JP2023128651A - 浸漬型濾過カートリッジ用濾材および浸漬型濾過カートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】機械的強度に優れ、繰り返し運転による疲労や洗浄にも耐えることができる、浸漬型濾過カートリッジ用濾材を提供する。【解決手段】濾過層と基材とを含む浸漬型濾過カートリッジ用濾材であって、前記濾過層が平均繊維径１００～１０００ｎｍのナノファイバーを含み、前記浸漬型濾過カートリッジ用濾材の剛軟度が３００ｍｇｆ以上、３０ｋＰａ下の圧縮率が１５％以下であることを特徴とする、浸漬型濾過カートリッジ用濾材。【選択図】なし

Description

本発明は、浸漬型濾過カートリッジ用濾材および浸漬型濾過カートリッジに関する。

膜分離活性汚泥法（以下、ＭＢＲともいう）は、下水や工業排水などの有機排水を生物処理槽において活性汚泥処理し、生物処理槽内に浸漬した浸漬型膜分離装置で活性汚泥混合液を固液分離する方法である。従来から用いられてきた沈殿法と比べて、処理フローが簡単で省スペース、濾材により確実な汚泥除去が可能であり、広く普及しつつある（例えば、特許文献１、２および３）。

この膜分離活性汚泥法に用いられる濾材として、有機繊維からなる多孔質膜が用いられている。この濾材は濾板とともにカートリッジの形態で用いられ、カートリッジ内で濾材は濾板の表面に積層され部分的に両者が接着された状態で使用される。

ＭＢＲの濾過運転は、一般的に、吸引濾過の運転と、吸引濾過を停止して曝気のみを行う運転と、を交互に繰り返す、間欠濾過運転で行われる。吸引濾過が行われている間は、吸引圧によって濾材が濾板に密着した状態になり、他方、吸引濾過を停止している間は、濾材が濾板から離れて膨出した状態になる。このように、濾材は濾板との密着と膨出とを繰り返すことになり、濾材と濾板との接着部に負荷が集中しやすいため接着部で濾材が破断したり、濾板から剥離したりする問題があった。

特開２０１９－０６３７８３号公報 特開２０１７－０５６３７１号公報 特開２０１９－１９８８３３号公報

本発明の目的は、機械的強度に優れ、繰り返し運転による疲労や洗浄にも耐えることができる、浸漬型濾過カートリッジ用濾材を提供することにある。

すなわち本発明は、濾過層と基材とを含む浸漬型濾過カートリッジ用濾材であって、
前記濾過層が平均繊維径１００～１０００ｎｍのナノファイバーを含み、
前記浸漬型濾過カートリッジ用濾材の剛軟度が３００ｍｇｆ以上、３０ｋＰａ下の圧縮率が１５％以下であることを特徴とする、浸漬型濾過カートリッジ用濾材である。

本発明によれば、機械的強度に優れ、繰り返し運転による疲労や洗浄にも耐えることができる、浸漬型濾過カートリッジ用濾材を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

〔ナノファイバー〕
本発明において濾過層は、以下に説明するナノファイバーを含む。
本発明におけるナノファイバーは、単繊維の平均繊維径が１００～１０００ｎｍ、好ましくは１００～９００ｎｍ、さらに好ましくは１００～６５０ｎｍ、特に好ましくは１００～４５０ｎｍの有機繊維である。平均繊維径が１０００ｎｍよりも大きいと濾過効率が低下するおそれがある。他方、平均繊維径が１００ｎｍよりも小さいとナノファイバーの分散性が低下し濾過効率が低下するおそれがあり好ましくない。

この平均繊維径は、透過型電子顕微鏡ＴＥＭを用い倍率３００００倍で単繊維断面写真を撮影し測定した値である。その際、測長機能を有するＴＥＭでは、測長機能を用いて測定することができる。測長機能の無いＴＥＭでは、撮った写真を拡大コピーして、縮尺を考慮したうえで定規にて測定すればよい。単繊維の横断面形状が丸断面以外の異型断面である場合は、繊維径として、単繊維の横断面の外接円の直径を用いる。

ナノファイバーの平均繊維長は、好ましくは０．１～１．５ｍｍである。平均繊維長が０．１ｍｍよりも小さいと工程性が低下するおそれがあり好ましくない。他方、平均繊維長が１．５ｍｍよりも大きいと分散性不良により凝集繊維塊となり濾過効率や強度が低下するおそれがあり好ましくない。

