JPH04190812A

JPH04190812A - 窒化チタンフィルターエレメント

Info

Publication number: JPH04190812A
Application number: JP2319424A
Authority: JP
Inventors: Shiro Toritsuka; 史郎鳥塚; Hiromitsu Riku; 陸　寛光; Hiroaki Nishio; 浩明西尾
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1990-11-22
Filing date: 1990-11-22
Publication date: 1992-07-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はチタンないし窒化チタンを主原料として得られ
、特に耐酸性に優れたフィルターエレメントに関するも
のである。

〔従来の技術〕

ビール、日本酒、ワイン等の飲料品や食品、医薬品の製
造工程において、酵母菌、微細なタンパク質、コロイド
状物質等を除去する手段としてアルミやナステンレス鋼
製フィルターエレメントが用いられている。また、これ
らフィルターエレメントの上に珪藻土、パーライト、セ
ルロース、活性炭等の濾過助剤をプリコートし、形成さ
れたプリコート層によるプリコート濾過も良く用いられ
る方法である。

被濾過液中に含まれる酵母菌、有機物質等は濾過の際に
プリコート層およびフィルターエレメント自体に捕捉さ
れる。一方、これらの捕捉された物質によってフィルタ
ーエレメントは目詰まりしてゆく。そのため、捕捉され
た物質は逆洗等により除去される必要がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

フィルターエレメントに捕捉された酵母菌、有機物質等
は目詰まりの原因となるため、逆洗などにより除去され
るが、完全に除去することは難しく、定期的にフィルタ
ーエレメント自体を交換せざるをえない。たとえば、ビ
ール製造の際に使用される酵母濾過用フィルターエレメ
ントの寿命は３力月から１年である。

本発明の目的は、フィルターエレメント内に蓄積される
酵母菌、有機物質等の目詰物質を簡単な手段で充分に除
去して、長期間繰返し使用できるフィルターエレメント
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、上記目的を達成するべく種々検討の結果
、酸・アルカリで強力に洗浄することによって目詰物質
を除去する方法に着目した。しかしながら、耐酸・耐ア
ルカリ性に優れているばかりでなく物理強度も充分にあ
り、しかも酵母菌のような微小物の通過を阻止しうる多
孔体の開発は容易でない。たとえば、アルミナフィルタ
ーでは４％の水酸化ナトリウムで洗浄を行うと、基材の
アルミナと結合材であるＳ　ｉ　Ｏｚが溶出してしまい
、強度が２４時間後に％に低下し、使用に耐えなくなる
。また、鉄系のフィルターにおいても酸やアルカリには
耐食性を有してはいない。さらにアルカリには十分な耐
食性を有しているチタン製フィルターですら塩酸、硫酸
、硝酸、フン酸にたいしては腐食されてしまう０本発明
者らが測定した各種酸に対するチタンの腐食データを表
−１に示す。

表−１硫酸　　１　　沸騰　１７．８硫酸　　５　　沸騰　２５．４塩１３　　　沸騰　１４．０硝酸　　７０　　　沸騰　０．９４硝　酸　　〈約２％ＨｚＯ室　温　　　燃　焼　　　赤
煙発生のもの硝　酸　　〉約２％Ｈ，Ｏ室　温　侵され
やすい　赤煙発生のもの２７ｒｌｔ　　　１　　　室温
　急速そこで、本発明者らはさらに検討を進めた結果、多孔性
であるフィルターエレメントの少なくとも表面を窒化チ
タンにすることによって、このフィルターエレメントの
濾過性を損なわずに耐酸・耐アルカリ性を飛躍的に高め
ることができ、フィルターエレメントの寿命を大巾に向
上させることができることを見出して本発明を完成する
に至った。

