(57)【要約】      （修正有）【課題】濾材の改質を容易に行うことが可能な、新規かつ改良された濾材の改質方法及び当該改質方法により改質された濾材を提供する。【解決手段】カチオン化剤を含むカチオン化剤水溶液で濾材を処理する濾材の改質方法が提供される。この方法によれば、カチオン化剤水溶液で濾材を処理するだけで濾材を改質することができるので、濾材の改質をより容易に行うことができる。さらに、濾材をセルロースで構成することによって、改質濾材の安全性をより向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カチオン化剤を含むカチオン化剤水溶液で濾材を処理することを特徴とする、濾材の改質方法。
【請求項２】
前記濾材はセルロースで構成されることを特徴とする、請求項１記載の濾材の改質方法。
【請求項３】
前記濾材はセルロース製の濾紙であることを特徴とする、請求項２記載の濾材の改質方法。
【請求項４】
前記カチオン化剤は、ポリアミドエピクロロヒドリン樹脂、ポリアミンエピクロロヒドリン樹脂、ポリアミドポリアミンエピクロロヒドリン樹脂、及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の濾材の改質方法。
【請求項５】
前記濾材の質量に対して０．１〜２０質量％の前記カチオン化剤を前記濾材に付着させることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の濾材の改質方法。
【請求項６】
前記カチオン化剤水溶液で処理された濾材に電子線を照射することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の濾材の改質方法。
【請求項７】
前記電子線の照射量は、２５〜３００ｋＧｙの範囲内の値であることを特徴とする、請求項６記載の濾材の改質方法。
【請求項８】
前記濾材の細孔径は、１〜７μｍの範囲内の値であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の濾材の改質方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の改質方法により改質された濾材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、濾材の改質方法及び当該改質方法により改質された濾材に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリアミドエピクロロヒドリン樹脂およびポリアミンエピクロロヒドリン樹脂等はエポキシドを基剤とした水溶性の熱架橋性カチオン性ポリマーである。特許文献１〜３に開示されているように、これらの水溶性ポリマーは、液体容器用原紙の強度向上のための添加剤、水溶性高分子の架橋剤、無機材料の表面カチオン化などに用いられている。
【０００３】
一方、特許文献４は、ポリアミンエピクロロヒドリンで改質されたガラス繊維を用いて濾材を作製する技術を開示する。この技術によれば、ガラス繊維及びカチオン化剤が分散された分散液を作製し、この分散液に沈殿剤を投入する。これにより、ポリアミンエピクロロヒドリンで改質されたガラス繊維が沈殿する。そして、沈殿物を減圧注型することでガラス繊維シートを作製し、このガラス繊維シートを熱処理することで、濾材を作製する。特許文献４には、この濾材はｐＨ３〜１０の範囲で正のゼータ電位を示し、細菌除去率及びポリスチレンラテックス粒子の捕捉性に優れている旨が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２１９７７５号公報
【特許文献２】特表２００６−５０９８５８号公報
【特許文献３】ＵＳ２００９／００９４７５８号公報
