KR20220153577A - 여과재 - Google Patents

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KR20220153577A
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토시키 하야시
야스히로 아사다
켄고 미요시
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도레이 카부시키가이샤
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Abstract

종래의 활성탄을 이용한 여과재의 문제점인 암모니아나 알데히드류라는 극성의 가스의 탈취성능을 개선하고자 하는 것이며, 즉 물리 흡착이 아닌 화학 흡착을 이용하여 한번 흡착된 악취성분이 탈리되기 어려운 고성능인 흡착제를 제공하는 것을 과제로 하고, 적층된 적어도 2매의 부직포를 갖고, 상기 적층된 부직포의 층간 중 적어도 1개의 층간에 적어도 산히드라지드류가 담지된 무기 다공질체와 산성 양이온 교환 수지를 포함하고 있는 것을 본 취지로 한다.

Description

여과재
본 발명은 탈취 성능을 갖는 여과재에 관한 것으로, 특히 극성 가스 성분에 대한 탈취 성능이 우수한 여과재에 관한 것이다.
활성탄에서는 물리흡착에 의해 악취성분을 흡착하므로, 암모니아나 알데히드류라는 극성 가스를 효율적으로 탈취할 수 없다. 한편으로 이들 가스는 역치가 낮은 점에서 생활환경의 쾌적성을 향상시킴에 있어서 효율적으로 제거하는 것이 과제로 되어 있다.
활성탄은 일반적으로 비극성 가스의 제거에 사용되며, 2차 발취를 억제하기 위해서는 세공(細孔) 지름이 작은 것이 좋다고 지금까지의 연구에서 알려져 있다.
알칼리성을 띠는 암모니아와 같이 화학적 성질을 특정할 수 있는 악취성분에 대해서는 활성탄의 표면에 산을 첨착하여 중화에 의해 탈취 제거하는 기술이 알려져 있다. 한편으로 산을 첨착한 활성탄은 흡착한 유기물을 산 가수분해함으로써 악취를 발생시켜 버릴 우려가 있지만, 유기물을 흡착하지 않는 이온 교환 수지에서는 그러한 우려가 없다.
또한 알데히드류와 같은 가스를 효율적으로 제거하는 방법으로서는 산히드라지드류를 담지한 실리카겔을 활성탄과 혼합한 복합 흡착제가 제안되어 있고, 이 복합 흡착제를 사용한 여과재가 알려져 있다(특허문헌 1, 2). 이 흡착제는 저비점 알데히드, 고비점 알데히드 및 탄화수소계 가스의 흡착 성능이 우수한 것으로 되어 있다.
일본 특허공개 2015-29770호 공보 일본 특허공개 2018-167155호 공보
그러나 암모니아나 알데히드류라는 극성 가스에 있어서, 한쪽을 선택적으로 제거하는 기술은 개발되어 있지만, 양쪽의 가스를 효율적으로 제거하는 방법은 아직 확립되어 있지 않다.
그래서, 본 발명은 상기의 과제를 배경으로 이루어진 것이며, 암모니아나 알데히드류라는 극성 가스를 효율적으로 제거하고, 또한 흡착제에 일단 흡착된 이들 가스의 2차 발취를 억제하는 여과재를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하는 본 발명의 여과재는 적층된 적어도 2매의 부직포를 갖고, 상기 적층된 부직포의 층간 중 적어도 1개의 층간에 적어도 산히드라지드류가 담지된 무기 다공질체와 산성 양이온 교환 수지를 포함하고 있다.
본 발명의 여과재는 이하의 (1)∼(6) 중 어느 하나를 충족시키는 것이 바람직하다.
(1)상기 산성 양이온 교환 수지가 입자상이다.
(2)상기 산성 양이온 교환 수지의 평균 입자지름이 200㎛ 이하이다.
(3)적층된 부직포의 층간 중 적어도 1개에 활성탄이 포함된다.
(4)MP법에 의해 산출되는 상기 활성탄의 세공 지름이 0.4nm 이상, 2nm 이하인 세공의 세공 용적이 0.40cc/g 이상, 0.55cc/g 이하의 범위이며, 또한, MP법 및 BJH법에 의해 산출되는 세공 지름이 0.4nm 이상인 세공의 세공 용적에 대한, 활성탄의 세공 지름이 0.4nm 이상, 2nm 이하인 세공의 세공 용적의 비율이 75% 이상이다.
(5)상기 활성탄이 알칼리 첨착 활성탄이다.
공기 청정기 규격 JEMA1467에 있어서 탈취 성능의 대상 가스로서 지정되어 있는 아세트산, 암모니아, 아세트알데히드 가스를 효율적으로 제거하고, 또한 흡착제에 일단 흡착된 이들 가스의 2차 발취를 억제할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 여과재의 적합한 실시형태를 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 목적이나 용도에 따라 여러가지로 변경해서 실시할 수 있다.
본 발명의 여과재는 적층된 적어도 2매의 부직포를 갖고, 이들 2매의 부직포의 층간에 적어도 아민계 화합물이 담지된 무기 다공질체와 이온 교환 수지를 포함하는 것을 특징으로 한다. 그렇게 함으로써 아민계 화합물이 담지된 무기 다공질체에 한번 흡착되어 이탈한 극성 가스를 이온 교환 수지로 흡착할 수 있어 2차 발취를 억제하는 것이 가능해진다.
본 발명에서 채용하는 무기 다공질체로서는 활성탄, 제올라이트, 활성 알루미나, 실리카겔, 활성 백토, 규산 알루미늄, 또는 규산 마그네슘이다. 본 발명에서 사용하는 흡착제에서는 활성탄, 제올라이트, 활성 알루미나, 실리카겔, 활성 백토, 규산 알루미늄, 규산 마그네슘으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 2종 이상을 병용할 수도 있다. 그리고 이들 무기 다공질체에 아민계 화합물을 담지시킨 아민 담지 무기 다공질체는 알데히드계 악취물에 유효하다고 되어 있다.
