(57)【要約】【課題】揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等の有害ガスを効率的に吸着等して除去し得る繊維、繊維加工製品及び繊維の製造方法を提供する。【解決手段】繊維１０は、高分子樹脂からなる基材繊維１の表面にゾル−ゲル法によりコーティングした多孔質の無機材料の無機皮膜２を有してなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子樹脂からなる基材繊維の表面にゾル−ゲル法によりコーティングした多孔質の無機材料のコーティング膜を有してなることを特徴とする繊維。
【請求項２】
前記無機材料のコーティング膜には、粒子が混入されていることを特徴とする請求項１記載の繊維。
【請求項３】
前記粒子は、ガス吸着性能を有する多孔質粒子であることを特徴とする請求項２記載の繊維。
【請求項４】
前記粒子は、ガス分解性能を有する触媒であることを特徴とする請求項２記載の繊維。
【請求項５】
前記粒子には、ガス分解性能を有する触媒が担持されていることを特徴とする請求項３記載の繊維。
【請求項６】
前記無機材料のコーティング膜は、無機酸化物からなっていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の繊維。
【請求項７】
前記無機材料のコーティング膜には、導電性材料が混入されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の繊維。
【請求項８】
前記ガス分解性能を有する触媒は、二酸化チタン（ＴｉＯ２ ）又は酸化タングステン（ＷＯ３ ）を含む光触媒、マンガン（Ｍｎ），鉄（Ｆｅ），ジルコニウム（Ｚｒ）を主成分とする酸化金属触媒、白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），ロジウム（Ｒｈ）を含む金属触媒のうちから選ばれる１種以上の触媒であることを特徴とする請求項４又は５記載の繊維。
【請求項９】
前記表面にコーティング膜を有する基材繊維は、基材に複数起毛されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の繊維。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の繊維を加工してなることを特徴とする繊維加工製品。
【請求項１１】
高分子樹脂からなる基材繊維の表面に多孔質の無機材料のコーティング膜をゾル−ゲル法により形成することを特徴とする繊維の製造方法。
【請求項１２】
前記無機材料のコーティング膜に、ガス吸着性能を有する多孔質粒子を混入することを特徴とする請求項１１記載の繊維の製造方法。
【請求項１３】
前記無機材料のコーティング膜に、ガス分解性能を有する触媒粒子を混入することを特徴とする請求項１１又は１２記載の繊維の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機材料を基材繊維にコーティングした繊維、繊維加工製品、及び繊維の製造方法に関するものであり、詳細には、繊維における種々の構成及び構造への加工に関する。
【背景技術】
【０００２】
今までのガス吸着は、主に活性炭粒子を袋に詰めてそのままフィルタ化したり、結着材と混合してはねかむ（honeycomb ）形状フィルタ成型物として使用したりしていた。また、活性炭繊維を用いる場合もあるが、脆くて切れ易いため取り扱いは活性炭粒子とほぼ同じである。
【０００３】
ガス吸着用のデバイスは、用途に応じて、密度、形状等を自由に変えることが望まれる。したがって、繊維等のフレキシブルで加工性の良い材料に練り込んだり、表面にコーティングしたりして使うケースが多い。しかし、いずれの場合でも、活性炭の多孔表面が、繊維を構成する樹脂等或いはコーティングする際に用いる高分子結着材等で覆われるため、吸着性が著しく低下する。
【０００４】
また、活性炭は黒色で脆いため、例え繊維にコーティングしても黒色以外の色選定は難しく、かつ活性炭が脆いため接触部位を黒色汚染する問題を有している。
【０００５】
したがって、外観を重視した場合には、日常的に用いる衣服、マスク等への活性炭繊維デバイスの適用は困難であった。
【０００６】
そこで、この問題を解決するために、活性炭以外の吸着剤として、例えば、特許文献１には、粉粒状体を使用しないで有害ガスを吸着除去する、多孔質選択吸着性材料が開示されている。この特許文献１では、以下のことを開示している。
【０００７】
すなわち、従来、燃焼排ガスや混合気体中に含まれるＮＯＸ やＳＯＸ 等の有害ガスを吸着除去するために、活性アルミナ等の多孔質体粒子を用いていた。
【０００８】
しかしながら、活性アルミナ等の多孔質体粒子を用いたとしても、この種の多孔質体粒子は、ガラスやゼオライトのような結晶構造的な空隙ではなく、粒子同士の空隙を利用するものであるため、細孔径分布の幅が極めて広く、また、平均細孔径も５ｎｍが限度であった。したがって、例えばＮＯＸ の吸着等は平均細孔径も５ｎｍ以下の適度な細孔径分布が必要となるので、充分に選択的に吸着できないという問題を有していた。
【０００９】
