吸着・脱着性能に優れた吸着部材およびその製造方法
【課題】 吸着特性や耐久性に優れた吸着部材を提供する。
【解決手段】 繊維状もしくは粉末状の無機化合物および単体をパルプと混合し抄紙した混抄紙に、平均粒子径１ｎｍ以上３００ｎｍ以下の無機酸化物微粒子を固定してなることを特徴とする。
【解決手段】 繊維状もしくは粉末状の無機化合物および単体をパルプと混合し抄紙した混抄紙に、平均粒子径１ｎｍ以上３００ｎｍ以下の無機酸化物微粒子を固定してなることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種気体の吸着部材およびその製造方法に関し、特に、湿気（水分）の吸着・脱着性能に優れた吸着部材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、住空間、作業空間、店舗空間などにおける各種環境問題に鑑み、クリーンで快適な居住環境が希求されている。特に、シックハウス問題や塗装作業環境問題に対応するためにＶＯＣ（Ｖｏｒａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）などの各種有機化合物ガスの処理対策や、半導体関連作業場などでの粉塵起因不良対策や、乾燥肌対策としての湿度制御が求められている。
【０００３】
そのために、従来の冷媒を用いた冷却機に替わる大量の外気を取り込むデシカント装置による除湿や、シックハウス対策や省エネルギーを目指したタイプの吸湿材を用いたヒートポンプなど、快適でクリーンな環境を得るための吸着剤を用いた各種装置の商品化や開発が精力的に進められている。さらに、これら吸着剤を用いた装置には、環境負荷が少ない、換言すると環境にやさしい省エネルギー性が求められている。
【０００４】
吸着剤を用いるタイプの装置は、吸着工程と脱着工程とを繰り返すことにより除湿や空気浄化を行なう。このため、装置に組み込まれて使われる吸着部材により、その性能が大きく左右されることから、吸着・脱着性能に優れる高性能な吸着部材が希求されている。尚、ここで吸着・脱着に優れるとは、単位重量または単位体積あたりの吸着能力が多いのみならず、吸着速度、脱着速度が大きく、吸着・脱着工程での気体処理が高速に行なえることをも意味する。
【０００５】
従来の吸着部材には、シリカゲル、ゼオライト、チタニア、珪藻土、セピオライト、アルミナ、アルミノケイ酸塩、即ちＣａ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｔｉなどの各種酸化物、また、塩化リチウムや塩化カルシウムのような塩化物あるいはその複合化合物、さらには、官能基を有する有機重合体を吸着剤として用いたもの（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照。）がある。また、他の吸着部材としては、有機高分子、吸水性高分子、活性炭、カーボンブラックなどの粉末状や繊維状あるいは塊状の吸着剤をカラムに充填して用いたものや（例えば、特許文献４参照。）、吸着剤をゾルゲル反応やバインダー等を用いてシートなどの基材に塗工し固定して用いたもの（例えば、特許文献５参照。）が提案されている。これらの吸着剤を固定したシートは、コルゲートハニカムとされ、ハニカムブロック形状やハニカムロータ形状に加工され、装置を構成する部材の一つである吸着部材として用いられている。また、ハニカム形状とするために、吸湿剤をバインダー等と混ぜてペーストとし、これを押し出し成形してハニカムとする手法なども使われている。
【０００６】
さらには、無機材料のみや、セラミックス紙等の耐熱材料を基材として使用する場合には、より吸着性能を高めるために、ハニカムブロックやハニカムロータを５００℃以上の高温で熱処理し、吸着剤として作用しないバインダー成分を除去する方法等も採用されている。
【特許文献１】特開平１１−２６２６２１号公報
【特許文献２】特開２００１−３００３０７号公報
【特許文献３】特開２００６−０１０３９０号公報
【特許文献４】特開昭５０−０８３２６６号公報
【特許文献５】特開平１０−２７２３３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
５００℃以上の高温での熱処理を必要としない、安価でより汎用性のある吸着部材としては、有機繊維に吸着剤を担持した吸着部材が使用されている。従来の吸着部材は、吸着性能を向上するために、担持される吸着剤を増やすことが行なわれる。しかしながら、吸着剤を増やす場合には、吸着剤の剥離・脱落や、加工・成形が困難になる等の問題があり、担持量には限界がある。そのため、吸着特性や耐久性により優れた吸着部材の開発やその製造方法が求められている。
【０００８】
本発明は、上述した従来技術の問題を解決し、大気中の水分の吸着と放出を交互に繰り返し高速で行うことが可能な吸着性・脱着性に優れた新規な吸着部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、従来の問題に鑑み鋭意検討した結果、従来の吸着剤を湿式により混抄した混抄紙の表面に、無機酸化物微粒子を固定化することで、大気中の水分や不快な臭気成分、ガス状有害成分等を高速度で吸着および脱着できることを見出し、吸着工程と脱着工程とを繰り返すことにより除湿や空気浄化を行なう装置に好適な、優れた新規な吸着部材を創出した。
【００１０】
すなわち、本発明の第１の発明は、繊維状もしくは粉末状の無機化合物または炭素単体の少なくとも一方からなる吸着剤をパルプと混合し抄紙した混抄紙に、平均粒子径１ｎｍ以上３００ｎｍ以下の無機酸化物微粒子を固定してなる吸着・脱着性能に優れた吸着部材を提供するものである。
【００１１】
また、本発明の第２の発明は上記第１の発明において、吸着剤は、吸着性の無機酸化物および炭素単体の少なくとも一方を含んでなる吸着・脱着性能に優れた吸着部材を提供するものである。
【００１２】
さらにまた、本発明の第３の発明は上記第１乃至第２の発明のいずれかにおいて、無機酸化物微粒子は、吸湿性、又は脱臭性、又はガス吸収性の内の少なくとも一つの性質を有する無機酸化微粒子である脱着性能に優れた吸着部材を提供するものである。
【００１３】
さらにまた、本発明の第４の発明は上記第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、混抄紙は、吸着剤を、混抄紙全体の重量を基準として４０重量％以上、７５重量％未満の重量比率で含み、無機酸化物微粒子を、混抄紙全体の重量を基準として２重量％以上、１００重量％以下の重量比率で固定してなる吸着・脱着性能に優れた吸着部材を提供するものである。
【００１４】
さらにまた、本発明の第５の発明は上記第１乃至第４の発明のいずれかにおいて、無機酸化物微粒子の表面が、不飽和結合を有するシラン化合物と化学結合してなる吸着・脱着性能に優れた吸着部材を提供するものである。
【００１５】
さらにまた、本発明の第６の発明は上記第１乃至第５の発明のいずれかの吸着・脱着性能に優れた吸着部材をハニカムロータ形状に加工することにより、除湿処理、ガス処理などの各種気体処理装置に組み込むことを可能としたハニカムロータを提供するものである。
【００１６】
さらにまた、本発明の第７の発明は上記第６の発明において、ハニカムロータを回転させて吸湿・加熱再生を繰り返す除湿装置を提供するものである。
【００１７】
さらにまた、本発明の第８の発明は、繊維状もしくは粉末状の無機化合物または炭素単体の少なくとも一方からなる吸着剤をパルプと混合して、混抄紙を抄紙する工程と、混抄紙に、平均粒子径１ｎｍ以上３００ｎｍ以下の無機酸化物微粒子が分散したスラリーを塗布する工程と、スラリーを塗布した混抄紙から加熱乾燥によりスラリーに含まれる溶剤を除去して、無機酸化物微粒子を固定する工程と、を有する吸着・脱着性能に優れた吸着部材の製造方法を提供するものである。
【００１８】
さらにまた、本発明の第９の発明は上記第８の発明において、無機酸化物微粒子の表面に、不飽和結合を有するシラン化合物を化学結合させる工程をさらに含む吸着・脱着性能に優れた吸着部材の製造方法を提供するものである。
【００１９】
