WO2023062964A1 - 高性能エアフィルタ用濾材及びその製造方法 - Google Patents

高性能エアフィルタ用濾材及びその製造方法 Download PDF

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WO2023062964A1
WO2023062964A1 PCT/JP2022/033211 JP2022033211W WO2023062964A1 WO 2023062964 A1 WO2023062964 A1 WO 2023062964A1 JP 2022033211 W JP2022033211 W JP 2022033211W WO 2023062964 A1 WO2023062964 A1 WO 2023062964A1
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filter medium
nonwoven fabric
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希 田代
正 佐藤
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北越コーポレーション株式会社
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    • D10B2505/00—Industrial
    • D10B2505/04—Filters

Definitions

  • the present disclosure relates to filter media for air filters used in air filters installed in clean rooms, building air conditioners, air purifiers, etc. for the semiconductor, liquid crystal, and food industries.
  • Air filters equipped with air filter media are generally used. Air filters are classified into coarse dust filters, medium- and high-performance filters, HEPA filters, ULPA filters, etc., according to the size of particles that can be collected and their collection efficiency. The latter is a filter that can collect particles with a smaller particle size and has a higher collection efficiency.
  • Filter media for air filters are required to have the required particle collection efficiency and low pressure loss so as not to increase the blowing energy.
  • transmittance [%] 100 - collection efficiency [%]
  • water repellency is one of the physical properties required for filter media for air filters. By having sufficient water repellency, it is possible to prevent the occurrence of the problem of water droplets clogging the pores of the filter medium when dew condensation occurs due to changes in temperature or when humid air is blown. Also, in a place near the sea, it is possible to prevent the phenomenon of deliquescence, in which the sea salt particles collected by the filter medium are liquefied by moisture in the air and flow out. On the other hand, if the water repellency is low, there is a problem that the sealing agent, hot melt, etc. used when processing the filter medium into the air filter unit permeate.
  • Patent Document 1 In order to impart water repellency to the filter medium, a method of adhering a fluorine-based water repellent agent and/or a silicone-based water repellent agent (see, for example, Patent Document 1 or Patent Document 2) is widely used.
  • filter media using water-repellent agents other than fluorine-based and silicone-based water repellent agents include a method using synthetic paraffin (see, for example, Patent Document 3) and a method using an alkylketene dimer (see, for example, Patent Document 4). is mentioned.
  • air filter media are required to have sufficient strength so that they do not crack or tear during processing and ventilation.
  • a method of attaching a binder resin is widely used.
  • the perfluoroalkyl compound (hereinafter abbreviated as PFAS) constituting the fluorine-based water repellent is persistent and highly bioaccumulative.
  • PFAS perfluoroalkyl compound
  • siloxane compounds and cyclic siloxanes, which are condensates thereof, which constitute silicone-based water repellents have the problem of adhering to the surfaces of semiconductor substrates and glass substrates and causing a decrease in product yield and the occurrence of repelling.
  • cyclic siloxanes, like PFAS are persistent and highly bioaccumulative, and there is a movement to regulate their use.
  • an object of the present disclosure is to provide an air filter material that does not contain PFAS and siloxane compounds and has a high PF value and water repellency.
  • the present inventors have made intensive studies to solve the above problems, and found that a wet-laid nonwoven fabric containing glass fibers having a fiber diameter of less than 1 ⁇ m is made mainly of a hydrocarbon-based polymer that does not contain fluorine and silicon in the molecule.
  • the present inventors have unexpectedly found that an air filter medium having a high PF value and high water repellency can be obtained by including an agent and not including a binder resin, and completed the present invention.
  • the air filter filter medium according to the present invention is an air filter filter medium made of a wet-laid nonwoven fabric containing glass fibers having a fiber diameter of less than 1 ⁇ m, wherein the wet-laid nonwoven fabric is mainly composed of a hydrocarbon-based polymer that does not contain fluorine and silicon in the molecule. It is characterized by containing a water-repellent agent as a component and not containing a binder resin.
  • the filter material for an air filter according to the present invention includes a form in which the wet-laid nonwoven fabric further contains binder fibers. According to such a configuration, it is possible to obtain a filter medium for an air filter with higher strength.
  • the blending ratio of the binder fibers is preferably 10 to 70% by mass with respect to the total fiber mass of the fibers in the filter material.
  • the PF value can be increased while securing the strength of the filter medium.
  • the filter material for an air filter according to the present invention includes a form in which the wet-laid nonwoven fabric is reinforced with a reinforcing material. If desired, the strength of the filter medium can be further increased.
  • the filter material for an air filter according to the present invention includes a mode in which the wet-laid nonwoven fabric does not contain binder fibers and the wet-laid nonwoven fabric is reinforced with a reinforcing material.
  • the strength of the wet-laid nonwoven fabric itself may not be sufficient if the binder fiber is not contained, but by reinforcing the wet-laid nonwoven fabric with a reinforcing material, a high PF value and strength can be secured.
  • the wet nonwoven fabric contains glass wool fibers with an average fiber diameter of less than 1 ⁇ m and glass wool fibers with an average fiber diameter of 1 ⁇ m or more, and glass wool fibers with an average fiber diameter of less than 1 ⁇ m.
  • the blending ratio is preferably higher than the blending ratio of glass wool fibers having an average fiber diameter of 1 ⁇ m or more.
  • Filter media can be provided with a high surface area that contributes to particle collection.
  • the hydrocarbon-based polymer is preferably an acrylic polymer. According to such a configuration, it is possible to obtain an air filter material having higher water repellency.
  • the wet-laid nonwoven fabric further contains a surfactant. According to such a configuration, it is possible to obtain an air filter medium having a higher PF value.
  • the solid content mass ratio of the water repellent and the surfactant is 2 to 70 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the water repellent. is preferably It is possible to obtain a filter medium having well-balanced physical properties of PF value and water repellency.
  • a method for producing a filter medium for an air filter comprises a step of forming a sheet in a wet state by sheeting a slurry containing glass fibers having a fiber diameter of less than 1 ⁇ m by a wet papermaking method; A step of impregnating the sheet with an aqueous dispersion containing a water repellent agent mainly composed of a hydrocarbon polymer containing no fluorine and silicon and containing no binder resin, and a wet sheet impregnated with the aqueous dispersion. and drying to obtain a dry sheet.
  • this manufacturing method it is possible to obtain an air filter material that does not contain PFAS and siloxane compounds and has a good balance of physical properties such as PF value and water repellency.
  • the slurry further contains binder fibers. With such a manufacturing method, it is possible to obtain an air filter medium having higher strength.
  • the hydrocarbon-based polymer is an acrylic polymer. With such a production method, it is possible to obtain an air filter medium having higher water repellency.
  • the aqueous dispersion further contains a surfactant.
  • a filter medium for air filters that does not contain PFAS and siloxane compounds and has a high PF value and water repellency.
  • the filter material for an air filter is made of a wet-laid nonwoven fabric containing glass fibers. Since the glass fiber has a high rigidity, it is possible to maintain sufficient voids in the filter medium for the air to pass through and obtain a high PF value. Glass wool fibers and chopped glass fibers can be used as the glass fibers.
  • the glass wool fiber referred to here is an amorphous and discontinuous wool-like glass fiber having a certain degree of distribution width of the fiber diameter, which is produced by drawing by a flame drawing method or a rotary method.
  • the range of the fiber diameter is generally about 0.1 to about 10 ⁇ m, and since it has a certain degree of distribution width, the value of the fiber diameter is generally expressed as the average fiber diameter, and the glass wool used in the present embodiment
  • the fiber diameter of the fibers is also the average fiber diameter.
  • Chopped glass fibers are straight and regular glass fibers obtained by cutting continuous glass fibers spun from a spinneret having a predetermined diameter into predetermined fiber lengths. to about 30 ⁇ m, with fiber lengths generally ranging from about 1.5 to about 25 mm.
  • glass wool fibers having a small fiber diameter and an irregular shape have the effect of increasing the collection efficiency and retaining voids in the filter medium.
  • Chopped glass fibers with a large fiber diameter and a straight shape have the effect of imparting the strength and rigidity required during processing and use of the filter unit, but the fibers tend to accumulate in the horizontal direction during the production of the filter medium.
  • a high blending ratio of chopped glass fibers tends to increase the density of the filter medium.
  • At least a portion of the wet-laid nonwoven fabric contains glass fibers with a fiber diameter of less than 1 ⁇ m (hereinafter referred to as submicron glass fibers). It consists of glass wool fibres. The reason for including submicron glass fibers is that they have a high surface area that contributes to particle collection.
  • the blending ratio of glass wool fibers containing submicron glass fibers is preferably 5 to 90% by mass, more preferably 25 to 80% by mass, more preferably 45 to 70% by mass, based on the total fiber mass in the filter medium. % is more preferred.
  • the blending ratio of submicron glass fibers is preferably 5 to 85% by mass, more preferably 20 to 75% by mass, and even more preferably 30 to 65% by mass, based on the total fiber mass in the filter medium.
