(57)【要約】【課題】    本発明の課題は、圧力損失が少なくて、柔軟性に富んだ三次元構造体のフィルター基材とし、特に脱臭、消臭、空気浄化等の機能に優れたフィルターを提供することにある。【解決手段】    本発明は、連続孔を有する三次元立体構造の編物の構成繊維表面に、石膏を付着せしめることにより柔軟性に富んだフィルターが得られ、さらに付着せしめた石膏表面に光触媒及び／または吸着剤の機能材料を担持することにより、優れた性能を発揮する本発明に至ったものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続孔を有する三次元立体構造の編物の構成繊維表面に、石膏を付着させたことを特徴とする三次元構造体。
【請求項２】
前記三次元立体構造の編物が、所定間隔を隔てて配置された上下２層の開口部を複数有する編地組織間に、連結糸が掛けわたすようにして編み付けられたものからなる請求項１に記載の三次元構造体。
【請求項３】
前記連結糸の少なくとも一部が１００〜２０００デシテックスのモノフィラメント糸からなることを特徴とする請求項２に記載の三次元構造体。
【請求項４】
前記連続孔を有する三次元立体構造の編物の構成繊維表面に付着した石膏に、光触媒及び／または吸着剤の機能材料が担持されてなる請求項１〜３のいずれか１項に記載の三次元構造体。
【請求項５】
前記光触媒が、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄から選ばれる少なくとも一種の光触媒で、前記吸着剤が多孔質無機物質、ポリアミン化合物、ヒドラジン誘導体から選ばれる少なくとも一種の吸着剤である請求項４に記載の三次元構造体。
【請求項６】
連続孔を有する三次元立体構造の編物を、石膏スラリーに浸漬した後、光触媒及び／または吸着剤の機能材料を付着させ、乾燥することを特徴とする三次元構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石膏を三次元立体構造の編物の構成繊維表面に付着せしめた、三次元流路を有する三次元構造体のフィルター材に関するもので、圧力損失が少なくて、柔軟性のあるフィルターとして使用できる三次元構造体に関する技術である。
【背景技術】
【０００２】
従来からフィルター材として好適に用いられる構造体として、ハニカム構造のフィルターや、不織布のようにランダム方向に繊維を絡ませた構造のフィルターが多く使用されている。いずれも、連続多孔性の構造体となっており、気体等との接触面積が大きく、有効なフィルター材といえる。
【０００３】
しかしながら、ハニカム構造のフィルターでは、気体等の流れが、貫通孔の軸線方向に沿った一方向のみになることから、孔の中心付近においては流速が速く、孔の側壁近傍では流速が遅くなり、気体等とフィルター材に担持された各種機能材との接触にムラが発生し、接触効率の低下は避けられないという課題があった。
【０００４】
また、不織布の場合には、フィルター材に担持された各種機能材との反応時間を長くしようとすると厚いフィルター形態となり、圧力損失が大きくなってしまうという課題があった。
【０００５】
上記の方法に代わる方法として、出願人は特許文献１において、三次元立体構造の編物にセラミックスを付着せしめた構造体を焼成し、三次元立体構造の編物の有機成分を除去したセラミックス三次元立体構造体を提案している。この方法では、三次元立体構造内を通過する流体に乱流が発生しやすく、セラミックスと流体との接触効率に優れ、圧力損失の少ないフィルター材とすることができる。しかしながら、該セラミックス三次元立体構造体は、フィルター材として優れた構造ではあるが、脆いことから、使用中に砕けたり搬送中に割れたりして、強度や柔軟性のあるものが望まれていた。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１５４０７０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、圧力損失が少なくて、柔軟性に富んだ三次元構造体とし、特に脱臭、消臭、空気浄化等の機能に優れたフィルターを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、連続孔を有する三次元立体構造の編物の構成繊維表面に、石膏を付着せしめ、柔軟性に富んだフィルターが得られ、さらに付着せしめた石膏表面に光触媒及び／または吸着剤の機能材料を担持し乾燥することにより、優れた性能を発揮する本発明のフィルターに至ったものである。上記課題を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
