JP2017074575A - 低密度エアフィルタ濾材の製造方法および低密度エアフィルタ濾材 - Google Patents

Abstract

【課題】高分子ナノファイバー不織布やナノファイバー・エアフィルタ濾材シートを用いて、容易かつ確実に低密度化を実現できる低密度エアフィルタ濾材の製造方法およびそのような低密度エアフィルタ濾材を提供する。【解決手段】低密度エアフィルタ濾材の製造方法は、エアフィルタ濾材用の高分子ナノファイバー不織布１、または、高分子樹脂を延伸して製造したナノファイバー・エアフィルタ濾材シート６を液体２４に浸し、または、加温もしくはプラズマ照射し、ナノファイバーが曲がるようにして、低密度化する。【選択図】図１

Description

本発明は、高分子ナノファイバーを含む低密度エアフィルタ濾材の製造方法および低密度エアフィルタ濾材に関する。

近年ナノファイバーの製造方法が開発され、ナノファイバーを含むエアフィルタ濾材も製造されている。ナノファイバーを含むエアフィルタ濾材としては、エレクトロスピニング法により製造された不織布が知られている。エレクトロスピニング法では、原料高分子を溶解した高分子溶液をシリンジに充填し、シリンジに装着された電極とナノファイバーを堆積させるコレクター電極との間に高電圧を印加して、シリンジから飛び出した高分子溶液を、伸張変形させながら、溶媒を蒸発させて、コレクター上に高分子ナノファイバー不織布を形成する。

また、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの高分子樹脂を二軸延伸して、細い繊維（フィブリル）を形成して、多孔質のエアフィルタ濾材を製造することも知られている。細い繊維は、ナノオーダーの線径を有している。本書では、このような構造のエアフィルタ濾材を、「高分子樹脂を延伸して製造したナノファイバー・エアフィルタ濾材シート」あるいは「ナノファイバー・エアフィルタ濾材シート」と称する。また、このようなナノオーダーの細い繊維も高分子ナノファイバーとする。

上記の高分子ナノファイバー不織布やナノファイバー・エアフィルタ濾材シートは、従来の繊維に比べ繊維径が細いことから、細粒を捕集可能で、粒子捕集率が高く、また、スリップフロー効果により圧力損失が低くなるなどの効果を有する。しかし、濾材としての密度が高く、粒子が表面で捕集されるために、目詰まりが早いという問題を有している。

そこで、ナノファイバーに数珠状にビーズを形成し、ファイバー間隔をビーズであけることにより濾材を低密度化し、捕集層を厚く、すなわち濾材シート全体で粒子を捕集するようにして目詰まりの問題を改善する方法が提案がなされている（非特許文献１参照）。しかしながら、ビーズ付きのナノファイバーを工業的に安定して製作する技術は、未だ開発されてはいない。

包理、外１６名、「深層ろ過ナノファイバろ材を用いたHEPAフィルタの性能評価」、第32回空気清浄とコンタミネーションコントロール研究大会、日本粉体工業技術協会、平成２７年４月２１日、ｐ．９０−９３

そこで、本発明は、高分子ナノファイバー不織布やナノファイバー・エアフィルタ濾材シートを用いて、容易かつ確実に低密度化を実現できる低密度エアフィルタ濾材の製造方法およびそのような低密度エアフィルタ濾材を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る低密度エアフィルタ濾材の製造方法は、たとえば図１、図３、図４および図６に示すように、エアフィルタ濾材用の高分子ナノファイバー不織布１、または、高分子樹脂を延伸して製造したナノファイバー・エアフィルタ濾材シート６を液体２４に浸し、または、加温もしくはプラズマ照射し、ナノファイバーが曲がるようにして、低密度化する。

このように構成すると、高分子ナノファイバー不織布、または、ナノファイバー・エアフィルタ濾材シートを液体に浸し、または、加温もしくはプラズマ照射することで、エアフィルタ濾材を低密度化できるので、容易である。また、ナノファイバーが曲がることで低密度化できるので、確実に低密度化できる。

