专利名称：多孔性材料、空气过滤器滤材、空气过滤器单元以及空气过滤器滤材用支持材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多孔性材料、空气过滤器滤材、空气过滤器单元以及空气过滤器滤材用支持材料，特别地，涉及一种含有聚四氟乙烯多孔膜和透气性支持材料的空气过滤器滤材、装入该滤材的空气过滤器单元以及该空气过滤器滤材用支持材料。
背景技术：
作为被用于净化室等的空气清洁的过滤器，曾提出聚四氟乙烯(以下称为“PTFE”)的多孔膜(参看例如特开平5-202217号公报)。另外，还曾提出在使用PTFE多孔膜的场合下，由于膜本身很薄，为了防止划伤和发生针孔，在PTFE多孔膜的两面层压上一种使用皮芯结构长纤维的纺粘型非织造织物等热塑性材料进行保护(参看特开平6-218899号公报)。
近年来，随着半导体集成度和液晶性能的提高，对净化室清洁度的要求越来越高，过去，一般认为问题在于固体微粒的个数，但最近，总有机碳(TOC)也会成为问题。一旦TOC升高，很有可能会导致净化室中制造的半导体和液晶的品质降低。TOC意味着例如十二烷、十三烷、丁羟基甲苯(BTH)、磷酸酯、邻苯二甲酸二辛酯、硅氧烷等各种气态有机物的总量。
但是，由上述公报中公开的先有技术的空气过滤器滤材所产生的TOC，在用于制造集成度越来越高的半导体和液晶的净化室中，往往达到不可忽视的水平。
根据本发明者们的研究发现，如果使层压在PTFE多孔膜上的透气性支持材料的材质仅为聚酯，则可以降低TOC。但是，在维持聚酯制透气性支持材料(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯制非织造织物)的良好透气性(即，保持低的压力损失)的同时，很难将其直接粘合(热熔粘合)到PTFE多孔膜上。
因此，为了将两者粘合起来，曾考虑使用热熔粘合剂。但是，本发明者们发现，随着热熔粘合剂涂布形态的不同，粘合剂会将PTFE多孔膜的孔堵塞，使空气过滤器滤材的捕集效率降低，压力损失增加，而且有时PTFE多孔膜与支持材料不能充分粘合。
发明内容
本发明的目的之一在于，提供一种空气过滤器滤材，是用热熔粘合剂将PTFE多孔膜与透气性多孔膜粘合在一起形成的，它可维持高的捕集效率，而且与热熔粘合的场合相比，压力损失不会增大。
本发明的另一个目的在于，提供一种使用这种空气过滤器滤材的空气过滤器单元以及这种空气过滤器滤材用支持材料。
上述目的是由以下内容达成一种多孔性材料，它由聚四氟乙烯多孔膜和在该多孔膜的至少一面上层压的透气性支持材料构成，其中，聚四氟乙烯多孔膜与透气性支持材料通过从独立纤维状热熔粘合剂和由结节连结的纤维状热熔粘合剂中选出的至少一种热熔粘合剂结合在一起；一种空气过滤器滤材，它是由本发明的上述多孔性材料构成；一种空气过滤器单元，其中含有过滤器支持体和支持体上安装的本发明的上述空气过滤器滤材；以及一种空气过滤器滤材用支持材料，它是由透气性支持材料和在其表面至少一部分上涂布的从独立纤维状热熔粘合剂和由结节连结的纤维状热熔粘合剂中选出的至少一种热熔粘合剂构成。
实施发明的最佳方式<PTFE多孔膜>
本发明的多孔性材料以及用于空气过滤器滤材的PTFE多孔膜没有特别的限定，可以使用公知的材料。特别地，优选能够达成用于半导体、液晶等的制造用净化室和这些制造装置的过滤器单元所要求的浮游微粒的捕集效率、压力损失等性能(与HEPA过滤器(高效微粒空气过滤器)、ULPA过滤器(超低渗透空气过滤器)的性能相同或更好)的PTFE拉伸多孔膜。
例如，优选这样一种PTFE多孔膜，在使空气以5.3cm/秒的流速透过时，压力损失在100～1000pa的范围内，粒径为0.10～0.12μm的邻苯二甲酸二辛酯(DOP)试验粒子的捕集效率在99.0％以上。
这种PTFE多孔膜在特开平5-202217号公报、WO 94/16802号公报等中有记载。