ナノファイバーの平均繊維径Ｄに対する平均繊維長Ｌの比Ｌ／Ｄは、好ましくは２００～４０００、さらに好ましくは８００～２５００である。
ナノファイバーを構成するポリマーとして、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、ポリプロピレン、ポリエチレン、脂肪族ポリアミドを例示することができる。

〔ナノファイバーの製造方法〕
ナノファイバーの製造方法は、例えば国際公開第２００５／０９５６８６号パンフレットや国際公開第２００８／１３００１９号パンフレットに開示された方法により製造することができる。

すなわち、繊維形成性熱可塑性ポリマーからなる島成分と、前記の繊維形成性熱可塑性ポリマーよりもアルカリ水溶液に対して溶解し易いポリマー（以下、「易溶解性ポリマー」ということもある。）からなる海成分とを有する海島型複合繊維にアルカリ減量加工を施し、前記海成分を溶解除去することで製造することができる。また、ナノファイバーは、この方法で製造したものであることが好ましい。

ここで、易溶解性ポリマーの繊維形成性熱可塑性ポリマーに対する溶解速度比は、好ましくは２００以上、さらに好ましくは３００～３０００である。この範囲であると島分離性が良好となり好ましい。

〔海島型複合繊維の海成分〕
海成分を形成する易溶解性ポリマーとして、ポリエステル、脂肪族ポリアミド、ポリエチレンやポリスチレン等のポリオレフィンを例示することができる。具体的には、ポリ乳酸、超高分子量ポリアルキレンオキサイド縮合系ポリマー、ポリアルキレングリコール系化合物と５－ナトリウムスルホイソフタル酸の共重合ポリエステルを例示することができる。これらは、アルカリ水溶液に対して溶解しやすく好ましい。ここでアルカリ水溶液として、水酸化カリウムや水酸化ナトリウムの水溶液を用いることができる。

これ以外にも、海成分と該海成分を溶解する溶液との組合せとして、ナイロン６やナイロン６６等の脂肪族ポリアミドに対するギ酸、ポリスチレンに対するトリクロロエチレン等、ポリエチレン（特に高圧法低密度ポリエチレンや直鎖状低密度ポリエチレン）に対する熱トルエンやキシレン等の炭化水素系溶媒、ポリビニルアルコールやエチレン変性ビニルアルコール系ポリマーに対する熱水、を例示することができる。

共重合ポリエステルの場合、その中でも、５－ナトリウムスルホイソフタル酸６～１２モル％と分子量４０００～１２０００のポリエチレングリコールを３～１０重量％共重合した、固有粘度が０．４～０．６のポリエチレンテレフタレート系共重合ポリエステルが好ましい。ここで、５－ナトリウムスルホイソフタル酸は親水性と溶融粘度向上に寄与し、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）は親水性の向上に寄与する。ＰＥＧは分子量が大きいほど、その高次構造に起因すると考えられる親水性増加作用があるが、反応性が悪くなってブレンド系になるため、耐熱性や紡糸安定性の面で問題が生じるおそれがあり、このため、ＰＥＧは分子量４０００～１２０００であることが好ましい。ＰＥＧの共重合量が１０重量％を超えると、溶融粘度が低下するおそれがあり好ましくなく、他方、３重量％未満であると親水性の効果が不足するので好ましくない。

〔海島型複合繊維の島成分〕
島成分を形成する難溶解性ポリマーは、最終的にナノファイバーを形成するポリマーである。この難溶解性ポリマーとして、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を例示することができる。

ポリエステルでは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、これらを主たる繰返し単位とする共重合ポリエステルを用いることができる。この共重合ポリエステルとして、イソフタル酸や５－スルホイソフタル酸金属塩等の芳香族ジカルボン酸やアジピン酸、セバシン酸等の脂肪族ジカルボン酸やε－カプロラクトン等のヒドロキシカルボン酸縮合物、ジエチレングリコールやトリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール等のグリコール成分を共重合成分として含む共重合体を例示することができる。

ポリアミドでは、脂肪族ポリアミドを用いることができ、例えばナイロン６、ナイロン６６を例示することができる。
ポリオレフィンでは、例えば高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高圧法低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、アイソタクティックポリプロピレン、エチレンプロピレン共重合体、無水マレイン酸などのビニルモノマーのエチレン共重合体を用いることができる。
島成分は丸断面であってもよく、三角断面や扁平断面などの異型断面であってもよい。

