過濾器用濾材及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種過濾器用濾材及其制造方法，該過濾器用濾材的壓力損失低，粒子、特別是粒徑為0.1～0.3μm左右的粒子的捕集率高，耐久性高。該過濾器用濾材具有PTFE纖維層和層疊在該P(yáng)TFE纖維層上的氟樹脂納米纖維層，其中PTFE纖維層由平均纖維直徑為0.3～2μm的PTFE的纖維構(gòu)成，單位面積重量為1～45g/m2，氟樹脂納米纖維層由平均纖維直徑為20～150nm的選自PVDF、PFA、FEP和ETFE的氟樹脂的纖維構(gòu)成，單位面積重量為0.05～0.2g/m2。
【專利說明】過濾器用濾材及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及過濾器用濾材及其制造方法，更具體是涉及適用于潔凈室的換氣或渦輪的吸氣等的過濾器用濾材及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于用于捕集(捕捉)空氣中的細(xì)微粒子的空氣過濾器，要求能夠以高效率捕集粒子、壓力損失低。[0003]迄今為止，開發(fā)了各種過濾器用濾材，例如專利文獻(xiàn)I中記載了一種過濾器濾材，該過濾器濾材包括聚四氟乙烯(以下也稱為“PTFE”)多孔質(zhì)膜、透氣性支承材料、和通過靜電紡絲法(工 > 々卜π 7 C 二法)形成的由高分子纖維構(gòu)成的網(wǎng)層，該高分子纖維的平均纖維直徑為IOnm~5μπι，作為高分子例舉了聚偏氟乙烯(以下也稱為“PVDF”)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物([0007]、[0020]、[0021]等)。
[0004]此外，專利文獻(xiàn)2記載了一種具備過濾器濾材和支承該過濾器濾材的支承框的過濾器單元，所述過濾器濾材具備PTFE多孔質(zhì)膜和以?shī)A持所述多孔質(zhì)膜的方式配置的纖維質(zhì)濾材，還記載了所述纖維質(zhì)濾材通過靜電紡絲法形成，可以是平均纖維直徑為0.02~
1μ m左右的聚合物(例如:聚乙烯、聚丙烯)的無紡布([0005]、[0017]、[0018]等)。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)I日本專利特開2006-326579號(hào)公報(bào)
[0008]專利文獻(xiàn)2日本專利特開2007-75739號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0010]但是，以往的過濾器在以高捕集率捕集粒子、特別是粒徑為0.1~0.3 μ m左右的粒子方面還存在進(jìn)一步改進(jìn)的余地。此外，為了降低安裝有過濾器的空調(diào)機(jī)等的送風(fēng)所需的能耗、即節(jié)能化，需要降低過濾器的壓力損失。還期待過濾器的耐久性提高。
[0011]因此，本發(fā)明的目的是提供一種壓力損失低，粒子、特別是粒徑為0.1~0.3 μ m左右的粒子的捕集率高，耐久性高的過濾器用濾材以及這種過濾器用濾材的制造方法。
[0012]解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
[0013]本發(fā)明所涉及的過濾器用濾材的特征在于，具有PTFE纖維層和層疊在該P(yáng)TFE纖維層上的氟樹脂納米纖維層，
