JP4921649B2

JP4921649B2 - 機能性多孔質粒子

Info

Publication number: JP4921649B2
Application number: JP2001182483A
Authority: JP
Inventors: 政憲山中; 良憲岩島; 一男浅田
Original assignee: Japan Enviro Chemicals Ltd
Current assignee: Japan Enviro Chemicals Ltd
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2001-06-15
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2021-06-15
Also published as: JP2002369869A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、脱臭作用に加え、抗菌性も有する機能性多孔質粒子に関する。この機能性多孔質粒子は、例えば、病院等の医療現場や、医薬品、食品、液晶、半導体等の工場におけるクリーンルームの空気清浄に有用である。
【０００２】
【従来の技術】
活性炭等の多孔質粒子（吸着剤）は、脱臭や消臭等に汎用されているが、吸着剤に対し、さらに抗菌性等の機能を付与しようという試みがあり、特開昭５７−１１９７３８号公報には、ヨウ素−ヨウ化カリウムを担持させた活性炭布が開示されている。同公報では、前記活性炭布が外科用手当用品に使用できるとされている。
【０００３】
しかしながら、同公報に開示されている活性炭布は、ヨウ素の含有量が少ない。同公報に活性炭布の具体的なヨウ素含有量の記載はないが、本発明者等が同公報のその他の記載から算出したところ、前記活性炭布のヨウ素の平衡吸着量は約２重量％であり、場合によっては０．４重量％以下である。前記活性炭布は、外科用手当用品として人体に接触させて使用されるものであるから、このような少ないヨウ素含有量であっても効果があると考えられる。また、前記活性炭布の比表面積および細孔容積は非常に小さいと推察され、このため少量のヨウ素しか担持できないということも考えられる。しかし、空気中の微生物を殺菌するには、約２重量％や０．４重量％以下というヨウ素含有量では低すぎる。特に、病院等の医療現場の空気清浄では、ＭＲＳＡ（メシチリン耐性黄色ブドウ球菌）等の病原菌の感染を防ぐ必要があるため、空気清浄においてもレベルの高い抗菌作用が要求される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、脱臭・消臭作用に加え、充分な抗菌力をも有する機能性多孔質粒子の提供を、その目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の機能性多孔質粒子は、その表面および細孔内にヨウ素を有する多孔質粒子であって、前記ヨウ素の割合が、多孔質粒子無水重量当たり１０〜６０質量％の範囲であるという構成である。
【０００６】
このように、本発明の機能性多孔質粒子は、十分量のヨウ素を含有するため、空気中の微生物であっても充分に殺菌可能である。したがって、本発明の機能性多孔質粒子は、特に用途は制限されないが、空気清浄フィルタに適用することが好ましい。
【０００７】
