JP2009242523A

JP2009242523A - イオン交換不織布

Info

Publication number: JP2009242523A
Application number: JP2008089449A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Uchimura; 哲郎内村; Yoshiyuki Tadokoro; 義幸田所; Osamu Saito; 修斉藤
Original assignee: Asahi Kasei Corp; Asahi Kasei Fibers Corp
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2009-10-22

Abstract

【課題】イオン交換基導入の過程で使用される薬品などを含まず使用前の洗浄を容易にしたイオン交換体を得ることである。
【解決手段】比表面積が０.４m^２／g以上であり、かつスルホン酸塩置換基を含有する熱可塑性樹脂からなるメルトブロー不織布からなるイオン交換不織布。
【選択図】なし

Description

本発明は、イオン交換不織布に関するものであり、特に溶液および気体中のイオン性物質の吸着、除去、または濃縮などに好適に使用できるイオン交換不織布に関する。

一般に、イオン交換体は、水中または空気中のイオン性物質の除去といった分野に使用されており、イオン交換体としては樹脂、いわゆるイオン交換樹脂が多用されている。しかし、イオン交換樹脂は、樹脂へのイオン交換基導入の過程で使用される薬品がイオン交換樹脂中に残留するため、使用前の洗浄が不可欠な状況となっている。このため、使用前の洗浄が容易であるイオン交換体が望まれていた。（特許文献１）。
また、官能基としてスルホン酸基（Ｒ−ＳＯ_３ ⁻Ｈ^＋）を含有する強酸性陽イオン交換体は産業上有用なイオン交換体であるが、Ｈ型（酸型）の場合、加熱によりスルホン酸基が分解し、亜硫酸ガスとして放出するために、イオン交換容量が低下することが知られている。（特許文献２）。

特許第3994210号特開2004-249238号公報

本発明の目的は、使用前の洗浄およびまたは再生を容易にした、イオン交換不織布を得ることである。

本発明者が上記課題を鋭意検討した結果、イオン交換能を有する、極細繊維からなるメルトブロー不織布を用い、その比表面積を特定範囲にすることで、優れたイオン交換性を有し、かつ使用前の洗浄およびまたは再生を容易化できることを見出し、本発明を完成したものである。
すなわち、以下のようなイオン交換不織布である。
（1）スルホン酸塩置換基を含有する熱可塑性樹脂のメルトブロー不織布からなり、その比表面積が０.４m^２／g以上であることを特徴とするイオン交換不織布。
（２）熱可塑性樹脂に対する前記スルホン酸塩置換基中の硫黄分の含有率が、０.２重量％以上であることを特徴とする上記（１）に記載のイオン交換不織布。
（３）前記スルホン酸塩置換基が、スルホン酸リチウム塩、スルホン酸ナトリウム塩、スルホン酸カリウム塩の１種または２種以上からなることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のイオン交換不織布。

（４）前記熱可塑性樹脂が、ポリエステル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルスルホン樹脂の１種または２種以上からなることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載のイオン交換不織布。
（５）前記不織布において、水との接触角が８０度以下であることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載のイオン交換不織布。
（６）前記不織布において、空隙率が４２〜９７％であり、嵩密度が０．０５〜０．８０ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載のイオン交換不織布。
（７）前記イオン交換不織布を酸で再生することを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれかに記載のイオン交換不織布の洗浄再生方法。

本発明によれば、スルホン酸塩置換基によるイオン交換能を有する、極細繊維からなるメルトブロー不織布用い、その比表面積を特定範囲にすることで、優れたイオン交換
性を有し、かつ該不織布の、使用前の洗浄および／または再生を容易化できる。