[0014]PTFE纖維層由平均纖維直徑為0.3~2 μ m的聚四氟乙烯(以下也稱為“PTFE”)的纖維構(gòu)成，單位面積重量為I~45g/m2，
[0015]氟樹脂納米纖維層由平均纖維直徑為20~150nm的選自聚偏氟乙烯(以下也稱為“PVDF”)、四氟乙烯?全氟(烷基乙烯基醚)共聚物(以下也稱為“PFA”)、四氟乙烯?六氟丙烯共聚物(以下也稱為“FEP”)和乙烯.四氟乙烯共聚物(以下也稱為“ETFE”)的氟樹脂的纖維構(gòu)成，單位面積重量為0.05?0.2g/m2。
[0016]本發(fā)明所涉及的過濾器用濾材的制造方法的特征在于，包括將所述PTFE纖維層與所述氟樹脂納米纖維層層疊的工序。
[0017]所述過濾器用濾材的制造方法可包括將包含所述氟樹脂、離子型表面活性劑和溶劑的紡絲液通過靜電紡絲法制造所述氟樹脂的纖維的工序。
[0018]發(fā)明效果
[0019]本發(fā)明所涉及的過濾器用濾材的壓力損失低，且粒子(特別是粒徑為0.1?0.3μπι左右的粒子)捕集率高，耐久性高。此外，通過采用本發(fā)明所涉及的過濾器用濾材的制造方法，能夠制造這種過濾器用濾材。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明。
[0021]本發(fā)明所涉及的過濾器用濾材具有PTFE纖維層和層疊在該P(yáng)TFE纖維層上的氟樹脂納米纖維層。
[0022]〈PTFE 纖維層〉
[0023]本發(fā)明所涉及的過濾器用濾材具有所述PTFE纖維層，因此耐久性優(yōu)異，由于所述PTFE纖維層的纖維直徑(細(xì)孔直徑)大，所以具有捕集大粒子、防止過濾器用濾材(氟樹脂納米纖維層)堵塞的優(yōu)點(diǎn)。
[0024]構(gòu)成所述PTFE纖維層的PTFE纖維的平均纖維直徑為0.3?2 μ m、優(yōu)選為0.5?
2μ m、更優(yōu)選為0.5?1.5 μ m。平均直徑在該范圍內(nèi)，則具有粒子捕集性能優(yōu)異、過濾阻力變小的優(yōu)點(diǎn)。此外，該平均纖維直徑是通過對(duì)作為測(cè)定對(duì)象的PTFE纖維(群)隨機(jī)選擇掃描型電子顯微鏡(SEM)觀察的區(qū)域，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行SEM觀察(放大倍數(shù):10000倍)而隨機(jī)選擇10根PTFE纖維，基于這些PTFE纖維的測(cè)定結(jié)果算出的值。
[0025]所述PTFE纖維層的單位面積重量為I?45g/m2、優(yōu)選為5?40g/m2、更優(yōu)選為5?30g/m2。單位面積重量在該范圍內(nèi)，則粒子捕集性能優(yōu)異、過濾阻力變小。
[0026]此外，所述PTFE纖維層的厚度優(yōu)選為10?250 μ m、更優(yōu)選為20?100 μ m。
[0027](PTFE纖維層的制誥方法)
[0028]作為所述PTFE纖維層的制造方法，可采用以往公知的制造方法，例如日本專利特表2012-515850號(hào)公報(bào)中記載的以下方法等的靜電紡絲法，即，
[0029]一種制作PTFE纖維層的方法，包括以下步驟:
[0030]提供包含PTFE、纖維化的聚合物和溶劑的、粘度至少為50000cP的分散物的步驟，
[0031]提供具有電荷源和離開所述電荷源有一段距離的標(biāo)的的裝置的步驟，
[0032]以使電荷源中產(chǎn)生第一電荷、而在所述標(biāo)的處產(chǎn)生反向電荷的方式提供電壓源、使所述分散物通過與所述電荷源接觸而帶上靜電的步驟，
