KR20000070334A - 필터 여과재 및 이를 이용한 에어 필터 유닛 - Google Patents

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구스미도시오
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이노우에 노리유끼
다이킨 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 공기중의 부유 미립자의 제거 기능과, 악취 제거 및 항균 등을 위한 유기물 분해기능을 가지고, 수명이 길며 또한 소형으로 콤팩트한 공기 청정 시스템을 구성하는 것이 가능한 필터 여과재 및 에어 필터 유닛을 제공한다. 산화 티탄을 함유하는 미소성(未燒成) PTFE 일축 연신 필름과 반소성(半燒成) PTFE 일축 연신 필름을 겹쳐, 이들을 동시에 폭방향으로 연신하여 적층 필름을 형성하고, 이 적층 필름의 양면에 수지제 부직포를 라미네이트함으로써 필터 여과재를 제작한다. 이 필터 여과재에서는 산화 티탄을 함유하는 PTFE 필름층이 광 촉매 기능을 가지는 통기층(2)으로 되고, 산화 티탄 미함유의 PTFE 필름층이 부유 입자 포획 기능을 가지는 통기층(3)으로 되며, 수지제 부직포층이 통기성 지지층(4a, 4b)으로 된다.

Description

필터 여과재 및 이를 이용한 에어 필터 유닛{FILTER MEDIUM AND AIR FILTER UNIT USING THE SAME}
의료, 식품, 바이오, 반도체 공업 등의 분야에 있어서, 제품의 품질상 등의 이유에서 공기 청정은 중요하다. 공기 청정은 부유 미립자의 제거 이외에 탈취, 항균 등도 목적으로 하여 행해지고, 이 목적 달성을 위해 이하에 나타내는 것과 같은 공기 청정 시스템이 종래부터 알려져 일부에서 사용되고 있다.
예를들면, 활성탄 등의 흡착제를 칼럼에 충전한 케미컬 필터와 에어 필터 유닛을 조합한 공기 청정 시스템이 알려져 있다(예를들면, 특개평 7-226382호 공보). 이 공기 청정 시스템에서는 상기 흡착제에 의해 가스를 흡착시켜 탈취하고, 상기 에어 필터 유닛으로 부유 미립자를 포획하여 제거하는 것이다. 또한, 산화 티탄 등의 광촉매를 이용한 무균화 기구 필터(유닛)와 에어 필터 유닛을 조합한 공기 조화 장치가 알려져 있다(특개평 7-284523호 공보, 특개평 7-284522호 공보 등). 상기 광 촉매는 광의 조사에 의해 활성 산소 등의 활성종을 생성하고, 이에 따라 주위 유기물(세균 등의 미생물을 포함한다)을 분해하는 기능을 가진다. 따라서, 이 장치에서는 광 촉매를 이용한 무균화 기구 필터(유닛)에 의해 악취의 원인이 되는 유기물을 분해 제거하여 항균 악취를 없애고, 상기 에어 필터로 부유 미립자를 포획 제거한다.
그러나, 상기 케미컬 필터를 이용한 공기 청정 시스템에서는 흡착제의 흡착량에 한계가 있어, 통상 1년 정도의 수명이다. 따라서, 이 공기 청정 시스템에서는 케미컬 필터의 교환을 위해 클린 룸 등의 가동을 정지시킬 필요가 있어 클린 룸내에서의 작업에 지장을 준다. 또한, 광 촉매를 이용한 공기 청정 장치는 수명 문제는 해결되지만, 2개의 유닛이 사용되므로 공기 청정 장치가 대형으로 되고, 스페이스의 유효이용이 불가능하며, 또한 비용적으로 불리하다.
본 발명의 목적은 공기중의 부유 미립자의 제거 기능과 악취 제거 및 항균 등을 위한 유기물 분해 기능을 가지고, 수명이 길고 또한 소형으로 콤팩트한 공기 청정 시스템을 구성하는 것이 가능한 필터 여과재 및 에어 필터 유닛을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 필터 여과재는 광 촉매 기능을 가진다.
이와같이, 필터 여과재 자신에 광 촉매 기능을 가지게 하면, 이 필터가 부유 미립자 포획 기능과 유기물 분해기능을 동시에 가지게 되고, 이를 이용한 에어 필터 유닛의 소형화 및 콤팩트화를 실현할 수 있다. 또한, 광 촉매 기능에는 수명 문제가 없으므로, 본 발명의 필터 여과재 및 이를 이용한 에어 필터 유닛의 수명이 길어진다.
그리고, 본 발명의 필터 여과재에 있어서, 바람직한 양태로서, 이하에 도시하는 제1 필터 여과재와 제2 필터 여과재가 있다.
상기 제1 필터 여과재는 광 촉매 기능을 가지는 통기층 및 부유 입자 포획 기능을 가지는 통기층을 구비하는 것이다.
상기 제1 필터 여과재에 있어서, 상기 광 촉매 기능을 가지는 통기층은 광 촉매를 담지하는 불소 수지로 형성되는 것이 바람직하다. 상술한 바와같이, 광 촉매는 유기물 분해 기능을 가지므로, 이를 담지하는 부재가 유기물로 형성되어 있는 경우는 그 담지부분이 열화된다. 그러나, 불소 수지를 이용하면, 이 열화가 방지된다. 본 발명에 있어서, 불소 수지를 이용하는 것이 바람직하다고 하는 것은 이 이유에 의한다. 불소 수지 중에서도 최적은 폴리테트라플루오로에틸렌(이하 「PTFE」라고 한다)이다. PTFE는 매우 안정된 수지이고, 광 촉매에 의해 열화되지 않고, 또한 붕소 등의 불순물의 발생 염려가 없고, 필터 여과재의 구성재료로서 우수하기 때문이다.
상기 제1 필터 여과재에 있어서, 광 촉매 기능을 가지는 통기층이 광 촉매를 담지하는 불소 수지제 다공질막으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 제1 필터 여과재에 있어서, 광 촉매 기능을 가지는 통기층이 PTFE가 섬유화되어 상호 얽힌 구조를 가지는 PTFE 연신 다공질막으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 구성의 다공질막은 광 촉매가 섬유 표면에 배치되며, 그 표면적도 크기 때문에 광 촉매 작용의 효과가 크고, 또한 부유 입자의 제거 성능을 가지기 때문이다.
상기 제1 필터 여과재에 있어서, 광 촉매 기능을 가지는 통기층이 수성 분산체중의 PTFE 1차 입자의 응집시에 광 촉매 분말을 공존시켜 공응석하여 얻어지는 광 촉매 함유 PTFE 2차 입자 분말로 제조된 것이 바람직하다. 이와같은 통기층은 광 촉매를 다량으로 포함할 수 있기 때문이다. 이 경우, PTFE중의 광 촉매의 비율은 10.1∼40 중량%의 범위 또는 30중량%를 넘고 50중량% 이하인 범위가 바람직하다.
상기 제1 필터 여과재에 있어서, 기계적인 강도를 향상시키기 위해 통기성 지지층을 구비하는 것이 바람직하다.
다음에, 상기 제2 필터 여과재는 광 촉매기능을 가지는 통기성 지지층 및 부유 입자 포획 기능을 가지는 통기층을 구비하는 것이다.
상기 제2 필터 여과재에 있어서, 광 촉매 기능을 가지는 통기성 지지층이 광 촉매를 담지하는 불소 수지 섬유제의 직포 및 부직포의 적어도 한쪽 직물을 이용하여 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제2 필터 여과재에 있어서, 광 촉매 기능을 가지는 통기성 지지층이 광 촉매를 담지하는 종이를 이용하여 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제2 필터 여과재에 있어서, 광 촉매 기능을 가지는 통기성 지지층이 수성 분산체중의 PTFE 1차 입자의 응집시에 광 촉매 분말을 공존시켜 함께 응석하여 얻어지는 광 촉매 함유 PTFE 2차 입자 분말로 제조된 PTFE 섬유로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와같은 통기성 지지층은 광 촉매를 다량으로 포함할 수 있기 때문이다. 이 경우, PTFE중의 광 촉매 비율은 10.1∼40중량%의 범위 또는 30중량%를 넘고 50중량% 이하의 범위가 바람직하다.
