JP2814599B2 - カートリッジフイルター用▲ろ▼過膜 - Google Patents

カートリッジフイルター用▲ろ▼過膜

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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、微粒子の除去性に優れ、しかも処理速度の
高いカートリッジフィルター用過膜に関する。
〔従来の技術及びその課題〕
電子工業分野等では最近、より小さい微粒子状の不純
物の混入のない水、薬品が要求されている。微粒子の
過には精密過膜が多く用いられているが、従来は径が
0.2μ以上の粒子が除去し得れば良かった個所では、近
年0.1μ以下の粒子の除去が要求される様になってきて
いる。従来からも、0.1μ以下の粒子の除去の可能なカ
ートリッジフィルター(過膜)は存在しているが、
過膜の孔径が小さくなるため処理速度が大幅に低下して
しまう問題がある。
製薬工業、食品工業、電子工業等における精密過に
使用されるカートリッジフィルターは、過面積を大き
く取るため過膜をジグザグ状に折り畳み、それをヒダ
状の円筒形にまとめ、円筒両端をシールしたプリーツ型
と、ドーナツ状の過膜を円板状過膜支持構造体の両
面に貼付けこれを多数層積層したユニット積層型との二
つが代表的なものである。
このカートリッジフィルターに使用される過膜は、
前記カートリッジフィルターの構造状、微多孔膜単独で
はその強度が過圧に耐えることが難しく不織布、網目
状支持体(サポーター)に支持されて使用されている。
前述したように、最近0.1μ粒子の除去も必要となっ
てきているが、0.1μ粒子を除去できるカートリッジフ
ィルターはあるが、0.2μ用に比較して大幅に処理速度
が低いのが現状である。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者等は、上述のような従来のカートリッジフィ
ルターの課題の解決を計るべく種々検討の結果、特定の
過膜と特定の支持体を組合せることにより問題を解決
し得ることを見出し、本発明を完成した。
本発明の要旨は、ポリエチレン製微多孔膜と支持材と
してのポリエチレンモノフィラメント編織物とからなる
カートリッジフィルター用過膜に存する。
カートリッジフィルターの処理速度を大きくするため
には第一に処理速度の高い過膜を用いること、第二に
はカートリッジ内の有効膜面積を大きくすることであ
る。
カートリッジ内の有効膜面積を大きくするためには、
過膜の処理速度を低下させないサポーターを使用する
ことが重要である。良好なサポーターの条件は以下の通
りである。
1) 厚さが薄い事;一定の容積のカートリッジのなか
に納めることのできるプリーツの山数を多くすることに
より過面積を大きくする事ができる。
2) 流路抵抗が小さいこと:厚さが薄くて多くの山数
を詰め込んでもサポーター自体の流路抵抗が大きいと処
理速度が低下する。
3) プリーツ加工性が良好であること。
4) カートリッジの組立加工が容易なこと:剛性があ
り、溶融接着ができること。
5) 水、薬品への溶出成分が少ないこと。
6) ゴムが付着しにくいこと:洗浄に際してゴミの除
去が容易となる。
サポーターの材質としてはポリエチレン製微多孔膜と
組み合わせて用いる場合のプリーツ加工性、プリーツ円
筒状にする際の端末のシール、更にこの円筒両端のエン
ドキャップへの溶融接着出来るという観点から材質とし
てポリエチレンを選択する必要がある。サポーターの形
状としては不織布、網状成形品、ポリエチレンモノフィ
ラメントからなる編織物が考えられる。不織布は一旦付
着したゴミの洗浄による除去が困難であること、網目状
成形品は肉薄のものを得ることが困難であること等より
形状としてはポリエチレンモノフィラメントからなる編
物、織物が最適である。
この編織物を構成するモノフィラメントの線径として
は50〜150μが適しており、編織物の開孔度(オープニ
ングエリア)は25%以上であることが望ましい。開孔度
(オープニングエリア)とは編織物の面積に対する開孔
部の合計面積の比率を百分率(%)で示したもので、そ
の値が大きいほど開孔度(目開き度)が大きいことを示
す。線径が小さすぎると、プリーツ加工する際に剛性が
不足し、安定してプリーツが作成できない。カートリッ
ジフィルターにした時に流路抵抗が大きくなりプリーツ
山数を多く詰め込んでも、カートリッジとしての処理速
度が大きくならない。付着したゴミを洗浄により除去す
るのが困難である等の問題を生ずる。逆に線径がこれよ
り大きすぎるとカートリッジに詰め込むことの出来るプ
リーツ山数が少なくなりカートリッジの処理速度を大き
くすることが出来ない等の問題を生ずる。オープニング
エリアは、これより小さいと膜の有効膜面積が減少して
処理速度を大きくすることが出来ない。
更に編織物の材料であるポリエチレ製モノフィラメン
トは水、酸、アルカリ有機溶媒等薬品による溶出物を極
力少なくするために各種添加剤を含まないものを用いる
ことが好ましい。
