JP2010195981A - 微生物固定化担体用ポリウレタンフォーム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ポリイソシアネート成分、ポリオール成分、発泡剤、整泡剤、親水性能を向上させる界面活性剤及び触媒を含む発泡原料から製造される微生物固定化担体用ポリウレタンフォームであって、ポリオール成分がエチレンオキシドを5〜40重量%含み、該ポリオール成分100重量部に対して界面活性剤を0.1〜6重量部含む微生物固定化担体用ポリウレタンフォーム。このとき、界面活性剤が、ポリエーテル変性シリコーン化合物であることが好ましい。
【選択図】 なし
Description
このような微生物固定化担体としては、微生物吸着性物質(微生物吸着剤)を含浸させる加工時や曝気槽投入時に、微生物吸着剤や水とのなじみ性(親水性)が必要とされるので、連続気泡で空隙率が大きく親水性が高いポリウレタンフォームが好適に用いられている(例えば、特許文献1参照)。
これに対し、疎水性ポリオールから製造され、親水性が低いとされるポリウレタンフォームは、上記親水性が高いポリウレタンフォームに比べ耐久性は非常に優れているものの、疎水性ゆえ、微生物吸着剤や水とのなじみ性が劣り、微生物自体が付着し難い欠点があった。
しかし、このフォームでは、界面活性剤の配合及びセル膜の除去により完全浸水時間の短縮化が図れるものの、微生物吸着剤の付着力について満足できるものではなかった。加えて、上記フォームは、爆発処理やアルカリ処理などの無膜化処理がされたものであるため、手間とコストがかかり、機械的強度の低下のおそれがあるうえ、完全な連通状態ゆえ、吸着剤や微生物の種類によっては一層付着され難い傾向があったり、嫌気性菌など一部の微生物の生育に向かないなどの問題もある。
具体的には、親水性が良好でありながら、後述する試験による線膨潤率が1〜25%である微生物固定化担体用ポリウレタンフォームを提供することを課題とする。
(1)ポリイソシアネート成分、ポリオール成分、発泡剤、整泡剤、親水性能を向上させる界面活性剤及び触媒を含む発泡原料から製造される微生物固定化担体用ポリウレタンフォームであって、ポリオール成分がエチレンオキシドを5〜40重量%含み、該ポリオール成分100重量部に対して界面活性剤を0.1〜6重量部含むことを特徴とする微生物固定化担体用ポリウレタンフォーム。
(2)前記界面活性剤が、ポリエーテル変性シリコーン化合物であることを特徴とする前記(1)に記載の微生物固定化担体用ポリウレタンフォーム。
(3)ポリオール成分が、エチレンオキシドを含まないポリエーテルポリオールとエチレンオキシドを20〜90重量%含むポリエーテルポリオールとからなることを特徴とする前記(1)または(2)に記載の微生物固定化担体用ポリウレタンフォーム。
ポリオール成分におけるエチレンオキシド含有量が少なすぎると、水中での耐摩耗性(耐久性)には優れるものの、後述の界面活性剤を配合しても微生物付着剤とのなじみが十分に得られない。一方、エチレンオキシド含有量が多すぎると、微生物吸着剤の吸着性能が良好になるとともに、吸水性も高まるが、膨潤しやすく、引張強さなどの機械的強度低下が生じ、耐久性に劣るものとなる。
したがって、本発明のポリオール成分においては、エチレンオキシドを5〜40重量%含むことが重要であり、好ましくは15〜25重量%である。
水中での耐加水分解性を考慮すると、平均官能基数が2〜4、平均分子量が2000〜8000のポリエーテルポリオールが好適である。
混合(ブレンド系)ポリオールは、ブレンド後のエチレンオキシド含有量が5〜40重量%(平均)となればよいので、例えば、エチレンオキシドを含まない(付加重合させない)ポリエーテルポリオール1種以上とエチレンオキシドを含む(付加重合させた)ポリエーテルポリオール1種以上のブレンド系や、エチレンオキシドを含み(付加重合させた)エチレンオキシド含有量の異なる2種以上のポリエーテルポリオールのブレンド系などが好適に用いられ得る。このように2種以上のポリオールをブレンドすることで、エチレンオキシド含有量の調整が容易にできる。
なお、エチレンオキシド含有量が異なるポリエーテルポリオール同士を混合することで、エチレンオキシド含有量が5〜40重量%のポリエーテルポリオールの単独使用よりも、耐久性が高まる傾向がある。特にエチレンオキシドを含まないポリエーテルポリオールとエチレンオキシド含有量が20〜90重量%であるポリエーテルポリオールのブレンドが耐久性に優れるため好ましい。
脂肪族系ポリイソシアネートとしては、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート(HMDI)、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、メチルシクロヘキサンジイソシアネート等が挙げられ、芳香族系ポリイソシアネートとしては、例えば、トルエンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、ナフタレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート(XDI)、ポリメリックイソシアネート(クルードMDI)等が挙げられる。また、これらの変性物としては、カルボジイミド変性物、プレポリマー変性物が挙げられる。
