JP2006271434A - 多機能性フィルター材 - Google Patents

Abstract

【課題】多孔質炭素繊維の吸着機能に加え、マイナスイオン放出並びに同時放射する遠赤外線の利用で抗菌及び消臭作用を図り、さらに光触媒機能材料を蒸着加工或いは溶射加工し、抗菌及び消臭作用を増加させた多機能性フィルター及び製造方法を提供する。
【解決手段】多孔質炭素繊維の織布及び不織布、フェルトの両面又は片面に、１）希有元素類を含む天然鉱物、２）前記天然鉱物とトルマリン若しくは遠赤外線セラミックの何れか一方を含む混合物、３）前記天然鉱物に光触媒機能材料を添加混合した混合物、４）前記２）の混合物に、更に光触媒機能材料を添加混合した混合物、をそれぞれに蒸着加工或いは溶射加工を施したフィルター材の構成とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、多機能性フィルター材に関し、多孔質炭素繊維の織布及び不織布の吸着機能に加えて、マイナスイオンの放出の持続的維持並びに同時放射する遠赤外線の利用で、抗菌作用及び消臭作用を図り、さらに光触媒機能材料により抗菌作用及び消臭作用を増加させた蒸着加工或いは溶射加工してなる消臭材、空気清浄材、抗菌材、水質浄化材等に有益なフィルター材に関する。

近年、空気環境や水環境に対する関心に非常に高まり、特に人間の生活空間における悪臭や悪細菌類の除去が必要不可欠の時代になってきた。悪臭の除去や水質の浄化方法として、一般に吸着性を利用した良く知られている物として、活性炭、ゼオライト、セピオライト、麦飯石等の多孔質のセラミックがあり、そのなかでも、吸着力の大きい活性炭が、悪臭除去や水質浄化の主流になり、また特殊なものとして、多孔質炭素繊維の織布或いは不織布があり、空気清浄材や水質浄化材として殆どのものが利用されている。

一方、悪臭の除去及び抗菌効果の方法として、注目されるようになってきたマイナスイオン効果を図った製品が多く市場にもみられるようになってきた。マイナスイオンを発生させる方法として、電気機械的に電子を発生させてマイナスイオンを発生させる方法と、放射性物質を含む希有元素鉱物を用いて、空気をイオン化させる方法が知られている。
悪臭除去の空気清浄器や、水質浄化の浄化器、特に、家庭用の蛇口に取り付ける小型浄化器として、塊状の活性炭を小さな網目容器に詰め込み、悪臭や水中の遊離塩素類を瞬時に通過させて、吸着除去するものであるが、殆どの悪臭や水中の遊離塩素類は高濃度でもあり、瞬時に、小型の容器に通過させても、大部分、吸着除去できていないのが現状である。全ての悪臭や水質浄化をするには、循環方式か、通過時間の長い大きな容器に詰め込むしかないのが現状である。唯一、タバコ煙除去として、電気機械式に、高電圧をかけて、マイナスイオンを発生させて、瞬時に、煙を除去する、大型の機械が各企業等に設置されている。しかし、一般家庭には、高価で、大型である為、普及していない。マイナスイオンの抗菌性及び消臭性を併せ持つ組成物や太陽光の光で、消臭作用と抗菌作用が得られる光触媒機能材料の先行技術が特許や出願或いは市場に販売されている。その中で代表的な下記の３件を挙げる。

