JP3144488B2

JP3144488B2 - 不織布状触媒

Info

Publication number: JP3144488B2
Application number: JP07251690A
Authority: JP
Inventors: 周一鈴木; 俊一内山; 秀憲吉澤; 正大田淵; 一雄色部; 忠男松林
Original assignee: Japan Vilene Co Ltd
Current assignee: Japan Vilene Co Ltd
Priority date: 1990-03-22
Filing date: 1990-03-22
Publication date: 2001-03-12
Anticipated expiration: 2016-03-12
Also published as: JPH03270734A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は不織布状触媒に関し、とくに気体中に含まれ
る有害物質の除去に利用される不織布状触媒に関する。

［従来の技術］従来、排ガス中に含まれる有害物質の除去や、殺菌な
どに利用した後のオゾンの除去には、触媒粒子を所定形
状に焼結したフィルターが使用されていた。しかし、こ
の焼結フィルターは形状が固定されてしまうため汎用性
に乏しかった。

このため、形状が容易に変形できる触媒として、不織
布などの繊維シートに触媒粒子を担持した不織布状の触
媒が提案された。しかし、従来の不織布状触媒は触媒粒
子をバインダーにより不織布の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処理能力が低下するという問題
があった。しかも、この不織布状触媒ではバインダーが
不織布の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。

一方、触媒粒子を微細繊維状物の内部あるいは部分的
に内部から露出した状態で含有した触媒（特開昭55−99
345号）が提案されている。この触媒はフラッシュ紡糸
法や溶液剪断法などによって得られる微細繊維状物
（「パルプ状繊維」ともいう）中に触媒を保持したもの
である。微細繊維状物（パルプ状繊維）は数ミリの長さ
で多数の分枝したフィブリルを備えているので、この微
細繊維状物中に保持された触媒粒子はフィブリルの細さ
（薄さ）から表面に露出しやすく、しかも、微細繊維状
物のフィブリル間の微細な空隙を通して外部と連絡され
ているため、微細繊維状物の内部に保持されていながら
十分な触媒機能を発揮できた。

しかし、この微細繊維状物はいわゆるパルプ状であっ
て、そのシート化は紙と同様に抄造により行われるので
２次元的な紙様のものしか得られず、３次元的な立体構
造の触媒にはならなかった。このため、上記微細繊維状
物からなる触媒を用いたシートは高い触媒機能を有する
反面、圧力損失が大きく、目詰りが生じやすいので、使
用寿命が短いという欠点があり、とくに処理風量が大き
い用途では用いることができなかった。

［発明が解決しようとする課題］本発明は上記従来技術の欠点を解消すべくなされたも
のであり、触媒粒子が安定に保持できて、十分な触媒機
能を有し、しかも、圧力損失が小さい不織布状触媒を提
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、本発明では触媒粒子を繊
維中に保持した多孔繊維が単独または他の繊維と共に３
次元的な網状構造を形成している不織布状触媒であっ
て、該多孔繊維が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不
織布状触媒を提供した。

すなわち、本発明は触媒粒子が多孔繊維内に保持され
るため、触媒粒子は脱落することなく安定に保持され、
しかも、多孔であることから触媒粒子と被処理物との接
触の機会も多くなるので触媒機能も十分に働く。そし
て、この多孔繊維は従来技術で示した微細繊維状物など
に比べて、長さが長く、強度もあるので、ニードルパン
チ処理、水流絡合処理などの繊維絡合処理を行うことが
できる。このため、多孔繊維を用いて３次元的な網状構
造を有する不織布を作製することが可能となり、強度に
優れ、圧力損失の小さい不織布状触媒を提供できる。

本発明に使用する触媒粒子はとくに限定されるもので
はなく、用途、すなわち被処理物に応じて適宜選択すれ
ばよいが、例えば、オゾンなどを分解除去する場合に
は、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、アルミ
ナ、シリカなどが適している。これら触媒粒子の大きさ
は多孔繊維中にうまく分散され、かつ活性表面が露出す
るように平均粒径が0.1〜20μｍであることが望まし
い。

この触媒粒子を多孔繊維中に保持する方法としては、
例えば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、
多孔繊維が形成される。また、触媒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
可能な物質と触媒粒子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、溶剤が触媒粒子の活性に悪
影響を及ぼすことがあり、また、繊維形成性重合体に発
泡剤と触媒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。

