KR20210015932A - 흡착 시트, 흡착 시트의 제조 방법 및 흡착 소자 - Google Patents

흡착 시트, 흡착 시트의 제조 방법 및 흡착 소자 Download PDF

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Abstract

이 흡착 시트는 흡착재(Ax: x=1, 2, 3 … n)를 적어도 1종류 이상 포함하는 흡착 시트이며, 흡착재(Ax)의 탭 밀도를 Axa, 흡착재 입자를 구상이라고 가정하였을 때에 흡착재 입자의 평균 입경으로부터 산출한 구 체적을 Axb, 흡착재가 당해 흡착 시트에 포함되는 중량 비율(％)을 Axc라고 하면, 당해 흡착 시트 1g당 포함되는 평균 입자수 Axd는 다음의 식 1로 표시되고, Axd=(1/Axa)×(1/Axb)×(Axc/100)(개/g) … 식 1, 당해 흡착 시트 1g당 포함되는 적어도 1종류 이상의 흡착재(Ax)의 총 평균 입자수는 이하의 식 2로 표시되며, 당해 흡착 시트의 비인장 강도가 2Nㆍm/g 이상이다.
Figure pct00017
… 식 2
(

Description

흡착 시트, 흡착 시트의 제조 방법 및 흡착 소자
본 발명은 공기 중에 포함되는 유기 용제를, 흡착재를 사용하여 흡착 제거하는 흡착 시트, 흡착 시트의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 예를 들어 공기 중에 포함되는 유기 용제 등의 악취 성분을 흡착 제거하는 배기 가스 처리 장치 등에 사용되는 흡착 소자에 관한 것이다.
종래, 흡착 시트로서는 PVA(폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)) 등의 유기 결합제 및 유기 섬유나 무기 섬유와, 흡착재를 혼합 초조하여 이루어지는 흡착 시트가 알려져 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 평9-94422호 공보(특허문헌 1) 참조).
또한, 종래, 흡착 소자로서는 흡착재, 유기 섬유, 유기 결합제, 무기 결합제 등을 포함하는 흡착 시트를 하니컴 성형기에 의해, 하니컴 성형용 접착제를 사용하여 하니컴상으로 성형한 것이 알려져 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 평10-352호 공보(특허문헌 2) 참조).
일본 특허 공개 평9-94422호 공보 일본 특허 공개 평10-352호 공보
이 흡착 시트에는 제올라이트의 흡착재가 포함된다고 특허문헌 1에 기재되어 있다. 흡착 시트의 유연성이나 기계적 강도에는, 골격 소재인 유기 섬유나 무기 섬유가 역할을 담당한다. 흡착 시트로서 높은 성능을 발휘하기 위해서는 흡착재의 함유 비율을 향상시키는 것이 유효하다. 그러나, 반대로 골격 소재인 유기 섬유나 무기 섬유의 함유 비율이 내려가기 때문에, 결과적으로는 흡착 시트의 유연성이나 강도가 저하된다고 하는 과제가 있었다.
흡착 소자에도 제올라이트가 흡착재로서 포함된다고 특허문헌 2에 기재되어 있다. 제올라이트의 형상에는 분말상, 입자상 혹은 펠릿상의 형상이 있다. 흡착 소자의 유연성이나 기계적 강도에는, 골격 소재인 유기 섬유 등이 역할을 담당한다. 흡착 소자로서 높은 성능을 발휘하기 위해서는 흡착재의 함유 비율을 향상시키는 것이 유효하지만, 반대로 골격 소재인 유기 섬유나 무기 섬유의 함유 비율이 내려가기 때문에, 결과적으로는 흡착 소자의 유연성이나 강도는 저하된다고 하는 과제가 있었다.
흡착 시트 및 흡착 소자에 있어서의 흡착재에는, 특유의 겉보기 밀도(벌크 밀도(루스 벌크 밀도) 및 탭 밀도)가 있으며, 여기에는 흡착재의 화학적인 종류(활성탄, 제올라이트종, 실리카 겔 등)와 벌크로서의 형상(입경, 섬유 직경 등)이 밀접하게 관계한다. 단순하게 흡착 시트에 포함되는 흡착재의 함유량이 동일해도, 겉보기 밀도와 입경으로부터 계산되는 입자의 개수에는 차이가 있으며, 입자수가 지나치게 많아서 골격 소재의 얽힘이 적어져, 실용상 강도가 얻어지지 않는다고 하는 과제가 있었다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 흡착 시트로서 우수한 기계적 강도 및 흡착 성능을 갖춘 흡착 시트 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 흡착 소자로서 충분한 유연성이나 강도와 높은 흡착재 함유 비율을 양립한 흡착 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 연구한 결과, 결국 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 즉, 본 발명은 이하와 같다.
이 흡착 시트에 있어서는, 흡착재(Ax: x=1, 2, 3 … n)를 적어도 1종류 이상 포함하는 흡착 시트이며, 상기 흡착재(Ax)의 탭 밀도를 Axa, 흡착재 입자를 구상이라고 가정하였을 때에 흡착재 입자의 평균 입경으로부터 산출한 구 체적을 Axb, 상기 흡착재가 당해 흡착 시트에 포함되는 중량 비율(％)을 Axc라고 하면, 당해 흡착 시트 1g당 포함되는 평균 입자수 Axd는 이하의 식 1로 표시된다.
Axd=(1/Axa)×(1/Axb)×(Axc/100)(개/g) … 식 1
당해 흡착 시트 1g당 포함되는 적어도 1종류 이상의 흡착재(Ax)의 총 평균 입자수는 이하의 식 2로 표시된다. 당해 흡착 시트의 비인장 강도가 2Nㆍm/g 이상이다.
Figure pct00001
… 식 2
(
Figure pct00002
는, 당해 흡착 시트 1g당 포함되는 적어도 1종류 이상의 흡착재(Ax)의 총 평균 입자수)
다른 형태에 있어서는, 당해 흡착 시트에 포함되는 적어도 1종류 이상의 상기 흡착재(Ax)의 합계 비율이, 당해 흡착 시트의 40중량％ 이상이다.
다른 형태에 있어서는, 상기 흡착재(Ax)의 탭 밀도가 0.1g/㎤ 이상이다.
다른 형태에 있어서는, 상기 흡착재(Ax)가 제올라이트이다.
이 흡착 시트의 제조 방법에 있어서는, 흡착재(Ax: x=1, 2, 3 … n)를 적어도 1종류 이상 포함하는 흡착 시트의 제조 방법이며, 흡착재(Ax)의 탭 밀도를 Axa, 흡착재 입자를 구상이라고 가정하였을 때에 흡착재 입자의 평균 입경으로부터 산출한 구 체적을 Axb, 흡착재가 흡착 시트에 포함되는 중량 비율(％)을 Axc라고 하면, 당해 흡착 시트 1g당 포함되는 평균 입자수 Axd는 이하의 식 1로 표시된다.
Axd=(1/Axa)×(1/Axb)×(Axc/100)(개/g) … 식 1
당해 흡착 시트 1g당 포함되는 적어도 1종류 이상의 흡착재(Ax)의 총 평균 입자수는 이하의 식 2로 표시된다. 당해 흡착 시트의 비인장 강도가 2Nㆍm/g 이상이다.
Figure pct00003
… 식 2
(
Figure pct00004
는, 당해 흡착 시트 1g당 포함되는 적어도 1종류 이상의 흡착재(Ax)의 총 평균 입자수)
다른 형태에 있어서는, 상기 흡착재(Ax) 이외에, 융점 또는 열분해 온도가 300℃ 이상인 유기 섬유(B-1), 및 열분해 온도가 300℃ 미만인 유기 성분(B-2)을 포함한다.
다른 형태에 있어서는, 상기 유기 섬유가 아라미드계 폴리머, 벤즈이미다졸계 폴리머, 벤조옥사졸계 폴리머, 폴리이미드계 폴리머로부터 선택된 적어도 1종의 폴리머이다.
다른 형태에 있어서는, 상기 유기 성분이 폴리비닐알코올계 폴리머, 폴리아크릴로니트릴계 폴리머, 폴리비닐피롤리돈계 폴리머로부터 선택된 적어도 1종이다.
이 흡착 소자에 있어서는, 흡착재(Ax,: x=1, 2, 3 … n)를 적어도 1종류 이상을 포함하는, 다수의 공기 통로를 갖는 흡착 시트(흡착 소자 전구체)를 사용한 하니컴상 구조의 흡착 소자이며, 상기 흡착재(Ax)의 탭 밀도를 Axa, 흡착재 입자를 구상이라고 가정하였을 때에 흡착재 입자의 평균 입경으로부터 산출한 구 체적을 Axb, 상기 흡착재(Ax)가 상기 흡착 시트에 포함되는 중량 비율(％)을 Axc라고 하면, 상기 흡착 시트 1g당 포함되는 평균 입자수 Axd는 이하의 식 1로 표시된다.
Axd=(1/Axa)×(1/Axb)×(Axc/100)(개/g) … 식 1
당해 흡착 시트 1g당 포함되는 적어도 1종류 이상의 상기 흡착재(Ax)의 총 평균 입자수는 이하의 식 5로 표시된다. 당해 흡착 소자의 평면 압축 강도가 3kPa 이상이다.
Figure pct00005
… 식 5
(
Figure pct00006
는, 당해 흡착 시트 1g당 포함되는 적어도 1종류 이상의 흡착재(Ax)의 총 평균 입자수)
상기 흡착 시트는 골격 소재로서 섬유를 갖는, 청구항 9에 기재된 흡착 소자.
다른 형태에 있어서는, 상기 흡착 시트는 두께가 0.16mm 내지 0.25mm이다.
다른 형태에 있어서는, 상기 하니컴상 구조는 셀수 30/㎠ 내지 70/㎠를 갖는다.
다른 형태에 있어서는, 상기 흡착 소자에 포함되는 적어도 1종류 이상의 상기 흡착재(Ax)의 합계 비율이, 상기 흡착 소자의 40중량％ 이상인, 청구항 9 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 기재된 흡착 소자.
다른 형태에 있어서는, 상기 흡착재(Ax)의 탭 밀도가 0.1g/㎤ 이상이다.
다른 형태에 있어서는, 상기 흡착재(Ax)가 제올라이트이다.