〔海島型複合繊維の添加剤〕
前記の海成分を形成するポリマーおよび島成分を形成するポリマーは、製糸性および抽出後のナノファイバーの物性に影響を及ぼさない範囲で、必要に応じて添加剤を含んでいてもさしつかえない。添加剤として、有機充填剤、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、難燃剤、滑剤、帯電防止剤、防錆剤、架橋剤、発泡剤、蛍光剤、表面平滑剤、表面光沢改良剤、フッ素樹脂等の離型改良剤を例示することができる。

〔海島型複合繊維〕
海島型複合繊維において、溶融紡糸時における海成分ポリマーの溶融粘度が島成分ポリマーの溶融粘度よりも大きいことが好ましい。この場合には、海成分ポリマーの複合重量比率が例えば４０％未満の割合であっても、島成分同士の接合を防止しやすい。

溶融粘度比（海／島）は、好ましくは１．１～２．０、さらに好ましくは１．３～１．５である。この比が１．１倍未満であると溶融紡糸時に島成分同士が接合しやすくなり好ましくなく、他方、２．０倍を越えると紡糸調子が低下しやすく好ましくない。

海島型複合繊維における島成分の数、すなわち島数は、好ましくは１００以上、さらに好ましくは５００～２０００である。海島複合重量比率（海：島）は、好ましくは２０：８０～８０：２０である。この範囲であることで島成分と他の島成分との間の海成分の厚みを薄くすることができ、海成分の溶解除去が容易となり、島成分のナノファイバーへの転換が容易になる。海成分の割合が８０重量％を越えと海成分の厚みが厚くなりすぎ、他方、２０重量％未満であると島成分同士に接合が発生するおそれがあり好ましくない。

海島型複合繊維の製造において、溶融紡糸に用いられる口金として、島成分を形成するための中空ピン群や微細孔群（ピンレス）を有するものなど任意のものを用いることができる。例えば、中空ピンや微細孔より押し出された島成分流とその間を埋める形で流路を設計されている海成分流とを合流し、これを圧縮することにより海島型複合断面が形成される紡糸口金でもよい。

吐出された海島型複合繊維は冷却風により固化され、所定の引き取り速度に設定した回転ローラーあるいはエジェクターにより引き取られ未延伸糸（複屈折率Δｎが０．０５以下であることが好ましい。）を得る。この引き取り速度は、好ましくは２００～５０００ｍ／分である。２００ｍ／分未満であると生産性が低下するおそれがあり好ましくない。他方、５０００ｍ／分を超えると紡糸安定性が低下するおそれがあり好ましくない。

得られた未延伸糸は、必要に応じてそのままカット工程あるいはその後の抽出工程（アルカリ減量加工）に供してもよいし、延伸工程や熱処理工程を経由して延伸糸とした後、カット工程あるいはその後の抽出工程（アルカリ減量加工）に供してもよい。その際、延伸工程は紡糸と延伸を別ステップで行う別延方式でもよいし、一工程内で紡糸後直ちに延伸を行う直延方式を用いてもよい。カット工程と抽出工程の順番は逆にしてもよい。

カット工程におけるカットは、未延伸糸または延伸糸をそのまま、または数十本～数百万本単位に束ねたトウにしてギロチンカッターやロータリーカッターなどでカットすることが好ましい。

〔海島型複合繊維のアルカリ減量処理〕
前記の海島型複合繊維にアルカリ減量加工を施して、ナノファイバーとする。この際、海島型複合繊維のアルカリ液に対する比率（浴比）は、好ましくは０．１～５重量％、さらに好ましくは０．４～３重量％である。０．１重量％未満では繊維とアルカリ液の接触は多いものの、排水等の工程性が困難となるおそれがあり好ましくない。他方、５重量％を越えると海島型複合繊維の量が多過ぎ、アルカリ減量加工時に繊維同士の絡み合いが発生するおそれがあり好ましくない。なお、浴比は下記式にて定義される。
浴比（％）＝（繊維重量（ｇｒ）／アルカリ水溶液重量（ｇｒ））×１００

