JP2004105854A - 吸着材料およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】室内の湿度調節および脱臭を図ることによって、結露、カビ、ダニ等の発生およびシックハウス症候群の発生を防止して快適な居住を可能とするために、水蒸気、アルデヒド類、ＶＯＣいずれに対しても吸着性能が高い吸着材料を提供する。
【解決手段】本発明は、細孔含有粒子母材に無機塩と天然物系アミンを添着してなることを特徴とする吸着材料である。ここで、細孔含有粒子母材は、カーボンブラック、シリカ、クレーおよび炭酸カルシウム等が好ましく、無機塩は、塩化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、硝酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウムおよび塩化アンモニウム等が好ましく、天然物系アミンは、キトサン等が好ましい。
【選択図】　　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、調湿効果および脱臭効果を有する調湿材料または脱臭材料として家屋の壁面、天井、押入れあるいは床下等に使用することができ、さらに梅雨時における、カビあるいはダニの発生を防止し、かつ冷暖房装置による結露の発生を軽減する吸着材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、調湿材料としては、木炭、活性炭等の炭素系材料、アロフェン、イモゴライト等の鉱物を主成分とした無機系材料がよく用いられてきた（たとえば、特許文献１参照。）。しかし、調湿能力に優れているとされている木質系活性炭においてもその調湿能力は４０％程度であり、アロフェン、イモゴライトに代表される鉱物を主成分としたものにおいてはその調湿能力は５％に満たない。ここでは、調湿能力とは、２５℃で湿度９０％における水蒸気吸着率と、２５℃で湿度５５％における水蒸気吸着率の差（％）と定義する。ここで、水蒸気吸着率とは、吸着した水蒸気質量の被吸着材料質量に対する率をいう。
【０００３】
一方、近年の家屋の気密性の向上に伴い、合板、内装材等の接着剤として用いられるホルムアルデヒド等のアルデヒド類、トルエン等の揮発性有機化合物（ＶＯＣ；Ｖｏｌａｔｉｌｅ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）により引き起こされるシックハウス症候群が問題とされるようになってきた。
【０００４】
かかるシックハウス症候群の解消のため、アルデヒド類の吸着材料としては、活性炭、鉱物系材料等の母材にアミン類を担持または付着したものがよく用いられてきた（たとえば、特許文献２参照。）。また、トルエン等のＶＯＣの吸着材料としては、活性炭、鉱物系材料等がよく用いられてきた（たとえば、特許文献３参照。）。
【０００５】
しかし、水蒸気、アルデヒド類、ＶＯＣいずれに対しても吸着性能が高い吸着材料は見当たらない。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１６３６５８号公報
【０００７】
【特許文献２】
特公平０８−０１７９３８号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開２０００−２１７８９７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みて、室内の湿度調節および脱臭を図ることによって、冷暖房装置における結露や、梅雨時におけるカビあるいはダニの発生を防止するとともに、シックハウス症候群の発生を防止して、快適な居住を可能とするために、水蒸気、アルデヒド類、ＶＯＣいずれに対しても吸着性能が高い吸着材料を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、細孔含有粒子母材に無機塩と天然物系アミンを添着してなることを特徴とする吸着材料である。ここで、細孔含有粒子母材は、カーボンブラック、シリカ、クレーおよび炭酸カルシウムの群から少なくとも１種選択されることが好ましい。