JP2005102674A - 使用済みイオン交換樹脂を用いた消臭剤と製造方法 - Google Patents

Abstract

〔課題〕狭い閉鎖系空間でペットを飼育する人が多くなり、都会のマンションでの飼育も法的に認められるようになり、室内飼育が奨励されるようになった。それに伴い排泄物の処理問題、特に、猫の尿に存在する悪臭が、次第に大きな社会問題になりつつあり、機能性のみならず取り扱いにも優れたトイレや猫砂の提供が切望されている。これらペット臭以外にも、広い範囲で悪臭除去策が望まれている。
〔解決手段〕粉末イオン交換樹脂の持つ脱臭機能を猫砂に応用して、取り扱い易く、脱臭機能を発揚し易い粉末イオン交換樹脂を用いた、猫砂補填剤を提供するものであり、好ましくは、０．１〜１０ｍｍの粒状多孔体の製造方法であって、使用済み粒状イオン交換樹脂のリサイクル利用であって、産業廃棄物としてのイオン交換樹脂を有効利用する新たな分野を提供するものであり、従来殆ど用途のなかった陽イオン交換樹脂を含めた粉末イオン交換樹脂による環境浄化方法を提供する。

Description

発明の詳細な説明

〔発明の属する技術分野〕

使用済みイオン交換樹脂をリサイクル使用する資源の有効利用に関する発明であり、既に、陰イオン交換樹脂については、溶液の清浄剤として再利用方法を、本発明者等が見出し、既に工業的規模で使用されているが、陽イオン交換樹脂については、現在でも産業廃棄物として処理されている。本発明で始めて、陽イオン交換樹脂の大量リサイクル利用方法を可能にした。該イオン交換樹脂は、破砕粉末化することで、吸着性能が著しく向上し、該粉末イオン交換樹脂と、動物の排泄物中に存在する有機酸やアンモニア、アミンで代表される悪臭成分を接触させることで、イオン交換樹脂の交換基が、これら揮発成分を吸着捕捉して、これら悪臭成分を化学的に無臭化する。特に、猫砂として利用することで、卓越した消臭機能を持った差別化商品を提供する。
〔従来の技術〕

ペットを狭い閉鎖系空間で飼育する必要性が高まる中で、脱臭力に優れた猫砂が望まれているが、この面の高性能製品はなく、ベントナイト等の粘土鉱物、シリカゲル、木粉・紙粉、植物繊維を顆粒状とした猫砂が主流であり、ポリマーを添加することで吸水性を高めたり、ゲル化剤を添加することで塊の形成を高めることで、排泄物の分散を防ぐ工夫をしたり、マスキング剤を添加することで、悪臭を緩和させることで高性能化を計っている。脱臭能力のあるポリアクリルポリマー等を添加して消臭機能を高める試みもあるが、最も重要な脱臭機能に難点があり、高性能猫砂の開発が強く望まれている。

粉末イオン交換樹脂は、悪臭吸着作用のあることは判っていたが、実用上、使用不可能であると考えられていた。その最大の理由は、当該樹脂が高価で、研究対象にならなかったことによるものと思われる。通常使用形態である粒状イオン交換樹脂では、新品でも悪臭除去作用は弱く、当然の事として、使用済みイオン交換樹脂をリサイクル使用しようとする発想はなく、未踏の分野であったが、乾燥品が、猫尿と接触することで、尿を吸蔵し、悪臭を和らげることを知った。この発明は、使用済みのイオン交換樹脂をリサイクル使用することで安価に原材料が得られること及び微粒子化することで、脱臭力が著しく向上し、陽イオン交換樹脂に於いても消臭作用を持つという予期しない知見で始めて可能になった新しい技術の一つでもある。

イオン交換樹脂は工業的規模で、水や各種溶液の精製に使用されるが、使用済みのイオン交換樹脂は、産業廃棄物として埋め立て処理するか焼却処理をしている。この使用済みイオン交換樹脂に、悪臭の酷い猫の尿を通流する時、悪臭が低下し、特に、この効果は、粒径が小さくなるほど、その効果は大きいことも知った（特許請求範囲１）。該樹脂を、尿（水溶液）と接触し易すく、使い易い形態にすること即ち、該イオン交換樹脂を機械粉砕し、イオン交換樹脂の機能を維持しながら、猫が好んで排泄し、飛散しない形状に再加工することで、機能性のみならず、取り扱い易い高性能猫砂の製造出来ることを知った（特許請求範囲２）。

