JP2014124578A - Filtration material for filter and production method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フィルター用ろ材およびその製造方法に関し、より詳細にはクリーンルームの換気やタービンの吸気などにおける使用に適したフィルター用ろ材およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a filter medium and a manufacturing method thereof, and more particularly to a filter medium suitable for use in clean room ventilation, turbine intake, and the like, and a manufacturing method thereof.
空気中の微細な粒子を捕集(捕捉)するためのエアフィルターには、粒子を高い効率で捕集できることや、圧力損失が低いことが求められる。
従来、種々のフィルター用ろ材が開発されており、たとえば特許文献1には、ポリテトラフルオロエチレン(以下「PTFE」ともいう。)多孔質膜と、通気性支持材と、エレクトロスピニング法により形成した、高分子繊維からなるウェブ層とを含むフィルタ濾材が開示され、この高分子繊維の平均繊維径が10nm〜5μmであってもよいと記載され、高分子としてポリフッ化ビニリデン(以下「PVDF」ともいう。)、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体が挙げられている([0007]、[0020]、[0021]など)。
An air filter for collecting (capturing) fine particles in the air is required to collect particles with high efficiency and to have a low pressure loss.
Conventionally, various filter media have been developed. For example, in Patent Document 1, a polytetrafluoroethylene (hereinafter also referred to as “PTFE”) porous membrane, a breathable support material, and an electrospinning method are used. , A filter medium including a web layer made of polymer fibers is disclosed, and it is described that the average fiber diameter of the polymer fibers may be 10 nm to 5 μm. As a polymer, polyvinylidene fluoride (hereinafter referred to as “PVDF”) is also disclosed. And polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymers ([0007], [0020], [0021], etc.).
また、特許文献2には、フィルター濾材と、これを支持する支持枠とを備えるフィルターユニットが開示され、前記フィルター濾材はPTFE多孔質膜と、前記多孔質膜を挟持するように配置された繊維質濾材とを備えること、および前記繊維質濾材がエレクトロスピニング法により形成された、平均繊維径が0.02〜1μm程度のポリマー(例:ポリエチレン、ポリプロピレン)の不織布であってもよいことが記載されている([0005]、[0017]、[0018]など)。 Patent Document 2 discloses a filter unit including a filter medium and a support frame that supports the filter medium, and the filter medium includes a PTFE porous membrane and fibers disposed so as to sandwich the porous membrane. And a non-woven fabric of a polymer (eg, polyethylene, polypropylene) having an average fiber diameter of about 0.02 to 1 μm formed by an electrospinning method. ([0005], [0017], [0018], etc.).
しかしながら、従来のフィルターには、高い捕集率で粒子、特に粒径が0.1〜0.3μm程度の粒子を捕集するという点で、さらなる改良の余地があった。また、フィルターが取り付けられる空調機等の送風に要する消費電力を低減するため、つまり省エネルギー化のためには、フィルターの圧力損失の低減が必要である。さらに、フィルターの耐久性の向上が望まれる。 However, the conventional filter has room for further improvement in terms of collecting particles with a high collection rate, particularly particles having a particle size of about 0.1 to 0.3 μm. Moreover, in order to reduce the power consumption required for ventilation of an air conditioner or the like to which the filter is attached, that is, in order to save energy, it is necessary to reduce the pressure loss of the filter. Furthermore, it is desired to improve the durability of the filter.
したがって本発明は、圧力損失が低く、粒子、特に粒径が0.1〜0.3μm程度の粒子の捕集率が高く、耐久性が高いフィルター用ろ材、およびこのようなフィルター用ろ材の製造方法を提供することを目的としている。 Accordingly, the present invention provides a filter medium having a low pressure loss, a high collection rate of particles, particularly particles having a particle size of about 0.1 to 0.3 μm, and a high durability, and the production of such a filter medium. It aims to provide a method.
本発明に係るフィルター用ろ材は、
平均繊維径が0.3〜2μmである、ポリテトラフルオロエチレン(以下「PTFE」ともいう。)の繊維からなり、目付が1〜45g/m2であるPTFEファイバー層と、
該PTFEファイバー層上に積層された、平均繊維径が20〜150nmである、ポリフッ化ビニリデン(以下「PVDF」ともいう。)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体(以下「PFA」ともいう。)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(以下「FEP」ともいう。)およびエチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(以下「ETFE」ともいう。)からなる群から選ばれるフッ素樹脂の繊維からなり、目付が0.05〜0.2g/m2であるフッ素樹脂ナノファイバー層と
を有することを特徴としている。
The filter medium for the filter according to the present invention is:
A PTFE fiber layer having an average fiber diameter of 0.3 to 2 μm, made of polytetrafluoroethylene (hereinafter also referred to as “PTFE”) fiber, and having a basis weight of 1 to 45 g / m 2 ;
Polyvinylidene fluoride (hereinafter also referred to as “PVDF”), tetrafluoroethylene / perfluoro (alkyl vinyl ether) copolymer (hereinafter referred to as “PFA”) having an average fiber diameter of 20 to 150 nm, which is laminated on the PTFE fiber layer. ), Tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (hereinafter also referred to as “FEP”) and ethylene / tetrafluoroethylene copolymer (hereinafter also referred to as “ETFE”). It has a fluororesin nanofiber layer made of resin fibers and having a basis weight of 0.05 to 0.2 g / m 2 .
本発明に係るフィルター用ろ材の製造方法は、前記PTFEファイバー層と前記フッ素樹脂ナノファイバー層とを積層する工程を含むことを特徴としている。
前記フィルター用ろ材の製造方法は、前記フッ素樹脂、イオン性界面活性剤および溶媒を含む紡糸液から電界紡糸法により前記フッ素樹脂の繊維を製造する工程を含んでいてもよい。
The method for producing a filter medium according to the present invention includes a step of laminating the PTFE fiber layer and the fluororesin nanofiber layer.
The method for producing the filter medium may include a step of producing the fluororesin fiber by an electrospinning method from a spinning solution containing the fluororesin, an ionic surfactant, and a solvent.
