JP2531486B2 - 無機質粒子が分散した排液を処理する濾材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体処理用の濾材に関
し、更に詳しくは無機質粒子が分散された排液を処理す
るための濾材に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、エレクトロニクスの進歩に伴い、
ＬＳＩなどの小型半導体装置の製造に当っては、丸棒状
の半導体素材を薄い厚みで順次切り落して多数の薄い円
板状基板を作ることが行なわれている。ところで、この
場合、切削部に水をかけながら切断を行うが、この水の
中には切断によって生じた０．３〜１μｍ程度の径をも
つ、半導体素材の切屑が多量に入り込む。この排水から
の切屑や純水の回収が要求されるとともに、とりわけ、
半導体基板の材料がガリウム砒素のような場合には有害
物質を含むため直接排出することは出来ず、この排水の
浄化が要求される。

【０００３】この排水の濾過装置としては、特開昭６０
−８２１１３号公報、及び同６０−１７５５１１号公報
に開示されているように、従来のカートリッジ方式に対
して、面倒な交換作業なしで長時間連続して液体濾過を
行うことが出来る方式として、中心に空胴部をもつよう
に濾材をロール状に巻いて、目詰まりした際には表面濾
材を別に巻取って、常に新しい濾材により濾過を行うよ
うにした方式が考案されている。このような高性能液体
濾過においては、１）高い除去効率及び２）低い初期圧
力損失に加え、３）高い引張り強力を合わせもつ濾材を
用いねばならない。これら１），２）および３）の要件
を全てあわせもつ濾材は現状までのところなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】液体の濾過材として現
在までに開発されているものは、金属粒の焼結体、セル
ロース、合成樹脂、アスベストなどの繊維を抄紙したも
の、合成樹脂フィルムに孔をあけた所謂ポアタイプのも
のである。これら濾材の濾過原理は、除去しようとする
粒子の粒径より小さい孔を作り、これによって粒子の通
過を阻止して除去しようとするものである。しかしなが
ら、焼結金属によるものでは金属粒子の大きさにもとづ
く制限から、また、ポアタイプのものでは、孔明け技術
上の制約から孔の径を小さくすることに限界があり、要
求性能を満たすような高い除去効率と低い初期圧力損失
をあわせもつ濾過材を作り得なかった。

【０００５】一方、繊維を抄紙したものは、抄紙するた
めに繊維長を短く（一般には１cm以下）とする必要があ
り、このためシートの引張り強力が低かった。引張り強
力を高めるために、シートにバインダーを付与すると、
除去効率および初期圧損のいずれの性能も大巾に低下
し、結局、先の３つの要件を全てを満たすものは存在し
なかった。

【０００６】従って、本発明の目的は、要するに、高性
能で高強力な液体濾材であって、工業的に有利に排液か
ら無機質粒子を除去することのできる濾材を提供するこ
とにある。特に、本発明に係る濾材は、除去効率および
初期圧損に優れていることに加え、引張り強力も高いた
め、従来のカートリッジ方式ではなくロール方式による
連続的濾過を可能とせんとするものであり、前記半導体
素子の洗浄水などの高度の浄化による性能の向上、公害
防止等に大きく寄与する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る無機質粒子
が分散した排液を処理する濾材は、平均単糸繊維径が
０．３〜３．０μｍのポリエチレンテレフタレートのメ
ルトブロー極細繊維がランダムに絡み合って成り、嵩密
度が０．３５〜０．６０ｇ／cm³ で長さ方向の引張り強
力が少なくとも２００ｇ／cm幅で、捕集効率が７０％以
上で、かつ目付が２０〜１２０ｇ／ｍ² である不織布が
巻き付けられ、外周面をはぎ取ってその内層の不織布面
を表面に露出しうるロール方式であることを特徴とする
無機質粒子が分散した排液を処理する濾材である。

【０００８】メルトブロー法は、例えば特開昭５０−４
６９７２号公報に開示されており、熱可塑性重合体を溶
融してオリフィスから吐出させ、オリフィスの両側にあ
るスリットから加熱された高速ガスを噴射して吐出体を
細化することにより極細の繊維を得るプロセスである。
このメルトブロー法で得られた繊維ウェブは、極細繊維
どうしがランダムに絡み合った不織布である。本発明の
不織布では、この極細繊維が繊維束状になっていなくて
実質的に単繊維状に分離していることが重要である。

