JP2019115873A - Method for production of filter medium for air filter - Google Patents

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Abstract

To provide a method for producing in a comparatively short time, a filter medium for air filter improving a filter performance, particularly particle collection performance by using a nano-cellulose.SOLUTION: A method for production of a filter medium for air filter includes an attachment process of attaching a dispersion liquid including nano-cellulose to a fluid permeable support, and a drying process of drying the support gone through the attachment process. The drying process includes carrying out vaporization of a dispersant in the dispersion liquid, lowering of a dispersant temperature by vaporization heat, freezing of the dispersant by temperature lowering and sublimation of the frozen dispersant by placing the support gone through the attachment process under the reduced pressure atmosphere dipping from ambient pressure to dry the support.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、エアフィルタ用濾材の製造方法に関する。更に詳しくは、半導体、液晶、バイオ・食品工業関係のクリーンルーム若しくはクリーンベンチ、ビル空調、内燃機関又は室内空間などの空気浄化用途に適したエアフィルタ濾材を、比較的短時間で製造する方法を提供する。   The present disclosure relates to a method of manufacturing a filter medium for an air filter. More specifically, the present invention provides a method for producing an air filter medium suitable for air purification applications such as semiconductors, liquid crystals, clean rooms or clean benches related to bio / food industry, building air conditioning, internal combustion engines or indoor spaces in a relatively short time. Do.

空気中のサブミクロン乃至ミクロン単位の粒子を捕集するためには、一般的に、エアフィルタ用濾材が用いられている。エアフィルタ用濾材は、その捕集性能によって、粗塵フィルタ用、中性能フィルタ用、HEPA(High Efficiency Particulate Air)フィルタ用又はULPA(Ultra Low Penetration Air)フィルタ用に大別される。これらエアフィルタ用濾材における基本的な特性としては、微細なダスト粒子の粒子透過率が低いことのほかに、フィルタに空気を通気させるために、圧力損失が低いことが求められている。   In order to collect submicron to micron particles in the air, a filter medium for air filter is generally used. Filter materials for air filters are roughly classified into coarse dust filters, medium performance filters, HEPA (High Efficiency Particulate Air) filters, and ULPA (Ultra Low Penetration Air) filters according to their collection performance. As basic characteristics of these air filter filter media, in addition to the low particle permeability of fine dust particles, a low pressure loss is required in order to ventilate the filter.

近年、ナノセルロースの利用が注目されている。一般的にナノセルロースとはセルロースナノファイバーとも呼ばれ、数平均繊維径が1〜100nmの、(1)微細なセルロース繊維、又は(2)化学処理(改質)した微細なセルロース繊維をいう。(1)のナノセルロースとしては、例えば、セルロース繊維を高圧下で剪断して解繊したマイクロフィブリレーテッドセルロース、ナノフィブリレーテッドセルロース(以降、MFC、NFCと略す。)又は微生物が産生する微細なバクテリアセルロース(以降、BCと略す。)である。(2)の改質したナノセルロースとしては、例えば、天然セルロースを40%以上の濃硫酸で処理して得られるセルロースナノクリスタル(以降、CNCと略す。)又は木材パルプを構成している繊維の最小単位であるミクロフィブリルを常温常圧の温和な化学処理及び軽微な機械処理で水分散体として単離した超極細、かつ、繊維径の均一な微細セルロース繊維である(例えば、特許文献1を参照。)。   In recent years, the use of nanocellulose has attracted attention. In general, nanocellulose is also referred to as cellulose nanofiber, and refers to (1) fine cellulose fiber having a number average fiber diameter of 1 to 100 nm, or (2) fine cellulose fiber subjected to chemical treatment (modification). As the nanocellulose of (1), for example, microfib related cellulose obtained by shearing cellulose fiber under high pressure, fibrillated, nanofib related cellulose (hereinafter, referred to as MFC, NFC), or fine particles produced by microorganisms are used. Bacterial cellulose (hereinafter abbreviated as BC). As the modified nanocellulose of (2), for example, cellulose nanocrystals (hereinafter referred to as CNC) obtained by treating natural cellulose with 40% or more concentrated sulfuric acid (hereinafter referred to as CNC) or fibers constituting wood pulp It is an ultra-fine, uniform, fine cellulose fiber having a diameter of microfibrils, which is the smallest unit, isolated as an aqueous dispersion by mild chemical treatment at ordinary temperature and pressure and slight mechanical treatment (for example, Patent Document 1 reference.).

これらのナノセルロースは、フィルタ材料又は多孔質体としての利用が期待されている。例えば、平均孔径が1.0μm以上100μm未満の多孔質素子と、該多孔質素子に保持された平均繊維径が0.01μm以上1.0μm未満の繊維構造体からなる白血球除去フィルタ材の製造方法が示されている(例えば、特許文献2を参照。)。特許文献2では、繊維構造体として酢酸菌が産出するバクテリアセルロース、又はレーヨンを硫酸処理して、ホモジナイザーで微細化したセルロース繊維を用いている。   These nanocelluloses are expected to be used as filter materials or porous bodies. For example, a method of manufacturing a leukocyte removal filter material comprising a porous element having an average pore diameter of 1.0 μm or more and less than 100 μm and a fiber structure having an average fiber diameter of 0.01 μm or more and less than 1.0 μm. Are shown (see, for example, Patent Document 2). In Patent Document 2, bacterial cellulose produced by acetic acid bacteria as a fiber structure, or rayon is treated with sulfuric acid to use cellulose fibers that have been refined with a homogenizer.

ナノセルロースは親水性が高いため、乾燥時に働く凝集力は熱可塑性ポリマー由来のナノファイバーよりも強く、エアフィルタのような通気性を有する材料を得るのは難しい。そこで、ナノセルロースを用いて通気性を有する材料を得る方法として、水と水に溶解する有機溶媒との混合液にナノセルロースを分散させ、当該混合液を凍結乾燥させて分散媒を除去するセルロース多孔質体の製造方法が示されている(例えば、特許文献3を参照。)。   Because of the high hydrophilicity of nanocellulose, the cohesion that works during drying is stronger than nanofibers derived from thermoplastic polymers, and it is difficult to obtain a breathable material such as an air filter. Therefore, as a method of obtaining a breathable material using nanocellulose, nanocellulose is dispersed in a mixture of water and an organic solvent dissolved in water, and the mixture is freeze-dried to remove the dispersion medium. A method of producing a porous body is shown (see, for example, Patent Document 3).

特開2008−1728号公報JP 2008-1728 A 特許第3941838号公報Patent No. 3941838 特開2013−253137号公報JP, 2013-253137, A

R.Daoussi,E,Bogdani,S.Vessot,J.Andrieu,O.Monnier,「Drying Technology」Vol.29(2011),p.1853〜1867R. Daoussi, E, Bogdani, S. Vessot, J. et al. Andrieu, O. Monnier, "Drying Technology" Vol. 29 (2011), p. 1853 to 1867

特許文献2では、最も細い繊維として、酢酸菌が産出するバクテリアセルロースを用いており、その平均繊維径は0.02μm(=20nm)である。バクテリアセルロースを用いる場合、多孔質素子に酢酸菌を培養させるが、培養条件には制約が多いという問題あり、かつ、培養時間には0.5時間以上48時間未満という長時間を要しており、さらに培養によるバクテリアセルロースの生産量も少ないため、工業的な大量生産に適さないという問題があった。また、当該繊維構造体は多孔質素子の表面にだけ形成されるもので、多孔質素子の孔の内部に繊維構造体は形成されないため、特許文献2のフィルタ材はエアフィルタ用濾材としては空隙率が低すぎるという問題があった。   In Patent Document 2, bacterial cellulose produced by acetic acid bacteria is used as the thinnest fiber, and the average fiber diameter is 0.02 μm (= 20 nm). When bacterial cellulose is used, acetic acid bacteria are cultured in a porous element, but there are problems that the culture conditions are many restrictions, and a long culture time of 0.5 hours or more and less than 48 hours is required. Furthermore, since the amount of bacterial cellulose produced by culture is also small, there is a problem that it is not suitable for industrial mass production. Further, the fiber structure is formed only on the surface of the porous element, and the fiber structure is not formed inside the pores of the porous element. Therefore, the filter material of Patent Document 2 is a void as a filter material for air filter There was a problem that the rate was too low.

特許文献3では、セルロース多孔質体をエアフィルタ用濾材として実用することについて検討されていない。特許文献3では凍結乾燥を用いてガラス繊維からなる不織布内にナノセルロースの多孔質体を形成させている。しかし、凍結乾燥では、乾燥前に凍結工程が必要であり、凍結に時間を要し、緻密なナノセルロースのネットワークを形成するためには凍結後の乾燥においても長時間を要していたため、製造に長時間を要するという問題があった。さらに、凍結工程では冷凍機等の設備が不可欠であり、当該冷凍機の設備の運転にコストがかかるという問題があった。しかし、これらの問題を解決する手段はこれまで示されていなかった。   In patent document 3, it is not examined about using a cellulose porous body as a filter medium for air filters. In patent document 3, the porous body of nanocellulose is formed in the nonwoven fabric which consists of glass fibers using freeze-drying. However, lyophilization requires a freezing step before drying, which requires time for freezing, and for drying after freezing to take a long time to form a dense nanocellulose network, production is required. Problem that it takes a long time to Furthermore, facilities, such as a refrigerator, are indispensable in a freezing process, and there existed a problem that operation | movement of the facility of the said refrigerator requires cost. However, no means for solving these problems have been shown so far.

本開示は、ナノセルロースを用い、フィルタ性能、特に粒子捕集性能を向上させたエアフィルタ用濾材を比較的短時間で製造する方法を提供することを目的とする。   An object of the present disclosure is to provide a method for producing a filter material for an air filter, which has improved filter performance, particularly particle collection performance, using nanocellulose in a relatively short time.

本発明に係るエアフィルタ用濾材の製造方法は、流体透過性を有する支持体に、ナノセルロースを含む分散液を付着させる付着工程と、該付着工程を経た前記支持体を乾燥させる乾燥工程と、を含むエアフィルタ用濾材の製造方法において、前記乾燥工程は、大気圧を下回る減圧雰囲気下に前記付着工程を経た前記支持体をおくことによって、前記分散液の分散媒の気化、気化熱による該分散媒の温度低下、温度低下による該分散媒の凍結、及び、凍結した分散媒の昇華を行い、前記支持体を乾燥させる工程であることを特徴とする。凍結した当該分散媒は乾燥後期において昇華し、乾燥が完了する。これにより、ナノセルロースの凝集を抑制してナノセルロースネットワークを構築でき、フィルタ性能を向上させたエアフィルタ用濾材を比較的短時間に製造することが可能となる。   In the method for producing a filter medium for an air filter according to the present invention, an adhesion process of adhering a dispersion containing nanocellulose to a fluid-permeable support, and a drying process of drying the support after the adhesion process; In the method for producing a filter medium for an air filter, the drying step is carried out by vaporization of the dispersion medium of the dispersion liquid and heat of vaporization by placing the support subjected to the adhesion step under a reduced pressure atmosphere below atmospheric pressure. The process is characterized in that the temperature of the dispersion medium is lowered, the dispersion medium is frozen due to the temperature fall, and the frozen dispersion medium is sublimated to dry the support. The frozen dispersion medium sublimes in the later drying stage, and the drying is completed. Thereby, aggregation of nanocellulose can be suppressed, a nanocellulose network can be constructed, and it becomes possible to manufacture the filter material for air filters which improved filter performance in a relatively short time.

本発明に係るエアフィルタ用濾材の製造方法では、前記減圧雰囲気は真空度1000Pa以下であることが好ましい。   In the method of manufacturing a filter medium for an air filter according to the present invention, the reduced pressure atmosphere preferably has a degree of vacuum of 1000 Pa or less.

本発明に係るエアフィルタ用濾材の製造方法では、前記分散液の分散媒が、水と少なくとも1種類以上の有機溶媒との混合液であることが好ましい。分散媒が、水と水に溶解する有機溶媒との混合物であるとき、減圧乾燥初期における分散媒の凍結時に分散媒の結晶化を抑制し、ナノセルロースの均一なネットワーク形成に寄与する。   In the method for producing a filter medium for an air filter according to the present invention, it is preferable that the dispersion medium of the dispersion liquid is a liquid mixture of water and at least one or more organic solvents. When the dispersion medium is a mixture of water and an organic solvent that dissolves in water, crystallization of the dispersion medium is suppressed during freezing of the dispersion medium at the initial stage of reduced pressure drying, which contributes to the formation of a uniform network of nanocellulose.

本発明に係るエアフィルタ用濾材の製造方法では、前記付着工程乃至前記乾燥工程において、大気圧下又は大気圧を下回る減圧雰囲気下で冷凍機を用いた前記分散液の分散媒の凍結処理を行わないことが好ましい。凍結乾燥では凍結工程を経たのちに減圧乾燥にて分散媒を気化させるが、凍結工程を省くことにより、より短時間での製造を可能にすることができるだけでなく、冷凍設備が不要となり、当該設備の設置および運転に係わるコストを抑えることができる。   In the method for producing a filter medium for an air filter according to the present invention, in the adhesion step to the drying step, the dispersion medium of the dispersion liquid is subjected to freezing treatment using a refrigerator under atmospheric pressure or a reduced pressure atmosphere lower than atmospheric pressure. Preferably not. In the lyophilization, the dispersion medium is vaporized by reduced pressure drying after passing through the freezing step, but by omitting the freezing step, not only can manufacture in a shorter time can be enabled but also freezing equipment becomes unnecessary, Costs associated with installation and operation of equipment can be reduced.

