JPH04198330A - イオン交換性カートリッジフィルター - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、新規なイオン交換性カートリッジフィルター
に関する。

［従来の技術］ イオン交換樹脂は多孔性で固くてもろいため乾燥状態に
おくと砕けやすく、水封保管が一般的であり、氷結によ
っても容易に砕け、熱的変化によって膨脹、縮小する時
極めて砕けやすいし、スルホン基に代表されるイオン交
換基は熱酸化劣化を生じやすいため熱接着繊維と併用し
イオン交換樹脂を均一に繊維間に分散させた熱成形法に
よるカートリッジフィルターは実用化されていない。

特開昭５．６−１１８９３７および６３−９０５４１号
公報に見られるイオン交換繊維のシート状物は、いずれ
もベース繊維とそれから得られるイオン交換繊維共自己
接着機能を有せず、シート状物となすため樹脂接着加工
もしくは、熱接着性を用いていずれも熱処理を施こし接
着する手法のため、イオン交換繊維を乾燥状態で接着に
供する。

現在実用化されているイオン交換繊維は、アクリル繊維
をベース繊維とする高吸水性繊維を転用した繊維以外は
炭素繊維と同程度に剛直であり、ローラーカードの様な
機械的開繊手法を採りにく、イオン交換繊維を含むシー
ト状物は、特開昭５９−１８７３号公報の様に他の繊維
と混抄して、柔軟性を付与した紙状のものしかなく、他
はシート状でなく、繊維集束物もしくは短繊維として水
中に分散させてイオン交換用途に使用しているのが現状
である。

現在上布されているイオン交換繊維およびそのベース繊
維は、いずれも自己接着機能を有せず、柔軟性に劣るた
め、固くてもろいポリスチレン緊の該繊維は、柔軟性と
もろさを少しでも改良するため特開昭５２−１２０９８
５号公報の様なポリスチレン等の架橋体を海成分とし、
繊維成形性熱可塑性樹脂を島成分とする海島２成分繊維
もしくは多芯複合繊維を溶融紡糸し、海成分のポリスチ
レン等芳香族ビニル樹脂に架橋とイオン交換基導入の化
学反応処理を行なうものである。また他の溶融紡糸手法
以外の方法によって得られるイオン交換繊維としては、
特開昭５５−７１８１５号公報および同６２−１８４１
１号公報のような乾式紡糸手法によって得られるポリビ
ニルアルコール繊維を焼成し、炭素繊維に近い化学構造
として架橋と不飽和結合を付与させ、該結合にイオン交
換基を導入するもの、および特開昭５５−５００３２号
公報のような乾式紡糸手法によって得られるモダクリル
系繊維がある。

いずれにしても、スルホン化反応等イオン交換基を導入
および架橋させる化学反応処理すると、得られるイオン
交換繊維はベース繊維よりかなり剛直性を増すため、現
在実用化されている該繊維は一般に使用されている合成
繊維の様な柔軟性を持っていない。

［発明が解決しようとする課題］ 前記した特開昭５９−１６６０７３号公報に述べられて
いる様にイオン交換樹脂はもろいため乾燥状態では砕け
やすく、熱接着繊維と併用し熱接着加工し、該樹脂か混
在したシート状物にすると、該樹脂が砕けて微粉化し、
抜は落ちる問題とイオン交換基の熱酸化による変質が生
じやすいという課題がある。

前記した特開昭６３−９０５４１号公報の様なイオン交
換繊維シート状物は、イオン交換繊維とそのベース繊維
のいずれも自己接着機能を持たないため、イオン交換能
のない一般の熱接着繊維との混用がさけられないための
シート状物としてイオン交換繊維のみで成るものが作れ
ず、イオン交換性が低下し、またイオン交換基の熱的変
質がさけられないという課題がある。

の様に剛直な繊維で柔軟性がなくローラーカードの様な
機械的開繊によっては強度的に耐えず損傷してしまうし
、繊維のカラミが不良でウェッブにすることが極めて困
難で問題が大きく、一般にイオン交換繊維は特開昭５９
−１８７３１号公報の様に他の繊維混抄して紙状となし
使用に供されるのみで、乾式不織布として使用できない
ため嵩高で柔軟なイオン交換能のある不織布の形でカー
トリッジフィルターとして巻ける事ができないという課
題があった。

