JPS5941765B2 - フイルタ−およびフイルタ−の製法 - Google Patents

フイルタ−およびフイルタ−の製法

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JPS5941765B2
JPS5941765B2 JP4453180A JP4453180A JPS5941765B2 JP S5941765 B2 JPS5941765 B2 JP S5941765B2 JP 4453180 A JP4453180 A JP 4453180A JP 4453180 A JP4453180 A JP 4453180A JP S5941765 B2 JPS5941765 B2 JP S5941765B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は▲過に関する。
本発明は、更に特定的には、高濃度の微粒子フイルタ一
補助材料を含むフイルタ一材シートを用いる、水系から
の極微粒ないしはミクロン以下の汚染物(Submic
rOncOntaminants)の除去に関する。流
体からの微細粒子寸法の汚染物の除去は、汚染流体を通
過させる種々の多孔性フイルタ一材料を用いて達成され
てきた。フイルタ一として機能するためには、該材料が
流体(一般に水)を通過させ、また微粒子汚染物を残留
させることが必要である。該汚染物の残留は、多孔性材
料内にて二つの明らかに異なる沢過機構の一方または両
者の作用によつて達成される。すなわち、該沢過機構は
(1)機械的沢過訃よび(2)電気動学的(Elect
rO−Kin8ti8)な粒子の捕獲である。機械的沢
過では、粒子がそれ自体より小さな孔を通過しようとす
る際に物理的な捕獲によつて、粒子が除去される。電気
動学的捕獲機構の場合、粒子が多孔性フイルタ一材内の
表の面と衝突しそして短い距離で働く引力によつて該表
面上に保留される。微孔性重合膜は例外であるが、微細
粒子寸法の汚染物の沢過に適当であると業界に知られて
いる多孔性フイルタ一材は、水性スラリーから真空フエ
ルト化しそして引続き最終シートに乾燥することによつ
てシートに動的に形成される繊維一繊維または繊維一微
粒子の混合物から構成される。
微粒子汚染物を保留する機械的沢過に依存するこれらの
繊維フイルタ一材において、該フイルタ一材の孔の寸法
は流体から除去される汚染物の粒径より小さいことが必
要である。機械的沢過によつて微細な極微粒汚染粒子を
除去するためには、フイルタ一材が対応して微細な孔部
を有することが必要とされる。このようなシートの孔径
は該シートを形成するために使用される材料の寸法およ
び形態によつて主に定められるので、該成分材料の一ま
たは二以上が非常に小さな寸法、たとえば小径の繊維、
であることが必要である。例えば、米国特許31585
32号、3238056号、3246767号、335
3682号または、3573158号のいずれかの明細
書を参照のこと。沢過によつて除去しようとする汚染物
の粒径が(特にミクロン以下の範囲に)減少するに従つ
て、機械的沢過による最適な沢適用に適当な寸法の繊維
構造を提供する困難性卦よび費用が増大する。
従つて、珪藻土等の微細粒子を使用することにかなりの
利益が存在する。しかし、このような材料の場合、商業
卦よび産業上、緊密な取扱い適性のある構造を与えるた
めにマトリツクスを提供することが必要である。
従つて、該シート中の成分材料の少くも一つは長い自己
結合性の構造の繊維である。これによつて、加工中の取
扱いおよび意図される用途に対する適性を与えるに充分
な構造的な結合性が、湿潤した「形成されたま\の]状
態および最終的乾燥状態の両者に訃いて、該シートに附
与される。木材パルプ、木綿、酢酸セルロースまたはレ
ーヨン等の未精製セルロース繊維が、一般に使用?れる
。これらの繊維は、代表的には比較的太く、市販のもの
で6〜60マイクロメーターの範囲の直径を有する。比
較的低価格のために使用されることの最も多い木材パル
プは、15〜25マイクロメーターの範囲の繊維径およ
び約0.85〜約6.5mの繊維長を有する。フイルタ
一材シートは、成分材料の水性スラリーから真空フエル
ト化によつて形成するのが好都合である。
該真空フエルト化は、実用的に50〜200メツシユの
範囲でありそして280〜70マイクロメータの範囲の
メツシユ孔をそれぞれ有する金網である。多孔性表面上
にて通常達成される。これよ幻も微細なメツシユは、閉
塞の問題および/または構造的不適性のために適当では
ない。多孔性真空フエルト化用表面の孔部の寸法訃よび
成形シートのセルロース繊維の孔寸法は、所望の極微粒
フイルタ一材シートの製造に必要とされる微細繊維また
は微粒子成分の若干もしくは全部の寸法と比較して、か
なり大きい。該フイルタ一材シートの真空成形中にこの
ような微細成分を保持することは困難である。このため
、該材料の選択、フイルタ一材シートの形成に採用され
る方法の具体的な詳細、訃よび最も重要なことには、達
成され得る沢過性能の程度に、きびしい制限が課せられ
る。直径と比べて長さの大きい微細繊維は、問題が少な
くそしてかなり良好に保持される傾向がある。これに対
し、微粒子はシートの形成中に非常に乏しい保持性を示
す傾向がある。重合体の保持用助剤を用いる凝集または
凝着が、粒子をまとめて有効な大寸法とすることにより
微粒子の保持性を改善する手段として、採用されてきた
しかし、よく凝集したスラリーから製造されたフイルタ
ーシートは、凝集物の内側に存在する小孔訃よび凝集物
間に存在する大きな孔部を有する広い粒径分布となるで
あろう。これらの大きな孔部の存在は、フイルタ一材シ
ートが微細汚染物を除去する能力を制限するであろう。
従つて、フイルタ一材中での高い保持性を達成するため
の凝集の採用は、ある程度望ましくない結果を生ずるこ
