JP3761172B2

JP3761172B2 - Filter material for air filter, method of using the same, air filter unit and air-permeable support material

Info

Publication number: JP3761172B2
Application number: JP2002361438A
Authority: JP
Inventors: 敏昭石野; 拓也前岡
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2002-12-12
Filing date: 2002-12-12
Publication date: 2006-03-29
Anticipated expiration: 2022-12-12
Also published as: JP2004188355A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリテトラフルオロエチレン(以下「ＰＴＦＥ」という)多孔質膜を用いたエアフィルタ用濾材、その使用方法、そのエアフィルタ用濾材を用いたエアフィルタユニット、およびＰＴＦＥ多孔質膜と積層され、エアフィルタ濾材として使用される通気性支持材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、クリーンルームで使用されるエアフィルタ用濾材には、ガラス繊維にバインダーを加えて抄紙したもの（以下「ガラス繊維製濾材」という）が多く用いられてきた。しかしこのような濾材には、濾材中に付着した小繊維が存在したり、折り曲げ加工時に発塵するといった問題があった。さらにこの濾材には、フッ酸など、ある種の化学薬品と接触すると発塵するという問題もあった。
【０００３】
ＰＴＦＥはクリーンな材料であり、近年、ＰＴＦＥ多孔質膜を含む濾材が、半導体工業などのクリーンルームに用いられる高性能エアフィルタの濾材として使用され始めている。特開２０００−６１２８０号公報に記載されているエアフィルタ用濾材はその一例である。一般に、ＰＴＦＥ多孔質膜は、補強のための通気性支持材とラミネートされてエアフィルタ用濾材とされる。このエアフィルタ用濾材は、連続したＷ字状のひだ折り加工（以下「プリーツ加工」という）がなされ、さらに枠付けされてエアフィルタユニットとして用いられる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２０００−６１２８０号公報（第３−４頁、第２−５図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したＰＴＦＥ多孔質膜は、同じ圧力損失のガラス繊維製濾材に比べ捕集効率が高い。これは、ＰＴＦＥ多孔質膜が、微細透孔が多数分散した構造をしていることに起因する。両者の厚みを比べると、ＰＴＦＥ多孔質膜の厚みは数μｍから数十μｍであり、ガラス繊維製濾材の厚みは数百μｍであり、ＰＴＦＥ多孔質膜はガラス繊維製濾材と比較すると極めて薄い。すなわち、ＰＴＦＥ多孔質膜の単位厚さあたりの捕集効率はガラス繊維製濾材のそれと比較すると極めて高い。その結果、ＰＴＦＥ多孔質膜を含むエアフィルタ用濾材は、ＰＴＦＥ多孔質膜の上流側近傍で多くの粉塵を保持するようになり、運転中の圧力損失の上昇がガラス繊維製濾材よりも短期間で生じるという問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のエアフィルタ用濾材は、ＰＴＦＥ多孔質膜と通気性支持材とを含み、前記通気性支持材が、合成繊維とガラス繊維とを含む不織布であることを特徴とする。
【０００７】
本発明のエアフィルタユニットは、本発明のエアフィルタ用濾材を用いたことを特徴とする。
【０００８】
本発明のエアフィルタ用濾材の使用方法は、前記ＰＴＦＥ多孔質膜の気体の流れの上流側に、前記通気性支持材を配置することを特徴とする。
【０００９】
本発明の通気性支持材は、ＰＴＦＥ多孔質膜と積層され、エアフィルタ用濾材として使用される通気性支持材であって、合成繊維とガラス繊維とを含む不織布であることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
ＰＴＦＥ多孔質膜を補強する通気性支持材には、通常、ＰＴＦＥ多孔質膜よりも通気性の高い不織布などが用いられる。本発明者らは、この通気性支持体にプレフィルタとしての機能を付加することを前提として、上記した問題の解決を試みた。
【００１１】
通気性支持材の捕集性能は、不織布を構成する繊維の径が小さいほど向上する。細い繊維の紡糸法としてメルトブロー法が知られているが、この方法により得られたポリプロピレン繊維からなる不織布では、厚み３５０μｍにおいて、多分散ジオクチルフタレート（以下「ＤＯＰ」と略す）（粒径０．３〜０．５μｍ）の捕集効率は４５％程度である。しかしながら、ＰＴＦＥ多孔質膜を含むエアフィルタ用濾材の圧力損失の上昇を、ガラス繊維製濾材の圧力損失の上昇と同程度とするか、それより抑制するためには、通気性支持材の捕集効率を５０％以上とすることが望ましい。通気性支持材の捕集効率を５０％以上とするには、上記したポリプロピレン製不織布の厚みを厚くすればよいが、捕集効率が５０％以上である不織布の厚みは極めて厚く、プリーツ加工に支障をきたしてしまう。
【００１２】
薄いガラス繊維製濾材を通気性支持材として使用することも考えられるが、薄いガラス繊維製濾材は強度が弱くプリーツ加工に耐えられない。また、ＰＴＦＥ多孔質膜との接着に際し、従来の通気性支持材とＰＴＦＥ多孔質膜とを接着する方法として容易な熱ラミネートによる方法を採用できない。
【００１３】
そこで、本発明者らは、主として強度を担う合成繊維と、主として高捕集能を担うガラス繊維とを含む不織布を通気性支持材として用いることとした。すなわち、本実施の形態のエアフィルタ用濾材は、ＰＴＦＥ多孔質膜と通気性支持材とを含み、通気性支持材が、合成繊維とガラス繊維とを含む不織布であることを特徴とする。本実施の形態のエアフィルタ用濾材によれば、通気性支持材がプレフィルタとして機能する。この通気性支持材の捕集機能によって、ＰＴＦＥ多孔質膜の目づまりが抑制されるので、エアフィルタ用濾材の圧力損失の上昇を抑制できる。また、通気性支持材が合成繊維とガラス繊維とを含む不織布であるので、プリーツ加工やＰＴＦＥ多孔質膜との接着も容易である。したがって、目づまりが起こり難く、寿命の長いエアフィルタ用濾材を容易に提供することができる。
