JP2004330095A

JP2004330095A - 吸湿剤層を形成する方法

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Publication number: JP2004330095A
Application number: JP2003130097A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Nitta; 浩朗新田; Koichi Nakano; 幸一中野; Noriyuki Komeno; 範幸米野; Shintaro Nozawa; 真太郎野澤; Mitsuhiro Sano; 光宏佐野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-05-08
Filing date: 2003-05-08
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】従来、基材に吸湿剤を形成する担持方法では、使用できる基材が限られる、担持工程が複雑になる、バインダの影響により吸湿剤の性能が低下するなどの課題を有していた。
【解決手段】無機バインダ１３と有機バインダ１２を用いて吸湿剤１１を基材１０に塗布した後、加熱し、前記基材１０の表面に吸湿剤層を形成する方法とした。これにより、吸湿性がほとんど損なわれることなく、基材との密着強度が大きい可塑性を持つ吸湿剤層を形成する方法が提供できるようになる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸湿剤を用いて空気中の水分を吸着により除去し、吸湿剤に吸着した水分を加熱により脱着再生させる調湿デバイスにおいて、吸湿剤層を形成する担持方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、住環境の快適性が求められるなか、調湿デバイスの応用範囲が拡大するにつれ、吸湿剤層があらゆる基材表面に、吸湿性能を損なうことなく、耐久性をもたせ、かつ作業性よく吸湿剤層を形成する担持方法が求められている。従来、この種の吸湿剤層を形成する担持方法は、吸湿性を持つゼオライト粒子または活性アルミナ粒子またはシリカゲル粒子を吸湿剤として用い、水ガラス等の無機系バインダを基材表面に塗布し、更にその上に、吸湿性を持つゼオライト粒子等を吹き付け等で表面コーティング後、乾燥、あるいは焼結等により担持する方法が一般的であった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５７−１２２９５０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の吸湿剤層を形成する担持方法では、無機系バインダとして水ガラスを用いた場合、水をはじき易いような塗装面、材料に対しては、相手材料とのなじみ性などにより事実上使用できないという問題があった。また、吹き付け工程が、無機系バインダの吹き付け後にゼオライト粒子を吹き付ける２段工程の作業になるとともに、十分な注意を払っても、ゼオライト粒子の吹き付け作業時に、無機系バインダの中に、吸湿性を持つゼオライト粒子が埋没し、その部分の吸湿性が損なわれるという問題があった。
【０００５】
一方、無機系バインダの中に、吸湿性を持つゼオライト粒子が埋没してもその部分の吸湿性がほとんど損なわれることのない無機バインダを用いた場合、金属箔などの可塑性を持つ基材に吸湿剤層を形成すると、振動や熱膨張差によって吸湿剤層が剥がれるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、基材との密着強度が大きい可塑性を持つ吸湿剤層を形成する方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、基材の表面に吸湿剤層を形成する方法において、吸湿剤を無機バインダと有機バインダを用いて前記基材に塗布した後加熱し、前記吸湿剤層を形成する担持方法を提供する。
【０００８】