前記「多孔質粒子無水重量」は、多孔質粒子を乾燥させて水を除去した重量である。例えば、「ＪＩＳＫ１４７４活性炭試験方法」にある乾燥減量の測定において、１１５℃（±５℃）に保った恒温乾燥機中で３時間乾燥させるとある。本発明もそのようにして多孔質粒子を乾燥させて秤量したものを「多孔質粒子無水重量」としてもよいし、若しくは予め乾燥減量を測定し、ｗｅｔ品を秤量して、これを換算して「多孔質粒子無水重量」としてもよい。
【０００８】
前記ヨウ素は、水分に接触するとヨウ素が溶出する電解質錯体に含まれていることが好ましい。後述のように、前記電解質錯体は、アルカリ金属ヨウ化物水溶液若しくはアルカリ土類金属ヨウ化物水溶液にヨウ素を溶解することにより得られるものである。前記電解質錯体としては、例えば、三ヨウ化カリウム、三ヨウ化ナトリウム等があり、これらが好ましい。なお、前記水分は、例えば、空気中の水分などである。
【０００９】
本発明の機能性多孔質粒子において、ＢＥＴ法による比表面積が３００〜２０００ｍ²／ｇであり、細孔容積０．１〜１．５ｃｍ³／ｇであり、細孔径が１〜３０ｎｍ、粒子径が０．０１〜１０ｍｍであることが好ましい。このように、大きな比表面製および細孔容量を有することにより、さらに十分量のヨウ素を担持することが可能である。
【００１０】
本発明の機能性多孔質粒子は、活性炭であることが好ましいが、本発明はこれに限定されない。
【００１１】
つぎに、本発明の機能性粒子の第１製造方法は、アルカリ金属ヨウ化物水溶液およびアルカリ土類金属ヨウ化物水溶液の少なくとも一方にヨウ素を溶解したヨウ素液を準備し、このヨウ素液を多孔質粒子の表面および細孔内部に接触させることにより、水分に接触するとヨウ素を溶出する電解質錯体を前記多孔質粒子の表面および細孔内に吸着させる機能性多孔質粒子の製造方法であって、前記ヨウ素液中のヨウ素の濃度が２０〜７０重量％の範囲である。
【００１２】
また、本発明の機能性多孔質粒子の第２製造方法は、固体状のヨウ素を昇華させて多孔質粒子に接触させる機能性多孔質粒子の製造方法であって、ヨウ素の割合が、多孔質粒子１００重量部に対し１０〜１５０重量である。
【００１３】
これら第１製造方法および第２製造方法により、本発明の機能性多孔質粒子が製造できるが、本発明の機能性多孔質粒子は、その他の方法によって製造してもよい。
【００１４】
前記第２製造方法において、昇華温度は、３０〜１２０℃の範囲であることが好ましい。
【００１５】
つぎに、本発明のウレタンフォームシートは、その表面および細孔内に、本発明の機能性多孔質粒子が付着していることを特徴とする。このシートは、例えば、空気清浄フィルタのフィルタ濾材に有用である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の機能性多孔質粒子は、前述のように活性炭が好ましいが、活性白土、ゼオライト、シリカゲル、活性アルミナ、粘土鉱物等であってもよい。
【００１７】
前記機能性多孔質粒子において、液体窒素温度条件下の窒素吸着によるＢＥＴ比表面積は３００〜２０００ｍ²／ｇのものが好ましく、さらに好ましくは５００〜２０００ｍ²／ｇである。前記機能性多孔質粒子の粒子径は、例えば、０．０１〜１０ｍｍ、さらに好ましくは０．０２〜１０ｍｍである。前記機能性多孔質粒子の細孔径は１〜３０ｎｍ（１０〜３００オングストローム）であるものが好ましく、さらに好ましくは１．５〜５．０ｎｍ（１５〜５０オングストローム）である。その細孔容積は０．１〜１．５ｃｍ³／ｇが好ましく、さらに好ましくは０．２〜１．０ｃｍ³／ｇである。
【００１８】