무기 다공질체에 담지되는 아민계 화합물로서는 제 1 급 아민계 화합물로서 아미노기를 갖는 아닐린, 산히드라지드류, 벤질아민, 나프틸아민, 시클로헥실아민, (이소)프로판올아민, 에탄올아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민, 스티렌메타크릴산 에틸아민, 스티렌아크릴산 아민 등의 화합물, 모노머, 올리고머, 폴리머 또는 이들의 화합물로부터 유도되는 아미노기를 함유하는 유도체 등을 사용할 수 있다.
제 1 급 아민계 화합물 이외의 아민계 화합물, 예를 들면 제 2 급 아민계 화합물로서는 에틸아닐린, 디에틸아민, 메틸비닐아민, 스티렌아크릴산 메틸메틸아민, 비닐벤질메틸아민, 스티렌메타크릴산 에틸메틸아민 등의 화합물, 모노머, 올리고머, 폴리머 또는 이들의 화합물로부터 유도되는 제 2 급 아민계 화합물 등을 들 수 있다.
제 3 급 아민계 화합물로서는 비닐벤질디메틸아민, 비닐벤질디에틸아민, 스티렌아크릴산 디에틸아민, 스티렌메타크릴산 디에틸아민, 스티렌아크릴산 디메틸아민, 스티렌메타크릴산 디메틸아민, 스티렌메타크릴산 에틸디메틸아민, 스티렌아크릴산 에틸디메틸아민, 스티렌메타크릴산 에틸디에틸아민, 스티렌아크릴산 에틸디에틸아민, 트리에틸아민 등의 화합물, 모노머, 올리고머, 폴리머 또는 이들의 화합물로부터 유도되는 제 3 급 아민계 화합물 등을 들 수 있다. 흡착제의 고비점 알데히드의 탈리 억제 성능이 보다 우수한 것이 된다라는 이유로부터, 이들 중에서는 아미노기를 갖는 제 1 급 아민계 화합물이 바람직하고, 그 중에서도 산히드라지드류가 보다 바람직하다.
무기 다공질체 중에서도 실리카겔은 산히드라지드류와 반응하지 않고, 실리카겔에 담지된 산히드라지드류의 열화를 억제할 수 있는 점에 추가해서 실리카겔은 친수성이 강하고, 산히드라지드류 등의 수용성 약제와의 친화성도 높고, 흡착제의 알데히드의 흡착 성능을 보다 우수한 것으로 할 수 있는 점에서 무기 다공질체는 실리카겔인 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 사용하는 무기 다공질체는 입자상이 바람직하다. 입자상이면, 성능면과 경제면의 양립이 가능하기 때문에 바람직하다. 섬유상의 무기 다공질체는 비표면적이 증가해서 대상 가스와의 접촉 효율이 높아지고 성능면(제거 효율)은 좋아지지만, 고가격이기 때문에 경제면을 고려하면 유효하지는 않다.
무기 다공질체의 평균 입자지름은 50∼1000㎛의 범위가 바람직하다. 무기 다공질체의 평균 입자지름이 작을수록 흡착제의 VOC(휘발성 유기 화합물) 가스의 흡착속도는 빨라지지만, 한편, 무기 다공질체가 비산되기 쉬워 무기 다공질체의 취급성이나 가공성이 저하되므로, 무기 다공질체의 평균 입자지름은 50㎛ 이상인 것이 바람직하고, 100㎛ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한 무기 다공질체의 평균 입자지름이 크면 무기 다공질체의 제조가 어렵고, 또 강도적으로도 취약하게 되므로, 무기 다공질체가 파괴되기 쉬워지고, 반대로 분진이 발생해 버리는 경향이 있으므로, 무기 다공질체의 평균 입자지름은 1000㎛ 이하인 것이 바람직하고, 600㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 여기에서 말하는 평균 입자지름은 JIS-K1474(2014) 활성탄 시험 방법에 규정된 질량 평균 입자지름을 가리킨다.
본 발명에 사용하는 무기 다공질체의 평균 세공 지름으로서는 40∼500옹스트롬인 것이 바람직하다. 무기 다공질체의 평균 세공 지름을 500옹스트롬 이하로 함으로써 무기 다공질체의 기계적 강도의 저하를 억제하면서 무기 다공질체의 비표면적을 크게 할 수 있어 흡착제의 저비점 알데히드의 제거 성능이 보다 우수한 것이 된다. 상기의 이유로부터, 무기 다공질체의 평균 세공 지름은 300옹스트롬 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한 무기 다공질체의 평균 세공 지름을 40옹스트롬 이상으로 함으로써 산히드라지드류나 VOC 가스의 입상 무기 다공질체의 세공 내부로의 진입을 촉진시킬 수 있다. 상기의 이유로부터, 무기 다공질체의 평균 세공 지름은 50옹스트롬 이상인 것이 바람직하다.
다음에 본 발명에서 채용하는 무기 다공질체의 비표면적은 BET 비표면적으로 30∼1000㎡/g인 것이 바람직하다. 무기 다공질체의 비표면적을 30㎡/g 이상으로 함으로써 무기 다공질체가 담지한 아민계 화합물의 반응장으로서 실효적인 면적이 향상되고, 흡착제와 제거하고자 하는 VOC 가스와의 반응속도가 향상된다. 상기의 이유로부터 무기 다공질체의 BET 비표면적은 50㎡/g 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한 무기 다공질체의 BET 비표면적이 1000㎡/g 이하임으로써, 무기 다공질체의 기계적 강도의 저하에 의한 취급성의 저하를 억제할 수 있음과 아울러, 2차 발취로 이어지는 VOC 가스의 흡착제에의 비의도적 흡착을 억제하는 것이 가능해진다.
