JP2651279B2 - 分離および精製用の粒子充填不織繊維状物品 - Google Patents

分離および精製用の粒子充填不織繊維状物品

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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、繊維状ポリマーウェブおよび該ウェブ内に
保持される収着性粒子を含有する分離技術に有用な粒子
充填繊維状物品に関する。
従来の技術 メルトブローポリマー繊維の布は、周知のものであ
り、微粒子を空気や食用油から分離したり、油−水混合
物、例えば原油水噴出物(spill)からオイルベースの
材料を分離するために用いられ、そのことは当業者に公
知である(米国特許第3,764,527号、同4,011,067号およ
び同4,604,203号参照)。不織ウェブはまたメルトブロ
ーポリマー繊維(英国特許第2,113,731号参照)とも、
ブロー微小繊維(米国特許第3,971,373号参照)とも言
われる。
不織ウェブは濾過に用いられており、例えば米国特許
第3,338,992号、同3,509,009号および同3,528,129号に
示されている。その米国特許第3,509,009号は活性炭を
フィラメントに付着することを開示している。空気を含
むウェブの製法が米国特許第3,991,526号に開示されて
いる。
米国特許第5,029,699号および同4.933,229号は液体を
入れるビン用の収着包装材料を開示している。その材料
はメルトブロー圧縮ポリオレフィンであった。
収着粒子を不織ウェブ(時にはブロー微小繊維とも言
われる)に充填することは当業者に公知であり、英国特
許GB 2113731、米国特許第3,971,373号、同4,433,024
号、同4,469,734号、同4,797,318号および同4,957,943
号に開示されている。用途としては、粒子および気体の
異物を除去する呼吸マスク、保護衣、液体を保持する物
品および油用ワイパーが挙げられる。
欧州特許出願(第0 080 382号)には、繊維がまだ粘
着性をもつ間に繊維と接触させることにより機械的絡み
合いによって、粒子を保持する方法が開示されている。
「得られた織物ウェブ内の粒子は、たとえワイパーとし
て用いられた時にその織物が擦り減り、または引き裂か
れたとしても堅く固定されている。」このことはこの文
献中に次のように説明されている:「超吸収材料粒子
は、それぞれの微小繊維の直径に比較して大きな直径を
有し、その繊維網目に閉じ込められる傾向にある。従っ
て、超吸収剤粒子をその場所に保持するために繊維の表
面粘着性はほとんど必要ない。
米国特許第4,429,001号には、絡み合ったメルトブロ
ー繊維の凝集ウェブおよびウェブ中に均一に分散しかつ
物理的に保持された固体状高収着性液吸収ポリマー材料
のアレーから成る吸着シート製品を開示する。この製品
中の粒子は液体吸収時に膨潤し、粒子の膨潤につれてウ
ェブが膨張する。その製品は多量の液体を急速に吸収し
保持する。
既知の不織ウェブの多くは欠点を有し、それらの中に
は粒子充填容量が乏しいかまたは低いものがある。ある
場合には、ウェブ内に物理的に固定されるために粒子は
例えば、100μm以上と大きくなければならないが、形
成されたウェブがしばしば低い物理特性、例えば強度不
足を有する。
米国特許第4,684,570号は防水性積層材料を得るため
の共役繊維の溶融結合を開示しており、その材料内では
共役繊維の芯材は初期の繊維状一体性を維持している。
その積層材料は、微生物および液体に対して不透過性の
使い捨て吸収ドレープとして有用である。
その繊維と接着している吸収剤粒子を含有するメルト
ブローポリマー繊維の強度を増大するために、英国特許
第2,113,731号は加熱カレンダー加工または加熱した結
合プリントロールを用いたエンボッシングを教示する。
高表面積粒子が分離工程、例えば抽出およびクロマト
グラフィーに有用であることは既知のことである。例え
ばナイロン、アルミナ、ジルコニアおよびシリカの如き
粒子のカラムは、選択的な収着により、混合物の分離お
よび分析手段を与えることができる。そのプロセスは、
相互に不混和な移動層および固定層間の混合物の成分の
分配比の違いを基礎としている。得られた混合物の分離
した成分はさらに試験され得る。
その中に収着剤粒子を含むフィブリル化ポリテトラフ
ルオロエチレンマトリックスを含有するクロマトグラフ
ィー用物品は例えば、米国特許第4,460,642号、同4,81
0,381号、同4,906,378号、同4,971,736号、同4,971,697
号および同5,071,610号に開示されている。
発明の要旨 a)不織繊維状ポリマーウェブ、および b)そのウェブ内に保持された収着剤粒子 から成る粒子充填、多孔性、繊維状、少なくとも圧縮ま
たは融着した物品であって、その粒子充填繊維状物品が
少なくとも2秒間のガーレイ時間(Gurley time)を有
し、かつ分離技術に有用であることを特徴とする物品を
与える。
好ましくは、収着剤粒子は非膨潤性である。
多孔性で液体流れが通過できる本発明の物品は、圧縮
したまたは溶融した不織繊維状ウェブを含有し、それは
ポリアミド、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリウレ
タンおよびポリハロゲン化ビニルから成る群から選択さ
れることが望ましい。好ましくは、ポリハロゲン化ビニ
ルは75wt%以下のフッ素を含有し、より好ましくは、65
wt%以下のフッ素を含有する。その物品は、分離技術、
特に抽出、精製、または水、排水および空気を含む液体
からの可溶性または不溶性の有機または無機材料の除去
に有用である。そのウェブは、熱可塑性の、溶融押出し
た、圧縮した(例えば、カレンダー加工した、機械的に
プレスした等)または融着した繊維状ウェブを含有する
ことができ、または空気を含む、不織の、機械的にプレ
スした繊維状ウェブであり得る。
その他の態様として、本発明は分離技術に用いる新規
な積重ねた(stacked)物品を与える。
さらに別の態様として、本発明は以下のa)、b)、
c)およびd)の工程から成る本発明の物品を調製する
無溶剤プロセスを与える: a)ブロー微小繊維ポリマーウェブを与える工程、 b)そのウェブの総重量に対して0〜95wt%、好ましく
は5〜95wt%、より好ましくは50〜95wt%、最も好まし
くは80〜90wt%の収着剤粒子をウェブに導入する工程、 c)そのウェブの一部、好ましくは全部を、20〜220
℃、好ましくは40〜150℃、より好ましくは75〜125℃の
温度で、0〜620kPa(0〜90psi)、好ましくは200〜55
0kPaの範囲の圧力で、圧縮および融着の内の少なくとも
一方を行うことにより、少なくとも2秒間の、好ましく
は少なくとも4時間で約100秒以下のガーレイ時間を有
する物品を得る工程、および d)得られたウェブを冷却する工程。
その他の態様として、本発明は試料を含む液体を本発
明のシート状物品を通過させ、次いで溶出液、流出液お
よび収着した試料を含む物品の内の少なくとも1つを回
収することから成る液体から有機または無機試料を回収
するための固体相抽出法を提供する。
さらなる態様として、本発明の粒子を含む固体相抽出
溶媒のスタック(stack)(好ましくはシート状材料、
より好ましくはディスク状)を使用するある方法を開示
しており、その中では粒子は1つの組成または組成物の
混合物である。その方法は試料を含む液体を本発明の方
法に従う、2〜10枚またはそれ以上のディスクを通過さ
せ、次いで、溶出液、流出液および収着した試料を含む
物品の内の少なくとも1つを回収することから成る。
抽出シートとして本発明の媒体を使用することは、以
下のように驚異的な有用性を示す: (1)ガンマ線および電子線(e−ビーム)を含む高エ
ネルギー放射線はフィブリル化したポリテトラフルオロ