【特許文献４】特開昭５８−７９５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献４に開示された技術では、ポリアミンエピクロロヒドリンで改質された濾材を作製するのに非常に手間がかかっていた。そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、濾材の改質を容易に行うことが可能な、新規かつ改良された濾材の改質方法及び当該改質方法により改質された濾材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、カチオン化剤を含むカチオン化剤水溶液で濾材を処理することを特徴とする、濾材の改質方法が提供される。
【０００７】
この観点によれば、カチオン化剤水溶液で濾材を処理するだけで濾材を改質することができるので、濾材の改質をより容易に行うことができる。
【０００８】
ここで、濾材はセルロースで構成されてもよい。
【０００９】
この観点によれば、濾材はセルロースで構成されるので、セルロースで構成される濾材の捕捉性能を格段に向上させることが可能となる。さらに、濾材はセルロースで構成されるので、改質濾材の安全性をより向上させることができる。
【００１０】
また、濾材はセルロース製の濾紙であってもよい。
【００１１】
この観点によれば、濾材はセルロース製濾紙で構成されるので、改質濾材の安全性をより向上させることができる。また、本実施形態では、セルロース製濾紙の捕捉性能を向上させることができる。
【００１２】
また、カチオン化剤は、ポリアミドエピクロロヒドリン樹脂、ポリアミンエピクロロヒドリン樹脂、ポリアミドポリアミンエピクロロヒドリン樹脂、及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。
【００１３】
この観点によれば、カチオン化剤は、ポリアミドエピクロロヒドリン樹脂、ポリアミンエピクロロヒドリン樹脂、ポリアミドポリアミンエピクロロヒドリン樹脂、及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種を含む。したがって、濾材のゼータ電位をより向上させることができる。
【００１４】
また、濾材の質量に対して０．１〜２０質量％のカチオン化剤を濾材に付着させてもよい。
【００１５】
この観点によれば、濾材の質量に対して０．１〜２０質量％のカチオン化剤を濾材に付着させるので、濾材のゼータ電位をより向上させることができる。
【００１６】
また、カチオン化剤水溶液で処理された濾材に電子線を照射してもよい。
【００１７】
この観点によれば、カチオン化剤水溶液で処理された濾材に電子線を照射する。したがって、濾材のゼータ電位をさらに向上させることができる。
【００１８】
また、電子線の照射量は、２５〜３００ｋＧｙの範囲内の値であってもよい。
【００１９】
この観点によれば、電子線の照射量は、２５〜３００ｋＧｙの範囲内の値である。したがって、濾材のゼータ電位をさらに向上させることができる。
【００２０】
また、濾材の細孔径は、１〜７μｍの範囲内の値であってもよい。
【００２１】
この観点によれば、濾材の細孔径は、１〜７μｍの範囲内の値となる。したがって、濾材のゼータ電位がより向上し、かつ、物理的な遮蔽性能も向上する。
【００２２】
本発明の他の観点によれば、上記の改質方法により改質された濾材が提供される。
【００２３】
この観点によれば、捕捉性能が格段に向上した濾材が得られる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように本発明によれば、カチオン化剤水溶液で濾材を処理するだけで濾材を改質することができるので、濾材の改質をより容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係る濾材の改質方法を示す説明図である。
【図２】従来の濾材の改質方法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２７】
（背景技術の検討）
本発明者は、濾材の改質方法に関する背景技術について鋭意検討し、この結果、本実施形態に係る濾材の改質方法及び濾材に想到するに至った。そこで、まず、本発明者が行った検討について説明する。