また、アルカリ減量加工の処理時間は、好ましくは５～６０分間、さらに好ましくは１０～３０分間である。５分間未満ではアルカリ減量が不十分となるおそれがあり好ましくなく、他方６０分間を越えると島成分までも減量されるおそれがあり好ましくない。

アルカリ減量加工において、アルカリ濃度は好ましくは２～１０重量％である。２重量％未満では減量速度が極めて遅くなるおそれがあり好ましくない。他方、１０重量％を越えるとアルカリ減量が進みすぎ、島部分まで減量されるおそれがあり好ましくない。

アルカリ減量加工の方法として、海島型複合繊維をアルカリ液に投入し、所定の条件、時間でアルカリ減量処理を行い、その後脱水してから、再度水中に投入し、酢酸、シュウ酸等の有機酸を使用して中和、希釈を進め、最終的に脱水する方法を用いことができる。所定の時間アルカリ減量処理した後、中和処理を施し、さらに水を注入して希釈を進め、その後脱水をする方法を用いてもよい。

アルカリ減量加工に用いる設備は、脱水時に繊維脱落を防止する観点から、特許第３６７８５１１号公報に開示されているような開口率（単位面積当たりの開口部分の面積比率）が１０～５０％であるメッシュ状物（例えば、非アルカリ加水分解性袋など）を使用することが好ましい。開口率が１０％未満であると水分の抜けが極めて悪く、５０％を超えると繊維の脱落が発生するおそれがある。

アルカリ減量加工の後、繊維の分散性を高めるために分散剤（例えば、高松油脂（株）製の型式ＹＭ－８１）を繊維表面に、繊維重量に対して０．１～５．０重量％付着させることが好ましい。

〔濾過層の不織布〕
本発明の浸漬型濾過カートリッジ用濾材は、上記のナノファーバーを含む濾過層を備える。濾過層において上記のナノファイバーは、濾過層の全重量の好ましくは５０重量％以上、さらに好ましくは６０重量％以上を占める。

この濾過層は、好ましくは不織布であり、さらに好ましくは湿式不織布である。湿式不織布であることで、スパンボンド法やメルトブロー法、エレクトロスピニング法により作製された不織布と比較して、目付け、繊維径、通気度などのフィルター性能に関わる性質のばらつきが小さく、濾過効率に優れる濾過層を得ることができる。
濾過層は、このナノファイバーの他に、さらに他の繊維を含んでもよい。その場合の他の繊維は、バインダー繊維であってもよいし、非バインダー繊維であってもよい。

ナノファイバーがバインダー繊維のナノファイバーでない場合には、濾過層の不織布は、さらにバインダー繊維を含むことが好ましい。この場合、バインダー繊維の重量比率は、濾過層の重量あたり、好ましくは１０重量％以上、さらに好ましくは１０～５０重量％である。

バインダー繊維の単繊維繊度は、好ましくは１．０ｄｔｅｘ以下、さらに好ましくは０．０００１～０．３ｄｔｅｘである。バインダー繊維は、その繊維長が好ましくは３～１０ｍｍである。

本発明においてバインダー繊維は、熱接着性繊維である。濾過層の不織布にバインダー繊維が含まれることにより、濾過層の不織布の強度を得ることができ、ネットワーク構造を形成し、嵩の向上を得ることができる。

バインダー繊維は、未延伸糸でも延伸糸でもよく、いずれの場合も複合繊維であってもよい。バインダー繊維として、ポリエステル未延伸繊維やポリオレフィン繊維を例示することができる。

バインダー繊維のうち、未延伸繊維として、紡糸速度が６００～１５００ｍ／分で紡糸された未延伸ポリエステル繊維が好ましい。このポリエステルとして、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレタレート、ポリブチレンテレフタレートを例示することができ、生産性、水への分散性の観点から、好ましくはポリエチレンテレフタレートまたはこれを主成分とする共重合ポリエステルである。

バインダー繊維のうち、複合繊維として、抄紙時のドライヤー温度により融着接着効果を発現するポリマー成分、たとえば非結晶性共重合ポリエステルやポリオレフィンが鞘部に配置され、これらのポリマーより融点が２０℃以上高い他のポリマーが芯部に配置された芯鞘型複合繊維が好ましい。バインダー繊維は、偏心芯鞘型複合繊維、サイドバイサイド型複合繊維等の形態であってもよい。