活性炭の原料としては、木粉、椰子殻等の植物系原料、無煙炭、石油ピッチ、コークス等の石炭、石油系原料、アクリノレ樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂等の合成樹脂原料が挙げられるが、椰子殻炭や石炭が好適に用いられる。前述の活性炭原料は、例えば固定床、移動床、流動床等で賦活化される。賦活化は例えば水蒸気、塩素、塩化水素、一酸化炭素、二酸化炭素酸素などを用いるガス賦活、アルカリ、酸、塩化亜鉛等を用いる薬品賦活等もあるが、本発明に用いられる活性炭はそのいずれによって賦活化されたものでも良い。
【００１９】
前記電解質錯体は、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属若しくはマグネシウム、カルシウム等のアルカリ土類金属のヨウ素化物水溶液にヨウ素を溶解させて得られる。前記電解質錯体において、通常、アルカリ金属若しくはアルカリ度類金属の３ヨウ化物とヨウ素単体が平衡状態で存在している。このなかで、３ヨウ化カリウムとヨウ素が平衡状態にある物質（ヨウ素−三ヨウ化カリウム）、３ヨウ化ナトリウムとヨウ素が平衡状態にある物質（ヨウ素−三ヨウ化ナトリウム）等が好適である。
【００２０】
前記電解質錯体を、多孔質粒子の表面及び細孔に添着する方法としては、例えば、噴霧含浸法、浸漬法等の第１製造方法、気体接触法の第２製造方法が挙げられるが、いずれの方法でも良い。
【００２１】
すなわち、第１製造方法では、まず、ヨウ素をヨウ化カリウム水溶液等のアルカリ若しくはアルカリ土類金属ヨウ化物水溶液に溶解し、ヨウ素液を調製する。
この調製において、溶解させるヨウ素と前記ヨウ化物の割合は、例えば、溶解させるヨウ素１重量部に対し、ヨウ化物１〜４質量部が好ましい。前記噴霧含浸法は、常温下で、噴霧器、散布器を用い、前記ヨウ素液を多孔質粒子に噴霧若しくは散布する方法である。また、窒素などのキャリアーガスを用いてヨウ素液を噴霧してもよい。前記浸漬法は、常温下で、前記ヨウ素液中に多孔質粒子を浸漬する方法である。前記ヨウ素液のヨウ素濃度は、２０〜７０質量％が好ましく、より好ましくは３０〜７０質量％である。
【００２２】
また、第２製造方法（気体接触法）は、固体ヨウ素を昇華させてヨウ素ガスを発生させ、これを多孔質粒子に接触させる方法である。この昇華温度は、３０〜１２０℃が好ましく、より好ましくは５０〜１２０℃である。固体ヨウ素と多孔質粒子の割合は、多孔質粒子１００重量部に対し、固体ヨウ素１０〜１５０重量部が好ましく、より好ましくは、固体ヨウ素２０〜１５０重量部である。
【００２３】
このようにして、多孔質粒子無水重量当たり１０〜６０質量％のヨウ素を含有する機能性多孔質粒子が製造できるが、その他の方法で製造してもよい。前記ヨウ素含有量は、好ましくは多孔質粒子無水重量当たり２０〜６０重量％であり、より好ましくは２０〜４０重量％である。
【００２４】
本発明の機能性多孔質粒子は、多孔質シートの表面及び細孔内に固着することにより、空気清浄フィルタ濾材とすることができる。このフィルタ濾材は、集塵機能、脱臭・消臭機能に加え、抗菌機能をも有する。前記多孔質シートとしては、不織布やウレタンフォームシートが挙げられる。多孔質シートへの機能性多孔質粒子の付着は、例えば、以下のようにして実施できる。
【００２５】
まず、機能性多孔質粒子、バインダ、分散剤を水に分散させて、処理液を調製する。そして、この処理液に、ウレタンフォームシート等の多孔質シートを浸漬し、若しくは前記処理液を噴霧若しくは散布して塗布する。その後、乾燥させれば、目的とするフィルタ濾材が得られる。
【００２６】
