空气过滤器用滤材、空气过滤器单元及多孔膜的制造方法_3

文档序号:9774349阅读:来源:国知局
疗护体)、吸尘器过滤器、风笛(乐器)、电缆(吉他用信号电缆 等)、弦(弦乐器用)等一般消耗材料领域;
[0128] PTFE纤维(纤维材料)、缝纫线(纺织品)、织造用线(纺织品)、绳等纤维领域;
[0129] 体内埋设物(拉伸品)、人工血管、导管、一般手术(组织增强材料)、头颈部制品(硬 膜代替)、口腔健康(组织再生医疗)、整形外科(包带)等医疗领域。
[0130]回到多孔膜的制造方法的说明,作为上述共沉析的方法,例如可以举出以下方法: [0131 ] (i)将A成分的水性分散液、B成分的水性分散液和C成分的水性分散液混合后进行 沉析的方法;
[0132] (i i)在A成分、B成分、C成分中的任一种成分的水性分散液中添加剩余的2种成分 的粉末后进行沉析的方法;
[0133] (iii)将A成分、B成分、C成分中的任一种成分的粉末添加到混合有剩余的2种成分 的水性分散液的混合水性分散液中后进行沉析的方法;
[0134] (iv)预先将A成分、B成分、C成分中的任意2种成分的各水性分散液混合后使其沉 析而得到2种成分的混合粉末,将该混合粉末添加到剩余的1种成分的水性分散液中后进行 沉析的方法。
[0135] 作为上述共沉析的方法,从容易使3种成分均匀分散的方面出发,优选上述(i)的 方法。
[0136] 在基于上述(i)~(iv)的方法的共沉析中,优选添加例如硝酸、盐酸、硫酸等酸;氯 化镁、氯化钙、氯化钠、硫酸铝、硫酸镁、硫酸钡、碳酸氢钠、碳酸钠等金属盐;丙酮、甲醇等有 机溶剂中的任一种而进行沉析。
[0137]对上述A成分的混合前的形态没有特别限定,可以为上述能够纤维化的PTFE的水 性分散体,也可以为粉体。作为能够纤维化的PTFE的粉末(特别是上述细粉),可以举出例如 三井杜邦氟化学品社制造的"Teflon 6-J"(下文中TefIon为注册商标)、"Teflon 6C-J"、 "Teflon 62-J" 等、大金工业社制造的 "P0LYFL0N F106"、"P0LYFL0N F104"、"P0LYFL0N F201"、"P0LYFL0N F302" 等、旭硝子社制造的 "Fluon CD123"、"Fluon CDl"、"Fluon CD141"、"Fluon CD145"等、杜邦社制造的 "Teflon60"、"Teflon60X"、"Teflon601A"、 "Teflon601X,,、"Teflon613A,,、"Teflon613A X,,、"Teflon605XT X,,、"Teflon669 X"等。
[0138]细粉可以通过对由TFE的乳液聚合得到的能够纤维化的PTFE的水性分散液(刚聚 合出的水性分散液)进行沉析、干燥而获得。作为能够纤维化的PTFE的水性分散液,可以为 上述的刚聚合出的水性分散液,也可以为市售品的水性分散液。作为刚聚合出的能够纤维 化的PTFE水性分散液的优选制作方法,可以举出作为公开均聚PTFE的公报列举的上述公报 等中所公开的制作方法。作为市售品的能够纤维化的PTFE的水性分散液,可以举出大金工 业社制造的 "P0LYFL0N D-110"、"P0LYFL0N D-210"、"P0LYFL0N D-210C"、"P0LYFL0N D- 310"等、三井杜邦氟化学品社制造的"Teflon 31-JR"、"Teflon 34-JR"等、旭硝子社制造的 "Fluon AD911L"、"Fluon AD912L"、"AD938L"等的水性分散液。为了保持稳定性,市售品的 能够纤维化的PTFE的水性分散液均相对于水性分散液中的PTFE 100重量份添加了非离子 型表面活性剂等2重量份~10重量份,因而非离子型表面活性剂容易残留在通过共沉析而 得到的混合粉末中,有可能引起多孔体着色等问题。因此,作为能够纤维化的PTFE的水性分 散液,优选刚聚合出的水性分散液。