また、無機塩は、塩化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、硝酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウムおよび塩化アンモニウムの群から少なくとも１種選定されることが好ましく、無機塩の添着率は、細孔含有粒子母材および無機塩の総質量に対して５０質量％未満であることが好ましい。また、天然物系アミンは、キトサンであることが好ましく、天然物系アミンの添着率は、細孔含有粒子母材に対して０．１質量％以上であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明にかかる吸着材料の製造方法は、細孔含有粒子母材と無機塩と天然物系アミンと溶媒を混合し、攪拌することにより全体を均一相とし、その後溶媒を除去することにより、細孔含有粒子母材に無機塩と天然物系アミンを添着させることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる吸着材料は、細孔含有粒子母材に少なくとも無機塩と天然物系アミンを添着してなることを特徴とする。無機塩の添着と細孔含有粒子母材の細孔により水蒸気を物理的に吸着する能力が付与され、天然物系アミンの添着と細孔含有粒子母材の細孔によりアルデヒド類を化学的に吸着する能力が付与され、細孔含有粒子母材の細孔によりＶＯＣを物理的に吸着する能力が付与されるからである。
【００１３】
ここで、物理吸着とは吸着物が被吸着物の細孔に収容されるだけの吸着をいい、化学吸着とは吸着物が被吸着物の細孔に収容され被吸着物との化学反応をともなう吸着をいう。一般に、アルデヒド類は、第１アミンと反応して、脱水反応がおこりＳｃｈｉｆｆ塩基に変換される。
Ｒ−ＣＨ＝Ｏ　＋　Ｈ_２Ｎ−Ｒ’　→　ＲＣＨ＝Ｎ−Ｒ’＋　Ｈ_２Ｏ
本発明で用いられる細孔含有粒子母材は、粒子径が小さく細孔を有し比表面積が大きく化学的に安定なものであれば特に制限はないが、平均粒子径が０．０１〜５０μｍ、ＢＥＴ値（ＢＥＴ法によるＮ_２ガスの吸着量から解析される比表面積）が０．５〜１０００ｍ^２／ｇのものが好ましく用いられる。たとえば、カーボンブラック、シリカ、クレー、炭酸カルシウム等が好ましく用いられる。特に、カーボンブラック、非晶質シリカ等は、多くの細孔を有し、比表面積を大きくする観点から好ましい。
【００１４】
本発明で用いられる無機塩は、特に制限はなく、たとえば、塩化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、硝酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウムおよび塩化アンモニウム等が好ましい。無機塩は、これらの中から１または２以上を任意に選ぶことができる。
【００１５】
本発明で用いられる無機塩の添着率は、細孔含有粒子母材および無機塩の総質量に対して５０質量％未満であることが好ましい。より好ましくは、４０質量％以下である。添着率が５０質量％以上になると、高湿度領域で吸着材料がべたべたしたものとなり、また無機塩が細孔含有粒子母材に均一に添着することが困難になるからである。
【００１６】
ここで、無機塩の添着率は、次のように定義される。
無機塩の添着率＝無機塩添着質量／（細孔含有粒子母材質量＋無機塩添着質量）×１００（％）
本発明で用いられる天然物系アミンは、アルデヒド類と反応する第１アミンであれば特に制限はないが、天然物由来のアミンであるキトサン、アミノ酸（ケラチン等のタンパク質も含む）、尿素等が好ましく用いられる。本発明において、アミン化合物として天然物系アミンを用いるのは、天然物系アミンは合成系アミンに比べて人体に悪影響を及ぼす可能性が低いからである。
【００１７】
本発明で用いられる天然物系アミンの添着率は、細孔含有粒子母材に対して０．１質量％以上であることが好ましい。より好ましくは、０．５質量％以上である。添着率が０．１質量％未満であると、アルデヒド類との化学反応性が低下するからである。
【００１８】
ここで、天然物系アミンの添着率は、次のように定義される。
天然物系アミンの添着率＝（天然物系アミン添着質量／細孔含有粒子母材質量）×１００（％）
