(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろ過層が、ポリイミド繊維単独、或いはポリフェニレンサルファイド、ポリテトラフルオロエチレン、ｍ−アラミド、ポリベンゾイミダゾールのいずれか１種類以上の繊維と積層あるいは混綿されているポリイミド繊維を含むバグフィルター用フェルトにおいて、該フェルトのN,N−ジメチルフォルムアミド（ＤＭＦ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）及び燐酸（Ｈ3ＰＯ4）の混合溶液に対する溶解度が９０〜９９．０％であることを特徴とする耐結露性に優れるバグフィルター用ポリイミドフェルト。
【請求項２】
２００℃下でのデマッター屈曲疲労試験において、１００万回の屈曲疲労でクラック発生がなく、フェルトの強力保持率が９０％以上であることを特徴とする請求項１記載の耐結露性に優れるバグフィルター用ポリイミドフェルト。
【請求項３】
バグフィルター用フェルトが、支持層とろ過層が積層一体化したフェルトであることを特徴とする請求項1又は２記載の耐結露性に優れるバグフィルター用ポリイミドフェルト。
【請求項４】
支持層が、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリテトラフルオロエチレン、ガラス、ｍ−アラミド、ポリベンゾイミダゾールのいずれか１種類以上の繊維からなることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の耐結露性に優れるバグフィルター用ポリイミドフェルト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリイミド繊維を含むバグフィルター用フェルトに関するものである。詳しくは、バグフィルター設備の運転停止時に、長期にわたり耐結露性に優れるバグフィルター用フェルトに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
石炭炊きボイラー、都市ゴミ焼却炉、産業廃棄物焼却炉から排出される排ガス中には煤塵のみならずダイオキシン、重金属等の有害物質も含まれており、大気汚染防止として各種排ガス集塵は非常に重要である。かかる排ガスからのダストの分離捕集には集塵装置が用いられ、集塵機内でのダイオキシンの再合成や捕集効率の面からもバグフィルターの使用が有望視されている。バグフィルターに用いられる耐熱性繊維としては、ガラス織布とポリイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリテトラフルオロエチレン、ｍ−アラミドなどの有機繊維からなるフェルトがあり、高捕集効率やろ過速度の面からもフェルトの使用が望ましい。
【０００３】
各種焼却設備の排ガス集塵におけるバグフィルターには、耐熱性はもちろん、焼却によって生じたＨＣＬ、ＳＯｘ、ＮＯｘ、ＨＦなどの酸性ガスに対しても高い耐久性が要求される。バグフィルターを形成する耐熱性繊維の中でもポリイミド繊維はポリフェニレンサルファイドやｍ−アラミドに対し４０℃ほど連続使用温度に優れ、さらに耐酸性ガスに対しても高い耐久性を示し、ランダムな繊維断面からもろ過性能に優れている。しかし、耐熱性や耐酸性ガスに対する耐久性以外にも、運転停止における結露に対しても高い耐久性が必要であり、一般的にはポリイミド繊維はガラス繊維と同様にアルカリ加水分解を受ける事が知られている。焼却設備の運転方法としてはダイオキシンの抑制の面からも２４時間運転の全連が主流になっていくが、１６時間／日の准連、８時間／日の機械バッチ式などの間欠運転をする設備もある。特に、間欠運転の設備は小設備でボイラーや熱交換器をもたないものが多く、元々ゴミに含まれる水分や、ガス冷却に用いられる水分により、集塵温度の２００℃における水分率が４０％を超えるものも存在する。燃焼ガス中に含まれるＳＯｘには数％のＳＯ3が含まれており、水露点温度よりも高い温度で酸結露することが知られている。また、燃焼の結果生成するＨＣＬの脱塩のためにCa(OH)2を用いる設備が多く、脱塩の結果生成したCaCl2に潮解性があるため、運転停止時の温度が低い場合には水結露温度よりも高い温度域で潮解と脱塩剤によりアルカリ加水分解を受ける可能性がある。
