過濾器濾材及使用該濾材的空氣過濾器組件的制作方法

專利名稱：過濾器濾材及使用該濾材的空氣過濾器組件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種過濾器濾材及使用該濾材的空氣過濾器組件。過濾器濾材及使用該濾材的空氣過濾器組件用于清潔例如無塵室內、液晶或半導體制造裝置內等的空氣。
背景技術：
在醫療，食品，生物工程，半導體工業等領域中，由于產品質量上等的理由，清潔空氣是很重要的。清潔空氣除了除去浮游粒子之外，還是以除臭、抗菌等為目的而進行的。為了達到這一目的，以下所述的空氣清潔系統是公知的，而且其中的一部分正在使用。
例如，將活性碳等吸附劑填充在柱形裝置中的化學過濾器和空氣過濾器組件組合而成的空氣清潔系統是眾所周知的(例如，日本特開平7-226382號公報)。這種空氣清潔系統是通過上述吸附劑使氣體吸附而除臭，再由所述空氣過濾器組件收集、除去浮游粒子的裝置。而且，將采用氧化鈦等光催化劑的無菌化機構過濾器(組件)和空氣過濾器組件組合而成的空氣調節裝置也是眾所周知的(日本特開平7-284523號公報、特開平7-284522號公報等)。通過光的照射，上述光催化劑生成活性氧等活性材料，因此具有分解周圍的有機物(包含細菌等微生物)的功能。因此，在這種裝置中，通過采用光催化劑的無菌化機構過濾器(組件)將惡臭原因的有機物分解、除去，進行抗菌除臭，再由上述的空氣過濾器組件收集、除去浮游粒子。
但是，在采用上述化學過濾器的空氣清潔系統中，吸附劑的吸附量是有限度的，通常為一年的壽命。因此，在這種空氣清潔系統中，為了化學過濾器的更換就必須停止無塵室等的工作，給無塵室內的工作帶來麻煩。而且，采用光催化劑的空氣清潔裝置由于解決壽命問題而使用二個組件，所以空氣清潔裝置的形狀增大，不能有效地利用空間且成本也增加。
發明的公開因此，本發明的目的是提供一種過濾器濾材及空氣過濾器組件，可構成具有除去空氣中浮游粒子的功能、用于除臭及抗菌等的分解有機物的功能、壽命長且小型的結構緊湊的空氣清潔系統。
為達到上述目的，本發明的過濾器濾材具有光催化劑功能。
這樣，如果使過濾器濾材本身具有光催化劑功能，則該過濾器就同時具有浮游粒子收集功能和分解有機物的功能，可實現采用該過濾器的空氣過濾器組件的小型化和結構緊湊化。而且，由于光催化劑功能沒有壽命的問題，所以本發明的過濾器濾材及采用該濾材的空氣過濾器組件的壽命長。
在本發明的過濾器濾材中，最好的式樣是以下所示的第1過濾器濾材和第2過濾器濾材。
上述第1過濾器濾材具備具有光催化劑功能的透氣層及具有浮游粒子收集功能的透氣層。
在上述第1過濾器濾材中，具有光催化劑功能的透氣層最好是由加入光催化劑的氟樹脂形成。如上所述，由于光催化劑具有分解有機物的功能，所以在由有機物形成加入這一功能的構件的情況下，其加入部分將劣化。但是，如果采用氟樹脂，則可防止這種劣化。在本發明中最好采用氟樹脂就是基于這一理由。在氟樹脂中，最合適的是聚四氟乙烯(以下稱為「PTFE」)。這是因為PTFE是非常穩定的樹脂，不會因光催化劑而劣化，而且不必擔心發生硼等不純物，非常適合作為過濾器濾材的構成材料。
在上述第1過濾器濾材中，具有光催化劑功能的透氣層最好是由加入光催化劑的氟樹脂制的多孔質膜形成。
在上述第1過濾器濾材中，具有光催化劑功能的透氣層最好是由PTFE纖維化并具有相互纏繞在一起的結構的PTFE拉伸多孔質膜構成。這種結構的多孔質膜，由于光催化劑配置在纖維表面上，并且其表面面積也較大，所以光催化劑作用的效果大，而且還具有除去浮游粒子的功能。
在上述第1過濾器濾材中，具有光催化劑功能的透氣層最好是由在水性分散體中的PTFE一次粒子的凝結時與光催化劑粉末共存，并共同沉析而得到的含有光催化劑的PTFE二次粒子粉末制造的。這是因為這樣的透氣層可大量地含有光催化劑。在這種情況下，PTFE中的光催化劑的比例最好是在10.1～40重量％的范圍內或超過30重量％而在50重量％以下的范圍內。
在上述第1過濾器濾材中，為了提高機械強度，最好具備透氣性層支持層。
上述第2過濾器濾材具備具有光催化劑功能的透氣性支持層及具有浮游粒子收集功能的透氣層。
在上述第2過濾器濾材中，具有光催化劑功能的透氣性支持層最好是由加入光催化劑的氟樹脂纖維制的織物和無紡布中至少一方的布匹形成的。
在上述第2過濾器濾材中，具有光催化劑功能的透氣性支持層最好是由加入光催化劑的紙形成的。
在上述第2過濾器濾材中，具有光催化劑功能的透氣性支持層最好是由在水性分散體中的PTFE一次粒子的凝結時與光催化劑粉末共存并共同沉析而得到的含有光催化劑的PTFE二次粒子粉末制造的PTFE纖維構成的。這是因為這種透氣性支持層可大量地含有光催化劑。在這種情況下，PTFE中的光催化劑的比例最好是在10.1～40重量％的范圍內或超過30重量％而在50重量％以下的范圍內。
而且，在本發明的過濾器濾材中，光催化劑最好是金屬氧化物。其中，最好是光催化劑功能優良的銳鈦礦型氧化鈦。最佳的是銳鈦礦型二氧化鈦(以下簡稱「氧化鈦」)。另外，作為具有光催化劑功能的金屬氧化物，可列舉出例如鈦、鋅、銅、鋁、錫、鐵和鎢等各種金屬的氧化物，可根據過濾器濾材的用途適當地選擇使用。
