JP5173969B2 - エアフィルタ用濾材 - Google Patents
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Description
本発明は、エアフィルタ用濾材、特に、半導体、液晶、バイオ・食品工業関係のクリーンルーム、クリーンベンチなど、又は、ビル空調用エアフィルタ、空気清浄機用途などに使用するエアフィルタ用濾材に関する。
空気中のサブミクロン又はミクロン単位の粒子を捕集するためには、一般的に、エアフィルタ用濾材が用いられている。濾材は、その捕集性能によって、粗塵用フィルタ、中性能フィルタ、準高性能フィルタ、高性能フィルタ（ＨＥＰＡフィルタ、ＵＬＰＡフィルタ）などに大別される。
さらに、半導体工場等のクリーンルームで使用されるエアフィルタ用濾材は、必要に応じて、撥水性が付与される。なお、本発明における撥水性とは、ＭＩＬ−ＳＴＤ−２８２の測定法によって規定されるものである。
濾材に撥水性を付与する目的としては、濾材を加工するときに使用するシール剤、ホットメルトなどの染み込みを防ぐことや、温度変化によって水分が結露した場合においても、そのまま濾材を使用できるようにすることなどが挙げられる。また、海塩粒子が多く存在するような環境下において塩分の潮解を防ぐためには、高い撥水性を有する濾材が必要とされている。
従来、ガラス繊維を主体とするエアフィルタ用濾材への撥水性付与の方法としては、シリコーン樹脂で構成される撥水剤の使用（例えば、特許文献１）、フッ素含有樹脂とシリコーン樹脂の併用（例えば、特許文献２）、パラフィンワックス系撥水剤の使用（例えば、特許文献３）などの方法が行われてきた。一方、本願発明者等は、撥水剤としてアルキルケテンダイマーを使用する方法について開示した（例えば、特許文献４）。
前述の従来の撥水剤を用いて、非常に高い撥水性（例えば、６５０ｍｍ水柱高以上）を安定的に発現させるためには、濾材に対して撥水剤を大量に付着させる必要がある。しかし、濾材に対する大量の撥水剤の付着は、濾材に実使用上必要とされる強度を付与するために用いられるバインダー樹脂の効果を阻害して、濾材の強度低下を引き起こす。さらに、濾材中の均一な繊維の配列を阻害し、濾過性能の低下を引き起こすという問題がある。
本発明の課題は、濾材の強度及び濾過性能の低下を引き起こす原因となる大量の撥水剤を付着することなく、大量の撥水剤付着時のものと同程度の高い撥水性を有するガラス繊維を主体としたエアフィルタ用濾材を提供することである。
第１の発明は、前記課題を達成するための第１の解決手段として、ガラス繊維表面に撥水剤としてフッ素含有樹脂及びアルキルケテンダイマーが付着されており、下記数１により定義される撥水剤中のアルキルケテンダイマーの固形分質量比率を、０．５〜８０％の範囲にするものである。
第２の発明は、第２の解決手段として、前記第１の解決手段において、濾材中に存在する撥水剤中のアルキルケテンダイマーの固形分質量比率を、１〜２０％の範囲にするものである。
本発明の作用について、次に説明する。これまでに本発明者らは、フッ素含有樹脂及びアルキルケテンダイマーが、共にガラス繊維に対して特に有効な撥水剤であることを見出している。しかし前述のとおり、フッ素含有樹脂又はアルキルケテンダイマーを各々単独で用いて高い撥水性を付与するためには、大量に付着させる必要がある。大量に付着させた結果、フッ素含有樹脂においては、濾材強度の低下が主な問題となり、強度低下させ、かつ、コスト上昇を招く。アルキルケテンダイマーにおいては、濾過性能の低下が主な問題となる。
