JP2581994B2 - 高精密カートリッジフィルターおよびその製造方法 - Google Patents

高精密カートリッジフィルターおよびその製造方法

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    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、複合メルトブロー極細繊維からなるウェッ
ブを熱接合成形して得られる高精密円筒状カートリッジ
フィルターおよびその製造方法に関するものである。
（従来の技術） メルトブロー繊維を使ったカートリッジフィルター
（以下単にカートリッジということがある）としては、
特開昭60-216818が公知である。また特公昭56-43139に
は、複合短繊維を使ってカード機でウェッブを作り、そ
れを加熱巻取り成形した円筒状繊維集合体の製造方法が
開示されている。更に特公昭56-49605では、カートリッ
ジの中間層に孔径の細いシート状物を挿入した方法が開
示されている。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、特開昭60-216818のメルトブロー繊維
は単一成分であり、「繊維同士の結合がほとんど存在せ
ず、機械的もつれまたは絡みによって相互に固着した」
もので、成形体としての強度がないため、「中央支持部
材を設けてなる」構造をとっており、フィルターの製造
が簡単ではない。また空隙率も80〜90％と高く、低圧で
もカートリッジの外径を維持することが難しい。特に捕
捉粒子径が低ミクロンほど繊維径が細くなるため著しい
外径変形を示し、濾過性能に不安があった。
複合繊維を使ったカートリッジとして、特公昭56-431
39が知られている。これは一定長にカットした短繊維を
加工するため、カード機などで加工する場合使用する繊
維の繊度（デニール）やカット長には自ずと制限があっ
た。現在のレベルでは、1d/f以下の安定したカーディン
グは難しく、10μｍ以下の不純物を濾別するカートリッ
ジの製作はできなかった。これを改善するために、特公
昭56-49605ではカートリッジの中間層に孔径の細いシー
ト状物を挿入した方法が開示されている。しかし、この
シート状物を構成する繊維の径とカートリッジ本体の繊
維径とのギャップが大きく、実際上シート状物の層が濾
過の律速段階となりメンブレンプリーツフィルターの様
な表層濾過の機構になっていると推測される。またこの
シート状物は、カートリッジの構成素材とは異種の素材
のため、高圧・高粘度液での濾過では層間剥離など問題
があった。更に短繊維には、加工上の取り扱いを良くす
るために静電防止剤（油剤）が少なからず付与されてい
る。このため油剤の付着した繊維で作られたカートリッ
ジではろ過初期に於けるろ過液中に、この油剤が流入し
泡立ちするため、食品分野や精密濾過分野ではわざわざ
洗浄して使用しているのが現状である。
本発明は、濾過精度を左右する孔径が濾過圧によって
目開きしない安定した濾過性能を有し、且つ「中央支持
部材」を必要としないフィルターの製造が簡単であり、
油剤をいっさい使用しない衛生的なカートリッジの提供
を目的とする。
（問題を解決するための手段） 本発明は、複合繊維各成分の融点差が20℃以上の複合
メルトブロー法極繊維ウエブを熱接合成形した、平均繊
維径が10μｍ以下で、繊維油剤の付着していない、且つ
耐圧強度が5kg/cm2以上の円筒状高精密カートリツジフ
イルターおよびその製造方法の提供にある。
本発明の複合メルトブロー法とは、２種以上の熱可塑
性樹脂を各々独立に溶融し、紡糸孔の周囲より高温高速
気体を吹き出すメルトブロー用口金より複合紡糸し、高
温高速気体によって捕集コンベアネット上に吹き付け極
細繊維のウェッブを得る方法である。複合糸用口金とし
ては、芯鞘型、並列型等を例示でき、気体としては通常
0.5〜5Kg/cm2、400℃、流量１〜40m3／分の空気や不活
性ガスなどが一般的である。メルトブロー用口金とコン
ベアとの距離は、熱可塑性樹脂の融点や高速空気流の吹
き付け条件などにより異なるが、繊維間接合の少ない距
離に設定し、約30〜80cmが望ましい。
繊維の断面形状は、丸断面、三角断面、Ｔ型断面、さ
らにはこれら形状に中空部を設けた形状であってもよ
い。
本発明の繊維の樹脂として、ポリアミド、ポリエステ
ル、低融点共重合ポリエステル、ポリビニリデンクロラ
