JP3728475B2 - 除塵フィルターの機能を有する吸着材 - Google Patents

除塵フィルターの機能を有する吸着材 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主として空気中の微量の悪臭成分を除去するために使用される、吸着速度が早く取扱性に優れた吸着材である。主な用途分野は、家庭用もしくは自動車用のエアーコンディショナー及び空気清浄機用に使用されるフィルターエレメントで、低圧損、高寿命の特徴を有し高速で空気を流した場合にも１パスで高い浄化度を達成できる。また、空気の浄化機能と共に除塵機能も有するシートである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から微量成分の吸着材として活性炭が広く使用されているが、形状は一般に粉体または粒体で必ずしも取扱い易いとは言い難い。そこで活性炭粒子をフォーム材、不織布等の多孔性物質中に固定させた吸着材が試みられている。これらは粉体の様に、粉塵が発生するおそれがないので取扱いが便利であり、しかもガスは多孔性物質中の空隙を自由に流通し得るので、抵抗が少ないという利点もある。
【０００３】
しかしながら従来からつくられているこのタイプの吸着材は、多孔性物質に含有されている活性炭粒子の表面がバインダーの層で被覆されているため、吸着能力のごく一部しか使用できないデメリットが指摘されていた。これは多孔性物質内部の組織に活性炭粒子を接着させる場合、活性炭粒子にバインダーを混合して接着させると、粒子表面の大部分がバインダー層で被覆されることが避けられないからである。
【０００４】
また、ポリウレタンフォームを生成させる時、プレポリマーに吸着体粒子を混合して調製する方法もある。この場合はかなり多量の活性炭粒子を混合すると、ポリウレタンフォームの発泡性が抑制されると共に、活性炭粒子の表面のかなり多くの部分がポリウレタン樹脂で被覆されたり、或いは細孔が目詰まりするため吸着能力が大幅に低下する。
【０００５】
またこれらの問題点を解決するため、発泡ポリウレタン成型体の表面及び内部組織の外気との接触面にバインダー層を形成させた後、吸着材粒子を付着する方法も開示されている。特公平 4-35201号公報には発泡ポリウレタン成型体の表面及び内部組織の上にウレタン系プレポリマーを塗布した後、吸着材粒子を吹き付けて付着させる方法が開示されている。
【０００６】
或いは粗い編み目に粒状活性炭を担持させて使用する方法もあるが、この様な二次元構造の場合は、組織が粗な基材を使用すると、圧損失は低下するが充分な吸着性が得られず、また組織が密な基材を使用すると吸着性は向上するが、圧損失が高くなり過ぎるため、除塵フィルターの機能も要求される用途には不適当である。
【０００７】
【本発明が解決しようとする課題】
本発明はこれらの問題点にかんがみ三次元構造の織物からなるシートを利用して、これに粒子表面の１部が露出している状態の活性炭粒子を接着させることによって、圧損失が低く且つ吸着性が高い除塵フィルターの機能も有する吸着材を開発して提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は激しい乱気流状態のガスが、充填密度が低い吸着剤層を通過するときには、ガスと吸着剤との接触効率が著しく高められて悪臭ガスの除去性能が向上するため、圧損失が低く高風量のガス処理に適した構造となることに留意した。このため粗な三次元構造の織物からなるシートを基材として、その内部に吸着剤粒子があたかも空間に浮遊しているような状態で保持させ、通気性を阻害する度合いを極力低下させる構造について研究した。その結果、粗な三次元構造の織物からなるシートに活性炭粒子をバインダーで点接着させることにより、吸着剤粒子が吸着材の内部で適度な空隙率を保持した状態とすることができ、織物の表面に、上下及び左右の両方向に畝状となる形状を付与することによって一層通過するガスの乱流状態を高め得ることも確かめ、これに基づいて本発明に到達した。
【０００９】
