JP6721919B2 - Filter material for air filter - Google Patents

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Description

本発明は、エアフィルタ用濾材、特に、半導体、液晶、バイオ・食品工業関係のクリーンルーム若しくはクリーンベンチなどの空気浄化施設用途のエアフィルタ、ビル空調用エアフィルタ又は空気清浄機用途のエアフィルタなどにおいて使用されるエアフィルタ用濾材に関する。 The present invention relates to a filter material for an air filter, particularly an air filter for use in an air purification facility such as a semiconductor, a liquid crystal, a clean room or a clean bench related to the bio/food industry, an air filter for a building air conditioner, or an air filter for an air cleaner. The present invention relates to a filter material for an air filter used.

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、エアフィルタ用濾材が用いられている。エアフィルタ用濾材は、その捕集性能によって、粗塵フィルタ用、中性能フィルタ用、HEPA(High Efficiency Particulate Air)フィルタ用又はULPA(Ultra Low Penetration Air)フィルタ用に大別される。これらエアフィルタ用濾材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。 A filter medium for an air filter is generally used to collect particles in the submicron to micron units in the air. Filter materials for air filters are roughly classified into a coarse dust filter, a medium performance filter, a HEPA (High Efficiency Particulate Air) filter, and an ULPA (Ultra Low Penetration Air) filter according to their collection performance. The basic characteristics of these filter media for air filters are that they have a high collection efficiency for fine dust particles, and that they have a low pressure loss in order to reduce the energy cost for ventilating air through the filter. It has been demanded.

近年、セルロースナノファイバーの利用が注目されている。一般的にセルロースナノファイバーとは、数平均繊維径が1〜100nmの(1)微細なセルロースナノファイバー(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ナノファイバーをいう。(1)のセルロースナノファイバーとしては、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)の改質したセルロースナノファイバーとしては、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。)。 Recently, the use of cellulose nanofibers has attracted attention. Cellulose nanofibers generally refer to (1) fine cellulose nanofibers (cellulose fibers) having a number average fiber diameter of 1 to 100 nm or (2) chemically treated (modified) fine cellulose nanofibers. The cellulose nanofiber of (1) is produced by, for example, microfibrinated cellulose, nanofibrinated cellulose (hereinafter abbreviated as MFC, NFC) or a microorganism which is obtained by shearing and defibrating the cellulose fiber under high pressure. It is fine bacterial cellulose (hereinafter abbreviated as BC). The modified cellulose nanofibers of (2) include, for example, cellulose nanocrystals (hereinafter abbreviated as CNC) obtained by treating natural cellulose with 40% or more concentrated sulfuric acid, or fibers constituting wood pulp. Microfibrils, which is the smallest unit of the above, are isolated as an aqueous dispersion by mild chemical treatment at room temperature and normal pressure and slight mechanical treatment, and are ultrafine and uniform fine cellulose fibers (for example, Patent Document 1). See.).

これらのセルロースナノファイバーは、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 cellulose nanofibers are expected to be used as a filter material or a porous body. 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.

セルロースに限らずナノファイバー分散液は一般的に乾燥時に凝集しやすい。そのため、通気性を有する材料とするのが困難である。ナノファイバーを用いた通気性を有する材料として、数平均直径が1〜500nmであるナノファイバーが支持体の穴内に3次元の網目構造をなした多孔体が示されている(例えば、特許文献3を参照。)。 Not only cellulose but also nanofiber dispersions generally tend to aggregate when dried. Therefore, it is difficult to make the material breathable. As a breathable material using nanofibers, a porous body in which nanofibers having a number average diameter of 1 to 500 nm have a three-dimensional network structure in the holes of the support is shown (for example, Patent Document 3). See.).

セルロースナノファイバー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い。セルロースナノファイバー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セルロースナノファイバーを分散させ、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4を参照。)。 Since cellulose nanofibers are highly hydrophilic, the cohesive force that works during drying is stronger than that of nanofibers derived from thermoplastic polymers. As a method for obtaining a material having air permeability using cellulose nanofibers, cellulose nanofibers are dispersed in a mixed solution of water and an organic solvent that is 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 4).

特開2008−1728号公報JP, 2008-1728, A 特許第3941838号公報Japanese Patent No. 3941838 特開2008−101315号公報JP, 2008-101315, A 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、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。特許文献2には繊維構造体に用いる微細繊維の分散媒に対する分散性に関する記述は無い。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。 In Patent Document 2, bacterial cellulose produced by acetic acid bacteria is used as the thinnest fiber, and its average fiber diameter is 0.02 μm (=20 nm). As the other fibers, cellulose fibers obtained by treating rayon with sulfuric acid and finely divided 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, which 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. Patent Document 2 does not describe the dispersibility of fine fibers used in a fiber structure in a dispersion medium. 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、ナノファイバーの分散媒として水を用いることが好ましいとし、実施例では分散媒として水だけを用いている。分散媒として水だけを用いると、水の凍結時にミクロンサイズの結晶が生成するため、その結晶の周囲にナノファイバーが凝集してしまう。そのため、ナノファイバーの均一なネットワークが形成されず、エアフィルタ用濾材として適さなくなる。また、特許文献3では、ナノファイバーとして数平均直径が60nm以上の熱可塑性ポリマーを例示しているが、同じナノファイバーといっても1〜50nmの繊維直径と、60〜500nmの繊維直径では、得られるエアフィルタ用濾材の性能が大きく異なり、目的とする用途も異なる。前述した水のミクロンサイズの結晶が生成すると、繊維直径が1〜50nmのナノファイバーでは到底均一なナノファイバーネットワークは得られず、高性能のエアフィルタ用濾材は得られない。 In Patent Document 3, it is preferable to use water as the dispersion medium for the nanofibers, and in the examples, only water is used as the dispersion medium. If only water is used as the dispersion medium, micron-sized crystals are generated when water is frozen, and nanofibers are aggregated around the crystals. Therefore, a uniform network of nanofibers is not formed, and it becomes unsuitable as a filter medium for air filters. Further, in Patent Document 3, a thermoplastic polymer having a number average diameter of 60 nm or more is exemplified as the nanofibers, but the same nanofibers have a fiber diameter of 1 to 50 nm and a fiber diameter of 60 to 500 nm. The performance of the obtained filter media for air filters is greatly different, and the intended use is also different. When the micron-sized crystals of water described above are produced, a nanofiber network having a fiber diameter of 1 to 50 nm cannot provide an extremely uniform nanofiber network, and a high-performance air filter medium cannot be obtained.

特許文献4では、ガラス繊維からなる不織布にセルロースナノファイバーを付着させた多孔質体が示されているが、セルロースナノファイバーの付着量の比率が高いため、ナノファイバーの密度が高くなってしまう。そのため、エアフィルタ用濾材としては圧力損失が比較的高いという問題があった。 Patent Document 4 discloses a porous body in which cellulose nanofibers are adhered to a non-woven fabric made of glass fibers, but the density of the nanofibers becomes high because the ratio of the adhered amount of cellulose nanofibers is high. Therefore, there is a problem that the pressure loss is relatively high as a filter medium for an air filter.

本発明の目的は、セルロースナノファイバーを用い、粒子捕集性能を向上させたエアフィルタ用濾材を提供することである。 An object of the present invention is to provide a filter medium for an air filter that uses cellulose nanofibers and has improved particle collection performance.

本発明に係るエアフィルタ用濾材は、通気性を有する支持体に、セルロースナノファイバーが付着したエアフィルタ用濾材であって、前記セルロースナノファイバーの数平均繊維径が1〜50nmであり、前記支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合が、0.001〜0.200質量%であり、対象粒子径0.10〜0.15μm、面風速5.3cm/秒における、数1の式によって定義するPF値が11.4以上であることを特徴とする。
The filter medium for an air filter according to the present invention is a filter medium for an air filter in which cellulose nanofibers are attached to a support having air permeability, and the number average fiber diameter of the cellulose nanofibers is 1 to 50 nm, and the support is The ratio of the adhered amount of cellulose nanofibers to the body is 0.001 to 0.200% by mass, the target particle size is 0.10 to 0.15 μm, and the surface wind velocity is 5.3 cm/sec. And a PF value of 11.4 or more.

本発明に係るエアフィルタ用濾材は、セルロースナノファイバーの充填密度が0.01〜0.25mg/cmであることが好ましい。圧力損失が比較的低いにもかかわらず、粒子捕集性能が高いエアフィルタ用濾材とすることができる。 In the filter material for an air filter according to the present invention, the packing density of cellulose nanofibers is preferably 0.01 to 0.25 mg/cm 3 . The filter material for an air filter can have high particle collecting performance even though the pressure loss is relatively low.

本発明に係るエアフィルタ用濾材は、セルロースナノファイバーの数平均繊維長が、支持体の平均孔径よりも小さいことが好ましい。セルロースナノファイバー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。 In the filter material for an air filter according to the present invention, the number average fiber length of cellulose nanofibers is preferably smaller than the average pore diameter of the support. Even when the packing density of the cellulose nanofibers is relatively low, the filter material for an air filter can have a higher particle collecting performance.

本発明に係るエアフィルタ用濾材は、前記支持体の孔内に前記セルロースナノファイバーが絡み合った膜又は前記セルロースナノファイバー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、PF値を高めることができる。本発明に係るエアフィルタ用濾材には、前記セルロースナノファイバーが配向、凝集及び密集した領域がないことが好ましい。 The filter medium for an air filter according to the present invention preferably does not have a film in which the cellulose nanofibers are entangled with each other or a film in which the cellulose nanofibers are aggregated in the pores of the support. It is possible to prevent the pressure loss from increasing and increase the PF value. It is preferable that the filter material for an air filter according to the present invention does not have a region where the cellulose nanofibers are oriented, aggregated, and dense.

本発明によれば、セルロースナノファイバーを用い、粒子捕集性能を向上させたエアフィルタ用濾材を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a filter medium for an air filter that uses cellulose nanofibers and has improved particle collection performance.

