(57)【要約】  【課題】  イオン交換樹脂粉体の有効表面積を増加して、イオン交換機能を最大限に発揮可能にして、イオン除去効率を向上することを課題とする。  【解決手段】  少なくとも二枚のサポート材間にろ材を挟んでひだ折りしてコアの外周に周着したプリーツ型濾過体を備えたカートリッジフィルタであって、上記濾過体のろ材にイオン交換樹脂粉体を、バインダーとの界面に、粉体の収縮によって形成された微小な隙間を部分的に有して固着して成る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも二枚のサポート材間にろ材を挟んでひだ折りしてコアの外周に周着したプリーツ型濾過体を備えたカートリッジフィルタであって、上記濾過体のろ材にイオン交換樹脂粉体を、バインダーとの界面に、粉体の収縮によって形成された微小な隙間を部分的に有して固着したことを特徴とするイオン除去用カートリッジフィルタ。
【請求項２】
少なくとも二枚のサポート材間にろ材を挟んでひだ折りしてコアの外周に周着したプリーツ型濾過体を備えたイオン除去用カートリッジフィルタの製造方法であって、上記濾過体のろ材にイオン交換樹脂粉体をバインダーで以て固着した後、当該粉体とバインダーとの界面に微小な隙間を部分的に形成するよう、活性化処理をすることを特徴とするイオン除去用カートリッジフィルタの製造方法。
【請求項３】
イオン交換樹脂粉体が、弱酸性陽イオン交換樹脂粉体及び／又はイミノジ酢酸形のキレート樹脂粉体で、かつＨ形以外のイオン形であり、バインダー固着後の酸処理により、イオン形をＨ形にする請求項２に記載のイオン除去用カートリッジフィルタの製造方法。
【請求項４】
イオン交換樹脂粉体が、弱塩基性陰イオン交換樹脂粉体で、かつＯＨ形以外のイオン形であり、アルカリ処理により、ＯＨ形にする請求項１に記載のイオン除去用カートリッジフィルタの製造方法。
【請求項５】
バインダーが、ポリエチレン系樹脂であり、エポキシ基を有するグリシジルメタクリレートのエチレンコポリマー又はエチレンターポリマーを、重量比で５％〜２０％添加して成る請求項２に記載のイオン除去用カーートリッジフィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の精密濾過に使用するプリーツ型濾過体を備えたカートリッジフィルタであって、さらに詳しくは液中のイオンを除去可能にしたイオン除去用カートリッジフィルタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、液体の精密濾過には、プリーツ型濾過体を備えたカートリッジフィルタが用いられている。この種カートリッジフィルタは、上下端に液密に封着したエンドプレートを備えた外周カバー内に、円筒形のコアの外周に周着したプリーツ型濾過体を組み込んで成る。上記プリーツ型濾過体は、少なくとも二枚のサポート材間に不織布や多孔質フィルムから成るろ材を挟んで長さ方向にひだ折り加工して円筒形に丸めてコア外周に配したものである。
【特許文献１】特開平１１−９９３０７号公報  また、液中のイオンを除去するカートリッジフィルタには、ろ材の構成繊維にイオン交換樹脂粉体をバインダーで以て固着する手段が採用されている。しかし、従来技術によるときは、イオン交換樹脂粉体がバインダーによって少なからず被覆されるため、処理液との接触面積（以下、有効表面積という）が極めて少なくなる傾向にあった。従って、イオン交換機能を十分に発揮することができず、イオン除去効率を向上することが困難であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、イオン交換樹脂粉体の有効表面積を増加して、イオン交換機能を最大限に発揮可能にして、イオン除去効率を向上することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の発明であるイオン除去用カートリッジフィルタは、少なくとも二枚のサポート材間にろ材を挟んでひだ折りしてコアの外周に周着したプリーツ型濾過体を備えたカートリッジフィルタであって、上記濾過体のろ材にイオン交換樹脂粉体を、バインダーとの界面に、粉体の収縮によって形成された微小な隙間を部分的に有して固着したことを特徴とする。
