JPS6492B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

技術分野 本発明は吸着性シートに関し、さらに実質上石
綿を含まず加工適性と高い吸収能とを備えた吸着
性シートに関する。 背景技術 従来より活性炭粉末や活性炭繊維などはシート
状に加工されて吸着材料として利用されている。
これらシートは吸着性シートとしてそのまま利用
される場合もあるが、多くのコルゲート加工によ
りハニカム構造体に成型され、有機溶剤の分離、
回収などのための吸着装置として、または吸湿剤
を担持させて除湿装置あるいは全熱交換器などと
して利用されている。いずれの利用形態をとる場
合においても、単位容積当りの吸着性能の高いこ
とが要求され、そのためにはまず第一に含有され
る活性炭の量ができるだけ多いことが必要であ
る。その他シートに要求される性質としては、前
記コルゲート加工などの後加工のために高い強度
を有すること、耐熱性にすぐれていることなどが
挙げられる。この種のシートのうち活性炭粉末を
用いたシートは、通常天然繊維や化学繊維といつ
しよに水中に分散し、活性炭を繊維間に保持させ
るためにゴムラテツクスなどの結合剤を加えて湿
式抄紙法により抄造されていた。またたとえば、
特開昭51−29388号においては「活性炭シートの
製造方法」として、強いカチオン性高分子電解質
を用いて抄紙する方法や、特開昭53−35712号に
おいては「活性炭シートの製造方法」として、ア
ニオン性高分子とカチオン性高分子とを併用して
抄紙する方法が開示されているが、いずれの場合
も、コルゲート加工などの後加工に耐えうる強度
がなく、しかも高い吸着能を兼ね備えた吸着性シ
ートは得られていない。つまり従来は、シートの
強度を高くするべく結合剤を多量に使用したもの
は、高い強度を有し加工適性に優れるものの吸着
能の劣つたものとなり、また吸着能を高くするべ
く結合剤の量を少くしたものは、たとえその結合
剤の種類を吟味しても、強度が低く加工適性に欠
けるばかりでなく、活性炭の歩留が60％以下と低
いものとなつており、吸着性シートとしての２つ
の条件を満たしたシートは存在しなかつた。 以上の点に鑑み本発明者らは、石綿繊維などの
陽イオン無機繊維とアニオン性結合剤とを併用し
て、加工適性と高い吸着能とを備え、しかも活性
炭粉末の歩留が高いという吸着性シートの製造法
を発明し、特願昭54−125117号として出願した。
しかし、近年になつて衛生上の問題から石綿の使
用が制限されつつある。 発明が解決すべき手段 本発明者らは上記の問題点を解決するべく種々
の研究を重ねた結果、繊維状または針状の結晶構
造を有し且つ繊維長が100μｍ以下の粉体である
無機填料を用い、そのゼータ電位を利用して結合
剤と組み合わせることにより、加工適性と高い吸
着能とを有し、しかも活性炭の歩留が高いシート
を石綿を含有させずに抄紙できる事実を見出し、
この事実に基いて本発明に係る吸着性シートを完
成するに至つた。 すなわち本発明の要旨はセルロース繊維、活性
炭粉末、無機填料および結合剤から構成されたこ
とを特徴とする吸着性シートに存し、該シートは
無機填料のゼータ電位を調整して結合剤を活性炭
粉末より著しく多く無機填料に偏在させたスラリ
ーを作り、該スラリーを湿式抄紙することにより
得られる。 本発明で用いる活性炭粉末は、高い吸着能はも
ちろん触媒や触媒などの担体としての性能を有
し、通常100メツシユより小さい平均粒子径を持
つものが用いられ、150〜325メツシユの平均粒子
径を持つものでは特に好ましい結果が得られるも
のである。80メツシユよりも大きい平均粒子径の
活性炭粉末ではスラリー中で底の方に沈下しやす
く、均一なシートができないばかりか、活性炭粉
末のシートからの脱落も生じるものとなる。一方
