JP2009154031A - 吸着シートおよび吸着エレメント - Google Patents

Abstract

【課題】吸着材を含有した吸着シートおよび吸着エレメントにおいて、吸着性能及び耐熱性の優れた物を提供する。
【解決手段】ゼオライト、シリカゲル、活性アルミナあるいは活性炭といった吸着材と自己固結性を有する耐熱性有機繊維を含有することで、吸着シート中の吸着材の含有重量比率が極めて高く、空気中に含まれる有機溶剤の吸着性能が極めて優れており、耐熱性が高い特徴を得る。
【選択図】なし

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および吸着エレメントに関するものである。

有機溶剤等を吸着除去するシートとしては、吸着材としてゼオライトと有機繊維と無機繊維が混合されたシートが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このシートは、吸着材と無機繊維を含有させることで骨格材の耐熱性が向上する利点はあるが、一般的に無機繊維は有機繊維と比較して比重が高く、シートの性能に大きな影響を与える吸着シート中の吸着材含有重量比率を向上させることが難しい問題があった。

また、吸着材としてゼオライトと耐熱性有機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２参照）。

このシートは、湿式抄紙法によってシートを形成する際に有機バインダーであるポリビニルアルコールを添加するが、ポリビニルアルコール（以下、ＰＶＡという）は耐熱性が低く、ゼオライトを被覆して性能低下を引き起こすため、４００℃で３０分間以上焼成してＰＶＡを除去する必要があることが問題であった。

一方で、ゼオライトの不燃性という特徴を活かすために、ゼオライトと無機繊維と少量の有機物で構成されたシートに無機バインダーを添着して、有機物を焼成して除去して、耐熱性の高いシートを得る方法が知られている。

この場合には、焼成後の強度を保つために大量の無機バインダー必要になり、結局は吸着シートに含まれるゼオライト含有重量比率が低下して吸着性能が悪化する問題が有った。また、焼成前のシートの有機物が多いと焼成後の強度が低下する等の問題があった。

特開昭５５−０６２２９９号公報 特開平１０−０００３５２号公報

本発明はかかる事情に対して、吸着材を含有した吸着シートおよび吸着エレメントにおいて、吸着性能及び耐熱性の優れた物を提供することを目的とする。

本発明者等は上記課題を解決するため、鋭意研究した結果、ついにホン発明を完成するに到った。即ち、本発明は以下の通りである。
１．吸着材と自己固結性を有する耐熱性有機繊維を含有する吸着シート。
２．吸着材がゼオライト、シリカゲル、活性アルミナあるいは活性炭であり、該吸着材の吸着シートに含まれる量が６０〜９０重量％である上記１に記載の吸着シート。
３．自己固結性を有する耐熱性有機繊維がアラミド繊維であり、繊維長が０．５〜１．１ｍｍ、叩解度ＳＲが４０〜９０°、３０℃・５０ＲＨ％の条件下における水分含有率が３０〜９５重量％であり、該耐熱性有機繊維の吸着シートに含まれる量が５〜３０重量％である上記１に記載の吸着シート。
４．該吸着シートが湿式抄紙法により製造された上記１に記載の吸着シート。
５．上記１〜４のいずれかに記載の吸着シートがハニカム状構造に成形された吸着エレメント。

本発明の吸着シートは、ゼオライト、シリカゲル、活性アルミナあるいは活性炭といった吸着材と自己固結性を有する耐熱性有機繊維を含有することで、吸着シート中の吸着材の含有重量比率が極めて高く、空気中に含まれる有機溶剤の吸着性能が極めて優れており、耐熱性が高い特徴を有するものである。

本発明者は、吸着シートおよび吸着エレメントに適用する吸着材を支持する骨格繊維の種類とその物性に着目して鋭意検討を行った。

本発明の吸着シートに用いられる吸着材は、例えばゼオライト、シリカゲル、活性アルミナ、活性炭等があるが特に限定されるものではない。吸着シートの吸着材含有重量比率を上げるためには比重の高い吸着材が好ましく、更に耐熱性および悪臭物質や水分の吸着性能の点から判断するとゼオライトが好ましい。また、ゼオライトの形態は湿式抄紙で吸着シートを形成させるため粉末状が好ましく、粒径は平均粒径０．１〜３０．０μｍが好ましく、平均粒径２．０〜８．０μｍがより好ましい。

本発明の吸着シートに用いられる吸着材の吸着シートに含まれる量は、６０〜９０重量％が好ましく、吸着性能及び吸着材の脱落、シートの強度を考慮すると７０〜８５重量％がより好ましい。６０重量％未満では十分な吸着性能を得ることができず、９０重量％を超えると吸着材の脱落が多くなり、またシートの強度が著しく低下するためである。

