JP2022186658A - エアフィルタ濾材、プリーツ状濾材、エアフィルタユニット、マスク用濾材、および、エアフィルタ濾材の再生方法 - Google Patents
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Abstract
Description
エアフィルタ濾材は、フッ素樹脂多孔膜と、支持材と、を備えている。支持材は、フッ素樹脂多孔膜に対して膜厚方向に積層されている。
フッ素樹脂多孔膜を除菌処理する前のエアフィルタ濾材について粒子径0.1μmのNaCl粒子を用いて把握される透過率に対する、フッ素樹脂多孔膜を除菌処理した後のエアフィルタ濾材の透過率について粒子径0.1μmのNaCl粒子を用いて把握される比率である透過率比(除菌処理後の透過率/除菌処理前の透過率)が、5.0以下である。当該透過率比は、3.0以下であることが好ましく、2.5以下であることがより好ましい。なお、当該透過率比の下限は、特に限定されず、例えば、0.1であってよい。
エアフィルタ濾材は、フッ素樹脂多孔膜を除菌処理する前のエアフィルタ濾材の圧力損失に対する、フッ素樹脂多孔膜を除菌処理した後のエアフィルタ濾材の圧力損失の比率である圧力損失比(除菌処理後の圧力損失/除菌処理前の圧力損失)が、0.83以上1.15以下である。当該圧力損失比の上限としては、1.1であることがより好ましく、1.05であることがさらに好ましい。
使用される前の初期のエアフィルタ濾材のPF値は、19以上であることが好ましく、21以上であることがより好ましい。
エアフィルタ濾材の厚みは、例えば、200μm以上500μm以下であることが好ましい。エアフィルタ濾材の厚みは、特定の測定装置において、測定対象に0.3Nの荷重をかけたときの厚さの値である。
エアフィルタ濾材は、イソプロピルアルコールと水の体積比率が60:40である混合液の液滴を静置し30秒放置した場合に、混合液がエアフィルタ濾材に浸透するものであることが好ましい。これにより、エアフィルタ濾材について薬液を用いた除菌処理を行う場合の作業効率を高め、内部まで十分に除菌することが可能になる。
以上に述べたエアフィルタ濾材の具体的な層構成は、特に限定されるものではない。
フッ素樹脂多孔膜は、空気を流速5.3cm/秒で通過させたときの圧力損失が200Pa以下であってよく、80Pa以下であることが好ましく、70Pa以下であることがより好ましい。なお、フッ素樹脂多孔膜の圧力損失は、特に限定されないが、20Pa以上であってよい。なお、捕集効率の低下を抑えつつ、膜全体における均質性が良好なフッ素樹脂多孔膜が得られやすい観点から、フッ素樹脂多孔膜の圧力損失は、40Pa以上であることが好ましい。
繊維化し得るPTFEは、例えば、延伸性および非溶融加工性を有するものである。なお、「非溶融加工性」とは、高い溶融粘度を有するため、溶融状態において容易に流動せず、溶融加工することが困難であることを意味する。繊維化しうるPTFEとしては、380℃における溶融粘度が1×108Pa・S以上であることが好ましい。
式中、Rfは、パーフルオロ有機基を表す。
繊維化しない非熱溶融加工性成分は、主に結節部において非繊維状の粒子として偏在し、繊維化し得るPTFEが繊維化されるのを抑制する働きをする。
融点320℃未満の繊維化しない熱溶融加工可能な成分(以下、繊維化しない熱溶融加工可能な成分ともいう)は、溶融時に流動性を有することにより、多孔膜の製造時(延伸時)に溶融して結節部において固まることができ、多孔膜全体の強度を高めて、後工程で圧縮等されることがあってもフィルタ性能の劣化を抑えることができる。
RCF=CR2・・・(2)
