JP3871174B2

JP3871174B2 - 抗菌機能を有する調湿材料の製造方法

Info

Publication number: JP3871174B2
Application number: JP12702699A
Authority: JP
Inventors: 雅喜前田; 文彦大橋; 正哉鈴木; 恵一犬飼; 信治渡村; 靖雄芝崎; 恭子福島; 和夫相川
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1999-05-07
Filing date: 1999-05-07
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2019-05-07
Also published as: JP2000317252A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐久性に優れ、省エネルギーや環境負荷軽減や防菌の観点からも既存の結露防止材料に優る、抗菌機能を有する新規な調湿材料の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の日本の家屋では、木材や土壁等の建築材料が用いられてきた。これらの材料はそれ自身が調湿機能を有しているが、建築方法自体も高温多湿時の避暑を考慮した機密性の低いものであった。しかし、最近の建築物は調湿性の劣る新建材が多用され、さらに高断熱化・高気密化の促進により、内部結露の発生及びそれに伴う壁面の濡れやシミの発生、カビやダニ等の繁殖などの問題が生じている。このような問題を解決するために、乾燥剤の使用や、除湿器、エアコン等の空調設備の利用が一般的に行なわれている。
【０００３】
しかし、従来用いられている生石灰、塩化カルシウム、シリカゲルといった乾燥剤は、いずれも吸湿力が強く、除湿能力を制御しにくい。また、一度飽和点に達すると吸湿能力が大幅に低下する欠点を有しており、吸湿有効期間が短く、調湿機能を長期間に渡って維持することが困難である。さらに、一度吸収した水分を分離して吸湿機能を回復させることが容易ではないため、繰り返し再利用することが困難である。一方、除湿器、エアコン等の空調設備の運転による除湿は、エネルギー消費やそれに伴う環境負荷の面及び経済性の面から好ましいものではない。
【０００４】
このような問題点を改善するため、建材自体に調湿機能を持たせ、空調設備や電力などを必要とせずに室内の湿度調整を行ない、防露性、防黴性を得ることができる調湿建材の開発が行なわれている。従来、調湿建材としては珪酸カルシウム系建材（特開平５−２９３３６７号公報）、珪藻土系建材（特開平４−３５４５１４号公報）、ゼオライト系建材（特開平３−９３６６２号公報）等の開発が行なわれている。
【０００５】
また、界面活性剤あるいは長鎖アルキル基を有する有機物を鋳型として合成される多孔質材料の組成物が、アルミノ珪酸塩及び繊維金属元素よりなる群から選ばれる１種又は２種以上からなる調湿材料（特開平９−２９４９３１号公報）が既に開発されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、調湿材料、調湿建材としては既に各種のものが開発されているが、梅雨期のような高温高湿条件が長期間維持される場合や、高気密・高断熱住宅のような換気困難な場所に施工された場合、雑菌やカビが繁殖する温床となる危険性もある。
従って、本発明の目的は、相対湿度変化に応じて空気中の水蒸気を自律的に吸収・放出することで湿度変化に伴う結露や乾燥を軽減できると共に、水蒸気を吸収した湿潤条件においても黴菌等の繁殖を防止する機能を有する調湿材料の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明によれば、アルミニウム塩水溶液の水素イオン濃度をアルカリ性溶液で調整することにより水酸化アルミニウムを析出させる際に抗菌性を有する金属イオンを共沈させ、さらに温水浴中にて撹拌することで水酸化物ゲルを得る工程、及び得られた水酸化物ゲルを熱処理することにより、抗菌性を有する多孔質酸化物系材料を製造する工程からなることを特徴とする抗菌機能を有する調湿材料の製造方法が提供される。
このような方法により、細孔半径約１０ｎｍ以下のメソポア細孔で生じる毛細管凝縮現象を利用し、相対湿度変化に応じて空気中の水蒸気を吸収・放出する多孔質酸化物系構造体に、抗菌性を有する金属もしくは金属化合物が含有されてなることを特徴とする抗菌機能を有する調湿材料が製造される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本出願人は、先に、水酸化物ゲルを乾燥後、熱処理することにより多孔質化した水酸化物又は酸化物とすることを特徴とする調湿材料の製造方法を開発し、既に特許出願している。この方法によれば、例えば水酸化アルミニウムゲルを出発原料とすることで、含水酸化物又は酸化物系調湿材料を製造することができる。しかしながら、この方法で得られた調湿材料自体には抗菌性はなく、高湿潤状態が長期間維持された場合、雑菌やカビが繁殖する温床となる危険性もある。
これに対して、本発明の方法によれば、出発原料の水酸化アルミニウムゲルを調製する際に、抗菌性を有する金属イオンを導入することで、含水酸化物又は酸化物系調湿材料に抗菌性を簡単に付与することができる。
