JP3644812B2

JP3644812B2 - 筒状フィルタ

Info

Publication number: JP3644812B2
Application number: JP35226297A
Authority: JP
Inventors: 貴常盤; 均小林
Original assignee: Japan Vilene Co Ltd
Current assignee: Japan Vilene Co Ltd
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1997-12-05
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2017-12-05
Also published as: JPH11165010A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流体中の固形物を濾過することのできる筒状フィルタ、好適には、液体中の固形物を濾過することのできる筒状フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、液体中の固形物を濾過できるフィルタとして、メルトブロー法やジェット紡糸法などによって形成した微細な繊維からなる不織布を、多孔筒の周囲に巻回したものが知られている。
例えば、特開平３−２７８８１０号公報には、メルトブロー法やジェット紡糸法などによって作製された不織布（緻密層）と、メルトブロー法、フラッシュ紡糸法、スパンボンド不織布、繊維接着型不織布、水流絡合不織布、或いはニードルパンチ不織布（拡散層）とを積層し、この積層不織布を多孔筒に巻回したカートリッジフィルタが開示されている。このカートリッジフィルタは微粒子を高い捕集効率で捕集することができ、しかも目詰まりが生じにくく、使用寿命の長いものである。
ところが、このカートリッジフィルタをトルエン中に含まれる固形物を濾過するために使用したところ、カートリッジフィルタ全体が膨潤してしまい、リークが生じたり、所定濾過精度が得られないなど、使用に耐えないものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、どのような流体に対しても使用することができ、しかも所定の濾過精度を有する筒状フィルタを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の流体中の固形物を濾過する筒状フィルタは、この流体により膨潤しない多孔筒の周囲に、その流体により膨潤する不織布（以下、「膨潤不織布」ということがある）が、その流体により膨潤しない不織布（以下、「非膨潤不織布」ということがある）の内側となるように巻回された構造を有し、該膨潤する不織布がポリプロピレン繊維からなるメルトブロー法又はジェット紡糸法により製造された不織布からなるものである。このように、膨潤不織布は膨潤しない多孔筒と非膨潤不織布とによって挟まれているため、ほとんど膨潤が生じない。したがって、本発明の筒状フィルタはどのような流体に対しても使用することができ、しかも所定の濾過精度を発揮することができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の筒状フィルタにおいては、多孔筒と非膨潤性不織布とによって膨潤不織布を挟持して、膨潤不織布の膨潤を抑えることができるように、多孔筒として、処理流体により膨潤しないものを使用する。この多孔筒の材質、穴の形状、穴の大きさ、穴の比率などは特に限定されるものではない。また、この多孔筒は常法の成形方法によって容易に製造することができる。
【０００６】
なお、本発明において「処理流体により膨潤しない」とは、次のようにして得られる膨潤率が１％以下のものをいう。