さらにまた、本発明の第１０の発明は上記第８または９の発明において、無機酸化物微粒子を固定する工程は、活性エネルギー線を照射する工程を含む記載の吸着・脱着性能に優れた吸着部材の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の吸着部材によれば、繊維状もしくは粉末状の無機化合物または炭素単体の少なくとも一方からなる吸着剤を湿式により混抄した混抄紙に、無機酸化物微粒子を固定することで、大気中の水分や不快な臭気成分、ガス状有害成分等を高速度で吸着および脱着することが可能となる。吸着工程と脱着工程とを繰り返す方式の調湿装置や空気浄化装置に、本発明の吸着部材を用いることで、装置の吸着能力すなわち吸着速度を向上し、また、吸着時の吸着熱による発熱の放熱が抑制できることから、被吸着成分の脱着時に要する気流温度の低温化が可能となり、吸着剤の経時による劣化が抑制できるとともに省エネルギーの点でも有益である。
【００２１】
これは、従来の吸着部材に比べ、被吸着成分が混抄紙表面近傍に固定化された無機酸化物微粒子に吸着される比率が吸着初期に特に多く、吸着部材内部への吸着熱の蓄積が少ないため低温化が達成されるからである。吸着部材より相対的に高温のガスを流通させて被吸着成分を吸着部材より脱着するが、本発明の吸着部材は吸着時の温度上昇を低く抑えられることより、脱着に用いるガス温度を低く抑えることが可能となる。
【００２２】
また、本発明によれば、本発明で得られた吸着部材をデシカントローター状に加工して用いることで、様々な分野で応用が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に本発明の実施形態の吸着部材について詳述する。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態の吸着部材１００の断面の一部を拡大した図である。なお、本図は、本発明の実施形態の吸着部材１００を模式的に説明するものであって、厳密な物質の構成を示すものではない。本実施形態の吸着部材１００は、パルプ１と無機化合物又は炭素単体の少なくとも一方からなる吸着剤２とからなる混抄紙４に、無機酸化物微粒子３を固定することにより構成されている。
【００２５】
本実施形態の吸着部材１００の基材となる混抄紙４は、パルプ１と、繊維状もしくは粉末状の無機化合物または炭素単体の少なくとも一方からなる吸着剤２とを、吸着剤２がほぼ均一に分布するように混合し、抄紙することにより得られる。パルプとしては、木材パルプ、ポリエチレンパルプ、レーヨンパルプ、ビニロンパルプなどの各種パルプを用いることができる。また、各種パルプに加えて、ポリエステル系繊維、ポリウレタン系繊維、ポリアミド系繊維、ポリビニルアルコール系繊維、ポリアクリロニトリル系繊維、ポリ塩化ビニル系繊維、ポリオレフィン系繊維、ポリアクリロニトリル系繊維などの有機合繊繊維を単独または複数組み合わせて用いても良い。
【００２６】
繊維状もしくは粉末状の無機化合物または炭素単体の少なくとも一方からなる物質は、吸着性を有することが必要である。特に、調湿用の吸着部材として用いる場合には、吸湿性を有するとともに、活性炭や黒鉛やカーボンブラック等の炭素単体を含んでいることが好ましい。無機化合物や炭素単体は、用途に合った吸着性能を有していることが好ましい。これら、パルプと繊維状もしくは粉末状の無機化合物または炭素単体とを混合した吸着剤２は、抄紙性や次工程の無機酸化物微粒子３の固定し易さや吸着部材としての性能などを勘案し、抄紙原料中に混抄紙４の全体の重量を基準として構成成分として４０重量％以上の重量比率で配合して混合抄紙することが好ましく、更に好ましくは混抄紙４の全体の重量を基準として構成成分として４０重量％以上７５重量％未満の重量比率である。４０重量％未満である場合には、混合抄紙としての強度は十分であるが吸着性能が劣るからであり、７５重量％以上の場合には無機化合物または単体の剥離・脱落が生ずるとともに、抄紙された紙質が硬くなるため、後工程のコルゲート加工時に凸凹の頂点近傍に亀裂が走りやすくなり、コルゲート加工の作業性が著しく低下してしまうからである。
【００２７】
本実施形態の吸着剤２に用いられる無機化合物は、吸着部材１００の用途に応じて適宜選択可能であるが、抄紙し易さを考慮して、１００μｍ以下の粒度の粉末、もしくは、直径が１００μｍ以下で長さ１０ｍｍ以下の短繊維であることが好ましい。また、本実施形態の吸着剤２に用いられる無機化合物の一例としては、シリカゲル、ゼオライト、チタニア、珪藻土、セピオライト、アルミナ、アルミノケイ酸塩等が挙げられる。
【００２８】
抄紙は、パルプと、繊維状もしくは粉末状の無機化合物または単体、及び、構造体としての強度を確保する目的で適量のガラス繊維やミルドファイバー等の補強剤を加え、これら混合物と水とを混合した希釈スラリーを丸網などの抄紙機で漉きあげるため、真比重が大きい原料は沈降し易く、また、真比重が小さい原料は浮上しやすく抄紙しにくくなる。無機系あるいは無機酸化物の吸着剤は、真比重が抄紙するに好ましい１前後の範囲にあるものが好ましい。
【００２９】
本実施形態の吸着部材１００の基材である混抄紙４に固定された無機酸化物微粒子３は、吸着する気体に最初に触れる吸着剤であり、吸湿性、又は脱臭性、又はガス吸収性の少なくとも一つの性質を有する。固定された無機酸化物微粒子３は、吸着部材１００の性能、特に吸着速度を大きく左右するので、優れた吸着性能を有している必要がある。仕上がる吸着部材１００が高性能であるためには、無機酸化物微粒子３の固定量は、少なくとも混抄紙４の全体の重量を基準として２重量％以上の重量比率であることが好ましい。固定量は多いほど吸着性能は向上するが、固定量が多すぎると基材からの剥離、脱落や成形・加工時の精度が得られないため、混抄紙４の全体の重量を基準として１００重量％以下の重量比率の固定量であることが好ましい。
【００３０】
なお、図１では本発明の実施形態を判りやすく模式的に示すため、無機酸化物微粒子３は混抄紙４の片側の表面近傍での密度が高く、内部ほどその密度は疎となり、反対面の表面にはほとんど存在しないような例で示しているが、両方の表面での密度が同様に高くてもよく、また、内部での密度が表面同様に高くともよい。
【００３１】
ただし、無機酸化物微粒子３の混抄紙４の表面近傍での密度が高い方がより好ましい。これは、無機酸化物微粒子３は混抄紙４の表面近傍での密度が高い場合には、吸着部材内部への吸着熱の蓄積がより少なくなるためである。混抄紙４の表面近傍での無機酸化物微粒子３の密度を混抄紙４の内部の密度より高くするにはどのような方法を用いてもよいが、例えばスプレー法によりスラリーを表面から内部に向けて拡散塗布する方法や極短時間での浸漬方法等を用いることができる。
【００３２】
無機酸化物微粒子３としては、ゼオライト系吸着剤、モレキュラシーブ、セピオライト、γ−アルミナなどの活性アルミナ、アルミノケイ酸塩、酸化ケイ素、シリカゲル、珪藻土などの吸着性を有する材料であれば良い。吸着活性の点からは、無機酸化物微粒子３の粒径は小さいことが好ましいが、ボールミルやジェットミルなどの粉砕・分散装置を用いても、実用的な観点より１ｎｍ以下の微粒子を取り扱うことは難しい。また、基材である混抄紙４への固定が適切に行なえ、また吸着部材１００の成形・加工時に固定化層が容易に脱離や剥離を生じぬよう、無機酸化物微粒子３は、３００ｎｍ以下の平均粒子径が好ましく、さらには、６０ｎｍ以下の平均粒子径が一層好ましい。ここで、平均粒子径は、日機装（株）マイクロトラックＵＰＡ−１５０を用いて測定した。すなわち、レーザー光を照射し、粒子径による運動に応じたレーザー光の反射を計測して粒子径分布を測定し、体積平均粒子径Ｄ５０を平均粒子径とした。
【００３３】
基材である混抄紙４への密着性をより強固とするためには、無機酸化物微粒子３の表面を、不飽和結合を有するシランモノマーで処理し、化学結合させたもの(以下、「シランモノマー被覆無機酸化物微粒子」と呼ぶ)を用いることが望ましい。ここで、不飽和結合としてはビニル基、エポキシ基、スチリル基、メタクリロ基、アクリロキシ基、イソシアネート基などの反応性の官能基であれば良い。
【００３４】
本実施形態で用いられるシランモノマーの一例としては、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、Ｎ−β−（Ｎ−ビニルベンジルアミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、２−（３、４エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、ｐ−スチリルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、３−アクリロキシプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。
