JP3621687B2

JP3621687B2 - Method for producing filter molded body

Info

Publication number: JP3621687B2
Application number: JP2002067904A
Authority: JP
Inventors: 俊夫松村; 正明山本; 学真江東
Original assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Priority date: 2002-03-13
Filing date: 2002-03-13
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2022-03-13
Also published as: JP2003266462A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中の汚染物質を除去する水処理フィルターや大気中の汚染物質を除去する空気清浄フィルターとして用いるフィルター成形体の製造方法に係わり、より詳しくは、活性炭などの浄化成分をより効率よく固化することによって、寿命の長い水処理能力や性能に優れたフィルター成形体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般家庭などで使用される浄水器や清水器と呼ばれる水処理装置の交換カートリッジフィルターや、空気清浄器として用いられるフィルターは、粒状もしくは繊維状の活性炭で水中の残留塩素や有機物を吸着除去したり空気中の悪臭などを吸着除去したりし、中空糸膜でミクロサイズの汚れ、赤サビや細菌などを取るなどの構造を有しているのが一般的である。
【０００３】
例えば浄水器用フィルターの場合の具体的な構造としては、円筒形の容器からなるカートリッジ内に活性炭の部屋と中空糸膜の部屋とにそれぞれを収納配置し、水をカートリッジ内に導入して活性炭の部屋へ送ってカルキ臭やカビ臭などをとり、次いで中空糸の部屋へ送り、活性炭で取り除けなかったものを除去するというものが挙げられる（例えば、特開平１０−８５７２９号公報）。
【０００４】
また、中空糸膜からなるチューブを円筒形の容器からなるカートリッジの中心に配置してその外周側に活性炭を配置して、外周側から水を流し、活性炭の層を通過させた後、中空糸膜を通過させて処理済の水をカートリッジから出すという構造を有するものも使用されている（特開平８―７１５４１号公報）。
【０００５】
いずれの構成においても活性炭は、活性炭が通過せず、水のみが通過するような小径の孔を有する膜に仕切られた部屋の中に粒状もしくは繊維状で単に蓄えられた状態で用いられるものであった。
【０００６】
特開平２−１７９８９号公報には、多孔質プラスチック・マトリックス内に活性炭粒子をトラップした水の処理器が開示されている。多孔質プラスチック・マトリックス中に活性炭を分散させることによって小さな粒径の活性炭を使用できるようにしたものである。
【０００７】
また、米国特許第４７５３７２８号にもポリマーで活性炭を固めたフィルターで、しかもそのポリマーとして１．０ｇ／１０ｍｉｎ未満（ＡＳＴＭＤ１２３８、１９０℃、１５ｋｇＬｏａｄ）である低メルトインデックスのポリマーを用いたものが開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、まず特開平１０−８５７２９号公報や特開平８―７１５４１号公報に開示されたような構造のフィルターにおいて、単に蓄えられた粒状もしくは繊維状活性炭では、細かな汚れや濁りなどは除去できず、従って活性炭を通過する際に細かな汚れがほとんど除去されないことから中空糸の目が詰まりやすく寿命が短いのが現状であった。
【０００９】
更に粒状の活性炭を用いると、水が活性炭の層中を通過するときに、自然と水みちがついてしまうことが多く、いったん水みちがついてしまうと水の流れがその部分に集中し、活性炭を部分的にしか使うことができないので、塩素などを除去する性能の寿命が短くなってしまうことになる。
【００１０】
特開平２−１７９８９号公報や米国特許第４７５３７２８号公報では多孔質プラスチック・マトリックス中に活性炭を分散させて固化したフィルターを用いている。このような構造にすることによって、より粒径の小さな活性炭を使うことができるので効率がよくなり、フィルター全体に水の流れるようにすることができることから、活性炭による塩素などの除去性能を長持ちさせることが可能である。
【００１１】
このようなフィルターの製造方法としては例えば特開２００１−１８７３０５号公報に開示されているような筒状の金型内に活性炭などの浄化成分とバインダーとなる樹脂を充填して、加熱して樹脂を融かすとともに上型で加圧して所定の高さに調整するといった方法がある。
【００１２】
しかし、フィルターの高さが長尺になった場合に、フィルター成形体の高さ全域にわたって製造時の加圧による圧力が伝わりきらず、フィルターの上下で密度の差が発生し、硬度の差ができることからフィルターに水を流すための空孔の大きさにも差ができてしまう。
【００１３】
特に１回の成形で多数個分の長さのフィルターを成形しカットして用いるような場合であると、１回の成形でできあがった複数個のフィルター同士の間で密度が異なり浄水時の流量が異なるものができてしまい、ひいては塩素除去能力などの性能にも差が出るという問題があった。
【００１４】
そこで本発明は、長尺のフィルター成形体を製造したとしても、全体を均一に加圧することができて、部位による密度の差が少なく、できあがったフィルターも全体に均等な空孔を有し、流量が変わってしまうといった問題を引き起こすことのないフィルター成形体の製造方法の提供を目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために本発明の請求項１では、水や大気などから汚染物質を除去するフィルターであって、少なくとも浄化成分と高分子量で低メルトインデックスの重合体結合材からなる原料を金型内に充填し、加熱加圧して所定形状に成形するフィルター成形体の製造方法において、金型はフィルター側面を成形する側型、上面を成形する上型、下面を成形する下型からなり、上型と下型はそれぞれ側型に対して上下方向に移動可能に配置され、上型と下型と側型とで形成されるキャビティ内に原料を充填して上型もしくは下型のいずれか片方の型にて原料を加圧し、その後加熱して金型の温度を１３０〜３００℃まで上げ、加熱状態で他方の型にて原料を加圧する工程を有することを特徴とする。
【００１６】
このように、フィルター成形体の製造時において上下の両側から加圧するような構成を採ることによって、できあがったフィルター成形体の上下で密度の差を小さなものに抑えることができるので、例えば長尺の成形体にして複数個を一度に成形したとしても密度が同じで、流量やフィルターとしての性能も均等なものを製造することができる。また、加熱するタイミングを上型での加圧後にして且つ下型による加圧の前にすることによって上下間の密度のばらつきをより小さくすることができて、フィルターの性能としてもばらつきの少ないものを得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の製造方法によって得られたフィルター成形体の例を示す斜視図、図２はフィルター成形体を用いた水処理器用フィルターの斜視図、図３は図２におけるＡ−Ａ断面図、図４は水処理器の断面図である。
【００１８】
