JP2021133319A

JP2021133319A - ポット型浄水器用浄水フィルター

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Publication number: JP2021133319A
Application number: JP2020032300A
Authority: JP
Inventors: 麻依子酒井; Maiko Sakai; 宣博内藤; Norihiro Naito
Original assignee: Unitika Ltd
Current assignee: Unitika Ltd
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2021-09-13
Anticipated expiration: 2040-02-27
Also published as: JP6758691B1

Abstract

【課題】ろ材として活性炭、バインダー成分としてポリ乳酸を含み、活性炭同士がポリ乳酸によって融着されてなる浄水フィルターにおいて、一定の遊離残留塩素ろ過能力を維持しつつ、ポット型浄水器として適したろ過流量を有し、硬度がある程度高く取扱い性に優れた浄水フィルターの提供。【解決手段】活性炭の形状が繊維状であり、ポリ乳酸が、Ｄ−乳酸とＬ−乳酸との共重合体であり、融点が１１０〜１４０℃であり、芯鞘型複合繊維の鞘部として含まれており、芯鞘型複合繊維の芯部を構成する合成樹脂の融点とポリ乳酸の融点との差が２０℃以上であり、浄水フィルターが、繊維状の活性炭とポリ乳酸を鞘部として含む芯鞘型複合繊維とを含有する不織布シートを捲回されてなり、密度が０．１２〜０．３０ｇ／ｃｍ３であり、比表面積が５００〜１８００ｍ２／ｇである、ポット型浄水器用浄水フィルター。【選択図】図１

Description

本発明は、ポット型浄水器に用いられる浄水フィルターに関する。

従来、水道水からの遊離残留塩素除去等の浄水のために、活性炭を使用した浄水フィルターが使用されており、様々な浄水フィルターが開発されている。

浄水フィルターとしては、ろ材である活性炭と、当該活性炭を一体化するためのバインダー成分を含むものが知られている。

このような浄水フィルターは、使用後家庭ごみとして廃棄され、焼却処分や埋め立て処分等がされている。そして、地球環境保護の観点からは、焼却処分の際のエネルギー削減、又は埋め立ての際の生分解性向上が求められる。

浄水フィルターの生分解性を向上させる方法としては、例えば、上記バインダー成分を生分解性のものとすることが挙げられる。バインダー成分を生分解性のものとした浄水フィルターとして、例えば、アルミノ珪酸塩とそのバインダーを含み、多孔ブロックまたはシートの形態である流体用浄化材料であって、バインダーが生分解性ポリマーである浄化材料が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特表２００４−５０４１２６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された浄化材料は、粒状炭等を圧縮成型等して得られるものであり、ろ過流量が小さい。そのため、貯留部に溜めた原水を自重落下させフィルターを通過させて浄化をおこなうポット型（ピッチャー型）浄水器のフィルターとして使用した場合に、ろ過に多大な時間を要してしまうという問題があった。

ここで、本発明者等は、特許文献１に開示された浄化材料のろ過流量を高めるために、ろ材である活性炭、及びバインダー成分を繊維状のポリ乳酸とし、嵩高いもの（密度の小さいもの）とすることを想起した。しかしながら、本発明者等が検討したところ、単にろ材である活性炭、及びバインダー成分を繊維状のポリ乳酸とするのみでは、一定の遊離残留塩素ろ過能力を維持しつつ、ろ過流量を高めることができないこと、また、フィルター硬度が低くなってしまい、取扱い性に劣ることがあるという問題があることを知得した。

そこで、本発明は、上記問題を解決し、ろ材として活性炭、バインダー成分としてポリ乳酸を含み、活性炭同士がポリ乳酸によって融着されてなる浄水フィルターにおいて、一定の遊離残留塩素ろ過能力を維持しつつ、ポット型浄水器として適したろ過流量を有し、硬度がある程度高く取扱い性に優れた浄水フィルターの提供を主な課題とする。

本発明者等が上記問題について検討したところ、例えば、バインダー成分を、ポリ乳酸単一成分からなる全融タイプの繊維状バインダーとした場合、ポリ乳酸自体熱溶融したときの流動性が比較的低いため、活性炭同士を十分に接着させるためにはポリ乳酸の融点近くの温度で熱処理しポリ乳酸を溶融させなければならない。このとき、当該熱処理により繊維状バインダー全体が熱変形しやすくなり、例えば繊維状バインダーがフィルム状に潰れたりしてしまう場合がある。そして、本発明者等は、これに起因して、浄水フィルター内の空隙が少なくなってしまい、得られる浄水フィルターはろ過流量に劣る場合があることを知得した。

