JP3145341B2 - アルミナ製品の表面改質方法及び表面改質アルミナ製品 - Google Patents

アルミナ製品の表面改質方法及び表面改質アルミナ製品

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  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミナ製品の表
面改質方法及び表面改質アルミナ製品に関するもので、
特に食品製造ラインの中に用いられているアルミナ製品
あるいは食品容器等の洗浄・殺菌を容易にし、食品製造
効率や衛生管理を容易にすることを目的とする。
【0002】
【従来の技術】従来のアルミナ製品の表面改質方法とし
ては、アルミナ製品を600〜1400℃の高温で熱処理する
方法やカップリング剤、界面活性剤、高分子ポリマー、
イオン種等の表面改質剤を吸着させる方法が知られてお
り、アルミナ触媒の改質や食品の濾過に用いられている
アルミナ焼結体からなるセラミック膜に対してもこれら
の改質方法が試みられている。しかしながら、これらの
方法は改質に多大のエネルギーを要したり、薬剤による
改質には高価な薬剤の使用と廃水処理に経費がかかる欠
点がある。
【0003】近年、食品工業では食品素材、製造加工装
置、室内の洗浄・殺菌にオゾンを利用する傾向が高まっ
ている。オゾンはその強力な酸化力ゆえに、微生物や汚
染物質のみならず装置機械表面も酸化することが知られ
ている。
【0004】本発明の技術分野に関連するオゾンを用い
るアルミナの改質については、例えば特開昭61-93835号
にはアルミナを含むゼオライトなどのシリカ系多孔質無
機材料からなる低分子ガス吸着酸化触媒にオゾンを作用
させ、材料の除湿能、脱臭能を高めることが記載され、
同じく特開平2-152547号には天然ゼオライトを粉砕造粒
し、500〜700℃で焼成した後、オゾン処理を行い吸着脱
臭、除湿、遠赤外作用を強めることが記載されている。
更に特開平3-206010号はオゾン吸着微生物抑制材料およ
び微生物抑制方法であり、アルミナを含むガス吸着剤に
オゾンを吸着させることにより、微生物の殺菌・消毒効
果が得られるとある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】アルミナの表面は塩基
性の性質が強く、食品のpH領域(pH4〜6)では高い
正の電荷密度を有しているため、蛋白質の吸着親和性及
び吸着量は極めて高い。したがって、アルミナ製装置は
蛋白質で汚染されやすく、より多くの洗浄エネルギーを
要するという問題を有している。本発明は、アルミナ表
面を蛋白質が吸着し難く、かつ脱離し易い特性に改質す
る方法を提供するものである。従来の加熱処理や改質剤
による処理法では、多大な熱エネルギー、薬剤、廃水処
理を必要とするため処理費が高く、また、食品製造ライ
ンに組み込んだアルミナ製装置を従来法により再改質す
るためには装置の解体が不可欠であり、作業上の効率が
極めて悪い。食品製造現場において、装置を解体するこ
となく繰り返し実施可能な表面改質技術の確立が望まれ
ている。
【0006】食品製造設備中のアルミナ製品は、耐熱
性、耐食性に優れ、主として伝熱板のほかセラミック
膜、セラミック濾材等濾過材として組み込まれており、
ビール中の酵母を分離したり、各種果汁の清澄濾過に用
いられている。しかし、食品製造装置は常に清浄に保つ
必要があり、洗浄・殺菌が不可欠であるうえ、上記濾過
材はいわゆるファウリング(汚れ)がはげしく、その清浄
には多大の浄化剤と時間及び洗浄液の廃水処理問題がつ
きまとっている。
【0007】そこで、装置の解体をすることなく、その
まま装置内部を清浄化する方法として、オゾンによる処
理方法を試みた。すなわち、上記公開特許公報にみられ
るように、乾燥空気を原料として発生させたオゾンをア
ルミナに一定時間暴露することによって、アルミナ表面
の食品によるファウリングに及ぼす影響を調べたとこ
ろ、有機物の付着性は逆に増加し、場合によっては表面
の局部腐食さえみられたのである。この原因につき種々
検討の結果、空気原料ではオゾンの発生と同時にNOx
が生成し、これが特開昭61-93835号に記載されているよ
うに、材料に吸湿性を付与し、除湿能を高める原因であ
ることが判明したが、本発明の目的に対しては全く逆効
果でファウリングを高める結果となったのである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は以上のような課
