WO2026009809A1 - 金属有機構造体、ガス吸着剤、練り込み糸、繊維製品及び樹脂コンポジット - Google Patents
金属有機構造体、ガス吸着剤、練り込み糸、繊維製品及び樹脂コンポジットInfo
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- D01F1/10—Other agents for modifying properties
Definitions
- This disclosure relates to metal-organic frameworks, gas adsorbents, kneaded yarns, textile products, and resin composites.
- “Mad odor” refers to odors that can be perceived by humans and are found to be unpleasant.
- Bad odors include those generated by business activities, as defined in the Offensive Odor Prevention Act.
- Bad odors also include human body odor and household odors (such as the smell of garbage). Eliminating these bad odors in our daily lives is important for preserving our living environment.
- Metal-organic frameworks also known as “porous metal complexes”
- MOFs metal-organic frameworks
- a "metal organic framework” is a porous three-dimensional structure formed from a central metal and organic ligands.
- Metal organic frameworks also known as MOFs (Metal Organic Frameworks)
- MOFs Metal Organic Frameworks
- Metal organic frameworks are characterized by their large specific surface area and freedom of design. MOFs have uniform micropores and a large specific surface area. Therefore, high adsorption performance can be expected.
- Patent Document 1 proposes using MOFs as deodorizers for everyday odors.
- Patent Document 2 proposes using MOFs as deodorizers for malodors.
- Patent Documents 3 and 4 propose using MOFs as adsorbents for aldehyde gases caused by tobacco and other sources.
- the problem to be solved by the present disclosure is to provide a metal organic framework capable of adsorbing various gases that cause malodors, and a gas adsorbent including the metal organic framework.
- Another problem to be solved by the present disclosure is to provide a kneaded yarn, a textile product, or a resin composite using the gas adsorbent.
- the means for solving the above problems include the following aspects.
- [1-2] The metal organic structure according to [1] or [1-1], wherein the organic ligand has a defect rate of 5 to 80%.
- the metal atom is Zr
- the organic ligand is terephthalic acid or an anion thereof
- [10-1] The metal organic structure according to [9] or [10], wherein a molar ratio of the Zr to the terephthalic acid or the anion thereof is 6:3.00 or more and 5.50 or less.
- [10-2] The metal organic structure according to any one of [9] to [10-1], wherein a molar ratio of the Zr to the terephthalic acid or the anion thereof is 6:3.00 or more and 5.30 or less.
- [10-3] The metal organic structure according to any one of [9] to [10-2], wherein a molar ratio of the Zr to the terephthalic acid or the anion thereof is 6:3.50 or more and 5.00 or less.
- [10-4] The metal organic structure according to any one of [9] to [10-3], wherein a molar ratio of the Zr to the terephthalic acid or the anion thereof is 6:4.00 or more and 4.90 or less.
- [12-1] The metal organic structure according to [11] or [12], wherein n in formula (A) is 3.00 or more and 5.50 or less.
- [12-2] The metal organic structure according to any one of [11] to [12-1], wherein n in formula (A) is 3.50 or more and 5.00 or less.
- [12-3] The metal organic structure according to any one of [11] to [12-2], wherein n in formula (A) is 3.50 or more and 4.80 or less.
- a gas adsorbent comprising the metal organic framework according to any one of [1] to [12-3].
- [14] The gas adsorbent according to [13], for adsorbing malodorous gases.
- [A1] A method for adsorbing a gas, comprising contacting the metal organic framework according to any one of [1] to [12-3] with a gas and adsorbing the gas.
- [A2] The method according to [A1], wherein the gas is a malodorous gas.
- [A3] The method according to [A1], wherein the gas is at least one gas selected from the group consisting of an acidic gas, a basic gas, an aldehyde gas, and a VOC gas.
- [A4] The method according to [A1], wherein the gas is an acidic gas.
- [A5] The method according to [A1], wherein the gas is a basic gas.
- [B1] Use of the metal organic framework according to any one of [1] to [12-3] as a gas adsorbent.
- [B2] The use according to [B1], wherein the gas is a malodorous gas.
- the gas is at least one gas selected from the group consisting of an acidic gas, a basic gas, an aldehyde gas, and a VOC gas.
- [B4] The use according to [B1], wherein the gas is an acid gas.
- [B5] The use according to [B1], wherein the gas is a basic gas.
- [B6] The use according to [B1], wherein the gas is an aldehyde-based gas.
- a metal-organic framework capable of adsorbing various gases that cause malodors
- a gas adsorbent including the metal-organic framework a gas adsorbent including the metal-organic framework.
- a kneaded yarn, a textile product, or a resin composite using the gas adsorbent can be provided.
- the word "to" is used to mean that the numerical values before and after it are included as the lower limit and upper limit.
- the upper or lower limit of one numerical range may be replaced by the upper or lower limit of another numerical range.
- the upper or lower limit of a numerical range may be replaced by a value shown in the examples.
- the amount of each component in the composition means the total amount of the plurality of substances present in the composition, unless otherwise specified.
- the term "process” includes not only an independent process but also a process that cannot be clearly distinguished from other processes as long as the intended purpose of the process is achieved.
- “% by mass” and “% by weight” are synonymous, and “parts by mass” and “parts by weight” are synonymous.
- a combination of two or more preferred aspects is a more preferred aspect. The contents of the present disclosure will be described in detail below.
- the gas adsorbent according to the present disclosure can be suitably used as a gas adsorbent for kneading into resins, and can be more suitably used as a gas adsorbent for kneading into polyester resins.
- the gas adsorbent according to an embodiment of the present disclosure can be used for various purposes, such as as a deodorizer.
- the gas adsorbent according to an embodiment of the present disclosure can be blended with fibers, resins, or liquids (e.g., water, organic solvents, etc.) and used as a raw material for producing deodorizing products. Examples of uses of the deodorizing product include deodorizing liquid, deodorizing fiber, deodorizing resin composition, deodorizing fabric, and deodorizing filter material.
- the present inventors have found that, by having the above-mentioned configuration, it is possible to provide a gas adsorbent containing a metal organic framework that can adsorb various gases that cause malodors. Specifically, the following is true.
- the present inventors conducted detailed studies and found that a metal-organic framework that combines at least one metal atom selected from the group consisting of Zr, Zn, Al, and Mg with an organic ligand having at least one group selected from the group consisting of a carboxy group and a carboxylate group, and that includes partial defects in the organic ligand, has excellent gas adsorption performance.
- the metal-organic framework has pores of appropriate size and excellent uniformity, and the specific surface area of the metal-organic framework is large. Furthermore, the defects in the organic ligand function as gas adsorption sites, stabilizing the gas within the pores. Therefore, it is presumed that the gas adsorbent according to the present disclosure has excellent gas adsorption performance.
- the metal-organic framework used in the gas adsorbent according to the present disclosure has high adsorption performance for acetic acid gas contained in human body odor (e.g., sweat odor, etc.). It also has high adsorption performance for other acidic gases, basic gases, aldehyde gases, and VOC gases.
- the metal-organic framework is a white powder.
- Gas adsorbents are preferably used to adsorb malodorous gases.
- malodorous gas refers to gases that humans find unpleasant.
- Gases that humans find unpleasant refers to gases that, on average, are rated on the negative side (more unpleasant) than the median value of 0 in a 9-point pleasant/unpleasant scale used in sensory testing of gases.
- gas adsorbents are used to adsorb malodorous gases, the malodorous gases are easily adsorbed by the gas adsorbent. As a result, the gas adsorbent of this disclosure is able to remove malodorous gases.
- the gas adsorbent according to the present disclosure comprises a metal-organic framework.
- the metal organic framework has at least one metal atom selected from the group consisting of Zr, Zn, Al, and Mg, and an organic ligand having at least one group selected from the group consisting of a carboxy group and a carboxylate group, and includes a partial defect of the organic ligand.
- the metal-organic framework in the present disclosure is also referred to as a porous organometallic complex. "Porous" refers to a structure having a plurality of pores. The plurality of pores may or may not be interconnected.
- the metal atoms contained in the metal organic framework may be of only one type, or may be of two or more types.
- the metal atom contained in the metal organic framework is preferably at least one selected from the group consisting of Zr and Zn, and more preferably Zr.
- the metal organic framework preferably has a metal cluster, more preferably has a zirconium cluster, and particularly preferably has a zirconium oxycluster.
- the organic ligand used in the metal-organic framework is not particularly limited as long as it has at least one group selected from the group consisting of a carboxy group and a carboxylate group and is capable of forming the metal-organic framework.
- the organic ligand is preferably a polycarboxylic acid or a polycarboxylic acid anion having an ethylene skeleton or a benzene skeleton.
- polycarboxylic acid or anion thereof encompasses either only a polycarboxylic acid, only an anion of a polycarboxylic acid, or both a polycarboxylic acid and an anion thereof.
- a "polycarboxylic acid” is a compound containing two or more carboxy groups in one molecule.
- the organic ligand is a polycarboxylic acid or a polycarboxylic acid anion having an ethylene skeleton or a benzene skeleton
- the gas adsorbent of the present disclosure has superior adsorption properties.
- polycarboxylic acids having an ethylene skeleton include, but are not limited to, fumaric acid and maleic acid.
- polycarboxylic acids having a benzene skeleton include, but are not limited to, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, 1,3,5-benzenetricarboxylic acid, and 4,4'-biphenyldicarboxylic acid.
- organic ligand having a carboxylate group include anions of the above polycarboxylic acids.
- the organic ligand is preferably a dicarboxylic acid compound or a biscarboxylate ion compound, more preferably a dicarboxylic acid comprising a carboxy group and a divalent hydrocarbon group or a dianion thereof, still more preferably a dicarboxylic acid comprising a carboxy group and a divalent aromatic hydrocarbon group or a dianion thereof, and particularly preferably terephthalic acid or a terephthalic acid dianion.
- the content of organic ligands in the metal-organic framework can be adjusted appropriately depending on the type and amount of the metal atoms.
- the metal organic framework contains partial defects in the organic ligands. "Partial defects in the organic ligands" means that some of the organic ligands that make up the metal organic framework are missing. The areas where the organic ligands are missing function as gas adsorption sites, improving gas adsorption performance.
- the defect rate of the organic ligand may be appropriately selected depending on the type of metal-organic framework, and may be, for example, 1 to 99%, 5 to 80%, or 20 to 50%.
- the number of ligands in a MOF can be measured using the thermogravimetric analysis method described in Chemistry of Materials 2016, 28, 3749-3761. Specific measurement conditions are as described in the Examples below.
- the proportion of organic ligand defects can be increased, for example, by reducing the proportion of ligands during the synthesis of the metal-organic framework, or by adding a monocarboxylic acid modulator to the reaction system.
- the metal-containing structure preferably has a structure represented by the following formula (A). [Zr 6 (OH) 4 O 4 (bdc) n L x ] (A) (In the formula, bdc is terephthalic acid or its anion; n is equal to or greater than 0.01 and less than 6; L is a ligand other than bdc; x is any number equal to or greater than 0)
- n in formula (A) is 6, there are no partial defects in the organic ligand.
- n in formula (A) is preferably 3.0 or more and 5.7 or less, more preferably 3.0 or more and 5.5 or less, even more preferably 3.5 or more and 5.0 or less, and particularly preferably 3.5 or more and 4.80 or less.
- L in formula (A) is any ligand that may be present at the defect site of bdc, and examples of L include carbonyl-containing ligands, nitrogen-containing ligands, OH, and H2O .
- carbonyl group-containing ligands examples include carbonyl ligands, acyl ligands, ketone ligands, aldehyde ligands, carboxylate ligands, ester ligands, amide ligands, and ⁇ -diketonato ligands.
- Carboxylate ligands include, for example, formate, acetate, and propionate ligands.
- the content of nitrogen atoms in the metal organic framework is preferably 5% by mass or less, more preferably less than 5% by mass, even more preferably 2.0% by mass or less, particularly preferably 0.5% by mass or less, and most preferably 0.1% by mass or less, relative to the total mass of the metal organic framework.
- the lower limit of the content of nitrogen atoms in the metal organic framework is 0% by mass. Note that the "total mass of the metal organic framework" refers to the weight of the metal organic framework after vacuum drying at 120°C for 6 hours.
- a compound having a nitrogen atom When a compound having a nitrogen atom is used as a reaction substrate or solvent (particularly a solvent) for a metal organic framework, the nitrogen atom is found to be mixed into the metal organic framework and the gas adsorbent.
- compounds having a nitrogen atom that can be used in the synthesis of a metal organic framework include compounds containing a nitrogen-containing functional group (e.g., an amino group, an amide group, an imide group, etc.)
- Specific examples of compounds having a nitrogen atom include N,N-dimethylformamide (DMF), N,N-diethylformamide (DEF), N,N-dimethylacetamide (DMAc), ammonia, and triethylamine.
- the metal organic framework may be contained alone or in combination of two or more.
- the content of the metal organic framework in the gas adsorbent is preferably 10% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, relative to the total amount of the gas adsorbent.
- the content of the metal organic framework may be 100% by mass. That is, the gas adsorbent may consist only of the metal organic framework.
- the content of the metal organic framework may be 50% by mass or less, or may be 30% by mass or less.
- the maximum pore diameter of the metal organic framework is preferably 0.2 nm to 10.0 nm, and more preferably 0.4 nm to 1.5 nm.
- the "maximum pore diameter” refers to the maximum diameter of the pores formed in the metal-organic framework.
- the maximum pore diameter is measured using a nitrogen adsorption measurement device, for example, Model “AUTOSORB-1” (manufactured by Anton Paar).
- the metal-organic framework is preferably in the form of particles.
- the primary particle size of the particles is preferably 0.01 ⁇ m to 3.0 ⁇ m, more preferably 0.02 ⁇ m to 2.0 ⁇ m, and even more preferably 0.03 ⁇ m to 1.5 ⁇ m.
- the BET specific surface area per mass of the metal organic framework is not particularly limited, and may be 500 m 2 /g to 2000 m 2 /g, 600 m 2 /g to 1600 m 2 /g, or 700 m 2 /g to 1500 m 2 /g.
- the method for measuring the BET specific surface area per mass of the metal organic framework is the same as the method described in the examples.
- the gas adsorbent according to the present disclosure may contain components other than the metal organic framework.
- the other components are not particularly limited, and examples thereof include known deodorizers (e.g., acidic gas deodorizers, basic gas deodorizers, sulfur-based gas deodorizers, aldehyde-based gas deodorizers, and ketone-based gas deodorizers), antibacterial agents, antifungal agents, antiviral processing agents, antiallergens, defoaming agents, colorants, preservatives, viscosity adjusters, fragrances, surfactants, water, solvents, preservatives, moisturizers, thickeners, pH adjusters, bleaching agents, chelating agents, water-soluble salts, and oils.
- deodorizers e.g., acidic gas deodorizers, basic gas deodorizers, sulfur-based gas deodorizers, aldehyde-based gas deodorizers, and ketone-based gas deodorizers
- antibacterial agents e.g
- the gas adsorbent according to the present disclosure is preferably used to adsorb acidic gases.
- the malodorous gases are preferably acidic gases.
- An "acidic gas” is a gas of volatile molecules that have free protons.
- the gas adsorbent according to the present disclosure is also preferably used to adsorb basic gases, aldehyde gases, or VOC (Volatile Organic Compound) gases.
- a “basic gas” is a gas whose molecules have unshared electron pairs and exhibit volatility.
- Examples of basic gases include ammonia, trimethylamine, pyridine, skatole, and hydrazine.
- Aldehyde gas is a molecular gas that has an aldehyde group (-CHO) and exhibits volatility.
- aldehyde gases include formaldehyde, nonenal, acetaldehyde, propionaldehyde, normal butyraldehyde, isobutyraldehyde, normal valeraldehyde, and isovaleraldehyde.