そこで、本発明者等は、繊維状バインダーとして、ポリ乳酸が、芯鞘型複合繊維の鞘部として含まれており、前記芯鞘型複合繊維の芯部を構成する合成樹脂の融点と前記ポリ乳酸の融点との差（芯部を構成する合成樹脂の融点−ポリ乳酸の融点）が２０℃以上とすることで、解決を図れるのではないかと想起した。しかしながら、上記の場合でも、フィルターが脆くなってしまうか、又は芯鞘型複合繊維の芯部が接着の際の熱処理において熱変形して扁平になってしまうことがあった。この原因について、本発明者等が検討したところ、ポリ乳酸は、熱溶融したときの流動性が比較的小さく、活性炭同士の接着が他のポリエステル等と比較して比較的不十分になりやすい傾向があり、また、ポリ乳酸自体が比較的硬くて脆い性質があるが故、得られる浄水フィルターは機械的強度等に劣り、取扱い性に劣る場合があることを知得した。また、鞘部に配されたバインダー成分であるポリ乳酸が熱溶融した時の流動性を高めるべく接着の際の熱処理温度を高めると、芯鞘型複合繊維の芯部が熱変形しやすくなり、これに起因して、浄水フィルター内の空隙が少なくなってしまい、得られる浄水フィルターはろ過流量に劣る場合があることを知得した。

そこで、本発明者等が鋭意検討したところ、芯鞘型複合繊維の芯部を構成する合成樹脂の融点と前記ポリ乳酸の融点との差（前記芯部を構成する合成樹脂の融点−前記ポリ乳酸の融点）が２０℃以上としつつ、芯鞘型複合繊維の鞘部として用いるポリ乳酸を、Ｄ−乳酸とＬ−乳酸との共重合体であり、融点が１１０〜１４０℃とすることで、接着の際に熱処理しやすい比較的低い融点と、溶融したときの適度な流動性とを確保することができ、芯鞘型複合繊維の芯部の熱変形を抑制できることを見出した。

加えて、活性炭の形態も繊維状とし、フィルターの比表面積が５００〜１８００ｍ^２／ｇ、フィルターの密度を０．１２〜０．３０ｇ／ｃｍ^３となるようにしつつ、浄水フィルターが、前記繊維状の活性炭と前記ポリ乳酸を鞘部として含む芯鞘型複合繊維とを含有する不織布シートを捲回されてなるものとすることにより、一定の遊離残留塩素ろ過能力を維持しつつ、ポット型浄水器として適したろ過流量を有し、硬度がある程度高く取扱い性に優れた浄水フィルターを提供することができることを見出した。

すなわち、本発明は、下記に掲げる態様の発明を提供する。
項１．活性炭と、ポリ乳酸とを含み、前記活性炭同士が前記ポリ乳酸によって融着されてなるポット型浄水器用浄水フィルターであって、前記活性炭の形状が繊維状であり、前記ポリ乳酸が、Ｄ−乳酸とＬ−乳酸との共重合体であり、融点が１１０〜１４０℃であり、芯鞘型複合繊維の鞘部として含まれており、芯鞘型複合繊維の鞘部として含まれており、前記芯鞘型複合繊維の芯部を構成する合成樹脂の融点と前記ポリ乳酸の融点との差（前記芯部を構成する合成樹脂の融点−前記ポリ乳酸の融点）が２０℃以上であり、前記浄水フィルターが、前記繊維状の活性炭と前記ポリ乳酸を鞘部として含む芯鞘型複合繊維とを含有する不織布シートを捲回されてなり、前記浄水フィルターの密度が０．１２〜０．３０ｇ／ｃｍ^３であり、前記浄水フィルターの比表面積が５００〜１８００ｍ^２／ｇである、ポット型浄水器用浄水フィルター。

本発明の浄水フィルターによれば、本発明の構成を備えることにより、ろ材として活性炭、バインダー成分としてポリ乳酸を含み、活性炭同士がポリ乳酸によって融着されてなる浄水フィルターにおいて、一定の遊離残留塩素ろ過能力を維持しつつ、ポット型浄水器として適したろ過流量を有し、硬度がある程度高く取扱い性に優れるものとすることができる。

不織布シートが捲回された状態で成型されている、浄水フィルターの一例を説明する模式的斜視図である。

本発明のポット型浄水器用浄水フィルターは、活性炭と、ポリ乳酸とを含み、前記活性炭同士が前記ポリ乳酸によって融着されてなるポット型浄水器用浄水フィルターであって、前記活性炭の形状が繊維状であり、前記ポリ乳酸が、Ｄ−乳酸とＬ−乳酸との共重合体であり、融点が１１０〜１４０℃であり、芯鞘型複合繊維の鞘部として含まれており、前記芯鞘型複合繊維の芯部を構成する合成樹脂の融点と前記ポリ乳酸の融点との差（前記芯部を構成する合成樹脂の融点−前記ポリ乳酸の融点）が２０℃以上であり、前記浄水フィルターが、前記繊維状の活性炭と前記ポリ乳酸を鞘部として含む芯鞘型複合繊維とを含有する不織布シートを捲回されてなり、前記浄水フィルターの密度が０．１２〜０．３０ｇ／ｃｍ^３であり、前記浄水フィルターの比表面積が５００〜１８００ｍ^２／ｇである。以下、本発明の浄水フィルターを構成する材料等について詳述する。