而且，由于與上述同樣的理由，在本發明的過濾器濾材中，具有浮游粒子收集功能的的透氣層最好是通過將PTFE拉伸處理而纖維化，并相互纏繞在一起而形成的多孔質膜。本發明的空氣過濾器組件為上述本發明的過濾器濾材在被彎折成波狀的狀態下收存在框體內，并將上述過濾器濾材和上述框體之間的間隙密封的裝置。本發明的空氣過濾器組件是小型且結構緊湊。
在本發明的空氣過濾器組件中，上述第1及第1過濾器濾材被彎折成波狀，該過濾器濾材最好是在具有光催化劑功能的透氣層位于氣流上流側，具有浮游粒子收集功能透氣層位于氣流下流側的狀態下被收存在框體內，并將上述過濾器濾材和上述框體之間的間隙密封。
根據這種結構，由于即使光催化劑脫落也會被具有浮游粒子收集功能的透氣層所收集，所以無塵室等不會被光催化劑污染。
附圖的簡要說明

圖1為本發明過濾器濾材的一實施例結構的剖視圖。
圖2為本發明過濾器濾材的其它實施例結構的剖視圖。
圖3為本發明過濾器濾材的另一實施例結構的剖視圖。
圖4為本發明過濾器濾材的再一實施例結構的剖視圖。
圖5為本發明空氣過濾器組件中的光源配置一例的立體圖。
圖6為本發明空氣過濾器組件中的光源配置的另一例的立體圖。
圖7為本發明空氣過濾器組件的一實施例結構的立體圖。
圖8為上述空氣過濾器組件的過濾器濾材的彎折狀態的剖視圖。
圖9為輥式拉伸裝置結構一例的結構圖。
圖10為拉幅式拉伸裝置結構一例的結構圖。
圖11為制造無紡布的裝置結構一例的結構圖。
圖12為空氣循環系統結構的結構圖。
實施發明的最佳方式以下，對本發明的實施例加以說明。首先，參照圖1～圖4的剖視圖，對本發明的過濾器濾材的構成例加以說明。
圖1所示的本發明的過濾器濾材1為單層，該層兼有浮游粒子收集功能和光催化劑功能。這種結構是最基本的結構，而要用于實用，則最好是后述的結構。
圖2所示的本發明的過濾器濾材是積層具有光催化劑功能的透氣層2和具有浮游粒子收集功能的透氣層3而構成的。這種過濾器濾材相當于上述第1過濾器濾材。如上所述，具有光催化劑功能的透氣層2最好是由加入光催化劑的氟樹脂等形成的，特別是，最好是通過拉伸處理加入光催化劑的PTFE薄膜，使PTFE纖維化并相互纏繞在一起而形成的多孔膜。而且，上述具有浮游粒子收集功能的透氣層3最好是通過拉伸處理PTFE薄膜，使PTFE纖維化并相互纏繞在一起而形成的多孔質膜。
圖3所示的本發明的過濾器濾材為在圖2所示的過濾器濾材中，積層具有光催化劑功能的透氣層2和具有浮游粒子收集功能的透氣層3，在該積層體的兩表面上形成透氣性支持層4(4a、4b)。透氣性支持層4可使用無紡布、織物、網狀物和其它多孔膜等透氣性支持材料。上述支持材料的材質可以是烯烴(例如，聚乙烯、聚丙烯等)、尼龍、聚酯、芳族聚酰胺、這些材料的復合物(例如，芯鞘結構的纖維構成的無紡布、由低熔點材料層和高熔點材料層構成的雙層結構的無紡布等)、氟類透氣性材料「例如PFA(四氟乙烯-全氟化烷基乙烯基醚共聚物)的網狀物、FEP(四氟乙烯-六氟丙烯共聚物)的網狀物和PTFE的多孔膜等」。上述支持材料中，最好是由芯鞘結構的纖維構成的無紡布，由低熔點材料層和高熔點材料層構成的雙層結構的無紡布等。這是因為這些加強材料在層壓時不會收縮。
圖4所示的過濾器濾材為上述第2過濾器濾材的一實施例。即這種過濾器濾材為在具有浮游粒子收集功能的透氣層3(透氣層3不必一定是一層)的兩面上積層透氣性支持層5(5a、5b)，其中至少一層具有光催化劑功能。如上所述，上述透氣性支持層5最好是由加入光催化劑的氟樹脂纖維制的織物和無紡布中至少一方的布匹或加入光催化劑的紙形成的。
本發明的過濾器濾材的用途并沒有特別的限制，例如，可適用于中性能、HEPA(高效粒子氣流)和ULPA(超低穿透氣流)等各種空氣過濾器組件等。
在上述第1過濾器濾材中，通常，具有光催化劑功能的透氣層的厚度為0.5～100μm，具有浮游粒子收集功能的透氣層的厚度為0.5～1000μm，包含透氣性支持層的整體厚度為10～2000μm。而且，在上述第2過濾器濾材中，通常，具有光催化劑功能的透氣性支持層的厚度為10～2000μm，具有浮游粒子收集功能的透氣層的厚度為0.5～1000μm，整體厚度為10～3000μm。
以下，對上述第1過濾器濾材的制造方法加以說明。這種過濾器濾材可通過例如制成含有氧化鈦的未燒成PTFE單向拉伸薄膜及半燒成PTFE單向拉伸薄膜，將其相互重合，然后通過在寬度方向上拉伸而制成。另外，根據需要，也可在寬度方向上拉伸后再層壓透氣性支持構件。
首先，制成含有氧化鈦的PTFE未燒成單向拉伸薄膜。
準備乳液聚合PTFE粒子的水性分散液(A)和氧化鈦的水性分散液(B)。上述乳液聚合PTFE粒子通常是數平均分子量為200～1000萬，平均粒徑為0.1～0.4μm。而且，乳液聚合PTFE粒子的濃度通常為10～30重量％。另一方面，上述氧化鈦的平均粒徑通常為5～100nm，并且通常為粉末、10～30重量％的水性分散體。然后，將上述二種水性分散液放入具備攪拌葉和溫度調節護封的沉析槽中攪拌，在PTFE粒子凝結的同時也使氧化鈦粉末共沉析，使PTFE一次粒子的凝結粒子中混入氧化鈦，生成二次凝結粒子。然后，利用網狀物等將上述二次凝結粒子從水相中分離，通過恒溫器等干燥，調制出含有氧化鈦的PTFE粉末。這樣，當由上述兩分散液共沉析而制成含有氧化鈦的PTFE粉末時，可使其更多地含有氧化鈦(例如，最好是在10.1～40重量％的范圍內或超過30重量％而在50重量％以下的范圍內)，由于后述的易拉伸和氧化鈦易于均勻地位于PTFE纖維表面上而是所希望的。通常，最好將這種PTFE粉末調整成含有1～50重量％的氧化鈦，平均粒徑為300～2000μm的顆粒，而且表觀密度大概為300～700g/升。
