(57)【要約】【課題】  薄膜であっても機械的強度と耐熱性と耐候性に優れるフィルターを提供する。【解決手段】  ガラス繊維と金属酸化物粒子を含むフィルター。前記金属酸化物粒子の含有量が、前記ガラス繊維の総量に対して０．１〜２０質量％であると好ましい。前記金属酸化物粒子が、アルミナ化合物又はシリカ化合物であると好ましい。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス繊維と金属酸化物粒子を含むフィルター。
【請求項２】
前記金属酸化物粒子の含有量が、前記ガラス繊維の総量に対して０．１〜２０質量％である、請求項１に記載のフィルター。
【請求項３】
前記金属酸化物粒子が、アルミナ化合物である、請求項１または請求項２に記載のフィルター。
【請求項４】
前記金属酸化物粒子が、シリカ化合物である、請求項１または請求項２に記載のフィルター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐候性を有するフィルターに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス繊維をはじめとした無機繊維からなる湿式不織布は、乾式に比べると密度が高く、集塵フィルターに多く適用されている。また、無機繊維からなる不織布であるゆえに耐熱性に優れ、高温下、屋外等の耐候性に優れる。このため、ガラス繊維からなるＨＥＰＡ（High Efficiency Particulate Air Filter）、ＵＬＰＡ（Ultra Low Penetration Air Filter）のようなフィルターが用いられている。
近年大気中の様々な有害物質が報告され、集塵エアフィルターに緻密さ、高機能化が求められている。湿式不織布は水中に繊維やその他材料を分散させ、水を除くことにより、成膜することができ、この特徴から、様々な材料を膜内にとどめることができ、高機能化が可能である。
一方で、湿式不織布を成膜するためにはバインダとなる樹脂またはそれらに代わるバインダ材が必要となる。
【０００３】
通常ガラス繊維のバインダには、ポリアクリルアミド系粘剤やアクリル樹脂を分散液に加え、濾水後ガラス繊維上に定着させ、乾燥後バインダとする方法（例えば特許文献１、２）。また、粘剤と樹脂の機能を同時に備えるポリエーテル等、を用いて製造する方法がある（例えば特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２７４５３０８号公報
【特許文献２】特開平５−１２３５１３号公報
【特許文献３】特開２０００−３０８８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、樹脂をバインダとして用いた場合、高温環境例えば３００℃以上の環境や、屋外のような耐候性の必要な厳しい環境下では、特許文献１や２に用いた樹脂は分解してしまい、フィルターとしての機能を成さない問題があった。また、バインダは通常ガラス繊維に対して１％以下程度であり、薄膜であると強度に乏しい。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、薄膜であっても機械的強度と耐熱性と耐候性に優れるフィルターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、［１］ガラス繊維と金属酸化物粒子を含むフィルターに関する。
また、本発明は、［２］前記金属酸化物粒子の含有量が、前記ガラス繊維の総量に対して０．１〜２０質量％である、上記［１］に記載のフィルターに関する。
また、本発明は、［３］  前記金属酸化物粒子が、アルミナ化合物である、上記［１］または［２］に記載のフィルターに関する。
また、本発明は、［４］  前記金属酸化物粒子が、シリカ化合物である、上記［１］または［２］に記載のフィルターに関する。
本発明は、ガラス繊維と金属酸化物粒子からなる耐熱性と耐候性に優れるフィルターを提供する。
本発明に関わる耐候性に優れるフィルターは、機械的強度にも優れる。機械的強度に優れるため、組み立て性に優れ、薄膜化が可能であり、省スペース化に好まれる。
前記金属酸化物粒子の含有量は、前記ガラス繊維の総量に対して０．１〜２０質量％であることが好ましい。この場合、通気性も維持しながら機械的強度を両立することができる。
