吸着剤、濾材およびエアフィルター
【課題】低級アルデヒド類に対し除去性能に優れ、さらに低湿度や氷点下のような環境下においても除去効率が高い吸着剤を提供する。
【解決手段】数平均分子量６２〜６００のポリエチレングリコールおよびアミン系化合物を多孔質体が担持してなることを特徴とする吸着剤。
【解決手段】数平均分子量６２〜６００のポリエチレングリコールおよびアミン系化合物を多孔質体が担持してなることを特徴とする吸着剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着剤に関する。更に詳しくは、家庭環境および作業環境から発生する臭気中に含まれる脂肪族アルデヒド類、特にアセトアルデヒドに代表される低級脂肪族アルデヒドの吸着除去に有効な吸着剤に関し、特にエアフィルター用途に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気中の汚染物質についてはその種類が多岐に渡るが、その中でも低級アルデヒド類は、大きな問題となっている。例えば、アセトアルデヒドはタバコ煙や自動車の排気ガス中に含まれる代表的な悪臭成分であり、低濃度でも臭気を感じ易い。また空気中の汚染物質の除去には、活性炭が一般に使用されているが、低級脂肪族アルデヒド類の活性炭への平衡吸着量は他の悪臭成分に比べて著しく小さい。
【０００３】
そこでアルデヒドと化学反応する求核試薬によって除去する方法（特許文献１）が開示されている。
【０００４】
また、化学反応を促進するために保湿剤を添加することが良く知られている。例えば、特許文献２にはアルデヒド薬剤と多孔質体、保湿剤が用いられている。また、特許文献３，４には、保湿剤および脱臭剤を含有する吸着剤およびフィルターが開示されている。
【０００５】
しかし、これら従来の保湿剤を単に含ませる技術は、フィルターのような動的な低級脂肪族アルデヒドの除去に対して実用的な効果は無かった。
【０００６】
また、これらの吸着剤は保湿性を利用して反応を向上させているため、水が少ない環境下である低湿度下や水が凍ってしまう２７３Ｋ未満の環境下になると全く作用を及ぼさないと言う欠点があった。
【特許文献１】特公昭６２−２８６４６４号公報
【特許文献２】特開平９−３１３８２８号公報
【特許文献３】特開２００３−３１０７２８号公報
【特許文献４】特開２００６−１９２３８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、低級アルデヒド類に対する除去性能に優れ、さらに低湿度や氷点下のような環境下においても除去効率が高い吸着剤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】
【０００８】
すなわち本発明は、多孔質体がアミン系化合物および数平均分子量６２〜６００のポリエチレングリコールを担持してなることを特徴とする吸着剤である。
【０００９】
また本発明は、本発明の吸着剤が担持された繊維を含んでなることを特徴とする濾材である。
【００１０】
また本発明は、本発明の濾材を用いたことを特徴とするエアフィルターである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、低湿度や氷点下においても対象ガスの除去効率が高く、再脱離する事がない吸着剤を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の吸着剤は多孔質体を有する。多孔質体により、処理エアと接触可能な表面積を得るとともに脱臭剤を十分な量添着させることができ、通過風速の速い動的な状態におけるアルデヒドの除去効率を高めることができる。
【００１３】
多孔質体としては、活性炭に代表される多孔質カーボン、多孔質炭化ケイ素、多孔質炭化チタン、多孔質シリカ、ゼオライト、アルミナ、アパタイト、多孔質ガラス、ケイ酸アルミニウム、シリカゲル、アルミナゲル、活性白土、層状構造多孔体、リン酸アルミニウム、メソポーラス体、多孔質セラミック、多孔質窒化ケイ素、多孔性粘土鉱物等を挙げることができ、これらの中から目的に応じて選択することができる。中でも、多孔質シリカは、安価であり物理吸着性が小さいために好ましい。
【００１４】
多孔質体の平均粒径としては、０．０１〜２００μｍが好ましく、より好ましくは０．１〜５０μｍである。２００μｍ以下とすることで、処理エアとの接触効率を上げることができるとともに、繊維等の担持体の表面に均一に担持させることができる。また、０．０１μｍ以上とすることで、繊維等の担持体の表面への担持に使用するバインダー樹脂に多孔質体が埋没してしまうのを防ぐことができる。
【００１５】
多孔質体の細孔の直径としては、０．５〜１００ｎｍが好ましく、より好ましくは５０ｎｍ以下である。１００ｎｍ以下とすることで、無機粒子の機械的強度の低下等の無理なく比表面積を大きくとることができる。また０．５ｎｍ以上とすることで、添着させる薬品や対象ガス成分が細孔内部に進入できなくなるのを防ぐことができる。
【００１６】
多孔質体の全細孔容積としては、０．６〜２．０ｍｌ／ｇが好ましい。０．６ｍｌ／ｇ未満では、多孔質体に添着される薬剤の添着量が不足し、十分な除去性能を得ることができない。また、２．０ｍｌ／ｇ以下にすることによって多孔質体に十分な強度が得られる。
【００１７】
多孔質体の比表面積としては、ＢＥＴ比表面積で５０〜１２００ｍ２／ｇが好ましく、より好ましくは１００〜１０００ｍ２／ｇである。５０ｍ２／ｇ以上とすることで、添加する薬品の反応場として実効的な面積が得られ、除去しようとするガス成分との実効的な反応速度が得られる。また１２００ｍ２／ｇ以下とすることで、多孔質体の機械的強度の低下によるため取り扱い性の不便を防ぐことができる。
【００１８】
本発明の吸着剤は、アミン系化合物を有することが重要である。アミン系化合物の存在により、ホルムアルデヒドやアセトアルデヒド等のアルデヒド類に対する化学吸着能が飛躍的に向上する。
【００１９】
アミン系化合物としては例えば、ヒドラジン類、脂肪族アミン類、芳香族アミン類、尿素類などのアミン化合物を採用することができる。
【００２０】
アミン化合物のなかでも、酸ヒドラジド類が好ましい。酸ヒドラジドは、カルボン酸とヒドラジンとから誘導される−ＣＯ−ＮＨＮＨ２で表される酸ヒドラジド基を有する化合物である。ヒドラジド末端の窒素原子のα位に、更に非共有電子対を有する窒素原子が結合しており、これにより求核反応性が著しく向上している。この非共有電子対がアルデヒド類のカルボニル炭素原子を求核的に攻撃して反応し、アルデヒド類をヒドラジド誘導体として固定化することにより、アルデヒド類に対する高い除去性能を発現できると考えられる。
【００２１】
アルデヒド類の中でもアセトアルデヒドは、カルボニル炭素のα位に電子供与性のアルキル基を有するために、カルボニル炭素の求電子性が低く化学吸着されにくいが、本発明の吸着剤において採用する酸ヒドラジド類は前述のとおり求核反応性が高いため、アセトアルデヒドに対しても良好な化学吸着性能を発現する。
【００２２】
酸ヒドラジドとしては例えば、分子中に１個の酸ヒドラジド基を有する酸モノヒドラジドとしては、ホルムヒドラジド、アセトヒドラジド、プロピオン酸ヒドラジド、安息香酸ヒドラジド等、分子中に２個の酸ヒドラジド基を有する酸ジヒドラジドとしては、シュウ酸ジヒドラジド、マロン酸ジヒドラジド、コハク酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、フマル酸ジヒドラジド、マレイン酸ジヒドラジド、テレフタル酸ジヒドラジド等、分子中に３個以上の酸ヒドラジド基を有する酸ポリヒドラジドとしては、ポリアクリル酸ヒドラジド等を挙げることができる。なかでも、分子中に２個の酸ヒドラジド基を有する酸ジヒドラジドが好ましく、アジピン酸ジヒドラジドがより好ましい。
【００２３】
アミン化合物は１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００２４】
アミン化合物は１級アミンと２級アミンとを組み合わせるとさらに好ましい。１級アミンおよび２級アミンを有することで、吸着剤としての性能が飛躍的に向上する。そのメカニズムは定かではないが、以下のように推測している。
すなわち、１級アミンは一旦アルデヒドと反応するが、反面、一部のアルデヒドを脱離させてしまう。しかし、２級アミンが同時に存在するとこの脱離したアルデヒドと反応することが出来る。２級アミンは、アミン周りの立体障害が高いため一旦結合すると、逆反応が起こりづらい。１級アミンから２級アミンにアルデヒドを受け渡すことによって、飛躍的に性能が向上するものと考えられる。
【００２５】
２級アミンとしては例えば、３，５−ジメチルピラゾール、３−メチル−５−ピラゾロン、１，２，３−トリアゾール、１，２，４−トリアゾール、３−ｎ−ブチル−１，２，４−トリアゾール、３，５−ジメチル−１，２，４−トリアゾール、３，５−ジ−ｎ−ブチル−１，２，４−トリアゾールなどのアゾール類、アジン類、ジプロピルアミン、ジブチルアミンなどのアルキル類の２級アミンを用いることができる。また、アルキル類の２級アミンには、ジイソブチルアミンのようなアルキル基を側鎖に有するアミンや、Ｎメチルヘキシルアミンのような窒素に対して２種類の異なるアルキル基を有するアミンも包含される。
