JP3246755B2 - 吸着繊維 - Google Patents

吸着繊維

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液体中に分散ないしは
溶存されている物質を吸着除去する繊維に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】近年、世界規模での地球環境の保全の必
要性が注目を集めている。環境保全の必要性は、大気だ
けでなく水質においても重要な課題であり、水質汚濁防
止に関する廃水処理も重視されている。このような観点
から、従来より、廃水中に含まれている染料や界面活性
剤の除去が行われている。このような廃水処理技術とし
ては、凝集沈殿処理法や活性汚泥処理法が良く知られて
いる。また、特開昭58−219940号公報には、中
空多孔質繊維を利用した吸着材が開示されている。しか
しながら、これらの廃水処理法および吸着材には、以下
に説明する技術的課題が指摘されていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】すなわち、上述した凝
集沈殿法や活性汚泥法は、設備コストが非常に高くつく
ため、大規模な事業所でしか適用されていないのが実情
であり、家庭排水や実験室などの少量の廃水処理には有
効な方法ではなかった。また、上述した処理方法では、
例えば、非イオン系界面活性剤は、凝集沈殿処理では除
去することが困難であり、さらに、ベンゼン環を持つノ
ニルフェノールなどは、微生物処理でもその除去が困難
であるとされており、これらの処理について有効な方法
の開発が望まれている。
【0004】一方、上記公報に示されている吸着材で
は、上記した有機物質を吸着することができるものの、
繊維としては外径が太いため、布帛状に加工することが
困難なため、繊維を束ねた形状のフィルターにしか利用
されておらず、多様な形状に加工できることや吸着速度
を早めることなどで改善が望まれていた。
【0005】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであり、その目的とするところは、凝集
沈殿法や活性汚泥法で除去が困難であった液体中の物質
を容易に吸着除去することができるとともに、通常の繊
維機械でも容易に加工でき、被吸着物質を迅速かつ大量
に吸着できる多孔質吸着繊維を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、液体中に分散ないしは溶存されている物
質を吸着除去する多孔質繊維であって、この繊維は、ポ
リオレフィン樹脂からなる繊維本体と、前記ポリオレフ
ィン樹脂とパラフィンワックスとを混合し、溶融紡糸し
て、延伸,熱処理後に前記パラフィンワックスを除去す
ることにより形成される多数の細孔とからなることを特
徴とする。
【0007】上記吸着繊維の製造方法としては、所定量
のポリオレフィン樹脂とパラフィンワックスとを溶融下
で混合し、この混合物を所定のドラフト率下で溶融紡糸
して未延伸繊維を得、次いで、この未延伸繊維を加熱下
で所定の倍率で延伸して、熱処理を施した後に、前記パ
ラフィンワックスを除去して多孔質繊維とする。
【0008】本発明に使用できるポリオレフィン樹脂と
しては、ポリエチレン,ポリプロピレンが好適であり、
ポリエチレンの場合は、メルトインデックス(MI)が
0.3〜20g/10分の高密度ポリエチレンが推奨さ
れる。また、ポリプロピレンとしては、密度が概ね0.
90以上のものであって、ASTM D1238に準じ
た測定方法によるメルトフローレート(MFR)値は、
0.5〜9.0 g/10分の範囲が好ましい。
【0009】MIないしはMFRが上記範囲を外れる
と、パラフィンワックスと混合した後における溶融紡糸
時の溶融粘度が不適性となり紡糸の際に問題が生じる。
本発明に使用するパラフィンワックスは、飽和脂肪族炭
化水素化合物を主体とするものであって、溶媒による易
溶出性の点から融点が概ね50〜70℃程度のものが好
ましい。
【0010】上記ポリオレフィン樹脂とパラフィンワッ
クスとを、ポリオレフィン樹脂100重量部に対してパ
ラフィンワックス30〜300重量部の割合で溶融して
混合し溶融紡糸用の原料とすることにより好適な結果が
得られる。溶融紡糸温度は上記混合原料の溶融粘度に応
じて決められる。溶融紡糸機は、ポリオレフィン樹脂と
パラフィンワックスとの混合混練を促進するため、スク
リュウ式押出機を使用することが望ましい。溶融紡糸時
のドラフト、すなわち未延伸繊維の巻取速度と紡糸ノズ
ルからの吐出線速度との比は、400以下にすることが
望ましい。
【0011】ドラフトが400を越えるとポリプロピレ
ン結晶のサイズが小さくなり、最終的に得られる多孔質
繊維の細孔径が小さくなりすぎて空隙率も低くなる。上
述の条件で得られた未延伸繊維は、引き続いて延伸され
