JP6625849B2

JP6625849B2 - 水処理担体用ポリウレタンフォーム

Info

Publication number: JP6625849B2
Application number: JP2015184584A
Authority: JP
Inventors: 尚哉是佐
Original assignee: Achilles Corp
Current assignee: Achilles Corp
Priority date: 2015-09-18
Filing date: 2015-09-18
Publication date: 2019-12-25
Anticipated expiration: 2035-09-18
Also published as: JP2017057327A

Description

本発明は排水中に浸漬して使用される水処理担体に用いられるポリウレタンフォームに関する。

排水処理としては、微生物による生物処理方法があり、該方法は、一般家庭や工場施設、産業施設等から排出される排水を溜めた処理槽に、微生物を担持する担体を浸漬し、該微生物の働きを利用して排水を処理することを特徴としている。

前記生物処理方法としては、樹脂発泡体からなる水処理担体を、浄化槽等に設けられた曝気槽中等（以下処理槽と記載）に投入・配設し、樹脂発泡体の内部に微生物を繁殖・担持（以下定着と記載）させ、前記樹脂発泡体に保持された微生物により、汚水中の有機物を分解させるといった処理方法である。

前記処理方法において、樹脂発泡体を用いる理由としては、表面積が大きく、微生物が樹脂発泡体のセルの表面に生物膜を効率よく形成しやすいため、汚水の処理能力を高めることができることが挙げられる。なお、前記樹脂発泡体としては、例えば、ポリオレフィン系樹脂発泡体やポリウレタン系樹脂発泡体等が挙げられる。

しかし、前記樹脂発泡体であるポリウレタンフォームは一般的に親水性が低く、水に馴染み難い上、発泡気泡（セル）によって内部に空気を保持している。この為、処理槽に樹脂発泡体からなる１０ｍｍ程度のサイコロ状の担体を投入しても、水面下に沈み難く、比重等も低いため水面上に山のように浮かんでしまい易い。結果として、担体に排水が浸漬し、攪拌により排水中を旋回しだすまで長い時間を必要とし、ものによっては水面上に数日間浮き続けるものもあった。生物処理法による排水処理において、担体が排水中に浸漬しないことには、担体に微生物が定着せず、安定した排水の処理性能が得られない。従って、担体の排水へ投入した時点から浸漬するまでに要する時間（以下沈水性と記載）をより短縮することが求められていた。

前記問題を解決するために、発泡体のセルを粗くし、またセル膜を除去（除膜処理）し、発泡体内部への排水の侵入性を向上させたもの（特許文献１）や、無機系繊維、無機系微粒子、金属繊維、金属微粒子、合成樹脂等の見かけ比重向上材を塗布したり、イソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーを付着・硬化させたりして見かけ比重を調整することなどが行われてきた（特許文献２、特許文献３）。

特開２００４−２５０５９３号公報特開２００２−２９２３８５号公報特開２０１０−１１９９７９号公報

特許文献１のように、除膜処理を施すことで、発泡体の通水性は向上し、物理的に水を通し易くはなったが、発泡体自体の疎水性により浸漬にかかる時間の短縮は十分とは言えず、また、セル膜を除去した結果として、微生物を担持し難くなるという問題もあった。一方、見かけ比重を向上させている特許文献２や特許文献３は、樹脂等を担体の一面に塗布していることにより該箇所の排水の侵入性が低下し、浸漬の時間短縮が不十分であることに加え、実際に使用する際、すなわち処理槽内において攪拌されている際等に前記比重向上のために付着させている素材が脱落し、担体自体が水を汚す原因になるといった問題もあった。

本発明は、上記問題点を解決し、担体自体に後処理を施さずに高い沈水性を有する水処理担体用ポリウレタンフォームを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の水処理担体用のポリウレタンフォームは、（１）ポリオール成分、イソシアネート成分、触媒、発泡剤、整泡剤からなり、前記ポリオール成分は、数平均分子量が３０００〜５０００、平均官能基数が２〜４、エチレンオキサイド含有率が６０％以上であるポリエーテルポリオール（Ｉ）と、数平均分子量が２０００〜４０００、平均官能基数が２〜４、エチレンオキサイド含有率が２０％以下であるポリエーテルポリオール（ＩＩ）とを含み、前記ポリエーテルポリオール（Ｉ）と前記ポリエーテルポリオール（ＩＩ）の比率が、重量比で、ポリエーテルポリオール（Ｉ）／ポリエーテルポリオール（ＩＩ）＝６０〜９０％／４０〜１０％で、また、前記イソシアネート成分が、ジフェニルメタンジイソシアネートであり、沈水性が６００秒以下であることを特徴とする。
更に、（２）セル数が２５〜４５個／２５ｍｍで、且つ通気量が３ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以上とするとより好ましい。

