JP5061337B2 - 繊維濾過膜体 - Google Patents

Description

本発明は新規な濾過膜体に関する。

今日、濾過は多くの分野において利用されており、濾過形式、濾過態様は多数にわたり、濾過に用いられる装置なども多種多様である。
しかしながら、濾過形式、濾過態様が多種多様ではあるといっても、濾過膜を用いて濾過するものが基本である。濾過膜には平膜型、中空糸型、管状型など形状的に多くの形式のものが存在する。

またそれら濾過膜を構成する濾材の材質は有機質のものと無機質のものとがある。
そのように濾過膜は多種多様であるが、その違いにかかわらず、いずれの濾過膜においても、濾材に存在する多数の微細孔によって流体中の微細な粒子状物質を捕捉するものである点において本質的構成は同じであると言える。

これらの濾材中の微細孔を利用するものにおいては、微細孔を多くすれば濾材、引いては濾過膜の引張強度が低下して濾過膜が容易に破損する原因となり、微細孔を少なくすれば濾過膜の引張強度は大きくなって濾過膜は容易に破損しなくなるものの、濾過性能が低下すると同時にその微細孔が濾取された微細粒子などによって目詰まり（ファウリング）が生じた場合において逆洗などによる濾過膜の再生が困難となり容易に行えないなどの問題がある。

また、濾過膜の目詰まり（ファウリング）は濾取物だけでなく微細孔でバクテリアなどが繁殖して別の目詰まりを起こすことになるのでそれを防止するために薬品により濾過膜を消毒する必要があり、その費用等の負担は大きなものである。
このような常套の濾過膜では耐用年数が平均的に３年程度と短く、長期にわたって濾過装置の使用を続けるには濾過膜を交換しなければならないが、一度の交換の費用は装置全体の費用の数１０％になり、濾過装置の普及の大きな阻害要因となっているのが実情である。

上記のような常套の濾過膜は、非常に多くの種類の濾材が使われており、要求される微細孔の形成の仕方と濾材の物性によって微細孔を均一化することが極めて困難である。そのため、実際に提供される濾過膜は平均孔径で表示されている濾過膜の微細孔の孔径が相当程度バラつきがあるのが実際である。市販の濾過膜は微細孔の平均孔径を表示しているが例えば孔径１μと表示されている濾過膜では、大きな微細孔は５μ、小さな微細孔は０．１μ程度の大きなバラつきがあるのが普通であり、最も多い微細孔の孔径が１μであるという意味である。

微細孔の孔径にバラツキがあるということはその濾過膜を使った濾過材による濾過は適確かつ効果的な濾過効果が期待できないことを意味するので、濾過膜における細孔の孔径を均一化することは非常に重要な課題であるが、上記のように濾過材自体に細孔を形成する形式の濾材では現在までのところ満足のいくものは提供されていない。
本発明者は上記のような問題点が存在することに対処するために先に濾材に微細孔を形成したものを用いるのではなく、極く細い繊維を緊張させて並列させかつ積層することによって濾過膜を形成し、隣接する繊維相互間のスリット状間隙によって粒状物質を濾し取る濾過膜を開発し、特許出願した。
日本特許第３１６０６６０号公報 日本特許第３６８６９１８号公報 アメリカ特許第５９４２１１３号公報 ドイツ特許第１９７４５３８１Ａ１号公報 イギリス特許第２３１８９９１Ａ号公報

その濾過膜は繊維径の細く均一なもの、かつ引張強度の強いものを用い、さらにその他の諸物性が優れた繊維のを用いることにより、濾過圧力による伸びが起きず、繊維間の多数の微細な並列（並行）間隙は濾過膜としての安定した均一性が得られるので、濾材の微細孔を利用する濾過膜に比べてはるかに優れた濾過膜が得られるものである。

またその濾過膜は従来の濾過膜のように微細孔を利用する濾過膜に比べて濾取される微粒子による目詰まりに対して逆洗により目詰まりを解消して濾過材を再生できる点においては極めて優れたものであり、濾過性能についても構成的には充分に優れたものであった。

しかし、例えば、濾材としての繊維の強度や一定の強度を得るための繊維の太さの点など通常の規格から見れば十分な物性を備えていると思われる素材であっても、実際に濾材として長時間使用した場合には吸水することによって素材の物性が変化し、結果として安定した濾過膜としての性能を得られないなど複雑な実際上の問題があり、濾材としての必要条件を満たす材質のものが容易に得られなかったことから、通常の材質のものを使用するしかなかった。しかし、通常の材質を使用したものにおいてはその濾過性能、濾過精度などの点で従来の一般的な微細孔を利用する濾過膜に対抗できる優位の物は得られなかった。

本発明者はさらに濾材として用いることのできる繊維について研究を重ねることによって、ポリパラフェニレンベンズオキサゾールよりなる繊維（ＰＢＯ繊維）及びこれに類する合成樹脂繊維の優れた特性を通常の繊維用途や産業資材用途等ではなく、多孔質平膜型、中空糸型膜、管状型膜等の微細孔による濾過方式と異なる濾過方式である上記のごとき繊維間のスリットを利用する方式の濾過膜に用いることによって、他の繊維にない特質を最大限に引き出し、従来の微細孔を利用する濾過材に対抗できるというより、それ以上に従来のものを凌駕する優れた濾過膜体を得た。