- VOC gas refers to organic compounds that have evaporated into the air, and refers to gases that have evaporated from substances classified as highly volatile organic compounds (VVOCs), volatile organic compounds (VOCs), semi-volatile organic compounds (SVOCs), or particulate organic compounds (POMs) according to the classification method defined by the World Health Organization (WHO). More preferably, it refers to gases that have evaporated from highly volatile organic compounds (VVOCs) and volatile organic compounds (VOCs).
- the gas adsorbent according to the present disclosure is also preferably used to adsorb carbon dioxide or indole.
- the adsorption capacity of the gas adsorbent for aldehyde gases is not particularly limited, but is preferably 0.5 mL/g or more, more preferably 1.0 mL/g or more, and even more preferably 1.5 mL/g or more.
- the gas adsorbed by the gas adsorbent may be formaldehyde gas, acetaldehyde gas, or nonenal.
- the VOC gas adsorption capacity of the gas adsorbent is not particularly limited, but is preferably 5 mL/g or more, more preferably 10 mL/g or more, and even more preferably 15 mL/g or more.
- the gas adsorbed by the gas adsorbent may be toluene gas.
- adsorption capacity refers to the maximum amount of a specific gas that a gas adsorbent can adsorb.
- adsorption capacity refers to the adsorption capacity achieved by both physical adsorption and chemical adsorption mechanisms.
- the reduction rate represented by the following formula (1) is preferably 50% or less.
- Reduction rate 100 ⁇ ⁇ (weight average molecular weight of heated product of polyester resin alone) - (weight average molecular weight of heated product of mixture) / (weight average molecular weight of heated product of the polyester resin alone) ⁇
- the heated product of the polyester resin alone refers to a product obtained by heating the polyester resin alone at 280° C. for 1 hour.
- the heated mixture refers to a mixture obtained by heating a mixture consisting of 80 parts by mass of the polyester resin and 20 parts by mass of the gas adsorbent at 280° C. for 1 hour.
- the gas adsorbent according to the present disclosure can further suppress coloration and decomposition of polyester resins by being kneaded into the polyester resins.
- the reduction rate is more preferably 25% or less, and further preferably 18% or less.
- the reduction rate may be 10% or more.
- the gas adsorbent according to the present disclosure can be suitably used as a kneaded yarn, a textile product, or a resin composite (i.e., a resin material in which the gas adsorbent is kneaded into the resin). Furthermore, the gas adsorbent according to the present disclosure is particularly suitable for use in polyester resin kneaded yarn, polyester resin fiber products, or polyester resin composites because it suppresses discoloration and decomposition of polyester resin during mixing and/or contact.
- the gas adsorbent according to the present disclosure can also be suitably used, for example, in a processing liquid for gas adsorption or a resin composition (i.e., a mixture containing the gas adsorbent according to the present disclosure and a resin other than a resin composite).
- a resin composition i.e., a mixture containing the gas adsorbent according to the present disclosure and a resin other than a resin composite.
- the resin composite or resin composition according to the present disclosure preferably contains the gas adsorbent and resin (including recycled resin) according to the present disclosure, and more preferably contains the gas adsorbent and polyester resin according to the present disclosure.
- the method for producing the resin composite or resin composition is not particularly limited, and examples include a method in which the gas adsorbent and resin are mixed together and then molded, and a method in which pelletized resin containing a high concentration of gas adsorbent is prepared in advance, and the pelletized resin is mixed with another resin and then molded. Molding methods include injection molding, extrusion molding, inflation molding, and vacuum molding.
- the resin constituting the resin composite or resin composition is not particularly limited, and examples thereof include polyester resin, polyurethane resin, polyolefin resin, polyamide resin, polyether resin, acrylic resin, acrylonitrile butadiene styrene (ABS resin), nylon, polystyrene resin, polycarbonate resin, and vinyl chloride resin. Of these, polyester resins are preferably used.
- the content of the gas adsorbent in the resin composite or resin composition is preferably 0.1% by mass to 50% by mass, more preferably 0.2% by mass to 35% by mass, and particularly preferably 0.5% by mass to 25% by mass, relative to the total amount of the resin composite or resin composition.
- the resin composite or resin composition may contain additives.
- additives include pigments, dyes, antioxidants, light stabilizers, antistatic agents, foaming agents, impact strength agents, glass fibers, moisture-proofing agents, thickeners, known deodorizers (e.g., acidic gas deodorizers, basic gas deodorizers, sulfur-based gas deodorizers, aldehyde-based gas deodorizers, and ketone-based gas deodorizers), antibacterial agents, antifungal agents, antiviral processing agents, antiallergens, defoamers, colorants, preservatives, viscosity adjusters, fragrances, surfactants, preservatives, moisturizers, water-soluble salts, and oils.
- deodorizers e.g., acidic gas deodorizers, basic gas deodorizers, sulfur-based gas deodorizers, aldehyde-based gas deodorizers, and ketone-based gas deodorizers
- antibacterial agents e.g., acid
- the resin composite or resin composition disclosed herein can be applied to a variety of products that require deodorizing properties.
- products include home appliances (e.g., air purifiers, refrigerators, air conditioners, etc.), general household items (e.g., trash cans, drainers, plastic wrap, sponges, etc.), nursing care products (e.g., portable toilets, etc.), housing materials (e.g., wallpaper, toilet bowls, toilet seats, kitchen counters, ventilation fan filters, paint, etc.), vehicle interiors, pet products, and everyday items.
- the gas adsorbent according to the present disclosure has a high gas adsorption capacity and can therefore be applied to processing liquids (e.g., deodorizing processing liquids, etc.) that are applied to or impregnated into yarns, textile products, wood products, resin products, metal products, etc.
- the processing fluid preferably contains a dispersion medium, a dispersant, and an adhesive in addition to the gas adsorbent.
- the dispersion medium include organic solvents (such as alcohols, ketones, esters, and hydrocarbons), and water.
- examples of the dispersant include polycarboxylic acid dispersants, naphthalenesulfonic acid formalin condensation dispersants, polyethylene glycol, alkylsulfonic acid dispersants, quaternary ammonium dispersants, higher alcohol alkylene oxide dispersants, and polyphosphoric acid dispersants.
- examples of the dispersant include polycarboxylic acid alkyl ester dispersants, polyether dispersants, polyalkylamine dispersants, polyhydric alcohol ester dispersants, and alkylpolyamine dispersants.
- adhesives include novolac or resol phenolic resins, alkyd resins, aminoalkyd resins, acrylic resins, vinyl chloride resins, vinylidene chloride resins, silicone resins, fluororesins, epoxy resins, urethane resins, saturated polyester resins, and melamine resins.
- the content of the gas adsorbent in the processing fluid is preferably 0.1% to 50% by mass, more preferably 0.2% to 30% by mass, and even more preferably 0.3% to 20% by mass, relative to the total amount of the processing fluid.
- the gas adsorbent according to the present disclosure can be suitably used in kneaded yarn or textile products.
- suitable examples of the textile product include textile products processed from the kneaded yarn, and textile products in which the gas adsorbent is attached to the surface of yarn, cloth, or the like. These can be suitably used as deodorizing fibers or deodorizing fabrics.
- the method for producing kneaded yarns or textile products using the gas adsorbent according to the present disclosure is not particularly limited, and examples include a method in which the gas adsorbent according to the present disclosure is kneaded into a textile raw material and then spun, and a method in which a deodorizing liquid containing the gas adsorbent according to the present disclosure is applied to a fiber (for example, a spun chemical fiber or natural fiber) and then dried.
- the fibers used in the present disclosure are not particularly limited, and examples thereof include chemical fibers (e.g., polyester resin, polyurethane resin, nylon, rayon, acrylic resin, vinylon, polypropylene, polyethylene, etc.), natural fibers (e.g., cotton, linen, silk, wool, etc.), and inorganic fibers (e.g., glass fiber, carbon fiber, alumina fiber, metal fiber, etc.). These fibers may be used alone or in combination of two or more. Of these, polyester resins are preferred.
- chemical fibers e.g., polyester resin, polyurethane resin, nylon, rayon, acrylic resin, vinylon, polypropylene, polyethylene, etc.
- natural fibers e.g., cotton, linen, silk, wool, etc.
- inorganic fibers e.g., glass fiber, carbon fiber, alumina fiber, metal fiber, etc.
- the content of the gas adsorbent in the kneaded yarn is preferably 0.1% to 5.0% by mass, more preferably 0.2% to 3.0% by mass, and particularly preferably 0.5% to 2.0% by mass, relative to the total amount of the kneaded yarn.
- textile products include underwear, stockings, socks, masks, futons, futon covers, cushions, blankets, carpets, curtains, sofas, car seats, air filters, air purifier filters, air conditioner filters, and nursing care clothing.
- the gas adsorbent disclosed herein has a high adsorption capacity for malodorous gases, making it suitable for use in deodorizing fabrics.
- the fabric may be woven fabric, nonwoven fabric, or a combination of these.
- the method for producing the deodorizing fabric is not particularly limited, and examples include a method of weaving the deodorizing fiber described above, a method of producing a nonwoven fabric using the deodorizing fiber described above by a known method, or a method of applying a deodorizing liquid containing the gas adsorbent according to the present disclosure to a fabric and then drying it.
- the content of the gas adsorbent in the deodorizing fabric is preferably 0.1 g to 5.0 g, more preferably 0.2 g to 4.0 g, and particularly preferably 0.3 g to 3.0 g per square meter of the area of the deodorizing fabric.
- the gas adsorbent according to the present disclosure has a high adsorption capacity for malodorous gases and can therefore be suitably applied to deodorizing filter media.
- the method for producing the deodorizing filter medium is not particularly limited, and examples include a method of applying a deodorizing liquid containing the gas adsorbent according to the present disclosure to a substrate and drying it, or a method of producing a deodorizing filter medium using the deodorizing fiber or deodorizing fabric.
- the substrate is not particularly limited as long as it has pores that allow filtration, and examples thereof include fibers, ceramics, and metals.
- the substrate may also have a honeycomb structure, which refers to a structure in which the cross section is in the form of continuous cells, and the shape of the cells is not particularly limited as long as it is polygonal.
- the content of the gas adsorbent in the deodorizing filter medium is preferably 0.1 g to 40 g, more preferably 0.5 g to 35 g, and even more preferably 1.0 g to 30 g per square meter of the substrate.
- Deodorizing filter media can be used in a variety of products, including air filters, air purifier filters, air conditioner filters, drainers, and water purifiers.
- the reagents used in the examples are as follows: Zirconium oxychloride octahydrate (ZrOCl 2 ⁇ 8H 2 O, manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) Acetic acid (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) - Sodium carbonate (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) - Terephthalic acid (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) - Sodium hydroxide (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) - Ethanol (Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) ZrCl 4 (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) - Dimethylformamide (Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) - Concentrated hydrochloric acid (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) - Methanol (
- TG-DTA Thermogravimetric analysis
- Thermogravimetric analysis was performed using a NETZSCH STA 2500 (NETZSCH Japan). Measurements were performed in air at temperatures between 30°C and 700°C, with a heating rate of 5°C/min.
- the TG-DTA graph was used to measure the amount of ligand defects according to the method described in Chemistry of Materials 2016, 28, 3749-3761, Supporting Information 3.4. Specifically, the point where the TG graph flattens out between 350°C and 400°C (TGA plateau) was read, and the point where the graph flattens out between 500°C and 700°C was normalized to 100.0% to determine the TGA plateau value (%).
- the amount of ligand defects was calculated by substituting the calculated value into Equations (20) and (21) in Supporting Information 3.4.4 of the same paper.
- ⁇ Acetic acid gas adsorption capacity evaluation test> Approximately 20 mg of the obtained metal-organic framework was placed as a sample in a bag made of a vinyl alcohol-based polymer film, the bag was sealed, and air was introduced into the bag so that the volume became 3 L. Then, acetic acid gas was introduced into the bag so that the acetic acid gas concentration became 1000 ppm. After 120 minutes had elapsed since the injection of acetic acid gas was completed, the residual gas concentration in the bag (hereinafter also referred to as "residual gas amount") was measured. The acetic acid gas adsorption capacity of each sample was calculated using the following formula (3A). The results are shown in Table 1.
- Equation (3A): acetic acid gas adsorption capacity (mL/g) [ ⁇ 1000 (ppm) - measured amount of residual gas (ppm) ⁇ ⁇ 3,000 (mL) ⁇ 1/1,000,000] / amount of gas adsorbent used in measurement (g)
- Isovaleric acid gas adsorption capacity (mL/g) [ ⁇ 100 (ppm) - measured amount of residual gas (ppm) ⁇ ⁇ 1,500 (mL) ⁇ 1/1,000,000] / amount of gas adsorbent used in measurement (g)
- Equation (3C): Ammonia gas adsorption capacity (mL/g) [ ⁇ 500 (ppm) - residual gas amount (ppm) ⁇ ⁇ 3,000 (mL) ⁇ 1/1,000,000] / amount of gas adsorbent used in measurement (g)
- Trimethylamine gas adsorption capacity evaluation test Approximately 10 mg of the obtained metal-organic framework was placed as a sample in a bag made of a vinyl alcohol-based polymer film, the bag was sealed, and air was introduced into the bag so that the volume was 3 L. Trimethylamine gas was then introduced into the bag so that the trimethylamine gas concentration was 250 ppm. 120 minutes after the injection of trimethylamine gas was completed, the residual gas concentration in the bag (hereinafter also referred to as "residual gas amount”) was measured. The adsorption capacity of trimethylamine gas for each sample was calculated using the following formula (3D). The results are shown in Table 4.
- Trimethylamine gas adsorption capacity (mL/g) [ ⁇ 250 (ppm) - residual gas amount (ppm) ⁇ ⁇ 3,000 (mL) ⁇ 1/1,000,000] / amount of gas adsorbent used in measurement (g)
- Equation (3E): Formaldehyde gas adsorption capacity (mL/g) [ ⁇ 200 (ppm) - residual gas amount (ppm) ⁇ ⁇ 3,000 (mL) ⁇ 1/1,000,000] / amount of gas adsorbent used in measurement (g)
- ⁇ Toluene gas adsorption capacity evaluation test> Approximately 10 mg of the obtained metal-organic framework was placed as a sample in a bag made of a vinyl alcohol-based polymer film, the bag was sealed, and air was introduced into the bag so that the volume was 3 L. Toluene gas was then introduced into the bag so that the toluene gas concentration was 100 ppm. 120 minutes after the completion of the toluene gas injection, the residual gas concentration in the bag (hereinafter also referred to as "residual gas amount”) was measured. The toluene gas adsorption capacity of each sample was calculated using the following formula (3F). The results are shown in Table 6.
- Toluene gas adsorption amount (mL/g) [ ⁇ 100 (ppm) - residual gas amount (ppm) ⁇ ⁇ 3,000 (mL) ⁇ 1/1,000,000] / amount of gas adsorbent used in measurement (g)
- ⁇ Nonenal adsorption performance evaluation test (sensory test)>
- a nonenal solution with an odor intensity equivalent to 3.5 0.7 mL of 2-nonenal (Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was placed in a 100 mL measuring flask and made up to volume with ethanol (Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 0.3 mL of this solution was placed in a new 100 mL measuring flask and made up to volume with ethanol to prepare a nonenal solution with an odor intensity equivalent to 3.5.
- acetaldehyde gas adsorption capacity evaluation test Approximately 20 mg of the obtained metal-organic framework was placed as a sample in a bag made of a vinyl alcohol-based polymer film, the bag was sealed, and air was introduced into the bag so that the volume was 3 L. Then, acetaldehyde gas was introduced into the bag so that the acetaldehyde gas concentration was 100 ppm. After 120 minutes had elapsed since the injection of acetaldehyde gas was completed, the residual gas concentration in the bag (hereinafter also referred to as "residual gas amount") was measured. The acetaldehyde gas adsorption capacity of each sample was calculated using the following formula (3G). The results are shown in Table 8.
