(57)【要約】【課題】本発明は、光安定性、かつ、素材感に優れた改質多孔性植物繊維体を提供する。【解決手段】本発明の改質多孔性植物繊維体は、減圧注入法により、多孔性植物繊維体内部及び表面に、紫外線吸収能を有する金属化合物を析出させたことを特徴する。好ましくは、減圧注入法により、多孔性植物繊維体に、紫外線吸収能を有する金属化合物の前駆体である金属イオン水溶液を注入し、該金属イオン水溶液を処理することによって、多孔性植物繊維体内部及び表面に、紫外線吸収能を有する金属化合物を析出させたことを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧注入法により、多孔性植物繊維体内部及び表面に、紫外線吸収能を有する金属化合物を析出させたことを特徴とする改質多孔性植物繊維体。
【請求項２】
減圧注入法により、多孔性植物繊維体に、紫外線吸収能を有する金属化合物の前駆体である金属イオン水溶液を注入し、該金属イオン水溶液を処理することによって、多孔性植物繊維体内部及び表面に、紫外線吸収能を有する金属化合物を析出させたことを特徴とする改質多孔性植物繊維体。
【請求項３】
多孔性植物繊維体が、ケナフ、ヤシ、コルク、麻、藤、パイナップル、バナナから選ばれる少なくとも１種以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の改質多孔性植物繊維体。
【請求項４】
（１）減圧注入法により、多孔性植物繊維体に、紫外線吸収能を有する金属化合物の前駆体である金属イオン水溶液を注入する工程、
（２）アルカリを加えて金属イオンを水酸化物として析出させる工程、
（３）酸化剤を加えて紫外線吸収能を有する金属化合物を得る工程、
を含むことを特徴とする改質多孔性植物繊維体の製造方法。
【請求項５】
多孔性植物繊維体が、ケナフ、ヤシ、コルク、麻、藤、パイナップル、バナナから選ばれる少なくとも１種以上であることを特徴とする請求項４に記載の改質多孔性植物繊維体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多孔性植物繊維体内部及び表面に、紫外線吸収能を有する金属化合物を析出させた改質多孔性植物繊維体に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、環境問題への関心の高まりとともに、木材や繊維などの生分解性を有する植物繊維体や石材などの自然材料が、環境への負荷の小さい材料として注目されている。
特に、コルク、ヤシ、ケナフ等の植物繊維体は、有害物質の吸着性能や、調湿性能に優れた効果を示し、生活環境に適合する素材として注目されている。
【０００３】
これらの植物繊維体は、人工的に合成された材料に比べて安全で親しみのある材料であり、軽量、安価かつ強度に優れており、例えば、植物繊維体の素材感を活かした、建築物の内装・外装用の仕上材料や構造材料、車両等の内装材、衝撃吸収材、繊維強化プラスチック、セメント板等の各種材料として年々ニーズが高まっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような植物繊維体を応用したものとして、例えば、特許文献１には、植物繊維体と表面仕上げ材を具備して形成される、充分な強度と耐傷性を有する階段用踏み板が記載されている。
【０００５】
しかしながら、コルク、ヤシ、ケナフ等の植物繊維体は、リグニン等の芳香族炭化水素重合体やヘミセルロース等の成分を含むため、太陽光等が当たると黄変しやすく、光安定性に問題があった。
【０００６】
また、特許文献２では、オルガノポリシロキサン化合物とアミノ基を有するオルガノシラン化合物を含有する保護層を植物繊維表面に被着することにより、植物繊維の光安定性を改善する方法が開示されている。
【０００７】
