JPH07204472A - カートリッジ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 流体中の化学種を分離するためのカートリッ
ジ吸収装置を提供する。 【構成】 粒子充填フィブリル化ポリテトラフルオロエ
チレン膜を含むカートリッジ吸収装置。流体中の化学種
が粒子と結合することにより流体から分離される。結合
した化学種は、カートリッジ装置を溶離液でフラッシす
ることにより回収することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、除去すべき種に対して
活性のある粒状物を閉じ込めたフィブリル化ポリテトラ
フルオロエチレン膜を含むカートリッジ装置に関する。
この種を含有する流体が粒状物充填膜を通して流れる
と、その種が粒状物に結合し、流体から除去される。

【０００２】

【従来の技術】流体から懸濁粒子を除去するためにフィ
ルターを使用することはよく知られており、文献にも広
く記載されている。こうした装置はサイズ排除法により
汚染物を除去するものである。より詳細には、ある特定
のフィルターは特定のサイズ範囲内にある開口部を有す
る。その開口部よりも大きな粒子はフィルターに捕捉さ
れ、流体から除去される。その開口部よりも小さな粒子
はフィルターを通過することができる。このことは、流
体が気体である場合、典型的にはどのような粒状1 も望
ましくないので通常は問題とはならない（それゆえ、開
口部の非常に小さなフィルターを使用することができ
る）。しかし、流体が液体である場合には、サイズの制
限が問題となりうる。開口部の非常に小さなフィルター
を使用することによって、汚染物と同時に非汚染物もま
たフィルターによって捕捉されてしまうことがある。そ
の開口部をすべての非汚染物が通過できるよう十分に大
きくすると、その開口部よりも小さな汚染物が除去され
ない。

【０００３】非常に小さな汚染物を除去するためには、
サイズの均一な非常に小さい開口部を有するフィルター
が必要である。このように小さな開口部を膜が有する
と、十分な流束を達成するために膜を極薄にしなければ
ならない。このような薄い膜は、引裂き、パンク及び破
裂といった構造破壊を受けやすくなり、付随して圧力増
加にも耐えられなくなる。これらの制限を克服するため
特許請求されているフィルター膜が米国特許第５，１５
４，８２７号明細書に記載されている。

【０００４】濾過とは違い、収着法は、収着性種と吸収
される種（すなわち、汚染物）との間の化学的または物
理的相互作用を利用して、後者を流体から除去する方法
である。（従って、収着法は、溶解している種や懸濁し
ている種を除去するために使用することができる。）収
着法は、多孔質粒体を充填したカラムにおいて最もよく
実施されている。これらの粒体の外部から内部にかけ
て、いわゆる活性部位（すなわち、粒体に結合されてい
るかまたはその表面に存在する反応性基）を含有する気
孔(pore)がある。最適には、汚染物が移動しなければな
らない粒体の外部から活性部位にかけての距離をできる
だけ短くすべきである。これを達成する方法の一つは粒
体のサイズを最小限に抑える方法である。しかしなが
ら、このような粒体の最小サイズは、以下の因子、つま
りカラム内に粒体を支持するために用いられるスクリー
ンの開口部サイズ、及び流体がカラムを通ると発生する
圧力降下、によって制限される。それゆえ、カラム充填
用粒体は、カラム収着法が非実用的とならない最小サイ
ズを有する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記より、最適効率を
示す収着装置は、圧力降下が過剰に高くなることのない
非常に小さな収着性粒体を内蔵しなければならないこと
がわかる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】一つの態様において、本
発明は、 ａ）中空コア； ｂ）粒状物充填フィブリル化ポリテトラフルオロエチレ
ン膜を含むシートであって、該粒状物は種を結合するこ
とができ、該シートはプリーティングされ且つ自身と接
合して前記コアを取り囲むシリンダーを形成するシー
ト； ｃ）前記コアに滑り嵌合する二つの端蓋；及び ｄ）前記端蓋を前記コアに固定するための手段を含んで
成り、前記端蓋が前記プリーティングされた膜の端部に
封止されており、そして前記種が前記粒状物との結合に
よって流体から除去される、流体から種を除去するため
のカートリッジ装置を提供する。さらなる態様におい
て、本発明は、 ａ）上記カートリッジ装置を提供する工程； ｂ）種を含有する流体を前記カートリッジ装置のシート
を通して流す工程； ｃ）フィブリル化ポリテトラフルオロエチレン膜内に閉
じ込められた活性粒状物に前記種を結合させる工程を含
んで成る、流体から種を除去する方法を提供する。所望
であれば、そのように除去した種を適当な溶離液で溶出
させて回収することができる。

【０００７】特に断らない限り、本出願明細書では以下
の定義を適用する。「種」とは、流体中で溶媒和されて
いる化学物質（例、錯体、分子またはイオン）を意味す
る。粒状物について使用した場合の「活性な」とは、特
定の種と結合できることを意味する。「錯体」とは、錯
化合物または錯イオン（配位化合物としても知られてい
る）を意味する。「結合する」とは、種を収着または種
と化学反応することを意味する。「収着する」、「収
着」または「収着性」とは、吸着または吸収を意味す
る。