이 흡착 시트 및 그의 제조 방법에 따르면, 흡착 시트로서 우수한 기계적 강도 및 흡착 성능을 갖춘 흡착 시트 및 그의 제조 방법을 가능하게 한다.
이 흡착 소자에 따르면, 흡착 소자로서 충분한 유연성이나 강도와 높은 흡착재 함유 비율을 양립한 흡착 소자의 제공을 가능하게 한다.
도 1은 실시 형태 1에 있어서의 흡착 시트의 각 실시예 및 각 비교예의 각종 특성을 나타내는 도면이다.
도 2는 실시 형태 1에 있어서의 흡착 시트의 각 실시예 및 각 비교예의, 소성 후의 시트 강도(Nㆍm/g)와 흡착 시트에 포함되는 흡착제 입자의 총수(개/g)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 실시 형태 2에 있어서의 흡착 소자의 형상인 하니컴상의 형상을 도시하는 도면이다.
도 4는 실시 형태 2에 있어서의 흡착 소자의 형상인 하니컴상의 형상을 채용한 흡착제의 부분 확대이다.
도 5는 실시 형태 2에 있어서의 흡착 시트의 각 실시예 및 각 비교예의 각종 특성을 나타내는 도면이다.
(실시 형태 1)
본 발명에 기초한 실시 형태 1의 흡착 시트 및 그의 제조 방법에 대하여, 이하 도면을 참조하면서 설명한다. 이하에 설명하는 실시 형태에 있어서, 개수, 양 등으로 언급하는 경우, 특별히 기재가 있는 경우를 제외하고, 본 발명의 범위는 반드시 그 개수, 양 등에 한정되는 것은 아니다. 동일한 부품, 상당 부품에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 중복되는 설명은 반복하지 않는 경우가 있다. 실시 형태에 있어서의 구성을 적절하게 조합하여 사용하는 것은 당초부터 예정되어 있는 것이다.
[습식 제법에 의한 혼합 초조(흡착재를 내첨하여 종이를 만든다)]
흡착재와 유기 섬유/무기 섬유 등의 골격 소재를 혼합 초조하여 흡착 시트를 얻는 경우, 흡착재는 골격 소재끼리의 얽힘점을 저감시켜 버린다. 그 때문에, 흡착재의 벌크 밀도 및 입경의 관점에서 보면, 단위 중량당 체적을 나타내는 비용적이 작은 쪽이 흡착재의 점유 체적이 작아져, 골격 소재끼리의 얽힘점을 저감시키기 어렵기 때문에 바람직하다. 실제로는 비용적의 역수인 밀도가 큰 흡착재가 바람직한 것과 동의이다.
흡착재의 형상은 분말상, 입상, 섬유상 등이 있으며, 흡착 시트에 함유되는 양을 생각하면, 분체 1개, 입자 1개, 섬유 1개가 아니라 다량의 분말, 입자, 섬유가 담지되는 것이 일반적이다. 그 때문에, 분말, 입자, 섬유의 집합체로서의 충전 밀도로서는 루스 벌크 밀도 및 탭 밀도(타이트 벌크 밀도라고도 함)를 들 수 있는데, 흡착재가 고함유 비율로 충전된 흡착 시트를 상정하기 위해서는, 치밀하게 충전된 상태를 나타내는 탭 밀도가 특히 중요하게 된다.
혼합 초조가 습식 초지인 경우, 흡착재는 분말 또는 입상이 바람직하고, 분말상이 특히 바람직하다. 분말의 탭 밀도는 0.1g/㎤ 내지 2.0g/㎤가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.2g/㎤ 내지 1.0g/㎤의 범위이면 좋다.
[입경과의 관계]
흡착재(Ax)의 입경은 레이저 회절 등으로 평가할 수 있으며, 평균 입경 0.001㎛ 내지 30.0㎛의 범위가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.01㎛ 내지 20㎛의 범위이면 좋다. 흡착재의 입경은 흡착재의 종류에 의존하기 쉽고, 특히 제올라이트는 결정종에 따라 결정 사이즈가 다르기 쉽다. 제올라이트의 결정종에 따라서는 3㎛ 이하의 결정 사이즈가 있으며, 그 경우에는 완전한 분산 상태를 얻기가 어렵고, 레이저 회절에서는 실제의 입경보다 큰 입경(2차 입자경)을 보는 경우도 있다. 그 경우에는 SEM 등의 화상 해석에서 확인된 최소 단위인 결정 사이즈의 평균값을 평균 입경으로 간주한다.
실시 형태에 있어서의 흡착재는 활성탄 또는 제올라이트이다. 활성탄 및 제올라이트는 저농도의 유기 화합물을 흡착 및 탈착하는 데 우수하다.
활성탄의 경우에는, 형태는 평균 입경이 10㎛ 이상 50㎛ 이하인 분말, 또는 평균 섬유 직경이 10㎛ 이상 30㎛ 이하인 섬유를 들 수 있다. 활성탄의 원료는 특별히 지정하지 않지만, 야자무늬, 석탄, 피치, 페놀 수지, 폴리아크릴로니트릴, 셀룰로오스 등이 있다.
실시 형태에 있어서의 흡착재는, 바람직하게는 제올라이트가 좋다. 제올라이트는 내열 온도가 높고, 활성탄보다 흡착 시의 유기 용제 등과의 반응성이 낮으므로, 내열성이 우수하고, 발열의 위험성이 낮다. 또한 제올라이트는 활성탄보다 샤프한 세공 구조를 가지므로, 유기 용제 등의 흡착 성능이 우수하다. 제올라이트의 경우에는, 형태는 평균 입경이 1㎛ 이상 20㎛ 이하인 분말이다. 제올라이트는 천연에 산출되는 제올라이트도 있지만, 인공 합성 제올라이트가 적합하다. 구체적으로는 베타형, ZSM-5형, 페리에라이트형, 모데나이트형, L형, Y형, A형 등이 있다.
실시 형태에 있어서의 흡착재는, 더욱 바람직하게는 실리카/알루미나 비가 높은 하이실리카 제올라이트가 바람직하다. 하이실리카 제올라이트는 피처리 가스 내에서 유기 용제 등을 흡착함에 있어서, 피처리 가스 내의 수분, 습도의 영향을 받기 어렵기 때문이다. 실리카/알루미나 비는 15 이상이 좋고, 나아가 50 이상이 보다 좋다.
실시 형태에 있어서의 흡착 소자는 흡착재를 적어도 하나 포함한다. 전술한 각종 활성탄 및 제올라이트 중 1개 또는 복수를 선택해도 된다. 복수의 흡착재가 선택되는 경우, 그 비율은 특별히 한정되지 않는다. 흡착재는 피처리 가스의 처리 조건에 따라 적절하게 선택되면 된다.
흡착재(Ax)의 탭 밀도를 [Axa], 흡착재 입자를 구상이라고 가정하였을 때의 평균 입경으로부터 산출한 구 체적을 [Axb], 흡착재가 흡착 시트에 포함되는 중량 비율을 [Axc]라고 하면, 흡착 시트 1g당 포함되는 평균 입자수[Axd]는 이하의 [식 1]과 같이 표시된다.
Axd=(1/Axa)×(1/Axb)×(Axc/100)(개/g) … 식 1
상술한 바와 같이, 흡착재와 유기 섬유나 무기 섬유 등의 골격 소재를 혼합 초조하여 흡착 시트를 얻는 경우, 흡착재는 골격 소재끼리의 얽힘점을 저감시켜 버리기 때문에 흡착 시트의 강도 저하를 초래하기 쉽다. 그 때문에, 실용적인 강도를 얻기 위해서는 일정량 이하의 입자 총수로 억제하는 것이 바람직하며, 흡착 시트 1g당 포함되는 적어도 1종류 이상의 흡착재 Ax의 총 평균 입자수는 이하의 [식 2]로 표시되고, 8.0×1012 이하인 것이 바람직하다.
Figure pct00007
… 식 2
(
Figure pct00008
는, 당해 흡착 시트 1g당 포함되는 적어도 1종류 이상의 흡착재(Ax)의 총 평균 입자수)
[유기 섬유 B-1]
본 실시 형태에 있어서의 유기 성분(B)은, 흡착 시트 제조 시에 흡착재(Ax)를 담지하고, 흡착 시트 성형 후에도 담지하는 담체로서 작용하는 성분이며, 펄프상이나 섬유 길이 10mm 이하 정도의 단섬유의 유기 섬유, 특히 융점 혹은 열분해 온도가 300℃ 이상인 내열성이 우수한 섬유이다. 열분해 온도가 300℃ 미만에서는 흡ㆍ탈착 조작 중에 조우하는 고온 하에서 현저한 강도 저하를 피할 수 없다. 구체적으로는 아라미드, 메타아라미드, 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리벤조옥사졸(PBO), 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르케톤 등으로 만들어진 섬유이다.
[유기 결합제 B-2]
유기 성분(B)은, 상기 내열성 유기 성분(B-1) 외에 열분해 온도가 300℃ 미만인 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 해당 저온도 분해성 유기 성분(B-2)은 흡착 시트의 제조 시, 흡착재(Ax)를 흡착 시트에 고비율로 담지시키는 결합제의 작용을 갖는다. 저온도 분해성 유기 성분으로서는 PVA(폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)), 전분 혹은 폴리아크릴로니트릴 등을 들 수 있지만, PVA가 바람직하다.
저온도 분해성 유기 성분(B-2)에 의한 흡착재(Ax)의 피복이 크고 흡착 성능이 현저하게 낮은 경우에는, 흡착 시트를 고온 열처리함으로써 저온도 분해성 유기 성분(B-2)을 탄화물 혹은 분해 소실시켜, 흡착재(Ax)의 피복을 적게 하는 것도 가능하다.
[무기 결합제 C]
본 실시 형태에서는 흡착 시트의 고온 하에서의 흡착재(Ax)와 골격 소재를 정착 유지시키는 데 무기 결합제(C)를 부여해도 상관없다. 예를 들어 물에 가용이고, 결합제가 시트에 균일하게 분산되고, 열처리 시, 반응, 겔화 등에 의해 경화하고, 그 경화 시에 흡착재와 골격 소재를 견고하게 정착시키는 것이다. 열분해 온도가 300℃ 이상이고, 반응성이 높은 유기 용제에 의해 반응열을 발생시키고, 시트의 착화, 연소의 원인이 되는 촉매성이 낮고, 흡착재(Ax)의 흡착 성능을 그 피복에 의해 저하시키기 어려운 것인 것이 바람직하다. 예를 들어, 헥사메타인산 소다 등의 인산염계 결합제, 규산 소다 등의 규산염계 결합제가 바람직하다.