【００２８】
特許文献４に開示されるように、改質したガラス繊維のマトリックスとしてセルロース繊維を用いた場合、セルロース繊維が容易に崩壊することが知られている。そこで、特許文献４に開示された技術は、セルロース繊維を用いずに濾材を作製する。
【００２９】
ここで、図２に基づいて、特許文献４に開示された技術を説明する。まず、ガラス繊維を水に投入し、ガラス繊維及び水の混合液を攪拌する。ついで、混合液の撹拌を継続しながら混合液にポリアミンエピクロロヒドリン（カチオン化剤）を投入する。これにより、ガラス繊維分散液１００を作製する。
【００３０】
ついで、ステップＳ１１０において、ガラス繊維分散液１００の撹拌を継続しながら、水酸化ナトリウム水溶液をガラス繊維分散液１００に滴下することで、ガラス繊維分散液１００のｐＨを９〜１０に調整する。
【００３１】
ステップＳ１２０において、ガラス繊維分散液１００の撹拌を継続しながらガラス繊維分散液１００に沈殿剤を投入する。その後、ガラス繊維分散液１００を十分に攪拌する。ステップＳ１３０において、所定量のガラス繊維分散液１００を減圧注型することで、ガラス繊維シート２００を作製する。
【００３２】
ステップＳ１５０において、ガラス繊維シート２００を１２０〜１５０℃で加熱することで、ガラス繊維シート２００を乾燥させると共に、カチオン化剤を熱架橋させる。これにより、カチオン化ガラス繊維フィルタ３００（濾材）を作製する。ステップＳ１６０において、カチオン化ガラス繊維フィルタ３００を所望の大きさにカットする。その後、カチオン化ガラス繊維フィルタ３００を各種用途に使用する。引用文献４には、カチオン化ガラス繊維フィルタ３００は、ｐＨ３〜１０の範囲で正のゼータ電位を示すことが開示されている。
【００３３】
しかし、特許文献４に開示された技術では、カチオン化ガラス繊維フィルタ３００、すなわちポリアミンエピクロロヒドリンで改質された濾材を作製するのに非常に多くのステップが必要であった。すなわち、濾材の作製に非常に手間がかかっていた。
【００３４】
さらに、この技術では、カチオン化ガラス繊維フィルタ３００で処理対象液（懸濁物質を含む水）を濾過した際に、ガラス繊維がフィルタから離脱し、濾液に混入してしまう可能性があった。したがって、濾液が人体に用いられる（例えば飲用に用いられる）場合には、ガラス繊維の人体への影響を排除するために、ガラス繊維を濾液から除去するための処理が別途必要であった。
【００３５】
本発明者は、従来の技術及び当該技術の問題点について鋭意検討し、この結果、本実施形態に係る濾材の改質方法及び濾材に想到するに至った。この改質方法によれば、濾材の改質をより容易に行うことができる。さらに、濾材のゼータ電位を向上することができる。さらに、濾材の安全性を向上することができる。
【００３６】
（濾材の改質方法）
次に、図１に基づいて、本実施形態に係る濾材の改質方法について説明する。ステップＳ１０において、カチオン化剤で濾材１０を処理する。具体的には、濾材１０にカチオン化剤水溶液を含浸させる。濾材１０にカチオン化剤水溶液を塗布してもよい。これらの処理により、水溶液含浸濾材を作製する。ここで、濾材１０は、好ましくはセルロースで構成され、より好ましくはセルロース製濾紙である。濾材１０をセルロースで構成することによって、濾材１０の安全性が向上する。
【００３７】
濾材１０の細孔径は、特に制限されないが、１〜７μｍであることが好ましい。ここで、細孔径は、各細孔を球とみなしたときの直径を算術平均した値であり、例えばＪＩＳ  Ｐ３８０１（ろ紙(化学分析用)）で規定された硫酸バリウムを自然濾過したときの漏洩粒子径として測定される。なお、細孔径をこのような範囲とすることによって、十分な濾過流量を確保しつつ、より多くのカチオン化剤を濾材１０に保持させることができる。したがって、細孔径は、１〜７μｍであることが好ましい。
【００３８】
