JP7582892B2 - Air filter and its manufacturing method - Google Patents
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- Disinfection, Sterilisation Or Deodorisation Of Air (AREA)
- Filtering Materials (AREA)
Description
本発明は、エアフィルター及びその製造方法に関する。また、当該エアフィルターを用いたフィルターモジュールに関する。 The present invention relates to an air filter and a manufacturing method thereof, and also to a filter module using the air filter.
近年、健康志向の高まりにともなって、生活空間の有害物質を除去して、室内や車両内の空気を清浄化することが望まれるようになっている。そのため、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、酸性ガス、塩基性ガス、臭気物質、ウイルスなど、様々な有害物質を空気中から除去することのできるフィルターが各種提案されている。 In recent years, with the rise in health consciousness, there is a demand for removing harmful substances from living spaces and purifying the air inside rooms and vehicles. For this reason, various filters have been proposed that can remove various harmful substances from the air, such as volatile organic compounds (VOCs), acid gases, basic gases, odorous substances, and viruses.
特許文献１には、１μｍ以下の平均粒子径を有する吸着剤の微粒子を、少量のバインダーで不織布に担持した濾材が記載されている。そしてその実施例には、二酸化ケイ素にアミノ基を有する化合物が担持されてなる吸着剤をアクリレート系ラテックスバインダで、ポリエステル樹脂からなる複合繊維を用いて製造した不織布に固定した濾材が例示されている。この濾材によれば、空気中のＶＯＣを効果的に吸着除去できるとされている。 Patent document 1 describes a filter medium in which fine particles of an adsorbent with an average particle size of 1 μm or less are supported on a nonwoven fabric with a small amount of binder. The examples of the filter medium include a filter medium in which an adsorbent made of silicon dioxide supported by a compound having an amino group is fixed to a nonwoven fabric made of composite fibers made of polyester resin with an acrylate-based latex binder. It is said that this filter medium can effectively adsorb and remove VOCs in the air.
また特許文献２には、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、前記バインダーが特定の樹脂からなるエアフィルター濾材が記載されている。またそのバインダーとして、特定の粒子径のエマルジョンバインダーを特定量使用することも記載されている。そしてこれにより、アルデヒドの吸着性能に優れたエアフィルターが提供できるとされている。 Patent Document 2 also describes an air filter medium that includes a breathable substrate, an adsorbent, and a binder, in which the adsorbent is porous particles having an average particle size of 1 to 50 μm, and the binder is made of a specific resin. It also describes the use of a specific amount of an emulsion binder with a specific particle size as the binder. This is said to provide an air filter with excellent aldehyde adsorption performance.
このような、通気性基材に吸着剤粒子などの機能性粒子が固着されたエアフィルターは、運搬、設置時に振動が加わり、機能性粒子の脱落が発生する。また、使用時にエアに曝されたり、振動が加わったりすることで、機能性粒子の脱落が発生する。機能性粒子の脱落は、機能低下の原因となるため、その低減が求められている。またフィルターをプリーツ形状に加工する場合、プリーツの筋付けをするときに物理的衝撃が加わるため、機能性粒子の脱落が発生して、機能の低下とともに生産性も低下してしまうことが問題となっている。 Air filters with functional particles such as adsorbent particles fixed to a breathable substrate are subject to vibration during transportation and installation, causing the functional particles to fall off. In addition, exposure to air and vibration during use can cause the functional particles to fall off. Since the falling off of functional particles can cause a decrease in functionality, there is a demand for reducing this. In addition, when processing filters into a pleated shape, physical impact is applied when the pleats are made, causing the functional particles to fall off, which causes a problem of reduced productivity as well as a decrease in functionality.
こうした機能性粒子の脱落を減らすためには、通気性基材への固着に使用するバインダーの量を増加させることが有効である。しかしながら、その量が多くなると機能性粒子の表面を覆ってしまい、有効な表面積が減少して機能が低下してしまう。このように、機能性粒子の脱落低減と機能の向上とは、相反する関係にある。 In order to reduce the shedding of such functional particles, it is effective to increase the amount of binder used to adhere them to the breathable substrate. However, if the amount is too large, the surface of the functional particles will be covered, reducing the effective surface area and reducing functionality. In this way, reducing the shedding of functional particles and improving functionality are in a contradictory relationship.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、吸着性能などの機能が優れているとともに、吸着剤粒子などの機能性粒子の脱落を抑制できるエアフィルターを提供するものである。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides an air filter that has excellent functions such as adsorption performance and can suppress the falling off of functional particles such as adsorbent particles.
