JP4324994B2 - 繊維成形体及びその製造法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、濾過材、汚水浄化材等として好適に利用される繊維成形体及びその製造法に関するものである。また、微生物の培養用担体として用いられる繊維成形体に関する。また布帛等に充填しクッション材等の用途に用いられる繊維成形体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、浮遊物や懸濁物を含む溶液の濾過材としては、濾紙、濾布、金網、砂、セラミック等が用いられてきたが、濾紙、濾布、金網等は濾過する液体中の浮遊物や懸濁物が表面に付着して目詰まりを起こす。その結果、濾過速度が低下し、その濾過効率が悪くなる。また、砂やセラミック等を利用した粒子状物の堆積層による濾過層を用いた場合では、濾過速度の低下は小さいものの濾過精度に限界があり、濾液の透明度が悪いという面で問題が生じ、しかも洗浄も困難である。また、汚染の進んだ河川や油等の粗取り用濾材等としては短期間で目詰まりを起こすので前記濾布等の使用は不可能である。
【０００３】
このような欠点を解消する提案として 特公昭６２−１１６３７号公報には複数本の無捲縮短繊維を絡み合わせた繊維塊からなる水処理材が開示されている。これは濾過面積を大きくする事により、濾過効果の改善を計ったものであるが、この繊維塊は短繊維が単に相互に絡まりあったものであるため、長時間使用したり、使用後再使用するための洗浄時に繊維塊がばらけて短繊維の流出、強いては濾過効果が大きく低下するという問題があった。
【０００４】
また、特開平４−２７４９５号公報には繊度が１〜２０デニール、繊維長３
〜５０ｍｍの短繊維を水槽内で投入し撹拌することにより短繊維同士を絡み合わせて、集合させた後、部分的に融着して得られた繊維塊からなる水処理材が開示されている。この繊維塊は製造工程上同じ繊維（太さや長さ）を用いても繊維の絡まり度合いにより繊維塊の個々の大きさや空隙率等がバラついたまちまちなものになり、製品として濾過性能が異なる為に取扱いづらい。しかも、この方法で得られた繊維塊は、繊維塊の中心部が密になっている為に、洗浄の際に、捕集した懸濁物質の除去が十分に行われず、従って長時間に渡って濾過性能を維持することが困難であった。また繊維が細繊度繊維であり短時間で目詰まりを起こすので、粗取り用の濾材としては使用不可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、空隙率が高く、外圧に対して形状保持性の高い繊維成形体であり、特に、長時間の使用においても形状保持率が大きく、繊維の流失のない、懸濁物質の濾過効率が高く、かつ洗浄時には捕集した懸濁物質の除去率の高い水処理濾材に有用な繊維成形体及びその製造法を提供することを目的する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意研究を重ねた結果、下記の繊維成形体を用いることにより所期の目的が達成されることを見いだし、本発明を完成するに至った。本発明は、下記の構成を有する。すなわち本発明は、
（１）単糸繊度が１５０〜２５００デニールで、かつ捲縮を有している熱可塑性複合繊維が集合した繊維成形体であって、該繊維成形体を構成する前記熱可塑性複合繊維が三次元方向に分散されて絡まり合い、かつ該繊維同士の接点が融着されている繊維成形体であって、空隙率が９２〜９９％で、外圧に対する形状保持率が８７％以上であることを特徴とする水処理濾材用の繊維成形体。
（２）熱可塑性複合繊維が、繊維長が８７〜１２８ｍｍである熱可塑性複合短繊維である前記（１）項に記載の繊維成形体。
（３）熱可塑性複合繊維が、繊維長が１２９ｍｍ以上の長繊維である前記（１）項に記載の繊維成形体。
（４）熱可塑性複合繊維が、平均密度が０．９〜１．５ｇ／ｃｍ3である熱可塑性複合繊維である前記（１）〜（３）項のいずれかに記載の繊維成形体。
（５）熱可塑性複合繊維が、高融点樹脂を芯成分に配し、該高融点樹脂の融点よりも１５℃以上低い融点を有する低融点樹脂を鞘成分に配した鞘芯型構造を有する熱可塑性複合繊維である前記（１）〜（４）項のいずれかに記載の繊維成形体。
（６）繊維成形体が、球状である前記（１）〜（５）項のいずれかに記載の繊維成形体。
（７）繊維成形体が、その横断面が非円形で、かつその長軸の長さが少なくとも３００ｍｍである前記（１）〜（６）項のいずれかに記載の繊維成形体。
（８）水処理用の濾材である前記（１）〜（７）項のいずれかに記載の繊維成形体。
（９）単糸繊度が１５０〜２５００デニールであり、かつ捲縮を有する熱可塑性複合繊維を、空隙率が９２〜９９％の繊維塊に加工した後に熱処理し、熱可塑性繊維同士の接点を融着する、空隙率が９２〜９９％、外圧に対する形状保持率が８７％以上であることを特徴とする水処理濾過材用の繊維成形体の製造法。
（１０）熱可塑性複合繊維を多数集束し、該集束物を熱処理した後に、さらに該集束物を所定の長さに切断したものである前記（９）項に記載の繊維成形体の製造法。
（１１）熱可塑性複合繊維が、高融点樹脂を芯成分に配し、該高融点樹脂の融点よりも１５℃以上低い融点を有する低融点樹脂を鞘成分に配した鞘芯型構造を有する熱可塑性複合繊維である前記（９）または（１０）項に記載の繊維成形体の製造法。
（１２）熱処理を、熱可塑性複合繊維の低融点樹脂の融点以上で、高融点樹脂の融点以下の温度で行う前記（１１）項に記載の繊維成形体の製造法。
（１３）熱可塑性複合繊維集合体を多数集束し、かつ球状に加工することを特徴とする前記（９）〜（１２）項のいずれかに記載の繊維成形体の製造法。
【０００７】
以下、本発明について詳細に説明する。本発明で言う水処理濾過材用の繊維成形体とは、単糸繊度が１５０〜２５００デニールで、捲縮を有する熱可塑性複合繊維が三次元方向に分散、絡まりあって、繊維同士の接点が融着接合された構造からなっている。繊維成形は、短繊維または長繊維が使用され、該成形体の内部は、捲縮の発現した繊維の分散と絡まりにより９２〜９９％、好ましくは９４〜９８％の高空隙率を保持した微細な多孔質構造を有している。この微細な多孔質構造は汚水中の懸濁物質（以下ＳＳと略記する）を捕集し、汚水の自己浄化を促進する好気性微生物の進入や着床を助け、その増殖作用を助成するのに適している。空隙率が９２％未満では繊維が過密になりＳＳの捕集や好気性微生物の着床に悪影響を与え、浄化作用が低下する。また、洗浄時に繊維成形体から一度捕集したＳＳが完全に除去されにくいため、使用頻度を増すとともに濾過効率は大きく低下してくる。一方、空隙率が９９％を越えると、繊維成形体が粗密となるため、濾過効率が劣るものとなる。
【０００８】
本発明の繊維成形体に用いる熱可塑性複合繊維は、融点差１５℃以上有する低融点樹脂と高融点樹脂で構成される。高融点樹脂としては、例えばポリエステル、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリプロピレン等があげられ、また、低融点成分としてはポリプロピレン、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、α−レフィン共重合体、低融点ポリエステル（イソフタル酸共重合ポリエステル）等があげられ、融点差が１５℃以上有すれば組み合わせは、特に限定されるものではなく、目的とする作用効果を妨げない範囲で任意に選択できる。融点差が１５℃未満では接着加工時の管理上の困難さから熱接着が不十分になり易く、結果として濾過、洗浄時に短繊維が流失し好ましくない。
