JPS5918731A - イオン交換繊維 - Google Patents

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】 本発明は特殊なイオン交換繊維に関するものである。

従来、イオンの交換や吸着を必要とする分野でイオン交
換樹脂が広範囲に利用されてきた。また。

重金属を選択的に吸着することを目的としたキレート樹
脂が開発されてきた。

しかしながら、イオン交換樹脂はその形態が粒状である
ため単位重量当シの表面積が小さく、イオン交換能が十
分に発揮されなかった。即ち、イオン交換反応の速度が
遅いこと、中・高分子量のことなど性能上の欠点を有し
、また、取シ扱いにくいといった操業上の欠点をも有し
ている。これらの欠点を改善したイオン交換繊維が提案
されている（特開昭５２−１２０９８５）が１粒状のも
のはもとより繊維状のイオン交換体ですら液体中での浮
遊安定性に乏しく、沈降速度が速い。このため液体中の
微量イオン、コロイド物質、酵素などを十分に吸着捕捉
したり、凝集分離や吸・脱着することができず、わざわ
ざイオン交換体をカラムに充填して液体を通液しなけれ
ばならないという欠点を有する。

さらに、従来の粒状イオン交換体は粒子間のつながりが
なく、たとえば紙やフェルトなどのシート状物を形成さ
せることが不可能であり、取り扱いやすい形態のイオン
交換体の出現が強く望まれていた。

一方近年、イオン交換体を粉砕して粉末体となし、純水
製造工程におけるプレコートフィルターにすることが提
案され、工業規模に採用されている。しかしかかるフィ
ルターは濾過時の圧損失が大きく１通液性に問題を残し
ている。さらに、この用途においてカチオンタイプとア
ニオンタイプとの粉末体を水中で混合し、プレコートす
ることが提案されているが、これらの粉末交換体は、く
っつき効果により互いに吸着し合って粗大粒子を形成し
て、イオン交換能の低下をきたし、更には通液中にヒビ
割れを生じたりして、処理液中の微量のイオンやコロイ
ド物質のリークが大きくなるという欠点を有し、結局、
圧損失（通液性）とリークの欠点を同時に解決すること
はできなかった。

また、粉末状イオン交換体と繊維状他物質とを水中で混
合し、混合スラリーをプレコートしたものも提案されて
いるが、絡み合いが極めて小さく本質的問題の解決には
至っていない。

本発明者らは従来の粒状ならびに粉末状、繊維状のイオ
ン交換体の欠点を改善すべく鋭意検討した結果１本発明
に到達したものである。即ち１本細胞、微生物などの吸
脱着を容易に行なわしめ得るイオン交換繊維を提供し、
更にフィルターとしての圧損失が少なく、かつ、微量イ
オンやコロイド物質の捕捉性が良く、高流速通液が可能
な炉材となり得るイオン交換繊維を提供するにある。他
の目的はすぐれたシート物性を有するイオン”交換性シ
ートを提供するにある。

本発明の上記目的は次のような技術構成によって達成さ
れる。

すなわち本発明は次の構成を有する。

イオン交換能を有する海成分と、補強用ポリマを主成分
とする島成分とからなる海島構造を有し。

かつ少なくとも部分的に枝分れまたは分割されているこ
とを特徴とするイオン交換繊維。

本発明はかかる構成を採用したことにより、すぐれた繊
維間の絡み合い性を有するイオン交換繊維を提供し得た
ものであシ、この繊維は液体中における浮遊安定性も極
めてすぐれているという特徴を発揮するものであり、こ
れによって、従来周知の各種繊維製品製造工程への供給
が自在に可能となり、たとえばイオン交換繊維からなる
混紡。

交編織品ならびに不織布などが提供でき、特にこの繊維
からなる紙を提供できることは極めて意義深いものであ
る。たとえば本発明の繊維および該繊維からなるシーｉ
・はプレコートフィルターなどの炉材用途に好適であり
、すなわち組織が緻密でありながらかさ高性を有してい
るため濾過時の圧損失が少なく、かつＰ層を厚ぐするこ
とができ。

希薄イオンや微小コロイドの捕捉性が良い上に高流速通
液ができるという効果を発揮するものである。

本発明の繊維は海成分と島成分とからなる芯鞘型繊維で
あるが、なかでも多芯型繊維が軽重しく適用される。か
かる繊維には多芯型複合繊維と多芯型混合繊維があるが
、繊維の機械的強度やフィブリルの物理的特性ならびに
取り扱い性の点で多芯型複合繊維が特に好ましい。

