JP4526693B2

JP4526693B2 - ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜とこれを用いた通気性積層体およびフィルタユニット

Info

Publication number: JP4526693B2
Application number: JP2000371938A
Authority: JP
Inventors: 栄三川野
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2000-12-06
Filing date: 2000-12-06
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2020-12-06
Also published as: JP2002172316A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリテトラフルオロエチレン（以下「ＰＴＦＥ」と略す）多孔質膜とこれを用いた通気性積層体およびフィルタユニットに関するものである。本発明は、特に、価粉体の回収や焼却炉の粉塵の捕集するバグフィルタや、半導体工業や薬品工業などのクリーンルームで使用されるエアフィルタに使用されるＰＴＦＥ多孔質膜および通気性積層体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、有価粉塵の回収やバグフィルタを用いた焼却炉では、各種フェルトや織布がろ材として多く用いられている。しかし、このようなろ材は深層濾過により粉体・粉塵を捕集するため、払い落とし性が悪い。このため、圧力損失の上昇が速く、寿命が短くなるという問題がある。
【０００３】
また、クリーンルームで使用されるエアフィルタ用ろ材としては、ガラス繊維にバインダーを加えて抄紙したものが多く用いられている。しかし、このようなろ材には、濾材中の付着小繊維の存在、加工による折曲げ時の自己発塵などの問題がある。また、ガラス繊維ろ材には、フッ酸などある種の化学薬品と接触すると劣化して発塵するという問題もある。さらに、バインダー成分から気体成分が発生し、半導体などの製造歩留を低下させるという問題も生じる。
【０００４】
ＰＴＦＥはクリーンな材料であり、耐薬品性にも優れている。そこで近年、ＰＴＦＥ延伸多孔質膜が、有価粉塵の回収や焼却炉用、さらにはクリーンルームで使用されるエアフィルタ用のろ材として使用されている。特開平５−２０２２１７公報に記載されているＰＴＦＥ多孔質膜はその一例である。
【０００５】
ＰＴＦＥ多孔質膜にはコシがないため、一般には他の通気性支持材により補強した積層体として使用される。この積層体は、縫製加工がなされてバグフィルタとなる。また、プリーツ加工したろ材に、ろ材間隔を一定に保つためのビードを塗布して乾燥させた後、枠付けしてエアフィルタユニットが作製される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
半導体製造のクリーンルームに用いられるエアフィルタにおいては、エアフィルタの風量分布が均一であることが求められる。風量分布が不均一になれば、クリーンルーム中の空気の流れが乱れ、空気が循環しない空気溜りが発生し、半導体の製造歩留低下の原因となるガス成分の濃度が上昇するという問題が生じる。
【０００７】
通気性支持材の圧力損失はＰＴＦＥ多孔質膜の圧力損失よりも低いため、ろ材の風量分布の均一性は、ＰＴＦＥ多孔質膜の圧力損失の均一性に依存している。ＰＴＦＥ多孔質膜の圧力損失の均一性を把握するためには、そのバラツキの度合いを評価することが必要となる。圧力損失の測定には、通常、直径１１０ｍｍの面積が必要とされる。しかし、ＰＴＦＥ多孔質膜の圧力損失の均一性は、ＰＴＦＥ多孔質膜の微多孔構造、すなわち、延伸されたフィブリル（繊維）部およびノード（結節）部の分布や形状にも影響を受けるため、上記のように広い範囲を測定したのでは、バラツキ自体を正確に評価できない。
【０００８】
