JP2011512252A - ポリエチレン製メンブレンおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】 図5
Description
PF=(−log(透過率(%)/100)/圧力損失(mmH2O))×100
であり、式中の透過率は、透過率(%)=100−捕集効率であり、圧力損失(mmH2O)は空気が5.3cm/秒の流速でメンブレンを通過したときに測定され、捕集効率(%)は0.3μmの粒径を有するフタル酸ジオクチルを用いて測定された。これは米軍規格MIL−STD−282(1956)に相当する。驚くべきことに、これは多孔質ポリエチレン製メンブレンによって実現される。このようなメンブレンは、ASHRAEフィルタ、HEPAフィルタおよびULPAフィルタといった、粒子濾過の用途において特に有用である。今までは、フィルタ要素自体としてではなく、このような用途における支持要素としてのみポリエチレン製メンブレンを用いることが実現可能であった。
[孔径]
平均流孔径は、空気透過性に基づき、湿潤流体を用いるPMI装置で測定される。PMI装置による通常の平均流孔径の測定方法は、ASTMF316−03に基づく。直径が25mmの試料がフロリナート型FC−40の低表面張力の流体で湿らせられて、ホルダに配置された。空気圧の差異が試料から湿潤流体を除去する。この湿式工程後、乾式工程(乾燥流れ)が適用される。湿式流れが乾式流れの50%に相当する差圧を用いて、PMIソフトウェアが平均流孔径を算出した。
ガーレーの試験方法(ISO5636−5による)は、空気の通過に対するメンブレンの抵抗の測定を含む。この方法は、1秒またはそれ以上の間に50mlまでの空気を通過させるメンブレンに利用できる。この試験では、シリンダ容積が50ミリリットル、シリンダ重量が567グラム、および測定面積が6.45平方センチメータ(1平方インチ)を有するガーレー式精密機器からガーレー式デンソメータの4110型が用いられ、0.1秒の精度で時間を測定した。較正後、メンブレンの細長い一片が、ロールの幅にわたって切断された。さらに、平坦で損傷のない試験試料が、クランプ板のオリフィスの上に配置され、クランプ留めされる。この通気性試験の方法では、湿った液体は用いられなかった。測定が開始されて、0.1秒の精度で時間が測定され、これは試験試料を通過するのに50mlの空気が必要である。非常に速い気体の透過を有するメンブレンでは、例えば300mlの多い空気に対して透過時間が測定される。10倍の制限を有する、較正したオリフィス(ガーレー式精密機器による)もまた用いられる。このオリフィスが導入された場合は、100mlの空気が用いられた。
厚さは、Mahr Millitron社の0.5N張力を用いる直径12mmのフットプリントで測定された。
粒子の捕集効率が自動試験機(ミネアポリス、St.PaulのTSI社による8160型)によって測定された。濾過メディアの6インチ(152.4mm)の直径の平坦なシート試料が、水平に装着されたガスケットシールを有するフィルタホルダ内に密閉された。円形のフィルタホルダは2つの領域を有しており、空気流と試験粒子とが通過できる中央の試験領域と、試験領域と大気の間の空気流の漏れを防ぐ外側の保護領域である。外側の空気が試験領域に漏れないように、2つの領域の差圧はほぼゼロに調整された。試験領域は約100cm2(直径11.3cm)(15平方インチ(直径4.4インチ))の面積を有していた。フタル酸ジオクチル(DOP)溶液が微粒化され、多分散エーロゾルが生成された。エーロゾルの粒子は電気移動度によって分類され、直径が0.02乃至0.5マイクロメートルの単分散粒子を生成した。この粒子は、試験フィルタを通過した。2つの凝縮核の粒子計測機が、同時にフィルタの上流および下流の粒子濃度を測定し、粒子の捕集効率を算出した。この効率は、上流の衝突する粒子に対する、フィルタによって捕集された粒子の割合として記録された。
本発明は、以下の非制限的な実施例で説明されるであろう。
Claims (24)
- 多孔質メンブレンにおいて、当該メンブレンが少なくとも10の粒子濾過のPF値を有しており、当該PF値は:
PF=(−log(透過率(%)/100)/圧力損失(mmH2O))×100
の式によって算出され、式中の透過率は、透過率(%)=100−捕集効率であり、圧力損失(単位:mmH2O)は空気が5.3cm/秒の流速で前記メンブレンを通過するときに測定され、捕集効率(単位:%)は0.3μmの粒径を有するフタル酸ジオクチル(米軍規格MIL−STD−282(1956))を用いて測定され、好適にはメンブレンのPF値が少なくとも20であり、最適にはメンブレンのPF値は少なくとも30であって、
当該多孔質メンブレンがポリエチレン製メンブレンであることを特徴とする多孔質メンブレン。 - 請求項1に記載のメンブレンにおいて、当該メンブレンが、自立型メンブレンであることを特徴とするメンブレン。
