JP5561751B2 - 生分解性洗浄ボール - Google Patents

Description

本発明は、原子力発電所や火力発電所の復水循環系に用いられる海水等の水の配管内壁を洗浄するボールに関するものである。

発電所の復水循環系に採用されている管式熱交換器の海水等の水の配管の内壁には、スケールや水垢等が付着するため、定期的にこれを除去する作業を行っている。例えば、配管内径よりも少し大きい直径のスポンジゴムボールを水流ポンプで水と一緒に配管中に強制的に流し、スポンジゴムボールが配管内壁を摩擦することにより汚れを除去する方法が行われている。配管の洗浄作業が終了すると、配管内に流した多量のスポンジゴムボールは回収するが、流したスポンジゴムボール全てを回収することは困難である。洗浄後、運転状態に戻すと配管内に残ったスポンジゴムボールは、外部（海や河川）へ排出されてしまう。

外部に排出された場合であっても、ボール形状をそのまま残存させない方法として、天然ゴムと天然ゴムよりも生分解速度の速い生分解性物質とからなるスポンジゴムボールを洗浄ボールに用いることが提案されている（特許文献１）。

特開平１０−２７４４９４号公報

本発明は、原子力発電所や火力発電所の復水器に用いられる海水等の水の配管内壁を洗浄するボールであって、自然界へ排出された場合であっても、時間の経過と共にその形態が消失するものであって、かつ、軽量で作業性が良好な洗浄ボールを提供することにある。

本発明者等は、上記課題を達成するために、ボールを構成する素材として、繊維のみを用い、この繊維を特定の形状に成形することにより達成できないかと検討した結果、本発明に到達した。

すなわち、本発明は、原子力発電所又は火力発電所の復水循環系に用いられる配管内部を洗浄するための洗浄ボールであって、前記洗浄ボールは、湿熱接着性を有しないポリ乳酸バインダー繊維と該ポリ乳酸バインダー繊維以外の湿熱接着性を有しないポリ乳酸繊維とで構成され、前記ポリ乳酸バインダー繊維は、芯部に高融点ポリＤＬ乳酸が配され、鞘部にバインダー成分である低融点ポリＤＬ乳酸が配されている芯鞘複合型繊維であり、前記ポリ乳酸繊維は、前記バインダー成分が溶融又は軟化する温度にて繊維形態を保持しているものであり、溶融または軟化したバインダー成分を介して前記ポリ乳酸バインダー繊維と前記ポリ乳酸繊維とが熱接着されると共に、球形状に形態保持している繊維成形体であり、さらに、前記繊維成形体は、水分を含む雰囲気下にて５０〜９５℃で加熱処理が施されているものであることを特徴とする生分解性洗浄ボールを要旨とするものである。

以下、本発明について詳細に説明する。

本発明の洗浄ボールは、ポリ乳酸バインダー繊維の鞘部が溶融または軟化したバインダー成分を介して繊維同士が熱接着しかつ球形状に形態保持している繊維成形体である。ポリ乳酸バインダー繊維の鞘部は、生分解性を有するポリ乳酸によって構成されるものであるので、本発明の洗浄ボールは、使用した後の一部のボールが海や河川等の自然界へ流出した場合であっても、ポリ乳酸からなるバインダー成分は自然界にて分解し、洗浄ボールの球形状が崩壊し、また、構成繊維同士の接着が解かれ、球形状に形態保持していた繊維同士をバラバラの状態となり、環境への負荷を低減することができる。また、本発明の洗浄ボールは、配管内部を洗浄するために繰り返し使用しうるものであるが、一定期間使用後、廃棄する際には、コンポスト内にて容易に生分解することが可能であり、また、コンポストでなくとも、上記したように自然界にて形態が崩壊して分解されるものである。なお、本発明において、生分解性を有するバインダー成分としてポリ乳酸を用いた理由は、ポリ乳酸は、生分解性を有する重合体のなかでも剛性が高く、溶融または軟化して樹脂化したポリ乳酸（バインダー成分）は硬化した状態となり、洗浄ボールの表面に、この硬化したポリ乳酸が存在することにより、配管内のスケールや水垢の掻き取り・洗浄性が向上するためである。

本発明の洗浄ボールは、ポリ乳酸バインダー繊維の他にバインダー繊維のバインダー成分が溶融する温度では繊維形態を保持してなるポリ乳酸繊維が含まれている。また、ポリ乳酸バインダー繊維又はポリ乳酸繊維においては、横断面形状において、中空部を有しない中実繊維を用いてもよいし、中空部を有する中空繊維を用いてもよい。中空繊維を用いることにより、洗浄ボールを得る際に密度調整を行いやすく、軽量で剛性の高い洗浄ボールを得ることができる。

