JPS6279851A - イオン交換繊維シ−ト状物 - 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〕 本発明は化学薬品、水、空気などの液体、気体を高度に
精製することのできるイオン交換繊維シート状物に関す
る。

［従来の技術〕 近年、エレク１〜ロニクス関連工業、医療用分野などの
精密化学工業や生物科学分野においては、めざましい進
歩を遂げているが、これに伴ないこれら業界の製造、流
通工程において使用される化学薬品や水も高純度化、と
りわけ微粒子を除去した高度清浄化が必要とされ、さら
にこれらの業界では作業環境においても高度なりリーン
化が不可欠となり、至内空気の高度清浄化も必要とされ
るようになってきた。

これらの要望に応えるため、従来てはメンブランフィル
タ−、ヘパフィルタ−による精密；濾過法が採用されて
いたが、この方法ではフィルター表面のボア１少イズに
より微粒子を物理的に捕集するものであり、−過抵抗が
非常に大きく、大きな外圧を加えたり、大きな；濾過面
積を設けるなとの必要があり、ざらに−週休表面の目詰
まりによりフィルターの寿命が短いといった操業上の欠
点かあった。またこの他、微粒子除去の性能からも微粒
子のリークが多く、ざらにフィルターのボア１少イズよ
り５１桁も大きい微粒子までリークしてしまうという致
命的欠陥を有していた。

ざらにその上、上記業界においては商品サイズの微小化
、高性能化といった技術的進歩か激しく、これに対応し
た化学薬品、水、空気などの清浄化には従来技１・↑・
ｊでは限界かあり、今後この方面の改善はよすまず強く
要望されつつ必る。

（発明か解決しようとする問題点） 本発明は濾過抵抗か小ざく高流速で処理でき、かつ、微
粒子除去性能の長いシー１へ状物であり、微粒子除去性
能に優れ、極めて清浄な化学薬品、水、空気を供給し１
ｑるシート状物を提供するものである。

（問題点を解決するだめの手段〕 本発明は次の構成を有する （１）イオン交換繊維フロック体とガラス繊維が混合分
散してなるイオン交換繊維シート状物。

（２〉　　イオン交換繊維が、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
は分割されている特許請求の範囲第（１）項記載のイオ
ン交換繊維シー１へ状物。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明のイオン交換繊維シート状物は、イオン交換繊維
フロック体とガラス１繊維とから構成させることが必須
である。すなわら、イオン交換繊維フロック体に配合さ
れたガラス繊維はイオン交換繊維フロック体と優れた繊
維間の絡み合いを生じ、シート状物形成後においても緻
密な表面繊維と適度の立体構造を保持してあり、ガラス
繊維のもつ剛直性、耐薬品性など物理的、化学的性質か
シート状物形態に有効に作用するものである。

本発明のイオン交換繊維シート状物はこのような技術構
成を採用したことにより、低圧損で安定し、た；濾過が
でき、さらに、後）ホするように特殊な技術によって達
成されたイオン交換繊維フロック体の立体構造と相乗的
に作用して、微粒子の吸着性能か高く、フィルター寿命
か飛躍的に拡大されるものである。

しかも本発明のイオン交換繊維シート状物は該化学薬品
、水、空気中のイオンを帯びた超微粒子でさえ容易に除
去する効果を有するのて、その精度は従来技術に比して
一桁オーダーも向上するものである。

本発明を構成するイオン交換繊維フロック体とは、陽・
陰両方のイオン交換体かドツキングした静電結合体であ
るが、少なくとも一方のイオン交換体をイオン交換繊維
で偶成することか必須である。すなわち、繊維は表面積
が大きく、それだけ表面活性が大ぎいこと、さらに、し
なやかさと物理的強度に優れていることなどの性能が、
フロック体の形成ならびにガラス繊維との絡み合いに有
効に作用するものと考えられ、優れた；濾過性能の出現
に貢献するものである。

