JPS6182884A - 溶出イオンを除去する洗浄装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、洗浄媒体、被洗浄体から溶出するイオンを除
去洗浄する装置に関し、詳しくは、洗浄媒体から溶出し
たイオンをアニオン交換体とカチオン交換体とに吸着さ
せて除去する装置、更に詳しくは、かかる交換反応の効
率を高めるため、イオン交換体を浮遊状態で、洗浄媒体
を連続して循環せしめ、洗浄媒体が純水の場合、比電導
が０．０５μｓ／ｃｓに近い理論純水に到達しうる完全
な脱イオンが可能な洗浄装置に関する。

（従来の技術およびその問題点〕 −〔根本的問題点〕 従来における被洗浄体から溶出するイオンを除去洗浄す
る装置は、例えば第２図に示すような装置となっている
。すなわち、洗浄媒体が導入され、かつ、オーバフロー
する洗浄タンクｌに被洗浄体を浸漬する方法であって、
いわば溶出イオンを洗浄媒体で洗い流す方式である。し
たがって、被洗浄体から溶出するイオンを完全に除去す
るには、イオンを全く含んでいない洗浄媒体を無限大に
必要とする根本的な問題を有している。

そして、洗浄効率を高めるため、従来装置では、被洗浄
体重３に振動を与えたり、洗浄媒体を加温したり、超音
波を与えたり、ジェット流を与えたりして被洗浄体１３
からイオンの溶出を促進する工夫など、各種の提案がな
されているが完全ではない。

１１〔実施上の問題点〕 上述のごと（洗浄媒体は多量に必要とされるため、安価
なものが求められ、この点では水が最適である。そして
できる限りの純水が求められ、蒸ｍ法、限外誌過、逆反
透威過等種々の純水製造方法が発達してきた。云う迄も
なく、高純１度の脱イオン水を手軽に製造するにはイオ
ン交換法が最適であって、かかる方法により製造された
脱イオン水によって、被洗浄体を洗浄する方法の一般的
な従来装置を第２図で示すが、同図において、タンク１
に、水道水５をフィルタ４、混床カラム２を介して、税
イオン水として導入し、該タンクｌを満杯になるまで導
入した後、逐次オーバフローさせる。ここにおいて、混
床カラム２は、該カラム２の下部中央に上向きパイプ７
を立設し、該バイブ７の該カラム２の上端で溢水し、徐
々に（Ｓｖ８〜２０　ｆ／ｈ）イオン交換体内を流下通
水し、カラム２の下方より純水を取り出し、該タンクｌ
に導入する。すなわち、該タンク１へは比電導度１〜２
μｓ／ｃｓとなった説イオン水を導入することになる。

かかる従来の場合、この１〜２μｓ／１の脱イオン水を
５１のイオン交換樹脂で５０１’得るには３０〜７５分
も要し、しかも前記の通水を遅くしても、０．５μｓ／
ｃｌＩ以下になることばな０．５μｓ／ｃｓ以下の高純
度の水を得ようとする場合は、別途仕様の高価な混床カ
ラムを必要とするので、高純度の水の採水は著しく少な
くなってタンクｌ内の水質はかえって悪化した。したが
って、タンクｌに被洗浄体１３を没入して、いかに長時
間操作しても０．５μｓ／ｃｍ以下に洗浄される　・こ
とはなかった、そのため、多段水槽とスプレー洗の採用
になり、その結果、多くの設備投資が強いられている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、従来におけるイオン除去洗浄装置のかかる根
本的および実施上の不都合を除去するため、観念研究の
結果、洗浄媒体からＩＩＫ掻的に脱イオンできる機能を
付与した洗浄装置により、かかる不都合が除去できるこ
とを発見し、ここに、以下のような発明を完成させたの
である。すなわち、被洗浄体から洗浄媒体をｔｌ　ｔＨ
したタンクに、イオン交換体を収納し、かつ、下方入口
および上方出口を有するイオン交換反応塔を付設し、咳
タンク内の洗浄媒体を該イオン交換反応塔を介してｉＡ
！ｊ環させることを特徴とする溶出イオンを除去する洗
浄装置にかかるものである。

