JPH06154784A - 散気板用多孔質体の製造方法 - Google Patents

散気板用多孔質体の製造方法

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JPH06154784A
JPH06154784A JP4336744A JP33674492A JPH06154784A JP H06154784 A JPH06154784 A JP H06154784A JP 4336744 A JP4336744 A JP 4336744A JP 33674492 A JP33674492 A JP 33674492A JP H06154784 A JPH06154784 A JP H06154784A
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JP
Japan
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plasma
sintered
porous body
ptfe
polymerization
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JP4336744A
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English (en)
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Takanori Suzuki
孝典 鈴木
Kazue Nakadera
一恵 中寺
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Tomoegawa Co Ltd
Original Assignee
Tomoegawa Paper Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 液体に対して濡れ性が優れており、小さい気
泡を数多く発生する散気板用多孔質体を得ることができ
る製造方法を提供する。 【構成】(A)ポリテトラフルオロエチレン繊維からな
る連続体を得る工程と、(B)該連続体を成型しながら
焼結処理して焼結成型物を得る工程と、(C)該焼結成
型物にプラズマ処理、プラズマ重合、プラズマグラフト
重合から選ばれる1種以上の処理を施す工程よりなる散
気板用多孔質体の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液体中で気泡を発生さ
せるための散気板用多孔質体の製造方法に関し、特に水
道水、培養液などの液体に対して濡れ性がよい多孔質体
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より都市水道、プール、温泉、銭湯
などの公共施設や家庭用水の殺菌、脱臭、脱色を目的と
して、あるいは魚類の生育環境の改善、工業用水の排水
処理として液体中にオゾンを溶解させることがおこなわ
れている。そして、液体中にオゾンを溶解させるために
散気板用多孔質体が用いられている。また、散気板用多
孔質体は好気性バイオリアクターにおける酸素などの供
給装置にも用いられている。従来、このような散気板用
多孔質体としては、耐熱性、耐薬品性、耐食性を有する
フッ素樹脂からなる多孔質体が使用されていた。しかし
ながら、フッ素樹脂そのものは疎水性であるために気泡
径が大きくなり、気泡径を小さくかつ数多く発生させる
には問題があって、気体を液体に十分溶解させることが
できなかった。特にオゾンガスのように溶解度の低い気
体を水に溶かして殺菌する場合、水に対する気泡の接触
面積を大きくする必要があり、そのためには気泡径を小
さくかつ数多く発生させたいという要求があるが、従来
の散気板用多孔質体ではこの要求を満足することはでき
なかった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、液体に対し
て濡れ性が優れており、小さい気泡を数多く発生するこ
とが可能な散気板用多孔質体の製造方法を提供する。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の発明は、
(A)ポリテトラフルオロエチレン繊維からなる連続体
を得る工程と、(B)該連続体を成型しながら焼結処理
して焼結成型物を得る工程と、(C)該焼結成型物にプ
ラズマ処理、プラズマ重合、プラズマグラフト重合から
選ばれる1種以上の処理を施す工程、とよりなることを
特徴とする散気板用多孔質体の製造方法であり、また第
2の発明は、(A)ポリテトラフルオロエチレン繊維か
らなる成型物を得る工程と、(B)該成型物を焼結処理
して焼結成型物を得る工程と、(C)該焼結成型物にプ
ラズマ処理、プラズマ重合、プラズマグラフト重合から
選ばれる1種以上の処理を施す工程、とよりなることを