本発明において好ましいポリイソシアネートは、芳香族系ポリイソシアネート又は芳香族系ポリイソシアネートの変性物であり、特に好ましくはTDIとMDIである。
ポリイソシアネート成分の配合量が、多すぎると反応性が遅く硬化しにくくなり、また、少なすぎると亀裂等の不具合が生じたり、微生物固定化担体用途としての耐久性が劣る場合がある。
水を使用する場合には、その配合量は、設定密度により適宜調節すればよいが、一般的には、上記ポリオール成分100重量部に対して0.5〜5重量部程度である。
これら整泡剤の一般的な配合量は、前記ポリオール成分100重量部に対して0.5〜1.5重量部程度であるが、これに限定されるものではない。
これら触媒の一般的な配合量は、前記ポリオール成分100重量部に対して0.01〜2重量部程度であるが、これに限定されるものではない。
微生物を付着・担持させる方法は、本発明のポリウレタンフォームは優れた親水性を有するため、特に制限されず、各種の方法が採用できる。
この線膨潤率が25%を超えるものでは、例えば、微生物の担持処理や曝気槽への投入後、みかけ密度や機械的強度の低下が大きく、耐摩耗性が低下し、必要とされる期間(通常、5年以上)耐え得る微生物固定化担体になり難い。
表1〜3に示す配合処方で、各軟質ポリウレタンフォームを製造した。
・ポリイソシアネート成分:三井化学ポリウレタン社製 商品名“コスモネート T−80”(芳香族系ポリイソシアネート(TDI))
・発泡剤:水
・整泡剤:東レ・ダウコーニング社製 商品名“SH−192”
・アミン系触媒:エアプロダクツ社製 商品名“DABCO−33LV”
・錫触媒:日東化成社製 商品名“U−28”
・界面活性剤A:信越化学社製商品名“F−501(X−20−1747)”(ポリエーテル変性シリコーン化合物)
●界面活性剤B:信越シリコーン社製 商品名“KM−75”
・界面活性剤C:第一工業製薬社製 商品名“ノイゲンET−102”(ポリオキシアルキレンアルキルエーテル)
・見かけ密度(Kg/m3)→水に投入する前の重量を体積で除し(JIS K 7222に準拠)、A)浸水前の見かけ密度(Kg/m3)とした。このA)の結果を表1,3に示す。
・引張強さ(kPa)→JIS K 6401−5に準拠して測定した。
・伸び(%)→JIS K 6401−5に準拠して測定した。
・引裂強さ(N/cm)→JIS K 6401−5に準拠して測定した。
表1,2に、B)浸水後の見かけ密度(Kg/m3)、C)引張強さの変化率(%)、D)伸びの変化率(%)、E)引裂強さの変化率(%)を併せて示す。なお、C)〜E)の変化率については、(含水時のポリウレタンフォームの測定値)÷(乾燥時のポリウレタンフォームの測定値)×100として求めた。C)〜E)の変化率は数値が100に近いほど物性の低下が小さいことを表す。
さらに、水中から取り出した各サンプルについて、F)線膨潤率(%)、G)吸水率(%)を下記の方法で測定した;
・線膨潤率(%)→(含水時のウレタンフォームの横の長さ)÷(乾燥時のウレタンフォームの横の長さ)×100として測定した。
・吸水率(%)→(浸水後のサンプルの重量)÷(浸水前のサンプルの重量)×100として測定した。
なお、線膨張率については、厚さ25mm、縦50mm、横200mmのサンプルを用いた。
F)、G)の結果についても表1,2に示す。
また、得られた軟質ポリウレタンフォームから10mm角の立方体のサンプルを作成し、H)耐摩耗性について測定した。測定は、容器(500ml)内側面に耐水サンドペーパー(#100=最も粗い)を貼り付け、試料100mLを入れて、水中で8時間プロペラ撹拌(400rpm)した後の重量変化率を以下の方法で算出した。
・耐摩耗性(%)→(攪拌後のサンプルの重量)÷(攪拌前のサンプルの重量)×100
H)の変化率は数値が100に近いほど物性の低下が小さいことを表す。
なお、攪拌後のサンプルは、乾燥した後重量を測定した。
したがって、本発明の微生物固定化担体用ポリウレタンフォームを用いることにより、汚水を効率的に浄化処理することができる。
Claims (3)
- ポリイソシアネート成分、ポリオール成分、発泡剤、整泡剤、親水性能を向上させる界面活性剤及び触媒を含む発泡原料から製造される微生物固定化担体用ポリウレタンフォームであって、
ポリオール成分がエチレンオキシドを5〜40重量%含み、該ポリオール成分100重量部に対して界面活性剤を0.1〜6重量部含むことを特徴とする微生物固定化担体用ポリウレタンフォーム。 - 前記界面活性剤が、ポリエーテル変性シリコーン化合物であることを特徴とする請求項1に記載の微生物固定化担体用ポリウレタンフォーム。
- ポリオール成分が、
エチレンオキシドを含まないポリエーテルポリオールと
エチレンオキシドを20〜90重量%含むポリエーテルポリオールと
からなることを特徴とする請求項1または2に記載の微生物固定化担体用ポリウレタンフォーム。
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