JP6829083B2

JP6829083B2 - 浸漬型濾過カートリッジ用濾材およびその製造方法および浸漬型濾過カートリッジ

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Publication number: JP6829083B2
Application number: JP2017005090A
Authority: JP
Inventors: 愛能登; 三枝神山
Original assignee: Teijin Frontier Co Ltd
Current assignee: Teijin Frontier Co Ltd
Priority date: 2017-01-16
Filing date: 2017-01-16
Publication date: 2021-02-10
Anticipated expiration: 2037-01-16
Also published as: JP2018114430A

Description

本発明は、浸漬型濾過カートリッジ用濾材であって、濾過性能に優れるだけでなく低圧力損失で処理量が大きく、長期にわたってその性能が維持される浸漬型濾過カートリッジ用濾材およびその製造方法および浸漬型濾過カートリッジに関する。

膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ）は、下水や工業排水などの有機排水を生物処理槽において活性汚泥処理し、生物処理槽内に浸漬した浸漬型膜分離装置で活性汚泥混合液を固液分離する方法のことである。従来の沈殿法と比べて、処理フローが簡単で省スペース、濾材により確実に汚泥除去が可能であるといった特徴があり、広く普及しつつある。
通常、このような膜分離活性汚泥法に用いられる濾材として、有機繊維からなる多孔質膜が多く用いられてきた。

しかしながら、従来の膜では、孔径が小さいがゆえに、濁度はほぼ除去できるものの、流量抵抗が大きく、処理量が低いという問題があった。また、膜が目詰まりしやすく、長期使用により処理量がさらに低下し、膜の交換頻度が向上する、酸・アルカリなどによる薬品洗浄を頻繁に行わなければならず、耐薬品性の観点から使用できる素材が制限される、などの問題があった。
例えば、特許文献１には、ファウリングを抑制し、膜の長期透水性を得るために、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）に高分子成分を添加することで親水化を付与する方法が提案されている。しかしながら、使用時に親水化剤が脱落してしまい、透水性能の効果が長時間継続しないという問題があった。

特開２０１２−１０６２３５号公報

本発明は上記の背景に鑑みなされたものであり、その目的は、浸漬型濾過カートリッジ用濾材であって、濾過性能に優れるだけでなく低圧力損失で処理量が大きく、長期にわたってその性能が維持される浸漬型濾過カートリッジ用濾材およびその製造方法および浸漬型濾過カートリッジを提供することにある。

本発明者らは上記の課題を達成するため鋭意検討した結果、濾過層を含む浸漬型濾過カートリッジ用濾材において濾過層にナノファイバーを含ませることにより、濾過効率が高く、単位時間あたりの処理量が大きく、長期にわたってその性能が維持される浸漬型濾過カートリッジ用濾材が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。さらに詳しく説明すると、繊維径の均一なナノファイバーを用いた不織布シートでは、孔径の均一な構造を形成することが可能なため、目付けや厚さが小さいにもかかわらず、微小な孔径を持ち、高い濾過効率を有する。したがって、浸漬型濾過カートリッジとして濾材表面のケーキ層形成性（粒子などが堆積することにより濾過層となる。）に優れ、濾材自身への粒子侵入が極めて少ない。さらに、厚みが薄いことにより、侵入した粒子・有機物を逆洗薬液洗浄により、除去しやすい。

かくして、本発明によれば「濾過層を含む浸漬型濾過カートリッジ用濾材であって、前記濾過層に、繊維径が１０００ｎｍ以下のナノファイバーが含まれることを特徴とする浸漬型濾過カートリッジ用濾材。」が提供される。
その際、前記ナノファイバーにおいて、繊維径が２００〜８００ｎｍの範囲内であることが好ましい。また、前記ナノファイバーにおいて、繊維長が０．４〜１．５ｍｍの範囲内であることが好ましい。また、前記ナノファイバーが、ポリエステル繊維またはポリフェニレンサルファイド繊維またはポリプロピレン繊維からなることが好ましい。また、前記濾過層に、さらにバインダー繊維が含まれることが好ましい。また、前記バインダー繊維の単繊維繊度が１．０ｄｔｅｘ以下であることが好ましい。また、前記濾過層において、前記ナノファイバーの重量比率が濾過層重量に対して５０〜９０重量％の範囲内であり、かつ前記バインダー重量の重量比率が濾過層重量に対して１０〜５０重量％の範囲内であることが好ましい。また、前記濾過層において、厚さが１００μｍ以下であることが好ましい。また、前記濾過層が湿式不織布からなることが好ましい。また、前記濾過層において平均孔径が２μｍ以下であることが好ましい。

