化學過濾器及其製造方法
2023-07-10 07:56:51 1
專利名稱：化學過濾器及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種化學過濾器，其用於從氣體或液體中除去有惡臭的 物質，或安裝在半導體、液晶或精密電子部件製造工場中的潔淨室中或 安裝在用於此潔淨室中的裝置中以除去例如離子性氣體雜質等。
背景技術：
在諸如半導體製造產業和液晶製造產業等尖端產業中，抑制潔淨室 中的空氣汙染和產品表面汙染以確保產品的產量、質量和可靠性是很重
要的。在半導體製造產業領域，隨著產品高集成化的提高，在利用HEPA 過濾器或ULPA過濾器等抑制顆粒汙染物的同時，抑制離子性氣體汙染 物(鹼性和酸性氣體)也是不可缺少的。例如，在製造半導體時的曝光 工序中，鹼性氣體氨氣會損害曝光時的解析度或使晶片表面變得模糊。 另一方面，在製造半導體時的形成熱氧化膜的工序中，酸性氣體SOx會 導致基板積層不良，由此降低器件的特性和可靠性。
如上所述，在製造半導體等期間，由於離子性氣體汙染物會導致各 種問題，因此，希望將半導體製造等中使用的潔淨室中的離子性氣體汙 染物的濃度降低至1 ppb或更少。
在此情況下，使用加工引入離子交換基團的無紡布而製得的化學過 濾器。例如，JP特開平11-290702號公報(專利文件1)中，公開了一種 化學過濾器，其是使用通過熔吹法(melt blow method)(紡粘法的一種) 製得的平均纖維直徑為l(Hmi或以下的聚烯烴纖維構成的無紡布，通過紫 外線接枝聚合使其具有離子交換能力的化學過濾器；還公開了一種化學 過濾器，其是使用通過熔吹法製得的平均纖維直徑為10jLim或以下的聚烯 烴纖維形成網狀物然後通過水流交絡法(hydroentanglemeiit)製得的無紡 布，通過紫外線接枝聚合使其具有離子交換能力的化學過濾器；還公開 了一種化學過濾器，其是使用通過熱壓接合下述網狀物中的至少兩層而 一體化積層製得的無紡布，通過紫外線接枝聚合使其具有離子交換能力的化學過濾器，其中，所述網狀物是由通過熔吹法製得的平均纖維直徑
為10^im或以下的聚烯烴纖維形成的網狀物和平均纖維直徑為5(Hmi或以
下的通過紡粘法製得的網狀物或是短纖維的網狀物。
另外，JP特開平8-199480號公報(專利文件2)中，公開了一種氣 體吸附材料，其通過對無紡布進行輻射接枝而在無紡布中引入離子交換 基團而製得，該無紡布是使用具有芯鞘結構的纖維通過熱接合方法製得。 專利文件1: JP特開平11-290702號公報(權利要求) 專利文件2: JP特開平8-199480號公報(權利要求) 非專利文件1: 「活性炭系少S力A 7 < A夕O性能評価t性能向上 (二関亍3研究」、清水建設研究報告、第82號(平成17年10月)、第 27 38頁(第28頁左欄第24~32行)(活性碳類化學過濾器的性能評價 和性能改善的研究，清水建設研究報告，No. 82(2005年10月)，pp. 27-38 (第28頁，左欄，第24-32行))
發明內容
對於安裝在潔淨室等中的化學過濾器，在要求其去除離子性氣體汙 染物的能力高之外，還要求其能夠長時間維持該去除能力，即，還要求 其壽命長。
然而，上述專利文件1和2中公開的化學過濾器存在壽命不足的問 題。而且，這些化學過濾器還存在一個問題，即，當增加引入的離子交 換基團的量時，過濾材料的強度會降低。
此外，由於在製造半導體的曝光工序中使用了大量的丙二醇單甲醚 醋酸酯(PGMEA:CH3COOCH (CH3) CH2OCH3)，在潔淨室的空氣中含 有PGMEA。該PGMEA在強酸的催化作用下水解成腐蝕裝置的汙染物醋 酸。因此，化學過濾器中陽離子交換基團，作為PGMEA的水解催化劑 而起作用，導致生成醋酸(非專利文件l)。
因此，本發明的目的是提供一種過濾材料的強度高且長時間維持去 除離子性氣體汙染物的能力的化學過濾器。進一步地，本發明的目的是 提供一種過濾材料的強度高且長時間維持去除離子性氣體汙染物的能力 並且能夠抑制PGMEA水解的化學過濾器。本發明人等，為解決上述現有技術中的問題，進行了大量研究，結 果發現(1)對於含羥基的有機纖維進行輻射接枝聚合，則離子交換基 團大量聚合，因此，接枝率變高；(2)含羥基的有機纖維遭受由輻射接 枝聚合導致的傷害較少，因此，與不含羥基的有機纖維相比，含羥基的 有機纖維通過輻射接枝聚合後的過濾材料的強度變高；(3)根據這些特 性，能夠得到過濾材料的強度高和壽命長的化學過濾器；(4)通過將過 濾材料的形狀形成褶疊狀能夠賦予羧基去除鹼性氣體的能力，因此，能 夠彌補強酸性離子交換基團的離子交換容量的不足；(5)即使強酸性離 子交換基團的引入量減少，通過將過濾材料的形狀形成褶疊狀和引入特 定量以上的羧基，也能夠延長過濾材料的壽命和抑制PGMEA的水解。 這些發現促成了本發明的完成。
具體地，本發明提供(1) 一種化學過濾器，其是加工化學過濾器用 過濾材料而製得的化學過濾器，其特徵在於，該化學過濾器用過濾材料 是由含羥基的有機纖維構成的織布或無紡布；該含羥基的有機纖維中通 過輻射接枝聚合引入有陽離子交換基團；該化學過濾器用過濾材料的陽 離子交換基團的離子交換容量為400 meq/m2以上；該化學過濾器用過濾 材料的拉伸強度為5-20N/15mm。
