JP2005262157A - 調湿、脱臭材とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 從来技術による調湿材は、吸湿能力が小さく脱臭機能は殆どなかった。またその原材料は新材料を用いるのでコストが非常に高かった。本発明は、調湿材料の原料として廃棄物を用い、調湿能力も大で、而も脱臭機能もかね備え、かつ、同性能ならばコストも從来の数分の１と桁外れに安くなる、新規かつ進歩性ある調湿、脱臭材とその製造方法を創出提供することを課題とする。
【解決手段】 上記課題を解決するため本発明は、先ず原料に木質廃棄物を用い、その中に硫酸ないし硫酸塩を作用させた後、セルロ−ス質のみを燻焼炭化させることにより、究極的に吸湿能力と持続時間を従来の倍以上にしかつ脱臭機能も兼有させることに成功した。更に、同一吸湿能力ならばコストを約１／５と画期的に引き下げることにも成功したのである。
【選択図】 図１

Description

本発明は一般住宅や畜舎、倉庫など閉鎖された空間における調湿と脱臭を兼ね備えた
た製品を廃棄物を資源として製造する新技術であって進歩的環境技術に関する。

１）従来、無機質の調湿剤はシリカゲル、珪藻土、セビオライトが代表的なものであり、特にシリカゲルはシラノ−ル基による化学的な作用も兼ね備え、湿度８０％において自重の約３５％もの湿分を吸湿する高性能のものである。珪藻土、セビオライトは主として微細気孔による物理的な吸着であるが、自重の１２〜１５％の湿分を吸着するものである。 ２）活性炭や木炭は吸湿と脱臭の機能を持つ材料として生活環境に定着しているが、疎水性の炭素質材料は前記無機質材料ほどの吸湿性はないが放湿しやすい特徴を持つている。また、臭気成分の様な分子径の小さいものには効果的である。
以上の様に無機材料と木炭質のものは吸湿と同時に放湿にそれぞれ特徴を持っているが、調湿という機能についてはそれぞれ欠点を持っている。
３）調湿、脱臭材の従来例としては、本発明者においても次のような調湿及び脱臭材料について提案出願している。
特願２０００−０６５９９４は、廃棄物としての野菜屑、穀物屑、肉類屑、海草屑、魚類屑、などの農水系資源を、４００〜８００℃で炭化させて炭材とし、これに銅、鉄、マンガン、亜鉛のうちより選ばれた１種以上の硫酸塩の水溶液を吸着させ、金属イオンを添着させて、乾燥し、粉砕した後、水溶性ポリビニ−ルアルコ−ル及び／又は焼セッコウを結合剤として、粒状に成形し乾燥硬化させた炭化物及びその製造方法である。
特願２００１−２１１６０４は、農水系廃棄物を発酵処理するに当たり、リグニン質を分解させない未完熟の一次発酵処理物を炭化して物理的吸着能の高いカ−ボンに多量の結合水をもち過飽和状態となる、ＣａＣｌ2、ＭｇＣｌ2、ＭｇＳＯ4 などの化学吸着剤を
加えて保水容量を大きくしＣｌやＳＯ2 イオンによる防カビ、殺菌性を持った調湿剤として、住宅床下に水蒸気を一次貯留させた後乾燥条件に応じて湿度を供給するものである。特願２００１−１５８１０９は気泡コンクリ−ト（ＡＬＣ）を塩化マグネシウム・ナトリウム（ＭｇＣｌ2・２ＮａＣｌ）に浸漬しこれを焼成し、更にこれを湿潤させて造粒し硬化養生することにより調湿材料が形成されるものである。

特願２０００−０６５９９４；特開２００１−２５２５５８ 特願２００１−２１１６０４；特開２００３−２４９１７ 特願２００１−１５８１０９；特開２００２−３４８９７５

