JPH0360711A - 空気の浄化用濾過材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は特定のイオン交換繊維を含むｉＩｔ適材であっ
て、塩類を固体又は？ｇ液機微粒子して含有する空気の
浄化に適する濾過材に関する。

（従来の技術） 最近、超清浄空間を必要とする産業が増加しつつあり、
今や殆どの産業で、クリーンルーム技術が必要であると
言っても過言ではない、ここで、空気中に浮遊する微粒
子状物質を集塵し、超清浄空間を得る方法としては、空
気浄化用濾過材を利用した濾過集塵技術が一般的である
。これは、捕集効率の異なる数種類の濾過材に外気を通
して集塵を行う技術である。現在、常時固体である微粒
子の捕集技術は非常に高度のレベルに達している。

しかし空気中に浮遊している物質は常に固体であるとは
限らない、空気中にはこの他の液状の微粒子であるごス
ト、及び相対湿度の上昇によって潮解現象を起こし、容
易に液状化する塩類微粒子も含まれている場合がある。

これ等の塩類は海洋での波による気泡破裂をその源とす
るものであり、海塩粒子とも呼ばれている（諌早典夫他
編　空気清浄のための浮遊微粒子の計測・制御総合技術
３章１０項等参考）、海塩粒子の存在は海洋に四方を囲
まれ、かつまた生産拠点を臨海地帯におかざるを得ない
我が国では大きな問題となっている。

それは従来の空気浄化用濾過材を用いて浮遊海塩粒子を
含む空気を処理する場合、濾過材上に１ｉｌｆｖ１され
た海塩粒子が相対湿度の上昇とともに液状化し、濾過材
の内部に浸透し、再び下流に飛び出す現象、所謂再飛散
現象が発生する為である。半導体製造クリーンルームに
於いて、再飛散によって室内に侵入した塩は、半導体ウ
ェハーの上に沈着し、絶縁不良を含む歩留まり低下の大
きな原因となる。また、電子計算機や、ＯＡ機器を多用
する現在のオフィスビルに於いても、空調機器を通して
の海塩の進入は、コネクター類の腐食によるトラブルの
大きな原因となっている。またこれらの濾過材上に捕獲
された海塩類は、空気濾過システムの運転中、吸湿、潮
解現象を起こし、固化するかもしくは潮解して粘度の高
い液体となり、圧力損失を上昇させる。よって臨海地区
に建設されるクリーンルーム等の空調設備には各種の除
塩対策が施されている。その方法とは、空気を加熱し、
相対湿度を下げ、常に乾燥した状態で前記の濾過材に通
す方法、あるいは空気中に純水をスプレーし、海塩を液
滴にすると共に、粒径を大きくし、撥水処理を施した濾
過材で濾過する方法、あるいは純水スクラバーに空気を
通す方法及びそれらの組合わせ等である。しかるにこれ
らの方法は設備費、運転費が膨大なものになるという欠
点を有する。また濾過材を厚くしたり、複層化してミス
ト保有量を増加させ、再飛散の発生を遅らせる方法も採
られているが、これは根本的な解決法ではなく、また濾
過材の圧力損失の上昇による運転費の上昇という問題も
ひきおこす。

イオン交換繊維を空気濾過材として使用する方法につい
ては、既に特開昭６３−１２３１５号公報等で報告され
ている。上記公報には、イオン交換繊維に、それより径
の細いガラス繊維を混入せしめた大気浄化装置用フィル
ターを用いて、気体中の粒子状物質、酸性ガス、アルカ
リ性ガス、臭気性ガス等の汚染物質の捕集、除去を行う
ことが記載されている。しかし上記公報には、塩類の固
体又は液体微粒子を含有する空気を処理する場合に於け
る上記の問題点及びその解決策について記載されていな
い。上記公報の実施例には、例えば、四級ア≧ノ基を有
するアニオン繊維と、カルボン酸ナトリウム基を有する
カチオン繊維とガラス繊維を含む空気浄化用フィルター
が示されている。しかし本発明者らの検討によれば、こ
のフィルターでは、大気中に含まれる塩ミストや海塩粒
子を捕捉する場合、充分な効力を発揮し得ない。

これらの問題点を解決する手段として強酸性イオン交換
繊維、またはこれと強塩基性イオン交換繊維との組合わ
せ、またはこれらとさらに繊維以外の繊維との組合わせ
によって作られた濾過材に空気を通して空気中に含まれ
る塩類粒子及び塩類水溶液のミストを捕捉し、その再飛
散を防止する方法を既に出願した。これらの方法は前記
分野に於いて非常に有効な手段であるが、その寿命を伸
ばすことがさらに望まれている。寿命はイオン交換繊維
の交換容量によって定まる。また、強酸性イオン交換繊
維の製造に於いて、強酸性官能基の導入時に高濃度の酸
を用いる為に、脱水素反応を起こして、繊維の柔軟性が
失われ、本発明のｉＩｉ過材製造を困難にする場合もあ
る。このような困難のない濾過材が望まれている。

