JPH0640966B2 - イオン交換繊維シ−ト状物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は化学薬品、水、空気などの液体、気体を高度に
精製することのできるイオン交換繊維シート状物に関す
る。

〔従来の技術〕

近年、エレクトロニクス関連工業、医療用分野などの精
密化学工業や生物科学分野においては、めざましい進歩
を遂げているが、これに伴ないこれら業界の製造、流通
工程において使用される化学薬品や水も高純度化、とり
わけ微粒子を除去した高度清浄化が必要とされ、さらに
これらの業界では作業環境においても高度なクリーン化
が不可欠となり、室内空気の高度清浄化も必要とされる
ようになってきた。

これらの要望に応えるため、従来ではメンブランフィル
ター、ヘパフィルターによる精密過法が採用されてい
たが、この方法ではフィルター表面のポアサイズにより
微粒子を物理的に捕集するものであり、過抵抗が非常
に大きく、大きな外圧を加えたり、大きな過面積を設
けるなどの必要があり、さらに過体表面の目詰まりに
よりフィルターの寿命が短いといった操業上の欠点があ
った。またこの他、微粒子除去の性能からも微粒子のリ
ークが多く、さらにフィルターのポアサイズよりも１桁
も大きい微粒子までリークしてしまうという致命的欠陥
を有していた。

さらにその上、上記業界においては商品サイズの微小
化、高性能化といった技術的進歩が激しく、これに対応
した化学薬品、水、空気などの清浄化には従来技術では
限界があり、今後この方面の改善はますます強く要望さ
れつつある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は過抵抗が小さく高流速で処理でき、かつ、微
粒子除去寿命の長いシート状物であり、微粒子除去性能
に優れ、極めて清浄な化学薬品、水、空気を供給し得る
シート状物を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は次の構成を有する (1)イオン交換繊維フロック体とガラス繊維が混合分散
してなり、該イオン交換繊維が、イオン交換能を有する
海成分と補強用ポリマを主成分とする島成分とからなる
海島構造を有し、かつ、少なくとも部分的に、枝分れま
たは分割されていることを特徴とするイオン交換繊維シ
ート状物。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明のイオン交換繊維シート状物は、イオン交換繊維
フロック体とガラス繊維とから構成させることが必須で
ある。すなわち、イオン交換繊維フロック体に配合され
たガラス繊維はイオン交換繊維フロック体と優れた繊維
間の絡み合いを生じ、シート状物形成後においても緻密
な表面繊維と適度の立体構造を保持しており、ガラス繊
維のもつ剛直性、耐薬品性など物理的、化学的性質がシ
ート状物形態に有効に作用するものである。

本発明のイオン交換繊維シート状物はこのような技術構
成を採用したことにより、低圧損で安定した過がで
き、さらに、後述するように特殊な技術によって達成さ
れたイオン交換繊維フロック体の立体構造と相乗的に作
用して、微粒子の吸着性能が高く、フィルター寿命が飛
躍的に拡大されるものである。

しかも本発明のイオン交換繊維シート状物は該化学薬
品、水、空気中のイオンを帯びた超微粒子でさえ容易に
除去する効果を有するので、その精度は従来技術に比し
て一桁オーダーも向上するものである。

本発明を構成するイオン交換繊維フロック体とは、陽・
陰両方のイオン交換体がドッキングした静電結合体であ
るが、少なくとも一方のイオン交換体をイオン交換繊維
で構成することが必須である。すなわち、繊維は表面積
が大きく、それだけ表面活性が大きいこと、さらに、し
なやかさと物理的強度に優れていることなどの性能が、
フロック体の形成ならびにガラス繊維との絡み合いに有
効に作用するものと考えられ、優れた過性能の出現に
貢献するものである。

本発明を構成するイオン交換繊維は、海成分と島成分と
からなる芯鞘型繊維であるが、なかでも多芯型繊維が好
ましく適用される。かかる繊維には多芯型複合繊維と多
芯型混合繊維があるが、繊維の機械的強度やフィブリル
の物理的特性ならびに取り扱い性の点で多芯型複合繊維
が特に好ましい。

本発明の繊維を構成する海成分は、ポリスチレン系、ポ
リビニルアルコール系、ポリアクリル系、ポリアミド
系、ポリフェノール系、セルロース系など、イオン交換
基を有する公知のイオン交換ポリマを挙げることができ
るが、特にポリ（モノビニル芳香族化合物）ポリマなか
でもポリスチレン系ポリマが化学安定性に優れており最
も好ましい。かかるポリスチレン系ポリマとしては、ス
チレンまたはα−メチルスチレン、ビニルトルエン、ビ
ニルキシレン、クロルメチルスチレンなどのホモポリマ
あるいはこれらの２種以上のコポリマもしくは他の不活
性モノマとのコポリマおよびこれらのポリマ（コポリ
マ）のブレンド体が好ましく用いられる。

