JPH07323206A

JPH07323206A - 抗菌性エアフィルター

Info

Publication number: JPH07323206A
Application number: JP34922593A
Authority: JP
Inventors: Takanobu Sugo; 高信須郷; Naoaki Kataoka; 直明片岡; Masami Kitagawa; 政美北川; Taisuke Toya; 泰典遠矢; Kunio Fujiwara; 邦夫藤原; Hideo Kawazu; 秀雄河津
Original assignee: Ebara Corp; Japan Atomic Energy Research Institute
Current assignee: Ebara Corp; Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-12-12
Anticipated expiration: 2018-07-22
Also published as: JP3429544B2

Abstract

(57)【要約】【目的】各種浮遊微生物を迅速、確実に捕集し、捕集
した微生物に対して優れた抗菌作用を有する抗菌性エア
フィルターを提供する。【構成】クロロメチルスチレンのグラフト重合物を４
級アンモニウム化したイオン交換繊維１と、４−ビニル
ピリジンのグラフト重合物を４級アンモニウム化したイ
オン交換繊維２とを有する抗菌性エアフィルターであ
り、空調設備や家庭用エアコン等における空気清浄化シ
ステムに用いることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、抗菌性エアフィルター
に係わり、特に、一般ビル、オフィスビル、病院、ホテ
ル等の空調設備や家庭用エアコン等における空気清浄化
システムに用いることのできる微生物の捕捉能と抗菌作
用に優れた抗菌性エアフィルターに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、快適空間の要求や健康指向、環境
問題への関心の高まりに伴い、クリーンな環境空気（空
気の質の向上）に対する重要性も急増してきており、将
来的には空気清浄化システムの需要は非常に大きく発展
していくと予想される。空気中の浮遊微生物の除去・殺
菌に関しては、従来の空気清浄システムではエアフィル
ターによる空気ろ過法の他、静電的沈降（電気集塵）
法、薬剤殺菌法、紫外線照射法等が利用されているもの
の、微生物の捕集効率が優れている、装置や操作性が簡
便であること等から空気ろ過法が主流になっている。

【０００３】しかしながら、空気中の浮遊物や浮遊微生
物が捕集されたエアフィルター上では微生物の繁殖が著
しく、また、堆積したほこりや微生物等の腐敗も伴って
フィルターの汚染や捕集効率の低下（フィルター寿命の
低下）、さらには微生物の漏出・飛散によるクリーン空
間の再汚染などが起こる。このような空調設備を経由し
た空気は、微生物によって呼吸器系をはじめとする健康
障害をも引き起こすとされている。

【０００４】また、電子工業をはじめとして、生物、医
薬・薬学、食品加工分野等におけるクリーンルーム、原
子力分野での放射性物質の封じ込めや、遺伝子操作のた
めのバイオハザード施設などの高度な空気清浄化技術で
のエアフィルターには、ＨＥＰＡ（High Efficiency Pa
rticulate Air)フィルターやＵＬＰＡ（Ultra Low Pene
tration Air)フィルターが用いられている。これらは極
細のガラス繊維を材料にした高性能エアフィルターであ
るが、高価である上に、空調運転時には圧力損失が大き
くなること等の問題があり、また、このようなガラス繊
維に抗菌性の機能を付与することは抗菌機能の均一性等
で技術的にも困難な点が多い。このように、ＨＥＰＡフ
ィルター・ＵＬＰＡフィルターは高度な空気清浄性能を
有するものの、一般ビル等の汎用的なエアフィルターへ
の適用化には難しい面がある。

【０００５】一方、近年では成形加工の簡便さや機能性
の多様化に合わせて、合成繊維による高性能なエアフィ
ルターへのアプローチも数多く行われるようになり、優
れた性能を有するエアフィルターが開発されてきてい
る。現在では、ＨＥＰＡ・ＵＬＰＡフィルターのプレフ
ィルターや、一般ビル等での空調用フィルターに適用さ
れる中性能・粗塵用フィルターを対象に、不織布を材料
とした合成繊維のエアフィルターが多く用いられるよう
になり、その高機能化に対する要求も高くなってきてい
る。

