JP4231347B2 - Ventilation filter and container using the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通気性を有するが、液体の通過を防止する通気フィルタ、及びそれを用いて内部の気圧と外部の気圧とを略同一に保つことができる容器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば、カメラではズーミングやフォーカシングのために、電子機器や精密機器では温度変化に基づく器内圧力の変動を緩和するために、各種密閉容器の通気口に防液・防塵の目的で通気フィルタが用いられる。
【0003】
また、哺乳瓶等の容器では吸われて減圧になった内部に空気を導入するために通気口が必要であり、また、生体内に薬剤などを注入する輸液セット等の医療用液体貯蔵容器、若しくは落圧差を利用した防腐薬剤等の注入器具には容器内の気圧を外気圧に等しくするために通気口が必要であり、これらの通気口に撥水及び撥油性を有した通気フィルタが使用されている。
【0004】
これら通気フィルタは外部あるいは内部の液体・水滴は通過しないが、気体は通過するという機能を有している。このような気体を通過する材料としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などの多孔質膜や不織布、メッシュなどが使用されている。
【0005】
一方、通気フィルタの中でも工業的な分野で用いる場合、液体あるいは液状物質中に溶解している種々の気体や揮発性物質を分離して除去、または回収する、いわゆる脱気機能を有する通気フィルタが多岐の分野に亘って使用されており、脱気効率のよいものが求められてきている。
【0006】
例えば、半導体洗浄用に使用される超純水は生菌の発生を抑えかつシリコンウエハーの酸化を防ぐため、溶存酸素濃度が厳しく規制されており、同じ半導体製造関係では、レジスト液のようなウエットプロセシングで用いられるあらゆる液体からの脱気についても厳しい要求がなされてきている。
【0007】
身近なところでは、水道水を供給する上水や工業用やビルの洗浄・散水などの雑用に再利用する中水において赤水の防止を目的とし、又は貯蔵水の微生物繁殖防止を目的とした水の脱酸素処理の分野や、酒やビール、ジュースあるいは食用油等の液状食品の変質防止を目的とした脱酸素などの分野に利用されている。
【0008】
そして、このような分野における脱酸素には、化学的脱気法や物理的脱気法が採用されるが、化学的脱気法では、ヒドラジンや亜硫酸ナトリウム等の脱酸素剤を用いて行われるため、毒性の問題があり用途が限定され、イオン交換樹脂等を用いる場合などには再生処理が必要などの問題があった。
【0009】
したがって、工業的には前記物理的脱気法である気体分離機能を有する膜を介して気液界面を大きくして減圧側に気体を分離する膜式脱気法が、装置が小型で処理工程が簡便であることから有望視されていた。
【0010】
このような状況のなかで、特許文献1には、ポリ−4−メチルペンテン−1系の高分子材料からなる多孔質中空糸膜を用いて脱気する方法、特許文献2には機械的強度や耐熱性、寸法安定性が得やすい非多孔質活性層を形成した中空糸形状、又はスパイラル形状の複合膜を用いて脱気する方法等が提案されてきているが、この方法においても、液体あるいは液状物質の成分が膜表面に浸み出して来て操作性が悪くなることから脱気の為の減圧度を上げることができず、他方、非多孔質活性層を用いたものにおいても脱気効率が悪いという問題があった。
【0011】
そのために、特許文献3に示すようなセラミック多孔質支持体と1nm以下の細孔径が全細孔容積の80%以上の細孔容積を占めるセラミック層からなる脱気用セラミック複合部材が開示されている。
【0012】
【特許文献1】
特開平2−107317号公報
【0013】
【特許文献2】
特開平6−335623号公報
【0014】
【特許文献3】
特開平11−216303号公報
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば、自動車に搭載された電装品の防液の役目を備えた通気フィルタなどでは、エンジンルーム内ではエンジンオイル等の各種自動車オイルの油蒸気分が多い過酷な環境に曝されており、また、一般生活環境で用いられるカメラなどの内部に精密部品や電子部品が組み込まれて通気性を保つために通気フィルタを具備したものなどは、台所洗剤などの界面活性剤を含む液体や油脂分あるいは体脂に触れる場合が多く、これら油脂分や界面活性剤が通気フィルタに接触すると撥水及び撥油性、通気性が消失してしまうという問題があった。
【0016】
さらに、薬剤などの注入用容器に通気フィルタが用いられる場合、容器に注入される薬剤が酸性またはアルカリ性であったり、アルコール、アセトン等の有機溶剤であると、これらの液体により通気フィルタが腐食や溶解するという問題があった。
【0017】
また、人体に使用する輸液セットに用いる場合は、滅菌処理として高温で通気フィルタを煮沸できることが必要であるが、このような場合、高温で通気フィルタ内部の細孔が閉塞し、通気性が低下し、最終的には通気性が消失してしまうという問題があった。
【0018】
さらに、圧力をかけて通気させるような場合には、通気フィルタの細孔が大きく変形してしまい、液体漏れを起こす問題があった。
【0019】
そして、このような問題を解決するために、特許文献3に示すようなセラミック多孔質体に1nm以下の細孔径を全細孔容積の80%以上占めるセラミック層を形成することが良いのであるが、このような方法を用いたとしても、通気フィルタに優れた耐薬品性、耐熱性、耐圧性、防液性が実現できる半面、通気性が大きく低下してしまうという課題が残っていた。
【0020】
【目的】
従って、本発明は、耐薬品性、耐熱性、耐圧性、防液性、通気性を同時に備える通気フィルタと、通気フィルタを具備する容器を提供することを目的とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】
本発明は、液体を通過させることなく、気体を双方向に通過させる通気フィルタであって、平均細孔径が1.0〜5.0μmのセラミック多孔質体と、該セラミック多孔質体の少なくとも一表面に形成した平均粒子径が0.3〜5μmの粒状物質を含有する撥水及び撥油層とを含む通気フィルタであることを特徴とする。
【0022】
