JP3144246B2

JP3144246B2 - ろ過布

Info

Publication number: JP3144246B2
Application number: JP29825094A
Authority: JP
Inventors: 博恭加藤; 学寺尾; 芳宏富田
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1994-12-01
Filing date: 1994-12-01
Publication date: 2001-03-12
Anticipated expiration: 2016-03-12
Also published as: JPH08155228A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基布たるベース層とベ
ース層に根元部を有する繊維束から構成されたろ過層と
を有するろ過布に関する。

【０００２】さらに詳しくは、微粒子の捕捉性、洗浄回
復性、形態保持性、耐久性に優れ、液体のろ過において
は、さらに透水性に優れ懸濁物質の分離に好適に使用で
きる新規なろ過布に関するものである。

【０００３】

【従来の技術】空気やガスなどの気体や、水や溶剤など
の液体に含まれる微粒子をろ過するための濾材として、
繊維を用いた織編物や不織布からなるろ布が広く使用さ
れている。特に水中浮遊物質のろ過には、平、綾、朱子
のいわゆる三元織組織を基本とする格子構造の織物が使
用されてきた。又、特公昭６２−１３０４６号公報や特
公平２−４７２４４号公報には、緯糸に極細繊維を用い
た織物を起毛加工し、表面に極細繊維の立毛を形成した
ろ布が知られている。また、表面に繊維束を有する濾材
として、実公平２−３６５６８号公報、実公平５−３４
７３０号公報、実開平４−１４１１２号公報に記載され
たフィルターやろ過布が知られている。

【０００４】

【本発明が解決しようとする課題】しかしながら、繊維
を用いた織編物からなる従来のろ過布は、繊維の格子構
造の隙間から原水を通過させてそこに含まれる粒子を格
子で捕捉するものであるため、格子の隙間のサイズより
小さい粒子のほとんどは捕捉されずに通過してしまう。
小さい粒径の粒子を捕捉するため織密度を高くし格子の
サイズを小さくしたものもあるが、ろ過布における隙間
の比率が少なくなってろ過できる処理量が極端に低下
し、かつ、すぐ目詰まりしてろ過ができなくなってしま
う。また、織物を構成する糸や繊維を細くして、小さい
粒子の捕捉性向上をねらったものもあるが、繊維と繊維
の隙間に一旦食い込んだ粒子は逆洗等を行っても洗い落
とすことが容易でなく、早期に目詰まりを引き起こす問
題があった。また、糸や繊維が細いためろ布の強力が低
く、耐久性が低いものであった。一方、編物構造のもの
は編物の伸びが大きく形態保持性に劣るものであった。
また、ろ布が変形しやすくこれにより隙間が大きく変化
するため、阻止できる微粒子の粒径が変動し、安定的な
ろ過性能が得られないという問題があった。不織布構造
のろ過布は、繊維の三次元構造で比較的厚みが厚く緻密
であるため、粒子の捕捉性はよいが圧力損失が高く、ま
た、三次元の格子の中に一旦捕捉された粒子を取り除く
ことは難しく、ろ過布の再生が困難で再使用性に劣るも
のである。また、張力がかかった場合容易に変形するた
め、形態保持性に劣るものである。