【０００６】従来、不織布等の合成繊維からなるエアフ
ィルターにおいては、空気中の微生物やほこり等を単に
捕集するだけの機能しかなく、このような用途の不織布
等に対して優れた抗菌性能を有する抗菌性エアフィルタ
ーとしての応用は少なかった。抗菌性を有するエアフィ
ルターの研究開発に関しては、様々な抗菌剤の応用によ
って進められており、現在多用されている抗菌剤として
は金属あるいは金属含有無機系粒子、第４級アンモニウ
ム塩系、有機シリコン第４級アンモニウム塩系であり、
その他にはアミン系、アルコール系、動物系高分子化合
物（キチン・キトサン）、フェニルアミド系、ジグアニ
ド系、脂肪酸エステル系、フェノール系等がある。

【０００７】しかしこれらの抗菌剤の中では、抗菌性エ
アフィルターとして微生物を捕捉する機能が十分でなか
ったり、安全性が不十分であったり、抗菌性の耐久性に
欠けたり、抗菌活性が十分でない、といった諸々の問題
点がある。特に最近では、微生物細胞膜の破壊や細胞の
代謝機能阻害を引き起こすとされている銀イオン等の金
属イオンを利用した抗菌性機能の研究開発も行われてい
るが、エアフィルターとしては微生物の捕捉率が低いこ
と等で実用上の欠点を有している。

【０００８】このような問題の中で、第４級アンモニウ
ム塩系化合物は優れた抗菌性を有すると共に、第４級ア
ンモニウム塩基を導入したイオン交換体では微生物を効
果的に捕捉することができる。最近では、例えば、ビニ
ルピリジン類を水不溶性ポリマーにグラフト共重合し、
このポリビニルピリジングラフト鎖の一部が４級化され
た水不溶性グラフト共重合体（特開平４−１６４０３５
号）や、クロロメチルスチレンとセチルジメチルアミン
から合成したセチルジメチル（ビニルベンジル）アンモ
ニウムクロリドとアクリロニトリルとのラジカル共重合
によって第４アンモニウム塩基を側鎖に持った高分子
〔アクリロニトリル−ＣＯ−セチルジメチル（ビニルベ
ンジル）アンモニウムクロリド〕〔ジャーナルオブ
アプライドポリマーサイエンス（Ｊ．Appl. Polym. S
ci.)、第３７巻、第２８３７−２８４３頁（１９８
９）〕、さらには、４−ビニルピリジンとモノビニルモ
ノマーもしくは架橋性ジビニルモノマーとのビニル系共
重合体をハロゲン化物によって４級化し、このピリジニ
ウム基を有するビニル系共重合体をセルロースアセテー
トやニトロセルロース等の親水性樹脂の多孔質膜表面に
付着させると共に第４アンモニウムを付与した微生物吸
着膜（特開平４−２５２１８６号）等が開発されてきた
が、これらを実際にエアフィルター等として各種の微生
物を捕捉・除菌していくには、様々な微生物の存在する
空気環境に対しては十分に満足できる性能を有し得なか
った。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
技術の諸問題点を解決し、空気の清浄化において空気中
の塵、ほこり等の浮遊物や細菌類、真菌類等の各種の浮
遊微生物を簡便、迅速且つ確実にエアフィルター上に捕
集し、加えてエアフィルター上に捕集された微生物に対
して優れた抗菌作用をもたらし、微生物を殺菌させる機
能を有する抗菌性エアフィルターを提供することを課題
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明では、クロロメチルスチレンのグラフト重
合物を４級アンモニウム化したイオン交換繊維と、４−
ビニルピリジンのグラフト重合物を４級アンモニウム化
したイオン交換繊維とを有する抗菌性エアフィルターと
したものである。