従って、本発明によれば、毛細管凝縮現象を利用し、相対湿度変化に応じて空気中の水蒸気を吸収・放出する抗菌性の多孔質構造体が安価に提供される。
【０００９】
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
本発明方法で原料として用いるアルミニウム塩水溶液としては塩化アルミニウム水溶液等があり、水素イオン濃度を調整することで水酸化アルミニウムが析出するものであればよい。抗菌性を有する金属イオンは、上記アルミニウム塩溶液に溶解し、共沈現象により上記アルミニウム塩水酸化物中に容易に均一分散するものが望ましく、好適には銅イオン系が望ましい。水素イオン濃度の調整剤は、錯イオン形成等により水酸化物析出を妨害するものでなければよい。好ましくは、副生物が熱処理時に容易に除去できるアルミニウム塩水溶液と水素イオン濃度の調整剤の組み合わせがよい。さらに具体的には、上記塩化物水溶液の場合、アンモニア水溶液が好適なものとして例示される。
【００１０】
このような抗菌性を有する金属イオンを含む上記アルミニウム塩水溶液に適当な水素イオン濃度の調整剤を添加して水酸化アルミニウムが析出する水素イオン濃度に調整した後、適宜の方法、例えば温水浴中で撹拌する等の処理を行ない、水酸化物が均一に分散したゲルを調製する。このゲルを適宜な方法、例えば１００℃の恒温槽内で乾燥させた後、所定の温度で適切な時間保持することにより、脱水反応を起こさせ、多孔質酸化物化させる。加熱条件としては、構造水の脱離だけでなく、副生物が熱分解して除去できる温度以上であり、また、脱水反応により形成された多孔質構造が消失する温度以下であることが望ましく、好適には３５０〜５００℃で加熱する。熱処理後、適宜な方法、例えば乳鉢等を用いての機械的解砕と篩い分け等により粒度調整を行ない、必要であれば水洗処理等を行ない、多孔質材料を得る。
【００１１】
【実施例】
以下、実施例、比較例及び試験例を示して本発明についてより具体的に説明するが、本発明が下記実施例に限定されるものでないことはもとよりである。
【００１２】
実施例１及び２
塩化アルミニウム０．１モルと水酸化銅０．０１モルを蒸留水３００ｍｌに溶解した後、２５ｗｔ%アンモニア水４１．４ｇを加え、アルミニウムと銅の水酸化物の共沈物を析出させた。その後、９０℃の温水浴中で３時間処理して熟成させ、水酸化アルミニウム・銅混合物をゲル化させた。このゲルを１００℃の恒温槽内で一昼夜保持して乾燥させた後、電気炉にて３５０℃（実施例１）又は４００℃（実施例２）で４時間保持して熱処理し、酸化アルミニウム・銅混合体とした。得られた酸化アルミニウム・銅混合体をアルミナ乳鉢にて解砕し、７０メッシュの篩い下を試料として以下の測定に供した。
得られた試料の同定は粉末Ｘ線回折測定により行なった。細孔分布は窒素吸着法を用いて測定した。また、吸放湿特性は、吸着平衡自動測定装置を用い、測定系内の温度を一定（２５℃）にして、水蒸気圧を変化させて平衡状態に達したときの試料重量の変化から吸着法を求める方法（重量法）により測定した。水蒸気吸着量は、絶乾状態の試料重量に対する吸着水重量の割合を示す。
【００１３】
実施例１で得られた試料（３５０℃熱処理）の粉末Ｘ線回折パターンを図１に示す。図１の回折パターンは、試料がγ−ＡｌＯＯＨ、γ−Ａｌ₂Ｏ₃及びＣｕＣｌ₂・３Ｃｕ（ＯＨ）₂の複合体であることを示している。
また、実施例１で得られた試料の細孔分布を図２に示す。得られた試料の細孔分布は、細孔半径約２ｎｍにピークトップを示している。
さらに、実施例１で得られた試料の吸放湿特性（吸着等温線）を図３に示す。得られた試料の吸着等温線は相対湿度約５５%で急激に立ち上がり、脱着等温線から、相対湿度約７５%以下において吸着していた水蒸気の放湿が急速に進行していることが明らかである。
【００１４】
実施例２で得られた試料（４００℃熱処理）の粉末Ｘ線回折パターンを図４に示す。図４の回折パターンは、試料がγ−Ａｌ₂Ｏ₃及びＣｕＣｌ₂・３Ｃｕ（ＯＨ）₂の複合体であることを示している。
また、実施例２で得られた試料の細孔分布を図５に示す。得られた試料の細孔分布は、細孔半径約２ｎｍにピークトップを示している。
さらに、実施例２で得られた試料の吸放湿特性（吸着等温線）を図６に示す。得られた試料の吸着等温線は相対湿度約５５%で急激に立ち上がり、脱着等温線から、相対湿度約８０%以下において吸着していた水蒸気の放湿が急速に進行していることが明らかである。
【００１５】
試験例１
前記実施例１及び２で得られた試料の大腸菌に対する抗菌力試験をハロー法により行なった。すなわち、大腸菌の菌液を接種した平板培地上に、金属製円筒カップをのせて検体０．０３ｇ量を入れ、所定時間培養後に発育阻止帯（ハロー）の有無を肉眼で観察した。なお、試験菌株及び試験培地としては以下のものを用いた。
試験菌株：Escherichia Coli IFO ３９７２（大腸菌）
試験培地：
ＮＡ培地：普通寒天培地
１／１０ＮＢ培地：肉エキス０．２％を添加した普通ブイヨンを精製水で１０倍に希釈し、ｐＨを７．０±０．２に調整したもの。
１／１０ＮＡ培地：１／１０ＮＢ培地に寒天を１．５％添加したもの。
【００１６】
試験例２
比較例として、水酸化アルミニウムゲルのみから調製した多孔質構造体の３５０℃熱処理品（比較例１）と４００℃熱処理品（比較例２）、並びに市販の珪酸カルシウム系調湿建材（比較例３）及びＢ型シリカゲル（比較例４）を用いて、上記試験例１と同様に試験した。
【００１７】
試験結果を表１に示す。
【表１】