そして、撥水及び撥油層の粒状物質は撥水及び撥油性を有するとともに、前記粒状物質とセラミック多孔質体とを互いに結合する結合部材を具備するものである。
【0023】
また、前記粒状物質がフッ素樹脂及び/又はシリコン樹脂であることを特徴とする。
【0024】
さらに、内部に液体を充填するための容器において、容器壁の一部に上述の通気フィルタを具備したものである。
【0025】
【作用】
本発明の通気フィルタによれば、通気性を向上するためにセラミック多孔質体の平均細孔径をある程度大きくしたとしても、撥水及び撥油層の粒状物質同士が接触することで撥水及び撥油層の材料で目づまりを起こすことなく微小間隙を形成して通気性を確保でき、しかも、この微小間隙がセラミック多孔質体に液体を通過させるのを防ぐので耐薬品性、耐熱性、耐圧性及び防液性を有し、気体を双方向に通過させる通気性を有することができる。
【0026】
そして、撥水及び撥油層の粒状物質は撥水及び撥油性を有するとともに、前記粒状物質とセラミック多孔質体とを互いに結合する結合部材を具備する構成とすることによって、粒状物質を結合部材で覆わなくても撥水及び撥油性を向上させることができ、より防液性を高めることができるようになる。
【0027】
さらに、前記粒状物質をフッ素樹脂及び/又はシリコン樹脂とすることによってより撥油性及び撥水性が向上し防液性の効果を高めることができる。
【0028】
また、前記通気フィルタを、内部に液体を充填するための容器に用いることによって、前記通気フィルタを介して、液体の漏出がなく、かつ前記容器内の気圧と外部の気圧とを略同一に保つことができ、耐薬品性、耐熱性、耐圧性を有し、防液性を保ったまま気圧調整を行える容器を実現できる。
【0029】
【発明の実施の形態】
本発明の通気フィルタについて、実施の形態を図により説明する。
【0030】
図1は本発明の通気フィルタの構造を示す部分断面図である。
【0031】
図1の通気フィルタ5は、セラミック多孔質体1と撥水及び撥油層2とを含み、セラミック多孔質体1の少なくとも表面の一部に撥水及び撥油層2を設けたものである。
【0032】
この撥水及び撥油層2に液体が接触すると、液体の表面張力が高くなるために、液体と撥水及び撥油層2との接触角が極めて大きくなり、液体と撥水及び撥油層2の接触面積が小さくなることで、細孔を介して通過する液体をなくすことが可能としてある。
【0033】
また、撥水及び撥油層2は粒状物質3を具備するとともに、粒状物質3とセラミック多孔質体1、さらには前記粒状物質3同士を互いに結合する結合部材4とを具備して構成してある。
【0034】
ここで、撥水及び撥油層2は結合部材4のみで構成すると、気体が通過する細孔を均一に形成することは難しく、酷い場合はセラミック多孔質体1の気体を通過させる細孔を封じて目づまりを生じさせてしまうが、粒状物質3を混入して結合部材4により粒状物質3とセラミック多孔質体1間を互いに結合するようにすることで、粒状物質3同士が互いに接触しあい微小な間隙が形成され、これにより、セラミック多孔質体1の平均細孔径を大きくして通気性を確保しても結合部材4が完全に埋め込まれることなく気体が通過できるものである。
【0035】
従って、セラミック多孔質体1の平均細孔径を1.0〜5.0μmとし、撥水及び撥油層2中の粒状物質3の平均粒子径を0.3〜5.0μmとするのが好ましい。
【0036】
すなわち、本発明は、通気フィルタ5を構成する多孔質体にセラミックを用いて、耐薬品性、耐熱性、耐圧性を向上させるとともに、気体は通過させるが、液体は通過し難いようにして通気性と防液性の2つの機能を同時に発揮するものである。
【0037】
セラミック多孔質体1の平均細孔径が5.0μmよりも大きいと、撥水及び撥油性を有する粒状物質3と結合部材4とがセラミック多孔質体1の細孔内深くまで入り込み撥水及び撥油層2が不均一になり、液体が通過しやすくなるので好ましくない。逆にセラミック多孔質体1の平均気孔径が1.0μmより小さいと、撥水及び撥油層2を設けた場合に、通気フィルタ5の通気性が低下するため好ましくない。
【0038】
従って、より好ましい平均細孔径の範囲としては、通気性と防液性の2つの機能を同時に発揮するためにも2.0〜4.0μmが好ましい。なお、セラミック多孔質体1の平均気孔径は水銀圧入法を用いて測定した値である。
【0039】
ここで、セラミック多孔質体1としては、耐油性、耐薬品性、耐熱性、耐圧性を有する材料で構成することが好ましく、例えば、アルミナ、ジルコニア、シリカ、コージェライト、チタニアの群から選ばれる少なくとも1種が50%以上、あるいは70%以上、さらには90%以上含有するセラミックスからなることが好ましく、特にアルミナ、シリカ、コージェライトは低コストの点で好ましい。
【0040】
なかでも、油、溶剤、酸又はアルカリ等に対する耐薬品性が高い点でアルミナを用いることがより好ましく、高温水蒸気に対する結晶構造の安定性の点でαアルミナであることが好ましい。
【0041】
また、粒状物質3の平均粒子径を0.3〜5.0μmとしたのは、平均粒子径が0.3μmよりも小さい場合には粒状物質3同士が接触したことで形成される微小なすき間がほとんど無くなり通気性が低下する。平均粒子径が5.0μmよりも大きい場合には粒状物質3同士が接触したことで形成される微小なすき間が大きくなり過ぎて防液性が低下するので好ましくない。
【0042】
従って、通気性と防液性の2つの機能を同時に発揮するためにも、より好ましい平均粒子径の範囲は0.5〜2.0μmである。なお、平均粒子径は、遠心沈降光透過法で測定した値である。
【0043】
但し、セラミック多孔質体1の平均細孔径を大きくして、これよりも粒状物質3の平均粒子径を小さいものとしても、上述の範囲であれば、粒状物質3同士の微小間隙が更に小さくなるだけであって使用することが可能である。
【0044】
粒状物質3の材質としては、ガラス、セラミックス、金属、樹脂などから適宜選択すればよく、その形状については略四角、略多角、略円柱、略球状、不定形など粒状であれば拘らないが、略球状であることが平均細孔径のばらつきを無くす点で好ましい。
【0045】
さらに、粒状物質3の撥水及び撥油性の有無には拘らないが、撥水及び撥油性を有しない場合には、撥水及び撥油性を有する結合部材4で粒状物質3を覆い、結合部材4により均一な撥水及び撥油効果を出すことが必要となる。一方、粒状物質3が撥水及び撥油性を有するものが好ましい。その理由は、撥水及び撥油性を有した粒状物質3を用いることによって、撥水及び撥油層2全体の撥水及び撥油性が向上されるとともに、結合部材4で粒状物質3を覆う必要がなくなるために、結合部材4の使用量を減少でき、この使用量の減少によって、セラミック多孔質体1の細孔内深くまで入り込むことがなくなり、撥水及び撥油層2そのものが不均一となることが防止できる。
