JP2018089618A

JP2018089618A - フィルタ成形体の製造方法

Info

Publication number: JP2018089618A
Application number: JP2017223906A
Authority: JP
Inventors: 山本　正明; Masaaki Yamamoto; 正明山本; 芳春福井; Yoshiharu Fukui
Original assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Priority date: 2016-11-29
Filing date: 2017-11-21
Publication date: 2018-06-14

Abstract

【課題】フィルタ成形体の密度（空隙率）、ひいては圧力損失を、狙い通りの値にすることが容易であり、より低密度なフィルタ成形体を得ることを可能とする。【解決手段】本発明に係るフィルタ成形体の製造方法は、それぞれ固形状の浄化材、結合材及び可溶性材料を混合して混合材料を得る混合工程（Ｓ１）と、混合材料を金型内に充填する充填工程（Ｓ２）と、混合材料を、金型内で加圧及び加熱して結合材を溶融させた後、冷却により硬化させることで、フィルタ成形体の基体を成形する成形工程（Ｓ３）と、成形工程の後、基体を金型から取り出す脱型工程（Ｓ４）と、基体を溶媒で洗浄することで、溶媒で可溶性材料を溶かして、基体から可溶性材料を除去し、フィルタ成形体を得る除去工程（Ｓ５）とを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、液体又は気体から不純物を除去するために用いられる多孔質体からなるフィルタ成形体の製造方法に関する。

水等の液体又は大気等の気体から有害物質や汚染物質等の不純物を除去するために用いられる多孔質体からなるフィルタ成形体の製造方法として、特許文献１，２に記載の方法が知られている。特許文献１，２に記載の方法では、それぞれ粒状等（固形状）の活性炭（浄化材）と結合材とを混合して混合材料を得た後、混合材料を金型内に充填し、金型内で加圧及び加熱して結合材を溶融させた後、冷却により硬化させることで、フィルタ成形体を成形する。

特開２００１−１８７３０５号公報特開２００３−２６６４６２号公報

特許文献１，２に記載の方法では、浄化材及び結合材のサイズや形状によって、フィルタ成形体の密度（空隙率）が概ね決定されてしまい、フィルタ成形体の密度（空隙率）、ひいては圧力損失を、狙い通りの値にすることが困難である。例えば、大量の液体又は気体を低損失で濾過させる必要がある場合、フィルタ成形体を低密度化する（即ち、フィルタ成形体の空隙率を高める）ことが有効であるが、特許文献１，２に記載の方法では、低密度なフィルタ成形体を得ることが困難である。

本発明の目的は、フィルタ成形体の密度（空隙率）、ひいては圧力損失を、狙い通りの値にすることが容易であり、より低密度なフィルタ成形体を得ることが可能な、フィルタ成形体の製造方法を提供することにある。

本発明に係るフィルタ成形体の製造方法は、液体又は気体から不純物を除去するために用いられる多孔質体からなるフィルタ成形体の製造方法において、それぞれ固形状の浄化材、結合材及び可溶性材料を混合して混合材料を得る混合工程と、前記混合工程の後、前記混合材料を金型内に充填する充填工程と、前記充填工程の後、前記混合材料を、前記金型内で加圧及び加熱して前記結合材を溶融させた後、冷却により硬化させることで、前記フィルタ成形体の基体を成形する成形工程と、前記成形工程の後、前記基体を前記金型から取り出す脱型工程と、前記脱型工程の後、前記基体を溶媒で洗浄することで、前記溶媒で前記可溶性材料を溶かして、前記基体から前記可溶性材料を除去し、前記フィルタ成形体を得る除去工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、可溶性材料の量によってフィルタ成形体の密度を調整できるため、フィルタ成形体の密度（空隙率）、ひいては圧力損失を、狙い通りの値にすることが容易である。また、脱型工程の後、成形体を溶媒で洗浄して可溶性材料を除去することにより、可溶性材料の跡が空隙となり、より低密度なフィルタ成形体を得ることができる。

前記可溶性材料として、食塩を用いてよい。この場合、除去工程での廃液処理において地球環境が汚染されることを防止できる。

前記溶媒として、水を用いてよい。この場合、除去工程での廃液処理において地球環境が汚染されることを防止できる。

前記浄化材及び前記可溶性材料として、同等の粒径の粒状又は粉状の材料を用いてよい。この場合、混合材料において浄化材と可溶性材料とが互いに分離することが抑制され、均一な密度のフィルタ成形体を得ることができる。

