JP2006326579A - フィルタ濾材とその製造方法および使用方法ならびにフィルタユニット - Google Patents

Abstract

【課題】捕集すべき粒子として超微粒子の割合が大きい環境下においても、使用中における圧力損失の上昇を低減できるフィルタ濾材を提供する。
【解決手段】ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）多孔質膜と、通気性支持材と、エレクトロスピニング法（電荷誘導紡糸法、静電紡糸法）により形成した、高分子繊維からなるウェブ層と、を含むフィルタ濾材とする。本発明のフィルタ濾材では、ウェブ層に隣接して通気性接着層を設けてもよい。
【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フィルタ濾材と、その製造方法および使用方法とに関する。本発明は、また、上記フィルタ濾材を備えるフィルタユニットに関する。

従来、クリーンルームの換気やタービンの吸気に使用される高性能フィルタ濾材として、ガラス繊維にバインダーを加えて抄紙した濾材が多く用いられている。しかし、このようなガラス繊維系濾材は、濾材中に付着小繊維を含んでおり、また、加工時の折曲げ等により自己発塵が生じるため、使用中にクリーンルームやタービン内部をガラス繊維により汚染することがある。

このため近年、例えば、特開2000-61280号公報（特許文献１）に記載されているような、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）多孔膜を含むフィルタ濾材（ＰＴＦＥ系濾材）が注目されている。特許文献１に記載されている濾材は、ＰＴＦＥ多孔膜と通気性支持材とを含んでおり、ガラス繊維系濾材で見られたような付着小繊維や自己発塵の問題を大幅に低減できる。しかし、ＰＴＦＥ系濾材は、同等の圧力損失を有するガラス繊維系濾材に比べて捕集効率が高く、使用中の圧力損失の上昇が大きい傾向にある。このため、粉塵の多い環境下における長期間の使用が難しい。

このような問題を解決するために、例えば、特開2002-370009号公報（特許文献２）に記載されているＰＴＦＥ系濾材では、通気性支持材を構成する繊維の繊維径を０．２μｍ以上１５μｍ以下とし、通気性支持材にプレフィルターとしての機能を賦与することにより、使用中の圧力損失の上昇の低減が図られている。
特開２０００−６１２８０号公報 特開２００２−３７０００９号公報

しかし、特許文献２に記載されているＰＴＦＥ系濾材では、通気性支持材を構成する繊維の平均繊維径は少なくとも数μｍ以上となり、ＰＴＦＥ多孔質膜を構成するフィブリルの平均繊維径よりも数倍以上大きく、通気性支持材の孔径がＰＴＦＥ多孔質膜の孔径よりも大きいため、粒子径０．５μｍ以下の超微粒子は、通気性支持材よりもＰＴＦＥ多孔質膜によってその多くが捕集される。このため、被濾過気体中の超微粒子の割合が大きいなど、濾材の使用環境によっては、使用中の圧力損失の上昇が大きくなる。通気性支持材の厚さを増大させることによりＰＴＦＥ多孔質膜が捕集する超微粒子の量を低減させ、当該圧力損失の上昇を抑制することも可能であるが、その増大の程度によっては、プリーツ加工後に濾材の通気性が低下する原因となる。

そこで、本発明は、例えば、捕集すべき粒子として超微粒子の割合が大きい環境下においても、使用中における圧力損失の上昇を低減できるフィルタ濾材とその製造方法および使用方法、ならびに、フィルタユニットを提供することを目的とする。

本発明のフィルタ濾材は、ＰＴＦＥ多孔質膜と、通気性支持材と、エレクトロスピニング法により形成した、高分子繊維からなるウェブ層とを含む。

本発明のフィルタユニットは、上記本発明のフィルタ濾材と、前記フィルタ濾材を支持する支持枠とを備える。

本発明のフィルタ濾材の製造方法は、上記本発明のフィルタ濾材の製造方法であって、ＰＴＦＥ多孔質膜および通気性支持材を含む積層体の主面上に、エレクトロスピニング法を用いて高分子繊維を堆積させることにより、前記高分子繊維からなるウェブ層を形成する方法である。

本発明のフィルタ濾材の使用方法は、上記本発明のフィルタ濾材の使用方法であって、前記ウェブ層を、前記ＰＴＦＥ多孔質膜よりも、前記被濾過気体の気流の上流側に配置する方法である。

