JP3660055B2 - Cartridge filter and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は製薬・食品工業等における液体濾過用に好適な円筒状のカートリッジフィルター及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カートリッジフィルターは、通常、濾過層が中空円筒状に形成され、液体が濾過層を通過する間にこの濾過層が液体中の微粒子を捕捉する構造になっている。そしてこのカートリッジフィルターは、製薬工業、電子工業等における精製水の濾過、あるいは食品工業における飲料水製造工程内での液体濾過、自動車工業における塗装剤の濾過等、各種業界において広く利用されている。
【０００３】
そこで、従来より、様々な態様のカートリッジフィルターが提案されている。例えば、実開昭５９−１６２９１４号公報や実開昭６０−７９５２１号公報には多孔性芯筒に糸を巻き付けたカートリッジフィルターが、また特開平２−２１９１８号公報には熱接着性繊維を含むカードウェブを加熱しながら芯筒に巻き付けたものが提案されている。
【０００４】
また、高い濾過精度が要求される分野においては、濾材となるシート状物がひだ状に折りたたまれながら芯筒に巻き付けられてなる、いわゆるプリーツタイプのカートリッジフィルターが使用されている。このプリーツタイプのカートリッジフィルターにおいても、濾材として紙や不織布等の繊維質シートが使用されることが多い。そして高い濾過精度を確保するには、繊維間に形成される空隙（一般的にポアサイズで表される）が小さく、かつその空隙のサイズが均一なものを濾材として用いることが好ましいとされている。
【０００５】
かかる条件を満たすものとして、例えば、▲１▼メルトブロー不織布やスパンボンド不織布にカレンダー加工を施して繊維間空隙を小さくしたもの、▲２▼不織布にアクリル系やエポキシ系の樹脂を含浸させたもの、▲３▼四フッ化エチレンやガラス繊維を素材としたもの、等が提案され実用に供されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの濾材には以下のような問題がある。まず、スパンボンド不織布はその製造工程上、繊度の小さな繊維からなるものを得ることが難しく、これにカレンダー加工を施しても繊維間空隙を小さくさせるのには限界がある。
【０００７】
これに対し、メルトブロー不織布は１デニール以下の極細繊維で構成することができ繊維間空隙を小さくすることが可能であるため、濾材として最も汎用されている。しかし、その製造工程上、不織布中の繊維の繊度が不均一になりやすく、その結果繊維間空隙のサイズの分布が広くなる。従ってこれにカレンダー加工を施しても、空隙の大きな箇所が残存するおそれがある。繊維間空隙を小さくするためにはカレンダー加工を高温高圧で行うとよいが、温度及び圧力をあまり高くすると微細な繊維間空隙が閉塞されてしまうため、濾過流量が減少するという不都合が生じる。つまり、メルトブロー不織布を用いる場合、濾過精度か濾過流量のいずれか一方を犠牲にせざるを得ないのである。
【０００８】
一方、不織布にアクリル系、エポキシ系の樹脂を含浸させると、繊維間空隙が小さくなると同時にその分布のばらつきが是正されるので前記不都合は解消されるが、これらの樹脂は耐薬品性に劣るため用途が限定されるという問題がある。また、その製造工程において、樹脂を含浸させる工程が煩雑であるという問題もある。
【０００９】
四フッ化エチレンやガラス繊維を素材とするものは耐薬品性および濾過性能ともに優れているが、非常に高価であるため特殊用途にのみ限定使用されている。
【００１０】
即ち、濾過性能および耐薬品性に優れ、かつ経済的なプリーツタイプのカートリッジフィルターは未だ得られていないのが実情である。
【００１１】
本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、耐薬品性、濾過性能、経済性いずれにも優れたカートリッジフィルターを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のカートリッジフィルターは、繊維長２０mm以下の短繊維からなり、かつ構成繊維同士が交絡している不織布であって、構成繊維中に単糸繊度１．０デニール以下の極細繊維が含まれており、その極細繊維のうち少なくとも一種類が湿熱接着性を有するものであり、かつこの湿熱接着性を有する極細繊維によって、構成繊維同士が接着している不織布により濾過層が形成されていることを特徴とする。かかる不織布は極細繊維を含んでいるため、不織布中に形成される繊維間空隙が微細なものとなる。さらに、不織布中の繊維同士が接着されているため、繊維間空隙はより微細なものとなる。また、湿熱接着性を有する極細繊維は湿潤状態で加熱されるとゲル化して流動性を増し、その一部が周囲の繊維間空隙内へ部分的に侵入する。その結果、繊維間空隙が過度に閉塞されることなく微細化される。同時に繊維間空隙のサイズのばらつきも是正され均一化される。従って、この不織布を用いれば、濾過流量が大幅に減少することなく濾過精度が向上したカートリッジフィルターを得ることができる。
【００１３】
上記不織布は湿式不織布であることが望ましい。湿式不織布は、比較的短い繊維を水中に分散させたスラリーを抄紙して得られるものである。この不織布は、優れた均一性を有し、繊維間空隙のサイズ分布の範囲はメルトブロー不織布等のそれよりも狭い。従って、これを濾材として用いれば濾過性能をより向上させることができる。
【００１４】
湿熱接着性を有する極細繊維は、エチレン−ビニルアルコール共重合体からなるものであることが望ましい。この共重合体は、湿潤状態下において、比較的低温で接着性を示すため、これを含む不織布は湿熱接着処理を容易に行うことができる。
【００１５】
また、前記極細繊維は分割型複合繊維の分割により形成されたものであることが望ましい。極細繊維を出発材料として不織布を形成する場合に比べて均一な不織布を得ることができるからである。
【００１６】
また、分割型複合繊維は、エチレン−ビニルアルコール共重合体を第一成分、ポリオレフィン系重合体を第二成分とするものであることが望ましい。かかる分割型複合繊維は、湿熱接着性のエチレン−ビニルアルコール共重合体を一成分とするため、これを用いれば、湿熱接着処理を容易に行うことができる。また、オレフィン系樹脂のみで構成されているため耐薬品性に優れているという利点がある。