【００２６】
また、ピペリジン、ピペラジン、ピロリジンのような環状２級アミンを用いることもできる。
【００２７】
また、２級アミンとしては、アミド結合または尿素結合を有するものであることが、アルデヒド類の再放出を防ぐ上で好ましい。なかでも、安全性が高く、アミン臭の発臭が無く、水溶性で加工性が良好であるという点から、１，３−ジメチル尿素やエチレン尿素が好ましい。
【００２８】
２級アミンも、１種を単独ではなく２種以上を併用してもよい。
【００２９】
また、本発明で採用するアミン系化合物としては、ポリエチレングリコール（以下、「ＰＥＧ」と表記する。）に溶解するものであることが好ましい。ＰＥＧに溶解することによって、後述するようにＰＥＧを溶媒として対象ガスと化学反応を行うことができるからである。アミン系化合物のＰＥＧに溶解する量としては、１００ｇのＰＥＧに対し１ｇ以上であることが好ましく、より好ましくは、５ｇ以上である。１ｇ以上溶解することで、ＰＥＧの溶媒効果の実効を得ることができる。
【００３０】
本発明の吸着剤は、ポリエチレングリコールも有することが重要である。ＰＥＧにより、低湿度の環境下においても吸着効率を維持できる。その理由は定かではないが、以下のように考えられる。すなわち、まず保湿剤として一般的な、塩化リチウムや活性アルミナ、ゼオライト、分子量が６００以上のＰＥＧでは、その保水効果によって、水溶性ガスが引き寄せられ、ガスの吸着除去性能が向上するものの、水分が少ない状態や水分が凍ってしまう環境下では反応場としての水が不足し、性能が大幅に低下する。一方、本発明で採用するＰＥＧは、本発明の吸着剤において液体状態で存在し、保湿剤としてよりはむしろ溶媒となって低湿度下でも反応を向上させているのではないかと考えられる。
【００３１】
ＰＥＧの数平均分子量としては、６２〜６００とすることが重要であり、好ましくは１８０〜３３０、より好ましくは１８０〜２１０である。分子量６２は、エチレングリコールの分子量であり、本発明で採用するＰＥＧの最小単位の分子量である。すなわち、本発明で採用するＰＥＧは、エチレングリコールも含むものとする。また、１８０以上とすることで、引火点が１５０℃以上になるので安全性や加工性が向上する。また、６００以下とすることで、常温で液体状態を保ち、ＰＥＧが溶媒として働くことができる。さらに、３３０以下とすることで、融点が２７３Ｋ未満になるので、氷点下などの環境下においても液体状態を保ち、溶媒として働くことができる。さらに、２１０以下とすることで、融点が−５０℃以下になるので、極寒の環境下においても液体状態を保ち、溶媒として働くことができる。
【００３２】
本発明の吸着剤における、ＰＥＧとアミン系化合物と多孔質体との割合としては、アミン系化合物はＰＥＧ１００質量部に対し１０〜１０００質量部が好ましく、より好ましくは１００〜３００質量部である。また、多孔質体はＰＥＧ１００質量部に対し１０〜１０００質量部が好ましく、より好ましくは１００〜３００質量部である。当該範囲内とすることで、吸着剤としての初期効率、吸着容量を十分に得ることができる。
【００３３】
本発明の吸着剤は、酸触媒を有することも好ましい。酸触媒がアルデヒド類のカルボニル炭素と電子を共有することによって、アルデヒド類のカルボニル炭素の求電子性を高くし、アミノ基を有する化合物のアルデヒド類に対する化学吸着能を向上させることができる。
【００３４】
酸触媒の酸としては、プロトン供与体であるブレンステッド酸や、電子対受容体であるルイス酸を挙げることができる。ルイス酸としては例えば、珪素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、タングステン、モリブデン、スズ、鉄等の水酸化物もしくは酸化物、グラファイト、イオン交換樹脂等からなる担体に、硫酸根、五フッ化アンチモン、五フッ化タンタル、三フッ化ホウ素等を付着或いは担持させたもの、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化第二スズ（ＳｎＯ２）、チタニア（ＴｉＯ２）、酸化第二鉄（Ｆｅ３Ｏ３）、酸化タングステン（ＷＯ３）等を挙げることができる。
【００３５】
本発明の吸着剤は、アルデヒド類の吸着に好適である。アルデヒド類としては、脂肪族アルデヒド、芳香族アルデヒド、不飽和アルデヒド等がある。特に本発明は、反応性が低く動的な条件下では除去が困難であった低級脂肪族アルデヒドに有効である。
【００３６】
低級脂肪族アルデヒドとしては、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド等がある。
【００３７】
本発明の吸着剤は、絶対湿度２ｇ／ｍ３におけるアセトアルデヒドガスの初期吸着効率が２０％以上あることが好ましい。このような環境下では、湿度が低いため一般的に使用される保湿剤を使用しても効果がほとんどない。
【００３８】
また、本発明の吸着剤は、絶対温度２７０Ｋにおけるアセトアルデヒドガスの初期吸着効率が２０％以上であることが好ましい。絶対温度２７０Ｋは水が凍る状態であり、水を溶媒として作用させることが出来ない。そのため、保湿剤が作用できない範囲である。
【００３９】
次に、本発明の濾材は、本発明の吸着剤が担持された繊維を含んでなる。
【００４０】
繊維としては、天然繊維、合成繊維、ガラス繊維や金属繊維等の無機繊維を使用することができ、なかでも強度や加工性等に優れた熱可塑性樹脂からなる合成繊維が好ましい。合成繊維を形成する熱可塑性樹脂の例としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、アクリル、ビニロン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ乳酸等を挙げることができ、用途等に応じて選択できる。また、複数種を組み合わせて使用してもよい。
【００４１】
本発明で採用する繊維は、異型断面形状を有することや、繊維表面に多数の孔やスリットを有することも好ましい。そうすることにより、繊維の表面積を大きくし、多孔質体や吸着剤等に対する担持性を向上させることができる。異型断面形状とは円形以外の断面形状を指し、例えば扁平型、略多角形、楔型等を挙げることができる。異型断面形状の繊維は、異型孔を有する口金を用いて紡糸することにより得ることができる。また、繊維表面に多数の孔やスリットを有する繊維は、溶剤に対する溶解性の異なる２種類以上のポリマーをアロイ化して紡糸し、溶解性の高い方のポリマーを溶剤で溶解除去することにより得ることができる。
【００４２】
本発明で採用する繊維の繊維径としては、繊維シートをエアフィルターとして使用する用途において目標とする通気性や集塵性能に応じて選択すればよいが、好ましくは１〜１０００μｍ、より好ましくは５〜１００μｍである。１μｍ以上とすることで、吸着剤が繊維シート表面で目詰まりするのを防ぎ、通気性の低化を防ぐことができる。また１０００μｍ以下とすることで、繊維表面積の減少による担持能力の低下や処理エアとの接触効率の低下を防ぐことができる。
【００４３】
本発明で採用する繊維が構成する濾材は、通気性を有する繊維構造体であり、綿状物、編織物、不織布、紙等を挙げることができる。これらのような構造をとることにより、通気性を確保しつつ、表面積を大きくとることができる。中でも、不織布は、織物のように繊維と繊維の交点において大きなポアサイズを持つことがなく、どの部分も均一で、小さなポアサイズであることから、特に好ましく用いることができる。
【００４４】
不織布の形態としては、化学的接着法、サーマルボンド法、ニードルパンチ法、スパンレース法、エアレイ法、スパンボンド法、メルトブロー法、フラッシュ紡糸法、抄紙法のいずれかの方法もしくはこれら方法の組み合わせによって得られる不織布であることが好ましい。
【００４５】
濾材の目付としては、１０〜５００ｇ／ｍ２が好ましく、より好ましくは３０〜２００ｇ／ｍ２である。濾材の目付を１０ｇ／ｍ２以上とすることで、吸着剤を担持するための加工に耐える十分な強度が得られ、エアを通気させた際にフィルター構造を維持するのに必要な剛性が得られる。また目付を２００ｇ／ｍ２以下とすることで、濾材の内部まで吸着剤を均一に担持することができ、プリーツ形状やハニカム形状に二次加工する際の取り扱い性に優れる。
【００４６】
本発明の濾材は、熱接着性成分や樹脂バインダーを有することも、形状保持、強度向上、寸法安定性等の点で好ましい。
【００４７】
本発明の濾材は、本発明の吸着剤を担持させた濾材にさらに異なる濾材を積層してなることも好ましい。例えば直行流型フィルターとしての使用において、上流側に嵩高で目の粗い不織布シートを積層すれば、ダスト保持量が向上し長寿命化が可能となる。また下流側に極細繊維からなる不織布シートを積層すれば、高捕集効率化が可能となる。
【００４８】
さらにこの極細繊維からなる不織布シートがエレクトレット処理されていればなお好ましい。エレクトレット処理がされていることにより、通常では除去しにくいサブミクロンサイズやナノサイズの微細塵を静電気力により捕集する事が出来るようになる。
【００４９】
エレクトレット不織布を構成する材料としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート等の芳香族ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート樹脂等の合成高分子材料等の、高い電気抵抗率を有するものが好ましい。
