JP2000334227A - フィルターおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガラス、セラミックス、金属などの繊維から
なる織布、不織布の表面に抗菌、防汚、脱臭、有害物質
除去の機能を持つフィルターを提供する。 【構成】 無機物からなる不織布あるいは織布の表面に
酸化チタンを１０〜４０ｇ／ｍ² 担持してなるフィルタ
ー。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガラス、セラミック
ス、金属などの繊維からなる織布、不織布の表面に抗
菌、防汚、脱臭、有害物質除去の機能を持つフィルター
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、空気清浄機、エアコンにおいて、
タバコの臭い、花粉、ダニカビなどのハウスダクト、ペ
ットの臭い、各種ウィルス、ホルムアルデヒド、ＳＯ
Ｘ、ＮＯＸなどの有害物質を除去する空気清浄機能付き
の機器が販売されている。これらの空気清浄機能の原理
としては以下のような種々の方式が存在する。これらの
内イオン式、臭いの成分である粒子に帯電し、帯電した
粒子を逆に帯電したフィルターや活性炭で捕捉するもの
である。フィルターや活性炭自体には臭い分解作用はな
いので、、フィルターや活性炭を交換しない限り、臭い
成分は臭い成分は集積し逆に臭い発生器となる場合があ
る。またプラズマ方式ではプラズマから発生するラジカ
ルが上記有害成分を分解するする。しかし有害物質が、
分解仕切れないほど多い場合に備えて、通常別途設けら
れたＨＥＰＡフィルターや活性炭により吸着する方式が
併用されている。この場合もイオン式と同様、ＨＥＰＡ
フィルターや活性炭が時間の差はあれ、有害物質が蓄積
し、臭い発生器となる場合がある。またＨＥＰＡフィル
ターにカテキン、ヒノキチオールなどのラジカル捕捉
剤、抗菌剤を、含浸させたものは、各種有害物質を捕捉
し、初期一定期間は有害物質の一部にたいして消失効果
がある。しかし基本的に有害物質の消失原理はラジカル
捕捉原理であり、全ての有害物質に対して消失効果がな
い。またラジカル捕捉容量は一定限度があり、これを越
えた場合は効果がなくなる。また洗濯などによっても効
果がなくなる。また織布あるいは不織布の表面にアナタ
ーゼ型酸化チタン膜を形成する方法、及び光触媒フィル
ターとＵＶランプの組み合わせによるものが各種提案、
あるいは採用されている。その１つの方法としてアナタ
ーゼ型酸化チタン微粒子の表面の１部をシリカ層で覆
い、これを多セルロースパルプとともにすき込む方法が
知られている。しかしこの方法ではアナターゼ型酸化チ
タン粒子の表面が覆われる結果、光触媒能力が不十分で
あること、また表面に露出したアナターゼ型酸化チタン
がセルロース層を光酸化するためセルロース層の劣化が
起こる問題点がある。セルロースの代わりにガラス繊維
を用いる方法が提案されているが、ガラス繊維はセルロ
ースよりも繊維径が太く、またセルロースのような結晶
構造の乱れによる絡み合いがなく単にアナターゼ型酸化
チタンを同時にすき込んだ場合は、酸化チタンが保持が
十分でなく欠落が起きる。またセルロースやガラスある
いは有機繊維不織布、織布基材にアナターゼ型酸化チタ
ン微粒子をバインダーで固着する方法が提案されてい
る。しかし基材やハ゛インタ゛ーが有機材料である場合はアナ
ターゼ型酸化チタンの光酸化による劣化が起こる。基材
としてガラス繊維織布、あるいは不織布の様な無機の基
材を使用し、ハ゛インタ゛ーとしてテトラアルコキシシランを
加水分解したシリカのような無機物を使用する方法が提
案されている。これら無機物がアナターゼ型酸化チタン
の表面を被覆し、アナターゼ型酸化チタンの露出面積が
低下するため、光触媒能が低下する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、空気
清浄機能として、タバコの臭い、花粉、ダニカビなどの
ハウスダクト、ペットの臭い、各種ウィルス、ホルムア
ルデヒド、ＳＯＸ、ＮＯＸなどの有害物質を瞬間的に捕
捉し、あるいは吸い込み側に滞留させ、フィルターの吐
き出し側に吐出せず、滞留させた有害物質を短期間に分
解し、その効果が長期間有効なフィルターを提供する事
である。本発明の第一の目的は、光触媒の能が高く、基
材の劣化が起こらず、洗濯などの後でも光触媒の剥離が
起こらないフィルターを提供する事にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、無機物からな
る不織布あるいは織布（以下、これらを「基材」とい
う）の表面に酸化チタンを１０〜４０ｇ／ｍ² で担持し
てなるフィルターならびに酸化チタン前駆体溶液を無機
物からなる不織布あるいは織布に含浸させ、乾燥、焼成
してなることを特徴とするフィルターの製造方法を提供
するものである。本発明で使用することのできる基材と
しては、ソーダーガラス、Ｅガラス、Ｃガラス、Ｔガラ
ス、ＡＲガラスなどのガラスファイバー、アルミナ、な
どのセラミックスファイバー、鉄、ステンレススチー
ル、銅などの金属ファイバーを挙げることができる。こ
れらのうち、好ましいのは不織布であり、特に好ましい
のは圧力損失が６０ｍｍＨ２Ｏ（５．３ｃｍ／ｓ）以下
のものである。フィルターに担持される二酸化チタンの
量は基材に対して１０〜４０ｇ／ｍ²、特に１５ｇ〜３
０ｇ／ｍ² が望ましい。担持される量が１０ｇ／ｍ² で
あると光触媒能が不足し、４０ｇ／ｍ² 以上である場合
は酸化チタンの剥離が起こりやすく、また圧送損失が大
きくなりフィルターエアーの送風能力の大きい物が要求
され、送風エネルギーや騒音などの問題が出る。。

