(57)【要約】      （修正有）【課題】ＰＶＡ樹脂多孔質体の特性を損なわず、且つ活性炭の吸着性能を有効に発揮させることが可能な活性炭複合体の提供。【解決手段】ＰＶＡ樹脂多孔質体に紛状又は粒状の活性炭が混在して定着した活性炭複合体であって、活性炭の平均粒径が０．０１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であり、活性炭の添加量（ＰＶＡ樹脂多孔質体の重量と活性炭の重量とを合わせた総重量に対する活性炭の重量％）が８０％以下である活性炭複合体。好ましくは、ＰＶＡ樹脂多孔質体の気孔率が６０〜９５％であり、５〜１５００μｍの気孔径である、活性炭複合体。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＶＡ樹脂多孔質体に紛状又は粒状の活性炭が混在して定着した活性炭複合体であって、
前記活性炭の平均粒径は、０．０１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であり、
前記活性炭の添加量は、８０％以下である
ことを特徴とする活性炭複合体。
【請求項２】
請求項１に記載の活性炭複合体であって、
前記ＰＶＡ樹脂多孔質体の気孔率は、６０％以上９５％以下であり、気孔径は、５μｍ以上１５００μｍ以下である
ことを特徴とする活性炭複合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＶＡ樹脂多孔質体に活性炭の粉末または粒状活性炭を混在させて定着させた活性炭複合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、連続気泡を有する合成樹脂発泡体と、この合成樹脂発泡体の気泡中に保持された粉状または粒状活性炭とから成る活性炭複合体において、合成樹脂発泡体に用いる合成樹脂として、ポリウレタン、フェノール樹脂、シリコン樹脂が望ましいことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５３−１２５２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
活性炭は炭素系多孔質体であり、高比表面積であることから優れた物理吸着特性をもっている。そのため、水、液体、あるいは空気、ガス中の不純物除去・精製に広く使われている。一般的に活性炭はヤシ殻や石炭などを炭化させたものであり、粉状、あるいは造粒してつぶ状にしたものである。
【０００５】
このような活性炭であるが、以下のような問題、課題がある。
【０００６】
粉状のものであれば取扱い時に空中に浮遊しやすく周囲を汚染しやすい。粒状のものでは硬く脆く壊れやすく、崩壊、摩耗により細粒化、活性炭粉が発生し、活性炭交換時に手間がかかる。また、造粒はできるものの、多岐にわたる目的に応じた、自由な形状には成形することが難しい。さらには、水処理用途では、活性炭が親水性ではないため、水に沈むのに時間が必要な場合があり、より十分に活性炭を濡らすため浸漬脱気が必要であった。
【０００７】
一方、連続気孔を有する樹脂多孔質体としてＰＶＡ樹脂多孔質体が公知である。ＰＶＡ樹脂多孔質体は、吸水性や保水性に優れるとともに湿潤時に好ましい柔軟性や反発弾性を有し、且つ耐久性に優れるという特性を有している。
【０００８】
しかし、ポリウレタン等の合成樹脂発泡体とＰＶＡ樹脂多孔質体とはその製法が基本的に異なる。例えば、ポリウレタン等の合成樹脂発泡体では、反応時に発泡物質を起泡させることによって気孔を形成するのが一般的であるのに対し、ＰＶＡ樹脂多孔質体では、反応後に気孔形成材を除去することによって気孔を形成するのが一般的である。また、ポリウレタン、フェノール樹脂等の合成樹脂には、親水性や柔軟性などの物性がＰＶＡ樹脂と大きく相違するものがある。このため、単に特許文献１の合成樹脂に替えてＰＶＡ樹脂を用いただけでは、上記ＰＶＡ樹脂多孔質体の特性を損なうことなく、且つ活性炭の吸着性能を有効に発揮させる活性炭複合体を得ることができない。
【０００９】
