JPWO2020174951A1 - 液体フィルターおよび液体フィルターの製造方法 - Google Patents

Abstract

圧力損失が小さい液体フィルターおよび液体フィルターの製造方法を提供する。液体フィルターは水に不溶の高分子と親水化剤とを含む繊維で形成された不織布により構成されるものである。不織布は、膜厚方向に対して繊維密度が連続して変化し、膜厚方向に繊維密度差があり、膜厚方向における一方の面の繊維密度が最大であり、膜厚方向における他方の面の繊維密度が最小である。

Description

本発明は、水に不溶の高分子と親水化剤とを含む繊維で形成された不織布により構成される液体フィルターおよび液体フィルターの製造方法に関し、特に、圧力損失が小さい液体フィルターおよび液体フィルターの製造方法に関する。

現在、繊維径が１μｍ以下のいわゆるナノファイバーにより構成される不織布は、各種の用途に用いることができるものとして期待されている。ナノファイバーにより構成される不織布は、例えば、液体をろ過するフィルターに利用されており、例えば、特許文献１〜３に提案されている。
特許文献１には、数平均繊維径が５００ｎｍ以下の微細セルロース繊維から構成される不織布からなる耐水性セルロースシートを含むろ過材が記載されている。耐水性セルロースシートは、微細セルロース繊維の重量比率：１質量％以上９９質量％以下、空孔率：５０％以上、目付１０ｇ／ｍ^２相当の引張強度：６Ｎ／１５ｍｍ以上、引張強度の乾湿強度比：５０％以上のすべてを満足する。

また、特許文献２には、白血球などの血液成分を選択的に除去するものとして、セルロースアシレートを含有し、ガラス転移温度が１２６℃以上であり、平均貫通孔径が０．１〜５０μｍであり、かつ、比表面積が１．０〜１００ｍ²／ｇである、血液成分選択吸着濾材が記載されている。血液成分選択吸着濾材は、不織布の形態である。
また、特許文献３には、不織布で構成される極細繊維の集合体の平均動水半径が０．５μｍ〜３．０μｍとなるように、および血液成分の流路径（Ｄ）と血液の流路長（Ｌ）との比（Ｌ／Ｄ）が、０．１５〜６となるように、入口と出口とを有する容器に充填されている、血漿分離フィルターが記載されている。特許文献３の極細繊維は、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリアミド、またはポリエチレンである。

特開２０１２−４６８４３号公報 国際公開第２０１８／１０１１５６号 特開平９−１４３０８１号公報

ナノファイバーにより構成される不織布は、ナノファイバーが形成する網目構造がある。不織布を液体のろ材として利用する場合、網目構造による空隙を、液体等のろ過対象物が通過してろ過される。
しかしながら、上述の特許文献１〜３のフィルターでは、ろ過する際の圧力損失が大きいという問題点がある。

本発明の目的は、圧力損失が小さい液体フィルターおよび液体フィルターの製造方法を提供することにある。

上述の目的を達成するために、本発明は、水に不溶の高分子と親水化剤とを含む繊維で形成された不織布により構成されるものであり、不織布は、膜厚方向に対して繊維密度が連続して変化し、膜厚方向に繊維密度差があり、膜厚方向における一方の面の繊維密度が最大であり、膜厚方向における他方の面の繊維密度が最小である、液体フィルターを提供するものである。

親水化剤が、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、カルボキシメチルセルロースおよびヒドロキシプロピルセルロースのうち、少なくとも１つであることが好ましい。
不織布は、膜厚が２００μｍ以上２０００μｍ以下であることが好ましい。
不織布は、平均貫通孔径が２．０μｍ以上１０．０μｍ未満であることが好ましい。
不織布は、空隙率が７５％以上９８％以下であることが好ましい。
不織布は、臨界湿潤表面張力が７２ｍＮ／ｍ以上であることが好ましい。

水に不溶の高分子が、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリスチレン、セルロース誘導体、エチレンビニルアルコールポリマー、ポリ塩化ビニル、ポリ乳酸、ポリウレタン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、およびアクリル樹脂のうち、いずれか１つ、またはこれらの混合物であることが好ましい。
水に不溶の高分子が、セルロース誘導体からなることが好ましい。
不織布の繊維全質量に対する親水化剤の含有量は１〜５０質量％であることが好ましい。
また、本発明は、本発明の液体フィルターをエレクトロスピニング法を用いて製造する、液体フィルターの製造方法を提供するものである。

本発明によれば、圧力損失が小さい液体フィルターを得ることができる。また、圧力損失が小さい液体フィルターを製造することができる。

本発明の実施形態の液体フィルターの一例を示す模式図である。 本発明の実施形態の液体フィルターの一例を示す模式的断面図である。 本発明の実施形態の液体フィルターの測定結果の一例を示すグラフである。 本発明の実施形態の液体フィルターの異方性を示すグラフである。 従来の不織布の一例を示す模式的断面図である。 従来の不織布の測定結果の一例を示すグラフである。 本発明の実施形態のろ過装置の第１の例を示す模式図である。 本発明の実施形態のろ過装置の第２の例を示す模式図である。 本発明の実施形態のろ過装置の第３の例を示す模式図である。 本発明の実施形態のろ過装置の第４の例を示す模式図である。 本発明の実施形態のろ過装置を有するろ過システムの一例を示す模式図である。

以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の液体フィルターおよび液体フィルターの製造方法を詳細に説明する。
なお、以下に説明する図は、本発明を説明するための例示的なものであり、以下に示す図に本発明が限定されるものではない。
なお、以下において数値範囲を示す「〜」とは両側に記載された数値を含む。例えば、εが数値α〜数値βとは、εの範囲は数値αと数値βを含む範囲であり、数学記号で示せばα≦ε≦βである。
「具体的な数値で表された角度」、および「具体的な数値で表された温度」は、特に記載がなければ、該当する技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含む。

（液体フィルター）
図１は本発明の実施形態の液体フィルターの一例を示す模式図であり、図２は本発明の実施形態の液体フィルターの一例を示す模式的断面図である。図３は本発明の実施形態の液体フィルターの測定結果の一例を示すグラフである。
図１に示す液体フィルター１０は、水に不溶の高分子と親水化剤とを含む繊維で形成された不織布により構成されるものであり、不織布は、膜厚方向に対して繊維密度が連続して変化し、膜厚方向に繊維密度差があり、膜厚方向における一方の面の繊維密度が最大であり、膜厚方向における他方の面の繊維密度が最小である。このことから、不織布では、一方の面と他方の面とで繊維密度差がある。繊維密度が連続して変化することについては後に詳細に説明する。
以上の構成により、液体フィルター１０は圧力損失が小さい。これにより、液体フィルター１０ではろ過に要する力を小さくすることができる。
液体フィルター１０のろ過対象物は、液体を含むものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、粒子を含有する液体である。これ以外に、微生物を含む液体もろ過対象物に含まれる。微生物には、細菌、原生動物、酵母、ウイルスおよび藻類が含まれる。液体フィルター１０は、例えば、飲料水等からの微粒子、および微生物等を除去することができる。
なお、液体フィルター１０において、ろ過対象物、およびろ過できる大きさ等を合わせて分離特性という。
なお、液体フィルター１０のろ過には、ろ過の他、ろ別も含まれる。液体フィルター１０では、ろ過対象物に代えて、ろ別対象物を供給し、ろ別することもできる。液体フィルター１０では、ろ別の際も圧力損失が小さい。
液体フィルター１０は、具体的には、図２に示すように、膜厚方向Ｄｔにおいて繊維密度が異なる。図２では、不織布１２の裏面１２ｂ側の繊維密度が小さく、表面１２ａ側の繊維密度が大きく、膜厚方向Ｄｔに対して繊維密度が連続して変化している。

液体フィルター１０を構成する不織布は、上述のように、水に不溶の高分子と親水化剤とを含む繊維で構成されており、貫通孔を有する。不織布１２は、膜厚ｈ（図１参照）が２００μｍ以上２０００μｍ以下であることが好ましい。
また、不織布１２は、平均貫通孔径が２．０μｍ以上１０．０μｍ未満であることが好ましく、空隙率が７５％以上９８％以下であることが好ましい。また、臨界湿潤表面張力が７２ｍＮ／ｍ以上であることが好ましい。
以下、液体フィルターについて、より具体的に説明する。

