(57)【要約】【課題】本発明は、現在広く利用されているGHz帯の電波を効率的に吸収できる電波吸収体の提供を目的とする。また、本発明は、バイオマス、特により安価且つより安定的に入手し得るバイオマスを利用した電波吸収体の提供をも目的とする。【解決手段】バガスを焼成して得られたバガス炭、及び高分子重合体を含有することを特徴とする、電波吸収体。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
バガスを焼成して得られたバガス炭、及び高分子重合体を含有することを特徴とする、電波吸収体。
【請求項２】
前記焼成の温度が７００℃以上である、請求項１に記載の電波吸収体。
【請求項３】
前記焼成の温度が８５０〜１０００℃である、請求項１又は２に記載の電波吸収体。
【請求項４】
前記高分子重合体がエチレン−プロピレン−ジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、及び多硫化ゴムからなる群より選択される少なくとも１種である、請求項１〜３のいずれかに記載の電波吸収体。
【請求項５】
前記高分子重合体がエチレン−プロピレン−ジエンゴムである、請求項１〜４のいずれかに記載の電波吸収体。
【請求項６】
前記高分子重合体の総量１００重量部当たりの前記バガス炭の総量が１０〜５００重量部である、請求項１〜５のいずれかに記載の電波吸収体。
【請求項７】
前記バガス炭の粒径が５００μｍ以下である、請求項１〜６のいずれかに記載の電波吸収体。
【請求項８】
前記電波吸収体の形状がシート状である、請求項１〜７のいずれかに記載の電波吸収体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスを利用した電波吸収体に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、GHz帯の電波が広く利用されている。例えば、2〜3 GHz付近がLTE等の移動通信に、2〜5 GHz付近がWi-Fi等の無線LANに、6 GHz付近がETCに、5〜12 GHz付近が気象、航空機、船舶等の各種レーダーに、12 GHz付近がBS・CSデジタル放送に利用されている。これらの円滑な利用には、GHz帯に対応した電波ノイズ対策、電波評価設備、レーダー偽像対策、電波通信障害対策等が必要である。そこで、GHz帯の電波を効率的に吸収できる電波吸収体の開発が求められている。
【０００３】
一方で、地球温暖化対策、低炭素社会への貢献等の観点から、電波吸収体としては、バイオマスを利用したものが望ましい。このような例として、特許文献１においては、大豆皮の炭化焼成後の粉砕物を電波吸収体に利用することによって、GHz帯の電波を効率的に吸収できることが報告されている。しかしながら、大豆皮は、大豆の植物体全体に対する重量比が極めて小さいので、より安価且つより安定的な供給という観点からは他のバイオマスの利用が望ましい。
【０００４】
バガスは、サトウキビの主に茎から糖汁を搾った搾りかすである。したがって、種子のさらに極一部分である大豆皮に比べて、植物体全体に対する重量比が大きい。また、バガスの原料であるサトウキビの世界生産量は約18億3千万トン（2012年）であり、これは、大豆の世界生産量（約2億4千万トン（2012年））を遥かに凌ぐばかりか、世界中で広く主食として利用されている小麦の世界生産量（約6億7千万トン（2012年））をも超える。したがって、バガスは、より安価且つより安定的に入手し得るバイオマスとして有望といえる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１６１３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、現在広く利用されているGHz帯の電波を効率的に吸収できる電波吸収体の提供を目的とする。また、本発明は、バイオマス、特により安価且つより安定的に入手し得るバイオマスを利用した電波吸収体の提供をも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等は、上記目的に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、バガス炭及び高分子重合体を含有する電波吸収体が、GHz帯の電波を効率的に吸収できることを見出した。さらに、この吸収特性は、該電波吸収体が有する高い誘電率に基づいた誘電損失に起因することを見出した。これらの知見に基づいてさらに研究を重ねた結果、本発明が完成した。即ち、本発明は、下記の態様を包含する。
