JPH0380924A - カートリッジフイルター用濾過膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、微粒子の除去性に優れ、しかも処理速度の高
いカートリッジフィルター用濾過膜に関する。

［従来の技術及びその課題］ 電子工業分野等では最近、より小さい微粒子状の不純物
の混入のない水、薬品が要求されている。微粒子の濾過
には精密濾過膜が多く用いられているが、従来は径が０
．２）１以上の粒子が除去し得れば良かった個所では、
近年０．１ｐ以下の粒子の除去が要求される様になって
きている。従来からも、０．１ｐ以下の粒子の除去の可
能なカートリッジフィルター（濾過膜）は存在している
が、濾過膜の孔径が小さくなるため処理速度が大幅に低
下してしまう問題がある。

製薬工業、食品工業、電子工業等における精密濾過に使
用されるカートリッジフィルターは、濾過面積を大きく
取るため濾過膜をジグザグ状に折り畳み、それをヒダ状
の円筒形にまとめ、円筒両端をシールしたプリーツ型と
、ビー１ツ状の濾過膜を円板状濾過膜支持構造体の両面
に貼付けこれを多数層積層したユニット積層型との二つ
が代表的なものである。

このカートリッジフィルターに使用される濾過膜は、前
記カートリッジフィルターの構造状、微多孔膜単独では
その強度が濾過圧に耐えることが難しく不織布、網目状
支持体（サポータ−）に支持されて使用されている。

前述したように、最近ｏ、ｉｐ粒子の除去も必要となっ
てきているが、０．１ｐ粒子を除去できるカートリッジ
フィルターはあるが、ｏ、２ｐ用に比較して大幅に処理
速度が低いのが現状である。

（課題を解決するための手段］ 本発明者等は、上述のような従来のカートリッジフィル
ターの課題の解決を計るべく種々検討の結果、特定の濾
過膜と特定の支持体を組合せることにより問題を解決し
得ることを見出し、本発明を完成した。

本発明の要旨は、ポリエチレン製微多孔膜と支持材とし
てのポリエチレンモノフィラメント編織物とからなるカ
ートリッジフィルター用濾過膜に存する。

カートリッジフィルターの処理速度を大きくするために
は第一に処理速度の高い濾過膜を用いること、第二には
カートリッジ内の有効膜面積を大きくすることである。

カートリッジ内の有効膜面積を大きくするためには、濾
過膜の処理速度を低下させないサポータ−を使用するこ
とが重要である。良好なサポータ−の条件は以下の通り
である。

１）厚さが薄い事ニ一定の容積のカートリッジのなかに
納めることのできるプリーツの山数を多くすることによ
り濾過面積を大きくする事ができる。

２）流路抵抗が小さいこと：厚さが薄くて多くの山数を
詰め込んでもサポータ−自体の流路抵抗が大きいと処理
速度が低下する。

３）プリーツ加工性が良好であること。

４）　カートリッジの組立加工が容易なこと：剛性があ
り、溶融接着ができること。

５）水、薬品への溶出成分が少ないこと。

６）　ゴミが付着しにくいこと：洗浄に際してゴミの除
去が容易となる。

サポータ−の材質としてはポリエチレン製微多孔膜と組
み合わせて用いる場合のプリーツ加工性、プリーツ円筒
状にする際の端末のシール、更にこの円筒両端のエンド
キャップへの溶融接着出来るという観点から材質として
ポリエチレンを選択する必要がある。サポータ−の形状
としては不織布、網状成形品、ポリエチレンモノフィラ
メントからなる編織物が考えられる。不織布は一旦付着
したゴミの洗浄による除去が困難であること、網目状成
形品は肉薄のものを得ることが困難であること等より形
状としてはポリエチレンモノフィラメントからなる編物
、織物が最適である。

