JP2012228687A

JP2012228687A - エアフィルタ用濾材およびその製造方法

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Publication number: JP2012228687A
Application number: JP2012124623A
Authority: JP
Inventors: Eizo Kawano; 栄三川野; Takuya Maeoka; 拓也前岡
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2012-11-22

Abstract

【課題】ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）多孔質膜を含むエアフィルタ用濾材におけるリーク現象を抑制する。
【解決手段】少なくとも１層のＰＴＦＥ多孔質膜１と少なくとも１層の通気性支持材２とが積層された積層体であって、表面電位の絶対値が０．３ｋＶ以下であるエアフィルタ用濾材とする。濾材はＷ字状に折り畳まれている。表面電位の絶対値を上記範囲とすると、素手との接触などによる放電（スパーク）に起因する貫通孔形成を防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明はポリテトラフルオロエチレン（以下、「ＰＴＦＥ」と略す）多孔質膜を用いたエアフィルタ用濾材およびその製造方法に関する。

従来、クリーンルームでは、ガラス繊維にバインダーを加えて抄紙したエアフィルタ用濾材が多用されてきた。このような濾材にはいくつかの問題がある。例えば、濾材中には付着小繊維が存在し、折曲げ加工時には自己発塵し、フッ酸などある種の化学薬品と接触すると劣化して発塵する。また、バインダー成分からのオフガスが製造歩留まりを低下させる。そこで近年、ＰＴＦＥ多孔質膜が半導体工業などのクリーンルームにおいて、高性能フィルタ材料として使用されている。特開平５−２０２２１７号公報に記載されているＰＴＦＥ多孔質膜はその一例である。ＰＴＦＥ多孔質膜はコシがないため、通常、補強のために、他の通気性材料と積層してから濾材として使用される。濾材は連続した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が形成され、さらに金属枠などで枠付けされてエアフィルタユニットとなる。

濾材のプリーツ加工は、一般には以下の方法で行われている。
（ｉ）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と呼ばれる方法。
（ii）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と呼ばれる方法。

ＰＴＦＥ多孔質膜と通気性支持材との積層体からなるエアフィルタ用濾材は、その積層工程およびフィルタユニットヘの加工工程において、摩擦により帯電しやすい。帯電して表面電位が高くなった濾材に導電体が近づいたり人間が素手で触れたりすると、放電（スパーク）が発生して濾材に貫通孔が形成されることがある。貫通孔が形成されると、濾材の捕集効率が低下し、貫通孔断面の短径よりも小さい粒径の粒子について捕集効率の粒子径依存性がなくなる、いわゆるリーク現象が発生する。特に、積層工程では、積層された濾材がロール状に幾重にも巻き取られることが多いため、濾材の表面電位が増加しやすい。プリーツ加工工程後においても、折り畳まれた積層体が重ね合わされた状態で保管されると、濾材の表面電位が増加する。また、プリーツ加工自体が大きな摩擦を伴う工程であるため、プリーツ加工した濾材の表面電位は高くなっていることが多い。このため、巻き取られたり折り込まれた濾材については、特にリーク現象が発生しやすくなる。

本発明は、このような事情に鑑みて為されたもので、ＰＴＦＥ多孔質膜を含むエアフィルタ用濾材におけるリーク現象を抑制することを目的とする。

本発明のエアフィルタ用濾材は、少なくとも１層のＰＴＦＥ多孔質膜と少なくとも１層の通気性支持材とが積層された積層体であって、表面電位の絶対値が０．３ｋＶ以下であることを特徴とする。

表面電位は、測定の対象とする帯電体に接近する導体の電位を測定することにより知ることができ、具体的には、市販の表面電位計を用いれば簡便に測定できる。表面電位の絶対値を０．３ｋＶ以下（表面電位が−０．３〜０．３ｋＶの範囲内）とすれば、例えば素手で触れた程度では放電が発生しなくなるから、貫通孔の形成を抑制できる。

本発明のエアフィルタ用濾材は、連続したＷ字状に折り畳まれた状態でも、表面電位の絶対値が上記範囲内となるように低減されていることが好ましい。また、本発明によれば、積層体がロール状に巻き取られており、巻き取られた巻回体の最外周面における表面電位の絶対値が０．３ｋＶ以下であるエアフィルタ用濾材を提供することもできる。Ｗ字状に折り畳まれた形態、ロール状に巻回された形態は、保管、移送、出荷などの際に多用されるため、これら形態における表面電位を上記範囲内としてリーク現象の発生を抑制することが好ましい。

