JP3669798B2

JP3669798B2 - 難燃減容高性能エアフィルタ濾材およびその製造方法

Info

Publication number: JP3669798B2
Application number: JP34568696A
Authority: JP
Inventors: 智彦楚山; 和徳関
Original assignee: Hokuetsu Paper Mills Ltd
Current assignee: Hokuetsu Paper Mills Ltd
Priority date: 1996-12-25
Filing date: 1996-12-25
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2016-12-25
Also published as: JPH10180020A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体、液晶、バイオ・食品工業及び原子力発電所施設、病院施設等のＲＩ（ｒａｄｉｏｉｓｏｔｏｐｅ）関係などで用いられる高性能エアフィルタにおいて、気体中の不純物を濾過するために使用される焼却減容可能な高性能エアフィルタ用濾材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来高性能エアフィルタ用濾材として、主原料がガラス繊維のものが広く用いられているが、使用済みの濾材は再利用できずまた焼却処分が不可能なため産業廃棄物として捨てられている。とくにＲＩ施設で使用された使用済み濾材は放射性廃棄物質となるため、大きな環境問題となっている。
【０００３】
このため、近年ガラス繊維に可燃の有機繊維を混抄させ燃焼処理により体積が減少する減容高性能エアフィルタ濾材が開発されているが、火災等の事故で炎が着火した際にオールガラス繊維製のように自己消火性が無いことから、焼却減容可能でありながらオールガラス繊維製濾材並に難燃性を有する減容高性能エアフィルタ濾材が要望されている。
【０００４】
難燃性付与の方法として、特公昭６３−５６８０６で示されているように難燃剤を濾材に塗布する方法等が提案されている。しかし、この方法で良好な難燃性を持たせるためには相当量の難燃剤を用いなければならず、製造された濾材は構成繊維間に難燃剤の膜が形成されて目づまりが生じ、エアフィルタの圧力損失の上昇や捕集効率の低下が発生するということで高性能の濾材が出来ないという問題がある。
【０００５】
また、実公平６−２２４１７に示されるように、ガラス繊維に自己消火性有機繊維を混抄させアクリル樹脂系バインダーで結合させた例があるが、アクリル樹脂に限らずエマルジョン系、あるいは溶液状のバインダーを用いるとバインダーが選択的にガラス繊維に集中して膜を形成し、上記濾過性能の低下を引き起こすだけでなく、バインダー膜は燃え易いため、結果的に難燃性能も低下させる問題がある。これは、減容高性能エアフィルタ濾材を構成している平均繊維径約数μm 〜１０μm 以上の太い有機繊維とサブミクロンオーダーの極細ガラス繊維との間で繊維径の差が極端であるため、比表面積の大きい極細ガラス繊維にバインダー溶液が集中し易いのが原因と見られる。この場合、バインダーを濾材に付与させなければ濾過性能と難燃性能を持たせることが可能かもしれないが、濾材は通常エアフィルタとして使用される際、濾材面積を広くとるためジグザグに折る、いわゆるプリーツ加工を行うので加工強度、および送風時に破れないようするため実用強度が必要であり、バインダー付与は不可欠である。ちなみに濾材に必要な強度は常態の引張強度が濾材の縦方向で１５００g ／２５．４ｍｍ幅以上が目安となる。
【０００６】
これを解決する手段として、濾材に０．０５〜０．５デニールの細デニールポリビニールアルコール系繊維を３−４０重量％配合する方法（特公平６−１３０８２）が提案されているが、この方法では細デニールポリビニールアルコール系繊維の配合率が多いと自己消火性を失ってしまう、極細ガラス繊維を６０％以上配合しないと濾過性能が低下するなどの問題点があり、５０％以上焼却減容し、かつ自己消火性を持たなければならないという目的からすれば、この方法では達成できない。
【０００７】
また近年、濾過性能面において、クリーンルーム、クリーンベンチ、空調機等に使用される送風機のランニングコスト低減の目的で、減容高性能エアフィルタ濾材の低圧損化・高捕集効率化の要望でＰＦ値１２以上（粒子径０．３μm ）の開発が望まれているが、これを満たす難燃減容高性能エアフィルタ濾材はまだ無いのが現状である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の課題は、捕集効率の対象粒径０．３μm の際のＰＦ値が１２以上の高濾過性能であり、十分な加工強度と実用強度を持ち、オールガラス繊維製高性能エアフィルタ濾材並に難燃性を有することを同時に満たした難燃減容高性能エアフィルタ濾材とその製造方法を提供することである。
【０００９】
【発明を解決するための手段】
この課題は、平均繊維径０．６５μm 以下のガラス繊維１０〜５０重量％に自己消火性有機繊維５０〜９０重量％を配合し、この基材１００重量% に対し、繊維状バインダー１〜１０重量％を配合させてなる、捕集効率の対象粒径０．３μm の際下記式