본 발명에 사용하는 무기 다공질체는 VOC 가스 중에 포함되는 저비점 알데히드를 제거하기 위한 아민계 화합물로서 산히드라지드류를 담지하고 있다. 또한 이 산히드라지드류는 무기 다공질체에의 담지 가공의 용이함의 관점에서 수용성의 산히드라지드류인 것이 바람직하다.
여기에서, 수용성의 산히드라지드류란 물(25℃)에 대해서 0.5질량% 이상 용해되는 산히드라지드류를 말한다.
그리고, 산히드라지드류는 카르복실산과 히드라진으로부터 유도되는 -CO-NHNH2로 나타내어지는 산히드라지드기를 갖는 화합물이며, 히드라지드 말단의 α위치에 또한 비공유 전자대를 갖는 질소원자가 결합되어 있고, 이것에 의해 구핵 반응성이 현저하게 향상되어 있다. 이 비공유 전자대가 알데히드 화합물(알데히드 화합물이란 저비점 알데히드 및 고비점 알데히드를 포함하는 개념이다.)의 카르보닐 탄소원자를 구핵적으로 공격해서 반응하고, 알데히드 화합물을 히드라진 유도체로서 고정화함으로써, 알데히드 화합물의 흡착 성능을 발현할 수 있다고 생각된다.
알데히드 화합물 중에서도 아세트알데히드는 카르보닐 탄소의 α위치에 전자 공여성의 알킬기를 가지므로, 카르보닐 탄소의 구전자성이 낮아 화학 흡착되기 어렵지만, 본 발명에 사용하는 가스 흡착제에 있어서 채용하는 산히드라지드류는 전술한 바와 같이 구핵 반응성이 높기 때문에 아세트알데히드에 대해서도 양호한 화학 흡착성능을 발현한다.
산히드라지드류로서는 예를 들면 카르보디히드라지드, 글루탐산 디히드라지드, 숙신산 디히드라지드, 및 아디프산 디히드라지드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 들 수 있다. 이들 중에서도, 특히 아디프산 디히드라지드가 알데히드 화합물의 흡착 성능에 우수한 점에서 바람직하다. 또한 알데히드 화합물의 흡착 성능을 올릴 목적으로 아디프산 디히드라지드와 숙신산 디히드라지드를 병용하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명에서 채용하는 산히드라지드류의 담지량은 무기 다공질체 100질량부에 대해서 1∼50질량부인 것이 바람직하다. 산히드라지드류의 함유량이 1질량부 이상임으로써, 흡착제의 알데히드 화합물의 흡착 성능을 보다 향상시킬 수 있다. 이 이유로부터, 산히드라지드류의 담지량은 3질량부 이상인 것이 보다 바람직하다. 그리고, 산히드라지드류의 담지량을 50질량부 이하로 함으로써 무기 다공질체에 담지된 산히드라지드류의 결정화를 억제할 수 있고, 결정화한 산히드라지드류가 무기 다공질체의 세공을 폐쇄하는 것을 억제할 수 있다. 그리고, 이것에 의해, 흡착제의 알데히드 화합물의 흡착 성능을 향상시킬 수 있음과 아울러, 흡착제를 사용한 에어 필터용 여과재로부터의 산히드라지드류의 탈락도 억제할 수 있다.
다음에 무기 다공질체에의 산히드라지드류의 담지 처리법으로서는 소망의 특성이 얻어지는 방법이면 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 산히드라지드류를 용해시킨 수용액 중에 무기 다공질체를 투입·분산시킴으로써, 산히드라지드류를 무기 다공질체에 담지시키는 방법이나, 산히드라지드류를 용매 중에 용해시킨 수용액을 무기 다공질체에 분무·도포하고, 다음에 이 무기 다공질체를 건조하는 방법 등을 들 수 있다. 또한 상기의 용매로서는 산히드라지드류의 특성 및 작업성을 고려하여 적당한 것을 선택할 수 있다. 이 중 안전성 및 작업성의 관점으로부터 수계 용매를 사용하는 것이 바람직하고, 용매로서 순수를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 사용하는 산히드라지드류를 담지하는 무기 다공질체는 25℃의 물 100g에 5g 분산시켰을 때의 pH가 3.0∼7.5의 범위인 것이 바람직하다. pH가 7.5 이하임으로써 산히드라지드류의 비공유 전자대의 알데히드 화합물의 카르보닐 탄소원자에의 구핵적 공격에 의한 반응으로부터 생성한 중간체가 산성의 반응장에 있어서 프로톤화되므로 탈수하기 쉬워지고, 상기 중간체의 유도체에의 고정화 반응이 충분히 진행된다. 상기의 이유로부터 pH는 6.5 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한 pH가 3.0 이상임으로써 산히드라지드류의 비공유 전자대가 알데히드 화합물의 카르보닐 탄소원자를 구핵적으로 공격하는 활성이 보다 높은 것이 되어 흡착제의 알데히드 화합물의 흡착 성능이 보다 우수한 것이 된다. 또 pH는 25℃의 순수에 산히드라지드류를 담지한 무기 다공질체가 5질량%가 되도록 침지하고, 가볍게 교반한 후 10분간 방치하고, 액의 pH를 pH계로 측정한 값을 말한다.
산히드라지드류를 담지한 무기 다공질체의 pH는 유기산을 첨가함으로써 조정할 수 있다. 유기산으로서는 그 자체는 악취를 발생하지 않는 것이며, 또한, 흡습성이 낮은 것을 채용하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 유기산의 구체적인 예 로서는 아디프산, 술파닐산, 말산, 시트르산 등을 들 수 있고, 사용하는 산히드라지드류에 따라 적당하게 선택하면 좋고, 그 중에서도 아디프산을 바람직하게 채용할 수 있다. 본 발명에서는 상기 유기산의 대체로서, 산성 양이온 교환 수지를 사용한다. 산성 양이온 교환 수지는 그 자체의 악취의 발생이나 흡습성의 발현을 수반하지 않으므로 바람직하다.
