(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
８００℃以上の温度で炭化された高温炭と、５５０℃以下の温度で炭化された低温炭と、アルギン酸またはその塩または酸化カルシウムとを含んでなる、ガス吸収材。
【請求項２】
アルギン酸またはその塩と、酸化カルシウムとを共に含んでなる、請求項１に記載のガス吸収材。
【請求項３】
前記高温炭と、前記低温炭との混合比が重量基準で３０：７０〜６０：４０である、請求項１または２に記載のガス吸収材。
【請求項４】
前記高温炭が８００℃〜１３００℃の温度で炭化されたものである、請求項１〜３のいずれか一項に記載のガス吸収材。
【請求項５】
前記低温炭が３００℃〜５５０℃の温度で炭化されたものである、請求項１〜４のいずれか一項に記載のガス吸収材。
【請求項６】
成形された形態である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のガス吸収材。
【請求項７】
室内建材である、請求項６に記載のガス吸収材。
【請求項８】
基材に担持された状態にある、請求項１〜５のいずれか一項に記載のガス吸収材。
【請求項９】
８００℃以上の温度で炭化された高温炭と、５５０℃以下の温度で炭化された低温炭と、アルギン酸またはその塩または酸化カルシウムとを、液媒体に分散してなり、基材に吹き付けて用いられる、請求項８に記載のガス吸収材製造用組成物。
【発明の詳細な説明】
［発明の背景］
発明の分野
本発明は、ガス吸収性に優れたガス吸収材、とりわけ室内の有害ガスを吸収する建材用内装材として用いられるガス吸収材に関する。さらに本発明は、それが適用された基材にガス吸収能を付与するガス吸収剤組成物に関する。
背景技術
シックビル症候群またはシックハウス症候群や、化学物質過敏症が近時問題とされている。これらは、気密性の高い建造物中で、建築資材などから出る化学物質が原因といわれている。このような室内の化学物質を、炭が備える吸収性を利用して捕捉し、これら症状の発生を抑制できないか検討がなされている。
木炭や竹炭を粉砕し粉炭とし、これを種々の材料に混ぜて建築用材料とすることが従前より提案されている（例えば、特開平７−１５０６４５号、特開平６−４９９１６号）。
さらに、特開２０００−２２６２０７号には、木材チップを４５０〜５５０℃で熱処理して炭化させる低温炭化工程と、それに続き８００〜９００℃で熱処理して炭化させる高温炭化工程とを行うことで、低温炭化部分と高温炭化部分とを共に有する活性化木炭の製造法が開示されている。しかしながら、この公報には、この活性化木炭を用いた成型物の具体的開示はなく、また成形のための結着剤としていかなるものが有用かの示唆または開示はない。
［発明の概要］
本発明者らは、今般、約８００℃以上の温度で炭化された高温炭と、約５００℃以下の温度で炭化された低温炭と、アルギン酸または酸化カルシウムとを組み合わせることで、炭の吸収活性が著しく改善されるとの知見を得た。本発明は、かかる知見に基づくものである。
従って、本発明は、ガス吸収性に優れたガス吸収材、とりわけ室内の有毒ガスを吸収する建築用内装材として用いられるガス吸収材の提供をその目的としている。
さらに本発明は、それが適用された基材にガス吸収能を付与するガス吸収剤組成物の提供をその目的としている。
そして、本発明によるガス吸収材は、約８００℃以上の温度で炭化された高温炭と、約５００℃以下の温度で炭化された低温炭と、アルギン酸またはその塩または酸化カルシウムとを含んでなるものである。
また、本発明によるガス吸収剤組成物は、約８００℃以上の温度で炭化された高温炭と、約５００℃以下の温度で炭化された低温炭と、アルギン酸またはその塩または酸化カルシウムとを、液媒体に分散してなるものである。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明による炭ボード材の具体的形態の斜視図である。
図２は、図１のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。
図３は、本発明によるボード材の成形工程を説明する図である。
図４は、例１における試験体Ａの難燃性試験の結果を示すグラフである。
図５は、例１における試験体Ａの試験体Ｂの難燃性試験の結果を示すグラフである。