- Acetaldehyde gas adsorption amount (mL/g) [ ⁇ 100 (ppm) - residual gas amount (ppm) ⁇ ⁇ 3,000 (mL) ⁇ 1/1,000,000] / amount of gas adsorbent used in measurement (g)
- the MOF of Example 1 demonstrated adsorption performance for all gases. Furthermore, the MOF of Example 1 had superior or equivalent adsorption performance compared to existing gas adsorbents specialized for each gas. This indicates that the MOF of Example 1 can function alone as an excellent adsorbent for various types of gases.
- Fig. 2 is the spectrum of the metal organic framework obtained in Example 1.
- Fig. 3 is the spectrum of the metal organic framework obtained in Reference Example 1.
- Fig. 4 is the spectrum of the metal organic framework obtained in Comparative Example 1. In each figure, the vertical axis represents the diffracted X-ray intensity (Counts), and the horizontal axis represents the diffraction angle (2 ⁇ (°)).
- a mixture was obtained by mixing 0.8 g of polyester resin (MA2101M, manufactured by Unitika Ltd.) and 0.2 g of gas adsorbent. The mixture was placed in a magnetic crucible and heated at 280°C for 1 hour using a muffle furnace (FUW252PB, manufactured by Advantec Toyo Co., Ltd.). This resulted in a heated mixture. After cooling, 0.1 g of the heated mixture was cut out and dissolved in a 1:1 (volume ratio) mixed solvent of chloroform and 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol.
- Mw of the heated mixture The weight average molecular weight Mw of the heated mixture (hereinafter also referred to as "Mw of the heated mixture”) was measured using GPC (HLC-8120GPC, manufactured by Tosoh Corporation; column: TSKgel Super HZM-M 6.0 mm I.D. x 15 cm, manufactured by Tosoh Corporation).
- the Mw of the heated product of the polyester resin alone was measured in the same manner as in the measurement of the Mw of the heated product of the mixture, except that the mixture was changed to the polyester resin alone.
- the gas adsorbent of Example 1 had a smaller Mw reduction rate for the polyester resin than those of Reference Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. Therefore, it can be said that the gas adsorbents of the examples are suitable for use in kneading into polyester resins, etc.
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Abstract
Zr、Zn、Al及びMgよりなる群から選択される少なくとも1種の金属原子と、カルボキシ基及びカルボキシレート基よりなる群から選択される少なくとも1種の基を有する有機配位子と、を有し、前記有機配位子の部分的欠陥を含む、金属有機構造体。
Description
本開示は、金属有機構造体、ガス吸着剤、練り込み糸、繊維製品及び樹脂コンポジットに関する。
「悪臭」とは、ヒトに知覚できる臭気のうち不快に感じるものを指す。悪臭は、悪臭防止法に定められているような、事業活動に伴って発生するものを含む。悪臭は、ヒトの体臭、及び生活臭(例えば、ゴミの臭い等)も含む。我々の生活においてこれらの悪臭を取り除くことは、生活環境の保全において重要である。
これまでにも、活性炭やゼオライトをはじめ、様々な材料を用いて、悪臭に対するガス吸着剤が開発されてきた。その中でも、近年、ガス吸着剤としての利用が注目されている材料が、金属有機構造体(MOF、「多孔性金属錯体」ともいう。)である。
「金属有機構造体」とは、中心金属と有機配位子とから形成された、多孔性の三次元構造体である。金属有機構造体は、MOF(Metal Organic Framework)とも呼ばれ、近年広く研究されている。金属有機構造体の特徴は、大きな比表面積と、設計の自由さである。MOFは、均一なミクロ孔を有し、MOFの比表面積が大きい。そのため、高い吸着性能が期待できる。
「金属有機構造体」とは、中心金属と有機配位子とから形成された、多孔性の三次元構造体である。金属有機構造体は、MOF(Metal Organic Framework)とも呼ばれ、近年広く研究されている。金属有機構造体の特徴は、大きな比表面積と、設計の自由さである。MOFは、均一なミクロ孔を有し、MOFの比表面積が大きい。そのため、高い吸着性能が期待できる。
特許文献1では、MOFを生活臭用の消臭剤として用いることが提示されている。特許文献2では、悪臭用消臭剤としてMOFを用いることが提示されている。特許文献3及び4では、タバコ等を原因とするアルデヒドガスの吸着剤としてMOFを用いることが提示されている。
本開示が解決しようとする課題は、悪臭の原因である様々なガスを吸着可能な金属有機構造体、及び、当該金属有機構造体を含むガス吸着剤を提供することである。
本開示が解決しようとする他の課題は、前記ガス吸着剤を用いた練り込み糸、繊維製品又は樹脂コンポジットを提供することである。
本開示が解決しようとする他の課題は、前記ガス吸着剤を用いた練り込み糸、繊維製品又は樹脂コンポジットを提供することである。
上記課題を解決するための手段には、以下の態様が含まれる。
[1]
Zr、Zn、Al及びMgよりなる群から選択される少なくとも1種の金属原子と、
カルボキシ基及びカルボキシレート基よりなる群から選択される少なくとも1種の基を有する有機配位子と、
を有し、
前記有機配位子の部分的欠陥を含む、金属有機構造体。
[1-1]
前記有機配位子の欠陥割合が、1~99%である、[1]に記載の金属有機構造体。
[1-2]
前記有機配位子の欠陥割合が、5~80%である、[1]又は[1-1]に記載の金属有機構造体。
[1-3]
前記有機配位子の欠陥割合が、20~50%である、[1]~[1-2]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[2]
窒素原子の含有量が、前記金属有機構造体の全質量に対して、5質量%未満である、[1]~[1-3]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[3]
窒素原子の含有量が、前記金属有機構造体の全質量に対して、0.5質量%以下である、[1]~[2]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[4]
窒素原子の含有量が、前記金属有機構造体の全質量に対して、0.1質量%以下である、[1]~[3]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[5]
前記金属原子が、Zrである、[1]~[4]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[6]
前記有機配位子が、多価カルボン酸又はそのアニオンである、[1]~[5]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[7]
前記有機配位子が、ベンゼン骨格を有する多価カルボン酸又はそのアニオンである、[1]~[6]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[8]
前記有機配位子が、テレフタル酸又はそのアニオンである、[1]~[7]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[9]
前記金属原子が、Zrであり、
前記有機配位子が、テレフタル酸又はそのアニオンであり、
前記Zrと、前記テレフタル酸又はそのアニオンと、のモル比が、6:0.01以上6未満である、[1]~[8]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[10]
前記Zrと、前記テレフタル酸又はそのアニオンと、のモル比が、6:3.00以上5.70以下である、[9]に記載の金属有機構造体。
[10-1]
前記Zrと、前記テレフタル酸又はそのアニオンと、のモル比が、6:3.00以上5.50以下である、[9]又は[10]に記載の金属有機構造体。
[10-2]
前記Zrと、前記テレフタル酸又はそのアニオンと、のモル比が、6:3.00以上5.30以下である、[9]~[10-1]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[10-3]
前記Zrと、前記テレフタル酸又はそのアニオンと、のモル比が、6:3.50以上5.00以下である、[9]~[10-2]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[10-4]
前記Zrと、前記テレフタル酸又はそのアニオンと、のモル比が、6:4.00以上4.90以下である、[9]~[10-3]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[10-5]
前記Zrと、前記テレフタル酸又はそのアニオンと、のモル比が、6:4.50以上4.80以下である、[9]~[10-4]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[11]
下記式(A):
[Zr6(OH)4O4(bdc)nLx] (A)
(式中、
bdcは、テレフタル酸又はそのアニオンであり、
nは、0.01以上6未満であり、
Lは、bdc以外の配位子であり、
xは、0以上の任意の数である)
で表される、[1]~[8]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[12]
式(A)のnが、3.00以上5.70以下である、[11]に記載の金属有機構造体。
[12-1]
式(A)のnが、3.00以上5.50以下である、[11]又は[12]に記載の金属有機構造体。
[12-2]
式(A)のnが、3.50以上5.00以下である、[11]~[12-1]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[12-3]
式(A)のnが、3.50以上4.80以下である、[11]~[12-2]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[13]
[1]~[12-3]のいずれかに記載の金属有機構造体を含む、ガス吸着剤。
[14]
悪臭ガスを吸着するための、[13]に記載のガス吸着剤。
[15]
酸性ガス、塩基性ガス、アルデヒド系ガス及びVOCガスよりなる群から選択される少なくとも1種のガスを吸着するための、[13]に記載のガス吸着剤。
[15-1]
酸性ガスを吸着するための、[13]に記載のガス吸着剤。
[15-2]
塩基性ガスを吸着するための、[13]に記載のガス吸着剤。
[15-3]
アルデヒド系ガスを吸着するための、[13]に記載のガス吸着剤。
[15-4]
VOCガスを吸着するための、[13]に記載のガス吸着剤。
[16]
酸性ガス、塩基性ガス、アルデヒド系ガス及びVOCガスを吸着するための、[13]に記載のガス吸着剤。
[17]
[13]~[16]のいずれかに記載のガス吸着剤を含む、練り込み糸。
[18]
[13]~[16]のいずれかに記載のガス吸着剤を含む、繊維製品。
[19]
[13]~[16]のいずれかに記載のガス吸着剤を含む、樹脂コンポジット。
[1]
Zr、Zn、Al及びMgよりなる群から選択される少なくとも1種の金属原子と、
カルボキシ基及びカルボキシレート基よりなる群から選択される少なくとも1種の基を有する有機配位子と、
を有し、
前記有機配位子の部分的欠陥を含む、金属有機構造体。
[1-1]
前記有機配位子の欠陥割合が、1~99%である、[1]に記載の金属有機構造体。
[1-2]
前記有機配位子の欠陥割合が、5~80%である、[1]又は[1-1]に記載の金属有機構造体。
[1-3]
前記有機配位子の欠陥割合が、20~50%である、[1]~[1-2]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[2]
窒素原子の含有量が、前記金属有機構造体の全質量に対して、5質量%未満である、[1]~[1-3]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[3]
窒素原子の含有量が、前記金属有機構造体の全質量に対して、0.5質量%以下である、[1]~[2]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[4]
窒素原子の含有量が、前記金属有機構造体の全質量に対して、0.1質量%以下である、[1]~[3]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[5]
前記金属原子が、Zrである、[1]~[4]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[6]
前記有機配位子が、多価カルボン酸又はそのアニオンである、[1]~[5]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[7]
前記有機配位子が、ベンゼン骨格を有する多価カルボン酸又はそのアニオンである、[1]~[6]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[8]
前記有機配位子が、テレフタル酸又はそのアニオンである、[1]~[7]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[9]
前記金属原子が、Zrであり、
前記有機配位子が、テレフタル酸又はそのアニオンであり、
前記Zrと、前記テレフタル酸又はそのアニオンと、のモル比が、6:0.01以上6未満である、[1]~[8]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[10]
前記Zrと、前記テレフタル酸又はそのアニオンと、のモル比が、6:3.00以上5.70以下である、[9]に記載の金属有機構造体。
[10-1]
