JPWO2019131919A1

JPWO2019131919A1 - 異物易除去部材

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Publication number: JPWO2019131919A1
Application number: JP2019562187A
Authority: JP
Inventors: 恵士多賀谷; 勝八木; 北野　宏樹; 宏樹北野; 山口　晃生; 晃生山口
Original assignee: Kitagawa Industries Co Ltd
Current assignee: Kitagawa Industries Co Ltd
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2020-11-19
Anticipated expiration: 2038-12-27
Also published as: JP6995390B2; WO2019131919A1

Abstract

プラスチックを主原料とし、液体に接触させて使用され、異物を容易に除去可能な異物易除去部材の提供。本発明の異物易除去部材は、合成樹脂と、ナノカーボン材料とを含む成形品からなる。

Description

本発明は、異物易除去部材に関する。

液体に接触させて使用されるプラスチック部材に、付着した異物が容易に除去される機能が求められる場合がある。

例えば、特許文献１には、アクリル系樹脂からなる本体部材の表面に、双性イオン性化合物からなる親水性のオーバーコートが形成された物品が示されている。そして、そのような物品の表面が、油性マーカー（油性インク）によって書き込みされても、その表面を布等で拭くことにより、油性マーカー（油性インク）を容易に除去できることが示されている。

また、特許文献２には、樹脂製の基材（ナノファイバー基材）の表面に、カーボンナノチューブ等のナノ充填材を含むポリマーからなる親水性の被膜が形成された濾過媒体が示されている。このような濾過媒体は、流量が比較的高いときでも付着が比較的低いことが示されている。

また、特許文献３には、発泡樹脂製の容器の底に、緩やかな傾斜の凹凸面設けられおり、その凹凸部分に、物が挟まることが防止されている。

特表２０１５−５１０４４５号公報特表２００８−５１５６６８号公報特開２０１５−６３３２６号公報

（発明が解決しようとする課題）
上記のように、従来は、プラスチック部材の表面に、オーバーコート等の被膜を形成することで、液体と接触する部分（表面）の性質を改良して、液体中に含まれる異物（有機、無機、有機無機混合物等）を除去し易くするか、構造的に、プラスチック部材の表面に異物が付着し難い形に設計していた。

しかしながら、従来は、基材として使用されるプラスチック部材自体の表面を改質して、容易に異物を除去し易くすることは検討されていなかった。

本発明の目的は、プラスチックを主原料とし、液体に接触させて使用され、異物を容易に除去可能な異物易除去部材を提供することである。

（課題を解決するための手段）
前記課題を解決するための手段は、以下の通りである。即ち、
＜１＞合成樹脂と、ナノカーボン材料とを含む成形品からなる異物易除去部材。

＜２＞前記ナノカーボン材料は、カーボンナノチューブからなる前記＜１＞に記載の異物易除去部材。

＜３＞前記合成樹脂は、熱可塑性樹脂からなる前記＜１＞又は＜２＞に記載の異物易除去部材。

（発明の効果）
本願発明によれば、プラスチックを主原料とし、液体に接触させて使用され、異物を容易に除去可能な異物易除去部材を提供することができる。

クロスフローろ過方式の試験装置の概略図ろ過試験前の実施例１の試験片の顕微鏡写真と、ろ過試験後の実施例１の試験片の蛍光顕微鏡写真を示す図ろ過試験前の比較例１の試験片の顕微鏡写真と、ろ過試験後の比較例１の試験片の蛍光顕微鏡写真を示す図実施例２の部材におけるメッシュ部を構成する線材の平面及び側面の拡大写真比較例２の部材におけるメッシュ部を構成する線材の平面及び側面の拡大写真実施例２の浸漬試験の結果（蛍光顕微鏡写真）を示す図比較例２の浸漬試験の結果（蛍光顕微鏡写真）を示す図