＜活性炭＞
本発明の浄水フィルターは、繊維状の活性炭を含む。後述する、バインダー成分であるポリ乳酸自体が比較的硬くて脆い性質があるが故、得られる浄水フィルターは機械的強度等に劣り、取扱い性に劣る場合があるところ、本発明の浄水フィルターによれば、活性炭自体も繊維状とすることで、ポリ乳酸に起因する脆さを改善し易くなり、取扱い性に優れるものとなる。

本発明の浄水フィルターに含まれる繊維状活性炭の比表面積は、後述する本発明の浄水フィルターの比表面積に設定しやすくしつつ、浄水フィルターの強度をより高める観点から、６００〜３０００ｍ^２／ｇであることが好ましく、１０００〜２０００ｍ^２／ｇであることがより好ましい。さらに、上記観点に加え、本発明の浄水フィルター初期使用時における炭塵の発生をより抑制する観点からは、１１００〜１５００ｍ^２／ｇであることが特に好ましい。なお、本発明において、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される値である。具体的には、次のようにして窒素吸着等温線が作成される。測定するサンプルを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］を測定する。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する。窒素ガスの吸着量は、市販の自動ガス吸着量測定装置（例えば、商品名「ＡＵＴＯＳＯＲＢ−１−ＭＰ」（ＱＵＡＮＴＣＨＲＯＭＥ製）など）を用いて実施できる。本発明では、窒素吸着等温線に基づき、ＢＥＴ法に従って比表面積を求める。この解析は、上記装置に付属する解析プログラム等の公知の手段を用いることができる。

本発明の浄水フィルターに含まれる繊維状活性炭の平均繊維径は５〜３０μｍであることが好ましく、１０〜２５μｍであることがより好ましい。このような平均繊維径とすることにより、遊離残留塩素ろ過能力とろ過流量との両立を一層図りやすくなる。本発明において、繊維状活性炭の平均繊維径は、ＪＩＳＫ１４７７：２００７７．３．１に準じ、反射顕微鏡によって測定して算出される。

また、本発明の浄水フィルターは、本発明の効果を奏する範囲で、繊維状活性炭以外の活性炭、例えば、粒状活性炭等を含むことができる。

本発明の浄水フィルターにおいて、繊維状活性炭を含む活性炭の含有割合（質量％）としては、特に制限されないが、例えば、５０〜９０質量％が挙げられる。とりわけ、一定の遊離残留塩素ろ過能力及びろ過流量を維持しつつ、本発明の浄水フィルター初期使用時における炭塵の発生を抑制すること、及び浄水フィルターの密度を高めてフィルターとしての取扱い性を高めること、とをより一層並立させる観点からは、５０〜７０質量％が好ましく、５５〜６５質量％が特に好ましい。

具体的に、後述する、バインダー成分としてポリ乳酸を含む繊維は、バインダー成分として共重合ポリエチレンテレフタレートやポリオレフィンを含む繊維に比べ、水に対する親和性及び熱収縮率が高い。そして、本発明者等によれば、バインダー成分としてポリ乳酸を含む繊維を含む活性炭フィルターは、フィルター成型のためにポリ乳酸を熱溶融させる際、当該繊維が比較的大きく熱収縮し、バインダー成分として共重合ポリエチレンテレフタレートやポリオレフィンを含む繊維を含む活性炭フィルターに比してフィルター密度がある程度高くなることが判明した。そして、活性炭の含有割合を５０〜７０質量％、特に好ましくは５５〜６５質量％とすることで、後述するポリ乳酸の含有割合を高めることができ、結果、得られるフィルターの水に対する親和性（水なじみ性）が高まり一定のろ過流量を維持しつつ、フィルター密度を比較的高くできることでフィルター硬度を高め取扱い性を高めることができるのである。加えて、活性炭の含有割合を５０〜７０質量％、特に好ましくは５５〜６５質量％とすることにより、フィルター初期使用時における炭塵の発生をより抑制しやすくなる。

＜芯鞘型複合繊維の鞘部として含まれるポリ乳酸、及び該芯鞘型複合繊維＞
本発明の浄水フィルターは、バインダー成分としてポリ乳酸を含む。そして、該ポリ乳酸は、Ｄ−乳酸とＬ−乳酸との共重合体であり、融点が１１０〜１４０℃であり、芯鞘型複合繊維の鞘部として含まれており、当該鞘部の少なくとも一部が軟化又は溶融されて固化した状態で前記活性炭同士を融着する。そして、前記芯鞘型複合繊維の芯部を構成する合成樹脂の融点と前記ポリ乳酸の融点との差（前記芯部を構成する合成樹脂の融点−前記ポリ乳酸の融点）が２０℃以上である。