前記Zrと、前記テレフタル酸又はそのアニオンと、のモル比が、6:3.00以上5.50以下である、[9]又は[10]に記載の金属有機構造体。
[10-2]
前記Zrと、前記テレフタル酸又はそのアニオンと、のモル比が、6:3.00以上5.30以下である、[9]~[10-1]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[10-3]
前記Zrと、前記テレフタル酸又はそのアニオンと、のモル比が、6:3.50以上5.00以下である、[9]~[10-2]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[10-4]
前記Zrと、前記テレフタル酸又はそのアニオンと、のモル比が、6:4.00以上4.90以下である、[9]~[10-3]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[10-5]
前記Zrと、前記テレフタル酸又はそのアニオンと、のモル比が、6:4.50以上4.80以下である、[9]~[10-4]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[11]
下記式(A):
[Zr6(OH)4O4(bdc)nLx] (A)
(式中、
bdcは、テレフタル酸又はそのアニオンであり、
nは、0.01以上6未満であり、
Lは、bdc以外の配位子であり、
xは、0以上の任意の数である)
で表される、[1]~[8]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[12]
式(A)のnが、3.00以上5.70以下である、[11]に記載の金属有機構造体。
[12-1]
式(A)のnが、3.00以上5.50以下である、[11]又は[12]に記載の金属有機構造体。
[12-2]
式(A)のnが、3.50以上5.00以下である、[11]~[12-1]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[12-3]
式(A)のnが、3.50以上4.80以下である、[11]~[12-2]のいずれかに記載の金属有機構造体。
[13]
[1]~[12-3]のいずれかに記載の金属有機構造体を含む、ガス吸着剤。
[14]
悪臭ガスを吸着するための、[13]に記載のガス吸着剤。
[15]
酸性ガス、塩基性ガス、アルデヒド系ガス及びVOCガスよりなる群から選択される少なくとも1種のガスを吸着するための、[13]に記載のガス吸着剤。
[15-1]
酸性ガスを吸着するための、[13]に記載のガス吸着剤。
[15-2]
塩基性ガスを吸着するための、[13]に記載のガス吸着剤。
[15-3]
アルデヒド系ガスを吸着するための、[13]に記載のガス吸着剤。
[15-4]
VOCガスを吸着するための、[13]に記載のガス吸着剤。
[16]
酸性ガス、塩基性ガス、アルデヒド系ガス及びVOCガスを吸着するための、[13]に記載のガス吸着剤。
[17]
[13]~[16]のいずれかに記載のガス吸着剤を含む、練り込み糸。
[18]
[13]~[16]のいずれかに記載のガス吸着剤を含む、繊維製品。
[19]
[13]~[16]のいずれかに記載のガス吸着剤を含む、樹脂コンポジット。
[A1]
[1]~[12-3]のいずれかに記載の金属有機構造体と、ガスとを接触させて、前記ガスを吸着することを含む、ガスの吸着方法。
[A2]
前記ガスが、悪臭ガスである、[A1]に記載の方法。
[A3]
前記ガスが、酸性ガス、塩基性ガス、アルデヒド系ガス及びVOCガスよりなる群から選択される少なくとも1種のガスである、[A1]に記載の方法。
[A4]
前記ガスが、酸性ガスである、[A1]に記載の方法。
[A5]
前記ガスが、塩基性ガスである、[A1]に記載の方法。
[A6]
前記ガスが、アルデヒド系ガスである、[A1]に記載の方法。
[A7]
前記ガスが、VOCガスである、[A1]に記載の方法。
[A8]
前記ガスが、酸性ガス、塩基性ガス、アルデヒド系ガス及びVOCガスである、[A1]に記載の方法。
[1]~[12-3]のいずれかに記載の金属有機構造体と、ガスとを接触させて、前記ガスを吸着することを含む、ガスの吸着方法。
[A2]
前記ガスが、悪臭ガスである、[A1]に記載の方法。
[A3]
前記ガスが、酸性ガス、塩基性ガス、アルデヒド系ガス及びVOCガスよりなる群から選択される少なくとも1種のガスである、[A1]に記載の方法。
[A4]
前記ガスが、酸性ガスである、[A1]に記載の方法。
[A5]
前記ガスが、塩基性ガスである、[A1]に記載の方法。
[A6]
前記ガスが、アルデヒド系ガスである、[A1]に記載の方法。
[A7]
前記ガスが、VOCガスである、[A1]に記載の方法。
[A8]
前記ガスが、酸性ガス、塩基性ガス、アルデヒド系ガス及びVOCガスである、[A1]に記載の方法。
[B1]
[1]~[12-3]のいずれかに記載の金属有機構造体のガス吸着剤としての使用。
[B2]
前記ガスが、悪臭ガスである、[B1]に記載の使用。
[B3]
前記ガスが、酸性ガス、塩基性ガス、アルデヒド系ガス及びVOCガスよりなる群から選択される少なくとも1種のガスである、[B1]に記載の使用。
[B4]
前記ガスが、酸性ガスである、[B1]に記載の使用。
[B5]
前記ガスが、塩基性ガスである、[B1]に記載の使用。
[B6]
前記ガスが、アルデヒド系ガスである、[B1]に記載の使用。
[B7]
前記ガスが、VOCガスである、[B1]に記載の使用。
[B8]
前記ガスが、酸性ガス、塩基性ガス、アルデヒド系ガス及びVOCガスである、[B1]に記載の使用。
[1]~[12-3]のいずれかに記載の金属有機構造体のガス吸着剤としての使用。
[B2]
前記ガスが、悪臭ガスである、[B1]に記載の使用。
[B3]
前記ガスが、酸性ガス、塩基性ガス、アルデヒド系ガス及びVOCガスよりなる群から選択される少なくとも1種のガスである、[B1]に記載の使用。
[B4]
前記ガスが、酸性ガスである、[B1]に記載の使用。
[B5]
前記ガスが、塩基性ガスである、[B1]に記載の使用。
[B6]
前記ガスが、アルデヒド系ガスである、[B1]に記載の使用。
[B7]
前記ガスが、VOCガスである、[B1]に記載の使用。
[B8]
前記ガスが、酸性ガス、塩基性ガス、アルデヒド系ガス及びVOCガスである、[B1]に記載の使用。
本開示によれば、悪臭の原因である様々なガスを吸着可能な金属有機構造体、及び、当該金属有機構造体を含むガス吸着剤が提供され得る。
本開示によれば、前記ガス吸着剤を用いた練り込み糸、繊維製品又は樹脂コンポジットが提供され得る。
本開示によれば、前記ガス吸着剤を用いた練り込み糸、繊維製品又は樹脂コンポジットが提供され得る。
以下に記載する構成要件の説明は、本開示の代表的な実施形態に基づいてなされることがあるが、本開示はそのような実施態様に限定されるものではない。なお、本願明細書において「~」とはその前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。本明細書中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において、組成物中の各成分の量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する前記複数の物質の合計量を意味する。
本開示において、「工程」との語は、独立した工程だけでなく、他の工程と明確に区別できない場合であっても工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
本開示において、「質量%」と「重量%」とは同義であり、「質量部」と「重量部」とは同義である。
本開示において、2以上の好ましい態様の組み合わせは、より好ましい態様である。
以下において、本開示の内容について詳細に説明する。
本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。本明細書中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において、組成物中の各成分の量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する前記複数の物質の合計量を意味する。
本開示において、「工程」との語は、独立した工程だけでなく、他の工程と明確に区別できない場合であっても工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
本開示において、「質量%」と「重量%」とは同義であり、「質量部」と「重量部」とは同義である。
本開示において、2以上の好ましい態様の組み合わせは、より好ましい態様である。
以下において、本開示の内容について詳細に説明する。
(ガス吸着剤)
本開示に係るガス吸着剤は、金属有機構造体を含む。金属有機構造体は、Zr、Zn、Al及びMgよりなる群から選択される少なくとも1種の金属原子と、カルボキシ基及びカルボキシレート基よりなる群から選択される少なくとも1種の基を有する有機配位子とを有し、前記有機配位子の部分的欠陥を含む。
本開示に係るガス吸着剤は、酸性ガス、塩基性ガス、アルデヒド系ガス及びVOC(揮発性有機化合物)ガスよりなる群から選択される少なくとも1種の吸着剤として好適に用いることができる。
更に、本開示に係るガス吸着剤は、樹脂練り込み用ガス吸着剤として好適に用いることができ、ポリエステル樹脂練り込み用ガス吸着剤としてより好適に用いることができる。
本開示の一実施形態であるガス吸着剤は、消臭剤として種々の用途に使用することができる。本開示の一実施形態であるガス吸着剤は、繊維、樹脂、又は液体(例えば、水、又は有機溶剤等)等に配合し、消臭製品を製造するための原料として利用できる。
消臭製品の用途としては、例えば、消臭加工液、消臭繊維、消臭樹脂組成物、消臭布帛又は消臭濾材等が挙げられる。
本開示に係るガス吸着剤は、金属有機構造体を含む。金属有機構造体は、Zr、Zn、Al及びMgよりなる群から選択される少なくとも1種の金属原子と、カルボキシ基及びカルボキシレート基よりなる群から選択される少なくとも1種の基を有する有機配位子とを有し、前記有機配位子の部分的欠陥を含む。
本開示に係るガス吸着剤は、酸性ガス、塩基性ガス、アルデヒド系ガス及びVOC(揮発性有機化合物)ガスよりなる群から選択される少なくとも1種の吸着剤として好適に用いることができる。
更に、本開示に係るガス吸着剤は、樹脂練り込み用ガス吸着剤として好適に用いることができ、ポリエステル樹脂練り込み用ガス吸着剤としてより好適に用いることができる。
本開示の一実施形態であるガス吸着剤は、消臭剤として種々の用途に使用することができる。本開示の一実施形態であるガス吸着剤は、繊維、樹脂、又は液体(例えば、水、又は有機溶剤等)等に配合し、消臭製品を製造するための原料として利用できる。
消臭製品の用途としては、例えば、消臭加工液、消臭繊維、消臭樹脂組成物、消臭布帛又は消臭濾材等が挙げられる。
本発明者らが鋭意検討した結果、上記構成を有することにより、悪臭の原因である様々なガスを吸着可能な金属有機構造体を含むガス吸着剤を提供することができることを見出した。具体的には、以下の通りである。
本発明者らは、詳細な検討を行い、Zr、Zn、Al及びMgよりなる群から選択される少なくとも1種の金属原子と、カルボキシ基及びカルボキシレート基よりなる群から選択される少なくとも1種の基を有する有機配位子とを組みあわせ、かつ、有機配位子の部分的欠陥を含む金属有機構造体が、ガスの吸着性能に優れることを見出した。前記組み合わせであると、金属有機構造体は、適度な大きさかつ均一性に優れた細孔を有し、かつ金属有機構造体の比表面積が大きい。また、有機配位子の欠陥部分は、ガスの吸着サイトとして機能するため、細孔内でのガスが安定化する。そのため、本開示に係るガス吸着材は、ガスの吸着性能に優れると推定している。
本発明者らは、詳細な検討を行い、Zr、Zn、Al及びMgよりなる群から選択される少なくとも1種の金属原子と、カルボキシ基及びカルボキシレート基よりなる群から選択される少なくとも1種の基を有する有機配位子とを組みあわせ、かつ、有機配位子の部分的欠陥を含む金属有機構造体が、ガスの吸着性能に優れることを見出した。前記組み合わせであると、金属有機構造体は、適度な大きさかつ均一性に優れた細孔を有し、かつ金属有機構造体の比表面積が大きい。また、有機配位子の欠陥部分は、ガスの吸着サイトとして機能するため、細孔内でのガスが安定化する。そのため、本開示に係るガス吸着材は、ガスの吸着性能に優れると推定している。
本開示に係るガス吸着剤に用いられる金属有機構造体は、ヒトの体臭(例えば、汗臭等)等に含まれる酢酸ガスに対して、高い吸着性能を有する。また、他の酸性ガス、塩基性ガス、アルデヒド系ガス及びVOCガスに対しても高い吸着性能を有する。金属有機構造体は、白色の粉末である。
ガス吸着剤は悪臭ガスを吸着するために用いられることが好ましい。本開示において、「悪臭ガス」とは、人が不快に感じるガスをいう。「人が不快に感じるガス」とは、ガスの官能試験における9段階快・不快度表示法において、平均して中間値の0よりもマイナス側(不快側)に評価されるガスを指す。ガス吸着剤が悪臭ガスを吸着するために用いられることで、悪臭ガスはガス吸着剤に吸着されやすい。その結果、本開示のガス吸着剤は、悪臭ガスを取り除くことができる。
<金属有機構造体>
本開示に係るガス吸着剤は、金属有機構造体を含む。
前記金属有機構造体は、Zr、Zn、Al及びMgよりなる群から選択される少なくとも1種の金属原子と、カルボキシ基及びカルボキシレート基よりなる群から選択される少なくとも1種の基を有する有機配位子とを有し、前記有機配位子の部分的欠陥を含む。
本開示における金属有機構造体は、多孔性有機金属錯体ともいう。「多孔性」とは、複数の孔を有する構造であることを指す。複数の孔は、互いに連通してもよく、連通していなくてもよい。
本開示に係るガス吸着剤は、金属有機構造体を含む。
前記金属有機構造体は、Zr、Zn、Al及びMgよりなる群から選択される少なくとも1種の金属原子と、カルボキシ基及びカルボキシレート基よりなる群から選択される少なくとも1種の基を有する有機配位子とを有し、前記有機配位子の部分的欠陥を含む。
本開示における金属有機構造体は、多孔性有機金属錯体ともいう。「多孔性」とは、複数の孔を有する構造であることを指す。複数の孔は、互いに連通してもよく、連通していなくてもよい。
前記金属有機構造体に含まれる金属原子は、1種のみであってもよく、2種以上であってもよい。
前記金属有機構造体に含まれる金属原子は、ガスの吸着性の観点から、Zr及びZnよりなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましく、Zrであることがより好ましい。
中でも、前記金属有機構造体は、ガスの吸着性の観点から、金属クラスターを有することが好ましく、ジルコニウムクラスターを有することがより好ましく、ジルコニウムオキシクラスターを有することが特に好ましい。
前記金属有機構造体に含まれる金属原子は、ガスの吸着性の観点から、Zr及びZnよりなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましく、Zrであることがより好ましい。
中でも、前記金属有機構造体は、ガスの吸着性の観点から、金属クラスターを有することが好ましく、ジルコニウムクラスターを有することがより好ましく、ジルコニウムオキシクラスターを有することが特に好ましい。
前記金属有機構造体に用いられる有機配位子は、カルボキシ基及びカルボキシレート基よりなる群から選択される少なくとも1種の基を有すること以外、前記金属有機構造体を形成できるものであれば、特に限定されない。有機配位子は、エチレン骨格又はベンゼン骨格を有する多価カルボン酸又は多価カルボン酸アニオンであることが好ましい。なお、「多価カルボン酸又はそのアニオン」(及び、これと類似の表現、例えば「テレフタル酸又はそのアニオン」)との表現は、多価カルボン酸のみ、又は、多価カルボン酸のアニオンのみ、又は、多価カルボン酸及びそのアニオンの両方、のいずれをも包含する。「多価カルボン酸」とは、1分子中にカルボキシ基を2個以上含有する化合物である。有機配位子がエチレン骨格又はベンゼン骨格を有する多価カルボン酸又は多価カルボン酸アニオンであることで、本開示のガス吸着剤は、吸着性により優れる。
エチレン骨格を有する多価カルボン酸としては、例えば、フマル酸、又はマレイン酸等が挙げられるが、これらに限定されない。
ベンゼン骨格を有する多価カルボン酸としては、例えば、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、1,3,5-ベンゼントリカルボン酸又は4,4’-ビフェニルジカルボン酸等が挙げられるが、これらに限定されない。
