JP6584115B2 - 化学物質を吸着・吸収する複合体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
(マクロ孔)
マクロ孔は、水銀圧入法による細孔径分布測定から求められる細孔径が50nm以上の大きさで多数形成されている。細孔径が50nm以上の孔は、マクロ孔とも呼ばれ、直径2nm未満のマイクロ孔や直径2nm以上50nm未満のメソ孔とは異なり、大きな孔である。マクロ孔には、平均径50nm未満のメソ孔やマイクロ孔に比べて気体が入りやすく、特に室内等に存在する揮発性有機化合物(VOC)やその他の臭気成分等を含む空気や、揮発性有機化合物(VOC)やその他の臭気成分等が溶け込んだ水蒸気が入り易い。
「成分」は、マクロ孔内に存在しており、化学物質と反応してその化学物質をマクロ孔内に吸着して吸収させるように作用したり、化学物質を含む溶媒(例えば水蒸気)と反応してその化学物質をマクロ孔内に吸着して吸収させるように作用する。成分は、マクロ孔全体を形成していてもよいし、マクロ孔の内面だけを形成していてもよいし、マクロ孔内面の一部を形成していてもよい。こうした成分は、複合体を構成する材料に含まれており、マクロ孔内に入ってくる化学物質との間で、中和反応又は化学反応を行うことができる材料である。
複合体は、上記した成分を含む材料と、骨材と、水系溶媒とを有する複合体組成物を対象物上に塗り固め手段等によって形成されている。したがって、製造された複合体は、水系溶媒が乾燥除去されたものであり、成分を含む材料と骨材とで構成されている。
水硬性石灰(産地:フランス東部、CaO:60.1質量%、SiO2:11.5質量%、Al2O3:2.83質量%、Fe2O3:0.90質量%、MgO:1.73質量%)と、花崗岩(産地:滋賀県)とを質量比で1:4の割合で水中に入れて混練し、複合体組成物を調製した。これを、幅100mm、長さ100mm、厚さ9mmの石膏ボード上に塗り、自然乾燥させて、実施例1の複合体を得た。その外観写真を図9(A)に示した。
二酸化ケイ素を含む粘土鉱物からなる幅100mm、長さ100mm、厚さ約7mmの市販の消臭・調湿性のタイルを購入した。この購入したタイルは、社団法人日本建材・住宅設備産業協会より「調湿建材」、「ホルムアルデヒド低減建材認定」に登録されているものである。これを幅100mm、長さ100mm、厚さ9mmの石膏ボード上にアルミニウムテープで貼付固定し、比較例1の機能性タイルを得た。その外観写真を図9(B)に示した。
無機質骨材約60質量%、有機質骨材約10質量%、酸化チタン約5質量%、無機質紛体約5質量%、添加剤約10質量%、酢酸ビニル系再乳化形粉末樹脂約10質量%を含む市販の消臭・調湿性の珪藻土建材を購入した。この購入した珪藻土建材は、日本工業標準調査会より「建築用仕上塗材」に認定されているものである。これを幅100mm、長さ100mm、厚さ9mmの石膏ボード上に塗り、自然乾燥させて、比較例2の珪藻土建材を得た。その外観写真を図9(C)に示した。
ポリ塩化ビニル樹脂、フタル酸ビス、炭酸カルシウム、二酸化チタン、安定剤、防カビ剤を含む市販の消臭・調湿性の壁紙を購入し、幅100mm、長さ100mm、厚さ約0.2mmに切り出した。この購入した壁紙は、壁紙工業会よりSV規格に認定されている。これを幅100mm、長さ100mm、厚さ9mmの石膏ボード上に接着剤で貼り付けて、比較例3の機能性クロスを得た。その外観写真を図9(D)に示した。
(比表面積の測定)
先ず、比表面積を測定した。比表面積は、マクロ孔については水銀圧入法による細孔径分布測定で得たP−V曲線から測定した。測定は、水銀ポロシメーター(Quantachrome社製、PoreMaster60GT)を用いて測定した。測定条件としては、室温(22℃〜25℃)で0.2psiaから60000psiaまで昇圧しながら行った。なお、水銀の表面張力の値としては480erg/cm2、接触角の値としては140°を用いた。一方、メソ孔については高精度ガス/蒸気吸着量測定装置(BELSORP−max−N−VP−CM、日本ベル株式会社製)を用い、得られた窒素ガス吸着等温線からBET理論(多分子層吸着理論)により解析した。