とがある。もちろん、水力学的剪断力を適用して凝集物
を破壊し、そして更に系が安定な分散形態をとるまで電
荷を改質することが可能である。
これによつて、せまい孔寸法の分布の比較的均一なシー
トが得られる。しかし、このような系中の微粒子の保持
性は非常に低く、沢過効率を同時に低下させる。分散特
性(すなわち、シートの多孔性)を調節しそして湿潤度
を附与するほかに、電荷改質剤を使用して該シート成分
のゼータ電位を調節しそして微小な荷電汚染物を電気動
学的に捕獲する性能を最大にすることが行われている。
実際に、大部分の天然の汚染物の表面は実用上重要な流
体のPHにて陰イオン性であるので、カチオン性電荷改
質剤が使用される。このようにして、メラミン−ホルム
アルデヒドカチオン性コロイドが、フイルターシート用
に米国特許4007113号および4007114号各
明細書に開示されている。このようなフイルタ一系を生
物学的流体に使用すると、特別の問題、特にフイルタ一
要素の損失または破壊から生ずる不純物を流体中に導入
する可能性が生ずる。或る程度の量の特定の不純物は若
干の糸では差支えないが、有機抽出物は食品および医薬
品の沢過に特に敏感な問題を提起する。有機カチオン性
樹脂にて改質された微粒子フイルタ一補助材用のマトリ
ツクスとしてセルロース繊維を含むフイルタ一系では、
有機抽出物は主に該樹脂から当然由来し得る。電荷改質
用樹脂を選ぶことによつて、消毒および殺菌工程を包含
する比較的きびしい条件下でもこの問題を緩和すること
ができる。しかし、有意量の抽出物が存在しない場合で
も、選ばれる樹脂の多くは使用中に変色を生じさせ、食
品卦よび薬剤の商品性を制限する傾向がある。更に、あ
る種の系では有機抽出物が低濃度でも容認されない場合
があり、従つて、フイルタ一の構成から有機電荷改質剤
樹脂を全く除去することがこの理由および美的な理由か
ら望ましい。
同時に、電荷改質樹脂によつて附与される正電位を保有
することが、負電荷の極微粒汚染物の除去に必要である
。従つて、本発明の一目的は、特に水系から極微粒汚染
物を高い効率にて除去するための、高沢過性能の電荷改
質フイルタ一材シートを提供することである。
本発明の他の一目的は、広範囲の沢過条件にわたつて有
機抽出可能物が小量であることを特徴とする、電荷改質
フイルタ一材を提供することである。
本発明の別の目的は、広範囲の生物学的液体ならびに特
に食品}よび薬剤等の摂取物にわたつて有効なフイルタ
一材を提供することである。
これらの目的卦よび他の目的は、下記の本発明の実施に
よつて達成される。発明の概要 本発明に従つて、電荷改質フイルタ一材シートが、カチ
オン性コロイド状シリカからなる無機電荷改質剤を用い
て製造される。
好ましくは叩解セルロース繊維および微粒子を含む陽イ
オン性分散水性スラリーを真空フエルト化処理して形成
される該フイルタ一材シートは、優れた沢過特性および
流通特性と共に均一な高多孔度卦よび微細孔寸法構造を
示す。すなわち、該フイルタ一材シートは、マトリツク
スとしてのセルロース繊維訃よび微粒子補助材料を含み
、これらの少くも一つの表面はカチオン性コロイド状シ
リカにて改質されたものである。該シートは、有機樹脂
の電荷改質剤に由来するホルムアルデヒドまたはアミン
類等の抽出可能物を含まずそして変色しない。そのため
、該シートは、殺菌条件下にて使用でき、そして飲料訃
よび食品または薬剤等の摂取物に安全かつ効果的に採用
し得る。カチオン性コロイド状シリカは、典型的には対
イオンによつて安定化された正電荷多価金属一酸素化合
物にて被覆された重質シリカ芯材からなる、正電荷コロ
イド粒子の水性分散物である。
このような材料の例が、参照としてこの記載に包含させ
る米国特許3007878号明細書に開示されている。
他の表面改質カチオン性コロイド状シリカ材料が、例え
ば米国特許3796634号明細書に記載されているよ
うに、酵素の不溶性化用に知られている。しかし、該シ
リカ材料は、有機改質樹脂が存在することを特徴とし、
そのため本発明に関連する使用には不適である。該フイ
ルタ一系のこの成分の主要な要件は電荷改質剤訃よび分
散剤として機能することであるが、またマトリツクスに
相互作用して交差結合等によつて強力な結合を与えるこ
とも必要である。
米国特許3775141号および3785838号明細
書には、カチオン性コロイド状シリカと結合されて一体
構造となつた無機繊維を含む耐火性組成物が開示されて
おり、該一体構造物はまたパーライト等の無機フイラ一
をある割合にて含有し得る。無機材料への有機材料の結
合は一層達成困難であるので、カチオン性コロイドシリ
カを用いて硬化する際にセルロース繊維との強力な結合
が達成されることは驚くべきことである。しかも、該結
合は一度達成されると、その周囲環境に対して比較的不
活性であわ、そして他の系にて生起する不純物または抽
出可能物の原因のうちに含まれると考えられる水和作用
または溶媒和作用による材料の損失は解消される。本発
明の好ましい態様に卦いて、該シートの50〜70重量
%あるいはそれ以上に達する比較的高い添加量で珪藻土
等の微粒子が使用される。
基本的には仮説的な説明であるのでこれに限定されるこ
とは意図しないが、これら材料をカチオン性シリカコロ
イドにより、特に上記のような高添加量で、表面改質す
ることは、全体の構造の一体性に寄与しそしてこれは若
干の珪酸または無機性の相互結合の形成に帰し得ると信
じられ、これによ大 このような態様に訃いては該シー
トの合計重量に対して比較的小量(10〜20%)であ
るセルロース繊維は、コロイド状シリカによつて与えら
れる活性水酸基の部位の交差結合作用によつて該微粒子
と相互に結合されると考えられる。発明の詳しい記述本
発明のフイルタ一材シートは、通常はセルロース繊維お
よび最適量の珪藻土またはパーライト等の微粒子を含む