特許第３０３５２７９号 静電気に帯電しにくい高分子化合物、並びに稀有元素類を含む鉱物、及び少なくともトルマリン若しくは遠赤外線放射セラミックのいずれか一方を含むマイナスイオンを放出すると同時に、遠赤外線を放射する樹脂組成物。 特開２０００−２３３１１３号公報（１）バインダーにより保持された吸着材が含まれる保持用不織布１と、該保持用不織布をその間に挟持する除塵用不織布２及び３とから成る３層の不織布から成る積層構造の脱臭フィルターであって、光触媒がバインダーに含まれていることを特徴とする脱臭フィルター。（２）前記吸着材は、活性炭を含むことを特徴とする脱臭フィルター。（３）前記バインダーは、熱可塑性のホットメルト型の粒状結着剤であることを特徴とする脱臭フィルター。（４）前記バインダーは、酸化チタンと該酸化チタンを接着保持する無機接着剤とを含むコーティング剤を含むことを特徴とする脱臭フィルター。（５）光触媒はバインダーの表面に存在していることを特徴とする脱臭フィルター。（６）バインダーに光触媒を含有させる工程、保持用不織布１を除塵用不織布３の上に載置し、保持用不織布１の上方より、前記工程で得られた光触媒を含有するバインダーと吸着材との混合物を散布する工程、次いで除塵用不織布２を保持用不織布１の上に載置し、加熱圧着することにより３層積層体とする工程を含むことを特徴とする脱臭フィルター。（７）前記記載の脱臭フィルターに、被脱臭成分を含むガスを接触させて被脱臭成分を吸着させる過程と、吸着した被脱臭成分を含むフィルターに光触媒を活性化させる波長の光を含む光を照射する過程とを含むことを特徴とする脱臭フィルターの利用方法。 光触媒といわれる数〜数百ｎｍの酸化チタンが、太陽光の紫外線にあたると、光電効果で電子が励起、電子と正孔が発生し、電子は、空気中の酸素を還元しスーパーオキサイドイオンに、正孔は表面の水分を酸化して水酸化ラジカルに変える。このスーパーオキサイドイオンと水酸化ラジカルは、強い酸化力を示し、この状態でチタニア表面に有機物が付着すると、スーパーオキサイドイオンが有機物の炭素を、水酸化ラジカルが水素を奪って分解する。こうした自浄作用が、抗菌作用及び消臭作用となるメカニズムとなっている。しかしながら、上記の光触媒は、太陽光の紫外線が当たらなければ光電効果が生じず、また、チタン表面の表面効果である為、離れたところでの抗菌作用及び消臭作用の効果は全く得られない大きな欠点があるものであった。 蒸着加工及び溶射加工は、一般に金属或いはガラス等に、単一のセラミックを直接コーティングする方法で、金属等の表面を改質して、高耐磨耗性、高耐熱性、高強度、防錆性などを得られるセラミックコーティング方法である。その蒸着加工方法及び溶射加工として、ＰＶＤ物理的蒸着法、ＣＶＤ蒸着法、レーザー蒸着法、溶射法が良く知られている。これらのうち、より接着強度が得られるプラズマを利用したプラズマ蒸着及びプラズマ溶射が良く知られている。

本発明において解決しようとする問題点は、高濃度の悪臭を除去する消臭材及び水中の遊離塩素類を除去する浄化材として、小型の容器或いは有形成形品たとえば、平板状型状に、通過させるだけで除去できる素材が必要になってきた点であり、また、活性炭粉末或いは活性炭を付着したフィルター或いは多孔質炭素繊維フィルターに代わる素材が必要になってきた。また、活性炭粉末或いは多孔質炭素繊維フィルターでは、抗菌性がない為、悪臭の除去と同時に、悪細菌も殺菌させるという素材が必要になってきた。また、光触媒の欠点である離れたところでも抗菌効果及び消臭作用が促進されるような素材が必要になってきた。

上記問題点に鑑みて、（１）吸着性のある多孔質の炭素繊維の織布及び不織布。（２）希有元素類を含む天然鉱物。（３）希有元素類を含む天然鉱物と、トルマリン若しくは遠赤外線放射セラミックの何れか一方を含む混合物。（４）希有元素類を含む天然鉱物或いは希有元素類を含む天然鉱物と、トルマリン若しくは遠赤外線放射セラミックの何れか一方を含む混合物に、光触媒機能材料を添加混合し混合組成物の、これらに着目して、多孔質の炭素繊維の織布及び不織布の両面或いは片面に、上記（２）或いは（３）の混合物或いは（４）の混合物を、蒸着加工或いは溶射加工したフィルター材が、吸着性を有し、マイナソスイオンの持続的放出と、運赤外線の放射の同時作用で、抗菌効果及び消臭効果を発揮でき、さらに光触媒作用で抗菌効果及び消臭効果を増加させて、太陽光があたらないところや夜間でも効果が発揮できるという多機能性の機能を見だされるフィルター材に到達した。