そこで、この問題を解決するために、特許文献１では、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）又はシリコン（Ｓｉ）系の酸化物から平均細孔径５ｎｍ以下の多孔質選択吸着性材料を、ゾル−ゲル法により得る技術を開示している。具体的には、上記の孔質選択吸着性材料のゾルをセラミックスファイバー、ガラスファイバー、カーボンファイバー等の耐熱性に優れた基材の表面に塗布してゲル化し、これによって、平均細孔径５ｎｍ以下の細孔の多孔質材料膜を１０００℃以下で製造できるものとなっている。
【００１０】
一方、フィルム等高分子材料へのゾルゲル材料のコーティング例としては、例えば特許文献２には、高分子樹脂からなるフィルムと無機材料とのハイブリット化について、ゾル−ゲル法によるコーティング製品が開示されている。
【００１１】
この特許文献２に開示されたガスバリアー性積層フィルムは、熱可塑性樹脂からなる基材フィルムにアルコキシシラン等の無機物質のゾルを塗布し、ゲル化することにより、酸素ガス、水蒸気、窒素ガスのガスバリアー性を有するので、食品包装用フィルムに適用できるとしている。この特許文献２は、特許文献１とは異なり、高温では融解する熱可塑性樹脂からなる基材に無機材料をコーティングした点で評価できるものとなっている。
【００１２】
また、特許文献３及び特許文献４には、ポリマー繊維又は天然繊維からなる不織布にアルミナ、シリカ等の無機酸化物をゾル−ゲル法によりコーティングしたものが開示されている。これにより、リチウムバッテリー中において、ポリマーよりも薬品安定性及び耐熱性を有し、電子を通過させつつ、カソードとアノードとを電気的に完全に分離する分離膜に適用できるとしている。
【００１３】
さらに、特許文献５には、表面に電荷注入層を有する感光体にＤＣ電圧を印加したブラシロールを当接させて帯電を行う帯電装置において、ブラシロールはブラシ毛の繊維の表面をゾル−ゲル法により形成された金属酸化物膜により導電化処理したもので構成した帯電装置が開示されている。上記金属酸化物膜としては、導電目的であるので、例えば、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化スズ、酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化ビスマス、酸化ジルコニウムを挙げている。
【００１４】
これにより、ブラシロールの伝導性を改善し、かつ耐久性が向上するとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】国際公開第９５／１７２４６号パンフレット（１９９５年６月２９日公開）
【特許文献２】特開平４−３４５８４１号公報（１９９２年１２月１日公開）
【特許文献３】特表２００５−５１８２７２号公報（２００５年６月２３日公開）
【特許文献４】特開２００８−２０８５１１号公報（２００８年９月１１日公開）
【特許文献５】特開２０００−１８１１９１号公報（２０００年６月３０日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上記従来の特許文献１に開示された、ＮＯＸ やＳＯＸ 等の有害ガスを除去する多孔質選択吸着性材料は、コーティング膜の基材がセラミックスファイバー、ガラスファイバー、カーボンファイバー等の無機硬質材料であり、高温でのゲル化処理が要求されると共に、柔軟性に乏しい。また、特許文献１には、揮発性有機化合物（ＶＯＣ：Volatile Organic Compounds）の吸着については開示がない。
【００１７】
また、特許文献２に開示された従来技術は、水蒸気等について透過性を有する食品包装用の熱可塑性樹脂フィルムにおいて、水蒸気等のバリア性を付与すべくフィルムに意図的にポリビニルアルコールを含有したアルコキシシラン等の無機材料をコーティングしたものである。このため、食品を柔軟に包装し、かつ水蒸気等のガスを略完全にバリアする食品包装用フィルムには好適であるが、分子量の大きい揮発性有機化合物（ＶＯＣ）のみを効率よくバリアし、かつ分子量の小さい酸素、窒素等の空気の分子は透過するようにすることはできない。また、無機材料をコーティングしたフィルムに吸着機能があったとしても、フィルム平面に平行に通るガスを吸着するにはガスとの接触面積が小さいので当該吸着機能を充分に発揮できない。
【００１８】
さらに、許文献３及び特許文献４に開示された従来技術は、ポリマー繊維又は天然繊維からなる不織布に無機材料をコーティングしたものであり、これによって、例えば、バッテリー用のセパレータ又は精密ろ過膜として使用するものである。すなわち、ポリマー繊維又は天然繊維の不織布は柔軟性があるが、バッテリー用のセパレータに使用する場合には高熱になるので、繊維の耐熱性及び耐薬品性が問題となる。そこで、ポリマー繊維又は天然繊維にセラミック膜を設けることによって、繊維に耐熱性及び耐薬品性を付与すると共に、柔軟性を有する不織布における多孔性の開口特性を生かして電解質についての高い膜透過性を確保しつつ、バッテリーの電解質中に使用された化学薬品については絶縁性を呈するものである。
【００１９】
したがって、特許文献３及び特許文献４では、ろ過フィルタとして不織布を用いる場合において、不織布におけるポリマー繊維又は天然繊維にセラミック膜の被覆を形成して補強し、その際、セラミック膜としてシリカ等を用いることにより、そのシリカ等の共有結合を生かして付着力を高めるものとなっている。したがって、セラミック膜自体にガス吸着性を求めているのではない。
【００２０】
また、特許文献５に開示された従来技術においては、繊維にゾル−ゲル法にて、無機塗膜をコーティングしたものとなっているが、導電性を向上させるためのものである。