【０００５】酸化チタン前駆体としてはチタンアミノア
ルコール、チタンカルボン酸、チタンアルコキシド、チ
タンアンモニウム塩を使用することが出来る。チタン酸
化物前駆体としてはたとえばチタン・チタントリエタノ
ールアミン錯体などのアルカノールアミン錯体、乳酸チ
タンなどのヒドロキシカルボン酸、シュウ酸や無水フタ
ル酸などのカルボン酸、（テトライソプロポキシシドチ
タン、テトライソプロポキシドタチタンなどのアルコキ
シチタン化合物、）アセチルアセトなどのベータージケ
トンなどをあげることが出来る。これらのチタンアミノ
アルコール錯体であるチタン・トリエタノールアミン錯
体が好ましい。またチタンアミノアルコールを水に溶解
し、アルコール分を全組成物の１０重量％以下にしたも
のが特に好ましい。

【０００６】チタン前駆体溶液には以下のような界面活
性剤を添加する事が出来る。陰イオン界面活性剤として
は高級アルコール硫酸エステル、アルキルベンゼンスル
ホン酸、コハク酸ジアルキルエステルスルホン酸、アル
キルジフェニルエーテルジスルホン酸のアルカリ金属
塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルもしくはポリ
オキシエチレンフェニルエーテルの硫酸エステル塩など
があげられる。非イオン界面活性剤としてはポリオキシ
エチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンフェニ
ルエーテルなどがあげられる。特にジグマアルドリッチ
ジャパン株式会社の２０セチルエーテル、２０オレイン
エーテルなどが好ましい。

【０００７】フッ素を有する界面活性剤としてはパーフ
ルオロアルキルスルホン酸のオンモニウム塩やアルカリ
金属塩、パーフルオロアルキルオキシエチレンエタノー
ル、パーフルオロオルキルアルコレート、フッ素化アル
キルエステルなどをあげることが出来る。これらの中で
特にパフルオロアルキルカルボン酸のカリウム塩「住友
スリーエム 製 ＦＣ１２９」、パーフルオロアルキル
オキシエチレンエタノール「住友スリーエム製ＦＣ１２
９」、パーフルオロオキシエチレンエタノール「住友ス
リーエム製ＦＣ１７０Ｃ」が特に好ましい。