このような事情もあって、従来は、風量分布を均一化できるＰＴＦＥ多孔質膜については検討されてこなかった。そこで、本発明は、風量分布を均一化できるＰＴＦＥ多孔質膜を提供することを目的とする。この風量分布の均一化は、圧力損失の均一化をもたらすので、エアフィルタのみならず、バグフィルタにおいても有意義である。バグフィルタにおいては、逆洗パルスエアーがかけられるが、圧力損失が均一であれば粉塵の払い落としも均一化され、その後の捕集の際に捕集ムラが生じにくい。このため、長期間の使用が可能となり、多孔質膜の交換頻度を少なくできる。本発明は、上記ＰＴＦＥ多孔質膜を用いた通気性積層体およびこれを用いたフィルタユニットを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意研究した結果、エアフィルタやバグフィルタに用いられるＰＴＦＥ多孔質膜の微多孔構造の評価には、光学特性、特にヘイズ率が適していることを見出し、さらにヘイズ率を評価の尺度としてＰＴＦＥ多孔質膜の微多孔構造の均一化を図り、本発明を完成させた。すなわち、本発明のＰＴＦＥ多孔質膜は、測定領域の相違によるヘイズ率のバラツキが変動率により表示して２０％以下であることを特徴とする。
【００１０】
変動率は、測定値の平均値に対するその標準偏差の比により表される。ｎ個のデータ（Ｘ₁、Ｘ₂・・・・Ｘｎ）の平均値をＸｍ、標準偏差をＳｘとすると、変動率Ｖｘは次式により算出できる。
【００１１】
変動率［％］；Ｖｘ＝Ｓｘ／Ｘｍ×１００
【００１２】
また、ヘイズ率は、次式により表すことができる。
ヘイズ率［％］；拡散透過光量／全透過光量×１００
【００１３】
データは、測定の対象とするＰＴＦＥ多孔質膜において、互いに相違する少なくとも１０の領域において測定すること（標本数ｎ≧１０）が好ましい。測定領域は、大きすぎるとバラツキが正確に評価できなくなり、小さすぎると測定自体が正確に行えないため、５０〜５００ｍｍ²程度とすることが好ましい。
【００１４】
本発明は、上記ＰＴＦＥ多孔質膜を用いた通気性積層体、さらにエアフィルタユニットまたはバグフィルタユニットも提供する。本発明の通気性積層体は、上記ＰＴＦＥ多孔質膜と通気性支持材とが、それぞれ少なくとも１層ずつ含まれていることを特徴とする。本発明のエアフィルタユニットまたはバグフィルタユニットは、上記通気性積層体を用いたことを特徴としており、例えば、連続したＷ字状にプリーツ加工された上記通気性積層体（ろ材）と、このろ材を支持する部材とを備えるものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を説明する。
ＰＴＦＥ多孔質膜に入射した光の透過や散乱は、ＰＴＦＥ多孔質膜の微多孔構造、具体的には気孔率、フィブリル径、ノード面積などに影響される。また、ＰＴＦＥ多孔質膜の膜厚にも左右される。光の透過や散乱、特に透過光のヘイズ率は、ＰＴＦＥ多孔質膜の微多孔構造の変化に対して感度が高いため、風量分布の均一性の評価の基準として好適である。また、光学特性は、小さい照射面積により測定できるため、ＰＴＦＥ多孔質膜の微多孔構造の均一性の評価に適している。ＰＴＦＥ多孔質膜のヘイズ率の変動率は、２０％以下、特に１０）％以下が好適である。
【００１６】
全光線透過率の測定値に関する変動率も２０％以下であることが好ましいが、ヘイズ率がＰＴＦＥ多孔質膜の微多孔構造に対してより感度が高いため、ここではヘイズ率を採用する。ＰＴＦＥ多孔質膜のヘイズ率の平均値は、特に制限されないが、ろ材として好ましい特性を実現するためには４０％以上、特に５０％以上であることが好ましい。ヘイズ率の平均値が４０％未満となると、粒子の捕集性能が低下する場合がある。全光線透過率の平均値も４０％以上、特に６０％以上であることが好ましい。全光線透過率の平均値が４０％未満となると、圧力損失が増大する場合がある。
【００１７】
ＰＴＦＥ多孔質膜を製造する方法の一例を以下に説明する。まず、ＰＴＦＥファインパウダーに液状潤滑剤を加えたペースト状の混和物を予備成形する。液状潤滑剤は、ＰＴＦＥファインパウダーの表面を濡らすことができて、抽出や加熱により除去できるものであれば特に制限されず、例えば、流動パラフィン、ナフサ、ホワイトオイルなどの炭化水素を好適に使用できる。液状潤滑剤の添加量は、ＰＴＦＥファインパウダー１００重量部に対して５〜５０重量部程度が適当である。上記予備成形は、液状潤滑剤が絞り出されない程度の圧力で行うことが好ましい。
【００１８】
こうして得た予備成形体を、押出および／または圧延によってシート状に成形する。さらに、このシート状のＰＴＦＥ成形体を一軸または二軸方向に延伸してＰＴＦＥ多孔質シートを得る。なお、ＰＴＦＥ成形体の延伸は、液状潤滑剤を除去してから行うことが好ましい。
【００１９】