また、本発明によれば、前記の浸漬型濾過カートリッジ用濾材を用いてなる浸漬型濾過カートリッジが提供される。
また、本発明によれば、濾過層を含む浸漬型濾過カートリッジ用濾材の製造方法であって、海／島溶融粘度比が１．１〜２．０、かつ島数が５００以上、かつ海／島のアルカリ加水分解速度比が２００以上の海島型複合繊維をカットし、アルカリ加水分解により海ポリマーを除去することにより得られた、繊維径が１０００ｎｍ以下のナノファイバーを前記濾過層に含ませることを特徴とする浸漬型濾過カートリッジ用濾材の製造方法が提供される。

本発明によれば、浸漬型濾過カートリッジ用濾材であって、濾過性能に優れるだけでなく低圧力損失で処理量が大きく、長期にわたってその性能が維持される浸漬型濾過カートリッジ用濾材およびその製造方法および浸漬型濾過カートリッジが得られる。

本発明の浸漬型濾過カートリッジの一例である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。まず、本発明の浸漬型濾過カートリッジ用濾材は、濾過層を含み、かつ前記濾過層に、繊維径が１０００ｎｍ以下のナノファイバーが含まれる。
ここで、本発明でいうナノファイバーは１０００ｎｍ以下（好ましくは２００〜８００ｎｍ、より好ましくは４００〜７５０ｎｍ）の繊維径を有する。該繊維径はナノファイバーの単繊維径である。該繊維径が１０００ｎｍよりも大きいと濾過性能が低下するおそれがある。逆に、該繊維径が２００ｎｍよりも小さいとナノファイバーの分散性が低下し濾過性能が低下するおそれがある。

前記の繊維径は、透過型電子顕微鏡ＴＥＭで、倍率３００００倍で単繊維断面写真を撮影し測定することができる。その際、測長機能を有するＴＥＭでは、測長機能を活用して測定することができる。また、測長機能の無いＴＥＭでは、撮った写真を拡大コピーして、縮尺を考慮した上で定規にて測定すればよい。
その際、単繊維の横断面形状が丸断面以外の異型断面である場合には、繊維径は、単繊維の横断面の外接円の直径を用いるものとする。

前記ナノファイバーにおいて繊維長が０．４〜１．５ｍｍであることが好ましい。該繊維長が０．４ｍｍよりも小さいと工程性が低下するおそれがある。逆に該繊維長が１．５ｍｍよりも大きいと分散性不良により凝集繊維塊となり濾過性能や強度が低下するおそれがある。また、繊維径Ｄに対する繊維長Ｌの比Ｌ／Ｄとしては２００〜４０００（より好ましくは８００〜２５００）の範囲内であることが好ましい。

前記ナノファイバーの繊維種類としては特に限定されないが、ポリエステル繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、脂肪族ポリアミド繊維などが例示される。なかでもポリエステル繊維またはポリフェニレンサルファイド繊維またはポリプロピレン繊維が好ましい。

ポリエステル繊維を形成するポリエステルとしては、ポリエチレンテレフタレート（以下「ＰＥＴ」と称することもある。）、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、これらを主たる繰返し単位とする、イソフタル酸や５−スルホイソフタル酸金属塩等の芳香族ジカルボン酸やアジピン酸、セバシン酸等の脂肪族ジカルボン酸やε−カプロラクトン等のヒドロキシカルボン酸縮合物、ジエチレングリコールやトリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール等のグリコール成分等との共重合体が好ましい。マテリアルリサイクルまたはケミカルリサイクルされたポリエステルや、特開２００９−０９１６９４号公報に記載された、バイオマスすなわち生物由来の物質を原材料として得られたモノマー成分を使用してなるポリエチレンテレフタレートであってもよい。さらには、特開２００４−２７００９７号公報や特開２００４−２１１２６８号公報に記載されているような、特定のリン化合物およびチタン化合物を含む触媒を用いて得られたポリエステルでもよい。
また、前記ポリエステル繊維は延伸糸、未延伸糸、半延伸糸いずれでもよい。また、伸度が６０％未満でもよいし６０％以上でもよい。なお、ポリエステル延伸糸は通常、伸度が６０％未満であり、ポリエステル未延伸糸は通常、伸度が６０％以上である。

ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）繊維を形成するポリアリーレンスルフィド樹脂としては、ポリアリーレンスルフィド樹脂と称される範疇に属するものであれば如何なるものを用いてもよい。ポリアリーレンスルフィド樹脂としては、その構成単位として、例えばｐ−フェニレンスルフィド単位、ｍ−フェニレンスルフィド単位、ｏ−フェニレンスルフィド単位、フェニレンスルフィドスルホン単位、フェニレンスルフィドケトン単位、フェニレンスルフィドエーテル単位、ジフェニレンスルフィド単位、置換基含有フェニレンスルフィド単位、分岐構造含有フェニレンスルフィド単位、等よりなるものを挙げる事ができる。その中でも、ｐ−フェニレンスルフィド単位を７０モル％以上、特に９０モル％以上含有しているものが好ましく、さらにポリ（ｐ−フェニレンスルフィド）がより好ましい。

また、前記ポフェニレンスルフィド繊維は延伸糸、未延伸糸、半延伸糸いずれでもよい。また、伸度が６０％未満でもよいし６０％以上でもよい。なお、ポリフェニレンスルフィド延伸糸は通常、伸度が６０％未満であり、ポリフェニレンスルフィド未延伸糸は通常、伸度が６０％以上である。

前記ナノファイバーの製造方法は特に限定されないが、国際公開第２００５／０９５６８６号パンフレットや国際公開第２００８／１３００１９号パンフレットに開示された方法が好ましい。すなわち、繊維形成性熱可塑性ポリマーからなる島成分と、前記の繊維形成性熱可塑性ポリマーよりもアルカリ水溶液に対して溶解し易いポリマー（以下、「易溶解性ポリマー」ということもある。）からなる海成分とを有する複合繊維にアルカリ減量加工を施し、前記海成分を溶解除去したものであることが好ましい。
ここで、海成分を形成するアルカリ水溶液易溶解性ポリマーの、島成分を形成する繊維形成性熱可塑性ポリマーに対する溶解速度比が２００以上（好ましくは３００〜３０００）であると、島分離性が良好となり好ましい。

海成分を形成する易溶解性ポリマーとしては、特に繊維形成性の良いポリエステル類、脂肪族ポリアミド類、ポリエチレンやポリスチレン等のポリオレフィン類を好ましい例としてあげることができる。さらに具体例をあげれば、ポリ乳酸、超高分子量ポリアルキレンオキサイド縮合系ポリマー、ポリアルキレングリコール系化合物と５−ナトリウムスルホイソフタル酸の共重合ポリエステルが、アルカリ水溶液に対して溶解しやすく好ましい。ここでアルカリ水溶液とは、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム水溶液などをいう。これ以外にも、海成分と、該海成分を溶解する溶液の組合せとしては、ナイロン６やナイロン６６等の脂肪族ポリアミドに対するギ酸、ポリスチレンに対するトリクロロエチレン等やポリエチレン（特に高圧法低密度ポリエチレンや直鎖状低密度ポリエチレン）に対する熱トルエンやキシレン等の炭化水素系溶媒、ポリビニルアルコールやエチレン変性ビニルアルコール系ポリマーに対する熱水を例としてあげることができる。

ポリエステル系ポリマーの中でも、５−ナトリウムスルホイソフタル酸６〜１２モル％と分子量４０００〜１２０００のポリエチレングリコールを３〜１０重量％共重合させた固有粘度が０．４〜０．６のポリエチレンテレフタレート系共重合ポリエステルが好ましい。ここで、５−ナトリウムスルホイソフタル酸は親水性と溶融粘度向上に寄与し、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）は親水性を向上させる。また、ＰＥＧは分子量が大きいほど、その高次構造に起因すると考えられる親水性増加作用があるが、反応性が悪くなってブレンド系になるため、耐熱性や紡糸安定性の面で問題が生じるおそれがある。また、共重合量が１０重量％以上になると、溶融粘度が低下するおそれがある。

