JP2000072426A - 活性炭製造方法、調湿用活性炭及び調湿用建材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水蒸気の可逆的吸脱着を行う調湿用活性炭を
比較的温和な条件で製造する調湿用活性炭の製造方法を
提供する。 【解決手段】 熱可塑性樹脂のポリカーボネートを窒素
雰囲気中で、常温から２５０℃までを１０℃／分で昇温
し、２５０℃から４００℃までを２℃／分で５分昇温後
その温度で５分保持する間欠昇温操作を繰り返し（低温
昇温期間、平均昇温速度は１℃／分）、４００℃からポ
リカーボネートの恒量化温度である６５０℃までを５℃
／分で昇温することにより、活性炭を得た。この活性炭
は湿度３５〜６０％の範囲で水蒸気を可逆的に吸脱着す
る調湿用材料として使用しうる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、湿度を調節する調
湿用活性炭の製造方法、調湿用活性炭及び調湿用建材に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、湿度を調節する調湿用活性炭とし
ては、例えば特開平２−２２９３４３号公報に開示され
ているように、ポリアクリロニトリルなどのアクリル繊
維を窒素雰囲気中で１０００〜２０００℃の高温で焼成
し、炭化活性化して製造したものが知られている。この
活性炭は、空気中の湿度が約４０％以上になると急激に
吸水を始め、多量の水分を保留するが、湿度が約４０％
以下に下がると水分の発散性が急激に高まる性質を有す
るため、活性炭を透過する空気及びその周辺の空気を４
０％前後の快適な湿度に保つ作用をする。

【０００３】また、同公報には、この活性炭を３〜８ｍ
ｍの炭素繊維シートとし、これを外壁材の屋内側面と空
隙を空けた状態で、且つ、内壁材の屋外側面とも空隙を
空けた状態で保持した壁構造が開示されている。この壁
構造によれば、冬季に、室内の過剰な湿気によって外壁
材の屋内側面に水滴が形成されても、容易に活性炭に吸
収されてそのまま貯留される。このため、外壁材と内壁
材との間隙部分は、低湿状態に保たれ、湿気が内壁材ま
で達することがない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
調湿用活性炭の製造方法ではアクリル繊維を１０００〜
２０００℃という非常に高い温度で焼成しなければなら
ないため、これを製造する装置もこのような高温に耐え
得る耐熱性材料により構成する必要があったが、このよ
うな耐熱性材料は単価が高く、このため製造コストが嵩
む要因となっていた。また、調湿用活性炭はユーザーの
ニーズに合わせた湿度で水蒸気の可逆的吸脱着を行うも
のを適宜製造できることが望ましいが、上述の製造方法
では温度条件がかなり厳しいため、このような要求に応
えることは難しかった。

【０００５】一方、上述の壁構造では、外壁材と内壁材
との間隙部分に炭素繊維シートを設けた構造であるた
め、外壁材と内壁材との間隙部分の調湿を行うことはで
きるものの、内壁材によって囲まれた閉空間即ち居住空
間の調湿を行うことはできなかった。

【０００６】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、その目的は、水蒸気の可逆的吸脱着を行う調湿用活
性炭を比較的温和な条件で製造する調湿用活性炭の製造
方法を提供することにある。また、別の目的は、閉空間
の調湿が可能な調湿用建材を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段、発明の実施の形態及び発
明の効果】上記課題を解決するため、第１発明の活性炭
製造方法は、プラスチックを少なくとも熱分解による重
量変化がなくなる恒量化温度まで加熱することにより水
蒸気を吸脱着する調湿用活性炭を製造する活性炭製造方
法であって、上記プラスチックの熱分解開始温度から上
記恒量化温度まで加熱する区間内に、平均昇温速度が
０．５〜１．５℃／分となる低速昇温期間が設定された
ことを特徴とする。

【０００８】本発明によれば、プラスチックの熱分解開
始温度から恒量化温度まで加熱する加熱区間内に低速昇
温期間を設定したことにより、水蒸気の可逆的吸脱着を
行う調湿用活性炭を比較的温和な条件で製造することが
可能となる。また、低速昇温期間の昇温速度を適宜設定
することにより、任意の湿度で水蒸気の可逆的吸脱着を
行う調湿用活性炭を製造できる。

