JP3306674B2

JP3306674B2 - 濾過材

Info

Publication number: JP3306674B2
Application number: JP09514293A
Authority: JP
Inventors: 清峰谷口
Original assignee: Nittetsu Mining Co Ltd
Current assignee: Nittetsu Mining Co Ltd
Priority date: 1993-03-31
Filing date: 1993-03-31
Publication date: 2002-07-24
Anticipated expiration: 2017-07-24
Also published as: JPH06285316A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体粒子を含有する流
体から固体粒子を分離する濾過材に関し、より詳細には
集塵機や乾燥機、ボイラ、焼却炉等の排ガス中に含まれ
る粉塵の捕集に好適な濾過材に関する。

【０００２】

【従来の技術】工場の生産ラインや各種装置、或いは焼
却炉や溶融炉等の高温炉から排出されるガス中には、煤
塵その他の固体粒子が含まれており、環境上の問題から
そのままの状態で外部に廃棄することはできず、集塵装
置を用いて前記粒子を捕集、除去して清浄化された空気
のみを外部に取り出している。

【０００３】集塵装置としては、電気集塵機やスクラ
バ、サイクロン、バグフィルタ等が一般に使用されてお
り、中でもバグフィルタは、構成が簡単であることに加
えて、集塵効率９９．９％以上、濾過後の清浄ガス中の
含塵濃度１〜５ｍｇ／ｍ³Ｎという極めて高い濾過能力
を備えるために、他の集塵装置に比べてより広範に使用
されている。

【０００４】このバグフィルタは、円筒形または封筒状
の多数の濾過材を内蔵するハウジング内部に排ガスを導
入して、濾過材内面あるいは外面により排ガス中の固体
粒子を捕集して清浄化された空気を外部に取り出すもの
である。濾過材は、木綿や羊毛等の天然繊維や、ポリプ
ロピレンやポリエステル、ポリアクリロニトリル、ポリ
フェニレンサルファイド、ポリアミド、ポリイミド、ポ
リビニルアルコール、ポリテトラフロロエチレン等から
なる合成繊維、あるいはガラス繊維や炭素繊維等の無機
繊維あるいは金属繊維等の各種繊維を、単独或いは混合
してフェルト状や織布状に加工したものである。

【０００５】これら布状の濾過材は、使用初期におい
て、先ずその表面近傍に捕集された粉塵等の固体粒子か
らなる一次付着層を形成する。この一次付着層は、図３
に示されるように、濾過材１の表面近傍にある繊維２の
隙間に、図中左側から流入する含塵ガス３中の固体粒子
４が入り込み、見掛け上固体粒子４からなる層が形成さ
れたものである。このため、濾過材１の実質的な目開き
は繊維の編目間隔よりも小さくなり、より微細な粒子を
捕集することが可能となる。従って、その後流入する含
塵ガス３中の固体粒子４は、実質的にこの一次付着層に
より捕集され、浄化ガス５が濾過材１の図中右側から取
り出される。

【０００６】しかし、繊維のみからなる濾過材は、その
構造上一次付着層が形成されないと所謂「吹抜け現象」
を起こし、有効な濾過機能を果たすことができない。ま
た、排ガス浄化中に、一次付着層よりも内部にある繊維
の隙間にまで侵入して目詰まり現象を起こし、濾過効率
を低下させるという欠点がある。そのため、一次付着層
を必要としない濾過材も提案されている。例えば特公平
２−３９９２６号公報には、図４に示されるように、大
粒径のポリエチレン焼結粒子６からなる濾過材母材の表
面に、２０〜５０μｍの厚さにポリテトラフロロエチレ
ン微粒子７を充填した濾過材１が開示されている。この
ポリテトラフロロエチレン微粒子７が一次付着層として
作用して、含塵ガス３中の固体粒子４を捕集して、浄化
ガス５が取り出される。

