(57)【要約】【課題】  金属基材上に均質かつゼオライトの吸着機能、触媒作用機能、触媒担持機能を発揮するのに十分な膜厚を有し、安価に製造することが可能なゼオライト被覆金属基材及びその製造方法を提供すること。【解決手段】  金属基材２と、金属基材２上形成されたゼオライト被覆膜３とを備え、ゼオライト被覆膜３と金属基材２との界面に、主に金属基材２の構成元素の水酸化物からなる接着層２Ａを有し、接着層２Ａの層厚が、０．１μｍ以上１０μｍ以下である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基材と、該金属基材上に形成されたゼオライト被覆膜とを備える被覆金属基材であって、
前記ゼオライト被覆膜と前記金属基材との界面に、主に該金属基材の構成元素の水酸化物からなる接着層を有し、
該接着層の層厚が、０．１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とするゼオライト被覆金属基材。
【請求項２】
ゼオライト結晶を構成する材料及び該ゼオライト結晶を構成する水分量に対して、１０倍以上１００倍以下の余剰水分量を含む前駆体液層を、金属基材上に形成する前駆体層形成工程と、
密閉空間中で前記ゼオライトの結晶化温度に保持することで、前記前駆体液層に含まれる前記ゼオライト結晶を、前記金属基材上に結晶化させる結晶化工程とを備えることを特徴とするゼオライト被覆金属基材の製造方法。
【請求項３】
前記前駆体層形成工程が、前記ゼオライト結晶を構成する材料及び該ゼオライト結晶を構成する水分量に対して１００倍よりも多い余剰水分量を含むゼオライト水溶液層を、前記金属基材上に形成する被覆工程と、
前記ゼオライト水溶液層に含まれる前記余剰水分量を、１０倍以上１００倍以下として前記前駆体液層を形成する余剰水分調整工程とを備えることを特徴とする請求項２に記載のゼオライト被覆金属基材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、デシカント空調の除湿ロータに用いられるゼオライト被覆金属基材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゼオライトは多孔質材料であり、吸着機能、触媒作用機能、触媒担持機能を有しているため、さまざまな分野に応用が可能である。例えば、この吸着機能を吸湿機能として活用したものとして、デシカント空調に用いられる除湿ロータが挙げられる。
通常、ゼオライトは、強アルカリ性水溶液中の高温高圧下のオートクレーブ中で水熱合成によって生成される。そのため、金属基材の表面にゼオライト被覆膜を形成する際には、金属基材が強アルカリ性水溶液に接するので、一部が溶解して脆くなることがある。そこで、アルカリ性水溶液による金属基材の侵食を抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献１から６参照）。
【特許文献１】特開平９−３１３９０３号公報（図１）
【特許文献２】特開平８−１１９６２４号公報（図１）
【特許文献３】特開平９−１７３７９９号公報（図１）
【特許文献４】特開２００３−１９０８０１号公報（図１）
【特許文献５】特開２００２−１５４８２２号公報（図１）
【特許文献６】特表平１０−５１３１１５号公報（図１）
【０００３】
特許文献１には、金属基材として耐アルカリ性の金属材料を用いることによって、アルカリ性水溶液による金属基材の侵食を抑制することが記載されている。特許文献２、３には、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のアルコキシドを用いるアルコキシド法を適用し、そして低温低圧でゼオライト前駆体の合成を行うことによって、アルカリ性水溶液による侵食を抑制することが記載されている。特許文献４には、シリカ質など耐アルカリ性の高い下地材を被覆してからオートクレーブ中でゼオライトを生成することによって、アルカリ性水溶液による金属基材の侵食を抑制することが記載されている。特許文献５、６には、ゼオライト前駆体溶液を金属基材の表面にコーティングした後に、密閉空間内で過熱することによってアルカリ性水溶液による金属基材の侵食を抑制することが記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のゼオライト膜形成方法においては、以下の問題がある。すなわち、特許文献１に記載のゼオライト膜形成方法では、ゼオライト被膜を形成することが可能な金属材料が耐アルカリ性を有している必要があり、ごく一部の材料に限定されると共に、高価であるという問題がある。