[흡착제 Ax 함유량]
본 실시 형태의 내열성 흡착성 시트에 포함되는 흡착재(Ax)의 양은 40중량％ 이상이 좋다. 흡착 성능 및 생산성, 흡착재의 탈락을 고려하면 50중량％ 이상이 바람직하다. 흡착재(Ax)의 함유량이 40％ 미만에서는 충분한 흡착 성능이 얻어지지 않는다. 흡착제(Ax)의 중량의 상한에 제한은 없지만, 충분한 시트 강도를 유지하기 위해서는 80중량％가 한계이다. 80중량％를 초과하면, 흡착 시트의 유연성이 부족하여 가공하기 어려워진다. 본 실시 형태의 내열성 흡착 시트에 포함되는 유기 성분(B)의 양은, 흡착 시트 제조 시에 사용한 유기 성분 및 그의 열산화물을 합친 양으로서 5중량％ 내지 60중량％이다.
유기 성분(B)의 함유량이 5％ 미만에서는 흡착재의 담지능이 부족하고, 60％ 이상에서는 흡착재의 사용량을 적게 해야만 하는 문제가 발생한다. 본 실시 형태의 흡착 시트에 무기 결합제 성분(C)이 포함되는 경우에는, 무기 결합제 성분(C)은 5중량％ 내지 30중량％가 바람직하다. 5중량％ 미만에서는 흡착재(Ax)와 골격 소재끼리의 정착성이 부족해지고, 30％ 이상이 되면 유연성이 부족하기 때문에 바람직하지 않다.
[흡착 시트의 제조 방법]
본 실시 형태의 흡착 시트는, 예를 들어 흡착재(Ax), 유기 성분(B) 및 무기 결합제(C), 필요에 따라 유리 섬유, 고분자 응집제를 사용하여 습식 초지법으로 제조할 수 있다.
[제법에 있어서의 B-1과 B-2의 사고 방식]
본 실시 형태의 흡착 시트의 제조 방법에 사용되는 유기 성분(B)은, 상기 아라미드 섬유 등의 내열성 유기 섬유(B-1) 외에 150℃ 내지 300℃에서 열분해하는 저온도 분해성 유기 성분(B-2)을 사용하는 것이 바람직하다. 저온도 분해성 유기 성분(B-2)은 습식 초지 시의 (Ax) 성분을 (B-1) 성분에, 및 (B-1) 성분끼리를 접합시키기 위한 결합제로서 작용한다.
(B-2) 성분은 시트상물, 하니컴상물 성형 후의 최종 흡착 소자(본 실시 형태의 흡착 소자)의 흡착재를 피복하기 때문에, 현저하게 흡착 성능을 저해하는 경우에는, 고온 열처리를 행하여 (B-2)를 탄화물로 하거나, 또는 분해 소실시켜 최종 흡착 소자(본 실시 형태의 흡착 소자)의 흡착재를 피복을 적게 하는 것도 가능하다.
상기 시트상물 및 하니컴상물에서 열처리를 행하는 경우, 가열 오븐 등을 사용하여 공기 분위기 중에서 실시하는 것이 바람직하다. 열처리 온도는 내열성 유기 성분(B-1)의 융점 혹은 분해 온도(T1℃) 이하, 바람직하게는 5℃ 내지 20℃ 낮게(T1-5℃ 내지 T1-20℃), 저온도 분해 성분(B-2)의 분해 온도(T2℃) 이상, 바람직하게는 분해 온도의 100℃ 내지 200℃ 이상(T2+100℃ 내지 T2+200℃)의 온도에서 처리 시간은 1분 내지 60분, 바람직하게는 1분 내지 30분이면 좋다. 통상 350℃ 내지 450℃에서 1분 내지 10분이다.
흡착 시트의 비인장 강도는 2N/mㆍg 이상이 바람직하다. 2N/mㆍg보다 작은 강도에서는 흡착 시트의 파단이나 갈라짐이 발생하기 쉬워 실용적이지 않다.
흡착 시트의 평량(g/㎡)에 특별히 제한은 없지만, 10g/㎡ 내지 200g/㎡가 바람직하다. 10g/㎡ 미만인 경우, 시트의 기계 강도가 약해져, 하니컴 구조체의 기계 강도를 유지할 수 없다. 200g/㎡를 초과하면, 시트 두께가 지나치게 두꺼워지기 때문에 시트의 유연성이 없어지고, 시트의 균열이나 흡착재의 탈락이 발생하기 쉽다.
(실시예)
본 실시 형태에 있어서의 흡착 시트의 여러 특성의 측정법은 다음과 같다. 각 실시예 및 각 비교예의 각종 특성을 도 1 및 도 2에 나타낸다.
(1) 흡착재의 탭 밀도의 측정 방법
항량한 용기에 흡착재 약 40g을 넣고, 180℃ 15시간 이상 진공 건조시킨다. 데시케이터 내에서 20분 방랭한 후, 건조 질량을 0.1mg의 자릿수까지 측정한다. 이 건조 시료의 질량을 S(g)라고 한다. 200mL 메스실린더에 이 건조 시료를 전량 넣고, 3분간 메스실린더의 저면을 탭핑(메스실린더 저면을 두드림)한다. 3분 후의 용적(mL)을 1mL의 자릿수까지 판독한다. 이것을 충전 용적을 A(mL)라고 하면, 탭 밀도 L(g/mL)은 다음 식 3으로 구해진다. 또한, 1mL는 1㎤이기 때문에, 탭 밀도 L의 단위는 g/mL와 g/㎤는 동의이다.
L(g/mL)=S(g)÷A(mL) … 식 3
(2) 흡착재의 평균 입경의 측정 방법 및 입자를 구형이라고 가정하였을 때의 구 체적의 산출 방법
흡착재는 사전에 SEM 화상 관찰로 결정 입경을 확인하여, 결정 입경이 3㎛ 이상인 경우에는 레이저 회절 산란식 입도 분포 측정 장치에 의한 평균 입경의 측정 방법을 사용하고, 결정 입경이 3㎛보다 작은 경우에는 SEM 화상 해석에 의한 평균 입경의 측정 방법을 사용하여, 흡착재의 평균 입경을 산출한다.
<레이저 회절 산란식 입도 분포 측정 장치에 의한 평균 입경의 측정 방법>
측정 장치로 호리바 세이사쿠쇼의 LA-950V2를 사용하고, 측정 셀로는 습식 순환형 셀(플로우 셀)을 사용하고, 분산매로서는 헥사메타인산나트륨(0.1mass％ 수용액)을 사용하고, 측정 대상의 굴절률 설정에는 규산알루미늄-수계(굴절률: 1.66-1.33)를 사용한다.
[측정 수순]
1. 측정 셀에 분산매를 규정량 주수(注水)하고, 광학계의 초기 조정 및 블랭크 측정을 행한다.
2. 블랭크 측정 후, 분산매의 투과율이 약 90％ 내지 70％의 범위에 들어가도록 셀에 흡착재를 투입한다.
3. 탈포를 위해 수초 정도 초음파(주파수 20kHz)를 인가한 후, 한번 측정을 행한다.
4. 측정 후, 초음파를 규정 시간(5분) 인가하여 샘플을 분산시킨 후, 다시 측정을 행한다.
5. 초음파를 규정 시간(5분) 인가하고 다시 측정을 행한 데이터로부터 해석을 행하여, 메디안 직경(누적 빈도가 50％가 되는 입경)을 평균 입경으로 한다.
<SEM 화상 해석에 의한 평균 입경의 측정 방법>
측정 장치로는 히타치 주사 전자 현미경(SU1510)을 사용하고, 가속 전압은 15.0kV로 한다.
[측정 수순]
1. SEM 관찰대에 양면 테이프를 붙이고, 흡착재를 양면 테이프에 산포하고, 과잉량의 흡착재를 제거한다.
2. 흡착재를 도포한 SEM 관찰대에 백금 증착을 행한다.
3. SEM 화상 관찰 장치에 2.의 관찰대를 세팅한다.
4. 상기 가속 전압에서 3000배의 사진을 장소를 바꾸어 3장 촬영한다.
5. 3000배로 촬영한 사진이 지면에 모두 수렴되는 최대 사이즈로 A4 종이에 인쇄한다.
6. 인쇄한 사진에 연필로 대각선을 2개 그리고, 대각선 상에 있는 경계가 명확한 입자를 20개 선정하고, 단경과 장경의 2개소를 정규로 측정한다. SEM 사진의 스케일(㎛)의 길이를 정규로 측정하고, 정규로 측정한 입자의 단경과 장경을 ㎛로 환산한다.
7. 6.의 작업을 3000배로 촬영한 3장의 사진에서 행하여, 합계 60개의 입자의 단경과 장경을 산출하고, 모든 값의 평균값을 SEM 관찰에 의한 평균 입경(㎛)으로 한다.
<입자를 구형이라고 가정하였을 때의 구 체적의 산출 방법>
레이저 회절 또는 SEM 화상 해석에서 산출한 평균 입경을 R(㎛)이라고 하면, 입자를 구형이라고 가정하였을 때의 입자 1개당 구 체적 Q(㎤/개)는 다음 식 4로 구한다.
Q(㎤/개)=[4/3]×(R×10-4/2)3×3.14 … 식 4
(3) 비인장 강도의 측정 방법
JIS-P-8113 「종이 및 판지-인장 특성의 시험 방법」에 준하여 측정하였다. 시험 폭은 15mm, 길이는 50mm로 하였다.
이하의 실시예 및 비교예에 기초하여 본 발명의 흡착 시트에 대하여 상세하게 설명한다.
<실시예 1>
흡착재 A1로서 탭 밀도가 0.54g/㎤, 레이저 회절에 의한 평균 입경이 3.3㎛인 ZSM-5(MFI) 제올라이트를 37.5중량％, 흡착재 A2로서 탭 밀도가 0.36g/㎤, SEM 화상 해석으로부터 산출한 평균 입경이 1.2㎛인 Y형(FAU) 제올라이트를 37.5중량％, 내열성 유기 성분으로서 펄프상 및 단섬유상 아라미드 섬유(내열성 유기 성분: B-1)를 17중량％, 및 열분해성 유기 결합제로서 PVA(저온 열분해성 유기 성분: B-2)를 8중량％를, 평량 100g/㎡가 되는 중량에서 습식 초지 장치를 사용하여 시트상물을 작성하였다.
