JP5148187B2 - ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜の製造方法、巻回体、ならびに、フィルタ用濾材およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ポリテトラフルオロエチレン（以下、「ＰＴＦＥ」という。）多孔質膜の製造方法、ＰＴＦＥ多孔質膜が巻き回されることにより構成される巻回体、ならびに、ＰＴＦＥ多孔質膜を用いたフィルタ用濾材およびその製造方法に関する。

従来、クリーンルーム用エアフィルタや掃除機用フィルタ、焼却用バグフィルタなどには、ＰＴＦＥ多孔質膜を用いた濾材が使用されている。これらのフィルタ用濾材は、表面積を大きく確保する目的で蛇腹状に折り曲げられているのが一般的である。

フィルタ用濾材は、通常、ガラス繊維や不織布などの通気性支持材にＰＴＦＥ多孔質膜をラミネートして作られる。そして、蛇腹状のフィルタ用濾材を連続的に生産するには、まずテープ状の通気性支持材にテープ状のＰＴＦＥ多孔質膜を接合してテープ状のフィルタ用濾材を作製し、ついでこのフィルタ用濾材を、折り目が所定間隔だけ離間して長手方向について互いに平行に配列されるように、すなわちフィルタ用濾材が幅方向に延びる線を境に表側と裏側に交互に折り返されるように、プリーツ加工していくことが望ましい。

テープ状のＰＴＦＥ多孔質膜は、例えば特許文献１に示されているような方法で製造される。具体的には、まずＰＴＦＥ微粉末に液状潤滑剤を加えた混合物を所定方向に延びるシート状に成形し、ついでこのシート状成形体から液状潤滑剤を除去した後に当該シート状成形体をまず長手方向に延伸して繊維化する。すなわち、シート状成形体を、長手方向にフィブリルが伸びかつ幅方向にノードが伸びた構造を有するＰＴＦＥ多孔質膜とする。その後、ＰＴＦＥ多孔質膜をさらに幅方向に延伸する。

また、特許文献２には、シート状成形体から液状潤滑剤を除去する前に、シート状成形体を液状潤滑剤を含んだまま幅方向に予備延伸することが記載されている。ただし、この予備延伸は高い通気性を持つ通気膜を得るために行われるものであり、特許文献２に記載の方法においても、予備延伸後には特許文献１と同様にシート状成形体を乾燥させた後にまず長手方向の延伸が行われるようになっている。
特開平１０−３００３１号公報 国際公開第９０／０８８０１号パンフレット

ところが、前記のような方法で製造されたＰＴＦＥ多孔質膜は、フィブリルが当該ＰＴＦＥ多孔質膜の幅方向にのみ並んでいるかフィブリルの並びが当該ＰＴＦＥ多孔質膜の幅方向に支配的であるため、幅方向に伸びることはできるものの長手方向にはあまり伸びることができない。そのため、前記のようにＰＴＦＥ多孔質膜が通気性支持材に接合された後に通気性支持材と共に幅方向に延びる線を境に折り返されると、通気性支持材の折れ点を支点としてＰＴＦＥ多孔質膜が長手方向に引き伸ばされることによりＰＴＦＥ多孔質膜に亀裂が生じることがあった。

本発明は、このような事情に鑑み、長手方向に伸びやすいＰＴＦＥ多孔質膜を製造することができる製造方法およびこの製造方法により製造されるＰＴＦＥ多孔質膜、このＰＴＦＥ多孔質膜が巻き回されることにより構成される巻回体、ならびに、ＰＴＦＥ多孔質膜を用いたフィルタ用濾材およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の発明者は、前記の目的を達成するためには、シート状成形体を最初に延伸して繊維化すればよいのではないかと考えた。しかし、従来の方法により得られるシート状成形体では、液体潤滑剤を除去した後に、先に幅方向に延伸しようとすると、その方向に均一に繊維化せず、多孔質膜の強度にバラツキが発生し、繊維化の程度が低い部分をきっかけに破断が生じることがある。そこで、発明者らは、液状潤滑剤を含んだ状態でシート状成形体をいったん幅方向に延伸することで、幅方向にも均一に繊維化させ、強度を向上させることを思いついた。

