JP4826023B2

JP4826023B2 - Filter medium, filter pack and air filter unit using the same, and method for producing filter medium

Info

Publication number: JP4826023B2
Application number: JP2001107765A
Authority: JP
Inventors: 修田中; 邦彦乾; 吉之渋谷; 秀之清谷
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2001-04-05
Filing date: 2001-04-05
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2021-04-05
Also published as: JP2002301343A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリテトラフルオロエチレンからなる多孔膜を用いたフィルタ濾材、それを用いたフィルタパック及びエアフィルタユニット並びにフィルタ濾材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の集積度や液晶の性能が高くなるにつれ、クリーンルームの清浄度は、近年益々高いレベルが要求され、粒子捕集効率のより高いエアフィルタユニットが求められている。
【０００３】
これまで、そのようなエアフィルタユニットに用いられる高性能エアフィルタ、特に、ＨＥＰＡ（High Efficiency Particulate Air）フィルタ、ＵＬＰＡ（Ultra low Penetration Air）フィルタ等は、ガラス繊維を湿式抄紙したフィルタ濾材を折って作られていた。
【０００４】
しかし、空調装置に係る送風動力費を更に低減するべく、エアフィルタユニットの圧力損失の低減、また、より高い清浄空間を実現するための捕集効率の向上が望まれているが、ガラス繊維からなるエアフィルタユニットでは、より高性能（同一圧力損失であれば捕集効率がより高く、同一捕集効率であれば圧力損失がより低い性能）を実現することは非常に困難になっている。
【０００５】
そこで、より高性能のエアフィルタユニットを製造するために、ガラス繊維濾材よりも高性能であるポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥ）からなる多孔膜を用いたエアフィルタユニットが既に提案されており、ＰＴＦＥ多孔膜を用いることにより、ガラス繊維濾材を用いたＵＬＰＡフィルタに比べて同一捕集効率で２／３の圧力損失になることが報告されている（特開平５−２０２２１７号公報、ＷＯ９４／１６８０２号公報、ＷＯ９８／２６８６０号公報）。
【０００６】
また、ＰＴＦＥ多孔膜を用いたエアフィルタユニットは、その製造方法や加工方法により性能を更に向上させることができるが、このようなエアフィルタユニットに用いるためのより高性能なＰＴＦＥ多孔膜が既に提案されている。単体（フィルタ濾材とするための通気性支持材がラミネートされていないもの）での性能が高いＰＴＦＥ多孔膜は、特表平９−５０４７３７号公報、特開平１０−３００３１号公報、特開平１０−２８７７５９号公報及びＷＯ９８／２６８６０号公報において提案されており、これらの公報には、フィルタ濾材の性能の指標であるＰＦ（Performance Factor）値が高いＰＴＦＥ多孔膜が開示されている。また、特開平１０−２８７７５９号公報には最高ＰＦ値が３２のＰＴＦＥ多孔膜が示されている。
【０００７】
ＰＴＦＥ多孔膜のＰＦ値を高めるには、これまでＰＴＦＥ多孔膜の繊維径を小さくすればよいと考えられてきたが、最近の研究によれば、単に繊維径を小さくしてもＰＦ値の向上には限界があることがわかっている（15th ICCCS International Symposium予稿集 p454〜p463 O．Tanaka他）。この原因は、ＰＴＦＥ多孔膜の繊維径を小さくすると、確かに単一繊維捕集効率ηは１を超え大きくなるが、近傍の繊維と干渉して実際の単一繊維捕集効率ηは計算上のηに比べ小さくなってしまうためである。
【０００８】
ここで、この文献（15th ICCCS International Symposium予稿集）を参照しながら、この原因について説明する。
【０００９】
図７に、従来の濾材の繊維６１とこの繊維６１に捕集される粒子６３との関係を示すとともに、図８に、ＰＴＦＥ多孔膜を構成する繊維７１とこの繊維７１に捕集される粒子７３との関係を示す。図中、濾材を構成する繊維６１，７１の繊維径をｄ_fとし、この繊維から所定距離だけ離れた位置における、この繊維により捕集され得る粒子が分布する幅をｄ_eとする。この場合、濾材の単一繊維捕集効率ηは、
［数２］
η＝ｄ_e／ｄ_f
で表される。
【００１０】
図７に示すように、従来の濾材では、繊維径ｄ_fが比較的大きく、単一繊維捕集効率ηは１よりも小さくなるが、ＰＴＦＥ多孔膜は、繊維径ｄ_fが非常に小さいため、単一繊維捕集効率ηは１よりも大きくなる。
【００１１】
このため、図８に示すように、１本の繊維の捕集可能領域Ｓが近傍の他の繊維の捕集可能領域Ｓ'と一部が重複し（図中、Ｐで示す領域）、１本の繊維当たりの捕集効率、即ち単一繊維捕集効率ηが減少してしまう。
【００１２】
この結果、上述のように、ＰＴＦＥ多孔膜全体としての実際の単一繊維捕集効率は、理論上の単一繊維捕集効率（繊維同士の干渉により生じる捕集効率の低下を考慮しない単一繊維捕集効率）よりも小さい値となる。
【００１３】
このような理由から、濾材の繊維径を小さくしても実際の単一繊維捕集効率が期待以上に大きくならないために、ＰＦ値を高めることは困難な状況にあり、これまでＰＴＦＥ多孔膜のＰＦ値は３２が知られてはいたが、これを超えるようなＰＴＦＥ多孔膜は知られていなかった。
【００１４】
また、ＰＴＦＥ多孔膜をフィルタ濾材として使用するためには通気性支持材をラミネートすることが実質的に必要となっている。これは、取り扱い性の点からＰＴＦＥ多孔膜単体の強度を向上させるとともに、濾材を所望の形状に加工するときに受ける損傷を防ぐ必要があるからである。しかし、ＰＴＦＥ多孔膜に通気性支持材をラミネートすると、ＰＴＦＥ多孔膜が厚み方向に圧縮され、ＰＴＦＥ多孔膜の繊維間距離が縮まる結果、実際のη値がさらに小さくなり、通気性支持材をラミネートしたＰＴＦＥ多孔膜のＰＦ値は、ＰＴＦＥ多孔膜単体のＰＦ値に比べ小さくなってしまう。
【００１５】
実際に、特開平１０−３００３１号公報には、ＰＦ値が２６．６のＰＴＦＥ多孔膜に通気性支持材をラミネートをするとＰＦ値が１９．８になることが記載されている。従来において、ＰＴＦＥ多孔膜に通気性支持材をラミネートした濾材については、ＷＯ９８／２６８６０号公報ではＰＦ値２１．８のものが、15th ICCCS International Symposium予稿集ではＰＦ値２８のものが示されているが、これらを超えるものは知られていなかった。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第１の目的は、通気性支持材がＰＴＦＥ多孔膜の少なくとも片面にラミネートされたフィルタ濾材において、５．３ｃｍ／ｓの流速で空気を透過させたときの圧力損失と、粒子径０．１０μｍ以上０．１２μｍ以下のシリカ粒子を用いて測定した捕集効率とから下記式
［数１］
ＰＦ＝［-log（透過率（％）／１００）／圧力損失（Ｐａ）］×１０００
（ここで、透過率（％）＝１００−捕集効率（％）である）
に従って計算されるＰＦ値が３２を超え、
ポリテトラフルオロエチレンの分子量は６００万以上であり、前記多孔膜は充填率が８％以下であり、前記多孔膜を構成する繊維の平均繊維径は０．１μｍ以下である、圧力損失が小さくかつ捕集効率が高い、高性能のフィルタ濾材を提供することである。
【００１７】
本発明の第２の目的は、通気性支持材をＰＴＦＥ多孔膜にラミネートしたフィルタ濾材をプリーツ加工してなるフィルタパックにおいて、圧力損失が小さくかつ捕集効率が高いフィルタパックを提供することである。
【００１８】
本発明の第３の目的は、通気性支持材をＰＴＦＥ多孔膜にラミネートしたフィルタ濾材をプリーツ加工してなるフィルタパックを枠体内に収納したエアフィルタユニットにおいて、圧力損失が小さくかつ捕集効率が高いエアフィルタユニットを提供することである。
【００１９】
本発明の第４の目的は、上記のようなフィルタ濾材の効率的な製造方法を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明のフィルタ濾材は、ＰＴＦＥからなる多孔膜と、多孔膜の少なくとも片面に熱ラミネートされる通気性支持材とを備えている。そして、好ましくは、多孔膜の実際の単一繊維捕集効率ηは、多孔膜の物性から計算される単一繊維捕集効率ηの８０％以上である。
【００２１】
前述のように、ＰＴＦＥ多孔膜は、単一繊維捕集効率ηが１よりも大きいため、近傍の繊維との干渉により、実際の単一繊維捕集効率が理論上の単一繊維捕集効率より小さくなっている。
【００２２】
しかし、後述するように、本発明者らによる鋭意研究の結果、例えばＰＴＦＥファインパウダーに対し所定の割合以上の液状潤滑剤を混合したものからＰＴＦＥ多孔膜を作製することにより、従来のＰＴＦＥ多孔膜に比べ充填率が小さく繊維間距離の大きいＰＴＦＥ多孔膜が得られ近傍の繊維の干渉が小さくなることが見出された。即ち、このような製造方法により、好ましくは実際の単一繊維捕集効率が計算上の単一繊維捕集効率の８０％以上に抑えられたＰＴＦＥ多孔膜が得られることが明らかとなった。
【００２３】
そこで、ここでは、このようなＰＴＦＥ多孔膜をフィルタ濾材として用いることで、従来のＰＴＦＥ多孔膜に比べ、好ましくは、単一繊維捕集効率の減衰の程度が抑えられた高性能のフィルタ濾材を得ることとしている。
【００２４】
なお、本発明において、多孔膜の物性とは、後述の［数６]でのＰＴＦＥ多孔膜に関する諸値をいう。
【００２５】
請求項１に記載のフィルタ濾材は、ＰＴＦＥからなる多孔膜と、多孔膜の少なくとも片面に熱ラミネートされる通気性支持材とを備えている。そして、このフィルタ濾材は、５．３ｃｍ／ｓの流速で空気を透過させたときの圧力損失と、粒子径０．１０μｍ以上０．１２μｍ以下のシリカ粒子を用いて測定した捕集効率とから下記式
［数１］
ＰＦ＝［-log（透過率（％）／１００）／圧力損失（Ｐａ）］×１０００
（ここで、透過率（％）＝１００−捕集効率（％）である）
に従って計算されるＰＦ値が３２を超え、
ポリテトラフルオロエチレンの分子量は６００万以上であり、前記多孔膜は充填率が８％以下であり、前記多孔膜を構成する繊維の平均繊維径は０．１μｍ以下であるものである。
【００２６】
前述のように、従来のフィルタ濾材として、ＰＦ値が２８のものが知られていたが、これを超えるＰＦ値を有するものは知られていなかった。
【００２７】
しかし、本発明者らの研究により、例えばＰＴＦＥファインパウダーに所定の割合以上の液状潤滑剤を加えてＰＴＦＥ多孔膜を作製することにより、充填率が小さく空孔率の大きいＰＴＦＥ多孔膜が得られることが見出された。
【００２８】
このようなＰＴＦＥ多孔膜は、従来のＰＴＦＥ多孔膜に比べ圧力損失が低減されるとともに、繊維の捕集機能が膜の表層部分のみでなく内側の繊維によっても有効に発揮されるために捕集効率が大幅に向上されている。したがって、このＰＴＦＥ多孔膜は、従来のＰＴＦＥ多孔膜に比べＰＦ値が大幅に向上している。
【００２９】
そこで、ここでは、このようなＰＴＦＥ多孔膜をフィルタ濾材として用いることで、ＰＦ値が飛躍的に向上した高性能のフィルタ濾材を得ることとしている。
【００３０】
請求項１に記載のフィルタ濾材では、ＰＴＦＥの分子量は６００万以上である。
【００３１】
ＰＴＦＥの分子量に関しては、ＰＦ値の向上の観点からは特に制限されないが、分子量が低くなると延伸性が悪くなり、延伸時における多孔膜の破断や、作製したＰＴＦＥ多孔膜に大きくむらが入る等、商業的にフィルタとして使用するのが困難となるため、分子量６００万以上のＰＴＦＥを使用することが好ましい。
【００３２】
また、請求項１に記載のフィルタ濾材では、多孔膜は充填率が８％以下である。
【００３３】
ＰＴＦＥ多孔膜は、前述のように、充填率が大きいと、繊維間距離が小さくなり、近傍の範囲にある繊維同士が干渉し、フィルタ濾材の単一繊維捕集効率は理論上の単一捕集効率より小さくなってしまう。
【００３４】
しかし、本発明者らの研究により、前述のような方法によりＰＴＦＥ多孔膜を作製した場合は、充填率が小さく、この結果、繊維間距離が大きいものが得られることが見出された。
【００３５】
そこで、このフィルタ濾材では、充填率が所定の値より低いもの、ここでは、充填率が８％以下であるものを対象としている。
【００３６】
さらに、請求項１に記載のフィルタ濾材では、多孔膜を構成する繊維の平均繊維径は０．１μｍ以下である。
【００３７】
ＰＴＦＥ多孔膜は、従来のガラス濾材等に比べ繊維径が小さいため、前述のように、ＰＦ値が高くなる一方で、充填率が大きいことによる単一繊維捕集効率の低下等の影響を受けやすい性質を有している。そして、このような性質は、ＰＦ値の高いものほど顕著に現れる。
【００３８】
そこで、ここでは、繊維径が所定の値より小さいＰＴＦＥ多孔膜のものを対象とし、このようなＰＴＦＥ多孔膜を用いたフィルタ濾材においてＰＦ値の高いものを得ることとしている。
【００３９】
請求項２に記載のフィルタ濾材は、請求項１のフィルタ濾材において、通気性支持材は、両側の最も外側に熱ラミネートされている。
【００４０】
通気性支持材は、前述のように、ＰＴＦＥ多孔膜の形態を安定させ取り扱い性を向上させるために用いられるが、ＰＴＦＥ多孔膜を構成する繊維が後述のフィルタパック及びエアフィルタユニットの製造過程でダメージを受けるのを抑える観点からは、ＰＴＦＥ多孔膜がフィルタ濾材の外部に露出した状態のものは好ましくない。
【００４１】
そこで、このフィルタ濾材では、フィルタ濾材の両側の最外層部分に通気性支持材をラミネートし、多孔膜が受けるダメージを抑えることとしている。
【００４２】
このフィルタ濾材によれば、例えば、複数のＰＴＦＥ多孔膜が積層されてなる複層構造のフィルタ濾材においても、最外層部分に通気性支持材がラミネートされているため、ＰＴＦＥ多孔膜が受けるダメージを有効に抑えることができる。
【００４３】
請求項３に記載のフィルタ濾材は、請求項１または２のいずれかのフィルタ濾材において、通気性支持材は熱融着性不織布からなる。
【００４４】
このフィルタ濾材では、通気性支持材は、ＰＴＦＥ多孔膜との熱ラミネート時に、一部がＰＴＦＥ多孔膜に熱融着されるが、このような通気性支持材としては、フィルタ濾材の圧力損失に影響を与えないもの、例えばＰＴＦＥ多孔膜の圧力損失よりかなり低い圧力損失のものであれば、従来のＰＴＦＥ多孔膜を補強する目的で使用される公知のものを使用してもよい。
【００４５】
通気性支持材は、好ましくは、少なくとも表面に熱融着性を有する不織布であり、更に好ましくは、芯鞘構造繊維（例えば、芯がポリエステルで鞘がポリエチレン、芯が高融点ポリエステルで鞘が低融点ポリエステルである繊維）からなる不織布である。
【００４６】
請求項４に記載のフィルタ濾材は、請求項１から３のいずれかのフィルタ濾材において、多孔膜のＰＦ値は３５を超える。
【００４７】
ＰＴＦＥ多孔膜は、前述のように、通気性支持材に熱ラミネートされてフィルタ濾材に加工される際にＰＦ値の低下を伴うが、ここでは、フィルタ濾材のＰＦ値よりも高いＰＦ値を有するＰＴＦＥ多孔膜を用いることにより、ＰＦ値が３２を超えるフィルタ濾材を得ることとしている。
【００４８】
請求項５に記載のフィルタ濾材は、請求項１から４のいずれかのフィルタ濾材において、多孔膜の実際の単一繊維捕集効率η_実際は、多孔膜の物性から計算される単一繊維捕集効率η_計算の８０％以上である。
【００４９】
なお、前記η _実際及びη _計算は下記式７及び６から求められる。
［数７］
η _実際＝-lnP/Δp/(-0.5lnα'-0.52+0.64α'+1.43(1-α')Kn)×4πμu(1-α)/d _f
ここで、P:実測透過率（％）/１００、ΔP:実測圧力損失（Ｐａ）
［数６］
η _計算＝2.7Pe ^-2/3 (1+0.39h ^-1/3 Pe ^1/3 Kn)+0.624Pe ^-1 +1/2h[(1+R) ^-1 -(1+R)+2(1+R)ln(1+R)+2.86(2+R)R(1+R) ^-1 Kn]+1.24h ^-1/2 Pe ^-1/2 R ^2/3
ここで、Pe＝(3πμd _p ud _f )/[(1-α)CcKT]
Cc＝1+2.514l/d _p +0.8l/d _p exp(-0.55d _p /l) l＝0.065(空気分子平均自由工程)
h＝-0.5lnα'-0.52+0.64α'+1.43(1-α')Kn α'＝α/(1+σ)
Kn＝2l/d _f
R＝d _p /d _f
μ＝1.8×10 ^-5 (空気粘度)、K＝1.38×10 ^-23 (ボルツマン定数)、T:絶対温度，d _p :対象粒子径、u:測定風速、α:充填率、σ:繊維径分散
前述のように、従来のＰＴＦＥ多孔膜は、単一繊維捕集効率が１よりも大きく、実際の単一繊維捕集効率が計算上の単一繊維捕集効率より小さくなるが、本発明者らの研究により、単一繊維捕集効率の減衰の程度が抑えられたフィルタ濾材を得られることが見出された。
【００５０】
そこで、ここでは、このようなＰＴＦＥ多孔膜を用いてＰＦ値の高いフィルタ濾材を得ることとしている。
【００５１】