【０００８】活性粒状物が閉じ込められているフィブリ
ル化ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）膜をプリ
ーティング（ひだ付け）することによって、比較的小さ
な容積内に多数の結合部位を閉じ込めることができる。
活性粒状物は、分離カラムを充填するのに用いられる多
孔質粒体としてのものが考えられる。しかしながら、こ
のような充填カラムとは違い、本発明のカートリッジ装
置には非常に小さな粒子を使用することができる。非常
に小さな粒子を使用することによって、分離に必要な時
間が短縮される。

【０００９】本発明のカートリッジ吸収体の粒子充填フ
ィブリル化ＰＴＦＥ膜に流体（好ましくは液体）を通過
させると、膜に閉じ込められている粒子が、流体中に存
在する１種以上の種と優先的に結合する。この優先結合
の結果、１種以上の化学種が流体から分離される。流体
を精製する場合には、これだけですべてが終わる。しか
しながら、結合した種を回収する場合には、溶離液を使
用して吸収種をフラッシすることができる。本発明の装
置は、本明細書中ではカートリッジ吸収体と称するが、
有用な粒状物を収着性粒状物に限定する必要はない。例
えば、本発明のカートリッジ装置のフィブリル化ＰＴＦ
Ｅ膜には、除去すべき種と化学反応する粒状物を使用す
ることもできる。しかしながら、このような収着性また
は化学反応性の粒状物は、サイズ排除以外の方法によっ
て問題の種を除去する。

【００１０】図１は、カートリッジハウジング１２と結
合アセンブリー１４を有する鉛直方向にプリーティング
されたカートリッジ吸収体１０を示す。カートリッジハ
ウジング１２は中空コア１６、端蓋１８及び端蓋１９を
含む。コア１６並びに端蓋１８及び１９は、ステンレス
スチールのような金属またはポリプロピレンもしくはナ
イロン（商品名）のようなポリマーで構築されている。
これらの材料の中ではポリプロピレンが好ましい。コア
１６並びに端蓋１８及び１９が金属製である場合には、
互いに接着剤（例えば、エポキシ樹脂）で結合すること
ができる。各々がポリマーである場合には、接着剤によ
っても融合結合法によっても結合することができる。コ
ア１６を端蓋１８及び１９に封止するのに採用する方法
によっては、（コア１６を受容するために）端蓋１８及
び１９に小さなくぼみやへこみがある方が望ましいこと
もある。ガスケット１５及び１７（明確にするため後者
はカートリッジハウジング１２から外して図示されてい
る）を必要に応じて端蓋１８及び１９に取り付けてか
ら、カートリッジ吸収体１０を保持装置内に挿入し、流
体を流す。

【００１１】本発明において使用できる典型的なカート
リッジハウジングは、ＭｅｍｔｅｃＡｍｅｒｉｃａ社
（Ｔｉｍｏｎｉｕｍ，ＭＤ）から商品名Ｍｏｄｅｌ Ｌ
ＭＯ−ＶＳ−１０５０３／４として市販されている。結
合アセンブリー１４は、活性粒状物が閉じ込められてい
る粒子充填フィブリル化ＰＴＦＥ膜２１と、強化手段２
２とから成る強化シート２０を含む。本発明の実施に絶
対に必須であるということはないが、強化手段２２を使
用することが好ましい。好ましい強化手段２２には、金
属であってもポリマーであってもよいスクリーン及びス
クリム、すなわち不織繊維ポリマーウェブ（好ましく
は、ナイロン（商品名）、ポリプロピレン及びセルロー
スなどのポリマーでできたもの）が含まれる。強化手段
２２は、粒子充填フィブリル化ＰＴＦＥ膜２１の中に少
なくとも部分的に埋め込まれている。強化シート２０は
鉛直方向に（すなわち、シリンダー１６の軸に沿って）
プリーティングされており、そしてその縁部の一方は、
好ましくは接着剤により、他方の縁部に封止されてい
る。粒子充填フィブリル化ＰＴＦＥ膜２１を製造し、強
化手段２２を埋め込み、強化吸収シート２０を形成する
方法については、米国特許出願第０８／１７９，３１３
号明細書に記載されている。

【００１２】活性粒状物を閉じ込めた膜を製造するため
には、水性ＰＴＦＥ分散液から出発する。この乳白色の
分散液は、約２０〜７０重量％のＰＴＦＥ微粒子が水中
に懸濁されているものである。これらＰＴＦＥ粒子の大
部分は、粒径が０．０５〜約０．５μｍの範囲にある。
市販の水性ＰＴＦＥ分散液は、懸濁状態を保つために安
定化剤や界面活性剤といった他の成分を含む場合があ
る。このような市販の分散液の例として、Ｔｅｆｌｏｎ
（商品名）３０、Ｔｅｆｌｏｎ（商品名）３０Ｂ及びＴ
ｅｆｌｏｎ（商品名）４２（ＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅ
ｍｏｕｒｓ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社；Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏ
ｎ，ＤＥ）が挙げられる。Ｔｅｆｌｏｎ（商品名）３０
及びＴｅｆｌｏｎ（商品名）３０Ｂは、約５９〜６１重
量％のＰＴＦＥ固形分と（ＰＴＦＥ樹脂重量に対して）
約５．５〜６．５重量％の非イオン性湿潤剤（典型的に
は、オクチルフェニルポリオキシエチレンまたはノニル
フェニルポリオキシエチレン）とを含有する。Ｔｅｆｌ
ｏｎ（商品名）４２は、約３２〜３５重量％のＰＴＦＥ
固形分を含むが、湿潤剤は含まない（しかし、蒸発しな
いように有機溶剤の表面層を含有する）。