本発明の製造方法によって得られるフィルター成形体１は、フィルターを構成する原料として浄化成分とそれを固化するための重合体結合材を用いている。浄化成分として例えば活性炭を用い、それを粉末状の高分子量で低メルトインデックスの重合体結合材と混合し重合体結合材をバインダーとして成形固化したものであり、使用例としては図４に示すような蛇口直結型の水処理器Ｓに水処理器用フィルター２のフィルターとして使用するものである。
【００１９】
水処理器用フィルター２の構造としては、例えば図２、図３に示すように４５〜５０ｍｍφ×９０〜１００ｍｍ程度のサイズを有する円筒形のフィルター成形体１の外周に濾過層３を被覆して、円筒形のフィルター成形体１の頂面及び底面部分には、キャップ４を被せており、キャップ４は前記フィルター成形体１とは、汚れを含んだ水が通過しないように水密性をもって接続されている。
【００２０】
また、円筒形のフィルター成形体１は円筒の中心軸位置に１０〜１５ｍｍφ程度の孔５を有している。
【００２１】
この水処理器用フィルター２を水処理器Ｓに取りつけたときの水の流れは、濾過層３側から、水を取り込み、濾過層３で大きなサイズのごみなどの汚れを取った後、浄化成分として活性炭を用いたフィルター成形体１を通過して残留塩素や有機物を吸着除去し、孔５内に湧き出して水処理器Ｓの浄水口Ｊから出されるという行程で処理が行われる。
【００２２】
本発明の製造方法により得られるフィルター成形体１は、活性炭などの浄化成分と高分子量で低メルトインデックスの重合体結合材で固化した多孔質の固体活性炭成形体であり、このフィルター成形体１に水や空気を通すことによって水処理または空気清浄を行うよう構成されたものであり、フィルター成形体１からなるフィルタ−単独でも水処理または空気清浄器用フィルターとして用いることができるし、例えば中空糸膜などの他のフィルターと組み合わせて使用することも可能である。
【００２３】
また、上記の例では円筒形状を有するフィルター成形体１の円筒の中央に孔５を有する形状を説明したが、孔５のないもの、円筒以外の角柱形状など他の形状を採ったものでも構わない。
【００２４】
ここでいう中空糸膜とは、糸の中央部に長手方向に連続する中空孔を有するとともに、中空孔を取り囲む壁は０．０１〜５μｍ程度の細孔を有する多孔質で中空の糸のことであり、素材としては、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、４−メチル−１−ペンテン、ポリエステル、ポリアミド、ポリスルホン、セルロース誘導体などからなっている。通常、Ｕ字形の中空糸束を円筒形容器に収納固定して用いられる。また、通常用いられる中空糸膜の空隙率は２０〜９０％程度である。
【００２５】
このように重合体結合材で固めたフィルター成形体１を用いることによって、塩素の除去だけでなく汚れや濁りを除去する性能も有し、しかも中空糸膜を併用すれば更に汚れや濁りを除去する性能は上がり、しかも中空糸膜を長持ちさせる事ができる水処理器用フィルターを提供することができる。
【００２６】
図５は、本発明の製造方法においてモールドＭ内に浄化成分と重合体結合材の混合物である原料を充填後、上型で加圧して成形しているところの断面図、そして図６は下型でフィルター成形体１を脱型しているところの断面図を示す。
【００２７】
上記フィルター成形体１を製造する際に使用するモールドＭは、図５に示すように、アルミ、鉄等からなる熱伝導率が高い円筒形状の側型７と、該側型７の内径とほぼ同じの外径を有する上型８と、同様の形状からなる下型９からなる。上型８と下型９はフランジ８ａ、９ａを有している。
【００２８】
このモールドＭを用いた本発明のフィルター成形体１の製造方法について次に説明する。ここでは所定の密度、均一な粒度を有する円筒形状の成形体を成形する手順を例に挙げて説明することにする。
【００２９】
まず、活性炭などの浄化成分と粉末状の高分子量で低メルトインデックスの重合体結合材を所定比率で混合攪拌して両者が均質に分散した原料６とする。この時、フィルター成形体の全域に活性炭が分散して水処理の効果を十分に発揮できるように、活性炭は６０メッシュより細かい粒状もしくは粉末ものを、重合体結合材は粒径が約１００μｍ程度のものを用いる。
【００３０】
側型７に下型９を、スペーサ１０を介在して一部が挿入されるように配置する。次いで、側型７と下型９とで形成されたキャビティ１１内に前記原料６を充填し成形後のフィルター成形体高さの１５０〜２００％にする。そして原料６を含むモールドＭを振動装置（図示しない）にて振幅１〜３ｍｍ、振動数５〜１０回／秒にて５〜１０秒振動をおこなって、所定高さの５〜１５％増になるまで原料の嵩高さを減少させる。ここで前記の成形後のフィルター成形体高さとは、フィルター成形体ができあがった際の高さの目標値である。なお、この目標値は、成形後の冷却時に、成形体が収縮することによる寸法の差を考慮した目標値とすることも含まれるものである。
【００３１】
モールドＭを振動させる際に振幅が大きくなりすぎたり、振動数が大きくなりすぎたりして振動を与えすぎると、原料６が詰まりすぎ所定の密度が得られなくなる。またそれぞれの粒径の違いまた重さの違いにより原料６が分離し均一な成形体が得られない場合があるので好ましくない。
【００３２】
逆に振動が不十分であると加熱成形後にて加圧し成形後のフィルター成形体高さに調整する際、加圧による調整量が多いため圧力損失により成形体上下に密度差が生じるばかりでなく、モールド内面と原料界面がこすれ目詰まりをおこし、フィルターとしての機能を損なうことになる。
【００３３】
原料６の充填、モールドＭの振動に続いて上型８をフランジ８ａが側型７に当接するまで降下させ、型内の原料６を０〜５ＭＰａ程度の圧力で加圧する。そして、オーブン内で１３０〜３００℃にて３０〜１２０ｍｉｎ程度加熱し、原料中の重合体結合材を流動状態にする。重合体結合材が流動状態になったところで、モールドＭをオーブンから取り出し、スペーサ１０を取り外して下型９を側型７内に押し込むように加圧し、フランジ９ａが当接するまで押し込み０〜５ＭＰａの範囲の圧力で加圧することになる。この状態で略成形後のフィルター成形体高さになるようになっている。
【００３４】
脱型は、モールドＭを十分に冷却した後に上型８、下型９を引き抜き、円筒状の脱型具（図示しない）にて押し抜きフィルター成形体１を脱型する。
【００３５】
かくしてモールドＭに所定量の活性炭と重合体結合材を混合し、モールドＭに充填し、振動を加え嵩高さを調整後、上型８側で加圧し、２００℃前後の温度にて所定時間加熱した後に、下型９側で加圧して圧縮量を調整、冷却、離型することによって粒度が均一で密度を上記のような０．５〜０．６５ｇ／ｃｍ³の範囲内に調整されたフィルター成形体１を作成することができる。
【００３６】
一方の型による加圧の後に加熱し、加熱の後に他方の型で加圧するという順序で行うことが、フィルター成形体の全体をより均一な密度で成形できることから好ましいといえる。
【００３７】
また、モールド内に原料を充填した後に振動させて嵩を減らしているが、その工程は必須ではなく省略してもかまわない。更に、上型８および下型９はそれぞれフランジ８ａ、９ａを有しており、そのフランジ８ａ、９ａが側型７に当接するまで押し込むという方法を採っているが、所定の圧力で加圧するのであれば必ずしもそのような方法でなくてもよく、仮にフランジを設けた金型を使っていたとしても最後まで押し込む必要はない。
【００３８】