【００１４】
以下に、本発明のエアフィルタ用濾材の一例を、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１に示すように、本実施の形態のエアフィルタ用濾材は、ＰＴＦＥ多孔質膜１と通気性支持材２とを含んでいる。通気性支持材２は、合成繊維とガラス繊維とを含む不織布である。このエアフィルタ用濾材は、ＰＴＦＥ多孔質膜１の気体の流れの上流側に通気性支持材２を配置して使用されるため、通気性支持材２は、ＰＴＦＥ多孔質膜１を保護および補強するとともに、プレフィルタとしても機能する。
【００１６】
不織布を構成する合成繊維の材料、構造は特に限定されないが、一部または全部の繊維が芯鞘構造であり、芯繊維が鞘繊維より相対的に融点が高い複合繊維であることが好ましい。合成繊維の材料としては、特に限定されないが、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエステルあるいはこれらの複合材料などを用いることができる。
【００１７】
ガラス繊維としては、エアフィルタ用濾材として用いられるガラス繊維（平均繊維径０．２〜１μｍ、平均繊維長２００〜１５００μｍ）などを用いることができる。また、これらの繊維の組成についても、特に制限はなく、例えばホウ珪酸ガラス、シリカガラスなどを用いることができる。
【００１８】
不織布に含まれる合成繊維とガラス繊維の重量比は、例えば、ＤＯＰ（平均粒径０．３〜０．５μｍ）を用いて測定される捕集効率が５０％以上となるように決定することが好ましいが、上記した捕集効率を具備する不織布を作製するに際し、ガラス繊維が少なすぎると不織布の厚さが厚くなり、ＰＴＦＥ多孔質膜と積層した後に行われるプリーツ加工が困難となる。一方、ガラス繊維が多すぎると通気性支持材の圧力損失が適当な値より大きくなる。また、主として強度を保持する合成繊維が不足して、不織布の加工およびＰＴＦＥ多孔質膜との接着が困難となる。通気性支持材２は、５．３ｃｍ／ｓの流速で空気を透過させたときの圧力損失が１５０Ｐａ以下であることが好ましい。
【００１９】
以上のことから、不織布に含まれる合成繊維とガラス繊維の重量比は、７：１〜１：１であることが好ましい。さらには、６：１〜２：１であることが好ましい。圧力損失の上昇（ＤＨＣ値）が、ガラス繊維製濾材のそれより小さく、ガラス繊維製濾材に比べて長寿命のエアフィルタ用濾材を提供できるからである。また、圧力損失（初期値）についても、ガラス繊維製濾材のそれより小さいため、このようなエアフィルタ用濾材を用いた空気清浄装置において、消費電力を低く抑え、ランニングコストを低減できるからである。
【００２０】
合成繊維とガラス繊維とを含む不織布の作製方法は特に限定されないが、合成繊維とガラス繊維とを湿式または乾式でブレンドし、抄紙し、それを加熱して、各繊維を接着する方法が一般的である。芯鞘構造を有する合成繊維を用いる場合は、鞘成分を溶融させて合成繊維とガラス繊維とを接着してもよい。また、バインダー、例えばポリビニルアルコール水溶液などを用いて合成繊維とガラス繊維とを接着させることもできる。
【００２１】
エアフィルタ用濾材は、図１に示した形態の他に、図２に示すように、ＰＴＦＥ多孔質膜１の一方の面側に２層以上の通気性支持材２を含んでいてもよい。また、複数のＰＴＦＥ多孔質膜と複数の通気性支持材とが交互に積層されていてもよいし、ＰＴＦＥ多孔質膜および通気性支持材のいずれか一方もしくは両方が連続して積層されている部分があってもよいが、ガラス繊維を含む通気性支持材の下流側には少なくとも１層のＰＴＦＥ多孔質膜が配置されていることが好ましい。通気性支持材２に付着したガラス繊維などがあってもＰＴＦＥ多孔質膜によって捕集することができ、下流側にガラス繊維などが流れ出すことを防止できるからである。
【００２２】
また、エアフィルタ用濾材は、図１および図２に示した形態の他に、ＰＴＦＥ多孔質膜１および通気性支持材２とは別の通気性材料３（図３および図４参照）をさらに含んでいてもよい。この通気性材料３の圧力損失は、通常、５〜２５Ｐａである。
【００２３】
通気性材料３は、材質、形態などについて、特に限定されないが、ＰＴＦＥ多孔質膜１および通気性支持材２より通気性に優れた材料、例えば、不織布、織布、メッシュ（網目状シート）、その他の多孔質材料を用いることができる。ただし、強度、柔軟性、作業性の点からは不織布が好ましい。通気性材料３の材料としては、特に限定するものではないが、ポリオレフィン（ＰＥ、ＰＰなど）、ポリアミド、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）など）、芳香族ポリアミド、あるいはこれらの複合材などからなるものを用いることができる。一部または全部の繊維が芯鞘構造の複合繊維を用いることが一般的であり、芯繊維が鞘繊維より相対的に融点が高い合成繊維であることが好ましい。
【００２４】
通気性材料３の配置位置は、特に限定されることなく、例えば、図３に示すように、ＰＴＦＥ多孔質膜１と通気性支持材２の間に配置してもよいし、図４に示すように、ＰＴＦＥ多孔質膜１の通気性支持材２が配置された面側の反対面側に配置してもよい。ただし、図４に示した形態の場合は、通気性材料３は、上記した材料中にガラス繊維を含まないことが好ましい。ガラス繊維が、エアフィルタ濾材の下流側に流れ出すおそれがあるからである。
【００２５】
ＰＴＦＥ多孔質膜１は、使用用途に応じた捕集機能が発揮されるものであれば、孔径などについて特に限定されないが、通常、平均孔径０．０１〜５μｍ、厚み３〜５０μm、５．３ｃｍ／ｓの流速で空気を透過させたときの圧力損失が５０〜１０００Ｐａであることが好ましい。
【００２６】
