径が５０μｍ超である比較例４のエアフィルター濾材では、吸着剤が脱落し、アセトアルデヒド吸着性能が低いことがわかる。バインダーがウレタン系樹脂である比較例５のエアフィルター濾材では、アセトアルデヒド吸着性能が低いことがわかる。バインダーがエチレン−酢酸ビニル系樹脂である比較例６のエアフィルター濾材では、塗工における固形分付着量のばらつきが大きく、吸着剤が脱落し、アセトアルデヒド吸着性能が低いことがわかる。吸着剤が含有されていない比較例７のエアフィルター濾材では、アセトアルデヒド吸着性能が低く、バインダーが含有されていない比較例８のエアフィルター濾材では、塗工における固形分付着量のばらつきが大きく、吸着剤が脱落し、アセトアルデヒド吸着性能が低いことがわかる。

実施例２、４及び５の結果から、バインダーが塩化ビニル−アクリル系樹脂である実施例５のエアフィルター濾材よりも、バインダーがスチレン−アクリル系樹脂である実施例２のエアフィルター濾材の方が、圧力損失が低いことがわかる。また、バインダーがシリコーン系樹脂である実施例４のエアフィルター濾材よりも、バインダーがスチレン−アクリル系樹脂である実施例２のエアフィルター濾材の方が、良好なアセトアルデヒド吸着性能を発現することがわかる。

実施例５、８〜１０の結果から、エマルジョンバインダーの平均粒子径が５００ｎｍを超えている実施例１０のエアフィルター濾材と比較して、エマルジョンバインダーの平均粒子径が５０〜５００ｎｍである実施例５、８及び９のエアフィルター濾材の方が、吸着剤が脱落しにくく、良好なアセトアルデヒド吸着性能を発現することがわかる。

実施例２及び６の結果から、エマルジョンバインダーの平均粒子径が５０ｎｍ未満である実施例６のエアフィルター濾材と比較して、エマルジョンバインダーの平均粒子径が５０〜５００ｎｍである実施例２のエアフィルター濾材の方が、塗工における固形分付着量のばらつきが小さく、良好なアセトアルデヒド吸着性能を発現することがわかる。

実施例１２〜１５の結果から、吸着剤に対するバインダーの含有量が５質量％未満である実施例１２のエアフィルター濾材と比較して、吸着剤に対するバインダーの含有量が５質量％である実施例１３のエアフィルター濾材の方が、塗工における固形分付着量のばらつきが小さいことがわかる。また、吸着剤に対するバインダーの含有量が６０質量％超である実施例１５のエアフィルター濾材と比較して、吸着剤に対するバインダーの含有量が６０質量％である実施例１４のエアフィルター濾材の方が、塗工における固形分付着量のばらつきが小さく、良好なアルデヒド吸着性能を発現することがわかる。

本発明のエアフィルター用濾材はビル、工場、自動車、一般家庭などで使用される空調機や空気清浄機などに使用されるエアフィルターに利用できる。

Claims

通気性基材と吸着剤とバインダーとを含むエアフィルター濾材において、
前記吸着剤が平均粒子径１〜５０μｍの多孔質粒子であり、前記バインダーが、スチレン−アクリル系樹脂、塩化ビニル−アクリル系樹脂及びシリコーン系樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種のバインダーであり、前記バインダーが、エマルジョンバインダーであり、その平均粒子径が５０ｎｍ以上、２００ｎｍ未満であり、吸着剤に対するバインダーの含有量が５〜６０質量％であることを特徴とするエアフィルター濾材。
バインダーがスチレン−アクリル系樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のエアフィルター濾材。