JP2012223674A - フィルター及びフィルターの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】通気性のある基材層10と、ナノ繊維層とを備え、ナノ繊維層は、ナノ繊維22及び吸着物質24をさらに有する複合ナノ繊維層20からなるフィルター1。吸着物質24は、放射性物質を吸着する物質(例えば、ゼオライトや銀)からなることが好ましい。
【選択図】図1
Description
従来のフィルターによれば、ナノ繊維層の性質(広い表面積、微細な空隙等)により、ナノ繊維層を有しないフィルターと比較して微小粒子を高い効率で分離・捕集することが可能となる。
また、「ナノ繊維層」とは、ナノ繊維(ポリマー材料からなり、平均径が数nm〜数千nmの繊維)からなる層のことをいう。
「吸着物質」とは、例えば多孔質の粒子や金属のように、分離・捕集しようとする物質を吸着するのに適した物質のことをいう。吸着物質は単体の物質のみを含むものでもよいし、複数の物質を含むものでもよい。
上記観点からは、ナノ繊維の平均径は50nm〜500nmの範囲内にあることが一層好ましい。
粒子状のゼオライトの平均径が10nmより小さい場合には製造が困難となる場合があるためであり、当該平均径が10μmより大きい場合にはナノ繊維に対して吸着物質が大きすぎるために吸着物質の離脱が多くなってしまう場合があるためである。
上記観点からは、粒子状のゼオライトの平均径は50nm〜2μmの範囲内にあることが一層好ましい。
粒子状の銀の平均径が10nmより小さい場合には製造が困難となる場合があるためであり、当該平均径が10μmより大きい場合にはナノ繊維に対して吸着物質が大きすぎるために吸着物質の離脱が多くなってしまう場合があるためである。
上記観点からは、粒子状の銀の平均径は50nm〜2μmの範囲内にあることが一層好ましい。
本発明のフィルターにおいては、薄層状の銀の平均厚さは、10nm〜500nmの範囲内にあることが好ましい。
薄層状の銀の平均厚さが10nmより小さい場合には製造が困難となる場合があるためであり、当該平均厚さが500nmより大きい場合にはナノ繊維に対して吸着物質が厚すぎるためにナノ繊維の特徴を損なってしまう場合があるためである。
上記観点からは、薄層状の銀の平均厚さは20nm〜200nmの範囲内にあることが一層好ましい。
また、構造が比較的単純であるため、電界紡糸工程の実施を容易なものとすることが可能となる。
1.実施形態1に係るフィルター1の構成
まず、実施形態1に係るフィルター1の構成を説明する。
図1は、実施形態1に係るフィルター1を説明するための図である。図1(a)は芯材(符号を図示せず。)に巻いた状態のフィルター1の斜視図であり、図1(b)はフィルター1の拡大断面図であり、図1(c)は図1(b)のAで示す範囲をさらに拡大して示す図である。
なお、構成等を示す図は全て模式図であり、実際の大きさ、厚さ等の関係と必ずしも一致するものではない。
次に、実施形態1におけるナノ繊維複合体製造装置100の構成を説明する。
図2は、実施形態1におけるナノ繊維複合体製造装置100の正面図である。図2においては、一部の部材は断面図として示している。
ナノ繊維複合体製造装置100は、図2に示すように、搬送装置110と、1台の電界紡糸装置120とを備える。なお、2台以上の電界紡糸装置を備えるナノ繊維複合体製造装置としてもよい。
電界紡糸装置120は、搬送装置110により搬送されている基材層10上にナノ繊維22と吸着物質24とを有する複合ナノ繊維層20を形成する。
ノズルユニット210は、複数の上向きノズル220を有する。
本発明のフィルターを製造するためのナノ繊維複合体製造装置には、様々な大きさ及び様々な形状を有するノズルユニットを用いることができるが、実施形態1におけるノズルユニット210は、上面から見たときに一辺が0.5m〜3mの長方形(正方形を含む)に見える大きさで、ブロック状の形状を有する。
原料タンク232は、複合ナノ繊維層20の原料となるポリマー溶液を貯蔵する。原料タンク232は、ポリマー溶液の分離や凝固を防ぐための撹拌装置233を内部に有する。原料タンク232には、ポリマー溶液供給装置234のパイプ236が接続されている。
電源装置260は、上向きノズル220と、コレクター250との間に高電圧を印加する。電源装置260の正極はコレクター250に接続され、電源装置260の負極は筐体200を介してノズルユニット210に接続されている。
次に、実施形態1に係るフィルターの製造方法を説明する。
図3は、実施形態1に係るフィルターの製造方法のフローチャートである。
