JP3718313B2 - 多孔質プラスチックフィルタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体や気体などの流体中に含まれる微粒子を分離濾過するための多孔質プラスチックフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液体や気体などの流体中に含まれる塵芥等の微粒子を分離濾過するための多孔質プラスチックフィルタは多数知られている。中でも、液体の流入側と流出側とで孔径の異なるプラスチックフィルタ、例えば流入側あるいは流出側のどちらか一方を、平均粒径が比較的大きなプラスチック材料の粒子から形成して大きな孔径とし、他方を平均粒径が比較的小さなプラスチック材料の粒子から形成して小さな孔径とした多孔質複層フィルタは、濾過精度の向上、微粒子の高捕集効率および低圧力損失の点から望ましく、このようなものとして、平均粒径が比較的大きな熱可塑性プラスチック材料、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリサルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファイドなどを焼結成形した多孔質プラスチック基材の表面に、そのプラスチック材料よりも平均粒径が比較的小さなポリテトラフロオロエチレン（以下「ＰＴＦＥ」と記す）を、接着剤と共に、直接的に被着することで、多孔質プラスチックフィルタ基材の外表面とその内表面とで、多孔層の孔径に差異を持たせた多孔質フィルタが提案されている。
【０００３】
また、出願人は、多孔質プラスチックフィルタを複数の熱可塑性プラスチック材料で構成し、その中の少なくとも１種類をふっ素系樹脂材料としたもの（特願平７−２１４８０８号）や多孔質プラスチックフィルタを比較的平均粒径が小さな熱可塑性プラスチック材料単体で構成したもの（特願平７−２４１８６２号）を提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の多孔質複層フィルタでは、使用するΡＴＦＥが粘着特牲に劣るため、上記多孔質プラスチック基材とＰＴＦＥとの界面での接着性が不十分となり、濾過や逆洗の際に多孔質プラスチック基材からＰＴＦＥ粒子が脱落し、結果として孔径に差異がなくなったり、あるいは部分的に差異を生じ、フィルタの捕集性能の低下を招いたり、あるいは脱落したＰＴＦＥ粒子が捕集した微粒子中に混入するなどの問題があった。
【０００５】
後者の内、複数の熱可塑性プラスチック材料で構成しその中の少なくとも１種類をふっ素系樹脂材料とした多孔質フィルタは、粉体払い落し性能が優れており、また比較的平均粒径が小さな熱可塑性プラスチック材料単体で構成した多孔質フィルタは、粒子脱落性、微粒子捕集性、粉体払い落し性、圧力損失などの特性がバランス良く保有しており、各々多孔質フィルタとして優れているが、圧力損失のコントロールに今一つ難しい面がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の問題点を解消できる多孔質プラスチックフィルタであって、その要旨とするところは、
熱可塑性プラスチック材料の粒子を焼結成形して得られる多孔質プラスチックフィルタであって、多孔質プラスチックフィルタは、少なくとも平均粒径が５μｍ以上９０μｍ以下の範囲と平均粒径が９０μｍを超え１，０００μｍ以下の範囲の複数の熱可塑性プラスチック材料で構成してあると共に、そのフィルタの少なくとも一つの表面の水に対する接触角が６０度以上である多孔質プラスチックフィルタにおいて、熱可塑性プラスチック材料が、超高分子量ポリエチレンである多孔質プラスチックフィルタにある。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の多孔質プラスチックフィルタは、その中になくとも平均粒径が５μｍ以上９０μｍ以下の範囲と、平均粒径が９０μｍを越え１，０００μｍ以下の範囲の超高分子量ポリエチレンで構成してあると共に、表面の水に対する接触角が６０度以上である。