上記したＰＴＦＥ多孔質膜は、従来から用いられてきた方法により作製することができるが、以下にその作製方法の一例を説明する。まず、ＰＴＦＥファインパウダーに液状潤滑剤を加えたペースト状の混和物を予備成形する。液状潤滑剤としては、ＰＴＦＥファインパウダーの表面を濡らすことができ、抽出や加熱することより除去することができるものであれば特に限定されず、例えば、ナフサ、ホワイトオイルなどの炭化水素を使用することができる。液状潤滑剤の添加量は、ＰＴＦＥファインパウダー１００重量部に対して５〜５０重量部程度が適当である。上記した予備成形は、液状潤滑剤が絞り出されない程度の圧力で行う。次に、予備成形体を押出し、圧延することによってシート状に成形し、このようにして得られたシート状の成形体を少なくとも一軸方向に延伸してＰＴＦＥ多孔質膜を得る。尚、延伸は、液状潤滑剤を除去してから行うとよい。延伸条件は、適宜設定できるが、通常、温度は３０〜３２０℃であり、延伸倍率は、縦方向、横方向ともに２〜３０倍である。また、延伸後にＰＴＦＥ多孔質膜をＰＴＦＥの融点以上に加熱して焼成すれば、強度を高めることができる。
【００２７】
このようにして得られたＰＴＦＥ多孔質膜１と、通気性支持材２および通気性材料３を積層する方法は、特に限定されず、例えば、接着剤ラミネート、熱ラミネートなどの方法を適用することができるが、熱により通気性支持材２や通気性材料３の一部を溶融し、隣接する層の対向する面に部分的に接着する熱ラミネートが好ましい。このように接着剤を用いずに接着すると、余分な重量増加がなく、通気性の低下も抑えることができ、接着後に行うプリーツ加工も行い易い。
【００２８】
このようにして得られたエアフィルタ用濾材は、通常、プリーツ加工され、ＰＴＦＥ多孔質膜１と通気性支持材２および／または通気性材料３とが対向する面において互いに接触しないように、ホットメルトなどでビードが形成され、さらに金属枠などで枠付けされてエアフィルタユニットとなる。
【００２９】
プリーツ加工は、例えば、外周にブレードを配置した一対の回転ドラムを回転させながら濾材をひだ折りしていくロータリー方式、濾材の移送方向に所定の間隔をおいて配置した一対のブレードを移動させながら濾材を両面から交互に折り畳んでいくレシプロ方式などにより行われる。
【００３０】
ＰＴＦＥ多孔質膜１、通気性支持材２および通気性材料３は、上記した積層工程およびエアフィルタユニットヘの加工工程において、摩擦により帯電しやすい。帯電して表面電位が高くなったＰＴＦＥ多孔質膜１、通気性支持材２および通気性材料３に導電体が近づいたり、人間が素手で触れたりすると、放電(スパーク)して、ＰＴＦＥ多孔質膜１に貫通孔が形成されることがある。ＰＴＦＥ多孔質膜１に上記した貫通孔が形成されると、ＰＴＦＥ多孔質膜１の孔径の短径よりも粒子径が小さい粒子について、捕集効率の粒子径依存性がなくなる、いわゆるリーク現象が発生する。このようなリークの発生を防止するためには、上記した積層工程およびエアフィルタユニットヘの加工工程において、摩擦が発生しやすい場所に帯電除去装置を配置して帯電除去を行うとよい。
【００３１】
また、帯電を抑制するために、帯電しにくいＰＴＦＥ多孔質膜、通気性支持材および通気性材料を用いてもよい。例えば、カーボン、金属粉などの導電性材料を練り込んだＰＴＦＥ多孔質膜、通気性支持材および通気性材料を用いたり、スパッタ処理、放電処理または界面活性剤のコーティング処理などを施して、親水化処理したＰＴＦＥ多孔質膜、通気性支持材および通気性材料を用いてもよい。
【００３２】
尚、上記した帯電を抑制する方法のうち、いずれを採用する場合においても、ＰＴＦＥ多孔質膜、通気性支持材および通気性材料の表面電位の絶対値が０．３ｋＶ以下となる程度にまで低下させればよい。表面電位は、市販の表面電位計を用いれば容易に測定できる。
【００３３】
エアフィルタ用濾材全体の厚みは、０．２〜０．８ｍｍが好ましく、特には、０．３〜０．６ｍｍが好ましい。厚すぎると圧力損失が大きくなり、プリーツ加工もしづらくなり、一方、薄すぎると剛性が低下するためにプリーツ加工がしづらくなるからである。
【００３４】
【実施例】
次に、本発明のエアフィルタ用濾材の一例について、具体的に説明する。
【００３５】
（実施例１）
ＰＴＦＥファインパウダー（旭・ＩＣＩフロロポリマーズ社製、フルオンＣＤ−１２３）１００重量部に対して液状潤滑剤（流動パラフィン）３０重量部を均一に混合し、この混合物を円筒状に予備成形し、次いでこれを丸棒状に押出成形した。この丸棒状の成形体を、液状潤滑剤を含んだままの状態で１対の金属圧延ロールの間に通し、厚み０．２ｍｍに圧延した。次に、液状潤滑剤をノルマルデカンにより抽出除去した後、温度３００℃で、長さ（縦）方向に１０倍、次いで温度１２０℃で、横方向に３０倍に延伸し、さらに温度４００℃で０．５秒間加熱して焼成した。このようにしてＰＴＦＥ多孔質膜(厚み１０μｍ、気孔率９３％、平均孔径１．０μm、圧力損失１６２Ｐａ、捕集効率９９．９９％)を作製した。
【００３６】
芯鞘構造のポリエステル繊維（芯成分は融点２６０℃の高融点ポリエステル繊維、鞘成分は融点２３０℃低融点ポリエステル繊維、平均繊維径２５μｍ、平均繊維長６０００μｍ）８５重量％とガラス繊維（平均繊維径０．５μｍ、平均繊維長１０００μｍ）１５重量％を含む混合物をポリエチレンオキシド水溶液（ポリエチレンオキシド濃度０．２重量％）中に分散させ、抄紙し、それを２３５℃で３分間加熱して、厚さ０．２５ｍｍの通気性支持材（不織布）を作製した。尚、繊維（芯鞘構造のポリエステル繊維とガラス繊維）とポリエチレンオキシド水溶液の重量比は４：６とした。次に、この通気性支持材と上記したＰＴＦＥ多孔質膜とを熱ラミネート方式（加熱ロール温度、２８５℃）でラミネートし、２層構造のエアフィルタ用濾材を得た。
【００３７】
（実施例２）
実施例１で用いた芯鞘構造のポリエステル繊維の割合を８０重量％、実施例１で用いたガラス繊維の割合を２０重量％としたこと以外は実施例１と同様である。通気性支持材の厚みは０．２５ｍｍである。
【００３８】
（実施例３）
実施例１で用いた芯鞘構造のポリエステル繊維の割合を７０重量％、実施例１で用いたガラス繊維の割合を３０重量％としたこと以外は実施例１と同様である。通気性支持材の厚みは０．２５ｍｍである。
【００３９】
（実施例４）
ＰＰ繊維（平均繊維径３０μｍ、平均繊維長７０００μｍ）８８重量％とガラス繊維（平均繊維径０．５μｍ、平均繊維長１０００μｍ）１２重量％を含む混合物をポリビニルアルコール水溶液（ポリビニルアルコール濃度３．５重量％）中に分散させ、抄紙し、それを１５０℃で３分間加熱して、厚さ０．２ｍｍの通気性支持材（不織布）を作製した。繊維（ＰＰ繊維とガラス繊維）とポリビニルアルコール水溶液の重量比は４：６とした。次に、この通気性支持材と実施例１で作製したＰＴＦＥ多孔質膜とを熱ラミネート方式（加熱ロール温度、１８０℃）でラミネートし、２層構造のエアフィルタ用濾材を得た。