陽イオン性分散水性スラリーの形態であへ陽イオン改質
フイルタ一要素から製造される。
該フイルタ一要素は該スラリー中にて陽イオンにより改
質される。該シートは真空フエルト化訃よび乾燥によつ
て動的に製造し得る。該フエルタ一要素を予備処理して
シート材に成形することもできる。本発明の特質は、保
有される微粒子の量が従来のシートと比較して増大され
たフイルタ一材シートを提供することである。木材パル
プ繊維の精製状態は、最も一般的には「カナダ標準沢水
度テスター」を用いて標準スクリーン土の繊維の形成パ
ツドを通る流速の測定がなされる、「沢水度(Free
ness)」試験法によつて測定される。
この方法では、測定される量は、底部のオリフイスの出
口を有する受容器からあふれる水の体積(mlにて表わ
す)である。本明細書では、カナダ標準P水度の測定が
採用されている。粗い非叩解木材パルプ繊維では、該ス
クリーンから該受器への高い排水速度が得られ、その結
果多量のオーバーフロー体積をもたらし、そのため高沢
水度が記録される。代表的な木材パルプは、+400m
1〜+300m1の範囲のカナダ標準▲水度値を示す。
紙もしくはフイルタ一材料の製造に}いて、このような
パルプは叩解等の機械的精製工程に附され、これによつ
てセルロース繊維は切断}よび/またはフィフリル化さ
れる傾向がある。このような叩解繊維は、遅い排水速度
すなわち低沢水度を示す。本発明によれば、このような
叩解パルプは、フィルタ一材用の自己結合性(Self
−BOnding)マトリツクスに使用されるのが好ま
しい。
該パルプ系のカナダ標準沢水度は、種々のパルプまたは
叩解度の異なるパルプを組合せてシートを形成する場合
、パルプの選定によつて変化するであろうし、そして種
々の細分化ないしは精製の状態を反映する。しかし、通
常100〜500m1の範囲の平均値の複合物を得るに
は、叩解パルプが用いられるであろう。な卦、固形物の
保持性を高くするためには、例えば200〜300m1
以下という低い沢水度が好ましい。該木材パルプは合計
重量にもとづき10重量%から20〜30重量%までを
占めることができ、これはフイルタ一材に産業用の▲過
の用途に適当な構造特性を提供するために好ましい。
該フイルタ一材シート中の微粒子の量を最大限にすると
、性能が向上される。
10%程度の微粒子でもこれらのフイルタ一材の沢過性
能に注目される改善をもたらすであろうが、最適の性能
は最大量の微粒子を用いて達成される。
工業的な沢適用には、構造的特性から実用的な最大量と
して約70重量%が示唆される。もちろん、要求される
ことは少ないであろうが、これより若干多い量も採用可
能であろう。一般に、30〜70重量%の量が採用され
る。本発明で意図される目的に適当であるアニオン性微
粒子には種々の種類があり、珪藻土、パーライト、タル
ク、シリカゲル、活性炭、モレキユラ一、シーブ、粘土
等が含まれる。
機能的には、該微粒子は、1平方メートル/グラムを越
える比表面積卦よび/または10ミクロン未満の粒径を
有すべきである。広義には、いかなる微粒子も適当であ
幻得る(例えば、J.M.FilterCel.Sta
ndardSuperCel,.Cellte5l2、
HydrOSuperCel..SpeedPlus訃
よびSpeedflOw,.Dicelite2l5訃
よびDicallte4l6およびDicalite4
36)。該微粒子は、当業界によく知られた技術によつ
て評価し得る。珪酸材料が好ましい。寸法、形態、コス
ト、流体との相性、および一般的性能の特性の観点から
、5ミクロン未満の平均粒径を示す微細級の珪藻土訃よ
びパーライトフイルタ一補助材料が最も好ましい。多く
の場合、例えば約80/20〜20/80の重量比の珪
藻士/パーライト等の二種類以上の微粒子の混合物が、
単一の種類を使用して得られる場合と比較して、より良
好な沢過性能またはコスト/性能一特性が達成される。
同様に、例えば10および5ミクロンの粒径の微粒子の
50/50重量部混合物のように、相対的に粗および微
細な粒子のすべての割合の混合物が使用し得る。適当な
カチオン性コロイド状シリカ材料には、参照として本明
細書に包含させる米国特許3007878号、3252
917号、 3620978号、3719607号卦よび39561
71号の各明細書に記述されている材料が含まれる。
これらの材料は、正電荷の多価金属一酸素化合物にて被
覆された緻密なシリカ芯材からなる正電荷コロイド状粒
子の水性分散物である。該化合物は、例えば、3または
4価の金属、好ましくはアルミニウムおよびチタン、の
酸化物、水酸化物卦よび水和金属酸化物からなる種類の
ものである。最も好ましくは、該分散物は酸性であり、
そして該被覆は重合アルミナの種類のものである。代表
的には、該表面上のアルミニウム対シリカのモル比は約
1:1であり、そして該分散物(E.I.dupOnt
deNemOursOfCO.からLudOxPOsi
tiveSOll3OMとして市販されているもの)は
上記の米国特許3007878号の記載のように対イオ
ンによつて安定化される。
該分散物は、3.5〜5.5のPH範囲にて使用するた
めに塩素イオン(1.4%、NaClとして)により安
定化され、固形分30%のものとして供給されたもので
ある。該コロイド状粒子は、チツ素吸着による約150
〜225m2/yの表面積、約15〜16mμの粒径、
卦よび光散乱法により約5000000〜180000
00の分子量を示す。
好まし形態では、該シリカ水性ゾノ{AquasOl)
の特性は、更に、コロイド状固形物にもとづく安定な範
囲でアルミナとして計算13〜15%あるいはそれ以上
という高濃度の重合アルミナに改質される。
被覆または上塗りは、例えば米国特許3007878号
明細書記載の塩基性塩化アルミニウムまたは他の多塩基
性アルミニウム陽イオン源のような適当なアルミニウム