【００１３】粒子充填フィブリル化ＰＴＦＥ膜２１は、
米国特許第４，１５３，６６１号、同第４，４６０，６
４２号及び同第５，０７１，６１０号明細書のいずれか
に記載されているように、パテ状コンシステンシーを維
持しながら固体の収着能に近づける（好ましくはこれを
上回る）のに十分量の潤滑剤の存在下、所望の反応性粒
状物を水性ＰＴＦＥ乳濁液中に配合する方法で製造する
ことが好ましい。次いで、このパテ状物を、好ましくは
４０〜１００℃の温度で強力に混合し、ＰＴＦＥ粒子の
初期フィブリル化を起こさせる。得られたパテ状物を、
ローラー間のキャップを漸次狭くしながら（但し、少な
くとも含水量は維持しながら）、その剪断力によりＰＴ
ＦＥをフィブリル化して粒状物を網の目にからませ、そ
して所望の層厚が得られるまで、繰り返し二軸方向にカ
レンダー処理する。一般には、ウェブ製品の形成後に、
有機溶剤抽出または水洗によって、残留するすべての界
面活性剤や湿潤剤を除去することが望まれる。その後、
得られた膜を乾燥する。このような膜の厚さは、０．１
〜０．５ｍｍの範囲にあることが好ましい。厚さが０．
０５〜１０ｍｍの一般範囲にある膜が有用となる場合も
ある。

【００１４】複数の粒状物層を有する膜が望まれる場
合、その構成部材層を互いに積み重ね、そして個々の層
のＰＴＦＥフィブリルが隣接膜界面で絡み合う複合材料
を成すまでカレンダー処理する。このような多層膜は、
隣接する粒子層間の境界混合をほとんど示さない。多層
製品の厚さは０．１〜１０ｍｍの範囲にあることが好ま
しい。このような膜内の空隙の大きさや体積は、米国特
許第５，０７１，６１０号明細書に記載されているよう
に、加工製造中に潤滑剤量を調節することによって制御
することができる。空隙の大きさ及び体積は、どちら
も、フィブリル化工程において存在する潤滑剤の量によ
って直接変化させることができるので、様々な大きさの
粒子を閉じ込めることができる膜を得ることができる。

【００１５】膜２１の全粒状物含有量は最大で約９７重
量％までの範囲をとることができる（しかし、粒状物含
有量を８０〜９５重量％の範囲とすると、より安定な膜
が得られ易い）。網の目にかけるフィブリルは、マトリ
ックス内で粒状物を網の目に絡ませて保持し、そして網
の目に絡まれた粒子は脱落に対して抵抗性を示す。先に
活性粒状物に関して記載した同じ範囲にある平均直径を
示す非活性補助粒子を含有させてもよい。膜に取り込ま
せることができる有用な補助粒子の代表例として、ガラ
スビーズ及び／またはバブル、ビーズまたはバブル以外
のガラス粒子、エネルギー発泡性中空ポリマー粒子
〔例、Ｅｘｐａｎｃｅｌ（商品名）微小球（Ｎｏｂｅｌ
Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ；Ｓｕｎｄｓｖａｌｌ，Ｓｗｅ
ｄｅｎ）〕並びにマイカ、といった特性調節剤が挙げら
れる。このような非活性粒子を存在させる場合には、膜
２１に対して、０〜９５重量％、好ましくは０〜５０重
量％、最も好ましくは０〜１０重量％の量で含ませる。

【００１６】粒子充填フィブリル化ＰＴＦＥ膜２１を製
作したら、その中に、強化手段２２を少なくとも部分的
に埋め込むことができる。この埋込工程は、必要に応じ
て高温において単に加圧結合処理（すなわち、接着剤を
使用しない）して実施することが普通である。強化手段
２２はスクリーンまたはスクリムであることが好まし
い。「部分的に埋め込まれる」とは、強化手段２２が、
（ａ）加圧結合された膜２１の内部に少なくとも部分的
に押し込まれ、且つ（ｂ）膜２１のフィブリルと少なく
とも部分的に機械的に絡み合うことを意味する。強化シ
ート２０は、バルーニング(ballooning)及び／または引
裂きに対して、また収縮に対して改善された抵抗性を示
す。このことは、膜が、流体が内部を流れることによっ
て発生する圧力降下に耐える必要がある用途や、寸法安
定性が要求される用途において非常に望ましいことであ
る。（未強化フィブリル化ＰＴＦＥ膜は、それが最後に
機械加工された方向において収縮し易い。）さらに、強
化膜は取扱いがしやすく、また通常の使用による損傷も
受けにくい。