【００１１】本発明は、放射線照射済みの不織布にク
ロロメチルスチレン（以下、ＣＭＳと略す）をグラフト
重合し、このＣＭＳグラフト不織布をトリメチルアミン
によって４級アンモニウム化したイオン交換繊維、放
射線照射済みの不織布に４−ビニルピリジン（以下、４
ＶＰと略す）をグラフト重合し、この４ＶＰグラフト不
織布をヨウ化メチルによって４級アンモニウム化したイ
オン交換繊維、の２種類のイオン交換繊維を組み合わせ
たフィルターが空気中の塵、ほこり等の浮遊物や細菌
類、真菌類等の浮遊微生物を非常に効率よく捕捉すると
共に、捕捉されたそれらの細菌類、真菌類に対して優れ
た抗菌性を示すことを見出したことによりなされた。

【００１２】空気ろ過法による空気浄化においては、流
速が大きく接触時間が短いという条件にあるが、イオン
交換繊維を用いたエアフィルターでは、表面積が大き
い、反応速度が大きい、成形加工が容易である、と
いった特徴を持っていることから、空気浄化用エアフィ
ルターに本発明のようなイオン交換繊維を適用していく
ことは有効な手段である。

【００１３】次に、本発明を詳細に説明する。本発明に
おけるグラフト重合は放射線グラフト重合法、化学的グ
ラフト重合法のいずれでも可能であるが、放射線グラフ
ト重合法では反応時に触媒や高温が不要であり、また、
放射線を照射して生成させたラジカルは低温下で長期保
存ができるので、放射線照射工程とグラフト重合工程と
を分離して行える等の製造上の長所を有する。グラフト
重合によるイオン交換繊維のエアフィルターでは、吸着
速度と吸着容量が大きいために、空気中に極低濃度で存
在する各種の浮遊微生物に対してイオン交換反応により
高精度に化学的に吸着・除去することが可能である。ま
た、イオン交換繊維によるエアフィルターは、物理的に
吸着・除去するエアフィルターとは異なって、吸着した
微生物は容易にはエアフィルターから剥離・離脱するこ
とはなく繊維上に強固に固定されるため、エアフィルタ
ーからの微生物の二次汚染の問題がない点も利点であ
る。

【００１４】本発明において、ＣＭＳグラフト不織布を
トリメチルアミンを用いた４級アンモニウム化したイオ
ン交換繊維、及び、４ＶＰグラフト不織布をヨウ化メチ
ルを用いて４級アンモニウム化したイオン交換繊維によ
って強い抗菌活性が発揮され、これらの第４級アンモニ
ウム塩が抗菌作用に働くものである。ここで、ＣＭＳグ
ラフト不織布を４級アンモニウム化したイオン交換繊
維、及び、４ＶＰグラフト不織布を４級アンモニウム化
したイオン交換繊維は、空気中の浮遊微生物に対する抗
菌作用において微生物選択性がある。

【００１５】すなわち、ＣＭＳグラフト不織布を４級ア
ンモニウム化したイオン交換繊維では主として空気中の
細菌類の生細胞を選択的に捕捉する傾向をもつと共にこ
れらの微生物に抗菌作用が働き、一方、４ＶＰグラフト
不織布を４級アンモニウム化したイオン交換繊維では空
気中の細菌類と真菌類の生細胞に対して同様の捕捉・抗
菌作用をもたらす傾向を有する。したがって、これらの
両者のイオン交換繊維を組み合わせたフィルターによっ
て細菌類及び真菌類のいずれをも高度に清浄化した空気
を得ることができる。

【００１６】本発明における２種類のイオン交換繊維を
組み合わせたエアフィルターにおいて、それらの組み合
わせ方法は、いずれのイオン交換繊維を気流方向の上流
側に置いても、空気中の浮遊物や浮遊微生物の捕捉性能
や抗菌効果は変わりはないが、好ましくはそれぞれのイ
オン交換繊維を交互に組み合わせてなるフィルターが空
気清浄化システムには効果的である。また、各イオン交
換繊維の設置間隔は特に設ける必要はなく、各々のイオ
ン交換繊維を交互に重ね合わせてなるフィルターによっ
て捕捉性能や抗菌効果は十分に示されるため、コンパク
トなフィルターシステムの供給が可能である。