本発明の浄水フィルターにおいて、バインダー成分として含まれるポリ乳酸は、Ｄ−乳酸とＬ−乳酸との共重合体であり、融点が１１０〜１４０℃である。

ポリ乳酸を構成する乳酸モノマーとしては、Ｄ体（Ｄ−乳酸）とＬ体（Ｌ−乳酸）の光学異性体が存在する。そして、例えば、Ｌ体にＤ体を３モル％程度共重合させると融点が１５０℃程度、Ｄ体を７モル程度共重合させると融点が１４０℃程度、Ｄ体を１２モル％程度共重合させると融点が１１０℃程度といった具合に、ポリ乳酸の融点のコントロールが可能である。そして、本発明者等が検討したところ、ポリ乳酸をＤ−乳酸とＬ−乳酸との共重合体とし、Ｄ体とＬ体の共重合比を調整して融点を１１０℃以上１４０℃以下とすることにより繊維状活性炭同士を接着するための熱処理において溶融したときに適度な流動性を得ることができ、繊維状活性炭の細孔の維持（細孔がバインダー成分によってさほど埋まらないこと）を図りつつ、繊維状活性炭同士の接着性を担保し熱処理における芯鞘型複合繊維の芯部の熱変形を抑制することができることを見出したのである。なお、本発明において、融点は、ＤＳＣ（示差走査熱量計）を用い、ＤＳＣ昇温速度２０℃／分の条件で測定し、得られた融解吸熱曲線において極値を与える温度を融点とする。

芯鞘型複合繊維の鞘部として含まれるポリ乳酸のＤ−乳酸の含有量としては、７〜１２モル％が好ましい。本発明において、ポリ乳酸のＤ−乳酸の含有量は、ポリ乳酸を０．３ｇ秤量し、１Ｎ−水酸化カリウム／メタノール溶液６ｍＬに加え、６５℃にて充分撹拌した。次いで、硫酸４５０μＬを加えて、６５℃にて撹拌し、ポリ乳酸を分解させ、サンプルとして５ｍＬを計り取る。このサンプルに純水３ｍＬ、および、塩化メチレン１３ｍＬを混合して振り混ぜ、静置分離後、下部の有機層を約１．５ｍＬ採取し、孔径０．４５μｍのＨＰＬＣ用ディスクフィルターでろ過後、ＨｅｗｌｅｔＰａｃｋａｒｄ製ＨＰ−６８９０ＳｅｒｉｅｓＧＣｓｙｓｔｅｍを用いてガスクロマトグラフィー測定する。乳酸メチルエステルの全ピーク面積に占めるＤ−乳酸メチルエステルのピーク面積の割合（％）を算出し、これをポリ乳酸のＤ−乳酸含有量（モル％）とする。

本発明の浄水フィルターにおいて、芯鞘型複合繊維の鞘部として含まれるポリ乳酸のメルトフローレート（ＭＦＲ）としては、５〜２０ｇ／１０ｍｉｎが挙げられる。本発明において、ＭＦＲは、ＪＩＳＫ７２１０に準拠し、試験温度１９０℃、荷重２．１６ｋｇの条件で測定される。

本発明の浄水フィルターにおいて、芯鞘型複合繊維の芯部として含まれる合成樹脂は、該合成樹脂の融点と前述した鞘部として含まれるポリ乳酸の融点との差（芯部を構成する合成樹脂の融点−ポリ乳酸の融点）が２０℃以上であり、３０℃以上が好ましい。本発明の浄水フィルターにおいて、芯鞘型複合繊維の芯部として含まれる合成樹脂は、該合成樹脂の融点と前述した鞘部として含まれるポリ乳酸の融点との差（芯部を構成する合成樹脂の融点−ポリ乳酸の融点）が２０℃以上であれば特に制限されない。例えば、ポリエステル、ポリアミド等が挙げられる。中でも、本発明の浄水フィルターの生分解性をより一層向上させることと、繊維状活性炭の接着の際の熱処理における芯鞘型複合繊維の芯部の熱変形を抑制することと、フィルター密度を高めることと、をより並立させる観点から、Ｄ−乳酸とＬ−乳酸との共重合体であり、融点が１５０℃以上１９０℃以下であるポリ乳酸とすることが好ましい。この場合、芯部を構成するポリ乳酸におけるＤ体含有量は、０．５〜２モル％が挙げられ、１〜２モル％が好ましく挙げられる。また、繊維状活性炭の接着の際の熱処理における芯鞘型複合繊維の芯部の熱変形をより抑制する観点から、芯部として含まれる合成樹脂のガラス転移点は、５０℃以上６５℃以下が好ましい。本発明において、ガラス転移点は、ＤＳＣ（示差走査熱量計）を用いて、昇温速度２０℃／分の条件で測定し、得られた昇温曲線におけるガラス転移に由来する２つの屈曲点の温度の中間値を求め、これをガラス転移点とする。

本発明において、芯鞘型複合繊維の芯部と鞘部の質量比（芯部／鞘部）としては特に制限されないが、３／７〜７／３が好ましく、４／６〜６／４がより好ましい。また、本発明において、芯鞘型複合繊維の繊度としては、特に制限されないが、１〜５ｄｔｅｘが好ましく、１〜３ｄｔｅｘが好ましい。また、平均繊維長としては、特に制限されないが、１０〜１００ｍｍが好ましく、３０〜７０ｍｍがより好ましい。

