JP2006289174A

JP2006289174A - 吸気フィルタ濾材およびその使用方法

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Publication number: JP2006289174A
Application number: JP2005109564A
Authority: JP
Inventors: Ei Sawa; 映佐波
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2005-04-06
Filing date: 2005-04-06
Publication date: 2006-10-26

Abstract

【課題】優れた耐クリーニング特性を発揮し得る吸気フィルタ濾材およびその使用方法
を提供する。
【解決手段】ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）多孔質膜１と、このＰＴＦＥ多
孔質膜の一方の主面側に配された通気性保護膜３と、ＰＴＦＥ多孔質膜と通気性保護膜と
の間に配されたプレフィルタ膜２とを含み、この通気性保護膜３の主面が露出しており、
通気性保護膜３の繊維径が１５μｍよりも大きく、プレフィルタ膜２の繊維径が０．２μ
ｍ以上１５μｍ以下の範囲にある吸気フィルタ濾材４とする。また、この吸気フィルタ濾
材４は、当該吸気フィルタ濾材を通過する気流に対して、通気性保護膜を最上流側に配置
して使用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜を含む吸気フィルタ濾材に関する。

近年、重症急性呼吸器症候群（ＳＡＲＳ）を始めとする新種の空気感染性伝染病の世界
的な蔓延や、花粉症の被害の深刻化に伴い、吸気フィルタ濾材の塵挨阻止性を向上させる
ことの重要性が増大している。また、これ以外にも、例えば、鉱山や原子力施設で用いら
れる防塵マスクや、火力発電所のガスタービン発電機に用いる通気フィルタなどの用途に
おいても、吸気フィルタ濾材の塵挨阻止性の向上が求められている。

吸気フィルタ濾材として、近年、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと呼ぶ
）多孔質膜を用いたものが注目されている。ＰＴＦＥ多孔質膜は、微細なＰＴＦＥ繊維か
らなる極めて多数の細孔を有する膜であり、他の素材に比して圧力損失が低く、また捕集
効率が高い。

しかし、ＰＴＦＥ多孔質膜を用いた吸気フィルタ濾材においても、他の材料を用いた吸
気フィルタ濾材と同様に、長期間にわたって使用すると圧力損失が上昇してしまうこと、
すなわち円滑な通気ができなくなることがある。これは、捕集した塵挨によって濾材が目
詰まりすることに起因するものであり、多数の細孔を有するＰＴＦＥ多孔質膜において特
に顕著に発生する。

ここで、塵埃によるＰＴＦＥ多孔質膜の目詰まりを抑制することを目的として、プレフ
ィルタ膜をＰＴＦＥ多孔質膜に積層する技術がある（特許文献１または２参照）。この技
術は、比較的粗大な塵挨を捕集する所定の繊維径（１５μｍ以下）のプレフィルタ膜を吸
気フィルタ濾材の最上流側に設けることにより、ＰＴＦＥ多孔質膜の目詰まりの抑制を図
るものである。

特開２００２−３７０００９号公報特開２００２−３７００２０号公報

近年では、低コスト化、省資源化の観点から、吸気フィルタ濾材をクリーニングして、
再利用することが求められている。クリーニングの方法としては、吸気側から高圧水を散
布したり、ブラシを用いて汚れを掻き落したりする方法が一般的に用いられている。

しかしながら、本発明者が検討したところ、上記特許文献１または２に記載の吸気フィ
ルタ濾材では、このような一般的なクリーニング方法に対する耐性が低く、吸気フィルタ
濾材の寿命が短いという問題がある。

そこで、本発明は、優れた耐クリーニング特性を発揮し得る吸気フィルタ濾材およびそ
の使用方法を提供することを目的とする。

本発明は、ＰＴＦＥ多孔質膜と、前記ＰＴＦＥ多孔質膜の一方の主面側に配された通気
性保護膜と、前記ＰＴＦＥ多孔質膜と前記通気性保護膜との間に配されたプレフィルタ膜
と、を含み、前記通気性保護膜の主面が露出しており、前記通気性保護膜の繊維径が１５
μｍよりも大きく、前記プレフィルタ膜の繊維径が０．２μｍ以上１５μｍ以下の範囲に
ある吸気フィルタ濾材を提供する。

