JP6691497B2 - Method for manufacturing filter material for air filter and method for manufacturing air filter - Google Patents

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Description

本開示は、エアフィルタ用濾材及びエアフィルタの製造方法に関する。更に詳しくは、半導体、液晶、バイオ・食品工業関係のクリーンルーム若しくはクリーンベンチ、ビル空調、内燃機関又は室内空間などの空気浄化用途に好適なエアフィルタ用濾材及びエアフィルタの製造方法に関する。   The present disclosure relates to a filter medium for an air filter and a method for manufacturing an air filter. More specifically, the present invention relates to a filter material for an air filter suitable for air purification applications such as semiconductors, liquid crystals, clean rooms or benches related to the bio / food industry, building air conditioning, internal combustion engines or indoor spaces, and a method for manufacturing an air filter.

空気中のサブミクロン乃至ミクロン単位の粒子を捕集するためには、一般的に、エアフィルタが用いられている。ここでいうエアフィルタとは、エアフィルタ用濾材(シート)を、例えばジグザク状に折り畳んで濾過面積を大きくし(プリーツ加工)、設置や交換が容易になるよう金属やプラスチックなどの枠材と一体化されたエアフィルタユニットのことをいう。エアフィルタは通常、ロール状に巻かれた長尺のエアフィルタ用濾材を成形加工することで得ることができる。   An air filter is generally used to collect particles in the submicron to micron units in the air. The term "air filter" used here refers to a filter material (sheet) for an air filter that is folded in, for example, a zigzag shape to increase the filtration area (pleating) and is integrated with a frame material such as metal or plastic to facilitate installation and replacement. This refers to a modified air filter unit. The air filter can be usually obtained by molding a long filter material for an air filter wound in a roll shape.

エアフィルタは、その捕集性能によって、粗塵フィルタ、中性能フィルタ、HEPA(High Efficiency Particulate Air)フィルタ又はULPA(Ultra Low Penetration Air)フィルタに大別される。これらエアフィルタにおける基本的な特性としては、微細なダスト粒子の捕集効率が高いことのほかに、フィルタに空気を通気させるためのエネルギーコストを低減させるために、圧力損失が低いことが求められている。そのため、エアフィルタは一般的に、エアフィルタ用濾材をジグザク状に折り畳んで濾過面積を大きくさせている。これにより、エアフィルタを通過する風量は同じであっても、濾材単位面積当たりの風量を減らすことが可能となり、エアフィルタの圧力損失を低下させたり、寿命を延ばしたりすることができる。一般的な縦610mm×横610mmサイズのエアフィルタであっても、濾材を折り畳んで濾過面積を大きく取るため、濾材の長さとしては数十mに及ぶこともある。   Air filters are roughly classified into coarse dust filters, medium performance filters, HEPA (High Efficiency Particulate Air) filters, and ULPA (Ultra Low Penetration Air) filters according to their collection performance. The basic characteristics of these air filters are that, in addition to high collection efficiency of fine dust particles, low pressure loss is required in order to reduce the energy cost for passing air through the filter. ing. Therefore, in the air filter, generally, the filter material for the air filter is folded in a zigzag shape to increase the filtration area. Thereby, even if the air volume passing through the air filter is the same, the air volume per unit area of the filter medium can be reduced, and the pressure loss of the air filter can be reduced and the life of the air filter can be extended. Even a general air filter having a length of 610 mm and a width of 610 mm may have a length of several tens of meters because the filter medium is folded to have a large filtration area.

近年、ナノセルロースの利用が注目されている。一般的にナノセルロースとはセルロースナノファイバーとも呼ばれ、数平均繊維径が1〜100nmの(1)微細なセルロース繊維、又は(2)化学処理(改質)した微細なセルロース繊維をいう。(1)のナノセルロースとしては、例えば、セルロース繊維を高圧下で剪断して解繊したマイクロフィブリレーテッドセルロース、ナノフィブリレーテッドセルロース(以降、MFC、NFCと略す。)又は微生物が産生する微細なバクテリアセルロース(以降、BCと略す。)である。(2)の改質したナノセルロースとしては、例えば、天然セルロースを40%以上の濃硫酸で処理して得られるセルロースナノクリスタル(以降、CNCと略す。)又は木材パルプを構成している繊維の最小単位であるミクロフィブリルを常温常圧の温和な化学処理及び軽微な機械処理で水分散体として単離した超極細、かつ、繊維径の均一な微細セルロース繊維である(例えば、特許文献1を参照。)。   In recent years, the use of nanocellulose has attracted attention. Generally, nanocellulose is also called cellulose nanofiber, and refers to (1) fine cellulose fibers having a number average fiber diameter of 1 to 100 nm, or (2) chemically treated (modified) fine cellulose fibers. As the nanocellulose of (1), for example, microfibrillated cellulose obtained by shearing and defibrating cellulose fibers under high pressure, nanofibrinated cellulose (hereinafter abbreviated as MFC, NFC), or fine particles produced by microorganisms Bacterial cellulose (hereinafter abbreviated as BC). Examples of the modified nanocellulose of (2) include cellulose nanocrystals (hereinafter abbreviated as CNC) obtained by treating natural cellulose with 40% or more concentrated sulfuric acid, or fibers of wood pulp. Microfibrils, which are the smallest unit, are isolated as an aqueous dispersion by mild chemical treatment at room temperature and normal pressure and mild mechanical treatment, and are ultrafine and uniform fine cellulose fibers (for example, see Patent Document 1). reference.).

これらのナノセルロースは、フィルタ材料又は多孔質体としての利用が期待されている。例えば、平均孔径が1.0μm以上100μm未満の多孔質素子と、該多孔質素子に保持された平均繊維径が0.01μm以上1.0μm未満の繊維構造体からなる白血球除去フィルタ材の製造方法が示されている(例えば、特許文献2を参照。)。特許文献2では、繊維構造体として酢酸菌が産出するバクテリアセルロース、又はレーヨンを硫酸処理して、ホモジナイザーで微細化したセルロース繊維を用いている。   These nanocelluloses are expected to be used as filter materials or porous bodies. For example, a method for producing a leukocyte-removing filter material comprising a porous element having an average pore diameter of 1.0 μm or more and less than 100 μm and a fiber structure retained in the porous element and having an average fiber diameter of 0.01 μm or more and less than 1.0 μm. Are shown (for example, refer to Patent Document 2). In Patent Document 2, bacterial cellulose produced by acetic acid bacteria, or cellulose fiber obtained by treating rayon with sulfuric acid and finely treated with a homogenizer is used as the fiber structure.

ナノセルロースは親水性が高いため、乾燥時に働く凝集力は熱可塑性ポリマー由来のナノファイバーよりも強く、エアフィルタのような通気性を有する材料を得るのは難しい。そこで、ナノセルロースを用いて通気性を有する材料を得る方法として、水と水に溶解する有機溶媒との混合液にナノセルロースを分散させ、当該混合液を凍結乾燥させて分散媒を除去するセルロース多孔質体の製造方法が示されている(例えば、特許文献3を参照。)。   Since nanocellulose has high hydrophilicity, the cohesive force that works during drying is stronger than that of nanofibers derived from a thermoplastic polymer, and it is difficult to obtain a material having air permeability such as an air filter. Therefore, as a method for obtaining a material having air permeability using nanocellulose, nanocellulose is dispersed in a mixed solution of water and an organic solvent soluble in water, and cellulose is removed by freeze-drying the mixed solution. A method for producing a porous body is shown (for example, refer to Patent Document 3).

特開2008−1728号公報JP, 2008-1728, A 特許第3941838号公報Japanese Patent No. 3941838 特開2013−253137号公報JP, 2013-253137, A

R.Daoussi,E,Bogdani,S.Vessot,J.Andrieu,O.Monnier,「Drying Technology」Vol.29(2011),p.1853〜1867R. Daoussi, E, Bogdani, S .; Vessot, J .; Andrieu, O .; Monnier, "Drying Technology" Vol. 29 (2011), p. 1853-1867

特許文献2では、最も細い繊維として、酢酸菌が産出するバクテリアセルロースを用いており、実験室レベルで小面積のフラットシートを作る方法しか開示されていない。その平均繊維径は0.02μm(=20nm)である。その他繊維として、レーヨンを硫酸処理して、ホモジナイザーで微細化したセルロース繊維を用いており、最も細いもので平均繊維径0.19μm(=190nm)であった。バクテリアセルロースを用いる場合、多孔質素子に酢酸菌を培養させるが、培養条件には制約が多く、かつ、生産量も少ないため、工業利用するには適さない。また、当該繊維構造体は多孔質素子の表面にだけ形成されるもので、多孔質素子の孔の内部に繊維構造体は形成されない。レーヨンを微細化したセルロース繊維は、ナノというよりサブミクロン繊維であり、従来からあるマイクロガラス繊維で十分代用可能なものである。さらに、特許文献2のフィルタ材は液体用のフィルタ材であり、エアフィルタ用濾材としては空隙率が低すぎるという問題があった。   Patent Document 2 uses bacterial cellulose produced by acetic acid bacteria as the thinnest fiber, and only discloses a method for producing a flat sheet having a small area at a laboratory level. The average fiber diameter is 0.02 μm (= 20 nm). As other fibers, cellulosic fibers obtained by treating rayon with sulfuric acid and refined with a homogenizer were used, and the thinnest had an average fiber diameter of 0.19 μm (= 190 nm). When bacterial cellulose is used, acetic acid bacteria are cultivated in the porous element, but there are many restrictions on the culturing conditions and the production amount is small, so that it is not suitable for industrial use. Further, the fibrous structure is formed only on the surface of the porous element, and the fibrous structure is not formed inside the holes of the porous element. Cellulose fibers obtained by refining rayon are submicron fibers rather than nanofibers, and conventional microglass fibers can be sufficiently substituted. Further, the filter material of Patent Document 2 is a filter material for liquid, and there is a problem that the porosity is too low as a filter material for air filters.

特許文献3では、セルロース多孔質体をエアフィルタ用濾材として実用することについて検討されていない。特許文献3では凍結乾燥を用いてガラス繊維からなる不織布内にナノセルロースの多孔質体を形成させているが、凍結乾燥では乾燥時に真空状態を維持するため密閉容器が必要となる。特許文献3で使用されている不織布は平面状であるため、密閉容器のサイズ以上の多孔質体は得られず、エアフィルタの製造に必要とされる長尺なエアフィルタ用濾材として多孔質体を実用するのは困難であった。また、通常エアフィルタ用濾材はジグザク状に折り畳まれるプリーツ加工が施されるが、その際に、エアフィルタ用濾材の折り目部分に存在するナノセルロースネットワークの破壊や脱落が生じ、フィルタ性能を低下させることがある。しかし、この課題を解決する手段はこれまで示されていなかった。   Patent Document 3 does not discuss practical use of a porous cellulose body as a filter medium for an air filter. In Patent Document 3, a nanocellulose porous body is formed in a nonwoven fabric made of glass fibers by freeze-drying. However, freeze-drying requires a closed container to maintain a vacuum state during drying. Since the non-woven fabric used in Patent Document 3 is flat, a porous body having a size larger than that of the closed container cannot be obtained, and the porous body is used as a long filter medium for an air filter required for manufacturing an air filter. Was difficult to put into practical use. Further, the filter material for an air filter is usually pleated so that it is folded in a zigzag shape, but at that time, the nanocellulose network existing at the fold portion of the filter material for an air filter is broken or dropped, which deteriorates the filter performance. Sometimes. However, no means for solving this problem has been shown so far.

本開示は、ナノセルロースを用い、フィルタ性能、特に粒子捕集性能を向上させたエアフィルタ用濾材の製造方法及びエアフィルタの製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present disclosure is to provide a method of manufacturing a filter medium for an air filter and a method of manufacturing an air filter, which use nanocellulose and have improved filter performance, particularly particle collection performance.

本発明に係るエアフィルタの製造方法は、プリーツ加工が施された流体透過性を有する支持体を枠材に固定する固定工程と、該固定工程を経た前記支持体に、ナノセルロースを含む分散液を付着させる付着工程と、該付着工程を経た前記支持体を乾燥させる乾燥工程とを有することを特徴とする。   The method for producing an air filter according to the present invention is a fixing step of fixing a fluid-permeable support, which has been subjected to pleating, to a frame material, and the support that has undergone the fixing step, and a dispersion liquid containing nanocellulose. Is attached, and a drying step of drying the support after the attaching step is performed.

本発明に係るエアフィルタの製造方法では、前記乾燥工程で行われる乾燥方法が凍結乾燥法であることが好ましい。これにより、ナノセルロースの凝集を抑制し、良好なナノセルロースネットワークを構築できることから、エアフィルタのフィルタ性能を更に向上させることができる。   In the method for manufacturing an air filter according to the present invention, it is preferable that the drying method performed in the drying step is a freeze drying method. As a result, the aggregation of nanocellulose can be suppressed and a good nanocellulose network can be constructed, so that the filter performance of the air filter can be further improved.

本開示によれば、ナノセルロースを用い、フィルタ性能、特に粒子捕集性能を向上させたエアフィルタ用濾材の製造方法及びエアフィルタの製造方法を提供することができる。   According to the present disclosure, it is possible to provide a method for manufacturing a filter medium for an air filter and a method for manufacturing an air filter, which use nanocellulose and have improved filter performance, particularly particle collection performance.

