JP3989797B2 - 耐熱性フィルター - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、優れた耐熱性、耐蒸熱性、耐酸性を兼ね備えた耐熱性フィルターに関するものである。本発明の耐熱性フィルターは、例えば、石炭ボイラー、ゴミ焼却炉、金属溶鉱炉、あるいはディーゼル自動車などから排出される高温ダストなどを集塵するためのフィルター用濾材などに好適に使用されるものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えば、ゴミ焼却炉、石炭ボイラー、金属溶鉱炉などから排出されるダストを集塵するためのフィルターとしては、周知のように、バグフィルターが用いられてきた。そのバグフィルター濾材は、排ガス温度が140℃〜250℃の高温であることから、耐熱性を必要とし、また、排ガス中にはSOx、NOxなどの酸性ガスおよび水分が含まれていることから、耐酸性および耐加水分解性を必要としているため、濾布としてポリフェニレンサルファイド(以下PPSという)繊維、メタ系アラミド繊維、ポリイミド繊維、フッ素繊維、或いはガラス繊維などの各種耐熱性繊維を用い、特に不織布が用いられてきた。
【0003】
また、近年では、この温度雰囲気下において高捕集効率、すなわち、限られた空間内で、できるだけ多くの排ガスを濾過する要求があり、狭い空間内で濾過面積を多くとることが必要であることから、特開平11−158776号公報に示されるような、PPS不織布に合成樹脂を含浸し、さらに濾材にプリーツ加工を施したフィルターが開発され、また、含浸用樹脂として、たとえば、特開2001−192953号公報では、メラミン樹脂またはフェノールホルムアルデヒド樹脂を含浸成型用樹脂として用いると、耐熱性が非常に良好であり、かつ、高温下においても軟化しにくく、基材に含浸した際の高温下でのプリーツ形態保持性が良好であることが記載されている。
【0004】
ところが、前記の特開2001−192953号公報で提案されているようなPPS繊維からなる不織布にpHが4〜8のフェノール樹脂を含浸した繊維基材においては、高温下にて長期間使用された際に、異常な強度劣化を生じ、引張強力、耐折強さが大幅に低下し、長期間での使用において濾材が破損するなどの問題があった。前記強度劣化の原因の仮説としては、上記の排ガス中に存在するSOx、NOx等の酸性ガスにより、フェノール樹脂が分解するか、或いは更に、PPS繊維が酸化劣化し、SO2などの酸化物を発生し、これらの酸化物がフェノール樹脂を分解し、更にフェノール樹脂の分解物がPPS繊維を分解するという相乗分解により、強度劣化が生じたものと推定される。また、メタ系アラミド繊維、パラ系アラミド繊維或いは、ポリイミド繊維の場合においても、上記の排ガスに加え、酸化劣化や加水分解により、NOXなどの酸化物が発生し、この酸化物がフェノール樹脂の分解を促進することが仮説として推定される。また、フッ素繊維を用いた場合も、該繊維由来のSOXやNOX等の酸性ガスの発生はないものの、排ガス中のSOXやNOX等の酸性ガスにより、フェノール樹脂の分解を促進することは避けられない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、本発明の目的は、かかる従来技術の欠点を解消することを目的とし、高温下で使用されるフィルター用の濾材として用いても、引張強力、耐折強度の低下が少なく、さらには、高温下での使用において濾材が破損しにくく、長期間の寿命を達成し得ることが可能な耐熱性フィルターを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、これらを解決するためには耐熱性有機繊維基材に高アルカリ性の樹脂を加えることが効果的であることを見出した。
【0007】
