JP6923630B2 - Air filter - Google Patents
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Description
本発明は、オイルミストと粉塵を含む空気を清浄にするエアフィルタに関する。更に詳しくは、撥油性を有する撥油性膜が不織布の繊維表面に形成されたエアフィルタに関するものである。 The present invention relates to an air filter that purifies air containing oil mist and dust. More specifically, the present invention relates to an air filter in which an oil-repellent film having an oil-repellent property is formed on a fiber surface of a non-woven fabric.
金属製品を切削油を用いて加工する切削機や旋削機等の工作機械からは機械の高速稼働により切削油が飛散して、オイルミストが発生し、同時に粉塵も発生する。これらのオイルミスト及び粉塵は作業環境を悪化させ、その作業効率を低下させる。このため、従来より、オイルミストと粉塵を含む空気を清浄にするエアフィルタとして、空気中に浮遊する粉塵だけでなく、オイルミストによる目詰まりを抑制できるエアフィルタ濾材が提案されている(例えば、特許文献1(請求項1、段落[0006]、段落[0021]、段落[0045]、段落[0053]〜段落[0060])。 Cutting oil is scattered from machine tools such as cutting machines and turning machines that process metal products using cutting oil due to the high-speed operation of the machines, and oil mist is generated, and at the same time, dust is also generated. These oil mists and dust deteriorate the working environment and reduce the working efficiency. For this reason, conventionally, as an air filter for purifying air containing oil mist and dust, an air filter filter medium capable of suppressing clogging due to oil mist as well as dust floating in the air has been proposed (for example,). Patent Document 1 (claim 1, paragraph [0006], paragraph [0021], paragraph [0045], paragraph [0053] to paragraph [0060]).
このエアフィルタ濾材は、第1のPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)多孔質膜と、第2のPTFE多孔質膜を含み、気流が、エアフィルタ濾材の第1主面から第1のPTFE多孔質膜、第2のPTFE多孔質膜の順にエアフィルタ濾材の第2主面へと、通過するようになっている。第1のPTFE多孔質膜の厚さは4〜40μmの範囲にあり、第1のPTFE多孔質膜の比表面積は0.5m2/g以下にあり、第2のPTFE多孔質膜の比表面積は、第1のPTFE多孔質膜のそれより大きい1.5〜10m2/g以下の範囲にある。 This air filter filter medium includes a first PTFE (polytetrafluoroethylene) porous membrane and a second PTFE porous membrane, and the air flow is from the first main surface of the air filter filter medium to the first PTFE porous membrane. , The second PTFE porous membrane passes through the second main surface of the air filter filter medium in this order. The thickness of the first PTFE porous membrane is in the range of 4 to 40 μm, the specific surface area of the first PTFE porous membrane is 0.5 m 2 / g or less, and the specific surface area of the second PTFE porous membrane. Is in the range of 1.5 to 10 m 2 / g or less, which is larger than that of the first PTFE porous membrane.
第1及び第2のPTFE多孔質膜は、それぞれPTFE微粉末と液状潤滑剤を加えた混合物をシート状成形体に成形する。第1のPTFE多孔質膜は、シート状成形体をPTFEの融点(327℃)以上の温度と50倍以上の倍率で、長手(MD)方向に加熱しつつ延伸し、次いで横(TD)方向に130〜400℃の温度で、延伸前の長さに対して5〜8倍になるように、加熱しつつ延伸することにより、製造される。第2のPTFE多孔質膜は、PTFEのシート状成形体をPTFEの融点未満の温度(270〜290℃)で、かつ15〜40倍の倍率でMD方向に加熱しつつ延伸し、次いでTD方向に更に120〜130℃の温度で、延伸前の長さに対して15〜40倍になるように、とMD方向延伸時と同じ倍率で加熱しつつ延伸することにより、製造される。 The first and second PTFE porous membranes are formed into a sheet-like molded body by adding a mixture of PTFE fine powder and a liquid lubricant, respectively. The first PTFE porous membrane stretches the sheet-shaped molded product while heating it in the longitudinal (MD) direction at a temperature equal to or higher than the melting point of PTFE (327 ° C.) and a magnification of 50 times or higher, and then stretches it in the lateral (TD) direction. It is produced by stretching while heating at a temperature of 130 to 400 ° C. so as to be 5 to 8 times the length before stretching. The second PTFE porous membrane stretches the PTFE sheet-shaped molded product at a temperature below the melting point of PTFE (270 to 290 ° C.) while heating it in the MD direction at a magnification of 15 to 40 times, and then in the TD direction. Further, it is produced by stretching at a temperature of 120 to 130 ° C. so as to be 15 to 40 times the length before stretching while heating at the same magnification as during stretching in the MD direction.
特許文献1に開示されたエアフィルタ濾材では、第1のPTFE多孔質膜を、第2のPTFE多孔質膜と比較して、延伸温度を高くし、延伸倍率を大きくして、製造することにより、第1のPTFE多孔質膜の比表面積を0.5m2/g以下と小さくし、これにより、大きい粒径の粉塵及びオイルミストを捕集する。一方、第2のPTFE多孔質膜の比表面積を1.5〜10m2/gと大きくし、これにより、小さい粒径の粉塵及びオイルミストを捕集している。 In the air filter filter medium disclosed in Patent Document 1, the first PTFE porous membrane is manufactured by increasing the stretching temperature and the stretching ratio as compared with the second PTFE porous membrane. , The specific surface area of the first PTFE porous membrane is reduced to 0.5 m 2 / g or less, thereby collecting dust and oil mist having a large particle size. On the other hand, the specific surface area of the second PTFE porous membrane is increased to 1.5 to 10 m 2 / g, whereby dust and oil mist having a small particle size are collected.
しかしながら、特許文献1に開示されるエアフィルタ濾材では、第1及び第2のPTFE多孔質膜により、粒径の異なる粉塵とオイルミストを捕集するとしても、PTFE多孔質膜は、静電気が発生し易く、かつ発生した静電気の除去が困難であるため、フィルタ形状に加工することが容易でなかった。また撥油性よりも撥水性が高いため、大気中に含まれる水分がPTFE多孔質膜を塞ぐことがあり、そこに粉塵が付着し易かった。そのため、エアフィルタ濾材を使用し続けると、オイルミストがエアフィルタ濾材の内部に残留し続け、エアフィルタ濾材が目詰まりし易い課題があった。 However, in the air filter filter medium disclosed in Patent Document 1, even if the first and second PTFE porous membranes collect dust and oil mist having different particle sizes, the PTFE porous membranes generate static electricity. It was not easy to process it into a filter shape because it was easy to do and it was difficult to remove the generated static electricity. Further, since the water repellency is higher than the oil repellency, the moisture contained in the atmosphere may block the PTFE porous membrane, and dust easily adheres to the PTFE porous membrane. Therefore, if the air filter filter medium is continuously used, the oil mist continues to remain inside the air filter filter medium, and there is a problem that the air filter filter medium is easily clogged.
本発明の目的は、オイルミストと粉塵を含む空気を清浄にし、目詰まりを抑制し、かつ捕集したオイルミストと粉塵を容易に落とすことができるエアフィルタを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an air filter capable of purifying air containing oil mist and dust, suppressing clogging, and easily removing collected oil mist and dust.
本発明の第1の観点は、オイルミストと粉塵を含む空気が流入する一面と、この一面に対向し前記空気が流出する他面との間を貫通する多数の気孔が繊維間に形成された不織布を含むエアフィルタであって、前記不織布の目付が200g/m2〜400g/m2の範囲にあり、前記不織布の繊維表面に撥油性膜が形成され、前記フッ素含有官能基成分は、前記シリカゾル加水分解物を100質量%とするとき、0.01質量%〜10質量%の割合で含まれ、前記エアフィルタの通気度が1ml/cm2/秒〜30ml/cm2/秒であって、 前記フッ素含有官能基成分は、下記の一般式(1)又は式(2)で示されるペルフルオロエーテル構造を含むことを特徴とするエアフィルタである。 The first aspect of the present invention is that a large number of pores are formed between the fibers, which penetrate between one surface into which air containing oil mist and dust flows in and the other surface in which the air flows out facing the one surface. a air filter including a nonwoven fabric, the basis weight of the nonwoven fabric is in the range of 200g / m 2 ~400g / m 2 , oil-repellent layer is formed on the fiber surface of the nonwoven fabric, the fluorine-containing functional group component, wherein when the silica sol hydrolyzate and 100 wt%, contains a proportion of 0.01% to 10% by weight, air permeability of the air filter is a 1 ml / cm 2 / sec -30 mL / cm 2 / sec The fluorine-containing functional group component is an air filter characterized by containing a perfluoroether structure represented by the following general formula (1) or formula (2).