本発明に係るフィルター用ろ材は、圧力損失が低く、かつ粒子(特に粒径が0.1〜0.3μm程度の粒子)捕集率が高く、耐久性が高い。また本発明に係るフィルター用ろ材の製造方法によれば、このようなフィルター用ろ材を製造することができる。 The filter medium for a filter according to the present invention has low pressure loss, a high collection rate of particles (particularly particles having a particle size of about 0.1 to 0.3 μm), and high durability. Moreover, according to the filter medium manufacturing method of the present invention, such a filter medium can be manufactured.
以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明に係るフィルター用ろ材は、PTFEファイバー層と、該PTFEファイバー層上に積層されたフッ素樹脂ナノファイバー層とを有している。
The present invention will be described in detail below.
The filter medium according to the present invention has a PTFE fiber layer and a fluororesin nanofiber layer laminated on the PTFE fiber layer.
<PTFEファイバー層>
本発明に係るフィルター用ろ材は、前記PTFEファイバー層を有するため、耐久性に優れる、前記PTFEファイバー層の繊維径(細孔径)が大きいため、大きな粒子を捕集しフィルター用ろ材(フッ素樹脂ナノファイバー層)の目詰まりを防止するというメリットがある。
<PTFE fiber layer>
Since the filter medium for a filter according to the present invention has the PTFE fiber layer, the filter medium is excellent in durability. Since the fiber diameter (pore diameter) of the PTFE fiber layer is large, large particles are collected and the filter medium (fluororesin nano There is an advantage of preventing clogging of the fiber layer).
前記PTFEファイバー層を構成するPTFE繊維の平均繊維径は、0.3〜2μm、好ましくは0.5〜2μm、さらに好ましくは0.5〜1.5μmである。平均繊維径がこの範囲にあると、粒子捕集性能に優れる、ろ過抵抗を小さくできるというメリットがある。なお、この平均繊維径は、測定対象となるPTFE繊維(群)について、無作為に走査型電子顕微鏡(SEM)観察の領域を選び、この領域をSEM観察(倍率:10000倍)して無作為に10本のPTFE繊維を選び、これらのPTFE繊維の測定結果に基づいて算出される値である。 The average fiber diameter of the PTFE fibers constituting the PTFE fiber layer is 0.3 to 2 μm, preferably 0.5 to 2 μm, more preferably 0.5 to 1.5 μm. When the average fiber diameter is in this range, there are advantages that the particle collecting performance is excellent and the filtration resistance can be reduced. This average fiber diameter was selected by randomly selecting a scanning electron microscope (SEM) observation region for the PTFE fiber (group) to be measured, and then subjecting this region to SEM observation (magnification: 10,000 times). This is a value calculated based on the measurement results of 10 PTFE fibers selected for these PTFE fibers.
前記PTFEファイバー層の目付は、1〜45g/m2、好ましくは5〜40g/m2、さらに好ましくは5〜30g/m2である。目付がこの範囲にあると粒子捕集性能に優れ、ろ過抵抗を小さくできる。
また、前記PTFEファイバー層の厚さは、好ましくは10〜250μmであり、さらに好ましくは20〜100μmである。
The basis weight of the PTFE fiber layer is 1 to 45 g / m 2 , preferably 5 to 40 g / m 2 , and more preferably 5 to 30 g / m 2 . When the basis weight is in this range, the particle collection performance is excellent and the filtration resistance can be reduced.
Moreover, the thickness of the PTFE fiber layer is preferably 10 to 250 μm, and more preferably 20 to 100 μm.
(PTFEファイバー層の製造方法)
前記PTFEファイバー層の製造方法としては、従来公知の製造方法を採用することができ、たとえば特表2012−515850号公報に記載された以下の方法、すなわち、
PTFEファイバー層を作成する方法であって、
PTFE、繊維化するポリマー、および溶媒を含み、少なくとも50,000cPの粘度を有する分散物を提供するステップと;
荷電源、及び前記荷電源から一定距離離れた標的を有する装置を提供するステップと;
荷電源において第1の電荷を作り出し、前記標的で反対の電荷を作り出すような電圧源を提供し、前記分散物が前記荷電源と接触することによって静電的に帯電するステップと;
前記静電的に帯電した分散物を前記標的の上に集め、マット前駆体を生成するステップと;
前記マット前駆体を加熱して前記溶媒および前記繊維化するポリマーを除去することによってPTFEマットを形成するステップとを含む方法
などの電界紡糸法を採用することができる。
(Method for producing PTFE fiber layer)
As a manufacturing method of the PTFE fiber layer, a conventionally known manufacturing method can be adopted. For example, the following method described in JP 2012-515850 A, that is,
A method of creating a PTFE fiber layer comprising:
Providing a dispersion comprising PTFE, a fiberizing polymer, and a solvent and having a viscosity of at least 50,000 cP;
Providing a load source and a device having a target at a distance from the load source;
Providing a voltage source to create a first charge at the load source and an opposite charge at the target, and electrostatically charging the dispersion by contacting the load source;
Collecting the electrostatically charged dispersion on the target to produce a mat precursor;
An electrospinning method such as a method including heating the mat precursor to form the PTFE mat by removing the solvent and the polymer to be fiberized can be employed.
前記平均繊維径は、電界紡糸の際に、湿度を下げる、ノズル径を小さくする、印加電圧を大きくする、あるいは電圧密度を大きくすることにより小さくなる傾向にある。
前記目付および厚さは、紡糸時間を長くする、紡糸ノズル数を増やすなどにより、増大する傾向にある。
During the electrospinning, the average fiber diameter tends to decrease by decreasing the humidity, decreasing the nozzle diameter, increasing the applied voltage, or increasing the voltage density.
The basis weight and thickness tend to increase by increasing the spinning time or increasing the number of spinning nozzles.
