JP2005185885A

JP2005185885A - 吸着材とその製造方法及び製造装置

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Publication number: JP2005185885A
Application number: JP2003427137A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Aeba; 利行饗庭
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-07-14
Also published as: WO2005061102A1; KR20070008539A; CA2551208A1; US20070173398A1; EP1698396A1

Abstract

【課題】通常の押し出し成形手段により、優れた吸着性能と、形状加工性及び外観を保有している吸着材とその製造方法並びに製造装置を提供すること。
【解決手段】押出機２の押出口部に、周壁３４で囲まれ且つ周壁３４に対し原材料導通迂回路３５を隔てて保持された基板３３に、吸着材１の流体通路１１と同一の断面形状を有するピン３１が、相互に僅かの隙間３２を隔てて多数立植された金型３が取り付けられ、炭素質材料粉末と無機質材料粉末とをバインダーと水とで混和練成した流動性のある混合物１３をピン３１の隙間３２に連続して押し込み、ピン３１の跡が流体通路１１として残る周囲壁１２の未硬化製品１４を得る。該未硬化製品１４を乾燥、又は焼結して、周囲壁１２が多孔質の吸着性物質からなる筒状の流体通路１１が多数、密に形成されて一塊となった吸着材を得る。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、水や空気等の流体中に混和している塵、臭気性異分子等の不純物を吸着させて除去する吸着材の構造並びに製造方法及び製造装置に関する。

本発明にいうところの吸着材とは、物質の界面物理化学的性質を利用して水や空気等の流体中に混和している塵埃や、臭気性異分子等の不純物を吸着させて除去する物質の総称であって、用途としては、水や空気などの流体の脱臭、浄化及び腐敗防止、砂糖の脱色等、又、人体内からの毒物の除去等の医事にも従来から利用されている。現在原材料として最も多用されているのは、天然材料としては木炭、獣炭等の多孔性の炭素質材料と、活性白土等天然鉱物質材料があり、その他、二酸化チタン、アルミナ、シリカ、合成ゼオライトのような合成無機質材料が用いられている。使用形態としては、一般には粉末、顆粒状、ペレット状で使用されるが、この様な吸着材は通気性を有するシートの袋で覆って浄化すべき場所に配置したり、或いはその袋の上から更に設置場所に適した形状とした通気穴を多数設けた格子状の保護ケースに収納して、例えば冷蔵庫の中、又は水槽中、或いは水道の蛇口付近に形成した浄化用水路部等に設置して用いている。その他に繊維状活性炭等はフェルト、マットの様な形態で使用されるが、何れの場合も容器や担体を利用して使用目的に適した種々の形状で使用されることが多い。
改訂六版化学工業便覧 P692-P696、編者社団法人化学工業会、発行者鈴木信夫、発行所丸善株式会社、発行日平成１１年２月２５日特開２００２−２１９３２４特開２００３−３３４２６

しかしながら、上述した従来の吸着材は、粉末、顆粒状、ペレット状となっているのでそのままでは使用に不便であり、使用に際しては保護ケースの様な容器や担体を必要とし、そのための費用を要すると共に、外観が美的でないため目障りとならないように設置場所や構造に対して配慮しなければならない問題があった。又、浄水槽に投入して大規模に使用する場合にもやはり保護袋を必要とし、更に濾過手段を設置しなければならないという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、この様な従来技術の有する諸問題を解消する事であって、本発明は、多孔質であって吸着性を有し、流体の通路を具備していて一定形状を自己保持すると共に、優れた形状加工性及び外観を保有している吸着材とその製造方法並びに製造装置とを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための第１発明である吸着材は、請求項１に記載のように、周囲壁１２が多孔質の吸着性物質からなり、該周囲壁１２に囲まれた微小な筒状の流体通路１１が縦、横、斜め方向に多数、密に平行して形成されて一塊となっている構成を有する。ここでいう微小な筒状の流体通路とは特に限定されるものではないが、通路の径、若しくは幅が０．８〜５ｍｍ程度、好ましくは０．８〜３ｍｍ程度のもので、この通路を区画する壁の厚さは０．１５〜１ｍｍ程度、好ましくは０．２〜０．８ｍｍ程度のものをいう。