【００５０】
本発明の濾材を製造する方法としては、多孔質体とアミン系化合物とＰＥＧとを混合分散させた液に繊維を浸漬させ、さらに乾燥させる工程を経ることが好ましい。この方法により、薬品の添着量を自由に調節することができる。一方、多孔質体に予めアミン系化合物とＰＥＧを添着させたものをそのまま水溶液に混合して濾材に担持させると、多孔質体に添着していたアミン系化合物とＰＥＧが液中に溶出して希釈されてしまう。
【００５１】
また例えば、多孔質体とアミン系化合物とＰＥＧとを混合した水溶液を濾材にコーティング処理により塗布したり、スプレー処理により吹き付けたりしてもよい。
【００５２】
また、多孔質体を先に濾材表面に固定した後、アミン系化合物とＰＥＧとを混合した水溶液をディッピング処理やスプレー処理で付着させてもよい。
【００５３】
また、多孔質体の繊維表面への付与方法として、繊維表面に多孔質体を直接結晶化させ皮膜化させてもよい。
【００５４】
また、多孔質体の繊維表面への付与方法として、製糸段階で多孔質体を繊維表面に配置させてもよい。具体的には例えば、合成繊維の芯鞘複合紡糸において、鞘成分中に多孔質体を大量配合することにより、芯鞘複合の表面近傍に多孔質体を偏在させることができる。またこの方法において、多孔質体を表面に露出させるために、化学的あるいは物理的な処理により表面の樹脂成分を適量取り除くことも好ましい。
【００５５】
濾材に対する吸着剤の量としては、５〜６０質量％が好ましい。５質量％以上とすることで十分な性能を発揮でき、６０質量％以下とすることで濾材の圧力損失の大幅な増大を防ぐことができる。
【００５６】
また、濾材にノンハロゲン難燃加工を施すことも好ましい。
【００５７】
ノンハロゲン系難燃剤としては、窒素系難燃剤、リン系難燃剤、リン−窒素系難燃剤が挙げられる。
【００５８】
窒素系難燃剤としては例えば、脂肪族アミン化合物、芳香族アミン化合物、含窒素複素環化合物、脂肪族アミド、芳香族アミド、メラミン化合物、尿素、チオ尿素等を挙げることができる。
【００５９】
リン系難燃剤としては例えば、赤リン等のリン単体や、リン酸カルシウム、リン酸チタニウム等のリン酸塩や、トリブチルホスフェート、トリフェニルホスフェート等のリン酸エステルや、ポリリン酸や、ポリリン酸カルシウム等のポリリン酸塩や、ポリ（ジフェニルリン酸）等のポリリン酸エステルや、トリフェニルホスフィンオキサイド等のホスフィンオキサイドや、フェニルホスフォラン等のホスフォランや、ジフェニルホスホン酸等のホスホン酸や、ホスフィンスルフィド等を挙げることができる。
【００６０】
リン−窒素系難燃剤としては例えば、リン酸アンモニウム、エチレンジアミンリン酸塩、メラミンリン酸塩、ポリリン酸アンモニウム、エチレンジアミンポリリン酸塩等を挙げることができる。
【００６１】
ノンハロゲン系難燃剤の中でも、特に窒素系、リン−窒素系難燃剤は難燃効果が高く、リン系難燃剤よりも難燃剤量を低減することが可能である。窒素系、リン−窒素系難燃剤は燃焼時にアンモニアガス等が発生し、酸素遮断が行えるために、難燃効果が高くなっていると思われる。
【００６２】
ノンハロゲン系難燃剤は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００６３】
本発明の濾材は、エアフィルター用途に好適に用いることができる。すなわち、本発明のエアフィルターは本発明の濾材を用いたものである。特に、排気ガス中のアセトアルデヒドを除去したいニーズがあり多様な環境下で用いられる自動車用外気導入用のキャビンフィルターや、低湿度下で用いられるプリンター用フィルターが適している。
【００６４】
本発明のエアフィルターの形状としては、そのまま平面状で使用してもよいが、プリ−ツ型やハニカム型を採用することが好ましい。プリーツ型は直行流型フィルターとしての使用において、またハニカム型は平行流型フィルターとしての使用において、処理エアの接触面積を大きくして捕集効率を向上させるとともに、低圧損化を同時に図ることができる。
【実施例】
【００６５】
［測定方法］
（１）ＢＥＴ比表面積、および、全細孔容積の測定方法
多孔質体を約１００ｍｇ採取し、１２０℃で１２時間真空乾燥の後、秤量した。マイクロメリティックス社製自動比表面積装置、商品名ジェミニ２３７５を使用し、液体窒素の沸点（−１９５．８℃）における窒素ガスの吸着量を相対圧０．０２〜０．９５の範囲で徐々に高めながら４０点測定し、上記サンプルの吸着等温線を作製した。相対圧０．０２〜０．１５での結果をＢＥＴプロットし、質量当りのＢＥＴ比表面積（ｍ2／ｇ）を求めた。また、相対圧０．９５での結果より全細孔容積（ｍｌ／ｇ）を算出した。
【００６６】
（２）アセトアルデヒドの初期吸着効率
平板状の濾材を実験用のダクトに取り付け、試験毎に下記３条件の空気を０．２ｍ／ｓｅｃの速度で送風した。さらに上流側から、標準ガスボンベによりアセトアルデヒドを上流濃度２０ｖｏｌｐｐｍとなるように添加し、繊維シートの上流側と下流側とにおいてエアをサンプリングし、赤外吸光式連続モニターを使用してそれぞれのアセトアルデヒド濃度を経時的に測定し、５分後の吸着効率をアセトアルデヒドの初期除去効率とした。
条件１：絶対温度３００Ｋ、絶対湿度２ｇ／ｍ３
条件２：絶対温度３００Ｋ、絶対湿度１４ｇ／ｍ３
条件３：絶対温度２７０Ｋ、絶対湿度２ｇ／ｍ３。
【００６７】
（３）アセトアルデヒドの初期吸着効率の温湿度依存性
上記（２）の測定結果から、下記基準にて温湿度依存性を評価した。
Ａ：条件１〜３の初期吸着効率の最大と最小の差が１０％未満。
Ｂ：条件１〜３の初期吸着効率の最大と最小の差が３０％未満。
Ｃ：条件１〜３の初期吸着効率の最大と最小の差が３０％以上。
【００６８】
（４）総合評価
上記（２），（３）の結果から、下記基準にて総合評価を行った。
Ａ：温湿度依存性評価がＡで、かつ各条件で初期吸着効率が３０％以上。
Ｂ：温湿度依存性評価がＡまたはＢで、かつ各条件の初期吸着効率が１０％以上。
Ｃ：温湿度依存性評価がＡまたはＢで、本評価基準のＡまたはＢに該当しない。
Ｄ：本評価基準のＡ〜Ｃ以外。
【００６９】
［実施例１］
（多孔質体）
多孔質体として、細孔容積１．８０ｍｌ／ｇ、比表面積３００ｍ２／ｇの多孔質シリカ（富士シリシア社製“サイリシア”２５０Ｎ）を用いた。
【００７０】
（アミン化合物）
アミン化合物としては、アジピン酸ジヒドラジド（日本化成社製）とエチレン尿素（関東化学社製）とを質量比で２：１の割合で混合したものを用いた。
【００７１】
（機能剤）
機能剤としては、数平均分子量１９０〜２１０のＰＥＧ（ナカライテスク社製「ポリエチレングリコール２００」）を用いた。
【００７２】
（繊維シート）
繊維シートとしては、単繊維繊度１．５ｄｔｅｘのビニロン１６．５質量％と単繊維繊度７．１ｄｔｅｘのビニロン２２質量％と単繊維繊度２．０ｄｔｅｘのポリエチレンテレフタレート１６．５質量％とリン系難燃剤含有アクリル樹脂バインダー４５質量％とからなる目付け７０ｇ／ｍ２の不織布を用いた。
【００７３】
（濾材）
上記機能剤１００質量部とアミン化合物２００質量部と多孔質体１５０質量部とを均一分散させた水溶液中に上記繊維シートを含浸させ、乾燥させて、目付け１０５ｇ／ｍ２の濾材を得た。
【００７４】
［実施例２］
（多孔質体）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００７５】
（アミン化合物）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００７６】
（機能剤）
機能剤としては、数平均分子量３８０〜４２０のＰＥＧ（ナカライテスク社製「ポリエチレングリコール４００」）を用いた。
【００７７】
（繊維シート）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００７８】
（濾材）
上記機能剤１００質量部とアミン化合物２００質量部と多孔質体１５０質量部とを均一分散させた水溶液中に上記繊維シートを含浸させ、乾燥させて、目付け１０５ｇ／ｍ２の濾材を得た。
【００７９】
［実施例３］
（多孔質体）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００８０】
（アミン化合物）
アミン化合物としては、アジピン酸ジヒドラジド（日本化成社製）を用いた。
【００８１】
（機能剤）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００８２】
（繊維シート）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００８３】
（濾材）
上記機能剤１００質量部とアミン化合物３００質量部と多孔質体１５０質量部とを均一分散させた水溶液中に上記繊維シートを含浸させ、乾燥させて、目付け１１０ｇ／ｍ２の濾材を得た。
【００８４】
［実施例４］
（多孔質体）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００８５】
（アミン化合物）
アミン化合物としては、エチレン尿素（関東化学社製）を用いた。
【００８６】