すなわち、本発明は、織物の表面に、上下及び左右の両方向に畝状となる形状を付与した粗な三次元構造の織物からなるシートの表面及び内部組織の外気との接触面に、ラテックスもしくはエマルジョンまたは溶媒を含まないポリマー系接着剤からなるバインダー層を形成させ、該バインダー層に活性炭粒子を接着せしめ粒子表面の一部が露出された状態に保持せしめてなる吸着材である。また、本発明のもう一つの発明は、織物の表面に、上下及び左右の両方向に畝状となる形状を付与した粗な三次元構造の織物からなるシートの表面及び内部組織の外気との接触面に、ラテックスもしくはエマルジョンまたは溶媒を含まないポリマー系接着剤からなるバインダー層を形成させ、該バインダー層に活性炭粒子を接着せしめ粒子表面の一部が露出された状態に保持せしめ、更に該シートの表面にラテックスもしくはエマルジョンまたは溶媒を含まないポリマー系接着剤からなるコート層を形成せしめてなる吸着材である。
【００１０】
また、本発明の別の発明は、織物の表面に、上下及び左右の両方向に畝状となる形状を付与した粗な三次元構造の織物からなるシートの表面及び内部組織の外気との接触面に、ラテックスもしくはエマルジョンまたは溶媒を含まないポリマー系接着剤からなるバインダー層を形成させた後、該シートを活性炭粒子の流動層中を通過させることにより、シートの表面及び内部組織の外気との接触面に活性炭粒子を付着させ、粒子表面の一部が露出された状態に保持させることを特徴とする吸着材の製法である。
【００１１】
以下本発明について詳しく説明する。
【００１２】
本発明の吸着材には、織物の表面に、上下及び左右の両方向に畝状となる形状を付与した粗な三次元構造の織物からなるシートを基材として使用する必要がある。織物を構成する繊維の材質は特に限定しない。例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ナイロン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、フッ素樹脂、ビニロン、ポリアクリル系ポリマー、酢酸セルローズ、プロミックス等の合成繊維、半合成繊維、その他レイヨン、綿、麻、絹等の天然繊維或いは無機繊維も使用可能である。更に繊維に限定されず細いアルミニウム線で織った織物でもよい。
【００１３】
本発明の三次元構造の織物から、シートは例えば、ナイロン、ポリエステル或いはポリプロピレン等の２０〜５００デニール（２２〜５５０デシテックス）程度の糸を特殊な方法で織ることにより三次元構造シートが得られる。使用される糸の組み合わせは、経糸が１０〜５０本／ｉｎｃｈ（４〜２０本／ｃｍ）、緯糸が１０〜５０本／ｉｎｃｈ（４〜２０本／ｃｍ）が好ましい。更に基材の材質は繊維に限定されず、この様な三次元構造を取り得るものならば例えば、細いアルミニウム線で織った物でも使用可能である。
【００１４】
本発明の吸着材に使用する粗な三次元構造の織物は、織物の表面に、上下及び左右の両方向に畝状となる形状を付与した粗な三次元構造の織物であり、畝は不規則に多方向に付けられている場合も本発明に含まれている。
【００１５】
吸着性能を高めるためには、シート状の織物の表面に接触するガスの流れは乱流となることが好ましく、表面の畝状凹凸はこの効果を更に助長するためである。また、高風量のガスを処理するためには、シート状の織物の組織内部の空隙は大きいものが好ましく、またシートの表面が畝状の形状を有するためガスの流れが乱された状態になると、織物の組織内部の乱流も一層助長される効果がある。
【００１６】
本発明の吸着材に含まれている活性炭は、通常１ｇ当たり数百平方メートルあるいはそれ以上の大きな表面積を有し、高い吸着性を示す炭素材料であれば広範囲に使用できる。活性炭の原料には、通常椰子殻または木材等の炭化物或いは石炭が使用されるが何れでもよい。また賦活法も水蒸気或いは二酸化炭素により高温でまたは塩化亜鉛、リン酸、濃硫酸処理等いづれの方法により得られたものでも良い。
【００１７】
活性炭は無極性吸着剤として極めて優れた吸着性を有する特異な物質で、殆どすべてのガス状或いは液状物質に対して高い吸着性を示すことが知られている。
【００１８】
粗なシートに担持させる活性炭粒子の大きさは特に限定せず、広範囲の粒度の粒子を使用した場合にもその効果が認められる。しかし吸着容量を高く保持すると共に圧損失を抑制するためには、粒子の平均粒径は 20 mesh以下 100 mesh 以上が好ましい。
【００１９】
本発明において、粗な三次元構造の織物からなるシートに活性炭粒子を接着させるためには、ラテックス或いはエマルジョンまたは溶媒を含まないポリマー系接着剤を使用する必要がある。尚、活性炭粒子の細孔の目詰まりを生じ難いものが好ましいため、ラテックス或いはエマルジョンは固形成分が多いものが適しており、固形成分は 30 ％以上が好ましく、50％以上がより好ましい。
【００２０】