（ａ）〔発明の構成〕 本発明の構成を洗浄媒体を水とした実施例でもって詳述
する。第１図において、ｓｏ＋＋のタンク１に水道水５
を導入し、該タンク１の底部よりポンプ１４によって取
り出して分岐させ、Ｈ型のカチオン交換樹脂を収納した
３個のカラム１１．１１’１１２を通し、更に集合して
フィルタ４を介してタンク１に導入する２更に、該タン
ク１の底部よりポンプ１５によって取り出して分岐させ
ＯＨ型のアニオン交換樹脂を収納した３個のカラム１２
．１２°、１２″を通し、これも集合してフィルタ４°
を介してタンクｌに導入する。ポンプｍｌｌ、カラム容
量を適正に選び、循環回路に１通液の死角を残さないよ
うに注意して配管、タンク構造を設計し、タンク容量の
５〜１０倍程度循環すると、５〜ｌＯ分程度で比電導度
がＱ、　ｌ　ｐｓ　／　ｏｎ以下に到達できた。大気中
の炭酸ガス等の吸入を防ぐため、密閉すると０，０５μ
ｓ／ｃｌｌの理論純水に到達した。

イオン交換反応塔、ずなわちカラム１１１２は、向流操
作運転であるから圧力はほとんどかからないため、小さ
なポンプで大きな流量を得ることができ、循環を速めう
る点で従来装置の混床カラムを使う方法と大きく異なる
。しかし、本発明装置でもポンプ流速、送り圧力が大き
すぎると、イオン交換体が上方に集積し、固定層を作り
、その集積層内で死角が生じるので、これを防ぐために
クンクｌ内の水は、タイマー１６によって制御されるポ
ンプ１４．１５によって間欠的に循環せしめるとよい。

（ｂ）〔向流操作におけるカラムの更新〕イオン交換反
応が固定床式より自流操作の方が効率がよいことは周知
のとおりであるが、向ｉ＊ｉ作の欠点として、反応交換
の終点の検出がむつかしいことがあげられる。固定カラ
ムでは破過点として明瞭に終点が検出され、特にイオン
交換体の変色をもって視覚でも検出できる便利性があっ
た。

しかし、向＋７！操作の終点は、単一のイオン交換反応
そのものでは見極め姪いが、本発明の場合のごとくアニ
オン交換反応とカチオン交換反応を同時に実施する場合
は、次のようにして筒中に検出できる。

先ず、被洗浄体を投入せず、洗浄媒体のみのイオン交換
処理を実施し、比電導度の変化をみる。

更新直後、希望値に達しないときがイオン交換体の交換
容量を超過したこと、すなわちカラム更新時期であるこ
とがわかる。そこで、それまで通液していたカラム１１
とは別に予め付設していた予゛備のカラム１１’　のバ
ルブ１９を開けて、洗浄媒体の比電導度が低下すれば、
カラム１１中のカチオン交換体のカチオン吸着能力がな
くなったことがわがりカラム１１をとり外し別途新しく
Ｈ型に再生されたカラふと更新する。この更新・作業中
に再びカラム１１°が劣化したときにも備えるため、予
備回路は１１”・・・というように複数圏を必要とした
。

カラム１１°に切り換えても、なお、かつ、洗浄媒体の
比電導度が変化しない場合、カチオン交換体のＭｌｊ＞
能力は残っており、アニオン交換体の劣化が原因である
ことを示すのでカラム１２°のバルブ２２を開ける。

例示として、苛性ジープで汚染された場合でもそれが純
粋な水酸化ナトリウムの他に不純物としてＮａ　Ｃｌ、
Ｎａ　３０４等ＯＨ−の他にアニオンが微小なりに存在
する。このため、アニオン交換体のカラム１２の使用に
格別のＸ義があり、両者を同時に１盾環したためにカチ
オン交換処理が確実に実施できた。

（Ｃ）〔イオン交換体の種類と活性化〕本発明において
は、いわゆる粒状のイオン交換体は、強酸性カチオン交
換体と強塩基性アニオン交換体であるカチオンとアニオ
ンとを強く吸着し、特殊な条件（強いアルカリ性、ない
しは酸性）の他では決して放出することがないので、最
も適している０弱酸性・弱塩基性のイオン交換体も用途
を限れば使うことができるが、溶出イオンの完全除去を
目的とするなら避ける方が無難である。有機分子ゲル体
の（ム、ンリカゲル、ゼオライト等の無機体も使えた。