実施例3のエアフィルタ用濾材のSEMによる観察画像(オスミウムコーティング実施、観察倍率10000倍)を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an SEM observation image of the filter material for an air filter of Example 3 (Osmium coating carried out, observation magnification: 10,000 times). 比較例2のエアフィルタ用濾材のSEMによる観察画像(オスミウムコーティング実施、観察倍率10000倍)を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an SEM observation image of an air filter medium of Comparative Example 2 (osmium coating carried out, observation magnification: 10,000 times). 比較例5のエアフィルタ用濾材のSEMによる観察画像(イオンスパッターコーティング実施、観察倍率10000倍)を示す図である。FIG. 8 is a view showing an SEM observation image of a filter medium for an air filter of Comparative Example 5 (Ion sputter coating was carried out, and an observation magnification was 10,000 times). 実施例8のエアフィルタ用濾材のSEMによる観察画像(イオンスパッターコーティング実施、観察倍率10000倍)を示す図である。FIG. 8 is a view showing an SEM observation image of the filter material for an air filter of Example 8 (Ion sputter coating was carried out, observation magnification was 10,000 times). 耐湿性試験直後の実施例11のエアフィルタ用濾材のSEMによる観察画像(イオンスパッターコーティング実施、観察倍率1500倍)を示す図である。It is a figure which shows the observation image (Ion sputter coating execution, observation magnification 1500 times) of the filter material for air filters of Example 11 immediately after a moisture resistance test by 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 with reference to 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、通気性を有する支持体に、セルロースナノファイバーが付着したエアフィルタ用濾材であって、前記セルロースナノファイバーの数平均繊維径が1〜50nmであり、前記支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合が、0.001〜0.200質量%であり、対象粒子径0.10〜0.15μm、面風速5.3cm/秒における、数1の式によって定義するPF値が11.4以上である。
The filter medium for an air filter according to the present embodiment is a filter medium for an air filter in which cellulose nanofibers are attached to a support having air permeability, and the number average fiber diameter of the cellulose nanofibers is 1 to 50 nm, The ratio of the attached amount of cellulose nanofibers to the support is 0.001 to 0.200 mass %, the target particle diameter is 0.10 to 0.15 μm, and the surface wind speed is 5.3 cm/sec. The defined PF value is 11.4 or more.

<支持体>
支持体は、通気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、特にガラス繊維を主成分とする不織布が好ましい。ガラス繊維を主成分とするとは、支持体の全質量に対するガラス繊維の質量が50質量%以上であることをいう。ガラス繊維を主成分とする不織布は、例えば、ガラス繊維からなる不織布、ガラス繊維に有機繊維を配合して作製した不織布である。支持体がガラス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、30〜150g/mであることがより好ましい。
<Support>
The support is not particularly limited as long as it has air permeability, and for example, non-woven fabric, woven fabric, paper or sponge can be used. Among these, non-woven fabrics are preferable, and non-woven fabrics containing glass fiber as a main component are particularly preferable. The glass fiber as a main component means that the mass of the glass fiber is 50 mass% or more with respect to the total mass of the support. The non-woven fabric containing glass fiber as a main component is, for example, a non-woven fabric made of glass fiber or a non-woven fabric prepared by mixing glass fiber with organic fiber. When the support is a nonwoven fabric mainly composed of glass fibers, the basis weight is preferably from 10 to 300 g / m 2, and more preferably 30 to 150 g / m 2.

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。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。ガラス繊維に配合される有機繊維は、例えば、アクリル繊維、ビニロン繊維、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、0.05〜20μmであることが好ましい。有機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。不織布の製造方法は、特に限定されず、例えば、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 fibers or silica glass fibers can be used for the purpose of preventing boron contamination of silicon wafers in semiconductor manufacturing process applications. The average fiber diameter of the glass fibers is not particularly limited, but is preferably 0.05 to 20 μm. The average fiber length of the glass fibers is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 10000 μm. The organic fiber blended with the glass fiber is, for example, acrylic fiber, vinylon fiber, polyester fiber or aramid fiber. The average fiber diameter of the organic fibers is not particularly limited, but is preferably 0.05 to 20 μm. The average fiber length of the organic fibers is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 10000 μm. The method for manufacturing the non-woven fabric is not particularly limited, and is, for example, a wet method.

また、支持体の平均孔径は、0.1〜20μm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。20μmを超えると、セルロース系ナノファイバー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、セルロースナノファイバーを含有する混合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用濾材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、この乾燥時にセルロースナノファイバー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 20 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 20 μm, it may be difficult for the cellulosic nanofibers to uniformly form the network structure in the pores of the support. In the present embodiment, a mixed solution containing cellulose nanofibers can be deposited in the pores of the support and then dried to obtain a filter medium for an air filter, but a support having an appropriate average pore size is used. Thus, the cohesive force generated on the cellulose nanofibers during this drying is easily dispersed, so that the network structure is easily maintained 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。このような支持体を用いて本実施形態に係るエアフィルタ用濾材とすることで、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用濾材とすることが容易となる。 The support itself is preferably a material that can be used as a filter material for an air filter. By using such a support as the filter medium for an air filter according to the present embodiment, it is easy to obtain a filter medium for an air filter having a higher particle collecting performance than a conventional filter medium for an air filter (support itself). Becomes

<セルロースナノファイバー>
セルロースナノファイバーは、化学処理(改質)したセルロースナノファイバーを包含する。セルロースナノファイバーでは、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。
<Cellulose nanofiber>
Cellulose nanofibers include chemically treated (modified) cellulose nanofibers. In the cellulose nanofiber, 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, some or all of the C6 position hydroxyl groups in the molecule are oxidized to aldehyde groups or carboxyl groups, and some or all of the hydroxyl groups other than C6 position are oxidized to carbonyl groups. A part or all of the hydroxyl groups including hydroxyl groups other than C6 position are esterified such as nitric acid ester, acetic acid ester or phosphoric acid ester, or methyl ether, hydroxypropyl ether or carboxymethyl ether. It includes forms substituted with other functional groups such as etherified products. When the cellulose molecular chain is modified to contain a carboxyl group, it also includes those in which the counter ion thereof is replaced with various metal ions and those in which the metal ions are reduced to form particles.

本実施形態では、セルロースナノファイバーの数平均繊維径は、1〜50nmである。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用濾材とするためには、繊維径の極めて細いセルロースナノファイバー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1〜50nmである極細のセルロースナノファイバーを用いると、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、エアフィルタ用濾材としての圧力損失が上昇しにくくなる。セルロースナノファイバーの数平均繊維径は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、セルロースナノファイバー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。50nm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セルロースナノファイバーネットワークが形成できなくなる。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セルロースナノファイバー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セルロースナノファイバー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。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 this embodiment, the number average fiber diameter of the cellulose nanofibers is 1 to 50 nm. In order to provide a filter medium for an air filter that has both high particle collection performance and low pressure loss, it is important to form a uniform fiber network of cellulose nanofibers having a very small fiber diameter in a support. When ultrafine cellulose nanofibers having a number average fiber diameter of 1 to 50 nm are used, the number of fibers per unit volume in the filter medium for an air filter is significantly increased, particles in a gas are easily captured, and high collection is achieved. It is possible to obtain performance. Further, due to the slip flow effect, the air flow resistance of the single fiber becomes extremely low, and the pressure loss as the filter material for the air filter hardly increases. The number average fiber diameter of the cellulose nanofibers is preferably 2 to 30 nm, more preferably 3 to 20 nm. When the number average fiber diameter is less than 1 nm, the single fiber strength of the cellulose nanofiber is weak, and it becomes difficult to maintain the fiber network in the filter medium for air filters. If it exceeds 50 nm, the number of fibers per unit volume in the filter medium for an air filter decreases, and it becomes impossible to form a cellulose nanofiber network effective for trapping particles. Here, the number average fiber diameter is calculated according to the following. Cellulose nanofibers cast on the carbon film-covered grid are observed with an electron microscope image using a transmission electron microscope (TEM, Transmission Electron Microscope). For each of the observed images obtained, two vertical and horizontal axes are drawn per image, and the fiber diameters of the fibers intersecting the axes are visually read. At this time, observation is performed at any 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, a minimum of 20 fiber×2×3=120 pieces of fiber information can be obtained. The number average fiber diameter was calculated from the fiber diameter data thus obtained. 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. Cellulose nanofibers existing on the surface or inside the support are observed by an electron microscope image using a scanning electron microscope (SEM, Scanning Electron Microscope). For each of the observed images obtained, two vertical and horizontal axes are drawn per image, and the fiber diameters of the fibers intersecting the axes are visually read. At this time, the 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 was 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. In addition, the sample is previously subjected to conductive coating in order to obtain an observation image without distortion, but the influence 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 vacuum degree 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、セルロースナノファイバーの数平均繊維長は、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、セルロースナノファイバー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 the cellulose nanofibers 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 the nanofibers increases, and the fibers may aggregate with each other, failing to form a uniform network. The number average fiber length is calculated by observing the cellulose nanofibers with an electron microscope image using a scanning electron microscope (SEM, Scanning Electron Microscope). With respect to the obtained observed 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 30,000 times depending on the length of the constituent fibers. In addition, the sample or the magnification is for a 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, a minimum of 10 fiber×12 fiber=120 fiber information can be obtained. The number average fiber length can be calculated from the fiber diameter data thus obtained. In addition, regarding a branched fiber, the length of the longest part of the fiber is defined as the fiber length.

本実施形態に係るエアフィルタ用濾材は、セルロースナノファイバーの数平均繊維長が、支持体の平均孔径よりも小さいことが好ましい。セルロースナノファイバー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、セルロースナノファイバー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、セルロースナノファイバー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。セルロースナノファイバー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。セルロースナノファイバー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、セルロースナノファイバー同士やセルロースナノファイバーと支持体との接点が少なくなり、セルロースナノファイバーが支持体から脱落してしまう場合がある。99%を超えると、セルロースナノファイバーが支持体の内部まで入り込めない場合がある。 In the filter material for an air filter according to the present embodiment, the number average fiber length of cellulose nanofibers is preferably smaller than the average pore diameter of the support. By making the number average fiber length of the cellulose nanofibers smaller than the average pore diameter of the support, the cellulose nanofibers 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 trapping performance even when the packing density of cellulose nanofibers is relatively low. Cellulose nanofibers have very high ability to form a network by connecting fibers, so even if the number average fiber length is smaller than the average pore diameter of the support, or even if the packing density is relatively low, it can be used as an air filter medium. Has sufficient network strength. The value of the number average fiber length of the cellulose nanofibers 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 cellulose nanofibers or between the cellulose nanofibers and the support becomes small, and the cellulose nanofibers may fall off from the support. If it exceeds 99%, the cellulose nanofibers may not be able to enter the inside of the support.

セルロースナノファイバーの種類は、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セルロースナノファイバーである。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に記載のセルロースナノファイバーは、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に記載のセルロースナノファイバーは、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。このセルロースナノファイバーは、水に分散すると透明な液体となる。 The type of cellulose nanofibers is not particularly limited, but is, for example, cellulose obtained by oxidizing cellulose using the above-mentioned MFC, NFC, CNC, or N-oxyl compound such as TEMPO described in Patent Document 1. It is a nanofiber. 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 cellulose nanofiber 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 in that it is produced as an aqueous dispersion by subjecting it to a fibrillation treatment to defibrate it and making it into nanofibers, and has a uniform fiber diameter. Among them, the fine cellulose described in Patent Document 1 is particularly preferable because it requires less energy than other cellulose fibers for production and has high productivity. The cellulose nanofiber 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 cellulose nanofiber becomes a transparent liquid when dispersed in water.