(式中、Rはそれぞれ独立して、H、F、Cl、炭素原子1~8個のアルキル、炭素原子6~8個のアリール、炭素原子3~10個の環状アルキル、炭素原子1~8個のパーフルオロアルキルから選択される。この場合に、全てのRが同じであってもよく、また、いずれか2つのRが同じで残る1つのRがこれらと異なってもよく、全てのRが互いに異なってもよい。)で示される少なくとも1種のフッ素化エチレン性不飽和モノマー、好ましくは2種以上のモノマー、から誘導される共重合単位を含むフルオロポリマーが挙げられる。
上記一般式(1)および/または下記一般式(3)
R2C=CR2・・・(3)
(式中、Rは、それぞれ独立して、H、Cl、炭素原子1~8個のアルキル基、炭素原子6~8個のアリール基、炭素原子3~10個の環状アルキル基から選択される。この場合に、全てのRが同じであってもよく、また、いずれか2以上のRが同じでこれら2以上のRと残る他のRとが異なってもよく、全てのRが互いに異なってもよい。前記他のRは、複数ある場合は互いに異なってよい。)で示される少なくとも1種の共重合性コモノマーとの共重合から誘導されるコポリマーも含み得る。
次に、エアフィルタ用濾材の製造方法について、例を挙げて説明する。
(i)A成分の水性分散液、B成分の水性分散液、およびC成分の水性分散液を混合した後に凝析する方法、
(ii)A成分、B成分、C成分のうちいずれか1つの成分の水性分散液に、残る2成分の粉末を添加した後に凝析する方法、
(iii)A成分、B成分、C成分のうちいずれか1つの成分の粉末を、残る2成分の水性分散液を混合した混合水性分散液に添加した後に凝析する方法、
(iv)予めA成分、B成分、C成分のうちいずれか2つの成分の各水性分散液を混合した後に凝析させて得られた2成分の混合粉末を、残る1成分の水性分散液に添加した後に凝析する方法、
が挙げられる。
通気性支持材は、フッ素樹脂多孔膜の上流側もしくは下流側または上流側と下流側の両方に配置されており、フッ素樹脂多孔膜を支持する。このためフッ素樹脂多孔膜の膜厚が薄い等で自立が困難であっても、通気性支持材の支持によりフッ素樹脂多孔膜を立たせることが可能になる。また、エアフィルタ濾材としての強度が確保され、特定の形状に折り込んだ場合であっても当該形状が保たれやすい。
本実施形態のプリーツ状濾材は、上述のエアフィルタ濾材を用いて、濾材面が互いに対向するように山折りおよび谷折りが交互に繰り返されたジグザグ形状に加工(プリーツ加工)することによりプリーツ部分を形成し、山折り部が風上面を構成して谷折り部が風下面を構成する全体が略直方体形状となったものか、または、複数の山折り部が風上側で同心円となるように設けられており複数の谷折り部が風下側で同心円となるように設けられた同心円型のプリーツ形状となったもの等が挙げられる。
次に、図7を参照して、エアフィルタユニット1について説明する。
本実施形態のエアフィルタ濾材は、捕集された細菌やウイルスの数を低減または除去する除菌処理を行った場合であっても、性能が劣化し難いことから、除菌処理により再利用される用途のエアフィルタ濾材として用いることができる。
本実施形態のエアフィルタ濾材の再生方法では、フッ素樹脂多孔膜と、支持材と、が積層されたエアフィルタ濾材を用意する工程と、フッ素樹脂多孔膜を除菌処理する工程と、を備える。
エアフィルタ濾材の除菌処理は、エアフィルタ濾材に付着した細菌とウイルスの少なくともいずれかの数を減らすかこれらを除去することが可能な処理であれば特に限定されない。このような除菌処理としては、例えば、アルコール、界面活性剤、塩素系漂白剤、次亜塩素酸水、過酸化水素水、高温環境、紫外線、オゾンの少なくともいずれかをエアフィルタ濾材に作用させる処理が挙げられる。