<フッ素樹脂ナノファイバー層>
前記フッ素樹脂ナノファイバー層はPVDF、PFA、FEPおよびETFEからなる群から選ばれるフッ素樹脂の繊維(以下「フッ素樹脂ナノファイバー」ともいう。)からなる。前記フッ素樹脂ナノファイバー層は、これらの樹脂からなるため耐久性に優れている。
<Fluoropolymer nanofiber layer>
The fluororesin nanofiber layer is made of a fluororesin fiber selected from the group consisting of PVDF, PFA, FEP and ETFE (hereinafter also referred to as “fluororesin nanofiber”). Since the said fluororesin nanofiber layer consists of these resin, it is excellent in durability.
前記繊維の平均繊維径は、20〜150nm、好ましくは20〜100nm、さらに好ましくは40〜100nmである。平均繊維径がこの範囲にあると粒子捕集性能に優れる、ろ過抵抗を小さくできるというメリットがある。なお、この平均繊維径は、測定対象となるフッ素樹脂繊維(群)について、無作為に走査型電子顕微鏡(SEM)観察の領域を選び、この領域をSEM観察(倍率:10000倍)して無作為に10本のフッ素樹脂繊維を選び、これらのフッ素樹脂繊維の測定結果に基づいて算出される値である。 The average fiber diameter of the fibers is 20 to 150 nm, preferably 20 to 100 nm, and more preferably 40 to 100 nm. When the average fiber diameter is in this range, there are advantages that the particle collecting performance is excellent and the filtration resistance can be reduced. The average fiber diameter was determined by randomly selecting a scanning electron microscope (SEM) observation region for the fluororesin fiber (group) to be measured, and performing SEM observation (magnification: 10,000 times) on this region. This is a value calculated based on the measurement results of 10 fluororesin fibers selected for the purpose.
前記フッ素樹脂ナノファイバー層の目付は、0.05〜0.2g/m2、好ましくは0.1〜0.2g/m2、さらに好ましくは0.1〜0.15g/m2である。目付がこの範囲にあると粒子捕集性能に優れる、ろ過抵抗を小さくできるというメリットがある。
また、前記フッ素樹脂ナノファイバー層の厚さは、好ましくは10μm以下であり、さらに好ましくは1μm以下であり、下限値は、たとえば0.1μm程度であってもよい。
Basis weight of the fluorine resin nanofiber layer, 0.05~0.2g / m 2, preferably not 0.1 to 0.2 g / m 2, more preferably a 0.1~0.15g / m 2. When the basis weight is in this range, there are advantages that the particle collection performance is excellent and the filtration resistance can be reduced.
Further, the thickness of the fluororesin nanofiber layer is preferably 10 μm or less, more preferably 1 μm or less, and the lower limit may be, for example, about 0.1 μm.
(フッ素樹脂ナノファイバー層の製造方法)
前記フッ素樹脂ナノファイバー層は、細く均一な繊維が製造できるというメリットがあることからは、好ましくは、フッ素樹脂、イオン性界面活性剤ならびに溶媒を含む紡糸液から電界紡糸(静電紡糸)法によりフッ素樹脂ナノファイバーを製造し、これをシート状に集積することにより製造される。
(Method for producing fluororesin nanofiber layer)
The fluororesin nanofiber layer preferably has a merit that a fine and uniform fiber can be produced. From the spinning solution containing a fluororesin, an ionic surfactant and a solvent, the electrospinning (electrostatic spinning) method is preferably used. It is manufactured by manufacturing fluororesin nanofibers and accumulating them in a sheet form.
本発明に係るフィルター用ろ材を製造する際には、前記PTFEファイバー層上でフッ素樹脂ナノファイバーをシート状に集積してもよい。
前記フッ素樹脂は、樹脂の種類などにも依存するが、紡糸液中にたとえば5〜60重量%、好ましくは10〜50重量%含まれる。
When producing the filter medium according to the present invention, fluororesin nanofibers may be accumulated in a sheet form on the PTFE fiber layer.
The fluororesin is contained, for example, in an amount of 5 to 60% by weight, preferably 10 to 50% by weight in the spinning solution, although it depends on the type of resin.
前記フッ素樹脂としては、細く均一な繊維が容易に製造できるというメリットがあることからPVDF、ETFEが好ましく、PVDFが特に好ましい。
前記イオン性界面活性剤としては、フッ素系界面活性剤(すなわち、フッ素原子を有する界面活性剤。たとえば、パーフルオロアルキル基を有する酸のアンモニウム塩。)、炭化水素系界面活性剤(主鎖がアルキル基よりなる界面活性剤)、シリコーン系界面活性剤(ケイ素原子を有する界面活性剤)などが挙げられる。
As the fluororesin, PVDF and ETFE are preferable, and PVDF is particularly preferable because there is a merit that a thin and uniform fiber can be easily manufactured.
Examples of the ionic surfactant include a fluorine-based surfactant (that is, a surfactant having a fluorine atom. For example, an ammonium salt of an acid having a perfluoroalkyl group), a hydrocarbon-based surfactant (with a main chain). Surfactants composed of alkyl groups), silicone surfactants (surfactants having silicon atoms), and the like.
前記フッ素系界面活性剤としては、市販品であれば、フタージェント(登録商標)100(アニオン系のフッ素系界面活性剤)、フタージェント(登録商標)310(カチオン系のフッ素系界面活性剤)(以上、(株)ネオス)、メガファックF114(アニオン系のフッ素系界面活性剤、DIC(株))、サーフロンS−231(両性のフッ素系界面活性剤、旭硝子(株))などが挙げられる。 If it is a commercial item as said fluorosurfactant, it is a footgent (registered trademark) 100 (anionic fluorosurfactant), a footgent (registered trademark) 310 (cationic fluorosurfactant). (Neos Co., Ltd.), Megafac F114 (anionic fluorosurfactant, DIC Corp.), Surflon S-231 (amphoteric fluorosurfactant, Asahi Glass Co., Ltd.), etc. .
前記界面活性剤は、紡糸液中にたとえば0.1〜10重量%、好ましくは1〜5重量%含まれる。
前記の電界紡糸法による前記フッ素樹脂ナノファイバーの製造方法によれば、紡糸液がイオン性界面活性剤を含んでいるため、電界紡糸時に電荷に対する紡糸溶液の安定性を高め、以てフッ素樹脂繊維を細径化することができると考えられる。前記イオン性界面活性剤として前記フッ素系界面活性剤を用いることで、電界紡糸時の紡糸溶液の安定性を特に高められると考えられる。
The surfactant is contained in the spinning solution in an amount of, for example, 0.1 to 10% by weight, preferably 1 to 5% by weight.