上記課題は、多孔質粒子、固体酸粒子及び固体塩基粒子からなる群から選択される少なくとも１種の粒子（Ａ）、樹脂バインダー（Ｂ）及びセルロースナノファイバー（Ｃ）の混合物が通気性基材（Ｄ）に固着されてなるエアフィルターを提供することによって解決される。 The above problem is solved by providing an air filter comprising a mixture of at least one type of particle (A) selected from the group consisting of porous particles, solid acid particles, and solid base particles, a resin binder (B), and cellulose nanofibers (C) fixed to a breathable substrate (D).
このとき、通気性基材（Ｄ）に対する粒子（Ａ）の質量比（Ａ／Ｄ）が０．０５～５であることが好ましい。粒子（Ａ）に対する樹脂バインダー（Ｂ）の質量比（Ｂ／Ａ）が０．０２～０．５であることも好ましい。樹脂バインダー（Ｂ）に対するセルロースナノファイバー（Ｃ）の質量比（Ｃ／Ｂ）が０．００１～０．１であることも好ましい。 In this case, it is preferable that the mass ratio (A/D) of the particles (A) to the breathable substrate (D) is 0.05 to 5. It is also preferable that the mass ratio (B/A) of the resin binder (B) to the particles (A) is 0.02 to 0.5. It is also preferable that the mass ratio (C/B) of the cellulose nanofibers (C) to the resin binder (B) is 0.001 to 0.1.
またこのとき、粒子（Ａ）が活性炭粒子であることが好ましい。通気性基材（Ｄ）が不織布であることも好ましい。エアフィルターがプリーツ加工されてなることも好ましい。 In this case, it is preferable that the particles (A) are activated carbon particles. It is also preferable that the breathable substrate (D) is a nonwoven fabric. It is also preferable that the air filter is pleated.
前記エアフィルターを用いたフィルターモジュールが好適な実施態様である。また、粒子（Ａ）と、樹脂バインダー（Ｂ）の水性エマルジョンと、セルロースナノファイバー（Ｃ）との混合液を、通気性基材（Ｄ）に塗布してから乾燥する、前記エアフィルターの製造方法も、好適な実施態様である。 A filter module using the air filter is a preferred embodiment. A preferred embodiment is also a method for producing the air filter, in which a mixture of particles (A), an aqueous emulsion of a resin binder (B), and cellulose nanofibers (C) is applied to a breathable substrate (D) and then dried.
本発明のエアフィルターは、吸着性能などの機能が優れているとともに、吸着剤粒子などの機能性粒子の脱落を抑制できる。したがって、空気清浄機やエアコンなどのエアフィルターモジュールに好適に用いられる。 The air filter of the present invention has excellent functions such as adsorption performance, and can suppress the falling off of functional particles such as adsorbent particles. Therefore, it is suitable for use in air filter modules of air purifiers, air conditioners, etc.
本発明のエアフィルターは、多孔質粒子、固体酸粒子及び固体塩基粒子からなる群から選択される少なくとも１種の粒子（Ａ）、樹脂バインダー（Ｂ）及びセルロースナノファイバー（Ｃ）の混合物が通気性基材（Ｄ）に固着されてなるエアフィルターである。以下、具体的に説明する。 The air filter of the present invention is an air filter in which a mixture of at least one type of particle (A) selected from the group consisting of porous particles, solid acid particles, and solid base particles, a resin binder (B), and cellulose nanofibers (C) is fixed to a breathable substrate (D). The details are described below.
本発明で用いられる通気性基材（Ｄ）は、エアを通過させることができるシート状のものであればよく、用途や目的に応じて選択される。通気性基材（Ｄ）としては、例えば繊維基材や多孔質基材を用いることができる。なかでも、通気性、強度、可撓性などの観点から、繊維基材が好適に用いられる。通気性繊維基材としては、織布やニット地を用いることもできるが、性能とコストのバランスから不織布が好ましく用いられる。 The breathable substrate (D) used in the present invention may be a sheet-like substrate that allows air to pass through, and is selected according to the application and purpose. For example, a fibrous substrate or a porous substrate can be used as the breathable substrate (D). Among these, a fibrous substrate is preferably used from the viewpoints of breathability, strength, flexibility, etc. As the breathable fiber substrate, a woven fabric or a knitted fabric can also be used, but a nonwoven fabric is preferably used from the viewpoint of the balance between performance and cost.
