CN1244134A - 过滤器滤材及使用该滤材的空气过滤器组件 - Google Patents

Abstract

一种过滤器滤材和空气过滤器组件,可构成具有除去空气中浮游粒子的功能和用于除臭及抗菌等的有机物分解功能、寿命长且小型、结构紧凑的空气清洁系统。将含有氧化钛的未烧成PTFE单向拉伸薄膜和半烧成PTFE单向拉伸薄膜重合,将其同时沿宽度方向拉伸而形成积层薄膜,通过在这种积层薄膜的两面上层压树脂制的无纺布而制成过滤器滤材。在这种过滤器滤材中,含有氧化钛的PTFE薄膜层成为具有光催化剂功能的透气层(2),未含有氧化钛的PTFE薄膜层成为具有浮游粒子收集功能的透气层(3),树脂制的无纺布层成为透气性支持层(4a)、(4b)。

Description

过滤器滤材及使用该滤材的空气过滤器组件

技术领域

本发明涉及一种过滤器滤材及使用该滤材的空气过滤器组件。过滤器滤材及使用该滤材的空气过滤器组件用于清洁例如无尘室内、液晶或半导体制造装置内等的空气。

背景技术

在医疗，食品，生物工程，半导体工业等领域中，由于产品质量上等的理由，清洁空气是很重要的。清洁空气除了除去浮游粒子之外，还是以除臭、抗菌等为目的而进行的。为了达到这一目的，以下所述的空气清洁系统是公知的，而且其中的一部分正在使用。

例如，将活性碳等吸附剂填充在柱形装置中的化学过滤器和空气过滤器组件组合而成的空气清洁系统是众所周知的(例如，日本特开平7-226382号公报)。这种空气清洁系统是通过上述吸附剂使气体吸附而除臭，再由所述空气过滤器组件收集、除去浮游粒子的装置。而且，将采用氧化钛等光催化剂的无菌化机构过滤器(组件)和空气过滤器组件组合而成的空气调节装置也是众所周知的(日本特开平7-284523号公报、特开平7-284522号公报等)。通过光的照射，上述光催化剂生成活性氧等活性材料，因此具有分解周围的有机物(包含细菌等微生物)的功能。因此，在这种装置中，通过采用光催化剂的无菌化机构过滤器(组件)将恶臭原因的有机物分解、除去，进行抗菌除臭，再由上述的空气过滤器组件收集、除去浮游粒子。

但是，在采用上述化学过滤器的空气清洁系统中，吸附剂的吸附量是有限度的，通常为一年的寿命。因此，在这种空气清洁系统中，为了化学过滤器的更换就必须停止无尘室等的工作，给无尘室内的工作带来麻烦。而且，采用光催化剂的空气清洁装置由于解决寿命问题而使用二个组件，所以空气清洁装置的形状增大，不能有效地利用空间且成本也增加。

发明的公开

因此，本发明的目的是提供一种过滤器滤材及空气过滤器组件，可构成具有除去空气中浮游粒子的功能、用于除臭及抗菌等的分解有机物的功能、寿命长且小型的结构紧凑的空气清洁系统。

为达到上述目的，本发明的过滤器滤材具有光催化剂功能。

这样，如果使过滤器滤材本身具有光催化剂功能，则该过滤器就同时具有浮游粒子收集功能和分解有机物的功能，可实现采用该过滤器的空气过滤器组件的小型化和结构紧凑化。而且，由于光催化剂功能没有寿命的问题，所以本发明的过滤器滤材及采用该滤材的空气过滤器组件的寿命长。

在本发明的过滤器滤材中，最好的式样是以下所示的第1过滤器滤材和第2过滤器滤材。

上述第1过滤器滤材具备具有光催化剂功能的透气层及具有浮游粒子收集功能的透气层。

在上述第1过滤器滤材中，具有光催化剂功能的透气层最好是由加入光催化剂的氟树脂形成。如上所述，由于光催化剂具有分解有机物的功能，所以在由有机物形成加入这一功能的构件的情况下，其加入部分将劣化。但是，如果采用氟树脂，则可防止这种劣化。在本发明中最好采用氟树脂就是基于这一理由。在氟树脂中，最合适的是聚四氟乙烯(以下称为「PTFE」)。这是因为PTFE是非常稳定的树脂，不会因光催化剂而劣化，而且不必担心发生硼等不纯物，非常适合作为过滤器滤材的构成材料。

在上述第1过滤器滤材中，具有光催化剂功能的透气层最好是由加入光催化剂的氟树脂制的多孔质膜形成。

在上述第1过滤器滤材中，具有光催化剂功能的透气层最好是由PTFE纤维化并具有相互缠绕在一起的结构的PTFE拉伸多孔质膜构成。这种结构的多孔质膜，由于光催化剂配置在纤维表面上，并且其表面面积也较大，所以光催化剂作用的效果大，而且还具有除去浮游粒子的功能。

在上述第1过滤器滤材中，具有光催化剂功能的透气层最好是由在水性分散体中的PTFE一次粒子的凝结时与光催化剂粉末共存，并共同沉析而得到的含有光催化剂的PTFE二次粒子粉末制造的。这是因为这样的透气层可大量地含有光催化剂。在这种情况下，PTFE中的光催化剂的比例最好是在10.1～40重量％的范围内或超过30重量％而在50重量％以下的范围内。

在上述第1过滤器滤材中，为了提高机械强度，最好具备透气性层支持层。

上述第2过滤器滤材具备具有光催化剂功能的透气性支持层及具有浮游粒子收集功能的透气层。

在上述第2过滤器滤材中，具有光催化剂功能的透气性支持层最好是由加入光催化剂的氟树脂纤维制的织物和无纺布中至少一方的布匹形成的。

在上述第2过滤器滤材中，具有光催化剂功能的透气性支持层最好是由加入光催化剂的纸形成的。

在上述第2过滤器滤材中，具有光催化剂功能的透气性支持层最好是由在水性分散体中的PTFE一次粒子的凝结时与光催化剂粉末共存并共同沉析而得到的含有光催化剂的PTFE二次粒子粉末制造的PTFE纤维构成的。这是因为这种透气性支持层可大量地含有光催化剂。在这种情况下，PTFE中的光催化剂的比例最好是在10.1～40重量％的范围内或超过30重量％而在50重量％以下的范围内。