アルコールを用いた除菌処理としては、アルコールにエアフィルタ濾材を含浸させるか、アルコールをエアフィルタ濾材に対して噴霧することが挙げられる。アルコールの種類は、例えば、エタノールが挙げられる。アルコールの濃度としては、例えば、60重量%以上99重量%以下であってよく、70重量%以上95重量%以下であることが好ましい。なお、アルコールを用いた除菌処理は、エアフィルタ濾材の表面および内部が十分に濡れた状態が例えば20秒以上継続されるように処理してもよい。
界面活性剤を用いた除菌処理としては、界面活性剤が配合された液体にエアフィルタ濾材を含浸させるか、界面活性剤が配合された液体をエアフィルタ濾材に対して噴霧することが挙げられる。界面活性剤の種類としては、特に限定されるものではなく、例えば、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム(0.1重量%以上)、アルキルグリコシド(0.1重量%以上)、アルキルアミンオキシド(0.05重量%以上)、塩化ベンザルコニウム(0.05重量%以上)、塩化ベンゼトニウム(0.05重量%以上)、塩化ジアルキルジメチルアンモニウム(0.01重量%以上)、ポリオキシエチレンアルキルエーテル(0.2重量%以上)、純石けん分(脂肪酸カリウム)(0.24重量%以上)、純石けん分(脂肪酸ナトリウム)(0.22重量%以上)等のいずれかまたはこれらの組合せが挙げられる。ここで、括弧内の数値は、好ましい配合量の下限を示す。なお、界面活性剤を用いた除菌処理は、エアフィルタ濾材の表面および内部が十分に濡れた状態が例えば20秒以上継続されるように処理してもよく、処理は1分以内であってもよい。
塩素系漂白剤を用いた除菌処理としては、例えば、塩素系漂白剤が配合された液体にエアフィルタ濾材を含浸させるか、塩素系漂白剤が配合された液体をエアフィルタ濾材に対して噴霧することが挙げられる。塩素系漂白剤の種類としては、例えば、次亜塩素酸ナトリウムが挙げられる。塩素系漂白剤の濃度は、例えば、0.01重量%以上7.0重量%以下であってよく、0.05重量%以上6.0重量%以下であることがより好ましい。なお、塩素系漂白剤を用いた除菌処理は、エアフィルタ濾材の表面および内部が十分に濡れた状態が例えば20秒以上継続されるように処理してもよく、処理は1時間以内であってもよい。
次亜塩素酸水を用いた除菌処理としては、例えば、次亜塩素酸が配合された液体にエアフィルタ濾材を含浸させるか、次亜塩素酸が配合された液体をエアフィルタ濾材に対して噴霧することが挙げられる。次亜塩素酸の濃度は、例えば、有効塩素重量濃度として、30ppm以上であってよく、35ppm以上であることが好ましく、50ppm以上であることがより好ましく、200ppm以上であってもよい。なお、次亜塩素酸の濃度の上限は、例えば、有効塩素重量濃度として、200ppmであってよい。なお、次亜塩素酸水を用いた除菌処理は、エアフィルタ濾材の表面および内部が十分に濡れた状態が例えば20秒以上継続されるように処理してもよく、処理は1時間以内であってもよい。
過酸化水素水を用いた除菌処理としては、例えば、過酸化水素水が配合された液体にエアフィルタ濾材を含浸させることが挙げられる。過酸化水素水の濃度は、例えば、2.5w/v%以上3.5w/v%以下であってよい。このような過酸化水素水は、創傷・潰瘍部位などの消毒に使用され、オキシドールとして公知である。なお、w/v%は、weight/volume%であり、溶液100ml中の過酸化水素のg数を示す。なお、過酸化水素水を用いた除菌処理は、エアフィルタ濾材の表面および内部が十分に濡れた状態が例えば1分以上継続されるように処理してもよく、10分以上継続されるように処理されることが好ましく、30分以上継続されるように処理されることがより好ましく、処理は5時間以内であってもよく、3時間以内であることがより好ましい。
