(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水から汚染物質を除去するための水処理器用フィルターにおいて、キレート性官能基が表面に存在する繊維からなるキレート形成性繊維を、バインダーが１．１〜２．３ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭ  Ｄ１２３８、１９０℃、１５ｋｇ  Ｌｏａｄ）のメルトインデックスを有するポリオレフィンからなるバインダーで固化したものであり、前記キレート形成性繊維が塊状物になっていることを特徴とする水処理器用フィルター。
【請求項２】
活性炭を配合した請求項１記載の水処理器用フィルター。
【請求項３】
活性炭が繊維状活性炭である請求項２記載の水処理器用フィルター。
【請求項４】
繊維を配合した請求項１〜３の何れかに記載の水処理器用フィルター。
【請求項５】
水道の蛇口に直結するタイプの水処理器に用いるフィルターである請求項１〜４の何れかに記載の水処理器用フィルター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水道水や下水、排水などに含まれる汚染物質を除去する水処理器に用いるフィルターであり、より詳しくは、水溶液中の重金属類を除去し、活性炭などと共に固化することでより効率よく汚染物質を除去することができる、水処理能力や性能に優れた水処理器用フィルターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水中の汚染物質を除去する水処理器のフィルターは、通常容器内に収納配置された吸着剤で塩素や有機物、重金属などを吸着除去し、中空糸膜でミクロサイズの汚れ、赤サビや細菌などを取る構造を有しているのが一般的である。
【０００３】
特開平７−１０９２５号公報にはキレートを形成することができる官能基を樹脂や繊維にペンダントしたものを用いて、水溶液中の重金属イオンを取り除く技術が開示されている。
【０００４】
また、活性炭、中空糸膜を用いたフィルターの具体的な構造としては、例えば円筒形の容器からなるカートリッジ内に活性炭、イオン交換樹脂、無機化合物などの吸着剤の部屋と中空糸膜の部屋とにそれぞれを収納配置し、水をカートリッジ内に導入して吸着剤の部屋へ送ってカルキ臭やカビ臭などをとり、次いで中空糸の部屋へ送り、吸着剤で取り除けなかったものを除去するというものが挙げられる（例えば、特開平１０−８５７２９号公報）。
【０００５】
また、中空糸膜からなるチューブを円筒形の容器からなるカートリッジの中心に配置してその外周側に吸着剤として活性炭を配置して、外周側から水を流し、活性炭の層を通過させた後、中空糸膜を通過させて処理済の水をカートリッジから出すという構造のものも使用されている（特開平８―７１５４１号公報）。
【０００６】
いずれの構成においても吸着剤である基材は通過せず、水のみが通過するような小径の孔を有する膜に仕切られた部屋の中に粒状もしくは繊維状で蓄えられた状態で用いられるものであった。
【０００７】
特開平２−１７９８９号公報には、多孔質プラスチック・マトリックス内に吸着剤として活性炭粒子をトラップした水処理器が開示されている。多孔質プラスチック・マトリックス中に活性炭を分散させることによって小さな粒径の活性炭を使用できるようにしたものである。
【０００８】
また、米国特許第４７５３７２８号にもポリマーで活性炭を固めたフィルターで、しかもそのポリマーとして１．０ｇ／１０ｍｉｎ未満（ＡＳＴＭ  Ｄ１２３８、１９０℃、１５ｋｇ  Ｌｏａｄ）である低メルトインデックスのポリマーを用いたものが開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
特開平７−１０９２５号公報に開示されているものは水中の重金属の除去に対して効果を発揮するが、キレートを形成できる官能基をペンダントしたキレート樹脂を用いた場合、樹脂内部への金属イオンの拡散が少ないので樹脂の質量の割には処理効率が劣るという問題がある。一方、キレート形成性繊維を用いた場合は、繊維の１本１本が金属イオンを含んだ水に触れることができ、塊状の樹脂を用いるよりも処理の効率が高いということができる。しかし、逆に塊でないことが実使用する場合の取扱いを困難にしていた。