実施例1のエアフィルタをSEMにより観察した画像(観察倍率5000倍)を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an image (observation magnification: 5000 times) obtained by observing the air filter of Example 1 with an SEM. 実施例1のエアフィルタをSEMにより観察した画像(観察倍率10000倍)を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an image (observation magnification: 10000 times) obtained by observing the air filter of Example 1 with an SEM. 比較例1のエアフィルタをSEMにより観察した画像(観察倍率5000倍)を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an image (observation magnification: 5000 times) obtained by observing the air filter of Comparative Example 1 with an SEM. 比較例1のエアフィルタをSEMにより観察した画像(観察倍率10000倍)を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an image (observation magnification: 10000 times) obtained by observing the air filter of Comparative Example 1 with an SEM.

次に、本発明について実施形態を示して詳細に説明するが、本発明はこれらの記載に限定して解釈されない。本発明の効果を奏する限り、実施形態は種々の変形をしてもよい。   Next, the present invention will be described in detail by showing embodiments, but the present invention is not construed as being limited to these descriptions. The embodiments may be variously modified as long as the effects of the present invention are exhibited.

本実施形態に係るエアフィルタ用濾材は、プリーツ加工が施された流体透過性を有する支持体に、ナノセルロースを含む分散液を付着させる付着工程と、該付着工程を経た前記支持体を乾燥させる乾燥工程とを有する。予めプリーツ加工が施された支持体を用いることにより、容積の限られた乾燥領域内で長尺な支持体を乾燥させることができ、効率的にナノセルロースが付着されたエアフィルタ用濾材を得ることができる。さらに、プリーツ加工による折り目部分のナノセルロースネットワークの破壊や脱落が生じないことから、高いフィルタ性能を有するエアフィルタ用濾材を提供することが可能となる。   The filter medium for an air filter according to the present embodiment has an adhesion step of adhering a dispersion liquid containing nanocellulose to a pleated support having fluid permeability, and drying the support after the adhesion step. And a drying step. By using a support that has been pleated in advance, it is possible to dry a long support in a drying area with a limited volume, and efficiently obtain a filter medium for air filters to which nanocellulose is attached. be able to. Furthermore, since the nanocellulose network at the fold portion is not broken or dropped due to the pleating process, it is possible to provide a filter medium for an air filter having high filter performance.

<支持体>
支持体は、流体透過性を有するものであれば特に限定するものではなく、例えば、不織布、織布、紙又はスポンジなどの多孔質な材料を用いることができる。これらの中でも不織布が好ましく、特にガラス繊維や有機繊維を主成分とする濾材用不織布であることが好ましい。ガラス繊維や有機繊維を主成分とするとは、支持体の全質量に対する当該繊維の質量が50質量%以上であることをいう。より好ましくは、80質量%以上である。支持体が当該繊維を主成分とする不織布であるとき、目付は10〜300g/mであることが好ましく、30〜200g/mであることがより好ましい。流体透過性とは、少なくとも気体を透過させることができる性質をいい、より好ましくは気体及び液体を透過させることができる性質をいう。
<Support>
The support is not particularly limited as long as it has fluid permeability, and for example, a porous material such as non-woven fabric, woven fabric, paper or sponge can be used. Among these, non-woven fabrics are preferable, and non-woven fabrics for filter media containing glass fiber or organic fiber as a main component are particularly preferable. The main component being glass fiber or organic fiber means that the mass of the fiber is 50 mass% or more with respect to the total mass of the support. More preferably, it is 80 mass% or more. When the support is a nonwoven fabric composed mainly of the fibers, the basis weight is preferably from 10 to 300 g / m 2, and more preferably 30 to 200 g / m 2. The fluid permeability is a property that allows at least a gas to pass therethrough, and more preferably a property that allows a gas and a liquid to pass therethrough.

支持体に用いられるガラス繊維は、例えば、火焔延伸法若しくはロータリー法によって製造されるウール状の極細ガラス繊維、又は所定の繊維径となるように紡糸されたガラス繊維の束を所定の繊維長に切断して製造されるチョップドストランドガラス繊維である。これらの中から、必要とされる物性に応じて、種々の繊維径及び繊維長を有するものが選択され、単独又は混合して使用される。また、半導体製造工程用途におけるシリコンウェハの硼素汚染を防止する目的で、低硼素ガラス繊維又はシリカガラス繊維を使用することもできる。ガラス繊維の平均繊維径は、特に限定されないが、0.05〜20μmであることが好ましい。より好ましくは、0.1〜5μmである。ガラス繊維の平均繊維長は、特に限定されないが、0.5〜10000μmであることが好ましい。より好ましくは、1〜1000μmである。一方、有機繊維は、例えば、ポリプロピレン繊維、アクリル繊維、ビニロン繊維、セルロース繊維、ポリエステル繊維又はアラミド繊維である。有機繊維の平均繊維径は、特に限定されないが、0.05〜100μmであることが好ましい。より好ましくは、0.1〜50μmである。有機繊維の平均繊維長は、特に限定されないが、短繊維である場合は0.5〜10000μmであることが好ましい。より好ましくは、10〜5000μmである。不織布の製造方法は、特に限定されず、例えば、乾式法又は湿式法である。   The glass fiber used for the support is, for example, a wool-like ultrafine glass fiber produced by a flame drawing method or a rotary method, or a bundle of glass fibers spun to have a predetermined fiber diameter into a predetermined fiber length. It is a chopped strand glass fiber produced by cutting. Among these, those having various fiber diameters and fiber lengths are selected according to the required physical properties, and they are used alone or as a mixture. Further, low boron glass fiber or silica glass fiber can be used for the purpose of preventing boron contamination of the silicon wafer in the semiconductor manufacturing process application. The average fiber diameter of the glass fibers is not particularly limited, but is preferably 0.05 to 20 μm. More preferably, it is 0.1 to 5 μm. The average fiber length of the glass fibers is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 10000 μm. More preferably, it is 1 to 1000 μm. On the other hand, the organic fiber is, for example, polypropylene fiber, acrylic fiber, vinylon fiber, cellulose fiber, polyester fiber or aramid fiber. The average fiber diameter of the organic fibers is not particularly limited, but is preferably 0.05 to 100 μm. More preferably, it is 0.1 to 50 μm. The average fiber length of the organic fibers is not particularly limited, but in the case of short fibers, it is preferably 0.5 to 10000 μm. More preferably, it is 10 to 5000 μm. The method for manufacturing the nonwoven fabric is not particularly limited, and is, for example, a dry method or a wet method.

支持体に施されるプリーツ加工は、例えば、支持体の材料に山折りと谷折りとを繰り返したジグザグ状の構造を有する折り目を形成する加工である。   The pleating process performed on the support is, for example, a process of forming a fold having a zigzag-like structure in which a mountain fold and a valley fold are repeated in the material of the support.

また、支持体の平均孔径は、0.1〜50μmであることが好ましい。より好ましくは0.5〜10μmである。0.1μm未満では、流体透過性に劣る場合がある。50μmを超えると、ナノセルロースが支持体の孔内に網目状構造体を均一に形成しにくくなる場合がある。本実施形態においては、ナノセルロースを含有する分散液を支持体の孔内に付着させ、その後乾燥してエアフィルタとすることができるが、適切な平均孔径を有する支持体を用いることで、この乾燥時にナノセルロースに対して生じる凝集力が分散しやすくなるため、乾燥後も網目状構造を維持させやすくなる。ここで、平均孔径は、ASTM E1294‐89「ハーフドライ法」に従って計測することができる。   The average pore size of the support is preferably 0.1 to 50 μm. More preferably, it is 0.5 to 10 μm. If it is less than 0.1 μm, the fluid permeability may be poor. When it exceeds 50 μm, it may be difficult for nanocellulose to uniformly form a network structure in the pores of the support. In the present embodiment, a dispersion containing nanocellulose can be deposited in the pores of the support and then dried to form an air filter, but by using a support having an appropriate average pore size, Since the cohesive force generated with respect to the nanocellulose during drying becomes easy to disperse, it becomes easy to maintain the network structure even after drying. Here, the average pore diameter can be measured according to ASTM E1294-89 "half-dry method".

支持体は、支持体自体がエアフィルタ用濾材として使用できる素材であることが好ましい。本実施形態に係るエアフィルタの製造方法では、このような支持体を用いることで、従来のエアフィルタ用濾材(支持体自体)よりも粒子捕集性能の高いエアフィルタを得ることが容易となる。   The support is preferably a material that can be used as a filter material for an air filter. In the air filter manufacturing method according to the present embodiment, by using such a support, it becomes easy to obtain an air filter having a higher particle trapping performance than the conventional filter material for air filter (support itself). .

<ナノセルロース>
ナノセルロース(以降、ナノファイバーと呼ぶこともある。)は、化学処理(改質)したナノセルロースを包含する。ナノセルロースでは、セルロース分子鎖が2本以上の束を形成している。セルロース分子鎖が2本以上の束を形成しているとは、2本以上のセルロース分子鎖が集合してミクロフィブリルと呼ばれる集合体を形成している状態をいう。本実施形態では、セルロース分子鎖は、分子中のC6位水酸基の一部若しくは全部がアルデヒド基若しくはカルボキシル基などに酸化されたもの、C6位以外の水酸基の一部若しくは全部がカルボニル基に酸化されたもの、C6位以外の水酸基を含む水酸基の一部若しくは全部が硝酸エステル、酢酸エステル若しくはリン酸エステルなどのようにエステル化されたもの、又はメチルエーテル、ヒドロキシプロピルエーテル若しくはカルボキシメチルエーテルなどのようにエーテル化されたものなど他の官能基に置換されている形態を含む。また、セルロース分子鎖が改質されてカルボキシル基を含む場合は、その対イオンがカチオン系界面活性剤に置換されているもの、各種金属イオンに置換されているもの、当該金属イオンが還元されて粒子状になっているものも含む。
<Nanocellulose>
Nanocellulose (hereinafter also referred to as nanofiber) includes chemically treated (modified) nanocellulose. In nanocellulose, the molecular chains of cellulose form two or more bundles. The term “two or more bundles of cellulose molecular chains” means a state in which two or more cellulose molecular chains are aggregated to form an aggregate called microfibril. In the present embodiment, in the cellulose molecular chain, a part or all of the hydroxyl group at the C6 position in the molecule is oxidized to an aldehyde group or a carboxyl group, and a part or all of the hydroxyl group other than the C6 position is oxidized to a carbonyl group. A part or all of the hydroxyl groups including hydroxyl groups other than C6 position are esterified such as nitrate ester, acetate ester or phosphate ester, or methyl ether, hydroxypropyl ether or carboxymethyl ether. Including a form substituted with another functional group such as an etherified product. When the cellulose molecular chain is modified to contain a carboxyl group, its counter ion is substituted with a cationic surfactant, those substituted with various metal ions, and the metal ion is reduced. Including those in the form of particles.