すなわち、本発明は、ポリフェニレンサルファイド繊維、パラ系アラミド繊維、メタ系アラミド繊維、ポリアミドイミド繊維、ポリイミド繊維、及びフッ素繊維からなる群から選ばれた少なくとも1種の耐熱性有機繊維を含有してなる耐熱性有機繊維基材に、アルカリ性フェノール樹脂組成物、アルカリ性物質含有ポリアミドイミド樹脂組成物、アルカリ性物質含有ポリイミド樹脂組成物、及びアルカリ性物質含有アラミド樹脂組成物からなる群から選ばれる少なくとも1種のアルカリ性物質含有樹脂組成物を固着して構成される耐熱性フィルターを提供する。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明に用いる耐熱性有機繊維基材を構成する耐熱性有機繊維としては、PPS繊維、パラ系アラミド繊維、メタ系アラミド繊維、ポリアミドイミド繊維、ポリイミド繊維、及びフッ素系繊維からなる群から選ばれる少なくとも1種を含有しているものが好ましく、さらに、ガラス繊維、炭素繊維などの無機耐熱性繊維を含有していてもよい。
【0009】
前記PPS繊維とは、その構成単位の90%以上が、−(C6H4−S)−で構成されるフェニレンサルファイド構造単位を含有する重合体からなる繊維である。
【0010】
また、前記パラ系アラミド繊維、メタ系アラミド繊維とは、アミド結合を介して結びついた芳香族基よりなる合成高分子であり、各アミド基が芳香族環のパラ位またはメタ位に結合していればよい。前記パラ系アラミド繊維としては、例えば、東レ・デュポン(株)製商品名「ケブラー」等の市販品が挙げられる。また、前記メタ系アラミド繊維としては、例えば、デュポン(株)製商品名「ノーメックス」等の市販品が挙げられる。また、ポリアミドイミド繊維としては、例えば、KERMEL(ローヌプーラン社製)が挙げられる。また、ポリイミド繊維としては、例えば、P−84(レンチング社製)が挙げられる。
【0011】
また、前記フッ素繊維としては、繰り返し構造単位の90%以上が、主鎖又は側鎖にフッ素原子を含有するモノマーで構成された重合体からなる繊維が挙げられる。これらの重合体の例としては、4フッ化エチレン−6フッ化プロピレン共重合体(FEP)、4フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、4フッ化エチレン−エチレン共重合体(ETFE)、ポリ−4フッ化エチレン(PTFE)等が挙げられ、中でも、耐熱性、耐薬品性の点からポリ−4フッ化エチレン(PTFE)が好ましい。
【0012】
これらの耐熱性有機繊維の中でも、耐熱性、耐蒸熱性、耐酸性に優れ、比較的低価格のPPS繊維が好ましい。
【0013】
また、PPS繊維を耐熱性有機繊維として用いて、プリーツ型フィルターとして使用する場合は、170℃などの高温下で用いられた際に濾材が軟化したり、さらにはプリーツの形態が変形したりして、排ガス濾過時の圧力損失が急上昇するような、熱変形に起因する不具合がある場合には、例えば、パラ系アラミド繊維、ガラス繊維などの高温下においても変形しにくい高い耐熱性を有する繊維を配合させることが、更に好ましい。
【0014】
上記PPS繊維と上記の高い耐熱性を有する繊維とを用いる場合、PPS繊維と上記の高い耐熱性を有する繊維との配合混率は、耐酸性、耐加水分解性などを維持するために、耐熱性有機繊維基材中においてPPS繊維が50重量%以上となるような割合で配合することが好ましく、更に、70重量%以上となるような割合で配合することが好ましい。PPS繊維の配合率が耐熱性有機繊維基材の50重量%以上であると、フィルターとして、高温、高水分率の酸性ガスを含む雰囲気下で使用されても、繊維基材が劣化してフィルターの引張強力、耐折強さが低くなるようなことがなく、長期間での使用でも、フィルターの破損の危険性が少なくなる。
【0015】
これら種々の耐熱性繊維を配合するための手法に関しては特に限定されるものではなく、周知のカーディング法、エアレイ法、抄紙法などを用いることができる。
【0016】
本発明の耐熱性フィルターに用いる耐熱性有機繊維基材を得るための手法に関しては、織物、編み物、不織布などの周知の方法を用いることができるが、フィルターとして使用された際に、効率良くダストを捕集しかつ、長期間使用されても目詰まりによる圧力損失の上昇が少ない不織布が好ましく用いられる。
【0017】
