WO2024058238A1 - 機能性成分放出体粒子、それを付着させたフィルター、繊維、放出体粒子の製造方法 - Google Patents

機能性成分放出体粒子、それを付着させたフィルター、繊維、放出体粒子の製造方法 Download PDF

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    • A61L9/01Deodorant compositions
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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G41/00Compounds of tungsten
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    • D06M11/48Oxides or hydroxides of chromium, molybdenum or tungsten; Chromates; Dichromates; Molybdates; Tungstates
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    • D06M23/00Treatment of fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, characterised by the process
    • D06M23/08Processes in which the treating agent is applied in powder or granular form

Definitions

  • the present invention relates to functional component releaser particles containing a functional component within a WO 3 network structure, Regarding functional ingredient releaser particles that can control the amount of the released functional ingredient depending on the content of the WO 3 network structure, Furthermore, the present invention relates to a method for producing filters, fibers, and emitter particles to which the same is attached. Note that in this specification, tungsten trioxide and tungsten oxide may be expressed as "WO 3 ".
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-51521 discloses that the contained substance is one or more selected from collagen derivatives and vitamins, and thickening. A nonwoven rayon fabric mixed with silk containing an agent is described.
  • Patent Document 2 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-45491 describes that when a sheet member carrying an active ingredient is used as an air filter, the active ingredient contained in the air filter is released. There is.
  • Patent Document 2 states that two or more types of materials are mixed in order to maintain long-term performance, it is not possible to control the release amount of functional components, and it is necessary to The problem is that there are too many. Additionally, an air filter is considered suitable for bringing antioxidants into continuous contact with oxidizing substances in the air, but if an antioxidant is attached alone to an air filter, for example, vitamin C etc. are susceptible to oxidative deterioration, and when released into the air, they oxidize in a short period of time. Therefore, conventional techniques are not suitable for long-term use.
  • an object of the present invention is to provide functional component releaser particles that can control the amount of released functional components, and filters and fibers to which the particles are attached.
  • the present invention has the following features.
  • Emitter particles that release contained functional ingredients to the outside The emitter particles are WO 3 network structure; a functional component contained within the network structure; an inorganic binder that binds the network structures, By adjusting the content of the WO 3 network structure contained in the emitter particles, A functional component releaser particle characterized in that the release amount of the functional component contained in the network structure is controlled.
  • tungsten hydroxide as a starting material, Using an autoclave device, Through a hydrothermal reaction that controls pressure, temperature, and time, producing a WO 3 network structure; In the network structure, functional ingredients and an inorganic binder; Mix with water to make a slurry liquid, The method for producing functional component releaser particles according to claim 1, wherein the slurry liquid is made into particles using a spray dryer device, Blending 12.5 to 27.5% of WO 3 network structure into the slurry liquid, A method for producing functional ingredient releaser particles, characterized in that the WO 3 content in the functional ingredient releaser particles granulated using the spray dryer is 70 to 90%.
  • the functional component releaser particle of the present invention is a network structure containing a functional component, and comprises:
  • the network structure is composed of porous spheres composed of aggregates of WO 3 needle crystals, Since the amount of the functional component released is controlled by the content of the WO 3 network structure, the effect of releasing the contained functional component to the outside can be sustained over a long period of time. Furthermore, air filters and fibers to which these emitter particles are attached maintain the effect of releasing functional ingredients over a long period of time.
  • FIG. 1 is a graph showing the WO 3 network production rate (%) from tungsten hydroxide.
  • the horizontal axis represents the concentration of tungsten hydroxide (H 2 WO 4 , %), which is the starting material
  • the vertical axis represents the production rate (%) of the produced WO 3 network structure
  • the starting material water
  • the production rate (%) of WO 3 network structure produced in autoclave processing is shown when the concentration of tungsten oxide is changed.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a spray dryer processing apparatus for producing functional ingredient releaser particles.
  • FIG. 3 is a micrograph showing the appearance of the functional component emitting particle according to the embodiment of the present invention.
  • (a) is a photograph magnified 20,000 times of emitter particles produced from a slurry liquid in which the proportion of the WO 3 network structure blended was adjusted to 12.5%.
  • (b) is a photograph of the emitter particles in (a) magnified 45,000 times.
  • (c) is a photograph magnified 20,000 times of emitter particles produced from a slurry liquid in which the proportion of the WO 3 network structure blended was adjusted to 17.5%.
  • (d) is a photograph obtained by magnifying the emitter particle photograph of (c) 45,000 times.
  • (e) is a photograph magnified 20,000 times of emitter particles produced from a slurry liquid in which the proportion of the WO 3 network structure blended was adjusted to 22.5%.
  • FIG. 4 shows the relationship between the content (%) of the WO 3 network structure in the functional component releaser particles formed by spray dryer processing when the ratio of the WO 3 network structure in the slurry liquid was changed. It is a graph showing a relationship.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the content (%) of the WO 3 network structure and the elution performance of ascorbic acid (vitamin C).
  • FIG. 6 is a schematic explanatory diagram showing a process of manufacturing a filter after supporting functional component releasing particles on a nonwoven fabric by dipping.
  • FIG. 7 is a graph comparing and evaluating the sustainability of the release amount of a functional component (ascorbic acid) from nonwoven fabric filters manufactured with different contents (%) of the WO 3 network structure.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram of the release performance evaluation device of FIG. 7.
  • FIG. 9 shows the release performance evaluation results performed using the release performance evaluation apparatus shown in FIG. 8.
  • FIG. 10 is a graph showing the amount of functional component (ascorbic acid) released from a net filter manufactured using fibers kneaded with functional component releaser particles.
  • the functional component releaser particles of the present invention are: Emitter particles that release contained functional ingredients to the outside,
  • the emitter particles are WO 3 network structure; a functional component contained within the network structure; an inorganic binder that binds the network structures,
  • the present invention is characterized in that the release amount of the functional component contained within the network structure is controlled. That is, an opening communicating with the contained functional component is formed on the surface of the functional component releasing particle, and the functional component is released from the opening to the outside.