而且，在本发明的过滤器滤材中，光催化剂最好是金属氧化物。其中，最好是光催化剂功能优良的锐钛矿型氧化钛。最佳的是锐钛矿型二氧化钛(以下简称「氧化钛」)。另外，作为具有光催化剂功能的金属氧化物，可列举出例如钛、锌、铜、铝、锡、铁和钨等各种金属的氧化物，可根据过滤器滤材的用途适当地选择使用。

而且，由于与上述同样的理由，在本发明的过滤器滤材中，具有浮游粒子收集功能的的透气层最好是通过将PTFE拉伸处理而纤维化，并相互缠绕在一起而形成的多孔质膜。本发明的空气过滤器组件为上述本发明的过滤器滤材在被弯折成波状的状态下收存在框体内，并将上述过滤器滤材和上述框体之间的间隙密封的装置。本发明的空气过滤器组件是小型且结构紧凑。

在本发明的空气过滤器组件中，上述第1及第1过滤器滤材被弯折成波状，该过滤器滤材最好是在具有光催化剂功能的透气层位于气流上流侧，具有浮游粒子收集功能透气层位于气流下流侧的状态下被收存在框体内，并将上述过滤器滤材和上述框体之间的间隙密封。

根据这种结构，由于即使光催化剂脱落也会被具有浮游粒子收集功能的透气层所收集，所以无尘室等不会被光催化剂污染。

附图的简要说明

图1为本发明过滤器滤材的一实施例结构的剖视图。

图2为本发明过滤器滤材的其它实施例结构的剖视图。

图3为本发明过滤器滤材的另一实施例结构的剖视图。

图4为本发明过滤器滤材的再一实施例结构的剖视图。

图5为本发明空气过滤器组件中的光源配置一例的立体图。

图6为本发明空气过滤器组件中的光源配置的另一例的立体图。

图7为本发明空气过滤器组件的一实施例结构的立体图。

图8为上述空气过滤器组件的过滤器滤材的弯折状态的剖视图。

图9为辊式拉伸装置结构一例的结构图。

图10为拉幅式拉伸装置结构一例的结构图。

图11为制造无纺布的装置结构一例的结构图。

图12为空气循环系统结构的结构图。

实施发明的最佳方式

以下，对本发明的实施例加以说明。首先，参照图1～图4的剖视图，对本发明的过滤器滤材的构成例加以说明。

图1所示的本发明的过滤器滤材1为单层，该层兼有浮游粒子收集功能和光催化剂功能。这种结构是最基本的结构，而要用于实用，则最好是后述的结构。

图2所示的本发明的过滤器滤材是积层具有光催化剂功能的透气层2和具有浮游粒子收集功能的透气层3而构成的。这种过滤器滤材相当于上述第1过滤器滤材。如上所述，具有光催化剂功能的透气层2最好是由加入光催化剂的氟树脂等形成的，特别是，最好是通过拉伸处理加入光催化剂的PTFE薄膜，使PTFE纤维化并相互缠绕在一起而形成的多孔膜。而且，上述具有浮游粒子收集功能的透气层3最好是通过拉伸处理PTFE薄膜，使PTFE纤维化并相互缠绕在一起而形成的多孔质膜。

图3所示的本发明的过滤器滤材为在图2所示的过滤器滤材中，积层具有光催化剂功能的透气层2和具有浮游粒子收集功能的透气层3，在该积层体的两表面上形成透气性支持层4(4a、4b)。透气性支持层4可使用无纺布、织物、网状物和其它多孔膜等透气性支持材料。上述支持材料的材质可以是烯烃(例如，聚乙烯、聚丙烯等)、尼龙、聚酯、芳族聚酰胺、这些材料的复合物(例如，芯鞘结构的纤维构成的无纺布、由低熔点材料层和高熔点材料层构成的双层结构的无纺布等)、氟类透气性材料「例如PFA(四氟乙烯-全氟化烷基乙烯基醚共聚物)的网状物、FEP(四氟乙烯-六氟丙烯共聚物)的网状物和PTFE的多孔膜等」。上述支持材料中，最好是由芯鞘结构的纤维构成的无纺布，由低熔点材料层和高熔点材料层构成的双层结构的无纺布等。这是因为这些加强材料在层压时不会收缩。

图4所示的过滤器滤材为上述第2过滤器滤材的一实施例。即这种过滤器滤材为在具有浮游粒子收集功能的透气层3(透气层3不必一定是一层)的两面上积层透气性支持层5(5a、5b)，其中至少一层具有光催化剂功能。如上所述，上述透气性支持层5最好是由加入光催化剂的氟树脂纤维制的织物和无纺布中至少一方的布匹或加入光催化剂的纸形成的。

本发明的过滤器滤材的用途并没有特别的限制，例如，可适用于中性能、HEPA(高效粒子气流)和ULPA(超低穿透气流)等各种空气过滤器组件等。

在上述第1过滤器滤材中，通常，具有光催化剂功能的透气层的厚度为0.5～100μm，具有浮游粒子收集功能的透气层的厚度为0.5～1000μm，包含透气性支持层的整体厚度为10～2000μm。而且，在上述第2过滤器滤材中，通常，具有光催化剂功能的透气性支持层的厚度为10～2000μm，具有浮游粒子收集功能的透气层的厚度为0.5～1000μm，整体厚度为10～3000μm。

以下，对上述第1过滤器滤材的制造方法加以说明。这种过滤器滤材可通过例如制成含有氧化钛的未烧成PTFE单向拉伸薄膜及半烧成PTFE单向拉伸薄膜，将其相互重合，然后通过在宽度方向上拉伸而制成。另外，根据需要，也可在宽度方向上拉伸后再层压透气性支持构件。