本発明において、多孔質の炭素繊維の織物及び不織布として、織布及び不織布を直接炭化賦活した活性炭素織布及び活性炭素不織布、繊維糸を直接炭化した活性炭素繊維を紡織及び不織布化した活性炭素織布及び不織布をいずれも使用することができる。市販品として、例えば、商品名カイノール 活性炭素クロス及び活性炭繊維不織布 日本カイノール社製を使用することができる。

本発明において、稀有元素類を含む鉱物として、フェルグソン石、モナズ石、ゼノタイム、コルンブ石、ベタホ石、サマルスキー石、タンタル石、ウラン石、方トリウム、ゴム石、ガドリン石等がある。これらの鉱石のうち、極微弱な放射線を放射し、人体に悪影響を及ぼさないとされているもの、及びマイナスイオン放出を励起している鉱物として、最も好ましくは、モナズ石を使用することができる。上記天然鉱石の粒径として、１ｍｍ以下に粉砕したものを使用することができる。最も好ましくは、平均粒径が３０ミクロン以下に粉砕されたものが、マイナスイオンの生成を減少させないうえで有益である。

本発明において、トルマリンとして、ショールトルマリン、リチウムトルマリン、ドラバイトトルマリン、ルベライトトルマリン、ピンクトルマリン、インデコライト、バライバトルマリン、ウォーターメロン等を使用することができる。上記トルマリンの粒径として、０．１ミクロンから１ｍｍに粉砕したものを使用することができる。最も好ましくは平均粒径１０ミクロン以下が混合するうえで有益である。上記配合部数として、樹脂固形分１００重量部数に対し、１００重量部数以下を配合することができる。最も好ましくは、５０重量部数以下の方が、マイナスイオンをより放出するうえで有益である。

本発明において、遠赤外線セラミックとして、２〜５０ミクロンの波長をもつ遠赤外線を放射率５０％以上放射している遠赤外線セラミックを使用することができる。遠赤外線セラミックの成分として、アルミナ、シリカ、ジルコニア、酸化ナトリウム、酸化マグネシウム、酸化鉄等を２種以上含む混合物を使用することができる。前記市販品として、商品名セラジット、ＯＫトレーディング製があり、マイナスイオンを増幅し、遠赤外線を高放射するうえで有益である。上記の配合部数として、稀有元素類を含む鉱物１００重量部１００重量部数に対し、１００重量部数配合することができる。最も好ましくは、５０重量部数以下が、マイナスイオンをより放出するうえで有益である。

本発明において、光触媒機能材料として、アナターゼ型二酸化チタン、ブルッカイト型二酸化チタン、アパタイト被覆酸化チタン、無機セラミック包含二酸化チタン等をいずれも使用することができる。アナターゼ型二酸化チタン及びブルッカイト型二酸化チタンの粒径として、５〜２００ｎｍに粉砕されたものを使用することができる。最も好ましくは、６〜３０ｎｍの方が電子を励起するうえで有益である。