【０００７】また、この濾過材は、表面がポリテトラフ
ロロエチレンから構成されるために、固体粒子や水、油
等との親和性が低く、固体粒子が濾過材表面に堆積した
り、水や油が濾過材内部に侵入するのを抑制して、濾過
効率の低下や濾過材の劣化を防止することができる。更
に、耐熱性や耐薬品性にも優れているため、より広範に
使用することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】排ガスの浄化は、固体
粒子が濾過材の表面に補修され、気体だけが濾過材を通
過することにより行われるから、稼働時間とともに固体
粒子の堆積量が増加して濾過効率が徐々に低下する。こ
のためバグフィルタでは、運転時に振とう法や逆風法、
パルスジェット法等の払落とし機構により濾過材に振動
を与えて、定期的に堆積粒子を濾過材表面から剥離させ
ている。

【０００９】前記濾過材において、ポリテトラフロロエ
チレン微粒子は、バインダによる結合の他に、該微粒子
が焼結粒子の隙間に入り込み、そのアンカー効果により
固着されている。しかし、この微粒子の入り込みは、濾
過材表面にある焼結粒子の隙間だけであるため、アンカ
ー効果が充分ではなく、払い落としにより次第に剥落
し、この剥落部分に目詰まりが生じて濾過効率が低下す
る。

【００１０】従って、本発明の目的は、濾過性能に加え
て耐久性にも優れた濾過材を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、濾過材に
関する上記課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、濾
過材母材を焼結粒子に代えて不織布やフェルトを用いて
その表面にフッ素樹脂微粒子を充填することにより、該
微粒子が濾過材母材のより深い部分にまで入り込み、よ
り大きなアンカー効果が得られることを見出し、本発明
を完成するに至った。

【００１２】即ち、前記課題は、固体粒子を含有する流
体から該固体粒子を分離する濾過材であって、不織布ま
たはフェルトからなり、繊維空隙の大きさが５〜３００
μｍである濾過材母材の表面に、平均粒径３〜１５μｍ
のフッ素樹脂微粒子を含有する充填層を備え、かつ前記
充填層が前記フッ素樹脂微粒子により形成される１〜４
μｍの空隙を有することを特徴とする濾過材により解決
される。

【００１３】本発明に用いられる濾過材母材は、フェル
トや不織布であり、その材料は特に限定されず、例えば
木綿や羊毛等の天然繊維や、ポリプロピレンやポリエス
テル、ポリアクリロニトリル、ポリフェニレンサルファ
イド、ポリアミド、ポリイミド、ポリビニルアルコー
ル、ポリテトラフロロエチレン等からなる合成繊維、ガ
ラス繊維や炭素繊維等の無機繊維あるいは金属繊維等の
各種繊維を、単独あるいは組み合わせてフェルト状や不
織布状に加工したものである。また、これら繊維に薬品
処理を施して、化学的強度や機械的強度を増強したもの
も使用できる。さらに、ガラス転移点を越える温度で熱
処理することによりフェルトを所定の形状としたポリイ
ミド繊維（公表特許公報平２−５０３３３３参照）も使
用することができる。

【００１４】また、繊維の直径に関しては、直径１０〜
５００μｍ程度の繊維を用いることができるが特に限定
されるものではない。これら繊維を編組した際の繊維空
隙の大きさは、後述するフッ素樹脂微粒子の粒径との関
係から５〜３００μｍであることが好ましい。これによ
り、フッ素樹脂微粒子が濾過材のより深部に位置する繊
維間にまで入り込み、より強固な充填層を形成する。

【００１５】一方、本発明に用いられるフッ素樹脂微粉
末は、３〜１５μｍの粒径であることが好ましく、これ
より大きいと前記繊維の空隙に収まることができず、ま
た小さすぎると濾過層における適正な粒子間隔である１
〜４μｍの間隔を形成することが困難となり好ましくな
い。フッ素樹脂の種類は特に限定されず、例えばテトラ
フロロエチレン、ヘキサフロロプロピレン、ポリクロロ
トリフロロエチレン、テトラフロロエチレン・ペルフロ
ロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフロロエチ
レン・ヘキサフロロプロピレン共重合体、エチレン・テ
トラフロロエチレン共重合体、エチレン・クロロトリフ
ロロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリフ
ッ化ビニル等を適宜選択することができる。