上記式(1)及び式(2)中、p、q及びrは、それぞれ同一又は互いに異なる1〜6の整数であって、直鎖状又は分岐状であってもよい。また上記式(1)及び式(2)中、Xは、炭素数2〜10の炭化水素基であって、エーテル結合、CO−NH結合、O−CO−NH結合及びスルホンアミド結合から選択される1種以上の結合を含んでいてもよい。また上記式(1)及び式(2)中、Yは、シリカゾル加水分解物の主成分である。 In the above formulas (1) and (2), p, q and r are integers of 1 to 6 which are the same or different from each other, and may be linear or branched. Further, in the above formulas (1) and (2), X is a hydrocarbon group having 2 to 10 carbon atoms and is selected from an ether bond, a CO-NH bond, an O-CO-NH bond and a sulfone amide bond. It may contain one or more bonds. Further, in the above formulas (1) and (2), Y is the main component of the silica sol hydrolyzate.
本発明の第2の観点は、第1の観点に基づく発明であって、前記シリカゾル加水分解物は、更に炭素数2〜7のアルキレン基成分を0.5質量%〜20質量%含むエアフィルタである。 The second aspect of the present invention is the invention based on the first aspect, and the silica sol hydrolyzate further contains 0.5% by mass to 20% by mass of an alkylene group component having 2 to 7 carbon atoms. Is.
本発明の第3の観点は、第1又は第2の観点に基づく発明であって、前記不織布が単一層により構成されるか、又は複数層の積層体により構成されるエアフィルタである。 A third aspect of the present invention is an invention based on the first or second aspect, wherein the nonwoven fabric is composed of a single layer or an air filter composed of a laminate of a plurality of layers.
本発明の第4の観点は、第1ないし第3の観点のうちいずれかの観点に基づく発明であって、前記不織布を構成する繊維がポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ガラス、アルミナ、炭素、セルロース、パルプ、ナイロン及び金属からなる群より選ばれた1種又は2種以上の繊維であるエアフィルタである。 The fourth aspect of the present invention is an invention based on any one of the first to third aspects, wherein the fibers constituting the nonwoven fabric are polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP), and polytetrafluoro. An air filter which is one or more fibers selected from the group consisting of ethylene (PTFE), glass, alumina, carbon, cellulose, pulp, nylon and metal.
本発明の第1の観点のエアフィルタでは、不織布の目付が200g/m2〜400g/m2の範囲にあり、この不織布の繊維表面に撥油性膜が形成され、撥油性膜が、前述した一般式(1)又は式(2)で示される撥油性の機能を有するフッ素含有官能基成分を含み、また同時にエアフィルタの通気度を1ml/cm2/秒〜30ml/cm2/秒に規定して不織布の気孔を限定している。このため、エアフィルタ内にオイルミストと粉塵を含む空気がエアフィルタの一面から流入すると、オイルミストと粉塵が不織布で捕集され、空気だけが不織布の気孔を通過しエアフィルタの他面から流出して、空気が清浄になる。 In a first aspect of the air filter of the present invention, the basis weight of the nonwoven fabric is in the range of 200g / m 2 ~400g / m 2 , oil-repellent layer is formed on the fiber surface of the nonwoven fabric, oil-repellent coating has been previously described includes a fluorine-containing functional group component having a function of oil repellency represented by the general formula (1) or (2), and at the same time defining the air permeability of the air filter 1 ml / cm 2 / sec -30 mL / cm 2 / sec To limit the pores of the non-woven fabric. Therefore, when air containing oil mist and dust flows into the air filter from one surface of the air filter, the oil mist and dust are collected by the non-woven fabric, and only air passes through the pores of the non-woven fabric and flows out from the other surface of the air filter. Then the air becomes clean.
このとき、撥油性膜の撥油性機能のため、オイルミストが不織布の繊維表面の撥油性膜に吸着せずに弾かれて付着するに止まる。エアフィルタを使用し続けてオイルミストの不織布内部における捕集量が増えると、エアフィルタが水平に配置される場合には、オイルミストは液状化して通過する空気に随伴されてエアフィルタの他面に集まり、エアフィルタが鉛直に配置される場合には、捕集されたオイルミストが自重によりエアフィルタの下端に集まり、不織布の気孔を閉塞しない。これにより、オイルミストによる気孔の目詰まりは抑制される。 At this time, due to the oil-repellent function of the oil-repellent film, the oil mist is not adsorbed on the oil-repellent film on the fiber surface of the non-woven fabric but is repelled and adhered. As the amount of oil mist collected inside the non-woven fabric increases as the air filter continues to be used, when the air filter is placed horizontally, the oil mist liquefies and accompanies the passing air on the other surface of the air filter. When the air filter is arranged vertically, the collected oil mist collects at the lower end of the air filter due to its own weight and does not block the pores of the non-woven fabric. As a result, clogging of the pores due to the oil mist is suppressed.
一方、粉塵は不織布の繊維表面の撥油性膜に直接付着するか、或いは撥油性膜に付着したオイルミストに付着する。このため、エアフィルタを長期間使用して粉塵等で目詰まりしたときに、エアノッカー等でエアフィルタに衝撃を与えると、オイルミストと一緒に付着した粉塵を容易に落とすことができ、エアフィルタを再生することができる。 On the other hand, the dust adheres directly to the oil-repellent film on the fiber surface of the non-woven fabric, or adheres to the oil mist attached to the oil-repellent film. Therefore, when the air filter is used for a long period of time and is clogged with dust or the like, if the air filter is impacted by an air knocker or the like, the dust adhering together with the oil mist can be easily removed, and the air filter can be used. Can be regenerated.
本発明の第2の観点のエアフィルタでは、撥油性膜に含まれるフッ素含有官能基成分が、更に炭素数2〜7のアルキレン基成分を0.5質量%〜20質量%含むため、撥油性膜が不織布の繊維に良好に密着し、かつ撥油性膜の厚さが均一になり、撥油性膜により一層優れた撥油性能を付与することができる。 In the air filter according to the second aspect of the present invention, the fluorine-containing functional group component contained in the oil-repellent film further contains 0.5% by mass to 20% by mass of an alkylene group component having 2 to 7 carbon atoms, and thus is oil-repellent. The film adheres well to the fibers of the non-woven fabric, the thickness of the oil-repellent film becomes uniform, and the oil-repellent film can impart even better oil-repellent performance.
本発明の第3の観点のエアフィルタでは、不織布が単一層により構成される場合には、簡単な構成のエアフィルタになり、不織布が複数層の積層体により構成される場合には、流入する粉塵の粒径、オイルミストの油粒子のサイズ等の性状に応じて各層を構成することができる。 The air filter according to the third aspect of the present invention is an air filter having a simple structure when the non-woven fabric is composed of a single layer, and flows in when the non-woven fabric is composed of a laminated body of a plurality of layers. Each layer can be formed according to the properties such as the particle size of dust and the size of oil particles of oil mist.
本発明の第4の観点のエアフィルタでは、不織布を構成する繊維の材質を、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ガラス、アルミナ、炭素、セルロース、パルプ、ナイロン及び金属から、流入する粉塵の粒径、オイルミストの油粒子のサイズ等の性状に応じて、或いは後述する撥油性膜を形成するための液組成物中のエポキシ基含有シランが加水分解してなる炭素数2〜7のアルキレン基成分の含有量に応じて、選択することができる。 In the air filter according to the fourth aspect of the present invention, the materials of the fibers constituting the non-woven fabric are polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP), polytetrafluoroethylene (PTFE), glass, alumina, carbon, cellulose, pulp, and the like. From nylon and metal, the epoxy group-containing silane is hydrolyzed according to the properties such as the particle size of the inflowing dust and the size of the oil particles of the oil mist, or in the liquid composition for forming the oil-repellent film described later. It can be selected according to the content of the alkylene group component having 2 to 7 carbon atoms.