本発明に用いられるポリエチレン製微多孔膜は厚さが
5〜25μ、透水速度が3000L/H・m2・atm以上、0.091μ
スチレンラテックス粒子の阻止率が95%以上のものであ
りその製造方法を以下に述べる。厚さが薄すぎると、プ
リーツ加工が困難でありまた厚すぎると、プリーツの山
数が少なくなる。
微多孔膜の製造方法の概要は、超高分子量ポリエチレ
ンと可塑剤からなる組成物を溶融押出してシートを得、
次いで該シートから可塑剤を除去して得られる多孔シー
トを縦横2軸に延伸する方法である。
本発明に示されるような、微粒子の阻止性に優れしか
も高い処理速度を有する微多孔膜を得るためには、この
膜の厚さを薄くすることが必要であるが延伸倍率を大き
く取って薄くするとフィブリルからなる網目の目が詰ま
って高い処理速度を得ることができなくなるため延伸の
原反となるシート自体の厚さを薄くして、更に適切な延
伸条件で延伸する事が必要である。
本発明の微多孔膜を製造するために使用するポリエチ
レンは分子量が8×105〜3×106である事が望ましく、
特に1×106〜2.5×106のものが好ましい。
分子量が低すぎると微細な多孔膜を得ることは困難で
ありまた安定したシートの成形が困難となる。分子量が
高すぎると延伸により網目構造が押しつぶされて緻密化
が起こり十分な処理速度を得ることが不可能となり、更
に押出時の抵抗が大きいので安定して薄いシート成形す
ることが困難となる。
次に可塑剤として使用する、炭化水素系可塑材として
はポリエチレンとの相溶性が良く、沸点がポリエチレン
溶融成形温度(〜250℃)以上でしかもシート成形中に
蒸散が起こりにくい様に蒸気圧が低いこと(200℃の蒸
気圧が50mmHg以下程度)が好ましい。
更に製品の途中段階で得られるポリエチレンと可塑剤
からなるシートの安定性取扱のしやすさを考慮すると具
体的には、流動パラフィン、固形パラフィン、ステアリ
ルアルコール、セリルアルコール等が好ましい。特にス
テアリルアルコールは細かい顆粒状の製品を使用するこ
とが出来粉末状である超高分子量ポリエチレンとの機械
的なブレンドが非常に均一になり易くこのまま押出機の
供給部に供給すれば安定した押し出し成形が可能であり
工業生産に適している。
超高分子量ポリエチレンと可塑剤の混合比率として
は、重量比で超高分子量ポリエチレン/可塑剤10/90〜3
5/65であることが好ましく、より好ましくは15/85〜30/
70の範囲である。ポリエチレンの比率が低すぎると押出
機における押し出し状態が不安定になり、またポリエチ
レンの比率が高すぎると粘度が大きくなりすぎて、シー
トを成形するダイス部分での流れが不安定になりいずれ
の場合も正常なシートを得ることができない。押出温度
は通常200℃以上の温度とされ、酸化防止剤等の添加剤
を添加しても良いことは勿論である。
微多孔膜の作成は、まず押出機に超高ポリエチレンと
可塑剤を供給、均一な溶融状態として適宜選択されたダ
イスからシート状に押し出してシートを作成する。シー
トの厚さは0.1〜0.5mm程度とされるのが良い。厚さが薄
すぎると最終的に得られる微多孔膜の厚さが薄くなりす
ぎて剛性が不足し、厚すぎると十分な処理速度が得られ
ない。
得られたシートから可塑剤を抽出除去することにより
多孔性シートとする可塑剤の除去は易揮発性溶剤による
抽出除去が好ましい。易揮発性溶剤としてはペンタン、
ヘキサン、ヘプタン等の炭化水素、塩化メチレン、四塩
化炭素等の塩素化炭化水素、三フッ化エタン等のフッ化
炭化水素、メタノール、エタノール、プロパノール等の
アルコール類が挙げられ、これらの溶剤で5〜30分程度
処理(浸漬処理等)することにより可塑剤を除去し、そ
の後乾燥により揮発性溶剤を除去することにより多孔性
のシートを得る。この処理により多孔性シートに残存す
る可塑剤量は1重量%未満にする事が望ましい。
得られた多孔性シートは次いで延伸処理される。延伸
は、2軸延伸機、チューブラー法、圧延法、テンター
法、ロール法、もしくはこの組合せで行うことができる
が、工業的製造では、ロールによる縦延伸及びテンター
による横延伸の逐次2軸延伸法が好ましい。
ロール延伸(縦延伸)は延伸温度90〜120℃、好まし
くは100〜110℃で延伸倍率2〜6倍、好ましくは3〜5
倍とされるのが良い。
温度が低いと延伸切れが発生しやすく、温度が高いと
孔がつぶされるためか過膜として使用するとき処理速
度が低くなる。また延伸倍率が低いと粒子の阻止率が不
良であり、高すぎると、次のテンター延伸における延伸
切れや過膜としての処理速度の低下が見られる。
テンター延伸(横延伸)は延伸温度110〜130℃、延伸
倍率3〜8倍、より好ましくは4〜7倍とされるのが良
い。延伸温度が低いと過膜とした場合に十分な処理速
度が得られず、高すぎると微粒子の阻止率が低下する。
横延伸の倍率が低すぎると過膜とした場合の粒子の
阻止性が不良になり、高すぎると過膜とした場合の処
理速度が遅くなる。
この様にして得られる微多孔膜の厚さは5〜25μが適
しており、10〜20μがより好ましい。薄すぎると、剛性
が不足しこの膜を使ってカートリッジフィルターを作成
