JPWO2005084777A1 - 溶出量が少ないフィルターカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】有機溶剤に対する溶出性が少なく、且つ塩素イオンの溶出性も少なくして、使用前の洗浄作業を不要としたフィルターカートリッジを提供する。【解決手段】ポリプロピレン樹脂製不織布を使用したフィルターカートリッジにおいて、メタロセン触媒で重合されたポリプロピレンホモポリマーを溶融紡糸法で成形した不織布を使用して、キシレン可溶物１重量％以下及び塩化物イオン溶出量１重量％以下として、使用前の洗浄作業を不要とした。【選択図】図１

Description

この発明は、液体ろ過に使用されるポリプロピレン製フィルターカートリッジに係り、詳記すれば有機溶剤による溶出性が少ないことと塩化物イオン溶出量が少ないことから事前洗浄を不要としたフィルターカートリッジに関する。

一般に液体ろ過用のフィルターカートリッジは各種溶液に対する耐薬品性が要求されるため、ろ過材としてこれらの機能に優れたポリプロプレン不織布が使用されている。

従来のポリプロピレン系フィルターカートリッジは、一般的にはチーグラー触媒を用いて重合された樹脂を使用して溶融紡糸法で形成された不織布を用いたものが使用されている。このフィルターカートリッジに使用されるポリプロピレン不織布は、スパンボンド法、メルトブロー法等の技術で溶融紡糸されたものが使用されている。

近年液体ろ過の場合、特にエレクトロニクス分野で使用されるフィルターカートリッジは、その耐薬品性、耐久性、及び低溶出性が要求品質として重要なファクターとなっている。しかして、従来のフィルターカートリッジにおいては、チーグラー触媒を用いて重合されたポリプロピレンを用いているのが一般的であるが、ポリプロピレンを溶融紡糸法によって不織布にする際副成する低分子量のオリゴマーが、有機溶媒に対して溶出するという問題があった。

これに対し現状では、フィルターカートリッジの溶出性を低減させるために、フロン系溶剤或はハロゲン系溶剤を用いて事前に浸漬洗浄を行うことによって、ポリプロプレン中に存在する低分子量のオリゴマーを除去する方法が取られている。

しかし、フロン系溶剤やハロゲン系溶剤は、地球環境問題からオゾン層破壊や地球温暖化物質として規制が強まる問題があるほか、処理コストが嵩むという欠点があった。

また、特にエレクトロニクスの分野では、超純水が多く使用されるが、従来のポリプロピレンフィルターカートリッジでは、塩素イオンが超純水中に溶出するので、使用前に純水若しくは超純水で塩素イオンを除去しなければならず、そのため作業能率が上がらずコスト高になる問題があった。

この発明は、このような点に着目してなされたものであり、有機溶剤に対する溶出性が少なく、且つ塩素イオンの溶出性も少なくして、使用前の洗浄作業を不要としたフィルターカートリッジを提供することを目的とする。

本発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究の結果、メタロセン触媒で重合したポリプロピレンホモポリマーを溶融紡糸法で成形した不織布は、オリゴマーの副成物と塩化物の混入が極めて少なくなるため有機溶剤で洗浄しなくても有機溶剤による溶出量が非常に少ないと共に超純水で洗浄しなくとも塩素イオンの溶出性が著しく少なくなるという驚くべき事実を見出し、本発明に到達した。特に、成形した不織布のメルトフローレートを従来にない小さい値とすることによって、キシレン抽出分が検出限界以下になるという予想外の顕著な効果を奏する。

即ち本発明は、ポリプロピレン樹脂製不織布を使用したフィルターカートリッジにおいて、メタロセン触媒で重合されたポリプロピレンホモポリマーを溶融紡糸法で成形した不織布を使用して、キシレン可溶物１重量％以下及び塩化物イオン溶出量１重量％以下のフィルターカートリッジとしたことを特徴とする。尚、ヘキサン抽出物は、１．５重量％以下、特に好ましくは１重量％以下である。

前記溶融紡糸法で成形した不織布のメルトフローレートを、４５０ｇ／１０分以下とすることによって、フィルターカートリッジのキシレン可溶分が検出限界以下（０．５％未満）でヘキサン抽出分が１．０重量％以下という事前の浸洗浄が全く不要なフィルターカートリッジとすることができる（請求項２）。メルトフローレートの下限は、製造の容易性から１００ｇ／分以上とするのが好ましい（請求項３）。

