(57)【要約】【課題】本発明の目的は、特に０．３μｍ以下の微粒子捕捉に関し、高度な捕集効率を実現するフィルターを提供する。【解決手段】光触媒と捕集剤とを含有する繊維を用いて作成したフィルター用繊維構造体。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
光触媒と捕集剤とを含有する繊維を一部または全部を用いて作成したフィルター用繊維構造体。
【請求項２】
捕集剤が金属リン酸塩である請求項１に記載のフィルター用繊維構造体。
【請求項３】
捕集剤が二価若しくは三価の金属の水酸化物である請求項１または２に記載のフィルター用繊維構造体。
【請求項４】
捕集剤が金属リン酸塩および二価若しくは三価の金属水酸化物の混合物である請求項１〜３いずれか１項に記載のフィルター用繊維構造体。
【請求項５】
光触媒が光半導体である請求項１〜４いずれか１項に記載のフィルター用繊維構造体。
【請求項６】
光触媒が酸化酸化物半導体である請求項１〜５いずれか１項に記載のフィルター用繊維構造体。
【請求項７】
光触媒が二酸化チタンである請求項１〜６いずれか１項に記載のフィルター用繊維構造体。
【請求項８】
光触媒と捕集剤とを含有する繊維において、光触媒を０．１〜２５質量％含有する請求項１〜７いずれか１項に記載のフィルター用繊維構造体。
【請求項９】
光触媒と捕集剤とを含有する繊維において、捕集剤を１〜２５質量％含有する請求項１〜８いずれか１項に記載のフィルター用繊維構造体。
【請求項１０】
請求項１〜９いずれか１項に記載のフィルター用繊維構造体を用いた微粒子補足フィルター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クリーンルーム向けの空気清浄フィルターなど、通常のフィルターでは捕捉しにくい０．３μｍ以下の微粒子の捕捉にも有効な、フィルター用繊維構造体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体分野をはじめとする各種エレクトロニクス分野においては、クリーンルーム内での製造が一般的であるが、近年その清浄度につき、ますます高度なものが要求されるようになってきている。これに対応すべく、クリーンルーム内の空気清浄化のためのフィルターも種々、開発されている。高度のろ過性能を実現するためには、当然ろ過のメッシュサイズを下げて行くことが必要になる。例えば、有機繊維状フィブリルを混合した濾過材が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。しかしながら、これらの文献では有機繊維状フィブリルの配合比率が高いために非常に緻密なものになって通気性が低下する。
近年ミクロンレベルのメッシュサイズを持つＨＥＰＡフィルターも登場し、０．３μｍ以下の微粒子の捕捉も実用化されている。しかし、メッシュサイズのダウンには限界があり、実際０．３μｍ以下の微粒子の捕捉効率は必ずしも満足できるのもではなかった。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５７−１３２５２２号公報
【特許文献２】
特開昭５８−２０５５２０号公報
【特許文献３】
特開昭５８−２０８４９８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、特に０．３μｍ以下の微粒子捕捉に関し、高度な捕集効率を実現するフィルターを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を行ってきた結果、光触媒と水分を有する捕集剤とを組み合わせた組成物を含有する繊維を用いた繊維構造体が、本課題を達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００６】
すなわち、本発明は光触媒と捕集剤とを含有する繊維を一部または全部を用いて作成したフィルター用繊維構造体である。捕集剤は、金属リン酸塩、および／または二価若しくは三価の金属の水酸化物で構成されることが好ましく、光触媒には光半導体、例えば酸化チタンなどの酸化物半導体が含まれることが好ましい。また、光触媒の含有量は繊維全体に対して好ましくは、０．１〜２５質量％、捕集剤の含有量は１〜２５質量％の範囲から好ましく選択できる。