한편으로 산히드라지드류는 담배 연기에 많이 포함되는 아세트알데히드와의 반응성이 우수하므로, 담배 독특의 자극 냄새를 현저하게 완화하는 효과를 얻을 수 있다. 히드라지드 화합물로서는 상술한 아디프산 디히드라지드, 도데칸2산 디히드라지드, 숙신산 디히드라지드 등으로부터 임의로 선택할 수 있다. 그 중에서도 아디프산 디히드라지드는 적당한 용해도를 나타내고, 흡착제의 미세구멍에의 첨착이 용이하기 때문에 보다 바람직하다.
본 발명의 여과재에는 극성, 무극성 가스를 막론하고 효율 좋게 대상 가스를 제거하기 위해서, 부직포의 층간에 아민계 화합물이 담지된 무기 다공질체 외에 이온 교환 수지를 포함하고 있다.
이온 교환 수지로서는 특별히 제한은 없고, 염기성 가스를 유효하게 화학 흡착할 수 있는 강산성 양이온 교환 수지 내지 약산성 양이온 교환 수지나, 산성 가스를 유효하게 화학 흡착할 수 있는 강염기성 음이온 교환 수지 내지 약염기성 음이온 교환 수지 외에 양성의 이온 교환 수지 등을 사용할 수 있다.
이온 교환 수지의 모체는 통상은 스티렌과 디비닐벤젠의 공중합체이며, 그 모체구조에 의해, 투명하고 대략 균질한 겔형과, 물리적으로 큰 구멍지름을 가진 매크로 다공성형으로 크게 구별되고, 모체구조와 각종 교환기를 조합함으로써 다종의 것이 있지만, 본 발명에서는 어느 이온 교환 수지라도 사용할 수 있다. 예를 들면 교환기에 술폰산기를 사용한 강산성 양이온 교환 수지, 교환기에 카르복실기 또는 페놀 수산기를 사용한 약산성 양이온 교환 수지, 교환기에 제 4 암모늄염기를 사용한 강염기성 음이온 교환 수지, 교환기에 제 1, 제 2, 제 3 아민을 사용한 약염기성 음이온 교환 수지를 들 수 있다. 그 중에서도 암모니아 등의 염기성 악취성분을 흡착시키기 위해서는 산성 양이온 교환 수지를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
또한 본 발명에서 사용하는 산성 양이온 교환 수지는 입자상이 바람직하다. 입자상이면, 성능면과 경제면의 양립이 가능하기 때문에 바람직하다. 섬유상의 산성 양이온 교환 수지에서는 비표면적이 증가하여 대상 가스와의 접촉 효율이 높아져서 성능면(제거 효율)은 좋아지지만, 고가격이기 때문에 경제면을 고려하면 유효하지는 않다.
또한, 본 발명에서 사용하는 산성 양이온 교환 수지의 평균 입자지름은 1000㎛ 이하가 바람직하지만, 산성 양이온 교환 수지의 평균 입자지름이 작을수록 흡착제의 가스의 흡착속도는 빨라지므로 200㎛ 이하가 보다 바람직하다. 평균 입자지름의 하한은 특별하게 한정되지 않지만, 평균 입자지름이 100㎛ 미만이 되면 입자가 비산되기 쉽고, 산성 양이온 교환 수지의 취급성이나 가공성이 저하되는 경향이 있으므로, 산성 양이온 교환 수지의 평균 입자지름은 50㎛ 이상이 바람직하고, 100㎛ 이상인 것이 보다 바람직하다. 여기에서 말하는 평균 입자지름은 JIS-K1474(2014)에 규정된 활성탄 시험 방법으로 측정된 질량 평균 입자지름을 가리킨다.
본 발명에서 사용하는 산히드라지드류가 담지된 무기 다공질체에 대한 산성 양이온 교환 수지의 함유 비율은 10∼300% 범위내인 것이 바람직하다. 산성 양이온 교환 수지의 함유 비율을 10% 이상으로 함으로써 흡착제의 암모니아의 흡착 성능을 보다 향상시킬 수 있다. 이 이유로부터, 산성 양이온 교환 수지의 함유 비율은 30% 이상인 것이 보다 바람직하다. 그리고, 산성 양이온 교환 수지의 함유 비율을 300% 이하으로 함으로써 암모니아와 알데히드 가스의 쌍방을 밸런스 좋고 효율적으로 제거할 수 있다. 본 발명의 여과재에는 부직포의 층간에 아민계 화합물이 담지된 무기 다공질체, 이온 교환 수지 이외에 또한 활성탄을 포함하는 것이 바람직하다. 활성탄으로서는 야자 껍데기, 석탄, 목분, 페놀 수지 등을 원료로 하는 것이 바람직하다. 특히, 소성, 세정, 분쇄, 분구 등의 공정을 거쳐 제품화되는 비교적 입도가 작은 입상 활성탄이 바람직하다.
또 본 발명의 여과재에 사용하는 활성탄은 이하의 세공구조를 갖는 것이 바람직하다. 즉, MP법에 의해 산출되는 세공 지름이 0.4nm 이상, 2nm 이하인 세공의 세공 용적이 0.40cc/g 이상, 0.55cc/g 이하의 범위이며, 또한, MP법 및 BJH법에 의해 산출되는 세공 지름이 0.4nm 이상인 세공의 세공 용적에 대한, 활성탄의 세공 지름이 0.4nm 이상, 2nm 이하인 세공의 세공 용적의 비율이 75% 이상인 것이 바람직하다. 보다 바람직한 용적의 비율은 85% 이상이다.