項１．  バガスを焼成して得られたバガス炭、及び高分子重合体を含有することを特徴とする、電波吸収体。
項２．  前記焼成の温度が７００℃以上である、項１に記載の電波吸収体。
項３．  前記焼成の温度が８５０〜１０００℃である、項１又は２に記載の電波吸収体。
項４．  前記高分子重合体がエチレン−プロピレン−ジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、及び多硫化ゴムからなる群より選択される少なくとも１種である、項１〜３のいずれかに記載の電波吸収体。
項５．  前記高分子重合体がエチレン−プロピレン−ジエンゴムである、項１〜４のいずれかに記載の電波吸収体。
項６．  前記高分子重合体の総量１００重量部当たりの前記バガス炭の総量が１０〜５００重量部である、項１〜５のいずれかに記載の電波吸収体。
項７．  前記バガス炭の粒径が５００μｍ以下である、項１〜６のいずれかに記載の電波吸収体。
項８．  前記電波吸収体の形状がシート状である、項１〜７のいずれかに記載の電波吸収体。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電波吸収体によれば、GHz帯の電波をより効率的に吸収することができる。また、電波吸収体の形状としては多分野における幅広い利用が容易なシート状が望ましいところ、本発明の電波吸収体は、シート状であっても優れた電波吸収特性を発揮できる。さらに、本発明の電波吸収体はより安価且つより安定的に入手し得るバガス炭を用いているので、低炭素社会への貢献という観点、及び経済性の観点からも優れたものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】製造例１において、バガス炭の製造に用いられる炭化装置の断面図である。
【図２】製造例１において得られたバガス炭の断面の走査型電子顕微鏡写真である。
【図３】実施例１及び比較例１の電波吸収体について、GHz帯の電波吸収特性を示す図である。
【図４】実施例１及び比較例１の電波吸収体について、GHz帯の誘電率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
「バガスを焼成して得られたバガス炭、及び高分子重合体を含有することを特徴とする、電波吸収体」について説明する。
【００１１】
バガスは、サトウキビから糖汁を搾った搾りかすである。サトウキビの世界生産量が非常に高いことから、バガスはより安価且つより安定的に入手することができる。
【００１２】
焼成は、バガスから炭を製造できる態様であれば特に限定されない。焼成は、例えば低酸素条件下（好ましくは無酸素条件下）で行うことができ、より具体的には真空条件下、窒素雰囲気下、アルゴン雰囲気下、空気遮断状態等で行うことができる。焼成の温度は、バガスが炭化する温度である限り特に限定されるものではないが、GHz帯の電波をより効率的に吸収できるという観点から、例えば７００℃以上、好ましくは８００℃以上、より好ましくは８５０℃以上１０００℃以下、よりさらに好ましくは８５０℃以上９５０℃以下であることができる。焼成の時間は、焼成に供するバガスの種類、形状、大きさ等、及び焼成温度に応じて、公知の情報に従って適宜選択することができる。焼成の時間は、30分〜2時間程度であることができる。焼成後に得られた炭化物は、そのままバガス炭として用いてもよいし、必要に応じてミキサー等によって粉砕したものをバガス炭として用いてもよい。
【００１３】
バガス炭の形状、粒径、及びメジアン径は、バガス炭を高分子重合体と共に混錬することができる限り特に限定されない。バガス炭の形状は、例えば薄片状、粉体状、又は粒状、好ましくは薄片状であることができる。バガス炭の粒径は、例えば５００μｍ以下、好ましくは３００μｍ以下、より好ましくは１μｍ以上２００μｍ以下、よりさらに好ましくは１μｍ以上１００μｍ以下であることができる。バガス炭のメジアン径は、例えば５μｍ以上５０μｍ以下、好ましくは５μｍ以上３０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以上２０μｍ以下であることができる。
【００１４】
なお、本発明において、粒径及びメジアン径は、レーザー回折散乱法によって測定される。例えば、（株）堀場製作所製の粒度分布測定装置（LA-950）を用いて測定することができる。