【０００９】本発明者らの検討によれば、極細繊維が繊
維束状のままで存在する不織布では、極細繊維としての
機能がほとんど発揮されず、太い繊維の不織布と大差が
ないフィルター性能しか得られないことが判った。即
ち、極細繊維どうしのランダムな絡み合いで形成される
微小空間が除去率を高めるポイントであることが判り、
実質的に単繊維状に分離した繊維集合構造をもつ不織布
にすることにより高性能な除去率と併せ低い圧力損失が
達成された。この実質的に繊維束を含まないランダムな
極細繊維不織布を得るのはメルトブロー法が最適であ
る。

【００１０】実公昭５５−４１２９２号公報には、極細
繊維が複数本集束してなる極細繊維集束状繊維が絡合し
て構成された不織布からなる高性能エアフィルターが開
示されている。この不織布は、極細繊維が単繊維状に分
離した不織布に比べて圧力損失を抑えることは可能であ
るが、反面捕集効率は著しく低下する。この公報の不織
布を揉む、叩く、こする等の機械的処理を施こしても１
部の繊維を部分的に解繊することが出来るだけで、本発
明の不織布にみられるような高度な解繊状態は達成され
ない。

【００１１】本発明で用いるメルトブロー極細繊維の平
均単糸繊維径は０．３〜３．０μｍ、好ましくは、０．
５〜２．０μｍである。３．０μｍを超えると除去効率
が極端に低下してしまい、本発明でいう高性能フィルタ
ーとしては不適である。一方、０．３μｍ未満では、不
織布の引張り強力が低下し、かつ圧力損失が大きくなり
すぎ、本発明の目的は達成されない。

【００１２】メルトブロー法で得られた繊維の直径は極
めて小さいため繊維の長さを正確に測定することは困難
であるが、繊維の平均の長さは３０mm以上、通常１００
mm〜数百mmである。繊維長が比較的長いことが本発明で
用いる不織布の引張り強力が高い要因となっている。

【００１３】極細繊維の素材としては、一般にメルトブ
ロー可能な熱可塑性重合体、例えば、ポリエステル、ポ
リアミド、ポリオレフィンおよびこれらのブレンド、共
重合体などを用いることもできるが、本発明では高い嵩
密度と大きい引張り強力が得易いことから、ボリエステ
ル、特に熱収縮率が大きいポリエチレンテレフタレート
を用いる。

【００１４】本発明の不織布の嵩密度は０．３５ｇ／cm
³ より大でなければならず、好ましくは、０．６０ｇ／
cm³ 以下、より好ましくは０．５５ｇ／cm³ 以下であ
る。嵩密度は、除去効率、初期圧力損失のみならず不織
布の引張り強力に寄与する重要な要素である。この嵩密
度が過大であると、除去効率、引張り強力は高まるが初
期圧力損失が過大となるので好ましくない。他方、０．
３５ｇ／cm³ 以下では初期圧力損失が小さくなる点では
好ましいが、反面引張り強力が低くなり不適となる。

【００１５】この様に嵩い嵩密度を有する不織布を得る
方法はしては、メルトブローウェブをその繊維のガラス
転位点以下の温度で、５kg／cm巾以上で強くプレスする
方法が好ましい。この条件でプレスを行えば繊維相互間
で熱融着が起こることが無く、濾過性能および強力が高
まる。

【００１６】本発明の不織布の１方向（長さ方向）の引
張り強力は少なくとも２００ｇ／cm以上、好ましくは３
００ｇ／cm以上、更に好ましくは５００ｇ／cm以上であ
る。この強力以上で初めてロール方式の連続濾過装置用
の濾材として使用することが可能となる。極細繊維を繊
維束状でなく単繊維に分離したランダムな不織布とした
場合、不織布の引張り強力を高く保持することが著しく
困難となる。本発明者は、比較的繊維長の長い極細繊維
が得られるメルトブロー極細繊維を用いたことと、この
極細繊維不織布の嵩密度を０．３５ｇ／cm³ より大と高
めて、繊維相互の絡み合いを程度を高めることにより、
この高い強力を、高いフィルター性能（高い除去効率、
低い圧力損失）を満たした上で達成することが出来た。

【００１７】本発明の不織布から成る濾材は捕集効率と
して７０％以上、好ましくは８０％以上を有する。ここ
でいう捕集効率は０．３μｍのジオクチルテレフタレー
ト（ＤＯＰ）粒子で測定した値である。この捕集効率で
あれば、排水中の切断屑として０．３μｍ以上の粒径の
ものを９９％以上除去することが出来る。また、本発明
の不織布の初期圧力損失は、風速が４cm／ｓｅｃ．で５
０mm以下、好ましくは、３０mmＨ₂ Ｏ以下と低いもので
ある。

【００１８】本発明の不織布の目付は２０〜１００ｇ／
ｍ² であることが好ましい。２０ｇ／ｍ² 未満では引張
り強力が低下し、他方、１００ｇ／ｍ² を超えると初期
圧力損失が大きくなりすぎることがある。