首先，制成含有氧化钛的PTFE未烧成单向拉伸薄膜。

准备乳液聚合PTFE粒子的水性分散液(A)和氧化钛的水性分散液(B)。上述乳液聚合PTFE粒子通常是数平均分子量为200～1000万，平均粒径为0.1～0.4μm。而且，乳液聚合PTFE粒子的浓度通常为10～30重量％。另一方面，上述氧化钛的平均粒径通常为5～100nm，并且通常为粉末、10～30重量％的水性分散体。然后，将上述二种水性分散液放入具备搅拌叶和温度调节护封的沉析槽中搅拌，在PTFE粒子凝结的同时也使氧化钛粉末共沉析，使PTFE一次粒子的凝结粒子中混入氧化钛，生成二次凝结粒子。然后，利用网状物等将上述二次凝结粒子从水相中分离，通过恒温器等干燥，调制出含有氧化钛的PTFE粉末。这样，当由上述两分散液共沉析而制成含有氧化钛的PTFE粉末时，可使其更多地含有氧化钛(例如，最好是在10.1～40重量％的范围内或超过30重量％而在50重量％以下的范围内)，由于后述的易拉伸和氧化钛易于均匀地位于PTFE纤维表面上而是所希望的。通常，最好将这种PTFE粉末调整成含有1～50重量％的氧化钛，平均粒径为300～2000μm的颗粒，而且表观密度大概为300～700g/升。

接着，通过以往公知的糊状挤压法，将上述含有氧化钛的PTFE粉末成形为规定的形状。在成形时，相对于上述含有氧化钛的PTFE粉末的100份重量单位，通常以20～35份重量单位的比例配合有成形助剂(液状润滑剂)。上述成形助剂可使用例如以往在糊状挤压法中使用的助剂。而且，也可在上述糊状挤压法之前进行预备成形。一般来说，在上述PTFE粉末和成形助剂的混合物预备成形后，通过糊状挤压机挤压成形为棒状，用轧辊等将该挤压成形物辊轧成薄膜状，然后再将成形助剂干燥并除去，从而获得含有氧化钛的未烧成PTFE薄膜。

然后，将上述含有氧化钛的未烧成PTFE薄膜沿纵长方向(MD方向，轧制方向)单向拉伸。例如可用图9所示的辊式拉伸装置进行拉伸。即，在这种装置中，从放出辊21通过辊23、24和25将上述未烧成PTFE薄膜送到辊26、27，在此，向MD方向拉伸规定倍率。该拉伸原理是根据辊26、27的卷绕速度大于放出辊21的薄膜送出速度。被拉伸的薄膜以辊28、29、热定形辊10、冷却辊11和辊12的顺序输送，最终卷收在卷收辊22上。通常，上述拉伸倍率为5～30倍。而且，拉伸时的温度通常为150～320℃。

另一方面，制造半烧成PTFE单向拉伸薄膜。另外，关于半烧成PTFE薄膜，在日本特开昭59-152825号公报中有详细记载，关于烧成度，在日本特开平5-202217号公报中有记载，本发明即根据于此。

即，首先，与上述相同，用PTFE细粉末及成形助剂，由通常的加工法进行糊状挤压，轧制，成形助剂的干燥除去而制成半烧成PTFE薄膜。上述PTFE细粉末和成形助剂的配合量等诸条件可适当确定。这样，用上述辊式拉伸装置(参照图9)，沿纵长方向(MD方向，轧制方向)拉伸半烧成PTFE薄膜。这时的拉伸倍率通常为5～30倍，拉伸时的温度通常为200～320℃。

接着，将这样获得的含有氧化钛的未烧成PTFE单向拉伸薄膜和半烧成PTFE单向拉伸薄膜重合，沿宽度方向(TD方向)进行双向拉伸。这种TD方向的拉伸可用例如图10所示的拉幅式拉伸装置进行。这种装置为可用夹钳连续地将沿纵长方向(MD方向)被拉伸的薄膜的宽度方向两端夹住的装置。即在这种装置中，上述含有氧化钛的未烧成PTFE单向拉伸薄膜和半烧成PTFE单向拉伸薄膜从二个放出卷筒31(31a、31b)分别放出后立即重合，在这种状态下，经过控制辊32，顺序地通过预热恒温器33，宽度方向拉伸恒温器34，热固定恒温器35，在通过时进行宽度方向的拉伸处理和热固定处理。这样，宽度方向拉伸的薄膜被送到层压辊38、39，根据需要与从无纺布等透气性支持材料放出辊36、37送出的透气性支持材料层压。然后，层压薄膜经卷收控制辊40而最终卷收在卷收筒41上。另外，TD方向的拉伸，拉伸倍率通常为5～50倍，拉伸温度为200～300％。而且，上述半烧成PTFE单向拉伸薄膜预先至少是二枚重叠地使用，但从机械强度和收集效率的观点来看是所希望的。

这样，制成图3所示结构的过滤器滤材。在这种过滤器滤材中，具有光催化剂功能的透气性层2是由含有氧化钛的PTFE纤维相互缠绕在一起而形成的多孔质膜构成，具有浮游粒子收集功能的透气层3是由PTFE纤维相互缠绕在一起而形成的多孔质膜构成，透气性支持层4是由无纺布等形成的。这种过滤器滤材作为HEPA(高效微粒空气过滤器)和ULPA(超低穿透空气过滤器)具有充分性能。

在这种过滤器滤材中，透气性支持层4也可采用活性炭纤维无纺布。活性炭纤维无纺布由于具有同化学过滤器一样的功能，所以具有优良的除去本发明的过滤器滤材中有机物的功能。同样，在形成具有光催化剂功能的透气层2时，将活性炭，沸石等吸附剂和光催化剂一起混合，也可以将其加入在上述透气层中。

在这种制造方法中，可分别由含有氧化钛的半烧成PTFE单向拉伸薄膜代替含有氧化钛的未烧成PTFE单向拉伸薄膜，或由未烧成PTFE单向拉伸薄膜代替半烧成PTFE单向拉伸薄膜。