通気性基材（Ｄ）として用いられる不織布としては、カーディング法、エアレイド法、メルトブローン法、スパンボンド法、フラッシュ紡糸法、静電紡糸法等で得られたウェブを、サーマルボンド法等の熱による接着方法、ケミカルボンド法等のバインダーによる接着方法、ニードルパンチ法、水流交絡法等の物理的交絡方法で製造したものを用いることができる。用いられる不織布の目付（面積当たりの重量）は、好適には１５～５００ｇ／ｍ２である。当該目付は、より好適には２５ｇ／ｍ２以上であり、またより好適には３００ｇ／ｍ２以下である。不織布の素材は特に限定されず、ポリエステル、ビニロン、レーヨン、アクリル、ナイロン、ポリオレフィンなどが用いられ、これらを組み合わせて用いてもよい。 The nonwoven fabric used as the breathable substrate (D) may be a web obtained by carding, airlaid, meltblown, spunbond, flash spinning, electrostatic spinning, or the like, and then produced by a thermal bonding method such as a thermal bond method, a binder bonding method such as a chemical bond method, or a physical entanglement method such as a needle punch method or a hydroentanglement method. The basis weight (weight per area) of the nonwoven fabric used is preferably 15 to 500 g/m 2. The basis weight is more preferably 25 g/m 2 or more, and more preferably 300 g/m 2 or less. The material of the nonwoven fabric is not particularly limited, and polyester, vinylon, rayon, acrylic, nylon, polyolefin, or the like may be used, and these may be used in combination.
通気性基材（Ｄ）に固着される粒子（Ａ）は、多孔質粒子、固体酸粒子及び固体塩基粒子からなる群から選択される少なくとも１種の粒子である。これらの粒子は、その表面において有害物質を吸着するなどしてその機能を発揮するので、本発明の構成を採用する意義が大きい。 The particles (A) attached to the breathable substrate (D) are at least one type of particle selected from the group consisting of porous particles, solid acid particles, and solid base particles. These particles exert their functions by, for example, adsorbing harmful substances on their surfaces, so there is great significance in adopting the configuration of the present invention.
多孔質粒子としては、活性炭、ゼオライト、シリカゲル（多孔質二酸化ケイ素）、珪藻土などが例示される。多孔質粒子は、表面積が大きいのでその表面で様々な分子を吸着することができる。例えば、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、酸性ガス、塩基性ガスなど幅広い化合物を吸着することができる。また、吸着する代わりに触媒として働くような場合であってもその表面積が大きいことによって反応速度を大きくすることができる。しかしながら、多孔質粒子の表面に存在する細孔が塞がれると表面積が小さくなり吸着性能などの機能が低下するので、水溶性樹脂を使用する代わりにセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を用いる本発明を採用する意義が大きい。多孔質粒子の中でも、吸着効率や触媒効率の観点から活性炭、ゼオライト及びシリカゲルが好ましく、活性炭が特に好ましい。 Examples of porous particles include activated carbon, zeolite, silica gel (porous silicon dioxide), and diatomaceous earth. Porous particles have a large surface area and can adsorb various molecules on their surfaces. For example, they can adsorb a wide range of compounds, such as volatile organic compounds (VOCs), acidic gases, and basic gases. Even when they act as a catalyst instead of adsorbing, their large surface area can increase the reaction rate. However, if the pores on the surface of the porous particles are blocked, the surface area decreases and functions such as adsorption performance decrease, so there is great significance in adopting the present invention, which uses cellulose nanofibers (CNF) instead of water-soluble resins. Among the porous particles, activated carbon, zeolite, and silica gel are preferred from the viewpoints of adsorption efficiency and catalytic efficiency, and activated carbon is particularly preferred.
固体酸粒子としては、ケイ酸アルミニウム、酸性基を表面に有するゼオライト、酸性基を表面に有する活性炭、酸性基を表面に有するシリカゲル、酸性基を表面に有するイオン交換樹脂などが例示される。固体酸粒子は、粒子の表面に存在する酸性ポイントにおいて、塩基性ガスを補足することができる。固体酸粒子で補足される塩基性ガスとしては、アンモニア、アミンなどが挙げられる。一方、固体塩基粒子としては、水酸化マグネシウム、ハイドロタルサイト、水酸化アルミニウム、塩基性基を表面に有するゼオライト、塩基性基を表面に有する活性炭、塩基性基を表面に有するシリカゲル、塩基性基を表面に有するイオン交換樹脂などが例示される。固体塩基粒子は、粒子の表面に存在する塩基性ポイントにおいて、酸性ガスを補足することができる。固体塩基粒子で補足される酸性ガスとしては、二酸化硫黄（ＳＯ２）などの硫黄酸化物、一酸化窒素（ＮＯ）などの窒素酸化物、酢酸、塩化水素、硫化水素などが挙げられる。 Examples of solid acid particles include aluminum silicate, zeolite having acidic groups on its surface, activated carbon having acidic groups on its surface, silica gel having acidic groups on its surface, and ion exchange resin having acidic groups on its surface. The solid acid particles can capture basic gases at the acidic points present on the surface of the particles. Examples of basic gases captured by solid acid particles include ammonia and amines. On the other hand, examples of solid base particles include magnesium hydroxide, hydrotalcite, aluminum hydroxide, zeolite having basic groups on its surface, activated carbon having basic groups on its surface, silica gel having basic groups on its surface, and ion exchange resin having basic groups on its surface. The solid base particles can capture acidic gases at the basic points present on the surface of the particles. Examples of acid gases captured by solid base particles include sulfur oxides such as sulfur dioxide (SO 2 ), nitrogen oxides such as nitric oxide (NO), acetic acid, hydrogen chloride, and hydrogen sulfide.
