JP6923697B1 - エアフィルタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】オイルミストと粉塵を含む空気を清浄にし、目詰まりを抑制する。【解決手段】オイルミストと粉塵を含む空気が流入する一面と、この一面に対向し空気が流出する他面との間を貫通する多数の気孔が繊維間に形成された不織布を含むエアフィルタである。不織布の繊維表面に式（１）のペルフルオロエーテル構造を含むフッ素系官能基成分（Ａ）が結合した平均粒子径２ｎｍ〜９０ｎｍの金属酸化物粒子（Ｂ）とシリカゾルゲル（Ｃ）とを含む撥水撥油性膜が形成される。化合物（Ａ）は膜を１００質量％とするとき１〜３０質量％の割合で含まれ、化合物（Ａ）と粒子（Ｂ）は合計して膜を１００質量％とするとき５〜８０質量％の割合で含まれ、質量比（Ａ／Ｂ）が０．０５〜０．８０の範囲にあり、フィルタ通気度が１〜３０ｍｌ／ｃｍ2／秒である。【選択図】図１

Description

本発明は、オイルミストと粉塵を含む空気を清浄にするエアフィルタ及びその製造方法に関する。更に詳しくは、撥水性と撥油性を有する撥水撥油性膜が不織布の繊維表面に形成されたエアフィルタ及びその製造方法に関するものである。

金属製品を切削油を用いて加工する切削機や旋削機等の工作機械からは機械の高速稼働により切削油が飛散して、オイルミストが発生し、同時に粉塵も発生する。これらのオイルミスト及び粉塵は作業環境を悪化させ、その作業効率を低下させる。このため、従来より、オイルミストと粉塵を含む空気を清浄にするエアフィルタとして、空気中に浮遊する粉塵だけでなく、オイルミストによる目詰まりを抑制できるエアフィルタ濾材が提案されている（例えば、特許文献１（請求項１、段落[０００６]、段落[００２１]、段落[００４５]、段落[００５３]〜段落[００６０]）。

このエアフィルタ濾材は、第１のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）多孔質膜と、第２のＰＴＦＥ多孔質膜を含み、気流が、エアフィルタ濾材の第１主面から第１のＰＴＦＥ多孔質膜、第２のＰＴＦＥ多孔質膜の順にエアフィルタ濾材の第２主面へと、通過するようになっている。第１のＰＴＦＥ多孔質膜の厚さは４〜４０μｍの範囲にあり、第１のＰＴＦＥ多孔質膜の比表面積は０．５ｍ²／ｇ以下にあり、第２のＰＴＦＥ多孔質膜の比表面積は、第１のＰＴＦＥ多孔質膜のそれより大きい１．５〜１０ｍ²／ｇ以下の範囲にある。

第１及び第２のＰＴＦＥ多孔質膜は、それぞれＰＴＦＥ微粉末と液状潤滑剤を加えた混合物をシート状成形体に成形する。第１のＰＴＦＥ多孔質膜は、シート状成形体をＰＴＦＥの融点（３２７℃）以上の温度と５０倍以上の倍率で、長手（ＭＤ）方向に加熱しつつ延伸し、次いで横（ＴＤ）方向に１３０〜４００℃の温度で、延伸前の長さに対して５〜８倍になるように、加熱しつつ延伸することにより、製造される。第２のＰＴＦＥ多孔質膜は、ＰＴＦＥのシート状成形体をＰＴＦＥの融点未満の温度（２７０〜２９０℃）で、かつ１５〜４０倍の倍率でＭＤ方向に加熱しつつ延伸し、次いでＴＤ方向に更に１２０〜１３０℃の温度で、延伸前の長さに対して１５〜４０倍になるように、とＭＤ方向延伸時と同じ倍率で加熱しつつ延伸することにより、製造される。

特開２０１８−５１５４６号公報

特許文献１に開示されたエアフィルタ濾材では、第１のＰＴＦＥ多孔質膜を、第２のＰＴＦＥ多孔質膜と比較して、延伸温度を高くし、延伸倍率を大きくして、製造することにより、第１のＰＴＦＥ多孔質膜の比表面積を０．５ｍ²／ｇ以下と小さくし、これにより、大きい粒径の粉塵及びオイルミストを捕集する。一方、第２のＰＴＦＥ多孔質膜の比表面積を１．５〜１０ｍ²／ｇと大きくし、これにより、小さい粒径の粉塵及びオイルミストを捕集している。

しかしながら、特許文献１に開示されるエアフィルタ濾材では、第１及び第２のＰＴＦＥ多孔質膜により、粒径の異なる粉塵とオイルミストを捕集するとしても、ＰＴＦＥ多孔質膜は、静電気が発生し易く、かつ発生した静電気の除去が困難であるため、フィルタ形状に加工することが容易でなかった。また撥油性よりも撥水性が高いため、大気中に含まれる水分がＰＴＦＥ多孔質膜を塞ぐことがあり、そこに粉塵が付着し易かった。そのため、エアフィルタ濾材を使用し続けると、オイルミストがエアフィルタ濾材の内部に残留し続け、エアフィルタ濾材が目詰まりし易く、その結果、エアフィルタを通過する風量が低下し易く、新しいエアフィルタと頻繁に交換しなければならない課題があった。

本発明の目的は、オイルミストと粉塵を含む空気を清浄にし、目詰まりを抑制するエアフィルタを提供することにある。本発明の別の目的は、オイルミストと粉塵を含む空気を清浄にし、目詰まりを抑制するエアフィルタを簡便に製造する方法を提供することにある。

本発明の第１の観点は、オイルミストと粉塵を含む空気が流入する一面と、この一面に対向し前記空気が流出する他面との間を貫通する多数の気孔が繊維間に形成された不織布を含むエアフィルタであって、前記不織布の繊維表面に撥水撥油性膜が形成され、前記撥水撥油性膜は、下記の一般式（１）又は式（２）で示されるペルフルオロエーテル構造を含むフッ素系官能基成分（Ａ）が結合した平均粒子径２ｎｍ〜９０ｎｍの金属酸化物粒子（Ｂ）とシリカゾルゲル（Ｃ）とを含み、前記フッ素系官能基成分（Ａ）は、前記撥水撥油性膜を１００質量％とするとき、１質量％〜３０質量％の割合で含まれ、前記フッ素系官能基成分（Ａ）と前記金属酸化物粒子（Ｂ）とは、合計して前記撥水撥油性膜を１００質量％とするとき、５質量％〜８０質量％の割合で含まれ、前記金属酸化物粒子（Ｂ）に対する前記フッ素系官能基成分（Ａ）の質量比（Ａ／Ｂ）が０．０５〜０．８０の範囲にあり、前記金属酸化物粒子（Ｂ）に対する前記フッ素系官能基成分（Ａ）の質量比（Ａ／Ｂ）が０．０５〜０．８０の範囲にあり、前記エアフィルタの通気度が１ｍｌ／ｃｍ²／秒〜３０ｍｌ／ｃｍ²／秒であることを特徴とするエアフィルタである。

上記式（１）及び式（２）中、ｐ、ｑ及びｒは、それぞれ同一又は互いに異なる１〜６の整数であって、直鎖状又は分岐状であってもよい。また上記式（１）及び式（２）中、Ｘは、炭素数２〜１０の炭化水素基であって、エーテル結合、ＣＯ−ＮＨ結合、Ｏ−ＣＯ−ＮＨ結合及びスルホンアミド結合から選択される１種以上の結合を含んでいてもよい。更に上記式（１）及び式（２）中、Ｙはシランの加水分解体又はシリカゾルゲルの主成分である。