請求項６に記載のフィルタ濾材は、請求項１から５のいずれかのフィルタ濾材において、フィルタ濾材は、濾材透過風速が１．４ｃｍ／秒の場合における粒子径が０．３μｍ以上の粒子の捕集効率が９９．９７％以上でありかつ濾材透過風速が１．４ｃｍ／秒の場合における圧力損失が５０Ｐａ以上５００Ｐａ以下であるエアフィルタユニットに用いられる。
【００５２】
このような性能を有するエアフィルタユニットは、一般に、ＨＥＰＡフィルタとしての規格を有し、高い清浄度が要求される空間での使用に適したエアフィルタユニットとして近年そのニーズが高まっている。そして、上述の高性能のＰＴＦＥ多孔膜を用いたフィルタ濾材は、このようなＨＥＰＡフィルタを得るのに適した性能を有している。
【００５３】
そこで、ここでは、このようなＰＴＦＥ多孔膜を用いて、ＨＥＰＡフィルタとして使用可能なフィルタ濾材を得ることとしている。
【００５４】
請求項７に記載のフィルタ濾材は、請求項１から６のいずれかのフィルタ濾材において、フィルタ濾材は、濾材透過風速が１．４ｃｍ／秒の場合における粒子径が０．１μｍ以上の粒子の捕集効率が９９．９９９９％以上でありかつ濾材透過風速が１．４ｃｍ／秒の場合における圧力損失が５０Ｐａ以上５００Ｐａ以下であるエアフィルタユニットに用いられる。
【００５５】
このような性質を有するエアフィルタユニットは、一般に、ＵＬＰＡフィルタとしての規格を有し、ＨＥＰＡフィルタよりさらに高い清浄度が要求される空間での使用に適している。そして、上述の高性能のＰＴＦＥ多孔膜を用いたフィルタ濾材は、このようなＵＬＰＡフィルタを得るのに適した性能を有している。
【００５６】
そこで、ここでは、このようなＰＴＦＥ多孔膜を用いて、ＵＬＰＡフィルタとして使用可能なフィルタ濾材を得ることとしている。
【００５７】
請求項８に記載のフィルタパックは、所定の形状に加工された請求項１から７のいずれかに記載のフィルタ濾材を含む。
【００５８】
フィルタ濾材は、エアフィルタユニットに用いるために、波型形状等の所定の形状に加工されるが、ここでは、上述の高性能のフィルタ濾材を用いているため、高性能のフィルタパックが得られる。
【００５９】
請求項９に記載のフィルタパックは、フィルタ濾材と、スペーサとを含んでいる。フィルタ濾材は、プリーツ加工された請求項１から７のいずれかに記載のものである。スペーサは、プリーツ加工されたフィルタ濾材の形状を保持するための、ポリアミドホットメルト樹脂からなるものである。
【００６０】
フィルタ濾材は、エアフィルタユニットに用いるために、通常、プリーツ加工されるとともにプリーツ間隔を保持するためのスペーサが設けられるが、上述の高性能のフィルタ濾材を用いているため、ここでも、高性能のフィルタパックが得られる。なお、プリーツ加工とは、後述するように、フィルタ濾材を交互に折り返して波型（または襞状）の形状に形成することをいう。
【００６１】
請求項１０に記載のエアフィルタユニットは、請求項８または９に記載のフィルタパックと、フィルタパックが収納される枠体とを備えている。
【００６２】
フィルタパックは、所定の枠体内に収納されてエアフィルタユニットに加工されるが、上述の高性能のフィルタパックを用いているため、高性能のエアフィルタユニットが得られる。
【００６３】
請求項１１に記載のフィルタ濾材の製造方法は、ＰＴＦＥからなる多孔膜と多孔膜の少なくとも片面に熱ラミネートされた通気性支持材とを備え、５．３ｃｍ／ｓの流速で空気を透過させたときの圧力損失と粒子径０．１０μｍ以上０．１２μｍ以下のシリカ粒子を用いて測定した捕集効率とから下記式
［数１］
ＰＦ＝［-log（透過率（％）／１００）／圧力損失（Ｐａ）］×１０００
（ここで、透過率（％）＝１００−捕集効率（％）である）
に従って計算されるＰＦ値が３２を超え、
ポリテトラフルオロエチレンの分子量は６００万以上であり、前記多孔膜は充填率が８％以下であり、前記多孔膜を構成する繊維の平均繊維径は０．１μｍ以下であるフィルタ濾材の製造方法である。
【００６４】
この製造方法は、第１工程と、第２工程と、第３工程と、第４工程とを備えている。第１工程では、ＰＴＦＥファインパウダーに、ＰＴＦＥファインパウダー１ｋｇ当たり２０℃において３８０ｍｌ以上の液状潤滑剤を混合して混合体を得る。なお、本発明において、液状潤滑剤の量は２０℃での値である。第２工程では、混合体を圧延し次いで液状潤滑剤を除去して未焼成テープを得る。第３工程では、未焼成テープを延伸して多孔膜を得る。第４工程では、多孔膜の少なくとも両側に通気性支持材を熱ラミネートする。
【００６５】
前述のように、本発明者らの最近の研究により、ＰＴＦＥ多孔膜においてＰＦ値の高いものを得るには、単に多孔膜の繊維径を小さくしても、その向上の程度に限界があることが明らかにされた。
【００６６】
そして、本発明者らの鋭意研究の結果、分子量が６００万以上のＰＴＦＥファインパウダーに対し、液状潤滑剤をＰＴＦＥファインパウダー１ｋｇ当たり２０℃において３８０ｍｌ以上加えてペースト押出した後、圧延を行ったＰＴＦＥシートから液状潤滑剤を乾燥して得られるＰＴＦＥ未焼成シートを、さらに長手方向に延伸し、その後幅方向に延伸することを特徴とする方法でＰＴＦＥ多孔膜を得ることにより、従来では得られなかった高いＰＦ値をもつＰＴＦＥ多孔膜を得ることができることが見出された。
【００６７】
ＰＴＦＥ多孔膜の作製には、ＰＴＦＥ多孔膜の非溶融加工性を保持するためにＰＴＦＥファインパウダーに対し液状潤滑剤が混合されるが、この液状潤滑剤の量に関しては、これまでの本発明者らによる検討の結果、液状潤滑剤の混合量を多くしていくと、他の条件が従来と同一の作製条件によりＰＴＦＥ多孔膜を作製した場合、多孔膜の圧力損失が低下していくことが明らかにされた。そして、この原因について更に検討された結果、次のようなことが判明した。即ち、液状潤滑剤の混合量を多くすると、ペースト押出及び圧延時にＰＴＦＥファインパウダーにかかる応力が緩和され、ＰＴＦＥファインパウダーからの繊維発生点が減少する。その結果、未焼成テープを延伸すると、液状潤滑剤の混合量が多いものは、繊維の発生量が少なくなり多孔膜の空孔率が向上する、即ち、多孔膜の充填率が低下する。このために圧力損失が低下することが判明した。同時に、ＰＴＦＥ多孔膜のＰＦ値も向上することが判明した。そして更に、本発明の製造方法によれば、ＰＴＦＥ多孔膜に通気性支持材を熱ラミネートした後においても、ＰＦ値が３２を超えるフィルタ濾材を得ることができることが明らかとなった。
【００６８】
本発明の製造方法により得られるフィルタ濾材のＰＦ値が向上される理由については、次の通りである。単一繊維捕集理論によれば、一般に、充填率が大きくなると、さえぎりメカニズムによる粒子の捕集効率が向上して多孔膜自体のＰＦ値が向上するが、実測した場合は、逆に充填率が小さい方がＰＦ値が高くなる。この理由は、15th ICCCS International Symposium予稿集によると、充填率が大きくなると繊維間距離が小さくなるために、ＰＴＦＥ多孔膜のように繊維径が小さく単一繊維捕集効率ηが１を超えるものでは、近傍繊維の干渉が発生して実際の単一繊維捕集効率が繊維自体が持つ単一繊維捕集効率ηに比べ小さくなってしまうからである。逆に充填率が小さく繊維間距離が大きいと、近傍繊維の干渉領域が少なくなり、繊維自体が持つ単一繊維捕集効率ηがそのまま発揮されるようになるからである。
【００６９】
このように、本発明のＰＴＦＥ多孔膜は、実際の単一繊維捕集効率ηの減衰を抑えて、従来知られていたＰＦ値が３２を超え、さらには、後述するようにＰＦ値が３５を超えるものである。
【００７０】
また、上述のように、ＰＴＦＥ多孔膜に通気性支持材を熱ラミネートする際に、通常行われるような少なくとも１つのロールが加熱された２つのロール間にＰＴＦＥ多孔膜及び通気性支持材を通す方法では、厚み方向の圧縮が加わり、単一繊維捕集効率ηのロスが大きくなり、濾材としてのＰＦ値が低下してしまう。
【００７１】
そこで、本発明では、高いＰＦ値を持つＰＴＦＥ多孔膜のＰＦ値を低下させないように、特開平６−２１８８９９号公報に示されるような、加圧することなく自重のみでＰＴＦＥ多孔膜と通気性支持材とを重ねてラミネートする方法や、巻取テンションを弱める方法等、できるだけＰＴＦＥ多孔膜の厚み方向に圧縮させないように熱ラミネートを行って高いＰＦ値を持つフィルタ濾材を得ることとしている。
【００７２】
請求項１２に記載のフィルタ濾材の製造方法は、請求項１１の製造方法において、第１工程では、ＰＴＦＥファインパウダー１Ｋｇ当たり２０℃において４０６ｍｌ以上の液状潤滑剤を混合する。
【００７３】
前述のように、本発明者らの研究により、液状潤滑剤の量については、ＰＴＦＥファインパウダーの単位重量あたりの混合量を多くすることにより充填率が低く抑えられたＰＴＦＥ多孔膜を得ることができることが見出されたが、この場合の液状潤滑剤の量は、ＰＴＦＥファインパウダー１Ｋｇ当たり２０℃において４０６ｍｌ以上であることがより好ましいことが判明した。
【００７４】
そこで、この製造方法では、ＰＴＦＥファインパウダーに対する液状潤滑剤の混合量をかかる値にすることで、より充填率が抑えられ、より高いＰＦ値を有するフィルタ濾材を得ることとしている。
【００７５】
請求項１３に記載のフィルタ濾材の製造方法は、請求項１１または１２の製造方法において、第３工程では、未焼成テープを長手方向に３倍以上２０倍以下に延伸した後幅方向に１０倍以上５０倍以下に延伸することにより、未焼成テープを総面積倍率で８０倍以上８００倍以下に延伸する。
【００７６】
この製造方法では、未焼成のＰＴＦＥテープを延伸する際に、かかる延伸倍率で延伸を行うことにより、高性能のＰＴＦＥ多孔膜を備えたフィルタ濾材を得ることとしている。
【００７７】
請求項１４に記載のフィルタ濾材の製造方法は、請求項１１から１３のいずれかの製造方法において、通気性支持材は熱融着性不織布からなる。
【００７８】
この製造方法では、特に、通気性支持材として熱融着生不織布を用いてフィルタ濾材を得る場合において、高性能のフィルタ濾材を得ることとしている。
【００７９】
【発明の実施の形態】
［フィルタ濾材］
図１に、本発明の一実施形態が採用されたフィルタ濾材１を示す。
【００８０】
このフィルタ濾材１は、ＰＴＦＥからなる多孔膜３と、ＰＴＦＥ多孔膜の両面に熱ラミネートされる通気性支持材５とを備えている。
【００８１】
ＰＴＦＥ多孔膜３の原料として用いられるＰＴＦＥの分子量は６００万以上である。ＰＴＦＥ多孔膜３は、後述するフィルタ濾材の製造方法により得られ、実測による単一繊維捕集効率η（後述の[数７]により算出されるもの）は、計算上の単一繊維捕集効率η（後述の[数６]により算出されるもの）の８０％以上である。
【００８２】
ＰＴＦＥ多孔膜は充填率が８％以下であり、ＰＴＦＥ多孔膜３を構成する繊維の平均繊維径は０．１μｍ以下である。また、ＰＴＦＥ多孔膜３の膜厚は、５０μｍ以下であり、好ましくは１〜３０μｍである。
【００８３】
このように構成されたＰＴＦＥ多孔膜３のＰＦ値は３５を超えるものである。また、ＰＴＦＥ多孔膜３は、単枚に限らず、複数枚重ねてなるもの、或いは複数枚の多孔膜３と複数の通気性支持材５とが交互に積層されたもの等、複層構造のものであってもよい。
【００８４】
さらに、ＰＴＦＥ多孔膜３は、例えばホモＰＴＦＥ多孔膜と変性ＰＴＦＥ多孔膜とからなる複層構造のように、異種のＰＴＦＥ多孔膜を組み合わせてなる複層構造を有するものであってもよい。
【００８５】
通気性支持材５は、熱融着性を有する不織布からる。通気性支持材３は、本実施形態ではＰＴＦＥ多孔膜３の両面に積層されているが、片面のみに積層されてもよい。また、通気性支持材５は、ＰＴＦＥ多孔膜３が複層構造のものである場合は、熱ラミネート時の多孔膜の繊維の損傷等を防ぐために、このような複層構造体の最外層部分に積層されることが好ましい。
【００８６】
このように構成されたフィルタ濾材１は、５．３ｃｍ／ｓの流速で空気を透過させたときの圧力損失と、粒子径０．１０〜０．１２μｍのシリカ粒子を用いて測定した捕集効率とから下記式
［数１］
ＰＦ＝［-log（透過率（％）／１００）／圧力損失（Ｐａ）］×１０００
（ここで、透過率（％）＝１００−捕集効率（％）である）
に従って計算されるＰＦ値が３２を超えるものである。
【００８７】
また、このフィルタ濾材１は、ＨＥＰＡフィルタ（濾材透過風速が１．４ｃｍ／秒の場合における粒子径が０．３μｍ以上の粒子の捕集効率が９９．９７％以上でありかつ濾材透過風速が１．４ｃｍ／秒の場合における圧力損失が５０〜５００Ｐａであるエアフィルタユニット）、ＵＬＰＡフィルタ（濾材透過風速が１．４ｃｍ／秒の場合における粒子径が０．１μｍ以上の粒子の捕集効率が９９．９９９９％以上でありかつ濾材透過風速が１．４ｃｍ／秒の場合における圧力損失が５０〜５００Ｐａであるエアフィルタユニット）等の高性能エアフィルタユニットに用いることができる。
【００８８】
［エアフィルタユニット］
図２に、本発明の一実施形態が採用されたエアフィルタユニット１１を示す。
【００８９】
このエアフィルタユニット１１は、フィルタパック１３と、フィルタパック１３が収納される枠体１５とを備えている。
【００９０】
フィルタパック１３は、図３に示すように、フィルタ濾材１と、スペーサ１７とから構成される。
【００９１】
フィルタ濾材１は、上述のものが用いられ、交互に折り返して波型形状に加工（プリーツ加工）されている。
【００９２】
スペーサ１７は、プリーツ加工されたフィルタ濾材１の波型形状を保持するためのものであり、ポリアミド等のホットメルト樹脂接着剤からなる。
【００９３】
枠体１５は、４本のアルミニウム製フレームを組み立てることにより得られ、内側にフィルタパック１３が保持される。
【００９４】
［フィルタ濾材の製造方法］
このフィルタ濾材の製造方法は、上述のフィルタ濾材１を製造するための方法であって、混合工程と、未焼成テープ作製工程と、延伸工程と、熱ラミネート工程とを備えている。
【００９５】
混合工程では、ＰＴＦＥファインパウダーに、ＰＴＦＥファインパウダー１ｋｇ当たり２０℃において３８０ｍｌ以上の液状潤滑剤を混合して、ＰＴＦＥファイルパウダーと液状潤滑剤との混合体を得る。この液状潤滑剤の混合量は、好ましくは、ＰＴＦＥファインパウダー１Ｋｇ当たり２０℃において４０６ｍｌ以上である。
【００９６】
未焼成テープ作製工程では、混合工程で得られた混合体をテープ状に圧延し次いで液状潤滑剤を除去して未焼成ＰＴＦＥテープを得る。
【００９７】
延伸工程では、この未焼成テープを延伸することによりＰＴＦＥ多孔膜３を得る。延伸工程では、未焼成テープを長手方向に３〜２０倍に延伸した後、幅方向に１０〜５０倍に延伸することにより、総面積倍率で８０〜８００倍に延伸する。
【００９８】
熱ラミネート工程では、ＰＴＦＥ多孔膜３の両側に、上述の通気性支持材５を熱ラミネートする。なお、通気性支持材５は、上述のように、ＰＴＦＥ多孔膜３の片面にのみ積層されてもよいが、上述のような複層構造体である場合は最外層部分に積層されるのが好ましい。
【００９９】
【実施例】
以下、実施例を示し、本発明を具体的に説明する。
［ＰＴＦＥフィルタ濾材の製造］
＜実施例１＞
まず、数平均分子量６５０万のＰＴＦＥファインパウダー（ダイキン工業株式会社製「ポリフロンファインパウダーＦ１０４Ｕ」）１ｋｇ当たりに、押出液状潤滑剤としての炭化水素油（エッソ石油株式会社製「アイソパー」）を２０℃において４０６ｍｌ加えて混合した。
【０１００】
次に、この混合物をペースト押出により丸棒状に成形した。そして、この丸棒状成形体を７０℃に加熱したカレンダーロールによりフィルム状に成形し、ＰＴＦＥフィルムを得た。このフィルムを２５０℃の熱風乾燥炉に通して押出助剤を蒸発除去し、平均厚み２００μｍ、平均幅１５０ｍｍの未焼成フィルムを得た。
【０１０１】
次に、この未焼成ＰＴＦＥフィルムを、図４に示す装置を用いて長手方向に延伸倍率５倍で延伸した。未焼成フィルムはロール２１にセットし、延伸したフィルムは巻き取りロール２２に巻き取った。また、延伸温度は２５０℃で行った。なお、図４において、２３〜２５はロール、２６，２７はヒートロール、２８〜３２はロールをそれぞれ示す。
【０１０２】
次に、得られた長手方向延伸フィルムを、連続クリップで挟むことのできる図５の左半分に示す装置（テンター）を用いて幅方向に延伸倍率４５倍で延伸し、熱固定を行った。この時の延伸温度は２９０℃、熱固定温度は３６０℃であった。
【０１０３】
上記のＰＴＦＥ多孔膜の両面に、下記の不織布Ａ，Ｂを用いて、図５の右半分に示す装置によって熱融着することにより、フィルタ濾材を得た。
不織布Ａ：ユニチカ株式会社製「エルベスＳ０４０３ＷＤＯ」ＰＥＴ／ＰＥ芯／鞘不織布、目付４０ｇ／ｍ²
不織布Ｂ：ユニチカ株式会社製「エルベスＴ０４０３ＷＤＯ」ＰＥＴ／ＰＥ芯／鞘不織布、目付４０ｇ／ｍ²
【０１０４】
なお、図５において、３４は巻出しロール、３５は予熱ゾーン、３６は延伸ゾーン、３７は熱固定ゾーン、３９はラミネートロール、４１は巻取ロールをそれぞれ示す。
【０１０５】
またこの時の熱融着条件は、以下の通りであった。
加熱温度：２００℃ ライン速度：１５ｍ／分
【０１０６】
＜実施例２＞
液状潤滑剤の量をＰＴＦＥファインパウダー１ｋｇ当たり２０℃において４３０ｍｌとした以外は実施例１と同様にしてフィルタ濾材を作製した。
【０１０７】
＜比較例１＞
液状潤滑剤の量をＰＴＦＥファインパウダー１ｋｇ当たり２０℃において３１７ｍｌとした以外は実施例１と同様にしてフィルタ濾材を作製した。
【０１０８】
＜比較例２＞
液状潤滑剤の量をＰＴＦＥファインパウダー１ｋｇ当たり２０℃において３５５ｍｌとした以外は実施例１と同様にしてフィルタ濾材を作製した。
【０１０９】
実施例１，２及び比較例１，２の多孔膜及び濾材の性能値を表１に示す。なお、表１において、減衰率はη実測値をη計算値で割った値である。
【０１１０】
【表１】