化合物を用いて単に処理することによつて達成し得る。
このような系中のアルミナは、表面被覆として存在し、
そして有効表面積を超過する範囲に卦いて溶液中の遊離
アルミナとして存在する。該遊離アルミナはもちろん、
新しいフイルタ一要素例えば、存在する微粒子の被覆物
としても役立ち、このようにして調製された系は、湿潤
強度の増加と共に、オートクレーブ条件および熱水フラ
ツシユ条件に対する改善された抵抗性を与える。
必要な場合、貯蔵安定性を得るために、得られたコロイ
ド状分散物を、従来そうであつたように、透析等によつ
て処理して過剰の電解質を除去することができる。好ま
しいカチオン性コロイド状シリカを用いて製造したフイ
ルターシートは、苛酷な条件下、例えば15psi(約
1.06K9/Cm2)、121℃、1時間のオートク
レーブ処理にて、均一に満足な殺菌安定性を示す。紙の
製造に}いて、カチオン性電荷改質剤が使用される場合
、その目的は、電荷をほS等電点まで低下させて繊維の
内部フエルト化の効率を最大化することである。
沢過のためには、電気動学的(ElectrOkine
tic)機構による荷電粒子の除去を向上するために、
最大の荷電が望ましい。この場合、負電荷フイルタ一要
素、すなわち、セルロースおよび微粒子の少くも一つの
表面電荷は、表面を電気的陽性にするのに充分なカチオ
ン性電荷改質剤の附着によつて、表面の電気陰性が低下
されそして任意に(そして好ましくは)逆転される。こ
れによつて、該フイルターシート中に少くもある程度の
電気的陽性の領域または個所が得られる。電荷を逆転さ
せるには、もちろん等電点を通過し、そして次に最大の
実用量まで正電荷が蓄積される。このように、本発明に
使用される電荷改質剤の量は、少くも陽イオン的に分散
した系、すなわち、水力学的な剪断力が適用されない環
境条件にて視覚される凝集が生起しない系、を与えるの
に充分な量であるのが好ましい。
したがつて、該系は該水性媒体中に比較的均一もしくは
均質に分布しており、正電荷もしくはゼータ電位を示す
本質的に不連続な繊維/微粒子要素を含む。もちろん、
この特定量は該系訃よび選定される改質剤によつて変化
するであろうが、当業者に容易に決定されるであろう。
例えば、微粒子の保持性対電荷改質剤をプロツトしたグ
ラフの屈折点は、ほぼ、比較的良好な性能のための最少
量を表わす。従つて、該フイルター要素が予備被覆され
ている場合はよね少量(例えば3〜4%の量が充分であ
D得るが、シート形成中に適用されるカチオン性コロイ
ド状シリカについては5〜6%の量が適当である。必要
に応じて有利な追加量の改質剤を使用し得るが、コスト
/性能の基準でこの量が最善の釣合を表わす。予備改質
したフイルター要素、例えば電荷改質剤にて予備被覆し
たセルロース繊維訃よび微粒子ももちろんあらゆる態様
にてフイルターシート中に添加することができ、同様の
結果が得られる。陽イオン性分散スラリーを使用しない
場合、電荷の改質は改質剤の量を調節して同程度まで低
下されるであろう。実施された電荷の改質は、表面のゼ
ータ電位の測定}よび液体系中で負に帯電された粒子の
改善された沢過効率にて実証される。
パルプ卦よび微粒子のスラリーは、あらゆる適当な態様
にて形成される。
これらの成分を水に添加して初期のスラリーを形成する
順序は、比較的重要でないようである。該スラリーの稠
密度(コンシステンシー)は、該成分の実際的懸濁の可
能な最高値、通常約4%、を表わす。ブレードミキサー
等によつて該系を水力学的剪断力にて処理し、次いで電
荷改質剤を該スラリーへ添加する。土記の剪断力の程度
は厳密なものではない。すなわち、入手できる装置、好
ましい処理時間等を考慮して、他の適当な剪断速度また
は剪断応力を採用し得るが、単に凝集塊を破砕しそして
該系の処理を分散条件に維持するように選定して使用し
得る。もちろん、カチオン性分散スラリーの形成に際し
て、剪断力を適用しなくても、該系は凝集塊を形成しな
い。電荷の改質後に、当業者に既知の態様にてシートの
形成に使用される装置の種類に応じて、該スラリーを追
加量の水にて希釈して、真空フエルト化シートの形成に
必要とされる適当な稠密度、通常0.5〜21/2%、
にする。
該スラリーをシートに形成しそして標準の方法にてオー
ブン乾燥する。該シートの性能は乾燥の変数に関連する
。最適条件は、特に該系の分解点もしくは焦げ点に近づ
くに従い、高い温度に不必要に暴露されるのを最少限す
ることに通ずるエネルギーの考慮もしくは所望の熱履歴
を反映する。本発明の好ましい態様に従えば、フイルタ
ー材シートは、少くもそれらのーつは電荷の改質がなさ
れているフイルター要素すなわち微粒子訃よびセルロー
スパルプの自己結合性マトリツクスから形成され;該パ
ルプは、600mlまでのそして好ましくは300ml
未満(例えば100〜200ml)のカナダ標準沢水度
を与えるように叩解パルプを含有する系であり:電荷改
質剤は少くも20%の表面のアルミナを含むカチオン性
シリカからなV):該改質剤は、表面の電気陰性度を低
下させ、好ましくは等電点を越えて電荷を逆転させる割
合で、例えば約6重量%の添加量まで適用される。
このようにして調製したフイルター材シートをオートク
レーブ処理、熱湯フラツシユ処理または他の高温処理し
て、消毒または殺菌する。該シートは生物学的液体の沢
過に特別の効用を有するほかに、該構造中に存在するイ
オンが消毒もしくは殺菌工程中に除去されているので、
流出の遅れがなく沢過に使用し得る。該カチオン性コロ
イド状シリカの性能上の利点は、例Vに記載されたテス
ト結果を示す図面に顕著に図示される。
本発明に訃けるカチオン性コロイドシリカは、高い電荷
および汚染物除去容量を保有し、そして米国特許400
7113号記載のメラミンーホルムアルデヒドカチオン
性コロイドよりも長い有効寿命を有する。該フイルター
材シートを、下記で代表され使用性能を示す標準化テス