  • the blending ratio of the chopped glass fibers is preferably 1 to 50% by mass, more preferably 3 to 30% by mass, and even more preferably 5 to 10% by mass, based on the total fiber mass in the filter medium.
  • the wet nonwoven fabric contains glass wool fibers with an average fiber diameter of less than 1 ⁇ m and glass wool fibers with an average fiber diameter of 1 ⁇ m or more, and glass wool fibers with an average fiber diameter of less than 1 ⁇ m.
  • the blending ratio is preferably higher than the blending ratio of glass wool fibers having an average fiber diameter of 1 ⁇ m or more.
  • Filter media can be provided with a high surface area that contributes to particle collection.
  • the blending ratio of glass wool fibers with an average fiber diameter of less than 1 ⁇ m is preferably 1.2 to 10 times higher than that of glass wool fibers with an average fiber diameter of 1 ⁇ m or more, and is 2.0 to 8.4 times higher. is more preferred.
  • the wet-laid nonwoven fabric preferably contains binder fibers.
  • binder fibers By adding binder fibers, strength can be imparted by welding adhesion, hydrogen bonding, physical entanglement, and the like.
  • Weld bonding includes a form of point bonding of binder fibers to glass wool.
  • binder fibers include polyvinyl alcohol fibers, polyester fibers, polyolefin fibers, and the like. In the present embodiment, it is preferable to use melt-bonded binder fibers among these.
  • the form of the melt-bonded binder fiber includes a side-by-side type binder fiber in which a melting portion and a non-melting portion are combined side by side, a core-sheath type binder fiber having a non-melting core portion and a melting sheath portion, and a melt-bonded binder fiber as a whole.
  • the binder fiber content is preferably 10 to 70% by mass, more preferably 20 to 60% by mass, and even more preferably 30 to 50% by mass, based on the total fiber mass of the fibers in the filter medium.
  • the PF value can be increased while securing the strength of the filter medium.
  • the melt-bonded binder fibers may include one of side-by-side binder fibers, core-sheath binder fibers, and all-melt binder fibers in the wet-laid nonwoven fabric, or may include two or three of them. Examples of including two types include a combination of a side-by-side binder fiber and a core-sheath binder fiber, a combination of a side-by-side binder fiber and a total-melt binder fiber, or a combination of a core-sheath-type binder fiber and a total-melt binder fiber. be.
  • the melt-bonded binder fiber When the sheet is in a wet state, the melt-bonded binder fiber maintains the shape at the time of blending. or bind between binder fibers.
  • the melted binder fibers contained in the filter material for air filters that have undergone the heating and drying process maintain the shape of the fiber, or the shape of the fiber can be observed even though there are discontinuous parts, and only the shape of dots or lines is observed. More specifically, when the all-melting binder fibers are heated, the whole melts and bonds with the glass fibers or between all-melting binder fibers. Although the melted all-melting binder fibers may have deformed portions such as discontinuities, collapses, and bends, the shape of the fibers can be observed, and only linear or dot-like shapes can be observed.
  • the only difference between the fully melted binder fibers before and after the heating and drying process is that they are fibrous and there are traces of being fibrous.
  • the fully melted binder fiber is referred to as the fully melted binder fiber.
  • the side-by-side type binder fiber or the core-sheath type binder fiber is heated, the side-by-side type binder fiber melts or the sheath portion of the core-sheath type binder fiber melts to bond with the glass fiber. They bind together or bind between core-sheath binder fibers.
  • the unmelted portion of the side-by-side type binder fiber or the core portion of the core-sheath binder fiber maintains the shape of the fiber.
  • the side-by-side type binder fiber or the core-sheath type binder fiber is fibrous before and after the heat drying process
  • the side-by-side type binder fiber or the core-sheath type binder fiber before melting and the melted side-by-side type binder fiber or core-sheath type binder fiber Both the side-by-side type binder fiber and the core-sheath type binder fiber are described as "side-by-side type binder fiber or core-sheath type binder fiber".
  • the binder resin melts or the emulsion particles fuse together to form a film, which spreads over the entire filter medium and is distributed in a plane.
  • fibers other than binder fibers and glass fibers may be used as the fibers constituting the wet-laid nonwoven fabric.
  • These fibers include natural fibers such as wood pulp, regenerated fibers such as rayon fibers, and synthetic fibers such as polyolefin fibers, polyurethane fibers and vinylon fibers.
  • the blending amount of these fibers is preferably within a range that does not interfere with the effect of increasing the PF value of the glass fibers. For example, it is 30% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, and still more preferably 10% by mass or less of the entire fiber.
  • the present embodiment includes a form in which the wet-laid nonwoven fabric is reinforced with a reinforcing material to the extent that the effects of the present invention are not impaired.
  • a wet-laid nonwoven fabric serving as a filtering material for an air filter may be laminated with another nonwoven fabric.
  • a wet-laid nonwoven fabric that serves as a filter material for an air filter may be fused with another nonwoven fabric.
  • the strength can be increased by laminating or fusing with another nonwoven fabric.
  • Other nonwoven fabrics are, for example, polyester nonwoven fabrics, polyolefin nonwoven fabrics, and the like. Even when the wet-laid nonwoven fabric contains binder fibers, the wet-laid nonwoven fabric may be reinforced with a reinforcing material.
  • the strength of the filter medium can be further increased.
  • the wet-laid nonwoven fabric does not contain binder fibers, it is preferable that the wet-laid nonwoven fabric is reinforced with a reinforcing material. If the wet-laid nonwoven fabric does not contain binder fibers, the strength of the wet-laid nonwoven fabric itself may not be sufficient, but by reinforcing the wet-laid nonwoven fabric with a reinforcing material, a high PF value and strength can be secured.
  • the calculation is performed based on the wet-laid nonwoven fabric without including other nonwoven fabrics.
  • the water repellent adheres to the fibers of the wet-laid nonwoven fabric and is used to impart the water repellency required for air filter media.
  • the main component of the water repellent agent consists of a hydrocarbon-based polymer containing no fluorine or silicon in its molecule.
  • the water repellent contains 50% by mass or more, preferably 80% by mass or more, and more preferably 90% by mass or more of a hydrocarbon polymer containing no fluorine or silicon in the molecule.
  • a hydrocarbon-based polymer is a polymer composed of an organic compound having a hydrocarbon skeleton.
  • the organic compound that constitutes the polymer may or may not contain oxygen, nitrogen, or the like. Acrylic polymers are more preferable among hydrocarbon-based polymers.
  • An acrylic polymer is a polymer polymerized using an acrylic acid ester or a methacrylic acid ester as a main raw material monomer.
  • the acrylic polymer is synthesized containing the raw material monomers in an amount of 50% by mass or more, preferably 80% by mass or more, and more preferably 90% by mass or more.
  • the ester portion of the acrylic polymer is a hydrocarbon group.
  • the hydrocarbon group may be linear or branched, saturated or unsaturated, and may have an alicyclic or aromatic ring. You may have Among these, a linear group is preferable, and a linear alkyl group is more preferable.
  • the number of carbon atoms in the ester moiety is preferably 9 or more, more preferably 12 or more.
  • the ionicity of the hydrocarbon-based water repellent is preferably cationic. Since the surface of the glass fiber is negatively charged, the water repellent agent is easily adsorbed on the fiber surface, resulting in higher water repellency.
  • hydrocarbon-based water repellent agents include Unidyne XF series (manufactured by Daikin Industries, Ltd.) made of acrylic polymer, Mayshield series (manufactured by Meisei Chemical Industry Co., Ltd.) made of hydrocarbon-based polymer, and the like. and may be selected from among these commercially available products.
  • the filter material for an air filter according to this embodiment does not contain a binder resin. This is because the binder resin imparts strength to the filter medium for air filters, while the formed film clogs the pores of the filter medium for air filters, thereby lowering the PF value.
  • Binder resins are water-soluble resins or aqueous emulsions and are distinguished from binder fibers in this respect. Resins mainly used as binder resins include poly(meth)acrylic acid ester resins, polyvinyl acetate resins, polyurethane resins, polyvinyl alcohol, and the like.
  • the binder resin made of poly(meth)acrylic acid ester resin is mainly composed of a portion having 8 or less carbon atoms in the ester portion (preferably 80% by mass or more in acrylic acid ester or methacrylic acid ester, more preferably 90% by mass or more).
  • the water repellent agent made of an acrylic polymer is mainly composed of a portion having more than 8 carbon atoms (preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more in the acrylic acid ester or methacrylic acid ester). In this respect, the binder resin and the water repellent are distinguished.
  • the surfactant according to this embodiment is used to reduce the density of the filter material for air filters and improve the PF value. Since the water repellency is reduced by the addition of surfactants, cationic or nonionic surfactants that contribute less to the reduction of water repellency are preferred. Examples of surfactants include primary to tertiary amine salts, quaternary ammonium salts, fatty acid esters and aliphatic ethers.
  • the solid content mass ratio (water repellent/surfactant) of the water repellent and the surfactant is preferably 2 to 70 parts of the surfactant when the water repellent is 100 parts. . It is preferably 5 to 60 parts, more preferably 10 to 50 parts. With this ratio, it is possible to obtain a filter medium having a good balance between the PF value and the water repellency.