【００１７】
本発明においては、前記不織布を、芯筒上にひだ状に折りたたみながら巻き付けてプリーツタイプのカートリッジフィルターとすることが特に好ましい。かかる態様のフィルターにおいてこそ、この不織布の利点が最も効果的に発揮されるからである。
【００１８】
本発明のカートリッジフィルターの好ましい製造方法は、エチレン−ビニルアルコール共重合体を第一成分とし、ポリオレフィン系重合体を第二成分とする分割型複合繊維を含む繊維シートを湿式抄紙法により製造し、これに高圧水流処理を施して、分割型複合繊維を分割させて極細繊維を形成せしめると同時に繊維同士を交絡させた不織布を形成し、さらにこの不織布を湿潤状態にして、加熱温度７０〜１３０℃、圧力３０〜７０ｋｇ／ｃｍで、加熱加圧処理を施すことにより、湿熱接着性を有する極細繊維がゲル化し、ゲル化した湿熱接着性極細繊維の一部を不織布中の繊維間空隙内に侵入させ、繊維同士を接着させた不織布を用いて濾過層を形成する方法である。かかる方法により、微細な繊維間空隙が均一に形成された濾過層を有するフィルターを得ることができる。さらに、この方法によれば、加熱加圧処理の条件を適宜変更することにより繊維間空隙のサイズを任意に変更させることできる。以下、本発明の内容を具体的に説明する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明ではカートリッジフィルターの濾材として、繊維長２０mm以下の短繊維からなり、かつ構成繊維同士が交絡している不織布を採用する。かかる不織布は、湿式不織布であることが最も望ましい。湿式抄紙法によれば均一な不織布、即ち繊維間空隙のサイズのばらつきが比較的小さな不織布を得ることができるからである。そして本発明においては、不織布強力の向上を図るべく、構成繊維同士を交絡させることを特徴としている。繊維同士の交絡は後述するように水流の作用によって行うことが望ましい。
【００２０】
前記不織布には単糸繊度１デニール以下、より好ましくは０．５デニール以下の極細繊維が含まれていることが望ましい。繊維間空隙を微細なものにするためである。
【００２１】
本発明においては、極細繊維のうち少なくとも一種類が湿熱接着性を有するものであることが望ましい。そして、この湿熱接着性を有する極細繊維（以下、湿熱接着性極細繊維と略す場合がある）がゲル化し、ゲル化した湿熱接着性極細繊維の一部が不織布中の繊維間空隙内に侵入して、繊維同士を接着させれば、繊維間空隙をより微細なものにすることができる。ここで湿熱接着性を有する繊維とは、湿潤状態で加熱されるとゲル化し、ゲル化した状態で圧力を加えられることにより接着する性質を有するものをいう。湿熱接着性を有する素材としては、エチレン−ビニルアルコール共重合体やポリビニルアルコールが挙げられる。エチレンビニルアルコール共重合体は、耐薬品性に優れ、また約７０〜１３０℃と比較的低い温度で湿熱接着させることができるので、本発明では特にその使用が好ましい。
【００２２】
湿熱接着性極細繊維が不織布に占める割合は３０重量％以上７０重量％以下が好ましい。より好ましくは４０〜６０重量％である。３０重量％未満では、繊維間空隙を十分に微細化することができず、７０重量％を超えると繊維間空隙を過度に閉塞し、濾過流量の低下を招く。
【００２３】
湿熱接着性極細繊維以外の極細繊維の素材は特に限定されず、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン−プロピレン共重合体、ポリ４−メチルペンテン−１等のポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ナイロン６やナイロン６６等のポリアミド系樹脂、等からなる繊維を任意に使用することができる。特に、ポリオレフィン系重合体は耐薬品性に優れていることからも、その使用が好ましい。
【００２４】
極細繊維を得ることは技術的に難しく、また極細繊維を用いて湿式不織布を得ようとしても、細い繊維はスラリー中において絡み合いやすく不織布の均一性が低下する場合がある。そこで本発明においては、分割型複合繊維を用いて湿式抄紙法により繊維シートを製造し、分割型複合繊維を分割することによって極細繊維を形成させることが望ましい。
【００２５】
ここで、分割型複合繊維とは二種類以上の成分が交互に配列されてなり、物理的あるいは化学的な処理によって各構成成分に分割するようなものをいう。汎用されている分割型複合繊維は、第一成分（１）と第二成分（２）とからなり、図１から図４に示すような繊維断面を有するものである。
【００２６】
本発明においては、エチレン−ビニルアルコール共重合体を第一成分とし、ポリオレフィン系重合体を第二成分とする分割型複合繊維の使用が望ましい。ポリオレフィン系重合体としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン−プロピレン共重合体、ポリ４−メチルペンテン−１等が挙げられる。これらの組み合わせからなる分割型複合繊維を使用すれば、耐薬品性に優れ、また繊維同士の接着が良好な不織布を得ることができる。
【００２７】
分割型複合繊維は、その単糸繊度が１〜２０デニールであって、分割により形成される極細繊維の単糸繊度が１デニール以下となるようなものが好ましい。より好ましくは単糸繊度１〜８デニール、分割後の極細繊維の繊度が０．５デニール以下となるものである。
【００２８】
極細繊維が不織布に占める割合は７０重量％以上であることが好ましい。７０重量％未満では濾過精度を向上させるに至らないからである。より好ましくは７５〜９０重量％である。従って、分割型複合繊維を使用する場合は、分割後に形成される極細繊維の占める割合が上述した範囲内になるよう、分割率等を考慮してその含有量を決定する必要がある。
【００２９】
極細繊維が前述した範囲内の割合で占められていれば、湿式不織布には他の繊維が含まれていても良い。他の繊維として、例えば、湿式抄紙する際に糊剤として作用する繊維、いわゆるバインダー繊維を使用すれば不織布強力を高めることができる。バインダー繊維の素材としてはビニロン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン等が挙げられる。また、三井石油化学工業（株）から販売されている「ＳＷＰ(商品名)」のようなポリオレフィン系のパルプ状多分岐繊維を使用することもできる。