- 請求項1または2に記載のメンブレンにおいて、米軍規格MIL−STD−282(1956)による前記圧力損失が、空気が5.3cm/秒の流速で前記メンブレンを通過するときに少なくとも3mmH2Oであり、好適には、前記圧力損失が空気が5.3cm/秒の流速で前記メンブレンを通過するときに30mmH2O未満であることを特徴とするメンブレン。
- 請求項1乃至3の何れか一項に記載のメンブレンにおいて、ISO5636−5によるガーレー数が5秒/50ml未満であり、好適には当該ガーレー数が5秒/300ml未満であることを特徴とするメンブレン。
- 請求項1乃至4の何れか一項に記載のメンブレンにおいて、空気が5.3cm/秒の流速で前記メンブレンを通過し、0.3μmの粒径を有するフタル酸ジオクチル(米軍規格MIL−STD−282(1956))を用いて前記捕集効率(単位:%)が測定される場合、当該捕集効率が少なくとも50%であり、好適には少なくとも90%であり、さらに好適には99.97%であることを特徴とするメンブレン。
- 請求項1乃至5の何れか一項に記載のメンブレンにおいて、空気が5.3cm/秒の流速で前記メンブレンを通過し、0.3μmの粒径を有するフタル酸ジオクチル(米軍規格MIL−STD−282(1956))を用いて捕集効率(単位:%)が測定される場合、当該捕集効率が、最も透過した粒径に対して少なくとも99.9995%であることを特徴とするメンブレン。
- 請求項1乃至6の何れか一項に記載のメンブレンにおいて、当該メンブレンの厚さが約500μm未満であり、当該メンブレンの厚さが好適には約200μm未満、例えば10乃至100μmであって;好適には当該メンブレンの厚さが少なくとも10μmであり、さらに好適には当該メンブレンの厚さが少なくとも20μmであることを特徴とするメンブレン。
- 請求項1乃至7の何れか一項に記載のメンブレンにおいて、当該メンブレンの多孔率が少なくとも40体積%であり、好適には当該多孔率は少なくとも80体積%であり、さらに好適には少なくとも90体積%であって、好適には前記メンブレンの多孔率が多くて95体積%であり、より好適には多くて90体積%であることを特徴とするメンブレン。
- 請求項1乃至8の何れか一項に記載のメンブレンにおいて、前記多孔質ポリエチレン製メンブレンが線維網の多層構造を有する延伸ポリエチレン製メンブレンであって、当該メンブレンの断面が1乃至12線維網/30μmを有しており、好適には当該メンブレンの断面が2乃至8線維網/30μmを有しており、さらに好適には当該メンブレンの断面が2乃至5線維網/30μmを有することを特徴とするメンブレン。
- 請求項1乃至9の何れか一項に記載のメンブレンにおいて、多孔質ポリオレフィン製メンブレンが線維網の多層構造を有する延伸ポリエチレン製メンブレンであって、前記線維網の少なくとも70%が0.02乃至2.5μmの厚さを有しており、好適には前記線維網の少なくとも90%が0.02乃至2.5μmの厚さを有することを特徴とするメンブレン。
- 請求項1乃至10の何れか一項に記載のメンブレンにおいて、前記多孔質ポリオレフィン製メンブレンが超極細繊維と内部ナノ繊維との組み合わせを有する延伸ポリエチレン製メンブレンであって、前記超極細繊維が1乃至10μmの寸法と5乃至50μmの長さを有しており、前記ナノ繊維が10乃至150nmの厚さと2乃至20μmの長さの寸法を有することを特徴とするメンブレン。
- 請求項1乃至11の何れか一項に記載のメンブレンにおいて、前記多孔質ポリエチレン製メンブレンが、難燃剤、フィラー、導電性材料、防汚添加物、および防臭添加物のグループから選択される少なくとも1つの成分を具えることを特徴とするメンブレン。
- 請求項1乃至12の何れか一項に記載のメンブレンにおいて、多孔質ポリエチレン製フィルムが、少なくとも50重量%のポリエチレンと、金属、金属酸化物、セラミック粉末、酸化PE、PEO、PTFE、微粉末のワックス混合物、PEコポリマ(例えば、PE−PTFE、PE−EVA、PE−AA、PVA、PE−塩化ビニルまたはPE−エポキシ)、活性炭、カーボンブラック、PE以外の重合体樹脂、およびこれらの組み合わせからなるグループから選択される成分の合計が好適には1乃至50重量%である成分と、を具えており、
好適には前記多孔質ポリエチレン製フィルムが、少なくとも85重量%のポリエチレンと、上記グループから選択される少なくとも1つの成分の合計が1乃至15重量%である成分とを具えることを特徴とするメンブレン。 - 請求項1乃至13の何れか一項に記載のメンブレンがさらに、例えば活性炭、カーボンブラック、グラファイト、高表面積金属粉末、カーボンナノチューブ、合成酸化物、自然発生する酸化物、水酸化物、および、例えばガラス繊維、岩石繊維、セラミック繊維、有機繊維および金属繊維といった繊維材料のような、防臭添加物、難燃剤、フィラー、導電性材料および防汚添加物のグループから選択される添加物を具えることを特徴とするメンブレン。