本発明は、前記従来技術の課題を解決するため、イオン
交換特性に優れ、かつ不織布状で加工性に優れたイオン
交換性カートリッジフィルターを提供することを目的と
する。

［課題を解決するための手段］ 前記目的を達成するため、本発明は、主鎖がシンジオタ
クチックポリ（１，２−ブタジエン）構造を有し、側鎖
のエチレン基の少なくとも一部にイオン交換能官能基が
導入されているポリマ成分が少なくとも繊維の表面に存
在するイオン交換性繊維を含むイオン交換性カートリッ
ジフィルターである。

また本発明は、融点（Ｔ　ｍ　’Ｃ）か７５≦Ｔｍ＜１
５０のシンジオタクチック−１，２−ポリブタジエン（
１，２−ＳＢＤ）を繊維表面とする鞘芯型複合繊維を少
なくとも平均値で１０重量％含む繊維集合体が少なくと
も１．２−ＳＢＤによって熱溶融接着されており、前記
繊維の１．　２−ＳＢＤの側鎖にイオン交換能を持つ官
能基が導入されている繊維集合体か少なくとも濾過材の
一部を占めてなるイオン交換性カートリッジフィルター
である。

［作用コ 前記した本発明の構成によれば、主鎖がシンジオタクチ
ックポリ（１，２−ブタジエン）構造を有し、側鎖のエ
チレン基の少なくとも一部にイオン交換能官能基が導入
されているポリマ成分が少なくとも繊維の表面に存在す
るイオン交換性繊維を含むイオン交換性カートリッジフ
ィルターであるので、イオン交換特性及び濾過特性に優
れ、かつ不織布状で加工性に優れたイオン交換性カート
リッジフィルターとすることができる。

また、融点（Ｔ　ｍ　’Ｃ）か７５≦Ｔｍ＜１５０のシ
ンジオタクチック−１，２−ポリブタジエン（１，２−
ＳＢＤ）を繊維表面とする鞘芯型複合繊維を少なくとも
平均値で１０重量％含む繊維集合体が少なくとも１．２
−ＳＢＤによって熱溶融接着されており、前記繊維の１
．２−ＳＢＤの側鎖にイオン交換能を持つ官能基か導入
されている繊維集合体が少なくとも濾過材の一部を占め
てなるイオン交換性カートリッジフィルターであるとい
う本発明の構成によれば、前記同様イオン交換特性及び
濾過特性に優れ、かつ不織布状で加工性に優れたイオン
交換性カートリッジフィルターとすることができる。

なお本発明においては、繊維表面を構成する少なくとも
一部のポリマが少なくとも下記の［Ａ］［Ｂ］　　［Ｃ
］の式で示されるユニットを有することが好ましい。

−（Ｃ）Ｌ！−ＣＨ）　−［Ａｌ ＣＨ＝ＣＨ２ −（ＣＨ２−ＣＨ）−［Ｂ１ ＣＨＸ−ＣＨ２Ｙ −（Ｃ）Ｌ！−ＣＨ）　−［Ｃ］ υ− ｃ＋ （ただし、Ｘ、Ｙの少なくとも一方かスルホン酸基また
はそのアルカリ金属塩基、カルボキシル基またはそのア
ルカリ金属塩基、フォスフイン基またはそのアルカリ金
属塩基、アミノ基、アルキルアミノ基、アルコキシアミ
ノ基、）＼ロゲン化アルキルアミノ基、ポリアミン基か
ら選ばれる基、または前記の誘導基。） その理由は、前記したようにイオン交換性能を十分に満
足し、かつ柔軟なポリマとすることができる。

ここで、ユニット［Ａ］は主にポリマの柔軟性を発揮す
ることから、５〜９９モル％存在するのが好ましく、よ
り好ましくは１５〜９０モル％である。

ユニット［Ｂ］は、イオン交換能を有するユニット（ｘ
、　　ｙはイオン交換官能基）であり、１〜８５モル％
存在するのが好ましく、より好ましくは５〜７０モル％
である。

