(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性炭素繊維と保水度１５０％以上のフィブリル化繊維を含み、一体的に成形された成形体であって、通水時の流体流れ方向と直交方向の成形体膨張率が０．５〜５％であることを特徴とする三次元的に組織化された吸着成形体。
【請求項２】
活性炭素繊維の繊維軸が流体流れ方向に対してランダムに配向していることを特徴とする請求項１記載の吸着成形体。
【請求項３】
含有される全フィブリル化繊維に対する合成樹脂から成るフィブリル化繊維の割合が５０重量％以上であることを特徴とする請求項１及び２記載の吸着成形体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一定の形状に成形した吸着成形体に関するもので、更に詳しく述べると、液相特に浄水用途に適しており、プラスチックケース等の容器に装填して通水したときのシール性が良く、ショートパスを起こさない吸着成形体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
活性炭素繊維は外表面積が大きく、浄水用途に使用した場合に水との接触面積が大きくとれるために粒状活性炭に比べ残留塩素の分解除去性能に優れる特徴があり、取扱性の向上等を目的として、一定の形状にバインダーで成形した成形体とし、プラスチック製等の容器に装填されて使用されることが多い。
【０００３】
上記成形体にはバインダーとして繊維状や粉末状の熱溶融性合成樹脂を用い、該熱溶融性合成樹脂を加熱溶融して一体的に成形した成形体が広く知られているが、このように熱溶融性合成樹脂の熱溶融で接着した成形体では、プラスチック製等の容器に装填した時に該成形体と容器の間に僅かな間隙が生じた場合に、通水時にそこでショートパスを起こす問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の点を鑑みて、プラスチック製等の容器に装填して通水したときのシール性が良く、ショートパスを起こさない吸着成形体を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、活性炭素繊維とバインダーを含む一体的に成形した吸着成形体をプラスチック製等の容器に装填し、通水したときのシール性を向上させショートパスを防止する方法について鋭意検討した結果、バインダーとして保水度１５０％以上のフィブリル化繊維を使用し、吸水時の膨張が大きい吸着成形体にすることにより、通水時に吸着成形体が吸水すると同時に膨張して容器と密着し、ショートパスを防止できることを見出し、本発明に到達した。
【０００６】
本発明は、活性炭素繊維と保水度１５０％以上のフィブリル化繊維を含み、一体的に成形された成形体であって、通水時の流体流れ方向と直交方向の成形体膨張率が０．５〜５％であることを特徴とする吸着成形体に関するものである。
【０００７】
本発明において、保水度とはバインダーとして使用するフィブリル化繊維の膨潤の程度を表しており、試料の絶乾重量（ＷＯ）と試料を十分に水に浸漬した後に回転半径１０ｃｍの遠心脱水機中において回転速度３００ｒｐｍで５分間脱水した時の重量（Ｗ）を測定して、次式で求めたものである。
保水度（％）＝｛（Ｗ−ＷＯ）／ＷＯ｝×１００
【０００８】
上記フィブリル化繊維の保水度は１５０％以上、好ましくは２００％以上であることが重要である。このような保水度を有するフィブリル化繊維をバインダーとして使用すると、吸水時に膨張する吸着成形体が得られるのである。
【０００９】
本発明において、成形体膨張率とは、吸水したときの吸着成形体の寸法変化を表しており、この値が大きいほど吸着成形体を容器に装填し、通水したときのシール性が高いと言うことができ、吸着成形体の絶乾時の寸法（ＤＯ）と水中に３０秒浸漬後の寸法（Ｄ）を測定して、次式で求めたものである。
膨張率（％）＝｛（Ｄ−ＤＯ）／ＤＯ｝×１００
【００１０】