本發明提供(2) —種化學過濾器，其是加工化學過濾器用過濾材料 而製得的化學過濾器，其特徵在於，該化學過濾器用過濾材料是由含羥 基的有機纖維構成的織布或無紡布，且該織布或無紡布加工成褶疊狀； 該含羥基的有機纖維中通過輻射接枝聚合引入有陽離子交換基團；該陽 離子交換基團為羧基和強酸性陽離子交換基團，該化學過濾器用過濾材 料的該羧基的離子交換容量為100meq/r^以上，且該化學過濾器用過濾 材料的強酸性陽離子交換基團的離子交換容量為300-1000 meq/m2;該化 學過濾器用過濾材料的拉伸強度為5-20 N/15 mm。
本發明提供(3) —種化學過濾器的製造方法，其特徵在於，其包括 以下步驟加工含羥基的有機纖維以製得織布或無紡布；然後，通過輻 射接枝聚合向製得的該織布或無紡布中的該含羥基的有機纖維引入離子 交換基團以製得化學過濾器用過濾材料；然後，加工該化學過濾器用過 濾材料以製得化學過濾器。本發明提供(4) 一種化學過濾器的製造方法，其特徵在於，其包括 以下步驟通過輻射接枝聚合向含羥基的有機纖維引入離子交換基團； 然後，將製得的有機纖維加工成織布或無紡布以製得化學過濾器用過濾 材料；然後，加工該化學過濾器用過濾材料以製得所述化學過濾器。
根據本發明，能夠製得一種過濾材料的強度高且長時間維持去除離
子性氣體汙染物的能力的長壽命的化學過濾器。進一步地，根據本發明， 能夠製得一種過濾材料的強度高且長時間維持去除離子性氣體汙染物的
能力並且能夠抑制PGMEA水解的化學過濾器
圖1是表示在本發明的化學過濾器的製造方法(1)中進行褶疊狀加 工而製得的化學過濾器的一個實例的示意性立體圖。 符號的說明 1化學過濾器 2化學過濾器用過濾材料 3間隔體 4峰部
5被處理空氣的流通方向 6厚度 7寬度 8高度
具體實施例方式
本發明的第一實施方式的化學過濾器(下面，也記載為本發明的化 學過濾器(1))是一種化學過濾器，其是加工化學過濾器用過濾材料而 製得的化學過濾器，其特徵在於，該化學過濾器用過濾材料是由含羥基 的有機纖維構成的織布或無紡布；該含羥基的有機纖維中通過輻射接枝 聚合引入有陽離子交換基團；該化學過濾器用過濾材料的該陽離子交換 基團的離子交換容量為400 meq/m2以上；該化學過濾器用過濾材料的拉 伸強度為5-20N/15mm。本發明的化學過濾器(1),是通過加工該化學過濾器用過濾材料而 製得的化學過濾器。對於本發明的化學過濾器(1)的形狀沒有具體限制， 優選為褶疊狀。
本發明的化學過濾器(1)的該化學過濾器用過濾材料，是由該含羥 基的有機纖維構成的織布或無紡布。g卩，該織布或無紡布是由該含羥基 的有機纖維構成。
作為本發明的化學過濾器(1)中的該含羥基的有機纖維的實例，可
以是諸如人造纖維(rayon fiber)、漿纖維、棉纖維和棉絨纖維等天然纖 維或其再生纖維。作為該含羥基的有機纖維，由於人造纖維、漿纖維、 棉纖維或棉絨纖維或這些纖維中的兩種或多種的混合物的羥基含量高， 接枝聚合率變高，引入的離子交換基團變多，因此，壽命變長且過濾材 料的強度變高，因而優選。作為該含羥基的有機纖維，特別優選人造纖 維，這是由於人造纖維使引入離子交換基團的量增多，使其壽命變長並 且使過濾材料的強度變高，並且還具有優異的化學穩定性。該含羥基的 有機纖維的纖維直徑，沒有特別限制，優選為5-20pm。
本發明的化學過濾器(1)的該織布或無紡布，只要是由該含羥基的 有機纖維構成的織布或無紡布即可，沒有特別限制。在該無紡布中，優 選通過水刺方法製得的無紡布，這是由於，該無紡布的該含羥基的有機 纖維的分布均勻，離子交換基團得以均一地引入，從而化學過濾器的壽 命變長。
本發明的化學過濾器(1)中，對於通過加工該含羥基的有機纖維制 備無紡布的方法沒有特別限制。可以使用乾式法或溼式法。例如，可以 使用樹脂粘合法、水刺法和溼式抄造法等的方法。在該無紡布中，優選 通過水刺方法製得的無紡布，這是由於，該無紡布的該含羥基的有機纖 維的分布均勻，離子交換基團得以均一地引入，從而化學過濾器的壽命 變長。在該無紡布中，優選使用人造纖維製得的水剌無紡布，這是由於， 引入的離子交換基團的量多且該含羥基的有機纖維的分布均勻，因此， 離子交換基團得以大量且均一地引入，從而化學過濾器的壽命變長。
該水刺法是通過高壓水流使纖維交絡(entangled)而製備水刺無紡 布的方法，其是對於網狀物從噴頭等噴射高壓水用水流使纖維交絡的方法。該水刺法中，可適宜地選擇水壓和處理次數等。
本發明的化學過濾器(1)中，構成該化學過濾器用過濾材料的該含 羥基的有機纖維中通過輻射接枝聚合引入有該陽離子交換基團。
本發明的化學過濾器(1)中的該陽離子交換基團的實例，包括磺酸
基、羧基、磷酸基、膦酸基、磺乙基(sulfoethyl)、膦醯甲基(phosphomethyl) 和羧甲基(carbomethyl)基等。這些基團可以單獨使用或組合使用。在 這些陽離子交換基團中，由於鹼性氣體吸附速率快，優選磺酸基。