この編織物を構成するモノフィラメントの線径としては
５０〜１５０１１が適しており、編織物の開孔度（オー
プニングエリア）は２５％以上であることが望ましい。

開孔度（オープニングエリア）とは編織物の面積に対す
る開孔部の合計面積の比率を百分率（％）で示したもの
で、その値が大きいほど開孔度（目開き度）が大きいこ
とを示す。線径が小さすぎると、プリーツ加工する際に
剛性が不足し、安定してプリーツが作成できない。カー
トリッジフィルターにした時に流路抵抗が大きくなりプ
リーツ山数を多く詰め込んでも、カートリッジとしての
処理速度が大きくならない。付着したゴミを洗浄により
除去するのが困難である等の問題を生ずる。逆に線径が
これより大きすぎるとカートリッジに詰め込むことの出
来るプリーツ山数が少なくなりカートリッジの処理速度
を大きくすることが出来ない等の問題を生ずる。オープ
ニングエリアは、これより小さいと膜の有効膜面積が減
少して処理速度を大きくすることが出来ない。

更に編織物の材料であるポリエチレンモノフィラメント
は氷、酸、アルカリ有機溶媒等薬品による溶出物を極力
少なくするために各種添加剤を含まないものを用いるこ
とが好ましい。

本発明に用いられるポリエチレン製微多孔膜は厚さが５
〜２５ｐ、透水速度が３０００Ｌ／Ｈ−ｍ２・ａｔｍ以
上、０．０９１ｐスチレンラテックス粒子の阻止率が９
５％以上のものでありその製造方法を以下に述べる。厚
さが薄すぎると、プリーツ加工が困難でありまた厚すぎ
ると、プリーツの山数が少なくなる。

微多孔膜の製造方法の概要は、超高分子量ポリエチレン
と可塑剤からなる組成物を溶融押出してシートを得、次
いで該シートから可塑剤を除去して得られる多孔シート
を縦横２軸に延伸する方法である。

本発明に示されるような、微粒子の阻止性に優れしかも
高い処理速度を有する微多孔膜を得るためには、この膜
の厚さを薄くすることが必要であるが延伸倍率を大きく
取って薄くするとフィブリルからなる網目の目が詰まっ
て高い処理速度を得ることができなくなるため延伸の原
反となるシート自体の厚さを薄くして、更に適切な延伸
条件で延伸する事が必要である。

本発明の微多孔膜を製造するために使用するポリエチレ
ンは分子量が８Ｘ１０５〜３Ｘ１０６である事が望まし
く、特にｌＸ１０６〜２．５　Ｘ　１０６のものが好ま
しい。

分子量が低すぎると微細な多孔膜を得ることは困難であ
りまた安定したシートの成形が困難となる。分子量が高
すぎると延伸により網目構造が押しつぶされて緻密化が
起こり十分な処理速度を得ることが不汀能となり、更に
押出時の抵抗が大きいので安定して薄いシート成形する
ことが困難となる。

次に可塑剤として使用する、炭化水素系可塑材としては
ポリエチレンとの相溶性が良く、沸点がポリエチレン溶
融成形温度（〜２５０°Ｃ）以上でしかもシート成形中
に蒸散が起こりにくい様に蒸気圧が低いこと（２００’
Ｃの蒸気圧が５０ｍｍＨｇ以下程度）が好ましい。

更に製品の途中段階で得られるポリエチレンと可塑剤か
らなるシートの安定性取扱のしやすさを考慮すると具体
的には、流動パラフィン、固形パラフィン、ステアリル
アルコール、セリルアル：ｙ−ル等が好ましい。特にス
テアリルアルコールは細かい顆粒状の製品を使用するこ
とが出来粉末状である超高分子量ポリエチレンとの機械
的なブレンドが非常に均一になり易くこのまま押出機の
供給部に供給すれば安定した押し出し成形が可能であり
工業生産に適している。

超高分子量ポリエチレンと可塑剤の混合比率としては、
重量比で超高分子量ポリエチレンｌ可塑剤１０／９０〜
３５／　６５であることが好ましく、より好ましくＧ１
１５／８５〜３０／７０の範囲である。ポリエチレンの
比率が低すぎると押出機における押し出し状態が不安定
になり、またポリエチレンの比率が高すぎると粘度が大
きくなりすぎて、シートを成形するダイス部分での流れ
が不安定になりいずれの場合も正常なシートを得ること
ができない。押出温度は通常２００’Ｃ以上の温度とさ
れ、酸化防止剤等の添加剤を添加しても良いことは勿論
である。