また、本発明に用いるアルカリ性物質含有樹脂組成物としては、例えば、アルカリ性フェノール樹脂組成物、アルカリ性物質含有ポリアミドイミド樹脂組成物、アルカリ性物質含有ポリイミド樹脂組成物、アルカリ性物質含有アラミド樹脂組成物などの各種アルカリ性物質含有樹脂組成物が挙げられ、これらの樹脂組成物からなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。また、前記アルカリ性物質含有樹脂組成物としては、アルカリ性フェノール樹脂を含有する樹脂組成物であることが好ましい。
【0018】
また、前記アルカリ性物質としては、本発明の耐熱性フィルター使用条件で、SOXやNOX等の酸性ガスをトラップできるものであれば特に限定されないが、例えば、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、アミン類が挙げられる。これらの中でも、アルカリ金属水酸化物、またはアルカリ土類金属水酸化物が好ましい。更に、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化バリウムが特に好ましい。
【0019】
前記アルカリ性フェノール樹脂組成物に含まれるフェノール樹脂としては、アルカリ性の反応触媒下で、フェノール類とアルデヒド類とを反応させて得られるレゾール型フェノール樹脂類、あるいは酸触媒又は金属塩触媒下で、フェノール類とアルデヒド類とを反応させて得られるノボラック型フェノール樹脂類が挙げられる。
【0020】
前記アルカリ性フェノール樹脂組成物において、レゾール型フェノール樹脂組成物の場合、該樹脂形成反応時に、前記アルカリ性物質を触媒として添加して反応させてアルカリ性にしてもよく、また、反応終了したレゾール型フェノール樹脂に対しアルカリ性物質を配合してアルカリ性にしてもよい。また、ノボラック型フェノール樹脂組成物の場合は、ノボラック型フェノール樹脂とヘキサメチレンテトラミンとを前記アルカリ性物質の水溶液に溶解させてもよいし、又、低アルカリ性の条件で反応したレゾール型フェノール樹脂の場合も、前記のアルカリ性物質をあとで追加してもよい。アルカリ性物質の含有量は、熱劣化抑制効果が顕著となる点から樹脂中のフェノール性水酸基1モル当たりに対しアルカリ性物質が0.1以上となるように用いることが好ましい。また、樹脂分をより多くフィルターに固着させることができる点から、樹脂中のフェノール性水酸基1モル当たり、アルカリ性物質が1.0モル以下となるように用いることが好ましい。
【0021】
前記アルカリ性フェノール樹脂組成物に用いるフェノール樹脂は、例えば、フェノール類とアルデヒド類との反応で得られる。前記フェノール類としては特に限定されないが、例えば、フェノール、クレゾール等の(アルキル)フェノール類、レゾルシノール、カテコール等の芳香族ジオール、ビスフェノールA等のビスフェノール類が挙げられる。また、アルデヒド類としてはホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒド等が挙げられる。
【0022】
また、前記アルカリ性フェノール樹脂組成物で用いるレゾール型フェノール樹脂組成物を得るためのレゾール化反応に用いるアルカリ性の触媒としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、炭酸ナトリウム、アンモニア、ヘキサメチレンテトラミン等が挙げられる。ノボラック反応の場合の触媒としては硫酸、シュウ酸、パラトルエンスルホン酸等の酸類や酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酢酸亜鉛等の多価金属塩類が挙げられる。
【0023】
前記フェノール樹脂を製造する際のアルデヒド類/フェノール類の比率は、レゾール型フェノール樹脂の場合は〔(アルデヒド類)/(フェノール類)〕のモル比として、1.0〜3.5であることが好ましい。中でも貯蔵安定性良好、ホルムアルデヒド放出量が少ない等の点から〔(アルデヒド類)/(フェノール類)〕(モル比)=1.5〜2.5であることが特に好ましい。