【０００５】
また、第２の発明であるイオン除去用カートリッジフィタの製造方法は、少なくとも二枚のサポート材間にろ材を挟んでひだ折りしてコアの外周に周着したプリーツ型濾過体を備えたイオン除去用カートリッジフィルタの製造方法であって、上記濾過体のろ材に、イオン交換樹脂粉体をバインダーで固着した後、当該粉体とバインダーとの界面に微小な隙間を部分的に形成するよう、活性化処理をすることを特徴とする。
【０００６】
この発明において、イオン交換樹脂粉体とバインダーとの界面に、当該粉体の収縮による微小な隙間を部分的に形成する点を考慮すると、イオン交換樹脂粉体を、イオン形がＨ形以外、好ましくはＮａ形である、カルボン酸形の弱酸性陽イオン交換樹脂粉体及び／又はイミノジ酢酸形のキレート樹脂粉体にし、酸処理（塩酸などの鉱酸）によりイオン形をＨ形にする構成が好適である。
【０００７】
また、イオン交換樹脂粉体を、イオン形がＯＨ形以外、好ましくはＣＯ3 形又はＨＣＯ3 形である弱塩基性陰イオン交換樹脂粉体にして、アルカリ処理（水酸化ナトリウム）によりＯＨ形にする構成にすると、純水洗浄に要する時間が大幅に短縮されるため好適である。
【０００８】
バインダーは、イオン交換樹脂粉体を部分的に点又は線接触して固着することを勘案すると、ポリエチレン樹脂に、エポキシ基を有するグリシジルメタクリレートのエチレンコポリマー又はエチレンターポリマーを、重量比で５％〜２０％添加して成る構成にするのが好適である。この構成にすると、エポキシによる架橋効果により、バインダーの化学的接着力を向上することができる。５％未満にすると化学的接着力の向上の点で効果が生じ難くなる傾向になり、２０％を越えるとポリエチレンの有している耐有機溶媒性が低下する傾向になる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のイオン除去用カートリッジフィルタによるときは、イオン交換樹脂粉体とバインダーとの界面に、微小な隙間が部分的に存在するから、イオン交換樹脂粉体の有効表面積が大幅に増加する。よって、処理液がイオン交換樹脂粉体の露出している部分以外でも接触可能となり、イオン交換樹脂粉体のイオン交換機能が十分に発揮され、イオン除去効率を向上することができる。
【００１０】
また、本発明のイオン除去用カートリッジフィルタの製造方法によるときは、濾過体のろ材に固着したイオン交換樹脂粉体とバインダーとの界面に、微小な隙間を部分的に形成することができる。よって、イオン交換樹脂粉体の有効表面積が増加して、イオン除去効率を向上したカートリッジフィルタを簡単に製造することができる。
【００１１】
ところで、イオン交換樹脂は、活性化処理することにより、その対イオンの種類によって体積が変化する。例えば、弱酸性陽イオン交換樹脂の場合、Ｎａ形からＨ形にすると、元の体積の１０％〜５０％程度が収縮した状態となる。一方、粉体を固定するバインダーは体積変化しない。このため、粉体とバインダーとの界面に、微細な隙間が部分的に形成されるのである。ここで、微小な隙間が点在するとは、イオン交換樹脂粉体がバインダーと必要最小限度の接点で固着されている状態を意味し、当該粉体とバインダーとの界面の全てに隙間が存在していることを意味するものではない。
【００１２】
本発明において、イオン交換樹脂粉体は、市販のイオ交換樹脂を衝撃式粉砕機、ジェットミル、ポットミルなどによりカートリッジフィルタの濾過体のろ材に均一に固着できる大きさに粉砕したものである。その大きさとしては、平均粒径が１μｍ〜５０μｍ、好ましくは５μｍ〜３０μｍの範囲が好適である。
【００１３】
ろ材としては、イオン交換樹脂粉体を固着するバインダーが接着し得る不織布又は多孔質膜を用いることができ、具体的には、例えば、ＰＰ、ＰＥ、ＰＴＦＥ、ＰＥＳ（ポリエーテルサルホン）、セルロースアセテートなどを用いることができる。
【００１４】
