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WO1998013123A1 - Filtre a haute precision - Google Patents

Filtre a haute precision Download PDF

Info

Publication number
WO1998013123A1
WO1998013123A1 PCT/JP1997/003358 JP9703358W WO9813123A1 WO 1998013123 A1 WO1998013123 A1 WO 1998013123A1 JP 9703358 W JP9703358 W JP 9703358W WO 9813123 A1 WO9813123 A1 WO 9813123A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fiber
layer
filter
filtration layer
filtration
Prior art date
Application number
PCT/JP1997/003358
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Osamu Yamaguchi
Shigenori Fukuda
Satoshi Ogata
Original Assignee
Chisso Corporation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chisso Corporation filed Critical Chisso Corporation
Priority to JP51351498A priority Critical patent/JP4236284B2/ja
Priority to EP97940451A priority patent/EP0880988B1/en
Priority to DE69729936T priority patent/DE69729936T2/de
Priority to AU42226/97A priority patent/AU4222697A/en
Publication of WO1998013123A1 publication Critical patent/WO1998013123A1/ja
Priority to US09/685,394 priority patent/US6749753B1/en

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/16—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
    • B01D39/1607—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous
    • B01D39/1623—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous of synthetic origin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/16—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D29/00—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor
    • B01D29/11—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor with bag, cage, hose, tube, sleeve or like filtering elements
    • B01D29/111—Making filtering elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D—SEPARATION
    • B01D29/00—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor
    • B01D29/11—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor with bag, cage, hose, tube, sleeve or like filtering elements
    • B01D29/13—Supported filter elements
    • B01D29/15—Supported filter elements arranged for inward flow filtration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D29/00—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor
    • B01D29/50—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor with multiple filtering elements, characterised by their mutual disposition
    • B01D29/56—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor with multiple filtering elements, characterised by their mutual disposition in series connection
    • B01D29/58—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor with multiple filtering elements, characterised by their mutual disposition in series connection arranged concentrically or coaxially
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2101/00—Types of filters having loose filtering material
    • B01D2101/005—Types of filters having loose filtering material with a binder between the individual particles or fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2201/00—Details relating to filtering apparatus
    • B01D2201/18—Filters characterised by the openings or pores
    • B01D2201/182—Filters characterised by the openings or pores for depth filtration

Definitions

  • the present invention relates to a high-precision filter, and more particularly, to a filter having higher accuracy, lower initial pressure loss, and longer filtration life than conventional filters.
  • a filter made of fiber is inexpensive, the filtration accuracy can be freely changed depending on the fiber diameter of the constituent fibers, and a large number of particles can be captured in the voids between the fibers. It has various features such as long filtration life. However, depending on the purpose of the filter, there is a strong demand for a filter with higher precision and longer filtration life than before.
  • the performance of such a filter can be evaluated mainly on the basis of filtration accuracy, liquid permeability and filtration life.
  • the furnace accuracy refers to the minimum particle size capable of collecting 99.9% or more
  • the liquid permeability refers to the pressure loss of the filter when a certain amount of liquid flows.
  • Filtration life is the time it takes for the filter pressure drop to reach the filter exchange pressure when a certain concentration of dispersion is continuously filtered.
  • the filter media composition is not made uniform, and the filtration direction, that is, by changing the fiber diameter divided by the porosity from the upstream side to the downstream side of the liquid passing through the filter, etc. Filtration life can be improved.
  • Several methods have been proposed to improve such liquid permeability and filtration life.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-82649 discloses that, in the fiber spinning process by the melt-blowing method, the resin extrusion amount and the flow rate of the blowing airflow are changed with time.
  • the average fiber diameter of the fiber spun is continuously changed, and the fiber is wound around an appropriate core.
  • This method has the advantage that the average fiber diameter of the fibers that make up the filter media can be changed relatively freely, or the resin extrusion rate and the blowing air flow rate are both limited to the range that can be changed. that is there, c also has the disadvantage that it is difficult to give a large change in the fiber diameter of the fill evening one thickness direction (filtration direction), it is difficult to ⁇ fine since the spinning conditions continuously changed Disadvantage
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-29711-13 discloses a method in which several types of nonwoven fabrics having different fiber diameters are manufactured in advance, and these are wound around a perforated core to form a filter. is there. Although this method can greatly change the fiber diameter, it is necessary to make the fiber diameter change more gradual in order to carry out the deep layer efficiently. However, it has the disadvantage that it takes much time and effort.
  • Japanese Patent Publication No. 56-49605 discloses that a pressing web of a heat-fusible staple fiber is wound around a core by applying an appropriate linear pressure while heating.
  • a melt-blown nonwoven fabric is wound in the middle of the step and molded.
  • This method has the advantage that a filter with the same accuracy as a filter made by the melt blow method can be made, while taking advantage of the use of inexpensive stable fiber.
  • the particle size of the particles to be collected is extremely small, the small particles will be collected only by the inserted melt-blown nonwoven fabric, and the filtration life will be shortened. There are drawbacks.
  • An object of the present invention is to provide a high-precision filter having a long filtration life, which cannot be achieved by the above conventional filter, at a low cost.
  • the present inventors have conducted intensive studies to solve the above problems, and as a result, provided at least two layers of a pre-filtration layer and a microfiltration layer in a filter made of a nonwoven fiber aggregate,
  • the microfiltration layer is constituted by a non-woven fiber aggregate containing fibers smaller than the minimum fiber diameter of the pre-filtration layer.
  • a filter consisting of at least two layers of a pre-filtration layer and a microfiltration layer, each of which is composed of a non-woven fiber aggregate and is joined in the filtration direction, wherein the pre-filtration layer is entirely or
  • the microfiltration layer is formed by laminating non-woven fiber aggregates, and the laminated non-woven fiber aggregates are configured such that the fibers of some of the constituent fibers become gradually thinner in the filtration direction.
  • a high-precision filter wherein the fiber diameter of the constituent fibers of 10% by weight or more is smaller than the minimum fiber diameter of the pre-filtration layer.
  • the pre-filtration layer comprises a non-woven fiber aggregate using at least one selected from the group consisting of polyolefin-based fibers and polyester-based fibers.
  • the fibers of the nonwoven fiber aggregate constituting the pre-filtration layer are composed of a mixture of a high melting point component and a low melting point component, and the difference in melting point between the low melting point component and the high melting point component is 1 0 ° C. or higher, and the low-melting point component is contained in the pre-filtration layer in an amount of 10 to 90% by weight.
  • the fibers constituting the nonwoven fiber aggregate constituting the pre-filtration layer are conjugate fibers composed of a high melting point component and a low melting point component having a melting point difference of 10 ° C or more.
  • the non-woven fiber aggregate constituting the pre-filtration layer is characterized by comprising a mixed fiber of a high melting point component ultrafine fiber and a low melting point component ultrafine fiber having a melting point difference of 10 ° C or more (
  • the ratio of the fiber diameter of the non-woven fabric of the microfiltration layer containing finer fibers than the minimum diameter fiber of the pre-filtration layer to the minimum diameter fiber of the pre-filtration layer is 1: 1.1 to 1:20. (1) ⁇
  • the porosity of the nonwoven fiber aggregate of the microfiltration layer containing finer fibers than the minimum diameter fiber of the pre-layer is 45 to 97% (1) to (8).
  • the non-woven fiber aggregate of the microfiltration layer containing finer fibers than the minimum diameter fiber of the pre-filtration layer is made by a melt blow method. Filter according to any of the above.
  • FIG. 1 is a partially broken perspective view showing a cylindrical filter which is an embodiment of the filter of the present invention.
  • FIG. 2 is a partially cutaway perspective view showing a flat filter as an embodiment of the filter of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a pattern showing an example of a change in fiber diameter between sections A and B from upstream to downstream of the filter as shown in FIG. 1 and FIG.
  • Porous support tube 1. Support layer, 3. Microfiltration layer, 4. Pre-filtration layer, 5a, 5b ... End cap, 6a, 6b. .
  • Flat gasket 7... Film, A-B... An example of the line connecting the most upstream side and the most downstream side of the filter.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a pattern showing an example of a change in fiber diameter between sections A and B from upstream to downstream of the filter as shown in FIGS. 1 and 2.
  • poly Mid polyester, low-melting copolymer polystyrene, polystyrene, polyurethane elastomer, polyester elastomer, polypropylene, polyethylene, copolymerized polypropylene (for example, mainly with propylene, ethylene, butene 1-1, 4-methylpentene 11 etc.
  • Thermoplastic resins such as binary or ternary copolymers can be disclosed.
  • polypropylene and polyester can be suitably used in view of price, water resistance, and chemical resistance.
  • glass may be used for the microfiltration layer.
  • the pre-filtration layer is disposed on the most upstream side in the direction of filtering the fluid among the filter medium layers constituting the filter of the present invention, and is provided to capture relatively large particles in the fluid.
  • the material constituting the pre-filtration layer is a non-woven fiber aggregate in which the fiber diameter of all or some of the constituent fibers is gradually reduced in the filtration direction, and the shape thereof is, for example, a web or a non-woven fabric. Good shape such as filter paper. Since the fiber diameter of the fibers of the nonwoven fiber aggregate gradually changes in the filtration direction, the fiber diameter of the pre-filtration layer of the formed filter gradually changes. In order to impart this change in fiber diameter, a melt spinning method is desirable as a spinning method for obtaining a nonwoven fiber aggregate constituting the pre-filtration layer.
  • melt spinning method the diameter of the fiber to be spun can be continuously changed relatively easily by changing the discharge amount, the draw ratio, and the like.
  • melt spinning method capable of continuously changing the fiber diameter include a normal melt spinning method, a spun bond method, and a melt blow method.
  • the discharge rate is continuously changed during melt spinning, and this is drawn and cut, and then fed into a carding machine to reduce the fiber diameter.
  • a web of stable fiber that has changed in the machine or length direction is created.
  • a spunbond web in which the fiber diameter is continuously changed can be obtained by continuously changing the traction force by using a spunbond method.
  • a particularly effective spinning method for producing a nonwoven fiber aggregate constituting the pre-filtration layer is a melt blow method.
  • a known method disclosed in Japanese Patent Publication No. Hei 7-98131 can be used.
  • Melt blow method is a method in which a molten thermoplastic resin extruded through a machine direction or lengthwise spinning hole is blown onto a collecting conveyor net or a rotating hollow mandrel by high-temperature high-speed gas blown from around the spinning hole. This is a method for obtaining microfiber fibers.
  • the spinning conditions such as the amount of resin extruded and the blowing speed of the blowing airflow
  • the average fiber thickness suitable for the nonwoven fiber aggregate constituting the pre-filtration layer changes in the length direction.
  • the blowing speed of the blowing air stream is continuously changed is preferable, since the fiber diameter can be changed without changing the basis weight of the web.
  • the nonwoven fiber aggregate constituting the pre-filtration layer is composed of a mixture of a high melting point component and a low melting point component made of a resin having a melting point difference of 10 ° C or more.
  • the constituent fibers of the nonwoven fiber aggregate may be a composite fiber of a high melting point resin and a low melting point resin, or a fiber made of a high melting point resin in a spinning step.
  • a fiber made of a low melting point resin, or a fiber made of a high melting point resin and a fiber made of a low melting point resin may be mixed after spinning.