題の解決に対し、鋭意研究を進めた結果によって得られ
たもので、その要旨とするところは、アルミナ製品を純
酸素を原料として発生させたオゾンガスに接触させて、
アルミナの零電荷点を酸性側に移動させることを特徴と
するアルミナ製品の表面改質方法である。アルミナの零
電荷点を酸性側に移動させることは、すなわち、蛋白質
その他食品成分の付着・吸着域における表面電荷密度を
低下させることになり、その結果、蛋白質等の吸着量は
低下し、水との親和性が低下してアルカリ洗浄における
吸着蛋白質の脱離性が向上することになる。
【0009】本発明の方法はアルミナ製品が食品製造ラ
インに組み込まれている場合は特に有効であり、製造ラ
イン中にあるアルミナ製品を取り外すことなく、純酸素
を原料として発生させたオゾンガスに接触させてその表
面を改質し、アルミナ製品の洗浄・殺菌を容易にするこ
とができた。
【0010】また、個々のアルミナ製品に対して純酸素
を原料として発生させたオゾンガスを接触させてアルミ
ナ製品の洗浄・殺菌を容易にした新しい表面改質アルミ
ナ製品も得られる。
【0011】ここにいうアルミナ製品とは純粋の酸化ア
ルミニウム粉末又はその成形体のほか、酸化アルミニウ
ム成分を含む各種セラミックス、例えば一般的にアルミ
ナ質耐火物やシリカ−アルミナ質耐火物と称されている
ものも含まれる。アルミナ製品のオゾンガスへの接触条
件は特に限定するわけではないが、通常オゾン濃度は50
〜2,000ppm、好ましくは100〜1,000ppm、接触時間は10
分〜4時間、好ましくは30分〜1時間、接触温度は10〜
40℃、好ましくは20〜30℃である。
【0012】本発明の作用は、次のように説明すること
ができる。すなわち、純酸素を原料として発生させたオ
ゾンガスをアルミナに一定時間暴露すると酸素とオゾン
とのみの反応となり、前述のNOxが存在しないためN
Oxによる吸湿性の増加や有機物の付着性の増加は全く
起こらず、オゾンによる酸化作用のみが関与することに
なる。オゾンガスは、i)直接オゾン分子として、ある
いはii)フリーラジカルの形で間接的にアルミナ表面の
活性部位と反応する。その結果、アルミナ表面の表面電
荷特性や水との親和性が改質されると共に、蛋白質の吸
着親和性の低下並びに脱離性の向上をもたらす。この技
術により、アルミナ製装置の蛋白質による汚染の抑制と
装置の洗浄・再生操作の簡易化が期待でき、装置の清浄
度を長期間維持することが可能になるのである。
【0013】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の態様を実施
例によって更に具体的に説明する。 実施例1 オゾン処理用カラム(3mmφ×300mmL)内にα−アルミ
ナ(平均粒子径0.7mμ)を3g入れ、純酸素を原料とし
て無声放電式オゾン発生装置により発生させたオゾンガ
ス(100〜2,000ppm)を常温下、5リットル/分の速度で3
0分〜4時間通気させ、アルミナ粉体の表面改質を行っ
た。表面改質後のアルミナの零電荷点は酸性側に移動
し、正の表面電荷密度は減少した。アルミナの表面電荷
の変化は、図1に示すとおりである。この表面電荷の変
化は、各オゾン濃度とも暴露時間1時間で平衡に達し
た。表面電荷密度の測定は、電位差滴定法(pHメータ)
によった。図1から明らかなように、未処理に比べてオ
ゾン濃度に応じて表面電荷密度が低下し、零電荷点は順
次酸性側に移動しpH=8からpH=6まで下がること
が判明した。
【0014】実施例2 実施例1と同様にオゾンによりアルミナを処理した結
果、表面改質後のアルミナの水蒸気吸着親和性は低下し
た。水蒸気単分子吸着における結果は、表1に示すとお
りである。測定は日本ベル株式会社製BELSORP18型水蒸
気吸着測定装置を用い、温度25℃の条件下で行った。
表1の結果、水蒸気吸着量(ml/g)はオゾン処理濃度に
影響されないが、吸着親和定数は明らかに低下し、α−
アルミナの表面に対して水分子が付きにくくなってい
る。すなわち、オゾンにより疎水性化が適度に進んでい
る。
【0015】
【表1】
【0016】実施例3 実施例1と同様にオゾンによりアルミナを処理した結
果、表面改質後のアルミナへの蛋白質(牛血清アルブミ
ン)の吸着量は低下した。表面改質に用いたオゾン濃度
と蛋白質の吸着量の関係は図2に示すとおりである。図