トに附すことができる。
沢過効率テストこのテストでは、特定の濁り度の汚染液
を、標準条件下の一定の真空度によつてテスト用フイル
ター材料を通して吸引する。
流入濁D度と比較した沢過効率百分率として測定(Ha
ckモデル2100A濁D度計を用いる)ならびに表現
される流出濁D度は、下記のように計算される。テスト
用汚染物は、Hyplar(Grumbacher製)
すなわち乳化重合によつて製造されそして0.05〜1
.0ミクロンの範囲のコロイド状重合体粒子を含む多分
散アクリル系ラテツクスである。汚染物の量は、蒸溜水
中pH6.5〜7.0にて25〜200NTU(Nep
halOmetricTur−BidityUnits
;透光濁り度単位)である。フイルターシートを直径5
7Trmの円板に切断し、そしてMillipOreの
47?m真空フルタ一支持器に配置する。次に、100
m1の調製汚染物分散液を、23インチHg真空度を用
いて、該円板を通して沢過する。膜保護テスト このテストでは、汚染液を標準条件下にテスト用フイル
タ一材卦よび膜を直列に通じて一定の流速にてポンプで
送り、そして圧力差を時間と共に記録する。
規定の圧力増加にて通過させた流れの時間於よび合計の
容積は、前部に設置した該フイルタ一の寿命の目安であ
り、そして使用性能と満足な相互関係を有する。代表的
には、47Tm、0.22ミクロンの膜が、225m1
/分の流速にて使用される。テスト用汚染物は、前記と
同じHyplar多分散アクリル系ラテツクスである。
汚染物の量は5〜50NTU(HachTurbidi
一Meter,.MOdel2lOOA)である。この
テストを、該膜もしくはテスト用フイルタ一のいずれか
を横切る圧力差が5〜10psid(0.35〜0.7
0K14デd)を越えるまで、継続する。数分未満の膜
保護時間は、実用的有効でないことを示す。油の流れテ
スト 該フイルタ一材シートの多孔性の目安として、5psi
d(0.35Kf/Cri?d)の圧力差の低下が得ら
れるまで、同一のシートを通して100SSU油をポン
プで送る。
この時点にて流速(ml/分)を記録する。標準化流動
電位 流動電位(StremingpOtential)の測
定は、ゼータ電位、すなわち流体の正昧の電位を上まわ
る表面の過剰電位および水力学的剪断面に対する周囲の
液の過剰電位を測定する慣用手段である。
このテストに訃いて、流動電位値が測定されそしてテス
ト材料における種々の圧力低下に対して標準化され、そ
の結果を水1フツト(30.48cm)あたDのミリボ
ルトの単位にて表わす。該フイルタ一材は、測定される
流動電位が比較的安定な最大値が得られるまで、フイル
タ一材を水で洗い流して評価される。この時点で、該フ
イルタ一材は水に有意のイオン種をもたらさなくなD1
すなわち流入の抵抗は流出の抵抗と等しくなる。該フイ
ルタ一材のテスト槽は、0u1man他のJAWWA5
6:915(1964)の設計にもとづくものである。
該槽は、3.14平方インチ(直径2インチ)の有効面
積を有するアクリル樹脂(Lucite)にて作製され
、そして白金黒電極を備えている。水および水銀マノメ
ーターを用いて、評価される該材料を横切る圧力低下を
測定する。流動電位差値(慣例によつて、ゼータ電位お
よび表面電荷に対して反対の符号である)を、高インピ
ーダンスボルトメーターを用いて測定する。流入卦よび
流出の抵抗は、抵抗ブリツジを用いる導電流動セル(セ
ル定数−0.02/Cm)によつて記録される。平衡流
動電位の達成時に(すなわち洗い流し後に)、汚染物処
理テストを、単一粒径の単分散ラテツクスの水性分散液
を用いて、同一の系中にて達成する。
流入および流出の流れの90系の光散乱強度(0.1〜
1.0マイクロメーターの範囲の粒径に対する高相対感
度のために選定された)を測定して、該フィルタ一材の
沢過効率を定量的に決定する。流出液の濁り度は、MO
niteckTur一BidityMeterを用いて
測定される。流入液の濁り度は、DOwDiagnOs
ticsO.lO9マイクロメーター乳化重合ポリスチ
レンラテツクス分散物を用いて、15〜20NTUの範
囲に選定される。流速は相対的に一定に維持される。上
記の諸テストは、第71回AnnualAICHEMe
eting(1978)に提出された論文であるKni
ght他によるMeasuringtheEle一Ct
rOkineticPrOpertiesOfChar
gedFilterMediaに、詳細に記載されてい
る。本発明を更に説明する下記の例に卦いて、割合等は
電荷改質剤を除くパルプ於よび微粒子の合計にもとづく
重量による。例1 下記の程度に叩解されたWeyerhansenCOh
Oクラフトパルプ卦よび3.9ミクロンの平均粒径を有
するGrefcODicallte4l6バーライトを
用いて、一連のフイルターシートを製造した。
これらの実験に用いた電荷改質剤は、コロイド状固形物
基準で約15%のアルミナを含有するカチオン性コロイ
ド状シリカ(30%固形分)であつた(中空カソードラ
ンプおよび亜酸化チツ素アセチレン炎を用いた309ナ
ノメートルにふ−Qる原子吸光によつて測定)。
該シリカは、約220m7f(チツ素吸着)の表面積、
約15−16製の粒径訃よび約5000000〜180
0000の分子量(光散乱法)を有する。該成分材料の
合計供給重量(完全乾燥基準)(電荷改質剤を除き80
グラムであつた。
一定割≦のパルプ(30重量%すなわち24グラム)卦
び微粒子(70重量%すなわち56グラム)をλ持した
。1リツトルのポリエチレン・バケツ中(水に激しく攪
拌しながら該成分を添加して、2“の稠密度の水性スラ
リーを形成し、そして電荷1質剤を添加した。
〔4個のプロペラ刃を有しそて目盛2にセツトして約7
00rpmにて回転するHei−DOlph攪拌機(P