本発明の第２の態様に係る低密度エアフィルタ濾材の製造方法では、たとえば図１に示すように、第１の態様に係る低密度エアフィルタ濾材の製造方法において、液体２４を、高分子ナノファイバー不織布１の高分子材料またはナノファイバー・エアフィルタ濾材シート６の高分子樹脂の融点のセ氏温度の０．３から０．９倍の温度に加温する。このように構成すると、高分子ナノファイバー不織布またはナノファイバー・エアフィルタ濾材シートは、融点のセ氏温度の０．３から０．９倍の温度に加温した液体に浸されるので、高分子ナノファイバーは液体で膨潤され易くなり、高分子ナノファイバーが曲がり易い。

本発明の第３の態様に係る低密度エアフィルタ濾材の製造方法では、たとえば図１に示すように、第１または第２の態様に係る低密度エアフィルタ濾材の製造方法において、液体２４を超音波振動させる。このように構成すると、高分子ナノファイバー不織布またはナノファイバー・エアフィルタ濾材シートは、超音波で振動する液体に浸されるので、高分子ナノファイバーは液体で膨潤され易くなり、高分子ナノファイバーが曲がり易い。

本発明の第４の態様に係る低密度エアフィルタ濾材の製造方法では、たとえば図１に示すように、第１ないし第３のいずれかの態様に係る低密度エアフィルタ濾材の製造方法において、液体２４中にマイクロバブルを発生させる。このように構成すると、マイクロバブルが消滅してナノファイバー中の高分子を変質させ、または破裂して衝撃力を生じ、高分子ナノファイバーが曲がる。

本発明の第５の態様に係る低密度エアフィルタ濾材の製造方法では、たとえば図４に示すように、第１の態様に係る低密度エアフィルタ濾材の製造方法において、高分子ナノファイバー不織布１またはナノファイバー・エアフィルタ濾材シート６を、高分子ナノファイバー不織布１の高分子材料またはナノファイバー・エアフィルタ濾材シート６の高分子樹脂の融点のセ氏温度の０．３から０．９倍の温度に加温する。このように構成すると、高分子ナノファイバー不織布またはナノファイバー・エアフィルタ濾材シートは、融点のセ氏温度の０．３から０．９倍の温度に加温されるので、高分子ナノファイバーの高分子が動き易くなり、高分子ナノファイバーが曲がり易い。

本発明の第６の態様に係る低密度エアフィルタ濾材の製造方法では、たとえば図４に示すように、第１の態様に係る低密度エアフィルタ濾材の製造方法において、プラズマ照射は、大気または窒素と水素の混合ガスのプラズマを用いる。このように構成すると、大気または窒素と水素混合ガスのプラズマを照射されるので、高分子ナノファイバーの高分子が動きやすくなり、高分子ナノファイバーが曲がり易い。

本発明の第７の態様に係る低密度エアフィルタ濾材の製造方法では、たとえば図４に示すように、第１、第５および第６のいずれかの態様に係る低密度エアフィルタ濾材の製造方法において、高分子樹脂は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）である。このように構成すると、ＰＴＦＥを延伸したナノファイバー・エアフィルタ濾材シートを用いて低密度エアフィルタ濾材を製造することができ、汎用に適した方法となる。

本発明の第８の態様に係る低密度エアフィルタ濾材の製造方法では、たとえば図１に示すように、第１ないし第４のいずれかの態様に係る低密度エアフィルタ濾材の製造方法において、液体２４は水である。このように構成すると、高分子ナノファイバー不織布を水に浸すことで低密度エアフィルタ濾材を製造することができ、浸した水を蒸発させても有害物質が発生せず、汎用に適した方法となる。

前記課題を解決するために、本発明の第９の態様に係る低密度エアフィルタ濾材は、たとえば図３および図６に示すように、高分子ナノファイバー１１０、１３０を含む低密度エアフィルタ濾材であって、高分子ナノファイバー１１０、１３０の少なくとも１０％のファイバーが、線径ｄの１０から１００倍の半径の曲げＲを有する。このように構成すると、少なくとも１０％のファイバーが線径の１０から１００倍の半径の曲げを有するので、ファイバー同士の反発により、低密度のエアフィルタ濾材となる。

本発明の低密度エアフィルタ濾材の製造方法によれば、エアフィルタ濾材用の高分子ナノファイバー不織布、または、高分子樹脂を延伸して製造したナノファイバー・エアフィルタ濾材シートを液体に浸し、または、加温もしくはプラズマ照射し、ナノファイバーが曲がるようにして、低密度化するので、容易かつ確実に低密度化を実現できる低密度エアフィルタ濾材の製造方法となる。