ここで、ラテックス或いはエマルジョンとは分散媒である水中に、ゴム系粒子或いは接着性を有するポリマー粒子が分散された状態を指している。ラテックスとしては SBR、クロロプレン、ニトリルゴム等各種合成ゴム系のラテックス等が挙げられ、また、エマルジョンとしてはアクリル酸エステルとアクリル酸或いは、メタクリル酸エステルを共重合させたアクリル系エマルジョン、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂エマルジョン或いは酢酸ビニル樹脂エマルジョン等が使用できる。
【００２１】
溶媒を含まないポリマー系接着剤としては有機溶媒または水を含まない、接着性を有するプレポリマー等で、本発明の接着剤には合成ゴム系の物質が好ましく、例えば、NCO 過剰のウレタン系プレポリマー、より好ましくは MDI（メチレンジイソシアネート）ベースのウレタン系プレポリマーが好ましい。 MDIベースのプレポリマーは TDI（トリレンジイソシアネート）ベースのプレポリマーより遊離イソシアネートが発生し難く、吸着体粒子への吸着が少ないため好ましい。
【００２２】
NCO 過剰のウレタン系プレポリマーを使用する場合、粘度を調節するために、場合によっては少量の有機溶剤を加えて、シート状の織物に含浸或いは塗布した後、温風乾燥等により大部分の有機溶剤を除去して、この織物の表面及び内部組織の繊維表面に、バインダー層を形成させその上に活性炭粒子を付着させてもよい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の粗なシート状織物の表面及び内部組織の繊維表面には、前述のバインダーからなるバインダー層を形成させる必要がある。粗なシート状織物の表面及び内部組織の繊維表面にバインダーを付着させるには、このシートをラテックスまたはエマルジョン等のバインダーを満たした浴に浸漬した後、過剰のバインダーをロールで除去する方法、或いはスプレーやコーターで表面に塗布した後、ロールで絞り付着しているバインダーを組織の内部まで浸透させる方法等がある。更に、エアーブローして包絡した繊維間に生成した皮膜を除去した後乾燥させる方法によって、織物の表面及び内部の繊維組織の外気との接触面にバインダー層を形成させることができる。
【００２４】
活性炭粒子をバインダー層が形成されている粗なシート状織物の表面及び内部組織の外面に接着させるには、流動層通過法或いは粉体スプレー法、篩落下法等適宜の方法を採用することができる。
【００２５】
流動層通過法は組織内部にバインダー層を形成せしめた粗なシート状織物を、活性炭粒子の流動層の中を通常はシートを水平にして通過させることにより、織物組織の内部に粒子を浸透させる方法である。流動層は活性炭粒子を一定の深さに充填した槽に、下部の分散板を通してガスを吹き込んで流動層を形成させるが、ガスの吹込速度は最小流動化速度に比較的近いガス速度領域で、粗なシート状織物を通過させた場合にも、粒子は織物組織の内部に均等に浸透させることができる特徴がある。
【００２６】
その他の方法では、大部分の粒子が織物の表面にのみに付着し易く、内部に充分付着させることは困難である。しかし流動層通過法は、流動状態を活性炭粒子の粒度に合わせて、ガス吹込速度によって適度に調節し、更に粗な織物の流動層内の滞留時間を調節することにより、織物の内部組織に、活性炭粒子を均一に付着させることができるため、本発明の吸着材の粒子付着工程に最も適している。
【００２７】
粉体スプレー法或いは篩落下法の場合には、粗なシート状織物を適宜反転させて、織物の両側から活性炭を吹き付け、または粒子を落下させることにより、組織の内部にまで粒子を付着させることができる。更に、織物に活性炭粒子を付着させる工程或いは付着させた後、このシート状織物を振動させることによって、組織内部への粒子の進入及びバインダー層への付着を促進させることができる。
【００２８】
粗なシート状織物に活性炭粒子を付着させた後、一組または複数組のピンチ・ロールの間を通して織物を軽く圧迫することにより、粒子をバインダー層に強固に接着させることができる。この際ロ−ルの１部或いは全部に加熱ロ−ルを使用して、接着を促進させることもできる。
【００２９】
前記の様にして得られた粗なシート状織物に含まれる活性炭粒子は、流動層通過法等によって一旦その内部組織のバインダー層の表面に付着された後、加熱圧着工程によって強固にバインダ−層に接着されるため、粒子表面のかなり多くの部分が露出した状態となっている。これは本発明の吸着材の構造の最も大きな特徴の一つである。
【００３０】