本発明は廃棄物資源から低コストで入手出来る木炭質の吸放湿特性を研究し、まず炭化処理の温度によって性能が著しく変化することを発見した。即ち、木質の大部分を占めるセルロ−ス質のみを炭化したものは一般調湿炭や活性炭の２倍以上の吸湿性を持つことを確認した。セルロ−ス質は１５０℃位の低温度で炭化するが、加熱すると自己燃焼発熱を起こして急速に着火して灰になるものであるが、リグニン質に結合保水している水分は、３５０℃を超えないと分解しないものである。
第１の課題はセルロ−ス質に着火させずに、リグニン質を残して炭化させる方法である。第２の課題は脱臭機能を与えることである。活性炭の様に物理的な吸着では持続性がないため、前記成分と化学的に反応し分解させるものが必要である。
第３の課題は用途目的に応じて成形体や塗装材料とするためのバインダ−の選択である。

本発明は上記の如く従来技術の欠点を除去し、かつ全く新規に着目した調湿脱臭材の機能を付与し、而も廃棄物を利用資源化した進歩性ある調湿脱臭材とその製法を創出し提供することを課題とするものである。

本発明は上記の課題を解決するために、前記請求項１〜６の構成手段を創出するものである。以下該手段について、具体的詳細に説明を加える。
第１の課題解決の手段はセルロ−スのみを炭化することであり、いわゆる焙焼、燻焼であり、１５０〜２００℃の温度範囲で均一に加熱することである。これらを工業的に効率良く加熱する方法として赤外線吸収加熱を選択した。セルロ−ス質の赤外線吸収は３〜６μｍのところにあり、水の吸収とほぼ波長範囲にあることは好都合であり、水の蒸発と併行して炭化が進行することになる。赤外線照射体の表面温度は３５０℃以下の温度として処理時間によって調整する。
第２の課題解決の手段はリグニンと硫酸または硫酸塩を反応させてスルホン化することである。スルホン酸は遊離の酸基を持つ酸性のものであり、吸湿性を持ち、またアンモニア等とは反応しやすいものである。前記請求項１は加熱処理前に希硫酸水溶液を吸着させて加熱するものである。加熱過程において水熱状態となった亜流酸はリグニン質と効率よく反応する。また、前記請求項２は硫酸銅または硫酸鉄の１種以上の水溶液を用いる。これらは何れも約２００℃で分解してＳＯ3を放出してリグニンと反応し、リグニンスルホン酸銅或いはリグニンスルホン酸鉄塩となる。銅や鉄は触媒として効果の持続性を改善するものである。
第３の課題解決の手段は商品としての形態である。前記請求項５は焼セッコウをバインダ−として粗粒状に圧縮成形するものであり、商品の流通上ユ−ザ−の好まれる形態とするものである。
前記請求項６は壁面上に塗装して面としての機能を与えた場合はセッコウセメント系水硬性材料または水溶性高分子材料を粉末状態としてプレミックスしたものとする。
以上、何れもセッコウをバインダ−とする理由はセッコウ自身が吸収性の高い材料であるからである。

１）従来の吸湿、脱臭材は例えば活性炭のように、３５０℃を超えないと、リグニン質に結合保水している水分は分解しないから、処理温度が比較的高く、製造コストも高いが、これに対し本発明では、硫酸塩等を使用するなどにより、約２００℃と比較的低温度で処理できるから、熱コストは従来よりも大幅に安くなるという効果が得られる。
２）従来の吸湿、脱臭材は、通常新原料から製造するので、それだけコストが高いが、本発明では原料に廃棄物を用いるから、従来技術よりも、コストが遙に安く、同一性能ならば、そのコストは従来の約１／５と画期的に安いという特大の効果も得られる。
３）従来技術による吸湿材は、木質繊維中のリグニンもセルロ−ズも炭化して製造するけれども、これと異なり本発明ではセルロ−ズ質のみを炭化する方法を取るので、出来た製品が、従来品の２倍以上の吸湿性を有するという画期的な効果が得られる。
４）更に、本発明では、セッコウをバインダ−とする方法を使用するものであるが、セツコウ自体にも吸湿性があるから、結局本発明品は、従来技術による吸湿材の約３倍の大なる吸湿力を有するという特別顕著かつ進歩的効果を有するものである。