また、本発明の低密度エアフィルタ濾材は、高分子ナノファイバーを含む低密度エアフィルタ濾材であって、高分子ナノファイバーの少なくとも１０％のファイバーが、線径の１０から１００倍の半径の曲げを有するので、低密度のエアフィルタ濾材となる。

エアフィルタ濾材用の高分子ナノファイバー不織布を液体に浸し、低密度化するプロセスを説明する模式図である。 高分子ナノファイバー不織布のナノファイバーを拡大して示す模式図である。 高分子ナノファイバー不織布を低密度化した後のナノファイバーを拡大して示す模式図である。 高分子樹脂を延伸して製造したナノファイバー・エアフィルタ濾材シートを加温し、または、ナノファイバー・エアフィルタ濾材シートにプラズマ照射して、低密度化するプロセスを説明する模式図である。 ナノファイバー・エアフィルタ濾材シート中のナノファイバーを拡大して示す模式図である。 ナノファイバー・エアフィルタ濾材シートを低密度化した後の濾材中のナノファイバーを拡大して示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一または相当する装置には同一符号を付し、重複した説明は省略する。

まず図１を参照して、エアフィルタ濾材用の高分子ナノファイバー不織布１を液体である膨潤溶液２４に浸し、低密度化するプロセスを説明する。エアフィルタ濾材用の高分子ナノファイバー不織布１は、典型的にはエレクトロスピニング法で製造される。エレクトロスピニング法では、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、硝酸セルロース（ＮＣ）、ポリイミド（ＰＩ）をジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）で溶解したり、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリコハク酸ブチレン（ＰＢＳ）をクロロホルムで溶解した高分子溶液等をシリンジから噴出し高電圧を印加して伸張変形させつつ溶媒を蒸発させて、高分子ナノファイバー不織布１を生成する。なお、高分子材料としては、他のポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン等の種々の高分子材料が用いられ、特に限定はされない。

図２に、エレクトロスピニング法で製造された高分子ナノファイバー不織布１のナノファイバー１００を模式的に示す。エレクトロスピニング法では、シリンジから飛び出した高分子溶液を、伸張変形させながら、溶媒を蒸発させるので、ナノファイバー１００は比較的直線性が高くなる。ナノファイバー１００の線径は、ナノサイズであり、たとえば１〜３００ｎｍである。したがって、高分子ナノファイバー不織布１では、ナノファイバー１００間の空隙が狭くなり易い。すなわち、密度が高くなり易い。

高分子ナノファイバー不織布１の両面は、たとえば５０〜１００μｍの線径のファイバーで形成されたポリエステル不織布等の支持材（不図示）で覆われる。そのために、後述の処理中に高分子ナノファイバー不織布１のファイバー１００が外力により変形しにくい。本実施例では、高分子ナノファイバー不織布１はロール状に巻かれている。

高分子ナノファイバー不織布１は、ロールから引き出され、膨潤処理槽１０へ送られる。膨潤処理槽１０は、膨潤溶液２４を貯留する容器２０を備える。膨潤溶液２４は、高分子ナノファイバー不織布１のナノファイバー１００を膨潤できる液体であればよく、高分子ナノファイバー不織布１の材質により適する液体が異なる。高分子ナノファイバー不織布１の材質が親水性であれば水でもよく、あるいは、材質によっては、アルコール、ケトン、アセトン等を用いてもよい。

膨潤処理槽１０は、高分子ナノファイバー不織布１をロールから引き出して搬送するためのローラ１２とキャタピラ１５付きローラ１４とを備える。搬送される経路に沿って複数配置された上下に対向するローラ１２とローラ１４とで、高分子ナノファイバー不織布１を挟み、ローラ１２、１４の回転によりロールから引き出して搬送する。上側の複数のローラ１４をキャタピラ１５が囲み、ローラ１４の回転に連れて、キャタピラ１５が動く。キャタピラ１５によりローラ１４間での高分子ナノファイバー不織布１のたわみを防止する。なお、高分子ナノファイバー不織布１を搬送する手段は、特に限定されない。