[0033]使帶上靜電的分散物集積于所述標(biāo)的上、生成墊狀物前體的步驟，
[0034]對(duì)所述墊狀物前體進(jìn)行加熱而除去所述溶劑和所述纖維化的聚合物、藉此形成PTFE墊狀物的步驟。
[0035]所述平均纖維直徑在靜電紡絲時(shí)具有隨著濕度下降、噴嘴變小、施加電壓增大或電壓密度增大而變小的傾向。[0036]所述單位面積重量和厚度具有隨著紡絲時(shí)間延長(zhǎng)、紡絲噴嘴數(shù)增加等而增大的傾向。
[0037]<氟樹脂納米纖維層>
[0038]所述氟樹脂納米纖維層由選自PVDF、PFA、FEP和ETFE的氟樹脂的纖維(以下也稱為“氟樹脂納米纖維”)構(gòu)成。所述氟樹脂納米纖維層由這些樹脂構(gòu)成，因此耐久性優(yōu)異。
[0039]所述纖維的平均纖維直徑為20~150nm、優(yōu)選為20~lOOnm、更優(yōu)選為40~lOOnm。平均直徑在該范圍內(nèi)，則具有粒子捕集性能優(yōu)異、過濾阻力變小的優(yōu)點(diǎn)。此外，該平均纖維直徑是通過對(duì)作為測(cè)定對(duì)象的氟樹脂纖維(群)隨機(jī)選擇掃描型電子顯微鏡(SEM)觀察的區(qū)域，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行SEM觀察(放大倍數(shù):10000倍)而隨機(jī)選擇10根氟樹脂纖維，基于這些氟樹脂纖維的測(cè)定結(jié)果算出的值。
[0040]所述氟樹脂納米纖維層的單位面積重量為0.05~0.2g/m2、優(yōu)選為0.1~0.2g/m2、更優(yōu)選為0.1~0.15g/m2。單位面積重量在該范圍內(nèi)，則具有粒子捕集性能優(yōu)異、過濾阻力變小的優(yōu)點(diǎn)。
[0041]此外，所述氟樹脂納米纖維層的厚度優(yōu)選在10 μ m以下、更優(yōu)選在I μ m以下，下限值例如可為0.1 μ m左右。
[0042](氟樹脂納米纖維層的制造方法)
[0043]從具有能夠制造纖細(xì)而均一的纖維的優(yōu)點(diǎn)來看，所述氟樹脂納米纖維層優(yōu)選通過將包含氟樹脂、離子型表面活性劑和溶劑的紡絲液通過靜電紡絲法制造氟樹脂納米纖維、使其集積成片狀來制造。
[0044]在制造本發(fā)明所涉及的過濾器用濾材時(shí)，可在所述PTFE纖維層上使氟樹脂納米纖維集積成片狀。
[0045]所述氟樹脂在紡絲液中的含量雖然也依賴于樹脂的種類等，但例如為5~60重量％、優(yōu)選為10~50重量％。
[0046]作為所述氟樹脂，從具有能夠容易地制造纖細(xì)而均一的纖維的優(yōu)點(diǎn)來看，優(yōu)選PVDF, ETFE,特別優(yōu)選 PVDF。
[0047]作為所述離子型表面活性劑，可例舉氟類表面活性劑(即具有氟原子的表面活性劑，例如具有全氟烷基的酸的銨鹽)、烴類表面活性劑(主鏈由烷基構(gòu)成的表面活性劑)、硅氧烷類表面活性劑(具有硅原子的表面活性劑)等。
[0048]作為所述氟類表面活性劑，市售品的話，可例舉FETERGENT (注冊(cè)商標(biāo))100 (陰離子型氟類表面活性劑)、FETERGENT (注冊(cè)商標(biāo))310 (陽(yáng)離子型氟類表面活性劑)(以上，NEOS公司((株)才、才>))、J力' 7 r ^々F114 (陰離子型的氟類表面活性劑、DIC公司(D I C(株))、SURFLON S-231 (兩性氟類表面活性劑、旭硝子株式會(huì)社(旭硝子(株))等。