그리고, 본 발명의 필터 여과재에 있어서, 광 촉매는 금속 산화물인 것이 바람직하다. 이 중에서도 광 촉매 기능이 우수한 아나타제형 산화 티탄이 바람직하다. 최적은 아나타제형 이산화 티탄(이하, 간단히 「산화 티탄」이라고 한다)이다. 또한, 광 촉매기능을 가지는 금속산화물로서는, 예를들면 Ti, Zn, Cu, Al, Sn, Fe, W 등의 각종 금속 산화물을 들 수 있고, 필터 여과재의 용도에 따라 적당히 선택하여 사용할 수 있다.
또한, 상기와 같은 이유에서 본 발명의 필터 여과재에 있어서, 부유 입자 포획 기능을 가지는 통기층이 PTFE 필름이 연신 처리됨으로써 PTFE가 섬유화되어 상호 얽혀 형성된 다공질막인 것이 바람직하다. 다음에, 본 발명의 에어 필터 유닛은 상기 본 발명의 필터 여과재가 물결상으로 절곡된 상태에서 틀체내에 수납되며, 상기 필터 여과재와 상기 틀체의 간극이 시일되어 있는 것이다. 본 발명의 에어 필터 유닛은 소형이고 콤팩트하다.
또한, 본 발명의 에어 필터 유닛에 있어서, 상기 제1 및 제2 필터 여과재가 물결상으로 절곡되며, 이 필터 여과재가 기류 상류측에 광 촉매기능을 가지는 통기층이 위치하고 기류 하류측에 부유 입자 포획 기능을 가지는 통기층이 위치한 상태에서 틀체내에 수납되며, 상기 필터 여과재와 상기 틀체와의 간극이 시일되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같은 구성으로 하면, 광 촉매가 탈락되어도 부유 입자 포획기능을 가지는 통기층에 포획되므로, 클린 룸 등이 광 촉매에 의해 오염되는 일이 없다.
본 발명은, 필터 여과재 및 이를 이용한 에어 필터 유닛에 관한 것이다. 필터 여과재 및 이를 이용한 에어 필터 유닛은 예를들면, 클린 룸내, 액정 또는 반도체 제조장치내 등의 공기 청정에 사용된다.
도1은 본 발명의 필터 여과재의 일실시예의 구성을 도시하는 단면도,
도2는 본 발명의 필터 여과재의 다른 실시예의 구성을 도시하는 단면도,
도3은 본 발명의 필터 여과재의 또 다른 실시예의 구성을 도시하는 단면도,
도4는 본 발명의 필터 여과재의 또 다른 실시예의 구성을 도시하는 단면도,
도5는 본 발명의 에어 필터 유닛의 광원 배치의 일예를 도시하는 사시도,
도6은 본 발명의 에어 필터 유닛의 광원 배치의 다른 예를 도시하는 사시도,
도7은 본 발명의 에어 필터 유닛의 일실시예의 구성을 도시하는 사시도,
도8은 상기 에어 필터 유닛의 필터 여과재의 굴곡 상태를 도시하는 단면도,
도9는 롤 연신장치의 구성의 일예를 도시하는 구성도,
도10은 텐터(tenter) 연신장치의 구성의 일예를 도시하는 구성도,
도11은 부직포를 제조하는 장치의 구성의 일예를 도시하는 구성도,
도12는 공기 순환계의 구성을 도시하는 구성도이다.
다음에, 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다. 우선, 도1∼도4의 단면도를 이용하여 본 발명의 필터 여과재의 구성예를 설명한다.
도1에 도시하는 본 발명의 필터 여과재(1)는 단층이고, 이 층이 부유 입자 포획기능과 광 촉매 기능을 겸해 구비하는 것이다. 이 구성은 가장 기본적인 구성인데, 실제 사용하는데는 후술하는 구성쪽이 바람직하다.
도2에 도시하는 본 발명의 필터 여과재는 광 촉매 기능을 가지는 통기층(2)과 부유 입자 포획 기능을 가지는 통기층(3)이 적층되어 구성된 것이다. 이 필터 여과재는 상기 제1 필터 여과재에 상당한다. 상기 광 촉매 기능을 가지는 통기층(2)은 상기와 같이, 광 촉매를 담지하는 불소 수지 등으로 형성되는 것이 바람직하고, 특히 광 촉매를 담지하는 PTFE 필름이 연신 처리됨으로써, PTFE가 섬유화되어 상호 얽혀 형성된 다공막이 바람직하다. 또한, 상기 부유 입자 포획 기능을 가지는 통기층(3)은 PTFE 필름이 연신 처리됨으로써 PTFE가 섬유화되어 상호 얽혀 형성된 다공질막이 바람직하다.
도3에 도시하는 본 발명의 필터 여과재는 도2에 도시하는 필터 여과재에 있어서, 광 촉매 기능을 가지는 통기층(2)과 부유 입자 포획 기능을 가지는 통기층(3)이 적층되며, 이 적층체의 양 표면에 통기성 지지층(4)(4a, 4b)을 형성한 것이다. 통기성 지지층(4)은 부직포, 직포, 메시, 그 이외의 다공막 등의 통기성 지지재를 사용할 수 있다. 상기 지지재의 재질로서는 올레핀(예를들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등), 나일론, 폴리에스텔, 아라미드, 이들 재료를 혼합한 것(예를들면, 시이스 코어 구조의 섬유로 이루어지는 부직포, 저융점 재료층과 고융점 재료층으로 이루어지는 2층 구조의 부직포 등), 불소계 통기성 재료[예를들면, PFA(테트라플루오로에틸렌퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체)의 메시, FEP(테트라플루오로에틸렌헥사플루오로프로필렌 공중합체)의 메시, PTFE의 다공막 등]을 예시할 수 있다. 상기 지지재중에서 시이스 코어 구조의 섬유로 이루어지는 부직포, 저융점 재료층 및 고융점 재료층으로 이루어지는 2층 구조의 부직포 등이 바람직하다. 이들 보강재는 라미네이트시에 수축하지 않기 때문이다.
도4에 도시하는 필터 여과재는 상기 제2 필터 여과재의 일실시형태이다. 즉, 이 필터 여과재는 부유 입자 포획 기능을 가지는 통기층(3)(통기층(3)은 반드시 일층일 필요는 없다)의 양면에 통기성 지지층(5)(5a, 5b)이 적층되며, 그의 적어도 일층이 광 촉매 기능을 가지는 것이다. 상기 통기성 지지층(5)은 앞에 기술한 바와같이, 광 촉매를 담지하는 불소 수지 섬유제의 직포 및 부직포의 적어도 한쪽 직물, 또는 광 촉매를 담지하는 종이를 이용하여 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 필터 여과재의 용도는 특별히 제한되지 않고, 예를들면 중성능, HEPA(High Efficiency Particulate Air), ULPA(Ultra Low Penetration Air) 등의 각종 에어 필터 유닛 등에 적용할 수 있다.
다음에, 상기 제1 필터 여과재에 있어서, 통상, 광 촉매 기능을 가지는 통기층의 두께는 0.5∼100㎛이고, 부유 입자 포획 기능을 가지는 통기층의 두께는 0.5∼1000㎛이며, 통기성 지지층을 포함한 전체 두께는 10∼2000㎛이다. 또한, 상기 제2 필터 여과재에 있어서, 통상, 광 촉매 기능을 가지는 통기성 지지층의 두께는 10∼2000㎛이고, 부유 입자 포획 기능을 가지는 통기층의 두께는 0.5∼1000㎛이며, 전체 두께는 10∼3000㎛이다.
다음에, 상기 제1 필터 여과재의 제조방법에 대해 설명한다. 이 필터 여과재는 예를들면, 산화 티탄 함유 미소성(未燒成) PTFE 일축 연신 필름 및 반소성(半燒成) PTFE 일축 연신 필름을 제작하고, 이들을 중합하여 다시 폭방향으로 연신함으로써 제작할 수 있다. 또한, 필요에 따라 폭방향 연신 후, 통기성 지지부재를 라미네이트해도 된다.