接著，通過以往公知的糊狀擠壓法，將上述含有氧化鈦的PTFE粉末成形為規定的形狀。在成形時，相對于上述含有氧化鈦的PTFE粉末的100份重量單位，通常以20～35份重量單位的比例配合有成形助劑(液狀潤滑劑)。上述成形助劑可使用例如以往在糊狀擠壓法中使用的助劑。而且，也可在上述糊狀擠壓法之前進行預備成形。一般來說，在上述PTFE粉末和成形助劑的混合物預備成形后，通過糊狀擠壓機擠壓成形為棒狀，用軋輥等將該擠壓成形物輥軋成薄膜狀，然后再將成形助劑干燥并除去，從而獲得含有氧化鈦的未燒成PTFE薄膜。
然后，將上述含有氧化鈦的未燒成PTFE薄膜沿縱長方向(MD方向，軋制方向)單向拉伸。例如可用圖9所示的輥式拉伸裝置進行拉伸。即，在這種裝置中，從放出輥21通過輥23、24和25將上述未燒成PTFE薄膜送到輥26、27，在此，向MD方向拉伸規定倍率。該拉伸原理是根據輥26、27的卷繞速度大于放出輥21的薄膜送出速度。被拉伸的薄膜以輥28、29、熱定形輥10、冷卻輥11和輥12的順序輸送，最終卷收在卷收輥22上。通常，上述拉伸倍率為5～30倍。而且，拉伸時的溫度通常為150～320℃。
另一方面，制造半燒成PTFE單向拉伸薄膜。另外，關于半燒成PTFE薄膜，在日本特開昭59-152825號公報中有詳細記載，關于燒成度，在日本特開平5-202217號公報中有記載，本發明即根據于此。
即，首先，與上述相同，用PTFE細粉末及成形助劑，由通常的加工法進行糊狀擠壓，軋制，成形助劑的干燥除去而制成半燒成PTFE薄膜。上述PTFE細粉末和成形助劑的配合量等諸條件可適當確定。這樣，用上述輥式拉伸裝置(參照圖9)，沿縱長方向(MD方向，軋制方向)拉伸半燒成PTFE薄膜。這時的拉伸倍率通常為5～30倍，拉伸時的溫度通常為200～320℃。
接著，將這樣獲得的含有氧化鈦的未燒成PTFE單向拉伸薄膜和半燒成PTFE單向拉伸薄膜重合，沿寬度方向(TD方向)進行雙向拉伸。這種TD方向的拉伸可用例如圖10所示的拉幅式拉伸裝置進行。這種裝置為可用夾鉗連續地將沿縱長方向(MD方向)被拉伸的薄膜的寬度方向兩端夾住的裝置。即在這種裝置中，上述含有氧化鈦的未燒成PTFE單向拉伸薄膜和半燒成PTFE單向拉伸薄膜從二個放出卷筒31(31a、31b)分別放出后立即重合，在這種狀態下，經過控制輥32，順序地通過預熱恒溫器33，寬度方向拉伸恒溫器34，熱固定恒溫器35，在通過時進行寬度方向的拉伸處理和熱固定處理。這樣，寬度方向拉伸的薄膜被送到層壓輥38、39，根據需要與從無紡布等透氣性支持材料放出輥36、37送出的透氣性支持材料層壓。然后，層壓薄膜經卷收控制輥40而最終卷收在卷收筒41上。另外，TD方向的拉伸，拉伸倍率通常為5～50倍，拉伸溫度為200～300％。而且，上述半燒成PTFE單向拉伸薄膜預先至少是二枚重疊地使用，但從機械強度和收集效率的觀點來看是所希望的。
這樣，制成圖3所示結構的過濾器濾材。在這種過濾器濾材中，具有光催化劑功能的透氣性層2是由含有氧化鈦的PTFE纖維相互纏繞在一起而形成的多孔質膜構成，具有浮游粒子收集功能的透氣層3是由PTFE纖維相互纏繞在一起而形成的多孔質膜構成，透氣性支持層4是由無紡布等形成的。這種過濾器濾材作為HEPA(高效微粒空氣過濾器)和ULPA(超低穿透空氣過濾器)具有充分性能。
在這種過濾器濾材中，透氣性支持層4也可采用活性炭纖維無紡布。活性炭纖維無紡布由于具有同化學過濾器一樣的功能，所以具有優良的除去本發明的過濾器濾材中有機物的功能。同樣，在形成具有光催化劑功能的透氣層2時，將活性炭，沸石等吸附劑和光催化劑一起混合，也可以將其加入在上述透氣層中。
在這種制造方法中，可分別由含有氧化鈦的半燒成PTFE單向拉伸薄膜代替含有氧化鈦的未燒成PTFE單向拉伸薄膜，或由未燒成PTFE單向拉伸薄膜代替半燒成PTFE單向拉伸薄膜。
而且，因為具有由含有氧化鈦的PTFE纖維相互纏繞在一起而形成的多孔質膜構成的光催化劑功能的透氣層2具有浮游粒子收集功能，所以在上述制造方法中，如果在上述規定的條件下，沿寬度方向拉伸含有氧化鈦的未燒成PTFE單向拉伸薄膜，則可制成圖1所示的單層過濾器濾材。
在上述制造方法中，如果省略無紡布等透氣性支持材料的層壓工序，則可制成圖2所示結構的過濾器濾材。
以下，對上述第2過濾器濾材的制造方法加以說明。上述第2過濾器濾材可通過例如層壓具有光催化劑功能的透氣性支持材料和具有浮游粒子收集功能的透氣性薄膜而制成。
首先制造具有光催化劑功能的透氣性支持材料。作為上述透氣性支持材料，可列舉出例如加入光催化劑的PTFE纖維的無紡布，可用圖11的裝置通過以下的方法制成(參照WO 96/10668號公報)。