イド、ポリビニルアセテート、ポリスチレン、ポリウレ
タンエラストマー、ポリエステルエラストマー、ポリプ
ロピレン、ポリエチレン、共重合ポリプロピレン等の組
合わせまたはこれらの混合物を例示できる。複合繊維の
低融点成分と高融点成分の融点差は、少なくとも20℃以
上ある。融点差が20℃未満であると熱接合成形時、高融
点成分も軟化ないし融解してしまい、繊維形状がくずれ
てフィルム化してしまう。カートリッジがフィルム化し
て孔径が潰れてしまうと、通水性低下など濾過性能に大
きい影響が出て好ましくない。ここでいう融点とは、一
般的には示差走査熱量計（DSC）での測定が可能で、吸
熱ピークとして現れる。非晶性の低融点共重合ポリエス
テル等の場合、融点が必ずしも明確に現れないため、一
般的に言われている軟化点で代用され、測定には示差熱
分析（DTA）等を利用する。複合の組み合わせとして
は、ポリエチレン／ポリプロピレン、低融点共重合ポリ
エステル／ポリエステル、ポリエチレン／ポリエステル
など例示できるが、これらに限定されるものではない。
カートリッジの熱接合成形は、複合メルトブロー法に
よる極細繊維のウェッブを、複合成分の低融点成分の融
点よりも高い温度で加熱し、低融点成分が熱接合するこ
とにより、円筒状カートリッジを作製する。ウェッブは
コンベアー、加熱機および巻取り機のある成形装置を用
い、紡糸後ウェッブを連続して加熱しながら芯に巻き付
けて熱接合成形する方法、ウェッブを芯に巻取りその後
ウェッブを繰り出し芯に巻き付けて熱接合成形する方
法、ウェッブを加熱溶融し一旦、不織布として巻取り、
その後この不織布を再度加熱溶融状態で芯に巻き付けて
熱接合成形する方法がある。なお金属製の中芯等は成型
後抜き取る。
この一旦、不織布とする方法は、ウェッブの複合メル
トブロー法極細繊維を熱接合することで面状の不織布と
し、その後この不織布を再度加熱し、溶融状態で芯に巻
き付け、巻かれた不織布と巻かれた不織布を熱接合成形
し、円筒状高精密カートリツジフイルターとする方法で
ある。ウェッブの加熱法としては、熱エンボス法、熱カ
レンダー法、熱風法、超音波結合法、遠赤外加熱法など
ある。特に遠赤外加熱法は、複合メルトブロー法により
得られたウェッブを乱す事なく厚みムラが少なく均一に
加熱接合でき、濾過性能も安定した方法である。
本発明のカートリッジフィルターの繊維径は、10μｍ
以下である。10μｍを越えるとカートリッジフィルター
の濾過精度が低下し、流出粒径も大きくなる。この平均
繊維径は、カートリッジ内部の電顕写真の平均により求
めたものである。
（実施例） 次に本発明を実施例で更に具体的に説明する。なお実
施例中に於ける測定法は、以下の方法で行った。
◎濾過精度 ハウジングに、カートリッジ１本を取り付け、30リッ
トル用水槽からポンプで循環通水する。流量を30リット
ル/min.に調整した後、水槽にケーキ（カーボランダ
ム、＃4000）を5g添加する。ケーキ添加より１分後に濾
過水を100ccサンプリングする。この濾過水をメンブレ
ンフィルター（0.6μｍ以上を捕集できるもの）で濾過
し、メンブレンフィルター上に捕集されたケーキの粒度
を、粒径毎の個数を測る粒度分布測定機で測定し、最大
流出粒径を濾過精度とした。
◎耐圧強度 ハウジングに、カートリッジ１本を取り付け、流量を
30リットル／分に設定し循環通水する。水槽に、平均粒
径が12.9μｍで、40μｍ以下が99％の分布を持つ火山灰
土壌下層土粉砕分級品20gを添加撹拌し、循環濾過を行
い水槽内の液が透明になった時点で入口圧と出口圧を読
み取る。火山灰土壌分級品の添加と透明時の圧力差の読
み取りを繰り返し、カートリッジの外径が変形したとき
の最大圧力損失（入口圧と出口圧の差）を耐圧強度とし
た。
◎平均繊維径 ウェッブ及びカートリッジ内部より各々５箇所サンプ
リングし、各１枚電顕写真を撮る。１枚の写真から任意
の20本の繊維径を計測し、計100本から平均繊維径を求
めた。
〔実施例１〕 芯成分の融点165℃でメルトフロレート35（g/10分、2
30℃）のポリプロピレンと鞘成分の融点122℃メルトイ
ンデックス25（g/10分、190℃）の線状低密度ポリエチ
レンを芯鞘型メルトブロー用口金を用い、温度260℃/26
0℃複合比50/50で紡糸し、350℃の高圧空気を導入し金
網コンベアー上に吹き付け極細ウェッブを得た。得られ
たウェッブの平均繊維径は2.6μｍ、目付49.0g/m2、比
容積25.2cc/gであった。このウェッブを電顕観察したと
