JP2001321425A - 揮発性有機化合物等の吸着材及び吸着材料 - Google Patents
揮発性有機化合物等の吸着材及び吸着材料Info
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Abstract
し、温度上昇により急速に脱着をなす吸着材を提供す
る。 【解決手段】 シリコーン樹脂またはシリコーン変性ポ
リエステルなどシリコーン系樹脂と疎水性(または親水
性)ゼオライトを適量配合して吸着材とし、これをA
l、Cu、 Fe、SUS及びセラミックス(を含む)
の表面に焼き付け塗布して吸着材料としたものである。
この吸着材料は常温でよくガス等を吸着し、加熱するこ
とによって急速な脱着が得られる。
Description
機化合物)、NH3、NOx、SOx等のガス、水分等
(以下、これらを総称して「VOC等」と記す。)を吸
着し、また、脱着することによって環境の雰囲気浄化に
寄与する吸着材およびその具体的適用である吸着材料に
関する。
てはその表面に多数の微細孔を有する活性炭を粒状、あ
るいはハニカム状に成形することによって比表面積をさ
らに大きくして使用されていたことは周知である。しか
し、一度、臭気等を吸着して飽和すれば、その作用を停
止することから長時間の使用に耐えないという欠点があ
った。
を用い、光反応によって除去する方法が特開平4−25
6755号公報に開示されている。これは、アルデヒド
などの悪臭物質や、エチレンなどの植物成長促進物質を
対象としたもので、ここにおいては粒状に成形したパル
プに光反応性半導体としての二酸化チタン、三酸化タン
グステン、酸化亜鉛、酸化セリウムを担持させている。
は光還元触媒作用によって、酸素吸収、抗菌、脱臭、浄
化などの効果をもたらす合成樹脂組成物及びその組成物
層を含んだ積層体が特開平7−316342号公報に記
載されている。ここにおいてはポリエチレン系、ポリプ
ロピレン系、エチレン系共重合体、プロピレン系共重合
体等を含むポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹
脂、ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリ
塩化ビニル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、エチレン−ビニ
ルアルコール共重合体樹脂、フェノール系樹脂、フター
ル酸系樹脂、マレイン酸系樹脂等に光触媒として酸化チ
タンを添加混合するものである。
する無機系バインダ粒子から構成した消臭剤として、吸
着分解等の高効率で長寿命化を図ったものが特開平11
−253755号公報に開示されている。その概要は、
光触媒粒子の相互間、光触媒粒子と多孔質物質との間、
及び環境浄化剤と基材との間を光透過性と光不活性を有
する無機系バインダ粒子を介してそれぞれ結合し、それ
によって、光透過性、通気性及び臭気分子の吸着分解能
力を高めたものである。
ス表面に紫外線を吸収し、かつ遠赤外線放射性に優れた
無機塗膜を形成してなる脱臭素子が特開平8−1735
12号公報に記載されている。ここにおいては光触媒と
して酸化チタンが、吸着材として活性炭若しくは合成ゼ
オライトが混合されたものが前記の無機塗膜として使用
されている。
性性を有する無機系バインダー粒子から構成された環境
浄化剤が特開平11−253755号公報に開示されて
いる。これは、それぞれの光触媒粒子がその表面に付着
した無機系バインダ粒子を介して別の光触媒粒子に互い
に離間した状態で結合されているため、光透過性、通気
性がよく、臭気分子の吸着分解能力の向上が得られると
している。
によって臭気を分解することによって多孔性物質による
吸着の長寿命用化を図ったものであり、それなりの効果
が認められるのであるが、吸着効果が微弱であったり、
光触媒の効果が強すぎて合成樹脂自体を酸化させ劣化が
早くなり、経済性にも問題があった。
等」を効率よく吸着することは勿論、脱着も容易、か
つ、迅速に行い得て、しかも安価であり施工性に優れた
吸着材の開発を課題として、これを主としてゼオライト
によって実現しようとするものである。
めに本発明は純シリコーン、シリコーン変性ポリエステ
ル、シリコーン変性エポキシ、シリコーン変性アクリ