  • the network structure that constitutes the functional component releaser particles is composed of porous spheres made up of aggregates of WO 3 needle crystals, and has large voids inside, and these voids have many functions. can include sexual components. Further, in the functional component releaser particles, by changing the content of the WO 3 network structure in which the functional component is included, the amount of the functional component released to the outside can be controlled.
  • a WO 3 network structure can be produced by a hydrothermal reaction of tungsten hydroxide in an autoclave apparatus, as described below.
  • WO 3 is a needle-shaped crystal called tungsten trioxide (or tungsten oxide), which is a typical tungsten oxide. Water is added to the tungsten hydroxide raw material to adjust the mixed liquid so that the Blaine value has a liquid viscosity in the range of 3000 cm 2 /g to 15000 cm 2 /g.
  • a mixed solution by mixing and dispersing water to a concentration of 10 to 15%.
  • this mixed solution is placed in an autoclave and hydrothermal synthesis is performed at a temperature of, for example, 150 to 210° C. for 10 to 12 hours with stirring, WO 3 having an average particle size of 5 nm to 30 nm is produced.
  • amorphous silica for example, diatomaceous earth, silica fume, microsilica, etc.
  • a Blaine value of 3000 cm 2 /g or more can also be added to the above-mentioned liquid mixture in order to adjust the viscosity.
  • FIG. 1 shows the results of autoclave processing when the concentration of tungsten hydroxide, the starting material, was varied, with the horizontal axis representing the tungsten hydroxide concentration (%) and the vertical axis representing the production rate of WO3 network structure (%).
  • 2 is a graph showing the proportion (%) of WO 3 network structure produced in FIG. As shown in FIG. 1, it can be seen that the production rate (%) of the WO 3 network structure produced during autoclave processing increases as the tungsten hydroxide concentration (%) in the autoclave increases.
  • Examples of functional ingredients included in the WO 3 network structure include vitamins, collagen, astaxanthin, hyaluronic acids, fragrances, catechins, tannins, natural moisturizing ingredients, plant-derived oils, etc. They can be used alone or in combination.
  • the functional components to be included are appropriately determined depending on the purpose of use.
  • Examples of vitamins include vitamins, vitamin derivatives, and vitamin-like substances that function similar to vitamins. Vitamins include ascorbic acid, retinol, d-l-tocopherol, pantothenic acid, nicotinamide, biotin, phytonadione, and folic acid.
  • Vitamin derivatives include ascorbyl ethyl, ascorbyl glucoside, sodium (ascorbyl/cholesteryl) phosphate, potassium (ascorbyl/tocopheryl) phosphate, ascorbyl methylsilanol pectin, ascorbyl phosphate (Mg/K), and ascorbyl phosphate (Mg/Na). ), ascorbyl phosphate (Mg/zinc), ascorbyl phosphate Ca, ascorbyl phosphate Na, and other ascorbic acid derivatives are preferably applied.
  • the functional ingredient releaser particles of the present invention are emitter particles that release the contained functional ingredients to the outside, and the emitter particles include a WO 3 network structure and a WO 3 network structure that is included in the network structure. and an inorganic binder that binds the network structures together,
  • the present invention is characterized in that by adjusting the content of the WO 3 network structure contained in the emitter particles, the release amount of the functional component contained within the network structure is controlled. That is, the functional ingredient is included in the WO 3 network structure, and openings that communicate with the included functional ingredient are formed on the surface of the functional ingredient releaser particles. It is designed to be released to the outside through the opening. In the structure of such functional component releaser particles, the amount of the functional component released to the outside is controlled by adjusting the content of the WO 3 network structure in which the functional component is included. It is.
  • the functional component releaser particles as described above can be produced, for example, by pulverizing a slurry liquid prepared as described below using a spray dryer processing device as described below.
  • a slurry liquid consisting of the following formulation and water is introduced into the spray dryer device.
  • (a) WO 3 network structure (b) Functional ingredients such as vitamins included in the network structure (c) Inorganic binder (e.g. colloidal silica) The inorganic binder is mixed in order to bond the network structures containing the functional components.
  • Inorganic binder e.g. colloidal silica
  • inorganic binders include silicic acid-based colloidal silica, calcium silicate, ethyl silicate, sodium silicate (water glass), potassium silicate, lithium silicate, alumina-based calcium aluminate, ⁇ -alumina, Examples include inorganic materials consisting of boehmite, alumina sol, phosphoric acid-based calcium phosphate, aluminum phosphate, and magnesium phosphate.
  • colloidal silica and sodium silicate (water glass) are commercially available in the form of an aqueous suspension and are easily available, so they are preferably used.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a spray dryer processing apparatus for producing functional ingredient releaser particles.
  • the spray dryer processing apparatus includes a slurry liquid tank 21, an atomizing air blower 22, a nozzle 23, a drying chamber 24, an air heater 26, a cyclone 27, a bag filter 28, and an exhaust fan 29.
  • the slurry liquid supplied from the slurry liquid tank 21 is made to collide with the jetted air supplied from the atomization air blower 22 at the nozzle 23, thereby spraying it into fine droplets. .
  • the drying chamber 24 is a cylindrical dryer with a hollow interior.
  • a nozzle 23 is disposed at the top, and an air outlet through which air is introduced from the atomized air blower 22 is open. Additionally, an air heater 26 is provided between the blower 22 and the air outlet to heat the air introduced into the drying chamber 24 to a predetermined temperature.
  • the slurry liquid is atomized by air from the atomizing air blower 22 and atomized into the drying chamber 24 .
  • the outlet of the drying chamber 24 is connected to a cyclone 27.
  • the outlet of the cyclone 27 is connected to a bag filter 28.
  • An exhaust fan 29 is connected to the bag filter 28.
  • Air blown from the atomized air blower 22 is heated by the heater 26 and introduced into the drying chamber 24 .
  • the atomized slurry droplets come into contact with heated air heated by the air heater 26 (e.g., 100° C. or higher and 300° C. or lower), and the slurry droplets are dried to form functional component releaser particles. is manufactured.