微多孔膜の作成は、まず押出機に超高ポリエチレンと可
塑剤を供給、均一な溶融状態として適宜選択されたダイ
スからシート状に押し出してシートを作成する。シート
の厚さは０．１〜０．５ｍｍ程度とされるのが良い。厚
さが薄すぎると最終的に得られる微多孔膜の厚さが薄く
なりすぎて剛性が不足し、厚すぎると十分な処理速度が
得られない。

得られたシートから可塑剤を抽出除去することにより多
孔性シートとする可塑剤の除去は易揮発性溶剤による抽
出除去が好ましい。易揮発性溶剤としてはペンタン、ヘ
キサン、ヘプタン等の炭化水素、塩化メチレン、四塩化
炭素等の塩素化炭化水素、三フフ化エタン等のフッ化炭
化水素、メタノール、エタノール、プロパツール等のア
ルコール類が挙げられ、これらの溶剤で５〜３０分程度
処理（浸漬処理等）することにより可塑剤を除去し、そ
の後乾燥により揮発性溶剤を除去することにより多孔性
のシートを得る。この処理により多孔性シートに残存す
る可塑剤量は１重量％未満にする事が望ましい。

得られた多孔性シートは次いで延伸処理される。延伸は
、２軸延伸機、チューブラ−法、圧延法、テンター法、
ロール法、もしくはこの組合せで行うことができるが、
工業的製造では、ロールによる縦延伸及びテンターによ
る横延伸の逐次２軸延伸法が好ましい。

ロール延伸（縦延伸）は延伸温度９０〜１２０’Ｃ１好
ましくは１００〜１１０°Ｃで延伸倍率２〜６倍、好ま
しくは３〜５倍とされるのが良い。

温度が低いと延伸切れが発生しゃすく、温度が高いと孔
がつぶされるためが濾過膜として使用するとき処理速度
が低くなる。また延伸倍率が低いと粒子の阻止率が不良
であり、高すぎると、次のテンター延伸における延伸切
れや濾過膜としての処理速度の低下が見られる。

テンター延伸（横延伸）は延伸温度１１０〜１３０°Ｃ
１延伸倍率３〜８倍、より好ましくは４〜７倍とされる
のが良い。延伸温度が低いと濾過膜とした場合に十分な
処理速度が得られず、高すぎると微粒子の阻止率が低下
する。

横延伸の倍率が低すぎると濾過膜とした場合の粒子の阻
止性が不良になり、高すぎると濾過膜とした場合の処理
速度が遅くなる。

この様にして得られる微多孔膜の厚さは５〜２５１１が
適しており、１０〜２０ｐがより好ましい。薄すぎると
、剛性が不足しこの膜を使ってカートリッジフィルター
を作成する事が困難となり、また、大きな穴が開きやす
く微粒子の阻止性に関する信頼性が低くなる。逆に厚す
ぎると抵抗が大きくなりすぎ十分な処理速度が得られな
い。

本発明によって得られるポリエチレン製微多孔膜は厚さ
が５１１以上２５１１以下、透水速度が３００ＯＬ／Ｈ
−ｍ２ａｔｍ以上、０．０９１ｐスチレンラテックス粒
子の阻止率が９５％以上であり微粒子の阻止性に優れし
かも処理速度が大きいため、各種マイクロフィルターへ
の適用が可能である。特に耐薬品性にも優れている点か
ら各種薬品中の微粒子の除去用マイクロフィルターとし
て好適である。

（実施例） 次に本発明を実施例をあげて更に詳細に説明するが、本
発明はその要旨をこえない限り以下の実施例によって限
定されるものではない。

実施例における試験方法は次の通りである。

（１）透水速度　アミコン社（米国）製８０１０型セル
を使用し、差圧１ｋｇ／ｃｍ”、温度２５°Ｃにて測定
（２）阻止率（％）ダウ社（米国）製０．０９１１１（
平均粒径）スチレンラテックスを水に分散させて（１）
と同様の透過試験を行い、その阻止率を測定した。