従来活性炭粒子を担体に担持させる場合、主として粒子をラテックスまたはエマルジョン等のバインダーと混合して塗布する方法が用いられた。この方法では活性炭粒子の表面がバインダーで被覆されているため、活性炭の吸着性が阻害されることが避けられなかった。しかし前述の様に本発明で得られた粗なシート状織物は、大部分の活性炭粒子の表面が露出した状態となっているため、個々の活性炭粒子の吸着容量が大きく吸着速度も高い特徴がある。しかも粗なシート状織物は、全体が粗な組織になっているためガスの流通路の断面積はかなり大きく、従って圧損失は低く高速でガスを流した場合、ガスは吸着材内部を激しい乱流となって流れる状態になる。
【００３１】
ピンチ・ロールのクリアランスは適宜設定できるが、シートの厚さの50〜80％が好ましい。また、ポリウレタン系のプレポリマー層に活性炭粒子を接着させる場合には、加熱水蒸気処理によって接着力を更に向上させることができる。
【００３２】
粗なシート状織物の表面に接着された粒子は、使用中摩擦その他のため脱落し易いから、これを防止するためシートの表面に更にラテックス或いはエマルジョンまたは溶媒を含まないポリマー系接着剤を塗布することができる。
【００３３】
バインダーの種類は、シート組織内部に含浸させたものと必ずしも同一でなくてもよく、その適性を考慮して異なった種類のバインダーを使用してもよい。バインダーを塗布した部分の活性炭粒子表面は、薄いバインダー層で被覆されているため吸着性は低下するが、被覆される表面の粒子の比率は全体からみるとごく一部であるから、吸着材全体の機能低下は僅少である。
【００３４】
本発明の吸着材において、活性炭粒子の一部としてアニリン、リン酸、リンゴ酸又は鉄塩を担持した粒子が含まれている場合も本発明に属する。更に、本発明の吸着材は一層でも使用することができるが、複数枚積層して用いることも可能である。また、プリーツ状に加工する際には吸着材の織物に紙、不織布、エレクトレット不織布、導電性シート、磁気シート或いは酸化触媒性シート等を重ねて成型することもできる。本発明の吸着材は、基材である粗な三次元構造の織物の表面及び内部組織の繊維表面に、活性炭粒子を接着させたもので圧力損失が極めて低いため、ガスの流動性が乏しい雰囲気或いは高風量の状態で使用することも可能で、除塵フィルターとしても優れている。このため、自動車用のエアーコンディショナー或いは空気清浄器用の除塵性を有する脱臭材として好適である。
【００３５】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。
【００３６】
（実施例１）
エアーコンディショナー等の除塵用に使用されている厚み３mmの粗な波型三次元構造の織物からなるシートに SBRラテックスを含浸させ、絞り用ゴムロールでラテックスの目付量を調整し、エアーブローをかけることにより、多孔性シートの内部に生成したラテックスの膜を取り除き、粗なシートの表面及び内部組織の繊維表面にもバインダー層を生成させた。そのシートを椰子殻を原料とした粒度28〜70 mesh に調整した破砕状活性炭粒子の流動層の中を通過させて、活性炭粒子を織物の表面及び内部組織のバインダー層に付着させた。
【００３７】
更に、多孔性シートを押さえロールに通し、バインダー層に付着していた活性炭粒子を圧着して強固に接着させた。過剰に付着している活性炭粒子を充分に振り落とした後、120 ℃で乾燥して活性炭粒子を含む粗なシート状織物を得た。その基材の織物を図１に、その断面図を図２に示した。尚、図１は織物の繊維の形状を示すため図面に代わる写真で示した。また、図２より織物の断面が波形であることが分かる。
【００３８】
実施例１で得られた粗なシート状織物の活性炭粒子接着量は 0.11 g/mlであり、また、JIS K 1474-1975 によって測定したベンゼン吸着量は 0.03 g/mlとなって、良好な吸着性を有することが分かった。
【００３９】
（実施例２）
エアーコンディショナー等の除塵用に使用されている、厚み５mmの粗な波型三次元構造の織物からなる多孔性シートに SBRラテックスを含浸させ、絞り用ゴムロールでラテックスの目付量を調整し、エアーブローをかけることにより多孔性シートの内部の繊維と繊維の間に生成したラテックスの膜を取り除き、多孔性シートの表面及び内部組織の繊維表面にもバインダ−層を生成させた。このシート状織物椰子殻を原料とした粒度 70 〜100mesh に調整した破砕状活性炭及び、同サイズのアニリン、リン酸、リンゴ酸、鉄塩を担持させた活性炭との混合物の流動層の中を通過させ、活性炭粒子を粗なシート状織物の表面及び内部組織のバインダー層に付着させた。