  • FIG. 3 shows a micrograph showing the appearance of the functional component releaser particles of the embodiment of the present invention.
  • (a) is a photograph magnified 20,000 times of emitter particles produced from a slurry liquid in which the proportion of the WO 3 network structure blended was adjusted to 12.5%.
  • (b) is a photograph of the emitter particles in (a) magnified 45,000 times.
  • (c) is a photograph magnified 20,000 times of emitter particles produced from a slurry liquid in which the proportion of the WO 3 network structure blended was adjusted to 17.5%.
  • (d) is a photograph obtained by magnifying the emitter particle photograph of (c) by 45,000 times.
  • (e) is a 20,000 times enlarged photograph of emitter particles produced from a slurry liquid in which the proportion of the WO 3 network structure blended was adjusted to 22.5%.
  • (f) is a photograph of the emitter particles in (e) magnified 45,000 times.
  • (g) is a photograph magnified 20,000 times of emitter particles produced from a slurry liquid in which the proportion of the WO 3 network structure blended was adjusted to 27.5%.
  • (h) is a photograph of the emitter particles in (g) magnified 45,000 times.
  • the slurry liquid contains: Ascorbic acid as a functional ingredient; 30%, Colloidal silica at a concentration of 30% as an inorganic binder; 5%; Remaining water was added and processed with a spray dryer to produce emitter particles with an average particle size of 1 ⁇ m.
  • the functional ingredient releaser particles produced by spray drying have WO 3 network structures bonded to each other with an inorganic binder, and have an appearance similar to tangled balls of wool. It is showing.
  • the functional component contained within the WO 3 network structure is released from the functional component releaser particles to the outside over time. Note that it is desirable for handling that the emitter particles after spray drying have a bulk specific gravity of 0.5 to 1.5 and a particle diameter of 0.5 to 10 ⁇ m.
  • Figure 4 shows the proportion of WO 3 network structure blended into the slurry liquid (horizontal axis) and the content of WO 3 network structure in the functional component releaser particles formed by spray dryer processing (vertical axis). It is a graph showing the relationship between As shown in FIG. 4, as the proportion of the WO 3 network structure blended into the slurry liquid increases, the amount of the WO 3 network structure contained in the functional component releaser particles produced by spray drying processing increases. It turns out that there will be more. For example, in FIG.
  • the amount (horizontal axis) of the WO 3 network structure blended into the slurry liquid is 17.5%
  • the WO 3 content in the functional component releaser particles produced by spray dryer processing is 17.5%. It can be seen that the amount is 70%.
  • the proportion of the WO 3 network structure mixed in the slurry liquid (horizontal axis) is 27.5%
  • the WO 3 content in the functional ingredient releaser particles produced by spray dryer processing is 90%. I understand that there is something.
  • the numerical value (70% to 90%) on the vertical axis was determined as follows. That is, the amount of crystallized WO 3 network structure in the functional component emitter particles was analyzed using diffraction X-rays. From the obtained record chart, a peak was designated and the area of the crystallized WO 3 network structure was calculated by integrating the peak area. The area of the WO 3 network structure is consistent with the content of the crystallized WO 3 network structure, and the formulation of the WO 3 network structure mixed into the slurry liquid is shown in Figure 4. From the ratio (horizontal axis), the WO 3 content (vertical axis) contained in the functional component releaser particles produced by spray dryer processing was calculated.
  • FIG. 5 shows the results of investigating the release performance of functional ingredients from functional ingredient releaser particles.
  • FIG. 5 shows the relationship between the content (%) of the WO 3 network structure and the elution performance of ascorbic acid (vitamin C).
  • vitamin C ascorbic acid
  • the amount of the functional component contained was kept constant, and the functional component releaser particles with different contents (%) of the WO 3 network structure (Fig. 3(a), (c), (e) ), (g) particles) were used.
  • FIG. 6 is a schematic explanatory diagram showing a process of manufacturing a filter after attaching functional component releaser particles to a nonwoven fabric (by dipping process; sometimes referred to as "supported” in this specification).
  • the types of functional component releaser particles to be attached particles having different WO 3 contents shown in FIGS. 3(a), (c), (e), and (g) were used.
  • the composition of the dipping liquid (based on 100 parts by mass) was as follows. Functional component releaser particles; 10 to 25 parts by mass, Acrylic emulsion or urethane emulsion; 10 to 30 parts by mass, The remaining amount was adjusted with water.
  • the dipping liquid was placed in a tray or bucket as shown in FIG. 6, and the nonwoven fabric was subjected to dipping processing to adhere to the nonwoven fabric.
  • the dipping process refers to a process in which a base material such as a nonwoven fabric or cotton cloth is immersed in a dipping liquid, and functional component releaser particles are uniformly attached to the base material in a specified amount. After dipping, it is heated to about 100 to 130°C to dry it and then wound into a roll.
  • This nonwoven fabric was pleated to create filters for use in humidifiers, air purifiers, car air conditioners, etc. (see Figure 6).
  • FIG. 7 is a graph comparing and evaluating the sustained performance of the released amount of functional component (ascorbic acid) of the nonwoven fabric filter manufactured in Example 1.
  • the functional component releaser particles attached to the nonwoven filter had different WO 3 contents as shown in FIGS. 3(a), (c), (e), and (g).
  • This comparative evaluation was performed as follows. In other words, we manufactured nonwoven fabric filters for car air conditioners under the following conditions, and when each was attached to a car air conditioner and operated under the same conditions for 6 hours, all of the air containing functional components released from the car air conditioner could be recovered. An evaluation device was used.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram of the release performance evaluation device used for the above performance comparison.
  • air released from a car air conditioner is connected to a bubbling container containing 100 g of pure water, and the air is sucked in with a vacuum pump and bubbled into the pure water to determine the concentration of ascorbic acid dissolved in the pure water.
  • the vitamin release concentration was quantitatively analyzed using a spectrophotometer based on the numerical method of reducing the amount of DPPH radicals.
