JP2011025603A - 繊維、繊維加工製品、及び繊維の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】揮発性有機化合物(VOC)等の有害ガスを効率的に吸着等して除去し得る繊維、繊維加工製品及び繊維の製造方法を提供する。
【解決手段】繊維10は、高分子樹脂からなる基材繊維1の表面にゾル−ゲル法によりコーティングした多孔質の無機材料の無機皮膜2を有してなる。
【選択図】図1
【解決手段】繊維10は、高分子樹脂からなる基材繊維1の表面にゾル−ゲル法によりコーティングした多孔質の無機材料の無機皮膜2を有してなる。
【選択図】図1
Description
本発明は、無機材料を基材繊維にコーティングした繊維、繊維加工製品、及び繊維の製造方法に関するものであり、詳細には、繊維における種々の構成及び構造への加工に関する。
今までのガス吸着は、主に活性炭粒子を袋に詰めてそのままフィルタ化したり、結着材と混合してはねかむ(honeycomb )形状フィルタ成型物として使用したりしていた。また、活性炭繊維を用いる場合もあるが、脆くて切れ易いため取り扱いは活性炭粒子とほぼ同じである。
ガス吸着用のデバイスは、用途に応じて、密度、形状等を自由に変えることが望まれる。したがって、繊維等のフレキシブルで加工性の良い材料に練り込んだり、表面にコーティングしたりして使うケースが多い。しかし、いずれの場合でも、活性炭の多孔表面が、繊維を構成する樹脂等或いはコーティングする際に用いる高分子結着材等で覆われるため、吸着性が著しく低下する。
また、活性炭は黒色で脆いため、例え繊維にコーティングしても黒色以外の色選定は難しく、かつ活性炭が脆いため接触部位を黒色汚染する問題を有している。
したがって、外観を重視した場合には、日常的に用いる衣服、マスク等への活性炭繊維デバイスの適用は困難であった。
そこで、この問題を解決するために、活性炭以外の吸着剤として、例えば、特許文献1には、粉粒状体を使用しないで有害ガスを吸着除去する、多孔質選択吸着性材料が開示されている。この特許文献1では、以下のことを開示している。
すなわち、従来、燃焼排ガスや混合気体中に含まれるNOX やSOX 等の有害ガスを吸着除去するために、活性アルミナ等の多孔質体粒子を用いていた。
しかしながら、活性アルミナ等の多孔質体粒子を用いたとしても、この種の多孔質体粒子は、ガラスやゼオライトのような結晶構造的な空隙ではなく、粒子同士の空隙を利用するものであるため、細孔径分布の幅が極めて広く、また、平均細孔径も5nmが限度であった。したがって、例えばNOX の吸着等は平均細孔径も5nm以下の適度な細孔径分布が必要となるので、充分に選択的に吸着できないという問題を有していた。
そこで、この問題を解決するために、特許文献1では、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)又はシリコン(Si)系の酸化物から平均細孔径5nm以下の多孔質選択吸着性材料を、ゾル−ゲル法により得る技術を開示している。具体的には、上記の孔質選択吸着性材料のゾルをセラミックスファイバー、ガラスファイバー、カーボンファイバー等の耐熱性に優れた基材の表面に塗布してゲル化し、これによって、平均細孔径5nm以下の細孔の多孔質材料膜を1000℃以下で製造できるものとなっている。
一方、フィルム等高分子材料へのゾルゲル材料のコーティング例としては、例えば特許文献2には、高分子樹脂からなるフィルムと無機材料とのハイブリット化について、ゾル−ゲル法によるコーティング製品が開示されている。
この特許文献2に開示されたガスバリアー性積層フィルムは、熱可塑性樹脂からなる基材フィルムにアルコキシシラン等の無機物質のゾルを塗布し、ゲル化することにより、酸素ガス、水蒸気、窒素ガスのガスバリアー性を有するので、食品包装用フィルムに適用できるとしている。この特許文献2は、特許文献1とは異なり、高温では融解する熱可塑性樹脂からなる基材に無機材料をコーティングした点で評価できるものとなっている。
また、特許文献3及び特許文献4には、ポリマー繊維又は天然繊維からなる不織布にアルミナ、シリカ等の無機酸化物をゾル−ゲル法によりコーティングしたものが開示されている。これにより、リチウムバッテリー中において、ポリマーよりも薬品安定性及び耐熱性を有し、電子を通過させつつ、カソードとアノードとを電気的に完全に分離する分離膜に適用できるとしている。
さらに、特許文献5には、表面に電荷注入層を有する感光体にDC電圧を印加したブラシロールを当接させて帯電を行う帯電装置において、ブラシロールはブラシ毛の繊維の表面をゾル−ゲル法により形成された金属酸化物膜により導電化処理したもので構成した帯電装置が開示されている。上記金属酸化物膜としては、導電目的であるので、例えば、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化スズ、酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化ビスマス、酸化ジルコニウムを挙げている。