【０００４】
また、耐薬品性が良好なポリイミド繊維からなるバグフィルター用フェルトとしては、例えば、特開平７−２０４４６６号報公報ではポリイミド繊維不織布に、溶融性フッ素樹脂、溶剤可溶性常温硬化フッ素樹脂またはフッ素樹脂系エラストマーを被覆したもの、或いは特開平８−１９６８３１号報公報では支持体のスクリムのみをフッ素樹脂加工をする方法等が検討されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようにポリイミド繊維から成る不織布あるいは、支持体であるスクリムにフッ素樹脂加工を施すと、確かに耐加水分解性などの耐薬品性は上がる傾向にあるが、バグフィルター用フェルトが実使用で受ける物理的疲労に対し、屈曲疲労によりクラック破損が起こりやすいという問題がある。バグフィルター用フェルトは通常、直径１５ｃｍ、長さ６ｍ程度の筒状で使用され、格子状のゲージやリテーナーと呼ばれる金枠にかぶせて使用される。特にエアーによりダスト払い落としを行うパルスジェットタイプのバグフィルターでは、ろ布外側からのろ過と、ろ布内側からのパルスエアーにより、ゲージを支点にして物理的な屈曲疲労を高温下で受けることになる。上記のようにフッ素樹脂により被覆されたフェルトでは、フェルト自体が樹脂加工により硬くなり、より屈曲疲労に対してクラックが発生しやすい状態になってしまうことが知られている。使用済みバグフィルター用フェルトの処分についても、フッ素系樹脂を使用すると燃焼時にＨＦなどの有害ガスを発生するなどの問題がある。また、ポリイミド繊維は架橋するタイプの繊維であるため、高温下での熱プレスなどにより十分に架橋させることによって耐薬品性に優れるフェルトを得ることができるが、樹脂加工と同様にフェルト自体が硬くなりクラックが発生しやすくなるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記従来技術のポリイミド繊維を含むバグフィルター用ろ布のもつ問題点に対し、樹脂加工をしなくとも結露における耐加水分解性などの耐薬品性を向上した、耐結露性に優れる  バグフィルター用ポリイミドフェルトを得ることを目的とする。
【課題を解決するために手段】
【０００７】
即ち、本発明は、ポリイミド繊維を含むバグフィルター用フェルトにおいて、該フェルトを酸素雰囲気下で熱処理し、ＤＭＦ、ＴＨＦ、ＬｉＢｒ、Ｈ3ＰＯ4の混合溶液に対する溶解度が９０．０〜９９．０％であることを特徴とする耐結露性に優れるバグフィルター用フェルトを提供するものである。
【０００８】
即ち、本発明はポリイミド繊維を含むバグフィルター用フェルトにおいて、該フェルトのN,N−ジメチルフォルムアミド（ＤＭＦ）、テトラヒドロフラン（THF）、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）及び燐酸（Ｈ3ＰＯ4）の混合溶液に対する溶解度が９０〜９９．０％であることを特徴とする耐結露性に優れるバグフィルター用ポリイミドフェルトである。
【０００９】
そして具体的には、２００℃下でのデマッター屈曲疲労試験において、１００万回の屈曲疲労でクラック発生がなく、フェルトの強力保持率が９０％以上であることを特徴とする上記記載の耐結露性に優れるバグフィルター用ポリイミドフェルト、バグフィルター用フェルトが、支持層とろ過層が積層一体化したフェルトであることを特徴とする上記記載の耐結露性に優れるバグフィルター用ポリイミドフェルト、ろ過層が、ポリイミド繊維単独、或いはポリフェニレンサルファイド、ポリテトラフルオロエチレン、ｍ−アラミド、ガラス、ポリベンゾイミダゾールのいずれか１種類以上の繊維と積層あるいは混綿されていることを特徴とする上記記載の耐結露性に優れるバグフィルター用ポリイミドフェルト、及び支持層が、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリテトラフルオロエチレン、ガラス、ｍ−アラミド、ポリベンゾイミダゾールのいずれか１種類以上の繊維からなることを特徴とする上記記載の耐結露性に優れるバグフィルター用ポリイミドフェルトである。