本発明は、上記のような観点からなされたものであり、ＰＴＦＥ微粉末に液状潤滑剤を加えた混合物を成形して所定方向に延びるシート状成形体を得る工程と、前記シート状成形体を前記液状潤滑剤を含んだ状態で前記所定方向と直交する幅方向に延伸した後に、当該シート状成形体から液状潤滑剤を除去する工程と、前記液状潤滑剤が除去されたシート状成形体を前記幅方向に延伸して、当該シート状成形体を前記幅方向にフィブリルが伸びかつ前記所定方向にノードが伸びた構造を有するＰＴＦＥ多孔質膜とする工程と、を含むＰＴＦＥ多孔質膜の製造方法を提供する。

また、本発明は、上記の製造方法により、所定方向にノードが伸びかつ当該所定方向と直交する幅方向にフィブリルが伸びた構造を有するＰＴＦＥ多孔質膜を製造し、このＰＴＦＥ多孔質膜を通気性支持材に接合してフィルタ用濾材を得るフィルタ用濾材の製造方法を提供する。

さらに、本発明は、ＰＴＦＥ多孔質膜が巻き回されて構成された巻回体であって、前記ＰＴＦＥ多孔質膜は、前記巻き回し方向にノードが伸びかつ前記巻き回し方向と直交する幅方向にフィブリルが伸びた構造を有するものである巻回体を提供する。

さらには、本発明は、通気性支持材にＰＴＦＥ多孔質膜が接合されたフィルタ用濾材であって、蛇腹状に折り曲げられていて所定方向に並ぶ折り目を有しており、前記ＰＴＦＥ多孔質膜は、前記所定方向にノードが伸びかつ前記所定方向と直交する幅方向にフィブリルが伸びた構造を有するものであるフィルタ用濾材を提供する。

本発明に係る製造方法によれば、シート状成形体を液状潤滑剤の除去後に幅方向に延伸してＰＴＦＥ多孔質膜とすることにより、フィブリルがＰＴＦＥ多孔質膜の長手方向に並ぶかフィブリルの並びがＰＴＦＥ多孔質膜の長手方向に支配的となるために、長手方向に伸びやすいＰＴＦＥ多孔質膜を得ることができる。そして、このＰＴＦＥ多孔質膜を用いれば、通気性支持材と共に幅方向に延びる線を境に折り返す際に当該ＰＴＦＥ多孔質膜が良好に長手方向に引き伸ばされるようになるため、不具合の発生を抑えながら蛇腹状のフィルタ用濾材を連続的に生産することができるようになる。

以下、本発明のＰＴＦＥ多孔質膜の製造方法について説明する。この製造方法は、図２に示すような通気性支持材４に接合されてフィルタ用濾材２を構成するＰＴＦＥ多孔質膜３を得るためのものであり、第１工程から第３工程までの３つの工程からなる。なお、フィルタ用濾材２は、蛇腹状に折り曲げられているとともに、図１に示すような枠体５などの構造体に保持されてフィルタ１を構成する。

第１工程では、ＰＴＦＥ微粉末に液状潤滑剤を加えた混合物を押出法および圧延法の少なくとも１つの方法により未焼成状態で所定方向に延びるシート状に成形してシート状成形体を得る。

ＰＴＦＥ微粉末は、特に制限されるものではなく、種々の市販のものを使用できる。例えば、ポリフロンＦ−１０４（ダイキン工業社製）、フルオンＣＤ−１２３（旭硝子社製）、テフロン６Ｊ（三井・デュポンフロロケミカル社製）などが挙げられる。なお、ＰＴＦＥ微粉末としては、前記のようなＰＴＦＥホモポリマーで構成された粉末に、例えばテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシビニルエーテルコポリマー（ＰＦＡ）、フッ化エチレンポリプロピレンコポリマー（ＦＥＰ）、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）などの改質ＰＴＦＥポリマーで構成された粉末を混合させたものであってもよい。また、ＰＴＦＥ微粉末は、例えばＴｉＯ₂、ＳｉＯ₂、カーボンブラックなどのフィラー粒子を含むものであってもよい。

