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平成１２年度研究題目一覧作成のご案内

＜要領＞

1.はじめに
均一な細孔を有するメンポーラス物質（メン孔：細孔直径が2～50nm）が初めて合成"されてから10年以上が経過した。この間、豊田中研のFSM-16²、モービル社のMCM-41²に代表される規則性の高いメソポーラス物質の合成をきっかけに、この物質を対象とする研究者は怠増し、報告される論文数も年間1000報を超えるまでになった。メソポーラス物質だけを対象とする国際会議が2000年には2回開催され、国際組織も発足された様に、メソポーラス物質は今や一つの研究分野を形成するに至った。メソポーラス物質は、大きい比装面積、高い安定性、ナノサイズの均一細孔など、触媒や吸溶材として使用する上で優れた基本物性を有する。しかし、FSM-16やMCM-41の細孔壁は一様なアモルファスシリカ（SiOz）でできていることから、表面の吸着性や触媒作用に乏しいため、その用途は限られていた。細孔表面に特異な吸着・触媒機能を付与できれば、メソポーラス物質の多様な用途展開が可能となると考える。ここでは、編孔壁の構造を制御した3種類の高機能メンポーラス物質の合成と機能について紹介する。
2.有機基を骨格中に導入したメソポーラス物質
1996年頃からメソポーラス物質の組成は無機成分だけでなく、有機成分を含む系へと拡張されてきたが101 、従来の有機基準入メソポーラス物質は、無機骨格の表面を有機基が覆った不均一構造をしていた。そこで、有機力と無機種が骨格中で完全に均一分散した有機一無機ハイブリッド型のメンポーラス物質(HMM: Hybrid Mesoporous Materials)の合成を行った" " 。 HMMは、有機と無機の両方の特性、あるいはそれらを分子レベルで複合化したことによる新奇な物性を示すことが期待されている。HMMの合成は、我々が1999年の10月に最初に報告し""、その直後に米国"及びカナダ" "の2グルーブが同様の論文を公表した。働か２ヶ月の間に計4報の同様の論文が公表された様に、HMMの合成は激しい競争の中で行われた。その後も多くの論文が可が報告されており、メンポーラス物質の研究に新しい展開が生まれつつある。 HMMは有機基（R'）の両側にSiアルコキシド基[Si(OR²)²]が結合した有機シラン[(R̉O) Si-R̉-Si(OR̉) 」から合成される（Fig. 1(a))。この有機シランを界面活性剤の存在下で縮合Fig. 1 Synthesis of organic-inorganic hybrid mesoporous mate- rials. Fig. 2 Pore structure models and particle morphologies (SEM photographs) of ethylene-containing HMMs.させることで、有機＝シリカバイブリッドのメソポーラス物質が合成できる。従来の有機装面修飾メソポーラス物質は、有機基の片側にSiアルコキシド基が結合した有機シラン[R'- Si(OR²)」を原料に合成されており、２個のSiアルコキシド塩を有する有機シランを原料にした合成はこれまでなかった。 Siアルコキシドを有機塔の両側に導入することで、有機塔を装面ではなく脊格中に組み入れることができた。これまでに、HMM中に導入に成功した有機基（R'）をFig. 1(b)に示した。メチレン（-CH 2 -) 171 、エチレン((- CH 2 CH 2 -) " 139、ビニレン（-CH=CH-) 12-19、フェニレン（- C 6H -)¹³³等の有機術や、チオフェン（-C 4H 2S-)¹³³やフェロセン(-C 5 H 4 -C 5 H 4 -) 121等の官能基の導入が報告されている。更に、光学機能や不斉機能を有した有機垢や官能基の導入も検計されている￼。有機基は細孔號内に均一に分散しているが、細孔壁の厚さが約２nmと薄いため、その多くは表面に露出している。HMMは100%の（R²O)。Si-R'-Si(OR²)。からも合成できるが、TEOS [Si(OC 2 H 3 ]あるいはTMOS [Si(OCH 3 ) 4 ]との混合物からの合成も可能であり"'、有機垢の導入量を有機志/Si = 0～0.5の範囲で調整することができる。有機志の導入量の調整により、表面特性、例えば疎水性を連続的に割御することも可能である。当初この様な称界な有機シランからは、標造規則性の高いメソポーラス物質は得にくいと考えた。しかし予想に反し、 HMMは有機悲の種類と合成条件によっては極めて高い規則性と多様なメソ構造体を形成することが分かった" 19 。Fig. 2にエチレン塩淳入HMMの細孔構造モデルと粒子外形を示すSEM写真を示した。合成条件により一次元細孔の12 D- hexagonal、三火元編孔の3D-hexagonalとcubic Pm-3n構造の3種類のメソポーラス物質が合成できた" " 。