図６は、例１における試験体Ａの試験体Ｃの難燃性試験の結果を示すグラフである。
図７は、例４におけるガス吸収材のホルムアルデヒド濃度の経時変化を示すグラフである。
図８は、例４におけガス吸収材のるベンゼン濃度の経時変化を示すグラフである。
図９は、例４におけるガス吸収材のトルエン濃度の経時変化を示すグラフである。
図１０は、例４におけるガス吸収材のアンモニア濃度の経時変化を示すグラフである。
図１１は、例５におけるガス吸収材のベンゼン濃度の経時変化を示すグラフである。
図１２は、例５におけるガス吸収材のトルエン濃度の経時変化を示すグラフである。
図１３は、例６におけるガス吸収材の各種ガス濃度の経時変化を示すグラフである。
図１４は、例７におけるガス吸収材の各種濃度の経時変化を示すグラフである。
［発明の具体的説明］
高温炭および低温炭
本発明において、高温炭とは、約８００℃以上の温度で炭化された炭を意味する。本発明の好ましい態様によれば、高温炭とは、好ましくは約８００℃〜１３００℃の温度で、さらに好ましくは９００℃〜１０００℃の温度で炭化して得られたものを意味する。高温炭の製造にあたり、その精錬過程において賦活、例えば空気賦活または水蒸気賦活、が行われてもよい。
また、本発明において、低温炭とは、約５５０℃以下の温度で炭化された炭を意味する。本発明の好ましい態様によれば、低温炭とは、好ましくは約３００℃〜５５０℃の温度で、さらに好ましくは４５０℃〜５００℃の温度で炭化して得られたものを意味する。
炭の原料となる木材は特に限定されず、スギ、ヒノキ、マツ、カラ松等の針葉樹や、竹に加え、建築廃材も利用可能である。
高温炭と低温炭はその吸収性において相違する。具体的には、高温炭はホルムアルデヒド、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クロロベンゼンなどに対して高い吸収特性を有し、一方、低温炭はアンモニア、アミンなどに対して高い吸収特性を有する。両者の混合物は、種々の物質に対し良好な吸収性を有するものとなる。
高温炭と低温炭の混合比は、本発明によるガス吸収材が捕捉しようとするガスの種類を勘案して適宜決定されてよいが、高温炭と低温炭とは、重量基準で３０：７０〜６０：４０で混合されるのが好ましく、より好ましい混合比は４０：６０〜５０：５０である。
高温炭と低温炭は、粉砕して粉状の形態で利用されるのが好ましい。粒径は適宜決定されてよいが、０．３〜９．５ｍｍ程度が好ましく、より好ましくは０．６〜１．１８ｍｍ程度の粒径である。
なお、高温炭は、その体積抵抗が１０Ω・ｃｍ以下の導電性を示すために、本発明による吸収材は、静電防止効果や電磁波シールド効果を有することになる点でも有利である。また、低温炭は、その体積抵抗は一般に１０9〜１０12Ω・ｃｍ程度である。
アルギン酸および酸化カルシウム
本発明において、アルギン酸またはその塩（例えば、ナトリウム塩、カリウム塩、カルシウム塩）は、単に炭粒子を結着させるだけではなく、炭のガス吸収性を向上させるとの効果を有する。これらアルギン酸単独では、無論そのガス吸収活性は炭に比較すると無いかあるいはその活性は小さなものであり、そのような物質の共存によって、高温炭と低温炭との混合物のガス吸収活性が大きく改善されることは意外な事実である。
なお、本発明においてアルギン酸またはその塩は、精製されたアルギン酸またはその塩のみならず、カラギーナン、角叉など、アルギン酸を主成分とする物質をも意味するものとする。
また、本発明によるガス吸収材において、アルギン酸またはその塩の添加量は結着剤としての機能およびガス吸収活性の向上の観点から適宜決定されてよいが、その下限は５重量％程度が好ましく、より好ましくは１０重量％程度であり、その上限は２５重量％程度が好ましく、より好ましくは１５重量％程度である。
本発明の別の態様によれば、本発明によるガス吸収材は、高温炭と低温炭とに加えて、酸化カルシウムを含む。この酸化カルシウムは、高温炭および低温炭のガス吸収能を、アルギン酸と同様に、向上させる。更に、酸化カルシウムの存在により、本発明によるガス吸収材はその耐火性能を向上させることが出来るとの利点も有する。酸化カルシウムとして、具体的には、貝殻を焼成して得た貝殻焼成カルシウム、生石灰を利用することが出来る。
また、本発明によるガス吸収材において、酸化カルシウムの添加量はガス吸収活性の向上の観点から適宜決定されてよいが、その下限は５重量％程度が好ましく、その上限は１５重量％程度が好ましく、より好ましくは７重量％程度である。