これにより、ブラシロールの伝導性を改善し、かつ耐久性が向上するとしている。
しかしながら、上記従来の特許文献1に開示された、NOX やSOX 等の有害ガスを除去する多孔質選択吸着性材料は、コーティング膜の基材がセラミックスファイバー、ガラスファイバー、カーボンファイバー等の無機硬質材料であり、高温でのゲル化処理が要求されると共に、柔軟性に乏しい。また、特許文献1には、揮発性有機化合物(VOC:Volatile Organic Compounds)の吸着については開示がない。
また、特許文献2に開示された従来技術は、水蒸気等について透過性を有する食品包装用の熱可塑性樹脂フィルムにおいて、水蒸気等のバリア性を付与すべくフィルムに意図的にポリビニルアルコールを含有したアルコキシシラン等の無機材料をコーティングしたものである。このため、食品を柔軟に包装し、かつ水蒸気等のガスを略完全にバリアする食品包装用フィルムには好適であるが、分子量の大きい揮発性有機化合物(VOC)のみを効率よくバリアし、かつ分子量の小さい酸素、窒素等の空気の分子は透過するようにすることはできない。また、無機材料をコーティングしたフィルムに吸着機能があったとしても、フィルム平面に平行に通るガスを吸着するにはガスとの接触面積が小さいので当該吸着機能を充分に発揮できない。
さらに、許文献3及び特許文献4に開示された従来技術は、ポリマー繊維又は天然繊維からなる不織布に無機材料をコーティングしたものであり、これによって、例えば、バッテリー用のセパレータ又は精密ろ過膜として使用するものである。すなわち、ポリマー繊維又は天然繊維の不織布は柔軟性があるが、バッテリー用のセパレータに使用する場合には高熱になるので、繊維の耐熱性及び耐薬品性が問題となる。そこで、ポリマー繊維又は天然繊維にセラミック膜を設けることによって、繊維に耐熱性及び耐薬品性を付与すると共に、柔軟性を有する不織布における多孔性の開口特性を生かして電解質についての高い膜透過性を確保しつつ、バッテリーの電解質中に使用された化学薬品については絶縁性を呈するものである。
したがって、特許文献3及び特許文献4では、ろ過フィルタとして不織布を用いる場合において、不織布におけるポリマー繊維又は天然繊維にセラミック膜の被覆を形成して補強し、その際、セラミック膜としてシリカ等を用いることにより、そのシリカ等の共有結合を生かして付着力を高めるものとなっている。したがって、セラミック膜自体にガス吸着性を求めているのではない。
また、特許文献5に開示された従来技術においては、繊維にゾル−ゲル法にて、無機塗膜をコーティングしたものとなっているが、導電性を向上させるためのものである。
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、揮発性有機化合物(VOC)等の有害ガスを効率的に除去し得る繊維、繊維加工製品、及び繊維の製造方法を提供することにある。
本発明者等は、揮発性有機化合物(VOC)等の有害ガスを効率的に吸着除去し得る繊維、繊維加工製品、及び繊維の製造方法について、鋭意研究を続けてきた。その結果、ソル−ゲル用の原料の組成、重合速度を調整することにより、低温で吸着性を損なうことなく高分子樹脂への接着性を改良し得ることを見出し、本発明を完成させるに至った。
本発明の繊維は、上記課題を解決するために、高分子樹脂からなる基材繊維の表面にゾル−ゲル法によりコーティングした多孔質の無機材料のコーティング膜を有してなることを特徴としている。
上記の発明によれば、無機材料のコーティング膜は多孔質となっているので、有害ガス等のガスを吸着・保持・通気することができる。また、細長い高分子樹脂からなる基材繊維に無機材料のコーティング膜を形成したものを複数集めることによって、単位容積当たりの吸着等面積は格段に増加する。したがって、ガス吸着等性能を格段に向上させることができる。
ところで、従来では、高分子樹脂からなる基材繊維の表面に無機材料をコーティングしたものは存在しなかった。この理由は、高分子樹脂からなる基材繊維の表面に無機材料をコーティングする場合、その付着性を高めるためには高温度で焼成する必要があるので、高分子樹脂からなる基材繊維ではその温度に耐えることができなかったためである。
この点、本発明では、高分子樹脂からなる基材繊維の表面にゾル−ゲル法によりコーティングしているので、コーティング膜の吸着性等を損なうことなく、該コーティング膜の乾燥温度を高分子樹脂の融点以下に抑えることができ、かつ高分子樹脂からなる基材繊維の表面への無機材料の付着性等もよい。
また、ゾル−ゲル法により得たコーティング膜は、多孔質であるという特徴を有している。このため、無機材料の多孔質のコーティング膜は、孔の空隙内にガスを取り込むことができ、高いガス吸着能力等を有する。したがって、例えば、トルエン(C6 H5 CH3 )、ホルムアルデヒド(HCHO)、アセトアルデヒド(CH3 CHO)、その他の揮発性有機化合物(VOC:Volatile Organic Compounds)等の有害ガスを多数吸着等させることができる。