表１に示すように、実施例１，２は、充填率、平均繊維径、圧力損失及び減衰率が比較例１，２に比べ小さく、捕集効率及びＰＦ値が比較例１，２に比べ大きくなっている。このことから、ＰＴＦＥファイパウダー１ｋｇ当たりの液状潤滑剤の混合量が多くなると、充填率、圧力損失、圧力損失及び減衰率を従来に比べ低く抑えられるとともに捕集効率及びＰＦ値が向上されることが分かる。
【０１１１】
また、実施例２は、いずれの物性においても実施例１より優れた値を示しており、これにより、液状潤滑剤の混合量を多くすることによる効果の増大が認められる。
【０１１２】
［エアフィルタユニットの製造］
＜実施例３＞
実施例１で製造したフィルタ濾材を、レシプロ折り機で高さ５．５ｃｍにプリーツ加工し、プリーツ後９０℃の温度をかけて折りくせをつけた。この後、プリーツされたフィルタ濾材を一旦開き、ポリアミドホットメルト樹脂製のスペーサを塗布し、再度プリーツ状にレシプロ立ち上げ機で立ち上げ、大きさ５８ｃｍ×５８ｃｍに切断して、フィルタパックを得た。この時のプリーツ間隔は、３．１２５ｍｍ／１プリーツであった。
【０１１３】
次に、外寸６１ｃｍ×６１ｃｍ、内寸５８ｃｍ×５８ｃｍ、厚さ６．５ｃｍのアルマイト加工アルミニウム製枠を用意し、この枠体内にプリーツ加工されたフィルタパックを入れ、ウレタン接着剤でフィルタパック周囲とアルミニウム枠とをシールしてエアフィルタユニットを作製した。
【０１１４】
＜比較例３＞
比較例１で製造したフィルタ濾材を用いた以外は実施例３と同様にして、エアフィルタユニットを作製した。
【０１１５】
実施例３と比較例３とのエアフィルタユニットの物性の比較を表２に示す。
【０１１６】
【表２】