さらに、本発明の別の態様によれば、アルギン酸と、酸化カルシウムとを共に含むことができる。アルギン酸と酸化カルシウムとの添加により、高温炭と低温炭のガス吸収活性を更に向上させることが出来る。
本発明によるガス吸収材は、上記アルギン酸を含むことを条件として、結着剤を含むことが出来る。そのような結着剤としては、珪藻土、セメント、イソシアネート樹脂エマルジョンのような高分子結着剤、デンプンのりなどが挙げられる。セメントとしては、例えば普通ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント等を利用することができる。また、珪藻土またはセメントの利用は、ガス吸収材の耐火性能を向上させることができる点で有利である。さらに、珪藻土またはセメントを利用する場合、結着剤として高分子結着剤との併用が好ましい。これら結着剤の添加量は適宜決定されてよいが、これらの添加量は過剰であると、ガス吸収材のガス吸収活性を低下させることがあるので、添加量の決定は慎重に行われることが望ましい。本発明によるガス吸収材におけるこれら結着剤の添加量は、好ましくは１０〜４０重量％程度である。
成形体およびその製造法
本発明によるガス吸収体は、成形して使用されるのが一般的であろう。具体的には、ボード形状に成形して、室内建材、例えば壁材または天井材として利用される。さらに、何らかの形態に成形し、室内に置くことで、室内の有害成分を吸収する、いわゆる消臭剤のように利用されてもよい。
成形体の製造にあたり、その強度を高めるために、充填材または補強材を利用することが好ましい。充填材または補強材の好ましい例としては、マニラ麻や木材パルプ等の繊維材、金網、格子状またはハニカム状の構造体などが挙げられる。
ボード材は、高温炭と、低温炭と、アルギン酸または酸化カルシウムと、場合により結着剤と、その他の成分を混合した混合物を型に流し込み、成形することにより容易に得ることが出来る。本発明の好ましい態様によれば、図１および図２に示されるようなボード材とすることが好ましい。図１および図２に示されるボード材は、基材３に接合された、ハニカム構造の補強材２を有する。この基材３の四周を型枠（図示せず）で囲った中に、上記混合物を流し込み、補強材２の上端が少し隠れる程度に上面を圧延成形して完成する。
一般的な、本発明によるガス吸収材のボード材の製造工程を図３に基づいて説明する。ボード材以外の形態のガス吸収材も型の形を変更することで、この製造工程に準じて製造可能である。製造工程は、粉炭生成工程Ａ、粘着液生成工程Ｂおよびボード材成形工程Ｃの３工程からなる。
粉炭生成工程Ａでは、原料となる木材、例えばスギやヒノキ等の間伐材や建築廃材、竹材等を適当な大きさに切り、これを乾燥したのち炉に入れて炭化させ、高温炭と低温炭とを得る（工程Ａ１）。次に、高温炭と低温炭とをローラ等で粉砕し（工程Ａ２）、所定メッシュのフィルタにかけて選別を行なったのち（工程Ａ３）、フィルタを通過したものを混合粉炭として使用する。
粘着液生成工程Ｂにあっては、まず、マニラ麻や木材パルプ等の繊維材を適当な大きさに切り、これを水に混入して解きほぐす（工程Ｂ１）。次に、これら繊維材を解きほぐした水溶液に適量の粘着剤すなわちアルギン酸およびその他の結着剤を加え（工程Ｂ２）、十分に攪拌して混合する（工程Ｂ３）。アルギン酸は、適量の水に溶解混合して添加するのが好ましい。
ボード材の成形工程Ｃにあっては、まず、前記粉炭生成工程Ａにおける混合粉炭と、前記粘着液生成工程Ｂで生成された粘着液とを所定の割合で混ぜ、十分に練り合わせてボード材原料を生成する（工程Ｃ１）。次いで、練り合わせたボード材原料を型枠に流し込み、一定の厚さになるように押し固めて成形する（工程Ｃ２）。次いで、型枠に入れたまま乾燥炉に入れ、常温〜６０℃以下の温度で３〜５時間程度乾燥する（工程Ｃ３）。乾燥炉から出したのち、型枠を外して炭ボード材を取り出して完成する。
本発明の好ましい態様によれば、ボード形状のガス吸収材は、その表面に化粧紙を貼付して、その外観を改善することが出来る。この化粧紙は、本発明によるガス吸収材の機能を損なわない程度の通気性を有するものであれば限定されない。また、本発明の好ましい態様によれば、この化粧紙に、光触媒などを付着させ、光触媒による分解作用を加えて有する多機能性ボード材とすることも出来る。