上記海成分の特徴はイオン交換性能を有するところにあ
るが、かかる性能はたとえばカチオン交換基、アニオン
交換基、キレート形成能を有するキレート基などを導入
することによって惹起するものである。

かかるカチオン交換基としてはスルホン酸基を有する強
酸性カチオン交換基、ホスホン酸基を有する中酸性カチ
オン交換基、カルボン酸基を有する弱カチオン交換基等
が挙げられる。

アニオン交換基としては、四級アンモニウム塩基を有す
る強塩基性アニオン交換基、一〜三級アミノ基をもつ弱
塩基性アニオン交換基等が挙げられる。キレート基とし
ては、イミノジ酢酸基、イミノジプロピオン酸基等のア
ミノカルボン酸基、アミドキシム基、アミノリン酸基、
ポリアミン基、ピリジン基、ジチオカルバミン酸基など
を挙げることができる。かかるイオン交換基は繊維重量
に対して少なくとも０．１meq/g以上、好ましくは０．
５meq/g以上、特に好ましくは１．０meq/g以上１０meq/
g以下の範囲内で含有するのが良く、含有量が少ないと
性能上好ましくはないし、他方１０meq/gを越える量を
導入することは難しく現実的でない。

なお、かかるイオン交換基を含有する海成分ポリマは極
めて水などの溶剤に溶解し易くなるものであり、セルロ
ースなどの如き該交換基を含有しても不溶性であるもの
以外は、通常は架橋などの手段により、少なくとも水に
対して溶解しない程度に不溶化されている。

かかる架橋の程度は含水度によって、大まかに判定でき
る。この含水度はこの他にイオン交換基量によっても変
動するが、主として架橋の度合によって決定する。本発
明の繊維における好ましい含水度は０．５以上である。

ここで含水度とはＮａ型（Ｃｌ型）のカチオン（アニオ
ン）交換繊維を蒸溜水に浸した後、家庭用の遠心脱水機
で５分間遠心脱水して表面の水分を除去し、ただちに重
量（Ｗ）を測定し、さらに絶乾して重さを測り
（Ｗ_０）、次式より求めた値である。

含水度＝Ｗ−Ｗ_０／Ｗ_０ 本発明を構成する繊維の島成分は、補強用ポリマであ
り、具体例を挙げれば、ポリエステル、ポリアミド、ポ
リα−オレフィンなどのホモポリマまたはこれらのコポ
リマ、あるいはこれらのブレンド体が用いられ、特にポ
リα−オレフィンが耐薬品性に優れていることから最も
好ましい。かかるポリα−オレフィンとしては、たとえ
ばポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ-3-メチルブテ
ン-1、ポリ-4-メチルペンテン-1などおよびこれらのブ
レンド物を挙げることができる。

かかる海島成分のなかでも、海成分としてポリスチレン
系ポリマ（Ａ）とポリα−オレフィン系ポリマ（Ｂ）か
らなるブレンド比（（Ｂ）／（Ａ）＋（Ｂ））が５０重
量％以下、特に３〜４０重量％のブレンド物を用い、島
成分としてポリα−オレフィン系ポリマ（Ｂ）を用いる
組み合せが、耐剥離性、耐薬品性、製糸性、繊維物性な
ど総合的にみて、特に本発明の繊維に好適である。

本発明を構成する繊維の島成分の割合は１０〜９０重量
％、好ましくは２０〜８０重量％、特に７０重量％以下
が好ましい。この割合があまり低いと機械的強度が小さ
くなり、また反対にあまり高いとイオン交換性能に悪影
響を与えるので好ましくない。

繊維中の島の個数には特に限定はないが、特に５個以上
３００個以下が好ましい。島の個数が少な過ぎるとフィ
ブリル化がしにくくかつフィブリルの太さが太くなりす
ぎるし、一方、島の個数が多くなり過ぎるとフィブリル
が細くて弱いものになり好ましくない。

かかる繊維の単糸繊度は０．１〜５００ｄ程度である
が、とりわけ１〜５０ｄが機械的性質、実用性の面から
望ましい。繊維断面は円形のほか非円形も表面積が大き
くなるので好ましく用いられる。本発明の繊維は繊維軸
に沿って繊維長０．１〜２００mm、好ましくは０．２〜
５０mmに切断されたカットファイバーの形態よく、目的
とする製品の種類によって選択される。

