JP4829807B2 - 多孔質機能性材料を担体に担持させる方法 - Google Patents

Description

本発明は、多孔質機能性材料を担体に担持させる方法、及び当該方法によって得られる、多孔質機能性材料の粉末が熱硬化樹脂を介して担体に担持されて成る複合体に関する。

従来、活性炭やゼオライト等の多孔質機能性材料は、空気中の汚染物質や悪臭、水中の不純物質等（以下、総称して「不純物」という。）の吸着性能に優れているため、あらゆる分野で吸着材や浄化材として利用されている。多孔質機能性材料を吸着材等として利用する場合には、そのままの状態、通気性・透水性のある容器や袋に入れる、樹脂材料により結着して成形体とする、といった態様が一般的である。

中でも、樹脂材料を用いて多孔質機能性材料同士を結着した成形体、及び当該成形体の製造方法は以前より種々開示されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。特許文献１に係る発明は、シート状多孔質複合吸着材料の製造方法であって、熱可塑性樹脂エマルジョン、粉末状吸着材料、繊維状物質及び気泡剤を必須成分として含有する水系スラリーを起泡させた後シート状に成形するというものである。また、特許文献２に係る発明は、活性炭が、透水性を有する非熱溶融性且つ水不溶性又は水難溶性の高分子材料により結着されて一体成形された多孔質成形体である。

更に、繊維製品等に消臭機能を付与するため、繊維表面に樹脂材料を用いて多孔質機能性材料をプリントする方法等も知られている。

特開昭５５−１６１６０号公報（請求項１） 特開平１１−１４０２０８号公報（請求項１、４）

しかし、樹脂材料を用いて多孔質機能性材料同士を結着した成形体には、以前より多孔質機能性材料が備える細孔を樹脂材料が塞いでしまい、吸着機能が低下するという問題があった。この問題を解決するための手段としては、従来、多孔質機能性材料同士を結着するための最適な樹脂材料の選択、樹脂材料の改良、発泡剤の使用、多孔質機能性材料自体の改良、が殆どであった。特許文献１に係る発明は、好適な樹脂材料を選択したに過ぎず、特許文献２に係る発明は、気泡剤（発泡剤）を必須成分としている。従って、他の樹脂材料を適用したり、発泡剤を使用しなかったりした場合には、得られる多孔質成形体の吸着機能を十分に確保することが困難となる。

また、樹脂材料の使用量を減少することで、多孔質機能性材料を覆う樹脂皮膜を薄くして多孔質機能性材料を露出させる、或いは樹脂材料表面に多孔質機能性材料を振り掛ける、といった方法も実施されている。しかし、樹脂材料の使用量が少ないと皮膜強度が弱くなり、特に、繊維製品の表面に塗布（プリント）した場合には、数回の洗濯で樹脂材料が多孔質機能性材料と共に剥離して吸着機能が低下するため、実用性に欠ける。

そこで本発明者は、上記の問題点に鑑み、ペースト状接着剤（樹脂材料）中に混練された活性炭等の多孔質機能性材料の吸着機能低下を抑制し、吸着効果を向上した多孔質体を得るための多孔質体製造方法、及び当該方法によって得られる多孔質体を担体に担持させて成る複合体を提供するべく鋭意検討を重ねた結果、本発明に至ったのである。

即ち、本発明の多孔質機能性材料を担体に担持させる方法の要旨とするところは、少なくとも、多孔質機能性材料の粉末と、加熱により気化する液体と、前記粉末を担持させる担体と、熱硬化樹脂を接着成分とするペースト状接着剤と、
を準備する準備工程、
前記粉末を構成する粒子の細孔内に、該加熱により気化する液体を吸着させる吸着工程、
前記加熱により気化する液体が前記細孔内に吸着された前記粒子からなる前記粉末と、前記ペースト状接着剤とを混練して混練物を得る混練工程、
該混練物を前記担体に塗布する工程、
前記担体に塗布された混練物を熱処理して、前記細孔内に吸着された前記加熱により気化する液体を気化させ、且つ前記ペースト状接着剤を硬化させる熱処理工程
を含むことにある。

