空气过滤器用过滤材料的制造方法技术

本发明专利技术的目的在于提供一种使用纤维素纳米纤维而使粒子捕捉性能提升的空气过滤器用过滤材料的制造方法。本发明专利技术的空气过滤器用过滤材料的制造方法是使含有纤维素纳米纤维和分散介质的混合液附着于具有通气性的支撑体纤维素纳米纤维上，继而进行冷冻干燥，并且纤维素纳米纤维的数均纤维直径为1～50nm，分散介质为水和溶解于水的有机溶剂的混合分散介质，混合液中的纤维素纳米纤维的固体成分浓度为0.001～0.150质量％。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】空气过滤器用过滤材料的制造方法
本专利技术涉及一种空气过滤器用过滤材料、尤其是半导体、液晶、和生物/食品工业相关的洁净室或者洁净台等空气净化施设用途的空气过滤器、楼宇空调用空气过滤器或空气清洁机用途的空气过滤器等中所使用的空气过滤器用过滤材料的制造方法。
技术介绍
为了捕捉空气中的次微米乃至微米单位的粒子，通常使用空气过滤器用过滤材料。空气过滤器用过滤材料根据其捕捉性能而大致分为粗尘过滤器用、中性能过滤器用、HEPA过滤器(HighEfficiencyParticulateAirFilter，高效空气过滤器)用或ULPA过滤器(UltraLowPenetrationAirFilter，超低穿透空气过滤器)用。对于这些空气过滤器用过滤材料的基本特性，除了要求微细灰尘粒子的捕捉效率高以外，还要求压力损失小，以降低用以使空气通过过滤器的能量成本。近年来，纤维素纳米纤维的应用备受瞩目。一般而言，所谓纤维素纳米纤维是指数均纤维直径为1～100nm的(1)微细的纤维素纳米纤维(纤维素纤维)或(2)经过化学处理(改质)的微细的纤维素纳米纤维。作为(1)纤维素纳米纤维，例如为将纤维素纤维在高压下剪断而解纤的微纤化纤维素、纳米纤化纤维素(下文简称为MFC、NFC)或微生物所产生的微细的细菌纤维素(下文简称为BC)。作为(2)经过改质的纤维素纳米纤维，例如为利用40％以上的浓硫酸对天然纤维素进行处理而获得的纤维素纳米晶体(下文简称为CNC)或通过常温常压的温和化学处理及轻微的机械处理将构成木材纸浆的纤维最小单位即微原纤维制成水分散体而单独分离的超极细且纤维直径均匀的微细纤维素纤维(例如参照专利文献1)。对于这些纤维素纳米纤维，业界期待用作过滤器材料或多孔质体。例如披露有一种白细胞去除过滤器材的制造方法，该过滤器材包含平均孔径为1.0μm以上且小于100μm的多孔质元件、和由该多孔质元件所保持的平均纤维直径为0.01μm以上且小于1.0μm的纤维构造体(例如参照专利文献2)。专利文献2中是使用乙酸菌所产出的细菌纤维素、或对人造丝进行硫酸处理并利用匀浆器进行微细化而获得的纤维素纤维作为纤维构造体。不仅纤维素容易发生凝聚，纳米纤维分散液通常在干燥时也容易发生凝聚。因此，难以制成具有通气性的材料。作为使用纳米纤维而获得具有通气性的材料的方法，披露有如下的多孔体的制造方法，其是使数均直径为1～500nm的纳米纤维分散至分散介质中，使其附着在支撑体上，其后通过冷冻干燥而去除分散介质(例如参照专利文献3)。纤维素纳米纤维由于亲水性高，所以在干燥时发挥作用的凝聚力强于源于热塑性聚合物的纳米纤维。作为使用纤维素纳米纤维而获得具有通气性的材料的方法，披露有如下的纤维素多孔质体的制造方法，其是使纤维素纳米纤维分散至水和溶解于水的有机溶剂的混合液中，并将该混合液冷冻干燥而去除分散介质(例如参照专利文献4)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利特开2008-1728号公报专利文献2：日本专利第3941838号公报专利文献3：日本专利特开2008-101315号公报专利文献4：日本专利特开2013-253137号公报非专利文献非专利文献1：R.Daoussi,E,Bogdani,S.Vessot,J.Andrieu,O.Monnier,「DryingTechnology」Vol.29(2011),p.1853～1867
技术实现思路
