粒子状物質および揮発性有機化合物を除去するエアフィルタ
本発明は、空気から汚染物質を除去するエアフィルタに関する。かかるフィルタは、粒子状物質および揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の除去に有用である。特に、本発明のエアフィルタは、ゲルの適用された網目状発泡体基材を含む。基材は、単独で用いても、小さな粒子（例えば、直径が３ミクロン未満）をトラップするのを助ける静電フィルタと組み合わせてもよい。基材自体は大きな粒子（例えば、直径が３ミクロンを超える）をトラップする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気から汚染物質を除去するエアフィルタ、特に、ゲルの適用された網目状発泡体基材に関する。かかるフィルタは、粒子状物質および揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の除去に有用である。
【背景技術】
【０００２】
屋内の空気質の問題は重要になってきている。揮発性有機化合物（ＶＯＣ）放出の減少が、１９９０年の大気浄化法のような環境法の主な目的である。従来、空気または水から有機化合物を分離する成分媒体は活性炭素であるが、多くのＶＯＣ放出の制御に適用されるとき、現在入手可能な活性炭素では適合しない吸着媒体に対する新たな法律上の要望がなされている。これらの要望としては、高い吸収能、高耐湿性、迅速な脱離運動性および現場での再生が繰り返し容易にできる能力が挙げられる。市販の合成ポリマー吸着剤は、これらの要望に適合する可能性を与える。
【０００３】
フィルタは、従来から空気を清浄にするのに用いられてきた。（特許文献１）（フレイザー（Ｆｒａｓｅｒ））には、発泡体がコートされた空気ろ過媒体が開示されている。エアフィルタは、基材とポリマー発泡体でできている。発泡体は、フィルタの低密度上流部分が大きな粒子をトラップできる密度を有していて、小さな粒子がフィルタを透過して、フィルタの高密度下流部分にトラップできるようになっている。しかしながら、この公報にはＶＯＣ除去についての言及がない。
【０００４】
層状フィルタ構造が、米国特許公報（特許文献２）（チャップマン（Ｃｈａｐｍａｎ））に記載されている。この構造には、静電帯電中間層が含まれている。ポリエステルの難燃性プリフィルタ層が、大きな粒子を除去し、難燃性ライナポリエステルのバッキングが引裂き抵抗を与える。少なくとも１枚の層が粒子をろ過するために静電帯電されている。この特許にもＶＯＣ除去についての言及がない。
【０００５】
特に、ＶＯＣの除去は、これらの化合物の存在は様々な健康上の問題に関与しているため、益々重要になってきている。ＶＯＣであるアルデヒドおよび酸性ガスの空気からの除去については、米国特許公報（特許文献３）および米国特許公報（特許文献４）（ゲッサー（Ｇｅｓｓｅｒ））に述べられている。この除去には、強制空気加熱システムにおける炉フィルタのコーティングが必要である。コーティングは、汚染物質と反応する特定の官能基を有するポリエチレンイミンのようなポリマーアミンである。ＶＯＣ除去はまた、米国特許公報（特許文献５）（グーチ（Ｇｏｏｃｈ））にも述べられている。この特許には、空中浮遊粒子状物質を吸着し、揮発性液体を吸収する粘弾性マトリックスを含むエアフィルタが開示されている。好ましい三次元粘弾性マトリックス材料は、水またはグリセロールで膨潤させた架橋水溶性ポリマーである。ゲル構造が、架橋セグメント間に形成される。しかしながら、粘弾性マトリックス構造は取扱いが難しい。
【０００６】
従って、粒子状物質とＶＯＣの両方を空気から除去することが当技術分野では望まれている。かかる構造は粘弾性マトリックス構造に頼らないのが好ましい。
【０００７】
【特許文献１】米国特許公開第２００３／００８４７８８号明細書
【特許文献２】米国特許第５，４１９，９５３号明細書
【特許文献３】米国特許第４，８９２，７１９号明細書
【特許文献４】米国特許第４，５４７，３５０号明細書
【特許文献５】米国特許第５，５２９，６０９号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ゲルを支持する構造を提供することによって、従来技術に関連した問題を解消するものである。具体的には、粘着性ポリマーゲルの適用された基材を用いる。ポリマーゲルは、ＶＯＣをトラップする金属封鎖ビーズを含有している。網目状発泡体でできた基材は、有効にＶＯＣを除去する十分な量のポリマーゲルを保持するのに極めて有用であることが分かっている。網目状発泡体はまた、ゲルを適用するための表面積も与え、低圧力降下および蛇行した経路を提供するよう密度を調整することができ、金属封鎖剤とＶＯＣが接触する可能性が最大となる。更に、基材表面が粘着付与されているため、粒子状物質に保持されて、トラップはするが放出されない。
【０００９】
加えて、本発明のエアフィルタはまた、静電フィルタまたはエレクトレットも含み、基材に達する前に微粒子を更にトラップすることができる。静電フィルタはまた、粒子が基材の粘着付与された表面に物理的に衝突し、そこにトラップされる可能性が増大するように、フィルタを通過する気流内の粒子の経路を変化させてもよい。このように、静電フィルタは、非常に小さな粒子のプレフィルタとして機能する。静電フィルタと組み合わせた基材を用いると、本発明のエアフィルタは、微粒子とＶＯＣの両方を除去することができる。
【００１０】
従って、本発明によれば、空気から汚染物質を除去するエアフィルタが提供される。エアフィルタは、ゲルの適用された基材を含む。基材は網目状発泡体を含む。網目状発泡体はポリエチレンかポリウレタンを含むのが好ましい。
【００１１】
更に、本発明によれば、空気から汚染物質を除去するエアフィルタが提供される。本エアフィルタは、ゲルの付着した基材と、基材の片側と接触配置された静電フィルタを含む。任意で、構造上の完全性のためと、最終の微粒子フィルタとして作用させるために、ポストフィルタを基材の他側に用いてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明によれば、空気から汚染物質を除去するエアフィルタが提供される。かかるフィルタの第１の実施形態を図１および２に全体を１０で示す。
【００１３】
本明細書で用いるエアフィルタとは、空中浮遊汚染物質を空気から分離することのできるシステムのことを指す。フィルタリングプロセスにおいて、汚染した空気を多孔性媒体に強制的に通過させて、汚染物質をトラップし、それらが媒体から流れないようにする。第1の実施形態において、エアフィルタは、ゲルの適用された基材を含む。この実施形態において、０．３ミクロン以上のサイズの空中浮遊汚染物質をゲルによりトラップすることができる。第２の実施形態において、エアフィルタは、静電フィルタと組み合わせた基材を含む。この実施形態において、０．３ミクロン未満のサイズの空中浮遊汚染物質をトラップすることができる。第１か第２のいずれかの実施形態において、本発明のエアフィルタの合計の厚さは１インチを超えてはならない。基材自体の厚さは０．２５〜０．５インチの範囲としなければならない。
【００１４】
本発明のフィルタは基材１２を含む。基材は網目状発泡体を含むのが好ましい。「網目状」とは、独立気泡発泡体ではなく、開放気泡で発泡体が形成されていることを意味する。本発明に用いるのに好適な網目状発泡体は、クレストフォームインダストリーズ社（Ｃｒｅｓｔ Ｆｏａｍ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．）よりＳ３８として市販されている１インチ当たり３８個のポアのある網目状発泡体である。網目状発泡体はポリエステルかポリウレタンのいずれかとしてよい。あるいは、基材は、スパンボンドメルトブローンスパンボンドまたはスパンボンドおよびニードルパンチのようなニードルパンチ、スパンレース、ヒドロエンタングル、メルトブローン、スパンボンド、サーマルボンド、ポイントポンド、樹脂ボンド、エアレイドおよびこれらの複合体の組み合わせとすることのできる不織布とすることができる。不織基材としては、ポリエステル、ポリプロピレン、ビスコース、レーヨン、ポリエチレンおよびアラミドのようなニードルフェルト、ニードルスパンボンドポリエステル、スパンレースＰＥＴ、ノーメックス（Ｎｏｍｅｘ）（登録商標）およびケブラー（Ｋｅｖｌａｒ）（登録商標）、ＰＥＴ、ナイロン、ポリプロピレンおよびポリエチレンでできたスパンボンド不織布、サーマルボンド不織布および樹脂ボンド不織布が例示される。当業者であれば、ポリマーゲルでコートできる能力や手頃な価格等といった、エアフィルタ用途に用いる価格および適合性に応じて、その他基材およびファイバーのタイプも許容されることが分かるであろう。基材としての網目状発泡体の利点は、その表面積と、構造上の完全性を失うことなく十分量のゲルを保持できる能力であり、不織基材の場合にはない。更に、網目状発泡体は、フィルタでの圧力降下が比較的低い。