粒子（Ａ）の平均粒子径は、粒子の種類やフィルターの用途によって適宜調整される。粒子（Ａ）の平均粒子径が大きすぎる場合には、単位重量当たりの表面積が小さくなるために、吸着性能などの機能が低下するとともに粒子が脱落しやすくなる。したがって、粒子（Ａ）の平均粒子径は２００μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以下であることがより好ましい。一方、粒子（Ａ）の平均粒子径が小さすぎる場合には、粉体の取扱いが困難になるとともに、フィルターを通過したエア中に微粉が混入することがある。したがって、粒子（Ａ）の平均粒子径は０．１μｍ以上であることが好ましく、１μｍ以上であることがより好ましい。活性炭粒子を用いる場合の平均粒子径の下限値は、好適には５μｍ以上であり、より好適には１０μｍ以上である。 The average particle diameter of the particles (A) is adjusted appropriately depending on the type of particles and the use of the filter. If the average particle diameter of the particles (A) is too large, the surface area per unit weight is reduced, so that the functions such as adsorption performance are reduced and the particles are likely to fall off. Therefore, the average particle diameter of the particles (A) is preferably 200 μm or less, and more preferably 100 μm or less. On the other hand, if the average particle diameter of the particles (A) is too small, the powder becomes difficult to handle and fine powder may be mixed into the air that has passed through the filter. Therefore, the average particle diameter of the particles (A) is preferably 0.1 μm or more, and more preferably 1 μm or more. When activated carbon particles are used, the lower limit of the average particle diameter is preferably 5 μm or more, and more preferably 10 μm or more.
なお、本発明における平均粒子径は、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）である。 In the present invention, the average particle size is the median size (D50) measured using a particle size distribution measuring device using the laser diffraction/scattering method.
本発明のエアフィルターにおいて、通気性基材（Ｄ）に対する粒子（Ａ）の質量比（Ａ／Ｄ）が０．０５～５であることが好ましい。質量比（Ａ／Ｄ）が小さすぎる場合には、吸着性能などの機能が低下するおそれがある。質量比（Ａ／Ｄ）は、より好適には０．１以上であり、さらに好適には０．２以上であり、特に好適には０．３以上である。本発明によれば、大量の粒子（Ａ）を通気性基材（Ｄ）に固着させた場合であっても効果的に粒子（Ａ）の脱落を防止することができる。したがって、質量比（Ａ／Ｄ）が０．８以上というような非常に大量の粒子（Ａ）を通気性基材（Ｄ）に固着させることもできる。その場合、エアフィルターの効果を長時間持続させることができる。一方、質量比（Ａ／Ｄ）が大きすぎる場合には、粒子（Ａ）が脱落しやすくなる。質量比（Ａ／Ｄ）は、より好適には３．５以下であり、さらに好適には２．５以下である。 In the air filter of the present invention, the mass ratio (A/D) of the particles (A) to the breathable substrate (D) is preferably 0.05 to 5. If the mass ratio (A/D) is too small, the functions such as the adsorption performance may be reduced. The mass ratio (A/D) is more preferably 0.1 or more, even more preferably 0.2 or more, and particularly preferably 0.3 or more. According to the present invention, even if a large amount of particles (A) is fixed to the breathable substrate (D), the particles (A) can be effectively prevented from falling off. Therefore, a very large amount of particles (A), such as a mass ratio (A/D) of 0.8 or more, can be fixed to the breathable substrate (D). In that case, the effect of the air filter can be maintained for a long time. On the other hand, if the mass ratio (A/D) is too large, the particles (A) are likely to fall off. The mass ratio (A/D) is more preferably 3.5 or less, and even more preferably 2.5 or less.
