(57)【要約】【課題】室内の調湿を図り冷暖房装置における結露や、梅雨時におけるカビあるいはダニの発生を防止し、快適な居住を可能とする調湿活性炭の製造方法およびそれを用いた調湿材を提供する。【解決手段】比表面積が１２８０ｍ2/ｇ以上で、細孔容積０．８８ｍｌ／ｇ以上の原料活性炭を、２．５Ｎ以下の硝酸溶液中で、４０〜８０℃で０．５〜３０分で処理する調湿活性炭の製造方法。前記原料活性炭の粒度は、０．０１〜４．０ｍｍである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
比表面積が１２８０ｍ2/ｇ以上で、細孔容積０．８８ｍｌ／ｇ以上の原料活性炭を、２．５Ｎ以下の硝酸溶液中で、４０〜８０℃、０．５〜３０分で処理する調湿活性炭の製造方法。
【請求項２】
原料活性炭の粒度は、０．０１〜４．０ｍｍである請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の製造方法で得られた調湿活性炭に無機金属塩を添着させた調湿材。
【請求項４】
請求項１または２に記載の製造方法で得られた調湿活性炭を用いて製造された建材。
【請求項５】
請求項３記載の調湿材を用いて製造された建材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は家屋の壁面、天井、押入れあるいは床下等に使用した場合に調湿効果を有し、さらに梅雨時における、カビあるいはダニの発生を防止し、かつ冷暖房装置による結露の発生を軽減する調湿活性炭の製造方法およびそれを用いた調湿材に関する。
【背景技術】
【０００２】
住宅の室内に湿気が多くなると、住宅木材や畳の腐食が進行し、さらにカビやダニが発生しやすくなり、住宅の耐用年数の低下とともに人体に対するアレルギー問題を生ずる。また住宅建設資材に含まれる各種化学物質、さらに防虫剤、防錆剤に含まれる化学物質は人体に有害な影響を与えている。
【０００３】
従来このような湿気あるいは臭いを軽減する方法として木炭あるいは活性炭等の材料が使用されているが、これらの材料を粉末状にしてそのまま使用するか、あるいは包装容器にその粉末材料を収納した形態で使用されるか、あるいはその粉末材料を添加した成形体として使用されるものである。
【０００４】
木炭は燃料として古くから使用されているが、最近新しい用途の開発が活発に行なわれるようになり、現在では脱臭および水の浄化に利用されるようになった。木炭が家屋の調湿材として使用され、床下、畳下に敷き詰められることにより腐敗菌、シロアリ、カビ、ダニ等の発生を抑える効果があるのは、木炭がその表面に無数の孔を有しその孔が水蒸気を吸ったり吐いたりするからで、調湿用木炭としてはマングローブ炭、広葉樹木炭、針葉樹木炭等が使用されている。
【０００５】
特許文献１には、調湿用材料としてフェノール樹脂発泡体が炭化されてなる、かさ密度０．０５〜０．６ｇ／ｃｍ3、炭素含有量８５〜９５重量％、比表面積３００ｍ2／ｇの炭素多孔体からなる吸湿用材料が開示されている。
【０００６】
また特許文献２には、調湿剤と床下の地面または基礎スラブとの間に敷設される合成樹脂からなる調湿剤用下敷きフィルムまたはシートであって、下面に互いに独立した多数の突起を形成する技術が開示されている。
【０００７】
さらに特許文献３には、汚泥を４００〜７５０℃で炭化したものを、塩酸、硫酸、硝酸で灰分を洗い流し、ついで６５０〜１１５０℃で水蒸気または炭酸ガスを含むガス中で賦活させ、酸処理する技術が開示されている。
【０００８】
これらの技術はいずれも調湿および脱臭効果は十分ではなくさらにその用途は極めて限られていた。
【特許文献１】特開平２−２３９１６７号公報
【特許文献２】特開平９−１５８３４１号公報
【特許文献３】特開平９−３１５８０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は室内の調湿を図り冷暖房装置における結露や、梅雨時におけるカビあるいはダニの発生を防止し、快適な居住を可能とするとともに持ち運びに便利な調湿活性炭の製造方法およびそれを用いた調湿材を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、比表面積が１２８０ｍ2/ｇ以上で、細孔容積０．８８ｍｌ／ｇ以上の原料活性炭を、２．５Ｎ以下の硝酸溶液中で、４０〜８０℃で０．５〜３０分で処理する調湿活性炭の製造方法である。