【００３５】
本実施形態に用いられる無機酸化物微粒子３またはシランモノマー被覆無機酸化物微粒子は、メタノールやイソプロピルアルコールなどの溶剤に分散した状態で、吸着部材１００の製造に用いられる。溶剤への分散は、ホモミキサーやマグネットスターラーなどを用いた撹拌分散や、ボールミル、サンドミル、高速回転ミル、ジェットミルなどを用いた粉砕・分散、超音波を用いた分散などにより行われる。
【００３６】
無機酸化物微粒子３の基材である混抄紙４への固定化は、無機酸化物微粒子３を分散したスラリーを基材である混抄紙４へ塗布し、溶剤を加熱乾燥により蒸発・揮散させて除去すればよい。塗布する方法としては、刷毛塗り、スプレー法、浸漬法、バーコーター法、ブレードコーター法、ダイコーター法、グラビアコーター法等の公知の手段を用いて行なえばよい。
【００３７】
溶剤中の無機酸化物微粒子３の濃度は、塗布する方法に適した濃度であれば特に限定されない。所用量の無機酸化物微粒子３を固定化するために、高濃度溶液として１回塗りにて固定しても良いが、希薄溶液にて塗布・乾燥を複数回繰り返して固定することで緻密な層を形成することができ、耐久性の点からは好ましい。
【００３８】
シランモノマー被覆無機酸化物微粒子の基材である混抄紙４への固定化は、シランモノマー被覆無機酸化物微粒子を分散したスラリーを基材へ塗布し、溶剤を蒸発・揮散させた後に、放射線や電子線、紫外線などの活性エネルギー線を照射することで、不飽和結合の一部を基材と共有結合する、所謂グラフト重合による化学結合により、一層強固な固定化を行なうことができる。また、活性エネルギー線に替えてパーオキサイド触媒を用いるグラフト重合や、熱や光エネルギーを用いたグラフト重合による化学結合による固定化であってもよい。
【００３９】
シランモノマー被覆無機酸化物微粒子は、シランモノマー一種もしくは二種以上混合したものの必要量を、メタノールや、エタノールや、アセトンや、トルエンや、キシレンなどの有機溶剤に溶解したものに、所要量の無機酸化物微粒子を添加し充分に分散することにより得られる。分散性を改善するために塩酸や、硝酸などの鉱酸などが加えられる。
【００４０】
シランモノマーの使用量は、無機酸化物微粒子３に対して０．１重量％以上有れば効果を発現するが、吸着剤としての性能を低下させることなく強固に固定するには、１重量％以上１０重量％以下であることが好ましい。
【００４１】
次に、混抄紙４に無機酸化物微粒子３またはシランモノマー被覆無機酸化物微粒子を固定化したシート状の吸着部材１００の使用方法について詳述する。
【００４２】
本実施形態の吸着部材１００は、シート状のまま、あるいは用途に合わせた形に加工されて使われる。特に、装置に組み込まれて使われるような印刷機用オゾン分解の用途や、揮発性の有機化合物ガス回収の用途や、除湿用のデシカントの用途などには、段ボールの製法を用いてコルゲート加工し、吸着部材１００を、積層一体化してブロックに賦形したり、捲回一体化してロータにして使われる。段ボールに加工するための原紙は、コルゲート化時に強い折り曲げの応力がかかり、また凸部頂上を接着剤で平シートと接着するため、紙がしなやかで切れない、加えて接着剤が塗り易く且つ吸着性能を下げないように染み広がらない等の要件を満たす必要がある。
【００４３】
本実施形態により得られるシート状の吸着部材１００は、これらの要件を備えており、ハニカムローター形状に賦形加工し、除湿処理、ガス処理、等の各種気体処理装置や設備に組み込み込んで機能させることができる。特に、ハニカムロータを回転させて吸湿・脱湿再生を繰り返して機能するデシカント装置で使用されると極めて優れた性能を発揮する。
【００４４】
吸着反応の多くは発熱反応であり、吸着量に応じた発熱量が発生する。従来の吸着部材は、混抄紙の内部に多くの反応部位（無機酸化物や炭素単体）があるため、反応熱が放散しにくく、混抄紙の集積体であるローター全体での温度が高く保たれることとなる。本実施形態の吸着部材１００では、混抄紙の表面に無機酸化物微粒子が高密度で固定されており、従来品より表面での吸着が先行して起こるため、内部蓄積温度すなわちローター温度が相対的に低く維持され、この結果として脱着時のガス温度を低くすることが可能となる。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態の吸着部材によれば、繊維状もしくは粉末状の無機化合物または炭素単体の少なくとも一方からなる吸着剤を湿式により混抄した混抄紙に、無機酸化物微粒子を固定することで、大気中の水分や不快な臭気成分、ガス状有害成分等を高速度で吸着および脱着することが可能となる。吸着工程と脱着工程とを繰り返す方式の調湿装置や空気浄化装置に、本発明の吸着部材を用いることで、装置の吸着能力すなわち吸着速度を向上し、また、吸着時の吸着熱による発熱の放熱が抑制できることから、被吸着成分の脱着時に要する気流温度の低温化が可能となり、吸着剤の経時による劣化が抑制できるとともに省エネルギーの点でも有益である。
【００４６】
これは、従来の吸着部材に比べ、被吸着成分が混抄紙表面近傍に固定化された無機酸化物微粒子に吸着される比率が吸着初期に特に多く、吸着部材内部への吸着熱の蓄積が少ないため低温化が達成されるからである。吸着部材より相対的に高温のガスを流通させて被吸着成分を吸着部材より脱着するが、本発明の吸着部材は吸着時の温度上昇を低く抑えられることより、脱着時の温度差（ΔＴ）を同等とする場合、脱着に用いるガス温度を低く抑えることが可能となる。
【００４７】
本実施形態の無機化合物及び無機酸化物微粒子は、いずれもガス吸着機能を有する物質である点で、ほぼ同種のものである。本実施形態の無機化合物は、吸着機能を有する支持基材の基本構成材料であり、パルプの結合剤（成形可能な程度の柔軟性を兼ね備え、吸着物質を支持するもの）として、ある程度の凹凸や支持基材中での空隙を有し、表面積を大きく取れることが必要とされる。これに対し本実施形態の無機酸化物微粒子は、粒子径を極めて小さく選定することにより、無機化合物表面やパルプ表面に固着させ、更なる吸着機能を付加させるものである。粒子径を微細化することにより支持基材の凹凸や空隙中にも入り込んで表面積を一層拡大することができ、吸着機能（特に吸着速度）を向上することが可能となる。
【００４８】
また、本発明によれば、本発明で得られた吸着部材をデシカントローター状に加工して用いることで、様々な分野で応用が可能となる。
【実施例】
【００４９】
次に、実施例を挙げて本発明の吸着部材をより具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
＜混抄紙の作製＞
混抄紙の原料として富士シリシア化学（株）製シリカゲル粉末と、ユニオン昭和（株）製ゼオライト粉末と、クラレケミカル（株）製活性炭粉末と、昭和電工（株）製黒鉛粉末とを用い、各々の原料は抄紙に適するように１〜１０μｍ粒度の粉を用いた。また、抄紙用繊維原料として、通常のビータなどで処理された木材パルプ（ＫＰパルプ）と、抄紙用の有機合成繊維パルプ（ビニロンパルプ）と、日本板硝子（株）製の径が１０μｍ前後のガラス短繊維と、呉羽化学（株）製の直径が約１０μｍ、長さが数ｍｍの粉砕処理された炭素短繊維（ミルドファイバー）とを使用した。また、抄紙性を確保するために、昭和電工（株）製アクリル系高分子凝集剤を微量用いて、原料と水を混合したスラリーを大量の水で希釈し、定法により丸網抄紙機により混抄紙を漉き上げた。
【００５０】
配合組成を種々替えた混抄紙およびその混抄紙の特性を表1示す。ここで、混抄紙の特性として、引張強度は抄紙方向（長手方向）に１５ｍｍ幅の短冊サンプルを切り出し、1mm/分の速度で引張った場合の破断強度を測定した。また、１５ｍｍ幅の短冊サンプルを手で折り曲げて亀裂の発生有無を目視観察にて評価した。
【００５１】
【表１】
【００５２】
全ての配合条件において米坪１２０ｇ／ｍ２の地合の良い混抄紙を得ることができた。混抄紙No．１から１０は、後工程の無機酸化物微粒子の固定やコルゲート加工に耐えうると判断された。無機化合物または単体が７５重量％以上のNo．１１およびNo．１２は、折り曲げにより亀裂が発生し、後工程のコルゲート加工性が難しいと判断された。
【００５３】
［実施例1］
