JP2007268440A - 吸着シート及び吸着エレメント - Google Patents

Abstract

【課題】活性炭を含有した吸着シート及び吸着エレメントにおいて、耐熱性、強度及び吸着性能の優れた、そして紙厚が薄くて、密度の高い物を提供することを課題とする。
【解決手段】活性炭、自己固結性を有する粘土鉱物繊維、ガラス繊維、及び有機バインダーを含有することを特徴とする吸着シート。

Description

本発明は、空気中に含まれる有機溶剤を、吸着材を用いて吸着除去する吸着シート、吸着エレメント及びその製造方法に関するものである。

化学工場等、有機溶剤を多く使用する設備においては、有機溶剤が外部に排出されることを防止するため有機溶剤除去設備が必要とされており、有機溶剤を除去する方法として、活性炭等の吸着材を使用する方法が多く採用されている。そして、吸着材は一般にシート化して使用されており、シートを形成する材として、耐熱性が高い無機繊維が一般的に使用されている。しかしながら、無機繊維は比重が高くなり、紙厚は薄くなり、密度を高くすることはできるが、吸着材の担持能力が低く、吸着材含有重量比率が低下するという問題があった。そこで、吸着材担持能力を高めるため、例えば活性炭とフィブリル化した難燃繊維が混合されたシートが開示されている（例えば特許文献１参照）。しかしながら、かかるシートは、比重の軽い柔軟な有機繊維を使用するため、活性炭の担持性に優れるものの、嵩高となるため、シートの厚みが大きくなり、密度が低下するという問題があった。更に、如何に耐熱性が高い有機繊維といえども、耐熱性に問題が生じやすかった。
特公平６−１０４３５０号公報

本発明はかかる事情に対して、活性炭を含有した吸着シート及び吸着エレメントにおいて、吸着性能の優れた強度の強い、そして紙厚が薄くて、密度の高いシート及びエレメントを提供することを課題とするものである。

本発明者らは上記課題を解決するため、鋭意研究した結果、遂に本発明を完成するに至った。即ち本発明は、（１）活性炭、自己固結性を有する粘土鉱物繊維、ガラス繊維及び有機バインダーを含有する事を特徴とする吸着シート、（２）前記活性炭のシートに含まれる量が６０〜８５重量％である事を特徴とする（１）記載の吸着シート、（３）前記自己固結性を有する粘土鉱物繊維が、繊維径が０．１〜０．５μｍで、繊維長が１〜５０μｍのセピオライトまたはウォラストナイトまたはパリゴルスカイトであり、該粘土鉱物繊維のシートに含まれる量が５〜３５重量％である事を特徴とする（１）又は（２）記載の吸着シート、（４）前記ガラス繊維の繊維径が１〜１０μｍで、繊維長が２ｍｍ〜５ｍｍであり、該ガラス繊維のシートに含まれる量が５〜３５重量％である事を特徴とする（１）乃至（３）いずれかに記載の吸着シート、（５）前記有機バインダーが、ＰＶＡ系バインダー、ポリアクリロニトリル系ポリマー、ポリエチレン系ポリマー、ポリエステル系ポリマーから選ばれた少なくとも一種又は数種のポリマーであり、該有機バインダーのシートに含まれる量が５〜１５重量％である事を特徴とする（１）乃至（４）いずれかに記載の吸着シート、（６）（１）乃至（５）いずれかの吸着シートがハニカム状構造に成形されたことを特徴とする吸着エレメント、である。

本発明の吸着シートは、活性炭と自己固結性を有する粘土鉱物繊維とガラス単繊維と有機バインダー含有することで吸着材の含有重量比率が極めて高く、有機溶剤の吸着性能が極めて優れており、強度が強く、紙厚が薄くて、密度が高くなるという極めて優れた利点がある。

以下本発明を詳細に説明する。
本発明の吸着シートに用いる吸着材は活性炭であることが好ましい。活性炭は１０〜１００Åの細孔径と１０００〜２０００ｍ²／ｇの比表面積を有する吸着材であり、特に有機溶剤の吸着能力が高く、また吸着した有機溶剤を脱着する際の脱着性にも優れる吸着材だからである。

