(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機材料に、水蒸気蒸留によって撥水特性、発色性や蛍光性の光学特性、抗菌特性、芳香作用、消臭作用、ＴＴＦ−ＴＣＮＱ系錯体の電気及び電子特性、吸着・脱着特性を有する一種又は二種以上の機能性付与物質を取り込んだ水蒸気を温度１００℃以上臨界温度以下、飽和水蒸気圧以下で接触させ、物理吸着あるいは化学吸着してなることを特徴とした無機材料の高機能化処理法。
【請求項２】
無機材料が予め、水蒸気蒸留した親油化剤を吸着してなることを特徴とした請求項１記載の無機材料の高機能化処理法。
【請求項３】
水蒸気蒸留した機能性付与物質を取り込んだ水蒸気の複数を同時に無機材料に送気し、機能性付与物質どうしを反応させ無機材料に吸着してなることを特徴とした請求項１または２に記載の無機材料の高機能化処理法。
【請求項４】
無機材料(A)を挿入したオートクレーブ(1)と、機能性付与物質(B)を蓄えた貯槽(2)と、水蒸気を発生させるボイラー(3)と、このボイラー(3)から配管(5)を介して送気される水蒸気を加温するヒータ(4)と、ヒータ(4)にて加温されたドライスチームを貯槽(2)内に送気する配管(6)と、貯槽(2)内で機能性付与物質を取り込んだ水蒸気をオートクレーブ(1)内に送気する配管(7)と、オートクレーブ(1)内で吸着使用されなかった余剰の機能性付与物質を回収、再生して貯槽(2)に送る配管(8)とを具備し、オートクレーブ(1)内の圧力をオートクレーブ(1)に入る配管の圧力よりも低くすると共に、この全系統を密閉状態に維持して、無機材料に機能性付与物質を吸着することを特徴とした無機材料の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無機材料に各種機能性付与物質を吸着させて無機材料を高機能化する処理法及びその処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、無機材料を高機能化する処理法としては、機能性付与物質を添加して大気圧下で行う乾式法、湿式法などや、真空条件下で行うＰＶＤ、ＣＶＤ等がある。この乾式法や湿式法は、機能性付与物質を添加して大気圧下、気相中あるいは液相中で無機材料の表面官能基を化学反応処理して表面改質剤官能基で置換し、無機材料の表面性状を変える方法である。この例として、炭酸カルシウムの表面処理などが非常に一般的なものである。又、ＰＶＤ（物理蒸着）、ＣＶＤ（化学蒸着）は真空条件下で表面改質を行い、ＰＶＤは蒸発、凝集を利用した手法で、ＣＶＤは化学反応を用いて表面を成膜する方法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする問題】
しかしながら、大気圧下で行う湿式法では、添加する機能性付与物質が可溶性でなければ均一な処理は困難であった。そのため、機能性付与物質、溶媒が制限されていた。又、可溶性でない機能性付与物質もエマルジョン状態にすることによって表面改質に用いることができたが、しかし細部までの均一な表面改質は無理であり、吸着も弱い物理吸着によるものとなっていた。又、この湿式法では、表面全体に機能性付与物質を吸着させるには過剰量の添加が必要になり、更に、溶液と分離する際に廃液中に機能性付与物質が残ってしまうことがあり、そのために生産性、経済性に非常に不利という問題点があった。
【０００４】
乾式法では、機能性付与物質の制限は少ないが、気相中で添加を行うために、無機材料全体への均一な処理は困難であった。また、湿式法、乾式法共に対象となる無機材料が凝集体や細孔を持つような場合、水あるいは機能性付与物質が接触できない部分には当然処理ができないという問題点があった。更に、ＰＶＤやＣＶＤといった表面処理方法では、有機物が熱に弱いことにより一般的な有機物による表面改質の技術が少なく、また、ＣＶＤでは危険な反応気体の使用が多く、そのために、扱いに細心の注意が必要となっていた。更に、反応後の排気ガス処理に多大な費用を必要とするという問題点があった。
【０００５】