【０００５】また、特公昭６２−１３０４６号公報や特
公平２−４７２４４号公報に記載されたろ過布は、表面
の立毛の長さが短く立毛の量も少ないため、微粒子の阻
止性能に限界があった。また緯糸を構成する極細繊維束
の表層部分は繊維が引き出されてループ形状になってい
るため、この部分に微粒子がトラップされて目詰まりを
引き起こしやすく、一旦微粒子が入り込んでしまうとそ
れを除去するのが困難なため、洗浄などによる性能の回
復性に劣るものであった。起毛回数を増やしても立毛の
増加には限界があるため微粒子の阻止性向上させる有効
な手段にはなり得なかった。反対に、起毛回数の増加と
ともに緯糸を構成している繊維の切断が随所で起こるた
め緯糸の強力低下を引き起こし、短期間の使用でろ過布
の経糸方向に裂け目が生じやすく、耐久性の低いろ過布
しか得られなかった。さらに、実公平２−３６５６８号
公報に記載されたろ過布は、基布およびパイルを樹脂で
硬化結束する場合、パイルの上部まで樹脂が浸透してき
て付着むらを生じやすく、樹脂の付与を均一にコントロ
ールするのが困難であった。このため、上部まで樹脂が
浸透して硬化結束された繊維束の部分は穴となり、その
部分では微粒子の捕捉ができないのでろ過布としては粒
径の大きい粒子の捕集のみを対象とするものにならざる
を得なかった。また、空気清浄機用フィルターと対象と
するものであるため、液体のろ過には全く適用できない
ものであった。また、実公平５−３４７３０号公報に記
載されたろ過布は、パイルの先端を屈曲せしめ毛割りし
てなるろ過布であるが、パイルのヘタリを防止するため
繊度のかなり太い数十デニール程度の繊維の使用が必要
であること、およびパイルとパイルの間には隙間が多い
ことのため、粒子径の小さい粒子の集塵効率が低いもの
であった。また、空気清浄用集塵ろ過布であるため液体
のろ過には全く適用さないものであった。さらに、実開
平４−１４１１２号公報に記載されたろ過布は、立毛繊
維が編地部に対しほぼ垂直に起立したものであるため、
繊維そのもので粒子の通過を阻止できる割合が低く、林
立した繊維と繊維の間への粒子の入り込みによってろ過
の初期の段階で目詰まりを引き起こしやすものであっ
た。また、編地部の目の大きさに比べ粒子の径が小さい
場合は、起立した立毛繊維の間に入り込んだ粒子は編地
部の格子でも捕捉されず目を通過してしまうため、微粒
子の阻止性能が低いという問題があった。また、ろ過中
に立毛繊維が横臥した場合においても、横臥の方向がま
ちまちで編地部が随所に露出するため、阻止性能の向上
には限界があった。

【０００６】本発明の目的は、上記従来のろ過布におけ
る問題点を解決し、微粒子の捕捉性、洗浄回復性、耐久
性に優れた新規なろ過布を提供することにあり、他の目
的は、液体のろ過における微粒子の阻止率が高く、高い
透水性と目詰まり耐久性、および優れた形態保持性と長
い寿命を有する懸濁物質の分離に好適に使用できる新規
なろ過布を提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、下記の
構成により基本的に達成される。即ち、「ベース層とろ
過層とから少なくともなり、該ろ過層を構成する繊維束
の繊維の長さ（Ｌ）とろ過層の厚さ（Ｔ）との比Ｔ／Ｌ
が０．０２〜０．７、該繊維のベース層表面への投影面
積の総和がベース層表面の面積の８〜３５０倍であり、
かつ、長さ方向および幅方向の伸び率が１０％以下であ
ることを特徴とするろ過布。」本発明のろ過層を構成する繊維束に使用しうる繊維は、
繊維形成能を有する高分子物質からなり、ナイロン６、
ナイロン６６、ナイロン１２、共重合ナイロンなどのポ
リアミド、芳香族ポリアミド、ポリエチレンテレフタレ
ート、共重合ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレ
ンテレフタレート、共重合ポリブチレンテレフタレート
などのポリエステル、全芳香族ポリエステル、ポリエチ
レン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリウレ
タン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、ポリビ
ニルアルコール、ビニル重合体、ポリ塩化ビニリデン、
ポリハイドロサルファイト、ポリフッ化エチレン、共重
合ポリフッ化エチレン、ポリオキシメチレンなどがあげ
られる。また、これら高分子物質の複数を組み合わせた
芯鞘構造、多重芯鞘構造、海島構造、バイメタル構造な
どの複合繊維や繊維の種類の組み合わせも目的に応じて
用いられる。繊維の太さとしては、比較的細い２デニー
ル以下が好ましいが、微粒子の捕捉性能を向上させるに
は、０．００１〜１デニールがより好ましく、繊維の耐
久性を高く維持しつつ微粒子の捕捉性能を向上させるに
は、０．０３〜０．５デニールがさらに好ましい。