次に本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。 Next, a mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
〔エアフィルタ〕
図1に示すように、本実施形態のエアフィルタ10は、不織布20とこの不織布の繊維表面に形成された撥油性膜21とを備える。このエアフィルタ10の主たる構成要素である不織布20は、オイルミストと粉塵を含む空気が流入する一面20aと、この一面20aに対向し前記空気が流出する他面20bを有し、単一層からなる。図2に示すように、上層の不織布30と下層の不織布40の二層の積層体により構成されるエアフィルタ50でもよい。この場合、上層の不織布30の上面がオイルミストと粉塵を含む空気が流入する一面30aとなり、下層の不織布40の下面がこの一面30aに対向する他面40bとなる。なお、積層体は二層に限らず、三層、四層等の複数層から構成することもできる。
[Air filter]
As shown in FIG. 1, the
図1の拡大図に示すように、不織布20は多数の繊維20cが絡み合って形成され、繊維と繊維の間には気孔20dが形成される。気孔20dは不織布20の一面20aと他面20bとの間を貫通する。不織布の繊維20cの表面には撥油性膜21が形成される。不織布の目付は、200g/m2〜400g/m2の範囲にある。撥油性膜21は、前述した一般式(1)又は式(2)で示される撥油性を有するフッ素含有官能基成分を含むシリカゾル加水分解物により形成される。フッ素含有官能基成分は、シリカゾル加水分解物を100質量%とするとき、0.01質量%〜10質量%の割合で含まれる。繊維表面に撥油性膜21が形成されたエアフィルタ10の状態で、不織布20は1ml/cm2/秒〜30ml/cm2/秒の通気度を有するように作製される。通気度はJIS−L1913:2000に記載のフラジール形試験機を用いて測定される。
As shown in the enlarged view of FIG. 1, the non-woven
不織布の目付が200g/m2未満であると、繊維間の気孔が大き過ぎることから、粉塵を捕集する能力が不足する。400g/m2を超えると、通気度が1ml/cm2/秒未満となり、粉塵が直ぐに繊維間の気孔に詰まってしまうか、或いは通気度が低過ぎるため、エアフィルタに送り込む空気の抵抗によりエアフィルタで圧力損失が生じ、送風エネルギーの効率が悪い。
撥油性膜を形成するシリカゾルゲルを100質量%とするときのフッ素含有官能基成分が0.01質量%未満では、撥油性の効果に乏しく、オイルミストを弾く性能が不十分になる。即ち、オイルミストがエアフィルタに到達したときに、オイルミストが繊維表面上に濡れ広がり、気孔20dを塞ぎ易くなる。
フッ素含有官能基成分が10質量%を超えると、撥油性膜の不織布への密着性が悪くなる。不織布の目付は、220g/m2〜350g/m2の範囲にあることが好ましい。またフッ素含有官能基成分はシリカゾル加水分解物を100質量%とするとき、0.1質量%〜5質量%の範囲で含まれることが好ましい。
通気度が1ml/cm2/秒未満では、通気性に劣り、オイルミストと粉塵を含む空気が通過しにくくなる。30ml/cm2/秒を超えると、不織布の気孔20dの大きさが流入する空気中のオイルミストの油粒子22及び粉塵の粒子23の各粒径よりも遙かに大きくなり、油粒子22及び粉塵の粒子23が空気とともに不織布の気孔を通してエアフィルタ10から通過し、オイルミストと粉塵を捕集することができない。通気度は1.5ml/cm2/秒〜25ml/cm2/秒であることが好ましい。
If the basis weight of the non-woven fabric is less than 200 g / m 2 , the pores between the fibers are too large, and the ability to collect dust is insufficient. If it exceeds 400 g / m 2 , the air permeability becomes less than 1 ml / cm 2 / sec, and dust immediately clogs the pores between the fibers, or the air permeability is too low, and the air fill is caused by the resistance of the air sent to the air filter. pressure loss occurs in the data, it is poor efficiency of the blower energy.
If the fluorine-containing functional group component is less than 0.01% by mass when the silica sol gel forming the oil-repellent film is 100% by mass, the oil-repellent effect is poor and the ability to repel oil mist is insufficient. That is, when the oil mist reaches the air filter, the oil mist wets and spreads on the fiber surface, and the
If the fluorine-containing functional group component exceeds 10% by mass, the adhesion of the oil-repellent film to the non-woven fabric deteriorates. Basis weight of the nonwoven fabric is preferably in the range of 220g / m 2 ~350g / m 2 . Further, the fluorine-containing functional group component is preferably contained in the range of 0.1% by mass to 5% by mass when the silica sol hydrolyzate is 100% by mass.
If the air permeability is less than 1 ml / cm 2 / sec, the air permeability is poor and it becomes difficult for air containing oil mist and dust to pass through. When it exceeds 30 ml / cm 2 / sec, the size of the
このようなエアフィルタ10の作用について説明する。図1に示すように、オイルミストと粉塵を含む空気が、エアフィルタ10を構成する不織布20の一面20aに到来する。ここでエアフィルタ10は所定の通気度を有するため、また撥油性膜21が撥油性を示すため、オイルミストの油粒子22は気孔20dの孔径より粒径が大きい場合は勿論のこと、気孔20dの孔径より粒径が僅かに小さくても、エアフィルタ13を通過できず、不織布20の繊維20cと繊維20cの間に、撥油性膜21によって弾かれながら、撥油性膜21に付着して止まる。同時に粉塵の粒子23も撥油性膜21に付着して止まる。これによりオイルミストと粉塵が不織布20に捕集され、空気だけが、図1の拡大図に示す繊維20cと繊維20cの間に形成された気孔20dを通過して他面20bに至り、不織布20を通過する。
The operation of such an
エアフィルタを使用し続けてオイルミストの不織布内部における捕集量が増えると、エアフィルタが水平に配置される場合には、オイルミストは液状化して通過する空気に随伴されてエアフィルタの他面に集まり、エアフィルタが鉛直に配置される場合には、捕集されたオイルミストが自重によりエアフィルタの下端に集まり、不織布の気孔を閉塞しない。これにより、オイルミストによる気孔の目詰まりは抑制される。粉塵は不織布の繊維表面の撥油性膜に直接付着するか、或いは撥油性膜に付着したオイルミストに付着する。不織布20に溜まったオイルミストと粉塵は、定期的にエアノッカー等でエアフィルタ10に衝撃を与えることにより、エアフィルタ10から除去することができる。
As the amount of oil mist collected inside the non-woven fabric increases as the air filter continues to be used, when the air filter is placed horizontally, the oil mist liquefies and accompanies the passing air on the other surface of the air filter. When the air filter is arranged vertically, the collected oil mist collects at the lower end of the air filter due to its own weight and does not block the pores of the non-woven fabric. As a result, clogging of the pores due to the oil mist is suppressed. The dust adheres directly to the oil-repellent film on the fiber surface of the non-woven fabric, or adheres to the oil mist attached to the oil-repellent film. The oil mist and dust accumulated in the
〔エアフィルタの製造方法〕
〔不織布の準備〕
先ず、1.1ml/cm2/秒〜40ml/cm2/秒の通気度を有する不織布を準備する。具体的には、後述する撥油性膜が不織布の繊維表面に形成されたエアフィルタになった状態で、1ml/cm2/秒〜30ml/cm2/秒の通気度を有する不織布を準備する。撥油性膜が多目に厚膜で形成される場合には、通気度の大きい不織布が選定され、撥油性膜が少な目に薄膜で形成される場合には、通気度の小さい不織布が選定される。
[Manufacturing method of air filter]
[Preparation of non-woven fabric]
First, a 1.1 ml / cm 2 / sec ~40ml / cm 2 / sec nonwoven having a air permeability of. Specifically, in a state in which oil-repellent film to be described later becomes an air filter formed on the fiber surface of the nonwoven fabric, to prepare a 1 ml / cm 2 / sec -30 mL / cm 2 / sec nonwoven having a air permeability of. When the oil-repellent film is formed of a thick film, a non-woven fabric having a high air permeability is selected, and when the oil-repellent film is formed of a thin film, a non-woven fabric having a low air permeability is selected. ..