[0049]所述表面活性劑在紡絲液中的含量例如為0.1~10重量％、優(yōu)選為I~5重量％。
[0050]通過利用上述靜電紡絲法進(jìn)行的所述氟樹脂納米纖維的制造方法，認(rèn)為由于紡絲液包含離子型表面活性劑，因此靜電紡絲時(shí)紡絲溶液對(duì)電荷的穩(wěn)定性高，因而能夠使氟樹脂纖維的直徑變細(xì)。還認(rèn)為通過使用上述氟類表面活性劑作為所述離子型表面活性劑，使靜電紡絲時(shí)的紡絲溶液的穩(wěn)定性特別高。
[0051]作為所述溶劑，只要能夠溶解所述氟樹脂則沒有特別限定，例如可例舉二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺 、四氫呋喃、甲基吡咯烷酮、二甲苯、丙酮、氯仿、乙苯、環(huán)己烷等。這些溶劑可單獨(dú)使用一種，也可作為兩種以上組合而成的混合溶劑使用。
[0052]所述溶劑在紡絲液中的含量例如為30?90重量％、優(yōu)選為45?85重量％。
[0053]所述紡絲液還可包含粘度調(diào)整劑等的添加劑。
[0054]所述紡絲液可通過將上述的氟樹脂、表面活性劑、溶劑和根據(jù)需要加入的添加劑采用以往公知的方法進(jìn)行混合來制造。
[0055]作為所述紡絲液的優(yōu)選方式的例子，可例舉以下的紡絲液(I )。
[0056]紡絲液(1):PVDF的含量為5?30重量％、優(yōu)選為10?20重量％，離子型表面活性劑的含量為I?10重量％、優(yōu)選為2?5重量％的紡絲液
[0057]進(jìn)行靜電紡絲時(shí)的施加電壓優(yōu)選為5?50kV、更優(yōu)選為20?40kV。
[0058]紡絲噴嘴的前端直徑(外徑)優(yōu)選為0.1?2.0mm、更優(yōu)選為0.2?1.0mm、進(jìn)一步優(yōu)選為0.20?0.85mm。
[0059]更具體而言，例如在使用上述紡絲液(I)的情況下，上述施加電壓優(yōu)選為10?50kV、更優(yōu)選為20?40kV，上述紡絲噴嘴的前端直徑(外徑)優(yōu)選為0.2?0.85mm。
[0060]所述平均纖維直徑在靜電紡絲時(shí)具有隨著濃度(氟樹脂濃度)低的上述紡絲液的使用、濕度下降、噴嘴直徑縮小、施加電壓增大或電壓密度增大而變小的傾向。
[0061]另一方面，具有特定范圍內(nèi)的纖維直徑的氟樹脂纖維的比例在靜電紡絲時(shí)具有隨著濃度(氟樹脂濃度)高的上述紡絲液的使用、濕度上升、噴嘴直徑增大、施加電壓減小或電壓密度減小而增高的傾向。
[0062]此外，所述單位面積重量和厚度具有隨著紡絲時(shí)間延長(zhǎng)、紡絲噴嘴數(shù)增加等而增大的傾向。
[0063]〈過濾器用濾材〉
[0064]本發(fā)明的過濾器用濾材可作為捕集各種過濾流體(例如氣體、液體等)中所含的粒子的過濾器使用。本發(fā)明的過濾器用濾材特別適于作為空氣過濾器用濾材，像這樣使用時(shí)壓力損失低，直徑0.1?0.3μπι左右的粒子的捕集率高、耐久性也高。例如，壓力損失在160Pa以下、優(yōu)選在150Pa以下，0.1 μ m的粒子捕捉率在99.9%以上、優(yōu)選在99.99%以上，0.3μπι的粒子捕捉率在99.9%以上、優(yōu)選在99.99%以上。此外，這些物性值是在通過后述的實(shí)施例中采用的方法來進(jìn)行測(cè)定的場(chǎng)合下的值。另外，作為耐久性指標(biāo)的、由熱處理(120°C、60分鐘加熱)產(chǎn)生的收縮率((熱處理前的尺寸一熱處理后的尺寸)/熱處理前的尺寸)例如在I %以下、優(yōu)選在0.1%以下。
