JP2019214032A - 浄水フィルター用混抄シート及び浄水フィルター - Google Patents
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Abstract
Description
項1. 浄水フィルターに使用される混抄シートであって、
前記混抄シートが、繊維状活性炭及び熱融着性繊維を含有し、
前記混抄シートの比表面積が1700〜3000m2/gであり、
前記混抄シートの密度が0.15〜0.24g/cm3であり、且つ
前記混抄シートの通気断面積7850mm2を風速0.1m/秒で通気する際の差圧が40〜55Paである、
浄水フィルター用混抄シート。
項2. 前記熱融着繊維が、ポリエステル樹脂を含み、
該ポリエステル樹脂のSb含有量が30mg/kg以下である、項1に記載の浄水フィルター用混抄シート。
項3. 項1又は2に記載の浄水フィルター用混抄シートが捲回されてなる浄水フィルター。
項4. 前記浄水フィルターの密度が0.15〜0.24g/cm3である、項3に記載の浄水フィルター。
項5. 空塔速度(SV)8000/hにおける遊離残留塩素ろ過能力が50L/cm3以上であり、下記測定条件で測定される通水圧力損失が0.05MPa以下である、項3又は4に記載の浄水フィルター。
<通水圧力損失の測定条件>
浄水フィルターをステンレス製ハウジングに装填し、0.1μmフィルターにより浄化処理したイオン交換水をSVが8000/hとなるように外側から内側に10分間通水を行った後、ブルドン管圧力計にて圧力損失X1(MPa)を測定する。また、同様に予めフィルターを除いたブランクでの圧力損失X2(MPa)を測定する。圧力損失X1から圧力損失X2を差し引いた値をフィルターの通水圧力損失(MPa)とする。
本発明の浄水フィルター用混抄シートは、繊維状活性炭及び熱融着性繊維を含有する混抄シートであって、該混抄シートの比表面積が1700〜3000m2/gであり、該混抄シートの密度が0.15〜0.24g/cm3であり、且つ該混抄シートの通気断面積7850mm2を風速0.1m/秒で通気する際の差圧が40〜55Paである、ことを特徴とする。以下、本発明の混抄シートについて詳述する。
・比表面積
本発明の浄水フィルター用混抄シートは、比表面積が1700〜3000m2/gである。このような比表面積を充足させると共に、後述する密度及び通気特性を充足することにより、高SV条件下において、遊離残留塩素ろ過能力を高めつつ、通水圧力損失を抑制することができる。高SV条件下における遊離残留塩素ろ過能力をより一層甲除プさせるという観点から、本発明の浄水フィルター用混抄シートの比表面積として、好ましくは2000〜2500m2/gが挙げられる。
本発明の浄水フィルター用混抄シートは、密度が0.15〜0.24g/cm3である。このような比表面積を充足させると共に、後述する密度及び通気特性を充足することにより、高SV条件下において、高い遊離残留塩素ろ過能力と通水圧力損失の抑制を両立させることができる。本発明の浄水フィルター用混抄シートの密度として、好ましくは0.16〜0.20g/cm3が挙げられる。
本発明の浄水フィルター用混抄シートは、通気特性として、該混抄シートの通気断面積7850mm2を風速0.1m/秒で通気する際の差圧が40〜55Paになる特性を有することを要する。前述のように、本発明者の検討によれば、浄水フィルターの通水圧力損失は、浄水フィルターとする混抄シートの密度が同じであっても、含まれる繊維状活性炭の繊維長分布等の影響によって相違することを知得した。そして、本発明者が更に鋭意検討したところ、フィルター内流路状態を反映するファクターとして、混抄シートの通気断面積7850mm2を風速0.1m/秒で通気する際の差圧として表される通気特性を評価することができ、混抄シートの比表面積及び密度に加えて、該通気特性を所定範囲に設定することにより、初めて、高SV条件下において、高い遊離残留塩素ろ過能力と通水圧力損失の抑制を両立できることを見出したのである。
本発明の浄水フィルター用混抄シートの坪量としては、特に制限されないが、例えば、80〜120g/m2、好ましくは90〜110g/m2が挙げられる。
・繊維状活性炭
本発明の浄水フィルター用混抄シートは、繊維状活性炭を含有する。
