64

あいち産業科学技術総合センター

研究報告 2018

研究論文

自己組織化単分子膜（SAM）による消臭性付与
村 井 美 保 *1 、 加 藤 一徳 *1 、 松 本 望 * 2 、 阿 部 富 雄 *1

Deodorant Finishing with Self-Assembled Monolayer
Miho MURAI *1 , Kazunori KATO *1 , Nozomi MATSUMOTO *2 , Tomio ABE * 1
Owari Textile Research Center* 1 * 2
自 己 組 織 化 単 分 子 膜 (SAM)形 成 技 術 を 利 用 し た 消 臭 性 付 与 技 術 に 関 す る 研 究 開 発 を 行 っ た 。 ポ リ エ ス テル 織 物 に 消 臭 性 能 を 付 与 す る た め の SAM 処 理 を 行 い 、 処 理 布 の 性 能 を 評 価 し た 。 そ の 結 果 、 ノ ネ ナ ー ルに 対 し て 消 臭 効 果 が 得 ら れ る こ と を 確 認 し た 。 ま た 、 SAM 処 理 後 に 銀 イ オ ン を 付 与 す る こ と で メ チ ル メ
ルカプタン、アセトアルデヒド、ピリジンについても消臭効果が得られた。洗濯耐久性についても検討し、ノネナール、メチルメルカプタン及びアセトアルデヒドについて初期性能を保持していることを確認した。

1. はじめに5mm(装置構成上ほぼ最も接近した距離)、試料搬送速度

当センターでは平成20年度から「自己組織化単分子は約 1mm/sec(装置構成上最も遅い速度)、往復回数を 2膜(SAM)形成技術」を繊維の機能性加工へ応用する技術回とした。

開発に取り組んできた。これまでに、同技術を活用して2.3 熱化学蒸着(CVD)

環境負荷の小さい乾式プロセスで疎水性官能基からなる

2.3.1 SAM 形成試薬

ナノレベルの分子膜を織物や不織布の表面に結合させて、SAM形成試薬には、3-Aminopropyltrimethoxysilane

はっ水性を付与する開発を行った 1)〜5)。また、はっ水性((CH3O)3SiC3H6NH2)、信越化学工業㈱製)を用いた。

以外の機能性付与に関するニーズも多く、近年は同技術

2.3.2 熱 CVD 処理により繊維表面に悪臭の原因物質を吸着するための薄膜

VUV 照射をしたポリエステル織物(長さ 28cm×幅を形成し、消臭性について検討してきた 6)。その結果、20cm)と 200 L の SAM 形成試薬を入れたガラス瓶 6 本

末端にアミノ基を持つ分子膜を繊維表面に形成させるこをステンレス容器に入れ密閉し、これを 150℃に維持しとで、ホルムアルデヒド、酢酸、イソ吉草酸について消た熱処理装置に入れ 120 分間処理した。

臭効果が得られることがわかった。

2.4 銀イオン付与

本研究では、ノネナール、メチルメルカプタン、ピ市販の試薬 0.1mol/L 硝酸銀溶液(和光純薬工業㈱製)をリジン、アセトアルデヒドについてその効果を検討し用い、SAM 処理した布帛に 2%o.w.f.硝酸銀溶液を噴霧たので報告する。

し、自然乾燥した。
2.5 消臭性試験

2. 実験方法

一般社団法人繊維評価技術協議会が定める SEK マー

2.1 試料ク繊維製品認証基準による消臭性試験に準じて行った。

試料は、JIS L 0803 に規定の染色堅牢度試験用ポリエ

詳細な試験条件及び臭気成分減少率の算出方法を表１

ステル添付白布(ポリエステル織物)とした。に示す。ノネナールはガスクロマトグラフ法、メチルメ

2.2 真空紫外光(VUV)照射

ルカプタン、ピリジン、アセトアルデヒドの臭気成分はSAM をポリエステル織物に固着させるための前処理として VUV 照射を行った。キセノンエキシマランプ

検知管法で行った。
2.6 洗濯試験

2(Model: MEBF-380BQ、波長 172nm、光強度 50mW/cm

洗濯に対する消臭効果の耐久性を検討するため、ラ以上(メーカー公称値)、㈱エム・ディ・エキシマ製)をンダオメーター(㈱東洋精機製作所製)を用いて、中性洗搭載した VUV 照射装置(㈱エヌ工房製)を用い、試料を剤 5g/L、浴比 1:40、試験温度 40±2℃で 30 分間洗濯試ステージに載せ、点灯したランプ下部を往復させること験を行った。洗濯後は水洗し、自然乾燥した。

によって VUV 照射をした。試料とランプとの距離は約*1 尾張繊維技術センター

素材開発室

2 尾張繊維技術センター＊

素材開発室 (現産業科学技術課)