本発明の第１のエアフィルタ用濾材の製造方法は、少なくとも１層のＰＴＦＥ多孔質膜と少なくとも１層の通気性支持材とを含む積層体を作製する工程と、（ｉ）上記積層体、および（ii）上記積層体を構成する材料、から選ばれる少なくとも一つの帯電を低減させる工程とを含むことを特徴とする。この製造方法は、積層体を連続したＷ字状に折り畳む工程をさらに含み、帯電を低減させる工程を、少なくとも、折り畳んだ積層体に適用することが好ましい。プリーツ加工に伴う帯電を除去するためである。

本発明の第２のエアフィルタ用濾材の製造方法は、少なくとも１層のＰＴＦＥ多孔質膜と少なくとも１層の通気性支持材とを含む積層体であるエアフィルタ用濾材の製造方法であって、上記ＰＴＦＥ多孔質膜を得るためのＰＴＦＥ成形体の延伸処理および上記積層体を構成する材料の積層処理から選ばれる少なくとも一方の処理を、ロール状巻回体として準備した処理対象体の繰り出し、繰り出した処理対象体の処理、および処理後の処理対象体のロール状巻き取りを含む一連の工程として、かつ処理対象体の帯電低減処理を行いながら実施することにより、処理後の処理対象体を帯電が低減された状態で順次巻き取っていくことを特徴とする。ロール状に巻回してからでは、濾材（または濾材を構成するＰＴＦＥ多孔質膜）の帯電の低減を効果的に行えないが、帯電を低減しながら巻回していくと、巻回して多層に重ね合わせても表面電位が低い濾材（またはＰＴＦＥ多孔質膜）を容易に得ることができる。

なお、上記第２の製造方法において、処理が延伸の場合、処理前の処理対象体はＰＴＦＥ成形体であり、処理後の処理対象体はＰＴＦＥ多孔質膜である。処理が積層の場合、処理前の処理対象体は複数の積層材料（ＰＴＦＥ多孔質膜、通気性支持材、またはこれらを予め積層した多層体）であり、処理後の積層材料は積層体、すなわち濾材である。延伸および積層の連続処理を行う場合は、処理前の処理対象体はＰＴＦＥ成形体とその他の積層材料であり、処理後の処理対象体は濾材である。
本発明の製造方法では、各種の処理対象体と非接触で、例えばイオンを吹きつけることにより、帯電を低減させることが好ましい。

以下に説明するように、本発明によれば、ＰＴＦＥ多孔質膜を含むエアフィルタ用濾材におけるリーク現象を抑制し、製造歩留まりの向上、品質の安定化などを図ることができる。

本発明のエアフィルタ用濾材の一形態の断面図である。本発明のエアフィルタ用濾材の別の一形態の断面図である。本発明のエアフィルタ用濾材のまた別の一形態の断面図である。帯電低減処理を行う装置の一例の構成を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の濾材の一形態の断面図であり、図２は、同濾材の別の一形態の断面図である。両図面に示されているように、本発明の濾材は、ＰＴＦＥ多孔質膜１および通気性支持材２がそれぞれ少なくとも１層ずつ含まれた積層体である。両図面では、ＰＴＦＥ多孔質膜１と通気性支持材２とが交互に積層されているが、本発明の濾材はこれに限らず、ＰＴＦＥ多孔質膜１または通気性支持材２を連続して重ね合わせた積層部分を含んでいてもよい。

図３は、プリーツ加工されたエアフィルタ用濾材の一例の断面図である。長尺の濾材を長さ方向に所定の間隔をおいて交互に山折り／谷折りしていくと（プリーツ加工を施すと）、断面方向から見て連続したＷ字状の濾材を得ることができる。プリーツ加工の方式としては、上記２方式（ロータリー式、レシプロ式）が知られている。

ＰＴＦＥ多孔質膜は、従来から知られている方法により製造したものを用いればよい。この多孔質膜の製造方法の一例を以下に説明する。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て、抽出や加熱によって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とよい。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、このＰＴＦＥ成形体を少なくとも一軸方向に延伸してＰＴＦＥ多孔膜を得る。なお、ＰＴＦＥ成形体の延伸は液状潤滑剤を除去してから行うことが好ましい。通常、延伸温度は、２０℃以上でＰＴＦＥの融点未満、延伸倍率は、面積倍率で５０倍以上とするとよい。