【００１０】
上記構成からなる本発明の耐結露性に優れるバグフィルター用ポリイミドフェルトは、フッ素樹脂加工をしなくとも、実機バグフィルターの運転停止に伴なう結露に対して、高い耐久性があり、さらに、高温下の屈曲疲労性に対しても長期にわたり優れた特性を示すことが可能となる。
以下本発明を詳述する。
【００１１】
ポリイミド繊維を含むバグフィルター用フェルトで、耐結露性に優れ、高温下での屈曲疲労性にも優れるバグフィルター用フェルトを得るには、ＤＭＦ、ＴＨＦ、ＬｉＢｒ及びＨ3ＰＯ4の混合溶液に対する溶解度が９０．０〜９９．０％の範囲とすることが肝要である。本発明においては、フェルトの熱処理、等によりポリイミド繊維を含むバグフィルター用フェルトの繊維表面のみを架橋することにより、耐加水分解性を向上させることができ、さらに、高温下での屈曲疲労性に対しても高い耐久性を示すバグフィルター用フェルトを得ることができる。
【００１２】
本発明に係るポリイミドフェルトを製造する一手段として、紡糸、延伸、カット、等により得られたポリイミド短繊維をフェルト状にした公知の条件にて製造されたポリイミドフェルトを、更に熱処理することにより得ることができる。この熱処理条件は任意ではなく、以下の条件下で実施することが肝要である。即ち、大気中で２００〜４００℃の熱風処理を１０秒〜２４時間行うことが望ましく、より好ましくは、２８０〜３３０℃で２０〜６００秒間の熱処理を行うことが望ましい。
【００１３】
ポリイミドフェルトのＤＭＦ、ＴＨＦ、ＬｉＢｒ及びＨ3ＰＯ4混合溶液に対する溶解度は、９０．０〜９９．０％であることが好ましく、より好ましくは、９３．０〜９７．０％である。９０％未満では架橋が進みすぎ耐薬品性は向上するものの、高温下での屈曲疲労性に対してクラックが発生しやすくなってしまう。９９％を超えると十分な架橋が得られず耐薬品性向上の効果が見られない。なお、溶解度は以下の方法により求めた。ＤＭＦ：１８８１ｍｌ、ＴＨＦ：２０ｍｌ、ＬｉＢｒ：５．２ｇ、Ｈ3ＰＯ4：５．９ｇを混合し２日間室温にて攪拌した。ポリイミド繊維からなるフェルトを正確に２５０．０ｍｇ、５０ｍｌメスウラスコに採取し、その後上記混合溶液を加え５０ｍｌとし室温にて４８時間攪拌した。そして、black ribbon filter(Schleicher & Schuell GmbH社製,No.589/1)にて溶解液をろ過し、残さをろ紙ごと１２０℃、２４時間真空乾燥し、サンプルの初期重量と残さの重量とから下記式にて溶解度を求めた。なお、本発明でいう溶解度は上記溶解度試験の4回の平均値をいう。
溶解度（％）＝（サンプル初期重量２５０ｍｇ−残さ重量ｍｇ）×１００サンプル初期重量２５０ｍｇ
【００１４】
本発明のポリイミド繊維を含むバグフィルター用フェルトは、支持体とろ過層が積層一体化されたフェルトであることが望ましい。ダストろ過は短繊維からなるろ過層にて行うが、バグフィルター用ろ布には自重やリテーナー、さらにダストの重量がかかるため、ろ過層とは別に寸法安定性を得るために織編物からなる支持層が必要であり、支持層とろ過層が積層一体化されたものが好ましい。更に、当該ろ過層はポリイミド繊維単独、あるいはポリフェニレンサルファイド、ポリテトラフルオロエチレン、ｍ−アラミド、ポリベンゾイミダゾール、ガラスのいずれか１種類以上の繊維から適時選ばれ、積層あるいは混綿されていることが望ましい。ろ過層を形成する耐熱性繊維は０．１〜２０デニールの範囲で使用され、０．５〜５デニールが好ましく、繊維断面については丸型、三角、トライローバル、ランダム等あるが特に限定されるものではない。また、当該支持層もポリイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリテトラフルオロエチレン、ｍ−アラミド、ガラス、ポリベンゾイミダゾールのいずれか１種類以上の繊維からなることが望ましく、マルチフィラメント糸、紡績糸、あるいはモノフィラメント糸などで構成された織物や編物として使用される。