この結果、例えば揮発性有機化合物(VOC)等の有害ガスを効率的に吸着等して除去し得る繊維を提供することができる。
本発明の繊維では、前記無機材料のコーティング膜には、粒子が混入されていることが好ましい。
これにより、粒子に例えばガス吸着性能を持たせることにより、コーティング膜と相俟ってさらに表面積を増加させ、ガス吸着等の性能をさらに高めることができる。また、粒子に例えばガス分解性能を持たせることにより、コーティング膜にて吸着等したガスを分解することが可能となる。
本発明の繊維では、前記粒子は、ガス吸着性能を有する多孔質粒子であることが好ましい。
これにより、粒子はガス吸着性能を有する多孔質粒子であるので、コーティング膜と相俟ってさらに表面積を増加させ、ガス吸着性能をさらに高めることができる。
本発明の繊維では、前記粒子は、ガス分解性能を有する触媒であることが好ましい。
これにより、粒子は、ガス分解性能を有する触媒であるので、コーティング膜にて吸着等したガスを分解することが可能となる。
本発明の繊維では、前記粒子には、ガス分解性能を有する触媒が担持されていることが好ましい。
これにより、ガス吸着性能を有する粒子にガス分解性能を有する触媒を担持させるので、粒子にて吸着した有害ガスを触媒にて非有害ガスに分解することが可能となる。
本発明の繊維では、前記無機材料のコーティング膜は、無機酸化物からなっていることが好ましい。
すなわち、ゾル−ゲル法により形成した無機酸化物は、微細孔を有し、分子量の大きい揮発性有機化合物(VOC)等のガスの吸着等に適している。
本発明の繊維では、前記無機材料のコーティング膜には、導電性材料が混入されていることが好ましい。
これにより、コーティング膜に電圧を印加することにより、極性を有する有害ガスを静電的に吸着除去することができる。また、コーティング膜に電圧を印加することにより、帯電防止性能を付与することも可能である。
本発明の繊維では、前記ガス分解性能を有する触媒は、前記ガス分解性能を有する触媒は、二酸化チタン(TiO2 )又は酸化タングステン(WO3 )を含む光触媒、マンガン(Mn),鉄(Fe),ジルコニウム(Zr)を主成分とする酸化金属触媒、白金(Pt),パラジウム(Pd),ロジウム(Rh)を含む金属触媒のうちから選ばれる1種以上の触媒であることが好ましい。
これにより、各種の触媒に対応したガス分解性能を発揮することができる。
本発明の繊維では、前記表面にコーティング膜を有する基材繊維は、基材に複数起毛されていることが好ましい。
これにより、基材として織物、不織布、紙等を用いることにより、基材に複数起毛された無機材料のコーティング膜を有する繊維とすることができ、ガス吸着等面積を各段に増加させ、有害ガスを効率的に吸着等して除去し得る繊維を提供することができる。
また、本発明では、ガスは、林立する繊維の間を通過するときに、いずれかの繊維の無機材料のコーティング膜に捉えられる。このため、林立する繊維の空隙率を高くし、空気の流通抵抗を小さくすることができる。その結果、目詰まりを防止することができる。
本発明の繊維加工製品は、上記課題を解決するために、上記記載の繊維を加工してなることを特徴としている。
上記の発明によれば、繊維加工製品は、本発明の繊維を加工してなる。すなわち、高分子材料からなる基材繊維は軟質であり、その軟質の基材繊維に硬質の無機材料をコーティングする。このため、表面は硬質の無機材料であるが、全体的には、柔軟性を有する繊維となっている。したがって、空気清浄用のフィルタ等の繊維加工製品に使用することにより、コンパクトでガス吸着等効率の高いフィルタとすることができる。
また、基材として織物、不織布、紙等とすることにより、繊維は柔軟性を有するので、取り付け場所を選ばないフィルタとすることができる。
本発明の繊維の製造方法は、上記課題を解決するために、高分子樹脂からなる基材繊維の表面に多孔質の無機材料のコーティング膜をゾル−ゲル法により形成することを特徴としている。
上記発明によれば、揮発性有機化合物(VOC)等の有害ガスを効率的に吸着等して除去し得る繊維の製造方法を提供することができる。
本発明の繊維の製造方法では、前記無機材料のコーティング膜に、ガス吸着性能を有する多孔質粒子を混入することが好ましい。
これにより、粒子はガス吸着性能を有する多孔質粒子であるので、コーティング膜と相俟ってさらに表面積を増加させ、ガス吸着性能をさらに高めることができる。
本発明の繊維の製造方法では、前記無機材料のコーティング膜に、ガス分解性能を有する触媒粒子を混入することが好ましい。
