機能性フィルタ材の製造法
【課題】高温の排ガスに含まれる有害物質を確実に除去し、高温使用時の耐久性が高く且つ通気性が良好である機能性フィルタ材の製造法を提供する。
【解決手段】機能性物質の微粉末を液状バインダに分散させ、この分散バインダ液をフェルトシートに付着させて微粉末をシート面に均一に固着してから、高温の熱処理によってバインダを熱分解または気化させて取り去り、さらに機能性物質の微粉末の固着面上に他方のフェルトシートを重合させ、ニードルパンチによって全体を一体化させる。
【解決手段】機能性物質の微粉末を液状バインダに分散させ、この分散バインダ液をフェルトシートに付着させて微粉末をシート面に均一に固着してから、高温の熱処理によってバインダを熱分解または気化させて取り去り、さらに機能性物質の微粉末の固着面上に他方のフェルトシートを重合させ、ニードルパンチによって全体を一体化させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温使用時の耐久性が高く且つ通気性が良好である機能性フィルタ材の製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ゴミ焼却炉やボイラから空気中へ放出される排ガスには、煤塵などの固形成分、塩化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物、一酸化炭素に加えて、ダイオキシン類のような有害物質が多種多量に含まれている。この排ガスの放出基準は、公害防止のために年々厳格化されているので、焼却炉メーカは、高度な排ガス処理が可能なように炉の構造や機能を改善するとともに、フィルタ製造業者に対してバグフィルタ自体の性能アップを強く要望している。
【０００３】
この種のフィルタ材として、特開平８−１９６８３０号では、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製の基布をステープルファイバのフェルト層の中央部に配置し、該基布の両側または２枚の基布の間に触媒などの微粉末を混在させてからニードルパンチを行って濾過布を形成する。特開平１０−２３０１１９号では、触媒粉末を濾布の繊維に付着させ、さらに該濾布の片面にＰＴＦＥの多孔質薄膜を貼り合わせている。特開平１１−２４４６３６号では、触媒などの活性微粒子スラリを基布に含浸させて乾燥し、ついで該基布の両側にウェブ状のフィルタ材を供給してから全体を圧着する。また、特開２００５−７３９４号では、触媒粉末を粉末状接着剤と混合し、この混合粉末をフェルトシート上に散布してから、別のフェルトシートを積層して全体を加熱処理し、さらに全体にニードルパンチ加工を行っている。
【０００４】
特開平８−１９６８３０号に開示のフィルタ材は、触媒などの微粉末が混在した基布をフェルト層の内部に挟持させ、外側のフェルト層で微粉末を担持するので、微粉末が脱落することなく長期間保持され、排ガス中の有害物質を効率良く除去する。特開平１０−２３０１１９号に開示のフィルタ材は、濾布の表面に密着した多孔質薄膜によって逆洗時の触媒粉末の脱落を防止するとともに、ダストなどによる触媒の汚損を防止する。特開平１１−２４４６３６号に開示のフィルタ材は、活性微粒子を担持する基布が両側のフィルタ材で保持されることにより、活性微粒子がフィルタ材表面から脱落せず活性を長期間維持できる。また、特開２００５−７３９４号に開示のフィルタ材は、触媒粉末が接着剤の溶融で固着され、使用時に該接着剤を排ガスの熱で変性させるので、別のフェルトシートを積層して全体を加熱処理し製造時と使用時において触媒粉末の脱落が殆どなく、長期間に亘って排ガス中に含まれる有害物質を除去できる。
【特許文献１】特開平８−１９６８３０号公報
【特許文献２】特開平１０−２３０１１９号公報
【特許文献３】特開平１１−２４４６３６号公報
【特許文献４】特開２００５−７３９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特開平８−１９６８３０号に開示のフィルタ材は、触媒などの微粉末を外側のフェルト層で微粉末を担持するだけであるので、ニードルパンチ加工時に微粉末が飛散したり、逆洗時にパルスジェットによる衝撃で微粉末がフェルト層から脱落しやすく、長期間に亘って使用することが困難である。特開平１０−２３０１１９号や特開平１１−２４４６３６号に開示のフィルタ材は、基布を触媒スラリに浸漬した後に乾燥するいわゆる含浸法によって触媒が保持されるため、前記と同様に触媒の付着が十分ではなく、パルスジェットなどによって触媒がフィルタ材から脱落しやすく、長期間の使用が不可能でフィルタ材の寿命が短く、脱落した触媒が系外に流出して汚染問題が発生することもある。
【０００６】
一方、特開２００５−７３９４号に開示のフィルタ材は、触媒を含む混合粉末がフェルトシートに挟み込まれたうえに接着剤で該シートに固着されているので、製造や使用段階において触媒粉末が脱落しない反面、触媒粉末を混合機からシート上に散布するので、シート間の触媒層の厚みが不均一になりやすく、有害物質を確実に除去する点で不十分な場合が生じる。さらに、触媒粉末と共存する粉末状接着剤は、製造時に溶融されるけれどもフィルタ材の使用時まで存在することにより、該接着剤がＰＶＡ（ポリビニルアルコール）であると、１５０〜２５０℃の高温で排ガス処理が行われた際に、ＰＶＡと触媒が化学反応してＰＴＦＥのフェルトシートを溶かし、フィルタ材が短期間で使用不可能になってしまうおそれがある。このフィルタ材は、触媒を担持するために全体を熱圧着するので通気性が低下し、高温の排ガスの通過の際にムラができて局部的に高温になり、ＰＶＡが反応を起こす可能性がさらに高くなる。
【０００７】
本発明は、従来のフィルタ材に関する前記の問題点を改善するために提案されたものであり、機能性物質の微粉末を液状バインダに分散させて固着することにより、製造時および使用時に機能性物質の微粉末の脱落が殆どなく且つ機能性物質層の厚みが均一である機能性フィルタ材の製造法を提供することを目的としている。本発明の他の目的は、使用前にバインダを熱処理によって取り去ることにより、長期間に亘って使用可能な機能性フィルタ材の製造法を提供することである。本発明の別の目的は、機能性物質を担持させるための熱圧着を行わないので、通気性が低下することが少なく、高温の排ガスの通過にムラが発生しない機能性フィルタ材の製造法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る製造法は、機能性物質の厚みが全表面で均一に形成されている機能性フィルタ材を製造する方法である。本発明に係る製造法で、機能性物質の微粉末を液状バインダに分散させ、この分散溶液をフェルトシートに付着させて微粉末をシート面に均一に固着してから、高温の熱処理によってバインダを熱分解または気化させて取り去る。さらに、機能性物質の微粉末の固着面上に他方のフェルトシートを重合させ、ニードルパンチによって全体を一体化させる。また、機能性物質の微粉末をシート面に固着してから、この機能性物質の微粉末の固着面上に他方のフェルトシートを重合させ、ニードルパンチによって全体を一体化させた後に、高温の熱処理によってバインダを熱分解または気化させて取り去ってもよい。
【０００９】
本発明に係る製造法では、２枚のフェルトシートは、耐熱性繊維のカードラップをプレパンチすることによって作製し、両フェルトシートを両者の重合前にいずれも２００〜２５０℃で熱処理すると好ましい。好ましくは、液状バインダは温水に溶解したＰＶＡであり、機能性物質の微粉末に水を加えて撹拌して分散させ、ついでこの分散液を撹拌しながら所定量の液状バインダを添加する。