【０００８】増粘剤としては有機の増粘剤としてはカル
ボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキ
シルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒド
ロキシエチルメチルセルロースなどのセルロース化合物
やカルボキシメチルスターチ、ヒドロキシエチルスター
チなどのスターチ類やアルギン酸のアルカリ金属塩など
があげられる。また無機増粘剤としてはアタタパルジャ
イト、スメクタイト、モンモリロライトなどをあげるこ
とが出来る。

【０００９】消泡剤としてはシラン系、金属石鹸系、ア
マイド系、シリコーンコンパウンド系、ポリエーテル
系、ポリエチレングリコールとポリプロピレングリコー
ルのブロックポリマーやエマルジョン系の消泡剤などが
あげられる。具体的にはサンノプコ株式会社製のＳＮデ
フォーマー、ノプコフォーマスターや旭電化工業株式会
社のプルロニックシリーズ、アデカノールシリーズ、ア
デカネートシリーズなどである。

【００１０】酸化チタン溶液には、５００℃で９９％以
上分解する高分子化合物、例えばル系ポリマー、スチレ
ン系ポリマー、ポリエチレングリコール、ポリピニルア
ルコール、ポリビニルブチラール、ワックスエマルジョ
ン、パラフィン、リグニンスルホン酸、デンプン、カル
ボキシメチルセルロースなどを添加することもできる。
またアクリル系ポリマーとは、アクリレート化合物およ
びメタクリレート化合物から選ばれるアクリル系モノマ
ーが主成分、好ましくは５０重量％以上であるモノマー
を重合して得られるポリマーてある。ここでアクリレー
ト系化合物としてはメチルアクリレート、エチルアクリ
レート、プロピルアクリレート、ブチルアクリレート、
ヘキシルアクリレート、２ーエチルヘキシルアクリレー
ト、シクロヘキシルアクリレート、フェノキシエチルア
クリレートなどが、メタクリレート化合物としては、メ
チルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピル
メタクリレート、ブチルメタクリレート、ヘキシルメタ
クリレート、シクロヘキシルクリレート、２ーエチルヘ
キシルメタクリレートなどを上げることが出来る。これ
らのアクリル系モノマーは他のモノマーと共重合するこ
とが出来る。他のモノマーとしては、スチレン、αーメ
チルスチレン、ジビニルベンゼンなどの芳香族ビニル化
合物、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸などの不
飽和カルボン酸、アクリルアミド、メタクリルアミドな
どのアミド化合物、アクリロニトリル、メタクリロニト
リルなどを挙げることが出来る。アクリル系ポリマー
は、通常、溶液重合、乳化重合、懸濁重合などのいずれ
の方法でも重合することが出来るが、二酸化チタン前駆
体を水系溶媒に溶解する場合は、アクリル系ポリマーは
水性分散体であることが好ましく、粒子系は１ミクロン
以下、好ましくは０．３ミクロン以下、さらに好ましく
は０．１ミクロン以下である。またこれらアクリル系ポ
リマーを、他種のポリマーと混合して用いてもよい。