우선, 산화 티탄 함유 PTFE 미소성 일축 연신 필름을 제작한다.
유화 중합 PTFE 입자의 수성 분산액(A)과, 산화 티탄의 수성 분산액(B)을 준비한다. 상기 유화 중합 PTFE 입자는 통상 수평균 분자량이 200∼1000만이고, 평균 입자 직경이 0.1∼0.4㎛이다. 또한, 유화 중합 PTFE 입자의 농도는 통상 10∼30중량%이다. 한편 상기 산화 티탄의 평균 입자 직경은 통상 5∼100nm이고, 통상 분말이며, 10∼30중량%의 수성 분산체로 한다. 그리고, 상기 2개의 수성 분산액을 교반날개와 온도 조절 쟈켓을 구비한 응석조(凝析槽)에 넣어 교반하고, PTFE 입자의 응집과 동시에 산화 티탄 분말도 함께 응석시켜 PTFE 1차 입자의 응집 입자중에 산화 티탄을 넣어 2차 응집 입자를 생성시킨다. 그리고, 상기 2차 응집 입자를 메시 등을 이용하여 물로 부터 분리하고, 이를 오븐 등에 의해 건조하여 산화 티탄 함유 PTFE 분말을 조제한다. 이와같이, 상기 양 분산액으로부터 함께 응석하여 산화 티탄 함유 PTFE 분말을 제작하면, 산화 티탄을 보다 많이 함유시킬 수 있고(예를들면, 10.1∼40중량%의 범위 또는 30중량%를 넘고 50중량% 이하의 범위가 바람직하다), 후술하는 연신을 하기 쉬우며, 산화 티탄이 균일하게 PTFE 섬유 표면에 나타나기 쉬워지므로 바람직하다.이 PTFE 분말은 통상 산화 티탄을 1∼50중량%의 비율로 함유하고 있고, 평균 입자 직경이 300∼2000㎛가 되도록 조립(造粒) 조정하는 것이 바람직하고, 또한 외견 밀도는 대략 300∼700g/리터이다.
다음에, 상기 산화 티탄 함유 PTFE 분말을, 종래 공지의 페이스트 압출법 등에 의해 소정 형상으로 성형한다. 이 성형시, 상기 산화 티탄 함유 PTFE 분말 100중량부에 대해, 통상 20∼35중량부의 비율로 성형 조제(成形助劑)(액상 윤활제)가 배합된다. 상기 성형 조제로서는 예를들면, 페이스트 압출법으로 종래부터 이용되는 것을 사용할 수 있다. 또한, 상기 페이스트 압출에 앞서, 예비 성형을 행해도 된다. 일반적으로는 상기 PTFE 분말과 성형 조제와의 혼합물을 예비 성형한 후, 페이스트 압출기에 의해 봉형상으로 압출 성형하고, 이 압출 성형물을 압연 롤 등으로 압연하여 필름형상으로 성형하고, 다시 성형 조제를 건조 제거하여 산화 티탄 함유 미소성 PTFE 필름을 얻는다.
다음에, 상기 산화 티탄 함유 미소성 PTFE 필름을 길이방향(MD방향, 압연방향)으로 일축 연신한다. 이 연신은 예를들면, 도9에 도시한 롤 연신 장치를 이용하여 행할 수 있다. 즉, 이 장치에서는 필름 권회 롤(21)로부터 상기 미소성 PTFE 필름이 롤(23, 24, 25)을 통하여 롤(26, 27)에 보내어지고, 여기에서 MD방향으로 소정 배율로 연신된다. 이 연신의 원리는 권회 롤(21)의 필름 이송 속도보다 롤(26, 27)의 감김 속도가 빠름에 의한다. 연신된 필름은 롤(28, 29), 히트 셋 롤(10), 냉각 롤(11) 및 롤(12)로, 이 순서로 보내어져, 최종적으로 권취(감아서 빼냄) 롤(22)에 권취된다. 상기 연신 배율은 통상 5∼30배이다. 또한, 연신할 때의 온도는 통상 150∼320℃이다.
한편, 미소성 PTFE 1축 연신 필름을 제작한다. 또한, 반소성 PTFE에 대해서는 특개소 59-152825호 공보에 상세한 기재가 있고, 또한, 소성도에 대해서는 특개평 5-202217호 공보에 기재가 있으며 본 발명은 이들에 따른다.
즉, 우선 PTFE 파인 파우더 및 성형 조제를 이용하여 상술과 마찬가지로 페이스트 압출, 압연 롤, 성형 조제의 건조제거를 통상의 가공법에 의해 행하고, 반소성 PTFE 필름을 제작한다. 상기 PTFE 파인 파우더와 성형 조제의 배합량 등의 모든 조건은 적절히 결정할 수 있다. 그리고, 이 반소성 PTFE 필름을 상기 롤 연신 장치(도9 참조)를 이용하여 길이방향(MD방향, 압연방향)으로 연신한다. 이 때의 연신 배율은 통상 5∼30배이고, 연신시의 온도는 통상 200∼320℃이다.
다음에, 이와같이 하여 얻어진 상기 산화 티탄 함유 미소성 PTFE 일축 연신 필름 및 반소성 PTFE 일축 연신 필름을 중합하여 폭방향(TD방향)으로 이축 연신한다. 이 상기 TD방향의 연신은 예를들면, 도10에 도시한 텐터 연신장치를 이용하여 행할 수 있다. 이 장치는 길이방향(MD방향)으로 연신된 필름의 폭방향 양단을 연속적으로 클립으로 끼울 수 있는 장치이다. 즉, 이 장치에서는 상기 산화 티탄 함유 미소성 PTFE 일축 연신 필름 및 반소성 PTFE 일축 연신 필름이 2개의 필름 권회 드럼(31)(31a, 31b)으로부터 각각 감겨진 직후 중합되며, 이 상태에서 제어 롤(32)을 거쳐 예열 오븐(33), 폭 방향 연신 오븐(34), 열 고정 오븐(35)을, 이 순서로 통과하고, 이 통과 시에 폭방향 연신 처리 및 열 응고 처리가 행해진다. 그리고, 폭방향 연신된 필름은 라미네이트 롤(38, 39)로 이송되며, 필요에 따라 부직포 등의 통기성 지지재료 권회 롤(36, 37)로부터 이송되어 온 통기성 지지재료와 라미네이트된다. 이어서 라미네이트 필름은 권취 제어 롤(40)을 거쳐 최종적으로 권취 드럼(41)에 권취된다. 또한, TD방향의 연신은 통상, 연신 배율이 5∼50배이고, 연신 온도가 200∼300℃이다. 또한, 상기 반소성 PTFE 일축 연신 필름은 미리 적어도 2매를 겹쳐 사용하는 것이 기계강도 및 포집 효율의 관점에서 바람직하다.
이와같이 하여 도3에 도시하는 구성의 필터 여과재가 제작된다. 이 필터 여과재는 광 촉매 기능을 가지는 통기성층(2)이 산화 티탄 함유 PTFE 섬유가 상호 얽혀 형성된 다공질막으로 이루어지고, 또한 부유 입자 포획 기능을 가지는 통기층(3)이 PTFE 섬유가 상호 얽혀 형성된 다공질막으로 이루어지며, 통기성 지지층(4)이 부직포 등으로 형성된 것이다. 이 필터 여과재는 HEPA 필터, ULPA 필터로서의 성능을 충분히 가진다.
이 필터 여과재에 있어서, 통기성 지지층(4)으로서, 활성탄 섬유 부직포를 이용해도 된다. 활성탄 섬유 부직포는 케미컬 필터와 같은 기능을 가지므로, 본 발명의 필터 여과재의 유기물 제거 기능이 더욱 우수해 진다. 마찬가지로, 광 촉매 기능을 가지는 통기성층(2)의 형성 시에, 광 촉매와 함께 활성탄, 제오라이트 등의 흡착제를 혼합하여 이를 상기 통기층에 담지시켜도 된다.