更にこれらのHMMは六角柱状、球状粒子、そして18面体の明瞭な粒子形態を示した。これらの形状はそれぞれのメツ構造の対称性を反映した理想的な形態であり、欠陥が極めて少ない高い構造規則性を有することを示す。これらの高い構造規則性は、細孔の配列標造を示すTEM写真や電子線回折（Fig. 3）からも確認された。無機のメソポーラス物質では、この様な規則性の高い明瞭な形態の粒子の生成は珍しく"- " 、有機物の導入が格子中の歪を縦和して、格子欠陥を減少させたと考える。エチレン店を導入した2 D-hexagonal（HMM-1）と3 D- hexagonal (HMM-2)のHMMの発表吸着等温線をFig. 4に示した。いずれも典型的なIV型を示したが、特にHMM-1は毛答援編に基づく吸落量の立ち上がりがシャープに現れており、編孔径がより均一であることを示す。窒素吸着等温線から水めた細孔直径とBET装面積は、HMM-1か4.1nmと750m²/g、 HMM-2が3.5nmと1250m²/gとなった。Fig. 5には、金茶の吸落膜の厚さをMCM-41と比較した結果を示した。低圧部（P/ Po = 0.1以下）での欧厚が、HMM-1の方がMCM-41よりも小さく、金茶分子とHMM表面との相互作用がより弱いことを示すぎ。吸落エネルギー分布（Fig. 6）を、MCM-41と比較してHMM-1の方が低エネルギー側に僅かに偏った結果となったこの様な有機若の導入による吸溶エネルギーの低下は、シリカゲルにおいて典型的に見られる。しかし、吸落エネルギーの低下はシリカゲルを有機垢で表面修飾した方が顕著に現れており、HMM-1とMCM-41との差はそれより小さい。これは、HMMの表面にはエチレン基（-CH 2 CH 2 -）が発出しているだけでなく、シラノール忠（Si-OH）も露出しているためである。HMMの*Si-NMRスペクトルには、T 3種のシリコ> [SiC(OSi),]以外にT 2種のシリコン[ SiC(OH) (OSi),]のシグナルが観察され(ビーク面報比はT 3 /T 2 = 3 )'''、相当京のシラノール悲の存在を示す。疎水部と親水部の両方が分子レベルで装面に分散した特異な構造がHMMの一つの特徴と言える。エチレン指やフェニレン誌等の有機誌を導入することにより、有機化合物の分離特性が落しく向上した。HMMを液体クロマトグラフのカラムに充填し、有機化合物の分離特性を測定した結果、エチレン指導入HMMはシリカからなるFSM-16よりも、ナワタレンとアントラセンの分離係数が大幅に向上した。フェニレン基準入HMMは、更に分離が難しいフラーレン（Cor/Co）を明瞭に分離することができた。この様な炎面特性を有したメソポーラス物質は、クロマトグラフ充填剤としてだけでなく、浴液中の有機化合物の吸浴や有機蒸気を回収する吸浴剂としての用途が期待される。
3.細孔壁にミクロ孔を形成したメソポーラス物質
メソポーラス物質の細孔径は通常の分子より一回り大きいため、高度な分子ふるい機能や、強い吸落力は働きにくい。そこで、ゼオライトが有する分子サイズのミクロ孔（細孔道後が2 nm以下）をメソポーラス物質の細孔験に形成する試みが行われた****。しかし、数nmと浮い細孔壁をゼオライト化することは容易ではなかった。我々は、細孔壁がアモルファスのままミクロ孔を形成することに成功した。ミクロ孔を有するメソポーラス物質は、界面活性剤として非イオン系のトリプロックコポリマ(EO,PO,EO,)を用いて合成される(Fig. 7)。非イオン系の界面活性剤を用いると、細孔壁が聞いメソポーラス物質が待られる式3"。合成条件を制御することで、この厚い細孔懲内にミクロ孔が形成されることが分かった。細孔壁はアモルファスのシリカのままであり、水分子あるいはトリプロックコポリマの親水部（EOx）が鉄型となりミクロ孔が形成されたと考える。Fig. 8と9に、ミクロ孔が有る場合と無い場合のメソポーラス物質の窒茶吸若等温線とt-plotを示した。ミクロ孔を形成したメソポーラス物質の等温線は、毛管凝縮による２段目の立ち上がりに比べl段目の立ち上がりが大きく、ミクロ孔の存在が示唆される。そのt-plotはy切片を通り、ミクロ孔の存在を示している。また、ミクロ孔がメソポーラス物質の細孔號内に存在することは、界面活性剤の抽出前後の窒茶吸落を比較することにより確認された。ミクロ孔の孔径は１nm前後と考える。メソポーラス物質の細孔壁中のミクロ孔の存在については、他グループからも報告されている2 ¾ 1 。ミクロ孔容税は、合成条件により創御することができた" 。ミクロ孔を有するメソポーラス物質は、トリプロックコポリマ（EO17PO3xEO17：P104）の存在下、敵性条件でTEOS [Si (OC 2 H 5 ) 4 ]を縮合することにより合成される。ここで、 TEOS/P104の混合比（モル比：60～150）と、反応温度（80 ～100℃）を変化させた。