According to the method for producing the fluororesin nanofibers by the electrospinning method, since the spinning solution contains an ionic surfactant, the stability of the spinning solution against the electric charge is increased during electrospinning, and thus the fluororesin fiber It is considered that the diameter can be reduced. By using the fluorosurfactant as the ionic surfactant, it is considered that the stability of the spinning solution during electrospinning can be particularly enhanced.
前記溶媒としては、前記フッ素樹脂を溶解し得るものであれば特に限定されず、例えば、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、メチルピロリドン、キシレン、アセトン、クロロホルム、エチルベンゼン、シクロヘキサンなどが挙げられる。これらの溶媒は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせた混合溶媒として用いてもよい。 The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the fluororesin, and examples thereof include dimethylacetamide, dimethylformamide, tetrahydrofuran, methylpyrrolidone, xylene, acetone, chloroform, ethylbenzene, and cyclohexane. These solvents may be used individually by 1 type, and may be used as a mixed solvent which combined 2 or more types.
前記溶媒は、紡糸液中にたとえば30〜90重量%、好ましくは45〜85重量%含まれる。
前記紡糸液は、さらに粘度調整剤等の添加剤を含んでいてもよい。
The solvent is contained in the spinning solution in an amount of, for example, 30 to 90% by weight, preferably 45 to 85% by weight.
The spinning solution may further contain an additive such as a viscosity modifier.
前記紡糸液は、上述したフッ素樹脂、界面活性剤、溶媒、および必要に応じて添加剤を従来公知の方法で混合することにより製造できる。
前記紡糸液の好ましい態様の例としては、以下の紡糸液(1)が挙げられる。
The spinning solution can be produced by mixing the above-described fluororesin, surfactant, solvent, and if necessary, an additive by a conventionally known method.
Examples of preferred embodiments of the spinning solution include the following spinning solution (1).
紡糸液(1):PVDFを5〜30重量%、好ましくは10〜20重量%含み、イオン性界面活性剤を1〜10重量%、好ましくは2〜5重量%含む紡糸液
電界紡糸を行う際の印加電圧は、好ましくは5〜50kV、より好ましくは20〜40kVである。
Spinning solution (1): Spinning solution containing 5 to 30% by weight, preferably 10 to 20% by weight of PVDF, and 1 to 10% by weight, preferably 2 to 5% by weight of ionic surfactant When performing electrospinning Is preferably 5 to 50 kV, more preferably 20 to 40 kV.
紡糸ノズルの先端径(外径)は、好ましくは0.1〜2.0mm、より好ましくは0.2〜1.0mm、さらに好ましくは0.20〜0.85mmである。
より具体的には、たとえば前記紡糸液(1)を用いる場合であれば、前記印加電圧は、好ましくは10〜50kV、より好ましくは20〜40kVであり、前記の紡糸ノズルの先端径(外径)は、好ましくは0.2〜0.85mmである。
The tip diameter (outer diameter) of the spinning nozzle is preferably 0.1 to 2.0 mm, more preferably 0.2 to 1.0 mm, and still more preferably 0.20 to 0.85 mm.
More specifically, for example, when the spinning solution (1) is used, the applied voltage is preferably 10 to 50 kV, more preferably 20 to 40 kV, and the tip diameter (outer diameter) of the spinning nozzle is used. ) Is preferably 0.2 to 0.85 mm.
前記平均繊維径は、電界紡糸の際に、濃度(フッ素樹脂濃度)の低い前記紡糸液を用いる、湿度を下げる、ノズル径を小さくする、印加電圧を大きくする、あるいは電圧密度を大きくすることにより小さくなる傾向にある。 The average fiber diameter is obtained by using the spinning solution having a low concentration (fluororesin concentration), decreasing the humidity, decreasing the nozzle diameter, increasing the applied voltage, or increasing the voltage density during electrospinning. It tends to be smaller.
一方、特定の範囲の繊維径を有するフッ素樹脂繊維の割合は、電界紡糸の際に、濃度(フッ素樹脂濃度)の高い前記紡糸液を用いる、湿度を上げる、ノズル径を大きくする、印加電圧を小さくする、あるいは電圧密度を小さくすることにより高くなる傾向にある。
また前記目付および厚さは、紡糸時間を長くする、紡糸ノズル数を増やすなどにより、増大する傾向にある。
On the other hand, the proportion of the fluororesin fibers having a specific range of fiber diameters is determined by using the spinning solution having a high concentration (fluororesin concentration), increasing the humidity, increasing the nozzle diameter, and the applied voltage during electrospinning. There is a tendency to increase by decreasing or decreasing the voltage density.
The basis weight and thickness tend to increase by increasing the spinning time or increasing the number of spinning nozzles.
<フィルター用ろ材>
本発明のフィルター用ろ材は、各種ろ過流体(例えば気体、液体など)に含まれる粒子を捕集するフィルターとして用いることができる。本発明のフィルター用ろ材は、特にエアフィルター用ろ材として好適であり、このように用いた際に圧力損失が低く、直径が0.1〜0.3μm程度の粒子の捕集率が高く、耐久性も高い。たとえば、圧力損失が160Pa以下、好ましくは150Pa以下であり、0.1μm粒子捕捉率が99.9%以上、好ましくは99.99%以上、0.3μm粒子捕捉率が99.9%以上、好ましくは99.99%以上である。なお、これらの物性値は、後述する実施例で採用する方法により測定された場合の値である。また、耐久性の指標となる、熱処理(120℃、60分間の加熱)による収縮率((熱処理前の寸法−熱処理後の寸法)/熱処理前の寸法)が、たとえば1%以下、好ましくは0.1%以下である。
<Filter media for filters>
The filter medium for a filter of the present invention can be used as a filter for collecting particles contained in various filtration fluids (for example, gas, liquid, etc.). The filter medium of the present invention is particularly suitable as a filter medium for air filters. When used in this way, the pressure loss is low, the collection rate of particles having a diameter of about 0.1 to 0.3 μm is high, and the durability is high. The nature is also high. For example, the pressure loss is 160 Pa or less, preferably 150 Pa or less, the 0.1 μm particle capture rate is 99.9% or more, preferably 99.99% or more, and the 0.3 μm particle capture rate is 99.9% or more, preferably Is 99.99% or more. In addition, these physical property values are values when measured by a method employed in Examples described later. Further, the shrinkage ratio ((dimension before heat treatment−dimension after heat treatment) / dimension before heat treatment) by heat treatment (120 ° C., heating for 60 minutes), which is an index of durability, is, for example, 1% or less, preferably 0 .1% or less.