表２に示すように、実施例３は、比較例３に比べ圧力損失が抑えられ、捕集効率が高く、この結果、ＰＦ値は大幅に高くなっている。したがって、ＰＴＦＥファインパウダーに対する液状潤滑剤の混合量を多くすることにより、ＰＦ値が飛躍的に高められたエアフィルタユニットが得られることが分かる。
【０１１７】
［ＰＴＦＥ多孔膜及びフィルタ濾材の圧力損失（Ｐａ）]
ＰＴＦＥ多孔膜及びフィルタ濾材の測定サンプルを、直径１００ｍｍのフィルタホルダーにセットし、コンプレッサーで入口側を加圧し、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マノメータで測定した。
【０１１８】
［ＰＴＦＥ多孔膜及びフィルタ濾材の捕集効率（％）]
ＰＴＦＥ多孔膜及びフィルタ濾材の測定サンプルを直径１００ｍｍのフィルタホルダーにセットし、コンプレッサーで入口側を加圧し、流量計で空気の透過する流量を５．３ｃｍ／秒に調整した。この状態で上流側から０．１０〜０．１２μｍの粒子濃度が１０⁸個／３００ｍｌのシリカ粒子を流し、下流側に設置したパーティクルカウンター（ＰＭＳＬＡＳ−Ｘ−ＣＲＴＰＡＲＴＩＣＬＥＭＥＡＳＵＲＩＮＧＳＹＳＴＥＭＩＮＣ．（ＰＭＳ）社製、以下同じ）によって、粒子径０．１０〜０．１２μｍの透過粒子数を求め、上流と下流との粒子数の比率を求めた。すなわち、上流の粒子濃度をＣｉ、下流の粒子濃度をＣｏとしたときに下式により計算される測定サンプルの捕集効率を求めた。
［数３］
捕集効率（％）＝（１−Ｃｏ／Ｃｉ）×１００
【０１１９】
また、捕集効率が非常に高いフィルタ濾材については、吸引時間を長くすることでサンプリング空気量を多くして、測定を行った。例えば、吸引時間を１０倍にすると、下流側のカウント粒子数が１０倍に上がり、測定感度が１０倍になる。
【０１２０】
［ＰＴＦＥ多孔膜及びフィルタ濾材の透過率（％）］
ＰＴＦＥ多孔膜及びフィルタ濾材の透過率は、下式により求めた。
［数４］
透過率（％）＝１００−捕集効率（％）
【０１２１】
［ＰＴＦＥ多孔膜及びフィルタ濾材のＰＦ値］
ＰＴＦＥ多孔膜及びフィルタ濾材のＰＦ₁値は、ＰＴＦＥ多孔膜及びフィルタ濾材の圧力損失及び透過率を下式に代入することにより求めた。
［数１］
ＰＦ₁値＝[-log（透過率（％）／１００）／圧力損失（Ｐａ）]×１０００
【０１２２】
［ＰＴＦＥ多孔膜の膜厚］
膜厚計（１Ｄ−１１０ＭＨ型、ミツトヨ社製）を使用し、ＰＴＦＥ多孔膜を５枚重ねて全体の膜厚を測定し、その値を５で割った数値を１枚の膜厚とした。
【０１２３】
［ＰＴＦＥ多孔膜の充填率］
膜厚を測定したＰＴＦＥ多孔膜を２０×２０ｃｍに切り出し、重量を測定し、下記式より充填率を求めた。
［数５］
充填率（％）＝［重量（ｇ）／（４００×膜厚（ｃｍ）×２．２５（ＰＴＦＥの比重））]×１００
【０１２４】
［ＰＴＦＥ多孔膜の平均繊維径］
走査型電子顕微鏡（Ｓ−４０００型日立製作所製）を用いて、ＰＴＦＥ多孔膜の拡大写真（７０００倍）を撮影する。この写真を４つ切り大に拡大し、写真上に縦、横それぞれ４本の同一長さ（長さ：縦２４．５ｃｍ、横２９．５ｃｍ）の直線を５ｃｍ間隔に引き、その直線上にあるＰＴＦＥ繊維の直径を測定し、その平均をＰＴＦＥ繊維の平均繊維径とした。
【０１２５】
［ＰＴＦＥ多孔膜の計算上の単一繊維捕集効率］
計算上の単一繊維捕集効率ηは一般の単一繊維捕集理論の下記に示した式により求めた。
［数６］
η＝2.7Pe^-2/3(1+0.39h^-1/3Pe^1/3Kn)+0.624Pe^-1+1/2h[(1+R)^-1-(1+R)+2(1+R)ln(1+R)+2.86(2+R)R(1+R)^-1Kn]+1.24h^-1/2Pe^-1/2R^2/3
ここで、Pe＝(3πμd_pud_f)/[(1-α)CcKT]
Cc＝1+2.514l/d_p+0.8l/d_pexp(-0.55d_p/l) l＝0.065(空気分子平均自由工程)
h＝-0.5lnα'-0.52+0.64α'+1.43(1-α')Kn α'＝α/(1+σ)
Kn＝2l/d_f
R＝d_p/d_f
μ＝1.8×10^-5(空気粘度)、K＝1.38×10^-23(ボルツマン定数)、T:絶対温度，d_p:対象粒子径、u:測定風速、α:充填率、σ:繊維径分散
【０１２６】
［ＰＴＦＥ多孔膜の実測単一繊維捕集効率］
実際の単一繊維捕集効率ηは、一般の単一繊維捕集理論とＰＴＦＥ多孔膜の性能値とから下記に示した式により求めた。
［数７］
η＝-lnP/Δp/(-0.5lnα'-0.52+0.64α'+1.43(1-α')Kn)×4πμu(1-α)/d_f
ここで、P:実測透過率（％）/１００、ΔP:実測圧力損失（Ｐａ）
【０１２７】
［エアフィルタユニットの圧力損失（Ｐａ）］
図６に示す装置を用い、エアフィルタユニットを装着後フィルタ濾材を透過する風速が１．４ｃｍ／秒になるように調整し、その時のエアフィルタユニット前後の圧力損失をマノメータで測定した。
【０１２８】
なお、図６において、５１は送風機、５２，５２'はＨＥＰＡフィルタ、５３は試験用粒子導入管、５４，５４'は整流板、５５は上流側試験用粒子採取管、５６は静圧測定孔、５７は供試エアフィルタユニット、５８は下流側試験用粒子採取管、５９は層流型流量計をそれぞれ示す。
【０１２９】
［エアフィルタユニットの捕集効率（％）］
図６に示した装置を用い、エアフィルタユニットを装着後フィルタ濾材を透過する風速が１．４ｃｍ／秒になるように調整し、この状態で上流側に粒子径が０．１０〜０．１２μｍで濃度が１×１０⁹／ｆｔ³のシリカ粒子を流し、下流側の粒子径０．１〜０．１２μｍの粒子数をパーティクルカウンターで測定し、上流側と下流側との粒子数の比率を求めた。すなわち、上流の粒子濃度をＣｉ、下流粒子濃度をＣｏとしたときに下式により計算される測定エアフィルタユニットの捕集効率を求めた。
［数３］
捕集効率（％）＝（１−Ｃｏ／Ｃｉ）×１００
【０１３０】
［エアフィルタユニットの透過率（％）］
エアフィルタユニットの透過率は、下式により求めた。
［数４］
透過率（％）＝１００−捕集効率（％）
【０１３１】
［エアフィルタユニットのＰＦ値］
エアフィルタユニットのＰＦ₂値は、エアフィルタユニットの圧力損失と透過率とを下式に代入することにより求めた。
［数１］
ＰＦ₂値＝[-log（透過率（％）／１００）／圧力損失（Ｐａ）] ×１０００
【０１３２】
【発明の効果】
本発明によれば、ＰＴＦＥファインパウダーに対し所定の割合以上の液状潤滑剤を混合することにより、充填率が低く抑えられ、ＰＦ値が３２を超えるＰＴＦＥ多孔膜を得ることができる。そして、このＰＴＦＥ多孔膜を利用して、高性能のフィルタ濾材、フィルタパック及びエアフィルタユニットを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態が採用されたフィルタ濾材１を示す縦断面図。
【図２】本発明の一実施形態が採用されたエアフィルタユニット１１を示す斜視図。
【図３】本発明の一実施形態が採用されたフィルタパック１３を示す斜視図。
【図４】ＰＴＦＥフィルムの長手方向への延伸に用いる装置を示す模式図。
【図５】ＰＴＦＥフィルムの幅方向への延伸に用いる装置（左半分）と、ＰＴＦＥフィルムに不織布をラミネートする装置（右半分）とを示す模式図。
【図６】エアフィルタユニットの圧力損失の測定装置を示す模式図。
【図７】従来の濾材の繊維と、この繊維に捕集される粒子との関係を示す説明図。
【図８】ＰＴＦＥ多孔膜を構成する繊維と、この繊維に捕集される粒子との関係を示す説明図。
【符号の説明】
１フィルタ濾材
３ＰＴＦＥ多孔膜
５通気性支持材
１１エアフィルタユニット
１３フィルタパック
１５枠体
１７スペーサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a filter medium using a porous membrane made of polytetrafluoroethylene, a filter pack and an air filter unit using the filter medium, and a method for producing the filter medium.
[0002]
[Prior art]
  As the degree of integration of semiconductors and the performance of liquid crystals increase, the cleanliness of clean rooms is required to be higher and higher in recent years, and air filter units with higher particle collection efficiency are required.
[0003]
  Up to now, high-performance air filters used in such air filter units, in particular, HEPA (High Efficiency Particulate Air) filters, ULPA (Ultra low Penetration Air) filters, etc., are obtained by folding filter media made by wet papermaking of glass fibers. It was made.
[0004]
  However, in order to further reduce the blast power cost associated with the air conditioner, it is desired to reduce the pressure loss of the air filter unit and to improve the collection efficiency for realizing a higher clean space. In such an air filter unit, it is very difficult to achieve higher performance (performance with higher collection efficiency if the pressure loss is the same, and performance with lower pressure loss if the efficiency is the same).
[0005]
  Therefore, in order to manufacture a higher performance air filter unit, an air filter unit using a porous membrane made of polytetrafluoroethylene (hereinafter referred to as PTFE) that has higher performance than glass fiber filter media has already been proposed, It has been reported that the use of a PTFE porous membrane results in a pressure loss of 2/3 with the same collection efficiency as compared with a ULPA filter using a glass fiber filter medium (Japanese Patent Laid-Open No. 5-202217, WO94 / 16802). No. WO98 / 26860).
[0006]
  In addition, the performance of an air filter unit using a PTFE porous membrane can be further improved by its manufacturing method and processing method, but a higher performance PTFE porous membrane for use in such an air filter unit has already been proposed. Has been. PTFE porous membranes having a high performance as a single body (one having no air-permeable support material to be used as a filter medium) are disclosed in JP-T-9-504737, JP-A-10-30031, and JP-A-10-. No. 287759 and WO 98/26860, which disclose a PTFE porous membrane having a high PF (Performance Factor) value that is an index of the performance of the filter medium. JP-A-10-287759 discloses a PTFE porous membrane having a maximum PF value of 32.
[0007]
  In order to increase the PF value of the PTFE porous membrane, it has been thought that the fiber diameter of the PTFE porous membrane should be reduced so far. However, according to recent research, the PF value can be improved by simply reducing the fiber diameter. Is known to have limitations (15th ICCCS International Symposium Proceedings p454-p463 O. Tanaka et al.). The cause of this is that when the fiber diameter of the PTFE porous membrane is reduced, the single fiber collection efficiency η certainly increases beyond 1. However, the actual single fiber collection efficiency η is calculated by interference with nearby fibers. This is because it becomes smaller than η.
[0008]
  Here, this cause will be described with reference to this document (15th ICCCS International Symposium proceedings).
[0009]
  FIG. 7 shows the relationship between the fiber 61 of the conventional filter medium and the particles 63 collected by the fiber 61, and FIG. 8 shows the fibers 71 constituting the PTFE porous membrane and the particles collected by the fibers 71. 73 is shown. In the figure, the fiber diameter of the

