JP2002126425A

JP2002126425A - 濾材

Info

Publication number: JP2002126425A
Application number: JP2000319158A
Authority: JP
Inventors: Norio Takagi; 憲男高木
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2000-10-19
Filing date: 2000-10-19
Publication date: 2002-05-08

Abstract

(57)【要約】【課題】溶融ポリマー中の異物やフィラー等に含まれ
る粗大粒子とゲル状物を同時に捕捉し、除去出来るフィ
ルター用の濾材を提供する。【解決手段】アスペクト比が６０〜５００００の金属
繊維を不織布状に分散し焼結して得られる濾材であっ
て、該濾材の加圧処理による通気抵抗の変化率が２〜７
０％であることを特徴とする濾材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高粘度液体を濾過す
るのに用いる濾材に関し、更に詳しくはゲル状物質の阻
止性能に優れ、濾過寿命の長いフィルター用の濾材に関
する。

【０００２】

【従来の技術】粘度の高い溶液や、溶融ポリマーから繊
維やフィルム製造する際、ポリマー中の異物、フィラー
等に含まれる粗大な粒子或いはゲル状物を除去するため
にフィルターによる濾過が行われる。フィルター用の濾
材には金属粒子を焼結したもの（金属粒子焼結体）或い
は不織布状の金属繊維を焼結したもの（金属繊維焼結
体）が使用されている。

【０００３】金属繊維焼結体は一般的に金属粒子焼結体
に比べて空隙率が高いため、濾過抵抗が小さく、特に粘
度の高いポリマーの精密濾過に適している。しかし熱可
塑性ポリマーを溶融して押出す際、一部のポリマーがし
ばしばゲル状物化して押出成形品の異物欠点になる。こ
のゲル状物を除去する捕捉性能はフィルター用の濾材に
よって異なり、金属粒子焼結体が金属繊維焼結体より優
れていることが知られている。従って高粘度のポリマー
を精密濾過し、しかもゲル状物を除去するために、金属
粒子焼結体と金属繊維焼結体とのそれぞれの利点を活か
す方法（特開平９−１１３０８号公報、特開平９−３９
０７２号公報）が提案されている。

【０００４】即ち、濾過工程を直列二段階にして、そ
の一方に金属繊維焼結体フィルターを用い、他の一方に
金属粒子焼結体フィルターを用いる方法で、濾過工程の
上流側に金属繊維焼結体フィルターを用いればこのフィ
ルターで溶融ポリマー中の異物或いはフィラー等に含ま
れる粗大粒子を捕捉し、下流側の金属粒子焼結体フィル
ターでゲル状物を確実に捕捉することができる。

【０００５】二段階濾過の他の具体化方法として、１
個のフィルターエレメントの濾材を金属繊維焼結体と金
属粒子焼結体との積層体で構成して、濾過を実質一工程
で行う方法も知られている。このような濾材が異種焼結
体の積層体の場合、一個のフィルターの容積が大きくな
るため、一定容積の濾過系に組み込めるフィルターの個
数が少なくなり、実質濾過面積が小さくなる欠点があ
る。

【０００６】また、濾過面積の縮小を軽減する方法と
して、薄い金網に小さい金属粒子を焼結して濾材の構成
要素とし、異種焼結体の金属粒子層を代替した積層構造
のフィルターも知られている。

【０００７】しかしながら、濾過工程を二段階に分け
て、金属繊維焼結体による濾過と、金属粒子焼結体によ
る濾過を個別に行う前記の方法では、設備投資が大き
くなる上に、濾過工程が長くなってポリマーの高温での
履歴時間が長くなるため、ゲル状物化し易いポリマーで
は濾過工程で新たにゲル状物化を生じる等の問題が生じ
る。

【０００８】また、一個のフィルターの濾材が、金属繊
維焼結体と金属粒子焼結体との積層体で構成される前記
の方法は、実質濾過面積が小さくなるため、単位時間
当りのポリマーの濾過量が少なくなる問題があり、加え
てフィルターの再生洗浄が困難になる問題がある。