熱可塑性複合繊維の構造としては、前記低融点樹脂を鞘成分とし、高融点樹脂を芯成分とする鞘芯型構造で、繊維断面における芯成分の位置が同心しているいわゆる鞘芯同心型構造や、繊維断面における芯成分の位置が偏心しているいわゆる鞘芯偏心型構造、または芯成分を複数本以上配置した海島型構造、または低融点樹脂と高融点樹脂の並列型構造等が用いられるが、絡み合った短繊維同士の接合点の融着接合をより効果的に行うためにも低融点樹脂で高融点樹脂が全面被覆された鞘芯型構造が好ましい。
該複合繊維において、低融点樹脂と高融点樹脂の複合比は１０／９０〜９０／１０（重量比）、より好ましくは３０／７０〜７０／３０（重量比）である。低融点樹脂が１０重量％未満の場合は、短繊維同士の接合点の融着接合が不充分となり、繊維成形体の形状保持率が低下する。また、９０重量％をこえると、多孔質構造の形成が困難となる。
【０００９】
本発明に用いられる熱可塑性複合繊維の平均密度は特に限定されないが、好ましくは０．９〜１．５ｇ／ｃｍ3、さらに好ましくは０．９１〜１．４ｇ／ｃｍ3である。本発明の繊維成形体を濾過材に用いた場合、該成形体を構成している熱可塑性複合繊維の平均密度が０．９ｇ／ｃｍ3未満では発泡処理等された特殊な繊維を必要とするので高価な物となるため、好ましくない。また、平均密度が１．５ｇ／ｃｍ3越えるとエアレーション時に下部近傍に沈降するので好ましくない。 なお、前記の可塑性複合繊維に密度を調整するために本発明の効果を妨げない範囲においてタルク、酸化チタン、炭酸カルシウム、マイカ等の無機フィラーを含んでも良い。
【００１０】
本発明に用いられる熱可塑性複合繊維は、単糸繊度が１５０〜２５００デニールであり、好ましくは１５０〜２２００デニールである。単糸繊度が１００デニール未満では、形状保持性がやや劣り、例えば、濾過材として用いた場合に洗浄時のＳＳの除去が不十分となり、濾過効率が劣るようになる。また、河川等で使用した場合、流木等で破断する等の問題がある。また、５０００デニールを大きく越えると繊維成形物としたときの該成形物の空隙が大きくなりすぎて濾過効率が劣るものになる。繊維長は特に限定されず短繊維や長繊維いずれも使用できる。短繊維の場合、繊維長は８７〜１２８ｍｍであり、好ましくは９０〜１２０ｍｍである。これは短繊維を使用する場合、カード性等の点で８７〜１２８ｍｍの繊維が使用されるのである。捲縮は、本発明の繊維成形体にとって重要な意味を持つ。つまり、繊維成形体中の各繊維は三次元方向に分散され、絡み合うが、捲縮を有することにより繊維同士の絡みが促進され複雑な網目状の三次元構造の絡みになるのである。鞘芯型構造のうち、特に鞘芯偏芯型構造の場合は低融点樹脂と高融点樹脂の収縮差による潜在捲縮を発現させて絡み合わせることもできる。更には、この潜在捲縮の発現と機械捲縮付与による顕在捲縮の両方を利用することができる。特に後者の場合は、潜在捲縮によるスパイラル捲縮と機械捲縮付与によるジグザグ捲縮の両方が混在した一層複雑な三次元捲縮が発現するので繊維成形体の中に形成される多孔質構造も複雑な三次元の深層網目状多孔質構造の繊維成形体となる。かかる繊維成形体は浄化処理材等として使用すると、前述した懸濁物質の捕集を促進し、好気性微生物の進入が容易となり、一層着床箇所が増加するので、その増殖が活発となり浄化作用が向上する。その捲縮数あるいは短繊維の場合のカード通過性等を考慮し、１〜２０山／２５ｍｍが好ましく、特に好ましくは４〜１２山／２５ｍｍである。捲縮を付与する方法としてはスタフィングボックス法またはギヤー式クリパー等公知の方法を利用することができ、捲縮形態もスパイラル状、ジグザグ状等、特に限定されない。
【００１１】
本発明の繊維成形体は、このような多孔質構造を有するものからなり、該繊維成形体において、絡み合った繊維の接点が融着された結果、得られた繊維成形体中で外内層共に繊維がほぼ均等に分散絡合し、空隙率が９２〜９９％であり、かつ微細な空隙を保持した多孔質構造が得られるのである。本発明の繊維成形体は、このような多孔質構造を有するため、外圧に対して形状保持率が極めて高く、特に本発明の繊維成形体を濾過材として用いたときには、水圧に対して形状保持率が極めて高いので前述した好気性微生物の進入や着床を保持し、コンスタントな増殖作用を長期間に亘って促進しうるのである。また、洗浄時にもほとんど変形することなく形状を保持した状態で捕集した懸濁物質の除去が可能となり、再生利用にも大きく寄与するのである。高い形状保持率は複合繊維の剛性に大きく依存するが、濾過材として用いた場合も、連続して行われる攪拌などの水流外圧抵抗に耐える剛性は複合繊維によって変わるが、繊度としては１５０〜２５００デニールが適している。
【００１２】
本発明の繊維成形体を製造するにあたり、その製造法は特に限定されない。長繊維及び短繊維いずれも使用可能である。例えば、以下のような方法で製造することが可能である。単糸繊度が１５０〜２５００デニールの熱可塑性複合繊維のトウをスタフィングボックス等で所定数の機械捲縮を付与し長繊維束を製造する。この長繊維束をさらに限定量束状に引き揃え、そのまま熱処理機を用い、複合繊維同士が融着する温度以上の温度に加熱することにより、繊維成形体が得られる。熱処理機は、金型に充填するタイプのもの、金鋼型の箱に充填するタイプのもの、中空管に充填するタイプのもの等が使用される。この熱処理機は連続法で処理するタイプのものでもよく、バッチ式で処理するタイプのものいずれでもよい。連続法の場合、熱処理後に所定の長さに繊維成形体を切断し使用することもできる。切断して得られた繊維成形体をさらに球状に加工し使用することもできる。また、短繊維を使用した場合、前に捲縮を付与した長繊維を、繊維長８７〜１２８ｍｍに切断して開繊したウェブを適当量採取して熱処理し繊維成形体とすることもできる。この際、切断して開繊したウェブを丸めて熱処理加工を施すこともできる。また、前記開繊ウェブを集束して一度スライバーを形成した後、切断機でスライバーを所定の長さに切断し、熱可塑性複合繊維集合体を形成したのち、これを上下及び／または左右からの接触回転運動で球状の繊維成形体に加工することもできる。このようにして加工された繊維成形体は、該繊維成形体内部の空隙が微細な、空隙率が９２〜９９％の多孔質構造体となる。この方法によれば、好気性微生物の増殖に適した空隙率の高い繊維成形体をより効率よく得ることができる。次に、該繊維成形体を構成する複合繊維の一方の成分が軟化または融解する温度で繊維塊を、熱処理する。球状になった繊維塊については、特に、熱処理を前記温度範囲のもとで、熱風ドライヤー、熱風循環炉等の熱処理装置を用いて下方から熱風を球状繊維塊に吹き付けて行うことが好ましい。この状態で球状繊維塊を、金網等の移動ベルト上で熱風圧の調整によって、浮遊運動させながら短繊維同士の接合点を融着接合させるのである。熱処理は熱処理時間と温度とのバランスで調整することができる。特に球状繊維塊を得るのに最適な、繊維塊を浮遊させながら行う前記熱処理は、隣接する繊維塊同士の融着結合を生じずに、供給前の球状の形状を維持したまま、繊維塊内部で複合短繊維の繊維接点が熱融着接合することができる結果、得られる繊維成形体は、その成形物の外内層共に短繊維が非常に均質に分散し絡み合った三次元網目構造を生じる点で好ましい。この三次元網目構造によって、空隙率が高く、例えば、水流等の外圧に対してもほとんど変形することなく、高い形状保持率を有することができる。そして、本方法によれば、空隙率が９２〜９９％の繊維成形体をより効率よく得ることができる。かかる製造法で得られる多孔質構造の繊維成形体は例えば水処理材として用いた場合に、その使用時や洗浄時にも繊維の脱落、流失などが生じることがないという優れた効果を奏するのである。外圧に対する形状保持性は種々の方法で表現されうるが、本発明では、底部に多孔板を有し、高さが２００ｃｍで、内径が５０ｃｍである耐圧試験機内に１００ｃｍの高さまで繊維成形体を充填したのち、その上部をネットでカバーし、原水を耐圧試験機に満たしたときの前記繊維成形体の高さ（Ｈ１）を測定し、原水を通水速度６０ｍ／ｈで２４時間通水した後の前記繊維成形体の高さ（Ｈ２）を測定し、これらの測定値から、下式により求めた値を外圧に対する形状保持性の指標として、「形状保持率」として定義した。