【００１１】
前記原料活性炭の粒度は、０．０１〜４．０ｍｍであることが好ましい。
本発明は、前記調湿活性炭に無機金属塩を添着させて得られる調湿材である。
【００１２】
さらに本発明は、上記製造方法で得られた調湿活性炭を用いて製造された建材である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、所定の微細孔を有する原料活性炭を、規定濃度の硝酸溶液で、規定温度、規定時間処理するため、微細孔を破壊することなく、親水性置換基を活性炭の表面に導入することができ、得られた調湿活性炭の調湿能力を高めることができる。また該調湿活性炭を用いた調湿材は、冷暖房装置における結露や、梅雨時におけるカビあるいはダニの発生を防止し、快適な居住を可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、比表面積が１２８０ｍ2/ｇ以上で、細孔容積０．８８ｍｌ／ｇ以上の原料活性炭を、２．５Ｎ以下の硝酸中で、４０〜８０℃で０．５〜３０分で処理する調湿活性炭の製造方法である。
【００１５】
＜原料活性炭＞
（比表面積）
原料活性炭の比表面積は１２８０ｍ2／ｇ以上で、３０００ｍ2／ｇ以下である。比表面積が１２８０ｍ2／ｇ以上の原料活性炭を使用することにより、吸湿量を改善することができる。一方、比表面積が３０００ｍ2／ｇを超える原料活性炭を使用すれば、硝酸処理の際に微細孔が破壊されやすく満足な調湿活性炭は得られにくい。好ましくは、原料活性炭の比表面積は１３００ｍ2／ｇ以上で、１８００ｍ2／ｇ以下である。
【００１６】
ここで比表面積は、液体窒素温度（−１９６℃）における窒素ガスの吸差等温線の測定データをもとに、相対圧が０．０１〜０．１の範囲でのＢＥＴプロットから求めた。
【００１７】
（細孔容積）
本発明において原料活性炭の細孔容積は０．８８ｍｌ／ｇ以上で２．００ｍｌ／ｇ以下である。微細孔の容積を大きくすることで、水などの化合物の飽和吸着量を増大させることができる。細孔容積が０．８８ｍｌ／ｇ未満の原料活性炭を使用すれば、吸湿量を改善することが難しい。一方、細孔容積が２．００ｍｌ／ｇを超える原料活性炭を使用すれば、硝酸処理の際に微細孔が破壊されやすく満足な調湿活性炭は得られにくい。細孔容積は、好ましくは１．１０ｍｌ／ｇ以上で１．６０ｍｌ／ｇ以下である。
【００１８】
ここで細孔容積は、液体窒素温度（−１９６℃）における相対圧０．９３１での窒素吸吸着量から求める。
【００１９】
（粒度）
前記原料活性炭の粒度は、０．０１〜４．０ｍｍであることが好ましい。粒度が０．０１ｍｍ未満の場合、硝酸処理作業が困難となり、一方、４．０ｍｍを超えると粒子が大きくなりすぎて、硝酸が原料活性炭の細孔の細部まで浸透するのが困難となり硝酸処理による改善効果が小さくなる。好ましくは粒度は０．１〜２．０ｍｍである。ここで、原料活性炭の粒度は、ふるいによる分級で測定される。
【００２０】
（製法）
本発明において原料活性炭は、木材、のこくず、籾殻、ヤシガラ、麦ガラ、および、石炭、石油、それらのコ−クス、フェノール樹脂などの合成樹脂、パルプ廃液、並びにピッチなどの重質歴青物系の活性炭が使用できる。原料活性炭の形状は、粉末状、破砕状、顆粒状、繊維状および円柱状等の各種形状のものが使用できる。
【００２１】
前記原料活性炭は賦活により、微細孔を形成する。賦活は、従来用いられている方法を採用できる。例えば、水蒸気、二酸化炭素、酸素などの酸化性ガス雰囲気下で実施される。なお、これらのガスは燃焼ガスあるいは不活性ガスと混合して用いることもできる。さらに、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、塩化亜鉛、リン酸、リン酸カリウムなどの賦活助剤を用いることもできる。
【００２２】
賦活は、通常６００〜１１００℃の範囲で、４０分〜５時間保持して行なう。賦活の温度が高いほど均一な微細孔の活性炭が得られる傾向にある。また賦活により均一な微細孔を形成するために、移動式、回転式あるいは流動式での攪拌条件で実施するのが好ましい。