OlyscienceInc.)を使用して、該系を水
力学的剪断処理した。〕引続き、該スラリーを0.5%
の稠密度に希釈し、そして100メツシユスクリーンを
用いる9インチXl2インチの手すき装置にて約0.1
60〜0.200インチの範囲の厚さ(残留基準)のシ
ートに真空フエルト化した。次いで、該シートを取出L
静止オブン中にて一定の重量となるまで乾つ 燥し、そ
して最終の重量を記録した。該シートの最終重量を合計
供給材料の重量と比較して、該シート中の全固形物の残
留量を決定した。フイルターシートを、前記の沢過(膜
保護)テストおよび油の流れテストに附した。結果を第
1表に示す。上記のテストから明らかなように、電荷改
質しなかつた試料は、膜保護を本質的に示さなかた。最
小の沢水度の系における失敗は、膜圧低の僅かの増加に
てパツドが閉塞したことによるのであつた。例1 微粒子として4.2ミクロンの平均粒径を有するGre
fcOパーライト426および6.0ミクロンの平均粒
径を有する436を、そしてWesOll一TeCOr
p.WclmingtOnDelawareから入手さ
れるカチオン性コロイド状シリカ電荷改質剤(4.0%
のアルミナ、22.5%のシリカ、30%の固形分)で
ある一定量(6%)のWesOlPAを使用して、実験
を例のようにして実施した。
結果を第表に示す。例A 下記の量のWesOlPAカチオン性コロイド状シリカ
電荷改質剤を用いた2.5%の稠密度の水性スラリー中
にて約15分の接触時間にわたD、微粒子フイルタ一補
助材料を予備被覆L取出して、脱水し、そして25『F
にて30分間乾燥した。
処理済の該微粒子フイルタ一材料を、100m1の水に
スラリー化し、そしてMilllpOre47TWL真
空フイルタ一保持器中の多孔性フリツトガラス支持器材
を通して、%インチの厚さのケーキが形成されるまで沢
過した。次いで、沢過効率テストを行つた。結果を第表
に示す。電荷改質をしたP過性能の改善は、特に大きな
微粒子を使用する場合に顕著である。
例B 上記にて調製した予備被覆微粒子の水性スラリーを、マ
トリツクスとして30重量%の叩解パルプを含むフイル
ターシートに形成Lそして乾燥した。
使用したパルプ系は130C.S.F.の沢水度を示し
た。膜保護テスト訃よび油の流れテストを実施した。結
果を第表に示す。例C l3OC.S.F.のパルプ系(30重量%)およびパ
ーライト416微粒子を含む予備成形シートに、5We
s01PAカチオン性コロイド状シリカ電荷改質剤の6
重量%溶液を含浸させ、これを乾燥しそして硬化させた
P過テストにて、膜保護時間は5.0分であり1そして
5PSIDにおいてパツドの閉塞によつて失敗した。例
A 前記の例Aの態様にて、機械的に解繊維 (Defiber)したセルロース(SOlkaflO
c)にWesOlPAカチオン性コロイド状シリカ電荷
改質剤を予備被覆し、これを乾燥しそして硬化させ、フ
イルターケーキを形成し、そして沢過効率をテストした
結果を下記の第v表に示す。例B3O%の未処理セルロ
ースパルプ卦よび70%の例Aの予備処理解繊維セルロ
ースからなるスラリーから、フイルターシートを形成し
、そしてこれを例Bの記載のようにしてテストした。
結果を下記の第表に示す。例V この例では、従来技術によるメラミン−ホルムアルデヒ
ドカチオン性コロイド(Parez6O7)にて電荷改
質したフイルタ一材シート(米国特許4007113号
明細書参照)を、本発明に従つてカチオン性コロイド状
シリカにて電荷改質したフイルタ一材シートと比較した
(A) 70重量%のセルロースパルプ系(C.S.F
.l3O)卦よび30重量%の珪藻土およびパーライト
の50/50混合物を含有するフイルタ一材シートを製
造した。
最適の電荷改質剤の量(Parez6O7の場合7%、
そしてWesOlPAの場合6%)および乾燥条件を採
用したほかは、カチオン性分散水性スラリーを調製し、
真空フエルト化し、オブン乾燥して、同一の態様にて該
シートをそれぞれ形成した。前記のテスト条件を用いて
、標準化流動電位値を時間的に測定した。
各フイルタ一材料について平衡流出カーブをプロツトし
、第1図にて比較した。第1図に明らかなように、従来
技術による(メラミン−ホルムアルデヒド)材料は、非
常に迅速にピークに達しその後時間と共に徐徐に減衰す
る変則的な流出カーブを示す。本発明に従つて製造した
材料は、増加傾向の負の標準化流動電位を示し、これは
高い正の表面電荷を示す高い平衡値にて安定化された。
次に、同じフイルタ一材を、汚染液(0.109ミクロ
ンDOwDiagnOsticsラテツクス分散物、5
.5pH)を用いてテストした。
第2図訃よび第3図に、沢過効率}よび標準化流動電位
を時間に対してプロツトした。これは、従来技術(メラ
ミン−ホルムアルデヒドカチオン性コロイド)系(第2
図)と本発明のカチオン性コロイド状シリカ改質の材料
(第3図)とをそれぞれ比較するものである。負に荷電
したラテックス粒子は、はじめに電気動学的捕獲および
吸着によつて本質的に定量的に除去される。標準化流動
電位は、負の値からOを通過して直線的に減衰し、そし
て次に漸近的に正の値に近づく。流動電位がOに近づき
そして0を通過するに従つて、流出液の濁D度は劣化(
破過)しはじめる。流出液の濁リ度が流入の濁D度に漸
近的に近づくまで、この増加は継続する。このことは、
該ラテツクスがすべて該フイルタ一材を通過することを
示す。本発明のフイルタ一材シート(第3図)は、従来
技術のフイルタ一(第2図)の場合よりも、沢過性能を
かなb長く保持した。
本明細書にて用いる「生物学的液体」という用頭は、生
体から誘導されまたは生体と共に使用されるべき液体系
であり、そして通常は消毒または殺菌条件下に取扱われ
そして処理される。
従つて、該液体は沢適用の消毒または殺菌された材料を
必要とする。該液体には、筋肉内(1.m.)または静