いずれにおいても活性化処理が必要であり、−例として
アニオン交換樹脂について例示する。住友化学ｔｏ＋′
ｍデュオライ）Ａ−１０２０（強塩基性スチレン系４級
アンモニュムを交換基とするゲル体、全交換容量は１．
４ｍｅｑ／１）を予め酸性の温水で十分洗浄し、水可溶
物を除去し、次いで２Ｎ−ＮａＯＨ水に浸漬し必要に応
じ、２Ｎ−ＮａＯＨを更新する。液を循環ないし攪拌す
ることで処理時間が短縮できることはいうまでもない、
液の更新回数が多いほど、吸着容量が増えるのはいうま
でもないが、２〜３回の処理で１ａｅｑ／１以上のアニ
オン吸着能力を持つようになりこれ以上の再生率はその
薬剤コストが急上昇し得策ではない。

本発明では単に交換容量のみでコストを計算できる点で
大きな特徴があるので、再生率の高いことを必ずしも要
しない。

薬剤で再生の後、その薬剤の水洗は特別の純水を必要と
せず、第１図に示す装置を別途用意し１２の位置にセッ
トして洗浄すると再生薬剤のＮａＨはカラム１１中のカ
チオン父換体に吸４除去され効果的に洗浄できる。１１
，１１″、ｌｌ”および１２．１２’、１２”というよ
うに予備のカラム設置場所を設けてお（と、第１図の装
置自体でイオン交換体の再生後の洗浄ができた。

カラムを固定したまま、コック操作でもって再生液を通
じたり、電気的手法で再生することも可能であることは
いうまでもないが、連続的洗浄装置として効率を高める
ためと、洗浄水準の向上、事故、不良の撲滅のため、別
途装置で再生・洗浄したものをとり替える方がよかった
。

（ｄ）〔非イオン物質の除去〕 更に、タンク１の底部にフィルタ４．４°より更に目の
細いフィルタ２４を別途回路に設けて、各イオン交換樹
脂が破砕して生じる粒子を捕捉した。必要に応じて活性
炭のカラムを並設することで、非イオン物質の吸着除去
してもよい。

（ｅ）〔被洗浄体の出入〕 第１図では、被洗浄体１３は吊下するものを例示したが
、媒体に浮遊、懸濁する粒子でも本発明装置で脱イオン
洗どｆ）できる、この被洗ｔｐ体の粒子がタンクｌから
出ないようにタンクｌから１盾環回路への出口に、被洗
浄体より目の細いフィルタを設置する。この濾別にあた
ってポンプの吸引力を増強しておくことも必要である。

こうして例えば数ｌθμと比較的大きな金属酸化物から
成る顔料を洗浄した結果、その顔料から溶出ないしは侵
出する水可溶イオンを完全に除去できた結果、その顔料
の使用に際しイオンが溶出する心配を根絶しえた。

更に微小粒子、すなわち第１図のフィルタ４．１６より
も微小粒子の場合は、その微小粒子がイオン交換体に吸
着されないならそのまま全回路を循環させてもよい、こ
の場合、この被洗浄体の粒子を媒体から取り出すには、
媒体をともにこの装置から取り出して別工程で分離する
９例えば限外濾過、逆浸透威過等で予め濃縮し、次いで
遠心分離機で洗浄媒体と被洗浄体の微粒子を分離する。

例えば、数μ以下の細い顔料でも洗浄でき、従来法のご
ときの大量の純水と長時間を必要としなおかつ不完全で
あった問題点をＩＷ？ｌ！ｉできた。

微小粒子がイオン交換体に吸着される場合は、上記のご
とく直接循環処理できないのでｆ＄遊、懸濁せしめたも
のを上述のごとく一旦洗浄媒体を分離し、この媒体を本
装置でもって脱イオンした。

洗浄媒体を繰り返し利用できたので、洗浄媒体の消費を
著しく減少できた。この場合の洗浄は完全な脱イオンで
はないが、脱イオンコスト低減により洗浄回数を多くと
ることが可憐になったことが寄与し総じて従来法よりよ
くなった。