ル、シリコーン変性アルキッドであるシリコーン系樹脂
の何れかの1または2種類以上とゼオライト粉末とを重
量比で67:33ないし14:86の割合で混合した合
成樹脂組成物を吸着材とするものである。
ン系合成樹脂の混合組成物を基板上に少なくとも1層、
望ましくはそれ以上の積層コーティングをなし、摂氏1
50〜250度で該基板上に焼き付けることによって吸
着材料としたものである。
される材料は、前記の如く高温で加熱処理をするもので
あることから耐熱性を有することが必要条件であり、例
えばアルミニュウム、銅、またはそれらの合金、鉄、鉄
鋼、ステンレス鋼、ニッケルおよび海綿状ニッケル、セ
ラミックおよびタイルが良好に使用せられる。しかし、
これ以外の材料、例えばある種のプラスチックや木材等
においても250℃程度の耐熱性を有するものがあり、
少なくとも摂氏150度の耐熱性が得られるならば使用
可能であることは勿論である。
を加熱することによって吸着した「VOC等」を急速に
脱着させ得るものであり、したがって、その基板材料を
急速に加熱、冷却できるものが望ましく、例えばヒータ
ーそれ自体、またはヒーターに接続された熱伝導体であ
っても、また、ヒートパイプであっても良い。
成樹脂組成物と、基板にその皮膜を形成した吸着材料に
ついて説明する。先ず、「VOC等」を吸着するもの、
すなわち吸着材は純シリコーン、シリコーン変性ポリエ
ステル、シリコーン変性エポキシ、シリコーン変性アク
リル及びシリコーン変性アルキッドの5種類のシリコー
ン系樹脂と疎水性のゼオライト粉末を重量比で82ない
し14(シリコーン系樹脂):18ないし86(ゼオラ
イト)の割合で混合して製造した。また、前記シリコー
ン系樹脂5種類に親水性ゼオライト粉末を前記と同様の
比率によって混合した吸着材をも製造した(表1)。
系樹脂を有機溶剤で希釈溶液化し、そこに疎水性または
親水性ゼオライト粉末を前記の配合比にしたがって投入
し、混合するという極めて簡単な操作でなされる。ま
た、ここに使用したゼオライトは一般的な市販品(例え
ばユニオンカーバイト社製のCSX−300、スメルラ
イト、4A、5A、リン酸アルミニウム系ゼオライト
等)であり、また、その粒子の大きさは粒子径で0.5
〜20.0μmの範囲内のものがよく、望ましくは2.
0〜5.0μmで、下記の実施例ではこの後者の粒径範
囲のものを用いた。この粒径であれば通常の塗料に混入
される顔料の粒度と大差なく、したがって、通常の塗装
用用具を使用して塗布することが可能であり、しかも塗
布された塗装面が良好な平滑性と光沢性が得られること
になる。
装工程により基板上に一層ないし数層に重ねて塗布す
る。本実施例ではAl、Cu、Fe、SUS、Ni、海
綿状Ni、セラミックスおよびタイルの6種類を基板材
料として用い、その上に前記の吸着材を1回塗りの塗装
をなし、次いで、これを150〜250℃に加熱された
炉内に投入して加熱焼き付けをして吸着材皮膜を形成し
た。この熱処理によってゼオライトの表面に付着したS
i(シリコーン)系樹脂に含まれる有機溶剤は飛散し、
残存の樹脂分はネット状に形成され、そのネットに絡ま
れた状態でゼオライトが基板に保持されることになる。
その状態を模式的に図示したのが図1である。このよう
にゼオライトはその表面の大部分が露出された状態にあ
り、その表面にある細孔が「VOC等」を吸着すること
になる。このように、ゼオライトの表面をより多く露出
させるためには熱処理が有効であることが分かった。本
発明に係る「吸着材料」においてその基板に耐熱性材料
が選定されるのはこのような理由によるものである。
吸着された「VOC等」は該吸着材を加熱することによ
って急速に脱着させうるものであり、そのためにも基板
に耐熱性材料が選定されることになる。したがって、基
板自体がヒーターであり、またヒーターに連接された熱
伝導性材料でもよく、また、急速な熱伝導をなすヒート
パイプ(またはロスレス伝熱管とも称される。)でも良
いことは勿論である。
ための熱処理を施したものを以後「吸着材料」と称す
る。この「吸着材料」における形状は具体的な適用場
所、適用装置により決定される。例えば、アルミニウム
の平板、円筒状体などに吸着材をコーティングし、これ
をハニカム状などの所望の形状に成形し、さらにそれを