作為本發明的化學過濾器(1)中的該輻射接枝聚合方法(下面，也
記載為接枝聚合(1))，例如，可以是，首先對被聚合物照射放射線， 接下來，用聚合單體溶液浸漬或塗布經放射線照射的該被聚合物，使聚 合單體在該被聚合物上接枝聚合的輻射接枝聚合(la);首先用聚合單 體溶液浸漬或塗布被聚合物，得到用聚合單體溶液浸漬或塗布的被聚合 物，然後，對該被聚合物照射放射線，使該聚合單體在該被聚合物上接 枝聚合的輻射接枝聚合(lb)。在該輻射接枝聚合(la)和輻射接枝聚 合(lb)中，在進行照射放射線前，用諸如氮氣等惰性氣體置換大氣， 使在惰性氣氛中進行輻射接枝聚合。本發明中，該被聚合物是指進行輻 射接枝聚合的對象，在該被聚合物中引入聚合單體的聚合鏈。該輻射接 枝聚合(1)優選輻射接枝聚合(lb)，這是由於，該方法能夠降低對該 含羥基的有機纖維造成的傷害，因此，能夠提高化學過濾器用過濾材料 的強度，並且由於可以僅僅在用聚合單體溶液浸漬或塗布使其聚合的工 序中使用惰性氣氛(諸如氮氣)，因此能夠降低氧氣短缺故障的發生和 使用氮氣導致成本的增加等由於使用氮氣引起的缺點。
作為該輻射接枝聚合(1)中使用的該聚合單體(下面，也記載為聚 合單體(1))的實例，可以是苯乙烯磺酸鈉、2-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸、 2-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸鈉、丙烯酸和甲基丙烯酸。
在該聚合單體(1)具有該陽離子交換基團的鹽的基團的情況下，在 輻射接枝聚合後的工序中，通過酸處理能夠將該陽離子交換基團的鹽的 基團轉化為該陽離子交換基團(質子型)。該陽離子交換基團的鹽的基 團指的是陽離子交換基團被中和的基團，例如苯乙烯磺酸鈉的磺酸鈉基 團(-SQ3Na)。在該輻射接枝聚合(1)中，照射的放射線是紫外線、電子束、X射
線、a射線、J3射線或Y射線。其中，優選Y射線。在該輻射接枝聚合中， 該放射線的照射強度可根據接枝聚合的聚合度進行適當地選擇，在使用Y 射線時，優選為10-400 kGy。
在該輻射接枝聚合(1)中，作為該聚合單體(1)溶液的溶劑，可 以是如水和醇等的親水性溶劑。該聚合單體溶液中，該聚合單體(1)的 濃度，可適宜地進行選擇，優選為40-70質量％。
本發明的化學過濾器(1)中，該化學過濾器用過濾材料的該陽離子 交換基團的離子交換容量為400 meq/m2以上，更優選為600-1600 meq/m2。通過使化學過濾器用過濾材料的離子交換容量在上述範圍內， 能夠使化學過濾器的壽命變長。
本發明的化學過濾器(1)中，該化學過濾器用過濾材料的拉伸強度 為5-20N/15mm，優選為10-15 N/15 mm。。
本發明的化學過濾器(1)中，該化學過濾器用過濾材料的單位面積 重量優選為50-200 g/m2，更優選100-160g/n^。該化學過濾器用過濾材料 的厚度優選為0.3-1.5 mm，更優選為0.6-1.2 mm。
本發明的第二實施方式的化學過濾器(下面，也記載為本發明的化 學過濾器(2))是一種化學過濾器，其是加工化學過濾器用過濾材料 而製得的化學過濾器，其特徵在於，該化學過濾器用過濾材料是由含羥 基的有機纖維構成的織布或無紡布，且該織布或無紡布加工成褶疊狀； 該含羥基的有機纖維中通過輻射接枝聚合引入有陽離子交換基團；該陽 離子交換基團為羧基和強酸性陽離子交換基團，該化學過濾器用過濾材 料的該羧基的離子交換容量為100meq/n^以上，且該化學過濾器用過濾 材料的強酸性陽離子交換基團的離子交換容量為300-1000 meq/m2;該化 學過濾器用過濾材料的拉伸強度為5-20 N/15 mm。
本發明的化學過濾器(2)，通過加工該化學過濾器用過濾材料而製得。
本發明的化學過濾器(2)的該化學過濾器用過濾材料，是由該含羥 基的有機纖維構成的織布或無紡布。即，該織布或無紡布是由該含羥基 的有機纖維構成。該化學過濾器用過濾材料被加工成褶疊狀。本發明的化學過濾器(2)中的該含羥基的有機纖維與本發明的化學 過濾器(1)中的該含羥基的有機纖維相同。
本發明的化學過濾器(2)中的該織布或無紡布與本發明的化學過濾 器(1)中的該織布或無紡布相同。
本發明的化學過濾器(2)中，構成該化學過濾器用過濾材料的該含
羥基的有機纖維中通過輻射接枝聚合引入有陽離子交換基團。本發明的
化學過濾器(2)中的該陽離子交換基團為羧基(-COOH)和強酸性陽離 子交換基團。g卩，本發明的化學過濾器中引入羧基和該強酸性陽離子交 換基團兩者。
本發明中，作為強酸性陽離子交換基團，可以是磺酸基團(-S03H)。
本發明的化學過濾器(2)的該輻射接枝聚合(下面，也記載為輻 射接枝聚合(2))，作為聚合單體除使用如下所示的聚合單體(2)以 外，與該輻射接枝聚合(1)相同。