るが、延伸条件は60〜120℃の範囲で歪速度、すな
わち、供給ローラー速度をGF (m/分)、延伸側ロー
ラー速度をGT (m/分)、これらのローラー間の距離
をL(m)とするときに次式で定義される値が400%
/分以下であることが望ましい。
【0012】 歪速度(%/分)=(GT −GF )/L×100 歪速度が400%/分を越えると、得られる多孔質繊維
の細孔径が不均一となり孔の潰れた箇所がかなり発生す
る。延伸温度が上記の範囲を外れる場合、すなわち、6
0℃未満では、冷延伸となりパラフィンワックス抽出後
の収縮率が大きくなって空隙率が低下する。また、12
0℃を越えると、未延伸繊維が軟化しすぎるので有効な
延伸ができず繊維強度が低くなる。延伸倍率は、1.4
〜4.5倍の範囲とすることが好ましい。延伸倍率が
1.4倍未満では、空隙率が低くなり、4.5倍を越え
ると延伸により細孔が潰れた状態になる。
【0013】上記延伸に引き続いて熱処理を施すが、こ
の熱処理は以降においてパラフィンワックスを溶剤によ
り抽出した後に、繊維が径方向及び軸方向に収縮して実
質的に空隙率を低下させるのを防ぐもので、熱処理温度
は上記延伸温度付近ないしそれ以上で行なうことが好ま
しい。パラフィンワックスの抽出はヘキサン、ヘプタン
等の炭化水素系溶剤で行なうことが、取扱い上、低毒性
などの点から好ましい。本発明の吸着繊維は、以上の製
造方法により、50デニール以下の太さにすることが望
ましい。
【0014】
【作用】本発明の吸着繊維では、ポリオレフィン樹脂と
パラフィンワックスとを溶融混合し、これを紡糸した未
延伸繊維を延伸し、熱処理を施した後にパラフィンワッ
クスを抽出除去している。未延伸繊維は、ポリオレフィ
ン樹脂(ポリエチレン,ポリプロピレン)の結晶間にパ
ラフィンワックスの層を充填した状態になっている。
【0015】この未延伸繊維の熱延伸によって得られる
延伸繊維では、この結晶間が拡げられ、延伸繊維の熱処
理後にパラフィンワックスを抽出すると、押し拡げられ
た結晶間に比較的大きい細孔が数多く形成される。従っ
て得られた多孔質繊維は、非常に特殊な構造を有してい
る。
【0016】つまり、熱延伸によってラメラ晶がジグザ
グに変形し、その後これらの結晶間に形成されたパラフ
ィンワックスの層が抽出除去されるため、細孔は繊維断
面において広くなったり狭くなったりを繰り返しなが
ら、あたかもへちまの孔のような形態で表面から内部ま
で連なった細孔を形成している。このため、繊維径が細
くても空隙率が高く比表面積も大きな繊維が得られる。
【0017】被吸着物の吸着は、繊維の表面を液体がま
ず濡らし、その後繊維本体に形成されている細孔に液が
侵入して、細孔の内壁面に被吸着物が吸着保持されるメ
カニズムなので、見かけの表面積が大きくなると、吸着
速度が大きくなり、比容積が小さくなるので、一定容積
の吸着材では、より多くの被吸着物を吸着保持すること
が可能になる。
【0018】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明するが、
本発明はこれら実施例にのみ限定されるものではない。
なお、実施例中に示した物性値の測定方法を予め示して
おく。
【0019】空隙率 繊維径から算出した直径デニール(D1)と重量から求
めた重量デニール(D2)とで次式により空隙率を算出
した。 D1=繊維の断面積(cm2 )×9×105 cm×密度
(g/cm3 ) D2=9000m当たりの繊維重量 空隙率(%)=(直径デニール−重量デニール)/直径
デニール×100 比表面積 JIS Z 8830に規定の窒素ガス吸着法により測
定した。
【0020】ノニルフェノールの吸着性能試験 1000ppmのノニルフェノール水溶液300ml
に、51mmにカットした繊維2gを入れ、所定時間経
過後の残存液中の濃度を分光光度計を用いて測定した。
また、各種の染料については、繊維をメタノールで親水
化した後、所定濃度の水溶液200mlに繊維2gを入
れ、所定時間経過後の残存溶液の濃度を分光光度計で測
定した。
【0021】見かけの表面積 繊維1g当たりの本体の表面積を次式により算出した。 見かけの表面積(m2 /g)={外径(m)+内径
(m)}×π×9000(m)÷D2 比容積 繊維1g当たりの容積を次式により算出した。 比容積(cc/g)={外径(cm)}2 ×π÷4×9
×105 (cm)÷D2 実施例1 MI値が5.5g/10分のHDPE(三井石油化学株
式会社製:ハイゼックス2200J)100重量部と、
パラフィンワックス(日本石油株式会社製:145°パ
ラフィン)100重量部とが機械的に混合された原料
を、スクリュウ径25mm、0.40mmφ×160ホ
ールのノズルを取り付け、145℃〜180℃に設定さ
れた溶融紡糸機に供給し、巻取速度V1が200m/m