前記可溶性材料の量を調整し、密度０．１５〜０．４５ｇ／ｃｍ^３の前記フィルタ成形体を得てよい。この場合、より効果的に、圧力損失を低減でき、通水流速を高めることができる。

本発明の一実施形態に係る製造方法で製造したフィルタ成形体を用いた浄水器が水道の蛇口に装着された状態を示す一部切欠き縦断面図である。本発明の一実施形態に係るフィルタ成形体の製造方法を示すフロー図である。充填工程を示す金型の縦断面図である。成形工程を示す金型の縦断面図である。脱型工程を示す金型の縦断面図である。実施例１及び比較例に係るフィルタ成形体を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて撮影した画像等を示す図である。実施例１〜４及び比較例に係るフィルタ成形体における水圧と通水流速との関係を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

先ず、図１を参照し、本発明の一実施形態に係る製造方法で製造したフィルタ成形体１及びこれを用いた浄水器５０の構成について説明する。

浄水器５０は、蛇口直結型であり、蛇口６０の先端に装着されている。浄水器５０は、蛇口６０から供給された水が流入する流入口５１と、蛇口６０からの水を濾過した浄水が流出する流出口５２と、流入口５１と流出口５２との間に形成された切換板収容室５３及びフィルタ収容室５４とを有する。切換板収容室５３は、流入口５１から流入した水の流れを切り換えるための切換板２０が配置される空間であって、流入口５１及びフィルタ収容室５４のそれぞれと連通している。フィルタ収容室５４は、フィルタ成形体１を含むフィルタ１０が配置される空間であって、切換板収容室５３及び流出口５２のそれぞれと連通している。

フィルタ１０は、円筒状のフィルタ成形体１と、フィルタ成形体１の外周面を被覆する濾過層２と、フィルタ成形体１の軸方向両端面に水密に取り付けられた一対のキャップ３ａ，３ｂとを含む。フィルタ成形体１は、浄化材が結合材により結合することで多数の空隙を含む多孔質体となっている。浄化材は、空隙に露出し、空隙を通る水を浄化する（具体的には、当該水に含まれる不純物を吸着する）機能を有する。結合材は、フィルタ成形体１に多数の空隙が形成されるように、かつ、フィルタ成形体１を通過する液体又は気体と共に浄化材が流出しないように、浄化材を結合する機能を有する。濾過層２は、例えば合成繊維からなる不織布、織布等であり、水中の比較的大きな異物を捕捉する機能を有すると共に、フィルタ成形体１の空隙が目詰まりするのを防止する機能をも有する。

切換板２０が図１に実線で示す位置にある状態において、蛇口６０から供給された水は、流入口５１及び切換板収容室５３を介してフィルタ収容室５４に入り、フィルタ１０を通過する。フィルタ収容室５４に入った水は、先ず、濾過層２を通過して比較的大きな異物が除去された後、フィルタ成形体１を通過することで不純物（塩素、有機物等の有害物質）が除去され、フィルタ成形体１の中心孔１ｘを通って、流出口５２から外部に流出する。

次いで、図２を参照し、フィルタ成形体１の製造方法について説明する。

先ず、それぞれ固形状の浄化材、結合材及び可溶性材料を、攪拌機（ヘンシェルミキサーやタンブラー等）に投入し撹拌することで、混合し、混合材料を得る（Ｓ１：混合工程）。混合材料に対する結合材の含有率は、３〜７０質量％（好ましくは５〜５０質量％）であってよい。

浄化材としては、例えば、粒状、粉状、繊維状等の材料を用いてよく、具体的には、６０メッシュパスの粒状又は粉状の活性炭を用いてよい。「メッシュ」は、網目の大きさを表す尺度である。「メッシュパス」は、そのメッシュを通過する全ての粒子を意味し、メッシュパスが大きいほど粒径が小さいことを示す。６０メッシュパスは、６０メッシュ（１インチ（＝２５．４ｍｍ）平方中に縦６０本横６０本の網目）の篩を通過する全ての粒子を意味する。６０メッシュパス未満の比較的大きな径の粒状又は粉状の浄化材を用いると、結合材で浄化材を結合することが困難になる、空隙が大きくなりすぎて浄化材に接触することなく通過してしまう水が多くなる、等の問題が生じ得る。