＜不織布＞
液体フィルターは上述のように水に不溶の高分子と親水化剤とを含む繊維で形成された不織布により構成される。
不織布としては、平均繊維径が１ｎｍ以上５μｍ以下であり、かつ、平均繊維長が１ｍｍ以上１ｍ以下である繊維からなることが好ましく、平均繊維径が１００ｎｍ以上１０００ｎｍ未満であり、かつ、平均繊維長が１．５ｍｍ以上１ｍ以下であるナノファイバーからなる不織布であることがより好ましく、平均繊維径が１００ｎｍ以上８００ｎｍ以下であり、かつ、平均繊維長が２．０ｍｍ以上１ｍ以下であるナノファイバーからなる不織布であることが更に好ましい。
なお、平均繊維径および平均繊維長は、例えば、不織布を作製する際の溶液の濃度を調節することで調整することができる。

ここで、平均繊維径とは、以下のように測定した値をいう。
繊維からなる不織布の表面の、透過型電子顕微鏡画像、または走査型電子顕微鏡画像を得る。
構成する繊維の大きさに応じて１０００〜５０００倍から選択される倍率で電子顕微鏡画像を得る。ただし、試料、観察条件および倍率は下記の条件を満たすように調整する。
（１）電子顕微鏡画像内の任意箇所に一本の直線Ｘを引き、この直線Ｘに対し、２０本以上の繊維が交差する。
（２）同じ電子顕微鏡画像内で直線Ｘと垂直に交差する直線Ｙを引き、直線Ｙに対し、２０本以上の繊維が交差する。
上述のような電子顕微鏡画像に対して、直線Ｘに交錯する繊維、直線Ｙに交錯する繊維の各々について少なくとも２０本（すなわち、合計が少なくとも４０本）の幅（繊維の短径）を読み取る。こうして上述のような電子顕微鏡画像を少なくとも３組以上観察し、少なくとも４０本×３組（すなわち、少なくとも１２０本）の繊維径を読み取る。
このように読み取った繊維径を平均して平均繊維径を求める。

また、平均繊維長とは、以下のように測定した値をいう。
すなわち、繊維の繊維長は、上述した平均繊維径を測定する際に使用した電子顕微鏡画像を解析することにより求めることができる。
具体的には、上述のような電子顕微鏡画像に対して、直線Ｘに交錯する繊維、直線Ｙに交錯する繊維の各々について少なくとも２０本（すなわち、合計が少なくとも４０本）の繊維長を読み取る。
こうして上述のような電子顕微鏡画像を少なくとも３組以上観察し、少なくとも４０本×３組（すなわち、少なくとも１２０本）の繊維長を読み取る。
このように読み取った繊維長を平均して平均繊維長を求める。

＜繊維密度差＞
液体フィルターを構成する不織布の構成は上述の通りである。不織布は、膜厚方向に対して繊維密度が連続して変化し、膜厚方向に繊維密度差があり、膜厚方向における一方の面の繊維密度が最大であり、膜厚方向における他方の面の繊維密度が最小であり、一方の面と他方の面とで繊維密度差がある。繊維密度差は、後述のように、最小繊維密度と最大繊維密度との比である。
液体フィルターを構成する不織布の膜厚方向の繊維密度差について、繊維密度差が小さいとケークろ過になり、処理圧が上昇する。一方、繊維密度差が大きいと、段階ろ過が可能であり、処理圧を小さくできる。
処理圧とは、ろ過時の圧力損失のことである。処理圧が小さいとは、ろ過時の圧力損失が小さいことであり、液体フィルターのろ過時の抵抗が小さいことである。圧力損失が小さいと、ろ過に要する圧力を小さくできる。
圧力損失は、液体フィルターを挟んで膜厚方向の表面側の静圧と、裏面側の静圧との差である。このため、表面側の静圧と裏面側の静圧を測定して、２つの静圧の差を求めることにより、圧力損失を得ることができる。圧力損失は、差圧計を用いて測定することができる。
ここで、繊維密度は、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）画像の輝度と相関関係があり、繊維密度は輝度により特定することができる。例えば、図３に示す結果が得られる。Ｘ線ＣＴ画像の輝度が高いと、繊維密度が大きい。図３では距離の値が大きくなると、輝度が低くなる傾向を示しており、繊維密度が小さくなっている。

膜厚方向の繊維密度差は、膜厚方向の断面Ｘ線ＣＴ画像解析を行いて求める。まず、断面Ｘ線ＣＴ画像を取得し、断面Ｘ線ＣＴ画像において全膜厚を膜厚方向に１０等分し、各区間での輝度を積算する。積算した輝度を、輝度が低い方からＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９、Ｌ１０とする。本発明では、輝度Ｌ１は、不織布の表面および裏面の一方の面の輝度であり、輝度Ｌ１０は、不織布の表面および裏面の他方の面の輝度である。不織布１２の表面１２ａおよび裏面１２ｂのうち、いずれかの面の繊維密度が最大であり、残りの面の繊維密度が最小である。
膜厚方向に繊維密度差があるとは、輝度の最小値と輝度の最大値との比、Ｌ１／Ｌ１０＜０．９５であることである。

膜厚方向に繊維密度差がある場合、膜厚方向に対して、図４に示すように、繊維密度が大きい方からろ過した場合（圧力曲線５０参照）と、繊維密度が小さい方からろ過した場合（圧力曲線５２参照）とでは、ろ過に要する圧力が異なる。すなわち、液体フィルター１０は、膜厚方向において異方性を有する。ろ過対象物を、膜厚方向において、繊維密度が低密度側から高密度側に通るようにすることにより、圧力損失を小さくできる。すなわち、ろ過に要する圧力を小さくすることができる。
なお、図４は、同じ液体を用い、液体フィルター１０の向きだけを変えてろ過を実施した結果を示す。図４の圧力および時間はいずれも無次元化している。

ここで、図５は従来の不織布の一例を示す模式的断面図であり、図６は従来の不織布の測定結果の一例を示すグラフである。
図５に示すように、従来の不織布１００は、繊維が偏在して分布していない。また、図６に示すＸ線ＣＴ画像の輝度からも繊維密度に偏りが見られない。従来の不織布は、膜厚方向に繊維密度差がなく、繊維密度が特定の方向に対して違っているものではなく、等方的である。このため、ろ過対象物の供給方向を変えても、ろ過に要する圧力に大きな違いはない。

上述の膜厚方向に対して繊維密度が連続して変化しているとは、上述の輝度Ｌ１〜Ｌ１０が、０．９＜Ｌｎ／Ｌｎ＋１＜１．０５であることをいう。ただし、ｎ＝１〜９である。
膜厚方向に対して繊維密度が連続して変化している場合、繊維密度が膜厚方向に対して勾配を有するという。
上述の輝度Ｌ１〜Ｌ１０が、０．９＜Ｌｎ／Ｌｎ＋１＜１．０５を満たさない場合、膜厚方向に対して繊維密度が連続して変化していない。すなわち、繊維密度が膜厚方向に対して勾配がない。上述の膜厚方向に対して繊維密度が連続して変化していないことを不連続ともいう。
膜厚方向に対して繊維密度が連続して変化している場合、繊維密度の急激な変化はないことが好ましい。しかしながら、上述の膜厚方向に１０等分した１０区間のうち、一部の区間で繊維密度の大小が前後することは許容される。すなわち、繊維密度は、Ｌ１／Ｌ１０＜０．９５を満たせば、上述の膜厚方向に１０等分した１０区間において、輝度で表される繊維密度が一方向に漸次増加または漸次減少することに限定されるものではなく、繊維密度が同じ区間が隣接してもよい。

上述のＬ１／Ｌ１０は、０．３≦Ｌ１／Ｌ１０＜０．９５であることがより好ましく、さらに好ましくは０．４≦Ｌ１／Ｌ１０＜０．９であり、最も好ましくは０．５≦Ｌ１／Ｌ１０＜０．９である。
膜厚方向に対して繊維密度が連続して変化することにより、圧力損失を小さくすることができる。例えば、ろ過する液体の総量のうち、処理量が８０〜１００体積％における圧力損失を小さくすることもできる。
一方、膜厚方向に対して繊維密度が連続して変化していない場合、圧力損失が大きい。

