(57)【要約】【課題】液中からのイオンを除去するフィルターにおいて、微量な陽イオンを分離するとともに低圧力損失でかつ繊維の脱落などによるコンタミネーションを起こさないフィルターを得る。【解決手段】平均繊維径が０．３〜５μｍのポリオレフィン系極細不織布と、平均繊維径５〜２５μｍの合繊長繊維不織布が積層された布帛を含み、かつ該布帛が無水硫酸ガス中でスルホン化加工されていることを特徴とする液中イオン分離フィルター。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均繊維径が０．３〜５μｍのポリオレフィン系極細不織布と、平均繊維径５〜２５μｍの合繊長繊維不織布が積層された布帛を含み、かつ該布帛が無水硫酸ガス中でスルホン化加工されていることを特徴とする液中イオン分離フィルター。
【請求項２】
前記の合繊長繊維不織布がポリオレフィン系長繊維不織布である、請求項１記載の液中イオン分離フィルター。
【請求項３】
前記のポリオレフィン系長繊維不織布の平均繊維径が５〜２０μｍであり、かつ前記のポリオレフィン系極細不織布が該ポリオレフィン系長繊維不織布で両面から挟んで積層されている、請求項２記載の液中イオン分離フィルター。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか1項記載の液中イオン分離フィルターが複数枚重ねて筒状体に巻き付けられてなるフィルターカートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中もしくは溶剤中に存在する微量の陽イオンを分離し、かつコンタミネーションを起こさない液中イオン分離フィルターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液中から陽イオンを除去する材料には、すでによく知られているとおり、イオン交換樹脂、平膜、中空糸膜、不織布、繊維などがある。
陽イオンを除去するためのフィルター製品として、吸着基を基材に導入した材料が開発され、浄水器、エアーフィルター、純水製造用イオン交換フィルター等に用いられている（例えば、特許文献１、２参照）。また、フィルター材として、機能性官能基を導入されたポリエチレン材料（例えば、特許文献３参照）が開示されている。
【０００３】
官能基の導入しやすさの点から、従来提案されたフィルター材の殆どがポリエチレン微多孔膜をグラフト重合したものである。しかしながら、グラフト重合は電子線照射、重合と非常に多段階で複雑な加工工程、長い加工時間を必要とする。
【０００４】
グラフト重合以外に、無水硫酸ガスとの反応によりスルホン酸基を付与させる、いわゆるスルホン化加工によって得られた、空気中から塩基性ガスを除去するための塩基性ガス除去フィルター用シート状物が特許文献４に開示されている。スルホン化加工することによって、グラフトに比較して複雑な多段階の工程を行うことなく加工が行える利点がある。しかし、超純水等の液体からのイオン分離では、イオン容量を大きくするだけでなく、微量なイオンを分離することが求められるため、より繊維径が細く、孔径の小さい繊維シートを使用する必要があるが、繊維径を細くするほどフィルターの圧力損失が高くなること、またスルホン化加工により繊維強度が低下し、繊維の脱落により超純水へのコンタミネーションとなる欠点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２７７２０１０号公報
【特許文献２】特許第３６０２６４０号公報
【特許文献３】特開平１１−２７９９４５号公報