【００１０】
特開平１０−８５７２９号公報や特開平８―７１５４１号公報に開示されたような構造のフィルターでは、中空糸膜が高価である上に、フィルター全体における中空糸膜の占める体積割合が大きく、例えばスペースや重量の面で小型にならざるを得ない蛇口直結型水処理器の交換カートリッジフィルターとして用いるには、活性炭などの吸着剤の使用量が制限される構造となっていた。
【００１１】
従って、吸着剤の使用量が制限されることによって、塩素などが取れる寿命は比較的短いのが現状であった。
【００１２】
また、吸着剤として粒状の活性炭や粒状のイオン交換樹脂などを用いると水が吸着剤の層中を通過するときに、自然と水みちがついてしまい、吸着剤を部分的にしか使うことができないので、吸着除去する性能の寿命が短くなってしまうことになる。
【００１３】
特開平２−１７９８９号公報や米国特許第４７５３７２８号公報に示すような多孔質プラスチック・マトリックス中に活性炭を分散させて固化したフィルターを用いている。このような構造にすることによって、より粒径の小さな活性炭を使うことができるので効率がよくなり、しかもフィルター全体に水の流れるようにすることができることから、活性炭による塩素などの除去性能を長持ちさせることが可能である。
【００１４】
しかし、蛇口直結型水処理器のフィルターとして使用するということについてはなんら開示されていない。また、蛇口直結型水処理器のフィルターは前記のように軽量で小型であることが求められるが、活性炭や、イオン交換樹脂などをプラスチック内に分散させたようなフィルターの場合、小型にすると塩素や重金属類などの除去性能が十分に得られないという欠点があった。また、蛇口直結型水処理器の場合、通常２．０〜３．０Ｌ／ｍｉｎ程度の流量を必要とするが、塩素や重金属類などを除去する性能を上げるために、粒径の細かい粉末状の活性炭や粒径の細かいイオン交換樹脂などを使用すると流量が十分に得られないといった問題があることがわかった。
【００１５】
そこで本発明は、水道水や下水、排水などに含まれる汚染物質を除去する水処理器フィルターにおいて、金属イオン除去が可能であるとともにその処理効率が高く、しか取扱いの面でも優れ、また、汚れや濁りも除去することができ、それらの水を処理する性能が長期にわたって維持でき、蛇口直結型水処理器のようなサイズが制限される用途においても、浄水性能が高く、しかも十分な流量が得られる水処理器用フィルターの提供を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために本発明の請求項１では、水から汚染物質を除去するための水処理器用フィルターにおいて、キレート性官能基が表面に存在する繊維からなるキレート形成性繊維を、バインダーが１．１〜２．３ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭ  Ｄ１２３８、１９０℃、１５ｋｇ  Ｌｏａｄ）のメルトインデックスを有するポリオレフィンからなるバインダーで固化したものであり、前記キレート形成性繊維が塊状物になっていることを特徴とする。
【００１７】
このようにキレート形成性繊維をポリオレフィン製のバインダーで固化することによって、キレート形成繊維をブロック体（塊状物）として扱うことができるので、フィルターとしての取扱いに優れ、様々な箇所への適用が可能である。また、バインダーは多孔質体であることから水がその内部にまで容易に浸透することができ、ブロック体としても内部のキレート形成性繊維が有効に活用でき、水処理効率が損なわれることがない。また、フィルター内に水みちを作ってしまうことがなく、全体に水の流れを行き渡らせることができるので、コンパクトでしかも塩素や重金属類などの除去性能において高い性能を得ることができる。
また、このような所定のメルトインデックスを有するポリオレフィンをバインダーとして用いることによって、バインダーが液状に溶融せずキレスト形成性繊維や活性炭などの表面を覆ってしまうことがないので、適度にバインダーとして働かせることができ、しかもより少ない量で固化することができる。そのためキレスト形成性繊維や活性炭などの吸着成分の量を多くすることができ、水を処理する性能を向上させることができる。
【００１８】