あまり粒子径が小さくなるとシートへの歩留が悪
くなるとともに、活性炭表面が結合剤などや不純
物によつて閉塞されやすくなり、シートの吸着性
能が低下する。 本発明で用いるセルロース繊維としては、KP、
SP、GPなどの木材パルプ、麻、コツトンリンタ
ー再生セルロース短繊維などの植物繊維が挙げら
れる。抄紙の際に活性炭粉末などの歩留を上げる
ために、上記繊維はビーターなどで叩解して使用
することが好ましく、叩解などを行わない場合
は、たとえばLBKPのよな繊維長の短かいものを
使用することが好ましい。 無機填料としては、ハロイサイト、シラス、ケ
イソウ土、炭酸マグネシウム、ケイ酸マグネシウ
ム、チタン酸カリウムなどの天然または合成無機
填料のうち繊維状または針状の結晶構造を有し且
つ繊維長が100μｍ以下の粉体のものを適宜選択
する。 これらの無機填料は、結合剤のみまたは結合剤
に定着助剤を加える場合に無機填料と活性炭粉末
とが同等のゼータ電位であれば、結果的に所望の
結合剤の偏在を起こし得ずシートの吸着性能が低
くなる。この場合、一般的にはPHを調整すること
により無機填料のゼータ電位を調整することが必
要で、活性炭粉末は通常負のゼータ電位を持つか
ら、無機填料のゼータ電位は活性炭よりさらに10
ｍＶ以上負電位にすることが好ましい。なお活性
炭粉末は炭化処理前の原料やPHにつてゼータ電位
が異なるため、調整にあたつては注意を要する。
また繊維状チタン酸カリウム、繊維状ケイ酸マグ
ネシウム、針状ケイ酸カルシウムなどの繊維状も
しくは針状の結晶構造を持つ無機填料を用いる理
由は、スラリーの抄紙適性が上がり、かつシート
の強度が増して加工適性が向上するからである。
今、第１表を見ると、シートの強度（引張り強
さ）分布の平均値は無機填料の添加によつて70％
以上増大し、特に無機填料が、繊維状のもの（実
施例１、２および３）は比較例の強度の２倍に達
している。無機填料の繊維状結晶品と非繊維状結
晶品（参考例１、２、３および４）とを比較して
みると、前者は後者の21％アツプの強度を有する
ことが明らかである。 本発明における結合剤としては、SBRラテツ
クス、NBRラテツクス、アクリル樹脂エマルジ
ヨンなどの有機高分子エマルジヨンや、ポリエチ
レンイミン、ポリアクリルアミド、ポリウレアポ
リアミド縮合物などの有機高分子電解質や、コロ
イダルシリカ、コロイダルアルミナなどの無機コ
ロイド液などの液状のものが挙げられる。また目
的を損わない範囲でデンプンやポリビニルアルコ
ール粉末などの粉末状有機結合剤や、ビニロン繊
維、ポリエチレン繊維などの熱溶融性繊維状結合
剤なども使用できる。 実施例 次に本発明に係る吸着性シートを得るための製
造法を説明する。 まず、セルロース繊維、活性炭粉末および無機
填料を水中に分散してスラリー（以下基材分散ス
ラリーと称す）を作る。ここへ該無機填料のゼー
タ電位の極性と逆のイオン性を有する結合剤を加
えるか、または該無機填料のゼータ電位の極性と
逆のイオン性を有する定着助剤を加えたのち該無
機填料のゼータ電位と同極性のイオン性を有する
結合剤を加え、これを湿式抄紙法にて抄造するも
のである。この方法は無機填料の極性の相異によ
つて下記２つの方法に分けられる。 (イ) 基材分散スラリー中のセルロース繊維、活性
炭および無機填料が共に負のゼータ電位である
通常の場合、無機填料は望ましくは活性炭のゼ
ータ電位よりさらに10ｍＶ以上負になるように
調整したのち、ここへ陽イオンのカチオン性結
合剤を加えるかまたはカチオン性定着助剤を加
えてから陰イオンのアニオン性結合剤を加え、
これを湿式抄紙法にて抄造する方法。 (ロ) 基材分散スラリー中のセルロース繊維、活性
炭および無機填料が共に正のゼータ電位である
場合には、無機填料は他よりも＋５ｍＶ以上の