この不織布としては、例えば、セルロース混合エステル性のメンブレンフィルタ、ガラス繊維ろ紙、ポリエチレンテレフタレート繊維とガラス繊維を混用した不織布(安積濾紙社製、商品名:340)がある。このように不織布は、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ガラス、アルミナ、炭素、セルロース、パルプ、ナイロン及び金属からなる群より選ばれた1種又は2種以上の繊維から作られる。繊維は、2以上の繊維を混合した繊維でもよい。繊維の太さ(繊維径)は、上記通気度が得られるように、0.01μm〜10μmの太さが好適である。不織布の厚さは、エアフィルタが単一層である場合には、0.2mm〜0.8mm、複数層の積層体である場合には、積層体の厚さが0.2mm〜1.6mmになる厚さが好ましい。本発明の撥油性膜形成材料の主成分がシリカゾル加水分解物であるため、繊維との密着性を得るために、水酸基をもつ材料が好ましい。その中でも、ガラス、アルミナ、セルロースナノ繊維等は、繊維径も細いものがあり、通気度を上記範囲内の低い値にすることができる。 As the nonwoven fabric, for example, cellulose mixed esters of the membrane filter, a glass fiber filter paper, non-woven fabric mix polyethylene terephthalate fiber and glass fiber (Azumi Filter Paper Co., Ltd., trade name: 340) have. As described above, the non-woven fabric is one or two selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP), polytetrafluoroethylene (PTFE), glass, alumina, carbon, cellulose, pulp, nylon and metal. Made from the above fibers. The fiber may be a fiber obtained by mixing two or more fibers. The fiber thickness (fiber diameter) is preferably 0.01 μm to 10 μm so that the above-mentioned air permeability can be obtained. The thickness of the non-woven fabric is 0.2 mm to 0.8 mm when the air filter is a single layer, and 0.2 mm to 1.6 mm when the air filter is a multi-layer laminate. The thickness is preferable. Since the main component of the oil-repellent film-forming material of the present invention is a silica sol hydrolyzate, a material having a hydroxyl group is preferable in order to obtain adhesion to fibers. Among them, glass, alumina, cellulose nanofibers and the like have a small fiber diameter, and the air permeability can be set to a low value within the above range.
前述したように不織布が図2に示すように複数の不織布30、40を積層した積層体である場合、オイルミストと粉塵を含む空気が流入する側の不織布30を構成する繊維をガラス繊維にすることにより、シリカゾル加水分解物を主成分として含む撥油性膜が、より一層強固にガラス繊維に密着し、不織布の繊維から剥離しにくくなる。
As described above, when the non-woven fabric is a laminated body in which a plurality of
〔不織布の繊維表面への撥油性膜の形成方法〕
本実施の形態の不織布の繊維表面に撥油性膜を形成するには、後述する撥油性膜形成用液組成物を、後述する沸点が120℃未満の炭素数1〜4の範囲にあるアルコールで、液組成物に対する質量比(液組成物:アルコール)が1:1〜50の割合になるように希釈した液を調製し、この希釈液に不織布をディッピングして希釈液から引上げ、大気中、室温で不織布を水平な金網等の上に拡げて一定の液分量になるまで脱液する。別法として、引き上げた不織布をマングルロール(絞り機)に通して脱液する。脱液した不織布は、大気中、25℃〜140℃の温度で0.5時間〜24時間乾燥する。これにより、図1の拡大図に示すように、不織布20を構成している繊維20cの表面に撥油性膜21が形成される。脱液量が少ない場合には、厚膜に不織布の繊維表面に形成され、脱液量が多い場合には、薄膜に不織布の繊維表面に形成される。
[Method of forming an oil-repellent film on the fiber surface of non-woven fabric]
In order to form an oil-repellent film on the fiber surface of the non-woven fabric of the present embodiment, a liquid composition for forming an oil-repellent film described later is prepared with an alcohol having a boiling point of less than 120 ° C. and having a carbon number of 1 to 4 described below. Prepare a diluted solution so that the mass ratio (liquid composition: alcohol) to the liquid composition is 1: 1 to 50, dip the non-woven fabric in this diluted solution, pull it up from the diluted solution, and in the air, Spread the non-woven fabric on a horizontal wire net or the like at room temperature and drain until a certain amount of liquid is reached. Alternatively, the non-woven fabric that has been pulled up is passed through a mangle roll (squeezer) to remove the liquid. The deflated non-woven fabric is dried in the air at a temperature of 25 ° C. to 140 ° C. for 0.5 hours to 24 hours. As a result, as shown in the enlarged view of FIG. 1, the oil-
〔撥油性膜形成用液組成物の製造方法〕
撥油性膜を形成するための液組成物は次の方法により製造される。
〔混合液の調製〕
先ず、ケイ素アルコキシドとしてのテトラメトキシシラン又はテトラエトキシシランと、アルキレン基成分となるエポキシ基含有シランと、フッ素含有官能基成分となるフッ素含有シラン、沸点が120℃未満の炭素数1〜4の範囲にあるアルコールと、水とを混合して混合液を調製する。このケイ素アルコキシドとしては、具体的には、テトラメトキシシラン、そのオリゴマー又はテトラエトキシシラン、そのオリゴマーが挙げられる。例えば、耐久性の高い撥油性膜を得る目的には、テトラメトキシシランを用いることが好ましく、一方、加水分解時に発生するメタノールを避ける場合は、テトラエトキシシランを用いることが好ましい。
[Manufacturing method of liquid composition for forming an oil-repellent film]
The liquid composition for forming the oil-repellent film is produced by the following method.
[Preparation of mixture]
First, tetramethoxysilane or tetraethoxysilane as a silicon alkoxide, an epoxy group-containing silane as an alkylene group component, a fluorine-containing silane as a fluorine-containing functional group component, and a boiling point in the range of 1 to 4 carbon atoms having a boiling point of less than 120 ° C. Mix the alcohol in the above with water to prepare a mixed solution. Specific examples of the silicon alkoxide include tetramethoxysilane, an oligomer thereof or tetraethoxysilane, and an oligomer thereof. For example, it is preferable to use tetramethoxysilane for the purpose of obtaining a highly durable oil-repellent film, while it is preferable to use tetraethoxysilane when avoiding methanol generated during hydrolysis.
上記アルキレン基成分となるエポキシ基含有シランとしては、具体的には、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン又は多官能エポキシシランが挙げられる。アルキレン基成分はケイ素アルコキシドとアルキレン基成分の合計質量に対して1質量%〜40質量%、好ましくは2.5質量%〜20質量%含まれる。アルキレン基成分が下限値の1質量%未満では、水酸基を含まない不織布の繊維に膜を形成した場合に、繊維への密着性が不十分になる。また上限値の40質量%を超えると、形成した膜の耐久性が低くなる。アルキレン基成分を上記1〜40質量%の範囲になるようにエポキシ基含有シランを含むと、エポキシ基も加水分解重合過程において開環して重合に寄与し、これにより乾燥過程にレベリング性が改善し膜厚さが均一になる。なお、不織布の繊維がガラス繊維等の親水基を含む場合には、アルキレン基成分の含有量は極少量であるか、若しくはゼロでもよい。一方、不織布の繊維が親水基を含まない場合には、このアルキレン基成分をシリカゾル加水分解物を100質量%とするとき、0.5質量%〜20質量%含むことが好ましい。 Specific examples of the epoxy group-containing silane as the alkylene group component include 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, and 3-glycidoxypropylmethyl. Examples thereof include diethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane and polyfunctional epoxysilane. The alkylene group component is contained in an amount of 1% by mass to 40% by mass, preferably 2.5% by mass to 20% by mass, based on the total mass of the silicon alkoxide and the alkylene group component. If the alkylene group component is less than 1% by mass of the lower limit value, the adhesion to the fiber becomes insufficient when a film is formed on the fiber of the non-woven fabric containing no hydroxyl group. On the other hand, if it exceeds the upper limit of 40% by mass, the durability of the formed film becomes low. When the epoxy group-containing silane is contained so that the alkylene group component is in the range of 1 to 40% by mass, the epoxy group also opens the ring in the hydrolysis polymerization process and contributes to the polymerization, thereby improving the leveling property in the drying process. The film thickness becomes uniform. When the fibers of the non-woven fabric contain hydrophilic groups such as glass fibers, the content of the alkylene group component may be extremely small or zero. On the other hand, when the fibers of the non-woven fabric do not contain a hydrophilic group, the alkylene group component preferably contains 0.5% by mass to 20% by mass when the silica sol hydrolyzate is 100% by mass.