ころ、やや繊維間の融着は観られたもののローピングや
ショットのない良好なものであった。この一旦巻取った
ウェッブをコンベアを備えた遠赤外ヒータ付き加熱成型
装置に流し、145℃で加熱溶融して外径30mmφの金属性
中芯に巻取り成形し、外径60mmφ、内径30mmφ、長さ25
0mmの円筒状カートリッジを作製した。このカートリッ
ジ内部の平均繊維径は2.6μｍであった。また濾過性能
を測定したところ、濾過精度は2.5μｍ、耐圧強度6.0kg
/cm2で、変形前までは外径収縮は観察されなかった。ま
た、濾過初期に於ける泡立ちも全く観られなかった。
〔実施例２〕 固有粘度0.61、融点252℃のポリエステルを第１成分
とし、前記実施例１で用いたものと同一の線状低密度ポ
リエチレンを第２成分として、並列型メルトブロー用口
金を用い、複合比50/50で紡糸し、360℃の高圧空気を導
入し金網コンベアー上に吹き付けコンベア上に捕集した
極細ウェッブを、今度は連続して遠赤外ヒータ付き加熱
成型装置に流し145℃で加熱し、実施例１と同じサイズ
の円筒状カートリッジを作製した。
この時のウェッブの平均繊維径は5.7μｍ、目付51.0g
/m2、比容積28.1cc/gであった。
このカートリッジ内部の平均繊維径は5.5μｍで、濾
過性能を測定したところ通水初期に於ける泡立ちも全く
なく、濾過精度は4.5μｍ、耐圧強度7.5kg/cm2で、変形
前までは外径収縮も観られなかった。
〔比較例１、２〕 ポリプロピレンのみの非複合メルトブロー繊維からな
り、「中央支持部材」を設けたカートリッジ２種につい
て同じ測定法で評価した。サンプルは、表示精度0.5
μｍ（繊維径0.9μｍ）、１μｍ（同1.2μｍ）の物を
使用した。その結果、濾過精度は測定の度にばらつくが
平均して、５μｍ、９μｍであった。また、耐圧強
度は1.8kg/cm2と悪く、外径収縮が著しかった。
［実施例３］ 実施例２において、第一成分として融点162℃、メル
トフロレート85（g/10分、230℃）のポリプロピレンを
第二成分として融点122℃メルトインデックス48（g/10
分、190℃）のポリエチレンを用い、実施例２と同じ口
金を用い温度260℃/260℃、複合比50/50で紡糸し温度36
0℃の高圧空気で金網コンベアー上に吹き付けし極細ウ
ェッブを得た。ウェッブの平均繊維径は0.7μｍ、目付4
9.0g/m2、比容積29.7cc/gであった。このウェッブを実
施例２と同じ成形要領で温度140℃で加熱成形し、外径6
0mm、内径30mm、長さ250mmの円筒状のカートリッジを作
製した。このカートリッジの平均繊維径は0.7μｍであ
った。また濾過性能を評価したところ濾過精度は0.8μ
ｍであった。また耐圧強度は6.5kg/cm2で変形前までは
外径収縮は観察されなかった。また濾過初期に於ける泡
立ちも全く観察されなかった。
［実施例４］ 実施例１において、金網コンベアー上に吹き付けられ
たウェッブを加熱成型装置に流す以前に一旦温度110℃
線圧8kg/cmのカレンダーロールで処理し不織布を得た。
この不織布を実施例１と同じ成形装置を用い温度140
℃で加熱し外径60mm、内径30mm、長さ250mmの円筒状の
カートリッジを作製した。このカートリッジの平均繊維
径は2.6μｍであった。また濾過性能を評価したところ
濾過精度は2.4μｍであった。また耐圧強度は7.7kg/cm2
で変形前までは外形収縮は観察されなかった。また濾過
初期に於ける泡立ちも全く観察されなかった。
［実施例５］ 実施例１において、芯成分を固有粘度0.60融点252℃
のポリエステルを、鞘成分を固有粘度0.58融点160℃
の、テレフタル酸、イソフタル酸及びエチレングリコー
ルを主成分とする低融点共重合ポリエステルを用い、温
度285℃/270℃、高圧空気温度を360℃とした以外は実施
例１と同じ装置を用い、同じ要領で極細ウェッブを得
た。ウェッブの平均繊維径は1.8μｍ、目付49g/m2、比
容積23cc/gであった。このウェッブを電顕観察したとこ
ろやや繊維間の融着はみられたもののローピングやショ
ットの無い良好なものであった。この一旦巻取ったウェ
ッブを、実施例１と同じ成形装置を用い温度200℃で加
熱溶融し、実施例１と同じサイズの円筒状のカートリッ
ジを作製した。このカートリッジの平均繊維径は1.9μ
ｍであった。また濾過性能を評価したところ濾過精度は
1.4μｍであった。また耐圧強度は7.5kg/cm2で変形前ま