ガス吸収剤組成物
本発明の別の態様によれば、高温炭と、低温炭と、アルギン酸またはその塩または酸化カルシウムとを、液媒体に分散してなるガス吸収剤組成物が提供される。
この組成物を、基材に吹き付けることで、基材にガス吸収能を効率よく付与することが出来る。例えば、この組成物をスプレー形態にし、ガス吸収能を与えたい場所または物に吹き付けることで、その場所または物を簡便にガス吸収能を有するものとすることが出来る。具体的には、この組成物を段ボールなどの包装材内部に吹き付けることで、内容物の消臭機能を有する包装材を容易に得ることが出来る。
液媒体としては、水およびアルコールが挙げられる。
本発明による組成物中の高温炭および低温炭の粒径は、その分散安定性など勘案して適宜決定されてよいが、その下限は１０μｍ程度が好ましく、より好ましくは７０μｍ程度であり、その上限は１０００μｍ程度、より好ましくは６００μｍ程度である。
本発明によるガス吸収剤組成物中の組成は適宜決定されてよいが、高温炭と低温炭とを４０〜６０重量％程度、アルギン酸または酸化カルシウムを１０〜３０重量％程度、液媒体を２５〜３５重量％程度含むものであることが好ましい。
［実  施  例］
高温炭および低温炭の調製
以下の例において用いた高温炭および低温炭は、次のようにして得た。窯として、前面に火口を有し、背面下部に排気口を有し、内部を耐火レンガで覆った、内容積１６ｍ3のコンクリート製のものを用いた。窯内に木材を入れ、火口から火入れをした。２４時間程の後から分解・炭化が始まり、３００〜４００℃の温度がさらに４８時間ほど続いた。その後温度が４００〜５５０℃に上昇したが、この温度上昇により炭化が終了し、精錬過程に入ったと判断し、５〜１０時間後に窯を完全密封し、冷却した。こうして得られた炭を低温炭とした。また、前記精錬過程において、空気賦活および水蒸気賦活を行い、炭化温度を９００〜１１００℃とし、この温度を３時間維持して得られた炭を高温炭とした。ここで、空気賦活とは窯内に空気を、その温度が９００〜１０００℃程度となるまで１０〜２０ｍ3／分の風量で圧送することにより行い、また水蒸気賦活とはこの空気の圧送の際に０．５〜２リットル／分の量で同時に圧送することにより行った。
例１：曲げ強度試験（１）
高温炭と低温炭との混合粉炭１０００ｇとマニラ麻１００ｇとを混合し、これに粘着剤（酢酸ビニルを固形分として６０ｇ、でん粉のり８０ｇ、およびアルギン酸ナトリウム８０ｇ）２２０ｇと、貝殻焼成カルシウム２００とを加えた。
次いで、この混合物を型枠に流し込み、一定の厚さになるように押し固めて成形した。次いで、型枠に入れたまま乾燥炉に入れ、常温もしくは６０℃以下の温度で３〜５時間程度乾燥した。乾燥炉から出したのち、型枠を外して、３００×４００×１５ｍｍのボードを試験体Ａとして得た。また、型枠に混合物を半分ほど型枠に流し込んだ後、その上に網材を敷き、さらにその上から残りの混合物を型枠に流し込み、引き続いて上記と同様の工程を経て、網材入りの炭ボード材を試験体Ｂとして得た。また、網材の代わりに麻ひもを混入して、試験体Ｃを得た。なお、麻ひもは１４本（５×９）を炭ボードの全体に格子状に配列した。試験体Ａ、Ｂ、およびＣを、温度２０℃、相対湿度６０％の試験室内に１週間以上静置し、試験体の温度及び含水率を均一化した。
曲げ強度試験は、ＪＩＳ  Ａ  ６９０１の８．５曲げ試験に準じて行った。但し、試験体の支持スパンは３５０ｍｍとし、曲げ荷重は試験体の裏面から加えた。結果は第１表に示されるとおりであった。なお、各試験体の曲げ強度は次式に基づいて求めた。
曲げ強度（Ｎ／ｍｍ2＝３ＰＬ／２ｂｔ2
ここで、Ｐ：曲げ破壊荷重（Ｎ）
Ｌ：スパン（ｍｍ）
ｂ：試験体破断面の幅（ｍｍ）
ｔ：試験体破断面の厚さ（ｍｍ）
その結果は、以下の表に示されるとおりであった。
0003611839.tif 000002
例２：曲げ強度試験（２）
試験体として上記例１と同じ炭ボードを使用し、その両面に厚さ０．３ｍｍの厚紙を貼付した。それぞれの試験体をＡ’、Ｂ’、およびＣ’とした。なお、試験方法は上記実施例１と同様とした。結果は第２表に示される通りであった。
0003611839.tif 000003
上記の表によれば試験体Ａ’における曲げ破壊荷重の平均は１２０２Ｎであり、これは石膏ボード（１５ｍｍ厚）の基準値である６５０Ｎの約２倍の曲げ強度を示している。
