JP2002331213A

JP2002331213A - 耐薬品性に優れた耐熱性フィルター材料

Info

Publication number: JP2002331213A
Application number: JP2001140075A
Authority: JP
Inventors: Mikio Furukawa; 幹夫古川; Katsuyuki Toma; 克行当麻; Yoshihisa Yamada; 良尚山田
Original assignee: Unitika Ltd
Current assignee: Unitika Ltd
Priority date: 2001-05-10
Filing date: 2001-05-10
Publication date: 2002-11-19

Abstract

(57)【要約】【課題】高温下での使用が可能な耐熱性に優れ、かつ
耐薬品性、特に耐酸性及び耐アルカリ性にも優れたフィ
ルター材料を提供する【解決手段】下記構造式で示される繰り返し単位を有
するポリイミド樹脂の繊維が30質量％以上含まれる織編
物もしくは不織布からなることを特徴とするフィルター
材料。【化１】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐薬品性に優れた
耐熱性フィルター材料に関する。さらに詳しくは、特定
の繰り返し構造を有するポリイミド樹脂の繊維を用いた
フィルター材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】高耐熱性のフィルターは、例えば、ゴミ
焼却炉や産業廃棄物などの焼却炉で必要とされ使用され
てきた。このようなフィルターを構成する材料として
は、耐熱性を有する素材を織布もしくは不織布に加工し
たものが使用されている。耐熱性を有する素材としては
織布もしくは不織布に加工する関係上、繊維形状である
ことが望ましく、例えばポリイミド繊維、ガラス繊維、
芳香族ポリアミド繊維などが使用されてきた。しかしな
がら、これらの繊維素材からなるフィルター材料は、耐
熱性には優れているものの、いずれも耐薬品性、特に耐
酸性もしくは耐アルカリ性に問題があった。この点を補
うために、例えば特開平７−１３６４３３号公報等に開
示されているように、表面を耐薬品性に優れた材料でコ
ーティングする等の改善が検討されてきたが、コーティ
ングという余分な工程を行なわなければならない点で不
利であった。また、耐熱、耐薬品性に優れた素材として
フッ素樹脂繊維も用いられてはいるが、非常に高価であ
るうえ、強度に劣り、さらには使用後に焼却処分する場
合に有毒なフッ化水素ガスが発生することから、フィル
ター材料としての使用はごく限定的なものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような状況に鑑
み、本発明の課題は、高温下での使用が可能な耐熱性に
優れ、かつ耐薬品性、特に耐酸性及び耐アルカリ性にも
優れたフィルター材料を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決すべく鋭意検討を行った結果、従来フィルター材料
として検討されたことのない、特定の化学構造を有する
ポリイミド樹脂の繊維を用いて検討を重ね、これを用い
た織編物もしくは不織布を耐熱性フィルターに用いれ
ば、上記問題点を解決できることを見出し、本発明を完
成するに至った。すなわち、本発明の要旨は、以下の通
りである。下記一般式（１）で示される繰り返し単位を有するポ
リイミド樹脂の繊維が30質量％以上含まれる織編物もし
くは不織布からなることを特徴とするフィルター材料。

【０００５】

【化２】（式中、Ｒは単環式芳香族、縮合多環式芳香族、芳香環
が直接もしくは架橋員により結合された非縮合多環式芳
香族から選ばれる４価の芳香族残基を表わす。また、Ｘ
は直接結合、炭化水素基、カルボニル基、エーテル基、
チオ基もしくはスルホニル基から選ばれる２価の残基を
示し、Ｙ₁〜Ｙ₄は水素、アルキル基、アルコキシル基も
しくはハロゲン基から選ばれる１価の残基を表わす。）