inで、紡糸ドラフト率80で10デニールの未延伸繊
維を得た。
【0022】得られた未延伸繊維からなるマルチフィラ
メントを12本集めローラー延伸機を用い、110℃の
雰囲気下で全延伸倍率3.0倍、歪速度40%/min
として延伸して巻き取った。引続き、この繊維を紙管に
巻いた状態で、110℃のオーブン中で1時間定長熱処
理し、さらに機械捲縮加工をして15個/インチの捲縮
を付与し、51mmにカットしてステープルファイバー
とした後、これらを室温のヘキサン中に浸漬してパラフ
ィンワックスを抽出した。
【0023】得られた多孔質吸着繊維は、中実のもので
あって、空隙率は45%、比表面積は39m2 /g、重
量デニールは2.3デニールであった。このポリエチレ
ン系多孔質吸着繊維について、非イオン系界面活性剤の
一種であるノニルフェノールに対する吸着性能試験を行
い、その結果を図1に示している。また、同吸着繊維の
各種の染料に対する吸着性能試験を行い、その結果を図
2に示している。
【0024】実施例2 MFR値が3g/10分のポリプロピレン(宇部興産株
式会社製:YK121)100重量部とパラフィンワッ
クス(日本石油株式会社製:145°パラフィン)10
0重量部とが機械的に混合された原料を、スクリュウ径
25mm、0.4mmφ×160ホールのノズルを取り
付け、170℃〜200℃に設定された溶融紡糸機に供
給し、巻取速度V1が200m/minで紡糸ドラフト
率80で10デニールの未延伸繊維を得た。
【0025】得られた未延伸繊維からなるマルチフィラ
メントを12本集めローラー延伸機を用い、110℃の
雰囲気下で全延伸倍率2.9倍、歪速度40%/min
として延伸して巻き取った。引続き、この繊維を紙管に
巻いた状態で、110℃のオーブン中で1時間定長熱処
理し、さらに機械捲縮加工をして15個/インチの捲縮
を付与し、51mmにカットしてステープルファイバー
とした後、これらを室温のヘキサン中に浸漬してパラフ
ィンワックスを抽出した。
【0026】得られた多孔質吸着繊維は、中実のもので
あって、空隙率は25%、比表面積は55m2 /g、重
量デニールは2.9デニールであった。
【0027】このポリプロピレン系吸着繊維についても
実施例1と同様に非イオン系界面活性剤の一種であるノ
ニルフェノールに対する吸着性能試験を行い、その結果
を図1に示している。
【0028】比較例1 市販のポリエチレン系中空多孔質繊維(三菱レイヨン株
式会社製)である。
【0029】比較例2 市販のポリプロピレン系中空多孔質繊維(宇部興産株式
会社製)である。
【0030】比較例3 通常の2デニールのポリプロピレン系単一繊維である。
【0031】図1に示した吸着性能試験の結果からも明
らかなように、本発明にかかる吸着繊維によれば、見か
けの表面積が大きく、比容積が小さいので、ノニルフェ
ノールの吸着速度が大きく、しかも、単位容積当たりの
吸着量も大きいことがわかる。また、本実施例の吸着繊
維によれば、各種の染料に対しても有効であることが図
2からわかる。
【0032】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かる吸着繊維によれば、凝集沈殿処理等で除去が難しか
った液体中の溶存ないしは分散物質の除去が容易になる
上に、従来の中空多孔質繊維に比べて、繊維径が小さい
ため、吸着速度が早くなるとともに、一定容量のカート
リッジなどに充填した場合、見かけの比重が従来の中空
多孔質繊維より大きくなるので、より多く充填でき、吸
着ライフの長期化が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例および比較例の物性値とノニル
フェノールに対する吸着性能試験の結果を示す図表であ
る。
【図2】本発明の実施例で得られた吸着繊維の各種染料
に対する吸着性能試験の結果を示す図表である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−168303(JP,A) 特開 昭59−168116(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) D06M 11/00 D01F 6/04

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液体中に分散ないしは溶存されている物
    質を吸着除去する多孔質繊維であって、この繊維は、ポ
    リオレフィン樹脂からなる繊維本体と、前記ポリオレフ
    ィン樹脂とパラフィンワックスとを混合し、溶融紡糸し
    て、延伸,熱処理後に前記パラフィンワックスを除去す
    ることにより形成される多数の細孔とからなることを特
    徴とする吸着繊維。
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