また、特許文献２、３に記載のゼオライト膜形成方法では、アルコキシド法を採用しており、原料コストが高くなると共に、アルコキシド法では、ゼオライト膜が厚いとクラックが生じ、ゼオライトの吸着機能、触媒作用機能、触媒担持機能を十分に発揮するために必要な膜厚を形成することが困難であるという問題がある。そして、特許文献４に記載のゼオライト膜形成方法では、下地被覆を行っているので、ゼオライト膜を形成するコストが高いという問題がある。さらに、特許文献５、６に記載のゼオライト膜形成方法では、前駆体をコーティングすることによって金属基材の侵食が抑制されるが、金属基材の侵食を制御することができていないために基材の一部が溶融し、これが前駆体の被膜に不純物として混入するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、金属基材上に均質かつゼオライトの吸着機能、触媒作用機能、触媒担持機能を発揮するのに十分な膜厚を有し、安価に製造することが可能なゼオライト被覆金属基材及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明にかかるゼオライト被覆金属基材は、金属基材と、該金属基材上に形成されたゼオライト被覆膜とを備える被覆金属基材であって、前記ゼオライト被覆膜と前記金属基材との界面に、主に該金属基材の構成元素の水酸化物からなる接着層を有し、該接着層の層厚が、０．１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする。
【０００７】
この発明にかかるゼオライト被覆金属基材によれば、金属基材とゼオライト被覆膜との界面に主に金属基材の構成元素の水酸化物からなる接着層が形成されていることによって、金属基材とゼオライト被覆膜との密着性が向上する。ここで、接着層の層厚が、０．１μｍ以上とすることによって、金属基材とゼオライト被覆膜との密着性を十分に向上させることができ、１０μｍ以下とすることによって、金属基材の強度を維持することができる。
これにより、金属基材とゼオライト被覆膜との密着性が向上し、吸着機能、触媒作用機能、触媒担持機能を発揮するのに十分な膜厚を有するゼオライト被覆膜を形成することができる。さらに、金属基材の耐アルカリ性に関わることがないので、安価な金属を基材として用いることができる。
【０００８】
また、本発明にかかるゼオライト被覆金属基材の製造方法は、ゼオライト結晶を構成する材料及び該ゼオライト結晶を構成する水分量に対して、１０倍以上１００倍以下の余剰水分量を含む前駆体液層を、金属基材上に形成する前駆体層形成工程と、密閉空間中で前記ゼオライトの結晶化温度に保持することで、前記前駆体液層に含まれる前記ゼオライト結晶を、前記金属基材上に結晶化させる結晶化工程とを備えることを特徴とする。
この発明にかかるゼオライト被覆金属基材の製造方法によれば、前駆体液層を金属基材上に形成し、これを密閉空間中でゼオライトの結晶化温度で保持することによって、前駆体液層が結晶化してゼオライト被覆膜となる。このとき、前駆体液層のアルカリ性によって金属基材が侵食されて、前駆体液層と金属基材との界面に主に金属基材の構成元素の水酸化物からなる接着層が形成される。これにより、結晶化したゼオライト被覆膜と金属基材との密着性が向上する。
なお、ここで前駆体液層に含有されている余剰水分量が１０倍以上１００倍以下であることによって、形成される接着層の層厚は、０．１μｍ以上１０μｍ以下となる。これにより、ゼオライト被覆膜と金属基材との密着性を十分に向上させることができると共に金属基材の強度を維持することができる。
したがって、上述と同様に、吸着機能、触媒作用機能、触媒担持機能を発揮するのに十分な膜厚を有するゼオライト被覆膜を形成することができる。さらに、金属基材の耐アルカリ性に関わることがないので、安価な金属を用いて製造することができる。
【０００９】
また、本発明にかかるゼオライト被覆金属基材の製造方法は、前記前駆体層形成工程が、前記ゼオライト結晶を構成する材料及び該ゼオライト結晶を構成する水分量に対して１００倍よりも多い余剰水分量を含むゼオライト水溶液層を、前記金属基材上に形成する被覆工程と、前記ゼオライト水溶液層に含まれる前記余剰水分量を、１０倍以上１００倍以下として前記前駆体液層を形成する余剰水分調整工程とを備えることが好ましい。