セルロースナノファイバー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 as the raw material of the cellulose nanofibers is not particularly limited, but plant pulp, particularly wood pulp is preferable. The plant-based pulp is, for example, kraft pulp derived from various woods such as hardwood bleached kraft pulp (LBKP) or softwood bleached kraft pulp (NBKP); sulphite pulp; waste paper pulp such as deinking pulp (DIP); ), pressurized groundwood pulp (PGW), refiner groundwood pulp (RMP), thermomechanical pulp (TMP), chemithermomechanical pulp (CTMP), chemimechanical pulp (CMP) or chemigrand 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. The present 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セルロースナノファイバー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 is based on natural cellulose as a raw material, and an N-oxyl compound such as TEMPO in water is used as an oxidation catalyst, and the natural cellulose is oxidized by reacting a co-oxidizing agent to produce a reaction product. An oxidation reaction step for obtaining fibers, a purification step for removing impurities to obtain a reaction fiber containing water, and a defibration step for dispersing the reaction fiber containing water as cellulose nanofibers in a dispersion medium are included. ..

本実施形態に係るエアフィルタ用濾材は、支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合を0.001〜0.200質量%とする。好ましくは0.010〜0.150質量%であり、より好ましくは0.050〜0.100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用濾材とすることができる。支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量が0.001質量%を下回ると、粒子捕集性能に劣る。逆に0.200質量%を上回ると、圧力損失が高くなりすぎる。支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量は、主に、混合液中のセルロースナノファイバーの濃度と、支持体への混合液の付着量でコントロールすることができ、混合液中のセルロースナノファイバーの濃度を高くするほど、また、支持体への混合液の付着量を多くするほど、支持体へのセルロースナノファイバーの付着量は多くなる。 In the filter material for an air filter according to this embodiment, the ratio of the amount of cellulose nanofibers attached to the support is 0.001 to 0.200 mass %. It is preferably 0.010 to 0.150% by mass, and more preferably 0.050 to 0.100% by mass. With such an adhesion amount, it is possible to obtain a filter medium for an air filter which has high particle collecting performance and relatively low pressure loss. If the amount of the cellulose nanofibers attached to the support is less than 0.001% by mass, the particle collection performance will be poor. On the contrary, when it exceeds 0.200 mass %, the pressure loss becomes too high. The amount of cellulose nanofibers attached to the support can be controlled mainly by the concentration of the cellulose nanofibers in the mixed solution and the amount of the mixed solution attached to the support, and the concentration of the cellulose nanofibers in the mixed solution. The higher the value, and the greater the amount of the mixed solution attached to the support, the greater the amount of cellulose nanofibers attached to the support.

また、本実施形態に係るエアフィルタ用濾材は、対象粒子径0.10〜0.15μm、面風速5.3cm/秒における、数1の式によって定義するPF値を11.4以上とする。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用濾材であることを示す。エアフィルタ用濾材を、例えばHEPAフィルタ用濾材又はULPAフィルタ用濾材として用いるとき、そのPF値は11.6以上であることがより好ましく、12.0以上であることが更に好ましい。 Further, the filter material for an air filter according to the present embodiment has a PF value defined by the formula of Formula 1 of 11.4 or more when the target particle diameter is 0.10 to 0.15 μm and the surface wind velocity is 5.3 cm/sec. The PF value is an index for evaluating the superiority or inferiority of the balance between the pressure loss and the 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 lower the pressure loss of the filter material for an air filter. When the air filter material is used as, for example, a HEPA filter material or a ULPA filter material, the PF value is more preferably 11.6 or more, and further preferably 12.0 or more.

本実施形態に係るエアフィルタ用濾材は、支持体の孔内にセルロースナノファイバーが絡み合った膜又はセルロースナノファイバー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、PF値を高めることができる。セルロースナノファイバーが絡み合った膜又はセルロースナノファイバーが凝集した膜とは、セルロースナノファイバー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 according to the present embodiment preferably does not have a film in which cellulose nanofibers are entangled with each other or a film in which cellulose nanofibers are aggregated in the pores of the support. It is possible to prevent the pressure loss from increasing and increase the PF value. A film in which cellulose nanofibers are entangled or a film in which cellulose nanofibers are aggregated means a film-like film formed by physically entanglement or chemical aggregation of cellulose nanofibers, which blocks all or part of the pores of the support. Say something.

次に、本実施形態に係るエアフィルタ用濾材の製造方法の実施形態について述べる。本実施形態においては、セルロースナノファイバーを含有する混合液を支持体に付着させた後、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。混合液は、セルロースナノファイバーを分散媒に分散させることで得ることができる。混合液中のセルロースナノファイバーの形態は、例えば、セルロースナノファイバー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、混合液中のセルロースナノファイバーの形態は、セルロースナノファイバーがバラバラに分散した形態であることが好ましい。 Next, an embodiment of a method for manufacturing an air filter medium according to this embodiment will be described. In the present embodiment, the filter medium for an air filter can be obtained by adhering the mixed liquid containing cellulose nanofibers to the support and then drying it. The mixed liquid can be obtained by dispersing cellulose nanofibers in a dispersion medium. The form of the cellulose nanofibers in the mixed solution is, for example, a form in which the cellulose nanofibers are dispersed dispersively, or a form in which they are partially aggregated. Of these, the form of the cellulose nanofibers in the mixed liquid is preferably a form in which the cellulose nanofibers are dispersed in a dispersed manner.

<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セルロース系ナノファイバーに吸着し、疎水性部位が外側に向くことによる疎水化効果あり、乾燥時にセルロース系ナノファイバー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。セルロース系ナノファイバーの表面は、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、ナノファイバーの表面が界面活性剤で覆われやすくなる。その結果、乾燥時のセルロース系ナノファイバー同士の凝集を弱める効果がより高まり、セルロースナノファイバー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。混合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、ナノファイバー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、セルロース系ナノファイバー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 may 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 cellulosic nanofibers, and the hydrophobic part is directed to the outside to make it hydrophobic. It is considered to have the function of weakening the aggregation of fibers. The surfactant is not particularly limited, and may be a cationic surfactant, an anionic surfactant, a nonionic surfactant or an amphoteric surfactant. It is preferable to have. Since the surface of the cellulosic nanofiber exhibits anionic property, the cationic surfactant is easily adsorbed, and the surface of the nanofiber is easily covered with the surfactant. As a result, the effect of weakening the aggregation of the cellulosic nanofibers during drying is further enhanced, which contributes to the formation of a uniform network of cellulose nanofibers. 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 mixed solution 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 the nanofibers. 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. If it exceeds 100% by mass, it may be difficult for the cellulosic nanofibers 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、セルロースナノファイバーを含有する混合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、水と有機溶媒との混合質量比が98:2〜50:50の範囲内で、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、セルロースナノファイバー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、親水性を有するセルロースナノファイバーが混合液中に均一に分散しなくなり、セルロースナノファイバー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、セルロースナノファイバーの凝集や構造破壊を引き起こされてしまい、支持体に均一なセルロースナノファイバー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 will be described later, in the present embodiment, after adhering the mixed solution containing cellulose nanofibers 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 room temperature and atmospheric pressure. In addition, “dissolving in water” means that in a mixed dispersion medium in which water and an organic solvent are mixed, the mixing mass ratio of water and the organic solvent is within the range of 98:2 to 50:50, and both are mixed with each other at the molecular level. It means that they do not phase separate. 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 network of cellulose nanofibers. 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. When the concentration of the organic solvent exceeds 50% by mass, it becomes a highly hydrophobic dispersion medium, and the hydrophilic cellulose nanofibers do not disperse uniformly in the mixed solution, which may impair the uniform network formation of the cellulose nanofibers. There is. Further, when the concentration of the organic solvent is less than 2% by mass, the formation of water crystals (ice crystals) during freezing of the dispersion medium is remarkable, causing aggregation and structural destruction of the cellulose nanofibers, which is uniform on the support. It may not be possible to form a network of cellulose nanofibers.

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、支持体におけるセルロースナノファイバー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最も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) generated during freeze-drying can be made smaller, and the network formation of the cellulose nanofibers in 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 the smallest. 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.

<混合液>
本実施形態では、混合液中のセルロースナノファイバーの固形分濃度を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。通気性を有する支持体に、セルロースナノファイバー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、セルロースナノファイバー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。支持体中のセルロースナノファイバー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。混合液中のセルロースナノファイバーの固形分濃度が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セルロースナノファイバーの充填密度が部分的に過度に高くなりやすい。その結果、エアフィルタ用濾材中に分布するセルロースナノファイバー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セルロースナノファイバー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セルロースナノファイバーの分散液は、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、混合液中のセルロースナノファイバーの固形分濃度を0.150質量%以下とすることで、混合液中の繊維間の距離が適度に離れて、セルロースナノファイバーが全く又はほとんど配向しない。そのため、セルロースナノファイバーをエアフィルタ用濾材へ組み込んだ際も、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、混合液中のセルロースナノファイバーの濃度が0.001質量%未満では、セルロースナノファイバー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。
<Mixed liquid>
In the present embodiment, it is preferable that the solid content concentration of the cellulose nanofibers in the mixed liquid be 0.001 to 0.150 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 cellulose nanofibers on a support having air permeability to form a filter medium for an air filter, it is preferable that the network of cellulose nanofibers is uniformly stretched without having a certain directionality. When the network of cellulose nanofibers 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 content concentration of the cellulose nanofibers in the mixed solution exceeds 0.150 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. In addition, the packing density of the cellulose nanofibers in the filter material for an air filter tends to be excessively high partially. As a result, the distance between the cellulose nanofibers distributed in the filter material for the air filter cannot be properly maintained, and the water in the air causes aggregation and the like, which hinders the formation of a network by the cellulose nanofibers suitable as the filter material for the air filter. May occur. A dispersion liquid of cellulose nanofibers 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 easily oriented. .. In the present embodiment, by setting the solid content concentration of the cellulose nanofibers in the mixed solution to be 0.150% by mass or less, the distance between the fibers in the mixed solution is appropriately separated, and the cellulose nanofibers are almost or almost not aligned. do not do. Therefore, even when the cellulose nanofibers are incorporated into the filter material for the air filter, a uniform fiber network can be formed without having a specific directionality, and the effect of remarkably enhancing the particle collecting performance as the filter material for the air filter can be obtained. Hold. On the other hand, when the concentration of the cellulose nanofibers in the mixed solution is less than 0.001% by mass, the entanglement of the cellulose nanofibers is reduced and the network structure may not be maintained.