液状潤滑剤は、ＰＴＦＥ微粉末を濡らすことができ、蒸発や抽出などの方法によって除去できるものであれば特に制限されるものではない。例えば、炭化水素類の流動パラフィン、ナフサ、トルエン、キシレンが挙げられ、他にもアルコール類、ケトン類、エステル類、フッ素系溶剤が挙げられる。また、これらの２種類以上の混合物を使用してもよい。潤滑剤の添加量は、シート状成形体の成形方法によって異なるが、通常、ＰＴＦＥ微粉末１００重量部に対して約５〜５０重量部である。

ＰＴＦＥ微粉末に液状潤滑剤を加えた混合物をシート状に成形する方法の一例としては、液状潤滑剤を加えたＰＴＦＥ微粉末をシリンダーで圧縮し、ラム押出機で押し出してシート状に成形した後に、ロール対で適当な厚み（通常、０．０５〜０．５ｍｍ）に圧延する。

第２工程では、まず、第１工程で得られたシート状成形体を、液状潤滑剤を含んだ状態で、すなわち液状潤滑剤が蒸発し難い温度（通常は常温）で、シート状成形体が延びる方向（長手方向）と直交する幅方向に延伸する。ここでの幅方向の延伸倍率は、特に規定されないが、延伸時に裂けずに幅方向の強度を強くする観点から、好ましくは１．５〜２０倍、より好ましくは２〜１０倍である。なお、本工程での延伸を、液状潤滑剤が満たされた浴槽中で行ってもよい。

その後、加熱法または抽出法によりシート状成形体から液状潤滑剤を除去してシート状成形体を乾燥させる。

第３工程では、第２工程で液状潤滑剤が除去されたシート状成形体を幅方向に延伸して、当該シート状成形体を、図３に示すような幅方向にフィブリル３２が伸びかつ長手方向にノード３１が伸びた構造を有するＰＴＦＥ多孔質膜３とする。ここでの延伸倍率は、４〜１００倍が好ましい。４倍より低い倍率では通気性を確保し難く、１００倍よりも高い倍率では延伸時にシート状成形体が避けやすくなるからである。また、延伸時の温度は、通常は４０〜４００℃であるが、１００〜３２７℃が好ましい。１００℃より低い温度では延伸時にシート状成形体が裂けやすく、ＰＴＦＥの融点である３２７℃より高い温度ではＰＴＦＥ多孔質膜の長手方向の伸びが小さくなる。なお、本工程での幅方向への延伸は、複数回に分けて行ってもよい。

以上の３つの工程により、所定方向に延びるテープ状のＰＴＦＥ多孔質膜３であってその長手方向にのみフィブリル３２が並ぶＰＴＦＥ多孔質膜３を得ることができるが（図３参照）、このようにして得られたＰＴＦＥ多孔質膜３に対して、さらに長手方向および幅方向の一方もしくは双方への延伸を必要により複数回行ってもよい。長手方向に延伸すると、長手方向にフィブリルが伸びた構造となる。ただし、長手方向に延伸する場合でも、ノードの形状は、長手方向に細長い形状、すなわち長手方向の長さが幅方向の長さよりも長い形状となるように延伸することが好ましい。

なお、ＰＴＦＥ多孔質膜の長手方向の伸びを大きくするには、幅方向の合計延伸倍率を大きくすることによって可能になり、このときの延伸時の温度はＰＴＦＥの融点（３２７℃）より低い温度が好ましい。また、多孔質膜の長手方向の強度を大きくするには、幅方向の延伸後に長手方向に延伸する方法、幅方向の延伸をポリマー融点以上で行う方法、ポリマー融点以下で延伸したシート状成形体を拘束したままポリマー融点以上の高温に加熱する方法がある。