【００１７】所望であれば、フィブリル化ＰＴＦＥ膜２
１を両面から強化することもできる。すなわち、膜２１
の両面に強化手段２２を部分的に埋め込むことができ
る。こうすれば、上記の望ましくない特性に対する強化
シート２０の抵抗性を高めることができる。さらに、多
層膜／強化手段複合材料を製造することもできる。この
方式は、各膜層に種類の異なる粒状物を含有させる場合
に望ましいであろう。強化シート２０は、必要に応じ
て、様々な市販源から入手できる多孔質保護メッシュシ
ース２４で取り囲まれる。シース２４は、取扱時や使用
時の強化シート２０を保護するのに役立つ。上記の保護
を付与するものであればいかなる多孔質メッシュ様材料
でも使用することができる。好ましい材料として、ポリ
マーネット、特にポリプロピレン製のもの、例えば、Ｎ
ａｌｌｅ Ｐｌａｓｔｉｃｓ社（Ａｕｓｔｉｎ，ＴＸ）
やＣｏｎｗｅｂ Ｐｌａｓｔｉｃｓ（Ｍｉｎｎｅａｐｏ
ｌｉｓ，ＭＮ）から市販されているもの、が挙げられ
る。

【００１８】本発明に有用な活性粒状物は、フィブリル
化ＰＴＦＥ膜に固定化することができ且つ問題の種と結
合できるものであればいずれの粒状物であってもよい。
代表例として、活性炭、シリカ、誘導シリカ、挿入スチ
レンジビニルベンゼン、イオン交換樹脂及びキチンが挙
げられる。粒状物の形状は、規則的なもの（平形、球
形、立方体形、ロッド状、繊維状、等）であっても、ま
た不規則的であってもよい。有用な粒子の平均直径は、
０．１〜１００μｍ、より好ましくは１〜５０μｍ、最
も好ましくは５〜３０μｍの範囲にある。このような粒
状物は膜２１の中に直接取り込ませることができる。網
の目にかけるフィブリルは、マトリックス内で、捕捉ま
たは付着によって、粒状物を網の目に絡ませて保持し、
そして網の目に絡まれた粒子は脱落に対して抵抗性を示
す。

【００１９】粒状物は一般に膜２１の中で均一に分布し
ているが、粒状物の混合物を含む膜を製造してもよい。
別法として、異なる粒状物を含有する層をカレンダー処
理して、区別できる粒状物層を有する単一膜とすること
もできる。このような多層複合材料は、最小の（各種粒
状物間の）境界混合を示し且つ各層全体に良好な均一性
を保持する。不均質型であっても均質型であっても、こ
の種の膜は、流体から除去すべき１種以上の種を選択的
に結合することができる。膜２１は、活性粒状物を、好
ましくは１０重量％以上、より好ましくは５０重量％以
上、最も好ましくは８０重量％以上の量で含む。膜２１
は最大で約９７重量％までの量で粒状物を含むことがで
きるが、粒状物含有量を８５〜９０重量％の範囲とする
とより安定な膜が得られ易い。膜の吸収能を高めるため
には、活性粒状物の充填量が高いことが望まれる。溶液
から金属を除去するためにカートリッジ吸収体１０を使
用する場合には、粒状物がその金属または錯体もしくは
その塩と結合することが好ましい。例えば、シアン化物
溶液から金を除去すべき場合には、活性粒状物として活
性炭を使用することができる。その炭素粒子がＡｕ（Ｃ
Ｎ）₂ ^- 錯体を（対応するカチオンと共に）収着する。

【００２０】結合アセンブリー１４は、流体不透過性結
合が達成されるものであるならば、多くの技法のうちの
いずれによっても端蓋１８及び１９に取り付けることが
できる。適当な技法として、接着剤結合法、溶剤接着
法、回転溶接法、機械的または熱機械的取付法及び超音
波溶接法が挙げられる。この流体の漏れない封止によっ
て、カートリッジ吸収体１０の中を流れる流体が、確実
に結合アセンブリー１４、特に粒子充填フィブリル化Ｐ
ＴＦＥ膜２１を通過しなければならないようにする。流
体がフィブリル化ＰＴＦＥ膜２１を通過すると、その中
に閉じ込められている活性粒状物が種と結合し、これを
分離する。典型的には、流体は結合アセンブリー１４を
介してカートリッジ吸収体１０に入り、そして中心コア
１６の開口部の一方または両方を通して出ていくが、そ
の反対の流れも可能である。図２は、図１のカートリッ
ジ吸収体１０の線２−２に沿った横断面図を示すもので
ある。端蓋１９に接着剤で取り付けられた中心コア１６
は、粒子充填フィブリル化ＰＴＦＥ膜２１と強化手段２
２を含むプリーティングされた強化シート２０によって
囲まれている。プリーティングされた強化シート２０の
縁部の一方はその反対側の縁部と封止部２３において接
続されている。必要に応じて、シート２０を保護メッシ
ュシース２４で取り囲む。メッシュシース２４を介して
カートリッジ吸収体１０に入ってくる流体は、活性粒状
物を閉じ込めている膜２１を通過する。強化シート２０
を通過する流体は、断面方向では一定様式で流れる。つ
まり、流体は、強化シート２０のどの部分でも同等に通
過する。