本発明の浄水フィルター用混抄シートは、熱融着性繊維を含有する。熱融着性繊維とは、加熱によって融着特性を示す繊維である
本発明の浄水フィルター用混抄シートは、前記繊維状活性炭及び熱融着性繊維以外に、必要に応じて他の成分が含まれていてもよい。該他の成分として、例えば、鉛を除去し得る成分、混抄シートの強度を向上させる成分等が挙げられる。
本発明の浄水フィルター用混抄シートの製造方法については、繊維状活性炭及び熱融着性繊維を含含有させ、且つ前述する比表面積、密度及び通気特性を具備させ得る限り、特に制限されないが、好ましくは湿式混抄法が挙げられる。湿式混抄法は、例えば乾式混抄法に比べて、密度が高い混抄シートを製造し易く、前述する比表面積、密度及び通気特性を具備する混抄シートの製造に好適である。
本発明の浄水フィルター用混抄シートは、所望の形状で捲回し、浄水フィルターとして使用される。当該浄水フィルターに関しては、後述する通りである。
本発明の浄水フィルターは、前記浄水フィルター用混抄シートが捲回されてなるフィルターである。
<遊離残留塩素ろ過能力の測定方法>
先ず、浄水フィルターの両端面をホットメルト又はシリコーンシーラントでシールした後、ステンレス製ハウジングに充填する。別途、活性炭フィルターにより浄化処理した水道水に、遊離残留塩素濃度が2.0±0.2mg/Lとなるように次亜塩素酸ナトリウムを添加したものを調整原水とし調製する。空塔速度(SV)が8000/hとなるように浄水フィルターの外側から内側に調整原水の通水を行う。例えば、内径8.3mm、外径21.0mm、長さ100.0mm、体積29.2cm3の浄水フィルターであれば、3.9L/minで通水すればよい。次いで、ろ過流量を維持したまま、1日5時間以上連続通水を行い、浄水フィルター通過前後で遊離残留塩素の濃度をDPD試薬吸光光度法にて定量測定し、流入水に対する流出水の遊離残留塩素の水中濃度が初期20%以上になる点を破過点とし、該破過点までの総ろ過水量(L)を求める。得られた総ろ過水量(L)を浄水フィルター体積(cm3)で割った値を遊離残留塩素ろ過能力(L/cm3)とする。
<通水圧力損失の測定条件>
浄水フィルターをステンレス製ハウジングに装填し、0.1μmフィルターにより浄化処理したイオン交換水をSVが8000/hとなるように外側から内側に10分間通水を行った後、ブルドン管圧力計にて圧力損失X1(MPa)を測定する。また、同様に予めフィルターを除いたブランクでの圧力損失X2(MPa)を測定する。圧力損失X1から圧力損失X2を差し引いた値をフィルターの通水圧力損失(MPa)とする。
1−1.繊維状活性炭の物性の測定
<比表面積>
繊維状活性炭の比表面積は、77.4Kにおいて窒素吸着等温線に基づいて算出した。具体的には、繊維状活性炭を77.4K(窒素の沸点)に冷却し、窒素ガスを導入して容量法により窒素ガスの吸着量V[cc/g]を測定した。このとき、導入する窒素ガスの圧力P[hPa]を徐々に上げ、窒素ガスの飽和蒸気圧P0[hPa]で除した値を相対圧力P/P0として、各相対圧力に対する吸着量をプロットすることにより窒素吸着等温線を作成した。窒素ガスの吸着量は、自動ガス吸着量測定装置(商品名「AUTOSORB−1−MP」(QUANTCHROME製))を用いて測定した。得られた窒素吸着等温線に基づき、前記自動ガス吸着量測定装置付属する解析プログラムで、BET法に従って比表面積を求めた。
繊維状活性炭の強度は、JIS K 1477:2007 7.3.2に準じて測定して算出した。
繊維状活性炭の長さ加重平均繊維長は、L&W Fiber Tester(Lorentzen and Wettre社製)を用いて、濃度0.05質量%となるように水希釈して測定した。
繊維状活性炭の繊維径は、JIS K 1477:2007 7.3.1に準じ、反射顕微鏡によって測定して算出した。
<比表面積>
窒素を被吸着物質として用いたBET法(1点法)により測定した。
厚み測定器(株式会社尾崎製作所製商品名ピーコックH)を用いて、シートの厚さを3点測定し、それら平均値をシートの厚さ(mm)とした。また、JIS L 1913:2010 6.2に準じて、シートの単位面積当たりの質量(g/m2)を坪量した。前記シートの厚さと坪量値から密度を算出した。