容器２０内の膨潤溶液２４の深さ、ローラ１２およびローラ１４で定められる高分子ナノファイバー不織布１の搬送経路、並びに、高分子ナノファイバー不織布１が搬送される速さにより、高分子ナノファイバー不織布１が膨潤溶液２４に浸される時間が定まる。高分子ナノファイバー不織布１が十分に膨潤する時間だけ、膨潤溶液２４に浸されるようにする。

高分子ナノファイバー不織布１が十分に膨潤するとは、高分子が伸張変形されて固められた（溶媒が蒸発）ナノファイバー１００中の高分子が、変形できる程度に柔らかくなることをいう。すなわち、十分に膨潤すると、ナノファイバー１００中の高分子が高分子自体の自然な形状である曲線あるいはらせん形状に戻り、ナノファイバー１００が曲がる。

膨潤処理槽１０は、膨潤溶液２４を加温するヒータ１６を備える。膨潤処理槽１０は、膨潤溶液２４の温度を計測する温度センサ１７と、温度センサ１７の計測値に基づきヒータ１６を制御する温度制御装置１８を更に備える。そのために、膨潤溶液２４の温度を所定の温度に保つことができる。膨潤溶液２４が加温されることにより、高分子ナノファイバー不織布１が、より早く十分に膨潤する。よって、作業効率を高めることが可能になる。また、常温では膨潤されない膨潤溶液２４であっても、加温された膨潤溶液２４には膨潤されることもあり、膨潤溶液２４を有害物質を含まないものに、あるいは経済的なものに、変更が可能となり、膨潤溶液２４の選択肢を増やすことができる。ここで、加温する温度は、高分子ナノファイバー不織布１の高分子材料の融点のセ氏温度の０．３倍から０．９倍が好ましい。０．３倍より低いと、高分子材料の活性化の影響が少なく、膨潤されやすくなる度合いも少ない。また、０．９倍より高いと、ナノファイバー１００が融解し始める恐れがある。

また、膨潤処理槽１０は、膨潤溶液２４を超音波振動させる超音波発生器２２を備える。膨潤溶液２４が超音波振動することにより、高分子ナノファイバー不織布１が、より早く十分に膨潤する。また、膨潤溶液２４が超音波振動することにより、微細なバブルを生じ、バブルが破裂（つぶれること）して衝撃力が生じる。その衝撃力により、高分子ナノファイバー不織布１が湿潤しやすくなり、あるいは、衝撃力によりナノファイバー１００が曲がる。よって、作業効率を高めることが可能になる。また、通常は膨潤されない膨潤溶液２４であっても、超音波振動する膨潤溶液２４には膨潤されることもあり、膨潤溶液２４を有害物質を含まないものに、あるいは経済的なものに、変更が可能となり、膨潤溶液２４の選択肢を増やすことができる。

さらに、膨潤処理槽１０は、膨潤溶液２４中にマイクロバブルを発生させるバブル発生装置２６を備える。ここで、マイクロバブルとは、典型的には直径が１００ｎｍ〜数μｍ程度の気泡である。マイクロバブルは、浮力が小さく、膨潤溶液２４中に漂う。図２でも明らかなように、高分子ナノファイバー１００の間隔は、ナノファイバー１００の線径よりはるかに大きく、典型的には数μｍ程度である。そのため、マイクロバブルは、高分子ナノファイバー不織布１中にも浸入する。高分子ナノファイバー不織布１中に浸入したマイクロバブルは、縮小して消滅し、あるいは、複数のマイクロバブルが繋がって成長する。マイクロバブルが縮小して消滅すると、高濃度のイオン場を形成し、その結果、ナノファイバー１００の表面に官能基を生ずる。そのために、ナノファイバー１００中の高分子が反応して変質し、ナノファイバー１００が曲がる。また、マイクロバブルが成長すると、その後に破裂する。破裂による衝撃力により、マイクロバブルの周囲のナノファイバー１００が曲げられる。よって、マイクロバブルにより効率よくナノファイバー１００を曲げることができる。なお、膨潤溶液２４を加温し、あるいは、超音波振動させることにより、マイクロバブルのイオン場の形成や成長と破裂を促進することができる。