【００２３】
活性炭の粒度が小さい場合は、賦活の時間を短くすることができるが、粒度が大きい場合は、賦活の時間を充分長くして均一な微細孔を形成することができる。
【００２４】
なお、原料活性炭は、通常、無機金属成分を含み、これらの無機金属成分は均一な微細孔の形成を阻害するとともに、高い細孔容積を得るのが困難である。ここで無機金属成分としては、例えばカリウム、ナトリウム、カルシウム、鉄、マグネシウム、アルミニウム、ホウ素、チタン、珪素、リンなどが含まれ、これらの含量は合計で３質量％以下とすることが好ましい。
【００２５】
＜硝酸処理＞
本発明は前記原料活性炭を硝酸溶液に添加して、所定温度で所定時間、処理することを特徴とする。
【００２６】
硝酸溶液は、２．５規定（Ｎ）以下であることが必要である。硝酸の濃度が２．５Ｎを超えると活性炭の細孔の一部が破壊され、細孔容積が減少し、調湿能力の改善は期待できない。硝酸溶液の濃度は好ましくは、０．１〜２．０Ｎの範囲である。
【００２７】
硝酸溶液による処理温度は、４０〜８０℃の範囲で行なう。処理温度が４０℃未満の場合は、硝酸と活性炭の表面の反応が不十分となり、処理効果が小さい。一方、８０℃を超えると細孔の一部が破壊され、調湿能力がピーク時より低下する傾向にある。硝酸溶液の処理は、好ましくは溶液を攪拌条件下、さらには超音波条件下で実施することも可能である。
【００２８】
次に、硝酸溶液中の原料活性炭の処理時間は０．５分以上で３０分以下、特に０．５〜２５分が好ましい。処理時間が３０分を超えると活性炭の表面の親水性が高くなりすぎて、調湿能力がピーク時より低下する傾向にある。一方、０．５分に満たない場合は、硝酸溶液の処理効果は期待できない。なお、硝酸溶液による処理時間は処理温度を高くすれば短くすることができる。
【００２９】
硝酸溶液の処理により原料活性炭に化学的変化を生じさせ調湿能力を高めるものと考えられる。
【００３０】
原料活性炭には、カリウム、ナトリウム、カルシウム、鉄などの無機成分が含まれている。その含有量が、例えば、３質量％を超えると、均一な微細孔の形成および、高い比表面積を得ることが困難になる。これらの無機成分の除去を硝酸溶液の処理で行なうことができる。また、前記硝酸溶液の処理により、微細孔を含む活性炭表面に、カルボン酸基、水酸基等の親水性官能基を効果的に導入することができ、その結果、活性炭の水蒸気吸着能力が一層高められる。
【００３１】
＜ろ過、水洗＞
硝酸処理された活性炭は、その後、ろ過をしてさらに水で洗浄することが好ましい。洗浄後の水のｐＨが５〜７の範囲になるまで蒸留水で洗浄を繰り返す。その後、活性炭を乾燥する。
【００３２】
＜調湿材＞
本発明は調湿活性炭に無機金属塩を添着した複合体よりなる調湿材を製造できる。調湿活性炭を無機金属塩の溶液に混合し、その後、溶媒を除去することにより調湿活性炭の内部および表面に無機金属塩が分散された状態となる。
【００３３】
調湿活性炭と無機金属塩の複合体とすることにより、調湿能力を一層高めることができる。すなわち無機金属塩単独で、例えば温度２５℃、湿度９０％の雰囲気中に置くと、短時間でべたべたした状態になる。しかし、本発明の調湿材は、無機金属塩が調湿活性炭の表面および内部に添着された複合体であるので、べたべたすることがなく、さらに長時間に亘り調湿能力を維持することができる。
【００３４】
本発明で用いられる無機金属塩は特に制限はなく、たとえば無機金属塩は塩化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、硝酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、塩化カリウムおよび塩化カルシウム等のアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の塩が好適に用いられる。無機金属塩は調湿活性炭に添着される割合、すなわち添着率は、調湿材に対して５０質量％未満が好ましい。より好ましくは４０質量％未満である。
【００３５】