工業的に使用されているイオン交換樹脂は、スチレンとジビニールベンゼンとの共重合体に酸性或いはアルカリ性の交換基を付与した高分子体で、直径０．３〜２ｍｍの球形の粒状物質であり、揮発性悪臭成分よりなる有機酸、アンモニアが水に溶解していると、樹脂交換基と反応して、これを吸着捕捉し無臭成分にする。イオン交換樹脂交換基の違いで陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂に区分され、その作用も異なるが、猫砂に併用した時の悪臭の除去作用は、陽イオン交換樹脂交換樹脂単独でも、陰イオン交換樹脂単独でも大きいことが判った。従来、リサイクル利用の難しかった陽イオン交換樹脂単独でも、陰イオン交換樹脂に優るとも劣らない効果があることが判った。このことは資源の有効利用の見地からは非常に重要なことである。これらイオン交換樹脂は粉砕微粒子化することで、物理吸着作用が著しく向上し、使用済みイオン交換樹脂の破砕品であっても、粒状イオン交換樹脂とは比較にならない程の優れた消臭作用を発揚する。

本発明で使用して効果的なイオン交換樹脂は、工業的に常用されている粒状イオン交換樹脂を多サイクル利用して能力低下した使用済みイオン交換樹脂や樹脂製造工程で発生する規格外製品を、機械粉砕により平均粒径２５０μｍ以下の微粒子状に調製したもので充分あり、本発明で言う使用済みイオン交換樹脂には、当然の事として、樹脂製造工程で発生する規格外製品を始め、新品樹脂の適用を除外するものではない。

本発明者等が、粉末イオン交換樹脂を利用した水の濾過清浄剤や代替土壌について、特開２０００−３１２８８１他で開示し、粉末イオン交換樹脂を特願２００２−３７３４２３で悪臭除去、空気清浄に利用する特許申請をしているが、吸着体の形態や使用方法が著しく異なり、本発明で言う猫砂等としての適用は、全く不可能である。

特願２００２−３７３４２３の製法による消臭剤を用いて、猫砂として利用する工夫を試み、数々の難点があることが判ったが、該繊維状吸着体に、粉末活性炭及び又は珪藻土焼結造粒品を添加、ミキサーで高速攪拌することで、粉末活性炭及び又は珪藻土焼結造粒品を均一に包含した粉末イオン交換樹脂繊維状吸着体を製造することに成功し、この吸着体は、従来品にはない優れた機能を持つことが判った。特に粉末活性炭をイオン交換樹脂と併用する効果は大きく、猫のトイレに充満する空気中の悪臭成分、イオン交換樹脂では除去し難い特殊な臭いを、効率良く捕捉消臭することが判った。更に、珪藻土焼結造粒品を包含させることで、該繊維状吸着体の非圧縮性を高め、特に、両者の混合割合に応じて、その機能性は変わるが、繊維状吸着体が主体の場合、溶液や空気の通流時に発生する濾過抵抗を小さくし、該繊維状樹脂の機能を高め、適用範囲を広めるばかりでなく操作をも容易にすると言う予期しない効果のあることを知った。深層濾過に珪藻土焼結造粒品を用いて、溶液を通流する時、運転を容易にし、通流濾過性能を著しく高めることを知り、本発明（特許請求範囲３）に至った。
〔発明が解決しようとする課題〕

猫の排泄物より発する臭気は、低級脂肪酸が主成分であり、これを除けば約９２％の臭気が除去できると言われている。含有量の多い順に、ｎ−酪酸（閾値；０．１９ｐｐｂ）、トリメチルアミン（閾値；０．０２７ｐｐｂ）、ｎ−カプロン酸（閾値；０．６ｐｐｂ）、アセトアルデヒド（閾値；１．５ｐｐｂ）、アンモニア（閾値；１５００ｐｐｂ）である。排泄物に含有されているこれら成分は、尿水に溶解されているが、水の蒸発に伴い、揮発成分として空気中に逸散し悪臭を発する。多孔性固体に粉末イオン交換樹脂を均一に分散させることで、空気中に揮発する前に、水中に溶解した悪臭成分と樹脂と接触反応させ、イオン交換作用により交換捕捉させ非揮発性にすると共に、化学成分として悪臭揮発成分を無臭の化学成分に変換することを特徴とするが、この様な機能を持った消臭剤（猫砂）は、少なく、一部ゼオライト系の商品が見られるが、機能的に、本発明品に及ばない。
〔問題を解決するための手段〕