本発明によれば、エレクトロスピニング法により形成した、高分子繊維からなるウェブ層を含むフィルタ濾材とすることにより、例えば、捕集すべき粒子として超微粒子の割合が大きい環境下においても、使用中における圧力損失の上昇を低減できる。

図１に、本発明のフィルタ濾材の一例を示す。

図１に示すフィルタ濾材１は、通気性支持材２、ＰＴＦＥ多孔質膜３、通気性接着層４およびウェブ層５を含む積層体からなるフィルタ濾材であり、ウェブ層５は、高分子繊維からなる、エレクトロスピニング法により形成された層である。

エレクトロスピニング法は、電荷誘導紡糸法、あるいは、静電紡糸法とも呼ばれ、繊維径にして数ｎｍ〜数μｍ程度の超極細繊維を形成することができる紡糸法であり、その他の紡糸法（例えば、メルトブロー法）により形成される繊維に比べて平均繊維径を小さくでき、高い比表面積および気孔率を有するウェブ層５とすることができる。また、その繊維径は、ＰＴＦＥ多孔質膜を構成するフィブリルの径（およそ１０ｎｍ〜１μｍ）と同程度にまで細くできるため、フィルタ濾材１におけるウェブ層５は、特許文献２に記載されている通気性支持材に比べて粒子径が０．５μｍ以下の超微粒子をより捕集することができる。よって、ＰＴＦＥ多孔質膜３に超微粒子が集中的に捕集されることを抑制でき、例えば、捕集すべき粒子として超微粒子の割合が大きい環境下においても、濾材としての使用中における圧力損失の上昇を低減できる。また、ウェブ層５では、その繊維径の細さにより、効率よく粒子を捕集できるため、濾材としての初期の圧力損失を低減できる他、圧力損失の上昇の低減などを目的として単に通気性支持材を厚くする場合に比べて、プリーツ加工後における通気性の低下を抑制できる。

また、フィブリル同士が強固に結着した３次元網目状構造を有するＰＴＦＥ多孔質膜３を含むことにより、ピンホールの発生が抑制され、高い風圧下においても破損しにくいフィルタ濾材１とすることができる。

ＰＴＦＥ多孔質膜３は、フィルタとして適切な性能を有する多孔質膜である限り、その構造や構成は特に限定されない。ＰＴＦＥ多孔質膜３の平均孔径は、例えば、０．０１μｍ〜５μｍの範囲であり、その平均繊維径（平均フィブリル径）は、例えば、０．０１μｍ〜１μｍの範囲であり、その気孔率は、例えば、７０％〜９８％の範囲であり、その厚さは、例えば、２μｍ〜１００μｍの範囲である。ＰＴＦＥ多孔質膜３の圧力損失は、特に限定されないが、５．３ｃｍ／秒の流速で空気を透過させたときの圧力損失にして、５Ｐａ〜１０００Ｐａの範囲が好ましく、５Ｐａ〜２００Ｐａの範囲がより好ましく、５Ｐａ〜１００Ｐａの範囲がさらに好ましい。ＰＴＦＥ多孔質膜３の捕集効率は、特に限定されないが、粒子径０．３μｍのジオクチルフタレート（ＤＯＰ）を用い、５．３ｃｍ／秒の流速で測定したときの捕集効率（捕集効率の測定方法は、実施例を参照）において、８０％以上が好ましく、９９．９７％以上がより好ましい。また、粒子径０．１μｍのＤＯＰを用い、５．３ｃｍ／秒の流速で測定したときの捕集効率において、９９．９９％以上がさらに好ましい。

このようなＰＴＦＥ多孔質膜３の形成方法は特に限定されず、例えば、以下に示す方法により形成すればよい。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えばよい。次に、予備成形体を、ペースト押出や圧延によってシート状に成形し、得られたＰＴＦＥ成形体を少なくとも一軸方向に延伸してＰＴＦＥ多孔質膜を形成できる。ＰＴＦＥ成形体の延伸は、液状潤滑剤を除去した後に行えばよい。なお、ＰＴＦＥ成形体の延伸条件は、適宜設定すればよく、通常、縦方向の延伸、横方向の延伸ともに、温度３０〜３２０℃の範囲において、延伸倍率２〜３０倍とすればよい。延伸後にＰＴＦＥの融点以上に加熱し、ＰＴＦＥ多孔質膜を焼成してもよい。