シートを通気断面積が7850mm2になるように風洞装置に固定して0.1m/秒で通気した状態にして、該シートよりも上流側と下流側の差圧を差圧計(「マノスターゲージ W081FN100DV」、山本電機製作所)で測定した。
L&W Fiber Tester(Lorentzen and Wettre社製)により、濃度0.05質量%となるように水希釈して測定し、得られた繊維長繊維長ヒストグラムから、分布割合が最も高くなるピークが位置する繊維長を、繊維長の最頻値として読み取った。なお、測定繊維本数は10000本以上とした。
L&W Fiber Tester(Lorentzen and Wettre社製)により、濃度0.05質量%となるように水希釈して長さ加重平均繊維長を測定した。なお、測定繊維本数は10000本以上とした。
<密度>
浄水フィルターを熱風乾燥機にて80℃で3時間乾燥させ、デシケーター内で室温まで冷却した。次いで、電子天秤にて質量を秤量し、その質量(g)を浄水フィルターの体積(cm3)で除することによって、浄水フィルターの密度を求めた。
遊離残留塩素ろ過能力は、JIS S 3201 2010 6.5.3揮発性有機化合物ろ過能力試験に準じて、以下の方法に従って求めた。先ず、浄水フィルターの両端面をホットメルト又はシリコーンシーラントでシールした後、ステンレス製ハウジングに充填した。別途、活性炭フィルターにより浄化処理した水道水に、遊離残留塩素濃度が2.0±0.2mg/Lとなるように次亜塩素酸ナトリウムを添加したものを調整原水とし調製した。空塔速度(SV)が8000/hとなるように浄水フィルターの外側から内側に調整原水を3.9L/minで通水した。次いで、ろ過流量を維持したまま、1日5時間以上連続通水を行い、浄水フィルター通過前後で遊離残留塩素の濃度をDPD試薬吸光光度法にて定量測定し、流入水に対する流出水の遊離残留塩素の水中濃度が初期20%以上になる点を破過点とし、該破過点までの総ろ過水量(L)を求めた。得られた総ろ過水量(L)を浄水フィルター体積(cm3)で割った値を遊離残留塩素ろ過能力(L/cm3)として算出した。
浄水フィルターをステンレス製ハウジングに装填し、0.1μmフィルターにより浄化処理したイオン交換水をSVが8000/hとなるように外側から内側に10分間通水を行った後、ブルドン管圧力計にて圧力損失X1(MPa)を測定した。また、同様に予めフィルターを除いたブランクでの圧力損失X2(MPa)も測定した。圧力損失X1から圧力損失X2を差し引いて、フィルターの圧力損失(MPa)として算出した。
2−1.実施例1
<繊維状活性炭の準備>
(1)繊維長の最頻値が1.0〜10.0mmの範囲にある繊維状活性炭A1
有機質材料として、軟化点が280℃の粒状石炭ピッチを、溶融押出機に供給し、溶融温度320℃で溶融混合し、吐出量20g/minで紡糸することによりピッチ繊維を得た。得られたピッチ繊維を空気中で常温から354℃まで1〜30℃/分の割合で54分間昇温することにより不融化処理を行い、不融化されたピッチ繊維である活性炭前駆体を得た。得られた活性炭前駆体を、H2O濃度が100容量%のガスを賦活炉内に連続的に導入し、雰囲気温度875℃で60分間熱処理することにより賦活を行い、繊維状活性炭を得た。得られた繊維状活性炭の比表面積は2000m2/g、強度は0.20GPa、繊維径は14μmであった。次いで、該繊維状活性炭をリファイナーによって叩解し、繊維長の最頻値が1.69mm、長さ加重平均繊維長が2.2mmである繊維状活性炭A1を調製した。
有機質材料として、軟化点が280℃の粒状石炭ピッチを、溶融押出機に供給し、溶融温度320℃で溶融混合し、吐出量20g/minで紡糸することによりピッチ繊維を得た。得られたピッチ繊維を空気中で常温から354℃まで1〜30℃/分の割合で54分間昇温することにより不融化処理をおこない、不融化されたピッチ繊維である活性炭前駆体を得た。得られた活性炭前駆体を、該活性炭前駆体の3倍の質量のKOHと混合した状態で、N2濃度が100容量%のガスを賦活炉内に連続的に導入し、雰囲気温度800℃で120分間熱処理することにより賦活を行いった。賦活した繊維状活性炭を希塩酸で中和、水洗し、乾燥することにより、繊維状活性炭を得た。得られた繊維状活性炭の比表面積は3000m2/g、強度は0.10GPa未満、平均繊維径は15μmであった。次いで、該繊維状活性炭をパルパーにて叩解し、繊維長の最頻値が0.25mm、長さ加重平均繊維長が0.6mmである繊維状活性炭B1を調製した。