表１に示した米坪１２０ｇ／ｍ２混抄紙を基材とし、無機酸化物微粒子としてシリカゲルを分散したスラリーを浸漬法により塗工し、１１０℃、１０分間乾燥してシリカゲルを固定化した。固定化量は、浸漬回数によって調整した。
【００５４】
固定化し得られたシート状吸着部材の特性について、無機酸化物微粒子の固定化量、密着性、吸湿特性評価を実施した。固定化量は、スラリーを基材である混抄紙に塗布後、乾燥して重量を測定し、基材との重量との差分から計算して求めた。表面の外観については目視にて確認した。また、密着性は、シート状吸着部材を１５ｍｍ幅の短冊サンプルに切り出し、１８０度折り曲げを３回繰り返したときの粒子の脱落状態を目視で確認し、密着性の良いものから◎、○、△、×の順で評価した。
【００５５】
吸湿特性については、サンプル３gを用いて、８０℃にて１時間真空引きしたのち放冷し、雰囲気が２０℃、水分１５g/ｋｇ(乾燥空気)の条件下での吸湿による重量増加率の経時変化を測定する、いわゆるマクベインバランス法により評価した。ここで、固定化量による吸湿特性の効果を明確にするため、重量増加率の基準としては、計算値に基づく基材の重量を用いた。得られたシート状吸着剤の特性及び評価結果を表２に示した。なお、表２には、無機酸化物微粒子の平均粒経および無機酸化物微粒子を固定しない基材のみの評価結果も、比較のため示した。
【００５６】
【表２】
【００５７】
無機酸化物微粒子を固定しない基材のみの評価結果であるシートNo．２−１、２−７との比較において、無機酸化物微粒子を、基材に対し２重量％以上固定したシート状吸着部材の吸湿特性は、経時の初期すなわち湿分を含む空気との接触の初期の段階にて、吸湿速度の著しい向上が認められる（シートNo．２−２、２−８）。特に、固定化量が多くなるに従って初期の吸湿速度の向上は大きくなるが、４０ｇ/ｍ２、すなわち基材に対して約３０重量％以上となると、吸湿速度の向上効果はほぼ一定となる（シートNo．２−４、２−５，２−６および２−１０、２−１１、２−１２）。また、固定化量が多くなるに従い密着性は弱くなり、１２０ｇ/ｍ２、すなわち基材に対し１００重量％より多くなると剥離や脱離が多くなり、好ましくない（シートNo．２−６）。また、無機酸化物微粒子の平均粒経が３００ｎｍより大きくなると、固定化量が少なくても密着性が弱く、好ましくない（シートNo．２−１５）。
【００５８】
［実施例２］
実施例１で用いた同種の混抄紙を基材として、無機酸化物微粒子としてシリカゲルを分散したスラリーに、シランカップリング剤として３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（信越化学工業株式会社製、ＫＢＭ−５０３）を、無機酸化物微粒子に対して３重量％加えて一晩攪拌し、シリカゲル表面にカップリング剤を縮合反応させてシリカゲル表面と化学結合させた。このスラリーに混抄紙を浸漬し、１１０℃、１０分間乾燥した後、電子線を２００ｋＶの加速電圧で５Ｍｒａｄ照射し固定化した。固定化量は浸漬回数によって調整した。得られたシートについての評価は実施例１と同様の方法で評価し、表３に示した。
【００５９】
【表３】
【００６０】
表３のNo．３−１と表２のNo．２−３とが比較対象となるデータであり、表３のNo．３−２と表２のNo．２−４とが比較対象となるデータであり、表３のNo．３−３と表２のNo．２−９とが比較対象となるデータであり、表３のNo．３−４と表２のNo．２−１０とが比較対象となるデータであり、表３のNo．３−５と表２のNo．２−１２とが比較対象となるデータである。これらの結果から、カップリング剤で表面を被覆したシリカゲル粒子を電子線で固定化することで、吸湿特性に優れ、加熱乾燥のみで固定化した場合より一層密着性を向上できることを確認した。
【００６１】
［実施例３］
次に、実施例２で作成したNo.３−２およびNo.３−４のシートを用いて、ピッチ３．８ｍｍ、山高さ１．６ｍｍにコルゲート加工し、その加工性を確認するとともに、約φ３２０ｍｍ×２００ｍｍのロータ形状部材に加工した。ロータ形状部材をデシカント性能評価用装置に組み込み、３０ｒｐｈの回転速度で連続回転させる。回転するロータ形状部材の右半面側に、１ｋｇの乾燥空気あたり１５ｇの水分を含む２０℃の湿度の空気を３００ｍ３／ｈｒの速度で通して吸湿させ、左半面側には８０℃加熱空気をほぼ同量通して脱湿させることにより、ロータ形状部材は、乾燥再生を連続的に繰り返して除湿を行わせた。
【００６２】
右半面側のロータ形状部材で除湿された空気の湿度を測定し、除湿性能として（１−除湿後湿度／除湿前湿度）×１００％として評価した。除湿性能の比較としては無機酸化物微粒子を固定しない基材のみ、すなわち表１の混抄紙No．２およびNo．８を用いて加工したロータ形状部材で同様の試験を行なった。また、試験条件として、１ｋｇ乾燥空気あたり２０ｇの水分を含む３５℃の湿度の空気を３００ｍ３／ｈｒの速度で通して吸湿させた場合についても行い、これらの結果を表４に示した。この結果より、本実施例による無機酸化物微粒子を固定した吸着部材の優秀性が確認された。
【００６３】
【表４】
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施形態の吸着・脱着性能に優れた吸着部材を部分拡大した模式図である。
【符号の説明】
【００６５】
１００：吸着・脱着性能に優れた吸着部材
１ ：パルプ
２ ：無機化合物または炭素単体
３ ：無機酸化物微粒子
４ ：混抄紙
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種気体の吸着部材およびその製造方法に関し、特に、湿気（水分）の吸着・脱着性能に優れた吸着部材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、住空間、作業空間、店舗空間などにおける各種環境問題に鑑み、クリーンで快適な居住環境が希求されている。特に、シックハウス問題や塗装作業環境問題に対応するためにＶＯＣ（Ｖｏｒａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）などの各種有機化合物ガスの処理対策や、半導体関連作業場などでの粉塵起因不良対策や、乾燥肌対策としての湿度制御が求められている。
【０００３】
そのために、従来の冷媒を用いた冷却機に替わる大量の外気を取り込むデシカント装置による除湿や、シックハウス対策や省エネルギーを目指したタイプの吸湿材を用いたヒートポンプなど、快適でクリーンな環境を得るための吸着剤を用いた各種装置の商品化や開発が精力的に進められている。さらに、これら吸着剤を用いた装置には、環境負荷が少ない、換言すると環境にやさしい省エネルギー性が求められている。
【０００４】
吸着剤を用いるタイプの装置は、吸着工程と脱着工程とを繰り返すことにより除湿や空気浄化を行なう。このため、装置に組み込まれて使われる吸着部材により、その性能が大きく左右されることから、吸着・脱着性能に優れる高性能な吸着部材が希求されている。尚、ここで吸着・脱着に優れるとは、単位重量または単位体積あたりの吸着能力が多いのみならず、吸着速度、脱着速度が大きく、吸着・脱着工程での気体処理が高速に行なえることをも意味する。
【０００５】
従来の吸着部材には、シリカゲル、ゼオライト、チタニア、珪藻土、セピオライト、アルミナ、アルミノケイ酸塩、即ちＣａ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｔｉなどの各種酸化物、また、塩化リチウムや塩化カルシウムのような塩化物あるいはその複合化合物、さらには、官能基を有する有機重合体を吸着剤として用いたもの（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照。）がある。また、他の吸着部材としては、有機高分子、吸水性高分子、活性炭、カーボンブラックなどの粉末状や繊維状あるいは塊状の吸着剤をカラムに充填して用いたものや（例えば、特許文献４参照。）、吸着剤をゾルゲル反応やバインダー等を用いてシートなどの基材に塗工し固定して用いたもの（例えば、特許文献５参照。）が提案されている。これらの吸着剤を固定したシートは、コルゲートハニカムとされ、ハニカムブロック形状やハニカムロータ形状に加工され、装置を構成する部材の一つである吸着部材として用いられている。また、ハニカム形状とするために、吸湿剤をバインダー等と混ぜてペーストとし、これを押し出し成形してハニカムとする手法なども使われている。
【０００６】