炭素数1〜4の範囲にあるアルコールは、この範囲にある1種又は2種以上のアルコールが挙げられる。このアルコールとしては、例えば、メタノール(沸点64.7℃)、エタノール(沸点約78.3℃)、プロパノール(n−プロパノール(沸点97−98℃)、イソプロパノール(沸点82.4℃))が挙げられる。特にメタノール又はエタノールが好ましい。これらのアルコールは、ケイ素アルコキドとの混合がしやすいためである。上記水としては、不純物の混入防止のため、イオン交換水や純水等を使用するのが望ましい。ケイ素アルコキシド及びエポキシ基含有シランに炭素数1〜4の範囲にあるアルコールと水を添加して、好ましくは10〜30℃の温度で5〜20分間撹拌することにより混合液を調製する。 The alcohol in the range of 1 to 4 carbon atoms includes one kind or two or more kinds of alcohols in this range. Examples of this alcohol include methanol (boiling point 64.7 ° C.), ethanol (boiling point about 78.3 ° C.), propanol (n-propanol (boiling point 97-98 ° C.), isopropanol (boiling point 82.4 ° C.)). Be done. Methanol or ethanol is particularly preferable. This is because these alcohols are easily mixed with silicon alcohol. As the water, it is desirable to use ion-exchanged water, pure water, or the like in order to prevent impurities from being mixed. A mixed solution is prepared by adding alcohol and water having a carbon number in the range of 1 to 4 to the silicon alkoxide and the epoxy group-containing silane, and stirring the mixture at a temperature of preferably 10 to 30 ° C. for 5 to 20 minutes.
〔加水分解物(シリカゾル加水分解物)の調製〕
上記調製された混合液と有機酸、無機酸又はチタン化合物からなる触媒とを混合する。このとき液温を好ましくは30℃〜80℃の温度に保持して好ましくは1時間〜24時間撹拌する。これにより、ケイ素アルコキシドとアルキレン基成分となるエポキシ基含有シランとフッ素含有官能基成分となるフッ素含有シランの加水分解物(以下、シリカゾル加水分解物ということもある。)が調製される。加水分解物は、ケイ素アルコキシドを2質量%〜50質量%、エポキシ基含有シランを最大30質量%まで、フッ素含有官能基成分となるフッ素含有シランを0.005質量%〜3質量%、炭素数1〜4の範囲にあるアルコールを20質量%〜98質量%、水を0.1質量%〜40質量%、有機酸、無機酸又はチタン化合物を触媒として0.01質量%〜5質量%の割合で混合してケイ素アルコキシド、エポキシ基含有シラン及びフッ素含有官能基成分となるフッ素含有シランの加水分解反応を進行させることで得られる。フッ素含有官能基成分となるフッ素含有シランが下限値の0.005質量%未満では、形成した膜に撥油性が生じにくく、上限値の3質量%を超えると、不織布の繊維表面に密着しにくい。
[Preparation of hydrolyzate (silica sol hydrolyzate)]
The above-prepared mixed solution is mixed with a catalyst composed of an organic acid, an inorganic acid or a titanium compound. At this time, the liquid temperature is preferably maintained at a temperature of 30 ° C. to 80 ° C., and the mixture is preferably stirred for 1 hour to 24 hours. As a result, a hydrolyzate of silicon alkoxide, an epoxy group-containing silane as an alkylene group component, and a fluorine-containing silane as a fluorine-containing functional group component (hereinafter, also referred to as a silica sol hydrolyzate) is prepared. The hydrolyzate contains 2% by mass to 50% by mass of silicon alkoxide, up to 30% by mass of epoxy group-containing silane, 0.005% by mass to 3% by mass of fluorine-containing silane as a fluorine-containing functional group component, and carbon number. 20% by mass to 98% by mass of alcohol in the range of 1 to 4, 0.1% by mass to 40% by mass of water, 0.01% by mass to 5% by mass using an organic acid, inorganic acid or titanium compound as a catalyst. It is obtained by advancing the hydrolysis reaction of silicon alkoxide, epoxy group-containing silane, and fluorine-containing silane as a fluorine-containing functional group component by mixing at a ratio. If the fluorine-containing silane as a fluorine-containing functional group component is less than the lower limit of 0.005% by mass, the formed film is less likely to have oil repellency, and if it exceeds the upper limit of 3% by mass, it is difficult to adhere to the fiber surface of the non-woven fabric. ..
炭素数1〜4の範囲にあるアルコールの割合を上記範囲に限定したのは、アルコールの割合が下限値未満では、ケイ素アルコキシドが、溶液中に溶解せず分離してしまうこと、加水分解反応中に反応液がゲル化しやすく、一方、上限値を超えると、加水分解に必要な水、触媒量が相対的に少なくなるために、加水分解の反応性が低下して、重合が進まず、膜の密着性が低下するためである。水の割合を上記範囲に限定したのは、下限値未満では加水分解速度が遅くなるために、重合が進まず、撥油性膜の密着性が不十分になり、一方、上限値を超えると加水分解反応中に反応液がゲル化し、水が多過ぎるためケイ素アルコキシド化合物がアルコール水溶液に溶解せず、分離する不具合を生じるからである。 The reason why the proportion of alcohol in the range of 1 to 4 carbon atoms is limited to the above range is that if the proportion of alcohol is less than the lower limit, the silicon alkoxide does not dissolve in the solution and separates, and during the hydrolysis reaction. On the other hand, when the upper limit is exceeded, the amount of water and catalyst required for hydrolysis is relatively small, so that the reactivity of hydrolysis is reduced and polymerization does not proceed, resulting in a film. This is because the adhesion of the material is reduced. The reason why the ratio of water is limited to the above range is that if the value is less than the lower limit, the hydrolysis rate becomes slower, so that the polymerization does not proceed and the adhesion of the oil-repellent film becomes insufficient. This is because the reaction solution gels during the decomposition reaction, and the amount of water is too large, so that the silicon alkoxide compound does not dissolve in the alcohol aqueous solution, causing a problem of separation.
加水分解物を100質量%とするときのSiO2濃度(SiO2分)は1〜40質量%であるものが好ましい。加水分解物のSiO2濃度が下限値未満では、重合が不十分であり、膜の密着性の低下やクラックの発生が起こり易く、上限値を超えると、相対的に水の割合が高くなりケイ素アルコキシドが溶解せず、反応液がゲル化する不具合を生じる。 When the hydrolyzate is 100% by mass, the SiO 2 concentration (SiO 2 minutes) is preferably 1 to 40% by mass. If the SiO 2 concentration of the hydrolyzate is less than the lower limit, the polymerization is insufficient, and the adhesion of the film is likely to decrease and cracks are likely to occur. The alkoxide does not dissolve, causing a problem that the reaction solution gels.