本発明に係わるエアフィルタ用濾材の製造方法では、前記乾燥工程で行われる乾燥方法が真空度1000Pa以下の減圧乾燥法であることが好ましい。真空度が低いと当該分散液中の分散媒が速やかに気化し、乾燥初期において気化による分散液の温度低下により当該分散液の凍結が起こるため、比較的短時間に当該フィルタ濾材を製造することが可能となる。   In the method for producing a filter medium for an air filter according to the present invention, the drying method performed in the drying step is preferably a reduced-pressure drying method with a degree of vacuum of 1000 Pa or less. When the degree of vacuum is low, the dispersion medium in the dispersion evaporates quickly, and the temperature of the dispersion drops due to evaporation in the early stage of drying, which causes the dispersion to freeze, so the filter medium is manufactured in a relatively short time. Is possible.

本開示によれば、ナノセルロースを用い、フィルタ性能、特に粒子捕集性能を向上させたエアフィルタ用濾材を比較的短時間で製造する方法を提供することができる。   According to the present disclosure, it is possible to provide a method of producing a filter medium for an air filter, which has improved filter performance, particularly particle collection performance, using a nanocellulose in a relatively short time.

実施例1のエアフィルタをSEMにより観察した画像(観察倍率5000倍)である。It is the image (observation magnification 5000 times) which observed the air filter of Example 1 by SEM. 実施例1のエアフィルタをSEMにより観察した画像(観察倍率10000倍)である。It is the image (observation magnification 10000 times) which observed the air filter of Example 1 by SEM. 比較例1のエアフィルタをSEMにより観察した画像(観察倍率5000倍)である。It is the image (observation magnification 5000 times) which observed the air filter of the comparative example 1 by SEM. 比較例1のエアフィルタをSEMにより観察した画像(観察倍率10000倍)である。It is the image (observation magnification 10000 times) which observed the air filter of the comparative example 1 by SEM. 比較例2のエアフィルタをSEMにより観察した画像(観察倍率5000倍)である。It is the image (observation magnification 5000 times) which observed the air filter of the comparative example 2 by SEM. 比較例2のエアフィルタをSEMにより観察した画像(観察倍率10000倍)である。It is the image (observation magnification 10000 times) which observed the air filter of the comparative example 2 by SEM.

次に、本発明について実施形態を示して詳細に説明するが、本発明はこれらの記載に限定して解釈されない。本発明の効果を奏する限り、実施形態は種々の変形をしてもよい。   EXAMPLES The present invention will next be described in detail by way of embodiments, which should not be construed as limiting the present invention. The embodiment may be variously modified as long as the effects of the present invention are exhibited.

本実施形態に係るエアフィルタ用濾材は、流体透過性を有する支持体に、ナノセルロースを含む分散液を付着させる付着工程と、該付着工程を経た前記支持体を減圧乾燥させる乾燥工程とを有する。減圧乾燥は、凍結乾燥と異なり、乾燥工程の前の凍結工程が不要となり、別途冷凍機等の設備を使用することなく、減圧下にナノセルロース含む分散液を付着させた支持体を置くことのみで乾燥を行うことができる。これにより、当該エアフィルタ濾材の製造時間を大幅に短縮することができる。なお、本明細書では、事前の凍結処理を行わず、大気圧を下回る減圧雰囲気下に支持体をおくことを「減圧乾燥法」という。   The filter material for an air filter according to the present embodiment includes an attaching step of attaching a dispersion containing nanocellulose to a fluid-permeable support, and a drying step of drying the support after the attaching step under reduced pressure. . Unlike lyophilization, reduced pressure drying does not require a freezing step prior to the drying step, and it is only necessary to place the support on which the dispersion containing nanocellulose is adhered under reduced pressure without separately using equipment such as a refrigerator. Drying can be performed. Thereby, the manufacturing time of the said air filter medium can be shortened significantly. In the present specification, placing a support under a reduced pressure atmosphere lower than the atmospheric pressure without performing a freezing process in advance is referred to as a “reduced pressure drying method”.

<支持体>
支持体は、流体透過性を有するものであれば特に限定するものではなく、例えば、不織布、織布、紙又はスポンジなどの多孔質な材料を用いることができる。これらの中でも不織布が好ましく、特にガラス繊維、有機繊維などの繊維を主成分とする濾材用不織布であることが好ましい。ガラス繊維、有機繊維などの繊維を主成分とするとは、支持体の全質量に対する当該繊維の質量が50質量%以上であることをいう。より好ましくは、80質量%以上である。支持体が当該繊維を主成分とする不織布であるとき、目付は10〜300g/mであることが好ましく、30〜200g/mであることがより好ましい。流体透過性とは、少なくとも気体を透過させることができる性質をいい、より好ましくは気体及び液体を透過させることができる性質をいう。
<Support>
The support is not particularly limited as long as it has fluid permeability, and, for example, a porous material such as non-woven fabric, woven fabric, paper or sponge can be used. Among these, non-woven fabrics are preferable, and in particular, non-woven fabrics for filter media mainly comprising fibers such as glass fibers and organic fibers are preferable. Having fibers such as glass fibers and organic fibers as the main component means that the mass of the fibers with respect to the total mass of the support is 50% by mass or more. More preferably, it is 80 mass% or more. When the support is a nonwoven fabric composed mainly of the fibers, the basis weight is preferably from 10 to 300 g / m 2, and more preferably 30 to 200 g / m 2. Fluid permeability means at least the property of being able to transmit gas, more preferably the property of being capable of transmitting gas and liquid.

支持体に用いられるガラス繊維は、例えば、火焔延伸法若しくはロータリー法によって製造されるウール状の極細ガラス繊維、又は所定の繊維径となるように紡糸されたガラス繊維の束を所定の繊維長に切断して製造されるチョップドストランドガラス繊維である。これらの中から、必要とされる物性に応じて、種々の繊維径及び繊維長を有するものが選択され、単独又は混合して使用される。また、半導体製造工程用途におけるシリコンウェハの硼素汚染を防止する目的で、低硼素ガラス繊維又はシリカガラス繊維を使用することもできる。ガラス繊維の平均繊維径は、特に限定されないが、0.05〜20μmであることが好ましい。より好ましくは、0.1〜5μmである。ガラス繊維の平均繊維長は、特に限定されないが、0.5〜10000μmであることが好ましい。より好ましくは、1〜1000μmである。一方、有機繊維は、例えば、ポリプロピレン繊維、アクリル繊維、ビニロン繊維、セルロース繊維、ポリエステル繊維又はアラミド繊維である。有機繊維の平均繊維径は、特に限定されないが、0.05〜100μmであることが好ましい。より好ましくは、0.1〜50μmである。有機繊維の平均繊維長は、特に限定されないが、短繊維である場合は0.5〜10000μmであることが好ましい。より好ましくは、10〜5000μmである。不織布の製造方法は、特に限定されず、例えば、乾式法又は湿式法である。   The glass fibers used for the support may be, for example, wool-like ultrafine glass fibers produced by a flame drawing method or a rotary method, or a bundle of glass fibers spun to a predetermined fiber diameter to a predetermined fiber length. Chopped strand glass fiber manufactured by cutting. Among these, those having various fiber diameters and fiber lengths are selected according to the required physical properties, and used alone or in combination. Low boron glass fibers or silica glass fibers can also be used for the purpose of preventing silicon contamination of silicon wafers in semiconductor manufacturing process applications. Although the average fiber diameter of glass fiber is not specifically limited, It is preferable that it is 0.05-20 micrometers. More preferably, it is 0.1 to 5 μm. The average fiber length of the glass fibers is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 10000 μm. More preferably, it is 1 to 1000 μm. On the other hand, organic fibers are, for example, polypropylene fibers, acrylic fibers, vinylon fibers, cellulose fibers, polyester fibers or aramid fibers. The average fiber diameter of the organic fiber is not particularly limited, but preferably 0.05 to 100 μm. More preferably, it is 0.1 to 50 μm. The average fiber length of the organic fiber is not particularly limited, but in the case of a short fiber, it is preferably 0.5 to 10000 μm. More preferably, it is 10 to 5000 μm. The method for producing the non-woven fabric is not particularly limited, and is, for example, a dry method or a wet method.

支持体の形状については、特に限定されるものでは無く、シート状の様な平面構造をしていなくても良い。例えば、支持体の材料に山折りと谷折りとを繰り返したジグザグ状の折り目を形成するプリーツ加工のように立体的に加工が施されたものでも構わない。予めプリーツ加工が施された支持体を用いれば、容積の限られた乾燥領域内で長尺な支持体を乾燥させることができ、効率的にナノセルロースが付着されたエアフィルタ用濾材を得ることができる。さらに、冷凍機等では立体的な加工を施された濾材では凍結が不均一になりやすいが、減圧乾燥においては気化による温度低下を利用するため立体的な加工による影響を受けにくいという利点もある。さらに、本実施形態に係るエアフィルタ用濾材の製造方法によって得られたエアフィルタ用濾材の後工程において立体的な加工を施すこともできる。   The shape of the support is not particularly limited, and may not have a sheet-like planar structure. For example, the material of the support may be three-dimensionally processed as in a pleating process to form a zigzag fold in which mountain folds and valley folds are repeated. By using a support that has been pleated in advance, it is possible to dry a long support within a dry area with a limited volume, and to obtain a filter material for an air filter to which nanocellulose is efficiently attached. Can. Furthermore, although freezing is likely to be uneven in filter media subjected to three-dimensional processing in a refrigerator etc., in vacuum drying there is also the advantage that it is less susceptible to three-dimensional processing because it utilizes the temperature drop due to vaporization. . Furthermore, three-dimensional processing can also be performed in the post process of the filter material for air filters obtained by the manufacturing method of the filter material for air filters which concerns on this embodiment.

また、支持体の平均孔径は、0.1〜50μmであることが好ましい。より好ましくは0.5〜10μmである。0.1μm未満では、流体透過性に劣る場合がある。50μmを超えると、ナノセルロースが支持体の孔内に網目状構造体を均一に形成しにくくなる場合がある。本実施形態においては、ナノセルロースを含有する分散液を支持体の孔内に付着させ、その後乾燥してエアフィルタとすることができるが、適切な平均孔径を有する支持体を用いることで、この乾燥時にナノセルロースに対して生じる凝集力が分散しやすくなるため、乾燥後も網目状構造を維持させやすくなる。ここで、平均孔径は、ASTM E1294‐89「ハーフドライ法」に従って計測することができる。   Moreover, it is preferable that the average hole diameter of a support body is 0.1-50 micrometers. More preferably, it is 0.5 to 10 μm. If it is less than 0.1 μm, the fluid permeability may be poor. When it exceeds 50 μm, it may be difficult for nanocellulose to form a network structure uniformly in the pores of the support. In the present embodiment, the dispersion containing nanocellulose can be deposited in the pores of the support and then dried to form an air filter, but this can be achieved by using a support having an appropriate average pore diameter. Since the cohesion generated with respect to the nanocellulose is easily dispersed during drying, the network structure can be easily maintained after drying. Here, the average pore size can be measured according to ASTM E 1294-89 "half dry method".

支持体は、支持体自体がエアフィルタ用濾材として使用できる素材であることが好ましい。本実施形態に係るエアフィルタの製造方法では、このような支持体を用いることで、従来のエアフィルタ用濾材(支持体自体)よりも粒子捕集性能の高いエアフィルタを得ることが容易となる。   Preferably, the support itself is a material that can be used as a filter material for an air filter. In the method of manufacturing the air filter according to the present embodiment, by using such a support, it is easy to obtain an air filter having higher particle collection performance than the conventional air filter filter medium (support itself). .

<ナノセルロース>
ナノセルロース(以降、ナノファイバーと呼ぶこともある。)は、化学処理(改質)したナノセルロースを包含する。ナノセルロースでは、セルロース分子鎖が2本以上の束を形成している。セルロース分子鎖が2本以上の束を形成しているとは、2本以上のセルロース分子鎖が集合してミクロフィブリルと呼ばれる集合体を形成している状態をいう。本実施形態では、セルロース分子鎖は、分子中のC6位水酸基の一部若しくは全部がアルデヒド基若しくはカルボキシル基などに酸化されたもの、C6位以外の水酸基の一部若しくは全部がカルボニル基に酸化されたもの、C6位以外の水酸基を含む水酸基の一部若しくは全部が硝酸エステル、酢酸エステル若しくはリン酸エステルなどのようにエステル化されたもの、又はメチルエーテル、ヒドロキシプロピルエーテル若しくはカルボキシメチルエーテルなどのようにエーテル化されたものなど他の官能基に置換されている形態を含む。また、セルロース分子鎖が改質されてカルボキシル基を含む場合は、その対イオンがカチオン系界面活性剤に置換されているもの、各種金属イオンに置換されているもの、当該金属イオンが還元されて粒子状になっているものも含む。
<Nanocellulose>
Nanocellulose (hereinafter sometimes referred to as nanofiber) includes chemically treated (modified) nanocellulose. In nanocellulose, cellulose molecular chains form a bundle of two or more. When the cellulose molecular chains form a bundle of two or more, it means that two or more cellulose molecular chains are assembled to form an aggregate called microfibrils. In this embodiment, in the cellulose molecular chain, a part or all of the C6 position hydroxyl group in the molecule is oxidized to an aldehyde group or a carboxyl group, or a part or all of the hydroxyl groups other than the C6 position is oxidized to a carbonyl group , Those in which some or all of the hydroxyl groups containing hydroxyl groups other than C6 position are esterified as nitrate ester, acetate ester or phosphate ester, or methyl ether, hydroxypropyl ether or carboxymethyl ether etc. And forms which are substituted with other functional groups such as those which are etherified. When the cellulose molecular chain is modified to contain a carboxyl group, the counter ion is substituted by a cationic surfactant, that substituted by various metal ions, or the metal ion is reduced. It includes those in particulate form.

