JP3894529B2 - 除湿剤、除湿素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、低湿度から高湿度までの幅広い湿度環境で優れた除湿性能を発揮する除湿剤、並びに前記除湿材を担持してなる除湿素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、シリカゲルやゼオライト等の吸湿剤を把持させたハニカム構造体が、除湿素子として広く使用されている。
しかしながら、シリカゲルとゼオライトとを比較すると、相対湿度が低い場合にはゼオライトの方が吸湿量が多く、相対湿度が高い場合にはシリカゲルの方が吸湿量が多くなるため、これらの除湿素子は湿度環境によって使い分けされているのが現状である。
また、コスト的にはシリカゲルの方が合成が容易で、再生温度が低くランニングコストが安いなどの利点があり、従ってシリカゲルの低湿度環境での吸湿性能が高められれば、極めて有用な除湿素子が得られることになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の状況に鑑みてなされたものであり、湿度環境にかかわらず高い吸湿性能を有する除湿剤及び除湿素子、及びこれらを容易にかつ安価に製造できる方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、下記を提供する。
（１）珪酸アルカリまたはアルコキシシランと酸性溶液とをｐＨ０〜２．５にて反応させてゲル化し、得られたゲル体を洗浄した後、湿潤状態のまま鉄塩もしくは鉄塩と他の金属塩とを含む溶液を添加してゲル中に金属イオンを導入し、その後、前記ゲル体を洗浄し、乾燥させることを特徴とする除湿剤の製造方法。
（２）上記（１）記載の製造方法により得られ、かつ、酸化珪素９０．０〜９９．９重量部に対し、酸化鉄もしくは酸化鉄と他の金属酸化物との混合物０．１〜１０．０重量部からなることを特徴とする除湿剤。
（３）無機繊維シートからなる担体に、上記（２）記載の除湿剤を担持してなることを特徴とする除湿素子。
（４）無機繊維シートに、珪酸アルカリまたはアルコキシシランを付着させ、酸性溶液に浸漬してｐＨ０〜２．５にて反応させてゲル化した後、前記シートを洗浄し、次いで湿潤状態の前記シートを鉄塩もしくは鉄塩と他の金属塩とを含む溶液に浸漬してゲル中に金属イオンを導入した後、前記シートを洗浄し、乾燥させることを特徴とする除湿素子の製造方法。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に関して詳細に説明する。
本発明においては、シリカゲル源として珪酸アルカリ、あるいはアルコキシシランまたはその重合体を使用する。そして、これらのシリカゲル源に触媒を添加して加水分解等の反応によりゲル体を生成し、これに鉄塩もしくは鉄塩と他の金属塩とを含む溶液（以下、金属塩溶液と呼ぶ）を添加してゲル中に金属イオンを導入する。次いで、このゲル体を乾燥して本発明の除湿剤である酸化鉄もしくは酸化鉄及び他の金属酸化物と複合化してなる金属酸化物複合シリカゲルを得る。
【０００６】
また、除湿素子とする場合は、無機繊維シートに上記珪酸アルカリまたはアルコキシシランを付着させた状態で触媒の存在下で加水分解反応によりゲル化した後、このシートを金属塩溶液に浸漬し、乾燥させることにより、無機繊維シートに金属酸化物複合シリカゲルを担持させた除湿素子が得られる。
尚、無機繊維シートは、セラミック繊維やガラス繊維等をバインダーによりシート状に成形したものである。また、実用上、この無機繊維シートをハニカム状に成形して使用することが好ましい
【０００７】