  • the mixing ratio of the low-melting component in the pre-filtration layer is 10 to 9 G% by weight, preferably 20 to 70% by weight, more preferably 3 to 10% by weight, based on the total amount of the high-melting-point component and the low-melting-point component.
  • the content is 0 to 50% by weight, excellent strength and shape retention can be obtained when the film is molded as a filler, which is preferable.
  • the content of the low-melting point component is less than 10% by weight, even if the fiber web is heat-treated, the number of thermal bonding points of the fiber is small, so that the fuzz is increased and the strength is low. Disappears.
  • the low-melting point component which has lost its fiber form due to the heat treatment, partially closes the inter-fiber space and widens the pore size. It is not desirable because it causes a decrease in ability.
  • the combination of the low melting point component and the high melting point component include polyethylene / polypropylene, copolymerized polypropylene / polypropylene, low melting point copolymer / polyester, and polyethylene / polyester. Among them, a combination of copolymerized polypropylene / polypropylene and a low-melting-point copolymerized polyester / polyester is preferred because the bonding strength between fibers by heat treatment is strong and a strong filter can be obtained.
  • microfiltration layer which is a part of the filter of the present invention will be described.
  • the microfiltration layer is joined to the downstream side of the pre-filtration layer of the filter medium constituting the filter of the present invention, and is provided to trap small particles that cannot be captured by the pre-filtration layer. You.
  • the microfiltration layer is formed by laminating non-woven fiber aggregates in the form of nonwoven fabric, filter paper, etc. As a result of intensive studies by the present inventors, it is necessary to use a precision filter to improve the filtration performance of the filter of the present invention. It was found that the fiber irregularity and the porosity of the nonwoven fiber aggregate constituting the filtration layer had a large effect.
  • the microfiltration layer may be one in which one type of nonwoven fiber aggregate is laminated, or one in which two or more nonwoven fiber aggregates are alternately laminated. However, it is necessary that at least 10% by weight of the fibers of the nonwoven fiber aggregate constituting the microfiltration layer have a fineness smaller than the minimum fiber diameter of the prefiltration layer. If this ratio is less than 10% by weight, most of the particles that could not be captured by the pre-filtration layer may not be captured by the microfiltration layer.
  • the porosity of the nonwoven fiber aggregate contained in the microfiltration layer is 45 to 97%, preferably 55 to 85%, and more preferably 55 to 65%. If the porosity is less than 45%, the pressure loss will increase when used as a filter, and the filtration life will be shortened because there is no space to hold the cake. If the porosity is larger than 97%, sufficient pressure resistance and shape retention may not be obtained when used as a filter.
  • the fiber diameter of the nonwoven fiber aggregate smaller than the minimum diameter fiber of the pre-layer contained in the microfiltration layer can be determined according to the intended filtration accuracy. Specifically, first, the diameter of the fibers constituting the nonwoven fiber aggregate of the microfiltration layer is 0.5 to 5 times, and preferably 0.8 to 3 times, the target filtration accuracy (unit: / m). Is suitable. If the fiber diameter is smaller than 0.5 times the filtration accuracy, the porosity needs to be very large, which reduces the pressure resistance. If the fiber diameter is more than five times the filtration accuracy, the porosity must be made very small, which shortens the filtration life. When a yarn with a modified cross-section is used as a material, the collection efficiency is higher than that of a yarn with a circular cross-section, so the fiber diameter may be made larger.
  • the minimum fiber diameter of the pre-filtration layer is suitably about 1.1 to 20 times the fiber diameter of the fibers smaller than the minimum diameter fiber of the pre-filtration layer contained in the microfiltration layer. If this is less than 1.1 times, there is no point in providing a microfiltration layer, and if it exceeds 20 times, Because the particles cannot be sufficiently removed by the pre-filtration layer, the micro-filtration layer may be clogged with many particles and the filtration life may be shortened.
  • Fibers with a fiber diameter smaller than the minimum diameter of the pre-filtration layer included in the microfiltration layer can be produced using split fibers, glass fibers, melt-blowing, spunbonding, etc. Is raised. Melt blown or glass fiber can be suitably used especially when the filtration accuracy is smaller than 5 m.
  • the reason why the fiber diameter of the constituent fibers of 10% by weight or more of the non-woven fiber aggregate of the microfiltration layer is smaller than the minimum fiber diameter of the pre-filtration layer is that only the pre-filtration layer gradually decreases in the filtration direction. This is because it is difficult to form a fiber aggregate having a small fiber diameter c, that is, in the present invention, a special spinning method in which the constituent fiber diameters are continuously changed when producing a pre-layer. Therefore, it is difficult to reduce the minimum diameter fiber of the pre-filtration layer to some extent.
  • the fiber diameter of the fiber aggregate of the pre-filtration layer is changed by continuously changing the spinning conditions such as the resin extrusion amount and the blowing speed of the propelling airflow using the melt blow method. It is necessary to spin at a relatively low spinning temperature in accordance with the diameter of the fiber. However, if the blowing air flow is excessively increased at this low spinning temperature, or if the amount of resin extruded is excessively reduced, fly (collection competing) is not possible. Fibers that are scattered without being collected by the fiber are generated, and a phenomenon occurs in which the desired nonwoven fiber aggregate of the minimum diameter fiber cannot be obtained. Such inconvenience occurs even when another melt spinning method is used.
  • a fine filtration layer is provided in addition to the pre-filtration layer, and the fine filtration layer is composed of a non-woven fiber aggregate containing 10% by weight or more of fibers having a fiber diameter smaller than the minimum fiber diameter of the pre-filtration layer.
  • the intended microfiltration is achieved.
  • the upper layer is manufactured using a melt-pro method or the like, the minimum fiber diameter is considerably smaller, and therefore, the non-woven fiber included in the microfiltration layer is smaller than the minimum diameter fiber of the previous filtration layer. Is it necessary to use non-woven fiber aggregates of very fine size, such as melt-blown non-woven fabric and glass fiber non-woven fabric?
  • the fiber diameter of both Melt Pro nonwoven fabric and glass fiber nonwoven fabric is constant.
  • the average arrowhead diameter and porosity of these nonwoven fabrics determine the filtration accuracy. Therefore, hereinafter, when referring to the fiber diameter of the melt-blown nonwoven fabric or the glass fiber nonwoven fabric, it means the average fiber diameter unless otherwise specified.
  • the average fiber diameter can be set to a value between 0.5 and 40 by selecting the spinning conditions.
  • the average fiber diameter can be set to a value between 0.1 and 30 m.
  • the porosity of these nonwoven fabrics can be adjusted to an appropriate value by compressing these nonwoven fabrics using a calender roll or the like.
  • the porosity of the melt-blown nonwoven fabric at the time of spinning is about 80 to 95%, so that the porosity of the nonwoven fiber aggregate having a fineness smaller than the minimum diameter fiber of the pre-filtration layer included in the microfiltration layer is reduced. It may be processed by an appropriate method to obtain a desired value. In this case, the non-woven fiber aggregate constituting the pre-filtration layer and the non-woven fiber aggregate having a fineness smaller than the minimum diameter fiber of the pre-filtration layer included in the microfiltration layer may be manufactured in different processes. Good.
  • the processing method is not particularly limited, but one example thereof is compaction processing using a single bite of a calendar.
  • the surface shape of the calender roll is preferably a flat roll.
  • An embossing roll having an appropriate pattern can be used, but a flat roll is more preferable unless there is a special purpose such as reinforcement of a nonwoven fabric because a portion crushed by the embossing pattern does not pass through the liquid.
  • the temperature of the calendar roll depends on the material of the nonwoven fiber aggregate, it is generally 1 point higher than the melting point of the nonwoven fiber aggregate (in the case of a composite material, the melting point of its low melting point component). 0 ° (up to 60 ° C lower temperature is better. If this temperature difference is smaller than 10 ° C, the resin may melt and fuse to the roll. If it is larger than C, the compacted state may not be meaningful because the compacted state is not fixed.
  • an apparent density difference can be provided.
  • the apparent density refers to a value obtained by dividing the weight of a certain point of the filter medium by the volume including the void at the point. By making this apparent density difference, relatively large particles of the pre-filtration layer are trapped. Function is effectively enhanced.
  • the porosity of the microfiltration layer is larger than the porosity of the prefiltration layer, and the former is smaller than the latter, or the function of the prefiltration layer is further enhanced.
  • the porosity of the pre-filtration layer is 55% to 90%, and the value obtained by subtracting the porosity (%) of the microfiltration layer from the porosity () of the pre-filtration layer is 5% to 4%. In the case of the range of 5%.
  • the difference in porosity is 5% or less, there is little effect, and when the difference in porosity is large, the effect of the pre-filtration layer increases. Since the ratio must be greater than 90%, the strength of the pre-filtration layer is not sufficient.
  • the support layer is provided immediately downstream of the microfiltration layer in the filter medium constituting the filter of the present invention, and is used for maintaining the shape of the microfiltration layer and preventing the filter medium from falling off the microfiltration layer.
  • a suitable support is used to maintain the shape of the microfiltration layer, and there is no possibility that the filter media will fall off the microfiltration layer. You don't have to.
  • the nonwoven fiber aggregate constituting the support layer the same material as the nonwoven fiber aggregate constituting the pre-filtration layer may be used, or a stronger nonwoven fiber aggregate such as a spunbonded nonwoven fabric may be used. May be used.
  • FIG. 1 shows an example of a molded film.
  • 1 (a) and 1 (b) show an example of a cylindrical filter
  • FIG. 2 shows an example of a flat filter.
  • the filter of the present invention comprises a pre-filtration layer in which the constituent fiber diameter continuously decreases from the upstream side to the downstream side, and a microfiltration layer having a fineness finer than the minimum fiber diameter of the pre-filtration layer. It is not necessarily limited to these examples.
  • FIG. 1 (a) and 1 (b) are each a partially cutaway perspective view of a cylindrical filter showing an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a partially cutaway perspective view of the same flat filter.
  • the filter shown in Fig. 1 (a) has a support layer 2 supported by a porous support tube 1, a microfiltration layer 3 provided thereon, a pre-filtration layer 4 provided outside the support layer 2, and a cylinder. Condition And end caps 5a and 5b provided so as to seal both ends of the filter.
  • the filter shown in Fig. 1 (b) has a thicker support layer 2 without the porous support tube 1 shown in Fig. 1 (a), and has flat gaskets 6a and 6b at both ends.
  • the filter shown in FIG. 2 has a flat support layer 2, a microfiltration layer 3 provided thereon, a pre-filtration layer 4 provided on the microfiltration layer, and a filter end face. And a film 7 provided so as to be controlled.
  • a nonwoven fiber sheet for reinforcement is wound around a porous support cylinder 1 to form a support layer 2.
  • the reinforcing nonwoven fiber sheet has a function of preventing the filter medium from falling off from the microfiltration layer 3 ', and a spunbonded nonwoven fabric or the like can be suitably used as the material. If there is no possibility that the filter medium will fall off from the precision dependent layer 3, the nonwoven fiber sheet for reinforcement may be omitted.
  • the minimum fiber diameter of the pre-filtration layer to be described later is such that the non-woven fiber aggregate prepared to constitute the microfiltration layer 3 composed of the fibers of fine fineness is wound at least 1.5 times. To form a microfiltration layer 3.
  • an appropriate spacer may be simultaneously wound and molded.
  • the shape of the spacer is not particularly limited, and various shapes such as a knitted fabric, a net, and a punched sheet can be used.