発明を実施するための形態

木チップ、木粉、穀物皮類を予め細紛化し天然乾燥し、含水率を半分位にする。硫酸類類の水溶液を添加し混合した後加熱する。加熱により急速にセルロ−スを分解させ、自己発熱させて、燻焼炭化させ、黒色の炭材とし、大気中に置くと更に自己発熱して水蒸気を放出し本発明の目的製品を得ることができる。

１）木チップ、木粉或いは穀物皮類は予め約３ｍｍ以下の粒度に細紛化する。これらの資源の含水率は５０％以上８０％にも達するが、天然乾燥されると約５０％まで低下する。この約５０％のものに硫酸、硫酸塩を水溶液として２０〜３０％の範囲で添加して吸着させて、平均７０〜８０％の含水率のものにして加熱する。
本実験によると水分８０％の木チップを２００℃で燻焼炭化してみると重量比炭材として１５〜１７％が得られる。木材に含まれるセルロ−ス分は４０〜５０％でありリグニン質は１５〜２０％であるから、炭化したものにはリグニン質として約１５〜２０％が残っていることになる。
本発明において添加する硫酸または硫酸塩の添加量は、製造作業の安全性から５％以下の水溶液の状態が好ましく、また未反応の亜硫酸による設備への影響から５％水溶液を２０〜３０％吸着させるという範囲が適切である。
２）硫酸または硫酸塩水溶液を吸着させた吸水率８０％の被熱物を３５０℃に加熱されたコ−デイライト質のセラミックスからなる赤外線照射板の下に置いて攪拌しながら加熱処理をした結果は以下の表１に示す通りである。

以上のように加熱によって急速にセルロ−スの分解が始まり、自己発熱を誘発して水蒸気の蒸発とほぼ並行して炭化が進行した。７分間加熱のものは含水率２２％を残しているのに全体は黒色の炭材となり、装置から取り出して大気中に置くと自己発熱によって水蒸気を放出して本発明の目的製品を造ることができた。
工業生産においては耐熱性のベルトコンベア−上へ処理物を層厚５０〜１００ｍｍに積層して赤外線放射空間を攪拌させながら約７〜８分間処理した後、大気中で約１時間脱水熱成させて炭化材として取り出すものである。
３）炭化処理物はリグニン質が残っている為、最初の形を保ったままの状態で生成されることは炭材としての一つの特徴であり、このまま畜舎敷料や或いは袋に入れて水処理剤として使用することも出来るが、輸送中の粉化などが起こるため少量の焼セツコウを加えて粒状の成形体にすることが好ましいものである。
また壁面などの平面上で利用する場合は塗装、或いは塗り壁用としてプレミックスの粉体混合物として供給するが、バインダ−としてセッコウ、セメントなどの水硬性材料と塗膜の強度向上や粘性を加えるため、メチルセルロ−スやＰ．Ｖ．Ａなど水溶性の高分子粉末を加えて調整する。

実験経過と実施例の効果

１）本発明によって製造された製品の調湿特性を市販の代表的材料である木炭、セピオライトと比較して測定した。その結果を図１に示す。
湿度４０〜８５％、温度２５〜２６℃
材料は住宅床下調湿材として市販されているものを使用した。

以上の結果から一般に広く使用されている調湿木炭は炭化履歴によって性能は大きく変化するが、吸湿性は極めて小さく、かつ放湿性も悪いものであった。
セピオライトは床下調湿材としては価格の高い最も吸湿性の高いものであり、約１５％の吸放湿性を規則正しくくり返すものである。また、スルホン化処理をしたものは約５％の吸放湿性の向上が認められた。
２）アンモニアの脱臭効果
アンモニアガス濃度２０ｐｐｍ、流量０．５リットル／分の容器内に活性炭と本発明品をそれぞれ１．０ｇ入れて時間の経過と濃度の低下を測定した。
グラフの表示に次のマ−クを使用した。その結果を図２に示す。
活性炭 ；市販粒状品 ◆
本発明品；硫酸銅添加処理物■