形状保持率（％）=（Ｈ２／Ｈ１）×１００
本発明の繊維成形体は、該形状保持率が８７％以上であるときに、外圧に対する抵抗力が好ましく、例えば、これを濾過材として使用したときには、使用頻度とともに目詰まりし濾過効率の低下をきたす従来の濾過材に比べて、空隙の大きさが維持されるために良好な濾過効率を長期的に維持できるという優れた性能を発揮する。また、本発明の繊維成形体はその内部と表側で密度勾配のあるもの等の物であってもよい。本発明の繊維成形体の大きさは、種々の用途と目的において任意に選択され特に限定されるものではない。球状の繊維成形体を濾過材として使用する場合にもその大きさは任意に選択でき、例えば、平均直径が２０〜１５０ｍｍのものを選択できる。また、本発明の繊維成形体は立体状であればよい。例えば、球状、楕円形、円柱状、三角柱状、四角柱状、楕円形で、その表面に凹凸状を形成したもの等の物体が例示できる。また、その長さが略３００ｍｍ〜略５０００ｍｍあり、かつその横断面が図１に例示されるような略十字状（４枚羽根状）、略Ｙ字状（三枚羽根状）、図２に例示されるような略星状（５枚羽根状）、または６枚羽根状などの断面形状を有するものが例示できる。また、その内部と外部で密度勾配を有する上記形状のもの等が例示できる。
【００１３】
【実施例】
次に本発明を実施例及び比較例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。尚、各実施例に用いた測定法を以下に示す。
［空隙率］
繊維成形体の重量Ｗ（ｇ）と体積Ｖ（ｃｍ3）および該成形体を構成している複合短繊維の密度ｄ（ｇ／ｃｍ3）から、次式により求めた。
空隙率（％）＝（１−Ｗ／（Ｖ×ｄ））×１００
［濾過試験］
比較的流水速度の遅い、家庭用汚濁水等が流れ込む汚染が進んだ、川幅約１４０ｃｍ、水深約４０ｃｍの溝で、濾過試験を行った。この溝は、時折樹木の枝・葉などが流れ込む溝であった。
該溝の下流側に粗目の金網で仕切り、その上流側に前記繊維成形体を多数投入し、５日間放置した。
この繊維成形体を回収し、ＳＳ捕集率、洗浄後のＳＳ残留率等を求めた。なお、ＳＳ捕集率等は以下の方法に算出した。
［ＳＳ捕集率］
濾過使用前の繊維成形体の重量Ｗと５日間濾過使用後の繊維成形体の乾燥前の重量Ｙとを測定し、次式により求めた。
ＳＳ捕集率（％）＝（Ｙ−Ｗ）×１００／Ｗ
［ＳＳの残留率］
濾過使用前の繊維成形体の重量Ｗと水で５分間攪拌洗浄後の繊維成形体の乾燥後の重量Ｗ2を測定し、ＳＳの残留率を求めた。
なお、洗浄は１５０リットルの水を入れたドラム缶中に、繊維成形体を２０個入れ、５分間攪拌処理することにより行った。なお繊維成形体が長尺状のものは投入量を３本とした。
ＳＳ残留率（％）＝（Ｗ2−Ｗ）×１００／Ｗ
［繊維の耐抜糸性］
繊維成形体から５箇所の単繊維を手で軽く引き抜く。３本以上抜糸した場合、耐抜糸性不良と判定し、抜糸２本以下の場合、耐抜糸性良と判定した。
［形状保持率］
底部に多孔板を有し、高さが２００ｃｍで、内径が５０ｃｍである耐圧試験機内に１００ｃｍの高さまで繊維成形体を充填したのち、その上部をポリオレフィンモノフィラメント製ネットで浮上しないようにカバーする。原水を耐圧試験機内に満たしたときの前記繊維成形体の高さ（Ｈ１）を測定し、原水を濾過速度６０ｍ／ｈで２４時間通水した後の前記繊維成形体の高さ（Ｈ２）を測定し、下式により形状保持率を求めた。該形状保持率の値から、下記の基準で形状保持性能を評価した。なお、１個の繊維成形体の大きさが、１５ｃｍを超えるものは、最大の長さが１５ｃｍとなるように切り揃えたものを耐圧試験機に充填した。
形状保持率（％）=（Ｈ２／Ｈ１）×１００
判定基準
良 ：９０％以上
可 ：８０％以上９０％未満
不可：８０％未満
【００１４】
（実施例１）
融点１２６℃の高密度ポリエチレンを鞘成分とし、融点２５６℃のポリエステルを芯成分とし、鞘芯複合比６０／４０（重量比）、単糸繊度３１０デニール、６山／２５ｍｍのジグザグ捲縮を有する繊維長９２ｍｍの鞘芯同心型複合短繊維をカード機に通し、ウェブを直径４５ｍｍの球形の多孔質金型に充填した後、これを金網コンベアー式熱風循環ドライヤーに移し、金網コンベアーの下方から温度１４５℃の熱風を吹き付けて３０秒間熱処理をした。得られた繊維成形体は、球状で、平均直径４５ｍｍで、空隙率が９８％、該成形物を構成している前記複合繊維の平均密度が１．２ｇ／ｃｍ3の多孔質構造であった。この成形体を用い家庭からの汚濁水が流れ込む溝で濾過試験を行った。なお、繊維成形体の投入量は１８２個であた。試験結果を表１に示す。
この繊維成形体は、スラリー状のゴミや棒状の粗大ゴミ等が多数捕集されていた。また、濾過使用後の洗浄で、捕集されたゴミがきれいに除去され、再使用可能であった。
【００１５】
【表１】
【００１６】
（実施例２）
融点１２６℃の高密度ポリエチレンを鞘成分とし、融点１６５℃のポリプロピレンを芯成分とし、鞘芯複合比５０／５０（重量比）、単糸繊度２８０デニール、８山／２５ｍｍのジグザグ捲縮を有する繊維長９２ｍｍの鞘芯同心型複合短繊維を用いた以外は実施例１と同様にして、多孔質構造の球状の繊維成形体を得た。
但し、この繊維成形体は直径１２０ｍｍの球形の多孔質金型を用い、温度１４５℃、時間６５秒間熱処理を行った。得られた繊維成形体は平均直径１１９ｍｍで、空隙率９５％、該成形体を構成している前記複合短繊維の平均密度０．９４ｇ／ｃｍ3であった。この繊維成形体を用い前記同様の方法で濾過試験を行った。ただし、繊維成形体の投入量は１２０個であった。
試験結果を表１に示す。
この繊維成形体は、スラリー状のゴミや棒状の粗大ゴミ等が多数捕集されていた。また、濾過使用後の洗浄で、捕集されたゴミがきれいに除去され、再使用可能であった。
【００１７】
（実施例３）