即，首先，如上述第1過濾器濾材的制造方法中所記載的，制造含有氧化鈦的未燒成PTFE薄膜。這種薄膜的厚度通常為50～250μm。然后，將這種薄膜燒結。燒結溫度通常為350～380℃。接著，與上述相同，用圖9所示的輥式拉伸裝置等沿縱長方向將含有氧化鈦的燒結PTFE薄膜拉伸2.5～10倍。
接著，通過圖11所示的裝置，將這樣獲得的含有氧化鈦的燒結PTFE單向拉伸薄膜(以下，稱為「原反PTFE薄膜」)開纖，制成纖維網，再由此制成無紡布。圖示的裝置具備將原反薄膜開纖，制造纖維網的針刃輥53，將原反薄膜導出到該針刃輥上的原反輥51、52，防止制成的纖維網飛散的護罩54，吸引護罩54內的空氣以收集纖維網的鼓風機55，用于輸送纖維網的傳送帶56和用于由纖維網制造無紡布的一對夾持熱輥58(58a、58b)。上述針刃輥53的發生纖維網一側的半部分位于護罩54的內部，護罩54和夾持熱輥58之間由傳送帶56連接。
采用這種裝置的無紡布制造按以下方式進行。即，從原反輥51(51a、51b)將原反PTFE薄膜導出到針刃輥53上而進行開纖。這時，一般同時從原反輥52(52a、52b)將層壓用的原反薄膜導出到針刃輥53上。這是因為只由PTFE纖維構成的無紡布難以層壓。作為上述其它的原反薄膜，可列舉出例如聚丙烯薄膜，PFA薄膜，聚乙烯薄膜，聚酯薄膜，ETFE薄膜和FEP薄膜等。然后，當上述原反PTFE薄膜和層壓用的原反薄膜同時開纖時，在護罩54的上部發生各種樹脂纖維均勻混合的混合纖維網57，這種混合纖維網57由鼓風機55產生的空氣流被引向護罩54的下方，落在位于此處的傳送帶56的一端上。接著，混合纖維網57由傳送帶56送到夾持熱輥58上，由此在加熱的狀態下被夾持而加工成無紡布59。這樣一來，可制成含有氧化鈦的PTFE纖維的無紡布。無紡布的組成可由原反PTFE薄膜和層壓用原反薄膜的輥筒數(輥數)等調整，而且，無紡布的疏密可根據傳送帶的傳送速度調整。
另外，這種方法雖然是稱為開纖法。但是除此之外，根據將原反薄膜開纖而纖維化的方法(例如，日本特公昭36-22915號公報，特公昭48-8769號公報所記載的方法)，也可制造含有氧化鈦的PTFE纖維無紡布。
另一方面，制造具有浮游粒子收集功能的透氣性薄膜。這種薄膜可通過上述第1過濾器濾材的制造方法中所述的方法制造。通過這種方法制成的透氣性薄膜為PTFE纖維相互纏繞在一起的多孔質化的薄膜。
然后，當層壓上述含有氧化鈦的PTFE纖維無紡布和具有浮游粒子收集功能的透氣性薄膜時，可制成上述第2過濾器濾材。根據上述層壓用原反薄膜的種類適當決定層壓的條件(溫度、壓力等)。另外，也可用上述支持材料(由PP，PET等形成的材料)將具有浮游粒子收集功能的層夾在中間。另外，上述具有浮游粒子收集功能的透氣層除了采用透氣性薄膜之外，還可采用以往一直使用的、例如玻璃纖維性的HEPA或ULPA等過濾器。
作為透氣性支持材料，除了采用含有氧化鈦的PTFE纖維無紡布之外，還可采用先前所例示的以往一直使用的在透氣性支持材料中加入氧化鈦的材料。而且，除了作為上述以往的透氣性支持材料而例示的材料之外，還可列舉出由PFA，FEP，ETFE和PVDF等氟樹脂形成的單絲等。其中，特別是氟樹脂纖維制的織物中加入氧化鈦的材料最好。加入氧化鈦的方法有例如將全氟橡膠作為粘接劑將氧化鈦粘接在透氣性支持材料上的方法。作為上述全氟橡膠，可列舉出四氟乙烯-全氟化甲基乙烯基醚共聚物和四氟乙烯-六氟丙烯共聚物等。而且，粘接方法可列舉出將全氟化橡膠水性分散液和氧化鈦水性分散液混合，再將該混合物涂敷在透氣性支持材料上，之后使其干燥而除去溶劑(水)的方法。
而且，在使用紙作為透氣性支持材料的情況下，也可將全氟橡膠和氧化鈦的混合物含浸在紙中，之后干燥并除去溶劑(水)。這樣一來，在紙的內部中也加入了氧化鈦。
另外，如果采用將全氟橡膠作為粘接劑的加入方法，則除了在上述透氣性支持材料之外，也可在具有浮游粒子收集功能的透氣層等上加入氧化鈦。例如，對于上述玻璃纖維制的HEPA，ULPA等過濾器，采用全氟橡膠，通過上述的方法也可加入氧化鈦。
在這種第2過濾器濾材中，在形成具有光催化劑功能的透氣性支持材料時，如果將活性炭、沸石等吸附劑和光催化劑一起使用，則可具備和化學過濾器相同的功能，進一步提高有機物的除去功能。
以下，對本發明的空氣過濾器組件加以說明。
本發明的空氣過濾器組件為將上述本發明的過濾器濾材在彎折成波狀的狀態下收存在框體內，將上述過濾器濾材和上述框體之間的進行密封的組件。
圖7的立體圖表示本發明的空氣過濾器組件的一例。如圖所示，這種空氣過濾器組件被稱為微摺型組件，過濾器濾材7通常被彎折成寬度為25～50mm的波狀，其波的間隙(波的峰峰之間)通常為2～5mm。這一間隙由用熱融粘接劑(例如，ダィァボンド(商品名))形成條狀或帶狀的數個隔板8保持。隔板8相互間的距離通常為25～50mm。過濾器濾材7收存在由四個框材9a、9b、9c和9d構成的框體內，框體和過濾器濾材7之間的間隙為了保持氣密而密封起來。這種密封可由熱融粘接劑(例如，ダィァボン ド(商品名))進行。本發明的空氣過濾器組件的大小可根據其用途而適當決定。
