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技術 逆洗可能なデプスフィルター

出願人 JNC株式会社JNCフィルター株式会社
発明者 尾座本孝一中村健登二瀬勇小島巧実
出願日 2017年7月26日 (2年0ヶ月経過) 出願番号 2018-530364
公開日 2019年5月23日 (3ヶ月経過) 公開番号 WO2018-021426
状態 未査定
技術分野 濾過材 濾過体静止型の加圧または吸引濾過機 不織物
主要キーワード 後抜き 熱風法 平均配向角度 半固化状態 試験粉体 多孔筒 下流側表面 フィルター形状
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課題・解決手段

本発明は、逆洗可能なデプスフィルターを提供することを課題とする。熱可塑性樹脂の繊維からなる、濾材肉厚が5〜25mmの中空円筒状デプスフィルターであって、該濾材は0.5MPaの荷重掛けた場合の圧縮比が0.2以下であり、該濾材は流体流入側から流出側に向かって、少なくとも3層の繊維層を有しており、流体流入側の第1層の空隙率が0.70〜0.85の範囲であり、流体流入側の第2層の空隙率が0.60〜0.80の範囲であり、流体流入側の第3層の空隙率が0.70〜0.85の範囲であり、第1層の空隙率>第2層の空隙率の関係であり、第3層の空隙率>第2層の空隙率の関係であり、該濾材を構成する繊維の交点が結合しており、該繊維交点平均間隔は繊維の長さ方向に対して平均繊維径の2〜100倍であり、該濾材の上流側表面の平均繊維径と、下流側表面の平均繊維径との比率が0.9〜1.2倍である、デプスフィルターである。

概要

背景

水処理装置には、一般にフィルターハウジングが取り付けられ、その中に装着されたカートリッジフィルターにおいて、水中の微生物異物捕集する。このカートリッジフィルターを逆洗することによって、複数回の異物捕集が可能になる。

従来、逆洗可能なカートリッジフィルターは金属製に限定されていた。樹脂製等では脆弱と考えられていたためであり、頑健な金属製を用いることが一般的であった。例えば、特許文献1には、海水処理装置のための濾過材として、内層外層とからなる筒状の金属メッシュフィルタであって、目開きが、内層が30〜100μm、外層が300〜3000μmであるものが開示されている。特許文献1に開示された濾過材は、内層フィルター及び外層フィルターがニッケル基合金耐海水性ステンレス等の金属からなり、内層と外層とは焼結によって一体化されていてもよいことが開示されている。
しかしながら、金属製フィルターコストが高額になり、また廃棄も困難で、さらには捕集性能と逆洗の容易さとの両立が難しいため、金属以外の安価な原料で製造され、かつ逆洗することが可能なフィルターが求められていた。

一方、樹脂製で筒状のフィルターとして、例えば特許文献2には、液体濾過に好適な筒状フィルターであって、少なくとも1層の不織布が、筒状フィルターの周方向に対して30度以下の平均配向角度を有するメルトブロー不織布であることを特徴とするものが開示されている。特許文献2の発明は、不織布からなるフィルターにおいて、繊維で構成された開孔部濾過対象粒子を捕集させる場合、開孔部の形状によって粒子の通過性が異なることに着目し、不織布を構成する繊維の配向方向を一定の範囲内とすることによって、通水抵抗が低く、濾過ライフが長いフィルターを提供するものである。しかしながら、このようなフィルターは一方向のみに通水することが想定されており、逆洗を行うと、特にフィルターの最外層逆圧がかかってフィルター形状が維持できないという問題があった。

概要

本発明は、逆洗可能なデプスフィルターを提供することを課題とする。熱可塑性樹脂の繊維からなる、濾材肉厚が5〜25mmの中空円筒状デプスフィルターであって、該濾材は0.5MPaの荷重掛けた場合の圧縮比が0.2以下であり、該濾材は流体流入側から流出側に向かって、少なくとも3層の繊維層を有しており、流体流入側の第1層の空隙率が0.70〜0.85の範囲であり、流体流入側の第2層の空隙率が0.60〜0.80の範囲であり、流体流入側の第3層の空隙率が0.70〜0.85の範囲であり、第1層の空隙率>第2層の空隙率の関係であり、第3層の空隙率>第2層の空隙率の関係であり、該濾材を構成する繊維の交点が結合しており、該繊維交点平均間隔は繊維の長さ方向に対して平均繊維径の2〜100倍であり、該濾材の上流側表面の平均繊維径と、下流側表面の平均繊維径との比率が0.9〜1.2倍である、デプスフィルターである。