다음에 이 시트상물을 무기 결합제로서 헥사메타인산 소다 20중량％ 수용액에 함침하고, 100℃의 에어로 건조시키고, 헥사메타인산 소다를 5중량％ 시트에 정착시켜 전구체 시트를 얻었다. 그 후, 소성로에서 공기 중 400℃에서 약 3분간 열처리를 행하여 흡착 시트를 얻었다.
<실시예 2>
흡착재 A1로서 탭 밀도가 0.39g/㎤, 레이저 해석에 의한 평균 입경이 9.9㎛인 ZSM-5(MFI) 제올라이트를 37.5중량％, 흡착재 A2로서 탭 밀도가 0.34g/㎤, SEM 사진 해석으로부터 산출한 평균 입경이 0.7㎛인 Y형(FAU) 제올라이트를 37.5중량％, 내열성 유기 성분으로서 펄프상 및 단섬유상 아라미드 섬유(내열성 유기 성분: B-1)를 17중량％, 및 열분해성 유기 결합제로서 PVA(저온 열분해성 유기 성분: B-2)를 8중량％를, 평량 100g/㎡가 되는 중량에서 습식 초지 장치를 사용하여 시트상물을 작성하였다.
다음에 이 시트상물을 무기 결합제로서 헥사메타인산 소다 20중량％ 수용액에 함침하고, 100℃의 에어로 건조시키고, 헥사메타인산 소다를 5중량％ 시트에 정착시켜 전구체 시트를 얻었다. 그 후, 소성로에서 공기 중 400℃에서 약 3분간 열처리를 행하여 흡착 시트를 얻었다.
<실시예 3>
흡착재 A1로서 탭 밀도가 0.58g/㎤, 레이저 해석에 의한 평균 입경이 4.8㎛인 ZSM-5(MFI) 제올라이트를 37.5중량％, 흡착재 A2로서 탭 밀도가 0.34g/㎤, SEM 사진 해석으로부터 산출한 평균 입경이 0.7㎛인 Y형(FAU) 제올라이트를 37.5중량％, 내열성 유기 성분으로서 펄프상 및 단섬유상 아라미드 섬유(내열성 유기 성분: B-1)를 17중량％, 및 열분해성 유기 결합제로서 PVA(저온 열분해성 유기 성분: B-2)를 8중량％를, 평량 100g/㎡가 되는 중량에서 습식 초지 장치를 사용하여 시트상물을 작성하였다.
다음에 이 시트상물을 무기 결합제로서 헥사메타인산 소다 20중량％ 수용액에 함침하고, 100℃의 에어로 건조시키고, 헥사메타인산 소다를 5중량％ 시트에 정착시켜 전구체 시트를 얻었다. 그 후, 소성로에서 공기 중 400℃에서 약 3분간 열처리를 행하여 흡착 시트를 얻었다.
<실시예 4>
흡착재 A1로서 탭 밀도가 0.54g/㎤, 레이저 해석에 의한 평균 입경이 3.2㎛인 ZSM-5(MFI) 제올라이트(MFI)를 60중량％, 흡착재 A2로서 탭 밀도가 0.36g/㎤, SEM 사진 해석으로부터 산출한 평균 입경이 1.2㎛인 Y형(FAU) 제올라이트를 37.5중량％, 내열성 유기 성분으로서 펄프상 및 단섬유상 아라미드 섬유(내열성 유기 성분: B-1)를 17중량％, 및 열분해성 유기 결합제로서 PVA(저온 열분해성 유기 성분: B-2)를 8중량％를, 평량 100g/㎡가 되는 중량에서 습식 초지 장치를 사용하여 시트상물을 작성하였다.
다음에 이 시트상물을 무기 결합제로서 헥사메타인산 소다 20중량％ 수용액에 함침하고, 100℃의 에어로 건조시키고, 헥사메타인산 소다를 5중량％ 시트에 정착시켜 전구체 시트를 얻었다. 그 후, 소성로에서 공기 중 400℃에서 약 3분간 열처리를 행하여 흡착 시트를 얻었다.
<실시예 5>
흡착재 A1로서 탭 밀도가 0.39g/㎤, 레이저 해석에 의한 평균 입경이 9.9㎛인 ZSM-5(MFI) 제올라이트를 75중량％, 내열성 유기 성분으로서 펄프상 및 단섬유상 아라미드 섬유(내열성 유기 성분: B-1)를 17중량％, 및 열분해성 유기 결합제로서 PVA(저온 열분해성 유기 성분: B-2)를 8중량％를, 평량 100g/㎡가 되는 중량에서 습식 초지 장치를 사용하여 시트상물을 작성하였다.
다음에 이 시트상물을 무기 결합제로서 헥사메타인산 소다 20중량％ 수용액에 함침하고, 100℃의 에어로 건조시키고, 헥사메타인산 소다를 5중량％ 시트에 정착시켜 전구체 시트를 얻었다. 그 후, 소성로에서 공기 중 400℃에서 약 3분간 열처리를 행하여 흡착 시트를 얻었다.
<실시예 6>
흡착재 A1로서 탭 밀도가 0.58g/㎤, 레이저 해석에 의한 평균 입경이 4.8㎛인 ZSM-5(MFI) 제올라이트를 75중량％, 내열성 유기 성분으로서 펄프상 및 단섬유상 아라미드 섬유(내열성 유기 성분: B-1)를 17중량％, 열분해성 유기 결합제로서 PVA(저온 열분해성 유기 성분: B-2)를 8중량％를, 평량 100g/㎡가 되는 중량에서 습식 초지 장치를 사용하여 시트상물을 작성하였다.
다음에 이 시트상물을 무기 결합제로서 헥사메타인산 소다 20중량％ 수용액에 함침하고, 100℃의 에어로 건조시키고, 헥사메타인산 소다를 5중량％ 시트에 정착시켜 전구체 시트를 얻었다. 그 후, 소성로에서 공기 중 400℃에서 약 3분간 열처리를 행하여 흡착 시트를 얻었다.
<실시예 7>
흡착재 A1로서 탭 밀도가 0.54g/㎤, 레이저 해석에 의한 평균 입경이 3.2㎛인 ZSM-5(MFI) 제올라이트를 75중량％, 내열성 유기 성분으로서 펄프상 및 단섬유상 아라미드 섬유(내열성 유기 성분: B-1)를 17중량％, 및 열분해성 유기 결합제로서 PVA(저온 열분해성 유기 성분: B-2)를 8중량％를, 평량 100g/㎡가 되는 중량에서 습식 초지 장치를 사용하여 시트상물을 작성하였다.
다음에 이 시트상물을 무기 결합제로서 헥사메타인산 소다 20중량％ 수용액에 함침하고, 100℃의 에어로 건조시키고, 헥사메타인산 소다를 5중량％ 시트에 정착시켜 전구체 시트를 얻었다. 그 후, 소성로에서 공기 중 400℃에서 약 3분간 열처리를 행하여 흡착 시트를 얻었다.
<실시예 8>
흡착재 A1로서 탭 밀도가 0.59g/㎤, SEM 화상 해석으로부터 산출한 평균 입경이 0.8㎛인 베타형(*BEA) 제올라이트를 75중량％, 내열성 유기 성분으로서 펄프상 및 단섬유상 아라미드 섬유(내열성 유기 성분: B-1)를 17중량％, 및 열분해성 유기 결합제로서 PVA(저온 열분해성 유기 성분: B-2)를 8중량％를, 평량 100g/㎡가 되는 중량에서 습식 초지 장치를 사용하여 시트상물을 작성하였다.
다음에 이 시트상물을 무기 결합제로서 헥사메타인산 소다 20중량％ 수용액에 함침하고, 100℃의 에어로 건조시키고, 헥사메타인산 소다를 5중량％ 시트에 정착시켜 전구체 시트를 얻었다. 그 후, 소성로에서 공기 중 400℃에서 약 3분간 열처리를 행하여 흡착 시트를 얻었다.
<비교예 1>
흡착재 A1로서 탭 밀도가 0.39g/㎤, 레이저 해석에 의한 평균 입경이 10.7㎛인 ZSM-5(MFI) 제올라이트를 15중량％, 흡착재 A2로서 탭 밀도가 0.34g/㎤, SEM 화상 해석으로부터 산출한 평균 입경이 0.7㎛인 Y형(FAU) 제올라이트를 60중량％, 내열성 유기 성분으로서 펄프상 및 단섬유상 아라미드 섬유(내열성 유기 성분: B-1)를 17중량％, 및 열분해성 유기 결합제로서 PVA(저온 열분해성 유기 성분: B-2)를 8중량％를, 평량 100g/㎡가 되는 중량에서 습식 초지 장치를 사용하여 시트상물을 작성하였다.
다음에 이 시트상물을 무기 결합제로서 헥사메타인산 소다 20중량％ 수용액에 함침하고, 100℃의 에어로 건조시키고, 헥사메타인산 소다를 5중량％ 시트에 정착시켜 전구체 시트를 얻었다. 그 후, 소성로에서 공기 중 400℃에서 약 3분간 열처리를 행하여 흡착 시트를 얻었다.
<비교예 2>
흡착재 A1로서 탭 밀도가 0.54g/㎤, 레이저 해석에 의한 평균 입경이 3.2㎛인 ZSM-5(MFI) 제올라이트를 15중량％, 흡착재 A2로서 탭 밀도가 0.36g/㎤, SEM 화상 해석으로부터 산출한 평균 입경이 1.3㎛인 Y형(FAU) 제올라이트를 60중량％, 내열성 유기 성분으로서 펄프상 및 단섬유상 아라미드 섬유(내열성 유기 성분: B-1)를 17중량％, 열분해성 유기 결합제로서 PVA(저온 열분해성 유기 성분: B-2)를 8중량％를, 평량 100g/㎡가 되는 중량에서 습식 초지 장치를 사용하여 시트상물을 작성하였다.
다음에 이 시트상물을 무기 결합제로서 헥사메타인산 소다 20중량％ 수용액에 함침하고, 100℃의 에어로 건조시키고, 헥사메타인산 소다를 5중량％ 시트에 정착시켜 전구체 시트를 얻었다. 그 후, 소성로에서 공기 중 400℃에서 약 3분간 열처리를 행하여 흡착 시트를 얻었다.
