JP6541191B2 - 活火山の火山灰を用いた新素材 - Google Patents
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- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
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Description
本発明は、以下の一態様を提案することができる。
〔1〕 活火山の火山灰を備えた、物理的化学的素材であって、
前記火山灰が、活火山から噴出されたものであり、噴出された時から100年以内ものであることを特徴とする、物理的化学的素材。
〔2〕 前記前記火山灰が、活火山から噴出されたものであり、噴出された時から50年以内ものであることを特徴とする、〔1〕に記載の物理的化学的素材。
〔3〕 前記前記火山灰が、活火山から噴出されたものであり、噴出された時から5年以内ものであることを特徴とする、〔1〕に記載の物理的化学的素材。
〔4〕 前記物理的化学的素材が、前記活火山の火山灰を備えた、化学繊維、発泡体、又は構造体である、〔1〕〜〔3〕の何れか一項に記載の物理的化学的素材。
〔5〕 前記化学繊維が、精製繊維、再生繊維、半合成繊維、合成繊維である、〔4〕に記載の物理的化学的素材。
〔6〕 前記化学繊維が、フィラメント、ステーブル、紡糸、織物、編み物、又は不織布である、〔4〕又は〔5〕に記載の物理的化学的素材。
〔7〕 前記発泡体が、ポリウレタン系発泡体、ポリエチレン系発泡体、ポリスチレン系発泡体、ポリプロピレン系発泡体、ゴム系発泡体、シリコンフォーム、メラミンスポンジ、アクリルフォーム、EVA、又はトランスクールである、〔4〕に記載の物理的化学的素材。
〔8〕 前記構造体が、前記活火山の火山灰と、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂とを備えてなるものである、〔4〕に記載の物理的化学的素材。
〔9〕 透湿防水素材、保温素材、蓄熱保温素材、吸湿発熱素材、遠赤外線加工繊維、抗菌防臭加工素材・制菌加工素材、研磨素材、消臭加工素材、防ダニ加工素材、抗アレル物質対策素材、花粉防止素材、帯電又は制電素材、熱融着素材、難燃・防災素材、紫外線遮蔽素材、ストレッチ素材、又は形態安定素材である、〔1〕〜〔8〕の何れか一項に記載の物理的化学的素材
〔10〕 衣服繊維素材、寝具繊維素材、又は家財道具用繊維素材である、〔1〕〜〔8〕の何れか一項に記載の物理的化学的素材。
(火山灰)
「火山灰」とは、火山の噴出物(火山砕屑物)の一つであり、主としてマグマが発泡してできる細かい破片のことであり、平均粒径が10mm未満(通常、2〜3mm程度)のものであって、火山ガラス、鉱物結晶などから構成されているものである。マグマが発泡してできる細かい破片には、火山灰以外に、平均粒径の小さい順から、火山塵、(火山灰)、火山砂、火山砂利、火山礫、溶岩が例示されるが、これらの構成は火山灰と同じものである。本発明にあっては、火山灰には、火山塵等をも包含するものであり、かつ、これらを所望の平均粒径とした粉砕(破砕)物も包含するものである。火山灰が堆積したものとして、シラス(火山灰)が存在するが、シラスは一般に、古い(3万年前)時代に、火山から噴出され、体積した火山灰である。
「活火山」とは、「概ね、過去1万年以内に噴火した火山及び現在活発な噴気活動のある火山」と定義されている(2003年、火山噴火予知連絡会)。活火山には、従来定義されていた「休火山」(文献及び書物による検証可能な歴史時代に噴火記録が記されているが、現在、休止している火山をいう。)をも包含するものである。「活火山」は、2017年6月時点で、気象庁報告によれば、111山が存在する。本発明にあっては、内外国の活火山から噴出した火山灰を使用することができる。活火山は、例えば、日本火山帯を包含する環太平洋火山帯、インドネシア火山帯、地中海火山帯等に属するものが含まれる。日本国内においては、現在、近年、マグマの性質、地球物理学的研究の結果から、東日本火山帯と西日本火山帯の2区分となっている。