例３：耐火性能試験
例１で得た炭ボードについて、ＪＩＳ  Ａ  １３２１（建築物の内装材料及び工法の難燃性試験方法）に規定する難燃３級の表面試験を行った。主熱源は１．５０ｋｗ、副熱源は０．３５リットル／分（Ｌ．Ｐ．Ｇ）であり、加熱時間は６分間である。
結果は、第３表、図４〜図６に示される通りであった。この結果から、試験体の発煙係数（ＣＡ）は、０．９、０．６、０．５であり、ＪＩＳ  Ａ  １３２１に規定する難燃３級の表面試験に合格するものでことがあることがわかる。
0003611839.tif 000004
例４：ガス吸着試験（１）
試験体として、前記例１における試験体Ａと、酸化カルシウムを含まない以外はこれと同様にして得た試験体Ｄとを用意した。各試験体を３０リットルの密閉された試験箱に入れた後、この中にガスを適当な濃度となるように注入し、ガス濃度の経時変化を測定した。使用したガスは、ホルムアルデヒド、ベンゼン、トルエン、およびアンモニアである。
結果は図７〜図１０に示される通りであった。この結果から、試験体ＡおよびＤはいずれのガスに対しても吸着効果を有していることがわかる。また、ベンゼンとトルエンに対しては試験体Ａの方が際立って濃度減少量が大きく、酸化カルシウムによる吸着効果が著しく現れていること分かる。
例５：ガス吸着能試験（２）
でん粉のりとアルギン酸ナトリウムとを除いて酢酸ビニルのみを使用し試験体Ｅとを用意した。これらの試験体を上記の例４と同様の方法によりガス吸着能を測定した。その結果、試験体Ｅはホルムアルデヒドおよびアンモニアについて試験体Ａとほぼ同等であったが、ベンゼンおよびトルエンについては劣るものであった。ベンゼンのガス濃度の経時変化およびトルエンのガス濃度の経時変化はそれぞれ図１１および１２に示されるとおりであった。
例６：ガス吸着能試験（３）
（１）  試験体の作製
２５０ｇずつの高温炭と低温炭と、マニラ麻１００ｇとを適量の水に普通ポルトランドセメントおよび珪藻土各２５０ｇからなる混合物に加え、さらにこれにでん粉のりおよびアルギン酸ナトリウムを各５０ｇずつ加えた。この混合物を粘土状になるまでよく混合し、縦横６００×９００ｍｍ、厚さ１５ｍｍの試験体を例１と同様にして得た。
（２）  試験方法および測定方法
容積８立方メートルの密閉された試験室の内壁に、上記試験体を貼り付け、総面積が８平方メートルの炭ボード壁を形成した。試験室にはガス投入口と上下２箇所の測定サンプル採取口が設けた。この試験室にホルムアルデヒド、ベンゼン、トルエンまたはアンモニアを注入した。これらのガスは常温では液体状態なので、予め１０リットルのバッグの中に所定量を投入し、この中に１０リットルの空気を入れて揮発させていた。バッグ内のガス濃度は数千ｐｐｍ程度である。次に、このバッグ内のガスを上記の試験室にガス投入口から注入した。試験室内のガス濃度を、ホルムアルデヒドの場合が約３ｐｐｍ程度に、ベンゼン、トルエン、アンモニアの場合約３０ｐｐｍ程度とした。ガスを注入してから所定時間経過毎に上下２箇所の測定サンプル口から内部の空気を取り出し、ガス濃度測定装置（北川式ガス検知管）によってガス濃度を測定した。
ガス濃度の変化は第５表と図１４にそれぞれ示される通りであった。また、その時のガス吸着率を第６表に示される通りであった。
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例７：ガス吸着能試験（４）
（１）試験体の作製
高温炭と低温炭とを各２５０ｇと、マニラ麻１００ｇとを、大鹿レヂンＢ−１６０５（大鹿振興株式会社製のイソシアネート樹脂接着剤）を水に乳化させてエマルジョンにしたもの１５０ｇと、でん粉のり５０ｇとアルギン酸ナトリウムとを各５０ｇずつ加えた混合物に加えた。この混合物を粘土状になるまで良く混合し、縦横６００×９００ｍｍ、厚さ１５ｍｍのボード材を例１と同様にして得た。
（２）試験方法及び測定方法
試験方法及び測定方法は、前記実施例６と同様の方法で行った。ガス濃度の変化は第７表と図１５にそれぞれ示される通りであった。また、その時のガス吸着率は第８表に示される通りであった。
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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