本発明のフィルターエレメントは、酵母菌等の微小物を
捕捉しうる多孔質のものであって、少なくとも表面が窒
化チタンよりなっている焼結体である。すなわち、フィ
ルターニレメト全体が窒化チタンで形成されていてもよ
く、内部がチタンで表面のみが窒化チタン化されていて
もよい。表面のみの場合の窒化チタンの層厚はｌｎｍ以
上、好ましくは１０ｎ＊以上が適当である。窒化チタン
化される表面は少なくとも濾過面全体であることはいう
までもない。また、気孔率が２０〜７０％で平均気孔径
が０．５〜５０ｎのものが適当である。気孔率が２０％
未満では濾過時の圧力損失が太き（なり、それに伴い濾
過効率も悪くなる。一方、７０％を越えると焼結体の強
度を左右する接合点が少なくなり、その結果強度が不十
分となる。好ましい気孔率は３０〜５５％である。また
、平均気孔径が０．５　ｔｓ未満では圧力損失が大きく
なりすぎ、５０ｎを越えると濾過助剤がエレメント内部
奥深くまで侵入して目詰まりを起こす危険性がある。好
ましい平均気孔径は１０〜４０．である。上記の気孔率
及び平均気孔径のものは原料粉の粒径、成形の際の加圧
、振動等による充填度の調整、さらには焼結温度等によ
って行なうことができる。フィルターエレメントの濾過
部の肉厚は１〜３０ｆｆ１１１程度、通常４〜１５ｓａ
ａ程度が適当である。

このフィルターエレメントの製法としては、窒化チタン
粉末を焼結してもよく、チタン粉末の表面を窒化して、
これを焼結してもよい。さらにチタン粉末を焼結してチ
タンの多孔体を作製し、その表面を窒化してもよい。粒
径は窒化チタン粉末及びチタン粉末のいずれの場合にも
平均粒径て０．５〜１５０Ｉ！ｍ程度、特に２〜１２０
−程度が適当である。

窒化チタン粉末あるいは表面が窒化されたチタン粉末を
原料に用いる場合には、成形用バインダーを混合して成
形する。成形用バインダーの例としては、ポリビニルア
ルコール、ポリビニルブチラール、メチルセルロース、
カルボキシメチルセルロース、エチルセルロース、パラ
フィンワックス、アクリル系バインダー、低分子量ポリ
エチレンなどを挙げることができる。成形用バインダー
の使用量としては、窒化チタン粉末に成形用バインダー
を加えた混合物の１〜２０重量％程度が適当である。一
方、チタン粉末をそのまま焼結する場合には、成形用バ
インダーは不要である。

上記の原料粉をフィルターエレメントに成形する方法は
特に指定はなく、例えばプレス成形、振動プレス、突き
棒充填成形、ランマリング、ウェットバッグＣＩＰ、　
　ドライハックＣＩＰ、鋳込み或いは振動や加圧を含ん
だ鋳込み、押し出し、射出成形等の方法のいずれによっ
てもよい。その際、焼結体の気孔率及び平均気孔径を整
えるために得られた充填体をプレス等を用いて加圧或い
は圧縮して成形してもよい。あるいは、耐熱性の型に充
填し、プレス等を用いた加圧・圧縮の成形をせず、型ご
と加熱し原料粉末を焼結してもよい。

焼結は、窒化チタン粉末または表面が窒化されたチタン
粉末を原料として用いた場合には１２００〜１８００°
Ｃで行なう。一方、チタン粉末をそのまま焼結する場合
には８００〜１２００°Ｃの範囲で行なう。焼結温度が
上記の範囲未満では十分な焼結が行われず強度が不足と
なる。逆に上記の範囲を越えた温度で焼結すると、焼結
が進行し過ぎ適当な気孔率、気孔径が得られない。焼結
は窒素雰囲気、不活性ガス雰囲気、真空雰囲気等で行な
えばよい。

チタン粉末を焼結して多孔体とした場合には、引続き窒
素雰囲気で熱処理を行なって多孔体の表面に窒化チタン
膜を形成させる。熱処理温度は５００〜１５００°Ｃ程
度、好ましくは８００〜１２ｏｏ″Ｃ程度が適当であり
、窒素の圧力は０．０１〜１０ａｔｏ＋程度でよい。熱
処理条件、すなわち温度、圧力、時間等によって窒化チ
タン膜厚を調節することができる。

窒化チタン膜厚はｌｎｍ以上、好ましくは１００１以上
が適当である。尚、前述のチタン粒子の表面を窒化して
から焼結する場合もチタン粒子を上記と同じ条件で窒化
すればよいことはいうまでもない。

本発明のフィルターエレメントは、そのままフィルター
として使用しうるほがプリコート濾適用に広く利用する
ことができる。濾過助剤としては珪藻土、パーライト、
セルロース、活性炭、その他各種の濾過助剤を通用でき
る。フィルターエレメントの形状は製着する濾過機に従
って種々の形状をとりうることはいうまでもない。