  • the mass ratio of the surfactant is lower than 2 parts, it becomes difficult to contribute to the increase of the PF value. If the mass ratio of the surfactant is higher than 70 parts, there is a possibility that sufficient water repellency cannot be obtained.
  • the solid mass content of the water repellent agent in the filter medium is preferably 0.1 to 5% with respect to the entire filter medium. More preferably 0.2 to 3%. If the content of these components is less than 0.1%, sufficient water repellency may not be obtained. On the other hand, if the content is higher than 5%, a sufficient PF value may not be obtained.
  • the water-repellent agent is impregnated as an aqueous dispersion into the wet-laid nonwoven fabric in a wet state, and then dried by heating.
  • a surfactant is added to the wet-laid nonwoven fabric, it is preferably added to an aqueous dispersion containing a water repellent.
  • a multi-cylinder dryer, a Yankee dryer, a hot air dryer, etc. are used in the paper machine, and a rotary dryer, a circulation dryer, etc. are used in the hand paper machine.
  • the heating temperature is 80-150°C, more preferably 100-140°C.
  • additives such as a cross-linking agent and an antifoaming agent can be appropriately added to the aqueous dispersion used for impregnation within a range that does not impair the effects of the present invention.
  • raw material fibers are dispersed in water to obtain a raw material slurry, which is formed into a sheet by a wet papermaking method to obtain a wet sheet.
  • the water used for dispersion and papermaking is preferably acidic, more preferably pH 2-4.
  • part in the examples indicates the solid content mass ratio of the fibers in the raw material slurry or the solid content mass ratio of the components in the impregnation liquid, and the total amount of all fibers in the raw material slurry is 100 parts, In the impregnating liquid, 100 parts of the binder resin was used. Also, “%” in the examples indicates the solid mass content of the components in the filter medium.
  • Example 1 60 parts of glass wool fiber with an average fiber diameter of 0.65 ⁇ m (B-06-F, manufactured by Unifrax Co.) and 30 parts of glass wool fiber with an average fiber diameter of 2.44 ⁇ m (B-26-R, manufactured by Unifrax Co.) 10 parts of chopped glass fibers (EC-6-6-SP, manufactured by Unifrax Co.) with an average fiber diameter of 6 ⁇ m and a cut length of 6 mm are disaggregated using acidic water with a pH of 3.0 in a table disaggregator to obtain a raw material slurry. got Next, the raw material slurry was paper-made to obtain a wet-laid nonwoven fabric.
  • a cationic acrylic water repellent (Unidyne XF-4001, manufactured by Daikin Industries, Ltd.) mainly composed of a hydrocarbon polymer containing no fluorine or silicon in the molecule and water.
  • the wet-laid nonwoven fabric was impregnated with the impregnation liquid and dried with a rotary dryer at 130° C. to obtain a filter medium for an air filter having a basis weight of 70 g/m 2 .
  • the content of the impregnated component in the filter medium was 2.5%.
  • Example 2 100 parts of a cationic acrylic water repellent (Unidyne XF-4001, manufactured by Daikin Industries, Ltd.) mainly composed of a hydrocarbon polymer containing no fluorine or silicon in the molecule, a cationic surfactant (Cathiogen TMP, Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) 25 parts and water were mixed to prepare an impregnating solution in the same manner as in Example 1 to obtain a filter medium for an air filter having a basis weight of 70 g/m 2 . The content of the impregnated component in the filter medium was 1.7%.
  • Example 3 42 parts of glass wool fiber with an average fiber diameter of 0.65 ⁇ m (B-06-F, manufactured by Unifrax Co.) and 5 parts of glass wool fiber with an average fiber diameter of 2.44 ⁇ m (B-26-R, manufactured by Unifrax Co.) 5 parts of chopped glass fiber (EC-6-6-SP, manufactured by Unifrax Co.) with an average fiber diameter of 6 ⁇ m and a cut length of 6 mm, 30 parts of total melting binder fiber (Melty 4000, manufactured by Unitika Ltd.), core sheath A cationic acrylic water repellent (Unidyne XF- 4001, manufactured by Daikin Industries, Ltd.) and water were used to prepare an impregnating solution . The content of the impregnated component in the filter medium was 1.3%.
  • Example 4 Using the slurry obtained by defibrating the fibers described in Example 3, a cationic acrylic water repellent agent (Unidyne XF-4001, Daikin Industries, Ltd. )) 100 parts, cationic surfactant (Cathiogen TMP, manufactured by Meisei Chemical Industry Co., Ltd.) 25 parts and an impregnation liquid prepared by mixing water were used. An amount of air filter medium of 70 g/m 2 was obtained. The content of impregnated components in the filter medium was 0.6%.
  • Example 5 42 parts of glass wool fiber with an average fiber diameter of 0.65 ⁇ m (B-06-F, manufactured by Unifrax Co.), 35 parts of glass wool fiber with an average fiber diameter of 2.44 ⁇ m (B-26-R, manufactured by Unifrax Co.) part, 5 parts of chopped glass fiber (EC-6-6-SP, manufactured by Unifrax Co.) having an average fiber diameter of 6 ⁇ m and a cut length of 6 mm, and 18 parts of core-sheath binder fiber (TJ04CN, manufactured by Teijin Limited).
  • a cationic acrylic water repellent agent (Unidyne XF-4001, manufactured by Daikin Industries, Ltd.) mainly composed of a hydrocarbon polymer that does not contain fluorine and silicon in the molecule, and a cationic surfactant (Cathiogen TMP, manufactured by Meisei Chemical Industry Co., Ltd.) 25 parts and an impregnating solution prepared by mixing water were used in the same manner as in Example 1 to prepare an air filter filter medium having a basis weight of 70 g / m 2 Obtained. The content of the impregnated component in the filter medium was 1.3%.
  • Example 6 22 parts of glass wool fiber with an average fiber diameter of 0.33 ⁇ m (B-00-F, manufactured by Unifrax Co.) and 5 parts of glass wool fiber with an average fiber diameter of 2.44 ⁇ m (B-26-R, manufactured by Unifrax Co.) 5 parts of chopped glass fiber (EC-6-6-SP, manufactured by Unifrax Co.) with an average fiber diameter of 6 ⁇ m and a cut length of 6 mm, 50 parts of total melting binder fiber (Melty 4000, manufactured by Unitika Ltd.), core sheath A cationic acrylic water repellent (Unidyne XF- 4001, manufactured by Daikin Industries, Ltd.) 100 parts, a cationic surfactant (Cathiogen TMP, manufactured by Meisei Chemical Industry Co., Ltd.) 25 parts, and an impregnation liquid prepared by mixing water Example 1 In the same manner as above, an air filter medium having a basis weight of 70 g/m 2 was obtained. The content of impregnated
  • Example 7 Using the slurry obtained by defibrating the fibers described in Example 3, a cationic acrylic water repellent agent (Unidyne XF-4001, Daikin Industries, Ltd. )) 100 parts, a cationic surfactant (Cathiogen TMP, manufactured by Meisei Chemical Industry Co., Ltd.) 5 parts and an impregnation liquid prepared by mixing water were used. An amount of air filter medium of 70 g/m 2 was obtained. The content of the impregnated component in the filter medium was 1.1%.
  • Example 8 Using the slurry obtained by defibrating the fibers described in Example 3, a cationic acrylic water repellent agent (Unidyne XF-4001, Daikin Industries, Ltd. )) 100 parts, a cationic surfactant (Cathiogen TMP, manufactured by Meisei Chemical Industry Co., Ltd.) 67 parts and an impregnation liquid prepared by mixing water were used. An amount of air filter medium of 70 g/m 2 was obtained. The content of the impregnated component in the filter medium was 0.5%.
  • Example 9 An olefin-based spunbond nonwoven fabric (Elves T0203WDO, manufactured by Unitika Ltd.) having a basis weight of 20 g/m 2 was laminated as a reinforcing material to the air filter material obtained in Example 2 by hot pressing.
  • Elves T0203WDO manufactured by Unitika Ltd.
  • ⁇ Comparative Example 2 Acrylic binder resin (Boncoat AN-1190S, manufactured by DIC Corporation) 100 parts, cationic acrylic water repellent agent (Unidyne XF-4001, A filter medium for an air filter having a basis weight of 70 g/m 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that an impregnating liquid containing 20 parts of Daikin Industries, Ltd. and water was used. The content of the impregnated component in the filter medium was 5.1%.
  • Example 3 The basis weight was 70 g/m 2 in the same manner as in Example 1, except that an impregnation liquid prepared by mixing 100 parts of a fluorine-based water repellent (Asahiguard AG-E060, manufactured by AGC Co., Ltd.) and water was used. was obtained. The content of the impregnated component in the filter medium was 1.2%.