ローター状としてエアコンなどの空気吹き出し口に設置
するなどが可能であり、また、前記の基板材料をもって
ハニカム状などの所望の形状に形成したものに本吸着材
を塗装しても良い。
記の各基板材料への適用に関する実験データーをあげて
その吸着性能等について説明する。先ず、表1は吸着材
の配合比率(重量比。以下同様で省略することがあ
る。)を示したものである。
に読み替え、それに対応するRおよびZは( )内の材
料を意味するものとする。 Xx=Ns(R:純シリコーン樹脂、Z:疎水性ゼオラ
イト) Xx=Np(R:シリコーン変性ポリエステル、Z:疎
水性ゼオライト) Xx=Ne(R:シリコーン変性エポキシ樹脂、Z:疎
水性ゼオライト) Xx=Nm(R:シリコーン変性アクリル樹脂、Z:疎
水性ゼオライト) Xx=Na(R:シリコーン変性アルキッド樹脂、Z:
疎水性ゼオライト) Xx=Ws(R:純シリコーン樹脂、Z:親水性ゼオラ
イト) Xx=Wp(R:シリコーン変性ポリエステル、Z:親
水性ゼオライト) Xx=We(R:シリコーン変性エポキシ樹脂、Z:親
水性ゼオライト) Xx=Wm(R:シリコーン変性アクリル樹脂、Z:親
水性ゼオライト) Xx=Wa(R:はシリコーン変性アルキッド樹脂、
Z:親水性ゼオライト)
状Ni、セラミツクスおよびタイルを基板材料としてそ
の上に、それぞれ上記試料番号Ns〜Na、Ws〜Wa
の吸着材を1回塗りにより塗布し、温度250℃の炉中
で60分保持して焼き付け、塗膜を形成した。これによ
り、形成された塗膜の重量は例えば0.2mm厚さのA
l基板において1.04gであった。このように作製し
た「吸着材料」に関してそれぞれの塗膜の物性と「VO
C等」等の吸着性能を測定した結果を表2以下に示す。
ただし、基板材料にSUSを用いたものとNi、海綿状
Niを使用したもの、また、セラミックスを用いたもの
とタイルのものとは各種性能において大差がなかったの
で表2〜11の記載にはSUSとNiを、タイルはセラ
ミックスにまとめて記載した。
以下の通りである。 (1) 塗膜物性試験(JIS 5400) 密着性能 1m/m方眼 折り曲げ ベンディングテスターにより90度 耐衝撃性 1/2インチ×300g×30cmの衝撃
であり、その評価は◎:非常によい ○:合格点 △:
やや悪い ×:使用できない とした。 熱疲労は 170℃〜50℃、1分40秒サイクルの
繰り返し回数を示した。
NH3、MIBK(メチルイソブチルケトン)、TL
(トルエン)および水蒸気それぞれの雰囲気中(デシケ
ータを使用した。)に5時間放置してそれらの浮遊物質
を吸着させ、次いで取り出した試料を(ハ)大気中に5
時間放置して付着(吸着ではない)した物質を飛散させ
た。その後、(ホ)該「吸着材料」の重量を測定して吸
着前の重量との差を求め、これを吸着量とした。さら
に、この「吸着材料」を(ヘ)250℃の炉中に30分
間投入して吸着物質を脱着させた。この(イ)から
(ヘ)までの工程を一試験として同一試料について10
回の吸着量測定を繰り返し、得られた総吸着量の平均値
をもって塗膜重量に対する百分率を求め、下記の記号に
置き換えて表に記載した。 吸着率A:12%以上(塗膜重量に対する百分率) 吸着率B:9〜12%(塗膜重量に対する百分率) 吸着率C:6〜9% (塗膜重量に対する百分率) 吸着率D:3〜6% (塗膜重量に対する百分率) 吸着率E:3%以下 (塗膜重量に対する百分率)
ついて説明する。先ず吸着材の密着性を表す1mm方眼
の碁盤目切り込み試験は基材がセラミックの場合および
一部の吸着材(Nm7〜9、Wm6〜9)とCu、F
e、SUSの組み合わせにおいて性能の悪いものがあっ
たが、その他のものは充分に使用が可能である。また、
折り曲げ及び耐衝撃試験は靱性のないセラミツクスには
適用できないので除外してその他の金属材料について実
施した。その結果は殆どが◎ないし○、すなわち「非常
によい」または「合格点」であったがNm8、Nm9、
Na9、We9及びWm6〜9とCu、Fe、SUSと
の組み合わせにおいて「使用できない」ものがあつた。
脂と疎水性または親水性のゼオライト粉末との混合にな
る吸着材と基板材料との組み合わせにおいて、密着性に
若干の性能差が認められたものである。具体的には、基
板材料をアルミニウムとした場合にはアクリル変性シリ