本発明を構成するイオン交換繊維は、海成分と島成分と
からなる芯鞘型繊維で必るが、なかでも多芯型繊維か好
ましく適用される。かかる繊維には多芯型複合繊維と多
芯型混合繊維がおるが、繊維のは域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
か特に好ましい。

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、レルロース系など、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、スチレンまたは
α−メチルスチレン、ビニル１〜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おるいはこ
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のポリマ（コポリマ）のブレン
ド体か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、キレ−１〜形成能を有するキレ−１・基などを
導入することによって惹起するものでおる。

かかるカチオン交換基としてはスルホン酸基を有する強
酸・１（１力チオン交換塁、ホスホン酸基を有する中酸
性カチオン交換基、カルホン酸基を有する弱カチオン交
換阜等が挙げられる。

アニオン交換基としては、四扱アンモニウム塩基を有す
る強塩基性アニオン交換基、−〜三扱アミノ基をもつ弱
ｊｎ基性アニオン交換基等が挙げられる。キレ−１〜基
としては、イミノジ酢酸基、イミノジプロピオンＭ１等
の７ミノカルホン酸基、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
などを挙げることができる。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／（］以上、好
ましくは０．５ｍｅｑ／ｇ以上、特に好ましくは１　、
０ｍｅｑ／ｇ以上１０ｍｅｑ／ｇ以下の範囲内で含有す
るのが良く、含有量が少ないと性能上好ま１ノくはない
し、他方１０ｍｅＱ／！１１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おり、レルロ
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、通常は架橋などの手段により、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度によって、大まかに判定でき
る。この含水度はこの他にイオン交換塁吊によっても変
動するが、主として栗僑の度合によって決定する。本発
明の繊維における好ましい含水度は０．５以上でおる。

ここで含水度とはＮａ型（Ｃｆｌ型）のカチオン（アニ
オン）交換繊維を蒸溜水に浸した後、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Ｍ　（Ｗ）を測定し、さらに絶乾して重さを測り（Ｗ
ｏ）、次式より求めた値で必る。

含水度−Ｗ−Ｗｏ　／Ｗ。

本発明を構成する繊維の島成分は、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、特にポリ
α−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−３−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挙げることができる。

かかる高島成分のなかでも、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５
０重量％以下、特に３〜４０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
いる組み合ぽが、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屯量％、特に７０重量％以下
が好ましい。この割合があまり低いと）震域的強度が小
さくなり、また反対にあまり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個以下か好ましい。島の個数か少な過ぎるとフィ
ブリル化がしにくくかつフィブリルの太さか太くなりす
ぎるし、一方、島の個数が多くなり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０．１〜５００ｄ程度でおるが
、とりわけ１〜５０ｄが殿域的性質、実用性の面から望
ましい。繊維断面は円形のばか非円形も表面積が人きく
なるので好ましく用いられる。本発明の繊維は繊維軸に
沿って、繊維長０．　１〜２００　ｍｍ、好ましくは０
．２〜５０ｍｍに切断されたカッ１〜フアイバーの形態
よく、目的とする製品の種類によって選択される。

本発明のフロック体を形成する場合、イオン交換繊維（
Ｃ）と、それとは反対電荷のイオン交換体（Ｄ＞の混合
組成比（（Ｃ）／　（Ｄ＞）が、乾燥重量当り１／１０
から１０／１の範囲にするのがよい。すなわち上記範囲
以外ではフロック体が形成されにくくなる傾向が必り、
特に好ましくは、１．５／１０から１０／１．５の範囲
がフロック形成能か優れてあり、かつ吸着能の優れたフ
ロック体を提供する。