圖8表示上述過濾器組件中過濾器濾材7的隔板8的局部剖視圖。如圖所示，隔板8形成于彎折成波狀的過濾器濾材的每一波峰上，其截面形狀為沿過濾器濾材的波狀的大致V字形。隔板8的長度由過濾器濾材的彎折幅度而適當決定，通常，上述大致V字形的單側腳長最好約為上述彎折幅度的一半的長度，例如在過濾器濾材的彎折幅度約為40mm的情況下，隔板8的大致V字形的單側腳長最好為20mm。通過隔板8的形成，可保持過濾器濾材7的波狀，使空氣均勻地通過。
在本發明的空氣過濾器組件中，如先前所述，在使用本發明的上述第1和第2過濾器濾材的情況下，最好是在具有光催化劑功能的透氣層位于氣流上流側，而具有浮游粒子收集功能的透氣層位于氣流下流側的狀態下收存在框體內。
本發明的空氣過濾器組件的性能，可通過根據其用途來選擇過濾器濾材而適當設定。
也可使本發明的空氣過濾器組件為組裝有光源的結構。這是因為如果沒有光，就不能發揮光催化劑功能，從而不能獲得除臭、抗菌等效果。作為光源，例如在采用氧化鈦的情況下，最好是使用紫外線燈。而且，組裝形式只要是光照射在具有光催化劑功能的透氣層或具有光催化劑功能的透氣性支持層上，則并無特別的限制。通常，如圖5所示，具有光催化劑功能的透氣層2位于氣流上流側，具有浮游粒子收集功能的透氣層3位于氣流下流側。而且光源配置在氣流的上流側。在該圖中，9為框體。如果是這種結構，則即使萬一光催化劑脫落，也由具有浮游粒子收集功能的透氣層3所收集。而且，將光源(燈)配置在氣流上流側表示可如下地組裝，即在本發明的空氣過濾器組件由于物理上困難的家庭用空氣清潔機中的情況下，如圖6所示，使具有浮游粒子收集功能的透氣層3位于箭頭所示的空氣流的上流側，而使具有光催化劑功能的透氣層2位于空氣流的下流側。在該圖中，9為框體。另外，組裝光源固然很好，當在可利用自然光的情況下就不必組裝光源。
本發明的空氣過濾器組件還可根據其用途，組裝以外的化學過濾器。
本發明的空氣過濾器組件可用于很廣的用途，不必僅限于除去浮游粒子的用途，也非常適用于除去微生物或有機物的用途。例如，可舉出用于半導體制造、醫院、制藥、精密儀器和食品等各種領域中的無塵室。而且適用于半導體制造中的各種裝置，例如擴散爐，潮濕的場所，具有氨等問題的裝置(曝光機)等中。還適用于家庭用空氣清潔機中。
以下，對實施例加以說明。在以下，通過下述的方法測量平均孔徑和壓力損失。
(平均孔徑)
以ASTM F-316-86的記載為基準測量的平均流動孔徑(MFP)作為平均孔徑。實際的測量是用庫耳特氣孔計(Coulter Porometer)「庫耳特電子設備(Coluter Electronics)公司(英國)制」進行的。另外，平均孔徑為一個測量處的數個孔徑的平均值，每一個樣品測量10處，得出10個平均孔徑。
(壓力損失)將樣品切出直徑為47mm的圓形，放置在透過有效面積為12.6cm2的薄膜保持器上，在其入口一側加壓至0.4kg/m2，通過流量計(上島制作所制，以下相同)將從出口一側出來的空氣流量調節到使透過流速為5.3cm/秒，用氣壓表測量這時的壓力損失。
(實施例1)(1)含有氧化鈦的PTFE原料粉末的制造將含有8kg乳液聚合PTFE粒子(數平均分子量500萬，平均粒徑約0.3μm)、濃度為10重量％的水性分散液和含有2kg氧化鈦(日本ァェロジル公司制二氧化鈦P25，平均粒徑為21nm)的水性分散液同時注入帶有攪拌葉和溫度調節護封的沉析槽(容積150升，槽內溫度30℃)，然后進行攪拌，生成PTFE粒子和氧化鈦粒子均勻凝結的二次凝結粒子。利用纖維網從水相中將二次凝結粒子分離出來。然后將二次凝結粒子在恒溫器(13℃)中干燥，從而獲得含有20重量％氧化鈦的PTFE粉末(平均粒徑500μm，表觀密度約450g/升)。
(2)含有氧化鈦的未燒成PTFE薄膜的制造在上述(1)中獲得的含有氧化鈦的PTFE粉末100份重量中混合25份重量的成形助劑(石油溶劑ァィソパ-M，ェクソン公司制)而使其粘狀化。將這種粘狀物通過糊狀擠壓法擠壓成棒狀，再由軋輥軋制，然后通過干燥將成形助劑除去，獲得寬度為200mm、厚度為150μm、連續的含有氧化鈦的未燒成PTFE薄膜。
(3)單向拉伸薄膜的制造將這種未燒成PTFE薄膜制成寬度為160mm之后，采用圖8所示的輥式拉伸機，向MD方向(縱長方向)拉伸10倍。拉伸后的薄膜寬度為145mm。上述的拉伸條件如下。
輥26輥表面溫度為300℃，周速度為1.1m/分輥27輥表面溫度為300℃，周速度為11m/分
(4)半燒成PTFE單向拉伸薄膜的制造另一方面，半燒成PTFE單向拉伸薄膜的制造如下。即，首先，除了采用PTFE薄膜粉末(聚四氟乙烯合成樹脂薄膜粉末F104，ダィキン工業公司制)代替含有氧化鈦的PTFE粉末之外，與上述(2)中記載的方法相同地進行糊狀擠壓，軋制，成形助劑的干燥和除去，制成厚度為100μm的未燒成PTFE薄膜。將這種未燒成PTFE薄膜在338℃的恒溫器中加熱處理45秒，得到燒成度為0.40的半燒成薄膜。然后，采用圖9所示的輥式拉伸機，沿縱長方向將這種半燒成PTFE薄膜拉伸15倍。這時的拉伸條件如下。