(火山灰)
本発明にあっては、活火山の火山灰を用いた、物理的化学的素材が提案される。本発明にあっては、活火山の火山灰を使用するが、活火山の噴出から100年以上経過したものは使用しない。従って、シラスは本発明にあっては含まれない。但し、活火山の火山灰を生シラスと呼ぶ場合があり、この生シラスは本発明において使用する火山灰に包含する。
物理的化学的素材は、上記火山灰を包含し、化学物質等とで構成されてよく、例えば、化学繊維として構成されてよい。
化学繊維とする場合、火山灰の含有量は、化学繊維全質量に対して、0質量%超過70質量%以下であり、下限値が好ましくは10質量%以上であり、より好ましくは20質量%以上であり、上限値が好ましくは50質量%以下であり、より好ましくは30質量%以下である。
化学繊維は、さらに、農林水産業用繊維素材として利用される。例えば、衣服、寝具、家財道具用繊維素材;ヴィークル繊維素材(例えば、自動車、飛行機、船舶、宇宙航空機等に使用される、タイヤコード、安全ベルト、エアバッグ、クッション、カーボディシート・カバー類等の繊維素材);土木・河川用繊維素材(地盤表層処理素材(不等沈下防止用、宅地・道路造成用繊維素材);表面防護用繊維素材(ライニング、侵食防止用繊維素材、農業用繊維素材);農業用繊維素材(農業用被覆材繊維素材、例えば、防虫ネット、保温シート、遮光シート);電気、化学工業用繊維素材(例えば、Vベルト等、クリーンルーム用衣服、断熱材、フィルター類、絶縁材、包装材等);建築用繊維素材(地上、地下工事、基礎工事等の建設用繊維素材であって、防水層補強布、膜、テント類、アスベスト代替繊維、コンクリート補強繊維(FRC)、養生シート等);医療用繊維素材(病院、衛生・医療機材などに使用される繊維素材であって、例えば、人工血管、人工透析モジュール、手術着、衛生用品、包帯等);人体保護、安全装備等に使用される繊維素材(例えば、防護服、防弾衣服、防火服、カモフラージュネット、安全作業衣等)、海洋用繊維素材(漁業、海洋開発、マリンレジャー用繊維素材であって、例えば、漁網、ロープ、人工漁礁、プラスチック補強繊維(FRP)等)である。
物理的化学的素材は、上記火山灰を包含し、化学物質等とで構成されてよく、例えば、発泡体として構成されてよい。
発泡体とする場合、火山灰の含有量は、発泡体全質量に対して、0質量%超過70質量%以下であり、下限値が好ましくは4質量%以上であり、より好ましくは20質量%以上であり、上限値が好ましくは50質量%以下であり、より好ましくは30質量%以下である。
「ウレタン系発泡体」は、ポリオールとイソシアネートを主成分として、発泡剤、整泡剤、触媒、着色剤などを混合し樹脂化させながら発泡させた発泡体である。ウレタンフォームは、エーテル系ウレタンフォームと、エステル系ウレタンフォームとに分類される。成分の配合を変えることにより、高弾性、低反発、吸音特化、導電性等の機能性を持たせることができる。
「ポリエチレン系発泡体」は、吸水性が低く、可撓性と、圧縮強度に優れるものである。「ポリエチレン系発泡体」は、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、リニアポリエチレン等のポリエチレンを主原料とし、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)、エチレン−プロピレン共重合体を使用する。発泡剤は、分解型有機系ではアゾジカルボンアミドやN,N−ジニトロソペンタメチレンテトラミン等、揮発性ではブタンやペンタン等の炭化水素類またはハロゲン化炭化水素類、不活性ガスでは二酸化炭素や窒素などが使われる。架橋発泡法における架橋剤には、ジクミルパーオキサイドなど有機過酸化物系が使用される。