【特許文献４】特開２００６−２３９４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、液中からのイオンを除去するフィルターであって、微量な陽イオンを分離するとともに低圧力損失でかつ繊維の脱落などによるコンタミネーションを起こさない液中イオン分離フィルターを提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意検討した結果、液中陽イオンを分離するフィルターにおいて、特定のポリオレフィン不織布等を積層し、無水硫酸ガス中でスルホン化した布帛を用いることにより、本発明に達したものである。
【０００８】
本発明は、次の構成を有する。
（１）平均繊維径が０．３〜５μｍのポリオレフィン系極細不織布と、平均繊維径５〜２５μｍの合繊長繊維不織布が積層された布帛からなり、かつ該布帛が無水硫酸ガス中でスルホン化加工されていることを特徴とする液中イオン分離フィルター。
（２）前記の合繊長繊維不織布がポリオレフィン系長繊維不織布である、上記（１）記載の液中イオン分離フィルター。
（３）前記のポリオレフィン系長繊維不織布の平均繊維径が５〜２０μｍであり、かつ前記のポリオレフィン系極細不織布が該ポリオレフィン系長繊維不織布で両面から挟んで積層されている、上記（２）記載の液中イオン分離フィルター。
（４）上記（１）〜（３）のいずれかに記載の液中イオン分離フィルターが複数枚重ねて筒状体に巻き付けられてなるフィルターカートリッジ。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の液中イオン分離フィルターは、水中からのイオンを吸着分離除去するフィルターにおいて、低圧力損失で高いイオン交換容量をもつことができる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明について以下に具体的に説明する。
本発明の液中イオン分離フィルター（以下、単にフィルターと記すことがある）は、平均繊維径が０．３〜５μｍのポリオレフィン系極細不織布（以下、単に極細不織布と記すことがある）と、平均繊維径５〜２５μｍの合繊長繊維不織布（以下、単に合長不織布と記すことがある）が積層された布帛からなる。
【００１１】
ポリオレフィン系極細不織布とは、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブテン、およびこれらの混合物、またはエチレン、プロピレン、ブテン、ヘキサン、テトラフルオロエチレンの２種以上の共重合物等からなる不織布である。これらのうち、ポリプロピレンが不織布として製造しやすく、耐薬品性、機械的強度面から好ましい。
【００１２】
該極細不織布は、平均繊維径０．３〜５μｍの極細繊維からなることを特徴とする。このような極細繊維を含有することによって、高いイオン交換性能を発現でき、スルホン化加工後にも十分な繊維強度が保持できる。より好ましくは０．５〜２μｍである。０．３μｍ未満では、スルホン化処理後の繊維強度が弱くなり、フィルター材料として不適である。５μｍを超えるとイオン分離性能が低下する。
【００１３】
本発明に使用される極細繊維不織布の製法としては、０．３〜５μｍの細い繊維径を得るには、メルトブロー法、エレクトロスピニング法、フラッシュスパン法、抄造法などが挙げられるが、低圧力損失とするため嵩高く、大きな目付けを得、脱落する繊維も少なくする方法として、メルトブロー法が好適である。
本発明に使用される極細繊維不織布の目付けは、好ましくは１０〜１００ｇ／ｍ２の範囲、より好ましくは１０〜８０ｇ／ｍ２の範囲にある。
【００１４】
合繊長繊維不織布とは、合成繊維からなる長繊維不織布であり、合成繊維の種類は特に限定されないが、ポリオレフィン系繊維であることが好ましい。本発明の合長不織布の繊維径は、５〜２５μｍであり、より好ましくは５〜２０μｍである。５μｍ未満では、極細繊維不織布と積層しスルホン化加工した時の強度が得られない。２５μｍを超えると強度上の問題はないが、極細繊維不織布のプレフィルターとしてのダスト捕捉性能が低下する。また必要なイオン分離性能が得られない。