  • a non-woven fiber aggregate prepared as a material constituting the pre-filtration layer is wound, and a pre-filtration layer 4 in which the fiber diameter is continuously narrowed from the upstream side to the downstream side is formed.
  • end caps 5a and 5b are attached to both ends to prevent the liquid from flowing out from the end face and to improve the adhesion to the housing, thereby completing the filter of the present invention.
  • the non-woven fiber aggregate constituting the pre-filtration layer 4 is made of a fiber having heat-fusibility.
  • a nonwoven fiber aggregate composed of a high-melting resin and a low-melting resin having a melting point difference of 10 or more as described above can be given. This nonwoven fiber aggregate is used as a material for the pre-filtration layer 4, but is also used as a material for the support layer.
  • the non-woven fiber aggregate forming the pre-filtration layer 4 is heated in advance to a temperature not lower than the heat-sealing temperature of the non-woven fiber aggregate, and wound around an appropriate winding core to form the support layer 2 first. Then, the pre-filtration layer 4
  • the nonwoven fiber aggregate prepared to constitute the fine filtration layer 3 having the same width as the constituting nonwoven fiber aggregate and having a fineness smaller than the minimum fiber diameter of the pre-filtration layer to be described later has a small number of turns. It is wound together with the non-woven fiber aggregate constituting the pre-filtration layer to form a microfiltration layer 3 so that the number of times becomes 1.5 times, and then only the non-woven fiber aggregate constituting the pre-filtration layer is wound.
  • pre-filtration layer 4 in which the fiber diameter gradually changes in the filtration direction.
  • Number of turns of the nonwoven fiber aggregate constituting the microfiltration layer 3 is 1. Since the wall thickness the Most microfiltration layer less than 5 times thinner, also sufficient filtration accuracy hardly can issue c, microfiltration
  • the position where the nonwoven fiber aggregate constituting layer 3 is involved is that the ratio of the thickness of the pre-filter layer 4 to the thickness of the support layer 2 (the thickness of the pre-filter layer and the thickness of the support layer) is 0.5 to 4 times. , Preferably 0.7 to 4 times.
  • the thickness of the base layer is greater than 4 times the thickness of the support layer, the strength of the support layer will be insufficient, while if it is less than 0.5 times, the deposition of the pre-filtration layer will decrease, It becomes difficult to extend the filtration life of the filter. Thereafter, the core is cooled, the core is removed, and flat gaskets 6a and 6b are attached to both ends to complete the filter of the present invention.
  • the non-woven fiber aggregate constituting the pre-filtration layer 4 is made of a high melting point resin and a low melting point resin having a melting point difference of 10 or more as described above. Use the one composed of The nonwoven fiber aggregate is heated to a temperature equal to or higher than the heat fusion temperature, and then folded and laminated to form the support layer 2. At least one nonwoven fiber aggregate having the same width as the nonwoven fiber aggregate constituting the pre-layer 4 is laminated on the support layer 2 to form the microfiltration layer 3. Subsequently, only the nonwoven fiber aggregate constituting the pre-filtration layer 4 is laminated on the microfiltration layer 3 to form the pre-filtration layer 4. Then, a film 7 is stuck on the wall to prevent the liquid from flowing out.
  • the fiber diameter design of the film of the present invention will be described.
  • the present inventors have found that the fiber diameter design of the pre-filtration layer is particularly important as a factor that determines the liquid permeability and the filtration life of the filter of the present invention.
  • the ratio between the maximum fiber diameter and the minimum fiber diameter (maximum fiber diameter / minimum fiber diameter) of the pre-filtration layer 4 is effective if it is twice or more, but in general, the particle size distribution of the particles in the stock solution is widely divided. Since it is often woven, it is preferably at least 3 times, more preferably at least 4 times. However, even if the fiber diameter ratio is changed more than necessary, the particles corresponding to the fiber diameter are captured.
  • the thickness is 20 times or less, preferably 10 times or less, because the thickness of the layer becomes thinner and conversely, deep filtration is not performed sufficiently.
  • the ratio of the maximum fiber diameter of the pre-filtration layer to the fiber diameter of the non-woven fiber aggregate having a finer fineness than the minimum diameter of the pre-filtration layer contained in the microfiltration layer (maximum weave of the pre-filtration layer) Fiber Z of the non-woven fiber aggregate of finer fineness than the smallest diameter fiber of the pre-filtration layer contained in the fiber Z microfiltration layer is 2.2 times to 200 times, It has a greater effect. If this value is less than 2.2 times, the method of changing the fiber diameter will be insufficient, and the pores of the pre-filtration layer will be blocked by particles before the micro-filtration layer is still fully used, so the filtration life Becomes shorter. On the other hand, if this value exceeds 200 times, depending on the stock solution, the layer that captures particles corresponding to the fiber diameter becomes thin, and conversely, deep-layer filtration cannot be performed sufficiently.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a pattern showing an example of a filter direction as shown in FIGS. 1 and 2, that is, an example of a change in fiber diameter between sections A and B from upstream to downstream of the liquid. It is.
  • the fiber diameter of the microfiltration layer y becomes discontinuous when two or more types of nonwoven fiber aggregates are alternately laminated.
  • the values of the fiber diameter of the nonwoven fiber aggregate having a finer fineness than the fiber are shown.
  • Fig. 3 (a) shows a standard pattern for changing the fiber diameter, which can be used for filtration in a wide range of fields.
  • the pre-filtration layer X starts from the maximum fiber diameter and decreases linearly toward the downstream side.
  • a microfiltration layer y is provided near the downstream side.
  • the support layer z is provided at a position closer to the downstream side of the microfiltration layer, but may be omitted if there is no possibility that the filter medium will fall off the microfiltration layer.
  • a support layer is provided on the downstream side to maintain the shape of the microfiltration layer, it is advisable to use one as shown in Fig. 3 (b) or (c). That is, a support layer z having a sufficient thickness is provided for maintaining the shape of the entire filter. Since the support layer z hardly contributes to the capture of particles, it is more preferable to configure the support layer z to have a large fiber diameter as shown in (b) in order to improve liquid permeability.
  • a filter formed continuously with the pre-filtration layer X and the support layer z In the case of using a woven fiber aggregate, the method (C) has the advantage that the spinning conditions can be gradually changed and the fiber diameter can be changed, thus facilitating production.
  • the precision dependent layer y does not necessarily need to be downstream of the minimum fiber diameter portion of the pre-filtration layer, and may be present upstream of the minimum fiber diameter portion, for example, as shown in Fig. 3 (d).
  • the difference between the minimum fiber diameter of the pre-filtration layer X and the fiber diameter of the micro-filtration layer y is large, so such a design is only used when there is a special reason such as maintaining strength.
  • the fiber diameter should be relatively large on the upstream side as shown in Fig. 3 (e). Since this has a large space for capturing large particles on the upstream side, the large particles can be filtered without blocking the surface of the filter.
  • the stock solution contains many small particles, it is advisable to increase the thickness of the minimum fiber diameter of the pre-filtration layer as shown in Fig. 3 (f). Since the relatively small particles in the undiluted solution can be sufficiently retained in the pre-filtration layer X by this pass, the load on the microfiltration layer y is reduced, and the filtration life can be extended.
  • Fiber diameter With respect to the stable fiber, the fiber diameter was obtained from the positive fineness. With respect to the melt mouth—non-woven fabric, spun-bonded non-woven fabric, and glass fiber non-woven fabric, 100 fibers were randomly selected from images taken with an electron microscope, and the arithmetic average of their diameters was taken as the average fiber diameter. Unless otherwise specified, the term “fibre” refers to this average fiber diameter in the case of non-woven fabric of Meldov mouth, spunbonded nonwoven fabric and glass fiber nonwoven fabric.
  • a non-woven fiber aggregate constituting the pre-filtration layer As a non-woven fiber aggregate constituting the pre-filtration layer, a copolymerized polypropylene (melting point: 140 ° C) and polypropylene (melting point: 165 ° C) were mixed at a weight ratio of 5: 5, and the basis weight was 50 g.
  • a melt-blown nonwoven fabric having a thickness of 500 m / m 2 and a thickness of 500 m was produced.
  • the fiber diameter is gradually increased from 15 ⁇ m to 2 m by gradually increasing the blowing air flow, continuously manufactured at 2 m state for a while, and then gradually reduced the blowing air flow again by 2 / m to 15 m.
  • non-woven woven ⁇ polymer constituting the microfiltration layer basis weight 7 5 g / m 2, thickness 5 0 0 m, to produce a melt-blown nonwoven fabric of polypropylene having an average fiber diameter of 1 // m, it Condensed with flat rolls at a temperature of 120 to produce a polypropylene nonwoven fabric with a basis weight of 75 g / m 2 , a thickness of 500 zm, and an average fiber diameter of 1 and a temperature of 120 ° C Then, the melt-blown nonwoven fabric of polypropylene having a basis weight of 75 g / m 2 , a thickness of 200 / m and an average fiber diameter of 1 m was produced.
  • the non-woven fiber aggregate composing the pre-filtration layer is heated to 150 ° C and wound around a 30 mm diameter metal core while heating and melting until the average fiber diameter is minimized. Formed a 5 mm support layer.
  • the pre-filtration layer is constructed so that the non-woven fiber aggregate constituting the micro-filtration layer has 7 turns.
  • a 2 mm thick microfiltration layer was formed by winding together with the nonwoven fiber assembly to be formed.
  • only the nonwoven fiber assembly constituting the prefiltration layer was wound up to form a 13 mm thick prefiltration layer.
  • a cylindrical filler with an outer diameter of 70 mm, an inner diameter of 30 mm, and a length of 245 mm was prepared. The change in the fiber diameter of the filter was as shown in Fig.
  • the same nonwoven fiber aggregate as that used in Example 1 was used for the pre-filtration layer.
  • the non-woven fiber aggregate constituting the microfiltration layer was a melt-blown nonwoven fabric having a basis weight of 25 g / m 2 , a thickness of 500 m, and an average fiber diameter of 1 / (/ m.
  • a cylindrical filter with a flat gasket with an outer diameter of 70 mm, an inner diameter of 30 mm, and a total length of 250 mm was formed in the same manner as in 1. The performance of this filter is shown in Table 1.
  • the same nonwoven fiber aggregate as that used in Example 1 was used as the non-woven fiber aggregate constituting the base layer.
  • the nonwoven fiber aggregate constituting the microfiltration layer was a glass fiber nonwoven fabric having a basis weight of 150 g / m 2 , a thickness of 1000 m, and an average fiber diameter of 0.7 m. These were molded in the same manner as in Example 1 to obtain a cylindrical filter with a flat gasket having an outer diameter of 70 mm, an inner diameter of 30 mm, and a total length of 250 mm. Table 1 shows the performance of this filter.
  • a melt-produced nonwoven fabric having a thickness of 500 / m was produced.
  • the fiber diameter is gradually increased from 20 um to 3 m by gradually increasing the air flow, and then continuously manufactured at 3 m for a while, and then gradually reduced again to 3 / m To 15 zm.
  • a meltblown nonwoven fabric having a basis weight of 25 £ 71 2 , a thickness of 500 m and an average fiber diameter of 1 m was used. These were molded in the same manner as in Example 1 and had an outer diameter of 7 Omm- The cylindrical fill with a flat gasket with an inner diameter of 30 mm and a total length of 250 mm was set to unity. Table 1 shows the performance of this fill.