本発明の吸着材料の製造方法ついては、特に制限はないが、細孔含有粒子母材と無機塩と天然物系アミンと溶媒を混合し、攪拌することにより全体を均一相とし、その後溶媒を除去することにより、細孔含有粒子母材に無機塩と天然物系アミンを添着させることが好ましい。
【００１９】
一例として、以下の製造方法が挙げられる。なお、本例においては、細孔含有粒子母材、無機塩、天然物系アミンおよび溶媒の混合順序に特に制限はない。
（１）細孔含有粒子母材と無機塩と天然物系アミンと溶媒を所定割合で混合する。
（２）上記混合物に溶媒を加えて攪拌することにより全体を均一相とする。
（３）上記混合物から溶媒を除去することにより細孔含有粒子母材に無機塩および天然物系アミンを添着させる。
【００２０】
さらに容易に細孔含有粒子母材に無機塩および天然物系アミンをより均一に添着させる観点から、溶媒に天然物系アミンと無機塩を添加した溶液に細孔含有粒子母材を添加し攪拌することにより全体を均一相とし、その後溶媒を除去することにより細孔含有粒子母材に無機塩と天然物系アミンを添着させることがより好ましい。ここで、天然物系アミンと無機物の添加の順序は問わない。
【００２１】
一例として、以下の製造方法が挙げられる。なお、本例においては、無機塩と天然物系アミンの混合順序に特に制限はない。
（１）溶媒に天然物系アミンと無機塩を所定量加えて攪拌し溶液とする。
（２）上記溶液に細孔含有粒子母材を所定量加えて攪拌し全体を均一相にする。
（３）上記混合液から溶媒を除去することにより細孔含有粒子母材に無機塩と天然物系アミンを添着させる。
【００２２】
本発明で使用される溶媒は、無機塩および天然物系アミンを溶解するものであれば特に制限がないが、水、メチルアルコール、エチルアルコールまたはこれらの混合物が好ましい。また、無機塩および天然物系アミンの溶解度を向上するために、塩酸等の無機酸または酢酸等の有機酸を添加することも好ましい。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例を用いて、本発明をさらに詳細に説明する。
【００２４】
（１）吸着材料の調製
実施例１〜１５および比較例１〜５の吸着材料は、以下のようにして調製した。蒸留水５０ｃｍ^３に酢酸０．２ｃｍ^３を加えて溶媒とする。この溶媒にキトサン５０ｍｇを加えて、３０分間攪拌した。このキトサン溶液に、さらに蒸留水５０ｃｍ^３を加えて、３０分間攪拌した。次いで、塩化ナトリウムを所定量加えて、１０分間攪拌した。このキトサン・塩化ナトリウム溶液に、細孔含有粒子母材を１０ｇ加えて、３０分間攪拌し均一相とした後、１１５℃の炉内で乾燥させ、水分を蒸発させた。
【００２５】
ここで、細孔含有粒子母材としては、表１に示すように、カーボンブラックとしてシースト３（東海カーボン社製）（平均粒子径０．０３μｍ、ＢＥＴ値７９ｍ^２／ｇ）、非晶質シリカとしてウルトラジルＶＮ３（デグサ社製）（平均粒子径１６μｍ、ＢＥＴ値１８０ｍ^２／ｇ）、結晶性シリカとしてＭｉｎ−Ｕ−Ｓｉｌ５（Ｕ．Ｓ．シリカカンパニー社製）（平均粒子径１．１μｍ、ＢＥＴ値２．１ｍ^２／ｇ）、クレーとしてデキシークレー（Ｖａｎｄｅｒｂｉｌｔ社製）（平均粒子径０．２μｍ、ＢＥＴ値２３ｍ^２／ｇ）、炭酸カルシウムとしてＮＳ＃２００（日東粉化工業社製）（平均粒子径１．９μｍ、ＢＥＴ値１．２ｍ^２／ｇ）を用いた。また、キトサンは、ナカライテスク社製のフレーク状のものを用いた。
【００２６】
（２）評価方法
上記のようにして得られた吸着材料および比較材料の調湿能力、ホルムアルデヒド吸着能力、トルエン吸着能力を以下の方法で評価した。
【００２７】
（ｉ）調湿能力
調湿能力は、温度２５℃において湿度９０％での水蒸気吸着率と湿度５５％での水蒸気吸着率との差で評価した。すなわち調湿能力は以下の式で評価した。
調湿能力＝［（温度２５℃、相対湿度９０％での水蒸気吸着率）−（温度２５℃、相対湿度５５％での水蒸気吸着率）］（％）
ここで、水蒸気吸着率は、水蒸気未吸着時の試料質量に対する吸着した水蒸気量の率である。なお、水蒸気未吸着時の試料質量は１１５℃で２４時間乾燥した直後の質量とした。評価結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】

【００２９】