TEOS/P104比が増大するに従い、または合成温度が低下するに従い、ミクロ孔容積が増えることが分かった（Fig. 10）。ミクロ孔容積は最大で約0.2ml/gに達し、これはゼオライトと同等の大きさである。最近、ミクロ孔がメソポーラス物質の細孔壁内に存在することが、細孔のレプリカを形成することにより直接的に証明された3538 。メソポーラス物質の細孔内に、自金あるいはカーボンを縦密に形成した後、シリカ骨格をフッ酸により溶解除去すると、細孔と同じ形状の白金あるいはカーポンが生成した。ロッド状の白金あるいはカーボンがばらばらにならず、細孔と同じヘキサゴナル配列しているということは、メソ細孔同士が細孔壁を通じて繋がっていることを明確に示している。メソーミクロ2元細孔多孔物質（MS）をガスクロマトグラフのカラムに充填し、各種ガスの保持時間を測定することにより、分子ふるい機能を評価した。比較として、メツ孔のみのFSM-16、ミクロ孔のみのゼオライト（Y型）も評価した。ミクロ孔を導入したメソポーラス物質は、いずれのガス分子に対しても保持時間が長く、分子の保持性が高いことを示す(Table 1)。特に、CO 2についてはFSM-16とゼオライト（Y型）の約２倍の保持性を、プロビレン（C 8 H ）についてはFSM-16の約６倍、ゼオライトの2.4倍の保持性を示した。また、ミクロ孔容積の増大に伴い保持時間が長くなり、ミクロ孔が分子の保持性に有効に働いていることを示す。ゼオライトは、分子サイズの細孔により高度な分子ふるい機能を示すが、細孔中の分子の拡散速度が遅いため、結晶内部が有効に活用されていない可能性が大きい。一方、メソポーラス物質は細孔径が分子より十分大きいため、分子は遥やかに粒子内部まで拡散するが、分子ふるい機能が発現しにくい。細孔壁中にミクロ孔を導入したメソポーラス物質は、分子の速い拡散と分子ふるい機能を兼ね備えた理想的な多孔材料と考える。
4. TiXPO4組成のメソポーラス物質
チタニア等の光削媒は空気浄化や汚れ分解だけでなく、太陽光を利用した水茶や炭化水茶の製造等、エネルギー・環境問題に対処する重要技術として位置付けられる。チタニアは、比表面積が通常小さい(50m²/g)ので、チタニアのメソポーラス物質が合成できれば、大きな比装面積や微細孔の効果により、性能の更なる向上が期待できる。チタニアのメンボーラス物質の合成については既に幾つかの報告があるが、細孔
0.05cm²/g (MS-0.05). 3Mesoporous silica with pore diameter of 3nm. * 'Microporous aluminosilicate. Fig. 11 Pore-wall structure of TiXPO, mesoporous material.の均一性や安定性の点で不十分なものが多い。 301。ここでは、これまで報告のなかったリン酸チタニウム(TiXPO 4 , X=Cl 7 , OH", etc.)のメソポーラス物質の合成"と、その光触媒作用について紹介する。リン酸チタニウムは、一般に唇状構造[Ti(HPO,),]'3'を形成し易く、多孔構造は形成しにくい。界面活性剤を用いて合成条件を最適化することで、リン酸チタニウムのメソポーラス物質が合成できた。この物質は、FSM-16と同じ１次元細孔のメソ構造を有する（Fig. 11）。透過電子顕微鏡写真には均一な細孔が規則的に配列した標造が観察され、資楽吸着等温線からは３nmを中心とした均一な細孔径分布が示された。比表面積は、最大700m²/gに達し、従来の層状リン酸チタニウムよりはるかに大きな値を示した。一方、細孔鏡内のTiは4配位であることが分かった。Tiは通常６配位であるが、Pとの複合化により４配位のTiが安定化されたと考える。この様な結果から、細孔壁はTiとPが酸茶原子を介して交互の結合した構造と考える（Fig. 11）。このTiXPO,組成のメソポーラス物質は、特殊な除イオン交換能を有する。陽イオン交換能を有する無機物質はゼオライトや粘土鉱物等多数あるが、陰イオン交換能を有する無機材科はハイドロタルサイト等ごくわずかしかない。陰イオン交換答量は5 mmol/gと非常に大きく、これはイオン交換樹脂(1-4mmol/g)よりも大きな値である。この陰イオン交換サイトは、細孔壁中のP* (Pの含有量：5.6mmol/g)である。一方、欠陥に拡づくP-OHも存在しており、このサイトは酸点あるいは、陽イオン交換サイトとして働くことも確認されている。このTiXPOレメソポーラス物質は光触媒作用を示すことが分かった。UV-Vis吸収スペクトルには、可視光域に吸収はなかったが、220-330nmの紫外光城に吸収が見られた。吸収縮(330nm)から計算されるバンドギャップエネルギーは、 3.8eVとチタニアの3.0eVよりも大きかった。本メソポーラス物質を用いて水の光分解による水楽生成反応を試みた。