fibers

61 and 71 constituting the filter medium is d._fAnd the width in which particles that can be collected by this fiber are distributed at a position away from this fiber by a predetermined distance is d_eAnd In this case, the single fiber collection efficiency η of the filter medium is
[Equation 2]
η = d_e/ D_f
It is represented by
[0010]
  As shown in FIG. 7, in the conventional filter medium, the fiber diameter d_fIs relatively large and the single fiber collection efficiency η is smaller than 1, but the PTFE porous membrane has a fiber diameter d_fIs so small that the single fiber collection efficiency η is greater than 1.
[0011]
  For this reason, as shown in FIG. 8, a part of the trappable region S of one fiber overlaps with a trappable region S ′ of another nearby fiber (a region indicated by P in the figure), 1 The collection efficiency per fiber, that is, the single fiber collection efficiency η is reduced.
[0012]
  As a result, as described above, the actual single fiber collection efficiency of the entire PTFE porous membrane is equal to the theoretical single fiber collection efficiency (a single one that does not take into account the decrease in collection efficiency caused by interference between fibers). (Fiber collection efficiency).
[0013]
  For these reasons, even if the fiber diameter of the filter medium is reduced, the actual single fiber collection efficiency does not increase more than expected, so it is difficult to increase the PF value. Although a PF value of 32 was known, a PTFE porous membrane exceeding this value was not known.
[0014]
  In order to use the PTFE porous membrane as a filter medium, it is substantially necessary to laminate a breathable support material. This is because it is necessary to improve the strength of the PTFE porous membrane alone from the viewpoint of handleability and to prevent damage caused when the filter medium is processed into a desired shape. However, when a breathable support material is laminated on the PTFE porous membrane, the PTFE porous membrane is compressed in the thickness direction, and the distance between fibers of the PTFE porous membrane is reduced. As a result, the actual η value is further reduced, and the breathable support material is laminated. The PF value of the PTFE porous membrane is smaller than the PF value of the PTFE porous membrane alone.
[0015]
  Actually, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-30031 describes that when a breathable support material is laminated on a PTFE porous membrane having a PF value of 26.6, the PF value becomes 19.8. Conventionally, the filter media obtained by laminating a breathable support material on a PTFE porous membrane have a PF value of 21.8 in WO98 / 26860, and a PF value of 28 in the 15th ICCCS International Symposium Proceedings. However, nothing beyond these was known.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
  A first object of the present invention is a filter medium in which a breathable support material is laminated on at least one side of a PTFE porous membrane.From the pressure loss when air is permeated at a flow rate of 5.3 cm / s and the collection efficiency measured using silica particles having a particle diameter of 0.10 μm to 0.12 μm, the following formula
[Equation 1]
PF = [− log (transmittance (%) / 100) / pressure loss (Pa)] × 1000
(Here, transmittance (%) = 100−collection efficiency (%))
The PF value calculated according to
The molecular weight of polytetrafluoroethylene is 6 million or more, the porous membrane has a filling rate of 8% or less, and the average fiber diameter of the fibers constituting the porous membrane is 0.1 μm or less.An object of the present invention is to provide a high-performance filter medium having a small pressure loss and a high collection efficiency.
[0017]
  A second object of the present invention is to provide a filter pack having a small pressure loss and a high collection efficiency in a filter pack obtained by pleating a filter medium obtained by laminating a breathable support material on a PTFE porous membrane. .
[0018]
  A third object of the present invention is to provide an air filter unit in which a filter pack formed by pleating a filter medium obtained by laminating a breathable support material on a PTFE porous membrane is housed in a frame body, and has a low pressure loss and a high collection efficiency. It is to provide a high air filter unit.
[0019]
  The fourth object of the present invention is to provide an efficient method for producing the filter medium as described above.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
  The present inventionThe filter medium includes a porous membrane made of PTFE and a breathable support material that is thermally laminated on at least one surface of the porous membrane. AndPreferably,The actual single fiber collection efficiency η of the porous membrane is 80% or more of the single fiber collection efficiency η calculated from the physical properties of the porous membrane.
[0021]
  As described above, since the PTFE porous membrane has a single fiber collection efficiency η larger than 1, the actual single fiber collection efficiency becomes a theoretical single fiber collection efficiency due to interference with nearby fibers. It is getting smaller.
[0022]
  However, as will be described later, as a result of intensive studies by the present inventors, a conventional PTFE porous membrane is prepared by, for example, producing a PTFE porous membrane from a mixture of a liquid lubricant at a predetermined ratio or more with respect to PTFE fine powder. It was found that a PTFE porous membrane having a small filling rate and a large interfiber distance was obtained, and interference between adjacent fibers was reduced. That is, by such a manufacturing method,PreferablyIt has been clarified that a PTFE porous membrane in which the actual single fiber collection efficiency is suppressed to 80% or more of the calculated single fiber collection efficiency can be obtained.
[0023]
  Therefore, here, by using such a PTFE porous membrane as a filter medium, compared with the conventional PTFE porous membrane.,Preferably,A high-performance filter medium in which the degree of attenuation of single fiber collection efficiency is suppressed is obtained.
[0024]
  In addition, in this invention, the physical property of a porous film means the various values regarding the PTFE porous film in [Equation 6] mentioned later.
[0025]
  Claim1The filter medium described in 1 includes a porous membrane made of PTFE and a breathable support material that is thermally laminated on at least one surface of the porous membrane. And this filter material is the following from pressure loss when air is permeated at a flow rate of 5.3 cm / s, and collection efficiency measured using silica particles having a particle size of 0.10 μm to 0.12 μm. formula
[Equation 1]
  PF = [− log (transmittance (%) / 100) / pressure loss (Pa)] × 1000
(Here, transmittance (%) = 100−collection efficiency (%))
PF value calculated according to exceeds 32,
The molecular weight of polytetrafluoroethylene is 6 million or more, the porous membrane has a filling rate of 8% or less, and the average fiber diameter of the fibers constituting the porous membrane is 0.1 μm or less.Is.
[0026]
  As described above, a conventional filter medium having a PF value of 28 was known, but a filter having a PF value exceeding this was not known.
[0027]
  However, according to the research of the present inventors, for example, a PTFE porous film having a small filling rate and a high porosity can be obtained by adding a liquid lubricant at a predetermined ratio or more to PTFE fine powder to produce a PTFE porous film. It was found.
[0028]
  Such a PTFE porous membrane is collected because pressure loss is reduced as compared with the conventional PTFE porous membrane and the fiber collecting function is effectively exhibited not only by the surface layer portion of the membrane but also by inner fibers. Efficiency has been greatly improved. Therefore, the PTFE porous membrane has a significantly improved PF value compared to the conventional PTFE porous membrane.
[0029]
  Therefore, here, such a PTFE porous membrane is used as a filter medium, thereby obtaining a high-performance filter medium having a greatly improved PF value.
[0030]
In the filter medium according to claim 1, the molecular weight of PTFE is 6 million or more.
[0031]
The molecular weight of PTFE is not particularly limited from the viewpoint of improving the PF value. However, when the molecular weight is low, the stretchability is deteriorated, the porous membrane is broken at the time of stretching, and the produced PTFE porous membrane is greatly uneven. Since it becomes difficult to use as a filter commercially, it is preferable to use PTFE having a molecular weight of 6 million or more.
[0032]
In the filter medium according to claim 1, the porous membrane has a filling rate of 8% or less.
[0033]
As described above, when the PTFE porous membrane has a high filling rate, the distance between fibers decreases, fibers in the vicinity range interfere with each other, and the single fiber collection efficiency of the filter medium is the theoretical single collection efficiency. It becomes smaller than the collection efficiency.
[0034]
However, the inventors' research has found that when a PTFE porous membrane is produced by the method as described above, the filling rate is small, and as a result, a product having a large interfiber distance can be obtained.
[0035]
Therefore, this filter medium is intended for a filter with a filling rate lower than a predetermined value, here, with a filling rate of 8% or less.
[0036]
Furthermore, in the filter medium according to claim 1, the average fiber diameter of the fibers constituting the porous membrane is 0.1 μm or less.
[0037]
Since the PTFE porous membrane has a smaller fiber diameter than that of a conventional glass filter medium or the like, as described above, the PF value is increased, but the PTFE porous membrane is affected by a decrease in single fiber collection efficiency due to a large filling rate. It has easy properties. Such a property becomes more prominent as the PF value is higher.
[0038]
Therefore, here, a PTFE porous membrane having a fiber diameter smaller than a predetermined value is targeted, and a filter medium using such a PTFE porous membrane has a high PF value.
[0039]
  Claim2The filter medium according to claim 1,1In this filter medium, the air-permeable support material is heat-laminated on the outermost sides on both sides.
[0040]
  As described above, the air-permeable support material is used to stabilize the form of the PTFE porous membrane and improve the handleability, but the fibers constituting the PTFE porous membrane are used in the manufacturing process of the filter pack and the air filter unit described later. From the viewpoint of suppressing damage, it is not preferable that the PTFE porous membrane is exposed to the outside of the filter medium.
[0041]
  Therefore, in this filter medium, a breathable support material is laminated on the outermost layer portions on both sides of the filter medium to suppress damage to the porous membrane.
[0042]
  According to this filter medium, for example, even in a multi-layer structure filter medium formed by laminating a plurality of PTFE porous membranes, the breathable support material is laminated on the outermost layer portion. It can be effectively suppressed.
[0043]
  Claim3The filter medium according to claim 1,1Or2In any one of the filter media, the air-permeable support material is made of a heat-fusible nonwoven fabric.
[0044]
  In this filter medium, a part of the breathable support material is heat-sealed to the PTFE porous film at the time of thermal lamination with the PTFE porous film. As long as it does not affect the pressure loss of the PTFE porous membrane, for example, a known one used for the purpose of reinforcing the conventional PTFE porous membrane may be used.
[0045]
  The breathable support material is preferably a non-woven fabric having at least a surface heat-sealing property, and more preferably a core-sheath structure fiber (for example, the core is polyester and the sheath is polyethylene, the core is high-melting polyester, and the sheath is low). A non-woven fabric made of a fiber having a melting point polyester).
[0046]
  Claim4The filter medium according to claim 1,1From3In any one of the filter media, the PF value of the porous membrane exceeds 35.
[0047]
  As described above, the PTFE porous membrane is accompanied by a decrease in the PF value when it is heat-laminated on the air-permeable support material and processed into a filter medium, but here it has a PF value higher than that of the filter medium. By using a PTFE porous membrane, a filter medium having a PF value exceeding 32 is obtained.
[0048]
  Claim5The filter medium according to claim 1,1From4The actual single fiber collection efficiency η of the porous membrane in any of the filter media of_{In fact}Is the single fiber collection efficiency η calculated from the physical properties of the porous membrane_Calculation80% or more.
[0049]
Note that η _{In fact} And η _Calculation Is obtained from the following equations 7 and 6.
[Equation 7]
η _{In fact} = -LnP / Δp / (-0.5lnα'-0.52 + 0.64α '+ 1.43 (1-α') Kn) × 4πμu (1-α) / d _f
Where P: measured transmittance (%) / 100, ΔP: measured pressure loss (Pa)
[Equation 6]
η _Calculation = 2.7Pe ^-2/3 (1 + 0.39h ^-1/3 Pe ^1/3 Kn) + 0.624Pe ^-1 + 1 / 2h [(1 + R) ^-1 -(1 + R) +2 (1 + R) ln (1 + R) +2.86 (2 + R) R (1 + R) ^-1 Kn] + 1.24h ^-1/2 Pe ^-1/2 R ^2/3
Where Pe = (3πμd _p ud _f ) / [(1-α) CcKT]
Cc = 1 + 2.514l / d _p + 0.8l / d _p exp (-0.55d _p / l) l = 0.065 (Air molecule mean free process)
h = -0.5lnα'-0.52 + 0.64α '+ 1.43 (1-α') Kn α '= α / (1 + σ)
Kn = 2l / d _f
R = d _p / d _f
μ = 1.8 × 10 ^-Five (Air viscosity), K = 1.38 × 10 ^{-twenty three} (Boltzmann constant), T: absolute temperature, d _p : Target particle size, u: Measurement wind speed, α: Filling ratio, σ: Fiber diameter dispersion
  As described above, the conventional PTFE porous membrane has a single fiber collection efficiency larger than 1, and the actual single fiber collection efficiency is smaller than the calculated single fiber collection efficiency. These studies have found that filter media can be obtained with a reduced degree of attenuation of single fiber collection efficiency.
[0050]
  Therefore, here, a filter medium having a high PF value is obtained using such a PTFE porous membrane.
[0051]
  Claim6The filter medium according to claim 1,1From5In the filter medium, the filter medium has a trapping efficiency of 99.97% or more for particles having a particle diameter of 0.3 μm or more when the filter medium permeation wind speed is 1.4 cm / second and the filter medium permeation wind speed is high. It is used for an air filter unit having a pressure loss of 50 Pa or more and 500 Pa or less in the case of 1.4 cm / second.
[0052]
  The air filter unit having such performance generally has a standard as a HEPA filter, and the needs thereof are increasing as an air filter unit suitable for use in a space where high cleanliness is required in recent years. And the filter medium using the above-mentioned high-performance PTFE porous membrane has performance suitable for obtaining such a HEPA filter.
[0053]
  Therefore, here, a filter medium that can be used as a HEPA filter is obtained by using such a PTFE porous membrane.
[0054]
  Claim7The filter medium according to claim 1,1From6In the filter medium, the filter medium has a trapping efficiency of 99.9999% or more for particles having a particle diameter of 0.1 μm or more when the filter medium permeation wind speed is 1.4 cm / sec and the filter medium permeation wind speed is high. It is used for an air filter unit having a pressure loss of 50 Pa or more and 500 Pa or less in the case of 1.4 cm / second.
[0055]
  The air filter unit having such properties generally has a standard as a ULPA filter, and is suitable for use in a space where higher cleanliness is required than the HEPA filter. The filter medium using the above-described high-performance PTFE porous membrane has a performance suitable for obtaining such a ULPA filter.
[0056]
  Therefore, here, a filter medium that can be used as a ULPA filter is obtained by using such a PTFE porous membrane.
[0057]
  Claim8The filter pack according to claim 1 is processed into a predetermined shape.7A filter medium according to any one of the above.
[0058]
  The filter medium is processed into a predetermined shape such as a corrugated shape for use in an air filter unit. However, since the above-described high-performance filter medium is used, a high-performance filter pack is obtained. .
[0059]
  Claim9The filter pack described in 1 includes a filter medium and a spacer. The filter medium is pleated from claim 17It is a thing in any one. The spacer is made of a polyamide hot melt resin for maintaining the shape of the pleated filter medium.
[0060]