[0139]对B成分的混合前的形态没有特别限定,在B成分为低分子量PTFE的情况下,对混 合前的形态没有特别限定,可以为水性分散体,也可以为粉体(一般称为PTFE微粉或微粉)。 作为低分子量PTFE的粉体,可以举出例如三井杜邦氟化学品社制造的"MP1300-J"等、大金 工业社制造的"Lubron L-5"、"Lubron L-5F"等、旭硝子社制造的"FluonL169J"、 "FluonL170J"、"FluonL172J"等、喜多村社制造的"KTL-Γ、"KTL-500F"等。
[0140]作为低分子量PTFE的水性分散液,可以为上述由TFE的乳液聚合得到的刚聚合出 的水性分散液,也可以为市售品的水性分散液。另外,也可以采用使用表面活性剂等将微粉 分散于水分中而成的水性分散液。作为刚聚合出的能够纤维化的PTFE水性分散液的优选制 作方法,可以举出日本特开平7-165828号公报、日本特开平10-147617号公报、日本特开 2006-063140号公报、日本特开2009-1745号公报、国际公开第2009/020187号小册子等中公 开的制作方法。作为市售品的能够纤维化的PTFE的水性分散液,可以举出大金工业社制造 的"Lubron LDW-410"等的水性分散液。为了保持稳定性,市售品的低分子量PTFE的水性分 散液相对于水性分散液中的PTFE 100重量份添加有非离子型表面活性剂等2重量份~10重 量份,因而非离子型表面活性剂容易残留在通过共沉析而得到的混合粉末中,有可能引起 多孔体着色等问题。因此,作为低分子量PTFE的水性分散液,优选刚聚合出的水性分散液。 [0141]另外,在使用无机填料作为B成分的情况下,对混合前的形态没有特别限定,优选 水性分散体。作为无机填料,可以举出日本滑石株式会社制造的"Talc P2"、FUJI TALC INDUSTRIAL CO.,LTD.制造的"LMR-100"等。对于这些无机填料,适当利用硅烷偶联剂等实 施表面处理等,并将粉体分散于水中进行使用。其中,出于在水中的分散性的理由,优选使 用由喷射式粉碎机得到的2次粉碎品("Talc P2"等)。
[0142]作为C成分,例如除了FEP、PFA等氟树脂外,可以举出未固化的有机硅树脂、丙烯 酸、氨基甲酸酯、PET等各树脂。对混合前的形态没有特别限定,优选水性分散体。水性分散 体在为通过乳液聚合得到的树脂的情况下,除了可直接使用该刚聚合出的分散体外,还可 以采用使用表面活性剂等将树脂粉分散于水分中而得到的物质。C成分在多孔膜中含有0.1 重量%~小于20重量%,以特定量分散于水中而制备水性分散体。
[0143] 对共沉析的方法没有特别限制,优选将3种水性分散体混合后对其作用机械搅拌 力的方法。
[0144] 共沉析后进行脱水、干燥,混合挤出助剂(液态润滑剂),并进行挤出。作为液态润 滑剂,只要为能够润湿PTFE的粉末的表面且在将通过共沉析得到的混合物成型为膜状后可 除去的物质就没有特别限定。可以举出例如液体石蜡、石脑油、白油、甲苯、二甲苯等烃油、 醇类、酮类、酯类等。
[0145]液态润滑剂的用量根据液态润滑剂的种类等而不同,通常,相对于PTFE的粉末100 重量份为5重量份~50重量份。通过增大液态润滑剂的用量,可以减小压力损失。