本発明において用いるポリ乳酸としては、ポリＬ乳酸、ポリＤ乳酸、Ｌ−乳酸とＤ−乳酸の共重合体であるポリＤＬ乳酸、あるいはポリＬ乳酸とポリＤ乳酸の混合物（特にステレオコンプレックス）が挙げられる。ポリＤＬ乳酸は、Ｄ−乳酸とＬ−乳酸の共重合比を変化させることで融点が異なるものを得ることができる。なお、ポリ乳酸は、耐久性を向上させる目的で、脂肪族アルコール、カルボジイミド化合物、オキサゾリン化合物、オキサジン化合物、エポキシ化合物などの末端封鎖剤が添加されたものであってもよい。

ポリ乳酸バインダー繊維としては、バインダー成分である低融点ポリＤＬ乳酸で構成された鞘部と、高融点ポリＤＬ乳酸で構成された芯部とからなる芯鞘複合型繊維を用いる。芯部を構成する高融点ポリＤＬ乳酸は、バインダー成分である低融点ポリＤＬ乳酸が溶融又は軟化する温度では影響を受けないものである。洗浄ボールを製造する際に、熱成形性が良好で空隙率や嵩密度を制御しやすいことから、芯鞘複合型繊維を用いている。

ポリ乳酸バインダー繊維を構成するバインダー成分は、低融点ポリＤＬ乳酸であり、洗浄ボールを構成する繊維としてバインダー繊維以外のポリ乳酸繊維の融点よりも少なくとも２０℃低い融点を有するものがよい。また、ポリ乳酸バインダー繊維の高融点ポリＤＬ乳酸の融点よりも少なくとも２０℃低い融点を有するものがよい。ポリ乳酸バインダー繊維の鞘部と芯部は、共重合比の異なるポリＤＬ乳酸同士を用い、芯部に高融点ポリＤＬ乳酸、鞘部に低融点のポリＤＬ乳酸を配したものである。

ポリ乳酸バインダー繊維の単糸繊度は２〜１５デシテックス程度がよい。バインダー繊維以外のポリ乳酸繊維の単糸繊度も同様に２〜１５デシテックス程度がよい。剛性や取扱い性を考慮すると、４〜１５デシテックスがよい。

洗浄ボールの嵩密度は、０．０５〜０．５ｇ／ｃｍ^３であることが好ましく、洗浄ボールの空隙率は、６０〜９５％であることが好ましい。この範囲であると、洗浄ボールは適度な空隙を有し、軽量で取扱い性が良好である。また、洗浄ボールが有する多数の空隙は、空隙同士が完全に独立ではなく連通しているため、使用時には、洗浄ボールの空隙中の空気を適度に抜いて、空隙内に水を保持させ配管内を通せばよい。洗浄ボールは、配管内の水を適度に保持・通水し、水と同等の比重に容易に調整することができので、作業性が良好である。

洗浄ボールの直径は、洗浄する配管の内径サイズに応じて適宜設計すればよく、内径と同等もしくは少し大きめのものを用いる。一般に配管の内径サイズは、５〜１００ｍｍ程度であり、洗浄ボールの直径もまた５〜１００ｍｍ程度、もしくはそれよりも少し大きくすればよい。

本発明の洗浄ボールは、球形状の成形体が得られる成形金型を用いて熱成形を行い、得ることができる。成形金型としては、いわゆる半球状にくり抜かれた凹型２つを一対とし、凹部が向かい合うように配置させることにより、球状の成形体が得られるものを用いるとよく、凹型の金型同士が嵌合する形状であるのが成形安定性の点で好ましい。本発明においては、一方もしくは両方の凹型内に、所定量のポリ乳酸バインダー繊維、あるいはポリ乳酸バインダー繊維とバインダー繊維以外のポリ乳酸繊維を投入し、一対の凹型と凹部とが向かい合うように嵌めて、プレスして熱成型し、ポリ乳酸バインダー繊維のバインダー成分を溶融または軟化させることにより繊維同士を熱接着させ、かつ球形状に形態保持させて繊維成形体とする。成形金型に投入する際の繊維形態としては、多数の繊維が堆積してなるウェブを用いてもよく、また、多数の繊維が繊維軸方向に引き揃えられたスライバーを用いてもよい。繊維が堆積してなるウェブは、長繊維が堆積したものであっても、短繊維が堆積したものであってもよい。投入する繊維量は、洗浄ボールの嵩密度に応じて適宜決定すればよい。熱成形の際の成形温度（金型設定温度）は、ポリ乳酸バインダー繊維を構成するバインダー成分の融点以上とすればよく、融点よりも１０〜３０℃高い温度に設定することが好ましい。