[专利技术所要解决的问题]专利文献2中是使用乙酸菌所产出的细菌纤维素作为最细的纤维，其平均纤维直径为0.02μm(＝20nm)。使用对人造丝进行硫酸处理并利用匀浆器进行微细化而获得的纤维素纤维作为其他纤维，最细的平均纤维直径为0.19μm(＝190nm)。在使用细菌纤维素的情况下，是在多孔质元件中培养乙酸菌，对于培养条件的限制较多，且生产量也少，因此不适合在工业上利用。另外，该纤维构造体仅形成在多孔质元件的表面，而多孔质元件的孔的内部不形成纤维构造体。将人造丝微细化而获得的纤维素纤维与其称为纳米纤维不如称为次微米纤维，利用现有的微米玻璃纤维足以代替使用。专利文献2中没有记载纤维构造体所使用的微细纤维向分散介质中的分散性。并且，专利文献2的过滤器材为液体用的过滤器材，其作为空气过滤器用过滤材料而存在空隙率过低的问题。专利文献3中优选使用水作为纳米纤维的分散介质，实施例中仅使用水作为分散介质。如果仅使用水作为分散介质，则在水冷冻时会生成微米尺寸的结晶，纳米纤维会凝聚在该结晶的周围。因此，变得难以形成均匀的纳米纤维网状物，所获得的生成物变得不适合于空气过滤器用过滤材料。另外，专利文献3中例示了数均直径为60nm以上的热塑性聚合物作为纳米纤维，但虽然都称为纳米纤维，1～50nm的纤维直径的纳米纤维和60～500nm的纤维直径的纳米纤维在分散液的性状或纤维的根数方面大为不同，难以同样地使用。如果生成所述的水的微米尺寸的结晶，则凭借纤维直径为1～50nm的纳米纤维终究无法获得均匀的纳米纤维网状物。专利文献4中披露了在支撑体中制作纤维素纳米纤维的网状物的方法，但对于分散液，仅仅是确认有无凝聚，没有记载用以制作作为空气过滤器用过滤材料更有用的均匀网状物的分散液的制备方法。另外，专利文献4的实施例12中披露了如下的多孔质体的制造方法，其是使固体成分浓度为0.2质量％的纤维素纳米纤维分散液附着在包含玻璃纤维的无纺布上，且纤维素纳米纤维相对于包含玻璃纤维的无纺布的质量比率为0.47％。但是，该方法由于纤维素纳米纤维的固体成分浓度高，所以纤维素纳米纤维在分散介质中进行取向。并且，由于纤维素纳米纤维的附着量相对于无纺布的比率高，所以纳米纤维的密度会变大。因此，期待获得成为压力损失更低且粒子捕捉性能更高的空气过滤器用过滤材料的均匀纤维素纳米纤维网状物。本专利技术的目的在于提供一种空气过滤器用过滤材料的制造方法，其使用纤维素纳米纤维而使粒子捕捉性能提高。[解决问题的技术手段]关于本专利技术的空气过滤器用过滤材料的制造方法，其特征在于：其是使含有纤维素纳米纤维和分散介质的混合液附着在具有通气性的支撑体上，继而进行冷冻干燥，并且所述纤维素纳米纤维的数均纤维直径为1～50nm，所述分散介质为水和溶解于水的有机溶剂的混合分散介质，所述混合液中的纤维素纳米纤维的固体成分浓度为0.001～0.150质量％。在本专利技术的空气过滤器用过滤材料的制造方法中，优选纤维素纳米纤维对所述支撑体的附着量的比率为0.001～0.200质量％。空气过滤器用过滤材料中的纤维素纳米纤维的密度不会过度变高，可获得低压力损失的过滤材料。在本专利技术的空气过滤器用过滤材料的制造方法中，优选通过冷冻干燥过程中的干燥步骤而将试样的周围温度设为所述混合液的熔点以下的温度。可进一步提高纤维素纳米纤维网状物的均匀性。[专利技术的效果]本专利技术可提供一种空气过滤器用过滤材料的制造方法，其使用纤维素纳米纤维而使粒子捕捉性能提高。附图说明图1是表示实施例3的空气过滤器用过滤材料利用SEM所获得的观察图像(观察倍率10000倍)的图。图2是表示比较例2的空气过滤器用过滤材料利用SEM所获得的观察图像(观察倍率10000倍)的图。具体实施方式其次，披露实施形态对本专利技术进行详细说明，但本专利技术不被这些记载限定性地加以解释。只本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空气过滤器用过滤材料的制造方法，其特征在于：其是使含有纤维素纳米纤维和分散介质的混合液附着在具有通气性的支撑体上，继而进行冷冻干燥，并且所述纤维素纳米纤维的数均纤维直径为1～50nm，所述分散介质为水和溶解于水的有机溶剂的混合分散介质，所述混合液中的纤维素纳米纤维的固体成分浓度为0.001～0.150质量％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种空气过滤器用过滤材料的制造方法，其特征在于：其是使含有纤维素纳米纤维和分散介质的混合液附着在具有通气性的支撑体上，继而进行冷冻干燥，并且所述纤维素纳米纤维的数均纤维直径为1～50nm，所述分散介质为水和溶解于水的有机溶剂的混合分散介质，所述混合液中的纤维素纳米纤维的固体成分浓度为0.00...

【专利技术属性】
技术研发人员：根本纯司，矶贝明，斋藤继之，
申请(专利权)人：北越纪州制纸株式会社，国立大学法人东京大学，
类型：发明
国别省市：日本,JP