(57)【要約】      （修正有）【課題】安いコストで製造可能で、金属担体表面に無機粉体が強固に担持されており、強度が高く、圧力損失が低く、かつ高性能な脱臭フィルタを提供する。【解決手段】金属担体を構成する金属板表面に、少なくとも無機粉体および有機バインダーからなる層が形成されている脱臭フィルタであって、該有機バインダーが水溶性であり、平均分子量が２×１０４〜２×１０６であり、さらには分子鎖中に少なくとも複素環構造を含有するフィルタ。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属担体を構成する金属板表面に、少なくとも無機粉体および有機バインダーからなる層が形成されている脱臭フィルタ。
【請求項２】
前記有機バインダーが水溶性である請求項１に記載の脱臭フィルタ。
【請求項３】
前記有機バインダーの平均分子量が２×１０４〜２×１０６である請求項１または２に記載の脱臭フィルタ。
【請求項４】
前記有機バインダーの分子鎖中に少なくとも複素環構造を含有する請求項１〜３のいずれかに記載の脱臭フィルタ。
【請求項５】
前記金属担体の表面に形成されている層中の有機バインダー量が０．５〜１０ｗｔ％である請求項１〜４のいずれかに記載の脱臭フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属担体を構成する金属板表面に無機粉体が強固に担持された脱臭フィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、触媒、活性炭等の各種除去剤の担体として、セラミックペーパー等の無機繊維ペーパーをハニカム化したペーパーハニカム担体が広く用いられている（例えば特許文献１）。前記ハニカム担体は、構造上強度が高く、多くの除去剤を担持することができ、かつ、圧力損失が小さいという利点を有している。しかし、近年、装置の小型化、高性能化が進み、装置に組み込む脱臭フィルタの担体として、高強度、低圧力損失、かつ、小型の担体が望まれている。このため、セラミックペーパー等の代替材料が種々検討されている。中でも、アルミ箔等の金属箔はセラミックペーパーに比べて強度が高く、セラミックペーパーよりも厚みを薄くできるため、ハニカム化した場合、圧力損失を小さくすることができるという利点がある。そのため、アルミ箔等の金属箔をコルゲート加工して得られる金属ハニカム担体が種々検討されている（例えば特許文献２）。
【０００３】
しかしながら、金属箔は、製造段階において、圧延する際に油脂等の有機物が付着するため、表面が撥水性を示す。一方で、ハニカム担体への各種除去剤の担持方法としては、一般的に、ハニカム担体を触媒、活性炭等の各種除去剤、および、バインダーを含有する水性スラリーに浸漬させた後に乾燥することが行われている。このため、金属箔の表面が撥水性であると、水性スラリーが担体に馴染まずハニカム担体への除去剤の担持量が少なくなるという問題がある。したがって、金属ハニカムを担体として用いる場合には、予め金属箔の表面を有機溶媒等で脱脂する等により清浄にする必要がある。しかしながら、このような作業を行うとコストがかさむと共にハニカム担体を接着しているバインダーが溶け出してハニカム担体の強度が低下するという問題がある。さらに、金属箔はセラミックペーパーと異なり繊維間の空隙がなく、平滑性に富むため、水性スラリー浸漬後に乾燥して除去剤を金属箔表面に担持させても、除去剤が表面から脱落し易いという問題がある。
【０００４】
かかる問題を解決すべく、金属ハニカム担体の表面に、親水性樹脂及び無機バインダー固化物を含む表面処理層と、触媒、前記無機バインダー固化物及び有機バインダー固化物を含む触媒担持層とがこの順に形成されていることを特徴とする金属ハニカム触媒ユニットが開示されている（例えば、特許文献３）。しかしながら、触媒担持層の下に表面処理層が形成されているため、工程が多くコストが高くなるという問題と、金属ハニカム担体表面を少なくとも２層コートするため、圧力損失が高くなるという問題がある。また、触媒担持層に含有されるバインダー成分が多いため、触媒が被覆され十分な除去性能が得られないという問題がある。