前記金属酸化物粒子は、１〜５０ｎｍのサイズであることが好ましい。金属酸化物粒子が小さいことで、ガラス繊維に均一に付着することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、機械的強度にも優れる耐候性を有するフィルターを提供することができる。上記フィルターは、ガラス繊維と金属酸化物粒子からのみなるため、耐熱性・耐候性を有し、高温状況下や屋外での使用にも耐えうることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１で作製したフィルターの電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
本実施形態のフィルターは、ガラス繊維、金属酸化物粒子を含むことを特徴とする。
本実施形態に係るガラス繊維として、ガラス長繊維よりもガラス短繊維が好ましい。またガラス繊維種では、Ｅガラス、Ａガラス、Ｓガラス、Ｃガラス、Ｄガラス何れも構わない。フィルターを用いる場所によりその種類を決めればよい。
ガラス繊維の平均繊維径は、０．１〜５μｍであることが好ましく、０．１〜３μｍであることがより好ましく、０．１〜１μｍであることが更に好ましい。繊維径が細いガラス繊維ほど、フィルターを緻密にすることができ、機械的強度も優れる。
繊維径が太い繊維ほど、抄造時の濾水性に優れるため、生産効率を向上できる。ガラス繊維としては、平均繊維径の等しいものを単独で用いてもよく、平均繊維径の異なるものを２種以上組み合わせて用いてもよい。
ガラス繊維は、フィルターの主材料として用いる。ガラス繊維からなるフィルターの作製方法は、特に限定されず、常法に従って抄造等により得ることができる。
【００１０】
フィルターにおけるガラス繊維の目付量は、３０〜４００ｇ／ｍ２であることが好ましく、１００〜３００ｇ／ｍ２であることがより好ましい。材料量が過度に少なすぎるとフィルターの厚みが減少し、空気が通過する際に破損したり、あるいは集塵機能が低下する。
【００１１】
本実施形態に係る金属酸化物粒子としては、化学的に安定、汎用性、ガラスとの親和性という点から、アルミナ化合物である水性アルミニウム系酸化物や、シリカ化合物である水性シリカ系酸化物が好ましい。
また、アルミニウム系酸化物としては、耐酸性、耐水性、吸水の観点からアルミナが好ましく、シリカ系酸化物としては、耐酸性、耐水性、吸水の観点から、シリカが好ましい。これらは単独で用いても組み合わせてもよい。
【００１２】
アルミナは分散性の面からコロイド状態が好ましい。コロイド状態のアルミナは、ベーマイト結晶、擬ベーマイト結晶、或いは非晶質のアルミナからなり、そしてその形状として、粒状、棒状、繊維状、或いは羽毛状を有することが知られているがこれらの形状は特に問わない。
【００１３】
コロイド状態のアルミナとしての水性アルミナゾルは、加水分解性アルミニウム化合物を、加水分解し、酸性下で解膠することにより製造することができる。加水分解性アルミニウム化合物の種類、及び加水分解や解膠の条件を、適宜選択することにより、無定形、ベーマイト、又は擬ベーマイトであるアルミナ水和物粒子からなる水性アルミナゾルを製造することができる。アルミナ水和物粒子の結晶系としては、ベーマイト又は擬ベーマイトが好ましいものとして挙げられる。加水分解性アルミニウム化合物には、各種の無機アルミニウム化合物、及び有機性の基を有するアルミニウム化合物が包含される。
【００１４】
無機アルミニウム化合物としては、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム等の無機酸の塩、アルミン酸ナトリウム等のアルミン酸塩、水酸化アルミニウム等が例示される。
【００１５】
有機性の基を有するアルミニウム化合物としては、酢酸アルミニウム等のカルボン酸塩、アルミニウムエトキシド、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムｎ−ブトキシド、アルミニウムｓｅｃ−ブトキシド等のアルミニウムアルコキシド、環状アルミニウムオリゴマー、ジイソプロポキシ（エチルアセトアセタト）アルミニウム、トリス（エチルアセトアセタト）アルミニウム等のアルミニウムキレート、アルキルアルミニウム等の有機アルミニウム化合物等が例示される。