カルボキシレート基を有する有機配位子としては、上記多価カルボン酸のアニオンが挙げられる。
中でも、金属有機構造体の形成性、及び、ガスの吸着性の観点から、有機配位子は、ジカルボン酸化合物又はビスカルボキシレートイオン化合物であることが好ましく、カルボキシ基及び二価の炭化水素基からなるジカルボン酸又はそのジアニオンであることがより好ましく、カルボキシ基及び二価の芳香族炭化水素基からなるジカルボン酸又はそのジアニオンであることが更に好ましく、テレフタル酸又はテレフタル酸ジアニオンであることが特に好ましい。
「二価の炭化水素基」とは、金属イオンに配位可能な2つの官能基を有する有機配位子から2つの官能基を除いた炭化水素基を意味する。「二価の芳香族炭化水素基」とは、金属イオンに配位可能な2つの官能基を有する有機配位子から2つの官能基を除いた芳香族炭化水素基を意味する。
金属有機構造体の形成性、及び、ガスの吸着性の観点から、前記金属有機構造体における前記金属原子が、Zrであり、前記有機配位子が、ジカルボン酸化合物又はビスカルボキシレートイオン化合物であることが好ましく、前記金属有機構造体における前記金属原子が、Zrであり、前記有機配位子が、テレフタル酸又はテレフタル酸ジアニオンであることが特に好ましい。
ベンゼン骨格を有する多価カルボン酸としては、例えば、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、1,3,5-ベンゼントリカルボン酸又は4,4’-ビフェニルジカルボン酸等が挙げられるが、これらに限定されない。
カルボキシレート基を有する有機配位子としては、上記多価カルボン酸のアニオンが挙げられる。
中でも、金属有機構造体の形成性、及び、ガスの吸着性の観点から、有機配位子は、ジカルボン酸化合物又はビスカルボキシレートイオン化合物であることが好ましく、カルボキシ基及び二価の炭化水素基からなるジカルボン酸又はそのジアニオンであることがより好ましく、カルボキシ基及び二価の芳香族炭化水素基からなるジカルボン酸又はそのジアニオンであることが更に好ましく、テレフタル酸又はテレフタル酸ジアニオンであることが特に好ましい。
「二価の炭化水素基」とは、金属イオンに配位可能な2つの官能基を有する有機配位子から2つの官能基を除いた炭化水素基を意味する。「二価の芳香族炭化水素基」とは、金属イオンに配位可能な2つの官能基を有する有機配位子から2つの官能基を除いた芳香族炭化水素基を意味する。
金属有機構造体の形成性、及び、ガスの吸着性の観点から、前記金属有機構造体における前記金属原子が、Zrであり、前記有機配位子が、ジカルボン酸化合物又はビスカルボキシレートイオン化合物であることが好ましく、前記金属有機構造体における前記金属原子が、Zrであり、前記有機配位子が、テレフタル酸又はテレフタル酸ジアニオンであることが特に好ましい。
前記金属有機構造体における有機配位子の含有量は、前記金属原子の種類及び量に合わせて適宜に調整することができる。中でも、ガスの吸着性の観点から、金属原子と有機配位子とのモル比は、金属原子:有機配位子=6:0.01~6:5.99であることが好ましく、金属原子:有機配位子=6:1.00~6:5.70であることがより好ましく、金属原子:有機配位子=6:3.00~6:5.50であることが更に好ましく、金属原子:有機配位子=6:3.00~6:5.30であることが更に好ましく、金属原子:有機配位子=6:3.50~6:5.00であることが更に好ましく、金属原子:有機配位子=6:4.00~6:4.90であることが更に好ましく、金属原子:有機配位子=6:4.50~6:4.80であることが特に好ましい。
前記金属有機構造体は、有機配位子の部分的欠陥を含む。「有機配位子の部分的欠陥」とは、金属有機構造体を構成する複数の有機配位子のうちの一部が欠けていることを意味する。有機配位子が欠けている場所は、ガスの吸着サイトとして機能するため、ガス吸着性能が向上する。
有機配位子の欠陥割合は、金属有機構造体の種類に応じて適宜選択すればよいが、例えば、欠陥割合を、1~99%、5~80%、又は20~50%としてもよい。欠陥割合は、下記式で算出することができる。
欠陥割合=100×[(欠陥が無いMOFの配位子の数)-(欠陥が有るMOFの配位子の数)]/(欠陥が無いMOFの配位子の数)
欠陥割合=100×[(欠陥が無いMOFの配位子の数)-(欠陥が有るMOFの配位子の数)]/(欠陥が無いMOFの配位子の数)
MOFの配位子の数は、Chemistry of Materials 2016, 28, 3749-3761に記載の熱重量分析を利用した方法によって測定することができる。具体的な測定条件は後述の実施例に記載のとおりである。
有機配位子の欠陥割合は、例えば、金属有機構造体の合成時における配位子の割合を減らす、もしくはモジュレーターとなるモノカルボン酸を反応系中に添加することで、大きくすることができる。
金属原子がZrであり、有機配位子がテレフタル酸又はそのアニオンである金属有機構構造体の場合、Zrとテレフタル酸又はそのアニオンとのモル比は、好ましくは6:0.01以上6.00未満であり、より好ましくは6:1.00以上5.70以下であり、更に好ましくは6:3.00以上5.50以下であり、更に好ましくは6:3.00以上5.30以下であり、更に好ましくは6:3.50以上5.00以下であり、更に好ましくは6:4.00以上4.90以下であり、更に好ましくは6:4.50以上4.80以下である。
金属有機構構造体は、下記式(A)で表される構造を有することが好ましい。
[Zr6(OH)4O4(bdc)nLx] (A)
(式中、
bdcは、テレフタル酸又はそのアニオンであり、
nは、0.01以上6未満であり、
Lは、bdc以外の配位子であり、
xは、0以上の任意の数である)
[Zr6(OH)4O4(bdc)nLx] (A)
(式中、
bdcは、テレフタル酸又はそのアニオンであり、
nは、0.01以上6未満であり、
Lは、bdc以外の配位子であり、
xは、0以上の任意の数である)
式(A)のnが6である場合、有機配位子の部分的欠陥は存在しない。式(A)のnは、好ましくは3.0以上5.7以下であり、より好ましくは3.0以上5.5以下であり、更に好ましくは3.5以上5.0以下であり、特に好ましくは3.5以上4.80以下である。
式(A)のLは、bdcの欠陥部分に存在していてもよい任意の配位子である。Lとしては、例えば、カルボニル基含有配位子、窒素含有配位子、OH、及びH2Oが挙げられる。
カルボニル基含有配位子としては、例えば、カルボニル配位子、アシル配位子、ケトン配位子、アルデヒド配位子、カルボキシラート配位子、エステル配位子、アミド配位子、及びβ-ジケトナト配位子が挙げられる。
カルボキシラート配位子としては、例えば、ギ酸イオン配位子、酢酸イオン配位子、及びプロピオン酸イオン配位子が挙げられる。
カルボキシラート配位子としては、例えば、ギ酸イオン配位子、酢酸イオン配位子、及びプロピオン酸イオン配位子が挙げられる。
窒素含有配位子としては、例えば、アンモニア配位子、及びシアン配位子が挙げられる。
式(A)のLの数(すなわち、式(A)のx)は、配位子の種類に応じて異なるが、その最大数は、bdcの欠陥部分を全て埋めることができる配位子数である。
金属有機構造体における窒素分(窒素原子を有する化合物等)は、少ないことが好ましい。
近年、樹脂に練り込むことができるガス吸着剤、及び繊維に加工可能なガス吸着剤が求められているが、発明者らの検討によれば、配位子に窒素含有基を持つ金属有機構造体は、ポリエステル樹脂を着色することが分かった。この着色の原因について鋭意検討したところ、上記窒素含有基により、ポリエステル樹脂の分解が促進され、その結果として生じるキノン構造がポリエステル樹脂の吸収波長を可視光側にシフトさせることが着色の主要因であると推測された。これに対し、金属有機構造体に含まれる窒素分を少なくすることで、エステル系樹脂との加熱混合時及び成型時の樹脂の分解を抑制でき、さらに樹脂の着色も抑制できる。そのため、これまで加水分解や着色を引き起こすために使用できなかった樹脂(例えば、ポリエステル樹脂等)にも本開示に係る金属有機構造体を適用できる。その結果、ガス吸着剤としての加工用途が大幅に広がる。
近年、樹脂に練り込むことができるガス吸着剤、及び繊維に加工可能なガス吸着剤が求められているが、発明者らの検討によれば、配位子に窒素含有基を持つ金属有機構造体は、ポリエステル樹脂を着色することが分かった。この着色の原因について鋭意検討したところ、上記窒素含有基により、ポリエステル樹脂の分解が促進され、その結果として生じるキノン構造がポリエステル樹脂の吸収波長を可視光側にシフトさせることが着色の主要因であると推測された。これに対し、金属有機構造体に含まれる窒素分を少なくすることで、エステル系樹脂との加熱混合時及び成型時の樹脂の分解を抑制でき、さらに樹脂の着色も抑制できる。そのため、これまで加水分解や着色を引き起こすために使用できなかった樹脂(例えば、ポリエステル樹脂等)にも本開示に係る金属有機構造体を適用できる。その結果、ガス吸着剤としての加工用途が大幅に広がる。
金属有機構造体における窒素原子の含有量は、樹脂の分解抑制及び樹脂の着色抑制の観点から、金属有機構造体の全質量に対して、5質量%以下であることが好ましく、5質量%未満であることがより好ましく、2.0質量%以下であることが更に好ましく、0.5質量%以下であることが特に好ましく、0.1質量%以下であることが最も好ましい。金属有機構造体における窒素原子の含有量の下限値は、0質量%である。なお、「金属有機構造体の全質量」とは、金属有機構造体を120℃で6時間真空乾燥させた後の重量である。
窒素原子を有する化合物を金属有機構造体の反応基質又は溶媒(特に溶媒)に使用した場合に、金属有機構造体及びガス吸着剤への窒素原子の混入が見られる。
金属有機構造体の合成時に使用される窒素原子を有する化合物としては、窒素含有官能基(例えば、アミノ基、アミド基又はイミド基等)を含む化合物が挙げられる。具体的に、窒素原子を有する化合物としては、例えば、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジエチルホルムアミド(DEF)、N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、アンモニア、又はトリエチルアミン等が挙げられる。
窒素原子を有する化合物を金属有機構造体の反応基質又は溶媒(特に溶媒)に使用した場合に、金属有機構造体及びガス吸着剤への窒素原子の混入が見られる。
金属有機構造体の合成時に使用される窒素原子を有する化合物としては、窒素含有官能基(例えば、アミノ基、アミド基又はイミド基等)を含む化合物が挙げられる。具体的に、窒素原子を有する化合物としては、例えば、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジエチルホルムアミド(DEF)、N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、アンモニア、又はトリエチルアミン等が挙げられる。
本開示に用いられる金属有機構造体の製造方法は、特に制限はなく、公知の方法、及び、これを応用した方法を好適に用いることができる。
金属有機構造体は、1種単独で含まれてもよいし、2種以上含まれてもよい。
ガス吸着剤中の金属有機構造体の含有量は、ガス吸着剤の全量に対して、10質量%以上であることが好ましく、50質量%以上であることがより好ましい。金属有機構造体の含有量は100質量%であってもよい。すなわち、ガス吸着剤は、金属有機構造体のみからなっていてもよい。金属有機構造体の含有量は、50質量%以下であってもよいし、30質量%以下であってもよい。
ガス吸着剤中の金属有機構造体の含有量は、ガス吸着剤の全量に対して、10質量%以上であることが好ましく、50質量%以上であることがより好ましい。金属有機構造体の含有量は100質量%であってもよい。すなわち、ガス吸着剤は、金属有機構造体のみからなっていてもよい。金属有機構造体の含有量は、50質量%以下であってもよいし、30質量%以下であってもよい。
金属有機構造体の最大細孔径が、0.2nm~10.0nmであることが好ましく、0.4nm~1.5nmであることがより好ましい。
「最大細孔径」とは、金属有機構造体に形成されている細孔における最大直径を意味する。最大細孔径は、窒素吸着測定装置を用いて測定され、例えば、型番「AUTOSORB-1」(アントンパール社製)を用いて測定してもよい。
「最大細孔径」とは、金属有機構造体に形成されている細孔における最大直径を意味する。最大細孔径は、窒素吸着測定装置を用いて測定され、例えば、型番「AUTOSORB-1」(アントンパール社製)を用いて測定してもよい。
金属有機構造体は、粒子であることが好ましい。粒子の一次粒径が0.01μm~3.0μmであることが好ましく、0.02μm~2.0μmであることがより好ましく、0.03μm~1.5μmであることがさらに好ましい。
一次粒径は、以下の方法で測定される。
まず、金属有機構造体を、セミインレンズ式走査型電子顕微鏡(SEM)(製品名「S-4800」、日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて適切な倍率で観察する。得られたSEM画像をもとに、粒子を特定する。単一の粒子が観察可能な倍率におけるSEM画像で、粒子の最も長い部分の径(以下、「最長径」ともいう)を測定する。100個の粒子の最長径の測定を行い、測定値の平均値を一次粒径とする。
まず、金属有機構造体を、セミインレンズ式走査型電子顕微鏡(SEM)(製品名「S-4800」、日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて適切な倍率で観察する。得られたSEM画像をもとに、粒子を特定する。単一の粒子が観察可能な倍率におけるSEM画像で、粒子の最も長い部分の径(以下、「最長径」ともいう)を測定する。100個の粒子の最長径の測定を行い、測定値の平均値を一次粒径とする。
金属有機構造体の質量当たりのBET比表面積は、特に限定されるものではなく、500m2/g~2000m2/gであってよく、600m2/g~1600m2/gであってよく、700m2/g~1500m2/gであってよい。金属有機構造体の質量当たりのBET比表面積の測定方法は、実施例に記載の方法と同様である。
金属有機構造体を粉体X線回折測定(PXRD)で測定し得られたスペクトルにおけるメインピークの半値幅(ピーク高さの1/2の高さのピーク幅)は、好ましくは0.4°以下であり、より好ましくは0.35°以下であり、特に好ましくは0.3°以下である。
本開示に係るガス吸着剤は、金属有機構造体以外の他の成分を含有していてもよい。
他の成分としては、特に制限はなく、例えば、公知の消臭剤(例えば、酸性ガス消臭剤、塩基性ガス消臭剤、硫黄系ガス消臭剤、アルデヒド系ガス消臭剤、又はケトン系ガス消臭剤等)、抗菌剤、防カビ剤、抗ウイルス加工剤、抗アレルゲン剤、消泡剤、着色剤、防腐剤、粘度調整剤、香料、界面活性剤、水、溶剤、保存料、保湿剤、増粘剤、pH調整剤、漂白剤、キレート剤、水溶性塩類、又は油剤等が挙げられる。
他の成分としては、特に制限はなく、例えば、公知の消臭剤(例えば、酸性ガス消臭剤、塩基性ガス消臭剤、硫黄系ガス消臭剤、アルデヒド系ガス消臭剤、又はケトン系ガス消臭剤等)、抗菌剤、防カビ剤、抗ウイルス加工剤、抗アレルゲン剤、消泡剤、着色剤、防腐剤、粘度調整剤、香料、界面活性剤、水、溶剤、保存料、保湿剤、増粘剤、pH調整剤、漂白剤、キレート剤、水溶性塩類、又は油剤等が挙げられる。
本開示に係るガス吸着剤は、酸性ガスを吸着するために用いられることが好ましい。換言すると、ガス吸着剤が悪臭ガスを吸着するために用いられる場合、悪臭ガスは、酸性ガスであることが好ましい。「酸性ガス」とは、遊離性のプロトンを持ち、揮発性を示す分子のガスである。酸性ガスとしては、例えば、カルボン酸類(例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、又はイソ吉草酸等)、ハロゲン化水素類(例えば、塩化水素、又は臭化水素等)、無機酸類(例えば、炭酸、硝酸、又は硫酸等)、又は酸性のガス(例えば、硫化水素等)等が挙げられる。中でも、本開示の一実施形態であるガス吸着剤は、カルボン酸類、及び硫化水素を吸着するために用いられることがより好ましい。本開示の一実施形態であるガス吸着剤は、酢酸ガスを吸着するために用いられることが特に好ましい。すなわち、本開示に係るガス吸着剤は、酸性ガス用吸着剤であることが好ましく、酢酸ガス用吸着剤であることがより好ましい。
本開示に係るガス吸着剤は、塩基性ガス、アルデヒド系ガス又はVOC(Volatile Organic Compounds)ガスを吸着するために用いられることも好ましい。