【００１６】前記フッ素樹脂微粒子は、バインダととも
に濾過材母材表面に充填される。このバインダは特に限
定されず、ポリ酢酸ビニルやポリビニルアルコール等の
樹脂を単独に、あるいはこれらを混合して使用すること
ができる。また、耐熱性を有する樹脂、例えばフェノー
ル樹脂やメラミン樹脂、レソルシノール樹脂等の熱硬化
性樹脂を使用することにより、高温排ガスの浄化を行う
ことができる。

【００１７】また、濾過材母材表面上へのフッ素樹脂微
粒子の充填方法は、フッ素樹脂微粒子とバインダとを溶
媒に分散させ、この混合液をスプレー或いは刷毛等公知
の手段を用いて塗布し、バインダの硬化温度まで加熱し
て、加熱硬化により両者を固着することにより行われ
る。これにより、濾過材表面から１０〜１００μｍ程度
の深さにまでフッ素樹脂微粒子が充填される。

【００１８】溶媒は、メタノールやエタノール、プロピ
ルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコ
ール、イソブチルアルコール等の一価の低級アルコー
ル、あるいはこれらアルコール類と水との混合物であ
り、毒性や粘度の点からエチルアルコールあるいはエチ
ルアルコールと水との混合物が好ましい。また、混合液
中の各成分の配合割合は、フッ素樹脂微粒子１０〜５０
部、バインダ１〜５部及び溶媒５０〜２００部の範囲が
好ましい。

【００１９】更に、必要に応じて分散剤や硬化促進剤、
帯電防止剤等種々の物質を添加することができる。本発
明に係る濾過材は、図１に示されるように、濾過材母材
の表面のみならず濾過材母材を構成する繊維２の隙間
に、しかも深部にある隙間にまでフッ素樹脂微粒子７が
充填される。このためアンカー効果が大きくなり、フッ
素樹脂微粒子はより強固に固着される。このような濾過
材１に、図中左側から含塵ガス３を流入すると、含塵ガ
ス３中の固体粒子４は濾過材表面に存在するフッ素樹脂
微粒子７からなる層に捕集されて、浄化ガス５のみが図
中右側から取り出される。

【００２０】

【実施例】本発明に係る濾過材に関して、添付図面を参
照して詳細に説明する。但し、本発明は以下に記載され
る実施例に限定されずに、種々の変更が可能である。〔実施例１〕厚さ１ｍｍ、幅４５ｍｍ、長さ１２０ｍｍ
の直径２０μｍのポリエステル繊維からなる繊維間平均
空隙５０μｍの不織布の表面に、平均粒子径が５μｍの
ポリテトラフロロエチレン微粉末５部、酢酸ビニル１
部、エチルアルコール１部、水１３部の混合液を刷毛で
塗布した後、７０℃に３時間保持することにより、深さ
方向に４０μｍの厚さに繊維間の空隙にポリテトラフロ
ロエチレン微粒子を充填した。