＜平均貫通孔径＞
平均貫通孔径は２．０μｍ以上１０．０μｍ未満であることが好ましく、より好ましくは２．０μｍ以上８．０μｍ未満であり、さらに好ましくは３．０μｍ以上７．０μｍ未満であり、最も好ましくは３．０μｍ以上５．０μｍ未満である。
平均貫通孔径は、ろ過対象物のサイズに対して小さいと、圧力損失が大きくなる。すなわち、処理圧が大きくなる。平均貫通孔径は、ろ過対象物のサイズに対して大きいと、圧力損失が小さくなる。すなわち、処理圧が小さくなる。

平均貫通孔径は、バブルポイント法（ＪＩＳ（日本工業規格）K3832、ASTM F316-86）／ハーフドライ法（ASTM E1294-89）を用いたパームポロメータにより測定することができる。以下、平均貫通孔径について詳細に説明する。
「平均貫通孔径」については、特開２０１２−０４６８４３号公報の＜００９３＞段落に記載された方法と同様、パームポロメータ（西華産業製 ＣＦＥ−１２００ＡＥＸ）を用いた細孔径分布測定試験において、ＧＡＬＷＩＣＫ（Porous Materials，Inc社製）に完全に濡らしたサンプルに対して空気圧を２ｃｃ／ｍｉｎで増大させて評価する。具体的には、ＧＡＬＷＩＣＫ（プロピレン，１，１，２，３，３，３酸化ヘキサフッ酸；Porous Materials，Inc社製）に完全に濡らした膜状サンプルに対して、膜の片側に２ｃｃ／ｍｉｎで空気を一定量送り込み、その圧力を測りながら、膜の反対側へ透過してくる空気の流量を測定する。この方法で、まず、ＧＡＬＷＩＣＫに濡れた膜状サンプルについて、圧力と透過空気流量とのデータ（以下、「ウェットカーブ」ともいう。）を得る。次いで、濡れていない、乾燥状態の膜状サンプルでも同様のデータ（以下、「ドライカーブ」ともいう。）を測定し、ドライカーブの流量の半分に相当する曲線（ハーフドライカーブ）とウェットカーブとの交点の圧力を求める。その後、ＧＡＬＷＩＣＫの表面張力（γ）、濾材との接触角（θ）および空気圧（Ｐ）とを下記式（Ｉ）に導入し、平均貫通孔径を算出することができる。
平均貫通孔径＝４γｃｏｓθ／Ｐ ・・・（Ｉ）

平均貫通孔径の調整方法としては、例えば、以下に示す方法が挙げられる。
（（繊維径の制御））
平均貫通孔径の調整方法の１つである繊維径を制御する方法では、エレクトロスピニングでの紡糸時に用いる溶媒、素材の濃度、または電圧等を変更することにより繊維径を制御することができる。繊維径と平均貫通孔径との比例の関係にあるため、繊維径を制御することにより平均貫通孔径を調整することができる。
（（加熱融着））
平均貫通孔径の調整方法の１つである加熱融着を用いた方法では、繊維同士を融着させ、平均貫通孔径を小さくすることができる。なお、加熱融着では、繊維径の制御とは異なり平均貫通孔径を小さくすることしかできない。
（（カレンダー処理））
平均貫通孔径の調整方法の１つであるカレンダー処理を用いた方法では、ローラー等で加圧して押しつぶし、繊維を密着させることにより、平均貫通孔径を小さくすることができる、なお、カレンダー処理では、繊維径の制御とは異なり平均貫通孔径を小さくすることしかできない。

＜空隙率＞
空隙率は７５％以上９８％以下であることが好ましく、より好ましくは、８５％以上９８％以下であり、さらに好ましくは９０％以上９８％以下である。
空隙率は高い程ケークろ過になりにくく、処理圧が上昇しにくい。すなわち、圧力損失が上昇しにくい。このため、ろ過の際に、ろ過対象物の供給速度を速くすることができる。一方、空隙率が低いとケークろ過に移行しやすく、処理圧が上昇する傾向、すなわち、圧力損失が大きくなる傾向になる。なお、空隙率が９８％を超えるものを作製することは困難である。
空隙率は、以下のようにして算出する。
まず、空隙率をＰｒ（％）とし、不織布１０ｃｍ角の膜厚をＨｄ（μｍ）と、不織布１０ｃｍ角の質量をＷｄ（ｇ）とするとき、Ｐｒ＝（Ｈｄ−Ｗｄ×６７．１４）×１００／Ｈｄを用いて算出する。

＜膜厚＞
液体フィルターは不織布の膜厚ｈ（図１参照）が２００μｍ以上２０００μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは２００μｍ以上１０００μｍ以下である。
なお、不織布の膜厚ｈ（図１参照）は、液体フィルターの膜厚である。
膜厚が、一定の厚さ以上でないと繊維密度差が生じない。膜厚が薄すぎると、除去したい成分を除去しきれないため、フィルター性能の低下につながる。
また、膜厚が厚すぎると、全てのろ過対象物等の分離対象物を透過させるために大きな圧力が必要となり、圧力損失が大きくなる傾向にある。
膜厚は、走査型電子顕微鏡を用いて、不織布の断面観察を実施し、断面画像を得る。断面画像を用いて、不織布の膜厚となる箇所を１０点測定し、その平均値を膜厚とした。

＜臨界湿潤表面張力＞
臨界湿潤表面張力（ＣＷＳＴ）は濡れ性を表すパラメータである。
臨界湿潤表面張力（ＣＷＳＴ）が７２ｍＮ／ｍ（ミリニュートンパーメータ）以上であり、臨界湿潤表面張力（ＣＷＳＴ）は８５ｍＮ／ｍ以上であることが好ましい。
臨界湿潤表面張力（ＣＷＳＴ）が高いと、ろ過対象物が不織布上で濡れ広がりやすくなり、有効面積が大きくなり、圧力損失が小さくなる傾向になる。
臨界湿潤表面張力（ＣＷＳＴ）が低いと、有効面積が小さくなり、圧力損失が大きくなる傾向になる。臨界湿潤表面張力（ＣＷＳＴ）は、親水化剤量またはアルカリ処理によって制御することができる。

臨界湿潤表面張力（ＣＷＳＴ）の定義は以下の通りである。
臨界湿潤表面張力は、測定する表面に適用する液体の表面張力を２ｍＮ／ｍ〜４ｍＮ／ｍずつ変えながら、表面への各液体の吸収または非吸収を観察することにより求めることができる。
ＣＷＳＴの単位はｍＮ／ｍであり、吸収される液体の表面張力と隣りの吸収されない液体の表面張力との平均値として定められる。例えば、吸収される液体の表面張力が２７．５ｍＮ／ｍであり、吸収されない液体の表面張力が５２ｍＮ／ｍである。表面張力の間隔が奇数、例えば、３であれば、不織布は低い値により近いかまたは高い値により近いかの判断をすることができ、これに基づいて、２７または２８が不織布に割り当てられる。
ＣＷＳＴを測定する上で、表面張力が約２〜約４ｍＮ／ｍだけ逐次変化する一連の試験用標準液体を作る。少なくとも２つの引き続く表面張力の標準液体の各々の３〜５ｍｍ直径の液体を、不織布に載置して１０分間放置し、１０〜１１分後に観察する。“湿潤”であれば、１０分間以内に、１０個の液滴のうち、少なくとも９個が不織布に吸収、すなわち、湿潤することとして定められる。

非湿潤は１０分間以内に２個以上の液滴の非湿潤、すなわち、非吸収により定められる。連続した高いまたは低い表面張力の液体を用いて、表面張力が最も狭い間隔の一対のうち１つが湿潤し、そしてもう１つが非湿潤であることが認められるまで試験を続ける。
次いで、ＣＷＳＴはこの範囲内であり、便宜上、２つの表面張力の平均をＣＷＳＴを特定する１つの数として使用できる。２つの試験液体が３ｍＮ／ｍ異なるとき、試験片がどちらか近いかの判断をし、整数をそのように割り当てる。表面張力の異なる溶液を種々の方法で作ることができる。具体例を以下に示す。
水酸化ナトリウム水溶液９４〜１１５（ｍＮ／ｍ）
塩化カルシウム水溶液９０〜９４（ｍＮ／ｍ）
硝酸ナトリウム水溶液７５〜８７（ｍＮ／ｍ）
純粋な水７２．４（ｍＮ／ｍ）
酢酸水溶液３８〜６９（ｍＮ／ｍ）
エタノール水溶液２２〜３５（ｍＮ／ｍ）