一方、島成分を形成する難溶解性ポリマーとしては、最終的にナノファイバーを形成するポリマーであり、ポリアミド類、ポリエステル類、ポリオレフィン類、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などが好適な例としてあげられる。具体的には、機械的強度や耐熱性を要求される用途では、ポリエステル類では、ポリエチレンテレフタレート（以下「ＰＥＴ」と称することもある。）、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、これらを主たる繰返し単位とする、イソフタル酸や５−スルホイソフタル酸金属塩等の芳香族ジカルボン酸やアジピン酸、セバシン酸等の脂肪族ジカルボン酸やε−カプロラクトン等のヒドロキシカルボン酸縮合物、ジエチレングリコールやトリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール等のグリコール成分等との共重合体が好ましい。また、ポリアミド類では、ナイロン６、ナイロン６６等の脂肪族ポリアミド類が好ましい。一方、ポリオレフィン類は酸やアルカリ等に侵され難いことや、比較的低い融点のために極細繊維として取り出した後のバインダー成分として使える等の特徴があり、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高圧法低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、アイソタクティックポリプロピレン、エチレンプロピレン共重合体、無水マレイン酸などのビニルモノマーのエチレン共重合体等を好ましい例としてあげることができる。特にポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、イソフタル酸共重合率が２０モル％以下のポリエチレンテレフタレートイソフタレート、ポリエチレンナフタレート、等のポリエステル類、あるいは、ナイロン６、ナイロン６６等の脂肪族ポリアミド類が、高い融点による耐熱性や力学的特性を備えているので、ポリビニルアルコール／ポリアクリロニトリル混合紡糸繊維からなる極細フィブリル化繊維に比べ、耐熱性や強度を要求される用途へ適用でき好ましい。なお、島成分は丸断面に限らず、三角断面や扁平断面などの異型断面であってもよい。

前記の海成分を形成するポリマーおよび島成分を形成するポリマーについて、製糸性および抽出後のナノファイバーの物性に影響を及ぼさない範囲で、必要に応じて、有機充填剤、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、難燃剤、滑剤、帯電防止剤、防錆剤、架橋剤、発泡剤、蛍光剤、表面平滑剤、表面光沢改良剤、フッ素樹脂等の離型改良剤、等の各種添加剤を含んでいても差しつかえない。

前記の海島型複合繊維において、溶融紡糸時における海成分の溶融粘度が島成分ポリマーの溶融粘度よりも大きいことが好ましい。かかる関係にある場合には、海成分の複合重量比率が４０％未満と少なくなっても、島同士の接合を防止しやすい。
好ましい溶融粘度比（海／島）は、１．１〜２．０、特に１．３〜１．５の範囲である。この比が１．１倍未満の場合には溶融紡糸時に島成分が接合しやすくなり、一方２．０倍を越える場合には、粘度差が大きすぎるために紡糸調子が低下しやすい。

次に島数は、１００以上（より好ましくは５００〜２０００）であることが好ましい。また、その海島複合重量比率（海：島）は、２０：８０〜８０：２０の範囲が好ましい。かかる範囲であれば、島間の海成分の厚みを薄くすることができ、海成分の溶解除去が容易となり、島成分のナノファイバーへの転換が容易になるので好ましい。ここで海成分の割合が８０％を越える場合には海成分の厚みが厚くなりすぎ、一方２０％未満の場合には海成分の量が少なくなりすぎて、島間に接合が発生しやすくなるおそれがある。

溶融紡糸に用いられる口金としては、島成分を形成するための中空ピン群や微細孔群（ピンレス）を有するものなど任意のものを用いることができる。例えば、中空ピンや微細孔より押し出された島成分とその間を埋める形で流路を設計されている海成分流とを合流し、これを圧縮することにより海島断面が形成されるといった紡糸口金でもよい。吐出された海島型複合繊維は冷却風により固化され、所定の引き取り速度に設定した回転ローラーあるいはエジェクターにより引き取られ未延伸糸（複屈折率Δｎが０．０５以下であることが好ましい。）を得る。この引き取り速度は特に限定されないが、２００〜５０００ｍ／分であることが好ましい。２００ｍ／分以下では生産性が低下するおそれがある。また、５０００ｍ／分以上では紡糸安定性が低下するおそれがある。

得られた未延伸糸は、必要に応じてそのままカット工程あるいはその後の抽出工程（アルカリ減量加工）に供してもよいし、延伸工程や熱処理工程を経由して延伸糸とした後、カット工程あるいはその後の抽出工程（アルカリ減量加工）に供してもよい。その際、延伸工程は紡糸と延伸を別ステップで行う別延方式でもよいし、一工程内で紡糸後直ちに延伸を行う直延方式を用いてもよい。カット工程と抽出工程の順番は逆にしてもよい。
かかるカットは、未延伸糸または延伸糸をそのまま、または数十本〜数百万本単位に束ねたトウにしてギロチンカッターやロータリーカッターなどでカットすることが好ましい。

前記の海島型複合繊維にアルカリ減量加工を施してナノファイバーとする際、繊維とアルカリ液の比率（浴比）は０．１〜５％であることが好ましく、さらには０．４〜３％であることが好ましい。０．１％未満では繊維とアルカリ液の接触は多いものの、排水等の工程性が困難となるおそれがある。一方、５％を越えると繊維量が多過ぎるため、アルカリ減量加工時に繊維同士の絡み合いが発生するおそれがある。なお、浴比は下記式にて定義する。
浴比（％）＝（繊維質量（ｇｒ）／アルカリ水溶液質量（ｇｒ））×１００