本実施形態では、ナノセルロースの数平均繊維径は、1〜100nmであることが好ましい。高い粒子捕集性能と低圧力損失とを両立させるエアフィルタとするためには、繊維径の極めて細いナノセルロースによる均一な繊維ネットワークを支持体中に形成することが重要である。数平均繊維径が1〜100nmである極細のナノセルロースを用いると、エアフィルタ用濾材中の単位体積あたりの繊維の本数が著しく増加し、気体中の粒子を捕捉しやすくなり、高い捕集性能を得ることが可能となる。また、スリップフロー効果によって、単繊維の通気抵抗が極めて低くなり、エアフィルタとしての圧力損失が上昇しにくくなる。ナノセルロースの数平均繊維径は2〜30nmが好ましく、3〜20nmがより好ましい。数平均繊維径が1nm未満では、ナノセルロースの単繊維強度が弱く、エアフィルタ用濾材中で繊維ネットワークを維持することが困難となる場合がある。100nmを超えると、エアフィルタ用濾材中の単位体積あたりの繊維の本数が少なくなり、粒子を捕捉するのに効果的なナノセルロースネットワークが形成できなくなる場合がある。ここで、数平均繊維径は、次に従って算出する。カーボン膜被覆グリッド上にキャストしたナノセルロースを透過型電子顕微鏡(TEM、Transmission Electron Microscope)を用いて電子顕微鏡画像による観察を行う。得られた観察画像に対し、1枚の画像あたり縦横2本ずつの無作為な軸を引き、軸に交差する繊維の繊維径を目視で読み取っていく。このとき、構成する繊維の大きさに応じて5000倍、10000倍又は50000倍のいずれかの倍率で観察を行う。なお、試料又は倍率は、20本以上の繊維が軸と交差する条件とする。こうして最低3枚の重なっていない表面部分の画像を電子顕微鏡で撮影し、各々二つの軸に交差する繊維の繊維径の値を読み取る。したがって、最低20本×2軸×3枚=120個の繊維情報が得られる。こうして得られた繊維径のデータから数平均繊維径を算出した。なお、枝分かれしている繊維については、枝分かれしている部分の長さが50nm以上であれば1本の繊維として繊維径の算出に組み込む。また、数平均繊維径は、次に従って算出してもよい。支持体表面又は内部に存在するナノセルロースを走査型電子顕微鏡(SEM、Scanning Electron Microscope)を用いて電子顕微鏡画像による観察を行う。得られた観察画像に対し、1枚の画像あたり縦横2本ずつの無作為な軸を引き、軸に交差する繊維の繊維径を目視で読み取っていく。このとき、構成する繊維の大きさに応じて5000〜50000倍のいずれかの倍率で観察を行う。複数の重なっていない表面部分の画像を電子顕微鏡で撮影し、各々二つの軸に交差する繊維の繊維径の値を読み取る。少なくとも120本の繊維径データから数平均繊維径を算出する。なお、枝分かれしている繊維については、枝分かれしている部分の長さが50nm以上であれば1本の繊維として繊維径の算出に組み込む。尚、試料は歪みの無い観察画像を得るため、予め導電性コーティングを行うが、コーティング膜厚による影響も考慮する。例えば、イオンスパッター(E−1045、日立ハイテクノロジー社製)を用いる場合、放電電流15mA、試料−ターゲット間距離30mm、真空度6Pa、コーティング時間2分とすると、コーティング膜厚は12nmである。ただし、繊維径を測定する際は、コーティング膜の堆積方向が想定される方向と垂直になるため、コーティング膜厚は想定の半分とする。つまり、上記条件でコーティングした場合、SEMから求めた繊維径から両端のコーティング膜厚12nm(=6nm+6nm)分を除く。   In the present embodiment, the number average fiber diameter of the nanocellulose is preferably 1 to 100 nm. In order to make an air filter compatible with high particle collection performance and low pressure loss, it is important to form in the support a uniform fiber network of extremely narrow nanocellulose fibers. When an ultrafine nanocellulose having a number average fiber diameter of 1 to 100 nm is used, the number of fibers per unit volume in the filter medium for air filter increases remarkably, and particles in gas become easy to be trapped, and high collection performance It is possible to obtain In addition, the slip flow effect makes the air flow resistance of single fibers extremely low, making it difficult for the pressure loss as an air filter to rise. 2-30 nm is preferable and, as for the number average fiber diameter of nanocellulose, 3-20 nm is more preferable. If the number average fiber diameter is less than 1 nm, the single fiber strength of the nanocellulose is weak, and it may be difficult to maintain the fiber network in the filter material for an air filter. If it exceeds 100 nm, the number of fibers per unit volume in the filter material for air filter may decrease, and it may not be possible to form an effective nanocellulose network for capturing particles. Here, the number average fiber diameter is calculated according to the following. The nanocellulose cast on the carbon film-coated grid is observed with an electron microscope image using a transmission electron microscope (TEM, Transmission Electron Microscope). With respect to the obtained observation image, a random axis is drawn for each sheet of image in a row and column, and the fiber diameter of the fiber intersecting the axis is read visually. At this time, observation is performed at a magnification of 5000, 10000 or 50000 depending on the size of the fibers to be configured. In addition, a sample or magnification is taken as the conditions which 20 or more fibers cross | intersect an axis. Thus, images of at least three non-overlapping surface portions are taken with an electron microscope, and the values of the fiber diameter of fibers intersecting each two axes are read. Therefore, at least 20 x 2 axes x 3 = 120 pieces of fiber information can be obtained. The number average fiber diameter was calculated from the data of the fiber diameter thus obtained. In addition, about the fiber which has branched, if the length of the branched part is 50 nm or more, it is integrated in calculation of a fiber diameter as one fiber. Further, the number average fiber diameter may be calculated according to the following. The nanocellulose present on or in the surface of the support is observed with an electron microscope image using a scanning electron microscope (SEM, Scanning Electron Microscope). With respect to the obtained observation image, a random axis is drawn for each sheet of image in a row and column, and the fiber diameter of the fiber intersecting the axis is read visually. At this time, observation is performed at any magnification of 5000 to 50000 times depending on the size of the fibers to be configured. Images of a plurality of non-overlapping surface portions are taken with an electron microscope, and the fiber diameter values of fibers intersecting each of the two axes are read. The number average fiber diameter is calculated from the fiber diameter data of at least 120 fibers. In addition, about the fiber which has branched, if the length of the branched part is 50 nm or more, it is integrated in calculation of a fiber diameter as one fiber. In order to obtain a distortion-free observation image, the sample is coated in advance with a conductive coating, but the influence of the coating thickness is also taken into consideration. For example, in the case of using ion sputtering (E-1045, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation), the coating film thickness is 12 nm with a discharge current of 15 mA, a sample-target distance of 30 mm, a vacuum degree of 6 Pa, and a coating time of 2 minutes. However, when measuring the fiber diameter, the coating film thickness is half of the assumed thickness because the deposition direction of the coating film is perpendicular to the expected direction. That is, in the case of coating under the above conditions, the coating film thickness of 12 nm (= 6 nm + 6 nm) for both ends is excluded from the fiber diameter obtained from the SEM.

また、ナノセルロースの数平均繊維長は、特に限定するものではないが、0.01〜20μmであることが好ましい。より好ましくは、0.05〜10μmである。更に好ましくは0.08〜1.0μmである。数平均繊維長が0.01μm未満では、ナノファイバーが粒子に近くなり、エアフィルタ用濾材中で繊維ネットワークを形成できないおそれがある。20μmを超えると、ナノファイバー同士の絡み合いが多くなり、繊維同士が凝集して均一なネットワークが形成できなくなる場合がある。なお、数平均繊維長は、ナノセルロースを走査型電子顕微鏡(SEM、Scanning Electron Microscope)を用いて電子顕微鏡画像による観察から算出する。得られた観察画像に対し、1枚の画像あたり10本ずつ独立した繊維を無作為に選び、その繊維長を目視で読み取っていく。このとき、構成する繊維の長さに応じて1000〜30000倍のいずれかの倍率で行う。なお、試料又は倍率は、繊維の始点と終点とが同じ画像内に収まっているものを対象とする。こうして最低12枚の重なっていない表面部分の画像をSEMで撮影し、繊維長を読み取る。したがって、最低10本×12枚=120本の繊維情報が得られる。こうして得られた繊維径のデータから数平均繊維長を算出できる。なお、枝分かれしている繊維については、その繊維の最も長い部分の長さを繊維長とする。   The number average fiber length of the nanocellulose is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 20 μm. More preferably, it is 0.05 to 10 μm. More preferably, it is 0.08 to 1.0 μm. If the number average fiber length is less than 0.01 μm, the nanofibers become close to particles, and there is a possibility that a fiber network can not be formed in the air filter filter medium. When it exceeds 20 μm, the entanglement of nanofibers increases, and the fibers may aggregate to make it impossible to form a uniform network. The number average fiber length is calculated by observing nanocellulose with an electron microscope image using a scanning electron microscope (SEM, Scanning Electron Microscope). For the obtained observation image, 10 independent fibers are randomly selected per image, and the fiber length is read visually. At this time, according to the length of the fiber to comprise, it carries out by one of the magnification of 1000-30000. In addition, a sample or magnification makes object the thing in which the starting point and the end point of a fiber fit in the same image. Thus, an image of at least 12 non-overlapping surface portions is taken with an SEM to read the fiber length. Therefore, at least 10 × 12 sheets = 120 pieces of fiber information can be obtained. The number average fiber length can be calculated from the fiber diameter data thus obtained. In addition, about the fiber which has branched, let the length of the longest part of the fiber be a fiber length.

本実施形態に係るエアフィルタ用濾材の製造方法では、ナノセルロースの数平均繊維長が、支持体の平均孔径よりも小さいことが好ましい。ナノセルロースの数平均繊維長を支持体の平均孔径よりも小さくすることで、ナノセルロースが支持体の内部まで入り込んで、支持体の内部でネットワークを形成することができる。その結果、ナノセルロースの充填密度が比較的低くとも粒子捕集性能がより高いエアフィルタ用濾材とすることができる。ナノセルロースは繊維同士が繋がってネットワークを形成する能力が非常に高いため、数平均繊維長が支持体の平均孔径より小さくても、また、充填密度が比較的低くてもエアフィルタ用濾材として十分なネットワーク強度有している。ナノセルロースの数平均繊維長の値は、支持体の平均孔径の値に対して、0.1〜99%であることが好ましく、5〜36%であることがより好ましい。0.1%未満では、ナノセルロース同士やナノセルロースと支持体との接点が少なくなり、ナノセルロースが支持体から脱落してしまう場合がある。99%を超えると、ナノセルロースが支持体の内部まで入り込めない場合がある。   In the method for producing a filter medium for an air filter according to this embodiment, the number average fiber length of the nanocellulose is preferably smaller than the average pore diameter of the support. By making the number average fiber length of the nanocellulose smaller than the average pore diameter of the support, the nanocellulose can penetrate to the inside of the support to form a network inside the support. As a result, even if the packing density of nanocellulose is relatively low, it is possible to provide a filter material for an air filter with higher particle collection performance. Nanocellulose has a very high ability to connect fibers to form a network, so it is sufficient as a filter material for air filter even if the number average fiber length is smaller than the average pore diameter of the support, and even if the packing density is relatively low. Network strength. The value of the number average fiber length of the nanocellulose is preferably 0.1 to 99%, more preferably 5 to 36%, relative to the value of the average pore diameter of the support. If the amount is less than 0.1%, the contact points between the nanocelluloses and between the nanocellulose and the support may be reduced, and the nanocellulose may be detached from the support. If it exceeds 99%, nanocellulose may not be able to penetrate into the inside of the support.

ナノセルロースの種類は、特に限定するものではないが、例えば、前述のMFC、NFC、CNC、又は特許文献1に記載のTEMPOなどのN‐オキシル化合物を用いてセルロースを酸化して得られるナノセルロースである。MFC及びNFCは、セルロース繊維を機械的な処理によって剪断してナノファイバー化するため、繊維径の分布が広いという特徴がある。CNCは、比較的均一な繊維径を有するが、繊維長が0.1〜0.2μmで短いという特徴がある。特許文献1に記載のナノセルロースは、セルロースシングルミクロフィブリルである。天然セルロースは、ミクロフィブリルが多束化して高次な個体構造を構築している。ここで、ミクロフィブリル間は、セルロース分子中の水酸基由来の水素結合によって強固に凝集している。セルロースシングルミクロフィブリルとは、天然セルロースに化学処理及び軽微な機械処理を行い、単離したミクロフィブリルをいう。特許文献1に記載されているように、セルロース原料を、N‐オキシル化合物、臭化物、ヨウ化物又はそれらの混合物の存在下で、酸化剤を用いて酸化し、該酸化されたセルロースを更に湿式微粒化処理して解繊し、ナノファイバー化することによって水分散体として製造され、均一な繊維径を有するという特徴がある。この中で、特許文献1に記載の微細セルロースが、生産に必要なエネルギーが他のセルロース繊維よりも少ない点及び生産性が高い点で特に好ましい。特許文献1に記載のナノセルロースは、セルロース分子の水酸基の一部がカルボキシル基及びアルデヒド基からなる群から選ばれる少なくとも一つの官能基に酸化されており、かつ、セルロースI型結晶構造を有する。最大繊維径は、1000nm以下である。このナノセルロースは、水に分散すると透明な液体となる。   The type of nanocellulose is not particularly limited, but, for example, nanocellulose obtained by oxidizing cellulose using an N-oxyl compound such as the aforementioned MFC, NFC, CNC, or TEMPO described in Patent Document 1 It is. MFC and NFC are characterized in that the distribution of fiber diameter is broad because cellulose fibers are sheared into nanofibers by mechanical processing. CNC has a relatively uniform fiber diameter, but is characterized by a short fiber length of 0.1 to 0.2 μm. The nanocellulose described in Patent Document 1 is cellulose single microfibrils. In natural cellulose, microfibrils are bundled to form a high-order solid structure. Here, microfibrils are strongly aggregated by hydrogen bonds derived from hydroxyl groups in cellulose molecules. Cellulose single microfibrils refer to isolated microfibrils by chemical treatment and slight mechanical treatment of natural cellulose. As described in Patent Document 1, a cellulose raw material is oxidized with an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound, a bromide, an iodide or a mixture thereof, and the oxidized cellulose is further subjected to wet granulation. It is manufactured as an aqueous dispersion by processing, disentangling and nanofiberizing, and it is characterized by having a uniform fiber diameter. Among these, the fine cellulose described in Patent Document 1 is particularly preferable in that it requires less energy for production than other cellulose fibers and is high in productivity. In the nanocellulose described in Patent Document 1, a part of the hydroxyl groups of cellulose molecules is oxidized to at least one functional group selected from the group consisting of a carboxyl group and an aldehyde group, and has a cellulose type I crystal structure. The maximum fiber diameter is 1000 nm or less. The nanocellulose becomes a transparent liquid when dispersed in water.