ユニット［Ｃ］は、架橋部である。このユニット［Ｃ］
は、たとえば気体用（ガス用）イオン交換の場合は存在
しなくてもかまわないか、液体用イオン交換の場合は主
鎖骨格の溶解を防止するために存在することが好ましい
。この理由から、ユニット［Ｃ］の存在割合はＯ〜１０
モル程度が好ましく、液体用イオン交換の場合は２〜９
モル％程度存在するのが好ましい。

そのほか前記ユニット［Ａ］、　　［Ｂ］、　　［Ｃ］
以外に、本発明の作用・効果を達成できる範囲において
、他の共重合ユニットや、任意の添加物（組成物）を含
むことができる。たとえば、ポリ　　□マの１ユニツト
として、下記の［Ｄ］式で示される側鎖カルボキシル基
を含んでいてもよい。

−（Ｃ）Ｌ！−ＣＨ）　　−［Ｄコ ＯＯＨ ［実施例コ 以下実施例により、本発明をさらに具体的に説明する。

なお本発明は下記の実施例によって限定されるものでは
ない。

本発明は、不飽和のエチレン基を高密度で側鎖に持つた
め、分子間架橋処理および、化学処理もしくは物理化学
処理によってイオン交換能を持つ官能基（イオン交換基
）の導入処理等の化学反応を伴なう処理が容易であり、
融点が熱架橋する温度より５０〜１００℃低いため溶融
押出しと熱接着成分として利用することが容易であるイ
オン交換ＳＢＤを鞘成分とする柔軟性に優れた鞘芯型複
合繊維がベース繊維であるイオン交換繊維をイオン交換
体として用いるイオン交換性カートリッジフィルターで
ある。

本発明者らは、７５〜１２０℃の融点の１，２−ＳＢＤ
を繊維表面とし、ポリプロピレン（Ｐ　Ｐ）を芯とする
鞘芯型複合繊維（芯成分／鞘成分で表示する）が容易に
溶融紡糸と熱延伸ができ得られたステープル（短繊維）
は、通常の繊維より柔軟であるが梳綿機を用いてカード
ウェッブとすることができ、鞘成分の１．２−ＳＢＤが
溶融し、ＰＰは溶融しない１１０〜１５０℃の加工温度
で、１．２−ＳＢＤによって熱接着させ、極めて柔軟な
熱接着不織布となすことができ、紫外線もしくはγ線な
どの放射線を照射することにより、１゜２−ＳＢＤを容
易に架橋させて巨大分子化でき、この不織布を熱濃硫酸
処理すると容易に１，２−ＳＢＤのエチレン側鎖へスル
ホン基を導入でき、得られたイオン交換能を持つ不織布
は一般の熱接着不織布と同様の柔軟性を持ち容易に多孔
性円筒の周囲に該不織布を巻きつけ最外周に一般の熱接
着不織布を巻き熱シールしてカートリッジフィルターの
形にすることか出来ることを見い出し本発明に到った。

本発明は、溶融紡糸手法によって得られた１゜２−ＳＢ
Ｄを繊維表面とする鞘芯型複合繊維を含む開繊された繊
維集合体が少なくとも１．　２−ＳＢＤによって熱溶融
接着された不織布、円柱か、化学処理もしくは物理化学
処理され、上記１，２−ＳＢＤ成分にイオン交換基が導
入されており、これらを用いてカートリッジフィルター
の形状に仕上げられているイオン交換性カートリッジフ
ィルターである。

本発明に用いる架橋およびイオン交換基導入成分の１．
２−ＳＢＤは７５≦Ｔｍ＜１５０の融点（Ｔ　ｍ　’Ｃ
）のものを用いることかでき、融点７５〜１２０℃、結
晶化度；１５〜５０％、１．２結合、９０％以上、メル
トインデックス（Ｍｌ；ＪＩＳＫ７２１０に準じ、測定
温度１９０℃、加重２１６９ｇ）；２０〜１５０　ｇ／
ｌ　０分が好ましくＭｌは４０〜１２０ｇ／１０分が特
に好ましい。