【００１０】
本発明に係る製造法では、２枚のフェルトシートの一方または両方に耐熱性繊維の基布を介在させて一体化させ、該基布はフェルトシートの内側面または中間に配置すると好ましい。また、ニードルパンチによって全体を一体化させた後に、さらにフッ素系樹脂の多孔質膜をラミネートしたり、フッ素系樹脂をコーティングすることが可能である。さらに、機能性物質の微粉末を含む分散バインダ液を２枚のフェルトシートの表面のいずれにも付着させて微粉末を固着し、ついで両方の微粉末の固着面を接合して一体化させることも可能である。
【００１１】
本発明を図面によって説明すると、図１には本発明方法で製造した機能性フィルタ材１を例示し、該フィルタ材は、典型的にはフェルトシート２，３の間に機能性物質層５を挟み込んだ構造を有する。機能性物質の微粉末は、液状バインダに分散させ、図５に示すように、この分散バインダ液６をフェルトシート２または３に付着させて微粉末をシート面に均一に固着すればよく、ついで加熱炉７などを通過させて乾燥し、機能性物質層５を積層したフェルトシートを得る。
【００１２】
本発明で用いるフェルトシート２，３は、耐熱性繊維のカードラップをプレパンチして作製すると好ましく、通常のウェブや不織布を使用することも可能であり、製造プロセスから分類するとニードルパンチ、スパンボンド、スパンレース、メルトブロ−ン、ステッチボンド、湿式フェルトなどが例示できる。このプレパンチは、例えば、針本数３０〜２００本／ｃｍ２、深さ１０〜１７ｍｍで下向きまたは上下方向にパンチすればよい。各フェルトシートの目付は、一般に２００〜５００ｇ／ｍ２である。
【００１３】
フェルトシート２，３に使用する耐熱性繊維として、ＰＴＦＥ繊維、ポリアミド繊維、ポリイミド繊維、ポリアミドイミド繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、セラミックス繊維、ガラス繊維が例示できる。この耐熱性繊維は、高温の熱処理の際に溶融しないように、融点が２５０℃前後であると好ましい。この種の好適な有機繊維として、ＰＴＦＥ繊維（融点３２７℃）、ポリエステル繊維（融点２５５〜２６０℃）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）繊維（融点２８７℃）、ポリエーテルエーテルケトン繊維、６６ナイロン繊維（融点２５０〜２６０℃）、ヘテロ環繊維などがあり、これらの繊維および他の高耐熱性繊維や無融点繊維を複合繊維や混合繊維の態様で使用してもよい。
【００１４】
フェルトシート２，３は、触媒などの機能性物質の粒径に対して、プレパンチによってより小さい開孔にすることが望ましい。フェルトシート２，３の開孔は、例えば、排ガスの通過を妨げない程度の３０〜８０μｍであり、基布８（図２）を介在させる場合には、フェルトシート２，３の開孔を適宜調整すればよい。このような開孔であると、逆洗時の打撃の際に機能性物質の粉末の脱落をより確実に防止できる。
【００１５】
２枚のフェルトシート２，３は、所望に応じて、その一方または両方に耐熱性繊維の基布８を介在させてもよく、該基布はプレパンチによってシートと一体化させることが望ましい。基布８は、フェルトシート２，３と同様に耐熱性であって、織布、編物、不織布、メッシュ地などであればよく、その目付は通常８０〜１５０ｇ／ｍ２である。フェルトシート２，３と基布８との一体化は、プレパンチ加工のほかに、縫製または接着剤によって別個に行ってもよい。基布８は、一般にフェルトシート２，３において機能性物質層５側の片面に介在させると好ましい。
【００１６】
本発明で使用する微粉末状の機能性物質は、用途に応じて、排ガス中のダイオキシン類などの有害物質を分解する触媒、塩化水素や酸化硫黄などを吸着する活性炭または活性コークスなどである。通常使用する触媒は、例えば、チタン、ケイ素、銅、鉄、マンガン、銀、クロム、アルミニウム、ジルコニウム、金、白金、モリブデン、バナジウム、タングステン、コバルトなどの金属酸化物のうちの少なくとも１種からなればよい。特に、チタン、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウムのような金属酸化物を主成分とし、さらにバナジウム、タングステン、銀、クロム、モリブデン、金、白金、コバルト、銅、鉄のような金属酸化物を担持させると好ましい。一例として、触媒は、チタンおよびバナジウムの酸化物である二酸化チタン（ＴｉＯ２）および五酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）からなる。
【００１７】
金属酸化物の触媒は、排ガス中の有害物質であるダイオキシン類に対する分解能が高く、有機ハロゲン化合物以外の有機化合物、硫黄酸化物、窒素酸化物、一酸化炭素などを分解・変性することも可能である。例えば、触媒の粒径は、フェルトシート２，３の開孔より大きくなるようにハニカム状の塊をジェット粉砕すればよく、平均粒径が１００〜３００μｍであると好ましい。
【００１８】
機能性物質には、前記の金属酸化物触媒に加えて、硫黄またはその化合物、リンまたはその化合物などを微量含有してもよく、これらの物質を金属酸化物触媒に添加すると、ダイオキシン類に対する分解作用をいっそう向上させることができる。触媒の含有量は、排ガスに含まれる有害物質を効率的に除去でき且つ所定のガス通過量を確保することができる範囲で設定すればよく、例えば、５０〜１０００ｇ／ｍ２含有すると好ましい。
【００１９】
一方、本発明で用いる液状バインダは、機能性物質の微粉末を確実にシート面に固着でき、且つ高温の熱処理によって熱分解、気化、溶解、収縮などで実質的に除去できることを要する。高温の熱処理によって実質的に取り去り可能な液状バインダは、例えば、水などの溶媒に溶解したＰＶＡ溶液であり、この他に比較的低融点である熱可塑性樹脂溶液であると使用可能である。液状バインダがＰＶＡ溶液である場合、機能性物質の微粉末に水を加えて撹拌して均一に分散させ、ついでこの分散液を撹拌しながら所定量の液状バインダを添加すればよい。
【００２０】
機能性物質の微粉末を分散させたバインダ液６は、フェルトシート２および／または３に付着させて微粉末をシート面に均一に固着してから乾燥する。この液状バインダの付着は、図５に例示するようなローラ１０を用いるロールコーティングであっても、スクリーン印刷法、含浸法、ローラ含浸法、スプレ法などを利用してシート面に付着させてもよい。シート面に固着した液状バインダは、該バインダを取り去る高温の熱処理の前に乾燥させ、機能性物質の微粉末をシート面に確実に固着すると好ましい。
【００２１】
シート面に固着した液状バインダは、乾燥後に高温の熱処理によって熱分解や気化などによってシート面から取り去り、バインダに覆われていた機能性物質の表面を露出させ、排ガスを処理する段階において有害物質と機能性物質との接触頻度を高め、効率的に有害物質を除去することが可能になる。この液状バインダは、機能性物質を確実にフェルトシート２に固着し、逆洗時におけるパルスジェットによる機能性物質の脱落を防止するとともに、通常、２００〜２５０℃で熱処理されることにより、機能性物質の表面を覆ってその働きを妨げる作用が取り除かれることにより、機能性物質による有害物質の除去機能を有効に発揮させる。用いる液状バインダについて、その種類またはその濃度や機能性物質の添加量を増減することにより、熱処理温度と処理時間を調整することができる。
【００２２】