「ポリスチレン系発泡体」は、「発泡スチロール」とも呼ばれるものである。一般に、汎用ポリスチレンを主原料とし、発泡剤にはPSの軟化点よりも沸点が低い炭化水素類(プロパン・ブタン・ペンタン・ヘキサン・ヘプタン・シクロヘキサン等)を単体または混合して用いる。これに火山灰を混合し、気泡を形成する。
「ポリプロピレン系発泡体」は、ポリプロピレン(PP)を原料として用いたものであり、比較的耐熱性が高いものである。「ポリプロピレン系発泡体」は、ポリプロピレン(PP)に、架橋剤、火山灰を混合し、加圧発泡法によって製造される。
「ゴム系発泡体」は、合成ゴム又は特殊ゴムに、有機系発泡剤などの諸原料を混合し、熱分解させて製造されるものであり、軽量で強靱な材質を有する。「ゴム系発泡体」は、ゴム(合成)に、架橋剤、発泡剤、火山灰を混合して、加熱、気泡を形成させて製造することができる。「ゴム系発泡体」には、CR系ゴムスポンジ、NR系ゴムスポンジ、NBR系ゴムスポンジ、EPDM系ゴムスポンジ、エプトシーラー、ルシーラ、オプシーラー、ゴムチップスポンジ等が例示される。
その他の発泡体として、シリコンフォーム、メラミンスポンジ、アクリルフォーム、EVA、トランスクール等が挙げられ、上記した製造方法によって製造される。
発泡体は、上記した化学繊維の用途と同一であってよい。取り分け、発泡体(スポンジ、フォーム)であることから、製品を構成する内包物として利用することができる。具体的には、寝具として、例えば、敷布団、掛布団、枕、マットレスを構成する内包物として構成することができる。家財道具用繊維素材として、例えば、クッション、カーペット・マット、コタツ敷・掛けを構成する内包物として構成することができる。本発明による発泡体は、活火山から噴出した火山灰を含んでなることから、保温性、発熱性、蓄熱性、脱臭性、撓み性、展延性、防菌性、防虫性、触媒活性、吸着性、物質(アルカリ、酸)交換性、解毒性、ろ過性等の優れた特殊性を発揮させることができ、消費者に複数の機能性製品を提供することが可能となる。
物理的化学的素材は、上記火山灰を包含し、化学物質等とで構成されてよく、例えば、構造体として構成されてよい。
「構造体」とする場合、火山灰の含有量は、発泡体全質量に対して、0質量%超過70質量%以下であり、下限値が好ましくは4質量%以上であり、より好ましくは20質量%以上であり、上限値が好ましくは50質量%以下であり、より好ましくは30質量%以下である。
構造体は、上記した化学繊維及び発泡体の用途と同一であってよい。取り分け、構造体は様々な形態を形成することができることから、製品を構成する内包物として利用することができる。具体的には、寝具として、例えば、敷布団、掛布団、枕、マットレスを構成する内包物として構成することができる。家財道具用繊維素材として、例えば、クッション、カーペット・マット、コタツ敷・掛けを構成する内包物として構成することができる。本発明による構造体は、活火山から噴出した火山灰を含んでなることから、保温性、発熱性、蓄熱性、脱臭性、撓み性、展延性、防菌性、防虫性、触媒活性、吸着性、物質(アルカリ、酸)交換性、解毒性、ろ過性等の優れた特殊性を発揮させることができ、消費者に複数の機能性製品を提供することが可能となる。
(実施例) 活火山の火山灰として、日本国鹿児島県の活火山である桜島から噴出して約3か月以内のものを採取した微細粒子のものを使用した。
(比較例)
シラスは、日本国鹿児島県の大地を形成するシラス台地(約3万年前の火山灰:C14年代測定法により年代を測定済み)から採取した微細粒子のものを用いた。
実施例及び比較例ともに、微細粒子の平均粒径等の物性は略同じものであった。
(1)繊維布地
N,N−ジメチルホルムアミド溶媒に、ポリマー原料として、ウレタン結合(−O・CO・NH−)を有する芳香族イソシアネート化合物と、実施例による活火山の火山灰微細粒子又は比較例によるシラス微細粒子をそれぞれ30質量%添加した原料組成物を、湿式紡糸し、編み上げて、目付が約500g/m2であり、厚さが約1mmのウレタン化学素材(繊維布地)を調製し、それぞれ、実施例1及び比較例1とした。