第２発明である吸着材の製造方法は、請求項５に記載のように、押出機２の押し出し用ノズル２ｎの先端に、周壁３４で囲まれ且つ周壁３４に対し原材料導通迂回路３５を形成するように保持されている基板３３に、吸着材１の微小な筒状の流体通路１１と同一の断面形状を有する細くて長いピン３１が、相互に僅かの隙間３２を隔てて平行に多数立植されている金型３が取り付けられており、炭素質材料粉末と無機質材料粉末との混合物、又は無機質材料粉末をバインダーと水とで混和練成した流動性のある混合物１３を、押出機２から金型３の原材料導通迂回路３５を通じてピン３１の隙間３２に連続して押し込む工程と、金型３の出口に於いて前記ピン３１の跡が流体通路１１として残存する周囲壁１２の未硬化製品１４を得る工程と、該未硬化製品１４を乾燥させて、若しくは乾燥した後に焼結して吸着材１とする工程とからなる。

第３発明である吸着材の製造装置は、請求項６に記載のように、吸着材の原材料を供給するホッパー２ｈと、押出機２の押し出し用ノズル２ｎの先端に取り付けられた、周壁３４で囲まれ且つ周壁３４に対し原材料導通迂回路３５を形成するように保持されている基板３３に、吸着材１の微小な筒状の流体通路１１と同一の断面形状を有する細くて長いピン３１が、相互に僅かの隙間３２を隔てて多数立植されている金型３とを具備する押出機２と、金型３から吐出された周囲壁１２と流体通路１１とからなる未硬化製品１４を乾燥して固化若しくは乾燥させた後に焼結する設備４とからなる。

以上の説明から既に明らかなように、本発明の吸着材は、通常構造の押出機を使用し、成形部には吸着材の微小な流体通路と同一の断面形状を有する細くて長いピンが僅かの隙間を隔てて多数立植されている極めて特殊な金型を使用し、吸着材の原材料粉末を水で混和練成した流動性のある混合物をピンの隙間に圧入して得た未硬化製品を乾燥固化させた物又はそれを焼結することによって製造されるので、得られた吸着材はセラミック類似の物体であるから堅固であり、且つ、多孔質であって微小な多数の流体通路空間を有するので単位体積あたりの流体と接する表面積が極めて大きく、しかも流体通路の寸法と原材料の粒度や材質とを調整する事によって、流体抵抗や被吸着物の吸着能力を適宜の値に再現性良く設定する事ができるという特徴を有し、特に、規則的な微小な多数の流体通路が形成されているので、大量の水や空気の浄化用の吸着材として浄化や腐敗防止に優れた濾過装置として大きな機能を発揮する。又、得られた吸着材は切断等により任意形状への加工が容易であって、任意の形状寸法に容易に仕上げることが可能であり、低密度であるから軽量で扱いやすいことと相俟って広範囲な用途に使用し得る特徴を有する。その上に原材料に顔料や銅・アルミ等の金属粉末を混和することによって色彩的にも優れた外観のものが得られるので、薄板状に加工したものを住宅の壁面の一部にそのまま貼り付けることによって、建材や接着剤から発生する有毒ガスを吸収して屋内の不健康なガスを除去すると共に壁の一部をこの吸着材で形成する事によって壁に浄化性をもたせ、同時に通気性、換気性、透光性を付与することも出来るという効果をも有する。更に、加工用途に拘わらず原材料に銅やアルミ等の金属粉末を混和することによって、人体に有害な磁気・電磁波を防止することもできる。

製造方法についても、通常の押出機に本発明の特殊な金型を取り付けて、押出成形と同じ手法により連続的に製造できるので、製造経費が一般の押し出し成形品と同程度で済み、安価に製造できるという効果をも有するものである。

本発明の実施態様を図面を参照して説明すると、押出機２は通常のスクリュー型の押出機（エクストリューダ）を使用すればよい。この場合、図７に示したような水平型の押出機を使用すれば混合物１３の流動性によっては、未硬化製品１４を取り出すとき自重で変形することがあることを考慮して、形状維持のための周壁３４の長さを調整したり、乾燥を速めることを考える。また、図８に示したような垂直押出機を使用して製造することも出来る。金型３は、図５及び図６に示したように、多数の細くて長いピン３１と基盤３３と周壁３４及び基盤支持部３６とからなり、周壁３４で囲まれた内部に多数のピン３１が微細な隙間３２を隔てて基盤３３に立植されており、周壁３４と基盤３３との間には流動性のある混合物１３が圧入される原材料導通迂回路３５が形成されている。ピン３１の断面形状は正方形、長方形、円形、三角形、台形等、どのような形状であってもよい。実施例では流体通路１１の表面積を大きくするために正方形断面としてあるが、変形例のごとく円形断面又は三角形断面とすれば混合物１３の圧入抵抗に変化を与えたり吸着材の見かけの体積に対して吸着能力に関与する実効的な体積を変化させることができる。基盤３３は、周壁３４に対して原材料導通迂回路３５が一定導通面積であるように固定されていても良いが、周壁３４の基盤支持部３６から支柱３７を介して上下方向に可動式に取り付けて保持し、混練された混合物１３の流動性に応じて導通面積を変えることにより、押し出し成形の能率を調整することが出来る。