本発明は、フィルターカートリッジの形式をプリーツ状若しくはロール状とし、エレクトロニクスの分野で使用するのに適している（請求項４）。

前記ポリプロピレンホモポリマー不織布の繊維径は０．５〜５０μｍであり、目付けは５〜２００ｇ／ｍ^２、特に好ましくは１０〜５０ｇ／ｍ^２である（請求項５）。

要するに本発明は、メタロセン触媒で重合したポリプロプレン樹脂を用いて溶融紡糸された不織布を、好ましくは、従来にない小さいメルトフローレートとして、フイルターカートリジのろ過材に使用することによって、被ろ過対象液体に対する汚染性を改善し、有機溶媒に対する溶出量を事前の洗浄が不要な程度にまで減少させたことを要旨とするものである。

本発明によれば、有機溶剤によるオリゴマー溶出量を著しく少なくすることができ且つ超純水への塩素イオンの溶出量を著しく少なくすることができるので、フロン系溶剤やハロゲン系溶剤での洗浄を不要とすることができると共に超純水での洗浄を不要若しくは著しく少なくすることができるという絶大な効果を奏する。また、メタロセン触媒使用によるポリプロピレン樹脂は、熱履歴による分解性が向上し、繊維に加工し易くなるため、従来のチーグラー触媒使用による不織布と比べて、生産性が２〜５倍向上するという予想外の効果を奏する。

次に本発明の実施の形態を説明する。

本発明に使用するフィルターカートリッジとしては、図１に示す円筒形プリーツ状フィルターカートリッジ及び図２に示す円筒形ロール状フィルターカートリッジが好ましい。エレクトロニクスの分野で特にこれらフイルターが使用されるからである。

本発明のフィルターカートリッジに使用する不織布は、メタロセン触媒で重合したポリプロピレンホモポリマーを溶融紡糸法で形成した不織布を用いたものである。キシレン抽出量・ヘキサン抽出量は、ポリプロピレンの結晶化度に依存し、特に結晶性が高いと抽出量が少なくなることが一般的に知られている。そのためポリプロピレン樹脂では、ブロックコポリマー及びランダムコポリマーはホモポリマーと比べ結晶性が低いため耐有機溶剤性が劣るものである。

また、本発明者等の実験により、ポリプロピレンホモポリマーでのキシレン抽出量・ヘキサン抽出量は、ポリプロピレン樹脂のメルトフローレートに関係することが判明した。

即ち、従来のチーグラー触媒を用いて重合させたポリプロピレンホモポリマーの繊維は、メルトフローレート５００以下とすることが出来ないが、本発明のメタロセン触媒を用いて重合させたポリプロピレンホモポリマーは、メルトフローレートを５００以下とすることができる。

本発明のポリプロピレンホモポリマー繊維のメルトフローレートを４５０以下とすることによって、キシレン可溶分は検出限界以下となり、ヘキサン抽出分は１重量％以下になるという驚くべき結果が得られた。このような結果を得るためのポリプロピレンホモポリマー繊維のメルトフローレートの下限は特に限定されないが、製造のし易さから好ましくは１００以上、特に好ましくは２００以上とするのが良い。

本発明に使用する溶融紡糸法としてはメルトブロー法が好ましい。また、その不織布の繊維径は０．３〜５０μｍが好ましく、０．８〜３０μｍが特に好ましい。繊維径０．３μｍ未満のものは、事実上溶融紡糸法では成形が難しく、また、繊維径５０μｍ以上ではろ過精度が悪くなる。

本発明の方法により形成した不織布の繊維径は、従来のチーグラー触媒で形成した不織布よりもその繊維径を遥かに小さくすることができる。繊維径を小さくすれば、同じ濾過精度で不織布の使用量を減少させることができる。従って、使用目的に応じて繊維径の小さい不織布を使用すれば、更に有機溶剤による溶出量と塩素イオンの溶出量を減少させることができる。

本発明によるフィルターカートリッジは、有機溶媒による抽出性や可溶性が従来のものに比べ、大幅に少なくなる。従来のチーグラー触媒で重合されたポリプロピレン樹脂を使用して得られた不織布のキシレン抽出物とヘキサン可溶物は２重量％以上であったが、メタロセン触媒により重合されたメルトフローレート４５０ｇ／１０分以下のものはキシレン抽出物検出限界以下（０．５重量％未満）、ヘキサン可溶物１重量％と著しく低減している。この量であれば、従来のフロン系或いはハロゲン系溶剤を用いての事前洗浄は不要である。