また、アルカリ減量加工の処理時間は５〜６０分であることが好ましく、さらには１０〜３０分であることが好ましい。５分未満ではアルカリ減量が不十分となるおそれがある。一方、６０分を越えると島成分までも減量されるおそれがある。
また、アルカリ減量加工において、アルカリ濃度は２％〜１０％であることが好ましい。２％未満では、アルカリ不足となり、減量速度が極めて遅くなるおそれがある。一方、１０％を越えるとアルカリ減量が進みすぎ、島部分まで減量されるおそれがある。

アルカリ減量の方法としては、海島型複合繊維をアルカリ液に投入し、所定の条件、時間でアルカリ減量処理した後に一度、脱水工程を経てから、再度、水中に投入し、酢酸、シュウ酸などの有機酸を使用して中和、希釈を進め最終的に脱水する方法や、または、所定の時間アルカリ減量処理した後に、先に中和処理を施し、さらに水を注入し希釈を進めその後脱水をする方法等があげられる。前者では、バッチ式に処理する為、少量での製造（加工）を行えることができるものの、中和処理に時間を要するため少し生産性が悪い。後者は半連続生産が可能であるが、中和処理時に多くの酸系水溶液及び希釈のために多くの水を必要とするという問題点がある。処理設備は何ら制限されるものではないが、脱水時に繊維脱落を防止する観点から、特許第３６７８５１１号公報に開示されているような開口率（単位面積当たりの開口部分の面積比率）が１０〜５０％であるメッシュ状物（例えば非アルカリ加水分解性袋など）を使用することが好ましい。該開口率が１０％未満では水分の抜けが極めて悪く、５０％を超えると、繊維の脱落が発生するおそれがある。
さらには、アルカリ減量加工の後、繊維の分散性を高めるために分散剤（例えば、高松油脂（株）製の型式ＹＭ−８１）を繊維表面に、繊維重量に対して０．１〜５．０重量％付着させることが好ましい。

本発明の浸漬型濾過カートリッジ用濾材において、濾過層は湿式不織布からなることが好ましい。湿式不織布は、スパンボンド法やメルトブロー法、エレクトロスピニング法等により作製された不織布と比較して、目付け、繊維径、通気度などのフィルター性能に関わる性質のばらつきが小さく、濾過性能に優れることから好ましい。
前記濾過層は、ナノファイバーだけでなくバインダー繊維も含むことが好ましい。その際、前記ナノファイバーの重量比率が濾過層重量に対して５０〜９０重量％の範囲内であり、かつ前記バインダー重量の重量比率が濾過層重量に対して１０〜５０重量％の範囲内であることが好ましい。

バインダー繊維は熱接着性繊維である。濾過層にバインダー繊維が含まれることにより、不織布の強度やネットワーク構造および収縮による嵩向上などの効果が得られる。バインダー繊維としては、単繊維繊度が１．０ｄｔｅｘ以下（より好ましくは０．０００１〜０．３ｄｔｅｘ）の、未延伸糸または複合繊維が好ましい。バインダー繊維の繊維長は、３〜１０ｍｍであることが好ましい。
バインダー繊維のうち、未延伸糸としては、紡糸速度が６００〜１５００ｍ／分で紡糸された未延伸ポリエステル繊維が好ましい。ポリエステルとは、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレタレート、ポリブチレンテレフタレートが挙げられ、好ましくは生産性、水への分散性などの理由から、ポリエチレンテレフタレートやそれを主成分とする共重合ポリエステルが好ましい。

また、バインダー繊維のうち、複合繊維としては、抄紙時のドライヤー温度により融着接着効果を発現するポリマー成分、たとえば非結晶性共重合ポリエステルが鞘部に配置され、これらのポリマーより融点が２０℃以上高い他のポリマーが芯部に配置された芯鞘型複合繊維が好ましい。また、偏心芯鞘型複合繊維、サイドバイサイド型複合繊維などの形態も使用できる。
ここで、上記の非結晶性共重合ポリエステルは、テレフタル酸、イソフタル酸、エチレングリコールおよびジエチレングリコールを主成分として用いることがコスト面からも好ましい。