本実施形態では、ナノセルロースの数平均繊維径は、1〜100nmであることが好ましい。高い粒子捕集性能と低圧力損失とを両立させるエアフィルタとするためには、繊維径の極めて細いナノセルロースによる均一な繊維ネットワークを支持体中に形成することが重要である。数平均繊維径が1〜100nmである極細のナノセルロースを用いると、エアフィルタ用濾材中の単位体積あたりの繊維の本数が著しく増加し、気体中の粒子を捕捉しやすくなり、高い捕集性能を得ることが可能となる。また、スリップフロー効果によって、単繊維の通気抵抗が極めて低くなり、エアフィルタとしての圧力損失が上昇しにくくなる。ナノセルロースの数平均繊維径は2〜30nmが好ましく、3〜20nmがより好ましい。数平均繊維径が1nm未満では、ナノセルロースの単繊維強度が弱く、エアフィルタ用濾材中で繊維ネットワークを維持することが困難となる場合がある。100nmを超えると、エアフィルタ用濾材中の単位体積あたりの繊維の本数が少なくなり、粒子を捕捉するのに効果的なナノセルロースネットワークが形成できなくなる場合がある。ここで、数平均繊維径は、次に従って算出する。カーボン膜被覆グリッド上にキャストしたナノセルロースを透過型電子顕微鏡(TEM、Transmission Electron Microscope)を用いて電子顕微鏡画像による観察を行う。得られた観察画像に対し、1枚の画像あたり縦横2本ずつの無作為な軸を引き、軸に交差する繊維の繊維径を目視で読み取っていく。このとき、構成する繊維の大きさに応じて5000倍、10000倍又は50000倍のいずれかの倍率で観察を行う。なお、試料又は倍率は、20本以上の繊維が軸と交差する条件とする。こうして最低3枚の重なっていない表面部分の画像を電子顕微鏡で撮影し、各々二つの軸に交差する繊維の繊維径の値を読み取る。したがって、最低20本×2×3=120個の繊維情報が得られる。こうして得られた繊維径のデータから数平均繊維径を算出した。なお、枝分かれしている繊維については、枝分かれしている部分の長さが50nm以上であれば1本の繊維として繊維径の算出に組み込む。また、数平均繊維径は、次に従って算出してもよい。支持体表面又は内部に存在するナノセルロースを走査型電子顕微鏡(SEM、Scanning Electron Microscope)を用いて電子顕微鏡画像による観察を行う。得られた観察画像に対し、1枚の画像あたり縦横2本ずつの無作為な軸を引き、軸に交差する繊維の繊維径を目視で読み取っていく。このとき、構成する繊維の大きさに応じて5000〜50000倍のいずれかの倍率で観察を行う。複数の重なっていない表面部分の画像を電子顕微鏡で撮影し、各々二つの軸に交差する繊維の繊維径の値を読み取る。少なくとも120本の繊維径データから数平均繊維径を算出する。なお、枝分かれしている繊維については、枝分かれしている部分の長さが50nm以上であれば1本の繊維として繊維径の算出に組み込む。尚、試料は歪みの無い観察画像を得るため、予め導電性コーティングを行うが、コーティング膜厚による影響も考慮する。例えば、イオンスパッター(E−1045、日立ハイテクノロジー社製)を用いる場合、放電電流15mA、試料−ターゲット間距離30mm、真空度6Pa、コーティング時間2分とすると、コーティング膜厚は12nmである。ただし、繊維径を測定する際は、コーティング膜の堆積方向が想定される方向と垂直になるため、コーティング膜厚は想定の半分とする。つまり、上記条件でコーティングした場合、SEMから求めた繊維径から両端のコーティング膜厚12nm(=6nm+6nm)分を除く。   In the present embodiment, the number average fiber diameter of nanocellulose is preferably 1 to 100 nm. In order to provide an air filter that achieves both high particle collection performance and low pressure loss, it is important to form a uniform fiber network of nanocellulose having a very small fiber diameter in the support. When ultrafine nanocellulose having a number average fiber diameter of 1 to 100 nm is used, the number of fibers per unit volume in the filter medium for an air filter remarkably increases, it becomes easy to capture particles in a gas, and high collection performance is obtained. Can be obtained. Further, due to the slip flow effect, the air flow resistance of the single fiber becomes extremely low, and the pressure loss as an air filter becomes difficult to increase. 2-30 nm is preferable and, as for the number average fiber diameter of nanocellulose, 3-20 nm is more preferable. When the number average fiber diameter is less than 1 nm, the single fiber strength of nanocellulose is weak and it may be difficult to maintain the fiber network in the filter medium for an air filter. When it exceeds 100 nm, the number of fibers per unit volume in the filter medium for an air filter decreases, and it may be impossible to form a nanocellulose network effective for capturing particles. Here, the number average fiber diameter is calculated according to the following. The nanocellulose cast on the carbon film-covered grid is observed with an electron microscope image using a transmission electron microscope (TEM, Transmission Electron Microscope). With respect to the obtained observed image, two vertical and horizontal axes are drawn for each image, and the fiber diameter of the fibers intersecting the axis is visually read. At this time, observation is performed at a magnification of 5000 times, 10000 times, or 50000 times depending on the size of the constituent fibers. The sample or the magnification is set under the condition that 20 or more fibers intersect the axis. In this way, at least three images of the non-overlapping surface portions are photographed by an electron microscope, and the value of the fiber diameter of the fiber intersecting the two axes is read. Therefore, at least 20 pieces × 2 × 3 = 120 pieces of fiber information can be obtained. The number average fiber diameter was calculated from the thus obtained fiber diameter data. In addition, regarding the branched fiber, if the length of the branched portion is 50 nm or more, it is incorporated into the calculation of the fiber diameter as one fiber. The number average fiber diameter may be calculated according to the following. The nanocellulose existing on the surface or inside the support is observed with an electron microscope image using a scanning electron microscope (SEM, Scanning Electron Microscope). With respect to the obtained observed image, two vertical and horizontal axes are drawn for each image, and the fiber diameter of the fibers intersecting the axis is visually read. At this time, observation is performed at any magnification of 5000 to 50000 times depending on the size of the constituent fibers. An image of a plurality of non-overlapping surface portions is taken with an electron microscope, and the value of the fiber diameter of the fiber intersecting each of the two axes is read. The number average fiber diameter is calculated from the fiber diameter data of at least 120 fibers. In addition, regarding the branched fiber, if the length of the branched portion is 50 nm or more, it is incorporated into the calculation of the fiber diameter as one fiber. The sample is previously coated with a conductive coating to obtain an observation image without distortion, but the effect of the coating film thickness is also taken into consideration. For example, when using ion sputtering (E-1045, manufactured by Hitachi High-Technology), the coating film thickness is 12 nm when the discharge current is 15 mA, the sample-target distance is 30 mm, the degree of vacuum is 6 Pa, and the coating time is 2 minutes. However, when measuring the fiber diameter, the coating film thickness should be half of the expected value because the deposition direction of the coating film is perpendicular to the expected direction. That is, when coating is performed under the above conditions, the coating film thickness of 12 nm (= 6 nm + 6 nm) at both ends is excluded from the fiber diameter obtained from SEM.

また、ナノセルロースの数平均繊維長は、特に限定するものではないが、0.01〜20μmであることが好ましい。より好ましくは、0.05〜10μmである。更に好ましくは0.08〜1.0μmである。数平均繊維長が0.01μm未満では、ナノファイバーが粒子に近くなり、エアフィルタ用濾材中で繊維ネットワークを形成できないおそれがある。20μmを超えると、ナノファイバー同士の絡み合いが多くなり、繊維同士が凝集して均一なネットワークが形成できなくなる場合がある。なお、数平均繊維長は、ナノセルロースを走査型電子顕微鏡(SEM、Scanning Electron Microscope)を用いて電子顕微鏡画像による観察から算出する。得られた観察画像に対し、1枚の画像あたり10本ずつ独立した繊維を無作為に選び、その繊維長を目視で読み取っていく。このとき、構成する繊維の長さに応じて1000〜30000倍のいずれかの倍率で行う。なお、試料又は倍率は、繊維の始点と終点とが同じ画像内に収まっているものを対象とする。こうして最低12枚の重なっていない表面部分の画像をSEMで撮影し、繊維長を読み取る。したがって、最低10本×12枚=120本の繊維情報が得られる。こうして得られた繊維径のデータから数平均繊維長を算出できる。なお、枝分かれしている繊維については、その繊維の最も長い部分の長さを繊維長とする。   The number average fiber length of nanocellulose is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 20 μm. More preferably, it is 0.05 to 10 μm. More preferably, it is 0.08 to 1.0 μm. When the number average fiber length is less than 0.01 μm, the nanofibers are close to particles, and there is a possibility that a fiber network cannot be formed in the air filter medium. If it exceeds 20 μm, the entanglement of nanofibers increases, and the fibers may aggregate to fail to form a uniform network. The number average fiber length is calculated by observing the nanocellulose with an electron microscope image using a scanning electron microscope (SEM, Scanning Electron Microscope). With respect to the obtained observation image, 10 independent fibers are randomly selected for each image, and the fiber length is visually read. At this time, it is performed at any magnification of 1000 to 30000 times depending on the length of the constituent fibers. Note that the sample or the magnification is for the fiber whose start point and end point are within the same image. In this way, at least 12 images of the non-overlapping surface portion are photographed by SEM, and the fiber length is read. Therefore, at least 10 pieces × 12 pieces = 120 pieces of fiber information can be obtained. The number average fiber length can be calculated from the fiber diameter data thus obtained. For a branched fiber, the length of the longest part of the fiber is the fiber length.

本実施形態に係るエアフィルタ用濾材の製造方法では、ナノセルロースの数平均繊維長が、支持体の平均孔径よりも小さいことが好ましい。ナノセルロースの数平均繊維長を支持体の平均孔径よりも小さくすることで、ナノセルロースが支持体の内部まで入り込んで、支持体の内部でネットワークを形成することができる。その結果、ナノセルロースの充填密度が比較的低くとも粒子捕集性能がより高いエアフィルタ用濾材とすることができる。ナノセルロースは繊維同士が繋がってネットワークを形成する能力が非常に高いため、数平均繊維長が支持体の平均孔径より小さくても、また、充填密度が比較的低くてもエアフィルタ用濾材として十分なネットワーク強度有している。ナノセルロースの数平均繊維長の値は、支持体の平均孔径の値に対して、0.1〜99%であることが好ましく、5〜36%であることがより好ましい。0.1%未満では、ナノセルロース同士やナノセルロースと支持体との接点が少なくなり、ナノセルロースが支持体から脱落してしまう場合がある。99%を超えると、ナノセルロースが支持体の内部まで入り込めない場合がある。   In the method for producing an air filter medium according to this embodiment, it is preferable that the number average fiber length of nanocellulose is smaller than the average pore diameter of the support. By making the number average fiber length of nanocellulose smaller than the average pore diameter of the support, nanocellulose can penetrate into the support and form a network inside the support. As a result, it is possible to obtain a filter medium for an air filter having a higher particle collecting performance even if the packing density of nanocellulose is relatively low. Since nanocellulose has a very high ability to form a network by connecting fibers, it is sufficient as a filter medium for air filters even if the number average fiber length is smaller than the average pore diameter of the support and the packing density is relatively low. Has a strong network strength. The value of the number average fiber length of nanocellulose is preferably 0.1 to 99%, and more preferably 5 to 36% with respect to the value of the average pore diameter of the support. If it is less than 0.1%, the number of contact points between the nanocelluloses or between the nanocellulose and the support becomes small, and the nanocellulose may drop off from the support. If it exceeds 99%, the nanocellulose may not be able to enter the inside of the support.

ナノセルロースの種類は、特に限定するものではないが、例えば、前述のMFC、NFC、CNC、又は特許文献1に記載のTEMPOなどのN‐オキシル化合物を用いてセルロースを酸化して得られるナノセルロースである。MFC及びNFCは、セルロース繊維を機械的な処理によって剪断してナノファイバー化するため、繊維径の分布が広いという特徴がある。CNCは、比較的均一な繊維径を有するが、繊維長が0.1〜0.2μmで短いという特徴がある。特許文献1に記載のナノセルロースは、セルロースシングルミクロフィブリルである。天然セルロースは、ミクロフィブリルが多束化して高次な個体構造を構築している。ここで、ミクロフィブリル間は、セルロース分子中の水酸基由来の水素結合によって強固に凝集している。セルロースシングルミクロフィブリルとは、天然セルロースに化学処理及び軽微な機械処理を行い、単離したミクロフィブリルをいう。特許文献1に記載されているように、セルロース原料を、N‐オキシル化合物、臭化物、ヨウ化物又はそれらの混合物の存在下で、酸化剤を用いて酸化し、該酸化されたセルロースを更に湿式微粒化処理して解繊し、ナノファイバー化することによって水分散体として製造され、均一な繊維径を有するという特徴がある。この中で、特許文献1に記載の微細セルロースが、生産に必要なエネルギーが他のセルロース繊維よりも少ない点及び生産性が高い点で特に好ましい。特許文献1に記載のナノセルロースは、セルロース分子の水酸基の一部がカルボキシル基及びアルデヒド基からなる群から選ばれる少なくとも一つの官能基に酸化されており、かつ、セルロースI型結晶構造を有する。最大繊維径は、1000nm以下である。このナノセルロースは、水に分散すると透明な液体となる。   The type of nanocellulose is not particularly limited, but is, for example, nanocellulose obtained by oxidizing cellulose using the above-mentioned MFC, NFC, CNC, or N-oxyl compound such as TEMPO described in Patent Document 1. Is. MFC and NFC are characterized by a wide distribution of fiber diameters because the cellulose fibers are sheared by mechanical treatment to form nanofibers. The CNC has a relatively uniform fiber diameter, but is characterized by a short fiber length of 0.1 to 0.2 μm. The nanocellulose described in Patent Document 1 is cellulose single microfibril. In natural cellulose, microfibrils are multibunched to construct a high-order individual structure. Here, the microfibrils are strongly aggregated by hydrogen bonds derived from the hydroxyl groups in the cellulose molecule. Cellulose single microfibrils are microfibrils isolated by subjecting natural cellulose to chemical treatment and slight mechanical treatment. As described in Patent Document 1, a cellulose raw material is oxidized with an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound, a bromide, an iodide, or a mixture thereof, and the oxidized cellulose is further wet granulated. It is characterized as having a uniform fiber diameter, which is produced as an aqueous dispersion by chemical treatment, defibration, and nanofiber formation. Among these, the fine cellulose described in Patent Document 1 is particularly preferable in that it requires less energy for production than other cellulose fibers and has high productivity. The nanocellulose described in Patent Document 1 has a part of the hydroxyl groups of the cellulose molecule oxidized to at least one functional group selected from the group consisting of a carboxyl group and an aldehyde group, and has a cellulose type I crystal structure. The maximum fiber diameter is 1000 nm or less. This nanocellulose becomes a transparent liquid when dispersed in water.

ナノセルロースの原料となるセルロース原料は、特に限定されるものではないが、植物系パルプ、とりわけ木質系パルプであることが好ましい。植物系パルプは、例えば、広葉樹さらしクラフトパルプ(LBKP)若しくは針葉樹さらしクラフトパルプ(NBKP)などの各種木材由来のクラフトパルプ;サルファイトパルプ;脱墨パルプ(DIP)などの古紙パルプ;グランドパルプ(GP)、加圧式砕木パルプ(PGW)、リファイナー砕木パルプ(RMP)、サーモメカニカルパルプ(TMP)、ケミサーモメカニカルパルプ(CTMP)、ケミメカニカルパルプ(CMP)若しくはケミグランドパルプ(CGP)などの機械パルプ;それらを高圧ホモジナイザー若しくはミルなどによって粉砕した粉末状セルロース;又は、それらを酸加水分解などの化学処理によって精製した微結晶セルロース粉末を使用できる。また、ケナフ、麻、イネ、バガス、竹又は綿などの植物由来の非木材パルプも使用できる。本実施形態は、ナノファイバーの原料及び製造方法に制限されない。   The cellulose raw material which is a raw material of nanocellulose is not particularly limited, but plant pulp, particularly wood pulp is preferable. The plant-based pulp includes, for example, kraft pulp derived from various woods such as bleached hardwood kraft pulp (LBKP) or bleached softwood kraft pulp (NBKP); sulphite pulp; waste paper pulp such as deinking pulp (DIP); grand pulp (GP). ), Pressurized groundwood pulp (PGW), refiner groundwood pulp (RMP), thermomechanical pulp (TMP), chemithermomechanical pulp (CTMP), chemimechanical pulp (CMP) or chemiground pulp (CGP); Powdery cellulose obtained by pulverizing them with a high-pressure homogenizer or a mill; or microcrystalline cellulose powder obtained by purifying them by a chemical treatment such as acid hydrolysis can be used. Further, plant-derived non-wood pulp such as kenaf, hemp, rice, bagasse, bamboo or cotton can also be used. This embodiment is not limited to the nanofiber raw material and the manufacturing method.