以下本発明を詳細に説明する。
本発明によれば、のスルホン酸塩置換基によるイオン交換能を有する、極細繊維からなるメルトブロー不織布用い、その比表面積を特定範囲にすることで、優れたイオン交換性を有し、かつ該不織布の、使用前の洗浄および／または再生を容易化できる。
本発明は、スルホン酸塩置換基を含有する熱可塑性樹脂のメルトブロー不織布からなり、その比表面積が０.４m^２／g以上であることを特徴とするイオン交換不織布である。
本発明に用いるメルトブロー不織布の比表面積は、０.４m^２／g以上が必要である。０.４m^２／g未満では、イオン交換速度が遅くなるために処理時間が増大することとなる。また、５．０m^２／gを越えると不織布が多孔質構造となり、不織布の強度が低下することとなる。望ましくは、本発明のメルトブロー不織布の比表面積が０.６〜５．０m^２／gであり、特に好ましくは、０.８〜３．０m^２／gである。

本発明のスルホン酸塩置換基を含有する熱可塑性樹脂は、種々のスルホン酸塩置換基を含有する熱可塑性樹脂から選択できる。また、スルホン酸置換基を含有する熱可塑性樹脂を水酸化ナトリウムなどを用いて中和してスルホン酸塩置換基を含有する熱可塑性樹脂とすることもできる。
本発明において、スルホン酸塩置換基中の硫黄分の該熱可塑性樹脂に対する含有率は０.２重量％以上が好ましく、より好ましくは０．２〜２．０重量％であり、特に好ましくは、０．３〜１．０重量％である。０.２重量％未満では、イオン交換容量が低く実用に使用することが出来ない。また、２．０重量％を越えると繊維形成が不安定となり、安定したメルトブロー不織布の製造が困難となる。

本発明のスルホン酸塩置換基は、スルホン酸リチウム塩、スルホン酸ナトリウム塩、スルホン酸カリウム塩の１種または２種以上からなるものである。
その他のアルカリ金属または、アルカリ土類金属塩は、イオン交換が容易ではないため使用前の再生に手間がかかることとなる。ここで再生とは、上記メルトブロー不織布を金属イオン吸着剤として用いる場合に、使用前に塩酸、硫酸、硝酸、酢酸などの酸性物質を用いてスルホン酸塩置換基をスルホン酸置換基に変換する処理のことである。
本発明に用いるメルトブロー不織布の製造には、繊維化樹脂として、スルホン酸塩置換基を含有する熱可塑性樹脂を用いることが重要である。即ち、熱可塑性樹脂のスルホン酸置換基すなわちスルホン酸が酸型である場合には、メルトブロー不織布の製造時において、スルホン酸置換基によって、熱可塑性樹脂の一部が分解するとともに、スルホン酸置換基の一部が熱分解し、亜硫酸ガスが放出されるとともにイオン交換容量が低下する。

本発明の熱可塑性樹脂はスルホン酸塩置換基を含有する熱可塑性樹脂であれば、何れであっても使用することはできるが、熱可塑性樹脂の溶融粘度が１０〜５００Ｐａ・ｓであることが望ましい。この範囲を外れるとメルトブロー紡糸におけるポリマー粘度が適正でなく、良好なメルトブロー不織布を製造することが難しい。
更に望ましいのは該熱可塑性樹脂がポリエルテル樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルスルホン樹脂の何れかであることである。該樹脂中の芳香族環を1箇所または２箇所以上スルホン酸塩基で置換することで本発明のメルトブロー不織布に用いることが出来る。また、該樹脂中にカルボキシル基の塩を併せて導入することも出来る。

本発明の不織布の繊維径は、０．１〜５μｍが好ましく、より好ましくは、０．３〜３μｍである。
メルトブロー不織布において、水の接触角は８０度以下であることが好ましく、より好ましくは３〜５０度であり、特に好ましくは５〜２０度である。接触角がこの範囲であると、水との親和性が良く、液の進入性が良好である。水の接触角を８０度以下とするためにはプラズマ加工処理、コロナ放電処理があるがそれらに限定されるものではない。本発明のスルホン酸塩置換基を含有する熱可塑性樹脂からなるメルトブロー不織布は、酸で再生して使用することが出来る。その際、スルホン酸塩置換基がスルホン酸リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩の１種または２種以上であると、酸液の進入が容易であり、短時間に効率よく、スルホン酸塩置換基を再生できる。
本発明に用いる不織布は、空隙率が大きく、嵩密度は、０．０５〜０．８０ｇ／ｃｍ^３が好ましく、より好ましくは０．１０〜０．６０ｇ／ｃｍ^３である。
空隙率は、４２〜９７％が好ましく、より好ましくは５６〜９３％である。