【００２１】上記試験片を、ＪＩＳＫ７１１９に準
拠した東洋精機製「平面曲げ疲労試験機」にセットし、
０．５ｋｇ／ｍｍ²の曲げ応力の下で１８００回／分の
繰返し曲げを行い、ポリテトラフロロエチレン微粒子の
剥落を起こさせた。前記繰返し曲げを１万回及び１０万
回行った後、上記不織布を直径２０ｍｍのパイプに挟
み、０．１ｋｇ／ｃｍ²の圧力下の空気通過量を測定
し、その結果を表１に示した。尚、比較のために前記繰
返し曲げを行わない場合の空気通過量も測定し、同表に
併記した。〔実施例２〕実施例１で用いた不織布と同一の不織布
に、同一の方法で平均粒子径が１０μｍのポリテトラフ
ロロエチレン微粉末を充填した。同一の平面曲げ疲労試
験機で、同一条件で繰返して曲げた後、同一の方法で空
気通過量を測定し、その結果を表１に示した。〔実施例３〕実施例１で用いた不織布と同一の不織布
に、同一の方法で平均粒子径が１５μｍのポリテトラフ
ロロエチレン微粉末を充填した。同一の平面曲げ疲労試
験機で、同一条件で繰返して曲げた後、同一の方法で空
気通過量を測定し、その結果を表１に示した。〔実施例４〕実施例１で用いた不織布と同一形状の直径
１０μｍのポリイミド繊維からなる繊維間平均空隙１５
０μｍのフェルトに、同一の方法で平均粒子径が１０μ
ｍのポリテトラフロロエチレン微粉末を充填した。同一
の平面曲げ疲労試験機で、同一条件で繰返して曲げた
後、同一の方法で空気通過量を測定し、その結果を表１
に示した。〔実施例５〕直径１０μｍのガラス転移点３１５℃のポ
リイミド繊維からなるフェルトを、３３５℃で３０分間
熱処理した繊維間平均空隙７０μｍの実施例１で用いた
不織布と同一形状の成形体に、同一の方法で平均粒子径
が１０μｍのポリテトラフロロエチレン微粉末を充填し
た。同一の平面曲げ疲労試験機で、同一条件で繰返して
曲げた後、同一の方法で空気通過量を測定し、その結果
を表１に示した。〔比較例１〕実施例１で用いた不織布と同一の不織布
に、同一の平面曲げ疲労試験機で、同一条件で繰返して
曲げた後、同一の方法で空気通過量を測定し、その結果
を表２に示した。但し、ポリテトラフロロエチレン微粉
末は非充填である。〔比較例２〕実施例１で用いた不織布と同一の不織布
に、同一の方法で平均粒子径が２０μｍのポリテトラフ
ロロエチレン微粉末を充填した。同一の平面曲げ疲労試
験機で、同一条件で繰返して曲げた後、同一の方法で空
気通過量を測定し、その結果を表２に示した。〔比較例３〕実施例１で用いた直径２０μｍのポリエス
テル繊維からなる繊維間平均空隙４００μｍの同一形状
の不織布に、同一の方法で平均粒子径が１０μｍのポリ
テトラフロロエチレン微粉末を充填した。同一の平面曲
げ疲労試験機で、同一条件で繰返して曲げた後、同一の
方法で空気通過量を測定し、その結果を表２に示した。〔比較例４〕実施例１で用いたものと同一形状の多孔板
を、直径１５０μｍのフッ素樹脂粉末の焼結による空隙
５０μｍの多孔体で作成し、表面に平均粒子径が１０μ
ｍのポリテトラフロロエチレン微粉末を充填した。同一
の平面曲げ疲労試験機で、同一条件で繰返して曲げた
後、同一の方法で空気通過量を測定し、その結果を表２
に示した。〔実施例６〕厚さ１ｍｍ、幅２７０ｍｍ、長さ１０００
ｍｍのポリエステル繊維不織布を長さ方向に重ねて袋状
に縫合して、濾過材母材を形成した。この濾過材母材表
面に、ポリテトラフロロエチレン微粒子５部、酢酸ビニ
ル１部、エチルアルコール１部及び水１３部からなる混
合液を刷毛で塗布して、７０℃で３時間保持することに
より濾過材を得た。得られた濾過材は、濾過材母材表面
から深さ方向に平均４０μｍの厚さでポリテトラフロロ
エチレン微粒子が充填されていた。

【００２２】上記濾過材を、図２に示されるように直径
１１５ｍｍ、全長１０００ｍｍの円筒状金網からなる支
持体８に担持させて集塵機９に装着して、平均粒径１０
μｍの石灰石粉末を１０ｇ／ｍ³含む空気を導入し、濾
過速度１ｍ／分で所定時間濾過させた。この間、５ｋｇ
／ｃｍ²の圧縮空気を２０秒間隔で０．０５秒間作動さ
せ、付着した粉体を払い落とした（実際に使用される集
塵機は、通常１２０秒程度の休止時間で運転される。従
って、本実施例の逆洗条件は約６倍の振動疲労に相当す
る）。

