JP3554594B2 - 耐酸性フィルター - Google Patents
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- Filtering Materials (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明の耐酸性フィルターは、都市ゴミ焼却炉の排ガス、工場排気ガス等の排ガス中の微粒子を捕集するバッグフィルター等に利用される。
【０００２】
【従来の技術】
現在、集塵用フィルターとして種々のフィルターが知られている。特に、耐熱性フィルターとしては、例えば「炭素繊維を主としたウエッブをフィルタークロス使用時の表側にあたる層に配し、他の層には、有機耐熱性繊維からなるウエッブを配して、耐スパッタリング性を持たせた集塵用ニードルフィルタークロス。」（実開昭５９−１６２９１３号公報）などが知られている。一般に集塵用フィルター用繊維として、よく利用されているのは金属繊維、ガラス繊維等であるが、特にメタ型アラミド繊維がよく利用されている。
【０００３】
メタ型アラミド繊維は，耐熱性に優れ、それを活かし、高温状態に暴露される分野で広く使用されている。都市ゴミ焼却炉などの排ガス中の微粒子などを捕集するバッグフィルターの素材として広く使用されている。しかしながら、排ガス中には硫酸ミスト、塩酸ミストなどが含有されており、長期間高温状態で運転されるため、濾過布が劣化し、途中でバッグが破損するなどのトラブルが発生することがある。それを防止するために、濾過布をＮ−メチロール系樹脂で被覆する（特公昭５１−３４５８６号公報）ことや、濾過布をアルミナなどの無機微粒子及びフッ素系樹脂で被覆加工することが提案されているが（特公平４−６０６８５号公報）、運転条件によっては、万全ではない。そこで、発明者らは、鋭意検討した結果、本発明に至ったものである。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は以上の事情を背景としてなされたものである。本発明の目的は、より過酷な酸性雰囲気中においても、フィルターを構成する繊維の特性を損なうことなく、フィルターとしての特性を発揮できる耐酸性フィルターを提供することにある。
【０００５】
【発明の構成】
すなわち本発明は「（請求項１） スクリムにフェルトが一体成型されてなるフィルターにおいて、スクリムが、予めフッ素系樹脂にブロックドポリイソシアネート化合物及びフェノールノボラック化合物を配合した加工剤を付与されたスクリムであることを特徴とする耐酸性フィルター。
（請求項２） フィルターが、更に、無機微粒子を含有するフッ素系樹脂で処理された請求項１記載の耐酸性フィルター。
（請求項３） スクリムがメタ型アラミド繊維からなる請求項１または２記載の耐酸性フィルター。
（請求項４） フェルトがメタ型アラミド繊維からなる請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐酸性フィルター。」である。
【０００６】
スクリム或いはフェルトを構成する繊維は耐熱性フィルター用として従来知られている繊維であり、例えば炭素繊維、金属繊維、ガラス繊維、有機耐熱性繊維などである。有機耐熱性繊維としてはメタ型アラミド繊維、ポリフェニレントリアゾール繊維、ポリオキシジアゾール繊維、ポリイミド繊維、ポリベンゾイミダゾール繊維などである。メタ型アラミドとは、メタ型芳香族ジアミンとメタ型芳香族ジカルボン酸との反応により生成するポリマー或いはそのコポリマーである。典型的な例はメタフェニレンジアミンとイソフタル酸ジクロライドとの反応により生成するポリメタフェニレンイソフタルアミドを主成分とするポリマーである。
【０００７】