従来のチーグラー触媒を用いたポリプロピレン樹脂に溶融紡糸工程という熱履歴を与えて細い繊維にすると繊維自体の比表面積が大きく、また、熱履歴のため分子量が小さくなることで低分子のオリゴマーが多くなりその溶出性が問題となる。本発明は、メタロセン触媒で重合されたポリプロピレン樹脂を溶融紡糸という熱分解過程を経て得られた、特にメルトフローレート４５０ｇ／１０分以下の繊維が、比表面積が大きくても低分子量のオリゴマーの発生が非常に少ないという事実を見出しなされたものである。

更に本発明者の実験によって、有機溶剤による溶出性は、従来のチーグラー触媒で重合されたポリプロピレン樹脂による繊維に比べ、1/2〜1/5程度に溶出性が改善されることが確認されている。

本発明のメタロセン触媒で重合されたポリプロピレン樹脂から形成した不織布は、従来のチーグラー触媒使用による不織布と比べて、塩化物イオンの溶出量が１／３程度に減少することが実験により確認されている。

この理由は、メタロセン樹脂は従来のチーグラー触媒使用による樹脂と比較して触媒残渣が少ないため、ろ過材として使用した場合にろ過対象液体への金属イオンや陰イオンの溶出が少なくなるためと考えられている。

本発明に使用するポリプロピレンホモポリマーは、メルトフローレートが１０〜１００ｇ／１０分の範囲のものが好ましい。ポリプロピレン樹脂のメルトフローレートが１０ｇ／１０分未満では溶融時の粘度が高くて紡糸の際に繊維への加工が著しく悪くなるため好ましくない。また、メルトフローレートが１００ｇ／１０分を越えると溶融紡糸性は向上するが繊維とした場合のメルトフローレートを４５０ｇ／１０分以下にし難くなり、分子量が小さくなってしまうことから強度、耐薬品性および耐熱性が悪くなるため好ましくはない。

また、同じメルトフローレートの樹脂を使用した場合、メタロセン触媒で重合されたポリプロピレン樹脂はチーグラー触媒による樹脂に比べ、生産性が２〜５倍程度改良されるという利点が得られる。これは、メタロセン樹脂使用によるポリプロピレン樹脂は、同一の平均分子量でもチーグラー品と比べ高分子成分が少ないため、熱履歴による分解率が向上し、繊維に加工し易くなるためと考えられる。

ポリプロピレン繊維のメルトフローレート（ＭＦＲ）をコントロールするには、メタロセンホモポリマーは、チーグラーホモポリマーと比べ融点が１０℃程度低いから、溶融紡糸温度を低く設定すればよい。溶融紡糸温度を低く設定することによって、繊維化したときのＭＦＲを４５０ｇ／１０分以下にすることができる。

次に実施例、比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。
実施例１〜４
メタロセン触媒で重合されたホモポリマーのポリプロピレン樹脂でそのメルトフローレートが３０ｇ／１０分の樹脂を用いてメルトブロー法により溶融紡糸を行った。

溶融紡糸条件はダイ部の温度を、３００℃（実施例１）、２９０℃（実施例２）、３１０℃（実施例３）、３２０℃（実施例４）、圧力を０．０４MPａ、吐出量を５０ｋｇ／Hとして平均繊維径２μｍで目付け３０ｇ／ｍ^２の次表１に記載のメルトフローレートの不織布を作製した。その不織布を使用して図１に示す円筒形プリーツ状フィルターカートリッジを作成した。
比較例１
比較例として、チーグラー触媒で重合されたメルトフローレートが３０ｇ／１０分のポリプロピレンホモポリマーを用いて、ダイ部の温度を３００℃とする以外は、実施例１と同様の溶融紡糸条件でメルトブロー不織布を作成した。得られた不織布の平均繊維径は８μｍで目付け３０ｇ／ｍ^２であった。この不織布を使用して図１に示す円筒形プリーツ状フィルターカートリッジを作成した。
比較例２
次に実施例１と同一の繊維径を得るため、比較例１のポリプロピレン樹脂を用いて溶融紡糸条件をダイ部の温度３２０℃、圧力を０．０６MPａ、吐出量を２０ｋｇ／Ｈとしたところ、平均繊維径２μｍで目付け３０ｇ／ｍ^２の不織布を得た。この不織布を使用して図１に示す円筒形プリーツ状フィルターカートリッジを作成した。
比較例３
次にチーグラー触媒で重合されたポリプロプレンホモポリマーでメルトフローレートが１０００ｇ／１０分の高ＭＦＲ樹脂を使用し、ダイ部の温度を３００℃とする以外は、実施例１と同様の溶融紡糸条件にして不織布を作成した。実施例１と同様の平均繊維径２μｍで目付け３０ｇ／ｍ^２の不織布を得た。この不織布を使用して図１に示す円筒形プリーツ状フィルターカートリッジを作成した。