ナノファイバーの製造方法は、例えば、特許文献1に記載した製造方法である。特許文献1によると、ナノファイバーの製造方法は、天然セルロースを原料とし、水中においてTEMPOなどのN‐オキシル化合物を酸化触媒とし、共酸化剤を作用させることによって該天然セルロースを酸化して反応物繊維を得る酸化反応工程と、不純物を除去して水を含んだ反応物繊維を得る精製工程と、水を含んだ反応物繊維をナノセルロースとして分散媒に分散させる解繊工程と、を含む。   The nanofiber manufacturing method is, for example, the manufacturing method described in Patent Document 1. According to Patent Document 1, a method for producing nanofibers comprises using natural cellulose as a raw material, an N-oxyl compound such as TEMPO in water as an oxidation catalyst, and oxidizing the natural cellulose by acting a co-oxidizing agent to produce a reaction product. It includes an oxidation reaction step of obtaining fibers, a purification step of removing impurities to obtain a reaction fiber containing water, and a defibration step of dispersing the reaction fiber containing water as nanocellulose in a dispersion medium.

本実施形態に係る製造方法で得られるエアフィルタ用濾材は、支持体の孔内でナノセルロース同士が絡み合って該ナノセルロース間に空隙が形成されており、ナノセルロースが絡み合った膜又はナノセルロースが凝集した膜を有さないことが好ましい。圧力損失が上昇することを防止し、粒子捕集効率を高めることができる。ナノセルロースが絡み合った膜又はナノセルロースが凝集した膜とは、ナノセルロースが物理的な絡み合い又は化学的な凝集などによって形成された、支持体の孔の全体又は一部を塞ぐ膜状物をいう。   The filter medium for an air filter obtained by the manufacturing method according to the present embodiment, nanocelluloses are entangled with each other in the pores of the support to form voids between the nanocelluloses, and a membrane or nanocelluloses in which nanocelluloses are entangled. It is preferred to have no agglomerated membranes. It is possible to prevent the pressure loss from increasing and to enhance the particle collection efficiency. A membrane in which nanocellulose is entangled or a membrane in which nanocellulose is aggregated refers to a membrane-like material formed by physical entanglement or chemical aggregation of nanocellulose, which blocks all or part of the pores of the support. .

本実施形態に係るエアフィルタの製造方法においては、本実施形態に係るエアフィルタ用濾材の製造方法によって得られたエアフィルタ用濾材を枠材に固定することによってエアフィルタを得ることができる。例えば、本実施形態に係るエアフィルタの製造方法は、プリーツ加工が施された流体透過性を有する支持体に、ナノセルロースを含む分散液を付着させる付着工程と、該付着工程を経た前記支持体を乾燥させてエアフィルタ用濾材を得る乾燥工程と、前記エアフィルタ用濾材を枠材に固定する固定工程とを有する。   In the method for manufacturing the air filter according to the present embodiment, the air filter can be obtained by fixing the filter material for air filter obtained by the method for manufacturing the filter material for air filter according to the present embodiment to the frame member. For example, the manufacturing method of the air filter according to the present embodiment, the support having a fluid permeable subjected to pleating, an adhesion step of adhering a dispersion liquid containing nanocellulose, and the support after the adhesion step And a fixing step of fixing the air filter material to the frame material.

また、本実施形態に係るエアフィルタの製造方法は、プリーツ加工が施された流体透過性を有する支持体を枠材に固定する固定工程と、該固定工程を経た前記支持体に、ナノセルロースを含む分散液を付着させる付着工程と、該付着工程を経た前記支持体を乾燥させる乾燥工程とを有する。すなわち、予め枠材に固定された支持体にナノセルロースを含む分散液を付着させ、乾燥させてエアフィルタを得ることもできる。枠材に固定された支持体にナノセルロースを付着させることにより、従来エアフィルタの製造に必要とされる長尺なエアフィルタ用濾材を用いなくても、支持体をジグザク状に折り畳んで濾過面積を大きくしたエアフィルタを得ることができる。また、支持体を枠材に固定してからナノセルロースを含む分散液を付着させ、乾燥させることで、より効率的にエアフィルタを得ることができる。   Further, the manufacturing method of the air filter according to the present embodiment, a fixing step of fixing the support having a fluid permeable subjected to pleating process to the frame material, the support after the fixing step, nanocellulose, The method includes an attaching step of attaching the dispersion liquid containing the adhesive, and a drying step of drying the support after the attaching step. That is, the air filter can be obtained by adhering the dispersion containing nanocellulose to the support previously fixed to the frame material and drying it. By attaching nanocellulose to the support fixed to the frame material, the support area can be folded in a zigzag shape without using the long filter media for air filters conventionally required for manufacturing air filters. It is possible to obtain an air filter having a large size. Further, the air filter can be obtained more efficiently by fixing the support to the frame material, attaching the dispersion liquid containing nanocellulose, and drying the dispersion liquid.

枠材としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、又はパルプのような繊維状物を固めた成形物などを使用することができる。支持体又はエアフィルタ用濾材を枠材に固定する形状は様々である。例えば、支持体又はエアフィルタ用濾材がジグザク状に折り畳まれて固定されている形態である。枠材の形状も様々であり、四角形に厚みを持たせた角型のもの、円筒形のものなどがある。エアフィルタ用濾材又は支持体と枠材との接着は、漏れが無いことが重要であり、接着剤により、枠材とエアフィルタ用濾材又は支持体とに隙間が生じないよう固定する方法であることが好ましい。ここで接着剤としては、例えば、ポリ酢酸ビニル樹脂などのホットメルト系接着剤を用いることができる。   As the frame material, for example, aluminum, aluminum alloy, stainless steel, thermoplastic resin, thermosetting resin, or a molded product obtained by solidifying fibrous material such as pulp can be used. There are various shapes for fixing the support or the filter medium for the air filter to the frame member. For example, the support or the filter medium for an air filter is folded and fixed in a zigzag shape. There are various shapes of the frame material, and there are a square shape having a square shape and a cylindrical shape. It is important that the air filter medium or the support and the frame member are adhered to each other without any leakage, and the adhesive is a method of fixing the frame member and the air filter medium or the support member so as not to create a gap. It is preferable. Here, as the adhesive, for example, a hot melt adhesive such as polyvinyl acetate resin can be used.

本実施形態においては、支持体に対するナノセルロースの付着量の割合を0.001〜0.500質量%とすることが好ましい。好ましくは0.010〜0.300質量%であり、より好ましくは0.050〜0.200質量%である。このような付着量とすることによって粒子捕集性能が高く、圧力損失が比較的低いエアフィルタとすることができる。支持体に対するナノセルロースの付着量が0.001質量%を下回ると、粒子捕集性能に劣る場合がある。逆に0.500質量%を上回ると、圧力損失が高くなりすぎる場合がある。支持体に対するナノセルロースの付着量は、主に、分散液中のナノセルロースの濃度と、支持体への分散液の付着量でコントロールすることができ、分散液中のナノセルロースの濃度を高くするほど、また、支持体への分散液の付着量を多くするほど、支持体へのナノセルロースの付着量は多くなる。   In the present embodiment, the ratio of the amount of nanocellulose attached to the support is preferably 0.001 to 0.500 mass%. It is preferably 0.010 to 0.300% by mass, and more preferably 0.050 to 0.200% by mass. With such an amount of adhesion, an air filter having high particle collection performance and relatively low pressure loss can be obtained. If the amount of nanocellulose deposited on the support is less than 0.001% by mass, the particle collection performance may be poor. On the other hand, if it exceeds 0.500 mass%, the pressure loss may be too high. The amount of nanocellulose attached to the support can be controlled mainly by the concentration of nanocellulose in the dispersion and the amount of attachment of the dispersion to the support, which increases the concentration of nanocellulose in the dispersion. The more the adhesion amount of the dispersion liquid to the support increases, the more the adhesion amount of nanocellulose to the support increases.

本実施形態においては、枠材に固定された支持体にナノセルロースを含む分散液を付着させた後、乾燥することによってエアフィルタを得ることができる。分散液は、ナノセルロースを分散媒に分散させることで得ることができる。分散液中のナノセルロースの形態は、例えば、ナノセルロースがバラバラに分散した形態、又は部分的に凝集した形態である。このうち、分散液中のナノセルロースの形態は、ナノセルロースがバラバラに分散した形態であることが好ましい。   In this embodiment, the air filter can be obtained by adhering the dispersion liquid containing nanocellulose to the support fixed to the frame material and then drying the dispersion liquid. The dispersion liquid can be obtained by dispersing nanocellulose in a dispersion medium. The form of the nanocellulose in the dispersion liquid is, for example, a form in which the nanocellulose is dispersed dispersively or a form in which the nanocellulose is partially aggregated. Among them, the form of nanocellulose in the dispersion liquid is preferably a form in which nanocellulose is dispersed in pieces.

<分散媒>
分散媒としては水を用いることができる。分散媒を水とする場合は、界面活性剤を含有させることもできる。界面活性剤には、液体の表面張力を低下させる効果及び界面活性剤の親水性部位がナノセルロースに吸着し、疎水性部位が外側に向くことによる疎水化効果あり、乾燥時にナノセルロース同士の凝集を弱める働きがあると考えられる。界面活性剤としては、特に限定するものではなく、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、非イオン性界面活性剤又は両性界面活性剤を使用することができるが、カチオン系界面活性剤であることが好ましい。ナノセルロース表面は、アニオン性を示すため、カチオン性界面活性剤が吸着しやすく、ナノセルロースの表面が界面活性剤で覆われやすくなる。その結果、乾燥時のナノセルロース同士の凝集を弱める効果がより高まり、ナノセルロースの均一なネットワーク形成に寄与する。カチオン性界面活性剤は、例えば、第4級アンモニウム塩、アルキルアミン塩、スルホニウム塩又はホスホニウム塩である。水溶性が高い点で、第4級アンモニウム塩であることがより好ましい。分散液中の界面活性剤の含有量としては、特に限定するものではないが、ナノセルロースの乾燥質量に対して、固形分濃度で0.10〜100質量%であることが好ましい。より好ましくは、0.50〜50.0質量%である。特に好ましくは、1.00〜40.0質量%である。0.10質量%未満では、界面活性剤を添加する効果が得られない場合がある。100質量%を超えると、ナノセルロースが繊維状態を維持するのが困難となる場合がある。
<Dispersion medium>
Water can be used as the dispersion medium. When water is used as the dispersion medium, a surfactant can be included. The surfactant has the effect of lowering the surface tension of the liquid, and the hydrophilic part of the surfactant is adsorbed on the nanocellulose, and the hydrophobic part is directed to the outside to make it hydrophobic. It is thought that there is a function to weaken. The surfactant is not particularly limited, and a cationic surfactant, an anionic surfactant, a nonionic surfactant or an amphoteric surfactant can be used. Preferably there is. Since the surface of the nanocellulose exhibits anionicity, the cationic surfactant is easily adsorbed, and the surface of the nanocellulose is easily covered with the surfactant. As a result, the effect of weakening the aggregation of nanocelluloses during drying is further enhanced, which contributes to the formation of a uniform network of nanocelluloses. Cationic surfactants are, for example, quaternary ammonium salts, alkylamine salts, sulfonium salts or phosphonium salts. From the viewpoint of high water solubility, a quaternary ammonium salt is more preferable. The content of the surfactant in the dispersion is not particularly limited, but it is preferably 0.10 to 100 mass% in terms of solid content concentration with respect to the dry mass of nanocellulose. More preferably, it is 0.50 to 50.0 mass%. Especially preferably, it is 1.00-40.0 mass%. If it is less than 0.10% by mass, the effect of adding a surfactant may not be obtained in some cases. If it exceeds 100% by mass, it may be difficult for the nanocellulose to maintain the fibrous state.