によって算出されるＰＦ値が１２以上であり、常態の引張強度が濾材の縦方向で１５００g ／２５．４ｍｍ幅以上であり、ＪＩＳ難燃性試験法Ｌ−１０９１Ａ−１法に記載される方法で区分３を満足する難燃性を有することを特徴とする焼却減容処理可能な高性能エアフィルタ濾材、および
原料繊維の抄紙段階以前の原料調整工程で繊維状バインダーを添加し、湿式抄紙法で抄紙し、その後に乾燥させることを特徴とする上記難燃減容高性能エアフィルタ濾材の製造方法によって解決される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の濾材で用いられるガラス繊維は火焔延伸法やロータリー法で製造されるウール状の極細ガラス繊維であり、濾材の圧力損失を所定の値に保ち、適正な捕集効率とするために使用する。繊維径が細くなるほど捕集効率は高くなるため、ＰＦ値が１２以上の濾材を得るには平均繊維径０．６５μm 以下の極細ガラス繊維を配合する必要がある。ただし、繊維径が細くなりすぎると圧力損失が上昇してＰＦ値が低くなるので、この範囲内で適正な繊維径のものを選択すべきである。なお、数種の繊維径のものをブレンドして配合しても構わない。ガラス繊維の配合率は１０〜５０重量％、好ましくは１０〜４０重量% 、特に１５〜３０重量% が適当であり、５０重量％以上では焼却減容の目的が失われてしまうし、１０重量％未満ではガラス繊維の絶対量が不足するため捕集効率を悪化させてしまう。
【００１１】
また自己消火性繊維とは、公知のあらゆる自己消火性繊維、例えばハロゲンを分子鎖内に導入した難燃繊維、例えば塩化ビニール繊維、モダクリル繊維、ポリクラール繊維、難燃ビニロン繊維、あるいはリン化合物を樹脂内に練り込んだ難燃繊維、例えば難燃ポリエステル繊維、難燃ポリノジック繊維などであって、ＬＯＩ値（限界酸素指数）２６以上であれば素材に限定されるものではない。ただし、製造面からはスラリー時の分散性、濾材シート肌の良いものが望ましく、悪い素材については分散剤、粘剤等抄紙薬品の添加が必要となる。また前述の点から繊維径１〜７０μm 、繊維長１〜１５ｍｍのものが望ましい。自己消火性繊維の配合率は、５０〜９０重量% 、好ましくは６０〜９０重量% 、特に好ましくは７０〜８５重量% が適当である。
【００１２】
なお濾材の難燃性については、ＪＩＳ難燃性試験法Ｌ−１０９１Ａ−１法に記載されているような方法で、濾材面を４５°傾斜させた下方からミクロバーナーで１分間加熱した後の炭化面積が３０ｃｍ²以下、炭化距離２０ｃｍ以下、残炎時間３秒以下、残じん時間５秒以下（区分３）を満たしていれば、オールガラス繊維製高性能エアフィルタ濾材並の難燃性とみなすことができる。
【００１３】
本発明において繊維状バインダーの使用は特に重要である。繊維状バインダーとは湿熱溶融タイプのＰＶＡ繊維バインダー、鞘部に低融点のＰＥＴ、変性ＰＰ、変性ポリエステルを用いた芯鞘繊維などのことであり、製造時の乾燥工程に入るまで初期の繊維形状を保持する特徴を持っている。繊維状バインダーは溶液状バインダーのように自身の表面張力、主体繊維表面との濡れ性に左右されることが無いため、ガラス繊維に集中して膜形成することなく主体繊維間を点接着させる。これにより溶液状バインダーより圧力損失の上昇が極めて少なく、濾過性能を格段に向上させることができるのである。
【００１４】
繊維状バインダーの添加量は、１〜１０重量％が望ましく、１重量％未満の添加では加工、実使用に耐える濾材強度が出ず、10重量％以上では溶液状バインダーほどではないもののやはり目づまりによる圧力損失の上昇が起こり濾過性能が低下してしまう。またバインダーの可燃物量が多くなるため、難燃性を悪化させる。１〜１０重量% の範囲内であれば、濾過性能と難燃性を悪化させることなく、濾材の常態の引張強度を濾材の縦方向で１５００ｇ／２５．４ｍｍ幅以上とすることが可能である。
【００１５】
また繊維状バインダーは、製造時において原料繊維の抄紙段階以前の原料調整工程で繊維状バインダーを添加するいわゆる内添法で使用する必要がある。この方法により繊維状バインダーは原料全体にわたって均一に分散し点接着することで、濾過性能面、強度面でその実力を発揮できるのである。
このため、繊維状バインダーは原料繊維をパルパー、ビーターなどの離解・分散工程で添加することが望ましい。なお原料繊維の分散工程ではガラス繊維の分散性を良くするために、硫酸酸性でｐＨ２〜４の範囲で調整する方法をとる。