吸着材は、原材料として木炭、獣炭、竹炭等の炭素質材料粉末と、活性白土、粘土、セメント、モルタル、アルミナ、シリカ、ゼオライト等の天然若しくは合成物質の無機質材料粉末と、これにバインダーとして布海苔、澱粉糊等の天然糊と、混合物とするための混錬用の水とを使用する。一般的な材料の配分は、炭素質材料粉末７０〜９０重量％、無機質材料粉末５〜１０重量％、バインダーとして布海苔、澱粉糊等の天然糊５〜１０重量％の範囲で混合した素材が好ましい。また、混練用水は８〜２５重量％程度が必要である。

上記原材料は所定の配分に従って混合し、押出機２のホッパー２ｈから供給して混練され混合物１３となってノズル２ｎに移送される。移送された混合物１３は基盤３３のまわりに形成されている原材料導通迂回路３５から周壁３４の内部に圧入され、立植されたピン３１の隙間３２の内部に充填され、押出機２の圧力によって周壁３４の内面とピン３１に沿って出口に向かって移動する。そして出口から出たときは、周壁３４の内面と同一の外形を持ち、ピン３１から抜け去った跡が流体通路１１として残されている蜂の巣に類似した構造の未硬化製品１４となって取り出される。

未硬化製品１４は乾燥工程を経て、或いは乾燥後に焼結工程を経て吸着材１となる。焼結工程に於ける焼結温度は、吸着材１における素材中、炭素質材料が主体となる場合は素材炭の焼成温度より低温の約６００〜８００℃で焼く。又、焼結温度を素材炭の焼成温度より高温の１０００〜１２００℃とすると、炭素質材料が消失されて無機質材料のみからなる、内部の気泡率の大きい軽石類似の外観、性質の耐水性を有する吸着材１を得ることが出来る。この場合、素材炭そのものを５００〜６００℃で焼いた炭を使用することによって、より低温で消失させることができる。原材料に炭素質材料を混合することなく、無機質材料のみとして製造した場合は、機械的に堅牢な素焼きの土器に類似した外観、性質で耐水性を有する吸着材１を得ることが出来る。更に、原材料に炭素質材料や無機質材料と共に銅粉を銅粉を２０〜４０重量％混入した素材を使用して、金属外観を備えた吸着材１を製造することもできる。この場合、得られた吸着材１は従来には珍しい艶やかな光沢を放つ。又、原材料に顔料を混合することによって色彩感覚を付与した吸着材１を得ることが出来る。

本発明の吸着材１は、以下に述べるような使途を有する。即ち、(1)例えばマンション等の浄水槽や貯水槽に入れて水の浄化、活性化をはかり、腐敗防止に寄与させることが出来る。又、小寸法に裁断して水盤や花瓶に入れて同様の効果を得て生け花の寿命を延ばす効果をも得る。(2)例えば水道のコック等の流水路に、またはコックに至る管内にトラップ５を設けて内部に装填し或いは着脱式の浄水器内に配置して、飲料水を濾過して異臭や夾雑物等を除去する。(3) 空気中に於いては、クーラーのフィルターやエンジン排気のフィルターとして使用し得る。(4)その他、任意の形状寸法に容易に仕上げることが可能であることから、液体や気体の臭気の除去、夾雑物の除去、分離、脱色等、従来の吸着材が使用されている箇所に、従来の吸着袋等の手段に代えて広範囲に適用することが出来る。(5)同様に加工性が良いことから図１０に示したように、壁の一部をこの吸着材とする事によって壁に浄化機能、通気性、換気性及び透光性を付与することも可能である。又、顔料や銅・アルミ等の金属粉末の添加によって色彩的感覚に優れたものが得られるので、薄板状に加工したものを住宅の壁面の一部に貼り付けて装飾とすると共に磁気や電磁波を遮断し、建材や接着剤から発生する有毒ガスや臭気を吸収して屋内の不健康なガスを除去させることも出来る。