【0046】
そして、このような撥水及び撥油性を有する粒状物質3としては、フッ素樹脂及び/又はシリコン樹脂を用いるのが好適である。
【0047】
また、結合部材4としては、撥水及び撥油性を有するフッ素樹脂、シリコン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等を結合剤として用いればよく、これらの少なくとも一つと有機溶剤とを混合したものが用いられる。
【0048】
この結合部材4の有機溶剤としては、エチルアルコール、n−ヘプタン、トルエン等のアルコール系、芳香族系、脂肪族系のいずれかが用いられる。そして、結合部材4の結合剤と有機溶剤との混合比としては1:9〜4:6が好ましい。混合比で1:9を超えて結合剤を少なくすると、粒状物質3同士または粒状物質3とセラミック多孔質体1との接合強度が低下するため好ましくない。また、混合比で4:6を超えて結合剤を多くすると、結合部材4が高粘度となるため、セラミック多孔質体1に塗布し難くなり、均一な撥水及び撥油層2が形成され難いので好ましくない。
【0049】
そして、粒状物質3と結合部材4との混合比としては、4:6〜7:3が好ましい。混合比で4:7を超えて粒状物質を少なくすると、セラミック多孔質体1に撥水及び撥油層2を形成した際に、粒状物質3同士の間隔が広くなりそのすき間から液漏れしてしまう可能性があり、また粒状物質3同士のすき間を結合部材1で埋めてしまい通気性能が低下する可能性があるため好ましくない。また、混合比が7:3を超えると、粒状物質3同士の間に形成される微小なすき間が大きくなり過ぎて防液性が低下するので好ましくない。また、混合比で7:3を超えて結合部材4を少なくすると、粒状物質3同士または粒状物質3とセラミック多孔質体1との接合強度が低下するため好ましくない。
【0050】
なお、撥水及び撥油性を維持して、液体の通過を抑制する効果を長く持続させるために、撥水及び撥油層2はセラミック多孔質体1の表面に均一に設けるのが好ましく、その厚みは、十分な機械的な強度を有し、通気性を確保するために、0.5〜10.0mmであることが好ましい。
【0051】
以上のように、本発明の通気フィルタ5は、気体は通過するが、液体は通過しないという特徴を有し、防液性を保持しながら容器の通気性を確保し、容器内部の圧力を一定に維持することが可能な容器として好適に使用することができるので、液体と接する部位に用いられ、通気性が必要となるものであれば、あらゆる分野に応用することが可能である。
【0052】
次に、本発明の通気フィルタ5の製造方法について説明する。
【0053】
まず、平均粒径が2〜30μmのセラミック粉末に所望の有機バインダを加え、プレス成形、押出し成形、射出成形、鋳込み成形、テープ成形等の公知の成形手段により所望の形状に成形した後、1200℃〜1600℃で焼成することによりセラミック多孔質体1を作製する。
【0054】
次に、粒子径が0.3〜5.0μmの粒状物質3と、これらを互いに結合するための結合部材4とを混合して溶液を作製し、この溶液をセラミック多孔質体1上に塗布することによって、撥水及び撥油性層2を形成する。
【0055】
なお、このとき、上述の溶液をセラミック多孔質体1に塗布する方法としては、一般的な塗布方法である、スプレー法や刷毛による塗工法、ディッピング法、転写法などを用いればよいが、スプレー法やディッピング法が簡易でよい。
【0056】
その後、50〜80℃で乾燥すれば本発明の通気フィルタ5を得ることができる。
【0057】
次に、本発明の通気フィルタを用いた容器について、図2〜4を用いて説明する。
【0058】
本発明の容器は、容器内部に気体及び/又は液体を充填するための容器であって、上述した通気フィルタを具備するものであり、防液性と通気性とを兼ね備えるため、液体を通過させずに容器内の気圧と外部の気圧とを略同一に保つことができる。
【0059】
例えば、図2(a)に示すように、容器11の内部に液体14と気体15とを充填し、容器11の壁面の一部は通気フィルタ12で構成するとともに、通気フィルタ12以外の壁面は液体14及び気体15を通過させない壁によって構成されている。
【0060】
また、図2(b)は図2(a)の容器11に、液体14の排出口16を設けたものである。
【0061】
さらに、図3のように、容器21の一部に通気口23が設けられ、容器21の内部に設けられた容器隔壁29に通気フィルタ22を設けることもできる。容器21の内部には液体24と気体25とが充填されており、液体24は排出口26から排出され、気体が通気フィルタ22を介して容器21内部に通過して気体25と一緒になり、圧力調整が行われる。また、所望により液体を供給するための液体供給口27を設けても良い。この液体供給口27から液体24が供給され、液体24の量が増加して容器21内の圧力が高まった場合、気体25が通気フィルタ22を介して外部に放出され、圧力を一定に保つことができる。
【0062】
このような容器は、ガソリンタンク、オイルタンク、有機溶剤タンク、薬剤タンク、洗剤タンク、哺乳瓶、点滴ビンなどの容器として好適に用いることができる。例えば、これらの容器の供給口(キャップ)に本発明の通気フィルタを具備することにより、内部に充填された液体の漏出なく、各種容器内の気圧と外部の気圧とを略同一に保つことができる。
【0063】
また、図4(a)に示すように、容器31の壁面の一部が通気フィルタ32で構成されている。容器31の内部には、電子機器、精密機械等の液体に濡れるのを嫌うものが搭載することができる。なお、図4(b)では容器31に通気フィルタ32が2個具備されているが、使用数に限定は無く、1個でも、あるいは3個以上でも所望の数を用いればよいことは言うまでもない。
【0064】
また、本発明によれば、図4(b)に示すように液体容器33に充填された液体34の中に浸漬し、通気フィルタ32の一部と液体34とが接触しているが、液体34は容器31の内部に侵入することが無く、且つ通気フィルタ32を介して気体35が容器31の中から外へ、或いは外から中へと通過でき、容器31内の気圧とを略同一に保つことが可能である。
【0065】
このような容器は、例えば、内部に電子機器又は精密機器を具備し、防液性と通気性を有する容器として、また、樹脂製の柔軟な容器等の外側からの加圧によって容器の変形を防止したり、或いは加熱処理によっても内圧の上昇を防ぐ容器等として好適に用いることができる。