【０００８】本発明の繊維束とは、多数本の異種または
同種の繊維が束状に相互配列されたものである。繊維束
のトータルデニールは特に限定されるものではないが、
ろ過性能や加工性から、おおよそ、５０〜２０００デニ
ールの範囲が好ましい。また、繊維束に含まれる繊維の
本数は、前記のトータルデニールをおおよそ満たす範囲
で、単繊維のデニール数により変動し得るが、一例とし
て、５０〜２００００本／束の範囲が挙げられる。ろ過
層を構成する繊維束は、その少なくとも一方の端が自由
端であり、もう一方の端もしくは繊維束の途中の部分が
ベース層と一体化されているものが好ましい。繊維束の
端の部分あるいは繊維束の途中の部分とベース層とは、
ベース層の糸との交絡、接着剤による接着、熱融着、超
音波接着およびこれらの組み合わせなどにより一体化さ
れているものである。ベース層の構造が織物であり、ろ
過層の繊維束の根元部分がベース層の緯糸および／また
は経糸と３か所以上交互に交絡している構造のろ過布
は、使用中に繊維束が脱落しにくいためより好ましい。
一体化部分は、ベース層表面に規則的に配置されている
のが好ましいが、規則的でない場合でも、ろ過性能に影
響を与える繊維束の粗な部分や繊維束のない部分がな
く、ベース層表面に一体化部分がまんべんなく位置する
ように配置されているのが好ましい。

【０００９】本発明の目的を達成するためには、繊維束
がベース層と一体固定化されている部分すなわちベース
層の最表面の位置から自由端までの繊維束繊維の平均長
さをＬ（ｍｍ）、ろ過層の厚さをＴ（ｍｍ）としたと
き、Ｔ／Ｌが０．０２〜０．７であることが必要であ
る。Ｔ／Ｌが０．０２より小さい場合は、微粒子の捕捉
性が低くまたろ過層の中に微粒子を多く保持できない
か、または、ろ過層が緻密すぎてすぐ目詰まりを引き起
こしやすいため好ましくない。０．７より大きい場合
は、ろ過層の表層部ではほとんどろ過されずにろ過層の
内部に微粒子が入り込みやすく阻止されずにそのまま通
過していってしまうため高い阻止率が得られず好ましく
ない。また、０．７より大きい場合でベース層が緻密な
構造のときは、内部に入り込んだ微粒子が堆積して目詰
まりを引き起こし、洗浄を行っても内部に入り込んだ微
粒子を洗い落としにくく、洗浄回復性に劣るため好まし
くない。Ｔ／Ｌの値としてより好ましいのは、０．０２
〜０．６であり、さらに好ましいのは、０．０２〜０．
５である。ろ過層の繊維が０．５デニール以下のとき
は、特に０．０２〜０．２５が好ましい。本発明におけ
るろ過層のすべての繊維を平面の上に並べたとき、平面
への個々の繊維の投影面積の総和が、対応するろ過布の
面積の８〜３５０倍にあることが必要である。

【００１０】８倍より小さい場合は、ベース層表面にお
ける繊維のカバーが不十分で粒子の捕捉が十分行われな
いため阻止率が低く、ろ過層における粒子の保持量が少
ないため一旦目詰まりが発生し出すとろ過圧力の上昇が
急激に起こる問題があった。また逆に、３５０倍より大
きい場合は、ろ過層の繊維の量が多過ぎて透水性が極端
に低下して処理できる量が少なくなり効率的な処理がで
きない。１０〜２５０倍において高い阻止率と高い透水
性のバランス化に対してより好ましい結果が得られる。