液状バインダの量は、機能性物質を固着するのに十分な量であり且つ高温の熱処理によって実質的に除去できる範囲に設定すればよい。液状バインダの量は、機能性物質に対して７０〜２００％であればよく、ＰＶＡの場合には、ＰＶＡ粉末が７０〜１４０ｇ／ｍ２、水が１５０〜４００ｇ／ｍ２程度であると好ましい。
【００２３】
図３に示すように、機能性フィルタ材には、その片面または両面にフッ素樹脂の多孔質膜１２を重ね合わせて熱圧着してもよい。図３では、多孔質膜１２をフェルトシート３に熱圧着しており、さらにフェルトシート２に多孔質膜を熱圧着することも可能である。また、フェルトシート２，３にフッ素樹脂のディスパージョンなどを含浸してから多孔質膜１２を重ね合わせて熱圧着してもよい。図３に示す機能性フィルタ材１４は、フェルト本来の特性と多孔質膜１２の特性とを併せ持ち、ダストの捕集性能が高く、多孔質膜１２に由来する高い非粘着性、低摩擦抵抗性、通気性、撥水性などを有する。
【００２４】
多孔質膜１２の素材であるフッ素樹脂は、耐熱性、耐薬品性、非粘着性が優れた厚さ１０〜１００μｍのＰＴＦＥ樹脂であると好ましい。ＰＴＦＥ樹脂は、そのファインパウダーをペースト押出して延伸・熱処理すると、柔軟で強靱な多孔質膜となる。多孔質膜１２として主に機械的特性や電気的特性も利用する分野では、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）なども使用可能である。ＰＴＦＥ多孔質膜は、十分な捕集性能を有しているので孔径、気孔率、厚さなどを特に限定する必要はない。
【００２５】
本発明の機能性フィルタ材では、その片面または両面にフッ素系樹脂をコーティングすることもできる。このコーティングにより、ダストの離型性が良化する。用いる樹脂は限定されないが、ＰＴＦＥやＦＥＰのディスパージョンが好ましい。コーティング方法も特に限定することなく、ロールコート法、リバースコート法などを用いると好ましい。コーティング量は１０〜１００ｇ／ｍ2、好ましくは３０〜６０ｇ／ｍ2である。１００ｇ／ｍ2を超えると通気性の低下が大きくなり、１０ｇ／ｍ2未満では離型効果が小さいので好ましくない。
【００２６】
機能性フィルタ材１の厚みは、全体として１〜１０ｍｍであり、その全目付は５００〜２０００ｇ／ｍ２であると好ましい。厚みが１〜１０ｍｍであると所定のガス流量を確保できるとともに、該フィルタ材をバグフィルタに使用した際に圧損が小さくなる。また、全目付が５００ｇ／ｍ２より少ないと十分な剛性が得られず、２０００ｇ／ｍ２を超えると通気性が低下するので好ましくない。
【００２７】
本発明方法で製造した機能性フィルタ材１は、図１のような構造のほかに、図２に示すように、フェルトシート３の片面に基布８を介在させてもよい。この場合には、フィルタ材１６は、排ガスの流通方向の上流に向かってフェルトシート３、基布８、機能性物質層５、フェルトシート２の順で積層されるように配置する。排ガスの流通方向の最上流に向かってフェルトシート３を配置することにより、排ガスに含まれるダストがフィルタ内部まで浸入することを基布８で防ぎ、ダストによる触媒の急速な汚損を回避できる。また、図３に示すように、多孔質膜１２を積層したフィルタ材１４では、排ガスの流通方向の最上流に向かって多孔質膜１２を配置することにより、排ガスに含まれる多量のダストを多孔質膜１２に付着させ、ダストによるフェルトシート２，３および触媒の急速な汚損を防止できる。この機能性フィルタ材の積層構造は、図１から図３に限定されるものではなく、例えば、フェルトシート２に基布を介在させることも可能である。
【００２８】
機能性フィルタ材１の製造方法は、図５および図６から明らかである。図５では、機能性物質の微粉末を分散したバインダ液６を槽１８に収容し、ローラ１０を介してフェルトシート３の片面に付着させ、次に加熱炉７を通過させて十分に乾燥する。分散バインダ液６は、ローラ１０によって５００〜１０００ｇ／ｍ２付着され、付着量が不足する場合にはローラで２回付着させてもよい。付着したバインダ液６は、約１４０℃に熱した加熱炉７を通過すると水分が蒸発して固化し、機能性物質の微粉末をバインダ成分によってフェルトシート３に固着でき、機能性物質層５を積層したフェルトシート３をロール２０に巻き取ることができる。
【００２９】
図６では、フェルトシート２および積層フェルトシート３をいずれも高温加熱炉２２を通し、２００〜２５０℃の高温で熱処理してから両フェルトシート２，２を重合し、さらにニードルパンチ加工を施す。積層フェルトシート３は、加熱炉２２において２００〜２５０℃で熱処理されることにより、機能性物質層５中のバインダ分が熱分解または気化され、該機能性物質層５から除去される。フェルトシート２，３を構成する繊維は、高温の熱処理によって柔軟化しているので、上下方向からのニードルパンチ加工２４によって十分に絡合し、さらに圧着処理を施すことが不要である。
【００３０】
前記では、機能性物質を分散したバインダ液をフェルトシートに塗布・乾燥し、高温の熱処理でバインダ成分を気化・除去してから、他のフェルトシートとニードルパンチによって一体化した例を示している。この場合、前記バインダを塗布・乾燥し、先にフェルトシートとニードルパンチによって一体化した後に、高温の熱処理でバインダ成分を除去することも可能である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係る製造法により、触媒や吸着剤のような機能性物質の微粉末が液状バインダに分散されてフェルトシートに接着され、粉末の散布に比べて機能性物質層の厚みが均一であり、高温の排ガスが通過する際にムラができないので有害物質を確実に除去できる。本発明方法で製造した機能性フィルタ材は、機能性物質がバインダによってフェルトシートに固着され、さらにフェルトシート間に挟み込まれるので、製造時および使用時において機能性物質の微粒子が脱落することが生じない。この機能性フィルタ材は、使用時において機能性物質の微粉末が脱落せず、機能性物質を長期間を保持できることにより、排ガス中の有害物質を効率的に除去できる。
【００３２】
本発明方法で製造した機能性フィルタ材は、使用前にＰＶＡなどのバインダが熱処理によって除去されており、１５０〜２５０℃の高温で排ガス処理が行われた際に、残存のＰＶＡが触媒などの機能性物質と化学反応してＰＴＦＥのフェルトシートを溶かすことがなく、長期間に亘って使用することが可能である。この機能性フィルタ材は、機能性物質を担持するための熱圧着を行わないので、使用時に通気性が低下することが少なく且つ高温の排ガスの通過が表面全体で均一になり、排ガス中の有害物質をより確実に除去できる。
【実施例１】
【００３３】
次に、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。図２において、機能性フィルタ材１６を例示し、該フィルタ材を構成するフェルトシート２，３は、いずれもＰＴＦＥ繊維のカードラップをプレパンチして作製する。
【００３４】
フェルトシート２は、プレパンチにおいて、３６番手のニードルを用いて針深さ１３ｍｍの条件で上方向からニードルパンチし、その目付が４２０ｇ／ｍ２である。一方、フェルトシート３は、プレパンチにおいて、３６番手のニードルを用いて針密度４０本／ｃｍ２、針深さ１５ｍｍの条件で上方向からニードルパンチした後に、ＰＴＦＥ織布の基布５を重ねてさらに３６番手のニードルを用いて針密度１５０本／ｃｍ２、針深さ１３ｍｍの条件で上下方向からニードルパンチして基布５を一体化する。得たフェルトシート３の目付が４２０ｇ／ｍ２、基布５の目付が１２０ｇ／ｍ２である。