目的

特許文献2の発明は、不織布からなるフィルターにおいて、繊維で構成された開孔部に濾過対象の粒子を捕集させる場合、開孔部の形状によって粒子の通過性が異なることに着目し、不織布を構成する繊維の配向方向を一定の範囲内とすることによって、通水抵抗が低く、濾過ライフが長いフィルターを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

熱可塑性樹脂の繊維からなる、濾材肉厚が5〜25mmの中空円筒デプスフィルターであって、該濾材は0.5MPaの荷重掛けた場合の圧縮比が0.2以下であり、該濾材は流体流入側から流出側に向かって、少なくとも3層の繊維層を有しており、流体流入側の第1層の空隙率が、0.70〜0.85の範囲であり、流体流入側の第2層の空隙率が、0.60〜0.80の範囲であり、流体流入側の第3層の空隙率が、0.70〜0.85の範囲であり、第1層の空隙率>第2層の空隙率の関係であり、第3層の空隙率>第2層の空隙率の関係であり、該濾材を構成する繊維の交点が結合しており、該交点の平均間隔は繊維の長さ方向に対して平均繊維径の2〜100倍であり、該濾材の上流側表面の平均繊維径と、下流側表面の平均繊維径との比率が0.9〜1.2倍である、デプスフィルター。

請求項2

逆洗時の変形度合いが0.05未満である、請求項1のデプスフィルター。

請求項3

濾過精度が5〜60μmである、請求項1又は2に記載のデプスフィルター。

請求項4

前記繊維が熱融着性繊維である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のデプスフィルター。

請求項5

前記熱融着性繊維が10℃以上の融点差を有する2種類の熱可塑性樹脂からなる複合繊維である請求項4に記載のデプスフィルター。

請求項6

前記熱融着性繊維が10℃以上の融点差を有する2種類の熱可塑性繊維混繊である請求項4に記載のデプスフィルター。

請求項7

円筒外層部が、その内側と比べて接着が強固である、請求項1に記載のデプスフィルター。

技術分野

0001

本発明は、生物異物等を含む大量の水を濾過するための水処理装置において、水に含まれる生物、特に最小サイズ50μm以上の生物を効率的に捕捉除去するための濾過材に関する。

背景技術

0002

水処理装置には、一般にフィルターハウジングが取り付けられ、その中に装着されたカートリッジフィルターにおいて、水中の微生物や異物を捕集する。このカートリッジフィルターを逆洗することによって、複数回の異物捕集が可能になる。

0003

従来、逆洗可能なカートリッジフィルターは金属製に限定されていた。樹脂製等では脆弱と考えられていたためであり、頑健な金属製を用いることが一般的であった。例えば、特許文献1には、海水処理装置のための濾過材として、内層外層とからなる筒状の金属メッシュフィルタであって、目開きが、内層が30〜100μm、外層が300〜3000μmであるものが開示されている。特許文献1に開示された濾過材は、内層フィルター及び外層フィルターがニッケル基合金耐海水性ステンレス等の金属からなり、内層と外層とは焼結によって一体化されていてもよいことが開示されている。
しかしながら、金属製フィルターコストが高額になり、また廃棄も困難で、さらには捕集性能と逆洗の容易さとの両立が難しいため、金属以外の安価な原料で製造され、かつ逆洗することが可能なフィルターが求められていた。

0004

一方、樹脂製で筒状のフィルターとして、例えば特許文献2には、液体濾過に好適な筒状フィルターであって、少なくとも1層の不織布が、筒状フィルターの周方向に対して30度以下の平均配向角度を有するメルトブロー不織布であることを特徴とするものが開示されている。特許文献2の発明は、不織布からなるフィルターにおいて、繊維で構成された開孔部濾過対象粒子を捕集させる場合、開孔部の形状によって粒子の通過性が異なることに着目し、不織布を構成する繊維の配向方向を一定の範囲内とすることによって、通水抵抗が低く、濾過ライフが長いフィルターを提供するものである。しかしながら、このようなフィルターは一方向のみに通水することが想定されており、逆洗を行うと、特にフィルターの最外層逆圧がかかってフィルター形状が維持できないという問題があった。

先行技術

0005

特開2014−4570号公報
WO01/52969号公報

発明が解決しようとする課題

0006

上記の実情に鑑み、本発明の課題は、水処理装置において使用される、逆洗が可能な樹脂製フィルターを提供することである。

課題を解決するための手段

0007

本発明者らは、上記課題を解決するために、熱可塑性樹脂の繊維からなるデプスフィルター濾材として採用することとして鋭意研究を重ねた。そして、デプスフィルターを少なくとも3層の構成とし、さらに3層の空隙率をそれぞれ特定の範囲に調整すること、また、特定の物性を有する構成とすることで課題を解決できることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成させた。