上記珪酸アルカリとしては、珪酸ナトリウム、珪酸リチウム、珪酸カリウム及びこれらの複合物が挙げられる。
また、上記アルコキシシランは一般式Ｓｉ（ＯＲ1 ）4 （Ｒ1 はアルキル基）で表される化合物であり、具体的にはテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラｎ−プロポキシシラン、テトラｎ−ブチルシラン及びこれらの重合品などが挙げられる。
【０００８】
ゲル化に際して、珪酸アルカリを使用する場合には、そのままあるいは水で希釈したものに酸性溶液を添加してゲル化させる。尚、除湿素子とする場合は、珪酸アルカリを水で希釈したものを無機繊維シートに付着させ、その後にこの無機繊維シートを酸性溶液に浸漬してゲル化させる。使用する酸性溶液としては、硫酸、塩酸、硝酸などの強酸の水溶液が適している。
この時の反応条件は、ｐＨ０〜２．５、特に０〜１．５が好ましく、この範囲内ではシリカゲル中のナトリウム等が脱離しやすく、また無機繊維シート、特にガラス繊維シートを用いる場合に繊維の劣化が抑えられる。また、反応温度は０〜１００℃の範囲が可能であるが、高温では反応が早く進行しすぎるため、３０〜６０℃程度が好ましい。
一方、アルコキシシランを使用する場合には、そのままあるいは親水性の有機溶媒で希釈したものを使用する。このような有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類やテトラヒドロフラン、ジオキサン等が挙げられる。そして、これに、親水性の有機溶媒に酸または塩基、並びに水を加えた加水分解溶液を添加してゲル化させる。尚、除湿素子とする場合は、アルコキシシランを親水性の有機溶媒で希釈したものを無機繊維シートに付着させ、その後にこの無機繊維シートを上記加水分解溶液に浸漬してゲル化させる。使用する酸としては上述のような強酸が、また塩基としては水酸化ナトリウムや水酸化カリウム、アンモニアなどが挙げられる。
【０００９】
このようにして得られたゲル体またはゲル体を担持した無機繊維シートは、洗浄した後、湿潤状態のまま金属塩溶液と接触させてゲル中に、鉄もしくは鉄と他の金属イオンとを導入する。鉄以外の金属としてはマグネシウム、亜鉛、銅、ニッケル、マンガン、ジルコニウム、アルミニウム、チタン等が好ましい。
鉄イオン源としては硫酸鉄、硫酸アンモニウム鉄、クエン酸鉄アンモニウム、しゅう酸鉄アンモニウムなどの鉄塩を含む溶液を挙げることができる。また、他の金属イオン源としては硫酸マグネシウム、酢酸マグネシウム、硫酸亜鉛、酢酸亜鉛、硫酸銅、酢酸銅、硫酸ニッケル、硫酸アンモニウムニッケル、酢酸ニッケル、酢酸マンガン、酢酸マンガンアンモニウム、硫酸マンガン、硫酸ジルコニウム、硫酸アルミニウム、硫酸チタン、塩化チタン等の金属塩を含む溶液が挙げられる。
【００１０】
鉄イオンとともに他の金属イオンを導入する場合、鉄塩溶液と接触させた後に他の金属塩溶液と接触させても、あるいは鉄塩と他の金属塩との混合溶液を接触させてもよい。鉄イオン溶液及び他の金属塩溶液の濃度は、何れも０．０１重量％からその飽和溶解度まで任意にとることができるが、０．１〜２０重量％が適当である。また、鉄イオンと他の金属イオンとを導入する場合、両者の割合は鉄イオン１モルに対して他の金属イオンが１モル以下となるように両溶液の混合比を調整する。
これらイオンの導入は速やかに行われるため、ゲル体との接触時間は数分でよいが、より均質な材料を得るためには一時間以上行うことが好ましい。
【００１１】
そして鉄イオン、金属イオンの導入が終了した後、再び洗浄し、乾燥することにより、本発明の除湿剤または除湿素子が得られる。生成品は、酸化鉄あるいは酸化鉄及び他の金属酸化物とシリカゲルとの複合体である。