<混合液の調製>
本実施形態では、混合液の調製方法は特に限定するものではなく、前述した分散媒にセルロースナノファイバーを分散させて混合液とすればよい。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、水にセルロースナノファイバーを分散させてセルロースナノファイバー水分散液を調製した後、セルロースナノファイバー水分散液に、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、有機溶媒にセルロースナノファイバー水分散液を加えると、凝集物が生じる場合がある。
<Preparation of mixed solution>
In the present embodiment, the method for preparing the mixed solution is not particularly limited, and cellulose nanofibers may be dispersed in the above-mentioned dispersion medium to prepare a mixed solution. When using a mixed dispersion medium in which water and an organic solvent that dissolves in water are mixed, cellulose nanofibers are dispersed in water to prepare a cellulose nanofiber aqueous dispersion, and then the cellulose nanofiber aqueous dispersion is prepared with an organic solvent. Alternatively, it is preferable to add a mixed solvent of water and an organic solvent. When an aqueous dispersion of cellulose nanofibers is added to the organic solvent, aggregates may occur.

本実施形態では、混合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、セルロースナノファイバー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 this embodiment, various auxiliaries may be added to the mixed solution. When freeze-drying is used in the drying step, sucrose, trehalose, L-arginine or L-histidine can be added as a freeze-drying stabilizer. Moreover, as the surface modifier of the cellulose nanofiber, for example, a cationic surfactant, an anionic surfactant, a nonionic surfactant or an amphoteric surfactant can be blended.

<付着工程>
混合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。支持体に対する混合液の付着量は、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、支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合を0.001〜0.200質量%とする。より好ましくは0.010〜0.150質量%であり、更に好ましくは0.050〜0.100質量%である。支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合を0.001〜0.200質量%とすることで、粒子捕集性能が向上するだけでなく、圧力損失の低い高効率なエアフィルタ用濾材を製造することができる。支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合が0.001質量%未満では、支持体へのセルロースナノファイバーの付着量が不十分となり、均一なセルロースナノファイバー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0.200質量%を超えると、エアフィルタ用濾材中でのセルロースナノファイバー充填密度が過度に高くなり、低圧力損失の濾材を得ることができないおそれがある。また、セルロースナノファイバーのネットワークを形成して、高いPF値を得るために、支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合は、後に行われる乾燥工程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、支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合は、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、支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合は、0.001〜0.200質量%であることが好ましく、0.010〜0.150質量%であることがより好ましい。本発明において、支持体に対するセルロースナノファイバー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、セルロースナノファイバーのみを燃焼させて、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、支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合は、湿潤付着量から換算して求めてもよい。すなわち、支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合(単位%)は、{(湿潤付着量×混合液中のセルロースナノファイバーの固形分濃度)/混合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、混合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混合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 adhering the mixed solution 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 mixed solution attached 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 attachment of the cellulose nanofibers to the support is performed. The amount ratio is 0.001 to 0.200 mass %. The content is more preferably 0.010 to 0.150% by mass, and further preferably 0.050 to 0.100% by mass. By setting the ratio of the amount of cellulose nanofibers attached to the support to 0.001 to 0.200% by mass, not only the particle collection performance is improved, but also a highly efficient filter material for air filters with low pressure loss is produced. can do. When the ratio of the adhered amount of cellulose nanofibers to the support is less than 0.001 mass %, the adhered amount of cellulose nanofibers to the support becomes insufficient, and it is difficult to form a uniform network of cellulose nanofibers. 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 0.200 mass %, the packing density of cellulose nanofibers in the filter medium for air filters becomes excessively high, and it may not be possible to obtain a filter medium with low pressure loss. In addition, in order to form a network of cellulose nanofibers and obtain a high PF value, the ratio of the amount of cellulose nanofibers attached to the support is preferably set appropriately according to the drying method in the drying step to be performed later. .. For example, when the drying method is drying at room temperature or heat, the ratio of the amount of cellulose nanofibers 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 cellulose nanofibers attached to the support is preferably 0.001 to 0.200% by mass, and 0.010 to 0.150% by mass. Is more preferable. In the present invention, the method for calculating the ratio of the adhered amount of cellulose nanofibers to the support is not particularly limited, but, for example, when the support is composed of only inorganic fibers, only the cellulose nanofibers are burned. , It can be calculated from the weight reduction ratio after combustion. In addition, when the support contains organic synthetic fibers, it can be calculated from the amount of dissolution, for example, by dissolving only cellulose using a copper ethylenediamine solution. Further, the ratio of the adhered amount of the cellulose nanofibers to the support may be calculated from the wet adhered amount. That is, the ratio (unit: %) of the adhered amount of cellulose nanofibers to the support is {(wet adhered amount x solid content concentration of cellulose nanofibers in the mixed liquid)/mass of the support before adhering the mixed liquid} It is ×100. Here, the wet adhesion amount is the difference between the mass of the support in the wet state where the mixed liquid is adhered and the mass of the support before the adhesion, and the mixture adhering 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、支持体を混合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。支持体を混合液に完全に浸漬する方法は、支持体の孔内の奥部まで混合液を効率的に、かつ、確実に浸透することができるため、より均一なセルロースナノファイバーのネットワークを形成できる点で優れている。また、支持体を混合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、混合液を浸透させるにはより効果的である。なお、過剰に付着した混合液は、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、孔内のセルロースナノファイバー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セルロースナノファイバー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 mixed solution or a method of immersing only the surface of the support. The method of completely immersing the support in the mixed solution allows the mixed solution to efficiently and surely penetrate deep into the pores of the support, thus forming a more uniform network of cellulose nanofibers. It excels in being able to do it. Further, when the pressure is reduced while the support is completely immersed in the mixed solution, the air in the support is easily released, which is more effective for permeating the mixed solution. It is preferable that the excessively adhered mixed liquid is 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 performed by varying the density of the network structure of the cellulose nanofibers in the pores in the thickness direction of the support (the network structure of the cellulose nanofibers on one surface side of the support and the other surface Are different).

塗布法は、公知の塗布機で混合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、エアナイフコーター、ロールコーター、バーコーター、コンマコーター、ブレードコーター又はカーテンコーター(ダイコーター)である。塗布法は、支持体への混合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 mixed liquid on the surface of the support with a known coating machine. Known coating machines are, for example, air knife coaters, roll coaters, bar coaters, comma coaters, blade coaters or curtain coaters (die coaters). The coating method is excellent in that it is easy to control the amount of the mixed solution 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混合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セルロースナノファイバー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。 The spraying method is a method of spraying the mixed liquid on 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 network structure of cellulose nanofibers 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 applied to the support. This is effective when you do not want to contact them.

<乾燥工程>
本実施形態では、前述のようにして混合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。本実施形態では、乾燥方法によって、混合液(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。
<Drying process>
In the present embodiment, the mixed liquid 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. In this embodiment, it is preferable to select the composition of the mixed 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 freeze-drying is performed, 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 any temperature at which the support and the nanofibers are not decomposed or deformed. For example, a nonwoven fabric made of glass fibers 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、支持体ごと混合液を凍結し(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。凍結工程における混合液の凍結方法は特に限定されないが、例えば、混合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、混合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、混合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、又は混合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、混合液の付着した支持体を冷媒に入れて凍結させる方法である。混合液の凍結温度は、混合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、その結晶周囲にセルロースナノファイバー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 technique in which the mixed solution is frozen together with the support (freezing step), and the dispersion medium is dried under reduced pressure to sublimate the dispersion medium (drying step). The method of freezing the mixed solution in the freezing step is not particularly limited, for example, a method in which the support to which the mixed solution is adhered is put in a refrigerant such as liquid nitrogen to be frozen, and the support to which the mixed solution is adhered is cooled. There are a method of placing the support on the top and freezing, a method of placing the support to which the mixed solution is attached in a low temperature atmosphere to freeze, or a method of placing the support to which the mixture is attached under reduced pressure to freeze. Preferably, it is a method in which the support to which the mixed liquid is attached is put in a refrigerant and frozen. The freezing temperature of the mixed liquid must be equal to or lower than the freezing point of the mixed dispersion medium in the mixed liquid, 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 when using a mixed dispersion medium in which water and an organic solvent are mixed, and the cellulose nanofibers are condensed around the crystals. In some cases, aggregates 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、試料の周囲温度を混合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、試料の周囲温度が混合液の融点を超えると、凍結した混合液の一部が融解し、セルロースナノファイバー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、ナノファイバーと分散媒とを含有する混合液の融点は、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 mixed 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 will usually be room temperature unless otherwise controlled. As described above, when the ambient temperature of the sample exceeds the melting point of the mixed solution, a part of the frozen mixed solution may be melted and the homogeneity of the cellulose nanofiber 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 nanofibers and the dispersion medium are The melting point of the contained mixed liquid 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 set to −8. The temperature 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 a mixed dispersion medium of water and t-butyl alcohol is used, it is preferably −30° C. or higher.

混合液の融点は、混合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。混合液の融点は、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 mixed liquid can be judged from the first endothermic point that occurs when the mixed liquid changes from a solid to a liquid. The melting point of the mixed solution may be measured, for example, from the starting point of the first endothermic peak of 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混合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 in 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 mixed liquid may melt.

<エアフィルタ用濾材>
本実施形態に係るエアフィルタ用濾材は、例えば、粗塵フィルタ用濾材、中性能フィルタ用濾材、HEPAフィルタ用濾材又はULPAフィルタ用濾材である。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用濾材は、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。
<Filter material for air filter>
The filter material for air filters according to the present embodiment is, for example, a filter material for coarse dust filter, a filter material for medium performance filter, a filter material for HEPA filter or a filter material for ULPA filter. Further, the filter material for an 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.

本実施形態に係るエアフィルタ用濾材は、前述の通り、対象粒子径0.10〜0.15μm、面風速5.3cm/秒における、数1の式によって定義するPF値が11.4以上のエアフィルタ用濾材である。
As described above, the filter medium for an air filter according to the present embodiment has a PF value of 11.4 or more defined by the equation of Formula 1 in the target particle diameter of 0.10 to 0.15 μm and the surface wind velocity of 5.3 cm/sec. A filter material for an air filter.