【００２１】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等の有害ガスを効率的に除去し得る繊維、繊維加工製品、及び繊維の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明者等は、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等の有害ガスを効率的に吸着除去し得る繊維、繊維加工製品、及び繊維の製造方法について、鋭意研究を続けてきた。その結果、ソル−ゲル用の原料の組成、重合速度を調整することにより、低温で吸着性を損なうことなく高分子樹脂への接着性を改良し得ることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００２３】
本発明の繊維は、上記課題を解決するために、高分子樹脂からなる基材繊維の表面にゾル−ゲル法によりコーティングした多孔質の無機材料のコーティング膜を有してなることを特徴としている。
【００２４】
上記の発明によれば、無機材料のコーティング膜は多孔質となっているので、有害ガス等のガスを吸着・保持・通気することができる。また、細長い高分子樹脂からなる基材繊維に無機材料のコーティング膜を形成したものを複数集めることによって、単位容積当たりの吸着等面積は格段に増加する。したがって、ガス吸着等性能を格段に向上させることができる。
【００２５】
ところで、従来では、高分子樹脂からなる基材繊維の表面に無機材料をコーティングしたものは存在しなかった。この理由は、高分子樹脂からなる基材繊維の表面に無機材料をコーティングする場合、その付着性を高めるためには高温度で焼成する必要があるので、高分子樹脂からなる基材繊維ではその温度に耐えることができなかったためである。
【００２６】
この点、本発明では、高分子樹脂からなる基材繊維の表面にゾル−ゲル法によりコーティングしているので、コーティング膜の吸着性等を損なうことなく、該コーティング膜の乾燥温度を高分子樹脂の融点以下に抑えることができ、かつ高分子樹脂からなる基材繊維の表面への無機材料の付着性等もよい。
【００２７】
また、ゾル−ゲル法により得たコーティング膜は、多孔質であるという特徴を有している。このため、無機材料の多孔質のコーティング膜は、孔の空隙内にガスを取り込むことができ、高いガス吸着能力等を有する。したがって、例えば、トルエン（Ｃ６ Ｈ５ ＣＨ３ ）、ホルムアルデヒド（ＨＣＨＯ）、アセトアルデヒド（ＣＨ３ ＣＨＯ）、その他の揮発性有機化合物（ＶＯＣ：Volatile Organic Compounds）等の有害ガスを多数吸着等させることができる。
【００２８】
この結果、例えば揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等の有害ガスを効率的に吸着等して除去し得る繊維を提供することができる。
【００２９】
本発明の繊維では、前記無機材料のコーティング膜には、粒子が混入されていることが好ましい。
【００３０】
これにより、粒子に例えばガス吸着性能を持たせることにより、コーティング膜と相俟ってさらに表面積を増加させ、ガス吸着等の性能をさらに高めることができる。また、粒子に例えばガス分解性能を持たせることにより、コーティング膜にて吸着等したガスを分解することが可能となる。
【００３１】
本発明の繊維では、前記粒子は、ガス吸着性能を有する多孔質粒子であることが好ましい。
【００３２】
これにより、粒子はガス吸着性能を有する多孔質粒子であるので、コーティング膜と相俟ってさらに表面積を増加させ、ガス吸着性能をさらに高めることができる。
【００３３】
本発明の繊維では、前記粒子は、ガス分解性能を有する触媒であることが好ましい。
【００３４】
これにより、粒子は、ガス分解性能を有する触媒であるので、コーティング膜にて吸着等したガスを分解することが可能となる。
【００３５】
本発明の繊維では、前記粒子には、ガス分解性能を有する触媒が担持されていることが好ましい。
【００３６】
これにより、ガス吸着性能を有する粒子にガス分解性能を有する触媒を担持させるので、粒子にて吸着した有害ガスを触媒にて非有害ガスに分解することが可能となる。
【００３７】
本発明の繊維では、前記無機材料のコーティング膜は、無機酸化物からなっていることが好ましい。
【００３８】
すなわち、ゾル−ゲル法により形成した無機酸化物は、微細孔を有し、分子量の大きい揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等のガスの吸着等に適している。
【００３９】
本発明の繊維では、前記無機材料のコーティング膜には、導電性材料が混入されていることが好ましい。
【００４０】
これにより、コーティング膜に電圧を印加することにより、極性を有する有害ガスを静電的に吸着除去することができる。また、コーティング膜に電圧を印加することにより、帯電防止性能を付与することも可能である。
【００４１】
本発明の繊維では、前記ガス分解性能を有する触媒は、前記ガス分解性能を有する触媒は、二酸化チタン（ＴｉＯ２ ）又は酸化タングステン（ＷＯ３ ）を含む光触媒、マンガン（Ｍｎ），鉄（Ｆｅ），ジルコニウム（Ｚｒ）を主成分とする酸化金属触媒、白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），ロジウム（Ｒｈ）を含む金属触媒のうちから選ばれる１種以上の触媒であることが好ましい。