また、分散媒としては、水と水に溶解する有機溶媒とを混合した混合分散媒を用いることもできる。後述するように、本実施形態においては、ナノセルロースを含有する分散液を支持体に付着させた後、凍結乾燥することによってエアフィルタ用濾材を得ることができるが、この凍結乾燥を行う場合には水と水に溶解する有機溶媒とを混合した混合分散媒を用いることが好ましい。ここで有機溶媒とは、常温常圧で液体である有機化合物のことをいう。また、水に溶解するとは、水と有機溶媒とを混合した混合分散媒において、水と有機溶媒が任意の割合で、両者が分子レベルで互いに混ざり合い、相分離しないことをいう。分散媒が、水と水に溶解する有機溶媒との混合物であることは、凍結乾燥時に分散媒の結晶化を抑制し、ナノセルロースの均一なネットワーク形成に寄与する。本実施形態において、混合分散媒中の有機溶媒の濃度は、2〜50質量%であることが好ましい。より好ましくは、5〜40質量%であり、更に好ましくは10〜30質量%である。有機溶媒の濃度が50質量%を超えると、疎水性の高い分散媒となり、親水性を有するナノセルロースが分散液中に均一に分散しなくなり、ナノセルロースの均一なネットワーク形成を損ねる可能性がある。また、有機溶媒の濃度が2質量%未満では、分散媒の凍結時における水の結晶(氷晶)の形成が著しく、ナノセルロースの凝集や構造破壊を引き起こされてしまい、支持体に均一なナノセルロースのネットワークを形成できなくなるおそれがある。   Further, as the dispersion medium, a mixed dispersion medium in which water and an organic solvent soluble in water are mixed can be used. As described below, in the present embodiment, after the dispersion containing nanocellulose is attached to the support, it is possible to obtain a filter medium for an air filter by freeze-drying, but when performing this freeze-drying It is preferable to use a mixed dispersion medium in which water and an organic solvent that dissolves in water are mixed. Here, the organic solvent refers to an organic compound that is liquid at normal temperature and pressure. Further, “dissolving in water” means that, in a mixed dispersion medium in which water and an organic solvent are mixed, water and the organic solvent are mixed at an arbitrary ratio with each other at the molecular level and do not undergo phase separation. When the dispersion medium is a mixture of water and an organic solvent that dissolves in water, crystallization of the dispersion medium is suppressed during freeze-drying, which contributes to formation of a uniform nanocellulose network. In this embodiment, the concentration of the organic solvent in the mixed dispersion medium is preferably 2 to 50% by mass. It is more preferably 5 to 40% by mass, and even more preferably 10 to 30% by mass. If the concentration of the organic solvent exceeds 50% by mass, the dispersion medium becomes highly hydrophobic, and hydrophilic nanocellulose is not uniformly dispersed in the dispersion liquid, which may impair the formation of a uniform network of nanocellulose. . When the concentration of the organic solvent is less than 2% by mass, the formation of water crystals (ice crystals) during the freezing of the dispersion medium is remarkable, which causes aggregation and structural destruction of nanocellulose, which results in a uniform nano-scale on the support. It may not be possible to form a cellulose network.

有機溶媒としては、アルコール類、カルボン酸類又はカルボニル化合物類のうちの少なくとも一種を含むことが好ましい。このような有機溶媒を含むことで、凍結乾燥時に生じる水の結晶(氷晶)をより小さくすることができ、支持体におけるナノセルロースのネットワーク形成をより均一なものとすることができる。また、有機溶媒は、アルコール類として(1)メタノール、(2)エタノール、(3)1‐プロパノール若しくは(4)t‐ブチルアルコール、カルボン酸類として(5)酢酸、カルボニル化合物類として(6)アセトン、の(1)〜(6)の少なくとも1種を含むことが水との相溶性の観点からより好ましい。このうち、有機溶媒は、t‐ブチルアルコールだけであることが特に好ましい。水とt‐ブチルアルコールとを混合した混合分散媒の凝固点は、最も低くても−10℃程度であり、他の有機溶媒と水との混合分散媒に比べ高くなっており、凍結させることが容易である。t‐ブチルアルコール水溶液では、t‐ブチルアルコール濃度が20質量%付近で、水とt‐ブチルアルコールとが共晶となり、凍結時の結晶サイズが小さくなることが知られている。有機溶媒がt‐ブチルアルコールだけである場合、混合分散媒中のt‐ブチルアルコールの濃度は、15〜35質量%であることが好ましく、20〜30質量%であることがより好ましい。   The organic solvent preferably contains at least one of alcohols, carboxylic acids, and carbonyl compounds. By including such an organic solvent, water crystals (ice crystals) produced during freeze-drying can be made smaller, and nanocellulose network formation on the support can be made more uniform. The organic solvent is (1) methanol, (2) ethanol, (3) 1-propanol or (4) t-butyl alcohol as alcohols, (5) acetic acid as carboxylic acids, and (6) acetone as carbonyl compounds. It is more preferable to include at least one of (1) to (6) from the viewpoint of compatibility with water. Of these, the organic solvent is particularly preferably t-butyl alcohol only. The freezing point of the mixed dispersion medium in which water and t-butyl alcohol are mixed is about -10 ° C at the lowest, which is higher than that of the mixed dispersion medium of other organic solvent and water, and it can be frozen. It's easy. It is known that in a t-butyl alcohol aqueous solution, when the t-butyl alcohol concentration is around 20 mass%, water and t-butyl alcohol form a eutectic and the crystal size upon freezing becomes small. When the organic solvent is only t-butyl alcohol, the concentration of t-butyl alcohol in the mixed dispersion medium is preferably 15 to 35% by mass, more preferably 20 to 30% by mass.

<分散液>
本実施形態では、分散液中のナノセルロースの固形分濃度を0.001〜0.150質量%とすることが好ましい。より好ましくは0.005〜0.100質量%であり、更に好ましくは0.010〜0.080質量%である。流体透過性を有する支持体に、ナノセルロースによるネットワークを形成してエアフィルタ用濾材とするにあたっては、ナノセルロースのネットワークが一定の方向性を持たずに均一に張り巡らされることが好ましい。支持体中のナノセルロースのネットワークが特定の方向性を持って(配向して)張り巡らされない方が、エアフィルタ用濾材としての粒子補足性能を満足させやすい。分散液中のナノセルロースの固形分濃度が0.150質量%を超えると、繊維が配向したドメインが多数形成されやすい。繊維が配向するということは、繊維がある程度同じ方向に並ぶことを意味し、繊維の分散度合いが高いほど粒子補足性能が高くなるエアフィルタ用濾材にとって、配向は好ましくない。また、エアフィルタ用濾材中でのナノセルロースの充填密度が過度に高くなると、エアフィルタ用濾材中に分布するナノセルロース間の距離を適度に保てず、空気中の水分によって凝集などをおこし、エアフィルタ用濾材として好適なナノセルロースによるネットワークの形成を阻害するおそれがある。TEMPOなどのN−オキシル化合物を用いてセルロースを酸化して得られるナノセルロースの分散液は、水中での透明度が高く、均一に分散しているが、濃度が高くなると繊維が特に配向しやすい。本実施形態では、分散液中のナノセルロースの固形分濃度を0.150質量%以下とすることで、分散液中の繊維間の距離が適度に離れて、ナノセルロースが全く又はほとんど配向しない。そのため、ナノセルロースをエアフィルタへ組み込んだ際も、特定の方向性を持たずに均一な繊維ネットワークを形成することができ、エアフィルタ用濾材としての粒子捕集性能を著しく高める効果をもつ。一方、分散液中のナノセルロースの濃度が0.001質量%未満では、ナノセルロース同士の絡み合いが少なくなり、ネットワーク構造が維持できなくなるおそれがある。
<Dispersion>
In this embodiment, the solid content concentration of nanocellulose in the dispersion is preferably 0.001 to 0.150% by mass. It is more preferably 0.005 to 0.100 mass%, and even more preferably 0.010 to 0.080 mass%. When forming a network of nanocellulose on a support having fluid permeability to provide a filter medium for an air filter, it is preferable that the network of nanocellulose is uniformly stretched without having a certain directionality. If the network of nanocellulose in the support is not stretched in a specific direction (orientated), it is easier to satisfy the particle capturing performance as a filter medium for an air filter. When the solid concentration of nanocellulose in the dispersion exceeds 0.150% by mass, many domains in which the fibers are oriented are likely to be formed. The orientation of the fibers means that the fibers are aligned in the same direction to some extent, and the orientation is not preferable for the filter medium for an air filter in which the higher the degree of dispersion of the fibers, the higher the particle capturing performance. Further, when the packing density of nanocellulose in the filter medium for air filters becomes excessively high, the distance between the nanocelluloses distributed in the filter medium for air filters cannot be maintained at an appropriate level, causing aggregation and the like due to moisture in the air, There is a possibility that the formation of a network by nanocellulose, which is suitable as a filter material for air filters, may be hindered. A nanocellulose dispersion obtained by oxidizing cellulose with an N-oxyl compound such as TEMPO has high transparency in water and is uniformly dispersed, but when the concentration is high, the fibers are particularly likely to be oriented. In the present embodiment, by setting the solid content concentration of nanocellulose in the dispersion liquid to 0.150% by mass or less, the distance between the fibers in the dispersion liquid is appropriately separated, and the nanocellulose is not or hardly oriented. Therefore, even when nanocellulose is incorporated into an air filter, a uniform fiber network can be formed without having a specific directionality, and it has an effect of remarkably enhancing the particle collecting performance as a filter medium for an air filter. On the other hand, if the concentration of nanocellulose in the dispersion liquid is less than 0.001% by mass, the entanglement of nanocellulose is reduced, and the network structure may not be maintained.

<分散液の調製>
本実施形態では、分散液の調製方法は特に限定するものではなく、前述した分散媒にナノセルロースを分散させて分散液とすればよい。水と水に溶解する有機溶媒とを混合した混合分散媒を用いる場合は、水にナノセルロースを分散させてナノセルロース水分散液を調製した後、ナノセルロース水分散液に、有機溶媒又は水と有機溶媒との混合溶媒を添加して行うことが好ましい。尚、有機溶媒にナノセルロース水分散液を加えると、凝集物が生じる場合がある。
<Preparation of dispersion>
In the present embodiment, the method for preparing the dispersion liquid is not particularly limited, and nanocellulose may be dispersed in the above-mentioned dispersion medium to prepare a dispersion liquid. When using a mixed dispersion medium in which water and an organic solvent that dissolves in water are mixed, after preparing nanocellulose aqueous dispersion by dispersing nanocellulose in water, nanocellulose aqueous dispersion, with an organic solvent or water. It is preferable to add a mixed solvent with an organic solvent. When an aqueous dispersion of nanocellulose is added to the organic solvent, aggregates may be generated.

本実施形態では、分散液に各種助剤を配合してもよい。乾燥工程で凍結乾燥を用いる場合には、凍結乾燥安定化剤として、例えば、ショ糖、トレハロース、L‐アルギニン又はL‐ヒスチジンを配合することができる。また、ナノセルロースの表面改質剤として、例えば、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、非イオン性界面活性剤又は両性界面活性剤を配合することもできる。   In the present embodiment, various auxiliary agents may be added to the dispersion liquid. When freeze-drying is used in the drying step, sucrose, trehalose, L-arginine or L-histidine can be added as a freeze-drying stabilizer. Further, as the surface modifier for the nanocellulose, for example, a cationic surfactant, an anionic surfactant, a nonionic surfactant or an amphoteric surfactant can be blended.

<付着工程>
分散液を支持体に付着させる方法は、特に限定するものではないが、例えば、含浸法、塗布法又は噴霧法である。支持体に対する分散液の付着量は、支持体の厚さ、材質及び平均細孔径に応じて適宜調整するものであるが、前述したように、本実施形態では、支持体に対するナノセルロースの付着量の割合を0.001〜0.500質量%とする。より好ましくは0.010〜0.300質量%であり、更に好ましくは0.050〜0.200質量%である。支持体に対するナノセルロースの付着量の割合を0.001〜0.500質量%とすることで、粒子捕集性能が向上した高効率なエアフィルタ用濾材を製造することができる。支持体に対するナノセルロースの付着量の割合が0.001質量%未満では、支持体へのナノセルロースの付着量が不十分となり、均一なナノセルロースのネットワークを形成することが難しい。結果としてエアフィルタ用濾材としての粒子捕集性能を十分に向上させることができないおそれがある。逆に0.500質量%を超えると、エアフィルタ用濾材中でのナノセルロース充填密度が過度に高くなり、圧力損失が過度に高くなるおそれがある。また、ナノセルロースのネットワークを形成して、高いPF値を得るために、支持体に対するナノセルロースの付着量の割合は、後に行われる乾燥工程での乾燥方法に応じて適宜設定することが好ましい。例えば、乾燥方法が常温若しくは熱による乾燥であるとき、支持体に対するナノセルロースの付着量の割合は、0.001〜0.100質量%であることが好ましく、0.010〜0.050質量%であることがより好ましい。また、乾燥方法が凍結乾燥であるとき、支持体に対するナノセルロースの付着量の割合は、0.001〜0.500質量%であることが好ましく、0.010〜0.300質量%であることがより好ましい。本発明において、支持体に対するナノセルロースの付着量の割合の算出方法は特に限定するものではないが、例えば支持体が無機繊維のみで構成されている場合は、ナノセルロースのみを燃焼させて、燃焼後の減量割合から算出することができる。また、支持体が有機合成繊維を含む場合は、例えば銅エチレンジアミン溶液を用いてセルロースのみを溶解させて、その溶解量から算出することもできる。また、支持体に対するナノセルロースの付着量の割合は、湿潤付着量から換算して求めてもよい。すなわち、支持体に対するナノセルロースの付着量の割合(単位%)は、{(湿潤付着量×分散液中のナノセルロースの固形分濃度)/分散液を付着させる前の支持体の質量}×100である。ここで、湿潤付着量は、分散液を付着させた湿潤状態での支持体の質量と付着させる前の支持体の質量との差であり、乾燥工程の開始時に支持体に付着している分散液の質量を意味する。このため、湿潤付着量は、乾燥工程の直前に測定した値であることが好ましく、例えば乾燥工程の開始前10分以内に測定することが好ましく、5分以内に測定することがより好ましい。
<Adhesion process>
The method for attaching the dispersion liquid to the support is not particularly limited, and examples thereof include an impregnation method, a coating method and a spraying method. The amount of the dispersion liquid adhered to the support is appropriately adjusted according to the thickness, material and average pore diameter of the support, but as described above, in the present embodiment, the amount of nanocellulose adhered to the support. Is 0.001 to 0.500% by mass. The content is more preferably 0.010 to 0.300% by mass, and further preferably 0.050 to 0.200% by mass. By setting the ratio of the amount of nanocellulose adhered to the support to 0.001 to 0.500% by mass, it is possible to manufacture a highly efficient filter medium for air filters with improved particle collection performance. When the ratio of the attached amount of nanocellulose to the support is less than 0.001% by mass, the attached amount of nanocellulose to the support is insufficient, and it is difficult to form a uniform nanocellulose network. As a result, there is a possibility that the particle collection performance as the filter material for the air filter cannot be sufficiently improved. On the other hand, when it exceeds 0.500% by mass, the packing density of nanocellulose in the filter material for an air filter becomes excessively high, and the pressure loss may become excessively high. Further, in order to form a network of nanocellulose and obtain a high PF value, it is preferable to appropriately set the ratio of the amount of nanocellulose adhered to the support according to the drying method in the drying step performed later. For example, when the drying method is drying at room temperature or heat, the ratio of the amount of nanocellulose attached to the support is preferably 0.001 to 0.100 mass%, and 0.010 to 0.050 mass%. Is more preferable. When the drying method is freeze-drying, the ratio of the amount of nanocellulose attached to the support is preferably 0.001 to 0.500% by mass, and 0.010 to 0.300% by mass. Is more preferable. In the present invention, the method of calculating the ratio of the amount of nanocellulose adhered to the support is not particularly limited, but, for example, when the support is composed of only inorganic fibers, only nanocellulose is burned and burned. It can be calculated from the subsequent weight loss rate. When the support contains organic synthetic fibers, it can also be calculated from the amount of dissolution, for example, by dissolving only cellulose using a copper ethylenediamine solution. The ratio of the amount of nanocellulose attached to the support may be calculated from the wet amount of attachment. That is, the ratio (unit%) of the adhered amount of nanocellulose to the support is {(wet adhered amount × solid concentration of nanocellulose in the dispersion liquid) / mass of the support before the dispersion liquid is adhered} × 100 Is. Here, the wet adhesion amount is the difference between the weight of the support in the wet state to which the dispersion liquid is attached and the weight of the support before the attachment, and the dispersion attached to the support at the start of the drying step. It means the mass of liquid. Therefore, the wet adhesion amount is preferably a value measured immediately before the drying step, for example, it is preferably measured within 10 minutes before the start of the drying step, and more preferably within 5 minutes.