さらに、ナノファイバーの分散を助けるとともに、空隙率の向上にも寄与する非バインダー繊維でありナノファイバーよりも太繊度の繊維が湿式不織布からなる層（ナノファイバーを含む層）に含まれていてもよい。ナノファイバーよりも太繊度の繊維としては、繊維径が均一で分散性のよい前記のようなポリエステル繊維が好ましい。また、少量および目的に応じて、種々の紙用繊維素材が使用可能であり、たとえば、木材パルプ、天然パルプ、アラミドやポリエチレンを主成分とする合成パルプ、ナイロン、アクリル、ビニロン、レーヨン等の成分を含む合成繊維または半合成繊維を混合、添加してもよい。
前記の湿式不織布は、前記の繊維を用いて通常の長網抄紙機、短網抄紙機、丸網抄紙機などを用いて抄紙した後、バインダー繊維を熱接着することにより得られる。

本発明の浸漬型濾過カートリッジ用濾材において、濾過層に加えて支持層も含まれることが好ましい。
かかる支持層は、低密度の不織布であることが好ましい。密度は０．１〜０．７ｇ／ｃｍ^３の範囲内であることが好ましい。該密度が０．１ｇ／ｃｍ^３より小さいと、取扱い性が悪くなるおそれがある。逆に、該密度が０．７ｇ／ｃｍ^３より大きいと、高い水処理量が得られなくなるおそれがある。
支持層は湿式不織布に限らず、スパンボンド法やメルトブロー法、エレクトロスピニング法等により作製された不織布であってもよい。

また、支持層を構成する繊維としては、前記のようなポリエステル繊維や、ポリフェニレンサルファイド繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、脂肪族ポリアミド繊維などが例示される。
本発明の浸漬型膜カートリッジ用濾材において、かかる支持層に前記濾過層が積層してなることが好ましい。
その際、濾過層の厚さが１００μｍ以下（好ましくは５〜９０μｍ）であることが好ましい。濾過層の厚さが１００μｍを超えると、水処理量が低くなるおそれがある。

本発明の浸漬型膜カートリッジ用濾材は前記の濾過層を含むので、濾過性能に優れるだけでなく低圧力損失で処理量が大きく、長期にわたってその性能が維持される。
ここで、前記濾過層において平均孔径が２μｍ以下（より好ましくは０．１〜１．８μｍ）であることが好ましい。
また、初期の圧力損失（圧損）としては、１０ｋＰａ以下（より好ましくは０．１〜８ｋＰａ）であることが好ましい。ただし、１４０ｃｍ^２の面積の濾材に透過水量２５．８ｍ^３／ｍ^２／ｄａｙで水を全量濾過した際の圧力損失を初期の圧力損失（ｋＰａ）とする。

次に、本発明の浸漬型濾過カートリッジは、前記の浸漬型濾過カートリッジ用濾材を用いてなる浸漬型濾過カートリッジである。
かかる浸漬型濾過カートリッジの一例を図１に示す。図１は、円筒状の浸漬型濾過カートリッジの縦断面図である。活性汚泥水は濾過層で濾過された後、支持層を通過する。
かかる浸漬型濾過カートリッジは前記の浸漬型濾過カートリッジ用濾材を用いているので、濾過性能に優れるだけでなく低圧力損失で処理量が大きく、長期にわたってその性能が維持される。

次に本発明の実施例及び比較例を詳述するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。なお、実施例中の各測定項目は下記の方法で測定した。

（１）繊維径
透過型電子顕微鏡ＴＥＭ（測長機能付）を使用し、倍率３００００倍で繊維断面写真を撮影し測定した。ただし、繊維径は、単繊維横断面におけるその外接円の直径を用いた（ｎ数５の平均値）。

（２）繊維長
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により、海成分溶解除去前の極細短繊維（短繊維Ａ）を基盤上に寝かせた状態とし、２０〜５００倍で繊維長Ｌを測定した（ｎ数５の平均値）。その際、ＳＥＭの測長機能を活用して繊維長Ｌを測定した。

（３）目付け
ＪＩＳＰ８１２４（紙のメートル坪量測定方法）に基づいて目付を測定した。

（４）厚さ
ＪＩＳＰ８１１８（紙及び板紙の厚さと密度の測定方法）に基づいて厚みを測定した。測定荷重は７５ｇ／ｃｍ^２にて、ｎ＝５で測定し、平均値を求めた。

（５）溶融粘度
乾燥処理後のポリマーを紡糸時のルーダー温度に設定したオリフィスにセットして５分間溶融保持したのち、数水準の荷重をかけて押し出し、そのときのせん断速度と溶融粘度をプロットする。そのデータをもとに、せん断速度−溶融粘度曲線を作成し、せん断速度が１０００ｓｅｃ^−１の時の溶融粘度を読み取った。