スクリムの加工、フェルトの加工に適用するフッ素系樹脂とは、四フッ化エチレン（略称：ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・パーフルオロビニルエーテル共重合体（略称：ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体などである。これらのフッ素系樹脂を微粒子化し、水に分散させたディスパージョンが表面処理剤として使用される。架橋成分として添加されるブロックドポリイソシアネート化合物とは、ポリイソシアネート化合物とブロック化剤との付加物であり、加熱によりブロック成分が遊離して活性なポリイソシアネート化合物を生ぜしめるものである。ポリイソシアネート化合物としては、例えばトリレンジイソシアネート、メタフェニレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネート等のポリイソシアネート、或いはこれらのポリイソシアネートと、活性水素原子を２個以上有する化合物、例えばトリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等とをイソシアネート基（−ＮＣＯ）とヒドロキシル基（−ＯＨ）の比が１を越えるモル比で反応させて得られる末端イソシアネート基含有のポリアルキレングリコールアダクトポリイソシアネートなどが挙げられる。特にトリレジンイソシアネートジ、フェニルメタンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルイソシアネートの如き芳香族ポリイソシアネートが優れた性能を発現するので好ましい。
【０００８】
ブロック化剤としては、例えばフェノール、チオフェノール、クレゾール、レゾルシノール等のフェノール類、ジフェニルアミン、キシリジン等の芳香族第２級アミン類、フタル酸イミド類、カプロラクタム、バレロラクタム等のラクタム類、アセトキシム、メチルエチルケトンオキシム、シクロヘキサンオキシム等のオキシム類および酸性亜硫酸ソーダなどを用いる。
【０００９】
本発明では、更に耐熱性を有するクレゾールノボラック型エポキシ化合物を添加配合するが、これは次式（化１）で表されるものである。
【００１０】
【化１】
【００１１】
上記（化１）を満足する化合物としては分子量１２００〜１３００、エポキシ価４．０〜４．５ｅｑ／ｋｇのものが好ましい。
【００１２】
フィルターの耐酸加工に使用する無機微粒子としては、アルミナゾルが好ましい。他の無機微粒子でも効果はあるが、処理後の加工布の硬さが増加するなどの問題を生ずる。ここで言うアルミナゾルとは、５〜２００ｍμのコロイドの大きさを有するアルミナ水和物であり、重合粒子が水中の陰イオンを安定剤として分散している液体である。特に、羽毛状粒子の集合体が好ましい。この羽毛状粒子の１個は約６０万個のアルミナが重合して出来たものであり、それだけ耐熱性、耐薬品性に優れている。コロイドに安定性を付与するため、陰イオンが粒子の表面及びその近傍に配位されてなる水溶液である。粒子形状は、羽毛状だけではなく、球状のものなども用いることができる。
【００１３】
本発明の製造方法は、例えば、先ず、フィルターを構成する基布に、フッ素系樹脂に架橋成分としてブロックドポリイソシアネート化合物及びクレゾールノボラック型エポキシ化合物を添加した樹脂を付与し、それに繊維のカット綿を配し、ニードルパンチングを行いフェルトを作る。次いで、先ず羽毛状粒子の形態を有するアルミナゾルを含浸により付与し、乾燥後、引き続きフッ素系樹脂を含浸処理し、マングルで絞り、乾燥し、熱処理を行うことにより、適度な硬さと樹脂付着量を有する耐酸性フィルターを得た。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の耐酸性フィルターを、各種焼却炉のフィルターに用いると、焼却排ガス中に含有される、硫酸ミスト、塩酸ミストに高温雰囲気中で暴露されても、使用している繊維材料は化学劣化を受けることなく、本来の性能を維持発揮できる。
【００１５】
以下、実施例により、本発明を具体的に説明する。
【００１６】
【実施例１〜４、比較例１〜４】
メタ型アラミド繊維（商品名：コーネックス、帝人株式会社製）からなるスクリム；タテ、ヨコとも１０００デニール（撚り数；１２０回／ｍ）の繊維からなる平織り物（タテ、ヨコとも、１３〜１５本／インチ）を、ＰＴＦＥ水分散液（商品名：Ｄ−１、ダイキン工業株式会社製、濃度６０％）１００ｇに、ブロックドポリイソシアネート（商品名：プロミネートＸＣ９４５、武田薬品工業株式会社製、濃度３９％）２０ｇとフェノールノボラックエポキシ化合物（商品名；ＥＭ１２５、ナガセ化成株式会社製、濃度２５％）１５ｇを添加配合した加工剤中に浸漬、絞りを繰り返し、樹脂分を繊維重量対比１５％付着させ、１４０℃で乾燥させる。次いで、このスクリムを基布として、その両側に、同じくメタ型アラミド繊維（商品名：コーネックス、帝人株式会社製）の、単糸繊度０．７５〜５デニール、繊維長３６〜７２ｍｍのカット綿を、目付け５００ｇ／ｍ2 となるように配し、ニードルパンチングを行い、フェルトを作製した。