（機能剤）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００８７】
（繊維シート）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００８８】
（濾材）
上記機能剤１００質量部とアミン化合物１５０質量部と多孔質体１５０質量部とを均一分散させた水溶液中に上記繊維シートを含浸させ、乾燥させて、目付け１００ｇ／ｍ２の濾材を得た。
【００８９】
［実施例５］
（多孔質体）
多孔質体として、細孔容積０．４４ｍｌ／ｇ、比表面積７００ｍ２／ｇの多孔質シリカ（富士シリシア社製“サイリシア”７７０）を用いた。
【００９０】
（アミン化合物）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００９１】
（機能剤）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００９２】
（繊維シート）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００９３】
（濾材）
上記機能剤１００質量部とアミン化合物２００質量部と多孔質体１５０質量部とを均一分散させた水溶液中に上記繊維シートを含浸させ、乾燥させて、目付け１０５ｇ／ｍ２の濾材を得た。
【００９４】
［実施例６］
（多孔質体）
多孔質体として、細孔容積１．０ｍｌ／ｇ、比表面積１４３０ｍ２／ｇの活性炭（日本エンバイロケミカルズ社製“カルボラフィン”）を用いた。
【００９５】
（アミン化合物）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００９６】
（機能剤）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００９７】
（繊維シート）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００９８】
（濾材）
上記機能剤１００質量部とアミン化合物２００質量部と多孔質体１５０質量部とを均一分散させた水溶液中に上記繊維シートを含浸させ、乾燥させて、目付け１０５ｇ／ｍ２の濾材を得た。
【００９９】
［比較例１］
（多孔質体）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１００】
（アミン化合物）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１０１】
（機能剤）
機能剤は用いなかった。
【０１０２】
（繊維シート）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１０３】
（濾材）
上記機能剤１００質量部とアミン化合物２００質量部と多孔質体１５０質量部とを均一分散させた水溶液中に上記繊維シートを含浸させ、乾燥させて、目付け１０５ｇ／ｍ２の濾材を得た。
【０１０４】
［比較例２］
（多孔質体）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１０５】
（アミン化合物）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１０６】
（機能剤）
機能剤としては、数平均分子量９５０〜１０５０のＰＥＧ（ナカライテスク社製「ポリエチレングリコール＃１０００」）を用いた。
【０１０７】
（繊維シート）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１０８】
（濾材）
上記機能剤１００質量部とアミン化合物２００質量部と多孔質体１５０質量部とを均一分散させた水溶液中に上記繊維シートを含浸させ、乾燥させて、目付け１０５ｇ／ｍ２の濾材を得た。
【０１０９】
［比較例３］
（多孔質体）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１１０】
（アミン化合物）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１１１】
（機能剤）
機能剤としては、ナカライテスク社製の塩化リチウムを用いた。
【０１１２】
（繊維シート）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１１３】
（濾材）
上記機能剤１００質量部とアミン化合物を２００質量部と多孔質体１５０質量部とを均一分散させた水溶液中に上記繊維シートを含浸させ、乾燥させて、目付け１０５ｇ／ｍ２の濾材を得た。
【０１１４】
［比較例４］
（多孔質体）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１１５】
（アミン化合物）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１１６】
（機能剤）
機能剤としては、水澤化学社製の活性アルミナを用いた。
【０１１７】
（繊維シート）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１１８】
（濾材）
上記機能剤１００質量部とアミン化合物２００質量部と多孔質体１５０質量部とを均一分散させた水溶液中に上記繊維シートを含浸させ、乾燥させて、目付け１０５ｇ／ｍ２の濾材を得た。
【０１１９】
［比較例５］
（多孔質体）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１２０】
（アミン化合物）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１２１】
（機能剤）
機能剤としては、水澤化学社製の３Ａゼオライトを用いた。
【０１２２】
（繊維シート）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１２３】
（濾材）
上記機能剤１００質量部とアミン化合物２００質量部と多孔質体１５０質量部とを均一分散させた水溶液中に上記繊維シートを含浸させ、乾燥させて、目付け１０５ｇ／ｍ２の濾材を得た。
【０１２４】
［比較例６］
（多孔質体）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１２５】
（アミン化合物）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１２６】
（機能剤）
機能剤としては、水澤化学社製の１３Ｘゼオライトを用いた。
【０１２７】
（繊維シート）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１２８】
（濾材）
上記機能剤１００質量部とアミン化合物２００質量部と多孔質体１５０質量部とを均一分散させた水溶液中に上記繊維シートを含浸させ、乾燥させて、目付け１０５ｇ／ｍ２の濾材を得た。
【０１２９】
【表１】
【０１３０】
【表２】
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
本発明の濾材は、自動車や鉄道車両等の車室内の空気を清浄化するためのエアフィルター、健康住宅、ペット対応マンション、高齢者入所施設、病院、オフィス等で使用される空気清浄機用フィルター、家庭用および業務用プリンター用フィルター、エアコン用フィルター、ＯＡ機器の吸気・排気フィルター、ビル空調用フィルター、産業用クリーンルーム用フィルター等のエアフィルター濾材として好ましく使用される。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】本発明の一実施形態を示すエアフィルターの概略斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すエアフィルターの概略斜視図である。
【符号の説明】
【０１３３】
１ エアフィルター濾材（プリーツ型）
２ エアフィルター濾材（ハニカム型）
３ 枠体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着剤に関する。更に詳しくは、家庭環境および作業環境から発生する臭気中に含まれる脂肪族アルデヒド類、特にアセトアルデヒドに代表される低級脂肪族アルデヒドの吸着除去に有効な吸着剤に関し、特にエアフィルター用途に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気中の汚染物質についてはその種類が多岐に渡るが、その中でも低級アルデヒド類は、大きな問題となっている。例えば、アセトアルデヒドはタバコ煙や自動車の排気ガス中に含まれる代表的な悪臭成分であり、低濃度でも臭気を感じ易い。また空気中の汚染物質の除去には、活性炭が一般に使用されているが、低級脂肪族アルデヒド類の活性炭への平衡吸着量は他の悪臭成分に比べて著しく小さい。
【０００３】
そこでアルデヒドと化学反応する求核試薬によって除去する方法（特許文献１）が開示されている。
【０００４】
また、化学反応を促進するために保湿剤を添加することが良く知られている。例えば、特許文献２にはアルデヒド薬剤と多孔質体、保湿剤が用いられている。また、特許文献３，４には、保湿剤および脱臭剤を含有する吸着剤およびフィルターが開示されている。