【００３５】
機能性物質は、図４に従って液状バインダに分散させる。この機能性物質は、金属酸化物触媒の粉末であり、チタンおよびバナジウムの酸化物である二酸化チタン（ＴｉＯ２）および五酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）からなる。液状バインダは、例えば、水などの溶媒に溶解したＰＶＡ溶液である。図４のＳ１において、７０〜８０℃の温水を撹拌しながら、ＰＶＡ粉末（品番：ＪＭＲ−１０ＭＤＶ、日本酢ビ・ポバール製）を徐々に加え、全量１１０ｇをダマができないように十分に撹拌する。得たＰＶＡ溶液は、Ｓ２において１〜２日間放置することで常温まで冷却させる。
【００３６】
一方、機能性物質５である金属酸化物触媒は、Ｓ３において４０メッシュの篩に掛けて微粉末を取得し、Ｓ４において３３０ｇを計量し、さらにＳ５において水２５０ｇを加えて良く撹拌する。この撹拌を続けながら、Ｓ６において前記のＰＶＡ溶液を所定量添加し、ダマが完全になくなるまで撹拌する。金属酸化物触媒の微粉末を分散させたＰＶＡ溶液６（図５）の配合率は、触媒３３０ｇ、ＰＶＡ１１０ｇ、水３６０ｇであり、触媒とＰＶＡとの濃度は５５％である。
【００３７】
図５において、フェルトシート３を水平に走行させるとともに、分散ＰＶＡ溶液６を槽１８に収容し、ローラ１０によってフェルトシート３の基布側の片面に付着させ、次に１４０℃に熱した加熱炉７を通過させて乾燥し、触媒層５を積層したフェルトシート３をロール２０に巻き取る。触媒の微粉末を分散させた分散ＰＶＡ溶液６は、約１４０℃に加熱した乾燥炉７を通過すると水分が蒸発して固化して、該触媒をフェルトシート３に固着する。この触媒層は、触媒３３０ｇ／ｍ２およびＰＶＡ１１０ｇ／ｍ２からなる。
【００３８】
フェルトシート２および積層フェルトシート３は、さらに図６において、いずれも高温加熱炉２２を通し、２００〜２５０℃の高温で熱処理する。積層フェルトシート３は、触媒層５を上向きにし、加熱炉２２において２００〜２５０℃で熱処理されることにより、触媒層５中のＰＶＡが熱分解または気化され、該触媒層から除去される。この高温熱処理から次のパンチ加工２４へは、図示のように一度ロールに巻き取っても、連続的に処理してもよい。この高温熱処理により、フェルトシート２，３を構成する繊維は、高温の熱処理によって柔軟化しているので、上下方向からのニードルパンチ加工２４によって十分に絡合し、さらに圧着処理を施すことが不要である。
【００３９】
パンチ加工２４は、４０番手のコニカルニードルを用いて針密度１００本／ｃｍ２、針深さ１７ｍｍの条件で上下方向からニードルパンチして全体を一体化させる。得たフィルタ材１６において、フェルトシート２，３の目付４２０ｇ／ｍ２、基布５の目付１２０ｇ／ｍ２、触媒３３０ｇ／ｍ２であった。パンチ加工２４では針詰まりを起こすことがなく、フィルタ材１６におけるフェルトシート２，３が剥離することもない。
【００４０】
機能性フィルタ材１６では、触媒層５の厚みが均一であり、高温の排ガスが通過する際にムラができないので有害物質を確実に除去できる。触媒層５における触媒はバインダによってフェルトシート３に固着され、さらにフェルトシート２，３間に挟み込まれるので、製造時および使用時において触媒の微粒子が脱落することなく、触媒を長期間を保持できる。機能性フィルタ材１６は、使用前にＰＶＡが高温の熱処理によって除去されるので、１５０〜２５０℃の高温で排ガス処理が行われた際に、残存のＰＶＡが触媒と化学反応してＰＴＦＥのフェルトシートを溶かすことがなく、長期間に亘って使用できる。機能性フィルタ材１６は、熱圧着を行わないので使用時に通気性が低下することが少なく、排ガス中の有害物質を確実に除去できる。
【実施例２】
【００４１】
実施例１と同様に加工して機能性フェルト材を製造する。このフェルト材の表面に、孔径１５μｍ、厚さ２５μｍのＰＴＦＥ多孔質膜１２（商品名：ポアフロン、住友電工ファインポリマー製）を重ね合わせ、ロールラミネータ（図示しない）を通して、温度２２０℃、線圧０．０８ＭＰａ・ｃｍ、速度１ｍ／分の条件で多孔質膜１２を熱接着した。
【００４２】
得た機能性フェルト材１４（図３）は、フェルトシート３と多孔質膜１２との接着が良好であり、その通気度は２ｃｃ／ｃｍ２秒である。機能性フェルト材１４に関して、その通気度は、フラジール型通気度試験機によって測定した。機能性フェルト材１４は、ダストの捕集性能が非常に高く、汚染度が高くてダスト付着が多い排ガス用バグフィルタを含む各種のフィルタ用途に適している。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る機能性フィルタ材を示す拡大断面図である。
【図２】機能性フィルタ材の変形例を示す拡大断面図である。
【図３】機能性フィルタ材の別の変形例を示す拡大断面図である。
【図４】本発明で用いる分散バインダ液の製造工程を例示するフローチャートである。
【図５】フェルトシートへの分散バインダ液の付着および乾燥工程を示す概略側面図である。
【図６】２枚のフェルトシートから機能性フィルタ材を製造する工程を示す概略側面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 機能性フィルタ材
２，３ フェルトシート
５ 機能性物質層
６ 分散バインダ液
８ 基布
１２ 多孔質膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温使用時の耐久性が高く且つ通気性が良好である機能性フィルタ材の製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ゴミ焼却炉やボイラから空気中へ放出される排ガスには、煤塵などの固形成分、塩化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物、一酸化炭素に加えて、ダイオキシン類のような有害物質が多種多量に含まれている。この排ガスの放出基準は、公害防止のために年々厳格化されているので、焼却炉メーカは、高度な排ガス処理が可能なように炉の構造や機能を改善するとともに、フィルタ製造業者に対してバグフィルタ自体の性能アップを強く要望している。
【０００３】
この種のフィルタ材として、特開平８−１９６８３０号では、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製の基布をステープルファイバのフェルト層の中央部に配置し、該基布の両側または２枚の基布の間に触媒などの微粉末を混在させてからニードルパンチを行って濾過布を形成する。特開平１０−２３０１１９号では、触媒粉末を濾布の繊維に付着させ、さらに該濾布の片面にＰＴＦＥの多孔質薄膜を貼り合わせている。特開平１１−２４４６３６号では、触媒などの活性微粒子スラリを基布に含浸させて乾燥し、ついで該基布の両側にウェブ状のフィルタ材を供給してから全体を圧着する。また、特開２００５−７３９４号では、触媒粉末を粉末状接着剤と混合し、この混合粉末をフェルトシート上に散布してから、別のフェルトシートを積層して全体を加熱処理し、さらに全体にニードルパンチ加工を行っている。
【０００４】