する事が困難となり、また、大きな穴が開きやすく微粒
子の阻止性に関する信頼性が低くなる。逆に厚すぎると
抵抗が大きくなりすぎ十分な処理速度が得られない。
本発明によって得られるポリエチレン製微多孔膜は厚
さが5μ以上25μ以下、透水速度が3000L/H・m2atm以
上、0.091μスチレンラテックス粒子の阻止率が95%以
上であり微粒子の阻止性に優れしかも処理速度が大きい
ため、各種マイクロフィルターへの適用が可能である。
特に耐薬品性にも優れている点から各種薬品中の微粒子
の除去用マイクロフィルターとして好適である。
〔実施例〕
次に本発明を実施例をあげて更に詳細に説明するが、
本発明はその要旨をこえない限り以下の実施例によって
限定されるものではない。
実施例における試験方法は次の通りである。
(1) 透水速度 アミコン社(米国)製 8010型セル
を使用し、差圧1kg/cm2、温度25℃にて測定 (2) 阻止率(%) ダウ社(米国)製 0.091μ
(平均粒径)スチレンラテックスを水に分散させて
(1)と同様の透過試験を行い、その阻止率を測定し
た。
(3) 空孔率(%) (空孔容積/微細多孔膜容積)
×100 注:重量、体積とポリエチレンの密度から計算によっ
て得た値 実施例−1 重量平均分子量2×106のポリエチレンパウダー20重
量部と粒状のステアリルアルコール80重量部、ジステア
リル3,3′−チオプロピオン酸エステル0.25重量部、ペ
ンタエリスリトールテトラ(β−ラウリル−チオプロピ
オネート)エステル0.25重量部をドライブレンド後、供
給部を水冷ジャケットで冷却した50mmΦ押出機に供給、
この先端に更に40mmΦ押出機を付設して上記ブレンド物
を均一な溶融体にして、幅45cm、ダイクリアランス0.4m
mのダイより押し出し更にドラフト率2.0で溶融体を引っ
張る事により厚さ0.17mmのシートを得た。このシートか
らステアリルアルコールを50℃のエタノールで抽出除去
して多孔性シートを得た。
この多孔性シートをまずロール延伸機を用いて100℃
の温度で、縦方向に3.5倍延伸し続いてテンター延伸機
で115℃の温度で横方向に5倍延伸した。
得られた微多孔性膜の特性は次の様であった。
厚さ:12μ、空孔率:65% 透水速度:5100L/H・m2・atm 0.091μスチレンラテックス粒子阻止率:>99% 得られたポリエチレン製微多孔膜をサポーターである
ポリエチレンモノフィラメントよりなる織物(NBC工業
社製 ニップ(ポリエチレン)強力網、150目、モノフ
ィラメントの線径86μ、オープニングエリア39%)2枚
の間にはさみ、これを濾材としてこの濾材全体をプリー
ツ加工してカートリッジ型フィルターとした。
内筒、外筒、エンドキャップの材質はポリエチレン製
を用い、内筒の内径は25mmΦ、外径38mmΦ外筒の内径は
61mmΦ、外径は66mmΦ高さ230mmであった。カートリッ
ジ内に詰め込める事の出来た、プリーツの最大山数は23
0山であり、膜面積は1.1m2であった。このカートリッジ
について差厚1.0kg/cm2の条件で透水速度を測定した結
果4500L/Hであった。
実施例−2 サポーターとして50目(線径212μ、オープニングエ
リア43%)を使用した以外は、実施例−2と同様にし
て、カートリッジフィルターを作成した。カートリッジ
に詰め込むことの出来たプリーツの最大山数は90山であ
り、膜面積は0.43m2であり、透水速度は2200L/Hであっ
た。
実施例−3 サポーターとして100目(線径122μ、オープニングエ
リア42%)を使用した以外は、実施例−1と同様にし
て、カートリッジフィルターを作成した。詰め込むこと
のできた最大山数は、170山であり膜面積は0.18m2、透
水速度は4000L/Hであった。
〔発明の効果〕
本発明の過膜は、特にサブミクロン粒子の除去性に
優れている上、処理速度も高いものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B01D 71/26 B01D 69/10

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ポリエチレン製微多孔膜と支持材としての
    ポリエチレンモノフィラメント編織物とからなるカート
    リッジフィルター用過膜。
  2. 【請求項2】編織物が線径50〜150μのポリエチレンモ
    ノフィラメントを編むか、または織ったものであり、25
    %以上の開孔度を有する編織物である特許請求の範囲第
    1項に記載の過膜。
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KR100910844B1 (ko) * 2002-07-19 2009-08-06 주식회사 파라 모노-필라멘트를 포함하는 보강용 지지체를 가지는기체분리 및 수처리용 외압식 중공사막, 그 제조방법 및제조장치

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