【００４０】
更に、その粗なシート状織物を押さえロールに通し、バインダー層に付着していた活性炭粒子を圧着して強固に接着させた。過剰に付着している活性炭粒子及び強固に接着されていない粒子を振り落とした後、更にその粗なシート状織物の表面に SBRラテックスを吹き付け、120 ℃で乾燥して活性炭粒子を含む粗なシート状織物を得た。そのシートの組織は図１と同様である。
【００４１】
実施例２で得られた粗なシート状織物の活性炭粒子接着量は 0.07 g/mlであり、また、JIS K 1474-1975 によって測定したベンゼン吸着量は 0.02 g/mlとなった。
【００４２】
また、実施例２で得られた粗なシート状織物 200×200 ×５mmをそれぞれ悪臭成分である硫化水素 250 ppmまたはトリメチルアミン 50 ppm 及びアセトアルデヒド 25 ppm を含む容量１m ×１m ×１m のボックス中に入れ空気を循環しながら放置した結果、いずれも３０分で臭気が殆ど総て除去された。
【００４３】
（実施例３）
実施例２と同様に活性炭粒子を粗なシート状織物の表面及び内部組織のバインダー層に付着させ、この織物を押さえロールに通し、バインダー層に付着していた活性炭粒子を圧着して強固に接着させた。過剰に付着している活性炭粒子及び強固に接着されていない粒子を振り落とした後、その織物の表面に SBRラテックスを吹き付けを行わず、120 ℃で乾燥して活性炭粒子を含む粗なシート状織物を得た。
【００４４】
この様にして得られた粗なシート状織物のベンゼン吸着量は 0.023 g/ml であり、織物の表面に SBRラテックスを吹き付けを行ったことによるベンゼン吸着量の低下は、13％程度であることが分かった。従って、表面にラテックスを吹き付けた粗なシート状織物も良好な吸着性を保持していることが分かる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の粗なシート状織物は吸着剤粒子間の空隙率が高い状態で均一に分散され、且つ活性炭粒子の表面が露出した状態で保持されているため、吸着速度が高く吸着容量も大きい。更に、圧力損失が極めて低いためガスの流動性が乏しい雰囲気或いは高風量の状態で使用することも可能であり、更に除塵フィルターと併用する場合にも適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の吸着材の一態様の基材の織物をその内部の繊維の形状を示すため図面に代わる写真で示した。
【図２】図１に示した織物の断面図を示す。

Claims (5)

  1. 織物の表面に、上下及び左右の両方向に畝状となる形状を付与した粗な三次元構造の織物からなるシートの表面及び内部組織の外気との接触面に、ラテックスもしくはエマルジョンまたは溶媒を含まないポリマー系接着剤からなるバインダー層を形成させ、該バインダー層に活性炭粒子を接着せしめ粒子表面の一部が露出された状態に保持せしめてなる吸着材。
  2. 織物の表面に、上下及び左右の両方向に畝状となる形状を付与した粗な三次元構造の織物からなるシートの表面及び内部組織の外気との接触面に、ラテックスもしくはエマルジョンまたは溶媒を含まないポリマー系接着剤からなるバインダー層を形成させ、該バインダー層に活性炭粒子を接着せしめ粒子表面の一部が露出された状態に保持せしめ、更に該シートの表面にラテックスもしくはエマルジョンまたは溶媒を含まないポリマー系接着剤からなるコート層を形成せしめてなる吸着材。
  3. 活性炭粒子の一部がアニリン、リン酸、リンゴ酸又は鉄塩を担持した請求項１又は２記載の吸着材。
  4. 該吸着材が、自動車に搭載するエアーコンディショナーまたは空気清浄器用である請求項１〜３いずれかに記載の吸着材。
  5. 織物の表面に、上下及び左右の両方向に畝状となる形状を付与した粗な三次元構造の織物からなるシートの表面及び内部組織の外気との接触面に、ラテックスもしくはエマルジョンまたは溶媒を含まないポリマー系接着剤からなるバインダー層を形成させた後、該シートを活性炭粒子の流動層中を通過させることにより、シートの表面及び内部組織の外気との接触面に活性炭粒子を付着させ、粒子表面の一部が露出された状態に保持させることを特徴とする吸着材の製法。
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