  • Example 4 The same non-woven fiber aggregate as in Example 4 was used as the non-woven fiber aggregate forming the pre-filtration layer and the non-woven fiber aggregate forming the microfiltration layer.
  • a nonwoven fiber aggregate constituting a pre-filtration layer as a support layer was laminated in a flat shape with a thickness of 5 mm.
  • seven nonwoven fiber aggregates constituting the microfiltration layer were laminated to form a microfiltration layer having a thickness of 1.5 mm.
  • only the nonwoven fiber aggregate constituting the pre-filtration layer was laminated with a thickness of 13 mm.
  • the laminate was heated to 1 5 0 in a hot-air drier, and cut to the area 0. 0 5 m 2 after cooling, closed by heat bonding a low-density polyethylene film with a thickness of 0. 5 mm in side by flat Filter. Table 1 shows the performance of this fill.
  • a melt-blown non-woven fabric having a basis weight of 50 / m 2 and a thickness of 500 m made of polypropylene (with a melting point of 165) was produced.
  • the fiber diameter was varied from 15 zm to 2 mm by gradually increasing the airflow.
  • a polypropylene melt-blown nonwoven fabric having a basis weight of 75 gZm 2 , a thickness of 200 ⁇ m, and an average fiber diameter of 1 ⁇ m was produced as a nonwoven fiber aggregate constituting the microfiltration layer.
  • Diameter 3 0 mm Turn 1 5 cm up the spunbonded nonwoven fabric of length 2 4 0 mass per unit area in mm porous support tube of 3 0 g / m 2, thickness 3 0 0 ⁇ M, the average fiber diameter 2 5 m, continued
  • the above-mentioned 75 g / m 2 , thickness of 200 0m, average fiber diameter of 1 m, and a polypropylene non-woven fabric with a non-woven fabric are wound 7 times, and the blowing air current is gradually increased.
  • non-woven fiber aggregate constituting the pre-filtration layer
  • copolymerized polypropylene (melting point 14 0 ° C) and polypropylene (melting point: 165 ° C)
  • a side-by-side composite meltblown nonwoven fabric was manufactured.
  • the composite ratio was 5: 5 by weight
  • the basis weight was 50 gZm 2
  • the thickness was 500 // m.
  • the fiber diameter is gradually increased from 15 m to 2 m by gradually increasing the air flow, and then continuously manufactured at 2 zm for a while, and then the air flow is gradually reduced again. It was varied from zm to 15 / m.
  • the same non-woven fiber aggregate as that used in Example 1 was used for the microfiltration layer. These were molded in the same manner as in Example 1 to obtain a cylindrical filter with a flat gasket having an outer diameter of 70 mm, an inner diameter of 30 mm, and a total length of 250 mm. Table 1 shows the performance of this filter.
  • a flat gasket of 70 mm in outer diameter, 30 mm in inner diameter, and 250 mm in total length was formed by molding in the same manner as in Example 1 except that the change in fiber diameter at the fill was as shown in Fig. 3 (f). With cylindrical fill. Table 1 shows the performance of this filter.
  • Example 1 The same non-woven fiber aggregate as in Example 1 was used for the pre-filtration layer. Then, a cylindrical filter with a flat gasket having an outer diameter of 70 mm, an inner diameter of 30 mm, and a total length of 250 mm was produced in the same manner as in Example 1 except that the microfiltration layer was not formed. Table 1 shows the performance of this filter.
  • Example 3 The force of the staple fiber having a fiber diameter of 25 m--the outer diameter of 70 mm was obtained in the same manner as in Example 3 except that the nonwoven fiber aggregate constituting the pre-filtration layer was used in place of the cutting web.
  • a non-woven fiber aggregate constituting the microfiltration layer As a non-woven fiber aggregate constituting the microfiltration layer, a polypropylene melt-blown non-woven fabric with a basis weight of 75 / m 2 , a thickness of 500 ⁇ m and an average fiber diameter of 3 ⁇ m was manufactured, and the temperature was adjusted to 120 °.
  • a cylindrical filter with a flat gasket having an outer diameter of 70 mm, an inner diameter of 30 mm, and a total length of 250 mm was obtained. Table 1 shows the performance of this fill.
  • Example 2 and Comparative Example 1 show significantly higher precision filter performance even though the initial pressure loss and filtration life hardly change. Further, it can be seen that Example 4 and Comparative Example 1 show a filter performance in which Example 4 has a remarkably small initial pressure loss and a long filtration life, even though the filtration accuracy hardly changes. Also, comparing Example 4 with Comparative Example 3, it can be seen that Example 4 exhibits higher accuracy and a longer filter life. Further, comparing Examples 1, 8, and 9, the filtration life was the longest in Example 9, followed by Examples 1 and 8 in that order.
  • Example 1 in which the microfiltration layer was compacted with a flat roll significantly improved the filtration accuracy, and Example 1 reduced fine particles. It turns out to be useful for removal.
  • Comparative Example 4 which has a microfiltration layer made by consolidating a nonwoven fabric having a larger fiber diameter than the previous filtration layer, has the same filtration accuracy as Example 2, but the initial pressure loss and the filtration The life is remarkably inferior, and it can be seen that a sufficient effect cannot be obtained simply by inserting a nonwoven fabric that has been subjected to compaction processing.