しかしこのような方法では、オルガノシラン化合物は太陽光を透過させるため、植物繊維の保護能力が十分ではなく、特に耐久性が要求される部位で使用する場合、経時的に、黄変してしまい、光安定性が不十分であった。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３８６７９号公報
【特許文献２】特開平６−３３０４６４号公報
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、減圧注入法により、多孔性植物繊維体内部及び表面に、紫外線吸収能を有する金属化合物を析出させた改質多孔性植物繊維体が、光安定性に優れており、かつ素材感に優れていることを見出し、本発明の完成に至った。
【００１０】
即ち、本発明は、
１．減圧注入法により、多孔性植物繊維体内部及び表面に、紫外線吸収能を有する金属化合物を析出させたことを特徴とする改質多孔性植物繊維体。
２．減圧注入法により、多孔性植物繊維体に、紫外線吸収能を有する金属化合物の前駆体である金属イオン水溶液を注入し、該金属イオン水溶液を処理することによって、多孔性植物繊維体内部及び表面に、紫外線吸収能を有する金属化合物を析出させたことを特徴とする改質多孔性植物繊維体。
３．多孔性植物繊維体が、ケナフ、ヤシ、コルク、麻、藤、パイナップル、バナナから選ばれる少なくとも１種以上であることを特徴とする１．または２．に記載の改質多孔性植物繊維体。
４．（１）減圧注入法により、多孔性植物繊維体に、紫外線吸収能を有する金属化合物の前駆体である金属イオン水溶液を注入する工程、
（２）アルカリを加えて金属イオンを水酸化物として析出させる工程、
（３）酸化剤を加えて紫外線吸収能を有する金属化合物を得る工程、
を含むことを特徴とする改質多孔性植物繊維体の製造方法。
５．多孔性植物繊維体が、ケナフ、ヤシ、コルク、麻、藤、パイナップル、バナナから選ばれる少なくとも１種以上であることを特徴とする４．に記載の改質多孔性植物繊維体の製造方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態に基づき詳細に説明する。
【００１２】
本発明の改質多孔性植物繊維体は、多孔性植物繊維体内部及び表面に、紫外線吸収能を有する金属化合物を析出させたことを特徴とする。
係る改質多孔性植物繊維体は、多孔性植物繊維体内部及び表面に、紫外線吸収能を有する金属化合物微粒子が析出、即ち、緻密かつ均一に散布された状態で固定化されているため、優れた光安定性、優れた素材感を示す。
【００１３】
（多孔性植物繊維体）
本発明における多孔性植物繊維体は、植物繊維体特有の自然な色合い・質感（本発明では、「素材感」ともいう。）を有するものであれば特に限定されないが、ケナフ、ヤシ、コルク、麻、藤、パイナップル、バナナから選ばれる少なくとも１種以上が好適である。この中で、特に軽量で、かつ安価であるケナフ、またはコルクを用いることが望ましい。
【００１４】
多孔性植物繊維体は、好ましくは植物を切断、せん断、粉砕等して得ることができる。本発明では多孔性植物繊維体をそのまま用いることができ、また、水洗、湯煎、漂白等の化学的処理を施した多孔性植物繊維体を用いることもできる。
本発明における多孔性植物繊維体の大きさは、０．０１μｍ以上の範囲で、幅広く選択することができる。平均の大きさが０．０１μｍ未満の場合には、粒子の微細化により２次的凝集を起こしやすいため、金属化合物による均一な含浸処理が困難になる。上限は、特に限定されないが、通常、１０ｃｍ以下（好ましくは１ｃｍ以下）であれば、減圧注入法により、多孔性植物繊維体内部まで迅速に金属イオン水溶液を注入することが容易であり、望ましい。
また、植物繊維体の形状は、繊維状、塊状、粒状、粉状等の形状から、植物繊維体の用途に応じて適宜選択することができる。
【００１５】
（紫外線吸収能を有する金属化合物）
本発明における紫外線吸収能を有する金属化合物は、紫外線吸収能を有し、多孔性植物繊維体の内部及び表面を紫外線から保護し、かつ多孔性植物繊維体の内部及び表面の光安定性を向上させて、多孔性植物繊維体の変色（黄変）を抑制するためのものである。