コーン樹脂とゼオライト粉末の混合比率を67:33〜
14:86とし、銅であるときは同比率を67:33〜
21:79、鉄鋼、ステンレス及びセラミツクスである
ときは同じく67:33〜25:75とするのが良好
で、それ以外は密着性能が不十分であった。
いのは主として樹脂分の混合比率が少ないことに原因が
あり、これに対しては、化学的ないし機械的加工により
基板材料の表面を疎面化することによって密着性の改良
が可能であると思われる。
価に関しては「A」、「B」、「C」は一般的に使用可
能な性能を有するものとし、「D」は室内の除湿用や実
験室内の「VOC等」の吸着材料として利用され得るも
ののやや性能に劣るが実用に供せる程度のもの、「E」
は実用的ではないものとした。この判定基準に従って、
上記表2〜表11をみるに、各種シリコーン系樹脂(純
シリコーン(Ns、Ws)、シリコーン変性ポリエステ
ル(Np、Wp)、シリコーン変性エポキシ(Ne、W
e)、シリコーン変性アクリル(Nm、Wm)またはシ
リコーン変性アルキッド樹脂(Na、Wa))と疎水性
または親水性のゼオライトとの組み合わせが43:57
〜14:86である吸着材がA〜Cの吸着性能を有し、
良好であることが分かった。
水性、または親水性のゼオライトとの前記比率が67:
33〜50:50のものは吸着性能が「D」で使用条件
によっては実用に供し得るものであり、また、82:1
8のものは吸着性能が「E」で実用性に乏しいものと判
断される。これは樹脂分が多く、ゼオライトの表面がこ
れに被覆された結果と思われる。
脂として純シリコーン、シリコーン変性ポリエステル、
シリコーン変性エポキシ、シリコーン変性アクリル、シ
リコーン変性アルキッド樹脂の何れか1種類を使用した
ものであるが、2種類以上、例えばシリコーン変性アク
リルとシリコーン変性アルキッド樹脂を1:1で混合し
てさらにゼオライト粉を混合した吸着材を使用した場合
には基板材料との組み合わせによる性能差は減少する傾
向にあった。
較的低温において「VOC等」を吸着し、温度上昇と共
に吸着した「VOC等」を脱着するという性質が顕著
で、その温度依存性の一例を図2〜図5に示す。このテ
ストは純シリコーン樹脂とユニオンカーバイト社製の親
水性ゼオライト(CSX−300)とを18:82(重
量%)の割合で混合した吸着材(試料番号Ns8)を7
0×150×0.2mmのAl板上に1回塗りにより6
0〜80μm厚さの塗膜を形成し200〜250℃にて
60分間加熱焼き付けを行なった。これによって塗膜重
量1.04gの「吸着材料」を得た。この「吸着材料」
を用いて温度変化によるNH3、MIBK及びTLの吸
着、脱着性能を測定したものである。
「吸着材料」またはそれに前記の「VOC等」を吸着さ
せた後再加熱処理によってこれを脱着させた「吸着材
料」について、常温下でNH3を吸着させたときの時間
と吸着量との関係を示したものである。MIBK、TL
に関してのデータはNH3とほぼ同様の数値であったの
で図示を省略した。
コーティングされた吸着材が常温の雰囲気中においてそ
の重量のほぼ15%に相当するNH3を約15秒間で吸
着する。その後は徐々に吸着を増し8時間後に28%
(重量比)で飽和した。
8%と表示)にまで吸着させた「吸着材料」を自然環境
に放置したときの脱着率を示したものである。これによ
ると、約6分後にほぼ10%にまでNH3が脱着され、
その後は徐々に放出されて18時間後には残留量が約
8.5%程度になる。
した「吸着材料」(試料番号Ns8)を熱風ヒーターに
よって200〜250℃にまで加熱したときの該NH3
の脱着率を示したものである。ここにおいてAlハニカ
ム(大)は50×50×40mmの角材で多数の穴を明
けた疑似ハニカム状で125gのもの、Alハニカム
(小)は25×25×20mmの角材に多数の穴を明け
た疑似ハニカム状で35gのものであり、海綿状Niは
3mm厚さのものを22グラムに切断した。Alは前記
(0.2mm厚さで22.53g)のものである。この
表から Al薄板、海綿状Niを用いた「吸着材料」は
約1分後にNH3の残量が2%弱となり2分後には0に
なる。このように「VOC等」は加熱により短時間に脱
着されること、したがって、熱容量の小さい基板の「吸
着材料」が急加熱、急冷に適し、「VOC等」の吸着、
