JPH06142644A

JPH06142644A - 水浄化フィルター

Info

Publication number: JPH06142644A
Application number: JP30093192A
Authority: JP
Inventors: Takaharu Okamoto; 敬治岡本; Shigeaki Takahashi; 重朗高橋; Hidehiro Okamoto; 秀宏岡本
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1992-11-11
Filing date: 1992-11-11
Publication date: 1994-05-24

Abstract

(57)【要約】【構成】繊維が絡合および／または接着されてなる繊維
集合体からなる水浄化フィルターであって、繊維集合体
は、酸性基を２×１０^-4当量／グラム繊維以上有する繊
維Ａ１０〜９０wt％とアルカリ金属で置換された酸性基
を２×１０^-4当量／グラム繊維以上有する繊維Ｂ１０〜
９０wt％を繊維Ａ／繊維Ｂの重量比１０／９０〜９０／
１０で含むことを特徴とする水浄化フィルター。【効果】アンモニアおよびアンモニウムイオンを効率良
く吸着できる。とりわけアンモニウムイオンを効率良く
吸着できるため、魚介類に有害な亜硝酸イオンの発生を
抑制でき、魚介類の長期飼育を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水浄化フィルターに関
するものである。さらに詳細には、魚介類が長時間生息
できる水質を維持するための水浄化フィルターに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】自然界においては、魚類、貝類から排泄
されるアンモニア、バクテリアがアンモニアおよびアン
モニウムイオンを分解して発生する亜硝酸イオンの量
は、バクテリアによるアンモニア分解、水草による亜硝
酸の分解などの生態系によってバランスが保たれてお
り、水中の魚介類が亜硝酸の中毒で死に至ることはな
い。

【０００３】しかし、水槽内での魚介類飼育の場合、水
質が徐々に悪化し、アンモニア、亜硝酸イオン濃度が一
般的には２０ｐｐｍと言われている致死量に達し、魚介
類はある期間を越えると生息できなくなり、死んでしま
うのであった。

【０００４】従来は、砂あるいは珊瑚粉末を利用し、水
の浄化を行っていたが、水質を保ためには、それらを多
量に使用せねばならず、例えば、水槽の容積のおよそ半
分もの量が必要であり、さらに、一定期間ごとにこれら
の浄化剤を交換しなければならず、そのメンテナンスは
労力を要するものであった。

【０００５】また、活性炭による浄化方法も行なわれて
いるが、活性炭が水槽中に混入し水が濁ってしまった
り、活性炭が高価格であったり、粉末状であるため取り
扱いにくいなどの問題があった。

【０００６】一方、繊維状フィルターによる浄化法も市
販されているが、アンモニアおよびアンモニウムイオン
および亜硝酸イオンを除去する機能が極めて小さく、水
質の改良は期待できないものであった。

【０００７】また、特開平２−３０７５８９号公報に
は、ポリアクリロニトリル系繊維を用いたろ過槽による
浄化方法が提案されている。しかしながら、ろ過時の水
圧によって繊維の目詰まりもしくは形態変化が生じる事
から圧損が大きい点、経時的に機能が低下してしまい耐
久性に劣る点、取り扱いが容易でないなどの問題があっ
た。

【０００８】そこで、我々は既に、特願平３−３３８８
２８号として、水中のアンモニアを効率良く吸着し、か
つ、耐久性、取り扱い性に優れたフィルターを提案し
た。かかるフィルターは、水質浄化に一定の効果を有す
るものではあるが、水中には塩化アンモニウムなどに起
因するアンモニウムイオンも存在し、このイオンがバク
テリアにより酸化分解され、魚にとって有害な亜硝酸イ
オンが生成するという問題を解決するには至らなかっ
た。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、砂あるいは
珊瑚粉末などの浄化剤に比べ、極めて小さい体積、軽量
でアンモニアやアンモニウムイオンを効率良く吸着し、
亜硝酸イオンの発生、バクテリアの増殖を防止でき、フ
ィルターの圧力損失が低く、経時変化が少なく安定した
形態を有する魚介類を長期に飼育しうる水浄化用フィル
ターの提供を課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次の構成を有する。すなわち、繊維が絡合
および／または接着されてなる繊維集合体からなる水浄
化フィルターであって、繊維集合体は、酸性基を２×１
０^-4当量／グラム繊維以上有する繊維Ａ１０〜９０wt％
およびアルカリ金属で置換された酸性基を２×１０^-4当
量／グラム繊維以上有する繊維Ｂ１０〜９０wt％とを繊
維Ａ／繊維Ｂの重量比１０／９０〜９０／１０で含むこ
とを特徴とする水浄化フィルターである。