「塩基性ガス」とは、非共有電子対を持ち、揮発性を示す分子のガスである。
塩基性ガスとしては、例えば、アンモニア、トリメチルアミン、ピリジン、スカトール、及びヒドラジンが挙げられる。
塩基性ガスとしては、例えば、アンモニア、トリメチルアミン、ピリジン、スカトール、及びヒドラジンが挙げられる。
「アルデヒドガス」とは、アルデヒド基(-CHO)を持ち、揮発性を示す分子のガスである。
アルデヒド系ガスとしては、例えば、ホルムアルデヒド、ノネナール、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ノルマルブチルアルデヒド、イソブチルアルデヒド、ノルマルバレルアルデヒド、及びイソバレルアルデヒドが挙げられる。
アルデヒド系ガスとしては、例えば、ホルムアルデヒド、ノネナール、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ノルマルブチルアルデヒド、イソブチルアルデヒド、ノルマルバレルアルデヒド、及びイソバレルアルデヒドが挙げられる。
「VOCガス」とは、空気中に揮発した有機化合物であり、WHO(世界保健機構)が規定している分類方法で高揮発性有機化合物(VVOC)、揮発性有機化合物(VOC)、半揮発性有機化合物(SVOC)、粒子状有機化合物(POM)に分類される物質が揮発したガスを指す。より好ましくは高揮発性有機化合物(VVOC)、揮発性有機化合物(VOC)が揮発したガスである。
VOCガスとしては、例えば、トルエン、スチレン、ベンゼン、酢酸エチル、メチルメルカプタン、ジクロロメタン、エタノール、メチルエチルケトン、トリクロロエタン、キシレン、リモネン、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、パラジクロロベンゼン、エチルベンゼン、クロルピリホス、フタル酸ジ-n-ブチル、テトラデカン、フタル酸ジ-n-エチルヘキシル、ダイアジノン、フェノブカルブ及びL-ニコチン等が挙げられる。
VOCガスとしては、例えば、トルエン、スチレン、ベンゼン、酢酸エチル、メチルメルカプタン、ジクロロメタン、エタノール、メチルエチルケトン、トリクロロエタン、キシレン、リモネン、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、パラジクロロベンゼン、エチルベンゼン、クロルピリホス、フタル酸ジ-n-ブチル、テトラデカン、フタル酸ジ-n-エチルヘキシル、ダイアジノン、フェノブカルブ及びL-ニコチン等が挙げられる。
本開示に係るガス吸着剤は、二酸化炭素又はインドールを吸着するために用いられることも好ましい。
吸着容量において、ガス吸着剤に吸着されるガスは、酢酸ガスであってよく、酢酸ガスの吸着容量は、特に限定されないが、40mL/g以上であることが好ましく、45mL/g以上であることがより好ましく、50mL/g以上であることが更に好ましい。ガス吸着剤におけるガスの吸着容量が40mL/g以上であることで、本開示のガス吸着剤は、悪臭ガスをより取り除くことができる。
ガス吸着剤における塩基性ガスの吸着容量は、特に限定されないが、20mL/g以上であることが好ましく、25mL/g以上であることがより好ましく、30mL/g以上であることが更に好ましい。吸着容量において、ガス吸着剤に吸着されるガスは、アンモニアガスまたはトリメチルアミンガスであってよい。
ガス吸着剤におけるアルデヒド系ガスの吸着容量は、特に限定されないが、0.5mL/g以上であることが好ましく、1.0mL/g以上であることがより好ましく、1.5mL/g以上であることが更に好ましい。吸着容量において、ガス吸着剤に吸着されるガスは、ホルムアルデヒドガス、アセトアルデヒドガスまたはノネナールであってよい。
ガス吸着剤におけるVOCガスの吸着容量は、特に限定されないが、5mL/g以上であることが好ましく、10mL/g以上であることがより好ましく、15mL/g以上であることが更に好ましい。吸着容量において、ガス吸着剤に吸着されるガスは、トルエンガスであってよい。
本開示において、「吸着容量」とは、ガス吸着剤が吸着できる特定ガスの最大量を意味する。換言すると、「吸着容量」は、物理吸着と化学吸着の両吸着機構で吸着した吸着容量を意味する。
本開示において、ガスの吸着容量は、後述の実施例に記載の方法で測定される。
ガス吸着剤をポリエステル樹脂と組み合わせて使用する場合、下記式(1)で表される減少率が、50%以下であることが好ましい。
式(1):減少率=100×{(ポリエステル樹脂単体の加熱物の重量平均分子量)-(混合物の加熱物の重量平均分子量)/(前記ポリエステル樹脂単体の加熱物の重量平均分子量)}
式(1)中、前記ポリエステル樹脂単体の加熱物は、ポリエステル樹脂単体を280℃で1時間加熱して得られるものを示す。
前記混合物の加熱物は、80質量部の前記ポリエステル樹脂と20質量部の前記ガス吸着剤とからなる混合物を280℃で1時間加熱して得られるものを示す。
式(1)で表される減少率が、50%以下であると、ポリエステル樹脂への練り込み等により、本開示に係るガス吸着剤は、ポリエステル樹脂の着色及び分解をより抑制できる。
ポリエステル樹脂の着色及び分解をより抑制する観点から、減少率は、より好ましくは25%以下、さらに好ましくは18%以下である。減少率は、10%以上であってよい。
式(1):減少率=100×{(ポリエステル樹脂単体の加熱物の重量平均分子量)-(混合物の加熱物の重量平均分子量)/(前記ポリエステル樹脂単体の加熱物の重量平均分子量)}
式(1)中、前記ポリエステル樹脂単体の加熱物は、ポリエステル樹脂単体を280℃で1時間加熱して得られるものを示す。
前記混合物の加熱物は、80質量部の前記ポリエステル樹脂と20質量部の前記ガス吸着剤とからなる混合物を280℃で1時間加熱して得られるものを示す。
式(1)で表される減少率が、50%以下であると、ポリエステル樹脂への練り込み等により、本開示に係るガス吸着剤は、ポリエステル樹脂の着色及び分解をより抑制できる。
ポリエステル樹脂の着色及び分解をより抑制する観点から、減少率は、より好ましくは25%以下、さらに好ましくは18%以下である。減少率は、10%以上であってよい。
<用途>
本開示に係るガス吸着剤は、消臭剤等として種々の用途に使用することができる。本開示に係るガス吸着剤は、繊維、樹脂(リサイクル樹脂を含む。)、又は液体(例えば、水、又は有機溶剤等)等に配合し、消臭製品等を製造するための原料として利用できる。
中でも、前述したように、本開示に係るガス吸着剤は、樹脂練り込み用ガス吸着剤として好適に用いることができ、ポリエステル樹脂練り込み用ガス吸着剤としてより好適に用いることができる。
本開示に係るガス吸着剤は、消臭剤等として種々の用途に使用することができる。本開示に係るガス吸着剤は、繊維、樹脂(リサイクル樹脂を含む。)、又は液体(例えば、水、又は有機溶剤等)等に配合し、消臭製品等を製造するための原料として利用できる。
中でも、前述したように、本開示に係るガス吸着剤は、樹脂練り込み用ガス吸着剤として好適に用いることができ、ポリエステル樹脂練り込み用ガス吸着剤としてより好適に用いることができる。
本開示に係るガス吸着剤は、練り込み糸、繊維製品、又は、樹脂コンポジット(すなわち、ガス吸着剤が樹脂に練り込まれた樹脂材料)として好適に用いることができる。
更に、本開示に係るガス吸着剤は、混合及び/又は接触時におけるポリエステル樹脂の着色及び分解が抑制されるため、ポリエステル樹脂製練り込み糸、ポリエステル樹脂繊維製品、又は、ポリエステル樹脂コンポジットに特に好適に用いることができる。
本開示に係るガス吸着剤は、例えば、ガス吸着用の加工液、又は樹脂組成物(すなわち、樹脂コンポジット以外の、本開示に係るガス吸着剤及び樹脂を含む混合物)等にも好適に用いることができる。
更に、本開示に係るガス吸着剤は、混合及び/又は接触時におけるポリエステル樹脂の着色及び分解が抑制されるため、ポリエステル樹脂製練り込み糸、ポリエステル樹脂繊維製品、又は、ポリエステル樹脂コンポジットに特に好適に用いることができる。
本開示に係るガス吸着剤は、例えば、ガス吸着用の加工液、又は樹脂組成物(すなわち、樹脂コンポジット以外の、本開示に係るガス吸着剤及び樹脂を含む混合物)等にも好適に用いることができる。
本開示に係る樹脂コンポジット又は樹脂組成物は、本開示に係るガス吸着剤及び樹脂(リサイクル樹脂を含む。)を含むことが好ましく、本開示に係るガス吸着剤及びポリエステル樹脂を含むことがより好ましい。
樹脂コンポジット又は樹脂組成物を製造する方法は特に限定されず、例えば、上記ガス吸着剤と樹脂とを混合した後に成型する方法、及び、高濃度のガス吸着剤を含有するペレット状の樹脂をあらかじめ調製し、ペレット状の樹脂と他の樹脂とを混合した後に成型する方法が挙げられる。成型方法としては、射出成型、押出成型、インフレーション成型、又は真空成型が挙げられる。
樹脂コンポジット又は樹脂組成物を構成する樹脂は、特に限定されず、例えば、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテル樹脂、アクリル樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン(ABS樹脂)、ナイロン、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂又は塩化ビニル樹脂等が挙げられる。
中でも、ポリエステル樹脂を好適に用いることができる。
中でも、ポリエステル樹脂を好適に用いることができる。
樹脂コンポジット又は樹脂組成物中のガス吸着剤の含有量は、樹脂コンポジット又は樹脂組成物の全量に対して、0.1質量%~50質量%であることが好ましく、0.2質量%~35質量%であることがより好ましく、0.5質量%~25質量%であることが特に好ましい。
樹脂コンポジット又は樹脂組成物には、添加剤が含まれていてもよい。添加剤としては、例えば、顔料、染料、酸化防止剤、耐光安定剤、帯電防止剤、発泡剤、耐衝撃強化剤、ガラス繊維、防湿剤、増粘剤、公知の消臭剤(例えば、酸性ガス消臭剤、塩基性ガス消臭剤、硫黄系ガス消臭剤、アルデヒド系ガス消臭剤、又はケトン系ガス消臭剤等)、抗菌剤、防カビ剤、抗ウイルス加工剤、抗アレルゲン剤、消泡剤、着色剤、防腐剤、粘度調整剤、香料、界面活性剤、保存料、保湿剤、水溶性塩類、又は油剤等が挙げられる。
本開示に係る樹脂コンポジット又は樹脂組成物は、消臭性を必要とするさまざまな製品に適用可能である。製品としては、例えば、家電製品(例えば、空気清浄器、冷蔵庫、又はエアコン等)、一般家庭用品(例えば、ゴミ箱、水切り、ラップ、又はスポンジ等)、介護用品(例えば、ポータブルトイレ等)、住宅建材(例えば、壁紙、便器、便座、キッチンカウンター、換気扇フィルター、又は塗料等)、車両内装、ペット製品、又は日用品が挙げられる。
本開示に係るガス吸着剤は、ガスに対する吸着能が高いため、加工液(例えば、消臭加工液等)に適用することができる。加工液は、糸、繊維製品、木材製品、樹脂製品、又は金属製品等に、塗布又は浸透される。
加工液は、ガス吸着剤以外に、分散媒、分散剤、及び接着剤を含むことが好ましい。
分散媒としては、例えば、有機溶剤(例えば、アルコール、ケトン、エステル、又は炭化水素等)、又は、水等が挙げられる。
加工液は、ガス吸着剤以外に、分散媒、分散剤、及び接着剤を含むことが好ましい。
分散媒としては、例えば、有機溶剤(例えば、アルコール、ケトン、エステル、又は炭化水素等)、又は、水等が挙げられる。
分散媒が水である場合に、分散剤としては、例えば、ポリカルボン酸系分散剤、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合系分散剤、ポリエチレングリコール、アルキルスルホン酸系分散剤、第四級アンモニウム系分散剤、高級アルコールアルキレンオキサイド系分散剤、又はポリリン酸系分散剤等が挙げられる。
分散媒が有機溶剤である場合に、分散剤としては、例えば、ポリカルボン酸アルキルエステル系分散剤、ポリエーテル系分散剤、ポリアルキルアミン系分散剤、多価アルコールエステル系分散剤、又はアルキルポリアミン系分散剤等が挙げられる。
分散媒が有機溶剤である場合に、分散剤としては、例えば、ポリカルボン酸アルキルエステル系分散剤、ポリエーテル系分散剤、ポリアルキルアミン系分散剤、多価アルコールエステル系分散剤、又はアルキルポリアミン系分散剤等が挙げられる。
接着剤としては、例えば、ノボラック型又はレゾール型のフェノール樹脂、アルキド樹脂、アミノアルキド樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、飽和ポリエステル樹脂、又はメラミン樹脂等が挙げられる。
加工液中のガス吸着剤の含有量は、加工液の全量に対して、0.1質量%~50質量%であることが好ましく、0.2質量%~30質量%であることがより好ましく、0.3質量%~20質量%であることがさらに好ましい。
本開示に係るガス吸着剤は、練り込み糸、又は、繊維製品に好適に用いることができる。
繊維製品としては、前記練り込み糸を加工した繊維製品、又は、糸若しくは布等の表面に前記ガス吸着剤を付着させた繊維製品が好適に挙げられる。
これらは、消臭繊維又は消臭布帛として、好適に用いることができる。
繊維製品としては、前記練り込み糸を加工した繊維製品、又は、糸若しくは布等の表面に前記ガス吸着剤を付着させた繊維製品が好適に挙げられる。
これらは、消臭繊維又は消臭布帛として、好適に用いることができる。
本開示に係るガス吸着剤を用いた練り込み糸又は繊維製品を製造する方法は、特に限定されず、例えば、本開示に係るガス吸着剤を繊維原料に練り込んだ後に紡糸する方法、及び、繊維(例えば、紡糸した化学繊維、又は天然繊維等)に本開示に係るガス吸着剤を含む消臭加工液を塗工し、乾燥させる方法等が挙げられる。
本開示に用いられる繊維は、特に限定されず、例えば、化学繊維(例えば、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ナイロン、レーヨン、アクリル樹脂、ビニロン、ポリプロピレン、又はポリエチレン等)、天然繊維(例えば、綿、麻、絹、又は羊毛等)、又は無機繊維(例えば、ガラス繊維、炭素繊繊維、アルミナ繊維、又は金属繊維等)が挙げられる。これらの繊維を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
中でも、ポリエステル樹脂が好適に挙げられる。
中でも、ポリエステル樹脂が好適に挙げられる。
練り込み糸中のガス吸着剤の含有量は、練り込み糸の全量に対して、0.1質量%~5.0質量%であることが好ましく、0.2質量%~3.0質量%であることがより好ましく、0.5質量%~2.0質量%であることが特に好ましい。
繊維製品としては、例えば、肌着、ストッキング、靴下、マスク、布団、布団カバー、座布団、毛布、じゅうたん、カーテン、ソファー、カーシート、エアーフィルター、空気清浄機フィルター、エアコンフィルター、又は介護用衣類等が挙げられる。
本開示に係るガス吸着剤は、悪臭ガスに対する吸着能が高いため、消臭布帛に好適に適用することができる。布帛は、織布であってもよく、不織布であってもよく、これらを組み合わせたものであってもよい。
消臭布帛を製造する方法は特に限定されず、例えば、上記消臭繊維を用いて織る方法、上記消臭繊維を用いて公知の方法で不織布を作製する方法、又は、布帛に本開示に係るガス吸着剤を含む消臭加工液を塗工し、乾燥させる方法等が挙げられる。
消臭布帛中のガス吸着剤の含有量は、消臭布帛の面積1m2に対して、0.1g~5.0gであることが好ましく、0.2g~4.0gであることがより好ましく、0.3g~3.0gであることが特に好ましい。
本開示に係るガス吸着剤は、悪臭ガスに対する吸着能が高いため、消臭濾材に好適に適用することができる。
消臭濾材を製造する方法は特に限定されず、例えば、基材に本開示に係るガス吸着剤を含む消臭加工液を塗工し、乾燥させる方法、又は、前記消臭繊維又は消臭布帛を用いて消臭濾材を作製する方法等が挙げられる。
基材は、ろ過可能なように孔を有していれば特に限定されず、例えば、繊維、セラミック又は金属が挙げられる。
また、基材はハニカム構造を有していてもよい。ハニカム構造とは、断面が連続したセル状になっているもののことを指し、セルの形状は多角形であれば特に限定されない。
消臭濾材を製造する方法は特に限定されず、例えば、基材に本開示に係るガス吸着剤を含む消臭加工液を塗工し、乾燥させる方法、又は、前記消臭繊維又は消臭布帛を用いて消臭濾材を作製する方法等が挙げられる。
基材は、ろ過可能なように孔を有していれば特に限定されず、例えば、繊維、セラミック又は金属が挙げられる。
また、基材はハニカム構造を有していてもよい。ハニカム構造とは、断面が連続したセル状になっているもののことを指し、セルの形状は多角形であれば特に限定されない。