<비교예 3>
흡착재 A1로서 탭 밀도가 0.34g/㎤, SEM 화상 해석으로부터 산출한 평균 입경이 0.7㎛인 Y형(FAU) 제올라이트를 75중량％, 내열성 유기 성분으로서 펄프상 및 단섬유상 아라미드 섬유(내열성 유기 성분: B-1)를 17중량％, 및 열분해성 유기 결합제로서 PVA(저온 열분해성 유기 성분: B-2)를 8중량％를, 평량 100g/㎡가 되는 중량에서 습식 초지 장치를 사용하여 시트상물을 작성하였다.
다음에 이 시트상물을 무기 결합제로서 헥사메타인산 소다 20중량％ 수용액에 함침하고, 100℃의 에어로 건조시키고, 헥사메타인산 소다를 5중량％ 시트에 정착시켜 전구체 시트를 얻었다. 그 후, 소성로에서 공기 중 400℃에서 약 3분간 열처리를 행하여 흡착 시트를 얻었다.
본 실시 형태의 흡착 시트는, 흡착재를 적어도 1종류 이상 갖는 습식 초지법으로 제조되는 흡착 시트이며, 흡착재는 흡착 시트의 강도와 흡착재의 고함유 중량 비율이 양립하도록, 흡착재의 벌크 밀도 및 입경으로부터 산출되는 시트 중에 포함되는 총 입자수를 적절하게 설정하고, 융점 또는 열분해 온도가 300℃ 이상인 유기 성분과 열분해 온도가 300℃ 미만인 유기 성분과 무기 결합제를 골격 소재로 함으로써, 흡착 시트로서의 유연성이나 강도가 우수하고, 또한 흡착재의 함유 중량 비율이 매우 높기 때문에 흡착 성능도 우수하다.
이상의 각 실시예 및 각 비교예에 나타내는 바와 같이, 흡착 시트에 포함되는 흡착재 입자의 총수에 따라 흡착 시트의 강도는 명확하게 차가 있으며, 입자의 총수를 8.0×1012개 이하로 함으로써 실용성에 충분한 강도를 갖는 흡착 소자 시트를 얻을 수 있었다.
(실시 형태 2)
본 발명에 기초한 실시 형태 2의 흡착 소자에 대하여, 이하, 도면을 참조하면서 설명한다. 이하에 설명하는 실시 형태에 있어서, 개수, 양 등으로 언급하는 경우, 특별히 기재가 있는 경우를 제외하고, 본 발명의 범위는 그 개수, 양 등에 한정되는 것은 아니다. 동일한 부품, 상당 부품에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 중복되는 설명은 반복하지 않는 경우가 있다. 실시 형태에 있어서의 구성을 적절하게 조합하여 사용하는 것은 당초부터 예정되어 있는 것이다.
[습식 제법에 의한 혼합 초조(흡착재를 내첨하여 종이를 만든다)]
흡착재와 유기 섬유나 무기 섬유 등의 골격 소재를 혼합 초조하여 흡착 시트를 하니컴 성형기에 의해, 하니컴 성형용 접착제를 사용하여 하니컴상으로 성형한 흡착 소자를 얻는 경우, 흡착재는 골격 소재끼리의 얽힘점을 저감시켜 버린다. 그 때문에, 흡착재의 벌크 밀도 및 입경의 관점에서 보면, 단위 중량당 체적을 나타내는 비용적이 작은 쪽이 흡착재의 점유 체적이 작아져, 골격 소재끼리의 얽힘점을 저감시키기 어렵기 때문에 바람직하다.
실제로는 비용적의 역수인 밀도가 큰 흡착재가 바람직한 것과 동의이다. 흡착재의 형상은 분말상, 입상, 섬유상 등이 있으며, 흡착 소자에 함유되는 양을 생각하면, 분체 1개, 입자 1개, 섬유 1개가 아니라 다량의 분말, 입자, 섬유가 담지되는 것이 일반적이다. 그 때문에, 분말, 입자, 섬유의 집합체로서의 충전 밀도로서는 루스 벌크 밀도나 탭 밀도(타이트 벌크 밀도라고도 함)가 있는데, 흡착 소자로서 보다 흡착재를 고함유 중량 비율로 하기 위해서도, 보다 치밀하게 충전된 상태를 나타내는 탭 밀도가 특히 중요하게 된다.
혼합 초조가 습식 초지인 경우, 흡착재는 분말이나 입상이 바람직하고, 분말상이 특히 바람직하다. 분말의 탭 밀도는 0.1g/㎤ 내지 2.0g/㎤가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 1.0g/㎤의 범위이면 좋다.
[입경과의 관계]
흡착재(Ax)의 입경은 레이저 회절 등으로 평가할 수 있으며, 평균 입경 0.001㎛ 내지 30.0㎛의 범위가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.01㎛ 내지 20㎛이다. 흡착재의 입경은 흡착재의 종류에 의존하는 경우가 있으며, 특히 제올라이트는 결정종에 따라 결정 사이즈가 다르기 쉽다. 제올라이트의 결정종에 따라서는 3㎛ 이하의 결정 사이즈가 있으며, 그 경우에는 완전한 분산 상태를 얻기가 어렵고, 레이저 회절에서는 실제의 입경보다 큰 입경(2차 입자경)을 보는 경우도 있다. 그 경우에는 SEM(주사 전자 현미경: Scanning Electron Microscope) 등의 화상 해석에서 확인된 최소 단위인 결정 사이즈의 평균값을 평균 입경으로 간주한다.
실시 형태에 있어서의 흡착재는 활성탄 또는 제올라이트이다. 활성탄 및 제올라이트는 저농도의 유기 화합물을 흡착 및 탈착하는 데 우수하다.
활성탄의 경우에는, 형태는 평균 입경이 10㎛ 이상 50㎛ 이하인 분말, 또는 평균 섬유 직경이 10㎛ 이상 30㎛ 이하인 섬유를 들 수 있다. 활성탄의 원료는 특별히 지정하지 않지만, 야자무늬, 석탄, 피치, 페놀 수지, 폴리아크릴로니트릴, 셀룰로오스 등이 있다.
실시 형태에 있어서의 흡착재는, 바람직하게는 제올라이트가 좋다. 제올라이트는 내열 온도가 높고, 활성탄보다 흡착 시의 유기 용제 등과의 반응성이 낮으므로, 내열성이 우수하고, 발열의 위험성이 낮다. 또한 제올라이트는 활성탄보다 샤프한 세공 구조를 가지므로, 유기 용제 등의 흡착 성능이 우수하다. 제올라이트의 경우에는, 형태는 평균 입경이 1㎛ 이상 20㎛ 이하인 분말이다. 제올라이트는 천연에 산출되는 제올라이트도 있지만, 인공 합성 제올라이트가 적합하다. 구체적으로는 베타형, ZSM-5형, 페리에라이트형, 모데나이트형, L형, Y형, A형 등이 있다.
실시 형태에 있어서의 흡착재는, 더욱 바람직하게는 실리카/알루미나 비가 높은 하이실리카 제올라이트가 바람직하다. 하이실리카 제올라이트는 피처리 가스 내에서 유기 용제 등을 흡착함에 있어서, 피처리 가스 내의 수분, 습도의 영향을 받기 어렵기 때문이다. 실리카/알루미나 비는 15 이상이 좋고, 나아가 50 이상이 보다 좋다.
실시 형태에 있어서의 흡착 소자는 흡착재를 적어도 하나 포함한다. 전술한 각종 활성탄 및 제올라이트 중 1개 또는 복수를 선택해도 된다. 복수의 흡착재가 선택되는 경우, 그 비율은 특별히 한정되지 않는다. 흡착재는 피처리 가스의 처리 조건에 따라 적절하게 선택되면 된다.
흡착재(Ax)의 탭 밀도를 [Axa], 흡착재 입자를 구상이라고 가정하였을 때의 평균 입경으로부터 산출한 구 체적을 [Axb], 흡착재가 흡착 시트에 포함되는 중량 비율을 [Axc]라고 하면, 흡착 소자 1g당 포함되는 평균 입자수[Axd]는 이하의 [식 1]과 같이 표시된다.
Axd=(1/Axa)×(1/Axb)×(Axc/100)(개/g) … 식 1
상술한 바와 같이, 흡착재와 유기 섬유나 무기 섬유 등의 골격 소재를 혼합 초조하여 흡착 시트를 얻는 경우, 흡착재는 골격 소재끼리의 얽힘점을 저감시켜 버리기 때문에 흡착 시트의 강도 저하를 초래하기 쉽다. 그 때문에, 실용적인 강도를 얻기 위해서는 일정량 이하의 입자 총수로 억제하는 것이 바람직하며, 흡착 시트 1g당 포함되는 적어도 1종류 이상의 흡착재 Ax의 총 평균 입자수는 이하의 [식 2]로 표시되고, 8.0×1012 이하인 것이 바람직하다.
Figure pct00009
… 식 2
(
Figure pct00010
는, 당해 흡착 시트 1g당 포함되는 적어도 1종류 이상의 흡착재(Ax)의 총 평균 입자수)
[유기 섬유 B-1]
본 실시 형태에 있어서의 유기 성분(B)은, 흡착 시트 제조 시에 흡착재(Ax)를 담지하고, 흡착 시트 성형 후에도 담지하는 담체로서 작용하는 성분이며, 펄프상이나 섬유 길이 10mm 이하 정도의 단섬유의 유기 섬유, 특히 융점 혹은 열분해 온도가 300℃ 이상인 내열성이 우수한 섬유이다. 열분해 온도가 300℃ 미만에서는 흡ㆍ탈착 조작 중에 조우하는 고온 하에서 현저한 강도 저하를 피할 수 없다. 구체적으로는 아라미드, 메타아라미드, 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리벤조옥사졸(PBO), 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르케톤 등으로부터 만들어진 섬유이다.
[유기 결합제 B-2]
유기 성분(B)은, 상기 내열성 유기 성분(B-1) 외에 열분해 온도가 300℃ 미만인 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 해당 저온도 분해성 유기 성분(B-2)은 흡착 시트 제조 시, 흡착재(Ax)를 흡착 시트에 고비율로 담지시키는 결합제의 작용을 갖는다. 저온도 분해성 유기 성분으로서는 PVA(폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)), 전분, 혹은 폴리아크릴로니트릴 등을 들 수 있지만, PVA가 바람직하다.