  • the bubbling test was conducted for 3 hours, and the concentration of ascorbic acid dissolved in the bubbling pure water was calculated assuming that almost 100% of the ascorbic acid was dissolved. This 3 hour bubbling was carried out every 24 hours and repeated for 6 days.
  • FIG. 9 shows the release performance evaluation results performed using the release performance evaluation apparatus shown in FIG. 8. From the evaluation data shown in Figure 9, the ascorbic acid concentration contained in the total air released is: The lower the WO 3 content in the functional ingredient releasing particles, the more was released in a short time.
  • FIG. 10 is a graph comparing the amount of ascorbic acid released from a net filter made of fibers kneaded with the functional ingredient releasing particles of the present invention.
  • the functional component releasing particles kneaded into the fiber were particles with a high WO 3 content (90%) (particles shown in (g) in FIG. 3). 5 to 40% of functional component release particles were blended to 100% of compound pellets (for example, PP) used as fiber raw material, and compound pellets of approximately 1 to 3 mm in size were obtained by melting at 150 to 220°C with a pelletizer. .
  • This PP compound is put into a melt extruder (extruder), and while it is heated and melted, it is extruded into a fiber shape through a gear pump (a small extrusion pump with a measuring device) through a nozzle (mouthpiece) with many thin holes, and rolled. After the fibers were taken and stretched (stretched in the length direction), monofilament fibers in which functional component releasing particles were kneaded were obtained. In the next step, the monofilament fibers into which the functional component-releasing particles were kneaded were knitted as warp/weft yarns or heat-sealed to form a net-like sheet.
  • the resulting sheet was attached to a frame by heat fusion to create a net filter for air conditioners and air purifiers.
  • 0.093 ppm of ascorbic acid was released from the net filter with a lower blending ratio of functional ingredient releasing particles (5%), and from the net filter with a higher blending ratio (40%). , 0.389 ppm of ascorbic acid was released.
  • the functional ingredient releaser particles of the present invention are emitter particles that release the contained functional ingredients to the outside, and the emitter particles include a WO 3 network structure and a WO 3 network structure that is included in the network structure. and an inorganic binder that binds the network structures together, and by adjusting the content of the WO 3 network structure contained in the emitter particles, the WO 3 network structure can be incorporated into the network structure.
  • the amount of released functional ingredients is controlled. It is possible to sustain the release of functional ingredients over a long period of time, and has high industrial applicability.

Abstract