熱融着性繊維として、芯部が融点255℃のポリエチレンテレフタレート、鞘部が融点110℃の共重合ポリエステルであって、Sb含有量が30mg/kg以下のポリエステル系熱融着性繊維(ポリエステルの重合触媒としてTi系触媒を使用、繊維長5mm、平均繊維径1.7dtex)を準備した。
上記準備した繊維状活性炭A1、繊維状活性炭B1、熱融着性繊維及びアクリルパルプを、表1に記載の質量比として、パルパーを用いて混合し、均一に分散したスラリーを作製した。得られたスラリーを所定の流量でワイヤー上に流し、脱水することで坪量を調整した。その後、プレスパートを経てドライヤーパートでシートを乾燥し、カレンダーパートでシート表面を平滑にしてからリールで巻き取った。その際、得られたシートの厚みは0.82mmであった。その後、熱プレスローラーでシートを110℃で熱プレスし、混抄シートを得た。
上記得られたシートを、鉄製の円筒状パイプ(外径8.3mm、長さ1200mm)に捲回した。なお、捲回する際の張力は、最終的に密度が0.21g/cm3になるように調整した。捲回したシートを雰囲気温度150℃で2時間熱処理した。その後、前記円筒状パイプを除去した後に、カット機で100.0mmの長さにカットし、浄水フィルターを得た。
<混抄シートの製造>
実施例1で準備した繊維状活性炭A1、繊維状活性炭B1、熱融着性繊維及びアクリルパルプを用い、表1に記載の質量比として、パルパーを用いて混合し、均一に分散したスラリーを作製した。得られたスラリーを所定の流量でワイヤー上に流し、脱水することで坪量を調整した。その後、プレスパートを経てドライヤーパートでシートを乾燥し、カレンダーパートでシート表面を平滑にしてからリールで巻き取り、混抄シートを得た。
上記で得られた混抄シートを、鉄製の円筒状パイプ(外径8.3mm、長さ1200mm)に捲回した。なお、捲回する際の張力は、最終的に密度が0.22g/cm3になるように調整した。捲回したシートを雰囲気温度150℃で2時間熱処理した。その後、上記円筒状パイプを除去した後に、カット機で100.0mmの長さにカットし、浄水フィルターを得た。
<混抄シートの製造>
実施例2で得た混抄シートを用いた。
上記混抄シートを、鉄製の円筒状パイプ(外径8.3mm、長さ1200mm)に捲回した。なお、捲回する際の張力は、最終的に密度が0.23g/cm3になるように調整した。捲回したシートを雰囲気温度150℃で2時間熱処理した。上記円筒状パイプを除去した後に、カット機で100.0mmの長さにカットし、浄水フィルターを得た。
<繊維状活性炭の準備>
実施例1で得た繊維状活性炭B1を用いた。
熱融着性繊維として、芯部が融点255℃のポリエチレンテレフタレート、鞘部が融点110℃の共重合ポリエステルであって、Sb含有量が30mg/kg以下のポリエステル系熱融着性繊維(ポリエステルの重合触媒としてTi系触媒を使用、繊維長5mm、平均繊維径1.7dtex)を準備した。
上記で準備した繊維状活性炭B1、熱融着性繊維、アクリルパルプ及びイオン交換繊維を、表1に記載の質量比として、パルパーを用いて混合し、均一に分散したスラリーを作製した。得られたスラリーを所定の流量でワイヤー上に流し、脱水することで坪量を調整した。その後プレスパートを経てドライヤーパートでシートを乾燥し、カレンダーパートでシート表面を平滑にしてからリールで巻き取り、混抄シートを得た。
得られた混抄シートは、坪量90g/m2、厚さ0.51mm、密度0.176g/cm3、通気特性(差圧)70.0Pa、比表面積2050m2/gであった。
上記得られたシートを、鉄製の円筒状パイプ(外径8.3mm、長さ1200mm)に捲回した。なお、捲回する際の張力は、最終的に密度が0.23g/cm3になるように調整した。捲回したシートを雰囲気温度150℃で2時間熱処理した。上記円筒状パイプを除去した後に、カット機で100.0mmの長さにカットし、浄水フィルターを得た。
<繊維長の最頻値が10mm超の繊維状活性炭C1の準備>
