JP3446276B2 - 繊維成形物及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、濾過材、汚水浄化材等
として好ましく使用される繊維成形物及びその製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開昭５８−１７８１８号公報には、都
市下水、産業排水などの処理材として、繊維パイルを表
面に形成した繊維塊状物からなる水処理用媒体が開示さ
れている。これは処理液と濾材との接触面積を大きく
し、濾過容量を大きくしようとするものであるが、繊維
パイルは水流により揺動するため、処理液中の懸濁物質
や微生物が濾材表面に付着しにくく、また一旦付着した
ものが脱落しやすい。更に、長期間使用したものでは逆
洗時に繊維パイルがちぎれて、短繊維が流出するという
欠点がある。この様な欠点の改善策として、特開平４−
２７４９５号公報には、短繊維同士が絡み合いかつ部分
的に融着した繊維塊からなる水処理用媒体が開示されて
いる。

【０００３】しかしながら、特開平４−２７４９５号の
水処理用媒体では、短繊維同士は交絡点の一部分（繊維
塊の中心部）でしか接着していないので繊維塊表面には
やはり繊維パイルが形成されることになる。この水処理
用媒体の表面に懸濁物質や微生物等が捕捉されると、繊
維パイルのツブレやヘタリにより表面が閉塞され、濾過
抵抗が増大したり繊維塊の変形が発生したりする。ま
た、表面の閉塞により懸濁物質や微生物等の繊維塊の内
部への進入が阻害されて、それらの捕捉や着床が損なわ
れる。いずれにしても、水処理用媒体の濾過容量の減少
や浄化作用の低下を引き起こすことになる。また、この
繊維塊表面の繊維パイルは長さの短いものではあるが、
水流により揺動し、繊維パイルがちぎれて処理水中に短
繊維が流出する等の課題が残る。また短繊維同士の交絡
点における接着は、使用時の水流圧に抵抗して繊維塊の
形状を維持させる効果はあるが、逆に接着部分により濾
過抵抗が増大するという欠点がある。

【０００４】

【本発明が解決しようとする課題】本発明は、長期間の
使用によっても大きな接触面積を維持し、濾過抵抗が増
加せず、水流圧に依る変形が小さく、かつそれ自身から
の繊維の流出のない、水処理用媒体として有用な繊維成
形物を提供するすることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、下記の繊維成形物
を利用することで所期の目的が達成されることを知り、
本発明を完成するにいたった。即ち、本願第１の発明
は、「捲縮を有する熱可塑性繊維が絡合しあい、かつ三
次元方向に伸長して形成する繊維塊からなり、該繊維塊
の表面に少なくとも２箇所存在する融着固定部によって
繊維塊の形状が維持されており、かつ該融着固定部が掻
き落とし刃の役目をすることを特徴とする繊維成形
物。」であり、また、本願第２の発明は、「三次元方向
に伸長しかつ絡合しあった捲縮を有する熱可塑性繊維の
束を、長手方向に所定間隔で集束し、加熱し、圧着して
融着固定部を形成し、該融着固定部の一部の個所又は全
個所を切断することにより掻き落とし刃の役目をする融
着固定部を形成することを特徴とする繊維成形物の製造
方法。」である。

【０００６】以下本発明を詳細に説明する。本発明で言
う繊維成形物とは、図１及び図２に模式的に示したよう
に、捲縮を有する熱可塑性繊維が三次元方向に伸張しか
つ絡合しあって形成する繊維塊１であって、該繊維塊の
表面に２個所の融着固定部２ａ、２ｂを有する構造から
なっている。繊維塊の内部は、捲縮した繊維の三次元方
向への伸張と絡合により９０〜９８％という高い空隙率
を保持し、相互に連結した無数の微細な空隙からなる多
孔質構造を有している。この微細な多孔質構造は、汚水
中の懸濁固形物（ＳＳ）を捕捉し、汚水の自己浄化を促
進する好気性微生物の進入や着床を助け、その増殖作用
の助成するのに適している。繊維塊の空隙率が９０％未
満では、繊維が過密になり、ＳＳの捕捉や微生物の着床
にも悪影響を与え、浄化作用が低下する。繊維塊の空隙
率が９８％を越えると、多孔質構造が過粗となり、濾過
捕集効果が劣るものとなる。