【００１６】
紫外線吸収能を有する金属化合物としては、特に限定されず、銅、亜鉛、銀、亜鉛、チタン、ジルコニウム、バナジウム、モリブデン、タングステン、マンガン、鉄、コバルト及びニッケル等から選ばれる１種又は２種以上の金属の無機塩、有機塩又は酸化物を適宜選択して使用することができる。
特に、環境負荷が小さく、安価であり、光安定性が高く、かつ太陽光の遮蔽能が高い、亜鉛、チタン、鉄等の化合物を用いることが望ましい。
亜鉛、チタン、鉄等の化合物としては、化学的に安定な酸化物の他、酸化物の酸素イオンを、ＯＨ−、ＣＨ３ＣＯＯ−、ＳＯ４２−、Ｃｌ−、ＮＯ３−、ＣＯ３２−、ＰＯ４３−等で、部分的に置換した化合物を用いることが望ましい。
【００１７】
（改質多孔性植物繊維体の製造方法）
本発明の改質多孔性植物繊維体は、減圧注入法により、多孔性植物繊維体に、紫外線吸収能を有する金属化合物の前駆体である金属イオン水溶液を注入し、該金属イオン水溶液を処理することによって、多孔性植物繊維体内部及び表面に、紫外線吸収能を有する金属化合物を析出させて製造することができる。
【００１８】
例えば、（１）減圧注入法により、多孔性植物繊維体に、紫外線吸収能を有する金属化合物の前駆体である金属イオン水溶液を注入する工程、
（２）アルカリを加えて金属イオンを水酸化物として、多孔性植物繊維体の内部及び表面に析出させる工程、
（３）酸化剤を加えて、水酸化物を酸化させ、紫外線吸収能を有する金属化合物を得る工程、
により製造することができる。
【００１９】
本発明に用いる減圧注入法は、減圧装置を用いて多孔性植物繊維体に金属イオン水溶液を強制的に注入するものである。減圧装置としては、真空ポンプやアスピレーター等の公知のものを用いることができる。
具体的には、減圧容器内に、金属イオン水溶液と多孔性植物繊維体を浸漬して静置し、減圧することによって多孔性植物繊維体内部の空気が脱気されるのに伴い、金属イオン水溶液が多孔性植物繊維体内部に注入される。
減圧時間は減圧装置の能力によって異なるため、特に限定されないが、通常１分以上、好ましくは２分以上行うことが望ましい。
減圧時間が１分より短い場合には、多孔性植物繊維体内の脱気が十分に行われない場合がある。
なお、本発明では、主に減圧注入法により製造するものであるが、減圧と加圧を組み合せた減圧・加圧注入法等により製造するものも包含される。
【００２０】
減圧注入法を用いることにより、金属イオン水溶液を、多孔性植物繊維体に短時間で均一に注入することができる。
本発明の減圧注入法では、少ない工程で容易に製造することができ、従来の含浸浸透法等に比べて、紫外線吸収能を有する金属化合物が、多孔質植物繊維体内部及び表面に緻密かつ均一に分散されるため、多孔質植物繊維体内部及び表面が紫外線から効果的に保護され、優れた光安定性を得ることができる。また、金属化合物微粒子が多孔質植物繊維体内部及び表面に緻密で均一に分散されているため、植物繊維体に含まれるリグニン等の芳香族炭化水素重合体やヘミセルロース等の黄変しやすい成分の溶出を抑制する効果、腐蝕物質等の多孔質植物繊維体内への浸入を防止する効果、及び耐火・防火性を向上させる効果を得ることができる。
【００２１】
工程（１）で用いる金属イオン水溶液としては、上述した金属化合物を構成する金属イオンを含むものであればよい。本発明の金属イオン水溶液を含浸した多孔性植物繊維体にアルカリ溶液を加えることにより、該多孔性植物繊維体の表面及び内部に金属イオンを含む水酸化物が析出し、さらに酸化剤を加えることにより、水酸化物が安定な金属化合物に変化するために、紫外線吸収能を有する金属化合物を析出させた改質多孔性植物繊維体を得ることができる。
金属イオン水溶液は、水溶性の金属塩を水に溶解することにより得られる。水溶性の金属塩としては水溶性であれば特に限定されず、該金属イオンの水酸化物、酢酸塩、硫酸塩、塩化物、硝酸塩、炭酸塩、リン酸塩等から選ばれる１種類以上の金属塩を用いることができる。