＜水に不溶の高分子＞
水に不溶の高分子とは、純水への溶解度が０．１質量％未満である高分子のことである。
水に不溶の高分子は、具体的なものとして、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリスチレン、セルロース誘導体、エチレンビニルアルコールポリマー、ポリ塩化ビニル、ポリ乳酸、ポリウレタン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、およびアクリル樹脂のうち、いずれか１つ、またはこれらの混合物であることが好ましい。セルロース誘導体は生体物質吸着が他の素材に比べて小さいため、成分一致率が良好になる。このため、水に不溶の高分子は、セルロース誘導体がより好ましい。
なお、セルロース誘導体とは、天然高分子であるセルロースが有するヒドロキシ基の一部に化学修飾を施した変性セルロースをいう。ヒドロキシ基の化学修飾としては、特に制限されないが、ヒドロキシ基のアルキルエーテル化、ヒドロキシアルキルエーテル化、および、エステル化が挙げられる。セルロース誘導体は、１分子中に少なくとも１つのヒドロキシ基を有する。セルロース誘導体は、１種のみを用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
セルロース誘導体としては、メチルセルロース、エチルセルロース、プロピルセルロース、ブチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシブチルメチルセルロース、酢酸セルロース（アセチルセルロース、ジアセチルセルロース、トリアセチルセルロース等）、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、および、ニトロセルロースが挙げられる。
また、不織布を構成する繊維において、水に不溶の高分子の含有量は、不織布の繊維全質量に対して、５０〜９９質量％が好ましく、７０〜９３質量％がより好ましく、８５〜９３質量％がさらに好ましい。
水に不溶の高分子の含有量が５０質量％未満であると、不織布を形成する繊維の強度が低下し、ろ過によって形状変化しやすくなり、処理圧の上昇を招く。一方、水に不溶の高分子の含有量が９９質量％よりも大きいと親水化剤の量が減り、不織布を形成する繊維の親水化効果が小さくなる。このため、水に不溶の高分子の含有量は５０〜９９質量％であることが好ましい。

＜親水化剤＞
親水化剤とは、純水への溶解度が１質量％以上である材料のことである。
親水化剤は、具体的なものとして、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、カルボキシメチルセルロースおよびヒドロキシプロピルセルロースのうち、少なくとも１つであることが好ましく、親水化剤としては、ポリビニルピロリドンが最も好ましい。
ポリビニルピロリドンはヒドロキシプロピルセルロースに比べて親水性が高いため、不織布の臨界湿潤表面張力（ＣＷＳＴ）が高くなる。カルボキシメチルセルロースは素材自体の親水性はポリビニルピロリドンと同等であるが、ポリビニルピロリドンに比して、水に不溶の高分子との相溶性に劣るため、強度がやや弱く処理圧が上昇する傾向にあり、かつ素材の生体分子吸着が大きいためろ過後の成分一致が劣る。
また、不織布を構成する繊維において、親水化剤の含有量は、不織布の繊維全質量に対して、１〜５０質量％が好ましく、５〜３０質量％がより好ましく、７〜１５質量％がさらに好ましい。
親水化剤の含有量が５０質量％を超えると、不織布を形成する繊維の強度が低下し、ろ過によって形状変化しやすくなり、処理圧の上昇を招く。一方、親水化剤の含有量が１質量％未満では親水化剤の量が少なく、不織布を形成する繊維親水化効果が小さくなる。このため、親水化剤の含有量は１〜５０質量％であることが好ましい。

（液体フィルターの製造方法）
上述のように、液体フィルターは、水に不溶の高分子および親水化剤を含む繊維で形成され、かつ膜厚方向に対して繊維密度が連続して変化し、膜厚方向に繊維密度差を有する不織布により構成される。
エレクトロスピニング法とも呼ばれる電界紡糸法を用いて、液体フィルターが製造される。これにより、圧力損失が小さい液体フィルターを製造することができる。
エレクトロスピニング法を用いた製造方法について説明する。まず、例えば、上述の水に不溶の高分子および親水化剤が溶媒に溶解している溶液を、５℃以上４０℃以下の範囲内の一定温度としてノズルの先端から出し、溶液とコレクタとの間に電圧をかけて、溶液からコレクタ上に設けた支持体上にファイバを噴出してナノファイバーを収集することにより、ナノファイバー層、すなわち、不織布を得ることができる。この場合、ファイバを噴出している際に、溶液とコレクタとの間に印加する電圧を調整して、繊維密度を変化させ、膜厚方向に対して繊維密度が連続して変化し、膜厚方向に繊維密度差があり、膜厚方向における一方の面の繊維密度が最大であり、膜厚方向における他方の面の繊維密度が最小である不織布を得ることができる。また、溶液の濃度を調整することによっても繊維密度を変化させ、膜厚方向に対して繊維密度が連続して変化し、膜厚方向に繊維密度差があり、膜厚方向における一方の面の繊維密度が最大であり、膜厚方向における他方の面の繊維密度が最小である不織布を得ることができる。
製造装置としては、例えば、特許第６１３２８２０号公報に示されるナノファイバー製造装置等を利用することができる。溶液は、水に不溶の高分子および親水化剤が溶解したものを含んでおり、水に不溶の高分子と親水化剤とが別々にノズルから射出して紡糸したものではない。

（ろ過装置）
上述の液体フィルターを用いてろ過装置を構成することができる。ろ過装置は、液体フィルターと同様に圧力損失が小さい。
ろ過装置は、液体フィルターを有し、ろ過対象物が、膜厚方向において、繊維密度が低密度側から高密度側に通るように液体フィルターが配置されている。液体フィルターを、ろ過対象物が、膜厚方向において繊維密度が低密度側から高密度側に通るように配置することにより、圧力損失を小さくすることができる。これにより、ろ過に要する圧力を小さくできる。
また、ろ過装置としては、液体フィルター以外に、例えば、平均貫通孔径が０．２μｍ以上１．５μｍ以下かつ空隙率が６０％以上９５％以下の多孔質体を有する構成でもよい。この場合、液体フィルターと多孔質体とは、ろ過対象物が液体フィルターと多孔質体との順で通過するように配置されている。
以下、ろ過装置について具体的に説明する。

図７は本発明の実施形態のろ過装置の第１の例を示す模式図であり、図８は本発明の実施形態のろ過装置の第２の例を示す模式図である。図９は本発明の実施形態のろ過装置の第３の例を示す模式図であり、図１０は本発明の実施形態のろ過装置の第４の例を示す模式図である。
なお、図７〜図１０のろ過装置において、図１に示す液体フィルター１０と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図７に示すろ過装置２０は、例えば、円筒状のケース２２の内部２２ａに円盤状の液体フィルター１０が設けられている。ケース２２は、一方の底部２２ｂには、底部２２ｂの中心に連結管２４が設けられている。連結管２４は回収部２６に接続されている。
ケース２２は、底部２２ｂの反対側の端が開口している。開口している部分を開口部２２ｃという。開口部２２ｃから、ろ過対象物が供給されて、液体フィルターにより、ろ過されて、ケース２２の底部２２ｂから連結管２４を経て、ろ過後のろ過対象物が回収部２６に貯留される。
なお、ろ過装置２０では、ろ過対象物に代えて、ろ別対象物を供給し、ろ別することもできる。この場合、開口部２２ｃから、ろ別対象物が供給されて、液体フィルターにより、ろ別されて、ケース２２の底部２２ｂから連結管２４を経て、ろ別後のろ別対象物が回収部２６に貯留される。

また、ろ過装置２０は、図８に示すように、加圧部２８を有する構成でもよい。加圧部２８は、ケース２２の開口部２２ｃに設けられる。加圧部２８は、開口部２２ｃに設けられケース２２の内部２２ａと隙間がなく配置されるガスケット２８ａと、ガスケット２８ａを開口部２２ｃから底部２２ｂに向う方向または、その逆方向に移動させるためのプランジャー２８ｂとを有する。プランジャー２８ｂを底部２２ｂに向かって移動させることにより、ケース２２の内部２２ａのろ過対象物を、液体フィルター１０を透過させてろ過することができる。
なお、加圧部２８を有する場合、ケース２２の外面２２ｄに、ケース２２の内部２２ａと連通する供給管２７を設けてもよい。供給管２７は、液体フィルター１０よりも開口部２２ｃ側に設けられる。
また、加圧部２８を有するろ過装置２０でも、ろ過対象物に代えて、ろ別対象物を供給し、ろ別することもできる。