粒子（Ａ）を通気性基材（Ｄ）に固着させるための樹脂バインダー（Ｂ）は特に限定されない。しかしながら、樹脂バインダー（Ｂ）が、水性エマルジョン中の固形分に由来するものであることが好ましい。水性エマルジョン中では固体の樹脂粒子が水中に分散しているので、乾燥後にはこの樹脂粒子を介して粒子（Ａ）が通気性基材（Ｄ）に固着される。このとき、水性エマルジョンの水相中にはバインダーとなる樹脂が溶解している訳ではないので、粒子（Ａ）の表面全体を当該樹脂が覆うことがなく、粒子（Ａ）同士、あるいは粒子（Ａ）と通気性基材（Ｄ）とを接着しながらも、吸着性などの機能の低下を抑制することができる。 The resin binder (B) for fixing the particles (A) to the breathable substrate (D) is not particularly limited. However, it is preferable that the resin binder (B) is derived from the solid content in the aqueous emulsion. In the aqueous emulsion, solid resin particles are dispersed in water, and after drying, the particles (A) are fixed to the breathable substrate (D) via these resin particles. At this time, since the resin that serves as the binder is not dissolved in the aqueous phase of the aqueous emulsion, the resin does not cover the entire surface of the particles (A), and the particles (A) are bonded to each other or to the breathable substrate (D), while suppressing a decrease in functions such as adsorption.
本発明のエアフィルターの製造に用いられる水性エマルジョンとしては、アクリル樹脂エマルジョン、ＳＢＲエマルジョン、ポリエステル樹脂エマルジョンなどを用いることができる。これらの中でも、アクリル樹脂エマルジョンが好ましい。アクリル樹脂エマルジョンは、（メタ）アクリレートと他の種類のモノマーとの共重合体のエマルジョンであってもよい。水性エマルジョンの固形分（樹脂）濃度は、２０～７０質量％であることが好ましい。また、水性エマルジョン中の樹脂粒子の平均粒子径は５０～５００ｎｍであることが好ましい。 The aqueous emulsion used in the manufacture of the air filter of the present invention may be an acrylic resin emulsion, an SBR emulsion, a polyester resin emulsion, or the like. Among these, an acrylic resin emulsion is preferred. The acrylic resin emulsion may be an emulsion of a copolymer of (meth)acrylate and another type of monomer. The solids (resin) concentration of the aqueous emulsion is preferably 20 to 70% by mass. In addition, the average particle size of the resin particles in the aqueous emulsion is preferably 50 to 500 nm.
本発明のエアフィルターにおいて、粒子（Ａ）に対する樹脂バインダー（Ｂ）の質量比（Ｂ／Ａ）が０．０２～０．５であることが好ましい。質量比（Ｂ／Ａ）が小さすぎる場合には、粒子（Ａ）が脱落しやすくなるおそれがある。質量比（Ｂ／Ａ）は、より好適には０．０４以上であり、さらに好適には０．０６以上である。一方、質量比（Ｂ／Ａ）が大きすぎる場合には、吸着性能などの機能が低下するおそれがある。質量比（Ｂ／Ａ）は、より好適には０．４以下であり、さらに好適には０．３以下である。 In the air filter of the present invention, the mass ratio (B/A) of the resin binder (B) to the particles (A) is preferably 0.02 to 0.5. If the mass ratio (B/A) is too small, the particles (A) may easily fall off. The mass ratio (B/A) is more preferably 0.04 or more, and even more preferably 0.06 or more. On the other hand, if the mass ratio (B/A) is too large, functions such as adsorption performance may be reduced. The mass ratio (B/A) is more preferably 0.4 or less, and even more preferably 0.3 or less.
本発明のエアフィルターにおいては、粒子（Ａ）及び樹脂バインダー（Ｂ）に加えて、さらにセルロースナノファイバー（Ｃ）を含む混合物が通気性基材（Ｄ）に固着されている。セルロースナノファイバー（Ｃ）を含むことによって、粒子（Ａ）の脱落を抑制することができる。また、塗工液がセルロースナノファイバー（Ｃ）を含むことによって、塗工液の粘度が上昇するので、粒子（Ａ）の沈降を抑制することができるとともに、均一に塗布することが容易になる。しかも、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）のような水溶性の増粘剤を用いた場合と比べて、粒子（Ａ）の表面全体を覆わないので、吸着性などの機能を維持することができる。セルロースナノファイバー（Ｃ）としては、平均径が１～１００ｎｍで、アスペクト比（繊維長／繊維径）が１００以上のセルロース繊維が好適に用いられる。通常、セルロースナノファイバー（Ｃ）の含水組成物が上記水性エマルジョンに配合される。 In the air filter of the present invention, in addition to the particles (A) and the resin binder (B), a mixture containing cellulose nanofibers (C) is fixed to the breathable substrate (D). By containing cellulose nanofibers (C), it is possible to suppress the falling off of the particles (A). In addition, by containing cellulose nanofibers (C) in the coating liquid, the viscosity of the coating liquid increases, so that it is possible to suppress the settling of the particles (A) and it becomes easy to apply the coating liquid uniformly. Moreover, compared to the case where a water-soluble thickener such as carboxymethylcellulose (CMC) is used, the entire surface of the particles (A) is not covered, so that functions such as adsorption can be maintained. As the cellulose nanofibers (C), cellulose fibers having an average diameter of 1 to 100 nm and an aspect ratio (fiber length/fiber diameter) of 100 or more are preferably used. Usually, a water-containing composition of cellulose nanofibers (C) is blended with the above-mentioned aqueous emulsion.