【００１５】
本発明に係るフェルトの２００℃雰囲気下でのデマッター屈曲疲労試験において、ポリイミド繊維を含むバグフィルター用フェルトのヨコ方向での１００万回の屈曲疲労でクラック発生がなく、フェルトの強力保持率が９０％以上、好ましくは９５％以上であればよい。実機バグフィルターでは、ゲージ接触面あるいはゲージ間の鋭角に屈曲されるところにタテ方向にクラックが発生するため、実際のフェルトではヨコ方向での屈曲疲労になる。このため本発明ではフェルトのヨコ方向での評価を実施し、さらに実機を想定して２００℃雰囲気下でする必要があった。屈曲回数については２４時間運転の全連を例にとってみると、ろ布１本に対し１時間に３回のパルス間隔とすると、５年相当では約１３万回になるが、本発明では１００万回までの屈曲疲労にて評価を行った。
【００１６】
以下本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。なお、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【００１７】
【実施例】
なお、結露に対する耐久性評価は、ＳＯ3による酸結露の影響と、脱塩剤（Ca(OH)2）に対する評価の２つを行った。装置は図１のような試験装置を用い、表１の条件にて２００℃における水分率が３２％と４５％での評価を行った。まず、３０×３０ｃｍのサンプルを用意し、空気４２(NL/min)を供給し、水分率が３２％あるいは４５％になるように水蒸気を供給した。そして、７０℃から２００℃まで３時間で昇温、２００℃１時間保持、このあとサンプル暴露部を閉切り、２００℃から７０℃まで８時間で降温、７０℃１２時間キープした。このサイクルを２１回繰返し、暴露後の引張強力によって評価した。
【００１８】
【表１】
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ＳＯ3結露テストでは、１％−ＳＯ2空気希釈ガスを５００℃にて触媒層(K2SO4-SiO2/V2O5、500℃)に通し、約７％の転化率でＳＯ3に酸化させ、５ｐｐｍ程度のＳＯ3と６６ｐｐｍ程度のＳＯ2を供給した。
【００１９】
脱塩剤Ca(OH)2によるアルカリ結露テストでは、Ca(OH)2とCaCl2・2H2Oを用意し、これを１：１の重量比で混合し、３０×３０ｃｍのサンプル上に１００ｇ均等に付与した。そして、水分率３２％と４５％にて２１回の結露の繰返しを行ない、暴露後の引張強力によって評価した。
【００２０】
高温下での屈曲疲労試験はデマッター屈曲疲労試験機（テスター産業社製）を用いた。フェルトはヨコ方向に巾２．５ｃｍ長さ１２．５ｃｍにカットし、つかみ間隔７．５ｃｍとし、屈曲された時のつかみ間隔が１．９ｃｍとなるように、ストローク５．６ｃｍにて行った。屈曲速度は３００回／分であり、雰囲気温度は２００℃で行った。
【００２１】
（実施例１）
バグフィルター用フェルトは一般的なニードルパンチ加工工程により作成した。ろ過層として用いたポリイミド繊維（Inspec  Fibres社製、P84）は、2デニール、５１mmのランダムな異形断面をした短繊維であり、支持層には同じく９６０デニール４８０フィラメントのポリイミド繊維をタテ、ヨコ、それぞれ１２本／inchで平織りにして用いた。得られたポリイミドフェルトを２４０℃、３５(kg/cm2)のカレンダーロールにてプレスし、その後、大気中で３２０℃×４０sの熱風処理を行った。得られたフェルトは厚さ２．２mm、目付５１０(g/m2)であり、溶解度は９５．３％であった。
【００２２】
（実施例２）