0008

本発明の構成は以下の通りである。
[1]熱可塑性樹脂の繊維からなり、濾材の肉厚が5〜25mmの中空円筒状デプスフィルターであって、
該濾材は0.5MPaの荷重掛けた場合の圧縮比が0.2以下であり、
該濾材は流体流入側から流出側に向かって、少なくとも3層の繊維層を有しており、
流体流入側の第1層の空隙率が、0.70〜0.85の範囲であり、
流体流入側の第2層の空隙率が、0.60〜0.80の範囲であり、
流体流入側の第3層の空隙率が、0.70〜0.85の範囲であり、
第1層の空隙率>第2層の空隙率の関係であり、
第3層の空隙率>第2層の空隙率の関係であり、
該濾材を構成する繊維の交点が結合しており、
該交点の平均間隔は繊維の長さ方向に対して平均繊維径の2〜100倍であり、
該濾材の上流側表面の平均繊維径と、下流側表面の平均繊維径との比率が0.9〜1.2倍である、デプスフィルター。
[2]逆洗時の変形度合いが0.05未満である、[1]のデプスフィルター。
[3]濾過精度が5〜60μmである、[1]又は[2]のデプスフィルター。
[4]前記繊維が熱融着性繊維である、[1]〜[3]のいずれかのデプスフィルター。
[5]前記熱融着性繊維が、10℃以上の融点差を有する2種類の熱可塑性樹脂からなる複合繊維である、[4]のデプスフィルター。
[6]前記熱融着性繊維が10℃以上の融点差を有する2種類の熱可塑性繊維混繊である、[4]に記載のデプスフィルター。
[7]円筒の外層部が、その内側と比べて接着が強固である、[1]のデプスフィルター。

発明の効果

0009

本発明のデプスフィルターは逆洗に耐える強度を有し、水処理装置において使用される際には、濾過により捕捉した異物を逆洗することで排出することができる。すなわち本発明のデプスフィルターは、逆洗し、再生することで、複数回の濾過が可能となる。また、本発明のデプスフィルターは樹脂製であって従来の金属製のフィルターよりもコスト面で有利である。

0010

<デプスフィルター>
本発明のデプスフィルターは、熱可塑性樹脂の繊維からなる、濾材の肉厚が5〜25mmの中空円筒状であって、該濾材は0.5MPaの荷重を掛けた場合の圧縮比が0.2以下であり、該濾材は流体流入側から流出側に向かって少なくとも3層の繊維層を有しており、流体流入側の第1層の空隙率が0.70〜0.85の範囲であり、流体流入側の第2層の空隙率が0.60〜0.80の範囲であり、流体流入側の第3層の空隙率が0.70〜0.85の範囲であり、第1層の空隙率>第2層の空隙率、かつ、第3層の空隙率>第2層の空隙率の関係であり、該濾材を構成する繊維の交点が結合しており、該交点の平均間隔は繊維の長さ方向に対して平均繊維径の2〜100倍であり、該濾材の上流側表面の平均繊維径と、下流側表面の平均繊維径との比率が0.9〜1.2倍である。
本発明のデプスフィルターは、少なくとも3層の繊維層を有し、該3層の繊維層の表層または内層に、本願発明の効果を奏することができる限りは、他の層を設けてもよい。

0011

本発明のデプスフィルターは、濾材の流体流入側から流出側に向かって第1層、第2層、第3層の少なくとも3層の繊維層を有しており、流体流入側の第1層の空隙率が0.70〜0.85の範囲であり、流体流入側の第2層の空隙率が0.60〜0.80の範囲であり、流体流入側の第3層の空隙率が0.70〜0.85の範囲であるという特徴を有する。ここで、空隙率とは、単位体積あたりのすきまの割合を百分率で表したものあり、測定及び算出方法の詳細は後述の実施例に示される。かかる構成にするためには、第1層よりも第2層の空隙率を低くし、第2層よりも第3層の空隙率を高くし、第3層と第1層の空隙率をほぼ等しくすればよい。第1層と第3層の空隙率は同じであっても異なっていてもよく、異なっている場合、互いの空隙率の差が0.15以内であることが好ましい。空隙率を制御するためには、各繊維層を構成させるときの加工条件を適宜調整すればよい。第1層に対して第2層の空隙率を低くすることにより、濾材に捕捉された異物等は主として第1層に溜り、濾材内部である第2層には溜まりにくくなるため、逆洗で粒子を洗い流しやすくなる。また、第3層の空隙率を第1層と合わせることで、海水を用いて逆洗を行う場合であっても第3層側から第2層が目詰まりするのを防ぐことができる。第1〜第3層に加えてさらに他の層を設ける場合、例えば、第1層のさらに外側(フィルターの最表層)にネット層を設けることができる。或いは、第1層と第2層との間、及び/又は、第2層と第3層との間に、空隙率の異なるさらなる濾過層を設けることもできる。