【０００５】
しかし、これら従来の保湿剤を単に含ませる技術は、フィルターのような動的な低級脂肪族アルデヒドの除去に対して実用的な効果は無かった。
【０００６】
また、これらの吸着剤は保湿性を利用して反応を向上させているため、水が少ない環境下である低湿度下や水が凍ってしまう２７３Ｋ未満の環境下になると全く作用を及ぼさないと言う欠点があった。
【特許文献１】特公昭６２−２８６４６４号公報
【特許文献２】特開平９−３１３８２８号公報
【特許文献３】特開２００３−３１０７２８号公報
【特許文献４】特開２００６−１９２３８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、低級アルデヒド類に対する除去性能に優れ、さらに低湿度や氷点下のような環境下においても除去効率が高い吸着剤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】
【０００８】
すなわち本発明は、多孔質体がアミン系化合物および数平均分子量６２〜６００のポリエチレングリコールを担持してなることを特徴とする吸着剤である。
【０００９】
また本発明は、本発明の吸着剤が担持された繊維を含んでなることを特徴とする濾材である。
【００１０】
また本発明は、本発明の濾材を用いたことを特徴とするエアフィルターである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、低湿度や氷点下においても対象ガスの除去効率が高く、再脱離する事がない吸着剤を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の吸着剤は多孔質体を有する。多孔質体により、処理エアと接触可能な表面積を得るとともに脱臭剤を十分な量添着させることができ、通過風速の速い動的な状態におけるアルデヒドの除去効率を高めることができる。
【００１３】
多孔質体としては、活性炭に代表される多孔質カーボン、多孔質炭化ケイ素、多孔質炭化チタン、多孔質シリカ、ゼオライト、アルミナ、アパタイト、多孔質ガラス、ケイ酸アルミニウム、シリカゲル、アルミナゲル、活性白土、層状構造多孔体、リン酸アルミニウム、メソポーラス体、多孔質セラミック、多孔質窒化ケイ素、多孔性粘土鉱物等を挙げることができ、これらの中から目的に応じて選択することができる。中でも、多孔質シリカは、安価であり物理吸着性が小さいために好ましい。
【００１４】
多孔質体の平均粒径としては、０．０１〜２００μｍが好ましく、より好ましくは０．１〜５０μｍである。２００μｍ以下とすることで、処理エアとの接触効率を上げることができるとともに、繊維等の担持体の表面に均一に担持させることができる。また、０．０１μｍ以上とすることで、繊維等の担持体の表面への担持に使用するバインダー樹脂に多孔質体が埋没してしまうのを防ぐことができる。
【００１５】
多孔質体の細孔の直径としては、０．５〜１００ｎｍが好ましく、より好ましくは５０ｎｍ以下である。１００ｎｍ以下とすることで、無機粒子の機械的強度の低下等の無理なく比表面積を大きくとることができる。また０．５ｎｍ以上とすることで、添着させる薬品や対象ガス成分が細孔内部に進入できなくなるのを防ぐことができる。
【００１６】
多孔質体の全細孔容積としては、０．６〜２．０ｍｌ／ｇが好ましい。０．６ｍｌ／ｇ未満では、多孔質体に添着される薬剤の添着量が不足し、十分な除去性能を得ることができない。また、２．０ｍｌ／ｇ以下にすることによって多孔質体に十分な強度が得られる。
【００１７】
多孔質体の比表面積としては、ＢＥＴ比表面積で５０〜１２００ｍ２／ｇが好ましく、より好ましくは１００〜１０００ｍ２／ｇである。５０ｍ２／ｇ以上とすることで、添加する薬品の反応場として実効的な面積が得られ、除去しようとするガス成分との実効的な反応速度が得られる。また１２００ｍ２／ｇ以下とすることで、多孔質体の機械的強度の低下によるため取り扱い性の不便を防ぐことができる。
【００１８】
本発明の吸着剤は、アミン系化合物を有することが重要である。アミン系化合物の存在により、ホルムアルデヒドやアセトアルデヒド等のアルデヒド類に対する化学吸着能が飛躍的に向上する。
【００１９】
アミン系化合物としては例えば、ヒドラジン類、脂肪族アミン類、芳香族アミン類、尿素類などのアミン化合物を採用することができる。
【００２０】
アミン化合物のなかでも、酸ヒドラジド類が好ましい。酸ヒドラジドは、カルボン酸とヒドラジンとから誘導される−ＣＯ−ＮＨＮＨ２で表される酸ヒドラジド基を有する化合物である。ヒドラジド末端の窒素原子のα位に、更に非共有電子対を有する窒素原子が結合しており、これにより求核反応性が著しく向上している。この非共有電子対がアルデヒド類のカルボニル炭素原子を求核的に攻撃して反応し、アルデヒド類をヒドラジド誘導体として固定化することにより、アルデヒド類に対する高い除去性能を発現できると考えられる。
【００２１】
アルデヒド類の中でもアセトアルデヒドは、カルボニル炭素のα位に電子供与性のアルキル基を有するために、カルボニル炭素の求電子性が低く化学吸着されにくいが、本発明の吸着剤において採用する酸ヒドラジド類は前述のとおり求核反応性が高いため、アセトアルデヒドに対しても良好な化学吸着性能を発現する。
【００２２】
酸ヒドラジドとしては例えば、分子中に１個の酸ヒドラジド基を有する酸モノヒドラジドとしては、ホルムヒドラジド、アセトヒドラジド、プロピオン酸ヒドラジド、安息香酸ヒドラジド等、分子中に２個の酸ヒドラジド基を有する酸ジヒドラジドとしては、シュウ酸ジヒドラジド、マロン酸ジヒドラジド、コハク酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、フマル酸ジヒドラジド、マレイン酸ジヒドラジド、テレフタル酸ジヒドラジド等、分子中に３個以上の酸ヒドラジド基を有する酸ポリヒドラジドとしては、ポリアクリル酸ヒドラジド等を挙げることができる。なかでも、分子中に２個の酸ヒドラジド基を有する酸ジヒドラジドが好ましく、アジピン酸ジヒドラジドがより好ましい。
【００２３】
アミン化合物は１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００２４】
アミン化合物は１級アミンと２級アミンとを組み合わせるとさらに好ましい。１級アミンおよび２級アミンを有することで、吸着剤としての性能が飛躍的に向上する。そのメカニズムは定かではないが、以下のように推測している。
すなわち、１級アミンは一旦アルデヒドと反応するが、反面、一部のアルデヒドを脱離させてしまう。しかし、２級アミンが同時に存在するとこの脱離したアルデヒドと反応することが出来る。２級アミンは、アミン周りの立体障害が高いため一旦結合すると、逆反応が起こりづらい。１級アミンから２級アミンにアルデヒドを受け渡すことによって、飛躍的に性能が向上するものと考えられる。
【００２５】
２級アミンとしては例えば、３，５−ジメチルピラゾール、３−メチル−５−ピラゾロン、１，２，３−トリアゾール、１，２，４−トリアゾール、３−ｎ−ブチル−１，２，４−トリアゾール、３，５−ジメチル−１，２，４−トリアゾール、３，５−ジ−ｎ−ブチル−１，２，４−トリアゾールなどのアゾール類、アジン類、ジプロピルアミン、ジブチルアミンなどのアルキル類の２級アミンを用いることができる。また、アルキル類の２級アミンには、ジイソブチルアミンのようなアルキル基を側鎖に有するアミンや、Ｎメチルヘキシルアミンのような窒素に対して２種類の異なるアルキル基を有するアミンも包含される。
【００２６】
また、ピペリジン、ピペラジン、ピロリジンのような環状２級アミンを用いることもできる。
【００２７】
また、２級アミンとしては、アミド結合または尿素結合を有するものであることが、アルデヒド類の再放出を防ぐ上で好ましい。なかでも、安全性が高く、アミン臭の発臭が無く、水溶性で加工性が良好であるという点から、１，３−ジメチル尿素やエチレン尿素が好ましい。
【００２８】
２級アミンも、１種を単独ではなく２種以上を併用してもよい。
【００２９】
また、本発明で採用するアミン系化合物としては、ポリエチレングリコール（以下、「ＰＥＧ」と表記する。）に溶解するものであることが好ましい。ＰＥＧに溶解することによって、後述するようにＰＥＧを溶媒として対象ガスと化学反応を行うことができるからである。アミン系化合物のＰＥＧに溶解する量としては、１００ｇのＰＥＧに対し１ｇ以上であることが好ましく、より好ましくは、５ｇ以上である。１ｇ以上溶解することで、ＰＥＧの溶媒効果の実効を得ることができる。
【００３０】
本発明の吸着剤は、ポリエチレングリコールも有することが重要である。ＰＥＧにより、低湿度の環境下においても吸着効率を維持できる。その理由は定かではないが、以下のように考えられる。すなわち、まず保湿剤として一般的な、塩化リチウムや活性アルミナ、ゼオライト、分子量が６００以上のＰＥＧでは、その保水効果によって、水溶性ガスが引き寄せられ、ガスの吸着除去性能が向上するものの、水分が少ない状態や水分が凍ってしまう環境下では反応場としての水が不足し、性能が大幅に低下する。一方、本発明で採用するＰＥＧは、本発明の吸着剤において液体状態で存在し、保湿剤としてよりはむしろ溶媒となって低湿度下でも反応を向上させているのではないかと考えられる。