2で明らかなように、未処理アルミナの蛋白質吸着量が
5mg/m2あるのに対し、1,000ppmオゾン処理では2.5mg
/m2と約1/2にまで低下した。すなわち、アルミナ表面
に蛋白質が付着しにくくなっていることが判明した。
【0017】実施例4 実施例1と同様にオゾン処理したアルミナと未処理のア
ルミナに吸着した蛋白質を水酸化ナトリウム溶液(0.01
N)を用いてアルカリ洗浄した結果、蛋白質の蛋白脱離
性は表面改質により著しく向上した。蛋白質の脱離曲線
は図3に示す。図3の結果は、純オゾン処理でアルミナ
表面の零電荷pH域が酸化側に移行し、蛋白質等食品に
よるファウリングが少なくなるうえ、付着した蛋白質も
容易に除去でき、フィルターの目づまりが防止できるこ
とが期待できる。
【0018】比較例 乾燥空気を原料として実施例1と同様に無声放電オゾン
発生装置で50〜1,000ppmのオゾンを発生させ、アルミナ
粒子を入れたガラス製カラムに5リットル/minで10〜6
0分間通気した。この場合、純酸素によるオゾンによる
表面電荷密度の変化よりも更に著しく変わり、零電荷点
はpH=8からpH=4.5までもオゾン濃度により変化
した。その結果は図1のA(100ppm)とB(500〜1,000pp
m)の曲線で示すところである。そして、水蒸気の吸着親
和定数は表2のように空気原料からのオゾン処理は純酸
素のオゾン処理の場合と逆の傾向で、オゾン濃度が増す
に加えて増大することが判明した。
【0019】
【表2】
【0020】以上の結果は、乾燥空気を原料としてオゾ
ンを発生させると、オゾンと同時にNOxが生成する。
例えばオゾン100ppmのときNOxは4ppm、すなわちオ
ゾンの4%位のNOxが発生する。このNOxはアルミ
ナ表面の水酸基あるいは水分子と反応して表面に硝酸基
を生じ、その結果、表面電荷の変化が図1のようにオゾ
ンより著しく、pH=8からpH=4近くまで下がり、
水蒸気の吸着親和定数はオゾン濃度と共に増加する。硝
酸基は大気中の水分子との反応により硝酸に変化し、ア
ルミナ表面の溶解現象をも引き起こすことになる。すな
わち、本発明の純オゾンから発生させたオゾン雰囲気と
は全く異なる挙動を起こし、本発明で得られる適度な零
電荷点の腐蝕を起こし、好ましくないことが判明した。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、アルミナ製装置の汚染
の進行を抑制すると共に、洗浄エネルギーを大幅に削減
することが可能である。また、食品製造ラインに組み込
まれた装置を解体することなく、室温にてアルミナの表
面改質と殺菌を繰り返し実施することができる。通気し
た廃オゾンガスは無害な酸素に変換させるため、環境を
汚染しない。また廃水処理も次亜塩素酸ソーダなどの殺
菌剤を使用しないため簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】純酸素及び乾燥空気により発生させたオゾンで
表面改質したアルミナ表面の電荷密度とpHの関係を示
すグラフである。
【図2】純オゾンにより表面改質したアルミナ表面への
蛋白質吸着量とオゾン濃度との関係を示すグラフであ
る。
【図3】アルカリ洗浄による吸着蛋白質のアルミナ表面
からの脱離状態を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01F 7/02 A61L 2/20 C04B 41/80 CA(STN) JICSTファイル(JOIS)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミナ製品を純酸素を原料として発生
    させたオゾンガスに接触させて、アルミナの零電荷点を
    酸性側に移動させることを特徴とするアルミナ製品の表
    面改質方法。
  2. 【請求項2】 アルミナ製品が食品製造ラインに組み込
    まれる製品であり、該製品を純酸素を原料として発生さ
    せたオゾンガスに接触させてその表面を改質し、アルミ
    ナ製品の洗浄・殺菌を容易にすることを特徴とするアル
    ミナ製品の表面改質方法。
  3. 【請求項3】 アルミナ製品に対して純酸素を原料とし
    て発生させたオゾンガスを接触させてアルミナ製品の洗
    浄・殺菌を容易にしてなる表面改質アルミナ製品。
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