【００１６】
分散させた原料スラリーは、抄紙機で湿式抄紙され、この湿紙を乾燥させることにより濾材を製造することができる。乾燥方法としては様々な方法が利用できるが、ヤンキードライヤーや多筒式ドライヤーのように熱圧着する方式の方がより高い強度物性を得ることができ、望ましい。また乾燥温度は１１０〜１５０℃程度であるが、芯鞘繊維を用いた場合は鞘部の溶融温度により適正な温度設定をする必要がある。
【００１７】
また、バインダーと難燃剤は外添法による付与はできないが、撥水性を付与させるためシリコン系、フッ素系などの撥水剤を抄紙段階以降で付与させても問題はない。
【００１８】
【実施例】
実施例１
平均繊維径０．５μm の極細ガラス繊維３０重量％、難燃ビニロン繊雑〔（株）クラレＶＰＸ２０３〕７０重量％に繊維状ＰＶＡバインダー４重量％（（株）クラレＶＰＢ１０７−２）を配合し、パルパーにてｐＨ３．０の酸性水を用いて離解後、抄紙機にて抄紙し、１２０℃の多筒式ドライヤーで乾燥し、目付重量８０g ／ｍ²の濾材を得た。
【００１９】
後記表１の様なフィルタ性能が得られた。
実施例２
実施例１において、繊維状ＰＶＡバインダーの配合率を１重量% とした以外は実施例１と同様にして、目付重量８０g ／ｍ²の濾材を得た。
後記表1の様なフィルタ性能が得られた。
【００２０】
実施例３
実施例１において、平均繊維径０．３２μm の極細ガラス繊維１５％、難燃ビニロン繊維〔（株）クラレＶＰＸ２０３〕８５重量％とした以外は実施例１と同様にして、目付重量８１g ／ｍ²の濾材を得た。後記表１の様なフィルタ性能が得られた。
【００２１】
実施例４
実施例１において、平均繊維径０．５μm の極細ガラス繊維３０重量％、難燃ポリエステル繊維〔ユニチカ (株) の難燃ポリエステル２ｄ×５ｍｍ〕７０％とした以外は実施例１と同様にして、目付重量８１g ／ｍ²の濾材を得た。
後記表１の様なフィルタ性能が得られた。
【００２２】
比較例１
実施例１において、繊維状ＰＶＡバインダーの代わりに、湿紙状態にアクリルラテックスバインダー〔日本アクリル化学（株）プライマーＥ−３５８〕を基材１００重量％に対し５重量％とした以外は実施例１と同様にして、目付重量８０g ／ｍ²の濾材を得た。
【００２３】
後記表１の様なフィルタ性能が得られた。
比較例２
平均繊維径０．５μm の極細ガラス繊維３０重量％、易燃性ビニロン繊維〔（株）クラレＶＰＢ１０３〕７０重量% に繊維状ＰＶＡバインダー４重量％を配合し、パルパーにてｐＨ３．０の酸性水を用いて離解後、抄紙機にて抄紙した後、湿紙状態にリン系難燃剤〔大日本インキ化学工業（株）フレームガード〕を基材１００重量％に対し１５重量% 付与して１２０℃の多筒式ドライヤーで乾燥し、目付重量８２ｇ／ｍ²の濾材を得た。
【００２４】
後記表１の様なフィルタ性能が得られた。
比較例３
実施例１において、繊維状ＰＶＡバインダーの配合率を１１重量％とした以外は実施例１と同様にして、目付重量８０g ／ｍ²の濾材を得た。
後記表１の様なフィルタ性能が得られた。
【００２５】
比較例４
実施例１において、平均繊維径０．２６μm の極細ガラス繊維５％、難燃ビニロン繊維〔（株）クラレＶＰＸ２０３〕９５重量% とした以外は実施例１と同様にして、目付重量８１ｇ／ｍ²の濾材を得た。
後記表１の様なフィルタ性能が得られた。
【００２６】
実施例１〜４ならびに比較例１−４の濾材の分析を下記の方法で行い、結果を表１に示した。
（1) 圧力損失
自製の装置を用い有効面積１００ｃｍ²の濾紙に面風速５．３ｃｍ／秒で通風し、その時の圧力損失を微差圧計で測定した。
（2) ＤＯＰ捕集効率
ラスキンノズルで発生させた多分散ＤＯＰ粒子を含む空気を、有効面積１００ｃｍ²の濾紙に面風速５．３ｃｍ／秒で通風した時のＤＯＰ捕集効率をリオン社製レーザーパーティクルカウンターを使用し測定した。
（3) 可燃物
９２５±２５℃、10分間電気炉にて加熟し、加熱前後の重量差を加熱前重量で割り、百分率として求めた。
（4) 引張強度
濾紙の縦方向より採取した２５．４ｍｍ巾の試験片についてスパン長１００ｍｍ、引張速度１５ｍｍ／分で定速引張試験機を用い測定した。
（5) ＰＦ値
濾紙のフィルタ性能の指標となるＰＦ値は、（1)と（2)の測定に基づき、次式より求めた。（ＰＦ値が高い程、同一圧力損失で高捕集効率を示す。）