【0066】
【実施例】
(実施例1)
平均粒径が2〜30μmのαアルミナ粉末に、有機バインダーを添加し、混合したセラミック材料を用いて押し出し成形した後、乾燥して切断し、平板状の成形体を得た。成形体は縦30mm、横30mmにカットした後、大気中、1200℃〜1600℃で焼成し、厚さ1mmで平均細孔径が表1に示すようなセラミック多孔質体1を各々複数個づつ作製した。
【0067】
但し、セラミック多孔質体1の平均細孔径は、水銀圧入法を測定原理とする、micromeritics社製(ポアサイザー9310型)を用いて測定した。
【0068】
次にフッ素樹脂の20重量%と有機溶剤80重量%を混合した結合部材4に、表1に示す平均粒子径の粒状物質3を5:5で混合して、分散させた溶液と粒状物質3を混合しない溶液とを作製した。この場合の平均粒子径は、日機装株式会社製のマイクロトラック9320−X100を用いて測定した値である。
【0069】
そして、作製した各溶液の中にセラミック多孔質体1を漬け、1分間保持し、引き上げ後、室温で1時間乾燥させた後、80℃の温度で1時間熱風乾燥させて、セラミック多孔質体1の表面に撥水及び撥油層2を形成した通気フィルタ5を作製した。
【0070】
通気フィルタ5の耐薬品性を調べるために、室温で、1%濃度の硫酸、1%濃度の水酸化ナトリウム、さらには、有機溶剤としてアセトンを用いた液に通気フィルタ5を1時間浸漬、洗浄、乾燥させ、重量変化が5%以下のものを良好として○、5%を超えるものを不良として×とした。
【0071】
また通気フィルタ5を200℃で加熱して、重量変化が5%以下のものを良好として○、5%を超えるものを不良として×として耐熱性を評価した。
【0072】
得られた通気フィルタ5を、Porous Materiaks社製の細孔測定装置(Perm Porometer)を用いて、100kPaの圧力でAirを透過させ、透過量を測定し、15L/min/cm2を越えるものを◎、3〜15L/min/cm2のものを○、3L/min/cm2未満のものを×で示し、通気性を評価した。
【0073】
また、通気フィルタを500kPaの圧力でAirを透過させ、破損なしのものを○、破損したものを×とした耐圧試験を行った。
【0074】
得られた通気フィルタ5を供給口(キャップ)に取り付けた図2(a)の容器を作製し、表1に示す液体を100ml供給し、漏出テストとして、通気フィルタを下にして液体の漏出を観察した。液体の漏出のないものを〇、漏出しているものを×として防液性を評価した。また、漏出がないものに関しては、耐久性を調べる為に更に30日後の液体の漏出を肉視または双眼顕微鏡(10倍〜40倍)で観察し、液体の漏出のないものを○とし、漏出したものを×とした。
【0075】
さらに、図2(b)の容器を作製し、容器の内部に表1の液体を100ml供給し、排出口から内部の液体を滴下し、液体の滴下量を評価した。そして、液体が90容量%以上排出された場合には○、90容量%未満は×として、通気フィルタ5を容器に用いたときの滴下テストによる可否を評価した。
【0076】
また通気フィルタ5を200℃、1時間加熱したものを用いて、前述した漏出テストを行い、防液性の評価を行った。そして、液体の漏出のないものを○とし、漏出したものを×として耐熱性を評価した。
【0077】
また、前述した評価の内、一つでも×のあるものは×、全て○のものは○、全てが○であり、◎が含まれるものを◎として総合評価した。
【0078】
【表1】
【0079】
この結果、本発明の試料No.9〜11、15〜17、21〜23、27〜29、33〜35は、液体の漏出がなく、30日後の漏出もなかった。また、通気性も高く、滴下テストで液体が、90容量%以上排出され、優れた特性を示した。
【0080】
すなわち、本発明の通気フィルタ5は、セラミック多孔質体1の平均細孔径が1.0〜5.0μm、且つ粒状物質3の粒子径が0.3〜5μmであることにより、優れた特性を示すことが判り、さらに、これらの通気フィルタを容器に用いると、特性の優れた容器が提供できることがわかる。
【0081】
(実施例2)
次に、セラミック多孔質体1のアルミナの代わりに、平均粒径10μmのコージェライト、シリカを用いて、それぞれ平均細孔径が3μmのセラミック多孔質体1を焼成温度1100℃〜1400℃で作製し、表2に示す粒状物質3を用いて、実施例1と同様の評価を行った。
【0082】
なお、アルミナを粒状物質3として用いる場合には、フッ素樹脂やシリコン樹脂に比べて撥水及び撥油性が小さいことから、実施例1の粒状物質3とフッ素樹脂の場合で示した結合部材4の溶液との比率を4:6以下、つまり粒状物質3の比率を少なくして、結合部材4が十分アルミナの粒状物質3を覆えるようにして通気フィルタ5を作製して評価のテストを行った。
【0083】
【表2】
【0084】
この結果、本発明の試料No.45〜47、51.0〜5.03、57〜59、63〜65、69〜71、75〜77は、液体の漏出がなく、30日後の漏出もなかった。また、通気性も高く、滴下テストで液体が、90容量%以上排出され、優れた特性を示した。
【0085】
すなわち、本発明の通気フィルタ5は、セラミック多孔質体1にアルミナの
代わりにコージェライトやジルコニア等の他のセラミックを用いても同様の効果が得られ、また、粒状物質3のフッ素樹脂の代わりに、シリコン樹脂やアルミナなどを用いても効果が得られることが判り、さらに、これらの通気フィルタを容器に用いると、特性の優れた容器が提供できることがわかる。
【0086】
【発明の効果】
本発明の通気フィルタは、通気性を向上するためにセラミック多孔質体の平均細孔径をある程度大きくしたとしても、撥水及び撥油層の粒状物質同士が接触することで撥水及び撥油層の材料で目づまりを起こすことなく微小間隙を形成して通気性を確保でき、しかも、この微小間隙がセラミック多孔質体に液体を通過させるのを防ぐので、耐薬品性、耐熱性、耐圧性及び防液性を有し、気体を双方向に通過させる通気性を有することができる通気フィルタを提供することができる。
【0087】
そして、このような通気フィルタを用いた容器は、油、界面活性剤、有機溶剤、酸性又はアルカリ性溶液などの液体の存在下でも、あるいは高温においても液体を通過させることなく、気体が双方向に通過できることを可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の通気フィルタの部分断面図を示す。