【００１１】また、ベース層表面における繊維束の株
は、数が少なくて株と株の間隔が空きすぎてベース層の
隙間部分を充分カバーできず、粒子の捕捉性が悪くなら
ないようにすべきである。また、逆に、数が多すぎると
株と株の間隔が狭くなって気体や液体の通過抵抗が増大
して圧力損失が高くなり、処理できる量も少なくなる。
また、繊維束間や繊維束内に入り込んだ粒子を除去しに
くくなり、ろ過布の再生性が低下してくる。したがっ
て、ベース層表面における繊維束の出現頻度は、４０〜
９００株／ｃｍ²であることが好ましい。５０〜５００
株／ｃｍ²の時より好ましい結果が得られる。

【００１２】ろ過層の繊維の長さが短くなり過ぎると、
ろ過に寄与できる繊維の量が少なくなるため、粒子の捕
捉性が低下してくる。また、繊維が撓みにくくなり繊維
の先端部分がろ過層の表面に林立する状態になりやすい
ため、林立した繊維の谷間に粒子が堆積して目詰まりを
引き起こしやすく、洗浄回復性も低下する。逆に、ろ過
層の繊維の長さが長くなり過ぎると、粒子の捕捉性はよ
くなるが、気体や液体の通過性が悪くなり処理できる量
が低下する。また、ろ過中に繊維同志が絡みあってネッ
プ状の塊を生じやすい。これらのことから、ろ過層の繊
維の長さは２ｍｍ〜２０ｍｍであることが好ましい。２
ｍｍ〜１５ｍｍのときより好ましい結果が得られる。こ
こで言う繊維の長さとは、繊維束がベース層と一体固定
化されている部分すなわちベース層の最表面の位置から
自由端までの繊維束繊維の平均長さを言う。ろ過布に強
い張力がかかった場合に大きく変形するのを避けるため
には、長さ方向および幅方向の伸び率は１０％以下が好
ましい。ここで言う伸び率とは、標準条件下で、幅３ｃ
ｍの短冊状の試験片に２０ｃｍの間隔でマーキングを
し、長さ方向の試験片に対しては１２ｋｇｆの荷重をか
け、幅方向の試験片に対しては６ｋｇｆの荷重をかけ、
９０分間経過後マーキング間の長さを測定する。このと
き次の式によって伸び率を求める。

【００１３】伸び率＝（ｂ−ａ）÷ａ×１００（％）ここに、ａは初加重１００ｇｆを試験片にかけた時のマ
ーキング間の長さを表し、ｂは荷重をかけて９０分間経
過後の荷重をかけた状態でのマーキング間の長さを表
す。ベース層の目あいが拡がってろ過性能が低下するの
を避けるため、長さ方向は８％以下がより好ましく、６
％以下はさらに好ましい。また、幅方向の伸び率は経方
向に比べやや高い値が許されるが、それでもより好まし
くは９％以下がよく、７％以下はさらに好ましい。

【００１４】ろ過布が大きく変形するのを避け、形態保
持性に優れたろ過布を得るためには、ベース層の繊維と
して、ＪＩＳＬ１０１３の方法で測定した初期引張抵
抗度が２５０ｋｇｆ／ｍｍ²以上、好ましくは３００ｋ
ｇｆ／ｍｍ²以上、さらに好ましくは３５０ｋｇｆ／ｍ
ｍ²以上の繊維を主体に用いることが推奨される。ま
た、繊維の形態としては、仮撚加工糸のように捲縮にあ
るものより、ストレートの繊維が好ましい。さらに、形
態保持性に優れたろ過布としては、ベース層の組織は織
物であることが好ましい。実際のろ過において、ろ過布
の下流側に金網や多孔板を置かずにろ過布単独でろ過を
行う場合が多く、この場合、編物や不織布のろ過布では
弱い張力でろ過布が膨らんだり歪に伸びたりして変形し
やすい。