【００１７】放射線グラフト重合法によるこれらのイオ
ン交換繊維の合成の場合では、まず、放射線照射済みの
不織布にＣＭＳ、４ＶＰを液相もしくは気相グラフト重
合する前照射法によるグラフト重合を行う。その後、３
級アミンにて４級アンモニウム化を行うが、４級アンモ
ニウム化に際しては、ＣＭＳグラフト不織布はトリメチ
ルアミンによって、また、４ＶＰグラフト不織布はヨウ
化メチルによって４級アンモニウム化する方法が最適な
抗菌性効果を有するイオン交換繊維の製造法である。こ
れらのイオン交換繊維におけるイオン交換容量について
はグラフト率を変えることによってコントロールが可能
であり、さらには、グラフト率によってイオン交換繊維
表面の疎水性、親水性の強さも変えられることから、微
生物の捕捉作用において重要な要素である繊維表面と微
生物細胞との疎水性、親水性相互作用をコントロールす
ることにもつながる。

【００１８】続いて、本発明のエアフィルターを用いた
空気清浄化フィルターシステムを図によって説明する。
図１では、ＣＭＳグラフト不織布を４級アンモニウム化
したイオン交換繊維１を最上流側に、４ＶＰグラフト不
織布を４級アンモニウム化したイオン交換繊維２をその
下流側に組み、これを交互に組み合わせた場合のフィル
ターを示す。このようなフィルターの性能を十分に発揮
させ、且つクリーンな環境空気を常に居住空間に供給す
るための本発明のエアフィルターを用いた空気清浄化フ
ィルターシステムは、図２のごとく設置することが非常
に効果的である。

【００１９】図２は非整流方式の空調設備への設置例を
示す。すなわち、空調設備を有する居住空間に対して、
外気の導入部にプレフィルター４を置いて簡単な空気ろ
過を施した後に抗菌性を有するフィルター５によって空
気を清浄化する。清浄化された空気は空調設備によって
温度、湿度等が適宜コントロールされ、これを再度空気
清浄化フィルター５をもって清浄化処理した空気を居住
空間に供給する。一方、居住空間から排出される空気に
対してもフィルター５によって空気清浄化を行い外部へ
排出すると共に、省エネルギー化を考慮して必要に応じ
てその一部を空調設備に戻して再循環させる。なお、空
気清浄化においては室内の気流も重要であるが、本発明
の空気清浄化フィルターシステムは図２に示す非整流方
式以外にも水平整流方式、垂直整流方式の空調設備に対
しても何ら変わらない空気清浄化性能を発揮することが
できる。

【００２０】抗菌性エアフィルターとしての作用機構は
次のとおりである。微生物細胞の表面は通常負に帯電し
ていることが電気泳動法及びコロイド滴定法によって明
らかにされている。このことを利用して、放射線グラフ
ト重合により作成したイオン交換フィルターにて微生物
を捕捉する。ＣＭＳや４ＶＰを放射線グラフト重合して
これを４級アンモニウム化したエアフィルターでは、第
４級アンモニウム塩基の作用により捕捉された微生物に
対して抗菌性が発現する。すなわち、細胞膜に存在する
酵素の代謝機能が阻害され、特に呼吸機能が破壊され
る。そして細胞膜の構造が変化し、次いで細胞膜、細胞
壁に孔が生じて破壊され、細胞質が漏出して死に至る。
本発明での第４級アンモニウム塩は非溶出タイプである
ので、抗菌剤成分の細胞内には侵入せず、細胞の核や遺
伝子に影響を及ぼさないので耐性菌はできない。

【００２１】

【実施例】以下に、本発明の実施例を記載して本発明を
具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定さ
れるものではない。実施例１本発明の抗菌性エアフィルターを次のようにして製造し
た。ポリプロピレンとポリエチレンよりなる複合繊維（繊
維径平均２０μｍ）の不織布（目付：５０ｇ／ｍ²、厚
さ：０．２mm）を未処理素材とした。