本発明のフィルター用ろ材は、好ましくは、前記PTFEファイバー層を各種ろ過流体の上流側に向け、前記フッ素樹脂ナノファイバー層を下流側に向けて使用される。層を構成するフッ素樹脂繊維の繊維径が前記フッ素樹脂ナノファイバー層よりも大きい前記PTFEファイバー層を上流側に向けることにより、前記PTFEファイバー層が、粒径の大きい粒子を捕集することで前記フッ素樹脂ナノファイバー層の目詰まりを防止するプレフィルターとして働き、フィルター用ろ材の性能劣化を防ぐことができる。 The filter medium of the present invention is preferably used with the PTFE fiber layer facing the upstream side of various filtration fluids and the fluororesin nanofiber layer facing the downstream side. The PTFE fiber layer collects particles having a large particle diameter by directing the PTFE fiber layer having a larger fiber diameter of the fluororesin fiber constituting the layer to the upstream side than the fluororesin nanofiber layer. It works as a pre-filter that prevents clogging of the fluororesin nanofiber layer, and can prevent performance deterioration of the filter medium.
本発明のフィルター用ろ材は、前記PTFEファイバー層の少なくとも一方の面に前記フッ素樹脂ナノファイバー層を形成する工程を含む製造方法により製造される。上述のように前記PTFEファイバー層を上流側に向け、前記フッ素樹脂ナノファイバー層を下流側に向けて使用する場合には、前記PTFEファイバー層の一方の面にのみ前記フッ素樹脂ナノファイバー層を形成することが好ましい。 The filter medium of the present invention is produced by a production method including a step of forming the fluororesin nanofiber layer on at least one surface of the PTFE fiber layer. When the PTFE fiber layer is directed upstream and the fluororesin nanofiber layer is directed downstream as described above, the fluororesin nanofiber layer is formed only on one surface of the PTFE fiber layer. It is preferable to do.
本発明のフィルター用ろ材は、前記PTFEファイバー層および前記フッ素樹脂ナノファイバー層がそれぞれ2層以上から構成されるものでもよく、その場合は、各層を構成する繊維の平均径等の異なる2層以上のPTFEファイバー層や、各層を構成する繊維の材質や平均径等の異なる2層以上のフッ素樹脂ナノファイバー層から構成されていてもよい。 The filter medium for a filter of the present invention may be configured such that the PTFE fiber layer and the fluororesin nanofiber layer are each composed of two or more layers. In that case, two or more layers having different average diameters of fibers constituting each layer are used. The PTFE fiber layer may be composed of two or more fluororesin nanofiber layers having different fiber materials and average diameters.
前記PTFEファイバー層と前記フッ素樹脂ナノファイバー層とは、溶融接着されていてもよく、これらの層の間に接着剤層を設けて接着されていてもよく、溶融接着したり接着剤層を設けたりすることなく単に積層するだけであってもよい。 The PTFE fiber layer and the fluororesin nanofiber layer may be melt-bonded, and may be bonded by providing an adhesive layer between these layers, or may be melt-bonded or provided with an adhesive layer. It is also possible to simply stack them without using them.
本発明のフィルター用ろ材は、さらに支持体層を備えていてもよい。本発明のフィルター用ろ材は、支持体層を備える場合には、好ましくはPTFEファイバー層、フッ素樹脂ナノファイバー層、支持体層の順序で積層、または、支持体層、PTFEファイバー層、フッ素樹脂ナノファイバー層、支持体層の順序で積層されて構成される。 The filter medium of the present invention may further include a support layer. When the filter medium of the present invention is provided with a support layer, it is preferably laminated in the order of PTFE fiber layer, fluororesin nanofiber layer, support layer, or support layer, PTFE fiber layer, fluororesin nano The fiber layer and the support layer are laminated in this order.
前記支持体層としては、PTFEファイバー層およびフッ素樹脂ナノファイバー層よりも通気性に優れ、エアフィルター用ろ材などのフィルター用ろ材における従来公知の支持体層を用いることができ、たとえば平均繊維径が3〜50μm程度の繊維からなる、ガラス不織布、セルロース不織布、ポリオレフィン不織布、ナイロン不織布、ポリエステル不織布、アラミド不織布、フッ素樹脂不織布などが挙げられる。中でも耐久性の面より、ガラス不織布、フッ素樹脂不織布を用いることが好ましい。 As the support layer, a conventionally known support layer in a filter medium such as a filter medium for air filters can be used, which has better air permeability than the PTFE fiber layer and the fluororesin nanofiber layer, and has an average fiber diameter, for example. Examples thereof include a glass nonwoven fabric, a cellulose nonwoven fabric, a polyolefin nonwoven fabric, a nylon nonwoven fabric, a polyester nonwoven fabric, an aramid nonwoven fabric, and a fluororesin nonwoven fabric composed of fibers of about 3 to 50 μm. Among these, from the viewpoint of durability, it is preferable to use a glass nonwoven fabric or a fluororesin nonwoven fabric.
前記フィルター用ろ材には、その性能を損なわない範囲で従来公知の加工が施されていてもよく、たとえばプリーツ加工が施されていてもよい。 The filter medium for the filter may be subjected to conventionally known processing within a range not impairing its performance, for example, may be subjected to pleating.