以上の説明では、加圧はオーブンから取り出した後に行っているが、その方法に限られるものではなく、オーブン内で加圧してもよい。また、オーブンによる加熱で金型は１３０〜３００℃の範囲に昇温保持される。１３０℃未満であるとバインダーとして使用するポリマーの融点に達していないため、固体化することができず、３００℃を超えるとポリマーが劣化してしまい、外観不良などの問題が発生することにもつながるので好ましくない。
【００３９】
また前記の温度範囲で保持される時間は３０〜１２０ｍｉｎ程度である。３０ｍｉｎ未満であると成形体内部まで十分に加熱することができず、中心部分に固化できていないところが発生するという問題があり、１２０ｍｉｎを超えるとポリマーが劣化してしまい、外観不良などの問題が発生することになるので好ましくない。
【００４０】
以下、本発明で用いる原料とその性質について詳細に説明する。本発明で得られるフィルター成形体は、活性炭などの浄化成分を重合体結合材で固化した多孔質体であり、重合体結合材としては低メルトインデックスの高分子量多孔質ポリマーを用いる。
【００４１】
フィルターの原料のひとつである浄化成分としては、活性炭、ゼオライト、キレート繊維、シリカ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ウォラストナイト、ガラス繊維などを挙げることができる。浄化成分がフィルター中に均一に分散するように粉末の状態で配合する。
【００４２】
低メルトインデックスの重合体結合材としては、水処理または空気清浄器のフィルターとしての用途として問題なく使用できるために無毒性であることが必要になるとともに、単体で成形した場合に多孔質体を形成しやすい樹脂であることが好ましい。具体的にはポリアミド、ポリエチレンなどの樹脂を用いることができるが、より好ましくは分子量が数十万〜数百万程度の超高分子量ポリエチレンで原料の粒子径が約１００μｍ、カサ密度０．３ｇ／ｃｍ³未満の樹脂であって、メルトインデックスが、１．１〜２．３ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭＤ１２３８、１９０℃、１５ｋｇＬｏａｄ）であるものが挙げられる。
【００４３】
この重合体結合材を用いる場合、メルトインデックスが１．１ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭＤ１２３８、１９０℃、１５ｋｇＬｏａｄ）未満であると、フィルターとなる活性炭のブロック成形時の流れが悪く、活性炭を固めてブロックとするためには、重合体結合材の量を多くしなければならない。そうするとフィルター内に占める活性炭の量が少なくなるので、水を処理する性能としては低くなってしまう。
【００４４】
また、逆にメルトインデックスが、２．３ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭＤ１２３８、１９０℃、１５ｋｇＬｏａｄ）をこえると、フィルターの成形時に溶融したポリマーが活性炭の細孔部を覆ってしまい、水が活性炭を通過できなくなるので好ましくない。
【００４５】
重合体結合材が上記のようなメルトインデックスを有するポリマーであることによって高温において適度な粘度であるがゆえ、フィルターの成形時に溶融したポリマーが活性炭などの細孔部を覆ってしまうことがない。また多孔質体を形成することは浄化成分を固化したフィルターの機能を損なわない有効な結合材である。
【００４６】
さらに浄化成分の種類にもよるが、浄化成分と重合体結合材を混合する割合は浄化成分に対して重合体結合材を１０から２５重量％配合し、かつフィルター成形体の密度が０．５〜０．６５ｇ／ｃｍ³を有したものとすることによって、例えば、蛇口直結型水処理器にて通常必要とされる２．０Ｌ／ｍｉｎを上回る流量を動水圧０．１ＭＰａにて確保することが可能である。
【００４７】
浄化成分に対する重合体結合材の配合量が１０重量％未満であると浄化成分を固化することが困難となり、２５重量％を超えると重合体結合材が浄化成分の表面を覆ってしまう部分が多くなりすぎて、浄化成分の浄化の機能を有効に使用することができなくなるので好ましくない。
【００４８】
また、固化後のフィルター成形体密度が０．３ｇ／ｃｍ³未満になると剛性が低くなってしまい、フィルター成形体が脆く崩れやすいので好ましくない。０．７０ｇ／ｃｍ³を超えると硬め過ぎとなってフィルター成形体の空隙がすくなく十分な流量を得ることができなくなるので好ましくない。
【００４９】
本発明の製造方法により得られるフィルター成形体を、中空糸膜フィルターと組み合わせて用いた場合は、フィルター成形体で殆どの汚れが除去されるため、中空糸膜フィルターを併用した場合、中空糸膜フィルターへの目詰まりを軽減し、寿命を延ばし、蛇口直結型水処理器のようにフィルターとしての重さや大きさが制限されたような状態においても十分な性能と能力を持ったフィルター成形体を提供することができる。また、中空糸膜フィルター以外にも浄化効果のある他のフィルターと組み合わせて用いることも可能である。
【００５０】
本発明で得られるフィルター成形体は、水処理器の形態に関係なく蛇口直結型、据え置き型、予め台所の流し台などに組みこんだビルトイン型、携帯型にでも適用することができるものである。
【００５１】
【実施例】
次に、本発明の製造方法にて製造した実施例となるフィルター成形体と従来法にて製造した比較例となるフィルター成形体とをそれぞれ製造し、密度と流量と圧損を測定して本発明の効果を確認した。
【００５２】
（実施例１）
浄化成分としては６０−１００メッシュパス粒状活性炭を用い、重合体結合材として１．５ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭＤ１２３８、１９０℃、１５ｋｇＬｏａｄ）の高分子量多孔質ポリマー（ＴｉｃｏｎａＧｍｂｈ製、ＨｏｓｔａｌｅｎＧＵＲ２１０５）を１５重量％配合した原料を準備し、図５に示すようなモールドを用いてキャビティ内に原料を充填した。下型はスペーサを介在して側型に嵌め込んでいる。そして上型をフランジが側型に当接するまで押し込むことによって原料を加圧し、オーブンに投入して２００℃で１時間加熱後、今度はスペーサを除去して下型を側型に当接するまで押し込んで加圧した。その後、室温まで冷却して脱型した。できあがった成形体は外径がφ４２．６ｍｍ、高さが１１１ｍｍ、原料の充填量が５１ｇの長尺の成形体であり、それを１９ｍｍの高さにカットして５個のフィルター成形体とした。
【００５３】
５個のフィルター成形体のうち高さ方向で最も上のものと中央のものと最も下のものを選び出して密度、流量を測定した。その結果を表１に示す。
【００５４】
（比較例１）
オーブンで加熱する前にスペーサを取り除いて下型をフランジが側型に当接するまで押し込むことによって下型側から原料を加圧し、その後オーブンに投入して加熱した以外は実施例１と同様にして５個のフィルター成形体を製造した。
【００５５】
５個のフィルター成形体のうち高さ方向で最も上のものと中央のものと最も下のものを選び出して密度、流量を測定した。その結果を表１に示す。
【００５６】
（比較例２）
キャビティ内に原料を充填した後にオーブン内で加熱し、その後上型を押し込んで原料を加圧し、下型による加圧は行わなかった以外は実施例１と同様にして５個のフィルター成形体を製造した。なお、上型による加圧の押し込み代は実施例１における上型の押し込み代と下型の押し込み代を加えたものと同じとしている。
【００５７】
５個のフィルター成形体のうち高さ方向で最も上のものと中央のものと最も下のものを選び出して密度、流量（水圧が０．１０ＭＰａ、０．１５ＭＰａ、０．２０ＭＰａのときのそれぞれ）を測定した。その結果を表１に示す。
【００５８】
【表１】