また、上記以外の製造方法として、例えば、ＰＴＦＥ成形体を融点以上の温度で延伸してもよいし、予備成形体形成時にフィラーなどを混入させてもよい。例えば、フィラーとしてカーボン粒子や金属粉末などの導電性材料を練り込むことにより、帯電が防止されたＰＴＦＥ多孔質膜３とすることができる。

通気性支持材２の構造および構成は、フィルタ濾材１としての形状を保持するために十分な剛性を有する限り、特に限定されない。通気性支持材２に用いる材料は、特に限定されないが、ＰＴＦＥ多孔質膜３よりも通気性に優れた材料、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好ましい。その強度、柔軟性および／または製造工程における作業性の観点からは不織布を用いることが好ましい。この場合、用いる不織布の繊維径、気孔率などを適宜選択することにより、通気性支持材２に粒子捕集性を与え、プレフィルターとして機能させることもできる。また、不織布を用いる場合、不織布を構成する少なくとも一部の繊維が、例えば、ＰＴＦＥ多孔質膜３と熱融着できるように、いわゆる芯鞘構造を有する複合繊維であってもよく、この場合、芯成分の融点が鞘成分の融点よりも高いことが好ましい。芯鞘構造を有する不織布は、耐加熱性に優れるため、フィルタ濾材１を製造する際に、加熱あるいは加熱圧着を行うことがより容易となる。

ウェブ層５の構造および構成は、エレクトロスピニング法により形成した、高分子繊維からなる層である限り、特に限定されない。高分子繊維の平均繊維径は、通常、１０ｎｍ以上５μｍ以下の範囲である。超微粒子の捕集をより効率よく行うためには、高分子繊維の平均繊維径が、１μｍ以下であることが好ましく、１μｍ未満がより好ましい。また、濾材としての圧力損失の上昇をより抑制するためには、当該平均繊維径は、２００ｎｍ以上が好ましく、４００ｎｍ以上がより好ましい。即ち、ウェブ層５を構成する高分子繊維の平均繊維径は、２００ｎｍ〜１μｍの範囲が好ましく、４００ｎｍ〜１μｍの範囲がより好ましい。

高分子繊維の種類は、エレクトロスピニング法が実施可能な高分子（即ち、溶融可能および／または何らかの溶媒に溶解可能な高分子）からなる繊維である限り、特に限定されない。高分子としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリアクリロニトリル−メタクリレート共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン−アクリレート共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン１２、ナイロン−４，６などのナイロン系高分子、アラミド、ポリベンズイミダゾール、ポリビニルアルコール、セルロース、酢酸セルロース、酢酸セルロースブチレート、ポリビニルピロリドン−酢酸ビニル、ポリ（ビス−（２−（２−メトキシ−エトキシエトキシ））ホスファゼン）、ポリプロピレンオキサイド、ポリエチレンイミド、ポリコハク酸エチレン、ポリアニリン、ポリエチレンサルファイド、ポリオキシメチレン−オリゴ−オキシエチレン、ＳＢＳ共重合体、ポリヒドロキシ酪酸、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンオキサイド、コラーゲン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリＤ，Ｌ−乳酸−グリコール酸共重合体、ポリアリレート、ポリプロピレンフマラート、ポリカプロラクトンなどの生分解性高分子類、ポリペプチド、タンパク賞などのバイオポリマー類、コールタールピッチ、石油ピッチなどのピッチ系高分子などを用いればよく、これらの高分子から選ばれる２以上の混合物を用いてもよい。なかでも、製造が容易であり、超微粒子の捕集能に優れることから、ポリアクリロニトリルおよびその共重合体が好ましい。