在該輻射接枝聚合(2)中使用的該聚合單體(2)，是如丙烯酸和 甲基丙烯酸的具有羧基(-COOH)的聚合單體(2c)與具有強酸性陽離 子交換基團的聚合單體(2d)的混合物。作為該聚合單體(2d)的實例， 可以是苯乙烯磺酸鈉、2-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸、2-丙烯醯胺-2-甲基丙 磺酸鈉和烯丙基磺酸鈉等。該聚合單體(2)，在具有該陽離子交換基團 的鹽的基團的情況下，在輻射接枝聚合後的工序中，通過酸處理能夠將 該陽離子交換基團的鹽的基團轉化為該陽離子交換基團(質子型)。
在該輻射接枝聚合(2)中，照射的放射線是紫外線、電子束、X射 線、cc射線、P射線或Y射線。其中，優選Y射線。在該輻射接枝聚合中， 該放射線的照射強度可根據接枝聚合的聚合度進行適當地選擇，在使用Y 射線時，優選為10-400 kGy。
在該輻射接枝聚合(2)中，作為該聚合單體溶液的溶劑，可以是如 水和醇等的親水性溶劑。該聚合單體溶液中，該聚合單體(2)的濃度， 可適宜地進行選擇，優選為40-70質量％。
在本發明的化學過濾器(2)中，該化學過濾器用過濾材料的羧基的 離子交換容量為100meq/n^以上，更優選為400-卯0 meq/m2，且該化學 過濾器用過濾材料的該強酸性陽離子交換基團的離子交換容量為
ii300-1000 meq/m2，更優選為500-800 meq/m2。通過使該化學過濾器用過 濾材料中的羧基和該強酸性陽離子交換基團的離子交換容量在上述範圍 內，能夠抑制PGMEA的水解並且能夠延長化學過濾器的壽命。
本發明的化學過濾器(2)中，該化學過濾器用過濾材料的拉伸強度 為5-20N/15mm，優選為10-15 N/15 mm。。
本發明的化學過濾器(2)中，該化學過濾器用過濾材料的單位面積 重量優選為50-200 g/m2，更優選為100-160g/m2。該化學過濾器用過濾材 料的厚度優選為0.3-1.5 mm，更優選為0.6-1.2 mm。
本發明中，該化學過濾器用過濾材料的總離子交換容量，通過利用 氫氧化鈉水溶液的中和滴定進行測量；該化學過濾器用過濾材料的該強 酸性陽離子交換基團的離子交換容量，通過利用氯化鈉溶液使鈉離子取 代強酸性陽離子交換基團，利用氫氧化鈉水溶液對取代所得鹽酸進行中 和滴定而進行測量；該化學過濾器用過濾材料的羧基的離子交換容量， 通過從總離子交換容量中減去強酸性陽離子交換基團的離子交換容量計 算出。
本發明的化學過濾器(1)和化學過濾器(2)，可合適地作為安裝 在半導體、液晶和精密電子部件製造工場中的潔淨室的化學過濾器或安 裝在用於此潔淨室中的裝置中的化學過濾器使用。
本發明的第一實施方式的化學過濾器的製造方法(下面，也記載為 本發明的化學過濾器的製造方法(1))是一種化學過濾器的製造方法， 其特徵在於，其包括以下步驟首先，加工含羥基的有機纖維以製得織 布或無紡布；然後，通過輻射接枝聚合向製得的該織布或無紡布中的該 含羥基的有機纖維引入離子交換基團以製得化學過濾器用過濾材料；然 後，加工該化學過濾器用過濾材料以製得化學過濾器。
本發明的化學過濾器的製造方法(1)中，首先，加工該含羥基的有 機纖維以製得織布或無紡布。
本發明的化學過濾器的製造方法(1)的該含羥基的有機纖維與本發 明的化學過濾器(1)的該含羥基的有機纖維相同。
本發明的化學過濾器的製造方法(1)中，作為加工該含羥基的有機 纖維以製備無紡布的方法，沒有特別限制，可以使用乾式法或溼式法。例如，可以使用樹脂粘合方法、水刺法和溼式抄造法等的方法。在該無 紡布中，優選通過水刺方法製得的無紡布，這是由於，該無紡布的該含 羥基的有機纖維的分布均勻，離子交換基團得以均一地引入，從而化學 過濾器的壽命變長。在該無紡布中，優選使用人造纖維製得的水剌無紡 布，這是由於，引入的離子交換基團的量多且該含羥基的有機纖維的分 布均勻，因此，離子交換基團得以大量且均一地引入，從而化學過濾器 的壽命變長。
該水剌法是通過高壓水流使纖維交絡(entangled)而製備水刺無紡 布的方法，其是對於網狀物從噴頭等噴射高壓水用水流使纖維交絡的方 法。該水剌法中，可適宜地選擇水壓和處理次數等。
通過上述方式製得的該織布或無紡布，即，引入該離子交換基團前 的該織布或無紡布的吸水率優選為50-300質量％，更優選為150-250質 量％。通過使引入該離子交換基團前的該織布或無紡布的吸水率在上述 範圍內，能夠使離子交換基團的引入的量變多，使化學過濾器的去除離 子性氣體汙染物的性能提高並且壽命變長。
另外，本發明中，該織布或無紡布的吸水率可通過下述操作順序測 定。首先，將作為測定對象的織布或無紡布浸入水中，使其與水面大致 平行地放置，從而使織布或無紡布吸水。然後，使吸水後的織布或無紡 布繼續與水面保持大致平行的狀態從水中取出，將織布或無紡布保持在 水面上方的位置上，直至沒有水滴出。然後，將吸水前的織布或無紡布 的質量作為A (g)、沒有水滴出的織布或無紡布的質量作為B (g)， 通過下式(1)計算出該織布或無紡布的吸水率。
織布或無紡布的吸水率(％) ={ (B-A) /A}xl00 (1)
在本發明的化學過濾器的製造方法(1)中，接下來，通過輻射接枝 聚合將離子交換基團引入到所製得的該織布或無紡布中的該含羥基的有 機纖維中。