これにより、コーティング膜にて吸着等したガスを、ガス分解性能を有する触媒粒子にて分解することが可能となる。例えば、コーティング膜に吸着等されたトルエン(C6 H5 CH3 )、ホルムアルデヒド(HCHO)、アセトアルデヒド(CH3 CHO)、その他の揮発性有機化合物(VOC:Volatile Organic Compounds)を、無毒の炭酸ガス(CO2 )と水(H2 O)に分解する。
したがって、吸着した有害ガスの浄化を図る繊維を製造することができる。
本発明の繊維は、以上のように、高分子樹脂からなる基材繊維の表面にゾル−ゲル法によりコーティングした多孔質の無機材料のコーティング膜を有してなるものである。
本発明の繊維加工製品は、以上のように、上記記載の繊維を加工してなるものである。
本発明の繊維の製造方法は、以上のように、高分子樹脂からなる基材繊維の表面に多孔質の無機材料のコーティング膜をゾル−ゲル法により形成する方法である。
それゆえ、揮発性有機化合物(VOC)等の有害ガスを効率的に除去し得る繊維、繊維加工製品、及び繊維の製造方法を提供するという効果を奏する。
本発明の繊維、繊維加工製品、及び繊維の製造方法に関する実施の一形態について図1〜図7に基づいて説明すれば以下のとおりである。
本実施の形態の繊維10は、図1(a)に示すように、高分子樹脂からなる基材繊維1の表面に、ゾル−ゲル法によりコーティングした多孔質の無機材料のコーティング膜としての無機皮膜2を有している。
本実施の形態では、基材繊維1は、図1(b)に示すように、例えば、基材11に静電植毛してなっている。上記基材11としては、金属若しくは樹脂からなるシート、フィルム、又はモールド、シャフト等を使用することができる。シャフトの場合には回転効果が得られる一方、シート、フィルム、又はモールド等の場合には省スペース化が可能となる。
また、基材11には、静電植毛された繊維10を接着するための図示しない接着剤が塗布されている。この接着剤について、本実施の形態では、導電性の付与については問わない。さらに、本実施の形態の繊維10は、中実であるが、必ずしもこれに限らず、中空であってもよい。さらに、繊維10は中空であって側面壁に孔を有する中空多孔質であってもよい。
尚、上記の説明では、繊維10は、基材11に静電植毛したものとなっている。しかし、必ずしもこれに限らず、基材11は、高分子繊維からなる縦糸と横糸とを織り込んでなる基布からなっていると共に、この基材11の少なくとも片面に植毛された糸は、上記基布の少なくとも片面に織り込んでなっているパイル糸であるとすることが可能である。また、2つの基材11・11間にパイル糸を織り込んでもよい。この場合の製造できる繊維10の長さは、例えば0.5〜5cmとなる。したがって、それよりも長い繊維10を用いたフィルタとするためには、例えば、基材11・11間にパイル糸を織り込んだものを複数段に積層して用いることが可能である。
ここで、本実施の形態の繊維10は、図1(a)に示すように、ゾル−ゲル法により無機皮膜2を高分子樹脂の基材繊維1にコーティングしてなっている。
本実施の形態では、基材繊維1の材質は、例えばナイロン、ポリエステル、アクリル等の高分子樹脂からなっている。尚、基材繊維1の抵抗値は、絶縁性又は導電性のいずれであるかを問わない。また、基材繊維1の繊度についても、問わない。
一方、無機材料の無機皮膜2は、無機酸化物ゲル体からなっており、無機皮膜2の材質は、例えば、シリカ、チタニア、アルミナ、酸化スズ、酸化鉄等の酸化物が好ましい。これらの無機酸化物は、一種類だけではなく複数種類を混合して使用することも可能である。具体的には、シリカ(SiO2 )−アルミナ(Al2 O3 )系の材質であれば、無機物との親和性が高いものとなる。その他の材料としては、例えば、カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、鉄(Fe)、マンガン(Mn)、銅(Cu)を含む無機酸化物を用いることができる。
無機皮膜2の膜厚は、例えば、20nm以上であって、繊維径の20%以下(好ましくは50nm以上であって、繊維径の10%以下)である。尚、繊維径の20%以下というのは、無機皮膜2の膜を積層する場合を含んでいる。これにより、剥れずに、低温にて薄膜形成を行うことが可能である。すなわち、本実施の形態の無機皮膜2は、無機皮膜2が基材繊維1から剥れず担持可能な量となっていると共に、強度が高い。
また、無機皮膜2は、カーボン等を含有させることにより、基材繊維1の抵抗値以下となるようにすることが可能である。
本実施の形態では、無機皮膜2をゾル−ゲル法にて得ている。このゾル−ゲル法によって得られる無機皮膜2はその性質上、多孔質となる。したがって、無機皮膜2の材質の如何を問わず、ガス吸着・保持・通気性を有している。
ここで、上記無機皮膜2として例えばシリカを高分子樹脂の基材繊維1にゾル−ゲル法にてコーティングする方法について、図2に基づいて説明する。