（発明が解決すべき課題） 本発明の目的は、塩類の固体又は溶液微粒子を含有する
空気を濾過する場合、上記のように塩類が濾過材の下流
側に漏れる現象である再飛散現象による塩の侵入が少な
く、また濾過材の圧力損失の上昇の少なく、また寿命が
長く、製造に困難のない濾過材を提供することである。

一般に弱酸性イオン交換繊維は海塩粒子等の中性塩分解
能力を持っていない、しかし、本発明者らの検討によれ
ば、驚くべきことに弱酸性イオン交換繊維に強塩基性イ
オン交換繊維を組合わせると、ＮａＣ１などの中性塩を
分解できることが明らかになった。また、ある種のイオ
ン交換繊維では、強酸性に比べて弱酸性の方が、イオン
交換容量の大きなものが得られやすい、イオン交換容量
が大きいと捕集効率や圧損が同程度で、寿命の遥かに長
い濾過材を作製することができる。またこの効果に加え
て、弱酸性イオン交換繊維は公知の方法で、強酸性イオ
ン交換繊維より容易に作製することもできる。

（課題を解決する為の手段） 本発明は強酸性イオン交換繊維（ａ）及び、強塩基性イ
オン交換繊維（＋））を含む空気浄化用濾過材ならびに
繊維（ａ）繊維（′ｂ）、及びイオン交換繊維以外の繊
維（ｃ）、を含む空気浄化用濾過材に関する。

本発明に用いられるイオン交換繊維としては有機繊維を
基材とするイオン交換繊維が入手し易いので好適である
。有機繊維の材料としては、セルロース系、ポリスチレ
ン系、ビニロン系、フェノール系、ニトリル系等がある
。　これらの中でも、紡糸時の長繊維製造の容易さ、繊
維の柔軟性、強度、イオン交換基の導入の容易さなどの
点からニトリル系のものが望ましい。

本発明に用いられる弱酸性イオン交換繊維の官能基とし
ては、カルボン＃Ｉ基、強塩基性イオン交換繊維の官能
基としては第四級アンモニウム基が一般的である。

本発明に於いて用いられるイオン交換繊維は海塩等の中
性塩を吸着する場合、その交換容量は、吸着効果及びイ
オン交換濾過材としての寿命の点から、ある水準以上が
好ましい、中性塩イオン交換容量が少なくとも０．５　
ｓｅｑ／ｇ−イオン交換繊維以上、更に好ましくは１．
　Ｏｗｅｑ／ｇ−イオン交換繊維以上であることが好ま
しい。

本発明に用いられるイオン交換繊維以外の繊維としては
、有機、無機あるいは金属製繊維が挙げられるが特に制
限はない、具体的には天然繊維として綿、麻、羊毛等；
再生、半合成繊維としてレーヨン、セルロース、アセテ
ート等；有機合戒繊維としてボリアよド、ポリイミド、
ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロ
ニトリル、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリウレタ
ン、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリエステルエ
ーテル等；無機繊維としてガラス繊維、炭素繊維、活性
炭繊維、アルミナ繊維等；金属繊維としてスチールウー
ル等が挙げられる。更に導電性炭素製品等を混合あるい
は塗布した合成繊維等の使用もできる。ガラス繊維はサ
ブミクロン径のものが比較的容易に作製でき、また充分
な強度、剛性及び加工性の良さ等で、空気濾過材の構成
材料として１よ最良のものである。

空気濾過材としての十分な性能を得る為には、使用する
繊維の径が問題となってくるが、製法上の問題で、イオ
ン交換繊維はその繊維径が通常空気濾過材に用いられて
いる繊維より太いことが多い、このように太い繊維を多
く含む濾過材では、０．５μ以下の微小ダスト流入時の
濾過性能を充分に発揮することが出来ない、したがって
、このような場合には、イオン交換繊維と、それよりも
細い他の繊維を組合わせて用いることが好ましい。

イオン交換繊維の繊維径は１〜５０ｕｍ、望ましくは１
〜２０μｍのものが良い、またイオン交換繊維以外の繊
維の繊維径は、目標とする濾過材の捕集効率、圧損等に
よって変化するが、充分な捕集効率を得る為には、０．
１〜ｌＯμｍであることが好ましい。