高温環境を用いた除菌処理としては、高温の流体にエアフィルタ濾材を含浸させるか、高温の流体をエアフィルタ濾材に対して噴霧することが挙げられる。流体としては、例えば、空気、水、水蒸気が挙げられる。
紫外線を用いた除菌処理としては、紫外線領域の波長を有する光をエアフィルタ濾材に照射することにより行われる。照射時間は、例えば、1分以上1時間以下であってもよいし、5分以上30分以下であってもよい。
オゾンを用いた除菌処理としては、エアフィルタ濾材をオゾンに曝すことが挙げられる。オゾンの濃度としては、例えば、1ppm以上100ppm以下であってよく、5ppm以上50ppm以下であることが好ましく、10ppmであってもよい。曝す時間としては、例えば、10分以上100時間以内であってよく、1時間以上70時間以下であることが好ましく、2時間であってもよい。
実施例1のエアフィルタ濾材に用いられるフッ素樹脂多孔膜のFP原料としては、3種の成分(繊維化し得るPTFE(A成分)、繊維化しない非熱溶融加工性成分(B成分)、および融点320℃未満の繊維化しない熱溶融加工可能な成分(C成分))から構成される混合粉末を用いた。
実施例2のエアフィルタ濾材に用いられるフッ素樹脂多孔膜のFP原料としては、3種の成分(繊維化し得るPTFE(A成分)、繊維化しない非熱溶融加工性成分(B成分)、および融点320℃未満の繊維化しない熱溶融加工可能な成分(C成分))から構成される混合粉末を用いた。
次に、第1の生テープと第2の生テープを重ねて所定温度環境下(250℃)、長手方向(MD方向)に所定の延伸倍率(6.7倍)、所定の延伸速度(13.8%/秒)で延伸した。次に、延伸した未焼成フィルムをクリップできるテンターを用いて、所定温度環境下(288℃)、幅方向(TD方向)に所定の延伸倍率(11.5倍)、所定の延伸速度(280%/秒)で延伸し、390℃の温度で熱固定を行った。これによりフッ素樹脂多孔膜を得た。
実施例3では、液状潤滑剤の混合量を31重量部とした点を除き、実施例2の第1の生テープと同様にして、平均厚さ300μm、平均幅150mmの帯状の未焼成フッ素樹脂フィルムを得た。そして、この1枚の第1の生テープを実施例2と同様に延伸してフッ素樹脂多孔膜を得た。実施例2と同様に、この1枚のフッ素樹脂多孔膜について、その上流側と下流側の両方に通気性支持材を熱融着させることにより、実施例3のエアフィルタ濾材を得た。なお、通気性支持材は、PETを芯に、PEを鞘に用いた芯/鞘構造の繊維からなるスパンボンド不織布(平均繊維径24μm、目付40g/m2、厚さ0.2mm)を用いた(なお、捕集効率は、実質的に0あるいは略0とみなすことができるものであった)。
以上の実施例1-3について、以下に述べる各種除菌処理を施し、その除菌処理前後の各物性の測定を行った。
エアフィルタ濾材の測定サンプルを、直径100mmのフィルタホルダにセットし、コンプレッサで入口側を加圧し、流速計で空気の透過する流量を5.3cm/秒に調整した。そして、この時の圧力損失を差圧計で測定した。
JIS B9928附属書5(規定)NaClエアロゾルの発生方法(加圧噴霧法)記載の方法に準じて、アトマイザーで発生させたNaCl粒子を、静電分級器(TSI社製)で、粒径0.1μmに分級し、アメリシウム241を用いて粒子帯電を中和した後、透過する流量を5.3cm/秒に調整し、パーティクルカウンター(TSI社製、CNC)を用いて、測定試料である濾材の前後での粒子数を求め、次式により捕集効率を算出した。
透過率(%)=(CO/CI)×100
捕集効率(%)=100-透過率(%)