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
<測定方法>
実施例、比較例で作製されたフッ素樹脂繊維およびフィルター用ろ材の各種物性は、以下の方法により測定した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited at all by these Examples.
<Measurement method>
Various physical properties of the fluororesin fibers and filter media prepared in Examples and Comparative Examples were measured by the following methods.
1.フッ素樹脂繊維
実施例および比較例で製造された各フッ素樹脂繊維(群)について、無作為にSEM観察の領域を選び、この領域をSEM観察(装置:S−3400N((株)日立ハイテクノロジーズ製)、倍率:10000倍)して無作為に10本のフッ素樹脂繊維を選び、これらのフッ素樹脂繊維の測定結果に基づいて、平均(算術平均)繊維径を求めた。
1. For each fluororesin fiber (group) produced in the fluororesin examples and comparative examples, a region for SEM observation was randomly selected, and this region was observed with SEM (device: S-3400N (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). ), Magnification: 10,000 times), 10 fluororesin fibers were randomly selected, and the average (arithmetic average) fiber diameter was determined based on the measurement results of these fluororesin fibers.
2.フィルター用ろ材
(目付け)
各層の目付は、JIS L 1913(2010)に準じて測定した。この際、フッ素樹脂ナノファイバー層の目付けは、PTFEファイバー層の重量と、PTFEファイバー層上にフッ素樹脂ナノファイバーを集積して形成されたフィルター用ろ材との重量の差より算出した。
2. Filter media (weight)
The basis weight of each layer was measured according to JIS L 1913 (2010). At this time, the basis weight of the fluororesin nanofiber layer was calculated from the difference between the weight of the PTFE fiber layer and the weight of the filter medium formed by integrating the fluororesin nanofibers on the PTFE fiber layer.
(粒子捕集率、圧力損失)
実施例および比較例で製造された各フィルター用ろ材について、JIS B 9908に準じて、粒子捕集率を測定した。この際、フィルターユニットの替わりに200mm×200mmの大きさに切り出されたフィルター用ろ材を用い、測定用粉じんとして大気塵(粒径が0.10μm〜2.0μmの塵を含む)を用いた。粒子捕集率の測定の際には、空気の流量を面速度5.3cm/sとした。なお、フィルター用ろ材を構成する各層のうち表1に記載された番号が1である層を上流側に向けて、測定を行った。
また、この測定と共に、フィルター用ろ材の上流側および下流側での圧力の差(すなわち、圧力損失)を微差圧計により測定した。
(Particle collection rate, pressure loss)
About each filter medium manufactured by the Example and the comparative example, the particle collection rate was measured according to JIS B 9908. At this time, a filter medium cut into a size of 200 mm × 200 mm was used instead of the filter unit, and atmospheric dust (including dust having a particle diameter of 0.10 μm to 2.0 μm) was used as measurement dust. When measuring the particle collection rate, the air flow rate was set to a surface velocity of 5.3 cm / s. In addition, it measured for the layer which the number described in Table 1 among each layer which comprises the filter medium for filters was set to the upstream.
Further, along with this measurement, the pressure difference (that is, pressure loss) between the upstream side and the downstream side of the filter medium was measured with a fine differential pressure gauge.
(耐久性)
フィルター用ろ材の耐久性を、下記の手法により評価した。
フィルター用ろ材を、縦200mm、横200mmの寸法に切り出してサンプルを作製した。このサンプルを、120℃に保持された電気炉内に60分間、固定せずに静置することで熱処理した。その後サンプルを電気炉より取り出し、室温まで空冷後、熱処理後の寸法として縦の長さ(a)および横の長さ(b)を測定した。熱処理前の縦の長さ(A=200(mm))および横の長さ(B=200(mm))、ならびに熱処理後の縦の長さ(a)および横の長さ(b)に基づいて、下記式から縦方向および横方向における収縮率を算出した。
(durability)
The durability of the filter media was evaluated by the following method.
A filter medium was cut into a size of 200 mm in length and 200 mm in width to prepare a sample. This sample was heat-treated by being left unfixed in an electric furnace maintained at 120 ° C. for 60 minutes. Thereafter, the sample was taken out from the electric furnace, air-cooled to room temperature, and the vertical length (a) and the horizontal length (b) were measured as dimensions after the heat treatment. Based on vertical length (A = 200 (mm)) and horizontal length (B = 200 (mm)) before heat treatment, and vertical length (a) and horizontal length (b) after heat treatment Thus, the shrinkage ratio in the vertical direction and the horizontal direction was calculated from the following formula.
[実施例1]
(1a.PTFEファイバー層の製造)
従来公知の方法(電界紡糸法)により、PTFEファイバーのみからなる厚さ30μmのPTFEファイバー層を製造した。得られたPTFEファイバーの平均繊維径およびPTFEファイバー層の物性を表1に示す。
[Example 1]
(1a. Production of PTFE fiber layer)
A 30 μm thick PTFE fiber layer made only of PTFE fibers was produced by a conventionally known method (electrospinning method). Table 1 shows the average fiber diameter of the obtained PTFE fiber and the physical properties of the PTFE fiber layer.
さらに、支持層としての20cm×20cmの正方形のガラス不織布(平均繊維径20μm、厚さ0.15mm、目付40g/m2、商品名:グラベスト(登録商標)SYS−041、オリベスト(株)製)の一方の面の上に、前記PTFEファイバー層を接着せずに積層した。 Furthermore, a 20 cm × 20 cm square glass nonwoven fabric as a support layer (average fiber diameter 20 μm, thickness 0.15 mm, basis weight 40 g / m 2 , trade name: Grabest (registered trademark) SYS-041, manufactured by Olivest Co., Ltd.) The PTFE fiber layer was laminated on one of the surfaces without bonding.