細孔径分布の測定は、マクロ孔については、上記した比表面積の測定と同じ装置を用い、得られた結果をWashburn式に基づいて計算した。メソ孔についても、上記した比表面積の測定と同じ装置を用い、BJH法(シリンダー型)により解析した。このBJH法は、毛管凝縮理論(ケルビン式)に基づき計算され、一般的にメソ孔(2〜50nm)の細孔径に適用される方法である。
吸着量の測定は、上記同様、高精度ガス/蒸気吸着量測定装置(BELSORP−max−N−VP−CM、日本ベル株式会社製)を用い、材料を一定温度(−196℃)にし、圧力を変化させたときの吸着量を測定し、その吸着等温線から評価した。このとき、IUPACで定義されている等温線の分類により、実施例1の複合体はメソ孔が少ないII型であり、比較例1〜3の比較対照品はメソ孔を持つIV型(ヒステリシス有り)であった。
消臭試験1をガス検知管法によって評価した。実施例の試料と比較例の試料とを、それぞれポリフッ化ビニリデン製のにおい袋(テドラーバッグ、アズワン株式会社製)に入れ、ヒートシールを施した後、空気9Lを封入し、設定したガス濃度となるように試験対象ガス(アンモニア、ホルムアルデヒド、硫化水素)を添加した。これを静置し、経過時間ごとに袋内のガス濃度を下記のガス検知管を用いて測定した。また、実施例の試料と比較例の試料を入れずに同様な操作をしたものを空試験(ブランク)とした。また、24時間経過した後のテドラーバッグを40℃の恒温槽内に静置し、1時間経過した後、及び3時間経過した後に袋内のガス濃度をガス検知管を用いて測定した。
図2に、水銀圧入法でWashburn式に基づき計算された実施例1の複合体の細孔径分布(マクロ孔)を示す。図2に示すように、実施例1の複合体は、50nm以上のマクロ孔を有する複合体であり、4.6μm近辺にマクロ孔分布のピークをもつことが分かった。なお、この水銀圧入法による測定から、実施例1の複合体の比表面積(マクロ孔)は、22m2/gであることが分かった。
(消臭試験2)
消臭試験2をガス検知管法によって評価した。この消臭試験2は、(1)用いたにおい袋(テドラーバッグ)の中に小型ファンを入れて対流状態(通風状態)を作り出したこと、(2)実施例1の複合体で行ったこと、(3)試験対象ガスとしてアンモニアとホルムアルデヒドを用いたこと以外は、上記した消臭試験1と同じ測定方法で行った。結果を図10、図11、表4、表5に示す。なお、図10及び図11において、符号aは対流時、符号bは無風時、符号cは空試験ブランクの結果である。
(PM2.5低減実験)
PM2.5は、粒子径2.5μm以下の大気中の微粒子で、大気汚染の原因であり、健康被害が問題となっている。このPM2.5は、粒子径が2.5μmと大きいため、直径2nm未満のマイクロ孔や直径2nm以上50nm未満のメソ孔が粒子を捕捉することは困難である。なお、建築物室内では、PM2.5の濃度上昇に寄与する粒径は0.1μm前後であるとされているが、それでもマイクロ孔やメソ孔よりも大きく、PM2.5を捕捉することは困難である。
実施例1で使用した複合体組成物に他の骨材をさらに添加し、得られた複合体の消臭効果を測定した。添加した骨材として、モンモリロナイト、ゼオライト、珪藻土、活性炭を用いた。
実施例1で使用した複合体組成物を構成する水硬生石灰と花崗岩に、モンモリロナイトを加えて実施例2で使用する複合体組成物を調製した。モンモリロナイトの配合量は、そのモンモリロナイトの配合に起因した吸着効果が向上する程度の量とし、この例では、水硬生石灰:花崗岩:モンモリロナイトが1:1:1の割合となるように配合した。この複合体組成物を用いて、実施例1と同様にして複合体を作製した。なお、用いたモンモリロナイトは、酸処理を行うことで吸着性能を向上させたものであり、メソ孔を有し、極性物質、不飽和物質、芳香族物質の吸着性がある。