CO=測定試料の下流側のNaCl 0.1μmの粒子数
CI=測定試料の上流側のNaCl 0.1μmの粒子数
(エアフィルタ濾材における粒子径0.1μmのNaCl粒子のPF値)
粒子径0.1μmのNaCl粒子を用いて、エアフィルタ濾材の圧力損失及び捕集効率(粒子径0.1μmのNaCl粒子の捕集効率)とから、次式に従いPF値を求めた。
PF値={-log((100-捕集効率(%))/100)}/(圧力損失(Pa)/1000)
ロール状に巻き取られた長尺のエアフィルタ濾材(幅方向長さ650mm)から、先端部を含む5m程度の部分を引き出し、エアフィルタ濾材の長手方向に200mmごとに25個に分割しかつ幅方向に両端部を除き130mmごとに4個に分割してなる格子状の100箇所について直径100mmのフィルタホルダを用いて圧力損失を測定した。ここでの圧力損失の測定は、濾材の幅方向に5個以上のフィルタホルダを備える測定装置を用いて、上記濾材を長手方向に移動させて複数の格子状の箇所について連続して測定することにより行った。次いで、これら測定した圧力損失からなる圧力損失分布から標準偏差を求め、求めた標準偏差を、測定した全ての箇所の圧力損失の平均値で割ることにより、変動係数(CV値)(%)を求めた。
ポリアルファオレフィン(PAO)粒子(液体粒子)透過時の圧力損失上昇試験で評価した。即ち、PAO粒子を含んだ空気を有効濾過面積50cm2のサンプル濾材に流速5.3cm/秒で連続通風したときの圧力損失を差圧計で経時的に測定し、圧力損失が250Pa分だけ上昇したときに、濾材に保持されているPAO粒子の濾材の単位面積当たりの重量である保塵量(g/m2)を求めた。なお、PAO粒子は、ラスキンノズルで発生させたPAO粒子(個数中位径0.25μm)を用い、PAO粒子の濃度は、約100万~600万個/cm3とした。
なお、比較例1として、フッ素樹脂多孔膜を用いないエアフィルタ濾材を用いて、界面活性剤による除菌処理を行った場合と、アルコールによる除菌処理を行った場合と、について、それぞれ除菌処理の前後の物性変化を測定した。
比較例2として、ナノファイバー複合濾材であるN95マスクを用いて、上記実施例1と同様に、オートクレーブ処理による除菌処理(20分)を行った。
以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
2 台座
2a 開口
3 紐
20 プリーツ状マスク用濾材(プリーツ状濾材)
25 枠体
30 エアフィルタ濾材
31 フッ素樹脂多孔膜
32 通気性支持材(支持材)
Claims (16)
- フッ素樹脂多孔膜(31)と、支持材(32)と、が積層されたエアフィルタ濾材(30)であって、
前記フッ素樹脂多孔膜を除菌処理する前の前記エアフィルタ濾材について粒子径0.1μmのNaCl粒子を用いて把握される透過率に対する、前記フッ素樹脂多孔膜を除菌処理した後の前記エアフィルタ濾材について粒子径0.1μmのNaCl粒子を用いて把握される透過率の比率である透過率比(除菌処理後の透過率/除菌処理前の透過率)が、5.0以下であり、
前記フッ素樹脂多孔膜を除菌処理する前の前記エアフィルタ濾材に空気を流速5.3cm/秒で通過させたときの圧力損失に対する、前記フッ素樹脂多孔膜を除菌処理した後の前記エアフィルタ濾材に空気を流速5.3cm/秒で通過させたときの圧力損失の比率である圧力損失比(除菌処理後の圧力損失/除菌処理前の圧力損失)が、0.83以上1.15以下である、
エアフィルタ濾材。 - 前記フッ素樹脂多孔膜の表面に、イソプロピルアルコールと水の体積比率が60:40である混合液の液滴を静置し30秒放置した場合に、前記混合液が前記フッ素樹脂多孔膜に浸透する、