【００１１】以下、本発明について、さらに詳細に説明
する。本発明の水浄化フィルターは、繊維が絡合および
／または接着された繊維集合体からなるものである。絡
合、接着の手段については後述する。

【００１２】酸性基を有する繊維は、ポリアルキレン、
ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリスチレ
ンなどの合成繊維や、羊毛、木綿などの天然繊維であっ
ても良いが、グラフト加工が容易であるなどの面から、
ナイロン６、ナイロン６６に代表されるポリアミド系繊
維が好ましい。

【００１３】本発明の水浄化フィルターを構成する繊維
集合体は、酸性基を２×１０^-4当量／グラム繊維以上有
する繊維Ａを１０〜９０wt％、好ましくは４０〜６０wt
％含むものである。繊維Ａの酸性基が２×１０^-4当量／
グラム繊維に満たない場合には、水中のアンモニアを中
和反応によって効率良く吸着することができない。繊維
集合体中の繊維Ａの割合が１０wt％に満たない場合に
は、水中のアンモニアの吸収能が低く、アンモニアを栄
養源として繁殖するバクテリアの増殖を抑えることがで
きない。また、９０wt％を越える場合には後述する繊維
Ｂの割合が相対的に少なくなりアンモニアイオンの吸着
能に劣るという問題がある。

【００１４】本発明において、繊維Ａの酸性基として
は、水の浄化性能を付与するためなどの理由からカルボ
ン酸基、スルホン酸基などが好ましい。

【００１５】酸性基を繊維に含有させる手段としては、
繊維に酸性基保有モノマーをグラフト重合させる、繊維
を直接スルホン化する、アクリル酸のオリゴマーまたは
ポリマーを繊維中に予めブレンドするなどの方法があ
る。これら酸の水中への溶出のおそれがない観点からア
クリル酸系モノマー、メタクリル酸系モノマーなどの酸
性基を有するモノマーを繊維にグラフト重合することに
より繊維内に酸性基を含有せしめるのが好ましい。

【００１６】また、本発明の水浄化フィルターを構成す
る繊維集合体は、アルカリ金属で置換された酸性基を２
×１０^-4当量／グラム繊維以上有する繊維Ｂをも１０〜
９０wt％含むものである。アルカリ金属で置換された酸
性基は、２×１０^-4当量／グラム繊維以上、好ましくは
５×１０^-4当量／グラム繊維以上とするものである。２
×１０^-4当量／グラム繊維未満では、バクテリアにより
酸化分解されて生成する亜硝酸イオンの発生源となるア
ンモニウムイオンを効率良く吸着除去することができな
い。なお、経済性の観点からは２×１０^-3当量／グラム
繊維以下とするのが好ましい。

【００１７】繊維集合体中の繊維Ｂの割合が１０wt％に
満たない場合には、バクテリアからの排泄物に含まれる
水中のアンモニアイオンの吸着が十分に行なわれず、魚
の生存を不可能とする。また、９０wt％を越える場合に
は前記繊維Ａの割合が相対的に少なくなり、アンモニア
を中和反応によって効率良く吸着することができないと
いう問題がある。

【００１８】この繊維が有するアルカリ金属イオンと水
中のアンモニウムイオンのイオン交換反応によって、水
中のアンモニウムイオンを効率良く吸着させるものであ
る。アルカリ金属で置換された酸性基を２×１０^-4当量
／グラム繊維以上有する繊維Ｂを得るには、前記酸性基
を所定量有する繊維Ａの場合と同様の観点から、例え
ば、酸性基含有モノマーをグラフト重合させたり繊維を
直接スルホン化した後、ソーダ灰、カセイソーダ、カセ
イカリなどの塩基性アルカリ金属塩で中和処理する方法
が好ましい。