濾過層の不織布は、ナノファイバーと、必要に応じてさらにバインダー繊維を用いて、抄紙機を用いて抄紙した後、ナノファイバーを熱接着するか、ナノファイバーとバインダー繊維とを熱接着することにより得ることができる。抄紙機として、長網抄紙機、短網抄紙機、丸網抄紙機を例示することができる。

濾過層の不織布の平均孔径は、好ましくは０．５μｍ以下、さらに好ましくは０．０１～０．４５μｍである。平均孔径が０．５μｍを超えると捕集性能や耐ファウリング性が低下するおそれがあり好ましくない。平均孔径は、ＰＭＩ社製パームポロメーターによりｎ数＝６で測定した平均値である。
濾過層の不織布の厚みは、好ましい強度と低い圧損の両方を得る観点から、好ましくは２０～２００μｍである。

〔基材〕
本発明の浸漬型濾過カートリッジ用濾材において、基材は濾材を補強する役目を果たす。基材の厚みは好ましくは０．２ｍｍ以上、さらに好ましくは０．２～２．０ｍｍである。厚みが０．２ｍｍ未満であると濾過層と貼り合わせて濾材としたときに濾材の強度が小さく、濾材を樹脂板に接着させて膜カートリッジとしたときに曝気などに対する物理的耐久性が得られないだけでなく、所望の剛軟度や圧縮率が得られないおそれがあり好ましくない。厚みが大きすぎても高い水処理量が得られなくなるおそれがあるため、厚みは好ましくは２．０ｍｍ以下である。

基材は、不織布であることが好ましい。この基材の不織布の密度は、好ましくは０．１～０．７ｇ／ｃｍ^３である。密度が０．１ｇ／ｃｍ^３未満であると取扱い性が悪くなるおそれがあり好ましくない。他方、密度が０．７ｇ／ｃｍ^３を超えると高い水処理量が得られなくなるおそれがあり好ましくない。

基材の不織布は、湿式不織布であってもよく、スパンボンド法やメルトブロー法、エレクトロスピニング法等により作製された不織布であってもよい。
基材の不織布を構成する繊維として、ポリエステル繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維、ポリオレフィン繊維（ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維）、脂肪族ポリアミド繊維を例示することができる。

不織布を構成する繊維は、未延伸繊維や、芯鞘型複合繊維やサイドバイサイド型複合繊維であってもよい。これらの繊維の単繊維繊度は、好ましくは１．０ｄｔｅｘ以上、さらに好ましくは１．０～３．０ｄｔｅｘである。単繊維繊度がこの範囲であることで、基材の不織布の密度を０．１～０．７ｇ／ｃｍ^３の範囲内に保ちながら、基材としての十分な強度を得ることができる。

〔浸漬型濾過カートリッジ用濾材〕
本発明の浸漬型濾過カートリッジ用濾材は、その剛軟度が３００ｍｇｆ以上、好ましくは３００～１０００ｍｇｆ以上である。剛軟度が３００ｍｇｆ未満であると、濾材が吸引圧により変形しやすくなり、濾材がスペーサの表面の溝と接触する箇所や、濾材とスペーサとの接着部の端部などで濾材が疲労し、破断するおそれがある。

本発明の浸漬型濾過カートリッジ用濾材は、３０ｋＰａ下での圧縮率が１５％以下、好ましくは０．１～１５％以下である。この圧縮率が１５％を超えると、濾材が潰れ、厚み（高空隙）を維持することができないために吸引時の圧損が高くなるおそれがある。
本発明の浸漬型濾過カートリッジ用濾材は、剛軟度が３００ｍｇｆ以上であり、かつ３０ｋＰａ下での圧縮率が１５％以下であることで、機械的強度に優れ、また耐疲労性に優れる。

〔濾板〕
濾板は、本発明の浸漬型濾過カートリッジにおいて、浸漬型濾過カートリッジ用濾材と積層して用いられる。濾板はその表面に溝を備える。濾材で濾過されたろ液は、この溝を流路として、濾過処理後水として集められる。本発明において、好ましい濾材を支持するための強度と軽量性の両方を得る観点から、濾板は樹脂製であることが好ましい。樹脂として、ポリプロピレン樹脂、ＡＢＳ樹脂を例示することができる。