では外形収縮は観察されなかった。また濾過初期に於け
る泡立ちも全く観察されなかった。
（発明の効果） 本発明のカートリッジは、メルトブロー法による極細
複合繊維を使用したので、濾過精度の細かなものは、１
μｍ以下であった。
本発明のカートリッジは、メルトブロー法による極細
複合繊維を用い、低融点繊維同士を三次元的に熱接合し
たため、細孔構造は水圧変動などでも細孔が目開きせ
ず、高精度な濾過が安定して実施できた。
本発明のカートリッジは、極細複合繊維を使い、繊維
同士を強固に熱接合している構造であり、シートなどの
異種素材を使用していないため、高圧・高粘度液の濾過
が安定していた。
本発明のカートリッジは、メルトブロー法による極細
複合繊維を使い、低融点繊維同士を熱接合し、高融点繊
維を剛構造とするため、中央支持部材を不要とし、カー
トリッジの製法が簡単で、安価なカートリッジとなっ
た。
本発明のカートリッジは、メルトブロー法による極細
複合繊維を使用し、繊維加工用静電防止剤（油剤）を用
いていない、このため食品分野、精密濾過分野でも洗浄
することなく、使用できた。
本発明のカートリッジフィルターの製造方法は、複合
メルトブロー法で極細複合繊維を紡糸し、紡糸と成形を
連続的に行うのでカートリッジフィルターの生産効率が
良くなった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−99057（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−99058（ＪＰ，Ａ) 実開 昭54−101576（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭56−43139（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複合繊維各成分の融点差が20℃以上の複合
    メルトブロー法極細繊維ウエブを熱接合成形した、平均
    繊維径が10μｍ以下で、繊維油剤の付着していない、且
    つ耐圧強度が5kg/cm2以上の円筒状高精密カートリツジ
    フイルター。
  2. 【請求項２】融点差が20℃以上の２種以上の熱可塑性樹
    脂を各々独立に溶融し、紡糸孔の周囲より高温高速気体
    を吹き出すメルトブロー用口金より複合紡糸し、高温高
    速気体によって繊維油剤を用いることなく捕集コンベア
    上に吹き付け極細繊維ウェッブを得、該極細繊維ウェッ
    ブを芯に巻取り、その後該極細繊維ウェッブを繰り出し
    低融点成分の融点以上高融点成分の融点以下の温度で加
    熱しながら芯に巻き付けて熱接合成形する、平均繊維径
    が10μｍ以下で、繊維油剤の付着していない、且つ耐圧
    強度が5kg/cm2以上の円筒状高精密カートリッジフィル
    ターの製造方法。
  3. 【請求項３】融点差が20℃以上の２種以上の熱可塑性樹
    脂を各々独立に溶融し、紡糸孔の周囲より高温高速気体
    を吹き出すメルトブロー用口金より複合紡糸し、高温高
    速気体によって繊維油剤を用いることなく捕集コンベア
    上に吹き付け極細繊維ウェッブを得、該極細繊維ウェッ
    ブを連続して低融点成分の融点以上高融点成分の融点以
    下の温度で加熱しながら芯に巻き付けて熱接合成形す
    る、平均繊維径が10μｍ以下で、繊維油剤の付着してい
    ない、且つ耐圧強度が5kg/cm2以上の円筒状高精密カー
    トリッジフィルターの製造方法。
  4. 【請求項４】融点差が20℃以上の２種以上の熱可塑性樹
    脂を各々独立に溶融し、紡糸孔の周囲より高温高速気体
    を吹き出すメルトブロー用口金より複合紡糸し、高温高
    速気体によって繊維油剤を用いることなく捕集コンベア
    上に吹き付け極細繊維ウェッブを得、該極細繊維ウェッ
    ブを加熱し、一旦、不織布として巻取り、その後この不
    織布を繰り出し低融点成分の融点以上高融点成分の融点
    以下の温度で加熱しながら芯に巻き付けて熱接合成形す
    る、平均繊維径が10μｍ以下で、繊維油剤の付着してい
    ない、且つ耐圧強度が5kg/cm2以上の円筒状高精密カー
    トリッジフィルターの製造方法。
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