（6) 難燃性
ＪＩＳ難燃性試験法Ｌ−１０９１Ａ−１法に基づき、区分３（炭化面積が３０ｃｍ²以下、炭化距離２０ｃｍ以下、残炎時間３秒以下、残じん時間５秒以下）に適合したものを○、しないものを×、一部適合しているものを△とした。
【００２７】

【００２８】
【発明の効果】
本発明のエアフィルタ濾材は、オールガラス繊維製濾材並に自己消火性を持ち且つ焼却処分時には大幅にフィルタ容積を減少し、性能面ではＰＦ値１２以上の高性能濾材であり且つ加工強度と実用強度に優れている。

Claims

平均繊維径０．６５μm 以下のガラス繊維１０〜５０重量％に自己消火性有機繊維５０〜９０重量％を配合し、この基材１００重量% に対し、湿熱溶融タイプのＰＶＡ繊維バインダーおよび芯鞘繊維よりなる群から選択された繊維状バインダー１〜１０重量％を配合し、ｐＨ２〜４の硫酸酸性水で離解および抄紙してなる、捕集効率の対象粒径０．３μm の際下記式

によって算出されるＰＦ値が１２以上であり、常態の引張強度が濾材の縦方向で１５００g ／２５．４ｍｍ幅以上であり、ＪＩＳ難燃性試験法Ｌ−１０９１Ａ−１法に記載される方法で区分３を満足する難燃性を有することを特徴とする焼却減容処理可能な高性能エアフィルタ濾材。
自己消火性有機繊維が繊維径１〜７０μm 、繊維長１〜１５ｍｍのものである請求項１に記載の焼却減容処理可能な高性能エアフィルタ濾材。
ガラス繊維含有量が１０〜４０重量％で自己消火性有機繊維含有量が６０〜９０重量％である請求項１または２に記載の焼却減容処理可能な高性能エアフィルタ濾材。
ガラス繊維含有量が１５〜３０重量％で自己消火性有機繊維含有量が７０〜８５重量％である請求項１〜３の何れか一つに記載の焼却減容処理可能な高性能エアフィルタ濾材。
請求項１〜４の何れか一つに記載の難燃減容高性能エアフィルタ濾材の製造方法において、原料繊維の抄紙段階以前の原料調整工程で繊維状バインダーを添加し、湿式抄紙法で抄紙し、その後に乾燥させることを特微とする上記製造方法。