まず、試験片（例えば、多孔筒）を約１０ｃｍ角に裁断し、面積Ａを測定する。次いで、実際に処理する流体（例えば、トルエン溶液）で満たした容器中に、前記の試験片を入れて（液体の場合、浸漬する）、２４時間放置する。その後、容器から試験片を取り出し、試験片の面積Ｂを測定する。この時、（Ｂ／Ａ−１）×１００の式から算出される値を膨潤率（％）という。
【０００７】
本発明においては、このような多孔筒の周囲に、処理流体により膨潤する膨潤不織布が、その処理流体により膨潤しない非膨潤不織布の内側となるように巻回されているため、膨潤不織布の膨潤が抑制され、所定の濾過精度を発揮することができる。
なお、この膨潤不織布の「処理流体により膨潤する」とは、前述の「処理流体により膨潤しない」場合と同様の操作により得られる膨潤率が３％以上のものをいう。
【０００８】
この膨潤不織布は濾過精度を高めるために使用するため、この膨潤不織布の平均繊維径は０．５〜５０μｍ（より好ましくは０．５〜３５μｍ）で、平均最多孔径は１〜５０μｍ（より好ましくは１〜３５μｍ）であるのが好ましい。
なお、本発明における平均繊維径とは、不織布構成繊維の任意の１００点において測定した繊維径の平均値をいう。なお、不織布構成繊維が異形断面形状を有する場合には、その断面積と同じ面積を有する円の直径を繊維径とみなす。また、最多孔径は孔径分布測定機（ＣＯＵＬＴＥＲ社製、ＣＯＵＬＴＥＲＰＯＲＯＭＥＴＥＲ）を用いて孔径を測定し、その結果、孔径分布の最も多い孔径値をいう。
【０００９】
この膨潤不織布の厚さは特に限定するものではないが、１．５ｍｍを越えると、膨潤の程度が大き過ぎて非膨潤不織布などによる膨潤の抑制効果が低い場合があり、０．３ｍｍ未満であると、所望の濾過精度を得ることができない場合があるため、０．３〜１．５ｍｍの厚さであるのが好ましく、０．４〜１．２ｍｍの厚さであるのがより好ましい。
【００１０】
また、膨潤不織布の面密度は上記の厚さを満たすことができるように、６０〜１００ｇ／ｍ²であるのが好ましく、７０〜９０ｇ／ｍ²であるのがより好ましい。
【００１１】
このような濾過精度に優れる膨潤不織布は、例えば、メルトブロー法やジェット紡糸法などにより容易に得ることができる。このような方法により製造した不織布は製造する際に繊維が延伸されていないためか、本来であれば処理流体によって膨潤しない樹脂成分からなる場合であっても膨潤する場合がある。例えば、処理流体が常温のトルエン溶液やキシレン溶液である場合に、メルトブロー法により製造したポリプロピレンからなる不織布は膨潤する。
【００１２】
このようなメルトブロー法やジェット紡糸法などにより製造される不織布を構成する樹脂成分としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステルなどを例示できる。これらの中でも濾過精度に優れるように繊維径を小さくすることが容易で、しかも汎用性に優れているポリプロピレンが好適である。
【００１３】
このような膨潤不織布は濾過精度の点で優れるものであるが、膨潤の問題が生じるため、非膨潤不織布と膨潤しない多孔筒で挟むことにより膨潤不織布の膨潤を抑制している。
【００１４】
この非膨潤不織布は膨潤不織布の膨潤を抑制する作用以外に、処理流体の拡散層としての働きや、プレフィルタ層としての働きをするように、処理流体流入側に最も近い膨潤不織布と非膨潤不織布とが次の関係を満たすのが好ましい。つまり、処理流体流入側に最も近い膨潤不織布と非膨潤不織布との平均繊維径及び最多孔径の差が大きいと、濾過効率の差が大きくなり過ぎるため、処理流体流入側に最も近い膨潤不織布と非膨潤不織布との差が、平均繊維径において３５μｍ以内、最多孔径において２８μｍ以内であるのが好ましい。したがって、非膨潤不織布の平均繊維径は、３５．５〜８５μｍ（より好ましくは３５．５〜７０μｍ）で、平均最多孔径は２９〜７８μｍ（より好ましくは２９〜６３μｍ）であるのが好ましい。