特開平８−１９６８３０号に開示のフィルタ材は、触媒などの微粉末が混在した基布をフェルト層の内部に挟持させ、外側のフェルト層で微粉末を担持するので、微粉末が脱落することなく長期間保持され、排ガス中の有害物質を効率良く除去する。特開平１０−２３０１１９号に開示のフィルタ材は、濾布の表面に密着した多孔質薄膜によって逆洗時の触媒粉末の脱落を防止するとともに、ダストなどによる触媒の汚損を防止する。特開平１１−２４４６３６号に開示のフィルタ材は、活性微粒子を担持する基布が両側のフィルタ材で保持されることにより、活性微粒子がフィルタ材表面から脱落せず活性を長期間維持できる。また、特開２００５−７３９４号に開示のフィルタ材は、触媒粉末が接着剤の溶融で固着され、使用時に該接着剤を排ガスの熱で変性させるので、別のフェルトシートを積層して全体を加熱処理し製造時と使用時において触媒粉末の脱落が殆どなく、長期間に亘って排ガス中に含まれる有害物質を除去できる。
【特許文献１】特開平８−１９６８３０号公報
【特許文献２】特開平１０−２３０１１９号公報
【特許文献３】特開平１１−２４４６３６号公報
【特許文献４】特開２００５−７３９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特開平８−１９６８３０号に開示のフィルタ材は、触媒などの微粉末を外側のフェルト層で微粉末を担持するだけであるので、ニードルパンチ加工時に微粉末が飛散したり、逆洗時にパルスジェットによる衝撃で微粉末がフェルト層から脱落しやすく、長期間に亘って使用することが困難である。特開平１０−２３０１１９号や特開平１１−２４４６３６号に開示のフィルタ材は、基布を触媒スラリに浸漬した後に乾燥するいわゆる含浸法によって触媒が保持されるため、前記と同様に触媒の付着が十分ではなく、パルスジェットなどによって触媒がフィルタ材から脱落しやすく、長期間の使用が不可能でフィルタ材の寿命が短く、脱落した触媒が系外に流出して汚染問題が発生することもある。
【０００６】
一方、特開２００５−７３９４号に開示のフィルタ材は、触媒を含む混合粉末がフェルトシートに挟み込まれたうえに接着剤で該シートに固着されているので、製造や使用段階において触媒粉末が脱落しない反面、触媒粉末を混合機からシート上に散布するので、シート間の触媒層の厚みが不均一になりやすく、有害物質を確実に除去する点で不十分な場合が生じる。さらに、触媒粉末と共存する粉末状接着剤は、製造時に溶融されるけれどもフィルタ材の使用時まで存在することにより、該接着剤がＰＶＡ（ポリビニルアルコール）であると、１５０〜２５０℃の高温で排ガス処理が行われた際に、ＰＶＡと触媒が化学反応してＰＴＦＥのフェルトシートを溶かし、フィルタ材が短期間で使用不可能になってしまうおそれがある。このフィルタ材は、触媒を担持するために全体を熱圧着するので通気性が低下し、高温の排ガスの通過の際にムラができて局部的に高温になり、ＰＶＡが反応を起こす可能性がさらに高くなる。
【０００７】
本発明は、従来のフィルタ材に関する前記の問題点を改善するために提案されたものであり、機能性物質の微粉末を液状バインダに分散させて固着することにより、製造時および使用時に機能性物質の微粉末の脱落が殆どなく且つ機能性物質層の厚みが均一である機能性フィルタ材の製造法を提供することを目的としている。本発明の他の目的は、使用前にバインダを熱処理によって取り去ることにより、長期間に亘って使用可能な機能性フィルタ材の製造法を提供することである。本発明の別の目的は、機能性物質を担持させるための熱圧着を行わないので、通気性が低下することが少なく、高温の排ガスの通過にムラが発生しない機能性フィルタ材の製造法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る製造法は、機能性物質の厚みが全表面で均一に形成されている機能性フィルタ材を製造する方法である。本発明に係る製造法で、機能性物質の微粉末を液状バインダに分散させ、この分散溶液をフェルトシートに付着させて微粉末をシート面に均一に固着してから、高温の熱処理によってバインダを熱分解または気化させて取り去る。さらに、機能性物質の微粉末の固着面上に他方のフェルトシートを重合させ、ニードルパンチによって全体を一体化させる。また、機能性物質の微粉末をシート面に固着してから、この機能性物質の微粉末の固着面上に他方のフェルトシートを重合させ、ニードルパンチによって全体を一体化させた後に、高温の熱処理によってバインダを熱分解または気化させて取り去ってもよい。
【０００９】
本発明に係る製造法では、２枚のフェルトシートは、耐熱性繊維のカードラップをプレパンチすることによって作製し、両フェルトシートを両者の重合前にいずれも２００〜２５０℃で熱処理すると好ましい。好ましくは、液状バインダは温水に溶解したＰＶＡであり、機能性物質の微粉末に水を加えて撹拌して分散させ、ついでこの分散液を撹拌しながら所定量の液状バインダを添加する。
【００１０】
本発明に係る製造法では、２枚のフェルトシートの一方または両方に耐熱性繊維の基布を介在させて一体化させ、該基布はフェルトシートの内側面または中間に配置すると好ましい。また、ニードルパンチによって全体を一体化させた後に、さらにフッ素系樹脂の多孔質膜をラミネートしたり、フッ素系樹脂をコーティングすることが可能である。さらに、機能性物質の微粉末を含む分散バインダ液を２枚のフェルトシートの表面のいずれにも付着させて微粉末を固着し、ついで両方の微粉末の固着面を接合して一体化させることも可能である。
【００１１】
本発明を図面によって説明すると、図１には本発明方法で製造した機能性フィルタ材１を例示し、該フィルタ材は、典型的にはフェルトシート２，３の間に機能性物質層５を挟み込んだ構造を有する。機能性物質の微粉末は、液状バインダに分散させ、図５に示すように、この分散バインダ液６をフェルトシート２または３に付着させて微粉末をシート面に均一に固着すればよく、ついで加熱炉７などを通過させて乾燥し、機能性物質層５を積層したフェルトシートを得る。
【００１２】
本発明で用いるフェルトシート２，３は、耐熱性繊維のカードラップをプレパンチして作製すると好ましく、通常のウェブや不織布を使用することも可能であり、製造プロセスから分類するとニードルパンチ、スパンボンド、スパンレース、メルトブロ−ン、ステッチボンド、湿式フェルトなどが例示できる。このプレパンチは、例えば、針本数３０〜２００本／ｃｍ２、深さ１０〜１７ｍｍで下向きまたは上下方向にパンチすればよい。各フェルトシートの目付は、一般に２００〜５００ｇ／ｍ２である。
【００１３】
フェルトシート２，３に使用する耐熱性繊維として、ＰＴＦＥ繊維、ポリアミド繊維、ポリイミド繊維、ポリアミドイミド繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、セラミックス繊維、ガラス繊維が例示できる。この耐熱性繊維は、高温の熱処理の際に溶融しないように、融点が２５０℃前後であると好ましい。この種の好適な有機繊維として、ＰＴＦＥ繊維（融点３２７℃）、ポリエステル繊維（融点２５５〜２６０℃）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）繊維（融点２８７℃）、ポリエーテルエーテルケトン繊維、６６ナイロン繊維（融点２５０〜２６０℃）、ヘテロ環繊維などがあり、これらの繊維および他の高耐熱性繊維や無融点繊維を複合繊維や混合繊維の態様で使用してもよい。
【００１４】
フェルトシート２，３は、触媒などの機能性物質の粒径に対して、プレパンチによってより小さい開孔にすることが望ましい。フェルトシート２，３の開孔は、例えば、排ガスの通過を妨げない程度の３０〜８０μｍであり、基布８（図２）を介在させる場合には、フェルトシート２，３の開孔を適宜調整すればよい。このような開孔であると、逆洗時の打撃の際に機能性物質の粉末の脱落をより確実に防止できる。
【００１５】