【０００６】上記一般式（１）で示される繰り返し単
位を有するポリイミド樹脂の繊維が30質量％以上含まれ
る短繊維不織布からなることを特徴とするフィルター材
料。上記一般式（１）で示される繰り返し単位を有するポ
リイミド樹脂の繊維が７０質量％以上含まれることを特
徴とする上記又はのフィルター材料。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のフィルター材料は、ポリイミド樹脂の繊維（以
下、ポリイミド繊維と略記する）を必須の構成要素とす
る。一般にポリイミド樹脂は、原料となるテトラカルボ
ン酸成分とジアミン成分の化学構造を選択することによ
り、種々特性を有するポリイミド樹脂とすることができ
る。本発明におけるポリイミド繊維に用いるポリイミド
樹脂の化学構造は、下記一般式（１）で表される化学構
造を繰り返し単位として有するポリイミド樹脂であり、
このようなポリイミド樹脂は熱可塑性のため熱加工性に
優れると共に、耐熱性及び耐薬品性に優れた結晶性ポリ
イミド樹脂である。中でも、下記構造式（２）で示され
る化学構造を繰り返し単位として有するポリイミド樹脂
が、耐熱性、耐薬品性に特に優れていることから、本発
明におけるポリイミド繊維の原料として好適である。こ
のような好適なポリイミド樹脂は、例えば、三井化学株
式会社製「オーラム」（商標名）として市販されており、
DSC法によるガラス転移点が２５０℃、融点が３８８℃
という特性を有している。

【０００８】

【化３】（式中、Ｒは単環式芳香族、縮合多環式芳香族、芳香環
が直接もしくは架橋員により結合された非縮合多環式芳
香族から選ばれる４価の芳香族残基を表わす。また、Ｘ
は直接結合、炭化水素基、カルボニル基、エーテル基、
チオ基もしくはスルホニル基から選ばれる２価の残基を
表わし、Ｙ₁〜Ｙ₄は水素、アルキル基、アルコキシル基
もしくはハロゲン基から選ばれる１価の残基を表わ
す。）

【０００９】

【化４】

【００１０】本発明に用いるポリイミド繊維としては、
結晶化の進んだポリイミド繊維であることが好ましい。
結晶化の進んだポリイミド繊維は、結晶化の進んでいな
いポリイミド繊維に比べて熱膨張が小さく、加熱冷却時
の寸法変化が小さいので、高温下で長期間使用した場合
でも、変形が生じたり寸法変化に伴う応力により劣化が
生じたりすることが少なく、フィルターとして使用した
場合の長期耐熱性に優れているので好ましい。また、本
発明者らの得た知見によれば、結晶化の進んだポリイミ
ド繊維は、結晶化の進んでいないポリイミド繊維に比べ
て耐薬品性に優れる傾向があり、この点からも結晶化の
進んだポリイミド繊維が好ましい。結晶化の進んだポリ
イミド繊維を得る方法としては、上記したような熱可塑
性を有する結晶性ポリイミド樹脂を溶融紡糸により繊維
状に成形した後、加熱延伸する方法が例示される。この
際の加熱延伸としては、好ましくはポリイミド樹脂のガ
ラス転移点以上の温度で行ない、延伸倍率を上げる程結
晶化度が大きくなる傾向にある。なお、結晶化の進んだ
ポリイミド繊維としては、例えば、Ｘ線回折法により測
定した結晶化度が１５％以上であることが好ましく、耐
熱性や耐薬品性が特に優れたポリイミド繊維となる。

【００１１】また、ポリイミド樹脂を繊維化する際に
は、種々特性を改善する目的で、上記一般式（１）以外
の化学構造を有するポリイミドを共重合もしくはブレン
ドしたポリイミド樹脂を用いてもよく、また、本発明の
効果を損なわない範囲で、ポリアリレート、ポリオレフ
ィン、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリ
エーテルエーテルケトン、フッ素樹脂などの他のポリマ
ーを配合してもよく、さらには酸化チタン、アルミナ、
シリカ、カーボンブラックなどの無機系フィラーを配合
してもよい。

【００１２】ポリイミド繊維の繊維径としては、平均繊
維径が3〜30μmであることが好ましい。平均繊維径が3
μm未満ではシート状物に加工する際の強力が不足する
傾向にあって加工性に劣るので好ましくなく、一方、30
μmを超えるとシート状物に加工した際の空隙が大きく
なって、フィルター材料としての機能が低下する傾向に
あるので好ましくない。また、繊維の断面形状として
は、通常は円形のものが用いられるが、特に限定される
ものではなく、異形断面であっても、不定形であっても
差し支えない。