【００１７】
次に、このフェルトを羽毛状アルミナゾルの水分散液（商品名；日産化学株式会社製、濃度１０％）中に浸漬、絞りを行い、１５０℃で乾燥させ、繊維重量に対し１５％付着させた。次いで、ＰＴＦＥ水分散液（商品名：Ｄ−１、ダイキン工業株式会社製、濃度６０％）の８％液中に浸漬、絞りを行い、１５０℃で乾燥、引き続き２５０℃で熱処理を行い、繊維重量に対し１０％の樹脂を付着させた。
【００１８】
得られた耐酸性フィルターの耐酸性能をモデル的に評価すると、その性能が大幅に向上しており、実際に焼却炉で排ガスの集塵フィルターに使用したときの耐久性も大幅に向上した。
＜耐酸性モデル評価法＞
耐酸性フィルターサンプルを、７％硫酸水溶液中に浸漬し、８０ｍｍＨｇの減圧雰囲気中で３時間保持し、耐酸性フィルターのフェルト内部にまで均一に硫酸を浸透させる。その後、取り出し、表面に付着した硫酸を軽く拭き取り、そのまま、１５０℃の熱風乾燥機中で１時間保持した。この処理前後での、フェルトの強度変化から耐酸性能を評価した。結果を表１に示す。
【００１９】
【表１】
【００２０】
Ｆ：ＰＴＦＥ樹脂水分散液
ｉＣｙ：ブロックドイソシアネート化合物
Ｅｐ：クレゾールノボラック樹脂
アルミナはアルミナゾルを意味する。
【００２１】
比較例は、本発明の要件である、加工剤中の成分が全て配合されていない場合、もしくは表面加工されていない場合の性能を表している。表からも判る様に、本発明の効果は顕著である。
【産業上の利用分野】
本発明の耐酸性フィルターは、都市ゴミ焼却炉の排ガス、工場排気ガス等の排ガス中の微粒子を捕集するバッグフィルター等に利用される。
【０００２】
【従来の技術】
現在、集塵用フィルターとして種々のフィルターが知られている。特に、耐熱性フィルターとしては、例えば「炭素繊維を主としたウエッブをフィルタークロス使用時の表側にあたる層に配し、他の層には、有機耐熱性繊維からなるウエッブを配して、耐スパッタリング性を持たせた集塵用ニードルフィルタークロス。」（実開昭５９−１６２９１３号公報）などが知られている。一般に集塵用フィルター用繊維として、よく利用されているのは金属繊維、ガラス繊維等であるが、特にメタ型アラミド繊維がよく利用されている。
【０００３】
メタ型アラミド繊維は，耐熱性に優れ、それを活かし、高温状態に暴露される分野で広く使用されている。都市ゴミ焼却炉などの排ガス中の微粒子などを捕集するバッグフィルターの素材として広く使用されている。しかしながら、排ガス中には硫酸ミスト、塩酸ミストなどが含有されており、長期間高温状態で運転されるため、濾過布が劣化し、途中でバッグが破損するなどのトラブルが発生することがある。それを防止するために、濾過布をＮ−メチロール系樹脂で被覆する（特公昭５１−３４５８６号公報）ことや、濾過布をアルミナなどの無機微粒子及びフッ素系樹脂で被覆加工することが提案されているが（特公平４−６０６８５号公報）、運転条件によっては、万全ではない。そこで、発明者らは、鋭意検討した結果、本発明に至ったものである。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は以上の事情を背景としてなされたものである。本発明の目的は、より過酷な酸性雰囲気中においても、フィルターを構成する繊維の特性を損なうことなく、フィルターとしての特性を発揮できる耐酸性フィルターを提供することにある。
【０００５】
【発明の構成】
すなわち本発明は「（請求項１） スクリムにフェルトが一体成型されてなるフィルターにおいて、スクリムが、予めフッ素系樹脂にブロックドポリイソシアネート化合物及びフェノールノボラック化合物を配合した加工剤を付与されたスクリムであることを特徴とする耐酸性フィルター。
（請求項２） フィルターが、更に、無機微粒子を含有するフッ素系樹脂で処理された請求項１記載の耐酸性フィルター。
