JPH0360710A - 空気浄化用濾過材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は特定のイオン交換繊維を含む濾過材であって、
塩類を固体又は溶液微粒子として含有する空気の浄化用
濾過材に関する。

（従来の技術） 最近、超清浄空間を必要とする産業が増加しつつあり、
今や殆どの産業で、クリーンルーム技術が必要であると
言っても過言ではない。ここで、空気中に浮遊する微粒
子状物質を集塵し、超清浄空間を得る方法としては、空
気浄化用濾過材を利用した濾過集塵技術が一般的である
。これは、捕集効率の異なる数種類の濾過材に外気を通
して集塵を行う技術である。現在、常時固体である微粒
子の捕集技術は非常に高度のレベルに達している。

しかし空気中の浮遊している物質は常に固体であるとは
限らない、空気中にはこの他の液状の微粒子であるξス
ト、及び相対湿度の上昇によって潮解現象を起こし、容
易に液状化する塩類微粒子も含まれている場合がある。

これ等の塩類は海洋での波による気泡破裂をその源とす
るものであり、海塩粒子とも呼ばれている（諌早典夫他
蕩　空気清浄のための浮遊微粒子の計測・制御総合技術
３章１０項等参考）、海塩粒子の存在は海洋に四方を囲
まれ、かつまた生産拠点を臨海地帯におかざるを得ない
我が国では大きな問題となっている。

それは従来の空気浄化用濾過材を用いて浮′Ｉ１１海塩
粒子を含む空気を処理する場合、濾過材上に浦獲された
海塩粒子が相対湿度の上昇とともに液状化し、濾過材の
内部に浸透し、再び下流側に飛び出す現象、所謂再飛散
現象が発生する為である。半導体製造クリーンルームに
於いて、再飛散によって室内に侵入した塩は、半導体ウ
ェハーの上に沈着し、絶縁不良を含む歩留まり低下の大
きな原因となる。また、電子計算機や、ＯＡ機器を多用
する現在のオフィスビルに於いても、空！Ｊａ器を通し
ての海塩の進入は、コネクター類の腐食によるトラブル
の大きな原因となっている。またこれらの濾過材上に捕
獲された海塩類は、空気ｉＩｔ過システムの運転中、吸
湿、潮解現象を起こし、固化するかもしくは潮解して粘
度の高い液体となり、圧力（ｌ失を上昇させる。よって
臨海地区に建設されるクリーンルーム等の空調設備には
各種の除塩対策が施されている。その方法とは、空気を
加熱し、相対湿度を下げ、常に乾燥した状態で前記の濾
過材に通す方法、あるいは空気中に純水をスプレーし、
海塩を液滴にすると共に、粒径を大きくし、撥水処理を
施した濾過材で濾過する方法、あるいは純水スクラバー
に空気を通す方法及びそれらの組合わせ等である。しか
るにこれらの方法は設備費、運転費が膨大なものになる
という欠点を有する。また濾過材を厚くしたり、複層化
してミスト保有量を増加させ、再飛散の発生を遅らせる
方法も採られているが、これは根本的な解決法ではなく
、また濾過材の圧力損失の上昇による運転費の上昇とい
う問題もひきおこす。

イオン交換繊維を空気濾過材として使用する方法につい
ては、既に特開昭６３−１２３１５号公報等で報告され
ている。上記公報には、イオン交換繊維に、それより径
の細いガラス１１１維を混入せしめた大気浄化装置用フ
ィルターを用いて、気体中の粒子状物質、酸性ガス、ア
ルカリ性ガス、臭気性ガス等の汚染物質の捕集、除去を
行うことが記載されている。しかし上記公報には、塩類
の固体又は液体微粒子を含有する空気を処理する場合に
於ける上記の問題点及びその解決策について記載されて
いない。上記公報の実施例には例えば、四級アミノ基を
有するアニオン繊維とカルボン酸ナトリウム基を有する
カチオン繊維とガラス繊維を含む空気浄化用フィルター
が示されている。しかし本発明者らの検討によれば、こ
のフィルターでは、大気中に含まれる塩ξストや海塩粒
子を浦捉する場合、充分な効力を発揮し得ない。

（発明が解決すべき課題） 本発明の目的は、塩類の固体又は溶液微粒子を含有する
空気を濾過する場合、上記のように塩類が濾過材の下流
側に漏れる現象である再飛散現象による塩の侵入が少な
く、また濾過材の圧力損失の上昇の少ない濾過材を提供
することである。