本発明を構成する反対電荷イオン交換体とはイオン交換
基を有する不溶性イオン交換体を意味する。その具体例
としては、セルロース、セファデックス、アロガロース
のごとき多糖類等の天然物ポリマおよびポリスチレン系
、ポリフェノール系ポリビニルアルコール系、ポリアク
リル系、ポリアミド系などの合成石門ポリマ（イオン交
換用ポリマ）にイオン交換基を導入した公知の有機質イ
オン交換体を挙げることができる。イオン交換体の形状
としては、粉末、粒体、繊維および膜などを挙げること
ができるが、なかでも繊維および粉末、特に繊維は取り
扱い易さならびに吸着能に優れているので好ましい。か
かる粉末としては、３００μｍ以下の平均粒径をもつも
の、さらには２００ｕｍ以下の小さい平均粒径を有する
ものほどフロックを作り易く、本発明に好ましい。また
イオン交換繊維としてはイオン交換用ポリマと補強用ポ
リマからなる繊維を基材としたものが操作上の十分な機
械的強度ならびに形態保持性を有しているので好ましい
。

本発明を構成するイオン交換繊維フロック体はイオン交
換繊維と、それとは反対電荷をもつイオン交換体の両成
分をそれぞれ水または水溶性溶剤中に均一分散さけ、両
方の懸濁液を攪拌しながら混合すると）ｑられる。

本発明のフロック体は、要するにイオンがイオンとして
作用し得る系であれば形成されるものであり、特定な溶
剤に制限する必要はない。通常は水または水溶性溶剤中
でイオンが活性で必るので、かかる溶剤が使用される。

水溶性溶剤とは、水に溶解する性質を有する溶剤であり
、たとえば、メチルアルコール、エチルアルコールなど
のアルコール類が主に用いられる。

かかる溶剤中で形成されるフロック体は上記混合液中に
浮遊させた状態で得られる。

本発明のイオン交換体でいうイオン交換基としては、た
とえばスルホン１１、ホスホン酸基、カルボン酸基、ア
ミノカルボン酸基、アミンリン酸基などのカチオン交換
基、−〜三扱のアミノ基、四級アンモニウム基、ポリア
ミン基、アミドキシム基などのアニオン交換基を挙げる
ことができる。

特に効果上、カチオン交換基としてはスルホン酸基、７
ニオン交換基としては４級アンモニウム基か好ましく用
いられる。

本発明のイオン交換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必り、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り、水など
の溶媒中でミキ１ナーなど攪拌機にかけ機械的に処理す
ると達成される。

ミキサ−−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１０００〜１１
００００ｐｐで、０．１〜２０分間、好ましくは１〜５
分間である。この混合時間および回転数は繊維の分割ま
たは枝分れ発生の度合に係わるもので必り、実情に合せ
て選択される。

かかる（育成を採用したことにより、繊維間の絡み合い
か増し、シー）・形成能とりわけカラス繊維との親和性
に富むシート状物が得られる。

本発明を構成するカラス繊維とは、ソーダ石灰ガラス、
カリ石灰ノｊラス、鎗ガラス、石英ガラスなど公知のカ
ラスであり、繊維の直径は０．０１〜５００μｍ、とり
わけ０．１〜５０μｍが物理的強度、実用性の面から望
ましい。ＮｖＬ断面は円形でも非円形でもよい、繊維長
は０．１〜１００ｍｍ、好ましくは０．２〜５０ｍｍの
ものかシート状物形成上よいが、目的とする製品の種類
により選択される。通常は上記範囲内の市販のパルプ状
ガラス繊維が好ましく用いられる。

本発明を構成するガラス繊維の混合比は、イオン交換繊
維フロラク体／ガラス繊維が９９／１〜２０／８０、好
ましくは９８／２〜３０／７０（乾燥重量基準）がよい
。この範囲を外れると、通液性、フィルター寿命などの
改善効果が小さくなるし、微粒子の除去性能が低下する
ので好ましくない。

ガラス繊維の混合方法は、前述のイオン交換繊維フロッ
ク体が浮遊する混合液にガラス繊維を加えて混合しても
よいし、イオン交換繊維の部分的枝分れまたは分割を行
なう工程で加えて混合してもよい。ざらにはこれらの工
程を一括して行なう方法すなわら、イオン交換繊維、反
対電荷をもっイオン交換体、カラス繊維の三者を水また
は水溶性溶媒中攪拌混合してもよい。