ナノセルロースの原料となるセルロース原料は、特に限定されるものではないが、植物系パルプ、とりわけ木質系パルプであることが好ましい。植物系パルプは、例えば、広葉樹さらしクラフトパルプ(LBKP)若しくは針葉樹さらしクラフトパルプ(NBKP)などの各種木材由来のクラフトパルプ;サルファイトパルプ;脱墨パルプ(DIP)などの古紙パルプ;グランドパルプ(GP)、加圧式砕木パルプ(PGW)、リファイナー砕木パルプ(RMP)、サーモメカニカルパルプ(TMP)、ケミサーモメカニカルパルプ(CTMP)、ケミメカニカルパルプ(CMP)若しくはケミグランドパルプ(CGP)などの機械パルプ;それらを高圧ホモジナイザー若しくはミルなどによって粉砕した粉末状セルロース;又は、それらを酸加水分解などの化学処理によって精製した微結晶セルロース粉末を使用できる。また、ケナフ、麻、イネ、バガス、竹又は綿などの植物由来の非木材パルプも使用できる。本実施形態は、ナノファイバーの原料及び製造方法に制限されない。   Although the cellulose raw material used as the raw material of nanocellulose is not specifically limited, It is preferable that it is plant-based pulp, especially wood-based pulp. Plant-based pulps include, for example, kraft pulps derived from various woods such as hardwood kraft pulp (LBKP) and softwood kraft pulp (NBKP); sulfite pulp; waste paper pulp such as deinked pulp (DIP); grand pulp (GP) Mechanical pulps such as pressurized groundwood pulp (PGW), refiner groundwood pulp (RMP), thermomechanical pulp (TMP), chemithermomechanical pulp (CTMP), chemimechanical pulp (CMP) or chemiground pulp (CGP); Powdered cellulose obtained by grinding them with a high-pressure homogenizer or mill, or microcrystalline cellulose powder obtained by purifying them by chemical treatment such as acid hydrolysis can be used. Also, non-wood pulp derived from plants such as kenaf, hemp, rice, bagasse, bamboo or cotton can be used. The present embodiment is not limited to the raw material and production method of nanofibers.

ナノファイバーの製造方法は、例えば、特許文献1に記載した製造方法である。特許文献1によると、ナノファイバーの製造方法は、天然セルロースを原料とし、水中においてTEMPOなどのN‐オキシル化合物を酸化触媒とし、共酸化剤を作用させることによって該天然セルロースを酸化して反応物繊維を得る酸化反応工程と、不純物を除去して水を含んだ反応物繊維を得る精製工程と、水を含んだ反応物繊維をナノセルロースとして分散媒に分散させる解繊工程と、を含む。   The method for producing nanofibers is, for example, the production method described in Patent Document 1. According to Patent Document 1, a method of producing nanofibers is a reaction product, wherein natural cellulose is used as a raw material, an N-oxyl compound such as TEMPO is used as an oxidation catalyst in water and the co-oxidant acts to oxidize the natural cellulose. The process includes an oxidation reaction step of obtaining a fiber, a purification step of removing impurities to obtain a reactant fiber containing water, and a disintegration step of dispersing the reactant fiber containing water as a nanocellulose in a dispersion medium.

本実施形態に係る製造方法で得られるエアフィルタ用濾材は、支持体の孔内でナノセルロース同士が絡み合って該ナノセルロース間に空隙が形成されており、ナノセルロースが絡み合った膜又はナノセルロースが凝集した膜を有さないことが好ましい。圧力損失が上昇することを防止し、粒子透過率を低くすることができる。ナノセルロースが絡み合った膜又はナノセルロースが凝集した膜とは、ナノセルロースが物理的な絡み合い又は化学的な凝集などによって形成された、支持体の孔の全体又は一部を塞ぐ膜状物をいう。   In the filter material for an air filter obtained by the manufacturing method according to the present embodiment, nanocelluloses are intertwined in the pores of the support to form voids between the nanocelluloses, and a film or nanocellulose in which nanocelluloses are intertwined It is preferred not to have an agglutinated membrane. The pressure drop can be prevented from rising and the particle permeability can be lowered. A film in which nanocellulose is entangled or a film in which nanocellulose is aggregated is a film-like material in which nanocellulose is formed by physical entanglement or chemical aggregation and the like, and which blocks all or a part of pores of a support. .

本実施形態においては、支持体に対するナノセルロースの付着量の割合を0.001〜0.500質量%とすることが好ましい。好ましくは0.010〜0.300質量%であり、より好ましくは0.050〜0.200質量%である。このような付着量とすることによって粒子捕集性能が高く、圧力損失が比較的低いエアフィルタとすることができる。支持体に対するナノセルロースの付着量が0.001質量%を下回ると、粒子捕集性能に劣る場合がある。逆に0.500質量%を上回ると、圧力損失が高くなりすぎる場合がある。支持体に対するナノセルロースの付着量は、主に、分散液中のナノセルロースの濃度と、支持体への分散液の付着量でコントロールすることができ、分散液中のナノセルロースの濃度を高くするほど、また、支持体への分散液の付着量を多くするほど、支持体へのナノセルロースの付着量は多くなる。   In the present embodiment, the ratio of the adhesion amount of nanocellulose to the support is preferably 0.001 to 0.500% by mass. Preferably it is 0.010-0.300 mass%, More preferably, it is 0.050-0.200 mass%. By setting such an amount of adhesion, an air filter having high particle collection performance and relatively low pressure loss can be obtained. If the adhesion amount of nanocellulose to the support is less than 0.001% by mass, the particle collection performance may be poor. Conversely, if it exceeds 0.500% by mass, the pressure loss may be too high. The adhesion amount of nanocellulose to the support can be mainly controlled by the concentration of nanocellulose in the dispersion and the adhesion amount of the dispersion to the support, and the concentration of nanocellulose in the dispersion is increased As the amount of dispersion liquid attached to the support increases, the amount of nanocellulose attached to the support increases.

本実施形態においては、支持体にナノセルロースを含む分散液を付着させた後、減圧乾燥することによってエアフィルタを得ることができる。分散液は、ナノセルロースを分散媒に分散させることで得ることができる。分散液中のナノセルロースの形態は、例えば、ナノセルロースがバラバラに分散した形態、又は部分的に凝集した形態である。このうち、分散液中のナノセルロースの形態は、ナノセルロースがバラバラに分散した形態であることが好ましい。   In this embodiment, an air filter can be obtained by depositing a dispersion containing nanocellulose on a support and drying under reduced pressure. A dispersion can be obtained by dispersing nanocellulose in a dispersion medium. The form of the nanocellulose in the dispersion is, for example, a form in which the nanocellulose is dispersed separately or in a form in which the nanocellulose is partially aggregated. Among these, the form of nanocellulose in the dispersion liquid is preferably a form in which nanocellulose is dispersed separately.

<分散媒>
本実施形態においては、ナノセルロースを含有する分散液を支持体に付着させた後、減圧乾燥することによってエアフィルタ用濾材を得るが、減圧乾燥における分散媒は水が好ましく、水と水に溶解する有機溶媒とを混合した混合分散媒を用いることがより好ましい。ここで有機溶媒とは、常温常圧で液体である有機化合物のことをいう。また、水に溶解するとは、水と有機溶媒とを混合した混合分散媒において、水と有機溶媒が任意の割合で、両者が分子レベルで互いに混ざり合い、相分離しないことをいう。分散媒が、水と水に溶解する有機溶媒との混合物であることは、減圧乾燥初期における分散媒の温度低下による凍結時に分散媒の結晶化を抑制し、ナノセルロースの均一なネットワーク形成に寄与する。本実施形態において、混合分散媒中の有機溶媒の濃度は、2〜50質量%であることが好ましい。より好ましくは、5〜40質量%であり、更に好ましくは10〜30質量%である。有機溶媒の濃度が50質量%を超えると、疎水性の高い分散媒となり、親水性を有するナノセルロースが分散液中に均一に分散しなくなり、ナノセルロースの均一なネットワーク形成を損ねる可能性がある。また、有機溶媒の濃度が2質量%未満では、減圧乾燥初期における分散媒の温度低下による凍結時に水の結晶(氷晶)の形成が著しく、ナノセルロースの凝集や構造破壊を引き起こされてしまい、支持体に均一なナノセルロースのネットワークを形成できなくなるおそれがある。
<Dispersion medium>
In this embodiment, a dispersion containing nanocellulose is attached to a support and then dried under reduced pressure to obtain a filter medium for an air filter, but the dispersion medium in reduced pressure drying is preferably water, and it is dissolved in water and water. It is more preferable to use a mixed dispersion medium which is mixed with an organic solvent to be used. Here, the organic solvent refers to an organic compound which is liquid at normal temperature and pressure. Further, “dissolving in water” means that in a mixed dispersion medium in which water and an organic solvent are mixed, the water and the organic solvent are mixed at a molecular level with each other at an arbitrary ratio, and phase separation does not occur. That the dispersion medium is a mixture of water and an organic solvent that dissolves in water suppresses crystallization of the dispersion medium at the time of freezing due to the temperature decrease of the dispersion medium at the initial stage of reduced pressure drying, and contributes to the uniform network formation of nanocellulose Do. In the present embodiment, the concentration of the organic solvent in the mixed dispersion medium is preferably 2 to 50% by mass. More preferably, it is 5-40 mass%, More preferably, it is 10-30 mass%. When the concentration of the organic solvent exceeds 50% by mass, it becomes a highly hydrophobic dispersion medium, and the nanocellulose having hydrophilicity may not be uniformly dispersed in the dispersion, which may impair the formation of the uniform network of the nanocellulose. . When the concentration of the organic solvent is less than 2% by mass, the formation of water crystals (ice crystals) is remarkable at the time of freezing due to the temperature decrease of the dispersion medium at the initial stage of reduced pressure drying, causing aggregation and structural destruction of nanocellulose, It may not be possible to form a uniform nanocellulose network on the support.

有機溶媒としては、アルコール類、カルボン酸類又はカルボニル化合物類のうちの少なくとも一種を含むことが好ましい。このような有機溶媒を含むことで、減圧乾燥初期における分散媒の温度低下による凍結時に生じる水の結晶(氷晶)をより小さくすることができ、支持体におけるナノセルロースのネットワーク形成をより均一なものとすることができる。また、有機溶媒は、アルコール類として(1)メタノール、(2)エタノール、(3)1‐プロパノール若しくは(4)t‐ブチルアルコール、カルボン酸類として(5)酢酸、カルボニル化合物類として(6)アセトン、の(1)〜(6)の少なくとも1種を含むことが水との相溶性の観点からより好ましい。このうち、有機溶媒は、t‐ブチルアルコールだけであることが特に好ましい。水とt‐ブチルアルコールとを混合した混合分散媒の凝固点は、最も低くても−10℃程度であり、他の有機溶媒と水との混合分散媒に比べ高くなっており、減圧乾燥初期で凍結させることが容易である。t‐ブチルアルコール水溶液では、t‐ブチルアルコール濃度が20質量%付近で、水とt‐ブチルアルコールとが共晶となり、凍結時の結晶サイズが小さくなることが知られている。有機溶媒がt‐ブチルアルコールだけである場合、混合分散媒中のt‐ブチルアルコールの濃度は、15〜35質量%であることが好ましく、20〜30質量%であることがより好ましい。   The organic solvent preferably contains at least one of alcohols, carboxylic acids or carbonyl compounds. By including such an organic solvent, water crystals (ice crystals) generated upon freezing due to the temperature decrease of the dispersion medium at the initial stage of reduced pressure drying can be made smaller, and the network formation of nanocellulose in the support becomes more uniform. It can be Also, the organic solvent is (1) methanol, (2) ethanol, (3) 1-propanol or (4) t-butyl alcohol as alcohols, (5) acetic acid as carboxylic acids, (6) acetone as carbonyl compounds It is more preferable to include at least one of (1) to (6) from the viewpoint of compatibility with water. Among these, it is particularly preferable that the organic solvent is only t-butyl alcohol. The freezing point of the mixed dispersion medium in which water and t-butyl alcohol are mixed is at most about −10 ° C. and is higher than the mixed dispersion medium of other organic solvent and water, and it is possible to start drying under reduced pressure at the beginning It is easy to freeze. In a t-butyl alcohol aqueous solution, it is known that water and t-butyl alcohol become eutectic at a t-butyl alcohol concentration of around 20% by mass, and the crystal size at the time of freezing becomes small. When the organic solvent is only t-butyl alcohol, the concentration of t-butyl alcohol in the mixed dispersion medium is preferably 15 to 35% by mass, and more preferably 20 to 30% by mass.

