JP5639302B1 - 微粒子吸着素材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い吸着率でＰＭ２．５等の微粒子を吸着する微粒子吸着素材を提供する。【解決手段】イ草の髄を外皮から分離する。続いて、外皮から分離された髄を液体に浸潤させる。続いて、液体に浸潤された髄を剪断粉砕する。続いて、剪断粉砕された髄にでんぷん糊等の粘着剤を付与する。続いて、粘着剤の付与された粉砕された髄を噴霧等により、網目構造を備える素材に塗布する。これにより、ＰＭ２．５等の微粒子を高い吸着率で吸着する微粒子吸着素材が製造される。このように製造された微粒子吸着素材は、マスク、空気清浄機のフィルタ等として利用可能である。【選択図】図３

Description

本発明は微粒子を吸着する素材の製造方法に関する。

ホルムアルデヒド等の人体に有害な物質をイ草素材に吸着させることで除去する技術がある。

例えば、特許文献１には、イ草を細かく破砕して粉状体や線状体としたものを用いた、有害物質の吸着作用を備える塗料、結合材、紙、撚り糸、紡糸繊維、壁材、編織物、茣蓙などの材料が提案されている。

特開２００２−６７００６号公報

イ草は外皮と、外皮に覆われた髄で構成され、外皮よりも髄において、ホルムアルデヒド等の気体の化学物質を吸着することが知られている。しかしながら、気体の化学物質より粒径が大きいＰＭ２．５（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ ２．５）等の微粒子（本願において、「微粒子」とは、０．１μｍ〜１μｍオーダーの粒子をいうものとする）がイ草に吸着されるか否かは不明であった。

本願の発明者は独自の実験により、以下の知見を得た。
（１）イ草はＰＭ２．５等の微粒子を吸着する。
（２）イ草の外皮よりも髄において微粒子の吸着率（単位面積当たりの吸着数）が遙かに高い。
（３）イ草の髄が備えるスポンジ構造を形成する枝の表面にＰＭ２．５等の微粒子が吸着する。
（４）イ草の外皮と髄を分離せずにイ草を１ｍｍオーダー以下に粉砕すると、髄の枝の多くが破壊される。（粉砕の方法が剪断粉砕であっても、髄の枝構造はほとんど残らない。）

上記の知見に関し補足すると、イ草の髄がスポンジ構造（三次元的な網目構造）を備えていることは従来から知られていた。従って、仮にイ草の髄によりＰＭ２．５等の微粒子が除去されるとすれば、当該スポンジ構造が有する網目がＰＭ２．５等の微粒子を捕捉する、と推測される。ただし、イ草の髄が備える網目構造の目は１０μｍのオーダーであり、ＰＭ２．５のような粒径が１０μｍオーダーより小さい微粒子はイ草の髄により捕捉されない、と推測される。これらの推測に反して、実際には上記（３）に述べたとおり、イ草の髄が備えるスポンジ構造を形成する枝の表面にＰＭ２．５等の微粒子が吸着することが判明した。

本発明は、上記の知見に基づき、高い吸着率でＰＭ２．５等の微粒子を吸着する微粒子吸着素材を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明は、イ草の髄を外皮から分離する分離工程と、前記分離工程において外皮から分離されたイ草の髄に液体を浸潤させる浸潤工程と、前記浸潤工程において液体に浸潤されたイ草の髄を剪断粉砕する剪断粉砕工程とを備える微粒子吸着素材の製造方法を第１の態様として提供する。

また、本発明は、上記の第１の態様にかかる製造方法において、前記分離工程の後かつ前記浸潤工程の前に、外皮から分離されたイ草の髄を切断する切断工程を備える、という構成を第２の態様として提供する。

また、本発明は、上記の第１の態様にかかる製造方法において、前記分離工程の後かつ前記浸潤工程の前に、外皮から分離されたイ草の髄を引き裂く引き裂き工程を備える、という構成を第３の態様として提供する。

また、本発明は、上記の第１乃至第３のいずれかの態様にかかる製造方法において、前記剪断粉砕工程において剪断粉砕された、液体に浸潤されたイ草の髄を、網目構造を備える素材に塗布する塗布工程を備える、という構成を第４の態様として提供する。