저온도 분해성 유기 성분(B-2)에 의한 흡착재(Ax)의 피복이 크고 흡착 성능이 현저하게 낮은 경우에는, 흡착 시트를 고온 열처리함으로써 저온도 분해성 유기 성분(B-2)을 탄화물 혹은 분해 소실시켜, 흡착재(Ax)의 피복을 적게 하는 것도 가능하다.
[무기 결합제 C]
본 실시 형태에서는 흡착 시트의 고온 하에서의 흡착재(Ax)와 골격 소재를 정착 유지시키고, 또한 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 다수의 공기 통로를 갖는 흡착 시트에 있어서, 하니컴을 구성하는 플루트부(2a)와 라이너부(2b)를 정착 유지시키는 데 무기 결합제(C)를 부여해도 상관없다.
예를 들어 물에 가용이고, 결합제가 시트에 균일하게 분산되고, 열처리 시, 반응, 겔화 등에 의해 경화하고, 그 경화 시에 흡착재와 골격 소재를 견고하게 정착시키는 것이다. 또한 열분해 온도가 300℃ 이상이고, 반응성이 높은 유기 용제에 의해 반응열을 발생시키고, 시트의 착화, 연소의 원인이 되는 촉매성이 낮고, 흡착재(Ax)의 흡착 성능을 그 피복에 의해 저하시키기 어려운 것인 것이 바람직하다. 예를 들어, 헥사메타인산 소다 등의 인산염계 결합제, 규산 소다 등의 규산염계 결합제가 바람직하다.
흡착재(Ax)와 구성 섬유분을 정착 유지시키는 무기 결합제(C-1)와 하니컴을 구성하는 플루트부(2a)와 라이너부(2b)를 정착 유지시키는 무기 결합제(C-2)는 동일 종류의 결합제를 사용할 필요는 없으며, 생산성에 보다 적합한 결합제를 사용하는 것이 바람직하다.
[흡착제 Ax 함유량]
본 실시 형태의 흡착 소자에 포함되는 흡착재(Ax)의 양은 40중량％ 이상이 좋다. 흡착 성능 및 생산성, 흡착재의 탈락을 고려하면 50중량％ 이상이 바람직하다. 흡착재(Ax)의 함유량이 40％ 미만에서는 충분한 흡착 성능이 얻어지지 않는다. 흡착제의 중량의 상한에 제한은 없지만, 흡착 소자의 형상을 유지하기 위해서는 80중량％ 이하가 한계이다. 80중량％를 초과하면, 흡착 시트의 유연성이 부족하여 가공하기 어려워진다. 본 실시 형태의 흡착 소자에 포함되는 유기 성분(B)의 양은, 흡착 소자 전구체(전구체 소자) 제조 시에 사용한 유기 성분 및 가열 처리를 행한 경우에는 그 열산화물을 합친 양으로서 5 내지 60중량％이다.
유기 성분(B)의 함유량이 5％ 미만에서는 흡착재의 담지능이 부족하고, 60％ 이상에서는 흡착재의 사용량을 적게 해야만 하는 문제가 발생한다. 본 실시 형태의 흡착 소자에 포함되는 무기 결합제 성분(C)의 양은 5중량％ 내지 30중량％이다. 5중량％ 미만에서는 흡착재(Ax)와 골격 소재끼리의 정착성이 부족해지고, 30중량％ 이상이 되면 유연성이 부족하기 때문에 바람직하지 않다.
[하니컴상 구조]
본 실시 형태에 있어서의 흡착 소자의 구조는, 기계 강도 및 제조 비용의 관점에서 하니컴상 구조체가 좋고, 셀수가 30개/㎠ 내지 70개/㎠가 좋다. 더욱 바람직하게는 셀수가 50 내지 70개/㎠가 좋다. 셀수가 30개/㎠ 미만이면 흡착 성능이 저하되고, 70개/㎠를 초과하면, 하니컴상 구조체의 격벽을 구성하는 시트의 두께를 얇게 할 필요가 있지만, 시트의 기계 강도가 약해져, 시트의 제조가 불가능하다. 하니컴상 구조체의 셀 형상은 특별히 지정하지 않지만, 도 1에 도시하는 셀 형상을 예로 들면, 파고가 1mm 내지 3mm, 파장이 2mm 내지 4mm이다. 더욱 바람직하게는 파고가 1mm 내지 1.6mm, 파장이 2mm 내지 2.6mm가 좋다. 여기서, 하니컴상 구조란, 공간이 측벽으로 둘러싸인 복수의 작은 공간(셀 형상)으로 구성되는 입체 구조 전반을 나타내는 것으로 한다.
본 실시 형태에 있어서의 흡착 소자를 구성하는 하니컴상 구조체의 격벽 두께는 0.16mm 내지 0.25mm가 좋다. 0.16mm 미만인 경우, 격벽을 구성하는 시트의 두께를 보다 얇게 할 필요가 있지만, 시트의 기계 강도가 약해져, 시트의 제조가 불가능하다. 0.25mm를 초과하면, 격벽이 두꺼워져, 전술한 셀수를 얻을 수 없다.
본 실시 형태에 있어서의 흡착 소자를 구성하는 시트의 평량은 65g/㎡ 내지 90g/㎡가 좋다. 65g/㎡ 미만인 경우, 시트의 기계 강도가 약해져, 열처리 후의 하니컴상 구조체의 기계 강도를 유지할 수 없다. 90g/㎡를 초과하면, 격벽이 두꺼워져, 전술한 셀수를 얻을 수 없다.
[흡착 소자의 제조 방법]
본 실시 형태에 있어서의 흡착 소자는 흡착재(Ax), 유기 성분(B) 및 무기 결합제(C)에서 시트상물을 하니컴 성형기에 의해, 하니컴 성형용 접착제를 사용하여 하니컴상으로 성형한 하니컴상물(전구체 소자)을 제작한 후, 전구체 소자를 유기 성분(B)의 내열성 유기 성분의 융점 혹은 분해 온도 이하의 온도, 저온도 분해성 유기 성분의 분해 온도 이상의 온도에서 1분 내지 60분 열처리함으로써 저온도 분해성 유기 성분을 열산화 분해시키고, 대부분을 탄화물 혹은 분해 소실시킴으로써 제조할 수 있다.
[제법에 있어서의 B-1과 B-2의 사고 방식]
본 실시 형태의 흡착 소자의 제조에 사용되는 유기 성분(B)은 상기 아라미드 섬유 등의 내열성 유기 섬유(B-1) 외에 150℃ 내지 300℃에서 열분해되는 저온도 분해성 유기 성분(B-2)을 사용하는 것이 바람직하다. 저온도 분해성 유기 성분(B-2)은 습식 초지 시의 (Ax) 성분을 (B-1) 성분에, 및 (B-1) 성분끼리를 접합시키기 위한 결합제로서 작용한다. (B-2) 성분은 시트상물, 하니컴상물 성형 후의 최종 흡착 소자(본 실시 형태의 흡착 소자)의 흡착재를 피복하기 때문에, 현저하게 흡착 성능을 저해하는 경우에는, 고온 열처리를 행하여 (B-2)를 탄화물로 하거나, 또는 분해 소실시켜 최종 흡착 소자(본 실시 형태의 흡착 소자)의 흡착재를 피복을 적게 하는 것도 가능하다.
상기 시트상물 및 하니컴상물에서 열처리를 행하는 경우, 가열 오븐 등을 사용하여 공기 분위기 중에서 실시하는 것이 바람직하다. 열처리 온도는 내열성 유기 성분(B-1)의 융점 혹은 분해 온도(T1℃) 이하, 바람직하게는 5℃ 내지 20℃ 낮게(T1-5℃ 내지 T1-20℃), 저온도 분해 성분(B-2)의 분해 온도(T2℃) 이상, 바람직하게는 분해 온도의 100℃ 내지 200℃ 이상(T2+100℃ 내지 T2+200℃)의 온도에서 처리 시간은 1분 내지 60분, 바람직하게는 1분 내지 30분이다. 통상 350℃ 내지 450℃에서 1분 내지 10분이다.
흡착 소자의 평면 압축 강도는 3kPa 이상이 바람직하다. 3kPa보다 작은 강도에서는 흡착 소자가 찌부러지기 쉽고, 다수의 공기 통로가 찌부러짐에 의해 없어짐으로써 흡착 소자로서의 성능이 나오지 않으므로 실용적이지 않다.
흡착 시트의 평량(g/㎡)에 특별히 제한은 없지만, 10g/㎡ 내지 200g/㎡가 바람직하다. 10g/㎡ 미만인 경우, 시트의 기계 강도가 약해져, 하니컴상 구조체의 기계 강도를 유지할 수 없다. 200g/㎡를 초과하면, 시트 두께가 지나치게 두꺼워지기 때문에 시트의 유연성이 없어지고, 시트의 균열이나 흡착재의 탈락이 발생하기 쉽다.
(실시예)
본 실시 형태에 있어서의 흡착 시트의 여러 특성의 측정법은 다음과 같다. 각 실시예 및 각 비교예의 각종 특성을 도 5에 나타낸다.
(1) 흡착재의 탭 밀도의 측정 방법
항량한 용기에 흡착재 약 40g을 넣고, 180℃ 15시간 이상 진공 건조시킨다. 데시케이터 내에서 20분 방랭한 후, 건조 질량을 0.1mg의 자릿수까지 측정한다. 이 건조 시료의 질량을 S(g)라고 한다. 200mL 메스실린더에 이 건조 시료를 전량 넣고, 3분간 메스실린더의 저면을 탭핑(메스실린더 저면을 두드림)한다. 3분 후의 용적(mL)을 1mL의 자릿수까지 판독한다. 이것을 충전 용적을 A(mL)라고 하면, 탭 밀도 L(g/mL)은 다음 식으로 구한다. 또한, 1mL는 1㎤이기 때문에, 탭 밀도 L의 단위는 g/mL와 g/㎤는 동의이다.
L(g/mL)=S(g)÷A(mL) … 식 3
(2) 흡착재의 평균 입경의 측정 방법 및 입자를 구형이라고 가정하였을 때의 구 체적의 산출 방법
흡착재는 사전에 SEM 화상 관찰에서 결정 입경을 확인하여, 결정 입경이 3㎛ 이상인 경우에는 레이저 회절 산란식 입도 분포 측정 장치에 의한 평균 입경의 측정 방법을 사용하고, 결정 입경이 3㎛보다 작은 경우에는 SEM 화상 해석에 의한 평균 입경의 측정 방법을 사용하여, 흡착재의 평균 입경을 산출한다.