[0146] 对于通过共沉析得到的混合物,在与液体润滑剂混合后,利用现有公知的方法进 行挤出、压延,从而成型为膜状物。挤出可以通过糊料挤出、柱塞挤出等进行,优选通过糊料 挤出进行。对于通过糊料挤出而被挤出的棒状挤出物,在加热下,于例如40°C~80°C的温度 条件下使用压延辊等进行压延。所得到的膜状压延物的厚度基于目标多孔膜的厚度进行设 定,通常为lOOwn~400μηι。
[0147] 接下来,从作为压延物的未烧制膜中除去液体润滑剂。液体润滑剂的除去通过加 热法或提取法、或者它们的组合来进行。基于加热法时的加热温度只要低于不发生纤维化 的热熔融加工性成分的熔点就没有特别限制,例如为I 〇〇°C~250°C。
[0148] 在不发生纤维化的热熔融加工性成分的熔点以上且不发生纤维化的非热熔融加 工性成分的分解温度以下的温度下,对除去了液体润滑剂的压延物进行拉伸。在该过程中 不发生纤维化的热熔融加工性成分熔融,之后在结点部5固化,从而多孔膜1的厚度方向的 强度得到增强。此时的拉伸温度可以根据进行拉伸的炉的温度、或者运送压延物的加热辊 的温度而设定,或者也可以通过将这些设定进行组合来实现。
[0149] 拉伸包含向第1方向的拉伸、和优选向与第1方向正交的第2方向的拉伸。在将多孔 膜1用于空气过滤器用滤材的情况下,优选也进行向第2方向的拉伸。本实施方式中,第1方 向为压延物的长度方向(纵向),第2方向为压延物的宽度方向(横向)。
[0150]上述压延物以40倍~800倍的伸长面积倍率进行拉伸。向第1方向的拉伸速度优选 为10%/秒~600%/秒、更优选为10%/秒~150%/秒。拉伸时的温度优选为200°C~350°C、 更优选为280°C~310°C。
[0151] 向第2方向的拉伸速度优选为10%/秒~600%/秒。拉伸时的温度优选为200°C~ 400°C、更优选为250°C~350°C。向第2方向的拉伸可以与向第1方向的拉伸同时或分别进 行。
[0152] 关于上述压延物(也称为PTFE未烧制物)的拉伸,已知拉伸时的温度、拉伸倍率、拉 伸速度会对拉伸物的物性产生影响。PTFE未烧制物的S-S曲线(表示拉伸张力与伸长率的关 系的曲线图)显示出与其它树脂不同的特异性特性。通常,树脂材料的拉伸张力也会随着伸 长率而上升。弹性区域的范围、断裂点等根据材料、评价条件而有所不同,另一方面,拉伸张 力随着伸长量而表现出上升倾向是极为一般的。相对于此,PTFE未烧制物的拉伸张力在某 一伸长量下显示出波峰后表现出缓慢减小的倾向。该情况表示:在PTFE未烧制物中存在"未 经拉伸的部位与经拉伸的部位相比变弱的区域"。
[0153] 若将该情况替换为拉伸时的行为,在一般的树脂的情况下,拉伸时在拉伸面内最 弱的部分开始伸长,由于经拉伸的部分比未经拉伸的部分更强,因而接下来较弱的未拉伸 部被拉伸,从而被拉伸的区域扩大,整体上得到拉伸。另一方面,在PTFE未烧制物的情况下, 若开始伸长的部分正赶上上述"未经拉伸的部位与经拉伸的部位相比变弱的区域",则已伸 长的部分进一步被拉伸,其结果未经拉伸的部分作为结点(结点部、未拉伸部)而残留。若拉 伸速度变慢,则该现象变得显著,会残留更大的结点(结点部、未拉伸部)。通过在拉伸时利 用该现象,可根据各种用途进行拉伸体的物性调整。
[0154] 本实施方式中,优选得到更低密度的拉伸体,将低拉伸速度尤其应用于第1拉伸中 是有效的。在为了得到符合本发明目的的物性的成型体而欲残留大的结点(结点部、未拉伸 部)、得到低填充率的成型体时,在现有的仅将PTFE作为原料的情况下,需要将第1拉伸的拉 伸速度设为150%/秒以下、优选设为80%/秒以下,并将向第2方向的拉伸设为500%/秒以 下。但是,如此得到的成型体的低填充率结构容易因外力而受损。