（課題を解決する為の手段） 本発明は強酸性イオン交換繊維（ａ）、強塩基性イオン
交換繊維（９）、及びイオン交換繊維以外の繊維（ｃ）
、を含む濾過材であって、繊維（ａ）及び（ｂ）の径が
１〜５０μｍであり、繊維（ｃ）の７０ｗｔ％以上が（
ａ）及び（ｂｌの平均径のｌ／１０以下の径を有する、
塩類を固体又は液体微粒子として含有する空気の浄化用
濾過材に関する。

本発明に用いられるイオン交換繊維としては有機高分子
化合物のイオン交換繊維が入手し易い。

イオン交換機能を持つ有機繊維の基材繊維としては、セ
ルロース系、ポリスチレン系、ビニロン系、フェノール
系、ニトリル系等の種類が知られている。　これらの中
でも、紡糸時の長繊維製造の容易さ、繊維の柔軟性、強
度、イオン交換基の導入の容易さなどの点からニトリル
系繊維が好ましい。

これらの基材繊維にイオン交換官能基を導入する方法は
公知の方法で行われる。ここで、強酸性イオン交換繊維
の官能基としては、スルホン酸基、強塩基性イオン交換
繊維の官能基としては第四級アンモニウム基が一般的で
ある。　本発明に於いて用いられるイオン交換繊維は海
塩等の中性塩を吸着する場合、その交換容量は、吸着効
果及びイオン交換濾過材としての寿命の点から、ある水
準以上が好ましい、中性塩イオン交換容量が０．５　ｍ
ｅｑ／ｇ−イオン交換繊維以上、更に好ましくは１．　
Ｏｍｅｑ／ｇ−イオン交換繊維以上であることが好まし
い。

本発明に用いられるイオン交換繊維以外の繊維としては
、有機、無機あるいは金属ｗＪ＆繊維が挙げられるが特
に制限はない。具体的には天然繊維として綿、麻、羊毛
等；再生、半金ｔｍ維としてレーヨン、セルロース、ア
セテート等；　有ａ合ｔｍ維としてポリアミド、ポリイ
ミド、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリア
クリロニトリル、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリ
ウレタン、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリエス
テルエーテル等；無機繊維としてガラス繊維、炭素繊維
、活性炭繊維、アルミナ繊維環；金属繊維としてスチー
ルウール等が挙げられる。更に導電性炭素製品等を混合
あるいは塗布した合成繊維等の使用もできる。ガラス繊
維はサブミクロン径のものが比較的容易に作製でき、ま
た充分な強度、剛性及び加工性の良さ等で、空気濾過材
の構成材料としては最良のものである。

空気濾過材としての十分な性能を得る為には、使用する
繊維の径が問題となってくるが、製法上の問題で、イオ
ン交換ｍ維はその繊維径が通常空気濾過材に用いられて
いる繊維より太いことが多い。このように太い繊維を多
く含む濾過材では、０．５μ以下の微小ダスト流入時の
濾過性能を充分に発揮することが出来ない為に、本発明
の濾過材ではイオン交換繊維と、それよりも細い他の繊
維を組合わせて用いる。

イオン交換繊維のｍｍ径は１〜５０μｍ、望ましくは１
〜２０μｍのものが良い。またイオン交換繊維以外の繊
維の繊維径は、目標とする濾過材の捕集効率、圧損等に
よって変化するが、充分な捕集効率を得る為には、０．
１〜１０μｍであることが好ましい。

イオン交換繊維以外の繊維の径は、その繊維の７０−１
％以上がイオン交換繊維の平均径の１７１０以下の径を
有することが望ましい。これらのｍ維の組合わせによっ
て、細＄１１！１による捕集効率の向上と、捕捉したミ
ストのイオン交換繊維への速やかな移動が起り、イオン
交換機能が最大限に発揮できる。

本発明の濾過材に於ける組合わせとは、各繊維を予め均
一に混合して濾過材に加工する以外に、各繊維を別々に
加工して出来た濾過材を重ね合わせることを含む。

濾過材の製造方法は問わないが、シート状のものの製法
としては、湿式抄紙法、乾式抄紙法等が挙げられる。

本発明に於いて、濾過材の強度を保ち、濾過材が崩れる
のを防ぐ為に、バインダー物質を挿入することが望まし
い。バインダーとしては、繊維状バインダー、特に熱可
塑性有機高分子繊維があげられ、これを用いたホットメ
ルトによる製法によって高性能の濾過材を得ることがで
きる。本発明の濾過材に於いて、イオン交換繊維の含有
比率が多い程、濾過材の寿命は長くなるが、固体微粒子
の捕集効率が低下する。例えば、イオン交換繊維以外の
繊維としてガラス繊維を使用する場合、イオン交換繊維
の比率は重量比率で全種過材重量の７０％以内にあるこ
とが望ましい。更にこの場合濾過付寿命等を勘案すると
、イオン交換繊維の比率は５０〜７０％前後が適当であ
る。