【課題】 機能性成分の放出量を制御することができる機能性成分放出体粒子、それを付着させたフィルター、繊維を提供することを目的とする。 【解決手段】 包含されている機能性成分を外部に放出する放出体粒子であって、 前記放出体粒子は、 WO3網目状構造体と、 前記網目状構造体内に包含された機能性成分と、 前記網目状構造体同士を結合する無機結合剤と、を有し、 前記放出体粒子に含有させるWO3網目状構造体の含有量を調整することによって、 前記網目状構造体内に包含された機能性成分の放出量を制御するようにしたことを特徴とする機能性成分放出体粒子。

Description

機能性成分放出体粒子、それを付着させたフィルター、繊維、放出体粒子の製造方法
 本発明は、WO網目状構造体内に、機能性成分を包含した機能性成分放出体粒子に関し、
WO網目状構造体の含有量によって、放出する機能性成分の放出量を制御することができる機能性成分放出体粒子に関し、
さらに、それを付着させたフィルター、繊維、放出体粒子の製造方法に関する。
なお、本明細書では、三酸化タングステン及び酸化タングステンを「WO」と表現する場合がある。
 従来、車のエアフィルターなどの機器を利用して、ビタミン類、香料などの機能性成分を車内放出して、脱臭、除菌などの方法が提案されている。
また、エアコンや空気清浄機などにより機能性成分を室内に放出することで、生活環境中から発生するさまざまな酸化性物質を抑制する提案もなされている。
抗酸化機能を有する機能性成分が空気中に放出されると、化学反応により室内から酸化性物質が削減され、加えて機能性成分に保湿機能があれば、その放出された成分は肌から吸収され、保湿効果を発揮し、肌荒れ等の改善が期待できる。
 このような抗酸化機能を有する機能性成分としては、例えば、L-アスコルビン酸(ビタミンC)及びその誘導体などがあり、医薬品をはじめとして健康サプリメントや化粧品、衣類などに使用され、それら物質の摂取や衣類の着用などにより利用されている。
 機能性成分を利用した技術としては、例えば、特許文献1(特開2004-51521号公報)には、含有する物質がコラーゲン誘導体とビタミン類から選ばれる1種又は2種以上であり、増粘剤を含有したシルクを混合したレーヨン不織布が記載されている。
 また、特許文献2(特開2006-45491号公報)には、有効成分を担持したシート部材をエアフィルターとして採用した場合に、エアフィルターに含有される有効成分が放出される旨、記載されている。
 しかしながら、特許文献2では、長期にわたる性能維持には2種類以上の材料を混合するとの記載があるが、機能性成分の放出量を制御することができず、長寿命化のためには添加量が多くなってしまうという問題がある。
また、抗酸化物質と空気中の酸化性物質とを持続的に接触させるためにはエアフィルターは好適と考えられるが、抗酸化性物質を単独でエアフィルターに付着させた場合では、例えばビタミンCなどは酸化劣化しやすく、空気中に放出されることにより、短期間で酸化してしまう。そのため従来の技術では長期にわたる使用には適さない。
特開2004-51521号公報 特開2006-45491号公報
 そこで、本発明は、機能性成分の放出量を制御することができる機能性成分放出体粒子、それを付着させたフィルター、繊維を提供することを目的とする。
本発明は以下の特徴を有する。
(1)包含されている機能性成分を外部に放出する放出体粒子であって、
前記放出体粒子は、
WO網目状構造体と、
前記網目状構造体内に包含された機能性成分と、
前記網目状構造体同士を結合する無機結合剤と、を有し、
前記放出体粒子に含有させるWO網目状構造体の含有量を調整することによって、
前記網目状構造体内に包含された機能性成分の放出量を制御するようにしたことを特徴とする機能性成分放出体粒子。
(2)前記機能性成分放出体粒子中のWO含有量が、70~90%であることを特徴とする請求項1に記載の機能性成分放出体粒子。
(3)請求項1に記載の機能性成分放出体粒子を付着させた不織布を用いたフィルター。
(4)請求項1に記載の機能性成分放出体粒子を練り込みした繊維。
(5)請求項4に記載の繊維を用いたネットフィルター。
(6)水酸化タングステンを出発原料として、
オートクレーブ装置を用いて、
圧力、温度及び時間を制御した水熱反応により、
WO網目状構造体を生成し、
前記網目状構造体に、
機能性成分と、
無機結合剤と、
水とを混合してスラリー液とし、
前記スラリー液をスプレードライヤー装置を用いて粒子化する請求項1に記載の機能性成分放出体粒子の製造方法であって、
前記スラリー液中に12.5~27.5%のWO網目状構造体を配合し、
前記スプレードライヤー装置を用いて粒子化した機能性成分放出体粒子中のWO含有量を70~90%とすることを特徴とする機能性成分放出体粒子の製造方法。
 本発明の機能性成分放出体粒子は、機能性成分が包含された網目状構造体であって、
前記網目状構造体は、WO針状結晶の集合体で構成された多孔質の球体からなり、
前記WO網目状構造体の含有量により、前記機能性成分の放出量を制御するようにしたので、包含された機能性成分を長期間にわたって外部に放出させる効果が持続される。
また、この放出体粒子を付着させたエアフィルターや繊維は、長期間にわたって機能性成分の放出効果が持続される。
図1は、水酸化タングステンからのWO網目状構造体生成率(%)を示すグラフである。図1では、横軸を出発原料である水酸化タングステン濃度(HWO、%)とし、縦軸を生成されたWO網目状構造体の生成率(%)とし、出発原料である水酸化タングステンの濃度を変えたときに、オートクレーブ加工において生成されたWO網目状構造体の生成率(%)を示す。 図2は、機能性成分放出体粒子を製造するためのスプレードライヤー加工装置の概略図である。 図3は、本発明実施形態の機能性成分放出体粒子の外観を示す顕微鏡写真である。(a)は、配合するWO網目状構造体の割合を12.5%に調整したスラリー液から製造された放出体粒子を20000倍に拡大した写真。(b)は、(a)の放出体粒子を、45000倍に拡大した写真。(c)は、配合するWO網目状構造体の割合を17.5%に調整したスラリー液から製造された放出体粒子を20000倍に拡大した写真。(d)は、(c)の放出体粒子写真の倍率を45000倍にした写真。(e)は、配合するWO網目状構造体の割合を22.5%に調整したスラリー液から製造された放出体粒子を20000倍に拡大した写真。(f)は、(e)の放出体粒子を、45000倍に拡大した写真。(g)は、配合するWO網目状構造体の割合を27.5%に調整したスラリー液から製造された放出体粒子を20000倍に拡大した写真。(h)は、(g)の放出体粒子を45000倍に拡大した写真である。 図4は、スラリー液中のWO網目状構造体の割合を変えた場合に、スプレードライヤー加工で形成された機能性成分放出体粒子におけるWO網目状構造体の含有量(%)との関係を示すグラフである。 図5は、WO網目状構造体の含有量(%)とアスコルビン酸(ビタミンC)の溶出性能との関係を示すグラフである。 図6は、機能性成分放出粒子をディッピング加工により不織布へ担持させた後、フィルターを製造する工程を示す模式的な説明図である。 図7は、WO網目状構造体の含有量(%)を変えて製造した不織布フィルターからの機能性成分(アスコルビン酸)放出量の持続性能を比較評価したグラフである。 図8は、図7の放出性能評価装置の説明図である。 図9は、図8の放出性能評価装置を用いておこなった放出性能評価結果である。 図10は、機能性成分放出体粒子を練り込んだ繊維を用いて製造したネットフィルターからの機能性成分(アスコルビン酸)放出量を示すグラフである。
