JP3066903B2 - オゾン分解用フィルター - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は殺菌に使用した後の排オゾンや、複写機から
発生するオゾンなどを簡便に分解除去できるオゾン分解
用フィルターに関する。

［従来の技術］ 一般に、オゾンは人体に有害であるため、殺菌などに
利用した後のオゾンを外部へ排気する場合、そのオゾン
濃度は0.1ppm以下にする必要がある。このため、従来か
ら空気中に含まれるオゾンを分解し、除去するためにオ
ゾン分解触媒が使用されている。

従来のオゾン分解触媒の使用形態は大きく分けて２種
類ある。ひとつはオゾン分解触媒の粉末を所定形状に焼
結したフィルターであり、もうひとつは繊維シートから
なるフィルターにオゾン分解触媒の粉末や粒子をバイン
ダーによって繊維表面に担持したもの（特開昭56−1330
29号、特開昭62−201648号など）である。

前者の焼結フィルターは触媒のみで形成されているた
め、オゾンの分解能力が比較的高いが、形状が一定の形
の固定されてしまうため種々の形態の装置に利用するこ
とができず汎用性に乏しかった。

一方、後者の繊維フィルターを用いたものは裁断や折
り曲げによって形状を容易に変形できて汎用性が高い
が、触媒粒子をバインダーにより繊維表面に付着したも
のであるため、バインダーの量が少ないと触媒粒子の脱
落が起こり、バインダーの量が多いと触媒粒子の活性表
面がバインダーに覆われてオゾン分解の能力が低下する
という問題があった。しかも、後者の繊維フィルターで
はバインダーが繊維間の空間を塞ぐため圧力損失が大き
くなるという問題もあった。

なお、繊維フィルターにおいては、触媒粒子の脱落を
防止し、バインダーによる繊維間の空間の閉塞を避ける
方法として、繊維内部に触媒粒子を保持させる手段が考
えられるが、繊維内部に触媒粒子を入れてしまうと触媒
の活性表面が繊維を形成する重合体によって覆われるた
めオゾン分解能力が著しく低下すると考えられていた。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は上記従来技術の問題点を解消すべくなされた
ものであり、高いオゾン分解能を有し、触媒粒子を安定
に保持できて、形状が自由に変えられる汎用性の高いオ
ゾン分解用フィルターを提供することを課題とする。

［課題を解決する手段］ 上記課題を解決するために、本発明ではオゾン分解触
媒を含有する繊維を含む繊維シートからなり、該繊維が
−SH,＝S,−NH₂,＝NH,−CN,−OHのオゾンとの反応性の
高い官能基群から選択されるいずれかの官能基を備える
繊維形成性重合体と該重合体と相分離を生じる重合体と
で形成されていることを特徴とするオゾン分解用フィル
ターを提供した。

すなわち、本発明のオゾン分解用フィルターは繊維を
形成する重合体に特定の官能基を備えたものを用いるこ
とによって、オゾン分解触媒を繊維中に保持しているに
もかかわらず、触媒のオゾン分解能を低下させずに優れ
たオゾン分解能を約束するものである。とくに、オゾン
分解触媒を含有する繊維が多孔性繊維である場合に、こ
の効果は顕著であり、驚くべきことに、オゾン分解触媒
のみからなる焼結体よりも優れたオゾン分解能を示す。

この理由は明らかではないが、オゾンとの反応性の高
い官能基にオゾンが優先的に吸着され、これを近傍に存
在するオゾン分解触媒が分解するような機構が働くので
はないかと推定される。

本発明に使用するオゾン分解触媒としては、オゾンの
分解機能を持ち、重合体中に含有できるものであればよ
く、例えば、白金、金、銀、銅、パラジウム、鉄、ニッ
ケル、コバルト、マンガンなどの金属やこれらの酸化
物、あるいはアルミナ、シリカなどが適している。これ
らの触媒の一つの粒子の大きさは繊維中に分散しやすい
ように平均粒径が0.1〜20μｍであることが望ましい。

また、本発明に使用する繊維は、−SH,＝S,−NH₂,＝N
H,−CN,−OHのオゾンとの反応性の高い官能基群から選
択されるいずれかの官能基を備える繊維形成性重合体と
該重合体と相分離を生じる重合体から構成される。とく
に、強度や耐薬品性や熱的性質などの実用面から考慮し
て、具体的に使用できる繊維としてはアクリル繊維が適
しており、この場合、重合体に用いるアクリロニトリル
の割合は40％以上、好ましくは70％以上がよい。

オゾン分解触媒を繊維中に含有させるには、上記繊維
を紡糸する際、重合体溶液中にオゾン分解触媒を分散し
ておけばよい。この様にして得られた繊維中には、オゾ
ン分解触媒が分布しており、触媒の一部は繊維表面に露
出した状態となっている。