乾燥方法としては熱風乾燥が一般的であるが、凍結乾燥や凍結真空乾燥を行うと、ゲル体の細孔を破壊することなく乾燥でき、良質な複合体が得られる。
【００１２】
【実施例】
以下の実施例及び比較例により、本発明をより明確することができる。
（実施例１）
ガラス繊維からなる不織布を用いて作られたハニカム構造体を水ガラス三号の希釈液（水ガラス：水＝２：１）に浸漬して水ガラスを含浸させ、含水率が約５０％になるまで乾燥した。その後、硫酸１０％溶液を５０℃に加熱したものに水ガラスを含浸した不織布を浸漬し、水ガラスをゲル化させハイドロゲルとした。これを洗浄し、希硫酸で養生した後再度洗浄し、硫酸鉄１０％溶液を５０℃に加熱したものに１時間浸漬し、乾燥した。
得られたシリカゲルは酸化珪素９９．８％、酸化鉄０．２％の鉄複合シリカゲルであった。この試料の吸湿試験をＪＩＳ Ｚ０７０１に従って行ったところ、相対湿度２０％の時２０．５％、相対湿度５０％の時３４．９％であった。
【００１３】
（実施例２〜４、比較例１）
実施例１と同じ方法で、金属塩の種類と量を変えた場合を実施例２、３、４として表１に示す。金属塩は全て鉄塩と混合して添加した。
また、鉄塩及び金属塩を含まない場合を比較例１として示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】
（実施例５）
ガラス繊維からなる不織布を用いて作られたハニカム構造体をテトラエトキシシランの希釈液（テトラエトキシシラン：１，４−ジオキサン＝１：１）に浸漬してテトラエトキシシランを含浸させ、溶媒重量が約５０％になるまで乾燥した。その後、硫酸１０％溶液を５０℃に加熱したものにテトラエトキシシランを含浸した不織布を浸漬し、テトラエトキシシランを加水分解、ゲル化させた。これを１，４−ジオキサンで洗浄し、硫酸鉄１％含有１，４−ジオキサン溶液を５０℃に加熱したものに１時間浸漬した。この試料を−３０℃に冷却して１，４−ジオキサンを凝固させ、真空凍結乾燥した。
得られたシリカゲルは酸化珪素９９．６％、酸化鉄０．４％の鉄複合シリカゲルであった。この試料の吸湿試験をＪＩＳ Ｚ０７０１に従って行ったところ、相対湿度２０％の時２２．７％、相対湿度５０％の時３７．８％であった。
【００１６】
（実施例５〜８、比較例２）
実施例５と同じ方法で、金属塩の種類と量を変えた場合を実施例６、７、８として表２に示す。金属塩は全て鉄塩と混合して添加した。
また、鉄塩及び金属塩を含まない場合を比較例２として示す。
【００１７】
【表２】
【００１８】
表１及び表２に示すように、本発明に従ってシリカゲルに鉄や他の金属を導入したものは、シリカゲル単体に比べて、低湿度環境及び高湿度環境において格段に高い吸湿性能を有することがわかる。また、鉄と他の金属とを併用することにより、鉄単独の場合に比べて、吸湿性能をより高めることもできる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、湿度環境に係わらず高い吸湿性能を有する除湿剤及び除湿素子が得られる。しかも、安価なシリカゲルをベース材料としており、その製造プロセスも簡易であるため製造コストも低い。
【発明の属する技術分野】
この発明は、低湿度から高湿度までの幅広い湿度環境で優れた除湿性能を発揮する除湿剤、並びに前記除湿材を担持してなる除湿素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、シリカゲルやゼオライト等の吸湿剤を把持させたハニカム構造体が、除湿素子として広く使用されている。