また、本発明は、前記吸気フィルタ濾材の使用方法であって、前記吸気フィルタ濾材を
通過する気流に対して、前記通気性保護膜を最上流側に配置する吸気フィルタ濾材の使用
方法を提供する。

本発明によれば、優れた耐クリーニング特性を発揮し得る吸気フィルタ濾材を提供する
ことができる。また、当該吸気フィルタ濾材の適した使用方法を提供することができる。

図１〜図３は、それぞれ本発明の濾材の例を示す断面図である。なお、いずれの図面に
おいても、使用時には、図面上方を吸気側（上流側）として濾材を配置するものとする。

図１〜図３で示すように、本実施形態の吸気フィルタ濾材４は、ＰＴＦＥ多孔質膜１と
、プレフィルタ膜２と、通気性保護膜３とを含んでおり、この吸気フィルタ濾材を通過す
る気流に対して最上流側において常に、通気性保護膜３の主面が露出している。また、こ
の露出した通気性保護膜とＰＴＦＥ多孔質膜との間には常に、プレフィルタ膜が配されて
いる。

上記通気性保護膜は、繊維径が１５μｍよりも大きい、詳しくは１５μｍよりも大きく
１０００μｍ以下、好ましくは２０μｍ以上５００μｍ以下の範囲にあり、また吸気フィ
ルタ濾材の組付けや洗浄に際してプレフィルタ膜がダメージを受けることを防護し得るも
のとする限り、その材質、構造、形態のいずれも特に限定されないが、プレフィルタ膜よ
りも強度に優れた素材、例えば、フェルト、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、捕集性、柔軟性、作業性の側
面からは不織布が好ましい。不織布とする場合は、これを構成する一部または全部の繊維
を芯鞘構造の複合繊維としてもよい。なお、芯成分の融点が鞘成分よりも高いような芯鞘
構造とすることが好ましい。上記繊維径の範囲の通気性保護膜は、例えばスパンボンド法
により作製できる。

通気性保護膜の材料としては、例えばポリオレフィン（ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプ
ロピレン（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（Ｐ
ＥＴ）など）、芳香族ポリアミド、またはこれらの複合材などを用いることができる。ま
た、後述するプレフィルタ膜の材料としても同様のものを用いることができる。

通気性保護膜は、その表面に撥水剤が塗布されている、すなわち撥水処理されたものと
してもよい。撥水剤としてはシリコーン系やフッ素系などの公知のものを用いることがで
きる。撥水処理は、例えば、撥水剤を溶解させた溶液中に吸気フィルタ全体を浸漬した後
に、または露出した通気性保護膜の表面に当該溶液を塗布した後に、当該溶液を乾燥する
ことにより行ってもよい。吸気フィルタ濾材のクリーニングは、通常、吸気側から洗浄水
や洗剤を散布して行うため、このように通気性保護膜が撥水剤で被覆されていると、洗浄
水や洗剤の浸透に起因したプレフィルタ膜の損傷を防止できるため好ましい。

上記プレフィルタ膜は、繊維径が０．２μｍ以上１５μｍ以下、好ましくは５μｍ以下
の範囲にあり、また大気中の微細塵挨に対するプレフィルタとして機能し得るものとする
限り、その材質、構造、形態のいずれも特に限定されないが、ＰＴＦＥ多孔質膜より通気
性に優れた素材、例えば、フェルト、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、捕集性、柔軟性、作業性の点からは不織布
が好ましい。上記繊維径の範囲のプレフィルタ膜は、例えばメルトブロー法により作製で
きる。

上記ＰＴＦＥ多孔質膜は、圧力損失が低く、かつ粉塵の捕集効率が高いものほど好まし
いが、例えば吸気フィルタ濾材をガスタービン用に用いる場合には、平均孔径が０．０１
〜５μｍであり、平均繊維径が０．０２〜０．３μｍであり、５．３ｃｍ／秒の流速で空
気を透過させたときの圧力損失が５０〜１０００Ｐａであるものとすればよい。