本発明の吸着シートは、自己固結性を有する粘土鉱物繊維を含有することが好ましい。本発明者等は、骨格材として自己固結性を有する粘土鉱物繊維を使用することで、シートへの活性炭担持性が優れ、更に自己固結性にて焼成後の強度が著しく優れることを見いだしたからである。すなわち、自己固結性を有する粘土鉱物繊維は、高温で加熱した際に脱水しセラミック化してバインダーとして効果を発現し、吸着材を多く担持する能力を発揮する。そして、当該骨格材は耐熱性が極めて優れ、また温度変化による物性変化も殆ど見られないため、実用において繰り返される脱着工程において、高温・高温度差の条件で吸脱着を施すことが可能となるため、吸着材である活性炭のポテンシャルを余すことなく引き出すことができる。なお、本発明でいう自己固結性を有する粘土鉱物繊維とは、含水ケイ酸塩鉱物であり、加熱すると脱水作用により硬化する微細繊維状の鉱物をいう。

本発明の吸着シートは、ガラス繊維を含有することが好ましい。ガラス繊維を含有することによりシートの柔軟性や強度が向上するからである。すなわち、吸着材が粒子状の場合、引張り強度の著しく強い単繊維であるガラス繊維を含有させることで、シートの基材となったガラス繊維に活性炭と粘土鉱物繊維が保持される事でシートが形成され、ガラス繊維によって充分や柔軟性と強度を発現することができる。

本発明の吸着シートは、有機バインダーを含有することが好ましい。有機バインダーを含有することにより、活性炭を多く担持することができるからである。

本発明のシートに使用する活性炭の形状は粒子状、繊維状であることが好ましい。形状が粒子の場合は、平均粒径０．１〜３０μｍの範囲であることが好ましく、より好ましい範囲は２．０〜１５μｍである。０．１μｍ以上であればシートを作成する際の取り扱い性に優れ、更に湿式抄紙法等でシートを作成する際のゼオライト担持性が高くなり、一方で３０μｍ以下とすることにより活性炭の脱落を有効に防止することができるからである。

本発明の吸着シートの活性炭の含有量は、吸着性能及び吸着材の脱落、シートの強度のバランスから、６０〜８５重量％の範囲が好ましく、吸着性能を重視すると７５〜８０重量％がより好ましい。

本発明の吸着シートに用いられる自己固結性を有する粘土鉱物繊維の種類は特に限定されるものではないが、吸着材担持性能と焼成後の強度面からセピオライトまたはウォラストナイトまたはパリゴルスカイトが好ましい。また、自己固結性粘土鉱物繊維の繊維径は０．１〜０．５μｍで繊維長が１〜５０μｍの範囲であることが好ましく、より好ましくは繊維径が０．１〜０．２μｍで繊維長が１〜３０μｍである。かかる範囲であれば、吸着材担持性能、強度、及びシート作成時等の取り扱い性に優れる一方で、高温で焼成する際の時間を短縮することができるからである。

このように、骨格繊維として従来に比べて繊維径と繊維長の極めて小さいものを使用することで、その微細繊維の効果でゼオライト担持性が優れ、紙厚が薄く、密度の高いシートを得ることができる。

また、粘土鉱物繊維のシートに含まれる量は、５〜３５重量％の範囲が好ましく、吸着材のシートの含有重量比率を考慮すると５〜２５重量％がより好ましい。かかる範囲内であれば、吸着材担持能力が高まると同時に、吸着材が存在するスペースを確保できるため、吸着シート全体における吸着材担持量を高くすることができるからである。

本発明の吸着エレメントの製造方法の実施形態は、活性炭と自己固結性を有す粘土鉱物繊維とガラス繊維と有機バインダーを含有するシートを作成したのち、該シートをハニカム状構造に成形し、該ハニカム状吸着エレメントに無機接着剤を添着し、４００〜８００℃の温度で３０分以上焼成して製造することが好ましい。

本発明の吸着シートに用いられるガラス繊維は、シートの柔軟性や強度のバランスから、繊維径は１〜１０μｍであることが好ましく、繊維長は２〜５ｍｍであるものがより好ましい。かかる範囲のガラス繊維を用いることにより、自己固着性繊維との存在と相まって、担持力・強度・柔軟性に優れたシートが得られる。

本発明の吸着シートに用いられる有機バインダーは、ＰＶＡ系ポリマー、ポリアクリロニトリル系ポリマー、ポリエチレン系ポリマー、ポリエステル系ポリマーが好ましいが、吸着材と骨格繊維をバインダー効果にて接合できるものであれば特に限定されるものではない。