（３）空孔率（％）（空孔容積ＡＨ細細孔孔膜容積Ｘ１
００注二重量、体積とポリエチレンの密度から計算によ
って得た値 実施例−１ 重量平均分子量２Ｘ１０’のポリエチレンパウダー２０
重量部と粒状のステアリルアルコール８０重量部、ジス
テアリル３，３′−チオプロピオン酸エステル０．２５
重量部、ペンタエリスリトールテトラ（ｐ−ラウリル−
チオプロピオネート）エステル０．２５重量部をトライ
ブレンド後、供給部を水冷ジャケットで冷却した５０ｍ
ｍΦ押出機に供給、この先端に更に４０ｍｍΦ押出機全
押出して上記ブレンド物を均一な溶融体にして、幅４５
ｃｍ、ダイクリアランス０．４ｍｍのダイより押し出し
更にドラフト率２．０で溶融体を引っ張る事により厚さ
０．１７ｍｍのシートを得た。このシートからステアリ
ルアルコールを５０°Ｃのエタノールで抽出除去して多
孔性シートを得た。

この多孔性シートをまずロール延伸機を用いて１００°
Ｃの温度で、縦方向に３．５倍延伸し続いてテンター延
伸機で１１５°Ｃの温度で横方向に５倍延伸した。

得られた微多孔性膜の特性は次の様であった。

厚さ：　１２ｐ、空孔率：６５％ 透水速度：　５１００　Ｌ／Ｈ−ｍ’・ａｔｍｏ、ｏ９
１ｐ９１ｐスチレンラテツクス止率：〉９９％得られた
ポリエチレン製微多孔膜をサポータ−であるポリエチレ
ンモノフィラメントよりなる織物（ＭＢＣ工業社製　ニ
ップ（ポリエチレン）強力網、１５０目、モノフィラメ
ントの線径８６ｐ、オープニングエリア３９％）２枚の
間にはさみ、これを濾材としてこの濾材全体をプリーツ
加工してカートリッジ型フィルターとした。

内筒、外筒、エンドキャップの材質はポリエチレン製を
用い、内筒の内径は２５ｍｍΦ、外径３８ｍｍΦ外筒の
内外筒６１ｍｍΦ、外径は６６ｍｍΦ　高さ２３０ｍｍ
であった。カートリッジ内に詰め込める事の出来た、プ
リーツの最大山数は２３０山であり、膜面積は１．１ｍ
２であった。このカートリッジについて差圧１．０ｋｇ
／ｃｍ’の条件で透水速度を測定した結果４５００Ｌ／
Ｈであった。

実施例−２ サポータ−として５０目（線径２１２１１、オープニン
グエリア４３％）を使用した以外は、実施例−２と同様
にして、カートリッジフィルターを作成した。カートリ
ッジに詰め込むことの出来たプリーツの最大山数は９０
山であり、膜面積は０．４３ｍ’であり、透水速度は２
２０ＯＬ／Ｈであった。

実施例−３ サポータ−として１００目（線径１２２ｐ、オープニン
グエリア４２％）を使用した以外は、実施例−１と同様
にして、カートリッジフィルターを作成した。詰め込む
ことのできた最大山数は、１７０山であり膜面積は０．
１８ｍ２、透水速度は４０００Ｌ／Ｈであった。

（発明の効果） 本発明の濾過膜は、特にサブミクロン粒子の除去性に優
れている上、処理速度も高いものである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ポリエチレン製微多孔膜と支持材としてのポリエ
   チレンモノフィラメント編織物とからなるカートリッジ
   フィルター用濾過膜。
2. （２）編織物が線径５０〜１５０μのポリエチレンモノ
   フィラメントを編むか、または織ったものであり、２５
   ％以上の開孔度を有する編織物である特許請求の範囲第
   １項に記載の濾過膜。