JP2011105895A - ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜の製造方法とフィルタ濾材ならびに集塵機用のフィルタユニット - Google Patents

Abstract

【課題】強度が高くプレスによる圧力損失の上昇が小さいポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）多孔質膜の製造方法を提供する。
【解決手段】未焼成のＰＴＦＥシートを、ＰＴＦＥの融点以上の温度においてその長手方向へ延伸する工程と、延伸したシートを、ＰＴＦＥの融点未満の温度においてシートの幅方向へ延伸する工程とを含むＰＴＦＥ多孔質膜の製造方法であって、長手方向への延伸倍率を５０〜１００倍、幅方向への延伸倍率を４〜１０倍とし、長手方向への延伸倍率と幅方向への延伸倍率との積を４００以上とする、ＰＴＦＥ多孔質膜の製造方法とする。このＰＴＦＥ多孔質膜を用いたフィルタ濾材は、掃除機等の集塵機への使用に適している。
【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の製造方法に関する。本発明は、また、当該製造方法により得たポリテトラフルオロエチレン多孔質膜を備えるフィルタ濾材ならびに集塵機用のフィルタユニットに関する。

ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記載する）は塵離れ性に優れている。ＰＴＦＥからなる多孔質膜は、塵離れ性に優れると共に、捕集効率および通気性が高いことから、気体中の塵や粒子を除去することを目的として、フィルタユニットにおけるフィルタ濾材として多く用いられている。

特許文献１には、孔径が大きく、高い通気性を有するＰＴＦＥ多孔質膜が開示されており、特許文献２には、孔径が大きく、低い圧力損失、高い捕集効率、および高い強い針貫通強度を有するＰＴＦＥ多孔質膜が開示されている。

一般に、ＰＴＦＥ多孔質膜は引っ張り強度が著しく低いため、フィルタ濾材としては、ＰＴＦＥ多孔質膜と１つ以上の通気性支持体とを組み合わせたものが用いられる。掃除機等に用いるフィルタユニットにおけるフィルタ濾材においては、ＰＴＦＥ多孔質膜を集塵側の最表面に配置させることにより、フィルタ濾材に優れた塵離れ性を付与することができる（例えば、特許文献３参照）。

特表平３−５０４８７６号公報 特開２００７−２６０５４７号公報 特開２００５−２７９５０５号公報

しかしながら、ＰＴＦＥ多孔質膜のフィブリルは径が細く破断しやすいため、ＰＴＦＥ多孔質膜を集塵側の最表面に用いる場合、ブラシによるフィルタユニットの清掃時においてＰＴＦＥ多孔質膜が損傷を受け易い。このような損傷はフィルタ濾材の捕集効率の低下を引き起こす。

また、集塵機用フィルタユニットは、フィルタ濾材と、この濾材の外周を支持する樹脂の枠体とを備えていることが多く、樹脂の枠体は、通常、射出成型により成型される。射出成型の際、フィルタ濾材は、金型内でプレスされることになり、このプレス圧力の印加による圧縮が圧力損失の上昇をもたらすという問題がある。

そこで、本発明は、ブラシによる清掃に対する高い強度を有すると共に、プレスによる圧力損失の上昇が小さいＰＴＦＥ多孔質膜を製造することを目的とする。

本発明者らは、ＰＴＦＥシートの延伸温度や延伸倍率等の条件について鋭意検討した。その結果、以下の製造方法により、高い強度を有すると共にプレスによる圧力損失の上昇が小さいＰＴＦＥ多孔質膜が得られることを見出し、本発明に至った。

すなわち、本発明は、
未焼成のＰＴＦＥシートを、ＰＴＦＥの融点以上の温度において前記シートの長手方向へ延伸する工程と、
前記延伸したシートを、前記融点未満の温度において前記シートの幅方向へ延伸する工程とを含む、ＰＴＦＥ多孔質膜の製造方法であって、
前記長手方向への延伸倍率を５０〜１００倍、前記幅方向への延伸倍率を４〜１０倍とし、前記長手方向への延伸倍率と前記幅方向への延伸倍率との積を４００以上とする、ＰＴＦＥ多孔質膜の製造方法を提供する。