<分散液>
本実施形態では、分散液中のナノセルロースの固形分濃度を0.001〜0.150質量%とすることが好ましい。より好ましくは0.005〜0.100質量%であり、更に好ましくは0.010〜0.080質量%である。流体透過性を有する支持体に、ナノセルロースによるネットワークを形成してエアフィルタ用濾材とするにあたっては、ナノセルロースのネットワークが一定の方向性を持たずに均一に張り巡らされることが好ましい。支持体中のナノセルロースのネットワークが特定の方向性を持って(配向して)張り巡らされない方が、エアフィルタ用濾材としての粒子補足性能を満足させやすい。分散液中のナノセルロースの固形分濃度が0.150質量%を超えると、繊維が配向したドメインが多数形成されやすい。繊維が配向するということは、繊維がある程度同じ方向に並ぶことを意味し、繊維の分散度合いが高いほど粒子補足性能が高くなるエアフィルタ用濾材にとって、配向は好ましくない。また、エアフィルタ用濾材中でのナノセルロースの充填密度が過度に高くなると、エアフィルタ用濾材中に分布するナノセルロース間の距離を適度に保てず、空気中の水分によって凝集などをおこし、エアフィルタ用濾材として好適なナノセルロースによるネットワークの形成を阻害するおそれがある。TEMPOなどのN−オキシル化合物を用いてセルロースを酸化して得られるナノセルロースの分散液は、水中での透明度が高く、均一に分散しているが、濃度が高くなると繊維が特に配向しやすい。本実施形態では、分散液中のナノセルロースの固形分濃度を0.150質量%以下とすることで、分散液中の繊維間の距離が適度に離れて、ナノセルロースが全く又はほとんど配向しない。そのため、ナノセルロースをエアフィルタへ組み込んだ際も、特定の方向性を持たずに均一な繊維ネットワークを形成することができ、エアフィルタ用濾材としての粒子捕集性能を著しく高める効果をもつ。一方、分散液中のナノセルロースの濃度が0.001質量%未満では、ナノセルロース同士の絡み合いが少なくなり、ネットワーク構造が維持できなくなるおそれがある。
<Dispersion liquid>
In the present embodiment, it is preferable to set the solid content concentration of the nanocellulose in the dispersion to 0.001 to 0.150 mass%. More preferably, it is 0.005-0.100 mass%, More preferably, it is 0.010-0.080 mass%. In forming a network of nanocellulose on a fluid-permeable support to form a filter material for an air filter, it is preferable that the nanocellulose network be uniformly distributed without having a certain directionality. If the nanocellulose network in the support is not twisted in a specific direction (oriented), it is easy to satisfy the particle trapping performance as a filter material for an air filter. When the solid concentration of nanocellulose in the dispersion exceeds 0.150% by mass, many domains in which fibers are oriented are easily formed. The fact that the fibers are oriented means that the fibers are lined up in the same direction to some extent, and the orientation is not preferable for the filter material for an air filter, in which the particle trapping performance becomes higher as the degree of dispersion of the fibers is higher. In addition, when the packing density of nanocellulose in the filter material for air filter becomes excessively high, the distance between the nanocelluloses distributed in the filter material for air filter can not be maintained appropriately, and the moisture in the air causes aggregation etc. There is a possibility that the formation of the network by nano cellulose suitable as a filter material for air filters may be inhibited. A dispersion of nanocellulose obtained by oxidizing cellulose using an N-oxyl compound such as TEMPO has high transparency in water and is uniformly dispersed, but when the concentration is high, the fibers are particularly likely to be oriented. In the present embodiment, by setting the solid content concentration of the nanocellulose in the dispersion to 0.150% by mass or less, the distance between the fibers in the dispersion is appropriately separated, and the nanocellulose is not oriented at all or hardly. Therefore, even when nanocellulose is incorporated into an air filter, a uniform fiber network can be formed without specific directionality, and it has the effect of significantly enhancing the particle collection performance as a filter material for an air filter. On the other hand, when the concentration of nanocellulose in the dispersion is less than 0.001% by mass, the entanglement of the nanocelluloses is reduced, and there is a possibility that the network structure can not be maintained.

<分散液の調製>
本実施形態では、分散液の調製方法は特に限定するものではなく、前述した分散媒にナノセルロースを分散させて分散液とすればよい。水と水に溶解する有機溶媒とを混合した混合分散媒を用いる場合は、水にナノセルロースを分散させてナノセルロース水分散液を調製した後、ナノセルロース水分散液に、有機溶媒又は水と有機溶媒との混合溶媒を添加して行うことが好ましい。尚、有機溶媒にナノセルロース水分散液を加えると、凝集物が生じる場合がある。
<Preparation of Dispersion>
In the present embodiment, the method of preparing the dispersion is not particularly limited, and nanocellulose may be dispersed in the above-described dispersion medium to obtain a dispersion. In the case of using a mixed dispersion medium in which water and an organic solvent soluble in water are mixed, nanocellulose is dispersed in water to prepare a nanocellulose aqueous dispersion, and then an organic solvent or water is added to the nanocellulose aqueous dispersion. It is preferable to carry out by adding a mixed solvent with an organic solvent. When an aqueous dispersion of nanocellulose is added to an organic solvent, aggregates may be generated.

本実施形態では、分散液に各種助剤を配合してもよい。後述する減圧乾燥においては、分散液中の分散媒の気化による温度低下で分散液が凍結するため、これを安定化させるために、例えば、ショ糖、トレハロース、L‐アルギニン又はL‐ヒスチジンを配合することができる。また、ナノセルロースの表面改質剤として、例えば、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、非イオン性界面活性剤又は両性界面活性剤を配合することもできる。   In the present embodiment, various assistants may be blended in the dispersion. In the vacuum drying described later, since the dispersion is frozen due to the temperature drop due to the vaporization of the dispersion medium in the dispersion, in order to stabilize it, for example, sucrose, trehalose, L-arginine or L-histidine is added can do. Moreover, as a surface modification agent of nanocellulose, a cationic surfactant, an anionic surfactant, a nonionic surfactant, or an amphoteric surfactant can also be mix | blended, for example.

<付着工程>
分散液を支持体に付着させる方法は、特に限定するものではないが、例えば、含浸法、塗布法又は噴霧法である。支持体に対する分散液の付着量は、支持体の厚さ、材質及び平均細孔径に応じて適宜調整するものであるが、前述したように、本実施形態では、支持体に対するナノセルロースの付着量の割合を0.001〜0.500質量%とする。より好ましくは0.010〜0.300質量%であり、更に好ましくは0.050〜0.200質量%である。支持体に対するナノセルロースの付着量の割合を0.001〜0.500質量%とすることで、粒子捕集性能が向上した高効率なエアフィルタ用濾材を製造することができる。支持体に対するナノセルロースの付着量の割合が0.001質量%未満では、支持体へのナノセルロースの付着量が不十分となり、均一なナノセルロースのネットワークを形成することが難しい。結果としてエアフィルタ用濾材としての粒子捕集性能を十分に向上させることができないおそれがある。逆に0.500質量%を超えると、エアフィルタ用濾材中でのナノセルロース充填密度が過度に高くなり、圧力損失が過度に高くなるおそれがある。また、ナノセルロースのネットワークを形成して、高いPF値を得るために、支持体に対するナノセルロースの付着量の割合は、0.001〜0.500質量%であることが好ましく、0.010〜0.300質量%であることがより好ましい。本発明において、支持体に対するナノセルロースの付着量の割合の算出方法は特に限定するものではないが、例えば支持体が無機繊維のみで構成されている場合は、ナノセルロースのみを燃焼させて、燃焼後の減量割合から算出することができる。また、支持体が有機合成繊維を含む場合は、例えば銅エチレンジアミン溶液を用いてセルロースのみを溶解させて、その溶解量から算出することもできる。また、支持体に対するナノセルロースの付着量の割合は、湿潤付着量から換算して求めてもよい。すなわち、支持体に対するナノセルロースの付着量の割合(単位%)は、{(湿潤付着量×分散液中のナノセルロースの固形分濃度)/分散液を付着させる前の支持体の質量}×100である。ここで、湿潤付着量は、分散液を付着させた湿潤状態での支持体の質量と付着させる前の支持体の質量との差であり、乾燥工程の開始時に支持体に付着している分散液の質量を意味する。このため、湿潤付着量は、乾燥工程の直前に測定した値であることが好ましく、例えば乾燥工程の開始前10分以内に測定することが好ましく、5分以内に測定することがより好ましい。
<Adhesive process>
The method for attaching the dispersion to the support is not particularly limited, and is, for example, an impregnation method, a coating method or a spraying method. The adhesion amount of the dispersion to the support is appropriately adjusted according to the thickness, material and average pore size of the support, but as described above, in the present embodiment, the adhesion amount of nanocellulose to the support Ratio of 0.001 to 0.500% by mass. More preferably, it is 0.010-0.300 mass%, More preferably, it is 0.050-0.200 mass%. By setting the ratio of the adhesion amount of nanocellulose to the support to 0.001 to 0.500% by mass, a highly efficient filter material for an air filter having improved particle collection performance can be produced. When the ratio of the adhesion amount of nanocellulose to the support is less than 0.001% by mass, the adhesion amount of nanocellulose to the support is insufficient, and it is difficult to form a uniform nanocellulose network. As a result, there is a possibility that the particle collection performance as a filter material for an air filter can not be sufficiently improved. On the other hand, if it exceeds 0.500% by mass, the nanocellulose packing density in the filter material for air filter may be excessively high, and the pressure loss may be excessively high. Further, in order to form a network of nanocellulose to obtain a high PF value, the ratio of the adhesion amount of nanocellulose to the support is preferably 0.001 to 0.500 mass%, More preferably, it is 0.300% by mass. In the present invention, the method of calculating the ratio of the adhesion amount of nanocellulose to the support is not particularly limited. For example, when the support is composed of only inorganic fibers, only the nanocellulose is burned and burned. It can be calculated from the weight loss ratio later. Moreover, when a support body contains an organic synthetic fiber, only a cellulose can be melt | dissolved, for example using a copper ethylenediamine solution, and it can also calculate from the melt | dissolution amount. In addition, the ratio of the adhesion amount of nanocellulose to the support may be determined from the wet adhesion amount. That is, the ratio (unit%) of the adhesion amount of nanocellulose to the support is {(wet adhesion amount × solid concentration of nanocellulose in dispersion) / mass of support before adhesion of dispersion} × 100 It is. Here, the wet adhesion amount is the difference between the mass of the support in the wet state where the dispersion is adhered and the mass of the support before the adhesion, and the dispersion adhered to the support at the start of the drying step. It means the mass of the liquid. Therefore, the wet adhesion amount is preferably a value measured immediately before the drying step, for example, preferably measured within 10 minutes before the start of the drying step, and more preferably measured within 5 minutes.

含浸法は、例えば、支持体を分散液に完全に浸漬する方法又は支持体の表面だけを浸す方法がある。支持体を分散液に完全に浸漬する方法は、支持体の孔内の奥部まで分散液を効率的に、かつ、確実に浸透することができるため、より均一なナノセルロースのネットワークを形成できる点で優れている。また、支持体を分散液に完全に浸漬したまま減圧すると、支持体内のエアーが抜けやすくなるため、分散液を浸透させるにはより効果的である。なお、過剰に付着した分散液は、ロール脱水機などで絞り出したり、吸水フェルト又は吸水紙などの吸水部材で除去したりすることが好ましい。支持体の表面だけを浸す方法は、支持体の厚み方向で、孔内のナノセルロースのネットワーク構造の密度差(支持体の一方の面側ともう一方の面とでナノセルロースのネットワーク構造の存在比率が異なる)を設ける場合に有効である。   As the impregnation method, for example, there is a method of completely immersing the support in the dispersion or a method of immersing only the surface of the support. The method of completely immersing the support in the dispersion can form a more uniform nanocellulose network because the dispersion can permeate the dispersion into the pores of the support efficiently and reliably. It is excellent in point. In addition, if the pressure is reduced while completely immersing the support in the dispersion, air in the support is likely to be released, which is more effective for causing the dispersion to permeate. In addition, it is preferable to squeeze out the dispersion liquid adhering to excess with a roll dehydrator etc., or to remove with water absorption members, such as water absorption felt or water absorption paper. In the method of immersing only the surface of the support, the density difference of the nanocellulose network structure in the pores in the thickness direction of the support (the presence of the nanocellulose network structure on one side and the other side of the support) It is effective in the case of providing different ratios.

塗布法は、公知の塗布機または刷毛で分散液を支持体表面に塗布する方法である。公知の塗布機は、例えば、カーテンコーター(ダイコーター)である。塗布法は、支持体への分散液の付着量の制御が容易な点で優れている。   The application method is a method of applying the dispersion to the surface of the support with a known application machine or brush. The known coating machine is, for example, a curtain coater (die coater). The coating method is excellent in that the control of the amount of the dispersion attached to the support is easy.