ＰＴＦＥ多孔質膜は、例えば次のようにして作製できる。まず、ＰＴＦＥファインパウ
ダーに液状潤滑剤を加えたぺースト状の混和物を予備成形する。液状潤滑剤は、ＰＴＦＥ
ファインパウダーの表面を濡らすことができて、抽出や加熱により除去できるものであれ
ば特に制限されず、例えば、流動パラフィン、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、ぺースト押出や圧延によってシート状に成形
し、このＰＴＦＥ成形体を少なくとも一軸方向に延伸してＰＴＦＥ多孔質シートを得る。
なお、ＰＴＦＥ成形体の延伸は、液状潤滑剤を除去してから行うとよい。なお、延伸条件
は、適宜設定することができるが、通常、縦方向延伸、横方向延伸共に、温度３０〜３２
０℃、延伸倍率２〜３０倍で行う。延伸後にＰＴＦＥの融点以上に加熱して焼成してもよ
い。

ＰＴＦＥ多孔質膜、プレフィルタ膜、通気性保護膜を積層する場合には、ただ単に重ね
合わせるだけでもよいし、例えば接着剤ラミネートや熱ラミネートなどによって互いを接
着または溶着してもよい。熱ラミネートは、加熱により通気性保護膜の一部を溶融させて
行ってもよいし、ホットメルトパウダーのような融着剤を介在させて行ってもよい。

こうして得た吸気フィルタ濾材は、この吸気フィルタ濾材を通過する気流に対して、通
気性保護膜を最上流側に配置して使用することが好ましい。また、通常、連続したＷ字状
に折り曲げられ（プリーツ加工され）、対向する濾材表面が接触しないようにホットメル
トなどでビードを形成し、さらに金属枠などを枠付して吸気フィルタユニットとする。な
お、後述するように、この吸気フィルタ濾材は、最上流側からの物理的なダメージに対す
る耐性に優れるため、耐クリーニング特性に優れるだけでなく、フィルタユニットヘの組
付け時に生じ得る濾材の破損を防止することもできる。

上記プリーツ加工は、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や、濾材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によっ
て行うことができる。

吸気フィルタ濾材における各層の積層数は、通気性保護膜を最上流側に露出させるとと
もに、この露出した通気性保護膜とＰＴＦＥ多孔質膜との間にプレフィルタ膜を配する基
本構造が維持される限り、適宜選択することができる。例えば、当該基本構造に加えて、
図２で示すようにＰＴＦＥ多孔質膜の下流側に接するように通気性保護膜をさらに配して
もよいし、図３で示すように通気性保護膜をＰＴＦＥ多孔質膜の下流側および上流側に接
するようにさらに配してもよい。通気性保護膜の積層数を増やすと、吸気フィルタ濾材の
剛性、特にＰＴＦＥ多孔質膜の部分の剛性を高めることができる。

また、吸気フィルタ濾材の全体の厚みは、仕様に応じて適宜選択すればよい。例えばガ
スタービン用とする場合は、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、好ましくは０．２ｍｍ以上１
．０ｍｍ以下の範囲とすればよい。厚みが厚すぎると、圧力損失が高くなる場合やプリー
ツ性が悪くなる場合があり、逆に薄すぎると剛性が低下する場合がある。

以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれによって限定
されるものではない。

（実施例１）
以下のようにして準備したＰＴＦＥ多孔質膜と、プレフィルタ膜と、通気性保護膜とを
積層して、図１に示すような３層構造の吸気フィルタ濾材を作製した。

ＰＴＦＥ多孔質膜は次のようにして作製した。まず、ＰＴＦＥファインパウダー（旭・
ＩＣＩフロロポリマーズ株式会社製フルオンＣＤ−１２３）１００質量部に対して、液状
潤滑剤（ナフサ）を１７質量部の割合で均一に配合した。続いて、この配合物を２０ｋｇ
／ｃｍ²の条件で予備成形した後、ロッド状にペースト押出成形した。

このロッド状成形体を１対の金属圧延ロール間に通し、厚さ２５０μｍの長尺シートを
得た。この長尺シートを２９０℃の延伸温度で長手方向に１０倍延伸させるとともに、テ
ンタ一法により８０℃の延伸温度で幅方向（短手方向）に３０倍延伸させて、未焼成のＰ
ＴＦＥ多孔質膜を得た。

この未焼成ＰＴＦＥ多孔質膜を熱風発生炉に入れ４００℃で３秒間焼成することにより
、焼成されたＰＴＦＥ多孔質膜を得た。以下では、このようにして得たＰＴＦＥ多孔質膜
をＰＴＦＥ多孔質膜Ａと呼ぶ。