本発明のフロック体を形成する場合、イオン交換繊維
（Ｃ）と、それとは反対電荷のイオン交換体（Ｄ）の混
合組成比（（Ｃ）／（Ｄ））が、乾燥重量当り１／１０
から１０／１の範囲にするのがよい。すなわち上記範囲
以外ではフロック体が形成されにくくなる傾向があり、
特に好ましくは、１．５／１０から１０／１．５の範囲
がフロック形成能が優れており、かつ吸着能の優れたフ
ロック体を提供する。

本発明を構成する反対電荷イオン交換体とはイオン交換
基を有する不溶性イオン交換体を意味する。その具体例
としては、セルロース、セファデックス、アロガロース
のごとき多糖類等の天然物ポリマおよびポリスチレン
系、ポリフェノール系ポリビニルアルコール系、ポリア
クリル系、ポリアミド系などの合成有機ポリマ（イオン
交換用ポリマ）にイオン交換基を導入した公知の有機質
イオン交換体を挙げることができる。イオン交換体の形
状としては、粉末、粒体、繊維および膜などを挙げるこ
とができるが、なかでも繊維および粉末、特に繊維は取
り扱い易さならびに吸着能に優れているので好ましい。
かかる粉末としては、３００μｍ以下の平均粒径をもつ
もの、さらには２００μｍ以下の小さい平均粒径を有す
るものほどフロックを作り易く、本発明に好ましい。ま
たイオン交換繊維としてはイオン交換用ポリマと補強用
ポリマからなる繊維を基材としたものが操作上の十分な
機械的強度ならびに形態保持性を有しているので好まし
い。

本発明を構成するイオン交換繊維フロック体はイオン交
換繊維と、それとは反対電荷をもつイオン交換体の両成
分をそれぞれ水または水溶性溶剤中に均一分散させ、両
方の懸濁液を攪拌しながら混合すると得られる。

本発明のフロック体は、要するにイオンがイオンとして
作用し得る系であれば形成されるものであり、特定な溶
剤に制限する必要はない。通常は水または水溶性溶剤中
でイオンが活性であるので、かかる溶剤が使用される。
水溶性溶剤とは、水に溶解する性質を有する溶剤であ
り、たとえば、メチルアルコール、エチルアルコールな
どのアルコール類が主に用いられる。

かかる溶剤中で形成されるフロック体は上記混合液中に
浮遊させた状態で得られる。

本発明のイオン交換体としては、たとえばスルホン酸
基、ホスホン酸基、カルボン酸基などを導入したカチオ
ン交換体や、たとえば、一〜三級のアミノ基もしくは四
級アンモニウム基を導入したアニオン交換体、さらに
は、アミノカルボン酸基、アミドキシム基、ポリアミン
基、アミノリン酸基、ジチオカルバミン基などの各種キ
レート基が導入されたイオン交換体である。

特に効果上、カチオン交換基としてはスルホン酸基、ア
ニオン交換基としては４級アンモニウム基が好ましく用
いられる。

本発明のイオン交換繊維の特徴は少なくとも部分的に枝
分れまたは分割されている点にあり、該枝分れまたは分
割は主として海成分の破壊に基づくものであり、水など
の溶媒中でミキサーなど攪拌機にかけ機械的に処理する
と達成される。

ミキサーは通常用いられる装置が使用できる。ミキサー
による混合時間は通常、回転数１０００〜１００００rp
mで、０．１〜２０分間、好ましくは１〜５分間であ
る。この混合時間および回転数は繊維の分割または枝分
れ発生の度合に係わるものであり、実情に合せて選択さ
れる。

かかる構成を採用したことにより、繊維間の絡み合いが
増し、シート形成能とりわけガラス繊維との親和性に富
むシート状物が得られる。

本発明を構成するガラス繊維とは、ソーダ石灰ガラス、
カリ石灰ガラス、鉛ガラス、石英ガラスなど公知のガラ
スであり、繊維の直径は０．０１〜５００μｍ、とりわ
け０．１〜５０μｍが物理的強度、実用性の面から望ま
しい。繊維断面は円形でも非円形でもよい、繊維長は
０．１〜１００mm、好ましくは０．２〜５０mmのものが
シート状物形成上よいが、目的とする製品の種類により
選択される。通常は上記範囲内の市販のパルプ状ガラス
繊維が好ましく用いられる。