請求項２では、活性炭を配合した水処理器用フィルターとしており、キレート形成性繊維の金属イオンを除去する能力に加えて、水の濁りや臭いを除去することができる。また、活性炭もバインダーにて固化するので活性炭もキレート形成性繊維と同様に有効に活用することができる。
【００１９】
請求項３では、活性炭として繊維状活性炭を用いた水処理器用フィルターとしており、通常の活性炭を用いるよりも吸着速度が優れ、また吸着容量の点で優れている。
【００２０】
請求項４では、繊維を配合した水処理器用フィルターとしており、繊維を配合することによって、嵩が増してフィルターの空隙率を調整することができるので、より単位時間あたりの流量を調節することが容易になる。
【００２３】
請求項５では、水道の蛇口に直結するタイプの水処理器に用いるフィルターである水処理器用フィルターであり、キレート形成性繊維や活性炭などの吸着成分を有効に活用することができ、小サイズにおいても水処理能力が高いという利点を有効に生かすことができるものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の水処理器用フィルターに用いるフィルター本体の斜視図であり、図２は水処理器用フィルターの斜視図、図３は図２におけるＡ−Ａ断面図、図４は水処理器の断面図である。
【００２５】
本発明の水処理器用フィルター１に用いるフィルター本体２は、例えば図４に示すような蛇口直結型の水処理器Ｓに装着使用するものである。形状は例えば図１に示すように中心軸位置孔を有する円筒形状である。
【００２６】
水処理器用フィルター１は、前記のフィルター本体２をベースとして他のものと組み合わせて構成することができる。例えば、図２に示すものでは４５〜５０ｍｍφ×９０〜１００ｍｍ程度のサイズを有する円筒形のフィルター本体２の外周面に、濾過層３を被覆配置し、その頂面及び底面部分には不透水性のキャップ４がかぶさっており、前記フィルター本体２との間を水が通らないように水密性をもって接続されている。また、フィルター本体２と底面のキャップ４には中心軸位置に孔を有しており、水処理器用フィルター１の円筒の中心軸位置に１０〜１５ｍｍφ程度の孔５を有した構造となっている。
【００２７】
この水処理器用フィルター１を水処理器Ｓに取りつけたときの水の流れは、濾過層３側から、水を取り込み、濾過層３で大きなごみなどの汚れを取った後、水処理器用フィルター１を通過して残留塩素や有機物を吸着除去し、孔５内に湧き出して水処理器Ｓの浄水口Ｊから出されるという行程で処理が行われる。
【００２８】
一般的に水処理器Ｓには、浄水口Ｊと原水口Ｇを備えており、水の流れを矢印で示すように水道Ｗから供給された水を切替レバーＣなどによって、処理を行う経路へ水を誘導して処理した水を出す場合と、何も処理せずそのまま通過させて原水で出す場合を切りかえることができるようになっている。そして、処理する場合には、前記のような行程で処理されることになる。
【００２９】
本発明の水処理器用フィルター１に用いるフィルター本体２は、キレート性官能基が表面に存在する繊維からなるキレート形成性繊維をポリオレフィン製のバインダーで固化した多孔質成形体である。
【００３０】
上記のようなキレート性官能基が表面に存在するキレート形成性繊維は、水溶液中の金属イオンとキレート生成を行い、水中の金属イオンを捕獲する。そのために金属イオンを除去することができるものである。
【００３１】
キレート性官能基としては、金属イオンを取りこんで配位しキレート生成できるような基のことであり、例えばアシル基、アミノ基、イミノ基、チオール基の１種とカルボキシル基をともに有するものやアミノ基と２個以上のヒドロキシル基を有するキレート形成性化合物などを挙げることができる。
【００３２】
また、そのようなキレート形成性化合物の具体例としては、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミンなどのポリアミン類、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ジエチルアミン、ジブチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン等のモノアミン類、２−メルカプトエタノール、チオグリセリン、チオフェノール等のチオール類等が挙げられる。