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Description

明 細 書
高精度フィルター
技術分野
本発明は、 高精度フィル夕一に関し、 さらに詳しくは、 従来のフィルターに比 ベ、 高精度で、 初期圧力損失が少なく、 かつ長い濾過ライフを持つフィルターに 関する。
背景技術
近年、 化学工業分野の製品等の溶液中に含まれる、 粒子径 0 . 2 ·ί ΐΏ〜数百^ m程度の異物を取り除くための、 繊維を素材とするフィルターの需要が急激にの びてきている。
一般に繊維を素材とするフィルタ一は、 安価であり、 構成繊維の繊維径によつ て自由に濾過精度を変更でき、 また繊維間の空隙部に多くの粒子を捕捉すること ができるために、 濾過ライフが長い、 といった様々な特長を有する。 しかしなが ら、 フィルターの使用目的によって、 従来以上に高精度で、 かつ濾過ライフの長 いフィル夕一が強く求められている。
このようなフィルタ一の性能は、 主として濾過精度、 通液性および濾過ライフ で評価することができる。 ここでいぅ爐過精度とは、 9 9 . 9 %以上捕集できる 最小の粒径を意味し、 通液性とは、 ある液量を流したときのフィルターの圧力損 失を意味し、 濾過ライフとは、 ある濃度の分散液を連続して濾過した時に生じる フィルターの圧力損失がそのフィルターの交換圧力に達するまでの時間を意味す る
一般的には高精度のフィルタ一ほど通液性が悪くなり、 また、 濂過ライフが短 くなることが多い。 しかし、 高精度のフィルターでも、 濾材構成を均一にせず、 濾過方向、 すなわちフィルターを通過させる液体の上流側から下流側に向かって 構成繊維径ゃ空隙率などを変化させることにより、 通液性や濾過ライフを改善す ることができる。 これまでに、 このような通液性、 濾過ライフ改善のための方法 がいくつか提案されている。
まず、 特開平 7 - 8 2 6 4 9号公報には、 メルトブロー法による繊維の紡糸ェ 程において、 樹脂の押出量やブローイング気流の流速を経時的に変化させ、 それ により紡糸される繊維の平均繊維径を連続的に変化させ、 それを適当な巻き芯に 巻き取るというものである。 この方法は、 濾材を構成する繊維の平均繊維径を比 較的自由に変化させることができるという長所を持つか、 樹脂の押出量、 ブロー イング気流の流速のいずれも、 変化し得る範囲に限界があり、 フィル夕一の厚み 方向 （濾過方向） の繊維径に大きな変化をつけることが難しいという欠点を持つ c また、 紡糸条件を連続的に変化させているので細繊化するのが難しいという欠点 わの
また、 特開平 1 — 2 9 7 1 1 3号公報には、 あらかじめ繊維径の異なる数種類 の不織布を製造しておき、 これらを有孔の中芯に巻き取ってフィル夕一とする方 法がある。 この方法は繊維径を大きく変化させることが可能であるが、 深層據過 を効率よく行うためには繊維径変化をよりなだらかにする必要かあるため、 組み 合わせる不織布の種類が多くなり、 生産工数が多く、 手間がかかるという欠点を 持つ。
また、 特公昭 5 6 - 4 9 6 0 5号公報には、 熱融着性ステ一プルファイバーの 力一ディ ングウェブを、 加熱しながら適当な線圧を加えて巻き芯に巻きとり、 そ の工程の途中でメルトブロー不織布を巻き込んで成形するという方法が示されて いる。 この方法は、 安価なステーブルファイバーを使う利点を生かしながら、 メ ルトブロー法で作られたフィルター並の精度を持ったフィルターを作ることがで きるという特長を持つ。 しかしながら、 捕集しょうとする粒子の粒径がステープ ルフアイバーの繊維径ょりも極端に小さい場合には、 挿入したメルトブロー不織 布にのみ小さい粒子が捕集されてしまい、 濾過ライフが短くなるという欠点があ る。
発明の開示
本発明の目的は、 上記の従来のフィルタ一では達成できなかった高精度、 かつ 濾過ライフの長いフィルターを安価に提供することである。
本発明者らは、 上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、 不織繊維集合体 からなるフィルター内に、 前濾過層と精密濾過層の少なく とも 2層を設け、 前濾 過層は、 構成繊維の繊維径が濾過方向に細くなるように構成し、 精密濾過層は、 前濾過層の最小繊維径よりも細い繊維を含む不織繊維集合体で構成することによ り、 本発明の目的を達成できることを知り、 本発明を完成するに至った。 以下本 発明を詳細に説明する。
本願で特許請求される発明は以下のとおりである。
( 1) それぞれ不織繊維集合体で構成され、 かつ濾過方向に接合された、 前濾過 層と精密濾過層の少なく とも 2層からなるフィル夕一であって、 該前濾過層は、 全部または一部の構成繊維の繊維怪が濾過方向に漸次細くなるように構成され、 かつ、 該精密濾過層は不織繊維集合体が積層されたものであって、 その積層され た不織繊維集合体の 1 0重量％以上の構成繊維の繊維径が前濾過層の最小繊維径 よりも小さいことを特徴とする高精度フィルター。
(2) 前濾過層が、 ポリオレフイ ン系繊維およびポリエステル系繊維からなる群 から選ばれた少なく とも 1種を使用する不織繊維集合体からなることを特徴とす る （ 1 ) 記載のフィルター。
(3) 前濾過層が、 メルトブロー法で作られた不織繊維集合体からなることを特 徵とする （ 1) または （2) 記載のフィル夕一。
(4) 前濾過層を構成する不織繊維集合体の繊維が、 高融点成分と低融点成分と が混在して構成されており、 該低融点成分と該高融点成分との融点差が 1 0°C以 上であり、 該低融点成分が、 該前濾過層中に 1 0〜90重量％含有されている
( 1 ) 〜 （3) のいずれかに記載のフィル夕一。
(5) 前濾過層を構成する不織繊維集合体を構成する繊維が、 融点差が 1 0°C以 上である高融点成分と低融点成分とで構成された複合繊維である （4) に記載の フィルター。
(6)前濾過層を構成する不織繊維集合体が、 融点差が 1 0°C以上である高融点 成分極細繊維と低融点成分極細繊維との混合繊維からなることを特徴とする （
4 ) に記載のフィル夕一。
( 7) 前濾過層の不織布を構成する繊維の最小繊維径と最大繊維径との比が 1 ： 2〜1 ： 1 0である （ 1 ) 〜 （6) のいずれかに記載のフィルター。
( 8 ) 前濾過層の最小径繊維よりも細い繊度の繊維を含む精密濾過層の不織布の 繊維径と、 前濾過層の最小径繊維との比が 1 : 1. 1〜 1 ： 20である （ 1 ) 〜
( 7 ) のいずれかに記載のフィルター。 ( 9 ) 前濂過層の最小径繊維よりも細い繊度の繊維を含む精密濾過層の不織繊維 集合体の空隙率が 4 5〜9 7 %である （ 1 ) 〜 （ 8) のいずれかに記載のフィル ター。
( 1 0) 前濾過層の最小径繊維よりも細い繊度の繊維を含む精密濾過層の不織繊 維集合体がメルトブロー法で作られていることを特徴とする （ 1 ) 〜 （ 9) のい ずれかに記載のフィルター。
( 1 1 ) 前濾過層の最小径繊維よりも細い繊度の繊維を含む精密濾過層の不織鏃 維集合体がガラス繊維からなることを特徼とする （ 1 ) 〜 （ 9) のいずれかに記 載のフィルター。
( 1 2) 不織布フィルター力 筒状フィル夕一である （ 1 ) 〜 （ 1 1 ) のいずれ かに記載のフィルター。
図面の簡単な説明
図 1は 本発明のフィルターの実施例である円筒状フィルターを示す一部破断 斜視図。
図 2は本発明のフィルターの実施例である平板状フィルターを示す一部破断斜 視図。
図 3は第 1図及び第 2図に示されるようなフィル夕一の上流から下流にわたる 断面 A - B間の繊維径変化の一例を示すパターンの模式図。
符号の説明
1. . . 多孔性支持筒、 2. . . 支持層、 3. . . 精密濾過層、 4. . . 前濾過層、 5 a、 5 b. . . エンドキャップ、 6 a、 6 b. . . 平ガスケッ ト、 7· . . フィルム、 A— B. . . フィルタ一の最上流側と最下流側を結ぶ 線の一例。
また第 3図は、 第 1図及び第 2図に示されるようなフィルターの上流から下流 にわたる断面 A - B間の繊維径変化の一例を示したパターンの模式図である。
X. . . 前濾過層、 y. . . 精密激過層、 z. . . 支持層、 . . フィ ルターの最上流側、 B. . . フィルターの最下流側。
発明を実施するための最良の形態
まず、 本発明で用いる不織繊維集合体を構成する繊維の成分としては、 ポリ了 ミ ド、 ポリエステル、 低融点共重合ボリエステル、 ポリスチレン、 ポリウレタン エラストマ一、 ポリエステルエラストマ一、 ボリプロピレン、 ポリエチレン、 共 重合ポリプロピレン （例えば、 プロピレンを主体として、 エチレン、 ブテン一 1 、 4ーメチルペンテン一 1等との二元または三元共重合体） 等の熱可塑性樹脂が開 示できる。 特に、 価格および耐水性、 耐薬品性の点からポリプロピレン、 ボリエ ステルが好適に使用できる。 また、 精密濾過層にはガラスを用いてもよい。
次に、 本発明のフィルターの一部である前濾過層について説明する。
前濾過層は、 本発明のフィルタ一を構成する濾材層のうち、 流体の濾過方向の 最も上流側に配置させるもので、 流体中の比較的大きな粒子を捕捉するために設 けられる。 前濾過層を構成する材料は、 全^または一部の構成繊維の繊維径が濾 過方向に漸次細くなるように構成された不織繊維集合体であり、 その形状は、 例 えばウェブ、 不織布、 濾紙などの形状がよい。 この不織繊維集合体の繊維の繊維 径が濾過方向に漸次紬く変化するために、 成形後のフィルターの前濾過層の構成 繊維径が漸次細く変化するのである。 この繊維径の変化を付けるため、 前濾過層 を構成する不織繊維集合体を得るための紡糸法としては、 溶融紡糸法が望ましい。 溶融紡糸法では吐出量や延伸比等を変えることにより、 比較的容易に紡糸する繊 維の繊維径を連続的に変化させることができるからである。 このような連続的に 繊維径を変えることのできる溶融紡糸法の例としては通常の溶融紡糸法、 スパン ボンド法、 メルトブロー法等をあげることができる。
通常の溶融紡糸法で繊維径を連続的に変えたゥュブを得るには、 溶融紡糸時に 吐出量を連铳的に変化させ、 これを延伸、 カッ トしてカード機に投入すれば繊維 径が機械方向または長さ方向に変化したステーブルファイバ一のウェブができる。 その他の方法として、 スパンボンド法を用い、 その牽引力を連続的に変化させる ことにより、 繊維径が連続的に変化したスパンボンドウヱブを得ることができる。 前濾過層を構成する不織繊維集合体を製造するのに特に有効な紡糸法はメルト ブロー法である。 その方法としては特公平 7— 9 8 1 3 1号公報に示されるよう な公知の方法を用いることができる。 メルトブロー法とは、 機械方向または長さ 方向紡糸孔ょり押し出された溶融した熱可塑性樹脂を、 紡糸孔の周囲より吹き出 される高温高速気体により捕集コンベアネッ トまたは回転する中空心棒上に吹き 付け、 極細繊維ゥ ブを得る方法である。 この際、 樹脂の押し出し量、 ブローイ ング気流の噴出速度等の紡糸条件を連続的に変化させることにより、 前濾過層を 構成する不織繊維集合体に適した平均繊維怪が長さ方向に変化した極細繊維ゥ二 ブを得ることができる。 特に、 ブローイング気流の噴出速度を連続的に変える方 法は、 ウェブの目付を変えることなく繊維径を変化させることができるので好ま しい。