【００１５】
ゲルはポリアクリルアミドポリマーを含む。あるいは、本発明のゲルは油または接着剤を含んでいてもよい。ポリアクリルアミドポリマーを用いる場合には、コポリマーかホモポリマーのいずれかとすることができる。いずれの場合も、コポリマーまたはホモポリマーはソルビトール、脱イオン水およびグリセロールと組み合わせて溶液を形成する。ソルビトール、脱イオン水およびグリセロールを組み合わせると、ポリアクリルアミドポリマーを可塑化したり、湿潤剤として作用したり、あるいは両方の機能を果たすとされている。ソルビトール、マンニトール、キシリトール、スクロース、プロピレングリコールまたはエチレングリコールおよびそれらの混合物は、ポリマーの湿潤剤と等価に作用して、その結晶化を防ぐため、粘着状態を維持するものと考えられる。一実施形態において、ゲルは９０％のポリアクリルアミドホモポリマーと１０％のコポリマーを含む。この場合のコポリマーは、抗菌活性を有するモノマーを含む。かかるコポリマーの一例は、ポリサイエンス（Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅ）より市販されているポリアクリルアミドポリマーに基づくポリアクリルアミドコ−ジアリルジメチル塩化アンモニウムである。
【００１６】
本発明のゲルは更に金属封鎖剤を含む。金属封鎖剤を用いて揮発性有機化合物をトラップする。金属封鎖剤はビーズの形態にある。かかるビーズを図１および２に１４で示す。一般的に、ゲルと金属封鎖剤の溶液を作成する。金属封鎖剤は、フィルタにより除去しようとするＶＯＣの種類に応じて、酸形態または塩基形態にあるイオン交換樹脂である。イオン交換金属封鎖剤の酸と塩基形態の混合物が有用である。本発明に用いるのに好適な金属封鎖剤は、ミシガン州ミッドランドのダウケミカル社（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ， Ｉｎｃ．，ｏｆ Ｍｉｄｌａｎｄ Ｍｉｃｈｉｇａｎ）よりダウエックス（ＤＯＷＥＸ）（登録商標）オプティポア（ＯＰＴＩＰＯＲＥ）（登録商標）Ｖ４９３およびＶ５０３吸着剤という商品名で市販されている。ダウエックス（ＤＯＷＥＸ）（登録商標）オプティポア（ＯＰＴＩＰＯＲＥ）（登録商標）製品は両方とも、ダウ（Ｄｏｗ）によれば、スチレンおよびジビニルベンゼンのメチレン橋架けコポリマーと記載されている。更に、アルデヒドと「シッフ」塩基／イミンを形成する第１級および第２級アミンを含有していることから、可逆的に、アルデヒドをトラップするために、弱塩基性イオン交換樹脂を本発明の金属封鎖剤として用いてもよい。弱塩基性イオン交換樹脂は、アルデヒドと「シッフ」塩基／イミンを形成する第１級および第２級アミンを含有している。
【００１７】
基材の形状に沿うようにして、ゲルを所望の厚さで基材に適用する。基材に適用するとき、網目状発泡体の特性である開放気泡を極度に劣化することなく、ゲルは発泡体に含浸または発泡体全体に散在する。基材をゲルでコーティングまたは浸漬することをはじめとする数多くの様々な技術により基材の１つまたは全ての表面にゲルを適用することができる。好ましい技術は、「ディップスクイーズ法」であり、基材をゲルに浸漬させて過剰なものを搾り取る。コーティング技術としては、ナイフブレードまたはスパチュラによるコーティングが挙げられる。あるいは、法定発明登録番号ＵＳＨ１５３−Ｈ１（スタウントンら（Ｓｔａｕｎｔｏｎ ｅｔ ａｌ．））に開示された装置や方法のように、ゲルは、超音波スプレーによりスプレーされてもよい。
【００１８】
基材は、媒体に相当のエアフローが通るよう十分に透過性を有していなければならない。一実施形態において、フレージャ透気率法により測定したとき、フィルタは約１０３０立方ｆｔ／分の透気率を有している。水のインチ（ゲージ）で測定したときの基材の初期抵抗は０．５〜０．６の範囲である。
【００１９】
ゲルを基材に接着するために、界面活性剤を基材に適用してもよい。界面活性剤はノニオンまたは両性界面活性剤であるのが好ましい。本発明に用いるのに好適な界面活性剤としては、デラウェア州ウィルミントンのイー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニー（Ｅ．Ｉ． ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ ｏｆ Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）よりゾニル（Ｚｏｎｙｌ）（登録商標）ＦＳＨという商品名で販売されているノニオン界面活性剤が一例として挙げられる。
【００２０】
本発明の第２の実施形態によれば、エアフィルタはまた静電エアフィルタを含んでいてもよい。かかるエアフィルタを図２に２０として示す。基材の片側と接触配置されている。本発明の静電フィルタは、好ましくはエレクトレット、すなわち、電気分極の永久状態が設定された誘電体である。静電エアフィルタの目的は、微粒子のトラッピング効率を増大することである。静電フィルタは、複数の帯電ファイバーを含む不織ファイバーを含んでいる。本発明に用いるのに好適な静電フィルタとしては、３Ｍよりフィルトレット（Ｆｉｌｔｒｅｔｅ）（登録商標）という商品名で市販されているものが一例として挙げられる。
【００２１】
本実施形態において、本発明のエアフィルタはまた、静電フィルタと基材の間に配置された絶縁層（図示せず）を含んでいてもよい。水は、静電フィルタの静電機能を短絡するため、絶縁層を提供して、静電フィルタが、水性である基材のゲルと直接接触しないように分離する。
【００２２】
任意で、本発明のエアフィルタは、図２に１８で示されるポストフィルタも含んでいてよい。ポストフィルタは、静電フィルタと逆の基材の側に配置される。ポストフィルタの目的は、フィルタの構造上の完全性を付与することである。更に、ポストフィルタは基材を遮蔽して、処理、包装、取扱い等の最中の早期の露出を排除する。また、ポストフィルタは、選択した構造に応じて最終微粒子フィルタとして作用する。
【００２３】
本発明の第３の実施形態によれば、空気から汚染物質を除去するエアフィルタが提供される。本実施形態を図３および４に示す。エアフィルタは、全体がそれぞれ１０’および１０”で示されている。図３に示す本実施形態は、上述したゲルを用いていない点で「ゲル無し」実施形態と呼ばれる。代わりに、エアフィルタは、図３における粘着性の穿孔した媒体２２を含む。この媒体２２は、図３に示す媒体２２の上部表面２２に適用された両面テープ、ハエ取紙、または接着剤のような粘着性物質を有する任意の媒体とすることができる。かかる接着剤としては、ポリウレタン系、シアノアクリレート系およびポリアミドまたはポリエステル系樹脂が挙げられる。スーパーボンダー（Ｓｕｐｅｒ Ｂｏｎｄｅｒ）（登録商標）瞬間接着剤と呼ばれる好適なシアノアクリレート系粘着付与剤は、０６０６７−３９１０、米国、コネチカット州ロッキーヒルのヘンケルロクタイトコーポレーション（ＨＥＮＫＥＬ ＬＯＣＴＩＴＥ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ， Ｒｏｃｋｙ Ｈｉｌｌ，Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ，ＵＳＡ）より入手できる。かかる接着媒体の厚さは約０．３ミルである。図３の穿孔媒体２２の厚さは約０．５〜１０ミリメートルであり、基材１２’上の金属封鎖剤を支持する役割を果たす。１６で示す穿孔は、粘着付与剤に作成され、媒体２２を通過して、表面２２に衝突するエアフローが媒体２２を通過できる。
【００２４】
金属封鎖剤は、粘着付与媒体の片側に配置される。金属封鎖剤は図３において１４’、図４において１４”でそれぞれ示される。金属封鎖剤は、最初の２つの実施形態に関して上述した金属封鎖剤と同じタイプである。本実施形態のエアフィルタは、図３に１２’で示す基材を更に含む。図４の基材１２”は、最初の２つの実施形態に関して上述したのと同じタイプの基材であるが、ここでは円筒形状を有している。更に、上述した第２の実施形態に用いるフィルタのような静電フィルタを、金属封鎖剤のビーズを配置した粘着付与媒体の側に用いてもよい。かかるエアフィルタを図３に２０’で示す。