本発明の浄水フィルターにおいて、芯鞘型複合繊維の断面形状としては特に制限されないが、円形状が好ましい。

本発明の浄水フィルターにおいて、芯鞘型複合繊維の含有割合（質量％）としては、特に制限されないが、例えば、１０〜５０質量％が挙げられる。とりわけ、一定の遊離残留塩素ろ過能力及びろ過流量を維持しつつ、本発明の浄水フィルター初期使用時における炭塵の発生を抑制すること、及び浄水フィルターの密度を高めてフィルターとしての取扱い性を高めること、とをより一層並立させる観点からは、３０〜５０質量％が好ましく、３５〜４５質量％が特に好ましい。

＜浄水フィルター＞
本発明の浄水フィルターは、前記繊維状の活性炭と前記ポリ乳酸を鞘部として含む芯鞘型複合繊維とを含有する不織布シートを捲回されてなる。図１は、不織布シート２が捲回された状態で成型されている、浄水フィルター１の一例を説明する模式的斜視図である。図１において、浄水フィルター１は、不織布シート２が渦巻状に捲回された状態で成型されており、浄水フィルター１は、不織布シート２の長手方向が浄水フィルター１の高さ方向（紙面の上下方向）に対して垂直な方向となるように配置される。図１において、浄水フィルター１は、不織布シート２の表面又は裏面が浄水フィルター１の側面１２を形成し、不織布シート２の長手方向端部（耳）が渦巻状に並んで浄水フィルター１の上面１３及び下面（図示しない。）を形成している。図１においては、浄水フィルター１の中心部に高さ方向に連通する空間部３を備える、円筒状の浄水フィルターの例を示している。浄化する水は、浄水フィルター１の径方向に通水されることが好ましい。このように、不織布シート２の長手方向端部が複数層並んで浄水フィルター１の上面１３及び下面を形成することにより、後述する密度としても、上面１３及び下面の硬度を高くし、取扱い性を向上させることができる。また、不織布シート２を、張力をかけた状態で捲回することにより、浄水フィルター１を側面１２から径方向に中心へ向かう方向に圧縮し、側面１２の硬度を高くし、取扱い性を向上させることができる。当該浄水フィルターの製造方法としては、不織布シート２を準備し、例えば樹脂製の細い巻芯に不織布シート２を、張力をかけて捲回し、熱処理等により形態を固定し、巻芯を抜いて、必要に応じて浄水フィルター１が所定の高さとなるように高さ方向とは垂直な面方向にカットして、浄水フィルター１とする方法、が挙げられる。

本発明の浄水フィルターは、密度が０．１２〜０．３０ｇ／ｃｍ^３である。このような密度とすることにより、一定の遊離残留塩素ろ過能力を維持しつつ、ポット型浄水器として適したろ過流量を有することができる。ろ過流量を大きくすることと、硬度を高めて取扱い性に優れたものとすることと、をより両立させる観点から、０．１５〜０．２５ｇ／ｃｍ^３が好ましく、０．１５〜０．１７５ｇ／ｃｍ^３がより好ましい。本発明において、浄水フィルターの密度は、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後、質量を秤量し、その質量（ｇ）を浄水フィルターの体積（ｃｍ^３）で除することにより求められる値である。密度の調整は、捲回する不織布シートの秤量、厚さを調整したり、捲回する際の張力を調整したりすることにより可能である。また、後述する不織布シートの形態によっても調整することができる。具体的に、不織布シートの形態としては、ニードルパンチ不織布等乾式不織布、湿式抄紙不織布等湿式不織布に大別できるところ、乾式不織布は湿式不織布に比べ繊維長が長くより嵩高になり、密度が低くなる。従って、例えば、バインダー成分としてポリ乳酸を含む繊維とした場合、前述した他の調整方法を使用しながら、乾式不織布だと０．１２〜０．２０ｇ／ｃｍ^３程度、湿式不織布だと０．２５〜０．４０ｇ／ｃｍ^３程度の範囲で調整可能となる。

本発明の浄水フィルターは、比表面積が５００〜１８００ｍ^２／ｇである。このような比表面積とすることにより、一定の遊離残留塩素ろ過能力を維持しつつ、活性炭フィルターの取扱い性を担保することができる。とりわけ、一定の遊離残留塩素ろ過能力及びろ過流量を維持しつつ、本発明の浄水フィルター初期使用時における炭塵の発生を抑制すること、及び浄水フィルターの密度を高めてフィルターとしての取扱い性を高めること、とをより一層並立させる観点からは、６５０〜８００ｍ^２／ｇが好ましく、７００〜７５０ｍ^２／ｇがより好ましい。比表面積の調整は、繊維状活性炭の比表面積、含有量を調整したり、芯鞘型複合繊維の鞘部に配されるポリ乳酸の含有量、及び繊維状活性炭を接着する際の熱処理条件を調整したりすることにより可能である。