前濾過層を構成する不織繊維集合体は、 1 0 °C以上の融点差がある樹脂からな る高融点成分と低融点成分とを混在して構成される。 高融点成分と低融点成分と を混在させる方法としては、 該不織繊維集合体の構成繊維を高融点樹脂と低融点 樹脂との複合繊維としてもよく、 または紡糸段階で高融点樹脂からなる繊維と低 融点樹脂からなる繊維とを混織してもよく、 または高融点樹脂からなる繊維と低 融点樹脂からなる繊維とを紡糸後に混綿してもよい。 該前濾過層中で低融点成分 の混在比は、 高融点成分と低融点成分との総量に対して 1 0〜9 G重量％、 好ま しくは 2 0〜7 0重量％、 より好ましくは 3 0〜5 0重量％であると、 フィル夕 一として成形したときに優れた強度や形態保持性を持つようになり好ましい。 低 融点成分の含有量が 1 0重量％未満の場合、 繊維ウェブを熱処理しても繊維の熱 接合点が少ないために、 毛羽立ちが多く、 強度の弱いものとなるので低融点成分 を用いる意味がなくなる。 また、 低融点成分の含有量が 9 0重量％を超えると、 熱処理により繊維形態を失った低融点成分が繊維間空隙を一部で塞いだり、 孔径 が広がったりするようになり、 フィルターの濾過能力の低下の原因になるので好 ましくない。 低融点成分と高融点成分の組合せの例としては、 ボリエチレン/ポ リプロピレン、 共重合ポリプロピレン/ポリプロピレン、 低融点共重合ポリエス テル//ボリエステル、 ポリエチレン/ポリエステルを示すことができる。 この中 でも、 共重合ポリプロピレン/ポリプロピレン、 低融点共重合ポリエステル/ポ リエステルの組合せは、 熱処理による繊維同士の接合力が強く、 強度のあるフィ ルターが得られるので好ましい。
次に、 本発明のフィルタ一の一部である精密濾過層について説明する。
精密濾過層は、 本発明のフィルターを構成する濾材のうち、 前濾過層の下流側 に接合され、 前濾過層で捕捉できなかつた小さな粒子を捕捉するために設けられ る。 精密濾過層は不織布、 濾紙などの形状の不織繊維集合体を積層したものであ 本発明者らが鋭意研究した結果、 本発明のフィルターの瀘過性能を優れたもの にするには、 精密濾過層を構成する不織繊維集合体の繊維怪ぉよび空隙率が大き く影響していることがわかった。
まず、 精密濾過層は、 1種類の不織繊維集合体を積層したものであってもよく、 2種類以上の不織繊維集合体を交互に積層したものであってもよい。 ただし、 該 精密濾過層を構成する不織繊維集合体の繊維のうち、 少なく とも 1 0重量％が前 濾過層の最小繊維径よりも細い繊度の繊維である必要がある。 この割合が 1 0重 量％未満であると、 前濾過層で捕捉できなかった粒子の大部分を精密濾過層でも 捕捉できなくなるおそれがある。
次に、 精密濾過層に含まれる不織繊維集合体の空隙率は 4 5〜9 7 %、 好まし くは 5 5〜8 5 %、 さらに好ましくは 5 5 %〜6 5 %である。 空隙率が 4 5 %よ りも小さいとフィル夕一として使用したときに圧力損失が大きくなり、 またケー キを十分に保持する空間がなくなるために濾過ライフが短くなる。 また、 空隙率 が 9 7 %よりも大きいと、 フィルタ一として利用したときに十分な耐圧性や形態 保持性がなくなることがある。
また、 精密濾過層に含まれる前漶過層の最小径繊維よりも細い不織繊維集合体 の繊維径は、 目的とする濾過精度に応じて決定することができる。 具体的には、 まず、 精密濾過層の不織繊維集合体を構成する繊維の径は目的とする濾過精度 (単位： / m ) の 0 . 5〜5倍、 好ましくは 0 . 8〜3倍が適している。 繊維径 が濾過精度の 0 . 5倍よりも小さいと、 空隙率を非常に'大きくする必要がありそ のために耐圧性が低下する。 また、 繊維径が濾過精度の 5倍よりも大きいと、 空 隙率を非常に小さくする必要があり、 そのために濾過ライフが短くなる。 なお、 異型断面糸を素材として用いた場合には、 円形断面糸に比べて捕集効率が高くな るので繊維径を大きめにしても構わない。
次に前濾過層の最小繊維径は、 精密濾過層に含まれる前濾過層の最小径繊維よ りも細い繊維の繊維径に対して 1 . 1〜2 0倍程度が適している。 これが 1 . 1 倍よりも小さくなると精密濾過層を設ける意味がなくなり、 2 0倍を超えると、 前濾過層で十分に粒子をとりきることができなくなるために、 精密濾過層に多く の粒子が詰まり、 濾過ライフが短くなることがある。
精密濾過層に含まれる前濾過層の最小径繊維よりも細い繊維の繊維径の繊維の 製造方法としては、 分割繊維を使用する方法、 ガラス繊維を使用する方法、 メル トブロー法、 スパンボンド法などが上げられる。 この中でも特に濾過精度を 5 mよりも小さくする場合には、 メルトブローまたはガラス繊維が好適に使用でき る o
本発明において、 精密濾過層の不織繊維集合体の 1 0重量％以上の構成繊維の 繊維径を前濾過層の最小繊維径よりも小さく した理由は、 前濾過層のみで濾過方 向に漸次繊維径が小さくなる繊維集合体を形成することが困難であるからである c すなわち、 本発明では、 前滤過層を製造する際、 構成繊維径を連続して変化させ るという特殊な紡糸法を採用しているため、 前濾過層の最小径繊維をある程度以 上小さくすることは難しい。 例えばメル卜ブロー法を使い、 樹脂の押し出し量や プロ イング気流の噴出速度等の紡糸条件を連続的に変化させて前濾過層の繊維 集合体の繊維径を変化させる場合、 前濾過層の最大径繊維に合わせ、 比較的低い 紡糸温度で紡糸する必要があるが、 その低い紡糸温度で過度にブローイング気流 を大きく したり、 樹脂の押し出し量を過度に少なく したりすると、 フライ （捕集 コンペァネッ トに捕集されずに飛散する繊維屑） が発生し、 目的とする最小径繊 維の不織繊維集合体が得られないという現象が起こる。 なお、 このような不都合 は他の溶融紡糸法を利用した場合でも起こる。 このため、 前濾過層の繊維の最小 繊維径を 2 mより小さくすることは難しい。 本発明では、 前濾過層に加えて精 密濾過層を設け、 その構成繊維径が前濾過層の最小繊維怪よりも細い繊維を 1 0 重量％以上含む不織繊維集合体からなる精密濾過層を用いることにより、 目的と する精密濾過を達成するものである。 なお、 前濾.過層をメルトプロ一法などを使 つて製造する場合、 その最小繊維径はかなり小さくなるため、 精密濾過層に含ま れる、 前濾過層の最小径繊維よりも钿ぃ不織繊維集合体も、 メルトブロー不織布 やガラス繊維不織布のような非常に微細繊度の不織繊維集合体を使用する必要か あ
なお、 メルトプロ一不織布、 ガラス繊維不織布のいずれもその織維径は一定で はなく、 ある程度の幅をもって分布しているのが普通であるが、 これらの不織布 の場合は主としてその平均鏃維径と空隙率が濾過精度を決定する。 そこで、 以後、 メルトブロー不織布またはガラス繊維不織布の繊維径について言及するときは、 特に断らない限り平均繊維径を指すものとする。 メルトブロー不織布を採用する 場合には、 紡糸条件の選定により平均繊維径を 0 . 5〜4 0 の間の値にする ことができる。 また、 ガラス繊維不織布を用いる場合には、 平均繊維径を 0 . 1 〜3 0 mの間の値にすることができる。 またこれらの不織布の空隙率は、 カレ ンダーロールなどを使ってこれらの不織布を圧縮し、 適当な値に調整することが できる。
一般には、 紡糸した時点でのメルトブロー不織布の空隙率は 8 0〜9 5 %程度 なので、 精密濾過層に含まれる前濾過層の最小径繊維よりも微細繊度の不織繊維 集合体の空隙率を所望値にするため、 適当な方法で加工してもよい。 その場合に は前濾過層を構成する不織繊維集合体と、 精密濾過層に含まれる前濾過層の最小 径繊維よりも微細繊度の不織繊維集合体とは、 別工程で製造してもよい。
その加工方法は特に限定されるものではないが、 その 1例としてカレンダ一口 ールによる圧密加工を挙げることができる。 カレンダーロールの表面形状は、 フ ラッ トロールがよい。 適当な模様のエンボスロールを使用することもできるが、 エンボスパターンで押しつぶされた部分が通液しないため、 不織布の補強など特 別な目的がある場合以外はフラッ トロールを用いた方が好ましい。 また、 カレン ダーロールの温度は、 該不織繊維集合体の素材にもよるが、 一般的には該不織繊 維集合体の融点 （複合素材の場合にはその低融点成分の融点） より 1 0 ° (〜 6 0 °C低い温度がよい。 この温度差が 1 0 °Cよりも小さいと、 樹脂が溶融してロール に融着する可能性がある。 また、 この温度差が 6 0 °Cよりも大きいと、 圧密状態 が固定されないために圧密加工する意味がなくなることがある。
また、 精密濾過層に含まれる前濾過層の最小径繊維よりも微細繊度の不織繊維 集合体の空隙率を圧密加工により調整することにより、 前濾過層と精密濾過層と の間に任意の見かけ密度差をつけることができる。 ここでいう見かけ密度とは、 濾材のある箇所の重量をその箇所の空隙を含む体積で割った値を指す。 この見か け密度差をつけることにより、 前濾過層の持つ比較的大きな粒子を捕捉するとい う機能が効果的に高められる。 本発明では、 精密濾過層の空隙率が前濾過層の空 隙率よりも大きいものも可能である力く、 前者が後者より小さいものか、 前記の前 濾過層の機能はより高められ、 更に好ましいのは、 前濾過層の空隙率が 5 5 %〜 9 0 %であり且つ、 該前濾過層の空隙率 （ ） から精密濾過層の空隙率 （％) を 引いた値が 5 %〜 4 5 %の範囲の場合である。 空隙率の差が 5 %以下の場合には 効果があまりなく、 また、 空隙率の差が大きいほど前濾過層の効果は大きくなる 力^ この値が 4 5 %を越えると前濾過層の空隙率を 9 0 %よりも大きくする必要 があるため、 前濾過層の強度が十分ではなくなる。
次に、 本発明のフィルターにおいて必要に応じて用いられる支持層について説 明する。
支持層は、 本発明のフィルタ一を構成する濾材のうち、 精密濾過層のすぐ下流 側に設けられ位置し、 精密濾過層の形状保持や精密濾過層からの濾材の脱落を防 止するために設けられる。 しかし、 精密濾過層が充分な形状保持性を持っていた り、 精密濾過層の形状保持のために適当な支持体を使用し、 かつ精密濾過層から の濾材の脱落の可能性がない場合にはなくても構わない。 支持層を構成する不織 織維集合体としては前記前濾過層を構成する不織繊維集合体と同じ物を用いても 良いし、 スパンボンド不織布などのさらに強度のある不織繊維集合体を使用して も良い。
次に、 これらの材料を組み合わせて本発明のフィルターに成形する方法を説明 する。 成形したフィル夕一の一例を第 1図に示す。 第 1図 （a ) 、 （b ) は円筒 状フィル夕一の例、 第 2図は平板状フィルターの例である。 本発明のフィル夕一 は構成繊維径が上流側から下流側に向かって連続的に小さくなっている前濾過層 と、 前濾過層の最小繊維径よりも微細繊度の精密濾過層とを備えていれば必ずし もこれらの例に限定されない。
次に、 本発明を図面によってさらに詳細に説明する。 ■
図 1 ( a ) 、 （b ) は、 それぞれ本発明の一実施例を示す円筒状のフィルター の一部切欠斜視図、 図 2は、 同じく平板状フィルターの一部切欠斜視図である。 図 1 ( a ) のフィルタ一は、 多孔性支持筒 1によって支持された支持層 2と、 そ の上に設けられた精密濾過層 3と、 その外側に設けられた前濾過層 4 と、 円筒状 フィルターの両端部をシールするように設けられたェンドキヤップ 5 aおよび 5 bとから構成される。 図 1 ( b ) のフィル夕一は、 図 1 ( a ) の多孔性支持筒 1 を用いずに支持層 2を厚く し、 かつ両端に平ガスケッ ト 6 aおよび 6 bを設けた ものである。 また図 2のフィルタ一は、 平板状の支持層 2と、 その上部に設けら れた精密濾過層 3と、 精密濾過層の上に設けられた前濾過層 4 と、 フィルターの 端面をシ一ルするように設けられたフィルム 7とから構成される。