〔作用〕

本発明のフィルターエレメントは、濾過部の表面が窒化
チタンで形成されているところから、耐酸・耐アルカリ
性にすくれている。

〔実施例］実施例１平均粒径２．５μのＴｉＮ粉末に成形助剤としてポリビ
ニルブチラールを１ｗｔ％添加した。この原料粉を外径
１２３ｍｍ、内径９５ａｌｌ、長さ５２０ｍＩＩ＋の円
筒形の容器の中に、内径９５１１ＩＩ１１の中子を有す
るジュラルミン製の型に振動テーブル及びバイブレータ
−を使って振動をかけながら充填した。充填終了後棒状
バイブレータ−にて圧密化し、乾燥成形した。得られた
成形体を真空雰囲気で１６００”Ｃで６時間焼成して外
径１２０Ｗ、内径９４＋ｍ＋＋、長さ５００［１１８＋
、肉厚１３胴のフィルターエレメントを得た。このフィ
ルターエレメントについて、まず４０　ｋｇ　／　ｃ　
ｍ　２の内圧試験を行なったところ合格率は１００％で
あった。合格したフィルターの平均気孔径、気孔率、３
点曲げ強さを測定した。３点曲げ強さ測定用試験片はＪ
ＩＳ１６０１　Ｒに準じてフィルターエレメントより切
りだした。得られた結果は平均気孔径１１、気孔率３８
％、３点曲げ強さ２５００ｋｇ／ｃ１ｉ１であった。

上記、３点曲げ強さ測定用試験片を５％の塩酸、硫酸、
フッ酸、赤煙発生の硝酸および４％の水酸化ナトリウム
の９０°Ｃに熱せられた各水溶液中に浸漬し、その１６
５時間後の強度低下を調べた。結果を表−２に示すが、
どの水溶液に浸漬したサンプルに関しても１６５時間後
においても曲げ強さ２４００ｋｇ／ｃｍ”を維持し、強
度の低下はみられなかった。

実施例２平均粒１５０西のＴ　ｉ　Ｎ粉末に成形助剤としてパラ
フィンを２ｗｔ％添加し、実施例１と同様に成形及び焼
成を行なった。このフィルターエレメントをまず４０　
ｋｇ　／　ｃｒａ　２の内圧試験を行なったところ合格
率は１００％であった。合格したフィルターの平均気孔
径、気孔率、３点曲げ強さを測定した。３点曲げ強さ測
定用試験片はＪＴＳ　１６０１Ｒに準してフィルターエ
レメントより切りだした。得られた結果は平均気孔径３
５即、気孔率３９％、３点曲げ強さ５５０ｋｇ／ｄであ
った。

上記、３点曲げ強さ測定用試験片を５％の塩酸、硫酸、
フン酸、赤煙発生の硝酸および４％の水酸化トナリウム
の９０“Ｃに熱せられた各水溶液中に浸漬し、その１６
５時間後の強度低下を調べた。結果を表−２に示すが、
１６５時間後においても曲げ強さ５４０ｋｇ／ｃｉｌｌ
を維持し、強度の低下はみられなかった。

実施例３平均粒１００ｎのＴｉ粉末を１　、　Ｏａ　ｔｍの窒素
雰囲気下で１４００°Ｃ１２時間熱処理しＴｉ粉末の表
面にＴ’　ｉ　Ｎを形成せしめた。χ線、ＥＰＭＡとオ
ージェによりその厚みを測定したところ２００ｎｍであ
った。この粉末に成形助剤としてパラフィンを２ｗｔ％
添加し、実施例１と同様に成形し、真空雰囲気で１１０
０’Ｃで３時間焼成を行なった。このフィルターエレメ
ントをまず４０ｋｇ　／　ｃ　ｍ　”の内圧試験を行な
ったところ合格率は１００％であった。合格したフィル
ターの平均気孔径、気孔率、３点曲げ強さを測定した。

３点曲げ強さ測定用試験片はＪＩＳ　１６０１Ｒに準じ
てフィルターエレメントより切りだした。得られた結果
は平均気孔径１０ｎ、気孔率４５％、３点曲げ強さ７５
０ｋｇ／　ｄであった。