また、本発明は、上記の第４の態様にかかる製造方法において、前記塗布工程における塗布は噴霧による塗布である、という構成を第５の態様として提供する。

また、本発明は、上記の第１乃至第３のいずれかの態様にかかる製造方法において、前記剪断粉砕工程において剪断粉砕された、液体に浸潤されたイ草の髄を繊維素材と混合し混合素材を生成する混合工程と、前記混合工程により生成された混合素材から脱液を行う脱液工程とを備える、という構成を第６の態様として提供する。

また、本発明は、上記の第６の態様にかかる製造方法において、前記脱液工程において、または、前記脱液工程の後に、前記混合工程において生成された混合素材を圧縮する圧縮行程を備える、という構成を第７の態様として提供する。

また、本発明は、上記の第１乃至第７のいずれかの態様にかかる製造方法において、前記分離工程の後のいずれかのタイミングにおいて、前記イ草の髄に粘着剤を付与する付与工程を備える、という構成を第８の態様として提供する。

また、本発明は、上記の第１乃至第３のいずれかの態様にかかる製造方法において、前記剪断粉砕工程において剪断粉砕された、液体に浸潤されたイ草の髄から脱液を行う脱液工程と、基材に粘着剤を塗布する塗布工程と、前記塗布工程において粘着剤の塗布された基材の表面に、前記脱液工程により脱液された、粉砕されたイ草の髄を付着させる付着工程とを備える、という構成を第９の態様として提供する。

また、本発明は、上記の第１乃至第３のいずれかの態様にかかる製造方法において、
前記剪断粉砕工程において剪断粉砕されたイ草の髄を、通気性を有するシート状体に封入する封入工程を備える、という構成を第１０の態様として提供する。

また、本発明は、イ草の髄を外皮から分離する分離工程と、基材に粘着剤を塗布する塗布工程と、前記塗布工程において粘着剤の塗布された基材の表面に、前記分離工程により外皮から分離されたイ草の髄を付着させる付着工程とを備える微粒子吸着素材の製造方法を第１１の態様として提供する。

また、本発明は、イ草の髄を外皮から分離する分離工程と、前記分離工程により外皮から分離されたイ草の髄を、通気性を有するシート状体に封入する封入工程とを備える微粒子吸着素材の製造方法を第１２の態様として提供する。

本発明によれば、外皮から分離され、枝構造の多くが維持されたイ草の髄を含む微粒子吸着素材が製造される。その結果、高い吸着率でＰＭ２．５等の微粒子を吸着する微粒子吸着素材が得られる。

また、当該微粒子吸着素材には、イ草の外皮が実質的に含まれない。なお、この「外皮が実質的に含まれない」とは、分離工程において髄から分離されず混入した微量な外皮が微粒子吸着素材に含まれることを許容する、という意味である。従って、イ草の外皮を含む素材と比較し、高い吸着率で微粒子を吸着し、かつ、外観に優れた微粒子吸着素材が得られる。

イ草の構造を示す顕微鏡写真。 イ草の髄の構造と微粒子が吸着されている様子を示す顕微鏡写真。 一実施形態にかかる微粒子吸着素材の製造方法を示すフロー図。 イ草の髄を外皮から押し出して分離する方法の一例を示す図。 イ草の髄を外皮から押し出して分離するための器具の一例およびその使用方法を示す図。 一実施形態にかかる微粒子吸着素材の製造方法を示すフロー図。 一実施形態にかかる微粒子吸着素材の製造方法を示すフロー図。 一実施形態にかかる微粒子吸着素材の製造方法を示すフロー図。

［実施形態］
図１は、イ草を長手方向に沿った面で半円筒状に切断した断面の顕微鏡写真である。図１に示されるように、イ草１は、外皮１１と、外皮１１に覆われる髄１２で構成される。

図２は、ＰＭ２．５等の微粒子が浮遊する外気に所定時間曝露した後のイ草の髄の顕微鏡写真である。図２に示されるように、イ草の髄はスポンジ構造（三次元的な網目構造）を備えており、当該スポンジ構造を形成する枝の表面に微粒子２が吸着される。

［第１実施例］
図３は、本発明の一実施形態にかかる微粒子吸着素材の製造方法を示すフロー図である。まず、イ草の髄を外皮から分離する（分離工程、ステップＳ１１）。ステップＳ１１において髄を外皮から分離する方法としては以下に例示のものが採用され得るが、これらに限られない。