【図2】 本発明の容器を示すもので、(a)、(b)は概略断面図を示す。
【図3】 本発明の他の容器の概略断面図を示す。
【図4】 本発明のさらに他の容器示すもので、(a)は概略断面図、(b)は液体中に容器を入れた状態の概略断面図を示す。
【符号の説明】
1・・・セラミック多孔質体
2・・・撥水及び撥油層
3・・・粒状物質
4・・・結合部材
5、12、22、32・・・通気フィルタ
11、21、31・・・容器
14、24、34・・・液体
15、25、35・・・気体
16、26・・・排出口
23・・・通気口
27・・・液体供給口
29・・・容器隔壁
33・・・容器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ventilation filter that has air permeability but prevents liquid from passing therethrough, and a container that can maintain substantially the same internal pressure and external pressure using the same.
[0002]
[Prior art]
For example, ventilation filters are used for the purpose of liquid and dust prevention at the vents of various sealed containers in order to reduce fluctuations in the internal pressure due to temperature changes in electronic and precision equipment for cameras and zooming and focusing. It is done.
[0003]
In addition, in a container such as a baby bottle, air is introduced into the interior that has been sucked and decompressed. For In addition, for medical fluid storage containers such as infusion sets for injecting drugs and the like into the living body, or for infusion devices such as preservatives using a pressure drop, the pressure inside the container should be set to the external pressure. Equalize For Vents are required, and these vents Water and oil repellent Sexual communication Care Ill T in use.
[0004]
These ventilation filters have a function of allowing gas to pass through, although liquid or water droplets outside or inside do not pass. As a material that passes through such a gas, a porous film such as polytetrafluoroethylene (PTFE), a nonwoven fabric, a mesh, or the like is used.
[0005]
On the other hand, when used in an industrial field among vent filters, there is a vent filter having a so-called deaeration function that separates and removes or recovers various gases and volatile substances dissolved in a liquid or liquid substance. It has been used over a wide range of fields, and a product with good deaeration efficiency has been demanded.
[0006]
For example, ultrapure water used for semiconductor cleaning is strictly regulated in terms of dissolved oxygen concentration to suppress the generation of viable bacteria and prevent oxidation of silicon wafers. There has also been a strict requirement for degassing from any liquid used in processing.
[0007]
In familiar places, water for the purpose of preventing red water in tap water that supplies tap water, or in middle water that is reused for industrial purposes or for other purposes such as washing and watering buildings, or for the prevention of microbial growth in stored water It is used in the field of deoxygenation treatment, and in the field of deoxygenation for the purpose of preventing deterioration of liquid foods such as liquor, beer, juice or cooking oil.