以上のように従来技術の活性炭は約２時間で吸着飽和し、４時間径過後は殆ど効果を示さないものであった。
これに対し、本発明品は１０時間経過後も効果を持続するものであり、本発明において設計した理論、すなわち酸性のスルホン酸塩とアンモニアの化学反応の効果と共に触媒銅イオンによる分解作用が起こった結果と判断される。
以上のように本発明品は廃き物を資源とし、わずか２００℃の低温度で７〜１０分の短時間で生産できるものであり、性能同等の従来製品の約１／５の低コストで製造できるという画期的新製品である。

本発明は一般住宅や畜舎、倉庫など閉鎖された空間における調湿と脱臭を兼ね備えた
た製品を廃棄物を資源として製造する新技術であって進歩的環境技術に関するものであ り、産業上の利用可能性は多方面に亘る。

従来品よりも本発明品は、経過時に対資し湿分の吸放質量が大であることを示す説明図。 従来の活性炭は吸着力が短時間でなくなり、本発明品は長時間持続することの説明図。

Claims (5)

1. 木質材料及び／又は穀物皮類であって、リグニン質を含む炭水化物に希硫酸水溶液を吸着させたものを、２００〜３００℃の温度範囲でセルロ−ス質を燻焼炭化させてあることを特徴とする調湿、脱臭材。
2. 木質材料及び／又は穀物皮類であって、リグニン質を含む炭水化物に、硫酸銅及び／又は硫酸鉄の水溶液を吸着させたものを、２００〜３００℃の温度範囲でセルロ−ス質を燻焼炭化させてあることを特徴とする調湿、脱臭材。
3. 木質材料及び／又は穀物皮類であって、リグニン質を含む炭水化物に、加減水して、含水率を５０％以下に調整した後、濃度３〜７％の希硫酸水溶液又は硫酸銅もしくは硫酸鉄の１種以上の５〜１０％の水溶液を散布吸着させ、次いで波長３μｍ以上の赤外線照射空間において赤外線を吸収して自己発熱させ、セルロ−ス質を燻焼炭化させることを特徴とする調湿、脱臭材の製造方法。
4. 木質材料及び／又は穀物皮類であって、リグニン質を含む炭水化物に、加減水して、含水率を５０％以下に調整した後、濃度３〜７％の希硫酸水溶液又は硫酸銅もしくは硫酸鉄の１種以上の５〜１０％の水溶液を散布吸着させ、次いで波長３μｍ以上の赤外線照射空間において赤外線を吸収して自己発熱させ、セルロ−ス質を燻焼炭化させる製造方法で製造された調湿、脱臭材を、更に粉砕して粉体として、これに焼セッコウをバインダ−として均一に加えた後、粒状に成形することを特徴とする調湿、脱臭材の製造方法。
5. 木質材料及び／又は穀物皮類であって、リグニン質を含む炭水化物に、加減水して、含水率を５０％以下に調整した後、濃度３〜７％の希硫酸水溶液又は硫酸銅もしくは硫酸鉄の１種以上の５〜１０％の水溶液を散布吸着させ、次いで波長３μｍ以上の赤外線照射空間において赤外線を吸収して自己発熱させ、セルロ−ス質を燻焼炭化させる製造方法で製造された調湿、脱臭材を、更に粉砕して粉体として、これに粉体のセッコウ、セメント類を含む水硬性材料及び必要により水溶性高分子材料を加え混合して均一なプレミックス粉体とすることを特徴とする塗装用調湿、脱臭材の製造方法。

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