이 제조방법에 있어서, 산화 티탄 함유 미소성 PTFE 일축 연신 필름에 대신하여 산화 티탄 함유 반소성 PTFE 일축 연신 필름을, 또한 반소성 PTFE 일축 연신 필름에 대신하여 미소성 PTFE 일축 연신 필름을 각각 이용해도 된다.
또한, 산화 티탄 함유 PTFE 섬유가 상호 얽혀 형성된 다공질막으로 이루어지는 광 촉매 기능을 가지는 통기성층(2)은 부유 입자 포획 기능을 가지므로, 상기 제조방법에 있어서, 산화 티탄 함유 미소성 PTFE 일축 연신 필름을 폭방향으로 상기 소정 조건으로 연신하면, 도1에 도시하는 단층의 필터 여과재를 제작하는 것이 가능하다.
그리고, 상기 제조방법에 있어서, 부직포 등의 통기성 지지재의 라미네이트 공정을 생략하면, 도2에 도시하는 구성의 필터 여과재를 제작하는 것이 가능하다.
다음에, 상기 제2 필터 여과재의 제조방법에 대해 설명한다. 상기 제2 필터 여과재는 예를들면, 광 촉매기능을 가지는 통기성 지지재와, 부유 입자 포획 기능을 가지는 통기성 필름을 라미네이트함으로써 제작할 수 있다.
우선, 광 촉매 기능을 가지는 통기성 지지재를 제작한다. 상기 통기성 지지재로서는 예를들면, 광 촉매를 담지하는 PTFE 섬유의 부직포를 들 수 있고, 이것은 예를들면, 도11의 장치를 이용한 이하의 방법에 의해 제작할 수 있다(WO 96/10668호 공보).
즉, 우선 상기 제1 필터 여과재 제조방법의 개소에서 기재한 바와같이 하여, 산화 티탄 함유 미소성 PTFE 필름을 제작한다. 이 필름의 두께는 통상 50∼250㎛이다. 그리고, 이 필름을 소결한다. 소결 온도는 통상 350∼380℃이다. 그리고 이 산화 티탄 함유 소결 PTFE 필름을 상기와 마찬가지로 도9에 도시하는 롤 연신 장치 등을 이용하여 길이방향으로 약 2.5∼10배 연신한다.
다음에, 이와같이 하여 얻어진 산화 티탄 함유 소결 PTFE 일축 연신 필름(이하 「원반(原反) PTFE 필름」이라고 한다)을 도11에 도시하는 장치에 의해 오프닝하여 웨브(web)를 제조하고, 이를 이용하여 부직포를 제작한다. 도시하는 장치는 원반 필름을 오프닝하여 웨브를 제조하는 침날 롤(53)과 이에 원반 필름을 도출하는 원반 롤(51, 52)과, 제조된 웨브가 날려 흩어지는 것을 막기 위한 후드(54)와, 후드(54)내의 공기를 끌어 웨브를 모으기 위한 블로어(55)와, 웨브를 반송하기 위한 벨트 콘베이어(56)와, 웨브로부터 부직포를 제조하기 위한 한쌍의 닙 히트 롤(58)(58a, 58b)을 구비한다. 상기 침날 롤(53)의 웨브가 발생하는 측의 반은 후드(54)의 내부에 위치하고 있고, 후드(54)와 닙 히트 롤(58)사이는 벨트 콘베이어(56)로 연결되어 있다.
이 장치를 이용한 부직포의 제조는 다음과 같이 하여 행해진다. 즉, 원반 롤(51)(51a, 51b)로부터 원반 PTFE 필름을 침날 롤(53)로 도출하고, 이를 오프닝한다. 이 때, 동시에 원반 롤52(52a, 52b)로부터 라미네이트용의 원반 필름을 침날 롤(53)로 도출하는 것이 일반적이다. 이것은 PTFE 섬유만으로 이루어지는 부직포에서는 라미네이트가 곤란하기 때문이다. 상기 다른 원반 필름으로서는, 예를들면 폴리프로필렌 필름, PFA 필름, 폴리에틸렌필름, 폴리에스테르필름, ETFE 필름, FEP 필름 등을 들 수 있다. 그리고, 상기 원반 PTFE 필름 및 라미네이트용의 원반 필름을 동시에 오프닝하면, 각각의 수지 섬유가 균일하게 혼합된 혼합 웨브(57)가 후드(54)의 상부에 발생한다. 그리고, 이 혼합 웨브(57)는 블로어(55)에 의한 공기의 흐름에 의해 후드(54)하방으로 이끌려 여기에 위치하는 벨트 콘베이어(56)의 일단상에 실린다. 그리고 혼합 웨브(57)는 벨트 콘베이어(56)에 의해 닙 히트 롤(58)로 보내어지고, 이에의해 가열된 상태에서 닙되어 부직포(59)로 가공된다. 이와같이 하여 산화 티탄 함유 PTFE 섬유의 부직포를 제작할 수 있다. 부직포의 조성은 원반 PTFE 필름 및 라미네이트용의 원반 필름의 보빈수(롤 수) 등에 의해 조정할 수 있다. 또한, 부직포의 중량은 벨트 콘베이어의 이송 속도에 의해 조정할 수 있다.
또한, 이 방법은 스플릿법이라고 불리는 방법인데, 이 이외에 원반 필름을 슬릿하여 섬유화하는 방법(예를들면, 특공소 36-22915호 공보, 특공소 48-8769호 공보에 기재한 방법)에 의해서도 산화 티탄 함유 PTFE 섬유의 부직포를 제작할 수 있다.
한편, 부유 입자 포획 기능을 가지는 통기성 필름을 제작한다. 이 필름은 예를들면, 상기 제1 필터 여과재 제조방법의 개소에서 기술한 방법에 의해 제조할 수 있다. 이 방법에 의해 제조된 통기성 필름은 PTFE 섬유가 상호 얽혀 다공질화된 것이다.
그리고, 상기 산화 티탄 함유 PTFE 섬유의 부직포와 부유 입자 포획 기능을 가지는 통기성 필름을 라미네이트하면, 상기 제2 필름 여과재가 제작된다. 라미네이트의 조건(온도, 압력 등)은 상기 라미네이트용의 원반 필름의 종류 등에 따라 적절히 결정된다. 또한, 상기 지지재(PP, PET 등에 의해 형성된 것)로 부유 입자 포획 기능을 가지는 층을 샌드위치해도 된다. 또한, 상기 부유 입자 포획 기능을 가지는 통기층은 상기 통기성 필름 이외에 종래부터 사용되고 있는, 예를들면, 유리 섬유성의 HEPA, ULPA 등의 필터를 이용해도 된다.
통기성 지지재로서 산화 티탄 함유 PTFE 섬유의 부직포 이외에 먼저 예시한 종래부터 사용되고 있는 통기성 지지재에 산화 티탄을 담지시킨 것을 사용해도 된다. 또한, 상기 종래의 통기성 지지재로서 예시한 것 이외에 PFA, FEP, ETFE, PVDF 등의 불소 수지로 형성된 모노필라멘트 등을 들 수 있다. 이들 중에서 특히 불소 수지 섬유제의 직포에 산화 티탄을 담지시킨 것이 바람직하다. 산화 티탄을 담지시키는 방법은 예를들면, 퍼플루오로고무를 접착제로서 산화 티탄을 통기성 지지재에 접착하는 방법이 있다. 상기 퍼플루오로고무로서는 예를들면 테트라플루오로에틸렌퍼플루오로메틸비닐에테르 공중합체, 테트라플루오로에틸렌헥사플루오로프로필렌 공중합체 등을 들 수 있다. 또한, 접착방법은 퍼플루오로고무 수성 분산액 및 산화 티탄 수성 분산액을 혼합하고, 이 혼합물을 통기성 지지재에 도포 공정한 후, 건조시켜 용매(물)을 제거하는 방법을 들 수 있다.
또한, 통기성 지지재로서 종이를 사용하는 경우는 퍼플루오로고무 및 산화 티탄의 상기 혼합물을 종이에 함침하고, 그 후, 용매(물)를 건조 제거해도 된다. 이에 의하면, 종이의 내부에도 산화 티탄이 담지되게 된다.