【００１５】
この非膨潤不織布の厚さは特に限定するものではないが、０．１〜１ｍｍ程度であるのが好ましく、０．２〜０．８ｍｍ程度であるのがより好ましい。また、非膨潤不織布の面密度は１０〜１００ｇ／ｍ²程度であるのが好ましく、１５〜８０ｇ／ｍ²程度であるのがより好ましい。
【００１６】
このような非膨潤不織布は、例えば、カード法、エアレイ法、或いはスパンボンド法などの乾式法によって形成した繊維ウエブを、水流やニードルパンチにより絡合したり、繊維ウエブを構成する繊維を部分的又は全体的に融着したり、接着剤により部分的又は全体的に接着したり、或はこれらの方法を適宜組み合わせることによって製造できる。なお、スパンボンド法により繊維ウエブを形成した場合には、繊維ウエブを結合するための処理を省略することができる。これらの中でも、スパンボンド法又は水流絡合法により形成した非膨潤不織布は、繊維同士が強固に固定されておらず、多孔筒に巻回する際の荷重によって容易に嵩を減じ、粗密構造を形成しやすいので、好適に使用できる。
【００１７】
この非膨潤不織布は、例えば、レーヨン繊維などの再生繊維、アセテート繊維などの半合成繊維、ナイロン繊維、ビニロン繊維、ビニリデン繊維、ポリ塩化ビニル繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ポリエチレン繊維やポリプロピレン繊維などのポリオレフィン系繊維、ポリウレタン繊維などの合成繊維、綿や麻などの植物繊維、羊毛などの動物繊維、或いは二種類以上の樹脂成分からなる、分割性、融着性、巻縮発現性などを有する複合繊維の中で、処理流体によって膨潤しない繊維１種類以上から構成される。例えば、処理流体がトルエン溶液やキシレン溶液の場合、ポリエステル繊維から非膨潤不織布はこの処理流体によって膨潤しないので好適に使用できる。
【００１８】
したがって、処理流体がトルエン溶液又はキシレン溶液の場合、流体により膨潤する不織布がポリプロピレン繊維からなるメルトブロー不織布であり、流体により膨潤しない不織布がポリエステル繊維からなるスパンボンド不織布又は水流絡合不織布であるのが最も好ましい。
【００１９】
本発明の筒状フィルタを構成する不織布としては、基本的に上述の膨潤不織布と非膨潤不織布とからなるが、前述の膨潤率が１％を越え、３％未満の準膨潤不織布を併用しても良い。また、いずれの不織布（つまり、膨潤不織布、準膨潤不織布、非膨潤不織布）も平均繊維径、平均最多孔径、厚さ、面密度、製造方法、不織布構成繊維のいずれか１つ以上の点において相違する、種類の異なる不織布を２種類以上併用しても良い。
例えば、本発明の筒状フィルタにおいて濾過精度を左右するのは、主として膨潤不織布であるため、平均繊維径及び／又は平均最多孔径の異なる膨潤不織布を２種類以上使用することにより、段階的に固形分を濾過し、濾過寿命のより長い筒状フィルタを製造することができる。
【００２０】
また、筒状フィルタの最外層として、非膨潤不織布よりも平均繊維径及び／又は平均最多孔径が大きく、しかも処理流体によって膨潤しない樹脂成分からなる織物、編物、或はネットなどを配置することもできる。
【００２１】
本発明の筒状フィルタは前述の処理流体により膨潤しない多孔筒の周囲に、膨潤不織布が非膨潤不織布の内側となるように巻回され、膨潤不織布全体が膨潤しない多孔筒と非膨潤不織布との間に存在することになるため、膨潤不織布の膨潤が抑制される。
【００２２】