輥23、24放出速度為0.5m/分，室溫，薄膜寬度為200mm輥26周速度為4m/分，溫度為300℃輥27周速度為7.5m/分，溫度為300℃輥10周速度為7.5m/分，溫度為25℃輥22卷收速度為7.5m/分，室溫，薄膜寬度為145mm(5)過濾器濾材的制造通過圖10所示的拉幅式拉伸機將含有氧化鈦的未燒成PTFE單向拉伸薄膜和二枚半燒成PTFE單向拉伸薄膜沿寬度方向(TD方向)拉伸約34倍，然后進行熱定形，制成圖2所示結構的薄膜濾材。上述寬度方向的拉伸及熱定形的條件如下。
·薄膜行走速度3m/秒·預熱恒溫器的溫度305℃·寬度方向拉伸恒溫器的溫度320℃·熱固定恒溫器的溫度370℃這樣獲得的薄膜濾材的平均孔徑(測量處隨機選擇的10處)范圍為0.3～0.6μm。
(7)透氣性支持材料的層壓接著上述寬度方向的拉伸，采用圖10所示拉幅式拉伸機的層壓裝置，在過濾器濾材的兩面上在線地層壓無紡布。無紡布的種類及層壓條件如下。
上側無紡布ェルベスT1003WDO(ュニチカ公司制)下側無紡布ェルフィットE0303WDO(ュニチカ公司制)加熱輥溫度190℃
這樣，制成圖3所示結構的過濾器濾材。這種過濾器濾材的壓力損失(測量處隨機選擇的10處)的范圍為25mmH2O～40mmH2O。
(8)空氣過濾器組件的制造以下，采用上述過濾器濾材制造空氣過濾器組件。即，首先準備全長為21m的上述過濾器濾材和氣流出入面的形狀為正方形(正方形一邊的外尺寸610mm)的鋁制框體(進深65mm)。然后，使上述過濾器濾材可收存在上述框體內地將其寬度裁斷并將其打摺，在將其收存在框體內后，用聚氨基甲酸脂粘接劑(KU850，コニシ公司制)將過濾器濾材和框體的間隙密封，制成氣體出入面為正方形(有效尺寸正方形的一邊大致為580mm)的空氣過濾器組件(參照圖7)。另外，在過濾器濾材中，為了保持規則的摺間隔，采用熱融粘接劑形成隔板(參照圖8)。
(9)空氣過濾器組件的性能評價通過以下所示的方法，對空氣過濾器組件的收集效率、氧化鈦粒子的流失及光催化劑功能進行了研究。其結果如下所示。
(收集效率)使含有氧化鈦的PTFE層位于氣流的上流側地將空氣過濾器組件配置在氣流中，在空氣過濾器組件的面速為0.5m/秒的氣流(約為10m3/分的流量，由流量計調整)的條件下，用壓力表測量空氣過濾器組件的壓力損失時，壓力損失為10mmH2O。在這種條件下，使由粒子發生器產生的DOP粒子以濃度為107個/ft3地從上流側流入而測量的過濾器收集性能的結果為將0.1μm～0.12μm的DOP粒子除去了99.9995％。另外，收集效率的測量是采用下流側設置的微粒計數器(LAS-X-CRT，PARTICLE MEASUROING SYSTEM INC.(PMS)公司制(美國)，以下相同)進行的。
(氧化鈦粒子的流失)將可除去0.3μm的粒子99.97％的HEPA過濾器作為預濾器設置在氣流中，除了不使DOP粒子流入之外，與上述空氣過濾器組件的配置和氣流的條件相同，將微粒計數器和可測量7nm以上粒子的凝縮粒子計數器(型號3022A，日本カノマックス公司制)并用，對下流側的微粒進行48小時測量。這種測量是連續48小時使用微粒計數器，每隔一小時使用一分鐘凝縮粒子計數器地間斷使用而進行的。其測量結果為在任一計數器中均未記錄到粒子。從這一結果可知，這種空氣過濾器組件沒有氧化鈦的流失。
(光催化劑功能)在圖12所示的可密封空氣循環系統中配置有空氣過濾器組件63。如圖所示，這種空氣循環系統為六面被壁64所覆蓋的四方形箱體形狀，具備與變速驅動裝置62連接的風扇61，安裝在一側的壁64上的二個黑光燈(ネォルミスス-パ-15W，三菱電機公司制)66，格柵65和形成氣流流路的導向板68。然后，在含有氧化鈦的層與上述二個黑光燈相對面的狀態下將空氣過濾器組件63配置在上述流路途中。上述格柵65也配置在上述流路途中。而且，氣體監控器(1302型，B&K公司制)的檢測部分67位于空氣過濾器組件63和格柵65之間。這種空氣循環系統的整個容積約為2m3。而且，這種空氣循環系統中的空氣循環如下所示。即，當通過變速驅動裝置62使風扇61旋轉時產生氣流。產生的氣流以沿導向板68和壁64流動，通過空氣過濾器組件63，進而通過格柵65，再返回到風扇61的位置的順序進行循環(參照圖中的箭頭)。
采用這種空氣循環系統，按以下進行光催化劑功能的研究。首先，從氣體監控器的檢測部分67使氨氣的濃度達到10ppm地將其導入到空氣循環系統中。然后作為對照，在黑光燈66無燈光的狀態下使空氣循環(風扇送風量2m3/分)48小時之后測量氨的濃度。其結果，氨的濃度沒有變化。接著，點燃黑光燈66，用氣體監控器測量隨時間的變化，24小時后的氨的濃度為8ppm，48小時后的氨的濃度為6ppm，可知氨的濃度減少了。
(實施例2)(1)原反PTFE薄膜的制造除了使薄膜厚度為50μm，薄膜寬度為210mm之外，與實施例1相同地制成含有氧化鈦的未燒成PTFE薄膜。使這種薄膜在溫度為360℃的恒溫器中通過約3分鐘而燒結。然后采用圖9所示的輥式拉伸機將這種燒結薄膜沿薄膜的縱長方向拉伸5倍。這時的拉伸條件如下。