65
消臭性試験条件

試験方法

検知管法

ガスクロマトグラフ法

体積5L

0.5L

試料
サイズ

20cm×20cm（約 2.3g）

10cm×10cm 4 枚（約 2.3g）

測定温度

室温

測定時間

2 時間
臭気減少率（％）

臭気成分＝ （ X − Y ） /X ×減少率の

100

算出方法

X：空試験の測定値

100

臭気減少率（％）

9080

臭気減少率(%)

表16050

未処理40SAM3020＝（X−Y）/X×100100

X：空試験の

Y：試料の測定値

70

初期性能

ピーク面積
Y：試料のピーク面積

図2

洗濯5回後

洗濯10回後SAM 処理布の洗濯耐久性（ノネナール）

3.2 メチルメルカプタンの消臭効果

2.7 蛍光Ｘ線分析㈱

消臭試験の結果を図 3 に示す。その結果、SAM 処理島津製作所製)により、試料に付与した銀(Ag)イオンの布の 2 時間後の臭気減少率は未処理布と変わらず、消エネルギー分散形蛍光 X 線分析装置(EDX-900HS

蛍光 X 線(Ag -Kα線)Net 強度(ピーク面積)を測定して、 臭効果は認められなかった。
銀(Ag)イオン付着量の指標とした。測定条件は、印加電

そこで、SAM 処理後に銀イオンを付与し、その消圧 50kV、電流 1000 A、照射面積φ10mm、測定時間

臭効果を検討した。現在市販されている消臭繊維製品200 秒、真空雰囲気とした。なお、銀イオンを付与しては銀を使用したものが多く、遷移金属である銀が持ついない SAM 処理したポリエステル織物では、ピークは酸化及び触媒作用や SAM 原料であるシランカップリ検出されなかったため、蛍光 X 線 Net 強度を 0(cps/ A)

ング剤の接着性に着目し、銀イオンを付与することをとした。

試みた。その結果、銀イオンを付与することで、臭気減少率は 100%となり、銀イオンの効果が発揮された。

3. 実験結果及び考察
3.1 ノネナールの消臭効果

100

SAM 処理した試料の消臭試験結果(ガスクロマトグ減少率は 98.9%であった。これは、ノネナールのアルデヒド基と SAM 原料のアミノ基が反応して消臭効果が得られた結果と考えられる。
また、洗濯後の試験結果を図 2 に示す。洗濯 10 回後も臭気減少率は 99.8%であり初期性能を保持してい80

臭気減少率(%)

ラフ法)を図 1 に示す。SAM 処理布の 2 時間後の臭気90706050403020100未処理た。
図3100SAMSAM＋Ag

メチルメルカプタンの消臭効果

90

臭気減少率(%)

80

また、銀イオンの付与量及び付与方法について検討

7060した結果を図 4、5 に示す。硝酸銀溶液の付与量が500.01%o.w.f. で 臭 気 減 少 率 は 、 68.9% で あ り 、 0.05〜

40302%o.w.f. で は 100% で あ っ た 。 こ の 結 果 か ら 、

200.05%o.w.f.以上付与すれば消臭効果は十分発揮される10といえる。

0未処理

図1SAM

ノネナールの消臭効果付与方法については、SAM 処理後に銀イオンを付与 し た 場 合 (SAM → Ag) 、 銀 イ オ ン を 付 与 し た 後 にSAM 処理をした場合(Ag→SAM)、銀イオンを付与し66

あいち産業科学技術総合センター

研究報告 2018

た場合(Ag のみ)について検討した結果、Ag のみではSAM 処理後に銀イオンを付与し、その消臭効果を検初期性能では消臭効果が得られるが、洗濯 10 回後の討した。銀イオンを付与することで臭気減少率 82.8%

臭気減少率は 5%にまで低下し、洗濯耐久性が得られまで向上し、消臭効果が認められた。ピリジンは塩基なかった。銀イオンを付与する順序(SAM→Ag、Ag→性の含窒素化合物であるため、SAM 原料のアミノ基SAM)で初期の消臭効果に差は見られず、洗濯耐久性と反応することは考えにくいが、銀イオンと錯体を形も変わらなかった。但し、SAM 処理前に銀イオンを成することで消臭効果が得られたと考えられる。

付与した場合(Ag→SAM)は、その後の熱処理による変100

色が非常に大きかった。これらの結果から、SAM 原

90料が銀イオンの付着性にも寄与していることが推察で臭気減少率(%)

きる。
1009080706050403020100

臭気減少率(%)

80706050

未処理

40SAM＋Ag3020100

初期性能

図700.10.20.30.40.5

Ag 付与量（%o.w.f.)