数1において、圧力損失は、有効面積100cmのエアフィルタ用濾材に、空気を面風速5.3cm/秒で通過させたときの差圧である。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、PAO透過率は、有効面積100cmのエアフィルタ用濾材に、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)粒子を含む空気を面風速5.3cm/秒で通過させたときの、対象粒子径0.10〜0.15μmのPAO粒子がエアフィルタ用濾材を透過する割合である。PAO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 a differential pressure when air is passed through the filter medium for an air filter having an effective area of 100 cm 2 at a surface wind velocity of 5.3 cm/sec. The pressure loss is measured using, for example, a manometer. Further, the PAO permeability is obtained when air containing polydisperse polyalphaolefin (PAO) particles generated by a Ruskin nozzle is passed through a filter medium for an air filter having an effective area of 100 cm 2 at a surface wind velocity of 5.3 cm/sec. The ratio of PAO particles having a target particle diameter of 0.10 to 0.15 μm permeates through the filter material for an air filter. The PAO transmittance is measured using, for example, a laser particle counter.

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中のセルロースナノファイバーの充填密度又はセルロースナノファイバーによるネットワークの形成度合いが大きく影響する。本実施形態に係るエアフィルタ用濾材は、支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合を0.001〜0.200質量%とするが、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セルロースナノファイバーの付着が集中し、部分的に過度にセルロースナノファイバー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。具体的には、セルロースナノファイバーの濃度が高い混合液を支持体に付着させた場合、支持体の表面にセルロースナノファイバーの付着が集中し、支持体表面でセルロースナノファイバー同士が凝集を起こすことが考えられる。その結果、支持体の表層ではセルロースナノファイバー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用濾材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セルロースナノファイバーの付着が集中したとしても、セルロースナノファイバーのネットワークが適度に形成されていれば(過度にセルロースナノファイバー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、エアフィルタ用濾材として好適なPF値を得ることができる。 Although the PF value is also affected by the type and composition of the support, the packing density of cellulose nanofibers in the filter medium for air filters or the degree of network formation by cellulose nanofibers has a large effect. In the filter material for an air filter according to the present embodiment, the ratio of the adhered amount of cellulose nanofibers to the support is 0.001 to 0.200 mass %, but even with such an adhered amount, for example, the support If the adhesion of the cellulose nanofibers is concentrated only near the surface layer of (3) and the packing density of the cellulose nanofibers becomes excessively high partially, the pressure loss is excessively increased, and as a result, the PF value is lowered. Specifically, when a mixed solution having a high concentration of cellulose nanofibers is attached to a support, the adhesion of the cellulose nanofibers is concentrated on the surface of the support, and the cellulose nanofibers may aggregate on the surface of the support. Is possible. As a result, a network-like network of cellulose nanofibers is not formed on the surface layer of the support, and a film-like aggregate may occur. When such a film-like aggregate is partially generated, pressure loss is increased, particle collection performance is decreased (that is, PF value is decreased), and in some cases, air permeability as a filter medium for an air filter is increased. It becomes impossible to hold. Even if the adhesion of cellulose nanofibers is concentrated only near the surface layer of the support, if the network of cellulose nanofibers is appropriately formed (unless the packing density of cellulose nanofibers is too high), the pressure loss will be It is possible to obtain a PF value suitable for a filter medium for an air filter, which does not rise so much.

そこで、本実施形態に係るエアフィルタ用濾材は、セルロースナノファイバーの充填密度が0.01〜0.25mg/cmであることが好ましい。より好ましくは0.05〜0.20mg/cmであり、特に好ましくは、0.10〜0.19mg/cmである。ここでセルロースナノファイバーの充填密度とは、支持体の単位体積あたりに占めるセルロースナノファイバーの付着量である。セルロースナノファイバーの充填密度がこの範囲であれば、圧力損失の過度な上昇をさせずに粒子捕集性能を高くすることができ、すなわち、エアフィルタ用濾材のPF値を高くすることができる。セルロースナノファイバーの充填密度は、セルロースナノファイバー分散液中のセルロースナノファイバー固形分濃度によっても影響を受けるが、支持体にセルロースナノファイバー分散液が付着した際の濡れ広がり、つまりセルロースナノファイバー分散液と支持体との親和性、又は支持体内細孔の毛管力による拡散などによっても影響を受ける。 Therefore, in the filter material for an air filter according to the present embodiment, the packing density of cellulose nanofibers is preferably 0.01 to 0.25 mg/cm 3 . More preferably 0.05~0.20mg / cm 3, particularly preferably 0.10~0.19mg / cm 3. Here, the packing density of cellulose nanofibers is the amount of cellulose nanofibers attached per unit volume of the support. When the packing density of the cellulose nanofibers is in this range, the particle collection performance can be enhanced without excessively increasing the pressure loss, that is, the PF value of the air filter medium can be increased. The packing density of the cellulose nanofibers is also affected by the solid concentration of the cellulose nanofibers in the cellulose nanofiber dispersion, but the wetting and spreading when the cellulose nanofiber dispersion adheres to the support, that is, the cellulose nanofiber dispersion It is also affected by the affinity between the substrate and the support, or the diffusion of the pores in the support due to the capillary force.

一方、支持体の全方向にわたってセルロースナノファイバーが均一に付着し、部分的に過度にセルロースナノファイバーの充填密度が高くなるようなことがなくとも、セルロースナノファイバーによるネットワークの形成が不十分である場合には、高いPF値は得られないことがある。具体的には、セルロースナノファイバーの繊維数本が繊維同士で凝集し、前述したフィルム状にまではならずとも、太径の複合繊維となる場合などである。このような場合は、粒子を捕捉するための網目状のネットワークの孔径が大きくなるため、圧力損失の過度の上昇は招かないものの、粒子捕集性能が向上せず、結果的に高いPF値を得られないおそれがある。 On the other hand, the formation of a network of cellulose nanofibers is insufficient even if the cellulose nanofibers are uniformly attached to the support in all directions and the packing density of the cellulose nanofibers is not excessively high. In some cases, a high PF value may not be obtained. Specifically, this is the case where several fibers of cellulose nanofibers are aggregated among the fibers to form a large-diameter composite fiber, even if it is not formed into the above-mentioned film shape. In such a case, since the pore size of the mesh network for capturing particles is large, an excessive increase in pressure loss is not caused, but the particle collection performance is not improved, resulting in a high PF value. It may not be obtained.

以上の通り説明したように、実施形態に係るエアフィルタ用濾材では、支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量及びセルロースナノファイバーの充填密度も重要であるが、最も重要なことは、セルロースナノファイバーによる網目状のネットワークが支持体中に適切に形成されていることであり、これは全てPF値に現れる。従って、本発明のエアフィルタ用濾材においては、PF値を用いてその構成を定義する。 As described above, in the air filter medium according to the embodiment, the adhesion amount of the cellulose nanofibers to the support and the packing density of the cellulose nanofibers are also important, but the most important thing is the cellulose nanofibers. A mesh network is properly formed in the support, which all appear in the PF value. Therefore, in the filter material for an air filter of the present invention, its configuration is defined by using the PF value.

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.

[セルロースナノファイバー水分散液A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20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酸化セルロースナノファイバーを水に分散させた、セルロースナノファイバー水分散液Aを得た。この分散液A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。得られたセルロースナノファイバー水分散液Aは、固形分濃度が0.5%となるまでロータリーエバポレーターで濃縮し、以降の工程で用いた。
[Preparation process of cellulose nanofiber aqueous dispersion A]
NBKP equivalent to 2.00 g of dry weight (mainly composed of fibers having a fiber diameter of more than 1000 nm), and 0.025 g of 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 so that the amount of sodium hypochlorite was 5.00 mmol. Sodium hypochlorite was added so that the reaction was started. During the reaction, the pH was maintained at 10 by dropping 0.50 mol/l sodium hydroxide aqueous solution. 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 mass% TEMPO oxidized cellulose slurry was defibrated for 5 minutes at 15,000 rotations using a biomixer (BM-2, manufactured by Nippon Seiki Seisakusho Co., Ltd.) to dilute the solid content concentration to 0.2 mass %. After that, a further ultrasonic fiber disperser (model US-300E, manufactured by Nippon Seiki Seisakusho Ltd.) was used for defibration for 20 minutes. Then, coarse fibers were removed by centrifugation to obtain a cellulose nanofiber aqueous dispersion A in which TEMPO-oxidized cellulose nanofibers were dispersed in water. The dispersion A was analyzed from an observation image observed at a magnification of 50,000 using TEM (JEM2000-EXII, manufactured by JEOL Ltd.), and as a result, the number average fiber diameter was 4 nm. 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. The obtained cellulose nanofiber aqueous dispersion A was concentrated by a rotary evaporator until the solid content concentration became 0.5%, and used in the subsequent steps.

[セルロースナノファイバー水分散液Bの調製工程]
セルロースナノファイバー水分散液Bの原料として、市販セルロースナノファイバーであるビンフィスWMa−10002(スギノマシン社製)を用いた。水に分散させた固形分濃度が0.2%のビンフィスWMa−10002を家庭用ミキサーで離解して、セルロースナノファイバー水分散液Bを得た。ここで得られたセルロースナノファイバーを、TEMを用いて倍率30000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、35nmであった。また、SEMを用いて倍率5000〜20000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5.1μmであった。
[Preparation process of cellulose nanofiber aqueous dispersion B]
As a raw material for the cellulose nanofiber aqueous dispersion B, commercially available cellulose nanofiber Vinfyth WMa-1002 (manufactured by Sugino Machine Limited) was used. Vinfyth WMa-10002 having a solid content concentration of 0.2% dispersed in water was disaggregated with a household mixer to obtain a cellulose nanofiber aqueous dispersion B. The number average fiber diameter was 35 nm as a result of analyzing the cellulose nanofibers obtained here from an observation image observed with a TEM at a magnification of 30,000. The number average fiber length was 5.1 μm as a result of analysis from an observation image observed at a magnification of 5000 to 20000 using an SEM.