【０００８】
ここで、水に対する接触角が、６０度未満の表面を有するプラスチックフィルタでは、表面の自由エネルギーが大きいため、逆洗を行ってもフィルタ表面に付着した微粒子の払い落としが十分に行われず、目詰まりなどが発生するため、実用上問題がある。
【０００９】
本発明の多孔質プラスチックフィルタは、超高分子量ポリエチレンの内、平均粒径が５μｍ以上９０μｍ以下の範囲のものと、平均粒径が９０μｍを越え１，０００μｍ以下の範囲のものとが少なくとも混合して構成してある。
【００１０】
両者の混合割合は、平均粒径が５μｍ以上９０μｍ以下の範囲のものが、全体に対し２０重量％でよく、好ましくは４０重量％以上が好適である。
【００１１】
特に超高分子量ポリエチレンのメルトフローレイト（以下「ＭＦＲ」と略す）は他の熱可塑性プラスチックに比べ低く、具体的には０．０１以下で、これは均質な孔径を有する多孔質プラスチックフィルタを得る上では好適である。
【００１２】
なお、多孔質プラスチックフィルタに帯電防止性能を付与させるために、多孔質プラスチックフィルタに、例えば、カーボンブラックやカーボンファイバー、金属粉、表面に金属などが塗布してあるチタン酸カリウムなどの導電剤を、目的にあわせて１〜５重量％の範囲、通常は１〜２％の範囲の量で添加してあってもよい。
【００１３】
本発明の多孔質プラスチックフィルタを成形するには、好ましくは平均粒径が３０μｍ以上５０μｍ以下の粘度平均分子量が２００万以上の超高分子量ポリエチレンに、平均粒径１２０μｍ以上１８０μｍ以下の粘度平均分子量が４００万以上の超高分子量ポリエチレンとを混合し、焼結成形して得られる。
【００１４】
特に、ＭＦＲの小さなもの、具体的にはＭＦＲが０．０１以下の超高分子量ポリエチレンを使用する方が均一な孔径を有する多孔質プラスチックフィルタを得る上では好適であり、例えば平均粒径が１００μｍ以上２００μｍ以下で、かつ嵩密度が０．３５〜０．４５ｇ／ｃｍ^３の、ぶどう房形状の超高分子量ポリエチレンが、機械的強度などにより好適である。
【００１５】
本発明の多孔質プラスチックフィルタの最終的な形状は、断面が円形、楕円形、長方形、多角形、星形などの中空筒状体、板状体、棒状体、有底筒状体あるいは皿状体など、その用途によって適宜選択される。
【００１６】
また、その長さは、長形・短形のいずれであってもよく、後記する分離装置に合わせて成形される。
【００１７】
このフィルタの形状として、中でも、中空筒状体の壁の少なくともその一部にひだ部を形成したフィルタは、垂直あるいは水平に対する自立性を有すと共に、濾過面積の増大を図ることができるので好適である。
【００１８】
そのひだ部は、その筒状体の外周端に位置する外側屈曲部と、筒状体の内周側屈曲部とを交互にあるいは適宜間隔を置いて設けることにより形成される。
【００１９】
そのひだ部の形成は、その筒状体の外側屈曲部の外形、内側屈曲部の内径、厚み、ひだの数などによって決まるが、外形が２０〜１５０ｍｍ、内径が１２〜１２０ｍｍ、厚みが１〜５ｍｍ、ひだの数が５〜２５個好ましくは６〜１２個の中より、フィルタの機械的強度、要求される容積当たりの濾過面積、分離装置の設置面積などを考慮して選択される。
【００２０】
このひだ部は、筒状体の全周にまたはほぼ半周にわたり形成するのが好ましく、ひだ部を全周に形成したものは分離装置内に垂直に配設した場合にフィルタに方向性が生ずることが無く、またひだ部をほぼ半周にわたり形成したものは分離装置内にひだ部を下側にして水平に配設した場合に除去すべき微粒子の滞積が無く好適である。
【００２１】
本発明の多孔質プラスチックフィルタは、超高分子量ポリエチレンの所定の平均粒径を有する粒子を、静的成形法や動的成形法によって焼結成形することで行われる。
【００２２】