（１）比表面積測定
比表面積測定は、マイクロメリティックス社製トライスター３０００装置を用い、
窒素ガス吸着量からＢＥＴ理論に基づき算出した。
（２）水との接触角度
室温で接触角計（協和界面科学(株)製ＣＡ−Ｘシリーズ）を用いてイオン交換水で
触角の測定を行った。
（３）嵩密度
目付と厚みの測定値を基に下記式より算出した。
嵩密度＝目付／厚み（単位ｇ／ｃｍ^３）

（４）空隙率
嵩密度と不織布原料樹脂密度（例：ポリエステル素材：１．３８ｇ／ｃｍ^３）を基
に下記式から算出した。
空隙率（％）＝{１−（嵩密度／１．３８）}×１００
（５）目付け
不織布を２００ｍｍ×１５０ｍｍに切出したサンプル重量を電子天秤で０．１ｍｇ
単位まで測定。サンプル１ｍ^２あたりの重量に換算した。
（６）硫黄分の成分分析
硫黄分は不織布または樹脂から酸素フラスコ燃焼法で硫黄分を抽出し、イオンク
ロマト測定器で測定した。

（７）ナトリウム分の成分分析
ナトリウムは不織布または樹脂をＩＣＰ発光分析装置を用いて測定した。
（８）繊維径
走査型電子顕微鏡を用い、２０００〜４０００倍の写真を撮影し、撮影された不織
布の繊維径をランダムに１００ヵ所測定し、平均値を算出した。
（９）厚み
ピーコック厚み計（尾崎製作所製）モデルＨを用い、１０ヵ所を測定、その平均値
を算出した。（単位ｍｍ）

［実施例１］
スルホン酸ナトリウム基が硫黄分で０．３重量％含有したポリエステル樹脂を、押出機バレル温度３００℃〜３３０℃で、吐出孔が１．０mm間隔で直線状に配置された口金から、吐出孔列１ｍあたり１２ｋｇ／min の割合で吐出すると共に、３７０℃に加熱した空気
を吐出孔列１ｍあたり１２００Nm³／ｈの流量で噴射して牽引細化して極細の繊維に形成し、その繊維を、捕集コンベア上に捕集し、目付量２０ｇ／ｍ²、比表面積１．０９ｍ²／ｇのメルトブロー不織布を製造した。不織布の繊維径は０．７７μｍであり、嵩密度は０．１０ｇ／ｃｍ^３であり、空隙率は９３％、である。

得られたメルトブロー不織布中の硫黄分は原料として用いたポリエステル樹脂と同等の０．３重量％であり、ナトリウム含有量は０．２２重量％であった。
上記のメルトブロー不織布をイオン交換不織布として用い、洗浄再生条件としては、メルトブロー不織布２０gを常温で１規定の塩酸１０００ｍｌによって通液処理した後、水洗して、スルホン酸置換基を有するイオン交換不織布を得た。
得られた不織布の硫黄分は０．３重量％であった。また、ナトリウム含有量は、０．０１重量％未満であり、スルホン酸ナトリウム基のスルホン酸基への再生が簡単に出来た。