【００２１】図３は、カートリッジハウジング３２と結
合アセンブリー３４（説明の便宜のためその半分を切り
取ってある）とを有する、水平方向にプリーティングし
たカートリッジ吸収体３０を示すものである。カートリ
ッジハウジング３２は、中心コア３６並びに端蓋３８及
び３９を含む。コア３６並びに端蓋３８及び３９は、ポ
リプロピレンやナイロン（商品名）（ポリプロピレンが
好ましい）のようなポリマーで構築することができる。
端蓋３８及び３９は、好ましくはコア３６を端蓋３８及
び３９に回転溶接するのに十分な速度でコア３６を回転
させる方法で、コア３６に取り付ける。結合アセンブリ
ー３４は、管状のシートを形成するように縁部を封止し
て開口させた複数のシート４０を含む。結合アセンブリ
ー３４は、流体不透過性結合が達成されるものであるな
らば、多くの技法のうちのいずれによっても端蓋３８及
び３９に取り付けることができる。適当な技法として、
接着剤結合法、溶着法、機械的または熱機械的取付法及
び超音波溶接法が挙げられる。この水平プリーティング
処理や、プリーティング処理した構造体をカートリッジ
ユニットへ導入する方法は、米国特許第４，８４２，７
３９号明細書に記載されている方法と同じである。

【００２２】図４は、本発明のカートリッジ装置の第二
の実施態様の結合アセンブリー３４のシート４０’のプ
リーツの一つの拡大横断面を示す（層の前縁部は明瞭に
するために互いに分離してある）。シート４０’は、外
部保護層４２と、粒子充填フィブリル化ＰＴＦＥ膜４４
と、多孔質内部保護層４６とを含む。これらの層は、縁
封止部４８において接続され、そこで一体シート４０’
を形成するが、縁封止部４８とそのプリーツの反対側の
縁封止部（図示なし）との間ではどの地点でも別個の性
質を維持している。外部保護層４２に適した材料には、
熱可塑性バインダー系を有するステープル繊維不織ウェ
ブ、熱可塑性スパンボンドウェブ及び熱可塑性スクリム
といった多孔質材料が含まれる。これらは、Ｎａｌｌｅ
Ｐｌａｓｔｉｃｓ社（Ａｕｓｔｉｎ，ＴＸ）、ＡＭＯ
ＣＯ Ｆａｂｒｉｃｓ ａｎｄ Ｆｉｂｅｒｓ社（Ａｔ
ｌａｎｔａ，ＧＡ）及びＦｉｂｅｒｗｅｂ社（Ｐｅｎｓ
ａｃｏｌａ，ＦＬ）をはじめとする様々な市販源から入
手することができる。

【００２３】フィブリル化ＰＴＦＥ膜４４は、そのフィ
ブリル内部に活性粒状物を閉じ込めている。膜４４の製
造方法は、鉛直方向にプリーティングされたカートリッ
ジ吸収体（図１）の膜２１について記載した方法と同じ
である。ウェブに閉じ込めることができる粒状物もま
た、先に記載したものと同じである。内部保護層４６に
適した材料には、熱賦活化バインダー繊維をベースにし
た不織ウェブまたはスパンボンドウェブのような無仕上
低デブリス熱可塑性ウェブのような多孔質材料が含まれ
る。共通例の一つは、ＡＭＯＣＯ Ｆａｂｒｉｃｓａｎ
ｄ Ｆｉｂｅｒｓ社（Ａｔｌａｎｔａ，ＧＡ）をはじめ
とする各種市販源より入手可能なスパンボンドポリプロ
ピレンウェブである。内部保護層４６及び外部保護層４
２は同じ材料でできていてもよい。

【００２４】外部保護層４２及び内部保護層４６は、結
合アセンブリー３４の外側から中心コア３６の内側への
液体の移動を助ける。これらの層が無いと、隣接する粒
子充填フィブリル化ＰＴＦＥ膜４４が圧力降下を受けた
際に互いに崩壊する傾向がある。この崩壊は、吸収アセ
ンブリー３４の外側から内側への流体の自由な流れを妨
げる。所望であれば、さらに別の新たな粒子充填フィブ
リル化ＰＴＦＥ膜層及び保護層を使用してもよい（別の
新たなフィブリル化ＰＴＦＥ膜は少なくとも１層の保護
層によって先の粒子充填フィブリル化ＰＴＦＥ膜のいず
れからも分離される）。これらの別の新たな粒子充填フ
ィブリル化ＰＴＦＥ膜層は、シート４４において用いら
れる粒状物とは種類の異なる種に対して選択性のある活
性粒状物を含有することができる。このようにして、異
なる複数種の種を一つのカートリッジ吸収体によって除
去することができる。

【００２５】シート４０’の各種層は互いに所望の順序
で積み重ねられ、そしてこれらのシートの対向する二つ
の縁部を超音波溶接または当該技術分野で知られている
適当な何らかの熱結合法により一緒に封止する。この複
合材料の非封止縁部の一方（または両方）における層の
半分が、その層の他の半分から分離されており、且つ二
つの封止縁部が互いに向かって移動する場合には、管が
得られる。換言すれば、縁部封止によって層状の平らな
物品が管状物品に転換される。非封止縁部を互いの方向
へ移動することによって、この管にプリーツを付けるこ
とができる。この実施態様では、そのプリーツは、図１
の鉛直方向にプリーティングされたカートリッジ吸収体
のプリーツとは９０°ずれている。つまり、この方法で
得られるプリーツは、コア３６に対して水平ではなく垂
直となる（このシート管についてのさらなる説明は、米
国特許第４，８４２，７３９号明細書の第４欄を参照す
ることができる）。