上記の方法で求めた吸着成形体の流体流れ方向と直交方向の寸法（例えば、円柱形状の吸着成形体で成形体の上面から底面に向かって流体が流れる場合には、該吸着成形体の直径）の吸水時の膨張率が０．５〜５％であることが本発明の必須要件である。この範囲未満では、吸着成形体の吸水時の膨張が小さく、十分なシール効果が得られない。また、一方この範囲を超えると、以下のような問題が生じる。つまり、本発明の吸着成形体は、後述するように、活性炭素繊維、フィブリル化繊維を水に分散させて均一なスラリーとして、成形型に該スラリーを吸引、あるいは加圧により流し込んで成形型から水を抜いて脱水し、脱型、乾燥する、いわゆる湿式成形法で製造できるが、吸水時の膨張率がこの範囲を超える吸着成形体では、製造時の乾燥工程で不均一に収縮が起き、均質な吸着成形体が得られないのである。
【００１１】
本発明において、活性炭素繊維としては、平均繊維径５〜５０μｍ、繊維長０．５〜１０ｍｍ、比表面積５００〜２０００ｍ2 ／ｇのものが使用できる。また、その原料については限定されず、セルロース系、ポリアクリロニトリル系、フェノール樹脂系、ピッチ系等のいずれであっても良い。また、活性炭素繊維の含有率は所望する吸着性能に応じて５０〜９９重量％の範囲内で設定することができる。
【００１２】
本発明において、吸着成形体の嵩密度は０．１〜０．３ｇ／ｃｃ、好ましくは０．１２〜０．２５ｇ／ｃｃ、さらに好ましくは０．１５〜０．２ｇ／ｃｃとする。この範囲未満では、吸着成形体の強度が十分でなく、また、この範囲を超えると、吸着成形体の圧力損失が大きくなるのである。なお、嵩密度は吸着成形体の絶乾重量と体積を測定し、絶乾重量を体積で除して求める。
【００１３】
本発明において、一体的に成形された吸着成形体とは、活性炭素繊維とフィブリル化繊維が所定の形状に三次元的に組織化されたもので、該吸着成形体の成形は、活性炭素繊維、フィブリル化繊維を水に分散させて均一なスラリーとして、水が透過することができる多孔壁を有する所定形状の成形型に該スラリーを吸引、あるいは加圧により流し込んで成形型から水を抜いて脱水し、脱型、乾燥することにより行なうことができる。その場合、多孔壁面の配置によって、吸着成形体を構成する活性炭素繊維の配向が制御でき、流体流れ方向に対する活性炭素繊維の繊維軸方向の角度を直角あるいはランダムにすることができる。また、活性炭素繊維では発現できない機能を付加するために、粉末活性炭、粒状活性炭、抗菌活性炭やゼオライト等をスラリーに加えることができ、さらに、必要に応じてスラリーに凝集剤、添加剤等を適宜添加することもできる。
【００１４】
活性炭素繊維の配向について更に詳述すると、例えば、円柱形状で上面から底面に向かって流体が流れる吸着成形体を作製する場合、図１に示すような円柱の底面に多孔壁面４を設けた成形型１を用いて、スラリー供給口２からスラリーを供給し、水を排水口３から抜くと、活性炭素繊維は底面と平行に積層されるため、流体流れ方向に対する活性炭素繊維の繊維軸方向の角度が直角の吸着成形体ができ、図２に示すような円柱の外周面に多孔壁面８を設けた成形型５を用いて、スラリー供給口６からスラリーを供給し、水を排水口７から抜くと、活性炭素繊維は外周とほぼ平行に積層されるため、流体流れ方向に対する活性炭素繊維の繊維軸方向の角度がランダムな吸着成形体ができる。
【００１５】
吸着成形体は吸水時に吸着成形体を構成する活性炭素繊維が積層されている方向、つまり活性炭素繊維軸と直角方向への膨張がその他の方向への膨張に比べ大きい。従って、活性炭素繊維の繊維軸が流体流れ方向に対してランダムに配向している構造の吸着成形体では、より良好なシール効果が得られるので、好ましい。
【００１６】
