JP6183197B2 - 多孔質フィルタ基材の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば自動車用のエアフィルタ、キャビンフィルタ等として用いられ、多孔質化によってフィルタ機能を向上させることができる多孔質フィルタ基材の製造方法に関する。

光触媒含有基材が特許文献１に開示されている。この光触媒含有基材は、有機質基材の表面にシェラック（セラック）を含有する樹脂バインダーを用いて光触媒粒子を付着させたものである。樹脂バインダーとしてセラックを使用することにより、有機質基材が有する可撓性や風合いを損なうことなく、有機質基材と光触媒との接着性に優れ、光触媒に基づく効果を長期間にわたって保持することができるとしている。

特開２００４−５００４７号公報

前記特許文献１に記載された従来構成の光触媒含有基材は、具体的にはポリエステル繊維からなる布帛を、光触媒としての二酸化チタンが分散されたセラックの水性エマルション（塗液）中に浸漬した後、乾燥したものである（特許文献１に記載の実施例１）。このように、布帛を塗液中に浸漬することから、その塗液が布帛を形成する繊維表面に付着するだけではなく、繊維間の空間部分を覆うような塗液の膜が形成されるおそれがある。このため、得られる光触媒含有基材をフィルタとして使用する場合、通気抵抗が増大し、フィルタとしての機能を果たすことが難しくなることがある。

また、特許文献１に記載の従来構成では、ポリエステル樹脂板上に前記塗液を塗布し、形成された被膜を乾燥し、その被膜がポリエステル樹脂板に対して接着性に優れることが開示されている（特許文献１に記載の実施例２）。しかしながら、そのようなポリエステル樹脂板は、光触媒の機能を発現することはできるが、フィルタとして使用することはできない。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、フィルタ本来の機能を維持しつつ、多孔質化によりフィルタの機能を向上させることができる多孔質フィルタ基材を容易かつ効率良く製造することができる多孔質フィルタ基材の製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明の多孔質フィルタ基材の製造方法は、バインダーが溶媒に溶解されるとともに、光触媒粒子が分散された塗液をフィルタ基材に噴霧して付着させた後、溶媒を揮発させ、フィルタ基材の塗液付着部に紫外線を照射してフィルタ基材の表面に形成されたバインダー及び光触媒の層を多孔質にし、前記フィルタ基材の表面に形成されたバインダー及び光触媒の層を多孔質にした後、フィルタ基材を洗浄して光触媒粒子を回収するものである。

前記フィルタ基材は、有機繊維による不織布であることが好ましい。
前記バインダーはセラックであり、溶媒は低級アルコールであることが好ましい。
前記塗液中のセラックの含有量は、０．５〜５質量％であることが好ましい。

前記光触媒粒子の粒子径は、１〜１００ｎｍであることが好ましい。

この発明の多孔質フィルタ基材の製造方法によれば、多孔質化によりフィルタの機能を向上させることができる多孔質フィルタ基材を容易かつ効率良く製造することができるという効果を奏する。

以下に、この発明の実施形態について詳細に説明する。
この実施形態における多孔質フィルタ基材の製造方法は、エアフィルタ、キャビンフィルタ等として使用されるフィルタ基材を製造するための方法である。すなわち、多孔質フィルタ基材の製造方法は、バインダーが溶媒に溶解され、光触媒粒子が分散された塗液を調製し（塗液の調製工程）、得られた塗液をフィルタ基材に噴霧して付着させた（噴霧工程）後、溶媒を揮発させ（乾燥工程）、フィルタ基材の塗液付着部に紫外線を照射してフィルタ基材の表面を多孔質にする（分解工程）ことにより行われる。その後、フィルタ基材を洗浄して光触媒粒子を回収する（回収工程）。

次に、上記の各工程について順に説明する。
（塗液の調製工程）
前記フィルタ基材は特に制限されないが、例えばバインダーとしてのセラックや光触媒粒子としての二酸化チタンの付着性が良い有機繊維の織布や不織布等が用いられる。このフィルタ基材としては、構成が簡易で、製作が容易な有機繊維の不織布が好ましい。有機繊維としては、ポリプロピレン繊維、ポリエステル繊維等の合成繊維、綿、麻等の天然繊維、レーヨン等の再生繊維が挙げられる。有機繊維の繊維径は、通常０．１〜１０００μｍの範囲で適宜設定される。