【００２５】
図４に示す円筒形状の実施形態において、粘着付与媒体は、複数の紙のシート、ボール紙、プラスチック、薄い金属シート等を含む。紙のシートは、例えば、円筒構成のピンホイール状に構成されて、図４に示すボール紙、プラスチックまたは金属シリンダ２６内側にラメラを形成する。２つのかかるラメラの代表例を図４に２４で示す。金属封鎖ビーズ１４”はかかる紙２４の両側に配置される。任意の静電フィルタ２０”とフィルタ基材１２”は、図４のラメラシート支持実施形態の形状と最適に係合させるために、円筒形状を有するものとして示されている。任意で、要素２０”および１２”、ならびにラメラ２４を含有および支持するために、ボール紙、プラスチックまたは金属シリンダ２６を十分に延在させてもよい。
【００２６】
図３および４の「ゲル無し」実施形態の利点は、フィルタの完全性のために、濡れていて重いゲルを紙に適用する必要がないことである。更に、水性ゲル無しだと、万一用いたとしても静電フィルタの静電機能が短絡する可能性が少ない。更に、図４の構成は、このフィルタの圧力降下が低いという点で非常に有利である。図４のラメラ２４の放射構成は、管２６を通して、蛇行の少ないエアフロー経路を与えて、空気混入粒子が金属封鎖剤を取り込むことにより、フィルタが詰まる可能性を減じるとされている。ゲルの重みは構造上の完全性を低減するものである。
【実施例】
【００２７】
（実施例１）
フィルタ試験試料を次のやり方で作成した。まず、重量比で１．１７ｇのポリアクリルアミド（ポリサイエンス（Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅ）、１．３０ｇのポリアクリルアミド−コ−ジアリルジメチル塩化アンモニウム、５．２０ｇのソルビトール、１０．５３ｇの脱イオン水、６．５０ｇのグリセロールを混合して、得られた組成物を追加の２６．００ｇの脱イオン水を用いて１：２まで希釈することにより、粘着性ポリマーゲルを合成した。得られた溶液をカバーして、周囲温度で一晩緩速攪拌した（約１２時間）。次に、２．５グラムの金属封鎖剤を添加して、機械的な攪拌により均一に懸濁させた。好ましい金属封鎖剤は、ダウエックス（ＤＯＷＥＸ）（登録商標）オプティポア（ＯＰＴＩＰＯＲＥ）（登録商標）Ｖ４９３およびＶ５０３（ダウケミカル社（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ， Ｉｎｃ．）より入手可能なポリマー吸着体、Ｖ４９３の特性は、粒径範囲２０〜５０メッシュ、ＢＥＴ比（平方メートル／グラム）表面積１１００、空隙率１グラム当たり１．１６平方ｃｍ、平均ポア直径４６オングストローム、密度０．３４グラム／立方ｃｍであり、Ｖ５０３の特性としては、粒径範囲１．５ｍｍ、ＢＥＴ比（平方メートル／グラム）表面積１０８０、空隙率１グラム当たり０．９４平方ｃｍ、平均ポア直径３４オングストローム、密度０．４グラム／立方ｃｍである）。その後、基材に適用する直前、２０滴のノニオン界面活性剤、イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニー（Ｅ．Ｉ． ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ）によるゾニル（ＺＯＮＹＬ）（登録商標）ＦＳＨを添加して、添加前、手短に攪拌した。この組成物を、１インチ当たり３８個のポアのある１２インチ×１２インチの網目状発泡体（クレストフォームインダストリーズ社、ブリティッシュヴィータセルラーポリマーグループ（ＣＲＥＳＴ ＦＯＡＭ ＩＮＤＵＳＴＲＩＥＳ Ｉｎｃ．，Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｖｉｔａ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ Ｇｒｏｕｐ）のＳ３８として知られている）で構成された基材に直接適用した。粘着性ポリマーゲルを、基材の１２インチ×１２インチの一面に均一に、１２インチの「ドライウォール化合物」ブレードで直接適用した。適用された粘着性ポリマーゲルの量を秤量して求めたところ２０８グラムであった。粘着性ポリマーゲルをコートした基材を１４０℃のオーブンに入れて３０分間加熱した。コートした基材を冷却して、室温で３日間周囲水分と平衡させた。次に、縦方向にナイロン、横にポリプロピレンの１×１織布で構成されたプリフィルタ布帛（２９７０２、サウスカロライナ州セントブラックスバーグ、１０８Ｅ．チャーチのウェンデルファブリック社（Ｗｅｎｄｅｌｌ Ｆａｂｒｉｃｓ Ｃｏｒｐ． ａｔ １０８ Ｅ．Ｃｈｕｒｃｈ Ｓｔ． Ｂｌａｃｋｓｂｕｒｇ， Ｓｏｕｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ）より入手、織ＳＴＬＯ１、パターンＱＬ５６２０−２１）を、１２インチ×１２インチの面を完全にカバーする、粘着性ポリマーゲルで処理した基材側にレイダウンした。同じ構造のポストフィルタ布を、１２インチ×１２インチの基材の対向面に適用した。
【００２８】
プリフィルタ布、処理済み基材とポストフィルタ布で構成された、得られたサンドイッチ構造を、試験の目的でエアハンドリングダクトの断面スペースに装着可能な枠に固定して保持した。試験手順には、アシュレ法５２．１−１９９２に従った周囲大気ダスト粒子の除去における初期効率、表１ａに記録したエアフロー対抵抗、および初期周囲粒径除去、および表１ｂに記録したタバコの煙の粒子状物質の除去が含まれていた。
【００２９】
試験条件は、エアフローレート＝２３℃および５０％相対湿度で１分当たり１１０立方フィートとした。実施例１のフィルタの初期流動抵抗は、水の１．０８インチ（ゲージ）であった。
【００３０】
【表１】
【００３１】
【表２】
【００３２】
（実施例２）
１箇所だけ変えた以外は実施例１と全く同じやり方で第２のフィルタ試験試料を作成した。ノニオン界面活性剤ゾニル（ＺＯＮＹＬ）（登録商標）ＦＳＨの量を実施例１とは変えた。今回は、１０滴を粘着性ポリマーゲル組成物に添加して、適用前短い間攪拌した。コートした基材の同じサンドイッチ構造を試験の目的で組み立てた。
【００３３】
試験条件は、エアフローレート＝２３℃および５０％相対湿度で１分当たり１１０立方フィートとした。実施例２のフィルタの初期流動抵抗は、水の０．１３インチ（ゲージ）であった。
【００３４】
【表３】
【００３５】
【表４】
【００３６】
（実施例３）
１箇所だけ変えた以外は実施例１と全く同じやり方で第３のフィルタ試験試料を作成した。ノニオン界面活性剤ゾニル（ＺＯＮＹＬ）（登録商標）ＦＳＨの量を実施例１とは変えた。今回は、５滴を粘着性ポリマーゲル組成物に添加して、適用前短い間攪拌した。コートした基材の同じサンドイッチ構造を試験の目的で組み立てた。
【００３７】
試験条件は、エアフローレート＝２３℃および５０％相対湿度で１分当たり１１０立方フィートとした。実施例３のフィルタの初期流動抵抗は、水の０．０４５インチ（ゲージ）であった。
【００３８】
【表５】
【００３９】
【表６】
【００４０】
（実施例４）
１箇所だけ変えた以外は実施例１と全く同じやり方で第４のフィルタ試験試料を作成した。ノニオン界面活性剤ゾニル（ＺＯＮＹＬ）（登録商標）ＦＳＨは粘着性ポリマーゲル組成物に添加しなかった。コートした基材の同じサンドイッチ構造を試験の目的で組み立てた。
【００４１】
試験条件は、エアフローレート＝２３℃および５０％相対湿度で１分当たり１１０立方フィートとした。実施例２のフィルタの初期流動抵抗は、水の０．０８インチ（ゲージ）であった。
【００４２】
【表７】
【００４３】
【表８】
【００４４】
（実施例５）
実施例１と全く同じやり方で追加のフィルタ試験試料を作成した。空気からのＶＯＣ除去の効率を調べるために、コート基材の同じサンドイッチ構造を、ＶＯＣモデル化合物、メチルピリジンおよび酢酸を用いて試験の目的で組み立てた。各ＶＯＣモデル化合物は、８０〜８５ＰＰＭ（百万分の一）の範囲の負荷濃度であった。試験条件には、ＶＯＣモデル化合物を、２５℃、５０％相対湿度で９０〜１００立方フィートの範囲のフローレートで空気中負荷濃度とすることが含まれていた。フィルタ直径は１１．４ｃｍであり、空気面速度は１秒当たり０．１７メートルであった。メチルピリジンの場合には、ゲルはまた、酸形態のイオン交換樹脂（ダウエックス（ＤＯＷＥＸ）（登録商標）オプティポア（ＯＰＴＩＰＯＲＥ）（登録商標））金属封鎖剤を含有していた。ゲルを含有するイオン交換樹脂を、ポリウレタン発泡体およびゲル単体と比較した。酢酸の場合には、塩基形態にあるイオン交換樹脂金属封鎖剤を含有するゲルをポリウレタン発泡体およびゲル単体と比較した。ＶＯＣモデル化合物に３０秒、６０秒および１０分露出した後のフィルタ突破濃度（ＰＰＭ）を以下の表（表５）に示す。