【００１１】本発明において、酸化チタン前駆体溶液に
は、さらに無機または有機粒子が添加されてもよい。有
機粒子としては、芳香族ビニルモノマー、不飽和カルボ
ン酸、フッ素モノマー、フェノール、メラミン、ベンゾ
クアナミンなどを主としたモノマーを乳化重合、懸濁重
合により製造する方法、前記モノマーを溶液重合法で重
合したポリマーを水に再分散する方法などにより製造す
ることが出来る。これらの有機粒子はホモポリマーでも
コポリマーでもよいが、特に好ましくはガラス転移温度
（Ｔｇ）が５０℃以上のポリマーからなることが望まし
い。また無機粒子としてはシリカ、酸化チタン、ジルコ
ニア、アルミナ、ゼオライト、セリア、酸化亜鉛、酸化
錫、炭酸カルシウムなどを挙げることが出来る。これら
粒子の平均粒子系は４００ｎｍ以下が好ましい。またこ
れらの有機粒子または無機粒子は溶液中に０．１〜５重
量％、好ましくは０．５〜２重量％添加することが望ま
しい。本発明の組成物には、カルシウム、パリウム、
鉛、ストロンチウム、アルミニウム、鉄、クロム、ホウ
素、リン、バナジウム、ニオブ、イオウ、フッ素、から
なる郡から選択される少なくとも１つの原子を有するド
ーパント化合物を添加することが出来る。

【００１２】本発明において、酸化チタン前駆体溶液は
上記の各成分を水および有機溶剤またはいずれか一方に
溶解してなる。本発明で使用できる溶媒としては水、ヘ
キサエチレングリコール、イソプロピルグリコール、メ
タノール、エタノール、プタノール、エチレングリコー
ル、グリセリンなどの炭素数１〜１０のアルコール性溶
媒、酢酸などをあげることが出来る。これらのアルコー
ルはトルエン、クロロホルムなどの非アルコール性溶媒
との混合物であってもよい。これらの中では水は環境に
対する影響が少なく引火などの危険性もないために溶媒
としてもっとも好ましい。また水溶媒以外に１％以下の
有機溶媒を含有することが出来る。

【００１３】本発明で使用する酸化チタン前駆体溶液
は、酸化チタン前駆体の濃度がTiO2に換算して、通常、
０．０５〜４モル／リットル、好ましくは０．１２〜
２．０モル／リットルである。また、水を溶媒として使
用する場合には、ＴｉＯ２濃度換算で０．０６〜１．６
モル／リットルまで希釈する事が好ましい。本発明にお
いて酸化チタン前駆体溶液の粘度についても、特に制限
されるものではなく、用途に応じて適時変更することが
出来る。

【００１４】酸化チタン前駆体溶液の基材への塗布方法
は特に制限されるものでなく、含浸、ロール塗布、ダイ
コート、スプレー塗布などの通常の塗布方法が使用可能
である。またガラス繊維の段階であらかじめディップな
どの方法で塗布し、これを湿式抄紙する事により不織布
とする事も可能である。本発明において、酸化チタン前
駆体溶液を基材に塗布後、加熱し二酸化チタンとする。
加熱温度は通常４８０℃〜１０００、好ましくは５００
℃〜５８０℃である。加熱方法としては加熱炉などの一
般の加熱方法が使用可能であるが、好ましくは０．８〜
１５μの赤外線を発するヒーターによる焼成である。特
に好ましいのはハロゲンランプによる焼成である。

【００１５】本発明のフィルターは、紫外線を含む光の
存在下に各種悪性ガス、悪性有機物を除去するためのフ
ィルターとして使用できる。紫外線を含む光としては、
太陽光、ハロゲンランプ、蛍光灯等が使用可能である
が、特に好ましいのは、４００ｎｍ以下の波長を発光す
る光触媒励起用冷陰極蛍光ランプ、あるいは冷陰極殺菌
ランプ、ブラックライトである。またフィルターは表面
積を大きくするために、プリーツ状に加工する事も可能
である。ＵＶ光を発する光源は吸い込み口側、排気口側
いずれにも設置可能であり、あるいは光源の両側にフィ
ルターを置き、そのうちの少なくとも吸気口側、あるい
は両側を当該フィルターにする事も可能である。これら
のＵＶ光を発する光源と、当該フィルターをセットとし
て、空気清浄機、エアコン、冷蔵庫、工場の排気ダク
ト、クリンルームの換気口、野菜保冷庫などに設置する
事により、各種有害物質の分解、エチレンガスの分解に
よる果物、野菜などの鮮度保持が可能となる。また太陽
光中のＵＶを利用する用途として、道路の分離帯あるい
は側壁に支柱とともに張る事でＮＯＸ、ＳＯＸの除去が
可能である。また建物あるいは車両のガラス窓の内部に
ロールカーテン、あるいはカーテンの形状などで取り付
けることにより、ＵＶカット、汚れ防止、悪性物質の除
去が可能である。