図4

洗濯5回後 洗濯10回後

SAM 処理布の洗濯耐久性（ピリジン）

また、洗濯後の消臭試験結果は図 7 に示すように、洗濯 10 回後には臭気減少率は 46.9%となり、初期性銀イオン付与量と消臭効果の関係能の 6 割程度まで低下した。

臭気減少率(%)

3.4 アセトアルデヒドの消臭効果
100

消臭試験の結果を図 8 に示す。アセトアルデヒドは902 時間後の臭気減少率が SAM 処理後に銀イオンを付与80しても 14.3%と消臭効果が得られなかった。しかし、7060504030SAM®Ag

24 時間後の臭気減少率は SAM 処理のみで 32.3%、

Ag®SAMSAM 処理後に銀イオンを付与した場合 38.4%、48 時

Agのみ間後の臭気減少率は各々38.3%及び 44.2%となった。

20

これらの結果から、SAM 及び銀イオンとアセトアル10デヒドとの反応性が悪く、消臭効果が現れるまでに時0初期性能

図5

洗濯5回後 洗濯10回後銀イオン付与方法と消臭効果の関係

3.3 ピリジンの消臭効果間が掛かっているものと考えられる。また。銀イオンの付与については、わずかではあるが銀イオンを付与することで優位性が見られた。
洗濯後の消臭試験結果を図 9 に示す。洗濯耐久性は、消臭試験を行った結果を図 6 に示す。その結果、2

その他の臭気成分の結果とは異なり、洗濯回数が増え時間後の臭気減少率は SAM 処理のみでは消臭効果はるほど臭気減少率は高くなった。洗濯 10 回後には 48得られなかったため、メチルメルカプタンと同様に時間後の臭気減少率は 73.0%となり、初期性能より30%以上高い消臭効果が得られた。

9010080907080

臭気減少率(%)

臭気減少率(%)

100605040302070603000

図6ピリジンの消臭効果

SAM＋Ag

48時間後2010SAM

24時間後

4010未処理

2時間後

50未処理

図8SAM

SAM＋Ag

アセトアルデヒドの消臭効果67
過剰に付いた銀イオンが洗濯により脱落していると推100測できる。

90

臭気減少率（％）

80

また、銀イオンの付与方法の違いによる銀付着量と70

洗濯耐久性の関係を図 11 に示す。SAM 処理の前に銀6050未処理

40SAM＋Ag3020

イオンを付与した場合と銀イオン付与のみの場合では、洗濯前の蛍光 X 線強度に大きな違いは見られなかったが、SAM 処理の後に銀イオンを付与した場合は、蛍10

光 X 線強度が 6 割も大きくなった。また、洗濯後の蛍0初期性能

図9

洗濯5回後 洗濯10回後

光 X 線強度を見ると、SAM 処理の有無で明らかな違SAM 処理布の洗濯耐久性いが見られた。銀イオン付与のみの場合は蛍光 X 線強48 時間後）

度がほぼ 0 に近い値にまで低下したのに対し、SAM 処（アセトアルデヒド理を行った場合には洗濯前に比べて蛍光 X 線強度は小3.5 銀イオン付着量の検討さくなるものの銀イオンの付着が認められた。この結銀イオンの洗濯耐久性について検討した結果を図 10に示す。洗濯前及び洗濯 10 回後とも付与量に比例して果から、SAM が銀イオンと繊維との接着性を向上させていることが推察できる。

蛍光 X 線強度も大きくなる。しかし、付与量が多いほど4. 結び

洗濯後の蛍光 X 線光強度は低下している。この結果から、

蛍光Ｘ線強度(cps/ A)

SAM 形成技術によるポリエステル織物への消臭加工についてについて検討した。その結果、SAM 単独でノ0.025

ネナールについて消臭効果が得られることを確認した。

0.02

メチルメルカプタン、ピリジン、アセトアルデヒドにつ0.015

いては、SAM 処理後に銀イオンを付与することで消臭0.01

洗濯前効果が得られた。また、洗濯に対する耐久性も得られる

洗濯10回後ことがわかった。以上の結果から、SAM 形成技術によ0.005

る消臭性付与加工に関する基礎データが蓄積され、

0012

SAM 形成技術の繊維加工への実用化の可能性を確認し3た。

Ag付与量(％o.w.f)

図 10銀イオンの洗濯耐久性

文献1) 杉本貴紀, 金山賢治, 村井美保, 吉村裕: 愛知県産業0.025

蛍光Ｘ線強度(cps/ A)

技術研究所研究報告, 9, 108(2010)0.02

2) 杉本貴紀，山田圭二，村井美保，吉村
業技術研究所研究報告, 10, 90(2011)0.015

洗濯前0.01

洗濯10回後3) 山田圭二, 藤田浩文, 池上大輔: あいち産業科学技術総合センター研究報告, 1, 110(2012)4) 山田圭二, 岡田光了, 村井美保: あいち産業科学技術0.005

総合センター研究報告, 2, 98(2013)
0SAM®Ag Ag®SAM

図 11

裕愛知県産

Agのみ

銀イオン付与方法と洗濯耐久性の関係

5) 村井美保: あいち産業科学技術総合センター研究報
告, 3, 92(2014)6) 村井美保: あいち産業科学技術総合センター研究報
告, 5, 126(2016)