このＹについて更に述べると、Ｙは、金属酸化物粒子（Ｂ）と結合する部位である。具体例としては、後述する式（３）又は式（４）において、Ｙとして、Ｚ部分が加水分解した構造が挙げられる。また、Ｙとして、式（３）又は式（４）のシラン化合物と、テトラエトキシシランやテトラメトキシシラン等のケイ素アルコキシドとを混合し、加水分解重合したシリカゾルゲルの主成分等も挙げられる。更に、Ｙとして、式（３）又は式（４）のシラン化合物と、テトラエトキシシランやテトラメトキシシラン等のケイ素アルコキシドと、エポキシ基やビニル基、エーテル基を含有したシラン等とを混合し、加水分解重合したシリカゾルゲルの主成分等も挙げられる。因みに、上記シリカゾルゲル（Ｃ）は、上記フッ素系官能基成分（Ａ）が結合した金属酸化物粒子（Ｂ）を、不織布の基材に密着させるために用いられるバインダである。

本発明の第２の観点は、第１の観点に基づく発明であって、前記金属酸化物粒子（Ｂ）は、Ｓｉ，Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｎ及びＺｒからなる群より選ばれた１種又は２種の金属の酸化物粒子であるエアフィルタである。

本発明の第３の観点は、第１の観点に基づく発明であって、前記シリカゾルゲル（Ｃ）は、前記シリカゾルゲルを１００質量％としたときに、炭素数２〜７のアルキレン基成分を０．５質量％〜２０質量％含むエアフィルタである。

本発明の第４の観点は、第１の観点に基づく発明であって、前記不織布が単一層により構成されるか、又は複数層の積層体により構成されるエアフィルタである。

本発明の第５の観点は、第１又は第４の観点のうちいずれかの観点に基づく発明であって、前記不織布を構成する繊維がポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ガラス、アルミナ、炭素、セルロース、パルプ、ナイロン及び金属からなる群より選ばれた１種又は２種以上の繊維であるエアフィルタである。

本発明の第６の観点は、図３に示すように、フッ素含有金属酸化物粒子の分散液とシリカゾルゲル液とを混合して撥水撥油性膜形成用液組成物を調製する工程と、前記撥水撥油性膜形成用液組成物の希釈液に不織布をディッピングする工程と、前記ディッピングした不織布を脱液し乾燥する工程とを含むエアフィルタの製造方法である。

本発明の第７の観点は、第６の観点に基づく発明であって、前記フッ素含有金属酸化物粒子の分散液が、金属酸化物粒子の分散液にフッ素系化合物を添加混合し、この混合液に水と触媒を添加混合して、調製されるエアフィルタの製造方法である。

本発明の第８の観点は、第７の観点に基づく発明であって、前記金属酸化物粒子がＳｉ，Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｎ及びＺｒからなる群より選ばれた１種又は２種の金属の酸化物粒子であるエアフィルタの製造方法である。

本発明の第９の観点は、第６の観点に基づく発明であって、前記シリカゾルゲル液が、ケイ素アルコキシドとアルコールと水の混合液に触媒を添加混合して、調製されるエアフィルタの製造方法である。

本発明の第１の観点のエアフィルタは、エアフィルタに含まれる不織布の繊維表面に撥水撥油性膜が形成され、撥水撥油性膜が、前述した一般式（１）又は式（２）で示されるフッ素系官能基成分（Ａ）が結合した平均粒子径２ｎｍ〜９０ｎｍの金属酸化物粒子（Ｂ）とシリカゾルゲル（Ｃ）とを含み、前記フッ素系官能基成分（Ａ）は、前記撥水撥油性膜を１００質量％とするとき、１質量％〜３０質量％の割合で含まれ、前記フッ素系官能基成分（Ａ）と前記金属酸化物粒子（Ｂ）は、合計して前記撥水撥油性膜を１００質量％とするとき、５質量％〜８０質量％の割合で含まれ、前記金属酸化物粒子（Ｂ）に対する前記フッ素系官能基成分（Ａ）の質量比（Ａ／Ｂ）が０．０５〜０．８０の範囲にあり、前記エアフィルタの通気度が１ｍｌ／ｃｍ²／秒〜３０ｍｌ／ｃｍ²／秒である。このため、エアフィルタ内にオイルミストと粉塵を含む空気がエアフィルタの一面から流入すると、オイルミストと粉塵が不織布で捕集され、空気だけが不織布の気孔を通過しエアフィルタの他面から流出して、空気が清浄になり、目詰まりが抑制される。

このとき、撥水撥油性膜の撥油性能のため、またエアフィルタの通気度が１ｍｌ／ｃｍ²／秒〜３０ｍｌ／ｃｍ²／秒であるため、オイルミストが不織布の繊維表面の撥水撥油性膜に吸着せずに弾かれて付着するに止まる。エアフィルタを使用し続けてオイルミストの不織布内部における捕集量が増えると、エアフィルタが水平に配置される場合には、オイルミストは液状化して通過する空気に随伴されてエアフィルタの他面に集まり、エアフィルタが鉛直に配置される場合には、捕集されたオイルミストが自重によりエアフィルタの下端に集まり、不織布の気孔を閉塞しない。これにより、オイルミストによる気孔の目詰まりは抑制される。

一方、粉塵は、エアフィルタの通気度が１ｍｌ／ｃｍ²／秒〜３０ｍｌ／ｃｍ²／秒であるため、不織布の繊維表面の撥水撥油性膜に直接付着するか、或いは撥水撥油性膜に付着したオイルミストに付着する。このため、エアフィルタを長期間使用して粉塵等で目詰まりしたときに、エアノッカー等でエアフィルタに衝撃を与えると、オイルミストと一緒に付着した粉塵を容易に落とすことができ、エアフィルタを再生することができる。

本発明の第２の観点のエアフィルタでは、撥水撥油性膜に含まれる金属酸化物粒子が、Ｓｉ，Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｎ及びＺｒからなる群より選ばれた１種又は２種の金属酸化物粒子であるため、多種の金属酸化物粒子の中から、エアフィルタの使用環境に適した金属酸化物粒子を含むことができる。

本発明の第３の観点のエアフィルタでは、シリカゾルゲル中に炭素数２〜７のアルキレン基成分を０．５質量％〜２０質量％含むため、撥水撥油性膜が不織布の繊維に良好に密着し、かつ撥水撥油性膜の厚さが均一になり、撥水撥油性膜により一層優れた撥油性能を付与することができる。

本発明の第４の観点のエアフィルタでは、不織布が単一層により構成される場合には、簡単な構成のエアフィルタになり、不織布が複数層の積層体により構成される場合には、流入する粉塵の粒径、オイルミストの油粒子のサイズ等の性状に応じて各層を構成することができる。

本発明の第５の観点のエアフィルタでは、不織布を構成する繊維の材質を、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ガラス、アルミナ、炭素、セルロース、パルプ、ナイロン及び金属から、流入する粉塵の粒径、オイルミストの油粒子のサイズ等の性状に応じて、或いは後述する撥水撥油性膜を形成するための液組成物中のエポキシ基含有シランが加水分解してなる炭素数２〜７のアルキレン基成分の含有量に応じて、選択することができる。

本発明の第６の観点の方法では、図３に示すように、フッ素含有金属酸化物粒子の分散液とシリカゾルゲル液とを混合して撥水撥油性膜形成用液組成物を調製し、この撥水撥油性膜形成用液組成物の希釈液に不織布をディッピングして不織布を脱液し乾燥することにより、エアフィルタが製造されるため、不織布の繊維表面に撥水撥油性膜を均一に形成することができる。また粒子表面が撥水撥油性である金属酸化物粒子がシリカゾルゲル中に存在するため、撥水撥油性を維持しながら不織布の通気度を低くすることが容易になる。更に特許文献１のＰＴＦＥ多孔質膜とは異なり、撥水撥油性膜には静電気が発生しにくく、簡便にエアフィルタを製造することができる。

本発明の第７の観点のエアフィルタの製造方法では、金属酸化物粒子の分散液にフッ素系化合物を添加混合し、この混合液に水と触媒を添加混合するため、フッ素含有金属酸化物粒子が均一に分散した分散液が得られる。