本発明の吸着シートに用いられる自己固結性を有する耐熱性有機繊維は、乾燥することによって脱水収縮し、バインダーとして効果を発現する必要がある。耐熱性有機繊維としては、アラミド繊維が好ましく、Ｊｅｔ Ｓｐｕｎ法で製造された綿状繊維形態のアラミド繊維がより好ましい。該アラミド繊維の繊維長は０．５〜１．１ｍｍが好ましく、０．６〜１．０ｍｍがより好ましい。繊維長が０．５ｍｍ未満であれば微細すぎることでシートへの吸着材の担持性が低下し、またシートの強度が低下する。また、１．１ｍｍを超えるとシートを乾燥する際に長時間の加熱が必要となるためである。

アラミド繊維の叩解度ＳＲは４０〜９０°が好ましく、７０〜８５°がより好ましい。叩解度ＳＲが４０°未満であればフィブリル化が不足していることでシートへの吸着材の担持性が低下する。９０°を超えるとシートの強度が低下するためである。

アラミド繊維の３０℃・５０ＲＨ％の条件下における水分含有率は３０〜９５重量％が好ましく、８０〜９５重量％がより好ましい。３０℃・５０ＲＨ％の条件下における水分含有率が３０重量％未満であると、繊維間隙中の水分が少ないため得られる自己固結性の効果が弱くなる。９５重量％を超えると、繊維間隙中の水分が多すぎて乾燥に時間を要するためである。

アラミド繊維の吸着シートに含まれる量は５〜３０重量％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８〜１５重量％がより好ましい。５重量％未満では吸着材の担持能とシートの強度が不足し、３０重量％を超えると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るためである。

上記アラミド繊維を使用すれば、吸着シート中の吸着材含有重量比率を極めて高くでき、叩解度が高いことで、重量当たりの吸着材を担持できる面積が大きくなり、水分保持能と水への分散能が高いことから、これまでと同等以上の吸着材重量含有比率とすることが可能である。

また、アラミド繊維の自己固結性により、ＰＶＡなどの有機バインダーを用いることなくシートの柔軟性や強度を良好にでき、更に、シートの柔軟性や強度を更に向上させる必要がある場合には無機単繊維であるガラス単繊維を多く含有することが有効であり、その繊維長を調整することで更に強度や柔軟性が優れるシートを得ることが可能である。

本発明の吸着シートの厚みは、０．１〜０．５ｍｍが好ましく、０．１〜０．３ｍｍがより好ましい。厚みが０．１ｍｍ未満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ことが出来なくなる。また、厚みが０．５ｍｍを超えると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ためである。

本発明の吸着シートの坪量は、２５〜２００ｇ／ｍ^２が好ましく、４０〜１５０ｇ／ｍ^２がより好ましい。坪量が２５ｇ／ｍ^２未満であればシートの厚みが薄くなりシートの強度が著しく低下して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ことが出来なくなる。また、坪量が２００ｇ／ｍ^２を越えるとシートの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ためである。

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ことを指し、円筒状とは、平行にガスが通気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。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ことができ好ましい。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おり好ましい。

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。

（１）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％）

（２）吸着シートの吸着率の測定：（ＪＩＳ Ｋ１４７４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℃に調節した蒸気吸着試験装置（図１）にトルエン３０００ｐｐｍ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）

（３）繊維の水分含有率の測定：（ＪＩＳ Ｋ１４７４に準ずる）
吸着試験用Ｕ字管に繊維を入れ、温度３０℃±０．５℃に調節した蒸気吸着試験装置（図１）に相対湿度５０ＲＨ％の空気を流し６０分間吸着させ、重量Ｗａ（ｇ）を測定する。その後、１００℃で５時間乾燥した後の重量Ｗｂ（ｇ）を測定する。水分含有率Ｑは次式で求める。
Ｑ（重量％）＝（Ｗａ−Ｗｂ）／Ｗａ×１００

（４）引張強度の測定方法
ＪＩＳ Ｐ８１１３「紙および板紙−引っ張り特性の試験方法」に準じて測定する。シートの幅は２０ｍｍ。

（５）吸着シートの耐熱分解性（熱による重量減少）の測定
絶乾重量Ｗ１（ｇ）の試料（吸着シート）を３００℃±１℃に調節した電気炉中で３０分間熱処理し、乾燥デシケータ内で冷却後の重量Ｗ２（ｇ）を測定し、次式で重量残存率Ｆ（％）を求める。
Ｆ（％）＝｛（Ｗ１−Ｗ２）／Ｗ１｝×１００