ろ過層には実施例１と同様なポリイミド短繊維を用い、支持層には平均繊度４００デニールのポリテトラフルオロエチレンモノフィラメント（レンチング社製、プロフィレン）をタテ、ヨコ織密度それぞれ２５本／inchで平織りにして用いた。実施例１と同様に２４０℃カレンダー処理を行い、その後、大気中で２９０℃×３００ｓの熱風処理を行った。得られたフェルトは厚さ２．２ｍｍ、目付５２１(g/m2)であり、溶解度は９６．４％であった。
【００２３】
（比較例１）
実施例１と同様に、ポリイミド短繊維およびマルチフィラメント糸を用いニードルパンチ加工を行ない、実施例１と同様なカレンダーロール処理を行った。その後の熱風処理などの熱処理は行わなかった。得られたフェルトは厚み２．３ｍｍ、目付４８９(g/m2)であり、溶解度は９９．８％であった。
【００２４】
（比較例２）
実施例１と同様にポリイミド短繊維およびマルチフィラメント糸からなるフェルトをカレンダーロール処理し、その後、窒素雰囲気下で３２０℃×４０ｓの熱処理を行った。得られたフェルトは厚み２．２mm、目付５０３(g/m2)であり、溶解度は９９．７％であった。
【００２５】
（比較例３）
実施例１と同様にポリイミド短繊維およびマルチフィラメント糸からなるフェルトをカレンダーロール処理し、その後、大気中で３２０℃×３００sの熱風処理を行った。得られたフェルトは厚み２．２ｍｍ、目付５０１(g/m2)であり、溶解度は８６．１％であった。
【００２６】
（比較例４）
実施例１と同様にポリイミド短繊維およびマルチフィラメント糸からなるフェルトをカレンダーロール処理した。また、別途、水分散タイプのフッ素系撥水撥油剤（高松油脂社製、ＴＫガードＮＡ―９９６、ネオラックスＲ−５００、キャタライザー２２Ｂの６；４；１の混合物）によりトータル樹脂付着量が２．５％になるようにピックアップさせ、熱風ドライヤーにより１４０℃×１２０ｓの熱処理を行ない樹脂化させた。得られたフェルトは厚さ２．３ｍｍ、目付５２８(g/m2)であり、樹脂加工するまえの溶解度は９８．６％であった。
【００２７】
（比較例５）
バグフィルターに用いられるテフロングラファイトタイザー樹脂加工を施したガラス織布を比較に用いた。
【００２８】
上記実施  例１，２、および比較例１〜５について、結露テスト結果および屈曲疲労試験結果を表２に示す。
【００２９】
【表２】
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以上のように、大気中で熱処理し溶解度が９０~９９％にある実施例１，２は、ＳＯ3結露テスト、アルカリ結露テストにおいて非常に高い耐久性を示し強力の低下が確認されなかった。、及び高温下の屈曲疲労試験においてもクラックが見られず、強力低下も確認されず非常に良好な結果を示すことが判る。しかし、同じポリイミドでも熱処理を行わなかった比較例１や窒素雰囲気下で熱処理した比較例２では屈曲疲労は良好なものの、アルカリ結露テストにおいて強力の低下が確認された。また、大気中での熱処理であっても過度に熱処理することにより溶解度を８２％にまで下げた比較例３では、架橋により結露テストについては高い耐久性を示したが、１００万回の屈曲疲労でクラックが発生した。フッ素系樹脂加工を施した比較例４では結露テストに対する耐久性は高いが、樹脂加工によりわずかに硬くなりクラックが発生し強力の低下も確認された。また、樹脂加工をしたガラス織布は酸結露、アルカリ結露、及び屈曲疲労テストにおいても決して耐久性が高いものではないことが判る。しかし、ガラスは初期強力が高いというのが特徴である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、結露に対して高い耐久性を示すとともに、高温下の屈曲披露試験においても非常に高い耐久性を示すバグフィルター用ポリイミドフェルトを提供することを可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】結露耐久性評価装置の概要図。
【符号の説明】
１：サンプル暴露部、２：ガス吸収、３：水蒸気、４：1%SO2ガス、５：触媒、６：エアー。
【図１】
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