操推試薬を溶解した水にTiXPO,を分散し、キセノンランプ（500W）により光を照射すると、水が分解して水茶の発生が確認された。水茶生成速度は、従来の光触媒(TiOç系) "'と同等であったが、太陽電池を利用した水の電気分解による水蒸生成効率の約1 /10に留まっており、実用化するには触媒活性の大幅な向上が必要である。TiXPO,メソポーラス物質は、従来の光触媒にないイオン交換機能や大きい比萩面積を有しており、Pt等の助触媒や活性成分の導入により更なる活性の向上が期待できる。本メソポーラス物質は、選択的な部分酸化触媒能を有することも分かった" 。部分酸化反応は、ナイロン等の製造原料を合成する重要な反応であり、近年環境負荷の小さい固体酸媒が注目されている。しかし、選択的な部分酸化能を有する周休憩紙としては、細孔径が小さいチタノ建酸塩のゼオライト（TS-1）しかなかった。 1 nm以上の大きな細孔を有する部分酸化触媒ができれば、幅広い反応の触媒を固体触媒に欧き換えることが可能となる。ここでは、シクロヘキセンの過酸化水茶（H₂O₂）による酸化反応（60℃）を試みた結果、転化ችが76mol%で、1,2-シクロヘキサンジオール（選択率88%）と2 -シクロヘキセン-1-オール（選択率12%）が生成した。この様な高い板化率と高いジオール遊択性は、細孔内の特異な炎面特性と4配位で火定化されたTiの作用と考える。
5.おわりに
細孔祭内に（１）有機基、（２） Ti、そして（３）ミクロ孔を済入した３種剤の新規メソポーラス物質の合成を行った。メソポーラス物質の特徴であるナノスケールの構造に加え、分子スケールの修造を掃茶することにより、新しい機能の発現や性能の向上が確認された。この様な降層構造は生体中に典型的に見られ、高度な機能を実現する上で重要な役割を果たしている。行機場を浮入したメソポーラス物質では、ミクロンスケールの構造（粒子形状）にも変化が見られ、幅広いスケールでの附粉化が可能と考える。分子の自己組織化を利用したナノ隈造の楞禁技術は、高度な装置や複雑な操作を必変としない現実的なナノテクノロジーである。また、自己組織化は生体組織の形成過程そのものであり、高度な機能を構榮できる可能性を行する。メソポーラス物質の合成技術を、更に高度な材料介成技術に発展させることが次の課題である。
越　辞
これらの研究は、数はは少少研究所の客員研究員であった関北次氏（現三洋化成）、宮澤浩司氏（現ユアサアイオニクス) 、Dr. Asim Bhaumik ( A Indian Association for the Cultivation of Science)、東北大学の大砂哲先生と寺崎治先生、そしてKent State UniversityのProf. Mietek Jaroniecと共同で状施した。この場を作りて、感謝の意を表します。
文 敵
1) Yanagisawa, T., Shimizu, T., Kuroda, K., Kato, C.: Bull. Chem. Soc. Jpn., 63 (1990), 988. 2) Inagaki, S., Fukushima, Y., Kuroda, K.: J. Chem. Soc., Chem. Commun., (1993), 680; Inagaki, S., Koiwai, A., Suzuki, N., Fukushima, Y., Kuroda, K.: Bull. Chem. Soc. Jpn., 69 (1996), 1449. 3) Kresge, C. T., Leonowicz, M. E., Roth, W. J., Vartuli, J. C., Beck, J. S.: Nature, 359 (1992), 710; Beck, J. S. et al.: J. Am. Chem. Soc., 114 (1992), 10834. 4) Burkett, S. L., Sims, S. D., Mann, S.: Chem. Commun., (1996), 1362. 5) Macquarrie, D. J.: Chem. Commun., (1996), 1961. 6) Lim, M. H., Blanford, C. F., Stein, A.: J. Am. Chem. Soc., 119 (1997), 4090. 7) Fowler, C. E., Burkett, S. L., Mann, S.: Chem. Commun., (1997), 1769. 8) Feng, X. et al.: Science, 276 (1997), 923. 9) Rhijin, W. M. V., Vos, D. E. D., Sels, B. F., Bossaert, W. D., Jacobs, P. A.: Chem. Commun., (1998), 317. 10) Lim, M. E., Blanford, C. F., Stein, A.: Chem. Mater., 10 (1998), 467. 