【０００９】
［１］連続孔を有する三次元立体構造の編物の構成繊維表面に、石膏を付着させたことを特徴とする三次元構造体。
【００１０】
［２］前記三次元立体構造の編物が、所定間隔を隔てて配置された上下２層の開口部を複数有する編地組織間に、連結糸が掛けわたすようにして編み付けられたものからなる前項１に記載の三次元構造体。
【００１１】
［３］前記連結糸の少なくとも一部が１００〜２０００デシテックスのモノフィラメント糸からなることを特徴とする前項２に記載の三次元構造体。
【００１２】
［４］前記連続孔を有する三次元立体構造の編物の構成繊維表面に付着した石膏に、光触媒及び／または吸着剤の機能材料が担持されてなる前項１〜３のいずれか１項に記載の三次元構造体。
【００１３】
［５］前記光触媒が、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄から選ばれる少なくとも一種の光触媒で、前記吸着剤が多孔質無機物質、ポリアミン化合物、ヒドラジン誘導体から選ばれる少なくとも一種の吸着剤である前項４に記載の三次元構造体。
【００１４】
［６］連続孔を有する三次元立体構造の編物を、石膏スラリーに浸漬した後、光触媒及び／または吸着剤の機能材料を付着させ、乾燥することを特徴とする三次元構造体の製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
［１］の発明によれば、連続孔を有する三次元立体構造の編物であるので、編物の開口部の大きさや、三次元立体構造の密度等を厳密に制御することができ、様々の立体形状の三次元構造体にすることがでる。さらに、該三次元構造体は、三次元流路が形成されるから、乱流が発生し流体との接触効率に優れたものとなる。また、該編物の構成繊維表面に、石膏を付着させている三次元構造体であるので、構成繊維の柔軟性を生かした三次元構造体にすることがでる。また、石膏は耐熱性があり、建物の柱や梁の耐火被覆材としても使用されることがあり、構成繊維の軟化点以下の比較的高温ガスのフィルター材として使用することができる。
【００１６】
［２］の発明によれば、前記三次元立体構造の編物が、所定間隔を隔てて配置された上下２層の開口部を複数有する編地組織間に、連結糸が掛けわたすようにして編み付けられたものからなるので、上下２層の開口部を複数有する編地組織の間隔が正確に保たれ、流路が確実に確保された三次元構造体とすることができる。
【００１７】
［３］の発明によれば、前記連結糸の少なくとも一部に１００〜２０００デシテックスのモノフィラメント糸を用いるので、上下２層の編地組織の間隔が正確に保たれ、力学的強度を十分に確保することができ、例えば円筒状のように、フィルター材を曲げたりして変形加工するときにも、好適な三次元構造体とすることができる。
【００１８】
［４］の発明によれば、前記連続孔を有する三次元立体構造の編物の構成繊維表面に付着した石膏に、機能料材として光触媒を担持したときは、光が三次元立体構造の編物内深くにまで照射することができるので光触媒活性の効果を、三次元立体構造の全体にわたって発揮することができる。また、吸着剤を担持したときは、三次元立体構造により三次元流路が形成されるから、乱流が発生し、吸着剤との接触が繰り返されて、吸着効果を十分発揮することができる。また、光触媒と吸着剤を併用したときは、更に有効な分解吸着効果が得られる。また、該編物の構成繊維表面に石膏を付着させているので、光触媒と繊維が直接接触することがないことから、繊維が光触媒によって分解破壊されることを避けることができる。
【００１９】
［５］の発明によれば、前記光触媒が、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄から選ばれる少なくとも一種の光触媒であるので、紫外光によって励起されたヒドロキシラジカルやスーパーオキサイドアニオン等によって悪臭ガスを分解することができる。また前記吸着剤が多孔質無機物質、ポリアミン化合物、ヒドラジン誘導体から選ばれる少なくとも一種の吸着剤であるので、アンモニア、硫化水素、アセトアルデヒド等様々な悪臭ガスを吸着することができる。  