【００１６】

【実施例】（１） ５００ｍｌの丸底フラスコ内に、ア
ミノアルコールとしてのトリエタノールアミン（２００
ｍｍｏｌ、２９．８ｇ）を収容した。次いで、金属アル
コキシドとしてのテトライソプロポキシドチタン（１０
０ｍｍｏｌ、２８．４ｇ）を収容して、温度５０℃、１
時間、圧力７６０Ｔｏｒｒの条件で、攪拌機を用いて均
一に攪拌しながら反応させて、金属酸化物前駆体を含む
反応液とした。この反応液をエバポレーターが連結され
た真空槽に収容し、室温（２５℃）、圧力２０〜４０Ｔ
ｏｒｒ、時間３０分の条件で、揮発成分（副成アルコー
ルであるイソプロパノール）を吸引除去した。次いで、
ヒーターを用いて、丸底フラスコの周囲温度を５０℃に
昇温させた状態で１時間放置した後、さらなる泡立ちが
なくなるまで温度を８０℃に昇温させるとともに、圧力
を１０Ｔｏｒｒとして黄色のシロップ状物を得た。な
お、この時点で、シロップ状物（金属酸化物前駆体）中
のイソプロパノールの含有量を測定したところ、７重量
％であった。次いで、得られたシロップ状物に対して１
５ｍｌの水を添加した後、溶液が均一となるまで攪拌
し、さらに合計量が５０ｍｌになるまで水を添加して、
約１６重量％酸化チタン換算濃度のチタンアミノアルコ
ール錯体溶液を得た。 （２）上記（１）で調製したチタンアミノアルコール錯
体水溶液に、コロイダルシリカ（日産化学製 スノーテ
ックス２０粒子径 １０〜２０ｎｍ）を乾燥重量で、酸
化チタンに換算した溶液中のチタン含量に対して１６．
６重量％相当量加え、界面活性剤としてノニルフェニル
エーテルを０．１重量％、さらに酸化チタンに換算した
溶液中の酸化チタン換算含量が５重量％になるよう蒸留
水で希釈し、二酸化チタン前駆体組成物を調製した。 （３）次いで、得られた二酸化チタン前駆体組成物をガ
ラス織布（日東紡株式会社製 ＷＥ２２Ｄ−１０４に含
浸させ、２００℃で５分間乾燥し、次いで５８０℃で
５．５分間加熱しフィルターを作成した。酸化チタンの
目付重量は１２ｇ／ｍ² であり、織布はしなやかさを保
持しており、手で擦った場合も酸化チタンの脱落はみら
れなかった。

【００１７】（４）（１）で得られた二酸化チタン前駆
体組成物の酸化チタン換算含量が１６重量％の物を、
（３）と同様にガラス織布に含浸させ、乾燥、焼成し
た。得られた酸化チタンの目付重量は５０ｇ／ｍ² であ
ったが、堅くごわごわしたフィルターとなり、白い酸化
チタンの粉吹きがあり、手で擦ると白い粉が脱落した。 （５）で得られた二酸化チタン前駆体組成物の酸化チタ
ン換算含量が３重量％になるよう蒸留水で希釈し、ガラ
ス不織布（北越製紙株式会社製 エアフィルター用濾紙
Ｈ７００ーＦ）に含浸させた。これをウシオ電機株式
会社製 ハロゲンランプＱＩＲ１００Ｖ １０００Ｗ／
Ｂにて、５３０℃ ３分間焼成した。酸化チタンの目付
重量は２６ｇ／ｍ² であり、不織布はしなやかさを保持
しており、手で擦った場合も酸化チタンの脱落はみられ
なかった。、