本発明で、フィブリル化繊維とは枝状に多数分岐したフィブリル（数ｎｍ〜数μｍの太さを有する微細な繊維状組織）を有する繊維長１〜１０ｍｍ程度の繊維であり、その外部比表面積は１ｍ2 ／ｇ以上、好ましくは２ｍ2 ／ｇ以上、さらに好ましくは５ｍ2 ／ｇ以上である。フィブリル化繊維の外部比表面積は、該フィブリル化繊維のフィブリル化の状態を表しており、上記範囲未満ではフィブリル化繊維のフィブリル化が不十分で、吸着成形体を構成する活性炭素繊維同士を絡み合わせて十分に結合することができないのである。フィブリル化繊維の外部比表面積は、該フィブリル化繊維をシート状に積層したパッドを作製し、該パッドの水の透過速度を測り、Ｋｏｚｅｎｙ−Ｃａｒｍａｎの式とｄ’Ａｒｃｙの式を適用したＲｏｂｅｒｔｓｏｎ−Ｍａｓｏｎの方法から計算した。
【００１７】
フィブリル化繊維としては、重合析出法、フラッシュ紡糸法、フィブリッド法等で作られたアラミド系、ポリビニルアルコール系等の非叩解型のものや木材パルプやポリアクリロニトリル繊維を叩解してフィブリル化した叩解型のものがあり、これらの単独あるいは混合したものが使用できる。なかでも、外部比表面積を大きくできることから、叩解型のものが好ましいが、保水度を１５０％以上有することが必須である。また、木材パルプ等の天然のフィブリル化繊維は長期間湿潤状態で放置したりすると腐敗を生じ、バインダーとしての機能を果たさなくなる可能性があるため、吸着成形体に含有される全フィブリル化繊維に対する合成樹脂から成るフィブリル化繊維の割合が５０重量％以上であることが好ましい。
【００１８】
本発明における吸着成形体は、活性炭素繊維同士がフィブリル化繊維により絡み合って結合されており、フィブリル化繊維の含有率が少ないと実用に耐えうる強度を持ち、また、吸水により膨張する吸着成形体が得られない。従って、実用に耐えうる強度を持ち、吸水により膨張する吸着成形体を得るためにはフィブリル化繊維の含有率を１〜４０重量％、好ましくは３〜３０重量％、さらに好ましくは５〜２０重量％にする。この範囲未満では、吸着成形体の強度及び吸水による膨張が十分ではなく、この範囲を超えると、吸着成形体の流体通過抵抗が大きくなったり、前述したように均質な吸着成形体が得られないという問題が生じるのである。
【００１９】
活性炭素繊維は残留塩素分解除去や低分子量物質の吸着除去性能には優れるが、高分子量物質等はあまり効果的に除去できない。そこで、本発明における吸着成形体には、活性炭素繊維では発現できない機能を付加するために粒状活性炭、粉末活性炭、抗菌活性炭、イオン交換樹脂、ゼオライト等を添加することもできる。以下に実施例にて本発明をさらに詳しく説明する。
【００２０】
【実施例】
実施例に基づき本発明を詳述するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００２１】
〔実施例１〕
平均繊維径１８μｍ、繊維長１．５ｍｍ、比表面積１４５０ｍ2 ／ｇのセルロース系活性炭素繊維９５重量％とフィブリル化繊維として叩解処理によりフィブリル化した繊維長３．０ｍｍ、外部比表面積７．２ｍ2 ／ｇ、保水度２４６％のフィブリル化アクリル繊維５重量％を水に分散してミキサーで混合し均一なスラリーを調整し、図１に示す成形型を用いて排水口から吸引しながらスラリー供給口に流し込み、脱水、脱型、乾燥して円柱形状の吸着成形体を作製した。該吸着成形体の直径は４０．０ｍｍ、高さは４０．５ｍｍ、嵩密度０．１７ｇ／ｃｃであった。該吸着成形体を水中に３０秒浸漬後取り出し、直径及び高さを測定し、膨張率をそれぞれ求めたところ、直径膨張率は０．７８％、高さ膨張率は１．２４％であった。なお、吸着成形体の直径及び高さはレーザ寸法測定器（キーエンス製ＬＳ）を使用して非接触で測定した。
【００２２】
乾燥した状態で上記の吸着成形体を内径４０．２ｍｍの容器に装填し、簡易浄水器を作製し、成形体の上面から底面に向かって残留塩素濃度を２ｐｐｍに調整した水を流量３Ｌ／分で通水し、通水開始３０秒後に圧力損失と浄水器出口の水の残留塩素濃度を測定したところ、圧力損失は１．８ｋｇｆ／ｃｍ2 、残留塩素は検出されなかった。なお、残留塩素濃度は多項目迅速水質分析計（ハック社製ＤＲ／２０００）を用いて測定した。
【００２３】
さらに、上記簡易浄水器を、中に装填された吸着成形体が常に湿潤状態を保つように室温で６ヶ月間放置した後、上記と同じ試験を行ったところ、圧力損失は１．８ｋｇｆ／ｃｍ2 、残留塩素は検出されなかった。