本発明の濾過材に於いて強酸性イオン交換＄ａ維と強塩
基性イオン交換繊維の比率は、両繊維の交換容量が等し
くなる比率が最良であることがわかった。しかしこの比
率は濾過する空気の性状によって変化させても良く、例
えば亜硫酸ガス等のガス状物質の含まれた工業地帯の空
気を濾過するような場合、ある程度、強塩基性イオン交
換繊維の量を増加させても良いし、逆に強酸性イオン交
換繊維の量を増加させた方が望ましい場合もありうる。

しかしあくまで強酸性イオン交換繊維と強塩基性イオン
交換繊維が共存状態であることが必要であり、その比率
は交換容量が１対０．５〜２以内であることが望ましい
。

空気中に浮遊する塩類としては、主にに、　Ｎａ、　Ｃ
ａＭｇ等の塩化物、硫化物、炭酸塩など、さらに各種金
属元素の塩類が挙げられる。

空気中には、上記以外に例えば硝酸塩、アンモニウム塩
、ガス状物質等のイオン性物質が存在しているが、本発
明の濾過材によればそれらを同時にイオン交換分離する
ことが可能である。

本発明の濾過材は、これらの塩類を固体又は液体微粒子
として１〜５０．０００μｇ　７ｍ　３含有する空気か
ら、これらの塩類を除去するのに適している。

本発明の濾過付内のイオン交換機能が最大限に発揮され
るのは、塩類のミストが液状である場合、また気体中の
相対湿度が高い場合である。しかし、乾燥空気濾過や固
体状塩類粒子濾過の場合において、本濾過材は、通常に
使用されている空気濾過材と全く同様な性能を持つ。す
なわち、本濾過材は乾燥空気濾過状態では従来の濾過材
と同等の性能を持ち、湿潤空気流入時には再飛散によっ
て起こる通常の濾過材の機能低下が全く発生しない。

本濾過材の特徴は、天候の変動等による空気状態の変化
に効果的にかつ自動的に対応できるところにある。ここ
で、本濾過材の性能を最大限に発揮させる為に、空気に
対して一定の湿度を付与することを妨げるものではない
。空気に対して一定の湿度を付与する方法としては、空
気の水中へのバブリング、水の噴霧などの気液接触方法
、もしくは濾過付自身への水スプレィ、滴下などがあげ
られる。

さらに本濾過材の大きな特徴として、アニオン、カチオ
ン両種のイオン交換繊維の同時使用によって圧力損失上
昇を低く抑えることができることがあげられる１通常の
空気濾過材を臨海地域で使用する場合、吸湿性、潮解性
の激しい塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化アンモ
ニウムが濾過材上に捕獲される。これ等の物質は透過材
使用中に吸湿し固化するか、あるいは潮解して粘性の極
端に高い液となり、濾過材の圧力損失を増大させる（日
本粉体工業協会編：バグフィルターハンドブック１２５
Ｐ等が参考になる。）０本発明による濾過材上に捕獲さ
れた塩は潮解すると同時にイオン交換によって繊維内に
化学的に捕獲される為に、上記理由による圧力損失の上
昇が少ない、この特徴は海岸付近や埋立地内のように、
空気中に塩粒子が多く含まれる環境に設置される場合に
顕著に現れる。

（発明の効果） 本発明の空気浄化用　濾過材は、建物、装置内に取り入
れる大気の処理は勿論、建物、装置内の循環空気の処理
あるいは放出空気の処理に適用できる０本発明による濾
過材を使用すると空気中に浮遊する微粒子（エアロゾル
）、特に海塩その低塩類等のイオン性物質の微粒子を効
率良く捕集し、化学的に固定することによって再飛散を
防ぎ、温度、湿度、風速、天候等の外気環境条件の変動
に対しても効果的に追随し、濾過システム後段に流入す
る塩分を減少させることが出来る。またイオン交換の効
果により、イオン性成分による圧填上昇を抑制すること
ができる。