エチレン(PTFE)ウェブに対してより破壊的でない; (2)ウェブがPTFEウェブより高い引張強度を有し(少
なくとも50%、好ましくは少なくとも100%高い)、PTF
Eウェブより優れた引裂抵抗を有する; (3)ポリマー繊維が複合物品の親水性および疎水性の
制御を液体によって物品の湿潤を促進するように選択さ
れることができる; (4)容量、回収率およびその極性によって化合物を識
別する能力を増大する方法として、同一組成および異な
る組成の両者の積重ねシートの有利な用途が存在する; (5)1枚のディスクは、異なった粒子の混合物および
/または異なったポリマーウェブの混合物を有すること
ができ、そのディスクは粒子および/またはウェブの両
者の有用性のいくつかを有する; (6)製造における節約が無溶剤、一段階製造法および
低価格出発材料の使用により達成できる; (7)製造において溶剤ベースの方法を減ずることは、
環境面では望ましい。
本明細書において: 「ハロゲン化物(halide)」はフッ素化物、塩化物、
臭素化物およびヨウ素化物を意味する;。
「極性(polar)」は親水性および水溶性の少なくと
も一方を意味する; 「マトリックス(matrix)」または「ウェブ(we
b)」は繊維、好ましくは微小繊維の開放した構造の絡
み合った塊を意味する; 「疎水性粒子(hydrophobic particle)」は低表面極
性の、即ち0.1〜0.5の範囲の表面極性を有する粒子を意
味する; 「親水性(hydrophilic)」は高表面極性(即ち0.5以
上)を有する水湿潤性を意味する。
「セラミック(ceramic)」は加熱によって固結する
非金属の無機材料を意味する; 「直相システム(direct phase system)」はより極
性の弱い移動層を有する、より極性の強い固定相を意味
する; 「逆相システム(reverse phase system)」はより極
性の強い移動層を有する、より極性の弱い固定相を意味
する; 「非膨潤性粒子(non−swellable particulate)」は
0.5以下、好ましくは0.1以下、最も好ましくは0.01以下
の体積変化を有する粒子を意味し、ここで体積変化=
(Vg−Vo)/Voであり、Vgは膨潤時の粒子体積およびVo
は乾燥状態の粒子体積を示す; 「粒子(particles)」または「粒子(particulat
e)」は、後で定義する粒子に加えて、直径1〜2000μ
m、直径に対する長さの比が20〜1の収着性粒体を意味
する; 「自己支持性(self−support)」はその物品には硬
質のパッキング支持体が必要ないことを意味する;およ
び 「粒子(particles)」または「粒子(particulat
e)」は、直径1〜200μmの形成品を意味する;これに
は、前で定義したように収着性粒子、例えば粒体、ビー
ズまたは粉末に加えて、直径に対する長さの比が20〜1
の繊維を含む; 「収着性(sorbent)」または「収着性(sorptiv
e)」または「収着(sorption)」は吸収または吸着の
どちらかによって、吸収および保持する能力をもつこと
を意味する; 「特性改質剤(property modifier)」は、収着性抽
出プロセスに関与せず、複合物品の親水性のような物性
を変化させるように働く補助粒子を意味する; 「融着(fusing)」は、液体を通過させるに充分な極
性を保持している間に部分的な繊維間接着を促進するた
めに予備溶融状態に変えることを意味する; 「圧縮(compressing)」は、その気孔容積を減少さ
せることによって物品の厚さを減少することを意味す
る;および 「ガーレイ時間(Gurley time)」は、空気50ccが、1
24mm(4.88in.)水圧で約645mm2(1in2)の円形横断面
積を有するウェブ試料を通過するのに少なくとも2秒間
を有するデンソメーター数(即ち流れ通過時間(flow−
through time))を意味する。バラツキのない測定のた
めに約23〜24℃(74〜76゜F)の温度および50%の相対
湿度が保持されている。その「ガーレイ」デンソメータ
ーまたは流れ通過時間は、商品名「4110型」デンソメー
ター(ニューヨーク州トロイ(Troy)のW.&L.E.ガーレ
イ(Gurley)による)で市販されているタイプのデンソ
メーターを用いて測定するものとする。またその装置は
ガーレイ−テレダイン(Gurley−Teledyne)感度計(カ
タログ番号4134/4135)を用いて検量および動作する。
「ガーレイ」デンソメーター時間は、ジョージア州アト
ランタのパルプおよび紙工業技術協会の紙の空気抵抗を
測定する標準試験と同様の方法、TAPPI公式試験方法(O
fficial Test Method)T 460 om−83(この記載をここ
に挿入)で測定された。ガーレイ時間は粒子充填ウェブ
の気孔容積と逆比例の関係にある。
ガーレイ時間は粒子充填ウェブの平均孔径とも逆比例
の関係にある。本発明は、収着性粒子が分散しているが
多孔性ポリマー物品をプレスまたは融着することによっ
て、極小のダスティング効果を示す改質された製品が得
られることを示す。またその製品は水または油のような
液体から構成物質または汚染物質の低量的単離に有用で
ある。
本発明により示されたことで、従来の技術によっては
提案されなかったものは、高収着効率を有するクロマト
グラフィーグレードの粒子を含有する圧縮または融着さ
れた粒子充填不織ウェブ(好ましくはブロー微小繊維)
を含むプロセスおよび固体相抽出用物品である。その物
品は、制御された多孔度を有し、一般に分離技術の分野
で有用で、特に濃縮、精製、水溶性有機または無機材料
を、水、排水、油および空気や生物学的液体のような他
の流体からの除去に有用である。
本発明の好ましい態様の詳細な説明 1つの態様として、本発明のの繊維状物品は微小繊維
を含有する。その微小繊維はそこに分散した収着性粒子
を有する熱可塑性の、メルトブローした、および、プレ
スおよび融着のどちらか一方を行った、不織ポリマー材
料を提供する。好ましいブロー微小繊維ウェブはポリプ
ロピレンであり、それは以下に記載したようにして調製
される。微小繊維ウェブは10μm以下の平均繊維直径を
有することができる。
その他の態様として、大きな直径の繊維(即ち、平均
で10〜100μm)を含有するウェブを本発明を実施する
ために使用してもよい。そのウェブは微小繊維物品より
大きな流量を有する物品を与える。その不織ウェブは、
当業者に既知の方法によって製造されることができる不
織ウェブとなることができる。(例えば、米国特許第3,
338,992号、同3,509,009号および同3,528,129号参
照。)不織ウェブは例えば、アモコ社(AMOCO Inc.)か
ら市販されている。加えて、ステープルファイバー(st
aple fibers)から製造された不織ウェブは当業者に既
知のカード(carding)またはエアーレイド(air−lai
d)装置(例えば、ニューヨーク州イーストロチェスタ
ー(East Rochester)のキューラトー社(Curlator Cor
p.)製Rando−WebberTM,12BS型)によって形成できる。
不織ウェブまたはエアーレイドウェブは粒子充填および
後述のものと同様の温度および圧力下でプレスされるこ
とができる。そこではメルトブローウェブが層の結合を
行うことができ、そしてある場合には粒子が不織性とな
ることができる。別の変形として、2成分繊維、例えば
ポリエステル芯を覆うポリエチレン鞘の使用することが
ある。そこでは、より低融点のポリエチレンが溶融し、
そして粒子の活動を損なうことなく繊維および粒子を接
着する。
好ましくは微小繊維物品であり、その密度増加および
間隙の多孔度減少のために圧縮された本発明の粒子充填
繊維状物品は、30〜70vol%、好ましくは40〜60vol%の
範囲の繊維および粒子、および70〜30vol%、好ましく
は60〜40vol%の空気を含有する。一般に、プレスした
シート状物品は少なくとも20%、好ましくは40%、より