ポリエチレンと、実施例による活火山の火山灰微細粒子又は比較例によるシラス微細粒子を、それぞれ4質量%添加した原料組成物を、形成機器に導入処理して、中空形状に成型した、ポリオレフィン化学素材(構造体:中空ビーズ)を調製し、実施例2及び比較例2とした。中空ビーズは、縦×横×厚さが約2cm×約2cm×約1.3cmであり、中空構造であり、ビーズ膜厚は約0.5mm程度のものであった。
〔評価試験〕
〔評価方法1〕
45度パラレル再放射法〔遠赤外線協会(一社) 認定規則に準じた〕を用いて、実施例1及び比較例2について評価した。
45度パラレル再放射法は、図1に概説した装置を用いて行った。この測定装置は測定台1上に配置された試料3を載置する試料台4、測定台枠2に設置された該試料3を加熱するヒーター5、該試料から放射される遠赤外線量を測定するサーモグラフィカメラ6およびモニター装置7から構成されてなる。試料3は測定試料(実施例1)と対照試料(比較例2)とからなり、サーモビュアにより両試料の表面温度を、15、30、60、120、T∞(s/秒)毎に、5回(n=5)測定し、温度差(ΔT)を求めた。試験は、左右入れ替えて2回行った。測定結果は、下記〔表2〕の通りであった。
ΔT=0.6℃(n=5)であった〔信頼限界99%(Pr:0.01)で有意差が認められた〕。
よって、実施例1は、比較例1と比べて遠赤外線量が高いことが理解された。即ち、実施例1の布地は、比較例1の布地と比べて、広い波長領域の遠赤外線に対して吸収・再放射特性(遠赤外線効果)を高めて、保温性を極めて高い次元において向上(達成)させたことが理解された。
〔評価方法2〕
図2に概説した表面温度測定装置を用いて、実施例2及び比較例2について熱特性評価を行った。この測定装置は試料台上に配置された、試料(実施例2及び比較例2)の中空ビーズを各々、縦5個、横6個合計30個並べて配置した。下記〔評価条件2〕により、レフランプを照射した時の試料表面温度をサーモカメラにて経時的に測定した。測定は、試料(実施例2と比較例2)との位置(左右)を入れ替えて、2回行って、その測定データは平均値として結果とした。
使用ランプ:岩崎電機(株)製 アイランプ<スポット>PRS100V500W
照射 距離:50cm
照 射 面:表面側
照射 時間:15分間
試験室温度:20±2℃
サーモカメラ:フリアーシステムズジャパン(株)製 FLIR T430sc(放射率0.94)
経時変化による表面温度の結果は以下の〔表3〕、〔表4〕及び〔図3〕に記載した通りであった。なお、〔表3〕及び〔表4〕は、〔図2〕の測定装置におけるサーモ画像中(例えば、〔図3〕)の平均温度である。平均温度は、試料台の温度を包含することを考慮し算出したものである。
〔表3〕、〔表4〕及び〔図3〕に記載した通り、実施例2は比較例2と比べて、経時的変化による熱吸収性(熱特性)が極めた高いことが理解された。
〔評価方法3〕
実施例1及び比較例1の布地から同一基準の試験片を作成し、各資料を乾燥機で乾燥状態にした後に、それぞれの質量を測定した。40℃×90%RHの下で吸湿させた後、1〜4時間経過後の各資料の質量を測定した。その後、20℃×65%RHの下で放湿させた後、1〜4時間経過後の各資料の質量を測定した。
評価結果は、下記〔表5〕及び〔表6〕(グラフ)の通りであった。〔表5〕及び〔表6〕に記載された結果の通り、実施例1は比較例1と比べて保湿性が極めて高いことが理解された。
繊維評価技術協議会(一社)におけるSEKマーク繊維製品認証基準(消臭性試験)における官能評価試験に準じて行った。
〔評価方法4〕
1)汗臭として、アンモニア、酢酸、イソ吉草酸の混合物を用意した。
2)加齢臭として、アンモニア、酢酸、イソ吉草酸、ノネナールの混合物を用意した。