［実施例２］
実施例１に用いたポリエステル樹脂において、スルホン酸ナトリウム基が硫黄分で０.８重量％含有したポリエステル樹脂とする以外は実施例１と同様にして目付量２０ｇ／ｍ²、比表面積１．１０ｍ²／ｇのメルトブロー不織布を製造した。不織布の繊維径は０．８３μｍであり、嵩密度は０．１０ｇ／ｃｍ^３であり、空隙率は９３％、である。
得られたメルトブロー不織布中の硫黄分は原料として用いたポリエステル樹脂と同等の０．８重量％であり、ナトリウム含有量は０．５８重量％であった。
上記のメルトブロー不織布をイオン交換不織布として用い、洗浄再生条件としては、メルトブロー不織布２０gを常温で１規定の塩酸１０００ｍｌによって通液処理した後、水洗して、スルホン酸置換基を有するイオン交換不織布を得た。
得られた不織布の硫黄分は０．３重量％であった。また、ナトリウム含有量は、０．０１重量％未満であり、スルホン酸ナトリウム基のスルホン酸基への再生が簡単にが出来た。

［実施例３］
実施例１で得られたメルトブロー不織布を、大気圧プラズマ処理装置を用いて常法に従い処理を行った。大気圧プラズマ処理の際の不活性ガスはヘリウムを用いた。
得られたメルトブロー不織布の接触角を、イオン交換水を用いて測定したところ、接触角は１０度であり、それ以外の特性は、実施例1のとおりであった。比表面積は１．０９ｍ²／ｇであった。
上記のメルトブロー不織布をイオン交換不織布として用い、洗浄再生条件としては、メルトブロー不織布２０gを常温で１規定の塩酸１０００ｍｌによって通液処理した後、水洗して、スルホン酸置換基を有するイオン交換不織布を得た。
得られた不織布の硫黄分は０．３重量％であった。また、ナトリウム含有量は、０．０１重量％未満であり、スルホン酸ナトリウム基のスルホン酸基への再生が簡単に出来た。

［比較例１］
実施例１のスルホン酸ナトリウム基を希塩酸で処理、洗浄しスルホン酸基へ変更し、スルホン酸基が硫黄分で０．３重量％共重合されたポリエステル樹脂を用いた以外は実施例１に記載の条件と同条件でメルトブロー不織布を製造した。得られたメルトブロー不織布の目付量は２０ｇ／ｍ²であったが、比表面積が０．３２ｍ²／ｇとなり、品質が劣るものであった。比表面積の低下の原因は、スルホン酸による樹脂の分解、ゲル化により溶融樹脂の流動性が低下し、その結果、吐出量にバラツキが生じ、一様に繊維形成されないで、粒状の非繊維状物の発生や繊維径のバラツキとなって、比表面積が低下したものと推測される。
得られたメルトブロー不織布中の硫黄分は０．２３重量％であり、ナトリウム含有量は０．１７重量％であった。比較例1のメルトブロー不織布は、イオン交換速度の低下、イ
オン交換容量の低下、残留亜硫酸イオンの除去が必要などの点でイオン交換体として使用することが難しいものであった。

本発明は、使用前の洗浄およびまたは再生を容易にしたイオン交換不織布に好適に使用できる。

Claims

スルホン酸塩置換基を含有する熱可塑性樹脂のメルトブロー不織布からなり、その比表面積が０.４m^２／g以上であることを特徴とするイオン交換不織布。
熱可塑性樹脂に対する前記スルホン酸塩置換基中の硫黄分の含有率が、０.２重量％以上であることを特徴とする請求項１に記載のイオン交換不織布。
前記スルホン酸塩置換基が、スルホン酸リチウム塩、スルホン酸ナトリウム塩、スルホン酸カリウム塩の１種または２種以上からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のイオン交換不織布。
前記熱可塑性樹脂が、ポリエステル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルスルホン樹脂の１種または２種以上からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のイオン交換不織布。
前記不織布において、水との接触角が８０度以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のイオン交換不織布。
前記不織布において、空隙率が４２〜９７％であり、嵩密度が０．０５〜０．８０ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のイオン交換不織布。
前記イオン交換不織布を酸で再生することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のイオン交換不織布の洗浄再生方法。