本発明の第８の観点のエアフィルタの製造方法では、金属酸化物粒子が、Ｓｉ，Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｎ及びＺｒからなる群より選ばれた１種又は２種の金属酸化物粒子であるため、多種の金属酸化物粒子の中から、エアフィルタの使用環境に適した金属酸化物粒子を含んだエアフィルタを製造することができる。

本発明の第９の観点のエアフィルタの製造方法では、ケイ素アルコキシドとアルコールと水の混合液に触媒を添加混合して調製されたシリカゾルゲル液は、フッ素含有金属酸化物粒子のバインダとして作用するとともに、撥水撥油性膜を不織布の繊維表面に堅牢に結着させることができる。

なお、比較のために述べると、後述する比較例４に示すように、ケイ素アルコキシドとフッ素含有シランとアルコールと水の混合液に触媒を添加混合して得られたゾルゲル液に、金属酸化物粒子の分散液を添加する、図３に示した本発明とは異なる方法でエアフィルタを製造した場合には、不織布の通気度を下げることができるけれども、肝心の撥油性能を十分に得ることができない。これに対して、本発明の第６ないし第９の観点のいずれかの観点のエアフィルタの製造方法では、通気度を下げながら、撥水撥油性膜を不織布の繊維表面に結着させるため、撥油性能を十分に得ることができる。更に金属酸化物粒子により、膜の摩耗強度を向上させる効果も得られる。

本実施形態の単一層の不織布の側面図である。 本実施形態の二層の不織布の側面図である。 本実施形態のエアフィルタを製造するフロー図である。

次に本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。

〔エアフィルタ〕
図１に示すように、本実施形態のエアフィルタ１０は、不織布２０とこの不織布の繊維表面に形成された撥水性と撥油性を有する撥水撥油性膜２１とを備える。このエアフィルタ１０の主たる構成要素である不織布２０は、オイルミストと粉塵を含む空気が流入する一面２０ａと、この一面２０ａに対向し前記空気が流出する他面２０ｂを有し、単一層からなる。図２に示すように、上層の不織布３０と下層の不織布４０の二層の積層体により構成されるエアフィルタ５０でもよい。この場合、上層の不織布３０の上面がオイルミストと粉塵を含む空気が流入する一面３０ａとなり、下層の不織布４０の下面がこの一面３０ａに対向する他面４０ｂとなる。なお、積層体は二層に限らず、三層、四層等の複数層から構成することもできる。

図１中央の拡大図に示すように、不織布２０は多数の繊維２０ｃが絡み合って形成され、繊維と繊維の間には気孔２０ｄが形成される。気孔２０ｄは不織布２０の一面２０ａと他面２０ｂとの間を貫通する。不織布の繊維２０ｃの表面には撥水撥油性膜２１が形成される。不織布の目付は、１００ｇ／ｍ²〜４００ｇ／ｍ²の範囲にあることが好ましいが、この範囲に限定されるものではない。撥水撥油性膜２１は、平均粒子径が２ｎｍ〜９０ｎｍの金属酸化物粒子（Ｂ）とシリカゾルゲル（Ｃ）とを含む。この金属酸化物粒子（Ｂ）には、前述した一般式（１）又は式（２）で示されるフッ素系官能基成分（Ａ）が結合する。フッ素系官能基成分（Ａ）は、撥水撥油性膜２１を１００質量％とするとき、１質量％〜３０質量％の割合で含まれる。またフッ素系官能基成分（Ａ）と金属酸化物粒子（Ｂ）は、合計して撥水撥油性膜２１を１００質量％とするとき、５質量％〜８０質量％の割合で含まれる。更に金属酸化物粒子（Ｂ）に対するフッ素系官能基成分（Ａ）の質量比（Ａ／Ｂ）が０．０５〜０．８０の範囲にある。

図１上部の更なる拡大図に示すように、撥水撥油性膜２１は、粒子表面がフッ素系官能基成分に覆われた多数の金属酸化物粒子２１ａがバインダとしてのシリカゾルゲル２１ｂで結着して構成される。撥水撥油性膜２１は金属酸化物粒子２１ａを含むため、見かけ上、厚膜となり、繊維と繊維の間の気孔２０ｄを狭くすることができる。また膜厚は、金属酸化物粒子の粒子径と膜成分中の金属酸化物粒子の含有割合を変えることにより制御することができる。

不織布の目付が１００ｇ／ｍ²未満であると、繊維間の気孔が大き過ぎることから、粉塵を捕集する能力が不足し易い。４００ｇ／ｍ²を超えると、通気度が１ｍｌ／ｃｍ²／秒未満となり、粉塵が直ぐに繊維間の気孔に詰まり易くなるか、或いは通気度が低過ぎるため、エアフィルタに送り込む空気の抵抗によりエアフィルタで圧力損失が生じ易く、送風エネルギーの効率が悪化し易い。不織布の目付は、２００ｇ／ｍ²〜３５０ｇ／ｍ²の範囲にあることが更に好ましい。

繊維表面に撥水撥油性膜２１が形成されたエアフィルタ１０の状態で、不織布２０は１ｍｌ／ｃｍ²／秒〜３０ｍｌ／ｃｍ²／秒の通気度を有するように作製される。通気度が１ｍｌ／ｃｍ²／秒未満では、通気性に劣り、オイルミストと粉塵を含む空気が通過しにくくなる。３０ｍｌ／ｃｍ²／秒を超えると、不織布の気孔２０ｄの大きさが流入する空気中のオイルミストの油粒子２２及び粉塵の粒子２３の各粒径よりも遙かに大きくなり、油粒子２２及び粉塵の粒子２３が空気とともに不織布の気孔を通してエアフィルタ１０から通過し、オイルミストと粉塵を捕集することができない。通気度は１．５ｍｌ／ｃｍ²／秒〜２５ｍｌ／ｃｍ²／秒であることが好ましい。通気度はＪＩＳ−Ｌ１９１３：２０００に記載のフラジール形試験機を用いて測定される。

撥水撥油性膜２１を１００質量％とするときのフッ素系官能基成分（Ａ）の含有割合が１質量％未満では、撥油性の効果に乏しく、オイルミストを弾く性能が不十分になる。即ち、オイルミストがエアフィルタに到達したときに、オイルミストが繊維表面上に濡れ広がり、気孔２０ｄを塞ぎ易くなる。フッ素系官能基成分（Ａ）の含有割合が３０質量％を超えると、撥水撥油性膜の不織布への密着性が悪くなる。撥水撥油性膜２１を１００質量％とするときのフッ素系官能基成分（Ａ）の含有割合は、５質量％〜２５質量％であることが好ましい。

撥水撥油性膜２１に含まれる金属酸化物粒子（Ｂ）は、平均粒子径が２ｎｍ〜９０ｎｍ、好ましくは２ｎｍ〜８５ｎｍの範囲にある。平均粒子径が２ｎｍ未満では、金属酸化物粒子の凝集が起こりやすくなり、媒体中に分散しにくくなる。９０ｎｍを超えると、金属酸化物粒子（Ｂ）が撥水撥油性膜から脱落する。撥水撥油性膜２１を１００質量％とするとき、フッ素系官能基成分（Ａ）と金属酸化物粒子（Ｂ）は、合計して５質量％〜８０質量％、好ましくは７質量％〜７５質量％の割合で含まれ、金属酸化物粒子（Ｂ）に対するフッ素系官能基成分（Ａ）の質量比（Ａ／Ｂ）が０．０５〜０．８０、好ましくは０．０７〜０．７０の範囲にある。成分（Ａ）と粒子（Ｂ）が合計して撥水撥油性膜２１を１００質量％とするとき、５質量％未満では、撥水撥油性膜の撥油性能が低下する。また合計して８０質量％を超えると、シリカゾルゲル（Ｃ）の含有量が相対的に低くなり、撥水撥油性膜が不織布表面に堅牢に結着しなくなる。また質量比（Ａ／Ｂ）が０．０５未満では、撥水撥油性膜が撥油性に劣り、０．８０を超えると、撥水撥油性膜の繊維表面への密着性が低下する。なお、本明細書において、金属酸化物粒子の平均粒子径とは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察した粒子形状のうち、２００点の粒子サイズを画像解析により測定したものの平均値をいう。