好ましくは50%、最も好ましくは75%、プレスしない物
品に比較して厚さが減少する。
繊維状物品のガーレイ時間は少なくとも2秒間、好ま
しくは4〜230秒の範囲である。これに対して、ポリプ
ロピレン繊維状カーボン充填の粉塵およびミスト用マス
ク3M 9913TM(ミネソタ州セントポールの3M製)は0.2秒
以下のガーレイ数を有する。
本発明の物品の微小繊維は、0〜10μm、好ましくは
2〜10μm、より好ましくは3〜5μmの範囲の平均繊
維直径を有してもよい。その物品は0.1〜10μm、好ま
しくは0.5〜5μmの範囲の平均孔径を有する気孔を含
有する。
繊維直径が微小繊維より大きい本発明の繊維状物品は
10〜100μm、好ましくは10〜50μmの範囲の平均繊維
直径を有してもよい。平均孔径は5.0〜50μmの範囲で
あってもよい。
ブロー繊維状ウェブは繊維の極端な絡み合いによって
特徴付けられ、それによって、物品に凝集性および強度
が与えられ、ウェブに粒子状材料を含有および保持させ
る。その繊維は不連続であると報告されているが、ブロ
ー繊維のアスペクト比(直径に対する長さの比)は無限
大に近づく。その繊維は、一般に繊維の塊から1つの完
全な繊維を除去することが不可能なほど、また最初から
最後まで1つの繊維の痕跡をたどることが不可能なほど
充分に長く、絡み合っている。本発明は空気流中に分散
されるどのような種類の固体粒子を巻き込むにも有用で
ある(ここで使用される「固体(solid)」粒子は少な
くとも外殻が、液体または気体と区別して、固体である
粒子を言う)。粒子の広い多様性により3次元マトリッ
クス配置内に実用性をもつことを可能とし、その場合そ
の粒子が、粒子が遭遇する媒体または成分と、相互に作
用する(例えば、化学的または物理的に反応したり、物
理的に接触または改質したり、改質されたりする)こと
ができる。混合物中またはその物品の異なった層中のど
ちらにも、1種以上の粒子が混合した状態または物品の
異なる層に配合する状態で本発明のある種の物品に使用
される。粒子を濾過または精製のために使用する空気清
浄装置は、本発明のシート製品の1つの実用例を構成す
る。濾過または清浄装置の用途での典型的な粒子は活性
炭、アルミナ、炭酸水素ナトリウムおよび銀粒子(それ
らは収着、化学反応およびアマルガム化によって液体か
らある成分を除去することができる);または、ホプカ
ライト(hopcalite)のような粒子状触媒(それらは危
険性ガスを無害な形に転化することを促進し、危険性成
分を除去する)を含有する。
粒子状材料は球状、規則的形状または不規則的形状で
あってもよい。本発明中で有用であることが明らかとな
った粒子状材料は5〜約600μmまたはそれ以上、好ま
しくは40〜200μmの範囲の見掛け寸法を有する。いく
つかの場合、広い範囲にある2種またはそれ以上の粒子
サイズ範囲の粒子状材料を使用することが有利であるこ
とが明らかとなった。
いくつかの場合、より小さな粒子に比較してより大き
な粒子は、その複合物品のウェブ内への粒子の保持また
は固定(entrapment)がよりよく行われる。
本発明の好ましい製品では、固体粒子を繊維状物品の
合計固体含有量の少なくとも約20wt%、より好ましくは
少なくとも約50wt%、最も好ましくは少なくとも約95wt
%含有する。
本発明内で有用な収着性粒子状材料(1種の材料また
は材料の併用であることができる)は有機液体または水
性液体中で非膨潤性または膨潤性、かつ、実質上水また
は液体中で不溶性である。1.0g以下の粒子を100gの水ま
たは有機液体または溶離液に溶解させ、粒子を20℃で混
合する。収着性粒子状材料は以下のものであることがで
きる: 1)カーボンまたはポリマーまたはコポリマーであって
よい有機化合物で、好ましくはスチレン/ジビニルベン
ゼン(90/10〜99/1)のコポリマーおよびそれらの誘導
体、ポリメタクリレートエステルまたは誘導したアズラ
クトン(azlactone)ポリマーまたはコポリマーの誘導
体、それは米国特許第4,871,824号、1989年4月10日出
願のU.S.S.N.07/335,835に開示されており、この記載を
ここに挿入する; 2)有機物で被覆した無機酸化物、例えばシリカ、アル
ミナ、チタニア、ジルコニア(米国特許第5,015,373号
参照)、および有機基(例えばポリブタジエニルまたは
C8またはC18ヒドロカルビル)と収着または結合する他
のセラミック、となる事ができる粒子(好ましい有機物
被覆した無機粒子は、オクタデシル基と共有結合したシ
リカである);または 3)結合していない被覆していない無機物であってよ
い。好ましい粒子状材料は、シリカ、アルミナおよびジ
ルコニアであり、シリカを使用することが特に好まし
い。それは、その表面の種々の疎水性および半疎水性被
膜との結合が容易であること、およびそれらが市販され
ているからである。
シリカはアルドリッチ・ケミカル社(Aldrich Chemic
al Co.)(ワイオミング州ミルウォーキー)から市販さ
れている。ジルコニアはZ.技術社(Z.Tech Corporatio
n)(ニューハンプシャー州ボウ(Bow))から市販され
ている。他の無機酸化物はアルドリッチ・ケミカル社
(Aldrich Chemical Co.)から市販されている。
本発明の目的に対する他の適した粒子は、不溶性、非
膨潤収着性材料で被覆され得るいかなる粒子、または不
溶性、非膨潤性収着材料の被膜を与えるように誘導され
得る表面(外面および/または内面)を含む。これら被
膜の機能は、特定の官能性および物理的特性を付与して
化学的分離および反応を行うことである。これらには界
面をベースとした分離、例えば収着、イオン交換、キレ
ート化、立体排除、キラル化、親和力等を含む。その被
膜に好ましい支持体は無機酸化物粒子、最も好ましくは
シリカ粒子が挙げられる。不活性、非膨潤収着性被膜は
一般に単分子層〜約300μmの範囲の厚さをもつ。その
ような被覆された表面をもつ粒子は当業者に既知であ
り、例えばスナイダー(Snyder)およびカークランド
(Kirkland)の「イントロダクション・トゥ・モダーン
・リキッド・クロマトグラフィー(Introduction to Mo
dern Liquid Chromatography)」2d版、ジョン・ワイリ
ー・アンド・サンズ社(John Wiley & Sons,Inc.)(1
979)およびH.フィッジ(Figge)等の「ジャーナル・オ
ブ・クロマトグラフィー(Journal of Chromatograph
y)」351(1986)393−408を参照、および改質したシリ
カ粒子、シアノ、シクロヘキシル、C8(オクチル)およ
びC18(オクタデシル)基を含む有機官能基と共有結合
したシリカ粒子を包含する。その被膜はポリマーの現場
架橋によって機械的に塗布されることができ、または、
その被膜はその粒子表面に共有結合した官能基であるこ
とができる。多くの被覆された粒子が市販されている
(例えば、イリノイ州ディアフィールド(Deerfield)
のオールテック社(Alltech.)製のC18結合相シリ
カ)。
前記の通り、シリカのような無機粒子に塗布されるこ
とができる被膜は、不溶性、非膨潤性のポリマー(例え
ば、架橋性シリコーン、ポリブタジエン等)の薄い機械
的被膜、または、共有結合した有機官能基のどちらかと
なることができる。後者には、例えば分子鎖長の異なる
(例えば、C2、C8、C12およびC18)脂肪族基および脂肪
族芳香族基(アミン、ニトリル、水酸基、キラルおよび
その被膜の極性を変える他の官能基)を含む。この場
合、シリカまたは他の支持体粒子は主に有機被膜のキャ
リアーとして働き、そして粒子は非膨潤性となる。その
被膜の化学組成物を変えることにより、分子分離および
極性の選択性が与えられる。
不織ウェブ粒子技術はフロースルーまたは濾過法に有
用であり、その方法において、本発明の複合物品は高分
解カラムクロマトグラフィーによる連続分析用のある材