ゾル−ゲル法では、図2に示すように、まず、アルコキシシラン及び金属アルコキシドからなるゾルに水を添加すると加水分解する。次いで、ゾル−ゲル法触媒の働きによって、生じた水酸基からプロトンが奪取され、加水分解生成物同士が脱水重縮合する。このとき、シランカップリング剤も加水分解されて、OR基として記載された例えばエトキシ基等のアルコキシ基が水酸基となる。また、触媒の働きにより、エポキシ基の開環も起こり、水酸基が生じる。さらに、加水分解されたシランカップリング剤と加水分解されたアルコキシドとの重縮合反応も進行する。生成する重縮合物は、Si−O−Si、Si−O−Zr、Si−O−Ti等の結合からなる無機質部分と、シランカップリング剤に起因する有機部分とを含有する複合ポリマーである。
この反応は、常温で進行し、ゾルからなる塗工液は調製中に粘度が増加してゲルとなる。このゾルからなる塗工液を基材繊維1に塗布し、ゲルとした後、例えば150℃で加熱して溶媒及び重縮合反応により生成したアルコールを除去すると、重縮合反応が完結し、基材繊維1上に無機皮膜が形成される。
これにより、低温度にて、例えばナイロン、ポリエステル、アクリル等の高分子樹脂の基材繊維1に、例えばシリカ、チタニア、アルミナ、酸化スズ、酸化鉄等の酸化物の無機の皮膜をゾル−ゲル法にてコーティングすることができる。
次に、本実施の形態では、図3に示すように、無機皮膜2となるゾル状のコート液に粒子としての機能粒子3を混入することにより、機能粒子3を埋め込んだ無機皮膜2を形成することが可能である。この機能粒子3は、多孔質粒子の場合、例えば、比表面積が400〜1300m2 /gからなっている。これにより、有害ガス等の吸着を促進することができる。
この吸着機能についての機能粒子3の材質は、例えば、シリカ、チタニア、アルミナ、酸化スズ、酸化鉄等の無機酸化物とすることができる。尚、これらの無機酸化物は、一種類だけではなく複数種類を混合して使用することも可能である。具体的には、例えば、シリカ(SiO2 )−アルミナ(Al2 O2 )−マグネシア(MgO)系では、比表面積を大きくすることができる。また、シリカ(SiO2 )−アルミナ(Al2 O2 )−マグネシア(CaO)系では、比表面積を大きくすることができるだけではなく、酸性ガスの吸着機能を有している。尚、これらの多孔質無機酸化物粒子は、ゾル−ゲル法で作成されたものでも高温の固相反応で作成されたものでもよいが、コーティングゾルへの分散性からゾル−ゲル法で作成された多孔質体の方が好ましい。
一方、上記の説明においては、機能粒子3は吸着機能を有するものとして説明したが、必ずしもこれに限らず、機能粒子3は、ガス分解機能を有する触媒とすることができる。
これにより、無機皮膜2にて吸着等した有害ガスを各種の触媒に応じて分解することができる。触媒は、例えば、マンガン(Mn),鉄(Fe),ジルコニウム(Zr)等からなる酸化金属触媒、白金(Pt)、パラジウム(Pd),ロジウム(Rh)等の金属触媒、二酸化チタン(TiO2 )等の光触媒を使用することが可能である。例えば、酸化金属触媒である二酸化マンガン(MnO2 )はオゾンを分解することができる。また、金属触媒である白金(Pt)は、自動車の排気ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)、硫黄酸化物(SOx)等の有害ガスを、無毒の炭酸ガス(CO2 )と水(H2 O)等に分解することができる。さらに、二酸化チタン(TiO2 )は、光触媒としてアルデヒド(HCHO)、アセトアルデヒド(CH3 CHO)、その他の揮発性有機化合物(VOC:Volatile Organic Compounds)、又は窒素酸化物(NOx)、硫黄酸化物(SOx)等の有害ガスを、無毒の炭酸ガス(CO2 )と水(H2 O)等に分解することができる。さらに、その他、銀(Ag),銅(Cu),亜鉛(Zn),ニッケル(Ni)の何れかのイオンを用いることも可能である。ニッケル(Ni)は、過酸化水素、及びオゾンを分解することができる。尚、機能粒子3の種類は、1種類に限らず、2種以上とすることが可能である。
また、上記の説明は、無機皮膜2に触媒を粒子としての機能粒子3として混入するものであったが、必ずしもこれに限らず、吸着機能を有する機能粒子3に担持させることもできる。
ここで、機能粒子3の最大粒子径は、コーティング膜である無機皮膜2の膜厚の10倍%以下(好ましくは7倍以下)であることが好ましい。それ以上では、膜強度が劣化し易くなるためである。
また、機能粒子3の含有率は、基材繊維1の表面層の体積比率での1%以上90%以下(好ましくは5〜70%)とすることが好ましい。1%未満では、機能粒子3を設けたメリットが充分に出てこない。また、90%を超えると膜強度が劣化し易くなるためである。尚、機能粒子3は無機皮膜2の表面に出ることを前提としている。この結果、単に無機皮膜2に含有させるのと比べて吸着・分解する量が多くなる。
本実施の形態では、繊維10を、例えば、繊維加工製品としての不織布又はフィルタに使用することによって、気体中の揮発性有機化合物(VOC)等の有害物質を効率的に除去分解することができる。