消臭濾材中のガス吸着剤の含有量は、基材の面積1m2に対して、0.1g~40gであることが好ましく、0.5g~35gであることがより好ましく、1.0g~30gであることがさらに好ましい。
消臭濾材は、さまざまな製品に適用可能である。製品としては、例えば、エアーフィルター、空気清浄機フィルター、エアコンフィルター、水切り又は浄水器等が挙げられる。
以下、実施例に基づいて本開示を具体的に説明する。なお、本開示は、これらの実施例により限定されるものではない。以下において「部」及び「%」は、特に断らない限り、「質量部」及び「質量%」をそれぞれ意味する。
<試薬>
実施例で使用する試薬は、下記の通りである。
・オキシ塩化ジルコニウム八水和物(ZrOCl2・8H2O、富士フィルム和光純薬株式会社製)
・酢酸(富士フィルム和光純薬株式会社製)
・炭酸ナトリウム(富士フィルム和光純薬株式会社製)
・テレフタル酸(東京化成工業株式会社製)
・水酸化ナトリウム(富士フィルム和光純薬株式会社製)
・エタノール(富士フィルム和光純薬株式会社製)
・ZrCl4(富士フィルム和光純薬株式会社製)
・ジメチルホルムアミド(富士フィルム和光純薬株式会社製)
・濃塩酸(富士フィルム和光純薬株式会社製)
・メタノール(富士フィルム和光純薬株式会社製)
実施例で使用する試薬は、下記の通りである。
・オキシ塩化ジルコニウム八水和物(ZrOCl2・8H2O、富士フィルム和光純薬株式会社製)
・酢酸(富士フィルム和光純薬株式会社製)
・炭酸ナトリウム(富士フィルム和光純薬株式会社製)
・テレフタル酸(東京化成工業株式会社製)
・水酸化ナトリウム(富士フィルム和光純薬株式会社製)
・エタノール(富士フィルム和光純薬株式会社製)
・ZrCl4(富士フィルム和光純薬株式会社製)
・ジメチルホルムアミド(富士フィルム和光純薬株式会社製)
・濃塩酸(富士フィルム和光純薬株式会社製)
・メタノール(富士フィルム和光純薬株式会社製)
<配位子欠陥の定量方法>
NETZSCH Japan製のNETZSCH STA 2500を使用して、熱重量分析(TG-DTA)を行った。空気中で測定し、測定温度は30℃~700℃、昇温条件は5℃/minであった。TG-DTAで得られたグラフを用い、Chemistry of Materials 2016, 28, 3749-3761 Supporting Information 3.4に記載の方法にて、配位子欠陥量を測定した。具体的には、TGのグラフにおいて350℃~400℃付近でグラフが平らになっている点(TGA plateau)を読み取り、次に500℃~700℃付近で平らになっている点を100.0%として規格化した場合のTGA plateauの値(%)を求め、求めた値を同論文のSupporting Information 3.4.4 Equation (20)及び(21)に代入することで配位子欠陥量を計算した。
NETZSCH Japan製のNETZSCH STA 2500を使用して、熱重量分析(TG-DTA)を行った。空気中で測定し、測定温度は30℃~700℃、昇温条件は5℃/minであった。TG-DTAで得られたグラフを用い、Chemistry of Materials 2016, 28, 3749-3761 Supporting Information 3.4に記載の方法にて、配位子欠陥量を測定した。具体的には、TGのグラフにおいて350℃~400℃付近でグラフが平らになっている点(TGA plateau)を読み取り、次に500℃~700℃付近で平らになっている点を100.0%として規格化した場合のTGA plateauの値(%)を求め、求めた値を同論文のSupporting Information 3.4.4 Equation (20)及び(21)に代入することで配位子欠陥量を計算した。
(実施例1:金属有機構造体(UiO-66)の合成)
<金属クラスター溶液の調製>
29.4gの純水に、4.64g(14.4mmol)のZrOCl2・8H2Oと、18.9gの酢酸とを加え、50℃で24時間撹拌した。その後、溶液に炭酸ナトリウムを加えて撹拌し、pH(25℃)を4.0~5.0に調整して、金属クラスター溶液を調製した。
<金属クラスター溶液の調製>
29.4gの純水に、4.64g(14.4mmol)のZrOCl2・8H2Oと、18.9gの酢酸とを加え、50℃で24時間撹拌した。その後、溶液に炭酸ナトリウムを加えて撹拌し、pH(25℃)を4.0~5.0に調整して、金属クラスター溶液を調製した。
<有機配位子溶液の調製>
26.2gの純水に、2.85g(17.1mmol)のテレフタル酸と、23.4g(1.50mol/L)の水酸化ナトリウム水溶液とを加え、80℃で30分撹拌し、有機配位子溶液を調製した。
26.2gの純水に、2.85g(17.1mmol)のテレフタル酸と、23.4g(1.50mol/L)の水酸化ナトリウム水溶液とを加え、80℃で30分撹拌し、有機配位子溶液を調製した。
<金属有機構造体の合成>
室温(25℃、以下同様)で、27.0gの金属クラスター溶液へ19.6gの有機配位子溶液を撹拌しながら滴下した。その後、20.2gのエタノールを加え、40℃で1時間撹拌した。遠心分離によって固液分離ののち、固体を回収し50mLの水で3回洗浄した後、80℃で一晩加熱して乾燥することによって、実施例1の金属有機構造体UiO-66(白色、粒子状)を得た。熱重量分析の結果(図1)、金属有機構造体UiO-66における配位子欠陥量は1.24個であり、[Zr6(OH)4O4(bdc)4.76]の構造(配位子欠陥割合:約20.7%)を有していた(bdcはテレフタレートジアニオンを表す)。
室温(25℃、以下同様)で、27.0gの金属クラスター溶液へ19.6gの有機配位子溶液を撹拌しながら滴下した。その後、20.2gのエタノールを加え、40℃で1時間撹拌した。遠心分離によって固液分離ののち、固体を回収し50mLの水で3回洗浄した後、80℃で一晩加熱して乾燥することによって、実施例1の金属有機構造体UiO-66(白色、粒子状)を得た。熱重量分析の結果(図1)、金属有機構造体UiO-66における配位子欠陥量は1.24個であり、[Zr6(OH)4O4(bdc)4.76]の構造(配位子欠陥割合:約20.7%)を有していた(bdcはテレフタレートジアニオンを表す)。
<酢酸ガス吸着容量評価試験>
得られた約20mgの金属有機構造体をサンプルとして、ビニルアルコール系ポリマーフィルム製の袋に入れ、袋を密封し、容量が3Lになるように袋の中に空気を入れた。その後、この袋に、酢酸ガス濃度が1000ppmになるように、酢酸ガスを入れた。酢酸ガスの注入が完了した時点から120分経過後、袋内の残存ガス濃度(以下、「残存ガス量」ともいう)を測定した。下記式(3A)により各サンプルの酢酸ガスの吸着容量を求めた。結果を表1に示す。
式(3A):酢酸ガスの吸着容量(mL/g)=[{1000(ppm)-残存ガス量の測定値(ppm)}×3,000(mL)×1/1,000,000]/測定に用いたガス吸着剤の量(g)
得られた約20mgの金属有機構造体をサンプルとして、ビニルアルコール系ポリマーフィルム製の袋に入れ、袋を密封し、容量が3Lになるように袋の中に空気を入れた。その後、この袋に、酢酸ガス濃度が1000ppmになるように、酢酸ガスを入れた。酢酸ガスの注入が完了した時点から120分経過後、袋内の残存ガス濃度(以下、「残存ガス量」ともいう)を測定した。下記式(3A)により各サンプルの酢酸ガスの吸着容量を求めた。結果を表1に示す。
式(3A):酢酸ガスの吸着容量(mL/g)=[{1000(ppm)-残存ガス量の測定値(ppm)}×3,000(mL)×1/1,000,000]/測定に用いたガス吸着剤の量(g)
<イソ吉草酸ガス吸着容量評価試験>
得られた約5mgの金属有機構造体をサンプルとして、ビニルアルコール系ポリマーフィルム製のバッグに入れ、袋を密封し、容量が1.5Lになるように袋の中に空気を入れた。その後、この袋に、イソ吉草酸ガス濃度が100ppmになるように、イソ吉草酸ガスを入れた。イソ吉草酸ガスの注入が完了した時点から120分経過後、袋内の残存ガス濃度(以下、「残存ガス量」ともいう)を測定した。下記式(3B)により各サンプルのイソ吉草酸ガスの吸着容量を求めた。結果を表2に示す。
式(3B):イソ吉草酸ガス吸着容量(mL/g)=[{100(ppm)-残存ガス量の測定値(ppm)}×1,500(mL)×1/1,000,000]/測定に用いたガス吸着剤の量(g)
得られた約5mgの金属有機構造体をサンプルとして、ビニルアルコール系ポリマーフィルム製のバッグに入れ、袋を密封し、容量が1.5Lになるように袋の中に空気を入れた。その後、この袋に、イソ吉草酸ガス濃度が100ppmになるように、イソ吉草酸ガスを入れた。イソ吉草酸ガスの注入が完了した時点から120分経過後、袋内の残存ガス濃度(以下、「残存ガス量」ともいう)を測定した。下記式(3B)により各サンプルのイソ吉草酸ガスの吸着容量を求めた。結果を表2に示す。
式(3B):イソ吉草酸ガス吸着容量(mL/g)=[{100(ppm)-残存ガス量の測定値(ppm)}×1,500(mL)×1/1,000,000]/測定に用いたガス吸着剤の量(g)
<アンモニアガス吸着容量評価試験>
得られた約10mgの金属有機構造体をサンプルとして、ビニルアルコール系ポリマーフィルム製のバッグに入れ、袋を密封し、容量が3Lになるように袋の中に空気を入れた。その後、この袋に、アンモニアガス濃度が500ppmになるように、アンモニアガスを入れた。アンモニアガスの注入が完了した時点から120分経過後、袋内の残存ガス濃度(以下、「残存ガス量」ともいう)を測定した。下記式(3C)により各サンプルのアンモニアガスの吸着容量を求めた。結果を表3に示す。
式(3C):アンモニアガス吸着容量(mL/g)=[{500(ppm)-残存ガス量(ppm)}×3,000(mL)×1/1,000,000]/測定に用いたガス吸着剤の量(g)
得られた約10mgの金属有機構造体をサンプルとして、ビニルアルコール系ポリマーフィルム製のバッグに入れ、袋を密封し、容量が3Lになるように袋の中に空気を入れた。その後、この袋に、アンモニアガス濃度が500ppmになるように、アンモニアガスを入れた。アンモニアガスの注入が完了した時点から120分経過後、袋内の残存ガス濃度(以下、「残存ガス量」ともいう)を測定した。下記式(3C)により各サンプルのアンモニアガスの吸着容量を求めた。結果を表3に示す。
式(3C):アンモニアガス吸着容量(mL/g)=[{500(ppm)-残存ガス量(ppm)}×3,000(mL)×1/1,000,000]/測定に用いたガス吸着剤の量(g)
<トリメチルアミンガス吸着容量評価試験>
得られた約10mgの金属有機構造体をサンプルとして、ビニルアルコール系ポリマーフィルム製のバッグに入れ、袋を密封し、容量が3Lになるように袋の中に空気を入れた。その後、この袋に、トリメチルアミンガス濃度が250ppmになるように、トリメチルアミンガスを入れた。トリメチルアミンガスの注入が完了した時点から120分経過後、袋内の残存ガス濃度(以下、「残存ガス量」ともいう)を測定した。下記式(3D)により各サンプルのトリメチルアミンガスの吸着容量を求めた。結果を表4に示す。
式(3D):トリメチルアミンガス吸着容量(mL/g)=[{250(ppm)-残存ガス量(ppm)}×3,000(mL)×1/1,000,000]/測定に用いたガス吸着剤の量(g)
得られた約10mgの金属有機構造体をサンプルとして、ビニルアルコール系ポリマーフィルム製のバッグに入れ、袋を密封し、容量が3Lになるように袋の中に空気を入れた。その後、この袋に、トリメチルアミンガス濃度が250ppmになるように、トリメチルアミンガスを入れた。トリメチルアミンガスの注入が完了した時点から120分経過後、袋内の残存ガス濃度(以下、「残存ガス量」ともいう)を測定した。下記式(3D)により各サンプルのトリメチルアミンガスの吸着容量を求めた。結果を表4に示す。
式(3D):トリメチルアミンガス吸着容量(mL/g)=[{250(ppm)-残存ガス量(ppm)}×3,000(mL)×1/1,000,000]/測定に用いたガス吸着剤の量(g)
<ホルムアルデヒドガス吸着容量評価試験>
得られた約20mgの金属有機構造体をサンプルとして、ビニルアルコール系ポリマーフィルム製のバッグに入れ、袋を密封し、容量が3Lになるように袋の中に空気を入れた。その後、この袋に、ホルムアルデヒドガス濃度が200ppmになるように、ホルムアルデヒドガスを入れた。ホルムアルデヒドガスの注入が完了した時点から120分経過後、袋内の残存ガス濃度(以下、「残存ガス量」ともいう)を測定した。下記式(3E)により各サンプルのホルムアルデヒドガスの吸着容量を求めた。結果を表5に示す。
式(3E):ホルムアルデヒドガス吸着容量(mL/g)=[{200(ppm)-残存ガス量(ppm)}×3,000(mL)×1/1,000,000]/測定に用いたガス吸着剤の量(g)
得られた約20mgの金属有機構造体をサンプルとして、ビニルアルコール系ポリマーフィルム製のバッグに入れ、袋を密封し、容量が3Lになるように袋の中に空気を入れた。その後、この袋に、ホルムアルデヒドガス濃度が200ppmになるように、ホルムアルデヒドガスを入れた。ホルムアルデヒドガスの注入が完了した時点から120分経過後、袋内の残存ガス濃度(以下、「残存ガス量」ともいう)を測定した。下記式(3E)により各サンプルのホルムアルデヒドガスの吸着容量を求めた。結果を表5に示す。
式(3E):ホルムアルデヒドガス吸着容量(mL/g)=[{200(ppm)-残存ガス量(ppm)}×3,000(mL)×1/1,000,000]/測定に用いたガス吸着剤の量(g)
<トルエンガス吸着容量評価試験>
得られた約10mgの金属有機構造体をサンプルとして、ビニルアルコール系ポリマーフィルム製のバッグに入れ、袋を密封し、容量が3Lになるように袋の中に空気を入れた。その後、この袋に、トルエンガス濃度が100ppmになるように、トルエンガスを入れた。トルエンガスの注入が完了した時点から120分経過後、袋内の残存ガス濃度(以下、「残存ガス量」ともいう)を測定した。下記式(3F)により各サンプルのトルエンガスの吸着容量を求めた。結果を表6に示す。
式(3F):トルエンガス吸着量(mL/g)=[{100(ppm)-残存ガス量(ppm)}×3,000(mL)×1/1,000,000]/測定に用いたガス吸着剤の量(g)
得られた約10mgの金属有機構造体をサンプルとして、ビニルアルコール系ポリマーフィルム製のバッグに入れ、袋を密封し、容量が3Lになるように袋の中に空気を入れた。その後、この袋に、トルエンガス濃度が100ppmになるように、トルエンガスを入れた。トルエンガスの注入が完了した時点から120分経過後、袋内の残存ガス濃度(以下、「残存ガス量」ともいう)を測定した。下記式(3F)により各サンプルのトルエンガスの吸着容量を求めた。結果を表6に示す。
式(3F):トルエンガス吸着量(mL/g)=[{100(ppm)-残存ガス量(ppm)}×3,000(mL)×1/1,000,000]/測定に用いたガス吸着剤の量(g)
<ノネナール吸着性能評価試験(官能試験)>
(1)臭気強度3.5相当ノネナール溶液の調製
0.7mLの2-ノネナール(富士フィルム和光純薬)を100mLメスフラスコに入れ、エタノール(富士フィルム和光純薬株式会社製)でメスアップした。この溶液0.3mLを新たな100mLメスフラスコに入れ、エタノールでメスアップして、臭気強度3.5相当ノネナール溶液を調製した。
(1)臭気強度3.5相当ノネナール溶液の調製
0.7mLの2-ノネナール(富士フィルム和光純薬)を100mLメスフラスコに入れ、エタノール(富士フィルム和光純薬株式会社製)でメスアップした。この溶液0.3mLを新たな100mLメスフラスコに入れ、エタノールでメスアップして、臭気強度3.5相当ノネナール溶液を調製した。
(2)臭気強度2.0相当ノネナール溶液の調製
上記(1)の臭気強度3.5相当溶液5mLを100mLメスフラスコに入れ、エタノールでメスアップして、臭気強度2.0相当ノネナール溶液を調製した。
上記(1)の臭気強度3.5相当溶液5mLを100mLメスフラスコに入れ、エタノールでメスアップして、臭気強度2.0相当ノネナール溶液を調製した。
(3)官能評価試験
約10mgの金属有機構造体を500mLの三角フラスコに投入した。同じフラスコに、上記(1)の臭気強度3.5相当ノネナール溶液5μLを注入した。注入後、メスフラスコの口を密閉し、120分静置して評価サンプルとした。
別の500mLの三角フラスコに、上記(2)の臭気強度2.0相当ノネナール溶液5μlを注入した。注入後、メスフラスコの口を密閉し、120分静置して臭気強度2.0相当の判定臭気に用いた。