排泄物、特に尿から揮発成分が空中に揮発する前に、尿が粉末イオン交換樹脂と接触し易い形態の粒状消臭剤を工夫することであり、イオン交換樹脂の化学作用で、尿そのものの悪臭含量を減少させる。特に猫砂に於いては、猫の習性（排泄後、砂を掻き混ぜる）を理解した上で、作成する必要がある。具体的には、０．１〜１０ｍｍの粒状の固体であって、比表面積が大きく、吸水性に優れ、粉末イオン交換樹脂を均一に包含し、尿を吸収し易く、外乱によりイオン交換樹脂とこれの支持体とが分離しないことが望ましい。この様な性質を持つ多孔性の粉末イオン交換樹脂支持固体を、多方面に求めた。これら多数の試作品を用いて、実証試験を実施することで、猫砂としての適性を求め、本発明に到達した。
〔発明実施の形態〕

本発明の効果の主体は、粉末イオン交換樹脂であるが、この粉末樹脂単独の使用では、機能的には充分であるが、取り扱い上難点が多い。在来の猫砂に、その形態を損なうことなく、均一に添加出来れば、それだけでよく、粉末イオン交換樹脂による脱臭機能を付加した高機能猫砂が造れる。猫砂の原料としてベントナイト、シリカゲルで代表される鉱物、木材繊維・紙・食物等の繊維状固体を使用するが、これらに粉末イオン交換樹脂を混合することでも、従来品とは比較にならない高付加価値猫砂を製造できるが、粉末イオン交換樹脂と親和性の優れた粉末イオン交換樹脂の支持体を選択することで、既存猫砂にはない優れた猫砂を安価に製造できることを知った。優れた機能を発揮する多孔性固体として、前述の鉱石や繊維以外に、珪藻土、パーライト、軽石、赤玉土・鹿沼土、ゼオライト、パーミキュライト等を使用することができる。数多くの試作品の中で、特に優れた機能を示す粉末イオン交換樹脂支持体は、珪藻土焼結造粒品であることが判った。該粉末イオン交換樹脂包含珪藻土焼結品は、水溶液を通流しても、イオン交換樹脂を剥離することもなく、溶液中に存在する濁質成分や色素を吸着する能力を持つことが判った。これを使用することで、悪臭除去を主目的とする猫砂ばかりでなく、特許請求範囲３で言う繊維状樹脂と混合した吸着体は、消臭剤として利用のみならず、液体の優れた清浄濾過剤として利用できることを知った。

珪藻土焼結造粒品は、珪藻土を加熱焼結後、粉砕分級して各種形状の製品が、昭和化学工業（株）や中央シリカ（株）で生産販売されている。

珪藻土焼結造粒品は０．０１ｍｍから１０ｍｍと任意の粒径があり、粉末イオン交換樹脂特に陰イオン交換樹脂と強い親和力があることがわかった。粉末イオン交換樹脂の粒径はμオーダーであり、これの懸濁水と多孔性固体溶液を混合接触させることで、粉末イオン交換樹脂は、瞬時に細孔内部に浸透凝縮し一体化することを知った。

粉末イオン交換樹脂の粒径は、可及的に微粒である方がよいが、２５０ミクロン以下であれば、実用上問題なく、粉末陰イオン交換樹脂は、付着し易く、容易に凝縮体を作る。この凝縮体に、粉末陽イオン交換樹脂や粉末活性炭や微粒子状酸化チタンを接触させることで、これら粉末をも併せて吸着し、これら粉末を均一に包含した多孔性固体を得る。

猫砂として珪藻土焼結造粒品を使用する場合、猫用トイレの形態により、使用して、効果的な多孔性固体の粒径は異なる。粒径は小さいほど、粉末イオン交換樹脂と排泄物は、一体化し易く、分離して飛散することもなく、消臭効果に優れ、粒径０．１〜１ｍｍ程度の細粒品が良いが、猫の手足への付着による逸散を防ぐためには、１〜１０ｍｍ前後の粗粒品が良い。

尿を閉じ込め固めることで臭いの分散を防止している従来の猫砂と異なり、猫の排泄物（水分）中の悪臭成分を、化学反応で無臭成分に変化させることが本特許の特徴である。その為には、粉末イオン交換樹脂と尿中の悪臭成分との接触が必要であり、猫の習性としての排尿後に実施する砂の掻き混ぜは有効に働くので、掻き混ぜ易い形状が好ましいが、飛散や猫の手足への付着を少なくする必要がある。
猫トイレに、仕切り板を持っているか否かで、望ましい猫砂の形態は異なるが、仕切り板を持っているトイレ用に、本発明の猫砂を適用する効果の大きいことも判った。