【００４５】
表５のこれらのデータによれば、イオン交換樹脂金属封鎖剤を与えることによる利点が明らかに示されている。酸性または塩基性ＶＯＣが捕捉されるゲルの一成分としてのイオン交換樹脂は、本発明によるフィルタに有用な形態である。
【００４６】
【表９】
【００４７】
（対照例）
１インチ当たり３８個のポアのある、同じ１２インチ×１２インチの網目状発泡体（クレストフォームインダストリーズ社（ＣＲＥＳＴ ＦＯＡＭ ＩＮＤＵＳＴＲＩＥＳ Ｉｎｃ．）のＳ３８として知られている）を用いて対照例を作成した。基材は粘着性ポリマーで処理しなかった。この未処理基材を、前と同じようにして、プレフィルタ布地とポストフィルタ布地と共にサンドイッチ構造にした。このサンドイッチを、試験の目的でエアハンドリングダクトの断面スペースに装着可能な、実施例のものと同様の枠に固定して保持した。
【００４８】
試験条件は、エアフローレート＝２３℃および５０％相対湿度で１分当たり１１０立方フィートとした。実施例２のフィルタの初期流動抵抗は、水の０．０３インチ（ゲージ）であった。
【００４９】
【表１０】
【００５０】
【表１１】
【００５１】
（エレクトレット対照例１）
３Ｍコーポレーション（３Ｍ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）製フィルトレット（ＦＩＬＴＲＥＴＥ）（登録商標）静電フィルタ媒体を用いてエレクトレット対照例を作成した。このフィルトレット（ＦＩＬＴＲＥＴＥ）（登録商標）ブランドの静電フィルタ媒体は、空気から粒子を除去するために、エレクトレットタイプの媒体と合成繊維基材を用いている。このフィルタを前の実施例と全く同じようにして試験した。
【００５２】
試験条件は、エアフローレート＝２３℃および５０％相対湿度で１分当たり１２０立方フィートとした。実施例２のフィルタの初期流動抵抗は、水の０．０４インチ（ゲージ）であった。
【００５３】
【表１２】
【００５４】
【表１３】
【００５５】
（エレクトレット対照例２）
３Ｍコーポレーション（３Ｍ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）製フィルトレット（ＦＩＬＴＲＥＴＥ）（登録商標）静電フィルタ媒体を用いてエレクトレット対照例を作成した。このフィルトレット（ＦＩＬＴＲＥＴＥ）（登録商標）ブランドの静電フィルタ媒体は、空気から粒子を除去するために、エレクトレットタイプの媒体とガラス繊維基材を用いている。このフィルタを前の実施例と全く同じようにして試験した。
【００５６】
試験条件は、エアフローレート＝２３℃および５０％相対湿度で１分当たり１２０立方フィートとした。実施例２のフィルタの初期流動抵抗は、水の０．０４インチ（ゲージ）であった。
【００５７】
【表１４】
【００５８】
【表１５】
【００５９】
これらの例によれば、エレクトレットフィルタの追加により、実施例１〜４のフィルタ試料と連続配置で用いると、微粒子除去において更なる利点が得られることが分かる。ＶＯＣ除去のために最適化されたフィルタ組み立て体前の効率的な微粒子の除去は、本発明の更なる態様である。本発明のその他の態様は、前述の教示の利点により当業者には明白である。本発明の技術思想および範囲から逸脱することなく更なる修正または置換を行ってよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の網目状発泡体基材の概略図である。
【図２】本発明による静電エアフィルタおよびポストフィルタと組み合わせた基材の概略図である。
【図３】穿孔したテープに金属封鎖剤を提供した、本発明の変形実施形態の概略図である。
【図４】円筒構成のラメラを形成する紙のシートに金属封鎖剤を提供した、図３の実施形態の修正の概略図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気から汚染物質を除去するエアフィルタ、特に、ゲルの適用された網目状発泡体基材に関する。かかるフィルタは、粒子状物質および揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の除去に有用である。
【背景技術】
【０００２】
屋内の空気質の問題は重要になってきている。揮発性有機化合物（ＶＯＣ）放出の減少が、１９９０年の大気浄化法のような環境法の主な目的である。従来、空気または水から有機化合物を分離する成分媒体は活性炭素であるが、多くのＶＯＣ放出の制御に適用されるとき、現在入手可能な活性炭素では適合しない吸着媒体に対する新たな法律上の要望がなされている。これらの要望としては、高い吸収能、高耐湿性、迅速な脱離運動性および現場での再生が繰り返し容易にできる能力が挙げられる。市販の合成ポリマー吸着剤は、これらの要望に適合する可能性を与える。
【０００３】
フィルタは、従来から空気を清浄にするのに用いられてきた。（特許文献１）（フレイザー（Ｆｒａｓｅｒ））には、発泡体がコートされた空気ろ過媒体が開示されている。エアフィルタは、基材とポリマー発泡体でできている。発泡体は、フィルタの低密度上流部分が大きな粒子をトラップできる密度を有していて、小さな粒子がフィルタを透過して、フィルタの高密度下流部分にトラップできるようになっている。しかしながら、この公報にはＶＯＣ除去についての言及がない。
【０００４】
層状フィルタ構造が、米国特許公報（特許文献２）（チャップマン（Ｃｈａｐｍａｎ））に記載されている。この構造には、静電帯電中間層が含まれている。ポリエステルの難燃性プリフィルタ層が、大きな粒子を除去し、難燃性ライナポリエステルのバッキングが引裂き抵抗を与える。少なくとも１枚の層が粒子をろ過するために静電帯電されている。この特許にもＶＯＣ除去についての言及がない。
【０００５】
特に、ＶＯＣの除去は、これらの化合物の存在は様々な健康上の問題に関与しているため、益々重要になってきている。ＶＯＣであるアルデヒドおよび酸性ガスの空気からの除去については、米国特許公報（特許文献３）および米国特許公報（特許文献４）（ゲッサー（Ｇｅｓｓｅｒ））に述べられている。この除去には、強制空気加熱システムにおける炉フィルタのコーティングが必要である。コーティングは、汚染物質と反応する特定の官能基を有するポリエチレンイミンのようなポリマーアミンである。ＶＯＣ除去はまた、米国特許公報（特許文献５）（グーチ（Ｇｏｏｃｈ））にも述べられている。この特許には、空中浮遊粒子状物質を吸着し、揮発性液体を吸収する粘弾性マトリックスを含むエアフィルタが開示されている。好ましい三次元粘弾性マトリックス材料は、水またはグリセロールで膨潤させた架橋水溶性ポリマーである。ゲル構造が、架橋セグメント間に形成される。しかしながら、粘弾性マトリックス構造は取扱いが難しい。
【０００６】
従って、粒子状物質とＶＯＣの両方を空気から除去することが当技術分野では望まれている。かかる構造は粘弾性マトリックス構造に頼らないのが好ましい。
【０００７】
【特許文献１】米国特許公開第２００３／００８４７８８号明細書
【特許文献２】米国特許第５，４１９，９５３号明細書
【特許文献３】米国特許第４，８９２，７１９号明細書
【特許文献４】米国特許第４，５４７，３５０号明細書
【特許文献５】米国特許第５，５２９，６０９号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ゲルを支持する構造を提供することによって、従来技術に関連した問題を解消するものである。具体的には、粘着性ポリマーゲルの適用された基材を用いる。ポリマーゲルは、ＶＯＣをトラップする金属封鎖ビーズを含有している。網目状発泡体でできた基材は、有効にＶＯＣを除去する十分な量のポリマーゲルを保持するのに極めて有用であることが分かっている。網目状発泡体はまた、ゲルを適用するための表面積も与え、低圧力降下および蛇行した経路を提供するよう密度を調整することができ、金属封鎖剤とＶＯＣが接触する可能性が最大となる。更に、基材表面が粘着付与されているため、粒子状物質に保持されて、トラップはするが放出されない。
【０００９】
加えて、本発明のエアフィルタはまた、静電フィルタまたはエレクトレットも含み、基材に達する前に微粒子を更にトラップすることができる。静電フィルタはまた、粒子が基材の粘着付与された表面に物理的に衝突し、そこにトラップされる可能性が増大するように、フィルタを通過する気流内の粒子の経路を変化させてもよい。このように、静電フィルタは、非常に小さな粒子のプレフィルタとして機能する。静電フィルタと組み合わせた基材を用いると、本発明のエアフィルタは、微粒子とＶＯＣの両方を除去することができる。