芯成分となる熱溶融性樹脂は１８０℃未満の融点のポリ
オレフィンが好ましく、ＰＰが都合よいが化学処理に用
いる薬液によっては１８０℃未満の融点のポリエステル
類およびポリアミド類など非オレフィン系の熱可塑性樹
脂をを選定することができる。ＰＰはプロピレンのホモ
ポリマーあるいは共重合体、王者重合体などのコポリマ
ーであって融点が１３０〜１７０℃、ＭＩは２０〜１５
０ｇ／１０分が好ましく、融点１５０〜１６５℃ＭＩ３
０〜７０ｇ／１０分のＰＰが好ましい。

本発明に用いる複合繊維の溶融紡糸温度（Ｔ　℃）は１
６５＜Ｔ＜２００が好ましく、Ｔ≦１８０か特に好まし
い。繊維構造はＰＰを芯とし、１，２−ＳＢＤを鞘とす
る鞘芯型複合繊維が好ましく、偏芯し芯のＰＰが繊維表
面に露出していても良い。

本発明に用いる熱接着した不織布、円筒および円柱は、
本発明に用いる複合繊維のみもしくは１５０℃未満の加
工温度で接着する熱接着繊維との混用が好ましく、融点
か１５０℃を越える非熱接着性の繊維もしくは繊維状物
との混用もさしつかえないが、この場合は得られる不織
布等熱接着物の強度の点で、該複合繊維の混用率を３０
％以上とすることが好ましい。これらの熱接着加工温度
は１．２−ＳＢＤの融点＋１０〜１５０℃の範囲が好ま
しい。他の繊維との混用の場合は各繊維材ごとの層状も
しくは混綿のいずれであっても良い。

本発明に用いる熱接着した不織布、円筒および円柱は、
その接着加工時もしくはその後紫外線もしくはγ線を照
射し、１．２−ＳＢＤ成分に架橋反応させることが好ま
しく架橋によって得られる不織布等の剛直性が増すため
架橋量は総エチレン基の２０％未満が望ましい。通常紫
外線を８００Ｗ高圧水銀燈下２０〜３０ｃｍで不織布等
５〜２０分照射すると都合か良い。なお本発明のプリー
ツ状で不織布を用いる場合は架橋処理前もしくは処理後
プリーツ加工する事か好ましい。

前記手法で得られた架橋不織布もしくは熱成形体を１０
°Ｃ以下に冷却した希薄発煙硫酸もしくは８０℃以上に
加熱した８０〜９８％濃硫酸に浸漬し、スルホン化処理
すると、１５〜５０％重量増加し、１．２−ＳＢＤ側鎖
のエチレン基にスルホン基が導入される。この不織布を
氷厚し、ＩＮ水酸化ナトリウム液に浸漬するとスルホン
基はスルホン酸ナトリウム塩基に変わり著しいイオン交
換性を示す。架橋処理していない不織布は、水酸化ナト
リウム液に浸漬すると一部溶解するが、スルホン化処理
時に−５０２−の架橋反応も生じて架橋されるため用途
によっては、未架橋処理でも不都合ではない。

熱論イオン交換基導入は上記反応には限定されず、アミ
ノ基、カルボニル基、フォスフイン酸基、などイオン交
換能を持つ化学基のいずれでもよく、クラウン環など化
学種を補集する基でもよい。

前記手法で得られたイオン交換性不織布をポリエチレン
もしくはポリプロピレン製の側面に多数の貫通孔を持つ
円筒あるいは市販のポリオレフィン系熱接着繊維を円筒
状に成形した繊維成形体の周囲に層状に巻くあるいはプ
リーツ成形したものを装着後固定化してイオン交換カー
トリッジフィルターに供する。なお不織布の形でカート
リッジフィルターに加工する場合は未乾燥不織布を加工
に供すことが交換基の酸化劣化を防止する上で好ましい
。イオン交換カートリッジフィルターに供するイオン交
換性不織布は、イオン交換繊維を多く含んでいる程良い
が、用途によってはフィルター機能を重要視する場合が
ありこの場合でも平均で１０ｗｔ％のイオン交換繊維を
含んだ方がイオン交換上好ましい。

上記の円筒状に成形したものは、熱接着加工時熱い状態
で巻き取る方法で得られ、これは直接スルホン化して同
様に供すことができ棒状等円柱状に成形したものを直接
スルホン化した後非通水性管状物に円柱側面が密着して
いる状態で収容し、円柱の上下面方向に被処理液等の供
給口、排出口を設けたカートリッジフィルターとして使
用すると都合か良い。