均一な微多孔構造を有するＰＴＦＥ多孔質膜を得るためには、予備成形体を押出および／または圧延する方向と直交する方向に、ＰＴＦＥ粒子の結着を強めることが好ましい。ＰＴＦＥ粒子の結着を強めるには、予備成形した後、押出および／または圧延を行い、次いで押出および／または圧延した方向と直交する方向に、ＰＴＦＥ成形体に圧縮応力を加えればよい。
【００２０】
例えば、棒状に押出し、さらに押出方向に圧延したＰＴＦＥ成形体を、押出方向と直交する方向、特に成形体の断面における長辺が圧縮される方向へとさらに圧延すると、ＰＴＦＥ粒子の結着が強くなる。圧縮応力は、液状潤滑剤を除去する前に加えることが好ましい。均一な微多孔構造が実現できれば、ヘイズ率の変動率も低下する。
【００２１】
通気性支持材は、材質、構造、形態が特に限定されるものではないが、ＰＴＦＥ多孔質膜よりも孔径が大きく通気性に優れた材料、例えば、フェルト、不織布、織布およびメッシュ（網目状シート）から選ばれるいずれかが好適であり、強度、柔軟性、作業性などの点から不織布が特に好ましい。特に、通気性支持材としては、不織布を構成する一部または全部の繊維が芯鞘構造の複合繊維であり、芯成分が鞘成分より相対的に融点が高い合成繊維とすることが好ましい。通気性支持材の材料としては、特に限定するものではないが、例えば、ポリオレフィン（ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）など）、ポリアミド、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）など）、芳香族ポリアミドあるいはこれらの複合材を用いることができる。
【００２２】
通気性支持材とＰＴＦＥ多孔質膜との積層体（通気性積層体）を製造する方法は、特に限定されず、単に重ね合わせるだけでもよく、互いに接合してもよい。接合は、例えば接着剤ラミネート、熱ラミネートなどの方法により行うことができる。例えば、熱ラミネートにより積層する場合は、加熱により不織布など通気性支持材の一部を溶融させて接着すればよい。また、ホットメルトパウダーのような融着剤を介在させて接着してもよい。通気性積層体では、ＰＴＦＥ多孔質膜を連続して積層してもよい。ＰＴＦＥ多孔質膜同士も、単に重ね合わせるだけでもよいが、熱融着により、あるいはホットメルトパウダーなどを用いて接合しても構わない。ＰＴＦＥ多孔質膜は、成膜工程において圧着して積層してもよい。
【００２３】
ＰＴＦＥ多孔質膜と通気性支持材とを積層した通気性積層体を図１〜図３に例示する。図１の形態では、通気性支持材としてフェルト２が用いられ、図２および図３の形態では、通気性支持材として不織布３が用いられている。図１および図２に示したように、１層のＰＴＦＥ多孔質膜１を用いてもよく、図３に示したように、２層（またはそれ以上の層）のＰＴＦＥ多孔質膜１を用いてもよい。
【００２４】
各層の積層の順序および積層数は、図示した形態に限られない。また、通気性積層体には、用途に応じて、親水化処理、撥油処理、撥水処理を施してもよい。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。
【００２６】
（実施例１）
ＰＴＦＥファインパウダー８０重量部に液状潤滑剤（流動パラフィン）２０重量部を加えたペースト状の混和物を予備成形し、ペースト押出により丸棒状に成形した。次に、この成形体を断面の直径が８０％に減少するように押出方向と同一方向に圧延した。さらに、この成形体の断面の長辺方向が圧縮されるように押出方向と直交する方向に圧延してシート状成形体（厚さ０．３ｍｍ）を得た。液状潤滑剤をトリクレンで抽出除去した後、シートの長さ方向および幅方向に各２０倍延伸してＰＴＦＥ多孔質膜（厚さ：０．０１２ｍｍ、平均孔径：１．１μｍ）を得た。
【００２７】
（実施例２）
実施例１と同様にして予備成形し、ペースト押出により成形した丸棒状の成形体を、断面の直径が６０％に減少するように押出方向と同一方向に圧延した。さらに、この成形体の断面の長辺方向が圧縮されるように押出方向と直交する方向に圧延してシート状成形体（厚さ：０．３ｍｍ）を得た。液状潤滑剤を除去した後、シートの長さ方向および幅方向に各２０倍延伸してＰＴＦＥ多孔質膜（厚さ：０．０１４ｍｍ、平均孔径：１．０μｍ）を得た。
【００２８】
（実施例３）