【０００７】
前記繊維において、光触媒と捕集剤とを繊維に含有させる方法としては、例えば、繊維表面に光触媒と捕集成分とを担持させる方法、光触媒と捕集剤と繊維形成性樹脂とを含む樹脂組成物を紡糸して、繊維中に含有させる方法などが挙げられる。
【０００８】
なお、本明細書において、特に言及しない限り、上記紡糸および担持による含有を総称して、単に「含有」といい、金属リン酸塩や二価若しくは三価の金属の水酸化物などの水分を有する捕集剤を、単に「捕集剤」という。そして、水分を有するとは、単に溶質分子あるいはイオンがその周囲に数個の水分子を引き付けて結合し、１つの分子集団を作る現象、結晶水構造を有する現象、水和現象や吸湿性によって水分が付着する状態をいう。そして好ましくは、水和の状態をいう。
また、周期表の族番号はＩＵＰＡＣ無機化学命名法委員会命名規則１９７０年版による。
【０００９】
【発明の実施の形態】
光触媒と捕集剤とを含有する繊維は、特に限定しないが、ナイロン、ポリエステル、アクリル、ポリウレタン系樹脂で代表される合成繊維、アセテート、トリアセテート等で代表される半合成繊維、レーヨン、ポリノジック、キュプラ等で代表される再生繊維の長繊維が好ましく、耐久性、繊維のフィブリル化の点から、合成繊維の長繊維がより好ましい。また、繊維構造体の形態も用途に応じて、織物、編物、不織布などフィルターとして適した種々の形態をとることができる。
【００１０】
本発明において、繊維中に光触媒と捕集剤とを含有させる方法も特に限定されないが、例えば、接着性樹脂などの結合剤を用いて繊維の表面脱落しないように付着させる方法、光触媒と捕集剤とを必要に応じて結合剤を含む分散液に繊維を含浸させる方法、前記分散液を繊維、または生地に噴霧、コーティングする方法など慣用の手法が採用できる。
【００１１】
結合剤としては、公知の結合目的の樹脂であれば特に限定はない。例えば、溶媒可溶性ポリオレフィン、ポリ酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニルなどのビニル系モノマー、アクリル樹脂、スチレン系樹脂、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタンなどの熱可塑性樹脂、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂を使用してもよい。
【００１２】
本発明において、繊維中に光触媒と捕集剤とを含有させる別の方法として、光触媒と捕集剤と繊維形成性樹脂とを含む樹脂組成物を紡糸する方法がある。この場合、光触媒と捕集剤とが繊維全体に均一に含有する繊維であってもよく、また光触媒と捕集剤との濃度が高い層と低い層とからなる、複合構造からなる複合繊維、たとえば繊維表面に高濃度の層を、芯側に光触媒と捕集剤を低濃度または含まない層として配置した複合繊維であってもよい。
【００１３】
本発明の、光触媒と捕集剤とを含有する繊維の断面形状は、特に限定されず、例えば、丸型断面の他、異形断面（例えば、中空状、偏平状、楕円状、多角形状、３〜１４葉状、Ｔ字状、Ｈ字状、Ｖ字状、ドッグボーン（Ｉ字状）など）であってもよい。塵埃捕集効率を高めるためには、比表面積の大きな異形断面繊維が有利である。さらに、前記複合構造と異形構造とを組み合わせた繊維であってもよい。
【００１４】
本発明において光触媒と捕集剤を含有する繊維を用いて繊維構造体を作成することができるが、その際、該繊維を全部用いてもよいし、一部用いた繊維構造体、たとえば経糸をレギュラー糸、緯糸に該繊維を用いた織物とすることも可能である。そして、本発明の繊維を１０％以上用いた生地であることが好ましく、２０％以上がより好ましく、５０％以上がさらに好ましい。
さらに、本発明の繊維構造体の構造はフィルターの用途や要求デザインにより適宜選択され特に限定されないが、微粒子の捕捉に際して、好ましくはフィルターを厚み方向に透視したときの繊維間隙部分の最長部分が平均１μｍ以下、より好ましくは平均０．５μｍ以下である。繊維間隙部分の最長部分の測定方法はフィルターを光学顕微鏡等で拡大して測定することが好ましい。