この発明にかかるゼオライト被覆金属基材の製造方法によれば、余剰水分量が前駆体液層よりも多いゼオライト水溶液層を金属基材上に形成し、形成したゼオライト水溶液層に含まれる余剰水分量を調整することによって前駆体液層を形成する。ここで、ゼオライト水溶液層が前駆体液層と比較して粘性が低いため、金属基材上にゼオライト水溶液層を容易に形成することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のゼオライト被覆金属基材によれば、金属基材とゼオライト被覆膜との界面に主に金属基材の構成元素の水酸化物からなる接着層が形成されていることによって、金属基材とゼオライト被覆膜との密着性が向上する。ここで、接着層の層厚が、０．１μｍ以上とすることによって、金属基材とゼオライト被覆膜との密着性を十分に向上させることができ、１０μｍ以下とすることによって、金属基材の強度を維持することができる。
これにより、金属基材とゼオライト被覆膜との密着性が向上し、吸着機能、触媒作用機能、触媒担持機能を発揮するのに十分な膜厚を有するゼオライト被覆膜を形成することができる。さらに、金属基材の耐アルカリ性に関わることがないので、安価な金属を、基材として用いることができる。
【００１１】
また、本発明のゼオライト被覆金属基材の製造方法によれば、前駆体液層に含有されている余剰水分量が１０倍以上１００倍以下であることによって、形成される接着層の層厚は、０．１μｍ以上１０μｍ以下となる。これにより、ゼオライト被覆膜と金属基材との密着性を十分に向上させることができると共に金属基材の強度を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明にかかるゼオライト被覆金属基材の一実施形態について、図１及び図２を参照しながら説明する。
本実施形態によるゼオライト被覆金属基材１は、アルミニウムで構成された金属基材２と、金属基材２の上面に形成されて主にアルミニウムの水酸化物によって構成された接着層２Ａと、接着層２Ａの上面に形成され、Ｘ型ゼオライト（Ｎａ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・２．５ＳｉＯ２・６Ｈ２Ｏ）で構成されたゼオライト被覆膜３とによって構成されている。
【００１３】
ゼオライト被覆膜３は、図２（ａ）に示すように、金属基材２の一面に前駆体液層５を形成し、これを密閉空間中でＡ型ゼオライトの結晶化温度に保持してＡ型ゼオライトを結晶化させることによって形成されている。
この前駆体液層５は、図２（ｂ）に示すように、金属基材２の一面に形成されたゼオライト水溶液層６に含まれる水分量を調整することによって形成されたアルカリ性を有するゾル状の層である。
ゼオライト水溶液層６は、珪酸（ＳｉＯ２）、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）及び水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）をそれぞれモル比において、Ｎａ：Ａｌ：Ｓｉ＝１：１：１となるような分量で水溶させたもので、モル比においてＡ型ゼオライトに含まれる水分量の１００倍よりも多い余剰水分量を含有している。そして、このゼオライト水溶液層６の余剰水分量を、例えば蒸発させることによって調整して、Ｘ型ゼオライトに含まれる水分量の１０倍から１００倍の余剰水分量とすることで前駆体液層５が形成されている。
また、密閉空間中でＡ型ゼオライトの結晶化温度に保持することで、前駆体液層５のアルカリ性により、金属基材２の上面に接着層２Ａが形成されることになる。
【００１４】
次に、上述したゼオライト被覆金属基材１の製造方法について図３を参照しながら説明する。
本実施形態におけるゼオライト被覆金属基材１の製造方法は、図３（ａ）に示すように、前駆体層形成工程Ｓ１と、結晶化工程Ｓ２とによって構成されている。
この前駆体層形成工程Ｓ１は、図３（ｂ）に示すように、被覆工程Ｓ３と、余剰水分調整工程Ｓ４とによって構成されている。
【００１５】
まず、珪酸、水酸化アルミニウム及び水酸化ナトリウムをそれぞれ１２０ｇ、１００ｇ、６０ｇずつ秤量することで、モル比においてＮａ：Ａｌ：Ｓｉ＝５：１：５とし、２０ｋｇの蒸留水に順次溶かす。これを密閉状態で、室温、２４時間撹拌することで、Ｘ型ゼオライトを構成する水分量に対して１００倍よりも大きい余剰水分量を含むゾル状のゼオライト水溶液を作成する。
【００１６】
次に、被覆工程Ｓ３を行う。これは、このゼオライト水溶液中に、金属基材２を浸漬して、１ｍ／ｍｉｎの速度で引き上げることによって、金属基材２の表面にゼオライト水溶液層６を形成する。ここで、浸漬前の金属基材２の重量とゼオライト水溶液層６が形成された金属基材２の重量とを比較することによって、その重量増加分からゼオライト水溶液層６の重量を測定する。