第１の発明は、前記第1の解決手段のとおり、これら２種類の撥水剤を、撥水剤中のアルキルケテンダイマーの固形分質量比率を０．５〜８０％の範囲となるようにして併用することによって、少ない付着量で高い撥水性の相乗的な付与が達成される。ここでフッ素含有樹脂は、反撥力の強いパーフルオロアルキル基の効果によって、併用したアルキルケテンダイマーの偏在を防ぎ、濾材シート中におけるその均一な分布をもたらし、それによってアルキルケテンダイマーの撥水効果を高めることで、各撥水剤を単独で用いた場合に比べて、相乗的な高い撥水性が発現される。
さらに、第２の発明は、前記第２の解決手段のとおり、濾材中に存在する撥水剤中のアルキルケテンダイマーの固形分質量比率を１〜２０％とする範囲において特に高い相乗効果が認められる。中でも、５〜１５％とする範囲において、撥水性に対する相乗的な効果が最大となる。これは、前記のフッ素含有樹脂によるアルキルケテンダイマーの均一分布効果が、この範囲において最大になるためであると考えられる。
以上のとおり、本発明によれば、撥水剤として従来単独使用されていたフッ素含有樹脂及びアルキルケテンダイマーについて、所定範囲内で組み合わせて撥水剤を構成することによって、撥水剤の付着量を少なく抑えつつも高撥水性能を実現し、単独使用のときに生じる濾材の強度低下及び濾過性能の低下を回避することができる。したがって、従来の高強度、高濾過性能を維持しつつ高い撥水性を有するガラス繊維を主体としたエアフィルタ用濾材を提供することができた。
本発明で主体繊維として使用するガラス繊維は、必要とされる濾過性能やその他物性に応じて、種々の繊維径や繊維長を有する極細ガラス繊維やチョップドガラス繊維の中から自由に選ぶことができる。特に、極細ガラス繊維は、火焔延伸法やロータリー法で製造されるウール状のガラス繊維であり、濾材の圧力損失を所定の値に保ち、適正な捕集効率とするための必須成分である。繊維径が細くなるほど捕集効率は上昇するため、高性能の濾材を得るためには平均繊維径の細い極細ガラス繊維を配合する必要があるが、繊維径が細くなると圧力損失も上昇するため、適正な繊維径のものを選択する必要がある。なお、数種類の繊維径のものをブレンドして配合してもよい。また、半導体工程用途におけるシリコンウェハのボロン汚染を防止する目的で、ローボロンガラス繊維及び／又はシリカガラス繊維を使用することもできる。さらに、副資材として、天然繊維、有機合成繊維などをガラス繊維中に配合してもよい。
本発明で使用するフッ素含有樹脂は、主鎖又は側鎖を形成している炭素上にフッ素が結合しているポリマーから構成される樹脂であり、炭素−フッ素結合の分極率が低いことから分子間力が低くなり、高い撥水性を示す。このような樹脂の例としては、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、パーフルオロエーテル含有樹脂、側鎖としてパーフルオロアルキル基を含有する樹脂などがある。
本発明で使用するアルキルケテンダイマーは、木材パルプを主体繊維とする紙において、インキの染み込みを防止するサイズ剤として広く使用されているものであり、脂肪酸（例えば、パルミチン酸やステアリン酸）を原料として、酸塩化物を経由してこれら脂肪酸を反応させ、二量体のアルキルケテンダイマーとしたものである。
本発明においては、自己接着性のないガラス繊維同士を接着し、濾材の強度に実使用上必要とされる強度を付与するために、撥水剤と共にバインダー樹脂が使用される。このバインダー樹脂は、アクリル樹脂、スチレン−ブタジエン樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂など、さまざまな種類の樹脂から選択することができる。なお、特に濾材強度が要求されない場合においては、バインダー樹脂を使用しなくてもよい。