なお、膨潤処理槽１０では、膨潤溶液２４を加温させると共に超音波振動させてもよいし、加温もしくは超音波振動だけをさせてもよい。または、高分子ナノファイバー不織布１を膨潤溶液２４に浸すだけでもよい。膨潤溶液２４にはマイクロバブルを発生させても、発生させなくてもよい。また、膨潤処理槽１０は、ヒータ１６・温度センサ１７・温度制御装置１８、超音波発生器２２またはバブル発生装置２６のいずれかを備えていなくてもよい。あるいは、これらの装置のいずれをも備えなくてもよい。

膨潤処理槽１０で十分に膨潤された高分子ナノファイバー不織布２は、脱液・乾燥槽３０に搬送される。脱液・乾燥槽３０は、ローラ３２とローラ３２で動かされるコンベアベルト３３を備え、高分子ナノファイバー不織布２を搬送する。コンベアベルト３３は、穴付き、網目等、載置する高分子ナノファイバー不織布２が含有する膨潤溶液２４が落下でき、また、空気が貫通するように構成される。脱液・乾燥槽３０は、搬送される高分子ナノファイバー不織布２に乾燥空気を送るファン３４を備える。ファン３４とコンベアベルト３３、すなわち高分子ナノファイバー不織布２との間にフィルタ３６が配置される。

十分に膨潤された高分子ナノファイバー不織布２がコンベアベルト３３で搬送される間に、高分子ナノファイバー不織布２に含まれる膨潤溶液２４はコンベアベルト３３の穴、網目等を通って落下し、高分子ナノファイバー不織布２は脱液される。また、ファン３４から送られる空気は、コンベアベルト３３の穴、網目等を通って高分子ナノファイバー不織布２に達し、高分子ナノファイバー不織布２を乾燥する。なお、フィルタ３６は、空気に含まれる粉塵を除去し、粉塵が高分子ナノファイバー不織布２に付着するのを防止する。なお、膨潤処理槽１０で加温された場合には、脱液・乾燥槽３０で空冷される。脱液・乾燥槽３０は、ローラ３２とコンベアベルト３３、および、ファン３４とフィルタ３６を収容し、高分子ナノファイバー不織布２を脱液し乾燥する脱液・乾燥容器４０を備えてもよい。特に膨潤溶液２４が蒸発すると有害なガスを発生する場合には、脱液・乾燥容器４０を備え、発生したガスを回収する。膨潤溶液２４が水の場合には、蒸発しても無害なので、脱液・乾燥容器４０を備える必要はない。

脱液・乾燥槽３０で、高分子ナノファイバー不織布２は脱液および乾燥されることにより、曲がったナノファイバー１００の形状が固定される。また、冷却されることにより、曲がったナノファイバー１００の形状が固定される。ナノファイバーの曲がりが固定されることにより、十分に膨潤された高分子ナノファイバー不織布２は、低密度エアフィルタ濾材３となる。

図３に、エレクトロスピニング法で製造された高分子ナノファイバー不織布１から製造された低密度エアフィルタ濾材３のナノファイバー１１０を模式的に示す。図３に示されるように、いくつかのナノファイバー１１０は、曲がりを有する。たとえば、少なくとも１０％のナノファイバー１１０は、ナノファイバー１１０の線径の１０から５００倍の半径Ｒの曲がりを有する。

曲がりの半径Ｒとその半径Ｒの曲がりを有するナノファイバーの割合は、次のように測定する。低密度エアフィルタ濾材３の一部の平面の電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真より、ナノファイバー１１０の曲がりの半径Ｒの分布を求める。次に、低密度エアフィルタ濾材３の一部の垂直面（平面に直交方向）の電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真より、ナノファイバー１１０の曲がりの半径Ｒの分布を求める。実際の曲がりは３次元的であるので、平面での曲がりの半径と垂直面での曲がりの半径の二乗和平方根を実際の曲がりと推定する。ここで、ナノファイバー１１０の曲がりの半径Ｒとしては、曲がりの最もきつくなったところ（半径の最も小さなところ）の半径とする。二乗和平方根により算定された曲がりの半径Ｒの分布から、たとえば線径の１０から１００倍の半径Ｒの曲がりを有するナノファイバー１１０の割合（全体の何％あるのか）が分かる。