表１に示されるように、比較例１〜４ではハローは認められなかったが、実施例１，２ではハローが認められ、抗菌機能を有していることが確かめられた。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように、本発明による多孔質材料は、前記のような優れた水分吸着・脱着性能と共に抗菌性を有するため、衛生上の観点からも極めて良好な調湿材料であり、住宅分野等での応用以外にも、美術品等の管理環境保全材料としても好適な材料である。また、本発明の方法によれば、このような優れた水分吸着・脱着性能と共に抗菌性を有する多孔質酸化物系構造体からなる調湿材料を、比較的簡単にかつ低コストで生産性よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１で調製された材料（３５０℃熱処理品）の粉末Ｘ線回折パターンを示す。
【図２】本発明の実施例１で調製された材料（３５０℃熱処理品）の細孔分布を示す。
【図３】本発明の実施例１で調製された材料（３５０℃熱処理品）の水蒸気の吸着・脱着等温線を示す。
【図４】本発明の実施例２で調製された材料（４００℃熱処理品）の粉末Ｘ線回折パターンを示す。
【図５】本発明の実施例２で調製された材料（４００℃熱処理品）の細孔分布を示す。
【図６】本発明の実施例２で調製された材料（４００℃熱処理品）の水蒸気の吸着・脱着等温線を示す。

Claims

アルミニウム塩水溶液の水素イオン濃度をアルカリ性溶液で調整することにより水酸化アルミニウムを析出させる際に抗菌性を有する金属イオンを共沈させ、さらに温水浴中にて撹拌することで水酸化物ゲルを得る工程、及び得られた水酸化物ゲルを熱処理することにより、抗菌性を有する多孔質酸化物系材料を製造する工程からなることを特徴とする抗菌機能を有する調湿材料の製造方法。
細孔半径約１０ｎｍ以下のメソポア細孔で生じる毛細管凝縮現象を利用し、相対湿度変化に応じて空気中の水蒸気を吸収・放出する多孔質酸化物系構造体に、抗菌性を有する金属もしくは金属化合物が含有されてなる抗菌機能を有する調湿材料を製造する請求項１に記載の方法。