結合材としては、高分子量で低メルトインデックスの重合体結合材が用いられ、例えば、超高分子量（平均分子量が数十万〜数百万程度）で、メルトインデックスが２．３ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭＤ１２３８、１９０℃、１５ｋｇＬｏａｄ）以下、平均粒径が約１０〜２００μｍの、オレフィン系の熱可塑性樹脂である、粒状又は粉状のポリエチレンを用いてよい。ポリエチレンの粒子は、単体で存在してもよいし、粒子同士がぶどう房状に結合した嵩密度０．３ｇ／ｃｍ3未満の複合粒子であってもよい。「メルトインデックス」は、高分子材料の溶融時の流動性を表す尺度であり、この値が小さいほど流動性が低いことを示す。結合材のメルトインデックスは、２．３ｇ／１０ｍｉｎ以下が好ましく、１．０ｇ／１０ｍｉｎ以下がより好ましく、０ｇ／１０ｍｉｎがさらに好ましい。結合材のメルトインデックスが２．３ｇ／１０ｍｉｎを超えると、後述の成形工程Ｓ３において溶融した結合材が活性炭の細孔部を覆ってしまい、活性炭の不純物等を吸着する機能が低下し得る。結合材は、溶融時に流動し難い又は流動しないことが好ましい。

可溶性材料としては、後述の除去工程Ｓ５において溶媒に溶解し得る材料が用いられ、例えば、粒度が３００〜５００μｍの食塩を用いてよい。

なお、浄化材及び可溶性材料として、同等の粒径の（粒径が概ね一致する）粒状又は粉状の材料を用いてよい。

Ｓ１の後、図３に示すように、混合材料Ｍを金型７０内に充填する（Ｓ２：充填工程）。

金型７０は、側型７１及び下型７２を有する。側型７１は、円筒状である。下型７２は、側型７１の外径より一回り大きな径を有する円盤状の底板７２ａと、底板７２ａの上面の中心から上方に延出した中子７２ｂとを有する。底板７２ａは、側型７１の下端が嵌合する部分を有する。中子７２ｂは、中心孔１ｘを形成するためのものである。

Ｓ２では、例えば、先ず、漏斗（図示略）を上方から側型７１内に挿入し、漏斗の先端を底板７２ａの上面に接触させる。そして、この状態で漏斗に混合材料Ｍを投入した後、漏斗を徐々に上方に移動させて側型７１から抜き取る。これにより、混合材料Ｍが金型７０内に充填される。

Ｓ２の後、混合材料Ｍを、金型７０内で加圧及び加熱して結合材を溶融させた後、冷却により硬化させることで、フィルタ成形体１の基体を成形する（Ｓ３：成形工程）。

Ｓ３では、例えば、図４に示すように、上型８０を用いる。上型８０は、円筒状である。上型８０の外径は、側型７１の内径とほぼ同じである。上型８０の内径は、中子７２ｂの径とほぼ同じである。

Ｓ３では、例えば、上型８０の中心孔８０ｘに中子７２ｂを挿入しながら上型８０を側型７１内に挿入して、所定温度（例えば２００℃）で所定時間（例えば１時間）加熱して、結合材を溶融させた後、上型８０によって混合材料Ｍを加圧する。その後、混合材料Ｍを冷却により硬化させることで、基体を成形する。

Ｓ３の後、基体を金型７０から取り出す（Ｓ４：脱型工程）。

Ｓ４では、例えば、下型７２を下方に抜き取った後、図５に示すように、上型８０を下方に押し込むことにより、基体Ｎを下方に押圧して側型７１から押し出す。その後、基体Ｎを上型８０から外す。

Ｓ４の後、基体Ｎを溶媒（例えば水）で洗浄することで、溶媒で可溶性材料を溶かして、基体Ｎから可溶性材料を除去し、さらに乾燥させることで、フィルタ成形体１を得る（Ｓ５：除去工程）。

Ｓ５では、例えば、１〜２時間程度、基体Ｎを流水中で洗浄し、その後加熱炉で所定温度（例えば８０℃）にて乾燥させることで、フィルタ成形体１を得る。このとき得られるフィルタ成形体１の密度は、可溶性材料の量を調整することで、０．１５〜０．４５ｇ／ｃｍ^３となることが好ましく、０．１７〜０．４３ｇ／ｃｍ^３となることがより好ましい。

以上に述べたように、本実施形態によれば、可溶性材料の量によってフィルタ成形体の密度を調整できるため、フィルタ成形体の密度（空隙率）、ひいては圧力損失を、狙い通りの値にすることが容易である。また、脱型工程の後、成形体を溶媒で洗浄して可溶性材料を除去することにより、可溶性材料の跡が空隙となり、より低密度なフィルタ成形体を得ることができる。