- 請求項1乃至14の何れか一項に記載のメンブレンにおいて、前記多孔質ポリエチレン製フィルムの少なくとも20重量%がUHMWPEであり、好適にはポリエチレンの少なくとも50重量%がUHMWPEであって;
前記多孔質ポリエチレン製フィルムの80重量%未満がUHMWPEであり、より好適には前記多孔質ポリエチレン製フィルムの70重量%未満がUHMWPEであることを特徴とするメンブレン。 - 請求項1乃至15の何れか一項に記載のメンブレンにおいて、前記多孔質ポリエチレン製フィルムの少なくとも5重量%がHMWPEであり、好適には当該多孔質ポリエチレン製フィルムの少なくとも20重量%、例えば前記多孔質ポリエチレン製フィルムの少なくとも30重量%がHMWPEであって;
前記多孔質ポリエチレン製フィルムの80重量%未満、例えば前記多孔質ポリエチレン製フィルムの50重量%未満がHMWPEであることを特徴とするメンブレン。 - 請求項1乃至16の何れか一項に記載のメンブレンにおいて、当該メンブレンの少なくとも一面上にラミネート加工された空気透過性の支持要素を有しており、好適には空気透過性の当該支持要素が前記多孔質ポリエチレン製フィルムの両面上にラミネート加工されることを特徴とするメンブレン。
- 請求項1乃至17の何れか一項に記載のメンブレンを具える要素において、前記メンブレンが自立型に配置されるか、平坦な主面、管状の主面および/またはひだ状の主面を形成するように前記支持要素上に少なくとも部分的に配置されることを特徴とする要素。
- 請求項18に記載の要素において、前記支持要素が不織布、織布、紡糸ウェブ、ウェブおよび/またはグリッド要素を具える積層であって、好適には前記支持要素が、PET、ECTFE、PA、PBT、PPS、PP、PE、ePTFE、UHMWPE、およびこれらのうちの1つを含むコポリマといったポリマと;セルロース混合エステル、ポリ塩化ビニルおよび三酢酸セルロースと;セラミックまたはガラス(例えばAl2O3またはまたはケイ酸)と;このグループのうちの少なくとも2つの要素の組み合わせとからなるグループから選択される材料を具えており、好適には前記支持要素と前記メンブレンとが超音波溶接、接着、熱接着またはレーザー溶接によって互いに接合され、
前記メンブレンが、当該メンブレンの少なくとも一面上にラミネート加工された空気透過性の前記支持要素を有しており、好適には空気浸透性の前記支持要素が前記多孔質ポリエチレン製メンブレンの両面上にラミネート加工されることを特徴とする要素。 - 請求項1乃至17の何れか一項に記載のメンブレンを作成する方法において、
・溶媒とポリエチレンとの混合物を任意に更なる成分と共に提供するステップと、
・前記混合物からメンブレンを押出加工するステップと、
・基礎要素を形成するために前記溶媒を除去するステップと、を具えることを特徴とする方法。 - 請求項20に記載の方法がさらに、前記メンブレンを形成するために前記基礎要素を面積当たり少なくとも10倍に延伸するステップであって、好適には機械方向に2乃至10倍、横断方向に3乃至10倍に双軸に延伸させるステップを具えており、70mmの機械方向の初期寸法に対して、機械方向の延伸が少なくとも2.5倍であり、機械方向の延伸が30mm/秒未満の変形速度で実行され、
好適には、70mmの機械方向の初期寸法に対して、機械方向の延伸が約25mm/秒未満の変形速度で実行され、
さらに好適には、70mmの機械方向の初期寸法に対して、機械方向の延伸が約15mm/秒の変形速度で実行され、
最適には、70mmの機械方向の初期寸法に対して、機械方向の延伸が約10mm/秒の変形速度で実行されることを特徴とする方法。 - 請求項20または21の何れか一項に記載の方法において、前記基礎要素を延伸する前に、蒸発によって前記溶媒が除去されることを特徴とする方法。
- 請求項1乃至17の何れか一項に記載のメンブレン、または請求項18または19に記載の要素の使用法において、HVACユニット内、HEPAまたはULPAの清浄室のような清浄室、レスピレータ、電気掃除機、空気濾過ユニット、医療機器、気体から粒子を除去する装置、空気濾過の用途、高温での用途、バッグハウスの用途、食品、医療品および医薬品内の粒子の濾過、燃焼工程の粒子の濾過、加工流体の粒子の濾過、金属内の粒子の濾過、セメント内の粒子の濾過であることを特徴とする使用法。
- 請求項1乃至17の何れか一項に記載のひだ状のメンブレン、または請求項18または19に記載の要素と、任意に支持要素および/またはマトリックス要素とを具える空気フィルタパックにおいて、当該空気フィルタパックが10を越えるPF値を有しており、好適には前記空気フィルタパックのPF値が少なくとも20であり、最適には前記空気フィルタパックのPF値が少なくとも30であることを特徴とする空気フィルタパック。
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