特徴とする散気板用多孔質体の製造方法である。
【0005】以下に本発明の散気板用多孔質体の製造方
法について詳述する。まず、本発明でいうポリテトラフ
ルオロエチレン(以下、PTFEと称す)繊維とは、P
TFEのディスパ−ジョンにビスコ−ス、カルボキシメ
チルセルロ−ス、ポリビニルアルコ−ル等の結着剤をマ
トリックスとして構成せしめ、細孔より凝固浴に紡出し
て得たものである。
【0006】次にPTFE繊維からなる連続体を得る工
程および焼結成型物を得る工程について述べる。PTF
E繊維からなる連続体を得るには、前記延伸または未延
伸のPTFE繊維を3〜15mmの長さに切断し、これ
を水にポリアクリルアミド等の分散剤とともに分散して
抄紙原料となし、該抄紙原料を円網抄紙機、長網抄紙機
などの抄紙機に適用することによってシート状の連続体
(以下、PTFEシートと称する)を得ることができ
る。この場合、シート化に際しては、PTFE繊維に配
合されているマトリックス物質が、抄紙の際の繊維間の
結着機能を発揮し、PTFE繊維のシ−ト化を可能なら
しめるものである。そして、連続体を成型しながら焼結
処理して焼結成型物を得るには、前記PTFEシートを
必要に応じて380℃程度で数分間加熱し、シート中の
PTFE繊維を融着連続化するとともに交絡繊維間融着
をおこなったのち、PTFEシートを複数枚重ね合わせ
て、加圧(10〜100g/cm2 )しながら340℃
程度で30分〜2時間加熱融着せしめてPTFE繊維の
焼結成型物を得るものである。
【0007】また、前記PTFEシートをステンレス製
の円筒網に多層状に巻き付け、その上からガラスクロス
をもって締め付けて加圧をしながら340℃程度で30
分〜2時間加熱融着せしめて、しかるのち、ステンレス
製の円筒網およびガラスクロスを取りはずして円筒状の
PTFE繊維の焼結成型物を得ることもできる。
【0008】更にまた、PTFE繊維からなる成型物を
得るには、前記抄紙原料を任意の形状のステンレス製の
型に合わせて抄造することにより成型物を得ることがで
きる。そして、ステンレス製の型にPTFE繊維を抄造
したまま、340℃程度で30分〜2時間加熱融着せし
めて、しかるのち、ステンレス製の型を取りはずしてP
TFE繊維の焼結成型物を得ることができる。
【0009】また、前記PTFEシートをPTFEの融
点以上の温度(例えば380℃)にて加熱処理し、PT
FE繊維間を融着せしめた後、該PTFEシートをハニ
カム状や円錐状などの任意の形状に加工してPTFE繊
維からなる成型物を得た後、該成型物を340℃程度で
30分〜2時間加熱融着せしめてPTFE繊維の焼結成
型物を得てもよい。
【0010】なお、PTFE繊維からなる成型物にはガ
ラスファイバ−、シリカファイバ−、アルミナファイバ
ー、アルミニウムシリケ−トなどの無機繊維を混合させ
てもよい。また、PTFEシートを得るには前記湿式抄
造方法以外にも乾式不織布製造方法により製造すること
もできる。乾式不織布製造方法とは、複数の3〜15m
mの長さのPTFE繊維を押さえながらニードルパンチ
による繊維間交絡作業を密度濃くおこなう機械交絡法等
の手段を用いてPTFE繊維の乾式不織布を得るもので
ある。
【0011】次にPTFE繊維の焼結成型物にプラズマ
処理、プラズマ重合及びプラズマグラフト重合を施す工
程について述べる。本発明でいうプラズマ処理とは、例
えば、図1のような平行板電極型プラズマ装置を用いて
行うことができる。すなわち、図1のベルジャー1内は
密閉された空間であり、プラズマ処理時に減圧されて一
定圧力に保たれ、互いに平行に配置された2つの電極板
2の下部電極板上に上述のPTFE繊維の焼結成型物3
を置き、高周波電源4によって電極間に電圧をかけてプ
ラズマ雰囲気を作り出し、該プラズマ雰囲気下にガス供
給路5よりガスをプラズマ雰囲気中に供給して、該焼結
成型物を処理するものである。なお、6は上部電極板を
支えるための電極支柱であり、7はベルジャー内のガス
を排気するための排気口である。
【0012】本発明において使用できるプラズマ処理用
ガスは、酸素ガス、窒素ガス、水素ガス、乾燥空気、ア
ルゴンガス、ヘリウムガス、アンモニアガスの中から選
ばれる少なくとも一種である。
【0013】本発明において、高周波(13.56MH
z)電源の出力が5W〜200Wの範囲内、好ましくは
10〜100Wの範囲内で設定される。200Wより大
きいとプラズマ処理の出力が強すぎてPTFEの焼結成
型物が劣化し、一方、5W未満である場合、プラズマが
発生しない。
【0014】本発明において、プラズマ処理圧力が0.
01Torr〜10Torrの範囲内、好ましくは0.
05〜2Torrの範囲内に設定される。0.01To
rr未満でプラズマ処理するとプラズマ処理効果が薄
く、一方、10Torrより大きいとプラズマが発生し
ない。
【0015】本発明において、プラズマ処理時間が0.