[0065]本發(fā)明的過濾器用濾材優(yōu)選以使所述PTFE纖維層朝向各種過濾流體的上流側(cè)、所述氟樹脂納米纖維層朝向下流側(cè)的方式使用。通過使構(gòu)成層的氟樹脂纖維的纖維直徑大于所述氟樹脂納米纖維層的所述PTFE纖維層朝向上流側(cè)，所述PTFE纖維層捕集粒徑大的粒子，藉此發(fā)揮出防止所述氟樹脂納米纖維層堵塞的作為預(yù)濾器的作用，從而能夠防止過濾器用濾材的性能劣化。
[0066]本發(fā)明的過濾器用濾材通過包括在所述PTFE纖維層的至少一面上形成所述氟樹脂納米纖維層的工序的制造方法來制造。在如上所述以使所述PTFE纖維層朝向上流側(cè)、所述氟樹脂納米纖維層朝向下流側(cè)的方式使用的場(chǎng)合下，優(yōu)選僅在所述PTFE纖維層的一面上形成所述氟樹脂納米纖維層。
[0067]本發(fā)明的過濾器用濾材可由分別為兩層以上的所述PTFE纖維層和所述氟樹脂納米纖維層構(gòu)成，在該場(chǎng)合下，可由構(gòu)成各層的纖維的平均直徑等不同的兩層以上的PTFE纖維層、及構(gòu)成各層的纖維的材質(zhì)或平均直徑等不同的兩層以上的氟樹脂納米纖維層構(gòu)成。
[0068]所述PTFE纖維層和所述氟樹脂納米纖維層之間可熔融粘接，也可在這些層之間設(shè)置粘合劑層來進(jìn)行粘接，或者既不熔融粘接也不設(shè)置粘合劑層而僅是簡(jiǎn)單層疊。
[0069]本發(fā)明的過濾器用濾材還可具備支承體層。本發(fā)明的過濾器用濾材在具備支承體層的情況下，優(yōu)選以PTFE纖維層、氟樹脂納米纖維層、支承體層的順序?qū)盈B，或者以支承體層、PTFE纖維層、氟樹脂納米纖維層、支承體層的順序?qū)盈B來構(gòu)成。
[0070]作為所述支承體層，可采用透氣性比PTFE纖維層和氟樹脂納米纖維層優(yōu)異的、空氣過濾器用濾材等過濾器用濾材中以往公知的支承體層，例如可例舉由平均纖維直徑為3~50 μ m左右的纖維構(gòu)成的玻璃無紡布、纖維素?zé)o紡布、聚烯烴無紡布、尼龍無紡布、聚酯無紡布、芳族聚酰胺無紡布、氟樹脂無紡布等。其中從耐久性方面來看，優(yōu)選采用玻璃無紡布、氟樹脂無紡布。
[0071]對(duì)于所述過濾器用濾材，可在不損害其性能的范圍內(nèi)實(shí)施以往公知的加工，例如可實(shí)施褶裥加工。
[0072]實(shí)施例
[0073]下面，通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明，但本發(fā)明不受這些實(shí)施例的任何限定。
[0074]〈測(cè)定方法〉
[0075]實(shí)施例、比較例中制作的氟樹脂纖維和過濾器用濾材的各種物性通過以下方法來測(cè)定。
[0076]1.氟樹脂纖維
[0077]對(duì)實(shí)施例和比較例中制造的各氟樹脂纖維(群)隨機(jī)選擇SEM觀察的區(qū)域，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行SEM觀察(裝置:S-2400N (日立高新株式會(huì)社((株)日立^ f ^ 口夕一文')制)，放大倍數(shù):10000倍)而隨機(jī)選擇10根氟樹脂纖維，基于這些氟樹脂纖維的測(cè)定結(jié)果，求出平均(算術(shù)平均)纖維直徑。