[0008]
For deoxygenation in such fields, chemical degassing or physical degassing is employed, but chemical degassing is performed using a deoxygenating agent such as hydrazine or sodium sulfite. For this reason, there is a problem of toxicity, the use is limited, and there is a problem that regeneration treatment is necessary when using an ion exchange resin or the like.
[0009]
Therefore, the membrane type deaeration method in which the gas-liquid interface is enlarged through the membrane having the gas separation function, which is the physical deaeration method industrially, and the gas is separated to the decompression side, the apparatus is small and the processing step Was considered promising because of its simplicity.
[0010]
Under such circumstances, Patent Document 1 discloses a method of deaeration using a porous hollow fiber membrane made of a poly-4-methylpentene-1 polymer material, and
[0011]
For this purpose, a degassing ceramic composite member comprising a ceramic porous support as shown in Patent Document 3 and a ceramic layer in which a pore diameter of 1 nm or less occupies 80% or more of the total pore volume is disclosed. Yes.
[0012]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2-107317
[0013]
[Patent Document 2]
JP-A-6-335623
[0014]
[Patent Document 3]
JP-A-11-216303
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, for example, in a ventilation filter that has a function of liquid-proofing electrical components mounted on automobiles, it is exposed to a harsh environment where there are many oil vapors of various automobile oils such as engine oil in the engine room, In addition, if a precision part or electronic part is incorporated inside a camera used in a general living environment and equipped with a ventilation filter to maintain air permeability, liquids and fats and oils containing surfactants such as kitchen detergent Or they often come in contact with body fat, and these oils and surfactants are not passed through. Care Ill To In contact Water and oil repellent There is a problem that the air permeability and air permeability are lost.
[0016]
Furthermore, when a ventilation filter is used for a container for injecting medicine or the like, if the medicine injected into the container is acidic or alkaline, or an organic solvent such as alcohol or acetone, these liquids may cause corrosion or corrosion. There was a problem of dissolution.
[0017]
In addition, when used in an infusion set used for the human body, it is necessary to boil the ventilation filter at high temperature as a sterilization process. In such a case, pores inside the ventilation filter are blocked at high temperature, resulting in a decrease in air permeability. In the end, however, there was a problem that the air permeability was lost.
[0018]
Furthermore, when ventilating with pressure, there is a problem that the pores of the ventilation filter are greatly deformed and liquid leakage occurs.
[0019]
And in order to solve such a problem, although it is good to form the ceramic layer which occupies 80% or more of the pore diameter of 1 nm or less to the pore diameter of 1 nm or less to a ceramic porous body as shown in patent document 3. Even if such a method is used, the chemical resistance, heat resistance, pressure resistance, and liquid resistance excellent in the ventilation filter can be realized, but the problem that the air permeability is greatly reduced remains.
[0020]
【the purpose】
Therefore, an object of the present invention is to provide a ventilation filter having chemical resistance, heat resistance, pressure resistance, liquidproofness, and air permeability at the same time, and a container having the ventilation filter.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
The present invention passes gas in both directions without allowing liquid to pass. Let A porous ceramic body having an average pore diameter of 1.0 to 5.0 μm, and a granular material having an average particle diameter of 0.3 to 5 μm formed on at least one surface of the ceramic porous body. contains Water and oil repellent A vent filter including a layer.
[0022]
And Water and oil repellent The granular material of the layer Water and oil repellent And having a binding member for binding the particulate material and the ceramic porous body to each other.
[0023]
Further, the particulate material is a fluororesin and / or a silicon resin.
[0024]
Furthermore, in the container for filling the liquid inside, a part of the container wall is provided with the above-described ventilation filter.
[0025]
[Action]
According to the ventilation filter of the present invention, in order to improve the air permeability, the ceramic is used. Many Even if the average pore diameter of the porous body is increased to some extent, Water and oil repellent The granular materials in the layers come into contact Water and oil repellency The material of the layer can form a micro gap without clogging and ensure air permeability, and also prevents the micro gap from allowing liquid to pass through the ceramic porous body, so chemical resistance, heat resistance, pressure resistance and Liquid-proof and allows gas to pass in both directions Let It can have breathability.
[0026]
And Water and oil repellency The granular material of the layer Water and oil repellency And having a binding member for binding the particulate material and the ceramic porous body to each other, The Even without covering with a coupling member Water and oil repellency The liquid resistance can be improved and the liquid-proof property can be further improved.
[0027]
Furthermore, by using a fluororesin and / or a silicon resin as the particulate material, the oil repellency and water repellency can be further improved and the liquidproof effect can be enhanced.
[0028]
Further, by using the ventilation filter in a container for filling a liquid therein, there is no leakage of liquid through the ventilation filter, and the atmospheric pressure in the container and the external atmospheric pressure are kept substantially the same. Therefore, it is possible to realize a container having chemical resistance, heat resistance, pressure resistance, and capable of adjusting atmospheric pressure while maintaining liquid-proof property.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the ventilation filter of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0030]
FIG. 1 is a partial sectional view showing the structure of a ventilation filter of the present invention.
[0031]
The
[0032]
this Water and oil repellent When the liquid contacts the
[0033]
Also, Water and oil repellency The
[0034]
here, Water and oil repellent If the
[0035]
Therefore, the average pore diameter of the ceramic porous body 1 is set to 1.0 to 5.0 μm, Water and oil repellent The average particle diameter of the particulate material 3 in the
[0036]
That is, according to the present invention, ceramic is used for the porous body constituting the
[0037]
When the average pore diameter of the ceramic porous body 1 is larger than 5.0 μm, Water and oil repellent Granular material 3 and bonding member 4 penetrate deep into the pores of ceramic porous body 1 Water and oil repellent This is not preferable because the
[0038]
Therefore, a more preferable range of the average pore diameter is preferably 2.0 to 4.0 μm in order to simultaneously exhibit two functions of air permeability and liquid-proof property. The average pore diameter of the ceramic porous body 1 is a value measured using a mercury intrusion method.