また、ろ過装置２０は、図９に示すように、液体フィルター１０以外に、フィルター機能を有するものを有する構成でもよい。フィルター機能を有するものとしては、液体フィルター１０とは分離特性が異なるものであることが好ましい。これにより、液体フィルター１０で、ろ過しきれないものについてもろ過でき、分離精度を高くできる。
なお、図９に示すろ過装置２０は、図７に示すろ過装置２０に比して、液体フィルター１０のケース２２の底部２２ｂ側に多孔質体１４が設けられている点が異なり、それ以外の構成は、図７に示すろ過装置２０と同じである。
例えば、液体フィルター１０を構成する不織布１２の裏面１２ｂに接して多孔質体１４が設けられている。ろ過対象物は、液体フィルター１０側から供給される。図９に示すろ過装置２０において、液体フィルター１０を一次フィルターといい、多孔質体１４を二次フィルターともいう。
多孔質体１４は、例えば、平均貫通孔径が０．２μｍ以上１．５μｍ以下かつ空隙率が６０％以上９５％以下であり、液体フィルター１０とは分離特性が異なる。
多孔質体１４は、例えば、不織布１２と同じもので構成することができ、不織布１２を構成する水に不溶の高分子および親水化剤を含む繊維で構成することができる。多孔質体１４の平均貫通孔径、および空隙率の規定は、液体フィルター１０と同じであるため、その詳細な説明は省略する。

図９に示すろ過装置２０では、液体フィルター１０と多孔質体１４とを設けることにより、液体フィルター１０で、ろ過しきれないものについてもろ過でき、分離精度を高くすることができる。
図９に示すろ過装置２０においても、図８に示すろ過装置２０と同様に加圧部２８を設ける構成とすることができる。加圧部２８は図８に示すろ過装置２０と同じ構成であるため、その詳細な説明は省略する。また、図８に示すろ過装置２０と同様に供給管２７を設けてもよい。
また、多孔質体１４は、上述の構成に限定されるものではなく、液体フィルター１０の分離特性、ろ過対象物、またはろ別対象物に応じたものを適宜利用することができるが、上述のように液体フィルター１０と分離特性が異なることが好ましい。
また、液体フィルター１０以外に多孔質体１４を１つ設けたが、これに限定されるものではなく、多孔質体１４のようなフィルター機能を有するものを、複数設けてもよい。
なお、液体フィルター１０と多孔質体１４とは接しても設けることに限定されるものではなく、液体フィルター１０と多孔質体１４とは、液体フィルター１０の膜厚方向において離間して配置してもよい。

なお、上述のいずれのろ過装置２０においても、液体フィルター１０を１つ設ける構成としたが、これに限定されるものではなく、複数設けてもよい。例えば、複数の液体フィルター１０を膜厚方向に離間して配置してもよい。

また、上述のいずれのろ過装置２０においても、液体フィルター１０の位置はケース２２の内部２２ａであれば、特に限定されるものではなく、ケース２２の底部２２ｂから離間していても、ケース２２の底部２２ｂに接していてもよい。液体フィルター１０は、ケース２２に対して、不織布を平膜状にハウジング（図示せず）に設けて、ケース２２内に設置してもよい。
また、上述のいずれのろ過装置２０においても、回収部２６はなくてもよく、また、連結管２４と回収部２６がなく底部２２ｂが閉塞した構成でもよい。底部２２ｂを閉塞した場合、底部２２ｂにろ過したものを溜めるようにしてもよい。
また、底部２２ｂを閉塞した場合、ろ過したものを外部に取り出すために、底部２２ｂに、ケース２２の内部２２ａと連通する開口を設けてもよい。

（ろ過システム）
なお、上述のいずれのろ過装置２０も単独で使用されることに限定されるものではない。ここで、図１１は、本発明の実施形態のろ過装置を有するろ過システムの一例を示す模式図である。
図１１に示すろ過システム３０のように、複数のろ過装置２０を設け、各ろ過装置２０を自動的に、ろ過対象物をろ過させる構成でもよい。
図１１において、図７に示すろ過装置２０と同一構成物には、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図１１に示すろ過システム３０は、供給部３２と、供給部３２に配管３４により接続された複数のろ過装置２０と、供給部３２を制御する制御部３６とを有する。
供給部３２は、各ろ過装置２０にろ過対象物を供給するものであり、ろ過対象物を貯留する貯留部（図示せず）と、貯留部から、ろ過装置２０にろ過対象物を供給するためのポンプ（図示せず）とを有する。ポンプは、例えば、シリンジポンプが用いられる。シリンジポンプ等のポンプは制御部３６により制御され、ポンプにより貯留部からろ過対象物が、ろ過装置２０に供給されて、ろ過されて、回収部２６で回収される。
ろ過システム３０でも、ろ過装置２０は、図８に示すように加圧部２８を有する構成でもよい。この場合、加圧部２８のプランジャー２８ｂを移動させる駆動部（図示せず）を設ける。駆動部と、ポンプとを制御部３６に制御することにより、上述のようにろ過を自動的に実行することができる。
液体フィルター１０は圧力損失が小さいことから、ろ過システム３０では、ろ過に要する圧力を小さくでき、かつろ過に要する時間を短くすることができる。このため、ろ過システム３０では、消費電力を少なくできる。
なお、ろ過システム３０でも、ろ過対象物に代えて、ろ別対象物を供給し、ろ別することもできる。

本発明は、基本的に以上のように構成されるものである。以上、本発明の液体フィルターおよび液体フィルターの製造方法について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良または変更をしてもよいのはもちろんである。

以下に実施例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、物質量とその割合、および、操作等は本発明の趣旨から逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下の実施例に限定されるものではない。
本実施例では、実施例１〜１３と比較例１〜５の液体フィルターを作製した。各液体フィルターを用いて、以下に示す粒子ろ過試験を実施し、初期ろ過圧および終点ろ過圧を評価した。

〔評価〕
粒子ろ過試験は、アクリルの単分散粒子を含有する粒子分散水溶液を用いて、ろ過を実施したものであり、液体フィルターとしての基礎物性を評価する試験である。
粒子ろ過試験では、液体フィルターを直径２５ｍｍに打ち抜き、フィルターホルダー（ＳＷＩＮＮＥＸ， ミリポア社製）にＯリングとともにセットした。
粒子分散水溶液は、粒径が１μｍ、３μｍ、５μｍ、８μｍ、１０μｍ、および１５μｍの各単分散粒子を、それぞれ水５００ｍＬ（ミリリットル）に対して０．１質量％含有させて、粒子分散水溶液を５００ｍＬ用意した。
なお、単分散粒子には、綜研化学株式会社製のアクリル単分散粒子 ＭＸ−８０Ｈ３ｗＴ（品番、粒径１μｍ）、ＭＸ−３００（品番、粒径３μｍ）、ＭＸ−５００（品番、粒径５μｍ）、ＭＸ−８００（品番、粒径８μｍ）、およびＭＸ−１０００（品番、粒径１０μｍ）、ＭＸ−１５００Ｈ（品番、粒径１５μｍ）を用いた。

液体フィルターの低密度側を一次側、すなわち、粒子分散水溶液を供給する側に配置し、液体フィルターの表面に対して垂直方向に粒子分散水溶液５００ｍＬを流して、ろ過した。
ろ過時の圧力損失をリアルタイムで計測し、粒子分散水溶液の処理量が０〜１００ｍＬの時の平均圧力損失を初期ろ過圧とし、粒子分散水溶液の処理量が４００〜５００ｍＬの時の平均圧力損失を終点ろ過圧とした。初期ろ過圧は、ろ過する液体の総量のうち、処理量が０〜２０体積％の平均圧力損失である。終点ろ過圧は、ろ過する液体の総量のうち、処理量が８０〜１００体積％の平均圧力損失である。
ろ過時の圧力損失は、以下のようにしてリアルタイムで計測した。
液体フィルターの上流側および下流側のそれぞれに圧力計を設置して圧力を測定し、圧力計の出力をＧＲＡＰＨＴＥＣ株式会社製 ＧＬ８４０を用いて１秒間隔で記録した。なお、圧力計に長野計器株式会社製、小形デジタル圧力計ＧＣ３１（商品名）を用いた。
初期ろ過圧の評価、および終点ろ過圧の評価では、いずれも平均圧力損失が１０ｋＰａ未満をＡとし、平均圧力損失が１０ｋＰａ以上２０ｋＰａ未満をＢとし、平均圧力損失が２０ｋＰａ以上をＣとした。