このようなエアフィルタ１０の作用について説明する。図１に示すように、オイルミストと粉塵を含む空気が、エアフィルタ１０を構成する不織布２０の一面２０ａに到来する。ここでエアフィルタ１０は所定の通気度を有するため、また撥水撥油性膜２１が撥油性を示すため、オイルミストの油粒子２２は気孔２０ｄの孔径より粒径が大きい場合は勿論のこと、気孔２０ｄの孔径より粒径が僅かに小さくても、エアフィルタ１０を通過できず、不織布２０の繊維２０ｃと繊維２０ｃの間に、撥水撥油性膜２１によって弾かれながら、撥水撥油性膜２１に付着して止まる。同時に粉塵の粒子２３も撥水撥油性膜２１に付着して止まる。撥水撥油性膜２１中に金属酸化物粒子２１ａを含むため、膜が凹凸になり、油粒子２２の膜への付着の程度は低い一方、粉塵の粒子２３は付着し易くなる。これにより、オイルミストの油粒子２２及び粉塵の粒子２３が不織布に捕集され、オイルミストと粉塵を含んだ空気が、図１の拡大図に示す繊維２０ｃと繊維２０ｃの間に形成された気孔２０ｄを通過して他面２０ｂに至り、オイルミストと粉塵のない空気となって、不織布２０を通過する。

エアフィルタを使用し続けてオイルミストの不織布内部における捕集量が増えると、エアフィルタが水平に配置される場合には、膜への付着の程度が低いオイルミストは液状化して通過する空気に随伴されてエアフィルタの他面に集まり、エアフィルタが鉛直に配置される場合には、捕集されたオイルミストが自重によりエアフィルタの下端に集まり、不織布の気孔を閉塞しない。これにより、オイルミストによる気孔の目詰まりは抑制される。粉塵は不織布の繊維表面の撥水撥油性膜に直接付着するか、或いは撥水撥油性膜に付着したオイルミストに付着する。不織布２０に溜まったオイルミストと粉塵は、定期的にエアノッカー等でエアフィルタ１０に衝撃を与えることにより、エアフィルタ１０から除去することができる。

〔エアフィルタの製造方法〕
エアフィルタは次の方法により、概略製造される。
図３に示すように、金属酸化物粒子５１と有機溶媒５２を混合して金属酸化物粒子の分散液５３を調製する。この分散液５３にフッ素系官能基成分（Ｂ）を含むフッ素系化合物５４を混合し、更に水５５と触媒５６を混合してフッ素含有金属酸化物粒子の分散液５７を調製する。一方、ケイ素アルコキシド６１とアルコール６２と水６３と、必要に応じてアルキレン基成分６４を混合し、この混合液に触媒６５を加えることにより、シリカゾルゲル液６６を調製する。
このシリカゾルゲル液６６にアルコール６７を混合し、この混合液と上記フッ素含有金属酸化物粒子の分散液５７とを混合することにより、撥水撥油性膜形成用液組成物７０を調製する。この液組成物７０をアルコール７１により希釈して希釈液７２を調製し、そこに不織布７３をディッピングする。続いて不織布７３を脱液し、乾燥することによりエアフィルタ１０を製造する。

以下、エアフィルタの製造方法を詳述する。
〔不織布の準備〕
先ず、１．１ｍｌ／ｃｍ²／秒〜４０ｍｌ／ｃｍ²／秒の通気度を有する不織布を準備する。具体的には、後述する撥水撥油性膜が不織布の繊維表面に形成されたエアフィルタになった状態で、１ｍｌ／ｃｍ²／秒〜３０ｍｌ／ｃｍ²／秒の通気度を有する不織布を準備する。撥水撥油性膜が厚膜に形成される場合には、通気度の大きい不織布が選定され、撥水撥油性膜が薄膜に形成される場合には、通気度の小さい不織布が選定される。

この不織布としては、例えば、セルロース混合エステル性のメンブレンフィルタ、ガラス繊維ろ紙、ポリエチレンテレフタレート繊維とガラス繊維を混用した不織布（安積濾紙社製、商品名：３４０）がある。このように不織布は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ガラス、アルミナ、炭素、セルロース、パルプ、ナイロン及び金属からなる群より選ばれた１種又は２種以上の繊維から作られる。繊維は、２以上の繊維を混合した繊維でもよい。繊維の太さ（繊維径）は、上記通気度が得られるように、０．０１μｍ〜１０μｍの太さが好適である。不織布の厚さは、エアフィルタが単一層である場合には、０．２ｍｍ〜０．８ｍｍ、複数層の積層体である場合には、積層体の厚さが０．２ｍｍ〜１．６ｍｍになる厚さが好ましい。本発明の撥水撥油性膜形成材料の主成分がシリカゾルゲルであるときには、繊維との密着性を得るために、繊維に水酸基をもつ材料が好ましい。その中でも、ガラス、アルミナ、セルロースナノ繊維等は、繊維径も細いものがあり、通気度を上記範囲内の低い値にすることができる。

前述したように不織布が図２に示すように複数の不織布３０、４０を積層した積層体である場合、オイルミストと粉塵を含む空気が流入する側の不織布３０を構成する繊維をガラス繊維にすることにより、シリカゾルゲルを主成分として含む撥水撥油性膜が、より一層強固にガラス繊維に密着し、不織布の繊維から剥離しにくくなる。

〔撥水撥油性膜形成用液組成物の製造方法〕
〔金属酸化物粒子分散液の調製〕
先ず、有機溶媒中に、金属酸化物粒子を分散させて金属酸化物粒子の分散液を調製する。有機溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール（以下、ＩＰＡということもある。）、テトラヒドロフラン、ヘキサン、クロロホルム、トルエン、酢酸エチル、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、アセトン、フッ素系溶剤などが例示される。これらの中でも、沸点が１２０℃未満の炭素数１〜４の範囲にあるメタノール、エタノール、イソプロパノールなどのアルコールが好ましい。金属酸化物粒子としては、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ₂、ＺｎＯ、ＺｒＯ₂の粒子、これらの混合粒子、複合酸化物粒子等が例示される。

〔フッ素含有金属酸化物粒子分散液の調製〕
次に、調製された金属酸化物粒子の分散液中に、上述した式（１）又は式（２）で表されるフッ素系官能基成分を含むフッ素系化合物を添加して、金属酸化物粒子とフッ素系官能基成分とがナノコンポジット化された複合材料を合成する。更に反応を促進するために、水及び触媒を添加する。これにより、フッ素含有金属酸化物粒子の分散液を調製する。

上記触媒としては、有機酸、無機酸又はチタン化合物が挙げられ、有機酸としてはギ酸、シュウ酸が例示され、無機酸としては塩酸、硝酸、リン酸が例示され、チタン化合物としてはテトラプロポキシチタン、テトラブトキシチタン、テトライソプロポキシチタン、乳酸チタン等が例示される。触媒は上記のものに限定されない。上記水としては、不純物の混入防止のため、イオン交換水や純水等を使用するのが望ましい。

フッ素系官能基成分を含むフッ素系化合物は、下記一般式（３）又は式（４）で示される。これらの式（３）又は式（４）中のペルフルオロエーテル基としては、より具体的には、下記式（５）〜（１３）で示されるペルフルオロエーテル構造を挙げることができる。