【００４２】
これにより、各種の触媒に対応したガス分解性能を発揮することができる。
【００４３】
本発明の繊維では、前記表面にコーティング膜を有する基材繊維は、基材に複数起毛されていることが好ましい。
【００４４】
これにより、基材として織物、不織布、紙等を用いることにより、基材に複数起毛された無機材料のコーティング膜を有する繊維とすることができ、ガス吸着等面積を各段に増加させ、有害ガスを効率的に吸着等して除去し得る繊維を提供することができる。
【００４５】
また、本発明では、ガスは、林立する繊維の間を通過するときに、いずれかの繊維の無機材料のコーティング膜に捉えられる。このため、林立する繊維の空隙率を高くし、空気の流通抵抗を小さくすることができる。その結果、目詰まりを防止することができる。
【００４６】
本発明の繊維加工製品は、上記課題を解決するために、上記記載の繊維を加工してなることを特徴としている。
【００４７】
上記の発明によれば、繊維加工製品は、本発明の繊維を加工してなる。すなわち、高分子材料からなる基材繊維は軟質であり、その軟質の基材繊維に硬質の無機材料をコーティングする。このため、表面は硬質の無機材料であるが、全体的には、柔軟性を有する繊維となっている。したがって、空気清浄用のフィルタ等の繊維加工製品に使用することにより、コンパクトでガス吸着等効率の高いフィルタとすることができる。
【００４８】
また、基材として織物、不織布、紙等とすることにより、繊維は柔軟性を有するので、取り付け場所を選ばないフィルタとすることができる。
【００４９】
本発明の繊維の製造方法は、上記課題を解決するために、高分子樹脂からなる基材繊維の表面に多孔質の無機材料のコーティング膜をゾル−ゲル法により形成することを特徴としている。
【００５０】
上記発明によれば、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等の有害ガスを効率的に吸着等して除去し得る繊維の製造方法を提供することができる。
【００５１】
本発明の繊維の製造方法では、前記無機材料のコーティング膜に、ガス吸着性能を有する多孔質粒子を混入することが好ましい。
【００５２】
これにより、粒子はガス吸着性能を有する多孔質粒子であるので、コーティング膜と相俟ってさらに表面積を増加させ、ガス吸着性能をさらに高めることができる。
【００５３】
本発明の繊維の製造方法では、前記無機材料のコーティング膜に、ガス分解性能を有する触媒粒子を混入することが好ましい。
【００５４】
これにより、コーティング膜にて吸着等したガスを、ガス分解性能を有する触媒粒子にて分解することが可能となる。例えば、コーティング膜に吸着等されたトルエン（Ｃ６ Ｈ５ ＣＨ３ ）、ホルムアルデヒド（ＨＣＨＯ）、アセトアルデヒド（ＣＨ３ ＣＨＯ）、その他の揮発性有機化合物（ＶＯＣ：Volatile Organic Compounds）を、無毒の炭酸ガス（ＣＯ２ ）と水（Ｈ２ Ｏ）に分解する。
【００５５】
したがって、吸着した有害ガスの浄化を図る繊維を製造することができる。
【発明の効果】
【００５６】
本発明の繊維は、以上のように、高分子樹脂からなる基材繊維の表面にゾル−ゲル法によりコーティングした多孔質の無機材料のコーティング膜を有してなるものである。
【００５７】
本発明の繊維加工製品は、以上のように、上記記載の繊維を加工してなるものである。
【００５８】
本発明の繊維の製造方法は、以上のように、高分子樹脂からなる基材繊維の表面に多孔質の無機材料のコーティング膜をゾル−ゲル法により形成する方法である。
【００５９】
それゆえ、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等の有害ガスを効率的に除去し得る繊維、繊維加工製品、及び繊維の製造方法を提供するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】（ａ），（ｂ）は、本発明における繊維の実施の一形態を示すものであり、該繊維を示す断面図である。
【図２】ゾル−ゲル法にてコーティングする場合の反応機構を示す説明図である。
【図３】無機皮膜に機能粒子を混入した繊維を示す斜視図である。
【図４】本実施例のトルエンの濃度低減効果を、従来例との比較において示すグラフである。
【図５】本実施例のトルエンの分解による炭酸ガス発生量を、従来例との比較において示すグラフである。
【図６】本実施例のトルエンの濃度低減効果を、基材との差異において示すグラフである。
【図７】本実施例のトルエンの分解による炭酸ガス発生量を、基材との差異において示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
本発明の繊維、繊維加工製品、及び繊維の製造方法に関する実施の一形態について図１〜図７に基づいて説明すれば以下のとおりである。
【００６２】
本実施の形態の繊維１０は、図１（ａ）に示すように、高分子樹脂からなる基材繊維１の表面に、ゾル−ゲル法によりコーティングした多孔質の無機材料のコーティング膜としての無機皮膜２を有している。
【００６３】
本実施の形態では、基材繊維１は、図１（ｂ）に示すように、例えば、基材１１に静電植毛してなっている。上記基材１１としては、金属若しくは樹脂からなるシート、フィルム、又はモールド、シャフト等を使用することができる。シャフトの場合には回転効果が得られる一方、シート、フィルム、又はモールド等の場合には省スペース化が可能となる。