図１は第1実施例の吸着材の外観構造を示す一部切り欠き斜視図、図２、図３は夫々第1実施例の変形例、他の変形例の外観構造を示す一部切り欠き斜視図である。図４乃至図６は夫々第１実施例の吸着材を製造する金型の一部切り欠き斜視図、平面図、側面半断面図、図７は本発明の吸着材を製造する製造装置を示す概略説明図、図８は同、他の構造の製造装置を示す概略説明図である。又、図９は本発明の吸着材の一使用例を示す構造説明断面図、図１０は同、他の使用例を示す斜視図である。

図１に示した第1実施例は、請求項１に記載され、第１発明に該当する吸着材である。図４乃至図６に示す金型３を使用し、図７に示した製造装置により製造された吸着材１である。該実施例に示した流体通路１１の断面は正方形で、周囲壁１２は重量率にして、木炭粉末８５％、粘土７．５％、天然糊７．５％を混合し、該混合物全体に８〜１５％の水分を加えて押出機２で混練し、混合物１３として押出機のノズル２ｎから金型３内に圧入して成形する。金型３から押し出された吸着材としての形状が附加されて塑性の残る未硬化製品１４を乾燥させ、６００℃で焼結して吸着材を得た。この吸着材の流体通路１１の正方形断面の一辺は約１ｍｍで、隣接する流体通路１１間の隔壁１２の厚さは約０．２ｍｍである。

図２に示した変形例は流体通路１１の断面形状を円形としたものである。円形の径は１．２ｍｍである。又、図３に示した他の変形例は流体通路１１の断面形状を三角形としたものである。三角形の一辺の長さは１．５ｍｍである。第１実施例の吸着材が正方形断面で流体と接触する面積が広いのに対し、これらの変形例は同じ見かけ上の体積であっても、吸着に寄与する周囲壁の実体部の割合が変わる。更に製造時に混練された原材料を金型３のピン３１の隙間３２に圧入するときに、隙間３２の平均寸法を僅かに広くすることによって圧入抵抗を変えることができる。この様な流体通路１１の断面形状は他の異なる形状でもよく、又、流体通路１１自体をもっと密に集合させたり疎らなものとしても良いことはいうまでもない。図９に第1実施例の吸着材を浄水器に使用した事例を示す。水道のコック近傍の水の吐出通路にトラップ５を設け、内部に円筒形状に成形した吸着材１を収納した浄水器である。

第２実施例の吸着材は、製造方法並びに原材料は第１実施例とほぼ同じか炭素質粉末を少なくし、成形後の焼結工程に於いて１２００℃で焼結して、炭素質粉末を燃焼させて粘土等の無機質材料のみを残留させたものとする。このようにして得られた吸着材は、極めて多孔質に富んだ軽石類似の組織を有する吸着材となる。第１実施例の吸着材と比較して、色彩が無色に近くて無機顔料や金属粉末で着色して装飾兼用とすることが出来る。又、この第２実施例は、同様に無彩色の吸着材として初めから炭素質材料を混合することなく、無機質材料のみを用いて焼結して得た吸着材よりもはるかに大きい吸着能力を有するものとなる。図１０に第２実施例の吸着材の使用例を示す。この使用例は吸着材１を壁厚の板状に加工して住宅の壁面６の一部を形成させ、室内の空気浄化と装飾とを兼用させたものである。

図７に、第２発明に該当する吸着材の製造方法を実施するための製造装置の概略構造を示す。吸着材の原材料を供給するホッパー２ｈを具備するスクリュー型の押出機２の先端部の押し出し用ノズル２ｎに金型３が取り付けられている。金型３は、図４、図５、図６に示すように、周壁３４の内側に該周壁３４の基盤支持部３６に支柱３７によって出退方向に移動可能に取り付けられて周壁３４との間に原材料導通迂回路３５が形成されている基板３３に、吸着材１の筒状の流体通路１１と同一の断面形状を有するピン３１が、相互に僅かの隙間３２を隔てて多数並立立植されている構造を有している。炭素質材料粉末と無機質材料粉末との混合物、又は無機質材料粉末をバインダーと水等の原材料はホッパー２ｈから供給され、混和練成されて流動性のある混合物１３となる。押し出し用ノズル２ｎから押し出された流動性のある混合物１３は、原材料導通迂回路３５を通じてピン３１の隙間３２に連続して押し込まれ、金型３の出口に於いて前記ピン３１の跡が流体通路１１として残存する周囲壁１２の未硬化製品１４として取り出される。４は未硬化製品１４を乾燥若しくは焼結するための焼結設備である。ピン３１が立植されている基板３３を、混合物１３の粘度又は流動性に対応させて、支柱３７に沿って周壁３４に対し上下に移動させ、原材料導通迂回路３５の開口面積を変化させて混合物１３の圧入を容易とすることが出来る。図８は、図７に示した製造装置の変形例であって、押出機２と金型３を上下方向に配置して縦型構造とし、混合物１３を押し出す向きを下方向としたものである。