上記発明によれば、吸湿性がほとんど損なわれることなく、基材との密着強度が大きい可塑性を持つ吸湿剤層を形成することができるものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、基材の表面に吸湿剤層を形成する方法において、吸湿剤を無機バインダと有機バインダを用いて前記基材に塗布した後加熱し、前記吸湿剤層を形成する担持方法とすることで、吸湿性がほとんど損なわれることなく、基材との密着強度が大きい可塑性を持つ吸湿剤層を形成することができるものである。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、有機バインダとして熱可塑性樹脂を用いることで、吸湿剤の加熱再生の繰り返しにおける基材および吸湿剤層の熱伸縮に対して、密着強度の大きい吸湿剤層とすることができるものである。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、熱可塑性樹脂としてポリイミドを用いることで、より高温で吸湿剤の加熱再生を行うことができ、水分の脱着性能を向上させることができるものである。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、無機バインダとしてコロイダルシリカを用いることで、吸湿剤層の塗布用溶液を作製する際に、水に対する吸湿剤および有機バインダの分散性を高めることができるとともに、強度の大きい吸湿剤層とすることができるものである。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、吸湿剤は少なくともゼオライト、シリカゲル、アルミナのいずれか一種以上を用いることにより、水分の吸脱着性能を向上させることができるものである。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、吸湿剤層は吸湿剤１００重量部に対して、無機バインダ５〜３０重量部の組成比とすることにより、可塑性があり強度の大きい吸湿剤層とすることができるものである。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、吸湿剤層は吸湿剤１００重量部に対して、有機バインダ２〜３０重量部の組成比とすることにより、強度の大きい吸湿剤層とすることができるものである。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、吸湿剤層は吸湿剤１００重量部に対して、有機バインダ２〜３０重量部の組成比とすることにより、強度の大きい吸湿剤層とすることができるものである。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、加熱温度を２５０℃〜４５０℃とすることで、可塑性があり強度の大きい吸湿剤層とすることができるものである。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、基材は金属とすることにより、基材の熱容量を小さくすることができ、水分の吸脱着性能を向上させることができるものである。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、基材は少なくともパンチングメタル、エキスパンドメタル、金網のうちいずれか一種を用いることで、基材をヒータとして必要な抵抗値を確保し発熱させることができ、抵抗値設計が容易となり、かつ熱容量が小さく、温度上昇が速く、温度分布が均一で水分の吸脱着性能を高めることができるものである。
【００２０】
請求項１１に記載の発明は、金属基材に焼鈍処理を施すことにより、基材の耐腐食性を向上させ、かつアンカー効果により吸湿剤層との密着性を向上させることができるものである。
【００２１】
請求項１２に記載の発明は、吸湿剤層は、基材表面に形成したアルミナを主成分とするアンダーコート層の表面に設けることで、基材と吸湿剤層との密着性をより向上させることができるものである。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例における吸湿剤層の断面図を示すものである。図２は、加熱によるミクロ的に見た吸湿剤層の変化を示した模式図である。