したがって、本実施形態に係るフィルタ成形体は、特に、小型化と処理能力の向上との両方が要求される機器（浄水器や空気清浄機）に用いられる際に有効である。

可溶性材料として食塩を用いることで、除去工程での廃液処理において地球環境が汚染されることを防止できる。

溶媒として水を用いることで、除去工程での廃液処理において地球環境が汚染されることを防止できる。

浄化材及び可溶性材料として同等の粒径の粒状又は粉状の材料を用いることで、混合材料において浄化材と可溶性材料とが互いに分離することが抑制され、均一な密度のフィルタ成形体を得ることができる。

可溶性材料の量を調整し、密度０．１５〜０．４５ｇ／ｃｍ^３のフィルタ成形体を得ることで、より効果的に、圧力損失を低減でき、通水流速を高めることができる。

以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。

＜実施例１〜４＞
先ず、浄化材（平均粒径が約５０μｍ、６０メッシュパスの粉状のヤシ殻活性炭）と、結合材（平均粒径が約３０μｍ、メルトインデックスが０ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭＤ１２３８、１９０℃、１５ｋｇＬｏａｄ）の粉末状の超高分子量ポリエチレン：三井化学株式会社製ミペロンＸＭ−２２０）と、可溶性材料（食塩）とを、上記表１に示す分量で攪拌機に投入し１分間撹拌することで、混合し、混合材料を得た（Ｓ１：混合工程）。実施例１〜３では、可溶性材料として、粒度が３００〜５００μｍのものが８５％以上含有された食塩を用いた。実施例４では、可溶性材料として、粒度が３０〜６０μｍのものが８５％以上含有された食塩を用いた。Ｓ１の後、混合材料を、縦２１０ｍｍ・横１２５ｍｍ・高さ３０ｍｍの金型７０内に充填した（Ｓ２：充填工程）。Ｓ２の後、混合材料を、上型８０を用いて金型７０内で軽く加圧した状態のまま、２００℃の加熱炉で１時間加熱し、その後室温まで冷却して硬化させることで、基体を成形した（Ｓ３：成形工程）。Ｓ３の後、基体を金型７０から取り出した（Ｓ４：脱型工程）。Ｓ４の後、基体を流水中で２時間洗浄することで、可溶性材料を溶かして、基体から可溶性材料を除去し、さらに８０℃の加熱炉で乾燥させることで、約１０ｍｍ厚のフィルタ成形体を得た（Ｓ５：除去工程）。

＜比較例＞
先ず、実施例１〜４の浄化材と同じ浄化材と、実施例１〜４の結合材と同じ結合材とを、上記表１に示す分量で攪拌機に投入し１分間撹拌することで、混合し、混合材料を得た（Ｓ１：混合工程）。Ｓ１の後、実施例１〜４と同様のＳ２、Ｓ３，Ｓ４を行い（Ｓ５は行わずに）、約１０ｍｍ厚のフィルタ成形体を得た。

実施例１〜４及び比較例に係るフィルタ成形体は、体積が互いに同じ（２６２．５ｃｍ^３）であり、質量が互いに異なる。したがって、実施例１〜４及び比較例に係るフィルタ成形体の密度は、上記表１のとおり、互いに異なる。

実施例１及び比較例に係るフィルタ成形体を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。その結果、図６に示すように、実施例１では、可溶性材料（食塩）の跡が空隙となっていることが確認されたが、比較例では、このような空隙を確認できず、浄化材（活性炭）の粒子が密に配置されていることが確認された。

実施例１〜４及び比較例に係る各フィルタ成形体に、水圧を徐々に上げながら通水したときの流速を測定した。その結果、図７に示すように、可溶性材料を配合しておらず、密度が実施例１〜４及び比較例の中で最も大きい比較例では、通水流速が実施例１〜４及び比較例の中で最も小さくなった（即ち、圧力損失が実施例１〜４及び比較例の中で最も高くなった）。実施例１〜４ではすべて、比較例と比べ、同一の水圧において、通水流速が大きくなった。即ち、同じ通水流速(流量)であれば、実施例１〜４は比較例よりも圧力損失が低くなる。よって、可溶性材料を投入することによる効果があるといえる。

実施例１〜４を比較すると、フィルタ成形体の密度が最も小さい実施例１及び実施例４は、実施例２、３と比べ、通水流速が大きくなった（即ち、圧力損失が低くなった）。また、実施例１と実施例４とは、可溶性材料の粒度が異なるが、通水流速（圧力損失）の差がほとんどなかった。実施例１、４よりも密度が大きい実施例２、３は、実施例１、４に対して通水流速が小さくなった（即ち、圧力損失が高くなった）が、実用上問題のない圧力損失である。