基材層準備工程S1は、基材層10を準備する工程である。実施形態1においては、実施形態1に係るフィルターを製造するため、平均径1000nmのガラス繊維からなるHEPAフィルターを準備する。
ポリマー溶液作製工程S2は、ポリマー材料を含有するポリマー溶液を作製する工程である。また、実施形態1においては、粒子状のゼオライトからなる吸着物質24をさらに含有するポリマー溶液を作製する工程である。
ポリマー溶液の構成は、ポリマー材料の種類や分子量、吸着物質の種類や孔径、溶媒の種類や比率、温度、電圧、製造するフィルターの用途等に応じて適宜決定することができる。
電界紡糸工程S3は、ポリマー材料及び粒子状のゼオライトを含有するポリマー溶液を用いて電界紡糸法により基材層10上に複合ナノ繊維層20を形成し、基材層10と複合ナノ繊維層20とが積層した構造を有するフィルターを製造する工程である。
次に、長尺シートである基材層10を搬送装置110にセットし、その後、基材層10を繰り出しローラー111から巻き取りローラー112に向けて所定の搬送速度で搬送させながら、電界紡糸装置120において基材層10に複合ナノ繊維層20を形成し、実施形態1に係るフィルター1を製造する。当該フィルター1は、巻き取りローラー112に巻き取られる。
図4は、実施形態2に係るフィルター2を説明するための図である。図4(a)はフィルター2の拡大断面図であり、図4(b)は図4(a)のBで示す範囲をさらに拡大して示す図である。
実施形態2に係るフィルターの製造方法は、基材層10を準備する基材層準備工程S1と、ポリマー溶液を作製するポリマー溶液作製工程S2と、ポリマー材料及び粒子状の銀を含有するポリマー溶液を用いて電界紡糸法により基材層10上に複合ナノ繊維層30を形成し、基材層10と複合ナノ繊維層30とが積層した構造を有するフィルター2を製造する電界紡糸工程S3とをこの順番で含むフィルターの製造方法である。つまり、実施形態2に係るフィルターの製造方法は、粒子状のゼオライトの代わりに粒子状の銀を用いるフィルターの製造方法である。
ポリマー溶液作製工程S2は、粒子状のゼオライトの代わりに粒子状の銀を用いること以外は実施形態1におけるポリマー溶液作製工程S2と同様である。
電界紡糸工程S3は、ポリマー材料及び粒子状の銀を含有するポリマー溶液を用いて電界紡糸法により基材層10上に複合ナノ繊維層30を形成し、基材層10と複合ナノ繊維層30とが積層した構造を有するフィルター2を製造する工程である。なお、当該フィルターの製造方法には、実施形態1におけるナノ繊維複合体製造装置100と基本的に同様の構成を有する装置を用いることができる。
図5は、実施形態3に係るフィルター3を説明するための図である。図5(a)はフィルター3の拡大断面図であり、図5(b)は図5(a)のCで示す範囲をさらに拡大して示す図である。
図6は、実施形態3に係るフィルターの製造方法のフローチャートである。
実施形態3に係るフィルターの製造方法は、図6に示すように、基材層10を準備する基材層準備工程S1と、ポリマー溶液を作製するポリマー溶液作製工程S2と、ポリマー材料を含有するポリマー溶液を用いて電界紡糸法により基材層10上にナノ繊維層を形成し、基材層10とナノ繊維層とが積層した構造を有するナノ繊維複合体を製造する電界紡糸工程S3と、ナノ繊維複合体のナノ繊維層に銀を蒸着して複合ナノ繊維層40とし、フィルター3を製造する蒸着工程S4とをこの順番で含む。つまり、実施形態3に係るフィルターの製造方法は、粒子状の銀を用いるのではなく、蒸着によって薄膜状の銀を形成するフィルターの製造方法である。
ポリマー溶液作製工程S2は、吸着物質を用いないこと以外は実施形態2におけるポリマー溶液作製工程S2と同様である。
電界紡糸工程S3は、ポリマー材料を含有するポリマー溶液を用いて電界紡糸法により基材層10上にナノ繊維層を形成し、基材層10とナノ繊維層とが積層した構造を有するナノ繊維複合体を製造する工程である。なお、使用する装置としては、実施形態1におけるナノ繊維複合体製造装置100と基本的に同様の構成を有する装置を用いることができる。
図7は、実施形態4に係るフィルター4を説明するための図である。図7(a)はフィルター4の拡大断面図であり、図7(b)は図7(a)のDで示す範囲をさらに拡大して示す図である。
実施形態4に係るフィルターの製造方法は、基材層10を準備する基材層準備工程S1と、ポリマー溶液を作製するポリマー溶液作製工程S2と、ポリマー材料、粒子状のゼオライト及び粒子状の銀を含有するポリマー溶液を用いて電界紡糸法により基材層10上に複合ナノ繊維層50を形成し、基材層10と複合ナノ繊維層50とが積層した構造を有するフィルター4を製造する電界紡糸工程とをこの順番で含む。つまり、実施形態4に係るフィルターの製造方法は、粒子状のゼオライトに加えて粒子状の銀を用いるフィルターの製造方法である。