該混合懸濁液を攪拌下吸引；濾過してシート状物を得、
さらに必要に応じて加圧下プレスしたり、乾燥して本発
明のイオン交換繊維フロック体とカラス繊維からなるシ
ート状物が得られる。

本発明のイオン交換繊維シート状物の目付けは特に限定
する必要もないが、通常１０〜２０００ｇ／Ｔｎ２程度
のものが用途に応じて用いられる。

本発明のイオン交換繊維シート状物は、他の不活性繊維
（通常の有機、無機繊維）との混合あるいは組合ぜから
達成させることができる。かかる不活性繊維としては、
各種の繊維が適用できるが、ポリオレフィン系繊維、ア
ラミド繊維、炭素繊維、アルミナ繊維などが耐薬品性の
点から好ましく、混合率は該イオン交換繊維シート状物
の乾燥重量当り、５〜８０重量％がシートの強度を高め
る上で適当でおる。

本発明のイオン交換繊維シート状物は、無機薬品、有機
薬品の精製に使用されるが、特にメタノール、エタノー
ル、イソ−プロピルアルコール、ジメチルスルホキシド
、酢酸など、および塩酸、硝酸、仏間、リン酸、アンモ
ニア水などの液体、塩化水素、アンモニアなどの気体の
ような親水性化学薬品の精製、清浄化、および水、空気
の精製、清浄化に使用される。

また、繊維工業におけるファインポリマの製造工程や食
品関係の製造工程にも使用される。

そのほが、溶液中の稀薄イオン゛冑コロイド物質の捕集
分離あるいは分析用戸紙として使用されるほが、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、タバコフィ
ルターなどに使用される。

ざらに、原子力発電所・ウ一般ボイラにおける復水の精
製用プレツー１−１戸材として使用されるほが、汚濁水
の浄化用途に使用される。

さらに近年、臭気や着色など水質特に飲料水の水質低下
が社会問題となっているが、本発明のイオン交換繊維シ
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、本発明のイオン交換繊維シート状物は、活性炭、
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）と組み合じて使用されても良い。

また、萌述のイオン交換体と活性炭、骨炭、活性炭素繊
維との複合、および混合シート私物は水質向上剤として
好ましく使用される。

（発明の効果） 本発明の特徴は第１に；濾過抵抗か小さく、高流速で流
体の処理ができ、かつフィルターステ命が長いことて必
り、とりわけ、高粘性流体、高温流体の；濾過性能に優
れた効果がおること、第２に微粒子の除去性能に優れ、
とりわけ従来法では除去が困難であった０、１４部程度
の超微粒子にも有効である。

〔実施例〕

以下実施例により本発明の詳細な説明づ−る。

実施例１ 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Ｊ３１
−（−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
’Ｃで海島型複合口金（島の個数１６個）により溶融紡
糸し、紡速１０００ｍ／ｍｉｎで油剤処理後巻き取った
。、得られた４　２０デニール、４２フイラメン１〜の
マルチフィラメントを繊維軸方向に治って繊維長１．０
ｍｍに切断し、ｊｑられたカットファイバーを２分割し
て、一方を硫酸２２部、二１〜ロベンゼン１０４部、パ
ラホルムアルデヒド０．３部の架橋液に浸して室温で６
時間反応したのち、蒸溜水、メタノールで洗浄乾燥後、
＠酸に浸して９０’Ｃで２時間反応してスルホン化し、
他方をバラホルムアルデビド５部、酢１１２５部、濃硫
酸７０部からなる架橋液に浸して８０’Ｃで２時間架橋
反応を行ない、海成分のポリスチレンを架（ｎ不溶化し
た。次に、タロルメチル工−テル８５部とｊｎ化第２ス
ズ１５部からなる溶液に架橋糸を浸して、３０’Ｃで１
時間反応した。