【００３１】
ＰＥＧの数平均分子量としては、６２〜６００とすることが重要であり、好ましくは１８０〜３３０、より好ましくは１８０〜２１０である。分子量６２は、エチレングリコールの分子量であり、本発明で採用するＰＥＧの最小単位の分子量である。すなわち、本発明で採用するＰＥＧは、エチレングリコールも含むものとする。また、１８０以上とすることで、引火点が１５０℃以上になるので安全性や加工性が向上する。また、６００以下とすることで、常温で液体状態を保ち、ＰＥＧが溶媒として働くことができる。さらに、３３０以下とすることで、融点が２７３Ｋ未満になるので、氷点下などの環境下においても液体状態を保ち、溶媒として働くことができる。さらに、２１０以下とすることで、融点が−５０℃以下になるので、極寒の環境下においても液体状態を保ち、溶媒として働くことができる。
【００３２】
本発明の吸着剤における、ＰＥＧとアミン系化合物と多孔質体との割合としては、アミン系化合物はＰＥＧ１００質量部に対し１０〜１０００質量部が好ましく、より好ましくは１００〜３００質量部である。また、多孔質体はＰＥＧ１００質量部に対し１０〜１０００質量部が好ましく、より好ましくは１００〜３００質量部である。当該範囲内とすることで、吸着剤としての初期効率、吸着容量を十分に得ることができる。
【００３３】
本発明の吸着剤は、酸触媒を有することも好ましい。酸触媒がアルデヒド類のカルボニル炭素と電子を共有することによって、アルデヒド類のカルボニル炭素の求電子性を高くし、アミノ基を有する化合物のアルデヒド類に対する化学吸着能を向上させることができる。
【００３４】
酸触媒の酸としては、プロトン供与体であるブレンステッド酸や、電子対受容体であるルイス酸を挙げることができる。ルイス酸としては例えば、珪素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、タングステン、モリブデン、スズ、鉄等の水酸化物もしくは酸化物、グラファイト、イオン交換樹脂等からなる担体に、硫酸根、五フッ化アンチモン、五フッ化タンタル、三フッ化ホウ素等を付着或いは担持させたもの、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化第二スズ（ＳｎＯ２）、チタニア（ＴｉＯ２）、酸化第二鉄（Ｆｅ３Ｏ３）、酸化タングステン（ＷＯ３）等を挙げることができる。
【００３５】
本発明の吸着剤は、アルデヒド類の吸着に好適である。アルデヒド類としては、脂肪族アルデヒド、芳香族アルデヒド、不飽和アルデヒド等がある。特に本発明は、反応性が低く動的な条件下では除去が困難であった低級脂肪族アルデヒドに有効である。
【００３６】
低級脂肪族アルデヒドとしては、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド等がある。
【００３７】
本発明の吸着剤は、絶対湿度２ｇ／ｍ３におけるアセトアルデヒドガスの初期吸着効率が２０％以上あることが好ましい。このような環境下では、湿度が低いため一般的に使用される保湿剤を使用しても効果がほとんどない。
【００３８】
また、本発明の吸着剤は、絶対温度２７０Ｋにおけるアセトアルデヒドガスの初期吸着効率が２０％以上であることが好ましい。絶対温度２７０Ｋは水が凍る状態であり、水を溶媒として作用させることが出来ない。そのため、保湿剤が作用できない範囲である。
【００３９】
次に、本発明の濾材は、本発明の吸着剤が担持された繊維を含んでなる。
【００４０】
繊維としては、天然繊維、合成繊維、ガラス繊維や金属繊維等の無機繊維を使用することができ、なかでも強度や加工性等に優れた熱可塑性樹脂からなる合成繊維が好ましい。合成繊維を形成する熱可塑性樹脂の例としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、アクリル、ビニロン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ乳酸等を挙げることができ、用途等に応じて選択できる。また、複数種を組み合わせて使用してもよい。
【００４１】
本発明で採用する繊維は、異型断面形状を有することや、繊維表面に多数の孔やスリットを有することも好ましい。そうすることにより、繊維の表面積を大きくし、多孔質体や吸着剤等に対する担持性を向上させることができる。異型断面形状とは円形以外の断面形状を指し、例えば扁平型、略多角形、楔型等を挙げることができる。異型断面形状の繊維は、異型孔を有する口金を用いて紡糸することにより得ることができる。また、繊維表面に多数の孔やスリットを有する繊維は、溶剤に対する溶解性の異なる２種類以上のポリマーをアロイ化して紡糸し、溶解性の高い方のポリマーを溶剤で溶解除去することにより得ることができる。
【００４２】
本発明で採用する繊維の繊維径としては、繊維シートをエアフィルターとして使用する用途において目標とする通気性や集塵性能に応じて選択すればよいが、好ましくは１〜１０００μｍ、より好ましくは５〜１００μｍである。１μｍ以上とすることで、吸着剤が繊維シート表面で目詰まりするのを防ぎ、通気性の低化を防ぐことができる。また１０００μｍ以下とすることで、繊維表面積の減少による担持能力の低下や処理エアとの接触効率の低下を防ぐことができる。
【００４３】
本発明で採用する繊維が構成する濾材は、通気性を有する繊維構造体であり、綿状物、編織物、不織布、紙等を挙げることができる。これらのような構造をとることにより、通気性を確保しつつ、表面積を大きくとることができる。中でも、不織布は、織物のように繊維と繊維の交点において大きなポアサイズを持つことがなく、どの部分も均一で、小さなポアサイズであることから、特に好ましく用いることができる。
【００４４】
不織布の形態としては、化学的接着法、サーマルボンド法、ニードルパンチ法、スパンレース法、エアレイ法、スパンボンド法、メルトブロー法、フラッシュ紡糸法、抄紙法のいずれかの方法もしくはこれら方法の組み合わせによって得られる不織布であることが好ましい。
【００４５】
濾材の目付としては、１０〜５００ｇ／ｍ２が好ましく、より好ましくは３０〜２００ｇ／ｍ２である。濾材の目付を１０ｇ／ｍ２以上とすることで、吸着剤を担持するための加工に耐える十分な強度が得られ、エアを通気させた際にフィルター構造を維持するのに必要な剛性が得られる。また目付を２００ｇ／ｍ２以下とすることで、濾材の内部まで吸着剤を均一に担持することができ、プリーツ形状やハニカム形状に二次加工する際の取り扱い性に優れる。
【００４６】
本発明の濾材は、熱接着性成分や樹脂バインダーを有することも、形状保持、強度向上、寸法安定性等の点で好ましい。
【００４７】
本発明の濾材は、本発明の吸着剤を担持させた濾材にさらに異なる濾材を積層してなることも好ましい。例えば直行流型フィルターとしての使用において、上流側に嵩高で目の粗い不織布シートを積層すれば、ダスト保持量が向上し長寿命化が可能となる。また下流側に極細繊維からなる不織布シートを積層すれば、高捕集効率化が可能となる。
【００４８】
さらにこの極細繊維からなる不織布シートがエレクトレット処理されていればなお好ましい。エレクトレット処理がされていることにより、通常では除去しにくいサブミクロンサイズやナノサイズの微細塵を静電気力により捕集する事が出来るようになる。
【００４９】
エレクトレット不織布を構成する材料としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート等の芳香族ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート樹脂等の合成高分子材料等の、高い電気抵抗率を有するものが好ましい。
【００５０】
本発明の濾材を製造する方法としては、多孔質体とアミン系化合物とＰＥＧとを混合分散させた液に繊維を浸漬させ、さらに乾燥させる工程を経ることが好ましい。この方法により、薬品の添着量を自由に調節することができる。一方、多孔質体に予めアミン系化合物とＰＥＧを添着させたものをそのまま水溶液に混合して濾材に担持させると、多孔質体に添着していたアミン系化合物とＰＥＧが液中に溶出して希釈されてしまう。
【００５１】
また例えば、多孔質体とアミン系化合物とＰＥＧとを混合した水溶液を濾材にコーティング処理により塗布したり、スプレー処理により吹き付けたりしてもよい。
【００５２】
また、多孔質体を先に濾材表面に固定した後、アミン系化合物とＰＥＧとを混合した水溶液をディッピング処理やスプレー処理で付着させてもよい。
【００５３】
また、多孔質体の繊維表面への付与方法として、繊維表面に多孔質体を直接結晶化させ皮膜化させてもよい。
【００５４】
また、多孔質体の繊維表面への付与方法として、製糸段階で多孔質体を繊維表面に配置させてもよい。具体的には例えば、合成繊維の芯鞘複合紡糸において、鞘成分中に多孔質体を大量配合することにより、芯鞘複合の表面近傍に多孔質体を偏在させることができる。またこの方法において、多孔質体を表面に露出させるために、化学的あるいは物理的な処理により表面の樹脂成分を適量取り除くことも好ましい。
【００５５】
濾材に対する吸着剤の量としては、５〜６０質量％が好ましい。５質量％以上とすることで十分な性能を発揮でき、６０質量％以下とすることで濾材の圧力損失の大幅な増大を防ぐことができる。