なお、実施例３と比較例とは、密度の差が僅か０．０４ｇ／ｃｍ^３あるが、通水流速（圧力損失）において顕著な差があった。

このように、可溶性材料の量によって、フィルタ成形体の密度を調整し、圧力損失を狙い通りの値にすることができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。

・浄化材として、粒状又は粉状の材料と繊維状の材料とを混合して用いてもよい。また、浄化材として、活性炭を用いることに限定されず、空隙を通る液体又は気体を浄化する機能を有する任意の材料を用いてよい。例えば、浄化材として、活性炭に加えて又は活性炭の代わりに、ゼオライト、キレート繊維、シリカ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ウォラストナイト、ガラス繊維、珪酸チタニウム、ヒドロキシアパタイト、イオン交換樹脂、銀添着活性炭等を用いてよい。
・結合材として、超高分子量ポリエチレンを用いることに限定されず、浄化材を結合する機能を有する任意の材料を用いてよい。例えば、結合材として、超高分子量ポリエチレン以外の熱可塑性樹脂を用いてもよいし、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を用いてもよい。
・可溶性材料として、食塩を用いることに限定されず、除去工程において溶媒に溶解し得る任意の材料（例えば、塩化カルシウム、炭酸ナトリウム、塩化マグネシウム、酢酸カルシウム等の無機塩類）を用いてよい。また、可溶性材料の粒径は、浄化材の粒径と同等にすることに限定されず、空隙の狙いサイズに合わせて自由に選択してよい。
・浄化材、結合材及び可溶性材料は、固形状であればよく、形状は特に限定されない。
・フィルタ成形体の中心孔は、軸方向に貫通することに限定されず、止まり穴であってもよい。また、フィルタ成形体は中心孔を有さなくてもよい。
・フィルタ成形体の形状は、任意であり、横断面が円形ではなく楕円形や矩形であってもよく、また、円筒状でなくてもよい（例えば板状であってもよい）。
・充填工程において、漏斗を用いずに又は漏斗以外の用具を用いて混合材料を金型内に充填してよい。
・本発明に係るフィルタ成形体は、蛇口直結型の浄水器の他、蛇口接続型の浄水器等、任意の型式の浄水器（例えば、シンク内に配置されて蛇口及びホースを介して接続される浄水器、シャワーのハンドルを兼ねた浄水器、ポットピッチャー型浄水器等）に適用可能である。
・本発明に係るフィルタ成形体は、上水に限定されず、中水や下水の処理にも適用可能である。
・本発明に係るフィルタ成形体は、浄水器に用いられることに限定されず、空気清浄機等の気体処理にも適用可能である。
・本発明に係るフィルタ成形体は、所定の長さにカットしてから、浄水器や空気清浄機等の機器に使用されてよい。

１フィルタ成形体
１ｘ中心孔
２濾過層
３ａ，３ｂキャップ
１０フィルタ
２０切換板
５０浄水器
５１流入口
５２流出口
５３切換板収容室
５４フィルタ収容室
６０蛇口
７０金型
Ｍ混合材料
Ｎ基体

Claims

液体又は気体から不純物を除去するために用いられる多孔質体からなるフィルタ成形体の製造方法において、
それぞれ固形状の浄化材、結合材及び可溶性材料を混合して混合材料を得る混合工程と、
前記混合工程の後、前記混合材料を金型内に充填する充填工程と、
前記充填工程の後、前記混合材料を、前記金型内で加圧及び加熱して前記結合材を溶融させた後、冷却により硬化させることで、前記フィルタ成形体の基体を成形する成形工程と、
前記成形工程の後、前記基体を前記金型から取り出す脱型工程と、
前記脱型工程の後、前記基体を溶媒で洗浄することで、前記溶媒で前記可溶性材料を溶かして、前記基体から前記可溶性材料を除去し、前記フィルタ成形体を得る除去工程と、
を備えたことを特徴とする、フィルタ成形体の製造方法。
前記可溶性材料として、食塩を用いることを特徴とする、請求項１に記載のフィルタ成形体の製造方法。
前記溶媒として、水を用いることを特徴とする、請求項１又は２に記載のフィルタ成形体の製造方法。
前記浄化材及び前記可溶性材料として、同等の粒径の粒状又は粉状の材料を用いることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のフィルタ成形体の製造方法。
前記可溶性材料の量を調整し、密度０．１５〜０．４５ｇ／ｃｍ^３の前記フィルタ成形体を得ることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のフィルタ成形体の製造方法。