ＰＴＦＥ多孔質膜は、特に限定されるものではないが、平均孔径０．０１〜５μｍ、平均繊維径０．０２〜０．３μｍ、５．３ｃｍ／秒の流速で空気を透過させたときの圧力損失が５〜１００ｍｍＨ₂Ｏ（以下、本明細書における圧力損失は上記条件による）であることが好ましい。上記特性を有するＰＴＦＥ多孔質膜は、エアフィルタ用濾材に適しているが、その一方で、蓄積した電荷の放電（スパーク）によるリーク現象が生じやすくなる。したがって、本発明の適用が特に好ましい。

通気性支持材は、材質、構造，形態が特に限定されるものではないが、ＰＴＦＥ多孔質膜より孔径が大きく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できる。ただし、強度、柔軟性、作業性の点からは不織布が好ましい。さらに、不織布を構成する一部または全部の繊維が芯鞘構造の複合繊維であり、芯成分が鞘成分より相対的に融点が高い合成繊維であることが好ましい。なお、通気性支持材の材料としては、特に限定するものではないが、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（ＰＥＴ）など）、芳香族ポリアミドまたはこれらの複合材を用いることができる。

通気性支持材とＰＴＦＥ多孔質膜とを積層する方法、あるいは通気性支持材と通気性支持材とを積層する方法は、単に重ね合わせるだけでもよく、例えば接着剤ラミネート、熱ラミネートなどを適用してもよい。例えば、熱ラミネートにより積層する場合は、加熱により不織布など通気性支持材の一部を溶融させて積層すればよい。また、粉粒状、網目状のホットメルト接着剤、熱硬化性接着剤などを用いて積層してもよく、感圧性接着剤を用いて、点状、筋状、網目状などに接着してもよい。

一方、ＰＴＦＥ多孔質膜とＰＴＦＥ多孔質膜を積層する方法も、特に限定されるものではない。ただ単に重ね合わせるだけでもよいし、成膜時に圧着積層する方法や熱融着する方法などを採用してもよい。

以下、表面電位を低減した濾材を得る方法の一例について説明する。

帯電を低減する処理（帯電低減処理）は、摩擦や剥離による帯電が発生する工程の後に（可能であれば引き続いて）行うとよい。帯電が発生しやすい工程としては、具体的には、ＰＴＦＥ成形体の延伸工程、積層材料の積層工程が挙げられる。これらの工程が実施されるごとに帯電低減処理を行うと確実に表面電位の絶対値を低くできるが、本発明の目的を達成できる限りにおいて、例えば、延伸工程、積層工程を引き続き行ってから、これら工程において発生した電荷をまとめて低減してもよく、あるいは、ＰＴＦＥの延伸工程においてのみ帯電を低減することとしてもよい。プリーツ加工工程においても、積層体とブレードとの摩擦により濾材に電荷が蓄積されやすくなる。濾材をプリーツ加工する場合には、少なくとも１回の帯電低減処理を、プリーツ加工した濾材に対して行うことが好ましい。

濾材を製造する各工程では、長尺物をロール状に巻き取った巻回体から、当該工程における処理（例えば積層）対象となる材料が繰り出され、処理後の材料を再び順次巻き取っていく方法が採用されることが多い。しかし、この巻回体からの繰り出し、処理中の取り回し、および処理後の巻き取りの際には、ロールなどとの摩擦などによる帯電が発生しやすくなる。その一方、一旦ロール状に巻き取って巻回体とすると、発生した帯電の低減が容易ではなくなる。そこで、処理後の材料をロール状に巻き取っていく方法を採用する場合は、当該材料が巻き取られて巻回体の内部に埋没するまでに帯電低減処理を順次行うことにより、帯電を低減することが好ましい。

巻回体に対する帯電処理の例を、通気性支持材とＰＴＦＥ多孔質膜との熱ラミネートによる積層工程について、図４を参照して説明する。通気性支持材のロール状巻回体８およびＰＴＦＥ多孔質膜のロール状巻回体９からそれぞれ繰り出された通気性支持材２およびＰＴＦＥ多孔質膜１は、ターンロール５による方向転換によって互いに重ね合わされる。そして、加熱ロール３の表面に沿って進行しながら加熱され、加熱ロール３とピンチロール６とに挟まれて通気性支持材２がＰＴＦＥ多孔質膜１の両側を挟持するように接合される。この濾材は、さらにシリコーンロール４、ターンロール５により導かれ、巻き取られて、濾材のロール状巻回体１０となる。この工程では、帯電低減処理を、繰り出された通気性支持材、ＰＴＦＥ多孔質膜、および巻き取られる前の濾材から選ばれる少なくとも１つの処理対象体に対して行えばよい。図示した例では、巻回体８，９からの繰り出し部、および巻回体１０への巻き取り部の近傍に、それぞれ帯電除去装置７を配置し、通気性支持材、ＰＴＦＥ多孔質膜、濾材のすべてに対して帯電低減処理が行われる。