【００５６】
また、濾材にノンハロゲン難燃加工を施すことも好ましい。
【００５７】
ノンハロゲン系難燃剤としては、窒素系難燃剤、リン系難燃剤、リン−窒素系難燃剤が挙げられる。
【００５８】
窒素系難燃剤としては例えば、脂肪族アミン化合物、芳香族アミン化合物、含窒素複素環化合物、脂肪族アミド、芳香族アミド、メラミン化合物、尿素、チオ尿素等を挙げることができる。
【００５９】
リン系難燃剤としては例えば、赤リン等のリン単体や、リン酸カルシウム、リン酸チタニウム等のリン酸塩や、トリブチルホスフェート、トリフェニルホスフェート等のリン酸エステルや、ポリリン酸や、ポリリン酸カルシウム等のポリリン酸塩や、ポリ（ジフェニルリン酸）等のポリリン酸エステルや、トリフェニルホスフィンオキサイド等のホスフィンオキサイドや、フェニルホスフォラン等のホスフォランや、ジフェニルホスホン酸等のホスホン酸や、ホスフィンスルフィド等を挙げることができる。
【００６０】
リン−窒素系難燃剤としては例えば、リン酸アンモニウム、エチレンジアミンリン酸塩、メラミンリン酸塩、ポリリン酸アンモニウム、エチレンジアミンポリリン酸塩等を挙げることができる。
【００６１】
ノンハロゲン系難燃剤の中でも、特に窒素系、リン−窒素系難燃剤は難燃効果が高く、リン系難燃剤よりも難燃剤量を低減することが可能である。窒素系、リン−窒素系難燃剤は燃焼時にアンモニアガス等が発生し、酸素遮断が行えるために、難燃効果が高くなっていると思われる。
【００６２】
ノンハロゲン系難燃剤は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００６３】
本発明の濾材は、エアフィルター用途に好適に用いることができる。すなわち、本発明のエアフィルターは本発明の濾材を用いたものである。特に、排気ガス中のアセトアルデヒドを除去したいニーズがあり多様な環境下で用いられる自動車用外気導入用のキャビンフィルターや、低湿度下で用いられるプリンター用フィルターが適している。
【００６４】
本発明のエアフィルターの形状としては、そのまま平面状で使用してもよいが、プリ−ツ型やハニカム型を採用することが好ましい。プリーツ型は直行流型フィルターとしての使用において、またハニカム型は平行流型フィルターとしての使用において、処理エアの接触面積を大きくして捕集効率を向上させるとともに、低圧損化を同時に図ることができる。
【実施例】
【００６５】
［測定方法］
（１）ＢＥＴ比表面積、および、全細孔容積の測定方法
多孔質体を約１００ｍｇ採取し、１２０℃で１２時間真空乾燥の後、秤量した。マイクロメリティックス社製自動比表面積装置、商品名ジェミニ２３７５を使用し、液体窒素の沸点（−１９５．８℃）における窒素ガスの吸着量を相対圧０．０２〜０．９５の範囲で徐々に高めながら４０点測定し、上記サンプルの吸着等温線を作製した。相対圧０．０２〜０．１５での結果をＢＥＴプロットし、質量当りのＢＥＴ比表面積（ｍ2／ｇ）を求めた。また、相対圧０．９５での結果より全細孔容積（ｍｌ／ｇ）を算出した。
【００６６】
（２）アセトアルデヒドの初期吸着効率
平板状の濾材を実験用のダクトに取り付け、試験毎に下記３条件の空気を０．２ｍ／ｓｅｃの速度で送風した。さらに上流側から、標準ガスボンベによりアセトアルデヒドを上流濃度２０ｖｏｌｐｐｍとなるように添加し、繊維シートの上流側と下流側とにおいてエアをサンプリングし、赤外吸光式連続モニターを使用してそれぞれのアセトアルデヒド濃度を経時的に測定し、５分後の吸着効率をアセトアルデヒドの初期除去効率とした。
条件１：絶対温度３００Ｋ、絶対湿度２ｇ／ｍ３
条件２：絶対温度３００Ｋ、絶対湿度１４ｇ／ｍ３
条件３：絶対温度２７０Ｋ、絶対湿度２ｇ／ｍ３。
【００６７】
（３）アセトアルデヒドの初期吸着効率の温湿度依存性
上記（２）の測定結果から、下記基準にて温湿度依存性を評価した。
Ａ：条件１〜３の初期吸着効率の最大と最小の差が１０％未満。
Ｂ：条件１〜３の初期吸着効率の最大と最小の差が３０％未満。
Ｃ：条件１〜３の初期吸着効率の最大と最小の差が３０％以上。
【００６８】
（４）総合評価
上記（２），（３）の結果から、下記基準にて総合評価を行った。
Ａ：温湿度依存性評価がＡで、かつ各条件で初期吸着効率が３０％以上。
Ｂ：温湿度依存性評価がＡまたはＢで、かつ各条件の初期吸着効率が１０％以上。
Ｃ：温湿度依存性評価がＡまたはＢで、本評価基準のＡまたはＢに該当しない。
Ｄ：本評価基準のＡ〜Ｃ以外。
【００６９】
［実施例１］
（多孔質体）
多孔質体として、細孔容積１．８０ｍｌ／ｇ、比表面積３００ｍ２／ｇの多孔質シリカ（富士シリシア社製“サイリシア”２５０Ｎ）を用いた。
【００７０】
（アミン化合物）
アミン化合物としては、アジピン酸ジヒドラジド（日本化成社製）とエチレン尿素（関東化学社製）とを質量比で２：１の割合で混合したものを用いた。
【００７１】
（機能剤）
機能剤としては、数平均分子量１９０〜２１０のＰＥＧ（ナカライテスク社製「ポリエチレングリコール２００」）を用いた。
【００７２】
（繊維シート）
繊維シートとしては、単繊維繊度１．５ｄｔｅｘのビニロン１６．５質量％と単繊維繊度７．１ｄｔｅｘのビニロン２２質量％と単繊維繊度２．０ｄｔｅｘのポリエチレンテレフタレート１６．５質量％とリン系難燃剤含有アクリル樹脂バインダー４５質量％とからなる目付け７０ｇ／ｍ２の不織布を用いた。
【００７３】
（濾材）
上記機能剤１００質量部とアミン化合物２００質量部と多孔質体１５０質量部とを均一分散させた水溶液中に上記繊維シートを含浸させ、乾燥させて、目付け１０５ｇ／ｍ２の濾材を得た。
【００７４】
［実施例２］
（多孔質体）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００７５】
（アミン化合物）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００７６】
（機能剤）
機能剤としては、数平均分子量３８０〜４２０のＰＥＧ（ナカライテスク社製「ポリエチレングリコール４００」）を用いた。
【００７７】
（繊維シート）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００７８】
（濾材）
上記機能剤１００質量部とアミン化合物２００質量部と多孔質体１５０質量部とを均一分散させた水溶液中に上記繊維シートを含浸させ、乾燥させて、目付け１０５ｇ／ｍ２の濾材を得た。
【００７９】
［実施例３］
（多孔質体）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００８０】
（アミン化合物）
アミン化合物としては、アジピン酸ジヒドラジド（日本化成社製）を用いた。
【００８１】
（機能剤）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００８２】
（繊維シート）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００８３】
（濾材）
上記機能剤１００質量部とアミン化合物３００質量部と多孔質体１５０質量部とを均一分散させた水溶液中に上記繊維シートを含浸させ、乾燥させて、目付け１１０ｇ／ｍ２の濾材を得た。
【００８４】
［実施例４］
（多孔質体）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００８５】
（アミン化合物）
アミン化合物としては、エチレン尿素（関東化学社製）を用いた。
【００８６】
（機能剤）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００８７】
（繊維シート）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００８８】
（濾材）
上記機能剤１００質量部とアミン化合物１５０質量部と多孔質体１５０質量部とを均一分散させた水溶液中に上記繊維シートを含浸させ、乾燥させて、目付け１００ｇ／ｍ２の濾材を得た。
【００８９】
［実施例５］
（多孔質体）
多孔質体として、細孔容積０．４４ｍｌ／ｇ、比表面積７００ｍ２／ｇの多孔質シリカ（富士シリシア社製“サイリシア”７７０）を用いた。
【００９０】
（アミン化合物）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００９１】
（機能剤）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００９２】
（繊維シート）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００９３】
（濾材）
上記機能剤１００質量部とアミン化合物２００質量部と多孔質体１５０質量部とを均一分散させた水溶液中に上記繊維シートを含浸させ、乾燥させて、目付け１０５ｇ／ｍ２の濾材を得た。
【００９４】
［実施例６］
（多孔質体）
多孔質体として、細孔容積１．０ｍｌ／ｇ、比表面積１４３０ｍ２／ｇの活性炭（日本エンバイロケミカルズ社製“カルボラフィン”）を用いた。
【００９５】
（アミン化合物）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００９６】