最終的に得られる膜の長手方向の伸びが幅方向の延伸倍率によって異なることを後で実施例によって説明する。

上記のようにして得られた所定方向に延びるテープ状のＰＴＦＥ多孔質膜を、その長手方向に巻き回すことにより巻回体を構成すれば、いったん保管したり別の場所に搬送したりすることができる。

また、上記のようにして得られた所定方向に延びるテープ状のＰＴＦＥ多孔質膜を用いて蛇腹状のフィルタ用濾材を連続的に製造するには、まずＰＴＦＥ多孔質膜をテープ状の通気性支持材に接合してフィルタ用濾材を作製し、ついでこのフィルタ用濾材を折り目が長手方向に互いに離間して並ぶようにプリーツ加工していけばよい。

なお、製造後の蛇腹状に折り曲げられたフィルタ用濾材は、フィルタを構成する際には、図１に示すように平面的な姿勢で保持されていてもよいが、図示は省略するが、円筒を構成するような姿勢、または折り目が放射状に並ぶ円盤を構成するような姿勢で保持されていてもよい。すなわち、フィルタ用濾材の折り目が並ぶ方向は、直線方向だけでなく、円筒面上の周方向または平面上の周方向となっていてもよい。

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は、これら実施例に何ら制限されるものではない。

（実施例１）
ＰＴＦＥ微粉末（ポリフロンＦ−１０４、ダイキン工業社製）１００重量部に対して、液状潤滑剤（ｎ−ドデカン、ジャパンエナジー社製）１９重量部を均一に混合し、シリンダーに圧縮した後にラム押出機で押し出して所定方向に延びるシート状成形体を得た。このシート状成形体を液状潤滑剤を含んだ状態で金属製圧延ロール間に通して厚さ０．２ｍｍに圧延し、幅方向に４倍の倍率で延伸した。その後、シート状成形体を１５０℃に加熱することにより液状潤滑剤を除去し、シート状成形体を乾燥させた。このシート状成形体を１５０℃で幅方向に９倍の倍率で延伸してＰＴＦＥ多孔質膜を得た。

（実施例２）
実施例２では、乾燥前のシート状成形体の幅方向の延伸倍率を８倍にした以外は実施例１と同様にしてＰＴＦＥ多孔質膜を得た。

（比較例）
比較例１のＰＴＦＥ多孔質膜は、従来のように、乾燥前に延伸を行わず、乾燥後に長手方向に９倍の延伸を行ったものである。

比較例２および比較例３は、国際公開番号ＷＯ９０／０８８０１号公報に記載されているように、乾燥前に幅方向に４倍または８倍の予備延伸を行い、乾燥後に長手方向に９倍の延伸を行ったものである。

（引張試験）
上記の各ＰＴＦＥ多孔質膜に対して、長手方向および幅方向の引張最大荷重伸び（引張り強さに対応する伸び）を求めるために引張試験を行った。本試験では、各ＰＴＦＥ多孔質膜を測定対象の伸びの方向に延びる幅１０ｍｍの短冊状に切断し、このＰＴＦＥ多孔質膜を２５℃の環境下で２００ｍｍ／ｍｉｎの速度で引っ張った。そして、次の式から引張最大荷重伸びを求めた。
ｌ＝｛（Ｌ−Ｌ₀）／Ｌ₀｝×１００
ｌ：引張最大荷重伸び（％）
Ｌ：最大荷重時の標線間距離（ｍｍ）
Ｌ₀：元の標線間距離（ｍｍ）
この同一試験を３回行って平均値を算出した。その結果は表１に示す通りであった。

乾燥前に延伸を行わず、乾燥後に長手方向に延伸を行った比較例１のＰＴＦＥ多孔質膜では、長手方向の伸びが３０％であった。一方、乾燥前に予備延伸を行い、乾燥後に長手方向に延伸を行った比較例２および比較例３のＰＴＦＥ多孔質膜では、長手方向の伸びが４０％または５０％と少し改善したが、いずれも１００％を下回っている。