電位を持つように調整したのち、ここへ陰イオ
ンのアニオン性結合剤を加えるかまたはアニオ
ン性定着助剤を加えてから陽イオンのカチオン
性結合剤を加え、これを湿式抄紙法にて抄造す
る方法。 なお、基材分散スラリーを調整した段階で無機
填料のゼータ電位が上記各条件を満足している場
合は、ことさら調整の操作は要しないことはいう
までもない。 本製造法に用いるアニオン性結合剤としては、
SBRラテツクス、NBRラテツクス、天然ゴムラ
テツクス、アニオン性アクリル樹脂エマルジヨ
ン、酢酸ビニル樹脂エマルジヨンなどのアニオン
性有機高分子エマルジヨン、コロイダルシリカな
どのアニオン性無機コロイド液、ポリアクリルア
ミド、ポリアミド、ポリアクリル酸ソーダなどの
アニオン性有機高分子電解質などが挙げられる。
カチオン性結合剤としては、アクリル樹脂エマル
ジヨンなどのカチオン性有機高分子エマルジヨ
ン、ポリウレアポリアミド縮合物、ポリエチレン
イミンなどのカチオン性有機高分子電解質、コロ
イダルアルミナなどのカチオン性無機コロイド液
が挙げられる。アニオン性結合剤としてもカチオ
ン性結合剤としても、単独で使用する場合はエマ
ルジヨン系のものが使いよい。また現状ではアニ
オン性結合剤の方がカチオン性結合剤よりも種類
が多く、選択の範囲が広い。 また、本発明の製造法に用いるアニオン性定着
助剤としては、コロイダルシリカなど前述のアニ
オン性無機コロイド液、ポリアクリルアミドなど
前述のアニオン性有機高分子電解質などが挙げら
れる。カチオン性定着助剤としては、硫酸第二
鉄、塩化第二鉄、硫酸アルミニウム、塩化アルミ
ニウム、ポリ塩化アルミニウムなどの多価金属塩
類、ポリウレアポリアミド縮合物など前述のカチ
オン性有機高分子電解質、カチオン性アクリル樹
脂エマルジヨンなど前述のカチオン性有機高分子
エマルジヨン、アルミナゾルなど前述のカチオン
性無機コロイド液などが挙げられる。なお、定着
助剤としては電荷密度の高いものであることが好
ましい。 本発明における結合剤の定着および凝集の機構
は、完全に解明されてはいないが次のように推測
される。すなわち無機填料と反対の電荷を持つ結
合剤を添加した場合、前述したように活性炭と無
機填料では後者のゼータ電位が大きいため、無機
填料の方に多くの結合剤が静電気的に引き寄せら
れ、両者の電気二重層が中和して定着する。つま
り基材分散スラリーのゼータ電位の絶対値の大き
いほど多量の結合剤が定着し、よつて結合剤が所
望のとおり偏在すると考えられる。 たとえば無機填料のゼータ電位を−30ｍＶ、パ
ルプのゼータ電位を−25ｍＶ、活性炭のゼータ電
位を−５ｍＶとなるよう調整されたスラリー中に
陽イオン性のカチオン性結合剤を加えれば、無機
填料に最も多量の結合剤が定着し、次いでパル
プ、活性炭の順に結合剤が定着する。 活性炭はゼータ電位の絶対値が無機填料やセル
ロース繊維のそれより小さいので、少量の結合剤
の定着で電荷が中和され、それ以上結合剤が定着
せず、結果的に活性炭表面には少量しか結合剤が
定着しない状態で、これら基材は充分抄紙に適し
た凝集体を形成する。活性炭は結合剤の定着で若
干の吸着能は低下するものの、定着量が少ないの
で、吸着性シートとしての目的を損なうことがな
い。 すなわち結合剤の添加時にスラリーを適度に撹
拌することで、無機填料と活性炭とセルロース繊
維とが、定着した結合剤により物理的に付着し、
従来より強く結合して抄紙に適した凝集体を形成
するので、抄紙時に抄き網を通つて流出する活性
炭の量が少なく歩留が向上する。さらに、抄紙機
で連続生産するのに必要な湿紙の強さを備えてい
るので連続生産性も高い。 また定着助剤を用いる製造法では、前述のよう
に粒子の電荷が中和したときの定着助剤の濃度
は、ゼータ電位の絶対値が大きいものの周囲の方