【００１７】
そして、余剰水分調整工程Ｓ４を行う。これは、ゼオライト水溶液層６が付着した金属基材２の重量を測定しながら、開放空間中で金属基材２を放置し、水分量を減量させることで、ゼオライト水溶液層６に含まれる余剰水分量を１００倍となるようにする。このように、ゼオライト水溶液層６の水分を蒸発させることで前駆体液層５を形成する。
【００１８】
その後、結晶化工程Ｓ２を行う。これは、前駆体液層５が形成された金属基材２を密閉容器内で、１００℃、２４時間保持する。これにより、前駆体液層５からＸ型ゼオライトの結晶が析出し、ゼオライト被覆膜３が形成される。また、前駆体液層５が形成された金属基材２を密閉容器内で保持することで、前駆体液層５にアルカリ性により金属基材２とゼオライト被覆膜３との界面に、主に金属基材２の構成元素であるアルミニウムの水酸化物からなる接着層２Ａが形成される。なお、この接着層２Ａの層厚は、０．１μｍ以上１０μｍ以下となっている。
この後、蒸留水中で１００℃、２４時間洗浄し、開放大気中で５０℃、２時間乾燥させることによって、ゼオライト被覆金属基材１が製作される。
【００１９】
以上より、本実施形態におけるゼオライト被覆金属基材１及びこの製造方法によれば、金属基材２とゼオライト被覆膜３との界面に、主に金属基材２の構成元素であるアルミニウムの水酸化物からなる接着層２Ａが形成されていることによって、金属基材２とゼオライト被覆膜３との密着性が向上する。ここで、前駆体液層５に含有されている余剰水分量がＡ型ゼオライトを構成する水分量と同量であることによって、形成される接着層２Ａの層厚は、０．１μｍ以上１０μｍ以下となる。この接着層２Ａの層厚が、０．１μｍ以上とすることによって、金属基材２とゼオライト被覆膜３との密着性を十分に向上させることができ、１０μｍ以下とすることによって、金属基材２の強度を維持することができる。
したがって、吸着機能、触媒作用機能、触媒担持機能を発揮するのに十分な膜厚を有するゼオライト被覆膜３を形成することができる。さらに、金属基材２の耐アルカリ性に関わることがないので、アルミニウムのように安価な金属材料を用いて製造することができる。
【００２０】
また、金属基材２上に、前駆体液層５と比較して、含有する余剰水分量が多く、粘性の低いゼオライト水溶液層６を金属基材２上に形成し、このゼオライト水溶液層６に含まれる余剰水分量を調整することによって前駆体液層５を形成するので、金属基材２上に前駆体液層５を容易に形成することができる。
【００２１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、ゼオライト被覆膜がＸ型ゼオライトで構成されたが、これに限らず、Ａ型ゼオライト、Ｙ型ゼオライトや、その他細孔の大きいゼオライトであってもよい。
また、金属基材は、アルミニウムに限らず、他の金属であってもよい。
【００２２】
また、上記実施形態では、ゼオライト水溶液に金属基材を浸漬してゼオライト水溶液層を形成し、これの余剰水分量を調整することによって前駆体液層を形成しているが、これに限らず、直接金属基材上に前駆体液層を形成してもよい。例えば、まず、珪酸、水酸化アルミニウム及び水酸化ナトリウムをそれぞれモル比において、Ｎａ：Ａｌ：Ｓｉ＝５：１：５となるように秤量し、適量の蒸留水に順次溶かし、これを撹拌しながら水分量を調整して、Ｘ型ゼオライトを構成する水分量に対して１０倍以上１００倍以下となる余剰水分量を含む前駆体溶液を、ハケなどを用いて塗布することによって前駆体液層を形成してもよい。また、珪酸、水酸化アルミニウム及び水酸化ナトリウムをそれぞれ適量取って金属基材上に散布し、さらにスプレーなどを用いて所定の余剰水分量を散布することによって前駆体液層を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態におけるゼオライト被覆金属基材を示す断面図である。
【図２】図１におけるゼオライト被覆金属基材の製造過程を示す断面図である。
【図３】図１におけるゼオライト被覆金属基材の製造工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２４】
１  ゼオライト被覆金属基材
２  金属基材
２Ａ  接着層
３  ゼオライト被覆膜
５  前駆体液層
６  ゼオライト水溶液層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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