実施例２と同様にしてシート状成形体（厚さ：０．３ｍｍ）を得た。液状潤滑剤を除去した後、シートの長さ方向（押出方向と同一方向）に１０倍、幅方向（押出方向と直交する方向）に２０倍延伸したＰＴＦＥ多孔質膜（厚さ：０．０１８ｍｍ、平均孔径：０．８μｍ）を得た。
【００２９】
（比較例）
実施例１と同様にして予備成形し、ペースト押出により成形した丸棒状の成形体を、押出方向と同一方向に圧延してシート状成形体（厚さ：０．３ｍｍ）を得た。液状潤滑剤を除去した後、シートの長さ方向および幅方向に各２０倍延伸してＰＴＦＥ多孔質膜（厚さ：０．０１５ｍｍ、平均孔径：１．２μｍ）を得た．
【００３０】
実施例および比較例の各多孔質膜から、幅方向に略等間隔で１４片の標本をサンプリングした。なお、各標本の大きさは、縦横とも５ｃｍとした。各標本について全光線透過率およびヘイズを測定した。測定には、日本電色工業製（株）製濁度計ＮＤＨ−１００１ＤＰを使用した。なお、測定面積は、約９５ｍｍ²であった。表１に、全光線透過率およびヘイズの平均値、標準偏差および変動率を示す。
【００３１】

【００３２】
実施例２でサンプリングした標本と、比較例１でサンプリングした標本とを走査型電子顕微鏡により観察したところ、実施例２は比較例１よりも押出方向と直交する方向の粒子間結着が強いため、フィブリルの数が多く、ノードの大きさも均一であった。このようにＰＴＦＥ多孔質膜の微多孔構造のバラツキが、ヘイズ率の変動率に影響していることが確認できた。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、微多孔構造を均一化したＰＴＦＥ多孔質膜を提供できる。このＰＴＦＥ多孔質膜を用いることにより、フィルタユニットにおける風量分布の均一化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の通気性積層体の一形態を示す断面図である。
【図２】本発明の通気性積層体の別の一形態を示す断面図である。
【図３】本発明の通気性積層体のまた別の一形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１ＰＴＦＥ多孔膜質
２フェルト
３不織布

Claims

ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜の複数の測定領域について、下記式１で表されるヘイズ率をそれぞれ測定し、前記複数の測定領域におけるヘイズ率のバラツキが下記式２で表される変動率が２０％以下である場合は良と、２０％を越える場合は否として、前記ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜の良否を判断する工程を含む、ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜の評価方法。
（式１）ヘイズ率［％］＝拡散透過光量／全透過光量×１００
（式２）変動率［％］Ｖｘ＝Ｓｘ／Ｘｍ×１００
ただし、Ｘｍは、前記複数の測定領域におけるヘイズ率の平均値であり、Ｓｘは、前記複数の測定領域におけるヘイズ率の標準偏差である。
前記複数の測定領域におけるヘイズ率の平均値が、４０％以上である請求項１に記載のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜の評価方法。
請求項１又は２に記載のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜の評価方法を用いてポリテトラフルオロエチレン多孔質膜を評価する工程を含む、ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜の製造方法。
請求項１又は２に記載のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜の評価方法を用いてポリテトラフルオロエチレン多孔質膜を評価する工程と、
前記ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜の良否を判断する工程において良と判断された前記ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜と通気性支持材とを、少なくとも１層ずつ積層する工程とを含む、通気性積層体の製造方法。
請求項４に記載の通気性積層体の製造方法にて製造された通気性積層体に、前記通気性積層体を支持する部材を取付ける工程を含むフィルタユニットの製造方法。