本发明中使用的PTFE多孔膜，可以采用公知的制法很容易地进行制造。例如，将PTFE细粉与挤出助剂一起进行糊料挤出，经过压延制得带状物，再将该带状物不经焙烧直接地、或者经半焙烧后，通过双轴拉伸制得。这种制法的详细描述记载于特开平5-202217号公报、WO 94/16802号公报等中。
PTFE多孔膜上层压的透气性支持材料用来补强和保护PTFE多孔膜，由此提高过滤器滤材的使用性，同时提高在褶裥等形状的元件加工过程中的加工性。
透气性支持材料优选具有比PTFE多孔膜小的压力损失。
透气性支持材料通常由非织造织物、织物、筛网、多孔膜、编织物等构成，优选为非织造织物。
透气性支持材料一般由纤维材料构成，该场合下，纤维的平均纤维直径优选为0.1～100μm。
更优选的透气性支持材料实际上是由聚酯纤维、特别是不含聚烯烃的聚酯纤维形成的透气性支持材料。
透气性支持材料也可以是具有至少2个熔点的透气性支持材料。
此处，聚酯可以是过去已知的任何一种聚酯，优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等。聚酯也可以是共聚物。
作为聚酯纤维非织造织物的优选例子，可以举出例如PET纤维非织造织物、PBT纤维非织造织物、芯成分为PET、皮成分为PBT的芯壳结构纤维的非织造织物(PET/PBT芯皮结构非织造织物)、芯成分为高熔点PET、皮成分为低熔点PET的芯皮结构纤维的非织造织物(高熔点PET/低熔点PET芯皮结构非织造织物)、由PET纤维和PBT纤维的复合纤维构成的非织造织物、由高熔点PET纤维和低熔点PET纤维的复合纤维构成的非织造织物等。
优选的上述低熔点PET，为由间苯二甲酸、己二酸、一缩二乙二醇、聚乙二醇等共聚而成的共聚聚对苯二甲酸乙二醇酯，优选的上述高熔点PET和通常的PET，为实质上由对苯二甲酸成分与乙二醇成分构成的熔点约260℃的PET。
另外，上述PBT也可以是与其他可共聚成分的共聚物。
1个优选的方案中，过滤器滤材的透气性支持材料为聚酯纤维非织造织物，特别是使用长纤维的非织造织物。使用长纤维的非织造织物，是由于可在熔融纺丝时形成非织造织物(直接纺丝制非织造织物)，从最一开始就可保持清洁状态。使用长纤维的非织造织物，可以采用例如纺粘法、闪纺法、熔喷法制造。其中，优选纺粘法。
非织造织物的单位面积重量为10～600g/m2，优选为15～300g/m2，更优选为15～100g/m2。单位面积重量超过100g/m2时，过滤器滤材在加工成例如褶裥型的空气过滤器时难以进行加工(例如，难以折叠)，而且成本有可能提高。
使用短纤维的非织造织物，为了进行开纤，必须使其通过粗梳机，为了在该工序中保持通过性，必然要向纤维给油。该场合下，非织造织物需除去油剂后使用。使用短纤维的非织造织物，可以采用针刺法、喷水法、缝编法、热粘合法、树脂粘合法等方法制造。
本发明的过滤器滤材中，透气性支持材料，可以使用阻燃性透气性支持材料。此处所说的阻燃性材料是指按照社团法人日本空气清净协会(JACA)滤材规格委员会制定的“空气清净装置用滤材燃烧性试验法”(JACA-No.11-1977)测定的最大炭化长度在150mm以下的滤材。
作为赋予阻燃性的手段，优选共聚可发挥阻燃性的化合物的材料，特别是共聚作为阻燃剂的有机磷系化合物的聚酯纤维，可抑制有机物的产生，同时也不会产生磷本身，作为过滤器滤材整体，可具备阻燃性，是优选的。
作为热熔粘合剂(HMA)的涂布方法，只要能够使HMA在透气性支持材料和其表面的至少一部分上形成独立纤维状和/或由结节连结的纤维状，就可以采用使用一般的热熔粘合剂涂布器的方法，但优选利用热空气的压力涂布HMA，使其以纤维状非接触地堆积在被覆体(支持材料)上，通过使被覆体移动来连续进行涂布的方法。
特别地，更优选将从细喷嘴(例如，直径0.3～0.5mm的喷嘴)挤出的HMA以热空气的高速气流携带，使其雾化成均匀的纤维状，在被覆体表面上堆积并形成HMA纤维层的方法。采用这种方法，可在高温(例如180℃以上)下在将HMA加热熔融的状态下进行涂布，但由于使HMA形成微细均匀化的纤维状而堆积在透气性支持材料上，因此，即使在例如很薄或具有较低熔点的透气性支持材料上涂布的场合下，也不会受热损坏，而且与PTFE多孔膜粘合也可以极大地抑制PTFE多孔膜的孔堵塞。