【００１９】また、本発明の水浄化フィルターを構成す
る繊維集合体中、繊維Ａ／繊維Ｂの重量比は１０／９０
〜９０／１０、好ましくは４０／６０〜６０／４０とす
るものである。繊維Ａ／繊維Ｂの重量比が１０／９０に
満たない場合には、水中のアンモニアの吸収能が低く、
アンモニアを栄養源として繁殖するバクテリアの増殖を
抑えることができない。一方、繊維Ａ／繊維Ｂの重量比
が９０／１０を越える場合には、バクテリアからの排泄
物に含まれる水中のアンモニアイオンの吸着が十分に行
なわれず、魚の生存を不可能とする。

【００２０】繊維集合体を形成する繊維Ａ，Ｂの繊度
は、有効表面積を大きくしてアンモニア、アンムニウム
イオンの吸着効果を優れたものとする一方、フィルター
使用時の圧力損失を小さく保つ観点から、１〜２０デニ
ール、さらには、２〜１０デニールとするのが好まし
い。

【００２１】また、繊維Ａ，Ｂの繊維断面を異形、例え
ば、Ｙ，Ｔ，Ｈ，Π、偏平、中空などにすると、有効表
面積を大きくする事ができ、吸着効果を高めることがで
きるので好ましい。

【００２２】繊維集合体は、繊維相互が絡合または接合
された構造であって、単繊維から構成される集合体であ
っても良いし、長繊維もしくは短繊維から構成される布
帛、編み織物構造体であっても良い。機能面、製造コス
ト等の点からは、短繊維からなる集合体が好ましい。

【００２３】短繊維からなる集合体の場合、繊維相互を
絡合させる方法は、例えば、繊維を開繊して、シート状
とし、複数枚を重ね合わせた後、１対のローラで圧縮す
る方法、ニードルパンチや水流などにより絡み合わせる
方法、または、繊維を開繊した後、一定の容器に空気流
により高圧で詰め込む方法などにより絡み合わせること
ができる。この際、捲縮を有する繊維は、絡合性が強く
なるので好ましく用いられる。

【００２４】また、繊維相互を接合する方法としては、
例えば、接着性樹脂による固着方法、熱接着性繊維を繊
維集合体中に含有させ、熱処理することによって固着す
る方法などが挙げられる。

【００２５】繊維集合体の形態は、適宜、切断、結合、
積層してフィルターに用いられ、目的に応じて、平板
状、球状など使いやすい状態とすれば良い。

【００２６】本発明の水浄化フィルターの製造方法の例
を挙げてさらに詳細に説明する。◎本発明の水浄化フィ
ルターは、例えば、ポリアミド系繊維にアクリル酸など
の重合性カルボン酸をグラフト重合加工により、繊維内
に酸性基（カルボキシル基）を導入した短繊維（繊維
Ａ）と、同じく、ポリアミド系繊維にアクリル酸など重
合性カルボン酸をグラフト重合加工により、繊維内に酸
性基（カルボキシル基）を導入した後、アルカリ金属で
置換された酸性基を導入した短繊維（繊維Ｂ）と必要に
応じて他の短繊維とを混合し、カード機で開繊し、シー
ト状にし、重ね合わせて積層した後、ニードルパンチを
行う方法で得ることができる。または、開繊した繊維を
空気流により高圧で、ある一定の容器に詰め込み、熱処
理する方法によって得ることができる。

【００２７】本発明の水浄化フィルターは、ろ過性能を
さらに高いものとし、圧損をさらに小さくする観点か
ら、下式（Ｉ）により求められる圧縮率Ｌを８０％以
下、さらには６０％以下、特に４０％以下とすると好ま
しい。Ｌ＝１００×（Ｓ₁−Ｓ₂）／Ｓ₁ …（Ｉ）ここで、Ｌは圧縮率［％］、Ｓ₁は0.125g／cm²加重時
のフィルター厚さ（mm）、Ｓ₂は10ｇ／cm²加重時のフ
ィルター厚さ（mm）を表わす。

【００２８】なお、繊維集合体を構成する繊維の少なく
とも１部が抗菌性を有する繊維であると、水中のバクテ
リアの増殖を抑制し、亜硝酸の発生が押さえられ、水質
の悪化を有効に防ぐ事ができるので好ましい。