【００２０】
［６］の発明によれば、連続孔を有する三次元立体構造の編物を石膏スラリーに浸漬した後、触媒、吸着剤等の機能材料を担持し、乾燥することによって、触媒、吸着剤等の機能材料が三次元立体構造の編物の構成繊維表面を覆うように付着させることができる三次元構造体の製造方法とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、図1に示すような連続孔を有する三次元立体構造の編物の構成繊維表面に、石膏を付着せしめ、柔軟性に富んだ三次元構造体のフィルター材を提供するものである。
【００２２】
前記三次元立体構造の編物は、所定間隔を隔てて配置された上下２層の開口部を複数有する編地組織間に、連結糸が掛けわたすようにして編み付けられたものからなるのが好ましい。このような編物は、例えばダブルラッセル編機等によって製作できることから、厳密に構造制御され柔軟性のある三次元立体構造を得ることができる。
【００２３】
例えば、図1で示すような構造を有する編物は、所定間隔を隔てて配置された開口部を複数有する上層体２と下層体３の間に、多数の連結糸４が配置されてその両端をそれぞれ上層体２、下層体３に接合されてなるものである。上層体２は多数の開口部２ａを有し、かつ下層体３も多数の開口部３ａを有するもので、これらが連結糸４間の多数の空隙部と連通状態となっていることによって、三次元構造体１全体として連続孔を有するものとなり、全体として三次元流路が形成されているものである。
【００２４】
更に、編地組織の組織形態としては、複数の開口部を有する編地であれば特に限定されるものではなく、例えば亀甲編地、マーキゼット編地、メッシュ編地等が挙げられる。図1の実施形態においては亀甲編地形態が採用されている。
【００２５】
前記上層の編地組織と下層の編地組織とで組織形態や開口部の大きさ等を同一としても良いが、流体との接触効率を一層向上させる観点から、上層の組織と下層の組織とで組織形態、開口部の大きさのうち、少なくともいずれか一方を異なるものとするのが望ましい。このような構成とすれば、得られる三次元構造体の内部において一段と乱流が発生しやすくなり、ひいては三次元構造体の連続孔を通過する流体との接触効率を一段と向上させることができるからである。
【００２６】
一方、連結糸の上下組織間における配置形態としては、特に限定されるものではなく、例えば連結糸の配置間隔は適宜に設定してやれば良い。また、連結糸は、編物の断面視において、上下２層の編地組織に対して垂直方向に掛けわたす態様で配置されていても良いし、あるいは斜交配置、たすき掛け状配置、ジグザグ状配置、菱形形状配置、ハニカム状配置等いずれであっても良い。もちろん、これらを任意に組み合わせた配置構成であっても良い。また、連結糸の配列を、部分的に歯抜け状に欠落させたような構成とすることもできる。
【００２７】
編地組織及び連結糸を構成する素材としては、特に限定されるものではなく、例えばポリエステル、ポリアミド、ポリアクリロニトリル等の合成繊維や、再生繊維、あるいはウール、絹などの天然繊維等が挙げられる。上記素材のいずれかを単独で用いても良いし、これらのいくつかを併用して用いても良いが、連結糸の少なくとも一部に１００〜２０００デシテックスのモノフィラメント糸を用いるのが好ましい。１００〜２０００デシテックスのモノフィラメント糸を用いることにより、上下２層の編地組織の間隔が正確に保たれ、力学的強度を十分に確保することができる。１００デシテックスを下回るモノフィラメント糸では、力学的強度を十分に確保することができず、２０００デシテックスを超える太さのモノフィラメント糸では編むことができない。好ましくは２００〜８００デシテックスのモノフィラメント糸を用いるのが好ましい。
【００２８】
また、上記三次元立体構造の編物を石膏スラリーに浸漬する場合、一般に製編した編物は表面に油分等が残存している場合が多く、このままの状態で浸漬処理を行うと石膏の付着を十分になし得ないことがあるため、浸漬処理前に脱脂液に浸漬することにより油分等を除去しておくのが望ましい。このような脱脂液としては、油分等を溶解等して除去し得るものであれば特に限定されない。