さらに、本実施の形態では、上記の触媒を加えた後、エネルギーを加えることができる。例えば、二酸化チタン(TiO2 )は、光触媒であり、紫外線の吸収が必要となる。このほか、プラズマを照射することができる。また、イオンを放出することも可能である。
このように、本実施の形態の繊維10は、高分子樹脂からなる基材繊維1の表面にゾル−ゲル法によりコーティングした多孔質の無機材料の無機皮膜2を有してなる。
これにより、無機材料の無機皮膜2は多孔質となっているので、有害ガス等のガスを吸着・保持・通気することができる。また、細長い高分子樹脂からなる基材繊維1に無機材料のコーティング膜を形成したものを複数集めることによって、単位容積当たりの吸着等面積は格段に増加する。したがって、ガス吸着等性能を格段に向上させることができる。
ところで、従来では、高分子樹脂からなる基材繊維1の表面に無機材料をコーティングしたものは存在しなかった。この理由は、高分子樹脂からなる基材繊維1の表面に無機材料をコーティングする場合、その付着性を高めるためには高温度で焼成する必要があるので、高分子樹脂からなる基材繊維1ではその温度に耐えることができなかったためである。
この点、本実施の形態では、高分子樹脂からなる基材繊維1の表面にゾル−ゲル法によりコーティングしているので、無機皮膜2の吸着性等を損なうことなく、該無機皮膜2の乾燥温度を高分子樹脂の融点以下に抑えることができ、かつ高分子樹脂からなる基材繊維1の表面への無機材料の付着性等もよい。
また、ゾル−ゲル法により得た無機皮膜2は、多孔質であるという特徴を有している。このため、無機材料の多孔質の無機皮膜2は、その孔の空隙内にガスを取り込むことができ、高いガス吸着能力等を有する。したがって、例えば、トルエン(C6 H5 CH3 )、ホルムアルデヒド(HCHO)、アセトアルデヒド(CH3 CHO)、その他の揮発性有機化合物(VOC:Volatile Organic Compounds)、窒素酸化物(NOx)、硫黄酸化物(SOx)等の有害ガスを多数吸着等させることができる。
この結果、例えば揮発性有機化合物(VOC)等の有害ガスを効率的に吸着等して除去し得る繊維10を提供することができる。
また、本実施の形態の繊維10では、無機材料の無機皮膜2には、機能粒子3が混入されている。これにより、機能粒子3に例えばガス吸着性能を持たせることにより、無機皮膜2と相俟ってさらに表面積を増加させ、ガス吸着等の性能をさらに高めることができる。また、機能粒子3に例えばガス分解性能を持たせることにより、無機皮膜2にて吸着等したガスを分解することが可能となる。
また、本実施の形態の繊維10では、機能粒子3は、ガス吸着性能を有する多孔質粒子である。これにより、無機皮膜2と相俟ってさらに表面積を増加させ、ガス吸着性能をさらに高めることができる。
また、本実施の形態の繊維10では、機能粒子3は、ガス分解性能を有する触媒であるので、無機皮膜2にて吸着等したガスを分解することが可能となる。
また、本実施の形態の繊維10では、機能粒子3には、ガス分解性能を有する触媒が担持されている。これにより、ガス吸着性能を有する粒子にガス分解性能を有する触媒を担持させるので、機能粒子3にて吸着した有害ガスを触媒にて非有害ガスに分解することが可能となる。
また、本実施の形態の繊維10では、無機材料の無機皮膜2は、無機酸化物からなっている。すなわち、ゾル−ゲル法により形成した無機酸化物は、微細孔を有し、分子量の大きい揮発性有機化合物(VOC)等のガスの吸着等に適している。
具体的には、無機材料の無機皮膜2は、例えば、シリカ、チタニア又はアルミナを主成分とする金属酸化物からなっている。これらの材料は、均一な微細孔を有し、ガスの吸着に適している。
また、本実施の形態の繊維10では、無機材料の無機皮膜2には、導電性材料が混入されているとすることができる。これにより、繊維10の無機皮膜2に電圧を印加することによって、極性を有する有害ガスを静電的に吸着除去することができる。すなわち、電圧印加による吸着性の改善が可能である。また、無機皮膜2に電圧を印加することにより、帯電防止性能を付与することも可能である。
また、本実施の形態の繊維10では、ガス分解性能を有する触媒は、ガス分解性能を有する触媒は、二酸化チタン(TiO2 )又は酸化タングステン(WO3 )を含む光触媒、マンガン(Mn),鉄(Fe),ジルコニウム(Zr)を主成分とする酸化金属触媒、白金(Pt),パラジウム(Pd),ロジウム(Rh)を含む金属触媒のうちから選ばれる1種以上の触媒である。
これにより、各種の触媒に対応したガス分解性能を発揮することができる。また、ここに記載しなかった触媒についても適宜適用することが可能である。
また、本実施の形態の繊維10では、表面に無機皮膜2を有する基材繊維1は、基材に複数起毛されている。