（１）外皮を髄から捲るように剥離することで分離する。
（２）短く切断したイ草の一方の端部を台の上に置いて押さえ、棒等を押し付けながら当該端部から他方の端部に向かい移動させることにより、髄を絞り出すことで分離する（図４）。
（３）短く切断したイ草の軸方向に、外皮の内径より小さい直径の押し出し棒を押し込み、髄を外皮から押し出すことで分離する。
（４）長手方向に沿った面で半円筒状に切断したイ草の切断面に露出した髄を棒等で掻き出すことで分離する。

図５は、髄を外皮から分離するために独自に発明した器具とその使い方を示した図である。図５に示す器具３は、外皮に切れ目を入れるカッター部３１と、髄を掻き出すスプーン形状の掻き出し部３２を備える。

作業員は、例えば５ｃｍ程度に切断したイ草１の一方の端部付近において、カッター部３１の刃先をイ草１に差し入れた後、器具３をイ草１の他方の端部方向にスライドさせる。その際、カッター部３１がイ草１の外皮を長手方向に沿って切断しつつ、掻き出し部３２が切断された外皮の間から髄を掻き出す。

図３に戻り、本実施例にかかる微粒子吸着素材の製造方法の説明を続ける。続いて、外皮から分離された髄をハサミ等の器具やカッターミル等の切断装置により切断する（切断工程）か、もしくは引き裂く（引き裂き工程）ことにより、概ね所定の長さ（例えば、１ｍｍ〜１ｃｍオーダー）とする（ステップＳ１２）。なお、ステップＳ１２において髄を切断するか引き裂くかによって、最終的に製造される微粒子吸着素材の外観（風合い）が異なる。なお、切断工程および引き裂き工程は目的に応じて省略されてもよい。

続いて、外皮から分離された髄（または外皮から分離された後、切断または引き裂きにより短くされた髄）に液体を浸潤させる（浸潤工程、ステップＳ１３）。浸潤工程において髄に浸潤させるために用いられる液体は、例えば水であるがこれに限られない。また、浸潤工程において髄に浸潤させるために用いられる液体の量は、例えば当該液体が水の場合、髄１ｇに対し３００ｃｃ〜４００ｃｃ程度が望ましい。本願の発明者は、実験により、左記の範囲外の比率の量の水を用いた場合、次に述べる剪断粉砕工程における粉砕効率が低下することを確認した。

続いて、液体に浸潤された髄（浸潤工程で用いた髄に浸潤していない液体を含む）を剪断粉砕機に投入し、剪断粉砕する（剪断粉砕工程、ステップＳ１４）。ここで、剪断粉砕とは、剪断刃により髄を剪断することにより粉砕することをいい、例えばボールミルや臼等の磨り潰しによる粉砕は含まない。

髄の粉砕において剪断粉砕を採用することで、髄の枝の多くが破壊されずに残る。そのため、粉砕によって枝の表面においてＰＭ２．５等の微粒子を吸着する能力が低下することがない。なお、髄を外皮から分離せず、外皮と髄をそのまま剪断粉砕した場合、外皮が１ｍｍオーダー以下となるまで粉砕すると、髄の枝構造がほとんど残らないことを本願の発明者が発見した点は既述のとおりである。

また、剪断粉砕を行う場合、仮に浸潤工程を経ないで乾燥した髄を剪断粉砕機にかけると、１００μｍオーダー以下の粒径まで髄を粉砕することができない。これは、髄がスポンジ構造を備えるため、剪断刃の回転等により生じる風力で髄が剪断刃を避けるように移動してしまうためであると推測される。本願の発明者は様々な実験を行い、髄を液体に浸潤させた状態で剪断粉砕することにより、スポンジ構造の髄を、その枝構造を維持しつつ１００μｍオーダー以下の粒径まで微小化できることを発見した。

続いて、剪断粉砕された髄を含む液体に粘着剤を付与する（付与工程、ステップＳ１５）。付与工程において用いられる粘着剤は、例えばでんぷん糊であるがこれに限られない。ただし、人体に有害な可能性の低い動植物由来の粘着剤（例えば、米糊、膠、布海苔等）が用いられることが望ましい。なお、付与工程は目的に応じて省略されてもよい。