【００１６】
これらの化合物のうち、適度な加水分解性を有し、副生成物の除去が容易であることなどから、アルミニウムアルコキシドが好ましく、炭素数２〜５のアルコキシル基を有するものが特に好ましい。水の量は、水性ベーマイトゾル中の繊維状のベーマイト又は擬ベーマイト粒子の濃度が、０．１〜２０質量％になるように調整することが好ましく、更に好ましくは、０．５〜１０質量％になるように調整する。水性ベーマイトゾル中の繊維状のベーマイト又は擬ベーマイト粒子の濃度が、０．１質量％以下の場合は、乾燥に時間を要し、２０質量％以上の場合は、分散液の粘度が高くなる。前記の水性アルミナゾルは、アルコール、ケトン、エーテル、水溶性高分子等を添加することが可能である。所定量の水と、これに加水分解性アルミニウム化合物を添加後、８０〜１７０℃の範囲の温度で、０．５〜１０時間加熱し、好ましくは１００〜１５０℃の範囲の温度で、１〜５時間加熱し、水熱処理する。８０℃未満の場合は、加水分解に長時間を必要とし、また、１７０℃を超える温度で実施しても、加水分解速度の増大は僅かであり、高耐圧容器などを必要とし、経済的に不利である。０．５時間未満の場合は、温度調節が難しく、また、１０時間を超えて加熱しても、工程時間が長くなるだけである。次に、加水分解により得られたアルミナスラリーを、特定量の酸の存在下で加熱することにより解膠する。共存させる酸としては、塩酸、硝酸、蟻酸、酢酸などの一価の酸が好ましく、酢酸が特に好ましい。酢酸の共存量は、加水分解性アルミニウム化合物に対して、０．１〜２モル倍であり、好ましくは０．３〜１．５モル倍である。酸の共存量が０．１モル倍未満の場合は、解膠が十分進行しない。酸の共存量が２モル倍を超える場合は、経時安定性が低下する。アルミナ分散液のｐＨは、２．５〜４であることが好適であり、この場合、ｐＨ調整試薬として、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、又はアンモニア、又はエチルアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、尿素などの有機アミン類等、が使用可能である。無機水酸化物、炭酸塩などは、焼成後も元素が残存してしまうことから、好ましくは有機アミン類である。
【００１７】
使用するゾルの重量減少は、見かけ上、すべて結晶水によるものとした場合、ベーマイトは結晶性、あるいは含水率によってベーマイト、擬ベーマイト、無定形などと慣習的に呼ばれており、例えば、Ａｌ２Ｏ３・ｘＨ２Ｏのｘの値が２．５以上の結晶の場合、ほとんど無定形、非晶質に近いものである。ベーマイトは、市販されているもの、あるいは独自に合成したもののいずれでも好適に用いることができる。市販のベーマイトゾルのｘ≦２．０のベーマイトゾルとしては、ＡＳ−５２０（日産化学工業株式会社製）、ＡＳ−２、ＡＳ−３（いずれも触媒化成株式会社製）、２３Ｎ４−２０、２３Ｎ４−８０（いずれもCondea社製）等が挙げられる。一方、ｘ≧２．５のベーマイトゾルの代表例としては、ＡＳ−１００、ＡＳ−２００（いずれも日産化学工業株式会社製）等がある。合成品の場合には、出発原料、反応温度、時間、ｐＨ、熟成時間などを制御することによって所望の結晶性、結晶性含有量のベーマイトゾルを作製することができる。
【００１８】
なおここでいうアルミナゾルとは、平均の粒径が５〜２００ｍμのコロイドの大きさを有するアルミナ水和物であり、該水和物がいくつか集合して、集合粒子として水中の陰イオンを安定剤として分散している懸濁液（サスペンジョン）である。特に羽毛状に集合したものが好ましく、このような羽毛状アルミナの１個は約６０万個のアルミナ微粒子が集合してできたものであり、それだけ耐熱性、耐薬品性に優れている。懸濁液は、陰イオンがコロイド粒子の表面及びその近傍に配位されてコロイドに安定性を付与しており、通常は弱酸性の懸濁液である。集合粒子の形状は、羽毛状だけではなく、球状のものであってもよい。
【００１９】
シリカも分散性の面からコロイド状態が好ましい。コロイドの形状は粒状、異形型、鎖状、楕円状等があるが、その形状は特に問わない。