本発明の繊維を構成する海成分は、ポリスチレン系、ポ
リビニルアルコール系、ポリアクリル系。

ポリアミド系、ポリフェノール系、セルロース系など、
イオン交換基を有する公知のイオン交換ポリマを挙げる
ことができるが、特にポリ　（モノビニル芳香族化合物
）ポリマなかでもポリスチレン系ポリマが化学安定性に
優れており最も好ましい。

かかるポリスチレン系ポリマとしては、スチレンマタハ
α−メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルキシレン
、クロルメチルスチレンなどのホモポリマあるいはこれ
らの２種以上のコポリマもしくは他の不活性モノマとの
コポリマおよびこれらノホリマ（コポリマ）のブレンド
体が好ましく用いられる。

上記海成分の特徴はイオン交換性能を有するところにあ
るが、かかる性能はたとえばカチオン交換基、アニオン
交換基、ギレート形成能を有するキレート基などを導入
することによって惹起するものである。

有する強収性カチオン父換基、典物ホン酸基を有する中
酸性カチオン交換基、カルボン酸基を有する弱九チオン
交換基等があげられる。

アニオン交換基としては、四級アンモニウム塩基を有す
る強塩基性アニオン交換基、−〜三級アミン基をもつ弱
塩基性アニオン交換基等があげらレル。キレート基とし
ては、イミノジ酢酸基、イミノジプロピオン酸基等のア
ミノカルボン酸基。

アミドキシム基、アミンリン酸基、ポリアミン基。

ピリジン基、ジチオカルバミン酸基などをあげることが
できる。かかるイオン交換基は繊維重量に対して少なく
とも０．１ｍｅｑ／ｇ以上、好ましくは０、５　ｍｅｑ
　／　ｇ以上、特に好ましくは１．０ｍｅｑ／ｇ以上１
０ｍｅｑ／ｇ以下の範囲内で含有するのが良＜゛。

含有量が少ないと性能上好ましくないし、他方１０　ｍ
ｅｑ　／　ｇを越える量を導入することは難しく現実的
でない。

なおかかるイオン交換基を含有する海成分ポリマは極め
て水などの溶剤に溶解し易くなるものであり、セルロー
スなどの如き該交換基を含有しても不溶性であるもの以
外は１通常は架橋などの手段によシ、少なくとも水に対
して溶解しない程度に不溶化されている。

かかる架橋の程度は含水炭によって、大まかに判定でき
る。この含水炭はこの他にイオン交換基量によっても変
動するが、主として架橋の度合いによって決定する。本
発明の繊維における好ましい含水炭は０．５以上である
。

含水炭には更に次のような付加的効果も有する。

吸脱着量が小さくなシ、逆に含水炭が大きくなるほど酵
素等の吸着量は大きくなるが、あまり大きすぎると糸の
膨潤性が過大となり、取り扱いが困難となるので、好ま
しくは１．０〜１０．特に好ましくは１．５〜５がよい
。

ここで含水炭とはＮａ型（ＣＩ型）のカチオン（アニオ
ン）交換繊維を蒸留水に浸した後、家庭用の遠心脱水機
で５分間遠心脱水して表面の水分を除去し、ただちに重
量（ロ）を測定し、さらに絶乾して重さを測り（Ｗｏ）
、次式より求めた値である。

本発明の繊維の島成分は、補強用ポリマであり。

具体例を挙げれば、ポリエステル、ポリアミド。

ポリα−オレフィンなどのホモポリマまたはこれらのコ
ポリマ、あるいはこれらのブレンド体が用いられ９％に
ポリミーオレフィンが耐薬品性に優れていることから最
も好ましい。かかるポリα−オレフィンとしては、たと
えばポリプロピレン。

ポリエチレン、ポリ−６−メチルブテン−１，ポリ−４
−メチルペンテン−１などおよびこれらのブレンド物を
あげることができる。

かかる海島成分のなかでも、海成分としてポリスチレン
系ポリマ（Ａ）とポリα−オレフィン系ポリマ（Ｂ）か
らなるブレンド比（（Ｂ）　／　（Ａ）　＋　（Ｂ）　
）が５０重量多以下、特に６〜４０重量％のブレンド物
を用い、島成分としてポリα−オレフィン系ポリマ（Ｂ
）を用いる組み合せが、耐剥離性、耐薬品性、製糸性、
繊維物性など総合的にみて、特に本発明の繊維に好適で
ある。

本発明を構成する繊維の島成分の割合は１０〜９０重量
％、好ましくは２０〜８０重量％、特に７０重量％以下
が好ましい。この割合があまり低いと機械的強度が小さ
くなり、また反対にあまシ高いとイオン交換性能に悪影
響を与えるので好ましくない。