が高いので、その後に加えられる定着助剤と反対
の電荷を持つ結合剤は、無機填料や、セルロース
繊維の方に多く引き寄せられ、定着助剤の働きに
よつて定着される。その結果定着助剤を用いない
製造法と同様に、加工適性と高い吸着性とを備え
た吸着性シートを高歩留で製造できる。 本発明の製造法において使用するセルロース繊
維、活性炭、無機填料などのゼータ電位は測定方
法や材質、形状、大きさによつて異なり、またPH
や共存イオンの有無などによつても変化するが、
おおよそは次のとおりである。活性炭で−２ｍＶ
〜−40ｍＶ、パイプで０〜−50ｍＶ、無機填料で
は、たとえば、カオリンクレー＋30〜−40ｍＶ、
タルク＋30〜−30ｍＶ、水酸化アルミニウム＋10
〜＋２ｍＶ、炭酸カルシウム−５〜−25ｍＶ、ケ
イ酸アルミニウム＋40〜−40ｍＶ、ケイ酸カルシ
ウム＋20〜−30ｍＶ、二酸化チタン０〜−20ｍ
Ｖ、ケイ酸マグネシウム＋10〜＋２ｍＶ、炭酸マ
グネシウム＋10〜−25ｍＶ、硫化亜鉛＋30〜−25
ｍＶ、石膏＋５〜−10ｍＶ、水酸化マグネシウム
＋15〜＋２ｍＶである。本発明の実施に際して
は、実施条件または、それに近い一定条件で個々
の材料のゼータ電位の値の測定し、この値を用い
ればよい。 これらのうち、PHによつて正にも負にも電荷の
変わるものがあるが、極端に高いPHや低いPHでの
抄紙は排水処理上の問題から好ましくなく、通常
はPH４〜PH10ぐらいで抄紙するので、そのPH域で
前述のゼータ電位を用いるとよい。またPHを調整
する際には、PH調整剤の種類によつてゼータ電位
とPHとの関係が変わるため、よく吟味する必要が
ある。さらに必要に応じては、結合剤の添加後に
PH調整を再び行うことも有意義である。 本発明における各成分の配合比としては、必須
成分がセルロース繊維２〜30重量部、活性炭粉末
90〜30重量部、無機填料５〜68重量部とで合計
100重量部とし、これに液状結合剤を固形分とし
て２〜25重量部配合し、定着助剤を用いるときは
固形分として0.01〜15重量部用いる。かかる配合
割合にあるとき、良好な加工適性が得られるので
ある。なお得られたシートの用途にもよるが、活
性炭粉末はシートの固形分中45重量％以上含まれ
ることが好ましく、60重量％以上含まれればさら
に好ましい。 また本発明の目的を損わない範囲で、他の添加
物を含有させることができる。たとえばシートの
耐熱性や寸法安定性を向上させるためにガラス繊
維などの無機繊維や、温度条件によつては合成繊
維などを用いたり、強度を上げるためにデンプン
やポリビニルアルコール粉末などの粉末状有機結
合剤や、ビニロン繊維やポリエチレン繊維やアク
リル繊維などの熱溶融性繊維状結合剤などを用い
ることも有効である。またシートに難燃性が要求
される場合には、塩化ビニル系、塩化ビニリデン
系などの難燃性合成繊維を配合すれば難燃性が向
上し、さらにシートの利用目的により加工工程に
燃成工程がある場合には、フエノール系繊維、芳
香族ポリアミド系繊維、芳香族ポリエステル系繊
維などの耐熱性合成繊維を配合することによつ
て、焼成後のシートの形態を保持でき、良好なも
のとなる。 以上のようにして得られた吸着性シートは、高
い強度を有しているため、コルゲート加工などの
後加工も容易で、ハニカム構造体の生産性を著し
く高めることができるものであるばかりか、その
吸着作用を利用して有機溶剤の分離、回収などの
ための吸着装置や各種触媒の担体として、また除
湿装置や全熱交換器などのエレメントとしてきわ
めて有効であり、その上衛生上好ましくない石綿
を全く含有していないため、空気浄化装置や排ガ
ス浄化装置などの各種空調機器のエレメントなど
にも使用できるなど広い用途を持ち、また使用後
の廃棄、焼却処理時にも石綿粉塵が発生せず、た
いへん有用なものとなつている。 次に実施例および比較例を示して本発明を具体