또한, 퍼플루오로고무를 바인더로서 이용한 담지방법을 채용하면, 상기 통기성 지지재료 이외에 부유 입자 포획 기능을 가지는 통기층 등에도 산화 티탄을 담지시키는 것이 가능하다. 예를들면, 상기 유리 섬유제의 HEPA, ULPA 등의 필터에 대해 퍼플루오로고무를 이용하여 상기 방법에 의해 산화 티탄을 담지시킬 수도 있다.
이 제2 필터 여과재에 있어서, 광 촉매 기능을 가지는 통기성 지지재의 형성 시, 광 촉매와 함께 활성탄, 제오라이트 등의 흡착제를 사용하면, 케미컬 필터와 같은 기능을 구비할 수 있고, 유기물 제거기능이 더욱 향상되게 된다.
다음에 본 발명의 에어 필터 유닛에 대해 설명한다.
본 발명의 에어 필터 유닛은 상기 본 발명의 필터 여과재가 물결상으로 절곡된 상태에서 틀체내에 수납되며, 상기 필터 여과재와 상기 틀체와의 간극이 시일된 것이다.
도7의 사시도에 본 발명의 에어 필터 유닛의 일예를 도시한다, 도시하는 바와같이, 이 에어 필터 유닛은 미니플릿츠 타입이라고 칭해지는 것이고, 필터 여과재(7)가 통상 25∼50mm폭의 파형상으로 절곡되어 있고, 그 파형의 간극(파형의 산과 산의 사이)은 통상 2∼5mm이다. 이 간극은 핫 멜트 접착제(예를들면, 다이아본드(상품명))를 이용하여 리본형상 또는 띠형상으로 형성된 다수의 스페이서(8)에 의해 지지되어 있다. 스페이서(8) 상호 거리는 통상 25∼50mm정도이다. 그리고, 필터 여과재(7)는 4개의 틀재(9a, 9b, 9c, 9d)로 구성되는 틀체내에 수납되어 있고, 틀체와 필터 여과재(7)의 간극은 기밀하게 유지하기 위해 시일되어 있다. 이 시일은 예를들면, 핫 멜트 접착제(예를들면, 다이아본드(상품명))에 의해 행해진다. 본 발명의 에어 필터 유닛의 크기는 그 용도에 따라 적절히 결정할 수 있다.
도8에 상기 필터 유닛의 필터 여과재(7)의 스페이서(8)부분의 단면도를 도시한다. 도시한 바와 같이, 스페이서(8)는 파형상으로 절곡된 필터 여과재의 파형의 각산마다 형성되며, 그 단면형상이 필터 여과재의 파형상을 따라 대략 V자 형상으로 되어 있다. 이 스페이서(8)의 길이는 필터 여과재의 절곡폭에 따라 적절히 결정되는데, 통상, 상기 대략 V자의 한쪽 레그 길이가 상기 절곡폭의 약 반정도 길이로 되는 것이 바람직하고, 예를들면, 필터 여과재의 절곡폭이 약 40mm인 경우, 스페이서(8)의 대략 V자의 한쪽 레그 길이는 약 20mm가 바람직하다. 스페이서(8)의 형성에 의해 필터 여과재(7)의 파형상이 유지되며, 공기를 균일하게 통과시키는 것이 가능해진다.
본 발명의 에어 필터 유닛에 있어서, 앞에 기술한 바와같이, 본 발명의 상기 제1 및 제2 필터 여과재를 사용할 경우, 기류 상류측에 광 촉매 기능을 가지는 통기층이 위치하고 기류 하류측에 부유 입자 포획 기능을 가지는 통기층이 위치한 상태에서 틀체내에 수납되는 것이 바람직하다.
본 발명의 에어 필터 유닛의 성능은 그 용도에 따라 필터 여과재를 선택함으로써 적절히 설정할 수 있다.
다음에, 본 발명의 에어 필터 유닛은 광원을 조합한 구조로 해도 된다. 이것은 광이 없으면, 광 촉매 기능이 발휘되지 않아 악취 제거, 항균 등의 효과를 얻을 수 없기 때문이다. 광원으로서는 예를들면, 산화 티탄을 이용할 경우는 자외선 램프를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 조합 형식은 광 촉매 기능을 가지는 통기층 혹은 광 촉매 기능을 가지는 통기성 지지층에 광이 조사되면, 특별히 제한되지 않는다. 통상은 도5에 도시하는 바와같이, 기류 상류측에 광 촉매기능을 가지는 통기층(2)이 위치하고, 기류 하류측에 부유 입자 포획 기능을 가지는 통기층(3)이 위치하고 있다. 또한, 광원은 기류 상류측에 배치되어 있다. 동 도면에서 9는 틀체이다. 이와같은 구성이면, 만일 광 촉매가 탈락해도 부유 입자 포획 기능을 가지는 통기층(3)에서 포획된다. 또한, 기류 상류측에 광원(램프)을 배치하는 것이 물리적으로 곤란한 가정용 공기 청정기에 본 발명의 에어 필터 유닛을 이용하는 경우는 도6에 도시하는 바와같이, 화살표로 표시하는 공기 흐름의 상류측에 부유 입자 포획 기능을 가지는 통기층(3)이 위치하고, 기류 흐름의 하류측에 광 촉매 기능을 가지는 통기층(2)이 위치하며, 이 통기층(2)의 대면(對面)에 광원(램프)이 위치하도록 조합할 수 있다. 동 도면에서 9는 틀체이다. 또한, 광원을 조합하는 것은 바람직하지만, 자연광을 이용할수 있는 경우는 광원을 조합할 필요는 없다.
또한, 본 발명의 에어 필터 유닛은 그 용도에 따라서는 종래의 케미컬 필터를 조합해도 된다.
본 발명의 에어 필터 유닛은 폭넓은 용도에 적용할 수 있고, 부유 입자의 제거가 문제되는 용도뿐만 아니라, 미생물이나 유기물의 제거가 문제되는 용도에 적합하게 적용할 수 있다. 예를들면, 반도체 제조, 병원, 제약, 정밀기계, 식품 등의 각 분야의 클린 룸의 용도를 들 수 있다. 또한, 반도체 제조에 있어서의 각종 장치, 예를들면 확산로(擴散爐), 웨트 스테이션, 암모니아 등이 문제되는 장치(노광기) 등에 적용할 수 있다. 그리고, 가정용 공기 청정기에도 적용할 수 있다.
다음에, 실시예에 대해 설명한다. 또한, 이하에서 평균 입자 직경 및 압력 손실은 하기에 도시하는 방법에 의해 측정했다.
(평균 구멍 직경)
ASTM F-316-86의 기재에 준해 측정되는 민플로우포어사이즈(MFP)를 평균 구멍 직경으로 했다. 실제 측정은 콜터 폴로미터(Coulter Porometer)〔콜터 일렉트로닉스(Coulter Electronics)사(영국)제〕로 측정을 행했다. 또한, 평균 구멍 직경은 한 개의 측정 개소의 다수의 구멍 직경의 평균이고, 한개의 시료에 대해 10개소의 측정을 행하여 10개의 평균 구멍 직경을 얻었다.
(압력 손실)
시료를 직경 47mm의 원형으로 잘라내고, 투과 유효 면적 12.6㎠의 필터 홀더에 셋트하고, 이 입구측을 0.4kg/㎡로 가압하고, 출구측으로부터 나오는 공기의 유량을 유량계(우에시마제작소사제, 이하 동일)로 투과 유속을 5.3cm/초로 조절하고, 그 때의 압력손실을 마노미터(manometer)로 측정했다.