（ｉｉ）ホルムアルデヒド吸着能力
ホルムアルデヒド吸着能力は、底部に攪拌装置を設けた内容量１１４００ｃｍ^３のガラス製容器を用いて測定した。まず、この容器内部を清浄にした後、実施例１または実施例４の吸着材料、比較例６としてキトサン単体または比較例７の市販吸着材料（主成分がアロフェン）を入れて、ガスの初濃度が１０ｐｐｍになるようにホルムアルデヒドガスを適量注入した。その後、攪拌しながら所定の時間毎に容器内部の残留ガス濃度を測定した。１回当たりの測定には、約５ｇの試料を用い、いずれの試料も１１５℃で２時間以上乾燥させ、デシケータ中で放冷した後、測定に使用した。評価結果を表２に示す。
【００３０】
【表２】

【００３１】
（ｉｉｉ）トルエン吸着能力
トルエン吸着能力は、実施例１または実施例４の吸着材料、または比較例７の市販吸着材料（主成分がアロフェン）について、上記（ｉｉ）と同様の要領で行なった。ただし、トルエンのガスの初濃度は３０ｐｐｍとした。評価結果を表３に示す。
【００３２】
【表３】

【００３３】
表１において、実施例１〜１５に示すように、各種細孔含有粒子母材に、無機塩として塩化ナトリウム、天然物系アミンとしてキトサンを添着した吸着材料は、塩化ナトリウムの添着量の増加とともに調湿能力が向上した。しかし、塩化ナトリウムの添着量が５０質量％になると高湿度領域で吸着材料がべたべたして、調湿能力の測定ができなかった。一方、比較例１〜５に示すように、細孔を有する細孔含有粒子母材を用いても塩化ナトリウムを添着させなかったものは、調湿能力は小さかった。
【００３４】
表２において、実施例１および実施例４に示すように、所定量の塩化ナトリウムとともに０．１質量％のキトサンを添着した吸着材料は、比較例７のアロフェンを主成分とする市販の吸着材料に比べ、極めて高いホルムアルデヒド吸着能力を有した。特に、実施例１の吸着能力は、比較例６のキトサン単体の場合とほぼ同等であった。なお、キトサン単体では、ホルムアルデヒドの吸着能力は高いが、調湿能力およびトルエン吸着能力は低いため、本発明の目的を達成することができない。
【００３５】
表３において、実施例１および実施例４に示すように、所定量の塩化ナトリウムとともに０．１質量％のキトサンを添着した吸着材料は、比較例７のアロフェンを主成分とする市販の吸着材料に比べ、高いトルエン吸着能力を有した。
【００３６】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は、細孔含有粒子母材に無機塩と天然物系アミンを添着してなることを特徴とする吸着材料であり、かかる構成を採用することにより、調湿能力、ホルムアルデヒド吸着能力およびトルエン吸着能力のいずれの能力をも高くすることができる。本発明にかかる吸着材料を、住宅家屋の壁面、天井、押入れ、床面または床下等で使用することにより、高い調湿効果、脱臭効果を有し、シックハウス症候群を回避し、快適な居住空間の提供が可能となる。

Claims (7)

1. 細孔含有粒子母材に無機塩と天然物系アミンを添着してなることを特徴とする吸着材料。
2. 細孔含有粒子母材は、カーボンブラック、シリカ、クレーおよび炭酸カルシウムの群から少なくとも１種選択される請求項１に記載の吸着材料。
3. 無機塩は、塩化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、硝酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウムおよび塩化アンモニウムの群から少なくとも１種選定される請求項１または請求項２に記載の吸着材料。
4. 無機塩の添着率は、細孔含有粒子母材および無機塩の総質量に対して５０質量％未満である請求項１〜請求項３のいずれかに記載の吸着材料。
5. 天然物系アミンは、キトサンである請求項１〜請求項４のいずれかに記載の吸着材料。
6. 天然物系アミンの添着率は、細孔含有粒子母材に対して０．１質量％以上である請求項１〜請求項５のいずれかに記載の吸着材料。
7. 細孔含有粒子母材と無機塩と天然物系アミンと溶媒を混合し、攪拌することにより全体を均一相とし、その後溶媒を除去することにより、細孔含有粒子母材に無機塩と天然物系アミンを添着させることを特徴とする吸着材料の製造方法。