【００２９】
次に、本発明に用いる石膏は、特に限定されないが、二水石膏、羊水石膏、無水石膏等をあげることができる。また、石膏には耐熱性があり、建物の柱や梁の耐火被覆材としても使用されることも多く、暖房器具等の比較的高温なガスのフィルター材として使用することができる。
【００３０】
石膏を塗布する方法はどのようにしても構わないが、連続孔を有する三次元立体構造の編物を、石膏に水を加えた石膏溶液（石膏スラリー）に浸漬し、乾燥するのが簡潔である。さらに触媒や吸着剤を付着させる場合は、石膏スラリーに浸漬し、乾燥する前に触媒や吸着剤等の中に入れ、上下左右に動かしながら石膏表面に触媒や吸着剤を付着せしめ乾燥する。乾燥する方法は、自然乾燥でもよいし、加熱乾燥（三次元立体構造の編物を構成する繊維の軟化点以下の温度）してもよい。
【００３１】
前記光触媒としては、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄等の金属酸化物等を挙げられるが、特にこれら例示の化合物に限定されるものではない。  
【００３２】
前記吸着剤としては、特に限定されないが活性炭、多孔質シリカ、ゼオライトの多孔質無機物質や、ジエチレントリアミン、テトラエチレンペンタミン等のポリアミン化合物や、アジピン酸ヒドラジド、セバシン酸ジヒドラジド、ドデカンニ酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジド等のヒドラジン誘導体等をあげることができる。
【００３３】
次ぎに実施例によって、本発明の消臭フィルターを具体的に説明する。なお実施例、比較例における消臭試験は以下のように行った。
【００３４】
５０ｃｍ角のアクリルボックスの中央に、円筒形のフィルターケースにファンと円筒形に巻いたフィルター（図２参照）と紫外線ランプ（ナショナル・ブラックライト・ブルーＦＬ２０Ｓ・ＢＬ−Ｂ・２０）をセットし、次の各種ガスの消臭試験をおこなった。各種ガスの消臭試験方法を次に示し、評価結果を表１に示す。
【００３５】
（アンモニア消臭性能）
５０ｃｍ角のアクリルボックス内において濃度が１００ｐｐｍとなるようにアンモニアガスを注入し、１時間経過後にアンモニアガスの残存濃度を測定し、この測定値よりアンモニアガスを除去した総量を算出し、これよりアンモニアガスの除去率（％）を算出した。
【００３６】
（硫化水素消臭性能）
アンモニアガスに代えて硫化水素ガスを注入し、濃度が２０ｐｐｍとなるように注入した以外は、上記アンモニア消臭性能測定と同様にして硫化水素の除去率（％）を算出した。
【００３７】
（アセトアルデヒド消臭性能）
アンモニアガスに代えてアセトアルデヒドガスを注入し、濃度が１０ｐｐｍとなるように注入した以外は、上記アンモニア消臭性能測定と同様にしてアセトアルデヒドガスの除去率（％）を算出した。
【００３８】
（ホルムアルデヒド消臭性能）
アンモニアガスに代えてホルムアルデヒドガスを注入し、濃度が１０ｐｐｍとなるように注入した以外は、上記アンモニア消臭性能測定と同様にしてホルムアルデヒドガスの除去率（％）を算出した。
【００３９】
（トルエン消臭性能）
アンモニアガスに代えてトルエンガスを注入し、濃度が１０ｐｐｍとなるように注入した以外は、上記アンモニア消臭性能測定と同様にしてホルムアルデヒドガスの除去率（％）を算出した。
【００４０】
そして、除去率が９５％以上であるものを「◎」、除去率が８０％以上９５％未満であるものを「○」、除去率が７０％以上８０％未満であるものを「△」、除去率が７０％未満であるものを「×」と評価し表１のような結果を得た。
【実施例】
【００４１】
＜実施例１＞
ダブルラッセル編機（９ゲージ／インチ）を用い、連結糸として、６００デシテックスのポリエステルモノフィラメント糸と１３００デシテックス９６フィラメントのポリエステルフィラメント糸との撚加工糸を用い、編地組織の構成糸として１３００デシテックス９６フィラメントのポリエステルフィラメント糸の撚加工糸を用いて、図１に示すような構成の連続孔を有する三次元立体構造の編物（厚さ１２ｍｍ）を編成した。この編物の上下２層の編地組織は、共に亀甲編地組織とした。次に該編地から４０ｃｍ×１５ｃｍの大きさに編地を裁断して試料とした。次にこの試料を円筒状フィルターケースに入るように渦巻き状にまるめてから、５％苛性ソーダーの脱脂剤溶液に浸漬し、続いて石膏スラリー（石膏３０重量％含有）のバス中にいれ、乾燥する前に、酸化チタンとゼオライトを一対一で混合した機能材料バス中に浸け、三次元立体構造の編物に酸化チタンとゼオライトを担持させ自然乾燥させた。それぞれの担持量は、石膏５０ｇ／ｍ２、酸化チタン５ｇ／ｍ２、ゼオライト５ｇ／ｍ２であった。該円筒状フィルターの消臭試験結果を表１に記載する。