【００１９】上記不織布は通常円筒状の多孔管の周面に
多層に巻付けて、中心に空洞をもつ濾過胴を形成して濾
過に用いるのに適している。濾過処理すべき排水は、濾
過胴の横断面に沿った放射方向に、外部から濾過胴内部
へまたは濾過胴内部から外部へ通液することにより濾過
する。

【００２０】上記のように濾過胴を形成し、外部にこの
不織布の巻取軸を設けて、濾過胴の外周面から内部へ排
水を通液して濾過を行う場合、所定期間が経過して目詰
りが始まったとき外部の巻取軸に不織布を巻取って、新
しい不織布濾材面を表面に露出することにより連続して
濾過を行うことができる。排水としては粒径５．０μｍ
以下、特に０．３〜１．０μｍの無機質の粒子が分散し
たものが処理される。そのような無機質粒子としてはシ
リコンウエハー、ガリウム・砒素ウエハー等の切屑が挙
げられる。

【００２１】

【００２２】

【実施例】次に、本発明の排液を処理する濾材の具体例
を更に詳細に説明する。なお、嵩密度は、目付量を厚み
で除した値である。厚みはダイアルシックネスゲージＨ
（ピーコック型：尾崎製作所）を用い測定した。また、
引張り強力は不織布サンプルを巾２cm、把持長１０cm、
引張りスピード１０cm／分の条件でテンシロンを用いて
測定した値を巾１cm当りで表わしたものである。

【００２３】実施例１．ポリエチレンテレフタレートを
メルトブロー法で紡糸し、目付５０ｇ／ｍ² 、巾１ｍ、
長さ６００ｍのウェブとして巻取った。このウェブの平
均単糸繊維径（走査型電子顕微鏡で写真撮影を行い測
定）は、１．５μｍであった。このウェブを室温（２５
℃）で１０kg／cm巾の圧力でプレスし連続的に巻取っ
た。この不織布の嵩密度は０．４５ｇ／cm³ 、引張り強
力は長さ方向で６７０ｇ／cm、巾方向で３５０ｇ／cmで
あった。また、ＤＯＰ捕集効率は９０％、初期圧損は２
０mmＨ ₂ Ｏであった。この不織布を多孔をもった円筒管
に多層に巻き付けて、中心に空洞部をもつ濾過胴を形成
させ、その外部にこの不織布（濾材）の巻取軸を設け
て、濾過胴の外周面から内周面方向に被処理水を供給し
て濾過を行った。被処理水として、１０cc当り約３０，
０００〜５０，０００個のシリコン切断屑を含む排出水
を流量２５リットル／分で通し濾過したところ、排水中
の切断屑の数は１０cc当り１００個（粒径０．３〜１．
０μｍ）との良好な結果が得られた。目詰り後に巻取軸
に不織布濾材を巻取って新しい濾材面を表面に露出する
ことにより連続的に濾過を続けることが出来た。

【００２４】

【発明の効果】本発明の平均単糸繊維径０．３〜３．０
μｍのメルトブロー極細繊維がランダムに絡み合った
０．３５ｇ／cm³ を越える嵩密度を有する不織布は、メ
ルトブロー極細繊維が実質的に単繊維状に分離して交絡
した構造にもとづくミクロ空間による優れたフィルター
性能と、メルトブロー繊維という比較的長い繊維長の繊
維の高度な交絡構造に基づく高い引張り強力を有してい
る。これにより、高い除去効率と低い初期圧力損失に加
え高い引張り強力という３つの優れた性能を有する液体
処理用の濾材となる。この濾材は、従来のカートリッジ
方式に対して、面倒な交換操作なしに長時間連続して液
体濾過を行うことが出来るロール方式の濾過機用の濾材
として最適のものであり、特に、水中の半導体素材（シ
リコンウエハー、ガリウム・砒素ウエハー等）の切屑
（０．３〜１μｍ程度の径）の除去と純水の回収に有効
な濾材であり、この発明の工業的意義は大きい。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平均単糸繊維径が０．３〜３．０μｍの
   ポリエチレンテレフタレートのメルトブロー極細繊維が
   ランダムに絡み合ってなり、嵩密度が０．３５〜０．６
   ０ｇ／cm³ で、長さ方向の引張り強力が少なくとも２０
   ０ｇ／cm幅で、捕集効率が７０％以上で、かつ目付が２
   ０〜１２０ｇ／ｍ² である不織布が多層に巻き付けら
   れ、外周面をはぎ取ってその内層の不織布面を表面に露
   出しうるロール方式であることを特徴とする無機質粒子
   が分散した排液を処理する濾材。