【０００９】本発明の活性炭製造方法に使用できるプラ
スチックとしては、フェノール樹脂、芳香族炭化水素樹
脂、アミノ樹脂（ユリア樹脂やメラミン樹脂）、エポキ
シ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂
や、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポ
リプロピレン、ポリ（メタ）アクリル酸エステル、ナイ
ロン、ポリカーボネート、ポリオキシエチレン、ポリオ
キシメチレン、ポリアクリロニトリルなどの熱可塑性樹
脂などが挙げられる。恒量化温度は、使用するプラスチ
ックによって異なるため一概に規定できないが、例えば
熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂の場合には８００℃
程度、熱可塑性樹脂であるポリカーボネートの場合には
６５０℃程度であり、多くのプラスチックにおいて１０
００℃以下である。

【００１０】低速昇温期間は、平均昇温速度が０．５〜
１．５℃／分となるように設定されるが、この低速昇温
は、プラスチックの熱分解開始温度から恒量化温度まで
加熱する区間の全域又は一部の領域において実施され
る。このような低速昇温を実施することにより、水蒸気
吸着に必要なミクロ細孔を形成しやすくなる。即ち、プ
ラスチックは加熱区間において熱分解開始温度に達した
時点で熱分解による重量変化が大きくなり水蒸気吸着の
ためのミクロ細孔が形成され始めると考えられるが、こ
のような熱分解による重量変化が大きな温度領域におい
て昇温速度を低速化することで、分解生成物が固体から
十分に脱離し、均一な大きさのミクロ細孔が形成される
と考えられる。これに対して、高速昇温（例えば２℃／
分以上）では、プラスチックが熱分解する際、分解生成
物が固体から脱離する速度よりも熱分解速度の方が速く
なるため、分解生成物が固体内に滞留してガスの合体で
細孔が大きくなると考えられる。この細孔の大きさと水
蒸気吸着等温線とは密接な関係にあり、細孔が大きくな
るほど吸着等温線は高相対圧側へシフトし、吸脱着する
湿度の値が高くなる。このことは水蒸気の毛管凝縮が毛
管径が小さくなるほど容易になることで説明される。

【００１１】なお、このように熱分解によって生成した
活性炭の細孔を増大させる反応（賦活）により、活性炭
の水蒸気吸着量のさらなる大容量化を行うことができ
る。一般に賦活としては、水蒸気賦活（Ｃ＋Ｈ₂Ｏ→Ｃ
Ｏ＋Ｈ₂（７５０℃以上））や炭酸ガス賦活（Ｃ＋ＣＯ₂
→２ＣＯ（８２０℃以上））などが知られている。

【００１２】低速昇温期間は、温度上昇と温度保持を交
互に繰り返す間欠昇温を行うことにより平均昇温速度が
０．５℃／分〜１．５℃／分となるように設定すること
が、昇温速度を精度よく低速に維持するうえで好まし
い。間欠昇温は、例えば昇温速度１〜３℃／分で１〜１
０分昇温し、その後１〜１０分その温度で保持するとい
う操作を繰り返すことにより実施してもよい。

【００１３】低速昇温は、プラスチックの熱分解開始温
度から恒量化温度まで加熱する区間の全域で実施しても
よいが、この場合には製造時間が長くかかり過ぎる傾向
にあるため、熱分解開始温度付近からその温度プラス１
００〜３００℃になるまで実施することが好ましい。例
えば、低速昇温期間の開始温度を２００℃〜３００℃の
範囲で設定し、低速昇温期間の終了温度を開始温度プラ
ス１００〜３００℃つまり３００〜６００℃の範囲で設
定してもよい。

【００１４】低速昇温期間における平均昇温速度は、活
性炭の水蒸気の吸脱着を行う湿度に応じて設定する。具
体的には、湿度３５〜６０％で水蒸気の吸脱着を行う調
湿用活性炭を製造する場合には、上記湿度の数値が小さ
いほど平均昇温速度が低速になるように設定する。例え
ば湿度４０％の場合には平均昇温速度を０．５〜０．７
５℃／分に設定するとよい。これを間欠昇温で実現しよ
うとすると、例えば昇温速度１℃／分で５分昇温した後
その温度で５分保持する操作を繰り返すか、昇温速度２
℃／分で５分昇温した後その温度で１０分保持する操作
を繰り返す。湿度が５０％の場合には平均昇温速度を
０．７５〜１．２℃／分に設定するとよい。これを間欠
昇温で実現しようとすると、例えば昇温速度２℃／分で
５分昇温した後その温度で８分保持する操作を繰り返す
か、昇温速度２℃／分で１０分昇温した後その温度で１
０分保持する操作を繰り返す。湿度が６０％の場合には
平均昇温速度を１．２〜１．５℃／分に設定するとよ
い。これを間欠昇温で実現しようとすると、例えば昇温
速度２℃／分で５分昇温した後その温度で３分保持する
操作を繰り返すか、昇温速度２℃／分で１０分昇温した
後その温度で４分保持する操作を繰り返す。