【００４０】
（実施例５）
長さ（縦）方向の延伸倍率を１８倍としたこと以外は実施例１と同様にしてＰＴＦＥ多孔質膜を作製した（厚み５μｍ、気孔率９２％、平均孔径１．８μｍ、圧力損失７０Ｐａ、捕集効率９９．９９％）。次に、実施例１で用いた芯鞘構造のポリエステル繊維の割合を５０重量％、実施例１で用いたガラス繊維の割合を５０重量％とし、実施例１と同様にして、厚み０．２５ｍｍの通気性支持材を作製した。この通気性支持材と上記のＰＴＦＥ多孔質膜とを実施例１と同様の条件で熱ラミネートして、２層構造のエアフィルタ用濾材を得た。
【００４１】
（比較例１）
通気性支持材を、実施例１で用いた芯鞘構造のポリエステル繊維のみから作製したこと以外は実施例１と同様である。通気性支持材の厚みは０．２５ｍｍである。
【００４２】
（比較例２）
一般的なガラス繊維からなるエアフィルタ用濾材（北越製紙製、ＨＥＰＡ用濾材、Ｈ３８０−Ａ、厚み０．４ｍｍ）を用意した。
【００４３】
実施例１〜５、比較例１または２において作製されたＰＴＦＥ多孔質膜、通気性支持材およびエアフィルタ用濾材について、下記に示す方法により捕集効率、圧力損失、ＤＨＣ（Dust Holding Capacity：圧力損失の上昇性）を測定し、その結果を表１に示した。
【００４４】
［圧力損失］サンプルを有効面積１００ｃｍ²の円形ホルダーにセットし、入り口側から空気を供給しつつ、入口側と出口側に圧力差を与え、このサンプルを通過する空気の流速を５．３ｃｍ／ｓに調整したときの圧力損失（初期値）を圧力計（マノメーター）で測定した。サンプルは、空気を供給する入口側に通気性支持材が配置されるように円形ホルダーにセットした。
【００４５】
［ＤＨＣ］圧力損失の測定方法と同様にして、サンプルに空気を流速１０．６ｃｍ／ｓで７日間透過させ、７日後の圧力損失を測定した。
【００４６】
［捕集効率］圧力損失の測定と同一の装置を用い、サンプルを通過する空気の流速を５．３ｃｍ／ｓに調整しながら、サンプルの上流側にＤＯＰ（粒径０．３〜０．５μｍ）を濃度が約１０⁷個／リットルとなるように供給し、上流側の粒子濃度とサンプルを透過してきた下流側の粒子濃度とをパーティクルカウンターで測定し、その測定値を下記の式に代入して捕集効率を求めた。
捕集効率（％）＝（１−（下流側濃度／上流側濃度））×１００
【００４７】
【表１】

【００４８】
表１に示すように、実施例１〜５のエアフィルタ用濾材は、通気性支持材が、合成繊維５０〜８８重量％、ガラス繊維１２〜５０重量％を含む材料から形成されているが、このように通気性支持材がガラス繊維を含むことによって、通気性支持材の捕集効率が著しく向上している。そのため、実施例１〜５のエアフィルタ用濾材は、圧力損失の上昇（ＤＨＣ値）について、ガラス繊維製濾材（比較例２）と同等か、あるいはガラス繊維製濾材より抑制されている。特に、合成樹脂５０〜８６重量％、ガラス繊維１４〜５０重量％（重量比６：１〜２：１）を含む材料から形成された不織布を通気性支持材として用いた場合、圧力損失の上昇（ＤＨＣ値）は、ガラス繊維製濾材（比較例２）のそれより小さい。したがって、ガラス繊維製濾材に比べて長寿命のエアフィルタ用濾材を提供することができる。また、圧力損失（初期値）についても、ガラス繊維製濾材（比較例２）のそれより小さいので、このようなエアフィルタ用濾材を用いた空気清浄装置において、消費電力を低く抑え、ランニングコストを低減できる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、目づまりが起こり難く、寿命の長いエアフィルタ用濾材を容易に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエアフィルタ用濾材の一形態を示す一部断面図
【図２】本発明のエアフィルタ用濾材の別の一形態を示す一部断面図
【図３】本発明のエアフィルタ用濾材の別の一形態を示す一部断面図
【図４】本発明のエアフィルタ用濾材の別の一形態を示す一部断面図
【符号の説明】
１ＰＴＦＥ多孔質膜
２通気性支持材
３通気性材料[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a filter medium for an air filter using a polytetrafluoroethylene (hereinafter referred to as “PTFE”) porous membrane, a method for using the same, an air filter unit using the filter medium for an air filter, and a PTFE porous membrane. The present invention relates to a breathable support material used as an air filter medium.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a filter medium for an air filter used in a clean room, paper made by adding a binder to glass fiber (hereinafter referred to as “glass fiber filter medium”) has been often used. However, such a filter medium has a problem that small fibers attached to the filter medium exist and dust is generated during bending. Further, the filter medium has a problem that it generates dust when it comes into contact with certain chemicals such as hydrofluoric acid.