２枚のフェルトシート２，３は、所望に応じて、その一方または両方に耐熱性繊維の基布８を介在させてもよく、該基布はプレパンチによってシートと一体化させることが望ましい。基布８は、フェルトシート２，３と同様に耐熱性であって、織布、編物、不織布、メッシュ地などであればよく、その目付は通常８０〜１５０ｇ／ｍ２である。フェルトシート２，３と基布８との一体化は、プレパンチ加工のほかに、縫製または接着剤によって別個に行ってもよい。基布８は、一般にフェルトシート２，３において機能性物質層５側の片面に介在させると好ましい。
【００１６】
本発明で使用する微粉末状の機能性物質は、用途に応じて、排ガス中のダイオキシン類などの有害物質を分解する触媒、塩化水素や酸化硫黄などを吸着する活性炭または活性コークスなどである。通常使用する触媒は、例えば、チタン、ケイ素、銅、鉄、マンガン、銀、クロム、アルミニウム、ジルコニウム、金、白金、モリブデン、バナジウム、タングステン、コバルトなどの金属酸化物のうちの少なくとも１種からなればよい。特に、チタン、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウムのような金属酸化物を主成分とし、さらにバナジウム、タングステン、銀、クロム、モリブデン、金、白金、コバルト、銅、鉄のような金属酸化物を担持させると好ましい。一例として、触媒は、チタンおよびバナジウムの酸化物である二酸化チタン（ＴｉＯ２）および五酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）からなる。
【００１７】
金属酸化物の触媒は、排ガス中の有害物質であるダイオキシン類に対する分解能が高く、有機ハロゲン化合物以外の有機化合物、硫黄酸化物、窒素酸化物、一酸化炭素などを分解・変性することも可能である。例えば、触媒の粒径は、フェルトシート２，３の開孔より大きくなるようにハニカム状の塊をジェット粉砕すればよく、平均粒径が１００〜３００μｍであると好ましい。
【００１８】
機能性物質には、前記の金属酸化物触媒に加えて、硫黄またはその化合物、リンまたはその化合物などを微量含有してもよく、これらの物質を金属酸化物触媒に添加すると、ダイオキシン類に対する分解作用をいっそう向上させることができる。触媒の含有量は、排ガスに含まれる有害物質を効率的に除去でき且つ所定のガス通過量を確保することができる範囲で設定すればよく、例えば、５０〜１０００ｇ／ｍ２含有すると好ましい。
【００１９】
一方、本発明で用いる液状バインダは、機能性物質の微粉末を確実にシート面に固着でき、且つ高温の熱処理によって熱分解、気化、溶解、収縮などで実質的に除去できることを要する。高温の熱処理によって実質的に取り去り可能な液状バインダは、例えば、水などの溶媒に溶解したＰＶＡ溶液であり、この他に比較的低融点である熱可塑性樹脂溶液であると使用可能である。液状バインダがＰＶＡ溶液である場合、機能性物質の微粉末に水を加えて撹拌して均一に分散させ、ついでこの分散液を撹拌しながら所定量の液状バインダを添加すればよい。
【００２０】
機能性物質の微粉末を分散させたバインダ液６は、フェルトシート２および／または３に付着させて微粉末をシート面に均一に固着してから乾燥する。この液状バインダの付着は、図５に例示するようなローラ１０を用いるロールコーティングであっても、スクリーン印刷法、含浸法、ローラ含浸法、スプレ法などを利用してシート面に付着させてもよい。シート面に固着した液状バインダは、該バインダを取り去る高温の熱処理の前に乾燥させ、機能性物質の微粉末をシート面に確実に固着すると好ましい。
【００２１】
シート面に固着した液状バインダは、乾燥後に高温の熱処理によって熱分解や気化などによってシート面から取り去り、バインダに覆われていた機能性物質の表面を露出させ、排ガスを処理する段階において有害物質と機能性物質との接触頻度を高め、効率的に有害物質を除去することが可能になる。この液状バインダは、機能性物質を確実にフェルトシート２に固着し、逆洗時におけるパルスジェットによる機能性物質の脱落を防止するとともに、通常、２００〜２５０℃で熱処理されることにより、機能性物質の表面を覆ってその働きを妨げる作用が取り除かれることにより、機能性物質による有害物質の除去機能を有効に発揮させる。用いる液状バインダについて、その種類またはその濃度や機能性物質の添加量を増減することにより、熱処理温度と処理時間を調整することができる。
【００２２】
液状バインダの量は、機能性物質を固着するのに十分な量であり且つ高温の熱処理によって実質的に除去できる範囲に設定すればよい。液状バインダの量は、機能性物質に対して７０〜２００％であればよく、ＰＶＡの場合には、ＰＶＡ粉末が７０〜１４０ｇ／ｍ２、水が１５０〜４００ｇ／ｍ２程度であると好ましい。
【００２３】
図３に示すように、機能性フィルタ材には、その片面または両面にフッ素樹脂の多孔質膜１２を重ね合わせて熱圧着してもよい。図３では、多孔質膜１２をフェルトシート３に熱圧着しており、さらにフェルトシート２に多孔質膜を熱圧着することも可能である。また、フェルトシート２，３にフッ素樹脂のディスパージョンなどを含浸してから多孔質膜１２を重ね合わせて熱圧着してもよい。図３に示す機能性フィルタ材１４は、フェルト本来の特性と多孔質膜１２の特性とを併せ持ち、ダストの捕集性能が高く、多孔質膜１２に由来する高い非粘着性、低摩擦抵抗性、通気性、撥水性などを有する。
【００２４】
多孔質膜１２の素材であるフッ素樹脂は、耐熱性、耐薬品性、非粘着性が優れた厚さ１０〜１００μｍのＰＴＦＥ樹脂であると好ましい。ＰＴＦＥ樹脂は、そのファインパウダーをペースト押出して延伸・熱処理すると、柔軟で強靱な多孔質膜となる。多孔質膜１２として主に機械的特性や電気的特性も利用する分野では、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）なども使用可能である。ＰＴＦＥ多孔質膜は、十分な捕集性能を有しているので孔径、気孔率、厚さなどを特に限定する必要はない。
【００２５】
本発明の機能性フィルタ材では、その片面または両面にフッ素系樹脂をコーティングすることもできる。このコーティングにより、ダストの離型性が良化する。用いる樹脂は限定されないが、ＰＴＦＥやＦＥＰのディスパージョンが好ましい。コーティング方法も特に限定することなく、ロールコート法、リバースコート法などを用いると好ましい。コーティング量は１０〜１００ｇ／ｍ2、好ましくは３０〜６０ｇ／ｍ2である。１００ｇ／ｍ2を超えると通気性の低下が大きくなり、１０ｇ／ｍ2未満では離型効果が小さいので好ましくない。
【００２６】
機能性フィルタ材１の厚みは、全体として１〜１０ｍｍであり、その全目付は５００〜２０００ｇ／ｍ２であると好ましい。厚みが１〜１０ｍｍであると所定のガス流量を確保できるとともに、該フィルタ材をバグフィルタに使用した際に圧損が小さくなる。また、全目付が５００ｇ／ｍ２より少ないと十分な剛性が得られず、２０００ｇ／ｍ２を超えると通気性が低下するので好ましくない。
【００２７】
本発明方法で製造した機能性フィルタ材１は、図１のような構造のほかに、図２に示すように、フェルトシート３の片面に基布８を介在させてもよい。この場合には、フィルタ材１６は、排ガスの流通方向の上流に向かってフェルトシート３、基布８、機能性物質層５、フェルトシート２の順で積層されるように配置する。排ガスの流通方向の最上流に向かってフェルトシート３を配置することにより、排ガスに含まれるダストがフィルタ内部まで浸入することを基布８で防ぎ、ダストによる触媒の急速な汚損を回避できる。また、図３に示すように、多孔質膜１２を積層したフィルタ材１４では、排ガスの流通方向の最上流に向かって多孔質膜１２を配置することにより、排ガスに含まれる多量のダストを多孔質膜１２に付着させ、ダストによるフェルトシート２，３および触媒の急速な汚損を防止できる。この機能性フィルタ材の積層構造は、図１から図３に限定されるものではなく、例えば、フェルトシート２に基布を介在させることも可能である。