【０００５】
上述のとおり、安いコストで製造可能で、金属担体表面に無機粉体が強固に担持されており、強度が高く、圧力損失が低く、かつ、高性能な脱臭フィルタは見当たらないのが現状である。
【０００６】
【特許文献１】特公昭５９−１５０２８号公報
【特許文献２】特開平２−２７３５１２号公報
【特許文献３】特開２００２−２８２７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記従来技術の課題を背景になされたものであり、安いコストで製造可能で、金属担体表面に無機粉体が強固に担持されており、強度が高く、圧力損失が低く、かつ、高性能な脱臭フィルタ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】
【０００８】
本発明者は上記課題を解決するため、鋭意研究した結果、遂に本発明を完成するに到った。すなわち本発明は、以下の通りである。
１．金属担体を構成する金属板表面に、少なくとも無機粉体および有機バインダーからなる層が形成されている脱臭フィルタ。
２．前記有機バインダーが水溶性である上記１に記載の脱臭フィルタ。
３．前記有機バインダーの平均分子量が２×１０４〜２×１０６である上記１または２に記載の脱臭フィルタ。
４．前記有機バインダーの分子鎖中に少なくとも複素環構造を含有する上記１〜３のいずれかに記載の脱臭フィルタ。
５．前記金属担体の表面に形成されている層中の有機バインダー量が０．５〜１０ｗｔ％である上記１〜４のいずれかに記載の脱臭フィルタ。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による金属フィルタは、（１）金属担体を構成する金属板表面に、少なくとも無機粉体および有機バインダーからなる層が形成されており、（２）前記有機バインダーが水溶性であり、（３）平均分子量が２×１０４〜２×１０６であり、（４）分子鎖中に少なくとも複素環構造を含有し、（５）金属板表面に形成されている層中の有機バインダー量が０．５〜１０ｗｔ％であるため、安いコストで製造可能で、金属担体表面に無機粉体が強固に担持されており、強度が高く、圧力損失が低く、かつ、高性能という利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を詳細に説明する。本発明における脱臭フィルタは、金属担体を構成する金属板表面に少なくとも、無機粉体および有機バインダーからなる層が形成されていることが好ましい。本発明において金属板とは板状の金属材料全てを含んでおり、通常の金属板を含む他、より厚さの薄い金属箔をも含むものである。金属板の厚さとしては、０．１ｍｍ以下のものが好ましい。さらに、好ましくは０．０１ 〜０．０５ｍｍのものである。もし、金属板の厚みが０．１ｍｍより大きければ、ハニカム化した場合の圧力損失が高くなり好ましくない。また、金属板の厚みが０．０１ｍｍ未満であれば、金属板の強度が低いためハニカム化が困難になるため好ましくない。金属板の材質としては、特に限定されず、例えば、アルミニウム、白金、ステンレス、銅等が挙げられる。好ましくは、アルミニウムである。アルミニウムは、軽量で、加工性がよく、硬さ、厚さの種類が豊富で、且つ、安価であるからである。また、耐腐食性を付加する等の目的で、金属板表面がエポキシ、アクリル等の樹脂でコートされていてもよい。
【００１１】
本発明における脱臭フィルタの形状は、特に定めない。プリーツ状、ハニカム状等の一般的なフィルタの形状が用いられる。好ましくは、高強度、低圧力損失という特徴を有するハニカム形状である。
【００１２】