的に説明する。なお、実施例および比較例中、部
とあるのは特記しないかぎり固形分の重量部を表
わす。また各物質のゼータ電位はミクロ電気泳動
法により測定したものである。 実施例 １ セルロース繊維（LBKP）７部、ベンゼン吸着
量45ｇ／100ｇ、吸着表面積1700m²／ｇ、平均粒
度70μのヤシガラ活性炭75部、繊維状チタン酸カ
リウム18部、これら必須成分の他にガラス繊維
（6μ×６mm）３部、フエノール系合成繊維（2d×
６mm）８部を加えて水中に分散した後、水酸化ナ
トリウムを用いてスラリーのPHを9.0にし、
LBKP−15ｍＶ、活性炭−11ｍＶ、チタン酸カリ
ウム−25ｍＶのゼータ電位を持つよう調整した。
それに粉末状有機結合剤としてエーテル化デンプ
ン4.4部を加えてからカチオン性定着助剤として
硫酸アルミニウム2.2部およびコロイダルアルミ
ナ1.5部を加え、その後、アニオン性結合剤とし
てアニオン性アクリル樹脂エマルジヨン7.7部を
加えて定着せしめ、60メツシユの網を用いた円網
抄紙機で抄造し、乾燥させて吸着シートを得た。 実施例 ２ セルロース繊維（LBKP）７部、実施例１にお
いて使用したものと同じ活性炭50部、繊維状ケイ
酸マグネシウム40部、これら必須成分の他にガラ
ス繊維（6μ×６mm）３部を加えて水中に分散し
た。スラリーのPHは8.8でありゼータ電位はそれ
ぞれLBKP−14ｍＶ、活性炭−11ｍＶ、繊維状ケ
イ酸マグネシウム＋４ｍＶであつた。その後アニ
オン性結合剤としてアニオン性アクリル樹脂エマ
ルジヨン4.5部を加え、コロイダルアルミナを用
いてPH5.1に調整し、60メツシユの網を用いた長
網抄紙機で抄造し、乾燥させて吸着性シートを得
た。 実施例 ３ セルロース繊維（NBKP）15部、実施例１に
おいて使用したものと同じ活性炭50部、繊維状ケ
イ酸マグネシウム35部とを水中に分散した。スラ
リーのPHは8.5であり、ゼータ電位はそれぞれ
NBKP−14ｍＶ、活性炭−10ｍＶ、繊維状ケイ
酸マグネシウム＋４ｍＶであつた。その後アニオ
ン性定着助剤として、ポリアクリルアミド樹脂
1.5部を加えた後、カチオン性結合剤としてカチ
オン性アクリル樹脂エマルジヨン5.0部を加えて
定着せしめ、80メツシユの網を用いて手抄し、乾
燥させて吸着性シートを得た。 参考例 １ セルロース繊維（LBKPパルプ）15部、実施例
１において使用したものと同じ活性炭50部、タル
ク35部とを水中に分散した後、水酸化ナトリウム
を用いてスラリーのPHを9.0にし、LBKP−15ｍ
Ｖ、活性炭−11ｍＶ、タルク−34ｍＶのゼータ電
位を持つよう調整した。その後カチオン性定着助
剤として硫酸アルミニウム3.0部を加えてから、
アニオン性結合剤としてSBRラテツクス6.0部を
加えて定着せしめ、80メツシユの網を用いて手抄
し、乾燥させて厚さ約0.25mmの吸着性シートを得
た。 参考例 ２ セルロース繊維（NBKPパルプ）20部、実施
例１において使用したものと同じ活性炭60部、カ
オリンクレー20部とを水中に分散した。スラリー
のPHは8.6であり、ゼータ電位はそれぞれNBKP
−14ｍＶ、活性炭−10ｍＶ、カオリンクレー−44
ｍＶであつた。その後、カチオン性定着助剤とし
てカチオン性エポキシ化ポリアミド樹脂2.0部を
加えた後、アニオン性結合剤としてアニオン性ア
クリル樹脂エマルジヨン8.0部を加えて定着せし
め、80メツシユの網を用いて手抄し、乾燥させて
吸着性シートを得た。 参考例 ３ セルロース繊維（LBKP）10部、実施例１にお
いて使用したものと同じ活性炭75部、タルク15
部、これら必須成分の他にガラス繊維（6μ×６
mm）３部、難燃性アクリル繊維８部を加えて水中
に分散した後、水酸化ナトリウムを用いてスラリ