【００１５】
電波吸収体全重量に対するバガス炭の含有割合は、電波吸収特性を発揮できる限り特に限定されない。該割合は、例えば５〜９０重量％であることができ、成形性の観点及びGHz帯の電波をより効率的に吸収できるという観点から、好ましくは１５〜８５重量％、より好ましくは３０〜８５重量％、よりさらに好ましくは４５〜８５重量％であることができる。
【００１６】
高分子重合体は、電波吸収体のバインダーとして採用され得る限り特に限定されない。高分子重合体として、例えばゴム、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等が挙げられる。これらの中でも、電波吸収体の成形が容易であるという観点から、好ましくはゴムが挙げられる。高分子重合体は、１種単独であってもよいし、２種又は３種以上の組み合わせであってもよい。
【００１７】
ゴムとしては、例えばエチレン−プロピレン−ジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、多硫化ゴム、天然ゴム、合成天然ゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム等が挙げられる。これらの中でも、GHz帯の電波をより効率的に吸収できるという観点から、好ましくはエチレン−プロピレン−ジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、多硫化ゴム等が挙げられ、より好ましくはエチレン−プロピレン−ジエンゴム、エチレン−プロピレンゴムが挙げられ、よりさらに好ましくはエチレン−プロピレン−ジエンゴムが挙げられる。また、電波吸収体にバガス炭をより多く配合する場合は、高流動性のゴムを用いることができる。このようなゴムとしては、例えばＪＳＲ（株）製のＪＳＲ ＥＰ２７が挙げられる。ゴムは、１種単独であってもよいし、２種又は３種以上の組み合わせであってもよい。
【００１８】
熱硬化性樹脂としては、例えば、ウレタンアクリレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ポリエステルアクリレート樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、マレイミド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。熱硬化性樹脂は、１種単独であってもよいし、２種又は３種以上の組み合わせであってもよい。
【００１９】
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエステル樹脂、ＰＥＴ樹脂、ポリアミド樹脂、ナイロン、発泡スチロール等が挙げられる。熱可塑性樹脂は、１種単独であってもよいし、２種又は３種以上の組み合わせであってもよい。
【００２０】
電波吸収体全重量に対する高分子重合体の含有割合は、電波吸収特性を発揮できる限り特に限定されない。該割合は、例えば１０〜９５重量％であることができ、成形性の観点及びGHz帯の電波をより効率的に吸収できるという観点から、好ましくは１５〜８５重量％、より好ましくは１５〜７０重量％、よりさらに好ましくは１５〜５５重量％であることができる。
【００２１】
高分子重合体の総量１００重量部当たりのバガス炭の総量は、成形性の観点及びGHz帯の電波をより効率的に吸収できるという観点から、例えば１０〜５００重量部、好ましくは５０〜５００重量部、より好ましくは８０〜５００重量部、よりさらに好ましくは８０〜〜４５０重量部であることができる。
【００２２】
本発明の電波吸収体は、バガス炭及び高分子重合体のみからなるものであってもよいが、その他の添加剤を含有するものであってもよい。添加剤としては、電波吸収体に配合できる成分である限り特に限定されず、例えば架橋剤、架橋助剤、難燃剤、固体潤滑剤、無機充填剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤、アンチブロッキング剤、スリップ剤、分散剤、相溶化剤、中和剤、滑剤、防曇剤、蛍光増白剤、軟化剤防菌剤、着色剤等が挙げられる。添加剤は、１種単独であってもよいし、２種又は３種以上の組み合わせであってもよい。
【００２３】