そこで、本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、極めて簡素な製造工程にて無機材料に高機能性を、確実かつ容易に付与させることができることを目的とした、無機材料の高機能化処理法及びその処理装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の無機材料の高機能化処理法及びその処理装置は、
無機材料に、水蒸気蒸留によって撥水特性、発色性や蛍光性の光学特性、抗菌特性、芳香作用、消臭作用、ＴＴＦ−ＴＣＮＱ系錯体の電気及び電子特性、吸着・脱着特性を有する一種又は二種以上の機能性付与物質を取り込んだ水蒸気を温度１００℃以上臨界温度以下、飽和水蒸気圧以下で接触させ、物理吸着あるいは化学吸着してなる構成としている。又、無機材料が予め、水蒸気蒸留した親油化剤を吸着してなる構成としている。更に、水蒸気蒸留した機能性付与物質を取り込んだ水蒸気の複数を同時に無機材料に送気し、機能性付与物質どうしを反応させ無機材料に吸着してなる構成としている。更に又、無機材料Ａを挿入したオートクレーブ１と、機能性付与物質Ｂを蓄えた貯槽２と、水蒸気を発生させるボイラー３と、このボイラー３から配管５を介して送気される水蒸気を加温するヒータ４と、ヒータ４にて加温されたドライスチームを貯槽２内に送気する配管６と、貯槽２内で機能性付与物質を取り込んだ水蒸気をオートクレーブ１内に送気する配管７と、オートクレーブ１内で吸着使用されなかった余剰の機能性付与物質を回収、再生して貯槽２に送る配管８とを具備し、オートクレーブ１内の圧力をオートクレーブ１に入る配管の圧力よりも低くすると共に、この全系統を密閉状態に維持して、無機材料に機能性付与物質を吸着する構成としている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図に基づき説明する。
図中、図１は、本発明実施例の概略説明図である。
本発明の無機材料の高機能化処理装置は、図１に示す単純なオートクレーブによるバッチ式のものであり、無機材料Ａを挿入したオートクレーブ１と、機能性付与物質Ｂを蓄える貯槽２と、水蒸気を発生させるボイラー３と、このボイラー３から配管５を介して送気される水蒸気を加温するヒータ４と、ヒータ４にて加温されたドライスチームを貯槽２内に送気する配管６と、貯槽２内で機能性付与物質を取り込んだ水蒸気をオートクレーブ１内に送気する配管７と、オートクレーブ１内で無機材料に機能性付与物質が吸着された後、吸着に使用されなかった余剰の機能性付与物質を回収、再生して貯槽２に送る配管８とから構成されている。９，１０，１５，１１，１２は各配管５，６，７，８に設けたバルブである。
【０００８】
オートクレーブ１内の無機材料としては、珪酸カルシウム等の珪酸塩化合物、炭酸カルシウム等の炭酸塩化合物、アパタイト等の燐酸塩化合物、酸化チタンや酸化ジルコニウム等の酸化物、アルミノ珪酸塩等の粘土鉱物を主体とする無機固体物質が存在する。又、貯槽２内に蓄えられる機能性付与物質としては、シリコン系、テフロン（登録商標）系の非極性油状物質、親油性の界面活性剤等の撥水特性を持つもの、染料等の発色性や蛍光性の光学特性を持つもの、ヒバ精油、杉油等の抗菌特性を持つもの、ヒノキ精油等の芳香作用を持つもの、緑茶抽出物等の消臭作用を持つもの、ＴＴＦ−ＴＣＮＱ系錯体の電気及び電子特性を有するものなどが存在する。
【０００９】
オートクレーブ１に挿入される無機材料は、成形体や固化体、粉末等その形状を特に限定しない。押出し成形を用いた成形体の場合には、原料を混合撹拌して混練後 、混合材料として押出し成形機に投入し、この成形機により製板されて、板状体としてオートクレーブ内に搬送される。本発明の装置で、オートクレーブ１内の無機材料Ａに、機能性付与物質Ｂを送気する条件は、特に限定されるものではないが、圧力差によって機能性付与物質を送気するために、機能性付与物質の送気圧よりも低い水蒸気圧下に、オートクレーブ１の状態があることが必要である。機能性付与物質Ｂを蓄えた貯槽２は、圧力が発生することから圧力容器がよく、必要に応じて加温されることもある。
【００１０】