エレクトロスピニング法には、一般的なエレクトロスピニング法を用いればよい。高分子を溶解させる溶媒としては、例えば、（ａ）揮発性が高い溶媒類として：アセトン、クロロホルム、エタノール、イソプロパノール、メタノール、トルエン、テトラヒドロフラン、水、ベンゼン、ベンジルアルコール、１，４−ジオキサン、プロパノール、四塩化炭素、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、塩化メチレン、フェノール、ピリジン、トリクロロエタン、酢酸など、（ｂ）揮発性が上記（ａ）の溶媒に比べて相対的に低い溶媒として：Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーポネート（ＰＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、アセトニトリル（ＡＮ）、Ｎ−メチルモルホリン−Ｎ−オキシド、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、１，４−ブチロラクトン（ＢＬ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジエチルエーテル（ＤＥＥ）、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン（ＤＭＩ）、１，３−ジオキソラン（ＤＯＬ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、メチルホルマート（ＭＦ）、３−メチルオキサゾリジン−２−オン（ＭＯ）、メチルプロピオネート（ＭＰ）、２−メチルテトラヒドロフラン（ＭｅＴＨＦ）、スルホラン（ＳＬ）などを用いればよい。このとき、高分子を溶解させる溶媒として、上記揮発性が高い溶媒（ａ）、あるいは、上記揮発性が高い溶媒（ａ）と上記揮発性が相対的に低い溶媒（ｂ）との混合溶媒を用いることにより、溶媒の揮発性を増加させたり、高分子溶液の粘度を低下させたりすることができ、エレクトロスピニング法において、個々のノズルからの吐出量の制御が容易となり、例えば、吐出量を増大させてフィルタ濾材１の生産性を向上させることができる。

エレクトロスピニング法にあたっては、高分子溶融体、あるいは、高分子溶液に、エマルジョン、あるいは、有機物または無機物の粉末を混合してもよい。例えば、形成されるウェブ層５の帯電を防止するために、カーボン粒子、金属粉末などの導電性材料を混合してもよい。

エレクトロスピニング法では、そのスピニング条件を制御することにより、形成するウェブ層５を構成する高分子繊維の繊維径、あるいは、ウェブ層５の厚さおよび／または気孔率を比較的容易に制御することができる。フィルタとしての濾過性能は、濾材の繊維径、厚さ、気孔率などに大きく影響を受けることが判っている。このため、スピニング条件を適宜設定することにより、ＰＴＦＥ多孔質膜３と同程度の濾過性能を有するウェブ層５を形成することも可能である。また例えば、ＰＴＦＥ多孔質膜３より僅かに目の粗い（平均孔径が大きい）ウェブ層５とし、ＰＴＦＥ多孔質膜３の上流側に配置すれば、ウェブ層５によって超微粒子を捕集できることにより、ＰＴＦＥ多孔質膜３によって超微粒子が捕集される量を低減できるため、捕集すべき粒子として超微粒子の割合が大きい環境下においても、使用中における圧力損失の上昇をより低減できる。

本発明のフィルタ濾材では、当該濾材を構成する各層は、単に重ね合わされているだけでもよいし、接着ラミネート、熱ラミネートなどの手法により一体化されていてもよい。例えば、図１に示す濾材１では、ＰＴＦＥ多孔質膜３とウェブ層５とが、通気性接着層４を介して接着ラミネートされている。

通気性接着層４には、例えば、パウダー状、独立繊維状、および／または結節により連結された繊維状のホットメルト接着剤を用いればよい。

本発明のフィルタ濾材では、通気性接着層４は必ずしも含まれていなくてもよい。本発明のフィルタ濾材が通気性接着層４を含む場合、通気性接着層４がウェブ層５に隣接して配置されていることが好ましい。

本発明のフィルタ濾材を構成する各層の配置の順序、あるいは、各層の層数などは特に限定されず、フィルタ濾材として必要な特性に応じて、任意に設定すればよい。例えば、２層以上のＰＴＦＥ多孔質膜３および／またはウェブ層５を含むフィルタ濾材であってもよい。

本発明のフィルタ濾材における初期の圧力損失は特に限定されないが、５．３ｃｍ／秒の流速で空気を透過させるときの圧力損失において、５Ｐａ〜１０００Ｐａの範囲が好ましく、５Ｐａ〜３００Ｐａの範囲がより好ましく、５Ｐａ〜２００Ｐａの範囲がさらに好ましい。本発明のフィルタ濾材の捕集効率は特に限定されないが、粒子径０．３μｍのＤＯＰを用い、５．３ｃｍ／秒の流速で測定したときの捕集効率において、９０％以上が好ましく、９９・９７％以上がより好ましい。また、粒子径０．１μｍのＤＯＰを用い、５．３ｃｍ／秒の流速で測定したときの捕集効率において、９９．９９％以上であることがさらに好ましい。本発明のフィルタ濾材の厚さは特に限定されないが、０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲が好ましく、０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲がより好ましく、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲がさらに好ましい。

本発明のフィルタ濾材は、基本的に、被濾過気体に含まれる粒子を捕集するエアフィルタとして用いることができるが、その用途はエアフィルタに限定されない。例えば、液体濾過や防水通気用フィルタ、内圧調整フィルタなどの用途に使用することができる。