（６）平均孔径
ＰＭＩ社製パームポロメーターにより測定した。

（７）ガーレ透気度
ＪＩＳＰ８１１７（紙および板紙の透気度試験方法）に基づいて実施した。

（８）初期の圧力損失
１４０ｃｍ^２の面積の濾材に透過水量２５．８ｍ^３／ｍ^２／ｄａｙで水を全量濾過した際の圧力損失を初期の圧力損失（ｋＰａ）とした。

（９）模擬液透過後の圧力損失
汚泥の模擬液としてスキムミルク水溶液１ｗｔ％を用いて、圧力が２５０ｋＰａに達するまで全量濾過を行った。その後、濾材を次亜塩素酸ナトリウム溶液（６ｇ／Ｌ）に浸し、周波数４５Ｈｚにて超音波洗浄を１０分間行った。この模擬液の濾過・洗浄を７回繰り返した後、透過水量２５．８ｍ^３／ｍ^２／ｄａｙで水を全量濾過した際の圧力損失の値を模擬液透過後の圧力損失（ｋＰａ）とした。

（１０）アルカリ減量速度比
海成分および島成分のポリマーを、それぞれ、径０．３ｍｍ、長さ０．６ｍｍの円孔を２４孔持つ口金から吐出し、１０００〜２０００ｍ／分の紡糸速度で引き取って得た未延伸糸を残留伸度が３０〜６０％の範囲となるように延伸して８３ｄｔｅｘ／２４フィラメントのマルチフィラメントを作製した。これを１．５ｗｔ％ＮＡＯＨ水溶液８０℃を用い、浴比１００として、溶解時間と溶解量から減量速度を算出した。

［実施例１］
島成分に２８５℃での溶融粘度が１２０Ｐａ・ｓｅｃのポリエチレンテレフタレート、海成分に２８５℃での溶融粘度が１３５Ｐａ・ｓｅｃである平均分子量４０００のポリエチレングリコールを４重量％、５−ナトリウムスルホイソフタル酸を９ｍｏｌ％共重合した改質ポリエチレンテレフタレートを使用し、海：島＝１０：９０の重量比率で島数４００の口金を用いて紡糸し、紡糸速度１５００ｍ／分で引き取った。アルカリ減量速度差は１０００倍であった。これを３．９倍に延伸した後、ギロチンカッターで０．５ｍｍにカットして、海島型複合繊維を得た。これを４％ＮａＯＨ水溶液で７５℃にて１０％減量し、繊維径４００ｎｍ、カット長０．４ｍｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維からなるナノファイバーを得て主体繊維とした。
一方、バインダー繊維として、ポリエチレンテレフタレートを常法により紡糸して得られた未延伸ポリエステル繊維を用意した。

次いで、前記ナノファイバー（６０ｗｔ％）と、繊維径１．２μｍ、カット長０．４ｍｍの未延伸ポリエステル繊維（３０ｗｔ％）と、繊維径４．３μｍ、カット長３ｍｍの未延伸ポリエステル繊維（１０ｗｔ％）とを混合撹拌した後、傾斜短網抄紙機で湿式抄紙を行いヤンキードライヤー１４０℃で乾燥し濾過層となる湿式不織布を得た。
その後、１．７ｄｔｅｘ、カット長５ｍｍの延伸ポリエステル繊維と１．２ｄｔｅｘ（６０ｗｔ％）と、カット長５ｍｍの未延伸ポリエステル繊維（４０ｗｔ％）からなる湿式不織布を支持層とし、カレンダー熱処理１８５℃で、前記濾過層と貼り合せを実施した。
かかる方法により得られた濾材において濾過層の厚みが１９μｍであった。次いで、模擬液による濾過試験を行ったところ、模擬液透過後の圧力損失は初期の圧力損失同等であり、水処理量が維持されていることがわかった。

［実施例２］
濾過層の構成繊維を繊維径７００ｎｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維からなるナノファイバー（６０ｗｔ％）と繊維径１．２μｍの未延伸ポリエステル繊維かららなるバインダー繊維（４０ｗｔ％）とした以外は、実施例１と同様とした。

［実施例３］
濾過層の構成繊維を繊維径７００ｎｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維からなるナノファイバー（４０ｗｔ％）と、繊維径３．０μｍ、カット長３ｍｍの延伸ポリエステル繊維（２０ｗｔ％）と、４．３μｍの未延伸ポリエステル繊維かららなるバインダー繊維（４０ｗｔ％）とした以外は、実施例２と同様とした。