この貯槽２では、ヒータ４にて加温されたドライスチームがバルブ１５を介して送気され、機能性付与物質をこの水蒸気中に取り込んでいる。この貯槽２内の機能性付与物質の状態は特に限定されるものではなく、液状ならばバブリングによって、固体ならば、固体間を通気させることによって水蒸気中へ取り込まれている。機能性付与物質を取り込んだ水蒸気は、バルブ１１を介してオートクレーブ１に圧力差によって圧入される。この機能性付与物質Ｂを含んだ気体の送気は、温度１００℃以上飽和水蒸気圧以下の圧力によって制御される。配管１３は、オートクレーブ１内の水蒸気分圧を制御するための配管で、１４は、オートクレーブ１内圧を調整するバルブである。
【００１１】
オートクレーブ１内では、機能性付与物質Ｂが無機材料Ａに吸着、析出する。オートクレーブ１内は、高圧条件下であるため、機能性付与物質を含んだ水蒸気分子が、進入できる大きさの細孔から細孔内部まで圧入された内部外部の固体表面で物理吸着あるいは化学吸着が起きることとなる。この吸着は、物理的な吸着だけでなく、オートクレーブ内が飽和水蒸気圧以下であるので、脱水縮合反応が進行し、エステル結合、エーテル結合といった化学反応による吸着も起こる場合もある。
【００１２】
又、機能性付与物質が無機材料に対して吸着しにくい場合、アルコールや界面活性剤等を用いて、前処理として無機材料に予め吸着させておき、無機材料の濡れ性を改善した後、機能性付与物質を吸着させることもできる。更に、脂肪酸とグリセリンを同時に送気し、無機材料の表面で油脂化させて反応、吸着させるような機能性付与物質を同時に複数送気し、無機材料表面で機能性付与物質どうしを反応させ吸着することもできる。
【００１３】
表面改質に使用する機能性付与物質は、一種に限らず、二種以上の、機能性付与物質を複数組合わせてもよい。この複数の組合わせの場合、貯槽は１基を併用してもよく、又、複数基設置してもよい。オートクレーブ１内で、吸着に使用されなかった余剰の機能性付与物質は、バルブ１２を介して水と共に取り出し、冷却することによって凝縮させて、配管８を通して回収し再利用している。又、この無機材料の表面改質は完全な閉鎖系で行われ、余剰の物質は回収されるために、環境への影響が非常に少ない優れた処理といえる。
【００１４】
水蒸気蒸留によって、予め水蒸気中に撥水特性、光学特性、抗菌特性、芳香作用、消臭作用、電気及び電子特性等の諸機能を与えることができる物質を蒸留させて、機能性付与物質を気体分子に取り込ませた状態としておき、この機能性付与物質を取り込んだ水蒸気をオートクレーブ内に圧入し、このオートクレーブ内で無機材料の表面に機能性付与物質を物理吸着あるいは化学吸着し得る。従って、この機能性付与物質の輸送媒体が気体（水蒸気）であるため、気体中の機能性付与物質の濃度を制御することにより、機能性付与物質を無機材料の表面に任意の状態（単分子層、多分子層）で吸着し得る。
【００１５】
又、常温常圧以上の温度圧力条件下で機能性付与物質を吸着させるために、対象となる無機材料の細部（細孔や凝集体一次粒子間）にわたって処理を行うことが可能である。更に、基本的に反応しにくい無機材料と機能性付与物質間においても、前処理を行うことによって一度表面を改質した後、機能性付与物質を化学吸着あるいは物理吸着させることができる。これらの処理を行うことで機能性付与物質が無機材料表面に強固に結合して機能性付与無機材料が得られる。
【００１６】
これは、本発明が水熱溶液の特性を利用していることを示している。即ち、水熱溶液は温度、圧力、充填率によって、その特性を変化する。反応場としての適性を示す誘電率は低温高圧側では８０前後であるが、低圧高温の蒸気側では２〜５のような極度に小さな値となる。これらの誘電率の値は、高いときには水熱溶液がイオンの複分解反応のような極端なイオン反応の好適媒体となり、低いときには燃焼反応のような極端なラジカル反応の好適媒体となり、その反応場を自由にとることができることを示している。
【００１７】
また、反応媒体としての性質が気液混合相である飽和蒸気圧曲線下では、溶液側では加水分解、気相側では脱水縮合が起こる。物質には、イオン化合物のような極性の大きなものから、有機化合物のように極性の小さなものがあり、極性の大きな化合物と誘電率の大きな溶媒とはなじみがよく、極性の低い化合物は誘電率の低い溶媒によくなじむ。本発明では、誘電率の値が非常に小さく有機物質の優れた溶媒となる低圧高温の水蒸気の性質を機能性付与物質の輸送媒体として利用している。そして、低圧高温の水蒸気がもつ反応場としての脱水縮合反応の適性を利用して、オートクレーブ内で無機材料に機能性付与物質を吸着、促進して強固に結合させている。