さらには、無機材料のみや、セラミックス紙等の耐熱材料を基材として使用する場合には、より吸着性能を高めるために、ハニカムブロックやハニカムロータを５００℃以上の高温で熱処理し、吸着剤として作用しないバインダー成分を除去する方法等も採用されている。
【特許文献１】特開平１１−２６２６２１号公報
【特許文献２】特開２００１−３００３０７号公報
【特許文献３】特開２００６−０１０３９０号公報
【特許文献４】特開昭５０−０８３２６６号公報
【特許文献５】特開平１０−２７２３３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
５００℃以上の高温での熱処理を必要としない、安価でより汎用性のある吸着部材としては、有機繊維に吸着剤を担持した吸着部材が使用されている。従来の吸着部材は、吸着性能を向上するために、担持される吸着剤を増やすことが行なわれる。しかしながら、吸着剤を増やす場合には、吸着剤の剥離・脱落や、加工・成形が困難になる等の問題があり、担持量には限界がある。そのため、吸着特性や耐久性により優れた吸着部材の開発やその製造方法が求められている。
【０００８】
本発明は、上述した従来技術の問題を解決し、大気中の水分の吸着と放出を交互に繰り返し高速で行うことが可能な吸着性・脱着性に優れた新規な吸着部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、従来の問題に鑑み鋭意検討した結果、従来の吸着剤を湿式により混抄した混抄紙の表面に、無機酸化物微粒子を固定化することで、大気中の水分や不快な臭気成分、ガス状有害成分等を高速度で吸着および脱着できることを見出し、吸着工程と脱着工程とを繰り返すことにより除湿や空気浄化を行なう装置に好適な、優れた新規な吸着部材を創出した。
【００１０】
すなわち、本発明の第１の発明は、繊維状もしくは粉末状の無機化合物または炭素単体の少なくとも一方からなる吸着剤をパルプと混合し抄紙した混抄紙に、平均粒子径１ｎｍ以上３００ｎｍ以下の無機酸化物微粒子を固定してなる吸着・脱着性能に優れた吸着部材を提供するものである。
【００１１】
また、本発明の第２の発明は上記第１の発明において、吸着剤は、吸着性の無機酸化物および炭素単体の少なくとも一方を含んでなる吸着・脱着性能に優れた吸着部材を提供するものである。
【００１２】
さらにまた、本発明の第３の発明は上記第１乃至第２の発明のいずれかにおいて、無機酸化物微粒子は、吸湿性、又は脱臭性、又はガス吸収性の内の少なくとも一つの性質を有する無機酸化微粒子である脱着性能に優れた吸着部材を提供するものである。
【００１３】
さらにまた、本発明の第４の発明は上記第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、混抄紙は、吸着剤を、混抄紙全体の重量を基準として４０重量％以上、７５重量％未満の重量比率で含み、無機酸化物微粒子を、混抄紙全体の重量を基準として２重量％以上、１００重量％以下の重量比率で固定してなる吸着・脱着性能に優れた吸着部材を提供するものである。
【００１４】
さらにまた、本発明の第５の発明は上記第１乃至第４の発明のいずれかにおいて、無機酸化物微粒子の表面が、不飽和結合を有するシラン化合物と化学結合してなる吸着・脱着性能に優れた吸着部材を提供するものである。
【００１５】
さらにまた、本発明の第６の発明は上記第１乃至第５の発明のいずれかの吸着・脱着性能に優れた吸着部材をハニカムロータ形状に加工することにより、除湿処理、ガス処理などの各種気体処理装置に組み込むことを可能としたハニカムロータを提供するものである。
【００１６】
さらにまた、本発明の第７の発明は上記第６の発明において、ハニカムロータを回転させて吸湿・加熱再生を繰り返す除湿装置を提供するものである。
【００１７】
さらにまた、本発明の第８の発明は、繊維状もしくは粉末状の無機化合物または炭素単体の少なくとも一方からなる吸着剤をパルプと混合して、混抄紙を抄紙する工程と、混抄紙に、平均粒子径１ｎｍ以上３００ｎｍ以下の無機酸化物微粒子が分散したスラリーを塗布する工程と、スラリーを塗布した混抄紙から加熱乾燥によりスラリーに含まれる溶剤を除去して、無機酸化物微粒子を固定する工程と、を有する吸着・脱着性能に優れた吸着部材の製造方法を提供するものである。
【００１８】
さらにまた、本発明の第９の発明は上記第８の発明において、無機酸化物微粒子の表面に、不飽和結合を有するシラン化合物を化学結合させる工程をさらに含む吸着・脱着性能に優れた吸着部材の製造方法を提供するものである。
【００１９】
さらにまた、本発明の第１０の発明は上記第８または９の発明において、無機酸化物微粒子を固定する工程は、活性エネルギー線を照射する工程を含む記載の吸着・脱着性能に優れた吸着部材の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の吸着部材によれば、繊維状もしくは粉末状の無機化合物または炭素単体の少なくとも一方からなる吸着剤を湿式により混抄した混抄紙に、無機酸化物微粒子を固定することで、大気中の水分や不快な臭気成分、ガス状有害成分等を高速度で吸着および脱着することが可能となる。吸着工程と脱着工程とを繰り返す方式の調湿装置や空気浄化装置に、本発明の吸着部材を用いることで、装置の吸着能力すなわち吸着速度を向上し、また、吸着時の吸着熱による発熱の放熱が抑制できることから、被吸着成分の脱着時に要する気流温度の低温化が可能となり、吸着剤の経時による劣化が抑制できるとともに省エネルギーの点でも有益である。
【００２１】
これは、従来の吸着部材に比べ、被吸着成分が混抄紙表面近傍に固定化された無機酸化物微粒子に吸着される比率が吸着初期に特に多く、吸着部材内部への吸着熱の蓄積が少ないため低温化が達成されるからである。吸着部材より相対的に高温のガスを流通させて被吸着成分を吸着部材より脱着するが、本発明の吸着部材は吸着時の温度上昇を低く抑えられることより、脱着に用いるガス温度を低く抑えることが可能となる。
【００２２】
また、本発明によれば、本発明で得られた吸着部材をデシカントローター状に加工して用いることで、様々な分野で応用が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に本発明の実施形態の吸着部材について詳述する。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態の吸着部材１００の断面の一部を拡大した図である。なお、本図は、本発明の実施形態の吸着部材１００を模式的に説明するものであって、厳密な物質の構成を示すものではない。本実施形態の吸着部材１００は、パルプ１と無機化合物又は炭素単体の少なくとも一方からなる吸着剤２とからなる混抄紙４に、無機酸化物微粒子３を固定することにより構成されている。
【００２５】
本実施形態の吸着部材１００の基材となる混抄紙４は、パルプ１と、繊維状もしくは粉末状の無機化合物または炭素単体の少なくとも一方からなる吸着剤２とを、吸着剤２がほぼ均一に分布するように混合し、抄紙することにより得られる。パルプとしては、木材パルプ、ポリエチレンパルプ、レーヨンパルプ、ビニロンパルプなどの各種パルプを用いることができる。また、各種パルプに加えて、ポリエステル系繊維、ポリウレタン系繊維、ポリアミド系繊維、ポリビニルアルコール系繊維、ポリアクリロニトリル系繊維、ポリ塩化ビニル系繊維、ポリオレフィン系繊維、ポリアクリロニトリル系繊維などの有機合繊繊維を単独または複数組み合わせて用いても良い。
【００２６】
繊維状もしくは粉末状の無機化合物または炭素単体の少なくとも一方からなる物質は、吸着性を有することが必要である。特に、調湿用の吸着部材として用いる場合には、吸湿性を有するとともに、活性炭や黒鉛やカーボンブラック等の炭素単体を含んでいることが好ましい。無機化合物や炭素単体は、用途に合った吸着性能を有していることが好ましい。これら、パルプと繊維状もしくは粉末状の無機化合物または炭素単体とを混合した吸着剤２は、抄紙性や次工程の無機酸化物微粒子３の固定し易さや吸着部材としての性能などを勘案し、抄紙原料中に混抄紙４の全体の重量を基準として構成成分として４０重量％以上の重量比率で配合して混合抄紙することが好ましく、更に好ましくは混抄紙４の全体の重量を基準として構成成分として４０重量％以上７５重量％未満の重量比率である。４０重量％未満である場合には、混合抄紙としての強度は十分であるが吸着性能が劣るからであり、７５重量％以上の場合には無機化合物または単体の剥離・脱落が生ずるとともに、抄紙された紙質が硬くなるため、後工程のコルゲート加工時に凸凹の頂点近傍に亀裂が走りやすくなり、コルゲート加工の作業性が著しく低下してしまうからである。