【００２４】
図１において、１は通電可能なエキスパンドメタルで表面には順にアンダーコート層２、吸湿剤層３が形成されている。エキスパンドメタル１の材料としては、体積抵抗率が大きく、耐熱性、耐食性、耐孔食性に優れたＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系耐熱鋼、Ｎｉ−Ｃｒ系耐熱鋼のいずれかが適している。本実施例では、エキスパンドメタル１の表面に形成する吸湿剤層の熱膨張係数と整合するために、相対的に熱膨張係数が小さいＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系耐熱鋼（Ｒ２０−５ＳＲｔ０．１ｍｍ（川崎製鉄製））を用いた。
【００２５】
次に、基材の耐腐食性を向上させ、かつアンカー効果により吸湿剤層との密着性を向上させる目的で、エキスパンドメタル１に焼鈍処理を施している。焼鈍処理温度としては、９００〜１０００℃が適切である。すなわち、９００℃未満では酸化皮膜の形成量が不十分であり、１０００℃より高くなると結晶粒の成長による脆化が問題になるためである。本実施例における焼鈍処理は大気中で行っているが、不活性ガス雰囲気中で行うこともできる。
【００２６】
こうして焼鈍を終了したエキスパンドメタル１の表面に、アルミナを主成分とするアンダーコート層２を塗布し焼成を行った後、ゼオライトを主成分とする吸湿剤層３の作製を行った。吸湿剤層３は、ゼオライト粉末１００重量部、コロイダルシリカ２０重量部、ポリイミド樹脂粉末５重量部、イオン交換水１００重量部を攪拌、混合してスラリーとし、このスラリーを、アンダーコート層２の上に塗布した後、▲１▼１００℃で２０分間乾燥させ、▲２▼４００℃で２０分間焼成して吸湿剤層３を形成している。
【００２７】
図２において、１０はエキスパンドメタルであり、その表面にゼオライト粒子１１とポリイミド樹脂粒子１２を包み込むようにコロイダルシリカ１３によって保持している。図２に示すように、上記の▲１▼の状態では、コロイダルシリカがポリイミド粒子とゼオライト粒子を保持することによって形状を保っており、▲２▼の状態では、一部焼結したコロイダルシリカとゼオライト粒子同士をポリイミド粒子の融着によって保持することで形状を保っている。すなわち、▲１▼の状態では、比較的弱い物理的結合であるのに対し、▲２▼の状態では、強い化学的結合と強い物理的結合であるため、強度の大きい吸湿剤層となる。また、ポリイミド樹脂の特性により吸湿剤層は可塑性を示す。
【００２８】
ゼオライト等の脱着再生は通常、２００℃程度以下の温度域にて行われるため、吸湿剤の加熱再生の繰り返しによるバインダの分解が起こることはほとんどなく耐久性が問題になることはない。
【００２９】
尚、本実施例では、吸湿剤としてゼオライトを用いたが、他にシリカゲルや活性アルミナを用いてもよい。
【００３０】
また、本実施例では、吸湿剤層３は、ゼオライト１００重量部、コロイダルシリカ２０重量部、ポリイミド樹脂５重量部の配合比としているが、この限りではない。すなわち、用途、基材の種類、コストに応じて最適な配合比を求めればよい。以下に、詳細を説明する。
【００３１】
図３、図４はそれぞれ、ゼオライト１００重量部に対する無機バインダ（コロイダルシリカ）および有機バインダ（ポリイミド樹脂）の配合比と、吸脱着性能／吸湿剤層密着強度の関係を示したグラフである。吸脱着性能／吸湿剤層強度は、それぞれバインダの配合比を０とした時の性能を１００／０として求めている。
【００３２】
吸脱着性能試験としては、図５に示した調湿デバイスを用いて行った。図５において、エキスパンドメタルを波加工し、供給端子２１、２１′を設けた他は図１に示した構成と同等とした。
【００３３】
以上のように構成された調湿デバイスの動作、作用は以下の通りである。調湿デバイスの供給端子２１、２１′間に通電して、エキスパンドメタル２０を加熱状態にする。同時に、吸湿剤層も加熱される。水分脱着温度に達した吸湿剤層からは、吸着されていた水分が脱着する。次に、調湿デバイスの供給端子２１、２１′間を非通電状態にすると、エキスパンドメタル２０は非加熱状態となり吸湿剤層の温度は下がり、空気中の水分が吸湿剤に吸着される。