請求項1に記載のエアフィルタ濾材。 - 除菌処理する前の前記エアフィルタ濾材について、前記圧力損失および粒子径0.1μmのNaCl粒子を用いて把握される捕集効率を用いて、次式:PF値={-log((100-捕集効率(%))/100)}/(圧力損失(Pa)/1000)で定められるPF値が19以上である、
請求項1または2に記載のエアフィルタ濾材。 - 除菌処理する前の前記エアフィルタ濾材の前記圧力損失が200Pa以下である、
請求項1または2に記載のエアフィルタ濾材。 - 除菌処理する前の前記エアフィルタ濾材の前記圧力損失が80Pa以下であり、
マスクとして用いられる、
請求項4に記載のエアフィルタ濾材。 - 除菌処理する前の前記エアフィルタ濾材について、個数中位径0.25μmのポリアルファオレフィン粒子を含む空気を流速5.3cm/秒で連続通風し、圧力損失が250Pa分だけ上昇したときの前記ポリアルファオレフィン粒子の保塵量が、15.0g/m2以上である、
請求項1または2に記載のエアフィルタ濾材。 - 前記除菌処理は、アルコールに曝すか、界面活性剤に曝すか、塩素系漂白剤に曝すか、次亜塩素酸水に曝すか、過酸化水素水に曝すか、75℃以上150℃以下の温度環境に曝すか、紫外線を照射するか、オゾンに曝すか、の少なくともいずれかである、
請求項1または2に記載のエアフィルタ濾材。 - 前記除菌処理は、アルコールに曝すか、界面活性剤に曝すか、の少なくともいずれかである、
請求項1または2に記載のエアフィルタ濾材。 - 前記支持材は、ポリエチレンテレフタレートと、ポリエチレンと、ポリプロピレンと、これらの複合材と、のいずれかを主成分として有する、
請求項1または2に記載のエアフィルタ濾材。 - 前記フッ素樹脂多孔膜は、繊維化し得るポリテトラフルオロエチレンと、繊維化しない非熱溶融加工性成分と、融点320℃未満の繊維化しない熱溶融加工可能な成分と、を含む、
請求項1または2に記載のエアフィルタ濾材。 - 前記フッ素樹脂多孔膜は、変性ポリテトラフルオロエチレンを含む、
請求項1または2に記載のエアフィルタ濾材。 - 前記除菌処理後に再利用する用途で用いられる、
請求項1または2に記載のエアフィルタ濾材。 - 請求項1に記載のエアフィルタ濾材が、山折り部および谷折り部を含んだ形状となっているプリーツ状濾材(20)。
- 請求項1に記載のエアフィルタ濾材または請求項13に記載のプリーツ状濾材と、前記エアフィルタ濾材または前記プリーツ状濾材を保持する枠体(25)と、を備える、
エアフィルタユニット(1)。 - 請求項1に記載のエアフィルタ濾材、または、請求項13に記載のプリーツ状濾材を備えたマスク用濾材。
- フッ素樹脂多孔膜(31)と、支持材(32)と、が積層されたエアフィルタ濾材(30)を用意する工程と、
前記フッ素樹脂多孔膜を除菌処理する工程と、
を備え、
前記フッ素樹脂多孔膜を除菌処理する前の前記エアフィルタ濾材について粒子径0.1μmのNaCl粒子を用いて把握される透過率に対する、前記フッ素樹脂多孔膜を除菌処理した後の前記エアフィルタ濾材について粒子径0.1μmのNaCl粒子を用いて把握される透過率の比率である透過率比(除菌処理後の透過率/除菌処理前の透過率)が、5.0以下であり、
前記フッ素樹脂多孔膜を除菌処理する前の前記エアフィルタ濾材に空気を流速5.3cm/秒で通過させたときの圧力損失に対する、前記フッ素樹脂多孔膜を除菌処理した後の前記エアフィルタ濾材に空気を流速5.3cm/秒で通過させたときの圧力損失の比率である圧力損失比(除菌処理後の圧力損失/除菌処理前の圧力損失)が、0.83以上1.15以下である、
エアフィルタ濾材の再生方法。
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