【００１８】
【実施例１】
セメント３０重量部、フライアッシュ３８重量部、有機質繊維７重量部、混和材２４重量部、メチルセルロース１重量部を水／固形物で６０％の含水率に調製し、混合撹拌して、混練した後、この混合原料を押出し成形擬に投入して製版した。次に、製板された板状体（長さ１０００mm、幅５００mm、厚み１５mm）をオートクレーブに挿入し、５kgf/cm2の飽和蒸気圧下で１０時間保持を行った。保持後、排気バルブを開け減圧を行い２kgf/cm2で排気バルブを閉じた。また、予め、機能性付与物質として、市販のラベンダー精油をエタノールに溶かした溶液（ラベンダー精油：エタノール＝１：４）を水蒸気を用いて８kgf/cm2に水蒸気蒸留させておき、前記２kgf/cm2のオートクレーブに送気を行った。オートクレーブの圧力が５kgf/cm2を示した後、機能性付与物質の送気を停止し、その後１０分間保持し、保持後に回収バルブを開け、溶液を回収し大気圧まで減圧を行った。この板状体にはラベンダーの芳香が付与されていた。
【００１９】
【実施例２】
シリカ粉末をオートクレーブ内に挿入して、オートクレーブ内の圧力が２kgf/cm2になるように調整し、貯槽にオクチルアルコールを入れ、これを水蒸気蒸留させた。このとき貯槽内の圧力が８kgf/cm2となるようにした。この状態で前記オートクレーブ内の圧力が５kgf/cm2になるように送気し、この圧力状態を１時間保持した後、回収バルブを開いて溶液を回収し、その後、粉末試料を取り出した。このようにして得た試料は水に入れると浮くことが確認され、撥水性が付与されていることが確認できた。
【００２０】
以上、本発明の代表例と思われる実施例について説明したが、本発明は必ずしも、これらの実施例のみに限定されるものではなく、本発明にいう前記の構成要件を備え、かつ、本発明にいう目的を達成し、以下にいう効果を有する範囲内において適宜変更して実施することができるものである。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明から既に明らかなように、本発明にいうところの無機材料の高機能化処理法及びその処理装置に於いては、無機材料に、水蒸気蒸留によって撥水特性、発色性や蛍光性の光学特性、抗菌特性、芳香作用、消臭作用、ＴＴＦ−ＴＣＮＱ系錯体の電気及び電子特性、吸着・脱着特性を有する一種又は二種以上の機能性付与物質を取り込んだ水蒸気を温度１００℃以上臨界温度以下、飽和水蒸気圧以下で接触させ、物理吸着あるいは化学吸着してなる構成としている。又、無機材料が予め、水蒸気蒸留した親油化剤を吸着してなる構成としている。更に、水蒸気蒸留した機能性付与物質を取り込んだ水蒸気の複数を同時に無機材料に送気し、機能性付与物質どうしを反応させ無機材料に吸着してなる構成としている。更に又、無機材料を挿入したオートクレーブと、機能性付与物質を蓄えた貯槽と、水蒸気を発生させるボイラーと、このボイラーから配管を介して送気される水蒸気を加温するヒータと、ヒータにて加温されたドライスチームを貯槽内に送気する配管と、貯槽内で機能性付与物質を取り込んだ水蒸気をオートクレーブ内に送気する配管と、オートクレーブ内で吸着使用されなかった余剰の機能性付与物質を回収、再生して貯槽に送る配管とを具備し、オートクレーブ内の圧力をオートクレーブに入る配管の圧力よりも低くすると共に、この全系統を密閉状態に維持して、無機材料に機能性付与物質を吸着する構成としているものであるから、水熱溶液の特性を利用して機能性付与物質を気体分子に取り込ませた状態とし、極めて簡素な製造工程にて、無機材料に高機能性を確実かつ容易に付与させることができるという顕著な効果を期待することが出来るに至ったのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の概略説明図。
【符号の説明】
１  オートクレーブ
２  貯槽
３  ボイラー
４  ヒータ
５，６，７，８，１３  配管
９，１０，１１，１２，１４，１５  バルブ
Ａ  無機材料
Ｂ  機能性付与物質
【図１】
0004431911.tif 000002