含浸法は、例えば、支持体を分散液に完全に浸漬する方法又は支持体の表面だけを浸す方法がある。支持体を分散液に完全に浸漬する方法は、支持体の孔内の奥部まで分散液を効率的に、かつ、確実に浸透することができるため、より均一なナノセルロースのネットワークを形成できる点で優れている。また、支持体を分散液に完全に浸漬したまま減圧すると、支持体内のエアーが抜けやすくなるため、分散液を浸透させるにはより効果的である。なお、過剰に付着した分散液は、ロール脱水機などで絞り出したり、吸水フェルト又は吸水紙などの吸水部材で除去したりすることが好ましい。支持体の表面だけを浸す方法は、支持体の厚み方向で、孔内のナノセルロースのネットワーク構造の密度差(支持体の一方の面側ともう一方の面とでナノセルロースのネットワーク構造の存在比率が異なる)を設ける場合に有効である。   The impregnation method includes, for example, a method of completely immersing the support in the dispersion liquid or a method of immersing only the surface of the support. The method of completely immersing the support in the dispersion liquid allows the dispersion liquid to efficiently and surely penetrate deep into the pores of the support, thereby forming a more uniform nanocellulose network. Excellent in terms. Further, when the pressure is reduced while the support is completely immersed in the dispersion, the air in the support is easily released, which is more effective for permeating the dispersion. The excessively adhered dispersion is preferably squeezed out by a roll dehydrator or the like, or removed by a water absorbing member such as water absorbent felt or water absorbent paper. The method of immersing only the surface of the support is such that the density difference of the network structure of nanocellulose in the pores in the thickness direction of the support (the presence of the network structure of nanocellulose on one surface side of the support and the other surface) It is effective in providing different ratios).

塗布法は、公知の塗布機または刷毛で分散液を支持体表面に塗布する方法である。公知の塗布機は、例えば、カーテンコーター(ダイコーター)である。塗布法は、支持体への分散液の付着量の制御が容易な点で優れている。   The coating method is a method of coating the dispersion on the surface of the support with a known coating machine or brush. A known coating machine is, for example, a curtain coater (die coater). The coating method is excellent in that it is easy to control the amount of the dispersion liquid attached to the support.

噴霧法は、霧吹き又はスプレーなどの公知の噴霧器を用いて分散液を支持体表面に噴霧する方法である。噴霧法は、例えば、支持体の孔のうち、支持体の表面近傍にだけにナノセルロースのネットワーク構造を形成したい場合、又は支持体に大量の含浸液、又は塗工機のロール若しくはバーを接触させたくない場合に有効である。塗布法や噴霧法では、支持体の一方の面を減圧して空気の流れを起こし、他方の面から塗布または噴霧することで支持体内部にまで分散液を浸透させることができる。   The spraying method is a method of spraying the dispersion liquid onto the surface of the support using a known sprayer such as a sprayer or a sprayer. The spraying method is, for example, when it is desired to form a nanocellulose network structure only in the vicinity of the surface of the support among the pores of the support, or a large amount of impregnating liquid, or a roll or bar of a coating machine is contacted with the support. It is effective when you do not want to let it. In the coating method and the spraying method, one surface of the support is depressurized to cause a flow of air, and the dispersion can be penetrated into the support by applying or spraying from the other surface.

本実施形態では、支持体にプリーツ加工を施した後にナノセルロースを付着させるため、プリーツ加工時のナノセルロースネットワークへのダメージを抑制することができる。最も一般的なプリーツ加工では、支持体は山折り加工と谷折り加工とを繰り返し受けてプリーツ状に折加工される。折り目の山部分は180度に近い鋭角となり、支持体はある程度損傷を受ける。ガラス繊維や有機繊維を主体とする一般的な支持体(従来のエアフィルタ用濾材)は、通常このような折加工にも耐えられる設計になっているが、支持体の表層に存在するナノセルロースのネットワークは、折加工によって破壊や脱落が生じ、エアフィルタ用濾材の性能を低下させることがある。一方本発明では、支持体をプリーツ加工した後にナノセルロースを支持体へ付着させるため、折り目の山部分にもナノセルロースのネットワークを形成させることができる。   In the present embodiment, since nanocellulose is attached after the support is pleated, damage to the nanocellulose network during pleating can be suppressed. In the most common pleating process, a support is repeatedly subjected to a mountain fold process and a valley fold process to be pleated. The crests of the folds form an acute angle close to 180 degrees, and the support is damaged to some extent. A general support (conventional filter media for air filters) that is mainly composed of glass fibers or organic fibers is usually designed to withstand such folding, but the nanocellulose present on the surface of the support is The network of 1 may be broken or fallen off by the folding process, which may deteriorate the performance of the filter material for the air filter. On the other hand, in the present invention, since the nanocellulose is attached to the support after the support is pleated, the nanocellulose network can be formed even in the fold ridges.

<乾燥工程>
本実施形態では、前述のようにして分散液を支持体に付着させ、支持体を湿潤状態とした後、乾燥を行う。乾燥方法としては、特に限定するものではなく、常温若しくは熱による乾燥又は凍結乾燥を使用することができる。また、減圧による乾燥を行ってもよい。乾燥方法は凍結乾燥法であることがより好ましい。これにより、ナノセルロースの凝集を抑制し、良好なナノセルロースネットワークを構築できることから、エアフィルタ用濾材又はエアフィルタのフィルタ性能を更に向上させることができる。
<Drying process>
In this embodiment, the dispersion is attached to the support as described above, the support is made wet, and then dried. The drying method is not particularly limited, and drying at room temperature or heat or freeze drying can be used. Moreover, you may dry by pressure reduction. More preferably, the drying method is a freeze-drying method. As a result, aggregation of nanocellulose can be suppressed and a good nanocellulose network can be constructed, so that the filter performance of the air filter medium or the air filter can be further improved.

本実施形態では、乾燥方法によって、分散液(分散媒)の構成を選択することが好ましい。すなわち、常温又は熱による乾燥を行う場合は、分散媒に水(界面活性剤を含有してもよい)を用いることが好ましい。また、凍結乾燥を行う場合は、水と水に溶解する有機溶媒とを混合した混合分散媒を用いることが好ましい。   In this embodiment, it is preferable to select the configuration of the dispersion liquid (dispersion medium) depending on the drying method. That is, when performing drying at room temperature or heat, it is preferable to use water (which may contain a surfactant) as the dispersion medium. Further, when performing freeze-drying, it is preferable to use a mixed dispersion medium in which water and an organic solvent soluble in water are mixed.

熱乾燥する場合の温度としては、支持体及びナノファイバーが分解又は変形などを受けない温度であればよく、例えば、支持体としてガラス繊維で構成された不織布を用い、ナノファイバーとして特許文献1に記載のナノファイバーを用いた場合には、50〜200℃とすればよい。本実施形態では、多孔質の支持体を用いることで、分散液の乾燥時にナノファイバーに対して生じる凝集力を分散し、更には多数の微小薄膜を支持体の各孔内で形成してから乾燥することによって、微小薄膜中に分散していたナノファイバーは水が蒸発しても網目状構造を維持したまま残っているものと考えられる。   The temperature for heat drying may be a temperature at which the support and the nanofibers are not decomposed or deformed. For example, a nonwoven fabric made of glass fiber is used as the support, and the nanofiber is disclosed in Patent Document 1. When the described nanofiber is used, the temperature may be 50 to 200 ° C. In the present embodiment, by using a porous support, the cohesive force generated on the nanofibers when the dispersion is dried is dispersed, and further, a large number of minute thin films are formed in each hole of the support. It is considered that, by drying, the nanofibers dispersed in the micro thin film remain in a network structure even when water is evaporated.

凍結乾燥は、支持体ごと分散液を凍結し(凍結工程)、凍結状態のまま減圧して分散媒を昇華させることによって乾燥する(乾燥工程)手法である。凍結工程における分散液の凍結方法は特に限定されないが、例えば、分散液の付着した支持体を液体窒素などの冷媒の中に入れて凍結させる方法、分散液の付着した支持体を冷却した板の上に置いて凍結させる方法、分散液の付着した支持体を低温雰囲気下に置いて凍結させる方法、又は分散液の付着した支持体を減圧下に置いて凍結させる方法がある。好ましくは、分散液の付着した支持体を冷媒の中に入れて凍結させる方法である。分散液の凍結温度は、分散液中の混合分散媒の凝固点以下としなければならず、−50℃以下であることが好ましく、−100℃以下であることがより好ましい。凍結温度が高い、つまり凍結速度が遅いと、水と有機溶媒とを混合した混合分散媒を用いても、分散媒の結晶が大きくなる場合があり、その結晶周囲にナノセルロースが濃縮され凝集体を生じてしまう場合がある。一方、凍結温度を混合分散媒の凝固点よりも十分に低くすること、つまり凍結速度を速くすることで分散媒を非晶に近い状態で凍結することができる。   Freeze-drying is a method in which the dispersion liquid is frozen together with the support (freezing step), and then dried by depressurizing the dispersion medium in the frozen state to sublime the dispersion medium (drying step). The method of freezing the dispersion in the freezing step is not particularly limited, for example, a method in which the support to which the dispersion is attached is put in a refrigerant such as liquid nitrogen to freeze, and the support to which the dispersion is attached is cooled. There are a method of placing the support on the top and freezing, a method of placing the support to which the dispersion is attached in a low temperature atmosphere to freeze, and a method of placing the support to which the dispersion is attached under reduced pressure to freeze. Preferred is a method in which the support to which the dispersion liquid is attached is put in a refrigerant and frozen. The freezing temperature of the dispersion must be equal to or lower than the freezing point of the mixed dispersion medium in the dispersion, preferably -50 ° C or lower, and more preferably -100 ° C or lower. If the freezing temperature is high, that is, the freezing rate is slow, the crystals of the dispersion medium may become large even if a mixed dispersion medium in which water and an organic solvent are mixed is used, and nanocellulose is concentrated around the crystals and aggregates are formed. May occur. On the other hand, by setting the freezing temperature sufficiently lower than the freezing point of the mixed dispersion medium, that is, by increasing the freezing rate, the dispersion medium can be frozen in a state close to amorphous.