11) Inagaki, S., Guan, S., Fukushima, Y., Ohsuna, T., Terasaki, O.: J. Am. Chem. Soc., 121 (1999), 9611. 12) Melde, B. J., Holland, B. T., Blanford, C. F., Stein, A.: Chem. Mater., 11 (1999), 3302. 13) Ishii, C. Y., Asefa, T., Coombs, N., MacLachlan, M. J., Ozin, G. A.: Chem. Commun., (1999), 2539. 14) Asefa, T., MacLachlan, M. J., Coombs, N., Ozin, G. A.: Nature, 402 (1999), 867. 15) Inagaki, S., Guan, S., Fukushima, Y., Ohsuna, T., Terasaki, O.: Stud. Surf. Sci. Catal., 129 (2000), 155. 16) Freemantle, M.: C&EN, January 24, (2000), 33. 17) Asefa, T., MacLachlan, M. J., Grondey, H., Coombs, N., Ozin, G. A.: Angew. Chem. Int. Ed., 39 (2000), 1808. 18) Lu, Y., Fan, H., Doke, N., Loy, D. A., Assink, R. A., LaVan, D. A., Brinker, C. J.: J. Am. Chem. Soc., 122 (2000), 5258. 19) Guan, S., Inagaki, S., Ohsuna, T., Terasaki, O.: J. Am. Chem. Soc., 122 (2000), 5660. 20) MacLachlan, M. J., Asefa, T., Ozin, G. A.: Chem. Eur. J., 6 (2000), 2507. 21) Stein, A., Melde, B. J., Schroden, R. C.: Adv. Mater., 12 (2000, 1403. 22) Sayari, A., Hamoudi, S., Yang, Y., Moudrakovski, I. L., Ripmeester, J. R.: Chem. Mater., 12 (2000), 3857. 23) Kruk, M., Jaroniec, M., Guan, S., Inagaki, S.: J. Phys. Chem. B, 105 (2000), 681. 24) Kim, J. M., Kim, S. K., Ryoo, R.: Chem. Commun., (1998), 259. 25) Sakamoto, Y., Kaneda, M., Terasaki, O, Zhao, D. Y., Kim, J. M., Stucky, G. D., Shin, H. J., Ryoo, R.: Nature, 408 (2000), 449. 26) Yang, P., Zhao, D., Margolese, D. I., Chmelka, B. F., Stucky, G. D.: Nature, 396 (1998), 152. 27) Kloetstra, K. R., Bekkum, H. van, Jansen, J. C.: Chem. Commun., (1997), 2281. 28) Liu, Y., Zhang, W., Pinnavaia, T. J.: J. Am. Chem. Soc., 122 (2000), 8791. 29)  Miyazawa, K., Inagaki, S.: Chem. Commun., (2000), 2121. 30) Zhao, D., Feng, J., Huo, Q., Melosh, N., Fredrickson, G. H., Chmelka, B. F., Stucky, G. D.: Science, 279 (1998), 548. 31) Zhao, D., Huo, Q., Feng, J., Bradley, F. G. H., Chmelka, B. F., Stucky, G. D.: J. Am. Chem. Soc., 120 (1998), 120. 32)  Lukens Jr., W. W., S-Winkel, P., Zhao, D., Feng, J., Stucky, G. D.. Langmuir, 15 (1999), 5403. 33) Kruk, M., Jaroniec, M., Ko, C. H., Ryoo, R.: Chem. Mater., 12 (2000), 1961. 