【００１０】
従って、本発明によれば、空気から汚染物質を除去するエアフィルタが提供される。エアフィルタは、ゲルの適用された基材を含む。基材は網目状発泡体を含む。網目状発泡体はポリエチレンかポリウレタンを含むのが好ましい。
【００１１】
更に、本発明によれば、空気から汚染物質を除去するエアフィルタが提供される。本エアフィルタは、ゲルの付着した基材と、基材の片側と接触配置された静電フィルタを含む。任意で、構造上の完全性のためと、最終の微粒子フィルタとして作用させるために、ポストフィルタを基材の他側に用いてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明によれば、空気から汚染物質を除去するエアフィルタが提供される。かかるフィルタの第１の実施形態を図１および２に全体を１０で示す。
【００１３】
本明細書で用いるエアフィルタとは、空中浮遊汚染物質を空気から分離することのできるシステムのことを指す。フィルタリングプロセスにおいて、汚染した空気を多孔性媒体に強制的に通過させて、汚染物質をトラップし、それらが媒体から流れないようにする。第1の実施形態において、エアフィルタは、ゲルの適用された基材を含む。この実施形態において、０．３ミクロン以上のサイズの空中浮遊汚染物質をゲルによりトラップすることができる。第２の実施形態において、エアフィルタは、静電フィルタと組み合わせた基材を含む。この実施形態において、０．３ミクロン未満のサイズの空中浮遊汚染物質をトラップすることができる。第１か第２のいずれかの実施形態において、本発明のエアフィルタの合計の厚さは１インチを超えてはならない。基材自体の厚さは０．２５〜０．５インチの範囲としなければならない。
【００１４】
本発明のフィルタは基材１２を含む。基材は網目状発泡体を含むのが好ましい。「網目状」とは、独立気泡発泡体ではなく、開放気泡で発泡体が形成されていることを意味する。本発明に用いるのに好適な網目状発泡体は、クレストフォームインダストリーズ社（Ｃｒｅｓｔ Ｆｏａｍ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．）よりＳ３８として市販されている１インチ当たり３８個のポアのある網目状発泡体である。網目状発泡体はポリエステルかポリウレタンのいずれかとしてよい。あるいは、基材は、スパンボンドメルトブローンスパンボンドまたはスパンボンドおよびニードルパンチのようなニードルパンチ、スパンレース、ヒドロエンタングル、メルトブローン、スパンボンド、サーマルボンド、ポイントポンド、樹脂ボンド、エアレイドおよびこれらの複合体の組み合わせとすることのできる不織布とすることができる。不織基材としては、ポリエステル、ポリプロピレン、ビスコース、レーヨン、ポリエチレンおよびアラミドのようなニードルフェルト、ニードルスパンボンドポリエステル、スパンレースＰＥＴ、ノーメックス（Ｎｏｍｅｘ）（登録商標）およびケブラー（Ｋｅｖｌａｒ）（登録商標）、ＰＥＴ、ナイロン、ポリプロピレンおよびポリエチレンでできたスパンボンド不織布、サーマルボンド不織布および樹脂ボンド不織布が例示される。当業者であれば、ポリマーゲルでコートできる能力や手頃な価格等といった、エアフィルタ用途に用いる価格および適合性に応じて、その他基材およびファイバーのタイプも許容されることが分かるであろう。基材としての網目状発泡体の利点は、その表面積と、構造上の完全性を失うことなく十分量のゲルを保持できる能力であり、不織基材の場合にはない。更に、網目状発泡体は、フィルタでの圧力降下が比較的低い。
【００１５】
ゲルはポリアクリルアミドポリマーを含む。あるいは、本発明のゲルは油または接着剤を含んでいてもよい。ポリアクリルアミドポリマーを用いる場合には、コポリマーかホモポリマーのいずれかとすることができる。いずれの場合も、コポリマーまたはホモポリマーはソルビトール、脱イオン水およびグリセロールと組み合わせて溶液を形成する。ソルビトール、脱イオン水およびグリセロールを組み合わせると、ポリアクリルアミドポリマーを可塑化したり、湿潤剤として作用したり、あるいは両方の機能を果たすとされている。ソルビトール、マンニトール、キシリトール、スクロース、プロピレングリコールまたはエチレングリコールおよびそれらの混合物は、ポリマーの湿潤剤と等価に作用して、その結晶化を防ぐため、粘着状態を維持するものと考えられる。一実施形態において、ゲルは９０％のポリアクリルアミドホモポリマーと１０％のコポリマーを含む。この場合のコポリマーは、抗菌活性を有するモノマーを含む。かかるコポリマーの一例は、ポリサイエンス（Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅ）より市販されているポリアクリルアミドポリマーに基づくポリアクリルアミドコ−ジアリルジメチル塩化アンモニウムである。
【００１６】
本発明のゲルは更に金属封鎖剤を含む。金属封鎖剤を用いて揮発性有機化合物をトラップする。金属封鎖剤はビーズの形態にある。かかるビーズを図１および２に１４で示す。一般的に、ゲルと金属封鎖剤の溶液を作成する。金属封鎖剤は、フィルタにより除去しようとするＶＯＣの種類に応じて、酸形態または塩基形態にあるイオン交換樹脂である。イオン交換金属封鎖剤の酸と塩基形態の混合物が有用である。本発明に用いるのに好適な金属封鎖剤は、ミシガン州ミッドランドのダウケミカル社（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ， Ｉｎｃ．，ｏｆ Ｍｉｄｌａｎｄ Ｍｉｃｈｉｇａｎ）よりダウエックス（ＤＯＷＥＸ）（登録商標）オプティポア（ＯＰＴＩＰＯＲＥ）（登録商標）Ｖ４９３およびＶ５０３吸着剤という商品名で市販されている。ダウエックス（ＤＯＷＥＸ）（登録商標）オプティポア（ＯＰＴＩＰＯＲＥ）（登録商標）製品は両方とも、ダウ（Ｄｏｗ）によれば、スチレンおよびジビニルベンゼンのメチレン橋架けコポリマーと記載されている。更に、アルデヒドと「シッフ」塩基／イミンを形成する第１級および第２級アミンを含有していることから、可逆的に、アルデヒドをトラップするために、弱塩基性イオン交換樹脂を本発明の金属封鎖剤として用いてもよい。弱塩基性イオン交換樹脂は、アルデヒドと「シッフ」塩基／イミンを形成する第１級および第２級アミンを含有している。
【００１７】
基材の形状に沿うようにして、ゲルを所望の厚さで基材に適用する。基材に適用するとき、網目状発泡体の特性である開放気泡を極度に劣化することなく、ゲルは発泡体に含浸または発泡体全体に散在する。基材をゲルでコーティングまたは浸漬することをはじめとする数多くの様々な技術により基材の１つまたは全ての表面にゲルを適用することができる。好ましい技術は、「ディップスクイーズ法」であり、基材をゲルに浸漬させて過剰なものを搾り取る。コーティング技術としては、ナイフブレードまたはスパチュラによるコーティングが挙げられる。あるいは、法定発明登録番号ＵＳＨ１５３−Ｈ１（スタウントンら（Ｓｔａｕｎｔｏｎ ｅｔ ａｌ．））に開示された装置や方法のように、ゲルは、超音波スプレーによりスプレーされてもよい。
【００１８】
基材は、媒体に相当のエアフローが通るよう十分に透過性を有していなければならない。一実施形態において、フレージャ透気率法により測定したとき、フィルタは約１０３０立方ｆｔ／分の透気率を有している。水のインチ（ゲージ）で測定したときの基材の初期抵抗は０．５〜０．６の範囲である。
【００１９】
ゲルを基材に接着するために、界面活性剤を基材に適用してもよい。界面活性剤はノニオンまたは両性界面活性剤であるのが好ましい。本発明に用いるのに好適な界面活性剤としては、デラウェア州ウィルミントンのイー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニー（Ｅ．Ｉ． ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ ｏｆ Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）よりゾニル（Ｚｏｎｙｌ）（登録商標）ＦＳＨという商品名で販売されているノニオン界面活性剤が一例として挙げられる。
【００２０】