(실시예1)
(1) 산화 티탄 함유 PTFE 원료 분말의 제조
유화 중합 PTFE 입자(수평균 분자량: 500만, 평균 입자 직경: 약 0.3㎛)를 8kg 포함하는 농도 10중량% 수성 분산액과, 산화 티탄(일본 아에로질사제 TitaniumDioxideP25, 평균 입자 직경 21nm)을 2kg 포함하는 20중량% 수성 분산액을 교반 날개와 온도 조절 쟈켓을 가지는 응석조(용적: 150리터, 조내 온도:30℃)에 동시에 부어 넣고 교반하여 PTFE 입자와 산화 티탄 입자가 균일하게 응집된 2차 응집 입자를 생성시켰다. 이 2차 응집 입자를 메시를 이용하여 물로 부터 분리했다. 그리고, 이 2차 응집 입자를 오븐(130℃)안에서 건조시켜 산화 티탄을 20중량% 함유하는 PTFE 분말(평균 입자 직경:500㎛, 외견 밀도: 약 450g/리터)을 얻었다.
(2) 산화 티탄 함유 미소성 PTFE 필름의 제조
상기 (1)에서 얻은 산화 티탄 함유 PTFE 분말 100중량부에, 성형조제(석유 용제 아이소퍼M, 엑손사제)25중량부를 혼합하여 페이스트화했다. 이 페이스트를 페이스트 압출법으로 봉형상으로 압출하고, 이를 압연 롤로 압연하고, 이어서 성형 조제를 건조에 의해 제거하여 폭200mm, 두께 150㎛의 연속된 산화 티탄 함유 미소성 PTFE 필름을 얻었다.
(3) 일축 연신 필름의 제작
이 미소성 PTFE 필름을 폭 160mm로 슬릿한 후, 도8에 도시하는 롤 연신기를 이용하여 MD방향(길이방향)으로 10배로 연신했다. 연신후의 필름폭은 145mm이었다. 상기 연신 조건은 이하와 같다.
롤26 : 롤 표면 온도 300℃, 주속도 1.1m/분
롤27 : 롤 표면 온도 300℃, 주속도 11m/분
(4) 반소성 PTFE 일축 연신 필름의 제작
한편, 반소성 PTFE 일축 연신 필름을 다음과 같이 하여 제작했다. 즉, 우선 산화 티탄 함유 PTFE분말에 대신하여 PTFE 파인 파우더(폴리플론 파인 파우더 F104, 다이킨고교사제)를 이용한 이외는 상기 (2)에 기재한 방법과 동일하게, 페이스트 압출, 압연 롤, 성형조제의 건조 제거를 행하여, 두께 100㎛의 미소성 PTFE 필름을 제조했다. 이 미소성 PTFE 필름을 338℃의 오븐안에서 45초간 가열 처리하여 소성도 0.40의 반소성 필름을 얻었다. 그리고 이 반소성 PTFE 필름을 도9에 도시하는 롤 연신기를 이용하여 길이방향으로 15배의 연신을 행했다. 이 때의 연신 조건은 이와와 같다.
롤23, 24: 권회 속도 0.5m/분, 실온, 필름폭 200mm
롤26 : 주속도4m/분, 온도 300℃
롤27 : 주속도7.5m/분, 온도 300℃
롤10 : 주속도7.5m/분, 온도 25℃
롤22 : 권취 속도 7.5m/분, 실온, 필름폭 145mm
(5) 필터 여과재의 제작
다음에 산화 티탄 함유 미소성 PTFE 일축 연신 필름과 2매의 반소성 PTFE 일축 연신 필름을 도10에 도시하는 텐터 연신기에 의해 폭방향(TD방향)으로 약 34배 연신하고, 이어서 히트 셋을 행하고, 도2에 도시하는 구성의 필터 여과재를 제작했다. 상기 폭방향 연신 및 히트 셋 조건은 이하와 같다.
·필름의 주행 속도: 3m/분
·예열 오븐 온도 : 305℃
·폭방향 연신 오븐의 온도 : 320℃
·열 고정 오븐의 온도 : 370℃
이와같이 하여 얻어진 필터 여과재의 평균 구멍 직경(측정 개소:무작위로 선택한 10개소)의 범위는 0.3∼0.6㎛였다.
(7) 통기성 지지재의 라미네이트
상기 폭방향 연신에 이어 필터 여과재의 양면에 도10에 도시하는 텐터 연신기의 라미네이트 장치를 이용하여 부직포를 인라인으로 라미네이트했다. 부직포의 종류 및 라미네이트 조건은 이하와 같다.
상측 부직포 : 엘베스 T1003WDO(유니티커사제)
하측 부직포 : 엘피트E0303WDO(유니티커사제)
가열 롤 온도 : 190℃
이와같이 하여 도3에 도시하는 구성의 필터 여과재를 제작했다. 이 필터 여과재의 압력 손실(측정 개소:무작위로 선택한 10개소)의 범위는 25mmH2O∼40mmH2O였다.
(8) 에어 필터 유닛의 제작
다음에, 상기 필터 여과재를 이용하여, 에어 필터 유닛을 제작했다. 즉, 우선 전체 길이 21m의 상기 필터 여과재 및 기류가 출입하는 면의 형상이 정방형(정방형의 일변의 외측 칫수:610mm)의 알루미늄제 틀체(안측 길이 65mm)를 준비했다. 그리고, 상기 필터 여과재를 상기 틀체내에 수납할 수 있도록 그 폭을 재단하고 플리츠 가공한 후, 이를 틀체내에 수납후, 필터 여과재와 틀체의 간극을 폴리우레탄 접착제(KU850, 코니시사제)로 시일하고, 기류 출입면 형상이 정방형(유효 칫수:정방형의 일변이 대략 580mm)의 에어 필터 유닛을 제작했다(도7 참조). 또한, 필터 여과재에 있어서, 규칙적인 플리츠 간격을 유지하기 위해, 핫 멜트 접착제를 이용하여 스페이서를 형성했다(도8 참조).
(9) 에어 필터 유닛의 성능평가
이하에 도시하는 방법에 의해, 에어 필터 유닛의 포집 효율, 산화 티탄 입자의 유실 및 광 촉매 기능을 조사했다. 그 결과도 함께 하기에 나타낸다.
(포집 효율)
기류중에 에어 필터 유닛을 산화 티탄 함유 PTFE층이 기류 상류측이 되도록 배치하고, 에어 필터 유닛의 면속 0.5m/초의 기류(약 10m3/분의 유량, 유량계로 조정)조건하에서, 에어 필터 유닛의 압력 손실을 마노미터로 측정한 바, 압력 손실은 10mmH2O였다. 이 조건하에서 입자 발생장치로 발생시킨 DOP 입자를 농도 107개/ft3로 상류측으로부터 유입시켜, 필터 포집 성능을 측정한 결과, 0.1㎛∼0.12㎛의 DOP 입자를 99.9995% 제거하는 성능이었다. 또한, 포집 효율의 측정은 하류측에 설치한 파티클 카운터(LAS-X-CRT, PARTICLE MEASUROING SYSTEM INC.(PMS)사제(미국), 이하 동일)을 이용하여 행했다.
(산화 티탄 입자의 유실)
0.3㎛의 입자를 99.97% 제거할 수 있는 HEPA 필터를 프리필터로서 기류중에 설치하고, DOP 입자를 유입시키지 않는 이외는 상기 에어 필터 유닛의 배치와 기류 조건을 같게하여 하류측의 파티클을 파티클 카운터 및 7nm이상의 입자를 측정할 수 있는 응축 입자 카운터(MODEL3022A, 일본 카노막스사제)를 겸용하여 48시간 측정했다. 이 측정은 파티클 카운터를 48시간 연속 사용하고, 응축 입자 카운터를 1시간 걸러 1분간 연속적으로 사용하여 행했다. 이 측정 결과, 어떤 카운터에 있어서도 입자는 기록되지 않았다. 이 결과에서 이 에어 필터 유닛은 산화 티탄의 유실이 없다고 말할 수 있다.