【００６４】
また、基材１１には、静電植毛された繊維１０を接着するための図示しない接着剤が塗布されている。この接着剤について、本実施の形態では、導電性の付与については問わない。さらに、本実施の形態の繊維１０は、中実であるが、必ずしもこれに限らず、中空であってもよい。さらに、繊維１０は中空であって側面壁に孔を有する中空多孔質であってもよい。
【００６５】
尚、上記の説明では、繊維１０は、基材１１に静電植毛したものとなっている。しかし、必ずしもこれに限らず、基材１１は、高分子繊維からなる縦糸と横糸とを織り込んでなる基布からなっていると共に、この基材１１の少なくとも片面に植毛された糸は、上記基布の少なくとも片面に織り込んでなっているパイル糸であるとすることが可能である。また、２つの基材１１・１１間にパイル糸を織り込んでもよい。この場合の製造できる繊維１０の長さは、例えば０．５〜５ｃｍとなる。したがって、それよりも長い繊維１０を用いたフィルタとするためには、例えば、基材１１・１１間にパイル糸を織り込んだものを複数段に積層して用いることが可能である。
【００６６】
ここで、本実施の形態の繊維１０は、図１（ａ）に示すように、ゾル−ゲル法により無機皮膜２を高分子樹脂の基材繊維１にコーティングしてなっている。
【００６７】
本実施の形態では、基材繊維１の材質は、例えばナイロン、ポリエステル、アクリル等の高分子樹脂からなっている。尚、基材繊維１の抵抗値は、絶縁性又は導電性のいずれであるかを問わない。また、基材繊維１の繊度についても、問わない。
【００６８】
一方、無機材料の無機皮膜２は、無機酸化物ゲル体からなっており、無機皮膜２の材質は、例えば、シリカ、チタニア、アルミナ、酸化スズ、酸化鉄等の酸化物が好ましい。これらの無機酸化物は、一種類だけではなく複数種類を混合して使用することも可能である。具体的には、シリカ（ＳｉＯ２ ）−アルミナ（Ａｌ２ Ｏ３ ）系の材質であれば、無機物との親和性が高いものとなる。その他の材料としては、例えば、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）を含む無機酸化物を用いることができる。
【００６９】
無機皮膜２の膜厚は、例えば、２０ｎｍ以上であって、繊維径の２０％以下（好ましくは５０ｎｍ以上であって、繊維径の１０％以下）である。尚、繊維径の２０％以下というのは、無機皮膜２の膜を積層する場合を含んでいる。これにより、剥れずに、低温にて薄膜形成を行うことが可能である。すなわち、本実施の形態の無機皮膜２は、無機皮膜２が基材繊維１から剥れず担持可能な量となっていると共に、強度が高い。
【００７０】
また、無機皮膜２は、カーボン等を含有させることにより、基材繊維１の抵抗値以下となるようにすることが可能である。
【００７１】
本実施の形態では、無機皮膜２をゾル−ゲル法にて得ている。このゾル−ゲル法によって得られる無機皮膜２はその性質上、多孔質となる。したがって、無機皮膜２の材質の如何を問わず、ガス吸着・保持・通気性を有している。
【００７２】
ここで、上記無機皮膜２として例えばシリカを高分子樹脂の基材繊維１にゾル−ゲル法にてコーティングする方法について、図２に基づいて説明する。
【００７３】
ゾル−ゲル法では、図２に示すように、まず、アルコキシシラン及び金属アルコキシドからなるゾルに水を添加すると加水分解する。次いで、ゾル−ゲル法触媒の働きによって、生じた水酸基からプロトンが奪取され、加水分解生成物同士が脱水重縮合する。このとき、シランカップリング剤も加水分解されて、ＯＲ基として記載された例えばエトキシ基等のアルコキシ基が水酸基となる。また、触媒の働きにより、エポキシ基の開環も起こり、水酸基が生じる。さらに、加水分解されたシランカップリング剤と加水分解されたアルコキシドとの重縮合反応も進行する。生成する重縮合物は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ、Ｓｉ−Ｏ−Ｚｒ、Ｓｉ−Ｏ−Ｔｉ等の結合からなる無機質部分と、シランカップリング剤に起因する有機部分とを含有する複合ポリマーである。
【００７４】
この反応は、常温で進行し、ゾルからなる塗工液は調製中に粘度が増加してゲルとなる。このゾルからなる塗工液を基材繊維１に塗布し、ゲルとした後、例えば１５０℃で加熱して溶媒及び重縮合反応により生成したアルコールを除去すると、重縮合反応が完結し、基材繊維１上に無機皮膜が形成される。
【００７５】
これにより、低温度にて、例えばナイロン、ポリエステル、アクリル等の高分子樹脂の基材繊維１に、例えばシリカ、チタニア、アルミナ、酸化スズ、酸化鉄等の酸化物の無機の皮膜をゾル−ゲル法にてコーティングすることができる。
【００７６】
次に、本実施の形態では、図３に示すように、無機皮膜２となるゾル状のコート液に粒子としての機能粒子３を混入することにより、機能粒子３を埋め込んだ無機皮膜２を形成することが可能である。この機能粒子３は、多孔質粒子の場合、例えば、比表面積が４００〜１３００ｍ２ ／ｇからなっている。これにより、有害ガス等の吸着を促進することができる。
【００７７】