別の500mLの三角フラスコに、上記(1)の臭気強度3.5相当ノネナール溶液5μLを注入した。注入後、メスフラスコの口を密閉し、120分静置して空試験(ブランク)サンプルとした。
120分経過後に、評価者が直接メスフラスコ内の気相の臭いを嗅ぎ、判定臭気ガス(臭気強度2.0相当)及び空試験と比較し、6段階臭気強度表示法に従い判定した。評価は3人で行い、3人の平均値を結果として算出した。結果を表7に示す。
約10mgの金属有機構造体を500mLの三角フラスコに投入した。同じフラスコに、上記(1)の臭気強度3.5相当ノネナール溶液5μLを注入した。注入後、メスフラスコの口を密閉し、120分静置して評価サンプルとした。
別の500mLの三角フラスコに、上記(2)の臭気強度2.0相当ノネナール溶液5μlを注入した。注入後、メスフラスコの口を密閉し、120分静置して臭気強度2.0相当の判定臭気に用いた。
別の500mLの三角フラスコに、上記(1)の臭気強度3.5相当ノネナール溶液5μLを注入した。注入後、メスフラスコの口を密閉し、120分静置して空試験(ブランク)サンプルとした。
120分経過後に、評価者が直接メスフラスコ内の気相の臭いを嗅ぎ、判定臭気ガス(臭気強度2.0相当)及び空試験と比較し、6段階臭気強度表示法に従い判定した。評価は3人で行い、3人の平均値を結果として算出した。結果を表7に示す。
[評価基準]
0:無臭
1:やっと感知できるにおい(検知閾値濃度)
2:何のにおいかがわかる弱いにおい(認知閾値濃度)
3:楽に感知できるにおい
4:強いにおい
5:強烈なにおい
0:無臭
1:やっと感知できるにおい(検知閾値濃度)
2:何のにおいかがわかる弱いにおい(認知閾値濃度)
3:楽に感知できるにおい
4:強いにおい
5:強烈なにおい
<アセトアルデヒドガス吸着容量評価試験>
得られた約20mgの金属有機構造体をサンプルとして、ビニルアルコール系ポリマーフィルム製のバッグに入れ、袋を密封し、容量が3Lになるように袋の中に空気を入れた。その後、この袋に、アセトアルデヒドガス濃度が100ppmになるように、アセトアルデヒドガスを入れた。アセトアルデヒドガスの注入が完了した時点から120分経過後、袋内の残存ガス濃度(以下、「残存ガス量」ともいう)を測定した。下記式(3G)により各サンプルのアセトアルデヒドガスの吸着容量を求めた。結果を表8に示す。
式(3G):アセトアルデヒドガス吸着量(mL/g)=[{100(ppm)-残存ガス量(ppm)}×3,000(mL)×1/1,000,000]/測定に用いたガス吸着剤の量(g)
得られた約20mgの金属有機構造体をサンプルとして、ビニルアルコール系ポリマーフィルム製のバッグに入れ、袋を密封し、容量が3Lになるように袋の中に空気を入れた。その後、この袋に、アセトアルデヒドガス濃度が100ppmになるように、アセトアルデヒドガスを入れた。アセトアルデヒドガスの注入が完了した時点から120分経過後、袋内の残存ガス濃度(以下、「残存ガス量」ともいう)を測定した。下記式(3G)により各サンプルのアセトアルデヒドガスの吸着容量を求めた。結果を表8に示す。
式(3G):アセトアルデヒドガス吸着量(mL/g)=[{100(ppm)-残存ガス量(ppm)}×3,000(mL)×1/1,000,000]/測定に用いたガス吸着剤の量(g)
前記表1~表8に示すように、実施例1のMOFは、いずれのガスに対しても吸着性能を示した。また、実施例1のMOFは、それぞれのガスに特化した既存のガス吸着剤と比較して、優れた又は同等の吸着性能を有していた。これはすなわち、実施例1のMOFは、単独で、様々な種類のガスに対する優れた吸着剤として機能できることを示している。
(参考例1:金属有機構造体(UiO-66)の合成)
ポリテトラフルオロエチレン容器に、40mLのジメチルホルムアミド(DMF)と、0.62gのテレフタル酸と、0.87gのZrCl4とを加え、超音波撹拌により溶解させた。次いで、ポリテトラフルオロエチレン容器内に、0.375mLの濃塩酸を加え、ポリテトラフルオロエチレン容器をステンレスジャケットで密閉し、120℃のオーブンで24時間静置した。24時間後、室温まで放冷したのち、遠心分離により粉末を回収した。デカントで上澄みを捨て、DMF、メタノールで洗浄した。もう一度遠心分離したのち、80mlのメタノールに懸濁させ、25℃で一晩撹拌して、溶媒をメタノールに置換した。次いで、ろ過を行い、固体をメタノールで3回洗浄した。その後、80℃、一晩乾燥することで、参考例1の金属有機構造体(UiO-66、白色、粒子状)を得た。
ポリテトラフルオロエチレン容器に、40mLのジメチルホルムアミド(DMF)と、0.62gのテレフタル酸と、0.87gのZrCl4とを加え、超音波撹拌により溶解させた。次いで、ポリテトラフルオロエチレン容器内に、0.375mLの濃塩酸を加え、ポリテトラフルオロエチレン容器をステンレスジャケットで密閉し、120℃のオーブンで24時間静置した。24時間後、室温まで放冷したのち、遠心分離により粉末を回収した。デカントで上澄みを捨て、DMF、メタノールで洗浄した。もう一度遠心分離したのち、80mlのメタノールに懸濁させ、25℃で一晩撹拌して、溶媒をメタノールに置換した。次いで、ろ過を行い、固体をメタノールで3回洗浄した。その後、80℃、一晩乾燥することで、参考例1の金属有機構造体(UiO-66、白色、粒子状)を得た。
(参考例2:金属有機構造体(UiO-66)の合成)
ポリテトラフルオロエチレン容器に、40mLのDMFと、0.62gのテレフタル酸と、0.87gのZrCl4とを加え、超音波撹拌により溶解させた。次いで、ポリテトラフルオロエチレン容器内に、0.375mlの濃塩酸を加え、ポリテトラフルオロエチレン容器をステンレスジャケットで密閉し、120℃のオーブンで24時間静置した。24時間後、室温まで放冷したのち、遠心分離により粉末を回収した。デカントで上澄みを捨て、DMF、及びメタノールで洗浄した。その後80℃、一晩乾燥することで、参考例2の金属有機構造体(UiO-66)を得た。
ポリテトラフルオロエチレン容器に、40mLのDMFと、0.62gのテレフタル酸と、0.87gのZrCl4とを加え、超音波撹拌により溶解させた。次いで、ポリテトラフルオロエチレン容器内に、0.375mlの濃塩酸を加え、ポリテトラフルオロエチレン容器をステンレスジャケットで密閉し、120℃のオーブンで24時間静置した。24時間後、室温まで放冷したのち、遠心分離により粉末を回収した。デカントで上澄みを捨て、DMF、及びメタノールで洗浄した。その後80℃、一晩乾燥することで、参考例2の金属有機構造体(UiO-66)を得た。
(参考例3:金属有機構造体(UiO-66)の合成)
ポリテトラフルオロエチレン容器に、40mLのDMFと、0.62gのテレフタル酸と、0.87gのZrCl4とを加え、超音波撹拌により溶解させた。次いで、ポリテトラフルオロエチレン容器内に、0.375mlの濃塩酸を加え、ポリテトラフルオロエチレン容器をステンレスジャケットで密閉し、120℃のオーブンで24時間静置した。24時間後、室温まで放冷したのち、遠心分離により粉末を回収した。デカントで上澄みを捨て、DMFで洗浄した。その後80℃、一晩乾燥することで、参考例3の金属有機構造体(UiO-66)を得た。
ポリテトラフルオロエチレン容器に、40mLのDMFと、0.62gのテレフタル酸と、0.87gのZrCl4とを加え、超音波撹拌により溶解させた。次いで、ポリテトラフルオロエチレン容器内に、0.375mlの濃塩酸を加え、ポリテトラフルオロエチレン容器をステンレスジャケットで密閉し、120℃のオーブンで24時間静置した。24時間後、室温まで放冷したのち、遠心分離により粉末を回収した。デカントで上澄みを捨て、DMFで洗浄した。その後80℃、一晩乾燥することで、参考例3の金属有機構造体(UiO-66)を得た。
(比較例1:金属有機構造体(ZIF-8)の合成)
ビーカーに、35mLの純水と、10gの2-メチルイミダゾールとを加え、25℃で10分間撹拌し、2-メチルイミダゾール水溶液を調製した。次に、6mLの純水と、0.9gの硝酸亜鉛とを混合し、25℃で10分間撹拌し、硝酸亜鉛水溶液を調製した。更に、2-メチルイミダゾール水溶液と硝酸亜鉛水溶液とを混合し、25℃で10分間撹拌した。得られた反応液をろ過し、ろ取した固体を純水で洗浄した。洗浄後の固体を80℃で一晩乾燥させてから乳鉢で粉砕することにより、金属有機構造体(ZIF-8)を得た。
ビーカーに、35mLの純水と、10gの2-メチルイミダゾールとを加え、25℃で10分間撹拌し、2-メチルイミダゾール水溶液を調製した。次に、6mLの純水と、0.9gの硝酸亜鉛とを混合し、25℃で10分間撹拌し、硝酸亜鉛水溶液を調製した。更に、2-メチルイミダゾール水溶液と硝酸亜鉛水溶液とを混合し、25℃で10分間撹拌した。得られた反応液をろ過し、ろ取した固体を純水で洗浄した。洗浄後の固体を80℃で一晩乾燥させてから乳鉢で粉砕することにより、金属有機構造体(ZIF-8)を得た。
<粉体X線結晶構造解析(PXRD)スペクトルの分析方法>
ブルカージャパン(株)製のD8ADVANCEを使用してPXRDスペクトルを分析した。測定角度は3°~50°であった。結果を図2~図4に示す。図2が実施例1で得た金属有機構造体のスペクトルである。図3が参考例1で得た金属有機構造体のスペクトルである。図4が比較例1で得た金属有機構造体のスペクトルである。それぞれ図の縦軸は、回折X線強度(Counts)を表し、横軸は、回折角度(2θ(°))を表す。
ブルカージャパン(株)製のD8ADVANCEを使用してPXRDスペクトルを分析した。測定角度は3°~50°であった。結果を図2~図4に示す。図2が実施例1で得た金属有機構造体のスペクトルである。図3が参考例1で得た金属有機構造体のスペクトルである。図4が比較例1で得た金属有機構造体のスペクトルである。それぞれ図の縦軸は、回折X線強度(Counts)を表し、横軸は、回折角度(2θ(°))を表す。
<窒素原子の含有量の測定方法>
120℃で6時間真空乾燥させた後、株式会社ジェイ・サイエンス・ラボ製MICRO CORDER JM11を使用して、Dumas法にて窒素元素含有量(質量%)を定量した。結果を表9に示す。
120℃で6時間真空乾燥させた後、株式会社ジェイ・サイエンス・ラボ製MICRO CORDER JM11を使用して、Dumas法にて窒素元素含有量(質量%)を定量した。結果を表9に示す。
<比表面積の分析方法>
得られた金属有機構造体を約150mg採取し、120℃で6時間真空乾燥した後、秤量した。アントンパール社製「AUTOSORB-1」)を使用し、液体窒素の沸点(-195.8℃)における窒素ガスの吸着量を相対圧が0.1~0.3の範囲で5点測定し、吸着等温線を作製し、質量当たりのBET比表面積(m2/g)を求めた。結果を表9に示す。
得られた金属有機構造体を約150mg採取し、120℃で6時間真空乾燥した後、秤量した。アントンパール社製「AUTOSORB-1」)を使用し、液体窒素の沸点(-195.8℃)における窒素ガスの吸着量を相対圧が0.1~0.3の範囲で5点測定し、吸着等温線を作製し、質量当たりのBET比表面積(m2/g)を求めた。結果を表9に示す。
<ポリエステル樹脂への混合評価>
0.8gのポリエステル樹脂(ユニチカ株式会社製、MA2101M)と、0.2gのガス吸着剤とを混合して、混合物を得た。混合物を磁性るつぼに入れ、マッフル炉(アドバンテック東洋株式会社製、FUW252PB)を用いて、280℃で1時間加熱した。これにより、混合物の加熱物が得られた。放冷後、混合物の加熱物を0.1g切り出し、クロロホルム:1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロ-2-プロパノール=1:1(体積比)混合溶媒に溶解させた。GPC(東ソー株式会社製、HLC-8120GPC、カラム:東ソー株式会社製、TSKgel SuperHZM-M 6.0mmI.D.×15cm)を用いて、混合物の加熱物の重量平均分子量Mw(以下、「混合物の加熱物のMw」ともいう)を測定した。
上記混合物をポリエステル樹脂単体に変更したことの他は、混合物の加熱物のMwの測定方法と同様にして、ポリエステル樹脂単体の加熱物のMwを測定した。
下記式(4)にて減少率(%)を算出した。結果を表9に示す。
式(4):Mwの減少率(%)=100×{(ポリエステル樹脂単体の加熱物のMw)-(混合物の加熱物のMw)/(ポリエステル樹脂単体の加熱物のMw)}
0.8gのポリエステル樹脂(ユニチカ株式会社製、MA2101M)と、0.2gのガス吸着剤とを混合して、混合物を得た。混合物を磁性るつぼに入れ、マッフル炉(アドバンテック東洋株式会社製、FUW252PB)を用いて、280℃で1時間加熱した。これにより、混合物の加熱物が得られた。放冷後、混合物の加熱物を0.1g切り出し、クロロホルム:1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロ-2-プロパノール=1:1(体積比)混合溶媒に溶解させた。GPC(東ソー株式会社製、HLC-8120GPC、カラム:東ソー株式会社製、TSKgel SuperHZM-M 6.0mmI.D.×15cm)を用いて、混合物の加熱物の重量平均分子量Mw(以下、「混合物の加熱物のMw」ともいう)を測定した。
上記混合物をポリエステル樹脂単体に変更したことの他は、混合物の加熱物のMwの測定方法と同様にして、ポリエステル樹脂単体の加熱物のMwを測定した。
下記式(4)にて減少率(%)を算出した。結果を表9に示す。
式(4):Mwの減少率(%)=100×{(ポリエステル樹脂単体の加熱物のMw)-(混合物の加熱物のMw)/(ポリエステル樹脂単体の加熱物のMw)}
前記表9に示すように、実施例1のガス吸着剤は、参考例1~3及び比較例1のものと比較して、ポリエステル樹脂のMw減少率が少ないものであった。よって、実施例のガス吸着剤は、ポリエステル樹脂等への練り込み用途に適したものであるといえる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
Claims (19)
- Zr、Zn、Al及びMgよりなる群から選択される少なくとも1種の金属原子と、
カルボキシ基及びカルボキシレート基よりなる群から選択される少なくとも1種の基を有する有機配位子と、
を有し、
前記有機配位子の部分的欠陥を含む、金属有機構造体。 - 窒素原子の含有量が、前記金属有機構造体の全質量に対して、5質量%未満である、
請求項1に記載の金属有機構造体。 - 窒素原子の含有量が、前記金属有機構造体の全質量に対して、0.5質量%以下である、
請求項1に記載の金属有機構造体。 - 窒素原子の含有量が、前記金属有機構造体の全質量に対して、0.1質量%以下である、
請求項1に記載の金属有機構造体。 - 前記金属原子が、Zrである、
請求項1に記載の金属有機構造体。 - 前記有機配位子が、多価カルボン酸又はそのアニオンである、
請求項1に記載の金属有機構造体。 - 前記有機配位子が、ベンゼン骨格を有する多価カルボン酸又はそのアニオンである、
請求項1に記載の金属有機構造体。 - 前記有機配位子が、テレフタル酸又はそのアニオンである、
請求項1に記載の金属有機構造体。 - 前記金属原子が、Zrであり、
前記有機配位子が、テレフタル酸又はそのアニオンであり、
前記Zrと、前記テレフタル酸又はそのアニオンと、のモル比が、6:0.01以上6未満である、
請求項1~8のいずれか一項に記載の金属有機構造体。 - 前記Zrと、前記テレフタル酸又はそのアニオンと、のモル比が、6:3.00以上5.70以下である、
請求項9に記載の金属有機構造体。 - 下記式(A):
[Zr6(OH)4O4(bdc)nLx] (A)
(式中、
bdcは、テレフタル酸又はそのアニオンであり、
nは、0.01以上6未満であり、
Lは、bdc以外の配位子であり、
xは、0以上の任意の数である)
で表される、
請求項1~8のいずれか一項に記載の金属有機構造体。 - 式(A)のnが、3.00以上5.70以下である、
請求項11に記載の金属有機構造体。 - 請求項1に記載の金属有機構造体を含む、ガス吸着剤。
- 悪臭ガスを吸着するための、
請求項13に記載のガス吸着剤。 - 酸性ガス、塩基性ガス、アルデヒド系ガス及びVOCガスよりなる群から選択される少なくとも1種のガスを吸着するための、
請求項13に記載のガス吸着剤。 - 酸性ガス、塩基性ガス、アルデヒド系ガス及びVOCガスを吸着するための、
請求項13に記載のガス吸着剤。 - 請求項13に記載のガス吸着剤を含む、練り込み糸。
- 請求項13に記載のガス吸着剤を含む、繊維製品。
- 請求項13に記載のガス吸着剤を含む、樹脂コンポジット。
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