次に、本発明のエアフィルタ用濾材の製造方法について説明する。まず、湿紙を形成させる工程について説明する。ガラス繊維を主とする原料繊維を水中にパルパー等を用いて分散させて、スラリーを形成させる。ここで、ガラス繊維の分散性を向上させるために、硫酸及び／又は塩酸を添加してｐＨを２〜４程度に調整するか、又は、中性条件下においては分散剤を添加することが好ましい。このスラリーを抄紙機において抄紙して、湿紙を形成させる。
次に、ガラス繊維表面にフッ素含有樹脂及びアルキルケテンダイマーからなる撥水剤を付着させる工程について説明する。撥水剤及びバインダー樹脂を付与する方法としては、スラリー中にあらかじめ添加する方法、又は、湿紙形成後の乾燥前若しくは乾燥後に撥水剤及びバインダー樹脂を付着させる方法が使用できるが、使用量を低減し、効率よく撥水性と濾材強度とを発現させるためには、湿紙形成後に付着させる方法が好ましい。特に好ましい方法としては、撥水剤とバインダー樹脂との分散液を浸漬して付与する方法、又は、該分散液を湿紙に対して塗布若しくは噴霧して付与する方法が挙げられる。
撥水剤の付与においては、フッ素含有樹脂とアルキルケテンダイマーの分散液とを混合して同時に付与する。こうすることによって、前述したようなフッ素含有樹脂中の炭素−フッ素結合に由来する反発力が働き、アルキルケテンダイマーの均一分散が達成され、２種類の撥水剤成分による相乗的な撥水効果が得られる。
濾材中に存在する撥水剤中のアルキルケテンダイマーの固形分質量比率は、０．５〜８０％の範囲にすることがよく、より好ましくは、１〜２０％、特に好ましくは５〜１５％の範囲である。アルキルケテンダイマーの固形分質量比率が０．５％未満であると、アルキルケテンダイマーによる十分な相乗的撥水効果を得るためにはアルキルケテンダイマーの量が少なく、また８０％を超えると、アルキルケテンダイマーが偏在するために高い撥水性が得られなくなる。
濾材に対する２種類の撥水剤の合計量は、０．０２〜２質量％とするのが好ましく、より好ましくは、０．０５〜１質量％である。撥水剤の合計量が０．０２質量％未満であると、十分な撥水効果を得るためには撥水剤量が少なすぎ、また２質量％を超えると、コストの上昇、強度の低下、濾過性能の低下などの問題を引き起こす。
バインダー樹脂の付与においては、撥水剤とバインダー分散液をそれぞれ別の工程で付与する方法と、撥水剤とバインダー樹脂の分散液とを混合して同時に付与する方法があるが、どちらの方法を用いてもよい。
濾材に対するバインダー樹脂量は、２〜１０％とするのが好ましい。バインダー樹脂量が２％未満であると、十分な強度が得られず、また、バインダー樹脂量が１０％を超えると、濾過性能の低下を引き起こす。
濾材中におけるバインダー樹脂／撥水剤の固形分質量比率は、１００／１〜１００／２０とするのが好ましい。撥水剤の比率が１００／１未満であると、十分な撥水効果が得られず、また、１００／２０を超えると、前述したように、コストの上昇、強度の低下、濾過性能の低下などの問題を引き起こす。
バインダー樹脂の付与においては、必要に応じて、バインダー樹脂の分散液に界面活性剤を添加することができる。この界面活性剤の添加は、濾材中の繊維の均一な分布をもたらすと同時に、バインダー樹脂分散液の表面張力を低下させ、水掻き状バインダー皮膜の形成を防ぐことによって、濾材の濾過性能を向上させる効果を有している。