しかしながら、シリカゲルとゼオライトとを比較すると、相対湿度が低い場合にはゼオライトの方が吸湿量が多く、相対湿度が高い場合にはシリカゲルの方が吸湿量が多くなるため、これらの除湿素子は湿度環境によって使い分けされているのが現状である。
また、コスト的にはシリカゲルの方が合成が容易で、再生温度が低くランニングコストが安いなどの利点があり、従ってシリカゲルの低湿度環境での吸湿性能が高められれば、極めて有用な除湿素子が得られることになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の状況に鑑みてなされたものであり、湿度環境にかかわらず高い吸湿性能を有する除湿剤及び除湿素子、及びこれらを容易にかつ安価に製造できる方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、下記を提供する。
（１）珪酸アルカリまたはアルコキシシランと酸性溶液とをｐＨ０〜２．５にて反応させてゲル化し、得られたゲル体を洗浄した後、湿潤状態のまま鉄塩もしくは鉄塩と他の金属塩とを含む溶液を添加してゲル中に金属イオンを導入し、その後、前記ゲル体を洗浄し、乾燥させることを特徴とする除湿剤の製造方法。
（２）上記（１）記載の製造方法により得られ、かつ、酸化珪素９０．０〜９９．９重量部に対し、酸化鉄もしくは酸化鉄と他の金属酸化物との混合物０．１〜１０．０重量部からなることを特徴とする除湿剤。
（３）無機繊維シートからなる担体に、上記（２）記載の除湿剤を担持してなることを特徴とする除湿素子。
（４）無機繊維シートに、珪酸アルカリまたはアルコキシシランを付着させ、酸性溶液に浸漬してｐＨ０〜２．５にて反応させてゲル化した後、前記シートを洗浄し、次いで湿潤状態の前記シートを鉄塩もしくは鉄塩と他の金属塩とを含む溶液に浸漬してゲル中に金属イオンを導入した後、前記シートを洗浄し、乾燥させることを特徴とする除湿素子の製造方法。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に関して詳細に説明する。
本発明においては、シリカゲル源として珪酸アルカリ、あるいはアルコキシシランまたはその重合体を使用する。そして、これらのシリカゲル源に触媒を添加して加水分解等の反応によりゲル体を生成し、これに鉄塩もしくは鉄塩と他の金属塩とを含む溶液（以下、金属塩溶液と呼ぶ）を添加してゲル中に金属イオンを導入する。次いで、このゲル体を乾燥して本発明の除湿剤である酸化鉄もしくは酸化鉄及び他の金属酸化物と複合化してなる金属酸化物複合シリカゲルを得る。
【０００６】
また、除湿素子とする場合は、無機繊維シートに上記珪酸アルカリまたはアルコキシシランを付着させた状態で触媒の存在下で加水分解反応によりゲル化した後、このシートを金属塩溶液に浸漬し、乾燥させることにより、無機繊維シートに金属酸化物複合シリカゲルを担持させた除湿素子が得られる。
尚、無機繊維シートは、セラミック繊維やガラス繊維等をバインダーによりシート状に成形したものである。また、実用上、この無機繊維シートをハニカム状に成形して使用することが好ましい
【０００７】
上記珪酸アルカリとしては、珪酸ナトリウム、珪酸リチウム、珪酸カリウム及びこれらの複合物が挙げられる。
また、上記アルコキシシランは一般式Ｓｉ（ＯＲ1 ）4 （Ｒ1 はアルキル基）で表される化合物であり、具体的にはテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラｎ−プロポキシシラン、テトラｎ−ブチルシラン及びこれらの重合品などが挙げられる。
【０００８】