噴霧法は、霧吹き又はスプレーなどの公知の噴霧器を用いて分散液を支持体表面に噴霧する方法である。噴霧法は、例えば、支持体の孔のうち、支持体の表面近傍にだけにナノセルロースのネットワーク構造を形成したい場合、又は支持体に大量の含浸液、又は塗工機のロール若しくはバーを接触させたくない場合に有効である。塗布法や噴霧法では、支持体の一方の面を減圧して空気の流れを起こし、他方の面から塗布または噴霧することで支持体内部にまで分散液を浸透させることができる。減圧乾燥においては、付着工程において噴霧法によりナノセルロースを付着する方が、支持体に付着する液量を少なくすることができ、乾燥初期において分散媒の気化によって当該分散液の凍結が起こりやすいので、付着工程では噴霧法を選択することが好ましい。   The spraying method is a method of spraying the dispersion onto the surface of the support using a known sprayer such as spraying or spraying. In the spraying method, for example, when it is desired to form a nanocellulose network structure only in the vicinity of the surface of the support among the pores of the support, or the support is contacted with a large amount of impregnation solution or rolls or bars of a coating machine. It is effective when you do not want to make it happen. In the coating method or the spraying method, the dispersion can be made to penetrate into the inside of the support by reducing the pressure on one side of the support to cause a flow of air and applying or spraying from the other side. In vacuum drying, the amount of liquid adhering to the support can be reduced by attaching nanocellulose by spraying in the adhesion step, and the dispersion tends to freeze due to vaporization of the dispersion medium at the beginning of drying. It is preferable to select the spraying method in the adhesion step.

<乾燥工程>
本実施形態では、前述のようにして分散液を支持体に付着させ、支持体を湿潤状態とした後、減圧乾燥を行う。乾燥初期における当該分散液中の分散媒の気化によって、当該分散液の温度が低下して当該分散液が凍結し、乾燥後期では分散媒の昇華により乾燥が完了する。これにより、ナノセルロースの凝集を抑制してナノセルロースネットワークを構築できることから、フィルタ性能を向上させたエアフィルタ用濾材を比較的短時間に製造することが可能となる。
<Drying process>
In the present embodiment, the dispersion is attached to the support as described above, and after the support is in a wet state, drying under reduced pressure is performed. The vaporization of the dispersion medium in the dispersion in the early stage of drying lowers the temperature of the dispersion to freeze the dispersion, and in the latter stage of drying, the drying is completed by sublimation of the dispersion medium. Thereby, since aggregation of nanocellulose can be suppressed and a nanocellulose network can be constructed | assembled, it becomes possible to manufacture the filter material for air filters which improved filter performance in a comparatively short time.

本実施形態では、乾燥過程における乾燥工程の圧力は、1000Pa以下であることが好ましく、100Pa以下であることがより好ましい。圧力が1000Paを超えると分散液中の分散媒が乾燥初期において凍結せず、フィルタ性能を向上させたエアフィルタ用濾材が得られない場合がある。圧力の下限については特に限定はないが、圧力が低いほど、乾燥初期での凍結が起こりやすい。   In the present embodiment, the pressure of the drying step in the drying process is preferably 1000 Pa or less, more preferably 100 Pa or less. When the pressure exceeds 1000 Pa, the dispersion medium in the dispersion does not freeze in the initial stage of drying, and a filter medium for air filter with improved filter performance may not be obtained. The lower limit of the pressure is not particularly limited, but the lower the pressure, the more likely freezing occurs in the early stage of drying.

乾燥温度としては、支持体及びナノファイバーが分解又は変形などを受けない温度で、且つ、乾燥の初期において分散液中の分散媒の気化によって分散液が凍結する温度を選択する。分散媒の種類によって異なるが、例えば水とt‐ブチルアルコールとの混合分散媒を用いるとき、乾燥温度は0℃から50℃が好ましく、20℃から40℃がより好ましい。乾燥温度が高すぎる条件では、分散媒の気化による温度低下のみでは分散液を凍結することが難しい。分散媒が水とt‐ブチルアルコールとの混合分散媒であるとき、ナノセルロースと分散媒とを含有する分散液の融点は、分散媒の融点に等しい。非特許文献1によれば、水とt‐ブチルアルコールとの混合分散媒の融点は、最も低くても−8.2℃である。したがって、分散媒が水とt‐ブチルアルコールとの混合分散媒であるとき、乾燥初期の分散媒の気化による温度低下によって、試料の温度を−8.2℃以下とすることが好ましい。   The drying temperature is a temperature at which the support and the nanofibers do not undergo decomposition or deformation, and the temperature at which the dispersion is frozen by vaporization of the dispersion medium in the dispersion at an early stage of drying is selected. Although different depending on the type of dispersion medium, when using, for example, a mixed dispersion medium of water and t-butyl alcohol, the drying temperature is preferably 0 ° C to 50 ° C, and more preferably 20 ° C to 40 ° C. Under conditions where the drying temperature is too high, it is difficult to freeze the dispersion only by the temperature drop due to the vaporization of the dispersion medium. When the dispersion medium is a mixed dispersion medium of water and t-butyl alcohol, the melting point of the dispersion containing nanocellulose and the dispersion medium is equal to the melting point of the dispersion medium. According to Non-Patent Document 1, the melting point of the mixed dispersion medium of water and t-butyl alcohol is at most −8.2 ° C. Therefore, when the dispersion medium is a mixed dispersion medium of water and t-butyl alcohol, it is preferable to set the temperature of the sample to −8.2 ° C. or less due to the temperature decrease due to vaporization of the dispersion medium at the beginning of drying.

本実施形態では、乾燥初期において、分散液中の分散媒を気化させることで、分散液の温度を低下させて分散液を凍結させる。ここで、乾燥初期とは、減圧下に試料を置いてから分散媒を気化させて試料を凍結する期間をいう。試料の周囲温度は、特別に制御しない限り、通常、室温となる。あらかじめ大気圧下、若しくは大気圧を下回る圧力下で冷凍機等を使用して分散媒が凍結する温度で凍結した場合では、分散媒の全て、又はほとんどを昇華によって除去する必要があるため、長時間の乾燥時間を要する。本発明においては、分散媒を気化によって一部分を除去しているため、乾燥時間を短縮することができ、且つ乾燥初期によって起こる分散媒の凍結によってナノセルロースを固定するため、短時間でフィルタ性能を向上させたエアフィルタ用濾材を製造することが可能となる。圧力が1000Paを超える場合には、分散液中の分散媒が凍結することなくほとんど気化し、このような場合には、ナノセルロースが3次元の網目構造を形成せず、エアフィルタの性能を向上に寄与しない。   In the present embodiment, the temperature of the dispersion liquid is lowered to freeze the dispersion liquid by evaporating the dispersion medium in the dispersion liquid in the early stage of drying. Here, the initial stage of drying refers to a period in which the sample is placed under reduced pressure and then the dispersion medium is vaporized to freeze the sample. The ambient temperature of the sample is usually at room temperature unless specifically controlled. In the case of freezing at a temperature at which the dispersion medium is frozen in advance using a refrigerator or the like under atmospheric pressure or under a pressure lower than atmospheric pressure, it is necessary to remove all or most of the dispersion medium by sublimation. It takes time to dry. In the present invention, since the dispersion medium is partially removed by vaporization, the drying time can be shortened, and since the nanocellulose is fixed by freezing of the dispersion medium caused by the initial stage of drying, the filter performance can be reduced in a short time. It becomes possible to manufacture the improved filter material for air filters. When the pressure exceeds 1000 Pa, the dispersion medium in the dispersion is almost vaporized without freezing, and in such a case, the nanocellulose does not form a three-dimensional network structure, and the performance of the air filter is improved. Does not contribute to

乾燥後期においては、凍結した分散媒の昇華により乾燥が進む。ここで、乾燥後期とは初期において凍結した試料が昇華によって分散媒が除去される期間のことである。乾燥の終了を判断する方法としては、特に限定するものではないが、試料の最も乾燥されにくい箇所の温度を接触型、若しくは非接触型の温度計で測定し、温度上昇が起きた点から判断する方法、または、乾燥系内の圧力を測定して十分な真空となった点から判断する方法などがある。   At the late stage of drying, the drying proceeds by sublimation of the frozen dispersion medium. Here, the late drying period is a period during which the dispersion medium is removed by sublimation of the sample frozen in the early stage. The method for determining the end of drying is not particularly limited, but the temperature of the most difficult-to-dry portion of the sample is measured with a contact-type or non-contact-type thermometer, and it is determined from the temperature rise Or a method in which the pressure in the drying system is measured and judged from the point of sufficient vacuum.

本実施形態に係る製造方法で得られるエアフィルタ用濾材は、数1の式によって定義するPF値が高いことが好ましい。PF値は、圧力損失と粒子捕集性能とのバランスの優劣を評価する指標であり、数1に示す式を用いて計算される。PF値が高いほど、対象粒子の粒子透過率が低くかつ低圧力損失のエアフィルタ用濾材であることを示す。
It is preferable that the filter material for an air filter obtained by the manufacturing method according to the present embodiment has a high PF value defined by Equation 1 below. The PF value is an index for evaluating the superiority or inferiority of the balance between the pressure drop and the particle collection performance, and is calculated using the equation shown in equation 1. The higher the PF value, the lower the particle permeability of the target particles, and the lower the pressure drop of the filter material for air filter.

数1において、圧力損失は、例えば、マノメーターを用いて測定される。また、粒子透過率は、ラスキンノズルで発生させた多分散ポリアルファオレフィン(PAO)粒子を含む空気を通過させたときの、PAO粒子がエアフィルタ又はエアフィルタ用濾材を透過する割合である。粒子透過率は、例えば、レーザーパーティクルカウンターを用いて測定される。   In equation 1, the pressure drop is measured, for example, using a manometer. The particle permeability is a ratio of PAO particles to be transmitted through the air filter or the filter material for air filter when air containing polydispersed polyalphaolefin (PAO) particles generated by the Raskin nozzle is allowed to pass. Particle transmittance is measured, for example, using a laser particle counter.

エアフィルタ用濾材のPF値は、支持体の種類や構成によっても影響を受けるが、ナノセルロースの充填密度又はナノセルロースによるネットワークの形成度合いが大きく影響する。本実施形態に係る製造方法で得られるエアフィルタ用濾材は、支持体に対するナノセルロースの付着量の割合が0.001〜0.200質量%であるのが好ましいが、このような付着量であっても、例えば、支持体の表層付近のみにナノセルロースの付着が集中し、部分的に過度にナノセルロースの充填密度が高くなると、圧力損失の過度な上昇を招き、結果的にPF値は低下する。エアフィルタ用濾材は、支持体の内部及び/又は表面にナノセルロースの網目状のネットワークを有し、ナノセルロースのフィルム状の凝集体を有さないことが好ましい。より具体的には、ナノセルロースの濃度が高い分散液を支持体に付着させた場合、支持体の表面にナノセルロースの付着が集中し、支持体表面でナノセルロース同士が凝集を起こすことが考えられる。その結果、支持体の表層ではナノセルロースの網目状のネットワークが形成されず、フィルム状の凝集体が生じることがある。このようなフィルム状の凝集体が部分的にでも生じたエアフィルタ用濾材を用いると、圧力損失の上昇や、粒子捕集性能の低下(すなわちPF値の低下)が生じ、場合によってはエアフィルタとしての通気性を保持できなくなる。尚、支持体の表層付近のみにナノセルロースの付着が集中したとしても、ナノセルロースのネットワークが適度に形成されていれば(過度にナノセルロースの充填密度が高くなければ)圧力損失はそれほど上昇せず、エアフィルタとして好適なPF値を得ることができる。   The PF value of the filter material for an air filter is influenced by the type and constitution of the support, but the packing density of nanocellulose or the degree of formation of a network of nanocellulose greatly influences it. In the filter material for an air filter obtained by the manufacturing method according to the present embodiment, the ratio of the adhesion amount of nanocellulose to the support is preferably 0.001 to 0.200% by mass, but such an adhesion amount is Even if, for example, the adhesion of nanocellulose is concentrated only near the surface layer of the support and the packing density of nanocellulose is partially excessively high, the pressure loss is excessively increased, resulting in a decrease in the PF value. Do. The filter medium for air filter preferably has a network of nanocellulose on the inside and / or on the surface of the support and does not have film-like aggregates of nanocellulose. More specifically, when a dispersion having a high concentration of nanocellulose is attached to a support, the adhesion of nanocellulose is concentrated on the surface of the support, and it is thought that the nanocelluloses aggregate on the surface of the support. Be As a result, in the surface layer of the support, a network of nanocellulose is not formed, and film-like aggregates may occur. When a filter medium for an air filter in which such film-like aggregates are partially formed is used, an increase in pressure loss and a decrease in particle collection performance (that is, a decrease in PF value) occur, and in some cases an air filter It becomes impossible to maintain breathability. Even if adhesion of nanocellulose is concentrated only in the vicinity of the surface layer of the support, if the nanocellulose network is appropriately formed (unless the packing density of nanocellulose is too high), the pressure loss will increase so much. Therefore, it is possible to obtain a PF value suitable as an air filter.

次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。また、例中の「部」、「%」は、特に断らない限りそれぞれ「質量部」、「質量%」を示す。なお、添加部数は、固形分換算の値である。   EXAMPLES The present invention will next be described in more detail by way of examples, which should not be construed as limiting the invention thereto. Moreover, unless otherwise indicated, "part" and "%" in an example show a "mass part" and "mass%", respectively. In addition, the addition part number is a value of solid content conversion.