【００２９】抗菌性の付与方法は、例えば、繊維表面に
抗菌剤を含む樹脂を付与し固着する方法、紡糸以前の工
程で抗菌剤を混合して得られた繊維を用いる方法が挙げ
られる。抗菌剤としては、例えば、ラウリルトリメチル
アンモニウムリン酸塩やベンゾイミダゾール系化合物、
モルデ型ゼオライト粒子（SiＯ₂／Al₂Ｏ₃のモル比１
７）を銀イオンで置換したものなどが好ましく用いられ
る。また、前二者の抗菌剤を固着するための樹脂として
は、例えば、ウレタン樹脂、アクリル樹脂などが好まし
く用いられる。樹脂で固着するには、樹脂に抗菌剤を混
ぜて、パッド・キュアー法、コーティング法などの手段
が採用される。後者のモルデ型ゼオライト粒子は紡糸以
前の工程で繊維ポリマーまたはペレットに混合するのに
適している。

【００３０】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。なお、浄化フィルターのアンモニアおよびアン
モニウムイオンの吸着特性は、次の方法で測定した。

【００３１】＜アンモニア吸着性試験＞１００ｐｐｍの
アンモニア水中に供試フィルターを２４時間浸漬（浴比
１：５０）した後、水中に残留するアンモニアを（株）
堀場製作所製イオンメータとアンモニア電極を用いて測
定する。

【００３２】＜アンモニウムイオン吸着性試験＞１００
ｐｐｍの塩化アンモニウム水溶液中に供試フィルターを
２４時間浸漬（浴比１：５０）した後、水中に残留する
アンモニウムイオンを（株）堀場製作所製イオンメータ
とアンモニア電極を用いて測定する。

【００３３】（実施例１、比較例１）ナイロン６繊維
（３デニール、カット長５１ｍｍ，捲縮数１８山／２５
ｍｍ，捲縮度２５％、Ｙ型断面）をアクリル酸１９％ｏ
ｗｆ、メタクリル酸３０％ｏｗｆ、過硫酸アンモニウム
３％ｏｗｆ、スーパーライトＣ（三菱ガス化学社製）１
％ｏｗｆの割合で含む浴中に入れ（浴比１：１４），常
温から１℃／分の昇温速度で８０℃まで昇温し、同温度
で６０分間グラフト重合加工した。カルボキシル基の導
入量は、３．３×１０^-3等量／グラム繊維であった（繊
維Ａ₁）。

【００３４】このグラフト重合加工した繊維Ａ₁の一部
を、ソーダ灰３５％ｏｗｆを含む水溶液中で８０℃で３
０分間浴中処理し（浴比１：１４）、繊維内に導入した
カルボキシル基の水素イオンをナトリウムイオンで置換
した（繊維Ｂ₁）。

【００３５】これらグラフト重合加工した繊維Ａ₁２５
重量％と繊維Ｂ₁２５重量％（繊維Ａ₁／繊維Ｂ₁の重
量比５０／５０）、ポリエチレンテレフタレート繊維
（１５デニール、カット長６４ｍｍ，捲縮数１０山／２
５ｍｍ，捲縮度１２％、）２０重量％および芯鞘型ポリ
エステル熱接着性繊維（捲縮数１２山／２５ｍｍ，捲縮
度１５％、）３０重量％を混合し、カード機で開繊し、
シート状にし、重ね合わせて積層し、サクション型熱処
理機で１３５℃、２分間処理を行い、目付７００ｇ／ｍ
²のフィルターを作製した（実施例１）。このフィルタ
ーをアンモニアおよびアンモニウムイオンの吸着性試験
に供した結果を表１に示す。魚介類の生存に有害な亜硝
酸イオンの生成につながるアンモニアおよびアンモニウ
ムイオンを効率良く吸着することがわかる。

【００３６】

【表１】また、繊維Ａ₁および繊維Ｂ₁に代えてグラフト加工し
ていない通常のナイロン６繊維を使用するほかは、実施
例１と全く同様にして、目付７００ｇ／ｍ²のフィルタ
ーを作製した（比較例１）。アンモニアおよびアンモニ
ウムイオンの吸着性試験に供した結果を表１に併せて示
す。

【００３７】（比較例２）実施例１と同じ原料ナイロン
６繊維をアクリル酸、メタクリル酸の濃度だけを下げて
グラフト重合加工し、繊維Ａ₂を得た。また、これを実
施例１と同様にナトリウムイオンで置換して繊維Ｂ₂を
得た。グラフト重合加工で繊維Ａ₂内に導入したカルボ
キシル基は１．５×１０^-4等量／グラム繊維であった。
さらに、実施例１と同様の割合の繊維混率として、目付
７００ｇ／ｍ²のフィルターを作製した。このフィルタ
ーをアンモニアおよびアンモニウムイオンの吸着性試験
に供した結果を表１に併せて示す。繊維Ａ₂、繊維Ｂ₂
内に導入した酸性基（カルボキシル基）の不足から、ア
ンモニアおよびアンモニウムイオンを十分吸着できず、
魚介類の長期生存に寄与しえないものであった。