また、上記式（３）及び式（４）中のＸとしては、下記式（１４）〜（１８）で示される構造を挙げることができる。なお、下記式（１４）はエーテル結合、下記式（１５）はエステル結合、下記式（１６）はアミド結合、下記式（１７）はウレタン結合、下記式（１８）はスルホンアミド結合を含む例を示している。

ここで、上記式（１４）〜（１８）中、Ｒ²及びＲ³は炭素数が０から１０の炭化水素基、Ｒ⁴は水素原子又は炭素数１から６の炭化水素基である。Ｒ³の炭化水素基の例とは、メチレン基、エチレン基等のアルキレン基が挙げられ、Ｒ⁴の炭化水素基の例とは、メチル基、エチル基等のアルキル基の他、フェニル基等も挙げられる。

また、上記式（３）及び式（４）中、Ｒ¹は、メトキシ基、エトキシ基等が挙げられる。

また、上記式（３）及び式（４）中、Ｚは、加水分解されてＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を形成可能な加水分解性基であれば特に限定されるものではない。このような加水分解性基としては、具体的には、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基などのアルコキシ基、フェノキシ基、ナフトキシ基などのアリールオキシ基、ベンジルオキシ基、フェネチルオキシ基などのアラルキルオキシ基、アセトキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基、バレリルオキシ基、ピバロイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基などのアシルオキシ基等が挙げられる。これらの中でも、メトキシ基、エトキシ基を適用することが好ましい。

ここで、上記式（３）又は式（４）で表されるペルフルオロエーテル構造を有するフッ素系官能基成分を含むフッ素系化合物の具体例としては、例えば、下記式（１９）〜（２７）で表される構造が挙げられる。なお、下記式（１９）〜（２７）中、Ｒはメチル基又はエチル基である。

上述したように、本実施の形態の撥水撥油性膜形成用液組成物に含まれるフッ素系化合物は、分子内に酸素原子に炭素数が６以下の短鎖長のペルフルオロアルキル基とペルフルオロアルキレン基が複数結合したペルフルオロエーテル基を有しており、分子内のフッ素含有率が高いため、形成した膜に優れた撥水撥油性を付与することができる。

〔シリカゾルゲル液の調製〕
先ず、ケイ素アルコキシドとしてのテトラメトキシシラン又はテトラエトキシシランと、沸点が１２０℃未満の炭素数１〜４の範囲にあるアルコールと、水とを混合して混合液を調製する。このときアルキレン基成分となるエポキシ基含有シランを一緒に混合してもよい。このケイ素アルコキシドとしては、具体的には、テトラメトキシシラン、そのオリゴマー又はテトラエトキシシラン、そのオリゴマーが挙げられる。例えば、耐久性の高い撥水撥油性膜を得る目的には、テトラメトキシシランを用いることが好ましく、一方、加水分解時に発生するメタノールを避ける場合は、テトラエトキシシランを用いることが好ましい。

上記アルキレン基成分となるエポキシ基含有シランとしては、具体的には、２−(３，４−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン又は多官能エポキシシランが挙げられる。アルキレン基成分はケイ素アルコキシドとアルキレン基成分の合計質量に対して１質量％〜４０質量％、好ましくは２．５質量％〜２０質量％含まれる。アルキレン基成分が下限値の１質量％未満では、水酸基を含まない不織布の繊維に膜を形成した場合に、繊維への密着性が不十分になる。また上限値の４０質量％を超えると、形成した膜の耐久性が低くなる。アルキレン基成分を上記１質量％〜４０質量％の範囲になるようにエポキシ基含有シランを含むと、エポキシ基も加水分解重合過程において開環して重合に寄与し、これにより乾燥過程にレベリング性が改善し膜厚さが均一になる。なお、不織布の繊維がガラス繊維等の親水基を含む場合には、アルキレン基成分の含有量は極少量であるか、若しくはゼロでもよい。一方、不織布の繊維が親水基を含まない場合には、このアルキレン基成分をシリカゾルゲル（Ｃ）を１００質量％とするとき、０．５質量％〜２０質量％含むことが好ましい。

沸点が１２０℃未満の炭素数１〜４の範囲にあるアルコールは、上述したアルコールが挙げられる。特にメタノール又はエタノールが好ましい。これらのアルコールは、ケイ素アルコキドとの混合がしやすいためである。上記水としては、不純物の混入防止のため、イオン交換水や純水等を使用するのが望ましい。ケイ素アルコキシドに、或いはケイ素アルコキシドとエポキシ基含有シランに、炭素数１〜４の範囲にあるアルコールと水を添加して、好ましくは１０℃〜３０℃の温度で５分〜２０分間撹拌することにより混合液を調製する。

上記調製された混合液に触媒を添加混合する。この触媒としては、有機酸、無機酸又はチタン化合物が例示される。このとき液温を好ましくは３０℃〜８０℃の温度に保持して、好ましくは１時間〜２４時間撹拌する。これにより、シリカゾルゲル液が調製される。次の工程のために、シリカゾルゲル液にアルコールを添加混合する。

上記アルコールが添加混合されたシリカゾルゲル液は、ケイ素アルコキシドを２質量％〜５０質量％、炭素数１〜４の範囲にあるアルコールを２０質量％〜９８質量％、水を０．１質量％〜４０質量％、触媒として０．０１質量％〜５質量％の割合で含有する。アルキレン基成分となるエポキシ基含有シランを混合した場合には、エポキシ基含有シランを最大３０質量％まで含有する。

炭素数１〜４の範囲にあるアルコールの割合を上記範囲に限定したのは、アルコールの割合が下限値未満では、ケイ素アルコキシドが、溶液中に溶解せず分離してしまうこと、ケイ素アルコキシドの加水分解反応中に反応液がゲル化しやすく、一方、上限値を超えると、加水分解に必要な水、触媒量が相対的に少なくなるために、加水分解の反応性が低下して、重合が進まず、膜の密着性が低下するためである。水の割合を上記範囲に限定したのは、下限値未満では加水分解速度が遅くなるために、重合が進まず、撥水撥油性膜の密着性が不十分になり、一方、上限値を超えると加水分解反応中に反応液がゲル化し、水が多過ぎるためケイ素アルコキシド化合物がアルコール水溶液に溶解せず、分離する不具合を生じるからである。

シリカゾルゲルを１００質量％とするときのＳｉＯ₂濃度（ＳｉＯ₂分）は１質量％〜４０質量％であるものが好ましい。このＳｉＯ₂濃度が下限値未満では、重合が不十分であり、膜の密着性の低下やクラックの発生が起こり易く、上限値を超えると、相対的に水の割合が高くなりケイ素アルコキシドが溶解せず、反応液がゲル化する不具合を生じる。

有機酸、無機酸又はチタン化合物は加水分解反応を促進させるための触媒として機能する。有機酸としてはギ酸、シュウ酸が例示され、無機酸としては塩酸、硝酸、リン酸が例示され、チタン化合物としてはテトラプロポキシチタン、テトラブトキシチタン、テトライソプロポキシチタン、乳酸チタン等が例示される。触媒は上記のものに限定されない。上記触媒の割合を上記範囲に限定したのは、下限値未満では反応性に乏しく重合が不十分になるため、膜が形成されず、一方、上限値を超えても反応性に影響はないが、残留する酸による不織布の繊維の腐食等の不具合を生じる。

〔撥水撥油性膜形成用液組成物〕
本実施の形態の撥水撥油性膜形成用液組成物は、上記製造方法で製造され、前述したフッ素系官能基成分が結合した金属酸化物粒子と、シリカゾルゲルと、溶媒とを含む。このフッ素系官能基成分は、上記の一般式（１）又は式（２）で示されるペルフルオロエーテル構造を有し、撥水撥油性膜形成用液組成物を１００質量％とするとき、１質量％〜３０質量％含まれる。

上記溶媒は、水と炭素数１〜４のアルコールとの混合溶媒であるか、或いは水と炭素数１〜４のアルコールと上記アルコール以外の有機溶媒との混合溶媒である。ペルフルオロエーテル構造の具体例としては、上述した式（１９）〜（２７）で示される構造を挙げることができる。