前者の静的成形法は、いわゆる型内焼結法であって、例えば筒状などの内表面形状を有する外型とその内部に挿入した同様の外表面形状を有する内とよりなる成形金型を用い、外型内表面と内型外表面の間隙部に形成されるキャビテイ内に熱可塑性プラスチック材料の粒子を充填した後、成形金型共々これを加熱する方法である。
【００２３】
後者の動的成形法は、(1) 先端部に成形型を有する温度調整が可能なシリンダ内に往復運動をするピストン（プランジャーともいう）を内蔵したラム式押出機を用いて行うラム押出法、(2) 先端部に成形型を有する温度調整が可能なシリンダ内にスクリュウを内蔵した射出成形機を用いて行う射出成形法、(3) 先端部に成形型を有する温度調整が可能なシリンダ内にスクリュウを内蔵した押出成形機を用いて行う押出成形法、(4）雌型とその内径部に挿人される雄型よりなる成形金型を用い、雌型の内部に形成されるキャビテイ内に原料を充填した後、成形金型を加熱する圧縮成形機を用いて行う圧縮成形法、(5) 先端部に上下方一対の移動式ベルトあるいは下方の移動式ベルトで構成される成形型を有する温度調整が可能なシリンダでこの成形型内に原料を押出しする連続式プレス機を用いて行う連続式プレス法などである。
【００２４】
これら静的成形法や動的成形法などの方法から、本発明の多孔質プラスチックフィルタの最終的形状などの要求品質に応じて、適宜選択することができる。
【００２５】
なお、導電性の付与は、多孔質プラスチックフィルタの成形時に、前記した導電剤、例えばカーボンブラックやカーボンファイバー、金属粉等を超高分子量ポリエチレン原料中に混入させる方法や、成形後の多孔質プラスチックフィルタの表面に、界面活性剤等を塗布する方法などであるが、少なくとも多孔質プラスチックフィルタ表面に導電性を付与できるものであれば、特に限定されない。
【００２６】
上記のようにして得られる多孔質プラスチックフィルタは、通常、複数本を組合せてフィルタユニットとし、これを所定の形状の分離装置用容器内に垂直または水平に懸架などの手段により取り付けて分離装置として使用される。
【００２７】
フィルタユニットは、多孔質プラスチックフィルタを略板状の支持体に取付けたものであって、プラスチックフィルタの一方の端部を孔の開いた支持体に嵌着などの手段により固定し、他方の端部の開口部を蓋体で閉塞したものである。
【００２８】
この支持体および蓋体は、金属や各種の合成樹脂例えば硬質のポリオレフィン樹脂、ポリ塩化ビニルなどの熱可塑性樹脂や反応型の熱硬化性樹脂などが使用されるが、反応型の液状ポリウレタン樹脂が成形加工性や寸法安定性から好ましい。
【００２９】
そして、このフィルタユニットに導電性を付与する必要がある場合には、多孔質プラスチックフィルタを焼結成形する際に前記した導電剤を添加してフィルタに導電性を付与させると共に、支持体および蓋体にも同様にカーボンブラックなどの導電剤を添加して導電性を付与させた材料を使用すればよいなお、反応型の液状ポリウレタン樹脂を使用する場合主剤のポリオールおよび硬化剤に平均糸長０．１〜１．０mmの炭素繊維を３〜１０重量％添加したものが、残留歪みが小さく高い寸法精度と帯電防止性能を兼ね備えたものとなり、好適である。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
【００３１】
［実施例１〜５］以下の内容にて製造して得られた、多孔質プラスチックフィルタの性能は、下記に示す方法により評価または測定し、その結果を表１に表示した。
【００３２】
成形用金型として、円筒状の外表面を有する内型１個と、円筒状の内表面を有する外型１個を準備する。その内型の外径は、外型の内径より２mm小さいものとする。先ず、内型を外型内に挿入し、外型と内型との間に均一に２mmの間隙が形成されるように設置する。次いで、その間隙内に、平均粒径が４０μｍで、分子量２００万の超高分子量ポリエチレン（ＭＦＲ＝０．０１以下）と、平均粒径が１５０μｍで、分子量４００万の超高分子量ポリエチレン（ＭＦＲ＝０．０１以下）とを、表１に表示した割合（重量％）で混合した組成物を、充填し、これを１６０〜２２０℃の温度の加熱炉内で３０〜９０分間加熱して焼結成形して、肉厚２mmの中空円筒体形の多孔質プラスチックフィルタを得た。