  The filter medium is usually pleated for use in the air filter unit and is provided with a spacer for maintaining the pleat interval. However, since the above-described high-performance filter medium is used, the high-performance filter medium is also used here. Filter pack is obtained. The pleating process means that the filter medium is alternately folded and formed into a corrugated (or bowl-shaped) shape, as will be described later.
[0061]
  Claim10The air filter unit according to claim8Or9And a frame for storing the filter pack.
[0062]
  The filter pack is housed in a predetermined frame and processed into an air filter unit. Since the above-described high-performance filter pack is used, a high-performance air filter unit can be obtained.
[0063]
  Claim11The method for producing a filter medium described in 1) includes a porous membrane made of PTFE and a breathable support material thermally laminated on at least one surface of the porous membrane, and pressure when air is permeated at a flow rate of 5.3 cm / s. From the loss and the collection efficiency measured using silica particles having a particle diameter of 0.10 μm to 0.12 μm, the following formula
[Equation 1]
  PF = [− log (transmittance (%) / 100) / pressure loss (Pa)] × 1000
(Here, transmittance (%) = 100−collection efficiency (%))
PF value calculated according to exceeds 32,
The molecular weight of polytetrafluoroethylene is 6 million or more, the porous membrane has a filling rate of 8% or less, and the average fiber diameter of the fibers constituting the porous membrane is 0.1 μm or less.It is a manufacturing method of a filter medium.
[0064]
  This manufacturing method includes a first step, a second step, a third step, and a fourth step. In the first step, PTFE fine powder is mixed with 380 ml or more of a liquid lubricant at 20 ° C. per 1 kg of PTFE fine powder to obtain a mixture. In the present invention, the amount of the liquid lubricant is a value at 20 ° C. In the second step, the mixture is rolled and then the liquid lubricant is removed to obtain a green tape. In the third step, the green tape is stretched to obtain a porous film. In the fourth step, a breathable support material is thermally laminated on at least both sides of the porous membrane.
[0065]
  As described above, according to recent studies by the present inventors, in order to obtain a PTFE porous membrane having a high PF value, there is a limit to the degree of improvement even if the fiber diameter of the porous membrane is simply reduced. Was revealed.
[0066]
  And as a result of our earnest research, MinutesIt is obtained by adding 380 ml or more of liquid lubricant at 20 ° C. per 1 kg of PTFE fine powder to PTFE fine powder having a weight of 6 million or more, and extruding the paste, and then drying the liquid lubricant from the rolled PTFE sheet. By obtaining a PTFE porous membrane by a method characterized by further stretching the PTFE green sheet in the longitudinal direction and then stretching in the width direction, a PTFE porous membrane having a high PF value that has not been obtained conventionally is obtained. It has been found that it can.
[0067]
  In the production of the PTFE porous film, a liquid lubricant is mixed with the PTFE fine powder in order to maintain the non-melt processability of the PTFE porous film. As a result of the study by the authors, when the amount of liquid lubricant mixed is increased, the pressure loss of the porous membrane may decrease when the PTFE porous membrane is produced under the same production conditions as other conditions. It was revealed. As a result of further investigation on this cause, the following was found. That is, when the mixing amount of the liquid lubricant is increased, the stress applied to the PTFE fine powder during paste extrusion and rolling is relieved, and the fiber generation point from the PTFE fine powder is reduced. As a result, when the green tape is stretched, the amount of the liquid lubricant mixed is small, the amount of fibers generated is reduced, and the porosity of the porous film is improved, that is, the filling rate of the porous film is lowered. This has been found to reduce pressure loss. At the same time, it was found that the PF value of the PTFE porous membrane was also improved. Furthermore, according to the production method of the present invention, it has been clarified that a filter medium having a PF value exceeding 32 can be obtained even after a breathable support material is thermally laminated on a PTFE porous membrane.
[0068]
  The reason why the PF value of the filter medium obtained by the production method of the present invention is improved is as follows. According to the single fiber collection theory, in general, as the filling rate increases, the particle collection efficiency by the blocking mechanism improves and the PF value of the porous membrane itself improves. The smaller the value, the higher the PF value. The reason for this is that according to the 15th ICCCS International Symposium Proceedings, the fiber-to-fiber distance decreases as the filling rate increases. This is because interference between neighboring fibers occurs and the actual single fiber collection efficiency becomes smaller than the single fiber collection efficiency η of the fiber itself. Conversely, when the filling rate is small and the inter-fiber distance is large, the interference region of neighboring fibers is reduced, and the single fiber collection efficiency η possessed by the fiber itself is exhibited as it is.
[0069]
  Thus, the PTFE porous membrane of the present invention suppresses the attenuation of the actual single fiber collection efficiency η, the conventionally known PF value exceeds 32, and further, the PF value is 35 as described later. Is more than
[0070]
  In addition, as described above, when the air-permeable support material is heat-laminated to the PTFE porous membrane, the PTFE porous membrane and the air-permeable support material are passed between two heated rolls, as is usually done. In the method, compression in the thickness direction is applied, the loss of the single fiber collection efficiency η increases, and the PF value as a filter medium decreases.
[0071]
  Therefore, in the present invention, the PTFE porous membrane and the air-permeable support are formed only by their own weight without applying pressure as shown in JP-A-6-218899, so as not to lower the PF value of the PTFE porous membrane having a high PF value. A filter medium having a high PF value is obtained by performing thermal lamination so as not to compress in the thickness direction of the porous PTFE membrane as much as possible, such as a method of laminating and laminating a material or a method of weakening a winding tension.
[0072]
  Claim12The method for producing a filter medium according to claim 1,11In the first production method, in the first step, 406 ml or more of liquid lubricant is mixed at 20 ° C. per 1 kg of PTFE fine powder.
[0073]
  As described above, according to the study by the present inventors, it is possible to obtain a PTFE porous membrane with a low filling rate by increasing the amount of liquid lubricant mixed per unit weight of PTFE fine powder. It has been found that the amount of liquid lubricant in this case is more preferably 406 ml or more at 20 ° C. per 1 kg of PTFE fine powder.
[0074]
  Therefore, in this manufacturing method, by setting the mixing amount of the liquid lubricant to the PTFE fine powder to such a value, a filter medium having a higher PF value can be obtained with a lower filling rate.
[0075]
  Claim13The method for producing a filter medium according to claim 1,11Or12In the third method, in the third step, the green tape is stretched from 3 times to 20 times in the longitudinal direction and then stretched from 10 times to 50 times in the width direction, so that the green tape is expanded at a total area magnification. Stretching from 80 times to 800 times.
[0076]
  In this production method, when an unsintered PTFE tape is stretched, a filter medium having a high-performance PTFE porous membrane is obtained by stretching at such a stretching ratio.
[0077]
  Claim14The method for producing a filter medium according to claim 1,11From13In any of the production methods described above, the breathable support material is formed of a heat-fusible nonwoven fabric.
[0078]
  In this manufacturing method, in particular, when a filter medium is obtained using a heat-sealed unwoven fabric as a breathable support material, a high-performance filter medium is obtained.
[0079]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  [Filter media]
  FIG. 1 shows a filter medium 1 in which an embodiment of the present invention is employed.
[0080]
  The filter medium 1 includes a porous membrane 3 made of PTFE and a breathable support material 5 that is thermally laminated on both sides of the PTFE porous membrane.
[0081]
  The molecular weight of PTFE used as a raw material for the PTFE porous membrane 3 is 6 million or more. The PTFE porous membrane 3 is obtained by a method for manufacturing a filter medium to be described later, and a single fiber collection efficiency η (calculated by [Equation 7] described later) by actual measurement is a calculated single fiber collection efficiency. It is 80% or more of η (calculated by [Expression 6] described later).
[0082]
  The PTFE porous membrane has a filling rate of 8% or less, and the average fiber diameter of the fibers constituting the PTFE porous membrane 3 is 0.1 μm or less. Moreover, the film thickness of the PTFE porous membrane 3 is 50 micrometers or less, Preferably it is 1-30 micrometers.
[0083]
  The PTFE porous membrane 3 thus configured has a PF value exceeding 35. Further, the PTFE porous membrane 3 is not limited to a single sheet, but a multilayer structure such as a stack of a plurality of sheets, or a stack of a plurality of porous films 3 and a plurality of breathable support members 5 are alternately laminated. It may be a thing.
[0084]
  Furthermore, the PTFE porous membrane 3 may have a multilayer structure in which different types of PTFE porous membranes are combined, such as a multilayer structure composed of a homo-PTFE porous membrane and a modified PTFE porous membrane.
[0085]
  The breathable support material 5 is made of a non-woven fabric having heat-fusibility. The breathable support material 3 is laminated on both surfaces of the PTFE porous membrane 3 in this embodiment, but may be laminated only on one surface. Further, when the PTFE porous membrane 3 has a multi-layer structure, the breathable support material 5 has an outermost layer portion of such a multi-layer structure in order to prevent damage to fibers of the porous film during thermal lamination. It is preferable to be laminated.
[0086]
  The filter medium 1 thus configured has a pressure loss when air is permeated at a flow rate of 5.3 cm / s and a collection efficiency measured using silica particles having a particle diameter of 0.10 to 0.12 μm. And the following formula
[Equation 1]
  PF = [− log (transmittance (%) / 100) / pressure loss (Pa)] × 1000
(Here, transmittance (%) = 100−collection efficiency (%))
The PF value calculated according to is more than 32.
[0087]
  Further, the filter medium 1 is an HEPA filter (the filtration efficiency of particles having a particle diameter of 0.3 μm or more when the filter medium permeation wind speed is 1.4 cm / sec is 99.97% or more and the filter medium permeation wind speed is 1 Air filter unit having a pressure loss of 50 to 500 Pa at 4 cm / second), ULPA filter (capturing efficiency of particles having a particle diameter of 0.1 μm or more at a filter medium permeation speed of 1.4 cm / second is 99) The air filter unit has a pressure loss of 50 to 500 Pa when the filter medium permeating wind speed is 1.4 cm / second or more.
[0088]
  [Air filter unit]
  FIG. 2 shows an air filter unit 11 in which an embodiment of the present invention is adopted.
[0089]
  The air filter unit 11 includes a filter pack 13 and a frame body 15 in which the filter pack 13 is stored.
[0090]
  As shown in FIG. 3, the filter pack 13 includes a filter medium 1 and a spacer 17.
[0091]
  The filter medium 1 described above is used, and is alternately folded and processed into a corrugated shape (pleated).
[0092]
  The spacer 17 is for maintaining the corrugated shape of the pleated filter medium 1, and is made of a hot melt resin adhesive such as polyamide.
[0093]
  The frame 15 is obtained by assembling four aluminum frames, and the filter pack 13 is held inside.
[0094]
  [Method for producing filter medium]
  This method for manufacturing a filter medium is a method for manufacturing the above-described filter medium 1, and includes a mixing step, an unfired tape preparation step, a stretching step, and a thermal laminating step.
[0095]
  In the mixing step, PTFE fine powder is mixed with 380 ml or more of a liquid lubricant at 20 ° C. per 1 kg of PTFE fine powder to obtain a mixture of PTFE file powder and liquid lubricant. The amount of the liquid lubricant mixed is preferably 406 ml or more at 20 ° C. per 1 kg PTFE fine powder.
[0096]
  In the green tape production step, the mixture obtained in the mixing step is rolled into a tape shape, and then the liquid lubricant is removed to obtain a green PTFE tape.
[0097]
  In the stretching step, the PTFE porous membrane 3 is obtained by stretching the green tape. In the stretching step, the green tape is stretched 3 to 20 times in the longitudinal direction, and then stretched 10 to 50 times in the width direction, thereby stretching 80 to 800 times in total area ratio.
[0098]
  In the heat laminating step, the above-mentioned breathable support material 5 is heat laminated on both sides of the PTFE porous membrane 3. The air-permeable support material 5 may be laminated only on one side of the PTFE porous membrane 3 as described above, but in the case of a multilayer structure as described above, it is laminated on the outermost layer portion. preferable.
[0099]
【Example】
  Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.
[Manufacture of PTFE filter media]
<Example 1>
  First, 20 kg of hydrocarbon oil (“Isopar” manufactured by Esso Oil Co., Ltd.) as an extruded liquid lubricant per kg of PTFE fine powder having a number average molecular weight of 6.5 million (“Polyflon Fine Powder F104U” manufactured by Daikin Industries, Ltd.) 406 ml was added and mixed at 0 ° C.
[0100]
  Next, this mixture was formed into a round bar shape by paste extrusion. And this round bar-shaped molded object was shape | molded by the calender roll heated at 70 degreeC, and the PTFE film was obtained. This film was passed through a hot air drying oven at 250 ° C. to evaporate and remove the extrusion aid, thereby obtaining an unfired film having an average thickness of 200 μm and an average width of 150 mm.
[0101]
  Next, this unsintered PTFE film was stretched at a stretch ratio of 5 in the longitudinal direction using the apparatus shown in FIG. The unfired film was set on a roll 21, and the stretched film was wound on a take-up roll 22. The stretching temperature was 250 ° C. In FIG. 4, reference numerals 23 to 25 denote rolls, 26 and 27 denote heat rolls, and 28 to 32 denote rolls.
[0102]
  Next, the obtained longitudinally stretched film was stretched at a stretch ratio of 45 times in the width direction using a device (tenter) shown in the left half of FIG. The stretching temperature at this time was 290 ° C., and the heat setting temperature was 360 ° C.
[0103]
  A filter medium was obtained by thermally fusing the both sides of the above PTFE porous membrane with the apparatus shown in the right half of FIG. 5 using the following nonwoven fabrics A and B.
  Nonwoven fabric A: “Elves S0403WDO” PET / PE core / sheath nonwoven fabric, unit weight 40 g / m, manufactured by Unitika Ltd.²
  Nonwoven fabric B: “Elves T0403WDO” PET / PE core / sheath nonwoven fabric manufactured by Unitika Ltd., 40 g / m per unit area²
[0104]
  In FIG. 5, reference numeral 34 denotes an unwinding roll, 35 denotes a preheating zone, 36 denotes a stretching zone, 37 denotes a heat setting zone, 39 denotes a laminating roll, and 41 denotes a winding roll.
[0105]
  The heat sealing conditions at this time were as follows.
  Heating temperature: 200 ° C Line speed: 15m / min
[0106]
<Example 2>
  A filter medium was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of the liquid lubricant was 430 ml at 20 ° C. per 1 kg of PTFE fine powder.
[0107]
<Comparative Example 1>
  A filter medium was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of the liquid lubricant was 317 ml at 20 ° C. per 1 kg of PTFE fine powder.
[0108]
<Comparative example 2>
  A filter medium was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of the liquid lubricant was 355 ml at 20 ° C. per 1 kg of PTFE fine powder.
[0109]
  Table 1 shows performance values of the porous membranes and filter media of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2. In Table 1, the attenuation rate is a value obtained by dividing the measured η value by the calculated η value.
[0110]
[Table 1]