脈内(1.v.)投与用の等張性溶液、経口投与用溶液
、ならびに局所用の溶液、生物学的廃物もしくは他の体
液が含まれる。該廃物または体液は、フイルタ一材に静
止または固定またはフイルタ一材内に捕獲することによ
つて検査または処置用に分離することが望ましい不純物
(例えば、バクテリア、ビールスまたは発熱性物質)等
の▲過性物体を含むことがある。本発明によるフイルタ
一材シートは単独または他のフイルタ一材と組合せて使
用することができ、(イ)抗生物質、生理食塩溶液、デ
キストロース溶液、ワクチン、血漿、血清、殺菌水また
は目薬等の医薬品、(ロ)コーデイアル飲料、ジン、ウ
オツカ、ビール、スコツチウイスキイ、甘口またはから
口のぶどう酒、シアンベーンまたはブランデイ等の飲料
、(ハ)うがい剤、香料、ジャンプ一、ヘアートニツク
、洗顔用クリーム、ひげそbローシヨン等の化粧品、(
ニ)酢、食物油、工キズ、シロツプ、フルーツジユース
、割D水(Make−Upwater)または調理油等
の食用品、(ホ)防腐剤、殺虫剤、写真液、電気メツキ
液、洗浄用化合物、溶剤精製剤および潤滑油等の化学品
、および(へ)極微粒子の保留、バクテリア汚染物の除
去およびコロイド状曇Dの消失等の処理をすることがで
きる。
本発明のフイルタ一材は、生物学的溶液からの発熱性物
質の除去そして特に非経口用溶液から最も一般的な発熱
物質である内毒素の除去に特に適当である。
本発明のフイルタ一材を、これに関して二つのテスト法
を用いて評価した。
第一のテスト法では、小体積のテスト液(10〜50m
1)を0.9dの円板型フイルタ一に通過させた。
注入器を用いて該フイルタ一に、該テスト液を一定の流
速にて通過させた。多量の体積の実験では、通常10リ
ツトルのテスト液を3.05ガロン/平方フイート/分
(4m1/Cm2/分)の流速にて3.9cmのフイル
タ一に通過させた。テスト液の汚染には、SigmaC
hemicalCOmpanyから入手したE.cOl
lLPSを使用した。内毒素の定量にはLimulus
AmebOcyteLysate(LAL)を使用した
。各テスト液の感度は30pg/mlであることが判明
した。小体積法を用いて、多数の現在入手し得るフイル
タ一を、0.9%NaClからの内毒素除去について評
価した。
これらの結果から本発明のフイルター材は、内毒素の濃
度が1000〜1000000pg/mlの範囲である
場合小体積から検定の限界(30pg/ml)以下に,
内毒素の量を低下させて、最良の総括的な発熱物質の除
去をもたらすようであつた。本発明のフイルタ一はまた
、注射用の種種のPHおよび塩濃度の多種類の溶液から
内毒素を除去した。すべての場合に、原溶液が1000
00pg/mlの内毒素にて汚染されていた際に100
pg/ml未満に内毒素の量が低下された。テスト溶液
のPHが本発明のフイルタ一の効率に影響することが見
出された。0.9%のNaCl中にて7.5〜8.5の
間のPHで、内毒素の除去は100pg/mlを超過し
はじめる。
しかし、このような二つのフイルタ一を直列に使用する
ことにより、はじめに1000000pg/m1に汚染
された溶液中にて、内毒素の量は30pg/Nll未満
に低下させることができる。オートクレーブ処理が内毒
素を除去する本発明のフイルタ一の能力に影響を}よぼ
すことは、見出されなかつた。
フイルタ一中にはじめに存在する内毒素を除去する洗い
液の体積は、該液の性質に依存して2.6m12冷i未
満から6.4m1/d以下であることが見出された。初
期の多量の体積の実験において流速を比較すると、溶液
が100000pg/mlに汚染されている場合、3〜
12ガロン/平方フイート/分の流速では内毒素の除去
性能が影響されないことが示された。
1000000pg/mlの内毒素濃度にて、本発明の
フウルタ一は内毒素の量を100pg/ml未満に低下
させることができた。
またこの実1験によつて、本発明のフイルタ一は0.9
%PH7.OのNaClから少くも2.5即/dの内毒
素を除去できることが示された。また、これらのフイル
タ一は、多量の水および20%のデキストロースから内
毒素の量を100pg/ml未満に低下できることが見
出された。高PHにて、このような二つのフイルタ一を
直列に使用して、内毒素の量を100pg/ml未満に
低下させた。溶液のPHまたは塩の濃度が変化しても、
前に吸着された内毒素が大規模に放出される結果は認め
られなかつた。要するに、本発明のフイルタ一によれば
、注射用の非常に汚染された溶液から内毒素を除去する
ことができる。
PH8.5未満のすべての溶液中で、100ng(10
0000pg/ml)の内毒素にてはじめに汚染されて
いた場合、これらのフイルタ一は内毒素を30pg/m
l未満に低下させた。1000ng/ml(10000
00pg/ml)の内毒素を含有する溶液を、これらの
フイルタ一によつて100pg/ml未満に低下させる
ことができる。
これらのフイルタ一を2個直列に使用して、大部分の溶
液中にてPHが8.5を越える場合でも、内毒素の量を
30pg/ml未満に維持することができる。比較し得
るフイルタ一、例えば、他の比較し得る材料上にカチオ
ン性メラミン−ホルムアルデヒドおよびポリアミド−ポ
リアミンエピクロルヒドリンを含むフイルタ一よりも、
本発明のフイルタ一材は大きな内毒素除去能力を有する
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来技術のフイルターシートおよび本発明に
従つて製造されたフイルターシートの平衡流出曲線を比
較する、標準化流動電位対時間のグラフである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 セルロース繊維の自己結合性マトリックスおよび微
    粒子からなり、そしてこれらの少くも一つの表面が緻密