以下の実施例および比較例に基づいて本発明の吸着シートについて詳細に説明する。

［実施例１］
ゼオライトとしてＳｉ／Ａｌ比が１００／１のＺＳＭ-５のゼオライトを８５重量％と、繊維長が０．６〜１．０ｍｍ、叩解度ＳＲが８０°、水分含有率が９０重量％の自己固結性を有するアラミド綿状繊維を１５重量％の比率で、坪量１００ｇ／ｍ^２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 Ｋ１４７４に準じて測定した結果、３０００ｐｐｍの条件で９重量％である優れた結果を得た。またシートの引張強度も７．８Ｎ／２０ｍｍと強く、柔軟性に優れたシートを得た。また、このシートは耐熱分解性が９９％以上と非常に高く、吸着性能と耐熱性に優れた特徴を有していた。

［実施例２］
ゼオライトとしてＳｉ／Ａｌ比が１００／１のＺＳＭ−５のゼオライトを７５重量％と、繊維長が０．６〜１．０ｍｍ、叩解度ＳＲが８０°、水分含有率が９０重量％の自己固結性を有するアラミド綿状繊維を１０重量％と、ガラス繊維として繊維径が６μｍ、繊維長が３ｍｍのガラス単繊維を１５重量％の比率で、坪量１００ｇ／ｍ^２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 Ｋ１４７４に準じて測定した結果、３０００ｐｐｍの条件で８重量％である優れた結果を得た。またシートの引張強度も１４．７Ｎ／２０ｍｍであり、柔軟性に優れたシートを得た。また、このシートは耐熱分解性が９９％以上と非常に高く、吸着性能と耐熱性に優れた特徴を有していた。

［実施例３］
ゼオライトとしてＳｉ／Ａｌ比が１００／１のＺＳＭ−５のゼオライトを８５重量％と、繊維長が０．６〜１．０ｍｍ、叩解度ＳＲが７０°、水分含有率が９０重量％の自己固結性を有するアラミド綿状繊維を１０重量％と、ガラス繊維として繊維径が６μｍ、繊維長が３ｍｍのガラス単繊維を５重量％の比率で、坪量１００ｇ／ｍ^２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 Ｋ１４７４に準じて測定した結果、３０００ｐｐｍの条件で９重量％である優れた結果を得た。またシートの引張強度も８．８Ｎ／２０ｍｍと強く、柔軟性に優れたシートを得た。また、このシートは耐熱分解性が９９％以上と非常に高く、吸着性能と耐熱性に優れた特徴を有していた。

［比較例１］
ゼオライトとしてＳｉ／Ａｌ比が１００／１のＺＳＭ−５のゼオライトを９５重量％と、繊維長が０．６〜１．０ｍｍ、叩解度ＳＲが７０°、水分含有率が９０重量％の自己固結性を有するアラミド綿状繊維を５重量％の比率で、坪量１００ｇ／ｍ^２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 Ｋ１４７４に準じて測定した結果、３０００ｐｐｍの条件で９．５重量％である結果を得た。また、このシートは耐熱分解性が９９％以上と非常に高い結果を得た。しかし、シートの引張強度は１．０Ｎ／２０ｍｍと実施例と比較して低く、柔軟性が低いシートであった。このシートはゼオライトの含有率が高いために吸着性能、耐熱性は良いが、含有量を上げすぎたことで骨格繊維の配合量が少なくなり、実施例より柔軟性が低い結果となった。

［比較例２］
ゼオライトとしてＳｉ／Ａｌ比が１００／１のＺＳＭ−５のゼオライトを５５重量％と、繊維長が０．６〜１．０ｍｍ、叩解度ＳＲが７０°、水分含有率が９０重量％の自己固結性を有するアラミド綿状繊維を２５重量％と、ガラス繊維として繊維径が６μｍ、繊維長が３ｍｍのガラス単繊維を２０重量％の比率で、坪量１００ｇ／ｍ^２となる重量にて湿式抄紙装置を使いシートを作成した。このシートの耐熱分解性を測定したところ９９％と高い結果を得た。またシートの引張強度も２１．６Ｎ／２０ｍｍと強く、柔軟性に優れたシートであった。しかし、シートのトルエン吸着率をＪＩＳ Ｋ１４７４に準じて測定した結果、３０００ｐｐｍの条件で５．７重量％と実施例より低い結果を得た。このシートは骨格繊維である自己固結性を有するアラミド綿状繊維を多く配合しているため、柔軟性の高い強靭なシートであるが、ゼオライトの担持量が少ないため、実施例より性能が低い結果となった。