而且，因为具有由含有氧化钛的PTFE纤维相互缠绕在一起而形成的多孔质膜构成的光催化剂功能的透气层2具有浮游粒子收集功能，所以在上述制造方法中，如果在上述规定的条件下，沿宽度方向拉伸含有氧化钛的未烧成PTFE单向拉伸薄膜，则可制成图1所示的单层过滤器滤材。

在上述制造方法中，如果省略无纺布等透气性支持材料的层压工序，则可制成图2所示结构的过滤器滤材。

以下，对上述第2过滤器滤材的制造方法加以说明。上述第2过滤器滤材可通过例如层压具有光催化剂功能的透气性支持材料和具有浮游粒子收集功能的透气性薄膜而制成。

首先制造具有光催化剂功能的透气性支持材料。作为上述透气性支持材料，可列举出例如加入光催化剂的PTFE纤维的无纺布，可用图11的装置通过以下的方法制成(参照WO 96/10668号公报)。

即，首先，如上述第1过滤器滤材的制造方法中所记载的，制造含有氧化钛的未烧成PTFE薄膜。这种薄膜的厚度通常为50～250μm。然后，将这种薄膜烧结。烧结温度通常为350～380℃。接着，与上述相同，用图9所示的辊式拉伸装置等沿纵长方向将含有氧化钛的烧结PTFE薄膜拉伸2.5～10倍。

接着，通过图11所示的装置，将这样获得的含有氧化钛的烧结PTFE单向拉伸薄膜(以下，称为「原反PTFE薄膜」)开纤，制成纤维网，再由此制成无纺布。图示的装置具备将原反薄膜开纤，制造纤维网的针刃辊53，将原反薄膜导出到该针刃辊上的原反辊51、52，防止制成的纤维网飞散的护罩54，吸引护罩54内的空气以收集纤维网的鼓风机55，用于输送纤维网的传送带56和用于由纤维网制造无纺布的一对夹持热辊58(58a、58b)。上述针刃辊53的发生纤维网一侧的半部分位于护罩54的内部，护罩54和夹持热辊58之间由传送带56连接。

采用这种装置的无纺布制造按以下方式进行。即，从原反辊51(51a、51b)将原反PTFE薄膜导出到针刃辊53上而进行开纤。这时，一般同时从原反辊52(52a、52b)将层压用的原反薄膜导出到针刃辊53上。这是因为只由PTFE纤维构成的无纺布难以层压。作为上述其它的原反薄膜，可列举出例如聚丙烯薄膜，PFA薄膜，聚乙烯薄膜，聚酯薄膜，ETFE薄膜和FEP薄膜等。然后，当上述原反PTFE薄膜和层压用的原反薄膜同时开纤时，在护罩54的上部发生各种树脂纤维均匀混合的混合纤维网57，这种混合纤维网57由鼓风机55产生的空气流被引向护罩54的下方，落在位于此处的传送带56的一端上。接着，混合纤维网57由传送带56送到夹持热辊58上，由此在加热的状态下被夹持而加工成无纺布59。这样一来，可制成含有氧化钛的PTFE纤维的无纺布。无纺布的组成可由原反PTFE薄膜和层压用原反薄膜的辊筒数(辊数)等调整，而且，无纺布的疏密可根据传送带的传送速度调整。

另外，这种方法虽然是称为开纤法。但是除此之外，根据将原反薄膜开纤而纤维化的方法(例如，日本特公昭36-22915号公报，特公昭48-8769号公报所记载的方法)，也可制造含有氧化钛的PTFE纤维无纺布。

另一方面，制造具有浮游粒子收集功能的透气性薄膜。这种薄膜可通过上述第1过滤器滤材的制造方法中所述的方法制造。通过这种方法制成的透气性薄膜为PTFE纤维相互缠绕在一起的多孔质化的薄膜。

然后，当层压上述含有氧化钛的PTFE纤维无纺布和具有浮游粒子收集功能的透气性薄膜时，可制成上述第2过滤器滤材。根据上述层压用原反薄膜的种类适当决定层压的条件(温度、压力等)。另外，也可用上述支持材料(由PP，PET等形成的材料)将具有浮游粒子收集功能的层夹在中间。另外，上述具有浮游粒子收集功能的透气层除了采用透气性薄膜之外，还可采用以往一直使用的、例如玻璃纤维性的HEPA或ULPA等过滤器。

作为透气性支持材料，除了采用含有氧化钛的PTFE纤维无纺布之外，还可采用先前所例示的以往一直使用的在透气性支持材料中加入氧化钛的材料。而且，除了作为上述以往的透气性支持材料而例示的材料之外，还可列举出由PFA，FEP，ETFE和PVDF等氟树脂形成的单丝等。其中，特别是氟树脂纤维制的织物中加入氧化钛的材料最好。加入氧化钛的方法有例如将全氟橡胶作为粘接剂将氧化钛粘接在透气性支持材料上的方法。作为上述全氟橡胶，可列举出四氟乙烯-全氟化甲基乙烯基醚共聚物和四氟乙烯-六氟丙烯共聚物等。而且，粘接方法可列举出将全氟化橡胶水性分散液和氧化钛水性分散液混合，再将该混合物涂敷在透气性支持材料上，之后使其干燥而除去溶剂(水)的方法。

而且，在使用纸作为透气性支持材料的情况下，也可将全氟橡胶和氧化钛的混合物含浸在纸中，之后干燥并除去溶剂(水)。这样一来，在纸的内部中也加入了氧化钛。

另外，如果采用将全氟橡胶作为粘接剂的加入方法，则除了在上述透气性支持材料之外，也可在具有浮游粒子收集功能的透气层等上加入氧化钛。例如，对于上述玻璃纤维制的HEPA，ULPA等过滤器，采用全氟橡胶，通过上述的方法也可加入氧化钛。

在这种第2过滤器滤材中，在形成具有光催化剂功能的透气性支持材料时，如果将活性炭、沸石等吸附剂和光催化剂一起使用，则可具备和化学过滤器相同的功能，进一步提高有机物的除去功能。