金属イオン水溶液の濃度は特に限定されず、溶解限界濃度までの金属イオン水溶液を用いることができるが、通常は、金属イオン水溶液の全重量に対して、金属イオン換算で０．０１〜８０．００重量％程度であればよい。
【００２２】
工程（２）で用いるアルカリ溶液は、金属イオン水溶液を含浸した多孔性植物繊維体の表面及び内部に金属イオンを含む水酸化物を析出させるために用いるものである。
アルカリ溶液は特に限定されず、例えば、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等の水溶液を用いることができる。アルカリ溶液の濃度は特に限定されず、溶解限界濃度までのアルカリ溶液を用いることができるが、通常ｐＨが７．１〜１４．０程度であればよい。
【００２３】
工程（３）で用いる酸化剤は、多孔性植物繊維体の内部及び表面に析出した金属イオンを含む水酸化物を酸化して、紫外線吸収能を有する金属化合物を得るためのものである。
酸化剤は特に限定されず、オゾン、酸素、過酸化水素、過マンガン酸カリウム、塩化銅、酸化銀、硝酸、二酸化マンガン、さらし粉、塩素等を用いることができる。
【００２４】
このようにして改質多孔性植物繊維体を作製した後、濾過等の操作により、改質多孔性植物繊維体と溶液を分離し、水や親水性溶媒により洗浄し、改質多孔性植物繊維体から溶液中に溶出した成分を十分に除去することが望ましい。洗浄後、乾燥することにより、紫外線吸収能を有する金属化合物が析出された改質多孔性植物繊維体を得ることができる。このときの乾燥温度は９０〜２００℃、より好ましくは１００℃〜１５０℃である。
【００２５】
紫外線吸収能を有する金属化合物の析出量は、多孔性植物繊維体１００重量部に対して通常０．１〜１２０重量部、好ましくは０．５〜１００重量部である。０．１重量部より小さい場合は、紫外線吸収能の不十分であり、多孔性植物繊維体の耐候性が向上されない。また、１２０重量部より多い場合は、紫外線吸収能を有する金属化合物により多孔性植物繊維体が着色されて、植物繊維体の素材感が低下する傾向がある。
【００２６】
本発明における改質多孔性植物繊維体の素材感は、目視によって判断すればよいが、例えば、減圧注入前と後の多孔性植物繊維体の色相の変化により示すことができる。
例えば、減圧注入前の多孔性植物繊維体の任意の３点（ｘ１、ｘ２、ｘ３）において色相を、色差計（ＣＭ−３７００ｄ、ミノルタ株式会社製）を用いて測定し、３点の色相（Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊）の平均値を算出する。次に、減圧注入後の多孔性植物繊維体の色相の平均値を、同様に算出する。この２つの色相の平均値の色差を求めることによって、素材感を示すことができる。即ち、色差が小さいほど減圧注入後の多孔性植物繊維体が、減圧注入前の多孔性植物繊維体に近い色相であり、素材感が維持されたことになる。
本発明では、減圧注入前後の色差が、好ましくは２０．０以下、さらに好ましくは１５．０以下、より好ましくは１０．０以下であれば、素材感に優れたものとすることができる。
【００２７】
本発明では、減圧注入法により、多孔性植物繊維体内部及び表面に、紫外線吸収能を有する金属化合物を析出させた後、さらに樹脂を多孔性植物繊維体内部及び表面に減圧注入法によって注入することにより、より光安定性に優れた改質多孔性植物繊維体を得ることができ、さらに、紫外線吸収能を有する金属化合物を多孔性植物繊維体内部及び表面に強力に固定することができ、腐蝕物質の侵入をより防止することができるため、望ましい。
【００２８】
本発明の樹脂としては、特に限定されず、公知のものを使用することができる。