（機能剤）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００９７】
（繊維シート）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００９８】
（濾材）
上記機能剤１００質量部とアミン化合物２００質量部と多孔質体１５０質量部とを均一分散させた水溶液中に上記繊維シートを含浸させ、乾燥させて、目付け１０５ｇ／ｍ２の濾材を得た。
【００９９】
［比較例１］
（多孔質体）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１００】
（アミン化合物）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１０１】
（機能剤）
機能剤は用いなかった。
【０１０２】
（繊維シート）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１０３】
（濾材）
上記機能剤１００質量部とアミン化合物２００質量部と多孔質体１５０質量部とを均一分散させた水溶液中に上記繊維シートを含浸させ、乾燥させて、目付け１０５ｇ／ｍ２の濾材を得た。
【０１０４】
［比較例２］
（多孔質体）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１０５】
（アミン化合物）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１０６】
（機能剤）
機能剤としては、数平均分子量９５０〜１０５０のＰＥＧ（ナカライテスク社製「ポリエチレングリコール＃１０００」）を用いた。
【０１０７】
（繊維シート）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１０８】
（濾材）
上記機能剤１００質量部とアミン化合物２００質量部と多孔質体１５０質量部とを均一分散させた水溶液中に上記繊維シートを含浸させ、乾燥させて、目付け１０５ｇ／ｍ２の濾材を得た。
【０１０９】
［比較例３］
（多孔質体）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１１０】
（アミン化合物）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１１１】
（機能剤）
機能剤としては、ナカライテスク社製の塩化リチウムを用いた。
【０１１２】
（繊維シート）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１１３】
（濾材）
上記機能剤１００質量部とアミン化合物を２００質量部と多孔質体１５０質量部とを均一分散させた水溶液中に上記繊維シートを含浸させ、乾燥させて、目付け１０５ｇ／ｍ２の濾材を得た。
【０１１４】
［比較例４］
（多孔質体）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１１５】
（アミン化合物）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１１６】
（機能剤）
機能剤としては、水澤化学社製の活性アルミナを用いた。
【０１１７】
（繊維シート）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１１８】
（濾材）
上記機能剤１００質量部とアミン化合物２００質量部と多孔質体１５０質量部とを均一分散させた水溶液中に上記繊維シートを含浸させ、乾燥させて、目付け１０５ｇ／ｍ２の濾材を得た。
【０１１９】
［比較例５］
（多孔質体）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１２０】
（アミン化合物）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１２１】
（機能剤）
機能剤としては、水澤化学社製の３Ａゼオライトを用いた。
【０１２２】
（繊維シート）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１２３】
（濾材）
上記機能剤１００質量部とアミン化合物２００質量部と多孔質体１５０質量部とを均一分散させた水溶液中に上記繊維シートを含浸させ、乾燥させて、目付け１０５ｇ／ｍ２の濾材を得た。
【０１２４】
［比較例６］
（多孔質体）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１２５】
（アミン化合物）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１２６】
（機能剤）
機能剤としては、水澤化学社製の１３Ｘゼオライトを用いた。
【０１２７】
（繊維シート）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【０１２８】
（濾材）
上記機能剤１００質量部とアミン化合物２００質量部と多孔質体１５０質量部とを均一分散させた水溶液中に上記繊維シートを含浸させ、乾燥させて、目付け１０５ｇ／ｍ２の濾材を得た。
【０１２９】
【表１】
【０１３０】
【表２】
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
本発明の濾材は、自動車や鉄道車両等の車室内の空気を清浄化するためのエアフィルター、健康住宅、ペット対応マンション、高齢者入所施設、病院、オフィス等で使用される空気清浄機用フィルター、家庭用および業務用プリンター用フィルター、エアコン用フィルター、ＯＡ機器の吸気・排気フィルター、ビル空調用フィルター、産業用クリーンルーム用フィルター等のエアフィルター濾材として好ましく使用される。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】本発明の一実施形態を示すエアフィルターの概略斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すエアフィルターの概略斜視図である。
【符号の説明】
【０１３３】
１ エアフィルター濾材（プリーツ型）
２ エアフィルター濾材（ハニカム型）
３ 枠体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質体がアミン系化合物および数平均分子量６２〜６００のポリエチレングリコールを担持してなることを特徴とする吸着剤。
【請求項２】
前記多孔質体の全細孔容積が０．６ｍｌ／ｇ以上である、請求項１記載の吸着剤。
【請求項３】
前記アミン系化合物が酸ヒドラジド類である、請求項１または２記載の吸着剤。
【請求項４】
前記ポリエチレングリコールが数平均分子量１８０〜３３０である、請求項１〜３のいずれか記載の吸着剤。
【請求項５】
絶対湿度２ｇ／ｍ３におけるアセトアルデヒドガスの初期吸着効率が２０％以上である、請求項１〜４のいずれか記載の吸着剤。
【請求項６】
絶対温度２７０Ｋにおけるアセトアルデヒドガスの初期吸着効率が２０％以上である、請求項１〜５のいずれか記載の吸着剤。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか記載の吸着剤が担持された繊維を含んでなることを特徴とする濾材。
【請求項８】
請求項７記載の濾材を用いたことを特徴とするエアフィルター。
【請求項１】
多孔質体がアミン系化合物および数平均分子量６２〜６００のポリエチレングリコールを担持してなることを特徴とする吸着剤。
【請求項２】
前記多孔質体の全細孔容積が０．６ｍｌ／ｇ以上である、請求項１記載の吸着剤。
【請求項３】
前記アミン系化合物が酸ヒドラジド類である、請求項１または２記載の吸着剤。
【請求項４】
前記ポリエチレングリコールが数平均分子量１８０〜３３０である、請求項１〜３のいずれか記載の吸着剤。
【請求項５】
絶対湿度２ｇ／ｍ３におけるアセトアルデヒドガスの初期吸着効率が２０％以上である、請求項１〜４のいずれか記載の吸着剤。
【請求項６】
絶対温度２７０Ｋにおけるアセトアルデヒドガスの初期吸着効率が２０％以上である、請求項１〜５のいずれか記載の吸着剤。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか記載の吸着剤が担持された繊維を含んでなることを特徴とする濾材。
【請求項８】
請求項７記載の濾材を用いたことを特徴とするエアフィルター。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００８−２００６４８（Ｐ２００８−２００６４８Ａ）
【公開日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４２０８０（Ｐ２００７−４２０８０）
【出願日】平成１９年２月２２日（２００７．２．２２）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２２日（２００７．２．２２）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
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