本発明における無機粉体は、特に定めない。例えば、活性炭、ゼオライト等の一般的な吸着剤、酸化マンガン等の金属酸化物等が挙げられる。好ましくは、活性炭、酸化マンガンである。活性炭は各種ガスに対する吸着能力が高く、また、酸化マンガンは各種ガスに対する分解能力が高いからである。
【００１３】
本発明における有機バインダーは、水溶性であることが好ましい。前記バインダーが水溶性であれば、各種除去剤を含有する水性スラリー中に良分散させることができ金属板表面への無機粉体の担持が容易になるため、前記バインダーの添加量を少なくすることができるからである。もし、前記バインダーが水溶性でなければ、金属担体を構成する金属板表面に無機粉体を十分に強固に担持するためには、バインダー添加量を多くしなければならず、その結果、各種除去剤が有機バインダーにより被覆されてしまい、性能が低下するため好ましくない。
【００１４】
本発明における有機バインダーの平均分子量は２×１０４〜２×１０６であることが好ましい。より好ましくは、１×１０５〜２×１０６である。平均分子量が２×１０４〜２×１０６であれば、金属板表面に無機粉体を強固に担持することができることを本発明者は見出したからである。平均分子量が２×１０４未満であれば、十分に強固に担持するためにバインダー添加量を多くしなければならならず、その結果、各種除去剤が有機バインダーにより被覆されてしまい、性能が低下するため好ましくない。また、平均分子量が２×１０６より大きければ、水性スラリーの粘度が高くなり、無機粉体を均一に担持することができなくなり好ましくない。ここでいう平均分子量とは重量平均分子量のことを指す。重量平均分子量は、一般的に、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）により測定することができる。
【００１５】
本発明における有機バインダーは、分子鎖中に少なくとも複素環構造を含有することが好ましい。分子鎖中に少なくとも複素環構造を含有することにより、複素環構造の電子的な効果により、金属板表面と水性スラリーとの親和性、および、無機粉体と有機バインダーとの親和性が増し、金属板表面に無機粉体を強固に、かつ、均一に担持することができることを本発明者は見出した。もし、複素環構造がなければ、金属板表面と水性スラリー、および、無機粉体と有機バインダーとの親和性が低下するため、強固、かつ、均一に担持することが困難になるため好ましくない。複素環構造の環員数については特に定めないが、３〜６員環が好ましい。複素環構造に含有されるヘテロ原子については特に定めないが、酸素、窒素が好ましい。例えば、ポリビニルピロリドン、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、アルギン酸ナトリウム、デキストリン等が挙げられる。
【００１６】
本発明における金属板表面に形成されている層中の有機バインダー量は、０．５〜１０ｗｔ％であることが好ましい。１０ｗｔ％より多いと無機粉体が有機バインダーにより被覆され、無機粉体の特徴、例えば、吸着能力、触媒分解能力が低下してしまうため、好ましくない。また、０．５ｗｔ％より少ないと、金属板表面に十分に無機粉体を担持することができないため、好ましくない。
【００１７】
本発明における有機バインダーは、少なくとも非イオン性、アニオン性のいずれかを含有することが好ましい。有機バインダーが少なくとも非イオン性、アニオン性のいずれかを含有することにより、金属板表面と水性スラリーとの親和性、および、無機粉体と有機バインダーとの親和性が増し、強固に担持した均一な層を形成できることを本発明者は見出した。もし、有機バインダーがカチオン性であれば、金属板表面と水性スラリーとの親和性、および、無機粉体と有機バインダーとの親和性が低下し、強固に担持した均一な層を形成できなくなるため、好ましくない。
【００１８】