本発明に使用される合繊長繊維不織布の目付けは、好ましくは１０〜１２０ｇ／ｍ２の範囲、より好ましくは２５〜８０ｇ／ｍ２の範囲にある。
【００１５】
合繊長繊維不織布は、スパンボンド法、フラッシュ紡糸法等によって得ることができるが、強度、通気性が有り、繊維の脱落が少ない点でスパンボンド法により製造されたものが好適である。
【００１６】
本発明では、これら２種類の不織布が少なくとも１枚ずつ積層された布帛の形態で用いられる。積層方法としては、不織布を複数枚積層し、事実上一体化させる必要がある。一体化させる方法としては、圧力により一体化させる方法や各種接着剤や熱溶融樹脂をバインダーとして接着する方法等が挙げられる。例えば不織布数枚を熱カレンダー機やエンボス機により圧縮一体化させる方法や、熱融着ネットをバインダーとし熱プレスすることで複合する方法などが挙げられる。積層状態としては、上述の２種の不織布が少なくとも一枚以上ずつ積層されていれば良いが、１枚または複数枚の極細不織布が、合長不織布で挟まれて積層されていることが好ましい。この形態であれば、外層となる合長不織布がプレフィルターとして機能して、粒径の大きな不純物を除去することができ、内層となる極細不織布の目詰まり抑制効果を発現できる。また、スルホン化加工後のフィルターの強度を確保することができる。
【００１７】
本発明のポリオレフィン系極細不織布と合繊長繊維不織布とを積層してなる布帛は、フィルターの通気度、フィルター強度、イオン交換容量等が下記の要件を満たすものが好ましく、ポリオレフィン系極細不織布と合繊長繊維不織布とのそれぞれの合計の目付けの比はこれらの要件を満たすように設定されればよいが、好ましくは２０：８０〜８５：１５の範囲、より好ましくは３０：７０〜８０：２０の範囲にある。
【００１８】
また、製作上の強度を得、脱落繊維を抑えるためにそれぞれの方法を組み合わせた不織布、例えばスパンボンド合繊長繊維不織布／メルトブロー極細不織布／スパンボンド合繊長繊維不織布（ＳＭＳ）をライン上で一度に製造することにより複合化することはさらに好ましい。
また、極細不織布を複数層重ねても良い。カレンダー等の複合化処理を行うことにより目付けをさらに大きくし、イオン分離性能を向上させることが出来る。
【００１９】
本発明のフィルターは、このようにして得られた布帛を、無水硫酸ガス中でスルホン化加工して得ることを特徴とする。
本発明で用いられるスルホン化加工としては、ＳＯ３ガス、硫酸、発煙硫酸、クロルスルホン酸などのスルホン化剤を用いることが出来る。それらのうちＳＯ３ガスは、支持体となる不織布が劣化されることが少ないので好ましい。
本発明のスルホン化処理量としては、処理する不織布に対してスルホン酸基を０．５〜１０質量％付着することが好ましく、より好ましくは３〜８質量％である。１０質量％を超えると不織布の劣化が大きくなる傾向にあり、０．５質量％未満では、分離効果が得られない場合がある。
【００２０】
本発明のフィルターの通気度は、１〜３０ｃｍ３／ｃｍ２／秒であることが好ましく、より好ましくは２〜２０ｃｍ３／ｃｍ２／秒である。１ｃｍ３／ｃｍ２／秒未満では、通液性が得られずフィルターとしての圧力損失が高くなる傾向にある。また、３０ｃｍ３／ｃｍ２／秒を超えると十分なイオン分離性能を得られない場合がある。
【００２１】
本発明のフィルター強度は、１５Ｎ／５ｃｍ以上であることが好ましく、より好ましくは、２５Ｎ／５ｃｍ以上である。１５Ｎ／５ｃｍ未満では、フィルターに必要な強度を確保することが困難である場合があり、切断などにより繊維ケバの脱落などが生じる場合がある。また上限があるわけではないが、５００Ｎ／５ｃｍを超えると、不織布の厚みが大きく、剛性が高くなるので製作がしにくくなる。
【００２２】
本発明のフィルターのイオン交換容量は、０．２〜１．５ミリ当量／ｇであることが好ましく、より好ましくは、０．５〜１．５ミリ当量／ｇである。０．２ミリ当量／ｇ未満ではフィルター用途によってはイオン除去性能が不足することがある。また、１．５ミリ当量／ｇを超えるスルホン化処理の加工を行うと不織布の強度が得られず、製造が困難となる場合がある。