本発明の水処理担体用ポリウレタンフォームは、発泡体に特別な後処理を施すことなく沈水性が非常に高い。従って、本発明の水処理担体用ポリウレタンフォームを用いれば、水処理担体を処理槽に投入した後、速やかに浸漬し、微生物の定着段階へ速やかに移行することができる。この為、従来の水処理担体と比較し、安定した水処理性能を発揮するまでに要する時間を大きく短縮することができる。

沈水性を説明するための参考図である。

以下に本発明の水処理担体用ポリウレタンフォームに関し、図を用いて詳細に説明する。

図１にて沈水性試験の参考図を示している。本発明における「沈水性」とは、排水上に水処理担体を投入してから、該水処理担体が水中へ沈む性質を指す。

本発明の水処理担体用ポリウレタンフォームは、ポリオール成分、イソシアネート成分、発泡剤、整泡剤、触媒からなる原料を混合・発泡させてなり、沈水性が６００秒以下である。

前記ポリオール成分としては、ポリエーテルポリオール（Ｉ）と、ポリエーテルポリオール（ＩＩ）との少なくとも２種を含む。

ポリエーテルポリオール（Ｉ）は、数平均分子量が３０００〜５０００、平均官能基数が２〜４、エチレンオキサイド含有率が６０％以上である。また、前記ＥＯ含有率は７０％以上が好ましい。

ポリエーテルポリオール（ＩＩ）と、数平均分子量が２０００〜４０００、平均官能基数が２〜４、エチレンオキサイド含有率が２０％以下である。

前記ポリエーテルポリオール（Ｉ）とポリエーテルポリオール（ＩＩ）の配合比率は、ポリエーテルポリオール（Ｉ）とポリエーテルポリオール（ＩＩ）の合計量を１００重量％とした場合に、ポリエーテルポリオール（Ｉ）／ポリエーテルポリオール（ＩＩ）が６０〜９０％／４０〜１０％である。
また、ポリオール成分中のＥＯ含有率を４５〜６８％とするとより好ましい。ＥＯ含有率が高すぎる場合、コラップスが生じ易く、一方、低すぎる場合は、発泡する際に収縮が起こり易い。

なお、前記ポリオール成分としては、本発明の効果を損なわない程度であれば、一般に軟質ポリウレタンフォームに用いられている公知のポリオールを併用してもよい。例えば、架橋剤となり得る低分子量ポリオール等が挙げられる。

前記イソシアネート成分としては、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）を用いる。
また、ポリオール成分とイソシアネート成分との配合比率としては、イソシアネートインデックスで９０〜１２０の重量割合とすることが好ましい。前記イソシアネートインデックスの数値範囲とすることで、所定の沈水性を得やすい。

なお、前記イソシアネート成分として、本発明の効果を損なわない程度であれば、軟質ポリウレタンフォームに使用されている公知のイソシアネートを併用してもよい。
公知のイソシアネートとしては、例えばトリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）１，５−ナフタレンジイソシアネート、パラフェニレンジイソシアネート等の芳香族ポリイソシアネートや、更に、ヘキサメチレンジイソシアネート、水添ＭＤＩ、イソホロンジイソシアネート等の脂肪族ポリイソシアネートを用いることもできる。これらの他、プレポリマー型のポリイソシアネートを用いることもできる。

発泡剤としては、ポリウレタンフォームの製造に用いられる公知のものが使用できる。例えば、低沸点不活性溶剤としてトリクロロフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン等のフロン系化合物等、メチレンクロライド、液化炭酸ガス反応によってガスを発生するものとして水、酸アミド、ニトロアルカン等、熱分解してガスを発生するものとして重炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウム等がある。これら発泡剤は、単独で用いてもよく、２種以上併用してもよい。なお、好ましくは、水とメチレンクロライドを併用することが挙げられる。水とメチレンクロライドを併用することでポリウレタンフォームが良好に発泡させられるため好ましい。

