專利名稱：過濾器用濾材和過濾器芯的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于高精度地除去或分離氣體或液體中含有的微米級的微小粒子等的過濾器用濾材，進而詳細地，涉及壓力損失低、過濾壽命長、處理能力優(yōu)異的過濾器用濾材和使用其的過濾器芯。
背景技術：
人們一直在研究將無紡布用于過濾器用濾材(專利文獻1 )。但是，存在有下述這種矛盾的問題，即，如果提高使用無紡布的過濾器用濾材的過濾精度，則壓力損失變高，過濾壽命變短，另外如果試圖降低壓力損失，則過濾精度降低。S卩，無紡布狀的過濾器濾材的過濾性能依賴于纖維直徑或纖維直徑分布，因此對于利用熔噴(MB)、紡粘(SB)這樣的方法得到的纖維，由于纖維直徑為Ιμπι以上且纖度不均也多，因而難以得到捕集需要進行精濾、超濾的微米粒徑級別的粒子的性能。進一步地，為了提高過濾精度，需要利用壓延處理等提高纖維密度，因此存在上述列舉的問題。另外，對于玻璃纖維的情況，可以得到由具有Iym以下的直徑的纖維構成的片狀的濾材，該濾材表現(xiàn)出高效率的捕集性能，但由于上述片材中含有粘合劑成分，因此存在根據(jù)過濾器的使用條件而產(chǎn)生溶出物的問題。另外，還有易于產(chǎn)生纖維的脫落的問題。另一方面，也有如微孔直徑的標準偏差為0. 1 μ m以下的非常精密的過濾膜這樣的、具有非常高的過濾精度的膜(專利文獻2、3)。但是，這些膜狀過濾器與無紡布狀的過濾器相比，存在堵塞快，過濾壽命短這樣的問題。專利文獻1日本特許第34494 號說明書專利文獻2國際公開第2002/064240號小冊子專利文獻3日本特開2008 - 229612號公報。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供過濾器用濾材和使用其的過濾器芯，所述過濾器用濾材對目前使用了無紡布的濾材的不足的部分、和膜濾材的不足部分進行了改良，兼有以高的精度捕集和分離微米級的微粒的能力，且壓力損失低，過濾壽命長。本發(fā)明人對于開發(fā)壓力損失低、壽命長，同時對于微米級的微粒具有高的捕集性能的過濾器用濾材進行了努力研究，結果發(fā)現(xiàn)將由靜電紡絲法得到的平均纖維直徑為 10 IOOOnm的納米纖維層疊在由1 μ m以上的纖維構成的基材上而得到的過濾器用濾材兼有高捕集性和高通液性，可以制造目前為止無法預測的高性能的濾材。S卩，本發(fā)明是
< 1 >過濾器用濾材，其具有片狀疊層體，所述片狀疊層體層疊有通過靜電紡絲法制造的、由平均纖維直徑為IOnm IOOOnm的超極細纖維的集合體形成的超極細纖維集合體層與由無紡布或織造布形成的基材，所述無紡布或織造布由平均纖維直徑為Iym以上的纖維構成，所述過濾器用濾材滿足以下(1) (5)的所有條件，(1)上述超極細纖維集合體層的單位面積重量為0.lg/m2 10g/m2，
(2)上述超極細纖維為連續(xù)長纖維，
(3)上述超極細纖維集合體層的平均孔徑為0.01 μ m 5 μ m，
(4)在根據(jù)JISK 7114的耐化學試劑性評價中，上述超極細纖維和纖維的質(zhì)量減少為3質(zhì)量％以下，所述根據(jù)JIS K 7114的耐化學試劑性評價使用了水、丙酮、 甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、甲苯、苯、環(huán)己烷、環(huán)己酮、四氫呋喃、二甲基亞砜、1，4-二 烷、吡啶、碳酸亞乙酯、碳酸二乙酯、碳酸亞丙酯、10質(zhì)量％氫氧化鈉水溶液和10質(zhì)量％ 硫酸水溶液，