【0024】
また、ノボラック型フェノール樹脂の場合は〔(アルデヒド類)/(フェノール類)〕のモル比として0.3〜1.0であることが望ましい。
【0025】
また、フェノール樹脂自体の速硬化性を改良するためにフェノール樹脂にレゾルシノール、アミノフェノール等の変性剤を一部共縮合した樹脂を併用することができる。変性剤を樹脂固形分重量全体に対して0.1〜20重量%で共縮合することが望ましい。前記変性剤を用いる場合は、速硬化性改良効果が顕著に表れる点から0.1重量%以上が好ましく、また、樹脂のコストが増大しない点から20重量%以下が好ましい。
【0026】
また、本発明に用いるアルカリ性物質含有ポリアミドイミド樹脂組成物としては、例えば、ジメチルアセトアミド等の非プロトン性極性溶媒のポリアミドイミド樹脂溶液に前記アルカリ性物質を固形、或いは水溶液の形で混合したものが挙げられる。また、アルカリ性物質含有ポリイミド樹脂組成物、或いはアルカリ性物質含有アラミド樹脂組成物としては、前記のように溶媒等でポリイミド樹脂、或いはアラミド樹脂溶解後に、アルカリ性物質を添加しても良い。また、これらの樹脂が溶媒に不溶な場合は、水等に樹脂を懸濁させた後、アルカリ性物質を固体状或いは溶液の形で配合してもよい。この際、添加するアルカリ性物質としては、熱劣化抑制効果が顕著となる点から、アルカリ性物質含有樹脂の固形分100重量部当たり、固形水酸化ナトリウム換算で2重量部以上が好ましい。また、樹脂分をより多くフィルターに固着させることができる点から、アルカリ性物質含有樹脂固形分の100重量部当たり、固形水酸化ナトリウム換算で20重量部以下が好ましい。
【0027】
特に、プリーツ型フィルターとして使用する場合は、フィルターとして使用した際の、高温下においてのプリーツ形態保持性が優れる点から、アルカリ性フェノール樹脂組成物が好ましい。また、これらアルカリ性物質含有樹脂組成物に関しては単独で用いることもできるし、これらの混合で用いることもできる。
【0028】
本発明の耐熱性フィルターは、耐熱性有機繊維基材、およびアルカリ性物質含有樹脂組成物をその基本構成とし、耐熱性有機繊維基材にアルカリ性物質含有樹脂組成物を固着して構成される。固着にあたっては、耐熱性有機繊維基材にアルカリ性物質含有樹脂組成物を含浸もしくは塗布することにより行うことができる。耐熱性有機繊維基材にアルカリ性樹脂組成物を固着することにより、高温下において使用された際にフィルターの引張強力、耐折強さの低下が少なく、さらには高温下においてフィルターとして使用された際に、長期の寿命を達成することができる。
【0029】
また、アルカリ性物質含有樹脂組成物に加えて、更に、アルカリ性無機バインダーである珪酸ナトリウム類なども用いることができる。この併用にあたっては、アルカリ性物質含有樹脂組成物、例えばアルカリ性フェノール樹脂組成物と珪酸ナトリウムを混合して用いてもよく、アルカリ性フェノール樹脂組成物を含浸、乾燥の後、珪酸ナトリウムを含浸してもよい。逆に、珪酸ナトリウムを含浸もしくは塗布、乾燥し、その後にアルカリ性フェノール樹脂組成物を含浸もしくは塗布してもよい。
【0030】
前述の耐熱性有機繊維を拘束するためのアルカリ性物質含有樹脂組成物は、繊維基材を構成する繊維同士の少なくとも交点に絡みついて、繊維に固着されており、繊維と繊維の相対運動を抑制するので、繊維基材に剛性を付与することができる。固着の状態は、繊維と繊維の交点に水掻き状に固着(繊維の交点近傍において、繊維の交点を形成する各繊維に固着して、アルカリ性物質含有樹脂組成物が一部面状に広がった状態で固着)していても、点状に固着していても構わないが、水掻き状に固着している方が物理的な変形に対する抵抗力が高いために好ましい。
【0031】
ここで、アルカリ性物質含有樹脂組成物の耐熱性有機繊維基材に対しての固形分含浸量は、耐熱性有機繊維基材100重量部に対して5〜80重量部であることが好ましい。繊維を拘束するための拘束力や、プリーツ型フィルターとして用いる際の濾材剛性が高くなることから、固形分含浸量が5重量部以上が好ましく、また、排ガスなどを通過させるための空隙が充分確保でき、これによりフィルターとしての通気量が低下せず、排ガス濾過時の圧力損失も抑制できることから、固形分含浸量が80重量部を以下が好ましい。