そこで、本発明は、ＰＶＡ樹脂多孔質体の特性を損なうことなく、活性炭の吸着性能を有効に発揮させることが可能な活性炭複合体を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討を行った結果、ＰＶＡ樹脂多孔質体（ポリビニルアセタール樹脂多孔質体）に粉状又は粒状の活性炭を混在して定着させた活性炭複合体において、活性炭の平均粒径を０．０１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とし、活性炭の添加量（ＰＶＡ樹脂の原料の重量と活性炭の重量とを合わせた総重量に対する活性炭の重量％）を８０％以下とすることにより、ＰＶＡ樹脂多孔質体の特性を損なわず、且つ活性炭の吸着性能を有効に発揮させることが可能であることを見出した。すなわち、ＰＶＡ樹脂多孔質体の特性（連続気孔による多孔性、柔軟性、親水性、形状加工自由性など）と活性炭の優れた物理吸着特性とが有効に複合化することにより、活性炭単体の場合の物理吸着能を維持しつつ、柔軟性、通気・通水性、親水性、成形性に優れ、活性炭粉による汚染のない、ハンドリングに優れた活性炭複合体を得られるものである。
【００１１】
上記のように、活性炭の平均粒径は、０．０１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下が好適である。活性炭の平均粒径が０．０１ｍｍ未満であると、製造時において活性炭を投入する際に活性炭が空気中に浮遊してＰＶＡ樹脂の水溶液との混合が困難なためであり、１．０ｍｍを超えると、混入された活性炭がＰＶＡ樹脂の水溶液中に均一に分散せず、均一な活性炭複合体を得ることができないためである。
【００１２】
また、活性炭の添加量は、８０％未満が好適であり、より好ましくは４０％以上８０％未満である。添加量が８０％を超えると、ＰＶＡ樹脂多孔質体に全ての活性炭を定着させることが難しく、活性炭複合体として形状が維持されないためである。なお、本発明における比表面積とは、物質の１ｇ当たりの表面積であり、活性炭の窒素吸着等温線を測定するＢＥＴ法により求められる。比表面積が大きいほど活性炭が有する吸着性能をより有効に発揮させることができる。
【００１３】
活性炭を定着させるＰＶＡ樹脂多孔質体の気孔（連続気孔）は、比表面積の増大による吸着性能の向上に寄与し、ＰＶＡ樹脂多孔質体の気孔率は、６０容積％以上９５容積％以下が好ましく、７５容積％以上９５容積％以下がさらに好適である。気孔率が６０容積％より小さいと、上記効果を十分に発揮できず、吸着性能が不十分となる一方、気孔率が９５容積％より大きいと、多孔体が脆い構造物又は構造物としての形状維持が不可能な状態となり、上記限定範囲において好ましい活性炭複合体が得られるためである。
【００１４】
ＰＶＡ樹脂多孔質体の気孔径は、５μｍ以上１５００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以上１０００μｍ以下がさらに好適である。気孔径が５μｍ未満であると、気孔形成材（気孔生成剤）や余剰の硫酸を除去することが困難で実質上ＰＶＡ樹脂多孔質体を製造することができないためであり、１５００μｍを超えると、脆い構造の活性炭複合体となり易いためである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の活性炭複合体によれば、ＰＶＡ樹脂多孔質体の特性を損なわず、且つ活性炭の吸着性能を有効に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の各実施例の比表面積、気孔径、気孔率を測定した結果を示す表である。
【図２】図１の活性炭添加量と比表面積との関係を図示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本実施形態の活性炭複合体は、連続気孔を形成するＰＶＡ樹脂多孔質体（三次元の連続気孔を形成する幹状部分）の全域に粉状又は粒状の活性炭が略均等に混在し定着して、ＰＶＡ樹脂多孔質体と活性炭とが一体化したものであり、親水性、柔軟性、弾力性等に優れている。
【００１８】
活性炭の平均粒径は、０．０１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。活性炭の添加量（活性炭の添加量（％）＝活性炭の重量／（ＰＶＡ樹脂の原料の重量＋活性炭の重量）×１００）は、８０％以下であり、より好ましくは４０％以上８０％未満である。ＰＶＡ樹脂多孔質体の気孔率は、６０容積％以上９５容積％以下であり、より好ましくは７５容積％以上９５容積％以下である。気孔径は、５μｍ以上１５００μｍ以下であり、より好ましくは５０μｍ以上１０００μｍ以下である。
【００１９】