アパタイト被覆二酸化チタンとして、上記二酸化チタンをアパタイト、すなわちリン酸カルシウムで被覆したものを使用することができる。市販品として、例えば、商品名アパタイト被覆酸化チタンＮＳＰ−００１ナノウェーブ製を使用することができる。無機セラミック包含二酸化チタンとして、無機セラミックの成分が、シリカ、アルミナ、酸化クロム、酸化ジルコニウム、ジルコニア、酸化イットリウム等の１種の合成セラミック或いは２種以上含む合成セラミックであり、また上記成分を含む天然鉱物である。上記の粒径として、平均３０ミクロン以下のものを使用することができる。市販品として、例えば商品名ライオナイト ライオン製を使用することができる。前記配合部数として、希有元素類を含む鉱物１００重量部数に対し、１００重量部数以下配合することができる。最も好ましくは、５０重量部数以下がマイナスイオンの生成を減少させないうえで有益である。

本発明において、蒸着加工として、セラミックを直接に接着加工できるＰＶＤ法（物理蒸着）加工のうち、真空蒸着加工及びイオンプレーディング蒸着加工及びスパッタ蒸着加工、ＣＶＤ法（化学蒸着）加工、レーザー蒸着加工、プラズマ溶射加工のいずれの蒸着加工方法を使用することができる。このうち最も好ましくは、ブラズマを利用したプラズマ蒸着を使用する方が、混合物を強固に接着コーティングできるうえで有利である。

本発明は、多孔質炭素繊維の織布又は不織布或いはフェルトの両面又は片面に、希有元素類を含む天然鉱物、或いは希有元素類を含む天然鉱物とトルマリン若しくは遠赤外線放射セラミックを含む混合物、或いは希有元素類を含む天然鉱物と光触媒機能材料の混合物、或いは希有元素類を含む天然鉱物とトルマリン若しくは遠赤外線放射セラミックの混合物に、さらに光触媒機能材料を添加した混合物を、直接に蒸着加工或いは溶射加工するこ物により、吸着力を有すると同時に、マイナスイオンを生成し、悪臭の除去、細菌の殺菌、水質の浄化が高効率で除去できる優れた効果を奏する。

以下に、実施例を挙げて、本発明を詳細に説明する。

実施例の試料の作成方法では、蒸着加工方法として、スパッタ法プラズマ蒸着方法のＥＣＲスパッタ装置を使用して、３ｍｍ厚のカイノール活性炭繊維不織布（日本カイノール製）に、表１及び表２に示した組成物を、塗布量約１０ｇ／ｍ² で、プラズマ蒸着加工をして、実施例１〜６の試料を作成した。表１及び表２の材料として、遠赤外線セラミックとして、セラジットＡＬ−Ｆ９ ＯＫトレーディング製を使用した。光触媒として、ＰＣ−１０１ チタン工業製のものを使用した。

イオン測定と遠赤外線放射測定
上記実施例１〜６のイオン測定を行なった。試料の大きさは、２０ｃｍ角とした。イオン測定方法は、小イオン測定方法として、イオンテスターＫＳＴ−９００ 神戸電波製を使用し、室温２５℃，湿度６０％の雰囲気で、マイナスイオンとプラスイオンを３分間の平均生成数／ｃｃを測定した。総イオン測定方法は、空気イオンテスターＩＣ−１０００ユニバーサル企画製を使用し、同じ雰囲気でマイナスイオンとプラスイオンを３分間の平均生成数／ｃｃを測定した。遠赤外線放射率の測定は、ＦＴＩＲ測定機，ＪＩＲ−Ｅ５００を使用し、試料温度３５℃の遠赤外線放射率を測定した。その結果を表３に示した。

上記の実施例のイオン測定の結果、実施例１〜６共に、プラスイオンよりもマイナスイオンの方が、大量に多く生成したものとなった。また、遠赤外線放射率では、実施例２，３，５，６が高放射するものとなった。

実用化試験
実施例及び比較例で作成した試料を使用して、抗菌試験及び消臭試験、並びに水質浄化試験をして、本発明をより明らかにする。

消臭試験
消臭試験として、検知管法を用いた。試験方法として、５リットルのテトラバックに実施例の試料５ｃｍ角及び所定濃度のアンモニア或いは硫化水素を充填して、１０分後の脱臭率を求めた。アンモニアガスの初期濃度として、１００ｐｐｍ、硫化水素ガスの初期濃度として、５０ｐｐｍとした。環境条件として、（１）ブラックライト照射時、（２）照明無しの暗黒の２方法で行った。その結果を、表４及び表５に示した。