本発明のイオン交換カートリッジフィルターは、用いた
１、２−ＳＢＤか７５〜１５０℃という比較的低融点で
化学反応性に富んでおり、この１゜”　　　２−ＳＢＤ
を繊維表面とする本発明に用いる鞘芯型複合繊維は、他
の不織布用繊維にくらべ柔軟性が大きく少なくとも１．
２−ＳＢＤを熱接着成分とする熱接着不織布、この架橋
処理された不織布およびイオン交換基を導入した不織布
は、市販の熱接着不織布と同等の柔軟性を示し、円筒に
巻きつけることなどが極めて容易で、加工、成形性に特
に注意を払う必要がない。

本発明のイオン交換性カートリッジフィルターはイオン
交換繊維を用いているため、従来のイオン交換繊維と同
じ特性、すなわちイオン交換樹脂にくらベイオン交換速
度か極めて早い、圧力損失か少ない、難分離物、低濃度
物の分離抽出が可能等の特徴を持つ。

本発明のイオン交換性カートリッジフィルターの製法が
、従来のイオン交換繊維がイオン交換繊維に完成された
後、種々の加工か施されるのに比べ、まず熱接着して、
最終使用状態に近い形に加工した後、イオン交換基を導
入する手法のため、イオン交換基の熱酸化劣化や乾燥に
よる破損を生じにくい。

「実施例コ 実施例１〜５　比較例１ 融点９０℃、ＭＩ４５ｇ／１０分の日本合成ゴム（株）
製１，２−ＳＢＤ、ＪＳＲ−ＲＢＴ−８７１を鞘成分と
し融点１６０℃、Ｍ　Ｉ　４５　ｇ／１０分のＰＰを芯
成分とする芯鞘型複合繊維を紡糸口金孔数７００のノズ
ルを用い吐出量２４０　ｇ／分量、紡糸温度１８０℃、
繊維断面比で表わす複合比１：１で溶融紡糸し、６０℃
温水中で３．６倍に延伸し、冷却したフタッファボック
スで機械捲縮を付与し、５０°Ｃのネットコンベアー式
熱風貫通型乾燥機で乾燥し、５１　ｍｍにカットしてス
テープル繊維とした。このステープル単独及び当社ＮＢ
Ｆ　（Ｈ）２ｄＸ５１ｍｍステーブルとの混用品をそれ
ぞれローラーカードを用いてウェッブとなし、前者は１
２０℃、後者群は１４０℃の熱風貫通型熱加工機で１分
間熱処理して、前者は１．２−ＳＢＤを後者は１．２−
ＳＢＤと高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）を熱接着成分
に用いて熱接着させ厚味ｌ、５ｍｍ目付４０ｇ／ｍ２の
不織布を下記条件で架橋処理した。

イ）紫外線照射による架橋処理 発光長１００ｍｍ８００Ｗのウシオ電機ユニキュアＵＶ
−８００高圧水銀灯を距離２００ｍｍで送気しながら照
射した。

口）γ線照射による架橋処理 ステンレス容器中に不織布サンプルを入れ００６０線源
より水を介して４．３６ＭＲ／ｈの割でγ線照射した。

上記架橋処理した不織布を９２℃の９２．５％濃硫酸中
で１２時間処理し水洗してスルホン化不織布とし、ニッ
プロールを用い水分を荒く絞り、当社ＮＢＦ　（Ｈ）３
ｄｘ５１ｍｍを用いて作成した内径３００ｍｍ、外径５
５　＄　Ｈｎ、長さ２５０　ｍｍ、重さ１２５ｇの円筒
状繊維成形体の周りに約３０ｇ程巻き、その外側に当社
ＮＢＦ　（Ｈ）２ｄＸ５１ｎｕｎを用いた熱接着不織布
を３回巻き電気ゴテで接着し、カートリッジフィルター
とした。このカートリッジフィルターを蒸留水で洗浄し
たカートリッジハウジングに収容し、５０ｐｐｍの塩化
力ルシムノ水溶液を２１１／分の割で２０１！通水させ
て、カルシウム濃度を測定した。結果を表１に示す。