另外，为了高效率地在非织造织物等被覆体上形成HMA纤维层，对HMA的用量和温度、热空气的压力和温度的控制是重要的。
形成纤维层的优选的HMA用量，受被覆体移动速度(线速度)的影响，在例如10m/min的场合下，优选为0.04g/m2～30g/m2，更优选为0.1g/m2～10g/m2。
HMA的熔融粘度优选在20,000cp以下，更优选在10,000cp以下。
HMA的挤出速度和热空气温度，优选为(HMA的溶解温度-50℃)～(HMA的溶解温度+100℃)，更优选为HMA的溶解温度～(HMA的溶解温度+50℃)。
热空气的压力优选为0.1kgf/cm2～5.0kgf/cm2，更优选为0.2kgf/cm2～2.0kgf/cm2。
作为热熔粘合剂，可以使用例如聚酰胺系、聚酯系、合成橡胶(弹性体)系、EVA系、改性聚烯烃系热熔粘合剂。其中，从TOC的观点考虑，优选聚酰胺系和聚酯系热熔粘合剂。
涂布形成的纤维状或由结节连结的纤维状热熔粘合剂，纤维直径通常在100μm以下，优选为0.1～30μm。
应予说明，纤维状意味着粘合剂的外观为纤维状，不存在大的团块状，而且也不存在球形颗粒。
本发明的空气过滤器滤材的制造方法是，将一面上以纤维状涂布热熔粘合剂的透气性支持材料，使粘合剂涂布面朝向PTFE多孔膜地重合到PTFE多孔膜的一面或两面上，加热，任选地进行加压来制造。
加热采用哪种加热手段都可以，通常使重合的透气性支持材料和PTFE多孔膜通过热辊来进行。此时，也可以任选用加压辊加压，但为了不破坏过滤器滤材的透气性，优选不加压(例如仅靠自身重量、或者在热辊上配置但不进行针刺)地进行制造。
加热温度可根据所使用的热熔粘合剂的种类适宜地选定。
本发明的空气过滤器单元中，空气过滤器滤材优选以折曲成波纹形的状态收纳于作为构架的支持体中，并且将其周边密封。
本发明的空气过滤器单元，优选是将本发明的空气过滤器滤材收纳到具有由热熔粘合剂形成的带状或条状隔离物的微小褶裥式过滤器元件中。这种结构的空气过滤器，其结构紧凑，可以有效地利用滤材的全部面积，因此，可优选用于半导体和液晶等电子器件制造装置中。
以上主要说明了以本发明的多孔性材料构成的空气过滤器滤材和空气过滤器单元，但本发明的多孔性材料除了空气过滤器滤材以外，还可以用作磁盘装置等中使用的通气孔、燃料容器和耐火仓库等的通气阀、防虫剂和脱氧剂等的透气包装材料、气敏传感器等元件的保护材料、医用密封垫(medical pads)的保护层、纸尿布等卫生材料、防水材料、气液分离膜、电池用隔膜。
实施例以下示出实施例，更具体地说明本发明。
实施例中，过滤器单元是将空气过滤器滤材组装入过滤器支持体构架中而制成的。空气过滤器滤材的总面积为过滤器支持体构架的开口面积的35倍。
另外，压力损失和粒子捕集率分别按照JIS B 9927的方法，在风速0.5m/秒的条件下测定的。粒子捕集率的试验粒子使用粒径为0.1～0.2μm的DOP粒子。
分别在PTFE多孔膜(单位面积重量2g/m2，压力损失327pa，厚4μm)的两面上，使粘合剂涂布面朝向PTFE多孔膜地重叠原先形成的透气性支持材料，使其与线速度10m/分、温度200℃的热辊接触，在无加压辊的情况下进行层压，获得由多孔性材料构成的空气过滤器滤材。该纤维状热熔粘合剂的纤维直径为20μm。
将获得的滤材组装入过滤器支持体构架(610×610×65mm)中，制成过滤器单元，测定压力损失和粒子捕集率。压力损失为61pa，粒子捕集率为99.9999％。
分别在PTFE多孔膜(单位面积重量2g/m2，压力损失338pa，厚5μm)的两面上，使粘合剂涂布面朝向PTFE多孔膜地重叠原先形成的透气性支持材料，使其与线速度10m/分、温度200℃的热辊接触，在无加压辊的情况下进行层压，获得由多孔性材料构成的空气过滤器滤材。该纤维状热熔粘合剂的纤维直径为15μm。