本発明の吸着シートに用いられる有機バインダーの量は、５〜１５重量％の範囲が好ましく、吸着材のシートの含有重量比率を考慮すると５〜１０重量％がより好ましい。５重量％未満では吸着材の担持能が不足し、１５％以上では吸着材の使用量を少なくしなければならない不都合が生じ、更に焼成後の強度が著しく低下する為である。

本発明の吸着シートの厚みは、０．１〜０．５ｍｍの範囲であることが好ましく、より好ましくは０．１〜０．３ｍｍの範囲である。厚みが０．１ｍｍ以下であればシートの強度が著しく低下しシートの成形性が低下し、また後加工においてハニカム状等の吸着エレメントに加工する事が出来なくなり、０．５ｍｍ以上であればシートをハニカム状等に加工した吸着エレメントの圧損が高くなる為である。

本発明の吸着シートの坪量は、２５〜２００ｇ／ｍ²の範囲でることが好ましく、より好ましくは４０〜１５０ｇ／ｍ²の範囲である。坪量が２５ｇ／ｍ²以下であれば紙厚みが薄くなりシートの強度が著しく低下しシートの成形性が低下し、また後加工においてハニカム状等の吸着エレメントに加工する事が出来なくなり、２００ｇ／ｍ²以上であれば紙厚みが高くなりハニカム状等に加工した吸着エレメントの圧損が高くなる為である。

本発明の吸着エレメントの構造であるハニカム状構造体は、円柱状もしくは円筒状に形成されたハニカム構造体が好ましい。円柱状とは、心材にハニカムを巻き付けてローター状にした形状の事を指し（図１）、円筒状とは、平行にガスが通記するようにハニカムを複数積層し、処理ガスが中心から径方向に向かって通気するようにハニカム積層体を円周に配置する形状を指す（図２）。これら円筒状、円柱状に吸着ゾーン及び再生ゾーンを設け、中心軸を中心に回転させ、吸着と再生の処理を効率よく連続に行う事ができる。ハニカム状は、フェルト状や粒状と比較して、ミストやゴミによる目詰まりの防止、低圧損化、軽量化の点で優れている。

以下、実施例及び比較例を用いて本発明を具体的に説明する。
なお、本発明における吸着シートの諸特性の測定法は次の通りである。

（吸着シートに含まれる吸着材の含有重量比率Ｇの測定方法）
Ｇ（重量％）＝（ａ／Ａ）×１００
ここでａは吸着材シートの吸着率（重量％）
Ａは吸着材単体の吸着率（重量％）

（吸着シートの吸着率の測定：（ＪＩＳ−Ｋ−１４７４に準ずる））
吸着試験用Ｕ字管に吸着素子を入れ温度３０℃±０．５℃に調節した水分蒸気吸着試験装置（図３）に相対湿度６０ＲＨ％の空気を流し６０分間吸着させ、吸着素子の重量増加を測定する。吸着率ｑは次式で求める。
ｑ（重量％）＝Ｐ／Ｓ×１００
ここでＰは吸着シートの増量（ｇ）
Ｓは吸着シートの質量（ｇ）

（引っ張り強度の測定方法）
ＪＩＳＰ−８１１３「紙および板紙−引っ張り特性の試験方法」に準じて測定した。シートの幅は２０ｍｍ。

（実施例１）
活性炭として粒径が１０μｍの椰子殻活性炭の粉末を７０重量％と粘土鉱物繊維として繊維径が０．１μｍで繊維長が１μｍのセピオライトを１０重量％とガラス繊維として繊維径が６μｍ×３ｍｍのガラスファイバーを１０重量％と有機バインダーとしてＰＶＡ（（株）クラレ製ＶＰＢ−１−５−２）を１０重量％の比率で、坪量１２５ｇ／ｍ２となる重量にて湿式抄紙装置を使いシートを作成した。このシートのトルエン吸着率をＪＩＳ−Ｋ−１４７４に準じて測定した結果、吸着温度３０℃、湿度６０ＲＨ％、トルエン３０００ｐｐｍの条件で３５重量％である優れた結果を得た。またシートの引っ張り強度も３．８ｋｇｆ／２０ｍｍと強く、紙厚が０．２７ｍｍと薄くて、密度が０．４６ｇ／ｃｍ３と高密度で、柔軟性に優れたシートである結果を得た。このシートは有機溶剤の吸着率が高く、強度の強い、紙厚が薄く、密度の高い特徴を有している。