34) Ryoo, R., Ko, C. H., Kruk, M., Antochshuk, V., Jaroniec, M.: J. Phys. Chem. B, 104 (2000), 11465. 35) Jun, S., Joo, S. H., Ryoo, R., Kruk, M., Jaroniec, M., Liu, Z., Ohsuna, T., Terasaki, O.: J. Am. Chem. Soc, 122 (2000), 10712. 36) Ryoo, R., Ko, C. H., Kruk, M., Antochshuk, V., Jaroniec, M.: J. Phys. Chem. B, 104 (2000), 11465. 37) Shin, H. J., Ryoo, R., Kruk, M., Jaroniec, M.: Chem. Commun., (2001), 349. 38) Ryoo, R., Joo, S. H., Kruk, M., Jaroniec, M.: Adv. Mater., 13 (2001), 677. 39) Antonelli, D. M., Ying, J. Y., Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 34 (1995), 2014. 40) Ulagappan, N., Rao, C. N. R.: Chem. Commun., (1996), 1685. 41) Antonelli, D. M.: Microporous Mesoporous Mater, 30 (1999), 307. 42) Bhaumik, A., Inagaki, S.: J. Am. Chem. Soc., 123 (2001). 691. 43) Alberti, G., Bracardi, M., Casciola, M.: Solid State Ionics, 7 (1982), 243. 44) Sayama, K., Arakawa, H.: J. Chem. Soc., Faraday trans., 93 (1997), 1647.稲垣伸二株式会社豊田中央研究所主任研究員　工学博士1984年名古屋大学大学院工学研同年免科修士課程修了株式会社豊田中央研究所入社メソポーラス物質の合成と応用に関する研究に徒事
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#l催：日本イオン交換学会協賛：化学工学会、環境科学会、高分子学会、教育・基材学会、ゼオライト研究会、電気化学会、日本海水学会、日本化学会、日本吸着学会、日本原子力学会、日本生物工学会、日本分析化学会、日本販学会、日本薬学会、日本溶媒抽出学会、無機マテリアル学会時：2001年7月19日（木）  13時00分～17時00分日所：東京工業大学百年記念館フェライト会議室場東急目黒線、大井町線大岡山駅下車ブログラム：（1）高分子微粒子の合成と構造形成(東工大院理工)石津造二（2）高分子微粒子の製造と最近の動向(総研化学)佐藤雅裕(３)高分子微粒子を利用した荷電モザイク酸(大日箱化)杉戸善文( 4 )合成ペプチドイオンチャネルの構造と機能（5）多孔質ケイ酸塩によるイオン交換特性（6）有機一無機被合体からの金属酸化物多孔体の合成とその生成機構
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はじめに
在宅酸茶療法（Home Oxygen Therapy: HOT）は、役性呼吸不金患者のうち病態が安定し、酸茶吸入の必要性を除けば湛院可能な患者に適用され、家庭での酸茶投与により患者の在宅療養や社会役場を可能にし、充実した社会・家庭生活を営む機会をもたらすものである。この救法は、わが国において1985年の健康保険適用以来落実に没透し、現在約９万人の患者が在宅酸茶療法を受けているものと推定される。この在宅酸茶療法に用いられる酸茶供給システムとして、空気分離方式の医療用酸茶資締器が開発された。当初は繁型酸茶遺紹器（製品ガス酸茶染度約40%）が主体であったが、近年は、ほとんどが吸浴型（酸藻濃度約90％）で占められている"。また、脱型酸浆浪船器の弱点を改善した酸紫濃度40%の吸溶型酸溶液縮器も製品化されている"。吸ǿ型酸茶흉輸器は、家庭用電源を用いて手軽にかつ持続的に、高濃度の酸潔濃縮空気を患者に供給できるという特性を有しており、現在も、よりよい製品への改良が続けられている。
1.吸箔型酸寒濃縮器