前記バインダは、特に制限されないが、反応性乳化剤により得られた共重合体水性エマルジョンが好ましい。前記反応性乳化剤としては、市販品が使用でき、例えば、商品名スピノマーＮａＳＳ（東ソー（株）製）がある。また、共重合体としては、例えば、スチレン−アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等がある。また、分散剤は、活性炭等の多孔質粒子粉末を分散できるものであれば、特に制限されない。
【００２７】
【実施例】
以下に実施例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明はこれら実施例に限定されない。
【００２８】
（実施例１）
蒸留水６４．８ｇにヨウ化カリウム６４．０ｇを加えたヨウ化カリウム水溶液に、ヨウ素４１．６ｇを溶解して電解質錯体を含む水溶液（ヨウ素液）を調製した。また、ＢＥＴ比表面積１５４０mｍ²／ｇ、平均細孔径が１．８８ｎｍ、細孔容積が０．７３ｃｍ³／ｇで粒子径が０．０５〜０．１５ｍｍ粉末状椰子殻活性炭２００ｇを２リットル容のポリプロピレン容器に入れ、卓上ミキサーで攪拌（３０〜１００ｒｐｍ）しながら、前記ヨウ素液の全量をそれぞれ窒素気流下に噴霧し、目的とする機能性粒子（ヨウ素・ヨウ化カリウム添着活性炭）を得た。得られた活性炭のヨウ素含量を、後記の方法で測定した結果、２７．１重量％であった。
【００２９】
（参考例）
実施例１の活性炭２００ｇを２リットルのマイヤーに仕込み、６０ｇの固体ヨウ素をガラス容器に仕込んで前記マイヤー内に吊し、１１０℃の温度でヨウ素を昇華させて気体状のまま活性炭に含浸させて機能性多孔質粒子（ヨウ素添着活性炭）を得た。得られた活性炭のヨウ素含量を、後記の方法で測定した結果、２０．４重量％であった。
【００３０】
（実施例３）
蒸留水８７．０ｇにヨウ化カリウム１２８．０９を加えたヨウ化カリウム水溶液に、ヨウ素８２．４ｇを溶解して電解質錯体を含む水溶液（ヨウ素液）を調製した。また、実施例１の活性炭２００ｇを２リットル容のポリプロピレン容器に入れ、卓上ミキサーで攪拌（３０〜５０ｒｐｍ）しながら、前記ヨウ素液の全量をそれぞれ窒素気流下に噴霧し、ヨウ素・ヨウ化カリウム添着活性炭を得た。得られた活性炭のヨウ素含量を、後記の方法で測定した結果、４１．４重量％であった。
【００３１】
（実施例４）
蒸留水１５４．０ｇにヨウ化カリウム３２０．０ｇを加えたヨウ化カリウム水溶液に、ヨウ素２０６．０ｇを溶解して電解質錯体を含む水溶液（ヨウ素液）を調製した。また、実施例１の活性炭２００ｇを２リットル容のポリプロピレン容器に入れ、卓上ミキサーで攪拌（３０〜５０ｒｐｍ）しながら、前記ヨウ素液の全量をそれぞれ窒素気流下に噴霧し、ヨウ素・ヨウ化カリウム添着活性炭を得た。得られた活性炭のヨウ素含量を、後記の方法で測定した結果、５９．２重量％であった。
【００３２】
（比較例１）
実施例１の活性炭にヨウ素を添着せずに使用した。
【００３３】
（比較例２）
実施例１の活性炭２００ｇを２リットルのマイヤーに仕込み、１ｇのヨウ素をガラス容器に仕込んでマイヤー内に吊し、１１０℃の温度でヨウ素を昇華させて気体状のまま活性炭に含浸させてヨウ素添着活性炭を得た。得られた活性炭のヨウ素含量を、後記の方法で測定した結果、０．２重量％であった。
【００３４】
（比較例３）
実施例１の活性炭２００ｇを２リットルのマイヤーに仕込み、１０ｇのヨウ素をガラス容器に仕込んでマイヤー内に吊し、１１０℃の温度でヨウ素を昇華させて気体状のまま活性炭に含浸させてヨウ素溶着活性炭を得た。得られた活性炭のヨウ素含量を、後記の方法で測定した結果、６．１重量％であった。
【００３５】
（比較例４）