上記、３点曲げ強さ測定用試験片を５％の塩酸、硫酸、
フッ酸、赤煙発生の硝酸および４％の水酸化ナトリウム
の９０°Ｃに熱せられた各水溶液中に浸漬し、その１６
５時間後の強度低下を調べた。結果を表−２に示すが、
１６５時間後においても曲げ強さ７３５ｋｇ／ｃ−ｄを
維持し、強度の低下はみられなかった。

実施例４平均粒１００−のチタン粉末を成形助剤無添加で実施例
１と同様に成形し、真空雰囲気で９００°Ｃで２時間焼
成を行なった。このチタン焼結体を９ａ　ｔｍの窒素分
圧下で１２００’Ｃ１６時間熱処理を行った。このチタ
ンの表面をＸｉ、　ＥＰＭＡとオージェによりその厚み
を測定したところ１１０００ｎであった。フィルターエ
レメントを予め４０ｋｇ／ｃｍ”の内圧試験を行なった
ところ１００％が合格した。合格したフィルターの平均
気孔径、気孔率、３点曲げ強さを測定した。その結果、
気孔率４３％、平均気孔径Ｉ〇−１曲げ強さ８００）ｃ
ｇ／ｃｉｌ！の焼結体を得た。３点曲げ強さ測定用試験
片はＪＩＳ　１６０１Ｒに準じてフィルターエレメント
より切りだした。得られた結果は平均気孔径１０即、気
孔率４５％、３点曲げ強さ７５０ｋｇ／ｃ＋ｆｌであっ
た。

上記、３点曲げ強さ測定用試験片を５％の塩酸、硫酸、
フッ酸、赤煙発生の硝酸および４％の水酸化ナトリウム
の９０°Ｃに熱せられた各水溶液中に浸漬し、その１６
５時間後の強度低下を調べた。結果を表−２に示すが、
１６５時間後においても曲げ強さ７９０ｋｇ／ｃ４を維
持し、強度の低下はみられなかった。

比較例１比較例として外径１２０ｒｍ、内径５０ｍ、長さ５００
ｆｆＩ１１の肉厚３５圓のアルミナとシリカよりなるセ
ラミックフィルターエレメントを上記実施例１と同様に
製造し、気孔率４０％、平均気孔形３０ｎ、３点曲げ強
さ５００ｋｇ／ｃｄの性質を有するものを得た。これに
対し、実施例１と同じ耐酸および耐アルカリの試験を行
い、曲げ強度の測定を行った。その結果を表−２に示す
。９０°Ｃの５％の硫酸および４％の水酸化ナトリウム
水溶液の双方に対し、１６５時間後に強度は１７１０以
下に低下し、フィルターとしての使用に耐えない状態と
なった。

比較例２比較例として外径１２０口、内径５０胴、長さ５ＱＯｍ
ｍノ肉ｆｆ３５ｍｍのチタンよりなるフィルターエレメ
ントを上記実施例４と同様に製造し、気孔率４３％、平
均気孔形１０−２３点曲げ強さ８００ｋｇ／ｃｍの性質
を有するものを得た。ただし、表面窒化処理は行わなか
った。これに対し、実施例１と同じ耐酸および耐アルカ
リの試験を行い、曲げ強度の測定を行っなった。その結
果を表−１に示す。４％の水酸化ナトリウムに対し、１
６５時間後も全く強度低下を示さなかったが、５％の硫
酸に対しては１６５時間後に強度は２に低下した。また
、５％のフン酸に対しては１６５時間後に強度は１／１
ｏ以下に低下した。

（以下余白）表−２〔発明の効果〕本発明の窒化チタンよりなるフィルターエレメントは、
従来のフィルターに比べ著しく耐酸性と耐アルカリ性が
向上し、酸やアルカリによるフィルターエレメントの洗
浄が可能とした。このため、逆洗では取り除けなかった
フィルターニレメト目詰まりを完全に除去できるため、
フィルターエレメントの寿命を飛躍的に伸ばすことを可
能にした。

このフィルターエレメントをチタンの多孔質焼結体の表
面を窒化して製造すれば、チタンの焼結を比較的低温で
行なうことができ、窒化チタンの焼結に比ベニ業生産上
有利である。さらに、チタンは易成形性であるからこの
方法は工業的に優れている。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも表面が窒化チタンよりなるフィルター
エレメント焼結体
（２）あらかじめ成形、焼成されたチタン多孔体を窒素
中で熱処理することを特徴とするチタン多孔体の表面に
窒化チタン膜が形成されているフィルターエレメント焼
結体