［実施例４］
実施例２において、濾過層の厚さを５４μｍとした以外は実施例２と同様とした。

［実施例５］
実施例２において、濾過層の厚さを４μｍとした以外は実施例２と同様とした。

［比較例１］
濾過層の素材を厚さ１４μｍのＰＴＦＥの延伸膜とし、芯がポリプロピレン、鞘がポリエチレンで形成される芯鞘バインダー繊維（１．７ｄｔｅｘ）からなる湿式不織布を支持層とし、カレンダー温度１３５℃で前記濾過層と貼り合せを実施した。
かかる方法により得られた濾材について、模擬液による濾過試験を行ったところ、模擬液透過後の圧力損失は初期の圧力損失対比１．２５倍となり、水処理量が維持できていないことがわかった。濾材表面を電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察すると、捕集物が洗浄しきれず、表面に付着している様子が観察された。

［実施例６］
実施例２において、ナノファイバーの繊維径を１００ｎｍに変更した以外は実施例２と同様とした。かかる方法により得られた濾材は、圧損が高いものであった。

［実施例７］
実施例２において、ナノファイバーの繊維径を１０００ｎｍに変更した以外は実施例２と同様とした。かかる方法により得られた濾材は、平均孔径が１．０μｍ以上であり、１μｍの捕集率が低く、浸漬型膜カートリッジ用濾材として適さないものであった。

［実施例８］
実施例２において、ナノファイバーのカット長を０．２ｍｍに変更した以外は実施例２と同様とした。かかる方法により得られた濾材は、強度が低く、取扱い性が悪いものであった。

［実施例９］
実施例２において、ナノファイバーのカット長を２．０ｍｍに変更した以外は実施例２と同様とした。かかる方法により得られた濾材は、地合の斑が大きく、また平均孔径が１．０μｍ以上であり、１μｍの捕集率が低く、浸漬型膜カートリッジ用濾材として適さないものであった。

本発明によれば、浸漬型濾過カートリッジ用濾材であって、濾過性能に優れるだけでなく低圧力損失で処理量が大きく、長期にわたってその性能が維持される浸漬型濾過カートリッジ用濾材およびその製造方法および浸漬型濾過カートリッジが提供され、その工業的価値は極めて大である。

Claims

濾過層を含む浸漬型濾過カートリッジ用濾材であって、前記濾過層に、繊維径が１０００ｎｍ以下のナノファイバーと、繊維径１．２μｍ以下の未延伸ポリエステル繊維からなるバインダー繊維が含まれることを特徴とする浸漬型濾過カートリッジ用濾材。
前記ナノファイバーにおいて、繊維径が２００〜８００ｎｍの範囲内である、請求項１に記載の浸漬型濾過カートリッジ用濾材。
前記ナノファイバーにおいて、繊維長が０．４〜１．５ｍｍの範囲内である、請求項１または請求項２に記載の浸漬型濾過カートリッジ用濾材。
前記ナノファイバーが、ポリエステル繊維またはポリフェニレンサルファイド繊維またはポリプロピレン繊維からなる、請求項１〜３のいずれかに記載の浸漬型濾過カートリッジ用濾材。
前記濾過層において、前記ナノファイバーの重量比率が濾過層重量に対して５０〜９０重量％の範囲内であり、かつ前記バインダー繊維の重量比率が濾過層重量に対して１０〜５０重量％の範囲内である、請求項１〜４のいずれかに記載の浸漬型濾過カートリッジ用濾材。
前記濾過層において、厚さが１００μｍ以下である、請求項１〜５のいずれかに記載の浸漬型濾過カートリッジ用濾材。
前記濾過層が湿式不織布からなる、請求項１〜６のいずれかに記載の浸漬型濾過カートリッジ用濾材。
前記濾過層において平均孔径が２μｍ以下である、請求項１〜７のいずれかに記載の浸漬型濾過カートリッジ用濾材。
請求項１〜８のいずれかに記載の浸漬型濾過カートリッジ用濾材を用いてなる浸漬型濾過カートリッジ。
濾過層を含む浸漬型濾過カートリッジ用濾材の製造方法であって、海／島溶融粘度比が１．１〜２．０、かつ島数が５００以上、かつ海／島のアルカリ加水分解速度比が２００以上の海島型複合繊維をカットし、アルカリ加水分解により海ポリマーを除去することにより得られた、繊維径が１０００ｎｍ以下のナノファイバーと、繊維径１．２μｍ以下の未延伸ポリエステル繊維からなるバインダー繊維を前記濾過層に含ませることを特徴とする浸漬型濾過カートリッジ用濾材の製造方法。