融点１３６℃のプロピレン−エチレン−ブテン−１共重合体を鞘成分とし、融点１６５℃のポリプロピレンを芯成分とし、鞘芯複合比５０／５０（重量比）、単糸繊度８２０デニール、５山／２５ｍｍのジグザグ捲縮を有する長繊維状の鞘芯同心型複合繊維を用いた。これを、長さ１０００ｍｍ、その横断面が略十形で、図１記載の寸法の成形体が内接する大きさの多孔質金型を用いて成形した。なお、ウエブは、捲縮を有する複合長繊維を多数集束し、金型の両端から各々７０ｍｍ延出して充填し、温度１４８℃で時間１２分間熱処理し、熱処理後両端を切り揃え、長さ１０００ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして、多孔質構造で立体的な繊維成形体を得た。得られた繊維成形体は、図１記載の形状、寸法のもので、空隙率９８％、該成形体を構成している前記複合繊維の平均密度０．９１ｇ／ｃｍ3であった。この繊維成形体を用い前記実施例１と同様の方法で、濾過試験を行った。ただし、繊維成形体の投入量は、２８個であった。試験結果を表１に示す。
この繊維成形体はスラリー状のゴミや棒状の粗大ゴミ等が多数捕集されていた。
また、木の枝等の粗大ゴミがその溝部に多数捕集されていた。また濾過使用後の洗浄で捕集されたゴミがきれいに除去され、再使用可能なものであった。
【００１８】
（実施例４）
前記実施例３と同じ長繊維状の鞘芯同心型複合繊維を用い、更に、長さ１０００ｍｍ、その横断面が５個の頂部を有する略星形で、図２記載の断面と寸法を有する成形体が内接する大きさの多孔質金型を用いて成形した。なお、ウエブは、捲縮を有する複合長繊維を多数集束し金型に充填した。ウエブは、金型の両端から各々７０ｍｍ延出して充填し、温度１４８℃で時間１０分間熱処理し、熱処理後両端を切り揃え、長さ１０００ｍｍとした以外は、前記実施例１同様にして多孔質構造で立体的な繊維成形体を得た。得られた繊維成形体は長さ１０００ｍｍ、中心から頂部までの距離が１０６ｍｍで、図２に示す断面形状、寸法のもので、空隙率９８％、該成形体を構成している前記複合繊維の平均密度０．９１ｇ／ｃｍ3であった。
この繊維成形体を用い前記実施例１と同様の方法で、濾過試験を行った。ただし、繊維成形体の投入量は、６個であった。試験結果を表１に示す。
この繊維成形体はスラリー状のゴミや棒状の粗大ゴミ等が多数捕集されていた。
また、木の枝等の粗大ゴミがその溝部に多数捕集されていた。また濾過使用後の洗浄で捕集されたゴミがきれいに除去され、再使用可能なものであった。
【００１９】
（実施例５）
工業用水の取水口で濾過試験を行った。この取水口は幅約８０ｃｍであった。前記実施例３で得た繊維成形体を長さ６５ｃｍに切断した。この両端に回転用芯棒を有するフロートを装着し、水車状の粗取り用の濾過材を得た。この濾過材を支柱に配備し、取水口に配置した。
この濾過材は川幅を直角に横断するように配置した。また、この濾過材は、その間隔４０ｃｍで８列配置した。この濾過材はその水流で水車状に回転するものであった。この状態で３０日間濾過テストを行った。３０日経過後に濾過材を支柱から取り外し、濾過性を測定したところ、植物の芽や、茎、木の枝等の粗大ゴミがその溝部に多数捕集されていた。また、水による洗浄で捕集されたゴミがきれいに除去され、再使用可能なものであった。なお、ＳＳ等の捕集率等の測定は中止した。
【００２０】
（比較例１）
単糸繊度１５デニール、１５山／２５ｍｍのジグザグ捲縮を有する繊維長６４ｍｍ、融点２５５℃のポリエチレンテレフタレート短繊維を用い、前記実施例１同様にカード機に通し、ウェブを得た。このウェブは熱処理の代わりにニードルパンチ絡合処理を行い、処理後、ハサミで切断し、その外形を整え、平均直径４３ｍｍの球状の繊維成形体を得た。
得られた繊維成形体は空隙率９７％、該成形体を構成している前記繊維の平均密度が１．３８ｇ／ｃｍ3であった。
この繊維成形体を用い前記実施例１と同様の方法で、濾過試験を行った。ただし、繊維成形体の投入量は、１８２個であった。試験結果を表１に示す。
この繊維成形体はスラリー状のゴミが捕集されていた。また、随所に棒状の粗大ゴミの衝突によると見られる繊維の脱落、凹状の陥没部が発生していた。また、棒状の粗大ゴミの捕集は非常に少ない量であった。
この繊維成形体はＳＳの捕集率が低いものであった。また、濾過使用後の洗浄で捕集されたゴミが多量に残存し、かつ洗浄時、繊維の抜糸が激しく、随所に毛羽や、凹状陥没が発生していた。この繊維成形体は、再使用不可能であった。
【００２１】
（比較例２）
単糸繊度１８デニール、１４山／２５ｍｍのジグザグ捲縮を有する繊維長６４ｍｍ、融点１６５℃のポリプロピレン短繊維を用い、前記実施例１同様にカード機に通し、ウェブを得た。このウェブは熱処理の代わりにニードルパンチ絡合処理を行い、処理後、ナイフで矩形に切断し、長尺方向の長さが３００ｍｍ、その横断面が幅１２ｍｍの矩形の繊維成形体を得た。
この成形体を４個用い、その端部のみ密着し、糸で縫い合わせ横断面が略＋状の繊維成形体を得た。この成形体は図１に類似した形状を有していた。
得られた繊維成形体は空隙率９６％、該成形体を構成している前記繊維の平均密度が０．９１ｇ／ｃｍ3であった。
この繊維成形体を用い前記実施例１と同様の方法で、濾過試験を行った。ただし、繊維成形体の投入量は、３０個であった。試験結果を表１に示す。
この繊維成形体はスラリー状のゴミが捕集されていた。また、随所に棒状の粗大ゴミの衝突によると見られる凹状の陥没部が発生していた。また、棒状の粗大ゴミの捕集は非常に少ない量であった。
この繊維成形体はＳＳの捕集率が低いものであった。また、濾過使用後の洗浄で捕集されたゴミが多量に残存し、かつ洗浄時、繊維の抜糸が激しく、随所に毛羽や、凹状欠損物が発生していた。またその断面が極度に変形したものであった。
この繊維成形体は、再使用不可能であった。
【００２２】
【発明の効果】
本発明のごとく多孔質構造を有し外圧に対して形状保持率が極めて高い繊維成形体を水処理濾材として用いたときには、
（１） 水圧に対して形状保持率が極めて高い。
（２） 好気性微生物の進入や着床を保持し、コンスタントな増殖作用を長期間に亘って促進しうる。
（３） 洗浄時にもほとんど変形することなく形状を保持した状態で捕集した懸濁物質の除去ができる。
（４） 連続して行われる攪拌などの水流外圧抵抗に耐える剛性を有する。等に優れたものであり、しかも、容易に安価に製造できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】横断面が略＋字型を有する繊維成形体である。
【図２】横断面が略星形を有する繊維成形体である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、濾過材、汚水浄化材等として好適に利用される繊維成形体及びその製造法に関するものである。また、微生物の培養用担体として用いられる繊維成形体に関する。また布帛等に充填しクッション材等の用途に用いられる繊維成形体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、浮遊物や懸濁物を含む溶液の濾過材としては、濾紙、濾布、金網、砂、セラミック等が用いられてきたが、濾紙、濾布、金網等は濾過する液体中の浮遊物や懸濁物が表面に付着して目詰まりを起こす。その結果、濾過速度が低下し、その濾過効率が悪くなる。また、砂やセラミック等を利用した粒子状物の堆積層による濾過層を用いた場合では、濾過速度の低下は小さいものの濾過精度に限界があり、濾液の透明度が悪いという面で問題が生じ、しかも洗浄も困難である。また、汚染の進んだ河川や油等の粗取り用濾材等としては短期間で目詰まりを起こすので前記濾布等の使用は不可能である。
【０００３】