【００２８】
機能性フィルタ材１の製造方法は、図５および図６から明らかである。図５では、機能性物質の微粉末を分散したバインダ液６を槽１８に収容し、ローラ１０を介してフェルトシート３の片面に付着させ、次に加熱炉７を通過させて十分に乾燥する。分散バインダ液６は、ローラ１０によって５００〜１０００ｇ／ｍ２付着され、付着量が不足する場合にはローラで２回付着させてもよい。付着したバインダ液６は、約１４０℃に熱した加熱炉７を通過すると水分が蒸発して固化し、機能性物質の微粉末をバインダ成分によってフェルトシート３に固着でき、機能性物質層５を積層したフェルトシート３をロール２０に巻き取ることができる。
【００２９】
図６では、フェルトシート２および積層フェルトシート３をいずれも高温加熱炉２２を通し、２００〜２５０℃の高温で熱処理してから両フェルトシート２，２を重合し、さらにニードルパンチ加工を施す。積層フェルトシート３は、加熱炉２２において２００〜２５０℃で熱処理されることにより、機能性物質層５中のバインダ分が熱分解または気化され、該機能性物質層５から除去される。フェルトシート２，３を構成する繊維は、高温の熱処理によって柔軟化しているので、上下方向からのニードルパンチ加工２４によって十分に絡合し、さらに圧着処理を施すことが不要である。
【００３０】
前記では、機能性物質を分散したバインダ液をフェルトシートに塗布・乾燥し、高温の熱処理でバインダ成分を気化・除去してから、他のフェルトシートとニードルパンチによって一体化した例を示している。この場合、前記バインダを塗布・乾燥し、先にフェルトシートとニードルパンチによって一体化した後に、高温の熱処理でバインダ成分を除去することも可能である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係る製造法により、触媒や吸着剤のような機能性物質の微粉末が液状バインダに分散されてフェルトシートに接着され、粉末の散布に比べて機能性物質層の厚みが均一であり、高温の排ガスが通過する際にムラができないので有害物質を確実に除去できる。本発明方法で製造した機能性フィルタ材は、機能性物質がバインダによってフェルトシートに固着され、さらにフェルトシート間に挟み込まれるので、製造時および使用時において機能性物質の微粒子が脱落することが生じない。この機能性フィルタ材は、使用時において機能性物質の微粉末が脱落せず、機能性物質を長期間を保持できることにより、排ガス中の有害物質を効率的に除去できる。
【００３２】
本発明方法で製造した機能性フィルタ材は、使用前にＰＶＡなどのバインダが熱処理によって除去されており、１５０〜２５０℃の高温で排ガス処理が行われた際に、残存のＰＶＡが触媒などの機能性物質と化学反応してＰＴＦＥのフェルトシートを溶かすことがなく、長期間に亘って使用することが可能である。この機能性フィルタ材は、機能性物質を担持するための熱圧着を行わないので、使用時に通気性が低下することが少なく且つ高温の排ガスの通過が表面全体で均一になり、排ガス中の有害物質をより確実に除去できる。
【実施例１】
【００３３】
次に、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。図２において、機能性フィルタ材１６を例示し、該フィルタ材を構成するフェルトシート２，３は、いずれもＰＴＦＥ繊維のカードラップをプレパンチして作製する。
【００３４】
フェルトシート２は、プレパンチにおいて、３６番手のニードルを用いて針深さ１３ｍｍの条件で上方向からニードルパンチし、その目付が４２０ｇ／ｍ２である。一方、フェルトシート３は、プレパンチにおいて、３６番手のニードルを用いて針密度４０本／ｃｍ２、針深さ１５ｍｍの条件で上方向からニードルパンチした後に、ＰＴＦＥ織布の基布５を重ねてさらに３６番手のニードルを用いて針密度１５０本／ｃｍ２、針深さ１３ｍｍの条件で上下方向からニードルパンチして基布５を一体化する。得たフェルトシート３の目付が４２０ｇ／ｍ２、基布５の目付が１２０ｇ／ｍ２である。
【００３５】
機能性物質は、図４に従って液状バインダに分散させる。この機能性物質は、金属酸化物触媒の粉末であり、チタンおよびバナジウムの酸化物である二酸化チタン（ＴｉＯ２）および五酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）からなる。液状バインダは、例えば、水などの溶媒に溶解したＰＶＡ溶液である。図４のＳ１において、７０〜８０℃の温水を撹拌しながら、ＰＶＡ粉末（品番：ＪＭＲ−１０ＭＤＶ、日本酢ビ・ポバール製）を徐々に加え、全量１１０ｇをダマができないように十分に撹拌する。得たＰＶＡ溶液は、Ｓ２において１〜２日間放置することで常温まで冷却させる。
【００３６】
一方、機能性物質５である金属酸化物触媒は、Ｓ３において４０メッシュの篩に掛けて微粉末を取得し、Ｓ４において３３０ｇを計量し、さらにＳ５において水２５０ｇを加えて良く撹拌する。この撹拌を続けながら、Ｓ６において前記のＰＶＡ溶液を所定量添加し、ダマが完全になくなるまで撹拌する。金属酸化物触媒の微粉末を分散させたＰＶＡ溶液６（図５）の配合率は、触媒３３０ｇ、ＰＶＡ１１０ｇ、水３６０ｇであり、触媒とＰＶＡとの濃度は５５％である。
【００３７】
図５において、フェルトシート３を水平に走行させるとともに、分散ＰＶＡ溶液６を槽１８に収容し、ローラ１０によってフェルトシート３の基布側の片面に付着させ、次に１４０℃に熱した加熱炉７を通過させて乾燥し、触媒層５を積層したフェルトシート３をロール２０に巻き取る。触媒の微粉末を分散させた分散ＰＶＡ溶液６は、約１４０℃に加熱した乾燥炉７を通過すると水分が蒸発して固化して、該触媒をフェルトシート３に固着する。この触媒層は、触媒３３０ｇ／ｍ２およびＰＶＡ１１０ｇ／ｍ２からなる。
【００３８】
フェルトシート２および積層フェルトシート３は、さらに図６において、いずれも高温加熱炉２２を通し、２００〜２５０℃の高温で熱処理する。積層フェルトシート３は、触媒層５を上向きにし、加熱炉２２において２００〜２５０℃で熱処理されることにより、触媒層５中のＰＶＡが熱分解または気化され、該触媒層から除去される。この高温熱処理から次のパンチ加工２４へは、図示のように一度ロールに巻き取っても、連続的に処理してもよい。この高温熱処理により、フェルトシート２，３を構成する繊維は、高温の熱処理によって柔軟化しているので、上下方向からのニードルパンチ加工２４によって十分に絡合し、さらに圧着処理を施すことが不要である。
【００３９】
パンチ加工２４は、４０番手のコニカルニードルを用いて針密度１００本／ｃｍ２、針深さ１７ｍｍの条件で上下方向からニードルパンチして全体を一体化させる。得たフィルタ材１６において、フェルトシート２，３の目付４２０ｇ／ｍ２、基布５の目付１２０ｇ／ｍ２、触媒３３０ｇ／ｍ２であった。パンチ加工２４では針詰まりを起こすことがなく、フィルタ材１６におけるフェルトシート２，３が剥離することもない。
【００４０】