脱着サイクルが極端に短縮されることが分かった。この
吸着、脱着をAl基板であるNs4を用いて連続して行
った場合の性能を図5に示した。この性能を利用するた
めには基板材料として熱伝導性に優れ比熱の小さいもの
を選定することが有効である。また、この加熱、冷却の
繰り返しにおける耐用性能について、熱サイクル試験を
Al基板の「吸着材料」で行ったが104回以上でも変
化は認められず有効に作用することが分かった。
吸着、脱着を能率良く行うためにその「吸着材料」をヒ
ーターなどにより急速に加熱し、また、急速に常温近く
まで冷却できることが望ましいことから、基板材料がヒ
ーター自体またはヒーターに直結した熱伝導性材料、あ
るいはヒートパイプ等が使用し得るものといえる。
して使用するほか、ハニカム状等の任意の形状に形成さ
れた立体物に塗装して利用することも可能である。図6
に示すものはエアコンディショナー1の吸気用ガード、
すなわち、通孔3aを有する円筒形回転素子3の全面に
わたって本吸着材を塗布し、その吸着材を焼き付けて塗
膜を形成したものである。その円筒形回転素子3の表面
の大部分を吸着ゾーン4とし一部を加熱脱着ゾーン5と
し、その加熱ゾーン5には熱風が通過して該円筒形回転
素子3を加熱し機外に排出する構成になっている。この
円筒形回転素子3は常時または間欠的に回転しており、
吸着ゾーンを通過する気体は該円筒形回転素子3に形成
された吸着材に湿気が吸着され、湿度の少ない空気が冷
却装置2に導入さる。したがって、その後室内へ送られ
る冷風6は湿度の少ないものとなり、快適なエアコンデ
ィショニングが図られる。一方、加熱脱着ゾーン5にお
いては熱風により該円筒形回転素子3が加熱されて吸着
ゾーン4で吸着した湿気は脱着し室外に排気7されるこ
とになる。このように本発明に係る吸着材は通常の塗料
と同様の方法で塗膜が形成されるので基板の形状を問わ
ない。
オライトと耐熱性樹脂であるシリコーン系樹脂との混合
物であることから、その製造並びに基板材料への塗布も
容易であり、該基板材料がどのような形状であっても適
用できることになった。
脂であるシリコーン系樹脂を使用したことにより、25
0℃またはそれ以上にまで加熱することが可能であり、
したがって、「VOC等」の吸着、脱着が効率の良いも
のになった。
の基板材料への付着状体を示す模式図である。
着させた後に該吸着物質を脱着後、該「吸着材料」にお
けるNH3等の吸着と吸着時間との関係を示すグラフで
ある。
該吸着物質の脱着と時間との関係を示すグラフである。
250℃に加熱したときの脱着と時間との関係を示す。
示したグラフである。
利用した一実施例を示した斜視図である。
Claims (4)
- 【請求項1】シリコーン系樹脂とゼオライト粉末からな
る吸着材を基板上にコーティングし、焼き付け処理をし
たことに特徴を有する吸着材料。 - 【請求項2】吸着材を塗布した基板材がアルミニュウ
ム、銅またはそれらの合金、鉄鋼、ステンレス鋼、ニッ
ケルまたは海綿状ニッケル、セラミックおよびタイルの
何れかであることを特徴とする請求項1記載の吸着材
料。 - 【請求項3】シリコーン系樹脂としての純シリコーン、
シリコーン変性ポリエステル、シリコーン変性エポキ
シ、シリコーン変性アクリル、シリコーン変性アルキッ
ド樹脂の何れかの1または2種類以上とゼオライト粉を
その比率(重量比)67:33〜14:86で混合した
ことを特徴とする請求項1記載の吸着材。 - 【請求項4】吸着材の塗膜形成基板材料がヒーターであ
り、またはヒーターに接続されている熱伝導体であるこ
とに特徴を有する吸着材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000144332A JP2001321425A (ja) | 2000-05-17 | 2000-05-17 | 揮発性有機化合物等の吸着材及び吸着材料 |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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ID=18651003
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