本発明のエアフィルターにおいて、樹脂バインダー（Ｂ）に対するセルロースナノファイバー（Ｃ）の質量比（Ｃ／Ｂ）が０．００１～０．１であることが好ましい。質量比（Ｃ／Ｂ）が小さすぎる場合には塗工液の粘度が低くなって、塗工液を均一に塗布することが困難になるおそれがあるとともに、フィルターから粒子（Ａ）が脱落しやすくなるおそれもある。質量比（Ｃ／Ｂ）は、より好適には０．００２以上であり、さらに好適には０．００５以上である。一方、質量比（Ｃ／Ｂ）が大きすぎる場合には、吸着性能などの機能が低下するおそれがあるとともに塗工液の粘度が高くなりすぎるおそれがある。質量比（Ｃ／Ｂ）は、より好適には０．０８以下であり、さらに好適には０．０６以下である。 In the air filter of the present invention, the mass ratio (C/B) of the cellulose nanofiber (C) to the resin binder (B) is preferably 0.001 to 0.1. If the mass ratio (C/B) is too small, the viscosity of the coating liquid will be low, which may make it difficult to apply the coating liquid uniformly and may cause the particles (A) to easily fall off the filter. The mass ratio (C/B) is more preferably 0.002 or more, and even more preferably 0.005 or more. On the other hand, if the mass ratio (C/B) is too large, there is a risk that the functions such as the adsorption performance will be reduced and the viscosity of the coating liquid will be too high. The mass ratio (C/B) is more preferably 0.08 or less, and even more preferably 0.06 or less.
本発明のエアフィルターの好適な製造方法は、粒子（Ａ）と、樹脂バインダー（Ｂ）の水性エマルジョンと、セルロースナノファイバー（Ｃ）との混合液を、通気性基材（Ｄ）に塗布してから乾燥する方法である。当該混合液に含まれる溶媒の主成分は水である。作業環境やコストを考慮すれば、有機溶媒を含まないことが好ましい。水性エマルジョンに含まれる水と、セルロースナノファイバー（Ｃ）の含水組成物に含まれる水以外に、粘度等を調整するためにさらに水を加えてもよい。また、必要に応じて、界面活性剤、抗菌剤、防カビ剤、抗ウイルス剤、アレルゲン低減化剤、難燃剤などを本発明の効果が損なわれない範囲で配合してもよい。 The preferred method for producing the air filter of the present invention is to apply a mixed liquid of particles (A), an aqueous emulsion of a resin binder (B), and cellulose nanofibers (C) to a breathable substrate (D) and then dry the mixture. The main component of the solvent contained in the mixed liquid is water. Considering the working environment and costs, it is preferable that the mixed liquid does not contain an organic solvent. In addition to the water contained in the aqueous emulsion and the water contained in the aqueous composition of cellulose nanofibers (C), water may be added to adjust the viscosity, etc. If necessary, surfactants, antibacterial agents, antifungal agents, antiviral agents, allergen reducing agents, flame retardants, etc. may be added within a range that does not impair the effects of the present invention.
前記混合液を通気性基材（Ｄ）に塗工する方法は特に限定されず、浸漬法、ロールコーター法、スプレー法、スクリーン印刷法、グラビアコート法等の塗工方法を採用することができる。均一かつ多量に塗布するためには、浸漬法が好ましい。通気性基材（Ｄ）を前記混合液に浸漬した後で、必要に応じてマングルなどで余分な液を絞ってから、乾燥させる。乾燥方法は特に限定されず、１００～２００℃で水分を除去して乾燥させることが好ましい。 The method for applying the mixed liquid to the breathable substrate (D) is not particularly limited, and can be any coating method such as dipping, roll coating, spraying, screen printing, or gravure coating. In order to apply a large amount of the mixed liquid uniformly, the dipping method is preferred. After dipping the breathable substrate (D) in the mixed liquid, excess liquid is squeezed out with a mangle or the like as necessary, and then the substrate is dried. The drying method is not particularly limited, and it is preferred to remove moisture and dry at 100 to 200°C.