ろ材の細孔径としては、１μｍ〜１００μｍ、好ましくは３μｍ〜５０μｍ、さらに好ましくは５μｍ〜２０μｍの範囲がよい。１μｍ未満になると、イオン交換樹脂粉体の固着による初期圧力損失が大きくなりすぎて実用上不適である。また１００μｍを越えると、処理液がイオン交換樹脂粉体に接触せずに流れ易くなって、イオン除去効率が低下する傾向になる。
【００１５】
イオン交換樹脂粉体を固着するバインダーとしては、濾過体のろ材に接着可能なものであればよいが、熱可塑性樹脂の中でも、エチレン系樹脂（エチレン・ブテン共重合体、エチレン・ヘキセン共重合体、エチレン・アクリル酸エステル・無水マレイン酸３元共重合体、エチレン・グリシジルメタクリレートコポリマー、エチレン・グリシジルメタクリレートターポリマー）やポリプロピレン系樹脂、フッソ系樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン系樹脂｛スチレン・エチレン・ブチレン・スチレンブロック共重合体（ＳＥＢＳ）、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体（ＳＢＳ）、スチレン・ブタジエン・ブチレン・スチレン（ＳＢＢＳ）｝やウレタン樹脂、シリコン樹脂（脱オキシムタイプ、脱アルコールタイプ及び付加タイプ）が好ましく、必要に応じて単独又は２種類以上を混合した状態で使用してもよい。これらのバインダーをろ材に付着加工すると、有機溶媒が蒸発する際、蒸発に伴って多数の微細孔がバインダーに形成される。よって、処理液がこれらの微細孔を通じてイオン交換樹脂と自由に接触可能となり、イオン交換反応をより一層効率的に行うことができる。
【００１６】
これらの中でも特にオレフィン系樹脂系、なかでもろ材の柔軟性、耐有機溶剤性、経済性、作業性の点を考慮するとポリエチレン樹脂が好適である。
【００１７】
というのは、洗浄工程などに使用される極性溶媒や電子工業用原料の希釈などの有機溶媒、例えば、ＮＭＰ（Ｎメチル２ピロリドン）、ＭＥＡ（モノエタノールアミン）、ハイドロフルオロエーテル（住友スリーエム社製）、ＰＧＭＥＡ（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）、ＧＢＬ（γ−ブチロラクトン）に対して溶解や膨潤などの物理変化が殆どなく、安定した性能を発揮することができるからである。
【００１８】
ところで、本発明のカートリッジフィルタは、図１に示すように、イオン交換樹脂粉体１とバインダー２との界面に、微小な隙間３が部分的に存在し、イオン交換樹脂粉体がバインダー樹脂と複数の接着箇所４のみで固着されている。
【００１９】
このため、使用条件によっては、流速による液圧などによって、イオン交換樹脂粉体が流出し易くなることも考えられる。この点を考慮すると、ポリエチレン樹脂に、エポキシ基を有するグリシジルメタクリレートのエチレンコポリマー又はエチレンターポリマーを、重量比で５％〜２０％添加することにより、化学的接着力を向上するのが好ましい。
【００２０】
イオン交換樹脂粉体をろ材に固着する手段としては、スプレー散布法、含浸法、コーティング法などいずれの方法でも良い。これらの方法でイオン交換樹脂粉体を固着したろ材をプリーツ状にひだ折り加工して、円筒形のコアの外周に周着して濾過体を形成し、これを外周カバー内に組み込んでカートリッジフィルタを製造することができる。
【００２１】
また、イオン交換樹脂粉体を分散したバインダー液を、予め成形したカートリッジフィルタの流入側から流出側へと吸引処理することにより、濾過体のろ材に固着することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下の実施例１−５及び比較例１において、ろ材は、外周カバーの直径５５ｍｍ、円筒高さ６５ｍｍのカートリッジフィルタ（ろ過精度１０μｍ、ろ材幅６ｃｍ、ひだ幅１０ｍｍ、山数７５、ろ材面積９００ｃｍ2 ）のＰＰ製不織布を用いた。
【実施例１】
【００２３】
弱酸性陽イオン交換樹脂の代表としてカルボン酸を交換基とする弱酸性陽イオン交換樹脂（イオン形Ｎａ＋形）を機械式粉砕機にて粉砕し、平均粒径２２μｍの粉体を得た。この粉体をＰＰ製ろ材にオレフィン系バインダーのキシレン希釈液を用いて７．０ｇ均一に付着し、乾燥により有機溶剤を蒸発させて固着した。その後、十分な量の１Ｎ（規定）塩酸液にカートリッジを浸漬、十分に通液してＨ基に変換し、純水で十分に洗浄した後、乾燥を行った。