이렇게, 활성탄이 구비하는 세공 중, 특정 사이즈의 세공이 형성하는 세공 용적이 특정 범위이며, 즉, 특정 사이즈의 세공이 활성탄에 특정 수 존재하고, 또한, 0.4nm 이상의 세공의 세공 용적에 대한, 세공 지름이 0.4nm 이상, 2nm 이하인 세공의 세공 용적의 비율이 75% 이상인 것, 즉, 세공 지름이 2nm를 초과하는 세공의 세공 용적의 합계의 세공 지름이 0.4nm 이상인 세공의 세공 용적에 대한 비율이 25% 미만임으로써 이 활성탄을 갖는 흡착제는 톨루엔 등의 악취성분의 흡착 제거의 성능이 우수하고, 또한, 일단, 흡착한 톨루엔 등의 악취성분의 흡착제로부터의 탈리가 억제된다.
MP(MICROPORE)법은 활성탄이 구비하는 미세구멍의 세공 지름에 있어서의 분포를 정량화할 수 있는 해석법이다. 일반적으로, 활성탄이 구비하는 세공 지름의 세공직경 및 세공 용적의 해석법으로서는 MP(MICROPORE)법이나, BJH(Barrett-Joyner-Halenda)법 등이 있지만, 활성탄이 구비하는 세공 중, 모관응축이 일어나지 않는 세공 지름이 0.4∼2nm인 미크로 구멍의 해석에는 이 범위의 해석에 적합한 MP법을 채용한다. 또한 활성탄이 구비하는 세공 중, 세공 지름이 2nm를 초과하는 매크로 구멍의 해석에는 BJH법을 채용한다. 여기에서, 본 발명에 있어서의, MP법 및 BJH법에 의해 산출되는 세공 지름이 0.4nm 이상인 세공의 세공 용적이란 MP법으로 얻어진 세공 용적의 값과 BJH법으로 얻어진 세공 용적의 값의 합계의 값을 말한다.
또한 활성탄에는 알칼리 금속 화합물을 첨착하는 것이 바람직하다. 알칼리 금속 화합물은 아세트산 등의 산계 가스와의 반응성이 높고, 산계의 「시큼한 악취」를 완화하여 사용자가 감지하기 어려운 악취로 변화된다. 알칼리 금속 화합물로서는 수산화칼륨, 탄산칼륨, 탄산수소나트륨 등으로부터 임의로 선택할 수 있다. 본원에서는 알칼리 금속 화합물을 첨착한 활성탄을 알칼리 첨착 활성탄이라고 칭한다.
부직포를 3매 이상 적층할 경우에는 활성탄, 산히드라지드류를 담지한 무기 다공질체 및 양이온 교환 수지는 동 층이라도 다른 층이라도 어떠한 배치라도 좋지만, 알칼리 첨착을 한 활성탄을 포함하는 경우에는 활성탄 및 무기 다공질체에 첨착하고 있는 약제가 서로 영향을 받지 않도록 하기 위해서, 알칼리 첨착 활성탄과 산히드라지드류를 담지한 무기 다공질체는 다른 층에 배치하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 상술한 흡착제를 부직포의 층간에 담지한다. 그 때의 부직포의 형태는 특별히 한정되지 않고, 케미컬본드 부직포, 습식 초지 부직포, 스판본드 부직포, 멜트블로 부직포, 스판레이스 부직포 및 에어레이드 부직포 등을 들 수 있다.
흡착제의 부직포에 담지시키는 방법(여과재 제작 방법)으로서는 입자상의 흡착제를 이 흡착제와 동등의 입자 사이즈를 갖는 열접착 재료와 균일하게 혼합한 것을 부직포의 한쪽의 평면 상에 균일하게 산포하고, 가열해서 접착 재료를 용융시키는 방법이 있다. 그 때 사용되는 열접착성 재료는 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지, 폴리올레핀 수지, 및 이들의 변성 수지 등의 열가소성 수지로 이루어지는 섬유, 입자, 분말과 같은 것이다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명한다. 또, 본 발명은 하기 실시예에 한정해서 해석되는 것은 아니다.
[측정 방법]
(1)MP법 및 BJH법에 의한 활성탄의 세공 용적의 측정
측정 장치로서 니폰 벨제 BELSORP18PLUS-HT를 이용하여, 활성탄 0.1g을 유리 셀에 넣고, 150℃에서 5시간 감압 탈기한 후, 질소 가스 흡착법에 의해 세공 지름 분포 해석을 실시하고, 세공 지름 분포 비율과 세공 용적을 산출했다. 세공 용적과 세공 지름 분포 비율을 곱하고, 세공 지름이 0.4nm 이상, 2nm 이하인 세공의 세공 용적을 산출했다. 구체적으로는 세공 지름이 0.4nm 이상, 2nm 이하인 세공의 세공 용적은 MP법에 의해 구했다. 세공 지름이 0.4nm 이상인 세공 용적에 대해서는 세공 지름이 2nm를 초과하는 세공의 세공 용적을 BJH법에 의해 산출하고, 이 용적과 전술의 MP법으로 구한 세공 지름이 0.4nm 이상, 2nm 이하인 세공 용적을 더한 것으로 했다.
(2)MP법 및 BJH법에 의해 산출되는 세공 지름이 0.4nm 이상인 세공의 세공 용적에 대한, 세공 지름이 0.4nm 이상, 2nm 이하인 세공의 세공 용적의 비율은 이하의 식으로부터 구했다.
계산식:{세공 지름이 0.4nm 이상, 2nm 이하인 세공의 세공 용적(cc/g)/세공 지름이 0.4nm 이상인 세공의 세공 용적(cc/g)}×100(%).
(3)탈취 성능 평가
암모니아, 아세트알데히드, 아세트산의 탈취 성능 평가의 방법을 이하에, 탈취 성능의 평가기준을 표 2에 나타낸다.