（実施例２）
活性炭として粒径が１０μｍの椰子殻活性炭の粉末を７０重量％と粘土鉱物繊維として繊維径が０．１μｍで繊維長が１μｍのパリゴスルカイトを１０重量％とガラス繊維として繊維径が６μｍ×３ｍｍのガラスファイバーを１０重量％と有機バインダーとしてＰＶＡを１０重量％の比率で、坪量１２５ｇ／ｍ２となる重量にて湿式抄紙装置を使いシートを作成した。このシートのトルエン吸着率をＪＩＳ−Ｋ−１４７４に準じて測定した結果、吸着温度３０℃、湿度６０ＲＨ％、トルエン３０００ｐｐｍの条件で３５重量％である優れた結果を得た。またシートの引っ張り強度も３．８ｋｇｆ／２０ｍｍと強く、紙厚が０．２７ｍｍと薄くて、密度が０．４６ｇ／ｃｍ３と高密度で、柔軟性に優れたシートである結果を得た。このシートは有機溶剤の吸着率が高く、強度の強い、紙厚が薄く、密度の高い特徴を有している。

（実施例３）
活性炭として粒径が１０μｍの椰子殻活性炭の粉末を７０重量％と粘土鉱物繊維として繊維径が０．２μｍで繊維長が５０μｍのセピオライトを１０重量％とガラス繊維として繊維径が６μｍ×３ｍｍのガラスファイバーを１０重量％と有機バインダーとしてＰＶＡを１０重量％の比率で、坪量１２５ｇ／ｍ２となる重量にて湿式抄紙装置を使いシートを作成した。このシートのトルエン吸着率をＪＩＳ−Ｋ−１４７４に準じて測定した結果、吸着温度３０℃、湿度６０ＲＨ％、トルエン３０００ｐｐｍの条件で３５重量％である優れた結果を得た。またシートの引っ張り強度も３．８ｋｇｆ／２０ｍｍと強く、紙厚が０．２８ｍｍと薄くて、密度が０．４５ｇ／ｃｍ３と高密度で、柔軟性に優れたシートである結果を得た。このシートは有機溶剤の吸着率が高く、強度の強い、紙厚が薄く、密度の高い特徴を有している。

（比較例１）
活性炭として粒径が１０μｍの椰子殻活性炭の粉末を７０重量％とフィビリル化したケブラー繊維を１０重量％とガラス繊維として繊維径が６μｍ×３ｍｍのガラスファイバーを１０重量％と有機バインダーとしてＰＶＡを１０重量％の比率で、坪量１２５ｇ／ｍ２となる重量にて湿式抄紙装置を使いシートを作成した。このシートのトルエン吸着率をＪＩＳ−Ｋ−１４７４に準じて測定した結果、吸着温度３０℃、湿度６０ＲＨ％、トルエン３０００ｐｐｍの条件で３５重量％である優れた結果を得た。またシートの引っ張り強度も３．９ｋｇｆ／２０ｍｍと強い結果が得られたが、紙厚が０．４０ｍｍと厚くて、密度が０．３１ｇ／ｃｍ３と低い結果を得た。このシートは有機溶剤の吸着率が高く、強度も強いが、嵩高な有機繊維を使用している事で、実施例に比べて、紙厚が厚く、密度の低くなってしまう。

（比較例２）
活性炭として粒径が１０μｍの椰子殻活性炭の粉末を７０重量％と繊維径が２．６μｍで繊維長が１〜２５０ｍｍのセラミック繊維を１０重量％とガラス繊維として繊維径が６μｍ×３ｍｍのガラスファイバーを１０重量％と有機バインダーとしてＰＶＡを１０重量％の比率で、坪量１２５ｇ／ｍ２となる重量にて湿式抄紙装置を使いシートを作成した。このシートのトルエン吸着率をＪＩＳ−Ｋ−１４７４に準じて測定した結果、吸着温度３０℃、湿度６０ＲＨ％、トルエン３０００ｐｐｍの条件で３５重量％である優れた結果を得た。またシートの引っ張り強度も３．５ｋｇｆ／２０ｍｍと強い結果が得られたが、紙厚が０．３５ｍｍと厚くて、密度が０．３６ｇ／ｃｍ３と低い結果を得た。このシートは有機溶剤の吸着率が高く、強度も強いが、繊維径の太く、繊維長の長い無機繊維を使用している事で、実施例に比べて、紙厚が厚く、密度の低くなってしまう。