【００１５】本発明の第２である調湿用活性炭は、上述
の活性炭製造方法により製造された活性炭である。この
調湿用活性炭を含む床材、壁材、天井材等の建材を使用
することにより、民生生活閉空間環境（住宅、オフィ
ス、恒湿を必要とする精密機器室、精密分析室、病院、
屋内スポーツ施設、屋内娯楽施設、駅舎、などあらゆる
閉空間）ならびに恒温、恒湿を必要とする工場生産設備
閉空間環境において、日常の温度環境下で３５〜６０％
の湿度にコントロールできる。具体的には、以下の原理
で調湿システムが稼働する。水分量一定の閉空間内の湿
度は、温度上昇に伴って下降し、温度降下に伴って上昇
する。この空間に例えば湿度５０％で可逆的吸脱着特性
（湿度５０％以上で水蒸気を吸着し、湿度５０％以下で
水蒸気を脱着する）を示す調湿用活性炭を使用すれば、
１日の温度変化を考えた場合、朝から昼にかけての温度
上昇によって湿度が下降し、その湿度が５０％以下にな
ったとき水蒸気が活性炭から脱着すると共に活性炭が吸
熱し、一方、昼から夜にかけての温度降下によって湿度
が上昇し、その湿度が５０％以上になったとき水蒸気が
活性炭に吸着されると共に活性炭が発熱する。すなわ
ち、湿度５０％を維持するように冷房と加湿、暖房と除
湿が一対のプロセスとして作動し、この空間が一定の温
度・湿度環境に保持されることになる。

【００１６】本発明の第３である調湿用建材は、固化し
た流動性組成物の内部に散在する調湿用活性炭と、該調
湿用活性炭に外気を接触させるための多数の通気孔とを
備えたことを特徴とする。この調湿用建材は、例えば次
のようにして製造される。即ち、流動性組成物（例えば
コンクリート、石膏ボード、ウレタンフォーム、クロ
ス、土壁、ガラスウールなどの流動性組成物）に調湿用
活性炭を混入させ、これを所定形状に成形するか所定箇
所に塗布した後、半乾きの状態で表面に多数の穴を空
け、その後完全に乾燥固化させる。ただし、流動性組成
物が固化したときに多孔質体となる場合には特に多数の
穴を設ける必要はない。この調湿用建材によれば、調湿
用活性炭が閉空間内の外気と多数の通気孔を介して接触
するため、その閉空間を所定の湿度にコントロールする
ことができる。

【００１７】調湿用建材における活性炭の使用量につい
て以下に説明する。例えば９６ｍ³（間口４ｍ、奥行き
８ｍ、高さ３ｍ）の閉空間が温度１５℃、湿度１００％
の雰囲気にあるとき、この閉空間には１．２３０ｋｇ
（ＳＴＰ）の水が存在する。同温度のもとでこの空間の
湿度を５０％以下にするには０．６１５ｋｇの水に相当
する水蒸気の除去が要求され、このために例えば湿度５
０％で０．２ｋｇ−水蒸気／ｋｇ−活性炭の性能を有す
る調湿用活性炭を使用すれば、約３ｋｇ（この活性炭の
充填密度を９００ｋｇ／ｍ³とすると０．００３３ｍ³）
が必要となる。この量は閉空間の壁が占める体積（壁の
厚みを０．０５ｍとして約２．４ｍ³）の約０．１４％
である。以上は理論値であるため、実際の使用量はこの
理論値の２倍以上使用することが望ましい。仮に理論値
の１０倍使用したとしても、壁が占める体積の約１．４
％程度であるため、建築強度にはほとんど影響を与えな
い。

【００１８】調湿用建材の具体例を以下に説明する。例
えば、コンクリート壁、土壁などを建材とする場合に
は、粗施工後の表面仕上げにおいて、モルタル材料に活
性炭を混入させ、これを塗装厚みが３〜５ｍｍとなるよ
うに塗装し、半乾きの状態で表面から内部に向かって細
かい穴を開け、その後完全に乾燥する。また、ウレタン
フォーム、ガラスウールなどを建材とする場合には、こ
れらの使用では必ず内壁材が使用されるので、この内壁
材（多孔板）に予め活性炭を混入させ、これを使用す
る。