【０００７】本発明の繊維成形物は、この繊維塊の表面
に有する少なくとも２個所の融着固定部が繊維塊全ての
繊維の拘束点となって繊維塊の形状を維持している。こ
のような構造により、本発明の繊維成形物を構成する繊
維は少なくともその両端で他の繊維と固定されているの
で、外圧により繊維塊が変形しても、外圧が除去される
と原形に復帰しようとする復元力が働く。したがって、
繊維成形物は弾力性を有し、その形状は外圧に応じて可
逆的に変形・復元する。また、熱融着固定部以外の繊維
同士は交絡によってのみ拘束されているので比較的自由
に位置を移動でき、繊維塊の変形に対して緩衝作用が働
いて外圧による繊維塊の変形を防ぐと共に、変形による
空隙率の変化を少なくする。このような作用は、捕捉し
た懸濁固形物の保持や着床した微生物の自浄作用を活性
化する上で重要な役割を有しており、従来の短繊維を単
に丸めて繊維塊とした排水処理用濾材では得られない、
本願発明の特徴をなしている。

【０００８】短繊維の絡み合いと部分的な接着により形
状を保持する繊維塊の場合では、浄化槽内の攪拌水流に
よる水圧で容易に変形を生じ、空隙率を減少させる。そ
のため懸濁固形物の捕捉、堆積及び微生物の進入、着床
に必要な面積も減少する。これに対し本発明の繊維成形
物のは、捲縮を有する繊維が三次元方向に拡散され、か
つ絡合した繊維集合束が熱融着固定部の両端でのみ固定
され、繊維塊内部では繊維同士は交絡によってのみ拘束
されて形成されたマリモ調の小球であるため、内部空隙
率及び繊維表面積が大きく、変形に対する復元作用が働
き変形を受けにくい。従って、繊維成形物の全表面が長
期間安定して懸濁固形物及び微生物の進入経路となって
それらを捕捉、着床増殖させ、濾過及び浄化作用に貢献
する。 また本発明の繊維成形物は、繊維塊が変
形せずに攪拌水流に追従して浮遊回動し、表面の融着固
定部が刃の役目をして浄化槽壁に蓄積した汚泥や水垢等
を積極的に掻き落とす作用があり、一層浄化作用を促進
する。さらに本発明の繊維成形物は、捲縮した熱可塑性
繊維の長繊維で構成されるので毛羽抜けがなく、微生物
増殖用坦体として長期間の使用が可能である。

【０００９】本発明の繊維成形物に用いられる熱可塑性
繊維としては、ポリアミド、ポリエステル、低融点共重
合ポリエステル、ポリビニリデンクロライド、ポリビニ
ルアセテ−ト、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエ
チレン、二元系及び三元系共重合ポリオレフィン等の熱
可塑性樹脂からなる繊維が例示できる。二元系共重合ポ
リオレフィンとしては、プロピレンを主体とするエチレ
ンまたはブテン−１とのポリプロピレン二元共重合体
が、三元系共重合ポリオレフィンとしては、プロピレン
を主体としこれにエチレン、ブテン−１、４−メチルペ
ンテン−１から選ばれる少なくとも２種のオレフィンと
のポリプロピレン三元共重合体が例示できる。これら熱
可塑性樹脂は、そのいずれか１種からなる繊維、２種以
上からなる複合繊維、あるいはそれらの繊維の混合物と
して使用できる。これらの熱可塑性繊維に捲縮を付与す
る方法として、長繊維束をスタフィングボックス法また
はギャ−式クリンパ−等を利用することができる。捲縮
の形態もスパイラル、Ｕ字形等三次元的なもの、ジグザ
グ状の二次元的なもの、また粗いもの、密なもの、それ
らの混在したもの等特に限定されない。