樹脂としては、例えば、溶剤系塗料用として通常使用されるアクリル樹脂、シリコン樹脂、アクリルシリコン樹脂、アルキッド樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、アミノ樹脂等を用いることができる。また、水系塗料用として通常使用される水可溶型、水分散型のアクリル樹脂、シリコン樹脂、アクリルシリコン樹脂、アルキッド樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、アミノ樹脂等を用いることができる。
本発明では、特に、光安定性に優れた樹脂を用いることが好ましく、このような樹脂として、アクリル樹脂、シリコン樹脂、アクリルシリコン樹脂等が挙げられる。
【００２９】
改質多孔性植物繊維体に対する樹脂の注入量は、特に限定されないが、改質多孔性植物繊維体１００重量部に対し、樹脂固形分１０〜２０００重量部（さらに好ましくは１５〜１０００重量部、より好ましくは２０〜５００重量部、最も好ましくは２０〜１００重量部）の範囲で混合することが好ましい。
【００３０】
本発明では、樹脂を溶剤に希釈して用いることにより、流動性が調整され、改質多孔質植物繊維体に対して均一に注入することができるために、望ましい。
【００３１】
溶剤としては、芳香族系溶剤、脂肪族系溶剤、アルコール系溶剤、エステル系溶剤、水等があげられ、これらの１種または２種以上を使用することができる。
【００３２】
また、溶剤の他に、本発明に影響しない程度に必要に応じて、各種添加剤を混合することもできる。このような添加剤としては、可塑剤、防腐剤、防黴剤、消泡剤、増粘剤、レベリング剤、撥水剤、沈降防止剤、たれ防止剤、艶消し剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、顔料、骨材等が挙げられる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明に改質多孔性植物繊維体は、紫外線吸収能を有する金属化合物を多孔性植物繊維体の表面だけなく内部にも析出させたもので、多孔性植物繊維体の表面だけなく内部までも保護されており、優れた光安定性を有し、金属化合物の透明性が優れたものであるため、優れた素材感を有する。さらにホルムアルデヒド等の化学物質吸着能にも優れている。また、多孔性植物繊維体から発生するリグニン等の芳香族炭化水素重合体やヘミセルロースなどの黄変しやすい成分の溶出を抑制することができ、腐蝕物質等の多孔質植物繊維体内への浸入を防止することができ、多孔性植物繊維体の耐火・防火性、及び耐久性を向上させることができるため、そのような性能を要する部材での使用にも適している。
【００３４】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を示し、本発明の特徴をより明確にするが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００３５】
（実施例１）
硫酸鉄（ＩＩ）７水和物５０．０ｇをイオン交換水５００．０ｍｌに混合し、よく攪拌した。次に、コルク粉体（大きさ、１００〜１０００μｍ）２００．０ｇを浸漬してスラリーとした。
このスラリーを入れた耐圧容器を減圧容器の中に静置し、アスピレ―ターを用いて５分間減圧（真空度：２．３ｋＰａ）した後、常圧に戻した。
次に、攪拌しながら２５％アンモニア水を滴下してｐＨを１２とし、水酸化鉄が析出してスラリーが青緑色に濁ることを確認した。
さらに、１０％過酸化水素水を５０ｍｌ添加し、水酸化鉄が酸化水酸化鉄となって、スラリーが褐色となることを確認した。
このスラリーを、室温で１時間攪拌した。濾過、洗浄した後、１１０℃で１時間乾燥し、改質コルクＡを得た。
【００３６】
（ホルムアルデヒド吸着試験）
改質コルクＡの有害物質吸着能を、以下のようにして評価した。
２５０ｇの改質コルクＡをガラス皿に取り、１１０℃で２時間乾燥した。次に、このガラス皿を、１０ｐｐｍのホルムアルデヒド濃度に保ったアクリルボックス（１０００ｍｍ×１０００ｍｍ×１０００ｍｍ）内に密封し、アクリルボックス内のホルムアルデヒド濃度を測定した。１時間後のホルムアルデヒド除去率は６０．４％であり、高い吸着能を有していることを確認した。