本実施の形態の撥水撥油性膜形成用液組成物がシリカゾルゲル液を主成分として含むため、撥水撥油性膜の不織布の繊維への密着性に優れ、剥離しにくい高い強度の撥水撥油性膜が得られる。また撥水撥油性膜形成用液組成物が上記一般式（１）又は式（２）で示されるペルフルオロエーテル構造のフッ素系官能基成分を含むため、撥油性の効果がある。膜中で、フッ素系官能基成分が１質量％未満では形成した膜に撥油性を付与できず、３０質量％を超えると膜の弾き等が発生し成膜性に劣る。好ましいフッ素系官能基成分の含有割合は２質量％〜２８質量％である。

〔不織布の繊維表面への撥水撥油性膜の形成方法〕
本実施形態の不織布の繊維表面に撥水撥油性膜を形成するには、撥水撥油性膜形成用液組成物を、沸点が１２０℃未満の炭素数１〜４の範囲にあるアルコールで、液組成物に対する質量比（液組成物：アルコール）が１：１〜５０の割合になるように希釈した液を調製し、この希釈液に不織布をディッピングして希釈液から引上げ、大気中、室温で不織布を水平な金網等の上に拡げて一定の液分量になるまで脱液する。別法として、引き上げた不織布を振り払って余分な液を除去するか、或いは引き上げた不織布をマングルロール（絞り機）に通して脱液する。脱液した不織布は、大気中、２５℃〜１４０℃の温度で０．５時間〜２４時間乾燥する。これにより、図１中央の拡大図に示すように、不織布２０を構成している繊維２０ｃの表面に撥水撥油性膜２１が形成される。脱液量が少ない場合には、撥水撥油性膜は厚膜に不織布の繊維表面に形成され、脱液量が多い場合には、撥水撥油性膜は薄膜に不織布の繊維表面に形成される。

次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。先ず、金属酸化物粒子の分散液を調製する合成例１〜９及び比較合成例１〜３を説明し、次いでこれらの合成例及び比較合成例を用いた撥水撥油性膜形成用液組成物の調製とエアフィルタの製造に関する実施例１〜９及び比較例１〜４を説明する。

〔金属酸化物粒子分散液を調製するための合成例１〜９、比較合成例１〜３〕
＜合成例１＞
平均粒子径が１２ｎｍの二酸化ケイ素のＩＰＡ分散液（ＩＰＡ−ＳＴ、日産化学社製、ＳｉＯ₂濃度３０％）が５０．０ｇ入ったビーカーに、上述した式（１９）で表されるフッ素系化合物を９．７５ｇ添加し混合した。次に、水を３．５１ｇ添加し混合した。更に、硝酸を０．０３１ｇ添加し、４０℃で２時間混合し、フッ素系化合物が二酸化ケイ素粒子に結合した二酸化ケイ素（シリカ）粒子の分散液を得た。金属酸化物粒子（Ｂ）である二酸化ケイ素に対するフッ素系官能基成分（Ａ）の質量比（Ａ／Ｂ）は０．６１であった。

＜合成例２＞
平均粒子径が４５ｎｍの二酸化ケイ素のＩＰＡ分散液（ＩＰＡ−ＳＴ−Ｌ、日産化学社製、ＳｉＯ₂濃度３０％）が５０．０ｇ入ったビーカーに、上述した式（２０）で表されるフッ素系化合物を１．５０ｇ添加し混合した。次に、水を０．５４ｇ添加し混合した。更に、硝酸を０．００５ｇ添加し、以下、合成例１と同様にして二酸化ケイ素（シリカ）粒子の分散液を得た。質量比（Ａ／Ｂ）は０．０９であった。

＜合成例３＞
平均粒子径が８０ｎｍの二酸化ケイ素のＩＰＡ分散液（ＩＰＡ−ＳＴ−ＺＬ、日産化学社製、ＳｉＯ₂濃度３０％）が５０．０ｇ入ったビーカーに、上述した式（２１）で表されるフッ素系化合物を０．７５ｇ添加し混合した。次に、水を０．２７ｇ添加し混合した。更に、硝酸を０．００５ｇ添加し、以下、合成例１と同様にして二酸化ケイ素（シリカ）粒子の分散液を得た。質量比（Ａ／Ｂ）は０．０５であった。

＜合成例４＞
合成例１と同じ二酸化ケイ素のＩＰＡ分散液が５０．０ｇ入ったビーカーに、上述した式（２２）で表されるフッ素系化合物を２．２５ｇ添加し混合した。次に、水を０．８１ｇ添加し混合した。更に、硝酸を０．０１０ｇ添加し、以下、合成例１と同様にして二酸化ケイ素（シリカ）粒子の分散液を得た。質量比（Ａ／Ｂ）は０．１４であった。

＜合成例５＞
合成例４で用いたフッ素系化合物を上述した式（２７）で表されるフッ素系化合物に代えた以外、合成例４と同様にして二酸化ケイ素（シリカ）粒子の分散液を得た。質量比（Ａ／Ｂ）は０．１４であった。

＜合成例６＞
平均粒子径が３ｎｍの二酸化ジルコニウムのメタノール分散液（ＳＺＲ−Ｍ、堺化学社製、ＺｒＯ₂濃度３０％）が５０．０ｇ入ったビーカーに、上述した式（２７）で表されるフッ素系化合物を１１．２５ｇ添加し混合した。次に、水を４．０５ｇ添加し混合した。更に、硝酸を０．０３５ｇ添加し、以下、合成例１と同様にして二酸化ジルコニウム粒子の分散液を得た。金属酸化物粒子（Ｂ）である二酸化ジルコニウムに対するフッ素系官能基成分（Ａ）の質量比（Ａ／Ｂ）は０．７１であった。

＜合成例７＞
平均粒子径が６ｎｍの二酸化チタンのＩＰＡ分散液（ＴＫＤ−７０１、テイカ社製、ＴｉＯ₂濃度１８％）が５０．０ｇ入ったビーカーに、上述した式（２７）で表されるフッ素系化合物を２．７０ｇ添加し混合した。次に、水を０．９７ｇ添加し混合した。更に、硝酸を０．０１０ｇ添加し、以下、合成例１と同様にして二酸化チタン粒子の分散液を得た。金属酸化物粒子（Ｂ）である二酸化チタンに対するフッ素系官能基成分（Ａ）の質量比（Ａ／Ｂ）は０．２８であった。

＜合成例８＞
平均粒子径が６０ｎｍのアルミナと二酸化ケイ素のＩＰＡ分散液（バイラールＡＳ−Ｌ１０、多木化学社製、３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂濃度１０％）が５０．０ｇ入ったビーカーに、上述した式（２７）で表されるフッ素系化合物を０．２５ｇ添加し混合した。次に、水を０．０９ｇ添加混合した。更に、硝酸を０．００５ｇ添加し、以下、合成例１と同様にしてアルミナと二酸化ケイ素の粒子の分散液を得た。金属酸化物粒子（Ｂ）であるアルミナと二酸化ケイ素に対するフッ素系官能基成分（Ａ）の質量比（Ａ／Ｂ）は０．０５であった。

＜合成例９＞
平均粒子径が２５ｎｍの酸化亜鉛のＩＰＡ分散液（ＭＺ−５００、テイカ社製、ＺｎＯ濃度３０％）が５０．０ｇ入ったビーカーに、上述した式（２７）で表されるフッ素系化合物を１．５０ｇ添加し混合した。次に、水を０．５４ｇ添加し混合した。更に、硝酸を０．００５ｇ添加し、以下、合成例１と同様にして酸化亜鉛粒子の分散液を得た。金属酸化物粒子（Ｂ）である酸化亜鉛に対するフッ素系官能基成分（Ａ）の質量比（Ａ／Ｂ）は０．０９であった。