【００５９】
表１の結果からわかるように、比較例２では成形位置の違いにより大きな圧損（流量：２Ｌ／ｍｉｎ時）の差が生じているのに対して、実施例１ではその差が小さくなっている。また実施例１と比較例１で比べても成形位置の違いにより圧損の差が生じているが、この結果により、加圧と加熱の順序は請求項２の上型もしくは下型の内、一方による加圧、加熱、他方の型による加圧の順序とすることによってより、成形位置の違いによる差の少ないフィルター成形を得ることができることがわかる。
【００６０】
【発明の効果】
以上のように本発明は上記の目的を達成するために請求項１では、水や大気などから汚染物質を除去するフィルターであって、少なくとも浄化成分と高分子量で低メルトインデックスの重合体結合材からなる原料を金型内に充填し、加熱加圧して所定形状に成形するフィルター成形体の製造方法において、金型はフィルター側面を成形する側型、上面を成形する上型、下面を成形する下型からなり、上型と下型はそれぞれ側型に対して上下方向に移動可能に配置され、上型と下型と側型とで形成されるキャビティ内に原料を充填して上型もしくは下型のいずれか片方の型にて原料を加圧し、その後加熱して金型の温度を１３０〜３００℃まで上げ、加熱状態で他方の型にて原料を加圧する工程を有することを特徴とする。
【００６１】
このように、フィルター成形体の製造時において上下の両側から加圧するような構成を採ることによって、できあがったフィルター成形体の上下で密度の差を小さなものに抑えることができるので、例えば長尺の成形体にして複数個を一度に成形したとしても密度が同じで、流量やフィルターとしての性能も均等なものを製造することができる。また、加熱するタイミングを上型での加圧後にして且つ下型による加圧の前にすることによって上下間の密度のばらつきをより小さくすることができて、フィルターの性能としてもばらつきの少ないものを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造法によって得られるフィルター成形体の斜視図である。
【図２】フィルター成形体を用いた水処理器用フィルターの斜視図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】蛇口直結型水処理器の断面図である。
【図５】モールドに原料を充填して上型側から加圧しているところの断面図である。
【図６】上型のフランジが側型に当接するまで押し込んだところの断面図である。
【図７】スペーサを取り除いて下型のフランジが側型に当接するまで押し込んだところの断面図である。
【符号の説明】
１フィルター成形体
２水処理器用フィルター
３濾過層
４キャップ
５孔
６原料
７側型
８上型
８ａフランジ
９下型
９ａフランジ
１０スペーサ
１１キャビティ
Ｓ水処理器
Ｍモールド[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a filter molded body used as a water treatment filter for removing pollutants in water and an air purification filter for removing pollutants in the atmosphere. More specifically, the present invention relates to a purification component such as activated carbon more efficiently. It is related with the manufacturing method of the filter molded object which was excellent in the water treatment capability and performance with a long lifetime by solidifying.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, replacement cartridge filters for water treatment devices called water purifiers and water purifiers used in general households, and filters used as air purifiers adsorb and remove residual chlorine and organic substances in water with granular or fibrous activated carbon. In general, it has a structure such as removing odors in the air by adsorbing and removing micro-sized dirt, red rust, bacteria, etc. with a hollow fiber membrane.
[0003]
For example, as a specific structure in the case of a filter for a water purifier, each of the activated carbon chamber and the hollow fiber membrane chamber is housed and arranged in a cartridge made of a cylindrical container, and water is introduced into the cartridge to introduce the activated carbon. There is a method in which a odor of moldy odor or mold is sent to a room and then sent to a hollow fiber room to remove what cannot be removed with activated carbon (for example, JP-A-10-85729).
[0004]
In addition, a tube made of a hollow fiber membrane is arranged at the center of a cartridge made of a cylindrical container, activated carbon is arranged on the outer peripheral side thereof, water is allowed to flow from the outer peripheral side, and the activated carbon layer is passed through. One having a structure in which treated water is discharged from the cartridge through a membrane is also used (Japanese Patent Laid-Open No. 8-71541).
[0005]
In either configuration, the activated carbon is used in a state where it is simply stored in a granular or fibrous form in a room partitioned by a membrane having a small-diameter hole through which activated carbon does not pass and only water passes. there were.
[0006]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-17989 discloses a water treatment device in which activated carbon particles are trapped in a porous plastic matrix. Activated carbon having a small particle size can be used by dispersing activated carbon in a porous plastic matrix.
[0007]
Also, US Pat. No. 4,753,728 is a filter in which activated carbon is hardened with a polymer, and a polymer having a low melt index of less than 1.0 g / 10 min (ASTM D1238, 190 ° C., 15 kg Load) is used as the polymer. It is disclosed.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the filter having the structure as disclosed in JP-A-10-85729 and JP-A-8-71541, fine dirt and turbidity cannot be removed with simply stored granular or fibrous activated carbon. Therefore, since fine dirt is hardly removed when passing through the activated carbon, the hollow fiber is easily clogged and the life is short.
[0009]
Furthermore, when granular activated carbon is used, when water passes through the layer of activated carbon, there are many cases where the water is naturally attached. Once the water is attached, the flow of water concentrates on that part, Since it can only be used partially, the lifetime of the performance of removing chlorine and the like will be shortened.
[0010]
JP-A-2-17989 and US Pat. No. 4,753,728 use a filter in which activated carbon is dispersed and solidified in a porous plastic matrix. With this structure, activated carbon with a smaller particle size can be used, which improves efficiency and allows water to flow through the entire filter. It is possible.
[0011]
As a method for producing such a filter, for example, a cylindrical mold as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-187305 is filled with a purification component such as activated carbon and a resin serving as a binder, and heated to form a resin. There is a method of adjusting the height to a predetermined height by melting with a pressure with an upper mold.
[0012]
However, when the height of the filter becomes long, pressure due to pressurization during manufacturing cannot be transmitted over the entire height of the filter molded body, resulting in a difference in density between the upper and lower sides of the filter and a difference in hardness. There is also a difference in the size of the holes for flowing water from the filter to the filter.
[0013]
In particular, when multiple filters are formed and cut in one molding process, the density differs between the multiple filters created in one molding process, and the flow rate during clean water. However, there was a problem in that different products were produced, and as a result, there was a difference in performance such as chlorine removal ability.
[0014]