図 1 ( a ) の円筒状フィルタ一を作るには、 まず多孔性支持筒 1に補強用の不 織繊維シートを巻き付けて支持層 2を形成せしめる。 上記補強用の不織繊維シ一 卜は精密濾過層 3'からの濾材脱落を防ぐ役割があり、 その素材としてはスパンボ ンド不織布等が好適に使用できる。 なお、 精密據過層 3からの濾材脱落の可能性 が無い場合には、 補強用の不織繊維シートはなくてもよい。 次に後述する前濾過 層の最小繊維径ょりも微細繊度の繊維で構成される精密濾過層 3を構成するべく 用意した不織繊維集合体を巻回数が少なく とも 1 . 5回となるように巻き付けて 精密濾過層 3を形成せしめる。 この際、 通液性をよくするために適当なスぺーサ 一を同時に巻き込んで成形しても良い。 このスぺーサ—の形状は特に限定される ものではなく、 編み物、 ネッ 卜、 パンチングシートなど種々のものを用いること ができる。 次に前濾過層を構成する材料として用意した不織繊維集合体を巻き付 け、 上流側から下流側に繊維径を連続的に細く変化させた前濾過層 4を形成せし める。 その後、 端面からの液の流出を防ぎ、 またハウジングとの密着性をよくす るために、 両端にエンドキャップ 5 a、 5 bを貼付し、 本発明のフィルターが完 成する。
次に図 1 ( b ) の円筒状フィルターを作るには、 特公昭 5 6— 4 9 6 0 5号公 報に開示される方法を使用することができる。 この場合、 前濾過層 4を構成する 不織繊維集合体は、 熱融着性のある繊維で構成されたものを使用する。 一例とし て、 先述したような 1 0で以上の融点差がある高融点樹脂と低融点樹脂とから構 成された不織繊維集合体をあげることかできる。 この不織繊維集合体は、 前濾過 層 4の材料として用いるが、 支持層の材料としても使用する。 まず、 前濾過層 4 を構成する不織繊維集合体を予め該不織繊維集合体の熱融着温度以上に加熱し、 適当な巻き芯に巻き付けて先ず支持層 2を形成せしめる。 その後、 前濾過層 4を 構成する不織繊維集合体と同じ幅を有した、 後述する前濾過層の最小繊維径より も細い繊度の精密濾過層 3を構成すべく用意した不織繊維集合体を、 巻回数が少 なく とも 1 . 5回となるように、 前濾過層を構成する不織繊維集合体と共に巻き 込んで精密濾過層 3を形成せしめ、 引き続いて前濾過層を構成する不織繊維集合 体のみを巻き回して濾過方向に繊維径を漸次紬く変化させた前濾過層 4を形成せ しめる。 精密濾過層 3を構成する不織繊維集合体の巻回数が 1 . 5回よりも少な いと精密濾過層の肉厚が薄くなるため、 充分な濾過精度を出すことができにくい c また、 精密濾過層 3を構成する不織繊維集合体を巻き込む位置は、 前濾過層 4 と 支持層 2の肉厚の比 （前濾過層の肉厚ノ支持層の肉厚） が 0 . 5倍〜 4倍となる 位置、 好ましくは 0 . 7倍〜 4倍となる位置である。 前據過層の肉厚が支持層の 肉厚の 4倍よりも大きくなると、 支持層の強度が不充分となり、 一方、 0 . 5倍 よりも小さくなると、 前濾過層の堆積が少なくなり、 フィルタ一の濾過ライフを 長くするのが難しくなる。 その後、 冷却し、 巻き芯を抜き取り、 両端に平ガスケ ッ ト 6 a、 6 bを貼付し、 本発明のフィル夕一が完成する。
また、 図 2の平板状フィル夕一を作るには、 前濾過層 4を構成する不織繊維集 合体は、 先述したような 1 0で以上の融点差がある高融点樹脂と低融点樹脂とか ら構成されたものを使用する。 この不織繊維集合体を熱融着温度以上に加熱し、 続いて折り畳んで積層し、 支持層 2を形成させる。 この支持層 2の上に、 前壚過 層 4を構成する不織繊維集合体と同じ幅を有した不織繊維集合体を少なく とも 1 枚積層して精密濾過層 3を形成せしめる。 引き続いて前濾過層 4を構成する不織 繊維集合体のみを前記精密濾過層 3の上に積層して前濾過層 4を形成せしめる。 その後、 液流出防止のため、 壁面にフィルム 7を貼付する。
次に、 本発明のフィル夕一の繊維径デザインについて説明する。 本発明者らは、 本発明のフィルターの通液性や濾過ライフを決定する要因として特に重要なのが、 前濾過層の繊維径デザィンであることを見出した。
まず、 前濾過層 4の最大繊維径と最小繊維径の比 （最大繊維径/最小繊維径） は、 2倍以上であれば効果があるが、 一般には原液中の粒子の粒度分布は広く分 布していることが多いため、 好ましくは 3倍以上、 より好ましくは 4倍以上であ る。 ただし、 必要以上に繊維径比を変化させても繊維径に対応した粒子を捕捉す る層が薄くなり、 逆に深層濾過が充分に行われなくなるため、 2 0倍以下、 好ま しくは 1 0倍以下である。
そして、 前濾過層の最大繊維径と、 精密濾過層内に含まれる前濾過層の最小径 繊維よりも微細な繊度の、 不織繊維集合体の繊維径との比 （前濾過層の最大織維 径 Z精密濾過層内に含まれる、 前濾過層の最小径繊維よりも微細繊度の不織繊維 集合体の繊維怪） は、 2 . 2倍〜 2 0 0倍の範囲であるときに、 より大きい効果 を奏する。 この値が 2 . 2倍以下であると、 繊維径変化の付け方が不十分となり、 精密濾過層がまだ充分使われる以前に前濾過層の空隙が^子により閉塞されてし まうので、 濾過ライフが短くなる。 また、 この値が 2 0 0倍を超えると、 原液に よっては繊維径に対応した粒子を捕捉する層が薄くなり、 逆に深層濾過が充分に 行われなくなる。
次に、 本発明のフィルターの、 液の流れ方向への繊維径変化のパターンに付い て説明する。 第 3図は、 第 1図及び第 2図に示されるようなフィルターの濾過方 向、 すなわち、 液の上流から下流にかけての断面 A - B間の繊維径変化の一例を 示したパターンの模式図である。 なお、 精密濾過層 yの繊維径は 2種類以上の不 織繊維集合体を交互に積層した場合には不連続になるが、 ここでは代表して精密 濾過層に含まれる前濾過層の最小径繊維よりも微細繊度の不織繊維集合体の繊維 径の値を示した。
第 3図 （a ) は標準的な繊維径変化のパターンの付け方であり幅広い分野の濾 過に使用することができる。 つまり、 前濾過層 Xは最大繊維径から始まり、 下流 側に近づくに従って直線的に繊維径を減少させてある。 そして下流側に近い位置 に精密濾過層 yを設けてある。 精密濾過層のさらに下流側に近い位置に支持層 z を設けてあるが、 精密濾過層からの濾材の脱落の可能性がない場合にはなくても かまわない。
下流側に精密濾過層の形状保持のために支持層を設ける場合には、 第 3図 （ b ) や （c ) のようにするとよい。 つまり、 フィルター全体の肉厚に対して、 形 状保持のため、 充分な肉厚の支持層 zを設けてある。 支持層 zは、 粒子の捕捉に ほとんど寄与しないので、 通液性を上げるためには （b ) のように太い繊維径で 構成することが方が望ましい。 逆に前濾過層 Xと支持層 zに連続して作られた不 織繊維集合体を用いる場合には、 （C ) のようにした方が、 紡糸条件を徐々に変 化させて、 繊維径を変化させることができるため、 製造しやすいという利点があ Ό o
精密據過層 yは必ずしも前濾過層の最小繊維径部よりも下流側にある必要はな く、 例えば第 3図 （d ) のように最小繊維径部より上流側に存在させても良い。 もっともこの場合は前濾過層 Xの最小繊維径と精密濾過層 yの繊維怪との差が大 きくなるので、 このようなデザィンを採用するのは強度保持など特別の理由があ る場合に限られる。
また、 原液中に大きな粒子が多く含まれている場合には、 第 3図 （ e ) のよう に上流側で繊維径を相対的に大きくするとよい。 これは、 上流側で大きな粒子を 捕捉する空間を多く有するため、 大きな粒子がフィルターの表面を閉塞すること なく濾過することができる。
また、 原液中に小さな粒子が多く含まれている場合には、 第 3図 （ f ) のよう に前濾過層の最小繊維径部の厚さを大きく とるとよい。 このパ夕一ンにより原液 中の比較的小さな粒子を前濾過層 Xで充分保持できるため、 精密濾過層 yにかか る負荷が少なくなり、 濾過ライフをのばすことができる。
実施例
以下、 実施例により本発明を具体的に説明するが、 本発明はこれにより限定さ れるものではない。 本実施例における構成繊維、 フィルターの物性値等の定義と 測定法は以下の通りである。
(繊維径） ステーブルファイバ一については正量繊度から繊維径を求めた。 メル トブ口—不織布、 スパンボン ド不織布、 ガラス繊維不織布に関しては、 電子顕微 鏡で撮影した画像から 1 0 0本の繊維を無作為に選び、 それらの直径の算術平均 を平均繊維径とした。 なお、 特に断らない限り、 メルドブ口一不織布、 スパンボ ンド不織布、 ガラス繊維不織布に関しては、 繊維怪とはこの平均繊維径を指すも のとする。
(濾過精度） 循環式濾過性能試験機のハウジングにフィ ルター 1 つを取り付け、 5 0 リ ツ トル用水槽からポンプで通水循環する。 流量を毎分 1 0 リ ツ トルに調節 後、 水槽に試験粉体として基礎物性用標準粉体であるエアクリーナー用ファイン •テストダスト （ACFTDと略す。 中位径： 6. 6〜8, 6 m) を毎分 1 m gで連続添加し、 添加開始から 5分後に原液と濾液を採取し、 それぞれの液に含 まれる粒子の粒度分布を光散乱式粒子検出器を用いて計測する。 この粒度分布測 定結果を用いて、 フィルターが捕集した粒子の個数の割合を捕集効率として算出 し、 9 9. 9 %捕集した粒径をフィルターの濾過精度とした。
(初期圧力損失、 濾過ライフ及び耐圧強度） 前記の循環式濾過性能試験機のハウ ジングにフィル夕一 1つを取り付け、 流量毎分 1 0 リ ツ トルで通水循環する。 こ こに、 工業用試験粉体 J I S 1 6種を 4 0 Omg/分の速度で連続添加し、 フィ ルターの 1次側と 2次側で圧力を測定して圧力損失の変化を記録する。 フィルタ 一の圧力損失が 2 k gZcm2 に達するまでの時間を濾過ライフとした。 また、 ケーキ添加前のフィルターの圧力損失を初期圧力損失とした。
引き続き、 前記粉体の添加を行い、 フィル夕一の圧力'損失が 1 O k g/cm2 に達するか、 もしくはフィルターが変形した時点での圧力損失を耐圧強度とした。 (実施例 1 )
前濾過層を構成する不織繊維集合体として、 共重合ボリプロピレン （融点 1 4 0°C) とポリプロピレン （融点 1 6 5°C) を重量比 5 ： 5で混繊させた目付 5 0 g/m2 、 厚さ 5 0 0 mのメルトブロー不織布を製造した。 その繊維径はブ口 —イング気流を次第に増加させて 1 5〃mから 2 mまでに変化させ、 続けて 2 mの状態でしばらく製造し、 続けて再びブローィング気流を次第に減少させて 2 / mから 1 5 mまでに変化させた。 また、 精密濾過層を構成する不織織維集 合体として、 目付 7 5 g/m2 、 厚さ 5 0 0 m、 平均繊維径 1 //mのポリプロ ピレンのメルトブロー不織布を製造し、 それを温度 1 2 0でのフラッ トロールで 圧密して、 目付 75 g/m2 、 厚さ 5 0 0 zm、 平均繊維径 1 のポリプロピ レンのメルトブ口一不織布を製造し、 それを温度 1 20°Cのフラッ トロールで圧 密して、 目付 75 g/m2 、 厚さ 20 0 / m、 平均繊維径 1 mのボリプロピレ ンのメルトブロー不織布を製造した。 次に、 前濾過層を構成する不織繊維集合体 を 1 5 0°Cに加熱し、 加熱溶融しながら直径 30 mmの金属製中芯に平均繊維径 が最小となるまで巻き付けて、 肉厚が 5 mmの支持層を形成せしめた。 その後、 精密濾過層を構成する不織繊維集合体を巻回数が 7周となるように前濾過層を構 成する不織繊維集合体と共に巻き込んで肉厚 2 mmの精密濾過層を形成せしめた 引き続いて前濾過層を構成する不織繊維集合体のみを巻き取って肉厚 1 3 mmの 前濾過層を形成せしめて、 外径 7 0 mm, 内径 3 0 mm, 長さ 2 4 5 mmの円筒 状フィル夕一を作製した。 なお、 フィルターの繊維径変化は第 3図 （ c) のよう にした。 さらに、 フィルタ一の両端部を平ガスケッ 卜 （'発泡倍率 3倍、 厚み 3 m mのポリエチレン製発泡体をドーナツ状にカツ 卜したもの） でシールし、 全長を 2 5 Ommとした。 なお、 平ガスケッ 卜とフィル夕一の接着には、 ホッ トメルト 接着剤を用いた。 このフィルターの性能を表 1 に示す。