(5)上述超極細纖維和纖維的熔融溫度為200°C 450°C。< 2 >根據(jù)< 1 >所述的過濾器用濾材，其中，上述超極細纖維和纖維的至少一方是聚酯系纖維和聚酰胺系纖維的任意一者。< 3 >根據(jù)< 2 >所述的過濾器用濾材，其中，上述聚酰胺系纖維通過全部成分的 60摩爾％以上是芳香族二羧酸的二羧酸成分、與全部成分的60摩爾％以上是碳原子數(shù)為 6 12的脂肪族亞烷基二胺的二胺成分的縮聚得到。< 4 >過濾器芯，其至少一部分含有如< 1 > < 3 >中任一項所述的過濾器用濾材。< 5 >根據(jù)< 1 > < 3 >中任一項所述的過濾器用濾材的制造方法，其具有下述工序
使聚合物溶解在溶劑中或使聚合物熔融來調(diào)制紡絲原液的紡絲原液調(diào)制工序，和使用上述紡絲原液利用靜電紡絲法在基材上層疊超極細纖維集合體層的疊層工序。根據(jù)本發(fā)明，能夠得到可高效捕集微米級的微粒的過濾器用濾材。另外，利用靜電紡絲法得到的超極細纖維集合體層由于具有非常均一且微細的微孔分布，因此能夠得到可高精度、選擇性地分離微米級微粒的過濾器用濾材。進一步地，對于利用靜電紡絲法得到的超極細纖維集合體層，由于沒有積極地實施利用空氣等進行的加壓、利用吸引進行的減壓，僅將高電壓作為驅(qū)動力，因而還保持高的空隙率，能夠適用作高壽命的濾材。


圖1是表示本實施方式的過濾器用濾材的構成的一例的截面示意圖。圖2是表示本實施方式的過濾器用濾材的構成的其它一例的截面示意圖。圖3表示制造本實施方式的過濾器用濾材中的超極細纖維集合體層的裝置的一例的結構示意圖。
具體實施例方式以下，通過實施方式來說明本發(fā)明。<過濾器用濾材和其制造方法>
本實施方式的過濾器用濾材具有片狀疊層體，所述片狀疊層體層疊有通過靜電紡絲法制造的、由平均纖維直徑為IOnm IOOOnm的超極細纖維的集合體形成的超極細纖維集合體層與由無紡布或織造布形成的基材，所述無紡布或織造布由平均纖維直徑為Iym以上的纖維構成。構成上述超極細纖維集合體層(以下有時簡稱為“集合體層”)的超極細纖維的平均纖維直徑為IOnm lOOOnm。當平均纖維直徑比IOOOnm大時，極細化不充分，纖維表面積降低，作為過濾器的捕集效率顯著下降。另外，當平均纖維直徑比IOnm小時，加工性降低， 難以進行穩(wěn)定的生產(chǎn)。當考慮到捕集效率和生產(chǎn)率這兩者時，優(yōu)選上述平均纖維直徑為40nm 800nm， 更優(yōu)選為80nm 500nm。并且，本實施方式的集合體層只要是包括超極細纖維集合而成的形態(tài)即可，沒有特別地限定，也包括沒有形成完全的層的情況。例如可以是無紡布的形態(tài)，還含有纖維的集合密度部分不均勻的半無紡布狀態(tài)的集合體層等。另一方面，構成作為無紡布或織造物的基材的纖維的平均纖維直徑為Iym以上。 當平均纖維直徑小于1 μ m時，不僅下述片材的拉伸強度低，加工成過濾器時的加工性變差，而且作為過濾器的耐久性也變差。優(yōu)選作為過濾器的捕集性能由利用超極細纖維構成的集合體層來確保，過濾器的加工性或耐久性由基材來確保。構成基材的纖維的平均纖維直徑優(yōu)選為1 μ m 50 μ m，更優(yōu)選為1 μ m 30 μ m。上述超極細纖維集合體層的單位面積重量為0. lg/m2 10g/m2。當集合體層的單位面積重量小于0. lg/m2時，難以有效地捕集微粒，如果比10g/m2大，則加工性、生產(chǎn)率變差。該單位面積重量優(yōu)選為0. 2g/m2 8g/m2，更優(yōu)選0. 5g/m2 5g/m2。另外，構成上述集合體層的超極細纖維需要是連續(xù)長纖維。對于由短纖維形成的無紡布等，有纖維脫落的可能性，因此作為過濾器用濾材不是優(yōu)選的。