（比較例３）
活性炭として粒径が１０μｍの椰子殻活性炭の粉末を７０重量％と粘土鉱物繊維として繊維径が０．１μｍで繊維長が１μｍのセピオライトを１０重量％と繊維径が２．６μｍで繊維径が１〜２５０ｍｍのセラミック繊維を１０重量％と有機バインダーとしてＰＶＡを１０重量％の比率で、坪量１２５ｇ／ｍ２となる重量にて湿式抄紙装置を使いシートを作成した。このシートのトルエン吸着率をＪＩＳ−Ｋ−１４７４に準じて測定した結果、吸着温度３０℃、湿度６０ＲＨ％、トルエン３０００ｐｐｍの条件で３５重量％である優れた結果を得た。また、紙厚が０．３１ｍｍと薄くて、密度が０．４０ｇ／ｃｍ３と高い結果を得た。しかし、シートの引っ張り強度が２．１ｋｇｆ／２０ｍｍと低い結果となった。このシートは有機溶剤の吸着率が高いが、実施例に比べて紙厚が少し厚く、密度も少し低く、強度も低くなってしまう。

実施例および比較例の各種特性を表に示す。

以上、説明した様に本発明の吸着シートは、活性炭と自己固結性を有する粘土鉱物繊維とガラス単繊維と有機バインダー含有することで吸着材の含有重量比率が極めて高く、有機溶剤の吸着性能が極めて優れており、焼成前・後の強度も強く耐熱性も高くなり、産業界に寄与すること大である。

図１は本発明の吸着エレメントの形状であるハニカム−円柱状を示す。 図２は本発明の吸着エレメントの形状であるハニカム−円筒状を示す。 図３は本発明の吸着シートの吸着性能を評価する装置を示す。

符号の説明

１ 乾燥ガス入口
２ 温度調節用蛇管
３ 共通すり合わせろ過板付きガス洗浄
４ 混合瓶
５ 吸着試験用Ｕ字管
６ 三方コック
７ 蒸気発生用ガス流量計
８ 希釈ガス用流量計
９ 排気口
１０ 余剰ガス出口
１１ 恒温槽
１２ 水
１３ ガス流量調整コック
２０ 円柱状ハニカム
Ｆ 回転方向
Ｈ 濃縮ガス
Ｇ 処理後ガス
３１ ハニカム搭載用金属箱
３２ 円筒状ハニカム
３３ 通流配管
３４ 通流配管
Ａ 回転方向
Ｂ 原ガス
Ｃ 処理後ガス
Ｄ 脱着用加熱ガス
Ｅ 濃縮ガス

Claims (6)

1. 活性炭、自己固結性を有する粘土鉱物繊維、ガラス繊維及び有機バインダーを含有する事を特徴とする吸着シート。
2. 前記活性炭のシートに含まれる量が６０〜８５重量％である事を特徴とする請求項１記載の吸着シート。
3. 前記自己固結性を有する粘土鉱物繊維が、繊維径が０．１〜０．５μｍで、繊維長が１〜５０μｍのセピオライトまたはウォラストナイトまたはパリゴルスカイトであり、該粘土鉱物繊維のシートに含まれる量が５〜３５重量％である事を特徴とする請求項１又は２記載の吸着シート。
4. 前記ガラス繊維の繊維径が１〜１０μｍで、繊維長が２ｍｍ〜５ｍｍであり、該ガラス繊維のシートに含まれる量が５〜３５重量％である事を特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の吸着シート。
5. 前記有機バインダーが、ＰＶＡ系バインダー、ポリアクリロニトリル系ポリマー、ポリエチレン系ポリマー、ポリエステル系ポリマーから選ばれた少なくとも一種又は数種のポリマーであり、該有機バインダーのシートに含まれる量が５〜１５重量％である事を特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の吸着シート。
6. 請求項１乃至５いずれかの吸着シートがハニカム状構造に成形されたことを特徴とする吸着エレメント。

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