[0039]
Here, the ceramic porous body 1 is preferably composed of a material having oil resistance, chemical resistance, heat resistance, and pressure resistance, and is selected from the group of alumina, zirconia, silica, cordierite, and titania, for example. It is preferable that at least one kind is composed of ceramics containing 50% or more, 70% or more, and further 90% or more, and alumina, silica, and cordierite are particularly preferable in terms of low cost.
[0040]
Among these, alumina is more preferable in terms of high chemical resistance against oils, solvents, acids, alkalis, and the like, and α-alumina is preferable in terms of stability of the crystal structure against high-temperature steam.
[0041]
In addition, the average particle size of the granular material 3 is set to 0.3 to 5.0 μm because when the average particle size is smaller than 0.3 μm, the minute gap formed by the contact between the granular materials 3 Almost disappears and air permeability decreases. When the average particle diameter is larger than 5.0 μm, the minute gap formed by the contact between the granular materials 3 becomes too large, and the liquid-proof property is deteriorated.
[0042]
Therefore, in order to simultaneously exhibit the two functions of air permeability and liquid-proof property, a more preferable range of the average particle diameter is 0.5 to 2.0 μm. The average particle diameter is a value measured by a centrifugal sedimentation light transmission method.
[0043]
However, ceramic Many Even if the average pore diameter of the porous material 1 is increased and the average particle diameter of the granular material 3 is smaller than this, the minute gap between the granular materials 3 is only further reduced within the above range. Can be used.
[0044]
The material of the particulate material 3 may be appropriately selected from glass, ceramics, metal, resin, etc., and the shape thereof is not limited as long as it is granular, such as a substantially square, a substantially polygon, a substantially cylinder, a substantially spherical shape, an indefinite shape, A substantially spherical shape is preferable in terms of eliminating variation in average pore diameter.
[0045]
Furthermore, the granular material 3 Water and oil repellent Regardless of gender, Water and oil repellent If you do not have sex Water and oil repellent The particulate material 3 is covered with a bonding member 4 having a property, and the bonding member 4 makes the uniform Water and oil repellent It is necessary to produce an effect. On the other hand, the granular material 3 is Water and oil repellent Those having properties are preferred. The reason is, Water and oil repellent By using the granular material 3 having properties, Water and oil repellent Of
[0046]
And like this Water and oil repellent As the granular material 3 having the property, it is preferable to use a fluororesin and / or a silicon resin.
[0047]
Moreover, as the coupling member 4, Water and oil repellent Fluorine resin, silicon resin, acrylic resin, epoxy resin, urethane resin and the like may be used as a binder, and a mixture of at least one of these and an organic solvent is used.
[0048]
Examples of the organic solvent for the coupling member 4 include ethyl alcohol, n − Any of alcohols such as heptane and toluene, aromatics and aliphatics are used. And as mixing ratio of the binder of the coupling member 4 and an organic solvent, 1: 9-4: 6 are preferable. mixing ratio so 1: 9 Super If the binder is reduced, the bonding strength between the particulate materials 3 or between the particulate material 3 and the ceramic porous body 1 is not preferable. Also, the mixing ratio so 4: 6 Super If the binder is increased, the bonding member 4 becomes highly viscous, so that it becomes difficult to apply to the porous ceramic body 1 and the uniform Water and oil repellent Since
[0049]
And as mixing ratio of the granular material 3 and the coupling member 4, 4: 6-7: 3 is preferable. mixing ratio so 4: 7 Super If the amount of particulate matter is reduced, the ceramic porous body 1 is water repellent. And oil repellent When the
[0050]
In addition, Water and oil repellent In order to maintain the effect and keep the effect of suppressing the passage of liquid for a long time, Water and oil repellent The
[0051]
As described above, the
[0052]
Next, the manufacturing method of the
[0053]
First, a desired organic binder is added to ceramic powder having an average particle diameter of 2 to 30 μm, and after forming into a desired shape by a known molding means such as press molding, extrusion molding, injection molding, casting molding, tape molding, etc., 1200 The ceramic porous body 1 is produced by firing at a temperature of 1C to 1600C.
[0054]
Next, the particulate material 3 having a particle diameter of 0.3 to 5.0 μm and these are bonded to each other. for By mixing the binding member 4 to prepare a solution, and applying this solution on the ceramic porous body 1, Water and oil repellent The
[0055]
At this time, as a method for applying the above-described solution to the ceramic porous body 1, a general application method such as a spray method, a brush coating method, a dipping method, or a transfer method may be used. Method and dipping method may be simple.
[0056]
Then, if it dries at 50-80 degreeC, the
[0057]
Next, the container using the ventilation filter of this invention is demonstrated using FIGS.
[0058]
The container of the present invention is a container for filling a gas and / or a liquid inside the container, and includes the above-described ventilation filter. Therefore, the atmospheric pressure inside the container and the external atmospheric pressure can be kept substantially the same.
[0059]
For example, as shown in FIG. 2A, a liquid 14 and a
[0060]
FIG. 2B shows the
[0061]
Further, as shown in FIG. 3, a
[0062]
Such containers can be suitably used as containers for gasoline tanks, oil tanks, organic solvent tanks, drug tanks, detergent tanks, baby bottles, infusion bottles, and the like. For example, by providing the air supply filter of the present invention at the supply port (cap) of these containers, it is possible to keep the atmospheric pressure in various containers and the external atmospheric pressure substantially the same without leakage of the liquid filled inside. it can.