ポリマー溶液作製工程S2は、粒子状のゼオライトに加えて粒子状の銀を用いること以外は実施形態1におけるポリマー溶液作製工程S2と同様である。
電界紡糸工程S3は、ポリマー材料、粒子状のゼオライト及び粒子状の銀を含有するポリマー溶液を用いて電界紡糸法により基材層10上に複合ナノ繊維層50を形成し、基材層10と複合ナノ繊維層50とが積層した構造を有するフィルター4を製造する工程である。なお、使用する装置としては、実施形態1におけるナノ繊維複合体製造装置100と基本的に同様の構成を有する装置を用いることができる。
Claims (16)
- 通気性のある基材層と、ナノ繊維層とを備え、
前記ナノ繊維層は、吸着物質を含む複合ナノ繊維層からなることを特徴とするフィルター。 - 請求項1に記載のフィルターにおいて、
前記吸着物質は、放射性物質を吸着する物質であることを特徴とするフィルター。 - 請求項2に記載のフィルターにおいて、
前記吸着物質として、粒子状のゼオライトを含むことを特徴とするフィルター。 - 請求項2又は3に記載のフィルターにおいて、
前記吸着物質として、粒子状の銀を含むことを特徴とするフィルター。 - 請求項4に記載のフィルターにおいて、
前記吸着物質として、前記粒子状のゼオライト及び前記粒子状の銀を含むことを特徴とするフィルター。 - 請求項2又は3に記載のフィルターにおいて、
前記吸着物質として、薄層状の銀を含むことを特徴とするフィルター。 - 請求項6に記載のフィルターにおいて、
前記吸着物質として、前記粒子状のゼオライト及び前記薄層状の銀を含むことを特徴とするフィルター。 - 請求項1〜7のいずれかに記載のフィルターにおいて、
前記基材層は、HEPAフィルターからなることを特徴とするフィルター。 - 請求項1〜7のいずれかに記載のフィルターにおいて、
前記基材層は、不織布からなることを特徴とするフィルター。 - 請求項3に記載のフィルターを製造するためのフィルターの製造方法であって、
基材層を準備する基材層準備工程と、
ポリマー材料及び粒子状のゼオライトを含有するポリマー溶液を用いて電界紡糸法により基材層上に複合ナノ繊維層を形成し、前記基材層と前記複合ナノ繊維層とが積層した構造を有する前記フィルターを製造する電界紡糸工程とをこの順番で含むことを特徴とするフィルターの製造方法。 - 請求項4に記載のフィルターを製造するためのフィルターの製造方法であって、
基材層を準備する基材層準備工程と、
ポリマー材料及び粒子状の銀を含有するポリマー溶液を用いて電界紡糸法により基材層上に複合ナノ繊維層を形成し、前記基材層と前記複合ナノ繊維層とが積層した構造を有する前記フィルターを製造する電界紡糸工程とをこの順番で含むことを特徴とするフィルターの製造方法。 - 請求項5に記載のフィルターを製造するためのフィルターの製造方法であって、
基材層を準備する基材層準備工程と、
ポリマー材料、粒子状のゼオライト及び粒子状の銀を含有するポリマー溶液を用いて電界紡糸法により基材層上に複合ナノ繊維層を形成し、前記基材層と前記複合ナノ繊維層とが積層した構造を有する前記フィルターを製造する電界紡糸工程とをこの順番で含むことを特徴とするフィルターの製造方法。 - 請求項6に記載のフィルターを製造するためのフィルターの製造方法であって、
基材層を準備する基材層準備工程と、
ポリマー材料を含有するポリマー溶液を用いて電界紡糸法により基材層上にナノ繊維層を形成し、前記基材層と前記ナノ繊維層とが積層した構造を有するナノ繊維複合体を製造する電界紡糸工程と、
前記ナノ繊維複合体の前記ナノ繊維層に銀を蒸着して複合ナノ繊維層とし、前記フィルターとする蒸着工程とをこの順番で含むことを特徴とするフィルターの製造方法。 - 請求項7に記載のフィルターを製造するためのフィルターの製造方法であって、
基材層を準備する基材層準備工程と、
ポリマー材料及び粒子状のゼオライトを含有するポリマー溶液を用いて電界紡糸法により基材層上に複合ナノ繊維層を形成し、前記基材層と前記複合ナノ繊維層とが積層した構造を有するナノ繊維複合体を製造する電界紡糸工程と、
前記ナノ繊維複合体の前記複合ナノ繊維層に銀を蒸着して前記フィルターとする蒸着工程とをこの順番で含むことを特徴とするフィルターの製造方法。 - 請求項8〜14のいずれかに記載のフィルターの製造方法において、
前記基材層は、HEPAフィルターからなることを特徴とするフィルターの製造方法。 - 請求項8〜14のいずれかに記載のフィルターの製造方法において、
前記基材層は、不織布からなることを特徴とするフィルターの製造方法。
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