ナノファイバー１１０が曲がりを有することにより、ナノファイバー１１０同士が反発しあい、大きな空隙が作られる。よって、エアフィルタ濾材３は低密度となる。少なくとも１０％のナノファイバー１１０は、ナノファイバー１１０の線径の１０から５００倍の半径Ｒの曲がりを有していれば、低密度のエアフィルタ濾材３となる。好ましくは、少なくとも１０％のナノファイバー１１０は、ナノファイバー１１０の線径の１０から１００倍の半径Ｒの曲がりを有する。あるいは、少なくとも３０％のナノファイバー１１０は、ナノファイバー１１０の線径の１０から１００倍の半径Ｒの曲がりを有してもよい。

低密度エアフィルタ濾材３は、支持材と一緒にロールに巻かれ、製品として使用される。なお、ロールに巻かずに、適当な大きさの平板に切断して、使用してもよい。

次に、図４を参照して、高分子樹脂を延伸して製造したナノファイバー・エアフィルタ濾材シート６を加温し、もしくは、ナノファイバー・エアフィルタ濾材シート６にプラズマ照射し、低密度化するプロセスを説明する。図１のプロセスと共通する点については説明を省略し、異なる点について説明する。高分子樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が典型であるが、特に限定はされない。

図５に、高分子樹脂を延伸することにより製造したナノファイバー・エアフィルタ濾材シート６の構造を模式的に示す。たとえばＰＴＦＥを二軸延伸することにより、太い繊維１２２（以降「幹」と称する）の回りに細いファイバー１２０がブラシの毛（フィブリル）のように形成される。本書では、このような構造を有するエアフィルタ濾材を「ナノファイバー・エアフィルタ濾材シート」と称し、線径がナノサイズ、たとえば１〜１００ｎｍのファイバー１２０をナノファイバー１２０とする。図５に示すように、ナノファイバー１２０は、高分子樹脂が延伸されて形成されたもので、直線性が高い。したがって、ナノファイバー・エアフィルタ濾材シート６では、ナノファイバー１２０が整列して、その間の空隙が狭くなり易い。すなわち、密度が高くなり易い。

ＰＴＦＥから製造されたナノファイバー・エアフィルタ濾材シート６は、膨潤されにくく、低密度化するのに、図１に示すプロセスは適当ではない。図５に示すプロセスでは、ロールに巻かれたナノファイバー・エアフィルタ濾材シート６は、ロールから引き出され、処理槽５０へ送られる。処理槽５０は、ナノファイバー・エアフィルタ濾材シート６をロールから引き出して搬送するためのローラ５２とコンベアベルト５４とを備える。そして、処理槽５０は、ナノファイバー・エアフィルタ濾材シート６を加温するためのヒータ５６と、プラズマ発生装置５８を備える。

ヒータ５６は、たとえばランプでもよく、その構成は特に限定はされない。ヒータ５６は、ナノファイバー・エアフィルタ濾材シート６を、ナノファイバー・エアフィルタ濾材シート６の原材料の高分子樹脂の融点のセ氏温度の０．３倍から０．９倍に加温するのが好ましい。ナノファイバー・エアフィルタ濾材シート６が加温されることにより、高分子樹脂が延伸されて形成されたナノファイバー１２０中の高分子が活性化され、柔らかくなり、変形できるようになる。すなわち、ナノファイバー１２０中の高分子が高分子自体の自然な形状である曲線あるいはらせん形状に戻り、ナノファイバー１２０が曲がる。なお、加温する温度が高分子樹脂の融点のセ氏温度の０．３倍より低いと、高分子の活性化が少なく、高分子が変形しにくい。また、０．９倍より高いと、ナノファイバー１２０が融解し始める恐れがある。なお、幹１２０は、太く、多くの高分子が集まって形成されており、高分子が活性化されても、変形しにくい。

プラズマ発生装置５８は、たとえば、大気、あるいは窒素（Ｎ_２）と水素（Ｈ_２）の混合ガスをプラズマ化し、ナノファイバー・エアフィルタ濾材シート６に照射する。その構成は、特に限定されない。ナノファイバー・エアフィルタ濾材シート６にプラズマが照射されることにより、高分子樹脂が延伸されて形成されたナノファイバー１２０中の高分子が活性化され、柔らかくなり、変形できるようになる。すなわち、ナノファイバー１２０中の高分子が高分子自体の自然な形状である曲線あるいはらせん形状に戻り、ナノファイバー１２０が曲がる。