異物易除去部材は、合成樹脂と、ナノカーボン材料とを含む組成物を、所定形状に成形した成形品からなる。異物易除去部材は、例えば、容器、試験器具等の液体と接触する形で使用される器具として利用される。また、異物易除去部材の他の用途としては、本発明の目的を損なわない限り、特に制限はないが、例えば、分析器具、配管器具、攪拌器具、センサー（検出）器具、検査器具、水回り設備（キッチン、浴室、トイレ、洗面所等）、密閉・開放循環冷温水系回路（床暖房、パネル暖房、温水ルームヒーター等のセントラル暖房、化学工場等の一般冷却設備等）等が挙げられる。また、異物易除去部材に接触させる液体の種類としては、本発明の目的を損なわない限り、特に制限はないが、例えば、汗、血液等の体液、生活廃水、工業廃水、水道水、薬液、循環液、雨水等が挙げられる。また、液体は、水溶性であってもよいし、非水溶性であってもよい。なお、異物易除去部材からなる器具等は、複数回繰り返して使用される器具等であってもよいし、一度の使用で廃棄される、所謂、使い捨て器具等であってもよい。

異物易除去部材に利用される合成樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等が挙げられる。なお、合成樹脂としては、成形性に優れ、また、ナノカーボン材料を均一に分散させ易い等の理由により、熱可塑性樹脂が好ましい。

熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂等が挙げられる。

熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレン−プロピレン共重合体等のポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のポリエステル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）樹脂、変性ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール等が挙げられる。熱可塑性樹脂は、単独で、又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。

ナノカーボン材料は、ｓｐ２炭素系の炭素材料であり、カーボンナノチューブ、グラフェン、フラーレン等からなる。これらは単独で、又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。

カーボンナノチューブは、グラフェンシートを円筒状に巻いたような構造を備えており、直径は、数ｎｍ〜数十ｎｍ、長さは直径の数十倍〜数千倍以上である。カーボンナノチューブは、グラフェンシートが実質的に１層である単層カーボンナノチューブと、２層以上である多層カーボンナノチューブに分類される。本発明の目的を損なわない限り、カーボンナノチューブとしては、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブの何れを使用してもよい。

グラフェンは、一般的に、１原子の厚さのｓｐ２結合炭素原子のシート（単層グラフェン）を指すが、本発明の目的を損なわない限り、単層グラフェンが積層した状態の物質も、グラフェンとして使用してもよい。

フラーレンは、閉殻構造を有する炭素クラスタであり、通常、その炭素数は、６０〜１３０の偶数である。フラーレンの具体例としては、Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ７８、Ｃ８０、Ｃ８２、Ｃ８４、Ｃ８６、Ｃ８８、Ｃ９０、Ｃ９２、Ｃ９４、Ｃ９６及びこれらよりも多くの炭素を有する高次の炭素クラスタが挙げられる。本発明の目的を損なわない限り、炭素数の異なるフラーレン同士を組み合わせて使用してもよいし、単独のフラーレンを使用してもよい。

ナノカーボン材料の中でも、入手容易性、汎用性等の観点より、カーボンナノチューブが最も好ましい。

合成樹脂に対するナノカーボン材料の配合割合は、本発明の目的を損なわない限り、特に制限はないが、例えば、合成樹脂１００質量部に対して、１〜３０質量部の割合で、ナノカーボン材料が配合される。

異物易除去部材の成形に利用される組成物には、本発明の目的を損なわない限り、上述した合成樹脂、ナノカーボン材料以外に、紫外線防止剤、着色剤（顔料、染料）、増粘付与剤、フィラー、界面活性剤、可塑剤等の各種の添加剤が、適宜、配合されてもよい。

異物易除去部材は、所定の金型を利用して適宜、成形される。例えば、合成樹脂が熱可塑性樹脂からなる場合、異物易除去部材は、所定の金型を利用して、適宜、射出成形される。

異物易除去部材は、所定量のナノカーボン材料が配合されることにより、その表面がナノカーボン材料の影響で親水性が高まるものと推測される。そして、そのような表面に、水分子の薄い膜が形成されることで、異物易除去部材に接触する液体に中に含まれる様々な異物（例えば、タンパク質等の有機成分、炭酸カルシウム等の無機成分、アルギン酸、アルギン酸塩、フミン酸、フミン酸塩等の天然有機物（Natural Organic Matter, NOM）、有機無機複合成分）が、異物易除去部材の表面に寄り付くことができなくなるものと推測される。そのため、異物易除去部材では、仮に、様々な異物が表面に付着したとしても、流水や、ブラシ等の所定の道具等を利用して、容易に異物を剥離又は除去することができる。また、異物易除去部材は、剛性が高く、耐ファウリング性、摺動性、抗菌性等にも優れる。