【００３０】
バインダー繊維等を混合する場合も、混合する繊維の繊度はできるだけ小さいことが望ましい。繊度の大きな繊維が不織布中に存在すると大きな繊維間空隙が形成されやすくなり、濾過性能に好ましくない影響を及ぼす。また、バインダー繊維等の含有量は３０重量％以下であることが好ましい。より好ましくは５〜２０重量％である。含有量が３０重量％を超えると極細繊維の占める割合が減って濾過性能が低下する。
【００３１】
湿式不織布を構成する繊維の繊維長は、２０mm以下であることが望ましい。より好ましくは３mm以上２０mm以下である。３mm未満では繊維同士が交絡しにくい。２０mmを超えるとスラリー中で繊維同士が絡み合いやすくなり、均一な不織布を得ることが難しくなる。
【００３２】
本発明では、不織布の目付は、２０ｇ／ｍ2 以上２００ｇ／ｍ2 未満であることが望ましい。目付が２０ｇ／ｍ2 未満の不織布においては、均一な繊維間空隙が形成されにくく、これを用いれば濾過性能が低下するおそれがある。２００ｇ／ｍ2 を超えると不織布の厚みが増して、濾過流量の減少を招くため好ましくない。また、プリーツタイプのカートリッジフィルターを製造する場合には、濾材の厚みが増すと一定周長におけるプリーツの山数が少なくなる。プリーツの山数の減少は、濾過面積の減少に繋がり好ましくない。
【００３３】
次に、本発明のカートリッジフィルターを製造する方法について説明する。
不織布は通常の湿式抄紙法に従って製造することができる。分割型複合繊維を用いる場合はスラリー調製の際に加えられる叩解力によって分割がある程度進行するが、あまり進行しすぎると分割された繊維同士がスラリー中で絡み合って、最終的に得られる不織布の均一性が低下することに留意する必要がある。従って、ここでは分割率を３０％以下に抑えることが望ましい。
【００３４】
スラリーは長網式あるいは丸網式の抄紙機を用いて抄紙される。そして抄紙された繊維シートに高圧水流処理を施し、繊維同士を交絡させる。ここで分割型複合繊維を用いた場合は、高圧水流によって交絡と同時に分割も進行することとなる。高圧水流処理の条件は使用する繊維の特性に応じて決定することができる。例えば、エチレン−ビニルアルコール共重合体／ポリプロピレンの組み合わせからなる分割型複合繊維を使用する場合は、水圧３０〜１００Kg／cm2 の柱状水流を、孔径０．０５〜０．５mmのオリフィスが０．５〜１．５mm間隔で設けられたノズルから噴射して処理するとよい。
【００３５】
次いで、この不織布を湿潤状態にして加熱加圧処理を施し、繊維同士を湿熱接着させる。高圧水流処理を施した直後に湿熱接着処理を行えば、連続的に処理することができるので好ましい。不織布を一旦乾燥させた場合にあっては、不織布に水を噴霧する、あるいは不織布を水に浸漬する等して不織布を湿潤状態にする必要がある。
【００３６】
加熱加圧処理は、一対の熱ロールを用いて行うと良い。加熱温度は、湿熱接着性極細繊維がゲル化して接着性を示す温度に設定する。例えば、湿熱接着性極細繊維としてエチレン−ビニルアルコール共重合体からなるものを用いる場合は、加熱温度を７０〜１３０℃に設定するとよい。
【００３７】
圧力は、湿熱接着性極細繊維が接着するように、加熱温度や不織布の目付等を考慮して設定する。一般に加熱温度が低いときは、圧力を高めにする必要があり、加熱温度が高いほど、低い圧力でも接着させることができる。また、圧力を高くするほど、ゲル化した湿熱接着性極細繊維が周囲の繊維間空隙内へ侵入しやすくなるので、繊維間空隙の微細化が促進される。但しあまり圧力を高くしすぎると、ゲル化した極細繊維が延展されてフィルム化し、空隙を閉塞するおそれがあるため注意を要する。例えば、エチレン−ビニルアルコール共重合体からなる湿熱接着性極細繊維を含む目付４０〜８０ｇ／ｍ2 程度の不織布を、加熱温度７０〜１３０℃で処理する場合は、圧力を３０〜７０kg／cm程度にするとよい。
【００３８】
このようにして得られた不織布を、芯筒の周囲に濾材として位置させることにより本発明のカートリッジフィルターとなすことができる。本発明においては、図５のように、この不織布（３）をスパンボンド不織布やネット状シートのような補強材とともに芯筒（４）の周囲にひだ状に折りたたみながら巻き付け、いわゆるプリーツタイプのカートリッジフィルター（５）とすることが最も望ましい。勿論、この不織布を連続的に供給しながら芯筒の周囲に一定径になるまで巻き付けた、いわゆる深層濾過タイプのカートリッジフィルターとすることも可能である。また図６のように他の濾材シート（７）と併用し、この不織布が精密濾過層（６）として一部巻きこまれるようにしても良い。また、他の濾材と重ね合わせて積層体とし、これを芯筒に巻き付けてもよい。
【００３９】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明する。実施例中、不織布の物性および濾過性能は以下の方法により評価した。
【００４０】
（平均ポアサイズ） ＡＳＴＭ Ｆ３１６−８６のバブルポイント法に基づいて測定した。
【００４１】
（通気度） フラジール型試験機を用い、ＪＩＳ Ｌ １０９６に準じて測定した。
【００４２】
（濾過効率） 試験用ダストＪＩＳ１１種とＪＩＳ８種を等量ずつ混合したダストを水中に投入し、その濃度が５０ｐｐｍになるように調製した懸濁液１リットルを、面積９．２cm2 の濾材で吸引濾過し、濾過後の懸濁液を乾燥させて含まれているダスト重量（Ａ）を測定し、これと濾過前の懸濁液中のダスト重量（Ｂ）から次式、濾過効率（％）＝［（Ｂ−Ａ）／Ｂ］×１００より算出した。
【００４３】
（濾過精度） 濾過効率の測定と同様にして懸濁液を吸引濾過し、濾過後の懸濁液中の粒子径別の粒子個数（Ｎ）を粒度分布測定機（商品名 コールターカウンターＺＭ型：コールターエレクトロニクス社製）を用いて測定する。また同様にして濾過前の懸濁液中の粒子径別の粒子個数（Ｍ）を測定し、式［（Ｍ−Ｎ）÷Ｍ］×１００から各粒子径別の遮断率を算出し、遮断率が９９％の粒子径を濾過精度とした。
【００４４】
（濾過流量） 濾過精度の測定と同様にして懸濁液１リットルを吸引濾過し、濾過開始から懸濁液の全量が濾材を通過するのに要した時間を測定し、この結果より、単位面積・単位時間あたりの流量を算出した。
【００４５】
［実施例１］