料の予備濃縮および単離に使用される。当業者に既知の
この方法では、溶媒および試料流れはシート面に対して
90゜の角度で導入される。これは通常の配置であり、そ
して分離路長さはそのシート厚みと等しい。その分離路
長さは、別の層(好ましくは2〜10)を積重ねることに
よって増加し得る。またその層は、カレンダー加工操作
により特定の厚さに制限されるので、同一のまたは異な
った組成物であるがそれぞれの層は緊密には結合してい
ない。この方法は1段または多段の収着−脱着分離に効
果的である。この方法は望ましい化学的および物理的反
応を行う反応性粒子を使用するのに有用である。その物
品は、より濃縮したおよび均一な形で回収される事がで
きる反応性粒子と関係のあるものの成分と強く収着す
る。イオン交換、キレート化、酸化/還元反応、立体排
除、触媒等用に粒子を選ぶことによって、反応性膜も形
成する事ができる。
本発明の複合クロマトグラフィー用物品はいかなる望
ましいサイズおよび形状をもつことができる。好ましく
は、その物品はシート状であることができ、例えば、デ
ィスクまたはストリップの形状であってもよい。ポリマ
ーの現場架橋または粒子表面で官能分子と共有結合する
ことによって得られた非常に薄い(単分子層)材料また
はより厚い材料を用いて、非膨潤性粒子を被覆すること
により、クロマトグラフィーの分解能および分離効率の
両者の最適化が可能となる。
本発明は、固体層抽出(SPE)ディスク/シート複合
材料としても既知の液−固抽出媒体の発見、および、あ
る汚染物質のような有機および無機化合物を、有機物お
よび水性液および気体から除去するのに効果的である方
法、を開示している。固体層抽出は、被覆していない固
体粒子(例えば固体ポリマー材料、シリカ、アルミナ、
ジルコニアおよびそれに類似するもの)および、不溶性
ポリマー相または共有結合した有機相を使用して被覆し
たこれらの粒子のいくつかが使用されて、単離を目的と
して液体または気体から、有機および無機化合物を好ま
しく収着する。この方に記載された代表的化合物は、フ
タレート類、染料類、アミン類およびニトレート類であ
り、それらは水に関する環境汚染物質となり得る。これ
ら化合物のいくつかは液−液抽出(LLE)によって普通
に水から抽出される。この方法はEPA法(EPA Method)5
07,508等に従って行われる(オハイオ州シンシナティー
のエンバイアロンメンタル・モニタリング・システムズ
・ラボラトリー(Environmental Monitering Systems L
aboratory)、オフィス・オブ・リサーチ・アンド・デ
ベロップメント(Office of research and Developmen
t)、U.S.エンバイアロメンタル・プロテクション・エ
ージェンシー(U.S.Environmental Protection Agenc
y)の刊行物、「メソッズ・フォー・ザ・デタミネーシ
ョン・オブ・オーガニック・コンパウンズ・イン・ドリ
ンキング・ウォター(Methods for the Determination
of Organic Compounds in Drinking Water)」、EPA−6
00/4−88/039、1988年12月を参照)。LLE法を、SPE材料
および方法論に置き換えて、抽出溶媒の使用量、抽出時
間および環境的危険を減少させることは非常に望まし
い。
本発明の複合物品は、実質的に時間およびコストを節
減する簡便な方法がないことを克服する手段としてカラ
ム粒子および膜技術の混成した方法を与える。
本発明は蒸気および液体から有機および無機材料を収
着するための非常に効率のよい収着性粒子から成るとき
に特に有用である。ここで使用される収着性粒子は、少
なくとも一時的にそのウェブを通過する試料を収着する
に充分な表面積を有する。ある態様として、その粒子は
試料を収着および結合するが、他の態様では、その粒子
は一時的にだけ、即ち試料中での化学反応に影響を与え
るだけ長く試料に収着する。蒸気収着性粒子は収着試料
が蒸気である場合にそのような作用を示す。
好適な蒸気収着性粒子の例として、アルミナ、ホプカ
ライトおよび多孔性ポリマー収着剤が挙げられる。好ま
しい蒸気収着性粒子としては活性炭粒子がある。化学試
薬、例えば炭酸カルシウムまたは触媒(酵素剤を含む)
を蒸気収着性粒子と共に含有させて収着蒸気を化学的に
変化または分解してもよい。
本発明の複合フィルムの更なる改良または改質のため
に、総粒子および主な粒子材料の20wt%までの補助剤を
その粒子混合物の必要に応じて加えてもよい。例えば、
改質剤粒子はクロマトグラフィー用不活性材料を含有す
ることができ、その材料としては例えば特性改質剤およ
び加工助剤として働く低表面積ガラスビーズがある。活
性粒子のレベルを変えること、または、親水性または疎
水性を増すことは望ましいことである。着色粒子または
蛍光粒子は少量(好ましくは、粒子の10wt%以下)加え
ることができ、分離されるべき試料成分を可視とするの
を助成する。
その成分バンドのpHまたは酸価を示す化学的に活性な
粒子は診断の用途に対して有用であることができる。
本発明の物品は3段階で調整することを検討されるこ
とができる。
第1段階として、米国特許第3,971,373号に記載する
ように、溶融メルトブローポリマー繊維の流れを形成す
るような方法で溶融ポリマー材料を押出すことを包含す
る(米国特許の方法をここに挿入する)。
第2の任意であるが最も好ましい段階として、米国特
許第3,971,373号の方法(この方法の記載をここに挿入
する)に開示されたように、粒子を微小繊維を運ぶ流れ
内に供給し、これら繊維と混合した状態になることによ
り、絡み合ったメルトブロー有機ポリマー微小繊維のウ
ェブとその中に均一に分散し絡み合いによって物理的に
保持された粒子の3次元アレイとから成る自己支持型耐
久性のある可撓性多孔性物品を与える。
1つの態様として、微小繊維粒子充填ウェブを含有す
る25.4cm(10in.)幅の微小繊維マトリックスをウェン
テ、バンA.(Wente、Van A.)の「スーパーファイン・
サーモプラスチック・ファイバーズ(Superfine Thermo
plastic Fibers)」インダストリアル・エンジニアリン
グ・ケミストリー(Industrial Engineering Chemistr
y)48巻、1342−1346ページおよびウェンテ、バンA.(W
ente、Van A.)等の「マニュファクチュアー・オブ・ス
ーパーファイン・オーガニック・ファイバーズ(Manufa
cture of Superfine Organic Fibers)」、1954年5月2
5日刊行のネイバル・リサーチ・ラボラトリーズ(Naval
Research Laboratories)レポートNo.4364に記載され
るように製造してもよい。
特に、粒子充填微小繊維ウェブは、微小繊維流れによ
る粒子の機械的固定によって製造され、その場合、粒子
はその繊維によって絡み合いおよび/またはその繊維と
結合し得る。以下に列挙した実施例では、粒子の微小繊
維流れへの送出が、粒子を1.9cm(3/4in.)の排出装置
のついた層気流散気装置に導入し、層気流によって粒子
を分配し、次いで粒子を粒子充填出口に集め、粒子を微
小繊維流れに混合することにより、繊維と絡み合ったま
たは結合したどちらかの状態になる。次に粒子充填微小
繊維流れをウェブ形成のために集める。
層気流は、10゜のコーン角度(Θ)の空力型散気装置
を通って流れる5hpの送風機によって形成される。散気
装置を通過する空気容量流れ速度は可変であり、60標準
ft3/min(SCFM)で操作される。その排出装置は粒子を
収集空気流に400g/minの速度で排出装置空気容量流れ速
度15SCFM以下を有して供給する。
微小繊維流れのポリマー素材の流れは可変であり、後
述の実施例1〜22では16g/min以上で操作された。実施
例中の微小繊維はメルトブロー微小繊維であり、それは