繊維中の島の個数には特に限定はないが、特に５個以上
３００個−以下が好ましい。島の個数が少な過ぎるとフ
ィブリル化がしにくくかつフィブリルの太さが太くなシ
すぎるし、一方、島の個数が多くなシ過ぎるとフィブリ
ルが細くて弱いものになり好ましくない。

かかる繊維の単糸繊度はｏ、　ｉ〜５００　ｄ程度であ
るが、とりわけ１〜５０ｄが機械的性質、実用性の面か
ら望ましい。繊維断面は円型のほか非円形も表面積が大
きくなるので好ましく用いられる。

本発明の繊維はフイラメン）または繊維軸に沿って繊維
長０．１〜２００ｍｍ、好ましくは０．２〜５０　ｍｍ
に切断されたカットファイバーの形態のいずれでもよく
、目的とする製品の種類によって選択される。

本発明の繊維の特徴は少なくとも部分的に枝分れまたは
分割されている点にあシ、該枝分れまたは分割は主とし
て海成分の破壊に基づくものである。

第１図は枝分れまだは分割していない海島多芯型繊維の
２００倍顕微鏡写真図であり、第２図は本発明の枝分れ
または分割された海島多芯型繊維の２００倍顕微鏡写真
図である。第６図は第２図の枝分れまたは分割された繊
維を９０倍顕微鏡でみたものである。これらの写真図か
ら判明するように１本発明の繊維は島成分の枝まだは分
割繊維によって絡合されている。第２．６図から分れだ
枝が少なくとも部分的に繊維から突出して形成されてい
ることがわかる。

本発明のかかる枝分れまたは分割はフィラメントまたは
短繊維のいずれの形態において形成されていてもよい。

かかる枝分れまたは分割化繊維は通常の繊維製品のあら
ゆる分野に適用でき、必要に応じて混紡。

交編織され、あるいは不織布とすることができる。

特に本発明の繊維は液体中での浮遊安定性にすぐれてい
るので１紙の製造に好適である。

すなわち本発明は上記特殊な形態を有する繊維にしたこ
とにより、はじめてイオン交換繊維からなるシートを提
供し得たものである。

かかるシートは本発明のイオン交換繊維単独あるいは２
種以上の混合あるいは不活性繊維（通常の有機、無機質
繊維）との混合あるいはこれらの組み合せから構成する
ことができる。本発明のシートは極細のフィブリルを有
するので粉末型イオン交換体を充分保持し得、これらを
併用することも可能である。

上記不活性繊維としては各種の繊維が適用できるが５耐
薬品性の点からポリオレフィン系繊維やセルロース系繊
維が好ましい。かかる不活性繊維の混合率は機械的強度
を高めるうえで、５〜８０重量％が適当である。

さらに本発明の繊維に活性炭、骨炭、活性炭素繊維など
を混合率１〜８０重量係重量係合してシートを構成する
ことができ、かかるシートは脱臭。

脱色効果にすぐれ、たとえば水質特に飲料水の水質を高
めるうえで極めて有効である。

本発明の繊維の製造法は任意であるが、１例として次の
方法を挙げることができる。海成分がポリスチレン系ポ
リマ（ポリ〔モノビニル芳香族化合物〕）、島成分がポ
ＩＪ　ａ−オレフィン系ポリマの場合、海鳥型複合口金
により紡糸温度２７０℃程度で溶融紡糸し、紡糸速度約
１０００　ｍ／ｍｉｎで巻き取る。

得うれた未延伸フィラメントまたは、該フィラメントを
常法により約２〜６倍に引き伸ばした延伸フィラメント
を本発明の繊維基材とする。

該フィラメントはそのままで使用するかあるいは繊維軸
に沿って、繊維長０．１〜２００ｍｍ、好ましくは０２
〜５０ｍｍの長さにカットして使用される。

カットファイバーの場合は１通常は等間隔で切断される
ものであるが、繊維長の異なる繊維が混入していても良
い。以下刃ットファイノ；−の例について説明する。

該カットファイバーはｔず海成分に架橋結合とイオン交
換基が導入される。その方法は任意であるが、たとえば
海成分がポリスチレン系ポリマの場合は１例えば該繊維
を酸触媒下、ホルムアルデヒド源で処理して−ＣＨＲ−
（ここでＲは水素またはアルキル基）なる架橋基を導入
する。次にスル四級アンモニウム化することによってそ
れぞれ中酸性カチオン交換基１弱塩基性アニオン交換基
。