将获得的滤材组装入过滤器支持体构架(610×610×65mm)中，制成过滤器单元，测定压力损失和粒子捕集率。压力损失为63pa，粒子捕集率为99.9999％。比较例1使用字轮式热熔粘合剂涂布装置(サンセイ理工株式会社制)，将与实施例1中所用相同的热熔粘合剂以单位面积重量5g/m2涂布到与实施例1中所用相同的PET制纺粘型非织造织物上，获得热熔粘合剂以点状(不含纤维)形成在表面上的压力损失21pa的透气性支持材料。
分别在PTFE多孔膜(单位面积重量2g/m2，压力损失327pa，厚4μm)的两面上，使粘合剂涂布面朝向PTFE多孔膜地重叠原先形成的透气性支持材料，使其与线速度10m/分、温度200℃的热辊接触进行层压(无加压辊)，获得由多孔性材料构成的空气过滤器滤材。
除了使用该滤材以外，与实施例1同样地制成过滤器单元，测定压力损失和粒子捕集率。压力损失为60pa，粒子捕集率为99.97％。与实施例1相比，粒子捕集率大大降低。比较例2除了用T型口模式涂布装置涂布热熔粘合剂以外，与比较例1同样地制成过滤器单元，测定压力损失和粒子捕集率。热熔粘合剂中不合纤维，作为100μm以上的团块形成在支持材料的表面上。压力损失为65pa，粒子捕集率为99.9992％。与实施例1相比，压力损失和粒子捕集率皆低。特别地，捕集效率的降低，与实施例1相比，将近差1位数，不能满足下一代ULPA过滤器所要求的性能。比较例3使用烧结式粘合剂涂布装置，将与实施例1中所用相同的热熔粘合剂以单位面积重量5g/m2涂布到与实施例1中所用相同的PET制纺粘型非织造织物上，获得压力损失21pa的透气性支持材料。但是，该支持材料采用与实施例1相同的方法制造时，PTFE多孔膜与PET非织造织物的粘接强度差，实际上不能贴合到PTFE多孔膜上。比较例4在加热辊上配置夹持用橡胶辊，将比较例3中获得的透气性支持材料一边用橡胶辊加压，一边层压到PTFE多孔膜上，除此之外，与实施例1同样地制成过滤器单元，测定压力损失和粒子捕集率。压力损失为93pa，粒子捕集率为99.997％。与实施例1相比，压力损失和粒子捕集率皆大大降低。
权利要求
1.一种多孔性材料，它是由聚四氟乙烯多孔膜和在该多孔膜的至少一面上层压的透气性支持材料构成，其中，聚四氟乙烯多孔膜与透气性支持材料通过从独立纤维状热熔粘合剂和由结节连结的纤维状热熔粘合剂中选出的至少一种热熔粘合剂结合在一起。
2.一种空气过滤器滤材，它是由权利要求1中所述的多孔性材料构成。
3.一种空气过滤器单元，其中含有过滤器支持体和支持体上安装的权利要求2中所述的空气过滤器滤材。
4.权利要求3中所述的空气过滤器单元，其中，该滤材以折曲成波纹形的状态收纳于该支持体中，并将滤材的周边密封。
5.一种空气过滤器滤材用支持材料，它是由透气性支持材料和在其表面至少一部分上涂布的从独立纤维状热熔粘合剂和由结节连结的纤维状热熔粘合剂中选出的至少一种热熔粘合剂构成。
6.一种空气过滤器滤材用支持材料的制造方法，该方法是将从细喷嘴挤出的加热熔融的热熔粘合剂以热空气气流携带，使其雾化成纤维状，纤维状热熔粘合剂堆积在透气性支持材料的至少一部分表面上。
7.一种多孔性材料，它是将聚四氟乙烯多孔膜与权利要求5中所述的空气过滤器滤材用支持材料层压而成。
8.一种空气过滤器滤材，其中使用权利要求7中所述的多孔性材料。
9.一种空气过滤器单元，其中含有过滤器支持体以及该支持体上安装的权利要求8中所述的空气过滤器滤材。
全文摘要
在具有聚四氟乙烯多孔膜以及在该多孔膜的至少一面上层压的透气性支持材料的空气过滤器滤材中,聚四氟乙烯多孔膜与透气性支持材料通过从独立纤维状和/或由结节连结的纤维状的热熔粘合剂结合在一起。由此空气过滤器滤材可以维持高的捕集效率,而且与热熔粘合的场合相比,压力损失不会增大。
文档编号B01D69/00GK1334770SQ99816095
公开日2002年2月6日 申请日期1999年12月7日 优先权日1998年12月11日
发明者井上治, 浦冈伸树 申请人:大金工业株式会社