種々の可紡性ポリマー材料から形成されてもよい。その
材料は、それに限定されないが、ポリウレタン;ポリオ
レフィン、例えばポリプロピレンおよびポリプロピレ
ン;ポリエステル、例えばポリエチレンテレフタレー
ト;およびポリアミド、例えばナイロン6およびナイロ
ン66が挙げられる。その微小繊維の平均繊維直径は約10
μmであった。
その収着性粒子はウェブ内で絡み合った状態になり、
一般にダスティング(dusting)(即ち、粒子がウェブ
外に落ちること)に対して耐性をもつ。特に、その物品
がある高温でプレスされ、または溶融された時、粒子は
ウェブに接着することができる。
粒子充填微小繊維ウェブは種々の基本重量で収集さ
れ、ヒートシールされ、他の熱可塑性不織布を用いてお
よび用いずに加熱圧延され、必要に応じて他の熱可塑性
不織布を用いておよび用いずに音波シール(sonically
sealed)されてもよい。
以下の実施例に用いる粒子は、特に記載した場合を除
いて、平均直径57μmおよび全粒子の90%が85μm以下
の平均直径をもつという直径分布をもつシリカ、および
平均直径320μmおよび全粒子の90%が537μm以下の平
均直径をもつという直径分布をもつシリカである。すべ
ての粒子径はマイクロトラック(Microtrac)FRATM粒子
分析機(ペンシルバニア州ノースウェラー(North Wale
r)のリーズ・アンド・ノースラップ(Leeds and North
rup))によって測定し、それは平均粒子直径を基準と
した体積を与える。粒子の選択はシリカに限定されず、
前記のそのプロセスの説明は10〜840μmの平均直径を
有する粒子について行った。
第3段階として、前記製品は適切な温度および圧力
で、圧縮または融着され(例えば、カレンダー加工、加
熱または加圧の内の少なくとも1種によって)、取り扱
いの簡単なシート材料を形成することができる。その材
料は0.10〜10.0mm、好ましくは0.20〜6.5mm、最も好ま
しくは0.5〜2.5mmの範囲の厚さを有する。
他の態様として、ブロー粒子充填ウェブを金型内で加
熱し、自己支持型成形物品を得る。その物品は、絡み合
ったメルトブロー有機ポリマー微小繊維のウェブおよび
ウェブ内に均一に分散および物理的に保持された粒子の
3次元アレイから成り、その物品は0.2〜10μmの範囲
の平均孔径を有する。
更に他の態様として、例えば不織またはエアーレイド
のウェブは市販品を使用するかまたは粒子を添加する前
に別々に製造する場合、粒子をウェブに散在させ、その
ウェブに粒子が飽和するようのそのウェブを撹拌または
操作してもよい。過剰の粒子は除去する。その製造中に
ウェブに直接粒子を添加することは、本発明の範囲内に
あるものとして理解される。その物品の総重量の少なく
とも20wt%、好ましくは少なくとも50wt%、より好まし
くは少なくとも80wt%の粒子の充填は、本発明の目的に
対して有用である。粒子充填ウェブの層は積重ねること
ができ、10、20またはそれ以上の粒子充填ウェブの層を
成すことができる。加熱(例えば20〜220℃)および加
圧(例えば0〜620kPa)により、1〜10秒、好ましくは
1〜5秒の範囲の各プレス時間で多数回その層をプレス
し、それから得られたプレスした物品を20〜25℃まで冷
却し、少なくとも2秒、好ましくは少なくとも4秒のガ
ーレイ時間を有する圧縮した粒子充填ウェブを得る。物
品厚さは、本発明の微小繊維物品に対して前記のように
与えられた範囲内となる。
本発明はフロースルーまたは濾過法での液体または空
気から無機および有機基材の抽出に有用である。本発明
は、環境汚染物質に対する水試料の試験のような分析ス
ケールに用いられることができる。本発明はまた、液体
または気体からの汚染物または試料の治療的除去のよう
な大きなスケールにも用いられる。
使用後、その物品は収着剤から収着した材料を除去で
きる液体を使用して、収着した汚染物質をその物品から
簡単に溶離する事によってリサイクルすることができ
る。加熱または超臨界(supercritical)液体抽出も用
いられることができる。
複合物品は広く様々な分離に実用的であり、その場合
粒子材料の選択によって以下のような分離の用途、即ち
サイズ制御濾過または立体排除;特殊化合物の単一段階
または多段階の収着−脱離分離;化学的または生化学的
反応を行う反応性粒子の非流動化;カチオンおよびアニ
オンのイオン交換転化;材料の精製;不活性および強制
流れ法におけるクロマトグラフィー分離および分析;疎
水性逆相および直相クロマトグラフィー等に有用であ
る。それらの工程は当業者に公知である。
本発明の目的および有用性は後述の実施例によって説
明されている。しかし、これら実施例に列挙されている
特定の材料および特定の量並びに他の条件および詳細
は、本発明を不当に制限するものと解釈されるべきでは
ない。
後述の実施例1〜22によってメルトブロー微小繊維シ
ート状物品を示している。またその物品は注釈したもの
以外はウェンテ、バンA.(Wente、Van A.)の「スーパ
ーファイン・サーモプラスチック・ファイバーズ(Supe
rfine Thermoplastic Fibers)」インダストリアル・エ
ンジニアリング・ケミストリー(Industrial Engineeri
ng Chemistry)48巻、1342−1346ページおよびウェン
テ、バンA.(Wente、Van A.)等の「マニュファクチュ
アー・オブ・スーパーファイン・オーガニック・ファイ
バーズ(Manufacture of Superfine Organic Fiber
s)」、1954年5月25日刊行のネイバル・リサーチ・ラ
ボラトリーズ(Naval Research Laboratories)レポー
トNo.4364に記載されたようにして調製した。その微小
繊維は10μm以下の平均繊維直径を有し、多孔性スクリ
ーン収集機に集めた。そのウェブは粒子充填前には40g/
m2の重量を有した。メルトブロー微小繊維に粒子充填す
ることは米国特許第3,971,373号に開示されている。他
に記述しない限り、すべてのカレンダー加工は装置方向
(ダウン−ウェブ(down−web))に行った。
実施例1 ブロー微小繊維シート状物品を、Exxon型3495GTMポリ
プロピレン(テキサス州ベイタウン(Baytown)のエク
ソン(Exxon)社)を使用して、前記の参照文献に記載
の通常のメルトブロー装置を用いて調製した。この実施
例中の粒子は体積ベースの平均直径が57μmのC18の結
合したシリカ(メリーランド州バルチモア(Baltimor
e)のW.R.グレース社(W.R.Grace Company)製)であっ
た。粒子充填微小繊維物品は充填率83.6wt%で250g/m2
の重量、約0.7mmの厚さを有した。この粒子充填微小繊
維物品をそれから132℃(270゜F)で加熱カレンダー加
工し、そのウェブ厚さを0.3mmまで減少した。その物品
は38秒のガーレイ時間を有した。他の物品もつくること
ができ、それらは、ウェブがポリエステルまたはポリ塩
化ビニルであって、他の粒子がFlorisilTM酸化物粒子
(Ca、MgおよびSiの酸化物)(ニューヨーク州フイリッ
プスバーグ(Phillipsburg)のT.J.ベイカー(Baker)
社)であってもよい。
すべての実施例における通気性試験を、デンソメータ
ー(商品番号4110 NY 5826型、米国ニューヨーク州トロ
イ(Troy)のW.&L.E.ガーレイ(Gurley)社により製
造)を用いて行った。ガーレイ時間および液体流量は平
均孔径の一次関数である。
その試験では、加圧下で50cm3の空気が微小繊維粒子
充填物品を通過する時間(秒単位)を測定した(ガーレ
イ時間とも呼ばれる)。この時間がより長くなると、ウ
ェブの通気性が低下し、直接的には空気の通過する気孔
が直観的により小さくなった。所定の温度でカレンダー
ロールの圧力値をより高くすると、空気体積流れの時間
は長くなったが、ウェブの多孔度および通気性は低下し