〔液体フィルター〕
（平均貫通孔径）
平均貫通孔径は、バブルポイント法（JIS（日本工業規格）K3832、ASTM F316-86）／ハーフドライ法（ASTM E1294-89）を用いたパームポロメータにより測定した。
（空隙率）
空隙率は、上述のように、空隙率をＰｒ（％）とし、不織布１０ｃｍ角の膜厚をＨｄ（μｍ）と、不織布１０ｃｍ角の質量をＷｄ（ｇ）とするとき、Ｐｒ＝（Ｈｄ−Ｗｄ×６７．１４）×１００／Ｈｄを用いて算出した。

（臨界湿潤表面張力（ＣＷＳＴ））
濡れ性を表す臨界湿潤表面張力（ＣＷＳＴ）は、親水化剤量またはアルカリ処理によって制御した。以下に、臨界湿潤表面張力（ＣＷＳＴ）の測定方法を示す。
異なる表面張力を有する溶液を調製する。水平にした液体フィルター上に溶液１０μＬを静かに１０滴載せ、１０分間放置する。１０滴中９滴以上が湿潤した場合、液体フィルターはその表面張力の溶液に湿潤したと判定する。湿潤した場合、湿潤した溶液よりも高い表面張力を有する溶液を用いて同様に滴下し、１０滴中２滴以上が湿潤しなくなるまで繰り返し行う。１０滴中２滴以上が湿潤しない場合、液体フィルターはその表面張力の溶液に湿潤しないと判定し、湿潤した溶液と湿潤しない溶液の表面張力の平均値を液体フィルターの臨界湿潤表面張力（ＣＷＳＴ）とする。
なお、湿潤した溶液と湿潤しない溶液の表面張力の差は２ｍＮ／ｍ以内とし、測定は温度２３℃、相対湿度５０％の標準試験室雰囲気（ＪＩＳ（日本工業規格） Ｋ７１００）で行う。これと異なる温度または湿度での測定では、換算表がある場合、表を用いてぬれ張力を算出する。また、滴下した溶液が湿潤したと判定する基準は、液体フィルターと溶液の接触角を９０°以下とする。
なお、酢酸水溶液（５４〜７０ｍＮ／ｍ）、水酸化ナトリウム水溶液（７２〜１００ｍＮ／ｍ）を臨界湿潤表面張力（ＣＷＳＴ）測定に使用し、調製した溶液の表面張力は臨界湿潤表面張力（ＣＷＳＴ）を測定した環境と同一条件下で自動表面張力計（協和界面化学製、Ｗｉｌｈｅｌｍｙ平板法）にて測定を行った。
（膜厚）
膜厚は、走査型電子顕微鏡を用いて、不織布の断面観察を実施し、断面画像を得る。断面画像を用いて、不織布の膜厚となる箇所を１０点測定し、その平均値を膜厚とした。

（繊維密度差）
繊維密度差は、液体フィルターの膜厚方向のＸ線ＣＴ（Computed Tomography）画像を取得し、断面Ｘ線ＣＴ画像において全膜厚を膜厚方向に１０等分する。１０等分した各区間での輝度を積算した。積算した輝度を、輝度が低い側からＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９、Ｌ１０とし、Ｌ１／Ｌ１０の値を求め、この値を繊維密度差とした。実施例１〜１３および比較例１〜５では、不織布の表面および裏面のうち、いずれかの面の繊維密度が最大であり、残りの面の繊維密度が最小であるため、輝度Ｌ１と輝度Ｌ１０とは、それぞれ表面の輝度または裏面の輝度である。
また、上述の輝度Ｌ１〜Ｌ１０について、０．９＜Ｌｎ／Ｌｎ＋１＜１．０５を満たすか否かを確認した。０．９＜Ｌｎ／Ｌｎ＋１＜１．０５を満たす場合、繊維密度勾配の欄に「連続」と記載し、満たさない場合、繊維密度勾配の欄に「不連続」と記載した。実施例１〜１３は、膜厚方向に対して繊維密度が連続して変化している。

なお、下記表１および表２中、アルファベット表記で示す材質は、それぞれ以下に示す通りの材質である。
ＣＡＰ：セルロースアセテートプロピオネート
ＣＭＣ：カルボキシメチルセルロース
ＰＥＴ：ポリエチレンテレフタレート
ＰＰ：ポリプロピレン
ＰＳＵ：ポリスルホン
ＰＶＰ：ポリビニルピロリドン

実施例１〜１３および比較例１〜５の平均貫通孔径、空隙率、臨界湿潤表面張力（ＣＷＳＴ）、膜厚、繊維密度差、繊維密度勾配、材質、および製造方法を下記表１および表２に示す。
以下、実施例１〜１３および比較例１〜５について説明する。

〔実施例１〕
実施例１は、水に不溶の高分子にセルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）、親水化剤にポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）を用い、エレクトロスピニング法により不織布を製造し、液体フィルターとした。なお、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）には、イーストマンケミカルジャパン株式会社製ＣＡＰ−４８２−２０（商品名）を用い、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）には、Ｋ−９０ 株式会社日本触媒製を用いた。
エレクトロスピニング法を用いた不織布については、特許第６１３２８２０号公報に記載のナノファイバー製造装置を用い、ノズルから出る紡糸溶液の温度を２０℃とし、ノズルから出る紡糸溶液の流量を２０ｍＬ／時とし、かつ溶液とコレクタとの間に印加する電圧を１０〜４０ｋＶの範囲で調整して、コレクタ上に配置された、厚み２５μｍのアルミニウムシートからなる支持体にナノファイバーを収集させて不織布を得た。
上述の水に不溶の高分子および親水化剤をジクロロメタン８０質量％、およびメタノール２０質量％の混合溶媒中に総固形分濃度１０質量％となるように溶解し、紡糸溶液として用いた。なお、実施例１、ならびに以下に示す実施例２〜１１および比較例１〜５において記載する水に不溶の高分子と親水化剤の比率は上述の固形分の内訳である。これは、水に不溶の高分子と親水化剤との不織布の繊維全質量に対する比率と同じことである。
セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）が混合溶媒中に総固形分のうち、９０質量％であることを、表１の「素材」の欄に「ＣＡＰ／９０％」と表す。ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）が混合溶媒中に総固形分のうち、１０質量％であることを、表１の「親水化剤」の欄に「ＰＶＰ／１０％」と表す。
以下の説明では、単に実施例１では、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）が９０質量％であり、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）が１０質量％という。以下、これ以外の物質についても、実施例１と同様に表す。
実施例１は、平均貫通孔径が５．０μｍであり、空隙率が９７％であり、臨界湿潤表面張力が８５ｍＮ／ｍであり、膜厚が８００μｍであり、繊維密度差が０．７０であり、繊維密度勾配が連続である。

〔実施例２〕
実施例２は、水に不溶の高分子にセルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）、親水化剤にポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）を用いた。なお、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）には、イーストマンケミカルジャパン株式会社製ＣＡＰ−４８２−２０（商品名）を用い、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）には、Ｋ−９０ 株式会社日本触媒製を用いた。
実施例２は、後述する表１に示すように平均貫通孔径、膜厚および繊維密度差を変更した以外は、実施例１と同様にエレクトロスピニング法により不織布を製造し、液体フィルターとした。なお、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）が９０質量％であり、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）が１０質量％である。実施例２は、実施例１に比して、平均貫通孔径が４．９μｍであり、膜厚が４０００μｍであり、繊維密度差が０．７６である。
〔実施例３〕
実施例３は、水に不溶の高分子にセルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）、親水化剤にポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）を用いた。なお、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）には、イーストマンケミカルジャパン株式会社製ＣＡＰ−４８２−２０（商品名）を用い、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）には、Ｋ−９０ 株式会社日本触媒製を用いた。
実施例３は、後述する表１に示すように平均貫通孔径および繊維密度差を変更した以外は、実施例１と同様にエレクトロスピニング法により不織布を製造し、液体フィルターとした。なお、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）が９０質量％であり、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）が１０質量％である。実施例３は、実施例１に比して、平均貫通孔径が４．２μｍであり、繊維密度差が０．９４である。