続いて、上記の工程を経て生成された微細化された髄を含む液体状の素材を、網目構造を備える素材に塗布する（塗布工程、ステップＳ１６）。塗布工程において用いられる網目構造を備える素材は、例えばガーゼ、不織布、空気清浄機のフィルタ等であるがこれらに限られない。

また、塗布工程における塗布の方法は例えば噴霧であるがこれに限られず、目的や塗布対象物の特性等に応じて刷毛塗り、含浸等が採用されてもよい。

続いて、微細化された髄を含む液体状の素材の塗布された網目構造を備える素材を乾燥する（乾燥工程、ステップＳ１７）。これにより、本実施例における微粒子吸着素材が製造される。このように製造された微粒子吸着素材は、例えばマスクや空気清浄機のフィルタとして利用されるが、その用途はこれらに限られない。

なお、剪断粉砕工程または付与工程により生成される微細化された髄を含む液体状の素材は、それ自体が微粒子吸着素材として利用者に提供され得る。利用者は当該微粒子吸着素材を、例えば市販のマスクや空気清浄機のフィルタ等に噴霧することによって、既存のマスクやフィルタに微粒子吸着性能を手軽に付加することができる。また、利用者は、自宅の壁等に当該微粒子吸着素材を噴霧、刷毛塗り等により塗布することにより、既存の壁等に微粒子吸着能力を手軽に付加することができる。さらに、利用者は、例えば空中に当該微粒子吸着素材を噴霧することにより、空中に浮遊する微粒子を除去することができる。

［第２実施例］
図６は、本発明の他の一実施形態にかかる微粒子吸着素材の製造方法を示すフロー図である。本実施例の製造方法において行われるステップＳ２１〜Ｓ２４の工程は、図３に示したフローのステップＳ１１〜Ｓ１４の工程と同様である。

本実施例においては、ステップＳ２４の剪断粉砕工程に続いて、微細化された髄を含む液体状の素材（液体に浸潤され粉砕された髄）を、繊維素材と混合し、髄と繊維素材の混合素材を生成する（混合工程、ステップＳ２５）。混合工程において用いられる繊維素材は、例えば綿であるがこれに限られない。また、混合工程において微細化された髄を含む液体状の素材と繊維素材を混合する方法としては、例えば攪拌棒で攪拌する、作業者の手で揉みながら混ぜる、等が採用され得るがこれらに限られない。

続いて、混合工程により生成された混合素材から脱液を行う（脱液工程、ステップＳ２６）。脱液の方法としては、例えば混合素材を網の上から落とす、または、混合素材を網で漉く（または抄く）、等が採用され得るがこれらに限られない。

続いて、脱液工程において脱液された混合素材を、厚さが略均等となるように整形する（整形工程、ステップＳ２７）。なお、混合工程において、混合素材が整形された状態で脱液される場合、整形工程は省略されてもよい。

続いて、脱液された混合素材を圧縮する（圧縮工程、ステップＳ２８）。圧縮の方法としては、例えば、混合素材を２枚の圧縮板で挟み込んで加圧する方法が採用され得るが、これに限られない。なお、圧縮工程の主な目的は素材の厚みを薄くするとともに強度を高めることである。

続いて、圧縮された混合素材に粘着剤を付与する（付与工程、ステップＳ２９）。この付与工程は、図３に示したフローのステップＳ１５の工程と同様である。

続いて、粘着剤の付与された混合素材を、さらに圧縮する（圧縮工程、ステップＳ２１０）。この圧縮工程は、ステップＳ２８の工程と同様である。なお、ステップＳ２８とステップＳ２１０のいずれか一方が省略されてもよい。

続いて、粘着剤が付与され圧縮された混合素材を乾燥する（乾燥工程、ステップＳ２１１）。これにより、本実施例における微粒子吸着素材が製造される。このように製造された微粒子吸着素材は、例えば壁材として利用されるが、その用途はこれらに限られない。