以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。

〔実施例１〕
平面視で円形状をなしたメッシュ状の部材（異物易除去部材）を用意した。実施例１の部材は、ポリアミド樹脂（ポリアミド１２）１００質量部に対して、カーボンナノチューブを１８質量部配合した組成物を、所定の金型を利用して成形した成形品からなる。

〔比較例１〕
実施例１と同様、平面視で円形状をなしたメッシュ状の部材を用意した。比較例１の部材は、ポリアミド樹脂（ポリアミド１２）を、実施例１と同様の金型を利用して成形したものからなる。

〔異物除去性評価〕
（ろ過試験）
実施例１及び比較例１の各部材の異物除去性を、図１に示されるクロスフローろ過方式の試験装置１０を利用して評価した。ここで、先ず、図１を参照しつつ試験装置１０について説明する。

図１は、クロスフローろ過方式の試験装置１０の概略図である。試験装置１０は、上流側配管部１１、下流側配管部１２、ろ過ユニット１３、逆浸透膜１４、回収容器１５、ポンプ１６、バルブ１７、透過液排出部１９等を備えている。

ろ過ユニット１３は、実施例１の部材等からなる試験片Ｓの表面に沿ってろ過対象溶液１８が流れるように、試験片Ｓを市販の逆浸透膜１４（商品名「ＳＷＣ５」、日東電工株式会社製）の上に重ねた状態で収容しつつ、逆浸透膜１４を利用してろ過対象溶液１８をろ過する部分である。なお、ろ過対象溶液１８として、フルオレセインイソチオシアネート（ＦＩＴＣ)で標識されたウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）（以下、ＦＩＴＣ−ＢＳＡ）を１００ｐｐｍの濃度で含む１０ｍｍｏｌ／ＬのＮａＣｌ水溶液を使用した。

透過液排出部１９は、逆浸透膜１４を透過した透過液を外部に排出する部分であり、そこから排出された透過液は、図示されない収集容器によって集められる。

ろ過ユニット１３には、回収容器１５内に収容されているろ過対象溶液１８が上流側配管部１１を通って供給される。ろ過ユニット１３と回収容器１５との間は、上流側配管部１１で接続されている。また、上流側配管部１１の途中には、ろ過ユニット１３にろ過対象溶液１８を送り出すためのポンプ１６が配設されている。また、ろ過ユニット１３と回収容器１５との間は、下流側配管部１２で接続されており、ろ過ユニット１３から排出されたろ過対象溶液１８は、下流側配管部１２を通って再び、回収容器１５に戻される。なお、下流側配管部１２の途中には、バルブ１７が設けられており、下流側配管部１２等を循環するろ過対象溶液１８の流量がバルブ１７の開閉により調節される。

このような試験装置１０を使用して、上記ろ過対象溶液１８を、４８時間ろ過し続けるろ過試験を行った。なお、ろ過対象溶液１８の供給圧力は、０．７ＭＰａに設定し、ろ過対象溶液１８の流量は、５００ｍｌ／分に設定した。そして、このようなろ過試験の開始時（０時間）、試験開始から２４時間後、及び４８時間後に、それぞれ蛍光顕微鏡２０を利用して、逆浸透膜１４上に重ねられた試験片Ｓの表面に付着する異物（ＦＩＴＣ−ＢＳＡ）を確認した。結果は、図２（実施例１）及び図３（比較例１）に示した。

図２に示されるように、実施例１の試験片には、ろ過試験開始から２４時間後、及び４８時間後であっても、ＦＩＴＣ−ＢＳＡが付着し難く、また、溶液の流れによって、ＦＩＴＣ−ＢＳＡが除去され易いことが確認された。例えば、図２において、２４時間後の試験片に付着している２つの異物（ＦＩＴＣ−ＢＳＡ）ｘ１，ｘ２は、４８時間後において試験片から消えていることが示されている。