帯電低減処理は、帯電を低減できればその方式に特に制限はなく、各種の帯電除去装置を用いて行うことができる。ＰＴＦＥ多孔質膜またはこれを含む積層体を処理対象とする帯電低減処理は、局部的かつ急激な蓄積電荷の移動を伴わない方法によりスパークの発生を防止しながら行うことが望まれる。このような帯電低減処理としては、処理対象が他の部材と接触することなく行われる処理、具体的には、イオンを処理対象体に吹きつける方法、特に陽イオンと陰イオンとを吹きつける方法が好ましい。

こうして、表面電位の絶対値を０．３ｋＶ以下、好ましくは０．１ｋＶ以下として、リーク現象を防止した（好ましくは粒子径０．１〜０．３μｍの範囲で捕集効率の粒子径依存性が確認できる）エアフィルタ用濾材を提供できる。下記実施例の欄に示すように、表面電位の絶対値が高すぎてスパークが発生した濾材では、上記粒子径依存性が確認できなくなる。

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は以下の実施例に制限されない。なお、表面電位は、すべて春日電機株式会社製「ＫＳＤ−０１０３」により測定した。この表面電位計は、一般的な表面電位計と同様、測定対象体に接近させた導体の電位から測定対象体の電位を測定する方式を採用している。

以下の実施例において捕集効率は下記方法により測定した。

（捕集効率の測定方法）
サンプルを有効面積１００ｃｍ²の円形のホルダーにセットし、入口側と出口側に圧力差を与え、このサンプルを通過する空気の流速を流量計で５．３ｃｍ／秒に調整し、上流側に多分散ジオクチルフタレート（ＤＯＰ）を、粒子径０．１〜０．２μｍの粒子が４×１０⁸個／リットル、粒子径０．２〜０．３μｍの粒子が６×１０⁷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で測定し、以下の式で捕集効率を求めた。

（捕集効率）
捕集効率（％）＝（１−下流側粒子濃度／上流側粒子濃度）×１００

（捕集効率の粒子径依存性の判定方法）
粒子径範囲が０．１〜０．２μｍにおける捕集効率をＸ、粒子径範囲が０．２〜０．３μｍにおける捕集効率をＹとして、下記表のリーク判定基準を満たす場合に、粒子径が０．１〜０．３μｍの範囲で粒子径依存性が認められる（リークがない）ものとする。

（表１）
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条件判定基準
――――――――――――――――――――――――――――――――――
Ｘ≧99.99994％下流側粒子カウント数≦５個*
（粒子径範囲：０．２〜０．３μｍ）
――――――――――――――――――――――――――――――――――
Ｘ＜99.99994％（１−Ｘ／１００）≧（１−Ｙ／１００）×１０
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＊「下流側粒子カウント数」は、粒子径範囲が０．２〜０．３μｍのＤＯＰを用いた測定を、１分間行ったときのカウント数（以下、同様）

（実施例１）
ＰＴＦＥファインパウダーに液状潤滑剤２０重量（ｗｔ）％を加えたぺースト状の混和物を予備成形し、ぺースト押出により丸棒状に成形した。成形物を厚み０．２ｍｍに圧延し、液状潤滑剤を除去し、さらに二軸延伸して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：１８ｍｍＨ₂Ｏ、捕集効率：９９．９９９％）を得た。引き続き、このＰＴＦＥ多孔質膜と、不織布（ユニチカ社製エルベスＴＯ３０３ＷＤＯ：ＰＥＴ／ＰＥ芯鞘不織布）とを熱ラミネートにより接着した。ＰＴＦＥ多孔質膜と不織布とは、図１に示した断面と同様、３層の不織布の間に２層のＰＴＦＥ多孔質膜が介在する構成となるように積層した。