蒸留水８ｇにヨウ化カリウム８ｇを加えたヨウ化カリウム水溶液に、ヨウ素５．２ｇを溶解して電解質錯体を含む水溶液（ヨウ素液）を調製した。また、実施例１の活性炭２００ｇを２リットル容のポリプロピレン容器に入れ、卓上ミキサーで攪拌（３０〜５０ｒｐｍ）しながら前記ヨウ素液の全量をそれぞれ窒素気流下に噴霧し、ヨウ素・ヨウ化カリウム添着活性炭を得た。得られた活性炭のヨウ素含量を、後記の方法で測定した結果、４．９重量％であった。
【００３６】
（ヨウ素含有量の測定方法）
前記実施例、参考例および比較例において、ヨウ素含量の測定は、亜硫酸ソーダを用いた還元抽出法によった。
（１）試料をＤｒｙ換算で活性炭重量が約２ｇとなるよう採取し（未乾燥品で１０ｇ）、０．５ＮＮａ₂ ＳＯ₃４０ｍｌを加え、３０分間振とうさせる。
（２）その後、水６０ｍｌを加えて更に３０分振とう後、水１００ｍｌでさらに３０分振とうを繰り返す。
（３）採取したろ液をメスアップし、再度メンブランフィルター（０．４５ミクロン）でろ過し、容量分析用０．０１ｍｏｌ／１ＡｇＮＯ₃水溶液（和光純薬製）を用い沈殿滴定し含量を算出した。ここで測定には電位差自動滴定装置ＡＴ−２００_N銀電極を使用（京都電子工業（株）製）を用いた。
【００３７】
実施例１、３、４、参考例、および比較例１〜４で得られた活性炭について、下記の方法により殺菌性能を評価した。その結果を下記表１に示す。
【００３８】
（殺菌性能評価法）
殺菌性能の評価は湿潤環境下を想定し、シェークフラスコ法によった。
（１）２００ｍｌねじ付きフラスコに生理食塩水４０ｍｌを秤量してオートクレーブ滅菌後、滅菌したフラスコに０．２ｇの試料を秤量してそれぞれ投入した。
（２）次に大腸菌および黄色ブドウ球菌の懸濁液を添加し、３０℃、２４時間振とう培養し、培養開始前と２４時間培養後の生菌数を測定した。
【００３９】
【表１】

【００４０】
前記表１から明らかなように、実施例の活性炭は、大腸菌や耐性の強い黄色ブドウ球菌に対しても、十分な殺菌性を示す。また、前記実施例および比較例の活性炭およびウレタンフォームシートを用いてフィルタ濾材を作製し、これについて、空気中での殺菌性能を評価した。その結果、実施例の活性炭を用いたフィルタ濾材は充分な抗菌性を示したが、比較例の活性炭では抗菌性は不十分であった。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の機能性多孔質粒子は、充分量のヨウ素を含有するから、抗菌性に優れている。例えば、本発明の機能性多孔質粒子を多孔質シートに固着してフィルタ濾材を作製すれば、空気中の微生物も充分に殺菌できる。

Claims

その表面および細孔にヨウ素を有する多孔質粒子であって、前記ヨウ素が、水分に接触するとヨウ素が溶出する電解質錯体に含まれており、前記ヨウ素の含有量が、多孔質粒子無水重量当たり２０〜６０重量％の範囲である、抗菌性多孔質粒子。
ＢＥＴ法による比表面積が３００〜２０００ｍ²／ｇであり、細孔容積が０．１〜１．５ｃｍ³／ｇであり、細孔径が１〜３０ｎｍ、粒子径が０．０１〜１０ｍｍである請求項１に記載の抗菌性多孔質粒子。
多孔質粒子が、活性炭である請求項１または２に記載の抗菌性多孔質粒子。
アルカリ金属ヨウ化物水溶液およびアルカリ土類金属ヨウ化物水溶液の少なくとも一方にヨウ素を溶解したヨウ素液を準備し、このヨウ素液を多孔質粒子の表面および細孔内部に接触させることにより、水分に接触するとヨウ素を溶出する電解質錯体を前記多孔質粒子の表面および細孔内に吸着させる請求項１に記載の抗菌性多孔質粒子の製造方法であって、前記ヨウ素液中のヨウ素の濃度が２０〜７０重量％の範囲である製造方法。
多孔質粒子が活性炭である、請求項４に記載の製造方法。