本発明のフィルタ濾材はプリーツ加工されていてもよい。

本発明のフィルタ濾材の製造方法によれば、上述した本発明のフィルタ濾材を製造できる。具体的には、ＰＴＦＥ多孔質膜および通気性支持材を含む積層体の主面上に、エレクトロンスピニング法を用いて高分子繊維を堆積させることにより、上記高分子繊維からなるウェブ層を形成すればよい。このとき、高分子繊維を堆積させる層は特に限定されない。図１に示すフィルタ濾材１を製造するためには、例えば、通気性支持材２、ＰＴＦＥ多孔質膜３および通気性接着層４を含み、かつ、通気性接着層４が一方の主面に配置された積層体を準備し、積層体における通気性接着層４上に高分子繊維を堆積させ、ウェブ層５を形成すればよい。

本発明のフィルタユニットは、上述した本発明のフィルタ濾材を備えている。このため、例えば、捕集すべき粒子として超微粒子の割合が大きい環境下においても、使用中における圧力損失の上昇を低減させたフィルタユニットとすることができる。

本発明のフィルタユニットを実際に配管内等に配置する際における向きは特に限定されないが、捕集すべき粒子として超微粒子の割合が大きい環境下においても、使用中における圧力損失の上昇をより低減できることから、ウェブ層５がＰＴＦＥ多孔質膜３の気流上流側になるようにフィルタユニットを配置することが好ましい。また、この場合、フィルタ濾材１におけるピンホールの発生や各層の破損を抑制できる。ウェブ層５がＰＴＦＥ多孔質膜３の気流下流側になるようにフィルタユニットを配置してもよく、この場合、ウェブ層５の平均孔径をＰＴＦＥ多孔質膜３の平均孔径よりも小さくすることによって、フィルタユニットとしての寿命を長くすることができる。

本発明のフィルタユニットの構造および構成は特に限定されず、例えば、図２に示すように、本発明のフィルタ濾材１と、当該フィルタ濾材１を支持する支持枠１２とを備えるフィルタユニット１１であればよい。なお、図２に示すフィルタ濾材１は、プリーツ加工されている。

支持枠１２には、フィルタユニットとして一般的な材料を用いればよく、支持枠１２の形状も任意に設定できる。支持枠１２におけるフィルタ濾材１の支持方法は、一般的なフィルタユニットと同様であればよい。

本発明のフィルタ濾材の使用方法では、捕集すべき粒子として超微粒子の割合が大きい環境下においても、使用中における圧力損失の上昇をより低減できる。

以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。本発明は、以下に示す実施例に限定されない。

本実施例では、エレクトロスピニング法を用いて図１に示すようなフィルタ濾材１を作製し、その特性を評価した。

最初に、作製した各フィルタ濾材サンプルの評価方法を示す。

（圧力損失の経時変化）
フィルタ濾材サンプルを、有効面積１００ｃｍ²の円形状のホルダーにセットし、セットしたフィルタ濾材の両面に圧力差を印加してフィルタ濾材に気体を透過させ、透過する気体の線速度を５．３ｃｍ／ｓｅｃとしたときの圧力損失を圧力計により測定した（初期圧力損失）。なお、ＰＴＦＥ多孔質膜３に比べてウェブ層５が上流側になるように、フィルタ濾材サンプルをセットした。

次に、フィルタ濾材を透過する気体中に大気塵として、多分散ＤＯＰ粒子を、粒径０．１μｍ〜０．１５μｍの範囲の粒子の濃度が約１０⁸個／リットルとなるように混入させ、一定時間毎の圧力損失の変化を測定した。

（ＤＨＣの経時変化）
圧力損失の経時変化の測定と同様にして、フィルタ濾材サンプルに上記ＤＯＰ粒子を含む気体を透過させ、一定時間毎におけるフィルタ濾材サンプルの重量の変化を電子天秤で測定し、ＤＨＣ（Dust Holding Capacity）の経時変化を測定した。

（捕集効率の測定方法）
圧力損失の経時変化の測定と同様にして、フィルタ濾材サンプルに上記ＤＯＰ粒子を含む気体を透過させ、フィルタ濾材の下流側における上記ＤＯＰ粒子の濃度をパーティクルカウンターで測定した。ただし、パーティクルカウンターによる測定対象粒子の粒径は、０．１μｍ〜０．１５μｍの範囲とし、捕集効率は、捕集効率＝（１−（下流側ＤＯＰ粒子濃度／上流側ＤＯＰ粒子濃度））×１００（％）の式より算出した。測定を始めた直後における捕集効率を初期捕集効率とした。