本発明において、シリカとは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）によって構成されるシロキサン結合を含む物質であり、コロイダルシリカは、二酸化ケイ素またはその水和物のコロイドであり、分散のための溶媒を有するものである。コロイダルシリカ（シリカゾル）には、溶媒にアルコール、ケトン等の有機溶媒を用いたオルガノシリカゾルが含まれ、オルガノシリカゾルであることが好ましい。シリカ粒子はコロイダルシリカから溶媒を留去したものである。
【００２０】
コロイダルシリカの合成法には、四塩化珪素の熱分解によるアエロジル合成のような気相合成法、水ガラスを原料とする方法や、アルコキシドの加水分解といった液相合成法等があり、いずれも使用可能である。但し、液相の珪酸から合成した場合に、球状無定形の単分散の微粒子が容易に得られるので、好ましい。コロイダルシリカの市販品としては、日産化学工業株式会社の「オルガノシリカゾル」（有機溶媒分散シリカゾル）の各製品、及び、扶桑化学工業株式会社の「高純度オルガノゾル」の各製品を、好ましいものとして挙げることができる。これらは、有機溶媒中にコロイダルシリカが分散したものである。
有機溶媒分散シリカゾルに代えて、水中分散シリカゾル、株式会社ＡＤＥＫＡの「アデライト ＡＴシリーズ」の各製品等を使用することもできる。シリカゾルは、水に分散した場合のｐＨの酸性が、中性、酸性、アルカリ性のいずれであっても良い。
【００２１】
シリカゾルの市販品としては、扶桑化学工業株式会社製「超高純度コロイダルシリカ」クォートロンＰＬシリーズ（品名：ＰＬ−１、ＰＬ−３、ＰＬ−７）、同社製「高純度オルガノゾル」や、日産化学工業株式会社製「コロイダルシリカ（品名：スノーテックス２０、スノーテックス３０、スノーテックス４０、スノーテックスＯ、スノーテックスＯ−４０、スノーテックスＣ、スノーテックスＮ、スノーテックスＳ、スノーテックス２０Ｌ、スノーテックスＯＬ等）」や「オルガノシリカゾル（品名：メタノールシリカゾル、ＭＡ−ＳＴ−ＭＳ、ＭＡ−ＳＴ−Ｌ、ＩＰＡ−ＳＴ、ＩＰＡ−ＳＴ−ＭＳ、ＩＰＡ−ＳＴ−Ｌ、ＩＰＡ−ＳＴ−ＺＬ、ＩＰＡ−ＳＴ−ＵＰ、ＥＧ−ＳＴ、ＮＰＣ−ＳＴ−３０、ＭＥＫ−ＳＴ、ＭＥＫ−ＳＴ−ＭＳ、ＭＩＢＫ−ＳＴ、ＸＢＡ−ＳＴ、ＰＭＡ−ＳＴ、ＤＭＡＣ−ＳＴ、ＰＧＭ−ＳＴ等）」が挙げられる。
【００２２】
金属酸化物粒子の粒径は１ｎｍ〜１００ｎｍが好ましく、より好ましくは５ｎｍ〜５０ｎｍである。粒径が小さいほど繊維と付着する面積が多くなる。
【００２３】
金属酸化物粒子の添加量は、フィルター中のガラス繊維の総量に対して、０．１〜２０質量％であるが、強度と通気性の観点から、０．５〜１０質量％がより好ましく、１〜５質量％が更に好ましい。フィルター中の金属酸化物の割合が多いほど機械的強度が高くなるが、増えすぎるとフィルターの孔が小さくなり、通気性を阻害する。
またフィルターを構成するガラス繊維の平均繊維系が太い程、目的の機械強度を達成するために必要な金属酸化物の割合が増加する傾向にある。
金属酸化物粒子は、ガラス繊維を分散させた分散液中に投入することが好ましい。金属酸化物そのものが、粘剤とバインダの機能を備える。
【００２４】
本実施形態のフィルターの厚さは、０．１〜３．０ｍｍであることが好ましく、０．１〜２．０ｍｍであることがより好ましく、０．１〜１．０ｍｍであることが更に好ましい。上記の厚さにすることで、強度と通気性を両立する。
【００２５】
本実施形態のフィルターは、細い繊維を用いているため、緻密であり、機械的強度が高く、通気性にも優れる。したがって、フィルターに好適に用いることができる。
【００２６】
＜フィルターの製造方法＞
本実施形態のフィルターの製造方法に特に制限は無く、例えば、湿式抄造、乾式抄造等が挙げられる。本実施形態においては、これらの中でも、湿式法に基づく抄造法を採用することが好ましい。この製造方法は、ガラス繊維、金属酸化物粒子及び界面活性剤含むスラリーを調製する工程と、スラリーを抄紙して抄造体を作製する工程と、加圧機を用いて抄造体を厚み方向に圧縮して圧縮体を作製する工程と、圧縮体をガラス繊維が融解する温度以下の温度で熱処理する工程と、を備える。
本フィルターは単独で製造し、製造後フィルターを複数枚重ねても構わないし、フィルターの製造段階で積層させながら製造し、積層させても構わない。
【００２７】