【００３３】
またカルボキシル基とともに有するキレート形成性化合物としては、グリシン、アラニン、アスパラキン酸、グルタミン酸などのアミノ酸、イミノニ酢酸、イミノニこはく酸、エチレンジアミンニ酢酸、エチレンジアミン三酢酸、エチレンジアミンニこはく酸、チオグリコール酸、チオりんご酸、チオサリチル酸、メルカプトプロピオン酸などが挙げられる。
【００３４】
またキレート官能基を有するベースとなる繊維の種類は特に限定されるものではなく、セルロース、綿、麻、絹、毛などの天然繊維、ポリアミド、アクリル、ポリエステルなどの合成繊維、ビスコース、アセテートなどの再生繊維等が挙げられる。ほとんどの場合は、分子中にハイドロキシ基やアミノ基などの反応性官能基を有しているので、それらを用いてキレート官能基を導入することができるが、反応性官能基を有しない場合でも酸化などの手段で導入することも可能である。また、それらの形態はモノフィラメント、マルチフィラメント、紡績糸、不職布、織布、編布などどんな形態でも構わない。
【００３５】
このようなキレート形成性繊維での捕捉対象となる金属は、銅、ニッケル、コバルト、亜鉛、カルシウム、マグネシウム、鉄、スカンジウム、イットリウム、角燈、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、テクネチウム、プロメチウム、フランシウム、ラジウム、ウラン、プルトニウム、セシウムなどを挙げることができる。
【００３６】
前記バインダーとして用いられるポリオレフィンは水処理器のフィルターとしての用途として問題なく使用できるために無毒性であることが必要になるとともに、単体で成形した場合に多孔質体を形成しやすい樹脂であることが好ましい。具体的には分子量が数十万〜数百万程度の超高分子量ポリエチレンで原料の粒子径が約１００μｍ、カサ密度０．３ｇ／ｃｍ3未満の樹脂であって、メルトインデックスが、１．１〜２．３ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭ  Ｄ１２３８、１９０℃、１５ｋｇ  Ｌｏａｄ）であるものが挙げられる。
【００３７】
バインダーのメルトインデックスが、１．１ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭ  Ｄ１２３８、１９０℃、１５ｋｇ  Ｌｏａｄ）未満であると、フィルター成形時の流れが悪く、フィルター本体の基材を固めるためには、バインダーの量を多くしなければならない。そうするとフィルター内に占めるキレート形成性繊維や活性炭などの吸着成分の量が少なくなるので、水を処理する性能は低くなってしまう。
【００３８】
また、バインダーのメルトインデックスが、２．３ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭＤ１２３８、１９０℃、１５ｋｇ  Ｌｏａｄ）をこえると、フィルター成形時に溶融したポリマーが吸着成分の表面を覆ってしまい、吸着性能を阻害するので好ましくない。
【００３９】
バインダーが上記のようなメルトインデックスを有するポリマーであることによって高温において適度な粘度であるがゆえ、ブロック成形時に溶融したポリマーが吸着成分の表面を覆ってしまうことがない。また多孔質体を形成することはブロックのフィルター機能を損なわない有効な結合材である。
【００４０】
フィルター本体２の作成方法としては、次のような方法が挙げられる。所定量のキレート形成性繊維とバインダーを混合し、金型に充填後１６０℃前後の温度にて所定時間加熱、圧縮し、冷却することによってフィルター本体２を作成することができる。前記の加熱後に圧縮量を調整することによって、フィルター本体２の密度を調整することができる。
【００４１】
キレート形成性繊維の配合量は重量％で５重量％以上の量が好ましい。５重量％よりもキレート形成性繊維の量が少なくなるとフィルター中の吸着成分の量が少なくなりすぎて十分な水処理能力を得ることができず、また、バインダーの配合量は１０重量％より少なくなると固化することが困難になるので好ましくない。
【００４２】