（請求項３） スクリムがメタ型アラミド繊維からなる請求項１または２記載の耐酸性フィルター。
（請求項４） フェルトがメタ型アラミド繊維からなる請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐酸性フィルター。」である。
【０００６】
スクリム或いはフェルトを構成する繊維は耐熱性フィルター用として従来知られている繊維であり、例えば炭素繊維、金属繊維、ガラス繊維、有機耐熱性繊維などである。有機耐熱性繊維としてはメタ型アラミド繊維、ポリフェニレントリアゾール繊維、ポリオキシジアゾール繊維、ポリイミド繊維、ポリベンゾイミダゾール繊維などである。メタ型アラミドとは、メタ型芳香族ジアミンとメタ型芳香族ジカルボン酸との反応により生成するポリマー或いはそのコポリマーである。典型的な例はメタフェニレンジアミンとイソフタル酸ジクロライドとの反応により生成するポリメタフェニレンイソフタルアミドを主成分とするポリマーである。
【０００７】
スクリムの加工、フェルトの加工に適用するフッ素系樹脂とは、四フッ化エチレン（略称：ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・パーフルオロビニルエーテル共重合体（略称：ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体などである。これらのフッ素系樹脂を微粒子化し、水に分散させたディスパージョンが表面処理剤として使用される。架橋成分として添加されるブロックドポリイソシアネート化合物とは、ポリイソシアネート化合物とブロック化剤との付加物であり、加熱によりブロック成分が遊離して活性なポリイソシアネート化合物を生ぜしめるものである。ポリイソシアネート化合物としては、例えばトリレンジイソシアネート、メタフェニレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネート等のポリイソシアネート、或いはこれらのポリイソシアネートと、活性水素原子を２個以上有する化合物、例えばトリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等とをイソシアネート基（−ＮＣＯ）とヒドロキシル基（−ＯＨ）の比が１を越えるモル比で反応させて得られる末端イソシアネート基含有のポリアルキレングリコールアダクトポリイソシアネートなどが挙げられる。特にトリレジンイソシアネートジ、フェニルメタンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルイソシアネートの如き芳香族ポリイソシアネートが優れた性能を発現するので好ましい。
【０００８】
ブロック化剤としては、例えばフェノール、チオフェノール、クレゾール、レゾルシノール等のフェノール類、ジフェニルアミン、キシリジン等の芳香族第２級アミン類、フタル酸イミド類、カプロラクタム、バレロラクタム等のラクタム類、アセトキシム、メチルエチルケトンオキシム、シクロヘキサンオキシム等のオキシム類および酸性亜硫酸ソーダなどを用いる。
【０００９】
本発明では、更に耐熱性を有するクレゾールノボラック型エポキシ化合物を添加配合するが、これは次式（化１）で表されるものである。
【００１０】
【化１】
上記（化１）を満足する化合物としては分子量１２００〜１３００、エポキシ価４．０〜４．５ｅｑ／ｋｇのものが好ましい。
【００１２】
フィルターの耐酸加工に使用する無機微粒子としては、アルミナゾルが好ましい。他の無機微粒子でも効果はあるが、処理後の加工布の硬さが増加するなどの問題を生ずる。ここで言うアルミナゾルとは、５〜２００ｍμのコロイドの大きさを有するアルミナ水和物であり、重合粒子が水中の陰イオンを安定剤として分散している液体である。特に、羽毛状粒子の集合体が好ましい。この羽毛状粒子の１個は約６０万個のアルミナが重合して出来たものであり、それだけ耐熱性、耐薬品性に優れている。コロイドに安定性を付与するため、陰イオンが粒子の表面及びその近傍に配位されてなる水溶液である。粒子形状は、羽毛状だけではなく、球状のものなども用いることができる。
【００１３】