  As shown in Table 1, in Examples 1 and 2, the filling rate, average fiber diameter, pressure loss and attenuation rate are smaller than those in Comparative Examples 1 and 2, and the collection efficiency and PF value are compared with those in Comparative Examples 1 and 2. It is getting bigger. From this, when the amount of liquid lubricant mixed per kg of PTFE phi powder increases, the filling rate, pressure loss, pressure loss and damping rate can be kept lower than before and the collection efficiency and PF value are improved. I understand.
[0111]
  Moreover, Example 2 has shown the value superior to Example 1 in any physical property, and the increase in the effect by increasing the mixing amount of a liquid lubricant is recognized by this.
[0112]
[Manufacture of air filter unit]
<Example 3>
  The filter medium produced in Example 1 was pleated to a height of 5.5 cm with a reciprocating fold, and the crease was applied at a temperature of 90 ° C. after pleating. After that, the pleated filter medium was temporarily opened, a polyamide hot melt resin spacer was applied, and the pleated form was again raised with a reciprocating starter, and cut into a size of 58 cm × 58 cm to obtain a filter pack. . The pleat interval at this time was 3.125 mm / 1 pleat.
[0113]
  Next, prepare an anodized aluminum frame with an outer dimension of 61 cm x 61 cm, an inner dimension of 58 cm x 58 cm, and a thickness of 6.5 cm. Place the pleated filter pack inside this frame, and surround the filter pack with urethane adhesive. And an aluminum frame were sealed to produce an air filter unit.
[0114]
<Comparative Example 3>
  An air filter unit was produced in the same manner as in Example 3 except that the filter medium produced in Comparative Example 1 was used.
[0115]
  Table 2 shows a comparison of physical properties of the air filter unit between Example 3 and Comparative Example 3.
[0116]
[Table 2]