【００１３】本発明においては、上記のポリイミド繊維
のみを用いてフィルター材料を形成することにより、本
発明の目的を効果的に達成できるフィルター材料とする
ことができるが、特にこれに限定されることなく、種々
目的のために他の繊維素材を配合してフィルター材料を
形成してもよい。この際、上記一般式（１）で示される
繰り返し単位を有するポリイミド樹脂の繊維が30質量％
以上含まれていることが好ましく、70質量％以上含有さ
れていることが好ましい。この含有率が30質量％未満で
は、当該ポリイミド樹脂の繊維を使用する効果が得られ
ない。なお、上記した他の繊維素材としては、例えば上
記一般式（１）で示される繰り返し単位を有するポリイ
ミド樹脂以外のポリイミド樹脂からなるポリイミド繊
維、もしくはPBO繊維、PBI繊維、PTFE繊維、アラミド繊
維、PPS繊維、アクリル繊維、ポリエステル繊維等の有
機繊維、あるいはガラス繊維、シリカ繊維、セラミック
ス繊維、ステンレス繊維等の無機繊維を挙げることがで
きる。

【００１４】本発明のフィルター材料は、上記したポリ
イミド繊維を使用し、必要に応じて他の繊維素材を使用
して形成された織編物もしくは不織布からなる。中で
も、紙状もしくはフェルト状の短繊維不織布からなるこ
とが好ましく、強度、ろ過性能の点から、ニードルパン
チフェルトからなることが特に好ましい。本発明におい
て上記のニードルパンチフェルトを得る方法としては、
従来公知の方法、すなわち、捲縮加工処理した短繊維を
カーディング法やエアレイ法などでウエブとした後、こ
れを必要に応じて積層し、バーブ針を用いたニードルパ
ンチング処理する方法が採用できる。さらに、表面の毛
羽立ちの解消や厚みを調整する目的で、得られたフェル
トをロールプレス機やベルトプレス機等を用いた方法で
加熱下、加圧してもよい。なお、長繊維を用いた織物と
する場合には、ろ過性能の点から綾織、朱子織もしくは
多重織の織物とすることが好ましい。

【００１５】本発明のフィルター材料の単位面積あたり
の質量（目付）としては、特に限定されるものではない
が、実用上及び生産性の観点から、通常50〜800ｇ／ｍ²
が好ましい。また、本発明のフィルター材料の厚みとし
ては、特に限定されるものではないが、同様の観点から
通常50〜1000μmが好ましい。また、本発明のフィルタ
ー材料の見かけ密度は、構成素材によって一概には限定
できないが、例えばポリイミド繊維のみから構成される
場合、０．４５〜１．１ｇ／ｃｍ³の範囲にあることが
好ましい。この場合において、見かけ密度を０．４５ｇ
／ｃｍ³以上としておけば、フィルター材料として使用
するのに十分な強度が得られ、一方、１．１ｇ／ｃｍ³
以下としておけば、フィルターとして使用するのに好適
な低い圧力損失を示す。

【００１６】以上のように構成された本発明のフィルタ
ー材料は、耐熱性および耐薬品性に優れたフィルター材
料として好適なものであり、所望の形状に加工して、ま
た、必要に応じて他の織編物や不織布等のシート状素材
と積層してフィルターユニットに組み込んだり、あるい
は、他の基材やシート状素材と積層一体化した後、所望
の形状に加工してフィルターとすることができる。

【００１７】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を具体手的に説
明する。実施例１ポリイミド樹脂としては、三井化学株式会社製の結晶性
ポリイミド樹脂「オーラム」（融点３８８℃、ガラス転移
点２５０℃）を用い、溶融押し出し紡糸機を用いて紡糸
速度５００ｍ／分で糸状とすることにより、結晶化度５
％の未延伸糸を得た。この未延伸糸を熱延伸（延伸時の
加熱温度３００℃、延伸倍率２．３倍）して、結晶化度
２５％、単糸径15μmのポリイミド長繊維を得た。この
ポリイミド長繊維を、ステープルファイバー製造機を用
いた加工により、繊維長４０ｍｍ、捲縮数１１個／２．
５４ｃｍのステープルファイバー（短繊維）とした。こ
のステープルファイバーを、カード機を用いてウエブと
した後、６００回／（２．５４ｃｍ）²でニードルパン
チを行うことにより、厚さ２．５ｍｍ、目付１１０ｇ／
ｍ²、厚さ２．５ｍｍ、幅６２ｃｍのニードルパンチフ
ェルトを得た。このニードルパンチフェルトをダブルベ
ルトプレス（サンドビック社製、ベルト幅ｃｍ、
加熱ゾーン長２ｍ、冷却ゾーン長２ｍ）を用いて、ベル
ト速度１ｍ／分で搬送しつつ、線圧２４．５N／ｍｍで
加圧下、加熱温度３００℃、冷却温度１０〜２５℃の条
件で連続的に加圧加熱・加圧冷却することにより、厚さ
０．２ｍｍに緻密化したフェルト（見かけ密度０．５５
ｇ／ｃｍ³）からなるフィルター材料を得た。