另外，在本實施方式中，當僅僅為上述集合體層時，纖維直徑細，不能得到充分的強度，因此使其與由平均纖維直徑為1 μ m以上的無紡布或織造布形成的基材進行層疊來使用。并且，上述連續(xù)長纖維是指長度為IOcm以上的纖維。進一步地，對于本實施方式的超極細纖維和纖維，在根據(jù)JIS K 7114的耐化學試劑性評價中，需要上述超極細纖維和纖維的質(zhì)量減少為3質(zhì)量％以下，所述根據(jù)JIS K 7114的耐化學試劑性評價使用了水、丙酮、甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、甲苯、苯、環(huán)己烷、環(huán)己酮、四氫呋喃、二甲基亞砜、1，4-二 If烷、吡啶、碳酸亞乙酯、碳酸二乙酯、碳酸亞丙酯、10質(zhì)量％氫氧化鈉水溶液和10質(zhì)量％硫酸水溶液，另外，需要上述超極細纖維和纖維的熔融溫度為 200°C 450°C。如果上述耐化學試劑性評價中的質(zhì)量減少超過3質(zhì)量％，則對過濾性能造成影響。優(yōu)選上述質(zhì)量減少為2質(zhì)量％以下，更優(yōu)選為1質(zhì)量％以下。另外，如果上述熔融溫度小于200°C，則作為過濾器，不能確保充分的耐熱性，如果超過450°C，則在下述熔噴等中的紡絲變難。上述熔融溫度優(yōu)選為220°C 450°C，更優(yōu)選250°C 450°C。本實施方式的過濾器用濾材可以通過下述的制造方法在基材表面上形成由超極細纖維形成的集合體層而得到，需要該集合體層的平均孔徑為0. 01 μ m 5 μ m，優(yōu)選孔徑分布的變動率為10%以下。如果平均孔徑比5 μ m大，則難以捕集微米級的粒子，如果平均孔徑小于0. 01 μ m，則通液阻力急劇增加，因而壓力損失增大，過濾能力大幅降低。當考慮到通液性和捕集效率時，優(yōu)選平均孔徑為0. 1 μ m 3 μ m，更優(yōu)選為0. 1 μ m 1 μ m。另外，如果上述孔徑分布的變動率比10%大，則難以選擇性地分離某種一定以上或以下的微米級尺寸的微粒。如果考慮微粒的選擇性分離，則優(yōu)選孔徑分布的變動率為 10%以下。上述孔徑分布的變動率更優(yōu)選為8%以下，進一步優(yōu)選為7%以下。對于滿足以上特性的本實施方式的過濾器用濾材，其作為過濾器使用時的捕集性能優(yōu)異，當使含有0. 2g/m3的粒徑為0. 5 μ m或1. 0 μ m的單分散二氧化硅微粒的超純水以 300ml/min的流量流過時，上述單分散二氧化硅微粒捕集效率優(yōu)選為99%以上。該捕集效率更優(yōu)選為99. 9%以上。作為構成在本實施方式的過濾器用濾材中使用的超極細纖維和纖維的聚合物的具體例，可以從聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、 聚對苯二甲酸己二醇酯等的芳香族聚酯；聚乳酸、聚丁二酸乙二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯、 聚丁二酸/己二酸-丁二醇酯、聚羥基丁酸一聚羥基戊酸共聚物、聚己酸內(nèi)酯等的脂肪族聚酯和其共聚物；尼龍6、尼龍66、尼龍610、尼龍10、尼龍12、尼龍6 — 12等的脂肪族聚酰胺和其共聚物；將鄰苯二胺、間苯二胺、對苯二胺、2，4 一甲苯二胺、4，6 —二甲基間苯二胺、 2,4 一二氨基均三甲苯、4 一氯間苯二胺、5 —硝基間苯二胺等的芳香族二胺成分、和鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、對苯二甲酸、聯(lián)苯二甲酸、萘二甲酸和它們的酸酐、鹵化物等衍生物等的芳香族二羧酸成分作為單體單元進行縮聚而得到的芳香族聚酰胺；聚苯乙烯系聚合物；聚二烯系聚合物；氯系聚合物；聚氨酯系聚合物；氟系的彈性體等中選擇至少一種來使用。