ＰＴＦＥ多孔質膜の延伸工程、不織布との積層工程では、それぞれ、ロール状の巻回体から材料を繰り出し、所定の処理（延伸、積層）の後に材料をロール状に巻き取った。このとき、上記両工程における繰出部および巻取部に、それぞれ帯電除去装置（送風型静電気除去装置；春日電機製ＢＬＴ−１０００）を設置して帯電除去処理を行いながら延伸および積層を行った。この装置は、陽イオンと陰イオンとを吹きつけることによって処理対象物の帯電を低減する方式を採用している。こうして、厚み０．３５ｍｍのエアフィルタ用濾材を、濾材積層数が３００層である巻回体として得た。巻回した濾材の最表層の表面電位を測定したところ、０．１ｋＶであった。また、巻回体から絶縁手袋を着用して０．５ｍほど引き出した濾材単体の表面電位を測定したところ、０．１ｋＶであった。

さらに、ロール状に巻き取られた状態の上記濾材に素手で触れ、素手で触れた部分の捕集効率を測定した。粒子径０．１〜０．２μｍの粒子の捕集効率は９９．９９９９９４％であり、粒子径０．２〜０．３μｍの粒子についての下流側カウント数は０個であった。こうして、この濾材における粒子径依存性が確認できた。

（実施例２）
実施例１により得た濾材をレシプロ方式のプリーツマシンでＷ字状にひだ折りし、プリーツマシンの濾材移送下流側に設置した帯電除去装置（同上）を用いて連続して帯電除去しながらプリーツ加工したエアフィルタ用濾材を得た。絶縁手袋を着用して濾材を引き伸ばし、表面電位を測定したところ０．２ｋＶであった。さらに、引き伸ばした濾材を素手で触れ、素手で触れた部分の捕集効率を測定したところ、粒子径０．１〜０．２μｍの粒子の捕集効率は９９．９９９９９９％であり、粒子径０．２〜０．３μｍの粒子についての下流側カウント数は０個であった。こうして、この濾材における粒子径依存性が確認できた。

（比較例１）
ＰＴＦＥ多孔質膜の延伸工程、不織布との積層工程において、帯電除去装置による帯電除去を省いた点を除いては、実施例１と同一の条件でエアフィルタ用濾材（厚み：０．３５ｍｍ）を得た。濾材積層数が３００層の巻回体として得られた濾材の最表面電位は４５ｋＶであった。巻回体から絶縁手袋を着用して０．５ｍほど引き出して測定した濾材単層の表面電位は０．４ｋＶであった。

さらに、ロール状に巻き取られた状態の上記濾材に素手で触れ、素手で触れた部分の捕集効率を測定した。粒子径０．１〜０．２μｍの粒子の捕集効率は９９．９９９８４％であり、粒子径０．２〜０．３μｍの粒子の捕集効率は９９．９９９９２２％であった。この濾材では、粒子径依存性が確認できなかった。

（比較例２）
実施例１で得られた濾材をレシプロ方式のプリーツマシンでＷ字状にプリーツ加工した。このプリーツ加工工程では帯電除去装置による帯電除去を行わなかった。絶縁手袋を着用して濾材を引き伸ばして測定した濾材の表面電位は−０．５ｋＶであった。さらに、引き伸ばしたプリーツ加工濾材を素手で触れ、素手で触れた部分の捕集効率を測定したところ、粒子径０．１〜０．２μｍの粒子の捕集効率は９９．９９９２８％であり、粒子径０．２〜０．３μｍの粒子の捕集効率は９９．９９９７４％であった。この濾材では、粒子径依存性が確認できなかった。

以上のように、帯電を低減した各実施例の濾材では、素手で触れても、各比較例において発生したリーク現象を防止できることが確認できた。具体的には、各実施例では、粒子径０．１〜０．２μｍの粒子についての捕集効率が９９．９９９９４％以上であり、粒子径０．１〜０．３μｍの範囲で捕集効率に粒子径依存性が確認されない濾材を作製できた。

１ＰＴＦＥ多孔質膜
２通気性支持材
３加熱ロール
４シリコーンロール
５ターンロール
６ピンチロール
７帯電除去装置
８通気性支持材のロール状巻回体
９ＰＴＦＥ多孔質膜のロール状巻回体
１０濾材のロール状巻回体

Claims

ポリテトラフルオロエチレンのみから形成されたポリテトラフルオロエチレン多孔質膜を少なくとも１層と少なくとも１層の通気性支持材とを含む積層体であって、表面電位の絶対値が０．３ｋＶ以下であることを特徴とするエアフィルタ用濾材。
連続したＷ字状に折り畳まれた請求項１に記載のエアフィルタ用濾材。
積層体がロール状に巻き取られており、巻き取られた巻回体の最外周面における表面電位の絶対値が０．３ｋＶ以下である請求項１に記載のエアフィルタ用濾材。