本発明の第２の実施形態によれば、エアフィルタはまた静電エアフィルタを含んでいてもよい。かかるエアフィルタを図２に２０として示す。基材の片側と接触配置されている。本発明の静電フィルタは、好ましくはエレクトレット、すなわち、電気分極の永久状態が設定された誘電体である。静電エアフィルタの目的は、微粒子のトラッピング効率を増大することである。静電フィルタは、複数の帯電ファイバーを含む不織ファイバーを含んでいる。本発明に用いるのに好適な静電フィルタとしては、３Ｍよりフィルトレット（Ｆｉｌｔｒｅｔｅ）（登録商標）という商品名で市販されているものが一例として挙げられる。
【００２１】
本実施形態において、本発明のエアフィルタはまた、静電フィルタと基材の間に配置された絶縁層（図示せず）を含んでいてもよい。水は、静電フィルタの静電機能を短絡するため、絶縁層を提供して、静電フィルタが、水性である基材のゲルと直接接触しないように分離する。
【００２２】
任意で、本発明のエアフィルタは、図２に１８で示されるポストフィルタも含んでいてよい。ポストフィルタは、静電フィルタと逆の基材の側に配置される。ポストフィルタの目的は、フィルタの構造上の完全性を付与することである。更に、ポストフィルタは基材を遮蔽して、処理、包装、取扱い等の最中の早期の露出を排除する。また、ポストフィルタは、選択した構造に応じて最終微粒子フィルタとして作用する。
【００２３】
本発明の第３の実施形態によれば、空気から汚染物質を除去するエアフィルタが提供される。本実施形態を図３および４に示す。エアフィルタは、全体がそれぞれ１０’および１０”で示されている。図３に示す本実施形態は、上述したゲルを用いていない点で「ゲル無し」実施形態と呼ばれる。代わりに、エアフィルタは、図３における粘着性の穿孔した媒体２２を含む。この媒体２２は、図３に示す媒体２２の上部表面２２に適用された両面テープ、ハエ取紙、または接着剤のような粘着性物質を有する任意の媒体とすることができる。かかる接着剤としては、ポリウレタン系、シアノアクリレート系およびポリアミドまたはポリエステル系樹脂が挙げられる。スーパーボンダー（Ｓｕｐｅｒ Ｂｏｎｄｅｒ）（登録商標）瞬間接着剤と呼ばれる好適なシアノアクリレート系粘着付与剤は、０６０６７−３９１０、米国、コネチカット州ロッキーヒルのヘンケルロクタイトコーポレーション（ＨＥＮＫＥＬ ＬＯＣＴＩＴＥ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ， Ｒｏｃｋｙ Ｈｉｌｌ，Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ，ＵＳＡ）より入手できる。かかる接着媒体の厚さは約０．３ミルである。図３の穿孔媒体２２の厚さは約０．５〜１０ミリメートルであり、基材１２’上の金属封鎖剤を支持する役割を果たす。１６で示す穿孔は、粘着付与剤に作成され、媒体２２を通過して、表面２２に衝突するエアフローが媒体２２を通過できる。
【００２４】
金属封鎖剤は、粘着付与媒体の片側に配置される。金属封鎖剤は図３において１４’、図４において１４”でそれぞれ示される。金属封鎖剤は、最初の２つの実施形態に関して上述した金属封鎖剤と同じタイプである。本実施形態のエアフィルタは、図３に１２’で示す基材を更に含む。図４の基材１２”は、最初の２つの実施形態に関して上述したのと同じタイプの基材であるが、ここでは円筒形状を有している。更に、上述した第２の実施形態に用いるフィルタのような静電フィルタを、金属封鎖剤のビーズを配置した粘着付与媒体の側に用いてもよい。かかるエアフィルタを図３に２０’で示す。
【００２５】
図４に示す円筒形状の実施形態において、粘着付与媒体は、複数の紙のシート、ボール紙、プラスチック、薄い金属シート等を含む。紙のシートは、例えば、円筒構成のピンホイール状に構成されて、図４に示すボール紙、プラスチックまたは金属シリンダ２６内側にラメラを形成する。２つのかかるラメラの代表例を図４に２４で示す。金属封鎖ビーズ１４”はかかる紙２４の両側に配置される。任意の静電フィルタ２０”とフィルタ基材１２”は、図４のラメラシート支持実施形態の形状と最適に係合させるために、円筒形状を有するものとして示されている。任意で、要素２０”および１２”、ならびにラメラ２４を含有および支持するために、ボール紙、プラスチックまたは金属シリンダ２６を十分に延在させてもよい。
【００２６】
図３および４の「ゲル無し」実施形態の利点は、フィルタの完全性のために、濡れていて重いゲルを紙に適用する必要がないことである。更に、水性ゲル無しだと、万一用いたとしても静電フィルタの静電機能が短絡する可能性が少ない。更に、図４の構成は、このフィルタの圧力降下が低いという点で非常に有利である。図４のラメラ２４の放射構成は、管２６を通して、蛇行の少ないエアフロー経路を与えて、空気混入粒子が金属封鎖剤を取り込むことにより、フィルタが詰まる可能性を減じるとされている。ゲルの重みは構造上の完全性を低減するものである。
【実施例】
【００２７】
（実施例１）
フィルタ試験試料を次のやり方で作成した。まず、重量比で１．１７ｇのポリアクリルアミド（ポリサイエンス（Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅ）、１．３０ｇのポリアクリルアミド−コ−ジアリルジメチル塩化アンモニウム、５．２０ｇのソルビトール、１０．５３ｇの脱イオン水、６．５０ｇのグリセロールを混合して、得られた組成物を追加の２６．００ｇの脱イオン水を用いて１：２まで希釈することにより、粘着性ポリマーゲルを合成した。得られた溶液をカバーして、周囲温度で一晩緩速攪拌した（約１２時間）。次に、２．５グラムの金属封鎖剤を添加して、機械的な攪拌により均一に懸濁させた。好ましい金属封鎖剤は、ダウエックス（ＤＯＷＥＸ）（登録商標）オプティポア（ＯＰＴＩＰＯＲＥ）（登録商標）Ｖ４９３およびＶ５０３（ダウケミカル社（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ， Ｉｎｃ．）より入手可能なポリマー吸着体、Ｖ４９３の特性は、粒径範囲２０〜５０メッシュ、ＢＥＴ比（平方メートル／グラム）表面積１１００、空隙率１グラム当たり１．１６平方ｃｍ、平均ポア直径４６オングストローム、密度０．３４グラム／立方ｃｍであり、Ｖ５０３の特性としては、粒径範囲１．５ｍｍ、ＢＥＴ比（平方メートル／グラム）表面積１０８０、空隙率１グラム当たり０．９４平方ｃｍ、平均ポア直径３４オングストローム、密度０．４グラム／立方ｃｍである）。その後、基材に適用する直前、２０滴のノニオン界面活性剤、イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニー（Ｅ．Ｉ． ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ）によるゾニル（ＺＯＮＹＬ）（登録商標）ＦＳＨを添加して、添加前、手短に攪拌した。この組成物を、１インチ当たり３８個のポアのある１２インチ×１２インチの網目状発泡体（クレストフォームインダストリーズ社、ブリティッシュヴィータセルラーポリマーグループ（ＣＲＥＳＴ ＦＯＡＭ ＩＮＤＵＳＴＲＩＥＳ Ｉｎｃ．，Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｖｉｔａ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ Ｇｒｏｕｐ）のＳ３８として知られている）で構成された基材に直接適用した。粘着性ポリマーゲルを、基材の１２インチ×１２インチの一面に均一に、１２インチの「ドライウォール化合物」ブレードで直接適用した。適用された粘着性ポリマーゲルの量を秤量して求めたところ２０８グラムであった。粘着性ポリマーゲルをコートした基材を１４０℃のオーブンに入れて３０分間加熱した。コートした基材を冷却して、室温で３日間周囲水分と平衡させた。次に、縦方向にナイロン、横にポリプロピレンの１×１織布で構成されたプリフィルタ布帛（２９７０２、サウスカロライナ州セントブラックスバーグ、１０８Ｅ．チャーチのウェンデルファブリック社（Ｗｅｎｄｅｌｌ Ｆａｂｒｉｃｓ Ｃｏｒｐ． ａｔ １０８ Ｅ．Ｃｈｕｒｃｈ Ｓｔ． Ｂｌａｃｋｓｂｕｒｇ， Ｓｏｕｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ）より入手、織ＳＴＬＯ１、パターンＱＬ５６２０−２１）を、１２インチ×１２インチの面を完全にカバーする、粘着性ポリマーゲルで処理した基材側にレイダウンした。同じ構造のポストフィルタ布を、１２インチ×１２インチの基材の対向面に適用した。
【００２８】
