56愛知県産業技術研究所 研究報告2009●───────────────────────────────────────────────

研 究 ノート

吸湿性多孔体の開発
山口敏弘＊１、小林弘明＊１、水野 金儀＊2

Development of Hygroscopic Porous Materials
Toshihiro YAMAGUCHI *1 , Hiroaki KOBAYASHI *1 and Kaneyoshi MIZUNO *2
Industrial Technology Division, AITEC * 1 * 2
膨潤性層状粘土を出発原料とし、高塩基性塩化アルミニウムを架橋成分として反応させ、吸湿を目的としたアルミナ架橋粘土多孔体を合成した。原料粘土の種類によって細孔分布や比表面積などの細孔特性に違いがあり、水蒸気の凝縮に適した細孔を主とする多孔体を得た。その多孔体の水蒸気吸着量は対自重で40～ 57%と な り 、 一 般 的 な 無 機 吸 着 材 と 比 較 し て 十 分 な 吸 湿 量 が あ る こ と が 分 か っ た 。

１．はじめにープケミカル製）を用いて細孔径の調節を図った。架橋

2～50 nm の細孔を有するメソポーラス材料は、エネ材の高塩基性塩化アルミニウム（Alumina 換算）と原ルギーを使わずに物質を分離することができるため、低料粘土（Clay）の重量比（以下 A/C）は 1.0 とし、その環境負荷な材料として注目されている。メソポーラス材

他の合成条件は既報 3)と同様とした。

料の応用分野として、住環境、食品工業等が挙げられる

以下、既開発品である合成粘土 NHT-70B を用いた多。その中でも特に住環境分野におけるデシカント空調

孔体を NHT-p、スメクトンを原料とした多孔体を SM-への応用が期待されている。

p、SWN を原料とした多孔体を SWN-p とする。

1)

デシカント空調とは、ハニカム等の部材に担持させた吸着材、または吸着材そのものによる構造体で吸湿/放湿する空調で、省エネ性が高く、室内空気環境の向上にも効果があるとされている

2)。しかし、現状のデシカン

2.2 アルミナ架橋粘土多孔体の特性評価得られた多孔体について、既報と同様に窒素吸脱着等温線を測定し、細孔分布の解析と特性評価を行った。
既開発品については、「JIS A 1475 建築材料の平衡含ト空調に用いられている吸着材には、水蒸気吸着容量が水率測定方法」、「同 付属書 1（参考）デシケーター法

小さい、加熱再生サイクルにおける劣化といった問題がによる各種測定装置」、「同 付属書 3（参考）各種の塩残されている。

飽和水溶液の相対湿度」を参考に、11、33、43、53、

また本研究所では、膨潤性層状粘土を出発原料として、10 nm 程度の細孔からなる多孔体の開発を行い

3)、た75、85、95%の各相対湿度における水蒸気吸着量の測定を行った。さらに、吸湿と放湿の繰り返しによる水蒸んぱく質吸着材としての効果を確認した。この多孔体は、気吸着量の変化を測定した。また、原料粘土を変更した層状粘土の層間に架橋材を挿入することで空間を形成さ多 孔 体 に つ い て は 、 中 ～ 高 湿 度 域 （ 相 対 湿 度 43 ～

せた、化学的に安定な無機質の多孔体である。

95%）での水蒸気吸着量を測定した。

本研究では、デシカント空調に適した多孔体の開発を３．実験結果及び考察目的として、既開発多孔体の吸湿/放湿特性の確認と、原料粘土を変更して合成した多孔体の細孔特性および吸3.1 各多孔体の細孔特性
図 1 に、NHT-p、SM-p、および SWN-p の細孔分布

湿/放湿特性の確認を行った。

測定結果を示す。また、表 1 に各多孔体の比表面積および細孔容積の解析結果を示す。図 1 より、細孔径 10２．実験方法

nm にピークを示す NHT-p に対し、SM-p と SWN-p の2.1 多孔体の作製
原料粘土として、既開発品ではスメクタイト系の合成

細孔分布のピーク位置は共に 4～6 nm であり、細孔容粘土 NHT-70B（トピー工業製）を用いた。本研究では、積に相当するピーク高さも既開発品より高かった。表 1