＜比較合成例１＞
平均粒子径が２３０ｎｍの二酸化チタンのＩＰＡ分散液（Ｒ３２、堺化学社製、ＴｉＯ₂濃度３０％）が５０．０ｇ入ったビーカーに、上述した式（２７）で表されるフッ素系化合物を１．５０ｇ添加し混合した。次に、水を０．５４ｇ添加し混合した。更に、硝酸を０．００５ｇ添加し、以下、合成例１と同様にして二酸化チタン粒子の分散液を得た。金属酸化物粒子（Ｂ）である二酸化チタンに対するフッ素系官能基成分（Ａ）の質量比（Ａ／Ｂ）は０．０９であった。

＜比較合成例２＞
合成例１と同じ二酸化ケイ素のＩＰＡ分散液が５０．０ｇ入ったビーカーに、上述した式（２７）で表されるフッ素系化合物を０．４５ｇ添加し混合した。次に、水を０．１６ｇ添加し混合した。更に、硝酸を０．００５ｇ添加し、以下、合成例１と同様にして二酸化ケイ素（シリカ）粒子の分散液を得た。質量比（Ａ／Ｂ）は０．０３であった。

＜比較合成例３＞
合成例１と同じ二酸化ケイ素のＩＰＡ分散液が５０．０ｇ入ったビーカーに、上述した式（２７）で表されるフッ素系化合物を１５．００ｇ添加し混合した。次に、水を５．４０ｇ添加し混合した。更に、硝酸を０．０４７ｇ添加し、以下、合成例１と同様にして二酸化ケイ素（シリカ）粒子の分散液を得た。質量比（Ａ／Ｂ）は０．９５であった。

以下の表１に、合成例１〜９及び比較合成例１〜３のフッ素含有金属酸化物粒子の分散液の内容を示す。なお、表１において、フッ素系化合物として式（１９）〜式（２２）及び式（２７）で表わされるフッ素含有シランの式中のＲはすべてエチル基である。

〔撥水撥油性膜形成用液組成物の調製とエアフィルタの製造のための実施例１〜９、比較例１〜４〕
＜実施例１＞
正ケイ酸エチル３０ｇとエタノール６０ｇと水１０ｇを混合した後、硝酸を１ｇ添加し、３０℃で３時間混合し、シリカゾルゲル液を得た。得られたシリカゾルゲル液１０．００ｇに工業アルコール（ＡＰ−７、日本アルコール産業社製）を７３．４９ｇ添加し混合した後、合成例１の金属酸化物粒子の分散液を１１．５１ｇ添加し混合し、撥水撥油性膜形成用液組成物を得た。得られた撥水撥油性膜形成用液組成物１０ｇを工業アルコール１００ｇで希釈して希釈液を調製した。エアフィルタの基材として、ＰＥＴ繊維とガラス繊維の混合繊維（質量比でＰＥＴ：ガラス＝８０：２０）からなる、通気度が９．３ｍｌ／ｃｍ ² ／秒の安積ろ紙社製不織布３５６を用いた。上記希釈液にこの不織布をディッピングし、余分な液を振り払い、室温で２４時間乾燥させ、通気度が７．５ｍｌ／ｃｍ²／秒のエアフィルタを作製した。この内容を以下の表２及び表３に示す。表２において、『（Ｃ）／［（Ａ）＋（Ｂ）＋（Ｃ）］×１００』は、フッ素系官能基成分（Ａ）の質量と金属酸化物粒子（Ｂ）の質量とシリカゾルゲル（Ｃ）の質量の合計に対するシリカゾルゲル（Ｃ）の質量の百分率（％）であり、『［（Ａ）＋（Ｂ）］／［（Ａ）＋（Ｂ）＋（Ｃ）］×１００』は、フッ素系官能基成分（Ａ）の質量と金属酸化物粒子（Ｂ）の質量とシリカゾルゲル（Ｃ）の質量の合計に対するフッ素系官能基成分（Ａ）の質量と金属酸化物粒子（Ｂ）の質量の合計の百分率（％）であり、『（Ａ）／［（Ａ）＋（Ｂ）＋（Ｃ）］×１００』は、フッ素系官能基成分（Ａ）の質量と金属酸化物粒子（Ｂ）の質量とシリカゾルゲル（Ｃ）の質量の合計に対するフッ素系官能基成分（Ａ）の質量の百分率（％）である。

＜実施例２〜９及び比較例１〜３＞
実施例２〜９及び比較例１〜３について、表２に示すように、フッ素含有金属酸化物粒子の分散液の種類と秤量、シリカゾルゲル液の秤量、及び実施例１と同一の工業アルコールの秤量を選定又は決定した。
シリカゾルゲル液に関して、実施例２〜９及び比較例１〜３では、実施例１で用いた正ケイ酸エチルの代わりに、テトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ）の３量体〜５量体（三菱化学社製、商品名：ＭＫＣシリケートＭＳ５１）２８．５０ｇと、アルキレン基成分となるエポキシ基含有シランとして３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（ＧＰＴＭＳ：信越化学工業社製、商品名：ＫＢＭ−４０３）１．５０ｇを用いた。それ以外は、実施例１と同様の操作を行った。
また表３に示すように、通気度の異なる不織布と、エアフィルタの基材の種類を選定した。
また実施例１と同様にして、実施例２〜９及び比較例１〜３の撥水撥油性膜形成用液組成物を得た。
更に実施例１と同様にして、この撥水撥油性膜形成用液組成物の希釈液に不織布をディッピングし、脱液・乾燥して、表３に示す通気度を有するエアフィルタを得た。

＜比較例４＞
比較例４では、撥水撥油性膜形成用液組成物を上記実施例１〜９及び比較例１〜３とは異なる方法で調製した。即ち、ケイ素アルコキシドとしてテトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ）の３量体〜５量体（三菱化学社製、商品名：ＭＫＣシリケートＭＳ５１）８．５２ｇと、アルキレン基成分となるエポキシ基含有シランとして３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（ＧＰＴＭＳ：信越化学工業社製、商品名：ＫＢＭ−４０３）０．４８ｇと、フッ素系化合物として式（２７）で表わされるフッ素含有シラン（Ｒ：エチル基）０．２４ｇと、有機溶媒としてエタノール(EtOH)（沸点７８．３℃）１７．３４ｇとを混合し、更にイオン交換水３．３７ｇを添加して、セパラブルフラスコ内で２５℃の温度で５分間撹拌することにより混合液を調製した。またこの混合液に、触媒として濃度３５質量％の塩酸０．０５ｇを添加し、４０℃で２時間撹拌してフッ素含有シリカゾルゲル液を得た。このシリカゾルゲル液１０ｇに、実施例１と同一の工業アルコール９０ｇを混合し、金属酸化物粒子の分散液として、合成例１と同一の平均粒子径が１２ｎｍの二酸化ケイ素のＩＰＡ分散液を１０ｇ添加し混合して、撥水撥油性膜形成用液組成物を調製した。この撥水撥油性膜形成用液組成物の希釈液に実施例９と同一の不織布を、実施例１と同様にして、ディッピングし、脱液・乾燥して表３に示す特性を有するエアフィルタを得た。

なお、実施例９、比較例３及び比較例４に用いた不織布は、実施例１の不織布と異なり、ガラス繊維の不織布とＰＥＴ繊維の不織布の二層からなり、実施例９、比較例３及び比較例４に用いた不織布から得られたエアフィルタの通気度は、それぞれ１．８ｍｌ／ｃｍ²／秒、１．４ｍｌ／ｃｍ²／秒及び０．８ｍｌ／ｃｍ ² ／秒であった。