エチレン−ビニルアルコール共重合体を第一成分、ポリプロピレンを第二成分とし、図１に示す繊維断面を有する繊度３デニール、繊維長５mmの１６分割型複合繊維９５重量％と、繊度１デニール、繊維長３mmのビニロン繊維５重量％とをパルパーで混合してスラリーを調製し、これを用いて湿式抄紙法により目付５０ｇ／ｍ2 の湿式不織布を作成した。続いてこの不織布に、孔径０．１３mmのオリフィスが０．６mm間隔で穿設されたノズルから水圧７０kg／cm2 の高圧柱状水流を噴射し、分割型複合繊維を分割させると同時に繊維同士を交絡させた。そして高圧水流処理後、未だ不織布が湿潤状態にある間に、金属ロールとコットンロールからなる加工機（以下の実施例および比較例においても同じものを使用）を用いて加熱温度１２０℃、線圧５０kg／cmでカレンダー加工を施し、エチレン−ビニルアルコール共重合体によって繊維同士を湿熱接着させ、濾過層用の不織布とした。得られた不織布においては、繊度約０．１９デニールの極細繊維が形成され、全体の約９０重量％を占めていた。
【００４６】
［実施例２］
湿熱接着させる際の線圧を６０kg／cmにする以外は実施例１と全く同様にして濾過層用の不織布を製造した。
【００４７】
［比較例１］
セルロース繊維からなる濾紙にエポキシ樹脂を含浸させたものを濾過層とするプリーツタイプのカートリッジフィルター（商品名：ＴＣ−１ アドバンテック東洋（株）製）を用意し、濾過層のみを取り出して濾過性能を評価した。
【００４８】
［比較例２］
ポリプロピレンからなるメルトブロー不織布に加熱加圧処理を施したもの濾過層とするプリーツタイプのカートリッジフィルター（商品名：ＴＣＰ−１ アドバンテック東洋（株）製）を用意し、濾過層のみを取り出して濾過性能を評価した。
【００４９】
［比較例３］
ポリエステルからなるメルトブロー不織布にセルロースアセテートを含浸させたものを濾過層とするプリーツタイプのカートリッジフィルター（商品名：ＴＣＹＥ−ＬＳ アドバンテック東洋（株）製）を用意し、濾過層のみを取り出して濾過性能を評価した。
【００５０】
実施例１〜２、および比較例１〜３の各不織布の物性および濾過性能を表１に示す。
【００５１】
【表１】
実施例１、２と比較例１は、濾過効率はほぼ同じであるが、実施例の方が濾過流量および濾過精度の点で優れている。また実施例１は、平均ポアサイズが比較例２のものより大きいにもかかわらず、優れた濾過性能を呈する。これは、比較例２の不織布の繊維間空隙のサイズ分布が広範囲に亘っているためであると考えられる。実施例２と比較例３は、濾過効率および濾過精度についてはほぼ同じ性能を有するが、実施例２の方が濾過流量が大きい。
【００５３】
【発明の効果】
本発明のカートリッジフィルターは、濾過層に湿式不織布のような均一性に優れた不織布を用いていること、この不織布が極細繊維を含んでいること、極細繊維の少なくとも一種類が湿熱接着性極細繊維であって繊維同士を接着していること等に加えて、ゲル化した湿熱接着性極細繊維の一部が不織布中の繊維間空隙内に侵入していることを特徴とする。かかる不織布は、不織布に樹脂を含浸させたものに近い構造を有しており、不織布には微細な繊維間空隙が均一に形成されている。また、繊度の極めて小さい繊維の部分的な流動によって繊維間空隙が微細化されているので、空隙が過度に閉塞されることがない。従って、この不織布を濾過層に用いれば、濾過流量が大幅に減少することなく濾過精度が向上されたカートリッジフィルター、即ち、濾過流量と濾過精度のバランスが非常に良いカートリッジフィルターを提供することができる。また、この不織布は、繊維同士が湿熱接着されているために不織布強力が向上しており、プリーツ加工性も良い。
【００５４】
さらに、湿熱接着性極細繊維の素材としてエチレン−ビニルアルコール共重合体を採用すれば、耐薬品性に優れた濾過層を形成することができる。そのため、本発明のカートリッジフィルターは、不織布に樹脂を含浸させた濾材の使用が不可能な分野においても使用され得る。
【００５５】
かかる不織布は、分割型複合繊維を使用することにより容易に製造することができる。従って、本発明によれば優れた濾過性能を有するカートリッジフィルターを安価に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用できる分割型複合繊維の一例の断面拡大図である。
【図２】本発明で使用できる分割型複合繊維の一例の断面拡大図である。
【図３】本発明で使用できる分割型複合繊維の一例の断面拡大図である。
【図４】本発明で使用できる分割型複合繊維の一例の断面拡大図である。
【図５】本発明のカートリッジフィルターの一例の一部破断斜視図である。
【図６】本発明のカートリッジフィルターの一例の一部破断斜視図である。
【符号の説明】
１ 第一成分
２ 第二成分
３ 不織布
４ 芯筒
５ プリーツタイプのカートリッジフィルター[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cylindrical cartridge filter suitable for liquid filtration in the pharmaceutical / food industry and the like, and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
In the cartridge filter, the filtration layer is usually formed in a hollow cylindrical shape, and the filtration layer captures fine particles in the liquid while the liquid passes through the filtration layer. The cartridge filter is widely used in various industries such as filtration of purified water in the pharmaceutical industry, electronics industry, etc., liquid filtration in the drinking water production process in the food industry, and filtration of coating agents in the automobile industry.