本発明の洗浄ボールにおいて、一定期間使用後に役目を終えて回収した後、あるいは、洗浄使用した一部のボールが海や河川等の自然界へ流出してその役目を終えた後、コンポスト内において、あるいは自然界において、より早期にその球形状を崩壊させて生分解させるために、使用前の本発明の洗浄ボールに対して、水分を含む雰囲気下で加熱処理を行う。水分を含む雰囲気下で加熱処理を行うことにより、洗浄ボールを構成するポリ乳酸バインダー繊維等の構成重合体であるポリ乳酸の加水分解を進行させ、使用後における洗浄ボールの分解速度を速めることができる。

本発明において水分を含む雰囲気下とは、特定の相対湿度の下で加熱処理を行うことをいい、相対湿度は５０〜１００％ＲＨであることがよく、より好ましくは６０〜１００％ＲＨ、さらに好ましくは７０〜１００％ＲＨである。このときの加熱温度（雰囲気温度）は、高いほど効率的に加水分解を促進させることができるが、雰囲気温度が、洗浄ボールを構成する繊維の耐熱温度を超えると、球形状を保持できずに変形する恐れがあるため好ましくない。本発明において、効果的な雰囲気温度は５０〜９５℃、さらに好ましくは６０〜９０℃である。１００℃以下とすることにより、洗浄ボールの球形状を保持することができる。また、５０℃以上とすることにより、効果的にポリ乳酸の加水分解を行うことができる。

上記した加熱処理における処理時間は、本発明の洗浄ボールの球形状が維持されており、洗浄ボール本来の特性が維持できる程度の弾力性や強度を有している範囲で適宜設定し、ポリ乳酸の分子量を低下させることにより加水分解を促進させるとよい。具体的な処理時間は、相対湿度、加熱温度等の状況に応じて適宜選択すればよく、５〜１２０分の範囲で適宜設定すればよい。

また、水分を含む雰囲気下にて行う加熱処理については、洗浄使用の前に行うものであって、この洗浄前加熱処理装置を洗浄する配管にラインで設けると、加水分解を促進させた洗浄ボールを用いた配管洗浄作業が効率よく行えるため好ましい。

本発明の洗浄ボールによれば、生分解性を有するポリ乳酸バインダー繊維のバインダー成分を介してポリ乳酸繊維同士が接着し、かつ形態保持しているものであるので、自然界へ排出された場合であっても、時間の経過と共にバインダー成分が分解し、ポリ乳酸繊維同士の接着が解かれ、また、形態が崩壊するため、ボール形態が消失する。

また、ボールを構成している素材が繊維であるため、低コストで提供でき、また、軽量で作業性が良好である。

ポリ乳酸は剛性が高いため、熱成形された洗浄ボールの表面には、溶融または軟化して樹脂化した硬いバインダー成分が存在することとなり、配管内壁の洗浄性が向上する。また、洗浄ボールは、熱成形されたものであるので、ボール表面は内層に比べてより硬く研磨性に優れ、また、ボール内層の繊維は適度なフレキシブル性を有し適度に変形するため洗浄性が良好となる。

次に実施例に基づき、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

実施例１
ポリ乳酸バインダー繊維として、芯部が融点１７０℃のポリＤＬ乳酸、鞘部が融点１３０℃のポリＤＬ乳酸（バインダー成分）を配した芯鞘複合型の機械捲縮が付与された短繊維（繊度２．２デシテックス、繊維長５１ｍｍ）、ポリ乳酸バインダー繊維以外の繊維として、融点１７０℃のポリＤＬ乳酸からなる機械捲縮が付与されたポリ乳酸短繊維（繊度１１デシテックス、繊維長５１ｍｍ）を用意した。

ポリ乳酸バインダー繊維とポリ乳酸短繊維とを３０／７０（質量％）の割合で混綿し、カードウェブを作成した。得られる成形体の嵩密度が０．０８ｇ／ｃｍ^３となる量のカードウェブを成形金型内に投入した。用いた成形金型は、一対の半球状凹型によって構成されるものであり、半球状凹型の球の直径（内径）２０ｍｍ、深さ１０ｍｍである。カードウェブを投入後、成形金型の温度を１４０℃まで昇温させ、成形金型温度が１４０℃に達した時点で５分保持した後、室温まで降温させて自然冷却して熱成形し、繊維成形体からなるボールを得た。

得られたボールの直径は約２０〜２１ｍｍで略球形であり、嵩密度は０．０８ｇ／ｃｍ^３、空隙率は９４％であった。なお、空隙率は、嵩密度の値とポリ乳酸の密度（１．２７ｇ／ｃｃ）より算出した。以下の実施例も同様である。