なお、この膨潤不織布が非膨潤不織布の内側に存在するとしても、膨潤不織布のみからなる領域が広くなると、膨潤不織布の膨潤を抑制することが困難となる場合があり、又、濾過性能や拡散性能を高めて濾過寿命がより長くなるように、膨潤不織布と非膨潤不織布とが交互に積層された領域を有するのが好ましい。このような膨潤不織布と非膨潤不織布とが交互に積層された領域は、例えば、非膨潤不織布の上に膨潤不織布を積層した後、膨潤不織布が内側（多孔筒側）となるように前記多孔筒に巻き付けることにより、容易に製造することができる。
【００２３】
また、膨潤不織布が筒状フィルタの最外層付近に存在すると、膨潤抑制作用が作用しにくい傾向があるため、膨潤不織布以外からなる領域（好適には非膨潤不織布のみからなる領域）が、筒状フィルタの最外層から不織布巻回層の厚さの６分の１の距離以上まで伸びているのが好ましく、筒状フィルタの最外層から不織布巻回層の厚さの３分の１の距離以上まで伸びているのがより好ましく、筒状フィルタの最外層から不織布巻回層の厚さの５分の２の距離以上まで伸びているのが最も好ましい。
【００２４】
このような本発明の筒状フィルタは、例えば、次のような方法で製造することができる。
まず、処理流体により膨潤しない多孔筒、膨潤不織布、及び非膨潤不織布を用意する。次いで、各不織布を所要長さに裁断する。その後、非膨潤不織布上に膨潤不織布を適宜箇所に積層する。そして、この積層不織布の膨潤不織布が内側（多孔筒側）となるように、多孔筒の周囲に巻き付けることにより、本発明において好適である、膨潤不織布と非膨潤不織布とが交互に積層された領域を有する筒状フィルタを製造できる。このように、本発明の筒状フィルタは非常に簡単に製造することができる。
【００２５】
また、膨潤不織布の長さを非膨潤不織布の長さよりも短くし、膨潤不織布を非膨潤不織布の一端側に偏在するように積層し、この積層不織布の膨潤不織布を偏在させた一端側から、膨潤不織布が内側（多孔筒側）となるように多孔筒に巻き付ければ、膨潤不織布以外からなる領域（この場合、非膨潤不織布のみからなる領域）が、筒状フィルタの最外層から不織布巻回層の厚さの６分の１の距離以上まで伸びている筒状フィルタを容易に製造することができる。
【００２６】
なお、積層した不織布を多孔筒に巻き付ける際の荷重は一定であっても、巻き始めから巻き終わりまで連続的に又は不連続的に可変であっても良いが、一定荷重であると、品質の安定した筒状フィルタを製造できる。この荷重が一定であっても、膨潤不織布が好適に存在する巻き始めの方がより大きな力が加わり、膨潤不織布の膨潤が抑制される。また、巻き始めの方がより大きな力が加わるため、膨潤不織布及び非膨潤不織布、場合によっては準膨潤不織布の厚みが潰され、粗密構造を形成し、より濾過性能に優れるという効果が生じる。
【００２７】
本発明の筒状フィルタは上述のように、どのような流体に対しても所定の濾過精度を示すので、様々な流体（例えば液体、気体）中に含まれる固形物を濾過するために使用することができ、特に、食品・飲料、電子、医薬、化学、水処理、写真、塗料、メッキ、染色、機械・鉄鋼など各製造プロセスにおいて使用する、又は使用した液体などの濾過に使用することができる。
【００２８】
以下に、本発明の実施例を記載するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、膨潤率は８０％キシレン溶液と、１００％トルエン溶液に対する値を記載した。
【００２９】
【実施例】
（実施例１）
直径２．５ｍｍの円形状の穴を有し、内径が２．８ｃｍで肉厚が０．６７ｍｍのステンレス製多孔筒（いずれの溶液に対しても膨潤率０％、多孔筒全表面積に対する全穴の面積の比率が１１％）を用意した。
【００３０】
また、ポリエステル繊維からなり、平均繊維径３７μｍ、平均最多孔径５０μｍ、面密度７０ｇ／ｍ²、厚さ０．３ｍｍのスパンボンド不織布（非膨潤不織布）を用意した。このスパンボンド不織布はキシレン溶液に対する膨潤率が０％であり、トルエン溶液に対する膨潤率も０％であった。
【００３１】