[ナノセルロース水分散液の調製工程]
乾燥重量で2.00g相当分のNBKP(主に1000nmを超える繊維径の繊維から成るもの)と、0.025gのTEMPO(2,2,6,6‐テトラメチルピペリジン‐1‐オキシラジカル)と、0.25gの臭化ナトリウムとを水150mlに分散した後、13%次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、パルプ(NBKP)1.00gに対して、次亜塩素酸ナトリウムの量が5.00mmolとなるように次亜塩素酸ナトリウムを加えて反応を開始した。反応中は、0.50mol/lの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHを10に保った。2時間反応した後、反応物をろ過し、十分水洗することで酸化セルロース(TEMPO酸化セルロース)スラリーを得た。0.5質量%のTEMPO酸化セルローススラリーを、バイオミキサー(BM−2、日本精機製作所社製)を用いて、15000回転で5分間解繊処理し、固形分濃度を0.2質量%に希釈後、更に超音波分散機(型式US−300E、日本精機製作所社製)で8分間解繊処理した。その後、遠心分離によって粗大繊維の除去を行い、TEMPO酸化ナノセルロースを水に分散させた、ナノセルロース水分散液を得た。このナノセルロース水分散液を、TEM(JEM2000−EXII、日本電子社製)を用いて倍率50000倍で観察した観察画像から解析した結果、数平均繊維径は4nmであった。また、SEM(SU8010、日立ハイテクノロジー社製)を用いて倍率10000倍で観察した観察画像から解析した結果、数平均繊維長は0.8μmであった。ナノセルロース水分散液に、水とt‐ブチルアルコールとを加え、容器に蓋をしてマグネティックスターラーで5分間攪拌してナノセルロース分散液を得た。分散液の全質量に対するナノセルロースの固形分濃度は0.02%であった。また、ナノセルロース分散液中の水とt‐ブチルアルコールとの混合比率は、質量比で70:30であった。
[Step of preparing nanocellulose aqueous dispersion]
An equivalent of 2.00 g dry weight NBKP (mainly consisting of fibers with a fiber diameter greater than 1000 nm) and 0.025 g TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyradical) After dispersing 0.25 g of sodium bromide in 150 ml of water, a 13% aqueous solution of sodium hypochlorite is added to 1.00 g of pulp (NBKP) in an amount of 5.00 mmol of sodium hypochlorite. The reaction was initiated by the addition of sodium hypochlorite as indicated. During the reaction, the pH was maintained at 10 by dropwise addition of 0.50 mol / l aqueous sodium hydroxide solution. After reacting for 2 hours, the reaction product was filtered and thoroughly washed with water to obtain an oxidized cellulose (TEMPO oxidized cellulose) slurry. A 0.5 mass% TEMPO oxidized cellulose slurry is defibrillated at 15,000 rpm for 5 minutes using a biomixer (BM-2, manufactured by Nippon Seiki Seisakusho Co., Ltd.) to dilute the solid content concentration to 0.2 mass% Thereafter, it was further subjected to disintegration treatment for 8 minutes with an ultrasonic dispersion machine (type US-300E, manufactured by Nippon Seiki Seisakusho Co., Ltd.). Thereafter, coarse fibers were removed by centrifugation to obtain a nanocellulose aqueous dispersion in which TEMPO oxidized nanocellulose was dispersed in water. The number average fiber diameter was 4 nm, as a result of analyzing this nanocellulose water dispersion liquid from the observation image observed by 50000 magnifications using TEM (JEM2000-EXII, JEOL Ltd. make). Further, as a result of analysis from an observation image observed at a magnification of 10000 using a SEM (SU8010, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation), the number average fiber length was 0.8 μm. To the nanocellulose aqueous dispersion, water and t-butyl alcohol were added, the container was covered, and stirred with a magnetic stirrer for 5 minutes to obtain a nanocellulose dispersion. The solid concentration of nanocellulose relative to the total mass of the dispersion was 0.02%. Further, the mixing ratio of water to t-butyl alcohol in the nanocellulose dispersion was 70:30 by mass.

(実施例1)
ナノセルロース分散液を、支持体として目付が51g/mであり、圧力損失が約70Paのガラス繊維(平均繊維径0.65μmの極細ガラス繊維22部と、平均繊維径2.4μmの極細ガラス繊維63部と、平均繊維径6μmのチョップドガラス繊維15部から成る)からなる不織布(以降、「支持体」という)にハンディスプレーにて付着させ、湿潤付着量を求めた。湿潤付着量から換算した支持体に対するナノセルロースの付着量の割合は、0.13%であった。湿潤状態にある「支持体」を25℃に設定した恒温槽に入れ、減圧チューブで接続された乾燥機(VD−250F TAITEC社製)で減圧し、減圧乾燥することで「支持体」にナノセルロースが付着したエアフィルタ濾材を得た。尚、減圧乾燥機の運転時を開始点とし、熱電対の温度表示が25±0.5℃に到達し、且つ温度計の指示が30分間にわたり±0.5℃以内の変動となった点を十分に乾燥が終了した終点として、開始点から終点までの時間を作製時間とした。「支持体」は開始点から8分後に凍結し、その時の真空度は20Paであった。
Example 1
A glass fiber with a basis weight of 51 g / m 2 and a pressure loss of about 70 Pa (22 g of ultrafine glass fibers having an average fiber diameter of 0.65 μm and an ultrafine glass having an average fiber diameter of 2.4 μm) It was made to adhere to a non-woven fabric (hereinafter referred to as "support") consisting of 63 parts of fiber and 15 parts of chopped glass fiber having an average fiber diameter of 6 μm, and the amount of wet adhesion was determined. The ratio of the adhesion amount of nanocellulose to the support as calculated from the wet adhesion amount was 0.13%. The "support" in a wet state is placed in a thermostatic bath set at 25 ° C, the pressure is reduced with a dryer (VD-250F TAITEC) connected by a vacuum tube, and drying is performed under reduced pressure to obtain a "support". The air filter medium to which the cellulose adhered was obtained. With the start of the operation of the vacuum dryer, the temperature reading on the thermocouple reached 25 ± 0.5 ° C, and the indication on the thermometer fluctuated within ± 0.5 ° C over 30 minutes. The time from the start point to the end point was taken as the preparation time, with the end point at which drying was sufficiently completed. The “support” was frozen after 8 minutes from the start point, and the degree of vacuum at that time was 20 Pa.

(実施例2)
t‐ブチルアルコールを加えず、ナノセルロース水分散液を水で希釈した液を支持体に付着させ、湿潤付着量から換算した支持体に対するナノセルロースの付着量の割合を0.10%とし、接触型の熱電対で減圧乾燥中のエアフィルタ濾材表面の温度測定を実施し、圧力計の指示が300Paとなるように制御した以外は、実施例1と同様にエアフィルタ濾材を得た。尚、減圧乾燥の運転時を開始点とし、熱電対の温度表示が25±0.5℃に到達し、且つ温度計の指示が30分間にわたり±0.5℃以内の変動となった点を十分に乾燥が終了した終点として、開始点から終点までの時間を作製時間とした。また、「支持体」は開始点から15分後に凍結した。
(Example 2)
A solution obtained by diluting the aqueous dispersion of nanocellulose with water is attached to the support without adding t-butyl alcohol, and the ratio of the amount of nanocellulose attached to the support converted to the amount of wet attachment is 0.10%, An air filter medium was obtained in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the surface of the air filter medium was measured during drying under reduced pressure with a thermocouple of a mold and controlled so that the pressure gauge indicated 300 Pa. Note that with the vacuum drying operation as the starting point, the temperature reading on the thermocouple reached 25 ± 0.5 ° C, and the indication on the thermometer fluctuated within ± 0.5 ° C over a 30-minute period. The time from the start point to the end point was taken as the preparation time, as the end point where drying was sufficiently completed. Also, the "support" was frozen after 15 minutes from the start point.

(実施例3)
湿潤付着量から換算した支持体に対するナノセルロースの付着量の割合を0.11%とし、接触型の熱電対で減圧乾燥中のエアフィルタ濾材表面の温度測定を実施し、圧力計の指示が900Paとなるように制御した以外は、実施例1と同様にエアフィルタ濾材を得た。尚、減圧乾燥の運転時を開始点とし、熱電対の温度表示が25±0.5℃に到達し、且つ温度計の指示が30分間にわたり±0.5℃以内の変動となった点を十分に乾燥が終了した終点として、開始点から終点までの時間を作製時間とした。また、「支持体」は開始点から12分後に凍結した。
(Example 3)
The ratio of the adhesion amount of nanocellulose to the support converted from the wet adhesion amount is 0.11%, the temperature of the air filter material surface is measured during vacuum drying with a contact type thermocouple, and the pressure gauge indicates 900 Pa An air filter medium was obtained in the same manner as in Example 1 except that control was performed so that Note that with the vacuum drying operation as the starting point, the temperature reading on the thermocouple reached 25 ± 0.5 ° C, and the indication on the thermometer fluctuated within ± 0.5 ° C over a 30-minute period. The time from the start point to the end point was taken as the preparation time, as the end point where drying was sufficiently completed. Also, the "support" was frozen 12 minutes after the start point.

(実施例4)
ナノセルロース分散液の有機溶媒をt‐ブチルアルコールに変えて、2‐プロパノールとし、水と2‐プロパノールとの混合比率を質量比で85:15とした以外は、実施例1と同様にエアフィルタ濾材を得た。尚、減圧乾燥の運転時を開始点とし、熱電対の温度表示が25±0.5℃に到達し、且つ温度計の指示が30分間にわたり±0.5℃以内の変動となった点を十分に乾燥が終了した終点として、開始点から終点までの時間を作製時間とした。また、「支持体」は開始点から12分後に凍結した。
(Example 4)
An air filter was prepared in the same manner as in Example 1 except that t-butyl alcohol was used as the organic solvent in the nanocellulose dispersion liquid to obtain 2-propanol, and the mixing ratio of water to 2-propanol was 85:15 in mass ratio. A filter medium was obtained. Note that with the vacuum drying operation as the starting point, the temperature reading on the thermocouple reached 25 ± 0.5 ° C, and the indication on the thermometer fluctuated within ± 0.5 ° C over a 30-minute period. The time from the start point to the end point was taken as the preparation time, as the end point where drying was sufficiently completed. Also, the "support" was frozen 12 minutes after the start point.

(比較例1)
実施例1のガラス繊維からなる「支持体」をそのままエアフィルタ濾材とした。
(Comparative example 1)
The “support” made of the glass fiber of Example 1 was used as it was as an air filter medium.

(比較例2)
実施例1と同様にして「支持体」にハンディスプレーにてナノセルロースを含む混合液を付着させた。湿潤状態にある試料を−50℃の冷凍庫にて1時間凍結させた。その後、凍結させた「支持体」を−20℃に設定した冷凍庫に入れ、減圧チューブで接続された凍結乾燥機(VD−250F TAITEC社製)で減圧し、「支持体エアフィルタ」中の分散媒を昇華させることで、「支持体」にナノセルロースが付着したエアフィルタ濾材を得た。尚、減圧乾燥の運転時を開始点とし、熱電対の温度表示が25±0.5℃に到達し、且つ温度計の指示が30分間にわたり±0.5℃以内の変動となった点を十分に乾燥が終了した終点として、凍結に要した時間と減圧乾燥の開始点から終点までの時間を合計した時間を作製時間とした。
(Comparative example 2)
In the same manner as in Example 1, a mixture containing nanocellulose was attached to a "support" by means of a Han display. The wet samples were frozen in a -50 ° C freezer for 1 hour. Thereafter, the frozen “support” is placed in a freezer set at −20 ° C., the pressure is reduced by a freeze dryer (manufactured by VD-250F TAITEC) connected by a vacuum tube, and dispersion in a “support air filter” By subliming the medium, an air filter medium in which nanocellulose was attached to the "support" was obtained. Note that with the vacuum drying operation as the starting point, the temperature reading on the thermocouple reached 25 ± 0.5 ° C, and the indication on the thermometer fluctuated within ± 0.5 ° C over a 30-minute period. The time required for freezing and the time obtained by adding the time from the start point to the end point of reduced pressure drying as the end point when drying was sufficiently completed was used as the production time.

(比較例3)
湿潤付着量から換算した支持体に対するナノセルロースの付着量の割合を0.14%とし、接触型の熱電対で減圧乾燥中のエアフィルタ濾材表面の温度測定を実施し、圧力計の指示が1200Paとなるように制御した以外は、実施例1と同様にエアフィルタ濾材を得た。尚、減圧乾燥の運転時を開始点とし、熱電対の温度表示が25±0.5℃に到達し、且つ温度計の指示が30分間にわたり±0.5℃以内の変動となった点を十分に乾燥が終了した終点として、開始点から終点までの時間を作製時間とした。また、「支持体」の凍結は、減圧乾燥機の運転の間において見られなかった。
(Comparative example 3)
The ratio of the adhesion amount of nanocellulose to the support converted from the wet adhesion amount is 0.14%, the temperature of the air filter medium surface is measured during drying under reduced pressure with a contact type thermocouple, and the pressure gauge indicates 1200 Pa An air filter medium was obtained in the same manner as in Example 1 except that control was performed so that Note that with the vacuum drying operation as the starting point, the temperature reading on the thermocouple reached 25 ± 0.5 ° C, and the indication on the thermometer fluctuated within ± 0.5 ° C over a 30-minute period. The time from the start point to the end point was taken as the preparation time, as the end point where drying was sufficiently completed. Also, freezing of the "support" was not seen during the operation of the vacuum dryer.

各実施例及び比較例で得られたエアフィルタ用濾材の作製条件と物性値を表1に示す。尚、各物性値は次に示す方法で測定した。   The preparation conditions and physical property values of the filter material for an air filter obtained in each Example and Comparative Example are shown in Table 1. Each physical property value was measured by the following method.

「圧力損失」
圧力損失は、エアフィルタに対する面風速が5.3cm/秒となる空気を通過させたときの差圧をマノメーター(ManostarWO81、山本電機製作所社製)を用いて測定した。
"Pressure loss"
The pressure loss was measured by using a manometer (Manostar WO81, manufactured by Yamamoto Denki Seisakusho Co., Ltd.) when passing an air at which the surface air velocity to the air filter is 5.3 cm / sec.