本発明の電波吸収体は、例えば、上記各成分の混錬し、得られた混錬物を所望の形状に成形することにより製造することができる。混錬は、例えば、ニーダー、ブラベンダー、バンバリーミキサー、ロール、カレンダーロール、混錬押出し機（単軸又は二軸）等の混錬装置を用いて行うことができる。得られた混錬物の成形は、例えば、プレス装置、ロール、カレンダーロール、混錬押出し機（単軸または二軸）、射出成形機、ブロー成形機、真空成形機、スリットダイ塗工機等の成形装置を用いて行うことができる。混合及び成形の条件は、各成分が良好に分散される条件である限り特に限定されない。例えば、混合及び成形時の温度は、50〜300℃程度であることができる。
【００２４】
電波吸収体の形状は、対象の周波数の電波を吸収できる形状である限り特に限定されない。電波吸収体の形状としては、例えば、シート状、板状、フィルム状、棒状、直方体状、円柱状、多角柱状（特に三角柱、四角柱または六角柱）、多角錐状（特に三角錐状または四角錘状）等が挙げられる。これらの中でも、多分野における幅広い利用が容易であるという観点から、シート状が好ましい。本発明の電波吸収体は、シート状であっても優れた電波吸収特性を発揮できる。
【００２５】
シート状の場合、その厚みは、対象の周波数に応じて適宜設計することができる。例えば、5〜15 GHzの電波を対象とする場合、シートの厚みは１．２ｍｍ以上、好ましくは１．４ｍｍ以上１０ｍｍ以下、より好ましくは１．５ｍｍ以上５ｍｍ以下、よりさらに好ましくは１．７ｍｍ以上４ｍｍ以下、よりさらに好ましくは１．８ｍｍ以上３ｍｍ以下であることができる。
【００２６】
本発明の電波吸収体は、これを単独で用いてもよいし、電波吸収特性の異なる複数の電波吸収体を組み合わせて使用することができる。本発明の電波吸収体は、例えば金属層または金属酸化物層とともに使用することができる。この場合の金属層は、電波吸収体が有する面のうちの少なくとも１つに設けることが好ましい。金属種としては、例えば銅、ニッケル、鉄、亜鉛、チタン、銀等を挙げることができる。金属酸化物の種類としては、これらの金属の酸化物を挙げることができる。金属層または金属酸化物層の厚みは、０．１〜２０ｍｍとすることが好ましく、０．５〜１０ｍｍとすることがより好ましい。金属層とともに使用する場合の最も好ましい態様としては、金属層は、例えば別に製造した金属板を貼付する方法、ラミネート加工、金属フィルムインモールド成形、メッキ法、真空蒸着法、スパッタリング法等によって形成することができる。
【００２７】
本発明の電波吸収体の対象周波数は、GHz帯であれば特に限定されない。シート状の場合、対象周波数としては、例えば1〜18 GHz、好ましくは3〜15 GHz、より好ましくは5〜15 GHz、よりさらに好ましくは5〜12 GHz、よりさらに好ましくは5〜10 GHz、よりさらに好ましくは5〜8 GHzであることができる。また対象周波数の上限は、例えば150 GHz、好ましくは120 GHzであることができる。
【００２８】
本発明の電波吸収体の使用態様は、電波（特にGHz帯の電波）の吸収を目的とする限り、特に限定されない。例えば、電波暗室用、高層建造物壁面用、レーダー偽像防止用、電波障害防止用、電子回路のノイズ除去用、移動体通信用等に用いることができる。
【実施例】
【００２９】
以下に、実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００３０】
１．バガス炭粉砕物の製造（製造例１）
＜1-1．バガス炭の製造＞
図１に示すような、スクリューコンベア型の炭化部の外側にジャケット部を設けた加熱方式をとる炭化装置を用い、ホッパー内に充填したサトウキビ残渣のバガスを、ロータリーバルブを介して乾燥重量で１時間当り1 kgを連続的に炭化部へ供給した。炭化部に供給されたバガスは、滞留時間30分でバガス炭として排出された。バガスから蒸発した揮発性有機化合物並びに熱分解性ガスは、炭化部の排気端より直接ジャケットへ供給され、ジャケットに設備されたバーナーで燃焼し、炭化温度が550℃になるようにコントロールしている。製造されたバガス炭のBET比表面積は379 m2/gであった。得られたバガス炭は、粒径2 mm以下の粉体状で、植物の維管束由来の孔径10〜20μmのハニカム構造を有し、さらにその該表面に孔径2 nm以下のミクロポア及び孔径2〜30 nmのメソポアを有する、多孔体構造を有していた。また、得られたバガス炭について、蛍光Ｘ線法により元素分析を行った。その結果を以下に示す。
【００３１】
【表１】
2016025118.tif 000002
【００３２】