【００２３】
本発明のフィルターは、上述した不織布が積層された布帛形態であれば良いが、これにスルホン化加工されていない他の不織布をさらに積層して用いることもでき、また複数枚のフィルターをまとめてカートリッジとすることもできる。
本発明におけるイオン分離フィルターをカートリッジ形状にする方法については、形状等が限定されるものではないが、例えば直径３ｃｍ長さ２５ｃｍのポリオレフィン樹脂製の筒状体に本発明のイオン分離フィルターを重ねて数十層巻き付ける方法がある。重ね数を多くすることにより分離性能を上げることができる。また、内側には、スルホン化加工されていない不織布を巻き付け、その後イオン分離フィルターを１０〜２０層巻き付け、さらに外層に他の不織布を巻き付ける構造とすることもできる。
【００２４】
本発明の液中イオン分離フィルターは、軟水、工業用水からの不純物の金属イオン分離に好ましく用いることができるが、特に超純水ラインからの金属イオン分離に好適である。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。また例中の処理物の評価は、下記のようにして行った。
（１）目付
１００ｍｍ×１００ｍｍの試料を原反幅方向に１２点、長さ方向に４点採取し重量を測定しｇ／ｍ２に換算し、その平均値を求めた。
（２）平均繊維径
不織布の表面を顕微鏡写真で拡大しその繊維径を１０点実測しその平均値で示した。
（３）通気度
ＪＩＳＬ１０９６通気度試験にて測定した。（単位はｃｍ３／ｃｍ２／秒）
【００２６】
（４）強度
ＪＩＳＬ１０９６引張強度試験にてＭＤ方向の強度を測定した。（単位はＮ／５ｃｍ）
【００２７】
（５）イオン交換量
本発明の加工布を２０℃、６０％ＲＨの恒温恒湿状態で恒量し、この加工布を２Ｎ塩酸で再生処理を行い、これを４％食塩水中に投入して十分にイオン交換させた後、この加工布を取り出し、残った食塩水を水酸化ナトリウム溶液で中和滴定してイオン交換容量を求めた。
イオン交換容量（ミリ当量／ｇ）＝１規定水酸化ナトリウム滴定量（ｍｌ）／加工布重量（ｇ）
【００２８】
（６）分離効率（カドミウムイオン除去性能評価）
(i)市販のフィルターホルダー（ＡＤＶＡＮＴＥＣ社製  フィルターホルダーＫＳ２５）に本発明の陽イオン除去用フィルターをセットした。
(ii)１００ｐｐｍカドミウム標準液（和光純薬製）を純水で希釈してカドミウム１００ｐｐｂの溶液２０００ｍｌとした試料溶液を、定量ポンプを用いて８ｍｌ／分の流速で(i)に通水した。
(iii)通水後の処理液をＩＣＰ分析装置によりカドミウムイオン濃度を定量測定した。
【００２９】
（７）圧力損失
フィルターを８０ｃｍ３／ｃｍ２／分にて通液したときの圧力損失を評価した。
【００３０】
（８）脱落繊維評価
試料の入った純水の容器を超音波洗浄機で洗浄後、純水を濾過し、濾紙に残った繊維の多い、少ないを官能判定した。評価方法及び判定水準は下記のとおりである。
評価方法：試料２５ｃｍ×２５ｃｍを準備し、純水３００ｍｌの入った５００ｍｌビーカーに入れた。ＢＲＡＮＳＯＮ社製Ｂ２２１０の超音波洗浄機に、オペレーティングレベルまで水を入れ、さらに試料を入れた５００ｍｌビーカーを入れた。１５分間超音波洗浄機で洗浄後、黒色濾紙（ＡＤＶＡＮＴＥＣ  ＮＯ１３１）で濾過した。この黒色濾紙を恒温室（２０℃×６５％）に１２時間入れて乾燥させ、官能判定した。
判定水準
○：黒色濾紙にほとんど繊維屑がない
△：黒色濾紙に残った繊維屑が目立つ
×：黒色濾紙の色が消えるほどの繊維屑が残る
【００３１】
（９）総合評価
上記（４）〜（８）の項目について下記のように総合判断した。
◎：非常に優れている。
○：優れている。
×：不適である。
【００３２】
［実施例１］