このフィルタ基材に塗布される塗液は、バインダーが溶媒に溶解され、その中に光触媒粒子が分散されて形成される。バインダーとしては、アルコールに対して溶解性が良く、低粘度にできる点から、セラックが好ましい。このセラックは、ラックカイガラムシ等のカイガラムシが分泌する物質を精製して得られる天然の樹脂状の物質であり、人体に無害である。該セラックは、光触媒作用等によって分解しやすい性質を有するとともに、通常熱可塑性であるが、硬化後には熱硬化性を示す。従って、硬化後のセラックは、溶媒に溶解せず、加熱によっても溶融せず、化学的な耐久性を示す。セラックとして具体的には、ＪＩＳ Ｋ ５９０９に規定されている精製セラック等が挙げられる。

前記溶媒はバインダーを溶解できれば特に制限されないが、バインダーの溶解性が高く、バインダーを溶解した溶液が低粘度になるような溶媒が好ましい。バインダーがセラックである場合には、溶媒としてメタノール（沸点６４．７℃、蒸気圧１３．３ｋＰａ）、エタノール（沸点７８．３℃、蒸気圧５．８ｋＰａ）、１−プロパノール（沸点９７．２℃、蒸気圧２．０ｋＰａ）、１−ブタノール（沸点１１７．０℃、蒸気圧０．９ｋＰａ）等の低級アルコールが好ましい。この低級アルコールは、揮発性等を考慮して、１種又は２種以上が適宜選択して使用される。

塗液中のバインダーの含有量は、０．５〜５質量％であることが好ましい。バインダーの含有量が０．５質量％を下回る場合には、有機質基材に対する光触媒粒子の付着性が低下して好ましくない。その一方、バインダーの含有量が５質量％を上回る場合には、バインダーが過剰となって、例えば不織布の繊維間の空間部分にバインダーの膜が形成されるおそれがあって好ましくない。

前記光触媒粒子としては、光触媒作用を発現できる物質であればよく、例えば二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、二酸化チタンと酸化亜鉛との複合酸化物等の粒子が用いられる。これらの光触媒粒子のうち、触媒活性の高い二酸化チタンが好ましい。

該光触媒粒子の平均粒子径は、１〜１００ｎｍであることが好ましい。光触媒粒子の平均粒子径が１ｎｍよりも小さい場合、塗液中で光触媒粒子が凝集しやすくなり、分散性が低下する。一方、光触媒粒子の平均粒子径が１００ｎｍよりも大きい場合、光触媒粒子の表面積が小さくなり、光触媒機能によってバインダーとしてのセラックを紫外線により分解する働きが弱くなる傾向を示す。

塗液中における光触媒粒子の含有量は、有機繊維の種類、繊維径等により異なるが、０．１〜１０質量％の範囲で設定されることが好ましい。また、この光触媒粒子は光触媒作用によって前記バインダーとしてのセラックを分解するものであることから、光触媒粒子の含有量は、前記バインダーとしてのセラックの含有量に対応させて決定することが好ましい。

前記光触媒粒子の含有量が０．１質量％より少ない場合には、光触媒の機能を十分に発現することができず、フィルタ基材表面の多孔質化を図ることが難しくなる。その一方、光触媒粒子の含有量が１０質量％よりも多い場合には、塗液中での光触媒粒子の分散性が低下するとともに、フィルタ基材の可撓性や風合いが悪くなることがある。

（噴霧工程）
この噴霧工程は、前記塗液を噴霧器に充填した後、そのノズルから常法に従って塗液を有機質基材に向けて噴霧し、有機質基材表面に塗液のミストを付着させることにより行われる。有機質基材に対する塗液の付着を噴霧によって行うことにより、塗液付着部を有機質基材である有機繊維の表面に形成することができる。つまり、噴霧された塗液のミストは、有機繊維間の空間部分に塗液の膜を形成することなく、飛散して有機繊維表面に付着する。