【００２６】図５は、本発明のカートリッジ吸収装置の
第二の実施態様の吸収要素のシート表面のエンボスパタ
ーンの一実施態様の一部を示すものである。シート５０
は、盛り上がった部分シリンダー５２と引っ込んだ部分
シリンダー５４とが交互に列をなす多数の列を有する。
隣り合う横方向のエンボス単位列は、部分シリンダーの
幅に相当する距離だけ互いにずれている。この変位のた
め、隣接する部分シリンダー列の接合部によって一連の
横方向の波形線５６が得られ、これが内側及び外側の折
り目線を画定しシートを作り出している。部分シリンダ
ーの高さが横方向のプリーツの深さを決める。盛り上が
った部分シリンダーが引っ込んだ部分シリンダーへ移行
する領域は、シート層に重畳される規則的な一次放射状
プリーツパターンの折り目線を画定する一連の長手方向
の線５８を描く。

【００２７】隣接していない長手方向の折り目線５８を
内側／外側に折り始めることによって、同じシート管か
ら一連の直径のカートリッジ吸収体を形成することがで
きる。例えば、長手方向の折り目線を１本おきに折るこ
とによって、隣接する長手方向の線を折ることにより得
られるものよりもプリーツの深さが２倍あるカートリッ
ジ吸収体が得られる。別法として、隣接する長手方向の
線に次いで隣接しない長手方向の線を折ることによっ
て、混合パターンを得ることもできる。本発明のカート
リッジ吸収体は、標準的なホルダー（例えば、Ｍｅｍｔ
ｅｃＡｍｅｒｉｃａ社より市販のもの）を使用した水流
／圧力降下試験を実施することによって漏洩について検
査することができる。流れは通常、プリーティングされ
た強化シートの外側から内側へ向けられるが、内側から
外側でも可能である。

【００２８】実際には、結合すべき種を含有する流体の
流速はその種の結合速度によって変動する。結合が迅速
な種であれば高い流体流速が可能である。カートリッジ
吸収体の性能は、カートリッジ吸収体の入口と出口にお
いて結合すべき種の濃度を監視することによって測定す
ることができる。特定のシートにおいて用いるべき粒状
物は、結合すべき種に依存する。例えば、吸収すべき種
が有機汚染物である場合に好ましい粒状物は活性炭であ
る。炭素系粒状物が可能な限り多量の汚染物を結合した
時点で、カートリッジ吸収体は容易に交換されるので便
利である。

【００２９】結合した種が何らかの価値を有する場合、
それを剥離液で溶離することによって結合粒状物から脱
離させることができる。その後、粒子充填シートを、粒
子を再生する液体で洗浄する。この種の結合／剥離／再
生プロセスは、何サイクルか継続することができる。換
言すれば、一つのカートリッジが結合種で完全に充填さ
れた場合、それを別のカートリッジに交換すると同時に
結合種を溶離させることができる。第二のカートリッジ
が完全に充填された時点で、その工程を逆にする。これ
らのカートリッジ吸収装置を使用する利点は、例えば、
シアン化物溶液から金を回収する通常の手段と比較する
と明らかとなる。

【００３０】金含有鉱を採掘し破砕した後、希シアン化
アルカリ水溶液（例、ｐＨ＞１０）で金を抽出すること
ができる。このような溶液中の金濃度は数ｐｐｍ（百万
分の１部）程度であることが普通である。従来より、こ
のような溶液を、比較的粒の大きな粒状活性炭に対して
向流式にいくつかの容器（直列にして）を介して通過さ
せることによって濃縮する。つまり、金含有溶液（金は
通常Ａｕ（ＣＮ）^- 錯体を成している）が容器から容器
へ一方向に流れるのに対して、活性炭粒子はその反対方
向に流れる。このプロセスは、長期にわたる接触時間、
すなわち最長で２４時間に至る接触時間を要する場合が
あり、また一般に回収不能な金含有微細物をもたらすこ
ともある。次いで、多量のシアン化アルカリ溶液で錯体
を炭素粒子から溶離（このプロセスは完了までに８時間
以上を要することが普通である）し、そして電解採取法
で回収する。

【００３１】対照的に、粒状活性炭をフィブリル化ＰＴ
ＦＥシート中に充填し、これをカートリッジ吸収体に内
蔵させた場合には、金充填工程に要する時間及び溶離工
程に要する時間は、それぞれ約１時間及び１５分に短縮
される。さらに、金含有微細物が発生することもまった
くない。金の回収の他、本発明の方法は、水域または有
機液体からの重金属類の除去、空気または液体からの環
境汚染物の除去、及び問題の種や価値ある種の回収をは
じめとする様々な目的に使用することができる。

【００３２】

【実施例】本発明の目的及び利点を、以下の実施例によ
りさらに説明する。これら実施例中に記載した特定の物
質やその量、並びに他の条件及び詳細部は、本発明を不
当に限定するためのものではない。実施例１ 本明細書中で記載した粒子充填フィブリル化ＰＴＦＥ膜
は、米国特許第４，１５３，６６１号明細書の第３〜６
欄に記載されている手順に本質的に従い製造した。下記
の材料を一緒に加え、その混合物をＲｏｓｓ（商品名）
ミキサー（Ｃｈａｒｌｅｓ Ｒｏｓｓ ＆ Ｓｏｎ社；
Ｈａｕｐｐａｇｅ，ＮＹ）中、３０ｒｐｍ、３８℃で４
５秒間混合した：表面積２０００〜３０００ｍ² ／ｇ、
平均粒径３０μｍ及び粒径範囲３．９〜２００μｍの乾
燥スーパー活性炭（関西コークス化学；尼崎市）４００
ｇ；ＦＬＵＯＮ（商品名）ＰＴＦＥ乳濁液（２２．６％
ＰＴＦＥ水性液、ＩＣＩＡｍｅｒｉｃａ Ｉｎｃ．；Ｗ
ｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）３１２ｇ；脱イオン水８９
４ｇ。この混合の結果練り粉状の物体が得られた。