〔発明の効果〕

本発明の効果を各種観点からいえば、次のようになる。

　　　　・ Φ（ａイオンの完全性〕 かくして、タンクｌ内の洗浄媒体は所定時間内に所定水
準に＋ｉイオンされる条件を具備しており、例えば水を
洗浄媒体としてこの中に被洗浄体１３、例えば塗装前に
行う化成処理した金属板を投入すると、理論純水に近い
水準の脱イオン水で洗浄、され、密着性良好な塗装がで
きた。

本発明のかかる方法は、脱イオン原理が、従来法のごと
（機械的洗い流しではなく、１つの閉鎖系内で、化学反
応としこのイオン吸着を実施するため、化学理論的定量
性を維持できる極めて合理的手法といえる。

■〔脱イオンの定量性〕 例えばアルカリ物質で汚染された被洗浄体１３、例えば
塗装前処理に行うアルカリ浴による脱脂洗浄した金属板
の脱イオン洗浄は、このフルカリカチオン除去のみが主
となる。すなわち、更新はは。

とんとカチオン交換体のみでよいことになる。このとき
交換したイオン交換体の該交換容量を測定して、被洗浄
体の汚染程度を定量的に知ることができ、更にはその化
学分析でもって汚染の化学種をも知ることができた。換
言すれば被洗浄体の汚染状況の評価・分析手段にも使え
る特徴を発揮する。

■〔副作用の解消〕 強度のアルカリ液で脱脂洗浄された金属板は一旦、酸で
中和処理して洗浄する工程がとられる例が多い。該金属
板は所定の目的でアルカリ液で処理されたものであり、
これを中和するとその〃Ｊ果が消滅する障害が発生する
のに比べ本発明装置ではこの障害がない点で極めて優れ
る。

■〔非水溶媒への適用〕 洗浄媒体が水であるとき、完全に脱イオンした純水の比
電導度は０．０５μｓ／ｃｓである。この値は水のイオ
ン積ＫＷ＝　（Ｈ”）　　・　（ＯＨ−）＝１０にもと
づく値である。アセトン、アルコール等の有機溶媒が混
入するとこの値は更に小さくなる。

比電導度渕定の検出感度を高めると純水のみならず、こ
うした有ｍＮ媒例えば洗浄媒体をアセトンとし洗浄媒体
として用いることができる。塗料樹脂中６００ρｐａに
含まれた塩素イオンおよびナトリウムイオンを各々３０
ｐｐｒａまで除去精製でき、従来法にみられない高純度
暑射脂が得られた。

■〔試験評価装置例〕 第１図のタンクｌ内の用水は常に所定の比電導度値以下
に塩イオンされており、ここに投入する被洗浄体が所定
水準に塩イオンされて後も継続して浸漬し続けた場合、
この材料の耐水試験をすることになる０例えば塗装した
金属板は塩水より、純水に浸漬する方が塗膜のフクレ、
ハガレが起こり易いことが知られているが、純水浸漬試
験において溶出したイオンより初期の純度が維持できず
データの再現性に欠くことが多い、第１図のタンク１に
恒温維持装置を付設し、良好な耐水試験ができた。

■〔洗浄効率〕 洗浄媒体に超音波をあてたり、被洗浄体を振動・させた
り出入をくり返すことで、表面からのイオン拡散を助長
せしめると洗浄効率が上昇する。従来のオーバフロ方式
の浸漬洗では被洗浄体からの溶出を促進し、しかもその
洗浄効果を明白にするには相当量の洗浄媒体補充を必要
とし、限られた条件でしかこの振動、特に超音波の効果
が出現し難いが、本発明では、洗浄媒体から直接税イオ
ンされるため極めて速やかにかつ、明確に効果が出現し
た。

〔実施例〕

〔脱イオンの完全性の例〕 第１図に例示した本発明の洗浄装置のタンクｌ内の洗浄
媒体は、前記のごとく、所定時間内に所定の水準に脱イ
オンされる条件を具備している。

かかる洗浄装置を自動車の塗装前化成処理工程に利用し
た例を以下に示す。

自動車車体は大部分、鋼板でできており、プレス、切断
工程で潤滑油が使われ、この脱脂洗浄・次いで防食機能
を高めるため、りん酸塩・クロム酸塩を主とする化成皮
膜処理が行われる。各種薬液に浸漬あるいはスプレーで
金属表面を処理するが、それらの各工程の間には必ず水
洗工程が必要である０例えばアルカリ性液では脱脂効果
があり、酸性液では金属表面のエツチング効果があり、
これをひきつづいて実施するとき、前工程のアルカリ性
液が後の酸性液に持ち込まれると著しく効果が失われる
ことは明白であり、その間の水洗が重要であって、大き
な関心テーマである。