この噴霧工程を、フィルタ基材により作製されたフィルタ装置のフィルタのうち、露出したフィルタ基材に対して塗液を噴霧することにより、すなわちフィルタとして必要な部分に塗液を噴霧することにより、噴霧範囲を限定して塗液を節約し、噴霧を効率良く行うことができる。

（乾燥工程）
乾燥工程は、有機質基材の表面に噴霧された塗液中の溶媒を、常温下又は加熱下に乾燥させるものである。溶媒が低級アルコールである場合には、常温下では通常５〜１０分程度で乾燥を完了することができ、加熱下では乾燥時間を常温下に比べて短縮することができる。

（分解工程）
この分解工程は、前記乾燥工程の後に、フィルタ基材の塗液付着部に対して紫外線を照射することにより行われる。該分解工程において、バインダーとしてのセラックと、フィルタ基材の繊維とが分解されて、フィルタ基材繊維の表面に多数の微細孔が形成され、多孔質化される。紫外線の強度は、フィルタ基材に対する光触媒粒子の付着量等に応じて決定されるが、例えば１００〜５００μＷ／ｃｍ^２の範囲であることが好ましい。また、紫外線の照射時間は、３０分〜３時間程度の範囲で適宜設定される。

紫外線の強度が１００μＷ／ｃｍ^２未満で照射時間が３０分未満の場合、光触媒作用の発現が弱く、セラックの分解によるフィルタ基材表面の多孔質化が不十分になる。一方、紫外線の強度が５００μＷ／ｃｍ^２を超え、照射時間が３時間を超える場合、過剰な紫外線照射によるエネルギーの無駄が生じて好ましくない。

（回収工程）
前記分解工程によって得られた多孔質フィルタ基材の表面を水洗等（洗浄剤による洗浄を含む）の方法により洗浄し、多孔質フィルタ基材の表面に付着している光触媒粒子を落として回収することができる。回収された光触媒粒子は、前述の塗液を調製するために再使用される。

次に、前記のように構成された多孔質フィルタ基材の製造過程をフィルタ基材の作用とともに説明する。
さて、多孔質フィルタ基材を製造する場合には、まず塗液の調製工程において、バインダーとしてのセラックを溶媒のエタノールに例えば３質量％溶解するとともに、光触媒粒子としての平均粒子径５０ｎｍの二酸化チタンをエタノールに例えば５質量％分散させて塗液を調製する。このとき、セラックはエタノールに対する溶解性が良いためエタノールに速やかに溶解すると同時に、二酸化チタンは微細かつ少量であることからエタノールに速やかに分散し、塗液を簡単に調製することができる。

次いで、噴霧工程において、上記塗液を、フィルタ基材としての有機繊維の不織布に対して噴霧する。このとき、噴霧による塗液のミストは、有機繊維間の空間部分に膜を形成することなく、有機繊維の表面に付着する。従って、フィルタ基材は通気抵抗が上昇することなく、フィルタとしての機能を良好に発現することができる。

続いて、乾燥工程において、エタノールは揮発性が高いため、有機繊維の表面に塗液付着部を有するフィルタ基材は、常温にて５分程度でエタノールが揮発して乾燥する。この場合、有機繊維表面に塗液付着部を有するフィルタ基材を加熱することにより、常温よりもさらに短時間でエタノールを揮発させてフィルタ基材の乾燥を終えることができる。

その後、分解工程において、有機繊維の表面に塗液付着部を有するフィルタ基材に対して所定の紫外線強度を有する紫外線を所定時間照射する。このとき、有機繊維表面の塗液付着部に含まれるセラックが紫外線によって分解し、セラックに孔が形成され、その孔が拡張されてセラックの粒子が取り除かれ、その部分が微細孔となる。従って、有機繊維の表面が、多数の微細孔によって多孔質化される。このようにして、多孔質フィルタ基材が製造される。

次いで、必要により、回収工程において、表面が多孔質化されたフィルタ基材の表面に水を吹き付けて水洗することにより、フィルタ基材表面に付着した光触媒粒子を物理的に除去することができる。このようにして回収された光触媒粒子は、前記塗液の調製工程における光触媒粒子として再び使用することができる。