前記発泡剤として水を用いる場合は、ポリオール成分１００重量％に対し１．５〜５重量％含有させることが好ましい。更に、メチレンクロライドを併用する場合は、１１重量％以下で含有させることが好ましい。メチレンクロライドを前記範囲で併用とすることで高い通気量及び沈水性を得られやすい。

整泡剤としては、軟質ポリウレタンフォームの製造に用いられる公知のものが使用できる。例えば、各種シロキサン−ポリエーテルブロック共重合体等のシリコーン系整泡剤を用いることができる。

なお、前記整泡剤の配合量としては、前記ポリオール成分１００重量％に対して０．５〜３．０重量％とすると好ましい。少ない場合、整泡効果が得られ難く、一方、多すぎる場合は通気量や圧縮残留ひずみが悪化するおそれがある。

触媒としては、ポリウレタンフォームの製造に用いられる公知のものが使用できる。例えば、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、ビス（２−ジメチルアミノエチル）エーテル、Ｎ−メチルモルホリン、ジメチルアミノメチルフェノール、イミダゾール等の３級アミン化合物などのアミン系触媒を用いることができる。また、スタナスオクトエート等の有機錫化合物、ニッケルアセチルアセトネート等の有機ニッケル化合物などの金属系触媒を用いることもできる。これら触媒としては単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。なお、触媒の配合量は、前記ポリオール成分を１００重量％とした場合に、０．１〜１．５重量％とすることができる。

また、必要に応じ、本発明の効果を損なわない範囲で他の添加剤を併用することもできる。例えば、酸化防止剤、紫外線吸収剤、着色剤、及びウレタンフォーム原料の粘度を低下させ、攪拌、混合を容易にするための希釈剤等が挙げられる。

本発明の水処理担体用ポリウレタンフォームは、沈水性が６００秒以下である。この為、処理槽に投入した際に、早急に排水に浸漬し、排水処理効率が向上する。

また、水処理担体用ポリウレタンフォームは、除膜処理を施さずに通気量が３ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以上が好ましく、また、９０ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以上であるとより好ましく、２２０ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以上とすると更に好ましい。前記通気量が３ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以上であると、沈水性を良好に６００秒以下とすることができ、また９０ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以上であれば、沈水性が１２０秒を下回り、更に、２２０ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以上であれば沈水性が６０秒を下回るため、水処理担体の浸漬に要する時間の大幅な短縮が可能となる。なお、通気量が３３０ｍｌ／ｃｍ^２／ｓを超える場合、硬さや機械的強度が低下するおそれがあるため通気量の上限を３３０ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以下とすると好ましい。

更に、水処理担体用ポリウレタンフォームは、セル数が２５〜４５個／２５ｍｍであることが好ましい。セル数が前記数値範囲であることで、機械的強度及び耐摩耗性に優れるため好ましい。

本発明の水処理担体用ポリウレタンフォームの製造方法としては、従来公知の方法により製造される。例えば、ポリオール成分に、発泡剤、整泡剤、触媒、その他助剤等のイソシアネート成分を除いた成分を混合し、その後イソシアネート成分と混合・発泡させる等の方法で得ることができる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
［試料］
＜ポリオール成分＞
ポリオールＡ：数平均分子量３３６０、官能基数３、ＥＯ含有率７５％のポリエーテルポリオール（三井化学株式会社製、アクトコールＥＰ−５０５Ｓ）
ポリオールＢ：数平均分子量３０００、官能基数３、ＥＯ含有率０％のポリエーテルポリオール（旭硝子株式会社製、ＥＸＣＥＮＯＬ３０３０）
＜イソシアネート成分＞
イソシアネートＡ：ＮＣＯ含有率が３１．５％のポリメリックＭＤＩ（東ソー株式会社製、ＭＲ−２００）
イソシアネートＢ：ＮＣＯ含有率が４２．８％のＴＤＩ（三井化学株式会社製、コスモネートＴ−８０）
＜発泡剤＞
発泡剤Ａ：水（イオン交換水）
発泡剤Ｂ：メチレンクロライド
＜整泡剤＞
整泡剤：シリコーン系界面活性剤（東レ・ダウコーニング株式会社製、ＳＨ−１９２）
＜触媒＞
触媒Ａ：第三級アミン触媒、トリエチレンジアミン３３％のジプロピレングリコール溶液（東ソー株式会社製、ＴＥＤＡ−Ｌ３３）
触媒Ｂ：スタナスオクトエート（日東化学株式会社製、ネオスタンＵ−２８）