〔実施例４〕
実施例４は、水に不溶の高分子にセルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）、親水化剤にポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）を用いた。なお、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）には、イーストマンケミカルジャパン株式会社製ＣＡＰ−４８２−２０（商品名）を用い、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）には、Ｋ−９０ 株式会社日本触媒製を用いた。
実施例４は、後述する表１に示すように平均貫通孔径、および臨界湿潤表面張力を変更した以外は、実施例１と同様にエレクトロスピニング法により不織布を製造し、液体フィルターとした。なお、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）が９７．５質量％であり、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）が２．５質量％である。実施例４は、実施例１に比して、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）の量を少なくして臨界湿潤表面張力を小さくしており、臨界湿潤表面張力が４０ｍＮ／ｍであり、平均貫通孔径が３．９μｍである。

〔実施例５〕
実施例５は、水に不溶の高分子にポリスルホン（ＰＳＵ）、親水化剤にポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）を用いた。なお、ポリスルホン（ＰＳＵ）には、ソルベイ社製ユーデル（登録商標） Ｐ−３５００ ＬＣＤ ＭＢを用い、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）には、Ｋ−９０ 株式会社日本触媒製を用いた。
実施例５は、後述する表１に示すように平均貫通孔径、空隙率、臨界湿潤表面張力および繊維密度差を変更した以外は、実施例１と同様にエレクトロスピニング法により不織布を製造し、液体フィルターとした。なお、ポリスルホン（ＰＳＵ）が９０質量％であり、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）が１０質量％である。実施例５は、実施例１とは水に不溶な高分子が異なる。実施例５では、水に不溶な高分子と親水化剤との組み合わせにより臨界湿潤表面張力を小さくしており、臨界湿潤表面張力が７２ｍＮ／ｍであった。また、実施例５は、実施例１に比して、平均貫通孔径が３．５μｍであり、空隙率が９０％であり、臨界湿潤表面張力が７２ｍＮ／ｍであり、繊維密度差が０．８５である。

〔実施例６〕
実施例６は、水に不溶の高分子にセルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）、親水化剤にカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を用いた。なお、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）には、イーストマンケミカルジャパン株式会社製ＣＡＰ−４８２−２０（商品名）を用い、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）には、富士フイルム和光純薬株式会社製 品番０３５−０１３３７を用いた。
実施例６は、後述する表１に示すように平均貫通孔径、空隙率、および繊維密度差を変更した以外は、実施例１と同様にエレクトロスピニング法により不織布を製造し、液体フィルターとした。なお、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）が９０質量％であり、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）が１０質量％である。実施例６は、実施例１に比して、平均貫通孔径が３．３μｍであり、空隙率が９４％であり、繊維密度差が０．９２である。
〔実施例７〕
実施例７は、水に不溶の高分子にセルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）、親水化剤にポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）を用いた。なお、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）には、イーストマンケミカルジャパン株式会社製ＣＡＰ−４８２−２０（商品名）を用い、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）には、Ｋ−９０ 株式会社日本触媒製を用いた。
実施例７は、後述する表１に示すように平均貫通孔径、空隙率、および繊維密度差を変更した以外は、実施例１と同様にエレクトロスピニング法により不織布を製造し、液体フィルターとした。なお、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）が４５質量％であり、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）が５５質量％である。実施例７は、実施例１に比して、平均貫通孔径が３．６μｍであり、空隙率が９５％であり、繊維密度差が０．９４である。

〔実施例８〕
実施例８は、水に不溶の高分子にセルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）、親水化剤にポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）を用いた。なお、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）には、イーストマンケミカルジャパン株式会社製ＣＡＰ−４８２−２０（商品名）を用い、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）には、Ｋ−９０ 株式会社日本触媒製を用いた。
実施例８は、後述する表１に示すように平均貫通孔径、膜厚および繊維密度差を変更した以外は、実施例１と同様にエレクトロスピニング法により不織布を製造し、液体フィルターとした。なお、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）が９０質量％であり、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）が１０質量％である。実施例８は、実施例１に比して、平均貫通孔径が４．９μｍであり、膜厚が９０μｍであり、繊維密度差が０．９４である。
〔実施例９〕
実施例９は、水に不溶の高分子にセルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）、親水化剤にポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）を用いた。なお、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）には、イーストマンケミカルジャパン株式会社製ＣＡＰ−４８２−２０（商品名）を用い、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）には、Ｋ−９０ 株式会社日本触媒製を用いた。
実施例９は、後述する表１に示すように平均貫通孔径および繊維密度差を変更した以外は、実施例１と同様にエレクトロスピニング法により不織布を製造し、液体フィルターとした。なお、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）が９０質量％であり、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）が１０質量％である。実施例９は、実施例１に比して、平均貫通孔径が１．８μｍであり、繊維密度差が０．９０である。

〔実施例１０〕
実施例１０は、水に不溶の高分子にセルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）、親水化剤にポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）を用いた。なお、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）には、イーストマンケミカルジャパン株式会社製ＣＡＰ−４８２−２０（商品名）を用い、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）には、Ｋ−９０ 株式会社日本触媒製を用いた。
実施例１０は、後述する表２に示すように平均貫通孔径および繊維密度差を変更した以外は、実施例１と同様にエレクトロスピニング法により不織布を製造し、液体フィルターとした。なお、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）が９０質量％であり、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）が１０質量％である。実施例１０は、実施例１に比して、平均貫通孔径が１２．５μｍであり、繊維密度差が０．９０である。
〔実施例１１〕
実施例１１は、水に不溶の高分子にセルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）、親水化剤にポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）を用いた。なお、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）には、イーストマンケミカルジャパン株式会社製ＣＡＰ−４８２−２０（商品名）を用い、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）には、Ｋ−９０ 株式会社日本触媒製を用いた。
実施例１１は、後述する表２に示すように平均貫通孔径、空隙率および繊維密度差を変更した以外は、実施例１と同様にエレクトロスピニング法により不織布を製造し、液体フィルターとした。なお、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）が９０質量％であり、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）が１０質量％である。実施例１１は、実施例１に比して、平均貫通孔径が６．２μｍであり、空隙率が７２％であり、繊維密度差が０．９２である。

〔実施例１２〕
実施例１２は、水に不溶の高分子にセルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）、親水化剤にポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）を用いた。なお、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）には、イーストマンケミカルジャパン株式会社製ＣＡＰ−４８２−２０（商品名）を用い、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）には、Ｋ−９０ 株式会社日本触媒製を用いた。
実施例１２は、後述する表２に示すように平均貫通孔径、膜厚および繊維密度差を変更した以外は、実施例１と同様にエレクトロスピニング法により不織布を製造し、液体フィルターとした。なお、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）が９０質量％であり、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）が１０質量％である。実施例１２は、実施例１に比して、平均貫通孔径が４．３μｍであり、膜厚が２０００μｍであり、繊維密度差が０．７２である。
〔実施例１３〕
実施例１３は、水に不溶の高分子にセルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）、親水化剤にポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）を用いた。なお、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）には、イーストマンケミカルジャパン株式会社製ＣＡＰ−４８２−２０（商品名）を用い、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）には、Ｋ−９０ 株式会社日本触媒製を用いた。
実施例１３は、後述する表２に示すように平均貫通孔径、膜厚および繊維密度差を変更した以外は、実施例１と同様にエレクトロスピニング法により不織布を製造し、液体フィルターとした。なお、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）が９０質量％であり、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）が１０質量％である。実施例１３は、実施例１に比して、平均貫通孔径が４．０μｍであり、膜厚が２５０μｍであり、繊維密度差が０．８０である。

〔比較例１〕
比較例１は、ポリプロピレン（ＰＰ）を用いて、スパンボンド法により、膜厚が５００μｍの不織布を製造した。比較例１は、平均貫通孔径が２．９μｍであり、空隙率が８０％であり、臨界湿潤表面張力が３０ｍＮ／ｍであり、膜厚が５００μｍであり、繊維密度差が０．９９であり、かつ繊維密度勾配がない。すなわち、比較例１は、繊維密度の異方性がなく等方的である。
なお、ポリプロピレン（ＰＰ）には、日本ポリプロ株式会社製 ＷＩＮＴＥＣ（登録商標） ＷＳＸ０２を用いた。
〔比較例２〕
比較例１は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を用いて、メルトブロー法により、膜厚が３５０μｍの不織布を製造した。比較例２は、平均貫通孔径が４．５μｍであり、空隙率が８２％であり、臨界湿潤表面張力が６５ｍＮ／ｍであり、膜厚が３５０μｍであり、繊維密度差が０．９９であり、かつ繊維密度勾配がない。すなわち、比較例２は、繊維密度の異方性がなく等方的である。
なお、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）には、ユニチカ株式会社製ＳＡ−１２０６を用いた。