【００３８】（比較例３）実施例１で得たグラフト重合
加工した繊維Ａ₁のみを５０重量％使用して、ナトリウ
ムイオンで置換した繊維Ｂ₁は使用せずに実施例１と同
様のフィルターを作製した。このフィルターをアンモニ
アおよびアンモニウムイオンの吸着性試験に供した結果
を表１に併せて示す。十分な酸性基は有しているが、酸
性基がアルカリ金属イオンに置換されていないため、ア
ンモニアの吸着には優れるものの、アンモニウムイオン
の吸着に関しては不十分なものであった。

【００３９】（実施例２、比較例４）ポリエチレンテレ
フタレート繊維（３デニール、カット長５１ｍｍ，捲縮
数１２山／２５ｍｍ，捲縮度１６％）をカード機にかけ
てシート状にし、重ね合わせ積層して得た従来のフィル
ター（目付７００ｇ／ｍ²、比較例４）について、実施
例１で得たフィルターと使い易さを比較した。

【００４０】比較は次の方法によった。市販の観賞魚用
水槽とフィルターポンプがセットされている観賞魚用上
部モーターセット（シナール技研（株）製）のフィルタ
ーに代えて、実施例１、比較例４で作製したフィルター
を用い、体長３〜５ｃｍの金魚を５０匹、幅３６ｃｍの
水槽に入れ、ポンプ吐水量５．５ｌ／分の条件で７日間
飼育実験を行なった。

【００４１】その結果を表２に示す。本発明のフィルタ
ーを用いた実施例２の場合は、しっかりとした形態を有
し、取扱い性、水中での形態保持性、圧損特性（水の通
過性）が良好なものであった。一方、比較例４の場合
は、繊維が容易に分離してしまい、取扱い性、水中での
形態保持性が悪いものであった。さらに、繊維が固りや
すく、水の通過性も悪い物であった。

【００４２】

【表２】

【００４３】

【発明の効果】本発明の水浄化フィルターは、次の効果
を有する。

【００４４】ａ．アンモニアおよびアンモニウムイオン
を効率良く吸着できる。とりわけアンモニウムイオンを
効率良く吸着できるため、魚介類に有害な亜硝酸イオン
の発生を抑制できる。

【００４５】ｂ．砂や珊瑚粉末などの浄化剤に比べ、極
めて少ない体積、軽量で魚介類の長期飼育を可能とす
る。具体的には、本発明のフィルターを構成する繊維集
合体１ｇあたり、２〜３リットルの水を浄化することが
できる。

【００４６】ｃ．フィルターの圧力損失を小さくするこ
とができる。

【００４７】ｄ．経時変化が少なく安定したフィルター
形態を保持できる。

【００４８】また、繊維集合体中に、抗菌性繊維を用い
る態様とした場合には、さらに、雑菌を除去することが
できる効果を奏することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０２Ｆ 1/58 ＣＤＪＰ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】繊維が絡合および／または接着されてなる
繊維集合体からなる水浄化フィルターであって、繊維集
合体は、酸性基を２×１０^-4当量／グラム繊維以上有す
る繊維Ａ１０〜９０wt％およびアルカリ金属で置換され
た酸性基を２×１０^-4当量／グラム繊維以上有する繊維
Ｂ１０〜９０wt％とを繊維Ａ／繊維Ｂの重量比１０／９
０〜９０／１０で含むことを特徴とする水浄化フィルタ
ー。
【請求項２】酸性基を２×１０^-4当量／グラム繊維以上
有する繊維Ａとアルカリ金属で置換された酸性基を２×
１０^-4当量／グラム繊維以上有する繊維Ｂがポリアミド
系合成繊維であり、酸性基がカルボキシル基であること
を特徴とする請求項１記載の水浄化フィルター。
【請求項３】繊維集合体を構成する繊維の少なくとも１
部が抗菌性を有する繊維であることを特徴とする請求項
１または請求項２記載の水浄化フィルター。