濾材と濾板とは積層され、相互に接着されている。両者の剥離強度は、好ましくは４０Ｎ／５０ｍｍ以上、さらに好ましくは４０～３００Ｎ／５０ｍｍである。剥離強度が４０Ｎ／５０ｍｍ未満であると、濾材が濾板から剥がれてしまうおそれがあり好ましくない。

この剥離強度は以下に説明する方法で測定された値である。まず、濾板に濾材を、基材が濾板に接する側に位置するよう配し、超音波接着により接着させ、巾５０ｍｍとなるようにサンプルを切り出し、試験片とする。次いで、図２に示すように、定速伸長型引張試験機のつかみ部の一方に濾板を、もう一方に濾材を固定し、引張速度が５０ｍｍ／分の条件で引張り、強力の最大値を読み取り、剥離強度とする。ｎ＝３で測定し、平均値を求める。

〔浸漬型濾過カートリッジ〕
本発明の浸漬型濾過カートリッジ用濾材は、濾板に熱または超音波により接着させることにより、浸漬型濾過カートリッジとすることができる。その際、濾板が２枚の濾材で挟まれ、濾過層、基材、濾板、基材および濾過層がこの順に配置されていることが好ましい。

すなわち、本発明の浸漬型濾過カートリッジは、濾材／濾板／濾材の順に積層されていることが好ましい。濾材と濾板とは濾材に含まれる基材を介して接着されていることが好ましい。

濾材を濾板に接着させる際、濾材全面ではなく濾材の周辺部を濾板に接着させることが好ましい。さらには、スパンボンド不織布などからなるスペーサを、濾板と基材との間に介在させてもよい。

〔浸漬型濾過カートリッジ用濾材の製造方法〕
本発明の浸漬型濾過カートリッジ用濾材は、以下の方法で製造することができる。
上記の製造方法において、濾過層と基材とを熱接着により、貼り合わせることによって濾材を得ることができ、特に基材の厚みを０．２ｍｍ以上とすることで、特に浸漬型濾過カートリッジ用濾材の剛軟度３００ｍｇｆ以上であり、かつ３０ｋＰａ下の圧縮率１５％以下の浸漬型濾過カートリッジ用濾材を得ることができる。

本発明の実施例および比較例を詳述する。なお、各測定項目は下記の方法で測定した。

（１）平均繊維径
透過型電子顕微鏡ＴＥＭ（測長機能付）を使用し、倍率３００００倍で繊維断面写真を撮影し測定した。ただし、繊維径は、単繊維横断面におけるその外接円の直径を用いた（ｎ数５の平均値）。

（２）繊維長
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により、海成分溶解除去前の極細短繊維（短繊維Ａ）を基盤上に寝かせた状態とし、２０～５００倍で繊維長Ｌを測定した（ｎ数５の平均値）。その際、ＳＥＭの測長機能を活用して繊維長Ｌを測定した。

（３）目付
ＪＩＳ Ｐ８１２４（紙のメートル坪量測定方法）に基づいて目付けを測定した。

（４）厚み
濾過層と基材について、ＪＩＳ Ｐ８１１８（紙及び板紙の厚さと密度の測定方法）に基づいて貼り合わせ前の厚さを測定した。測定荷重は７５ｇ／ｃｍ^２にて、サンプル数５で測定し、平均値を求めた。

（５）空隙率
上記の目付け（ｇ／ｍ^２）、厚み（ｍｍ）および繊維密度（ｇ／ｃｍ^３）から、下記式にて計算した。
空隙率（％）
＝１００－（（目付け／１００００）／（厚さ／１０）／繊維密度×１００）

（６）ガーレ通気度
ＪＩＳ Ｐ８１１７（紙および板紙の透気度試験方法）に基づいて実施した。

（７）平均孔径
ＰＭＩ社製パームポロメーターにより平均孔径（μｍ）を測定した。ｎ＝６で測定し、平均値を求めた。

（８）剛軟度
ＪＩＳ Ｌ１９１３の不織布のガーレ式剛軟度の測定方法に基づいて測定した。ｎ＝５で測定し、平均値を求めた。

（９）圧縮率
ＪＩＳ Ｌ１９１３の不織布の圧縮率および圧縮弾性率に基づいて、３０ｋＰａ下での圧縮率および圧縮弾性率を測定した。ｎ＝２で測定し、平均値を求めた。

（１０）濾材の破れ有無
５０枚のカートリッジを並べて用いて２か月濾過運転し、その間の濾材の状態を観察した。１枚でも接着部や樹脂板の溝との接触点において濾材の破れがみられた場合、破れありとした。