以下，对本发明的空气过滤器组件加以说明。

本发明的空气过滤器组件为将上述本发明的过滤器滤材在弯折成波状的状态下收存在框体内，将上述过滤器滤材和上述框体之间的进行密封的组件。

图7的立体图表示本发明的空气过滤器组件的一例。如图所示，这种空气过滤器组件被称为微摺型组件，过滤器滤材7通常被弯折成宽度为25～50mm的波状，其波的间隙(波的峰峰之间)通常为2～5mm。这一间隙由用热融粘接剂(例如，ダィァボンド(商品名))形成条状或带状的数个隔板8保持。隔板8相互间的距离通常为25～50mm。过滤器滤材7收存在由四个框材9a、9b、9c和9d构成的框体内，框体和过滤器滤材7之间的间隙为了保持气密而密封起来。这种密封可由热融粘接剂(例如，ダィァボン ド(商品名))进行。本发明的空气过滤器组件的大小可根据其用途而适当决定。

图8表示上述过滤器组件中过滤器滤材7的隔板8的局部剖视图。如图所示，隔板8形成于弯折成波状的过滤器滤材的每一波峰上，其截面形状为沿过滤器滤材的波状的大致V字形。隔板8的长度由过滤器滤材的弯折幅度而适当决定，通常，上述大致V字形的单侧脚长最好约为上述弯折幅度的一半的长度，例如在过滤器滤材的弯折幅度约为40mm的情况下，隔板8的大致V字形的单侧脚长最好为20mm。通过隔板8的形成，可保持过滤器滤材7的波状，使空气均匀地通过。

在本发明的空气过滤器组件中，如先前所述，在使用本发明的上述第1和第2过滤器滤材的情况下，最好是在具有光催化剂功能的透气层位于气流上流侧，而具有浮游粒子收集功能的透气层位于气流下流侧的状态下收存在框体内。

本发明的空气过滤器组件的性能，可通过根据其用途来选择过滤器滤材而适当设定。

也可使本发明的空气过滤器组件为组装有光源的结构。这是因为如果没有光，就不能发挥光催化剂功能，从而不能获得除臭、抗菌等效果。作为光源，例如在采用氧化钛的情况下，最好是使用紫外线灯。而且，组装形式只要是光照射在具有光催化剂功能的透气层或具有光催化剂功能的透气性支持层上，则并无特别的限制。通常，如图5所示，具有光催化剂功能的透气层2位于气流上流侧，具有浮游粒子收集功能的透气层3位于气流下流侧。而且光源配置在气流的上流侧。在该图中，9为框体。如果是这种结构，则即使万一光催化剂脱落，也由具有浮游粒子收集功能的透气层3所收集。而且，将光源(灯)配置在气流上流侧表示可如下地组装，即在本发明的空气过滤器组件由于物理上困难的家庭用空气清洁机中的情况下，如图6所示，使具有浮游粒子收集功能的透气层3位于箭头所示的空气流的上流侧，而使具有光催化剂功能的透气层2位于空气流的下流侧。在该图中，9为框体。另外，组装光源固然很好，当在可利用自然光的情况下就不必组装光源。

本发明的空气过滤器组件还可根据其用途，组装以外的化学过滤器。

本发明的空气过滤器组件可用于很广的用途，不必仅限于除去浮游粒子的用途，也非常适用于除去微生物或有机物的用途。例如，可举出用于半导体制造、医院、制药、精密仪器和食品等各种领域中的无尘室。而且适用于半导体制造中的各种装置，例如扩散炉，潮湿的场所，具有氨等问题的装置(曝光机)等中。还适用于家庭用空气清洁机中。

以下，对实施例加以说明。在以下，通过下述的方法测量平均孔径和压力损失。

(平均孔径)

以ASTM F-316-86的记载为基准测量的平均流动孔径(MFP)作为平均孔径。实际的测量是用库耳特气孔计(Coulter Porometer)「库耳特电子设备(Coluter Electronics)公司(英国)制」进行的。另外，平均孔径为一个测量处的数个孔径的平均值，每一个样品测量10处，得出10个平均孔径。

(压力损失)

将样品切出直径为47mm的圆形，放置在透过有效面积为12.6cm2的薄膜保持器上，在其入口一侧加压至0.4kg/m2，通过流量计(上岛制作所制，以下相同)将从出口一侧出来的空气流量调节到使透过流速为5.3cm/秒，用气压表测量这时的压力损失。

(实施例1)

(1)含有氧化钛的PTFE原料粉末的制造

将含有8kg乳液聚合PTFE粒子(数平均分子量：500万，平均粒径：约0.3μm)、浓度为10重量％的水性分散液和含有2kg氧化钛(日本ァェロジル公司制二氧化钛P25，平均粒径为21nm)的水性分散液同时注入带有搅拌叶和温度调节护封的沉析槽(容积：150升，槽内温度：30℃)，然后进行搅拌，生成PTFE粒子和氧化钛粒子均匀凝结的二次凝结粒子。利用纤维网从水相中将二次凝结粒子分离出来。然后将二次凝结粒子在恒温器(13℃)中干燥，从而获得含有20重量％氧化钛的PTFE粉末(平均粒径：500μm，表观密度：约450g/升)。

(2)含有氧化钛的未烧成PTFE薄膜的制造

在上述(1)中获得的含有氧化钛的PTFE粉末100份重量中混合25份重量的成形助剂(石油溶剂ァィソパ-M，ェクソン公司制)而使其粘状化。将这种粘状物通过糊状挤压法挤压成棒状，再由轧辊轧制，然后通过干燥将成形助剂除去，获得宽度为200mm、厚度为150μm、连续的含有氧化钛的未烧成PTFE薄膜。