Therefore, even if a long filter molded body is manufactured, the present invention can uniformly pressurize the whole, there is little difference in density depending on the part, and the resulting filter also has uniform pores throughout, It aims at providing the manufacturing method of the filter molding which does not cause the problem that a flow volume changes.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in claim 1 of the present invention, a filter for removing pollutants from water, air, etc., comprising at least a purification component and a polymer binder having a high molecular weight and a low melt index. In the manufacturing method of a filter molded body in which raw materials are filled in a mold and heated and pressed to be molded into a predetermined shape, the mold is a side mold that molds the filter side surface, an upper mold that molds the upper surface, and a lower mold that molds the lower surface The upper mold and the lower mold are arranged so as to be movable in the vertical direction with respect to the side mold, and the upper mold or the lower mold is filled with the raw material in the cavity formed by the upper mold, the lower mold and the side mold. It is characterized by having a step of pressurizing the raw material with either one of the molds and then heating to raise the temperature of the mold to 130 to 300 ° C. and pressurizing the raw material with the other mold in the heated state .
[0016]
Thus, by adopting a configuration in which pressure is applied from both the upper and lower sides at the time of manufacturing the filter molded body, the difference in density between the upper and lower sides of the completed filter molded body can be suppressed to a small one. Even if a plurality of molded bodies are formed at a time, the same density and the same flow rate and filter performance can be produced. In addition, by applying the heating timing after pressurization with the upper mold and before pressurization with the lower mold, the variation in density between the upper and lower sides can be further reduced, and the variation in filter performance is also small. You can get things.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 is a perspective view showing an example of a filter molded body obtained by the manufacturing method of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a filter for a water treatment device using the filter molded body, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of the water treatment device.
[0018]
The filter molded body 1 obtained by the production method of the present invention uses a purification component and a polymer binder for solidifying it as raw materials constituting the filter. For example, activated carbon is used as a purification component, which is mixed with a powdery high molecular weight and low melt index polymer binder and molded and solidified using the polymer binder as a binder. An example of use is shown in FIG. It is used as a filter for the water treatment device filter 2 in the faucet direct connection type water treatment device S.
[0019]
As the structure of the filter 2 for a water treatment device, for example, as shown in FIGS. 2 and 3, a filter layer 3 is coated on the outer periphery of a cylindrical filter molded body 1 having a size of about 45 to 50 mmφ × 90 to 100 mm, A cap 4 is put on the top and bottom portions of the cylindrical filter molded body 1, and the cap 4 is connected to the filter molded body 1 with water tightness so that water containing dirt does not pass through. Yes.
[0020]
Moreover, the cylindrical filter molded body 1 has a hole 5 of about 10 to 15 mmφ at the center axis position of the cylinder.
[0021]
When the water treatment device filter 2 is attached to the water treatment device S, the flow of water takes in water from the filtration layer 3 side, removes dirt such as large-sized dust from the filtration layer 3, and then as a purification component. The treatment is performed in a process of passing through the filter molded body 1 using activated carbon to adsorb and remove residual chlorine and organic substances, springing into the hole 5 and exiting from the water purification port J of the water treatment device S.
[0022]
The filter molded body 1 obtained by the production method of the present invention is a porous solid activated carbon molded body solidified with a purification component such as activated carbon and a polymer binder having a high molecular weight and a low melt index. It is configured to perform water treatment or air purification by passing water or air, and the filter formed of the filter molded body 1 alone can be used as a filter for water treatment or air purifier, for example, a hollow fiber membrane It can also be used in combination with other filters.
[0023]
Moreover, although the shape which has the hole 5 in the center of the cylinder of the filter molded body 1 which has a cylindrical shape was demonstrated in said example, what took other shapes, such as a thing without the hole 5, and prismatic shapes other than a cylinder, may be used. Absent.
[0024]
The hollow fiber membrane referred to here is a porous and hollow thread having a hollow hole continuous in the longitudinal direction at the center of the thread and a wall surrounding the hollow hole having a pore of about 0.01 to 5 μm. The material is made of polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, polyvinyl chloride, polyethylene, polypropylene, 4-methyl-1-pentene, polyester, polyamide, polysulfone, cellulose derivatives, and the like. Usually, a U-shaped hollow fiber bundle is housed and fixed in a cylindrical container. Moreover, the porosity of the hollow fiber membrane used normally is about 20 to 90%.
[0025]
By using the filter molded body 1 solidified with a polymer binder in this way, it has the ability to remove not only chlorine but also dirt and turbidity, and if a hollow fiber membrane is used in combination, dirt and turbidity are further removed. Therefore, it is possible to provide a filter for a water treatment device that can increase the performance of the hollow fiber membrane and can last a long time.
[0026]
FIG. 5 is a cross-sectional view of a mold M filled with a raw material, which is a mixture of a purification component and a polymer binder, and pressed by an upper mold in the manufacturing method of the present invention, and FIG. Sectional drawing of the place which has removed the filter molded object 1 with the type | mold is shown.
[0027]
As shown in FIG. 5, a mold M used when manufacturing the filter molded body 1 includes a cylindrical side mold 7 made of aluminum, iron, or the like having a high thermal conductivity and an inner diameter of the side mold 7. It consists of an upper die 8 having the same outer diameter and a lower die 9 having the same shape. The upper mold 8 and the lower mold 9 have