  以下、本発明の機能性成分放出体粒子の実施形態について詳細に説明する。
<機能性成分放出体粒子>
本発明の機能性成分放出体粒子は、
包含されている機能性成分を外部に放出する放出体粒子であって、
前記放出体粒子は、
WO網目状構造体と、
前記網目状構造体内に包含された機能性成分と、
前記網目状構造体同士を結合する無機結合剤と、を有し、
前記放出体粒子に含有させるWO網目状構造体の含有量を調整することによって、
前記網目状構造体内に包含された機能性成分の放出量を制御するようにしたことを特徴とする。
すなわち、機能性成分放出体粒子の表面には、包含された機能性成分に通ずる開口部が形成されており、機能性成分がその開口部より外部に放出されるようになっている。
<網目状構造体>
機能性成分放出体粒子を構成する網目状構造体は、WO針状結晶の集合体で構成された多孔質の球体からなり、内部に大きな空隙が備えられており、この空隙に多くの機能性成分を包含させることができる。
また、機能性成分放出体粒子において、機能性成分が包含されるWO網目状構造体の含有量を変えることにより、機能性成分の外部への放出量を制御することができる。
このような、WO網目状構造体は、下記に示すように、水酸化タングステンのオートクレーブ装置による水熱反応で生成することができる。
例えば、高温高圧(一例として、200℃前後、15~18kg/cm程度)の蒸気圧を有するオートクレーブ装置で水熱合成すると、出発原料である水酸化タングステンからWO網目状構造体が生成される。
(HWO+heat→HO+WO
上記式において、WOは、タングステン酸化物の代表的な三酸化タングステン(又は酸化タングステン)と呼ばれる針状結晶である。
水酸化タングステン原料には、ブレーン値が3000cm/g~15000cm/gの範囲の液粘性になるように水を加えて混合液を調整し、一例として、質量比で5~20%、好ましくは10~15%濃度になるように水を混合分散した混合液とすることが好ましい。
この混合液をオートクレーブ装置に投入し、例えば、150~210℃の温度で、10~12時間にわたり撹拌しながら水熱合成を行うと、平均粒子径、5nm~30nmのWOが生成される。
なお、上記混合液には、粘度調整のため、ブレーン値が3000cm/g以上の非晶質シリカ(例えば、けい藻土、シリカヒューム、マイクロシリカ等)を添加することもできる。
<水酸化タングステン濃度と、生成されるWO網目状構造体の量>
オートクレーブ装置に投入される混合液において、出発原料である水酸化タングステンの濃度(配合割合)を変えることにより、生成されるWO網目状構造体の量(WO網目状構造体が生成される割合)を調整することができる。
図1は、横軸を水酸化タングステン濃度(%)とし、縦軸をWO網目状構造体の生成率(%)として、出発原料である水酸化タングステンの濃度を変えたときに、オートクレーブ加工において生成されたWO網目状構造体の割合(%)を示すグラフである。
図1に示すように、オートクレーブ加工において生成されたWO網目状構造体の生成率(%)は、オートクレーブ中の水酸化タングステン濃度(%)が高いほど高くなることが分かる。
<機能性成分>
WO網目状構造体に包含する機能性成分としては、例えば、ビタミン類、コラーゲン、アスタキサンチン、ヒアルロン酸類、香料、カテキン類、タンニン類、天然保湿成分因子、植物由来の製油、などが挙げられ、単独又はこれらの組み合わせを用いることができる。
使用目的によって、包含する機能性成分は適宜決定される。
ビタミン類としては、ビタミン、ビタミン誘導体、ビタミンに近い働きをするビタミン様物質などが挙げられる。
ビタミンとしては、アスコルビン酸、レチノール、d-l-トコフェロール、パントテン酸、ニコチン酸アミド、ビオチン、フィトナジオン、葉酸が挙げられる。
ビタミン誘導体としては、アスコルビルエチル、アスコルビルグルコシド、(アスコルビル/コレステリル)リン酸ナトリウム、(アスコルビル/トコフェリル)リン酸カリウム、アスコルビルメチルシラノールペクチン、アスコルビルリン酸(Mg/K)、アスコルビルリン酸(Mg/Na)、アスコルビルリン酸(Mg/亜鉛)、アスコルビルリン酸Ca、アスコルビルリン酸Naなどのアスコルビン酸の誘導体が好適に適用される。
<機能性成分放出体粒子>
本発明の機能性成分放出体粒子は、包含されている機能性成分を外部に放出する放出体粒子であって、放出体粒子は、WO網目状構造体と、網目状構造体内に包含された機能性成分と、網目状構造体同士を結合する無機結合剤と、を有し、
放出体粒子に含有させるWO網目状構造体の含有量を調整することによって、網目状構造体内に包含された機能性成分の放出量を制御するようにしたことを特徴とする。
すなわち、機能性成分はWO網目状構造体の中に包含され、機能性成分放出体粒子の表面には、包含された機能性成分に通ずる開口部が形成されており、機能性成分がその開口部より外部に放出されるようになっている。
このような機能性成分放出体粒子の構成において、機能性成分が包含されるWO網目状構造体の含有量を調整することにより、機能性成分の外部への放出量を制御するようにしたのである。
<スプレードライヤー加工>
上記のような機能性成分放出体粒子は、例えば下記のように準備したスラリー液を、以下のようなスプレードライヤー加工装置を用いて粒子化して製造することができる。
<スラリー液>
スプレードライヤー装置には、下記の配合と水からなるスラリー液を投入する。
(a)WO網目状構造体
(b)網目状構造体に包含させるビタミン類などの機能性成分
(c)無機結合剤(例えばコロイダルシリカなど)
無機結合剤は、機能性成分が包含された網目状構造体同士を結合するため混合する。
無機結合剤としては、例えば、珪酸系であるコロイダルシリカ、ケイ酸カルシウム、エチルシリケート、ケイ酸ナトリウム(水ガラス)、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウム、アルミナ系であるアルミン酸カルシウム、β-アルミナ、ベーマイト、アルミナゾル、リン酸系であるリン酸カルシウム、リン酸アルミニウム及びリン酸マグネシウムからなる無機素材が挙げられる。