[0003]
PTFE is a clean material, and in recent years, a filter medium including a PTFE porous membrane has begun to be used as a filter medium for high-performance air filters used in clean rooms such as the semiconductor industry. An example of the filter medium for air filters described in JP-A-2000-61280 is one example. In general, a porous PTFE membrane is laminated with a breathable support material for reinforcement to form a filter material for an air filter. This filter material for air filter is subjected to continuous W-shaped fold folding (hereinafter referred to as “pleating”), and is further framed and used as an air filter unit.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-61280 (pages 3-4 and 2-5)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The PTFE porous membrane described above has a higher collection efficiency than a glass fiber filter medium having the same pressure loss. This is because the PTFE porous membrane has a structure in which a large number of fine pores are dispersed. Comparing the thickness of the two, the thickness of the PTFE porous membrane is several μm to several tens of μm, the thickness of the glass fiber filter medium is several hundred μm, and the PTFE porous membrane is extremely thin compared to the glass fiber filter medium. . That is, the collection efficiency per unit thickness of the PTFE porous membrane is extremely higher than that of the glass fiber filter medium. As a result, the air filter medium including the PTFE porous membrane retains more dust near the upstream side of the PTFE porous membrane, and the increase in pressure loss during operation is shorter than that of the glass fiber filter medium. There was a problem that occurred.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The filter material for an air filter of the present invention includes a PTFE porous membrane and a breathable support material, and the breathable support material is a nonwoven fabric including synthetic fibers and glass fibers.
[0007]
The air filter unit of the present invention is characterized by using the air filter medium of the present invention.
[0008]
The method for using the air filter medium of the present invention is characterized in that the air-permeable support material is disposed on the upstream side of the gas flow of the PTFE porous membrane.
[0009]
The breathable support material of the present invention is a breathable support material that is laminated with a PTFE porous membrane and used as a filter material for an air filter, and is characterized in that it is a nonwoven fabric containing synthetic fibers and glass fibers.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
For the breathable support material that reinforces the PTFE porous membrane, a non-woven fabric having higher breathability than the PTFE porous membrane is usually used. The present inventors tried to solve the above-described problems on the premise that a function as a prefilter is added to the breathable support.
[0011]
The collection performance of the breathable support material is improved as the diameter of the fibers constituting the nonwoven fabric is smaller. A melt blow method is known as a spinning method for fine fibers. In a nonwoven fabric made of polypropylene fibers obtained by this method, a polydisperse dioctyl phthalate (hereinafter abbreviated as “DOP”) (particle size: 0.3 μm) at a thickness of 350 μm. The collection efficiency is about 45%. However, in order to make the increase in the pressure loss of the air filter medium including the PTFE porous membrane equal to or less than the increase in the pressure loss of the glass fiber filter medium, it is necessary to collect the air-permeable support material. It is desirable that the efficiency be 50% or more. In order to increase the collection efficiency of the air-permeable support material to 50% or more, the thickness of the above-described polypropylene non-woven fabric may be increased. However, the non-woven fabric having a collection efficiency of 50% or more is extremely thick and is suitable for pleating. It will cause trouble.
[0012]
Although it is conceivable to use a thin glass fiber filter medium as a breathable support material, the thin glass fiber filter medium is weak in strength and cannot withstand pleating. In addition, when bonding to the PTFE porous membrane, a method using an easy thermal lamination cannot be adopted as a method for bonding the conventional air-permeable support material and the PTFE porous membrane.
[0013]
Therefore, the present inventors decided to use a non-woven fabric containing synthetic fibers mainly responsible for strength and glass fibers mainly responsible for high collection ability as a breathable support material. That is, the air filter medium of the present embodiment includes a PTFE porous membrane and a breathable support material, and the breathable support material is a nonwoven fabric including synthetic fibers and glass fibers. According to the air filter medium of the present embodiment, the air-permeable support material functions as a prefilter. Since the clogging of the porous PTFE membrane is suppressed by this air-permeable support material collecting function, an increase in pressure loss of the air filter medium can be suppressed. Moreover, since the air-permeable support material is a nonwoven fabric containing synthetic fibers and glass fibers, pleating and adhesion with a porous PTFE membrane are easy. Therefore, clogging hardly occurs and a filter medium for an air filter having a long life can be easily provided.
[0014]
Below, an example of the filter medium for air filters of this invention is demonstrated, referring drawings.
[0015]
As shown in FIG. 1, the air filter medium of the present embodiment includes a PTFE porous membrane 1 and a breathable support material 2. The breathable support material 2 is a nonwoven fabric containing synthetic fibers and glass fibers. Since this air filter filter medium is used with the air-permeable support material 2 disposed on the upstream side of the gas flow of the PTFE porous membrane 1, the air-permeable support material 2 protects and reinforces the PTFE porous membrane 1. And also functions as a prefilter.