（平均繊維径の測定方法）
フィルタ濾材サンプルを構成する各層の平均繊維径は、当該各層の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による断層写真を解析することにより評価した。

（ＤＯＰ粒子捕集量の測定方法）
圧力損失の経時変化の測定と同様にして、フィルタ濾材サンプルに上記ＤＯＰ粒子を含む気体を透過させ、当該気体の透過前後におけるフィルタ濾材サンプルの重量の変化から求めた。

（実施例１）
実施例１で用いた各フィルタ濾材サンプルの作製方法を示す。

−サンプル１−
ＰＴＦＥファインパウダー１００重量部と、液状潤滑剤として流動パラフィン３０重量部とを均一に混合し、ＰＴＦＥペーストを形成した。次に、形成したＰＴＦＥペーストを予備成形した後に丸棒状に押出成形し、さらに、１対の金属ロールにより圧延して、厚さ０．２ｍのＰＴＦＥフィルムを形成した。次に、形成したＰＴＦＥフィルム中に含まれる液状潤滑剤を、ノルマルデカンを用いた抽出により除去し、縦（長さ）方向に１０倍および横（幅）方向に３０倍延伸して、ＰＴＦＥ多孔質膜（厚さ１０μｍ、気孔率９３％、平均孔径１．０μｍ、平均繊維径０．２μｍ、圧力損失１５０．５Ｐａ、捕集効率９９．９９９％）を得た。平均繊維径、圧力損失および捕集効率は上述の方法により測定した。気孔率は、サンプルの体積（厚さ×面積）および重量を測定することにより求めた（この際、ＰＴＦＥの密度を２．２８とした）。平均孔径は、パームポロメーター（ＰＭＩ社製細孔分布測定装置）により測定した。なお、縦方向への延伸時には３００℃の加熱を、横方向の延伸時には１２０℃の加熱を行い、延伸後、４００℃、０．５秒の焼成を行った。

次に、得られたＰＴＦＥ多孔質膜の一方の主面に、通気性支持材として、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート）／ポリエチレンの芯／鞘構造を有する不織布（平均繊維径約２５μｍ、目付量３０ｇ／ｍ²）を１８０℃にて熱ラミネートさせ、ＰＴＦＥ多孔質膜と通気性支持材との積層体（厚さ０．１６ｍｍ）を形成した。

次に、形成した積層体におけるＰＴＦＥ多孔質膜上に、微細ノズルにより加熱溶融させたホットメルト接着剤（ヤスハラケミカル株式会社製 ヒロダイン６５０２）を、ホットエアーの気流に乗せることにより繊維状に霧化させ、厚さ６μｍ、目付量２０ｇ／ｍ²の通気性接着層を形成した。

次に、形成した通気性接着層上に、エレクトロスピニング法により、ポリアクリロニトリルからなるウェブ層を形成し、図１に示すようなフィルタ濾材１（厚さ０．２ｍｍ）を作製した（サンプル１）。ウェブ層の平均繊維径は、４２０ｎｍであった。エレクトロスピニングは、カトーテック社製エレクトロスピニング装置（ナノファイバーエレクトロスピニングユニット）を用いて、以下に示す方法により行った：最初に、ジメチルアセトアミド２０重量部とアセトン６０重量部との混合溶媒に、１０重量部のポリアクリロニトリルを溶解させ、ポリアクリロニトリル溶液を形成した。次に、上述のように形成した通気性支持材、ＰＴＦＥ多孔質膜および通気性接着層からなる積層体を、ウェブ層を形成する通気性接着層が上面になるようにステンレス製ローラー（１００φ）に固定し、内径０．９ｍｍのシリンジを用いて、上記形成したポリアクリロニトリル溶液を積層体に向けてスプレーした。このとき、ステンレス製ローラーとシリンジとの間に、１７．５ｋＶの電圧を印加し（ローラー側がアース）、ローラーを１４．９ｍ／分の速度で回転させ、シリンジをローラーの軸方向に１９．８ｃｍ／分の速度で移動させた。スプレーの時間は３０分とした。なお、エレクトロスピニング中、ローラーとシリンジとの間に流れる電流は、０．００３ｍＡであった。