(3)单向拉伸薄膜的制造

将这种未烧成PTFE薄膜制成宽度为160mm之后，采用图8所示的辊式拉伸机，向MD方向(纵长方向)拉伸10倍。拉伸后的薄膜宽度为145mm。上述的拉伸条件如下。

辊26：辊表面温度为300℃，周速度为1.1m/分

辊27：辊表面温度为300℃，周速度为11m/分

(4)半烧成PTFE单向拉伸薄膜的制造

另一方面，半烧成PTFE单向拉伸薄膜的制造如下。即，首先，除了采用PTFE薄膜粉末(聚四氟乙烯合成树脂薄膜粉末F104，ダィキン工业公司制)代替含有氧化钛的PTFE粉末之外，与上述(2)中记载的方法相同地进行糊状挤压，轧制，成形助剂的干燥和除去，制成厚度为100μm的未烧成PTFE薄膜。将这种未烧成PTFE薄膜在338℃的恒温器中加热处理45秒，得到烧成度为0.40的半烧成薄膜。然后，采用图9所示的辊式拉伸机，沿纵长方向将这种半烧成PTFE薄膜拉伸15倍。这时的拉伸条件如下。

辊23、24：放出速度为0.5m/分，室温，薄膜宽度为200mm

辊26：周速度为4m/分，温度为300℃

辊27：周速度为7.5m/分，温度为300℃

辊10：周速度为7.5m/分，温度为25℃

辊22：卷收速度为7.5m/分，室温，薄膜宽度为145mm

(5)过滤器滤材的制造

通过图10所示的拉幅式拉伸机将含有氧化钛的未烧成PTFE单向拉伸薄膜和二枚半烧成PTFE单向拉伸薄膜沿宽度方向(TD方向)拉伸约34倍，然后进行热定形，制成图2所示结构的薄膜滤材。上述宽度方向的拉伸及热定形的条件如下。

·薄膜行走速度：3m/秒

·预热恒温器的温度：305℃

·宽度方向拉伸恒温器的温度：320℃

·热固定恒温器的温度：370℃

这样获得的薄膜滤材的平均孔径(测量处：随机选择的10处)范围为0.3～0.6μm。

(7)透气性支持材料的层压

接着上述宽度方向的拉伸，采用图10所示拉幅式拉伸机的层压装置，在过滤器滤材的两面上在线地层压无纺布。无纺布的种类及层压条件如下。

上侧无纺布：ェルベスT1003WDO(ュニチカ公司制)

下侧无纺布：ェルフィットE0303WDO(ュニチカ公司制)

加热辊温度：190℃

这样，制成图3所示结构的过滤器滤材。这种过滤器滤材的压力损失(测量处：随机选择的10处)的范围为25mmH2O～40mmH2O。

(8)空气过滤器组件的制造

以下，采用上述过滤器滤材制造空气过滤器组件。即，首先准备全长为21m的上述过滤器滤材和气流出入面的形状为正方形(正方形一边的外尺寸：610mm)的铝制框体(进深65mm)。然后，使上述过滤器滤材可收存在上述框体内地将其宽度裁断并将其打摺，在将其收存在框体内后，用聚氨基甲酸脂粘接剂(KU850，コニシ公司制)将过滤器滤材和框体的间隙密封，制成气体出入面为正方形(有效尺寸：正方形的一边大致为580mm)的空气过滤器组件(参照图7)。另外，在过滤器滤材中，为了保持规则的摺间隔，采用热融粘接剂形成隔板(参照图8)。

(9)空气过滤器组件的性能评价

通过以下所示的方法，对空气过滤器组件的收集效率、氧化钛粒子的流失及光催化剂功能进行了研究。其结果如下所示。

(收集效率)

使含有氧化钛的PTFE层位于气流的上流侧地将空气过滤器组件配置在气流中，在空气过滤器组件的面速为0.5m/秒的气流(约为10m3/分的流量，由流量计调整)的条件下，用压力表测量空气过滤器组件的压力损失时，压力损失为10mmH2O。在这种条件下，使由粒子发生器产生的DOP粒子以浓度为107个/ft3地从上流侧流入而测量的过滤器收集性能的结果为将0.1μm～0.12μm的DOP粒子除去了99.9995％。另外，收集效率的测量是采用下流侧设置的微粒计数器(LAS-X-CRT，PARTICLE MEASUROING SYSTEM INC.(PMS)公司制(美国)，以下相同)进行的。

(氧化钛粒子的流失)

将可除去0.3μm的粒子99.97％的HEPA过滤器作为预滤器设置在气流中，除了不使DOP粒子流入之外，与上述空气过滤器组件的配置和气流的条件相同，将微粒计数器和可测量7nm以上粒子的凝缩粒子计数器(型号3022A，日本カノマックス公司制)并用，对下流侧的微粒进行48小时测量。这种测量是连续48小时使用微粒计数器，每隔一小时使用一分钟凝缩粒子计数器地间断使用而进行的。其测量结果为在任一计数器中均未记录到粒子。从这一结果可知，这种空气过滤器组件没有氧化钛的流失。

(光催化剂功能)

在图12所示的可密封空气循环系统中配置有空气过滤器组件63。如图所示，这种空气循环系统为六面被壁64所覆盖的四方形箱体形状，具备与变速驱动装置62连接的风扇61，安装在一侧的壁64上的二个黑光灯(ネォルミスス-パ-15W，三菱电机公司制)66，格栅65和形成气流流路的导向板68。然后，在含有氧化钛的层与上述二个黑光灯相对面的状态下将空气过滤器组件63配置在上述流路途中。上述格栅65也配置在上述流路途中。而且，气体监控器(1302型，B&K公司制)的检测部分67位于空气过滤器组件63和格栅65之间。这种空气循环系统的整个容积约为2m3。而且，这种空气循环系统中的空气循环如下所示。即，当通过变速驱动装置62使风扇61旋转时产生气流。产生的气流以沿导向板68和壁64流动，通过空气过滤器组件63，进而通过格栅65，再返回到风扇61的位置的顺序进行循环(参照图中的箭头)。

采用这种空气循环系统，按以下进行光催化剂功能的研究。首先，从气体监控器的检测部分67使氨气的浓度达到10ppm地将其导入到空气循环系统中。然后作为对照，在黑光灯66无灯光的状态下使空气循环(风扇送风量：2m3/分)48小时之后测量氨的浓度。其结果，氨的浓度没有变化。接着，点燃黑光灯66，用气体监控器测量随时间的变化，24小时后的氨的浓度为8ppm，48小时后的氨的浓度为6ppm，可知氨的浓度减少了。