図６に示すように、ナノファイバー１２０が曲がることにより、ナノファイバー１２０同士が反発しあい、低密度エアフィルタ濾材７となる。ナノファイバー１２０の曲がりの半径Ｒや、その曲がりを有するナノファイバー１２０の割合、ならびにそれらの測定方法は、ナノファイバー１００について説明したのと同様である。

なお、処理槽５０では、ナノファイバー・エアフィルタ濾材シート６を加温すると共にプラズマ照射してもよく、または、加温もしくはプラズマ照射だけをしてもよい。また、処理槽５０は、ヒータ５６またはプラズマ発生装置５８だけを備えてもよい。また、処理槽５０は、ローラ５２、コンベアベルト５４、ヒータ５６およびプラズマ発生装置５８を収容する処理容器６０を備えてもよい。

上記の説明では、高分子ナノファイバー不織布１を図１に示すプロセスで、ナノファイバー・エアフィルタ濾材シート６を図４に示すプロセスで、低密度化するものとして説明したが、高分子ナノファイバー不織布１を図４に示すプロセスで、ナノファイバー・エアフィルタ濾材シート６を図１に示すプロセスで低密度化してもよい。高分子ナノファイバーに親水性があり液体２４で膨潤される場合には図１に示すプロセス、高分子ナノファイバーが疏水性であり液体２４で膨潤されない場合には図４に示すプロセスで低密度化するのがよい。

１ 高分子ナノファイバー不織布
２ 膨潤された高分子ナノファイバー不織布
３ 低密度エアフィルタ濾材
６ ナノファイバー・エアフィルタ濾材シート
７ 低密度エアフィルタ濾材
１０ 膨潤処理槽
１２ ローラ
１４ ローラ
１５ キャタピラ
１６ ヒータ
１７ 温度センサ
１８ 温度制御装置
２０ 容器
２２ 超音波発生器
２４ 膨潤溶液（液体）
２６ バブル発生装置
３０ 脱液・乾燥槽
３２ ローラ
３３ コンベアベルト
３４ ファン
３６ フィルタ
４０ 脱液・乾燥容器
５０ 処理槽
５２ ローラ
５４ コンベアベルト
５６ ヒータ
６０ 処理容器
１００ ナノファイバー
１２０ ナノファイバー（細い繊維）
１２２ 太い繊維（幹）

Claims (9)

1. エアフィルタ濾材用の高分子ナノファイバー不織布、または、高分子樹脂を延伸して製造したナノファイバー・エアフィルタ濾材シートを液体に浸し、または、加温もしくはプラズマ照射し、ナノファイバーが曲がるようにして、低密度化する、
   低密度エアフィルタ濾材の製造方法。
2. 前記液体を、前記高分子ナノファイバー不織布の高分子材料または前記ナノファイバー・エアフィルタ濾材シートの前記高分子樹脂の融点のセ氏温度の０．３から０．９倍の温度に加温する、
   請求項１に記載の低密度エアフィルタ濾材の製造方法。
3. 前記液体を超音波振動させる、
   請求項１または２に記載の低密度エアフィルタ濾材の製造方法。
4. 前記液体中にマイクロバブルを発生させる、
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載の低密度エアフィルタ濾材の製造方法。
5. 前記高分子ナノファイバー不織布または前記ナノファイバー・エアフィルタ濾材シートを、前記高分子ナノファイバー不織布の高分子材料または前記ナノファイバー・エアフィルタ濾材シートの前記高分子樹脂の融点のセ氏温度の０．３から０．９倍の温度に加温する、
   請求項１に記載の低密度エアフィルタ濾材の製造方法。
6. 前記プラズマ照射は、大気または窒素と水素の混合ガスのプラズマを用いる、
   請求項１に記載の低密度エアフィルタ濾材の製造方法。
7. 前記高分子樹脂は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）である、
   請求項１、５および６のいずれか１項に記載の低密度エアフィルタ濾材の製造方法。
8. 前記液体は、水である、
   請求項１ないし４のいずれか１項に記載の低密度エアフィルタ濾材の製造方法。
9. 高分子ナノファイバーを含む低密度エアフィルタ濾材であって、
   前記高分子ナノファイバーの少なくとも１０％のファイバーが、線径の１０から１００倍の半径の曲げを有する、
   低密度エアフィルタ濾材。

Images