本発明は、また、被濾過気体に含まれる粒子を捕集するフィルタ濾材であって、上記本発明の製造方法により得たＰＴＦＥ多孔質膜を備えているフィルタ濾材を提供する。

本発明は、また、被濾過気体に含まれる粒子を捕集するフィルタ濾材と、前記フィルタ濾材を支持する支持枠とを備える集塵機用フィルタユニットであって、前記フィルタ濾材が本発明によるフィルタ濾材である集塵機用フィルタユニットを提供する。

本発明によれば、ブラシによるフィルタの清掃に耐えうる高い強度を有し、プレスによる圧力損失の上昇が小さいＰＴＦＥ多孔質膜を用いたフィルタ濾材および集塵機用フィルタユニットを得ることができる。

本発明の実施例から得たフィルタ濾材のブラッシング試験前後における走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。 比較例から得たフィルタ濾材のブラッシング試験前後におけるＳＥＭ写真である。

以下に、本発明のＰＴＦＥ多孔質膜の製造方法について具体的に説明する。

まず、ＰＴＦＥの微粉末に液状潤滑剤を加えて均一に混和する。ＰＴＦＥ微粉末としては、特に制限されず、種々の市販のものが使用できる。ＰＴＦＥ微粉末としては、例えば、フルオンＸＣＤ８０９（旭硝子社製）、ポリフルオンＦ−１０４（ダイキン工業社製）、フルオンＣＤ−１２３（旭硝子社製）、テフロン６Ｊ（登録商標、三井・デュポンフロロケミカル社製）等が挙げられる。

液状潤滑剤としては、ＰＴＦＥ微粒子を濡らすことができ、後に加熱法や抽出法等により除去できるものであれば、特に制限されるものではない。液状潤滑剤としては、例えば、流動パラフィン、ナフサ、トルエン、キシレン等の炭化水素類や、アルコール類、ケトン類、エステル類、フッ素系溶剤等が挙げられ、また、これらから選ばれる２種以上を混合して使用してもよい。液状潤滑剤の添加量は、ＰＴＦＥシートの成形方法により異なるが、通常、ＰＴＦＥ微粒子に対して約５〜５０重量部である。

次に、ＰＴＦＥの微粉末と液状潤滑剤との混和物を未焼成状態でシート状に成形し、液状潤滑剤を除去することによりＰＴＦＥシートを得る。シートの成形方法としては、例えば、混和物を板状に押し出してシート状にする押し出し法や、混和物をロッド状に押し出した後、対になったロールにより圧延する圧延法が挙げられ、また、両方法を組み合わせてもよい。

ＰＴＦＥシートを得る具体的な方法は、例えば、次の通りである。

液状潤滑剤で濡れたＰＴＦＥ微粒子をロッド状に圧縮し、ラム押し出し機から押し出してシート状に成形し、対になったロールにより適当な厚さ、通常は０．０５〜０．５０ｍｍに圧延する。圧延による延伸の倍率は特に規定されないが、通常、幅方向に１．５〜２０倍である。この圧延は、液状潤滑剤が蒸発しない温度、通常は常温において行われ、液状潤滑剤で満たされた浴槽中で行われてもよい。圧延されたシートに含まれる液状潤滑剤は、加熱法もしくは抽出法により除去され、ＰＴＦＥシートが得られる。

続いて、このＰＴＦＥシートを、ＰＴＦＥの融点（３２７℃）以上の温度でＰＴＦＥシートの長手方向（圧延方向）に延伸し、その後、ＰＴＦＥの融点未満の温度でＰＴＦＥシートの幅方向に延伸することにより、ＰＴＦＥ多孔質膜が得られる。ここで、ＰＴＦＥシートの長手方向への延伸倍率は５０〜１００倍であり、幅方向への延伸倍率は４〜１０倍、好ましくは５〜１０倍であり、両延伸倍率の積は４００以上、好ましくは４５０以上である。このＰＴＦＥ多孔質膜の厚さは、通常、５〜１５μｍである。

ＰＴＦＥシートの長手方向への延伸における延伸温度としては、通常、３２７〜４００℃程度であればよく、３５０℃以上が好ましい。ＰＴＦＥシートの幅方向への延伸における延伸温度としては、通常、４０℃以上であればよいが、ＰＴＦＥ多孔質膜に高い通気性を付与し、延伸時のフィブリルの破断を防ぐ観点から１００〜２５０℃が好ましい。