【００１０】熱可塑性繊維が複合繊維である場合は、前
記熱可塑性樹脂の中から融点差が少なくとも１０℃以上
のものを選び、並列型構造または鞘芯型偏心構造に複合
紡糸し、低融点成分の軟化点以上融点以下の温度で熱延
伸することにより、各成分に存在する内部歪の解消にと
もなって発現するスパイラル捲縮を付与することができ
る。このスパイラル捲縮を有する複合繊維に更に機械捲
縮を施すことは、複雑に伸張し絡合した三次元繊維構造
が得られ好ましい態様である。複合させる熱可塑性樹脂
の好ましい組み合わせとしては、ポリエチレン／ポリプ
ロピレン、低融点共重合ポリエステル／ポリエステル、
二元または三元系共重合ポリプロピレン／ポリプロピレ
ン等が例示できるが、これらに限定されるものではな
い。また低融点成分と高融点成分の重量比率は、捲縮の
発現を阻害しない限りにおいて、８０／２０〜２０／８
０の範囲で適宜選定できる。

【００１１】本発明ので使用する熱可塑性繊維の繊度
は、通常３ｄ〜１００ｄ、好ましくは３ｄ〜６０ｄであ
るが、特に限定されるものではない。また、その捲縮数
は、３ｄ〜６ｄ前後の細繊度の繊維では３０〜４０山／
２５ｍｍ、８ｄ〜２８ｄ前後の中繊度の繊維では１５〜
３０山／２５ｍｍ、３０ｄ〜８０ｄ前後の太繊度の繊維
では５〜１０山／２５ｍｍ程度のものが用いられるが、
これに限定されるものではなく、目的とする作用効果を
妨げない範囲で自由に選択できる。更に、複数種の繊維
を混合して用いることは、収縮差の異なるものの混合、
繊度の異なるものの混合、繊維断面の異なるものの混
合、あるいは捲縮数の異なるものの混合等多用は手段に
より、繊維塊の多孔質構造を一層複雑で微細な三次元編
み目構造とすることができ、懸濁固形物の捕捉及び好気
性微生物の増殖作用を促進する上で好ましい態様であ
る。

【００１２】捲縮が付与され、三次元方向に伸張、絡合
した熱可塑性長繊維束を、その長手方向に所定間隔で熱
圧着して融着固定部とする。次いで、この融着固定部に
おいて繊維束を切断することにより、繊維塊の表層部両
側に２個所の融着固定部が形成された本発明の繊維成形
物が得られる。好ましい形状の繊維塊が得られる融着固
定部の間隔は、熱可塑性繊維の繊度、繊維束の太さ（総
繊度）、捲縮の程度・形状等により最適な位置が定まる
が、簡単な試行試験で容易に選定することができる。熱
圧着手段は、通常一対の加熱凸ロ−ルを用い、使用する
熱可塑性繊維の融点以上の温度、または複合繊維束ある
いは混繊束にあっては、低融点成分の融点以上高融点成
分側の融点以下の温度で融着固定が行われるが、この手
段に限定されるものではない。また、融着固定部を形成
する熱圧着は、長繊維束の長手方向に対して直交、斜
交、Ｘ形斜交等任意の角度を選ぶことができる。特にＸ
形斜交にすると融着固定部が４個所となり、一層繊維塊
の形状保持が安定化する。