ここで添着率は次のように定義される。
添着率＝[無機金属塩添着量／（調湿活性炭量＋無機金属塩添着量）]×１００（％）
無機金属塩の添着率が５０質量％以上の場合、高湿度領域で調湿材がべたべたしたものとなり、また無機金属塩が調湿活性炭に均一に添着されない。
【００３６】
次に本発明の調湿材の製造方法は、一例を示すと次の工程で行なう。なお、調湿活性炭、無機金属塩および溶媒の混合順序は特に制限はない。
【００３７】
（１）  調湿活性炭と無機金属塩を所定割合で混合する。
（２）  上記混合物に溶媒たとえば水を加えて攪拌することによって全体を均一相とする。
【００３８】
（３）  上記混合溶液の溶媒を、除去することにより調湿活性炭に無機金属塩を添着させる。
【００３９】
本発明で使用される溶媒は水、メチルアルコール、エチルアルコールまたはこれらの混合物が使用でき、特に無機金属塩を溶解するものであれば特に制限はない。そして溶媒の量は無機金属塩を溶解するに十分な量が用いられる。また調湿活性炭と無機金属塩の混合溶液の溶媒を除去するには、減圧または加熱、さらに両者を併用することによって行なうことができる。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明の実施例について説明する。原料活性炭として、表１に示す活性炭１、活性炭２、活性炭３を用いて種々の条件で硝酸溶液処理を行った。三角フラスコに濃度調整した硝酸溶液を１０ｍｌ加えて、ホットプレート上で昇温し、粒度が０．１〜１．０ｍｍの活性炭１〜３を０．５ｇ加えて、よく攪拌した後、所定温度、所定時間処理を行った。その後、活性炭１〜３をろ過し、洗浄水のｐＨが５〜７になるまで蒸留水で洗浄を繰り返した後、１１５℃にて一晩乾燥して、調湿活性炭を製造した。
【００４１】
比較例としてシリカ、ケイソウ土、ゼオライトを用いて調湿能力を測定した。その結果を表１に合わせて示している。
【００４２】
【表１】
2009114004.tif 000002
【００４３】
なお、表１に用いた材料は次のとおりである。
（注１）シリカ：富士シリシア化学社製、商品名「サイリシア４７０」。
（注２）ケイソウ土：昭和化学工業社製、商品名「けいそうブレスＫ３０１」。
（注３）ゼオライト：日本ゼオライト社製、商品名「Ｚテクト（調湿用）」。
【００４４】
＜中湿域−低湿域の調湿能力の測定方法＞
表１において、「中湿域−低湿域」の調湿能力は、以下の方法で測定した。
常温放置しておいた調湿活性炭試料０．３ｇを、１１５℃で２時間乾燥させ、シリカゲル入りのデシケータ中で放冷した後、秤量してそのときの質量をＷ0とする。次に２３℃で５３％ＲＨ（相対湿度）環境下に２４時間放置した後の質量をＷ1とする。さらに２３℃で７５％ＲＨ（相対湿度）環境下に２４時間放置した後の質量をＷ2とする。調湿能力（Ｘ）は、次の式で求められる。
Ｘ（％）＝｛（Ｗ2−Ｗ0）／Ｗ0｝×１００−｛（Ｗ1−Ｗ0）／Ｗ0｝×１００
＜調湿能力の測定結果＞
比較例１，２は、硝酸で処理していない例であり、中湿域−低湿域の調湿能力は、それぞれ１９％、２８％であった。また比較例３は、水で煮沸した例であり、調湿能力は２８％であった。比較例４、５は、活性炭１を硝酸処理した例であり、調湿能力は、それぞれ２２％、２５％であった。比較例６、比較例７、比較例８は、それぞれシリカ、ケイソウ土、ゼオライトの未処理の状態の調湿能力を示し、それぞれ２８％、２０％、１５％であった。また、比較例９は、比表面積と細孔容積の大きい活性炭３を、６Ｎ硝酸で、１００℃で６０分間処理したもので、調湿能力は７％となり大幅に低下した。
【００４５】
本発明の実施例１〜１３は、特定の原料活性炭を、所定の硝酸処理をしたため、調湿能力は、２８％以上の値を示している。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の製造方法で得られた調湿活性炭は、空気中の水蒸気を吸着する能力が優れているため、各種の調湿材料に適用できる。また、調湿活性炭に無機金属塩を添着してなる調湿材は、持ち運びに便利で、各種用途に採用しうる。例えば、住宅家屋の壁面、天井、押入れ、床面あるいは床下等に使用することで、調湿効果および防臭効果を有する。