<레이저 회절 산란식 입도 분포 측정 장치에 의한 평균 입경의 측정 방법>
측정 장치로 호리바 세이사쿠쇼의 LA-950V2를 사용하고, 측정 셀로는 습식 순환형 셀(플로우 셀)을 사용하고, 분산매로서는 헥사메타인산나트륨(0.1mass％ 수용액)을 사용하고, 측정 대상의 굴절률 설정에는 규산알루미늄-수계(굴절률: 1.66-1.33)를 사용한다.
[측정 수순]
1. 측정 셀에 분산매를 규정량 주수하고, 광학계의 초기 조정 및 블랭크 측정을 행한다.
2. 블랭크 측정 후, 분산매의 투과율이 약 90％ 내지 70％의 범위에 들어가도록 셀에 흡착재를 투입한다.
3. 탈포를 위해 수초 정도 초음파(주파수 20kHz)를 인가한 후, 한번 측정을 행한다.
4. 측정 후, 초음파를 규정 시간(5분) 인가하여 샘플을 분산시킨 후, 다시 측정을 행한다.
5. 초음파를 규정 시간(5분) 인가하여 다시 측정을 행한 데이터로부터 해석을 행하여, 메디안 직경(누적 빈도가 50％가 되는 입경)을 평균 입경으로 한다.
<SEM 화상 해석에 의한 평균 입경의 측정 방법>
측정 장치로는 히타치 주사 전자 현미경(SU1510)을 사용하고, 가속 전압은 15.0kV로 한다.
[측정 수순]
1. SEM 관찰대에 양면 테이프를 붙이고, 흡착재를 양면 테이프에 산포하고, 과잉량의 흡착재를 제거한다.
2. 흡착재를 도포한 SEM 관찰대에 백금 증착을 행한다.
3. SEM 화상 관찰 장치에 2.의 관찰대를 세팅한다.
4. 상기 가속 전압에서 3000배의 사진을 장소를 바꾸어 3장 촬영한다.
5. 3000배로 촬영한 사진이 지면에 모두 수렴되는 최대 사이즈로 A4의 종이에 인쇄한다.
6. 인쇄한 사진에 연필로 대각선을 2개 그리고, 대각선 상에 있는 경계가 명확한 입자를 20개 선정하고, 단경과 장경의 2개소를 정규로 측정한다. SEM 사진의 스케일(㎛)의 길이를 정규로 측정하고, 정규로 측정한 입자의 단경과 장경을 ㎛로 환산한다.
7. 6.의 작업을 3000배로 촬영한 3장의 사진에서 행하여, 합계 60개의 입자의 단경과 장경을 산출하고, 모든 값의 평균값을 SEM 관찰에 의한 평균 입경(㎛)으로 한다.
<입자를 구형이라고 가정하였을 때의 구 체적의 산출 방법>
레이저 회절 또는 SEM 화상 해석에서 산출한 평균 입경을 R(㎛)이라고 하면, 입자를 구형이라고 가정하였을 때의 입자 1개당 구 체적 Q(㎤/개)는 다음 식 4로 구한다.
Q(㎤/개)=[4/3]×(R×10-4/2)3×3.14 … 식 4
(3) 비인장 강도의 측정 방법
JIS-P-8113 「종이 및 판지-인장 특성의 시험 방법」에 준하여 측정하였다. 시험 폭은 15mm, 길이는 50mm로 하였다.
(4) 평면 압축 강도의 측정 방법
JIS-Z-0403-1 「골판지 제1부: 평면 압축 강도 시험 방법」에 준하여 측정하였다. 시험 폭은 30mm, 길이는 30mm로 하였다.
이하의 실시예 및 비교예에 기초하여 본 발명의 흡착 소자에 대하여 상세하게 설명한다.
<실시예 11>
흡착재 A1로서 탭 밀도가 0.54g/㎤, 레이저 회절에 의한 평균 입경이 3.3㎛인 ZSM-5(MFI) 제올라이트를 37.5중량％, 흡착재 A2로서 탭 밀도가 0.36g/㎤, SEM 화상 해석으로부터 산출한 평균 입경이 1.2㎛인 Y형(FAU) 제올라이트를 37.5중량％, 내열성 유기 성분으로서 펄프상 및 단섬유상 아라미드 섬유(내열성 유기 성분: B-1)를 17중량％, 열분해성 유기 결합제로서 PVA(저온 열분해성 유기 성분: B-2)를 8중량％를, 평량 75g/㎡가 되는 중량에서 습식 초지 장치를 사용하여 시트상물을 작성하였다.
다음에 이 시트상물을 무기 결합제로서 헥사메타인산 소다 7중량％ 수용액에 함침하고, 100℃의 에어로 건조시키고, 헥사메타인산 소다를 5중량％ 시트에 정착시켜 전구체 시트를 얻었다.
다음에 이 전구체 시트를 하니컴 성형기를 사용하여, 하니컴 성형용 접착제에 고형분 50％의 폴리아세트산비닐 에멀전을 사용하여 셀수 15개/㎠의 하니컴(흡착 소자 전구체)으로 성형하였다. 그때 사용한 하니컴 성형용 접착제의 양은 함침 후 시트 중량에 대하여 약 3중량％이다. 그 후, 이 하니컴상물을 소성로에서 공기 중 400℃에서 약 3분간 열처리를 행하여 흡착 소자를 얻었다.
<실시예 12>
흡착재 A1로서 탭 밀도가 0.39g/㎤, 레이저 해석에 의한 평균 입경이 9.9㎛인 ZSM-5(MFI) 제올라이트를 37.5중량％, 흡착재 A2로서 탭 밀도가 0.34g/㎤, SEM 사진 해석으로부터 산출한 평균 입경이 0.7㎛인 Y형(FAU) 제올라이트를 37.5중량％, 내열성 유기 성분으로서 펄프상 및 단섬유상 아라미드 섬유(내열성 유기 성분: B-1)를 17중량％, 열분해성 유기 결합제로서 PVA(저온 열분해성 유기 성분: B-2)를 8중량％를, 평량 100g/㎡가 되는 중량에서 습식 초지 장치를 사용하여 시트상물을 작성하였다.
다음에 이 시트상물을 무기 결합제로서 헥사메타인산 소다 7중량％ 수용액에 함침하고, 100℃의 에어로 건조시키고, 헥사메타인산 소다를 5중량％ 시트에 정착시켜 전구체 시트를 얻었다.
다음에 이 전구체 시트를 하니컴 성형기를 사용하여, 하니컴 성형용 접착제에 고형분 50％의 폴리아세트산비닐 에멀전을 사용하여 셀수 15개/㎠의 하니컴의 하니컴(흡착 소자 전구체)으로 성형하였다. 그때 사용한 하니컴 성형용 접착제의 양은 함침 후 시트 중량에 대하여 약 3중량％이다. 그 후, 이 하니컴상물을 소성로에서 공기 중 400℃에서 약 3분간 열처리를 행하여 흡착 소자를 얻었다.
<실시예 13>
흡착재 A1로서 탭 밀도가 0.54g/㎤, 레이저 해석에 의한 평균 입경이 3.2㎛인 ZSM-5(MFI) 제올라이트를 60중량％, 흡착재 A2로서 탭 밀도가 0.36g/㎤, SEM 사진 해석으로부터 산출한 평균 입경이 1.2㎛인 Y형(FAU) 제올라이트를 37.5중량％, 내열성 유기 성분으로서 펄프상 및 단섬유상 아라미드 섬유(내열성 유기 성분: B-1)를 17중량％, 열분해성 유기 결합제로서 PVA(저온 열분해성 유기 성분: B-2)를 8중량％를, 평량 75g/㎡가 되는 중량에서 습식 초지 장치를 사용하여 시트상물을 작성하였다.
다음에 이 시트상물을 무기 결합제로서 헥사메타인산 소다 7중량％ 수용액에 함침하고, 100℃의 에어로 건조시키고, 헥사메타인산 소다를 5중량％ 시트에 정착시켜 전구체 시트를 얻었다.
다음에 이 전구체 시트를 하니컴 성형기를 사용하여, 하니컴 성형용 접착제에 고형분 50％의 폴리아세트산비닐 에멀전을 사용하여 셀수 15개/㎠의 하니컴(흡착 소자 전구체)으로 성형하였다. 그때 사용한 하니컴 성형용 접착제의 양은 함침 후 시트 중량에 대하여 약 3중량％이다. 그 후, 이 하니컴상물을 소성로에서 공기 중 400℃에서 약 3분간 열처리를 행하여 흡착 소자를 얻었다.
<실시예 14>
흡착재 A1로서 탭 밀도가 0.39g/㎤, 레이저 해석에 의한 평균 입경이 9.9㎛인 ZSM-5(MFI) 제올라이트를 75중량％, 내열성 유기 성분으로서 펄프상 및 단섬유상 아라미드 섬유(내열성 유기 성분: B-1)를 17중량％, 열분해성 유기 결합제로서 PVA(저온 열분해성 유기 성분: B-2)를 8중량％를, 평량 75g/㎡가 되는 중량에서 습식 초지 장치를 사용하여 시트상물을 작성하였다.
다음에 이 시트상물을 무기 결합제로서 헥사메타인산 소다 20중량％ 수용액에 함침하고, 100℃의 에어로 건조시키고, 헥사메타인산 소다를 5중량％ 시트에 정착시켜 전구체 시트를 얻었다.
다음에 이 전구체 시트를 하니컴 성형기를 사용하여, 하니컴 성형용 접착제에 고형분 50％의 폴리아세트산비닐 에멀전을 사용하여 셀수 15개/㎠의 하니컴(흡착 소자 전구체)으로 성형하였다. 그때 사용한 하니컴 성형용 접착제의 양은 함침 후 시트 중량에 대하여 약 3중량％이다.