カチオン化剤水溶液は、カチオン化剤を含む。具体的には、カチオン化剤水溶液は、カチオン化剤が水に溶解したものである。カチオン化剤は、濾材１０に正のゼータ電位を付与するものであり、好ましくは、ポリアミドエピクロロヒドリン樹脂、ポリアミンエピクロロヒドリン樹脂、ポリアミドポリアミンエピクロロヒドリン樹脂、及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種を含む。
【００３９】
また、カチオン化剤水溶液は、濾材１０の質量に対して０．１〜２０質量％のカチオン化剤が濾材１０に付着するように、濾材１０に塗布または含浸される。カチオン化剤の付着量がこの範囲内の値となる場合に、濾材１０の捕捉性能（物理的な遮蔽性能及び電気的な吸着性能）が向上する。カチオン化剤の付着量がこのような範囲とすることによって、カチオン化剤の効果を十分に発揮しつつ、十分な濾過流量を確保することができる。したがって、カチオン化剤の付着量は濾材１０の質量に対して０．１〜２０質量％となることが好ましい。
【００４０】
また、カチオン化剤の重量平均分子量は特に制限されないが、１０万〜１００万であることが好ましい。カチオン化剤の分子量がこの範囲内の値となる場合に、ゼータ電位が特に向上する。
【００４１】
ステップＳ２０において、水溶液含浸濾材を加熱することで、水溶液含有濾材を乾燥させ、かつ、カチオン化剤を熱架橋させる。これにより、第１の改質濾材２０を作製する。第１の改質濾材２０は、表面が改質された（すなわちカチオン化された）濾材であり、正のゼータ電位を有する。すなわち、この時点ですでに濾材１０はカチオン化剤によって改質（カチオン化）されている。なお、ここでの「表面」は、濾材のシートの表裏面だけでなく、内部の細孔の表面も含む。すなわち、カチオン化剤によって、濾材１０のシートの表裏面だけでなく、内部の細孔の表面も改質されている。第１の改質濾材２０のゼータ電位は、例えば＋１０〜＋３０ｍＶとなる。ゼータ電位は、例えば大塚電子株式会社  ＥＬＳＺ−２によって測定される。
【００４２】
このように、第１の改質濾材２０は正のゼータ電位を有する。一方、特開平１１−２６２６０２号公報に開示されているように、水中の懸濁物質の多くはマイナスに帯電している。このため、第１の改質濾材２０は、懸濁物質の物理的な遮蔽に加えて、電気的な吸着を行うことも期待できる。
【００４３】
なお、乾燥温度は特に制限されないが、例えば１００〜１２０℃程度が好ましい。乾燥温度がこの範囲内の値となる場合に、第１の改質濾材２０のゼータ電位がより大きくなる。また、第１の改質濾材２０のゼータ電位は、例えば、カチオン化剤の濾材１０への付着量によってコントロール可能である。具体的には、第１の改質濾材２０のゼータ電位は、カチオン化剤の付着量が上記範囲内の値であれば、カチオン化剤の付着量が高いほど高くなる。
【００４４】
ステップＳ３０において、第１の改質濾材２０に電子線を照射することで、第２の改質濾材３０を作製する。すなわち、第１の改質濾材２０は電子線の照射によって更に改質され、第２の改質濾材３０とされる。電子線は、例えば、特開２００４−１５６１６３号公報に開示されるように、ポリプロピレンの親水化処理に使用される。本発明者は、このような電子線を第１の改質濾材２０に照射することで、第１の改質濾材２０のゼータ電位がさらに向上することを見出した。第２の改質濾材３０のゼータ電位は、例えば＋２０〜＋４０ｍＶとなる。言い換えれば、電子線の照射によって、カチオン化剤の付着量の調整だけでは実現できないゼータ電位が実現可能となる。第２の改質濾材３０は、従来のカチオン化ガラス繊維フィルタ３００よりもゼータ電位が格段に向上するため、電気的な吸着性能が高くなる。さらに、第２の改質濾材３０は、第１の改質濾材２０よりもゼータ電位が向上することが予想される。すなわち、第２の改質濾材３０は、吸着性能の向上が予想されるため、第１の改質濾材２０よりも懸濁物質の捕捉性能が高くなる。
【００４５】
電子線の照射量（第１の改質濾材２０が単位質量あたりに吸収する電子線のエネルギー）は、特に制限されないが、２５〜３００ｋＧｙの範囲内の値であることが好ましい。電子線の照射量がこの範囲内の値となる場合に、ゼータ電位が特に向上する。なお、ゼータ電位は、電子線の照射量が上記範囲内の値であれば、照射量が大きいほど高くなる。電子線の照射量をこのような範囲とすることによって、第１の改質濾材２０を十分に改質しつつ、基材となる濾材１０の損傷を低減することができる。