【実施例２】
【００２４】
イミノジ醋酸形キレート樹脂（イオン形ＮＨ4 ＋）を機械式粉砕機にて粉砕し、平均粒径１８μｍの粉体を得た。この粉体を実施例１と同様に、オレフィン系バインダーのキシレン希釈液を用いてＰＰ製ろ材に７．０ｇ均一に付着し、乾燥により有機溶剤を蒸発させて固着した。その後、十分な量の１Ｎ（規定）塩酸液にカートリッジを浸漬、十分に通液してＨ基に変換し、純水で十分に洗浄した後、乾燥を行った。
【実施例３】
【００２５】
ポリアミン中塩基性陰イオン交換樹脂（イオン形Ｃｌ−）を機械式粉砕機にて粉砕し、平均粒径２０μｍの粉体を得た。この粉体を実施例１と同様に、ＰＰ製ろ材にオレフィン系バインダーのキシレン希釈液を用いて７．０ｇ均一に付着し、乾燥により有機溶剤を蒸発させて固着した。その後、十分な量の１Ｎ（規定）水酸化ナトリウム液にカートリッジを浸漬、十分に通液してＯＨ基に変換し、純水で十分に洗浄した後、乾燥を行った。ここで、中塩基性とは、塩基性の強さが弱、中、強と分けた場合に中程度という意味である。
【実施例４】
【００２６】
ポリアミン中塩基性陰イオン交換樹脂（イオン形Ｃｌ−）を５％炭酸水素ナトリウム液に浸漬してイオン形をＨＣＯ3 −に変換した後、機械式粉砕機にて粉砕し、平均粒径２０μｍの粉体を得た。この粉体を実施例１と同様に、ＰＰ製ろ材にオレフィン系バインダーのキシレン希釈液を用いて７．０ｇ均一に付着し、乾燥により有機溶剤を蒸発させて固着した。その後、十分な量の１Ｎ（規定）水酸化ナトリウム液にカートリッジを浸漬、十分に通液してＯＨ基に変換し、純水で十分に洗浄した後、乾燥を行った。
【実施例５】
【００２７】
イミノジ形キレート樹脂（イオン形ＮＨ4 ＋）を機械式粉砕機にて粉砕し、平均粒径２２μｍの粉体を得た。この粉体を実施例１と同様に、ＰＰ製ろ材にＳＥＢＳ系バインダーのキシレン希釈液を用いて７．０ｇ均一に付着し、乾燥により有機溶剤を蒸発させて固着した。その後、十分な量の１Ｎ（規定）塩酸液にカートリッジを浸漬、十分に通液してＨ基に変換し、純水で十分に洗浄した後、乾燥を行った。
(比較例１)
【００２８】
ポリアミン中塩基性陰イオン交換樹脂（イオン形Ｃｌ−）を１Ｎ（規定）水酸化ナトリウム液によりイオン形をＯＨ形に再生し、機械式粉砕機にて粉砕し、平均粒径２０μｍの粉体を得た。この粉体を実施例１と同様に、ＰＰ製ろ材にオレフィン系バインダーのキシレン希釈液を用いて７．０ｇ均一に付着し、乾燥により有機溶剤を蒸発させて固着した。
【００２９】
実施例３、４及び比較例１で得られた陰イオン交換樹脂固着カートリッジフィルタを用いて、塩素イオン除去性能の比較試験を次の方法によって行った。
【００３０】
各カートリッジフィルタをイソピルアルコールに浸した後、純水で置換し、フィルタのろ材を十分に濡らした後、０．０１ｍｏｌ／Ｌの塩酸を１００ｍｏｌ／ｍｉｎの割合で１Ｌまで通液し、１００ｍｏｌ毎にろ過液をサンプリングした。サンプリングした液を中和滴定により、交換された塩素イオンを定量した。その結果を図２に示す。
【００３１】
図２の結果から明らかなように、実施例は比較例に比較して、イオン除去効率が大幅に向上することが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】イオン交換樹脂粉体の固着状態を示す概略模式断面図である。
【図２】実施例と比較例とのイオン除去効率の比較説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  イオン交換樹脂粉体
２  バインダー
３  微小な隙間
４  イオン交換樹脂粉体とバインダーとの接着箇所
【図１】
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【図２】
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