【００３７】
（改質処理（減圧注入）前後の色差測定）
作製した改質コルクＡ１０ｇ及びをコルク粉体（改質処理（減圧注入）前）１０ｇをそれぞれ油圧成形（２００ｋｇ／ｃｍ２）し、それぞれ試験体を得た。それぞれの試験体の任意の３点（ｘ１、ｘ２、ｘ３）において、色相を色差計（ＣＭ−３７００ｄ、ミノルタ株式会社製）を用いて測定し、色相（Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊）の平均値を算出し、２つの試験体の色相の平均値の色差を求めた。結果は表１に示す。
【００３８】
（耐黄変性試験）
作製した改質コルクＡ１０ｇを油圧成形（２００ｋｇ／ｃｍ２）し、試験体を得た。
１８ＷのＵＶランプを５本平行に並べ、試験体をＵＶランプから３０ｃｍ離して静置し、４８時間ＵＶを照射した。
耐黄変性試験では、ＵＶ照射前後の試験体の任意の３点（ｘ１、ｘ２、ｘ３）において、色相を色差計（ＣＭ−３７００ｄ、ミノルタ株式会社製）を用いて測定し、色相（Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊）の平均値を算出し、２つの試験体の色相の平均値の色差を求めた。結果は表１に示す。
【００３９】
実施例１の改質コルクＡは、素材感に優れており、表１に示すように、改質処理（減圧注入）前後の色相の変化も少ない結果となった。また、ＵＶ照射前後の色相の変化も小さく、光安定性に優れていた。
【００４０】
【表１】
2004339648.tif 000002
【００４１】
（比較例１）
硫酸鉄５０ｇをイオン交換水５００ｍｌに混合し、よく攪拌した。次に、コルク粉体（大きさ、１００〜１０００μｍ）２００ｇを浸漬してスラリーとした。
次に、このスラリーを攪拌しながら２５％アンモニア水を滴下してｐＨを１２とし、水酸化鉄が析出してスラリーが青緑色に濁ることを確認した。
さらに、１０％過酸化水素水を５０ｍｌ添加し、水酸化鉄が酸化水酸化鉄となって、スラリーが褐色となることを確認した。
このスラリーを、室温で１時間攪拌した。濾過、洗浄した後、１１０℃で１時間乾燥し、改質コルクＢを得た。改質コルクＢを用いて、実施例１と同様のホルムアルデヒド吸着試験、改質処理前後の色差測定と耐黄変性試験を行った。
ホルムアルデヒド吸着試験の結果、１時間後のホルムアルデヒド除去率は１２．１％であり、吸着能が低いことがわかった。
改質処理前後の色差測定と耐黄変性試験結果を表１に示す。表１に示すように、改質処理前後の素材感はある程度維持していたが、ＵＶ照射前後前後の色相の変化が大きく、光安定性に劣る結果が得られた。
【００４２】
（比較例２）
改質処理を行っていないコルク粉体（大きさ、１００〜１０００μｍ）を用いて、実施例１と同様のホルムアルデヒド吸着試験、及び耐黄変性試験を行った。
ホルムアルデヒド吸着試験の結果、１時間後のホルムアルデヒド除去率は３０．２％であり、吸着能が低いことがわかった。
耐黄変性試験結果を表１に示す。表１に示すように、素材感に優れているが、ＵＶ照射前後前後の色相の変化が大きく、光安定性に劣る結果が得られた。
【００４３】
（比較例３）
顔料用酸化鉄（戸田工業株式会社製）１４．３ｇ、イソプロパノール５０．０ｍｌ、コルク粉体（大きさ、１００〜１０００μｍ）２００．０ｇを６０℃で２時間攪拌混合した後、減圧乾燥にてイソプロパノールを除去し、顔料用酸化鉄を被着した改質コルクＣを得た。この改質コルクＣを用いて、実施例１と同様のホルムアルデヒド吸着試験、改質処理前後の色差測定と耐黄変性試験を行った。
ホルムアルデヒド吸着試験の結果、１時間後のホルムアルデヒド除去率は２２．１％であり、吸着能が低いことがわかった。
改質処理前後の色差測定と耐黄変性試験結果を表１に示す。表１に示すように、改質処理前後、ＵＶ照射前後において、コルクの質感が失われ自然な素材感が得られなかった。