【００４６】
本実施形態に係る改質濾材は、水処理用途や電子産業・半導体関連の排液処理への使用の可能性が考えられ、特に浄水用途として利用がされることが好ましい。また、改質濾材は、スパイラル型、プリーツ型、積層型、中空糸、平膜などの形態のうち、用途に応じた形態で使用される。
【実施例】
【００４７】
（実施例１）
次に、本実施形態の実施例１について説明する。実施例１では、以下の処理により改質濾材を作製した。ステップＳ１０において、セルロース製濾紙にポリアミドエピクロロヒドリン樹脂水溶液を含浸させた。
【００４８】
ここで、セルロース製濾紙の細孔径は１μｍであった。細孔径は、ＪＩＳ  Ｐ３８０１（ろ紙(化学分析用)）で規定された硫酸バリウムを自然濾過したときの漏洩粒子径として測定された。
【００４９】
また、ポリアミドエピクロロヒドリン樹脂の重量平均分子量は３６万であった。また、実施例１では、セルロース製濾紙の質量に対して０．１質量％のポリアミドエピクロロヒドリン樹脂がセルロース製濾紙に付着するように、ポリアミドエピクロロヒドリン樹脂水溶液のポリアミドエピクロロヒドリン樹脂濃度及び含浸時間を調整した。
【００５０】
次いで、水溶液含浸濾材を１１０℃で１０分加熱することで、水溶液含浸濾材を乾燥させ、かつ、ポリアミドエピクロロヒドリン樹脂を熱架橋させた。これにより、改質濾材を作製した。また、改質濾材のゼータ電位を大塚電子株式会社  ＥＬＳＺ−２により測定した。測定結果を表１に示す。
【００５１】
（実施例２）
ポリアミドエピクロロヒドリン樹脂の付着量を１０質量％とした他は、実施例１と同様の処理を行った。実施例２のゼータ電位を表１に示す。
【００５２】
（実施例３）
ポリアミドエピクロロヒドリン樹脂の付着量を２０質量％とした他は、実施例１と同様の処理を行った。実施例３のゼータ電位を表１に示す。
【００５３】
（実施例４）
カチオン化剤を重量平均分子量５０万ポリアミンエピクロロヒドリン樹脂とした他は、実施例１と同様の処理を行った。実施例４のゼータ電位を表１に示す。
【００５４】
（実施例５）
カチオン化剤を重量平均分子量４０万ポリアミドポリアミンエピクロロヒドリン樹脂とした他は、実施例１と同様の処理を行った。実施例５のゼータ電位を表１に示す。
【００５５】
（実施例６）
カチオン化剤を実施例１のポリアミドエピクロロヒドリン樹脂、実施例４のポリアミンエピクロロヒドリン樹脂、及び実施例５のポリアミドポリアミンエピクロロヒドリン樹脂の混合物とした他は、実施例１と同様の処理を行った。実施例６のゼータ電位を表１に示す。
【００５６】
（実施例７）
細孔径が７μｍであるセルロース製濾紙を使用した他は、実施例１と同様の処理を行った。実施例７のゼータ電位を表１に示す。
【００５７】
（実施例８）
実施例１の改質濾材に２５ｋＧｙの電子線を照射することで、実施例１の改質濾材をさらに改質した。実施例８のゼータ電位も実施例１と同様に測定した。測定結果を表１に示す。
【００５８】
（実施例９）
電子線の照射量を１５０ｋＧｙにした他は、実施例８と同様の処理を行った。実施例９のゼータ電位を表１に示す。
【００５９】
（実施例１０）
電子線の照射量を３００ｋＧｙにした他は、実施例８と同様の処理を行った。実施例１０のゼータ電位を表１に示す。
【００６０】
（比較例）
以下の処理により、比較例に係る改質濾材を作製した。まず、６ｇのガラス繊維を１Ｌの水に投入し、ガラス繊維及び水の混合液を攪拌した。ついで、混合液の撹拌を継続しながら混合液に重量平均分子量５０万のポリアミンエピクロロヒドリン（カチオン化剤）を、ガラス繊維分散液の総質量に対して１質量％だけ投入した。これにより、ガラス繊維分散液を作製した。
【００６１】
ついで、ステップＳ１１０において、ガラス繊維分散液の撹拌を継続しながら、水酸化ナトリウム水溶液をガラス繊維分散液に滴下することで、ガラス繊維分散液のｐＨを１０に調整した。