[0003]
Thus, various types of cartridge filters have been proposed in the past. For example, Japanese Utility Model Laid-Open Nos. 59-162914 and 60-79521 disclose a cartridge filter in which a thread is wound around a porous core tube, and Japanese Patent Laid-Open No. 2-21918 includes a heat-adhesive fiber. A card web that has been wound around a core tube while being heated has been proposed.
[0004]
In the field where high filtration accuracy is required, a so-called pleated type cartridge filter is used in which a sheet-like material serving as a filter medium is wound around a core cylinder while being folded in a pleat shape. Also in this pleated type cartridge filter, a fibrous sheet such as paper or nonwoven fabric is often used as a filter medium. In order to ensure high filtration accuracy, it is preferable to use a filter medium having a small gap (generally expressed by pore size) between fibers and a uniform gap size. .
[0005]
For example, (1) melt blown nonwoven fabric or spunbond nonwoven fabric is calendered to reduce the interfiber gap, and (2) nonwoven fabric is impregnated with acrylic or epoxy resin. (3) Materials made of tetrafluoroethylene or glass fiber have been proposed and put into practical use.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, these filter media have the following problems. First, it is difficult to obtain a spunbonded nonwoven fabric made of fibers with a small fineness in the manufacturing process, and there is a limit to reducing the interfiber gap even if calendering is applied thereto.
[0007]
On the other hand, melt blown nonwoven fabrics can be composed of ultrafine fibers of 1 denier or less and can reduce the inter-fiber gaps, so that they are most commonly used as filter media. However, in the manufacturing process, the fineness of the fibers in the nonwoven fabric tends to be non-uniform, and as a result, the size distribution of the inter-fiber voids becomes wide. Therefore, even if this is calendered, there is a possibility that a portion having a large gap remains. In order to reduce the inter-fiber gap, calendering is preferably performed at a high temperature and high pressure. However, if the temperature and pressure are too high, the fine inter-fiber gap is blocked, resulting in a disadvantage that the filtration flow rate is reduced. That is, when using a melt blown nonwoven fabric, either filtration accuracy or filtration flow rate must be sacrificed.
[0008]
On the other hand, impregnating an acrylic or epoxy resin into the nonwoven fabric reduces the inter-fiber voids and corrects the dispersion of the distribution, thereby eliminating the inconvenience. However, these resins are inferior in chemical resistance. There is a problem that the application is limited. Further, in the manufacturing process, there is a problem that the process of impregnating the resin is complicated.
[0009]
Those made of tetrafluoroethylene or glass fiber are excellent in chemical resistance and filtration performance, but are very expensive and are limited to special applications.
[0010]
That is, the actual situation is that a pleated type cartridge filter excellent in filtration performance and chemical resistance and economical has not yet been obtained.
[0011]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a cartridge filter excellent in chemical resistance, filtration performance, and economic efficiency.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The cartridge filter of the present invention is a non-woven fabric composed of short fibers having a fiber length of 20 mm or less and entangled between constituent fibers, and the constituent fibers include ultrafine fibers having a single yarn fineness of 1.0 denier or less. And at least one of the ultrafine fibers has wet heat adhesiveness, and the ultrafine fiber having wet heat adhesiveness forms a filtration layer with a nonwoven fabric in which constituent fibers are bonded to each other. Features. Since such a nonwoven fabric contains ultrafine fibers, the inter-fiber voids formed in the nonwoven fabric are fine. Furthermore, since the fibers in the nonwoven fabric are bonded to each other, the inter-fiber gap becomes finer. In addition, when heated in a wet state, the ultrafine fiber having wet heat adhesiveness is gelled to increase fluidity, and a part thereof partially penetrates into the surrounding interfiber space. As a result, the interfiber gap is refined without being excessively blocked. At the same time, variation in the size of the inter-fiber gap is corrected and made uniform. Therefore, if this nonwoven fabric is used, a cartridge filter with improved filtration accuracy can be obtained without significantly reducing the filtration flow rate.
[0013]
The nonwoven fabric is preferably a wet nonwoven fabric. The wet nonwoven fabric is obtained by papermaking a slurry in which relatively short fibers are dispersed in water. This nonwoven fabric has excellent uniformity, and the size distribution range of the inter-fiber voids is narrower than that of a melt blown nonwoven fabric or the like. Therefore, if this is used as a filter medium, the filtration performance can be further improved.
[0014]
The ultrafine fiber having wet heat adhesiveness is preferably made of an ethylene-vinyl alcohol copolymer. Since this copolymer exhibits adhesiveness at a relatively low temperature in a wet state, the nonwoven fabric containing the copolymer can be easily subjected to wet heat bonding treatment.
[0015]
Moreover, it is desirable that the ultrafine fiber is formed by dividing a split type composite fiber. This is because a uniform nonwoven fabric can be obtained as compared with the case where a nonwoven fabric is formed using ultrafine fibers as a starting material.
[0016]
Moreover, it is desirable that the split type composite fiber has an ethylene-vinyl alcohol copolymer as a first component and a polyolefin polymer as a second component. Since this split type composite fiber has a wet heat adhesive ethylene-vinyl alcohol copolymer as one component, if it is used, the wet heat adhesive treatment can be easily performed. Moreover, since it is comprised only with olefin resin, there exists an advantage that it is excellent in chemical resistance.