ゲル化に際して、珪酸アルカリを使用する場合には、そのままあるいは水で希釈したものに酸性溶液を添加してゲル化させる。尚、除湿素子とする場合は、珪酸アルカリを水で希釈したものを無機繊維シートに付着させ、その後にこの無機繊維シートを酸性溶液に浸漬してゲル化させる。使用する酸性溶液としては、硫酸、塩酸、硝酸などの強酸の水溶液が適している。
この時の反応条件は、ｐＨ０〜２．５、特に０〜１．５が好ましく、この範囲内ではシリカゲル中のナトリウム等が脱離しやすく、また無機繊維シート、特にガラス繊維シートを用いる場合に繊維の劣化が抑えられる。また、反応温度は０〜１００℃の範囲が可能であるが、高温では反応が早く進行しすぎるため、３０〜６０℃程度が好ましい。
一方、アルコキシシランを使用する場合には、そのままあるいは親水性の有機溶媒で希釈したものを使用する。このような有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類やテトラヒドロフラン、ジオキサン等が挙げられる。そして、これに、親水性の有機溶媒に酸または塩基、並びに水を加えた加水分解溶液を添加してゲル化させる。尚、除湿素子とする場合は、アルコキシシランを親水性の有機溶媒で希釈したものを無機繊維シートに付着させ、その後にこの無機繊維シートを上記加水分解溶液に浸漬してゲル化させる。使用する酸としては上述のような強酸が、また塩基としては水酸化ナトリウムや水酸化カリウム、アンモニアなどが挙げられる。
【０００９】
このようにして得られたゲル体またはゲル体を担持した無機繊維シートは、洗浄した後、湿潤状態のまま金属塩溶液と接触させてゲル中に、鉄もしくは鉄と他の金属イオンとを導入する。鉄以外の金属としてはマグネシウム、亜鉛、銅、ニッケル、マンガン、ジルコニウム、アルミニウム、チタン等が好ましい。
鉄イオン源としては硫酸鉄、硫酸アンモニウム鉄、クエン酸鉄アンモニウム、しゅう酸鉄アンモニウムなどの鉄塩を含む溶液を挙げることができる。また、他の金属イオン源としては硫酸マグネシウム、酢酸マグネシウム、硫酸亜鉛、酢酸亜鉛、硫酸銅、酢酸銅、硫酸ニッケル、硫酸アンモニウムニッケル、酢酸ニッケル、酢酸マンガン、酢酸マンガンアンモニウム、硫酸マンガン、硫酸ジルコニウム、硫酸アルミニウム、硫酸チタン、塩化チタン等の金属塩を含む溶液が挙げられる。
【００１０】
鉄イオンとともに他の金属イオンを導入する場合、鉄塩溶液と接触させた後に他の金属塩溶液と接触させても、あるいは鉄塩と他の金属塩との混合溶液を接触させてもよい。鉄イオン溶液及び他の金属塩溶液の濃度は、何れも０．０１重量％からその飽和溶解度まで任意にとることができるが、０．１〜２０重量％が適当である。また、鉄イオンと他の金属イオンとを導入する場合、両者の割合は鉄イオン１モルに対して他の金属イオンが１モル以下となるように両溶液の混合比を調整する。
これらイオンの導入は速やかに行われるため、ゲル体との接触時間は数分でよいが、より均質な材料を得るためには一時間以上行うことが好ましい。
【００１１】
そして鉄イオン、金属イオンの導入が終了した後、再び洗浄し、乾燥することにより、本発明の除湿剤または除湿素子が得られる。生成品は、酸化鉄あるいは酸化鉄及び他の金属酸化物とシリカゲルとの複合体である。
乾燥方法としては熱風乾燥が一般的であるが、凍結乾燥や凍結真空乾燥を行うと、ゲル体の細孔を破壊することなく乾燥でき、良質な複合体が得られる。
【００１２】
【実施例】
以下の実施例及び比較例により、本発明をより明確することができる。
（実施例１）
ガラス繊維からなる不織布を用いて作られたハニカム構造体を水ガラス三号の希釈液（水ガラス：水＝２：１）に浸漬して水ガラスを含浸させ、含水率が約５０％になるまで乾燥した。その後、硫酸１０％溶液を５０℃に加熱したものに水ガラスを含浸した不織布を浸漬し、水ガラスをゲル化させハイドロゲルとした。これを洗浄し、希硫酸で養生した後再度洗浄し、硫酸鉄１０％溶液を５０℃に加熱したものに１時間浸漬し、乾燥した。