[セルロースナノファイバー水分散液Cの調製工程]
セルロースナノファイバー水分散液Cの原料として、市販セルロースナノファイバーであるセリッシュKY‐100G(ダイセル化学工業社製)を用いた。水に分散させた固形分濃度が0.2%のセリッシュKY‐100Gを家庭用ミキサーで離解した後、遠心分離によって粗大繊維を除き、セルロースナノファイバー水分散液Cを得た。ここで得られたセルロースナノファイバーを、TEMを用いて倍率20000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、64nmであった。また、繊維長は5μmを超えていた。得られたセルロースナノファイバー水分散液Cは、固形分濃度が0.2%となるまでロータリーエバポレーターで濃縮し、以降の工程で用いた。
[Preparation process of cellulose nanofiber aqueous dispersion C]
As a raw material for the cellulose nanofiber aqueous dispersion C, a commercially available cellulose nanofiber, Serish KY-100G (manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) was used. Cellish KY-100G having a solid content concentration of 0.2% dispersed in water was disintegrated with a household mixer, and then coarse fibers were removed by centrifugation to obtain a cellulose nanofiber aqueous dispersion C. The cellulose nanofibers obtained here were analyzed from an observation image observed with a TEM at a magnification of 20000 times, and as a result, the number average fiber diameter was 64 nm. The fiber length was more than 5 μm. The obtained cellulose nanofiber aqueous dispersion C was concentrated by a rotary evaporator until the solid content concentration became 0.2%, and used in the subsequent steps.

(実施例1)
セルロースナノファイバー水分散液A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分間攪拌して混合液を得た。混合液の全質量に対するセルロースナノファイバーの固形分濃度は0.005%であった。また、混合液中の水と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。この混合液を、支持体として目付が64g/mであり、圧力損失が約300Paのガラス繊維(平均繊維径0.65μmの極細ガラス繊維65部と、平均繊維径2.7μmの極細ガラス繊維25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)からなる不織布にハンディスプレーにて付着させ、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セルロースナノファイバーの付着量の割合は、0.002%であった。湿潤状態の支持体を液体窒素(−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、支持体中の分散媒を昇華させることで、エアフィルタ用濾材を得た。尚、真空到達時の圧力は50Pa以下であった。また、支持体の平均孔径は、2.7μmであった。
(Example 1)
Water and t-butyl alcohol were added to the cellulose nanofiber aqueous dispersion A, the container was covered and the mixture was stirred for 5 minutes with a magnetic stirrer to obtain a mixed solution. The solid content concentration of the cellulose nanofiber was 0.005% with respect to the total mass of the mixed solution. The mixing ratio of water and t-butyl alcohol in the mixed liquid was 70:30 by mass. A glass fiber having a basis weight of 64 g/m 2 and a pressure loss of about 300 Pa (65 parts of ultrafine glass fibers having an average fiber diameter of 0.65 μm and ultrafine glass fibers having an average fiber diameter of 2.7 μm) was used as a support. 25 parts and 10 parts of chopped glass fibers having an average fiber diameter of 6 μm) were attached by hand spray to a non-woven fabric, and the mass of the support in a wet state (before drying) was measured. The wet adhesion amount 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 adhered amount of cellulose nanofibers to the support calculated from the wet adhered amount was 0.002%. The wet support was frozen with liquid nitrogen (-196°C), and the frozen support was placed in a freeze-dried bottle that had been previously cooled to -20°C. After that, the entire freeze-drying bottle was placed in a freezer set at -20°C, and the freeze-drying machine (VD-250F TAITEC Co., Ltd.) connected with a pressure-reducing tube reduced the pressure to sublimate the dispersion medium in the support. A filter material for an air filter was obtained. The pressure when reaching the vacuum was 50 Pa or less. The average pore diameter of the support was 2.7 μm.

(実施例2)
混合液の全質量に対するセルロースナノファイバーの固形分濃度を0.010%とし、混合液の支持体への湿潤付着量を調整することによって、支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合を0.023%とした以外は実施例1と同様にしてエアフィルタ用濾材を得た。
(Example 2)
The solid content concentration of cellulose nanofibers relative to the total mass of the mixed solution was set to 0.010%, and the wet adhesion amount of the mixed solution to the support was adjusted to adjust the ratio of the adhesion amount of the cellulose nanofibers to the support to 0. A filter material for an air filter was obtained in the same manner as in Example 1 except that the content was 023%.

(実施例3)
混合液の支持体への湿潤付着量を調整することによって、支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合を0.045%とした以外は実施例2と同様にしてエアフィルタ用濾材を得た。
(Example 3)
A filter medium for air filters was obtained in the same manner as in Example 2 except that the ratio of the amount of cellulose nanofibers attached to the support was adjusted to 0.045% by adjusting the amount of wet attachment of the mixed liquid to the support. ..

(実施例4)
セルロースナノファイバー水分散液Aを、セルロースナノファイバーの固形分濃度が分散液の全質量に対して0.010%となるよう希釈した。該分散液にカチオン性界面活性剤として臭化セチルトリメチルアンモニウム(和光純薬工業社製)を分散液の全質量に対して、固形分濃度で0.001%となるように添加し、マグネティックスターラーで撹拌した。分散液の全固形分濃度は、0.011%となった。実施例1の支持体を前記分散液に浸漬し、分散液から取出した後、支持体の表面に付着した分散液を吸水紙で除くとともに、分散液の付着量を調整した。分散液が付着した支持体を、乾燥温度105℃及び乾燥時間10分の乾燥条件で乾燥機を用いて乾燥して、エアフィルタ用濾材を得た。湿潤付着量から換算した支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合は、0.015%であった。
(Example 4)
The cellulose nanofiber aqueous dispersion A was diluted so that the solid concentration of the cellulose nanofibers was 0.010% with respect to the total mass of the dispersion. Cetyltrimethylammonium bromide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a cationic surfactant was added to the dispersion so that the solid content concentration was 0.001% with respect to the total mass of the dispersion, and a magnetic stirrer was added. It was stirred at. The total solid content concentration of the dispersion was 0.011%. The support of Example 1 was dipped in the dispersion and taken out from the dispersion. Then, the dispersion adhering to the surface of the support was removed with a water absorbent paper, and the amount of the dispersion adhering was adjusted. The support to which the dispersion was attached was dried using a dryer under a drying condition of 105° C. and a drying time of 10 minutes to obtain a filter material for an air filter. The ratio of the adhered amount of cellulose nanofibers to the support calculated from the wet adhered amount was 0.015%.

(比較例1)
実施例1のガラス繊維からなる支持体をエアフィルタ用濾材とした。
(Comparative Example 1)
The support made of the glass fiber of Example 1 was used as a filter material for an air filter.

(比較例2)
セルロースナノファイバー水分散液Aにt−ブチルアルコールを加えずに水だけを加えて混合液とし、混合液の支持体への湿潤付着量を調整することによって、支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合を0.045%とした以外は実施例2と同様にしてエアフィルタ用濾材を得た。
(Comparative example 2)
Adhesion of cellulose nanofibers to the support by adjusting the wet adhesion amount of the mixture to the support by adding only water to the aqueous dispersion of cellulose nanofibers A without adding t-butyl alcohol. A filter medium for an air filter was obtained in the same manner as in Example 2 except that the ratio was changed to 0.045%.

(比較例3)
混合液の全質量に対するセルロースナノファイバーの固形分濃度を0.001%とし、混合液の支持体への湿潤付着量を調整することによって、支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合を0.0008%とした以外は実施例1と同様にしてエアフィルタ用濾材を得た。
(Comparative example 3)
The solid content concentration of cellulose nanofibers relative to the total mass of the mixed solution was set to 0.001%, and the wet adhesion amount of the mixed solution to the support was adjusted so that the ratio of the adhesion amount of the cellulose nanofibers to the support was 0. A filter material for air filters was obtained in the same manner as in Example 1 except that the content was changed to 0008%.

(比較例4)
セルロースナノファイバー水分散液Aに替えてセルロースナノファイバー分散液Cを用いた以外は実施例2と同様にしてエアフィルタ用濾材を得た。
(Comparative Example 4)
A filter material for an air filter was obtained in the same manner as in Example 2 except that the cellulose nanofiber dispersion C was used in place of the cellulose nanofiber aqueous dispersion A.

(比較例5)
混合液の全質量に対するセルロースナノファイバーの固形分濃度を0.050%、混合液の全質量に対する臭化セチルトリメチルアンモニウムの固形分濃度を0.010%とし、混合液の支持体への湿潤付着量を154g/mに調整することによって、支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量を0.120%とした以外は実施例4と同様にしてエアフィルタ用濾材を得た。
(Comparative example 5)
The solid content concentration of cellulose nanofibers relative to the total mass of the mixed solution is 0.050%, the solid concentration concentration of cetyltrimethylammonium bromide relative to the total mass of the mixed solution is 0.010%, and the wet adhesion of the mixed solution to the support is performed. A filter medium for air filters was obtained in the same manner as in Example 4 except that the amount of cellulose nanofibers attached to the support was adjusted to 0.120% by adjusting the amount to 154 g/m 2 .

(実施例5)
混合液の全質量に対するセルロースナノファイバーの固形分濃度を0.020%とし、支持体として目付が70g/mであり、かつ、圧力損失が約29Paである不織布を用い、支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合を0.041%とした以外は、実施例1と同様にしてエアフィルタ用濾材を得た。ここで当該支持体は、平均繊維径0.65μmの極細ガラス繊維7部と、平均繊維径5.5μmのガラス繊維48部と、平均繊維径6μmのチョップドガラス繊維25部と、平均繊維径7.4μm、繊維長5mmの有機繊維(PET)繊維20部と、これら繊維を結束するアクリル系ラテックスから成り、支持体の全質量に対するガラス繊維の質量の割合は77%であった。また、支持体の平均孔径は、14.3μmであった。
(Example 5)
The solid content concentration of cellulose nanofibers relative to the total mass of the mixed solution is 0.020%, and a nonwoven fabric having a basis weight of 70 g/m 2 and a pressure loss of about 29 Pa is used as a support, and the cellulose nanofibers are used for the support. A filter material for an air filter was obtained in the same manner as in Example 1 except that the ratio of the amount of fibers attached was 0.041%. Here, the support comprises 7 parts of ultrafine glass fibers having an average fiber diameter of 0.65 μm, 48 parts of glass fibers having an average fiber diameter of 5.5 μm, 25 parts of chopped glass fibers having an average fiber diameter of 6 μm, and an average fiber diameter of 7 It was composed of 20 parts of an organic fiber (PET) fiber having a fiber length of 4 μm and a fiber length of 5 mm, and an acrylic latex binding these fibers, and the ratio of the mass of the glass fiber to the total mass of the support was 77%. The average pore size of the support was 14.3 μm.

(実施例6)
混合液の支持体への湿潤付着量を調整することによって、支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合を0.060%とした以外は実施例5と同様にしてエアフィルタ用濾材を得た。
(Example 6)
A filter medium for an air filter was obtained in the same manner as in Example 5 except that the ratio of the amount of cellulose nanofibers attached to the support was adjusted to 0.060% by adjusting the amount of wet adhesion of the mixed liquid to the support. ..