有機酸、無機酸又はチタン化合物は加水分解反応を促進させるための触媒として機能する。有機酸としてはギ酸、シュウ酸が例示され、無機酸としては塩酸、硝酸、リン酸が例示され、チタン化合物としてはテトラプロポキシチタン、テトラブトキシチタン、テトライソプロポキシチタン、乳酸チタン等が例示される。触媒は上記のものに限定されない。上記触媒の割合を上記範囲に限定したのは、下限値未満では反応性に乏しく重合が不十分になるため、膜が形成されず、一方、上限値を超えても反応性に影響はないが、残留する酸による不織布の繊維の腐食等の不具合を生じる。 The organic acid, inorganic acid or titanium compound functions as a catalyst for promoting the hydrolysis reaction. Examples of organic acids include formic acid and oxalic acid, examples of inorganic acids include hydrochloric acid, nitric acid, and phosphoric acid, and examples of titanium compounds include tetrapropoxytitanium, tetrabutoxytitanium, tetraisopropoxytitanium, and titanium lactate. .. The catalyst is not limited to the above. The reason why the ratio of the catalyst is limited to the above range is that if the value is less than the lower limit, the reactivity is poor and the polymerization is insufficient, so that a film is not formed. On the other hand, if the value exceeds the upper limit, the reactivity is not affected. , The residual acid causes problems such as corrosion of the fibers of the non-woven fabric.
フッ素含有官能基成分となるフッ素含有シランは、下記一般式(3)及び式(4)で示される。上記式(3)及び式(4)中のペルフルオロエーテル基としては、より具体的には、下記式(5)〜(13)で示されるペルフルオロエーテル構造を挙げることができる。 The fluorine-containing silane as a fluorine-containing functional group component is represented by the following general formulas (3) and (4). More specifically, examples of the perfluoroether group in the above formulas (3) and (4) include perfluoroether structures represented by the following formulas (5) to (13).
また、上記式(2)及び式(3)中のXとしては、下記式(14)〜(18)で示される構造を挙げることができる。なお、下記式(14)はエーテル結合、下記式(15)はエステル結合、下記式(16)はアミド結合、下記式(17)はウレタン結合、下記式(18)はスルホンアミド結合を含む例を示している。 Further, examples of X in the above formulas (2) and (3) include structures represented by the following formulas (14) to (18). The following formula (14) is an ether bond, the following formula (15) is an ester bond, the following formula (16) is an amide bond, the following formula (17) is a urethane bond, and the following formula (18) is an example containing a sulfone amide bond. Is shown.
ここで、上記式(14)〜(18)中、R2及びR3は炭素数が0から10の炭化水素基、R4は水素原子又は炭素数1から6の炭化水素基である。R3の炭化水素基の例とは、メチレン基、エチレン基等のアルキレン基が挙げられ、R4の炭化水素基の例とは、メチル基、エチル基等のアルキル基の他、フェニル基等も挙げられる。 Here, in the above formulas (14) to (18), R 2 and R 3 are hydrocarbon groups having 0 to 10 carbon atoms, and R 4 is a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms. Examples of the hydrocarbon group of R 3 include an alkylene group such as a methylene group and an ethylene group, and examples of the hydrocarbon group of R 4 include an alkyl group such as a methyl group and an ethyl group, as well as a phenyl group and the like. Can also be mentioned.
また、上記式(3)及び式(4)中、R1は、加水分解基のメトキシ基、エトキシ基等が挙げられる。 Further, in the above formulas (3) and (4), R 1 includes a methoxy group and an ethoxy group as hydrolyzing groups.
また、上記式(3)及び式(4)中、Zは、加水分解されてSi−O−Si結合を形成可能な加水分解性基であれば特に限定されるものではない。このような加水分解性基としては、具体的には、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基などのアルコキシ基、フェノキシ基、ナフトキシ基などのアリールオキシ基、ベンジルオキシ基、フェネチルオキシ基などのアラルキルオキシ基、アセトキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基、バレリルオキシ基、ピバロイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基などのアシルオキシ基等が挙げられる。これらの中でも、メトキシ基、エトキシ基を適用することが好ましい。 Further, in the above formulas (3) and (4), Z is not particularly limited as long as it is a hydrolyzable group capable of forming a Si—O—Si bond by hydrolysis. Specific examples of such a hydrolyzable group include an alkoxy group such as a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group and a butoxy group, an aryloxy group such as a phenoxy group and a naphthoxy group, a benzyloxy group and a phenethyloxy group. Examples thereof include an aralkyloxy group such as a group, an acetoxy group, a propionyloxy group, a butyryloxy group, a valeryloxy group, a pivaloyloxy group, an acyloxy group such as a benzoyloxy group and the like. Among these, it is preferable to apply a methoxy group or an ethoxy group.
ここで、上記式(3)及び式(4)で表されるペルフルオロエーテル構造を有するフッ素含有官能基成分となるフッ素含有シランの具体例としては、例えば、下記式(19)〜(27)で表される構造が挙げられる。なお、下記式(19)〜(27)中、Rはメチル基又はエチル基である。 Here, specific examples of the fluorine-containing silane as a fluorine-containing functional group component having a perfluoroether structure represented by the above formulas (3) and (4) are, for example, the following formulas (19) to (27). Examples include the structures represented. In the following formulas (19) to (27), R is a methyl group or an ethyl group.
上述したように、本実施の形態の撥油性膜形成用液組成物に含まれるフッ素含有官能基成分は、分子内にペルフルオロエーテル基とアルコキシシリル基とをそれぞれ1以上有する構造となっていて、酸素原子に炭素数が6以下の短鎖長のペルフルオロアルキル基とペルフルオロアルキレン基が複数結合したペルフルオロエーテル基を有しており、分子内のフッ素含有率が高いため、形成した膜に優れた撥水撥油性を付与することができる。 As described above, the fluorine-containing functional group component contained in the oil-repellent film-forming liquid composition of the present embodiment has a structure having one or more perfluoroether groups and one or more alkoxysilyl groups in the molecule. It has a perfluoroether group in which a plurality of short-chain long perfluoroalkyl groups and perfluoroalkylene groups having 6 or less carbon atoms are bonded to an oxygen atom, and has a high fluorine content in the molecule, so that the formed film has excellent repellency. Water repellent property can be imparted.
〔撥油性膜形成用液組成物〕
本実施の形態の撥油性膜形成用液組成物は、上記製造方法で製造され、前述したフッ素含有官能基成分を含むシリカゾル加水分解物と、溶媒とを含む。このフッ素含有官能基成分は、上記の一般式(1)及び式(2)で示されるペルフルオロエーテル構造を有し、シリカゾル加水分解物を100質量%とするとき、0.01質量%〜10質量%含まれる。
[Liquid composition for forming an oil-repellent film]
The liquid composition for forming an oil-repellent film of the present embodiment is produced by the above-mentioned production method, and contains the above-mentioned silica sol hydrolyzate containing a fluorine-containing functional group component and a solvent. This fluorine-containing functional group component has a perfluoroether structure represented by the above general formulas (1) and (2), and when the silica sol hydrolyzate is 100% by mass, 0.01% by mass to 10% by mass. %included.
上記溶媒は、水と炭素数1〜4のアルコールとの混合溶媒であるか、或いは水と炭素数1〜4のアルコールと上記アルコール以外の有機溶媒との混合溶媒である。ペルフルオロエーテル構造の具体例としては、上述した式(5)〜(27)で示される構造を挙げることができる。 The solvent is a mixed solvent of water and an alcohol having 1 to 4 carbon atoms, or a mixed solvent of water, an alcohol having 1 to 4 carbon atoms and an organic solvent other than the alcohol. Specific examples of the perfluoroether structure include the structures represented by the above-mentioned formulas (5) to (27).