【００１３】融着固定部を一つ置きに切断することによ
り、２個の繊維塊が融着固定部で接続された、２連式の
繊維成形物を得ることができる。同様に、切断する融着
固定部の間隔を拡げることにより複数個の繊維塊が連結
した繊維成形物を得ることができる。複数個の繊維塊が
連結したものでは、融着固定部による繊維塊の形状保持
作用が隣接する融着固定部同士で支持しあう結果、長期
間使用した後も１個ずつの繊維塊からなるものより形状
の崩れが小さい。切断の手段としては、カッターを用い
る方法あるいは熱圧着と同時に溶断する方法が用いられ
る。本発明においては、熱可塑性繊維の種類、融着固定
部及び切断点の間隔等を選ぶことにより、種々の大きさ
の種々の形状の繊維成形物を得ることができる。このよ
うにして得られた繊維成形物は、汚水浄化用の濾過材や
微生物担体の他に、農園芸用資材、家具等の詰め物、包
装用の緩衝材、さらには飾り玉等装飾品として利用でき
汎用性に富んでいる。

【００１４】

【実施例】次に本発明を実施例及び比較例により具体的
に説明する。 （実施例１）結晶性ポリプロピレン（ＭＦＲ１０：ｇ／
１０分、２３０℃）と高密度ポリエチレ（ＭＦＲ２２：
ｇ／１０分、１９０℃）とを、紡糸温度をポリプロピレ
ン側を３００℃、ポリエチレン側を２００℃とし、複合
比（体積）５０／５０で並列型に複合紡糸し、延伸温度
１１０℃で４．０倍に延伸して、単糸繊度１８デニ−ル
からなり、総繊度６万デニ−ルの長繊維束（トウ）を得
た。このトウは２０山／２５ｍｍのスパイラル捲縮した
繊維が三次元方向に伸張し絡合し合っていた。このトウ
を、その長手方向に６０ｍｍ間隔で、ヒ−トシ−ル機に
よりポリエチレンの融点以上の温度で長手方向に対して
直交した形状に熱圧着し、融着固定部と直径略２０ｍｍ
の球状繊維塊が交互に連結した成形物を得た。この連結
成形物の融着固定部の中心を切断して、それぞれの球状
繊維塊の表層部両側に２個所の融着固定部を有する本発
明の繊維成形物を得た。この繊維塊の空隙率は、９５％
であった。底部に多孔板を有し、高さ２００ｃｍ、内径
５０ｃｍの曝気槽内に６０ｃｍの高さまで上記の繊維成
形物を水処理用媒体として充填した。この曝気槽上部か
ら活性汚泥処理した原水（ＳＳ＝１８〜２０ｍｇ／ｌ）
を濾過速度１ｍ／ｍｉｎで通水し、多孔板の下側から空
気を吹き込む曝気処理を５日間連続して継続した後、処
理水のＳＳ及びＢＯＤを測定した。その後、１分間逆洗
を行い、液抜きして、曝気槽の内壁と濾材の状況を観察
し、その結果を表１に示す。

【００１５】（実施例２）実施例１と同様の原料を用い
て紡糸、延伸して、単糸繊度１８デニ−ル、６山／２５
ｍｍのスパイラル捲縮を有する複合繊維が三次元方向に
拡散、絡合した総繊度６万デニ−ルの長繊維束（トウ）
を得た。引き続き実施例１同様にこのトウの融着固定、
切断を行い表層部両側に２個所の融着固定部を有する球
状繊維塊を得た。この繊維塊の空隙率は、９７％であっ
た。得られた繊維塊を水処理用媒体として、実施例１と
同様の曝気テストを行った。得られた結果を表１に示
す。

【００１６】（実施例３）実施例１と同様の原料を用い
て紡糸、延伸を行い、４０山／２５ｍｍの捲縮を有する
単糸繊度６デニ−ルの複合延伸糸とし、スパイラル捲縮
により繊維が三次元方向に伸張、絡合した総繊度６万デ
ニ−ルの長繊維束（トウ）を得た。引き続き実施例１同
様にトウの融着固定、切断を行い表層部両側に２個所の
融着固定部を有する繊維塊を得た。この繊維塊の空隙率
は９０％であった。得られた繊維塊を水処理用媒体とし
て、実施例１と同様の曝気テストを行った。得られた結
果を表１に示す。