0012

デプスフィルターの濾材に用いる繊維は、熱可塑性樹脂から構成される。熱可塑性樹脂としては、本発明の構成を有するフィルターを構成できる限りにおいて特に制限されないが、例えば、ポリアミドポリエステル低融点共重合ポリエステルポリビニリデンクロライドポリビニルアセテートポリスチレンポリウレタンエラストマーポリエステルエラストマーポリプロピレンポリエチレン、共重合ポリプロピレン等を例示できる。熱可塑性樹脂は、単独で用いても、2種類以上の熱可塑性樹脂の混合物を用いてもよい。さらに、熱可塑性樹脂には、本発明の効果を妨げない範囲で各種機能剤を含んでいてもよく、具体的には、抗菌剤消臭剤親水化剤撥水化剤界面活性剤などが例示できる。

0013

繊維は、単一の樹脂成分で構成された単一成分繊維であってもよく、二成分以上の樹脂成分で構成された複合繊維であってもよい。また、単一成分繊維および複合繊維からなる群から選ばれた少なくとも2つの繊維が混合された混合繊維であってもよい。複合繊維及び混合繊維を構成する二成分以上の樹脂成分において、各成分の間の融点差は、少なくとも10℃以上であることが好ましい。融点差が10℃以上であると、フィルター濾材の製造において熱接合部を成形し、すなわち繊維の交点を結合(融着)させる時に、高融点成分軟化ないし溶融してフィルム化してしまう恐れが低く、フィルターがフィルム化して孔径が潰れてしまうことがなく、通水性の低下など濾過精度に大きい影響が出ることがなく、好ましい。繊維の断面形状は限定されず、円形、非円形などであってもよい。

0014

ここでいう繊維成分の融点は、一般的には示差走査熱量計DSC)での測定が可能で、DSC測定チャートにおいて吸熱ピークとして現れる温度をいう。非晶性の低融点共重合ポリエステル等の場合、融点が必ずしも明確に現れないため、一般的に言われている軟化点代用され、測定には示差熱分析(DTA)等を利用する。

0015

濾材を構成する繊維として混合繊維や複合繊維を採用する場合、混合繊維及び複合繊維を構成する各々の樹脂成分の組み合わせとしては、例えば、融点の異なる二種のポリプロピレン、ポリエチレンとポリプロピレン、低融点共重合ポリエステルとポリエステル、ポリエチレンとポリエステル等が例示できるが、これらに限定されるものではない。

0016

繊維同士の接着性及びフィルターの成形性という点から、混合繊維の場合、低融点成分の比率は30wt%以上、70wt%未満であることが好ましく、複合繊維の場合、低融点成分の比率は30wt%以上、70wt%未満であることが好ましい。複合繊維の形態は限定されず、同心芯、偏心鞘芯、並列構造などのいずれであってもよい。

0017

本発明のデプスフィルターは、濾材の肉厚が5〜25mmであることを特徴としている。濾材の肉厚が5mm以上であると第1層から第3層までを設ける効果を出しやすい点で良好であり、25mm以内であれば逆洗に使用する圧力を過度に上げる必要がない点で好ましい。より好ましくは、濾材の肉厚は7〜20mmであり、この範囲であれば粒子を十分に捕集可能かつ人間の手で交換がしやすい大きさとなる点でさらに好ましいものとなる。

0018

濾材中で、最も細い平均繊維径となる部分は、第2層に設けるのが望ましい。その最も細い平均繊維径の範囲は0.1〜100μmである。この値が0.1μm以上であれば、水中に含まれる生物以外の粒子による濾過寿命の低下を防ぐことができる。また、この値が100μm以下であれば、必要な濾過精度を達成するための空隙率を適度に高く設定できるため、濾過寿命の低下を防ぐことができる。この値が30〜70μmであれば、水に含まれる最小サイズ50μm以上の生物を除去する場合に、捕集効率通液性を両立させることができるため好ましい。また、最も細い平均繊維径の部分の肉厚は2mm以上存在することが望ましい。ここでいう「最も細い平均繊維径の部分」とは、平均繊維径が、最も細い平均繊維径の1〜1.2倍の範囲である部分を意味する。この肉厚が2mm以上存在することによって、捕集しようとしている生物を確実に捕集できる点で好ましい。