イオン交換繊維以外の繊維の径は、その繊維の７０ｗｔ
％以上がイオン交換繊維の平均径の１／１０以下の径を
有することが好ましい、これらの繊維の組合わせによっ
て、細繊維による捕集効率の向上と、捕捉したξストの
イオン交換繊維への速やかな移動が起り、イオン交ｔａ
ｎ能が最大限に発揮できる。

本発明の濾過材において、イオン交換繊維とこれ以外の
繊維の組合わせとは、各繊維を予め均一に混合して１Ｉ
ｉｉ！ｌ材に加工する以外に、各繊維を別々に加工して
出来た濾過材を重ね合わせることを含む。

濾過材の製造方法は問わないが、湿式抄紙法、乾式抄紙
法等が挙げられる。

本発明に於いて、濾過材の強度を保ち、濾過材が崩れる
のを防ぐ為に、バインダー物質を挿入することが望まし
い、バインダーとしては、繊維状バインダー、特に熱可
塑性有機高分子繊維があげられ、これを用いたホントメ
ルトによる製法によって高性能の濾過材を得ることがで
きる０本発明の濾過材に於いて、イオン交換繊維の含有
比率が多い程、濾過材の寿命は長くなるが、固体微少粒
子の捕集効率が低下する９例えば、イオン交換繊維以外
の繊維としてガラス繊維を使用する場合、イオン交換繊
維の比率は重量比率で全濾過材重量の７０％以内にある
ことが望ましい、更にこの場合濾過材寿命等を勘案する
と、イオン交換繊維の比率は５０〜７０％前後が適当で
ある。

本発明の濾過材に於いて強酸性イオン交換繊維と弱塩基
性イオン交換繊維の比率は、繭繊維の交換容量が等しく
なる比率が最良であることがわかった。しかしこの比率
は濾過する空気の性状によって変化させても良く、例え
ば亜硫酸ガス等のガス状ＩＦＩ質の含まれた工業地帯の
空気を濾過するような場合、ある程度、強塩基性イオン
交換繊維の量を増加させても良いし、逆に弱酸性イオン
交換繊維の量を増加させた方が望ましい場合もありうる
。しかしあくまで弱酸性イオン交換繊維と強塩基性イオ
ン交換繊維が共存状態であることが必要であり、その比
率は交換容量が１対０．５〜２以内であることが望まし
い。

本発明に於いて、空気中に浮遊する塩類とは、主にに、
Ｎａ、Ｃａ、Ｍｇ等の塩化物、硫化物、炭酸塩など、更
に各種金属元素の塩類が挙げられる。空気中には例えば
硝酸塩、アンモニウム塩、ガス状物質等のイオン性の物
質が存在しているが、本発明はそれらを同時にイオン交
換分離することが可能である。

本発明のｉｌｔ遇材は、これらの塩類を固体又は液体微
粒子として１〜５０，０００μｇ　／　＋ｗ　３含有す
る空気から、これらの塩類を除去するのに適している。

本発明の濾過社内のイオン交換機能が最大限に発揮され
るのは、空気中の塩類ξストが液状である場合、また気
体中の相対湿度が高い場合である。

しかし、乾燥空気濾過や固体状塩類粒子濾過の場合にお
いて、本濾過材は、通常に使用されている空気濾過材と
全く同様な性能を持つ。すなわち、本ｉｌｌ適材は乾燥
空気濾過状態では従来の濾過材と同等の性能を持ち、湿
潤空気流入時には再飛散によって起こる通常の濾過材の
機能低下が全く発生しない６本濾過材の特徴は、天候の
変動等による空気状態の変化に効果的にかつ自動的に対
応できるところにある。ここで、本濾過材の性能を最大
限に発揮させる為に、空気に対して一定の湿度を付与す
ることを妨げるものではない、空気に対して一定の湿度
を付与する方法としては、空気の水中へのバブリング、
水の噴霧などの気液接触方法、もしくは濾過付自身への
水スプレィ、滴下などがある。

さらに本濾過材の大きな特徴として、アニオン、カチオ
ン両種のイオン交換繊維の同時使用によって圧力損失上
昇を低く抑えることができることがあげられる０通常の
空気濾過材を臨海地域で使用する場合、吸湿性、潮解性
の激しい塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化アンモ
ニウムが濾過材上に捕獲される。これ等の物質は濾過材
使用中に吸湿し固化するか、あるいは潮解して粘性の極
端に高い液となり、濾過材の圧力損失を増大させる（日
本粉体工業協会曙：バグフィルターハンドブック１２５
ｐ等が参考になる。）０本発明による濾過材上に捕獲さ
れた塩は潮解すると同時にイオン交換によって繊維内に
化学的に捕獲される為に、上記理由による圧力ｔｉ失の
上昇が少ない、この特徴は海岸付近や埋立地内のように
、空気中に塩粒子が多く含まれる環境に設置される場合
に顕著に現れる。