【００２４】
〔実施例２〕
平均繊維径１８μｍ、繊維長１．５ｍｍ、比表面積１４５０ｍ2 ／ｇのセルロース系活性炭素繊維９５重量％とフィブリル化繊維として叩解処理によりフィブリル化した繊維長３．０ｍｍ、外部比表面積７．２ｍ2 ／ｇ、保水度２４６％のフィブリル化アクリル繊維５重量％を水に分散してミキサーで混合し均一なスラリーを調整し、図２に示す成形型を用いて排水口から吸引しながらスラリー供給口に流し込み、脱水、脱型、乾燥して円柱形状の吸着成形体を作製した。該吸着成形体の直径は４０．０ｍｍ、高さは４０．２ｍｍ、嵩密度０．１７ｇ／ｃｃであった。該吸着成形体を実施例１と同様に水中に３０秒浸漬し、膨張率を求めたところ、直径膨張率は１．１２％、高さ膨張率は０．５１％であった。
【００２５】
乾燥した状態で該吸着成形体を内径４０．２ｍｍの容器に装填し、実施例１と同様に簡易浄水器を作製し、実施例１と同様の試験を行ったところ、圧力損失は１．５ｋｇｆ／ｃｍ2 、残留塩素は検出されなかった。
【００２６】
さらに、上記簡易浄水器を、実施例１と同様に６ヶ月間放置した後、上記と同じ試験を行ったところ、圧力損失は１．５ｋｇｆ／ｃｍ2 、残留塩素は検出されなかった。
【００２７】
〔実施例３〕
平均繊維径１８μｍ、繊維長１．５ｍｍ、比表面積１４５０ｍ2 ／ｇのセルロース系活性炭素繊維７０重量％、平均粒子径１９μｍの粉末活性炭２０重量％とフィブリル化繊維として外部比表面積４．０ｍ2 ／ｇ、保水度１８７％のフィブリル化アラミド繊維１０重量％を水に分散してミキサーで混合し均一なスラリーを調整し、図２に示す成形型を用いて排水口から吸引しながらスラリー供給口に流し込み、脱水、脱型、乾燥して円柱形状の吸着成形体を作製した。該吸着成形体の直径は４０．０ｍｍ、高さは４０．２ｍｍ、嵩密度０．１６ｇ／ｃｃであった。該吸着成形体を実施例１と同様に水中に３０秒浸漬し、膨張率を求めたところ、直径膨張率は１．１４％、高さ膨張率は０．５７％であった。
【００２８】
乾燥した状態で該吸着成形体を内径４０．２ｍｍの容器に装填し、実施例１と同様に簡易浄水器を作製し、実施例１と同様の試験を行ったところ、圧力損失は１．６ｋｇｆ／ｃｍ2 、残留塩素は検出されなかった。
【００２９】
さらに、上記簡易浄水器を、実施例１と同様に６ヶ月間放置した後、上記と同じ試験を行ったところ、圧力損失は１．６ｋｇｆ／ｃｍ2 、残留塩素は検出されなかった。
【００３０】
〔実施例４〕
平均繊維径１８μｍ、繊維長１．５ｍｍ、比表面積１４５０ｍ2 ／ｇのセルロース系活性炭素繊維９５重量％とフィブリル化繊維として叩解処理によりフィブリル化した繊維長３．０ｍｍ、外部比表面積７．２ｍ2 ／ｇ、保水度２４６％のフィブリル化アクリル繊維３重量％と外部比表面積５．２ｍ2 ／ｇ、保水度２０５％の木材パルプ２重量％を水に分散してミキサーで混合し均一なスラリーを調整し、図２に示す成形型を用いて排水口から吸引しながらスラリー供給口に流し込み、脱水、脱型、乾燥して円柱形状の吸着成形体を作製した。該吸着成形体の直径は４０．０ｍｍ、高さは４０．２ｍｍ、嵩密度０．１７ｇ／ｃｃであった。該吸着成形体を実施例１と同様に水中に３０秒浸漬し、膨張率を求めたところ、直径膨張率は１．０９％、高さ膨張率は０．５０％であった。
【００３１】
乾燥した状態で該吸着成形体を内径４０．２ｍｍの容器に装填し、実施例１と同様に簡易浄水器を作製し、実施例１と同様の試験を行ったところ、圧力損失は１．５ｋｇｆ／ｃｍ2 、残留塩素は検出されなかった。
【００３２】
さらに、上記簡易浄水器を、実施例１と同様に６ヶ月間放置した後、上記と同じ試験を行ったところ、圧力損失は１．７ｋｇｆ／ｃｍ2 、残留塩素は検出されなかった。
【００３３】
〔実施例５〕