(4-1)암모니아의 탈취 성능 평가
평판상의 여과재를 실험용의 덕트에 부착하고, 공기를 0.2m/sec의 속도로 송풍했다. 또한 상류측으로부터 표준 가스 봄베에 의해 암모니아를 상류농도 30volppm이 되도록 첨가하고, 섬유 시트의 상류측과 하류측에 있어서 에어를 샘플링하고, 적외흡광식 연속 모니터를 사용해서 각각의 암모니아 농도를 경시적으로 측정했다.
암모니아의 제거 효율은 이하의 식에 의해 산출했다.
<산출식>
제거 효율(%)=(상류측 농도-하류측 농도)/상류측 농도×100.
(4-2)아세트알데히드의 탈취 성능 평가
평판상의 여과재를 실험용의 덕트에 부착하고, 공기를 0.2m/sec의 속도로 송풍했다. 또한 상류측으로부터 표준 가스 봄베에 의해 아세트알데히드를 상류농도 10volppm이 되도록 첨가하고, 섬유 시트의 상류측과 하류측에 있어서 에어를 샘플링하고, 적외흡광식 연속 모니터를 사용해서 각각의 아세트알데히드 농도를 경시적으로 측정했다.
아세트알데히드의 제거 효율은 이하의 식에 의해 산출했다.
<산출식>
제거 효율(%)= (상류측 농도-하류측 농도)/상류측 농도×100.
(4-3)아세트산의 탈취 성능 평가
평판상의 여과재를 실험용의 덕트에 부착하고, 공기를 0.2m/sec의 속도로 송풍했다. 또한 상류측으로부터 표준 가스 봄베에 의해 아세트산을 상류농도 80volppm이 되도록 첨가하고, 섬유 시트의 상류측과 하류측에 있어서 에어를 샘플링하고, 적외흡광식 연속 모니터를 사용해서 각각의 아세트산 농도를 경시적으로 측정했다.
아세트산의 제거 효율은 이하의 식에 의해 산출했다.
<산출식>
제거 효율(%)=(상류측 농도-하류측 농도)/상류측 농도×100.
(5)2차 발취시험(2차 발취(점) 및 쾌불쾌도(점))
상기 여과재의 제작 방법으로 얻어진 폭치수 20cm×20cm의 평가용 여과재를 용적 1㎥의 투명 아크릴제의 시험실 내에 설치하고, 그 시험실 내에서 담배(메비우스 10mg) 5개를 연소시키고, 연소 연기를 여과재에 30분간 포집시켰다. 이 작업을 10회 반복하고, 합계 50개분의 담배 연소 연기를 포집시켰다.
상기 담배 연소 연기 포집 후의 평가용 여과재를, 치수:200×280mm, 두께:0.04mm의 체크가 부착된 폴리에틸렌 자루에 넣고, 또한 그 자루 내에 1L의 클린 에어를 넣었다. 그 후에 폴리에틸렌 자루의 체크를 닫고, 자루 내를 밀폐 상태로 해서 6시간 정치했다.
상기 조정한 폴리에틸렌 자루 내로부터 배출되는 공기의 악취강도, 및 쾌불쾌도를 표 3 및 표 4에 나타내는 판정기준으로, 5명의 패널러가 채점하고, 그 평균값을 구했다.
[실시예 1]
(무기 다공질체)
무기 다공질체로서 평균 입자지름 300㎛의 다공질 실리카(후지 시리시아 가가쿠(주))를 사용했다.
(접착재)
접착제로서 저밀도 폴리에틸렌(도쿄 잉크(주))을 사용했다.(융점 98-104도)
(아민계 화합물)
아민계 화합물로서, 아디프산 디히드라지드(니폰 카세이(주))를 사용했다.
(알데히드 흡착제)
상기 아디프산 디히드라지드를 7질량% 물에 용해시킨 수용액과 무기 다공질체를 혼합해서 건조시켜서, 알데히드 흡착제를 조정했다.
(이온 교환 수지)
이온 교환 수지로서는 평균 입자지름 약 150㎛의 강산성 양이온 교환 수지를 사용했다.
(활성탄)
활성탄으로서, 평균 입자지름 230㎛의 탄산수소나트륨 첨착 활성탄을 사용했다. 탄산수소나트륨 첨착 활성탄의 제조 조건은 이하와 같다.
(탄산수소나트륨)
탄산수소나트륨으로서, 와코 일급(후지 필름 와코 쥰야쿠(주))을 사용했다.
(탄산수소나트륨 첨착 활성탄)
상기 탄산수소나트륨을 7질량% 물에 용해시킨 수용액과 후술하는 미첨착 활성탄A를 혼합해서 건조시켜서, 탄산수소나트륨 첨착 활성탄을 조정했다.
(미첨착 활성탄A)
미첨착 활성탄A로서, MP법에 의해 산출되는 세공 지름이 0.4∼2nm인 세공의 세공 용적이 0.42cc/g, MP법 및 BJH법에 의해 산출되는 세공 지름이 0.4nm 이상인 세공의 세공 용적에 대한, 세공 지름이 0.4∼2nm인 세공의 세공 용적의 비율이 86%인 것을 사용했다.
(부직포A)
부직포A로서, 습식 초지 부직포를 사용했다.
(부직포B)
부직포B로서, 멜트 블로 부직포를 사용했다.
(여과재의 제조 방법)
여과재는 이하 제조 방법에 의해 작성했다.
알데히드 흡착제 100질량부, 접착제 90질량부, 이온 교환 수지 100질량부 및 탄산수소나트륨 첨착 활성탄 100질량부를 블렌드하고, 그것을 부직포A 위에 균일하게 산포하고, 가열로 내에서 110℃∼130℃에서 가열함으로써 접착제를 용융시켰다. 그 산포면에 부직포B를 적층후, 닙롤에 의해 가압하고, 여과재를 제조했다.
[실시예 2]
(알데히드 흡착제)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(접착제)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(이온 교환 수지)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(활성탄)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(부직포A)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(부직포B)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(부직포C)
부직포C로서, 멜트 블로 부직포를 사용했다.