また、かかる多孔質機能性材料を担体に担持させる方法において、前記加熱により気化する液体が、水、アセトン、メタノール、エタノールのうちから選択され得る。

更に、かかる多孔質機能性材料を担体に担持させる方法において、前記加熱により気化する液体は発泡剤を含み得る。

また、かかる多孔質機能性材料を担体に担持させる方法において、前記多孔質機能性材料は、活性炭又はゼオライトであり得る。

更にまた、本発明の他の要旨とするところは、上記多孔質機能性材料を担体に担持させる方法によって得られた、前記多孔質機能性材料の粉末が前記熱硬化樹脂を介して前記担体に担持されて成る複合体であることにある。前記担体は布であり得、前記ペースト状接着剤は捺染糊であり得る。

本発明の多孔質機能性材料を担体に担持させる方法によると、ペースト状接着剤中に混練された多孔質機能性材料が備える細孔を塞ぐことがなく、多孔質機能性材料の吸着機能低下を抑制することができる。従って、本発明の多孔質機能性材料を担体に担持させる方法によると、吸着効果が向上された任意形状の多孔質体、或いは当該多孔質体が種々の担体に担持された、吸着機能を備える複合体を容易に得ることができる。

以下、本発明の多孔質機能性材料を担体に担持させる方法の実施形態について、図面に基づき説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではない。

本実施の形態に係る多孔質機能性材料を担体に担持させる方法においては、まず準備工程において、図１（ａ）に示したような多孔質機能性材料の粒子１２からなる多孔質機能性材料の粉末、加熱により気化する液体１４（図１（ｂ）参照）、ペースト状接着剤１６（図１（ｄ）参照）を準備する。多孔質機能性材料の粒子１２としては、例えば活性炭やゼオライト、シラスバルーン、タルク、珪藻土、バーミュキュライト、カオリン、セリサイト等、更には、これらに白金、パラジウム、ロジウム、チタン、酸化鉄等を担持させて触媒機能を持たせたものなどの粒子が挙げられるが、本発明に用いる多孔質機能性材料はこれらに限定されない。

また、本発明に用いる加熱により気化する液体（以下、単に「液体」という。）も特に限定されず、水、アセトン、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、トルエン、ベンゼン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、１，４−ジオキサン、四塩化炭素、塩化メチレン、クロロホルム、ピリジン、トリクロロエタン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、プロピレンカーボネート、アセトニトリル等を例示することができ、これらを１種または２種以上組み合わせて適用し得る。

更に、本発明に用いるペースト状接着剤とは、常温でペースト状をなし、最終的に多孔質機能性材料同士を連結するバインダとして機能するものであれば特に限定されず、捺染糊、釉薬、塗料、インク、エポキシ樹脂系やアクリル樹脂系、ポリウレタン系等の熱硬化性樹脂接着剤等を例示することができる。

次の吸着工程では、多孔質機能性材料の粒子１２に液体１４（図１（ｂ））を吸着させる。具体的には、多孔質機能性材料の粒子１２からなる粉末を液体１４中に投入して、多孔質機能性材料の粒子１２が備える細孔１３内に液体１４を吸着させる。ここで、多孔質機能性材料の粒子１２からなる粉末を液体１４中に投入後、減圧して細孔１３内の空気を脱気し、常圧に戻して液体１４を細孔１３内に吸着させることによって、細孔１３内により多くの液体１４を吸着させることができる。

続く混練工程では、上記吸着工程を経て得られた、液体１４が吸着された多孔質機能性材料の粒子（以下、「液体処理多孔質機能性材料の粒子」という。）１２ａ（図１（ｃ））と、ペースト状接着剤１６とを混練することによって、混練物１８（図１（ｄ））が得られる。この混練物１８は、ペースト状接着剤１６の働きによって所望の形状に成形したり、種々の担体に担持させたりすることができ、液体処理多孔質機能性材料の粒子１２ａを含む成形品等を容易に得ることができる。なお「担体」としては、例えば、織布や不織布等の繊維、金属、樹脂、セラミックス等が挙げられる。また、これらの担体に担持させる方法としては、担体の表面に塗布する方法が一般的である。