本実施形態では、凍結乾燥過程における乾燥工程にて、試料の周囲温度を分散液の融点以下の温度とすることが好ましい。ここで、凍結乾燥過程における乾燥工程とは、減圧下にて凍結状態の試料から分散媒を昇華させている期間をいう。試料の周囲温度は、特別に制御しない限り、通常、室温となる。このように、試料の周囲温度が分散液の融点を超えると、凍結した分散液の一部が融解し、ナノセルロースネットワークの均一性が失われることがある。例えば、分散媒が水とt‐ブチルアルコールとの混合分散媒であって、混合分散媒中のt‐ブチルアルコールの濃度が0を超え50質量%以下であるとき、ナノセルロースと分散媒とを含有する分散液の融点は、分散媒の融点に等しい。非特許文献1によれば、水とt‐ブチルアルコールとの混合分散媒の融点は、最も低くても−8.2℃である。したがって、分散媒が水とt‐ブチルアルコールとの混合分散媒であって、混合分散媒中のt‐ブチルアルコールの濃度が0を超え50質量%以下であるとき、試料の周囲温度を−8.2℃以下とすることが好ましく、−15℃以下とすることがより好ましく、−20℃以下とすることが更に好ましい。試料の周囲温度の下限は、分散媒の種類によって異なるが、例えば水とt‐ブチルアルコールとの混合分散媒を用いるとき、−30℃以上であることが好ましい。   In the present embodiment, it is preferable to set the ambient temperature of the sample to a temperature equal to or lower than the melting point of the dispersion liquid in the drying step in the freeze-drying process. Here, the drying step in the freeze-drying process refers to a period during which the dispersion medium is sublimated from the frozen sample under reduced pressure. The ambient temperature of the sample is usually room temperature unless otherwise controlled. As described above, when the ambient temperature of the sample exceeds the melting point of the dispersion liquid, a part of the frozen dispersion liquid may be melted and the homogeneity of the nanocellulose network may be lost. For example, when the dispersion medium is a mixed dispersion medium of water and t-butyl alcohol and the concentration of t-butyl alcohol in the mixed dispersion medium is more than 0 and 50 mass% or less, the nanocellulose and the dispersion medium are The melting point of the contained dispersion is equal to the melting point of the dispersion medium. According to Non-Patent Document 1, the melting point of the mixed dispersion medium of water and t-butyl alcohol is at least -8.2 ° C. Therefore, when the dispersion medium is a mixed dispersion medium of water and t-butyl alcohol and the concentration of t-butyl alcohol in the mixed dispersion medium is more than 0 and 50 mass% or less, the ambient temperature of the sample is -8 It is preferably not higher than 2 ° C, more preferably not higher than -15 ° C, still more preferably not higher than -20 ° C. The lower limit of the ambient temperature of the sample varies depending on the type of the dispersion medium, but when using a mixed dispersion medium of water and t-butyl alcohol, it is preferably −30 ° C. or higher.

分散液の融点は、分散液が固体から液体へと変化する時に生じる最初の吸熱点から判断できる。分散液の融点は、例えば示差走査熱量計(DSC)で得られるDSC曲線の、最初の吸熱ピークの始点から測定してもよい。   The melting point of the dispersion can be determined from the first endothermic point that occurs when the dispersion changes from solid to liquid. The melting point of the dispersion liquid may be measured, for example, from the starting point of the first endothermic peak in the DSC curve obtained by a differential scanning calorimeter (DSC).

本実施形態では、凍結乾燥過程における乾燥工程の圧力は、200Pa以下であることが好ましく、50Pa以下であることがより好ましい。圧力が200Paを超えると凍結した分散液中の分散媒が融解してしまう可能性がある。   In the present embodiment, the pressure of the drying step in the freeze-drying process is preferably 200 Pa or less, more preferably 50 Pa or less. If the pressure exceeds 200 Pa, the dispersion medium in the frozen dispersion liquid may melt.

<エアフィルタ>
本実施形態に係る製造方法で得られるエアフィルタは、例えば、粗塵フィルタ、中性能フィルタ、HEPAフィルタ又はULPAフィルタである。本実施形態に係る製造方法で得られるエアフィルタは、枠材と本実施形態に係る製造方法で得られるエアフィルタ用濾材とを有し、エアフィルタ用濾材が枠材に固定されている。また、本実施形態に係る製造方法によって得られるエアフィルタは、防塵マスク、花粉・ウィルスなどの汚染物質防御用マスクとして応用することができる。
<Air filter>
The air filter obtained by the manufacturing method according to the present embodiment is, for example, a coarse dust filter, a medium performance filter, a HEPA filter or a ULPA filter. The air filter obtained by the manufacturing method according to the present embodiment has a frame material and the filter material for an air filter obtained by the manufacturing method according to the present embodiment, and the filter material for an air filter is fixed to the frame material. Further, the air filter obtained by the manufacturing method according to the present embodiment can be applied as a dust mask or a mask for protecting pollutants such as pollen and virus.

本実施形態に係る製造方法で得られるエアフィルタ又はエアフィルタ用濾材は、数1の式によって定義するPF値が高いことが好ましい。PF値は、圧力損失と粒子捕集性能とのバランスの優劣を評価する指標であり、数1に示す式を用いて計算される。PF値が高いほど、対象粒子の捕集効率が高くかつ低圧力損失のエアフィルタ又はエアフィルタ用濾材であることを示す。
The air filter or the filter medium for an air filter obtained by the manufacturing method according to the present embodiment preferably has a high PF value defined by the equation (1). The PF value is an index for evaluating the superiority or inferiority of the balance between pressure loss and particle collection performance, and is calculated using the formula shown in Formula 1. The higher the PF value, the higher the efficiency of collecting the target particles and the low pressure loss of the air filter or the filter material for an air filter.

数1において、圧力損失は、例えば、マノメーターを用いて測定される。また、粒子透過率は、ラスキンノズルで発生させた多分散ポリアルファオレフィン(PAO)粒子を含む空気を通過させたときの、PAO粒子がエアフィルタ又はエアフィルタ用濾材を透過する割合である。粒子透過率は、例えば、レーザーパーティクルカウンターを用いて測定される。   In Formula 1, the pressure loss is measured using, for example, a manometer. In addition, the particle transmittance is a ratio of PAO particles passing through an air filter or a filter medium for an air filter when passing air containing polydisperse polyalphaolefin (PAO) particles generated by a Ruskin nozzle. The particle transmittance is measured using, for example, a laser particle counter.

エアフィルタ又はエアフィルタ用濾材のPF値は、支持体の種類や構成によっても影響を受けるが、エアフィルタ用濾材のナノセルロースの充填密度又はナノセルロースによるネットワークの形成度合いが大きく影響する。本実施形態に係る製造方法で得られるエアフィルタ用濾材は、支持体に対するナノセルロースの付着量の割合が0.001〜0.200質量%であるのが好ましいが、このような付着量であっても、例えば、支持体の表層付近のみにナノセルロースの付着が集中し、部分的に過度にナノセルロースの充填密度が高くなると、圧力損失の過度な上昇を招き、結果的にPF値は低下する。エアフィルタ用濾材は、支持体の内部及び/又は表面にナノセルロースの網目状のネットワークを有し、ナノセルロースのフィルム状の凝集体を有さないことが好ましい。より具体的には、ナノセルロースの濃度が高い分散液を支持体に付着させた場合、支持体の表面にナノセルロースの付着が集中し、支持体表面でナノセルロース同士が凝集を起こすことが考えられる。その結果、支持体の表層ではナノセルロースの網目状のネットワークが形成されず、フィルム状の凝集体が生じることがある。このようなフィルム状の凝集体が部分的にでも生じたエアフィルタ用濾材を用いると、圧力損失の上昇や、粒子捕集性能の低下(すなわちPF値の低下)が生じ、場合によってはエアフィルタとしての通気性を保持できなくなる。尚、支持体の表層付近のみにナノセルロースの付着が集中したとしても、ナノセルロースのネットワークが適度に形成されていれば(過度にナノセルロースの充填密度が高くなければ)圧力損失はそれほど上昇せず、エアフィルタとして好適なPF値を得ることができる。   Although the PF value of the air filter or the filter material for the air filter is also influenced by the type and structure of the support, the packing density of nanocellulose of the filter material for the air filter or the degree of formation of a network by nanocellulose has a great influence. In the filter medium for an air filter obtained by the production method according to the present embodiment, the ratio of the amount of nanocellulose adhered to the support is preferably 0.001 to 0.200% by mass, but such an adhered amount is not preferable. However, for example, if the adhesion of nanocellulose concentrates only near the surface layer of the support and the packing density of nanocellulose becomes excessively high partially, it causes an excessive increase in pressure loss, resulting in a decrease in PF value. To do. The filter material for an air filter preferably has a network network of nanocellulose on the inside and / or the surface of the support and does not have a film-like aggregate of nanocellulose. More specifically, when a dispersion having a high concentration of nanocellulose is adhered to the support, the adhesion of nanocellulose is concentrated on the surface of the support, which may cause aggregation of nanocellulose with each other on the surface of the support. To be As a result, a nanocellulose network is not formed in the surface layer of the support, and a film-like aggregate may occur. When the filter material for an air filter in which such a film-like aggregate is partially generated is used, an increase in pressure loss and a decrease in particle collection performance (that is, a decrease in PF value) occur, and in some cases, an air filter. As a result, it becomes impossible to maintain its breathability. Even if the adhesion of nanocellulose concentrates only near the surface layer of the support, if the nanocellulose network is formed appropriately (unless the packing density of nanocellulose is too high), the pressure loss will increase so much. Instead, a PF value suitable as an air filter can be obtained.

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。また、例中の「部」、「%」は、特に断らない限りそれぞれ「質量部」、「質量%」を示す。なお、添加部数は、固形分換算の値である。   Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. Further, “parts” and “%” in the examples represent “parts by mass” and “mass%”, respectively, unless otherwise specified. The number of parts added is a value in terms of solid content.

[ナノセルロース水分散液の調製工程]
乾燥重量で2.00g相当分のNBKP(主に1000nmを超える繊維径の繊維から成るもの)と、0.025gのTEMPO(2,2,6,6‐テトラメチルピペリジン‐1‐オキシラジカル)と、0.25gの臭化ナトリウムとを水150mlに分散した後、13%次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、パルプ(NBKP)1.00gに対して、次亜塩素酸ナトリウムの量が5.00mmolとなるように次亜塩素酸ナトリウムを加えて反応を開始した。反応中は、0.50mol/lの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHを10に保った。2時間反応した後、反応物をろ過し、十分水洗することで酸化セルロース(TEMPO酸化セルロース)スラリーを得た。0.5質量%のTEMPO酸化セルローススラリーを、バイオミキサー(BM−2、日本精機製作所社製)を用いて、15000回転で5分間解繊処理し、固形分濃度を0.2質量%に希釈後、更に超音波分散機(型式US−300E、日本精機製作所社製)で8分間解繊処理した。その後、遠心分離によって粗大繊維の除去を行い、TEMPO酸化ナノセルロースを水に分散させた、ナノセルロース水分散液を得た。このナノセルロース水分散液を、TEM(JEM2000−EXII、日本電子社製)を用いて倍率50000倍で観察した観察画像から解析した結果、数平均繊維径は4nmであった。また、SEM(SU8010、日立ハイテクノロジー社製)を用いて倍率10000倍で観察した観察画像から解析した結果、数平均繊維長は0.8μmであった。ナノセルロース水分散液に、水とt‐ブチルアルコールとを加え、容器に蓋をしてマグネティックスターラーで5分間攪拌してナノセルロース分散液を得た。分散液の全質量に対するナノセルロースの固形分濃度は0.02%であった。また、ナノセルロース分散液中の水とt‐ブチルアルコールとの混合比率は、質量比で70:30であった。
[Preparation process of nano cellulose aqueous dispersion]
NBKP equivalent to 2.00 g dry weight (consisting mainly of fibers having a fiber diameter of more than 1000 nm) and 0.025 g TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxy radical) , 0.25 g of sodium bromide was dispersed in 150 ml of water, and a 13% aqueous solution of sodium hypochlorite was added to the pulp (NBKP) of 1.00 g to adjust the amount of sodium hypochlorite to 5.00 mmol. Sodium hypochlorite was added so that the reaction was started. During the reaction, 0.50 mol / l sodium hydroxide aqueous solution was added dropwise to maintain the pH at 10. After reacting for 2 hours, the reaction product was filtered and sufficiently washed with water to obtain an oxidized cellulose (TEMPO oxidized cellulose) slurry. A 0.5% by mass TEMPO oxidized cellulose slurry was defibrated at 15,000 rpm for 5 minutes using a biomixer (BM-2, manufactured by Nippon Seiki Seisakusho Ltd.) to dilute the solid content concentration to 0.2% by mass. After that, the fiber was further defibrated with an ultrasonic disperser (model US-300E, manufactured by Nippon Seiki Seisakusho Co., Ltd.) for 8 minutes. Then, coarse fibers were removed by centrifugation to obtain an aqueous dispersion of nanocellulose in which TEMPO oxidized nanocellulose was dispersed in water. The number average fiber diameter was 4 nm as a result of analysis from an observation image obtained by observing this nanocellulose aqueous dispersion with a TEM (JEM2000-EXII, manufactured by JEOL Ltd.) at a magnification of 50000 times. The number average fiber length was 0.8 μm as a result of analysis from an observation image observed with a SEM (SU8010, manufactured by Hitachi High-Technology) at a magnification of 10,000 times. Water and t-butyl alcohol were added to the nanocellulose aqueous dispersion, and the container was covered and stirred with a magnetic stirrer for 5 minutes to obtain a nanocellulose dispersion. The solid content concentration of nanocellulose was 0.02% with respect to the total mass of the dispersion liquid. The mixing ratio of water and t-butyl alcohol in the nanocellulose dispersion was 70:30 by mass.