2秒〜10分の範囲内、好ましくは10秒〜5分の範囲
内に設定される。0.2秒未満でプラズマ処理すると処
理効果が薄く、一方、10分より長いとPTFEの焼結
成型物が劣化する。
【0016】また、プラズマ重合は、前記のプラズマ処
理用ガスに代えて重合性モノマーガスを用いるものであ
って、用いられる重合性モノマーガスとして、テトラフ
ルオロエチレン、ヘキサフルオロベンゼン、パーフルオ
ロベンゼン、ペンタフルオロベンゼン、パーフルオロピ
リジン、パーフルオロメチルシクロヘキサン、ヘキサフ
ルオロプロペン、ヘキサメチルジシロキサン、トリエト
キシビニルシラン、ジアリルジメチルシラン、メタン、
エタン、プロパン、n−ブタン、i−ブタン、プロピレ
ン、アクリロニトリル、プロピオニトリル、プロピルア
ミン、アリールアミン、エチレン、アレン、アセチレ
ン、エチレンオキシド、ベンゼン、トルエン、キシレ
ン、ヘキサン、シクロヘキサン、アクリル酸およびアク
リル酸エステル、メタクリル酸およびメタクリル酸エス
テル、クロルベンゼン、ニトロトルエン、スチレンおよ
びスチレン誘導体などが挙げられるがこれに限定される
ものではない。なお、同伴ガスとしてヘリウム、アルゴ
ン、窒素などの不活性ガスを用いてもよい。
【0017】また、プラズマグラフト重合の場合には、
ラジカル重合性ビニル単量体としてアクリル酸、メクク
リル酸、アクリルアミド及びその水溶液やメタクリル酸
エステルなどのような機能性モノマーのグラフト重合に
よってカルボキシル基のような固定化用官能基を焼結成
型物の表面に高密度で形成するものである。プラズマグ
ラフト重合のプラズマ処理条件は前記プラズマ処理と同
様である。グラフト重合させる機能性モノマーとして
は、アクリル酸、メタクリル酸、アクリルアミドなどの
水溶液やメタクリル酸エステル、スチレン、スチレン−
スルホン酸ナトリウム、メタクリル酸ポリエチレングリ
コール、メタクリル酸グリシジルなどが挙げられる。
【0018】本発明では前記平行板電極型プラズマ装置
に限らず、クロス型の内部電極方式のプラズマ装置や外
部電極方式の円筒型などのプラズマ装置を適用しておこ
なうことが可能であってプラズマ装置の種類は特に限定
しないものである。本発明の製造方法による散気板用多
孔質体は、小さな気泡を多量に発生させるために平均細
孔径が10μm〜100μmであることが好ましい。こ
の場合、平均細孔径は米国POROUS MATERI
ALS社製のPMI自動キャピラリーフローポロメータ
ーで測定した値である。
【0019】
【作用】本発明の製造方法による散気板用多孔質体は、
ポリテトラフルオロエチレン繊維からなる焼結成型物に
プラズマ処理、プラズマ重合あるいはプラズマグラフト
重合の処理が施されているため、液体に対するポリテト
ラフルオロエチレン繊維の濡れ性が良好となり、かつポ
リテトラフルオロエチレン繊維表面の表面エネルギーが
大きくなる。したがって、ポリテトラフルオロエチレン
繊維から気泡が離れやすくなるため、極小の気泡を発生
することが可能となる。
【0020】
【実施例】以下、実施例及び比較例に基づいて本発明を
説明する。 実施例1 ビスコ−スをマトリックスとしてPTFEディスパ−ジ
ョンより得た未延伸のPTFE繊維(昭和工業社製 商
品名:トヨフロン)を6mm長に切断し、0.5%濃度
で水中に分散し、ポリアクリルアミド系の合成分散剤を
加えてなる抄紙原料を円網抄紙機によりシ−ト化し、坪
量40g/m2 のPTFEシ−トを得た。このPTFE
シ−トを赤外線ヒ−タ−を用いて380℃で3分間加熱
し、シート中のPTFE繊維を融着して連続化するとと
もに交絡繊維間融着を行った。このPTFEシ−トを8
枚重ね、上から圧力50g/cm2 を加えながら340
℃中で30分加熱した。さらに圧力を解除して、PTF
Eシート中のビスコ−スを熱分解除去するために320
℃で20時間加熱処理し、坪量166g/m2 の白色状
のPTFE板を得た。さらに、図1の平行板電極型プラ
ズマ装置を用いてアクリル酸モノマーをPTFE板にプ
ラズマ重合せしめ平均細孔径50μmの本発明の散気板
用多孔質体を作製した。プラズマ重合条件は13.56
MHzの高周波出力30W、圧力0.2Torr、重合
時間5分でおこなった。
【0021】実施例2 実施例1と同様のPTFE板を作製し、図1の平行板電
極型プラズマ装置を用いてアルゴンガスを13.56M