そして、最後の熱処理工程では、混練物１８を熱処理して、液体処理多孔質機能性材料の粒子１２ａに吸着された液体１４を気化させる（図１（ｅ））と共に、ペースト状接着剤１６を硬化させることによって、多孔質機能性材料の粒子１２を含む多孔質体１０（図１（ｆ））を得ることができる。ここで、熱処理工程とは、所定の熱処理条件で、公知の加熱手段により加熱処理することを意味する。熱処理条件は、液体１４やペースト状接着剤１６の種類によって異なるが、例えば、液体１４が水の場合には、当該水を気化できる温度、即ち蒸発又は沸騰可能な温度（好ましくは沸点である１００℃）以上であって、且つペースト状接着剤１６を硬化させるのに必要な温度により、所定時間加熱すればよく、特別な熱処理条件や特殊な熱処理装置は不要である。また、加熱手段も特に限定されず、例えば、オーブン、赤外線、マイクロ波、熱風等の利用が挙げられる。

このような所定の熱処理条件で混練物１８の熱処理（加熱処理）を行うと、図１（ｅ）に示したように、ペースト状接着剤１６が硬化していく過程で、液体処理多孔質機能性材料の粒子１２ａに吸着された液体１４は細孔１３内から徐々に気化（蒸発）していく。液体１４が水の場合には、蒸発していく液体１４、すなわち水蒸気によってペースト状接着剤１６に、細孔１３と混練物１８の外部Ｓとを導通する微細な導通経路２０が形成されていく。そして、図１（ｆ）に示したように、ペースト状接着剤１６が硬化する（硬化体１６ａ）と共に、多孔質機能性材料の粒子１２ａに吸着されていた液体１４が気化（蒸発）してしまうと、本実施形態に係る多孔質体１０が得られる。多孔質体１０には、水蒸気の通り道であった導通経路２０が形成されており、この導通経路２０によって、多孔質体１０に内包された多孔質機能性材料の粒子１２の細孔１３と外部Ｓは導通している。つまり、ペースト状接着剤１６の硬化体１６ａによって、多孔質機能性材料の粒子１２の細孔１３が全て塞がれてしまうという問題がない。

従って、この方法によると、外部Ｓの不純物を多孔質機能性材料の粒子１２の細孔１３で吸着することができ、多孔質機能性材料の粒子１２の吸着機能低下を抑制できると共に、吸着効果が向上された任意形状の多孔質体１０を容易に得ることができる。また、本実施形態の多孔質体製造方法に係るペースト状接着剤の働きによって、種々の担体に担持させることも可能であるため、吸着機能を備えた複合体１０ａ（不図示）を容易に得ることも可能となる。

以上に例示した方法は、本発明の技術的思想を実質的に限定するものと解してはならない。

例えば、吸着工程において、多孔質機能性材料の粒子１２に吸着される液体１４には発泡剤が添加されてもよい。つまり、吸着工程において、発泡剤を含む液体１４ａ（不図示）を多孔質機能性材料の粒子１２に吸着させる。すると、後の熱処理工程において、気化していく液体１４により導通経路２０が形成されていく過程で発泡剤が発泡し、隣接する導通経路２０同士が連通し易くなる。従って、外部Ｓから細孔１３までの導通経路２０がより多く形成されることとなり、多孔質体１０の吸着効率を更に向上することができる。なお、発泡剤としては、例えば、重曹、過酸化水素、ｐ．ｐ−オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド、アゾジカルボンアミド等が挙げられるが、これらに限定されず、他の公知の発泡剤が種々適用できる。

また、熱処理工程において、液体が気化（蒸発及び／又は発泡）し、ペースト状接着剤が硬化すれば、種々の加熱方法を複合して用いることも可能である。例えば、液体として水、ペースト状接着剤として紫外線硬化樹脂を適用し、マイクロ波等の加熱手段で水を加熱すると共に、紫外線照射により紫外線硬化樹脂を硬化させることによって、同様の多孔質体が得られる。

更に、ペースト状接着剤がマイクロ波で硬化するものであれば、熱処理工程において、マイクロ波を照射することのみによって、多孔質体を製造することも可能である。更にこの応用として、磁気等の利用も考えられる。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、当業者の創意と工夫により、適宜に改良、変更又は追加をしながら実施できる。

（１）準備工程：多孔質機能性材料として、活性炭粉末（和光純薬工業製、アセトアルデヒド吸着量１２６ｍｇ／ｇ、滋賀県東北部工業技術センター調べ）、加熱により気化する液体として水、ペースト状接着剤として、接着樹脂；Ｘ５０８〔アクリル系〕（村山化学研究所）及び基材；ＦＯＲ−３５消泡剤、ＮＡ−３、ＮＢ乳化剤等（村山化学研究所）を準備した。