【００２７】
本実施形態の吸着剤２に用いられる無機化合物は、吸着部材１００の用途に応じて適宜選択可能であるが、抄紙し易さを考慮して、１００μｍ以下の粒度の粉末、もしくは、直径が１００μｍ以下で長さ１０ｍｍ以下の短繊維であることが好ましい。また、本実施形態の吸着剤２に用いられる無機化合物の一例としては、シリカゲル、ゼオライト、チタニア、珪藻土、セピオライト、アルミナ、アルミノケイ酸塩等が挙げられる。
【００２８】
抄紙は、パルプと、繊維状もしくは粉末状の無機化合物または単体、及び、構造体としての強度を確保する目的で適量のガラス繊維やミルドファイバー等の補強剤を加え、これら混合物と水とを混合した希釈スラリーを丸網などの抄紙機で漉きあげるため、真比重が大きい原料は沈降し易く、また、真比重が小さい原料は浮上しやすく抄紙しにくくなる。無機系あるいは無機酸化物の吸着剤は、真比重が抄紙するに好ましい１前後の範囲にあるものが好ましい。
【００２９】
本実施形態の吸着部材１００の基材である混抄紙４に固定された無機酸化物微粒子３は、吸着する気体に最初に触れる吸着剤であり、吸湿性、又は脱臭性、又はガス吸収性の少なくとも一つの性質を有する。固定された無機酸化物微粒子３は、吸着部材１００の性能、特に吸着速度を大きく左右するので、優れた吸着性能を有している必要がある。仕上がる吸着部材１００が高性能であるためには、無機酸化物微粒子３の固定量は、少なくとも混抄紙４の全体の重量を基準として２重量％以上の重量比率であることが好ましい。固定量は多いほど吸着性能は向上するが、固定量が多すぎると基材からの剥離、脱落や成形・加工時の精度が得られないため、混抄紙４の全体の重量を基準として１００重量％以下の重量比率の固定量であることが好ましい。
【００３０】
なお、図１では本発明の実施形態を判りやすく模式的に示すため、無機酸化物微粒子３は混抄紙４の片側の表面近傍での密度が高く、内部ほどその密度は疎となり、反対面の表面にはほとんど存在しないような例で示しているが、両方の表面での密度が同様に高くてもよく、また、内部での密度が表面同様に高くともよい。
【００３１】
ただし、無機酸化物微粒子３の混抄紙４の表面近傍での密度が高い方がより好ましい。これは、無機酸化物微粒子３は混抄紙４の表面近傍での密度が高い場合には、吸着部材内部への吸着熱の蓄積がより少なくなるためである。混抄紙４の表面近傍での無機酸化物微粒子３の密度を混抄紙４の内部の密度より高くするにはどのような方法を用いてもよいが、例えばスプレー法によりスラリーを表面から内部に向けて拡散塗布する方法や極短時間での浸漬方法等を用いることができる。
【００３２】
無機酸化物微粒子３としては、ゼオライト系吸着剤、モレキュラシーブ、セピオライト、γ−アルミナなどの活性アルミナ、アルミノケイ酸塩、酸化ケイ素、シリカゲル、珪藻土などの吸着性を有する材料であれば良い。吸着活性の点からは、無機酸化物微粒子３の粒径は小さいことが好ましいが、ボールミルやジェットミルなどの粉砕・分散装置を用いても、実用的な観点より１ｎｍ以下の微粒子を取り扱うことは難しい。また、基材である混抄紙４への固定が適切に行なえ、また吸着部材１００の成形・加工時に固定化層が容易に脱離や剥離を生じぬよう、無機酸化物微粒子３は、３００ｎｍ以下の平均粒子径が好ましく、さらには、６０ｎｍ以下の平均粒子径が一層好ましい。ここで、平均粒子径は、日機装（株）マイクロトラックＵＰＡ−１５０を用いて測定した。すなわち、レーザー光を照射し、粒子径による運動に応じたレーザー光の反射を計測して粒子径分布を測定し、体積平均粒子径Ｄ５０を平均粒子径とした。
【００３３】
基材である混抄紙４への密着性をより強固とするためには、無機酸化物微粒子３の表面を、不飽和結合を有するシランモノマーで処理し、化学結合させたもの(以下、「シランモノマー被覆無機酸化物微粒子」と呼ぶ)を用いることが望ましい。ここで、不飽和結合としてはビニル基、エポキシ基、スチリル基、メタクリロ基、アクリロキシ基、イソシアネート基などの反応性の官能基であれば良い。
【００３４】
本実施形態で用いられるシランモノマーの一例としては、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、Ｎ−β−（Ｎ−ビニルベンジルアミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、２−（３、４エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、ｐ−スチリルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、３−アクリロキシプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。
【００３５】
本実施形態に用いられる無機酸化物微粒子３またはシランモノマー被覆無機酸化物微粒子は、メタノールやイソプロピルアルコールなどの溶剤に分散した状態で、吸着部材１００の製造に用いられる。溶剤への分散は、ホモミキサーやマグネットスターラーなどを用いた撹拌分散や、ボールミル、サンドミル、高速回転ミル、ジェットミルなどを用いた粉砕・分散、超音波を用いた分散などにより行われる。
【００３６】
無機酸化物微粒子３の基材である混抄紙４への固定化は、無機酸化物微粒子３を分散したスラリーを基材である混抄紙４へ塗布し、溶剤を加熱乾燥により蒸発・揮散させて除去すればよい。塗布する方法としては、刷毛塗り、スプレー法、浸漬法、バーコーター法、ブレードコーター法、ダイコーター法、グラビアコーター法等の公知の手段を用いて行なえばよい。
【００３７】
溶剤中の無機酸化物微粒子３の濃度は、塗布する方法に適した濃度であれば特に限定されない。所用量の無機酸化物微粒子３を固定化するために、高濃度溶液として１回塗りにて固定しても良いが、希薄溶液にて塗布・乾燥を複数回繰り返して固定することで緻密な層を形成することができ、耐久性の点からは好ましい。
【００３８】
シランモノマー被覆無機酸化物微粒子の基材である混抄紙４への固定化は、シランモノマー被覆無機酸化物微粒子を分散したスラリーを基材へ塗布し、溶剤を蒸発・揮散させた後に、放射線や電子線、紫外線などの活性エネルギー線を照射することで、不飽和結合の一部を基材と共有結合する、所謂グラフト重合による化学結合により、一層強固な固定化を行なうことができる。また、活性エネルギー線に替えてパーオキサイド触媒を用いるグラフト重合や、熱や光エネルギーを用いたグラフト重合による化学結合による固定化であってもよい。
【００３９】
シランモノマー被覆無機酸化物微粒子は、シランモノマー一種もしくは二種以上混合したものの必要量を、メタノールや、エタノールや、アセトンや、トルエンや、キシレンなどの有機溶剤に溶解したものに、所要量の無機酸化物微粒子を添加し充分に分散することにより得られる。分散性を改善するために塩酸や、硝酸などの鉱酸などが加えられる。
【００４０】
シランモノマーの使用量は、無機酸化物微粒子３に対して０．１重量％以上有れば効果を発現するが、吸着剤としての性能を低下させることなく強固に固定するには、１重量％以上１０重量％以下であることが好ましい。
【００４１】
次に、混抄紙４に無機酸化物微粒子３またはシランモノマー被覆無機酸化物微粒子を固定化したシート状の吸着部材１００の使用方法について詳述する。
【００４２】
本実施形態の吸着部材１００は、シート状のまま、あるいは用途に合わせた形に加工されて使われる。特に、装置に組み込まれて使われるような印刷機用オゾン分解の用途や、揮発性の有機化合物ガス回収の用途や、除湿用のデシカントの用途などには、段ボールの製法を用いてコルゲート加工し、吸着部材１００を、積層一体化してブロックに賦形したり、捲回一体化してロータにして使われる。段ボールに加工するための原紙は、コルゲート化時に強い折り曲げの応力がかかり、また凸部頂上を接着剤で平シートと接着するため、紙がしなやかで切れない、加えて接着剤が塗り易く且つ吸着性能を下げないように染み広がらない等の要件を満たす必要がある。
【００４３】
