(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小セルロース繊維の分散水溶液を凍結乾燥させて成る多孔質体の製造方法において、
前記分散水溶液を凍結乾燥させる際に、前記分散水溶液を有底筒状の金属製の容器に貯留して、前記分散水溶液を-20〜０℃とした氷点下空間内に静置することで前記分散水溶液を下方から上方に向けて凍結させ、その後、減圧することで水を昇華させる多孔質体の製造方法。
【請求項２】
前記分散水溶液の前記微小セルロース繊維の濃度を1.0wt%以下としている請求項１に記載の多孔質体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔質体の製造方法及び多孔質体に関し、特に、微小セルロース繊維で構成される多孔質体の製造方法及び多孔質体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、微小セルロース繊維で構成される多孔質体が知られている。この多孔質体は高比表面積で、柔軟性、通気性、寸法安定性、取り扱い性に優れていることから、吸着剤、断熱材、吸音材等としての利用が検討されている。
【０００３】
微小セルロース繊維で構成される多孔質体は、一般的な製造方法として、微小セルロース繊維を水等の溶液に分散させた分散溶液を作成し、この分散溶液を凍結乾燥させることで形成している。特に、凍結乾燥の凍結工程では、液体窒素等を用いることで急速凍結させており、凍結時の温度として-160℃〜-20℃が望ましいとされている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１５８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、微小セルロース繊維の分散溶液を急速に凍結させた後に乾燥させて成る多孔質体では、空隙率の向上が困難であって、所望の空隙率の多孔質体を得ることができなかった。本発明者は、このような現状に鑑み、高空隙率の多孔質体を作製すべく研究開発を行って、本発明を成すに至ったものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の多孔質体の製造方法では、微小セルロース繊維の分散水溶液を凍結乾燥させて成る多孔質体の製造方法において、分散水溶液を凍結乾燥させる際に、分散水溶液を有底筒状の金属製の容器に貯留して、分散水溶液を-20〜０℃とした氷点下空間内に静置することで分散水溶液を下方から上方に向けて凍結させ、その後、減圧することで水を昇華させているものである。
【０００７】
さらに、本発明の多孔質体の製造方法では、分散水溶液の微小セルロース繊維の濃度を1.0wt%以下としていることにも特徴を有するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、空隙率が99%以上である高空隙率の多孔質体を提供でき、吸着剤、断熱材あるいは吸音材等の材料として利用することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の多孔質体の製造方法及び多孔質体は、高空隙率の多孔質体であり、微小セルロース繊維の分散水溶液を凍結乾燥させて成る多孔質体である。以下において、実施例を示しながら詳説する。
【００１１】
微小セルロース繊維の分散水溶液は、微小セルロース繊維を水に分散させて作成している。微小セルロース繊維は、できるだけ微小となっていることが望ましく、特に、繊維幅、すなわち繊維状となっている微小セルロース繊維の太さが10nm以下であることが望ましい。また、長さは10μm以下であることが望ましい。本発明では、繊維幅が10nm以下の繊維状のセルロースを微小セルロース繊維と呼ぶ。本実施例では、微小セルロース繊維として、第一工業製薬株式会社のレオクリスタ（登録商標）を用いた。
【００１２】
微小セルロース繊維の分散水溶液は、本実施例では、微小セルロース繊維の濃度を1.0wt%とした。すなわち、固形分が2.0wt%の微小セルロース繊維分散水25gに蒸留水25gを加え、１時間超音波を照射して、微小セルロース繊維の濃度が1.0wt%の微小セルロース繊維の分散水溶液を作成した。作成した微小セルロース繊維の分散水溶液に対して自転公転脱泡装置で30分間の脱泡処理を行った。
【００１３】
脱泡処理した1.0wt%の微小セルロース繊維の分散水溶液を底面が直径75mmの円形となっているシャーレに貯留して、庫内温度を-18〜-22℃とした冷凍庫内に容器を静置した。
【００１４】
微小セルロース繊維の分散水溶液を貯留させる容器は、金属製であることが望ましい。金属製の容器は、容器の熱伝導率が高いため、容器の温度が全体的に均一となり、容器に接触した分散水溶液の接触面を均一な温度として冷却することができる。本実施例では、ステンレス製の容器を用いた。容器は、底面が必ずしも円形状である必要はなく、任意の形状としてもよい。
【００１５】
容器に貯留させた分散水溶液は、液面が冷凍庫の雰囲気と接触する開放状態としており、容器内の分散水溶液の氷結による膨張によって分散水溶液の液面が上昇することを妨げない状態としている。
【００１６】
金属製の容器に貯留されて、冷凍庫内に置かれた微小セルロース繊維の分散水溶液は、金属製の容器が冷凍庫内の温度となることで、容器との接触面から凍結が開始される一方で、冷凍庫の雰囲気と接触している液面では熱エネルギーの移動が小さいことから凍結が起こりにくくなっている。したがって、金属製の容器に貯留された微小セルロース繊維の分散水溶液は、容器の底側から氷結が進み、氷結にともなって分散水溶液の液面が上昇しながら全体として氷結することとなっている。