本発明に使用するオゾン分解触媒を含有する繊維の繊
度は0.5〜30デニールの範囲にあることが望ましく、0.5
デニールより小さいと触媒を含有しているため必要な単
繊維強度が得られず、30デニールより太いと触媒と外部
との距離が大きくなり、オゾンと触媒の接触の機会が少
なくなるので触媒機能が低下する。また、繊維の繊維長
は繊維をシート化する方法との関係から20〜100mmであ
るのがよい。

オゾン分解触媒を含有する繊維は、とくに多孔性繊維
であれば、オゾンと触媒との接触の機会が増えるのでよ
り好ましい。

オゾン分解触媒を多孔性繊維中に保持する方法として
は、例えば上記の特定の官能基を有する繊維形成性重合
体に、この重合体と相分離を生じる重合体と触媒粒子と
を分散混合して紡糸した後、これを延伸する方法があ
る。繊維形成性重合体と相分離を生じる重合体は、紡糸
直後、繊維形成性重合体内に相分離した分散相を形成す
るが、繊維の延伸に伴って引き伸ばされ、主として両者
の重合体の界面で空孔を発生する。分散相は繊維表面付
近にも存在するため、空孔は内部で連絡し合うだけでな
く外部にも口を開いた状態となり、多孔性繊維が形成さ
れる。また、オゾン分解触媒の粒子はこの繊維内を走る
多数の空孔や繊維表面にその活性表面を露出した状態で
保持され、高い触媒機能を発揮することができる。ここ
で用いる繊維形成性重合体の一例をあげれば、40重量％
以上のアクリロニトリルを含有するアクリル系重合体が
好ましく、これと相分離を生じる重合体としては、酢酸
セルロースやポリビニルアルコール系誘導体が適してい
る。

なお、触媒粒子を繊維内に保持する多孔性繊維として
は、この他の方法によって得られるものも当然使用でき
る。ただし、繊維形成性重合体に溶剤などによって抽出
可能な物質とオゾン分解触媒とを混合して紡糸した後、
前記物質を溶剤により除く方法はオゾン分解触媒の活性
に悪影響を及ぼすことがあり、また、繊維形成性重合体
に発泡剤とオゾン分解触媒の粒子とを混合しておき、紡
糸とともに発泡させる方法は繊維強度が低下する場合が
あるので注意を必要とする。

上記のオゾン分解触媒を含有する繊維を用いて繊維シ
ートが形成される。繊維シートとしては、不織布、フェ
ルト、織布、編布、紙状物などがあるが、フィルター効
果を考えると３次元的な構造を有する不織布が望まし
い。３次元的な構造の不織布は被処理物との接触面積が
大きく、圧力損失が低いという利点を持つ。ただし、繊
維の密度を高めると当然圧力損失も増大していくので、
この不織布の見かけ密度は0.5g/cm³を超えないことが望
ましく、一方、強度との関係から、不織布の見かけ密度
は0.003g/m³以上であることが望ましい。とくに、好ま
しい不織布の見かけ密度は、0.01〜0.2g/cm³である。こ
の３次元的な構造を有する不織布を形成する手段として
は、繊維ウェブを３次元的に絡合させるニードルパンチ
法や水流絡合法、あるいは、繊維ウェブに所定間隔をお
いて点状の熱融着部を設ける、いわゆるポイントシール
法などが適している。ただし、３次元的な構造の不織布
となるものであっても、バインダーにより繊維を結合す
るものは、触媒の活性表面を覆ったり、繊維間の空間に
被膜を形成したりするおそれがあるので望ましくない。

なお、繊維シートを構成する繊維は、オゾン分解触媒
を含有する繊維のみから構成されることが、その触媒機
能から考えると望ましいが、強度や耐久性などの他の性
質を要求される場合には他の繊維と混合してもよい。た
だし、この場合にあっても触媒を含有する繊維は繊維シ
ート中に50重量％以上含まれていることが望ましい。ま
た、共に混合される他の繊維は必要とされる性質に応じ
て適宜選択すればよく、とくに限定されない。

この様にして得られた繊維シートが、本発明のオゾン
分解用フィルターとなる。

（実施例１） アクリロニトリルを90％含むアクリル系重合体92.5部
と酢酸セルロース（平均重合度150）7.5部とからなる重
合体濃度22％のジメチルホルムアミド溶液に、二酸化マ
ンガンを主体とする平均粒径10μｍのオゾン分解触媒
（荏原実業（株）製）10部を分散混合する。次いで、こ
の溶液を15℃の63％ジメチルホルムアミド水溶液に紡出
した後、１次延伸、水洗、乾燥、２次延伸、熱収縮の処
理を行い、触媒粒子が保持された多孔繊維を作製した。