プリフィルタ布、処理済み基材とポストフィルタ布で構成された、得られたサンドイッチ構造を、試験の目的でエアハンドリングダクトの断面スペースに装着可能な枠に固定して保持した。試験手順には、アシュレ法５２．１−１９９２に従った周囲大気ダスト粒子の除去における初期効率、表１ａに記録したエアフロー対抵抗、および初期周囲粒径除去、および表１ｂに記録したタバコの煙の粒子状物質の除去が含まれていた。
【００２９】
試験条件は、エアフローレート＝２３℃および５０％相対湿度で１分当たり１１０立方フィートとした。実施例１のフィルタの初期流動抵抗は、水の１．０８インチ（ゲージ）であった。
【００３０】
【表１】
【００３１】
【表２】
【００３２】
（実施例２）
１箇所だけ変えた以外は実施例１と全く同じやり方で第２のフィルタ試験試料を作成した。ノニオン界面活性剤ゾニル（ＺＯＮＹＬ）（登録商標）ＦＳＨの量を実施例１とは変えた。今回は、１０滴を粘着性ポリマーゲル組成物に添加して、適用前短い間攪拌した。コートした基材の同じサンドイッチ構造を試験の目的で組み立てた。
【００３３】
試験条件は、エアフローレート＝２３℃および５０％相対湿度で１分当たり１１０立方フィートとした。実施例２のフィルタの初期流動抵抗は、水の０．１３インチ（ゲージ）であった。
【００３４】
【表３】
【００３５】
【表４】
【００３６】
（実施例３）
１箇所だけ変えた以外は実施例１と全く同じやり方で第３のフィルタ試験試料を作成した。ノニオン界面活性剤ゾニル（ＺＯＮＹＬ）（登録商標）ＦＳＨの量を実施例１とは変えた。今回は、５滴を粘着性ポリマーゲル組成物に添加して、適用前短い間攪拌した。コートした基材の同じサンドイッチ構造を試験の目的で組み立てた。
【００３７】
試験条件は、エアフローレート＝２３℃および５０％相対湿度で１分当たり１１０立方フィートとした。実施例３のフィルタの初期流動抵抗は、水の０．０４５インチ（ゲージ）であった。
【００３８】
【表５】
【００３９】
【表６】
【００４０】
（実施例４）
１箇所だけ変えた以外は実施例１と全く同じやり方で第４のフィルタ試験試料を作成した。ノニオン界面活性剤ゾニル（ＺＯＮＹＬ）（登録商標）ＦＳＨは粘着性ポリマーゲル組成物に添加しなかった。コートした基材の同じサンドイッチ構造を試験の目的で組み立てた。
【００４１】
試験条件は、エアフローレート＝２３℃および５０％相対湿度で１分当たり１１０立方フィートとした。実施例２のフィルタの初期流動抵抗は、水の０．０８インチ（ゲージ）であった。
【００４２】
【表７】
【００４３】
【表８】
【００４４】
（実施例５）
実施例１と全く同じやり方で追加のフィルタ試験試料を作成した。空気からのＶＯＣ除去の効率を調べるために、コート基材の同じサンドイッチ構造を、ＶＯＣモデル化合物、メチルピリジンおよび酢酸を用いて試験の目的で組み立てた。各ＶＯＣモデル化合物は、８０〜８５ＰＰＭ（百万分の一）の範囲の負荷濃度であった。試験条件には、ＶＯＣモデル化合物を、２５℃、５０％相対湿度で９０〜１００立方フィートの範囲のフローレートで空気中負荷濃度とすることが含まれていた。フィルタ直径は１１．４ｃｍであり、空気面速度は１秒当たり０．１７メートルであった。メチルピリジンの場合には、ゲルはまた、酸形態のイオン交換樹脂（ダウエックス（ＤＯＷＥＸ）（登録商標）オプティポア（ＯＰＴＩＰＯＲＥ）（登録商標））金属封鎖剤を含有していた。ゲルを含有するイオン交換樹脂を、ポリウレタン発泡体およびゲル単体と比較した。酢酸の場合には、塩基形態にあるイオン交換樹脂金属封鎖剤を含有するゲルをポリウレタン発泡体およびゲル単体と比較した。ＶＯＣモデル化合物に３０秒、６０秒および１０分露出した後のフィルタ突破濃度（ＰＰＭ）を以下の表（表５）に示す。
【００４５】
表５のこれらのデータによれば、イオン交換樹脂金属封鎖剤を与えることによる利点が明らかに示されている。酸性または塩基性ＶＯＣが捕捉されるゲルの一成分としてのイオン交換樹脂は、本発明によるフィルタに有用な形態である。
【００４６】
【表９】
【００４７】
（対照例）
１インチ当たり３８個のポアのある、同じ１２インチ×１２インチの網目状発泡体（クレストフォームインダストリーズ社（ＣＲＥＳＴ ＦＯＡＭ ＩＮＤＵＳＴＲＩＥＳ Ｉｎｃ．）のＳ３８として知られている）を用いて対照例を作成した。基材は粘着性ポリマーで処理しなかった。この未処理基材を、前と同じようにして、プレフィルタ布地とポストフィルタ布地と共にサンドイッチ構造にした。このサンドイッチを、試験の目的でエアハンドリングダクトの断面スペースに装着可能な、実施例のものと同様の枠に固定して保持した。
【００４８】
試験条件は、エアフローレート＝２３℃および５０％相対湿度で１分当たり１１０立方フィートとした。実施例２のフィルタの初期流動抵抗は、水の０．０３インチ（ゲージ）であった。
【００４９】
【表１０】
【００５０】
【表１１】
【００５１】
（エレクトレット対照例１）
３Ｍコーポレーション（３Ｍ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）製フィルトレット（ＦＩＬＴＲＥＴＥ）（登録商標）静電フィルタ媒体を用いてエレクトレット対照例を作成した。このフィルトレット（ＦＩＬＴＲＥＴＥ）（登録商標）ブランドの静電フィルタ媒体は、空気から粒子を除去するために、エレクトレットタイプの媒体と合成繊維基材を用いている。このフィルタを前の実施例と全く同じようにして試験した。
【００５２】
試験条件は、エアフローレート＝２３℃および５０％相対湿度で１分当たり１２０立方フィートとした。実施例２のフィルタの初期流動抵抗は、水の０．０４インチ（ゲージ）であった。
【００５３】
【表１２】
【００５４】
【表１３】
【００５５】
（エレクトレット対照例２）
３Ｍコーポレーション（３Ｍ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）製フィルトレット（ＦＩＬＴＲＥＴＥ）（登録商標）静電フィルタ媒体を用いてエレクトレット対照例を作成した。このフィルトレット（ＦＩＬＴＲＥＴＥ）（登録商標）ブランドの静電フィルタ媒体は、空気から粒子を除去するために、エレクトレットタイプの媒体とガラス繊維基材を用いている。このフィルタを前の実施例と全く同じようにして試験した。
【００５６】
試験条件は、エアフローレート＝２３℃および５０％相対湿度で１分当たり１２０立方フィートとした。実施例２のフィルタの初期流動抵抗は、水の０．０４インチ（ゲージ）であった。
【００５７】
【表１４】
【００５８】
【表１５】
【００５９】
これらの例によれば、エレクトレットフィルタの追加により、実施例１〜４のフィルタ試料と連続配置で用いると、微粒子除去において更なる利点が得られることが分かる。ＶＯＣ除去のために最適化されたフィルタ組み立て体前の効率的な微粒子の除去は、本発明の更なる態様である。本発明のその他の態様は、前述の教示の利点により当業者には明白である。本発明の技術思想および範囲から逸脱することなく更なる修正または置換を行ってよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の網目状発泡体基材の概略図である。
【図２】本発明による静電エアフィルタおよびポストフィルタと組み合わせた基材の概略図である。
【図３】穿孔したテープに金属封鎖剤を提供した、本発明の変形実施形態の概略図である。
【図４】円筒構成のラメラを形成する紙のシートに金属封鎖剤を提供した、図３の実施形態の修正の概略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲルの適用された基材を含んでなり、前記基材は網目状発泡体を含むことを特徴とする空気から汚染物質を除去するエアフィルタ。
【請求項２】
（ａ）静電フィルタと、
（ｂ）片側が前記静電フィルタと接触配置している基材であって、ゲルが適用されている基材と
を含むことを特徴とする空気から汚染物質を除去するエアフィルタ。
【請求項３】
前記網目状発泡体がポリエステルかポリウレタンのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のエアフィルタ。
【請求項４】
前記ゲルがポリアクリルアミドポリマーを含むことを特徴とする請求項１または２に記載のエアフィルタ。
【請求項５】
前記ポリアクリルアミドがホモポリマーであり、前記ゲルが９０％のポリアクリルアミドホモポリマーと１０％のコポリマーとを含むことを特徴とする請求項４に記載のエアフィルタ。
【請求項６】
前記コポリマーが抗菌活性を有するモノマーを含むことを特徴とする請求項５に記載のエアフィルタ。
【請求項７】
前記ゲルが金属封鎖剤を更に含むことを特徴とする請求項１または２に記載のエアフィルタ。