猫が、排尿後、その部分が固化したり、色を変化させることで、汚染砂を分別し易くする工夫を施したり、尿が分散しないように工夫されたものが上市されている。本発明品である粉末イオン交換樹脂を、これら猫砂に添加して併用することは、最も理に適った使用方法である。この場合、粉末樹脂単独で使用してもよいが、粒径０．１ｍｍ〜１ｍｍの前述珪藻土焼結動流品やゼオライト等と混合して流動性を高めて、使用し易い形態に加工することも重要なことである。

細孔に粉末イオン交換樹脂を包含した本発明の多孔性鉱物や特開２０００−３１２８８１で本発明者等が開示している繊維状粉末イオン交換樹脂吸着体と粉末活性炭を接触攪拌させることで、粉末活性性炭包含吸着体を製作出来ることを知った。特に、繊維状吸着体と粉末活性炭を混合して、ミキサーで高速攪拌することで、優れた消臭能力を持つ繊維状吸着体を作ることができた。本発明は、猫の臭いを対象に実施したが、愛玩動物、家畜、工場排水等、適用範囲は広く、以下に示す実施例に制約されるものではない。
〔実施例１〕

各種粒状イオン交換樹脂を機械粉砕して調製した平均粒径１５ミクロンの粉末イオン交換樹脂（Ａｍｂａｌｉｔｅ４０１；１ｇとＡｍｂａｌｉｔｅ１２０；１ｇ）を用いて、アンモニア、蟻酸、ホルムアルデヒドの代表的な悪臭成分の吸着特性を求めた。コントロールとして市販の備長炭；２ｇを用いた。
測定方法、内容量２０リットルのポリプロピレン製の密閉容器に、該粉末イオン交換樹脂を入れ、サンプリング孔より各臭気を所定量注入し、シリンジで数回ピストンし、容器内の臭気の拡散を図る。その後、所定時間毎に、サンプリング孔に検知管をセットし、容器内の臭気を測定した。試験結果を、次表に示す。

〔実施例２〕

ボイラー用水の脱塩工程に使用して能力の低下した使用済みイオン交換樹脂を、気流粉砕法により調製した粉末陽イオン交換樹脂（ダイアイオン ＰＫ２１６）約１０リットルを、２００リットルの容器に採取し、水を約５０リットル加え攪拌する。該イオン交換樹脂懸濁液に、約１００リットルの鹿沼土（小粒、加藤産業）を混合し、５分間ゆっくりと攪拌する。約３０分放置後、細孔に粉末イオン交換樹脂を吸着した鹿沼土と水を分離し、表層細孔に均一に、該粉末陽イオン交換樹脂包含した鹿沼土（猫砂）を製造する。１週間、放置後の水分含量約６０％前後で、重量変化の少なくなった本発明品を用いて、動物園の猫ハウス（岡崎市、ＩＰＣ）で、フード付き猫用トイレのトレイに約８リットルの本発明品を使用して、従来品との比較実証試験を行った。従来品はベントナイトの鉱石系、紙、木、オカラ系の４種類のものを同量用いた。これらの猫砂は、排尿を固め、取り除くことを前提に造られているので、後処理が重要であるが、本発明品については、大便以外は、必ずしも実施しなくても、著しい悪臭の発散はなく、猫トイレフード内の悪臭が著しく低下することを、試験に関与した５名全てが認めた。猫一匹を１ヶ月飼育し、汚れた猫砂の悪臭発生量は、従来品と比較して少なく、庭の土壌に廃棄しても苦情はなく、土に還元し易い猫砂であることも判った。尚、従来品各々１０リットルに、該粉末イオン交換樹脂１リットルを添加混合して、その効果を調べたが、この場合、汚れた猫砂の分別の程度によって、多少の差異があるが、添加併用することによる消臭効果は甚大で、その有効性を全員が認めた。更に特徴的なことは、特に、汚染砂を放置した場合でも、悪臭の発生は抑制され、従来廃棄に当たって問題点のあった苦情を和らげる効果のあることを知った。従来、使用済み陽イオン交換樹脂のリサイクル用途先が見付からず廃棄されていただけに、今回の発明で、猫砂に始まる消臭剤として利用できることが明らかになった意義は大きい。
〔実施例３〕