  • Example 5 Using the slurry obtained by defibrating the fibers described in Example 3, 100 parts of an acrylic binder resin (Boncoat AN-1190S, manufactured by DIC Corporation), and a hydrocarbon polymer containing no fluorine or silicon in the molecule as the main component. In the same manner as in Example 1, except that an impregnation liquid mixed with 20 parts of a cationic acrylic water repellent (Unidyne XF-4001, manufactured by Daikin Industries, Ltd.) and water was used, basis weight 70 g / m 2 was obtained. The content of the impregnated component in the filter medium was 5.0%.
  • ⁇ Comparative Example 6> Except for using the slurry obtained by disaggregating the fibers described in Example 3, and using an impregnation solution prepared by mixing 100 parts of a fluorine-based water repellent (Asahiguard AG-E060, manufactured by AGC Co., Ltd.) and water. , in the same manner as in Example 1, to obtain an air filter medium having a basis weight of 70 g/m 2 . The content of impregnated components in the filter medium was 0.8%.
  • a fluorine-based water repellent Asahiguard AG-E060, manufactured by AGC Co., Ltd.
  • the pressure loss was measured using a manometer (manometer gauge WO81, manufactured by Yamamoto Denki Seisakusho Co., Ltd.) as a differential pressure when air was passed through a filter material for an air filter with an effective area of 100 cm 2 at a surface wind speed of 5.3 cm/sec. .
  • the transmittance is the upstream and downstream PAO when air containing polydisperse polyalphaolefin (PAO) particles generated by a Ruskin nozzle is passed through an air filter filter medium with an effective area of 100 cm 2 at a surface wind speed of 5.3 cm / sec.
  • the number of particles was measured using a laser particle counter (KC-22B, manufactured by Rion Co., Ltd.) and obtained from the ratio of the number of particles upstream and downstream.
  • the target particle sizes were 0.10 to 0.15 ⁇ m and 0.30 ⁇ m.
  • PF value was calculated using the formula shown in Equation 1 from the values of pressure loss and particle permeability.
  • the target particle sizes were 0.10 to 0.15 ⁇ m and 0.30 ⁇ m.
  • ⁇ Tensile strength> The tensile strength was measured using Autograph AGX-S (manufactured by Shimadzu Corporation) under conditions of a test width of 1 inch, a test length of 100 mm, and a tensile speed of 15 mm/min. In principle, the maximum point of the stress-strain diagram was taken as the tensile strength, but in Example 9 in which the reinforcing material was laminated, the upper yield point was taken as the tensile strength.
  • Water repellency was measured according to MIL-STD-282.
  • Tables 1 and 2 show the evaluation results of the filter media for air filters performed by the above method.
  • Comparative Examples 1 and 4 had no water repellency because no water repellent agent was added to the wet-laid nonwoven fabric. Comparing Example 1 and Comparative Example 1, Example 1 had a high water repellency and an improved PF value. Comparing Example 3 and Comparative Example 4, Example 3 had a high water repellency and an improved PF value.
  • the filter material for an air filter of Example 1 impregnated with an aqueous dispersion containing a water repellent agent that does not contain fluorine and silicon and that does not contain a binder resin has the binder of Comparative Example 2. It was confirmed that a higher PF value and water repellency can be obtained than the filter medium for air filters to which the resin is adhered.
  • Example 2 Compared to Example 1, in Example 2, by adding a surfactant to the aqueous dispersion in addition to the water repellent agent not containing fluorine and silicon, it was confirmed that although the water repellency was lowered, a higher PF value could be obtained. was taken.
  • Example 4 Example 7, and Example 8 Comparing Example 3, Example 4, Example 7, and Example 8 with Comparative Example 6, Example 3, Example 3, Example 2, Example 3, Example 4, Example 4, Example 4, Example 4, Example 4, Example 4, Example 4, Example 4, Example 2, Example 2, Example 3, Example 4, Example 4, Example 4, Example 7, Example 8, and Comparative Example 6.