次に、湿紙を乾燥させる工程について説明する。前述の工程を経た後、熱風乾燥機、ロータリードライヤーなどを用いて、湿紙を乾燥させて濾材を得る。ここで、十分に撥水性を発現させるためには、乾燥温度を１１０℃以上とすることが好ましい。
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
平均繊維径０．６５μｍの極細ガラス繊維６０質量％、平均繊維径２．７０μｍの極細ガラス繊維３５質量％、平均繊維径６μｍのチョップドガラス繊維５質量％を、固形分濃度０．５質量％、硫酸酸性ｐＨ２．５でパルパーによって離解した。次いで、手抄筒を用いて抄紙して湿紙を得た。次に、アクリル系ラテックス（商品名：ボンコートＡＮ−１５５−Ｅ、製造元：ＤＩＣ（株））、フッ素系撥水剤（商品名：ＮＫガードＮＤＮ−９Ｅ、製造元：日華化学（株））、アルキルケテンダイマー（商品名：ＳＥ２３８０、製造元：星光ＰＭＣ（株））、フッ素系界面活性剤（メガファックＦ−４１０、製造元：ＤＩＣ（株））の各々を、アクリル系ラテックス／フッ素系撥水剤／アルキルケテンダイマー／フッ素系界面活性剤の固形分質量比率が１００／１４．９２５／０．０７５／１となるように配合した混合バインダー液を、湿紙に対して含浸付与し、その後１３０℃の熱風乾燥機で乾燥し、坪量７０ｇ／ｍ２、混合バインダー組成物固形分付着量が５．４質量％のＨＥＰＡ濾材を得た。
アクリル系ラテックス／フッ素系撥水剤／アルキルケテンダイマー／フッ素系界面活性剤の固形分質量比率が１００／１４．８５／０．１５／１となるように配合した以外は、実施例１と同様にして、坪量７０ｇ／ｍ２、混合バインダー組成物固形分付着量が５．４質量％のＨＥＰＡ濾材を得た。
アクリル系ラテックス／フッ素系撥水剤／アルキルケテンダイマー／フッ素系界面活性剤の固形分質量比率が１００／１４．２５／０．７５／１となるようにした以外は、実施例１と同様にして、坪量７０ｇ／ｍ２、混合バインダー組成物固形分付着量が５．４質量％のＨＥＰＡ濾材を得た。
アクリル系ラテックス／フッ素系撥水剤／アルキルケテンダイマー／フッ素系界面活性剤の固形分質量比率が１００／１３．５０／１．５０／１となるようにした以外は、実施例１と同様にして、坪量７０ｇ／ｍ２、混合バインダー組成物固形分付着量が５．５質量％のＨＥＰＡ濾材を得た。
アクリル系ラテックス／フッ素系撥水剤／アルキルケテンダイマー／フッ素系界面活性剤の固形分質量比率が１００／１２．７５／２．２５／１となるようにした以外は、実施例１と同様にして、坪量７０ｇ／ｍ２、混合バインダー組成物固形分付着量が５．５質量％のＨＥＰＡ濾材を得た。
アクリル系ラテックス／フッ素系撥水剤／アルキルケテンダイマー／フッ素系界面活性剤の固形分質量比率が１００／１２．００／３．００／１となるようにした以外は、実施例１と同様にして、坪量７０ｇ／ｍ２、混合バインダー組成物固形分付着量が５．４質量％のＨＥＰＡ濾材を得た。
アクリル系ラテックス／フッ素系撥水剤／アルキルケテンダイマー／フッ素系界面活性剤の固形分質量比率が１００／１０．５０／４．５０／１となるようにした以外は、実施例１と同様にして、坪量７０ｇ／ｍ２、混合バインダー組成物固形分付着量が５．５質量％のＨＥＰＡ濾材を得た。
アクリル系ラテックス／フッ素系撥水剤／アルキルケテンダイマー／フッ素系界面活性剤の固形分質量比率が１００／６．００／９．００／１となるようにした以外は、実施例１と同様にして、坪量７０ｇ／ｍ２、混合バインダー組成物固形分付着量が５．５質量％のＨＥＰＡ濾材を得た。