本発明の浄水フィルターの硬度について、上面１３及び下面の硬度の平均値としては、浄水フィルターの割れ、欠けの低減と、取扱い性の向上と、ろ過流量の向上と、をより並立させる観点から、１０〜７５が好ましく、３０〜７０がより好ましく、３０〜４０がさらに好ましい。また、浄水フィルターの側面１２の硬度の平均値としては、浄水フィルターの割れ、欠けの低減と、取扱い性の向上と、ろ過流量の向上と、をより並立させる観点から、２０〜９０が好ましく、４０〜６０がより好ましく、４０〜５０がさらに好ましい。なお、本発明において、硬度は、ＪＩＳＳ６０５０に準じ、株式会社テクロック社製デュロメータ型式ＧＳ−７０１Ｎを用い、浄水フィルターの高さ方向の上面１３の硬度としては、図１のように上面１３が上向きとなるように浄水フィルターを中空の台座の真ん中に置き動かないように固定し、上面１３の３箇所を測定し、その中央値を読み取る。また、下面の硬度としては、下面が上向きとなるように浄水フィルターを中空の台座の真ん中に置き動かないように固定し、下面の３箇所を測定する。そして、上面３箇所の硬度、及び下面３箇所の硬度の平均値を上面１３及び下面の硬度の平均値とする。また、浄水フィルターの側面１２の硬度としては、図１のように上面１３が上向きとなるように浄水フィルターを中空の台座の真ん中に置き動かないように固定し、上記硬度計を水平方向に押し当て、側面１２を３箇所測定し、その中央値を読み取る。

浄水フィルターの高さは、１０〜２５０ｍｍが挙げられる。浄水フィルターの体積としては、１〜５００ｃｍ^３が挙げられる。

浄水フィルターを構成する不織布シートは、前述した繊維状の活性炭と前述したポリ乳酸を鞘部として含む芯鞘型複合繊維とを含有する。シートの秤量としては、１０〜１００ｇ／ｍ^２が挙げられる。当該不織布シートの形態としては、前述した繊維状活性炭及び芯鞘型複合繊維を含有させれば、特に制限されないが、好ましくは乾式不織布、より好ましくはニードルパンチ不織布が挙げられる。乾式不織布は、例えば湿式抄紙不織布と比較して、密度が低くなりやすく、前述した密度を具備する浄水フィルターを製造するのに好適である。

＜本発明の浄水フィルターの用途＞
本発明の浄水フィルターは、貯留部（リザーバータンク）に溜めた原水を自重落下させ当該フィルターを通過させて浄化をおこなうポット型（ピッチャー型）浄水器のフィルターとして使用される。中でも、図１に例示するように浄水フィルターが円筒状であり、浄水フィルターが円筒の軸方向（図１における上下方向）が上下方向となるように配置され、浄化する水が、浄水フィルター１の径方向に通水されること（すなわち、（１）空間部３に流入した原水が径方向に浄水フィルターを通過して側面１２側から流出すること、又は（２）側面１２側から流入した原水が径方向に浄水フィルターを通過して空間部３から流出すること）が好ましい。

以下に、実施例を示して本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は、実施例に限定されない。

＜実施例１＞
繊維状活性炭として、ユニチカ株式会社製繊維状活性炭商品名Ａ−１０（比表面積１３００ｍ^２／ｇ、平均繊維径１７μｍ）を準備した。芯鞘型複合繊維として、芯部がＤ−乳酸とＬ−乳酸との共重合体（Ｄ体の含有量１．４モル％）であるポリ乳酸（融点１７０℃、ガラス転移点５７℃）、鞘部がＤ−乳酸とＬ−乳酸との共重合体（Ｄ体の含有量１０モル％）であるポリ乳酸（融点１３０℃、メルトフローレート１０ｇ／１０ｍｍ）により構成され、芯部と鞘部の質量比（芯部／鞘部）が５／５であり、横断面形状が円形状である、芯鞘型複合繊維（繊度２．２ｄｔｅｘ、平均繊維長５１ｍｍ）を準備した。

上記準備した繊維状活性炭を６０質量部と、上記準備した芯鞘型複合繊維を４０質量部とを混合し、カーディングして薄いウェブを形成し、該ウェブにニードルパンチ加工を施して雰囲気温度９０℃で熱処理、冷却することにより、ニードルパンチ不織布Ａを得た。該不織布の秤量は６５ｇ／ｍ^２、厚さは０．５０ｍｍであった。