得られたシリカゲルは酸化珪素９９．８％、酸化鉄０．２％の鉄複合シリカゲルであった。この試料の吸湿試験をＪＩＳ Ｚ０７０１に従って行ったところ、相対湿度２０％の時２０．５％、相対湿度５０％の時３４．９％であった。
【００１３】
（実施例２〜４、比較例１）
実施例１と同じ方法で、金属塩の種類と量を変えた場合を実施例２、３、４として表１に示す。金属塩は全て鉄塩と混合して添加した。
また、鉄塩及び金属塩を含まない場合を比較例１として示す。
【００１４】
【表１】
（実施例５）
ガラス繊維からなる不織布を用いて作られたハニカム構造体をテトラエトキシシランの希釈液（テトラエトキシシラン：１，４−ジオキサン＝１：１）に浸漬してテトラエトキシシランを含浸させ、溶媒重量が約５０％になるまで乾燥した。その後、硫酸１０％溶液を５０℃に加熱したものにテトラエトキシシランを含浸した不織布を浸漬し、テトラエトキシシランを加水分解、ゲル化させた。これを１，４−ジオキサンで洗浄し、硫酸鉄１％含有１，４−ジオキサン溶液を５０℃に加熱したものに１時間浸漬した。この試料を−３０℃に冷却して１，４−ジオキサンを凝固させ、真空凍結乾燥した。
得られたシリカゲルは酸化珪素９９．６％、酸化鉄０．４％の鉄複合シリカゲルであった。この試料の吸湿試験をＪＩＳ Ｚ０７０１に従って行ったところ、相対湿度２０％の時２２．７％、相対湿度５０％の時３７．８％であった。
【００１６】
（実施例５〜８、比較例２）
実施例５と同じ方法で、金属塩の種類と量を変えた場合を実施例６、７、８として表２に示す。金属塩は全て鉄塩と混合して添加した。
また、鉄塩及び金属塩を含まない場合を比較例２として示す。
【００１７】
【表２】
表１及び表２に示すように、本発明に従ってシリカゲルに鉄や他の金属を導入したものは、シリカゲル単体に比べて、低湿度環境及び高湿度環境において格段に高い吸湿性能を有することがわかる。また、鉄と他の金属とを併用することにより、鉄単独の場合に比べて、吸湿性能をより高めることもできる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、湿度環境に係わらず高い吸湿性能を有する除湿剤及び除湿素子が得られる。しかも、安価なシリカゲルをベース材料としており、その製造プロセスも簡易であるため製造コストも低い。
Claims (4)
- 珪酸アルカリまたはアルコキシシランと酸性溶液とをｐＨ０〜２．５にて反応させてゲル化し、得られたゲル体を洗浄した後、湿潤状態のまま鉄塩もしくは鉄塩と他の金属塩とを含む溶液を添加してゲル中に金属イオンを導入し、その後、前記ゲル体を洗浄し、乾燥させることを特徴とする除湿剤の製造方法。
- 請求項１記載の製造方法により得られ、かつ、酸化珪素９０．０〜９９．９重量部に対し、酸化鉄もしくは酸化鉄と他の金属酸化物との混合物０．１〜１０．０重量部からなることを特徴とする除湿剤。
- 無機繊維シートからなる担体に、請求項２記載の除湿剤を担持してなることを特徴とする除湿素子。
- 無機繊維シートに、珪酸アルカリまたはアルコキシシランを付着させ、酸性溶液に浸漬してｐＨ０〜２．５にて反応させてゲル化した後、前記シートを洗浄し、次いで湿潤状態の前記シートを鉄塩もしくは鉄塩と他の金属塩とを含む溶液に浸漬してゲル中に金属イオンを導入した後、前記シートを洗浄し、乾燥させることを特徴とする除湿素子の製造方法。
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