0019

また本発明のデプスフィルターは、濾材の上流側表面の平均繊維径と、下流側表面の平均繊維径との比率が0.9〜1.2倍であることを特徴とする。上流側表面の平均繊維径とは、濾材の液体流入側の表面を顕微鏡で観察して求められる平均繊維径をいい、下流側表面の平均繊維径とは、濾材の液体流出側の表面を顕微鏡で観察して求められる平均繊維径をいう。本発明のデプスフィルターは、典型的には、円筒の外側から液体が流入し、円筒の内側表面から流出する態様で濾過が行われるため、上流側表面とは中空円筒形状の外側表面であり、下流側表面は中空円筒形状の内壁側表面となる。平均繊維径の比率は、上流側表面の平均繊維径の値を下流側表面の平均繊維径の値で除算することで算出され、この値が0.9〜1.2であることが好ましい。言い換えれば、上流側表面の平均繊維径の値と、下流側表面の平均繊維径の値とは、近いことが望ましい。濾過対象が海水の場合、海水を使って逆洗を行なうことが多いが、平均繊維径の比率をこの範囲とすることによって、逆洗時に海水中の粒子で下流側の表面が閉塞してしまうことや、逆に濾材内部に海水中の大きな粒子が入り込んでしまうことを防ぐことができる点で好ましい。

0020

本発明のデプスフィルターはまた、濾材中で、濾材を構成する繊維の交点が結合しており、該交点の平均間隔は繊維の長さ方向に対して平均繊維径の2〜100倍であるという特徴を有する。繊維の交点の結合は、例えば、熱融着によって形成されうる。繊維交点の平均間隔は、フィルター濾材に構成される孔の強固さの程度を表す指標である。この値が100倍以下であれば、濾過圧力あるいは逆洗時の圧力による孔の変形が小さい。また、この値が2倍より大きいことで、十分な通液性と粒保持能力を持つフィルターになる。繊維交点の平均間隔は、後述の実施例に詳述する方法で算出される。

0021

さらに、本発明のデプスフィルターは、濾材に0.5MPaの荷重を掛けた場合の圧縮比が0.2以下であるという特徴を有する。濾材の圧縮比は、継続的な外からの荷重に対する濾材の変形しやすさを表す指標であり、0.5MPaの荷重を掛けた場合の圧縮比が0.2以下であれば、濾過圧および逆洗時の圧力での変形がほとんどないため好ましい。

0022

また本発明のデプスフィルターは、逆洗時の変形度合いが0.05未満であることが好ましい。逆洗時の変形度合いとは、通常使用時と逆向き(典型的には、フィルター内側から外側方向)にフィルターに通水する際にフィルターが変形する程度であり、具体的な測定方法は後述の実施例のとおりである。変形度合いが0.05未満であると、逆洗時に濾材が傷むことが無く、安定した濾過性能が維持されるという点で好ましい。0.05以上になると、濾材が傷むほかにも、フィルターが取り付け位置から一時的あるいは恒久的に外れてしまい、効率的な逆洗ができなくなり、あるいは、通常使用に戻した場合にも濾過性能に影響が出る場合がある。

0023

また本発明のデプスフィルターは、濾過精度が5〜60μmであることが好ましい。本出願でいう濾過精度とは、特定の粒径分布を有する粉体を濾過した際に捕集効率が90%となる粒径をいい、具体的な測定方法は後述の実施例に示される。本発明のフィルターは、水処理装置において好ましく用いられるところ、水処理装置に求められる濾過性能を考慮すると、濾過精度は5〜60μmが適切である。濾過精度は、濾材の厚み、空隙率、繊維交点の間隔等を制御することによって調整することができる。

0024

<デプスフィルターの製造方法>
本発明のデプスフィルターは例えば次のように製造することができる。
濾材を構成する繊維として、メルトブロー繊維を用いる場合、その種類や製造方法は、特に限定されず、公知のメルトブロー不織布の製造方法を使用することができる。例えば、メルトブロー不織布は、熱可塑性樹脂を溶融押出し、メルトブロー紡糸口金から紡出し、さらに高温高速気体によって繊維流としてブロー紡糸し、捕集装置で繊維をウェブとして捕集し、得られたウェブを熱処理して繊維同士を熱融着させる。メルトブロー紡糸で用いる高温高速の気体は、通常、空気、窒素ガス等の気体が使用される。気体の温度は200〜500℃、圧力は0.01〜0.65MPaの範囲が一般に用いられる。

0025

メルトブロー不織布は、単一構成繊維からなるメルトブロー不織布、複合繊維からなるメルトブロー不織布、混繊繊維からなるメルトブロー不織布等が利用でき、熱融着性複合繊維または混繊繊維からなるものが好ましい。またメルトブロー不織布は、その効果を妨げない範囲で機能付与のために二次加工を施されていてもよく、親水化や疎水化のコーティング処理、メルトブロー不織布を構成する繊維の表面に特定の官能基を導入する化学処理滅菌処理などが例示できる。