活性炭複合体は、活性炭単体に代替して様々な用途に使用され得るが、ＰＶＡ樹脂多孔質体を基材とすることから、特に湿潤状態での使用に好適である。
【００２０】
活性炭複合体は、例えば次のように製造される。ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）樹脂の水溶液に、活性炭の粉末と気孔形成材と触媒を配合し、十分に撹拌する。得られる混合液は、粘度が高く且つ活性炭の粉末を多量に含有するため、粘稠なスラリー状或いはペースト状を呈する。気孔形成材としては、例えば澱粉またはその誘導体をはじめとする有機質微粉末が好適である。具体的には、米，小麦、とうもろこし，馬鈴薯等から抽出された澱粉、ないしはこれらを加工したもの、あるいは分級したものが挙げられる。
【００２１】
次に、粘稠物（混合液）を所望の形状の容器（型枠）に注型した後、所定の温度（例えば５０〜１００℃）の雰囲気にて静置し加温する。これにより、ＰＶＡ樹脂の縮合反応が開始し該粘稠物は徐々にゲル化し、次いで固化が始まるとともに、気孔形成材により多孔構造が形成される。固化完了後、該固化物を容器（型枠）より取り出し、洗浄して気孔形成材等を固化物から除去する。
【００２２】
このようにして得られた連続気孔を有する活性炭複合体は、容器（型枠）を活性炭複合体の製品形状に合わせた寸法形状としてもよく、容器（型枠）から取出したブロック状の活性炭複合体に対し製品形状に応じて切断等の後加工を施してもよい。
【００２３】
次に、実施例をあげて本発明を説明するが、本発明は記載した実施例により何ら限定されるものではない。
（実施例１）
平均重合度１７００の中間けん化型ポリビニルアルコールの加温した１０％水溶液・８５Ｌ（リットル）に、気孔形成材として小麦澱粉分散液１５Ｌを撹拌混合し、澱粉を糊化して第１の混合液とし、また、３７％ホルムアルデヒド水溶液１２Ｌと５０％硫酸１０Ｌとの混合液に、カルゴンカーボンジャパン株式会社製の活性炭・Ｆ−４００粉砕品（平均粒径０．０１ｍｍ）２．１３ｋｇを分散させて第２の混合液とし、冷却後の第１の混合液に第２の混合液を加え、攪拌機で充分に撹拌・分散後、容器（型枠）に流し込んで６０℃にて１８時間反応させた。反応・固化終了後、反応生成物を容器（型枠）から取出し、洗浄して余剰のホルムアルデヒド、硫酸、澱粉を除去して、実施例１の活性炭複合体を得た。
【００２４】
実施例１の活性炭添加量は、ＰＶＡ樹脂１０％水溶液・８５Ｌ（ＰＶＡ樹脂は８．５ｋｇ）に対して活性炭を２．１３ｋｇ混合しているため、活性炭添加量は、２．１３／（８．５＋２．１３）×１００≒２０％である。すなわち、実施例１は、Ｆ−４００粉砕品（平均粒径０．０１ｍｍ）の活性炭をＰＶＡ樹脂多孔質体に２０％添加した活性炭複合体である。
（実施例２）
活性炭添加量が４０％になるように、混合する活性炭の量を５．７ｋｇとする以外は、実施例１と同じ原料、条件及び方法によって実施例２の活性炭複合体を得た。すなわち、実施例２は、Ｆ−４００粉砕品（平均粒径０．０１ｍｍ）の活性炭をＰＶＡ樹脂多孔質体に４０％添加した活性炭複合体である。
（実施例３）
活性炭添加量が６０％になるように、混合する活性炭の量を１２．７５ｋｇとする以外は、実施例１と同じ原料、条件及び方法によって実施例３の活性炭複合体を得た。すなわち、実施例３は、Ｆ−４００粉砕品（平均粒径０．０１ｍｍ）の活性炭をＰＶＡ樹脂多孔質体に６０％添加した活性炭複合体である。
（実施例４）
活性炭添加量が８０％になるように、混合する活性炭の量を３４ｋｇとする以外は、実施例１と同じ原料、条件及び方法によって実施例３の活性炭複合体を得た。すなわち、実施例４は、Ｆ−４００粉砕品（平均粒径０．０１ｍｍ）の活性炭をＰＶＡ樹脂多孔質体に８０％添加した活性炭複合体である。
（実施例５）
平均重合度１４００の完全けん化型ポリビニルアルコールの１０％水溶液・３０Ｌに、気孔形成材として、澱粉を煮蒸しα化させたのち乾燥・固化したものを粉砕し２４メッシュの篩で分級した澱粉加工体粉末分散液１８Ｌを撹拌混合して第１の混合液とし、また、３７％ホルムアルデヒド水溶液６Ｌと５０％硫酸４Ｌとの混合液に、カルゴンカーボンジャパン株式会社製活性炭・ＯＬ  ２０×５０（平均粒径０．５〜０．６ｍｍ）０．３３ｋｇを分散させて第２の混合液とし、第１の混合液に第２の混合液を加え、攪拌機で充分に撹拌・分散後、容器（型枠）に流し込んで６０℃にて１８時間反応させた。反応・固化終了後、反応生成物を容器（型枠）から取出し、洗浄して余剰のホルムアルデヒド、硫酸、澱粉加工体粉末を除去して、実施例５の活性炭複合体を得た。