[0016]
The material and structure of the synthetic fiber constituting the nonwoven fabric are not particularly limited, but some or all of the fibers have a core-sheath structure, and the core fiber is preferably a composite fiber having a relatively higher melting point than the sheath fiber. Although it does not specifically limit as a material of a synthetic fiber, Polyethylene (PE), a polypropylene (PP), polyester, or these composite materials etc. can be used.
[0017]
As a glass fiber, the glass fiber (average fiber diameter 0.2-1 micrometer, average fiber length 200-1500 micrometers) used as a filter medium for air filters etc. can be used. Moreover, there is no restriction | limiting in particular also about the composition of these fibers, For example, borosilicate glass, silica glass, etc. can be used.
[0018]
The weight ratio of the synthetic fiber and the glass fiber contained in the nonwoven fabric may be determined so that the collection efficiency measured using, for example, DOP (average particle size of 0.3 to 0.5 μm) is 50% or more. Although it is preferable, when producing a nonwoven fabric having the above-described collection efficiency, if the glass fiber is too small, the thickness of the nonwoven fabric increases, and pleating performed after laminating with the PTFE porous membrane becomes difficult. On the other hand, when there are too many glass fibers, the pressure loss of a breathable support material will become larger than a suitable value. Moreover, the synthetic fiber which mainly maintains strength is insufficient, and it becomes difficult to process the nonwoven fabric and adhere to the PTFE porous membrane. The breathable support material 2 preferably has a pressure loss of 150 Pa or less when air is permeated at a flow rate of 5.3 cm / s.
[0019]
From the above, the weight ratio of the synthetic fiber and glass fiber contained in the nonwoven fabric is preferably 7: 1 to 1: 1. Furthermore, it is preferably 6: 1 to 2: 1. This is because the increase in pressure loss (DHC value) is smaller than that of the glass fiber filter medium, and it is possible to provide a filter medium for an air filter that has a longer life than the glass fiber filter medium. In addition, since the pressure loss (initial value) is also smaller than that of the glass fiber filter medium, it is possible to suppress the power consumption and reduce the running cost in the air cleaning apparatus using such an air filter medium. .
[0020]
The method for producing the nonwoven fabric containing synthetic fiber and glass fiber is not particularly limited, but a general method is to blend synthetic fiber and glass fiber in a wet or dry manner, make paper, and then heat and bond each fiber. It is. When using a synthetic fiber having a core-sheath structure, the sheath component may be melted to bond the synthetic fiber and the glass fiber. Moreover, a synthetic fiber and glass fiber can also be adhere | attached using a binder, for example, polyvinyl alcohol aqueous solution.
[0021]
In addition to the form shown in FIG. 1, the air filter filter medium may include two or more layers of the air-permeable support material 2 on one surface side of the PTFE porous membrane 1 as shown in FIG. 2. Further, a plurality of porous PTFE membranes and a plurality of breathable support materials may be alternately laminated, or one or both of the PTFE porous membrane and the breathable support material are continuously laminated. Although there may be a portion, it is preferable that at least one porous PTFE membrane is disposed on the downstream side of the air-permeable support material containing glass fibers. This is because even if there is glass fiber or the like adhering to the breathable support material 2, it can be collected by the PTFE porous membrane, and the glass fiber or the like can be prevented from flowing out to the downstream side.
[0022]
In addition to the form shown in FIGS. 1 and 2, the air filter material further includes a breathable material 3 (see FIGS. 3 and 4) different from the PTFE porous membrane 1 and the breathable support material 2. May be included. The pressure loss of the breathable material 3 is usually 5 to 25 Pa.
[0023]
The breathable material 3 is not particularly limited in terms of material, form, and the like, but is a material that is more breathable than the PTFE porous membrane 1 and the breathable support material 2, such as nonwoven fabric, woven fabric, mesh (mesh sheet), Other porous materials can be used. However, a nonwoven fabric is preferable from the viewpoint of strength, flexibility, and workability. The material of the breathable material 3 is not particularly limited, but is made of polyolefin (PE, PP, etc.), polyamide, polyester (polyethylene terephthalate (PET), etc.), aromatic polyamide, or a composite material thereof. Can be used. In general, some or all of the fibers use a composite fiber having a core-sheath structure, and the core fiber is preferably a synthetic fiber having a relatively higher melting point than the sheath fiber.
[0024]
The arrangement position of the breathable material 3 is not particularly limited. For example, as shown in FIG. 3, the breathable material 3 may be disposed between the PTFE porous membrane 1 and the breathable support material 2. Thus, you may arrange | position to the opposite surface side of the surface side where the air permeable support material 2 of the PTFE porous membrane 1 is arrange | positioned. However, in the case of the form shown in FIG. 4, it is preferable that the air-permeable material 3 does not contain glass fiber in the above-described material. This is because the glass fiber may flow out downstream of the air filter medium.
[0025]
The PTFE porous membrane 1 is not particularly limited with respect to the pore diameter and the like as long as the collection function according to the intended use is exhibited, but usually the average pore diameter is 0.01 to 5 μm, the thickness is 3 to 50 μm, and 5.3 cm. The pressure loss when air is permeated at a flow rate of / s is preferably 50 to 1000 Pa.
[0026]
The above-mentioned porous PTFE membrane can be produced by a conventionally used method. An example of the production method will be described below. First, a paste-like mixture obtained by adding a liquid lubricant to PTFE fine powder is preformed. The liquid lubricant is not particularly limited as long as it can wet the surface of the PTFE fine powder and can be removed by extraction or heating. For example, a hydrocarbon such as naphtha or white oil is used. be able to. The addition amount of the liquid lubricant is suitably about 5 to 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of PTFE fine powder. The above preforming is performed at a pressure that does not squeeze out the liquid lubricant. Next, the preform is extruded and rolled to form a sheet, and the sheet-like formed body thus obtained is stretched at least in a uniaxial direction to obtain a PTFE porous membrane. The stretching may be performed after removing the liquid lubricant. Stretching conditions can be set as appropriate, but usually the temperature is 30 to 320 ° C., and the stretching ratio is 2 to 30 times in both the longitudinal and transverse directions. Further, if the PTFE porous membrane is heated to the melting point of PTFE or higher and fired after stretching, the strength can be increased.