在宅医療用吸落型酸茶浪縮器の基本原理は圧力スイング吸Xf （Pressure Swing Adsorption: PSA）である。吸落剂としては、原料空気中のN₂分子とO₂分子に対する吸脊能力の差が大きいゼオライトが一般的である。吸落剤としては生物学的安全性のほか、炭肥・システムが小型となり、長期間（数年）の逃然還転を可能にする、高性能で劣化の少ないものが要求される。使用されている吸溶剂の例を要1³'に示すが、昨今ではこれらのNa為をLiで部分散換してN 2とO 2の分離性能をさらに高めたものが用いられ始めているようである"。在宅医療用酸茶浪縮器の製品ガス流量としては現在、高流量で7L/minの機種まであるが、3L/min程度のものが最も多く使用されてい
る機種である。忠者は酸楽遠縮器から供給される酸茶遠皮約90%の製品ガスをカニューラやマスクを用いて室内空気と一緒に吸入するので、実際に患者の肺に到達するガスの酸茶流度は製品ガス供給量に応じて21～40%（dry base）程度になっている。 PSA方式としては１箇式と２箇式が主体であるが、それぞれ一括一短があり、どちらが優位だとは一概に断定できない。 1結式は、次空サイドの立ち上がり部分を使って吸落平衡特性（図1参照）を効率よく生かすという特徴があるが、製品ガス供給他力としては、現在使用可能なコンプレッサーの型式や効率および家庭用定源容量等を勘案すると、5L/min程度が限界だろうと考えられる。この他、报近では、回転式のバルブ開開機構が組み込まれた多（12）简式のものも製品化されている"。
2.酸菜遺縮器の改良開発
わが国における在宅医療用酸茶漁編器の先駆的存在である当社の主要機種（製品ガス供給能力： 3L/min）の開発経緯を槍として、以下に在宅医療用吸落型酸素漁縮器の改良開発状沈を述べる。当社は、雇初、米国から在宅医療用吸潜型酸素遺輸器の製品自体や技術を導入したが、これらは日本で在宅医療用として使用するための要求特性をとても満たすものではなかった。そこで、当社がそれまでに吸型の在宅医療用酸茶浪縮器を通して概然した基本的設計思想である、信頼性、静粛性、経済性、操作性、利便性等に即応させた製品を一から自社開発することとし、その実現をはかった。これらの要求特性は、現在、液化酸茶数置等を含めた在宅酸茶療法用酸茶源輸装置に対する日本市場の要求特性となっている。当社は、80年代半ばに初の吸溶型酸茶漁縮器（製品ガス供給能力：3L/min）を製品化したが、PSA方式としては１筒式を採用し、吸浴筒を含め主要部品は米国からの輸入品をそのまま使用していた。この酸茶遺輸器は、倍類性という点では現在の娘に達しているものではなかったが、運転時の静麻性については、いくつかの低騒音化手段が検討・採用され、在宅医療用酸薬潰縮器における低験音化技術の骨格が創り上げられていたといえる。 90年代初めには第二代目の3L/min機種を製品化した。その主要部品は全て、当社の設計思想を織り込んだ信頼性の高い
ものに置き換えられた。現在、国内で使用されている在宅医教用遺結器の機能に関する特性や技術の多くは、この機種において基本的に完成されたといえる。また、商品的にも当社の主力製品となり、長期間にわたって患者に使用されて来ていな。しかし、この製品でも必ずしも満足できるものではなく第三代目の3L/min機種の開発に着手した。三代目までは、最大流量（製品ガス3L/min）使用時の製品ガス酸素濃度が90%前後であり、安置重量も43Kgと重く、外容積は120Ｌと大きいものであった。酸茶濃度的にもう一段の向上が期待され、重量寸法的には社員を含め、運搬等で本器を取り扱う人達の評判はもう一つであった。表2に歴代の3L/min機種の仕様を示す。ここから本格的な改良が始まり、目標として従来よりも30％の小型・軽量化と、安金性、信頼性、静粛性の一層の向上、さらには立法化されたばかりのPL法をも視野に入れたコンセプトが掲げられた。
2.1小型・軽量機器の開発
1筒式吸着型酸素濃縮器のフローおよび外観図の１例を図2"、図3（写真）に示す。 1筒式では、吸落工程において原科空気がコンプレッサーにより吸着筒に送り込まれ、加圧吸着が行われる。脱落工程は２筒式が常圧脱落であるのに対し、 1筒式では真空（減圧）既着が行われるため、ゼオライトにおけるN-/O-分離効率の高い吸着平衡特性部分を利用したPSAが可能になると考えられる。１筒式では吸落と脱落を１台のコンプレッサーで行うので吸排気切替えバルプ（５方切替え弁）と、脱脊時間帯でも製品ガスの供給を維持するための比較的大型のサージタンク（貯槽）を必要とする。また、1筒式では脱落を真空（減圧）で行うことから、吸着剤性能に対し最大の障害となる水分（原料空気湿分）の吸着帯を最小限に抑え、吸溶筒、延いでは装置全体を小型にできるとともに長期にわたる吸著性能の維持継続が期待でき、酸茶濃縮器としての舟延長に繋がるものと考えられる。
2.1.1　吸着筒、サージタンクの改良技術