【0032】
本発明の耐熱性フィルターは、250℃の空気中で10日間処理した後のJIS L 1096に基づいて測定した引張破断強力の保持率が、50%以上であることが、高温下において使用された際にフィルターが劣化し、破損が生じにくいことから好ましい。
【0033】
また、本発明の耐熱性フィルターは250℃の空気中で10日間処理した後のJIS P−8115に基づいて測定した耐折強さの保持率は、250℃の空気中で10日間処理した後の耐折強さの保持率が、高温下において使用された際にフィルターが劣化しにくく、さらにはパルスジェットなどのダスト払い落とし時の物理的折り曲げ疲労が加わっても、フィルターに破損が生じにくいことから、3%以上であることが好ましい。
【0034】
なお、高温下での高い剛性を得るために必要な標準状態(温度:20℃、圧力:大気圧)での耐熱性フィルターの剛性は、JIS−L1096に規定されるガーレ法に基づく剛軟度により評価できることが本発明者により見出された。耐熱性フィルターの剛軟度は、高温下でのプリーツの形態保持性が優れることから40mN以上が好ましく、プリーツ加工が容易なことから、150mN以下が好ましい。なお、本発明で測定される剛軟度については、繊維基材に樹脂溶液を含浸もしくは塗布の後、樹脂配合液の水分を除去し、更に200℃程度の高温で樹脂をキュアした後、測定されるものである。このように繊維基材に樹脂を含浸もしくは塗布することにより、繊維同士の交点が拘束され、繊維基材の剛軟度は大幅に向上する。
【0035】
これらの250℃の空気中で10日間処理した後の、引張破断強力の保持率や耐折強さの保持率、及びガーレ法に基づく剛軟度は、バインダーとしてのアルカリ性物質含有樹脂組成物の含浸或いは塗布量、アルカリ性物質含有樹脂組成物の種類、アルカリ性の程度、例えば樹脂重合時のアルカリ触媒の使用量或いは樹脂へのアルカリの添加量を適量にすることにより、高温下において長期間使用した際の耐熱性を大幅に向上させ、上記性能を達成することができる。
【0036】
本発明で用いられる耐熱性有機繊維基材を構成する耐熱性有機繊維の単繊維繊度は、繊維のカーディング時やニードルパンチ時において繊維が糸切れを起こしにくく、耐熱性フィルターの強力が低下しないことから0.11デシテックス以上が好ましく、繊維の表面積が低下せず、ダストの集塵性能が良好であることから22.2デシテックス以下であることが好ましい。
【0037】
このようにして得られた耐熱性フィルターは、プリーツ状に折り曲げ加工することにより、エアフィルターとして好適に用いることができる。特に、高温の排ガスなどを集塵する際において、高温下での剛性が高い点から、より好ましく使用される。
【0038】
上記した以外の用途の主な例として、プリーツ加工せず、通常の筒状に縫製して排ガスなどを濾過するフィルターとして使用することも可能であり、また、液体などを濾過する液体フィルター、もしくはディーゼル車の排ガスを濾過するフィルターとしても用いることができる。
【0039】
また、耐熱性フィルターの表面に微多孔膜を貼り付けることにより、フィルターとして使用した際のダストの集塵性能をより高めた耐熱性フィルターとすることができ、かつ、パルスジェットによるダストの払い落とし時のダスト払い落とし性に優れた耐熱性フィルターとすることができる。使用される微多孔膜については、特に限定されるものではないが、公知のフッ素系微多孔膜などを用いることができる。なお、上記した耐熱性フィルターの表面とは、フィルターとして使用した際のダストが堆積する側の面のことを言う。
【0040】