＜比較試験及び評価＞
金属製品を切削油を用いて加工する工作機械から飛散するオイルミストと粉塵に模して、ヘキサデカンと酸化鉄（III）（富士フイルム和光純薬社製）を質量比で８０：２０の割合で自転公転撹拌機に投入して撹拌混合し、模擬液を得た。得られた模擬液１ｍｌを、実施例１〜９及び比較例１〜４で得られた１３種類の水平に置いたエアフィルタに上方から滴下した後、エアフィルタを鉛直に立てて、模擬液の転落性を確認した。模擬液がエアフィルタに染みこんだものは、エアフィルタの撥油性が『不良』であるとし、模擬液がエアフィルタから転落するものをエアフィルタの撥油性が『良好』であるとした。

表３から明らかなように、比較例１のエアフィルタは、平均粒子径が２３０ｎｍである金属酸化物（二酸化チタン）粒子を含む比較合成例１から撥水撥油性膜形成用液組成物を調製し、この液組成物に不織布をディッピングし、脱液し乾燥して作られたため、金属酸化物粒子の平均粒子径が大き過ぎ、バインダ成分であるシリカゾルで金属酸化物粒子が不織布の繊維表面に結着しにくかった。この結果、模擬液がエアフィルタから転落せず、撥油性が『不良』であった。

比較例２のエアフィルタは、『（Ａ）／（Ｂ）』が０．０３であり、『［（Ａ）＋（Ｂ）］／［（Ａ）＋（Ｂ）＋（Ｃ）］×１００』が３質量％であり、『（Ａ）／［（Ａ）＋（Ｂ）＋（Ｃ）］×１００』が０．１質量％であり、撥水撥油性膜中のフッ素系官能基成分の含有量が少な過ぎたため、エアフィルタの通気度が３３．３ｍｌ／ｃｍ²／秒と高過ぎ、模擬液はエアフィルタに染みこんで転落せず、その撥油性は『不良』であった。

比較例３のエアフィルタでは、『（Ａ）／（Ｂ）』が０．９５であり、『［（Ａ）＋（Ｂ）］／［（Ａ）＋（Ｂ）＋（Ｃ）］×１００』が８２質量％であり、『（Ａ）／［（Ａ）＋（Ｂ）＋（Ｃ）］×１００』が４１．０質量％であり、撥水撥油性膜中のフッ素系官能基成分の含有量が多過ぎたため、模擬液がエアフィルタから転落せず、撥油性が『不良』であった。

比較例４のエアフィルタでは、フッ素含有シリカゾルゲル液に金属酸化物粒子の分散液を添加し混合して撥水撥油性膜形成用液組成物を調製したため、粒子表面が親油性である金属酸化物粒子が膜中に多数存在することにより、撥油性能が大きく劣化していた。この結果、撥油性が『不良』であった。エアフィルタの通気度が０．８ｍｌ／ｃｍ²／秒と低過ぎたため、エアフィルタとして使用した場合、容易に目詰まりが発生すると予想された。

それに対して、実施例１〜９のエアフィルタでは、フッ素系官能基成分が式（１）又は式（２）であり、金属酸化物粒子の平均粒子径が２ｎｍ〜９０ｎｍの範囲にあり、『（Ａ）／［（Ａ）＋（Ｂ）＋（Ｃ）］×１００』が１質量％〜３０質量％の範囲に有り、『［（Ａ）＋（Ｂ）］／［（Ａ）＋（Ｂ）＋（Ｃ）］×１００』が５質量％〜８０質量％の範囲にあり、『（Ａ）／（Ｂ）』が０．０５〜０．８０の範囲にあり、エアフィルタの通気度が１ｍｌ／ｃｍ²／秒〜３０ｍｌ／ｃｍ²／秒の範囲にあって、第１の観点の発明の範囲を満たしていることから、模擬液がエアフィルタから転落し、その撥油性はすべて『良好』であることを確認できた。

本発明のエアフィルタは、金属製品を切削油を用いて加工する切削機や旋削機等の工作機械のある作業環境で用いられる。

１０ エアフィルタ
２０ 不織布
２０ａ 不織布の一面
２０ｂ 不織布の他面
２０ｃ 不織布の繊維
２０ｄ 不織布の気孔
２１ 撥水撥油性膜
２１ａ 金属酸化物粒子
２１ｂ シリカゾルゲル
２２ オイルミストの油粒子
２３ 粉塵の粒子

Claims (9)

1. オイルミストと粉塵を含む空気が流入する一面と、この一面に対向し前記空気が流出する他面との間を貫通する多数の気孔が繊維間に形成された不織布を含むエアフィルタであって、
   前記不織布の繊維表面に撥水撥油性膜が形成され、
   前記撥水撥油性膜は、下記の一般式（１）又は式（２）で示されるペルフルオロエーテル構造を含むフッ素系官能基成分（Ａ）が結合した平均粒子径２ｎｍ〜９０ｎｍの金属酸化物粒子（Ｂ）とシリカゾルゲル（Ｃ）とを含み、
   前記フッ素系官能基成分（Ａ）は、前記撥水撥油性膜を１００質量％とするとき、１質量％〜３０質量％の割合で含まれ、
   前記フッ素系官能基成分（Ａ）と前記金属酸化物粒子（Ｂ）とは、合計して前記撥水撥油性膜を１００質量％とするとき、５質量％〜８０質量％の割合で含まれ、
   前記金属酸化物粒子（Ｂ）に対する前記フッ素系官能基成分（Ａ）の質量比（Ａ／Ｂ）が０．０５〜０．８０の範囲にあり、
   前記エアフィルタの通気度が１ｍｌ／ｃｍ²／秒〜３０ｍｌ／ｃｍ²／秒であることを特徴とするエアフィルタ。
   

   

   上記式（１）及び式（２）中、ｐ、ｑ及びｒは、それぞれ同一又は互いに異なる１〜６の整数であって、直鎖状又は分岐状であってもよい。また上記式（１）及び式（２）中、Ｘは、炭素数２〜１０の炭化水素基であって、エーテル結合、ＣＯ−ＮＨ結合、Ｏ−ＣＯ−ＮＨ結合及びスルホンアミド結合から選択される１種以上の結合を含んでいてもよい。更に上記式（１）及び式（２）中、Ｙはシランの加水分解体又はシリカゾルゲルの主成分である。
2. 前記金属酸化物粒子（Ｂ）は、Ｓｉ，Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｎ及びＺｒからなる群より選ばれた１種又は２種の金属の酸化物粒子である請求項１記載のエアフィルタ。
3. 前記シリカゾルゲル（Ｃ）は、前記シリカゾルゲルを１００質量％としたときに、炭素数２〜７のアルキレン基成分を０．５質量％〜２０質量％含む請求項１記載のエアフィルタ。
4. 前記不織布が単一層により構成されるか、又は複数層の積層体により構成される請求項１記載のエアフィルタ。
5. 前記不織布を構成する繊維がポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ガラス、アルミナ、炭素、セルロース、パルプ、ナイロン及び金属からなる群より選ばれた１種又は２種以上の繊維である請求項１又は４記載のエアフィルタ。
6. フッ素含有金属酸化物粒子の分散液とシリカゾルゲル液とを混合して撥水撥油性膜形成用液組成物を調製する工程と、
   前記撥水撥油性膜形成用液組成物の希釈液に不織布をディッピングする工程と、
   前記ディッピングした不織布を脱液し乾燥する工程と
   を含むエアフィルタの製造方法。
7. 前記フッ素含有金属酸化物粒子の分散液が、金属酸化物粒子の分散液にフッ素系化合物を添加混合し、この混合液に水と触媒を添加混合して、調製される請求項６記載のエアフィルタの製造方法。
8. 前記金属酸化物粒子がＳｉ，Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｎ及びＺｒからなる群より選ばれた１種又は２種の金属の酸化物粒子である請求項７記載のエアフィルタの製造方法。
9. 前記シリカゾルゲル液が、ケイ素アルコキシドとアルコールと水の混合液に触媒を添加混合して、調製される請求項６記載のエアフィルタの製造方法。

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