【０００９】異種積層体の金属粒子層を、金網に小さい
金属粒子を焼結してなる濾材で代替する前記の方法
は、金属繊維焼結単体のフィルターよりゲル状物捕捉効
果は改善されるが、代替層が薄いため効果が十分でない
ことがある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な問題を解消し、溶融ポリマー中の異物やフィラー等に
含まれる粗大粒子等の粒子状物とゲル状物を同時に捕捉
し、除去出来るフィルター用の濾材を提供することを課
題とする。

【００１１】本発明者は、課題を解決するために種々検
討した結果、通気抵抗の加圧処理による変化率が特定値
になるように焼結された金属繊維焼結体を濾材に用いる
と、上記の問題が一挙に解決できることを知見して本発
明に到達した。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の課題は、アスペ
クト比が６０〜５００００の金属繊維を不織布状に分散
し焼結して得られる濾材であって、該濾材の加圧処理に
よる通気抵抗の変化率が２〜７０％の範囲であることを
特徴とする濾材により達成できる。

【００１３】また、本発明の好ましい態様として、前記
濾材の濾過精度が１〜５０μｍのものを挙げることがで
きる。

【００１４】本発明の更に好ましい態様として、粘度が
５〜５０００Ｐａ・ｓの液状物質を被濾過体に用いるこ
と、特に好ましい態様として、溶融ポリマーを被濾過体
に用いることを挙げることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１６】（濾材）本発明の濾材は、アスペクト比が
６０〜５００００の金属繊維を不織布状に分散し焼結し
て得られる濾材であって、加圧処理による通気抵抗の変
化率が２〜７０％の範囲のものである。

【００１７】本発明において、濾材を構成する金属繊維
とは、ステンレス鋼、ハステロイ等の耐蝕性の金属を、
太さが例えば１〜５０μｍの繊維状に成形したものであ
る。また、アスペクト比とは繊維の長さと太さの比であ
って、本発明における金属繊維はアスペクト比が６０〜
５００００のものである。このアスペクト比が６０未満
であると、金属繊維を不織布状に配置して焼結して得ら
れる濾材の機械強度が不十分になる。また、アスペクト
比が５００００を超えると、金属繊維を不織布状に均一
に分散させることが困難になる。金属繊維のアスペクト
比の下限は、濾材の機械強度を更に強固なものとするた
め１００であることが好ましく、５００であることが更
に好ましい。また金属繊維のアスペクト比の上限は、金
属繊維を不織布状に配置する際により均一に分散させる
ため２００００であることが好ましく、１００００であ
ることが更に好ましい。

【００１８】本発明の濾材は、上記アスペクト比の金属
繊維を不織布状に分散し焼結して得られるものである
が、濾材の通気抵抗の加圧処理による変化率が２〜７０
％の範囲であることが必要である。この通気抵抗とは、
２５℃の空気１Ｌ（リットル）が１分間に単位面積（１
ｃｍ²）の濾材を通過する時の圧力損失のことである。

【００１９】また、本発明における加圧処理とは、シー
ト状の濾材から直径５０ｍｍの円板状に切り出した濾材
をサンプルとし、このサンプルの両面に直径５０ｍｍの
円板状に切り出したゴム硬度５０〜７０度、厚さ５ｍｍ
のシリコンゴムシート又はウレタンゴムシートを重ね合
わせ、一方のゴムシートを下側にしてプレス機等の加圧
装置の金型上に設置し、もう一方のゴムシート面に濾材
サンプルの実質単位面積当り１４．７ＭＰａ（１５０Ｋ
ｇｆ／ｃｍ²）の圧力を加えて１０分間保持し、その後
加圧負荷を開放することをいう。

【００２０】加圧処理した濾材サンプルは、ゴムシート
を取り除いた後、通気抵抗の測定に供する。同一サンプ
ルについてこの加圧処理と通気抵抗測定を５回繰り返
し、５回の通気抵抗測定値の最大値（Ｒｍ）と加圧処理
前の通気抵抗測定値（Ｒｉ）から下記式（１）より通気
抵抗の変化率（Ｘ）を求める。