(여과재의 제조 방법)
여과재는 이하 제조 방법에 의해 작성했다.
알데히드 흡착제 100질량부와 이온 교환 수지 100질량부 및 접착제 60질량부를 블렌드하고, 그것을 부직포A 위에 균일하게 산포하고, 가열로 내에서 110℃∼130℃에서 가열함으로써 접착제를 용융시키고, 그 산포면에 부직포B를 적층 후, 닙롤에 의해 가압하고, 여과재를 제조했다.
그 후에 그 여과재 위에 탄산수소나트륨 첨착 활성탄 100질량부와 접착제 30질량부를 균일하게 산포하고, 가열로 내에서 110℃∼130℃에서 가열함으로써 접착제를 용융시키고, 그 산포면에 부직포C를 적층 후, 닙롤에 의해 가압하고, 여과재를 제조했다.
[실시예 3]
(알데히드 흡착제)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(접착제)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(이온 교환 수지)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(활성탄)
활성탄으로서, 미첨착 활성탄A(평균 입자지름 230㎛)를 사용했다.
(부직포A)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(부직포B)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(여과재)
여과재의 구성에 대해서는 하기 조건의 것을 사용했다.
조건:부직포A와 부직포B의 층간에 알데히드 흡착제 100질량부, 접착제 90질량부, 이온 교환 수지 100질량부 및 미첨착 활성탄A 100질량부를 개재시킨 여과재.
[실시예 4]
(알데히드 흡착제)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(접착제)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(이온 교환 수지)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(활성탄)
활성탄으로서, 미첨착 활성탄B(평균 입자지름 230㎛, MP법에 의해 산출되는 세공 지름이 0.4∼2nm인 세공의 세공 용적이 0.39cc/g, MP법 및 BJH법에 의해 산출되는 세공 지름이 0.4nm 이상인 세공의 세공 용적에 대한, 세공 지름이 0.4∼2nm인 세공의 세공 용적의 비율이 75%의 것)를 사용했다.
(부직포A)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(부직포B)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(여과재)
여과재의 구성에 대해서는 하기 조건의 것을 사용했다.
조건:부직포A와 부직포B의 층간에 알데히드 흡착제 100질량부, 접착제 90질량부, 이온 교환 수지 100질량부 및 미첨착 활성탄B 100질량부를 개재시킨 여과재.
[실시예 5]
(알데히드 흡착제)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(접착제)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(이온 교환 수지)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(활성탄)
활성탄으로서, 미첨착 활성탄C(평균 입자지름 230㎛, MP법에 의해 산출되는 세공 지름이 0.4∼2nm인 세공의 세공 용적이 0.40cc/g, MP법 및 BJH법에 의해 산출되는 세공 지름이 0.4nm 이상인 세공의 세공 용적에 대한, 세공 지름이 0.4∼2nm인 세공의 세공 용적의 비율이 51%인 것)를 사용했다.
(부직포A)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(부직포B)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(여과재)
여과재의 구성에 대해서는 하기 조건의 것을 사용했다.
조건:부직포A와 부직포B의 층간에 알데히드 흡착제 100질량부, 접착제 90질량부, 이온 교환 수지 100질량부 및 미첨착 활성탄C 100질량부를 개재시킨 여과재.
[실시예 6]
(알데히드 흡착제)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(접착제)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(이온 교환 수지)
이온 교환 수지로서는 평균 입자지름 약 650㎛의 강산성 양이온 교환 수지를 사용했다.
(탄산수소나트륨 첨착 활성탄)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(부직포A)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(부직포B)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(여과재)
여과재의 구성에 대해서는 하기 조건의 것을 사용했다.
조건:부직포A와 부직포B의 층간에 알데히드 흡착제 100질량부, 접착제 90질량부, 이온 교환 수지 100질량부 및 탄산수소나트륨 첨착 활성탄 100질량부를 개재시킨 여과재.
[실시예 7]
(알데히드 흡착제)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(접착제)
실시예 1에서 사용한 것과 같은 것을 사용했다.
(이온 교환 수지)
실시예 6과 같은 것을 사용했다.
(활성탄)
실시예 3과 같은 것을 사용했다.
(부직포A)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(부직포B)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(여과재)
여과재의 구성에 대해서는 하기 조건의 것을 사용했다.
조건:부직포A와 부직포B의 층간에 알데히드 흡착제 100질량부, 접착제 90질량부, 이온 교환 수지 100질량부 및 미첨착 활성탄A 100질량부를 개재시킨 여과재.
[실시예 8]
(알데히드 흡착제)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(접착제)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(이온 교환 수지)
실시예 6과 같은 것을 사용했다.
(부직포A)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(부직포B)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(여과재)
여과재의 구성에 대해서는 하기 조건의 것을 사용했다.
조건:부직포A와 부직포B의 층간에 알데히드 흡착제 100질량부, 접착제 60질량부 및 이온 교환 수지 100질량부를 개재시킨 여과재.
[실시예 9]
(알데히드 흡착제)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(접착제)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(이온 교환 수지)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(부직포A)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(부직포B)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(여과재)
여과재의 구성에 대해서는 하기 조건의 것을 사용했다.
조건:부직포A와 부직포B의 층간에 알데히드 흡착제 100질량부, 접착제 60질량부 및 이온 교환 수지 100질량부를 개재시킨 여과재.
[실시예 10]
(알데히드 흡착제)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(접착제)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(이온 교환 수지)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(부직포A)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(부직포B)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(부직포C)
실시예 2와 같은 것을 사용했다.
(여과재)
여과재의 구성에 대해서는 하기 조건의 것을 사용했다.
조건:부직포A와 부직포B의 층간에 알데히드 흡착제 100질량부 및 접착제 30질량부를 개재시키고, 부직포B와 부직포C의 층간에 이온 교환 수지 100질량부 및 접착제 30질량부를 개재시킨 여과재.