【００３３】
「粒子脱落の有無」逆洗による払い落しの際に、フィルタ粒子の脱落の有無を目視により評価した。すなわち、フィルタ粒子の脱落がなく良好なものを（○）、フィルタ粒子の脱落が多少認められるものを（Δ）、フィルタ粒子の脱落が相当認められるものを（×）とした。
【００３４】
ただし、ここでフィルタ粒子には、脱落源が２次的に被覆溶着して一体化した他材料よりなる多孔質層を含めてフィルタを構成する粒子の全て、である。
【００３５】
「微粒子捕集性能」逆洗による払い落しの際に、払い落された微粒子の流体流出側への混入の有無を目視により評価した。すなわち、微粒子の混入が認められないものを（○）、微粒子の混入が多少認められるものを（Δ）、微粒子の混入が相当認められるものを（×）とした。
【００３６】
「粉体払い落し性」逆洗による払い落しの際に、流体流出側のフィルタ表面に付着した微粒子（粉体）の払い落しの良否を目視により評価した。すなわち、微粒子（粉体）の払い落しが良好なものを（○）、微粒子（粉体）の払い落しが多少悪いものを（Δ）、微粒子（粉体）の払い落しが相当悪いものを（×）とした。
【００３７】
「圧力損失／mmＡｑ」微粒子を含まない空気を１ｍ／ｍｉｎで吸引した時の、流入側と流出側の圧力損失を測定し、水柱ｍｍで表示した値である。
【００３８】
「対水接触角／度」ゴニオメーター式接触角測定器（エルマ社製Ｇ−１型）を用い、マイクロシリンジでイオン交換水２０μｌを流入側焼結プラスチックの表面に滴下し、その接触角を測定し、度で表示した値である。
【００３９】

表１に示したように、実施例１〜５のいずれも粒子の脱落および粉体払い落し性について問題なく良好である。また、圧力損失についても実施例１が若干高いがいずれも実用上は問題がない。
【００４０】
しかも、平均粒径の比較的小さなものと比較的大きなもの混合割合を替えることにより、性能の異なる多孔質プラスチックフィルタを容易に得ることができる。
【００４１】
なお、平均粒径が小さいプラスチック材料の割合が低い実施例５は、流体流出側への微粒子の混入が多少認められ、好ましくない。
【００４２】
［比較例１〜４］以下の内容にて製造して得られた多孔質プラスチックフィルタの性能は、下記に示す方法により評価または測定し、その結果を表２に表示した。
【００４３】
［比較例１］実施例１と同一の成形用金型を使用して、その成形用金型の間隙内に、平均粒径が３０μm で、分子量２００万の超高分子量ポリエチレン（ＭＦＲ＝０．０１以下）を充填し、これを１６０〜２２０℃の温度の加熱炉内で３０〜９０分間加熱して焼結成形して、肉厚２mmの中空円筒体形の多孔質プラスチックフィルタを得た。
【００４４】
［比較例２］比較例１と同一の成形用金型を使用して、その成形用金型の間隙内に、平均粒径が１７０μｍで、分子量２００万の超高分子量ポリエチレン（ＭＦＲ＝０．０１以下）を充填し、これを１５０〜２００℃の温度の加熱炉内で６０分間加熱して焼結成形して、肉厚２mmの中空円筒体形の多孔質プラスチックフィルタを得た。
【００４５】
［比較例３］比較例１と同一の成形用金型を使用して、その成形用金型の間隙内に、平均粒径が３０μｍで、分子量２００万の超高分子量ポリエチレン（ＭＦＲ＝０．０１以下）を充填し、これを１６０〜２２０℃の温度の加熱炉内で３０〜９０分間加熱して焼結成形し、焼結成形した多孔質プラスチック円筒体を成形用金型より取出した後、その円筒体の表面に界面活性剤を塗布して肉厚２mmの中空円筒体形の多孔質プラスチックフィルタを得た。
【００４６】