また、キレート形成性繊維以外にも必要に応じて他のものを配合することは可能である。他に配合するものとして挙げられるのは、活性炭、繊維などである。活性炭を配合することによってキレート形成性繊維で金属イオンを除去するのに加えて、水の汚れや臭いを吸着除去することができる。活性炭は粒状のものでもよいし繊維状のものでもよいが、繊維状活性炭を用いることが吸着速度、吸着容量の面で優れているので好ましいといえる。
【００４３】
繊維を配合することによって、フィルターの嵩を増やして空隙率を高めることができる。よって必要に応じて繊維を配合し、空隙率の調整を行ってフィルターに水を流すときの流量を調整することが可能である。繊維の種類は特に限定されるものではないが、フィルター内での分散がよくなることを考慮すれば数百μｍ程度の長さの短繊維を用いることが好ましい。
【００４４】
以上のような、キレート形成性繊維とバインダーを所定の比率で混合し、しかもバインダーのメルトインデックスも前記のような所定の範囲のものを用いて活性炭などの基材との割合も所定範囲とすることによって、水の塩素や汚れなどを除去する効果が大きく、しかも重金属類を除去することができる十分な性能と能力を持ったフィルターを提供することができる。
【００４５】
濾過層３は、これを配置することで１次フィルターの役割を果たし、固化したブロック本体の早期目詰まりを防止することができる。仮に球形のもので表現するとサイズが５μｍφ相当以上のものを除去することができればよく、不織布、織布などの繊維材などを用いることができ、不織布を用いる場合は３デニール程度の繊維径を用いた厚み０．５ｍｍ程度のものを用いることができ、目付量でいえば５０〜１００ｇ／ｍ3程度である。そうすることによって、フィルター本体２にて目詰まりを起こすし易いようなサイズの汚れを除去することができるとともに濾過層３で目詰まりを起こしてしまうというような問題も防止することができる。
【００４６】
本発明の水処理器用フィルターは、水処理器の形態に関係なく上下水、排水処理などに適用することができるが、上水の処理においては蛇口直結型、据え置き型、予め台所の流し台などに組みこんだビルトイン型、携帯型にでも適用することができる。蛇口直結型のような重量やサイズ的に制限がある場合でも十分な浄水の性能を得ることができ、効果が顕著であると言える。
【００４７】
次に本発明の実施例をおよび比較例を用いて本発明の効果を確認した。
【００４８】
【実施例】
［実施例１］
実施例１としてはキレート形成性繊維（キレスト株式会社製、キレストファイバーＩＣＰ）を１０重量％、６０−１００メッシュパス粒状活性炭を７５重量％、バインダーとして１．５ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭ  Ｄ１２３８、１９０℃、１５ｋｇＬｏａｄ）の超高分子量ポリエチレン（Ｔｉｃｏｎａ  Ｇｍｂｈ製、ＨｏｓｔａｌｅｎＧＵＲ２１０５ ）を１５重量％配合し、所定の金型にて１６０℃で１時間半加熱後冷却し、圧縮量を調整し、固化した成形体ブロック密度が０．５５ｇ／ｃｍ3となるような外径φ４５×内径φ１１×長さ９２Ｌの活性炭ブロックを成形し、外円周部を不織布で巻き、その両サイドを少なくとも一方に穴を設けたポリエチレン樹脂にてキャップし水処理器用フィルターを得た。その得られた水処理器用フィルターにて鉛水溶液（濃度２．９ｐｐｍ）を２．０Ｌ／ｍｉｎの流量になるよう水圧を調整し、濾過した濾過水を（株）島津製作所製の原子吸光光度計ＡＡ−６７０型を使用して鉛の除去能力の評価を実施した。
【００４９】
［実施例２］
活性炭の代わりに天然繊維であるセルロース繊維を配合した以外は実施例１と同様に水処理器用フィルターを成形し、実施例と同様の方法にて評価を実施した。
【００５０】
［実施例３］
キレート形成性繊維（キレスト株式会社製、キレストファイバーＩＣＰ）を７５重量％、バインダーとして１．５ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭ  Ｄ１２３８、１９０℃、１５ｋｇＬｏａｄ）の超高分子量ポリエチレン（Ｔｉｃｏｎａ  Ｇｍｂｈ製、ＨｏｓｔａｌｅｎＧＵＲ２１０５ ）を２５重量％配合し、活性炭を配合しなかった以外は実施例１と同様にして、水処理器用フィルターを成形し、実施例と同様の方法にて評価を実施した。
【００５１】
［比較例１］