表１及び表２に記載の配合比率にて、ポリオール成分に各種発泡剤、整泡剤、触媒を混合し、次いでイソシアネート成分と混合させ、発泡・硬化させてポリウレタンフォームを製造し、得られたポリウレタンフォームについて、以下の方法にて各種評価を行った。

［密度］
ＪＩＳＫ７２２２Ａ法に基づいて測定した。
［セル数］
ＪＩＳＫ６４００（附属書）に基づいて測定した。
［フラジール式通気量］
ＪＩＳＫ６４００−７Ｂ法に基づいて測定した。
［沈水性］
得られたポリウレタンフォームを１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍのキューブ状に裁断し、水面に担体を静置した段階（図１−（ａ））から、担体の下面から水が浸み込み、担体が徐々に水中へ沈む段階（図１−（ｂ））を経て、担体上面まで完全に水に水没（図１−（ｃ））するまでに要した時間を測定した。

＜実施例１〜１０＞
本発明の水処理担体用ポリウレタンフォームは、沈水性が６００Ｓ以下と非常に高い性能を有する。従って、排水に投入した際には短時間で浸漬することができる。

＜比較例１、比較例２＞
比較例１は、ポリオールＡ（ポリエーテルポリオール（Ｉ））を５５．０重量％と、ポリオールＢ（ポリエーテルポリオール（ＩＩ））を４５．０重量％からなるＥＯ含有率４１％のポリオール成分を使用した。一方、比較例２は、ポリオールＡ（ポリエーテルポリオール（Ｉ））を９５．０重量％、ポリオールＢ（ポリエーテルポリオール（ＩＩ））を５．０重量％で配合し、ＥＯ含有率が７１％のポリオール成分を使用した。
結果として、比較例１は発泡後の収縮が激しく、比較例２はコラップスが生じ、どちらも良好な発泡体が得られなかった。
＜比較例３＞
比較例３は、イソシアネート成分としてＴＤＩを使用した。
結果として、沈水性が６９０秒と長かった。
＜参考例１＞
参考例１として、従来用いられている水処理担体用ポリウレタンフォームを検討した。
結果として、沈水性の検討結果で数日を要し、浸漬時間が長い実用性の低いものであることが確認された。
＜参考例２＞
参考例２として、浸水性を高めるために前記参考例１の水処理担体用ポリウレタンフォームに除膜処理を施した無膜ポリウレタンフォームを検討した。
結果として、除膜処理が施されているため、発泡体自体の通水性は確認されているが、結果的に沈水性に要した時間は数日を要するものであった。

前記実施例にて確認されたように、本発明における水処理担体用ポリウレタンフォームは、従来の水処理担体用ポリウレタンフォームと比較し、非常に高い沈水性を有しており、処理槽に投入されてから浸漬するまでに要する時間を大幅に短縮することができ、水処理の効率化に繋がるものである。

１：水処理担体
２：排水
３：水処理担体における浸漬領域

Claims

ポリオール成分、イソシアネート成分、触媒、発泡剤、整泡剤からなる水処理担体用の
ポリウレタンフォームであり、
前記ポリオール成分は、数平均分子量が３０００〜５０００、平均官能基数が２〜４、
エチレンオキサイド含有率が６０質量％以上であるポリエーテルポリオール（Ｉ）と、
数平均分子量が２０００〜４０００、平均官能基数が２〜４、エチレンオキサイド含有率が２０質量％以下であるポリエーテルポリオール（ＩＩ）とを含み、
前記ポリエーテルポリオール（Ｉ）と前記ポリエーテルポリオール（ＩＩ）の比率が、
重量比で、ポリエーテルポリオール（Ｉ）／ポリエーテルポリオール（ＩＩ）＝６０〜９
０％／４０〜１０％であり、
前記ポリオール成分中のエチレンオキサイド含有率が４５〜６８質量％以下であり、
前記イソシアネート成分が、ポリメリックＭＤＩであり、
沈水性が６００秒以下であることを特徴とする水処理担体用ポリウレタンフォーム。
セル数が２５〜４５個／２５ｍｍで、且つ通気量が３ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以上であること
を特徴とする請求項１に記載の水処理担体用ポリウレタンフォーム。