よって、この実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）この実施形態における多孔質フィルタ基材の製造方法は、バインダーが溶媒に溶解されるとともに、光触媒粒子が分散された塗液をフィルタ基材に噴霧して付着させた後、溶媒を揮発させ、フィルタ基材の塗液付着部に紫外線を照射するものである。このため、フィルタ基材表面の塗液付着部に含まれるバインダーを光触媒作用で分解して多孔質化することができる。この多孔質化に基づいてフィルタとしてのダスト（塵埃）捕集性能等の作用を高めることができる。

従って、多孔質フィルタ基材の製造方法によれば、フィルタ本来の機能を維持しつつ、多孔質化によりフィルタの機能を向上させることができる多孔質フィルタ基材を容易かつ効率良く製造することができるという効果を奏する。

（２）前記フィルタ基材は、有機繊維による不織布である。このため、バインダーとしてのセラックや光触媒粒子としての二酸化チタンの付着性を高めることができるとともに、フィルタとしての構成を簡易にし、製作を容易にすることができる。

（３）前記塗液付着部は、有機繊維の表面に形成されている。従って、有機繊維間の空間部分に塗液の膜が形成されることを回避でき、フィルタ基材をフィルタとして良好に機能させることができる。

（４）前記フィルタ基材を用いて作製されたフィルタ装置のフィルタのうち、露出したフィルタ基材に対して塗液が噴霧されることにより、フィルタとして必要な部分に塗液付着部を形成し、多孔質化することができ、多孔質フィルタ基材を効率良く製造することができる。

（５）前記バインダーはセラックであり、溶媒は低級アルコールである。そのため、フィルタ基材表面の多孔質化を容易に進めることができ、多孔質フィルタ基材の製造を効率的に行うことができる。

（６）前記塗液中のセラックの含有量は、０．５〜５質量％である。このため、少量のセラックを用いることにより、フィルタ基材表面の十分な多孔質化を図ることができる。
（７）前記光触媒粒子の粒子径は、１〜１００ｎｍである。従って、溶媒に対する光触媒粒子の分散性を向上させることができるとともに、光触媒作用を十分に発揮することができる。

（８）前記フィルタ基材の表面を多孔質にした後、フィルタ基材を洗浄して光触媒粒子を回収することにより、多孔質化によるフィルタとしての機能を維持しつつ、光触媒粒子の再利用を図ることができる。

なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・前記回収工程を省略してもよい。この場合、多孔質フィルタ基材の表面には光触媒粒子が残存していることから、多孔質フィルタ基材は光触媒作用を発揮でき、脱臭効果、抗菌効果等の効果を発揮することができる。

・前記セラックの溶媒である低級アルコールとして、エタノールを主成分とし、少量のメタノールを添加して揮発性を高くしたり、エタノールを主成分とし、少量の１−プロパノールを添加して揮発性を低くしたりなどしてもよい。

・前記溶媒として、セラックの溶解性と二酸化チタンの分散性とを考慮し、アルコールとアルコール以外の溶媒を組合せて使用してもよい。

Claims (5)

1. バインダーが溶媒に溶解されるとともに、光触媒粒子が分散された塗液をフィルタ基材に噴霧して付着させた後、溶媒を揮発させ、フィルタ基材の塗液付着部に紫外線を照射してフィルタ基材の表面に形成されたバインダー及び光触媒の層を多孔質にし、
   前記フィルタ基材の表面に形成されたバインダー及び光触媒の層を多孔質にした後、フィルタ基材を洗浄して光触媒粒子を回収する多孔質フィルタ基材の製造方法。
2. 前記フィルタ基材は、有機繊維による不織布である請求項１に記載の多孔質フィルタ基材の製造方法。
3. 前記バインダーはセラックであり、溶媒は低級アルコールである請求項１または２に記載の多孔質フィルタ基材の製造方法。
4. 前記塗液中のセラックの含有量は、０．５〜５質量％である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の多孔質フィルタ基材の製造方法。
5. 前記光触媒粒子の粒子径は、１〜１００ｎｍである請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の多孔質フィルタ基材の製造方法。