中でも、コロイダルシリカ、ケイ酸ナトリウム(水ガラス)は、水懸濁液にて市販されており、入手しやすいため、好適に用いられる。
<スプレードライヤー加工装置>
図2は、機能性成分放出体粒子を製造するためのスプレードライヤー加工装置の概略図である。
図2に示すように、スプレードライヤー加工装置は、スラリー液タンク21、微粒化エア送風装置22、ノズル23、乾燥室24、エアヒーター26、サイクロン27、バグフィルター28、排風機29、を有する。
スプレードライヤー加工装置においては、スラリー液タンク21から供給されるスラリー液を、微粒化エア送風装置22から供給された噴出空気と、ノズル23にて衝突させることで、微細な液滴状に噴霧する。
乾燥室24は、内部が空洞の円筒形乾燥機である。
上部にはノズル23が配設されるほか、微粒化エア送風装置22から空気が導入される送風口が開口している。
また、送風ブロア22と送風口との間に、乾燥室24内に導入される空気を所定温度にまで加熱できるエアヒーター26が設けられており、ノズル23において、スラリー液タンク21から供給されたスラリー液が、微粒化エア送風装置22から空気によって噴霧されてれて、乾燥室24内に粒子化されるのである。
乾燥室24の排出口はサイクロン27に接続されている。
サイクロン27の排出口はバグフィルター28に接続されている。
バグフィルター28には排風機29が接続される。
サイクロン27及びバグフィルター28の下部には、粒子化された機能性成分放出体粒子を回収するボックス(製品1、製品2)を備えている。
微粒化エア送風装置22から送風されるエアはヒータ26により加熱され、乾燥室24内に導入される。
乾燥室24内では、霧化したスラリー液滴とエアヒータ26により加熱された加熱空気(例えば、100℃以上300℃以下)とが接触して、スラリー液滴は乾燥され、機能性成分放出体粒子が製造される。
<機能性成分放出体粒子>
図3に、本発明実施形態の機能性成分放出体粒子の外観を示す顕微鏡写真を示す。
(a)は、配合するWO網目状構造体の割合を12.5%に調整したスラリー液から製造された放出体粒子を20000倍に拡大した写真。
(b)は、(a)の放出体粒子を、45000倍に拡大した写真。
(c)は、配合するWO網目状構造体の割合を17.5%に調整したスラリー液から製造された放出体粒子を20000倍に拡大した写真。
(d)は、(c)の放出体粒子写真の倍率を45000倍にした写真。
(e)は、配合するWO網目状構造体の割合を22.5%に調整したスラリー液から製造された放出体粒子を20000倍に拡大した写真。
(f)は、(e)の放出体粒子を、45000倍に拡大した写真。
(g)は、配合するWO網目状構造体の割合を27.5%に調整したスラリー液から製造された放出体粒子を20000倍に拡大した写真。
(h)は、(g)の放出体粒子を45000倍に拡大した写真である。
なお、上記(a)~(h)において、スラリー液中には、
機能性成分としてアスコルビン酸;30%、
無機結合剤として濃度30%のコロイダルシリカ;5%、
残;水
を加えてスプレードライヤー加工を行い、平均粒径1μmサイズの放出体粒子を製造した。
図3の顕微鏡写真から分かるように、スプレードライヤー加工で製造された機能性成分放出体粒子は、WO網状構造体同士が無機結合剤で結合されており、毛糸玉の絡まったような外観を呈している。
機能性成分放出体粒子からは、時間経過とともに、WO網状構造体内部に包含された機能性成分が外部に放出される。
なお、スプレードライヤー加工後の放出体粒子は、嵩比重が0.5~1.5であり、かつ放出体粒子の粒径は0.5~10μmの範囲にあることが、取り扱い上望ましい。
<スラリー液中のWO網目状構造体の配合量と、形成される機能性成分放出体粒子の含有量との関係>
図4は、スラリー液に配合するWO網目状構造体の割合(横軸)と、スプレードライヤー加工で形成される機能性成分放出体粒子中のWO網目状構造体含有量(縦軸)との関係を示すグラフである。
図4に示すように、スラリー液に配合するWO網目状構造体の割合を大きくするほど、スプレードライヤー加工で生成される機能性成分放出体粒子に含有されるWO網目状構造体の量も多くなることが分かる。
例えば、この図4において、スラリー液に配合するWO網目状構造体の量(横軸)を17.5%とすると、スプレードライヤー加工によって生成される機能性成分放出体粒子中のWO含有量は、70%となることがわかる。
また、スラリー液に混合するWO網目状構造体の配合(横軸)が27.5%では、スプレードライヤー加工によって生成される機能性成分放出体粒子中のWO含有量は、90%であることがわかる。
この縦軸の数値(70%~90%)は、以下のようにして求めた。
すなわち、機能性成分放出体粒子中の結晶化したWO網目状構造体の量を、回折X線を用いて分析した。
得られた記録チャートから、ピークを指定して、そのピーク面積を積分して結晶化したWO網目状構造体の面積を算出した。
そのWO網目状構造体の面積は、結晶化しているWO網目状構造体の含有量と整合しており、図4に示すように、スラリー液に混合するWO網目状構造体の配合割合(横軸)から、スプレードライヤー加工で生成される機能性成分放出体粒子に含有されるWO含有量(縦軸)を算出した。
図5は、機能性成分放出体粒子からの機能性成分の放出性能を調査した結果である。
図5では、WO網目状構造体の含有量(%)とアスコルビン酸(ビタミンC)の溶出性能との関係を示す。
この調査では、包含される機能性成分の量を一定とし、WO網目状構造体の含有量(%)が異なった機能性成分放出体粒子(図3(a)、(c)、(e)、(g)の粒子)を用いた。
これらの機能性成分放出体粒子を、各10gずつイオン交換水90gの入ったビーカーに入れ、マグネチックスターラで10分間、500rpmで撹拌し、整置後、ビーカーより10mlを採取し、DPPH試薬調整液に加えてその呈色度を分光光度計で測定比較した。
また、同じビーカーを1時間毎に6時間経過後まで、同様にビーカーより10mlを採取し、その検体をDPPH試薬調整液を加えて、分光光度計で計測した。
図5に示すデータによれば、機能性成分放出体粒子中のWOの含有量が低いものは(図3(a)の粒子)イオン交換水中への溶出速度が早く、WOの含有量が高いものは(図3(g)の粒子)イオン交換水中への溶出速度が遅いことが分かる。
この結果、WO含有量が低い機能性成分放出体粒子は、長時間にわたって機能性成分を放出することができ、WO含有量が高い機能性成分放出体粒子は、短時間で多量の機能性成分を放出することができる。
<フィルター>
つぎに、本発明の機能性成分放出体粒子を用いた実施例1のフィルターについて説明する。
図6は、機能性成分放出体粒子を不織布へ付着(ディッピング加工による。本明細書で担持という場合もある)させた後、フィルターを製造する工程を示す模式的な説明図である。