これに対し、比較例１の試験片には、図３に示されるように、ろ過試験開始から２４時間後に、試験片の表面に、万遍なく、ＦＩＴＣ−ＢＳＡの付着が見られた。そして、４８時間後には、試験片Ｓの表面に、略隙間なくＦＩＴＣ−ＢＳＡが付着した状態となった。このように、比較例１の試験片には、ＦＩＴＣ−ＢＳＡが付着し易く、また、溶液の流れによって、ＦＩＴＣ−ＢＳＡが除去されないことが確認された。

〔実施例２〕
平面視で円形状をなしたメッシュ状の部材（異物除去部材）を用意した。実施例２の部材は、図４に示されるように、メッシュ部を構成する線材の幅は、０．５ｍｍであり、線材の厚みは、０．５ｍｍである。図４の左側に、実施例２の部材におけるメッシュ部を構成する線材の平面が示され、図４の右側に、実施例２の部材におけるメッシュ部を構成する線材の側面が示される。このような実施例２の部材は、ポリプロピレン樹脂１００質量部に対して、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を５．３質量部（ＣＮＴ：５質量％）配合した組成物を、所定の金型を利用して成形したものからなる。

〔比較例２〕
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を配合しないこと以外は、実施例２と同様にして、ポリプロピレン樹脂からなる比較例２の部材を作製した。図５に示されるように、比較例２の部材も、メッシュ部を構成する線材の幅は、０．５ｍｍであり、線材の厚みは、０．５ｍｍである。なお、図５の左側に、比較例２の部材におけるメッシュ部を構成する線材の平面が示され、図５の右側に、比較例２の部材におけるメッシュ部を構成する線材の側面が示される。

〔異物除去性評価〕
（浸漬試験）
フルオレセインイソチオシアネート（ＦＩＴＣ）で標識されたウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）（以下、ＦＩＴＣ−ＢＳＡ）（２００ｐｐｍ）と、ＮａＣｌ（１０ｍｍｏｌ／Ｌ）とを含む混合液１Ｌを、２００ｒｐｍの条件で攪拌し、その混合液中に、針金で吊り下げた実施例２及び比較例２の各部材を浸漬した。

（蛍光顕微鏡観察）
実施例２及び比較例２の各部材を、所定時間経過後（２４時間後、４８時間後、７２時間後）に、適宜、混合液中から取り出し、純水で洗浄後、蛍光顕微鏡で観察した。なお、観察後は、再度、上記混合液中に浸漬した。なお、混合液中に浸漬する前に、浸漬試験開始時（０時間）の各部材の状態も、蛍光顕微鏡で観察した。実施例２の蛍光顕微鏡画像は、図６に示し、比較例２の蛍光顕微鏡画像は、図７に示した。

図６に示されるように、実施例２の部材には、試験開始から７２時間経過後も、ＦＩＴＣ−ＢＳＡが付着し難く、また、異物が付着しても、純水による洗浄や、攪拌による混合液中の流れ等の影響で、異物が部材から剥がれることが確かめられた。例えば、実施例２の部材には、４８時間後の時点で、異物（ＦＩＴＣ−ＢＳＡ）ｘ３が付着しているものの、この異物ｘ３は、７３時間後に、実施例２の部材から剥がれて無くなっている。

これに対し、比較例２の部材には、図７に示されるように、試験開始から２４時間後には、部材の表面に、万遍なく、ＦＩＴＣ−ＢＳＡの付着が見られた。この比較例２の部材に付着した異物（ＦＩＴＣ−ＢＳＡ）は、純水による洗浄や、攪拌による混合液中の流れ等の影響では、部材から剥がれず、時間の経過と共に、部材に異物が堆積していくことが確かめられた（４８時間後及び７２時間後の各結果を参照）。このように、比較例２の部材には、ＦＩＴＣ−ＢＳＡが付着し易く、また、洗浄等の水の流れによって、ＦＩＴＣ−ＢＳＡが比較例２の部材から除去されないことが確かめられた。

Claims

合成樹脂と、ナノカーボン材料とを含む成形品からなる異物易除去部材。
前記ナノカーボン材料は、カーボンナノチューブからなる請求項１に記載の異物易除去部材。
前記合成樹脂は、熱可塑性樹脂からなる請求項１又は請求項２に記載の異物易除去部材。