[0017]
In the present invention, it is particularly preferable to wrap the nonwoven fabric in a pleated shape on a core tube to form a pleated type cartridge filter. This is because the advantage of this non-woven fabric is most effectively exhibited in such a filter.
[0018]
A preferable production method of the cartridge filter of the present invention is a fiber sheet containing a split type composite fiber having an ethylene-vinyl alcohol copolymer as a first component and a polyolefin polymer as a second component by a wet papermaking method. subjected to water-jet treatment to, to divide the splittable conjugate fiber at the same time fibers when allowed to form ultrafine fibers forming the entangled was a nonwoven fabric, further non-woven fabric in the wet state, the heating temperature 70 to 130 ° C. By applying heat and pressure treatment at a pressure of 30 to 70 kg / cm, the ultrafine fiber having wet heat adhesiveness is gelled, and a part of the gelled wet heat adhesive ultrafine fiber penetrates into the interfiber spaces in the nonwoven fabric. The filtration layer is formed using a nonwoven fabric in which fibers are bonded together. By such a method, a filter having a filtration layer in which fine interfiber gaps are uniformly formed can be obtained. Furthermore, according to this method, the size of the interfiber gap can be arbitrarily changed by appropriately changing the conditions of the heat and pressure treatment. The contents of the present invention will be specifically described below.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, a non-woven fabric made of short fibers having a fiber length of 20 mm or less and in which constituent fibers are entangled is adopted as the filter medium of the cartridge filter. Most preferably, the nonwoven fabric is a wet nonwoven fabric. This is because according to the wet papermaking method, a uniform non-woven fabric, that is, a non-woven fabric in which the variation in the size of the interfiber gap is relatively small can be obtained. In the present invention, the constituent fibers are entangled with each other in order to improve the strength of the nonwoven fabric. It is desirable that the entanglement between the fibers is performed by the action of a water flow as will be described later.
[0020]
It is desirable that the nonwoven fabric contains ultrafine fibers having a single yarn fineness of 1 denier or less, more preferably 0.5 denier or less. This is to make the interfiber gap fine.
[0021]
In the present invention, it is desirable that at least one of the ultrafine fibers has wet heat adhesiveness. And, the ultrafine fiber having wet heat adhesiveness (hereinafter sometimes abbreviated as wet heat adhesive ultrafine fiber) is gelled, and part of the gelled wet heat adhesive ultrafine fiber penetrates into the interfiber spaces in the nonwoven fabric. If the fibers are bonded together, the inter-fiber gap can be made finer. Here, the fiber having wet heat adhesiveness refers to a fiber that has a property of being gelled when heated in a wet state and bonded by applying pressure in the gelled state. Examples of the material having wet heat adhesiveness include ethylene-vinyl alcohol copolymer and polyvinyl alcohol. Since ethylene vinyl alcohol copolymer is excellent in chemical resistance and can be wet-heat bonded at a relatively low temperature of about 70 to 130 ° C., its use is particularly preferred in the present invention.
[0022]
The proportion of wet heat adhesive ultrafine fibers in the nonwoven fabric is preferably 30% by weight or more and 70% by weight or less. More preferably, it is 40 to 60% by weight. If it is less than 30% by weight, the inter-fiber voids cannot be made sufficiently fine, and if it exceeds 70% by weight, the inter-fiber voids are excessively blocked, resulting in a decrease in the filtration flow rate.
[0023]
The material of the ultrafine fiber other than the wet heat adhesive ultrafine fiber is not particularly limited. Polypropylene, polyethylene, ethylene-propylene copolymer, polyolefin resin such as poly-4-methylpentene-1, polyester such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate A fiber made of a resin, a polyamide resin such as
[0024]
It is technically difficult to obtain ultrafine fibers, and even if an attempt is made to obtain a wet nonwoven fabric using ultrafine fibers, the fine fibers tend to be entangled in the slurry and the uniformity of the nonwoven fabric may be reduced. Therefore, in the present invention, it is desirable that a fiber sheet is produced by a wet papermaking method using split-type composite fibers and the split-type composite fibers are split to form ultrafine fibers.
[0025]
Here, the split-type conjugate fiber is a fiber in which two or more kinds of components are alternately arranged and is divided into each component by physical or chemical treatment. The split-type composite fiber used widely consists of a 1st component (1) and a 2nd component (2), and has a fiber cross section as shown in FIGS.
[0026]
In the present invention, it is desirable to use a split type composite fiber having an ethylene-vinyl alcohol copolymer as the first component and a polyolefin polymer as the second component. Examples of the polyolefin polymer include polypropylene, polyethylene, ethylene-propylene copolymer, and poly-4-methylpentene-1. If a split type composite fiber comprising these combinations is used, a nonwoven fabric having excellent chemical resistance and good adhesion between fibers can be obtained.
[0027]
The split type composite fiber preferably has a single yarn fineness of 1 to 20 denier, and the single yarn fineness of the ultrafine fiber formed by splitting is 1 denier or less. More preferably, the single yarn fineness is 1 to 8 denier, and the fineness of the divided ultrafine fiber is 0.5 denier or less.
[0028]
The proportion of ultrafine fibers in the nonwoven fabric is preferably 70% by weight or more. This is because if it is less than 70% by weight, the filtration accuracy cannot be improved. More preferably, it is 75 to 90% by weight. Therefore, when using split-type composite fibers, it is necessary to determine the content thereof in consideration of the split ratio and the like so that the proportion of the ultrafine fibers formed after splitting falls within the above-described range.
[0029]
Other fibers may be included in the wet nonwoven fabric as long as the ultrafine fibers are occupied in the above-described range. As another fiber, for example, if a fiber that acts as a paste when wet paper making, a so-called binder fiber is used, the strength of the nonwoven fabric can be increased. Examples of the binder fiber material include vinylon, medium density polyethylene, and low density polyethylene. Polyolefin-based pulp-like multi-branched fibers such as “SWP (trade name)” sold by Mitsui Petrochemical Industries, Ltd. can also be used.