付着させる機能性成分放出体粒子の種類として、図3(a)、(c)、(e)、(g)に示したWO含有量の異なったものを用いた。
ディッピング液(100質量部に対し)の配合は下記のとおりとした。
機能性成分放出体粒子;10~25質量部、
アクリルエマルジョンまたはウレタンエマルジョン;10~30質量部、
残りの量は水で調整した。
ディッピング液は図6に示すようなトレイまたはバケットに入れ、不織布をディッピング加工して不織布に付着させた。
なお、ディッピング加工とは、不織布や綿布などの基材をディッピング液に浸し、基材に均一かつ規定の量だけ機能性成分放出体粒子を付着させる加工をいう。
ディッピング加工後は、100~130℃程度に加熱し乾燥させ一旦ロール状に巻き取る。
この不織布をプリーツ加工して、加湿器、空気清浄機、カーエアコンなどに搭載するフィルターとした(図6参照)。
<機能性成分放出量の持続性能の比較>
図7は、実施例1で製造した不織布フィルターの機能性成分(アスコルビン酸)放出量の持続性能を比較評価したグラフである。
なお、不織布フィルターへ付着させた機能性成分放出体粒子は、図3(a)、(c)、(e)、(g)に示したWO含有量の異なったものを用いた。
この比較評価はつぎのようにして行った。
すなわち、以下の条件によってカーエアコン用不織布フィルターを製造し、それぞれをカーエアコンに取り付け、同じ条件で6時間運転させた時の、カーエアコンから放出された機能性成分を含むエアーを全て回収できるように評価装置を用いた。
この比較評価から、放出された全エアーに含まれるアスコルビン酸濃度は、機能性成分放出粒子中のWO含有量が低いほど短時間に多く放出され、WO含有量が高いほど長期間持続にわたって放出されることが分かる。
図8は、上記の性能比較をするにあたり用いた放出性能評価装置の説明図である。
この評価装置を用いて、カーエアコンからの放出エアーを、純水100gの入ったバブリング容器へつないで真空ポンプで吸引して純水中にバブリングさせて、純水中に溶解したアスコルビン酸濃度をDPPHラジカルの還元量の数値法からビタミン放出濃度として分光光度計で定量分析した。
バブリング試験は3時間行い、バブリングした純水へのアスコルビン酸溶解濃度はほぼ100%が溶解したとして計算した。
この3時間のバブリングは、24時間毎に実施し、6日間繰り返した。
<不織布への付着条件>
付着させた機能性成分放出粒子の種類;図3(a)(c)(e)(g)の4種類
機能性成分濃度;アスコルビン酸換算として30%
不織布目付       ;40g/m
機能性成分放出粒子付着量;10g/m
<評価条件>
風速;1.6m/s、流量;10L/min
図9は、図8の放出性能評価装置を用いておこなった放出性能評価結果である。
図9に示す評価データから、放出された全エアーに含まれるアスコルビン酸濃度は、
機能性成分放出粒子中のWO含有量が低いほど短時間に多くが放出された。
<繊維>
つぎに、本発明の機能性成分放出粒子を用いた実施例2の繊維について説明する。
図10は、本発明の機能性成分放出粒子を練り込んだ繊維で製造したネットフィルターからのアスコルビン酸放出量の比較グラフである。
繊維へ練り込んだ機能性成分放出粒子は、WO含有量が多い(90%)粒子とした(図3の(g)で示す粒子)。
繊維原料となるコンパウンド・ペレット(例えばPP)100%に対し、機能性成分放出粒子を5~40%配合し、ペレタイザーで150~220℃で溶融させながら1~3mm程度のコンパウンド・ペレットを得た。
このPPコンパウンドを、溶融押出し機(エクストルーダー)に投入し、熱溶融させながらギアーポンプ(計量器付き小型押出しポンプを経由して、細い孔が多数開いたノズル(口金)から繊維形状に押出して巻き取り、延伸(長さ方向に引き伸ばす)した後、機能性成分放出粒子を練り込みしたモノフィラメントの繊維を得た。
得られた機能性成分放出粒子を練り込みしたモノフィラメント繊維は、次の工程で経糸/横糸として編んだり、熱融着したりしてネット状のシートに加工した。
得られたシートを枠に熱融着で取りつけ、エアコンや空気清浄機用のネットフィルターとした。
図10に示すように、機能性成分放出粒子の配合割合を少なくした(5%)ネットフィルターからは、0.093ppmのアスコルビン酸が放出され、配合割合を多くした(40%)ネットフィルターからは、0.389ppmのアスコルビン酸が放出されたことがわかる。
本発明の機能性成分放出体粒子は、包含されている機能性成分を外部に放出する放出体粒子であって、放出体粒子は、WO網目状構造体と、網目状構造体内に包含された機能性成分と、網目状構造体同士を結合する無機結合剤と、を有し、放出体粒子に含有させるWO網目状構造体の含有量を調整することによって、網目状構造体内に包含された機能性成分の放出量を制御するようにしたので、
長期間にわたって機能性成分の放出を持続することができ、産業上の利用可能性が高い。
21 スラリー液タンク
22 微粒化エア送風装置
23 ノズル
24 乾燥室
26 エアヒーター
27 サイクロン
28 バグフィルター
29 排風機

Claims (6)

  1. 包含されている機能性成分を外部に放出する放出体粒子であって、
    前記放出体粒子は、
    WO網目状構造体と、
    前記網目状構造体内に包含された機能性成分と、
    前記網目状構造体同士を結合する無機結合剤と、を有し、
    前記放出体粒子に含有させるWO網目状構造体の含有量を調整することによって、
    前記網目状構造体内に包含された機能性成分の放出量を制御するようにしたことを特徴とする機能性成分放出体粒子。
  2. 前記機能性成分放出体粒子中のWO含有量が、70~90%であることを特徴とする請求項1に記載の機能性成分放出体粒子。
  3. 請求項1に記載の機能性成分放出体粒子を付着させた不織布を用いたフィルター。
  4. 請求項1に記載の機能性成分放出体粒子を練り込みした繊維。
  5. 請求項4に記載の繊維を用いたネットフィルター。
  6. 水酸化タングステンを出発原料として、
    オートクレーブ装置を用いて、
    圧力、温度及び時間を制御した水熱反応により、
    WO網目状構造体を生成し、
    前記網目状構造体に、
    機能性成分と、
    無機結合剤と、
    水とを混合してスラリー液とし、
    前記スラリー液をスプレードライヤー装置を用いて粒子化する請求項1に記載の機能性成分放出体粒子の製造方法であって、
    前記スラリー液中に12.5~27.5%のWO網目状構造体を配合し、
    前記スプレードライヤー装置を用いて粒子化した機能性成分放出体粒子中のWO含有量を70~90%とすることを特徴とする機能性成分放出体粒子の製造方法。
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