なお、本発明のフィルター用繊維構造体に他の構成のフィルターを積層する方法は、本発明の目的効果を損なわない範囲であれば用いることができる。
【００１５】
本発明で使用される光触媒とは、紫外線や可視光線などの光線の照射により活性酸素を発生させ、また超親水化現象を引き起こす機能を有するものをいう。光触媒としては、有機または無機を問わず、種々の光半導体が使用できるが、無機半導体である場合が多い。光触媒としては、ＣｄＳ、ＺｎＳなどの硫化物半導体、ＴｉＯ２，ＺｎＯ，ＳｎＯ２，ＷＯ３などの酸化物半導体が好ましく、特に酸化物半導体、例えばＴｉＯ２，ＺｎＯなどが好ましい。前記光触媒の構成する光半導体の結晶構造は特に制限されない。例えば、ＴｉＯ２はアナターゼ型、ブルカイト型、ルチル型、アモルファス型などのいずれであってもよい。
【００１６】
光触媒の使用量は、繊維の構造に応じて触媒活性を損なわない範囲から選択でき、繊維全体に対して０．１〜２５質量％、好ましくは０．３〜１５質量％である。
【００１７】
金属リン酸塩を形成する金属は、特に限定されないが該リン酸塩が水不溶性または難溶性のものが用いられやすい。また、空気清浄化の目的からすれば、有害な重金属類は避けることが好ましい。好ましい金属リン酸塩を形成する金属としては四価の金属であり、リン酸塩を形成する四価金属は、四価の金属である限り、周期表における族は特に限定されない。四価金属には、周期表４族元素、例えば、４Ａ族元素、４Ｂ族元素が含まれる。これらの金属のうち、周期表４Ａ族元素に属する金属、例えば、チタン、ジルコニウム、ハフニウムや、４Ｂ金属元素、例えばスズ、ゲルマニウム、鉛等が好ましい。
リン酸塩を構成するリン酸には、種々のリン酸、例えばオルトリン酸、メタリン酸、ピロリン酸、三リン酸、四リン酸などが含まれる。なお本明細書において、特に言及しない場合、「リン酸」はオルトリン酸を意味する。
【００１８】
さらに、前記リン酸塩は、結晶質塩であってもよいが、好ましくは非晶質塩である。これらの金属リン酸塩は、単独または２種以上組み合わせて使用できる。そして、前記リン酸塩は水和状態となりやすく、水分を有する捕集剤として有効である。
【００１９】
水酸化物を形成する二価若しくは三価の金属は、周期表の族の如何を問わず、二価あるいは三価の金属であればよい。二価金属には、例えば、周期表１Ｂ族元素、２Ａ族元素、２Ｂ族元素、６Ａ族元素、７Ａ族元素、８族元素などが挙げられ、三価金属には、３Ａ族元素、３Ｂ族元素、８族元素が挙げられる。これらの二価あるいは三価金属の水酸化物は、単独で使用してもよく、２種またはそれ以上混合して使用してもよい。好ましい二価金属としては遷移金属、例えば、銅、亜鉛、鉄、ニッケルが挙げられ、三価金属としてはアルミ、鉄が挙げられる。
【００２０】
これら二価若しくは三価の金属の水酸化物は、通常、弱酸性ないし弱アルカリ性領域（ｐＨ４〜１０）で水不溶性または難溶性である。また、前記水酸化物は、結晶質であってもよいが、非晶質である場合が多い。そして、前記二価若しくは三価の金属の水酸化物は水和状態となりやすく、水分を有する捕集剤として有効である。
また、四価金属のリン酸塩と二価若しくは三価の金属の水酸化物の混合物であることが好ましい。四価金属のリン酸塩と二価若しくは三価の金属の水酸化物との割合は、触媒活性、塵埃捕集効率を損なわない範囲で選択でき、例えば、金属原糸比換算で、金属原子質量比（二価若しくは三価の金属／四価金属）＝０．１〜１０、好ましくは０．２〜５である。なお、複数のリン酸塩および／または水酸化物の組み合わせを用いる場合、それぞれの金属の総和量に基づく金属原子比が上記範囲内であればよい。また、四価金属のリン酸塩と二価若しくは三価の金属の水酸化物とで構成された組成物は混合ゲルなどのように、共沈などにより複合化していてもよい。
【００２１】
捕集剤として、金属リン酸塩と二価若しくは三価の金属の水酸化物は、おのおの単独でもちてもよいし、両者を複合して用いてもよい。捕集剤の含有量は、繊維全体に対して１〜２５質量％，好ましくは１〜１５質量％である。なお、光触媒の量は、四価金属リン酸塩と二価若しくは三価の金属の水酸化物との合計１００質量部に対して１〜１０００質量部、好ましくは２０〜５００質量部である。
【００２２】