当該ＰＴＦＥ多孔質膜Ａの厚さは１０μｍである。また、以下のようにして圧力損失お
よび捕集効率を測定した。

〔圧力損失の測定〕
圧力計（マノメーター）を用い、対象とする膜（有効面積１００ｃｍ²）の上流側と下
流側との間に圧力差を与え、空気の透過速度を流量計で５．３ｃｍ／秒に調整した。測定
は１サンプルにつき１０箇所行い、各測定値の平均を対象膜の圧力損失とした。圧力損失
の値が小さいほど膜の通気性が高いことを意味する。なお、後述する吸気フィルタ濾材の
圧力損失の測定もこれと同様にして行った。

〔捕集効率の測定〕
対象とする膜を有効面積１００ｃｍ²の円形ホルダーにセットし、当該ホルダーの入口
側と出口側との間、すなわち対象膜の上流側と下流側との間に圧力差を与え、通過する空
気の透過速度を流量計で５．３ｃｍ／秒に調整した。その後、対象膜の上流側に多分散ジ
オクチルフタレート（ＤＯＰ）粒子を、体積平均粒子径０．３μｍ以上０．５μｍ未満の
ＤＯＰ粒子が１×１０⁶〜１×１０⁷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（リオン株式
会社製ＫＣ−１８））で測定して下記式により捕集効率を求めた。なお、後述する吸気フ
ィルタ濾材の圧力損失の測定もこれと同様にして行った。

捕集効率（％）＝［１−（下流側粒子濃度／上流側粒子濃度）］×１００

このＰＴＦＥ多孔質膜Ａから測定した圧力損失および捕集効率について、表１に示す。

表１で示すように、このＰＴＦＥ多孔質膜Ａの圧力損失は１５０Ｐａであり、体積平均
粒子径０．３〜０．５μｍのＤＯＰ粒子の捕集効率は９９．９９％であった。

このＰＴＦＥ多孔質膜Ａの上に、プレフィルタ膜としてのポリプロピレン（ＰＰ）メル
トブロー不織布（タピルス株式会社製ＰＯ２０ＳＷ、目付量２０ｇ／ｍ²、厚さ２３０μ
ｍ、繊維径３．５μｍ）を積層した後、温度を１３５℃にした熱ロールを用いて両者を溶
着した。

続いて、ＰＰメルトブロー不織布の上に、通気性保護膜としてのポリエチレンテレフタ
レート（ＰＥＴ）／ポリエステル（ＰＥ）芯鞘不織布（ユニチカ株式会社製エルベスＴＯ
３０３ＷＤＯ、目付量３０ｇ／ｍ²、厚さ１４０μｍ、繊維径２５．０μｍ）を積層した
後、温度を１５０℃にした熱ロールを用いてプレフィルタ膜と通気性保護膜とを溶着し、
吸気フィルタ濾材（以下、濾材Ａと呼ぶ）を完成させた。

この濾材Ａの圧力損失（初期値）は１９０Ｐａであり、捕集効率は９９．９９％であっ
た。なお、プレフィルタ膜および通気性保護膜の繊維径を次のようにして算出した。走査
型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、対象とする膜の繊維径を測定できる倍率で膜表面を撮
影した。得られたＳＥＭ画像上で繊維径を実測し、１０箇所からの実測値を平均した値を
繊維径とした。

（実施例２）
通気性保護膜として、目付量および厚さの異なるＰＥＴ／ＰＥ芯鞘不織布（ユニチカ株
式会社製エルベスＴＯ７０３ＷＤＯ、目付量７０ｇ／ｍ²、厚さ２６０μｍ、繊維径２５
．０μｍ）を用いたこと以外は、上記濾材Ａと同様にして得た吸気フィルタ濾材（以下、
濾材Ｂと呼ぶ）である。この濾材Ｂの圧力損失（初期値）は２２０Ｐａであり、捕集効率
は９９．９９％であった。

（実施例３）
撥水処理された通気性保護膜を用いたこと以外は、上記濾材Ｂと同様にして得た吸気フ
ィルタ濾材（以下、濾材Ｃと呼ぶ）である。この濾材Ｃの圧力損失（初期値）は２３０Ｐ
ａであり、捕集効率は９９．９９％であった。なお、この撥水処理は次のようにして行っ
た。