引入到該織布或無紡布的該含羥基的有機纖維中的該離子交換基團 可以是陽離子交換基團或陰離子交換基團。作為該陽離子交換基團，可 以是磺酸基、羧基、磷酸基、膦酸基、磺乙基(sulfoethyl)、膦醯甲基 (phosphomethyl)和羧甲基(carbomethyl)基等。這些基團可以單獨使用或兩種或多種組合使用。這些陽離子交換基團中，由於鹼性氣體吸附 速率快，優選磺酸基。作為該陰離子交換基團，可以是季銨基、伯氨基、 仲氨基、叔氨基和甲氨基等。這些基團可以單獨使用或兩種或多種組合 使用。這些陰離子交換基團中，由於酸性氣體吸附速率快，優選季銨基。 作為本發明的化學過濾器的製造方法(1 )中的輻射接枝聚合(下面， 也記載為輻射接枝聚合(3))，例如，可以是，首先對被聚合物照射 放射線，接下來，用聚合單體溶液浸漬或塗布經放射線照射的該被聚合 物，使聚合單體在該被聚合物上接枝聚合的輻射接枝聚合(3a);首先 用聚合單體溶液浸漬或塗布被聚合物，得到用聚合單體溶液浸漬或塗布
的被聚合物，然後，對該被聚合物照射放射線，使該聚合單體在該被聚
合物上接枝聚合的輻射接枝聚合(3b)。在該輻射接枝聚合(3a)和輻 射接枝聚合(3b)中，在進行照射放射線前，用諸如氮氣等惰性氣體置 換大氣，使在惰性氣氛中進行輻射接枝聚合。作為該輻射接枝聚合，優 選該輻射接枝聚合(3b)，這是由於，該方法能夠降低對該含羥基的有 機纖維造成的傷害，因此，能夠提高化學過濾器用過濾材料的強度，並 且由於可以僅僅在用聚合單體溶液浸漬或塗布使其聚合的工序中使用惰 性氣氛(諸如氮氣)，因此能夠降低氧氣短缺故障的發生和使用氮氣導 致成本的增加等由於使用氮氣引起的缺點。
該輻射接枝聚合(3)的該聚合單體(下面，也記載為聚合單體(3)) 是具有陽離子交換基團的聚合單體；具有陽離子交換基團的鹽的基團的 聚合單體；具有陰離子交換基團的聚合單體；具有陰離子交換基團的鹽
的基團的聚合單體；或具有取代基的聚合單體，其中取代基的官能團可 通過合適的方法轉化為離子交換基團。
當引入到該織布或無紡布中的離子交換基團為陽離子交換基團時， 作為該聚合單體(3)的實例可以是苯乙烯磺酸鈉、2-丙烯醯胺-2-甲基丙 磺酸、2-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸鈉、丙烯酸、甲基丙烯酸和烯丙基磺酸 鈉等。另外，在該聚合單體(3)具有該陽離子交換基團的鹽的基團的情 況下，在輻射接枝聚合後的工序中，通過酸處理能夠將該陽離子交換基 團的鹽的基團轉化為該陽離子交換基團(質子型)。
該織布或無紡布中引入的該離子交換基團是羧基和強酸性陽離子交換基團兩者時，該聚合單體(3)，是如丙烯酸和甲基丙烯酸的具有羧基
(-COOH)的聚合單體(3c)與具有該強酸性陽離子交換基團的聚合單 體(3d)的混合物。作為該聚合單體(3c)的實例，可以是丙烯酸和甲 基丙烯酸等，作為該聚合單體(3d)的實例，可以是苯乙烯磺酸鈉、2-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸、2-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸鈉等。通過選擇該聚 合單體(3c)和該聚合單體(3d)的摩爾比，可以調節該化學過濾器用 過濾材料中的羧酸和該強酸性陽離子交換基團的離子交換容量的比例。
該織布或無紡布中引入的該離子交換基團是陰離子交換基團時，該 聚合單體(3)的實例，可以是乙烯基苄基三甲基銨鹽、二乙基氨基乙基 甲基丙烯酸鹽、二甲基氨基乙基丙烯酸鹽和二甲基氨基乙基甲基丙烯酸 鹽等。這些聚合單體可以單獨使用或兩種或多種組合使用。在該聚合單 體具有該陰離子交換基團的鹽的基團的情況下，在輻射接枝聚合後的工 序中，通過鹼處理能夠將該陰離子交換基團的鹽的基團轉化為該陰離子 交換基團(羧基型)。
在該輻射接枝聚合(3)中，照射的放射線是紫外線、電子束、X射 線、a射線、p射線或Y射線。其中，優選Y射線。在該輻射接枝聚合中， 該放射線的照射強度可根據接枝聚合的聚合度進行適當地選擇，在使用Y 射線時，優選為10-400 kGy。
在該輻射接枝聚合(3)中，作為該聚合單體溶液的溶劑，可以是如 水和醇等的親水性溶劑。該聚合單體溶液中，該聚合單體(3)的濃度， 可適宜地進行選擇，優選為40-70質量％。
該輻射接枝聚合(3)是該輻射接枝聚合(3b)時，S卩，使用首先用 聚合單體溶液浸漬或塗布該織布或無紡布，得到用聚合單體溶液浸漬或
塗布的該織布或無紡布，然後，對該織布或無紡布照射放射線，使該聚 合單體在該織布或無紡布上接枝聚合的輻射接枝聚合的情形時，該織布 或無紡布中該聚合單體溶液的浸漬率優選為50-300質量％，更優選為 150-250質量％。通過使該織布或無紡布中聚合單體溶液的浸漬率在上述 範圍內，能夠使引入的離子交換基團的量變大，使化學過濾器的去除離 子性氣體汙染物的能力變高且壽命變長。在本發明的化學過濾器的製造 方法(1)中，由於浸漬或塗布該聚合單體的織布或無紡布是由該含羥基的有機纖維構成，能夠使該聚合單體溶液的浸漬率變高。因此，能夠使 化學過濾器用過濾材料的離子交換容量變多。本發明中，該聚合單體溶 液對該織布或無紡布的浸漬率，可將浸漬或塗布該聚合單體溶液前的織 布或無紡布的質量作為C (g)、將浸漬或塗布該聚合單體溶液後的織布 或無紡布的質量作為D (g)，通過下式(2)測定。