【００１９】

【実施例】［実施例１］熱可塑性樹脂のポリカーボネー
ト（帝人化成（株）製）を窒素雰囲気中で、常温から２
５０℃までを１０℃／分で昇温し、２５０℃から４００
℃までを２℃／分で５分昇温後その温度で５分保持する
間欠昇温操作を繰り返し（低温昇温期間、平均昇温速度
は１℃／分）、４００℃からポリカーボネートの恒量化
温度である６５０℃までを５℃／分で昇温することによ
り、活性炭を得た。

【００２０】［比較例１］実施例１において、２５０℃
から４００℃までを３℃／分で昇温した以外は、実施例
１と同様にして活性炭を得た。 ［比較例２］実施例１において、２５０℃から４００℃
までを２℃／分で昇温した以外は、実施例１と同様にし
て活性炭を得た。

【００２１】［対比］実施例１及び比較例１、２につい
て、熱処理条件を図１のグラフに示し、得られた活性炭
の水蒸気吸着等温線を図２のグラフに示す。図２のグラ
フより、吸着等温線は比較例１、比較例２、実施例１の
順に相対水蒸気圧のより低い領域にシフトしていること
が分かり、また、実施例１の間欠昇温による試料におい
て湿度３５〜６０％の範囲で水蒸気を可逆的に吸脱着す
る調湿用材料として使用しうることが分かる。

【００２２】なお、この実施例１の試料は、水蒸気賦活
または炭酸ガス賦活によりさらに吸着量を増大化でき、
その吸着等温線の形状を変化させることなく、上記の湿
度範囲で単位質量当たり０．４〜０．５ｋｇの水蒸気吸
着量を有する活性炭とすることができる。

【００２３】［実施例２］砕石１ｋｇ、細骨材０．８３
ｋｇ、セメント０．２８ｋｇ、実施例１の調湿用活性炭
２０ｇを水０．１６リットルと混合した後、打設成形
し、半乾きの状態で直径１ｍｍ程度の針状突起により１
ｃｍ²あたり６〜１０個の穴を開け、その後完全に乾燥
することにより、調湿用建材としてのコンクリート材を
得た。このコンクリート材によって形成された閉空間
は、調湿用活性炭が閉空間内の外気と多数の通気孔を介
して接触するため、その閉空間を所定の湿度にコントロ
ールすることができる。

【００２４】尚、本発明は、上記実施例に何ら限定され
るものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々
の形態を採り得ることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例及び比較例の熱処理条件を表すグラフ
である。

【図２】 実施例及び比較例の吸着等温線を表すグラフ
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 398052025 渡辺 藤雄 愛知県尾張旭市新居町上の田2897の６ (72)発明者 架谷 昌信 愛知県名古屋市守山区下志段味穴ヶ洞2271 の334 (72)発明者 渡辺 藤雄 愛知県尾張旭市新居町上の田2897の６ Ｆターム(参考） 2E001 DB03 FA03 FA11 FA14 GA03 GA26 HA00 HA03 HA04 HA33 HD03 JC00 4G046 HA03 HB00 HC18 4G066 AA05B AA14D AA43D AA73C AC21A BA36 CA43 DA03 EA20 FA18 FA33 GA06

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラスチックを少なくとも熱分解による
   重量変化がなくなる恒量化温度まで加熱することにより
   水蒸気を吸脱着する調湿用活性炭を製造する活性炭製造
   方法であって、 上記プラスチックの熱分解開始温度から上記恒量化温度
   まで加熱する区間内に、平均昇温速度が０．５〜１．５
   ℃／分となる低速昇温期間が設定されたことを特徴とす
   る活性炭製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の活性炭製造方法であっ
   て、 上記低速昇温期間は、温度上昇と温度保持を交互に繰り
   返す間欠昇温を行うことにより平均昇温速度が０．５〜
   １．５℃／分となるように設定されたことを特徴とする
   活性炭製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の活性炭製造方法で
   あって、 上記低速昇温期間は、活性炭の水蒸気の吸脱着を行う湿
   度に応じて平均昇温速度を設定することを特徴とする活
   性炭製造方法。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の活性炭
   製造方法により製造された活性炭であって、湿度３５〜
   ６０％で水蒸気の吸脱着を行う調湿用活性炭。
5. 【請求項５】 固化した流動性組成物の内部に散在する
   調湿用活性炭と、該調湿用活性炭に外気を接触させるた
   めの多数の通気孔とを備えたことを特徴とする調湿建
   材。