次に本発明の耐熱性フィルターを得るための好ましい製造方法について述べる。本発明の耐熱性フィルターを構成する耐熱性有機繊維基材は、織物、不織布、編み物などのいずれの繊維基材でも良いが、好ましくは集塵性能などの面から不織布であることが好ましい。また不織布においては、公知の不織布、例えば短繊維不織布においてはニードルパンチ不織布、湿式不織布、スパンレース不織布、エアレイド不織布などを用いることができる。また長繊維不織布においてはスパンボンド不織布、メルトブロー不織布、トウ開繊式不織布などを用いることができる。また、繊維同士を拘束させる方法においては、本発明においてはレジンボンド不織布が好ましく使用されるが、その他のケミカルボンド不織布、サーマルボンド不織布なども必要に応じて用いることができる。これらの製造方法の中でも、プリーツ型フィルター用濾材として用いるに当たっては、濾材の剛性および引張強力等の点から、ニードルにより繊維を絡合させるニードルパンチ不織布、または水流により繊維を絡合させるスパンレース不織布あるいは、熱接着タイプのスパンボンド不織布の製造方法が好ましい。
【0041】
また、本発明の耐熱性フィルターの製造方法としては、耐熱性有機繊維基材として不織布を例にとると、通常のカーディングマシンを用いて開繊後、得られたフリースを積層し、ニードルパンチにより繊維同士を絡合させる。この絡合により、不織布が得られる。
【0042】
得られた不織布は、熱プレス機、ヒートロールカレンダーなどを用い、100℃〜280℃の温度、98〜6860N/cmの線圧、0〜1mmのクリアランスで熱プレス処理される。この熱プレス処理により、不織布の厚みが調整される。この熱プレス処理により、不織布の表面層に配置された繊維が緻密化される。不織布の厚さ方向の密度の分布は、不織布の表面と平行な面で、不織布を厚さ方向に3等分にスライスした時に得られる2枚の表面層の密度Aと1枚の中間層の密度Bとの比率A/Bが、1.1〜2.5の範囲内であるように厚さ方向の密度変化があることが好ましい。
【0043】
このように表面層を緻密化することにより、例えば、ダンボールのような剛性の高い構造を有する耐熱性有機繊維基材が得られ、ダストの払い落とし性にも優れる耐熱性有機繊維基材を得ることができる。この熱プレス処理については、その手段を特に限定されるものではなく、不織布の表面を熱プレス処理できるものであればどのような手段も用いることができる。不織布と接触するロールなどの表面は、フラットであっても凹凸を有するものであってもよい。
【0044】
次に、得られた不織布に、ディップマングルを用いて、好ましく粘度が50〜700mPa・sのアルカリ性物質含有樹脂組成物を含有する溶液が含浸される。高アルカリ性物質含有樹脂組成物が含浸された不織布は、テンターにより、120℃〜300℃で処理され、含浸されたアルカリ性物質含有樹脂組成物は、乾燥、キュアされる。ここに、目標とする耐熱性フィルターが製造される。
【0045】
本発明の耐熱性フィルターは、例えば、石炭ボイラー用排ガス集塵フィルター、金属溶鉱炉用排ガス集塵フィルター、ゴミ焼却炉用排ガス集塵フィルターまたは、ディーゼル車用排ガス集塵フィルターとして好適に用いられる。
【0046】
【実施例】
以下、本発明に関して実施例、比較例により説明する。なお、以下に記載の部及び%は、特に断りのない限り重量基準である。
【0047】
製造例1
フェノール1000グラム、40%ホルムアルデヒド水溶液1596グラム、イオン交換水900グラムを還流装置の付いたフラスコに入れて、攪拌しつつ、水酸化ナトリウムの50%水溶液400グラムを徐々に加えながら80℃迄昇温し、80℃で5時間反応させてアルカリ性レゾール型フェノール樹脂水溶液を得た。得られたアルカリ性レゾール型フェノール樹脂水溶液の固形分濃度は40%、粘度は120mPa・s、pHは11.0であった。
【0048】
製造例2
フェノール1000グラム、40%ホルムアルデヒド水溶液1596グラム、イオン交換水900グラムを還流装置の付いたフラスコに入れて、攪拌しつつ、水酸化ナトリウムの50%水溶液40グラムを徐々に加えながら80℃迄昇温し、80℃で3時間反応させてアルカリ性レゾール型フェノール樹脂水溶液を得た。得られたアルカリ性レゾール型フェノール樹脂水溶液の固形分濃度は、38.9%、pHは8.9であった。