聚合單體溶液對織布或無紡布的浸漬率。/。)^((D-C)/C)X100 (2) 當該織布或無紡布浸漬或塗布了能夠吸收的量以上的該聚合單體溶 液時，大致水平放置該浸漬或塗布該聚合單體溶液後的該織布或無紡布， 從該織布或無紡布滴下液滴，此時，將沒有液滴滴出時的織布或無紡布 的質量作為浸漬或塗布該聚合單體溶液後的織布或無紡布的質量D(g)。
然後，通過輻射接枝聚合將該離子交換基團引入到該織布或無紡布 中的該含羥基的有機纖維中，製得引入了離子交換基團的該化學過濾器 用過濾材料。
在本發明的化學過濾器的製造方法(1)中，接下來，加工該化學過 濾器用過濾材料製得化學過濾器。
在本發明的化學過濾器的製造方法(1)中，對加工該化學過濾器用 過濾材料的方法和該加工後的化學過濾器的形狀沒有特別限制，可以適 當地對其進行選擇。例如，可以是通過褶疊加工(pleat fabrication)製得 褶疊狀化學過濾器的方法、通過皺摺加工(corrugate fabrication)製得蜂 巢型過濾器的方法。
作為加工該化學過濾器用過濾材料的方法的一個實例，以下說明褶 疊加工該化學過濾器用過濾材料的方法。圖1是表示本發明的化學過濾 器的製造方法(1)中通過褶疊加工而製得的化學過濾器的一個實例的示 意性立體圖。圖1示出的化學過濾器1中，三塊化學過濾器用過濾材料2 疊合，在峰部4褶疊而進行褶疊加工。此時，在該化學過濾器用過濾材 料2的皺摺之間設有間隔體3，以防止該化學過濾器用過濾材料2的褶疊 部分之間彼此接觸。該化學過濾器1中，使被處理空氣在垂直於該化學 過濾器用過濾材料2的該峰部4的方向(如符號5a、 5b的箭頭示出的方 向)上通過。在圖1中，疊合該化學過濾器用過濾材料2的塊數為三塊， 但沒有特別限制，通常使用為l-4塊，優選為2-3塊。本發明的第二實施方式的化學過濾器的製造方法(下面，也記載為 本發明的化學過濾器的製造方法(2))，包括以下步驟通過輻射接枝 聚合向含羥基的有機纖維引入離子交換基團；然後，將製得的有機纖維 加工成織布或無紡布以製得化學過濾器用過濾材料；然後，加工引入該 離子交換基團的化學過濾器用過濾材料以製得化學過濾器。
本發明的化學過濾器的製造方法(2)與本發明的化學過濾器的製造 方法(1)的不同在於是首先向該含羥基的有機纖維引入該離子交換基 團，然後，加工成織布或無紡布，還是，首先將該含羥基的有機纖維加 工成織布或無紡布，然後，引入該離子交換基團。
本發明的化學過濾器的製造方法(2)中，首先通過輻射接枝聚合向 該含羥基的有機纖維引入該離子交換基團。
本發明的化學過濾器的製造方法(2)中的該含羥基的有機纖維與本 發明的化學過濾器的製造方法(1)中的該含羥基的有機纖維相同。
本發明的化學過濾器的製造方法(2)中的該離子交換基團與本發明
的化學過濾器的製造方法(1)中的該離子交換基團相同。
本發明的化學過濾器的製造方法(2)中的該輻射接枝聚合與本發明
的化學過濾器的製造方法(1)中的該輻射接枝聚合的不同之處是本發
明的化學過濾器的製造方法(2)中，被聚合物是加工成織布或無紡布前
的該含羥基的有機纖維，而在本發明的化學過濾器的製造方法(1)中， 被聚合物是使用該含羥基的有機纖維形成的織布或無紡布。除上述不同 之外，全部相同。
接下來，通過輻射接枝聚合將該離子交換基團引入到該含羥基的有 機纖維中以製得引入了該離子交換基團的含羥基的有機纖維。
本發明的化學過濾器的製造方法(2)中，接下來，將製得的該引入
了離子交換基團的含羥基的有機纖維加工成織布或無紡布。
本發明的化學過濾器的製造方法(2)中通過加工該引入了離子交換
基團的含羥基的有機纖維製備織布和無紡布的方法與本發明的化學過濾 器的製造方法(1)中加工該含羥基的有機纖維製備織布和無紡布的方法
不同之處是本發明的化學過濾器的製造方法(2)中，待加工的纖維是
該引入了離子交換基團的含羥基的有機纖維，而在本發明的化學過濾器的製造方法(1)中，待加工的纖維是該含羥基的有機纖維。除上述不同之外，全部相同。
接下來，通過將該引入了離子交換基團的含羥基的有機纖維加工成織布或無紡布從而製得引入了離子交換基團的該化學過濾器用過濾材料。
本發明的化學過濾器的製造方法(2)中的該化學過濾器用過濾材料與本發明的化學過濾器的製造方法(1)中的該化學過濾器用過濾材料。
本發明的化學過濾器的製造方法(2)中，接下來，加工該化學過濾器用過濾材料製得化學過濾器。該加工該化學過濾器用過濾材料製得化學過濾器的方法與本發明的化學過濾器的製造方法(1)相同。
由本發明的化學過濾器的製造方法(1)和(2)製得的化學過濾器可適合作為安裝在半導體、液晶或精密電子部件製造工場中的潔淨室中的化學過濾器，或安裝在用於此潔淨室中的裝置中的化學過濾器。