この吸着機能についての機能粒子３の材質は、例えば、シリカ、チタニア、アルミナ、酸化スズ、酸化鉄等の無機酸化物とすることができる。尚、これらの無機酸化物は、一種類だけではなく複数種類を混合して使用することも可能である。具体的には、例えば、シリカ（ＳｉＯ２ ）−アルミナ（Ａｌ２ Ｏ２ ）−マグネシア（ＭｇＯ）系では、比表面積を大きくすることができる。また、シリカ（ＳｉＯ２ ）−アルミナ（Ａｌ２ Ｏ２ ）−マグネシア（ＣａＯ）系では、比表面積を大きくすることができるだけではなく、酸性ガスの吸着機能を有している。尚、これらの多孔質無機酸化物粒子は、ゾル−ゲル法で作成されたものでも高温の固相反応で作成されたものでもよいが、コーティングゾルへの分散性からゾル−ゲル法で作成された多孔質体の方が好ましい。
【００７８】
一方、上記の説明においては、機能粒子３は吸着機能を有するものとして説明したが、必ずしもこれに限らず、機能粒子３は、ガス分解機能を有する触媒とすることができる。
【００７９】
これにより、無機皮膜２にて吸着等した有害ガスを各種の触媒に応じて分解することができる。触媒は、例えば、マンガン（Ｍｎ），鉄（Ｆｅ），ジルコニウム（Ｚｒ）等からなる酸化金属触媒、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ），ロジウム（Ｒｈ）等の金属触媒、二酸化チタン（ＴｉＯ２ ）等の光触媒を使用することが可能である。例えば、酸化金属触媒である二酸化マンガン（ＭｎＯ２ ）はオゾンを分解することができる。また、金属触媒である白金（Ｐｔ）は、自動車の排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）等の有害ガスを、無毒の炭酸ガス（ＣＯ２ ）と水（Ｈ２ Ｏ）等に分解することができる。さらに、二酸化チタン（ＴｉＯ２ ）は、光触媒としてアルデヒド（ＨＣＨＯ）、アセトアルデヒド（ＣＨ３ ＣＨＯ）、その他の揮発性有機化合物（ＶＯＣ：Volatile Organic Compounds）、又は窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）等の有害ガスを、無毒の炭酸ガス（ＣＯ２ ）と水（Ｈ２ Ｏ）等に分解することができる。さらに、その他、銀（Ａｇ），銅（Ｃｕ），亜鉛（Ｚｎ），ニッケル（Ｎｉ）の何れかのイオンを用いることも可能である。ニッケル（Ｎｉ）は、過酸化水素、及びオゾンを分解することができる。尚、機能粒子３の種類は、１種類に限らず、２種以上とすることが可能である。
【００８０】
また、上記の説明は、無機皮膜２に触媒を粒子としての機能粒子３として混入するものであったが、必ずしもこれに限らず、吸着機能を有する機能粒子３に担持させることもできる。
【００８１】
ここで、機能粒子３の最大粒子径は、コーティング膜である無機皮膜２の膜厚の１０倍％以下（好ましくは７倍以下）であることが好ましい。それ以上では、膜強度が劣化し易くなるためである。
【００８２】
また、機能粒子３の含有率は、基材繊維１の表面層の体積比率での１％以上９０％以下（好ましくは５〜７０％）とすることが好ましい。１％未満では、機能粒子３を設けたメリットが充分に出てこない。また、９０％を超えると膜強度が劣化し易くなるためである。尚、機能粒子３は無機皮膜２の表面に出ることを前提としている。この結果、単に無機皮膜２に含有させるのと比べて吸着・分解する量が多くなる。
【００８３】
本実施の形態では、繊維１０を、例えば、繊維加工製品としての不織布又はフィルタに使用することによって、気体中の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等の有害物質を効率的に除去分解することができる。
【００８４】
さらに、本実施の形態では、上記の触媒を加えた後、エネルギーを加えることができる。例えば、二酸化チタン（ＴｉＯ２ ）は、光触媒であり、紫外線の吸収が必要となる。このほか、プラズマを照射することができる。また、イオンを放出することも可能である。
【００８５】
このように、本実施の形態の繊維１０は、高分子樹脂からなる基材繊維１の表面にゾル−ゲル法によりコーティングした多孔質の無機材料の無機皮膜２を有してなる。
【００８６】
これにより、無機材料の無機皮膜２は多孔質となっているので、有害ガス等のガスを吸着・保持・通気することができる。また、細長い高分子樹脂からなる基材繊維１に無機材料のコーティング膜を形成したものを複数集めることによって、単位容積当たりの吸着等面積は格段に増加する。したがって、ガス吸着等性能を格段に向上させることができる。
【００８７】
ところで、従来では、高分子樹脂からなる基材繊維１の表面に無機材料をコーティングしたものは存在しなかった。この理由は、高分子樹脂からなる基材繊維１の表面に無機材料をコーティングする場合、その付着性を高めるためには高温度で焼成する必要があるので、高分子樹脂からなる基材繊維１ではその温度に耐えることができなかったためである。
【００８８】
この点、本実施の形態では、高分子樹脂からなる基材繊維１の表面にゾル−ゲル法によりコーティングしているので、無機皮膜２の吸着性等を損なうことなく、該無機皮膜２の乾燥温度を高分子樹脂の融点以下に抑えることができ、かつ高分子樹脂からなる基材繊維１の表面への無機材料の付着性等もよい。
【００８９】
また、ゾル−ゲル法により得た無機皮膜２は、多孔質であるという特徴を有している。このため、無機材料の多孔質の無機皮膜２は、その孔の空隙内にガスを取り込むことができ、高いガス吸着能力等を有する。したがって、例えば、トルエン（Ｃ６ Ｈ５ ＣＨ３ ）、ホルムアルデヒド（ＨＣＨＯ）、アセトアルデヒド（ＣＨ３ ＣＨＯ）、その他の揮発性有機化合物（ＶＯＣ：Volatile Organic Compounds）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）等の有害ガスを多数吸着等させることができる。