［第３実施例］
図７は、本発明の他の一実施形態にかかる微粒子吸着素材の製造方法を示すフロー図である。本実施例の製造方法において行われるステップＳ３１〜Ｓ３４の工程は、図３に示したフローのステップＳ１１〜Ｓ１４の工程と同様である。ただし、ステップＳ３３における浸潤工程において、製造する微粒子吸着素材の用途等に応じて髄の粒径が大きくてもよい場合は、ステップＳ１３における浸潤工程における場合と比較し、髄に対する液体の量を少なくしてもよい。このように、髄に対し用いる液体の量を減らすことで、ステップＳ３４における剪断粉砕において生成される髄の粒径を大きくすることができる。

本実施例においては、ステップＳ３４の剪断粉砕工程に続いて、図６に示したフローのステップＳ２６と同様の脱液を行う（脱液工程、ステップＳ３５）。続いて、脱液された微細化された髄を乾燥する（乾燥工程、ステップＳ３６）。

続いて、別途準備した基材の表面に粘着剤を塗布する（塗布工程、ステップＳ３７）。ステップＳ３７において用いられる基材は、例えば板状体、紙等のシート状体、ガーゼ等の繊維素材等が採用され得るが、これらに限られない。また、ステップＳ３７において用いる粘着剤は、例えばでんぷん糊であるがこれに限られない。ただし、人体に有害な可能性の低い動植物由来の粘着剤（例えば、米糊、膠、布海苔等）が用いられることが望ましい。また、ステップＳ３７において粘着剤を基材に塗布する方法は、噴霧、刷毛塗り、含浸等のいずれであってもよい。なお、ステップＳ３７は、ステップＳ３１〜Ｓ３６と並行して行われてもよい。

続いて、ステップＳ３６において乾燥した微細化された髄を、ステップＳ３７において粘着剤の塗布された基材の表面に付着させる（付着工程、ステップＳ３８）。ステップＳ３８における付着の方法は、例えば微細化した髄の入った容器に粘着剤の塗布された基材を入れてまぶす、微細化した髄を粘着剤の塗布された基材に吹き付ける、等が採用され得るが、これらに限られない。

続いて、微細化された髄を基材の表面に付着させている粘着剤を乾燥させる（乾燥工程、ステップＳ３９）。これにより、本実施例における微粒子吸着素材が製造される。このように製造された微粒子吸着素材は、基材の種別に応じて、例えば壁材、壁紙、マスク等として利用されるが、その用途はこれらに限られない。

なお、基材に付着された髄の剥がれ落ちに備え、通気性を有するシート状体で髄の付着した基材の表面を覆う被覆工程をステップＳ３８またはステップＳ３９の後に行ってもよい。

また、製造される微粒子吸着素材の用途によっては、髄の大きさが１ｍｍ〜１ｃｍオーダーの大きさでよい場合がある。この場合、ステップＳ３２において髄の大きさを所望の大きさに切断または引き裂けば、ステップＳ３３〜Ｓ３６が省略されてもよい。

本実施例にかかる製造方法により製造される微粒子吸着素材は、髄の表面の多くが粘着剤に覆われないため、例えば使用する粘着剤の濃度を高めても、粘着剤により微粒子の吸着効果が低減されず、高い吸着性能を示す。

［第４実施例］
図８は、本発明の他の一実施形態にかかる微粒子吸着素材の製造方法を示すフロー図である。本実施例の製造方法において行われるステップＳ４１〜Ｓ４４の工程は、図３に示したフローのステップＳ１１〜Ｓ１４の工程と同様である。ただし、ステップＳ４３における浸潤工程においては、ステップＳ１３における浸潤工程における場合と比較し、髄に対する液体の量を少なくすることが望ましい。例えば、使用する液体として水を用いる場合、髄１ｇに対し１００ｃｃ〜２００ｃｃ程度の水が用いられることが望ましい。このように、髄に対し用いる液体の量を減らすことで、ステップＳ４４における剪断粉砕において生成される髄の粒径を大きくすることができる。ステップＳ４４において生成される髄の粒径は、例えば１００μｍ〜１ｍｍオーダーである。