[0027]
The method of laminating the PTFE porous membrane 1 thus obtained, the breathable support material 2 and the breathable material 3 is not particularly limited, and for example, a method such as adhesive laminating or heat laminating is applied. However, it is preferable to use a thermal laminate in which a part of the breathable support material 2 or the breathable material 3 is melted by heat and partially adhered to the opposing surfaces of adjacent layers. When bonding without using an adhesive in this way, there is no extra weight increase, a decrease in air permeability can be suppressed, and pleating performed after bonding is easy.
[0028]
The filter medium for air filter thus obtained is usually pleated and hot so that the PTFE porous membrane 1 and the breathable support material 2 and / or the breathable material 3 do not contact each other on the facing surface. A bead is formed with a melt or the like, and is further framed with a metal frame or the like to form an air filter unit.
[0029]
The pleating process is, for example, a rotary method in which a pair of rotating drums having blades arranged on the outer periphery is rotated while the filter medium is folded, while a pair of blades arranged at a predetermined interval in the transfer direction of the filter medium is moved. This is done by a reciprocating method in which the filter medium is folded alternately from both sides.
[0030]
The PTFE porous membrane 1, the air-permeable support material 2 and the air-permeable material 3 are easily charged by friction in the above-described laminating step and processing step for the air filter unit. When a conductor approaches the PTFE porous membrane 1, the air-permeable support material 2 and the air-permeable material 3 that have been charged and the surface potential is increased, or when a human touches them with bare hands, they discharge (spark) and become PTFE porous A through hole may be formed in the film 1. When the above-described through-hole is formed in the PTFE porous membrane 1, a so-called leak phenomenon occurs in which the particle size dependency of the collection efficiency is eliminated for particles having a particle size smaller than the short diameter of the pore size of the PTFE porous membrane 1. appear. In order to prevent the occurrence of such a leak, it is preferable to dispose the charge by disposing a charge removal device in a place where friction is likely to occur in the above-described laminating step and processing step for the air filter unit.
[0031]
Moreover, in order to suppress charging, a PTFE porous membrane, a breathable support material, and a breathable material that are difficult to be charged may be used. For example, a PTFE porous membrane kneaded with a conductive material such as carbon or metal powder, a breathable support material and a breathable material, or a sputtering treatment, a discharge treatment, or a surfactant coating treatment, etc. A PTFE porous membrane, a gas-permeable support material and a gas-permeable material may be used.
[0032]
In any of the above methods for suppressing charging, the absolute value of the surface potential of the PTFE porous membrane, the air-permeable support material and the air-permeable material is reduced to a level of 0.3 kV or less. You can do it. The surface potential can be easily measured by using a commercially available surface potential meter.
[0033]
The total thickness of the air filter medium is preferably 0.2 to 0.8 mm, and particularly preferably 0.3 to 0.6 mm. If the thickness is too thick, the pressure loss becomes large and pleating becomes difficult. On the other hand, if the thickness is too thin, the rigidity is lowered and pleating becomes difficult.
[0034]
【Example】
Next, an example of the air filter medium of the present invention will be specifically described.
[0035]
Example 1
30 parts by weight of a liquid lubricant (liquid paraffin) is uniformly mixed with 100 parts by weight of PTFE fine powder (Asahi ICI Fluoropolymers, Fullon CD-123), and the mixture is preformed into a cylindrical shape, This was extruded into a round bar shape. This round bar-shaped compact was passed through a pair of metal rolling rolls while containing the liquid lubricant, and rolled to a thickness of 0.2 mm. Next, after the liquid lubricant is extracted and removed with normal decane, it is stretched 10 times in the length (longitudinal) direction at a temperature of 300 ° C., then 30 times in the transverse direction at a temperature of 120 ° C., and further at a temperature of 400 ° C. Firing was performed for 0.5 seconds. Thus, a PTFE porous membrane (thickness 10 μm, porosity 93%, average pore diameter 1.0 μm, pressure loss 162 Pa, collection efficiency 99.99%) was produced.
[0036]
Polyester fiber with a core-sheath structure (the core component is a high melting point polyester fiber having a melting point of 260 ° C., the sheath component is a melting point 230 ° C., a low melting point polyester fiber, an average fiber diameter of 25 μm, an average fiber length of 6000 μm) and 85% by weight and glass fiber (average fiber diameter A mixture containing 15% by weight of 0.5 μm and an average fiber length of 1000 μm) is dispersed in an aqueous polyethylene oxide solution (polyethylene oxide concentration 0.2% by weight), made into paper, and heated at 235 ° C. for 3 minutes to obtain a thickness. A breathable support material (nonwoven fabric) of 0.25 mm was produced. The weight ratio of the fibers (core-sheathed polyester fibers and glass fibers) to the polyethylene oxide aqueous solution was 4: 6. Next, this air-permeable support material and the PTFE porous membrane described above were laminated by a heat laminating method (heating roll temperature, 285 ° C.) to obtain a two-layer air filter medium.
[0037]
(Example 2)
Example 1 is the same as Example 1 except that the ratio of the core-sheath polyester fiber used in Example 1 is 80% by weight and the ratio of the glass fiber used in Example 1 is 20% by weight. The thickness of the breathable support material is 0.25 mm.
[0038]
Example 3
Example 1 is the same as Example 1 except that the ratio of the polyester fiber having the core-sheath structure used in Example 1 is 70% by weight and the ratio of the glass fiber used in Example 1 is 30% by weight. The thickness of the breathable support material is 0.25 mm.
[0039]
(Example 4)
A mixture containing 88% by weight of PP fibers (average fiber diameter 30 μm, average fiber length 7000 μm) and 12% by weight glass fibers (average fiber diameter 0.5 μm, average fiber length 1000 μm) is a polyvinyl alcohol aqueous solution (polyvinyl alcohol concentration 3.5 weight). %)), Paper was made, and it was heated at 150 ° C. for 3 minutes to produce a 0.2 mm thick breathable support material (nonwoven fabric). The weight ratio of the fibers (PP fibers and glass fibers) and the aqueous polyvinyl alcohol solution was 4: 6. Next, this breathable support material and the PTFE porous membrane prepared in Example 1 were laminated by a heat laminating method (heating roll temperature, 180 ° C.) to obtain a two-layer air filter medium.