【００９０】
この結果、例えば揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等の有害ガスを効率的に吸着等して除去し得る繊維１０を提供することができる。
【００９１】
また、本実施の形態の繊維１０では、無機材料の無機皮膜２には、機能粒子３が混入されている。これにより、機能粒子３に例えばガス吸着性能を持たせることにより、無機皮膜２と相俟ってさらに表面積を増加させ、ガス吸着等の性能をさらに高めることができる。また、機能粒子３に例えばガス分解性能を持たせることにより、無機皮膜２にて吸着等したガスを分解することが可能となる。
【００９２】
また、本実施の形態の繊維１０では、機能粒子３は、ガス吸着性能を有する多孔質粒子である。これにより、無機皮膜２と相俟ってさらに表面積を増加させ、ガス吸着性能をさらに高めることができる。
【００９３】
また、本実施の形態の繊維１０では、機能粒子３は、ガス分解性能を有する触媒であるので、無機皮膜２にて吸着等したガスを分解することが可能となる。
【００９４】
また、本実施の形態の繊維１０では、機能粒子３には、ガス分解性能を有する触媒が担持されている。これにより、ガス吸着性能を有する粒子にガス分解性能を有する触媒を担持させるので、機能粒子３にて吸着した有害ガスを触媒にて非有害ガスに分解することが可能となる。
【００９５】
また、本実施の形態の繊維１０では、無機材料の無機皮膜２は、無機酸化物からなっている。すなわち、ゾル−ゲル法により形成した無機酸化物は、微細孔を有し、分子量の大きい揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等のガスの吸着等に適している。
【００９６】
具体的には、無機材料の無機皮膜２は、例えば、シリカ、チタニア又はアルミナを主成分とする金属酸化物からなっている。これらの材料は、均一な微細孔を有し、ガスの吸着に適している。
【００９７】
また、本実施の形態の繊維１０では、無機材料の無機皮膜２には、導電性材料が混入されているとすることができる。これにより、繊維１０の無機皮膜２に電圧を印加することによって、極性を有する有害ガスを静電的に吸着除去することができる。すなわち、電圧印加による吸着性の改善が可能である。また、無機皮膜２に電圧を印加することにより、帯電防止性能を付与することも可能である。
【００９８】
また、本実施の形態の繊維１０では、ガス分解性能を有する触媒は、ガス分解性能を有する触媒は、二酸化チタン（ＴｉＯ２ ）又は酸化タングステン（ＷＯ３ ）を含む光触媒、マンガン（Ｍｎ），鉄（Ｆｅ），ジルコニウム（Ｚｒ）を主成分とする酸化金属触媒、白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），ロジウム（Ｒｈ）を含む金属触媒のうちから選ばれる１種以上の触媒である。
【００９９】
これにより、各種の触媒に対応したガス分解性能を発揮することができる。また、ここに記載しなかった触媒についても適宜適用することが可能である。
【０１００】
また、本実施の形態の繊維１０では、表面に無機皮膜２を有する基材繊維１は、基材に複数起毛されている。
【０１０１】
これにより、基材として織物、不織布、紙等を用いることにより、基材に複数起毛された無機材料の無機皮膜２を有する繊維とすることができ、ガス吸着等面積を各段に増加させ、有害ガスを効率的に吸着等して除去し得る繊維を提供することができる。
【０１０２】
また、本実施の形態では、ガスは、林立する繊維１０の間を通過するときに、いずれかの繊維１０の無機材料の無機皮膜２に捉えられる。このため、林立する繊維１０の空隙率を高くし、空気の流通抵抗を小さくすることができる。その結果、目詰まりを防止することができる。
【０１０３】
また、本実施の形態の繊維加工製品は、繊維１０を加工してなる。すなわち、高分子材料からなる基材繊維１は、例えば、ナイロン等の高分子樹脂材料からなっており、かつ繊度は例えば２デシテックス（Ｔ）以下の低繊度となっているので、軟質であり、その軟質の基材繊維１に硬質の無機材料をコーティングする。このため、表面は硬質の無機材料であるが、全体的には、柔軟性を有する繊維１０となっている。したがって、空気清浄用のフィルタ等の繊維加工製品に使用することにより、コンパクトでガス吸着等効率の高いフィルタとすることができる。
【０１０４】
また、基材１１として織物、不織布、紙等とすることにより、繊維は柔軟性を有するので、取り付け場所を選ばないフィルタとすることができる。
【０１０５】
また、本実施の形態の繊維１０の製造方法は、高分子樹脂からなる基材繊維１の表面に多孔質の無機材料の無機皮膜２をゾル−ゲル法により形成する。これにより、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等の有害ガスを効率的に吸着等して除去し得る繊維１０の製造方法を提供することができる。
【０１０６】
さらに、本実施の形態の繊維１０の製造方法では、無機材料の無機皮膜２に、ガス吸着性能を有する多孔質粒子を混入することが好ましい。これにより、無機皮膜２と相俟ってさらに表面積を増加させ、ガス吸着性能をさらに高めることができる。
【０１０７】