【００１５】

【実施例】以下に示す実施例は、本発明を明確にするた
めのものであって、本発明はこれに限定されるものでは
ない。

【００１６】ベース層の糸として、ポリエチレンテレフ
タレートからなる１５０デニール、４８フィラメントの
糸（Ｆ１）を経糸および緯糸に用いて織物を構成し、ろ
過層の繊維束としてポリエチレンテレフタレートからな
る２４０デニール、５７６フィラメントの糸（Ｆ２）を
用いて、経糸Ｆ１の間もしくは経糸何本かに１本の割合
でＦ２を配置した数水準のそれぞれについて、上下２枚
の同じ織物からなる２重織物を作った。この織物は、一
定間隔をおいて離れた上下２枚の織物の間をＦ２が往復
を繰り返して構成された２重織物である。Ｆ２は上と下
の織物の緯糸と交互に交絡点を持って両者を一体化して
いるものである。得られた一体化織物について、厚さ方
向の指定した位置で織物の表面と平行にスライスするこ
とにより、ろ過層の繊維の長さの異なるいくつかの織物
を得た。次に、これらの織物の繊維束の面を繊維束の傾
斜している方向に合わせて細かい凹凸のある回転ブラシ
ロールの表面に接触させて繊維束を開繊させ、ろ過層の
表面に繊維をくまなく展開させると同時に方向を揃え
た。引き続き、加熱した平滑な金属ロールとゴムロール
の間を、繊維束の面を金属ロールの表面に当てて繊維束
をその状態にセット固定した。この時、ロール間のクリ
アランスを織物の水準によって変え、ろ過層の厚さの異
なるろ過布をつくった。こうして得られたＴ／Ｌの比お
よびベース層面積に対するろ過層繊維束繊維の投影面積
の倍率の異なるいくつかのろ過布について、ろ過性能を
評価した。評価は、図２に示したとおり、エンドレスベ
ルト状で走行中のろ過布上に導いた原水を裏面側から吸
引してろ過し、ろ過布の上に形成されたケークを鏡面ロ
ールに転写して回収する機構のベルト式連続固液分離機
を用いて行った。評価には、活性汚泥処理における余剰
汚泥（５０１５ｍｇ／リットルの浮遊物を含む）を用い
た。得られた結果は表１に示したとおりであった。

【００１７】

【表１】パラメータの定義（１）繊維束の長さベース層の上端面（ベース層が織物で表面が凹凸の場合
は凸部の上端）からろ過層の繊維束の自由端までの構成
繊維の長さの平均値とする。

【００１８】（２）ろ過層の厚さ約３ｃｍ×３ｃｍの試験片を９枚採取し、そのうちの３
枚を重ねて圧縮弾性試験機の加圧台の上に置く。２ｃｍ
²の測定子を６ｇの荷重で試験片の上に静置して１０秒
後の厚さを測定する。３回の測定値の平均値を求めこの
値を３で除して１枚あたりの厚さＴ₁を算出する。つぎ
に、ろ過布からろ過層の繊維束を取り除いたベース層の
試料につき、Ｔ₁を求めたのと同じ方法で１枚あたりの
厚さＴ₂を算出する。ろ過層の厚さＴは、Ｔ＝Ｔ₁−Ｔ
₂（ｍｍ）の式から求める。

【００１９】（３）投影面積比下記式のとおり、ろ過層の繊維の径（異形断面繊維の場
合は長径）の平均値（Ｄ）と、（１）で求めた繊維束の
長さ（Ｌ）、およびろ過布の単位面積あたりのろ過層の
繊維束繊維の数（Ｎ）の３者を掛け合わせた値を単位面
積（Ｓ）で割った値で定義できる。

【００２０】投影面積比＝Ｄ×Ｌ×Ｎ／Ｓ（４）阻止率原水およびろ過水の浮遊物濃度がそれぞれＣ₁、Ｃ₂の
とき、阻止率Ｒは、Ｒ＝（Ｃ₁−Ｃ₂）÷Ｃ₁×１００
の式から求める。浮遊物濃度は、ＪＩＳＫ０１０２に
基づき測定する。

【００２１】（５）透水係数図１に示した装置を用いる。新しいし試料は、測定前に
蒸留水に一昼夜浸漬して水になじませておく。ろ過布を
下部ろ過管上の金網メッシュの上に置き、クランプで上
部ろ過管と固定する。上部ろ過管に蒸留水を溜め水頭高
さ５００ｍｍを保持しながら、コックを全開し１〜１．
５リットルのろ過水を採取する。同時にコック全開時間
を計測し、次式により透水係数Ｋを求める。