<비교예 11>
흡착재 A1로서 탭 밀도가 0.39g/㎤, 레이저 해석에 의한 평균 입경이 10.7㎛인 ZSM-5(MFI) 제올라이트를 15중량％, 흡착재 A2로서 탭 밀도가 0.34g/㎤, SEM 화상 해석으로부터 산출한 평균 입경이 0.7㎛인 Y형(FAU) 제올라이트를 60중량％, 내열성 유기 성분으로서 펄프상 및 단섬유상 아라미드 섬유(내열성 유기 성분: B-1)를 17중량％, 열분해성 유기 결합제로서 PVA(저온 열분해성 유기 성분: B-2)를 8중량％를, 평량 75g/㎡가 되는 중량에서 습식 초지 장치를 사용하여 시트상물을 작성하였다.
다음에 이 시트상물을 무기 결합제로서 헥사메타인산 소다 20중량％ 수용액에 함침하고, 100℃의 에어로 건조시키고, 헥사메타인산 소다를 5중량％ 시트에 정착시켜 전구체 시트를 얻었다.
다음에 이 전구체 시트를 하니컴 성형기를 사용하여, 하니컴 성형용 접착제에 고형분 50％의 폴리아세트산비닐 에멀전을 사용하여 셀수 15개/㎠의 하니컴(흡착 소자 전구체)으로 성형하였다. 그러나, 시트의 강도가 약하기 때문에, 하니컴 형성 시에 시트의 균열이나 파단이 두드러져 적정한 하니컴 성형이 불가능하였다.
<비교예 12>
흡착재 A1로서 탭 밀도가 0.54g/㎤, 레이저 해석에 의한 평균 입경이 3.2㎛인 ZSM-5(MFI) 제올라이트를 15중량％, 흡착재 A2로서 탭 밀도가 0.36g/㎤, SEM 화상 해석으로부터 산출한 평균 입경이 1.3㎛인 Y형(FAU) 제올라이트를 60중량％, 내열성 유기 성분으로서 펄프상 및 단섬유상 아라미드 섬유(내열성 유기 성분: B-1)를 17중량％, 열분해성 유기 결합제로서 PVA(저온 열분해성 유기 성분: B-2)를 8중량％를, 평량 75g/㎡가 되는 중량에서 습식 초지 장치를 사용하여 시트상물을 작성하였다.
다음에 이 전구체 시트를 하니컴 성형기를 사용하여, 하니컴 성형용 접착제에 고형분 50％의 폴리아세트산비닐 에멀전을 사용하여 셀수 15개/㎠의 하니컴(흡착 소자 전구체)으로 성형하였다. 그러나, 시트의 강도가 약하기 때문에, 하니컴 형성 시에 시트의 균열이나 파단이 두드러져 적정한 하니컴 성형이 불가능하였다.
<비교예 13>
흡착재 A1로서 탭 밀도가 0.34g/㎤, SEM 화상 해석으로부터 산출한 평균 입경이 0.7㎛인 Y형(FAU) 제올라이트를 75중량％, 내열성 유기 성분으로서 펄프상 및 단섬유상 아라미드 섬유(내열성 유기 성분: B-1)를 17중량％, 열분해성 유기 결합제로서 PVA(저온 열분해성 유기 성분: B-2)를 8중량％를, 평량 75g/㎡가 되는 중량에서 습식 초지 장치를 사용하여 시트상물을 작성하였다.
다음에 이 시트상물을 무기 결합제로서 헥사메타인산 소다 20중량％ 수용액에 함침하고, 100℃의 에어로 건조시키고, 헥사메타인산 소다를 5중량％ 시트에 정착시켜 전구체 시트를 얻었다. 그 후, 소성로에서 공기 중 400℃에서 약 3분간 열처리를 행하여 흡착 시트를 얻었다.
다음에 이 전구체 시트를 하니컴 성형기를 사용하여, 하니컴 성형용 접착제에 고형분 50％의 폴리아세트산비닐 에멀전을 사용하여 셀수 15개/㎠의 하니컴(흡착 소자 전구체)으로 성형하였다. 그러나, 시트의 강도가 약하기 때문에, 하니컴 형성 시에 시트의 균열이나 파단이 두드러져 적정한 하니컴 성형이 불가능하였다.
본 실시 형태의 흡착 소자는, 흡착재를 적어도 1종류 이상 갖고, 흡착재는 흡착 소자의 강도와 흡착재의 고함유 중량 비율이 양립하도록, 흡착재의 벌크 밀도 및 입경으로부터 산출되는 흡착 소자 중에 포함되는 총 입자수를 적절하게 설정하고, 융점 또는 열분해 온도가 300℃ 이상인 유기 성분과 열분해 온도가 300℃ 미만인 유기 성분과 무기 결합제를 골격 소재로 함으로써, 흡착 소자로서의 유연성이나 강도가 우수하고, 또한 흡착재의 함유 중량 비율이 매우 높고 흡착 성능이 우수하다.
이상 설명한 바와 같이, 흡착 소자에 포함되는 흡착재 입자의 총수에 따라 흡착 소자의 강도는 명확하게 차가 있으며, 입자의 총수를 8.0×1012개 이하로 함으로써 실용성에 충분한 강도를 갖는 흡착 소자를 얻을 수 있었다.
금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 청구범위에 의해 나타나며, 청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
2a: 플루트부
2b: 라이너부

Claims (15)

  1. 흡착재(Ax: x=1, 2, 3 … n)를 적어도 1종류 이상 포함하는 흡착 시트이며,
    상기 흡착재(Ax)의 탭 밀도를 Axa,
    흡착재 입자를 구상이라고 가정하였을 때에 흡착재 입자의 평균 입경으로부터 산출한 구 체적을 Axb,
    상기 흡착재가 당해 흡착 시트에 포함되는 중량 비율(％)을 Axc라고 하면,
    당해 흡착 시트 1g당 포함되는 평균 입자수 Axd는 이하의 식 1로 표시되고,
    Axd=(1/Axa)×(1/Axb)×(Axc/100)(개/g) … 식 1
    당해 흡착 시트 1g당 포함되는 적어도 1종류 이상의 상기 흡착재(Ax)의 총 평균 입자수는 이하의 식 2로 표시되고,
    Figure pct00011
    … 식 2
    (
    Figure pct00012
    는, 당해 흡착 시트 1g당 포함되는 적어도 1종류 이상의 흡착재(Ax)의 총 평균 입자수)
    당해 흡착 시트의 비인장 강도가 2Nㆍm/g 이상인 흡착 시트.
  2. 제1항에 있어서, 당해 흡착 시트에 포함되는 적어도 1종류 이상의 상기 흡착재(Ax)의 합계 비율이, 당해 흡착 시트의 40중량％ 이상인 흡착 시트.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 흡착재(Ax)의 탭 밀도가 0.1g/㎤ 이상인 흡착 시트.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡착재(Ax)가 제올라이트인 흡착 시트.
  5. 흡착재(Ax: x=1, 2, 3 … n)를 적어도 1종류 이상 포함하는 흡착 시트의 제조 방법이며,
    상기 흡착재(Ax)의 탭 밀도를 Axa,
    흡착재 입자를 구상이라고 가정하였을 때에 흡착재 입자의 평균 입경으로부터 산출한 구 체적을 Axb,
    상기 흡착재가 흡착 시트에 포함되는 중량 비율(％)을 Axc라고 하면,
    당해 흡착 시트 1g당 포함되는 평균 입자수 Axd는 이하의 식 1로 표시되고,
    Axd=(1/Axa)×(1/Axb)×(Axc/100)(개/g) … 식 1
    당해 흡착 시트 1g당 포함되는 적어도 1종류 이상의 상기 흡착재(Ax)의 총 평균 입자수는 이하의 식 2로 표시되고,
    Figure pct00013
    … 식 2
    (
    Figure pct00014
    는, 당해 흡착 시트 1g당 포함되는 적어도 1종류 이상의 흡착재(Ax)의 총 평균 입자수)
    당해 흡착 시트의 비인장 강도가 2Nㆍm/g 이상인 흡착 시트의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 흡착재(Ax) 이외에, 융점 또는 열분해 온도가 300℃ 이상인 유기 섬유(B-1), 및 열분해 온도가 300℃ 미만인 유기 성분(B-2)을 포함하는 흡착 시트의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 유기 섬유가 아라미드계 폴리머, 벤즈이미다졸계 폴리머, 벤조옥사졸계 폴리머, 폴리이미드계 폴리머로부터 선택된 적어도 1종의 폴리머인 흡착 시트의 제조 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 유기 성분이 폴리비닐알코올계 폴리머, 폴리아크릴로니트릴계 폴리머, 폴리비닐피롤리돈계 폴리머로부터 선택된 적어도 1종인 흡착 시트의 제조 방법.
  9. 흡착재(Ax,: x=1, 2, 3 … n)를 적어도 1종류 이상을 포함하는, 다수의 공기 통로를 갖는 흡착 시트(흡착 소자 전구체)를 사용한 하니컴상 구조의 흡착 소자이며,
    상기 흡착재(Ax)의 탭 밀도를 Axa,
    흡착재 입자를 구상이라고 가정하였을 때에 흡착재 입자의 평균 입경으로부터 산출한 구 체적을 Axb,
    상기 흡착재(Ax)가 상기 흡착 시트에 포함되는 중량 비율(％)을 Axc라고 하면,
    상기 흡착 시트 1g당 포함되는 평균 입자수 Axd는 이하의 식 1로 표시되고,
    Axd=(1/Axa)×(1/Axb)×(Axc/100)(개/g) … 식 1
    당해 흡착 시트 1g당 포함되는 적어도 1종류 이상의 상기 흡착재(Ax)의 총 평균 입자수는 이하의 식 5로 표시되고,
    Figure pct00015
    … 식 5
    (
    Figure pct00016
    는, 당해 흡착 시트 1g당 포함되는 적어도 1종류 이상의 흡착재(Ax)의 총 평균 입자수)
    당해 흡착 소자의 평면 압축 강도가 3kPa 이상인 흡착 소자.
  10. 제9항에 있어서, 상기 흡착 시트는 골격 소재로서 섬유를 갖는 흡착 소자.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 흡착 시트는 두께가 0.16 내지 0.25mm인 흡착 소자.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하니컴상 구조는 셀수 30/㎠ 내지 70/㎠를 갖는 흡착 소자.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡착 소자에 포함되는 적어도 1종류 이상의 상기 흡착재(Ax)의 합계 비율이, 상기 흡착 소자의 40중량％ 이상인 흡착 소자.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡착재(Ax)의 탭 밀도가 0.1g/㎤ 이상인 흡착 소자.
  15. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡착재(Ax)가 제올라이트인 흡착 소자.
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