[0030]
Also when mixing binder fiber etc., it is desirable that the fineness of the fiber to mix is as small as possible. When fibers having a large fineness are present in the nonwoven fabric, a large inter-fiber gap is easily formed, which adversely affects the filtration performance. Moreover, it is preferable that content, such as a binder fiber, is 30 weight% or less. More preferably, it is 5 to 20% by weight. If the content exceeds 30% by weight, the proportion of ultrafine fibers decreases and the filtration performance deteriorates.
[0031]
The fiber length of the fibers constituting the wet nonwoven fabric is desirably 20 mm or less. More preferably, it is 3 mm or more and 20 mm or less. If it is less than 3 mm, the fibers are difficult to interlace. If it exceeds 20 mm, the fibers are easily entangled in the slurry, and it becomes difficult to obtain a uniform nonwoven fabric.
[0032]
In the present invention, the basis weight of the nonwoven fabric is desirably 20 g / m 2 or more and less than 200 g / m 2 . In a nonwoven fabric having a basis weight of less than 20 g / m 2 , uniform inter-fiber voids are difficult to form, and if this is used, the filtration performance may be lowered. If it exceeds 200 g / m 2 , the thickness of the nonwoven fabric increases, which causes a decrease in the filtration flow rate. In the case of manufacturing a pleat type cartridge filter, the number of pleats at a constant circumference decreases as the thickness of the filter medium increases. A decrease in the number of pleats is not preferable because it leads to a decrease in the filtration area.
[0033]
Next, a method for producing the cartridge filter of the present invention will be described.
A nonwoven fabric can be manufactured in accordance with a normal wet papermaking method. When split type composite fibers are used, splitting progresses to some extent due to the beating force applied during slurry preparation, but if the splitting progresses too much, the split fibers are entangled in the slurry, resulting in a uniform nonwoven fabric finally obtained. It should be noted that the performance decreases. Therefore, it is desirable to keep the division rate below 30% here.
[0034]
The slurry is made using a long-mesh or round-mesh paper machine. And the high-pressure water-flow process is given to the fiber sheet which made paper, and the fibers are entangled. Here, when the split type composite fiber is used, splitting also proceeds simultaneously with the confounding by the high-pressure water flow. The conditions for the high-pressure water stream treatment can be determined according to the characteristics of the fibers used. For example, when a split type composite fiber made of a combination of ethylene-vinyl alcohol copolymer / polypropylene is used, a columnar water flow having a water pressure of 30 to 100 kg / cm 2 is used, and an orifice having a pore diameter of 0.05 to 0.5 mm is set to be 0. It is good to inject and process from the nozzle provided at 5-1.5mm space | interval.
[0035]
Next, the nonwoven fabric is wetted and subjected to heat and pressure treatment, and the fibers are wet-heat bonded. It is preferable to perform the wet heat bonding treatment immediately after the high pressure water flow treatment because the treatment can be continuously performed. When the nonwoven fabric is once dried, it is necessary to make the nonwoven fabric wet by spraying water on the nonwoven fabric or immersing the nonwoven fabric in water.
[0036]
The heat and pressure treatment may be performed using a pair of heat rolls. The heating temperature is set to a temperature at which the wet heat adhesive ultrafine fiber gels and exhibits adhesiveness. For example, when using what consists of an ethylene-vinyl alcohol copolymer as a wet heat adhesive ultrafine fiber, it is good to set heating temperature to 70-130 degreeC.
[0037]
The pressure is set in consideration of the heating temperature, the basis weight of the nonwoven fabric, and the like so that the wet heat adhesive ultrafine fibers adhere. In general, when the heating temperature is low, it is necessary to increase the pressure, and the higher the heating temperature, the lower the pressure can be adhered. Further, the higher the pressure is, the easier the gelled wet heat adhesive ultrafine fibers enter into the surrounding interfiber spaces, thereby promoting the miniaturization of the interfiber spaces. However, if the pressure is too high, the gelled ultrafine fibers are stretched to form a film and may clog the voids. For example, when a non-woven fabric having a weight per unit area of about 40 to 80 g / m 2 including ultrafine fibers adhering to wet heat composed of an ethylene-vinyl alcohol copolymer is treated at a heating temperature of 70 to 130 ° C., the pressure is about 30 to 70 kg / cm. It is good to.
[0038]
The cartridge filter of the present invention can be obtained by positioning the nonwoven fabric thus obtained as a filter medium around the core tube. In the present invention, as shown in FIG. 5, the nonwoven fabric (3) is wound around a core cylinder (4) while being folded together with a reinforcing material such as a spunbond nonwoven fabric or a net-like sheet, so-called pleated type cartridge. The filter (5) is most desirable. Of course, it is also possible to make a so-called deep filtration type cartridge filter in which the nonwoven fabric is continuously supplied and wound around the core cylinder to a certain diameter. Further, as shown in FIG. 6, it may be used in combination with another filter medium sheet (7) so that the nonwoven fabric is partially wound as a microfiltration layer (6). Moreover, it may overlap with other filter media to form a laminated body, and this may be wound around a core cylinder.
[0039]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples. In the examples, the physical properties and filtration performance of the nonwoven fabric were evaluated by the following methods.
[0040]
(Average pore size) Measured based on the bubble point method of ASTM F316-86.
[0041]
(Air permeability) Measured according to JIS L 1096 using a Frazier type tester.
[0042]
(Filtration efficiency) Dust for testing JIS 11 species and JIS 8 species mixed in equal amounts were poured into water, and 1 liter of suspension prepared so that its concentration was 50 ppm was filtered with a filter medium having an area of 9.2 cm 2 . Suction filtration, drying the suspension after filtration and measuring the dust weight (A) contained, from this and the dust weight (B) in the suspension before filtration, the following formula, filtration efficiency (% ) = [(B−A) / B] × 100.