他方、ポリプロピレン繊維からなり、平均繊維径４μｍ、平均最多孔径２３μｍ、面密度８０ｇ／ｍ²、厚さ１．２ｍｍのメルトブロー不織布Ａ（膨潤不織布Ａ）を用意した。このメルトブロー不織布Ａはキシレン溶液に対する膨潤率が７．３％であり、トルエン溶液に対する膨潤率は９．５％であった。
【００３２】
また、ポリプロピレン繊維からなり、平均繊維径５．２μｍ、平均最多孔径２５μｍ、面密度８０ｇ／ｍ²、厚さ１．１ｍｍのメルトブロー不織布Ｂ（膨潤不織布Ｂ）を用意した。このメルトブロー不織布Ｂはキシレン溶液に対する膨潤率が７．１％であり、トルエン溶液に対する膨潤率は９．４％であった。
【００３３】
更に、ポリプロピレン繊維からなり、平均繊維径７．１μｍ、平均最多孔径３４μｍ、面密度８０ｇ／ｍ²、厚さ１ｍｍのメルトブロー不織布Ｃ（膨潤不織布Ｃ）を用意した。このメルトブロー不織布Ｃはキシレン溶液に対する膨潤率が７．３％であり、トルエン溶液に対する膨潤率は９．４％であった。
【００３４】
次いで、非膨潤不織布を８００ｃｍ長に、膨潤不織布Ａ〜Ｃをそれぞれ４０ｃｍ長に裁断した後、非膨潤不織布の一端と膨潤不織布Ａとの一端とが一致するように膨潤不織布Ａを非膨潤不織布に積層し、次いで、膨潤不織布Ａの他端と膨潤不織布Ｂの一端とが接触するように膨潤不織布Ｂを非膨潤不織布上に積層し、更に、膨潤不織布Ｂの他端と膨潤不織布Ｃの一端とが接触するように膨潤不織布Ｃを非膨潤不織布上に積層した。
【００３５】
次いで、この積層不織布の膨潤不織布Ａがステンレス製多孔筒と接触するように、積層不織布をステンレス製多孔筒の周囲に荷重一定（０．３ＭＰａ）で巻き付けて、内径２．８ｃｍ、外径６．３ｃｍ、長さ２５ｃｍの筒状フィルタを作製した。なお、非膨潤不織布のみからなる領域が筒状フィルタの最外層から不織布巻回層の厚さの２分の１の距離まで伸びていた。
【００３６】
（実施例２）
ポリエステル繊維１００％をカード機により開繊した後、水流により絡合させた、平均繊維径４０μｍ、平均最多孔径５２μｍ、面密度６０ｇ／ｍ²、厚さ０．７ｍｍの水流絡合不織布（非膨潤不織布）を用意した。この水流絡合不織布はキシレン溶液に対する膨潤率が０％であり、トルエン溶液に対する膨潤率も０％であった。
また、実施例１と同じ多孔筒及び膨潤不織布Ａ〜Ｃを用意した。
【００３７】
次いで、実施例１と全く同様に、水流絡合不織布上に膨潤不織布Ａ〜Ｃを積層した後、この積層不織布の膨潤不織布Ａがステンレス製多孔筒と接触するように巻き付けて、内径２．８ｃｍ、外径６．３ｃｍ、長さ２５ｃｍの筒状フィルタを作製した。なお、非膨潤不織布のみからなる領域が筒状フィルタの最外層から不織布巻回層の厚さの３分の１の距離まで伸びていた。
【００３８】
（比較例）
ポリプロピレン繊維からなり、平均繊維径３６μｍ、平均最多孔径５０μｍ、面密度７０ｇ／ｍ²、厚さ０．４ｍｍのスパンボンド不織布を用意した。なお、このスパンボンド不織布はキシレン溶液に対する膨潤率が８．６％であり、トルエン溶液に対する膨潤率は８．９％であった。
また、実施例１と同じ多孔筒及び膨潤不織布Ａ〜Ｃを用意した。
【００３９】
次いで、実施例１と全く同様に、スパンボンド不織布上に膨潤不織布Ａ〜Ｃを積層した後、この積層不織布の膨潤不織布Ａがステンレス製多孔筒と接触するように巻き付けて、内径３ｃｍ、外径６．３ｃｍ、長さ２５ｃｍの筒状フィルタを作製した。
【００４０】
（濾過精度）
８０％キシレン及び１００％トルエン溶液に、それぞれＪＩＳ８種の塵埃を分散させた濃度１０ｐｐｍの試験液に含まれる粒子数を、粒度分布測定機（ＣＯＵＬＴＥＲ社製、ＣＯＵＬＴＥＲＭｕｌｔｉｓｉｚｅｒII）により各粒径別に計測した。次いで、この試験液を均一に攪拌しながら、実施例１〜２及び比較例の筒状フィルタのそれぞれに、流量１０Ｌ／ｍｉｎで１分間通液した後の濾液を採取して、この１分後の濾液に含まれる粒子数を、粒度分布測定機（ＣＯＵＬＴＥＲ社製、ＣＯＵＬＴＥＲＭｕｌｔｉｓｉｚｅｒII）により各粒径別に計測した。次いで、それぞれの粒径における捕集効率を下記の式により算出し、１００％の捕集効率が得られる粒径を、その筒状フィルタの濾過精度とした。この結果は表１に示す通りであった。