ーのPHを9.5にし、LBKP−16ｍＶ、活性炭−13
ｍＶ、タルク−37ｍＶのゼータ電位を持つよう調
整した。その後、カチオン性定着助剤として硫酸
アルミニウム1.6部およびコロイダルアルミナ1.1
部を加えてから、アニオン性結合剤としてNBR
ラテツクス7.5部を加えて定着せしめ、55メツシ
ユの網を用いた円網抄紙機で抄造し、乾燥させて
吸着性シートを得た。 参考例 ４ セルロース繊維（NBKP）15部、実施例１に
おいて使用したものと同じ活性炭50部、タルク35
部とを水中に分散した後、水酸化ナトリウムを用
いてスラリーのPHを9.0にし、NBKP−15ｍＶ、
活性炭−11ｍＶ、タルク−34ｍＶのゼータ電位を
持つように調整した。 その後カチオン性結合剤としてカチオン性アク
リル樹脂エマルジヨン4.0部を加えて定着せしめ、
80メツシユの網を用いて手抄し、乾燥させて吸着
性シートを得た。 比較例 １ 実施例１で用いたと同じ活性炭50部とセルロー
ス繊維（NBKPとLBKPを１：１の割合で混合）
50部とを水中に分散し、カチオン性エポキシ化ポ
リアミド樹脂1.0部およびポリアクリルアミド樹
脂1.0部を加え、80メツシユの網を用いて手抄し、
乾燥させて吸着性シートを得た。 比較例 ２ 天然セルロース繊維（LBKP）15部、実施例１
において使用したものと同じ活性炭50部、硫酸カ
ルシウム35部とを水中に分散した後、水酸化ナト
リウムを用いてスラリーのPHを8.5にしたところ、
ゼータ電位はそれぞれLBKP−14ｍＶ、活性炭−
10ｍＶ、硫酸カルシウム−７ｍＶであつた。次に
カチオン性定着助剤として硫酸アルミニウム3.0
部を加えてからアニオン性結合剤としてSBRラ
テツクス7.0部を加えて定着せしめ、80メツシユ
の網を用いて手抄し、乾燥させて吸着性シートを
得た。 上で得られた各吸着性シートについて各種物性
を測定した結果を第１表に示した。

【表】 なお、第１表中、焼成後の形態保持性は次のよ
うに判定したものである。すなわち、上記で得ら
れた吸着性シートにより直径30mm、高さ30mmの円
筒を作り、端と端とを少し重ねてホチキスで止
め、台上に立てて置き、その上に10grの鉄板を荷
重が均等にかかるように載せたのち、400℃、20
分間焼成する。その後、焼成された成形物の、荷
重による変形の程度で形態保持性を見る。焼成し
た後、元の成形物の形態を保持している程度を以
下の基準で判定したものである。 ◎…成形物が変形していない。 〇…成形物が少し変形している。 ×…成形物が完全に変形している。 また、第１表中ハニカム成型体の強度は下記の
ようにして測定したものである。すなわち、各実
施例、比較例で得られた吸着性シートを、コルゲ
ート製段機によりフルート径1.5mmの片ダンボー
ルに加工し、これを一辺50mmの波の方向を同じく
する立法体ハニカム成型体に加工した。このハニ
カム成型体に対し、図面に示すとおり縦方向（ａ
方向）および（ｂ方向）の側面全体に圧縮力を加
え、変形が生じるのに要する圧力を求める。ま
た、燃焼性は、得られた吸着性シートを炎に入れ
その燃焼の程度を判断した結果である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の吸着性シートをコルゲート加工
したハニカム成型体の強度測定の際の圧縮方向を
示す説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 必須成分がセルロース繊維２〜30重量部、活
   性炭90〜30重量部及び無機填料５〜68重量部を有
   する基材分散スラリーに結合剤を配合して構成さ
   れ、前記無機填料は結晶構造が繊維状または針状
   で且つ繊維長が100μｍ以下の粉体であることを
   特徴とする吸着性シート。