(1b.PVDFナノファイバー層の製造/フィルター用ろ材の製造)
PVDF(ポリフッ化ビニリデン、重量平均分子量:275,000、アルドリッチ社製)を14重量%、界面活性剤としてアニオン系フッ素系界面活性剤(フタージェント(登録商標)100、(株)ネオス製、以下「F100」ともいう。)を3重量%および溶媒としてジメチルアセトアミド(特級試薬、和光純薬工業(株)製、以下「DMAc」ともいう。)を83重量%含有する紡糸液を調製した。
(1b. Manufacture of PVDF nanofiber layer / manufacture of filter media)
14% by weight of PVDF (polyvinylidene fluoride, weight average molecular weight: 275,000, manufactured by Aldrich), an anionic fluorosurfactant (Furgent (registered trademark) 100, manufactured by Neos Co., Ltd.) as a surfactant, the following A spinning solution containing 3% by weight of “F100”) and 83% by weight of dimethylacetamide (special grade reagent, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., hereinafter also referred to as “DMAc”) as a solvent was prepared.
この紡糸液を電界紡糸装置(ES−2300(装置名)、ヒューエンス社製)の溶液充填部に充填し、40kVの電圧をかけて10分間かけて電界紡糸を行い、PVDF繊維を製造した。この際、コレクターとして、上記1aで製造した、ガラス不織布上に積層された前記PTFEファイバー層を用い、また紡糸ノズルを移動させながら電界紡糸を行うことにより、ガラス不織布上に前記PTFEファイバー層および前記PVDF繊維からなる均一な厚さのPVDFナノファイバー層が積層されてなるフィルター用ろ材を製造した。紡糸ノズルの先端径(外径)は0.2mm(ゲージ:30G)であり、紡糸ノズルの先端からコレクターまでの距離は19cmであった。 This spinning solution was filled in a solution filling part of an electrospinning apparatus (ES-2300 (device name), manufactured by Huence Co., Ltd.) and subjected to electrospinning for 10 minutes by applying a voltage of 40 kV to produce PVDF fibers. At this time, the PTFE fiber layer laminated on the glass nonwoven fabric produced in 1a above was used as a collector, and electrospinning was performed while moving the spinning nozzle, whereby the PTFE fiber layer and the glass nonwoven fabric were moved on the glass nonwoven fabric. A filter medium for a filter in which a PVDF nanofiber layer having a uniform thickness made of PVDF fibers was laminated was manufactured. The tip diameter (outer diameter) of the spinning nozzle was 0.2 mm (gauge: 30 G), and the distance from the tip of the spinning nozzle to the collector was 19 cm.
(1c.両面に支持層を有するフィルター用ろ材の製造)
さらに、支持層としての20cm×20cmの正方形のガラス不織布(グラベスト(登録商標)SYS−041、オリベスト(株)製)の一方の面の上に、前記フィルター用ろ材を、前記PVDFナノファイバー層を介して接着せずに積層した。
(1c. Manufacture of filter media having filter layers on both sides)
Further, the filter medium for the filter and the PVDF nanofiber layer are placed on one surface of a 20 cm × 20 cm square glass nonwoven fabric (Gravest (registered trademark) SYS-041, manufactured by Olivest Co., Ltd.) as a support layer. It laminated | stacked, without adhering through.
得られたPVDF繊維の平均繊維径、PVDFナノファイバー層の目付およびフィルター用ろ材の特性(フィルター用ろ材の特性は、両面に支持層を有する状態で測定した。)を表1に示す。 Table 1 shows the average fiber diameter of the obtained PVDF fibers, the basis weight of the PVDF nanofiber layer, and the characteristics of the filter medium (the characteristics of the filter medium were measured with the support layers on both sides).
また、上記1aおよび1bと同様の方法でガラス不織布上に前記PTFEファイバー層およびPVDFナノファイバー層が積層されてなるフィルター用ろ材を製造し、その耐久性を評価した。その結果を表2に示す。 Moreover, the filter medium for a filter by which the said PTFE fiber layer and PVDF nanofiber layer were laminated | stacked on the glass nonwoven fabric by the method similar to said 1a and 1b was manufactured, and the durability was evaluated. The results are shown in Table 2.
[実施例2]
PVDFナノファイバー層を製造する際に、紡糸液に含まれるPVDFの重量を17重量%に、DMAcの重量を80重量%に変更し、紡糸ノズルの先端径を0.4mm(ゲージ:27G)に変更したこと以外は実施例1と同様の操作を行い、フィルター用ろ材(両面に支持層を有するフィルター用ろ材)を製造した。
[Example 2]
When manufacturing the PVDF nanofiber layer, the weight of PVDF contained in the spinning solution is changed to 17% by weight, the weight of DMAc is changed to 80% by weight, and the tip diameter of the spinning nozzle is set to 0.4 mm (gauge: 27G). Except having changed, operation similar to Example 1 was performed and the filter medium for filters (filter medium for filters which has a support layer on both surfaces) was manufactured.
得られたPVDF繊維の平均繊維径、PVDFナノファイバー層の目付およびフィルター用ろ材の特性(フィルター用ろ材の特性は、両面に支持層を有する状態で測定した。)を表1に示す。 Table 1 shows the average fiber diameter of the obtained PVDF fibers, the basis weight of the PVDF nanofiber layer, and the characteristics of the filter medium (the characteristics of the filter medium were measured with the support layers on both sides).
[比較例1]
20cm×20cmの正方形のガラス不織布(グラベスト(登録商標)SYS−041、オリベスト(株)製)上に多孔質PTFE層(日本バルカー工業株式会社製「sa−PTFETMシリーズ」、平均孔径0.88μm)を接着せずに積層することにより、フィルター用ろ材を製造した。得られたフィルター用ろ材の特性を表1に示す。
[Comparative Example 1]
Porous PTFE layer (“sa-PTFE TM series” manufactured by Nippon Valqua Industries, Ltd.), average pore diameter 0.88 μm on a 20 cm × 20 cm square glass nonwoven fabric (Gravest (registered trademark) SYS-041, manufactured by Olivest Co., Ltd.) ) Was laminated without adhering to each other to produce a filter medium. Table 1 shows the characteristics of the obtained filter medium.