た。121℃でカレンダーロール圧力(kPa)に対する50cm
3の空気がウェブを通過する時間のグラフの傾きは16〜3
88であった(単位はsec/(50cc/kpa))。
後述の第1表に報告したデータから、即ち約121℃(2
50゜F)でカレンダー加工する時の微小繊維粒子充填物
品の範囲に対する時間およびカレンダーロールの圧力を
記載したデータからカレンダーロールの圧力の増加に伴
いガーレイ時間が増加することが明らかとなった。
前記のようにして作成した粒子充填微小繊維ウェブの
4種の試料を温度21℃、38℃、93℃および121℃、圧力5
50kPa(80psi)、移動速度約3.6m/minで汎用の2本ロー
ルSterlcoTM(ワイオミング州ミルウォーキー(Milwauk
ee)のスターリング社(sterling Co.、Inc.))を用い
て(温度制御カレンダーロールは長さ36cm、直径18cm)
更に加熱カレンダー加工し、ウェブの厚さを約0.5mmに
減少した。3A〜3Dと分類した得られた物品を、カレンダ
ー温度およびガーレイ時間と共に後述の第2表に示し
た。試料3A〜3Dからカットした47mmディスクの流れ時間
と染料回収率データも第2表に示した。
そのディスクをEmporeTM抽出ディスク(Extraction D
isks)(ハーゲン(Hargen)等のアナリティカ・チミカ
・アクタ(Analytica Chimica Acta)236(1990)157−
164参照)と同様の方法で評価した。即ち、そのディス
クを標準47mm実験濾過装置(ミリポア(Millipore)
型、マサチューセッツ州ベッドフォード(Bedford)の
ミリポア(Millipore)社製)に置き、数mlメタノール
で予備湿潤させ、数mlの水で洗浄し、メタノールを加え
てからディスク表面が乾燥しないように注意しながら、
0.5%メタノールを含む試薬グレードの水1リットルお
よび100μg/リットルのディスパーズ・レッド1(Dispe
rsa Red 1)(アルドリッチ・ケミカル(Aldrich Chemi
cal)社)を減圧下でそのディスクを通過させた。
1リットル当たりの水がディスクを通過する流れ時間
(min/リットル)を後記の第2表に示し、ガーレイ数お
よびカレンダー温度が正比例することを示した。
1リットルの染料添加した水を濾過した後、その染料
を2回の5mlメタノールを用いて、ディスクから溶離し
た。溶離剤を組み合わせ、分光光度計を用いた色の濃度
を480nmで読み取った。この濃度は容積測定によってデ
ィスクからの100%回収により得られる濃度に調節した
標準染料溶液の濃度と比較した。そのデータを後述の第
2表に示した。
第2表のデータにより、本発明の物品は(フィブリル
化ポリテトラフルオロエチレンの非圧縮粒子充填ウェブ
の制御された多孔度を有するより高価な技術の現状の固
体相抽出膜である)Emporeディスクと同様のガーレイ時
間および回収率を有することが明らかとなり、それらは
ポリプロピレン粒子充填フェイスマスクより非常に大き
なガーレイ時間を示すことが明らかとなった。
実施例2 微小繊維シート状物品を実施例1記載の方法で、ハイ
モント(Himont)社(ルイジアナ州バトンルージュ(Ba
ton Rouge))製のポリプロピレン樹脂PF442TMを使用し
て製造した。充填した粒子はクロマトグラフィーのシリ
カ、グレード(Grade)663であり、それは57μmの平均
直径を有し、メリーランド州バルチモア(Baltimore)
のW.R.グレース・カンパニー(Grace Company)から市
販されている。その粒子充填微小繊維ウェブは充填率83
wt%で235g/m2の重量となり、約0.7mmの厚さとなった。
次いで、この粒子充填微小繊維物品を前述のように132
℃で加熱カレンダー加工し、そのウェブの厚さを0.5mm
に減少した。その物品はガーレイ時間36秒となった。比
引張強度(力(g)を物品の重量(g/m2)で割ったも
の)はInstronTM試験装置(イリノイ州パークリッジ(P
ark Ridge))を用いて、6%伸びで測定し23.4となっ
た。比較として、試料3EのEmporeTM抽出ディスクの比引
張強度は100%伸びで10.4であった。これらデータによ
り、PTFE物品と比較して本発明の物品の引張強度が改良
されていることが明らかとなった。
実施例3 粒子充填微小繊維物品を実施例2記載の方法で、充填
率87wt%で製造し、前述のように132℃でカレンダー加
工した。その物品はガーレイ時間56秒となった。この物
品の比引張強度は、6%伸びで測定し、23.4となった。
実施例4 粒子充填微小繊維シート状物品を実施例2記載の方法
で、充填率84wt%で製造し、前述のように121℃でカレ
ンダー加工した。その物品のガーレイ時間は104秒とな
った。
実施例5 粒子充填微小繊維シート状物品を実施例2記載の方法
で、充填率90wt%で製造し、次いで、実施例1のように
132℃でカレンダー加工した。その物品のガーレイ時間
は31秒となった。
実施例6 粒子充填微小繊維シート状物品を実施例2記載の方法
で、充填率87wt%で製造し、実施例1のように132℃で
装置方向に2回カレンダー加工し、次いで132℃および5
50kPaで、汎用2本ロールSterlco温度制御カレンダー
(ロール長さ36cm、直径18cm)を用いて約3.8m/minでウ
ェブと直角方向(横方向)に2回カレンダー加工した。
その物品のガーレイ時間は56秒となった。
実施例7 粒子充填微小繊維シート状物品を実施例2記載の方法
で、充填率84wt%で製造し、実施例5のようにカレンダ
ー加工した。その物品のガーレイ時間は18秒となった。
実施例8 粒子充填微小繊維シート状物品を実施例2記載の方法
で、充填率84wt%で製造し、実施例1のように132℃で
ウェブの装置方向に1回カレンダー加工し、次いで132
℃および550kPaで、汎用2本ロールSterlco温度制御カ
レンダー(ロール長さ36cm、直径18cm)を用いて約3.6m
/minでウェブと直角方向(横方向)に1回カレンダー加
工した。その物品のガーレイ時間は62秒となった。
実施例9 粒子充填微小繊維シート状物品を実施例6記載の方法
で、充填率84wt%で製造し、実施例6のようにカレンダ
ー加工した。その物品のガーレイ時間は84秒となった。
実施例10 粒子充填微小繊維シート状物品を実施例4記載の方法
で、充填率90wt%で製造し、実施例5のようにカレンダ
ー加工した。その物品のガーレイ時間は44秒となった。
実施例11 粒子充填微小繊維シート状物品を実施例8記載の方法
で、充填率90wt%で製造し、実施例8のようにカレンダ
ー加工した。その物品のガーレイ時間は102秒となっ
た。
実施例12 ブロー微小繊維シート状物品を実施例1のように製造
し、実施例2のように充填率73wt%で粒子充填し、分離
する試料を実施例1のように21、38および93℃でカレン
ダー加工した。その物品のガーレイ時間はそれぞれ32、
77および214秒となった。
実施例13 粒子充填微小繊維シート状物品を実施例12記載の方法
で、充填率53wt%で製造し、121℃および550kPaでカレ
ンダー加工した。その物品のガーレイ時間は104秒とな
った。
実施例14(比較) ブロー微小繊維ウェブを実施例1のように製造し、RF
M−Cヤシ殻活性炭(30×140メッシュ)(ペンシルバニ
ア州ピッツバーグ(Pittsburgh)のカルゴン・カーボン
・コーポレーション(Calgon Carbon Corporation))
を充填率82wt%で粒子充填し、分離する試料を70kPa以
外は実施例1のように、21、38および93℃でカレンダー
加工した。その物品のガーレイ時間はそれぞれ0.2、0.4
および0.6秒となった。合格分離物品を得るために更に
加圧および融着を行う必要があるだろう。
実施例15 微小繊維シート状物品を(オハイオ州クリーブランド
(Cleveland)の)B.F.グッドリッチ・コーポレーショ