このような欠点を解消する提案として 特公昭６２−１１６３７号公報には複数本の無捲縮短繊維を絡み合わせた繊維塊からなる水処理材が開示されている。これは濾過面積を大きくする事により、濾過効果の改善を計ったものであるが、この繊維塊は短繊維が単に相互に絡まりあったものであるため、長時間使用したり、使用後再使用するための洗浄時に繊維塊がばらけて短繊維の流出、強いては濾過効果が大きく低下するという問題があった。
【０００４】
また、特開平４−２７４９５号公報には繊度が１〜２０デニール、繊維長３
〜５０ｍｍの短繊維を水槽内で投入し撹拌することにより短繊維同士を絡み合わせて、集合させた後、部分的に融着して得られた繊維塊からなる水処理材が開示されている。この繊維塊は製造工程上同じ繊維（太さや長さ）を用いても繊維の絡まり度合いにより繊維塊の個々の大きさや空隙率等がバラついたまちまちなものになり、製品として濾過性能が異なる為に取扱いづらい。しかも、この方法で得られた繊維塊は、繊維塊の中心部が密になっている為に、洗浄の際に、捕集した懸濁物質の除去が十分に行われず、従って長時間に渡って濾過性能を維持することが困難であった。また繊維が細繊度繊維であり短時間で目詰まりを起こすので、粗取り用の濾材としては使用不可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、空隙率が高く、外圧に対して形状保持性の高い繊維成形体であり、特に、長時間の使用においても形状保持率が大きく、繊維の流失のない、懸濁物質の濾過効率が高く、かつ洗浄時には捕集した懸濁物質の除去率の高い水処理濾材に有用な繊維成形体及びその製造法を提供することを目的する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意研究を重ねた結果、下記の繊維成形体を用いることにより所期の目的が達成されることを見いだし、本発明を完成するに至った。本発明は、下記の構成を有する。すなわち本発明は、
（１）単糸繊度が１５０〜２５００デニールで、かつ捲縮を有している熱可塑性複合繊維が集合した繊維成形体であって、該繊維成形体を構成する前記熱可塑性複合繊維が三次元方向に分散されて絡まり合い、かつ該繊維同士の接点が融着されている繊維成形体であって、空隙率が９２〜９９％で、外圧に対する形状保持率が８７％以上であることを特徴とする水処理濾材用の繊維成形体。
（２）熱可塑性複合繊維が、繊維長が８７〜１２８ｍｍである熱可塑性複合短繊維である前記（１）項に記載の繊維成形体。
（３）熱可塑性複合繊維が、繊維長が１２９ｍｍ以上の長繊維である前記（１）項に記載の繊維成形体。
（４）熱可塑性複合繊維が、平均密度が０．９〜１．５ｇ／ｃｍ3である熱可塑性複合繊維である前記（１）〜（３）項のいずれかに記載の繊維成形体。
（５）熱可塑性複合繊維が、高融点樹脂を芯成分に配し、該高融点樹脂の融点よりも１５℃以上低い融点を有する低融点樹脂を鞘成分に配した鞘芯型構造を有する熱可塑性複合繊維である前記（１）〜（４）項のいずれかに記載の繊維成形体。
（６）繊維成形体が、球状である前記（１）〜（５）項のいずれかに記載の繊維成形体。
（７）繊維成形体が、その横断面が非円形で、かつその長軸の長さが少なくとも３００ｍｍである前記（１）〜（６）項のいずれかに記載の繊維成形体。
（８）水処理用の濾材である前記（１）〜（７）項のいずれかに記載の繊維成形体。
（９）単糸繊度が１５０〜２５００デニールであり、かつ捲縮を有する熱可塑性複合繊維を、空隙率が９２〜９９％の繊維塊に加工した後に熱処理し、熱可塑性繊維同士の接点を融着する、空隙率が９２〜９９％、外圧に対する形状保持率が８７％以上であることを特徴とする水処理濾過材用の繊維成形体の製造法。
（１０）熱可塑性複合繊維を多数集束し、該集束物を熱処理した後に、さらに該集束物を所定の長さに切断したものである前記（９）項に記載の繊維成形体の製造法。
（１１）熱可塑性複合繊維が、高融点樹脂を芯成分に配し、該高融点樹脂の融点よりも１５℃以上低い融点を有する低融点樹脂を鞘成分に配した鞘芯型構造を有する熱可塑性複合繊維である前記（９）または（１０）項に記載の繊維成形体の製造法。
（１２）熱処理を、熱可塑性複合繊維の低融点樹脂の融点以上で、高融点樹脂の融点以下の温度で行う前記（１１）項に記載の繊維成形体の製造法。
（１３）熱可塑性複合繊維集合体を多数集束し、かつ球状に加工することを特徴とする前記（９）〜（１２）項のいずれかに記載の繊維成形体の製造法。
【０００７】
以下、本発明について詳細に説明する。本発明で言う水処理濾過材用の繊維成形体とは、単糸繊度が１５０〜２５００デニールで、捲縮を有する熱可塑性複合繊維が三次元方向に分散、絡まりあって、繊維同士の接点が融着接合された構造からなっている。繊維成形は、短繊維または長繊維が使用され、該成形体の内部は、捲縮の発現した繊維の分散と絡まりにより９２〜９９％、好ましくは９４〜９８％の高空隙率を保持した微細な多孔質構造を有している。この微細な多孔質構造は汚水中の懸濁物質（以下ＳＳと略記する）を捕集し、汚水の自己浄化を促進する好気性微生物の進入や着床を助け、その増殖作用を助成するのに適している。空隙率が９２％未満では繊維が過密になりＳＳの捕集や好気性微生物の着床に悪影響を与え、浄化作用が低下する。また、洗浄時に繊維成形体から一度捕集したＳＳが完全に除去されにくいため、使用頻度を増すとともに濾過効率は大きく低下してくる。一方、空隙率が９９％を越えると、繊維成形体が粗密となるため、濾過効率が劣るものとなる。
【０００８】
本発明の繊維成形体に用いる熱可塑性複合繊維は、融点差１５℃以上有する低融点樹脂と高融点樹脂で構成される。高融点樹脂としては、例えばポリエステル、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリプロピレン等があげられ、また、低融点成分としてはポリプロピレン、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、α−レフィン共重合体、低融点ポリエステル（イソフタル酸共重合ポリエステル）等があげられ、融点差が１５℃以上有すれば組み合わせは、特に限定されるものではなく、目的とする作用効果を妨げない範囲で任意に選択できる。融点差が１５℃未満では接着加工時の管理上の困難さから熱接着が不十分になり易く、結果として濾過、洗浄時に短繊維が流失し好ましくない。
熱可塑性複合繊維の構造としては、前記低融点樹脂を鞘成分とし、高融点樹脂を芯成分とする鞘芯型構造で、繊維断面における芯成分の位置が同心しているいわゆる鞘芯同心型構造や、繊維断面における芯成分の位置が偏心しているいわゆる鞘芯偏心型構造、または芯成分を複数本以上配置した海島型構造、または低融点樹脂と高融点樹脂の並列型構造等が用いられるが、絡み合った短繊維同士の接合点の融着接合をより効果的に行うためにも低融点樹脂で高融点樹脂が全面被覆された鞘芯型構造が好ましい。
該複合繊維において、低融点樹脂と高融点樹脂の複合比は１０／９０〜９０／１０（重量比）、より好ましくは３０／７０〜７０／３０（重量比）である。低融点樹脂が１０重量％未満の場合は、短繊維同士の接合点の融着接合が不充分となり、繊維成形体の形状保持率が低下する。また、９０重量％をこえると、多孔質構造の形成が困難となる。
【０００９】