(实施例2)

(1)原反PTFE薄膜的制造

除了使薄膜厚度为50μm，薄膜宽度为210mm之外，与实施例1相同地制成含有氧化钛的未烧成PTFE薄膜。使这种薄膜在温度为360℃的恒温器中通过约3分钟而烧结。然后采用图9所示的辊式拉伸机将这种烧结薄膜沿薄膜的纵长方向拉伸5倍。这时的拉伸条件如下。

辊26：辊的表面温度为300℃，周速度为1m/分

辊27：辊的表面温度为300℃，周速度为5m/分

(2)含有氧化钛的无纺布的制造

采用上述原反PTFE薄膜和2登尼尔的聚乙烯纤维丝(束)，通过图11所示的装置形成PTFE纤维和聚乙烯纤维的无纺布。这种无纺布的表观为50g/m2，厚度为300μm，上述两纤维的重量配合比为1比1，压力损失为2～3mmH2O。另外，压力损失的测量与实施例1中无纺布的压力损失的测量相同。

(3)过滤器滤材的制造

首先，与实施例相同地制成半烧成PTFE单向拉伸薄膜，将二枚该薄膜重合，用图10所示的拉幅式拉伸机，与实施例1相同地沿宽度方向拉伸。然后，通过上述拉幅式拉伸机的层压装置，用除了将上侧的无纺布换成含有氧化钛的无纺布之外与实施例相同的方法，在沿宽度方向拉伸的薄膜上层压二层无纺布，从而制成过滤器滤材。这种过滤器滤材的压力损失为20～35mmH2O。

(4)过滤器组件的制造和评价

除了采用上述的过滤器滤材之外，与实施例1相同地制成空气过滤器组件。然后，使这种空气过滤器组件的配置除了将上述含有无纺布的一侧配置在气流上流侧之外，与实施例1相同地进行收集效率，氧化钛的流失和光催化剂功能的评价。其结果如表1所示。

(实施例3)

(1)含有氧化钛的无纺布的制造

除了采用10登尼尔的FEP纤维代替聚乙烯纤维，并使夹持热辊的温度为300℃之外，与实施例2相同地制成含有氧化钛的无纺布。这种无纺布的特性是表观为75g/m2，厚度为310μm，压力损失为2～4mmH2O，PTFE纤维和FEP纤维的重量比例(PTFE纤维：FEP纤维)为2比1。另外，压力损失的测量与实施例1中的无纺布的压力损失的测量相同。

(2)过滤器滤材的制造

首先，与实施例1相同地制成半烧成PTFE单向拉伸薄膜，将二枚薄膜重合，采用图10所示的拉幅式拉伸机，与实施例1相同地沿宽度方向拉伸。然后，通过上述拉幅式拉伸机的层压装置，除了将上侧的无纺布换成含有氧化钛的无纺布，不用下侧的无纺布和使热辊的温度为300℃之外，以与实施例1相同的方法，在上述宽度方向拉伸的薄膜上单面层压含有氧化钛的无纺布。然后，与实施例1相同，通过层压装置，在热辊温度为90℃的状态下将下侧无纺布层压在单面层压物的另一面上，从而制成过滤器滤材。这种过滤器滤材的压力损失为20～40mmH2O。

(3)过滤器组件的制造和性能评价

除了采用上述过滤器滤材之外，与实施例1相同地制成空气过滤器组件。然后除了使这种空气过滤器组件的配置为将上述含有氧化钛的无纺布一侧配置在气流上流侧之外，与实施例1相同地进行收集效率，氧化钛的流失和光催化剂功能的评价。其结果如表1所示。

(表1)

                     实施例2      实施例3

组件的压力损失       9mmH2O       10mmH2O

0.1～0.2的DOP的      99.9994％    99.9996％

粒子收集性能

48小时流失粒子的测量 未测量       未测量

光催化剂功能(氨浓度)

初始浓度             10ppm        10ppm

24小时后的浓度       8ppm         7ppm

48小时后的浓度       5ppm         5ppm

从表1可知，实施例2、3的两空气过滤器组件的压力损失小，收集效率高，具有除去氨的功能，并且不会流出氧化钛。

(参考例)

以下示出作为参考例，将采用共沉析法实施含有氧化钛的PTFE粉末的调制情况和采用干混料法实施的情况相比较的例子。

(共沉析法)

将由乳液聚合获得的PTFE粒子的水性分散体(平均粒子直径：0.3μm，数平均分子量：500万，浓度：10重量％，相当于4kgPTFE的量)和氧化钛的水分散体(氧化钛p-25，浓度：10重量％，日本ェァ ロジル公司制，相当于1kg氧化钛的量)在容积50升的搅拌槽内混合搅拌，从而获得PTFE和氧化钛的凝结物。使这种凝结物在150℃的干燥炉内干燥而除去水分成为粉末(粉末①)。这种粉末①的氧化钛含有量为20重量％，粉末粒子的平均粒径为440μm，表观密度为0.45。

(干混料法)

将与上述相同的PTFE粒子的水性分散体在50升的搅拌槽内混合搅拌，从而获得PTFE的凝结物。使这种凝结物在150℃的干燥炉内干燥而除去水分成为粉末。这种粉末的粉末粒子平均直径为450μm，表观密度为0.45。然后，调整这种PTFE粉末和氧化钛粉末，使其合计重量为500g，装入2升的聚乙烯制的广口瓶中，然后振荡混合。在这种混合中，使以氧化钛相对于PTFE粉末为5重量％的比例配合制成的粉末为粉末②，使以氧化钛相对于PTFE粉末为20重量％的比例配合制成的粉末为粉末③。

(成形助剂的配合)

将上述粉末①、粉末②和粉末③的各粉末的500重量单位装入上述广口瓶中，另外再加入成形助剂(石油溶剂，アイソパ-M，埃克森石油公司制)的25重量单位，使其振荡而混合。