(광 촉매 기능)
도12에 도시하는 밀폐 가능한 공기 순환계에 에어 필터 유닛(63)을 배치했다. 도시하는 바와같이, 이 공기 순환계는 육방이 벽(64)으로 싸인 사각 상자 형상이고, 변속 구동장치(62)와 연결하는 팬(61)과, 한개의 벽(64)에 부착된 2개의 블랙 라이트(네올미스 슈퍼15W, 미츠비시덴키사제)(66)와, 그레이팅(65)과, 기류의 유로를 형성하는 안내판(68)을 구비한다. 그리고, 에어 필터 유닛(63)이 산화 티탄을 함유하는 층이 상기 2개의 블랙 라이트와 대면한 상태에서 상기 유로 도중에 배치되어 있다. 또한, 상기 그레이팅(65)도 상기 유로 도중에 배치되어 있다. 또한 에어 필터 유닛(63)과 그레이팅(65)간에는 가스 모니터(1302형, B&K사제)의 검지부분(67)이 위치하고 있다. 이 공기 순환계의 전체 용적은 약 2m3이다. 또한 이 공기 순환계의 공기의 순환은 다음과 같다. 즉, 변속 구동장치(62)에 의해 팬(61)을 회전시키면 직류가 발생한다. 발생된 기류는 안내판(68) 및 벽(64)을 따라 흘러 에어 필터 유닛(63)을 통과하고, 다시 그레이팅(65)을 통과하여 팬(61)의 위치까지 되돌아오는 순서로 순환된다(도면중 화살표 참조).
이 공기 순환계를 이용하여 이하와 같이 하여 광 촉매 기능을 조사했다. 우선 가스 모니터의 검지부분(67)으로부터 암모니아 가스를 농도가 10ppm으로 되도록 공기 순환계내에 도입했다. 그리고, 대조로서 블랙 라이트(66) 무점화의 상태에서 공기를 48시간 순환(팬 송풍량:2m3/분)시킨 후, 암모니아 농도를 측정했다. 그 결과, 암모니아 농도에 변화는 없었다. 다음에, 블랙 라이트(66)를 점등하여 경시 변화를 가스 모니터로 측정한 결과, 24시간 후의 암모니아 농도는 8ppm이고, 48시간 후의 암모니아 농도는 6ppm으로, 암모니아 가스 농도의 감소가 확인되었다.
(실시예2)
(1) 원반 PTFE 필름의 제조
필름 두께를 50㎛로 하고, 필름폭을 210mm로 한 이외는 실시예1과 동일하게 하여 산화 티탄 함유 미소성 PTFE 필름을 제조했다. 이 필름을 360℃의 오븐안에 약3분간 통과시켜 소결했다. 이어서 이 소결 필름을 도9에 도시하는 롤 연신기를 이용하여 필름 길이방향으로 5배로 연신했다. 이 때의 연신조건을 이하에 표시한다.
롤26 : 롤 표면 온도 300℃, 주속도 1m/분
롤27 : 롤 표면 온도 300℃, 주속도 5m/분
(2) 산화 티탄 함유 부직포의 제작
상기 원반 PTFE 필름과 2데닐의 폴리프로필렌 섬유의 토(다발)를 이용하여 도11에 도시한 장치에 의해 PTFE 섬유와 폴리프로필렌 섬유의 부직포를 형성했다. 이 부직포는 중량이 50g/m2, 두께가 300㎛, 상기 양 섬유의 중량 배합비가 약 1대1, 압력 손실이 2∼3mmH2O였다. 또한, 압력 손실의 측정은 실시예1의 부직포의 압력 손실 측정과 같다.
(3) 필터 여과재의 제작
우선 실시예1과 마찬가지로 하여 반소성 PTFE 일축 연신 필름을 제작하고, 이를 2매로 겹쳐 도10의 텐터 연신기를 이용하여 실시예1과 동일하게 하여 폭방향으로 연신했다, 그리고, 상기 텐터 연신기의 라미네이트 장치에 의해 상측 부직포를 상기 산화 티탄 함유 부직포로 바꾼 이외는 실시예1과 동일한 방법으로 상기 폭방향으로 연신한 필름에 2개의 부직포를 라미네이트하고, 필터 여과재를 제작했다. 이 필터 여과재의 압력 손실은 20∼35mmH2O였다.
(4)필터 유닛의 제작과 성능 평가
상기 필터 유닛 여과재를 이용한 이외는 실시예1과 같게 하여 에어 필터 유닛을 제작했다. 그리고, 이 에어 필터 유닛의 배치를 상기 산화 티탄 함유 부직포측을 기류 상류측에 배치한 이외는 실시예1과 같게 하여 포집 효율, 산화 티탄의 유실, 광 촉매 기능을 평가했다. 그 결과를 하기 표1에 표시한다.
(실시예3)
(1)산화 티탄 함유 부직포의 제작
폴리프로필렌 섬유에 대신하여 10데닐의 FEP 섬유를 이용하여 닙 히트 롤 온도를 300℃로 한 이외는 실시예2와 같게 하여 산화 티탄 함유 부직포를 제작했다. 이 부직포의 특성은 중량이 75g/㎡, 두께가 310㎛, 압력손실이 2∼4mmH2O, PTFE 섬유와 FEP섬유의 중량 비율(PTFE 섬유 : FEP섬유)이 2대1이었다. 또한, 압력 손실의 측정은 실시예1이 부직포의 압력 손실의 측정과 같다.
(2) 필터 여과재의 제작
우선, 실시예1과 같게 하여 반소성 PTFE 일축 연신 필름을 제작하고, 이것을 2매로 겹쳐 도10의 텐터 연신기를 이용하여 실시예1과 같게 하여 축방향으로 연신했다. 그리고, 상기 텐터 연신기의 라미네이트 장치에 의해, 상측 부직포를 상기 산화 티탄 함유 부직포로 바꾸고 하측 부직포를 이용하지 않고 히트 롤 온도 300℃로 한 이외는 실시예1과 동일한 방법으로 상기 폭 방향 연신 필름에 상기 산화 티탄 함유 부직포를 한쪽면에 라미네이트했다. 그리고, 이 한쪽면 라미네이트물의 다른쪽 면에 실시예1과 같은 하측 부직포를 상기 라미네이트 장치에 의해 히트 롤 온도190℃에서 라미네이트하여, 필터 여과재를 제작했다. 이 필터 여과재의 압력 손실은 20∼40mmH2O였다.
(3) 필터 유닛의 제작과 성능 평가
상기 필터 여과재를 이용한 이외는 실시예1과 동일하게 하여 에어 필터 유닛을 제작했다. 그리고, 이 에어 필터 유닛의 배치를 상기 산화 티탄 함유 부직포측을 기류 상류측에 배치한 이외는 실시예1과 동일하게 하여 포집 효율, 산화 티탄 유실, 광 촉매 기능을 평가했다. 그 결과를, 하기 표1에 표시한다.
(표1)
상기 표1에서 알 수 있듯이, 실시예2, 3의 양 에어 필터 유닛도 압력 손실이 작고, 포집 효율이 높으며, 암모니아를 제거하는 기능을 가지고, 또한 산화 티탄의 유출이 없는 것을 알 수 있다.
(참고예)
이하에, 참고예로서 산화 티탄 함유 PTFE 분말의 제조를, 공응석법(共凝析法)으로 실시한 경우 및 드라이 브랜드법으로 실시한 경우를 비교한 예를 표시한다.
(공응석법)
유화 중합으로 얻어진 PTFE 입자의 수성 분산체(평균 입자 직경:0.3㎛, 수평균 분자량:500만, 농도:10중량%, PTFE 4kg상당분)와, 산화 티탄의 물 분산체(산화 티탄p-25, 농도:10중량%, 일본 에어로질사제, 산화 티탄 1kg상당분)를, 용적 50리터의 교반조내에서 혼합 교반하고, PTFE와 산화 티탄의 응집물을 얻었다. 이 응집물을 150℃의 건조로내에서 건조시켜 수분을 제거하여 분말로 했다(분말①). 이 분말①은 산화 티탄 함유량이 20중량%, 분말 입자의 평균 입자 직경이 440㎛, 외견 밀도가 0.45였다.