[0040]
(Example 5)
A PTFE porous membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that the draw ratio in the length (longitudinal) direction was 18 (thickness 5 μm, porosity 92%, average pore diameter 1.8 μm, pressure loss 70 Pa, Collection efficiency 99.99%). Next, the ratio of the core-sheath polyester fiber used in Example 1 was 50% by weight, the ratio of the glass fiber used in Example 1 was 50% by weight, and the thickness was 0.25 mm as in Example 1. A breathable support material was prepared. The air-permeable support material and the PTFE porous membrane were heat-laminated under the same conditions as in Example 1 to obtain a two-layer air filter medium.
[0041]
(Comparative Example 1)
Example 1 is the same as Example 1 except that the breathable support material was produced only from the polyester fiber having the core-sheath structure used in Example 1. The thickness of the breathable support material is 0.25 mm.
[0042]
(Comparative Example 2)
A filter medium for air filter made of general glass fiber (Hokuetsu Paper Industries, HEPA filter medium, H380-A, thickness 0.4 mm) was prepared.
[0043]
About the PTFE porous membrane, the air-permeable support material, and the filter material for air filter produced in Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 or 2, the collection efficiency, pressure loss, DHC (Dust Holding Capacity: pressure) were measured by the following methods. Loss increaseability) was measured and the results are shown in Table 1.
[0044]
[Pressure loss] A sample is set in a circular holder having an effective area of 100 cm ² , a pressure difference is applied between the inlet side and the outlet side while air is supplied from the inlet side, and the flow velocity of air passing through the sample is 5.3 cm / The pressure loss (initial value) when adjusted to s was measured with a pressure gauge (manometer). The sample was set in a circular holder so that a breathable support material was arranged on the inlet side for supplying air.
[0045]
[DHC] In the same manner as the pressure loss measurement method, air was allowed to permeate the sample at a flow rate of 10.6 cm / s for 7 days, and the pressure loss after 7 days was measured.
[0046]
[Collecting efficiency] Using the same apparatus as the measurement of pressure loss, while adjusting the flow rate of air passing through the sample to 5.3 cm / s, DOP (particle size: 0.3 to 0.5 μm) on the upstream side of the sample ) At a concentration of about 10 ⁷ particles / liter, measure the particle concentration on the upstream side and the concentration on the downstream side that has passed through the sample with a particle counter, and assign the measured value to the following equation. The collection efficiency was determined.
Collection efficiency (%) = (1− (downstream concentration / upstream concentration)) × 100
[0047]
[Table 1]

[0048]
As shown in Table 1, the air filter media of Examples 1 to 5 are formed from a material in which the air-permeable support material contains 50 to 88% by weight of synthetic fiber and 12 to 50% by weight of glass fiber. Thus, the collection efficiency of a breathable support material is remarkably improved because a breathable support material contains glass fiber. Therefore, the filter media for air filters of Examples 1 to 5 are equivalent to the glass fiber filter media (Comparative Example 2) or suppressed from the glass fiber filter media in terms of increase in pressure loss (DHC value). In particular, when a non-woven fabric formed of a material containing 50 to 86% by weight of a synthetic resin and 14 to 50% by weight of glass fiber (weight ratio 6: 1 to 2: 1) is used as a breathable support material, the pressure loss increases. (DHC value) is smaller than that of the glass fiber filter medium (Comparative Example 2). Therefore, it is possible to provide a filter medium for an air filter that has a longer life than a glass fiber filter medium. Moreover, since the pressure loss (initial value) is also smaller than that of the glass fiber filter medium (Comparative Example 2), in such an air purifier using the air filter medium, the power consumption is kept low, and the running cost is reduced. Can be reduced.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to easily provide a filter medium for an air filter that does not easily clog and has a long life.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing an embodiment of the filter medium for an air filter of the present invention. FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing another embodiment of the filter medium for an air filter of the present invention. FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing another embodiment of the filter medium for a filter. FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing another embodiment of the filter medium for an air filter of the present invention.
1 PTFE porous membrane 2 Breathable support material 3 Breathable material

Claims

A filter medium for an air filter comprising a polytetrafluoroethylene porous membrane and a breathable support material, wherein the breathable support material is a non-woven fabric comprising synthetic fibers and glass fibers.

The filter medium for an air filter according to claim 1, wherein a weight ratio of the synthetic fiber to the glass fiber is 7: 1 to 1: 1.

The breathable support material has a pressure loss of 150 Pa or less when air is permeated at a flow rate of 5.3 cm / s, and is measured using dioctyl phthalate having a particle size of 0.3 to 0.5 μm. The air filter medium according to claim 1, wherein the collection efficiency is 50% or more.

An air filter unit comprising the air filter medium according to any one of claims 1 to 3.

It is a usage method of the filter material for air filters in any one of Claims 1-3, Comprising: Arrange | positioning the said air-permeable support material in the upstream of the flow of the gas of the said polytetrafluoroethylene porous membrane. A method of using a filter medium for an air filter characterized by the above.

A breathable support material laminated with a polytetrafluoroethylene porous membrane and used as a filter medium for an air filter, wherein the breathable support material is a nonwoven fabric containing synthetic fibers and glass fibers.

The breathable support material according to claim 6, wherein a weight ratio of the synthetic fiber to the glass fiber is 7: 1 to 1: 1.

The nonwoven fabric has a pressure loss of 150 Pa or less when air is permeated at a flow rate of 5.3 cm / s, and has a collection efficiency measured using dioctyl phthalate having a particle size of 0.3 to 0.5 μm. The breathable support material according to claim 6 which is 50% or more.