ン(Goodrich Corporation)58216TM型ポリウレタン樹
脂(実施例1に開示したものと同様の繊維直径および重
量を有する)から実施例1のように製造し、多孔性スク
リーン収集装置に集積させた。充填した粒子は実施例1
記載のW.R.グレース・カンパニー(Grace Company)の
シリカであった。その粒子充填微小繊維物品は充填率78
wt%とした。この粒子充填微小繊維物品を21、38および
93℃の温度および220kPaで加熱カレンダー加工した。そ
の物品のガーレイ時間は5秒となった。
実施例16 ブロー微小繊維シート状物品を実施例15のように製造
し、40μmのアルミナ(フランスのローヌ・ポーレンク
(Rhone−Poulenc))を充填率80wt%で粒子充填し、実
施例15のようにカレンダー加工した。その物品のガーレ
イ時間は4秒となった。
実施例17 ウェブが(ニュージャージ州モーリスタウン(Morris
town)の)アライド・ケミカル・コーポレーション(Al
lied Chemical Corporation)CFXTM湿潤性ナイロン樹脂
(実施例1に開示したものと同様の繊維直径および重量
を有する)であること以外は実施例1記載のように微小
繊維シート状物品を製造し、多孔性スクリーン収集装置
に集積させた。充填した粒子は実施例1記載のW.R.グレ
ース・カンパニー(Grace Company)のシリカである。
その粒子充填微小繊維ウェブ物品は充填率43wt%とし
た。続いて、この粒子充填微小繊維ウェブを21、38およ
び93℃の温度および550kPaで加熱カレンダー加工した。
その物品は本発明において有用であった。
実施例18 この実施例は、粒子充填陽イオン交換樹脂の水溶液か
ら陽イオン材料を除去する能力を説明する。
ブロー微小繊維シート状物品を実施例1のように製造
し、ローム(Rohm)およびハース(Haas)(ペンシルバ
ニア州フィラデルフィア(Philadelphia))の弱酸性陽
イオン交換樹脂グレード(Grade)H(平均粒子径83μ
m)を充填率86%で粒子充填し、次いで、実施例1のよ
うにして、温度21℃および圧力276kPaでカレンダー加工
した。その物品のガーレイ時間は2秒となった。
その物品の水溶液から陽イオン材料を除去する能力を
試験するため、その物品から25mmディスクを切り出し、
標準25mm濾過ディスクホルダーに載せた。その物品の有
効面積は、その溶液が通過して流れる直径15mmの円であ
り、それは1.77cm2に相当する。
酢酸の稀薄溶液でpH7に調整したn−ブチルアミン水
溶液を、流量1〜2ml/minでそのディスクを通してゆっ
くりと濾過した。それから得られた溶液を塩酸水溶液で
滴定し、元のアミン溶液と比較し、ディスクにいくらか
のブチルアミンが残存しているかどうか調べた。そのデ
ータにより、元の5ml中の0.27meqに比較して、0.08meq
のブチルアミンがそのディスクに残存していることがわ
かった。これは約30%の除去に相当する。
それから同一物品の別の試料を、水酸化アンモニウム
の水性原液を使用して評価し、ディスクにより除去した
アンモニウム陽イオン量を決定した。この場合、原液5m
lを塩酸水溶液で滴定し、アンモニウムイオンが0.43meq
であることが判明した。そのディスクを通過させた原液
の別の5mlでは0.13meq残余し、これはそのディスクによ
って原液から70%のアンモニウムイオンを除去したこと
になる。この実施例の物品および実施例1の3Dと同一の
試料から成る物品のスタックを、水溶液から陽イオンお
よび中性材料の両者を除去することにより使用すること
ができた。
実施例19 この実施例は、陽イオン交換樹脂添加物品の水溶液か
ら陽イオン材料を除去する能力を説明する。この陽イオ
ン交換樹脂は実施例1の材料とは異なる。
ローム(Rohm)およびハース(Haas)の弱散性陽イオ
ン交換樹脂グレード(Grade)K(平均粒子径75μm)
を充填率87wt%で粒子充填した以外は、ブロー微小繊維
物品を実施例1のように製造し、次いで、実施例1のよ
うにして温度21℃および圧力276kPaでカレンダー加工し
た。記載した以外は、化学的試験の全般の詳細は実施例
18と同様である。その物品のガーレイ時間は2秒となっ
た。
その物品の、水溶液からアンモニウムイオン材料を除
去する能力を試験するため、0.1Nの塩酸水溶液50mlにそ
のディスクを通過させ、続いて水50mlを通過させ、カリ
ウム対イオンを水素対イオンと置換した。そのディスク
には5mlの溶液から最初に残存した0.43meqは残余できず
に、0.39meqのアンモニウムイオンが残余し、アンモニ
ウムイオンの91%が除去できた計算となる。
前記のように塩酸によって水素の形に変換した後、水
溶液からのn−ブチルアミンの除去についてその同一の
物品を試験した。その結果として、この物品は水溶液か
ら36%のアミンを除去したことになる。
実施例20 この実施例は、強力陽イオン交換物品の、溶液から陽
イオン材料を除去する能力を説明する。
ローム(Rohm)およびハース(Haas)の強酸性陽イオ
ン交換樹脂グレード(Grade)NA(平均粒子径85μm)
を充填率89wt%で粒子充填した以外は、ブロー微小繊維
物品を実施例1のように製造し、次いで、実施例1のよ
うにして温度21℃および圧力276kPaでカレンダー加工し
た。その物品のガーレイ時間は4秒となった。
記載した以外は、化学的試験の全般の詳細は実施例18
および19と同様である。
この材料のディスクはアンモニウムイオンの74%を除
去およびn−ブチルアミンイオンの100%を除去した。
実施例21 この実施例は、陰イオン交換樹脂含有物品の、溶液か
ら陰イオン材料を除去する有用性を説明する。
ブロー微小繊維物品を実施例1のように製造し、(ロ
ーム(Rohm)およびハース(Haas)の)塩素の形の強塩
基性陰イオン交換樹脂Lot#ECP−768TM(平均粒子径200
μm以下)を充填率86wt%で粒子充填し、次いで、実施
例1のようにして温度21℃および圧力276kPaでカレンダ
ー加工した。その物品のガーレイ時間は3秒となった。
記載した以外は、化学的試験の全般の詳細は実施例1
8、19および20と同様である。
メタノールでの予備湿潤の後、そのディスクを約50ml
の0.1M炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄し、塩化物対イ
オンを炭酸水素塩対イオンと置換した。この時点で、5m
lの0.05M硝酸水溶液(0.18meq)をそのディスクに通過
させた。水酸化カリウム水溶液を用いてそのディスクを
通過させた溶液を滴定することによって、そのディスク
には67%のニトレートが残存することが判明した。同一
方法で行った再試験により72%の回収率が得られた。
実施例22 この実施例は、カレンダー加工の代わりに機械的プレ
スを行うことによって調製した複合物品の製法および性
能を説明する。
2gのポリプロピレン・ブロー微小繊維の微小束を混合
することによって試料Aを製造した。それは米国特許第
4,933,229号、実施例1記載の方法を用いて製造し、
(この記載をここに挿入する)即ち直径8μmのC8シリ
カ粉5gと共にワーリング(Waring)ブレンダーを用いて
5秒間混合した。得られた混合物を、直径5.1cm(2i
n)、厚さ0.13cm(0.050in)の円形ビレットに入れ、13
7,900kPa(20,000psi)でプレスした。
試料Bはプレス圧力が10,000psiであること以外は試
料Aと同様とした。
そのディスクをEmporeTM抽出ディスク(Extraction D
isks)(ハーゲン(Hagen)等のアナリティカ・チミタ
・アクタ(Analytica Chimica Acta)236(1990)157−
164参照)とほとんど同様の方法で使用した。即ち、そ
のディスクを標準47mm実験MilliporeTM濾過装置に置