（発明の効果） 本発明の空気浄化用濾過材は、建物、装置内に取り入れ
る大気の処理は勿論、建物、装置内の循環空気の処理あ
るいは放出空気の処理に適用できる０本発明によるｉＩ
ｔ過材を使用すると空気中に浮遊するエアロゾル（固体
又は液体の微粒子物質）、特に海塩その他塩類等のイオ
ン性物質を効率良く捕集し、化学的に固定することによ
って再飛散を防ぎ、温度、湿度、風速、天候等の外気環
境条件の変動に対しても効果的に追随し、濾過システム
後段に流入する塩分を減少させることが出来る、またイ
オン交換の効果により、イオン性成分による圧填上昇を
印判することができる。また、本発明の濾過材は寿命が
長く、製造が容易である。

（実施例） 以下の実施例により本発明を具体的に説明するが、本発
明はこれらに限定されるものではない。

実施例１ ポリアクリロニトリル系繊維で、カルボン酸基を持つ弱
酸性イオン交換繊維（繊維径約２０μ）３５れ％、同系
繊維で４級アンモニウム基を持つ強塩基性イオン交換繊
維（繊維径２０μ）３５ｗｔ％、熱可塑性バインダー繊
維（繊維径１０μ）７ｗｔ％及びガラス繊維（繊維径１
μ）２３ｗｔ％を用いて、湿式紡糸法で厚さ約０．８１
１Ｉ１１、空隙率約９０％のｉｌｌ過材を作製した。こ
れは圧力損失４．７圓水柱、粒径０．３μのＤＯＰ　（
ジオクチルフタレート）粒子１３３ｙＪ率が５０％以下
の中性能フィルターである。

このフィルターを使って、イオン交換能力を有する濾過
材（イ）　、ＮａＯＨによって弱酸交換能力を飽和され
イオン交換能力を持たない濾過材（ロ）を用意した０両
者はＤＯＰ捕集効率には全く差異がないが、以下の表に
示すように、塩捕集能力には大きな差異がある。

これはＮａＣｌの０．３％溶液ミスト（中位径約２μ）
をＮａ″濃度５０００　ｕ　ｇ　／　ｒｔｒ、流速５．
３Ｃ１ｌ／ｓｅＣで８時間流し、出口側の気体中のイオ
ン濃度を測定したものである。Ｎａ”及びＣＩ−ｆｉ度
の測定は、純水を使ったインビンジャーで捕集し、それ
ぞれ原子吸光法及びイオンクロマト法でおこなった。　
Ｎａ濃度の減少より、弱酸、強塩基を組合わせたものに
、中性塩交換能力があることがわかる。

入口 出口 実施例２ 実施例１の濾過材（イ）と同様の中性能フィルターとこ
れをＮａＣ１で飽和処理を行い、イオン交換能力を無く
したものを準備した。　両者の平膜濾過材を用いて、Ｎ
ａＣ１の０．３％溶液ミスト（中位径約２μ）をＮａ”
濃度的１００００　ｐ　ｇ　ｌ■”、流速５゜３ｃｍ／
ｓｅｃで濾過した。この時、温度は２０°Ｃ１相対湿度
は９０％であった。２時間毎にミスト、乾燥空気（／Ｊ
ｉ度２０’Ｃ１相対湿度２０％以下）、の順番で８時間
濾過させた。最柊圧撰は、イオン交換能力を持つものが
初期圧損とほぼ等しい４．９閣水柱であり、対してイオ
ン交換能力を持たない濾過材はｌｌａｍ水柱であった。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）弱酸性イオン交換繊維及び強塩基性イオン交換繊
   維を含む空気浄化用濾過材。
2. （２）弱酸性イオン交換繊維（ａ）、強塩基性イオン交
   換繊維（ｂ）、及びイオン交換繊維以外の繊維（ｃ）、
   を含む空気浄化用濾過材。
3. （３）繊維（ａ）及び（ｂ）の径が１〜５０μｍであり
   、繊維（ｃ）の径が０．１〜１０μｍであり、繊維（ｃ
   ）の７０ｗｔ％以上が、繊維（ａ）及び（ｂ）の平均径
   の１／１０以下の径を有する、請求項（２）記載の濾過
   材。