【００１８】（６）評価 アセトアルデヒド分解による光触媒性能評価 縦横高さ各２０ｃｍの内部循環用ファンを取り付けたア
クリル製箱に５ｃｍ＊５ｃｍの穴をあけ、ここに上記
（３）（４）、（５）で得られたフィルターを取り付け
た。内部に注射器で約４０ｐｐｍになるようにアセトア
ルデヒドの蒸気を含む窒素を入れた。外部よりブックラ
イト（２０Ｗ ＢＬＢライト）をガラス板から１ｃｍ離
して光を照射する。 照射時間とアセトアルデヒドの残
留濃度を検知管で測定した。結果を表１に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】（７）評価 タバコの臭い成分のカットと分解の測定 実施例（５）にて作成されたフィルターを、１Ｍ３のボ
ックスの半分を仕切るように設置し、片側の部屋でタバ
コ５本を同時に燃焼させ、タバコの燃焼の後、同じ部屋
で１５Ｗブラックライトを１０分間照射した。同時にタ
バコの燃焼後、反対側の仕切部屋の外部に開けられた窓
より風量 ０．５ｍ³／分のファンにて空気を１０分間
空気を排出した。そして仕切部屋の両方の部屋にガス検
知管を設置し、アセトアルデヒドとアンモニアの残留濃
度を０，１，５，１０分毎に検知した。また比較のため
に、上記においてフィルターだけが同じフィルター基材
だが酸化チタンを未付着の物を用いるだけを例外とし
て、後は上記と同じ条件で測定を行った。その結果は以
下の通りである。数字は残留濃度率であり、タバコの燃
焼終了後のタバコ部屋側の濃度を１００％とした相対濃
度である。

【００２１】

【表２】

【００２２】

【発明の効果】本発明のフィルターは、空気清浄機能と
して、タバコの臭い、花粉、ダニカビなどのハウスダク
ト、ペットの臭い、各種ウィルス、ホルムアルデヒド、
ＳＯＸ、ＮＯＸなどの有害物質を瞬間的に捕捉し、ある
いは吸い込み側に滞留させ、フィルターの吐き出し側に
吐出せず、滞留させた有害物質を短期間に分解する。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０１Ｊ 35/02 Ｂ０１Ｊ 35/06 Ａ 35/06 37/02 １０１Ｚ 37/02 １０１ 37/08 37/08 Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｃ Ｊ Ｆターム(参考） 4C080 AA07 AA10 BB02 BB05 CC02 HH05 JJ06 KK08 LL10 MM02 NN01 QQ03 4D019 AA01 AA10 BA01 BA04 BB02 BB03 BC07 CB06 4D048 AA02 AA06 AA08 AA19 AA21 AA22 AB03 BA06X BA07X BA13X BA41X BB08 CC38 CC40 EA01 4G069 AA03 AA08 AA09 BA02B BA04A BA04B BA14B BA21C BA48A BC50C BE06C BE14C CA01 CA10 CA11 CA12 CA13 CA17 EA09 EA10 EA13 FA01 FA03 FB05 FB14 FB16 FB30 FB57 FB58 FC04 FC08

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無機物からなる不織布あるいは織布の表
   面に酸化チタンを１０〜４０ｇ／ｍ² 担持してなるフィ
   ルター。
2. 【請求項２】 酸化チタン前駆体溶液を無機物からなる
   不織布あるいは織布のいずれかからなる基材に含浸さ
   せ、乾燥、焼成してなることを特徴とするフィルターの
   製造方法。
3. 【請求項３】 酸化チタン前駆体溶液がチタンアルコキ
   シドとアルコールアミンの反応物を含有する水溶液であ
   ることを特徴とする請求項２記載のフィルターの製造方
   法。
4. 【請求項４】 ハロゲンランプにより焼成する事を特徴
   とする請求項２記載のフィルターの製造方法。