  As shown in Table 2, in Example 3, the pressure loss was suppressed compared to Comparative Example 3, and the collection efficiency was high. As a result, the PF value was significantly increased. Therefore, it can be seen that an air filter unit having a greatly increased PF value can be obtained by increasing the amount of liquid lubricant mixed with the PTFE fine powder.
[0117]
[Pressure loss (PT) of PTFE porous membrane and filter medium]
  The measurement sample of the PTFE porous membrane and the filter medium was set in a filter holder having a diameter of 100 mm, the inlet side was pressurized with a compressor, and the flow rate of air permeated with a flowmeter was adjusted to 5.3 cm / sec. And the pressure loss at this time was measured with the manometer.
[0118]
[PTFE porous membrane and filter media collection efficiency (%)]
  The measurement sample of the PTFE porous membrane and the filter medium was set in a filter holder having a diameter of 100 mm, the inlet side was pressurized with a compressor, and the flow rate of air permeated with a flow meter was adjusted to 5.3 cm / second. In this state, the particle concentration of 0.10 to 0.12 μm from the upstream side is 10⁸Per particle particle size of 0.10 to 0.12 μm by a particle counter (manufactured by PMS LAS-X-CRT PARTICLE MEASURING SYSTEM INC. (PMS), hereinafter the same). The number of particles was determined, and the ratio of the number of particles upstream and downstream was determined. That is, the collection efficiency of the measurement sample calculated by the following equation when the upstream particle concentration was Ci and the downstream particle concentration was Co was determined.
[Equation 3]
  Collection efficiency (%) = (1-Co / Ci) × 100
[0119]
  Moreover, about the filter medium which has very high collection efficiency, the sampling air amount was increased by extending suction time, and the measurement was performed. For example, when the suction time is increased 10 times, the number of counted particles on the downstream side is increased 10 times, and the measurement sensitivity is increased 10 times.
[0120]
[Transmissivity of PTFE porous membrane and filter medium (%)]
  The transmittance of the PTFE porous membrane and the filter medium was determined by the following equation.
[Equation 4]
  Transmittance (%) = 100-Collection efficiency (%)
[0121]
[PF value of PTFE porous membrane and filter medium]
  PTFE porous membrane and filter media PF₁The value was determined by substituting the pressure loss and permeability of the PTFE porous membrane and filter medium into the following equation.
[Equation 1]
  PF₁Value = [-log (transmittance (%) / 100) / pressure loss (Pa)] × 1000
[0122]
[Thickness of PTFE porous membrane]
  A film thickness meter (1D-110MH type, manufactured by Mitutoyo Corporation) was used to measure the total film thickness by stacking five PTFE porous films, and a value obtained by dividing the value by 5 was defined as one film thickness.
[0123]
[Filling rate of PTFE porous membrane]
  The PTFE porous membrane whose film thickness was measured was cut out to 20 × 20 cm, the weight was measured, and the filling rate was obtained from the following formula.
[Equation 5]
  Filling rate (%) = [weight (g) / (400 × film thickness (cm) × 2.25 (specific gravity of PTFE))] × 100
[0124]
[Average fiber diameter of PTFE porous membrane]
  Using a scanning electron microscope (S-4000 type, manufactured by Hitachi, Ltd.), an enlarged photograph (7000 times) of the PTFE porous membrane is taken. Cut this photo into 4 large pieces and draw 4 straight lines of the same length (length: 24.5 cm long, 29.5 cm wide) at 5 cm intervals on the photo. The diameter of a certain PTFE fiber was measured, and the average was taken as the average fiber diameter of the PTFE fiber.
[0125]
[Calculated single fiber collection efficiency of PTFE porous membrane]
  The calculated single fiber collection efficiency η was obtained by the following formula of general single fiber collection theory.
[Equation 6]
  η = 2.7Pe^-2/3(1 + 0.39h^-1/3Pe^1/3Kn) + 0.624Pe^-1+ 1 / 2h [(1 + R)^-1-(1 + R) +2 (1 + R) ln (1 + R) +2.86 (2 + R) R (1 + R)^-1Kn] + 1.24h^-1/2Pe^-1/2R^2/3
  Where Pe = (3πμd_pud_f) / [(1-α) CcKT]
  Cc = 1 + 2.514l / d_p+ 0.8l / d_pexp (-0.55d_p/ l) l = 0.065 (Air molecule mean free process)
  h = -0.5lnα'-0.52 + 0.64α '+ 1.43 (1-α') Kn α '= α / (1 + σ)
  Kn = 2l / d_f
  R = d_p/ d_f
  μ = 1.8 × 10^-Five(Air viscosity), K = 1.38 × 10^{-twenty three}(Boltzmann constant), T: absolute temperature, d_p: Target particle size, u: Measurement wind speed, α: Filling ratio, σ: Fiber diameter dispersion
[0126]
[Measured single fiber collection efficiency of PTFE porous membrane]
  The actual single fiber collection efficiency η was determined by the following formula from the general single fiber collection theory and the performance value of the PTFE porous membrane.
[Equation 7]
  η = -lnP / Δp / (-0.5lnα'-0.52 + 0.64α '+ 1.43 (1-α') Kn) × 4πμu (1-α) / d_f
  Where P: measured transmittance (%) / 100, ΔP: measured pressure loss (Pa)
[0127]
[Pressure loss of air filter unit (Pa)]
  The apparatus shown in FIG. 6 was used to adjust the wind speed to pass through the filter medium after mounting the air filter unit to 1.4 cm / second, and the pressure loss before and after the air filter unit at that time was measured with a manometer.
[0128]
  In FIG. 6, 51 is a blower, 52 and 52 'are HEPA filters, 53 is a test particle introduction tube, 54 and 54' are rectifying plates, 55 is an upstream test particle sampling tube, and 56 is a static pressure measurement hole. , 57 is a test air filter unit, 58 is a downstream particle collecting tube for testing, and 59 is a laminar flow meter.
[0129]
[Air filter unit collection efficiency (%)]
  Using the apparatus shown in FIG. 6, after the air filter unit is mounted, the wind speed permeating the filter medium is adjusted to 1.4 cm / second, and in this state, the particle diameter is 0.10 to 0.12 μm upstream. And the concentration is 1 × 10⁹/ Ft^ThreeThen, the number of particles having a particle diameter of 0.1 to 0.12 μm on the downstream side was measured with a particle counter, and the ratio of the number of particles on the upstream side and the downstream side was determined. That is, the collection efficiency of the measurement air filter unit calculated by the following equation when the upstream particle concentration was Ci and the downstream particle concentration was Co was determined.
[Equation 3]
  Collection efficiency (%) = (1-Co / Ci) × 100
[0130]
[Air filter unit transmittance (%)]
  The transmittance of the air filter unit was determined by the following formula.
[Equation 4]
  Transmittance (%) = 100-Collection efficiency (%)
[0131]
[PF value of air filter unit]
  PF of air filter unit₂The value was obtained by substituting the pressure loss and transmittance of the air filter unit into the following equation.
[Equation 1]
  PF₂Value = [-log (transmittance (%) / 100) / pressure loss (Pa)] × 1000
[0132]
【The invention's effect】
  According to the present invention, a PTFE porous film having a filling factor of 32 and a PF value exceeding 32 can be obtained by mixing a liquid lubricant in a predetermined ratio or more with respect to the PTFE fine powder. And using this PTFE porous membrane, a high-performance filter medium, filter pack, and air filter unit can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a filter medium 1 in which an embodiment of the present invention is employed.
FIG. 2 is a perspective view showing an air filter unit 11 in which an embodiment of the present invention is adopted.
FIG. 3 shows an embodiment of the present invention.SamplingThe perspective view which shows the used filter pack 13. FIG.
FIG. 4 is a schematic view showing an apparatus used for stretching a PTFE film in the longitudinal direction.
FIG. 5 is a schematic view showing an apparatus (left half) used for stretching the PTFE film in the width direction and an apparatus (right half) for laminating a nonwoven fabric on the PTFE film.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a pressure loss measuring device for an air filter unit.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a relationship between a conventional filter medium fiber and particles collected by the fiber.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between the fibers constituting the PTFE porous membrane and the particles collected by the fibers.
[Explanation of symbols]
    1 Filter media
    3 PTFE porous membrane
    5 Breathable support material
  11 Air filter unit
  13 Filter pack
  15 frame
  17 Spacer

Claims

A porous film made of polytetrafluoroethylene;
A breathable support material thermally laminated to at least one side of the porous membrane,
From the pressure loss when air is permeated at a flow rate of 5.3 cm / s and the collection efficiency measured using silica particles having a particle diameter of 0.10 μm or more and 0.12 μm or less, the following formula [Equation 1]
PF = [− log (transmittance (%) / 100) / pressure loss (Pa)] × 1000
(Here, transmittance (%) = 100−collection efficiency (%))
Exceed the PF value 32 is calculated according to,
The molecular weight of polytetrafluoroethylene is 6 million or more, the porous film has a filling rate of 8% or less, and the average fiber diameter of the fibers constituting the porous film is 0.1 μm or less.
Filter media.

The filter medium according to claim 1 , wherein the air-permeable support material is heat-laminated on the outermost sides on both sides.

The air-permeable support member is made of a heat-fusible non-woven fabric, filter medium according to claim 1 or 2.

The filter medium according to any one of claims 1 to 3 , wherein the porous film has a PF value exceeding 35.

The actual single fiber collection efficiency η _actual of the porous membrane is 80% or more of the single fiber collection efficiency η _calculated from the physical properties of the porous membrane, according to any one of claims 1 to 4. Filter media.
The η _actual and η _calculations are obtained from the following formulas 7 and 6.
[Equation 7]
η _Actual = -lnP / Δp / (-0.5lnα'-0.52 + 0.64α '+ 1.43 (1-α') Kn) × 4πμu (1-α) / d _f
Where P: measured transmittance (%) / 100, ΔP: measured pressure loss (Pa)
[Equation 6]
η _calculated ^{^{= 2.7Pe -2/3 (1 + 0.39h -1/3}} Pe 1/3 Kn) + 0.624Pe -1 + 1 / 2h [(1 + R) -1 - (1 + R) +2 ( 1 + R) ln (1 + R) +2.86 (2 + R) R (1 + R) ^-1 Kn] + 1.24h ^-1/2 Pe ^-1/2 R ^2/3
Where Pe = (3πμd _p ud _f ) / [(1-α) CcKT]
_{Cc = 1 + 2.514l / d p} + 0.8l / d p exp (-0.55d p / l) l = 0.065 ( air molecules mean free)
h = -0.5lnα'-0.52 + 0.64α '+ 1.43 (1-α') Kn α '= α / (1 + σ)
Kn = 2l / d _f
R = d _p / d _f
μ = 1.8 × 10 ^-5 (air viscosity), K = 1.38 × 10 ^-23 (Boltzmann constant), T: absolute temperature, d _p : target particle diameter, u: measured wind speed, α: filling rate, σ: fiber diameter dispersion

The pressure loss is 50 Pa when the trapping efficiency of particles having a particle diameter of 0.3 μm or more is 99.97% or more when the filter medium permeation wind speed is 1.4 cm / sec and the filter medium permeation wind speed is 1.4 cm / sec. The filter medium according to any one of claims 1 to 5 , which is used for an air filter unit having a pressure of 500 Pa or less.

When the filtration medium permeation wind speed is 1.4 cm / second, the collection efficiency of particles having a particle diameter of 0.1 μm or more is 99.9999% or more and when the filtration medium permeation wind speed is 1.4 cm / second, the pressure loss is 50 Pa. The filter medium according to any one of claims 1 to 6 , which is used for an air filter unit having a pressure of 500 Pa or less.

A filter pack comprising the filter medium according to any one of claims 1 to 7 , which has been processed into a predetermined shape.

The filter medium according to any one of claims 1 to 7 , which is pleated,
A spacer made of polyamide hot melt resin for maintaining the shape of the pleated filter medium;
Including filter pack .

A filter pack according to claim 8 or 9 ,
A frame for storing the filter pack;
Air filter unit with

A porous membrane made of polytetrafluoroethylene and a breathable support material thermally laminated on at least one surface of the porous membrane, and a pressure loss and a particle diameter of 0.1 mm when air is permeated at a flow rate of 5.3 cm / s. From the collection efficiency measured using silica particles of 10 μm or more and 0.12 μm or less, the following formula [Equation 1]
PF = [− log (transmittance (%) / 100) / pressure loss (Pa)] × 1000
(Here, transmittance (%) = 100−collection efficiency (%))
It exceeds the PF value 32 is calculated according to,
In the method for producing a filter medium, the molecular weight of polytetrafluoroethylene is 6 million or more, the porous membrane has a filling rate of 8% or less, and the average fiber diameter of the fibers constituting the porous membrane is 0.1 μm or less. There,
A first step of mixing polytetrafluoroethylene fine powder with a liquid lubricant of 380 ml or more at 20 ° C. per 1 kg of the polytetrafluoroethylene fine powder to obtain a mixture;
Rolling the mixture and then removing the liquid lubricant to obtain a green tape;
A third step of stretching the green tape to obtain the porous film;
A fourth step of thermally laminating a breathable support material on at least one surface of the porous membrane;
A method for producing a filter medium comprising:

12. The method for producing a filter medium according to claim 11 , wherein in the first step, 406 ml or more of a liquid lubricant is mixed at 20 ° C. per 1 kg of the polytetrafluoroethylene fine powder.

In the third step, the green tape is stretched from 3 times to 20 times in the longitudinal direction and then stretched from 10 times to 50 times in the width direction, whereby the green tape is 80 times in total area magnification. The method for producing a filter medium according to claim 11 or 12 , wherein the filter medium is stretched by 800 times or less.

The method for producing a filter medium according to any one of claims 11 to 13 , wherein the breathable support material is made of a heat-fusible nonwoven fabric.