本發明的化學過濾器的製造方法(1)和(2)，可適用於製造本發明的化學過濾器(1)和(2)。例如，可通過適當地調節聚合單體的種類或組合、被聚合物的聚合單體溶液的浸漬量來調節離子交換基團的引入量而製得本發明的化學過濾器(1);可通過適當地組合作為聚合單體的聚合單體(3c)和聚合單體(3d)，調節其摩爾比，並且調節被聚合物的聚合單體溶液的浸漬量來調節羧基和強酸性離子交換基團的引入量而製得本發明的化學過濾器(2)。
本發明的化學過濾器(1)和(2)以及由本發明的化學過濾器的製造方法(1)和(2)製得的化學過濾器均為過濾材料的強度高和壽命長的化學過濾器。
本發明的化學過濾器(2)中，化學過濾器用過濾材料的形狀是褶疊狀，因此，能夠使化學過濾器與被處理空氣的接觸面積增大。因此，與鹼性氣體的反應速度比強酸性陽離子交換基團的反應速度低的羧基可作為去除被處理空氣中的鹼性氣體的陽離子交換基團使用。
在本發明的化學過濾器(2)中，通過提高羧基的離子交換容量而不過度提高強酸性陽離子交換基團的離子交換容量可延長化學過濾器的壽命。因此，本發明的化學過濾器(2)通過控制羧基的離子交換容量和強酸性陽離子交換基團的離子交換容量在特定範圍，能夠延長化學過濾器的壽命，並且，由於能夠減少具有水解PGMEA的催化活性的強酸性陽
離子交換基團的離子交換容量，能夠抑制PGMEA的水解。
下面，將通過實施例更詳細地說明本發明，但實施例僅用於例示本發明，本發明並不限於此。
實施例實施例1
(製備化學過濾器用過濾材料)
通過水刺法製備單位面積重量為160 g/m2、厚度為1.1 mm、纖維直徑約20(im的人造纖維(rayon fiber)制水刺無紡布。接下來，向製得的人造纖維制水刺無紡布以320 g/i^的比例塗布含有50質量％的2-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸和10質量％的丙烯酸的聚合單體水溶液。該人造纖維制水刺無紡布的該聚合單體溶液的浸漬率為200%。
接下來，在氮氣環境下，用Y射線照射塗布有聚合單體水溶液的無紡布。照射強度為100kGy。該化學過濾器用過濾材料的離子交換容量為1095 meq/m2，化學過濾器用過濾材料的羧基的離子交換容量為400meq/m2，化學過濾器用過濾材料的強酸性離子交換基團的離子交換容量為695 meq/m2。測量該化學過濾器用過濾材料的拉伸強度，其結果為13N/15 mm。化學過濾器用過濾材料的拉伸強度是根據JIS P8113:1998測量的。
(製備化學過濾器)將上述製得的化學過濾器用過濾材料，按照下述規格進行褶疊加工，製得化學過濾器。
化學過濾器的尺寸厚度150mmX寬度130mmX高度130 mm (厚度圖1中符號6;寬度圖1中符號7;高度圖1中符號8)褶疊間距85峰/m(化學過濾器的壽命試驗)在下述試驗條件下，使用氨氣作為除去對象的氣體，對上述製得的化學過濾器進行壽命測試。除去率下降到90%時所經歷的時間為化學過
濾器的壽命。其結果是化學過濾器的壽命為350小時。
導致潔淨室等中出現問題的氨氣濃度是幾體積ppb數量級。但作為加速試驗，使用的氨氣濃度為2000體積ppb。
對象氣體氨氣，2000體積ppb通氣風量0.5 m/sec
比較例1
(製備化學過濾器用過濾材料)
通過熱接合法製備芯部為聚對苯二甲酸乙二酯、鞘部為聚乙烯的芯鞘結構的單位面積重量為160 g/m2、厚度為1.1 mm、纖維直徑為20的纖維制熱接合無紡布(thermal bond nonwoven fabric)。接下來，向製得的熱接合無紡布以320 g/n^的比例塗布含有50質量％的2-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸和10質量％的丙烯酸的聚合單體水溶液，但是聚合單體水溶液難以塗布，產生液滴，只能塗布220 g/m2。此時，該熱接合無紡布的該聚合單體溶液的浸漬率為138%。
接下來，在氮氣環境下，用Y射線照射塗布有聚合單體水溶液的無紡布。照射強度為100kGy。該化學過濾器用過濾材料的離子交換容量為753 meq/m2，化學過濾器用過濾材料的羧基的離子交換容量為275meq/m2，化學過濾器用過濾材料的強酸性離子交換基團的離子交換容量為478 meq/m2。
另外，測定該化學過濾器用過濾材料的拉伸強度，其結果為9 N/15
mm0
(製備化學過濾器)除使用上述製得的化學過濾器用過濾材料以外，以與實施例1相同的方法進行製備化學過濾器。(化學過濾器的壽命試驗)除使用上述製得的化學過濾器用過濾材料以外，以與實施例1相同的方法進行。其結果暈，化學過濾器的壽命為241小時。
實施例2(製備化學過濾器用過濾材料)
通過水刺法製備單位面積重量為160 g/m2、厚度為1.1 mm、纖維直徑約20pm的人造纖維(rayon fiber)制水剌無紡布。接下來，向製得的人造纖維制水刺無紡布以320 g/m2的比例塗布含有40質量°/。的2-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸和20質量％的丙烯酸的聚合單體水溶液。該人造纖維制水剌無紡布的該聚合單體溶液的浸漬率為200%。