これにより、基材として織物、不織布、紙等を用いることにより、基材に複数起毛された無機材料の無機皮膜2を有する繊維とすることができ、ガス吸着等面積を各段に増加させ、有害ガスを効率的に吸着等して除去し得る繊維を提供することができる。
また、本実施の形態では、ガスは、林立する繊維10の間を通過するときに、いずれかの繊維10の無機材料の無機皮膜2に捉えられる。このため、林立する繊維10の空隙率を高くし、空気の流通抵抗を小さくすることができる。その結果、目詰まりを防止することができる。
また、本実施の形態の繊維加工製品は、繊維10を加工してなる。すなわち、高分子材料からなる基材繊維1は、例えば、ナイロン等の高分子樹脂材料からなっており、かつ繊度は例えば2デシテックス(T)以下の低繊度となっているので、軟質であり、その軟質の基材繊維1に硬質の無機材料をコーティングする。このため、表面は硬質の無機材料であるが、全体的には、柔軟性を有する繊維10となっている。したがって、空気清浄用のフィルタ等の繊維加工製品に使用することにより、コンパクトでガス吸着等効率の高いフィルタとすることができる。
また、基材11として織物、不織布、紙等とすることにより、繊維は柔軟性を有するので、取り付け場所を選ばないフィルタとすることができる。
また、本実施の形態の繊維10の製造方法は、高分子樹脂からなる基材繊維1の表面に多孔質の無機材料の無機皮膜2をゾル−ゲル法により形成する。これにより、揮発性有機化合物(VOC)等の有害ガスを効率的に吸着等して除去し得る繊維10の製造方法を提供することができる。
さらに、本実施の形態の繊維10の製造方法では、無機材料の無機皮膜2に、ガス吸着性能を有する多孔質粒子を混入することが好ましい。これにより、無機皮膜2と相俟ってさらに表面積を増加させ、ガス吸着性能をさらに高めることができる。
また、本実施の形態の繊維10の製造方法では、無機材料の無機皮膜2に、ガス分解性能を有する触媒粒子を混入することが好ましい。尚、この場合、ガス吸着性能を有する多孔質粒子とガス分解性能を有する触媒粒子との両方を混入することが可能である。
これにより、無機皮膜2にて吸着等したガスを、ガス分解性能を有する触媒粒子にて分解することが可能となる。例えば、コーティング膜に吸着されたトルエン(C6 H5 CH3 )、ホルムアルデヒド(HCHO)、アセトアルデヒド(CH3 CHO)、その他の揮発性有機化合物(VOC:Volatile Organic Compounds)を、無毒の炭酸ガス(CO2 )と水(H2 O)に分解する。
したがって、吸着した有害ガスの浄化を図る繊維10を製造することができる。
尚、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、本発明の技術的範囲に含まれる。
高分子樹脂からなる基材繊維1の表面に、ゾル−ゲル法により無機材料をコーティングした場合の効果について、確認を行うために実験を行った。
実験においては、ガス吸着能の把握として揮発性有機化合物(VOC:Volatile Organic Compounds)の一種であるトルエン(C6 H5 CH3 )濃度の低減効果と、ガス分解能の把握として二酸化炭素(CO2 )濃度の増加効果とについての確認を行った。
具体的には、200ppmのトルエンを封入した容器内に、表1における従来例及び実施例1〜7、比較例の各サンプルを入れ、紫外線を照射し、60分間放置した後のトルエン濃度及び二酸化炭素濃度の変化を確認した。
試験体は、表1に示すように、まず、基材繊維1のみのものを従来例とした。また、実施例1〜5については、基材繊維1に少なくとも無機皮膜2をコーティングしたものとした。具体的には、実施例1では、基材繊維1に無機皮膜2をコーティングしたのみとした。そして、実施例2〜5については、無機皮膜2に機能粒子3として第1粒子を追加した。さらに、実施例4,5については、無機皮膜2に機能粒子3として第1粒子及び第2粒子を追加した。
尚、比較例1として、基材繊維1に無機材料を練り込むと共に、機能粒子3として第1粒子及び第2粒子を追加したものを使用した。また、比較例2として、基材繊維1にアクリル系の高分子樹脂材料をコーティングすると共に、機能粒子3として第1粒子及び第2粒子を追加したものを使用した。さらに、比較例3として、基材としての基材繊維1に代えてガラス板を使用し、無機皮膜2をコーティングすると共に、機能粒子3として第1粒子及び第2粒子を追加したものを使用した。
また、実験環境としては、容器の容量として、5Lのものを使用し、基材繊維1は材質をポリエステルとし、パイル長5mm、繊度(繊維太さ)2デシテックス(T)、密度10kF/inchとした。また、試験体の大きさは50mm×50mmとし、紫外線として波長5nm、強度2mW/cm2 のものを照射した。
実験の結果を、図4〜図7に示す。図4及び図5は、無機皮膜2及び機能粒子3の存在の影響について、トルエン濃度減少の推移を示したもの及び炭酸ガス濃度の推移を示したものである。また、図6及び図7は、機能粒子3の担持方法及び基材との差異の影響について、トルエン濃度減少の推移を示したものと、炭酸ガス濃度の推移を示したものである。