本発明に用いられる熱可塑性複合繊維の平均密度は特に限定されないが、好ましくは０．９〜１．５ｇ／ｃｍ3、さらに好ましくは０．９１〜１．４ｇ／ｃｍ3である。本発明の繊維成形体を濾過材に用いた場合、該成形体を構成している熱可塑性複合繊維の平均密度が０．９ｇ／ｃｍ3未満では発泡処理等された特殊な繊維を必要とするので高価な物となるため、好ましくない。また、平均密度が１．５ｇ／ｃｍ3越えるとエアレーション時に下部近傍に沈降するので好ましくない。 なお、前記の可塑性複合繊維に密度を調整するために本発明の効果を妨げない範囲においてタルク、酸化チタン、炭酸カルシウム、マイカ等の無機フィラーを含んでも良い。
【００１０】
本発明に用いられる熱可塑性複合繊維は、単糸繊度が１５０〜２５００デニールであり、好ましくは１５０〜２２００デニールである。単糸繊度が１００デニール未満では、形状保持性がやや劣り、例えば、濾過材として用いた場合に洗浄時のＳＳの除去が不十分となり、濾過効率が劣るようになる。また、河川等で使用した場合、流木等で破断する等の問題がある。また、５０００デニールを大きく越えると繊維成形物としたときの該成形物の空隙が大きくなりすぎて濾過効率が劣るものになる。繊維長は特に限定されず短繊維や長繊維いずれも使用できる。短繊維の場合、繊維長は８７〜１２８ｍｍであり、好ましくは９０〜１２０ｍｍである。これは短繊維を使用する場合、カード性等の点で８７〜１２８ｍｍの繊維が使用されるのである。捲縮は、本発明の繊維成形体にとって重要な意味を持つ。つまり、繊維成形体中の各繊維は三次元方向に分散され、絡み合うが、捲縮を有することにより繊維同士の絡みが促進され複雑な網目状の三次元構造の絡みになるのである。鞘芯型構造のうち、特に鞘芯偏芯型構造の場合は低融点樹脂と高融点樹脂の収縮差による潜在捲縮を発現させて絡み合わせることもできる。更には、この潜在捲縮の発現と機械捲縮付与による顕在捲縮の両方を利用することができる。特に後者の場合は、潜在捲縮によるスパイラル捲縮と機械捲縮付与によるジグザグ捲縮の両方が混在した一層複雑な三次元捲縮が発現するので繊維成形体の中に形成される多孔質構造も複雑な三次元の深層網目状多孔質構造の繊維成形体となる。かかる繊維成形体は浄化処理材等として使用すると、前述した懸濁物質の捕集を促進し、好気性微生物の進入が容易となり、一層着床箇所が増加するので、その増殖が活発となり浄化作用が向上する。その捲縮数あるいは短繊維の場合のカード通過性等を考慮し、１〜２０山／２５ｍｍが好ましく、特に好ましくは４〜１２山／２５ｍｍである。捲縮を付与する方法としてはスタフィングボックス法またはギヤー式クリパー等公知の方法を利用することができ、捲縮形態もスパイラル状、ジグザグ状等、特に限定されない。
【００１１】
本発明の繊維成形体は、このような多孔質構造を有するものからなり、該繊維成形体において、絡み合った繊維の接点が融着された結果、得られた繊維成形体中で外内層共に繊維がほぼ均等に分散絡合し、空隙率が９２〜９９％であり、かつ微細な空隙を保持した多孔質構造が得られるのである。本発明の繊維成形体は、このような多孔質構造を有するため、外圧に対して形状保持率が極めて高く、特に本発明の繊維成形体を濾過材として用いたときには、水圧に対して形状保持率が極めて高いので前述した好気性微生物の進入や着床を保持し、コンスタントな増殖作用を長期間に亘って促進しうるのである。また、洗浄時にもほとんど変形することなく形状を保持した状態で捕集した懸濁物質の除去が可能となり、再生利用にも大きく寄与するのである。高い形状保持率は複合繊維の剛性に大きく依存するが、濾過材として用いた場合も、連続して行われる攪拌などの水流外圧抵抗に耐える剛性は複合繊維によって変わるが、繊度としては１５０〜２５００デニールが適している。
【００１２】
本発明の繊維成形体を製造するにあたり、その製造法は特に限定されない。長繊維及び短繊維いずれも使用可能である。例えば、以下のような方法で製造することが可能である。単糸繊度が１５０〜２５００デニールの熱可塑性複合繊維のトウをスタフィングボックス等で所定数の機械捲縮を付与し長繊維束を製造する。この長繊維束をさらに限定量束状に引き揃え、そのまま熱処理機を用い、複合繊維同士が融着する温度以上の温度に加熱することにより、繊維成形体が得られる。熱処理機は、金型に充填するタイプのもの、金鋼型の箱に充填するタイプのもの、中空管に充填するタイプのもの等が使用される。この熱処理機は連続法で処理するタイプのものでもよく、バッチ式で処理するタイプのものいずれでもよい。連続法の場合、熱処理後に所定の長さに繊維成形体を切断し使用することもできる。切断して得られた繊維成形体をさらに球状に加工し使用することもできる。また、短繊維を使用した場合、前に捲縮を付与した長繊維を、繊維長８７〜１２８ｍｍに切断して開繊したウェブを適当量採取して熱処理し繊維成形体とすることもできる。この際、切断して開繊したウェブを丸めて熱処理加工を施すこともできる。また、前記開繊ウェブを集束して一度スライバーを形成した後、切断機でスライバーを所定の長さに切断し、熱可塑性複合繊維集合体を形成したのち、これを上下及び／または左右からの接触回転運動で球状の繊維成形体に加工することもできる。このようにして加工された繊維成形体は、該繊維成形体内部の空隙が微細な、空隙率が９２〜９９％の多孔質構造体となる。この方法によれば、好気性微生物の増殖に適した空隙率の高い繊維成形体をより効率よく得ることができる。次に、該繊維成形体を構成する複合繊維の一方の成分が軟化または融解する温度で繊維塊を、熱処理する。球状になった繊維塊については、特に、熱処理を前記温度範囲のもとで、熱風ドライヤー、熱風循環炉等の熱処理装置を用いて下方から熱風を球状繊維塊に吹き付けて行うことが好ましい。この状態で球状繊維塊を、金網等の移動ベルト上で熱風圧の調整によって、浮遊運動させながら短繊維同士の接合点を融着接合させるのである。熱処理は熱処理時間と温度とのバランスで調整することができる。特に球状繊維塊を得るのに最適な、繊維塊を浮遊させながら行う前記熱処理は、隣接する繊維塊同士の融着結合を生じずに、供給前の球状の形状を維持したまま、繊維塊内部で複合短繊維の繊維接点が熱融着接合することができる結果、得られる繊維成形体は、その成形物の外内層共に短繊維が非常に均質に分散し絡み合った三次元網目構造を生じる点で好ましい。この三次元網目構造によって、空隙率が高く、例えば、水流等の外圧に対してもほとんど変形することなく、高い形状保持率を有することができる。そして、本方法によれば、空隙率が９２〜９９％の繊維成形体をより効率よく得ることができる。かかる製造法で得られる多孔質構造の繊維成形体は例えば水処理材として用いた場合に、その使用時や洗浄時にも繊維の脱落、流失などが生じることがないという優れた効果を奏するのである。外圧に対する形状保持性は種々の方法で表現されうるが、本発明では、底部に多孔板を有し、高さが２００ｃｍで、内径が５０ｃｍである耐圧試験機内に１００ｃｍの高さまで繊維成形体を充填したのち、その上部をネットでカバーし、原水を耐圧試験機に満たしたときの前記繊維成形体の高さ（Ｈ１）を測定し、原水を通水速度６０ｍ／ｈで２４時間通水した後の前記繊維成形体の高さ（Ｈ２）を測定し、これらの測定値から、下式により求めた値を外圧に対する形状保持性の指標として、「形状保持率」として定義した。
形状保持率（％）=（Ｈ２／Ｈ１）×１００