【００２５】
実施例５の活性炭添加量は、ＰＶＡ樹脂１０％水溶液・３０Ｌ（ＰＶＡ樹脂は３ｋｇ）に対して活性炭を０．３３ｋｇ混合しているため、活性炭添加量は、０．３３／（３＋０．３３）×１００≒１０％である。すなわち、実施例１は、ＯＬ  ２０×５０（平均粒径０．５〜０．６ｍｍ）の活性炭をＰＶＡ樹脂多孔質体に１０％添加した活性炭複合体である。
（実施例６）
活性炭添加量が２０％になるように、混合する活性炭の量を０．７５ｋｇとする以外は、実施例５と同じ原料、条件及び方法によって実施例６の活性炭複合体を得た。すなわち、実施例６は、ＯＬ  ２０×５０（平均粒径０．５〜０．６ｍｍ）の活性炭をＰＶＡ樹脂多孔質体に２０％添加した活性炭複合体である。
（実施例７）
活性炭添加量が４０％になるように、混合する活性炭の量を２ｋｇとする以外は、実施例５と同じ原料、条件及び方法によって実施例７の活性炭複合体を得た。すなわち、実施例７は、ＯＬ  ２０×５０（平均粒径０．５〜０．６ｍｍ）の活性炭をＰＶＡ樹脂多孔質体に４０％添加した活性炭複合体である。
（実施例８）
活性炭添加量が６０％になるように、混合する活性炭の量を４．５ｋｇとする以外は、実施例５と同じ原料、条件及び方法によって実施例８の活性炭複合体を得た。すなわち、実施例８は、ＯＬ  ２０×５０（平均粒径０．５〜０．６ｍｍ）の活性炭をＰＶＡ樹脂多孔質体に６０％添加した活性炭複合体である。
（実施例９）
活性炭添加量が８０％になるように、混合する活性炭の量を１２ｋｇとする以外は、実施例５と同じ原料、条件及び方法によって実施例９の活性炭複合体を得た。すなわち、実施例９は、ＯＬ  ２０×５０（平均粒径０．５〜０．６ｍｍ）の活性炭をＰＶＡ樹脂多孔質体に８０％添加した活性炭複合体である。
（比較例）
活性炭添加量が９０％になるように、混合する活性炭の量を２７ｋｇとする以外は、実施例５と同じ原料、条件及び方法によって比較例の活性炭複合体を得た。すなわち、比較例は、ＯＬ  ２０×５０（平均粒径０．５〜０．６ｍｍ）の活性炭をＰＶＡ樹脂多孔質体に９０％添加した活性炭複合体である。
【００２６】
比較例では、反応・固化終了後、反応生成物を容器（型枠）から取り出そうとしたところ、反応生成物が崩れてしまい、構造物としての形状を維持可能な活性炭複合体を得ることができなかった。
（活性炭複合体の平均気孔径及び気孔率）
実施例１〜４の活性炭複合体の気孔径は８０μｍ、気孔率は８９％であった。また、実施例５〜９の活性炭複合体の気孔径は７００μｍ、気孔率は９０％であった。気孔径とは、活性炭複合体の表面を電子顕微鏡で拡大した画像上で測長した値である。気孔率とは、活性炭複合体全体に対する連続気孔全体の容積％を原料配合比から計算した理論値である。
（比表面積）
実施例１〜９の各活性炭複合体について比表面積を測定した。図１及び図２に示すように、実施例１〜４の各比表面積（ｍ２／ｇ）は、５２、１２０、２５０、及び４６０であった。また、実施例５〜９の各比表面積（ｍ２／ｇ）は、４４、９７、２５０、４５０、６００であった。
【００２７】
上記実施例及び比較例から、活性炭複合体として形状を維持可能な活性炭添加量の上限値が８０％以上で且つ９０％未満であること、活性炭添加量が増大するほど比表面積も増大すること、及び活性炭添加量が同じであっても活性炭の平均粒径及び気孔径が大きい活性炭複合体（実施例２〜９）の方が小さい活性炭複合体（実施例１〜４）よりも比表面積が大きいことが判る。
【００２８】
また、実施例１〜９の活性炭複合体では、活性炭がＰＶＡ樹脂多孔質体に複合化されていることにより、活性炭が粉体であっても活性炭が空中に浮遊することがなく、設置や交換時の取扱いが簡便で、周囲の汚染がないことが確認された。
【００２９】
さらに、ＰＶＡ樹脂が親水性であり、連続気孔を有する多孔質体であるため、実施例１〜９の活性体複合体は、通水性が良好なものであった。
【００３０】
なお、本発明は、一例として説明した上述の実施形態、及びその実施例に限定されることはなく、上述の実施形態等以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
【図１】
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【図２】
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