【００１７】
すなわち、微小セルロース繊維の分散水溶液を全体的に急速凍結させるのではなく、下方から上方に向けて凍結させていくことで、凍結した分散水溶液は単結晶的な氷、すなわち一様な氷とすることができる。特に、下方から上方に向けて凍結させていくことで生成された一様な氷では、内部に歪み応力等の応力が生じにくくなっているものと考えている。
【００１８】
一方、液体窒素等を用いて微小セルロース繊維の分散水溶液を急速凍結させた場合には、いろいろな方向から凍結が生じるため、多結晶的な氷となるだけでなく、氷結による膨張によって生じる応力が内部に閉じ込められた状態となっているものと考えられる。この内部に残留した応力は、凍結後に減圧処理することで水を昇華させた際に、微小セルロース繊維に作用することで微小セルロース繊維に破断を生じさせているものと考えられる。特に、高空隙率の多孔質体とするために、より微細な微小セルロース繊維を用いた場合に、微小セルロース繊維自体の応力に対する耐性が小さいことから、破断がより生じやすくなっているものと考えられる。この微小セルロース繊維の破断が生じることで、高空隙率化が阻害されているものと考えている。
【００１９】
本発明では、微小セルロース繊維の分散水溶液を下方から上方に向けて凍結させていくことで、内部に応力が残留していない一様な氷とすることができ、この氷を減圧することで水を昇華させた際に、微小セルロース繊維に破断を生じさせることなく乾燥させて、マット状の多孔質体とすることができる。
【００２０】
冷凍庫内で微小セルロース繊維の分散水溶液を凍結させる際に、当然ながら冷凍庫の雰囲気と接触している液面側からも凍結が生じる可能性がある。液面全体が分散水溶液の内部よりも先に凍結してしまうと、応力の閉じ込めを生じるおそれがあるため、冷凍庫内は、-20〜０℃とした氷点下空間として、液面をできるだけ最後に凍結させることが望ましい。
【００２１】
一様に凍結した氷は減圧乾燥機に入れて水を昇華させ、乾燥させている。具体的には、減圧状態として10Paとし、24時間維持することで、乾燥させた。
【００２２】
凍結乾燥させて形成された多孔質体は、直径7.083cmの円形状のマットとなっており、厚さ0.993cmで、重さ0.618gであった。凍結乾燥させて形成された多孔質体の見かけ密度は0.016g/cm3であり、微小セルロース繊維の繊維密度が1.5g/cm3であることから、空隙率は98.93%であった。理論値では、重さ0.500gで、見かけ密度0.013g/cm3で、空隙率99.13%であり、実測値とほぼ一致しているといえる。
【００２３】
他の実施例として、微小セルロース繊維の分散水溶液における微小セルロース繊維の濃度を0.8wt%とした場合の多孔質体を作成した。すなわち、固形分が2.0wt%の微小セルロース繊維分散水20gに蒸留水30gを加えて微小セルロース繊維の濃度が0.8wt%の微小セルロース繊維の分散水溶液を作成し、上述した微小セルロース繊維の濃度が1.0wt%の場合と同じ手順で多孔質体を作成した。
【００２４】
凍結乾燥させて形成された多孔質体は、直径7.235cmの円形状のマットとなっており、厚さ0.934cmで、重さ0.491gであった。凍結乾燥させて形成された多孔質体の見かけ密度は0.013g/cm3であり、微小セルロース繊維の繊維密度が1.5g/cm3であることから、空隙率は99.13%であった。理論値では、重さ0.400gで、見かけ密度0.010g/cm3で、空隙率99.33%であり、実測値とほぼ一致しているといえる。
【００２５】
さらに他の実施例として、微小セルロース繊維の分散水溶液における微小セルロース繊維の濃度を1.5wt%とした場合の多孔質体を作成した。すなわち、固形分が2.0wt%の微小セルロース繊維分散水37.5gに蒸留水12.5gを加えて微小セルロース繊維の濃度が1.5wt%の微小セルロース繊維の分散水溶液を作成し、上述した微小セルロース繊維の濃度が1.0wt%の場合と同じ手順で多孔質体を作成した。
【００２６】
凍結乾燥させて形成された多孔質体は、直径7.160cmの円形状のマットとなっており、厚さ1.085cmで、重さ0.907gであった。凍結乾燥させて形成された多孔質体の見かけ密度は0.021g/cm3であり、微小セルロース繊維の繊維密度が1.5g/cm3であることから、空隙率は98.60%であった。理論値では、重さ0.750gで、見かけ密度0.017g/cm3で、空隙率98.86%であり、実測値とほぼ一致しているといえる。
【００２７】
このように、微小セルロース繊維の分散水溶液における微小セルロース繊維の濃度を1.0wt%以下とすることで、空隙率を99%以上とすることができ、高空隙率の多孔質体を製造することができる。
【要約】
【課題】微小セルロース繊維製の高空隙率の多孔質体の製造方法及び多孔質体を提供する。
【解決手段】微小セルロース繊維の分散水溶液を凍結乾燥させて成る多孔質体の製造方法において、分散水溶液を凍結乾燥させる際に、分散水溶液を-20〜０℃とした氷点下空間内に静置することで分散水溶液を一様に氷結させ、その後、減圧することで水を昇華させて多孔質体とする。特に、分散水溶液を氷結させる際に、分散水溶液を有底筒状の金属製の容器に貯留して、氷点下空間内に静置する。
【選択図】なし