(実施例1)
ポリプロピレン繊維から成る支持体がジグザグ状にプリーツ加工されて枠材に固定されたPPプリーツコンパクトカートリッジフィルタ(以降、「支持体エアフィルタ」と呼ぶ。)(MCP−7−C10S、アドバンテック製)をナノセルロース分散液に含浸した。含浸から1分後に「支持体エアフィルタ」を引き上げて、枠材に付着した余分なナノセルロース分散液を吸水紙にて取り除き、湿潤状態(乾燥前)での「支持体エアフィルタ」の質量を測定した。湿潤状態での「支持体エアフィルタ」の質量と湿潤させる前の「支持体エアフィルタ」の質量との差から支持体に付着した分散液の湿潤付着量を求めた。湿潤付着量から換算した支持体に対するナノセルロースの付着量の割合は、0.1%であった。湿潤状態の「支持体エアフィルタ」を液体窒素(−196℃)にて凍結させ、予め−20℃に冷やしておいた凍結乾燥瓶に凍結させた「支持体エアフィルタ」を入れた。その後、凍結乾燥瓶全体を−20℃に設定した冷凍庫に入れ、減圧チューブで接続された凍結乾燥機(VD−250F TAITEC社製)で減圧し、「支持体エアフィルタ」中の分散媒を昇華させることで、「支持体エアフィルタ」にナノセルロースが付着したエアフィルタを得た。尚、真空到達時の圧力は50Pa以下であった。また、「支持体エアフィルタ」の公称孔径は7μmであった。
(Example 1)
A PP pleated compact cartridge filter (hereinafter referred to as "support air filter") (MCP-7-C10S, manufactured by Advantech) in which a support made of polypropylene fiber is pleated in a zigzag shape and fixed to a frame material is a nano. The cellulose dispersion was impregnated. One minute after the impregnation, pull up the "support air filter", remove the excess nanocellulose dispersion adhering to the frame material with water absorbent paper, and measure the mass of the "support air filter" in the wet state (before drying). It was measured. The wet adhesion amount of the dispersion liquid adhering to the support was obtained from the difference between the mass of the "support air filter" in the wet state and the mass of the "support air filter" before wetting. The ratio of the attached amount of nanocellulose to the support calculated from the wet attached amount was 0.1%. The wet “support air filter” was frozen with liquid nitrogen (−196 ° C.), and the frozen “support air filter” was put into a freeze-dried bottle that had been cooled to −20 ° C. in advance. After that, the entire freeze-drying bottle was placed in a freezer set at -20 ° C, depressurized by a freeze-dryer (VD-250F TAITEC Co., Ltd.) connected with a vacuum tube, and the dispersion medium in the "support air filter" was sublimated. By doing so, an air filter in which nanocellulose was attached to the “support air filter” was obtained. The pressure when the vacuum was reached was 50 Pa or less. The nominal pore size of the "support air filter" was 7 µm.

(比較例1)
実施例のポリプロピレン繊維からなる「支持体エアフィルタ」をそのままエアフィルタとした。
(Comparative Example 1)
The "support air filter" made of the polypropylene fiber of the example was used as it was as an air filter.

(実施例2)
ナノセルロースが付着したエアフィルタ用濾材が、プリーツ加工により受ける影響を明らかにするため、プリーツ加工によるフィルタ性能変化を調査した。支持体としては、目付が70g/mであり、圧力損失が約215Paのガラス繊維(平均繊維径0.65μmの極細ガラス繊維48部と、平均繊維径2.7μmの極細ガラス繊維42部と、平均繊維径6μmのチョップドガラス繊維10部とから成る)からなる不織布を用いた。プリーツ加工は、1cmの山高さで山折りと谷折りとを繰り返すことにより行った。プリーツ加工が施された支持体をナノセルロース分散液に含浸し、含浸から1分後に支持体を引き上げて、付着した余分なナノセルロース分散液を吸水紙にて取り除き、湿潤状態(乾燥前)での支持体の質量を測定した。湿潤状態での支持体の質量と湿潤させる前の支持体の質量との差から支持体に付着した湿潤付着量を求めた。湿潤付着量から換算した支持体に対するナノセルロースの付着量の割合は、0.1%であった。この支持体を実施例1と同様に凍結乾燥させて、エアフィルタ用濾材を得た。
(Example 2)
In order to clarify the effect of the pleating process on the filter material for air filters to which nanocellulose adheres, the change in filter performance due to the pleating process was investigated. As the support, glass fibers having a basis weight of 70 g / m 2 and a pressure loss of about 215 Pa (48 parts of ultrafine glass fibers having an average fiber diameter of 0.65 μm and 42 parts of ultrafine glass fibers having an average fiber diameter of 2.7 μm) were used. And 10 parts of chopped glass fibers having an average fiber diameter of 6 μm). The pleating process was performed by repeating a mountain fold and a valley fold at a mountain height of 1 cm. The pleated support was impregnated with the nanocellulose dispersion, and one minute after the impregnation, the support was pulled up, and the excess nanocellulose dispersion that had adhered was removed with water-absorbent paper, and then kept wet (before drying). The mass of the support was measured. The wet adhesion amount attached to the support was determined from the difference between the weight of the support in the wet state and the weight of the support before wetting. The ratio of the attached amount of nanocellulose to the support calculated from the wet attached amount was 0.1%. This support was freeze-dried in the same manner as in Example 1 to obtain an air filter medium.

(比較例2)
支持体をナノセルロース分散液への含浸、凍結乾燥後にプリーツ加工を行った以外は、実施例2と同様にしてエアフィルタ用濾材を得た。
(Comparative example 2)
A filter medium for an air filter was obtained in the same manner as in Example 2 except that the support was impregnated with the nanocellulose dispersion, lyophilized and then pleated.

「圧力損失」
圧力損失は、エアフィルタに対する面風速が5.3cm/秒となる空気を通過させたときの差圧をマノメーター(ManostarWO81、山本電機製作所社製)を用いて測定した。
"Pressure loss"
The pressure loss was measured by using a manometer (Manostar WO81, manufactured by Yamamoto Denki Seisakusho Co., Ltd.) as a differential pressure when air having a surface wind velocity of 5.3 cm / sec was passed through the air filter.

「粒子透過率」
粒子透過率は、ラスキンノズルで発生させた多分散ポリアルファオレフィン(PAO)粒子を含む空気を、エアフィルタ用濾材に対する面風速が5.3cm/秒となるように通過させたときの上流及び下流の個数比からの粒子透過率を、レーザーパーティクルカウンター(LASAIR−1001、PMS社製)を使用して測定した。
"Particle transmittance"
The particle transmittance is upstream and downstream when air containing polydisperse polyalphaolefin (PAO) particles generated by the Ruskin nozzle is passed so that the surface wind speed with respect to the filter material for the air filter is 5.3 cm / sec. The particle transmittance from the number ratio was measured using a laser particle counter (LASAIR-1001, manufactured by PMS).

「PF値」
PF値は、圧力損失及び粒子透過率の測定値から、数1に示す式を用いて計算した。なお、PF値が高いほど、対象粒子の捕集効率が高くかつ低圧力損失のエアフィルタであることを示す。
"PF value"
The PF value was calculated from the measured values of pressure loss and particle transmittance using the formula shown in Formula 1. It should be noted that the higher the PF value, the higher the efficiency of collecting the target particles and the lower the pressure loss of the air filter.

「ネットワークの観察」
ネットワークの観察は、エアフィルタ用濾材を走査型電子顕微鏡(SEMと略す、日立ハイテクノロジー社製、SU8010)を用いて倍率5千〜1万倍で観察して行った。観察前に、イオンスパッター(E−1045、日立ハイテクノロジー社製)を用いて、放電電流15mA、試料−ターゲット間距離30mm、真空度6Pa、コーティング時間2分の条件で導電性コーティングを行った。
"Observing the network"
The network was observed by observing the filter material for the air filter with a scanning electron microscope (abbreviated as SEM, SU8010 manufactured by Hitachi High Technology Co., Ltd.) at a magnification of 5,000 to 10,000 times. Before observation, conductive coating was performed using ion sputtering (E-1045, manufactured by Hitachi High-Technology) under the conditions of a discharge current of 15 mA, a sample-target distance of 30 mm, a vacuum degree of 6 Pa, and a coating time of 2 minutes.

実施例1のエアフィルタの性能は、圧力損失130Pa、粒子径0.10〜0.15μmにおける粒子透過率52.8%、PF値2.09、粒子径0.30〜0.40μmにおける粒子透過率21.0%、PF値5.11であった。一方、比較例1のエアフィルタの性能は、圧力損失85Pa、粒子径0.10〜0.15μmにおける粒子透過率71.6%、PF値1.67、粒子径0.30〜0.40μmにおける粒子透過率45.4%、PF値3.96であった。両フィルタを比べると、圧力損失は実施例1のエアフィルタの方が比較例1のエアフィルタよりも高いが、粒子透過率、PF値共に実施例1のエアフィルタの方が比較例1のエアフィルタよりも高く、実施例1のエアフィルタがより高性能であることが示された。また、図1〜図4から、比較例1のエアフィルタでは支持体を構成する繊維間の空隙だけがあるのに対して、実施例1のエアフィルタには、支持体を構成する繊維間の空隙に加えて、ナノセルロース同士が絡み合ってネットワークを形成しており、該ナノセルロース間に空隙が更に形成されていることが確認できた。   The performance of the air filter of Example 1 was as follows: pressure loss 130 Pa, particle permeability 52.8% at particle size 0.10 to 0.15 μm, PF value 2.09, particle permeability at particle size 0.30 to 0.40 μm. The rate was 21.0% and the PF value was 5.11. On the other hand, the performance of the air filter of Comparative Example 1 is that the pressure loss is 85 Pa, the particle transmittance is 71.6% when the particle size is 0.10 to 0.15 μm, the PF value is 1.67, and the particle size is 0.30 to 0.40 μm. The particle transmittance was 45.4% and the PF value was 3.96. Comparing the two filters, the pressure loss of the air filter of Example 1 is higher than that of the air filter of Comparative Example 1, but both the particle permeability and the PF value of the air filter of Example 1 are higher than those of the air filter of Comparative Example 1. Higher than the filter, the air filter of Example 1 was shown to have higher performance. Further, from FIGS. 1 to 4, in the air filter of Comparative Example 1, there are only voids between the fibers that form the support, whereas in the air filter of Example 1, between the fibers that form the support. In addition to the voids, it was confirmed that nanocelluloses were entangled with each other to form a network, and voids were further formed between the nanocelluloses.

実施例2及び比較例2の比較から、ナノセルロースが付着したエアフィルタ用濾材が、プリーツ加工により受ける影響を調査した。ナノセルロース付着後にプリーツ加工を行った比較例2のエアフィルタ用濾材のエアフィルタ性能は、圧力損失243Pa、粒子径0.10〜0.15μmにおける粒子透過率0.053%、PF値13.2であった。一方、プリーツ加工後にナノセルロースを付着させた実施例2のエアフィルタ用濾材のエアフィルタ性能は、圧力損失289Pa、粒子径0.10〜0.15μmにおける粒子透過率0.005%、PF値14.6であった。両エアフィルタ用濾材のフィルタ性能を比べると、プリーツ加工後にナノセルロースを付着させた実施例2のエアフィルタ用濾材の方が、ナノセルロース付着後にプリーツ加工した比較例2のエアフィルタ用濾材よりも粒子透過率は低く、PF値は高くなり、フィルタ性能は向上した。本結果から、支持体をプリーツ加工した後にナノセルロースを付着させることで、より高性能のエアフィルタ用濾材が得られ、ひいてはより高性能なエアフィルタが得られることが示された。   From the comparison between Example 2 and Comparative Example 2, the effect of the pleat processing on the filter material for air filters to which nanocellulose was attached was investigated. The air filter performance of the filter material for an air filter of Comparative Example 2 which was pleated after the adhesion of the nanocellulose had a pressure loss of 243 Pa, a particle transmittance of 0.053% at a particle diameter of 0.10 to 0.15 μm, and a PF value of 13.2. Met. On the other hand, the air filter performance of the filter material for an air filter of Example 2 to which nanocellulose was attached after pleating was as follows: pressure loss 289 Pa, particle transmittance 0.005% at particle diameter 0.10 to 0.15 μm, PF value 14 It was .6. Comparing the filter performances of the filter materials for both air filters, the filter material for the air filter of Example 2 to which nanocellulose was attached after pleating was more than the filter material for air filter of Comparative Example 2 to which pleating was performed after attaching the nanocellulose. The particle transmittance was low, the PF value was high, and the filter performance was improved. From these results, it was shown that a filter medium for a higher performance air filter and a higher performance air filter can be obtained by attaching nanocellulose after pleating the support.

以上の結果から、本実施形態に係るエアフィルタ用濾材の製造方法及びエアフィルタの製造方法は、ナノセルロースを用い、フィルタ性能を向上させたエアフィルタ用濾材及びそれを用いたエアフィルタが提供できることがわかる。   From the above results, the method for manufacturing the filter material for an air filter and the method for manufacturing an air filter according to the present embodiment use nanocellulose, and it is possible to provide a filter material for an air filter having improved filter performance and an air filter using the same. I understand.

Claims (2)

プリーツ加工が施された流体透過性を有する支持体を枠材に固定する固定工程と、
該固定工程を経た前記支持体に、ナノセルロースを含む分散液を付着させる付着工程と、
該付着工程を経た前記支持体を乾燥させる乾燥工程とを有することを特徴とするエアフィルタの製造方法。
A fixing step of fixing a pleated processed support having fluid permeability to the frame material;
An attaching step of attaching a dispersion containing nanocellulose to the support that has undergone the fixing step,
And a drying step of drying the support that has undergone the attaching step.
前記乾燥工程で行われる乾燥方法が凍結乾燥法であることを特徴とする請求項に記載のエアフィルタの製造方法。 The method of manufacturing an air filter according to claim 1 , wherein the drying method performed in the drying step is a freeze-drying method.
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