アクリル系ラテックス／フッ素系撥水剤／アルキルケテンダイマー／フッ素系界面活性剤の固形分質量比率が１００／３．００／１２．００／１となるようにした以外は、実施例１と同様にして、坪量７０ｇ／ｍ２、混合バインダー組成物固形分付着量が５．５質量％のＨＥＰＡ濾材を得た。
［比較例１］
［比較例１］
アクリル系ラテックス／フッ素系撥水剤／フッ素系界面活性剤の固形分質量比率が１００／１５．００／１となるようにした以外は、実施例１と同様にして、坪量７０ｇ／ｍ２、混合バインダー組成物固形分付着量が５．６質量％のＨＥＰＡ濾材を得た。
［比較例２］
［比較例２］
アクリル系ラテックス／フッ素系撥水剤／アルキルケテンダイマー／フッ素系界面活性剤の固形分質量比率が１００／１．５０／１３．５０／１となるようにした以外は、実施例１と同様にして、坪量７０ｇ／ｍ２、混合バインダー組成物固形分付着量が５．５質量％のＨＥＰＡ濾材を得た。
［比較例３］
［比較例３］
アクリル系ラテックス／アルキルケテンダイマー／フッ素系界面活性剤の固形分質量比率が１００／１５．００／１となるようにした以外は、実施例１と同様にして、坪量７０ｇ／ｍ２、混合バインダー組成物固形分付着量が５．５質量％のＨＥＰＡ濾材を得た。
実施例及び比較例において得られた濾材の評価は、次に示す方法で行った。
撥水性は、ＭＩＬ−ＳＴＤ−２８２に準拠して測定した。
圧力損失は、有効面積１００ｃｍ２の濾材に、空気を面風速５．３ｃｍ／秒で通過させたときの差圧を、マノメーターを用いて測定した。
ＤＯＰ透過率は、有効面積１００ｃｍ２の濾材に、ラスキンノズルで発生させた多分散ＤＯＰ粒子を含む空気を面風速５．３ｃｍ／秒で通過させたときの上流及び下流の個数比からのＤＯＰ透過率を、リオン（株）製のレーザーパーティクルカウンターを使用して測定した。なお、対象粒子径は、０．３〜０．４μｍとした。
ＰＦ値は、圧力損失とＤＯＰ透過率の測定値から、数２に示す式を用いて計算した。なお、対象粒子径は、０．３〜０．４μｍとした。
引張強さは、ＪＩＳ Ｐ ８１１３：2006「紙及び板紙−引張特性の試験方法−第２部：定速伸張法」に準拠して測定した。
実施例１〜９及び比較例１〜３の評価結果は、表１のとおりとなった。なお、実施例及び比較例のすべてにおいて、アクリル系ラテックス／撥水剤（すなわち、フッ素系撥水剤及びアルキルケテンダイマー）の固形分質量比率は、１００／１５で一定である。
表１及び図１に示した結果から、撥水剤としてフッ素含有樹脂及びアルキルケテンダイマーの両方を使用した場合、撥水剤中のアルキルケテンダイマーの固形分質量比率が０．５〜８０％の範囲において、撥水剤として各々の撥水剤のみを使用した場合に比べて撥水性が向上しており、撥水性に対する相乗効果が見られる。また、撥水剤中のアルキルケテンダイマーの固形分質量比率が１〜２０％の範囲においては、撥水性が７００ｍｍ水柱高以上に向上しており、さらに高い相乗効果が見られる。
Claims (2)
- ガラス繊維を主体としたエアフィルタ用濾材において、該ガラス繊維表面に撥水剤としてフッ素含有樹脂およびアルキルケテンダイマーが付着されており、下記数１により定義される撥水剤中のアルキルケテンダイマーの固形分質量比率が０．５〜８０％であることを特徴とするエアフィルタ用濾材。
- 前記数式１により定義される撥水剤中のアルキルケテンダイマーの固形分質量比率が、１〜２０％であることを特徴とする、請求項１記載のエアフィルタ用濾材。
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