【請求項８】
前記金属封鎖剤が酸形態にあるイオン交換樹脂であることを特徴とする請求項７に記載のエアフィルタ。
【請求項９】
前記基材の片側と接触配置された静電フィルタを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のエアフィルタ。
【請求項１０】
前記静電フィルタと逆の前記基材の側と接触配置されたポストフィルタを更に含むことを特徴とする請求項１または２に記載のエアフィルタ。
【請求項１１】
前記基材が前記ゲルを前記基材に接着する界面活性剤を更に含むことを特徴とする請求項１または２に記載のエアフィルタ。
【請求項１２】
網目状発泡体を含む、ゲルの適用された基材を含むエアフィルタを通して空気をフィルタリングすることを特徴とする空気から汚染物質を除去する方法。
【請求項１３】
基材と、前記基材の片側と接触配置された静電フィルタとを含むエアフィルタを通して空気をフィルタリングして、エアフローがまず前記静電フィルタ、次に前記基板へ連続して向かうようにすることを特徴とする空気から汚染物質を除去する方法。
【請求項１４】
前記フィルタリング工程が、揮発性有機化合物を前記空気から除去することを含むことを特徴とする請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記フィルタリング工程が、微粒子を前記空気から除去することを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
（ａ）粘着性の穿孔した媒体と、
（ｂ）前記粘着性媒体に配置された金属封鎖剤と
を含むことを特徴とする空気から汚染物質を除去するエアフィルタ。
【請求項１７】
前記粘着性媒体がテープを含むことを特徴とする請求項１６に記載のエアフィルタ。
【請求項１８】
前記金属封鎖剤が前記粘着性媒体の片側に配置された複数のビーズを含むことを特徴とする請求項１６に記載のエアフィルタ。
【請求項１９】
前記ビーズがイオン交換媒体を含むことを特徴とする請求項１８に記載のエアフィルタ。
【請求項２０】
前記粘着性媒体の他側に配置された基材を更に含むことを特徴とする請求項１８に記載のエアフィルタ。
【請求項２１】
前記粘着性媒体がラメラを形成するために円筒ピンホイール様に周囲に配置された複数の紙のシートを含むことを特徴とする請求項１６に記載のエアフィルタ。
【請求項２２】
前記金属封鎖剤が前記紙の両側に配置されていることを特徴とする請求項１６に記載のエアフィルタ。
【請求項１】
ゲルの適用された基材を含んでなり、前記基材は網目状発泡体を含むことを特徴とする空気から汚染物質を除去するエアフィルタ。
【請求項２】
（ａ）静電フィルタと、
（ｂ）片側が前記静電フィルタと接触配置している基材であって、ゲルが適用されている基材と
を含むことを特徴とする空気から汚染物質を除去するエアフィルタ。
【請求項３】
前記網目状発泡体がポリエステルかポリウレタンのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のエアフィルタ。
【請求項４】
前記ゲルがポリアクリルアミドポリマーを含むことを特徴とする請求項１または２に記載のエアフィルタ。
【請求項５】
前記ポリアクリルアミドがホモポリマーであり、前記ゲルが９０％のポリアクリルアミドホモポリマーと１０％のコポリマーとを含むことを特徴とする請求項４に記載のエアフィルタ。
【請求項６】
前記コポリマーが抗菌活性を有するモノマーを含むことを特徴とする請求項５に記載のエアフィルタ。
【請求項７】
前記ゲルが金属封鎖剤を更に含むことを特徴とする請求項１または２に記載のエアフィルタ。
【請求項８】
前記金属封鎖剤が酸形態にあるイオン交換樹脂であることを特徴とする請求項７に記載のエアフィルタ。
【請求項９】
前記基材の片側と接触配置された静電フィルタを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のエアフィルタ。
【請求項１０】
前記静電フィルタと逆の前記基材の側と接触配置されたポストフィルタを更に含むことを特徴とする請求項１または２に記載のエアフィルタ。
【請求項１１】
前記基材が前記ゲルを前記基材に接着する界面活性剤を更に含むことを特徴とする請求項１または２に記載のエアフィルタ。
【請求項１２】
網目状発泡体を含む、ゲルの適用された基材を含むエアフィルタを通して空気をフィルタリングすることを特徴とする空気から汚染物質を除去する方法。
【請求項１３】
基材と、前記基材の片側と接触配置された静電フィルタとを含むエアフィルタを通して空気をフィルタリングして、エアフローがまず前記静電フィルタ、次に前記基板へ連続して向かうようにすることを特徴とする空気から汚染物質を除去する方法。
【請求項１４】
前記フィルタリング工程が、揮発性有機化合物を前記空気から除去することを含むことを特徴とする請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記フィルタリング工程が、微粒子を前記空気から除去することを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
（ａ）粘着性の穿孔した媒体と、
（ｂ）前記粘着性媒体に配置された金属封鎖剤と
を含むことを特徴とする空気から汚染物質を除去するエアフィルタ。
【請求項１７】
前記粘着性媒体がテープを含むことを特徴とする請求項１６に記載のエアフィルタ。
【請求項１８】
前記金属封鎖剤が前記粘着性媒体の片側に配置された複数のビーズを含むことを特徴とする請求項１６に記載のエアフィルタ。
【請求項１９】
前記ビーズがイオン交換媒体を含むことを特徴とする請求項１８に記載のエアフィルタ。
【請求項２０】
前記粘着性媒体の他側に配置された基材を更に含むことを特徴とする請求項１８に記載のエアフィルタ。
【請求項２１】
前記粘着性媒体がラメラを形成するために円筒ピンホイール様に周囲に配置された複数の紙のシートを含むことを特徴とする請求項１６に記載のエアフィルタ。
【請求項２２】
前記金属封鎖剤が前記紙の両側に配置されていることを特徴とする請求項１６に記載のエアフィルタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２００７−５０８９２８（Ｐ２００７−５０８９２８Ａ）
【公表日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５３５６０９（Ｐ２００６−５３５６０９）
【出願日】平成１６年１０月１４日（２００４．１０．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０３３６９１
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０３７４０４
【国際公開日】平成１７年４月２８日（２００５．４．２８）
【出願人】（５０５２４５３０２）インヴィスタ テクノロジー エスアエルエル (81)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＶＩＳＴＡ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｓ．ａ．ｒ．ｌ．
【住所又は居所原語表記】Ｔａｌｓｔｒａｓｓｅ ８０，８００１ Ｚｕｒｉｃｈ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月１４日（２００４．１０．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０３３６９１
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０３７４０４
【国際公開日】平成１７年４月２８日（２００５．４．２８）
【出願人】（５０５２４５３０２）インヴィスタ テクノロジー エスアエルエル (81)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＶＩＳＴＡ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｓ．ａ．ｒ．ｌ．
【住所又は居所原語表記】Ｔａｌｓｔｒａｓｓｅ ８０，８００１ Ｚｕｒｉｃｈ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ
【Ｆターム（参考）】
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