実施例1で使用した複合体組成物を構成する水硬生石灰と花崗岩に、ゼオライトを加えて実施例3で使用する複合体組成物を調製した。ゼオライトの配合量は、そのゼオライトの配合に起因した吸着効果が向上する程度の量とし、この例では、水硬生石灰:花崗岩:ゼオライトが1:1:1の割合となるように配合した。この複合体組成物を用いて、実施例1と同様にして複合体を作製した。なお、用いたゼオライトは、水分子を結晶水の形で構造中に主成分として含む、アルミニウムの含水珪酸塩鉱物であり、マイクロ孔を有し、このゼオライトの結晶水は、立体網目構造になっており、加熱処理すると空洞として残りスポンジ状の構造となり、この空洞にガスや水分を強力に吸着する特性がある。
実施例1で使用した複合体組成物を構成する水硬生石灰と花崗岩に、珪藻土を加えて実施例4で使用する複合体組成物を調製した。珪藻土の配合量は、その珪藻土の配合に起因した吸着効果が向上する程度の量とし、この例では、水硬生石灰:花崗岩:珪藻土が1:1:1の割合となるように配合した。この複合体組成物を用いて、実施例1と同様にして複合体を作製した。なお、用いた珪藻土は、多孔質性天然鉱物であり、メソ孔を有し、吸放出作用及び塩基性ガスの吸着に優れている。
実施例1で使用した複合体組成物を構成する水硬生石灰と花崗岩に、活性炭を加えて実施例5で使用する複合体組成物を調製した。活性炭の配合量は、その活性炭の配合に起因した吸着効果が向上する程度の量とし、この例では、水硬生石灰:花崗岩:活性炭が1:2:1の割合となるように配合した。この複合体組成物を用いて、実施例1と同様にして複合体を作製した。なお、用いた活性炭は、ファンデルワールス力による物理吸着で吸着速度は速く、可逆的(再放出)であり、メソ孔とマクロ孔を有している。
消臭試験3をガス検知管法によって評価した。この消臭試験3は、上記した消臭試験2と同じである。結果を図13、図14、表6、表7に示す。なお、図13及び図14中、符号aは実施例2の複合体の結果であり、符号bは実施例3の複合体の結果であり、符号cは実施例4の複合体の結果であり、符号dは実施例5の複合体の結果であり、符号eは比較対象とした実施例1の複合体の結果である。
吸放出試験を、実施例1と実施例3の複合体を用いて行った。試験方法は、JIS A 1470−1(調湿建材の吸放湿性試験方法−湿度応答法)に準じ、恒温恒湿槽内で温度(23℃)を一定にし、相対湿度を50%〜75%の範囲で変化させた時の試験試料の質量変化を測定して吸放出性を評価した。湿度50%でサンプル質量が安定するまで22時間養生し、安定したら湿度75%に上げて12時間吸湿させた。その後、湿度50%に下げて12時間放出させた。
Claims (5)
- 水銀圧入法による細孔径分布測定から求められる細孔径が50nm以上のマクロ孔を有する多孔性の複合体であって、化学物質と反応して該化学物質を前記マクロ孔内に吸着し吸収させる水硬性石灰と、花崗岩とを有し、前記細孔径分布測定で測定された細孔径分布は、0.1μm〜10μmのマクロ孔分布内に該マクロ孔の分布ピークを持つ、ことを特徴とする複合体。
- 前記化学物質との反応が、中和反応又は化学反応である、請求項1に記載の複合体。
- マイクロ孔又はメソ孔をさらに有する、請求項1又は2に記載の複合体。
- 水銀圧入法による細孔径分布測定から求められる細孔径が50nm以上のマクロ孔を有する多孔性複合体の製造方法であって、
化学物質と反応して該化学物質を前記マクロ孔内に吸着し吸収させる水硬性石灰と、花崗岩と、水系溶媒とを有する複合体組成物を準備し、該複合体組成物を対象物上に、塗り固め手段、流し込み手段、吹付手段、及びローラー手段から選ばれる1又は2以上の手段によって、前記細孔径分布測定で測定された細孔径分布において0.1μm〜10μmのマクロ孔分布内に該マクロ孔の分布ピークを持つ前記多孔性複合体を得る、ことを特徴とする複合体の製造方法。 - マイクロ孔又はメソ孔を有する骨材を添加する、請求項4に記載の複合体の製造方法。
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