−サンプルＡ（比較例）−
サンプル１と同様にして作製した、通気性支持材、ＰＴＦＥ多孔質膜および通気性接着層からなる積層体の通気性接着層上に、ウェブ層の代わりに、ポリプロピレン（ＰＰ）製メルトブロー不織布（平均繊維径２μｍ、目付量３０ｇ／ｍ²）を積層し、サンプルＡとした。サンプルＡの厚さは０．３ｍｍであった。

−サンプルＢ（比較例）−
サンプル１と同様にして作製した、通気性支持材およびＰＴＦＥ多孔質膜からなる積層体をそのままサンプルＢとした。

このようにして得た各サンプルについて、上述の方法により各特性を評価した。初期圧力損失および初期捕集効率の結果を以下の表１に示す。また、ＤＨＣの値に対する圧力損失の変化を示すグラフを図３に示す。なお、サンプルＡおよびＢの圧力損失、ＤＨＣおよび捕集効率を測定するにあたっては、サンプルＡにおけるＰＰ製メルトブロー不織布、および、サンプルＢにおけるＰＴＦＥ多孔質膜が最も上流側になるように、それぞれのフィルタ濾材をセットした。

表１および図３に示すように、サンプルＡおよびＢに比べて、サンプル１は、捕集効率に優れるフィルタ濾材であり、かつ、サンプル１では、ＤＨＣ値の増大に伴う圧力損失の上昇を低減できた。

（実施例２）
実施例２で用いた各フィルタ濾材サンプルの作製方法を示す。

−サンプル２−
ＰＴＦＥファインパウダー１００重量部と、液状潤滑剤として流動パラフィン３０重量部とを均一に混合し、ＰＴＦＥペーストを形成した。次に、形成したＰＴＦＥペーストを予備成形した後に丸棒状に押出成形し、さらに、１対の金属ロールにより圧延して、厚さ０．２ｍのＰＴＦＥフィルムを形成した。次に、形成したＰＴＦＥフィルム中に含まれる液状潤滑剤を、ノルマルデカンを用いた抽出により除去し、縦（長さ）方向に２０倍および横（幅）方向に３０倍延伸して、ＰＴＦＥ多孔質膜（厚さ１５μｍ、平均繊維径０．０２μｍ、圧力損失１２５Ｐａ、捕集効率９９．９８％）を得た。平均繊維径、圧力損失および捕集効率は上述の方法により測定した。なお、縦方向への延伸時には３００℃の加熱を、横方向の延伸時には１２０℃の加熱を行い、延伸後、４００℃、０．５秒の焼成を行った。

次に、得られたＰＴＦＥ多孔質膜の双方の主面に、通気性支持材として、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート）／ポリエチレンの芯／鞘構造を有する不織布（平均繊維径約２５μｍ、目付量３０ｇ／ｍ²）を１８０℃にて熱ラミネートさせ、ＰＴＦＥ多孔質膜と通気性支持材との積層体（厚さ２６０μｍ）を形成した。

次に、形成した積層体における一方の通気性支持材上に、微細ノズルにより加熱溶融させたホットメルト接着剤（ヤスハラケミカル株式会社製 ヒロダイン６５０２）を、ホットエアーの気流に乗せることにより繊維状に霧化させ、厚さ６μｍ、目付量２０ｇ／ｍ²の通気性接着層を形成した。

次に、形成した通気性接着層上に、エレクトロスピニング法により、ポリアクリロニトリルからなるウェブ層（厚さ２５μｍ）を形成し、通気性支持材、ＰＴＦＥ多孔質膜、通気性支持材、通気性接着層およびウェブ層が順に積層されたフィルタ濾材を作製した（サンプル２）。ウェブ層の平均繊維径は、８００ｎｍであった。エレクトロスピニングは、カトーテック社製エレクトロスピニング装置（ナノファイバーエレクトロスピニングユニット）を用いて、以下に示す方法により行った：最初に、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド溶媒にポリアクリロニトリルを溶解させ、濃度１２ｗｔ％のポリアクリロニトリル溶液を形成した。次に、不織布（ポリエチレンテレフタレート製）をステンレス製ローラー（１００φ）に固定し、内径０．９ｍｍのシリンジを用いて、上記形成したポリアクリロニトリル溶液を当該不織布に向けてスプレーした。このとき、ステンレス製ローラーとシリンジとの間に、１４ｋＶの電圧を印加し（ローラー側がアース）、ローラーを１２ｍ／分の速度で回転させ、シリンジをローラーの軸方向に１９．９ｃｍ／分の速度で移動させた。シリンジ押出速度は、０．１３ｍｍ／ｍｉｎとした。次に、このように形成したウェブ層を、不織布から剥離し、上記積層体の通気性接着層上に積層して、サンプル２とした。