本発明の製造方法は、例えば、先ず、フィルターを構成する基布に、フッ素系樹脂に架橋成分としてブロックドポリイソシアネート化合物及びクレゾールノボラック型エポキシ化合物を添加した樹脂を付与し、それに繊維のカット綿を配し、ニードルパンチングを行いフェルトを作る。次いで、先ず羽毛状粒子の形態を有するアルミナゾルを含浸により付与し、乾燥後、引き続きフッ素系樹脂を含浸処理し、マングルで絞り、乾燥し、熱処理を行うことにより、適度な硬さと樹脂付着量を有する耐酸性フィルターを得た。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の耐酸性フィルターを、各種焼却炉のフィルターに用いると、焼却排ガス中に含有される、硫酸ミスト、塩酸ミストに高温雰囲気中で暴露されても、使用している繊維材料は化学劣化を受けることなく、本来の性能を維持発揮できる。
【００１５】
以下、実施例により、本発明を具体的に説明する。
【００１６】
【実施例１〜４、比較例１〜４】
メタ型アラミド繊維（商品名：コーネックス、帝人株式会社製）からなるスクリム；タテ、ヨコとも１０００デニール（撚り数；１２０回／ｍ）の繊維からなる平織り物（タテ、ヨコとも、１３〜１５本／インチ）を、ＰＴＦＥ水分散液（商品名：Ｄ−１、ダイキン工業株式会社製、濃度６０％）１００ｇに、ブロックドポリイソシアネート（商品名：プロミネートＸＣ９４５、武田薬品工業株式会社製、濃度３９％）２０ｇとフェノールノボラックエポキシ化合物（商品名；ＥＭ１２５、ナガセ化成株式会社製、濃度２５％）１５ｇを添加配合した加工剤中に浸漬、絞りを繰り返し、樹脂分を繊維重量対比１５％付着させ、１４０℃で乾燥させる。次いで、このスクリムを基布として、その両側に、同じくメタ型アラミド繊維（商品名：コーネックス、帝人株式会社製）の、単糸繊度０．７５〜５デニール、繊維長３６〜７２ｍｍのカット綿を、目付け５００ｇ／ｍ2 となるように配し、ニードルパンチングを行い、フェルトを作製した。
【００１７】
次に、このフェルトを羽毛状アルミナゾルの水分散液（商品名；日産化学株式会社製、濃度１０％）中に浸漬、絞りを行い、１５０℃で乾燥させ、繊維重量に対し１５％付着させた。次いで、ＰＴＦＥ水分散液（商品名：Ｄ−１、ダイキン工業株式会社製、濃度６０％）の８％液中に浸漬、絞りを行い、１５０℃で乾燥、引き続き２５０℃で熱処理を行い、繊維重量に対し１０％の樹脂を付着させた。
【００１８】
得られた耐酸性フィルターの耐酸性能をモデル的に評価すると、その性能が大幅に向上しており、実際に焼却炉で排ガスの集塵フィルターに使用したときの耐久性も大幅に向上した。
＜耐酸性モデル評価法＞
耐酸性フィルターサンプルを、７％硫酸水溶液中に浸漬し、８０ｍｍＨｇの減圧雰囲気中で３時間保持し、耐酸性フィルターのフェルト内部にまで均一に硫酸を浸透させる。その後、取り出し、表面に付着した硫酸を軽く拭き取り、そのまま、１５０℃の熱風乾燥機中で１時間保持した。この処理前後での、フェルトの強度変化から耐酸性能を評価した。結果を表１に示す。
【００１９】
【表１】
Ｆ：ＰＴＦＥ樹脂水分散液
ｉＣｙ：ブロックドイソシアネート化合物
Ｅｐ：クレゾールノボラック樹脂
アルミナはアルミナゾルを意味する。
【００２１】
比較例は、本発明の要件である、加工剤中の成分が全て配合されていない場合、もしくは表面加工されていない場合の性能を表している。表からも判る様に、本発明の効果は顕著である。
Claims (4)
- スクリムにフェルトが一体成型されてなるフィルターにおいて、スクリムが、予めフッ素系樹脂にブロックドポリイソシアネート化合物及びフェノールノボラック化合物を配合した加工剤を付与されたスクリムであることを特徴とする耐酸性フィルター。
- フィルターが、更に、無機微粒子を含有するフッ素系樹脂で処理された請求項１記載の耐酸性フィルター。
- スクリムがメタ型アラミド繊維からなる請求項１または２記載の耐酸性フィルター。
- フェルトがメタ型アラミド繊維からなる請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐酸性フィルター。
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