これに対し、乾燥前および乾燥後に幅方向に延伸を行った実施例１および実施例２のＰＴＦＥ多孔質膜では、長手方向の伸びが１００％を大きく上回った。この結果から、本発明の製造方法によれば、ＰＴＦＥ多孔質膜の長手方向の伸びを飛躍的に大きくできることが分かる。

また、幅方向に対する長手方向の伸び比は、比較例１、比較例２、および比較例３のＰＴＦＥ多孔質膜ではいずれも１を大きく下回っているのに対し、実施例１および実施例２のＰＴＦＥ多孔質膜ではどちらも１を大きく上回っており、本発明の製造方法によれば幅方向よりも長手方向に大きく延びるＰＴＦＥ多孔質膜を得られることが分かる。なお、本発明の製造方法によれば、幅方向の引張最大荷重伸びに対する長手方向の引張最大荷重伸びの倍率を、延伸倍率の設定により適宜選定することができるが、その倍率は１．１〜２００倍であることが好ましく、より好ましくは５〜５０倍である。

（構造の比較）
走査型電子顕微鏡を用いて、実施例２、比較例２、および比較例３のＰＴＦＥ多孔質膜を１０００倍の倍率で撮影した写真が図４（ａ）〜図４（ｃ）である。図４（ｂ）および図４（ｃ）に示すように、乾燥前に幅方向に予備延伸し、乾燥後に長手方向に延伸した比較例２および比較例３の多孔質膜は、長手方向にフィブリルが伸びた構造を有しているのに対し、図４（ａ）に示すように、本発明の製造方法により製造した実施例２のＰＴＦＥ多孔質膜は幅方向にフィブリルが伸びた構造を有している。この結果から、本発明の製造方法で製造した、長手方向の伸びが向上したＰＴＦＥ多孔質膜は、特許文献２（国際公開第９０／０８８０１号パンフレット）に記載の方法により得られるＰＴＦＥ多孔質膜とは明らかに異なる構造を有していることが分かる。

本発明の一実施形態に係るフィルタ用濾材を採用したフィルタの斜視図である。 前記フィルタ用濾材の断面図である。 ＰＴＦＥ多孔質膜の構造を示す模式図である。 （ａ）は実施例２のＰＴＦＥ多孔質膜の顕微鏡写真、（ｂ）は比較例２のＰＴＦＥ多孔質膜の顕微鏡写真、（ｃ）は比較例３のＰＴＦＥ多孔質膜の顕微鏡写真である。

符号の説明

１ フィルタ
２ フィルタ用濾材
３ ＰＴＦＥ多孔質膜
３１ ノード
３２ フィブリル
４ 通気性支持材

Claims (3)

1. ポリテトラフルオロエチレン微粉末に液状潤滑剤を加えた混合物を成形して所定方向に延びるシート状成形体を得る工程と、
   前記シート状成形体を前記液状潤滑剤を含んだ状態で前記所定方向と直交する幅方向に延伸した後に、当該シート状成形体から液状潤滑剤を除去する工程と、
   前記液状潤滑剤が除去されたシート状成形体を前記幅方向に延伸して、当該シート状成形体を前記幅方向にフィブリルが伸びかつ前記所定方向にノードが伸びた構造を有するポリテトラフルオロエチレン多孔質膜とする工程と、
   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。
2. 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製造方法により、所定方向にノードが伸びかつ当該所定方向と直交する幅方向にフィブリルが伸びた構造を有するポリテトラフルオロエチレン多孔質膜を製造し、このポリテトラフルオロエチレン多孔質膜を通気性支持材に接合してフィルタ用濾材を得るフィルタ用濾材の製造方法。
3. 前記フィルタ用濾材を折り目が前記所定方向に互いに離間して並ぶようにプリーツ加工する請求項２に記載のフィルタ用濾材の製造方法。