【００４２】
＜実施例２＞
実施例１において、石膏スラリーに浸漬した後、酸化チタンのみの機能材料バス中に浸け、乾燥した以外は実施例１と同様にして消臭試験を行なった。酸化チタンの担持量は１０ｇ／ｍ２であった。  
【００４３】
＜実施例３＞
実施例１において、石膏スラリーに浸漬した後、ゼオライトのみの機能材料バス中に浸け、乾燥した以外は実施例１と同様にして消臭試験を行なった。ゼオライトの担持量は１０ｇ／ｍ２であった。  
【００４４】
＜実施例４＞
実施例１において、ゼオライトにかえて、椰子殻活性炭とし、椰子殻活性炭と酸化チタンが等量混合したバス中にいれ、フィルターを作成した以外は、実施例１と同様にして行なった。それぞれの担持量は、石膏５０ｇ／ｍ２、椰子殻活性炭５ｇ／ｍ２、酸化チタン５ｇ／ｍ２であった。
【００４５】
＜実施例５＞
実施例１において、ゼオライトにかえて、椰子殻活性炭と酸化チタン（触媒）とジエチレントリアミンとアジピン酸ヒドラジドが等量混合したバス中にいれ、フィルターを作成した以外は、実施例１と同様にして行なった。それぞれの担持量は、椰子殻活性炭２．５ｇ／ｍ２、酸化チタン２．５ｇ／ｍ２、ジエチレントリアミン２．５ｇ／ｍ２、アジピン酸ヒドラジド２．５ｇ／ｍ２であった。
【００４６】
＜比較例１＞
実施例１において、連続孔を有する三次元立体構造の編物を５％アクリル樹脂エマルジョン溶液に浸漬した後、直ぐに酸化チタンとゼオライトを一対一で混合した機能材料バス中に浸け三次元立体構造の編物に酸化チタンとゼオライトを担持させ加熱乾燥させた。酸化チタンの担持量は２．５ｇ／ｍ２、ゼオライトの担持量は２．５ｇ／ｍ２であった。消臭性能は良いが、各種消臭性能の試験中に、機能材料の脱落がみられた。
【００４７】
＜比較例２＞
比較例１において、ゼオライトをのみの機能材料バス中に浸け、三次元立体構造の編物にゼオライトを担持させ自然乾燥させた以外は、比較例１と同様にして消臭試験を行なった。ゼオライトの試料への担持量は、５ｇ／ｍ２であった。  ゼオライトの担持量が少なく、石膏を付着させていないことから、良好な消臭性能は得られなかった。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
表１からわかるように、本発明の実施例１〜５については、空気の流通性もよく、短時間で各種悪臭ガスを消臭することが出来、満足のいくものであったが、石膏を付着させない比較例１や、石膏と光触媒を付着させない比較例２では、消臭性能は満足できるものではかった。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の技術は、連続孔を有する三次元立体構造の編物に石膏を付着せしめることにより、柔軟性と強度をもったフィルターが得られ、さらに付着せしめた石膏表面に光触媒及び／または吸着剤の機能材料を担持することにより、各種ガスの浄化を行う技術で、フィルターケースの形に合わせて切断したり曲げたりできることから、室内空間に限らず、自動車や鉄道等の車内や、湿気の多い冷蔵庫内や、比較的高温な空気の排出される暖房器具等の様々な用途のフィルター基材として広く使われる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】連続孔を有する三次元立体構造の編物を示す要部斜視図である。
【図２】渦巻き状にまるめた円筒状フィルター
【符号の説明】
【００５２】
１    連続孔を有する三次元立体構造の編物
２    上層体
２ａ  上層体開口部
３    下層体
３ａ  下層体開口部
４    連結糸
【図１】
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【図２】
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