実施例１、比較例３から、同一の繊維径を得るための生産性はチーグラー法による樹脂に比べてメタロセン樹脂が２〜３倍高いことが判明した。

また、実施例１と比較例２を比べると明らかなように、同一の紡糸条件では、メタロセン触媒によるポリプロピレン樹脂の場合チーグラー法樹脂と比較して繊維径が１／４倍程度の細かい繊維が得られる。

このことからメタロセン触媒で重合されたポリプロピレン樹脂を用いることにより、従来のチーグラー触媒で重合されたポリプロピレン樹脂と比べ、生産性が向上し、かつ、細かい繊維が得られることが判明した。

次に２μｍの同一繊維径で作成した実施例１〜４と比較例２，３について、有機溶媒としてキシレン可溶分とヘキサン抽出分による溶出試験を下記方法により実施した。結果を次表１に示す。

また、２μｍの同一の繊維径で作成した上記試料について、それぞれの引張強度及び引張伸びを測定した。結果を次表１に示す。

また、触媒残渣等の不純物の溶出量を確認するため、２μｍの同一繊維径で作成した上記の試料について、それぞれの純水中での塩化物イオンの溶出量を測定した。結果を次表１に示す。

また、実施例及び各比較例についてそれぞれのろ過精度（除粒子性能）[粒子を９９．９％除去し得る粒子の大きさ（μｍ）]を測定した。結果を次表１に示す。
（溶出試験方法）
（１）キシレン可溶分（重量％）：試料をキシレン中に入れて１２０℃に１時間加熱後、２５℃に１時間放置し、その後濾別した濾液中の全固形分。
（２）ヘキサン抽出分（重量％）：試料をヘキサン中に入れて還流温度（ヘキサン沸点６６〜６９℃）にて２時間還流後、濾別した濾液中の全固形分。



（表１）基礎物性測定結果

尚、表中、検出限界以下は、＜０．５(重量%)の意味である。

上記表１の結果から、キシレン可溶分とヘキサン抽出物を比較すると、比較例１〜３と比べ明らかに実施例１〜４の方が溶出量が少ないことから、従来のチーグラー触媒で重合されたポリプロピレン樹脂を用いて溶融紡糸されたろ過材と比べ、本発明のろ過材は有機溶媒に対する溶出性が著しく少ないことが分かる。特にＭＦＲ４５０以下の繊維を使用すると、キシレン抽出物が検出限界以下となり、ヘキサン可溶分が１．０重量％以下となるので、使用前のフロン系溶剤等による洗浄が全く不要となる。

また上記結果から、金属イオンや陰イオンの溶出量についても、メタロセン触媒によるポリプロピレン樹脂によるろ過材の方が１／３程度に少なくなることが明らかになった。

ろ過精度については、表１の結果より同一の繊維径であれば、チーグラー触媒とメタロセン触媒によって重合されたポリプロピレン樹脂を原料として得られた不織布を用いれば、同等のろ過精度が得られることが確認された。

本発明の円筒形プリーツ状フィルターカートリッジを示す斜視図である。 本発明の円筒形ロール状フィルターカートリッジを示す斜視図である。

Claims (5)

1. ポリプロピレン樹脂製不織布を使用したフィルターカートリッジにおいて、メタロセン触媒で重合されたポリプロピレンホモポリマーを溶融紡糸法で成形した不織布を使用して、キシレン可溶物１重量％以下及び塩化物イオン溶出量１重量％以下のフィルターカートリッジとしたことを特徴とする有機溶剤による溶出量が少なく且つ塩化物イオン溶出量が少ないフィルターカートリッジ。
2. 前記溶融紡糸法で成形した不織布のメルトフローレートが、４５０ｇ／１０分以下であり、フィルターカートリッジのキシレン可溶分が０．５重量％未満でヘキサン抽出分が１．０重量％以下である請求項１記載のフィルターカートリッジ。
3. 前記不織布のメルトフローレートが、１００〜４５０ｇ／１０分である請求項２記載のフィルターカートリッジ。
4. 前記フィルターカートリッジが、プリーツ状若しくはロール状であり、エレクトロニクスの分野で使用される請求項３記載のフィルターカートリッジ。
5. 前記ポリプロピレンホモポリマー不織布の繊維径が、０．３〜５０μｍであり、目付けが５〜２００ｇ／ｍ^２である請求項４記載のフィルターカートリッジ。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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