実施例1、実施例2、比較例1及び比較例2の各々約10gに対して、総質量1.0g程度の試料を調製し、臭気強度3.5相当の濃度となるように、上記1)及び2)の臭気成分とともに、500mlの三角フラスコに入れて密閉した。密閉後2時間経過した後に、三角フラスコ内の雰囲気臭を基準臭気(臭気強度2.0相当)と比較して、パネラー(出願人の従業員18歳から65歳までの男女5名ずつ合計10名)によって評価した。評価は、下記〔評価基準4〕によって行った。
2時間後の臭気について基準臭気との比較において以下の基準に該当する人数によって評価した。その結果は下記〔表7〕に記載した通りであった。
評価◎:2時間後の臭気が無かった。
評価○:2時間後の臭気が基準臭気と同程度であった。
評価△:2時間後の臭気が基準臭気超えたものであった。
実施例1及び実施例2は、10名全員が臭気がなかったと判断した。一方、比較例1及び比較例2は、基準臭気と同程度であり、或いは、基準臭気を超える臭気が残存したと判断した。
よって、実施例は、比較例と比べて、防臭性及び消臭性が高いことが理解された。
Claims (10)
- 化学繊維であって、
活火山の火山灰を含んでなり、
前記火山灰が、活火山から噴出されたものであり、噴出された時から100年以内ものであり、
前記化学繊維が、精製繊維、再生繊維、半合成繊維、又は合成繊維であることを特徴とする、化学繊維。 - 前記前記火山灰が、活火山から噴出されたものであり、噴出された時から50年以内ものであることを特徴とする、請求項1に記載の化学繊維。
- 前記前記火山灰が、活火山から噴出されたものであり、噴出された時から5年以内ものであることを特徴とする、請求項1に記載の化学繊維。
- 前記活火山の火山灰が、桜島(鹿児島県鹿児島市)又は霧島山(鹿児島県霧島市)の活火山から噴出する火山灰であることを特徴とする、請求項1〜3の何れか一項に記載の化学繊維。
- 前記化学繊維が、フィラメント、ステーブル、織物、編み物、又は不織布である、請求項1〜4の何れか一項に記載の化学繊維。
- 前記化学繊維が、透湿防水素材、保温素材、蓄熱保温素材、吸湿発熱素材、遠赤外線加工繊維素材、抗菌防臭加工素材・制菌加工素材、研磨素材、消臭加工素材、防ダニ加工素材、抗アレルギー物質対策素材、花粉防止素材、帯電又は制電素材、熱融着素材、難燃・防災素材、紫外線遮蔽素材、ストレッチ素材、形態安定素材、衣服繊維素材、寝具繊維素材、又は家財道具用繊維素材として使用されるものである、請求項1〜5の何れか一項に記載の化学繊維。
- 発泡体であって、
活火山の火山灰を含んでなり、
前記火山灰が、活火山から噴出されたものであり、噴出された時から100年以内ものであり、
前記活火山の火山灰が、桜島(鹿児島県鹿児島市)又は霧島山(鹿児島県霧島市)の活火山から噴出する火山灰であり、
前記発泡体が、ポリウレタン系発泡体、ポリエチレン系発泡体、ポリスチレン系発泡体、ポリプロピレン系発泡体、ゴム系発泡体、シリコンフォーム、メラミンスポンジ、アクリルフォーム、又はEVAであることを特徴とする、発泡体。 - 前記前記火山灰が、活火山から噴出されたものであり、噴出された時から50年以内ものであることを特徴とする、請求項7に記載の発泡体。
- 前記前記火山灰が、活火山から噴出されたものであり、噴出された時から5年以内ものであることを特徴とする、請求項7に記載の発泡体。
- 前記発泡体が、透湿防水素材、保温素材、蓄熱保温素材、吸湿発熱素材、遠赤外線加工素材、抗菌防臭加工素材・制菌加工素材、研磨素材、消臭加工素材、防ダニ加工素材、抗アレルギー物質対策素材、花粉防止素材、帯電又は制電素材、熱融着素材、難燃・防災素材、紫外線遮蔽素材、ストレッチ素材、形態安定素材、製品構成用内包物、寝具素材、又は家財道具用素材として使用されるものである、請求項7〜9の何れか一項に記載の発泡体。
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