実施例２
実施例１において、成形金型にカードウェブを投入する際、得られる成形体の嵩密度が０．１６ｇ／ｃｍ^３となる量を投入したこと以外は、実施例１と同様にして、繊維成形体からなるボールを得た。

得られたボールの直径は約２０〜２１ｍｍで略球形であり、嵩密度は０．１６ｇ／ｃｍ^３、空隙率は８７％であった。

実施例３
実施例１において、 ポリ乳酸バインダー繊維とポリ乳酸短繊維の混綿比を５０／５０（質量％）としたこと、成形金型にカードウェブを投入する際、得られる成形体の嵩密度が０．２４ｇ／ｃｍ^３となる量を投入したこと、熱成形条件として１４０℃に達した後のホールド時間を２０分としたこと以外は、実施例１と同様にして、繊維成形体からなるボールを得た。

得られたボールの直径は約２０〜２１ｍｍで略球形であり、嵩密度は０．２４ｇ／ｃｍ^３、空隙率は８１％であった。

実施例４
実施例１において、ポリ乳酸バインダー繊維として、芯部が融点１７０℃のポリＤＬ乳酸、鞘部が融点１３０℃のポリＤＬ乳酸（バインダー成分）を配した芯鞘複合型の機械捲縮が付与された短繊維（繊度４．４デシテックス、繊維長５１ｍｍ）、ポリ乳酸バインダー繊維以外の繊維として、重合度の異なる２種のポリＤＬ乳酸（いずれも融点１７０℃）が貼り合わされた繊維（熱成形時の熱処理により緩やかな立体捲縮が顕在化する繊維）であって、横断面が中空部（中空率２０％）を有する機械捲縮が付与されたポリ乳酸短繊維（繊度１１デシテックス、繊維長５１ｍｍ）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、繊維成形体からなるボールを得た。

得られたボールの直径は約２０〜２１ｍｍで略球形であり、嵩密度は０．０８ｇ／ｃｍ^３、空隙率は９４％であった。

得られた実施例１〜４の繊維成形体からなるボールは、ボール表面は硬さがあり、触るとザラツキ感を有するもので、指で押すと適度に変形をするフレキシブル性を有し、配管内壁の洗浄ボールとして良好に使用しうるものであった。

Claims (4)

1. 原子力発電所又は火力発電所の復水循環系に用いられる配管内部を洗浄するための洗浄ボールであって、
   前記洗浄ボールは、
   湿熱接着性を有しないポリ乳酸バインダー繊維と該ポリ乳酸バインダー繊維以外の湿熱接着性を有しないポリ乳酸繊維とで構成され、
   前記ポリ乳酸バインダー繊維は、芯部に高融点ポリＤＬ乳酸が配され、鞘部にバインダー成分である低融点ポリＤＬ乳酸が配されている芯鞘複合型繊維であり、
   前記ポリ乳酸繊維は、前記バインダー成分が溶融又は軟化する温度にて繊維形態を保持しているものであり、
   溶融または軟化したバインダー成分を介して前記ポリ乳酸バインダー繊維と前記ポリ乳酸繊維とが熱接着されると共に、球形状に形態保持している繊維成形体であり、
   さらに、前記繊維成形体は、水分を含む雰囲気下にて５０〜９５℃で加熱処理が施されているものであることを特徴とする生分解性洗浄ボール。
2. ポリ乳酸バインダー繊維又はポリ乳酸繊維が、中空繊維である請求項１記載の生分解性洗浄ボール。
3. 原子力発電所又は火力発電所の復水循環系に用いられる配管内部を洗浄するための洗浄ボールであって、
   前記洗浄ボールは、
   芯部に高融点ポリＤＬ乳酸が配され、鞘部にバインダー成分である低融点ポリＤＬ乳酸が配されている芯鞘複合型繊維である湿熱接着性を有しないポリ乳酸バインダー繊維と、該バインダー成分が溶融又は軟化する温度にて繊維形態を保持している該ポリ乳酸バインダー繊維以外の湿熱接着性を有しないポリ乳酸繊維とを成型金型内に投入した後、成型金型をバインダー成分の融点よりも１０〜３０℃高い温度に加熱することにより、該ポリ乳酸バインダー繊維と該ポリ乳酸繊維とを熱接着すると共に、球形状に形態保持して得られた繊維成形体であり、
   さらに、前記繊維成形体は、水分を含む雰囲気下にて５０〜９５℃で加熱処理が施されているものであることを特徴とする生分解性洗浄ボール。
4. 請求項１〜３記載の生分解性洗浄ボールを原子力発電所又は火力発電所の復水循環系に用いられる配管内に通して配管内壁を洗浄することを特徴とする配管内壁の洗浄方法。