(実施例7)
混合液の支持体への湿潤付着量を調整することによって、支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合を0.082%とした以外は実施例5と同様にしてエアフィルタ用濾材を得た。
(Example 7)
A filter medium for air filters was obtained in the same manner as in Example 5 except that the ratio of the amount of cellulose nanofibers attached to the support was adjusted to 0.082% by adjusting the amount of wet adhesion of the mixed liquid to the support. ..

(実施例8)
混合液の支持体への湿潤付着量を調整することによって、支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合を0.127%とした以外は実施例5と同様にしてエアフィルタ用濾材を得た。
(Example 8)
A filter medium for an air filter was obtained in the same manner as in Example 5 except that the ratio of the amount of cellulose nanofibers attached to the support was 0.127% by adjusting the amount of wet adhesion of the mixed liquid to the support. ..

(実施例9)
混合液の全質量に対するセルロースナノファイバーの固形分濃度を0.040%とし、混合液の支持体への湿潤付着量を調整することによって、支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合を0.190%とした以外は実施例5と同様にしてエアフィルタ用濾材を得た。
(Example 9)
The solid content concentration of cellulose nanofibers relative to the total mass of the mixed solution was set to 0.040%, and the wet adhesion amount of the mixed solution to the support was adjusted so that the ratio of the adhered amount of cellulose nanofibers to the support was 0. A filter material for an air filter was obtained in the same manner as in Example 5 except that the content was 190%.

(実施例10)
セルロースナノファイバー水分散液Aに替えてセルロースナノファイバー水分散液Bを用い、混合液の支持体への湿潤付着量を調整することによって、支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合を0.040%とした以外は実施例5と同様にしてエアフィルタ用濾材を得た。
(Example 10)
By using the cellulose nanofiber aqueous dispersion B in place of the cellulose nanofiber aqueous dispersion A and adjusting the wet adhesion amount of the mixed solution to the support, the ratio of the adhesion amount of the cellulose nanofibers to the support was adjusted to 0. A filter material for an air filter was obtained in the same manner as in Example 5 except that the content was 040%.

(実施例11)
混合液の支持体への湿潤付着量を調整することによって、支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合を0.101%とした以外は実施例5と同様にしてエアフィルタ用濾材を得た。
(Example 11)
A filter medium for an air filter was obtained in the same manner as in Example 5 except that the ratio of the amount of cellulose nanofibers adhered to the support was adjusted to 0.101% by adjusting the amount of wet adhesion of the mixed liquid to the support. ..

(比較例6)
実施例5で用いたガラス繊維に有機繊維を配合して作製した支持体をエアフィルタ用濾材とした。
(Comparative example 6)
The support prepared by blending the glass fiber used in Example 5 with the organic fiber was used as a filter material for an air filter.

(比較例7)
混合液の全質量に対するセルロースナノファイバーの固形分濃度を0.06%とし、混合液の支持体への湿潤付着量を調整することによって、支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合を0.220%とした以外は実施例5と同様にしてエアフィルタ用濾材を得た。
(Comparative Example 7)
The solid content concentration of cellulose nanofibers relative to the total mass of the mixed solution was set to 0.06%, and the wet adhesion amount of the mixed solution to the support was adjusted to adjust the ratio of the adhesion amount of the cellulose nanofibers to the support to 0. A filter material for an air filter was obtained in the same manner as in Example 5 except that the content was 220%.

(比較例8)
混合液の全質量に対するセルロースナノファイバーの固形分濃度を0.200%とし、混合液の支持体への湿潤付着量を調整することによって、支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合を0.470%とした以外は実施例5と同様にしてエアフィルタ用濾材を得た。
(Comparative Example 8)
The solid content concentration of cellulose nanofibers relative to the total mass of the mixed liquid was 0.200%, and the wet adhesion amount of the mixed liquid to the support was adjusted to adjust the ratio of the adhesion amount of the cellulose nanofibers to the support to 0. A filter material for an air filter was obtained in the same manner as in Example 5 except that the content was changed to 470%.

各実施例及び比較例で得られたエアフィルタ用濾材の構成と物性値を表1に示す。なお、各物性値は次に示す方法で測定した。 Table 1 shows the constitution and physical property values of the air filter media obtained in the respective Examples and Comparative Examples. In addition, each physical property value was measured by the following method.

「圧力損失」
圧力損失は、有効面積100cmのエアフィルタ用濾材に、空気を面風速5.3cm/秒で通過させたときの差圧を、マノメーターを用いて測定した。測定値が低いほど通気性が高いエアフィルタ用濾材であることを示す。
"Pressure loss"
The pressure loss was measured by using a manometer to measure a differential pressure when air was passed through an air filter medium having an effective area of 100 cm 2 at a surface wind velocity of 5.3 cm/sec. The lower the measured value, the higher the air permeability of the filter material.

「粒子透過率」
粒子透過率は、有効面積100cmのエアフィルタ用濾材に、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)粒子を含む空気を面風速5.3cm/秒で通過させたときの上流及び下流の個数比からのPAO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。なお、対象粒子径は、0.10〜0.15μmとした。測定値が低いほど対象粒子の捕集効率が高いことを示す。
"Particle transmittance"
The particle transmissivity is the upstream and when air containing polydisperse polyalphaolefin (PAO) particles generated by the Ruskin nozzle is passed through the filter medium for an air filter having an effective area of 100 cm 2 at a surface wind velocity of 5.3 cm/sec. The PAO transmittance from the downstream number ratio was measured using a laser particle counter (LASAIR-1001, manufactured by PMS). The target particle size was 0.10 to 0.15 μm. The lower the measured value, the higher the collection efficiency of the target particles.

「PF値」
PF値は、圧力損失及びPAO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、対象粒子径は、0.10〜0.15μmとした。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用濾材であることを示す。
"PF value"
The PF value was calculated from the measured values of pressure loss and PAO transmittance using the formula shown in Formula 1. The target particle size was 0.10 to 0.15 μm. The higher the PF value, the higher the efficiency of collecting the target particles and the lower the pressure loss of the filter material for an air filter.

「ネットワークの評価」
ネットワークの評価は、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1000〜10000倍で観察して行った。観察前に、オスミウムコーター(ネオオスミウムコーター、メイワフォーシス社製、コーティング膜厚2.5nm)、または、イオンスパッター(E−1045、日立ハイテクノロジー社製、コーティング膜厚12nm)で導電性コーティングを行った。評価基準は次のとおりであり、エアフィルタ用濾材として実用的であるか評価した。
1:セルロースナノファイバーが特定の方向性を持たず、凝集及び密集することなく、セルロースナノファイバーの均一なネットワークが支持体の全体にわたって形成されていた(実用レベル)。
2:セルロースナノファイバーが特定の方向性を持たず、凝集及び密集することなく、セルロースナノファイバーの均一なネットワークが部分的に形成されていた(実用レベル)。
3:セルロースナノファイバーがやや密集し、一部配向した領域があるが、セルロースナノファイバーの比較的均一なネットワークが形成されていた(実用下限レベル)。
4:セルロースナノファイバーの単位面積あたりの本数が少なすぎて、セルロースナノファイバーの均一なネットワークが形成されなかった(実用不適レベル)。
5:セルロースナノファイバーが配向、凝集及び密集した領域があり、セルロースナノファイバーの均一なネットワークが形成されなかった(実用不適レベル)。
"Network Evaluation"
The network was evaluated 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 1,000 to 10,000 times. Before observation, conductive coating is performed with an osmium coater (Neoosmium coater, manufactured by Meiwa Forsys Co., coating thickness 2.5 nm) or ion sputtering (E-1045, manufactured by Hitachi High-Technology Co., coating thickness 12 nm). It was The evaluation criteria are as follows, and it was evaluated whether it was practical as a filter material for air filters.
1: Cellulose nanofibers did not have a specific orientation, and a uniform network of cellulose nanofibers was formed throughout the support without aggregation and compaction (practical level).
2: Cellulose nanofibers did not have a specific orientation, and a uniform network of cellulose nanofibers was partially formed without aggregation and aggregation (practical level).
3: Cellulose nanofibers were slightly dense and had a partially oriented region, but a relatively uniform network of cellulose nanofibers was formed (the lower limit of practical use).
4: The number of cellulose nanofibers per unit area was too small to form a uniform network of cellulose nanofibers (unsuitable level for practical use).
5: Cellulose nanofibers had regions where they were oriented, aggregated, and dense, and a uniform network of cellulose nanofibers was not formed (practical unsuitable level).

「セルロースナノファイバーの充填密度」
セルロースナノファイバーの充填密度は、セルロースナノファイバー層の厚さと、エアフィルタ用濾材単位面積当たりのセルロースナノファイバー付着量から算出した。セルロースナノファイバー層の厚さは以下のように求めた。まず、エアフィルタ用濾材の断面をイオンミリング装置(E−3500、日立ハイテクノロジー社製)を用いて削り出し、SEMを用いて断面を観察した。観察幅は80μmとし、エアフィルタ用濾材の上端から下端まで連続的に観察する。セルロースナノファイバーが確認できるよう観察倍率を調整し、観察幅の範囲内で、セルロースナノファイバーが存在する最上端部と最下端部間の距離を計測する。これを観察場所が異なる10か所について同様の撮影と計測を行い、その平均値をセルロースナノファイバー層の厚さとした。
"Packing density of cellulose nanofibers"
The packing density of cellulose nanofibers was calculated from the thickness of the cellulose nanofiber layer and the amount of cellulose nanofibers attached per unit area of the filter medium for air filters. The thickness of the cellulose nanofiber layer was obtained as follows. First, the cross section of the filter material for an air filter was carved using an ion milling device (E-3500, manufactured by Hitachi High Technology Co., Ltd.), and the cross section was observed using SEM. The observation width is 80 μm, and the air filter medium is continuously observed from the upper end to the lower end. The observation magnification is adjusted so that the cellulose nanofibers can be confirmed, and the distance between the uppermost end and the lowermost end where the cellulose nanofibers are present is measured within the range of the observation width. The same photographing and measurement were carried out at 10 different observation locations, and the average value was taken as the thickness of the cellulose nanofiber layer.