本発明における脱臭フィルタの製造方法については特に定めない。金属担体を、無機粉体、および、有機バインダーを含む水性スラリーと接触させた後に乾燥するといった一般的な方法を用いることができる。前記水性スラリーの固形分比率は、１０〜５０％、好ましくは２５〜５０％である。固形分比率が１０％未満であると金属板表面に無機粉体が十分に担持されなくなるため好ましくない。また、固形分比率が５０％を越えると増粘して水性スラリーの流動性が低下して含浸できなくなるため好ましくない。乾燥する際の温度は、通常６０〜２００℃、好ましくは１００〜１５０℃である。乾燥温度が２００℃を越えると、有機バインダーが劣化するため好ましくない。また、乾燥温度が６０℃より低いと、乾燥時間が長くなるため、コストが高くなり好ましくない。
【００１９】
本発明における脱臭フィルタは、コピー機等に用いられるオゾンフィルタ、ＶＯＣ除去フィルタ、冷蔵庫やトイレ脱臭機などに用いられる脱臭フィルタ等に使用できる。
【実施例】
【００２０】
以下、実施例によって本発明の作用効果をより具体的に示す。下記実施例は本発明方法を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に沿って設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００２１】
［トルエン除去性能の測定方法］
６０ｍｍφのガラス製カラムにハニカムサンプル（６０ｍｍφ、厚み２０ｍｍ）をセットし、そのカラム中にトルエン５ｐｐｍを含む温度２５℃、湿度５０ＲＨ％の空気を２ｍ／ｓの速度で通過させた。ハニカムサンプル通過前後のトルエン濃度をＦＩＤ付きガスクロマトグラフにて、１分毎に測定し、その通過前後の濃度変化からトルエン除去率を算出した。トルエン除去率が２０％になるまで、測定を続け、その経過時間、トルエン除去率よりトルエン総除去容量（ｇ）を算出し、それをハニカムサンプルの体積で割ることにより除去容量（ｇ／Ｌ）を算出した。
【００２２】
［金属板の厚さの測定方法］
リニアゲージ（Ｄ−１０ＨＳ、尾崎製作所製）、および、デジタルカウンタ（Ｃ−７ＨＳ、尾崎製作所製）を用いて、金属板の厚みを測定した。
【００２３】
［平均分子量の測定方法］
ＧＰＣ装置（ＨＬＣ−８１２０ＧＰＣ、東ソー株式会社製）、カラム（ＴＳＫｇｅｌシリーズ、東ソー株式会社製）を使用し、有機バインダーの重量平均分子量を求めた。
【００２４】
（実施例１）
厚さ０．０３ｍｍのアルミ箔を用いてハニカム（５００セル／ｉｎｃｈ２）を作製した。活性炭２５０ｇ（乾燥重量１２５ｇ）、水酸化アルミ９．５ｇ（乾燥重量９．５ｇ）、ポリビニルピロリドン（平均分子量４０，０００）２．９ｇ（乾燥重量２．７５ｇ）を１９５ｇのイオン交換水中に添加し、終夜撹拌し、十分に分散させることにより、水性スラリーを調整した。引き続いて、前記ハニカムを前記水性スラリーに浸漬し、水性スラリーがハニカム内部に十分に浸透したことを確認してから、ハニカムを引き上げた。エアーブローでハニカムから余分なスラリーを吹き落とした後、乾燥機内（１２０℃）で３時間乾燥させた。ハニカムサンプルの活性炭添着量は４９ｇ／Ｌであった。
【００２５】
（実施例２）
厚さ０．０３ｍｍのアルミ箔を用いてハニカム（５００セル／ｉｎｃｈ２）を作製した。活性炭２５０ｇ（乾燥重量１２５ｇ）、水酸化アルミ９．５ｇ（乾燥重量９．５ｇ）、ポリビニルピロリドン（平均分子量１，２００，０００）２．９ｇ（乾燥重量２．７５ｇ）を１９５ｇのイオン交換水中に添加し、終夜撹拌し、十分に分散させることにより、水性スラリーを調整した。引き続いて、前記ハニカムを前記水性スラリーに浸漬し、水性スラリーがハニカム内部に十分に浸透したことを確認してから、ハニカムを引き上げた。エアーブローでハニカムから余分なスラリーを吹き落とした後、乾燥機内（１２０℃）で３時間乾燥させた。ハニカムサンプルの活性炭添着量は５１ｇ／Ｌであった。
【００２６】
（実施例３）