0026

熱融着性複合繊維または混繊繊維を使用する場合、メルトブロー法で製造した繊維のウェブを、低融点成分の繊維の融点より高い温度で加熱し、低融点成分を熱融着させることにより、中空円筒状のデプスフィルターを成形することができる。ウェブの成形は、コンベアー加熱機及び巻き取り機のある成形装置を用いて、紡糸後ウェブを連続して加熱しながら芯に巻き付けて熱接合成形をする方法、ウェブを芯に巻き取りその後ウェブを繰り出し、別の芯に巻き付けて熱接合成形する方法、ウェブを加熱溶融し、一旦、不織布として巻き取り、その後この不織布を再度加熱溶融状態で芯に巻き付けて熱接合成形する方法がある。なお、金属製の中芯等は成形後抜き取っている。

0027

このように、一旦、不織布とする方法は、ウェブのメルトブロー法の繊維を熱接合することで面状の不織布とし、その後この不織布を再度加熱し、溶融状態で芯に巻き付け、巻かれた不織布と巻かれた不織布を熱接合成形し、中空円筒状とする方法である。ウェブの加熱方法としては、熱エンボス法、熱カレンダー法、熱風法超音波接合法遠赤外加熱法等がある。

0028

3層の繊維層を有するデプスフィルターとするためには、メルトブロー法によって得られた繊維をウェブとして、これを熱圧着させながら円柱状の金属棒に巻き上げて、コアとなる第3層を形成する。続いて、巻き取り条件を変更し、第3層よりも高密度に巻き上げて第2層(濾過層)を形成する。最後に、巻き取り条件を第3層と同様に戻し、巻き上げて第1層(表皮層)を形成することができる。

0029

本願発明のフィルターは、不織布を熱圧着しながら円柱状の金属棒に巻き上げて作製する。この際、円筒形状のフィルターの外側表面、内側表面の接着を強固に、それ以外の箇所は比較的接着強度を低く巻きつけるのが好ましい。ここでいう「比較的接着強度を低く巻きつける」とは、熱圧着された濾材を再び強制的に剥離させようとしたとき、不織布自体の接着強度に比べて、層間の接着強度が低く、不織布が破れずに剥離できる程度の強度を意味する。逆に「接着を強固に」とは、熱圧着された濾材を再び強制的に剥離させようとしても、不織布自体の接着強度に比べて、層間の接着強度が同程度に強く、不織布が破れないように剥離するのが難しい程度の強度を意味する。前述したとおり、濾材の変形防止という意味では接着強度は高いほど良いが、接着強度が過剰だと通液性が阻害され、あるいは濾過寿命が短くなる場合がある。そのため、変形した場合の影響が大きな濾材表面の接着強度を強固にし、通液性を確保するために濾材内部の接着強度は比較的弱くするのが好ましい。この接着が強固な箇所は、外側表面から0.5〜3mm程度の厚さまで設けることが望ましい。この厚さが0.5mm以上であることで、濾材表面の変形を抑えるという目的を達することができる。また、この厚さを3mm以下とすることで、過剰な接着により濾材の通液性の阻害を抑えることができる。接着の強弱は、圧着時の荷重、加熱温度、加熱時間などによって制御することができ、例えば圧着時の荷重で調整する場合には、荷重が大きいほど接着は強く、荷重が小さいほど接着を弱くすることができる。

0030

不織布を構成する繊維として熱融着性繊維を使用する場合には、濾材の内側表面を強固に接着するため、前記の円柱状の金属棒は加熱しておくことが好ましい。この加熱温度は、繊維形状が過度に破壊されることがなく、かつ、十分な接着強度を与える条件にするのが好ましい。10℃以上の融点差を有する2種類の熱可塑性樹脂を使用する場合、設定する温度は2つの融点の中間に設定するのが望ましい。接着をさらに強固にするため、金属棒を抜き取った後に、熱風を通してさらに加熱してもよい。
また、熱融着性繊維を使用する場合には、濾材の外側表面を強固に接着するため、表面を加熱するのが望ましい。表面を加熱する方法としては、表面から熱風を当てたり、あるいは熱した型に短時間入れたり、あるいは熱した板の上で円筒を回転させたりすることができる。

0031

上記のように製造されるフィルター濾材は、適切な大きさに切断して中空円筒状のデプスフィルターとして好適に用いられる。デプスフィルターは、通常、内径25mm〜160mm、外径55mm〜200mmで、厚さ5mm〜25mm程度の中空円筒状に成形される。また、上記の製造方法は概要のみであり、上記の工程以外に必要に応じて、熱処理、冷却、薬剤処理成型洗浄等の公知の工程を実施することができる。