こうして得られたエアフィルターをそのままモジュールに組み込んでも構わないが、好適には、プリーツ加工を施してからモジュールに組み込まれる。こうすることによって、空気清浄機などの装置内に、濾過面積の大きいフィルターをコンパクトに収容することができる。このとき、本発明のエアフィルターは、プリーツ加工時の衝撃に対しても粒子（Ａ）が脱落しにくい。 The air filter thus obtained may be directly incorporated into the module, but is preferably pleated before being incorporated into the module. This allows a filter with a large filtering area to be housed compactly within an air purifier or other device. In this case, the air filter of the present invention is less susceptible to particle (A) falling off even when subjected to impact during pleating.
本発明のエアフィルターは、空気清浄機、エアコン（家庭用、自動車用）、加湿器、掃除機、ＯＡ機器、燃料電池（家庭用、自動車用）など、各種の機器に組み込むことができる。多量の粒子（Ａ）を固着することができるとともにプリーツ加工にも適しているので、長時間にわたって、その機能を維持することができる。 The air filter of the present invention can be incorporated into various devices, such as air purifiers, air conditioners (for home and automobile use), humidifiers, vacuum cleaners, office equipment, and fuel cells (for home and automobile use). It can adhere a large amount of particles (A) and is also suitable for pleating, so it can maintain its function for a long period of time.
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。本実施例における評価方法は、以下のとおりである。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples. The evaluation methods used in these examples are as follows.
（１）付着均一性
フィルターの外観を、目視及び光学顕微鏡で観察し、以下のように評価した。
Ａ：均一に付着した
Ｂ：少しムラが観察された
Ｃ：付着ムラが激しかった
(1) Deposition Uniformity The appearance of the filter was observed visually and with an optical microscope and rated as follows.
A: Uniform adhesion B: Slight unevenness was observed C: Adhesion unevenness was severe
（２）付着力評価（方法１）
フィルターを１５ｃｍ×１５ｃｍの大きさに裁断して試料とした。白色紙を敷き、試料をその上方５ｃｍの高さに保持し、鉛筆で５回叩き、紙上に脱落した粉体の量を目視で確認し、以下のように評価した。
Ａ：脱落しなかった
Ｂ：ごく少量脱落した
Ｃ：少量脱落した
Ｄ：多く脱落した
(2) Adhesion Evaluation (Method 1)
The filter was cut into a size of 15 cm x 15 cm to prepare a sample. A sheet of white paper was placed over the sample, which was then held 5 cm above the sheet and tapped five times with a pencil. The amount of powder that had fallen onto the paper was visually confirmed and evaluated as follows:
A: No particles fell off. B: Very little particles fell off. C: A small amount fell off. D: A large amount fell off.
（３）付着力評価（方法２）
フィルターを１５ｃｍ×１５ｃｍの大きさに裁断して試料とした。レシプロ式プリーツマシンで、間隔５ｍｍで１０回プリーツの筋付けを行い、作業後の刃とスクリーンへの粉体汚れの付着を目視確認した。
Ａ：汚れはなかった
Ｂ：少量汚れた
Ｃ：激しく汚れた
(3) Adhesion Evaluation (Method 2)
The filter was cut into a sample having a size of 15 cm x 15 cm. Ten pleats were made at intervals of 5 mm using a reciprocating pleating machine, and the adhesion of powdery dirt to the blade and screen after the operation was visually confirmed.
A: No dirt B: Slightly dirty C: Severely dirty
（４）ＳＯ２吸着性能
フィルターを１２ｃｍ×１２ｃｍの大きさに裁断して試料とした。ガスフロー試験機を用い、３０ｐｐｍのＳＯ２ガスを含む空気を、線速度１０ｃｍ／ｓｅｃ、流量６０Ｌ／ｍｉｎで流し、開口面積が１００ｃｍ２のフィルターを通過させ、通過後のＳＯ２濃度を１分後に測定し、下記式にしたがって除去率を算出した。ここでａはフィルター通過前のＳＯ２濃度であり、ｂはフィルター通過後のＳＯ２濃度である。
除去率（％）＝［（ａ－ｂ）／ａ］×１００
(4) SO2 adsorption performance The filter was cut into a size of 12 cm x 12 cm to prepare a sample. Using a gas flow tester, air containing 30 ppm SO2 gas was passed through a filter with an opening area of 100 cm2 at a linear velocity of 10 cm/sec and a flow rate of 60 L/min, and the SO2 concentration after passing through was measured after 1 minute, and the removal rate was calculated according to the following formula. Here, a is the SO2 concentration before passing through the filter, and b is the SO2 concentration after passing through the filter.