  • the air filter media using the fluorine- and silicon-free water repellent agents of Examples 4, 7 and 8 had a higher PF than the air filter media using the fluorine-based water repellent agent of Comparative Example 6. It was confirmed that the filter medium has a good balance of physical properties such as value, water repellency and strength.
  • Example 2 Comparing Example 2, Example 4, Example 5 and Example 6, increasing the amount of binder fiber added reduces the PF value and water repellency, but increases the strength, so the amount of binder fiber added is changed.
  • the physical property balance of the filter medium for an air filter can be adjusted by adjusting the

Abstract

本開示の課題は、ＰＦＡＳ及びシロキサン化合物を含まず、更に、ＰＦ値及び撥水性が高いエアフィルタ用濾材を提供することである。本開示に係るエアフィルタ用濾材は、繊維径１μｍ未満のガラス繊維を含む湿式不織布からなるエアフィルタ用濾材において、前記湿式不織布が分子中にフッ素及び珪素を含まない炭化水素系ポリマーを主成分とする撥水剤を含み、且つバインダー樹脂を含まないことを特徴とする。

Description

高性能エアフィルタ用濾材及びその製造方法
　本開示は、半導体、液晶、食品工業向けのクリーンルーム、ビル空調又は空気清浄機などに設置されるエアフィルタに用いられるエアフィルタ用濾材に関する。
　空気中のサブミクロン又はミクロン単位の粒子を捕集除去するためには、一般的に、エアフィルタ用濾材を備えたエアフィルタが用いられる。エアフィルタは、捕集可能な粒子径、及びその捕集効率に応じて、粗塵用フィルタ、中高性能フィルタ、ＨＥＰＡフィルタ、ＵＬＰＡフィルタ等に分類される。後者になる程、粒子径の小さい粒子を捕集可能であり、且つ捕集効率が高いフィルタである。
　エアフィルタ用濾材には、必要とする粒子の捕集効率を有することとともに、送風エネルギーを上げないように、圧力損失が低いことが求められる。捕集効率と圧力損失の指標値としては、数１に示すＰＦ値があり、この値が高い程、捕集効率が高く圧力損失が低い、優れた濾材であることを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 ここで、透過率［％］＝１００－捕集効率［％］
　更に、エアフィルタ用濾材に求められる物性として、撥水性がある。十分な撥水性を有することで、気温の変化による結露や湿度の高い空気が通風した際に、水滴により濾材の孔を塞ぐ問題の発生を防ぐことができる。又、海に近い場所においては、濾材に捕集された海塩粒子が空気中の水分により液化して流出する、潮解現象を防ぐことができる。一方で、撥水性が低いと、濾材をエアフィルタユニットに加工する際に用いるシール剤やホットメルト等が染み込む問題がある。
　濾材に撥水性を付与するためには、フッ素系撥水剤及び／又はシリコーン系撥水剤を付着させる方法（例えば、特許文献１又は特許文献２を参照。）が広く用いられている。
　フッ素系及びシリコーン系以外の撥水剤を用いた濾材の例として、合成パラフィンを用いる方法（例えば、特許文献３を参照。）、アルキルケテンダイマーを用いる方法（例えば、特許文献４を参照。）が挙げられる。
　更に、エアフィルタ用濾材には、加工時及び通風使用時に割れや裂けを生じないために、十分な強度を有することが求められる。エアフィルタ用濾材に強度を付与するためには、バインダー樹脂を付着させる方法が広く用いられているが、バインダー樹脂を付着させることで、バインダー膜を形成して、濾材の細孔を塞ぐことにより、圧力損失が上昇するととともに、粒子捕集に寄与する細径繊維の表面を被覆することにより、捕集効率が低下する問題があった。
　バインダー樹脂を使用せずにエアフィルタ用濾材の強度を付与する方法としては、バインダー繊維を使用する方法（例えば、特許文献５又は特許文献６を参照。）が挙げられる。
特開平２－１７５９９７号公報 特開平９－２２５２２６号公報 ＷＯ９７／０４８５１号公報 ＷＯ０２／０１６００５号公報 特表２００８－５１８７７２号公報 特開２０１８－３８９８３号公報
　しかしながら、特許文献１又は特許文献２に開示される技術において、フッ素系撥水剤を構成するパーフルオロアルキル化合物（以下、ＰＦＡＳと略す。）は、難分解性で且つ生物蓄積性が高いため、世界的にその使用を規制する動きがある。又、シリコーン系撥水剤を構成するシロキサン化合物及びその縮合物である環状シロキサンは、半導体基板やガラス基板の表面に付着して製品歩留の低下やハジキ発生の原因となる問題を有している。更に、環状シロキサンは、ＰＦＡＳと同様に難分解性で且つ生物蓄積性が高いため、その使用を規制する動きがある。
　また、特許文献３又は特許文献４に開示される技術において、どちらの方法も、濾材のＰＦ値及び撥水性の物性バランスを取ることが難しかった。
　前記の通り、ＰＦＡＳ及びシロキサン化合物を含まないエアフィルタ用濾材が求められているが、従来の技術では、ＰＦ値及び撥水性が共に高い濾材を得ることが難しかった。従って、本開示の課題は、ＰＦＡＳ及びシロキサン化合物を含まず、更に、ＰＦ値及び撥水性が高いエアフィルタ用濾材を提供することである。
　本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討したところ、繊維径１μｍ未満のガラス繊維を含む湿式不織布に分子中にフッ素及び珪素を含まない炭化水素系ポリマーを主成分とする撥水剤を含ませ、かつ、バインダー樹脂を含ませないことによって、意外にも、ＰＦ値及び撥水性が高いエアフィルタ用濾材が得られることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明に係るエアフィルタ用濾材は、繊維径１μｍ未満のガラス繊維を含む湿式不織布からなるエアフィルタ用濾材において、前記湿式不織布が分子中にフッ素及び珪素を含まない炭化水素系ポリマーを主成分とする撥水剤を含み、且つバインダー樹脂を含まないことを特徴とする。
　本発明に係るエアフィルタ用濾材では、前記湿式不織布がバインダー繊維をさらに含む形態を包含する。このような構成によれば、より強度の高いエアフィルタ用濾材を得ることができる。
　本発明に係るエアフィルタ用濾材では、前記バインダー繊維の配合率は、濾材中の繊維の全繊維質量に対して１０～７０質量％であることが好ましい。濾材の強度を確保したうえで、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では、前記湿式不織布が補強材で補強されている形態を包含する。必要に応じて、濾材の強度をさらに高めることができる。
　本発明に係るエアフィルタ用濾材では、前記湿式不織布がバインダー繊維を含まず、かつ、前記湿式不織布が補強材で補強されている形態を包含する。バインダー繊維が含まれないと湿式不織布自体の強度が十分でない場合があるところ、湿式不織布を補強材で補強することで、高いＰＦ値及び強度を確保することができる。
　本発明に係るエアフィルタ用濾材では、前記湿式不織布が、平均繊維径１μｍ未満のガラスウール繊維と平均繊維径１μｍ以上のガラスウール繊維とを含み、かつ、平均繊維径１μｍ未満のガラスウール繊維の配合率が平均繊維径１μｍ以上のガラスウール繊維の配合率よりも高いことが好ましい。濾材に、粒子捕集に寄与する高い表面積を与えることができる。
　本発明に係るエアフィルタ用濾材では、前記炭化水素系ポリマーがアクリルポリマーであることが好ましい。このような構成によれば、より高い撥水性を有するエアフィルタ用濾材を得ることができる。
　本発明に係るエアフィルタ用濾材では、前記湿式不織布が界面活性剤をさらに含むことが好ましい。このような構成によれば、より高いＰＦ値を有するエアフィルタ用濾材を得ることができる。
　本発明に係るエアフィルタ用濾材では、前記撥水剤と前記界面活性剤の固形分質量比率（撥水剤／界面活性剤）が、前記撥水剤１００質量部に対して２～７０質量部であることが好ましい。ＰＦ値及び撥水性の物性のバランスが良い濾材を得ることができる。
　本発明に係るエアフィルタ用濾材の製造方法は、繊維径１μｍ未満のガラス繊維を含むスラリーを湿式抄紙法によりシート化して、湿潤状態のシートを形成する工程と、前記湿潤状態のシートを、分子中にフッ素及び珪素を含まない炭化水素系ポリマーを主成分とする撥水剤を含み、且つバインダー樹脂を含まない水性分散液に含浸する工程と、前記水性分散液に含浸した湿潤状態のシートを乾燥して、乾燥シートを得る工程と、を有することを特徴とする。この製造方法により、ＰＦＡＳ及びシロキサン化合物を含まず、更に、ＰＦ値及び撥水性の物性バランスが良いエアフィルタ用濾材を得ることができる。
　本発明に係るエアフィルタ用濾材の製造方法では、前記スラリーがバインダー繊維をさらに含むことが好ましい。このような製造方法であれば、より高い強度を有するエアフィルタ用濾材を得ることができる。
　本発明に係るエアフィルタ用濾材の製造方法では、前記炭化水素系ポリマーがアクリルポリマーであることが好ましい。このような製造方法であれば、より高い撥水性を有するエアフィルタ用濾材を得ることができる。
　本発明に係るエアフィルタ用濾材の製造方法では、前記水性分散液が界面活性剤をさらに含むことが好ましい。このような製造方法であれば、より高いＰＦ値を有するエアフィルタ用濾材を得ることができる。