第２図に示すごときの従来装置では、この脱イオン洗浄
が完全でないことは前述の通りである。

上記化成処理液は、水に不溶性のりん酸亜鉛・りん酸鉄
・等の反映が形成され金属の腐食防止に効果を示す反面
、化成処理中の各種イオンが残存したまま塗装すると、
塗膜のフクレ・ハガレ等が起こり防食盗装の効果が発揮
されない、したがってこの化成処理後の水洗は特に重視
され、現在でも脱イオン純水が使われている。しかしな
がらその純水製造コストにたえられず、したがって純水
洗は浸漬洗よりスプレー洗しかできないという現状であ
る。スプレー洗では複雑な構造の自動車、特に′その内
部、袋部等に洗浄がおよばず、かかる部位の洗浄はスプ
レー洗でなく浸漬洗が必要であることは理解されていて
も、第２図にしめすオーバフロ方式ではコスト高で実施
されガい。

そこで本発明装置の第１図のタンクｌを洗浄槽とした場
合自動車に付着して持ち区まれたイオンの量に応じて有
限の時間で完全ｄ脱イオンされた。

この時間は、自動車を振動させたり、洗浄水を攪ＩＴシ
たり、ジェット流を与えたり、超音波を当てたりして短
縮でき、また、イオン交換体の交換容量を大きくし循Ｉ
３２量を増やしていくほどに短縮され、数分で完了する
ことが可能であった。このような完全な税イオンは今ま
でに成しえなかったことで、密着性良好な塗装が自動車
にあまね〈実施できるようになり、自動車の耐食性は著
しく向上した。

自動車の防食塗装にはいわゆる電着塗装が採用されてい
る。この電着塗料にイオン物質が混入すると、最もひど
いときには塗料が凝集し、外観はわからなくとも電着塗
装時に、塗膜破壊等の異常で塗装できなくなる。このた
め、特にこのイオン物質の持ち込み汚染を防ぐ意味でも
重装前の水洗は重要であり、本発明装置による洗浄を採
用して以来、電着塗料の寿命が著しく伸びたことからも
、本発明の効果は明白である。

なお、電子工業における封止剤、電気工業における絶縁
塗装についてみると、その絶縁抵抗を高めるため、やは
り被塗表面の洗浄が重要である。

本発明装置で洗７争して絶縁塗装した結果、その耐電圧
が持続する程度が従来の１０倍以上になったことも付記
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の系統図、第２図は従来例の
系統図を示す。 １・・・タンク、１１．１２・・・カラム、１３・・・
被洗浄体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）被洗浄体から洗浄媒体に溶出するイオンを除去す
   る装置において、被洗浄体を浸漬したタンクに、イオン
   交換体を収納し、かつ、下方入口および上方出口を有す
   るイオン交換反応塔を付設し、該タンク内の洗浄媒体を
   、該イオン交換反応塔を介して循環させることを特徴と
   する溶出イオンを除去する洗浄装置
2. （２）Ｈ型の強酸性イオン交換体と、ＯＨ型の強塩基性
   アニオン交換体を区別分離して、空間を残して収納した
   イオン交換反応塔を複数個設けた特許請求の範囲第１項
   に記載の溶出イオンを除去する洗浄装置
3. （３）洗浄媒体を水とし、比電導度値が１０μｓ／ｃｍ
   以下、好ましくは０．０５μｓ／ｃｍに近い値に設定す
   る特許請求の範囲第１項に記載の溶出イオンを除去する
   洗浄装置
4. （４）用いるべきイオン交換体の交換容量を、比洗浄体
   の大きさ、汚染度とその投入頻度に比例させた特許請求
   の範囲第１項に記載の溶出イオンを除去する洗浄装置
5. （５）被洗浄体を、洗浄媒体に懸濁する場合、所定の脱
   イオン洗浄の後、沈降、浮遊、濾過を利用し洗浄媒体か
   らとり出す特許請求の範囲第１項に記載の溶出イオンを
   除去する洗浄装置