き、数mlメタノールで予備湿潤させ、数mlの水で洗浄
し、メタノールを加えてからディスク表面が乾燥しない
ように注意しながら、0.5%メタノールを含む試薬グレ
ードの水1リットルおよび10μg/リットルのディスパー
ズ・レッド(Disperse Red)1(アルドリッチ・ケミカ
ル(Aldrich Chemical)社)を減圧下でそのディスクを
通過させた。
このディスクの評価は、前記のように赤色染料を使用
して行うことができた。1リットルの染料添加した水を
濾過した後、その染料を2回の5mlメタノールを用い
て、ディスクから溶離した。溶離剤を組み合わせ、分光
光度計を用いた色の濃度を480nmで読み取った。この濃
度は容積測定によってディスクからの100%回収により
得られる濃度に調節した標準染料溶液の濃度と比較し
た。そのデータは以下の第3表に示した。
試料AおよびBは、一般に同様の流れ時間で染料の10
0%回収が可能なEmporeTM抽出ディスク(Extraction Di
sks)と同様の性能を示す。
更にそのディスク試料AおよびBの収着性を試験する
ために、4種のフタレートの溶液を1リットルの水に添
加し、(そして高性能液体クロマトグラフィーのような
最終分析測定を除いて)前で詳述したものと同様の方法
で再度操作を行った。その結果は以下の第4表に列挙し
た。
この系統のフタレートにより、実施例1の赤色染料と
比較すると、より要求される収着性の試験を行うことが
できる、なぜならそのフタレートは赤色染料ほど疎水性
ではないからである。ジオクチルフタレートが低回収率
を示すのは、その物品によるフタレートのバルク(bul
k)収着性、および短い溶離段階の間の相対的に非効率
的な脱離によるものであると思われる。ジメチルフタレ
ートが低回収率を示すのは意外なことではなく、その化
合物が相対的に水への溶解度が大きいためである。これ
らフタレートを1リットルの水から除去するディスクの
性能を確認するため、これら試験を非常によく似た回収
率となるまで繰返し行った。
実施例23〜27 その中に平均直径約150μmのシリカ粒子を封入し
た、平均直径約18μmのポリプロピレン繊維をこの実施
例で使用した。
その粒子を非常に軽量8g/m2のRFXTM不織ポリプロピレ
ンウェブ(ジョージア州ハズルハースト(Hazlehurst)
のアモコ(Amoco)社により製造)中に散在させ、そし
てウェブを撹拌し、シリカ粒子をウェブの隙間に保持し
た状態にした。
過剰粒子をそれぞれの層から除去し、得られた粒子充
填ウェブのいくつかの層を積重ねた。以下の第5表に記
載した加熱温度および圧力および時間で、その層をプレ
スし、複合物品を得た。
不織複合材料の評価 実施例23、24および25の複合材ウェブ(シリカ充填ポ
リプロピレン不織ウェブ)をTLC用ストリップ(strip)
に切断し、分離媒体として評価した。直相の試験用染料
試料(デラウェア州ニューアークのアナルテック(ANAL
TECH)、カタログ#30−03)は、Sudan II、Solvent Gr
een 3、Sudan Orange G、Sudan Red 7BおよびSudan Blu
e IIを含み、溶離溶媒としてトルエンを使用した。
トルエンの吸上速度は大きく(50mm/10min)、間隙の
気孔を通過する相対的に大きな流れを示した。溶媒の前
部と共に移動する試験用プローブ染料のいくつかは分離
を起こし、他は試料の位置決め点(初期点)付近に残存
していた。これは、シリカが不織物品内に捕捉されて
も、その収着性を失わなかったことを示している。
本発明にも有用であるエアーレイドウェブまたはカー
デッド(carded)ウェブを使用して、同様の不織複合材
料を作ることができる。
本発明の範囲や精神を逸脱する事なく、本発明の様々
な修飾や変更を行うことができることは当業者には明ら
かであり、本発明は実施例の目的のため開示したものに
制限されるものではない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01N 30/48 G01N 30/48 G (72)発明者 ハーゲン、ドナルド・エフ アメリカ合衆国 55133−3427、ミネソ タ州、セント・ポール、ポスト・オフィ ス・ボックス33427番 (番地の表示な し) (72)発明者 ハンセン、ポール・イー アメリカ合衆国 55133−3427、ミネソ タ州、セント・ポール、ポスト・オフィ ス・ボックス33427番 (番地の表示な し) (72)発明者 バウマン、ニコラス・アール アメリカ合衆国 55133−3427、ミネソ タ州、セント・ポール、ポスト・オフィ ス・ボックス33427番 (番地の表示な し) (56)参考文献 特開 平1−209363(JP,A) 特開 昭57−501466(JP,A) 特開 昭60−52661(JP,A) 特開 昭50−53954(JP,A)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】a)不織熱可塑性繊維状ポリマーウェブ、
    および b)該ウェブ内に均一に保持された収着性粒子、 を有する粒子充填、多孔性、繊維状、少なくとも圧縮ま
    たは融着した物品であって、 該粒子充填繊維状物品がカレンダー加工、加熱および加
    圧の少なくとも1つにより圧縮または融着し、制御され
    た多孔度および少なくとも2秒のガーレイ数を有し、該
    物品の厚さは少なくとも20%低減されており、かつ分離
    技術に有用であることを特徴とする物品。
  2. 【請求項2】該不織繊維状ウェブがポリアミド、ポリオ
    レフィン(好ましくはポリプロピレン)、ポリウレタ
    ン、ポリエステルおよびポリハロゲン化ビニルから成る
    群から選択される請求項1記載の物品。
  3. 【請求項3】該収着性粒子が有機化合物またはポリマ
    ー、(好ましくはシリカ、アルミナ、チタニアおよびジ
    ルコニアから成る群から選択される)無機酸化物、カー
    ボン、イオン交換またはキレート粒子から成る群から選
    択されるか、または該収着性粒子がキラル官能基または
    親和性官能基を有し、かつ不溶性かつ、非膨潤性の収着
    または結合被膜で被覆した支持粒子であって、該収着被
    膜がポリブタジエンであり、または、該共有結合した被
    膜がシアノ、シクロヘキシル、オクチルおよびオクタデ
    シル基から成る群から選択される請求項1または2記載
    の物品。
  4. 【請求項4】該物品が、要すれば2つまたはそれ以上の
    ディスクのスタックであり、該ディスクの少なくとも1
    つが請求項1〜3記載の物品であるクロマトグラフィー
    媒体または固体相抽出媒体である、請求項1〜3記載の
    物品。
  5. 【請求項5】以下のa)〜d)の段階から成る請求項1
    〜4記載の物品を製造するプロセス: a)ブロー微小繊維ポリマーウェブを与える段階; b)ウェブの総重量に対して0〜95wt%の収着性粒子を
    ウェブに導入する段階; c)粒子充填ウェブの少なくとも一部分を圧縮または融
    着(温度20〜220℃、圧力0〜620kPaで)の少なくとも
    一方を行って圧縮または融着した粒子充填物品を得る段
    階;および d)少なくとも2秒のガーレイ数を有する複合物品を得
    るために該物品を冷却する段階で、要すれば該物品が物
    品のスタックから成り、その内の少なくとも1つは請求
    項1〜4記載の物品である。
  6. 【請求項6】以下の段階から成る液体から分析試料を単
    離する方法: 少なくとも1つの分析試料を含む液体を、少なくとも1
    つの請求項1〜4記載の物品に通過させる段階;および 得られる溶離液、流出液および分析試料を含有する抽出
    媒体の内の少なくとも1つから該分析試料を回収する段
    階。
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