輥26輥的表面溫度為300℃，周速度為1m/分輥27輥的表面溫度為300℃，周速度為5m/分(2)含有氧化鈦的無紡布的制造采用上述原反PTFE薄膜和2登尼爾的聚乙烯纖維絲(束)，通過圖11所示的裝置形成PTFE纖維和聚乙烯纖維的無紡布。這種無紡布的表觀為50g/m2，厚度為300μm，上述兩纖維的重量配合比為1比1，壓力損失為2～3mmH2O。另外，壓力損失的測量與實施例1中無紡布的壓力損失的測量相同。
(3)過濾器濾材的制造首先，與實施例相同地制成半燒成PTFE單向拉伸薄膜，將二枚該薄膜重合，用圖10所示的拉幅式拉伸機，與實施例1相同地沿寬度方向拉伸。然后，通過上述拉幅式拉伸機的層壓裝置，用除了將上側的無紡布換成含有氧化鈦的無紡布之外與實施例相同的方法，在沿寬度方向拉伸的薄膜上層壓二層無紡布，從而制成過濾器濾材。這種過濾器濾材的壓力損失為20～35mmH2O。
(4)過濾器組件的制造和評價除了采用上述的過濾器濾材之外，與實施例1相同地制成空氣過濾器組件。然后，使這種空氣過濾器組件的配置除了將上述含有無紡布的一側配置在氣流上流側之外，與實施例1相同地進行收集效率，氧化鈦的流失和光催化劑功能的評價。其結果如表1所示。
(實施例3)(1)含有氧化鈦的無紡布的制造除了采用10登尼爾的FEP纖維代替聚乙烯纖維，并使夾持熱輥的溫度為300℃之外，與實施例2相同地制成含有氧化鈦的無紡布。這種無紡布的特性是表觀為75g/m2，厚度為310μm，壓力損失為2～4mmH2O，PTFE纖維和FEP纖維的重量比例(PTFE纖維FEP纖維)為2比1。另外，壓力損失的測量與實施例1中的無紡布的壓力損失的測量相同。
(2)過濾器濾材的制造首先，與實施例1相同地制成半燒成PTFE單向拉伸薄膜，將二枚薄膜重合，采用圖10所示的拉幅式拉伸機，與實施例1相同地沿寬度方向拉伸。然后，通過上述拉幅式拉伸機的層壓裝置，除了將上側的無紡布換成含有氧化鈦的無紡布，不用下側的無紡布和使熱輥的溫度為300℃之外，以與實施例1相同的方法，在上述寬度方向拉伸的薄膜上單面層壓含有氧化鈦的無紡布。然后，與實施例1相同，通過層壓裝置，在熱輥溫度為90℃的狀態下將下側無紡布層壓在單面層壓物的另一面上，從而制成過濾器濾材。這種過濾器濾材的壓力損失為20～40mmH2O。
(3)過濾器組件的制造和性能評價除了采用上述過濾器濾材之外，與實施例1相同地制成空氣過濾器組件。然后除了使這種空氣過濾器組件的配置為將上述含有氧化鈦的無紡布一側配置在氣流上流側之外，與實施例1相同地進行收集效率，氧化鈦的流失和光催化劑功能的評價。其結果如表1所示。
(表1)實施例2 實施例3組件的壓力損失 9mmH2O 10mmH2O0.1～0.2的DOP的 99.9994％99.9996％粒子收集性能48小時流失粒子的測量 未測量 未測量光催化劑功能(氨濃度)初始濃度 10ppm10ppm24小時后的濃度 8ppm 7ppm48小時后的濃度 5ppm 5ppm從表1可知，實施例2、3的兩空氣過濾器組件的壓力損失小，收集效率高，具有除去氨的功能，并且不會流出氧化鈦。
(參考例)以下示出作為參考例，將采用共沉析法實施含有氧化鈦的PTFE粉末的調制情況和采用干混料法實施的情況相比較的例子。
(共沉析法)將由乳液聚合獲得的PTFE粒子的水性分散體(平均粒子直徑0.3μm，數平均分子量500萬，濃度10重量％，相當于4kgPTFE的量)和氧化鈦的水分散體(氧化鈦p-25，濃度10重量％，日本ェァ ロジル公司制，相當于1kg氧化鈦的量)在容積50升的攪拌槽內混合攪拌，從而獲得PTFE和氧化鈦的凝結物。使這種凝結物在150℃的干燥爐內干燥而除去水分成為粉末(粉末①)。這種粉末①的氧化鈦含有量為20重量％，粉末粒子的平均粒徑為440μm，表觀密度為0.45。
(干混料法)將與上述相同的PTFE粒子的水性分散體在50升的攪拌槽內混合攪拌，從而獲得PTFE的凝結物。使這種凝結物在150℃的干燥爐內干燥而除去水分成為粉末。這種粉末的粉末粒子平均直徑為450μm，表觀密度為0.45。然后，調整這種PTFE粉末和氧化鈦粉末，使其合計重量為500g，裝入2升的聚乙烯制的廣口瓶中，然后振蕩混合。在這種混合中，使以氧化鈦相對于PTFE粉末為5重量％的比例配合制成的粉末為粉末②，使以氧化鈦相對于PTFE粉末為20重量％的比例配合制成的粉末為粉末③。
(成形助劑的配合)將上述粉末①、粉末②和粉末③的各粉末的500重量單位裝入上述廣口瓶中，另外再加入成形助劑(石油溶劑，アイソパ-M，埃克森石油公司制)的25重量單位，使其振蕩而混合。