＜スラリーを調製する工程＞
本工程において、ガラス繊維、金属酸化物粒子及び界面活性剤、その他原料成分を所定の分散媒体に分散させてスラリーを調製する。スラリーの調整は、例えばミキサー、ボールミル、パルパー等により行うことができる。なお、分散媒体としては水が一般的に用いられている。
【００２８】
＜抄造体を作製する工程〜圧縮体を作製する工程＞
これらの工程では、ＪＩＳ  Ｐ８２２２「パルプ試験用手抄き紙の調製方法」に従い、スラリーを一般的な抄紙機を用いて抄紙し、抄造体を作製した後、さらに加圧機を用いて抄造体を厚み方向に圧縮して圧縮体を作製する。なお、所望の圧縮体を得るためには、抄造体を４１０ＭＰａにて５分間圧縮することが好ましい。
【００２９】
＜圧縮体の乾燥工程＞
本工程は脱水後のフィルターを完全に乾燥させるため行う。この時の乾燥温度は通常１０５℃だが、金属酸化物や主剤であるガラス繊維が融解する温度以下具体的には３００℃以下であればよい。
【００３０】
本発明のフィルターは、エアフィルタ（Air filter）として適用することが好ましい。エアフィルターとは、空気中からゴミ、塵埃などを取り除き、清浄空気にする目的で使用するものである。
【実施例】
【００３１】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
平均繊維径１．０μｍのガラス繊維（Ｊｏｈｎｓ-Ｍａｎｖｉｌｌｅ社、製品名：１０８Ａ）９．５ｇ、精製水９４０．５ｇ及び界面活性剤不揮発分（明成化学工業株式会社、製品名：パスコールＨＡ−５２、水系ポリウレタン）０．２４ｇを試験用２Ｌパルパー（熊谷理機工業株式会社）に加え、１０分間攪拌した後、アルミナゾル不揮発分０．５ｇ（日産化学工業株式会社）を加え十分攪拌後に角型スタンダードシートマシン（熊谷理機工業株式会社）に投入し、注水後、十分攪拌し、濾水することにより、目的の膜厚０．７ｍｍのフィルターを得た。このフィルターをろ紙で挟みながら４１０ＭＰａにて５分間圧縮し、脱水した。脱水後、１０５℃に設定した回転ドライヤーにて乾燥した。得られたフィルターの電子顕微鏡写真を図１に示した。
【００３２】
（実施例２）
アルミナゾルをシリカゾルに変えた以外は実施例１と同様にして膜厚０．７ｍｍのフィルターを得た。
【００３３】
（実施例３）
ガラス繊維を平均繊維径３．０μｍのガラス繊維（Ｊｏｈｎｓ-Ｍａｎｖｉｌｌｅ社、製品名：２０１Ｘ）に変えた以外は実施例１と同様にして膜厚０．５ｍｍのフィルターを得た。
【００３４】
（実施例４）
ガラス繊維量を８．０ｇ、アルミナゾル不揮発分２．０ｇに変えた以外は実施例１と同様にして、膜厚０．６５ｍｍのフィルターを得た。
【００３５】
（実施例５）
ガラス繊維量を９．９ｇ、アルミナゾル不揮発分０．１ｇに変えた以外は実施例１と同様にして、膜厚０．７ｍｍのフィルターを得た。
【００３６】
（比較例１）
ガラス繊維量を９．０ｇ、アルミナゾルの代わりにアクリルエマルション不揮発分０．５ｇとカチオン性凝集剤不揮発分０．５ｇに変えた以外は実施例１と同様にして、膜厚０．７ｍｍのフィルターを得た。
【００３７】
［フィルターの評価］
［耐候性］
得られたフィルターを縦５０ｍｍ、横５０ｍｍのサイズに切断し、メタルハライド光源を２４ｈ照射し、照射前後のサンプル外観を観察した。耐候性ありはサンプルに変化なしで「○」と表記、耐候性なしはサンプル形状が崩壊したもので「×」と表記し評価した。
［機械的強度］
強度は、フィルターを幅１０ｍｍ、長さ４０ｍｍの大きさにカットして得られた試験片を準備し、精密万能試験機（株式会社島津製作所、製品名：ＡＧＸ−Ｘ）を用い、チャック間距離２０ｍｍ、引張速度５ｍｍ／分、２５℃の条件で引張試験を行い、破断時の応力の引張強度を機械的強度として評価した。
［圧力損失］
フィルターに０．５ｍ３／分の空気を流し、初期段階の圧力損失をマノメータにより測定した。
上記の測定・評価結果を表１にまとめて示した。
【００３８】
【表１】
2017170357.tif 000002
【００３９】
バインダーにアクリル樹脂を用いた比較例１に比べ、金属酸化物粒子を用いた実施例１〜５は、耐候性に優れる。実施例５、１、４から金属酸化物粒子の使用量を増やすことで機械的強度を高めることができる。
【図１】
2017170357.tif 000003