【００３４】
以上の調湿デバイスを、２５℃−６０％Ｒｈの恒温湿チャンバー内に設置した電子天秤上に静置し、重量変化の測定を行った。測定方法を以下に示す。
▲１▼調湿デバイスを電子天秤上に１時間以上静置する
▲２▼供給端子２１、２１′間に５分間通電する
▲３▼非通電状態とし２０分間静置する
以上の動作を１０回行い、吸脱着速度、吸脱着量を測定し、吸脱着性能を求めた。吸湿剤層の密着強度試験としては、２５℃−６０％Ｒｈの温湿度条件下で▲２▼〜▲３▼の動作を１０００時間繰り返し、次に本調湿デバイスの加振試験（周波数：２ｋＨｚ、振幅：±５ｍｍ）を１時間行い、吸湿剤層の剥がれ量から密着強度を求めた。
【００３５】
図３に示すように、ゼオライト１００重量部に対してコロイダルシリカの配合比を５重量部より小さくすると、吸湿剤層の密着強度は一気に低下した。コロイダルシリカの配合比が５〜３０重量部まではゆるやかに密着強度が増加する傾向を示した。また、コロイダルシリカの配合比を３０重量部より大きくすると、吸脱着性能はコロイダルシリカを配合しない場合から１０％低下した。よって、コロイダルシリカの添加による吸湿剤層の密着強度と吸脱着性能とのバランスを考えた場合、配合比は５〜３０重量部の範囲で選択することが望ましい。
【００３６】
次に、図４より、ゼオライト１００重量部に対してポリイミド樹脂の配合比を２重量部より小さくすると、吸湿剤層の密着強度は一気に低下した。ポリイミド樹脂の配合比を２重量部より大きくしていくと密着強度は直線的に増加する傾向を示した。また、ポリイミド樹脂の配合比を３０重量部より大きくすると、吸脱着性能はポリイミド樹脂を配合しない場合から３５％低下した。よって、ポリイミド樹脂の添加による吸湿剤層の密着強度と吸脱着性能とのバランスを考えた場合、配合比は２〜３０重量部の範囲で選択することが望ましい。
【００３７】
以上の結果より、吸湿剤層は吸湿剤１００重量部に対して、無機バインダ５〜３０重量部、有機バインダ２〜３０重量部の組成比とすることにより、強度の大きい吸湿剤層とすることができるものである。
【００３８】
また、本実施例では、吸湿剤層の形成において最終的に、４００℃にて加熱を行っているが、この限りではない。すなわち、有機バインダの種類に応じて最適な加熱温度を設定する必要がある。ゼオライトの加熱による水分脱着再生は、通常、２００℃程度以下にて行われるため、使用する有機バインダとしては少なくとも２００℃付近での使用に耐えるものを選定しなければならない。
【００３９】
例えば、有機バインダとしてシリコーン樹脂を用いた場合、約２５０℃で加熱することにより、可塑性があり強度の大きい吸湿剤層を形成することができる。また、有機バインダとしてポリボロキサン樹脂を用いた場合、約４５０℃で加熱することにより、可塑性があり強度の大きい吸湿剤層を形成することができる。
【００４０】
以上のことより、加熱温度は２５０℃〜４５０℃とすることで可塑性があり強度の大きい吸湿剤層とすることができるものである。
【００４１】
また、本実施例では、エキスパンドメタルの表面に吸湿剤層を形成し、エキスパンドメタルに通電したときの発熱を利用して吸湿剤層を加熱するため、吸湿剤層の温度上昇が速く、水分脱着温度に達するまでの時間が非常に短くなるものである。すなわち、従来のようにハニカム状セラミックス基材の表面に吸湿剤を担持し、この吸湿剤に空気中の水分を吸着させ、吸湿剤に吸着した水分を外部から主に輻射熱や対流熱により加熱して脱着再生する方法と比較して、本実施例では入力電力量を同一とした場合、約３倍の速度で水分脱着温度に達した。
【００４２】
従来のものでは、吸着剤層の温度が２００℃に達するまでの時間は１００Ｗで約６０秒であったが、本実施例では１００Ｗで２０秒弱であった。以上の結果より、吸脱着サイクルが比較的短い使用用途においては、本実施例の調湿デバイスは非常に有用である。また、エキスパンドメタルを基材として用い波板状に加工しているため、表面積を大きく確保した上で、ハニカム形状のように目詰まりする心配がなく、性能低下が少ない高耐久の調湿デバイスとすることができる。
【００４３】