(各粉末的評價)將添加有成形助劑的上述粉末①、粉末②和粉末③的各粉末在桶體直徑為50mm，壓鑄模直徑為6mm的金屬模具中糊狀擠壓成形，對成形物的成形性(成形物的外觀)進行評價。而且，用砑光輥將這種成形物進行軋制，對軋制性(軋制成厚度為100μm時的外觀)進行評價。然后，對上述軋制薄膜的燒結加工品(燒結溫度370℃)的拉伸性(能否在薄膜寬度為20mm，卡盤管為50m，拉伸溫度為300℃的狀態下拉伸5倍)和上述軋制薄膜的燒結加工品上的氧化鈦的分布狀態(從薄膜隨機采取5處，在50倍的電子顯微鏡的視野下用微量分析儀掃描)也進行了評價。其評價結果如表2所示。(表2)粉末① 粉末② 粉末③有異常 有異常無異常成形性 成形物不規則成形物表面上局直線性的形成物地蛇行 部發生龜裂無異常 有異常 有異常軋制性穩定的長條狀薄膜薄膜寬度不穩定 薄膜有時中斷有異常 有異常無異常拉伸性 10個樣品中有所有樣品破裂穩定地拉伸2-3個破裂氧化鈦的均勻不太均勻非常不均勻分布狀態從表2可知，如果通過共沉析法對含有氧化鈦的PTFE粉末進行調制，則即使使氧化鈦的含有量增多，也具有優良的成形性，軋制性，拉伸性和氧化鈦的分布等各特性。與此相對，通過干混料法調制含有氧化鈦的PTFE粉末時，上述各特性則變劣。
工業上應用的可能性如上所述，本發明的過濾器濾材兼備浮游粒子收集功能和光催化劑功能。因此，采用該濾材的本發明的空氣過濾器組件比以往的空氣清潔裝置小型且結構緊湊。而且，由于光催化劑沒有壽命問題，所以，本發明的過濾器濾材和采用該濾材的空氣過濾器組件壽命長。因此，如果采用本發明的空氣過濾器組件，則在以除去浮游粒子、除去有機氣體、除臭和抗菌等為目的的用途中，可有效地利用空間，而且由于壽命也長，所以可不必停止工作地連續使用無塵室等。其結果，在半導體，精密儀器，制藥和食品等各種領域中，有望低成本地制造高品質的產品。而且，如果將本發明的空氣過濾器組件用于家庭用空氣清潔機或醫療用空氣清潔機等中，則可通過小型且結構緊湊的空氣清潔機使生活環境或醫療現場清潔舒適。
權利要求
1.一種具有光催化劑功能的過濾器濾材。
2.根據權利要求1所述的過濾器濾材，具備具有光催化劑功能的透氣層和具有浮游粒子收集功能的透氣層。
3.根據權利要求2所述的過濾器濾材，具有光催化劑功能的透氣層由加入光催化劑的氟樹脂形成。
4.根據權利要求3所述的過濾器濾材，加入光催化劑的氟樹脂為聚四氟乙烯。
5.根據權利要求4所述的過濾器濾材，具有光催化劑功能的透氣層由具有聚四氟乙烯纖維化并相互纏繞在一起的結構的聚四氟乙烯拉伸多孔質膜構成。
6.根據權利要求5所述的過濾器濾材，具有光催化劑功能的透氣層是由含有光催化劑的聚四氟乙烯的二次粒子粉末構成的，該二次粒子粉末是在水性分散體中的聚四氟乙烯一次粒子凝結時，使光催化劑共存于其中并共沉析而獲得的。
7.根據權利要求6所述的過濾器濾材，聚四氟乙烯中的光催化劑的比例為10.1～40重量％的范圍內。
8.根據權利要求6所述的過濾器濾材，聚四氟乙烯中的光催化劑的比例為超過30重量％而在50重量％以下。
9.根據權利要求2～8中任一項所述的過濾器濾材，具備透氣性支持層。
10.根據權利要求1所述的過濾器濾材，具備具有光催化劑功能的透氣性支持層及具有浮游粒子收集功能的透氣層。
11.根據權利要求10所述的過濾器濾材，具有光催化劑功能的透氣性支持層是由加入光催化劑的氟樹脂纖維制的織物及無紡布中至少一方的布匹形成的。
12.根據權利要求10所述的過濾器濾材，具有光催化劑功能的透氣性支持層是由加入光催化劑的紙形成的。
13.根據權利要求10所述的過濾器濾材，具有光催化劑功能的透氣性支持層是由聚四氟乙烯纖維構成的，該聚四氟乙烯纖維是從含有光催化劑的聚四氟乙烯二次粉末中制成的，該聚四氟乙烯二次粉末是由水性分散體中的聚四氟乙烯一次粒子凝結時，使光催化劑共存于其中并共沉析而獲得的。
14.根據權利要求13所述的過濾器濾材，聚四氟乙烯中的光催化劑的比例為10.1～40重量％的范圍內。
15.根據權利要求13所述的過濾器濾材，聚四氟乙烯中的光催化劑的比例為超過30重量％而在50重量％以下。
16.根據權利要求1所述的過濾器濾材，光催化劑為金屬氧化物。
17.根據權利要求16所述的過濾器濾材，金屬氧化物為銳鈦礦型氧化鈦。
18.根據權利要求2所述的過濾器濾材，具有浮游粒子收集功能的透氣層為通過將聚四氟乙烯薄膜進行拉伸處理，使聚四氟乙烯纖維化并相互纏繞在一起而形成的多孔質膜。
19.一種空氣過濾器組件，將權利要求1所述的過濾器濾材在被彎折成波狀的狀態下收存在框體內，將上述過濾器濾材和上述框體之間的間隙密封。
20.一種空氣過濾器組件，將權利要求2所述的過濾器濾材彎折成波狀，在具有光催化劑功能的透氣層位于氣流上流側，而具有浮游粒子收集功能的透氣層位于氣流下流側的狀態下，將該過濾器濾材收存在框體內，將上述過濾器濾材和上述框體之間的間隙密封。
全文摘要
一種過濾器濾材和空氣過濾器組件,可構成具有除去空氣中浮游粒子的功能和用于除臭及抗菌等的有機物分解功能、壽命長且小型、結構緊湊的空氣清潔系統。將含有氧化鈦的未燒成PTFE單向拉伸薄膜和半燒成PTFE單向拉伸薄膜重合,將其同時沿寬度方向拉伸而形成積層薄膜,通過在這種積層薄膜的兩面上層壓樹脂制的無紡布而制成過濾器濾材。在這種過濾器濾材中,含有氧化鈦的PTFE薄膜層成為具有光催化劑功能的透氣層(2),未含有氧化鈦的PTFE薄膜層成為具有浮游粒子收集功能的透氣層(3),樹脂制的無紡布層成為透氣性支持層(4a)、(4b)。
文檔編號B01D39/16GK1244134SQ98801902
公開日2000年2月9日 申請日期1998年1月16日 優先權日1997年1月20日
發明者田丸真司, 山本勝年, 楠見智男, 淺野純 申請人:大金工業株式會社