[0078]2.過濾器用濾材
[0079](單位面積重量)
[0080]各層的單位面積重量按照J(rèn)IS L1913 (2010)來測(cè)定。此時(shí)，氟樹脂納米纖維層的單位面積重量由PTFE纖維層的重量與在PTFE纖維層上集積氟樹脂納米纖維而形成的過濾器用濾材的重量之差來算出。
[0081](粒子捕集率、壓力損失)
[0082]對(duì)實(shí)施例和比較例中制造的各過濾器用濾材，按照J(rèn)IS B9908來測(cè)定粒子捕集率。此時(shí)，使用切成200mmX 200mm大小的過濾器用濾材來代替過濾器單元，采用大氣塵(包含粒徑為0.10 μ m~2.0 μ m的塵)作為測(cè)定用粉塵。粒子捕集率測(cè)定時(shí)，將空氣的流量設(shè)為面速度5.3cm/s。此外， 使構(gòu)成過濾器用濾材的各層中表1記載的序號(hào)為I的層朝向上流層，進(jìn)行測(cè)定。
[0083]另外，在進(jìn)行該測(cè)定的同時(shí)，過濾器用濾材的上流側(cè)和下流側(cè)處的壓力差(即壓力損失)通過微差壓計(jì)來測(cè)定。
[0084](耐久性)[0085]過濾器用濾材的耐久性通過以下方法來進(jìn)行評(píng)價(jià)。
[0086]將過濾器用濾材切成長(zhǎng)200mm、寬200mm的尺寸而制成試樣。將該試樣通過于保持在120°C的電爐內(nèi)不固定地靜置60分鐘來進(jìn)行熱處理。之后從電爐中取出試樣，空冷至室溫后，測(cè)定作為熱處理后尺寸的長(zhǎng)度(a)和寬度(b)。根據(jù)熱處理前的長(zhǎng)度(A = 200 (mm))和寬度(B = 200 (mm))以及熱處理后的長(zhǎng)度(a)和寬度(b)，由下式算出縱向和橫向的收縮率。
[0087]【數(shù)I】
[0088]
【權(quán)利要求】
1.過濾器用濾材，具有PTFE纖維層和層疊在該P(yáng)TFE纖維層上的氟樹脂納米纖維層， PTFE纖維層由平均纖維直徑為0.3~2 μ m的聚四氟乙烯的纖維構(gòu)成，單位面積重量為1~45g/m2, 氟樹脂納米纖維層由平均纖維直徑為20~150nm的選自聚偏氟乙烯、四氟乙烯?全氟(烷基乙烯基醚)共聚物、四氟乙烯.六氟丙烯共聚物和乙烯.四氟乙烯共聚物的氟樹脂的纖維構(gòu)成，單位面積重量為0.05~0.2g/m2。
2.權(quán)利要求1所述的過濾器用濾材的制造方法，包括將PTFE纖維層與氟樹脂納米纖維層層疊的工序， PTFE纖維層由平均纖維直徑為0.3~2 μ m的聚四氟乙烯的纖維構(gòu)成，單位面積重量為1~45g/m2, 氟樹脂納米纖維層由平均纖維直徑為20~150nm的選自聚偏氟乙烯、四氟乙烯?全氟(烷基乙烯基醚)共聚物、四氟乙烯.六氟丙烯共聚物和乙烯.四氟乙烯共聚物的氟樹脂的纖維構(gòu)成，單位面積重量為0.05~0.2g/m2。
3.如權(quán)利要求2所述的過濾器用濾材的制造方法，其特征在于，包括將包含所述氟樹脂、離子型表面活性劑和溶劑的紡絲液通過靜電紡絲法制造所述氟樹脂的纖維的工序。
【文檔編號(hào)】B32B5/26GK103894017SQ201310723479
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月26日
【發(fā)明者】福島博之, 油谷康 申請(qǐng)人:日本華爾卡工業(yè)株式會(huì)社