【００２１】

【数１】Ｘ＝１００×（Ｒｍ−Ｒｉ）／（Ｒｉ）・・・（１）

【００２２】但し、上記の式（１）でＸは通気抵抗の変
化率（％）、Ｒｉは加圧処理を行なう前の濾材サンプル
の通気抵抗測定値、Ｒｍは加圧処理と通気抵抗測定を５
回繰り返した際の加圧処理後の通気抵抗測定値の最大値
である。

【００２３】本発明の濾材は、加圧処理による通気抵抗
の変化率が２〜７０％のものである。この変化率が２％
未満であると、濾材の引張応力に対する伸度が小さく、
濾材を曲げ加工する際に濾材の表面に割れが発生する等
の問題が生じる。また、変化率が７０％を越えると、異
物やフィラー等に含まれる粗大粒子等粒子状物とゲル状
物を同時に捕捉し除去する本発明の効果が発現しない。

【００２４】通気抵抗の変化率の下限は、３％であるこ
とが好ましく、４％であることが更に好ましい。また、
通気抵抗の変化率の上限は５０％であることが好まし
く、４０％であることが更に好ましく、３０％であるこ
とが特に好ましい。

【００２５】本発明の濾材は加圧処理による変化率の少
ない、言い換えると耐圧搾変形性に優れたものである
が、このような濾材は、例えば濾材の焼結の温度や時間
を変えることや、濾材の空隙率を小さくして焼結するこ
と等により製作することができる。

【００２６】尚、本発明の濾材には、少なくとも片面に
保護金網が焼結されていることが好ましく、両面に保護
金網が焼結されていることが特に好ましい。

【００２７】（ゲル状物の阻止性能）本発明の濾材はゲ
ル状物の阻止に優れた性能を発揮する。ゲル状物の生成
と濾過を、例えばポリエステルのシート成形を例にして
述べる。ポリエステルポリマーは押出機で溶融され、溶
融ポリマーは配管系で移送されてフィルターハウジング
に導かれ、ここでリーフディスクフィルター等のフィル
ターを通過してダイからシート状に押し出され、冷却ド
レムで冷却されてシートに成形される。

【００２８】ゲル状物は、ポリマーの熱劣化によって生
じ、押出機からダイの出口までの溶融状態の間に発生す
ると考えられる。例えば、配管の壁面や滞留部等ポリマ
ーの流速が遅い個所で長時間の熱履歴を受けてゲル状物
が生じる。このため、一般にフィルターをダイに接近し
て配置することにより、濾過後のゲル状物発生を極力回
避する手段がとられる。

【００２９】ゲル状物は滞留部では溶融ポリマーよりも
ゆっくり流動し、滞留部で発生したゲル状物は配管系の
僅かな流速の変化などによって滞留部から離脱し、ある
いは配管壁面などから剥離して溶融ポリマーに同伴して
流動しフィルターの濾材表面に到達し堆積する。この堆
積量が少なく濾過の差圧が小さい間は、ゲル状物の堆積
物は移動しないが、時間が経過して濾過の差圧が大きく
なると堆積物に作用する押し圧力が大きくなり、ゲル状
物が変形して濾材を通過することがある。

【００３０】この時に、加圧処理による通気抵抗の変化
率が小さい本発明の濾材では、濾過の差圧が大きくなっ
てもゲル状物を捕捉したままで通過させない効果があ
る、或いはゲル状物を実害の無い程度に小さく裁断して
通過させる効果がある。一方、加圧処理による通気抵抗
の変化率が本発明の濾材よりも大きい濾材では、濾過の
差圧が大きくなると、変形したゲル状物が貫通できる程
度に濾材が変形し、貫通路が形成されてしまうので、ゲ
ル状物の阻止性能が劣る。

【００３１】（フィルター再生後の濾過性能）金属繊維
焼結フィルターを、例えば溶融ポリマー等の高温高粘度
液体の濾過に用い、次いでこのフィルターを再生洗浄し
て溶融ポリマーの濾過に繰り返し用いる場合、再生後の
フィルターの濾過圧力はポリマー濾過初期の濾過圧力よ
り一般的には高くなる。この理由は不織布状にして焼結
された濾材に高い濾過圧力が負荷されると、濾材に圧搾
変形現象が生じて濾材シートの厚さが薄くなると共に濾
材の空隙率等が減少するためと考えられる。