flanges

8a and 9a.
[0028]
Next, the manufacturing method of the filter molded body 1 of this invention using this mold M is demonstrated. Here, a procedure for forming a cylindrical shaped body having a predetermined density and a uniform particle size will be described as an example.
[0029]
First, a purification component such as activated carbon and a powdery high molecular weight, low melt index polymer binder are mixed and stirred at a predetermined ratio to obtain a raw material 6 in which both are uniformly dispersed. At this time, the activated carbon is granular or powder finer than 60 mesh, and the polymer binder has a particle size of about 100 μm so that the activated carbon is dispersed over the entire area of the filter molded body and the water treatment effect can be sufficiently exhibited. Use things.
[0030]
The lower mold 9 is arranged on the side mold 7 so that a part thereof is inserted through the spacer 10. Next, the raw material 6 is filled in the cavity 11 formed by the side mold 7 and the lower mold 9 so that the height of the molded filter body after molding is 150 to 200%. Then, the mold M containing the raw material 6 is vibrated for 5 to 10 seconds at an amplitude of 1 to 3 mm and a frequency of 5 to 10 times / second with a vibration device (not shown) to increase the predetermined height by 5 to 15%. Reduce the bulk of the raw material until Here, the filter molded body height after molding is a target value of the height when the filter molded body is completed. Note that this target value includes a target value that takes into account the difference in dimensions due to shrinkage of the molded body during cooling after molding.
[0031]
When the mold M is vibrated, if the amplitude becomes too large or the vibration frequency becomes too large and vibration is applied too much, the raw material 6 is too clogged and a predetermined density cannot be obtained. Further, the raw material 6 is separated due to the difference in particle size and weight, and a uniform molded body may not be obtained.
[0032]
On the other hand, if the vibration is insufficient, when the pressure is adjusted after heat molding and the height of the molded filter body after molding is adjusted, the amount of adjustment due to pressurization is large. The inner surface of the mold and the material interface are rubbed and clogged, impairing the function as a filter.
[0033]
Following the filling of the raw material 6 and the vibration of the mold M, the upper die 8 is lowered until the flange 8a contacts the side die 7, and the raw material 6 in the die is pressurized at a pressure of about 0 to 5 MPa. And it heats for 30 to 120 minutes at 130-300 degreeC within oven, and makes the polymer binder in a raw material a fluid state. When the polymer binder is in a fluidized state, the mold M is taken out of the oven, the spacer 10 is removed and the lower mold 9 is pressed into the side mold 7 and pressed until the flange 9a comes into contact. Pressurization is performed at a pressure within the range. In this state, the height of the filter molded body is substantially after molding.
[0034]
In demolding, the mold M is sufficiently cooled, the upper mold 8 and the lower mold 9 are pulled out, and the punched filter molded body 1 is demolded with a cylindrical demolding tool (not shown).
[0035]
Thus, a predetermined amount of activated carbon and a polymer binder are mixed in the mold M, filled in the mold M, adjusted to be bulky by applying vibration, pressurized on the upper mold 8 side, and heated at a temperature of about 200 ° C. for a predetermined time. After that, by applying pressure on the lower mold 9 side to adjust the compression amount, cooling, and releasing the mold, the particle size is uniform and the density is adjusted within the range of 0.5 to 0.65 g / cm ³ as described above. The filter molded body 1 can be created.
[0036]
It can be said that it is preferable to perform heating in the order of pressurization with one mold and pressurization with the other mold after heating because the entire filter molded body can be molded with a more uniform density.
[0037]
Further, although the bulk is reduced by filling the mold with the raw material, the process is not essential and may be omitted. Furthermore, the upper die 8 and the lower die 9 have