[0043]
(Filtration accuracy) The suspension was suction filtered in the same manner as the measurement of the filtration efficiency, and the number of particles (N) for each particle size in the suspension after filtration was determined by a particle size distribution analyzer (trade name: Coulter Counter ZM type: Measured using Coulter Electronics. Similarly, the number of particles (M) for each particle size in the suspension before filtration is measured, and the blocking rate for each particle size is calculated from the formula [(MN) ÷ M] × 100. The particle size with a rate of 99% was defined as filtration accuracy.
[0044]
(Filtration flow rate) In the same manner as the measurement of filtration accuracy, 1 liter of suspension was suction filtered, and the time required for the entire amount of suspension to pass through the filter medium from the start of filtration was measured. -The flow rate per unit time was calculated.
[0045]
[Example 1]
The first component is ethylene-vinyl alcohol copolymer, the second component is polypropylene, and the fiber cross section shown in FIG. 1 has a fineness of 3 denier, a fiber length of 5 mm, 16-part composite fiber 95% by weight, a fineness of 1 denier, and a fiber. A slurry was prepared by mixing 5% by weight of vinylon fiber having a length of 3 mm with a pulper, and a wet nonwoven fabric having a basis weight of 50 g / m 2 was prepared by using the slurry. Subsequently, a high-pressure columnar water flow with a water pressure of 70 kg / cm 2 is sprayed onto the nonwoven fabric from a nozzle having orifices with a pore diameter of 0.13 mm spaced at intervals of 0.6 mm to divide the split type composite fiber and simultaneously entangle the fibers. I let you. After the high-pressure water treatment, while the nonwoven fabric is still in a wet state, a heating temperature of 120 ° C., linear pressure using a processing machine consisting of a metal roll and a cotton roll (the same is used in the following examples and comparative examples) Calendering was performed at 50 kg / cm, and the fibers were wet-heat bonded with an ethylene-vinyl alcohol copolymer to obtain a nonwoven fabric for a filtration layer. In the obtained nonwoven fabric, ultrafine fibers having a fineness of about 0.19 denier were formed, accounting for about 90% by weight of the whole.
[0046]
[Example 2]
A non-woven fabric for a filtration layer was produced in exactly the same manner as in Example 1 except that the linear pressure at the time of wet heat bonding was 60 kg / cm.
[0047]
[Comparative Example 1]
Prepare a pleated type cartridge filter (trade name: TC-1 manufactured by Advantech Toyo Co., Ltd.) that uses a filter paper made of cellulose fiber impregnated with epoxy resin as a filter layer. evaluated.
[0048]
[Comparative Example 2]
A pleated type cartridge filter (trade name: TCP-1 manufactured by Advantech Toyo Co., Ltd.) which is a heat-pressurized treatment of a melt blown nonwoven fabric made of polypropylene is used as a filtration layer. evaluated.
[0049]
[Comparative Example 3]
Prepare a pleated type cartridge filter (trade name: TCYE-LS, manufactured by Advantech Toyo Co., Ltd.) that uses a polyester melt-blown nonwoven fabric impregnated with cellulose acetate as a filter layer. evaluated.
[0050]
Table 1 shows the physical properties and filtration performance of each of the nonwoven fabrics of Examples 1-2 and Comparative Examples 1-3.
[0051]
[Table 1]
Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 have substantially the same filtration efficiency, but the example is superior in terms of filtration flow rate and filtration accuracy. In addition, Example 1 exhibits excellent filtration performance even though the average pore size is larger than that of Comparative Example 2. This is considered to be because the size distribution of the inter-fiber voids of the nonwoven fabric of Comparative Example 2 covers a wide range. Example 2 and Comparative Example 3 have substantially the same performance in terms of filtration efficiency and filtration accuracy, but Example 2 has a higher filtration flow rate.
[0053]
【The invention's effect】
The cartridge filter of the present invention uses a non-woven fabric excellent in uniformity such as a wet non-woven fabric for the filtration layer, the non-woven fabric contains ultra fine fibers, and at least one of the ultra fine fibers is a wet heat adhesive ultra fine fiber In addition to the fact that the fibers are adhered to each other, a part of the gelled wet heat adhesive ultrafine fiber is invaded into the interfiber spaces in the nonwoven fabric. Such a nonwoven fabric has a structure close to that of a nonwoven fabric impregnated with a resin, and fine interfiber spaces are uniformly formed in the nonwoven fabric. In addition, since the inter-fiber gap is refined by the partial flow of fibers with extremely small fineness, the gap is not excessively blocked. Therefore, if this nonwoven fabric is used for the filtration layer, it is possible to provide a cartridge filter in which the filtration accuracy is improved without greatly reducing the filtration flow rate, that is, a cartridge filter having a very good balance between the filtration flow rate and the filtration accuracy. . Moreover, since this nonwoven fabric is wet-heat bonded to each other, the strength of the nonwoven fabric is improved and pleatability is good.
[0054]
Furthermore, if an ethylene-vinyl alcohol copolymer is employed as the material for the wet heat adhesive ultrafine fiber, a filtration layer having excellent chemical resistance can be formed. Therefore, the cartridge filter of the present invention can be used in a field where a filter medium in which a nonwoven fabric is impregnated with a resin cannot be used.
[0055]
Such a nonwoven fabric can be easily manufactured by using split-type composite fibers. Therefore, according to the present invention, a cartridge filter having excellent filtration performance can be supplied at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of an example of a split type composite fiber that can be used in the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of an example of a split type composite fiber that can be used in the present invention.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of an example of a split type composite fiber that can be used in the present invention.
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of an example of a split type composite fiber that can be used in the present invention.
FIG. 5 is a partially broken perspective view of an example of the cartridge filter of the present invention.
FIG. 6 is a partially broken perspective view of an example of the cartridge filter of the present invention.
[Explanation of symbols]
1
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