実施例1〜11から、セルロースナノファイバーの数平均繊維径が1〜50nm、支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合が0.001〜0.200質量%、PF値が11.4以上である高性能のエアフィルタ用濾材を得ることができた。また、支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合とPF値との関係を検討すると、実施例6〜8、11のPF値が特に大きく、実施例7の0.082%付近でPF値は最大となり、セルロースナノファイバーの付着量の割合には適切な範囲があることが分かった。一例として実施例3、実施例8のSEMによる観察画像をそれぞれ図1、図4に示す。図に示すように、実施例3及び実施例8のエアフィルタ用濾材は、セルロースナノファイバー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て網目状構造体をなしており、支持体の孔内にセルロースナノファイバーが絡み合った膜又はセルロースナノファイバーが凝集した膜は形成されていなかった。 From Examples 1 to 11, the number average fiber diameter of the cellulose nanofibers is 1 to 50 nm, the ratio of the amount of adhesion of the cellulose nanofibers to the support is 0.001 to 0.200% by mass, and the PF value is 11.4 or more. It was possible to obtain a high-performance filter material for an air filter. When the relationship between the ratio of the amount of cellulose nanofibers attached to the support and the PF value was examined, the PF values of Examples 6 to 8 and 11 were particularly large, and the PF value was about 0.082% in Example 7. It was found that there was an appropriate range for the ratio of the attached amount of cellulose nanofibers to the maximum. As an example, the observed images by SEM of Example 3 and Example 8 are shown in FIGS. 1 and 4, respectively. As shown in the figure, the filter media for air filters of Examples 3 and 8 have a network structure in which a network of cellulose nanofibers is evenly stretched without having a certain directionality, and a support structure is provided. A film in which cellulose nanofibers were entangled with each other or a film in which cellulose nanofibers were aggregated was not formed in the pores of the body.

比較例1及び比較例6は、エアフィルタ用濾材中にセルロースナノファイバーを含まなかったため、比較例2は、図2に示すようにセルロースナノファイバーが凝集して膜状物を形成していたため、比較例3は、支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量が少なく、粒子を捕捉するのに効果的なセルロースナノファイバーネットワークが形成されていなかったため、それぞれPF値の高いエアフィルタ用濾材とはならなかった。また、付着量が少ないため、セルロースナノファイバー層の厚さを計測できなかった。比較例4は、セルロースナノファイバーの数平均繊維径が太く、さらに数平均繊維長が支持体の平均孔径よりも大きかったため、セルロースナノファイバーが支持体の内部にまで入り込めず、セルロースナノファイバーの充填密度が高くなった。そのため、PF値の高いエアフィルタ用濾材とはならなかった。比較例5は、図3に示すように支持体の孔内にセルロースナノファイバーが絡み合って膜状物を形成し、その膜状物の中に穴が開いているような構造であった。セルロースナノファイバーが絡み合って形成された膜状物によって、支持体の孔の一部が閉塞されていた。その結果、孔内で閉塞していない部分の合計面積が孔全体に占める比率(開孔率)はエアフィルタ用濾材としては不十分となり、圧力損失が上昇したため、PF値は低くなった。つまり、エアフィルタ用濾材としては適さないネットワーク構造であった。比較例7は、支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合が高かったため、セルロースナノファイバーの充填密度も高くなり、セルロースナノファイバーに密集や配向が生じ、均一なセルロースナノファイバーネットワークが形成できなかった。比較例8は、支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合が高すぎたため、セルロースナノファイバーの充填密度も高くなり、空気中の水分によるセルロースナノファイバーの凝集が生じたと考えら得る。そのため、圧力損失は、セルロースナノファイバー付着量が多いにも関わらずそれほど上昇しなかった。また、エアフィルタ用濾材の空孔率が低下するため、空孔内での流速が高まり、粒子透過率は上昇し、結果としてPF値は大きく低下した。 Comparative Examples 1 and 6 did not include cellulose nanofibers in the air filter medium, and Comparative Example 2 had cellulose nanofibers aggregated to form a film-like material as shown in FIG. 2. In Comparative Example 3, the amount of cellulose nanofibers attached to the support was small, and a cellulose nanofiber network effective for capturing particles was not formed. Therefore, Comparative Example 3 was not a filter material for an air filter having a high PF value. It was In addition, the thickness of the cellulose nanofiber layer could not be measured because the adhesion amount was small. In Comparative Example 4, since the number average fiber diameter of the cellulose nanofibers was large and the number average fiber length was larger than the average pore diameter of the support, the cellulose nanofibers could not reach the inside of the support, and Packing density increased. Therefore, the filter material for an air filter having a high PF value was not obtained. Comparative Example 5 had a structure in which, as shown in FIG. 3, cellulose nanofibers were entangled with each other in the pores of the support to form a film, and the film had a hole. A part of the pores of the support was blocked by the film-like material formed by intertwining the cellulose nanofibers. As a result, the ratio of the total area of the non-occluded portions in the pores to the entire pores (open area ratio) was insufficient for the filter material for the air filter, and the pressure loss increased, resulting in a low PF value. That is, the network structure was not suitable as a filter material for air filters. In Comparative Example 7, since the ratio of the amount of cellulose nanofibers attached to the support was high, the packing density of cellulose nanofibers was also high, and the cellulose nanofibers were dense and oriented, and a uniform cellulose nanofiber network could not be formed. It was In Comparative Example 8, the ratio of the adhered amount of the cellulose nanofibers to the support was too high, so that the packing density of the cellulose nanofibers was also high, and it can be considered that the aggregation of the cellulose nanofibers due to the moisture in the air occurred. Therefore, the pressure loss did not increase so much despite the large amount of cellulose nanofibers attached. Further, since the porosity of the filter material for the air filter is lowered, the flow velocity in the pores is increased, the particle permeability is increased, and as a result, the PF value is greatly decreased.

次に、湿度の影響について検証する。エアフィルタは様々な湿度環境下で使用されるため、エアフィルタ用濾材の湿度の影響を検証することは重要である。実施例11及び比較例6で得られたエアフィルタ用濾材を用い、次に示す方法で耐湿性試験を行った。 Next, the effect of humidity will be verified. Since the air filter is used under various humidity environments, it is important to verify the influence of humidity on the filter material for the air filter. Using the filter media for air filters obtained in Example 11 and Comparative Example 6, a humidity resistance test was conducted by the following method.

「耐湿性試験」
エアフィルタ用濾材を温度30℃、湿度70%RHの環境下に24時間静置した後、圧力損失、粒子透過率及びPF値を測定し、次いで温度30℃、湿度90%RHの環境下に24時間静置した後、圧力損失、粒子透過率及びPF値を測定した。試験前及び各環境下に静置した後の各物性値を表2に示す。
"Moisture resistance test"
After leaving the filter material for air filter in an environment of temperature 30°C and humidity 70%RH for 24 hours, pressure loss, particle transmittance and PF value are measured, and then in an environment of temperature 30°C and humidity 90%RH. After standing for 24 hours, the pressure loss, particle transmittance and PF value were measured. Table 2 shows each physical property value before the test and after standing in each environment.

比較例6で得られたエアフィルタ用濾材は、セルロースナノファイバーを含まないため、高湿度下に晒されても各物性値は大きく変化しなかった。一方、実施例11で得られたエアフィルタ用濾材は、湿度が高くなるほど圧力損失が低下し、粒子透過率は上昇する結果となった。しかし、PF値は大きく低下せず、高湿度下に晒されても依然として高い数値であった。図5は耐湿性試験直後(耐湿性試験において温度30℃、湿度90%RHの環境下に24時間静置した直後)の実施例11のエアフィルタ用濾材のSEMによる観察画像であるが、一部のセルロースナノファイバーネットワークが収縮しているものの、膜状物は形成しておらず、多孔質なネットワーク形状を維持していた。圧力損失が低下していることからも収縮したセルロースナノファイバーネットワークは膜化せず、空気の抵抗とならない形態に変化しているものと推察される。以上より、本発明のエアフィルタ用濾材は、高湿度下でも使用可能なエアフィルタ用濾材であることがわかる。 Since the air filter material obtained in Comparative Example 6 did not contain cellulose nanofibers, the physical properties did not change significantly even when exposed to high humidity. On the other hand, with the filter material for an air filter obtained in Example 11, the higher the humidity, the lower the pressure loss and the higher the particle transmittance. However, the PF value did not decrease significantly, and it was still a high value even when exposed to high humidity. FIG. 5 is an SEM observation image of the filter material for an air filter of Example 11 immediately after the humidity resistance test (immediately after standing in an environment of temperature 30° C. and humidity 90% RH for 24 hours in the humidity resistance test). Although the cellulose nanofiber network in the part contracted, no film-like substance was formed and the porous network shape was maintained. It is speculated that the contracted cellulose nanofiber network does not form a film and changes into a form that does not become a resistance to air because the pressure loss is reduced. From the above, it can be seen that the air filter medium of the present invention is an air filter medium that can be used even under high humidity.

Claims (5)

通気性を有する支持体に、セルロースナノファイバーが付着したエアフィルタ用濾材であって、
前記セルロースナノファイバーの数平均繊維径が1〜50nmであり、
前記支持体に対するセルロースナノファイバーの付着量の割合が、0.001〜0.200質量%であり、
対象粒子径0.10〜0.15μm、面風速5.3cm/秒における、数1の式によって定義するPF値が11.4以上であることを特徴とするエアフィルタ用濾材。
A support material having air permeability, which is a filter medium for an air filter having cellulose nanofibers attached,
The number average fiber diameter of the cellulose nanofibers is 1 to 50 nm,
The ratio of the amount of cellulose nanofibers attached to the support is 0.001 to 0.200% by mass,
A filter material for an air filter having a target particle diameter of 0.10 to 0.15 μm and a surface wind velocity of 5.3 cm/sec, and having a PF value defined by the formula of Formula 1 of 11.4 or more.
セルロースナノファイバーの充填密度が0.01〜0.25mg/cmであることを特徴とする請求項1に記載のエアフィルタ用濾材。 The filter material for an air filter according to claim 1, wherein the packing density of the cellulose nanofibers is 0.01 to 0.25 mg/cm 3 . 前記セルロースナノファイバーの数平均繊維長が、前記支持体の平均孔径よりも小さいことを特徴とする請求項1又は2に記載のエアフィルタ用濾材。 The number average fiber length of the said cellulose nanofiber is smaller than the average pore diameter of the said support body, The filter material for air filters of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned. 前記支持体の孔内に前記セルロースナノファイバーが絡み合った膜又は前記セルロースナノファイバーが凝集した膜を有さないことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のエアフィルタ用濾材。 The filter material for an air filter according to any one of claims 1 to 3, which does not have a film in which the cellulose nanofibers are entangled with each other or a film in which the cellulose nanofibers are aggregated in the pores of the support. .. 前記エアフィルタ用濾材には、前記セルロースナノファイバーが配向、凝集及び密集した領域がないことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のエアフィルタ用濾材。The filter medium for an air filter according to any one of claims 1 to 4, wherein the filter medium for an air filter does not have a region where the cellulose nanofibers are oriented, aggregated, and dense.
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