    なシリカ芯材を多価金属−酸素化合物で被覆したカチオ
    ン性コロイド状シリカで改質されていることを特徴とす
    る、フィルター材シート。 2 該マトリックスが叩解セルロース繊維からなり60
    0ml未満のカナダ標準濾水度を与える、特許請求の範
    囲第1項のフィルター材シート。 3 該繊維および該微粒子の少くも一つに正のゼータ電
    位を与えるに充分なカチオン性コロイド状シリカを含有
    する、特許請求の範囲第1項または2項のフィルター材
    シート。 4 約3〜約6重量%のカチオン性コロイド状シリカを
    含有する、特許請求の範囲第1〜3項のいずれかのフィ
    ルター材シート。 5 該カチオン性コロイド状シリカが、多価金属−酸素
    化合物にて改質された緻密なシリカ芯材を有する正電荷
    コロイド状粒子の分散物から得られたものである、特許
    請求の範囲第1〜4項のいずれかのフィルター材シート
    。 6 該多価金属がアルミニウムでありそしてコロイド状
    固形分の少くも13重量%の割合で該シリカを被覆する
    に充分な該化合物が与えられる、特許請求の範囲第5項
    のフィルター材シート。 7 該シリカ分散物がコロイド状固形分の重量の少くも
    15%のアルミナを含む、特許請求の範囲第5または6
    項のフィルター材シート。 8 該微粒子が少くも50重量%の珪藻土を含む、特許
    請求の範囲第1〜7項のいずれかのフィルター材シート
    。 9 該微粒子が珪藻土とパーライトとの混合物を含む、
    特許請求の範囲第1〜7項のいずれかのフィルター材シ
    ート。 10 該微粒子が約10ミクロン未満の平均粒径を示す
    、特許請求の範囲第1〜9項のいずれかのフィルター材
    シート。 11 微粒子および自己結合性マトリックスとしてのセ
    ルロースパルプ系からフィルターシートを形成し、ここ
    に該微粒子および該パルプの少くも一つの表面は緻密な
    シリカ芯材を多価金属酸素化合物で被覆してなるカチオ
    ン性コロイド状シリカにて改質されていることを特徴と
    する、汚染液から電気陰性の極微粒汚染物の除去用フィ
    ルター材シートの製法。 12 該パルプ系が叩解パルプを含み、該系に対してカ
    ナダ標準濾水度100〜600mlを与える、特許請求
    の範囲第11項の製法。 13 該カチオン性コロイド状シリカが多価金属−酸素
    化合物にて改質された緻密なシリカ芯材を有する正電荷
    コロイド状粒子の分散物から得られたものである、特許
    請求の範囲第11項または12項の製法。 14 該多価金属がアルミニウムでありそしてコロイド
    状固形分の少くも13重量%の割合で該シリカを被覆す
    るに充分な該化合物が与えられる、特許請求の範囲第1
    3項の製法。 15 該シリカ分散物がコロイド状固形分の重量の少く
    も15%のアルミナを含む、特許請求の範囲第13また
    は14項の製法。 16 微粒子および自己結合性マトリックスとしてのセ
    ルロースパルプ系からフィルターシートを形成し、ここ
    に該微粒子および該パルプの少くも一つの表面は緻密な
    シリカ芯材を多価金属酸素化合物で被覆してなるカチオ
    ン性コロイド状シリカにて改質されており、更に該シー
    トを殺菌または消毒する工程を含むことを特徴とする、
    汚染液から電気陰性の極微粒汚染物の除去用フィルター
    材シートの製法。 17 該シートがオートクレーブ処理される、特許請求
    の範囲第16項の製法。 18 該シートが熱水にて洗い流される、特許請求の範
    囲第16項の製法。 19 セルロース繊維の自己結合性マトリックスおよび
    微粒子からなり、そしてこれらの少くも一つの表面が緻
    密なシリカ芯材を多価金属−酸素化合物で被覆してなる
    カチオン性コロイド状シリカで改質されているフィルタ
    ー材シートに汚染液を通過させることを特徴とする、生
    物学的液体から極微粒汚染物を除去する方法。 20 アニオン性表面を有する微粒子を、該微粒子表面
    を電気的に陽性にするに充分な量の無機カチオン性コロ
    イド状シリカで被複してなり、該カチオン性コロイド状
    シリカが緻密なシリカ芯材を多価金属酸素化合物で被覆
    したものであることを特徴とする、粒状フィルター助材
    。 21 微粒子が珪藻土からなる特許請求の範囲第20項
    のフィルター助材。 22 微粒子がパーライトからなる特許請求の範囲第2
    0項のフィルター助材。 23 微粒子が解繊したセルロースからなる特許請求の
    範囲第20項のフィルター助材。 24 約10ミクロン未満の平均粒子寸法を有する特許
    請求の範囲第20〜23項のいずれかのフィルター助材
    。 25 約5ミクロン未満の平均粒子寸法を有する特許請
    求の範囲第20〜23項のいずれかのフィルター助材。 26 1m^2/gを超える比表面積を有する特許請求
    の範囲第20〜23項のいずれかのフィルター助材。 27 粒状フィルター助材を含み、該粒状フィルター助
    材がアニオン性表面を有する微粒子を該微粒子表面を電
    気的に陽性にするに充分な量の無機カチオン性コロイド
    状シリカで被覆してなり、該カチオン性コロイド状シリ
    カが緻密なシリカ芯材を多価金属−酸素化合物で被覆し
    たものであることを特徴とするフィルター床。 28 微粒子が珪藻土、パーライトおよび解繊セルロー
    スからなる群より選ばれる特許請求の範囲第27項のフ
    ィルター床。
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