巻芯として外径が２７．６ｍｍの鉄製の円筒状パイプを準備し、当該巻芯に、上記得られたニードルパンチ不織布Ａを所定の外径となるように捲回した。そして、ニードルパンチ不織布Ａを捲回した状態で、炉に入れ、雰囲気温度１１０℃で１時間熱処理を施した後、自然冷却した。その後、巻芯を除去した後、カット機で８２ｍｍの長さにカットし、円筒状の本発明の浄水フィルターを得た。なお、浄水フィルターの高さは８２ｍｍ、外径は３８．５ｍｍ、内径は２７．６ｍｍであった。また、得られた浄水フィルターにおいて、繊維状活性炭同士は、芯鞘型複合繊維の鞘部に配されたポリ乳酸の一部が溶融されて固化した状態で融着、固定されていた。当該芯鞘型複合繊維の芯部は熱変形がほとんど認められなかった。

＜実施例２＞
巻芯として外径が２７．６ｍｍの鉄製の円筒状パイプを準備し、当該巻芯に、実施例１と同じニードルパンチ不織布Ａを所定の外径となるように捲回した。そして、ニードルパンチ不織布Ａを捲回した状態で、炉に入れ、雰囲気温度１５０℃で１時間熱処理を施した後、自然冷却した。その後、巻芯を除去した後、カット機で８２ｍｍの長さにカットし、円筒状の本発明の浄水フィルターを得た。なお、浄水フィルターの高さは８２ｍｍ、外径は３８．５ｍｍ、内径は２７．６ｍｍであった。また、得られた浄水フィルターにおいて、繊維状活性炭同士は、芯鞘型複合繊維の鞘部に配されたポリ乳酸の大部分が溶融されて固化した状態で融着、固定されていた。当該芯鞘型複合繊維の芯部は熱変形がやや認められた。

＜実施例３＞
繊維状活性炭として、ユニチカ株式会社製繊維状活性炭商品名Ａ−１５（比表面積１７００ｍ^２／ｇ、平均繊維径１６μｍ）を準備した。芯鞘型複合繊維として、芯部がＤ−乳酸とＬ−乳酸との共重合体（Ｄ体の含有量１．４モル％）であるポリ乳酸（融点１７０℃、ガラス転移点５７℃）、鞘部がＤ−乳酸とＬ−乳酸との共重合体（Ｄ体の含有量１０モル％）であるポリ乳酸（融点１３０℃、メルトフローレート１０ｇ／１０ｍｍ）により構成され、芯部と鞘部の質量比（芯部／鞘部）が５／５であり、横断面形状が円形状である、芯鞘型複合繊維（繊度２．２ｄｔｅｘ、平均繊維長５１ｍｍ）を準備した。

上記準備した繊維状活性炭を８０質量部と、上記準備した芯鞘型複合繊維を２０質量部とを混合し、カーディングして薄いウェブを形成し、該ウェブにニードルパンチ加工を施して雰囲気温度９０℃で熱処理、冷却することにより、ニードルパンチ不織布Ｂを得た。該不織布の秤量は６５ｇ／ｍ^２、厚さは０．５２ｍｍであった。

巻芯として外径が２７．６ｍｍの鉄製の円筒状パイプを準備し、当該巻芯に、上記得られたニードルパンチ不織布Ｂを所定の外径となるように捲回した。そして、ニードルパンチ不織布Ｂを捲回した状態で、炉に入れ、雰囲気温度１１０℃で１時間熱処理を施した後、自然冷却した。その後、巻芯を除去した後、カット機で８２ｍｍの長さにカットし、円筒状の本発明の浄水フィルターを得た。なお、浄水フィルターの高さは８２ｍｍ、外径は３８．５ｍｍ、内径は２７．６ｍｍであった。また、得られた浄水フィルターにおいて、繊維状活性炭同士は、芯鞘型複合繊維の鞘部に配されたポリ乳酸の一部が溶融されて固化した状態で融着、固定されていた。当該芯鞘型複合繊維の芯部は熱変形がほとんど認められなかった。