本発明のフィルター用繊維構造体および該繊維構造体からなる微粒子捕捉用フィルターの高度微粒子捕捉効率は、光触媒と微量水分を有する捕集剤との組み合わせにより発現するものと推定される。一般に、粒径数μｍ以下の微粒子では、その付着力は液架橋力が支配的となり、微量水分を有する四価金属のリン酸塩や二価若しくは三価の金属の水酸化物と微粒子との間に水和状態や吸湿状態で代表されるように水が介在する場合に、液架橋力により微粒子は効率的に捕集される。本発明では、捕集剤の有する微量水分が、光触媒効果による超親水化によって該捕集剤の表面にまんべんなく行き渡るため、微粒子は該捕集剤の表面に捕捉されやすくなり、高度の塵埃捕集効果が発現していると考えられる。
【００２３】
【実施例】
以下に、実施例および比較例に基づき本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに実施例に限定されるものではない。
【００２４】
なお、実施例中の塵埃捕集効率は以下の手法により測定した。直径２５ｃｍ、高さ２５ｃｍの円錐に測定する試料生地をセットし、吸引量２．８３リットル／分にて通過した粒径０．３μｍ以下の大気中の塵埃濃度（Ａ）をパーティクルカウンターで測定する。測定直後、円錐より試料生地を取り除き、同様に吸引量２．８３リットル／分にて通過した粒径０．３μｍ以下の大気中の塵埃濃度（Ｂ）をパーティクルカウンターで測定する。それぞれの濃度Ａ，Ｂより、塵埃捕集効率は次式で計算される。
塵埃捕集効率（％）＝（１−Ａ／Ｂ）×１００
尚、測定の直前に塵埃濃度（Ｂ）を測定する方法と同様の測定方法で塵埃濃度を測定しておき塵埃濃度（Ｂ）との濃度差が大きい場合には再測定を行い測定制度を高めることが好ましい。
【００２５】
実施例１
［Ｚｎ（ＯＨ）２−Ｔｉ３（ＰＯ４）４−ＴｉＯ２組成物の調整］
蒸留水１リットルに硫酸チタン溶液（３０ｇ質量％）を添加混合し、該混合液に、リン酸溶液（１５質量％）を滴下混合し白色沈殿物を得た。さらに該混合液に、硫酸亜鉛（ＺｎＳＯ４・７Ｈ２Ｏ）を滴下混合させた。得られた白濁水溶液に、水酸化ナトリウム水溶液（１５質量％）を滴下混合し、ｐＨ７．０として、Ｚｎ（ＩＩ）−Ｔｉ（ＩＶ）を含む白色の混合沈殿物を得た。これに四塩化チタン３７ｇを滴下混合するとともに、水酸化ナトリウム水溶液（１５質量％）をｐＨ７．０になるまで滴下混合し、酸化チタンを含む沈殿物を得た。生成した沈殿物をろ過し、温脱イオン水で十分洗浄した後に、乾燥粉砕し、質量比でＺｎ（ＯＨ）２／Ｔｉ３（ＰＯ４）４／ＴｉＯ２＝３８／２８／３４の組成物を得た。
【００２６】
［繊維の製造］
ＤＭＩＳ２．５ｍｏｌ変性ポリブチレンテレフタレートに上記で得られた組成物を５質量％添加し、常法で混練しつつ押し出し、ペレットを調整した。該ペレットと、繊維用レギュラーＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）とを各々鞘と芯に、質量比率＝５０／５０にて配置した芯鞘型溶融複合紡糸手法により紡糸し、さらに延伸・仮撚加工することにより、芯鞘型複合フィラメント加工糸（１６７デシテックス、４８フィラメント）を得た。
【００２７】
［繊維構造体の製造］
上記にて作成した、芯鞘型複合フィラメント加工糸とともに、レギュラーポリエステル加工糸（１６７デシテックス、４８フィラメント）を用い、ダブルニット丸編機にて目付け２２０ｇ／ｍ２の編地を得た。該生地の塵埃捕集効率は９５％であった。
【００２８】
比較例１
レギュラーポリエステル加工糸（１６７デシテックス、４８フィラメント）を用い、実施例１と同様の規格に沿ってダブルニット丸編機にて、目付け２１６ｇ／ｍ２の編地を得た。該編地の塵埃捕集効率は６４％であった。
【００２９】
実施例１と比較例１の示すとおり、光触媒と捕集剤とを含有する繊維を用いた繊維構造体は高い塵埃捕集効率を有していることがわかる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は、クリーンルーム向けの空気清浄フィルターなど、通常のフィルターでは捕捉しにくい０．３μｍ以下の微粒子の捕捉にも有効な、フィルター用繊維構造体および該繊維構造体を用いたフィルターを提供する。