この多孔繊維をカード機にかけ、多孔繊維100％から
なる目付100g/m²の繊維ウェブを形成した後、針密度80
本/cm²の条件でニードルパンチ処理を行って、繊維が３
次元的に絡合した見かけ密度0.02g/cm³の不織布からな
るオゾン分解用フィルターを得た。

このオゾン分解用フィルターを用いてオゾンガスの分
解除去の実験を以下の様にして行った。

まず、上記オゾン分解用フィルターを800cm²（不織布
状触媒の重量8.0g、触媒粒子重量0.8g）に裁断し、これ
をオゾンガスの流路に配する。次に、この流路に115±1
0ppmのオゾンガスを1.5リットル／分の条件で流し、オ
ゾン分解用フィルターの通過前と通過後のオゾン濃度を
測定し、オゾンの分解率を求めた。この結果を第１表に
示した。

（実施例２） 実施例１で用いたのと同じ多孔繊維50％とアクリル繊
維50％とを混綿し、カード機によって目付200g/m²の繊
維ウェブを作製した。次いで、この繊維ウェブを針密度
80本/cm²の条件でニードルパンチ処理して、繊維が３次
元的に絡合した見かけ密度0.02g/cm³のオゾン分解用フ
ィルターを得た。

このオゾン分解用フィルターを800cm²（不織布状触媒
の重量8.0g、触媒粒子の重量0.8g）に裁断したものを用
いて、オゾンガスの分解除去の実験を実施例１と同様に
して行い、その結果を第１表に示した。

（比較例１、２） 二酸化マンガンを主体とするオゾン分解触媒の粉体を
焼結せしめた焼結体（日本触媒化学工業（株）製）7.28
gのものと、41.6gのものを準備する。次に、これらの焼
結体をオゾンガスの流路に配し、実施例１と同様にして
オゾンガスの分解除去の実験を行い、その結果を第１表
に示した。

なお、焼結体には、焼結体の流路と垂直な断面の面積
が、実施例１のオゾン分解用フィルターの面積と同じも
のを使用した。

第１表から明らかなように、触媒粒子のみからなる焼
結体と、本発明の不織布状触媒とは重量の近いもの（実
施例１、２と比較例１）では本発明の方が分解率が高
く、オゾンの除去に優れていることがわかる。このこと
は、不織布状触媒に含まれる触媒粒子の量が不織布状触
媒の重量の約十分の一であることから考えて、本発明で
は驚くべき効率の良さで触媒が働いていることを示して
いる。

［発明の効果］ 本発明は以上に述べた構成からなるため、以下に示す
効果を奏する。

オゾンと反応性の高い官能基を有する重合体からなる
繊維中に、オゾン分解触媒が含有されているため、触媒
が重合体で保持されて活性表面が覆われているにもかか
わらず高い活性が得られる。この効果は、オゾンと反応
性の高い官能基が優先的にオゾンを吸着し、これをオゾ
ン分解触媒が分解するためではないかと推定される。

とくに繊維が多孔性繊維である場合、この効果は顕著
であり、オゾン分解触媒の量で比較した場合、オゾン分
解触媒のみからなる焼結体の十分の一程度の量でより高
いオゾンの分解を実現できる。

オゾン分解触媒が繊維中に保持されているので触媒の
脱落を生じない。

オゾン分解触媒の保持にバインダーを使用しないた
め、繊維間の空間を閉塞することがなく、圧力損失が小
さい。

このため、処理気体の風量が大風量でも処理が可能で
あり、使用寿命も長い。

繊維シートからなるため、形状の変更が容易で種々の
形態の装置に適用できるため汎用性が高い。

この様に、本発明のオゾン分解用フィルターは、殺菌
処理後の排オゾンや複写機などからでるオゾンの分解に
適した極めて有用なものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 大工原 大二 (56)参考文献 特開 昭60−220128（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−54732（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 53/34,35/36 B01J 21/00 - 37/36 ＣＡ（ＳＴＮ) ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】オゾン分解触媒を含有する繊維を含む繊維
   シートからなり、該繊維が−SH,＝S,−NH₂,＝NH,−CN,
   −OHのオゾンとの反応性の高い官能基群から選択される
   いずれかの官能基を備える繊維形成性重合体と該重合体
   と相分離を生じる重合体とで形成されていることを特徴
   とするオゾン分解用フィルター。
2. 【請求項２】繊維がアクリル繊維である請求項１に記載
   のオゾン分解用フィルター
3. 【請求項３】オゾン分解触媒を含有する繊維が多孔性繊
   維からなる請求項１または２に記載のオゾン分解用フィ
   ルター。