【００３２】特に、高温雰囲気で濾材に濾過圧力の負荷
が加わると、金属材料の強度が低下しているため、圧搾
変形現象はより顕著になる。圧搾変形した濾材シート
は、流体に対する圧力損失が高くなること、ＪＩＳＢ８
３５６−１９７６（ＡＳＴＭ−Ｅ−１２８−６１）で測
定される濾材シートの平均孔径が小さくなること、その
結果、濾材シートの濾過精度が精密濾過の方向に変化す
る（濾過精度が向上する）こと知られている。

【００３３】しかし、本発明者はゲル状物の濾過につい
ては、金属繊維焼結フィルターが圧搾変形していない新
品フィルターより、繰り返し使用して圧搾変形したフィ
ルターの方がゲル状物を通過し易いことを知見した。

【００３４】フィルターが被濾過体に含まれる微細な土
石や金属片等の固形異物を捕捉する濾過精度は、濾材シ
ートの平均孔径と高い相関関係にあり、圧搾変形性を受
けて平均孔径が小さくなった濾材シートでは濾過精度が
向上する。しかしゲル状物の捕捉性能は濾材シートの平
均孔径との相関性が低く、むしろ濾材シートの耐圧搾変
形性と強い相関関係があって、平均孔径が小さくとも圧
搾変形し易いフィルターはゲル状物を通過し易いことを
見出した。

【００３５】ゲル状物が圧搾変形し易いフィルターを通
過する現象のメカニズムは定かでないが、金属繊維の焼
結体で圧搾変形し難い焼結体の繊維は、加圧処理による
負荷を加えても、その焼結点間の自由空間で緊張状態に
あると思われる。しかし圧搾変形し易い焼結体あるいは
既に圧搾変形している焼結体は負荷を加えると、焼結点
間の距離が短くなって繊維が弛むものと思われる。加え
て、金属繊維の焼結点自身も自由空間の中の固定点でな
く、ある制約の下で自由に動くことが出来るようになる
と思われる。

【００３６】ゲル状物が圧搾変形しない焼結体を通過す
る場合には、緊張した繊維に引っ掛かって止まってしま
うか、小さく裁断されて通過することが出来る。しかし
圧搾変形し易い焼結体では、ゲル状物は自身がアメーバ
のように自在に変形し、繊維の弛みや焼結点の移動し易
さを利用して、連続した通気孔を形成しながら通過する
ことが出来ると考えられる。金属粒子焼結体が圧搾変形
しない焼結体であることを考えれば、金属粒子焼結体が
ゲル状物の捕捉性能に優れていることが理解される。

【００３７】（濾過精度）本発明の濾材は濾過精度が１
〜５０μｍであることが好ましい。この濾過精度は、コ
ンタミナント（ＡＣＦＴＤ、ＵＷホワイト９０（カオリ
ン））を水に懸濁した液（懸濁液）を濾材に導いて一定
圧力（−４ｋＰａ）下で吸引濾過し、濾過前後の懸濁液
について各粒径の粒子の個数を測定して捕集効率を算出
し、この捕集効率が９５％に対応する粒径をもって濾過
精度とする。

【００３８】本発明の濾材の濾過精度が１μｍ未満であ
ると濾過圧力に高圧力が必要となるので実用上好ましく
ない。また、濾過精度が５０μｍを超えると焼結体の構
成繊維が粗になり過ぎ、粗大粒子やゲル状物を除去する
効果が不足することがある。濾過精度の下限は１．５μ
ｍであることが更に好ましく、２μｍであることが特に
好ましい。また、濾過精度の上限は４０μｍであること
が更に好ましく、３０μｍであることが特に好ましい。

【００３９】（被濾過体）本発明の濾材は被濾過体とし
て、溶融ポリマー等の高粘性流体や溶質を溶解した溶
液、固体を懸濁させた懸濁液などに適用することができ
る。

【００４０】このうち、粘度が５〜５０００Ｐａ・ｓの
液状物質を被濾過体として用いることが好ましく、溶融
ポリマーを被濾過体として用いることが特に好ましい。

【００４１】被濾過体が溶融ポリマーの場合、例えばポ
リエチレンテレフタレート、ポリエチレン−２，６−ナ
フタレートのような芳香族ポリエステル、ポリエチレ
ン、ポリプロピレンのようなポリオレフイン、ポリスチ
レンのようなポリビニル、ナイロンのようなポリアミ
ド、ポリカーボネート、ポリスルフォン等の熱可塑性重
合体の溶融ポリマーを好ましく挙げることができ、その
中でも芳香族ポリエステルの溶融ポリマーが特に好まし
い。