flanges

8a and 9a, respectively, and the

flange

8a and 9a are pushed in until the

flanges

8a and 9a come into contact with the side die 7. If it is, such a method is not necessarily required, and even if a mold provided with a flange is used, it is not necessary to push it to the end.
[0038]
In the above description, the pressurization is performed after taking out from the oven, but the method is not limited to this, and the pressurization may be performed in the oven. Further, the mold is heated and maintained in a range of 130 to 300 ° C. by heating with an oven. If it is less than 130 ° C, the polymer used as a binder has not reached the melting point, so it cannot be solidified, and if it exceeds 300 ° C, the polymer deteriorates and problems such as poor appearance occur. It is not preferable because it is connected.
[0039]
Moreover, the time hold | maintained in the said temperature range is about 30-120 minutes. If it is less than 30 min, there is a problem in that the inside of the molded body cannot be sufficiently heated, and there is a problem that the center portion is not solidified, and if it exceeds 120 min, the polymer deteriorates and there are problems such as poor appearance. Since it will occur, it is not preferable.
[0040]
Hereinafter, the raw materials used in the present invention and their properties will be described in detail. The filter molded body obtained in the present invention is a porous body obtained by solidifying a purification component such as activated carbon with a polymer binder, and a low melt index high molecular weight porous polymer is used as the polymer binder.
[0041]
Examples of the purification component that is one of the raw materials for the filter include activated carbon, zeolite, chelate fiber, silica, calcium carbonate, magnesium carbonate, wollastonite, and glass fiber. It mix | blends in the state of a powder so that a purification | cleaning component may disperse | distribute uniformly in a filter.
[0042]
As a low melt index polymer binder, it must be non-toxic because it can be used without problems as a filter for water treatment or air purifiers. A resin that is easy to form is preferable. Specifically, resins such as polyamide and polyethylene can be used. More preferably, ultrahigh molecular weight polyethylene having a molecular weight of about several hundreds of thousands to several millions, the raw material has a particle size of about 100 μm, and a bulk density of 0.3 g / a cm ³ less than the resin, melt index, 1.1~2.3g / 10min (ASTM D1238,190 ℃ , 15kg Load) include those wherein.
[0043]
When this polymer binder is used, if the melt index is less than 1.1 g / 10 min (ASTM D1238, 190 ° C., 15 kg Load), the activated carbon used as a filter has a poor flow during block molding, and the activated carbon is solidified and blocked. In order to achieve this, the amount of polymer binder must be increased. As a result, the amount of activated carbon in the filter is reduced, and the performance for treating water is lowered.
[0044]
Conversely, if the melt index exceeds 2.3 g / 10 min (ASTM D1238, 190 ° C., 15 kg Load), the polymer melted during the molding of the filter will cover the pores of the activated carbon, and water will pass through the activated carbon. Since it becomes impossible, it is not preferable.
[0045]
Since the polymer binder is a polymer having a melt index as described above, the polymer binder has an appropriate viscosity at a high temperature, so that the polymer melted at the time of molding the filter does not cover the pores such as activated carbon. Forming a porous body is an effective binder that does not impair the function of the filter in which the purification component is solidified.
[0046]
Further, depending on the type of the purification component, the mixing ratio of the purification component and the polymer binder is 10 to 25% by weight of the polymer binder with respect to the purification component, and the density of the filter molded body is 0.5. By ensuring that it has ~ 0.65 g / cm ³ , for example, a flow rate exceeding 2.0 L / min normally required in a faucet direct-coupled water treatment device is secured at a dynamic water pressure of 0.1 MPa. Is possible.
[0047]
When the blending amount of the polymer binder with respect to the purification component is less than 10% by weight, it becomes difficult to solidify the purification component, and when it exceeds 25% by weight, there are many portions where the polymer binder covers the surface of the purification component. This is not preferable because the function of purifying the purification components cannot be effectively used.
[0048]
Moreover, when the density of the filter molded body after solidification is less than 0.3 g / cm ³ , the rigidity is lowered, and the filter molded body is fragile and easily collapses. If it exceeds 0.70 g / cm ³ , it will be too hard and there will be no voids in the filter molded body, making it impossible to obtain a sufficient flow rate.
[0049]
When the filter molded body obtained by the production method of the present invention is used in combination with a hollow fiber membrane filter, most of the dirt is removed by the filter molded body. A filter molded body that reduces clogging, extends the service life, and has sufficient performance and ability even when the weight and size of the filter are limited, such as a faucet direct-attached water treatment device. Can be provided. In addition to the hollow fiber membrane filter, it can be used in combination with another filter having a purification effect.
[0050]
The filter molded body obtained by the present invention can be applied to a faucet direct connection type, a stationary type, a built-in type or a portable type that is previously incorporated in a kitchen sink, regardless of the form of the water treatment device.
[0051]
【Example】
Next, the filter molded body as an example manufactured by the manufacturing method of the present invention and the filter molded body as a comparative example manufactured by a conventional method are manufactured, respectively, and the density, flow rate, and pressure loss are measured. The effect of was confirmed.
[0052]
Example 1
As a purification component, 60-100 mesh pass granular activated carbon is used, and a polymer binder is 1.5 g / 10 min (ASTM D1238, 190 ° C., 15 kg Load) high molecular weight porous polymer (manufactured by Ticona Gmbh, Hostalen GUR2105) 15% by weight. The blended raw material was prepared, and the raw material was filled into the cavity using a mold as shown in FIG. The lower mold is fitted into the side mold with a spacer interposed. The raw material is pressurized by pushing the upper die until the flange comes into contact with the side die, put into an oven and heated at 200 ° C. for 1 hour, and then the spacer is removed and the lower die is pushed into contact with the side die. Was pressurized. Then, it cooled to room temperature and demolded. The finished molded body is a long molded body having an outer diameter of φ42.6 mm, a height of 111 mm, and a raw material filling amount of 51 g, which is cut to a height of 19 mm to form five filter molded bodies. .
[0053]
Among the five filter molded bodies, the top one, the middle one and the bottom one in the height direction were selected and the density and flow rate were measured. The results are shown in Table 1.
[0054]
(Comparative Example 1)
Before heating in the oven, remove the spacer and press the lower mold until the flange contacts the side mold to pressurize the raw material from the lower mold side, and then put into the oven and heat the same as in Example 1 Five filter molded bodies were produced.
[0055]
Among the five filter molded bodies, the top one, the middle one and the bottom one in the height direction were selected and the density and flow rate were measured. The results are shown in Table 1.
[0056]
(Comparative Example 2)
After filling the cavity with the raw material, it was heated in an oven, and then the upper mold was pushed in to pressurize the raw material, and pressurization with the lower mold was not performed. Manufactured. The pressurization allowance for pressurization by the upper die is the same as that obtained by adding the push allowance for the upper die and the pusher for the lower die in the first embodiment.
[0057]
The density, flow rate (each when the water pressure is 0.10 MPa, 0.15 MPa, 0.20 MPa) are selected by selecting the top, middle and bottom ones in the height direction among the five filter molded bodies. Was measured. The results are shown in Table 1.
[0058]
[Table 1]