まず、平均炭素数８のパーフルオロアルキル側鎖を有したアクリル系撥水剤（信越化学
株式会社製Ｘ−７０−０２９Ｂ）を、１．０％の質量比率となるように、フッ素系溶剤フ
ロリナート（住友スリーエム株式会社製ＦＣ−７２６）に溶解して塗布溶液を作製した。
この塗布溶液を、実施例２と同様にして作製した吸気フィルタ濾材の積層構造の通気性保
護膜側から１５０ｇ／ｍ^２の割合で塗布した。その後、塗布した溶液を９０℃で１５分間
乾燥させることにより、通気性保護膜を撥水処理した。

（比較例１）
通気性保護膜を設けないこと以外は、上記濾材Ａと同様にして得た吸気フィルタ濾材（
以下、濾材Ｄと呼ぶ）である。この濾材Ｄの圧力損失（初期値）は１７０Ｐａであり、捕
集効率は９９．９９％であった。

上記実施例１〜３（濾材Ａ〜Ｃ）および比較例１（濾材Ｄ）の構成および物性を、表２
にまとめて示す。

上記実施例１〜３（濾材Ａ〜Ｃ）および比較例１（濾材Ｄ）に対して、以下に示す２種
類のダメージ付与試験（ブラシ試験および散水試験）を行い、それぞれの耐クリーニング
特性を調べた。

〔ブラシ試験〕
各濾材（１００ｃｍ²）の最上流側の露出面（濾材Ａ〜Ｃでは通気性保護膜、濾材Ｄで
はプレフィルタ膜）を、市販の歯ブラシで、１０ｃｍ／秒の速さで露出面全体を１０往復
掻き擦った。その後、各濾材の圧力損失を測定した。

〔散水試験〕
各濾材（１００ｃｍ²）の最上流側（濾材Ａ〜Ｃでは通気性保護膜側、濾材Ｄではプレ
フィルタ膜側）から、市販のシャワーヘッドを用いて、１メートルの高さから１０００ミ
リリットル／分の割合で水道水を１分間散水した。各濾材を十分に乾燥させた後、それぞ
れの圧力損失を測定した。

上記ダメージ付与試験後に得た各濾材の圧力損失に基づいて、初期値からの上昇率を算
出した。それぞれの結果を表３、表４に示す。

表３および４で示すように、比較例１では、ブラシ試験および散水試験のいずれにおい
ても、圧力損失の上昇率が１００％を超えていた。これに対して、実施例１〜３（濾材Ａ
〜Ｃ）ではいずれも上昇率が６０％未満であり、優れた耐クリーニング特性が得られるこ
とが判った。また、撥水処理を施した通気性保護膜を含む実施例３（濾材Ｃ）では、一層
優れた耐クリーニング特性が得られることが判った。

本発明は、最上流側からの物理的なダメージに対するプレフィルタ膜の耐性を向上でき
るため、耐クリーニング特性に優れた吸気フィルタ濾材を提供することに適用できる。ま
た、フィルタユニットヘの組付ける際に生じ得る濾材の破損を防止できる吸気フィルタ濾
材を提供することにも適用できる。

本発明の吸気フィルタ濾材の一例を示す断面図である。本発明の吸気フィルタ濾材の別例を示す断面図である。本発明の吸気フィルタ濾材の別例を示す断面図である。

符号の説明

１ＰＴＦＥ多孔質膜
２プレフィルタ膜
３通気性保護膜
４吸気フィルタ濾材

Claims

ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜と、
前記ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜の一方の主面側に配された通気性保護膜と、
前記ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜と前記通気性保護膜との間に配されたプレフ
ィルタ膜と、
を含み、
前記通気性保護膜の主面が露出しており、
前記通気性保護膜の繊維径が１５μｍよりも大きく、
前記プレフィルタ膜の繊維径が０．２μｍ以上１５μｍ以下の範囲にある
吸気フィルタ濾材。
前記通気性保護膜が撥水処理された請求項１に記載の吸気フィルタ濾材。
請求項１または２に記載の吸気フィルタ濾材の使用方法であって、
前記吸気フィルタ濾材を通過する気流に対して、前記通気性保護膜を最上流側に配置す
る
吸気フィルタ濾材の使用方法。