キレート形成性繊維の代りに無機化合物である粉末状ゼオライトを１０重量％配合した以外は実施例１と同様に水処理器用フィルターを成形し、実施例と同様の方法にて評価を実施した。
【００５２】
【表１】
0004536941.tif 000002
【００５３】
鉛濃度の示す数値の原水以外は濾過水の値である。試験時水圧は濾過流量が２．０Ｌ／ｍｉｎの流量となるときの示した値である。
【００５４】
実施例１及び２では十分に鉛が除去されているのが確認でき、かつ試験時の水圧も低く維持されている。実施例３では、更に十分に鉛が除去され鉛除去能力において優れていることが確認できる。
【００５５】
比較例１では十分に鉛が除去されているのが試験時の水圧が高く、通常１ｋｇｆ／ｃｍ２程度の水道圧では十分な流量が得られないことがわかる。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項１では、水から汚染物質を除去するための水処理器用フィルターにおいて、キレート性官能基が表面に存在する繊維からなるキレート形成性繊維を、バインダーが１．１〜２．３ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭ  Ｄ１２３８、１９０℃、１５ｋｇ  Ｌｏａｄ）のメルトインデックスを有するポリオレフィンからなるバインダーで固化したことを特徴とする。
【００５７】
このようにキレート形成性繊維をポリオレフィン製のバインダーで固化することによって、キレート形成繊維をブロック体（塊状物）として扱うことができるので、フィルターとしての取扱いに優れ、様々な箇所への適用が可能である。また、バインダーは多孔質体であることから水がその内部にまで容易に浸透することができ、ブロック体としても内部のキレート形成性繊維が有効に活用でき、水処理効率が損なわれることがない。また、フィルター内に水みちを作ってしまうことがなく、全体に水の流れを行き渡らせることができるので、コンパクトでしかも塩素や重金属類などの除去性能において高い性能を得ることができる。
また、このような所定のメルトインデックスを有するポリオレフィンをバインダーとして用いることによって、バインダーが液状に溶融せずキレスト形成性繊維や活性炭などの表面を覆ってしまうことがないので、適度にバインダーとして働かせることができ、しかもより少ない量で固化することができる。そのためキレスト形成性繊維や活性炭などの吸着成分の量を多くすることができ、水を処理する性能を向上させることができる。
【００５８】
請求項２では、活性炭を配合した水処理器用フィルターとしており、キレート形成性繊維の金属イオンを除去する能力に加えて、水の濁りや臭いを除去することができる。また、活性炭もバインダーにて固化するので活性炭もキレート形成性繊維と同様に有効に活用することができる。
【００５９】
請求項３では、活性炭として繊維状活性炭を用いた水処理器用フィルターとしており、通常の活性炭を用いるよりも吸着速度が優れ、また吸着容量の点でも優れている。
【００６０】
請求項４では、繊維を配合した水処理器用フィルターとしており、繊維を配合することによって、嵩が増してフィルターの空隙率を調整することができるので、より単位時間あたりの流量を調節することが容易になる。
【００６３】
請求項５では、水道の蛇口に直結するタイプの水処理器に用いるフィルターである水処理器用フィルターであり、キレート形成性繊維や活性炭などの吸着成分を有効に活用することができ、小サイズにおいても水処理能力が高いという利点を有効に生かすことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフィルター本体の斜視図である。
【図２】本発明の水処理気用フィルターの斜視図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】水処理器の断面図である。
【符号の説明】
１  水処理器用フィルター
２  フィルター本体
３  濾過層
４  キャップ
５  孔
【図１】
0004536941.tif 000003
【図２】
0004536941.tif 000004
【図３】
0004536941.tif 000005
【図４】
0004536941.tif 000006