[比較例2]
実施例1の1aと同じ操作を行って、ガラス不織布およびPTFEファイバー層のみからなる積層体を製造し、これをフィルター用ろ材として用いた。このフィルター用ろ材の特性を表1に示す。
[Comparative Example 2]
The same operation as 1a of Example 1 was performed to produce a laminate composed only of a glass nonwoven fabric and a PTFE fiber layer, and this was used as a filter medium. Table 1 shows the characteristics of the filter medium.
[比較例3]
紡糸液をPVDFを25重量%、F100を3重量%、DMAcを72重量%含む紡糸液に変更し、電界紡糸ノズルの先端径(外径)を0.8mm(ゲージ:21G)に、紡糸時間を3分間に変更した以外は実施例1と同様の操作を行い、フィルター用ろ材(両面に支持層を有するフィルター用ろ材)を製造した。得られたPVDF繊維の平均繊維径、PVDFナノファイバー層の目付およびフィルター用ろ材の特性(フィルター用ろ材の特性は、両面に支持層を有する状態で測定した。)を表1に示す。
[Comparative Example 3]
The spinning solution was changed to a spinning solution containing 25% by weight of PVDF, 3% by weight of F100, and 72% by weight of DMAc, and the tip diameter (outer diameter) of the electrospinning nozzle was set to 0.8 mm (gauge: 21G). A filter medium (filter medium having a support layer on both sides) was produced by performing the same operation as in Example 1 except that was changed to 3 minutes. Table 1 shows the average fiber diameter of the obtained PVDF fibers, the basis weight of the PVDF nanofiber layer, and the characteristics of the filter medium (the characteristics of the filter medium were measured with the support layers on both sides).
[比較例4]
コレクターを多孔質PTFE層(住友電気工業社製「ポアフロン(登録商標)メンブレンシリーズ」、平均孔径1μm)に変更した以外は実施例1aおよび1bと同様の操作を行いフィルター用ろ材を製造し、その耐久性を評価した。その結果を表2に示す。
[Comparative Example 4]
Except that the collector was changed to a porous PTFE layer (“Poreflon (registered trademark) membrane series” manufactured by Sumitomo Electric Industries, Ltd., average pore diameter: 1 μm), the same operation as in Examples 1a and 1b was performed to produce a filter medium. Durability was evaluated. The results are shown in Table 2.
(フッ素樹脂繊維の製造例)
[製造例1−1]
フッ素樹脂としてPVDF(重量平均分子量:275,000、アルドリッチ社製)を17重量%、前記F100を3重量%および溶媒として前記DMAcを80重量%含有する紡糸液を調製した。
(Production example of fluororesin fiber)
[Production Example 1-1]
A spinning solution containing 17% by weight of PVDF (weight average molecular weight: 275,000, manufactured by Aldrich) as a fluororesin, 3% by weight of F100 and 80% by weight of DMAc as a solvent was prepared.
この紡糸液を電界紡糸装置(ES−2300(装置名)、ヒューエンス社製)の溶液充填部に充填し、40kVの電圧をかけて、30分間かけて電界紡糸を行い、フッ素樹脂繊維を製造した。なお、紡糸ノズルの先端径(外径)は0.8mm(ゲージ:21G)であり、コレクター(アルミ箔)までの距離は13cmであった。
得られたフッ素樹脂繊維の平均繊維径を表3に示す。
This spinning solution was filled in a solution filling part of an electrospinning apparatus (ES-2300 (device name), manufactured by Huence Co., Ltd.), applied with a voltage of 40 kV, and subjected to electrospinning for 30 minutes to produce a fluororesin fiber. . The tip diameter (outer diameter) of the spinning nozzle was 0.8 mm (gauge: 21 G), and the distance to the collector (aluminum foil) was 13 cm.
Table 3 shows the average fiber diameter of the obtained fluororesin fibers.
[製造例1−2〜1−7]
各種条件を表3に記載したように変更した以外は製造例1−1と同様の操作を行うことにより、PVDF繊維を製造した。これらの平均繊維径を表3に併せて示す。
[Production Examples 1-2 to 1-7]
A PVDF fiber was produced by performing the same operation as in Production Example 1-1 except that various conditions were changed as described in Table 3. These average fiber diameters are also shown in Table 3.
Claims (3)
該PTFEファイバー層上に積層された、平均繊維径が20〜150nmである、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン・パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体およびエチレン・テトラフルオロエチレン共重合体からなる群から選ばれるフッ素樹脂の繊維からなり、目付が0.05〜0.2g/m2であるフッ素樹脂ナノファイバー層と
を有するフィルター用ろ材。 A PTFE fiber layer comprising polytetrafluoroethylene fibers having an average fiber diameter of 0.3 to 2 μm and a basis weight of 1 to 45 g / m 2 ;
Polyvinylidene fluoride, tetrafluoroethylene / perfluoro (alkyl vinyl ether) copolymer, tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer and ethylene laminated on the PTFE fiber layer and having an average fiber diameter of 20 to 150 nm A filter medium for a filter comprising a fluororesin fiber selected from the group consisting of tetrafluoroethylene copolymers and a fluororesin nanofiber layer having a basis weight of 0.05 to 0.2 g / m 2 .
平均繊維径が20〜150nmである、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン・パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体およびエチレン・テトラフルオロエチレン共重合体からなる群から選ばれるフッ素樹脂の繊維からなり、目付が0.05〜0.2g/m2であるフッ素樹脂ナノファイバー層とを積層する工程を含む
請求項1に記載のフィルター用ろ材の製造方法。 A PTFE fiber layer comprising polytetrafluoroethylene fibers having an average fiber diameter of 0.3 to 2 μm and a basis weight of 1 to 45 g / m 2 ;
A group consisting of polyvinylidene fluoride, tetrafluoroethylene / perfluoro (alkyl vinyl ether) copolymer, tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer and ethylene / tetrafluoroethylene copolymer having an average fiber diameter of 20 to 150 nm. The manufacturing method of the filter medium for filters of Claim 1 including the process of laminating | stacking the fluororesin nanofiber layer which consists of the fiber of the fluororesin chosen from these, and a fabric weight is 0.05-0.2 g / m < 2 >.
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