本発明の繊維成形体は、該形状保持率が８７％以上であるときに、外圧に対する抵抗力が好ましく、例えば、これを濾過材として使用したときには、使用頻度とともに目詰まりし濾過効率の低下をきたす従来の濾過材に比べて、空隙の大きさが維持されるために良好な濾過効率を長期的に維持できるという優れた性能を発揮する。また、本発明の繊維成形体はその内部と表側で密度勾配のあるもの等の物であってもよい。本発明の繊維成形体の大きさは、種々の用途と目的において任意に選択され特に限定されるものではない。球状の繊維成形体を濾過材として使用する場合にもその大きさは任意に選択でき、例えば、平均直径が２０〜１５０ｍｍのものを選択できる。また、本発明の繊維成形体は立体状であればよい。例えば、球状、楕円形、円柱状、三角柱状、四角柱状、楕円形で、その表面に凹凸状を形成したもの等の物体が例示できる。また、その長さが略３００ｍｍ〜略５０００ｍｍあり、かつその横断面が図１に例示されるような略十字状（４枚羽根状）、略Ｙ字状（三枚羽根状）、図２に例示されるような略星状（５枚羽根状）、または６枚羽根状などの断面形状を有するものが例示できる。また、その内部と外部で密度勾配を有する上記形状のもの等が例示できる。
【００１３】
【実施例】
次に本発明を実施例及び比較例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。尚、各実施例に用いた測定法を以下に示す。
［空隙率］
繊維成形体の重量Ｗ（ｇ）と体積Ｖ（ｃｍ3）および該成形体を構成している複合短繊維の密度ｄ（ｇ／ｃｍ3）から、次式により求めた。
空隙率（％）＝（１−Ｗ／（Ｖ×ｄ））×１００
［濾過試験］
比較的流水速度の遅い、家庭用汚濁水等が流れ込む汚染が進んだ、川幅約１４０ｃｍ、水深約４０ｃｍの溝で、濾過試験を行った。この溝は、時折樹木の枝・葉などが流れ込む溝であった。
該溝の下流側に粗目の金網で仕切り、その上流側に前記繊維成形体を多数投入し、５日間放置した。
この繊維成形体を回収し、ＳＳ捕集率、洗浄後のＳＳ残留率等を求めた。なお、ＳＳ捕集率等は以下の方法に算出した。
［ＳＳ捕集率］
濾過使用前の繊維成形体の重量Ｗと５日間濾過使用後の繊維成形体の乾燥前の重量Ｙとを測定し、次式により求めた。
ＳＳ捕集率（％）＝（Ｙ−Ｗ）×１００／Ｗ
［ＳＳの残留率］
濾過使用前の繊維成形体の重量Ｗと水で５分間攪拌洗浄後の繊維成形体の乾燥後の重量Ｗ2を測定し、ＳＳの残留率を求めた。
なお、洗浄は１５０リットルの水を入れたドラム缶中に、繊維成形体を２０個入れ、５分間攪拌処理することにより行った。なお繊維成形体が長尺状のものは投入量を３本とした。
ＳＳ残留率（％）＝（Ｗ2−Ｗ）×１００／Ｗ
［繊維の耐抜糸性］
繊維成形体から５箇所の単繊維を手で軽く引き抜く。３本以上抜糸した場合、耐抜糸性不良と判定し、抜糸２本以下の場合、耐抜糸性良と判定した。
［形状保持率］
底部に多孔板を有し、高さが２００ｃｍで、内径が５０ｃｍである耐圧試験機内に１００ｃｍの高さまで繊維成形体を充填したのち、その上部をポリオレフィンモノフィラメント製ネットで浮上しないようにカバーする。原水を耐圧試験機内に満たしたときの前記繊維成形体の高さ（Ｈ１）を測定し、原水を濾過速度６０ｍ／ｈで２４時間通水した後の前記繊維成形体の高さ（Ｈ２）を測定し、下式により形状保持率を求めた。該形状保持率の値から、下記の基準で形状保持性能を評価した。なお、１個の繊維成形体の大きさが、１５ｃｍを超えるものは、最大の長さが１５ｃｍとなるように切り揃えたものを耐圧試験機に充填した。
形状保持率（％）=（Ｈ２／Ｈ１）×１００
判定基準
良 ：９０％以上
可 ：８０％以上９０％未満
不可：８０％未満
【００１４】
（実施例１）
融点１２６℃の高密度ポリエチレンを鞘成分とし、融点２５６℃のポリエステルを芯成分とし、鞘芯複合比６０／４０（重量比）、単糸繊度３１０デニール、６山／２５ｍｍのジグザグ捲縮を有する繊維長９２ｍｍの鞘芯同心型複合短繊維をカード機に通し、ウェブを直径４５ｍｍの球形の多孔質金型に充填した後、これを金網コンベアー式熱風循環ドライヤーに移し、金網コンベアーの下方から温度１４５℃の熱風を吹き付けて３０秒間熱処理をした。得られた繊維成形体は、球状で、平均直径４５ｍｍで、空隙率が９８％、該成形物を構成している前記複合繊維の平均密度が１．２ｇ／ｃｍ3の多孔質構造であった。この成形体を用い家庭からの汚濁水が流れ込む溝で濾過試験を行った。なお、繊維成形体の投入量は１８２個であた。試験結果を表１に示す。
この繊維成形体は、スラリー状のゴミや棒状の粗大ゴミ等が多数捕集されていた。また、濾過使用後の洗浄で、捕集されたゴミがきれいに除去され、再使用可能であった。
【００１５】
【表１】
（実施例２）
融点１２６℃の高密度ポリエチレンを鞘成分とし、融点１６５℃のポリプロピレンを芯成分とし、鞘芯複合比５０／５０（重量比）、単糸繊度２８０デニール、８山／２５ｍｍのジグザグ捲縮を有する繊維長９２ｍｍの鞘芯同心型複合短繊維を用いた以外は実施例１と同様にして、多孔質構造の球状の繊維成形体を得た。
但し、この繊維成形体は直径１２０ｍｍの球形の多孔質金型を用い、温度１４５℃、時間６５秒間熱処理を行った。得られた繊維成形体は平均直径１１９ｍｍで、空隙率９５％、該成形体を構成している前記複合短繊維の平均密度０．９４ｇ／ｃｍ3であった。この繊維成形体を用い前記同様の方法で濾過試験を行った。ただし、繊維成形体の投入量は１２０個であった。
試験結果を表１に示す。
この繊維成形体は、スラリー状のゴミや棒状の粗大ゴミ等が多数捕集されていた。また、濾過使用後の洗浄で、捕集されたゴミがきれいに除去され、再使用可能であった。
【００１７】
（実施例３）
融点１３６℃のプロピレン−エチレン−ブテン−１共重合体を鞘成分とし、融点１６５℃のポリプロピレンを芯成分とし、鞘芯複合比５０／５０（重量比）、単糸繊度８２０デニール、５山／２５ｍｍのジグザグ捲縮を有する長繊維状の鞘芯同心型複合繊維を用いた。これを、長さ１０００ｍｍ、その横断面が略十形で、図１記載の寸法の成形体が内接する大きさの多孔質金型を用いて成形した。なお、ウエブは、捲縮を有する複合長繊維を多数集束し、金型の両端から各々７０ｍｍ延出して充填し、温度１４８℃で時間１２分間熱処理し、熱処理後両端を切り揃え、長さ１０００ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして、多孔質構造で立体的な繊維成形体を得た。得られた繊維成形体は、図１記載の形状、寸法のもので、空隙率９８％、該成形体を構成している前記複合繊維の平均密度０．９１ｇ／ｃｍ3であった。この繊維成形体を用い前記実施例１と同様の方法で、濾過試験を行った。ただし、繊維成形体の投入量は、２８個であった。試験結果を表１に示す。
この繊維成形体はスラリー状のゴミや棒状の粗大ゴミ等が多数捕集されていた。
また、木の枝等の粗大ゴミがその溝部に多数捕集されていた。また濾過使用後の洗浄で捕集されたゴミがきれいに除去され、再使用可能なものであった。
【００１８】
（実施例４）
前記実施例３と同じ長繊維状の鞘芯同心型複合繊維を用い、更に、長さ１０００ｍｍ、その横断面が５個の頂部を有する略星形で、図２記載の断面と寸法を有する成形体が内接する大きさの多孔質金型を用いて成形した。なお、ウエブは、捲縮を有する複合長繊維を多数集束し金型に充填した。ウエブは、金型の両端から各々７０ｍｍ延出して充填し、温度１４８℃で時間１０分間熱処理し、熱処理後両端を切り揃え、長さ１０００ｍｍとした以外は、前記実施例１同様にして多孔質構造で立体的な繊維成形体を得た。得られた繊維成形体は長さ１０００ｍｍ、中心から頂部までの距離が１０６ｍｍで、図２に示す断面形状、寸法のもので、空隙率９８％、該成形体を構成している前記複合繊維の平均密度０．９１ｇ／ｃｍ3であった。