＜物性等の測定＞
１．繊維状活性炭の比表面積、平均繊維径
前述した方法にて測定等をおこなった。
２．ポリ乳酸の融点
ＤＳＣ（示差走査熱量計）を用い、ＤＳＣ昇温速度２０℃／分の条件で測定し、得られた融解吸熱曲線において極値を与える温度を融点とした。
３．ポリ乳酸におけるＤ−乳酸の含有量
前述した方法にて測定等をおこなった。
４．鞘部のポリ乳酸のメルトフローレート
前述した方法にて測定等をおこなった。
５．芯部のポリ乳酸のガラス転移点
ＤＳＣ（示差走査熱量計）を用いて、昇温速度２０℃／分の条件で測定し、得られた昇温曲線におけるガラス転移に由来する２つの屈曲点の温度の中間値を求め、これをガラス転移点とした。
６．浄水フィルターの密度、比表面積、硬度
前述した方法にて測定等をおこなった。
７．浄水フィルターの遊離残量塩素ろ過能力
ＪＩＳＳ３２０１２０１９６．５．２に準じて、連続式浄水器方式にて、遊離残留塩素ろ過能力を測定した。ろ過流量は１．２Ｌ／ｍｉｎとした。
８．ろ過流量
８−１．カートリッジの準備
実施例１〜３のフィルターをカートリッジケース（ＺｅｒｏＷａｔｅｒ製ＺＲ−００３−Ｂ−４）に装填し、２０分間水中に浸漬させた。
８−２．ろ過流量の測定
１）リザーバータンクにカートリッジを装着し、満水まで水を入れる。
２）リザーバータンクが空になってから再び水を満水まで入れる。
３）２）の作業をさらに２回繰り返す。
４）再び水を満水まで入れ、１分間で出てくるろ過水量を計測し、これをろ過流量とした。
９.浄水フィルター初期使用時における炭塵量の評価
９−１．カートリッジの準備
８−１.と同様の方法でカートリッジの準備をした。
９−２.炭塵量の評価
１）リザーバータンクにカートリッジを装着し、満水まで水を入れた。
２）ろ過水を０．５Ｌ採取し、白色のメンブレンフィルター（孔径０．４５μｍ）を用いてろ過し、メンブレンフィルター上に残った炭塵量を以下の基準により評価した。
多い：目視で明らかに炭塵があると確認できる。
少ない：目視でよく見れば炭塵があると確認できる。
非常に少ない：目視では炭塵は確認できない。
１０．取扱い性の評価
５人のパネラーにおいて、浄水フィルターの交換作業をおこない、実用上問題があるかどうかについて、以下の基準により評価した。
◎：５人中５人が、実用上問題ないと評価し、実用上問題あると評価したのは０人であった。
○：５人中４人が、実用上問題ないと評価し、実用上問題あると評価したのは１人であった。
△：５人中３人が、実用上問題ないと評価し、実用上問題あると評価したのは２人であった。
×：５人中、３人以上が実用上問題あると評価した。

各実施例の結果を表１に示す。

実施例１〜３のポット型浄水器用浄水フィルターは、活性炭と、ポリ乳酸とを含み、前記活性炭同士が前記ポリ乳酸によって融着されてなるポット型浄水器用浄水フィルターであって、前記活性炭の形状が繊維状であり、前記ポリ乳酸が、Ｄ−乳酸とＬ−乳酸との共重合体であり、融点が１１０〜１４０℃であり、芯鞘型複合繊維の鞘部として含まれており、前記芯鞘型複合繊維の芯部を構成する合成樹脂の融点と前記ポリ乳酸の融点との差（前記芯部を構成する合成樹脂の融点−前記ポリ乳酸の融点）が２０℃以上であり、前記浄水フィルターが、前記繊維状の活性炭と前記ポリ乳酸を鞘部として含む芯鞘型複合繊維とを含有する不織布シートを捲回されてなり、前記浄水フィルターの密度が０．１２〜０．３０ｇ／ｃｍ^３であり、前記浄水フィルターの比表面積が５００〜１８００ｍ^２／ｇであることから、ろ材として活性炭、バインダー成分としてポリ乳酸を含み、活性炭同士がポリ乳酸によって融着されてなる浄水フィルターにおいて、一定の遊離残留塩素ろ過能力を維持しつつ、ポット型浄水器として適したろ過流量を有し、硬度がある程度高く取扱い性に優れるものであった。

中でも、実施例１及び２のポット型浄水器用浄水フィルターは、上記構成を備えつつ、密度が０．１５〜０．２５ｇ／ｃｍ^３であったことから、ろ過流量を維持しつつ、硬度を高めて取扱い性に優れたものとするものであった。また、浄水フィルター初期使用時における炭塵の発生もより抑制できるものであった。

とりわけ、実施例１のポット型浄水器用浄水フィルターは、上記構成を備えつつ、密度が０．１５〜０．１７ｇ／ｃｍ^３であり、比表面積が７００〜７５０ｍ^２／ｇであったことから、実施例２に比して、ろ過流量を大きくすることと、遊離残留塩素ろ過能力を優れたものとすることと、をより一層両立するものであった。

１浄水フィルター
２不織布シート
３空間部
１２浄水フィルターの側面
１３浄水フィルターの上面

Claims

活性炭と、ポリ乳酸とを含み、前記活性炭同士が前記ポリ乳酸によって融着されてなるポット型浄水器用浄水フィルターであって、
前記活性炭の形状が繊維状であり、
前記ポリ乳酸が、Ｄ−乳酸とＬ−乳酸との共重合体であり、融点が１１０〜１４０℃であり、芯鞘型複合繊維の鞘部として含まれており、
前記芯鞘型複合繊維の芯部を構成する合成樹脂の融点と前記ポリ乳酸の融点との差（前記芯部を構成する合成樹脂の融点−前記ポリ乳酸の融点）が２０℃以上であり、
前記浄水フィルターが、前記繊維状の活性炭と前記ポリ乳酸を鞘部として含む芯鞘型複合繊維とを含有する不織布シートを捲回されてなり、
前記浄水フィルターの密度が０．１２〜０．３０ｇ／ｃｍ^３であり、
前記浄水フィルターの比表面積が５００〜１８００ｍ^２／ｇである、ポット型浄水器用浄水フィルター。