(実施例 2)
前濾過層を構成する不織繊維集合体は実施例 1 と同じものを使用した。 また、 精密濾過層を構成する不織繊維集合体は目付 2 5 g/m2 、 厚さ 5 0 0 m、 平 均繊維径 1 ； (/mのメルトブロー不織布を使用した。 これらを実施例 1 と同様の方 法で成形して外径 7 0 mm, 内径 3 0mm. 全長 2 5 0 mmの平ガスケッ ト付き 円筒状フィル夕一にした。 このフィルターの性能を表 1 に示す。
(実施例 3)
前據過層を構成する不織繊維集合体は実施例 1 と同じものを使用した。 また、 精密濾過層を構成する不織繊維集合体は目付 1 5 0 g/m2 、 厚さ 1 0 0 0 zm、 平均繊維径 0. 7 mのガラス繊維不織布を使用した。 これらを実施例 1 と同様 の方法で成形して外径 7 0mm、 内径 3 0 mm, 全長 2 5 0 mmの平ガスケッ ト 付き円筒状フィルタ一にした。 このフィルターの性能を表 1 に示す。
(実施例 4 )
前濾過層を構成する不織繊維集合体として、 共重合ポリプロピレン （融点 1 4 0°C) とポリプロピレン （融点 1 6 5°C) を重量比 5 ： 5で混繊させた目付 5 0 gZm2 、 厚さ 5 0 0 /mのメル卜プロ一不織布を製造した。 その繊維径はブ口 一イング気流を次第に増加させて 2 0 umから 3 mまでに変化させ、 続けて 3 mの状態でしばらく製造し、 続けて再びブローィング気流を次第に減少させて 3 /mから 1 5 zmまでに変化させた。 また、 精密濾過層を構成する不織繊維集 合体として、 目付 2 5 £ ]712 、 厚さ 5 0 0 m、 平均繊維径 1 mのメルトブ ロー不織布を使用した。 これらを実施例 1 と同様の方法で成形して外径 7 Omm- 内径 3 0 mm, 全長 2 5 0 mmの平ガスケッ ト付き円筒状フィル夕一にした。 こ のフィル夕一の性能を表 1に示す。
(実施例 5)
前濾過層を構成する不織繊維集合体、 精密濾過層を構.成する不織織維集合体は 実施例 4 と同じものを用いた。 まず、 支持層として前濾過層を構成する不織繊維 集合体を厚さ 5mm、 平面状に積層した。 続いて精密濾過層を構成する不織繊維 集合体を 7枚積層して厚さ 1. 5 mmの精密濾過層を形成した。 引き続いて前濾 過層を構成する不織繊維集合体のみを厚さ 1 3mm積層した。 この積層物を熱風 乾燥機で 1 5 0でに加熱し、 冷却後に面積 0. 0 5m2 に切断し、 側面に厚さ 0. 5 mmの低密度ポリエチレンフィルムを加熱接着して閉塞して平板状フィルター とした。 このフィル夕一の性能を表 1に示す。
(実施例 6)
前濾過層を構成する不織繊維集合体として、 ポリプロピレン （融点 1 6 5で） からなる目付 5 0 /m2 、 厚さ 5 0 0 mのメルトブロー不織布を製造した。 その繊維径はブ口一イング気流を次第に増加させて 1 5 zmから 2 ΙΏまでに変 化させた。 また、 精密濾過層を構成する不織繊維集合体として目付 7 5 gZm2 、 厚さ 2 0 0〃m、 平均繊維径 1 〃mのポリプロピレン製メル卜ブロー不織布を 製造した。 直径 3 0mm, 長さ 2 4 0 mmの多孔性支持筒に目付 3 0 g/m2 、 厚さ 3 0 0〃m、 平均繊維径 2 5 mのスパンボンド不織布を 1 5 cm巻回し、 続けて前記の目付 7 5 g/m2 、 厚さ 2 0 0〃m、 平均繊維径 1 mのポリプロ ピレン製のメルトブ口ー不織布を 7重に巻回し、 続けて前記のブローィング気流 を次第に増加させて Γ5〃mから 2 mまでに変化させたポリプロピレン （融点 1 6 5°C) をからなる目付 5 0 gZm 2 、 厚さ 5 0 0〃mのメルトブ口一不織布 を肉厚 1 8 mm巻回して外径 7 0 mm, 内径 3 0mm、 長さ 2 4 5 mmの円筒状 フィル夕一を作製した。 結果的に、 フィルタ一の繊維径変化は第 3図 （a ) のよ うにした。 そのフィルターの両端部にホッ トメルト接着剤でェンドキヤッブを接 着し全長を 2 5 0 mmとした。 このフィルターの性能を'表 1 に示す。
(実施例 7)
前濾過層を構成する不織繊維集合体として、 共重合ボリプロピレン （融点 1 4 0°C) とポリプロピレン （融点 1 6 5°C) からなる並列型複合メルトブロー不織 布を製造した。 なお、 複合比は重量比 5 ： 5とし、 目付 5 0 gZm 2 、 厚さ 5 0 0 //mとした。 その繊維径はブ口一イング気流を次第に増加させて 1 5 mから 2〃mまでに変化させ、 続けて 2 zmの状態でしばらく製造し、 続けて再びプロ 一イング気流を次第に減少させて 2 zmから 1 5 /mまでに変化させた。 また、 精密濾過層を構成する不織繊維集合体は実施例 1 と同じものを使用した。 これら を実施例 1 と同様の方法で成形して外径 7 0 mm, 内径 3 0 mm, 全長 2 5 0 m mの平ガスケッ ト付き円筒状フィルターにした。 このフィルターの性能を表 1 に 示す。
(実施例 8)
フィルターの繊維径変化を第 3図 （ e) のようする他は、 実施例〗 と同様の方 法で成形して外径 7 0 mm, 内径 3 0mm, 全長 2 5 O mmの平ガスケッ ト付き 円筒状フィルタ一にした。 このフィルタ一の性能を表 1に示す。
(実施例 9 )
フィル夕一の繊維径変化を第 3図 （ f ) のようする他は、 実施例 1 と同様の方 法で成形して外径 7 Omm、 内径 3 0 mm, 全長 2 5 0 mmの平ガスケッ ト付き 円筒状フィル夕一にした。 このフィルターの性能を表 1に示す。
(比較例 1 )
前濾過層を構成する不織繊維集合体は実施例 1 と同じものを用いた。 そして、 精密濾過層を形成しない他は実施例 1 と同様の方法で外径 7 0 mm, 内径 3 0 m m、 全長 2 5 0 mmの平ガスケッ ト付き円筒状フィルタ一を作製した。 このフィ ルターの性能を表 1に示す。
(比較例 2 )
実施例 1のような精密濾過層を設ける代わりに、 共重合ポリプロピレン （融点 1 4 0 ） とポリプロピレン （融点 1 6 5 °C) を混繊させた目付 5 0 g/m2 、 厚さ 5 0 0〃mのメルトブロー不織布で、 ブローイング気流を次第に増加させて 1 5〃mから 1 mまでに変化させようとしたか、 繊維径が 2〃 mより小さくな るとフライが発生したため、 該不織布を得ることができなかった。
(比較例 3 ) 繊維径 2 5 mのステ一プルファイバ一の力—ディ ングウェブを前濾過層を構 成する不織繊維集合体の代わりに用いる他は実施例 3と同様の方法で外径 7 0 m m、 内径 3 0mm、 全長 2 5 0 mmの平ガスケッ ト付き円筒状フィルターを作製 した。 このフィル夕一の性能を表 1に示す。
(比較例 4 )
精密濾過層を構成する不織繊維集合体として、 目付 7 5 /m2 、 厚さ 5 0 0 〃m、 平均繊維径 3〃mのポリプロピレンのメルトブロー不織布を製造し、 それ を温度 1 2 0 °Cのフラッ 卜ロールで圧密した、 目付 7 5 gZm2 、 厚さ 2 0 0〃 m、 平均繊維径 3 /mのポリプロピレンのメルトプロ一不織布を使用したほ力、は、 すべて実施例 1 と同様の方法で成形し、 外径 7 0mm, 内径 3 0 mm, 全長 2 5 0mmの平ガスケッ 卜付き円筒状フィルターを得た。 このフィル夕一の性能を表 1 に示す。
表 1
Figure imgf000022_0001
PP · · ·ポリプロピレン
P E · · ·ポリエチレン
表 1 より、 実施例 2と比較例 1は初期圧力損失、 濾過ライフがほとんど変わら ないにもかかわらず、 実施例 2のほうが著しく高精度のフィル夕一性能を示すこ とが分かる。 また、 実施例 4 と比較例 1は濾過精度がほとんど変わらないにもか かわらず、 実施例 4の方が著しく初期圧力損失が少なく、 濾過ライフが長いフィ ル夕—性能を示すことが分かる。 また、 実施例 4と比較例 3を比較すると、 実施 例 4の方が高精度で、 濾過ライフの長いフィルター性能を示すことが分かる。 また、 実施例 1、 8、 9を比較すると、 濾過ライフは実施例 9がー番長く、 続 いて実施例 1、 実施例 8の順に長くなつた。
また、 繊維径の小さな不織布をそのまま挿入した実施例 2に対して、 フラッ ト ロールで精密濾過層を圧密加工した実施例 1は濾過精度が著しく向上しており、 実施例 1 は微小な粒子を除去するのに有用であることが分かる。 しかしながら、 前濾過層よりも繊維径の大きな不織布を圧密加工して作られた精密濾過層を持つ 比較例 4は、 実施例 2と同程度の濾過精度となっているが、 初期圧力損失と濾過 ライフが著しく劣っており、 単に圧密加工した不織布を.挿入するだけでは十分な 効果が得られないことが分かる。
産業上の利用可能性
本発明によれば、 高精度で、 初期圧力損失が少なく、 濾過ライフの長いフィル 夕一性能を示すフィルターを提供することができる。

Claims

請求の範囲
1 . それぞれ不織繊維集合体で構成され、 かつ濾過方向に接合された、 前濾過層 と精密濾過層の少なく とも 2層からなるフィルターであって、 該前濾過層は、 全 部または一部の構成繊維の繊維径が濾過方向に漸次細くなるように構成され、 か つ、 該精密濾過層は不織繊維集合体が積層されたものであって、 その積層された 不織繊維集合体の 1 0重量％以上の構成繊維の繊維径が前濾過層の最小繊維径ょ りも小さいことを特徴とする高精度フィル夕一。
2 . 前濾過層が、 ポリオレフイ ン系繊維およびポリエステル系繊維からなる群か ら選ばれた少なくとも 1種を使用する不織繊維集合体からなることを特徴とする 請求の範囲 1記載のフィルター。
3 . 前濾過層が、 メルトプロ一法で作られた不織繊維集合体からなることを特徴 とする請求の範囲 1 または 2記載のフィルター。
4 . 前濾過層を構成する不織繊維集合体の繊維が、 高融点成分と低融点成分とが 混在して構成されており、 該低融点成分と該高融点成分との融点差が 1 0 °C以上 であり、 該低融点成分が、 該前濾過層中に 1 0〜9 0重量％含有されている請求 の範囲 i〜 3のいずれかに記載のフィルター。
5 . 前濾過層を構成する不織繊維集合体を構成する繊維が、 融点差が 1 0 °C以上 である高融点成分と低融点成分とで構成された複合繊維である請求の範囲 4に記 載のフィル夕一。
6 . 前濾過層を構成する不織繊維集合体が、 融点差が 1 0 以上である高融点成 分極細繊維と低融点成分極細織維との混合繊維からなることを特徴とする請求の 範囲 4に記載のフィルター。
7 . 前濾過層の不織布を構成する繊維の最小繊維怪と最大繊維径との比が 1 ： 2 〜 1 ： 1 0である請求の範囲 1〜 6のいずれかに記載のフィル夕一。
8 . 前濾過層の最小径繊維よりも細い繊度の繊維を含む精密濾過層の不織布の繊 維径と、 前濾過層の最小繊維径との比が 1 : 1 . 1〜 1 ： 2 0である請求の範囲 1〜 7のいずれかに記載のフィルター。
9 . 前濾過層の最小径繊維よりも細い繊度の繊維を含む精密濾過層の不織總維集 合体の空隙率が 4 5〜 9 7 %である請求の範囲 1〜 8のいずれかに記載のフィル ター。
1 0 . 前濾過層の最小径繊維よりも細い繊度の繊維を含む精密濾過層の不織繊維 集合体がメルトブロー法で作られていることを特徴とする請求の範囲 1〜 9のい ずれかに記載のフィルター。
1 1 . 前濾過層の最小径繊維よりも細い繊度の繊維を含む精密濾過層の不織繊維 集合体がガラス繊維からなることを特徴とする請求の範囲 1〜9のいずれかに記 載のフィルター。
1 2 . 不織布フィルタ一が、 筒状フィルタ一である請求の範囲 1〜 1 1のいずれ かに記載のフィルター。
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