本実施形態により得られるシート状の吸着部材１００は、これらの要件を備えており、ハニカムローター形状に賦形加工し、除湿処理、ガス処理、等の各種気体処理装置や設備に組み込み込んで機能させることができる。特に、ハニカムロータを回転させて吸湿・脱湿再生を繰り返して機能するデシカント装置で使用されると極めて優れた性能を発揮する。
【００４４】
吸着反応の多くは発熱反応であり、吸着量に応じた発熱量が発生する。従来の吸着部材は、混抄紙の内部に多くの反応部位（無機酸化物や炭素単体）があるため、反応熱が放散しにくく、混抄紙の集積体であるローター全体での温度が高く保たれることとなる。本実施形態の吸着部材１００では、混抄紙の表面に無機酸化物微粒子が高密度で固定されており、従来品より表面での吸着が先行して起こるため、内部蓄積温度すなわちローター温度が相対的に低く維持され、この結果として脱着時のガス温度を低くすることが可能となる。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態の吸着部材によれば、繊維状もしくは粉末状の無機化合物または炭素単体の少なくとも一方からなる吸着剤を湿式により混抄した混抄紙に、無機酸化物微粒子を固定することで、大気中の水分や不快な臭気成分、ガス状有害成分等を高速度で吸着および脱着することが可能となる。吸着工程と脱着工程とを繰り返す方式の調湿装置や空気浄化装置に、本発明の吸着部材を用いることで、装置の吸着能力すなわち吸着速度を向上し、また、吸着時の吸着熱による発熱の放熱が抑制できることから、被吸着成分の脱着時に要する気流温度の低温化が可能となり、吸着剤の経時による劣化が抑制できるとともに省エネルギーの点でも有益である。
【００４６】
これは、従来の吸着部材に比べ、被吸着成分が混抄紙表面近傍に固定化された無機酸化物微粒子に吸着される比率が吸着初期に特に多く、吸着部材内部への吸着熱の蓄積が少ないため低温化が達成されるからである。吸着部材より相対的に高温のガスを流通させて被吸着成分を吸着部材より脱着するが、本発明の吸着部材は吸着時の温度上昇を低く抑えられることより、脱着時の温度差（ΔＴ）を同等とする場合、脱着に用いるガス温度を低く抑えることが可能となる。
【００４７】
本実施形態の無機化合物及び無機酸化物微粒子は、いずれもガス吸着機能を有する物質である点で、ほぼ同種のものである。本実施形態の無機化合物は、吸着機能を有する支持基材の基本構成材料であり、パルプの結合剤（成形可能な程度の柔軟性を兼ね備え、吸着物質を支持するもの）として、ある程度の凹凸や支持基材中での空隙を有し、表面積を大きく取れることが必要とされる。これに対し本実施形態の無機酸化物微粒子は、粒子径を極めて小さく選定することにより、無機化合物表面やパルプ表面に固着させ、更なる吸着機能を付加させるものである。粒子径を微細化することにより支持基材の凹凸や空隙中にも入り込んで表面積を一層拡大することができ、吸着機能（特に吸着速度）を向上することが可能となる。
【００４８】
また、本発明によれば、本発明で得られた吸着部材をデシカントローター状に加工して用いることで、様々な分野で応用が可能となる。
【実施例】
【００４９】
次に、実施例を挙げて本発明の吸着部材をより具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
＜混抄紙の作製＞
混抄紙の原料として富士シリシア化学（株）製シリカゲル粉末と、ユニオン昭和（株）製ゼオライト粉末と、クラレケミカル（株）製活性炭粉末と、昭和電工（株）製黒鉛粉末とを用い、各々の原料は抄紙に適するように１〜１０μｍ粒度の粉を用いた。また、抄紙用繊維原料として、通常のビータなどで処理された木材パルプ（ＫＰパルプ）と、抄紙用の有機合成繊維パルプ（ビニロンパルプ）と、日本板硝子（株）製の径が１０μｍ前後のガラス短繊維と、呉羽化学（株）製の直径が約１０μｍ、長さが数ｍｍの粉砕処理された炭素短繊維（ミルドファイバー）とを使用した。また、抄紙性を確保するために、昭和電工（株）製アクリル系高分子凝集剤を微量用いて、原料と水を混合したスラリーを大量の水で希釈し、定法により丸網抄紙機により混抄紙を漉き上げた。
【００５０】
配合組成を種々替えた混抄紙およびその混抄紙の特性を表1示す。ここで、混抄紙の特性として、引張強度は抄紙方向（長手方向）に１５ｍｍ幅の短冊サンプルを切り出し、1mm/分の速度で引張った場合の破断強度を測定した。また、１５ｍｍ幅の短冊サンプルを手で折り曲げて亀裂の発生有無を目視観察にて評価した。
【００５１】
【表１】
【００５２】
全ての配合条件において米坪１２０ｇ／ｍ２の地合の良い混抄紙を得ることができた。混抄紙No．１から１０は、後工程の無機酸化物微粒子の固定やコルゲート加工に耐えうると判断された。無機化合物または単体が７５重量％以上のNo．１１およびNo．１２は、折り曲げにより亀裂が発生し、後工程のコルゲート加工性が難しいと判断された。
【００５３】
［実施例1］
表１に示した米坪１２０ｇ／ｍ２混抄紙を基材とし、無機酸化物微粒子としてシリカゲルを分散したスラリーを浸漬法により塗工し、１１０℃、１０分間乾燥してシリカゲルを固定化した。固定化量は、浸漬回数によって調整した。
【００５４】
固定化し得られたシート状吸着部材の特性について、無機酸化物微粒子の固定化量、密着性、吸湿特性評価を実施した。固定化量は、スラリーを基材である混抄紙に塗布後、乾燥して重量を測定し、基材との重量との差分から計算して求めた。表面の外観については目視にて確認した。また、密着性は、シート状吸着部材を１５ｍｍ幅の短冊サンプルに切り出し、１８０度折り曲げを３回繰り返したときの粒子の脱落状態を目視で確認し、密着性の良いものから◎、○、△、×の順で評価した。
【００５５】
吸湿特性については、サンプル３gを用いて、８０℃にて１時間真空引きしたのち放冷し、雰囲気が２０℃、水分１５g/ｋｇ(乾燥空気)の条件下での吸湿による重量増加率の経時変化を測定する、いわゆるマクベインバランス法により評価した。ここで、固定化量による吸湿特性の効果を明確にするため、重量増加率の基準としては、計算値に基づく基材の重量を用いた。得られたシート状吸着剤の特性及び評価結果を表２に示した。なお、表２には、無機酸化物微粒子の平均粒経および無機酸化物微粒子を固定しない基材のみの評価結果も、比較のため示した。
【００５６】
【表２】
【００５７】
無機酸化物微粒子を固定しない基材のみの評価結果であるシートNo．２−１、２−７との比較において、無機酸化物微粒子を、基材に対し２重量％以上固定したシート状吸着部材の吸湿特性は、経時の初期すなわち湿分を含む空気との接触の初期の段階にて、吸湿速度の著しい向上が認められる（シートNo．２−２、２−８）。特に、固定化量が多くなるに従って初期の吸湿速度の向上は大きくなるが、４０ｇ/ｍ２、すなわち基材に対して約３０重量％以上となると、吸湿速度の向上効果はほぼ一定となる（シートNo．２−４、２−５，２−６および２−１０、２−１１、２−１２）。また、固定化量が多くなるに従い密着性は弱くなり、１２０ｇ/ｍ２、すなわち基材に対し１００重量％より多くなると剥離や脱離が多くなり、好ましくない（シートNo．２−６）。また、無機酸化物微粒子の平均粒経が３００ｎｍより大きくなると、固定化量が少なくても密着性が弱く、好ましくない（シートNo．２−１５）。
【００５８】
［実施例２］
実施例１で用いた同種の混抄紙を基材として、無機酸化物微粒子としてシリカゲルを分散したスラリーに、シランカップリング剤として３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（信越化学工業株式会社製、ＫＢＭ−５０３）を、無機酸化物微粒子に対して３重量％加えて一晩攪拌し、シリカゲル表面にカップリング剤を縮合反応させてシリカゲル表面と化学結合させた。このスラリーに混抄紙を浸漬し、１１０℃、１０分間乾燥した後、電子線を２００ｋＶの加速電圧で５Ｍｒａｄ照射し固定化した。固定化量は浸漬回数によって調整した。得られたシートについての評価は実施例１と同様の方法で評価し、表３に示した。
【００５９】
【表３】
【００６０】
表３のNo．３−１と表２のNo．２−３とが比較対象となるデータであり、表３のNo．３−２と表２のNo．２−４とが比較対象となるデータであり、表３のNo．３−３と表２のNo．２−９とが比較対象となるデータであり、表３のNo．３−４と表２のNo．２−１０とが比較対象となるデータであり、表３のNo．３−５と表２のNo．２−１２とが比較対象となるデータである。これらの結果から、カップリング剤で表面を被覆したシリカゲル粒子を電子線で固定化することで、吸湿特性に優れ、加熱乾燥のみで固定化した場合より一層密着性を向上できることを確認した。