Hzの高周波出力100W、圧力0.1Torr、処理
時間30秒でPTFE板にプラズマ処理をおこなった。
次に13.56MHzの高周波出力30W、圧力0.2
Torr、重合時間5分でアクリル酸モノマーをPTF
E板にプラズマ重合せしめ平均細孔径50μmの本発明
の散気板用多孔質体を作製した。
【0022】実施例3 実施例1と同様のPTFE板を作製し、図1の平行板電
極型プラズマ装置を用いてアルゴンガスを13.56M
Hzの高周波出力100W、圧力0.1Torr、処理
時間30秒でPTFE板にプラズマ処理をおこなった。
次に13.56MHzの高周波出力30W、圧力0.2
Torr、重合時間5分でアクリル酸モノマーをPTF
E板にプラズマ重合せしめた後、アクリル酸モノマーを
圧力1Torrで1日流し続けグラフト重合をおこなわ
せしめ平均細孔径50μmの本発明の散気板用多孔質体
を作製した。
【0023】比較例1 プラズマ重合をせしめないで実施例1のPTFE板をそ
のまま比較用の散気板用多孔質体(平均細孔径50μ
m)とした。
【0024】次に前記実施例1〜3及び比較例1の散気
板用多孔質体をそれぞれ予め水が充満された深さ15c
mの容器の底にセットし、空気を容器の底部から供給し
て、気泡の発生状態及び気泡径を観察した。また、各散
気板用多孔質体に対する水の接触角を測定し、これらの
結果を表1に示した。表1において、圧力とは容器の底
部から供給した空気の圧力であり、気泡の発生状態及び
気泡径は気泡発生時の様子を容器の外から基準スケール
とともにカメラで接写し、写真によって気泡の発生状態
の観察及び気泡径を測定した。なお、気泡の発生が多い
ものには○、気泡の発生が少ないものには×で示してあ
る。また、水の接触角はエルマゴニオメータ式の接触角
測定器G−I型で測定した。
【0025】
【表1】
【0026】表1から明らかなように本発明の製造方法
による散気板用多孔質体を使用した実施例1〜3は、気
泡径が小さくかつ気泡の数が多く発生することが確認さ
れた。また、水の接触角のデータから明らかなとおり本
発明による散気板用多孔質体の水に対する濡れ性はきわ
めて良好であり、水滴が散気板用多孔質体に均等に浸透
していることが確認された。一方、比較例1では気泡径
が大きく気泡の発生状態も少なくて、水の接触角も大き
く濡れ性が悪いことが確認された。
【0027】
【発明の効果】本発明の製造方法により、液体に対して
優れた濡れ性を有し、したがって小さな気泡を多量に発
生させることができる散気板用多孔質体を得ることが可
能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はプラズマ処理装置の一例である。
【符号の説明】
1 ベルジャー 2 電極板 3 PTFE繊維の焼結成型物 4 高周波電源 5 ガス供給路 6 電極支柱 7 排気口

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(A)ポリテトラフルオロエチレン繊維か
    らなる連続体を得る工程と、(B)該連続体を成型しな
    がら焼結処理して焼結成型物を得る工程と、(C)該焼
    結成型物にプラズマ処理、プラズマ重合、プラズマグラ
    フト重合から選ばれる1種以上の処理を施す工程、とよ
    りなることを特徴とする散気板用多孔質体の製造方法。
  2. 【請求項2】(A)ポリテトラフルオロエチレン繊維か
    らなる成型物を得る工程と、(B)該成型物を焼結処理
    して焼結成型物を得る工程と、(C)該焼結成型物にプ
    ラズマ処理、プラズマ重合、プラズマグラフト重合から
    選ばれる1種以上の処理を施す工程、とよりなることを
    特徴とする散気板用多孔質体の製造方法。
  3. 【請求項3】ポリテトラフルオロエチレン繊維からなる
    連続体を得る工程が、ポリテトラフルオロエチレン繊維
    のスラリーを湿式抄紙法によりシート化するものである
    ことを特徴とする請求項1に記載の散気板用多孔質体の
    製造方法。
JP4336744A 1992-11-25 1992-11-25 散気板用多孔質体の製造方法 Withdrawn JPH06154784A (ja)

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