反応終了後、１０％塩酸、蒸溜水、アレ１〜ンて洗浄し
、このクロルメヂル化糸を３０％１〜リメチルアミン水
溶液に浸して、３０’Ｃて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、前者がスルホン重塁
を１′Ｊする強酸性カチオン交換繊維で、交換容量２．
８ミリ当量／Ｑ−Ｎａ、含水度１．５であり、後者が四
級アンモニウム基を有する強塩基［生アニオン交換繊維
で、交換容量２．３ミリ当量／ｇ−（４、含水度２．３
であった。

得られたカチオン交換繊維１００ｇ（Ｉ２２部量〉にイ
オン交換水６ｆ２を加え、１１００ｐｐで攪拌しなから
イオン交換繊維を十分に分散させた。

また、別にアニオン交換繊維１００ｑ（乾燥重量）にイ
オン交換水６Ｑを加え、１０Ｑ　ｒｐｍで攪拌しながら
イオン交＠繊維を十分に分散ざぜたあと、これを前述の
カチオン交換繊維が分散する液に徐々に添加し、１０Ｑ
　ｒｐｍで３０分間攪拌を続けたあとフロック体を取り
出し脱水した。

かくして得られたイオン交換繊維フロック体（Ｅ）とカ
ラス繊維（東洋；戸紙のＧＢ−１０ＯＲ＞（Ｆ）を種々
のυ［合の混合物（（巳）／（Ｆ）＝１００１０〜Ｏ／
１００）になるように採り、該混合物１部（乾燥重量）
に水４００部を加えてミキリー（日立製、ＶＡ−８３５
＞により７０００ｐｐｍで３分間ミキシング処理をした
。ついてこれを１５ひの水（曹に仕込み、手で混ぜなが
ら、２５ｘ２５ｃｍの正方形の４００メツシユの金網上
、吸引；濾過し、金網上に目付１００ｇ／Ｔｒ１２（乾
燥基準）のシート状物を得た。これを１０ｋｑ／ｒＪｌ
の圧力で３分間プレスした後、６０°Ｃにて１分間乾燥
して、イオン交換繊維シート状物を得た。

該シート状物を用いて、イソ−プロピルアルコールを減
圧下シ濾過した。単位）濾過面積当りの通液通と微粒子
の除去率を第１表に示した。

本発明のイオン交換繊維シート状物は通液性が良好で、
かつ、１０時間濾過後においても通液性が低下せずまた
、微粒子除去効果が高くフィルター庁命の長い優れたシ
ート状物であることを示した。

実施例２．比較例１ 実施例１により得たカチオン交換繊維６部と、アニオン
交換体（平均粒子径１１００ｕの粒末、ＰｏｗｄｅｘＰ
ＡＯＯＨ形）１部とからなるイオン交換繊維フロック体
を作った。該イオン交換繊維フロラク体９０部とガラス
繊維１０部を水中で実施例１の方法によりミキリ”−処
理を行なったあと、目付１００　Ｑ　／　ｍ２のイオン
交換繊維シート状物を１ｑだ（実施１シリ２）　。

また、市販のメンブレンフィルター（ポアリイズ０．２
μｍ）を用いることを比較例１とした。

これら２種のフィルターによるＤＭＳＯの；濾過を行な
った。；濾過抵抗値とＤＭＳＯの微粒子除去効果を第２
表に示した。本発明のシート状物は極めて濾過抵抗が小
ざく、かつ微粒子除去率か高いことを示した。

第２表 実施例３．比較例２ 実施例２て（９だイオン交換繊維シーＩ・状物（実施例
３）および実施例２のシー１へ状物でカラス繊維１０部
を７１０えず代りにポリエチレンパルプ（三井石油化学
工業製〉を１０部加えて実施例２と同じ方法で得たシー
ト（比較例２）について１０部濃度の塩酸の常圧−過を
行なった。通液性と微粒子除去率を第３表に示した。

本発明のイオン交換繊維シート私物は優れた；濾過性能
を示した。

第３表

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオン交換繊維フロック体とガラス繊維が混合分
   散してなるイオン交換繊維シート状物。
2. （２）イオン交換繊維が、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
   割されている特許請求の範囲第（１）項記載のイオン交
   換繊維シート状物。