実施例６ 実施例１のＰＰ／１．２−ＳＢＤ芯鞘芯鞘型縁維と当社
ＮＢＦ　（Ｈ）２ｄｘ５１ｍｍを１：１で混綿し、ロー
ラーカードを用いてウェッブとし、１４５℃の熱風貫通
型熱加工機で１分間接着処理し、続いて３秒間実施例と
同じ紫外線照射機で距離ＩＱｍｍの高さから照射しなが
ら押し圧をかけながら巻き取り、熱接着成分により接着
１体化された内径３００ｍｍ、外径６５．ｍｍｍの円筒
状物の得た。これを９２℃、９２．５％濃硫酸中で１８
時間処理し、水洗してイオン交換性カートリッジフィル
ターとし、実施例と同様にして５００　ｐｐｍのカルシ
ウム水溶液を流した所０．０１１１ｕｌのカルシウム濃
度の水を得た。

実施例７ 実施例６と同様にして外径２００ｍｍの棒状物を成形し
、同様にしてスルホン化して、内径２００ｍｍのアクリ
ルパイプに押し込み５０ｐｐｍのカルシウム水溶液２１
を流した所０．　５ｐｐｍ以下のカルシウム濃度の水を
得た。

表１ なお本発明のカートリッジフィルターの形状・構造はい
かなるものであってもよく、たとえば実開昭６１−１２
１９２２号公報、特公平１−５３５６５号公報、さらに
は本出願人がすでに提案している特願平２−１５０２’
８４号、同２−１５０２８５号などの構造も使用するこ
とができる。

以上説明した通り、本発明のイオン交換性カートリッジ
フィルターは繊維を濾材として用いているため濾過性能
とイオン交換性能を併せて有しており、脱着が容易なた
め再生処理もイオン交換樹脂に比らべて容易である。

［発明の効果］ 以上の通り、本発明によれば、主鎖がシンジオタクチッ
クポリ（１，２−ブタジエン）構造を有し、側鎖のエチ
レン基の少なくとも一部にイオン交換能官能基が導入さ
れているポリマ成分が少なくとも繊維の表面に存在する
イオン交換性繊維を含むイオン交換性カートリッジフィ
ルターであるので、イオン交換特性及び濾過特性に優れ
、かつ不織布状で加工性に優れたイオン交換性カートリ
ッジフィルターとすることかできる。

また、融点（Ｔ　ｍ　℃）が７５≦Ｔｍ＜１５０のシン
ジオタクチック−１，２−ポリブタジエン（１，２−Ｓ
ＢＤ）を繊維表面とする鞘芯型複合繊維を少なくとも平
均値で１０重量％含む繊維集合体が少なくとも１．２−
ＳＢＤによって熱溶融接着されており、前記繊維の１．
２−５ＢＤの側鎖にイオン交換能を持つ官能基が導入さ
れている繊維集合体が少なくとも濾過材の一部を占めて
なるイオン交換性カートリッジフィルターであるという
本発明によれば、前記同様イオン交換特性及び濾過特性
に優れ、かつ不織布状で加工性に優れたイオン交換性カ
ートリッジフィルターとすることができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）主鎖がシンジオタクチックポリ（１，２−ブタジ
   エン）構造を有し、側鎖のエチレン基の少なくとも一部
   にイオン交換能官能基が導入されているポリマ成分が少
   なくとも繊維の表面に存在するイオン交換性繊維を含む
   イオン交換性カートリッジフィルター。
2. （２）融点（Ｔｍ℃）が７５≦Ｔｍ＜１５０のシンジオ
   タクチック−１，２−ポリブタジエン（１，２−ＳＢＤ
   ）を繊維表面とする鞘芯型複合繊維を少なくとも平均値
   で１０重量％含む繊維集合体が少なくとも１，２−ＳＢ
   Ｄによって熱溶融接着されており、前記繊維の１，２−
   ＳＢＤの側鎖にイオン交換能を持つ官能基が導入されて
   いる繊維集合体が少なくとも濾過材の一部を占めてなる
   イオン交換性カートリッジフィルター。