【００２２】Ｋ＝Ｗ÷（９．６×Ｓ）（ｍｌ／ｃｍ²・秒）ただし、Ｗは採取したろ過水（ｍｌ）、Ｓはコック全開
時間（秒）、９．６はろ過布のろ過面積（ｃｍ²）。表
１に示した初期透水係数は、原水を透過する前の新しい
し試料を試験した時の透水係数値である。

【００２３】（６）透過係数が１ｍｌ/ ｃｍ²・秒であ
る場合、この透水係数を限界透水係数とする。濾過布
は、原水のろ過を実行することにより、透過性能が次第
に低下し、ついには、この限界透過係数にまで低下する
が、この限界透水係数に達するまでのろ過の実行時間
（限界透過係数までの時間）が長いほど、優れている。

【００２４】これから、本発明の実施例に係わるろ過布
は、排水中の浮遊物の阻止率、および初期の透水係数が
高く、限界の透水係数に至るまでの時間も長いことがわ
かる。一方、Ｔ／Ｌの値の小さい比較例１は、阻止率、
透水係数ともに低く、限界透水係数までの時間も短い。
Ｔ／Ｌが高すぎる比較例２のろ過布は、透水係数が高く
限界透水係数になるまでの時間も長いが、阻止率がかな
り低い。比較例３は、Ｔ／Ｌおよび投影面積比も高すぎ
るため、透水係数がかなり低く限界透水係数になるまで
の時間もかなり短いものである。比較例４はＴ／Ｌが低
すぎ投影面積比が高すぎるため、阻止率は高いが透水係
数がきわめて低く限界透水係数になるまでの時間もきわ
めて短いものである。

【００２５】

【発明の効果】本発明は、上述したような構成を有する
ことにより、一層微粒子の捕捉性および洗浄回復性に優
れ、耐久性が高く形態保持性に優れたろ過布を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ろ過布の透水係数を測定するための装置の側面
図である。

【図２】ベルト式連続固液分離機のろ過のメカニズムを
示す側面図である。

【符号の説明】

１：上部ろ過管２：ろ過布（試験片）３：金網４：メスシリンダー５：ポンプ６：蒸留水７：クランプ８：コック９：下部ろ過管１０：ろ過布（ベルト）１１：原水１２：原水槽１３：鏡面転写ロール１４：ケーク１５：表洗スプレー１６：洗浄排水孔１７：逆洗スプレー１８：減圧ブロワー１９：スクレーパー２０：ろ過水

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 39/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ベース層とろ過層とから少なくともなり、
該ろ過層を構成する繊維束の繊維の長さ（Ｌ）とろ過層
の厚さ（Ｔ）との比Ｔ／Ｌが０．０２〜０．７、該繊維
のベース層表面への投影面積の総和がベース層表面の面
積の８〜３５０倍であり、かつ、長さ方向および幅方向
の伸び率が１０％以下であることを特徴とするろ過布。
【請求項２】繊維束の一端及び／または途中の部分がベ
ース層と一体化されていることを特徴とする請求項１記
載のろ過布。
【請求項３】繊維束に自由端があることを特徴とする請
求項２記載のろ過布。
【請求項４】ベース層表面における繊維束株の出現頻度
が４０〜９００株／ｃｍ²であることを特徴とする請求
項１記載のろ過布。
【請求項５】ろ過層の繊維の長さが２ｍｍ〜２０ｍｍで
あることを特徴とする請求項１記載のろ過布。
【請求項６】ベース層の組織が織物であることを特徴と
する請求項１記載のろ過布。
【請求項７】ろ過層を構成する繊維束が根元部において
ベース層の緯糸および／または経糸と３か所以上交絡点
を有する織物であることを特徴とする請求項６記載のろ
過布。
【請求項８】請求項１記載のろ過布を用いたことと特徴
とするベルト式連続固液分離機。