【００２２】上記不織布を窒素雰囲気下でγ線を２０
０kGy 照射し、予め窒素バブリングしてある精製済みの
クロロメチルスチレン（ＣＭＳ）に浸漬し、４５℃、８
時間反応させて、グラフト率１６３％のＣＭＳグラフト
不織布を得た。次に、このＣＭＳグラフト不織布を１０
％トリメチルアミン水溶液に浸漬し、５０℃、３時間反
応させて４級アンモニウム化し、イオン交換密度２．４
３ meq／ｇの性能を有する強塩基性アニオン交換繊維を
得た。さらに、このイオン交換繊維はＮａＯＨの５％水
溶液で再生した。このようにして５００mm×２０００mm
の大きさのイオン交換繊維が製造され、厚さは１．２〜
１．３mmで一定化しており、折り曲げ等のエアフィルタ
ーとしての成形加工も容易であった。このようにして得
たフィルターを以後、単にＣＭＳフィルターと略す。

【００２３】同不織布を同条件下で放射線照射した
後、４−ビニルピリジン（４ＶＰ）液に浸漬し、５０
℃、７時間反応後、グラフト率１８０％の４ＶＰグラフ
ト不織布を得た。次いで、これをヨウ化メチル２０％ア
セトン溶液に浸漬して室温で５時間反応させて４級アン
モニウム化し、強塩基性アニオン交換繊維を得た。この
ようにして製造されたイオン交換繊維（大きさ：５００
mm×２０００mm）は、厚さが２．０〜２．２mmで一定し
ており、エアフィルターとしての成形加工も容易であっ
た。このようにして得たフィルターを以後、単に４ＶＰ
フィルターと略す。

【００２４】上記において製造されたＣＭＳフィル
ターとにおいて製造された４ＶＰフィルターの各々
を、縦２０００mm×横２５０mmの大きさ１枚ずつそろえ
て重ね合わせ、これを図３及び図４の如く縦２３０mm×
横２５０mm×幅５０mmのステンレス製の枠に２０段に均
一に織り重ねて成形加工し、抗菌性エアフィルターとし
た。また、上記とにて製造されたＣＭＳフィルター
及び４ＶＰフィルターを縦２３０mm×横２５０mmの大き
さにそれぞれ３枚ずつ調整し、それらを平形のまま交互
に重ね併せて成形加工して、図５及び図６の如く抗菌性
フィルター（フィルターの実幅：９．５mm）を作成し
た。

【００２５】ここで製造されたＣＭＳフィルターと４Ｖ
Ｐフィルターは各々異なったグラフト率を有する強塩基
性のイオン交換繊維であり、これら２種類を組み合わせ
た抗菌性エアフィルターでは互いに異なった親水性を有
すると共に、異なったイオン交換官能基を用いることに
よって微生物に対してより効率的な吸着特性を有するも
のである。この抗菌性エアフィルターでは、細胞表面
（蛋白質や多糖類等の構成成分や表面荷電、膜構造等）
が多種多様である様々な微生物を非常に効率よく捕捉・
除菌することが可能である。

【００２６】実施例２実施例１で製造したフィルターを用いた場合の抗菌性を
試験した。なお、評価試験に際しては、予め試験フィル
ターを紫外線照射により殺菌処理したものを用いた。空
気清浄度を高度に管理した生物・化学研究施設内の実験
室の空気を対象に、各試験フィルターにて通気してこれ
を通過した微生物を捕集液中に捕らえ、そこでの微生物
の生菌数と全菌数を計数し、さらに、試験フィルター上
に捕集された微生物の状態を培養、観察してフィルター
の微生物除去能及び抗菌性能を評価した。

【００２７】本試験では直径４７mmの試験フィルターに
０．２ｍ／sec の面風速で４３．７５時間通気した。生
菌数の計数にはメンブランフィルター法を用い、一定量
の捕集液をメンブランフィルター（孔径０．２２μｍ）
でろ過した後、標準寒天培地及びＰＤＡ寒天培地上にこ
のフィルターを置いて２８℃で２日間培養して表面に現
れたコロニーを計数した。計数したコロニーはコロニー
形成単位（Colony-Forming-Unit, CFU) として表現し、
通気容積１ｍ³当りに換算して生菌数を求めた。全菌数
はアクリジンオレンジ染色法を用い、通気容積１ｍ³当
りに換算して全菌数（cells)を求めた。また、試験フィ
ルターの抗菌性の判定には、通気後の試験フィルターを
寒天培地を薄く重層した寒天平板重層法により培養する
ことによってフィルター上に捕集された微生物の状態や
生育度合を観察して評価を行った。抗菌性の評価は５段
階で表現した。