本実施の形態の撥油性膜形成用液組成物がシリカゾル加水分解物を主成分として含むため、撥油性膜の不織布の繊維への密着性に優れ、剥離しにくい高い強度の撥油性膜が得られる。またシリカゾル加水分解物が上記一般式(1)又は(2)で示されるペルフルオロエーテル構造のフッ素含有官能基成分を含むため、撥油性の効果がある。フッ素含有官能基成分の含有割合が0.01質量%未満では形成した膜に撥油性を付与できず、10質量%を超えると膜の弾き等が発生し成膜性に劣る。好ましいフッ素含有官能基成分の含有割合は0.1質量%〜5質量%である。 Since the liquid composition for forming an oil-repellent film of the present embodiment contains a silica sol hydrolyzate as a main component, an oil-repellent film having excellent adhesion to fibers of the non-woven fabric of the oil-repellent film and having high strength that is difficult to peel off can be obtained. Be done. Further, since the silica sol hydrolyzate contains a fluorine-containing functional group component having a perfluoroether structure represented by the above general formula (1) or (2), it has an oil-repellent effect. If the content ratio of the fluorine-containing functional group component is less than 0.01% by mass, oil repellency cannot be imparted to the formed film, and if it exceeds 10% by mass, the film is repelled and the film forming property is inferior. The content ratio of the preferable fluorine-containing functional group component is 0.1% by mass to 5% by mass.
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。 Next, examples of the present invention will be described in detail together with comparative examples.
<実施例1>
ケイ素アルコキシドとしてテトラメトキシシラン(TMOS)の3量体〜5量体(三菱化学社製、商品名:MKCシリケートMS51)8.52gと、アルキレン基成分となるエポキシ基含有シランとして3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(GPTMS:信越化学工業社製、商品名:KBM−403)0.48gと、フッ素含有官能基成分として式(19)で表わされるフッ素含有シラン(R:エチル基)0.24gと、有機溶媒としてエタノール(EtOH)(沸点78.3℃)17.34gとを混合し、更にイオン交換水3.37gを添加して、セパラブルフラスコ内で25℃の温度で5分間撹拌することにより混合液を調製した。またこの混合液に、触媒として濃度35質量%の塩酸0.05gを添加し、40℃で2時間撹拌した。これにより、シリカゾル加水分解物を含む撥油性膜形成用液組成物を調製した。この調製内容を表1に示す。
<Example 1>
8.52 g of tetramethoxysilane (TMS) trimer to pentamer (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, trade name: MKC silicate MS51) as a silicon alkoxide, and 3-glycidoxy as an epoxy group-containing silane as an alkylene group component. 0.48 g of propyltrimethoxysilane (GPTMS: manufactured by Shinetsu Chemical Industry Co., Ltd., trade name: KBM-403) and 0.24 g of fluorine-containing silane (R: ethyl group) represented by the formula (19) as a fluorine-containing functional group component. And 17.34 g of ethanol (EtOH) (boiling point 78.3 ° C.) as an organic solvent are mixed, and 3.37 g of ion-exchanged water is further added, and the mixture is stirred in a separable flask at a temperature of 25 ° C. for 5 minutes. This prepared a mixed solution. Further, 0.05 g of hydrochloric acid having a concentration of 35% by mass was added to this mixed solution as a catalyst, and the mixture was stirred at 40 ° C. for 2 hours. As a result, an oil-repellent film-forming liquid composition containing a silica sol hydrolyzate was prepared. The contents of this preparation are shown in Table 1.
得られた撥油性膜形成用液組成物のシリカゾル加水分解物には、フッ素含有官能基成分が4.5質量%と、炭素数7のアルキレン基成分が7.8質量%含まれていた。次に撥油性膜形成用液組成物1.0gに、工業アルコール(日本アルコール産業社製、AP−7)7.0gを添加混合して、液組成物の希釈液を調製した。この希釈液に、エアフィルタの基材として、5ml/cm2/秒の通気度を有する単一層の目付が265g/m2である不織布を30秒間ディッピングした。エアフィルタの基材は、PET繊維からなる不織布であった。希釈液から不織布を引上げ、水平の金網の上に拡げ、室温で30分間放置して、脱液した。その後120℃に維持された乾燥機に単一層の不織布を30分間入れて乾燥し、エアフィルタを得た。このエアフィルタの通気度は3.0ml/cm2/秒であった。以上の結果を表2に示す。 The silica sol hydrolyzate of the obtained liquid composition for forming an oil-repellent film contained 4.5% by mass of a fluorine-containing functional group component and 7.8% by mass of an alkylene group component having 7 carbon atoms. Next, 7.0 g of an industrial alcohol (manufactured by Japan Alcohol Corporation, AP-7) was added and mixed with 1.0 g of the oil-repellent film-forming liquid composition to prepare a diluted solution of the liquid composition. This diluted solution was dipped with a non-woven fabric having a basis weight of 265 g / m 2 as a single layer having an air permeability of 5 ml / cm 2 / sec as a base material for an air filter for 30 seconds. The base material of the air filter was a non-woven fabric made of PET fiber. The non-woven fabric was pulled up from the diluted solution, spread on a horizontal wire mesh, and left at room temperature for 30 minutes to remove the liquid. Then, the single-layer non-woven fabric was put in a dryer maintained at 120 ° C. for 30 minutes and dried to obtain an air filter. The air permeability of this air filter was 3.0 ml / cm 2 / sec. The above results are shown in Table 2.
<実施例2〜5、比較例2〜4>
実施例2〜5及び比較例2〜4について、表2に示すように、エアフィルタの基材の種類及びフッ素含有官能基成分となるフッ素含有シランの種類を選定し、実施例1に示されるTMOSの添加量、GPTMSの添加量及びフッ素含有シランの添加量をそれぞれ変更した。それ以外は実施例1と同様にして、実施例2〜5、比較例2〜4の撥油性膜形成用液組成物を得た。これらの液組成物に実施例1と同一の工業アルコールを添加し、実施例1と同様にして、エアフィルタ基材のディッピング用の希釈液を調製した。これらの希釈液に表2に示すエアフィルタ基材を実施例1と同様にディッピングし、乾燥して、表2に示す特性を有するエアフィルタを得た。なお、表2において、フッ素含有官能基成分として式(19)〜式(23)で表わされるフッ素含有シランの式中のRはすべてエチル基である。
<Examples 2 to 5, Comparative Examples 2 to 4>
For Examples 2 to 5 and Comparative Examples 2 to 4, as shown in Table 2, the type of the base material of the air filter and the type of the fluorine-containing silane as the fluorine-containing functional group component are selected and shown in Example 1. The amount of TMOS added, the amount of GPTMS added, and the amount of fluorine-containing silane added were changed. The liquid compositions for forming an oil-repellent film of Examples 2 to 5 and Comparative Examples 2 to 4 were obtained in the same manner as in Example 1 except for the above. The same industrial alcohol as in Example 1 was added to these liquid compositions to prepare a diluted solution for dipping the air filter base material in the same manner as in Example 1. The air filter base material shown in Table 2 was dipped in these diluted solutions in the same manner as in Example 1 and dried to obtain an air filter having the characteristics shown in Table 2. In Table 2, all Rs in the formulas of the fluorine-containing silanes represented by the formulas (19) to (23) as the fluorine-containing functional group components are ethyl groups.
なお、実施例3に用いた不織布は、実施例1の不織布と異なり、ガラス繊維の不織布とPET繊維の不織布の二層からなり、この不織布から得られたエアフィルタの通気度は、1.2ml/cm2/秒であった。また実施例5及び比較例4で用いた不織布は、実施例1の不織布と異なり、PET繊維とガラス繊維の混合繊維(質量比でPET:ガラス=80:20)からなり、これらの不織布から得られたエアフィルタのそれぞれの通気度は、28.0ml/cm2/秒及び0.5ml/cm2/秒であった。更に実施例6及び比較例5に用いたエアフィルタ基材は、実施例1の不織布と異なり、それぞれPTFE繊維からなる単一層の不織布であり、これらの不織布から得られたエアフィルタのそれぞれの通気度は、3.0ml/cm2/秒及び5.0ml/cm2/秒であった。 Unlike the non-woven fabric of Example 1, the non-woven fabric used in Example 3 is composed of two layers of a non-woven fabric of glass fiber and a non-woven fabric of PET fiber, and the air permeability of the air filter obtained from this non-woven fabric is 1.2 ml. It was / cm 2 / sec. Further, the non-woven fabric used in Example 5 and Comparative Example 4 is different from the non-woven fabric of Example 1, and is composed of a mixed fiber of PET fiber and glass fiber (PET: glass = 80:20 in terms of mass ratio), and is obtained from these non-woven fabrics. each air permeability of the air filter that is was 28.0 ml / cm 2 / sec and 0.5 ml / cm 2 / sec. Further, the air filter base material used in Example 6 and Comparative Example 5 is a single-layer non-woven fabric made of PTFE fiber, unlike the non-woven fabric of Example 1, and the ventilation of each of the air filters obtained from these non-woven fabrics. The degree was 3.0 ml / cm 2 / sec and 5.0 ml / cm 2 / sec.