【００４２】更に、本発明の濾材は被濾過体として、粘
度が５〜５０００Ｐａ・ｓの範囲のものに好ましく適用
することができる。被濾過体の粘度が５Ｐａ・ｓ未満の
場合は、本発明の濾材によらなくてもゲル状物の濾過が
比較的容易に行われるので対象にならない。被濾過体の
粘度が５０００Ｐａ・ｓを超える場合は、本発明の濾材
を用いても、高い濾過圧力のため圧搾変形して本発明の
効果が発現しない。被濾過体の粘度の下限は８Ｐａ・ｓ
が更に好ましく、１０Ｐａ・ｓでが特に好ましい。また
被濾過体の粘度の上限は２０００Ｐａ・ｓが更に好まし
く、１０００Ｐａ・ｓが特に好ましい。

【００４３】被濾過体が溶液の場合の例としては、ポリ
カーボネートを溶解した塩化メチレン溶液、トリアセチ
ルセルロースを溶解した塩化メチレン溶液等を挙げるこ
とができる。これらの溶液にはしばしば完全には溶解し
ていないゲル状物が含まれていることがあり、このゲル
状物が溶剤を蒸発して成形したフィルム等の製品の異物
欠点になる。

【００４４】

【実施例】以下、実施例をあげて本発明をさらに説明す
る。なお、本発明における物性値は、以下の如く測定さ
れたものであり、かつ定義される。尚、濾材シートに保
護金網が焼結されている場合、各種濾材特性の測定は保
護金網が積層された状態で実施する。

【００４５】１．通気抵抗濾材の通気抵抗は、２５℃の空気１Ｌ（リットル）が１
分間に単位面積（１ｃｍ²）の濾材を通過する時の圧力
損失のことである。通気抵抗は、例えば図２に模式図で
示した通気抵抗測定用セルを、図１に模式図を示した濾
材の通気抵抗測定装置に装着して測定する。図２の濾材
サンプル（１１）には、シート状の濾材から直径５０ｍ
ｍの円板状に切り出したものを用い、シール材（１２：
上側シール材、１３：下側シール材、１４：側面シール
材）で側面からの空気の流入が防げるように組立てる。
上側シール材および下側シール材の穴の直径は３０ｍｍ
とし、セル内の濾材の有効通気面積を７．１ｃｍ²とす
る。

【００４６】この通気抵抗測定用セルを、図１に示した
通気抵抗測定装置に装着し、２５℃に温調した雰囲気下
で真空ポンプ（６）を作動させ、濾材を通気する空気の
量（オリフィス流量計（３）により測定）が単位面積
（１ｃｍ²）当り１分間に１Ｌ（リットル）となるよう
流量調節弁（５）の開度を調節する。空気は大気開放配
管（７）を通じて通気抵抗測定用セルに流入する。通気
量が所定の量になった時の圧力損失を通気抵抗測定用マ
ノメーター（２）で測定し、その値を通気抵抗とする。

【００４７】２．加圧処理濾材の加圧処理は、シート状の濾材から直径５０ｍｍの
円板状に切り出した濾材をサンプルとし、図３に示した
ようにこのサンプル（２１）の両面に直径５０ｍｍの円
板状に切り出したゴム硬度５０〜７０度、厚さ５ｍｍの
ウレタンゴムシートを重ね合わせ、２５℃に温調した雰
囲気下で一方のゴムシート（２３：下側クッション材）
を下側にしてプレス機等の加圧装置の金型（２５：下側
プレス金型）上に設置し、もう一方のゴムシート面（２
２：上側クッション材）にプレス金型（２４：上側プレ
ス金型）にて濾材サンプルの実質単位面積当り１４．７
ＭＰａ（１５０Ｋｇｆ／ｃｍ²）の圧力を加えて１０分
間保持し、その後加圧負荷を開放する。