(드라이 브랜드법)
상기와 같은 PTFE입자의 수성 분산체를, 50리터의 교반조내에서 혼합 교반하여 PTFE 응집물을 얻었다. 이 응집물을 150℃의 건조로내에서 건조시켜 수분을 제거한 분말로 했다. 이 분말은 분말 입자의 평균 입자 직경이 450㎛, 외견 밀도가 0.45였다. 그리고, 이 PTFE 분말과 산화 티탄 분말을 이들 합계중량이 500g이 되도록 조정하고, 2리터의 폴리에틸렌제 입구가 넓은 병에 넣어 흔들어 씻어 혼합했다. 이 혼합에 있어서 PTFE 분말에 대해 산화 티탄 5중량%의 비율로 배합하여 얻어진 분말을 분말②로 하고, PTFE 분말에 대해 산화 티탄 20중량%의 비율로 배합하여 얻어진 분말을 분말③으로 했다.
(성형조제의 배합)
상기 입구가 넓은 병안에 상기 분말①, 분말② 및 분말③의 각 분말 500중량부를 넣고, 다시 성형 조제(석유용제, 아이소퍼M, 엑손사제)25중량부를 가하여 흔들어 씻어 혼합했다.
(각 분말의 평가)
성형 조제를 첨가한 상기 분말①, 분말②, 분말③의 각 분말을 실린더 직경 50mm, 다이스 직경 6mm의 금형으로 페이스트 압출 성형하고, 성형물의 성형성(성형물의 외관)을 평가했다. 또한, 이 성형물을 카렌더 롤로 압연하여 그 압연성(두께 100㎛에 압연했을 시의 외관)을 평가했다. 그리고, 상기 압연 필름의 소결 가공품(소결 온도:370℃)의 연신성(필름 폭 20mm, 쳐크관 50m, 연신 온도 300℃에서 5배 연신의 가부), 상기 압연 필름의 소결 가공품상의 산화 티탄의 분포상태(필름으로부터 5개소를 무작위로 채취하여 전자 현미경의 50배의 시야에서 X선 마이크로 애너라이저로 주사)에 대해서도 평가했다. 이들 평가 결과를 하기 표2에 표시한다.
(표2)
상기 표2에서 공응석법에 의해 산화 티탄 함유 PTFE 분말을 조제하면, 산화 티탄 함유량을 많게 해도 성형성, 압연성, 연신성 및 산화 티탄 분포의 각 특성이 우수한 것을 알 수 있다. 이에 대해 드라이 브랜드법에 의해 산화 티탄 함유 PTFE 분말을 조제하면, 상기 각 특성이 떨어진다고 말할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 필터 여과재는 부유 입자 포집 기능 및 광 촉매 기능을 겸해 구비하는 것이다. 이 때문에 이를 이용한 본 발명의 에어 필터 유닛은 종래의 공기 청정 장치에 비해 소형으로 콤팩트하게 된다. 또한, 광 촉매 기능에는 수명 문제가 없으므로, 본 발명의 필터 여과재 및 이를 이용한 에어 필터 유닛의 수명이 길어진다. 따라서, 본 발명의 에어 필터 유닛을 사용하면, 부유 입자의 제거, 유기 가스의 제거, 악취 제거 및 항균 등을 목적으로 하는 용도에 있어서, 스페이스의 유효 이용이 가능하고, 또한 수명도 길기 때문에 가동 정지없이 클린 룸 등을 연속적으로 사용할 수 있게 된다. 그 결과, 반도체, 정밀기기, 제약, 식품 등의 각종 분야에 있어서 고품질의 제품을 저비용으로 제조하는 것을 기대할 수 있다. 또한, 본 발명의 에어 필터 유닛을 가정용 공기 청정기나 의료용 공기 청정기 등에 적용하면, 소형으로 콤팩트한 공기 청정기로 생활환경이나 의료현장을 청결하고 쾌적하게 하는 것이 가능해진다.

Claims (20)

  1. 광 촉매 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 필터 여과재.
  2. 제1항에 있어서, 광 촉매 기능을 가지는 통기층 및 부유 입자 포획 기능을 가지는 통기층을 구비하는 것을 특징으로 하는 필터 여과재.
  3. 제2항에 있어서, 광 촉매 기능을 가지는 통기층이 광 촉매를 담지하는 불소 수지로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 필터 여과재.
  4. 제3항에 있어서, 광 촉매를 담지하는 불소 수지가 폴리테트라플루오로에틸렌인 것을 특징으로 하는 필터 여과재.
  5. 제4항에 있어서, 광 촉매 기능을 가지는 통기층이 폴리테트라플루오로에틸렌이 섬유화되어 상호 얽힌 구조를 가지는 폴리테트라플루오로에틸렌 연신 다공질막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 필터 여과재.
  6. 제5항에 있어서, 광 촉매 기능을 가지는 통기층이 수성 분산체중의 폴리테트라플루오로에틸렌 1차 입자의 응집시에 광 촉매 분말을 공존시켜 공응석하여 얻어지는 광 촉매 함유 폴리테트라플루오로에틸렌 2차 입자 분말로부터 제조된 것을 특징으로 하는 필터 여과재.
  7. 제6항에 있어서, 폴리테트라플루오로에틸렌중의 광 촉매 비율이 10.1∼40중량%의 범위인 것을 특징으로 하는 필터 여과재.
  8. 제6항에 있어서, 폴리테트라플루오로에틸렌중의 광 촉매 비율이 30중량%를 넘고 50중량%이하인 것을 특징으로 하는 필터 여과재.
  9. 제2항 내지 제8항중 어느 한항에 있어서, 통기성 지지층을 구비하는 것을 특징으로 하는 필터 여과재.
  10. 제1항에 있어서, 광 촉매 기능을 가지는 통기성 지지층 및 부유 입자 포획 기능을 가지는 통기층을 구비하는 것을 특징으로 하는 필터 여과재.
  11. 제10항에 있어서, 광 촉매 기능을 가지는 통기성 지지층이 광 촉매를 담지하는 불소 수지 섬유제의 직포 및 부직포의 적어도 한쪽 직물을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 필터 여과재.
  12. 제10항에 있어서, 광 촉매 기능을 가지는 통기성 지지층이 광 촉매를 담지하는 종이를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 필터 여과재.
  13. 제10항에 있어서, 광 촉매 기능을 가지는 통기성 지지층이 수성 분산체중의 폴리테트라플루오로에틸렌 1차 입자의 응집시에 광 촉매 분말을 공존시켜 공응석하여 얻어지는 광 촉매 함유 폴리테트라플루오로에틸렌 2차 입자 분말로부터 제조된 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유로부터 이루어지는 것을 특징으로 하는 필터 여과재.
  14. 제13항에 있어서, 폴리테트라플루오로에틸렌중의 광 촉매 비율이 10.1∼40중량%의 범위인 것을 특징으로 하는 필터 여과재.
  15. 제13항에 있어서, 폴리테트라플루오로에틸렌중의 광 촉매 비율이 30중량%를 넘고 50중량%이하인 것을 특징으로 하는 필터 여과재.
  16. 제1항에 있어서, 광 촉매가 금속산화물인 것을 특징으로 하는 필터 여과재.
  17. 제16항에 있어서, 금속 산화물이 아나타제형 산화 티탄인 것을 특징으로 하는 필터 여과재.
  18. 제2항에 있어서, 부유 입자 포획 기능을 가지는 통기층이 폴리테트라플루오로에틸렌필름이 연신처리됨으로써, 폴리테트라플루오로에틸렌이 섬유화되어 상호 얽혀 형성된 다공질막인 것을 특징으로 하는 필터 여과재.
  19. 청구항1기재의 필터 여과재가 파형상으로 절곡된 상태에서 틀체내에 수납되며, 상기 필터 여과재와 상기 틀체의 간극이 시일되어 있는 것을 특징으로 하는 에어 필터 유닛.
  20. 청구항2기재의 필터 여과재가 파형상으로 절곡되며, 이 필터 여과재가 기류 상류측에 광 촉매 기능을 가지는 통기층이 위치하고 기류 하류측에 부유 입자 포획 기능을 가지는 통기층이 위치한 상태에서 틀체내에 수납되며, 상기 필터 여과재와 상기 틀체의 간극이 시일되어 있는 것을 특징으로 하는 에어 필터 유닛.
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