本発明によれば、ポリパラフェニレンベンズオキサゾールを液晶紡糸した繊維を多数本、緊張させて並列しかつ積層した繊維濾過膜体が提供される。
ポリパラフェニレンベンズオキサゾールを液晶紡糸した繊維の繊維径は０．００５ｍｍ−０．０１５ｍｍであり、濾過膜体の厚さは０．０３ｍｍ−０．５ｍｍであることが好ましい。
濾過膜体を装着する枠体は平面状であっても立体状、例えば円筒形、角筒形などであってよく、枠体の形態は問わない。

本発明による極細繊維を並列させかつ積層することによって繊維相互間の間隙により濾過を行う形式の濾過膜体において、ポリパラフェニレンベンズオキサゾールを液晶紡糸した繊維を濾材として用いる濾過膜体は、従来の素材であるスチールの約１８倍、ポリエステル繊維の約４．５倍、アラミド繊維、カーボン繊維等の約２倍の引張強度を持ち、アラミド繊維に比べて半分以下のクリープパラメータ、はるかに優れたクリープ破断寿命などの非常に優れたクリープ特性、繊維表面の均整さ、などの優れた物性を有するものとなった。これにより従来の他の濾過方式の濾過材に充分に対抗することができる濾過膜体が得られると共に従来の濾過方式では不可能であった目詰まりが生じた際の逆洗による目詰まり物の除去とそれによる濾過膜体の再生を極めて容易に行なうことが可能となり、ひいては濾過膜体自体の寿命を延ばすことができる。

また、従来の微細孔による濾過膜のバクテリアの繁殖などによる目詰まりの問題はほぼ完全に解消された。
さらには従来の微細孔による濾過膜による濾過では、原液に対して外圧あるいは内圧をかける必要があったが、本発明による濾過膜体では原液に対して外圧あるいは内圧をかける必要はなく、濾過装置の濾過槽の深さの水圧だけで十分濾過が可能になる。
濾過膜体自体も容易に製造することができるのはいうまでもない。

図１は本発明の濾過膜体１を図２に示す円筒状の枠体２に装着したものを示す。枠体２は環状の横桟３と直線状の縦桟４とによって形成されていている。すなわち、複数の横桟３を一定間隔で配置し、それら横桟３の周方向の複数箇所にそれぞれ縦桟４を横桟３の面に対して垂直に配置して、それら横桟３と縦桟４の交点を一体的に接合した構造であり、径約１５ｃｍ、高さ約４５ｃｍである。横桟３及び縦桟４は、共にプラスチック製であるが、ある程度の剛性と必要な耐性を有するものであれば金属であってもよい。

図１に示す濾過膜体１は上記の枠体２の外周部にポリパラフェニレンベンズオキサゾールを液晶紡糸した繊維で断面がほぼ円形の径０．０１２ｍｍの繊維を隙間無く緊張させて緊密に巻きまわし巻き重ねて濾過膜体１を形成してある。この濾過膜体は全体にわたって厚さが均一で約０．４０ｍｍとなるまで繊維を巻きまわし巻き重ねた。
ベントナイト１００ｍｇ／ｌ濃度の溶液を入れた高さ２ｍ、内径４０ｃｍの水槽の１．５ｍの水深にこの濾過筒を１分間沈め、濾過筒内の水を採取して濁度計、粒度分布装置で濾過した溶液について粒子径と個数を測定した。

比較例１

実施例１のポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維をそれとほぼ同じ規格のポリプロピレン繊維及び超高分子量ポリプロピレン繊維にそれぞれ置き換えた以外は実施例１と同じ濾過筒を作った。測定は実施例１におけると同様に行った。
実施例１及び比較例１の測定結果を図３に示す。
この結果は、本発明によるポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維による濾過膜体の性能が極めて優れていることを示している。

図４は図１の濾過膜体の枠体の形状が異なる以外は基本的に同等の濾過膜体である。実施例１とほぼ同等の規模の濾過筒により実験した結果は実施例１におけるとほぼ同じであった。

比較例２

直径１４５ｍｍ、１２角形平均外径１４２ｍｍ、濾過部幅１２０ｍｍ、膜面積約お．０５３ｍ^２の濾過筒型枠に断面円形の繊維径１２μのアラミド繊維（帝人テクノプロダクツ株式会社製）を１８９，０００本緊張状態に巻きまわした濾過筒をつくり、実施例１と同様に試験をした。テストは３回行った。各回の濾過筒内の水量と濁度は次にようであった。

この結果は、アラミド繊維は濾過膜体の素材としては、濾過能力が低く、濾過回数を重ねると残留粒子により濁度が却って原水より悪くなり、本発明における濾過膜体の素材としては不適当であることを示す。

本発明の濾過膜体を用いた濾過装置の斜視図である。 図１の濾過装置の枠体の斜視図である。 濾過した溶液についての測定結果を示す図である。 本発明の濾過膜体を用いた濾過装置の斜視図である。

符号の説明

１ 濾過膜体
２ 枠体
３ 横桟
４ 縦桟

Claims (1)

1. 繊維径が０．００５ｍｍ−０．０１５ｍｍの液晶紡糸したポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維を多数本、緊張させて並列かつ積層して形成した厚さが０．０３ｍｍ−０．５ｍｍの繊維濾過膜体。

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