Removal rate (%) = [(ab)/a] x 100
実施例１
通気性基材として、ポリエステル短繊維とビニロン短繊維からなる３０ｇ／ｍ２のクロスウェブを、３０ｇ／ｍ２のＳＢＲ樹脂と臭素系難燃剤の混合物で固着した、総目付６０ｇ／ｍ２のケミカルボンド不織布を用いた。当該不織布に塗布するために用いた塗工液は、アクリル樹脂エマルジョンに、粉末活性炭及び含水セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を混合したものである。
Example 1
The breathable substrate was a chemically bonded nonwoven fabric with a total basis weight of 60 g/ m2 , which was made by bonding a 30 g/ m2 cross web of polyester staple fibers and vinylon staple fibers with a mixture of 30 g/ m2 SBR resin and a brominated flame retardant. The coating liquid used to apply the nonwoven fabric was a mixture of an acrylic resin emulsion, powdered activated carbon, and hydrous cellulose nanofibers (CNF).
アクリル樹脂エマルジョンは、平均粒径２００ｎｍのアクリル樹脂粒子が水中に分散しているものであり、その固形分は４５質量％である。当該エマルジョン中のアクリル樹脂がバインダー樹脂として働く。活性炭粉末として、平均粒子径４０μｍの無添着粉末活性炭を用いた。ＣＮＦとして、平均繊維径が３ｎｍでアスペクト比が１００以上のＣＮＦの含水物を用いた。さらに水を加えて粘度を調整した。 The acrylic resin emulsion is a dispersion of acrylic resin particles with an average particle size of 200 nm in water, with a solid content of 45% by mass. The acrylic resin in the emulsion acts as a binder resin. Unadded powdered activated carbon with an average particle size of 40 μm was used as the activated carbon powder. As the CNF, a hydrated CNF with an average fiber diameter of 3 nm and an aspect ratio of 100 or more was used. Water was further added to adjust the viscosity.
前記塗工液に前記ケミカルボンド不織布を浸漬して、当該不織布に含水組成物を塗工し、その後マングルで絞り、１６０℃で乾燥することによってフィルターを得た。活性炭粉末の付着量は３３ｇ／ｍ２、樹脂バインダーの付着量は３．３ｇ／ｍ２、ＣＮＦの付着量は０．０４ｇ／ｍ２であった。また、得られたフィルターを用いて、上記（１）～（４）にしたがってフィルター性能を評価した。以上の結果を表１にまとめて示す。 The chemically bonded nonwoven fabric was immersed in the coating liquid, the water-containing composition was applied to the nonwoven fabric, and then the fabric was squeezed with a mangle and dried at 160°C to obtain a filter. The amount of the activated carbon powder attached was 33 g/ m2 , the amount of the resin binder attached was 3.3 g/ m2 , and the amount of the CNF attached was 0.04 g/ m2 . The filter performance was evaluated according to (1) to (4) above using the obtained filter. The results are summarized in Table 1.
実施例２～８、比較例１～５
塗工液の組成を変えることによって、各成分の付着量が表１に示すように変更されたフィルターを作成した。比較例１及び３では、ＣＮＦの代わりにカルボキシメチルセルロース(ＣＭＣ)を溶解させて用い、比較例２、４及び５ではＣＮＦとＣＭＣのいずれも用いなかった。フィルターにおける各成分の付着量とフィルター性能の評価結果を表１にまとめて示す。
Examples 2 to 8, Comparative Examples 1 to 5
By changing the composition of the coating liquid, filters were produced in which the amount of each component attached was changed as shown in Table 1. In Comparative Examples 1 and 3, carboxymethyl cellulose (CMC) was dissolved and used instead of CNF, and in Comparative Examples 2, 4, and 5, neither CNF nor CMC was used. The amount of each component attached to the filter and the evaluation results of the filter performance are summarized in Table 1.
Claims (8)
粒子（Ａ）の平均粒子径が０．１μｍ以上２００μｍ以下であり、
樹脂バインダー（Ｂ）が、水性エマルジョン中の固形分に由来するものであり、
セルロースナノファイバー（Ｃ）が、平均径が１～１００ｎｍでアスペクト比（繊維長／繊維径）が１００以上のセルロース繊維であり、かつ
樹脂バインダー（Ｂ）に対するセルロースナノファイバー（Ｃ）の質量比（Ｃ／Ｂ）が０．００１～０．１である、エアフィルター。 An air filter comprising a mixture of at least one type of particle (A) selected from the group consisting of porous particles, solid acid particles, and solid base particles, a resin binder (B), and cellulose nanofibers (C) fixed to an air-permeable substrate (D),
The average particle size of the particles (A) is 0.1 μm or more and 200 μm or less,
The resin binder (B) is derived from a solid content in an aqueous emulsion,
The cellulose nanofibers (C) are cellulose fibers having an average diameter of 1 to 100 nm and an aspect ratio (fiber length/fiber diameter) of 100 or more,
An air filter, in which the mass ratio (C/B) of the cellulose nanofiber (C) to the resin binder (B) is 0.001 to 0.1 .
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