捕集効率（％）＝｛（Ａ−Ｂ）／Ａ｝×１００
Ａ：濾過前の粒子数、Ｂ：濾過後の粒子数
【００４１】
【表１】

−−：膨潤によってリークが生じ、測定不可能
【００４２】
（筒状フィルタの膨潤率）
実施例１〜２及び比較例の筒状フィルタの断面積と長さを測定し、これらの値から筒状フィルタの体積を算出した。次いで、８０％キシレン溶液又は１００％トルエン溶液２Ｌ中に、実施例１〜２及び比較例の筒状フィルタをそれぞれ浸漬し、５分後に各筒状フィルタを取り出した。そして、取り出した各筒状フィルタの体積を同様に算出し、各筒状フィルタの膨潤率を次の式から算出した。この結果も表１に示す通りであった。
膨潤率（％）＝（Ｂ／Ａ−１）×１００
Ａ：浸漬前の筒状フィルタの体積、Ｂ：浸漬後の筒状フィルタの体積
【００４３】
表１から明らかなように、本発明の筒状フィルタは処理溶液による膨潤を抑制することができ、ハウジングと筒状フィルタとの密着性を維持できるためリークが生じず、しかも濾過精度にも優れるものである。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の流体中の固形物を濾過する筒状フィルタは、この流体により膨潤しない多孔筒の周囲に、その流体により膨潤する不織布が、その流体により膨潤しない不織布の内側となるように巻回された構造を有し、該膨潤する不織布がポリプロピレン繊維からなるメルトブロー法又はジェット紡糸法により製造された不織布からなるものである。このように、膨潤不織布は膨潤しない多孔筒と非膨潤不織布とによって挟まれているため、ほとんど膨潤が生じない。したがって、本発明の筒状フィルタはどのような流体に対しても使用することができ、しかも所定の濾過精度を発揮することができる。

Claims

流体中の固形物を濾過する筒状フィルタにおいて、該流体により膨潤しない多孔筒の周囲に、該流体により膨潤する不織布が、該流体により膨潤しない不織布の内側となるように巻回されており、該膨潤する不織布がポリプロピレン繊維からなるメルトブロー法又はジェット紡糸法により製造された不織布であることを特徴とする筒状フィルタ。
流体により膨潤する不織布と、流体により膨潤しない不織布とが、交互に積層された領域を有することを特徴とする、請求項１に記載の筒状フィルタ。
流体により膨潤する不織布以外からなる領域が、筒状フィルタの最外層から、不織布巻回層の厚さの６分の１の距離以上まで伸びていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の筒状フィルタ。
処理流体流入側に最も近い流体により膨潤する不織布と流体により膨潤しない不織布の平均繊維径の差が３５μｍ以内で、最多孔径差が２８μｍ以内であることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の筒状フィルタ。
流体により膨潤しない不織布がスパンボンド不織布又は水流絡合不織布であることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の筒状フィルタ。
流体がトルエン溶液又はキシレン溶液であり、流体により膨潤する不織布がポリプロピレン繊維からなるメルトブロー不織布であり、流体により膨潤しない不織布がポリエステル繊維からなるスパンボンド不織布又は水流絡合不織布であることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の筒状フィルタ。