−サンプルＣ（比較例）−
サンプル２と同様にして作製した、ＰＴＦＥ多孔質膜と、当該多孔質膜を狭持する一対の通気性支持材とからなる積層体をそのままサンプルＣとした。

−サンプルＤ（比較例）−
サンプル２と同様にして作製した、通気性支持材、ＰＴＦＥ多孔質膜、通気性支持材、および、通気性接着層が順に積層された積層体の通気性接着層上に、ウェブ層の代わりに、平均繊維径１μｍ、厚さ４００μｍのガラス繊維濾材を積層し、サンプルＤとした。

このようにして得た各サンプルについて、上述の方法により各特性を評価した。初期圧力損失の測定結果を以下の表２に示す。また、ＤＯＰ粒子捕集量の値に対する圧力損失の変化を示すグラフを図４に示す。なお、サンプルＤの圧力損失およびＤＯＰ粒子捕集量を測定するにあたっては、サンプルＤにおけるガラス繊維濾材が最も上流側になるように、フィルタ濾材をセットした。

表２および図４に示すように、サンプル２では、サンプルＣに比べて、ＤＯＰ粒子捕集量の増大に伴う圧力損失の上昇を低減でき、より長寿命のフィルタ濾材とすることができた。また、サンプル２では、ウェブ層の厚さがサンプルＤのガラス繊維濾材の厚さの１６分の１でありながら、サンプルＤとほぼ同等の圧力損失の変化を実現できた。

本発明によれば、エレクトロスピニング法により形成した、高分子繊維からなるウェブ層を含むフィルタ濾材とすることにより、例えば、捕集すべき粒子として超微粒子の割合が大きい環境下においても、使用中における圧力損失の上昇を低減できる。

図１は、本発明のフィルタ濾材の一例を模式的に示す断面図である。 図２は、本発明のフィルタユニットの一例を模式的に示す斜視図である。 図３は、実施例により測定した、フィルタ濾材サンプルにおけるＤＨＣの値と圧力損失との関係を示す図である。 図４は、実施例により測定した、フィルタ濾材サンプルにおけるＤＯＰ粒子捕集量と圧力損失との関係を示す図である。

符号の説明

１ フィルタ濾材（濾材）
２ 通気性支持材
３ ＰＴＦＥ多孔質膜
４ 通気性接着層
５ ウェブ層
１１ フィルタユニット
１２ 支持枠

Claims (10)

1. ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜と、通気性支持材と、エレクトロスピニング法により形成した、高分子繊維からなるウェブ層と、を含むフィルタ濾材。
2. 前記高分子繊維の平均繊維径が、１０ｎｍ以上５μｍ以下である請求項１に記載のフィルタ濾材。
3. 前記高分子繊維の平均繊維径が、１μｍ以下である請求項２に記載のフィルタ濾材。
4. 前記高分子繊維の平均繊維径が、２００ｎｍ以上である請求項２に記載のフィルタ濾材。
5. 前記高分子繊維の平均繊維径が、４００ｎｍ以上である請求項２に記載のフィルタ濾材。
6. 通気性接着層をさらに含み、
   前記通気性接着層が前記ウェブ層に隣接して配置されている請求項１に記載のフィルタ濾材。
7. 請求項１に記載のフィルタ濾材と、前記フィルタ濾材を支持する支持枠とを備えるフィルタユニット。
8. 請求項１に記載のフィルタ濾材の製造方法であって、
   ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜および通気性支持材を含む積層体の主面上に、エレクトロスピニング法を用いて高分子繊維を堆積させることにより、前記高分子繊維からなるウェブ層を形成する、フィルタ濾材の製造方法。
9. 前記積層体が、前記積層体の一方の主面に配置された通気性接着層を含み、
   前記通気性接着層上に前記ウェブ層を形成する、請求項８に記載のフィルタ濾材の製造方法。
10. 請求項１に記載のフィルタ濾材の使用方法であって、
    前記ウェブ層を、前記ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜よりも、被濾過気体の気流の上流側に配置する、フィルタ濾材の使用方法。

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