実施例１と同様にして調製した粉末陰イオン交換樹脂（ダイアイオン ＰＡ４１８）約１０リットルを、同量の水に懸濁し、充分に混合し均一化する。そこへ、粒径０．１〜０．６ｍｍの珪藻土焼結造粒品（中央シリカ（株）製品）約１００リットルを投入し、充分に攪拌混合する。次いで、約１０リットルの粉末陽イオン交換樹脂（ダイアイオン ＷＫ１１）を添加し、混合攪拌して、均一な砂状粒体を得る。これを用いて、実施例１と同様にして、猫用トイレのトレイに１０リットルの本発明による猫砂を敷き、実証試験を行った。その結果、猫は、好んで排泄し、尿は周辺の本発明の細粒猫砂となじみ、排尿後も、著しい独特の悪臭を発することも無く、閉鎖的空間である猫部屋（約６畳）の雰囲気は次第に改善され、悪臭が著しく改善された。
〔実施例４〕

微小セルローズ（商品名セリッシュ；ダイセル（株））１００ｇとセルローズ繊維（大和紡レーョン）１００ｇに、ポリエステル繊維１ｋｇを水中に投入して攪拌する。そこへ、実施例１と同様にして調製した使用済み粉末陰イオン交換樹脂１ｋｇと使用済み陽イオン交換樹脂１ｋｇを添加し、繊維と樹脂を接触させることで、繊維状イオン交換樹脂吸着体を得る。この吸着体１リットルを採取し、５リットルの水に懸濁し、そこへ、約１０ｇの粉末活性炭を添加し、高速回転ミキサーにより１分間処理する。１０メッシュ金網で繊維状吸着体と水を分離し、粉末活性炭包含繊維状イオン交換樹脂吸着体を得る。実施例１で用いたフード付きトイレの頂部に、本発明による粉末活性炭包含繊維吸着体；２００ｍｌを装填し、これの効果を調べた。その結果、実施例１と比較して、フード内部の臭い成分は緩和し、閉鎖系空間としての部屋の雰囲気は、更に改善されたことを、試験に関与した５人が全て認めた。本発明は、猫砂としての適用に限定されるものでなく、ハムスター、兎、犬などの動物のみならず、人間の生活空間に発生する悪臭を除去し、快適空間を造る消臭剤として広く適用できることも判った。特に、特許請求範囲３で言う粉末活性炭包含繊維状イオン交換樹脂吸着体は、安価な優れた空気清浄消臭剤として、特許請求範囲３で言う粉末イオン交換樹脂包含珪藻土焼結品は優れた溶液清浄剤として、多方面に利用出来ることが判った。
〔実施例５〕

実施例４の繊維状吸着体の調製方法で、粉末活性炭に替えて、実施例３で使用した砂状粒体１ｋｇを混合し、実施例４と同様にして、珪藻土焼結造粒品包含粉末イオン交換樹脂繊維吸着体を得る。該粉末イオン交換樹脂包含繊維状吸着体４０ｍｌを、内容積５０ｍｌの保温管付きカラムに、充填し、製糖工場に使用される原糖を溶解した着色糖液（Ｂｘ；６０、，ＲＢＵ；１、５００、濁度：５）を６０℃、ＳＶ１で通流し、清浄試験を実施した。珪藻土焼結造粒品が混在することで、吸着体の圧蜜化はなく、差圧の上昇は、殆ど認められなかった。処理溶液中への粉末イオン交換樹脂のリークは認められず、懸濁成分のない透明な処理液（ＲＢＵ；５００、濁度；１）５００ｍｌを得た。再生反復使用する時、この作用効果は大きい。

Claims (3)

1. 使用済み粒状イオン交換樹脂を破砕して調製した粉末イオン交換樹脂と動物の尿を接触させることで、尿中の揮発成分をイオン交換樹脂に吸着捕捉することを特徴とする閉鎖系空間の消臭方法。
2. 粒径２５０μｍ以下の使用済み粉末イオン交換樹脂を０．１ｍｍから１０ｍｍの粒径の多孔性固体と接触させ表層に該粉末イオン交換樹脂を保持する粒状塊を調製すること及び又は該粉末イオン交換樹脂を粉状及び又は繊維状物質と混合して造粒することで０．１〜１０ｍｍの粒状塊を調製することを特徴とする消臭剤の製造方法。
3. 粒径２５０μｍ以下の使用済み粉末イオン交換樹脂とカット繊維よりなる繊維状イオン交換樹脂吸着体と粉末活性炭及び又は珪藻土焼結造粒品及を接触混合することを特徴とする粉末活性炭及び又は珪藻土焼結造粒品包含粉末イオン交換樹脂繊維状吸着体の製造方法。