上述のＰＴＦＥシートの延伸工程は、長手方向および幅方向への、延伸倍率の小さい複数回の延伸を組み合わせることにより行うこともできる。この複数回の延伸において、ＰＴＦＥシートの一度目の延伸は長手方向へ行われなければならないが、二度目以降の延伸は長手方向および幅方向のどちらの方向へ行われてもよい。ただし、長手方向への延伸における延伸温度はすべてＰＴＦＥの融点以上とし、幅方向への延伸における延伸温度はすべてＰＴＦＥの融点未満とし、長手方向および幅方向への延伸における全体としての延伸倍率をそれぞれ上述で規定した範囲内としなければならない。延伸の回数は工業的観点からは少ない方が好ましい。

本発明の製造方法によると、従来のＰＴＦＥ多孔質膜と比較してフィブリルの径が大きく膜厚が薄いＰＴＦＥ多孔質膜が得られる。

以下に、本発明の好適な実施例を比較例と併せて例示的に説明する。

（実施例１）
重量％表示で、ＰＴＦＥ微粒子（フルオンＸＣＤ８０９、旭硝子社製）８１％と、液状潤滑剤（ノルマルドデカン、ジャパンエナジー社製）１９％とを均一に混和した。この混和物をロッド状に圧縮した後、ラム押し出し機から押し出してシート状に成形し、対になったロール間に通し厚さ０．２ｍｍに圧延した。圧延されたシートに含まれる液状潤滑剤を１５０℃の加熱により蒸発・乾燥させ、ＰＴＦＥシートを得た。このＰＴＦＥシートを長手方向へ延伸倍率５０倍、延伸温度３８０℃で延伸させた。その後、この延伸されたＰＴＦＥシートを幅方向へ延伸倍率１０倍、延伸温度１５０℃で延伸させ、ＰＴＦＥ多孔質膜を得た。このＰＴＦＥ多孔質膜の厚さは８μｍであった。このＰＴＦＥ多孔質膜と、通気性支持体とを１９４℃でラミネートさせてフィルタ濾材とした。通気性支持体としては、不織布であるエルベス０７０３ＷＤＯ（ユニチカ社製）を用いた。

（実施例２）
長手方向への延伸において延伸倍率を１００倍、延伸温度を３７５℃とし、幅方向への延伸において延伸倍率を５倍とした以外は実施例１と同様にしてＰＴＦＥ多孔質膜を得た。このＰＴＦＥ多孔質膜の厚さは５μｍであった。このＰＴＦＥ多孔質膜を用いた以外は実施例１と同様にしてフィルタ濾材を作製した。

（比較例１）
長手方向への延伸において延伸倍率を２０倍、延伸温度を２８０℃とし、幅方向への延伸において延伸倍率を３０倍、延伸温度を１２０℃とした以外は実施例１と同様にして、ＰＴＦＥ多孔質膜を得た。このＰＴＦＥ多孔質膜の厚さは９μｍであった。このＰＴＦＥ多孔質膜を用いた以外は実施例１と同様にしてフィルタ濾材を作製した。

（比較例２）
長手方向への延伸において延伸倍率を３５倍、延伸温度を３７５℃とし、幅方向への延伸において延伸温度を１３０℃とした以外は実施例１と同様にしてＰＴＦＥ多孔質膜を得た。このＰＴＦＥ多孔質膜の厚さは２５μｍであった。このＰＴＦＥ多孔質膜を用いた以外は実施例１と同様にしてフィルタ濾材を作製した。

実施例１，２および比較例１，２で得られたフィルタ濾材に対して、ブラッシング試験およびプレス試験を行い、試験の前後におけるフィルタ濾材の捕集効率および圧力損失を測定した。これらの試験方法および測定方法を次に説明する。

（ブラッシング試験）
ブラッシング試験に用いるブラシとしては、サイクロン掃除機（松下電器産業製 Ｎａｔｉｏｎａｌ ＭＣ−Ｆ３ＸＡ）に付属のフィルタ清掃用ブラシを用いた。ブラシの柄における一定の点を支点としてこの位置を保ち、ブラシの柄を前後に振り子状に動かすことにより、フィルタ濾材のＰＴＦＥ多孔質膜側の表面における一定の線分上を、繰り返しブラシの先で掃いた。ブラッシング回数は通算で０，５，１０，２０，５０，１００，２００，５００，１０００回行い、各回数目において、フィルタ濾材の圧力損失および捕集効率を測定した。