【００１８】比較例1 本発明の場合とは異なる化学構造を有するポリイミド樹
脂を用いた例として、下記化学構造式（３）を有する非
晶性ポリイミド樹脂（ガラス転移点３１０℃）より得ら
れた繊維（平均繊維径約15μm）を用いて、実施例１と
同様の操作により、ステープルファイバー化した後ニー
ドルパンチフェルトとし、さらにダブルベルトプレスで
加工して、厚さ0．２５ｍｍ、見かけ密度０．４４ｇ／
ｃｍ³、のフィルター材料を得た。

【００１９】

【化５】

【００２０】上記の実施例及び比較例で得られたフィル
ター材料の特性を下記表１及び表２に示す。なお、各特
性は以下の方法で評価した。１．耐熱性タテ１００ｍｍ×ヨコ１００ｍｍにカットしたフィルタ
ー材料を、２２０℃に設定した熱風式オーブン中に２０
０時間保持するという熱処理を行い、熱処理前後で測定
した寸法より面積（タテ寸法×ヨコ寸法）を算出し、熱
処理前の面積Ｓ ₀と熱処理後の面積Ｓ₁とから、下記式に
より熱収縮率を求めて耐熱性の指標とした。熱収縮率＝（Ｓ₀−Ｓ₁）／Ｓ₀×１００ [％] ２．通気性ＪＩＳＬ１０９６一般織物試験法８．２７項、通
気性Ａ法（フラジール形法）に準じて、試験片を通過
する空気量（ｃｍ³／ｃｍ²・秒）を測定した。３．耐薬品性の評価試験液としては、塩酸もしくは硫酸の１０容量％濃度の
水溶液、又は水酸化ナトリウムの１０質量％濃度の水溶
液を使用した。巾20mm、長さ１５０ｍｍにカットしたフ
ィルター材料を、試験液に２３℃で２００時間浸漬した
後、取りだして十分に水洗してから乾燥した試料につい
て、万能試験機（インテスコ社製）により引張り強度Ｔ
₁を測定した。一方、試験液に浸漬しないフィルター材
料の引張り強度Ｔ₀を測定し、両者の値から下記式によ
り強度保持率を求めて耐薬品性の指標とした。強度保持率＝Ｔ₁／Ｔ₀×１００ [％]

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】実施例から、本発明のフィルター材料は、
耐薬品性に優れた耐熱性フィルター材料として有用であ
ることが判明した。これに対して比較例では、本発明の
必須要件である特定の化学構造を有するポリイミド樹脂
を用いず、他のポリイミド樹脂を用いて得られた繊維で
構成されていたため、耐熱性、耐薬品性とも不足する結
果となった。

【００２４】

【発明の効果】本発明のフィルター材料は、耐熱性と耐
薬品性が特に優れており、使用後に焼却処分する場合に
も、フッ素繊維のような有毒ガスを発生するものではな
い。したがって、ゴミ焼却炉や産業廃棄物などの焼却炉
等に用いるフィルターもしくはその構成材料として極め
て有用である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4D019 AA01 BA03 BA05 BA06 BA13 BB02 BB03 BC12 DA01 DA03 DA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項1】下記一般式（１）で示される繰り返し単
位を有するポリイミド樹脂の繊維が30質量％以上含まれ
る織編物もしくは不織布からなることを特徴とするフィ
ルター材料。【化１】（式中、Ｒは単環式芳香族、縮合多環式芳香族、芳香環
が直接もしくは架橋員により結合された非縮合多環式芳
香族から選ばれる４価の芳香族残基を表わす。また、Ｘ
は直接結合、炭化水素基、カルボニル基、エーテル基、
チオ基もしくはスルホニル基から選ばれる２価の残基を
示し、Ｙ₁〜Ｙ₄は水素、アルキル基、アルコキシル基も
しくはハロゲン基から選ばれる１価の残基を表わす。）
【請求項２】上記一般式（１）で示される繰り返し単
位を有するポリイミド樹脂の繊維が30質量％以上含まれ
る短繊維不織布からなることを特徴とするフィルター材
料。
【請求項３】上記一般式（１）で示される繰り返し単
位を有するポリイミド樹脂の繊維が７０質量％以上含ま
れることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のフ
ィルター材料。