【００３３】この練り粉状の物体に２本ロール機を通過
させた。最初の２、３回の通過で得られる膜は、自重を
支えるに十分な強度を具備しないが、さらに２、３回通
過させた後の膜はその集結性を維持するに十分な強度を
備えるので、３層に折り重ねて９０°回転させ、次にロ
ール機を通過させることができた。この二軸カレンダー
処理を全部で１０回通過させて行った。その後、ギャッ
プを２．５４ｍｍから１．２７ｍｍ、０．６４ｍｍと調
整し（膜は各ギャップを通過）、細長い膜を製作した。

【００３４】上記３種類のギャップ通過後、膜を８層に
折り重ねて９０°回転させた。ギャップを２．５４ｍｍ
から１．９０ｍｍ、１．２７ｍｍ、０．７６ｍｍと調整
した（膜は各ギャップを通過）。この工程によって、ベ
ルト式オーブンを通過させて乾燥した後の厚さが１．１
４ｍｍのフィブリル化ＰＴＦＥ膜が得られた。この膜を
２層のＮａｌｔｅｘ（商品名）ＬＷＳ濾過ネット（Ｎａ
ｌｌｅ Ｐｌａｓｔｉｃｓ社；Ａｕｓｔｉｎ，ＴＸ）の
間に配置し、そしてこの複合体に２本ロール機（ギャッ
プ＝０．８９ｍｍ、ロール速度７．６ｃｍ／秒）を通過
させて膜を強化した。強化シートの幅を２３５ｍｍに調
整し、そしてＲａｂｏｖｓｋｙプリーター（Ｇｅｒａｒ
ｄ Ｄａｎｉｅｌ ＆ Ｃｏ社；Ｎｅｗ Ｒｏｃｈｅｌ
ｌｅ，ＮＹ）で鉛直方向にプリーティングした。そのプ
リーティングした強化シートをＤＰ−１００（商品名）
急速硬化エポキシ樹脂（３Ｍ；Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）
で長手方向に封止した。

【００３５】中心コアと一つの端蓋（Ａｒｃｏｒ社；Ｃ
ｈｉｃａｇｏ，ＩＬ）をスタンド上に配置し、その端蓋
をエポキシ樹脂で被覆した。プリーティングした強化シ
ートをシリンダーの上に配置した。そのシートの端部を
上記エポキシ樹脂中に完全に浸漬した。管状のＮａｌｔ
ｅｘ（商品名）３４０８（Ｎａｌｌｅ Ｐｌａｓｔｉｃ
ｓ社）保護ネットをプリーティングしたシートの上に滑
らせた。他方の端蓋をプリーティングしたシートとネッ
トの上に配置した後、それらを両方の端蓋の中にエポキ
シ樹脂で封止した。

【００３６】実施例２ 実施例１と同様に粒子充填ＰＴＦＥ膜を製作したが、但
し、粒状物にはスチレンジビニルベンゼンを使用した。
その膜の最終ＰＴＦＥ含有量は約１５重量％であった。
その最終厚さは０．５ｍｍであった。この膜を分割して
２枚のシートととし、その後それをロールに移した。

【００３７】二つのロール状の粒子充填フィブリル化Ｐ
ＴＦＥ膜と、二つのロール状のＴｙｐａｒ（商品名）不
織ポリプロピレンウェブ（Ｒｅｅｍａｙ社；Ｏｌｄ Ｈ
ｉｃｋｏｒｙ，ＴＮ）と、二つのロール状のＣｅｌｅｓ
ｔｒａ（商品名）不織ポリプロピレンウェブ（Ｆｉｂｅ
ｒｗｅｂ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａ；Ｇｒｅｅｎｖ
ｉｌｌｅ，ＳＣ）とを巻取／巻出装置（巻出モードに設
定）に配置し、縁封止装置を通して数層を供給できるよ
うにした。層の順序は以下の通り。 外部保護材料−−Ｔｙｐａｒ（商品名）不織ポリプロピ
レンウェブ スチレンジビニルベンゼン含有粒子充填フィブリル化Ｐ
ＴＦＥ膜 内部保護／排水材料−−Ｃｅｌｅｓｔｒａ（商品名）不
織ポリプロピレンウェブ 内部保護／排水材料−−Ｃｅｌｅｓｔｒａ（商品名）不
織ポリプロピレンウェブ スチレンジビニルベンゼン含有粒子充填フィブリル化Ｐ
ＴＦＥ膜 外部保護材料−−Ｔｙｐａｒ（商品名）不織ポリプロピ
レンウェブ