（プレス試験）
ブレス試験では、フィルタ濾材の成形工程で行われる全面のプレスを想定した試験を行った。高温プレス機にフィルタ濾材を配置し、プレス温度を８０℃または１２０℃とし、プレス圧力を２２．２ＭＰａまたは４４．４ＭＰａとしてプレスを行った。プレスの前後におけるフィルタ濾材の圧力損失を測定した。

（捕集効率）
圧力損失の測定装置と同様の装置を用い、上記ホルダーにセットしたフィルタ濾材に、多分散ジオクチルフタレート（ＤＯＰ）粒子を含む気体を流速５．３ｃｍ／ｓｅｃで透過させ、フィルタ濾材の下流側におけるＤＯＰ粒子の濃度をパーティクルカウンター（リオン社製、ＫＣ−１８）により測定して、捕集効率を求めた。ここで、ＤＯＰ粒子を含む気体とは、粒子径０．３〜０．５μｍの範囲の粒子を１０⁷個／ＬとなるようにＤＯＰ粒子を含ませたものであり、パーティクルカウンターの測定対象粒子の粒径を０．３〜０．５μｍ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（％）の式により算出した。

（圧力損失）
フィルタ濾材の圧力損失は、サンプルを有効通気面積が１００ｃｍ²である円形状のホルダーにセットし、セットしたサンプルの両面に圧力差を発生させて気体を透過させ（透過量：３１．８Ｌ／ｍｉｎ）、透過する気体の流速を５．３ｃｍ／ｓｅｃとしたときの圧力損失を圧力計（マノメーター）により測定して求めた。

これらの測定結果を表１，２に示す。

表１，２から明らかなように、実施例１および２のフィルタ濾材はブラッシング試験において、ブラッシング回数が多くなっても捕集効率および圧力損失の減少が穏やかであり、また、プレス試験における圧力損失上昇値が小さい。このことは、本発明のフィルタ濾材が、強度が高くプレスによる圧力損失の上昇が小さいフィルタ濾材であることを示している。

これに対し、比較例１のフィルタ濾材は、プレス試験における圧力損失上昇値が小さいが、ブラッシング試験における捕集効率および圧力損失の減少が著しいため、強度の低いフィルタ濾材である。

比較例２のフィルタ濾材は、ブラッシング試験における捕集効率および圧力損失の減少が穏やかであるが、プレス試験における圧力損失上昇値が大きいため、プレスによる圧力損失の上昇が大きいフィルタ濾材である。

図１は実施例１，２および比較例１，２のフィルタ濾材のＰＴＦＥ多孔質膜側の表面における、ブラッシング試験の前後のＳＥＭ写真である。

本発明によれば、従来のＰＴＦＥ多孔質膜よりも強度が高く、かつ、プレスによる圧力損失の上昇が小さいＰＴＦＥ多孔質膜の製造方法を提供できる。本発明の製造方法によって得られたＰＴＦＥ多孔質膜は、掃除機等の集塵機用のフィルタ濾材への使用に適している。

Claims (3)

1. 未焼成のポリテトラフルオロエチレンシートを、ポリテトラフルオロエチレンの融点以上の温度において前記シートの長手方向へ延伸する工程と、
   前記延伸したシートを、前記融点未満の温度において前記シートの幅方向へ延伸する工程とを含む、ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜の製造方法であって、
   前記長手方向への延伸倍率を５０〜１００倍、前記幅方向への延伸倍率を４〜１０倍とし、前記長手方向への延伸倍率と前記幅方向への延伸倍率との積を４００以上とする、ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜の製造方法。
2. 被濾過気体に含まれる粒子を捕集するフィルタ濾材であって、請求項１に記載の製造方法により得たポリテトラフルオロエチレン多孔質膜を備えるフィルタ濾材。
3. 被濾過気体に含まれる粒子を捕集するフィルタ濾材と、前記フィルタ濾材を支持する支持枠とを備える集塵機用フィルタユニットであって、前記フィルタ濾材が、請求項２に記載のフィルタ濾材である集塵機用フィルタユニット。