【００４８】［実施例１］アスペクト比が２０００のス
テンレス繊維を不織布状に分散し焼結して得た金属繊維
の不織布状焼結体を濾材とした、直径１７７ｍｍのリー
フディスクフィルター３０枚をセットとしたものを用い
てポリエチレン−２，６−ナレフタレートを溶融押出
し、厚さ１７０μｍのポリエステルシートを成形した。

【００４９】用いた濾材は二層の繊維層からなり、上流
側から第一層は繊維径１２μｍで目付け量５００ｇ／ｍ
²、第二層は繊維径６μｍで目付け量１２００ｇ／
ｍ²、全体の空隙率が６６％で、通気抵抗の加圧処理に
よる変化率が１５％のものであった。このフィルター３
０枚をセットにしたフィルターの、ポリエチレン−２，
６−ナレフタレート溶融押出し時の初期圧力損失は１
２．８ＭＰａであり、５日間の連続濾過においてポリエ
ステルシートにゲル状物は認められなかった。

【００５０】［比較例１］濾材の繊維構成は実施例１と
同一であるが、その濾材の空隙率が７６％、通気抵抗の
加圧処理による変化率が１２０％のものを用いた以外は
実施例１と同様にポリエステルシートを成形した。フィ
ルターの初期圧力損失は１１．２ＭＰａであり、運転３
日目にゲル状物が発生し、ポリエステルシートにゲル状
物に起因する欠陥が認められた。濾材構成が同一であっ
ても、通気抵抗の変化率が大きい濾材を用いたフィルタ
ーではゲル状物が通過し易い。

【００５１】［実施例２］上流側から第一層は繊維径８
μｍで目付け量４００ｇ／ｍ²、第二層は繊維径４μｍ
で目付け量１０００ｇ／ｍ²、全体の空隙率が６８％
で、通気抵抗の加圧処理による変化率が２３％の濾材を
リーフディスクフィルターに用い、ポリエステルとして
ポリエチレンテレフタレートを用いた以外は実施例１と
同様にポリエステルシートを成形した。６日間の連続成
形を行なった結果、ポリエステルシートにゲル状物は認
められなかった。

【００５２】［比較例２］濾材の第二層の目付け量を１
７００ｇ／ｍ²、全体の空隙率を７６％、通気抵抗の加
圧処理による変化率が１４０％である濾材（濾過精度は
実施例２とほぼ同等）を用いた以外は実施例２同様にポ
リエステルシートを成形した。運転３日目にゲル状物が
発生し、ポリエステルシートにゲル状物に起因する欠陥
が認められた。濾材の濾過精度が同等であっても、通気
抵抗の変化率の大きいフィルターはゲル状物が通過し易
い。

【００５３】

【発明の効果】本発明の濾材を用いたフィルターによれ
ば、溶融ポリマー中の異物やフィラー等に含まれる粗大
粒子等の粒子状物に加えて、長期間ゲル状物を同時に捕
捉し除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】濾材の通気抵抗測定装置の模式図。

【図２】通気抵抗測定用セル部分の拡大断面を示す模式
図。

【図３】濾材の加圧処理を行なう装置の模式図。

【符号の説明】

１：通気抵抗測定用セル２：通気抵抗測定用マノメーター３：オリフィス流量計４：真空容器５：流量調節弁６：真空ポンプ７、１５：大気開放配管１１、２１：濾材サンプル１２：上側シール材１３：下側シール材１４：側面シール材１６：吸引側配管２２：上側クッション材２３：下側クッション材２４：上側プレス金型２５：下側プレス金型

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アスペクト比が６０〜５００００の金属
繊維を不織布状に分散し焼結して得られる濾材であっ
て、該濾材の加圧処理による通気抵抗の変化率が２〜７
０％の範囲であることを特徴とする濾材。
【請求項２】濾過精度が１〜５０μｍである請求項１
に記載の濾材。
【請求項３】粘度が５〜５０００Ｐａ・ｓの液状物質
を被濾過体として用いる請求項１に記載の濾材。
【請求項４】溶融ポリマーを被濾過体として用いる請
求項３に記載の濾材。