〔実施例１〕
（濾過層）
島成分としてポリプロピレン、海成分として平均分子量４０００のポリエチレングリコールを４重量％、５－ナトリウムスルホイソフタル酸を９ｍｏｌ％共重合した改質ポリエチレンテレフタレートを使用し、海：島が５０：５０（重量比）、島数が８３６の海島型複合未延伸糸を、紡糸温度２１０℃、紡糸速度１５００ｍ／分間で溶融紡糸して一旦巻き取り未延伸糸を得た。得られた未延伸糸の海成分と島成分とのアルカリ減量速度比は１０００倍であった。この未延伸糸を３倍に延伸し海島型複合繊維を得て、これをギロチンカッターで長さ０．４ｍｍにカットして、海島型複合繊維短繊維を得た。これを４重量％のＮａＯＨ水溶液で５０℃にて５０重量％減量し、平均繊維径４００ｎｍ、カット長０．４ｍｍのポリプロピレン繊維のナノファイバーを得た。このナノファイバーは、後に濾材の主体繊維として用いた。

また、芯がポリプロピレンであり鞘がポリエチレンである０．３ｄｔｅｘの芯鞘型複合繊維を、常法により紡糸した。これは、後に濾材のバインダー繊維として用いた。
次いで、前記のポリプロピレン繊維のナノファイバー（８０重量％）と、前記のバインダー繊維（２０重量％）とを混合撹拌し、その後、傾斜短網抄紙機で湿式抄紙を行い、ヤンキードライヤーを用いて１３０℃で乾燥して、湿式不織布を得た。得られた湿式不織布は、後に濾材の濾過層として用いた。

（基材）
芯がポリプロピレンであり鞘がポリエチレンである芯鞘型複合繊維（単繊維繊度３．３ｄｔｅｘのものを４０重量％、単繊維繊度１．７ｄｔｅｘのものを６０重量％）を用いて湿式抄紙法にて、厚み０．２０８ｍｍの湿式不織布を作成した。この湿式不織布は、後に濾材の基材として用いた。

（濾材の作成）
上述の濾過層と上述の基材とを熱接着により貼り合わせて濾材を得た。濾材の評価結果を表２に示す。

（濾板）
ポリプロピレン樹脂製板（厚み６ｍｍ）を用意し、その両面に溝（深さ２ｍｍ、幅２～５ｍｍ）を形成して濾板とした。なお、形成された溝は、カートリッジにおいて濾材で濾過された水の流路となる。

（カートリッジの作成）
濾板を二枚の濾材で挟むかたちで重ね合わせ、濾材の周辺部分を全て濾板と熱接着することにより、浸漬型濾過カートリッジを得た。
このとき、濾過層／基材／濾板／基材／濾過層がこの順になるように濾材と濾板を配置するとともに、濾板と濾材との間にスペーサ（スパンボンド不織布）を介在させた。なお、スペーサは濾板と濾材との界面の全面に介在させた。評価結果を表２に示す。

〔実施例２〕
（濾過層）
実施例１において、濾過層のナノファイバーの島成分をポリエチレンテレフタレートに変更した。また、バインダー繊維として、平均繊維径１．２μｍのポリエチレンテレフタレート未延伸繊維と、単繊維繊度０．２ｄｔｅｘのポリエチレンテレフタレート未延伸繊維を用いた。バインダー繊維におけるこれらの重量比はこの順に６：２：２とした。

（基材）
単繊維繊度１．７ｄｔｅｘ、平均繊維長５ｍｍの延伸ポリエステル繊維（６０重量％）と、単繊維繊度１．２ｄｔｅｘ、平均繊維長５ｍｍの未延伸ポリエステル繊維（４０重量％）を用いて、厚みが０．２１８ｍｍの湿式不織布を得た。これは、基材として用いる湿式不織布である。

（濾材の作成）
上述の濾過層と上述の基材とを熱接着により貼り合わせ濾材を得た。濾材の評価結果を表１に示す。

（濾板）
ＡＢＳ樹脂製板（厚み６ｍｍ）を用意し、その両面に溝（深さ２ｍｍ、幅２～５ｍｍ）を形成して濾板とした。なお、形成された溝は、カートリッジにおいて濾材で濾過された水の流路となる。