本発明を構成するガラス繊維の混合比は、イオン交換繊
維フロック体／ガラス繊維が９９／１〜２０／８０、好
ましくは９８／２〜３０／７０（乾燥重量基準）がよ
い。この範囲を外れると、通液性、フィルター寿命など
の改善効果が小さくなるし、微粒子の除去性能が低下す
るので好ましくない。

ガラス繊維の混合方法は、前述のイオン交換繊維フロッ
ク体が浮遊する混合液にガラス繊維を加えて混合しても
よいし、イオン交換繊維の部分的枝分れまたは分割を行
なう工程で加えて混合してもよい。さらにはこれらの工
程を一括して行なう方法すなわち、イオン交換繊維、反
対電荷をもつイオン交換体、ガラス繊維の三者を水また
は水溶性溶媒中攪拌混合してもよい。

該混合懸濁液を攪拌下吸引過してシート状物を得、さ
らに必要に応じて加圧下プレスしたり、乾燥して本発明
のイオン交換繊維フロック体とガラス繊維からなるシー
ト状物が得られる。

本発明のイオン交換繊維シート状物の目付けは特に限定
する必要もないが、通常１００〜２０００g/m²程度のも
のが用途に応じて用いられる。

本発明のイオン交換繊維シート状物は、他の不活性繊維
（通常の有機、無機繊維）との混合あるいは組合せから
達成させることができる。かかる不活性繊維としては、
各種の繊維が適用できるが、ポリオレフィン系繊維、ア
ラミド繊維、炭素繊維、アルミナ繊維などが耐薬品性の
点から好ましく、混合率は該イオン交換繊維シート状物
の乾燥重量当り、５〜８０重量％がシートの強度を高め
る上で適当である。

本発明のイオン交換繊維シート状物は、無機薬品、有機
薬品の精製に使用されるが、特にメタノール、エタノー
ル、イソープロピルアルコール、ジメチルスルホキシ
ド、酢酸など、および塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、アン
モニア水などの液体、塩化水素、アンモニアなどの気体
のような親水性化学薬品の精製、清浄化、および水、空
気の精製、清浄化に使用される。

また、繊維工業におけるファインポリマの製造工程や食
品関係の製造工程にも使用される。

そのほか、溶液中の稀薄イオンやコロイド物質の捕集分
離あるいは分析用紙として使用されるほか、エアフィ
ルターなど、大気中の塵芥、酵素など蛋白質、ウイル
ス、菌体など細胞、微生物などの捕捉用途、タバコフィ
ルターなどに使用される。

さらに、原子力発電所や一般ボイラにおける復水の精製
用プレコート材として使用されるほか、汚濁水の浄化
用途に使用される。

さらに近年、臭気や着色など水質特に飲料水の水質低下
が社会問題となっているが、本発明のイオン交換繊維シ
ート状物は脱臭、脱色に優れた効果を有し、水質特に飲
料水の水質向上用に使用される。

また、本発明のイオン交換繊維シート状物は、活性炭、
骨炭、活性炭素繊維もしくはそれらのシート状物（フィ
ルター）と組み合せて使用されても良い。

また、前述のイオン交換体と活性炭、骨炭、活性炭素繊
維との複合、および混合シート状物は水質向上剤として
好ましく使用される。

〔発明の効果〕

本発明の特徴は第１に過抵抗が小さく、高流速で流体
の処理ができ、かつフィルター寿命が長いことであり、
とりわけ、高粘性流体、高温流体の過性能に優れた効
果があること、第２に微粒子の除去性能に優れ、とりわ
け従来法では除去が困難であった０．１μｍ程度の超微
粒子にも有効である。