表１から、バガス炭には、アルカリ金属であるカリウム（K）、アルカリ土類金属であるカルシウム（Ca）及びマグネシウム（Mg）並びに土壌の構成成分であるケイ素（Si）、鉄（Fe）及びアルミニウム（Al）が含まれていることがわかる。このうちのSiがハニカム構造を構成している。
【００３３】
さらに、バガス炭に含まれるK及びMgについて、以下のように溶脱試験を行った。
【００３４】
1 N塩酸50 mLにバガス炭0.50 gを加えて、30 ℃の恒温槽で24時間攪拌した。バガス炭を遠心沈降及び濾過により除去し、濾液のカリウムイオン濃度をICP発光分光分析装置における発光強度により測定したところ、44 mg/Lであった。また、上記と同様の操作を行い、濾液のマグネシウムイオン濃度をICP発光分光分析装置における発光強度により測定したところ、16 mg/Lであった。この結果からも、バガス炭の中にアルカリ金属及びアルカリ土類金属が含まれていることがわかる。
【００３５】
また、走査型電子顕微鏡（SEM）によりバガス炭の断面の構造を観察した画像を図２に示す。図２から、バガス炭は規則的なハニカム構造を有していることがわかる。
【００３６】
上記で得られたバガス炭について、アルゴン雰囲気下、900℃（900℃までの昇温速度は300 ℃/h）で1時間、熱処理を行った。得られたものを1-1の粉砕処理に供した。
【００３７】
＜1-2．バガス炭粉砕物の製造＞
上記＜1-1．バガス炭の製造＞で得られたバガス炭約76 gを、約38 gずつ市販ミキサー（(株)山善MJM-T761）で粉砕処理した。各粉砕処理は、ミキサーによる粉砕を30秒間行い、これを20回繰り返して行った。粉砕物を、目開き212 μmと100 μmのふるいを用いて分級した。粒径毎の収量は、100 μm以下が64.3 g（87.1 %）、100〜212 μmが9.2 g（12.5 %）、212 μm以上が0.3 g（0.4 %）であった。また、粉砕物を走査型電子顕微鏡（日立ハイテクノロジーシリーズSU3500）で観察したところ、薄片状であった。
【００３８】
目開き100 μmのふるいを通過した粉砕物（100 μmパス品）を、後述の「２．電波吸収体の製造」において「バガス炭粉砕物」として用いた。
【００３９】
２．電波吸収体の製造（実施例１及び比較例１）
下記表２に示す配合成分を100℃に加熱したラボニーダーミル（（株）トーシン製 TDR100×500X3）に投入し、150rpmで5分間混錬した。得られた混錬物を、真空プレス成形機（テスター産業（株）製 SA-401-A）を用いて160℃で30分間加硫プレスし、50 mm角のシート状の電波吸収体を得た。得られた電波吸収体の厚みを表２に示す。
【００４０】
【表２】
2016025118.tif 000003
【００４１】
３．電波吸収特性の評価
上記「２．電波吸収体の製造」で得られた電波吸収体の電波吸収特性を評価した。具体的には次のように行った。0.5〜18 GHzの吸収特性は、厚み2 mmのホルダーを採用し、ドーナツ形状（内径φ3 mm、外径φ7 mm）に加工したサンプルを同軸管に挿入して反射法で測定した（同軸管法）。26.5〜110 GHzの吸収特性は開放空間中、反射法で測定した（自由空間法）。なお、26.5〜110 GHzの周波数の吸収特性は、アンテナ毎に4つの範囲（26.5〜45 GHz、45〜67 GHz、67〜75 GHz、75〜110 GHz）に分けて測定した。各周波数別に得られた反射係数（マイナスで示される値が大きいほど、該周波数の吸収量が多いことを意味する）を図３に示す。
【００４２】
図３に示されるように、バガス炭を用いる実施例１は、GHz帯（特に0.5〜18 GHz）において、フィトポーラスを用いる比較例１と同程度に高い電波吸収特性を発揮した。
【００４３】
４．誘電率の測定
上記「２．電波吸収体の製造」で得られた電波吸収体の誘電率を測定した。具体的には、0.5〜18 GHzの誘電率は、上記「３．電波吸収特性の評価」と同様に同軸管を用いて透過法で反射波と透過波を測定し、該測定値に基づいて算出した。結果を図４に示す。
【００４４】
図４に示されるように、バガス炭を用いる実施例１は、フィトポーラスを用いる比較例１と同程度に高い誘電率を示した。このことから、バガス炭を用いた場合の高い電波吸収特性は、高い誘電率に基づいた誘電損失に起因することが示唆された。
【図１】
2016025118.tif 000004
【図２】
2016025118.tif 000005
【図３】
2016025118.tif 000006
【図４】
2016025118.tif 000007