まず、無機皮膜2及び機能粒子3の存在の影響について、図4に示すように、実施例1〜5の繊維10はいずれも吸着効果が見られる。また、図5に示すように、触媒(二酸化チタン(TiO2 )を担持した実施例3〜5の繊維10は、炭酸ガスの分解が起こっていることが確認できる。
次に、機能粒子3の担持方法及び基材との差異の影響については、図6及び図7に示すように、実施例5の繊維10が最も良好な結果を得ている。これに対して、比較例1及び比較例2の場合では、実施例5よりも劣っている。この理由は、無機皮膜2に機能粒子3を付加したものではないので、機能粒子3の機能が充分に発揮できなかったものと考えられる。
また、比較例3の場合では、基材がガラス板であり平面板であるので、トルエンガスとの接触確率が悪かったことにより効果が出なかったと考えられる。
本発明の無機材料によりコーティングされた繊維は、付着性、吸着性能、分解性能の優れたものである。したがって、揮発性有機化合物(VOC)等の有害ガスを除去するフィルタ等に用いることができる。また、本発明の繊維は、ブラシとして加工され、吸着性能、分解性能に優れたクリーニングブラシ、帯電又は除電ブラシ等に用いることができる。
1 基材繊維
2 無機皮膜(コーティング膜)
3 機能粒子(粒子)
10 繊維
11 基材
2 無機皮膜(コーティング膜)
3 機能粒子(粒子)
10 繊維
11 基材
Claims (13)
- 高分子樹脂からなる基材繊維の表面にゾル−ゲル法によりコーティングした多孔質の無機材料のコーティング膜を有してなることを特徴とする繊維。
- 前記無機材料のコーティング膜には、粒子が混入されていることを特徴とする請求項1記載の繊維。
- 前記粒子は、ガス吸着性能を有する多孔質粒子であることを特徴とする請求項2記載の繊維。
- 前記粒子は、ガス分解性能を有する触媒であることを特徴とする請求項2記載の繊維。
- 前記粒子には、ガス分解性能を有する触媒が担持されていることを特徴とする請求項3記載の繊維。
- 前記無機材料のコーティング膜は、無機酸化物からなっていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の繊維。
- 前記無機材料のコーティング膜には、導電性材料が混入されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の繊維。
- 前記ガス分解性能を有する触媒は、二酸化チタン(TiO2 )又は酸化タングステン(WO3 )を含む光触媒、マンガン(Mn),鉄(Fe),ジルコニウム(Zr)を主成分とする酸化金属触媒、白金(Pt),パラジウム(Pd),ロジウム(Rh)を含む金属触媒のうちから選ばれる1種以上の触媒であることを特徴とする請求項4又は5記載の繊維。
- 前記表面にコーティング膜を有する基材繊維は、基材に複数起毛されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の繊維。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の繊維を加工してなることを特徴とする繊維加工製品。
- 高分子樹脂からなる基材繊維の表面に多孔質の無機材料のコーティング膜をゾル−ゲル法により形成することを特徴とする繊維の製造方法。
- 前記無機材料のコーティング膜に、ガス吸着性能を有する多孔質粒子を混入することを特徴とする請求項11記載の繊維の製造方法。
- 前記無機材料のコーティング膜に、ガス分解性能を有する触媒粒子を混入することを特徴とする請求項11又は12記載の繊維の製造方法。
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JP2009175628A JP2011025603A (ja) | 2009-07-28 | 2009-07-28 | 繊維、繊維加工製品、及び繊維の製造方法 |
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JP2013132632A (ja) * | 2011-12-27 | 2013-07-08 | Toei Sangyo Kk | 金属酸化物触媒担持体、およびその製造方法 |
CN114471193A (zh) * | 2022-03-07 | 2022-05-13 | 四川轻化工大学 | 一种具有耐紫外自清洁的过滤膜及其应用 |
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2009
- 2009-07-28 JP JP2009175628A patent/JP2011025603A/ja active Pending
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