0032

また、上記において、メルトブロー法で繊維径が太い繊維を作ると、繊維同士が過度に絡み合う現象(一般に「ローピング」と呼ばれる)が発生し、得られた不織布は過度に空隙率の高いものとなることがある。メルトブロー法でローピングが発生するのは、使用する樹脂や製造条件にもよるが、概ね平均繊維径が20μm以上となる場合である。また、一般にメルトブロー不織布は、コンベアネットサクションドラムといった、通気性を有する多孔体の上に捕集するため、不織布表面も多孔体の凹凸模様転写されて、さらに厚くなることが多い。このような不織布を巻いてフィルターを作ると、最終的な空隙率も高くなり、フィルターの耐圧が低くなったり、あるいは逆洗時の変形が大きくなったりする場合がある。

0033

そこで、紡糸口金と熱可塑性繊維を捕集するサクションコンベアあるいはサクションドラムとの間に、平滑面を有する回転円筒体を設置し、紡糸された熱可塑性繊維の全繊維のうち一部が半固化状態のときに、回転円筒体の斜面部分に直接当てて接触させた後、下方のサクションコンベア上に熱可塑性繊維を移動捕集させることで、不織布の表面が平滑となり、同時に不織布の空隙率が低下する。これは、繊維が半固化状態で捕集されるため、不織布が自重で潰れて空隙率が抑えられると共に、不織布表面は回転円筒体の平滑な模様が転写されることで、さらに空隙率が低くなる。このような方法で、不織布の平滑化ないし空隙率の制御を行うことが可能である。

0034

下記の実施例は、例示を目的としたものに過ぎない。本発明の範囲は、本実施例に限定されない。
なお、本発明においての物性評価は以下に示す方法で行った。

0035

<空隙率>
フィルターから、各層を円筒状に切り出し、その外径(cm)、内径(cm)、長さ(cm)、重量(g)を測定した。それらの値から、その層の見かけ体積を次の式で算出した。
(外径×外径−内径×内径)÷4×3.14×長さ・・・(X)
次に、重量と樹脂の比重(g/cm3)から、濾材を構成する樹脂の体積を算出した。
重量÷比重・・・(Y)
これらの値を使い、次の式で空隙率を算出した。
(1−Y/X)×100%

0036

単一繊維の平均繊維径>
電子顕微鏡で繊維の直径を100本計測し、算術平均値を平均繊維径とした。この計算は、Scion Corporation社の画像処理ソフト「Scion Image」を使用して行った。

0037

<繊維交点の間隔>
フィルターから第2層を切り出し(比較例の1層構造のものはその層を切り出し)、濾材表面を電子顕微鏡で撮影し、繊維交点と繊維交点の間の繊維長を測定した。その繊維長を、その繊維交点と繊維交点の間の繊維の繊維径で除算した値を繊維交点の間隔とした。その値を100点について計測し、その算術平均値を繊維交点の平均間隔とした。

0038

<濾過精度>
循環式濾過性能試験機ハウジングに、フィルター1本を取り付け、50リットル水槽からポンプで、円筒の外側から内側に水が流れるよう通水循環する。流量を毎分30リットルに調節後、水槽の試験粉体として基礎物性用標準粉体であるJIS粉体7種を毎分0.2gで連続添加し、添加開始から5分後に原液濾液採取し、原液に含まれる粒子の個数(A)を、光遮断粒子検出器を用いて計測し、各粒径の粒子ごとにフィルターが捕集した粒子の個数(B)と比較して、式=(B/A×100%)により算出した値を捕集効率とした。その値を解析して、捕集効率が90%となる粒径を濾過精度とした。

0039

<逆洗時の変形度合い>
濾過精度測定後のフィルターを、循環式濾過性能試験機のハウジングに取り付けたまま、円筒の内側から外側に水が流れるよう、流量毎分30リットルに調節した状態で、フィルターの外径を測定し、その値を逆洗時の外径とした。その値と下記式を用いて、逆洗時の変形度合いを測定した。
逆洗時の変形度合い=(逆洗時の外径−元の外径)÷元の外径

0040

<圧縮比>
濾材を20mm×20mmに切断し、元の厚さを測定し、続いて、この小片に0.5MPaの荷重を掛けた時の、小片の厚さを測定した。
測定した厚さと下記式を用いて、圧縮比を算出した。
圧縮比=(初期厚さ−荷重を掛けた時の厚さ)÷(初期厚さ)