続いて、脱液工程（ステップＳ４５）および乾燥工程（ステップＳ４６）を行う。ステップＳ４５〜Ｓ４６は、図７のステップＳ３５〜Ｓ３６と同様である。

続いて、乾燥された微細化された髄を、通気性を有するシート状体に封入する（封入工程、ステップＳ４７）。ステップＳ４７において用いられるシート状体は、例えば不織布のシート、綿布、麻布、目の細かいナイロンメッシュのシート等が採用可能であるが、これらに限られない。また、ステップＳ４７における封入の方法としては、例えば予め袋状に形成したシート状体の開口部から微細化された髄を投入した後、シート状体の開口部を縫製や接着等により閉じる方法や、２枚のシート状体の間に微細化された髄を挟み込んだ状体で、それらの２枚のシート状体を縫い合わせる方法などが採用され得るが、これらに限られない。

なお、ステップＳ４５は、ステップＳ４７と同時に行われてもよい。この場合、シート状体が脱液のための網の役割を果たす。また、この場合、ステップＳ４６はステップＳ４７の後に行われることになる。

また、製造される微粒子吸着素材の用途によっては、髄の大きさが１ｍｍ〜１ｃｍオーダーの大きさでよい場合がある。この場合、ステップＳ４２において髄の大きさを所望の大きさに切断または引き裂けば、ステップＳ４３〜Ｓ４６が省略されてもよい。

このように製造された微粒子吸着素材は、例えばフィルタや壁材（内装材）等として利用されるが、その用途はこれらに限られない。

上述した製造方法は本発明の一実施形態であって、本発明の技術的思想の範囲内において様々に変形することができる。

例えば、図３、図６〜図８に示した製造方法のフローは一例であって、それらの製造方法を構成する工程の順序の一部は変更され得る。例えば、素材に粘着剤を付与する付与工程は、分離工程の後のタイミングであれば、例えば浸潤工程、剪断粉砕工程において同時に行われてもよいし、それらの工程の間または前後において行われてもよい。

１…イ草、１１…外皮、１２…髄、２…微粒子、３…器具、３１…カッター部、３２…掻き出し部

Claims (10)

1. イ草の髄を外皮から分離する分離工程と、
   前記分離工程において外皮から分離されたイ草の髄に液体を浸潤させる浸潤工程と、
   前記浸潤工程において液体に浸潤されたイ草の髄を剪断粉砕する剪断粉砕工程と
   を備える微粒子吸着素材の製造方法。
2. 前記分離工程の後かつ前記浸潤工程の前に、外皮から分離されたイ草の髄を切断する切断工程を備える
   請求項１に記載の微粒子吸着素材の製造方法。
3. 前記分離工程の後かつ前記浸潤工程の前に、外皮から分離されたイ草の髄を引き裂く引き裂き工程を備える
   請求項１に記載の微粒子吸着素材の製造方法。
4. 前記剪断粉砕工程において剪断粉砕された、液体に浸潤されたイ草の髄を、網目構造を備える素材に塗布する塗布工程
   を備える請求項１乃至３のいずれか１項に記載の微粒子吸着素材の製造方法。
5. 前記塗布工程における塗布は噴霧による塗布である
   請求項４に記載の微粒子吸着素材の製造方法。
6. 前記剪断粉砕工程において剪断粉砕された、液体に浸潤されたイ草の髄を繊維素材と混合し混合素材を生成する混合工程と、
   前記混合工程により生成された混合素材から脱液を行う脱液工程と
   を備える請求項１乃至３のいずれか１項に記載の微粒子吸着素材の製造方法。
7. 前記脱液工程において、または、前記脱液工程の後に、前記混合工程において生成された混合素材を圧縮する圧縮行程を備える
   請求項６に記載の微粒子吸着素材の製造方法。
8. 前記分離工程の後のいずれかのタイミングにおいて、前記イ草の髄に粘着剤を付与する付与工程を備える
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載の微粒子吸着素材の製造方法。
9. 前記剪断粉砕工程において剪断粉砕された、液体に浸潤されたイ草の髄から脱液を行う脱液工程と、
   基材に粘着剤を塗布する塗布工程と、
   前記塗布工程において粘着剤の塗布された基材の表面に、前記脱液工程により脱液された、粉砕されたイ草の髄を付着させる付着工程と
   を備える請求項１乃至３のいずれか１項に記載の微粒子吸着素材の製造方法。
10. 前記剪断粉砕工程において剪断粉砕されたイ草の髄を、通気性を有するシート状体に封入する封入工程
    を備える請求項１乃至３のいずれか１項に記載の微粒子吸着素材の製造方法。