成果報告書詳細
管理番号20140000000047
タイトル平成22年度-平成25年度成果報告書 ナノテク・先端部材実用化研究開発 超省エネ型の環境清浄化用複合機能化ナノ構造エアデバイスの研究開発
公開日2014/3/8
報告書年度2010 - 2013
委託先名日本エアーフイルター株式会社 日本バルカー工業株式会社 株式会社クラレ 国立大学法人東京工業大学
プロジェクト番号P05023
部署名電子・材料・ナノテクノロジー部
和文要約本事業では、従来除去が困難であった0.1μ径の有害ナノ粒子の除去率が高く、かつ圧力損失が従来品より大幅に低く、さらに抗菌・脱臭・調湿機能を同時に発現できる革新的な空気浄化用のエアーフィルターシステムの研究開発を目的とした。あわせて、低動力エネルギーの使用で高効率な熱交換機能も有する空気浄化用の超省エネ型の熱交換・調湿エアーフィルターシステムの研究開発も目的として、研究開発を平成22年10月1日から平成25年9月30日まで実施し、以下の成果を得た。
(1) 超省エネ型高性能エアーフィルター用ナノファイバーの製造基盤技術の開発
ナノ粒子除去率99.9%以上で超低圧損(100 Pa以下)の実現を目指したエアーフィルター用ナノファイバーの電界紡糸基盤技術開発をポリエーテルスルホン、エバールおよびポリフッ化ビニリデンなどを用いて行った。その結果、平均繊維径100nm-200nmのナノファイバーシートを得て、0.1μ粒子除去率と初期圧損の最終目標値を達成した。さらに、超省エネ型高性能エアーフィルター用ナノファイバーの実用化を目指して、広幅・連続電界紡糸製膜技術の開発に取り組み、60cm幅で長さ10m以上の連続シートの作製のための基盤技術を開発した。
(2) 抗菌/脱臭機能付与実用化技術の開発
食品や医薬品工場、病院などで必要とされる抗菌、脱臭機能付ナノファイバーフィルターを開発した。抗菌性ナノ粒子としては銀ゼオライトや銀系ナノ触媒およびホタテ粉ナノ粒子を用い、一方、脱臭剤としては脱臭ナノ粒子を用いて、これらがナノファイバー中に均一にナノ分散されたナノコンポジット・ナノファイバーの電界紡糸技術の研究開発を行った。その結果、抗菌活性2.5以上、MIC(最小発育阻止濃度)1,000ppm以下の最終目標を達成できるナノファイバーシートを得た。また、脱臭機能性ナノファイバーシートは、アンモニアガスの1パス通過において最終目標である95%の脱臭機能(市販品は85%)を発現した。
(3) フッ素樹脂多孔膜への有害物質の光分解機能触媒の固定化技術の開発
大気の調湿・熱交換機能を保有する省エネ型のエアーフィルターを実現するために、耐光酸化性の優れたフッ素樹脂多孔膜表面への表面プラズマ処理による光酸化触媒の固定化技術の開発を行った。その結果、水の接触角40°以下の表面親水化を実現した。この成果を元に、酸化チタン光触媒を固定化したフッ素系多孔膜を用いて、最終目標である抗菌活性2.5以上、MIC(最小発育阻止濃度)1,000ppm以下と市販フィルター対比で30%以上の省エネな調湿性能を達成した。
(4) ナノファイバーシートの基板材料への接着・固定化、積層化技術開発
上記2.1-2.3で得られたナノファイバーシートの基板材料への固定化の検討を行い、接着性の優れたスプレー剤によるナノファイバーと基材との接着技術を確立した。スプレー剤以外の接着方法として、ポリウレタンナノファイバーの基材上への積層と熱溶融による接着層としての利用が有用であることも確認した。これらのナノファイバーシート(PES製とエバール製)を各々保護層と共に積層させた部材を用いてプリーツ加工試作を行い、ミニモジュール(30cm×30cm)を試作した。また、当該ミニモジュールの性能評価も行い、実用化に向けた課題抽出も行った。
英文要約 In this project, we have set up the target of development of the nanofiber airfilters and the modules with high removal rate of nano particles of 0.1 μm size over 99.9% efficiency under the pressure drop less than 100Pa as well as anti-bacterial activity, deodorant properties and moisuture control properties by using electrospinning of specific polymers and functional nanoparticles with the corresponding properties..
(1) Development of preparation technologies for high performance and energy saving nanofiber
for air filters has been performed by using elctrospinning of polyether sulfone(PES), Ethlene-vinyl alcohol(EVAL) , Poly vinyliden fluoride(PVDF). The nanofiber web thus obtained with fiber diameter of 100-200nm showed 99.9% rejection of the 0.1μm dust particles with a pressure drop of less than100Pa. Practical prototype manufacturing process for continuous preparation of large size nanofiber webs(60cm width, 10mlength) has been also performed.
(2) Developmant of practical functionalization technologies of antibacterial properties
Nanocomposite nanofiber webs with anti-bacterial properties were prepared by electro spinning of PES with nanoparticles of scallop shell or nanoparticles of silver containing compounds to show high anti-bacillus activity(2.5) against MRSA.
Novel deodorant nanofiber sheets were obtained by fixing a layered activated carbon sheet to show the deodorization efficiency of 95% in one path air flow.of NH3 gas(c.f. 85% of conventionsl products.
(3) Surface modification technologies of PTFE porous films for moisuture control and thermal exchange
Surface modification of microporous PTFE membrane was performed by short time plasma treatment under atmospheric pressure to yield hydrophilic surface for moisture control and thermal exchange.
Immobilization of TiO2 nanoparticles was performed on the inner surface of the micro porous fluoropolymer membranehich was proved by SEM and porosimeter. The TiO2 immobilized on the porous membrane showed hydrophilic surface with 40degree of water contact angle.
(4) Adhesion of nanofibers to the substrate and multilayerdsheet preparation
Method of adhesion and conditions of fixing of nanofiber webs to a base medium were investigated by applying polymer binders between nanofiber webs and the substrate sheet
The multilayered nanofiber sheets thus obtained were subjected to wrinkling and assembling process to form the airfilter mini- modules of 10cm width,10cm length and 6cm hight. These modules showed semi-HEPA properties.
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