【0049】
製造例3
フェノール1000グラムを、還流装置の付いたフラスコに入れ75℃に昇温し、攪拌しながら98%硫酸10グラムを加えた。次いで、温度を85℃に保ちつつ、これに40%ホルムアルデヒド水溶液518グラムを滴下した。85℃で5時間反応させた後減圧下で水を300グラム蒸留除去し、更に170℃迄昇温しながら常圧下で水を蒸留除去し、ノボラック型フェノール樹脂を得た。得られたノボラック型フェノール樹脂の軟化点は80℃であった。
【0050】
実施例1
単繊維繊度2.2デシテックス、繊維長51mmのPPSの短繊維(東レ(株)製「トルコン」)をカーディング法によりウェブを形成し、次いで積層後、ニードルパンチ処理を行い不織布を得た。得られた不織布を、カレンダーロールで、温度190℃、線圧2,940N(300kgf/cm)、クリアランス0mmで熱処理を行ない、目付量200グラム/m2、厚み1.1mmのPPS不織布を作成した。得られたPPS不織布に、製造例1で得られたアルカリ性レゾール型フェノール樹脂水溶液アルカリ性フェノール樹脂組成物としてディップマングルを用いて含浸させ、次いで乾燥機を用いて200℃で5分間で樹脂配合液の水分を除去しB化状態とした。次いで、200℃で3分間熱処理しC化状態とした。得られたC化物は厚さ1.2mm、密度0.24グラム/cm3、繊維基材への高アルカリフェノール樹脂の付着量が100グラム/m2であった。この成型体をフィルターとしての耐熱性能を判断するために、200℃の空気雰囲気中で30、60、90日間熱処理した。引張強力、破断伸度は、JIS L 1096に基づいて、試験幅5cm、つかみ間隔10cm、引張速度 10cm/minの条件にて測定した。また、耐折強さに関しては、JIS P−8115記載の紙及び板紙のMIT型試験機による耐折強さ試験方法に基づいて耐折度を測定し、シートの可撓性を見た。
【0051】
比較として、熱処理無しのものも測定した。
なお、上記のB化状態およびC化状態とは樹脂の架橋の度合いを示す用語であって、B化状態とはすなわち樹脂配合液の水分が除去された状態を示す。また、C化状態とは、水分を除去した後、さらに乾燥された樹脂に熱を加えることによって、樹脂の架橋反応が進行した状態を示す。
【0052】
実施例2
製造例2で得られたアルカリ性レゾール型フェノール樹脂水溶液100部に50%水酸化ナトリウム水溶液10部を加え含浸用配合液とした。この配合液の濃度は39.1%、粘度は130mPa・s、pHは11.2であった。この配合液を実施例1で用いたPPS不織布に、実施例1と同様の方法で含浸し、成型した。得られた成型体は厚さ1.3mm、密度0.22グラム/cm3であった。この含浸不織布のフィルターとしての耐熱性能を実施例1と同様の方法で調べた。
【0053】
実施例3
製造例3で得られたノボラック型フェノール樹脂90部を粉砕してブロック状とし、これにヘキサメチレンテトラミン10部を加え混合し、更に平均粒子径30μmになるように粉砕した。これを10%水酸化ナトリウム水溶液200部に加え溶解させ、アルカリ性フェノール樹脂からなる含浸用配合液を得た。この配合液を用い、実施例1で用いたと同様のPPS不織布に実施例1と同様の方法で配合液を含浸し、成型した。得られた成型体は厚さ1.4mm、密度0.21グラム/cm3であった。この含浸不織布のフィルターとしての耐熱性能を実施例1と同様の方法で調べた。
【0054】
比較例1
レゾール型フェノール樹脂組成物として、フェノライトTD−4304(大日本インキ化学工業(株)製、粘度870mPa・S、pH5.5)と水とを重量比で50/50に混合した含浸用樹脂を、実施例1で用いたと同様のPPS不織布を用い、実施例1と同様の方法で含浸し、成型した。得られた成型体は厚さ1.2mm、密度0.24グラム/cm3であった。この含浸不織布のフィルターとしての耐熱性能を実施例1と同様の方法で調べた。
【0055】
比較例2
