JP7049451B2 - ろ過媒体 - Google Patents

Description

本発明は気流から固体物質を除去するのに適したろ過媒体に関連する。

延伸ポリテトラフルオロエチレン（ｅｘｐａｎｄｅｄ ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ、ｅＰＴＦＥ）の膜を組み込んだろ過媒体が知られている。その膜は比較的繊細であり、輸送中及び操作中に損傷しやすい。従って、膜の片側又は両側に保護スクリムが典型的には提供される。

ｅＰＴＦＥ膜は比較的高価であるが、同じ圧力降下に対して他の媒体よりも高い分離効率を達成することができる。膜は洗浄の際にダストを放出するのも比較的得意である。しかしながら、ダストの放出のいかなる改善もろ過媒体の有効性を改善するので望ましい。

本発明は、膜と、膜の表面に固定された保護スクリムとを備えるろ過媒体であって、膜は１ミクロン未満の直径を有する第一ポリマーの繊維を備え、スクリムは第二ポリマーの繊維を備え、第一ポリマーは９０度より大きな接触角を有し、第二ポリマーは９０度未満の接触角を有する、ろ過媒体を提供する。

従って膜は疎水性繊維から形成されており、スクリムは親水性繊維から形成されている。直径が１ミクロン未満の繊維を備える膜を採用することによって、比較的低い圧力降下に対して比較的高い分離効率が達成され得る。更に、疎水性繊維を採用することによって、洗浄の際に比較的良好なダスト放出が達成され得る。

従来のろ過媒体の研究によって、洗浄後、膜の露出表面上にダストがトラップされ続けていることが示された。更に、スクリムの繊維に隣接した露出表面の領域にダストが集中しているように思われる。本発明はスクリムの繊維が疎水性ポリマーで形成されるという具現化に基づいている。疎水性繊維の使用は、洗浄されることが意図されるろ過媒体にとって賢明であるように思われる。実際に、洗浄時の効率的なダスト放出の要因となるのは膜の繊維の疎水特性である。しかし、スクリムについて疎水性繊維を採用することによって、スクリムの繊維に隣接した膜の領域を水が透過することを、比較的高い接触角が妨げる。本発明は、更に、スクリムについて疎水性ポリマーではなく親水性ポリマーを採用することによって、洗浄時に膜のそれらの領域へと水がより後押しされ、従って高まったダスト放出が達成され得るとの具現化に基づいている。

第一ポリマーはポリテトラフルオロエチレンでもよい。この特定のポリマーは比較的高い接触角を有し、従って洗浄時に比較的良好なダスト放出が達成され得る。とりわけ、膜は延伸ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）で形成されてよい。ｅＰＴＦＥは、１ミクロン未満の直径を有する疎水性繊維が比較的成熟した工業プロセスを用いて大量生産され得るという利点を有する。

スクリムは１０ｇ／ｍ^２から５０ｇ／ｍ^２の面積重量を有してよい。これによって今度は、ろ過媒体を通る気流を過度に制限することなくスクリムが膜に適切な保護を提供することができるという利点を有する。

用語「繊維（ｆｉｂｒｅ）」は、本明細書を通して使用され、（ｅＰＴＦＥ内に見られるような）フィブリル（ｆｉｂｒｉｌ）又は１ミクロン未満の直径を有する他の構造的特徴を含むと理解されるべきである。

本発明がより容易に理解され得るように、本発明の実施形態を、例として、添付の図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係るろ過媒体の透視図である。 図２は、洗浄後に存在するダストを強調する従来のろ過媒体の平面図である。 図３は、従来のろ過媒体を貫く二つの断面図を描写し、二つの図は、ろ過媒体の洗浄における異なる段階を表している。 図４は、本発明に係るろ過媒体を貫く二つの断面図を描写し、二つの図は、ろ過媒体の洗浄における異なる段階を表している。

図１のろ過媒体１は、膜２と、膜２の表面４に固定された保護スクリム３とを備える。

膜２は、１ミクロン未満の直径を有する第一ポリマーの繊維５から形成されている。第一ポリマーは疎水性であり、９０度より大きな接触角を有する。適切な候補は、約１１０度の接触角を有するポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、約１０２度の接触角を有するポリプロピレン（ＰＰ）、及び約９６度の接触角を有するポリエチレン（ＰＥ）を含むが、これらに限られない。延伸ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）は、このポリマーが比較的大きな接触角を有し、直径が１ミクロン未満である繊維を比較的成熟した工業プロセスを用いて大量生産し得るという点において特に利点を有する。

スクリム３は第二ポリマーの繊維６を備える。第二ポリマーは親水性であり、９０度未満の接触角を有する。適切な候補は、約７２度の接触角を有するポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、約７０度の接触角を有するナイロン６，６若しくはナイロン７，７、約６３度の接触角を有するポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、及び約６１度の接触角を有するポリビニルアセテート（ＰＶＡ）を含むが、これらに限られない。