本発明の吸着材は、多孔性の吸着物質によって多数の流体通路が形成された構造であるから臭気や有毒ガスの吸着性、気体や水の浄化能力が大きく且つ吸着材本体で形状保持能力を有すると共に色彩感覚に優れたものとすることも出来るので、従来の吸着材より簡便に広範囲な用途に適用されう得る。又、製造方法並びに製造装置に関しても、専用のノズル部分を使用するのみで、押出機を初めとしその他の設備は全て通常構造のものでよいので、設備費は過大となることなく、しかも、連続的に能率よく製造されるので生産コストも多大なものとなることはないので、広範囲の産業分野で利用される可能性は大きいものである。

第1実施例の吸着材の外観構造を示す一部切り欠き斜視図。同、変形例の外観構造を示す一部切り欠き斜視図。同、他の変形例の外観構造を示す一部切り欠き斜視図。第１実施例の吸着材を製造する金型の一部切り欠き斜視図。同、平面図。同、側面半断面図。本発明の吸着材を製造する製造装置を示す概略説明図。同、他の構造の製造装置を示す概略説明図。同、吸着材の一使用例を示す構造説明断面図。同、他の使用例を示す斜視図である。

符号の説明

１吸着材
１１流体通路
１２周囲壁
１３混合物
１４未硬化製品
２押出機
２ｎノズル
２ｈホツパー
３金型
３１ピン
３２隙間
３３基板
３４周壁
３５原材料導通迂回路
３６基盤支持部
３７支柱
４固化焼結設備
５トラップ
６壁面

Claims

周囲壁(12)が多孔質の吸着性物質からなり、該周囲壁(12)に囲まれた微小な筒状の流体通路(11)が、縦、横、斜め方向に多数、密に平行して形成されて一塊となっている吸着材。
周囲壁(12)を形成する吸着性物質が、木炭、竹炭、獣炭等の炭素質材料粉末とセメント、防水モルタル、白土、粘土等の無機質材料粉末との混合焼結体である請求項１記載の吸着材。
周囲壁(12)を形成する吸着性物質が、木炭、竹炭、獣炭等の炭素質材料粉末とセメント、防水モルタル、白土、粘土等の無機質材料粉末との混合物を焼成して炭素質材料を焼尽した残りの無機質材料の焼結体である請求項１記載の吸着材。
周囲壁(12)を形成する吸着性物質が、セメント、防水モルタル、白土、粘土等の無機質材料粉末の焼結体である請求項１記載の吸着材。
押出機(2)の押し出し用ノズル(2n)の先端に、周壁(34)で囲まれ且つ周壁(34)に対し原材料導通迂回路(35)を形成するように保持されている基板(33)に、吸着材(1)の微小な筒状の流体通路(11)と同一の断面形状を有する細くて長いピン(31)が、相互に僅かの隙間(32)を隔てて平行に多数立植されている金型(3)が取り付けられており、炭素質材料粉末と無機質材料粉末との混合物、又は無機質材料粉末をバインダーと水とで混和練成した流動性のある混合物(13)を、押出機(2)から金型(3)の原材料導通迂回路(35)を通じてピン(31)の隙間(32)に連続して押し込む工程と、金型(3)の出口に於いて前記ピン(31)の跡が流体通路(11)として残存する周囲壁(12)の未硬化製品(14)を得る工程と、該未硬化製品(14)を乾燥させて、若しくは乾燥させた後に焼結して吸着材(1)とする工程とからなる吸着材の製造方法。
吸着材の原材料を供給するホッパー(2h)と、押出機(2)の押し出し用ノズル(2n)の先端に取り付けられた、周壁(34)で囲まれ且つ周壁(34)に対し原材料導通迂回路(35)を形成するように保持されている基板(33)に、吸着材(1)の微小な筒状の流体通路(11)と同一の断面形状を有する細くて長いピン(31)が、相互に僅かの隙間(32)を隔てて多数立植されている金型(3)とを具備する押出機(2)と、金型(3)から吐出された周囲壁(12)の未硬化製品(14)を乾燥させて固化若しくは乾燥させた後に焼結する設備(4)とからなる吸着材の製造装置。