ポリプロピレンを原料として公知のメルトブロー法により、平均繊維径は１．８ミクロン、目付は３０ｇ／ｍ２、の極細不織布を得た。また、ポリプロピレンを原料としてスパンボンド法により平均繊維径２０μｍ、目付３０ｇ／ｍ２の合長不織布を得た。２つの不織布を圧力（線圧）７００Ｎ／ｃｍ、常温の条件でカレンダー加工により積層複合した。その積層複合された不織布をＳＯ３にて３分間処理して、不織布に対して６質量％のスルホン酸基を付着させ、イオン交換量０．５ミリ当量／ｇのイオン分離性能を有する布帛を得た。これを液中イオン分離フィルターとして、各種試験を行った。フィルター性能試験を行うときは、繊維径の大きいポリプロピレンスパンボンドを第１層、メルトブローを第２層として試験した。評価結果を表１に示す。
【００３３】
［実施例２、３］
ポリプロピレンを原料としてメルトブロー法により平均繊維径はそれぞれ０．４μｍ（実施例２）、０．６μｍ（実施例３）で、目付はともに１５ｇ／ｍ２、の極細不織布を得た。また、ポリプロピレンを原料としてスパンボンド法により平均繊維径２０μｍ、目付３０ｇ／ｍ２の不織布を得た。極細不織布の両面をスパンボンド不織布で挟んで積層複合し、実施例１と同様の方法でスルホン化加工した。その結果、イオン交換量１．１ミリ当量／ｇ（実施例２）、１．０ミリ当量／ｇ（実施例３）の布帛を得た。これを液中イオン分離フィルターとして各種試験を行った結果を表１に示す。
【００３４】
［比較例１］
ポリプロピレンを原料としてスパンボンド法によって得られた平均繊維径２０μｍ、目付３０ｇ／ｍ２の不織布を２枚積層し、実施例１と同様の方法でスルホン化加工を行い、イオン交換量が０．２ミリ当量／ｇの布帛を得た。これを液中イオン分離フィルターとして、各種試験を行った結果を表１に示す。
【００３５】
［比較例２］
市販のポリエチレンのメンレブンを入手した。メンブレン膜の目付けは７４ｇ／ｍ２、平均繊維径は、１μｍであった。この膜を実施例１と同様のスルホン化加工を行ったところ、イオン交換量は０．１ミリ当量／ｇであった。通気度が小さく、内部までイオン交換機能を付与することが出来なかった。これを液中イオン分離フィルターとして、各種試験を行った結果を表１に示す。
【００３６】
［実施例４］
オンラインにてスパンボンド不織布／メルトブロー不織布／スパンボンド不織布となるポリプロピレン積層不織布を得た。それぞれの繊維径、目付けは、スパンボンド不織布が繊維径１７μｍ、目付３０ｇ／ｍ２、メルトブロー不織布が繊維径１．８μｍ、目付３０ｇ／ｍ２のものである。実施例１と同様の方法でスルホン化処理し、イオン交換量０．６ミリ当量／ｇの布帛を得た。これを液中イオン分離フィルターとして、各種試験を行った結果を表１に示す。
【００３７】
［実施例５］
実施例４の布帛を用いて、長さ２３５ｍｍ、直径３０ｍｍの円筒状のポリプロピレン樹脂に１５層巻きつけた。さらに外側にスルホン化していないポリプロピレンスパンボンドで目付３０ｇ／ｍ２のものを１０層巻きつけた後、円筒の上下にプレートを溶着してカートリッジを作成した。カートリッジをホルダーに装着し、流量１０Ｌ／分にて水を流したところ圧力損失が２５ｋＰａであった。また分離効率が８３％であった。
【００３８】
【表１】
2011088067.tif 000002
【００３９】
表１から明らかなように、本発明による液中イオン分離フィルターは従来技術のものに比較して優れたフィルター性能を示している。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、溶液中からイオンを分離除去するフィルターにおいて、微量な陽イオンを分離するとともに低圧力損失で、かつ繊維の脱落などによるコンタミネーションを起こさない液中イオン分離フィルターであり、好ましくは軟水、工業用水からの不純物の金属イオン分離に用いることができるが、特に超純水ラインからの金属イオン分離に好適である。