この繊維成形体を用い前記実施例１と同様の方法で、濾過試験を行った。ただし、繊維成形体の投入量は、６個であった。試験結果を表１に示す。
この繊維成形体はスラリー状のゴミや棒状の粗大ゴミ等が多数捕集されていた。
また、木の枝等の粗大ゴミがその溝部に多数捕集されていた。また濾過使用後の洗浄で捕集されたゴミがきれいに除去され、再使用可能なものであった。
【００１９】
（実施例５）
工業用水の取水口で濾過試験を行った。この取水口は幅約８０ｃｍであった。前記実施例３で得た繊維成形体を長さ６５ｃｍに切断した。この両端に回転用芯棒を有するフロートを装着し、水車状の粗取り用の濾過材を得た。この濾過材を支柱に配備し、取水口に配置した。
この濾過材は川幅を直角に横断するように配置した。また、この濾過材は、その間隔４０ｃｍで８列配置した。この濾過材はその水流で水車状に回転するものであった。この状態で３０日間濾過テストを行った。３０日経過後に濾過材を支柱から取り外し、濾過性を測定したところ、植物の芽や、茎、木の枝等の粗大ゴミがその溝部に多数捕集されていた。また、水による洗浄で捕集されたゴミがきれいに除去され、再使用可能なものであった。なお、ＳＳ等の捕集率等の測定は中止した。
【００２０】
（比較例１）
単糸繊度１５デニール、１５山／２５ｍｍのジグザグ捲縮を有する繊維長６４ｍｍ、融点２５５℃のポリエチレンテレフタレート短繊維を用い、前記実施例１同様にカード機に通し、ウェブを得た。このウェブは熱処理の代わりにニードルパンチ絡合処理を行い、処理後、ハサミで切断し、その外形を整え、平均直径４３ｍｍの球状の繊維成形体を得た。
得られた繊維成形体は空隙率９７％、該成形体を構成している前記繊維の平均密度が１．３８ｇ／ｃｍ3であった。
この繊維成形体を用い前記実施例１と同様の方法で、濾過試験を行った。ただし、繊維成形体の投入量は、１８２個であった。試験結果を表１に示す。
この繊維成形体はスラリー状のゴミが捕集されていた。また、随所に棒状の粗大ゴミの衝突によると見られる繊維の脱落、凹状の陥没部が発生していた。また、棒状の粗大ゴミの捕集は非常に少ない量であった。
この繊維成形体はＳＳの捕集率が低いものであった。また、濾過使用後の洗浄で捕集されたゴミが多量に残存し、かつ洗浄時、繊維の抜糸が激しく、随所に毛羽や、凹状陥没が発生していた。この繊維成形体は、再使用不可能であった。
【００２１】
（比較例２）
単糸繊度１８デニール、１４山／２５ｍｍのジグザグ捲縮を有する繊維長６４ｍｍ、融点１６５℃のポリプロピレン短繊維を用い、前記実施例１同様にカード機に通し、ウェブを得た。このウェブは熱処理の代わりにニードルパンチ絡合処理を行い、処理後、ナイフで矩形に切断し、長尺方向の長さが３００ｍｍ、その横断面が幅１２ｍｍの矩形の繊維成形体を得た。
この成形体を４個用い、その端部のみ密着し、糸で縫い合わせ横断面が略＋状の繊維成形体を得た。この成形体は図１に類似した形状を有していた。
得られた繊維成形体は空隙率９６％、該成形体を構成している前記繊維の平均密度が０．９１ｇ／ｃｍ3であった。
この繊維成形体を用い前記実施例１と同様の方法で、濾過試験を行った。ただし、繊維成形体の投入量は、３０個であった。試験結果を表１に示す。
この繊維成形体はスラリー状のゴミが捕集されていた。また、随所に棒状の粗大ゴミの衝突によると見られる凹状の陥没部が発生していた。また、棒状の粗大ゴミの捕集は非常に少ない量であった。
この繊維成形体はＳＳの捕集率が低いものであった。また、濾過使用後の洗浄で捕集されたゴミが多量に残存し、かつ洗浄時、繊維の抜糸が激しく、随所に毛羽や、凹状欠損物が発生していた。またその断面が極度に変形したものであった。
この繊維成形体は、再使用不可能であった。
【００２２】
【発明の効果】
本発明のごとく多孔質構造を有し外圧に対して形状保持率が極めて高い繊維成形体を水処理濾材として用いたときには、
（１） 水圧に対して形状保持率が極めて高い。
（２） 好気性微生物の進入や着床を保持し、コンスタントな増殖作用を長期間に亘って促進しうる。
（３） 洗浄時にもほとんど変形することなく形状を保持した状態で捕集した懸濁物質の除去ができる。
（４） 連続して行われる攪拌などの水流外圧抵抗に耐える剛性を有する。等に優れたものであり、しかも、容易に安価に製造できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】横断面が略＋字型を有する繊維成形体である。
【図２】横断面が略星形を有する繊維成形体である。
Claims (13)
- 単糸繊度が１５０〜２５００デニールで、かつ捲縮を有している熱可塑性複合繊維が集合した繊維成形体であって、該繊維成形体を構成する前記熱可塑性複合繊維が三次元方向に分散されて絡まり合い、かつ該繊維同士の接点が融着されている繊維成形体であって、空隙率が９２〜９９％で、外圧に対する形状保持率が８７％以上であることを特徴とする水処理濾材用の繊維成形体
- 熱可塑性複合繊維が、繊維長が８７〜１２８ｍｍである熱可塑性複合短繊維である請求項１に記載の繊維成形体。
- 熱可塑性複合繊維が、繊維長が１２９ｍｍ以上の長繊維である請求項１に記載の繊維成形体。
- 熱可塑性複合繊維が、平均密度が０．９〜１．５ｇ／ｃｍ3である熱可塑性複合繊維である請求項１〜３のいずれかに記載の繊維成形体。
- 熱可塑性複合繊維が、高融点樹脂を芯成分に配し、該高融点樹脂の融点よりも１５℃以上低い融点を有する低融点樹脂を鞘成分に配した鞘芯型構造を有する熱可塑性複合繊維である請求項１〜４のいずれかに記載の繊維成形体。
- 繊維成形体が、球状である請求項１〜５のいずれかに記載の繊維成形体。
- 繊維成形体が、その横断面が非円形で、かつその長軸の長さが少なくとも３００ｍｍである請求項１〜６のいずれかに記載の繊維成形体。
- 水処理用の濾材である請求項１〜７のいずれかに記載の繊維成形体。
- 単糸繊度が１５０〜２５００デニールであり、かつ捲縮を有する熱可塑性複合繊維を、空隙率が９２〜９９％の繊維成形体に加工した後に熱処理し、熱可塑性繊維同士の接点を融着する、空隙率が９２〜９９％、外圧に対する形状保持率が８７％以上であることを特徴とする水処理濾材用の繊維成形体の製造法
- 熱可塑性複合繊維を多数集束し、該集束物を熱処理した後に、さらに該集束物を所定の長さに切断したものである請求項９に記載の繊維成形体の製造法。
- 熱可塑性複合繊維が、高融点樹脂を芯成分に配し、該高融点樹脂の融点よりも１５℃以上低い融点を有する低融点樹脂を鞘成分に配した鞘芯型構造を有する熱可塑性複合繊維である請求項９または１０に記載の繊維成形体の製造法。
- 熱処理を、熱可塑性複合繊維の低融点樹脂の融点以上で、高融点樹脂の融点以下の温度で行う請求項１１に記載の繊維成形体の製造法。
- 熱可塑性複合繊維集合体を多数集束し、かつ球状に加工することを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の繊維成形体の製造法。
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