強塩基性アニオン交換基を導入することができる。

また酸触媒と膨潤剤の存在下で、ホルムアルデヒド源及
びアシルアミノメチル化剤で処理して前記架橋結合及び
アシルアミノメチル基を導入する。

次に、酸もしくは塩基触媒下で加水分解してアミノメチ
ル基に変換した後、モノクロル酢酸で処理すること姉よ
ってイミノジ酢酸基を有するキレート基を導入すること
ができる。

かくして得られるイオン交換繊維（カットファイバー）
は、水中でミキサーなどの攪拌機や叩解機にかけて機械
的に処理する。この工程で本発明の重要な要素の１つで
ある繊維の分割または枝分れが達成される。すなわち１
本発明の繊維は上記の如き外力を加えられると、第２図
に示されるように島成分がとび出して分割または枝分れ
を形成するものであり、上記外力としては染色加工工程
ミキサーは通常用いられる装置が使用できる。

ミキサーによる混合時間は通常回転数１０００〜１００
０００　ｒｐｍ　テ０．１〜２０　ｍｉｎ　、好ましく
は１〜本発明なる繊維の用途の実情に合わせて選択され
て良い。

本発明なるイオン交換能を有する繊維もしくは該繊維と
他成分との混合物を水に分散させ、攪拌下で吸引濾過す
る。次に加圧下でプレスした後。

加熱乾燥することによって紙状のイオン交換性シートを
得ることができる。

また本発明のフィブリルを有するイオン交換繊維を用い
て、混紡あるいは交編織する場合は１通常の混打綿工程
において９本発明の上記繊維を供給することＫよって、
混紡することができ、これを梳綿機を通して、成縮ある
いは成紙工程へ導くことにより編織物を製造することが
できる。一方上記混打綿工程から、梳綿機を通して得ら
れるラップを用いるか、あるいは該工程から原綿をジェ
ットノズルに導いてメツシュスクリーンへ該繊維を集積
させるかの方法により、不織布を形成することができる
。かかる不織布には必要に応じて適宜の接着剤を使用す
ることができる。

本発明を構成する繊維および該繊維からなるシートは、
イオンの交換や吸着用途に使用されることは勿論である
が、さらに、原子力発電所や一般ボイラにおける復水の
精製用プレコートＰ材として使用されるほか、汚濁水の
エアレーション浄化用菌体や微生物の固定化、さらに酵
素など蛋白質。

ウィルス、菌体など細胞、微生物などの吸・脱着用途に
使用される。

また、有機反応における酸・塩基触媒反応に使オンやコ
ロイド物質の捕集分離あるいは分析用ｐ紙として使用さ
れるほか、醸造や食品・飲料関係のｐ過材としても使用
される。

また、エアフィルターなど、大気中の塵芥、酵素など蛋
白質、ウィルス、菌体なと細胞、微生物などの捕捉用途
に使用される。

さらに近年、臭気や着色など水質特に飲料水の水質低下
が社会的問題となっているが１本発明のイオン交換繊維
およびそれからなるシート状物は脱臭、脱色に優れた効
果を有し、水質特に飲料水の水質向上用に使用される。

また１本発明のイオン交換繊維およびそれからなるシー
ト状物は、活性炭９骨炭、活性炭素繊維もしくはそれら
のシート状物（フィルター）ト組み合わせて使用されて
も良い。

質向上剤としてさらに好ましく使用される。

以下実施例により本発明を更に詳しく説明する。

実施例１〜２．比較例１〜６ ポリスチレン（旭ダウ社製、スタイロン＄６７９）４０
部と、ポリプロピレン（三井東圧製、ノーブレンＪ３Ｈ
−Ｇ）１０部のブレンド体を海成分、ポリプロピレン（
同上品種）５０部を島成分として。

紡糸温度２７０℃で海島型複合口金（島の個数１６個）
により溶融紡糸し、紡速１０００　ｍ／ｍｉｎで油剤処
理後巻き取った。得られた４２０デニール、４２フイラ
メントのマルチフィラメントを繊維軸方向に沿って繊維
長１．０ｍｍに切断し、得られたカットファイバー２分
割して、一方を硫酸２２部、ニトロベンゼン１０４部、
パラホルムアルデヒド０．３　部９０℃で２時間反応し
てスルホン化し、他方をパラホルムアルデヒド５部、酢
酸２５部、濃硫酸７０部からなる架橋液に浸して９０℃
で２時間架橋反応を行ない、海成分のポリスチレンを架
橋不溶化した。次に、クロルメチルエーテル８５部と塩
化第２スズ１５部からなる溶液に架橋糸を浸して、３０
℃で１時間反応した。反応終了後、１０係塩酸、蒸留水
、アセトンで洗浄し、このクロルメチル化糸を３０　％
　）　！Ｊメチルアミン水溶液に浸して、３０℃で１時
間アミン化することにより。