〔実施例〕

以下実施例により本発明を詳しく説明する。

実施例１ ポリスチレン（旭ダウ社製、スタイロン＃６７９）４０
部と、ポリプロピレン（三井東圧製、ノーブレンＪ３Ｈ
−Ｇ）１０部のブレンド体を海成分、ポリプロピレン
（同上品種）５０部を島成分として、紡糸温度２７０℃
で海島型複合口金（島の個数１６個）により溶融紡糸
し、紡速１０００m/minで油剤処理後巻き取った。得ら
れた４２０デニール、４２フィラメントのマルチフィラ
メントを繊維軸方向に沿って繊維長１．０mmに切断し、
得られたカットファイバーを２分割して、一方を硫酸２
２部、ニトロベンゼン１０４部、パラホルムアルデヒド
０．３部の架橋液に浸して室温で６時間反応したのち、
蒸溜水、メタノールで洗浄乾燥後、硫酸に浸して９０℃
で２時間反応してスルホン化し、他方をパラホルムアル
デヒド５部、酢酸２５部、濃硫酸７０部からなる架橋液
に浸して８０℃で２時間架橋反応を行ない、海成分のポ
リスチレンを架橋不溶化した。次に、クロルメチルエー
テル８５部と塩化第２スズ１５部からなる溶液に架橋糸
を浸して、３０℃で１時間反応した。反応終了後、１０
％塩酸、蒸溜水、アセトンで洗浄し、このクロルメチル
化糸を３０％トリメチルアミン水溶液に浸して、３０℃
で１時間アミノ化することにより、それぞれ架橋基なら
びにイオン交換基をポリスチレン部に導入した。交換基
の種類は、前者がスルホン酸基を有する強酸性カチオン
交換繊維で、交換容量２．８ミリ当量／ｇ−Ｎａ、含水
度１．５であり、後者が四級アンモニウム基を有する強
塩基性アニオン交換繊維で、交換容量２．３ミリ当量／
ｇ−Ｃｌ、含水度２．３であった。

得られたカチオン交換繊維１００ｇ（乾燥重量）にイオ
ン交換水６を加え、１００rpmで攪拌しながらイオン
交換繊維を十分に分散させた。

また、別にアニオン交換繊維１００ｇ（乾燥重量）にイ
オン交換水６を加え、１００rpmで攪拌しながらイオ
ン交換繊維を十分に分散させたあと、これを前述のカチ
オン交換繊維が分散する液に徐々に添加し、１００rpm
で３０分間攪拌を続けたあとフロック体を取り出し脱水
した。

かくして得られたイオン交換繊維フロック体（Ｅ）とガ
ラス繊維（東洋紙のＧＢ−１００Ｒ）（Ｆ）を種々の
割合の混合物（（Ｅ）／（Ｆ）＝１００／０〜０／１０
０）になるように採り、該混合物１部（乾燥重量）に水
４００部を加えてミキサー（日立製、ＶＡ−８３５）に
より７０００rpmで３分間ミキシング処理をした。つい
でこれを１５の水槽に仕込み、手で混ぜながら、２５
×２５cmの正方形の４００メッシュの金網上、吸引過
し、金網上に目付１００g/m²（乾燥基準）のシート状物
を得た。これを１０kg/cm²の圧力で３分間プレスした
後、６０℃にて１分間乾燥して、イオン交換繊維シート
状物を得た。

該シート状物を用いて、イソープロピルアルコールを減
圧下過した。単位過面積当りの通液量と微粒子の除
去率を第１表に示した。

本発明のイオン交換繊維シート状物は通液性が良好で、
かつ、10時間過後においても通液性が低下せずまた、
微粒子除去効果が高くフィルター寿命の長い優れたシー
ト状物であることを示した。

実施例２，比較例１ 実施例１により得たカチオン交換繊維６部と、アニオン
交換体（平均粒子径１００μｍの粉末、PowdexPAO OH
形）１部とからなるイオン交換繊維フロック体を作っ
た。該イオン交換繊維フロック体９０部とガラス繊維１
０部を水中で実施例１の方法によりミキサー処理を行な
ったあと、目付１００g/m²のイオン交換繊維シート状物
を得た（実施例２）。

また、市販のメンブレンフィルター（ポアサイズ０．２
μｍ）を用いることを比較例１とした。これら２種のフ
ィルターによるＤＭＳＯの過を行なった。過抵抗値
とＤＭＳＯの微粒子除去効果を第２表に示した。本発明
のシート状物は極めて過抵抗が小さく、かつ微粒子除
去率が高いことを示した。

実施例３，比較例２ 実施例２で得たイオン交換繊維シート状物（実施例３）
および実施例２のシート状物でガラス繊維１０部を加え
ず代りにポリエチレンパルプ（三井石油化学工業製）を
１０部加えて実施例２と同じ方法で得たシート（比較例
２）について１０％濃度の塩酸の常圧過を行なった。
通液性と微粒子除去率を第３表に示した。

本発明のイオン交換繊維シート状物は優れた過性能を
示した。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イオン交換繊維フロック体とガラス繊維が
   混合分散してなり、該イオン交換繊維が、イオン交換能
   を有する海成分と補強用ポリマを主成分とする島成分と
   からなる海島構造を有し、かつ、少なくとも部分的に、
   枝分れまたは分割されていることを特徴とするイオン交
   換繊維シート状物。