【００２３】上記濾過材の濾過開始直後、５時間経過後
並びに２４時間経過後の圧力損失を測定し、その結果を
表３に示した。〔実施例７〕実施例６で用いたものと同一のフィルター
エレメントを、直径１０μｍのポリイミド繊維からなる
繊維間平均空隙１５０μｍのフェルトを作成し、同一の
方法で平均粒子径が１０μｍのポリテトラフロロエチレ
ン微粉末を充填した。同一の集塵機にて同一条件で濾過
試験を行い、その結果を表３に示した。測定し、その結
果を表２に示した。〔比較例５〕実施例６で用いたものと同一のフィルター
エレメントを、同一の集塵機にて同一条件で濾過試験を
行い、その結果を表３に示した。但し、ポリテトラフロ
ロエチレン微粉末は非充填である。〔比較例６〕実施例６で用いたものと同一のフィルター
エレメントに同一の方法で、平均粒子径が２μｍのポリ
テトラフロロエチレン微粉末を充填した。同一の集塵機
にて同一条件で濾過試験を行い、その結果を表４に示し
た。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】

【表３】

【００２７】

【表４】

【００２８】表１から明らかなように、本発明に係る濾
過材は、繰返し曲げによる空気透過量の変化が少ないこ
とから、濾過の際の逆洗によるポリテトラフロロエチレ
ン微粉末の剥落が少なく、また表３から明らかなよう
に、圧力損失の経時変化が少なく、また捕集効率も良好
であり、常に安定した濾過作業を行うことができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明の濾過材
は、濾過材母材を繊維で構成して、該濾過材母材の表面
をフッ素樹脂微粉末で充填する構成としたため、フッ素
樹脂微粒子が繊維の隙間に容易に入り込むとともに、繊
維周囲をまんべんなく取り囲んで強固な濾過層を形成す
る。このため、逆洗を繰り返し行ってもフッ素樹脂微粉
末が濾過材母材から剥落することがなく、長期間にわた
り濾過効率を良好に維持できる。

【００３０】また、濾過材表面がフッ素樹脂であるた
め、耐熱性及び耐薬品性に優れ、高温排ガスや家庭廃棄
物のように種々の化学物質を含む排ガスを処理すること
ができる。また、排ガス中に含まれる固体粒子や水、油
との親和性も低いために、固体粒子の濾過材表面への堆
積が抑制されるとともに、洗浄が容易で水をかけるだけ
で表面付着物を完全に洗浄除去でき、しかも乾燥工程を
経ずに洗浄後すぐに使用することができる。

【００３１】更に、一次付着層を持たない構造であるた
め、運転初期や洗浄後の再使用時における吹抜けやプレ
コーティングの問題がない。製造方法に関しても、本発
明ではフッ素樹脂微粉末をバインダとともに濾過材母材
に塗布して加熱硬化するだけでよいため、特殊な工程や
装置を必要とすることなく容易に製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る濾過材の断面拡大図である。

【図２】本発明に係る濾過材を集塵機に装着した状態
を示す図である。

【図３】従来の濾過材の拡大断面図であり、一次付着
層を説明するための図である。

【図４】従来の他の濾過材の拡大断面図である。

【符号の説明】

１濾過材２繊維３含塵ガス４固体粒子５浄化ガス６焼結粒子７フッ素樹脂微粒子８支持体９集塵機

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】固体粒子を含有する流体から該固体粒子
を分離する濾過材であって、不織布またはフェルトから
なり、繊維空隙の大きさが５〜３００μｍである濾過材
母材の表面に、平均粒径３〜１５μｍのフッ素樹脂微粒
子を含有する充填層を備え、かつ前記充填層が前記フッ
素樹脂微粒子により形成される１〜４μｍの空隙を有す
ることを特徴とする濾過材。