　本開示により、ＰＦＡＳ及びシロキサン化合物を含まず、更に、ＰＦ値及び撥水性が高いエアフィルタ用濾材を得ることができる。
　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。
　本実施形態に係るエアフィルタ用濾材は、ガラス繊維を含む湿式不織布からなる。ガラス繊維は高い剛性を有しているため、濾材内において、空気が通過するために必要な空隙を十分に維持することができ、高いＰＦ値を得ることができる。ガラス繊維としてはガラスウール繊維とチョップドガラス繊維を使用することができる。ここで言うガラスウール繊維は、火焔延伸法又はロータリー法により延伸されて製造される、繊維径がある程度の分布幅を有する不定形で不連続なウール状のガラス繊維である。繊維径の範囲は一般的に約０．１～約１０μｍであり、ある程度の分布幅を有することから繊維径の値は一般的に平均繊維径として表され、本実施形態において用いているガラスウール繊維の繊維径も平均繊維径である。一方で、チョップドガラス繊維は、所定の直径を有する口金から紡糸された連続したガラス繊維を所定の繊維長に切断した定形で直線状のガラス繊維であり、繊維径の範囲は一般的に約４～約３０μｍ、繊維長の範囲は一般的に約１．５～約２５ｍｍである。本実施形態の濾材において、繊維径が細く不定形のガラスウール繊維は、捕集効率を高くするとともに濾材中の空隙を保持する効果を有する。繊維径が太く直線状のチョップドガラス繊維は、フィルタユニットの加工時及び使用時に必要とされる強度及び剛度を付与する効果を有するが、濾材の製造中に繊維が水平方向に堆積しやすいため、チョップドガラス繊維の配合比率が高いと、濾材の密度を高くする傾向にある。
　湿式不織布は、少なくとも一部に繊維径１μｍ未満のガラス繊維（以下、サブミクロンガラス繊維と称する。）を含む。これは、ガラスウール繊維からなる。サブミクロンガラス繊維を含む理由は、粒子捕集に寄与する高い表面積を有しているためである。本実施形態において、サブミクロンガラス繊維を含むガラスウール繊維の配合率は、濾材中の全繊維質量に対して、５～９０質量％が好ましく、２５～８０質量％がより好ましく、４５～７０質量％が更に好ましい。本実施形態において、サブミクロンガラス繊維の配合率は、濾材中の全繊維質量に対して、５～８５質量％が好ましく、２０～７５質量％がより好ましく、３０～６５質量％が更に好ましい。また、チョップドガラス繊維の配合率は、濾材中の全繊維質量に対して、１～５０質量％であることが好ましく、３～３０質量％がより好ましく、５～１０質量％が更に好ましい。
　本実施形態に係るエアフィルタ用濾材では、湿式不織布が、平均繊維径１μｍ未満のガラスウール繊維と平均繊維径１μｍ以上のガラスウール繊維とを含み、かつ、平均繊維径１μｍ未満のガラスウール繊維の配合率が平均繊維径１μｍ以上のガラスウール繊維の配合率よりも高いことが好ましい。濾材に、粒子捕集に寄与する高い表面積を与えることができる。平均繊維径１μｍ未満のガラスウール繊維の配合率が平均繊維径１μｍ以上のガラスウール繊維の配合率よりも１．２倍～１０倍高いことが好ましく、２.０倍～８．４倍高いことがより好ましい。
　湿式不織布は、バインダー繊維を含むことが好ましい。バインダー繊維を添加することで溶接接着、水素結合、物理的な絡み合い等により強度を付与することができる。溶接接着には、バインダー繊維がガラスウールに点接着する形態が包含される。バインダー繊維の例としては、ポリビニルアルコール繊維、ポリエステル繊維、ポリオレフィン繊維等が挙げられる。本実施形態においては、これらの中でも溶融接着バインダー繊維を用いることが好ましい。溶融接着バインダー繊維の形態としては、溶融する部分と溶融しない部分とが隣り合わせで複合化されたサイドバイサイド型バインダー繊維、溶融しない芯部と溶融する鞘部を有する芯鞘型バインダー繊維、全体が溶融してガラス繊維等の主体繊維同士の接着に寄与する全融型バインダー繊維などがある。バインダー繊維の配合率は、濾材中の繊維の全繊維質量に対して、１０～７０質量％が好ましく、２０～６０％質量％がより好ましく、３０～５０質量％が更に好ましい。濾材の強度を確保したうえで、ＰＦ値を高めることができる。溶融接着バインダー繊維は、サイドバイサイド型バインダー繊維、芯鞘型バインダー繊維及び全融型バインダー繊維のうち、いずれか一種を湿式不織布に含ませる形態のほか、２種又は３種を含ませてもよい。２種を含ませる例としては、サイドバイサイド型バインダー繊維と芯鞘型バインダー繊維の組み合わせ、サイドバイサイド型バインダー繊維と全融型バインダー繊維の組み合わせ、又は芯鞘型バインダー繊維と全融型バインダー繊維の組み合わせがある。
　溶融接着バインダー繊維は、湿潤状態のシートのときは、配合時の形状を維持しているが、加熱乾燥工程においてバインダー繊維が加熱されると、一部又は全体が溶融して、主体繊維と結合する又はバインダー繊維同士で結合する。加熱乾燥工程を経たエアフィルタ用濾材に含まれる溶融済みのバインダー繊維は、繊維の形状を維持しているか、または、途切れている部分はあるものの繊維の形状が観察でき、点又は線の形状のみが観察される。より具体的には、全融型バインダー繊維が加熱されると、全体が溶融して、ガラス繊維と結合する又は全融バインダー繊維同士で結合する。溶融済みの全融バインダー繊維は、途切れ、潰れ、曲がり等変形している部分が存在している場合があるものの繊維の形状が観察でき、線状又は点状の形状のみが観察される。本実施形態では、全融バインダー繊維は、加熱乾燥工程の前後で繊維状であることに対して繊維状であった痕跡があることの差異があるだけなので、溶融前の全融バインダー繊維と溶融済み全融バインダー繊維とを全融バインダー繊維と表記する。また、サイドバイサイド型バインダー繊維又は芯鞘型バインダー繊維が加熱されると、サイドバイサイド型バインダー繊維の溶融する部分又は芯鞘型バインダー繊維の鞘部が溶融して、ガラス繊維と結合する、サイドバイサイド型バインダー繊維同士で結合する又は芯鞘バインダー繊維同士で結合する。溶融済みのサイドバイサイド型バインダー繊維又は溶融済みの芯鞘バインダー繊維は、サイドバイサイド型バインダー繊維の溶融しない部分又は芯鞘バインダー繊維の芯部が繊維の形状を維持している。本実施形態では、サイドバイサイド型バインダー繊維又は芯鞘型バインダー繊維は、加熱乾燥工程の前後でいずれも繊維状であることから、溶融前のサイドバイサイド型バインダー繊維又は芯鞘型バインダー繊維と、溶融済みのサイドバイサイド型バインダー繊維又は芯鞘型バインダー繊維のいずれも「サイドバイサイド型バインダー繊維又は芯鞘型バインダー繊維」と表記する。なお、バインダー樹脂は、加熱乾燥工程等によって、バインダー樹脂が加熱されると、溶融するか又はエマルジョン粒子同士が融合することにより皮膜を形成し、濾材全体に広がって平面状に分布する。
　本実施形態においては、湿式不織布を構成する繊維として、バインダー繊維、ガラス繊維以外の繊維を用いてもよい。これらの繊維としては、木材パルプ等の天然繊維、レーヨン繊維等の再生繊維、ポリオレフィン繊維、ポリウレタン繊維、ビニロン繊維等の合成繊維が挙げられる。これらの繊維の配合量は、ガラス繊維が有するＰＦ値を高める効果を妨げない範囲とすることが好ましい。例えば、繊維全体の３０質量％以下、より好ましくは２０質量％以下、さらに好ましくは１０質量％以下である。
　本実施形態においては、本発明の効果を妨げない範囲で、湿式不織布が補強材で補強されている形態を包含する。例えば、エアフィルタ用濾材となる湿式不織布と他の不織布との貼合を行ってもよい。エアフィルタ用濾材となる湿式不織布と他の不織布とを融着させてもよい。他の不織布との貼合又は融着を行うことで、より強度を高くすることができる。他の不織布とは、例えばポリエステル不織布、ポリオレフィン不織布等である。湿式不織布がバインダー繊維を含む場合であっても湿式不織布が補強材で補強されている形態としてもよい。必要に応じて、濾材の強度をさらに高めることができる。また、湿式不織布がバインダー繊維を含まない形態であるとき、湿式不織布が補強材で補強されている形態であることが好ましい。湿式不織布にバインダー繊維が含まれないと湿式不織布自体の強度が十分でない場合があるところ、湿式不織布を補強材で補強することで、高いＰＦ値及び強度を確保することができる。なお、本明細書において、濾材中における含有率等の配合を示す場合は、他の不織布は含めずに湿式不織布を基準として計算を行う。
　撥水剤は、湿式不織布の繊維に付着し、エアフィルタ用濾材に必要とされる撥水性を付与するために用いられる。撥水剤の主成分は、分子中にフッ素及び珪素を含まない炭化水素系ポリマーからなる。撥水剤は、分子中にフッ素及び珪素を含まない炭化水素系ポリマーを５０質量％以上、好ましくは８０質量％以上、さらに好ましくは９０質量％以上含む。炭化水素系ポリマーとは、炭化水素を骨格とする有機化合物からなるポリマーである。ポリマーを構成する有機化合物は酸素や窒素等を含んでいても、含まなくてもよい。炭化水素系ポリマーのなかでもアクリルポリマーがより好ましい。アクリルポリマーとは、アクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルを主な原料モノマーとして重合されたポリマーである。アクリルポリマーは、前記原料モノマーを５０質量％以上、好ましくは８０質量％以上、さらに好ましくは９０質量％以上含んで合成される。アクリルポリマーのエステル部分は炭化水素基であることが好ましい。この炭化水素基は、直鎖状であっても分岐状であってもよく、飽和炭化水素であっても不飽和炭化水素であってもよく、更には脂環式又は芳香族の環状を有していてもよい。これらの中でも、直鎖状であるものが好ましく、直鎖状のアルキル基であるものがより好ましい。上記エステル部分の炭素数は、９以上であることが好ましく、１２以上であることがより好ましい。炭素数が８以下であると、撥水処理剤として十分な撥水性を発揮できない。また、炭化水素系撥水剤のイオン性はカチオン性であることが好ましい。ガラス繊維の表面は負に帯電しているため、撥水剤が繊維表面に吸着しやすくなり、より高い撥水性が得られる。このような炭化水素系撥水剤の例としては、アクリルポリマーからなるユニダインＸＦシリーズ（ダイキン工業（株）製）、炭化水素系ポリマーからなるメイシールドシリーズ（明成化学工業（株）製）等が挙げられ、これらの市販品の中から選択してもよい。