平均繊維径１８μｍ、繊維長１．５ｍｍ、比表面積１４５０ｍ2 ／ｇのセルロース系活性炭素繊維９５重量％とフィブリル化繊維として外部比表面積５．２ｍ2 ／ｇ、保水度２０５％の木材パルプ５重量％を水に分散してミキサーで混合し均一なスラリーを調整し、図２に示す成形型を用いて排水口から吸引しながらスラリー供給口に流し込み、脱水、脱型、乾燥して円柱形状の吸着成形体を作製した。該吸着成形体の直径は４０．０ｍｍ、高さは４０．２ｍｍ、嵩密度０．１７ｇ／ｃｃであった。該吸着成形体を実施例１と同様に水中に３０秒浸漬し、膨張率を求めたところ、直径膨張率は１．０９％、高さ膨張率は０．５０％であった。
【００３４】
乾燥した状態で該吸着成形体を内径４０．２ｍｍの容器に装填し、実施例１と同様に簡易浄水器を作製し、実施例１と同様の試験を行ったところ、圧力損失は１．５ｋｇｆ／ｃｍ2 、残留塩素は検出されなかった。
【００３５】
さらに、上記簡易浄水器を、実施例１と同様に６ヶ月間放置した後、上記と同じ試験を行ったところ、圧力損失は２．４ｋｇｆ／ｃｍ2 、残留塩素は検出されなかった。
【００３６】
〔比較例１〕
平均繊維径１８μｍ、繊維長１．５ｍｍ、比表面積１４５０ｍ2 ／ｇのセルロース系活性炭素繊維９０重量％と繊維長１．６ｍｍ、外部比表面積１．７４ｍ2 ／ｇ、保水度７１％のフィブリル化ポリエチレン繊維１０重量％を水に分散してミキサーで混合し均一なスラリーを調整し、図１に示す成形型を用いて排水口から吸引しながらスラリー供給口に流し込み、脱水、脱型、乾燥して円柱形状の吸着成形体を作製した。該吸着成形体の直径は４０．０ｍｍ、高さは４０．４ｍｍ、嵩密度０．１６ｇ／ｃｃであった。該吸着成形体を実施例１と同様に水中に３０秒浸漬し、膨張率を求めたところ、直径膨張率は０．０５％、高さ膨張率は０．１４％であった。
【００３７】
乾燥した状態で該吸着成形体を内径４０．２ｍｍの容器に装填し、実施例１と同様に簡易浄水器を作製し、実施例１と同様の試験を行ったところ、圧力損失は１．５ｋｇｆ／ｃｍ2 、残留塩素濃度は０．３８ｐｐｍであった。
【００３８】
〔比較例２〕
平均繊維径１８μｍ、繊維長１．５ｍｍ、比表面積１４５０ｍ2 ／ｇのセルロース系活性炭素繊維９０重量％と繊維長１．６ｍｍ、外部比表面積１．７４ｍ2 ／ｇ、保水度７１％のフィブリル化ポリエチレン繊維１０重量％を水に分散してミキサーで混合し均一なスラリーを調整し、図２に示す成形型を用いて排水口から吸引しながらスラリー供給口に流し込み、脱水、脱型、乾燥して円柱形状の吸着成形体を作製した。該吸着成形体の直径は４０．０ｍｍ、高さは４０．２ｍｍ、嵩密度０．１６ｇ／ｃｃであった。該吸着成形体を実施例１と同様に水中に３０秒浸漬し、膨張率を求めたところ、直径膨張率は０．１８％、高さ膨張率は０．０６％であった。
【００３９】
乾燥した状態で該吸着成形体を内径４０．２ｍｍの容器に装填し、実施例１と同様に簡易浄水器を作製し、実施例１と同様の試験を行ったところ、圧力損失は１．３ｋｇｆ／ｃｍ2 、残留塩素濃度は０．２４ｐｐｍであった。
【００４０】
比較例１、２は保水度が小さいフィブリル化繊維を使用して成形した吸着成形体であるが、吸水時の吸着成形体の膨張率が小さいため、成形体と容器の間の間隙でショートパスを生じる。
【００４１】
比較例に対し、保水度が大きいフィブリル化繊維を使用して作製した実施例は、いずれも吸水時の吸着成形体の膨張率が大きいため、吸着成形体と容器が密着し、ショートパスを起こさない。さらに、吸着成形体に含有される全フィブリル化繊維に対する合成樹脂から成るフィブリル化繊維の割合が５０重量％以上である実施例１〜４では、長期間の放置後も圧力損失の上昇が見られず、フィブリル化繊維のバインダーとしての機能が失われない。
【発明の効果】
以上記載の通り、本発明は、容器に装填して通水したときのシール性が良く、ショートパスを起こさない吸着成形体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】吸着成形体の製法を示す概略図。
【図２】吸着成形体の製法を示す概略図。
【図１】
0003656785.tif 000002
【図２】
0003656785.tif 000003