厚さ０．０３ｍｍのアルミ箔を用いてハニカム（５００セル／ｉｎｃｈ２）を作製した。活性炭２５０ｇ（乾燥重量１２５ｇ）、水酸化アルミ９．５ｇ（乾燥重量９．５ｇ）、カルボキシメチルセルロースナトリウム（平均分子量２００，０００）２．９ｇ（乾燥重量２．７５ｇ）を１９５ｇのイオン交換水中に添加し、終夜撹拌し、十分に分散させることにより、水性スラリーを調整した。引き続いて、前記ハニカムを前記水性スラリーに浸漬し、水性スラリーがハニカム内部に十分に浸透したことを確認してから、ハニカムを引き上げた。エアーブローでハニカムから余分なスラリーを吹き落とした後、乾燥機内（１２０℃）で３時間乾燥させた。ハニカムサンプルの活性炭添着量は５５ｇ／Ｌであった。
【００２７】
（実施例４）
厚さ０．０３ｍｍのアルミ箔を用いてハニカム（５００セル／ｉｎｃｈ２）を作製した。活性炭２５０ｇ（乾燥重量１２５ｇ）、水酸化アルミ９．５ｇ（乾燥重量９．５ｇ）、ポリビニルピロリドン（平均分子量１，２００，０００）１１．６ｇ（乾燥重量１１ｇ）を２１５ｇのイオン交換水中に添加し、終夜撹拌し、十分に分散させることにより、水性スラリーを調整した。引き続いて、前記ハニカムを前記水性スラリーに浸漬し、水性スラリーがハニカム内部に十分に浸透したことを確認してから、ハニカムを引き上げた。エアーブローでハニカムから余分なスラリーを吹き落とした後、乾燥機内（１２０℃）で３時間乾燥させた。ハニカムサンプルの活性炭添着量は５２ｇ／Ｌであった。
【００２８】
（比較例１）
厚さ０．０３ｍｍのアルミ箔を用いてハニカム（５００セル／ｉｎｃｈ２）を作製した。活性炭２５０ｇ（乾燥重量１２５ｇ）、水酸化アルミ９．５ｇ（乾燥重量９．５ｇ）、ポリ酢酸ビニルエマルジョン（平均分子量１０，０００）５５ｇ（乾燥重量２７．５ｇ）を１８５ｇのイオン交換水中に添加し、終夜撹拌し、十分に分散させることにより、水性スラリーを調整した。引き続いて、前記ハニカムを前記水性スラリーに浸漬し、水性スラリーがハニカム内部に十分に浸透したことを確認してから、ハニカムを引き上げた。エアーブローでハニカムから余分なスラリーを吹き落とした後、乾燥機内（１２０℃）で３時間乾燥させた。ハニカムサンプルの活性炭添着量は４５ｇ／Ｌであった。
【００２９】
（比較例２）
厚さ０．０３ｍｍのアルミ箔を用いてハニカム（５００セル／ｉｎｃｈ２）を作製した。活性炭２５０ｇ（乾燥重量１２５ｇ）、水酸化アルミ９．５ｇ（乾燥重量９．５ｇ）、ポリエチレン（平均分子量２，５００，０００）２７．５ｇ（乾燥重量２７．５ｇ）を２５０ｇのイオン交換水中に添加し、終夜撹拌し、十分に分散させることにより、水性スラリーを調整した。引き続いて、前記ハニカムを前記水性スラリーに浸漬し、水性スラリーがハニカム内部に十分に浸透したことを確認してから、ハニカムを引き上げた。エアーブローでハニカムから余分なスラリーを吹き落とした後、乾燥機内（１２０℃）で３時間乾燥させた。ハニカムサンプルの活性炭添着量は０ｇ／Ｌであった。
【００３０】
実施例１〜４、比較例１、２のハニカムサンプルを用いてトルエン除去性能測定を実施した。結果を表１に示す。表１より明らかなように、本発明である実施例１〜４は、非水溶性で、分子鎖内に複素環構造を有しておらず、平均分子量２０，０００未満の有機バインダーの場合（比較例１）、および、非水溶性で、分子鎖内に複素環構造を有しておらず、平均分子量２，０００，０００より大きい有機バインダーの場合（比較例２）と比較して除去容量が高いことが分かる。
【００３１】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明における脱臭フィルタは、安いコストで製造可能で、金属担体表面に無機粉体が強固に担持されており、強度が高く、圧力損失が低く、かつ、高性能であり、コピー機等に用いられるオゾンフィルタ、ＶＯＣ除去フィルタ、冷蔵庫やトイレ脱臭機などに用いられる脱臭フィルタ等に使用できる。