【００３８】この多層スタックを、プローブ及びアンビ
ルを１０５ｍｍ離して設定した超音波溶接機（Ｂｒａｎ
ｓｏｎ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ社；Ｄａｎｂｕｒｙ，
ＣＴ）を介して供給し、そのスタックを封止し且つこれ
にスリットを入れた（すなわち、平らな物体を外周約２
１０ｍｍの管状体に転換した）。その管状体は、Ｃｅｌ
ｅｓｔｒａ（商品名）不織ポリプロピレンウェブの内部
層と、フィブリル化ＰＴＦＥ膜の中心層と、Ｔｙｐａｒ
（商品名）不織ポリプロピレンウェブの外部層とから成
るものとした（以降、これを「基材」と称する）。

【００３９】この基材を、加熱閉鎖容器内で、模様付ロ
ール上を通過させてエンボス加工した。このエンボス加
工済基材にプリーツを付けてアコーディオン型構造と
し、カートリッジのコア上に配置した。ポリプロピレン
端蓋をポリプロピレンコアに回転溶接し、そして得られ
たカートリッジの外側に保護ネット（Ｎａｌｌｅ Ｐｌ
ａｓｔｉｃｓ社）をはめた。

【００４０】本発明の精神及び範囲から逸脱することの
ない様々な変型や改変が当業者には明らかである。本発
明は、本明細書中に記載された例示的な実施態様に不当
に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカートリッジ吸収装置の一実施態様を
示す透視図である。

【図２】図１の線２−２に沿った横断面図である。

【図３】本発明のカートリッジ吸収装置の第二の実施態
様を示す透視図である。

【図４】本発明のカートリッジ吸収装置の第二の実施態
様の吸収要素のプリーツの一つを示す拡大断面図であ
る。

【図５】本発明のカートリッジ吸収装置の第二の実施態
様の吸収要素のシート上にエンボス加工を施した形状パ
ターンを示す斜視図である。

【符号の説明】

１０、３０…カートリッジ吸収体 １２、３２…ハウジング １４、３４…結合アセンブリー １６、３６…中空コア １８、１９、３８、３９…端蓋 ２０…強化シート ２１、４４…粒子充填フィブリル化ＰＴＦＥ膜 ２２…強化手段 ２４…保護メッシュ ４０、４０’、５０…シート ４２…外部保護層 ４６…内部保護層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム ビクター バルシモ アメリカ合衆国，ミネソタ 55144−1000, セント ポール，スリーエム センター （番地なし) (72)発明者 ブラッドリー アラン ファーグソン アメリカ合衆国，ミネソタ 55144−1000, セント ポール，スリーエム センター （番地なし)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体から種を除去するためのカートリッ
   ジ装置であって、 ａ）中空コア； ｂ）粒状物充填フィブリル化ポリテトラフルオロエチレ
   ン膜を含むシートであって、前記粒状物は前記種と結合
   することができ、前記シートはプリーティングされ且つ
   自身と接合して前記コアを取り囲むシリンダーを形成す
   るシート； ｃ）前記コアに滑り嵌合する二つの端蓋； ｄ）前記端蓋を前記コアに固定するための手段； ｅ）必要に応じて、前記プリーツの外側に配置され、前
   記端蓋に接着結合された多孔質保護シース； ｆ）必要に応じて、前記端蓋の外部に結合されたガスケ
   ット；及び ｇ）必要に応じて、前記シートを強化するための手段を
   含んで成り、前記端蓋が前記プリーティングされたシー
   トの端部に接着結合されており、そして前記種が前記粒
   状物との結合によって前記流体から除去される、前記カ
   ートリッジ装置。
2. 【請求項２】 前記プリーツが前記コアに平行であり、
   前記シートが、必要に応じて、前記フィブリル化ポリテ
   トラフルオロエチレン膜の一端をその反対端に接着結合
   することによって自身に結合されている、請求項１記載
   のカートリッジ装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載のカートリッジ装置におい
   て、前記吸収シートが、 ａ）第一多孔質ポリマー材料の二つの層； ｂ）第二多孔質ポリマー材料の二つの層であって、前記
   層はどちらも前記第一多孔質ポリマー材料の層の間にあ
   り、前記第一及び第二の多孔質ポリマー材料は同じであ
   ってもよい前記第二多孔質ポリマー材料の二つの層； ｃ）第二粒状物充填フィブリル化ポリテトラフルオロエ
   チレン膜であって、前記粒状物は前記種と結合すること
   ができ、前記膜の各々は前記第一多孔質ポリマー材料の
   層の一つと前記第二ポリマー材料の層の一つとの間にあ
   る前記膜；並びに ｄ）必要に応じて、二つ以上の別の新たな粒状物充填フ
   ィブリル化ポリテトラフルオロエチレン膜であって、前
   記粒状物は前記種と結合することができ、また必要に応
   じて前記第一及び第二膜における前記粒状物と同じであ
   るかまたは異なり、そして多孔質ポリマー材料の別の新
   たな二つの層と、前記層と、前記膜とが二つの膜が隣接
   しないように積み重ねられている、前記別の新たな粒状
   物充填フィブリル化ポリテトラフルオロエチレン膜を含
   み、前記層及び前記膜は層状構造を成すように積み重ね
   られ、前記接合は、前記層状構造の対向する二つの縁部
   を縁封止することにより行われ、その結果、前記構造の
   層が前記封止縁部において一体シートを形成するが、前
   記封止縁部の間のすべての地点において別個の性質を維
   持し、そして前記シートにおける前記プリーツは前記コ
   アに対して垂直であってもよい、請求項１記載のカート
   リッジ装置。