【００６２】
ステップＳ１２０において、ガラス繊維分散液の撹拌を継続しながらガラス繊維分散液に沈殿材としてナルコライト７１３４（ナルコ社製）をガラス繊維分散液の総質量に対して０．５質量％だけ投入した。その後、ガラス繊維分散液を十分に攪拌した。ステップＳ１３０において、２．７ｇのガラス繊維分散液を減圧注型することで、ガラス繊維シートを作製した。
【００６３】
ステップＳ１５０において、ガラス繊維シートを１５０℃で１０分加熱することで、ガラス繊維シートを乾燥させると共に、カチオン化剤を熱架橋させた。これにより、比較例に係る改質濾材（カチオン化ガラス繊維フィルタ）を作製した。比較例に係るゼータ電位を実施例１と同様に測定した。測定結果を表１に示す。
【００６４】
【表１】
2014111234.tif 000003
【００６５】
実施例１〜７のゼータ電位は、比較例と同等またはそれ以上であることがわかった。また、実施例８〜１０のゼータ電位は、比較例よりも向上していることがわかった。したがって、セルロース製濾紙にカチオン化剤水溶液を含浸するだけでセルロース製濾紙を改質できることがわかった。また、電子線の照射によりゼータ電位がさらに向上することもわかった。また、実施例１〜１０では、セルロース繊維の崩壊は確認されなかった。これに対し、比較例で作製したカチオン化ガラス繊維フィルタは、フィルタへの通液やハンドリング中にガラス繊維の離脱が確認された。
【００６６】
以上により、本実施形態によれば、カチオン化剤水溶液で濾材を処理するだけで濾材を改質することができるので、濾材の改質をより容易に行うことができる。
【００６７】
さらに、濾材はセルロースで構成されるので、セルロースで構成される濾材の捕捉性能を格段に向上させることが可能となる。具体的には、従来のカチオン化ガラス繊維フィルタと同等レベルの捕捉性能を実現することができる。さらに、濾材はセルロースで構成されるので、改質濾材の安全性をより向上させることができる。さらに、本実施形態に係る改質方法によれば、セルロース繊維の崩壊を抑制しつつ、濾材の改質を行うことができる。
【００６８】
より詳細には、本実施形態では、濾材はセルロース製濾紙で構成されるので、改質濾材の安全性をより向上させることができる。また、本実施形態では、セルロース製濾紙の捕捉性能を向上させることができる。また、セルロース繊維の崩壊を抑制しつつ、セルロース製濾紙の改質を行うことができる。
【００６９】
さらに、カチオン化剤は、ポリアミドエピクロロヒドリン樹脂、ポリアミンエピクロロヒドリン樹脂、ポリアミドポリアミンエピクロロヒドリン樹脂、及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種を含む。したがって、濾材のゼータ電位をより向上させることができる。
【００７０】
さらに、濾材の質量に対して０．１〜２０質量％のカチオン化剤を濾材に付着させる。したがって、濾材のゼータ電位をより向上させることができる。
【００７１】
さらに、カチオン化剤水溶液で処理された濾材に電子線を照射する。したがって、濾材のゼータ電位おさらに向上させることができる。
【００７２】
さらに、電子線の照射量は、２５〜３００ｋＧｙの範囲内の値である。したがって、濾材のゼータ電位をさらに向上させることができる。
【００７３】
さらに、濾材の細孔径は、１〜７μｍの範囲内の値となる。したがって、濾材のゼータ電位がより向上し、かつ、物理的な遮蔽性能も向上する。
【００７４】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００７５】
１０      濾材
２０      第１の改質濾材
３０      第２の改質濾材
１００      ガラス繊維分散液
２００      カチオン化ガラス繊維フィルタ
【図１】
2014111234.tif 000004
【図２】
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