【００１７】（比較例１）単糸繊度１０デニ−ル、繊維
長３８ｍｍのポリプロピレン短繊維（融点１６０℃）
と、単糸繊度１０デニ−ル、繊維長３８mmのポリエチレ
ン短繊維（融点１３２℃）とを重量比１：１で混繊し、
カ−ド機を通して６万デニ−ルのスライバ−トウを得
た。このスライバ−トウを８０ｍｍ間隔で長手方向に切
断した後、１３５℃に調整されたベルトコンベア−式熱
風循環ドライヤ−を１５秒間通過させて、ポリエチレン
の熱融着によりポリプロピレン短繊維同士が接着された
球状の繊維成形塊（直径約１８ｍｍ）を得た。この球状
繊維塊の空隙率は、９１％であった。得られた球状繊維
塊を水処理用媒体として、実施例１と同様の曝気テスト
を行った。得られた結果を表１に示す。

【００１８】（比較例２、３）実施例１で得られた連結
成形物を、融着固定部と融着固定部との間の房状部分で
切断して、１個の融着固定部を中央部に有する空隙率９
３％の小片繊維塊を得た。（比較例２） この小片繊維塊を、特公平４−１１０１号の実施例１に
示された熱処理装置を用いて、１３０℃の熱風に浮遊さ
せて３分間の熱処理を施すことにより、融着固定部を中
心として周囲に放射状に繊維が伸張した球状繊維塊を得
た。この球状繊維塊は繊維にスパイラル捲縮が発現し、
空隙率は９１％であった。（比較例３）これらの両繊維
塊を、実施例１と同様にして水処理用媒体としての評価
を行った。それらの結果を表１に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【発明の効果】本発明の繊維成形物は、水処理用媒体と
して用いたとき、排水中のＳＳの捕捉、ＢＯＤの減少及
び圧損が少ない等濾過効率が良く、更に構成する繊維の
流出が無く、逆洗時における壁面汚染の洗浄効果が優
れ、しかも容易で安価に製造出来るものであるため、濾
過材、汚水浄化材等として好適である。また、弾力性や
装飾性に優れているので、包装用の緩衝材や飾り玉等に
も利用できる。

【００２０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の繊維成形物の１例を示す模式図であ
る。

【図２】本発明の繊維成形物の他の例を示した模式図で
ある。

【符号の説明】

１，１ａ，および１ｂ：繊維塊 ２ａ，２ｂ，および２ｃ：融着固定部

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】捲縮を有する熱可塑性繊維が絡合しあい、
   かつ三次元方向に伸長して形成する繊維塊からなり、該
   繊維塊の表面に少なくとも２箇所存在する融着固定部に
   よって繊維塊の形状が維持されており、かつ該融着固定
   部が掻き落とし刃の役目をすることを特徴とする繊維成
   形物。
2. 【請求項２】熱可塑性繊維が長繊維糸である請求項１に
   記載の繊維成形物。
3. 【請求項３】熱可塑性繊維の捲縮数が５山／２５mm以上
   である請求項１または２に記載の繊維成形物。
4. 【請求項４】繊維塊の空隙率が９０〜９８％である請求
   項１〜３のいずれかに記載の繊維成形物。
5. 【請求項５】融着固定部を介して２個以上の繊維塊が連
   結されている請求項１〜４のいずれかに記載の繊維成形
   物。
6. 【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の繊維成形
   物を用いた微生物増殖用担体。
7. 【請求項７】請求項１〜５のいずれかに記載の繊維成形
   物を用いた排水処理用濾材。
8. 【請求項８】三次元方向に伸長しかつ絡合しあった捲縮
   を有する熱可塑性繊維の束を、長手方向に所定間隔で集
   束し、加熱し、圧着して融着固定部を形成し、該融着固
   定部の一部の個所又は全個所を切断することにより掻き
   落とし刃の役目をする融着固定部を形成することを特徴
   とする繊維成形物の製造方法。
9. 【請求項９】融着固定部の形成を一対の加熱凸ロ−ルに
   よって行う請求項８に記載の繊維成形物の製造方法