當然，這些聚合物也可以利用共聚成分進行共聚。例如，在上述芳香族聚酯中，對苯二甲酸的一部分或二醇的一部分也可以用其它二羧酸或二醇代替。其中，從可同時滿足上述耐熱性和耐化學試劑性的角度考慮，優(yōu)選聚酯和聚酰胺的任一者(即，聚酯系纖維進和聚酰胺系纖維的任一者)。特別在作為液體過濾器使用時，需要良好的耐化學試劑性、耐久性、耐熱性等性能，可以從上述任一者的角度考慮，適當選擇具有與目的相適應的性能的聚合物。上述聚酯優(yōu)選為熔融溫度較高的全芳香族聚酯，特別地，更優(yōu)選熔融液晶形成性全芳香族聚酯。熔融液晶形成性全芳香族聚酯具有由芳香族二醇、芳香族二羧酸、芳香族羥基羧酸等衍生的重復結構單元，具體來說，優(yōu)選包含下述結構式(1) (12)所示的重復構成單元的組合的聚合物。化1
權利要求
1.過濾器用濾材，其具有片狀疊層體，所述片狀疊層體層疊有通過靜電紡絲法制造的、 由平均纖維直徑為IOnm IOOOnm的超極細纖維的集合體形成的超極細纖維集合體層與由無紡布或織造布形成的基材，所述無紡布或織造布由平均纖維直徑為Iym以上的纖維構成，所述過濾器用濾材滿足以下(1) (5)的所有條件，(1)上述超極細纖維集合體層的單位面積重量為0.lg/m2 10g/m2，(2)上述超極細纖維為連續(xù)長纖維，(3)上述超極細纖維集合體層的平均孔徑為0.01 μ m 5 μ m，(4)在根據(jù)JISK 7114的耐化學試劑性評價中，上述超極細纖維和纖維的質(zhì)量減少為3質(zhì)量％以下，所述根據(jù)JIS K 7114的耐化學試劑性評價使用了水、丙酮、 甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、甲苯、苯、環(huán)己烷、環(huán)己酮、四氫呋喃、二甲基亞砜、1，4-二 Ii烷、吡啶、碳酸亞乙酯、碳酸二乙酯、碳酸亞丙酯、10質(zhì)量％氫氧化鈉水溶液和10質(zhì)量％ 硫酸水溶液，(5)上述超極細纖維和纖維的熔融溫度為200°C 450°C。
2.根據(jù)權利要求1所述的過濾器用濾材，其中，上述超極細纖維和纖維的至少一方是聚酯系纖維和聚酰胺系纖維的任意一者。
3.根據(jù)權利要求2所述的過濾器用濾材，其中，上述聚酰胺系纖維通過全部成分的60 摩爾％以上是芳香族二羧酸的二羧酸成分、與全部成分的60摩爾％以上是碳原子數(shù)為6 12的脂肪族亞烷基二胺的二胺成分的縮聚得到。
4.過濾器芯，其至少一部分含有如權利要求1 3中任一項所述的過濾器用濾材。
5.根據(jù)權利要求1 3中任一項所述的過濾器用濾材的制造方法，其具有下述工序使聚合物溶解在溶劑中或使聚合物熔融來調(diào)制紡絲原液的紡絲原液調(diào)制工序，和使用上述紡絲原液并利用靜電紡絲法在基材上層疊超極細纖維集合體層的疊層工序。
全文摘要
提供過濾器用濾材和使用其的過濾器芯，所述過濾器用濾材具有片狀疊層體，所述片狀疊層體層疊有通過靜電紡絲法制造的、由平均纖維直徑為10nm～1000nm的超極細纖維的集合體的超極細纖維集合體層與由無紡布或織造布形成的基材，所述無紡布或織造布由平均纖維直徑為1μm以上的纖維構成，上述過濾器用濾材全部滿足多個特定的條件，兼有以高的精度捕集、分離微米級的微粒的能力，且壓力損失低，過濾壽命長。
文檔編號B01D39/16GK102264449SQ200980152748
公開日2011年11月30日 申請日期2009年12月17日 優(yōu)先權日2008年12月25日
發(fā)明者川井弘之, 稻田真也, 細谷敬能, 鐮田英樹 申請人:可樂麗股份有限公司