(各粉末的评价)

将添加有成形助剂的上述粉末①、粉末②和粉末③的各粉末在桶体直径为50mm，压铸模直径为6mm的金属模具中糊状挤压成形，对成形物的成形性(成形物的外观)进行评价。而且，用砑光辊将这种成形物进行轧制，对轧制性(轧制成厚度为100μm时的外观)进行评价。然后，对上述轧制薄膜的烧结加工品(烧结温度：370℃)的拉伸性(能否在薄膜宽度为20mm，卡盘管为50m，拉伸温度为300℃的状态下拉伸5倍)和上述轧制薄膜的烧结加工品上的氧化钛的分布状态(从薄膜随机采取5处，在50倍的电子显微镜的视野下用微量分析仪扫描)也进行了评价。其评价结果如表2所示。(表2)

     粉末①              粉末②          粉末③

                         有异常          有异常无异常成形性                       成形物不规则    成形物表面上局

     直线性的形成物

                         地蛇行          部发生龟裂

     无异常              有异常          有异常轧制性稳定的长条状薄膜    薄膜宽度不稳定  薄膜有时中断

                         有异常          有异常无异常拉伸性                       10个样品中有    所有样品破裂

     稳定地拉伸

                         2-3个破裂氧化钛的

     均匀                不太均匀        非常不均匀分布状态

从表2可知，如果通过共沉析法对含有氧化钛的PTFE粉末进行调制，则即使使氧化钛的含有量增多，也具有优良的成形性，轧制性，拉伸性和氧化钛的分布等各特性。与此相对，通过干混料法调制含有氧化钛的PTFE粉末时，上述各特性则变劣。

工业上应用的可能性

如上所述，本发明的过滤器滤材兼备浮游粒子收集功能和光催化剂功能。因此，采用该滤材的本发明的空气过滤器组件比以往的空气清洁装置小型且结构紧凑。而且，由于光催化剂没有寿命问题，所以，本发明的过滤器滤材和采用该滤材的空气过滤器组件寿命长。因此，如果采用本发明的空气过滤器组件，则在以除去浮游粒子、除去有机气体、除臭和抗菌等为目的的用途中，可有效地利用空间，而且由于寿命也长，所以可不必停止工作地连续使用无尘室等。其结果，在半导体，精密仪器，制药和食品等各种领域中，有望低成本地制造高品质的产品。而且，如果将本发明的空气过滤器组件用于家庭用空气清洁机或医疗用空气清洁机等中，则可通过小型且结构紧凑的空气清洁机使生活环境或医疗现场清洁舒适。

Claims (20)

1.一种具有光催化剂功能的过滤器滤材。

2.根据权利要求1所述的过滤器滤材，具备具有光催化剂功能的透气层和具有浮游粒子收集功能的透气层。

3.根据权利要求2所述的过滤器滤材，具有光催化剂功能的透气层由加入光催化剂的氟树脂形成。

4.根据权利要求3所述的过滤器滤材，加入光催化剂的氟树脂为聚四氟乙烯。

5.根据权利要求4所述的过滤器滤材，具有光催化剂功能的透气层由具有聚四氟乙烯纤维化并相互缠绕在一起的结构的聚四氟乙烯拉伸多孔质膜构成。

6.根据权利要求5所述的过滤器滤材，具有光催化剂功能的透气层是由含有光催化剂的聚四氟乙烯的二次粒子粉末构成的，该二次粒子粉末是在水性分散体中的聚四氟乙烯一次粒子凝结时，使光催化剂共存于其中并共沉析而获得的。

7.根据权利要求6所述的过滤器滤材，聚四氟乙烯中的光催化剂的比例为10.1～40重量％的范围内。

8.根据权利要求6所述的过滤器滤材，聚四氟乙烯中的光催化剂的比例为超过30重量％而在50重量％以下。

9.根据权利要求2～8中任一项所述的过滤器滤材，具备透气性支持层。

10.根据权利要求1所述的过滤器滤材，具备具有光催化剂功能的透气性支持层及具有浮游粒子收集功能的透气层。

11.根据权利要求10所述的过滤器滤材，具有光催化剂功能的透气性支持层是由加入光催化剂的氟树脂纤维制的织物及无纺布中至少一方的布匹形成的。

12.根据权利要求10所述的过滤器滤材，具有光催化剂功能的透气性支持层是由加入光催化剂的纸形成的。

13.根据权利要求10所述的过滤器滤材，具有光催化剂功能的透气性支持层是由聚四氟乙烯纤维构成的，该聚四氟乙烯纤维是从含有光催化剂的聚四氟乙烯二次粉末中制成的，该聚四氟乙烯二次粉末是由水性分散体中的聚四氟乙烯一次粒子凝结时，使光催化剂共存于其中并共沉析而获得的。

14.根据权利要求13所述的过滤器滤材，聚四氟乙烯中的光催化剂的比例为10.1～40重量％的范围内。

15.根据权利要求13所述的过滤器滤材，聚四氟乙烯中的光催化剂的比例为超过30重量％而在50重量％以下。

16.根据权利要求1所述的过滤器滤材，光催化剂为金属氧化物。

17.根据权利要求16所述的过滤器滤材，金属氧化物为锐钛矿型氧化钛。

18.根据权利要求2所述的过滤器滤材，具有浮游粒子收集功能的透气层为通过将聚四氟乙烯薄膜进行拉伸处理，使聚四氟乙烯纤维化并相互缠绕在一起而形成的多孔质膜。

19.一种空气过滤器组件，将权利要求1所述的过滤器滤材在被弯折成波状的状态下收存在框体内，将上述过滤器滤材和上述框体之间的间隙密封。

20.一种空气过滤器组件，将权利要求2所述的过滤器滤材弯折成波状，在具有光催化剂功能的透气层位于气流上流侧，而具有浮游粒子收集功能的透气层位于气流下流侧的状态下，将该过滤器滤材收存在框体内，将上述过滤器滤材和上述框体之间的间隙密封。

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