［比較例３］
ゼオライトとしてＳｉ／Ａｌ比が１００／１のＺＳＭ−５のゼオライトを８５重量％と、繊維長が０．２〜０．４ｍｍ、叩解度ＳＲが３０°、水分含有率が９０重量％の自己固結性を有するアラミド綿状繊維を１５重量％の比率で、坪量１００ｇ／ｍ^２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 Ｋ１４７４に準じて測定した結果、３０００ｐｐｍの条件で８重量％である結果を得た。また、このシートの耐熱分解性を測定したところ９９％と高い結果を得た。しかし、シートの引張強度が２．９Ｎ／２０ｍｍと低く、柔軟性に乏しいシートであった。このシートは骨格繊維である自己固結性を有するアラミド綿状繊維の繊維長が短く、叩解度ＳＲが低いため、実施例よりシートの柔軟性が低い結果となった。

［比較例４］
ゼオライトとしてＳｉ／Ａｌ比が１００／１のＺＳＭ−５のゼオライトを８０重量％と、有機バインダーとしてＰＶＡ（株式会社クラレ製ＶＰＢ−１−５−２）を１０重量％と、ガラス繊維として繊維径が６μｍ、繊維長が３ｍｍのガラス単繊維を１０重量％の比率で、坪量１００ｇ／ｍ^２となる重量にて湿式抄紙装置を使いシートを作成した。このシートの引張強度を測定すると１４．７Ｎ／２０ｍｍであった。しかし、トルエン吸着率をＪＩＳ Ｋ１４７４に準じて測定した結果、３０００ｐｐｍの条件で２重量％と低い結果であった。また、このシートの耐熱分解性を測定したところ９０％と実施例と比較して比較して低い結果を得た。このシートは有機バインダーであるＰＶＡを用いていることによりゼオライトの細孔が被覆されて吸着性能が低下した。また、ＰＶＡは耐熱性が高くないため、耐熱性が低いシートであった。

［比較例５］
ゼオライトとしてＳｉ／Ａｌ比が１００／１のＺＳＭ−５のゼオライトを８５重量％と、繊維長が０．７〜１．０ｍｍ、叩解度ＳＲが６０°、水分含有率が５重量％のアラミド綿状繊維（帝人株式会社製トワロン１０９４）を１５重量％の比率で、坪量１００ｇ／ｍ^２となる重量にて湿式抄紙装置を使いシートを作成した。このシートの耐熱分解性が９９％以上と高い結果を得た。しかし、トルエン吸着率をＪＩＳ Ｋ１４７４に準じて測定した結果、３０００ｐｐｍの条件で５重量％と低い結果であった。シートの引張強度も２．９Ｎ／２０ｍｍと低く、柔軟性に乏しいシートであった。このシートは骨格繊維であるアラミド綿状繊維に自己固結性がないことからシートの強度が低く、吸着材であるゼオライトの歩留が低いことから実施例より吸着性能が低い結果となった。

実施例および比較例の各種特性を表１に示す。

本発明は、ゼオライト、シリカゲル、活性アルミナあるいは活性炭といった吸着材と自己固結性を有する耐熱性有機繊維を含有することで、吸着シート中の吸着材の含有重量比率が極めて高く、空気中に含まれる有機溶剤の吸着性能が極めて優れており、耐熱性が高い特徴を有する吸着シートおよび吸着エレメントを提供できるものである。

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

Ａ１、Ａ２ 温度調節用蛇管
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３ 共通すり合わせ濾過板付ガス洗浄瓶
Ｃ 混合瓶（球内径６０ｍｍ二球連続式）
Ｄ 吸着試験用Ｕ字管
Ｅ 三方コック
Ｆ１ 溶剤上記発生空気流量計
Ｆ２ 希釈空気用流量計
Ｇ 恒温槽又は恒温水槽
Ｈ 余剰ガス出口
Ｉ 乾燥空気入口
Ｊ 排気口
Ｋ１、Ｋ２ ガス流量調節コック
Ｌ 溶剤

Claims (5)

1. 吸着材と自己固結性を有する耐熱性有機繊維を含有する吸着シート。
2. 吸着材がゼオライト、シリカゲル、活性アルミナあるいは活性炭であり、該吸着材の吸着シートに含まれる量が６０〜９０重量％である請求項１に記載の吸着シート。
3. 自己固結性を有する耐熱性有機繊維がアラミド繊維であり、繊維長が０．５〜１．１ｍｍ、叩解度ＳＲが４０〜９０°、３０℃・５０ＲＨ％の条件下における水分含有率が３０〜９５重量％であり、該耐熱性有機繊維の吸着シートに含まれる量が５〜３０重量％である請求項１に記載の吸着シート。
4. 該吸着シートが湿式抄紙法により製造された請求項１に記載の吸着シート。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の吸着シートがハニカム状構造に成形された吸着エレメント。
   

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