（実施例） 以下の実施例により本発明を具体的に説明するが、本発
明はこれらに限定されるものではない。

実施例１ ポリアクリロニトリル系繊維で、スルホン酸基を持つ強
酸性イオン交換繊維（繊維径２０μ）３５ｗＬ％、同繊
維で４級アンモニウム基を持つ強塩基性イオン交換繊維
（繊維径２０μ）３５ｉ＋ｔ％、ガラス繊維（繊維径１
μ）２３ｗｔ％及び熱可塑性バインダー繊維（繊維径１
０μ）７ｗｔ％を用いて、湿式抄紙法で厚さ約０．　　
ａｍ　　、空隙率約９０％の濾過材を作製した。これは
圧力損失４．７−水柱、粒径０．３μのＤＯＰ　（ジオ
クチルフタレート）粒子透過率が５０％以下の中性能フ
ィルターである。このフィルターを使って、イオン交換
能力を有する濾過材（イ）　、ＮａＣ１によって飽和さ
れイオン交換能力をもたない濾過材（ロ）を用意した。

また、前記のイオン交換繊維の代りに同様の繊維径を持
ち、ポリアクリロニトリル系の弱酸性イオン交換繊維３
５−ｔ％及び弱塩基性イオン交換繊維３５ｗｔ％を含む
以外は同様にして中性能フィルター相当の濾過材（ハ）
を作製した。これら３枚の濾過性能を比較した。これら
はＤＯＰ捕集効率には全く差異がないが、第１表に示す
ように、塩捕集能力には大きな差異がある。これはＮａ
Ｃ＋の０．３％溶液ミスト（中位径約２μ）をＮａ″濃
度５０００μｇ／ｍ３、流速５．３　ｃｍ／ｓｅｃで８
時間流し、出口側の気体中のイオン濃度を測定したもの
である。

Ｎａ”及びＣ１−濃度の測定は、純水を使ったインビン
ジャーで捕集し、それぞれ原子吸光法及びイオンクロマ
ト法でおこなった。

弱酸性、弱塩基性を組合わせたものは全く交換能力を持
たない繊維とほぼ等しい能力しか持たないことがわかる
。

入口 出口 実施例２ 実施例１の濾過材（イ）と同様の中性能フィルターにお
いて、イオン交換繊維の含量を変えたものを作製した０
両イオン交換繊維の交換容量は約１　ｍｅｑ／ｇ−Ｉ　
ＥＦ　（イオン交換繊維）でほぼ等しい為、常に同量を
用い、両イオン交換繊維合計の濾過材中の重量比を０％
、２０％、５０％、７０％、１００％に変化させた。こ
れらを使ってＮａＣ１の０．３％溶液ミスト（中位径約
２μ）の濾過性能を調べた結果を図１に示す、もストの
Ｎａ″濃度約５，０００ｔＩｇ／ｓ’、流速５．３　ｃ
＋＊／ｓｅｃで、試験時間は８時間である。この結果か
ら、濾過材中のイオン交換繊維の存在比率は７０％前後
が望ましいことがわかる。

実施例３ 実施例１の濾過（イ）と同様の中性能フィルターとこれ
をＮａＣ１で飽和処理を行い、イオン交換能力を無くし
たものを準備した。この両者の平膜濾過材を用いて、Ｎ
ａＣ１の０．３％溶液ミスト（中位径約２μ）をＮａ″
濃度約１００００　ｕ　ｇ／ｍ”、流速５゜３ｃｍ／ｓ
ｅｃで濾過した。この時、温度は２０’Ｃ。

相対湿度は９０％であった。２時間毎に弓スト、乾燥空
気（温度２０°Ｃ１相対温度２０％以下）、の順番で８
時間濾過させた。最終圧損は、イオン交換能力を持つも
のが初期圧損と等しい４．７ａｍ水柱であり、対してイ
オン交換能力を持たない濾過材は１１ｍ水柱であった。

【図面の簡単な説明】

図１は、濾過材中のイオン交換繊維の存在比率とＮａＣ
１溶液ミストの捕集効率との関係図である。 揮咳効率 （〆ン トＪ　　　令　　　り） ０　　０　　　く）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　強酸性イオン交換繊維（ａ）、強塩基性イオン交換繊
   維（ｂ）、及びイオン交換繊維以外の繊維（ｃ）、を含
   む濾過材であって、繊維（ａ）及び（ｂ）の径が１〜５
   ０μｍであり、繊維（ｃ）の径が０．１〜１０μｍであ
   り、繊維（ｃ）の７０ｗｔ％以上が、繊維（ａ）及び（
   ｂ）の平均径の１／１０以下の径を有する、塩類を含有
   する空気の浄化用濾過材。