【００２８】試験結果を表１に示す。表１より、ＣＭＳ
及び４ＶＰのイオン交換フィルターを組み合わせた試験
区は空気清浄度の高い空気環境条件下において優れた微
生物除去能と抗菌性能を示すことが明らかである。

【００２９】

【表１】

【００３０】抗菌性の評価基準５：フィルターを重層した寒天平板上の全面に微生物が
計数できないほどに著しく生育。４：フィルターを重層した寒天平板上に微生物数として
１００〜３００個生育。３：フィルターを重層した寒天平板上に微生物数として
３０〜１００個生育。２：フィルターを重層した寒天平板上に微生物数として
１〜３０個生育。１：フィルターを重層した寒天平板上に微生物の生育が
全く認められず。

【００３１】実施例３機械工作作業場の空気を対象に、上記の実施例２と同様
の試験を行った。試験では、直径４７mmの試験フィルタ
ーに０．２ｍ／sec の面風速で４５．５時間通気した。
試験結果を表２に示す。

【００３２】

【表２】抗菌性評価の基準は表１と同じ。

【００３３】実施例４下水処理場の活性汚泥の曝気気相を対象に、上記の実施
例２と同様の試験を行った。試験では、直径４７mmの試
験フィルターに活性汚泥の曝気気相を０．２ｍ／sec の
面風速で４４．１時間通気した。試験結果を表３に示
す。表３より、ＣＭＳ及び４ＶＰのイオン交換フィルタ
ーを組み合わせた試験区では活性汚泥の曝気気相中の微
生物に対しても優れた微生物除去能と抗菌性能を有して
おり、非常に微生物汚染の激しい空気環境に対しても本
フィルターシステムは効果的に働くことがわかる。

【００３４】

【表３】抗菌性評価の基準は表１と同じ。

【００３５】

【発明の効果】クロロメチルスチレンのグラフト不織
布、及び、４−ビニルピリジンのグラフト不織布のそれ
ぞれを４級アンモニウム化して得られるイオン交換繊維
を組み合わせて抗菌性エアフィルターに用いれば、空気
中の塵、ほこり等の浮遊物や細菌類、真菌類等の各種浮
遊微生物を非常に効率よく捕捉することが可能であり、
且つ、捕捉された微生物に対して強い抗菌作用を持ち、
また、その抗菌活性は耐久性を有する。この抗菌性エア
フィルターを用いる空調用フィルターシステムは、各種
産業分野での空調設備や家庭用エアコン、さらには、特
殊化した分野として病院での感染微生物の殺菌を対象と
した空気浄化等、幅広い用途に使用することが可能であ
り、産業上極めて有意義な技術である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる抗菌性を有するエアフィルター
の一例を示す概要図。

【図２】本発明のエアフィルターを用いた空気清浄化フ
ィルターシステムの効果的な設置例を示す概要図。

【図３】本発明の抗菌性エアフィルターの一例を示す斜
視図。

【図４】図３の部分拡大図。

【図５】本発明の抗菌性エアフィルターの他の例を示す
斜視図。

【図６】図５の縦断面図。

【符号の説明】

１：ＣＭＳグラフト不織布を４級アンモニウム化したイ
オン交換繊維、２：４ＶＰグラフト不織布を４級アンモ
ニウム化したイオン交換繊維、３：枠、４：プレフィル
ター、５：抗菌性を有する空気清浄化フィルターシステ
ム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者北川政美東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者遠矢泰典東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者藤原邦夫東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者河津秀雄東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】クロロメチルスチレンのグラフト重合物
を４級アンモニウム化したイオン交換繊維と、４−ビニ
ルピリジンのグラフト重合物を４級アンモニウム化した
イオン交換繊維とを有する抗菌性エアフィルター。