〔比較例３〕
比較例３は、親水化剤を用いることなく、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）だけを用いた。セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）には、イーストマンケミカルジャパン株式会社製ＣＡＰ−４８２−２０（商品名）を用いた。
比較例３は、後述する表２に示すように平均貫通孔径、空隙率、臨界湿潤表面張力、膜厚および繊維密度差を変更し、かつ繊維密度勾配がない状態とした以外は、実施例１と同様にエレクトロスピニング法により不織布を製造し、液体フィルターとした。なお、比較例３は、実施例１に比して、平均貫通孔径が４．８μｍであり、空隙率が９０％であり、臨界湿潤表面張力が４０ｍＮ／ｍであり、膜厚が２００μｍであり、繊維密度差が０．９９であり、かつ繊維密度勾配がない。すなわち、比較例３は、繊維密度の異方性がなく等方的である。

〔比較例４〕
比較例４は、水に不溶の高分子にセルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）、親水化剤にポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）を用いた。なお、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）には、イーストマンケミカルジャパン株式会社製ＣＡＰ−４８２−２０（商品名）を用い、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）には、Ｋ−９０ 株式会社日本触媒製を用いた。
比較例４は、後述する表２に示すように繊維密度差を変更し、かつ繊維密度勾配を不連続にした以外は、実施例１と同様にエレクトロスピニング法により膜厚が４００μｍの不織布を形成した後、一旦停止し除電器（ＭＩＬＴＹ社製 静電気除去ピストル Ｚｅｒｏｓｔａｔ ３（商品名））にて不織布の表面を除電した。続いて、除電した不織布の表面に同様の条件でエレクトロスピニング法による紡糸を再度行い、総膜厚が８００μｍとなるようにした。このようにして繊維密度が不連続な不織布を作製して液体フィルターとした。なお、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）が９０質量％であり、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）が１０質量％である。比較例４は、実施例１に比して、繊維密度差が０．８８である。
〔比較例５〕
比較例５は、水に不溶の高分子にセルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）、親水化剤にポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）を用いた。なお、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）には、イーストマンケミカルジャパン株式会社製ＣＡＰ−４８２−２０（商品名）を用い、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）には、Ｋ−９０ 株式会社日本触媒製を用いた。
比較例５は、後述する表２に示すように平均貫通孔径、膜厚および繊維密度差を変更し、かつ繊維密度勾配を不連続とした以外は、実施例１と同様にエレクトロスピニング法により不織布を３つ製造し、３つの不織布を積層して液体フィルターとした。なお、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）が９０質量％であり、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）が１０質量％である。比較例４は、１つの不織布の繊維密度勾配が連続であるが、液体フィルターとしては繊維密度が不連続である。比較例５は、実施例１に比して、平均貫通孔径が５．２μｍであり、膜厚が２５０μｍであり、繊維密度差が０．９３である。

表１および表２に示すように、実施例１〜１３は比較例１〜５に比して、初期ろ過圧、および終点ろ過圧が優れており、圧力損失が小さい液体フィルターであった。
比較例１は、液体フィルターの構成および製造方法が異なり、親水化剤がなく臨界湿潤表面張力（ＣＷＳＴ）が小さく、繊維密度差も小さい。また、平均貫通孔径および空隙率が小さく、膜厚も薄く、圧力損失が大きかった。
比較例２は、液体フィルターの構成および製造方法が異なり、親水化剤がなく臨界湿潤表面張力（ＣＷＳＴ）が小さく、繊維密度差も小さい。また、平均貫通孔径および空隙率が小さく、膜厚も薄く、圧力損失が大きかった。
比較例３は、親水化剤がなく臨界湿潤表面張力（ＣＷＳＴ）が小さく、繊維密度差が小さい。また、平均貫通孔径および空隙率が小さく、膜厚も薄く、圧力損失が大きかった。
比較例４は、繊維密度勾配が不連続であり、圧力損失が大きかった。
比較例５は、３枚積層した構成であり、液体フィルターとしては繊維密度勾配が不連続であり、圧力損失が大きかった。

実施例１、実施例２、実施例８、実施例１２、および実施例１３から、膜厚が２００μｍ〜２０００μｍの範囲であると初期ろ過圧、および終点ろ過圧がより優れるため好ましい。
実施例１と実施例３とから、繊維密度差が大きい方が圧力損失が小さくなるため好ましい。
実施例１と実施例４と実施例５とから、臨界湿潤表面張力が大きいと、特に臨界湿潤表面張力が７２ｍＮ／ｍ以上であると、圧力損失が小さくなるため好ましい。

実施例１と実施例６とから、親水化剤は初期ろ過圧、および終点ろ過圧がより優れるポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）が好ましい。ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）は、他の素材に比べて水に不溶の高分子との相溶性が高く、親水性も高い。
実施例１と実施例７とから、親水化剤の含有量は５０質量％以下であると、初期ろ過圧、および終点ろ過圧がより優れるため好ましい。親水化剤の含有量が５０質量％以下では、不織布を形成する繊維の強度が抑制され、ろ過によって形状変化しにくい。
実施例１と実施例９と実施例１０とから、平均貫通孔径は２．０μｍ以上１０．０μｍ未満であると、初期ろ過圧、および終点ろ過圧がより優れるため好ましい。なお、平均貫通孔径が大きい場合、繊維径を大きくする必要があるが、エレクトロスピニング法による紡糸時に溶媒が乾燥するのに時間がかかるため、作製した不織布の繊維同士が溶着してしまう。結果として繊維密度差および空隙率が小さくなりろ過圧の上昇につながる。
実施例１と実施例１１とから、空隙率が７５％以上９８％以下であると、初期ろ過圧、および終点ろ過圧がより優れるため好ましい。

１０ 液体フィルター
１２ 不織布
１２ａ 表面
１２ｂ 裏面
１４ 多孔質体
２０ ろ過装置
２２ ケース
２２ａ 内部
２２ｂ 底部
２２ｃ 開口部
２２ｄ 外面
２４ 連結管
２６ 回収部
２７ 供給管
２８ 加圧部
２８ａ ガスケット
２８ｂ プランジャー
３０ ろ過システム
３２ 供給部
３４ 配管
３６ 制御部
５０ 圧力曲線
５２ 圧力曲線
１００ 従来の不織布
Ｄｔ 膜厚方向
ｈ 膜厚

Claims (10)

1. 水に不溶の高分子と親水化剤とを含む繊維で形成された不織布により構成されるものであり、
   前記不織布は、膜厚方向に対して繊維密度が連続して変化し、前記膜厚方向に繊維密度差があり、前記膜厚方向における一方の面の繊維密度が最大であり、前記膜厚方向における他方の面の繊維密度が最小である、液体フィルター。
2. 前記親水化剤が、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、カルボキシメチルセルロースおよびヒドロキシプロピルセルロースのうち、少なくとも１つである、請求項１に記載の液体フィルター。
3. 前記不織布は、膜厚が２００μｍ以上２０００μｍ以下である、請求項１または２に記載の液体フィルター。
4. 前記不織布は、平均貫通孔径が２．０μｍ以上１０．０μｍ未満である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体フィルター。
5. 前記不織布は、空隙率が７５％以上９８％以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体フィルター。
6. 前記不織布は、臨界湿潤表面張力が７２ｍＮ／ｍ以上である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体フィルター。
7. 前記水に不溶の前記高分子が、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリスチレン、セルロース誘導体、エチレンビニルアルコールポリマー、ポリ塩化ビニル、ポリ乳酸、ポリウレタン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、およびアクリル樹脂のうち、いずれか１つ、またはこれらの混合物である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の液体フィルター。
8. 前記水に不溶の前記高分子が、セルロース誘導体からなる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の液体フィルター。
9. 前記不織布の繊維全質量に対する前記親水化剤の含有量は１〜５０質量％である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の液体フィルター。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の液体フィルターの製造方法であって、前記液体フィルターをエレクトロスピニング法を用いて製造する、液体フィルターの製造方法。
    

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