接下來，在氮氣環境下，用Y射線照射塗布有聚合單體水溶液的無紡布。照射強度為100kGy。該化學過濾器用過濾材料的離子交換容量為1356 meq/m2，化學過濾器用過濾材料的羧基的離子交換容量為800m叫/m2，化學過濾器用過濾材料的強酸性離子交換基團的離子交換容量為556 meq/m2。測量該化學過濾器用過濾材料的拉伸強度，其結果為13N/15mm。
(製備化學過濾器)除使用上述製得的化學過濾器用過濾材料以外，以與實施例1相同的方法進行製備化學過濾器。
(化學過濾器的壽命試驗)除使用上述製得的化學過濾器用過濾材料以外，以與實施例1相同的方法進行。其結果是，化學過濾器的壽命為280小時。
(流通含PGMEA的氣體生成的醋酸的量)使PGMEA濃度為2000嗎/m3的氣體以0.5 m/sec的速度流過化學過濾器。在過濾器出口處沒有檢測到生成醋酸。實施例3
通過水刺法製備單位面積重量為160 g/m2、厚度為1.1 mm、纖維直 徑約20pm的人造纖維(rayon fiber)制水刺無紡布。接下來，向製得的 人造纖維制水刺無紡布以400 g/m2的比例塗布含有70質量％的2-丙烯醯 胺-2-甲基丙磺酸的聚合單體水溶液。該人造纖維制水刺無紡布的該聚合 單體溶液的浸漬率為250%。
接下來，在氮氣環境下，用Y射線照射塗布有聚合單體水溶液的無 紡布。照射強度為100kGy。該化學過濾器用過濾材料的強酸性離子交換 基團的離子交換容量為1218meq/m2。測量該化學過濾器用過濾材料的拉 伸強度，其結果為13N/15mm。
(製備化學過濾器) 除使用上述製得的化學過濾器用過濾材料以外，以與實施例1相同 的方法進行製備化學過濾器。
(化學過濾器的壽命試驗) 除使用上述製得的化學過濾器用過濾材料以外，以與實施例1相同 的方法進行。其結果是，化學過濾器的壽命為612小時。
(流通含PGMEA的氣體生成的醋酸的量) 使PGMEA濃度為2000 ng/m3的氣體以0.5 m/sec的速度流過化學過 濾器時，能夠確認在過濾器出口處生成醋酸且醋酸濃度為150昭/m3。
工業實用性
根據本發明，能夠製造過濾材料的強度高、去除離子性氣體汙染物 的能力高的壽命長的化學過濾器。 '
權利要求
1.一種化學過濾器，加工化學過濾器用過濾材料而製得，其特徵在於，該化學過濾器用過濾材料是由含羥基的有機纖維構成的織布或無紡布；該含羥基的有機纖維中通過輻射接枝聚合引入有陽離子交換基團；該化學過濾器用過濾材料的陽離子交換基團的離子交換容量為400meq/m2以上；該化學過濾器用過濾材料的拉伸強度為5-20N/15mm。
2. —種化學過濾器，加工化學過濾器用過濾材料而製得，其特徵在於，該化學過濾器用過濾材料是由含羥基的有機纖維構成的織布或無紡布，且該織布或無紡布加工成褶疊狀；該含羥基的有機纖維中通過輻射接枝聚合引入有陽離子交換基團； 該陽離子交換基團為羧基和強酸性陽離子交換基團，該化學過濾器用過濾材料的該羧基的離子交換容量為100meq/n^以上，且該化學過濾器用過濾材料的該強酸性陽離子交換基團的離子交換容量為300-1000mcq/m2 j該化學過濾器用過濾材料的拉伸強度為5-20 N/15 mm。
3. 根據權利要求2所述的化學過濾器，其特徵在於，所述強酸性陽 離子交換基團為磺酸基。
4. 根據權利要求1~3中任一項所述的化學過濾器，其特徵在於，所 述有機纖維為人造纖維、漿纖維、棉纖維和棉絨纖維中的一種或兩種以 上。
5. —種化學過濾器的製造方法，其特徵在於，包括以下步驟 加工含羥基的有機纖維以製得織布或無紡布；然後，通過輻射接枝聚合向製得的該織布或無紡布中的該含羥基的 有機纖維引入離子交換基團以製得化學過濾器用過濾材料； 然後，加工該化學過濾器用過濾材料以製得化學過濾器。
6. —種化學過濾器的製造方法，其特徵在於，包括以下步驟 通過輻射接枝聚合向含羥基的有機纖維引入離子交換基團；然後，將製得的有機纖維加工成織布或無紡布以製得化學過濾器用過濾材料；然後，加工該化學過濾器用過濾材料以製得化學過濾器。
7. 根據權利要求5或6所述的化學過濾器的製造方法，其特徵在於， 所述有機纖維為人造纖維、漿纖維、棉纖維和棉絨纖維中的一種或兩種 以上。
8. 根據權利要求7所述的化學過濾器的製造方法，其特徵在於，所 述輻射接枝聚合中，聚合單體溶液對引入離子交換基團前的織布或無紡 布的浸漬率為50-300質量％。
全文摘要
本發明要解決的課題是提供一種過濾材料的強度高且長時間維持去除離子性氣體汙染物的能力的化學過濾器。本發明的解決方案是一種化學過濾器，其是加工化學過濾器用過濾材料製得的化學過濾器，該化學過濾器用過濾材料是由含羥基的有機纖維構成的織布或無紡布，該含羥基的有機纖維中通過輻射接枝聚合引入有陽離子交換基團，該化學過濾器用過濾材料的陽離子交換基團的離子交換容量為400meq/m2以上，該化學過濾器用過濾材料的拉伸強度為5-20N/15mm。
文檔編號B01D53/04GK101670303SQ20091017052
公開日2010年3月17日 申請日期2009年9月8日 優先權日2008年9月9日
發明者下之園孝, 下津太年, 中野壽朗, 今井章博, 棚橋隆司, 石渡史朗 申請人:霓佳斯株式會社