機能性フィルタ材１６では、触媒層５の厚みが均一であり、高温の排ガスが通過する際にムラができないので有害物質を確実に除去できる。触媒層５における触媒はバインダによってフェルトシート３に固着され、さらにフェルトシート２，３間に挟み込まれるので、製造時および使用時において触媒の微粒子が脱落することなく、触媒を長期間を保持できる。機能性フィルタ材１６は、使用前にＰＶＡが高温の熱処理によって除去されるので、１５０〜２５０℃の高温で排ガス処理が行われた際に、残存のＰＶＡが触媒と化学反応してＰＴＦＥのフェルトシートを溶かすことがなく、長期間に亘って使用できる。機能性フィルタ材１６は、熱圧着を行わないので使用時に通気性が低下することが少なく、排ガス中の有害物質を確実に除去できる。
【実施例２】
【００４１】
実施例１と同様に加工して機能性フェルト材を製造する。このフェルト材の表面に、孔径１５μｍ、厚さ２５μｍのＰＴＦＥ多孔質膜１２（商品名：ポアフロン、住友電工ファインポリマー製）を重ね合わせ、ロールラミネータ（図示しない）を通して、温度２２０℃、線圧０．０８ＭＰａ・ｃｍ、速度１ｍ／分の条件で多孔質膜１２を熱接着した。
【００４２】
得た機能性フェルト材１４（図３）は、フェルトシート３と多孔質膜１２との接着が良好であり、その通気度は２ｃｃ／ｃｍ２秒である。機能性フェルト材１４に関して、その通気度は、フラジール型通気度試験機によって測定した。機能性フェルト材１４は、ダストの捕集性能が非常に高く、汚染度が高くてダスト付着が多い排ガス用バグフィルタを含む各種のフィルタ用途に適している。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る機能性フィルタ材を示す拡大断面図である。
【図２】機能性フィルタ材の変形例を示す拡大断面図である。
【図３】機能性フィルタ材の別の変形例を示す拡大断面図である。
【図４】本発明で用いる分散バインダ液の製造工程を例示するフローチャートである。
【図５】フェルトシートへの分散バインダ液の付着および乾燥工程を示す概略側面図である。
【図６】２枚のフェルトシートから機能性フィルタ材を製造する工程を示す概略側面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 機能性フィルタ材
２，３ フェルトシート
５ 機能性物質層
６ 分散バインダ液
８ 基布
１２ 多孔質膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機能性物質層の厚みが全表面で均一に形成されているフィルタ材を製造する方法であって、機能性物質の微粉末を液状バインダに分散させ、この分散バインダ液をフェルトシートに塗布・乾燥させて微粉末をシート面に均一に固着してから、高温の熱処理によってバインダを熱分解または気化させて取り去り、さらに機能性物質の微粉末の固着面上に他方のフェルトシートを重合させ、ニードルパンチによって全体を一体化させる機能性フィルタ材の製造法。
【請求項２】
機能性物質層の厚みが全表面で均一に形成されているフィルタ材を製造する方法であって、機能性物質の微粉末を液状バインダに分散させ、この分散バインダ液をフェルトシートに塗布・乾燥させて微粉末をシート面に固着してから、この機能性物質の微粉末の固着面上に他方のフェルトシートを重合させ、ニードルパンチによって全体を一体化させた後に、高温の熱処理によってバインダを熱分解または気化させて取り去る機能性フィルタ材の製造法。
【請求項３】
２枚のフェルトシートは、耐熱性繊維のカードラップをプレパンチすることによって作製し、両フェルトシートを両者の重合前にいずれも２００〜２５０℃で熱処理する請求項１または２記載の製造法。
【請求項４】
液状バインダは温水に溶解したポリビニルアルコールであり、機能性物質の微粉末に水を加えて撹拌して均一に分散させ、ついでこの分散液を撹拌しながら所定量の液状バインダを添加する請求項１または２記載の製造法。
【請求項５】
２枚のフェルトシートの一方または両方に耐熱性繊維の基布を介在させて一体化させ、該基布はフェルトシートの内側面または中間に配置する請求項１または２記載の製造法。
【請求項６】
ニードルパンチによって全体を一体化させた後に、さらにフッ素系樹脂の多孔質膜をラミネートする請求項１または２記載の製造法。
【請求項７】
ニードルパンチによって全体を一体化させた後に、さらにフッ素系樹脂をコーティングする請求項１または２記載の製造法。
【請求項８】
機能性物質の微粉末を含む分散バインダ液を２枚のフェルトシートの表面のいずれにも付着させて微粉末を固着し、ついで両方の微粉末の固着面を接合して一体化させる請求項１または２記載の製造法。
【請求項１】
機能性物質層の厚みが全表面で均一に形成されているフィルタ材を製造する方法であって、機能性物質の微粉末を液状バインダに分散させ、この分散バインダ液をフェルトシートに塗布・乾燥させて微粉末をシート面に均一に固着してから、高温の熱処理によってバインダを熱分解または気化させて取り去り、さらに機能性物質の微粉末の固着面上に他方のフェルトシートを重合させ、ニードルパンチによって全体を一体化させる機能性フィルタ材の製造法。
【請求項２】
機能性物質層の厚みが全表面で均一に形成されているフィルタ材を製造する方法であって、機能性物質の微粉末を液状バインダに分散させ、この分散バインダ液をフェルトシートに塗布・乾燥させて微粉末をシート面に固着してから、この機能性物質の微粉末の固着面上に他方のフェルトシートを重合させ、ニードルパンチによって全体を一体化させた後に、高温の熱処理によってバインダを熱分解または気化させて取り去る機能性フィルタ材の製造法。
【請求項３】
２枚のフェルトシートは、耐熱性繊維のカードラップをプレパンチすることによって作製し、両フェルトシートを両者の重合前にいずれも２００〜２５０℃で熱処理する請求項１または２記載の製造法。
【請求項４】
液状バインダは温水に溶解したポリビニルアルコールであり、機能性物質の微粉末に水を加えて撹拌して均一に分散させ、ついでこの分散液を撹拌しながら所定量の液状バインダを添加する請求項１または２記載の製造法。
【請求項５】
２枚のフェルトシートの一方または両方に耐熱性繊維の基布を介在させて一体化させ、該基布はフェルトシートの内側面または中間に配置する請求項１または２記載の製造法。
【請求項６】
ニードルパンチによって全体を一体化させた後に、さらにフッ素系樹脂の多孔質膜をラミネートする請求項１または２記載の製造法。
【請求項７】
ニードルパンチによって全体を一体化させた後に、さらにフッ素系樹脂をコーティングする請求項１または２記載の製造法。
【請求項８】
機能性物質の微粉末を含む分散バインダ液を２枚のフェルトシートの表面のいずれにも付着させて微粉末を固着し、ついで両方の微粉末の固着面を接合して一体化させる請求項１または２記載の製造法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−３１９８３３（Ｐ２００７−３１９８３３Ａ）
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１５５７２２（Ｐ２００６−１５５７２２）
【出願日】平成１８年６月５日（２００６．６．５）
【出願人】（０００１３６４１３）株式会社フジコー (26)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月５日（２００６．６．５）
【出願人】（０００１３６４１３）株式会社フジコー (26)
【Ｆターム（参考）】
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