　本実施形態に係るエアフィルタ用濾材は、バインダー樹脂を含まない。バインダー樹脂はエアフィルタ用濾材に強度を付与する一方で、形成した被膜がエアフィルタ用濾材の孔を塞ぎ、ＰＦ値を低下させるためである。バインダー樹脂は水溶性樹脂又は水性エマルジョンであり、この点でバインダー繊維と区別される。バインダー樹脂として主に用いられる樹脂はポリ（メタ）アクリル酸エステル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリビニルアルコール等が挙げられる。このうち、ポリ（メタ）アクリル酸エステル樹脂からなるバインダー樹脂は、エステル部分の炭素数が８以下の部分が主（アクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルの中で好ましくは８０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上）であることを特徴とする。一方で、アクリルポリマーからなる撥水剤は炭素数が８を超える部分が主（アクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルの中で好ましくは８０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上）であることを特徴とするものであり、この点でバインダー樹脂と撥水剤は区別される。
　本実施形態に係る界面活性剤は、エアフィルタ用濾材の密度を小さくし、ＰＦ値を向上させるために用いられる。界面活性剤の添加により、撥水性が低下するため、撥水性の低下への寄与が小さいカチオン性又はノニオン性であることが好ましい。界面活性剤の例としては、１～３級アミン塩、４級アンモニウム塩、脂肪酸エステル、脂肪族エーテル等が挙げられる。
　本実施形態において、撥水剤と界面活性剤の固形分質量比率（撥水剤／界面活性剤）は、撥水剤を１００部とした時に界面活性剤が２～７０部であることが好ましい。好ましくは５～６０部であり、より好ましくは１０～５０部である。この比率であることで、ＰＦ値及び撥水性の物性バランスが良い濾材が得られる。界面活性剤の質量比率が２部よりも低いと、ＰＦ値の上昇に寄与しにくくなる。界面活性剤の質量比率が７０部よりも高いと、十分な撥水性が得られない恐れがある。
　本実施形態において、濾材中における撥水剤の固形分質量含有率は、濾材全体に対して０．１～５％であることが好ましい。より好ましくは０．２～３％である。これらの成分の含有率が０．１％よりも低いと、十分な撥水性が得られない恐れがある。一方で、含有率が５％よりも高いと、十分なＰＦ値が得られない恐れがある。
　本実施形態において、撥水剤は水性分散液として、湿潤状態にある湿式不織布に含浸付与された後に、加熱することで乾燥される。湿式不織布に界面活性剤を添加する場合には、撥水剤を含む水性分散液に添加することが好ましい。この時の加熱方法は、抄紙機においては、多筒式ドライヤー、ヤンキードライヤー、熱風乾燥機等、手抄装置においては、ロータリードライヤー、循環乾燥機等が用いられる。加熱温度は、８０～１５０℃、より好ましくは１００～１４０℃である。
　本実施形態においては、含浸に用いる水性分散液に、本発明の効果を妨げない範囲で、架橋剤、消泡剤等の添加剤を適宜添加することができる。
　本実施形態に係るエアフィルタ用濾材の製造工程においては、原料繊維を水中で分散して原料スラリーを得て、これを湿式抄紙法によりシート化して、湿潤状態のシートを得る。原料繊維としてガラス繊維を多く用いる場合は、分散及び抄紙に用いる水が酸性であることが好ましく、ｐＨ２～４であることがより好ましい。酸性下で分散及び抄紙を行うことにより、ガラス繊維同士が接着しやすくなり、強度を高くすることができる。
　以下に本発明について具体的な実施例を示して説明するが、本発明はこれらの記載に限定されるものではない。尚、例中の「部」は、原料スラリー中の繊維の固形分質量比率、又は含浸液中の成分の固形分質量比率を示し、原料スラリーにおいては全ての繊維の合計量を１００部とし、含浸液においてはバインダー樹脂を１００部とした。又、例中の「％」は、濾材中の成分の固形分質量含有率を示す。
＜実施例１＞
　平均繊維径０．６５μｍのガラスウール繊維（Ｂ－０６－Ｆ、Ｕｎｉｆｒａｘ　Ｃｏ．製）を６０部、平均繊維径２．４４μｍのガラスウール繊維（Ｂ－２６－Ｒ、Ｕｎｉｆｒａｘ　Ｃｏ．製）を３０部、平均繊維径６μｍ、カット長６ｍｍのチョップドガラス繊維（ＥＣ－６－６－ＳＰ、Ｕｎｉｆｒａｘ　Ｃｏ．製）１０部をテーブル離解機にてｐＨ３．０の酸性水を用いて離解し、原料スラリーを得た。次に、原料スラリーを抄紙し、湿式不織布を得た。更に、分子中にフッ素及び珪素を含まない炭化水素系ポリマーを主成分とするカチオン性アクリル系撥水剤（ユニダインＸＦ－４００１、ダイキン工業（株）製）１００部及び水を混合して調製した含浸液を前記湿式不織布に含浸付与させ、１３０℃のロータリードライヤーで乾燥させ、坪量７０ｇ／ｍ２のエアフィルタ用濾材を得た。尚、濾材中の含浸成分の含有率は２．５％であった。
＜実施例２＞
　分子中にフッ素及び珪素を含まない炭化水素系ポリマーを主成分とするカチオン性アクリル系撥水剤（ユニダインＸＦ－４００１、ダイキン工業（株）製）１００部、カチオン性界面活性剤（カチオーゲンＴＭＰ、第一工業製薬（株）製）２５部及び水を混合して調製した含浸液を用いた以外は、実施例１と同様にして、坪量７０ｇ／ｍ２のエアフィルタ用濾材を得た。尚、濾材中の含浸成分の含有率は１．７％であった。
＜実施例３＞
　平均繊維径０．６５μｍのガラスウール繊維（Ｂ－０６－Ｆ、Ｕｎｉｆｒａｘ　Ｃｏ．製）を４２部、平均繊維径２．４４μｍのガラスウール繊維（Ｂ－２６－Ｒ、Ｕｎｉｆｒａｘ　Ｃｏ．製）を５部、平均繊維径６μｍ、カット長６ｍｍのチョップドガラス繊維（ＥＣ－６－６－ＳＰ、Ｕｎｉｆｒａｘ　Ｃｏ．製）５部、全融バインダー繊維（メルティ４０００、ユニチカ（株）製）３０部、芯鞘バインダー繊維（ＴＪ０４ＣＮ、帝人（株）製）１８部を離解したスラリーを使用し、分子中にフッ素及び珪素を含まない炭化水素系ポリマーを主成分とするカチオン性アクリル系撥水剤（ユニダインＸＦ－４００１、ダイキン工業（株）製）１００部及び水を混合して調製した含浸液を用いた以外は、実施例１と同様にして、坪量７０ｇ／ｍ２のエアフィルタ用濾材を得た。尚、濾材中の含浸成分の含有率は１．３％であった。
＜実施例４＞
　実施例３に記載した繊維を離解したスラリーを使用し、分子中にフッ素及び珪素を含まない炭化水素系ポリマーを主成分とするカチオン性アクリル系撥水剤（ユニダインＸＦ－４００１、ダイキン工業（株）製）１００部、カチオン系界面活性剤（カチオーゲンＴＭＰ、明成化学工業（株）製）２５部及び水を混合して調製した含浸液を用いた以外は、実施例１と同様にして、坪量７０ｇ／ｍ２のエアフィルタ用濾材を得た。尚、濾材中の含浸成分の含有率は０．６％であった。
＜実施例５＞
　平均繊維径０．６５μｍのガラスウール繊維（Ｂ－０６－Ｆ、Ｕｎｉｆｒａｘ　Ｃｏ．製）を４２部、平均繊維径２．４４μｍのガラスウール繊維（Ｂ－２６－Ｒ、Ｕｎｉｆｒａｘ　Ｃｏ．製）を３５部、平均繊維径６μｍ、カット長６ｍｍのチョップドガラス繊維（ＥＣ－６－６－ＳＰ、Ｕｎｉｆｒａｘ　Ｃｏ．製）５部、芯鞘バインダー繊維（ＴＪ０４ＣＮ、帝人（株）製）１８部を離解したスラリーを使用し、分子中にフッ素及び珪素を含まない炭化水素系ポリマーを主成分とするカチオン性アクリル系撥水剤（ユニダインＸＦ－４００１、ダイキン工業（株）製）１００部、カチオン系界面活性剤（カチオーゲンＴＭＰ、明成化学工業（株）製）２５部及び水を混合して調製した含浸液を用いた以外は、実施例１と同様にして、坪量７０ｇ／ｍ２のエアフィルタ用濾材を得た。尚、濾材中の含浸成分の含有率は１．３％であった。
＜実施例６＞
　平均繊維径０．３３μｍのガラスウール繊維（Ｂ－００－Ｆ、Ｕｎｉｆｒａｘ　Ｃｏ．製）を２２部、平均繊維径２．４４μｍのガラスウール繊維（Ｂ－２６－Ｒ、Ｕｎｉｆｒａｘ　Ｃｏ．製）を５部、平均繊維径６μｍ、カット長６ｍｍのチョップドガラス繊維（ＥＣ－６－６－ＳＰ、Ｕｎｉｆｒａｘ　Ｃｏ．製）５部、全融バインダー繊維（メルティ４０００、ユニチカ（株）製）５０部、芯鞘バインダー繊維（ＴＪ０４ＣＮ、帝人（株）製）１８部を離解したスラリーを使用し、分子中にフッ素及び珪素を含まない炭化水素系ポリマーを主成分とするカチオン性アクリル系撥水剤（ユニダインＸＦ－４００１、ダイキン工業（株）製）１００部、カチオン系界面活性剤（カチオーゲンＴＭＰ、明成化学工業（株）製）２５部及び水を混合して調製した含浸液を用いた以外は、実施例１と同様にして、坪量７０ｇ／ｍ２のエアフィルタ用濾材を得た。尚、濾材中の含浸成分の含有率は０．６％であった。
＜実施例７＞
　実施例３に記載した繊維を離解したスラリーを使用し、分子中にフッ素及び珪素を含まない炭化水素系ポリマーを主成分とするカチオン性アクリル系撥水剤（ユニダインＸＦ－４００１、ダイキン工業（株）製）１００部、カチオン系界面活性剤（カチオーゲンＴＭＰ、明成化学工業（株）製）５部及び水を混合して調製した含浸液を用いた以外は、実施例１と同様にして、坪量７０ｇ／ｍ２のエアフィルタ用濾材を得た。尚、濾材中の含浸成分の含有率は１．１％であった。
＜実施例８＞