[0155] 本实施方式中,通过存在不发生纤维化的非热熔融加工性成分,从而使低拉伸速 度所致的上述现象更加显著。其结果,作为可以应用的拉伸速度的范围,可以将第1拉伸的 拉伸速度扩大至600%/秒以下、优选为150%/秒以下,并且可以将向第2方向的拉伸扩大至 600%/秒以下。另外,通过存在不发生纤维化的能够热熔融加工的成分,可以在后加工之后 也维持其结构。
[0156] 为了提高强度和得到尺寸稳定性,如此得到的多孔膜1优选被热固定。热固定时的 温度可以为PTFE的熔点以上或小于PTFE的熔点,优选为250°C~400°C。
[0157] (第2实施方式)
[0158] 下面,对第2实施方式的空气过滤器用滤材、空气过滤器单元、多孔膜的制造方法 进行说明。
[0159] 图3是示出本实施方式的空气过滤器用滤材9的厚度方向截面的图。图5是示出本 实施方式的空气过滤器用滤材10的厚度方向截面的图。图5示出5层结构的滤材。
[0160] 空气过滤器用滤材10为具备1个或多个多孔膜1和多个通气性支撑材料13的空气 过滤器用滤材,该多孔膜1将PTFE作为主要成分,该通气性支撑材料13支撑多孔膜1并至少 配置于最外层,使空气以流速5.3cm/秒通过时的压力损失小于200Pa,使包含粒径为0.3μηι 的NaCl颗粒的空气以流速5.3cm/秒通过时的下式表示的PF值为17以上,以流速5.3cm/秒连 续通风包含个数中值粒径为〇.25μπι的聚α-烯烃颗粒的空气、且压力损失上升250Pa时的聚 α-烯烃颗粒的积尘量为20g/m2以上,1片上述多孔膜的膜厚为30μπι以上。
[0161 ] PF值= _log(透过率(% )/100)/压力损失(Pa) X 1000 [0162] 此处,透过率= 100-捕集效率(% )
[0163]此处所说的压力损失是指初期压力损失。初期是指下述时刻:例如,使空气过滤器 用滤材保持于框体中而制成空气过滤器单元后,设置于特定的场所并成为可使用的状态的 时刻。
[0164] 空气过滤器用滤材9或10如上所述具备1个或多个多孔膜1和多个通气性支撑材料 13。
[0165] 图3所示的滤材9具有1片多孔膜1和从两侧夹住该多孔膜1的2片通气性支撑材料 13的3层结构。图5所示的滤材10具有将2片多孔膜1和3片通气性支撑材料13交替层积而成 的5层结构。
[0166] (多孔膜)
[0167] 图2是对滤材9或10的多孔膜1的结构进行说明的图。多孔膜1由能够纤维化的聚四 氟乙烯、不发生纤维化的非热熔融加工性成分和熔点小于320度的不发生纤维化的能够热 熔融加工的成分构成。这些成分分别与在第1实施方式中说明的能够纤维化的聚四氟乙烯、 不发生纤维化的非热熔融加工性成分、熔点小于320度的不发生纤维化的能够热熔融加工 的成分相同。
[0168] 在将多孔膜1用作空气过滤器用滤材的情况下,为了良好地进行伸长面积倍率为 40倍以上且小于150倍的拉伸,不发生纤维化的能够热熔融加工的成分的含量优选为10重 量%以下。
[0169] 多孔膜1优选根据下式计算出的填充率为1%~20%、更优选为2%~10%。
[0170] 填充率(%) = (多孔膜的比重)/(原料的比重)X100
[0171] 多孔膜的比重=(多孔膜的重量)/(多孔膜的膜厚X多孔膜的面积)