（２）吸着工程：活性炭粉末を、当該活性炭粉末の５倍量の水に分散し、２０分間煮沸処理して、室温で１昼夜放置した。

（３）混練工程：上記（２）吸着工程で得られた活性炭粉末（水処理活性炭粉末）と、ペースト状接着剤に係る接着樹脂及び基材を［表１］に示した配合割合で混練して混練物を得た。なお、［表１］中の「活性炭粉末」は、（２）吸着工程を経ていない（１）準備工程で準備した活性炭粉末そのものである。

（４）熱処理工程：上記（３）混練工程で得られた実施例及び比較例に係る混練物をそれぞれアルミ箔（担体）上に塗布し、１４０℃で２０分間熱処理を行って水を蒸発させ、且つペースト状接着剤を硬化させることによって、多孔質体を含む複合体を得た。

上記（１）〜（４）を経て得られた、実施例及び比較例に係る複合体を用いて、アセトアルデヒドの吸着試験を行った。なお、ガス吸着率の測定はガス検知管法により行った。

図２に、吸着試験の結果を示す。同図から明らかなように、初期吸着速度及び吸着率は、（２）吸着工程を経て得られた実施例に係る複合体の方が、比較例に係る複合体に比べて良好であった。また、それぞれの複合体を電子顕微鏡で観察したところ、比較例では活性炭粉末同士の間に殆ど空間がなく、活性炭粉末がペースト状接着剤によって被覆されている状態が確認された。一方の実施例に係る複合体では、活性炭粉末の一部はペースト状接着剤によって被覆されていたものの、活性炭粉末同士の間には大きな空間が形成され、活性炭粉末の露出度が非常に高いことが確認された。

本実施例からも明らかなように、本発明の多孔質機能性材料を担体に担持させる方法によると、容易な方法によって、ペースト状接着剤中に混練された多孔質機能性材料の粒子が備える細孔を塞ぐことなく、また、多孔質機能性材料の粒子同士の間にも空間を確保することができる。従って、多孔質機能性材料の吸着機能低下を抑制することができ、吸着効果が向上された多孔質体、或いは当該多孔質体を担体に担持させた複合体を容易に得ることができる。

本発明の多孔質機能性材料を担体に担持させる方法によって得られる多孔質体は、ペースト状接着剤を用いることによって任意形状に成形可能であると共に、種々の担体に担持させることも可能であり、多孔質機能性材料が備える吸着機能を利用した多孔質体や複合体を容易に得ることができる。従って、本発明の多孔質機能性材料を担体に担持させる方法によって得られる多孔質体や複合体は、繊維加工分野、プラスチック加工分野、塗装関連分野等での利用が期待できる。

（ａ）〜（ｆ）は本発明の多孔質機能性材料を担体に担持させる方法に用いる各工程を示した説明図である。 本発明の多孔質機能性材料を担体に担持させる方法によって得られた複合体のガス吸着率を示した図である。

１０：多孔質体
１２：多孔質機能性材料の粒子
１２ａ：液体処理多孔質機能性材料の粒子
１３：細孔
１４：加熱により気化する液体
１６：ペースト状接着剤
１６ａ：硬化体
１８：混練物
２０：導通経路

Claims (3)

1. 少なくとも、多孔質機能性材料の粉末と、加熱により気化する液体と、前記粉末を担持させる担体と、熱硬化樹脂を接着成分とするペースト状接着剤と、
   を準備する準備工程、
   前記粉末を構成する粒子の細孔内に、該加熱により気化する液体を吸着させる吸着工程、
   前記加熱により気化する液体が前記細孔内に吸着された前記粒子からなる前記粉末と、前記ペースト状接着剤とを混練して混練物を得る混練工程、
   該混練物を前記担体に塗布する工程、
   前記担体に塗布された混練物を熱処理して、前記細孔内に吸着された前記加熱により気化する液体を気化させ、且つ前記ペースト状接着剤を硬化させる熱処理工程、
   を含む、多孔質機能性材料を担体に担持させる方法。
2. 前記加熱により気化する液体が、水、アセトン、メタノール、エタノールのうちから選択される請求項１に記載の多孔質機能性材料を担体に担持させる方法。
3. 前記多孔質機能性材料が活性炭又はゼオライトである、請求項１または２に記載の多孔質機能性材料を担体に担持させる方法。

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