「粒子透過率」
粒子透過率は、ラスキンノズルで発生させた多分散ポリアルファオレフィン(PAO)粒子を含む空気を、エアフィルタ用濾材に対する面風速が5.3cm/秒となるように通過させたときの上流及び下流の個数比からの粒子透過率を、レーザーパーティクルカウンター(LASAIR−1001、PMS社製)を使用して測定した。なお、対象粒子径は、0.10〜0.15μmとした。測定値が低いほど対象粒子の捕集効率が高いことを示す。
Particle Permeability
The particle permeability is the upstream and downstream when passing air containing polydispersed polyalphaolefin (PAO) particles generated by the Raskin nozzle so that the surface air velocity to the air filter filter medium is 5.3 cm / sec. The particle transmittance from the ratio of the number of particles was measured using a laser particle counter (LASAIR-1001, manufactured by PMS). The target particle diameter is 0.10 to 0.15 μm. The lower the measured value, the higher the target particle collection efficiency.

「PF値」
PF値は、圧力損失及び粒子透過率の測定値から、数1に示す式を用いて計算した。なお、PF値が高いほど、対象粒子の粒子透過率が低くかつ低圧力損失のエアフィルタであることを示す。
"PF value"
The PF value was calculated from the measured values of pressure drop and particle permeability using the equation shown in equation 1. The higher the PF value, the lower the particle permeability of the target particles, and the lower the pressure loss of the air filter.

「ネットワークの観察」
ネットワークの観察は、エアフィルタ用濾材を走査型電子顕微鏡(SEMと略す、日立ハイテクノロジー社製、SU8010)を用いて倍率5千〜1万倍で観察して行った。観察前に、イオンスパッター(E−1045、日立ハイテクノロジー社製)を用いて、放電電流15mA、試料−ターゲット間距離30mm、真空度6Pa、コーティング時間2分の条件で導電性コーティングを行った。
"Network observation"
The network was observed by observing the filter material for an air filter at a magnification of 5,000 to 10,000 using a scanning electron microscope (abbreviated as SEM, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, SU 8010). Before observation, conductive coating was performed using ion sputtering (E-1045, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) under conditions of a discharge current of 15 mA, a sample-target distance of 30 mm, a vacuum degree of 6 Pa, and a coating time of 2 minutes.

「気化による凍結」
気化による凍結は目視による表面状態の変化から判断した。すなわち、支持体の表面に霜状の凍結物が生成した時点で、気化による凍結があったと判断した。
"Freeze by vaporization"
Freezing by vaporization was judged from the change in surface condition by visual observation. That is, it was determined that there was freezing due to vaporization when frost-like frozen material was generated on the surface of the support.

実施例1〜4のエアフィルタ用濾材と、比較例1のエアフィルタ用濾材を比べると、粒子透過率は実施例1〜4のエアフィルタ用濾材の方が比較例1のエアフィルタ用濾材よりも低く、圧力損失およびPF値共に実施例1〜4のエアフィルタ用濾材の方が比較例1のエアフィルタ用濾材よりも高く、実施例1〜4のエアフィルタ用濾材がより高性能であることが示された。また、一例として図1〜図4に実施例1と比較例1の電子顕微鏡の観察画像を示すが、比較例1のエアフィルタ用濾材では支持体を構成する繊維間の空隙だけがあるのに対して、実施例1のエアフィルタ用濾材には、支持体を構成する繊維間の空隙に加えて、ナノセルロース同士が絡み合ってネットワークを形成しており、該ナノセルロース間に空隙が更に形成されていることが確認できた。実施例1および実施例3の減圧乾燥における最終真空度でみると、最終真空度が900Paの実施例3に比べて最終真空度が5Paの実施例1のエアフィルタ濾材の方が、PF値が高かった。また、実施例2ではt−ブチルアルコールを用いず、分散媒を水として、最終到達真空度を300Paとしたが、実施例3のエアフィルタ用濾材に比べるとPF値は劣るものの、比較例1のフィルタに比べるとPF値は高くなっていた。   Comparing the filter media for air filter of Examples 1 to 4 with the filter media for air filter of Comparative Example 1, the particle transmittance of the filter media for air filter of Examples 1 to 4 is greater than that of the filter media for air filter of Comparative Example 1 Also, both the pressure loss and the PF value of the filter media for air filter of Examples 1 to 4 are higher than the filter media for air filter of Comparative Example 1, and the filter media for air filters of Examples 1 to 4 have higher performance. It was shown. Moreover, although the observation image of the electron microscope of Example 1 and the comparative example 1 is shown in FIGS. 1-4 as an example, in the filter medium for air filters of the comparative example 1, although only the space | gap between the fibers which comprise a support body exists. On the other hand, in the filter medium for an air filter of Example 1, in addition to the voids between the fibers constituting the support, the nanocelluloses are intertwined to form a network, and the voids are further formed between the nanocelluloses. Was confirmed. In terms of final vacuum degree in reduced pressure drying of Example 1 and Example 3, the air filter medium of Example 1 having a final degree of vacuum of 5 Pa has a PF value of 5 Pa as compared with Example 3 having a final degree of vacuum of 900 Pa. it was high. In Example 2, t-butyl alcohol was not used, the dispersion medium was water, and the final ultimate vacuum was 300 Pa. However, although the PF value is inferior to that of the filter material for air filter of Example 3, Comparative Example 1 The PF value was higher than that of the filter.

実施例1及び比較例2の比較から、減圧乾燥と凍結乾燥で作製したフィルタ濾材の性能と作製時間の差異を調べた。フィルタ濾材の作製時間は、減圧乾燥では乾燥開始から乾燥終了までの時間を、凍結乾燥では凍結に要した時間と乾燥開始から終了までの時間の合計とした。凍結乾燥を行った比較例2のエアフィルタ用濾材のエアフィルタ性能は、圧力損失150Pa、粒子径0.10〜0.15μmにおける粒子透過率1.7%、PF値13.2であった。減圧乾燥させた実施例1のエアフィルタ用濾材の圧力損失は、凍結乾燥した比較例2のエアフィルタ用濾材に比べて低く、粒子透過率は高いものであったが、PF値は同等であった。図5、6に比較例2の電子顕微鏡の観察画像を示すが、実施例1(図1、2)に比べてより緻密なナノセルロースの3次元ネットワーク構造を有していることが分かる。これにより、比較例2では粒子の粒子透過率は低いものの、圧力損失が高いフィルタ濾材となり、PF値は実施例1と同等となった。一方で、実施例1と比較例2のエアフィルタ濾材の作製時間を比較すると、比較例2では17時間の作製時間を要したのに対し、実施例1では4時間の作製時間であった。本結果から、減圧乾燥によってナノセルロース付着フィルタ濾材を作製した場合は、凍結乾燥で作製したフィルタ濾材に比べて短時間でナノセルロース付着フィルタ濾材を作製することができ、また、減圧乾燥で得られるフィルタ濾材のPF値は、凍結乾燥で得られるフィルタ濾材のPF値と同等であることがわかる。   From the comparison of Example 1 and Comparative Example 2, the difference between the performance and the preparation time of the filter media produced by vacuum drying and freeze drying was examined. The preparation time of the filter medium was the sum of the time from the start of drying to the end of drying in vacuum drying and the time required for freezing and the time from the start of drying to the end in lyophilization. The air filter performance of the filter material for an air filter of Comparative Example 2 in which lyophilization was performed was a pressure loss of 150 Pa, a particle transmittance of 1.7% at a particle diameter of 0.10 to 0.15 μm, and a PF value of 13.2. The pressure loss of the filter material for air filter of Example 1 dried under reduced pressure was lower than that of the filter material for air filter of Comparative Example 2 that was freeze dried, and the particle transmittance was high, but the PF value was equivalent. The Although the observation image of the electron microscope of the comparative example 2 is shown to FIG. 5, 6, compared with Example 1 (FIG. 1, 2), it turns out that it has a three-dimensional network structure of nanocellulose more precise | minute. As a result, in Comparative Example 2, although the particle permeability of the particles is low, it becomes a filter medium having a high pressure loss, and the PF value becomes equivalent to that of Example 1. On the other hand, when the preparation time of the air filter material of Example 1 and Comparative Example 2 was compared, in Comparative Example 2, although preparation time of 17 hours was required, preparation time of Example 1 was 4 hours. From this result, when the nanocellulose attached filter medium is produced by vacuum drying, the nanocellulose attached filter medium can be produced in a short time as compared with the filter medium produced by freeze drying, and can be obtained by vacuum drying. It is understood that the PF value of the filter medium is equivalent to the PF value of the filter medium obtained by lyophilization.

実施例4では、ナノセルロース分散液の有機溶媒をt‐ブチルアルコールに代えて、2‐プロパノールとし、水と2‐プロパノールとの混合比率を質量比で85:15としてナノセルロース付着フィルタ濾材を作製した。実施例4と比較例1を比較すると、実施例4は圧力損失が高く、粒子透過率が低くなり、PF値も実施例4が大きい値を示した。また、実施例4と実施例1を比較すると、PF値がおおよそ同等であった。以上のことから、有機溶媒の種類を代えても、本発明が実施可能であることが分かる。   In Example 4, the organic solvent of the nanocellulose dispersion liquid is replaced with t-butyl alcohol, and 2-propanol is used, and the mixing ratio of water and 2-propanol is 85:15 in mass ratio to prepare a nanocellulose attached filter medium. did. When Example 4 and Comparative Example 1 are compared, Example 4 has a high pressure loss, particle permeability is low, and Example 4 has a large PF value. Moreover, when Example 4 and Example 1 were compared, PF value was substantially equivalent. From the above, it can be seen that the present invention can be practiced even if the type of organic solvent is changed.

比較例3では、最終真空度を1200Paとしてナノセルロース付着フィルタ濾材を作製した。比較例3では比較例1と比べて、圧力損失およびPF値に大きな変化は見られていない。比較例3のように、最終真空度が1000Pa以上の条件では、支持体の凍結が見られず、このような条件ではフィルタ性能が向上したナノセルロース付着フィルタ濾材は得られないことが分かる。   In Comparative Example 3, a nanocellulose attached filter medium was produced with a final vacuum degree of 1200 Pa. In Comparative Example 3, compared with Comparative Example 1, no significant change is observed in the pressure drop and the PF value. As in Comparative Example 3, freezing of the support is not observed under the condition of the final vacuum degree of 1000 Pa or more, and it is understood that the nanocellulose attached filter medium with improved filter performance can not be obtained under such conditions.

以上の結果から、本実施形態に係るエアフィルタ用濾材の製造方法は、ナノセルロースを用い、フィルタ性能を向上させたエアフィルタ用濾材を、比較的短時間で製造する方法を提供できることがわかる。

From the above results, it can be seen that the method of manufacturing the filter material for an air filter according to the present embodiment can provide a method of manufacturing a filter material for an air filter with improved filter performance in a relatively short time using nanocellulose.

Claims (5)

流体透過性を有する支持体に、ナノセルロースを含む分散液を付着させる付着工程と、
該付着工程を経た前記支持体を乾燥させる乾燥工程と、を含むエアフィルタ用濾材の製造方法において、
前記乾燥工程は、大気圧を下回る減圧雰囲気下に前記付着工程を経た前記支持体をおくことによって、前記分散液の分散媒の気化、気化熱による該分散媒の温度低下、温度低下による該分散媒の凍結、及び、凍結した分散媒の昇華を行い、前記支持体を乾燥させる工程であることを特徴とするエアフィルタ用濾材の製造方法。
Attaching the dispersion containing nanocellulose to a fluid-permeable support;
And drying the support after the adhesion step, in the method of producing a filter medium for an air filter,
In the drying step, the support subjected to the adhesion step is placed in a reduced pressure atmosphere below atmospheric pressure, so that the dispersion medium is vaporized, the temperature of the dispersion medium is decreased due to the heat of vaporization, and the dispersion is caused due to the temperature decrease. A process for producing a filter medium for an air filter, comprising freezing the medium and sublimating the frozen dispersion medium to dry the support.
前記減圧雰囲気は真空度1000Pa以下であることを特徴とする請求項1に記載のエアフィルタ用濾材の製造方法。   The method for manufacturing a filter medium for an air filter according to claim 1, wherein the reduced pressure atmosphere has a degree of vacuum of 1000 Pa or less. 前記分散液の分散媒が、水と少なくとも1種類以上の有機溶媒との混合液であることを特徴とする請求項1又は2に記載のエアフィルタ用濾材の製造方法。   The method for producing a filter material for an air filter according to claim 1 or 2, wherein the dispersion medium of the dispersion liquid is a mixed liquid of water and at least one or more organic solvents. 前記付着工程乃至前記乾燥工程において、大気圧下又は大気圧を下回る減圧雰囲気下で冷凍機を用いた前記分散液の分散媒の凍結処理を行わないことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のエアフィルタ用濾材の製造方法。   The freezing process of the dispersion medium of the said dispersion liquid using a freezer is not performed in the said adhesion process thru | or the said drying process under a reduced pressure atmosphere under atmospheric pressure or a pressure less than atmospheric pressure, The any one of the Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. The manufacturing method of the filter material for air filters as described in any one. 前記乾燥工程で行われる乾燥方法が真空度1000Pa以下の減圧乾燥法であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のエアフィルタ用濾材の製造方法。   The method for producing a filter medium for an air filter according to any one of claims 1 to 4, wherein the drying method performed in the drying step is a reduced pressure drying method with a degree of vacuum of 1000 Pa or less.
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