有機質材料として、軟化点が280℃の粒状石炭ピッチを、溶融押出機に供給し、溶融温度320℃で溶融混合し、吐出量20g/minで紡糸することによりピッチ繊維を得た。得られたピッチ繊維を空気中で常温から354℃まで1〜30℃/分の割合で54分間昇温することにより不融化処理を行い、不融化されたピッチ繊維である活性炭前駆体を得た。得られた活性炭前駆体を、H2O濃度が100容量%のガスを賦活炉内に連続的に導入し、雰囲気温度875℃で50分間熱処理することにより賦活を行い、強度が比較的高い繊維状活性炭C1を得た。得られた繊維状活性炭C1の比表面積は1650m2/g、強度は0.23GPa、繊維径は15.5μmであった。なお、繊維状活性炭C1では、叩解等の工程は行っておらず、繊維長の最頻値は10mm超、長さ加重平均繊維長は10mm超であった。
熱融着性繊維として、芯部が融点255℃のポリエチレンテレフタレート、鞘部が融点110℃の共重合ポリエステルであって、Sb含有量が30mg/kg以下のポリエステル系熱融着性繊維(ポリエステルの重合触媒としてTi系触媒を使用、繊維長51mm、平均繊維径1.7dtex)を準備した。
上記準備した繊維状活性炭C1及び熱融着性繊維を、開繊と混合によるカードウェブ法により、シートを得た。
上記で得られたシートを、鉄製の円筒状パイプ(外径8.3mm、長さ1200mm)に捲回した。なお、捲回する際の張力は、最終的に密度が0.18g/cm3になるように調整した。捲回したシートを雰囲気温度150℃で2時間熱処理した。上記円筒状パイプを除去した後に、カット機で100.0mmの長さにカットし、浄水フィルターを得た。
前記各浄水フィルターの遊離残留塩素ろ過能力及び通水圧力損失を評価した結果を表1に示す。また、表1には、使用した原料、シート、浄水フィルターの他の物性についても併せて示す。この結果、繊維状活性炭及び熱融着性繊維を含有し、比表面積が1700〜3000m2/g、密度が0.15〜0.24g/cm3、通気特性(差圧)が40〜55Paを全て満たす混抄シートは、浄水フィルターに成形すると、8000/hという高SV条件で通水しても、高い遊離残留塩素ろ過能力が認められ、しかも通水圧力損失を抑制できることが確認された(実施例1〜3参照)。また、繊維状活性炭及び熱融着性繊維を含有する混抄シートは、含有させる繊維状活性炭として、加重平均繊維長1〜10mmと加重平均繊維長0.1〜0.8mmが含まれているものを選択することにより、比表面積1700〜3000m2/g、密度0.15〜0.24g/cm3、及び通気特性(差圧)40〜55Paを全て充足させ得ることも確認された。
Claims (5)
- 浄水フィルターに使用される混抄シートであって、
前記混抄シートが、繊維状活性炭及び熱融着性繊維を含有し、
前記混抄シートの比表面積が1700〜3000m2/gであり、
前記混抄シートの密度が0.15〜0.24g/cm3であり、且つ
前記混抄シートの通気断面積7850mm2を風速0.1m/秒で通気する際の差圧が40〜55Paである、
浄水フィルター用混抄シート。 - 前記熱融着繊維が、ポリエステル樹脂を含み、
該ポリエステル樹脂のSb含有量が30mg/kg以下である、請求項1に記載の浄水フィルター用混抄シート。 - 請求項1又は2に記載の浄水フィルター用混抄シートが捲回されてなる浄水フィルター。
- 前記浄水フィルターの密度が0.15〜0.24g/cm3である、請求項3に記載の浄水フィルター。
- 空塔速度(SV)8000/hにおける遊離残留塩素ろ過能力が50L/cm3以上であり、下記測定条件で測定される通水圧力損失が0.05MPa以下である、請求項3又は4に記載の浄水フィルター。
<通水圧力損失の測定条件>
浄水フィルターをステンレス製ハウジングに装填し、0.1μmフィルターにより浄化処理したイオン交換水をSVが8000/hとなるように外側から内側に10分間通水を行った後、ブルドン管圧力計にて圧力損失X1(MPa)を測定する。また、同様に予めフィルターを除いたブランクでの圧力損失X2(MPa)を測定する。圧力損失X1から圧力損失X2を差し引いた値をフィルターの通水圧力損失(MPa)とする。
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