0041

(実施例1)
孔径0.3mmの高融点成分紡糸孔と孔径0.3mmの低融点成分紡糸孔が孔数比1:1で交互に配置された混繊メルトブロー用紡糸口金を用い、高融点成分としてポリプロピレン(MFR68g/10分(230℃)、mp.165℃)、低融点成分としてプロピレンエチレンブテン−1三元系共重合体(MFR73g/10分(190℃)、mp.135℃)を、それぞれ紡糸温度290℃、270℃、混繊比50:50で押し出した。380℃の加熱空気を圧力0.08MPaでブローし、直接サクションコンベアネットに捕集させ、目付40g/m2の混繊メルトブロー不織布Aを製造した。得られた不織布Aは、平均繊維径50μmであった。次に、不織布Aと同じ条件でブローし、細繊化した繊維をノズル下ノズルと平行に設置された外径120mmのステンレス製回転ロールの表面に堆積させた後、サクションコンベアネットに捕集させ、目付40g/m2の混繊メルトブロー不織布Bを製造した。得られた不織布Bは、平均繊維径50μmであった。次に、不織布Aをエアースルードライヤーで加熱し、低融点成分を溶かした状態で、外径30mmのステンレスパイプに外径40mmになるまで巻きつけた。次に、不織布Bをエアースルー型ドライヤーで加熱し、低融点成分を溶かした状態で、先ほど巻きつけた不織布Aのさらに外側の位置に、外径52mmになるまで巻きつけた。次に、不織布Aをエアースルー型ドライヤーで加熱し、低融点成分を溶かした状態で、先ほど巻きつけた不織布Bのさらに外側の位置に、外径62mmになるまで巻きつけた。その後、ステンレスパイプに巻き取った物を温度150℃に加熱したロールの上に乗せ、ステンレスパイプと加熱したロールの双方を回転させることで、巻き取った物に加熱を加えた。その後、ステンレスパイプを抜き取った後に長さ250mmに切断することで、外径62mm、内径30mm、長さ250mmの中空円筒状のフィルターとした。

0042

(比較例1)
実施例1と同じ方法で不織布Aを作り、エアースルー型ドライヤーで加熱し、低融点成分を溶かした状態で、外径30mmのステンレスパイプに外径62mmになるまで巻きつけた。その後、ステンレスパイプに巻き取った物を温度150℃に加熱したロールの上に乗せ、ステンレスパイプと加熱したロールの双方を回転させることで、巻き取った物に熱を加えた。その後、ステンレスパイプを抜き取った後に長さ250mmに切断することで、外径62mm、内径30mm、長さ250mmの中空円筒状のカートリッジフィルターとした。このフィルターは、比較的柔らかく、逆洗時の変形が大きいものだった。

0043

(比較例2)
孔径0.3mmの単成分用メルトブロー用紡糸口金を用い、ポリプロピレン(MFR68g/10分(230℃)、mp.165℃)を、紡糸温度290℃で押し出した。383℃の加熱空気を圧力0.08MPaでブローし、直接サクションコンベアネットに捕集させ、目付40g/m2の混繊メルトブロー不織布を製造した。得られた不織布は、平均繊維径50μmであった。また、繊維交点がほとんど見られず、交点の間隔は明らかに100倍を越えるものだった。次に、この不織布をエアースルー型ドライヤーで加熱し、内径30mm、外径35mmのポリプロピレン製多孔筒に外径62mmになるまで巻きつけた。巻き終わり部分をヒートシールで接着し、これを長さ250mmに切断することで、外径62mm、内径30mm、長さ250mmの中空円筒状のカートリッジフィルターとした。このフィルターは、非常に柔らかく、逆洗時の変形が非常に大きいものだった。

0044

(実施例2)
紡糸温度を300℃、280℃、加熱空気の温度を390℃にした他は、実施例1と同じ条件でフィルターを作製した。不織布A、不織布B共に、平均繊維径は30μmだった。

0045

(実施例3)
温度150℃に加熱したロールの上で加熱する工程を省いた他は、全て実施例1と同じ方法で外径62mm、内径30mm、長さ250mmの中空円筒状のカートリッジフィルターを作製した。このフィルターは、逆洗時にフィルターの最外層に巻かれた不織布の一部が剥離したものの、逆洗は可能であった。

0046

実施例1〜3、比較例1、2のフィルターの物性評価結果を表1に示す。

実施例

0047

0048

本発明のデプスフィルターは、金属を用いずに熱可塑性樹脂からなる繊維のみから構成されることから、低コストで逆洗可能な樹脂性のフィルターとすることができる。また、金属性フィルターに比べて、樹脂性のフィルターは軽量であることから、濾過装置設備全般に掛かる重量負荷を軽減することが可能となる。本発明のデプスフィルターは、淡水処理装置および海水処理装置の濾過フィルターとして好適に用いられる。

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