[0059]
As can be seen from the results in Table 1, in Comparative Example 2, there is a large pressure loss (flow rate: 2 L / min) difference due to the difference in molding position, whereas in Example 1, the difference is small. . Further, even in comparison between Example 1 and Comparative Example 1, there is a difference in pressure loss due to the difference in molding position. As a result, the order of pressurization and heating is one of the upper mold and the lower mold in claim 2. It can be seen that filter molding with little difference due to the difference in molding position can be obtained by using the order of pressurization, heating, and pressurization with the other mold.
[0060]
【The invention's effect】
As described above, in order to achieve the above object, the present invention provides a filter for removing pollutants from water, the atmosphere, etc., and at least a purification component and a polymer binder having a high molecular weight and a low melt index. In a method for manufacturing a filter molded body, in which a raw material made of the above is filled in a mold and molded into a predetermined shape by heating and pressing, the mold molds a side mold for molding the filter side surface, an upper mold for molding the upper surface, and a lower surface. It consists of a lower mold, and the upper mold and the lower mold are respectively arranged so as to be movable in the vertical direction with respect to the side mold, and the upper mold or the lower mold is filled with the raw material in the cavity formed by the upper mold, the lower mold and the side mold. It is characterized by having a step of pressurizing the raw material with one of the lower molds and then heating to raise the temperature of the mold to 130 to 300 ° C. and pressurizing the raw material with the other mold in the heated state To do.
[0061]
Thus, by adopting a configuration in which pressure is applied from both the upper and lower sides at the time of manufacturing the filter molded body, the difference in density between the upper and lower sides of the completed filter molded body can be suppressed to a small one. Even if a plurality of molded bodies are molded at a time, the same density can be produced, and the flow rate and the performance as a filter can be equal. In addition, by applying the heating timing after pressurization with the upper mold and before pressurization with the lower mold, the variation in density between the upper and lower sides can be further reduced, and the variation in filter performance is also small. You can get things.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a filter molded body obtained by the production method of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of a filter for a water treatment device using a filter molded body.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a faucet direct-coupled water treatment device.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a mold filled with a raw material and pressurized from the upper mold side.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a state where the upper mold flange is pushed in until it comes into contact with the side mold.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a state where the spacer is removed and pushed down until the lower mold flange comes into contact with the side mold.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Filter molded object 2 Filter for water treatment equipment 3 Filtration layer 4 Cap 5 Hole 6 Raw material 7 Side die 8 Upper die 8a Flange 9 Lower die 9a Flange 10 Spacer 11 Cavity S Water treatment device M Mold

Claims

水や大気などから汚染物質を除去するフィルターであって、少なくとも浄化成分と高分子量で低メルトインデックスの重合体結合材からなる原料を金型内に充填し、加熱加圧して所定形状に成形するフィルター成形体の製造方法において、金型はフィルター側面を成形する側型、上面を成形する上型、下面を成形する下型からなり、上型と下型はそれぞれ側型に対して上下方向に移動可能に配置され、上型と下型と側型とで形成されるキャビティ内に原料を充填して上型もしくは下型のいずれか片方の型にて原料を加圧し、その後加熱して金型の温度を１３０〜３００℃まで上げ、加熱状態で他方の型にて原料を加圧する工程を有することを特徴とするフィルター成形体の製造方法。A filter that removes pollutants from water, the atmosphere, etc., and fills the mold with at least a purification component and a high-molecular-weight, low-melt index polymer binder into a mold and molds it into a predetermined shape by heating and pressing. In the method of manufacturing a filter molded body, the mold is composed of a side mold that molds the side surface of the filter, an upper mold that molds the upper surface, and a lower mold that molds the lower surface. It is arranged so that it can move, the raw material is filled in the cavity formed by the upper mold, the lower mold and the side mold, the raw material is pressurized with either the upper mold or the lower mold, and then heated to gold A method for producing a filter molded body comprising a step of raising the temperature of a mold to 130 to 300 ° C and pressurizing a raw material with the other mold in a heated state .