繊維６は３０ｇ／ｍ^２程度の面積重量を有する不織布を形成する。別の面積重量が可能である。例えば、より小さな面積重量は、より大きな開口領域と、従ってより小さな圧力降下を提供するという利益を有し得る。しかし、スクリム３によって与えられる保護は悪化するであろう。より大きな面積重量は、膜２により大きな保護を与え得る。しかし、スクリム３はろ過媒体１を移動する気流により大きな制限を与えるだろうので、より大きな圧力降下をもたらす。１０ｇ／ｍ^２から５０ｇ／ｍ^２の面積重量は、保護と圧力降下との競合する要因間の良好なバランスを提供する。

スクリム３は熱接合によって膜２の表面４に固定される。例えば接着剤又は超音波溶接等の代替的な方法が同様に使用され得る。

本発明のろ過媒体１は、その上に保護スクリム１３が接合されたｅＰＴＦＥの膜１２を有する従来のろ過媒体１１の研究から生じた。研究の目的の一つは、洗浄時のろ過媒体１１からのダストの放出をよりよく理解し、改善することであった。図２に描写されるように、スクリム１３上の繊維１６は、膜１２の露出表面１４を多数のセルへと分割するとみなされてよい。従来のろ過媒体１１の洗浄後、ダスト８が各セルの端に沿って露出表面１４上に存在し続けたことが研究によって観察された。スクリム１３の繊維１６が完全なダスト放出を妨げているように思われた。この問題に対する可能な解決策は、スクリム１３を除去してしまうことか、又は、より小さな面積重量を、従ってより大きな開口領域を有するスクリム１３を使用することであろう。いずれの解決策も洗浄時に放出されるダストの量を増加させるであろうが、いずれの解決策も膜１２の保護を比較的不十分にしてしまうだろう。本発明はスクリム１３の繊維１６が疎水性ポリマーで、この例ではポリエチレンで形成されたという具現化に基づいている。疎水性ポリマーの使用は、洗浄されることが意図されるろ過媒体にとって賢明であるように思われる。実際に、洗浄時の効率的なダスト放出の要因となるのは膜１２の繊維１５の疎水特性である。しかし、スクリム１３について疎水性ポリマーを採用することによって、水がセルの端へと透過することを、繊維１６の比較的高い接触角が妨げる。本発明は、スクリムについて疎水性ポリマーではなく親水性ポリマーを採用することによって、洗浄時に高まったダスト放出が達成され得るという、この同定及び具現化に基づいている。

図３は従来のろ過媒体１１の洗浄における二つの段階を描写し、図４は本発明のろ過媒体１の洗浄における同じ段階を描写している。従来のろ過媒体１１について、スクリム１３の疎水性繊維１６はすぐに濡れない。その結果、図３（ａ）に描写されたように、膜１２の表面１４へと水９を運ぶためには、圧力の上昇又は攪拌が要求される。更に、一旦水９が膜１２の表面１４に到達すると、図３（ｂ）に描写されたように、繊維１６の下で外側へと水９が広がることをスクリム１３の疎水性繊維１６が妨げる。本発明のろ過媒体１について、スクリム３の親水性繊維６はセルのそれぞれへと更に水９を引き寄せる。その結果、図４（ａ）に描写されたように、膜３の表面４へと水９を運ぶために、より小さな圧力又は攪拌が要求される。更に、一旦水９が膜２の表面４に到達すると、図４（ｂ）に描写されたように、繊維６の下で外側へと水９が広がることをスクリム３の親水性繊維６が更に促進する。その結果、膜２の高まった湿潤が観察され、従って、同じ圧力又は攪拌に対してより多くのダスト８が放出される。

従って本発明のろ過媒体１は、スクリム３によって膜２に与えられる保護を妥協することなく、洗浄後のろ過媒体１の有効性が改善され得るという利点を有する。

上記実施形態において、スクリム３の繊維６は単一の親水性ポリマーで形成されている。しかし、上記の利益は、親水性ポリマーでコートされた、例えば疎水性ポリマーのコアを有する繊維６によっても達成されるであろうことが理解されるであろう。従って、特許請求の範囲において第二ポリマーの繊維を備えるスクリムについて言及される場合、これは、繊維の少なくとも外部表面が第二ポリマーで形成されていることを意味すると理解されるべきである。

Claims (3)

1. 膜と、前記膜の表面に固定された保護スクリムとを備えるろ過媒体であって、前記膜は１ミクロン未満の直径を有する第一ポリマーの繊維を備え、前記スクリムは少なくとも外部表面が第二ポリマーで形成されている繊維で構成され、前記第一ポリマーは９０度より大きな接触角を有し、そして前記第二ポリマーは９０度未満の接触角を有し、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン６，６、ナイロン７，７、ポリエチレングリコール及びポリビニルアセテートからなる群より選択される、ろ過媒体。
2. 前記第一ポリマーがポリテトラフルオロエチレンである、請求項１に記載のろ過媒体。
3. 前記スクリムが１０ｇ／ｍ^２から５０ｇ／ｍ^２の面積重量を有する、請求項１又は２に記載のろ過媒体。

Images