[비교예 1]
(무기 다공질체)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(접착제)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(이온 교환 수지)
실시예 3과 같은 것을 사용했다.
(활성탄)
실시예 3과 같은 것을 사용했다.
(부직포A)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(부직포B)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(여과재)
여과재의 구성에 대해서는 하기 조건의 것을 사용했다.
조건:부직포A와 부직포B의 층간에 무기 다공질체 100질량부, 접착제 90질량부, 이온 교환 수지 100질량부 및 미첨착 활성탄 100질량부를 개재시킨 여과재.
[비교예 2]
(알데히드 흡착제)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(접착제)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(활성탄)
실시예 3같은 것을 사용했다.
(부직포A)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(부직포B)
실시예 1과 같은 것을 사용했다.
(여과재)
여과재의 구성에 대해서는 하기 조건의 것을 사용했다.
조건:부직포A와 부직포B의 층간에 알데히드 흡착제 100질량부, 미첨착 활성탄 100질량부 및 접착제 60질량부를 개재시킨 여과재.
각 실시예, 비교예의 여과재의 구성과 특성을 표 1에 정리했다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
실시예 1∼10의 여과재는 아민계 화합물로서 산히드라지드류를 첨착한 무기 다공질체를 갖고 있기 때문에 아세트알데히드의 탈취 성능에 우수한 결과가 얻어지고, 이온 교환 수지를 갖고 있기 때문에 암모니아의 탈취 성능에 우수한 결과가 얻어져서 모두 악취를 느끼는 정도가 낮았다.
실시예 1∼7의 여과재는 활성탄을 갖고 있기 때문에 활성탄을 갖고 있지 않는 실시예 8∼10의 여과재와 비교해서 아세트산의 탈취 성능에 우수한 결과가 얻어졌다. 특히 실시예 1, 2 및 6의 여과재는 탄산수소나트륨을 첨착한 활성탄을 갖고 있기 때문에 탄산수소나트륨을 첨착하고 있지 않은 실시예 3, 4, 5 및 7의 여과재에 비교해서 더욱 아세트산의 탈취 성능에 우수한 결과가 얻어졌다.
실시예 1, 2, 3, 4, 5, 9 및 10의 여과재는 입자지름이 작은 이온 교환 수지를 갖고 있기 때문에 입자지름이 큰 이온 교환 수지를 가진 실시예 6∼8의 여과재와 비교해서 암모니아의 탈취 성능에 우수한 결과가 얻어졌다.
실시예 2는 실시예 1과 비교해서, 탄산수소나트륨 첨착 활성탄과 알데히드 흡착제 및 이온 교환 수지를 다른 층에 배치하고 있기 때문에 활성탄 및 알데히드에 첨착되어 있는 약제가 서로 영향을 받지 않고 특히 탈취 성능 및 2차 발취억제에 효과가 있는 결과가 얻어졌다.
실시예 3의 여과재는 미첨착 활성탄으로서 MP법에 의해 산출되는 세공 지름이 0.4∼2nm인 세공의 세공 용적이 0.42cc/g, MP법에 의해 산출되는 세공 지름이 0.4nm 이상인 세공의 세공 용적에 대한, 세공 지름이 0.4∼2nm인 세공의 세공 용적의 비율이 86%인 활성탄을 이용하고 있기 때문에 실시예 4 및 실시예 5와 비교해서 2차 발취를 억제한 결과가 얻어졌다.
실시예 9의 여과재는 알데히드 흡착제와 이온 교환 수지를 동 층에 갖고 있기 때문에 실시예 10의 알데히드 흡착제와 이온 교환 수지를 동 층에 갖고 있지 않는 여과재와 비교해서 암모니아, 아세트알데히드 가스를 효율적으로 제거하고, 또한 흡착제에 일단 흡착된 이들 가스를 동 층에 개재하는 다른 한쪽의 흡착제가 제거함으로써 2차 발취를 억제한 결과가 얻어졌다.
비교예 1의 여과재는 알데히드 흡착제를 갖지 않고 있으므로, 알데히드의 탈취 성능이 떨어지는 결과가 얻어지고, 비교예 2의 여과재는 이온 교환 수지를 갖고 있지 않으므로, 암모니아의 탈취 성능이 떨어지는 결과가 얻어져서 어느 쪽이나 악취를 느끼는 정도가 높았다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명의 여과재는 암모니아나 알데히드류라는 극성 가스의 흡착 성능이 우수하고, 또한 장기간 사용시에 있어서의 2차 발취의 문제가 적다. 특히 고령자 시설 등의 실내악취로서 문제시되고 있는 애완동물 냄새의 공기를 청정화하기 위한 에어 필터로서 바람직하게 사용된다.

Claims (6)

  1. 적층된 적어도 2매의 부직포를 갖고, 상기 적층된 부직포의 층간 중 적어도 1개의 층간에 적어도 산히드라지드류가 담지된 무기 다공질체와 산성 양이온 교환 수지를 포함하는 여과재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산성 양이온 교환 수지가 입자상인 여과재.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 산성 양이온 교환 수지의 평균 입자지름이 200㎛ 이하인 여과재.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적층된 부직포의 층간 중 적어도 1개에 활성탄이 포함되는 여과재.
  5. 제 4 항에 있어서,
    MP법에 의해 산출되는 활성탄의 세공 지름이 0.4nm 이상, 2nm 이하인 세공의 세공 용적이 0.40cc/g 이상, 0.55cc/g 이하의 범위이며, 또한, MP법 및 BJH법에 의해 산출되는 세공 지름이 0.4nm 이상인 세공의 세공 용적에 대한, 세공 지름이 0.4nm 이상, 2nm 이하인 세공의 세공 용적의 비율이 75% 이상인 여과재.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 활성탄이 알칼리 첨착 활성탄인 여과재.
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