　実施例３に記載した繊維を離解したスラリーを使用し、分子中にフッ素及び珪素を含まない炭化水素系ポリマーを主成分とするカチオン性アクリル系撥水剤（ユニダインＸＦ－４００１、ダイキン工業（株）製）１００部、カチオン系界面活性剤（カチオーゲンＴＭＰ、明成化学工業（株）製）６７部及び水を混合して調製した含浸液を用いた以外は、実施例１と同様にして、坪量７０ｇ／ｍ２のエアフィルタ用濾材を得た。尚、濾材中の含浸成分の含有率は０．５％であった。
＜実施例９＞
　実施例２で得られたエアフィルタ用濾材に、補強材として坪量２０ｇ／ｍ２のオレフィン系スパンボンド不織布（エルベスＴ０２０３ＷＤＯ、ユニチカ（株）製）を熱圧により貼合加工した。
＜比較例１＞
　含浸の工程を除いた以外は、実施例１と同様にして、坪量７０ｇ／ｍ２のエアフィルタ用濾材を得た。
＜比較例２＞
　アクリル系バインダー樹脂（ボンコートＡＮ－１１９０Ｓ、ＤＩＣ（株）製）１００部、分子中にフッ素及び珪素を含まない炭化水素系ポリマーを主成分とするカチオン性アクリル系撥水剤（ユニダインＸＦ－４００１、ダイキン工業（株）製）２０部及び水を混合した含浸液を使用した以外は、実施例１と同様にして、坪量７０ｇ／ｍ２のエアフィルタ用濾材を得た。尚、濾材中の含浸成分の含有率は５．１％であった。
＜比較例３＞
　フッ素系撥水剤（アサヒガードＡＧ－Ｅ０６０、ＡＧＣ（株）製）１００部及び水を混合して調製した含浸液を用いた以外は、実施例１と同様にして、坪量７０ｇ／ｍ２のエアフィルタ用濾材を得た。尚、濾材中の含浸成分の含有率は１．２％であった。
＜比較例４＞
　実施例３に記載した繊維を離解したスラリーを使用し、且つ含浸の工程を除いた以外は、実施例１と同様にして、坪量７０ｇ／ｍ２のエアフィルタ用濾材を得た。
＜比較例５＞
　実施例３に記載した繊維を離解したスラリーを使用し、アクリル系バインダー樹脂（ボンコートＡＮ－１１９０Ｓ、ＤＩＣ（株）製）１００部、分子中にフッ素及び珪素を含まない炭化水素系ポリマーを主成分とするカチオン性アクリル系撥水剤（ユニダインＸＦ－４００１、ダイキン工業（株）製）２０部及び水を混合した含浸液を使用した以外は、実施例１と同様にして、坪量７０ｇ／ｍ２のエアフィルタ用濾材を得た。尚、濾材中の含浸成分の含有率は５．０％であった。
＜比較例６＞
　実施例３に記載した繊維を離解したスラリーを使用し、フッ素系撥水剤（アサヒガードＡＧ－Ｅ０６０、ＡＧＣ（株）製）１００部及び水を混合して調製した含浸液を用いた以外は、実施例１と同様にして、坪量７０ｇ／ｍ２のエアフィルタ用濾材を得た。尚、濾材中の含浸成分の含有率は０．８％であった。
　実施例及び比較例において得られたエアフィルタ用濾材の評価は、以下に示す方法を用いて行った。
＜圧力損失＞
　圧力損失は、有効面積１００ｃｍ２のエアフィルタ用濾材に面風速５．３ｃｍ／秒で通風した際の差圧として、マノメーター（マノスターゲージＷＯ８１、（株）山本電機製作所製）を用いて測定した。
＜透過率＞
　透過率は、ラスキンノズルで発生させた多分散ポリアルファオレフィン（ＰＡＯ）粒子を含む空気が有効面積１００ｃｍ２のエアフィルタ用濾材に面風速５．３ｃｍ／秒で通風した際の上流及び下流のＰＡＯ粒子の個数をレーザーパーティクルカウンター（ＫＣ－２２Ｂ、リオン（株）製）を用いて測定し、上流と下流の粒子数の比から求めた。対象粒子径は０．１０～０．１５μｍ及び０．３０μｍとした。
＜ＰＦ値＞　
ＰＦ値は、圧力損失及び粒子透過率の値から、数１に示す式を用いて計算した。対象粒子径は０．１０～０．１５μｍ及び０．３０μｍとした。
＜引張強度＞
　引張強度は、オートグラフＡＧＸ－Ｓ（（株）島津製作所製）を用いて試験幅１ｉｎｃｈ、試験長１００ｍｍ、引張速度１５ｍｍ／ｍｉｎの条件で測定を行った。原則として応力ひずみ線図の最大点を引張強度としたが、補強材の貼合を行った実施例９においては、上降伏点を引張強度とした。
＜撥水性＞
　撥水性は、ＭＩＬ－ＳＴＤ－２８２に準拠して測定を行った。
　前記の方法で行ったエアフィルタ用濾材の評価結果を表１及び表２に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　比較例１及び比較例４は、湿式不織布に撥水剤を添加していないので、撥水性がなかった。実施例１と比較例１とを比較すると、実施例１は高い撥水性が得られているのに加えて、ＰＦ値も向上していた。実施例３と比較例４とを比較すると、実施例３は高い撥水性が得られているのに加えて、ＰＦ値も向上していた。
　実施例１と比較例２を比較すると、フッ素及び珪素を含まない撥水剤を含み、且つバインダー樹脂を含まない水性分散液に含浸した実施例１のエアフィルタ用濾材は、比較例２のバインダー樹脂を付着させたエアフィルタ用濾材より高いＰＦ値、撥水性が得られると確かめられた。
　実施例１に対して実施例２ではフッ素及び珪素を含まない撥水剤に加えて界面活性剤を水性分散液に添加したことで、撥水性は低下したものの更に高いＰＦ値が得られると確かめられた。
　実施例１及び実施例２と比較例３とを比較すると、本発明により、フッ素及び珪素を含まない撥水剤を用いることで、比較例３のフッ素系撥水剤を用いた場合と同等かそれ以上に実施例１及び実施例２ではＰＦ値、撥水性の物性バランスが良い濾材が得られると確かめられた。
　実施例３及び実施例４では繊維スラリーにバインダー繊維を添加したことで実施例１及び実施例２よりもＰＦ値が低下したが、よりエアフィルタ用濾材の強度が高くなると確かめられた。
　実施例３及び実施例４と比較例５とを比較すると、実施例１及び実施例２のバインダー繊維を添加していない繊維スラリー系と同様、実施例３及び実施例４のフッ素及び珪素を含まない撥水剤を含み、且つバインダー樹脂を含まない水性分散液に含浸したエアフィルタ用濾材は、比較例５のバインダー樹脂を付着させたエアフィルタ用濾材より高いＰＦ値、撥水性が得られると確かめられた。
　実施例３、実施例４、実施例７及び実施例８と比較例６とを比較すると、実施例１及び実施例２のバインダー繊維を添加していない繊維スラリー系と同様、実施例３、実施例４、実施例７及び実施例８のフッ素及び珪素を含まない撥水剤を用いたエアフィルタ用濾材は、比較例６のフッ素系撥水剤を用いたエアフィルタ用濾材の場合以上にＰＦ値、撥水性及び強度の物性バランスが良い濾材であることが確かめられた。
　実施例２、実施例４、実施例５及び実施例６を比較すると、バインダー繊維の添加量を増やすことによってＰＦ値、撥水性は低下するものの強度は向上するため、バインダー繊維の添加量を変化させることにより、エアフィルタ用濾材の物性バランスを調整することができる。
　実施例２及び実施例９を比較すると、貼合を行うことによりＰＦ値は低下するものの強度は向上した。また、実施例４及び実施例９を比較すると、バインダー繊維を４８部添加した場合とバインダー繊維を含まず貼合加工を行った場合とではＰＦ値、強度の値は同程度であったため、用途に応じて選択することができる。

 

Claims (13)

  1. 　繊維径１μｍ未満のガラス繊維を含む湿式不織布からなるエアフィルタ用濾材において、
    　前記湿式不織布が分子中にフッ素及び珪素を含まない炭化水素系ポリマーを主成分とする撥水剤を含み、且つバインダー樹脂を含まないことを特徴とするエアフィルタ用濾材。
  2. 　前記湿式不織布がバインダー繊維をさらに含む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。
  3. 　前記バインダー繊維の配合率は、濾材中の繊維の全繊維質量に対して１０～７０質量％であることを特徴とする請求項２に記載のエアフィルタ用濾材。
  4. 　前記湿式不織布が補強材で補強されていることを特徴とする請求項２に記載のエアフィルタ用濾材。
  5. 　前記湿式不織布がバインダー繊維を含まず、かつ、前記湿式不織布が補強材で補強されてい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。
  6. 　前記湿式不織布が、平均繊維径１μｍ未満のガラスウール繊維と平均繊維径１μｍ以上のガラスウール繊維とを含み、かつ、
    　平均繊維径１μｍ未満のガラスウール繊維の配合率が平均繊維径１μｍ以上のガラスウール繊維の配合率よりも高い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。
  7. 　前記炭化水素系ポリマーがアクリルポリマー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。
  8. 　前記湿式不織布が界面活性剤をさらに含むことを特徴とする請求項１～７のいずれか一つに記載のエアフィルタ用濾材。
  9. 　前記撥水剤と前記界面活性剤の固形分質量比率（撥水剤／界面活性剤）が、前記撥水剤１００質量部に対して２～７０質量部であることを特徴とする請求項８に記載のエアフィルタ用濾材。
  10. 　繊維径１μｍ未満のガラス繊維を含むスラリーを湿式抄紙法によりシート化して、湿潤状態のシートを形成する工程と、
    　前記湿潤状態のシートを、分子中にフッ素及び珪素を含まない炭化水素系ポリマーを主成分とする撥水剤を含み、且つバインダー樹脂を含まない水性分散液に含浸する工程と、
    　前記水性分散液に含浸した湿潤状態のシートを乾燥して、乾燥シートを得る工程と、を有することを特徴とするエアフィルタ用濾材の製造方法。
  11. 　前記スラリーがバインダー繊維をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載のエアフィルタ用濾材の製造方法。
  12. 　前記炭化水素系ポリマーがアクリルポリマーであることを特徴とする請求項１０に記載のエアフィルタ用濾材の製造方法。
  13. 　前記水性分散液が界面活性剤をさらに含むことを特徴とする請求項１０～１２のいずれか一つに記載のエアフィルタ用濾材の製造方法。

     
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