また、ヒータとしてエキスパンドメタルを用いているため、抵抗値の設定を自由に行え、任意の電力を吸湿剤層に供給できるものである。すなわち、図６に示すエキスパンドメタルの板厚・幅Ｓ・長さＬ・きざみ幅Ｋ・ＬＷ・ＳＷのいずれを変更することによっても抵抗値を変えることができるものである。また、パンチングメタルの場合は、基材の板厚・幅Ｓ・長さＬ・パンチング穴形状・開口率のいずれを変更することによっても抵抗値を変えることができるものである。金網の場合は、基材の線径・幅Ｓ・長さＬ・メッシュのいずれを変更することによっても抵抗値を変えることができるものである。
【００４４】
また、エキスパンドメタル１は、９００〜１０００℃の雰囲気中で焼鈍しているため、表面に酸化物の緻密な不働態皮膜を形成することで、耐熱性・耐食性が向上し、かつアンカー効果によりアンダーコート層または吸湿剤層との密着性を向上させることができる。
【００４５】
以上の効果を示すため、図５に示す調湿デバイスを用いて、基材とアンダーコート層との密着性試験を行った。すなわち、密着性試験として、図５に示す調湿デバイスを焼成炉にて４００℃に加熱し、炉から取り出した直後に水中に投入する熱衝撃試験により評価を行った。比較例としては、焼鈍処理を行わない基材を用いた。
【００４６】
以上の熱衝撃試験を行った結果、熱処理基材ではアンダーコート層に剥がれはなかったが、未熱処理基材では一部に剥れが認められた。
【００４７】
以上の結果より、金属基材に焼鈍処理を施すことにより、基材の耐腐食性を向上させ、かつアンカー効果により吸湿剤層との密着性を向上させることができるものである。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、吸湿性がほとんど損なわれることなく、基材との密着強度が大きい可塑性を持つ吸湿剤層を形成する方法が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における吸湿剤層の断面図
【図２】本発明の実施例１における加熱によるミクロ的に見た吸湿剤層の変化を示す模式図
【図３】本発明の実施例１におけるゼオライト１００重量部に対する無機バインダ（コロイダルシリカ）の配合比と、吸脱着性能／吸湿剤層密着強度の関係を示したグラフ
【図４】本発明の実施例１におけるゼオライト１００重量部に対する有機バインダ（ポリイミド樹脂）の配合比と、吸脱着性能／吸湿剤層密着強度の関係を示したグラフ
【図５】本発明の実施例１における調湿デバイスの斜視図
【図６】本発明の実施例１におけるエキスパンドメタルの拡大図
【符号の説明】
１、１０、２０エキスパンドメタル
２アンダーコート層
３吸湿剤層
１１ゼオライト粒子
１２ポリイミド樹脂粒子
１３コロイダルシリカ

Claims

無機バインダと有機バインダを用いて吸湿剤を基材に塗布した後、加熱し、前記基材の表面に吸湿剤層を形成する方法。
有機バインダは熱可塑性樹脂を用いた請求項１に記載の吸湿剤層を形成する方法。
熱可塑性樹脂はポリイミドを用いた請求項２に記載の吸湿剤層を形成する方法。
無機バインダはコロイダルシリカを用いた請求項１〜３のいずれか１項に記載の吸湿剤層を形成する方法。
吸湿剤は少なくともゼオライト、シリカゲル、アルミナのいずれか一種以上を用いた請求項１〜４のいずれか１項に記載の吸湿剤層を形成する方法。
吸湿剤層は吸湿剤１００重量部に対して、無機バインダ５〜３０重量部の組成比とした請求項１〜５のいずれか１項に記載の吸湿剤層を形成する方法。
吸湿剤層は吸湿剤１００重量部に対して、有機バインダ２〜３０重量部の組成比とした請求項１〜６のいずれか１項に記載の吸湿剤層を形成する方法。
加熱温度は２５０℃〜４５０℃とした請求項１〜７のいずれか１項に記載の吸湿剤層を形成する方法。
基材は金属とした請求項１〜８のいずれか１項に記載の吸湿剤層を形成する方法。
基材は少なくともパンチングメタル、エキスパンドメタル、金網のうちいずれか一種を用いた請求項１〜９のいずれか１項に記載の吸湿剤層を形成する方法。
金属基材に焼鈍処理を施した請求項９または１０に記載の吸湿剤層を形成する方法。
吸湿剤層は、基材表面に形成したアルミナを主成分とするアンダーコート層の表面に設けられた請求項１〜１１のいずれか１項に記載の吸湿剤層を形成する方法。