本発明に使用する多孔繊維の繊度は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
と多孔構造であるため必要な単繊維強度が十分に維持で
きず、30デニールより太いと触媒粒子の大きさとの関係
から触媒粒子の活性表面の露出の度合いが少なくなり触
媒機能が低下する。また、多孔繊維の繊維長はニードル
パンチ処理や水流絡合処理などによる繊維の絡合が十分
生じるように、20〜100mmであるのがよく、これより短
くても長くても上記処理による繊維の絡合度合いは悪く
なる。

なお、本発明の不織布状触媒は上記多孔繊維のみから
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とくに要求される場
合には他の繊維と混合してもよい。ただし、この場合に
あっても多孔繊維は不織布状触媒中に25重量％以上含ま
れていることが望ましい。他の繊維としては必要とされ
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。

上述の多孔繊維は単独でまたは他の繊維と混合され、
カード機などによる繊維ウェブ形成手段を経て繊維ウェ
ブとされる。この後、繊維ウェブにはニードルパンチ法
または水流絡合法などの繊維絡合処理が施され、繊維が
３次元的に絡合した網状構造の不織布状触媒が形成され
る。この不織布状触媒は３次元的な網状構造であるため
被処理物との接触面積が大きく、かつ圧力損失が低い。
ただし、繊維の絡合度をあまり大きくして密度を高める
と、当然圧力損失も増大していくので、この不織布状触
媒の見かけ密度は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、不織布状触媒の見かけ密度は
0.003g/cm³以上であることが望ましい。とくに、好まし
い不織布状触媒の見かけ密度は0.01〜0.2g/cm³である。

なお、ここでは３次元的な網状構造の不織布状触媒を
製造する手段として、繊維を絡合処理する方法を説明し
たが、本発明の不織布状触媒の製造方法はこれに限られ
るものではなく、３次元的な網状構造が得られるのであ
ればどの様な手段を用いてもよい。この他の手段として
は、例えば多孔繊維の繊維ウェブを形成した後、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ある。ただし、繊維が３次
元的な網状構造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、多孔繊維の孔部を埋めたり、
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。

この様にして得られた本発明の不織布状触媒は、高い
触媒活性を有するにもかかわらず、圧力損失が低いた
め、通常の気体中の有害物の除去等に利用できることは
もちろんのこと、処理風量の大きな分野にも適用でき
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の触媒粒子（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の不織布状触媒
を得た。

この不織布状触媒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、上記不織布状触媒を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、これをオゾン
ガスの流路に配する。次に、この流路に115±10ppmのオ
ゾンガスを1.5リットル／分の条件で流し、不織布状触
媒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。

なお、オゾンの分解率は不織布状触媒の通過前後のオ
ゾン濃度の差を通過前のオゾン濃度で除してパーセント
で示した。

（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を行い、繊維が３
次元的に絡合した見かけ密度0.02g/cm²の不織布状触媒
を得た。

この不織布状触媒を800cm²（不織布状触媒の重量8.0
g、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触媒粒子を焼結せしめた
焼結体（日本触媒化学工業（株）製）7.28gのものと、4
1.6g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の不織布状触媒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。

触媒粒子が多孔繊維内に保持されるので、触媒粒子の
脱落が生じることがなく安定に保持される。

また、触媒粒子が多孔繊維内に保持され、かつこの繊
維が３次元的な網目構造を形成しているので、処理気体
などとの接触面積が大きく、触媒活性が高い。

多孔繊維が３次元的な網目構造となっているので、繊
維間の空間が確保され、圧力損失が低い。

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。

また、上記構造をとっているので強度的にも優れてお
り、取り扱い上の問題がない。

この様に、本発明の不織布状触媒は優れた効果を奏す
るものであり、とくに排ガス内の有害物質やオゾンガス
中のオゾンの分解などの気体中の有害物質を除去するの
に適した有用なものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き審査官繁田えい子 (56)参考文献特開昭60−153943（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−111025（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−76686（ＪＰ，Ａ) 特開昭50−42169（ＪＰ，Ａ) 実開平３−54732（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01J 21/00 - 37/36 B01D 53/86

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】触媒粒子を繊維中に保持した多孔繊維が単
独または他の繊維と共に３次元的な網状構造を形成して
いる不織布状触媒であって、該多孔繊維が線維形成性重
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不織布状触媒。
【請求項２】見かけ密度が0.003〜0.5g/cm³である請求
項１に記載の不織布状触媒。
【請求項３】３次元的な網状構造が繊維にニードルパン
チ処理または水流絡合処理を施すことによって形成され
ている請求項１または２に記載の不織布状触媒。