（カートリッジの作成）
濾板を二枚の濾材で挟むかたちで重ね合わせ、濾材の周辺部分を全て濾板と熱接着することにより、浸漬型濾過カートリッジを得た。
このとき、濾過層／基材／濾板／基材／濾過層がこの順になるように濾材と濾板を配置するとともに、濾板と濾材との間にスペーサ（スパンボンド不織布）を介在させた。なお、スペーサは濾板と濾材との界面の全面に介在させた。評価結果を表２に示す。

〔実施例３〕
実施例２において、基材の厚みを０．３４６ｍｍとした以外は実施例２と同様に実施した。評価結果を表２に示す。

〔比較例１〕
実施例２において、基材の厚みを０．１２７ｍｍとした以外は実施例２と同様に実施した。評価結果を表２に示す。

〔比較例２〕
実施例２において、基材の厚みを０．１８０ｍｍとした以外は実施例２と同様に実施した。評価結果を表２に示す。

本発明の浸漬型濾過カートリッジ用濾材および浸漬型濾過カートリッジは、水の濾過に用いることができる。本発明では、繊維径の均一なナノファイバーを用いて濾過層を形成することで、孔径の均一な構造を形成することができ、目付けや厚みが小さいにもかかわらず、微小な孔径を持ち、高い濾過効率を有する浸漬型濾過カートリッジ用濾材を得ることができる。

本発明の浸漬型濾過カートリッジ用濾材を用いた浸漬型濾過カートリッジは、濾材表面のケーキ層形成性に優れ、濾材への粒子侵入が極めて少ない。なお、目付や厚みが小さい濾過層のみを濾材として用いただけでは、機械的強度が弱く、濾過運転中において濾材が濾板との密着と膨出を繰り返すことによる疲労に耐えることができない。

本発明では、太い繊維からなり高空隙でかつ機械的強度に優れた基材を、濾過層と貼り合わせて一体化することにより、濾過層を補強し、繰り返し疲労に耐え得る濾材を得た。本発明の浸漬型濾過カートリッジにおいて、吸引濾過が行われている間は、吸引圧によって濾材が濾板に張り付いた状態になるが、濾材が基材により補強され、濾材の剛軟度が高いため、濾材が濾板の溝に沿って変形することが防止され、濾材が濾板の溝と接触する箇所での濾材の疲労を低減することができる。さらに、濾材の厚み方向の圧縮率が低いため、吸引時に濾材が潰れ、圧損が上昇することを防ぐことができる。

Claims (9)

1. 濾過層と基材とを含む浸漬型濾過カートリッジ用濾材であって、
   前記濾過層が平均繊維径１００～１０００ｎｍのナノファイバーを含み、
   前記浸漬型濾過カートリッジ用濾材の剛軟度が３００ｍｇｆ以上、３０ｋＰａ下の圧縮率が１５％以下であることを特徴とする、浸漬型濾過カートリッジ用濾材。
2. 濾過層がナノファイバーとバインダー繊維からなる湿式不織布であり、濾過層の平均孔径が０．５μｍ以下である、請求項１に記載の浸漬型濾過カートリッジ用濾材。
3. 基材が、ポリエステル繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維、ポリオレフィン繊維、および脂肪族ポリアミド繊維からなる群より選択されるいずれかを含む、請求項１に記載の浸漬型濾過カートリッジ用濾材。
4. 基材が厚み０．２～２．０ｍｍの不織布である、請求項３に記載の浸漬型濾過カートリッジ用濾材。
5. 請求項１～４のいずれかに記載の浸漬型濾過カートリッジ用濾材を濾材として含む浸漬型濾過カートリッジ。
6. 請求項１～４のいずれかに記載の浸漬型濾過カートリッジ用濾材を濾材として含み、さらに濾板を含む、浸漬型濾過カートリッジ。
7. 濾板が樹脂製濾板であり、前記樹脂製濾板はその表面に溝を備える、請求項６に記載の浸漬型濾過カートリッジ。
8. 濾板の両面に濾材が接着されている、請求項６または７に記載の浸漬型濾過カートリッジ。
9. 請求項８に記載の浸漬型濾過カートリッジであって、前記カートリッジにおいて濾材／濾板／濾材の順に積層され、濾材と濾板とは濾材に含まれる基材を介して接着されている、請求項８に記載の浸漬型濾過カートリッジ。