[0063]
Further, as shown in FIG. 4A, a part of the wall surface of the
[0064]
In addition, according to the present invention, as shown in FIG. 4B, the
[0065]
Such a container has, for example, an electronic device or precision device inside, and has a liquidproof and breathable container, and the container is deformed by pressurization from the outside of a flexible resin container or the like. It can be suitably used as a container or the like that prevents the increase in internal pressure even by heat treatment.
[0066]
【Example】
Example 1
An organic binder was added to α-alumina powder having an average particle diameter of 2 to 30 μm, and extrusion molding was performed using the mixed ceramic material, followed by drying and cutting to obtain a flat molded body. The formed body was cut into 30 mm length and 30 mm width, and then fired in the atmosphere at 1200 ° C to 1600 ° C to produce a plurality of ceramic porous bodies 1 each having a thickness of 1 mm and an average pore diameter as shown in Table 1. did.
[0067]
However, the average pore diameter of the ceramic porous body 1 was measured using a micromeritics (pore sizer 9310 type) having a mercury intrusion method as a measurement principle.
[0068]
Next, a granular material 3 having an average particle size shown in Table 1 is mixed at a ratio of 5: 5 with a bonding member 4 in which 20% by weight of a fluororesin and 80% by weight of an organic solvent are mixed. And a solution not mixed. The average particle diameter in this case is a value measured using Microtrack 9320-X100 manufactured by Nikkiso Co., Ltd.
[0069]
Then, the ceramic porous body 1 is dipped in each of the prepared solutions, held for 1 minute, pulled up, dried at room temperature for 1 hour, and then dried in hot air at 80 ° C. for 1 hour. On the surface of 1 Water and oil repellent
[0070]
In order to investigate the chemical resistance of the
[0071]
Further, the
[0072]
The obtained
[0073]
In addition, a pressure resistance test was conducted in which air was passed through the air-permeable filter at a pressure of 500 kPa.
[0074]
A container shown in FIG. 2 (a) in which the obtained
[0075]
Further, the container shown in FIG. 2B was prepared, and 100 ml of the liquid shown in Table 1 was supplied to the inside of the container, and the liquid inside was dropped from the outlet, and the amount of liquid dropped was evaluated. And when 90 volume% or more of liquid was discharged | emitted, (circle) and less than 90 volume% were set as x, and the propriety by the dripping test when using the
[0076]
Moreover, the leak test mentioned above was performed using the thing which heated the
[0077]
In addition, among the evaluations described above, an overall evaluation was made by assuming that one with x, x, all ○ were ○, all were ○, and those containing ◎ were ◎.
[0078]
[Table 1]
[0079]
As a result, sample no. 9-11, 15-17, 21-23, 27-29, 33-35 had no leakage of liquid, and no leakage after 30 days. Moreover, the air permeability was high, and 90% by volume or more of liquid was discharged in the dropping test, and excellent characteristics were exhibited.
[0080]
That is, the
[0081]
(Example 2)
Next, instead of the alumina of the ceramic porous body 1, the ceramic porous body 1 having an average pore diameter of 3 μm is prepared at a firing temperature of 1100 to 1400 ° C. using cordierite and silica having an average particle diameter of 10 μm. The same evaluation as in Example 1 was performed using the granular material 3 shown in Table 2.
[0082]
Note that when alumina is used as the particulate material 3, it is compared with fluorine resin or silicon resin. Water and oil repellent Since the property is small, the ratio of the granular material 3 of Example 1 to the solution of the bonding member 4 shown in the case of the fluororesin is 4: 6 or less, that is, the ratio of the granular material 3 is reduced, A
[0083]
[Table 2]
[0084]
As a result, sample no. 45 to 47, 51.0 to 5.03, 57 to 59, 63 to 65, 69 to 71, and 75 to 77 did not leak liquid and did not leak after 30 days. Moreover, the air permeability was high, and 90% by volume or more of liquid was discharged in the dropping test, and excellent characteristics were exhibited.
[0085]
That is, the
It can be seen that the same effect can be obtained by using other ceramics such as cordierite and zirconia instead, and the effect can be obtained by using silicon resin or alumina instead of the fluororesin of the particulate material 3. Furthermore, it can be seen that when these ventilation filters are used in containers, containers having excellent characteristics can be provided.
[0086]
【The invention's effect】
The ventilation filter of the present invention is made of ceramic to improve air permeability. Many Even if the average pore diameter of the porous body is increased to some extent, Water and oil repellent The granular materials in the layers come into contact Water and oil repellent By forming a minute gap without clogging with the material of the layer, air permeability can be secured, and this minute gap prevents the liquid from passing through the ceramic porous body. , It has chemical resistance, heat resistance, pressure resistance and liquid resistance, and allows gas to pass in both directions. Let It is possible to provide a ventilation filter that can have air permeability.
[0087]
A container using such a ventilation filter allows gas to flow in both directions in the presence of a liquid such as oil, surfactant, organic solvent, acidic or alkaline solution, or even at a high temperature without allowing the liquid to pass through. It is possible to pass through.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a partial cross-sectional view of a ventilation filter of the present invention.
FIGS. 2A and 2B show a container of the present invention, and FIGS. 2A and 2B are schematic cross-sectional views.
FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of another container of the present invention.
4A and 4B show still another container of the present invention, in which FIG. 4A is a schematic cross-sectional view, and FIG. 4B is a schematic cross-sectional view of a state in which the container is placed in a liquid.
[Explanation of symbols]
1 ... Ceramic porous body
2 ... Water and oil repellent layer
3 ... Particulate matter
4 ... Connecting member
5, 12, 22, 32 ... ventilation filter
11, 21, 31 ... container
14, 24, 34 ... liquid
15, 25, 35 ... gas
16, 26 ... discharge port
23 ... Vent
27 ... Liquid supply port
29 ... Container partition
33 ... Container
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