［比較例４］比較例１と同一の成形用金型を使用して、その成形用金型の間隙内に、平均粒径が１７０μｍで、分子量４００万の超高分子量ポリエチレン（ＭＦＲ＝０．０１以下）を充填し、これを１６０〜２２０℃の温度の加熱炉内で３０〜９０分間加熱して焼結成形し、焼結成形した多孔質プラスチック円筒体を成形用金型より取出した後、その円筒体の表面に平均粒径が０．１μｍのＰＴＦＥ微粒子をバインダーと共に、スプレーして吹き付けて１０〜２０μｍの厚さに被着積層し、肉厚２mmの中空円筒体形の多孔質プラスチックフィルタを得た。
【００４７】

表２に示したように、比較例１は、平均粒径が３０μｍで分子量２００万の超高分子量ポリエチレンで構成したもので、粒子の脱落や流体流出側への微粒子の混入、粉体の払い落し性、さらには圧力損失についても問題なく良好のものであるが、前記した実施例１〜４特に実施例１は、比較例１と遜色ないことがわかる。
【００４８】
しかし、比較例２は、平均粒径が１７０μｍで分子量２００万の超高分子量ポリエチレンで構成したもので、特に流体流出側への微粒子の混入について難があり実用上問題がある。また比較例３においては、粉体の払い落し性に間題があり、比較例４においては、基材からＰＴＦＥ粒子の脱落、流体流出側への微粒子の混入などに問題がある。
【００４９】
［実施例６〜１０］以下の内容にて製造して得られた、多孔質プラスチックフィルタの性能は、下記に示す方法により評価または測定し、その結果を表１に表示した。
【００５０】
成形用金型として、壁の全周に８個のひだ部を有する星型状の外表面を有する内型１個と、星型状の内表面を有する外型１個を準備する。その内型の外径は、外型の内径より２mm小さいものとする。先ず、内型を外型内に挿入し、外型と内型との間に均一に２mmの間隙が形成されるように設置する。次いで、その間隙内 に、平均粒径が４０μｍで、分子量２００万の超高分子量ポリエチレン（ＭＦＲ＝０．０１以下）と、平均粒径が１５０μｍで、分子量４００万の超高分子量ポリエチレン（ＭＦＲ＝０．０１以下）とを、表３に表示した割合（重量％）で混合した組成物を、充填し、これを１６０〜２２０℃の温度の加熱炉内で３０〜９０分間加熱して焼結成形して、肉厚２mmの中空円筒体形の多孔質プラスチックフィルタを得た。
【００５１】

表３に示したように、実施例６〜１０のいずれも粒子の脱落および粉体払い落し性について問題なく良好である。また、圧力損失についても実施例６が若干高いがいずれも実用上は問題がない。
【００５２】
しかし、平均粒径が小さいプラスチック材料の割合が低い実施例１１は、流体流出側への微粒子の混入が多少認められ、好ましくない。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の多孔質プラスチックフィルタは、少なくとも平均粒径が５μｍ以上９０μｍ以下の範囲と平均粒径が９０μｍを越え１，０００μｍ以下の範囲の超高分子量ポリエチレンで構成してあると共に、そのフィルタの少なくともーつの表面の水に対する接触角が６０度以上としてあるので、良好な払い落し性能、表面捕集性能、圧力損失などを兼備しながらも、従来のようなＰＴＦＥ粒子が脱落し、捕集された微粒子中に混入するなどの問題のないと共に、プラスチックフィルタとしての性能特に圧力損失をコントロールできものである。
しかも、横断面形状を中空星型体形にした場合は、単位容積当たりの濾過面積が多くなるので、分離装置の濾過容量、装置容量、設置面積などの選択が容易にでき、設計施工上好ましいものである。

Claims (1)

1. 熱可塑性プラスチック材料の粒子を焼結成形して得られる多孔質プラスチックフィルタであって、多孔質プラスチックフィルタは、少なくとも平均粒径が５μｍ以上９０μｍ以下の範囲と平均粒径が９０μｍを超え１，０００μｍ以下の範囲の複数の熱可塑性プラスチック材料で構成してあると共に、そのフィルタの少なくとも一つの表面の水に対する接触角が６０度以上である多孔質プラスチックフィルタにおいて、熱可塑性プラスチック材料が、超高分子量ポリエチレンであることを特徴とする多孔質プラスチックフィルタ。