それぞれ架橋基ならびにイオン交換基をポリスチレン部
に導入した。交換基の種類は、前者がスルホン酸基を有
する強酸性カチオン交換基、後者が四級アンモニウム基
を有する強塩基性アニオン交換基である。これらの繊維
を更にそれぞれ２分割し、それぞれの一方を、ミキサー
（日立膜、ミキサーＶＡ−８３５）　　を使用して、イ
オン交換繊維１０ｇ（乾燥重量換算）に対して水４００
ｍＪを加えて、６分間混合し、他方は上記ミキサー処理
をしなかった。

上記ミキサー処理した繊維は第２図で示したと同じよう
な枝分れや分割繊維が多数存在していることが顕微鏡に
よって確認された。

かかるミキサー処理した本発明のイオン交換繊維２種と
ミキサー処理しなかった比較例のイオン交換繊維２種、
および市販のイオン交換樹脂アンバーライ１．、ＩＲＡ
−９０４について、水中における各イオン交換体の浮遊
安定性を調べた。即ち、各イオン交換体１．０ｇ（乾燥
重量換算）を採り５００ｍ１３のメスシリンダー中に水
４０ＤｍＪと共に入れ。

メスシリンダーの底部から空気を５Ｊ／ｈｒの割合で１
５分間送風した。送風を停止後、５ｈｒ静置したときの
各イオン交換体の水中体積を求めた。

第１表から本発明の上記２種の繊維は比較例のものに比
べて水中体積が７倍以上を示し浮遊安定性に極めて優れ
ていることがわかる。

第　　１　　表 実施例３〜６．比較例４ 実施例１．２ならびに比較例１．２のイオン交換繊維を
用いて、それぞれ抄紙した。

原料パルプは該イオン交換繊維とポリエチレンパルプ（
三井石油化学製１．ｓｗｐ）を用いて次の組成で抄紙に
かけた。

実施例６　実施例１のイオン交換繊維パルプのみ 実施例４　実施例２の 実施例５　実施例１のパルプ／実施例２のパルプが５０
１５０の混合パルプ 実施例６　実施例１のパルプ／ポリエチレンパルプが７
０／３０の混合パルプ 比較例４　比較例１または２のイオン交換繊維のみ 上記各組成の原料パルプを水に分散させ、攪拌下で吸引
濾過し１次いでこし取った紙状物を加圧下でプレスした
後、オーブンで乾燥して、目付５００ｇ／ｍ２の紙をつ
くった。

ただし比較例４の上記パルプはいずれも枝分れや分割繊
維を有さないものであり、繊維間の絡み合いがなく、も
ろい繊維層状物であ９１紙としての性能を有さないもの
であった。これに対して実施例６〜乙のパルプは極めて
抄紙性が良好で、他種パルプ（ポリエチレンパルプ）と
も良好に混抄できた。

得られた紙の通液性をしらべたところ、いずれも９４　
［１〜９５０　ｌ！／ｈｒ−〜２の良好な性能を示した
。

ちなみに上記紙と同一５００６７〜２の充填密度のｌま
た上記実施例乙の紙を円型に切り抜いてカラムに充填密
度０．１ｇＡＬｅで詰め、交換基をＯＨ型からＣＺ型に
置換し、飲料水を通液して生菌の吸着捕捉性を調べた。

かかるカラムに飲料水をＳＶ　５Ｑｈｒ−’の通液速度
で流した。通液４時間後におけるカラム出口の水中の生
菌の数はＯ〜１個／１００ｍＪであった。

一方、上記イオン交換カラムを通さない飲料水中の生菌
の数は６５個／１００ｍｆであった。

本発明のイオン交換紙は侵れだ菌体捕捉性能を示した。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のイオン交換繊維の形状を示す２００倍拡
大顕微鏡写真、第２図は本発明のイオン交換繊維の形状
を示す２００倍拡大顕微鏡写真である。第６図も本発明
のイオン交換繊維の形状を示す９０倍拡大顕微鏡写真で
ある。 特許出願人　　東　し　株　式　会　社２３７−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオン交換能を有する海成分と、補強用ポリマを
   主成分とする島成分とからなる海鳥構造を有し、かつ少
   なくとも部分的に枝分れ捷たは分割されていることを特
   徴とするイオン交換繊維。
2. （２）短繊維であり、かつ紙様シートを構成しているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のイオン
   交換繊維。