[0172] 需要说明的是,在为由多种成分构成的混合原料的情况下,原料的比重用使各成 分的比重乘以各成分的重量比所得到的值之和除以重量比之和而得到的值表示。
[0173]多孔膜1的膜厚为30μπι以上。此处所说的膜厚为1片多孔膜1的膜厚,在滤材具备多 个多孔膜1时为各层的厚度。多孔膜1的膜厚优选为35μπι以上、更优选为40μπι以上。从使滤材 的压力损失小于200Pa的方面考虑,膜厚优选为250μπι以下、更优选为200μπι以下。膜厚使用 膜厚计进行测定。通过使膜厚为上述范围的上限值以下,可抑制滤材的压力损失升高。多孔 膜1含有特定量的不发生纤维化的能够热熔融加工的成分,由此通过该成分在结点部5固 化,从而结点部5变硬,即使在后工序中在膜厚方向受到压缩力等也难以被压坏,可以保持 膜厚。对于多孔膜1,通过如上所述抑制纤维径细的纤维的产生,从而形成了纤维彼此的重 合减少的空隙多的结构。通过这样的结构,将压力损失保持为较低,但在以相同膜厚进行比 较时的捕集效率与不含不发生纤维化的非热熔融加工性成分的现有PTFE多孔膜相比发生 了下降。但是,通过含有不发生纤维化的能够热熔融加工的成分,多孔膜1的厚度方向的强 度得以提高,从而与不含不发生纤维化的能够热熔融加工的成分的现有PTFE多孔膜相比, 可以如上述膜厚的范围那样使体积变大。由此,多孔膜1在厚度方向上纤维量增多,可抑制 对捕集效率的不良影响,并且通过空隙多的膜结构,可以防止压力损失的上升并使积尘量 大幅增加。
[0174]另外,若为了降低压力损失而将PTFE多孔膜以高倍率拉伸得较薄,则在相同滤材 中的不同区域之间所产生的细纤维的疏密差变大,压力损失的偏差变大。此处所说的压力 损失的偏差是在相同滤材中的不同区域之间的压力损失的偏差。
[0175]风集中地流过压力损失低的区域,捕集效率下降,因此若压力损失的偏差大,则在 滤材中部分性地存在捕集效率低的部位的问题变得显著。
[0176] 根据本发明,与不含不发生纤维化的非热熔融加工性成分的现有PTFE多孔膜相 比,能够以低倍率进行拉伸,将压力损失保持为较低,使体积增大,可以大幅增加积尘量并 且还可以将压力损失的偏差保持为较低。另外,通过包含不发生纤维化的热熔融加工性成 分,即使受到外力也可以维持该大体积结构。
[0177] 作为通过这样的多孔膜1的结构而使积尘量增加的原因,可以如下考虑。现有的 PTFE多孔膜由于含有大量纤维径细的微细原纤维,因而每根纤维的表面积大,每一根纤维 的捕集效率非常高,另一方面,由于膜厚薄、纤维彼此的重合多,因而无法积尘大量的微粒, 无法有效地发挥每一根纤维的捕集效率的高效。与此相对,本实施方式的多孔膜1中,通过 增大膜厚,纤维径细的纤维的量反而减少,比较粗的纤维的量、与通过这样的粗纤维而在多 孔膜1中形成的空隙的量增加,由此可抑制压力损失的上升和捕集效率的降低,并且可得到 使积尘量增加的纤维结构。
[0178] 由于在具有纤维径的偏差大的结构的滤材中共存有纤维径细且纤维的量多的区 域与纤维径粗且纤维的量少的区域,因而部分性地存在积尘量得以改善的区域。可以推测: 在将这样的滤材组装入例如单元等的情况下,由于细纤维多且积尘量小的区域所产生的影 响大,因而滤材的宽广面积上的平均积尘量未得到充分改善。另外,在具有纤维径的偏差大 的结构的滤材中,在纤维径细且纤维的量少的区域中压力损失也降低,风集中地流过压力 损失低的区域,捕集效率下降。这样,压力损失的偏差变大,滤材中部分性地产生捕集效率 低的区域成为问题。
[0179] 为了减小压力损失的偏差,优选在挤出时
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