合成サポナイトのスメクトン（クニミネ工業製）と、スの比表面積・細孔容積の値からもそれが確認できる。ス

メクタイト系の化合物であるルーセンタイト SWN（コメクタイト系粘土の全ての粘土層が単層分離した場合、＊

1 工業技術部加工技術室＊

2 工業技術部

加工技術室（現工業技術部応用技術室）

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その比表面積は 800～900 m2 g-1 と計算される。NHT-pの比表面積（223m2 g-1）との差は、単層分離していない層の存在によるものと推察される。

適した多孔体であると推測される。
また、NHT-p について繰り返し吸放湿を行っても各湿度における吸着量には大きな変化は無く、安定した吸一方、スメクトンと SWN は、NHT-70B と比較して放湿能を有していることが分かった。

層の分離状態を保ちやすく、その層間に架橋材が挿入固60定化されることでより大きな比表面積になると考えられる。また、スメクトンと SWN は、NHT-70B と比較し50て層間にポリカチオンが均一に挿入されやすく、より小さな細孔が生成する粘土であると推察される。
蒸気を凝縮吸着させるには 4～8 nm の細孔が適しているため、スメクトンと SWN はより適した粘土といえる。

30200.70.610○ NHT-p□ SM-p
▲ SWN-p0.5dV/dlogD / cm3 g-1

吸着量 / %40

毛管凝縮に関する Kelvin 式より、中～高湿度域で水0200.4
図20.34060
相対湿度 / %80100

各多孔体の水蒸気吸着量< NHT-p>0.20.1●：吸湿 1 回目○：放湿 1 回目◆：吸湿 2 回目◇：放湿 2 回目▲：吸湿 3 回目△：放湿 3 回目<原料粘土変更>

0110Diameter / nm

×：SM-p 放湿 1 回目

100◎：SWN-p 放湿 1 回目

図1

各多孔体の細孔分布

表 1

各多孔体の細孔特性

４．結び

NHT-p

比表面積m2 g-1223

細孔容積cc g-10.32

SM-p3740.51

SWN-p4140.47

原料粘土

デシカント空調に適した多孔体の開発を目的として、スメクタイト系合成粘土を用いた既開発品の吸湿/放湿特性の確認と、原料粘土を変更して合成した多孔体の細孔特性および吸湿/放湿特性の確認を行った。その結果、既開発品でも市販品と比較して十分な吸湿量があることが分かった。また、原料粘土を合成サポナイト等に変更することで、4～6 nm の細孔径を主とし、約 50%の吸3.2 粘土層と架橋成分による細孔形成の確認湿能を有する多孔体を作製することができた。

図 2 に、NHT-p、SM-p、SWN-p の各湿度における水蒸気吸着量を示す。NHT-p の吸湿 1 回目において、相対湿度 95%で対自重 40%の吸着量となった。
また、相対湿度 95%における SM-p と SWN-p の吸着

文献1）特集 メソポーラス物質の新展開：セラミックス，36(12)，902(2001)

量（放湿 1 回目の初期値）はそれぞれ 57%と 47%とな

2）桑原，平岡，大塚：加湿と除湿(6)除湿の応用－デシ

り、中～高湿度域でも NHT-p より高い値を示した。一

カント空調，空気調和・衛生工学，76(11)，1157

般的な無機質吸着材であるゼオライトの吸着量（20～30%）と比較して、NHT-p でもこれを上回る吸着量となったが、水蒸気の凝縮に適した細孔径と、より大きな比表面積と細孔容積からなる SM-p と SWN-p は、より(2002)
3）山口敏弘，中尾俊章：愛知県産業技術研究所研究報
告，5，2(2006)