消臭試験の結果、ブラックライト照射時では、実施例１〜６共、短時間で高効率に消臭した。さらに、実施例４，５，６出は、光触媒反応による消臭作用が増加した。照明無し出は、実施例１〜６ともに、差はなく高効率に消臭した。

抗菌試験
抗菌試験として、（財）日本紡績検査協会で試験を行なった。試験方法として、ＪＩＳ−Ｌ１９０２定量試験法を準拠した。試験菌株として、ＭＲＳＡ（耐性黄色ぶどう球菌）を使用した。環境条件として、（１）ブラックライト照射時、（２）照射無しの暗黒の２方法で行なった。その結果を、表６及び表７に示した。

上記の抗菌試験結果から明らかなように、実施例１〜６共に、高い抗菌性の性能を有することが明らかとなった。さらに、光触媒作用で、ブラックライト照射時では抗菌性が増加していた。

水質浄化試験
試験方法として、１００ｃｃのビーカーに各々の試料を入れ、ついで水道水を注ぎ、その直後に、水道水中の遊離塩素を、オルトトリジン法の簡易測定遊離塩素測定キット（井内盛栄堂製）を用いて測定した。その結果を、表８に示した。

上記の水質浄化試験結果から明らかなように、実施例１〜６共に、瞬時に水道水中の遊離塩素が無くなったことが明らかとなった。この現象は、吸着力とマイナスイオンの遊離塩素の分解が同時に起こったことが明らかである。

比較例
本発明をより明らかにするため、比較例を示して実施例の作用効果を明らかにする。

比較例の試料として、実施例で用いたカイノール活性炭不織布を使用した。

消臭試験
比較例の消臭試験方法は、実施例と同じ方法で行なった。その結果を、表９及び表１０に示した。

その結果から明らかなように、いずれも脱臭率５０〜５５％で実施例よりも半減して、短時間では脱臭できないものであった。

抗菌試験
比較例の抗菌試験方法は、実施例と同じ方法で行なった。その結果を表１１及び表１２に示した。

その結果から明らかなように、比較例は全く抗菌効果のないものであった。

水質浄化試験
水質浄化試験方法として、実施例と同じ方法で行なった。その結果を表１３に示した。

その結果から明らかなように、比較例は瞬時には遊離塩素が除去できないもので、実施例よりも半減していた。

Claims (4)

1. 多孔質炭素繊維の織布又は不織布及びフェルトの両面或いは片面に、希有元素類を含む天然鉱物を、蒸着加工或いは溶射加工してなることを特徴とする多機能性フィルター材。
2. 多孔質炭素繊維の織布又は不織布の両面或いは片面に、稀有元素類を含む天然鉱物と、トルマリン若しくは遠赤外線セラミックのいずれか一方を含むマイナスイオンを放出すると同時に遠赤外線を放射する混合物を、蒸着加工或いは溶射加工してなることを特徴とする多機能性フィルター材。
3. 多孔質炭素繊維の織布又は不織布の両面或いは片面に、稀有元素類を含む天然鉱物に、光触媒機能材料を添加混合し、抗菌作用及び消臭作用を増加させた混合物を、蒸着加工或いは溶射加工してなることを特徴とする多機能性フィルター材。
4. 多孔質炭素繊維の織布又は不織布の両面或いは片面に、稀有元素類を含む天然鉱物と、トルマリン若しくは遠赤外線セラミックのいずれか一方を含むマイナスイオンを放出すると同時に遠赤外線を放射する混合物に、光触媒機能材料を添加混合し、抗菌作用及び消臭作用を増加させた混合物を、蒸着加工或いは溶射加工してなることを特徴とする多機能性フィルター材。