【００６１】
［実施例３］
次に、実施例２で作成したNo.３−２およびNo.３−４のシートを用いて、ピッチ３．８ｍｍ、山高さ１．６ｍｍにコルゲート加工し、その加工性を確認するとともに、約φ３２０ｍｍ×２００ｍｍのロータ形状部材に加工した。ロータ形状部材をデシカント性能評価用装置に組み込み、３０ｒｐｈの回転速度で連続回転させる。回転するロータ形状部材の右半面側に、１ｋｇの乾燥空気あたり１５ｇの水分を含む２０℃の湿度の空気を３００ｍ３／ｈｒの速度で通して吸湿させ、左半面側には８０℃加熱空気をほぼ同量通して脱湿させることにより、ロータ形状部材は、乾燥再生を連続的に繰り返して除湿を行わせた。
【００６２】
右半面側のロータ形状部材で除湿された空気の湿度を測定し、除湿性能として（１−除湿後湿度／除湿前湿度）×１００％として評価した。除湿性能の比較としては無機酸化物微粒子を固定しない基材のみ、すなわち表１の混抄紙No．２およびNo．８を用いて加工したロータ形状部材で同様の試験を行なった。また、試験条件として、１ｋｇ乾燥空気あたり２０ｇの水分を含む３５℃の湿度の空気を３００ｍ３／ｈｒの速度で通して吸湿させた場合についても行い、これらの結果を表４に示した。この結果より、本実施例による無機酸化物微粒子を固定した吸着部材の優秀性が確認された。
【００６３】
【表４】
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施形態の吸着・脱着性能に優れた吸着部材を部分拡大した模式図である。
【符号の説明】
【００６５】
１００：吸着・脱着性能に優れた吸着部材
１ ：パルプ
２ ：無機化合物または炭素単体
３ ：無機酸化物微粒子
４ ：混抄紙
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維状もしくは粉末状の無機化合物または炭素単体の少なくとも一方からなる吸着剤をパルプと混合し抄紙した混抄紙に、平均粒子径１ｎｍ以上３００ｎｍ以下の無機酸化物微粒子を固定してなることを特徴とする吸着・脱着性能に優れた吸着部材。
【請求項２】
前記吸着剤は、
吸着性の無機酸化物および炭素単体の少なくとも一方を含んでなることを特徴とする請求項１に記載の吸着・脱着性能に優れた吸着部材。
【請求項３】
前記無機酸化物微粒子は、
吸湿性、又は脱臭性、又はガス吸収性の内の少なくとも一つの性質を有する無機酸化微粒子であることを特徴とする請求項１または２に記載の吸着・脱着性能に優れた吸着部材。
【請求項４】
前記混抄紙は、
前記吸着剤を、前記混抄紙全体の重量を基準として４０重量％以上、７５重量％未満の重量比率で含み、
前記無機酸化物微粒子を、前記混抄紙全体の重量を基準として２重量％以上、１００重量％以下の重量比率で固定してなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の吸着・脱着性能に優れた吸着部材。
【請求項５】
前記無機酸化物微粒子の表面が、不飽和結合を有するシラン化合物と化学結合してなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の吸着・脱着性能に優れた吸着部材。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の吸着・脱着性能に優れた吸着部材をハニカムロータ形状に加工することにより、除湿処理、ガス処理などの各種気体処理装置に組み込むことを可能としたことを特徴とするハニカムロータ。
【請求項７】
請求項６に記載のハニカムロータを回転させて吸湿・加熱再生を繰り返すことを特徴とする除湿装置。
【請求項８】
繊維状もしくは粉末状の無機化合物または炭素単体の少なくとも一方からなる吸着剤をパルプと混合して、混抄紙を抄紙する工程と、
前記混抄紙に、平均粒子径１ｎｍ以上３００ｎｍ以下の無機酸化物微粒子が分散したスラリーを塗布する工程と、
前記スラリーを塗布した混抄紙から加熱乾燥によりスラリーに含まれる溶剤を除去して、前記無機酸化物微粒子を固定する工程と、
を有することを特徴とする吸着・脱着性能に優れた吸着部材の製造方法。
【請求項９】
前記無機酸化物微粒子の表面に、不飽和結合を有するシラン化合物を化学結合させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の吸着・脱着性能に優れた吸着部材の製造方法。
【請求項１０】
前記無機酸化物微粒子を固定する工程は、
活性エネルギー線を照射する工程を含むことを特徴とする請求項８または９に記載の吸着・脱着性能に優れた吸着部材の製造方法。
【請求項１】
繊維状もしくは粉末状の無機化合物または炭素単体の少なくとも一方からなる吸着剤をパルプと混合し抄紙した混抄紙に、平均粒子径１ｎｍ以上３００ｎｍ以下の無機酸化物微粒子を固定してなることを特徴とする吸着・脱着性能に優れた吸着部材。
【請求項２】
前記吸着剤は、
吸着性の無機酸化物および炭素単体の少なくとも一方を含んでなることを特徴とする請求項１に記載の吸着・脱着性能に優れた吸着部材。
【請求項３】
前記無機酸化物微粒子は、
吸湿性、又は脱臭性、又はガス吸収性の内の少なくとも一つの性質を有する無機酸化微粒子であることを特徴とする請求項１または２に記載の吸着・脱着性能に優れた吸着部材。
【請求項４】
前記混抄紙は、
前記吸着剤を、前記混抄紙全体の重量を基準として４０重量％以上、７５重量％未満の重量比率で含み、
前記無機酸化物微粒子を、前記混抄紙全体の重量を基準として２重量％以上、１００重量％以下の重量比率で固定してなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の吸着・脱着性能に優れた吸着部材。
【請求項５】
前記無機酸化物微粒子の表面が、不飽和結合を有するシラン化合物と化学結合してなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の吸着・脱着性能に優れた吸着部材。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の吸着・脱着性能に優れた吸着部材をハニカムロータ形状に加工することにより、除湿処理、ガス処理などの各種気体処理装置に組み込むことを可能としたことを特徴とするハニカムロータ。
【請求項７】
請求項６に記載のハニカムロータを回転させて吸湿・加熱再生を繰り返すことを特徴とする除湿装置。
【請求項８】
繊維状もしくは粉末状の無機化合物または炭素単体の少なくとも一方からなる吸着剤をパルプと混合して、混抄紙を抄紙する工程と、
前記混抄紙に、平均粒子径１ｎｍ以上３００ｎｍ以下の無機酸化物微粒子が分散したスラリーを塗布する工程と、
前記スラリーを塗布した混抄紙から加熱乾燥によりスラリーに含まれる溶剤を除去して、前記無機酸化物微粒子を固定する工程と、
を有することを特徴とする吸着・脱着性能に優れた吸着部材の製造方法。
【請求項９】
前記無機酸化物微粒子の表面に、不飽和結合を有するシラン化合物を化学結合させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の吸着・脱着性能に優れた吸着部材の製造方法。
【請求項１０】
前記無機酸化物微粒子を固定する工程は、
活性エネルギー線を照射する工程を含むことを特徴とする請求項８または９に記載の吸着・脱着性能に優れた吸着部材の製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２００７−３０１４８３（Ｐ２００７−３０１４８３Ａ）
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３２９２３（Ｐ２００６−１３２９２３）
【出願日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機ホールディングス株式会社 (3,146)
【出願人】（３９１０１８３４１）ＮＢＣ株式会社 (59)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機ホールディングス株式会社 (3,146)
【出願人】（３９１０１８３４１）ＮＢＣ株式会社 (59)
【Ｆターム（参考）】
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