<比較例1>
比較例1では、実施例1と同一の不織布を用いたが、シリカゾル加水分解物中にフッ素含有官能基成分となるフッ素含有シランを含まなかった。
<Comparative example 1>
In Comparative Example 1, the same non-woven fabric as in Example 1 was used, but the silica sol hydrolyzate did not contain fluorine-containing silane as a fluorine-containing functional group component.
<比較例5>
比較例5では、エアフィルタの基材として、市販されている目開き1μmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製のメンブランフィルタを未処理のまま用いて、これをエアフィルタとした。実施例1のような撥油性膜形成用液組成物の希釈液にはディッピングしなかった。
<Comparative example 5>
In Comparative Example 5, as the base material of the air filter, a polytetrafluoroethylene (PTFE) membrane filter of 1μm open eyes that are commercially available with untreated, which was used as an air filter. No dipping was performed on the diluted solution of the oil-repellent film-forming liquid composition as in Example 1.
<比較試験及び評価>
金属製品を切削油を用いて加工する工作機械から飛散するオイルミストと粉塵に模して、ヘキサデカンと酸化鉄(III)(富士フイルム和光純薬社製)を質量比で80:20の割合で自転公転撹拌機に投入して撹拌混合し、模擬液を得た。得られた模擬液1mlを、実施例1〜6及び比較例1〜5で得られた11種類の水平に置いたエアフィルタに上方から滴下した後、エアフィルタを鉛直に立てて、模擬液の転落性を確認した。模擬液がエアフィルタに染みこんだものは、エアフィルタの撥油性が『不良』であるとし、模擬液がエアフィルタから転落するものをエアフィルタの撥油性が『良好』であるとした。
<Comparative tests and evaluations>
Hexadecane and iron (III) oxide (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) are mixed in a mass ratio of 80:20, imitating oil mist and dust scattered from machine tools that process metal products using cutting oil. It was put into a rotating and revolving stirrer and stirred and mixed to obtain a simulated liquid. After dropping 1 ml of the obtained simulated liquid from above onto the 11 types of horizontally placed air filters obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 5, the air filter was erected vertically to prepare the simulated liquid. The fallability was confirmed. When the simulated liquid soaked into the air filter, the oil repellency of the air filter was "poor", and when the simulated liquid fell from the air filter, the oil repellency of the air filter was "good".
表2から明らかなように、比較例1では、シリカゾル加水分解物中にフッ素含有官能基成分となるフッ素含有シランを含まなかったため、模擬液はエアフィルタに染みこんで転落せず、その撥油性は『不良』であった。 As is clear from Table 2, in Comparative Example 1, since the silica sol hydrolyzate did not contain fluorine-containing silane, which is a fluorine-containing functional group component, the simulated liquid permeated into the air filter and did not fall, and its oil repellency. Was "bad".
比較例2では、シリカゾル加水分解物を100質量%とするときのフッ素含有官能基成分の含有量が11.6質量%と多過ぎたこと、不織布の目付が150g/m2と低過ぎたため、エアフィルタの通気度が60.0ml/cm2/秒と高過ぎ、模擬液はエアフィルタに染みこんで転落せず、その撥油性は『不良』であった。 In Comparative Example 2, when the silica sol hydrolyzate was 100% by mass, the content of the fluorine-containing functional group component was too high at 11.6% by mass, and the texture of the non-woven fabric was too low at 150 g / m 2. The air permeability of the air filter was too high at 60.0 ml / cm 2 / sec, the simulated liquid soaked into the air filter and did not fall, and its oil repellency was "poor".
比較例3では、エアフィルタの通気度が35ml/cm2/秒と高過ぎ、模擬液はエアフィルタに染みこんで転落せず、その撥油性は『不良』であった。 In Comparative Example 3, the air permeability of the air filter was too high at 35 ml / cm 2 / sec, the simulated liquid soaked into the air filter and did not fall, and its oil repellency was "poor".
比較例4では、模擬液のエアフィルタからの転落はあったが、不織布の目付が450g/m2と高過ぎたため、エアフィルタの通気度が0.5ml/cm2/秒と低過ぎ、エアフィルタとしての性能は不十分であった。 In Comparative Example 4, the simulated liquid had fallen from the air filter, but the basis weight of the non-woven fabric was too high at 450 g / m 2 , so the air permeability of the air filter was too low at 0.5 ml / cm 2 / sec and air. The performance as a filter was insufficient.
比較例5では、エアフィルタとして、PTFE製のメンブレンフィルタを用いたが、模擬液はエアフィルタに染みこんで転落せず、その撥油性は『不良』であった。 In Comparative Example 5, a membrane filter made of PTFE was used as the air filter, but the simulated liquid soaked into the air filter and did not fall, and its oil repellency was "poor".
それに対して、実施例1〜6のエアフィルタでは、不織布の目付が210g/m2〜380g/m2の範囲にあり、撥油性の機能を有する撥油性膜にフッ素含有官能基成分がシリカゾル加水分解物を100質量%とするとき、0.02質量%〜9.8質量%の割合で含まれ、エアフィルタの通気度が1.2ml/cm2/秒〜28.0ml/cm2/秒であって、第1の観点の発明の範囲を満たしていることから、模擬液がエアフィルタから転落し、その撥油性はすべて『良好』であることを確認できた。 In contrast, in the air filter of Examples 1 to 6, the basis weight of the nonwoven fabric is in the range of 210g / m 2 ~380g / m 2 , the fluorine-containing functional group component sol hydro oil-repellent film having a function of oil repellency When the decomposition product is 100% by mass, it is contained in a ratio of 0.02% by mass to 9.8% by mass, and the air permeability of the air filter is 1.2 ml / cm 2 / sec to 28.0 ml / cm 2 / sec. Since it satisfied the scope of the invention of the first aspect, it was confirmed that the simulated liquid fell from the air filter and its oil repellency was all "good".
本発明のエアフィルタは、金属製品を切削油を用いて加工する切削機や旋削機等の工作機械のある作業環境で用いられる。 The air filter of the present invention is used in a working environment where there is a machine tool such as a cutting machine or a turning machine that processes a metal product using cutting oil.
10 エアフィルタ
20 不織布
20a 不織布の一面
20b 不織布の他面
20c 不織布の繊維
20d 不織布の気孔
21 撥油性膜
22 オイルミストの油粒子
23 粉塵の粒子
10
Claims (4)
前記不織布の目付が200g/m2〜400g/m2の範囲にあり、
前記不織布の繊維表面に撥油性膜が形成され、
前記撥油性膜は、フッ素含有官能基成分を含むシリカゾル加水分解物を有し、
前記フッ素含有官能基成分は、前記シリカゾル加水分解物を100質量%とするとき、0.01質量%〜10質量%の割合で含まれ、
前記エアフィルタの通気度が1ml/cm2/秒〜30ml/cm2/秒であって、
前記フッ素含有官能基成分は、下記の一般式(1)又は式(2)で示されるペルフルオロエーテル構造を含むことを特徴とするエアフィルタ。
Basis weight of the nonwoven fabric is in the range of 200g / m 2 ~400g / m 2 ,
An oil-repellent film is formed on the fiber surface of the non-woven fabric,
The oil-repellent film has a silica sol hydrolyzate containing a fluorine-containing functional group component, and has a silica sol hydrolyzate.
The fluorine-containing functional group component is contained in a proportion of 0.01% by mass to 10% by mass when the silica sol hydrolyzate is 100% by mass.
Air permeability of the air filter is a 1 ml / cm 2 / sec -30 mL / cm 2 / sec,
The fluorine-containing functional group component is an air filter characterized by containing a perfluoroether structure represented by the following general formula (1) or formula (2).
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