また、本実施の形態の繊維１０の製造方法では、無機材料の無機皮膜２に、ガス分解性能を有する触媒粒子を混入することが好ましい。尚、この場合、ガス吸着性能を有する多孔質粒子とガス分解性能を有する触媒粒子との両方を混入することが可能である。
【０１０８】
これにより、無機皮膜２にて吸着等したガスを、ガス分解性能を有する触媒粒子にて分解することが可能となる。例えば、コーティング膜に吸着されたトルエン（Ｃ６ Ｈ５ ＣＨ３ ）、ホルムアルデヒド（ＨＣＨＯ）、アセトアルデヒド（ＣＨ３ ＣＨＯ）、その他の揮発性有機化合物（ＶＯＣ：Volatile Organic Compounds）を、無毒の炭酸ガス（ＣＯ２ ）と水（Ｈ２ Ｏ）に分解する。
【０１０９】
したがって、吸着した有害ガスの浄化を図る繊維１０を製造することができる。
【０１１０】
尚、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例】
【０１１１】
高分子樹脂からなる基材繊維１の表面に、ゾル−ゲル法により無機材料をコーティングした場合の効果について、確認を行うために実験を行った。
【０１１２】
実験においては、ガス吸着能の把握として揮発性有機化合物（ＶＯＣ：Volatile Organic Compounds）の一種であるトルエン（Ｃ６ Ｈ５ ＣＨ３ ）濃度の低減効果と、ガス分解能の把握として二酸化炭素（ＣＯ２ ）濃度の増加効果とについての確認を行った。
【０１１３】
具体的には、２００ｐｐｍのトルエンを封入した容器内に、表１における従来例及び実施例１〜７、比較例の各サンプルを入れ、紫外線を照射し、６０分間放置した後のトルエン濃度及び二酸化炭素濃度の変化を確認した。
【０１１４】
【表１】
2011025603.tif 000003
【０１１５】
試験体は、表１に示すように、まず、基材繊維１のみのものを従来例とした。また、実施例１〜５については、基材繊維１に少なくとも無機皮膜２をコーティングしたものとした。具体的には、実施例１では、基材繊維１に無機皮膜２をコーティングしたのみとした。そして、実施例２〜５については、無機皮膜２に機能粒子３として第１粒子を追加した。さらに、実施例４，５については、無機皮膜２に機能粒子３として第１粒子及び第２粒子を追加した。
【０１１６】
尚、比較例１として、基材繊維１に無機材料を練り込むと共に、機能粒子３として第１粒子及び第２粒子を追加したものを使用した。また、比較例２として、基材繊維１にアクリル系の高分子樹脂材料をコーティングすると共に、機能粒子３として第１粒子及び第２粒子を追加したものを使用した。さらに、比較例３として、基材としての基材繊維１に代えてガラス板を使用し、無機皮膜２をコーティングすると共に、機能粒子３として第１粒子及び第２粒子を追加したものを使用した。
【０１１７】
また、実験環境としては、容器の容量として、５Ｌのものを使用し、基材繊維１は材質をポリエステルとし、パイル長５ｍｍ、繊度（繊維太さ）２デシテックス（Ｔ）、密度１０ｋＦ／ｉｎｃｈとした。また、試験体の大きさは５０ｍｍ×５０ｍｍとし、紫外線として波長５ｎｍ、強度２ｍＷ／ｃｍ２ のものを照射した。
【０１１８】
実験の結果を、図４〜図７に示す。図４及び図５は、無機皮膜２及び機能粒子３の存在の影響について、トルエン濃度減少の推移を示したもの及び炭酸ガス濃度の推移を示したものである。また、図６及び図７は、機能粒子３の担持方法及び基材との差異の影響について、トルエン濃度減少の推移を示したものと、炭酸ガス濃度の推移を示したものである。
【０１１９】
まず、無機皮膜２及び機能粒子３の存在の影響について、図４に示すように、実施例１〜５の繊維１０はいずれも吸着効果が見られる。また、図５に示すように、触媒（二酸化チタン（ＴｉＯ２ ）を担持した実施例３〜５の繊維１０は、炭酸ガスの分解が起こっていることが確認できる。
【０１２０】
次に、機能粒子３の担持方法及び基材との差異の影響については、図６及び図７に示すように、実施例５の繊維１０が最も良好な結果を得ている。これに対して、比較例１及び比較例２の場合では、実施例５よりも劣っている。この理由は、無機皮膜２に機能粒子３を付加したものではないので、機能粒子３の機能が充分に発揮できなかったものと考えられる。
【０１２１】
また、比較例３の場合では、基材がガラス板であり平面板であるので、トルエンガスとの接触確率が悪かったことにより効果が出なかったと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本発明の無機材料によりコーティングされた繊維は、付着性、吸着性能、分解性能の優れたものである。したがって、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等の有害ガスを除去するフィルタ等に用いることができる。また、本発明の繊維は、ブラシとして加工され、吸着性能、分解性能に優れたクリーニングブラシ、帯電又は除電ブラシ等に用いることができる。
【符号の説明】
【０１２３】
１      基材繊維
２      無機皮膜（コーティング膜）
３      機能粒子（粒子）
１０      繊維
１１      基材
【図１】
2011025603.tif 000004
【図２】
2011025603.tif 000005
【図３】
2011025603.tif 000006
【図４】
2011025603.tif 000007
【図５】
2011025603.tif 000008
【図６】
2011025603.tif 000009
【図７】
2011025603.tif 000010