製造例3で得られたノボラック型フェノール樹脂90部を粉砕してブロック状とし、これにヘキサメチレンテトラミン10部を加え混合し、更に平均粒子径30μmになるように粉砕した。これをメタノール150部に加え溶解させて含浸用配合液とした。この配合液を用い、また、実施例1のPPS不織布を用い、実施例1と同様の方法で含浸し、成型した。得られた成型体は厚さ1.4mm、密度0.21グラム/cm3であった。この含浸不織布のフィルターとしての耐熱性能を実施例1と同様の方法で調べた。
【0056】
上記実施例1〜3、および、比較例1、2において得られた成型体の評価結果を表1に示す。
【0057】
【表1】
【0058】
表1から明らかなように、実施例1〜3の成型体は、比較例の成型体に比べ200℃で処理した際の引張強さ、および耐折強さの低下が少なく、耐熱性が良好であった。実施例1〜3の成型体および比較例1、2の成型体を、石炭ボイラーの排ガスを集塵するためのプリーツ型フィルターとして用いたところ、比較例1及び比較例2の成型体からなるフィルターは、いずれも120日の使用において、プリーツの頂点部分に亀裂および破損が見られたが、実施例1〜3の成型体からなる高耐熱性フィルターは、いずれも700日間の使用においても該フィルターに亀裂や破損は見られなかった。
【0059】
【発明の効果】
本発明に係る耐熱性フィルターは、アルカリ性バインダーを耐熱性有機繊維に固着させることにより、高温下において使用された際に引張強力、耐折強さの低下が少なく、さらには高温下においてフィルターとして使用された際に、長期の寿命を達成することができる。
本発明に係る耐熱性フィルターは、高温下での形態保持性にも優れることから、特にプリーツ型フィルターとして好適に用いられる。
Claims (12)
- ポリフェニレンサルファイド繊維、パラ系アラミド繊維、メタ系アラミド繊維、ポリアミドイミド繊維、ポリイミド繊維、及びフッ素繊維からなる群から選ばれた少なくとも1種の耐熱性有機繊維を含有してなる耐熱性有機繊維基材に、アルカリ性フェノール樹脂組成物、アルカリ性物質含有ポリアミドイミド樹脂組成物、アルカリ性物質含有ポリイミド樹脂組成物、及びアルカリ性物質含有アラミド樹脂組成物からなる群から選ばれる少なくとも1種のアルカリ性物質含有樹脂組成物を固着して構成される耐熱性フィルター。
- 前記耐熱性有機繊維基材がポリフェニレンサルファイド繊維を耐熱性有機繊維基材100重量部あたり、50重量部以上含有する、請求項1記載の耐熱性フィルター。
- 前記耐熱性有機繊維基材が不織布である、請求項1または2記載の耐熱性フィルター。
- 前記アルカリ性物質含有樹脂組成物が、アルカリ性フェノール樹脂組成物を含有する樹脂組成物である、請求項1〜3のいずれかに記載の耐熱性フィルター。
- 前記アルカリ性物質が、アルカリ金属水酸化物及び/またはアルカリ土類金属水酸化物である請求項4記載の耐熱性フィルター。
- 前記アルカリ性フェノール樹脂組成物が、フェノール樹脂組成物中のフェノール性水酸基1モルあたり、アルカリ性物質を0.1〜1.0モル含有するものである請求項5記載の耐熱性フィルター。
- 前記耐熱性有機繊維基材100重量部に対してアルカリ性物質含有樹脂組成物の固形分が5〜80量部を固着されてなる、請求項1〜6のいずれかに記載の耐熱性フィルター。
- JIS L 1096で規定するガーレ法に基づく剛軟度が40〜150mNである、請求項1〜7のいずれかに記載の耐熱性フィルター。
- 前記耐熱性有機繊維基材を構成する耐熱性有機繊維の単繊維繊度が0.11〜22.2デシテックスである、請求項1〜8のいずれかに記載の耐熱性フィルター。
- プリーツ状に折り曲げ加工されてなる、請求項1〜9のいずれかに記載の耐熱性フィルター。
- 表面に微多孔膜を貼りつけてなる、請求項1〜10のいずれかに記載の耐熱性フィルター。
- 石炭ボイラー用排ガス集塵フィルター、金属溶鉱炉用排ガス集塵フィルター、ゴミ焼却炉用排ガス集塵フィルターまたは、ディーゼル車用排ガス集塵フィルターとして用いられる、請求項1〜11のいずれかに記載の耐熱性フィルター。
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