酸茶濃縮PSAでは、吸着筒の原料空気入口部でN,の吸着が激しく行われるため多量の発熱を伴い高温になる。また、脱落時には吸落筒入口部でN,と水分を激しく脱落するため、多量の熱が奪われ、局部的に急激な温度低下がおこる。このような温度変化を殺和して、理想的なPSAに近づけるためには(A)主製品ガス収出し適量1.0c/min (B) :製品ガス収出し流量3.0¢/min図4　吸着筒出口ガス成分濃度の経時変化以・化されたガス流れに近づける情報泣（デッドスペースの解消と水吸ǿ器の扱小化）や、熱移動を促進できる工夫が必契である。また、吸落工程において溶薬吸落帯が時間と共に收长し、その工程の終末段階における吸落筒出しガスの酸ポ浪度は予想外に低下傾向を示すことがわかった（図4)"。このことは、サージタンク内で吸落終末段階の出口ガスをそれ以前の高酸素浪度ガスと混合しないほうがよいということを示唆するものと考えられた。このような現象に即心した構造のサージタンクに関する特許が出願されているが、その考案例として図5"に示すような資状やチューブ状(a) (b) (c)のサージタンクが記載されている。 1防式では、サージタンクのガスを吸落筒出口に適流させて吸落粉のリンスに使用するので、この低減度酸素ガスは呼度精製されてサージタンクに戻ってくることになる。このほか吸ǿ剂の性能向上や、吸ﾈﾈ・脱落時間に関連した吸脱落サイクルタイムの組み合わせ竹に係る方法が特許として出願*ﾟされている。
2.2 医療用機器としての要件
在宅酸茶療法に使用される酸茶魚縮器としては、吸着システムの高性能化だけではす分でなく、既験済化や低消費追力化、高機能化、使い易さの改良等が上げられる。低騒音化については、この酸茶浪縮器が思考の就殺中にも使用されることから、お花で気にならないレベルの紙騒済(静音)が求められ、現体的には1m離れた場所で30～35dB (A)程度が目標となる。験済の発生源としてコンプレッサー、ファン、開閉弁、気流音等が上げられるが、これらの発生渡に合わせて効果的な消音技術を用いなければならない。発生辺を吸音材で開んだり、音の伝播路を何回か屈曲させることで騒ぎエネルギーを減花させる方法や、特定の周波数の音を干渉によって消す技術等が特許として出願いされている。図6は酸素遺縮器内の消消機構を示す特許の１例である。主たる騒音測であるコンプレッサーを消音Boxで閉むとともに、コンプレッサーの冷却空気を供給、排気するためのダクト内に吸浴材を貼り付けたり、ダクトを船曲させることで浴のエネルギーを減災させるものである。供給および排災用ダクトにそれぞれ３～５回の屈曲を渡けることにより効果が…啓高められることが起殺されている。また、発生海の験音伝播を抑えることも重要で、コンプレッサーの版動をバネで懸架する方法により騒音板動の発生・伝播を低減させる方法が示されている。 l:記のような技術・工夫を取り入れることによって、当社の吸冷型酸茶浪輸器は郊-･世代に比し、炭酸蛋品で約30％の小型軽品化、騒済レベルで約２～３dB (A)の低減を実現した（表2参照）。清快電力の所減を倒るということは先ずዥ1に、製品ガスを最大流品で使用する場合の消費電力を如何に低くするかということであり、吸溶用を低くしてコンプレッサーの消費電力を下げることや、高効率のコンプレッサーを開発すること等が上げられる。郊２には、製品ガスの火使用流品が使用酸素濃縮器の拡大流止よりも低い場合、その火使用流流に応じて消費電力を低減できるようにすることである。当社では１個式の特性を生かした次のような买使用流流別省エネ技術を完成させた。即ち、忠者が使用する製品ガス実流品に合わせて、吸脱裕のサイクルタイムを変える運転方法であり、特許として批願されている13'。例えば、3L/min逃航時のサイクルタイムが吸落15秒、脱落15秒である場合、IL/min運転時には吸落15秒、脱落30秒というような運転方法であり、真空（減圧）脱落時はコンプレッサーの消費電力が加圧吸落時よりも少ないということを利用している。製品ガスの使用品が少ない場合、以次（滅世）運転の時間別合が良くなって金体としての消費権力が減少するので、実使用流量の少ない患者では必気
代の負担が少なくてすむ。
当社は、在宅医療用機器に特有の高機能化として、医師により設定された製品ガス酸茶濃度および供給流量を保証するための、遠度および派量の警報機能を内蔵させた製品を国内で初めて上市した。夜間睡眠時の使用時中に患者の発返りなどによってカニューラ等のチューブ類が折れ曲がり、患者に十分な酸素を供給できない状態になることがある。このような状態が発生した時に患者や家族に知らせる流量警報は、当社製品が先駆的に採用した機能"であった。また、当社では、患者宅で使用されている機器の運転に関する情報を電話回線を通して定期的に当社のセンターに送信し、残常時には即時に緊急通報を送って来るモニターシステム151も確立している。この他、使い易さに関しては、加湿器やフィルターなどの付属品についても細かな改良を施すなど、常に患者や家族からのニーズを的確に捉えて製品にフィードバックしている。
3.まとめ
在宅酸素療法に使用される酸素供給機器としては、固体電解覧法による酸素分離装置等の新しい技術も検討されて来ているが、商品化までにはまだ時間を要すものと思われ、当分の間は吸着型酸素遺縮器が主流の座を確保して行くものと考えられる。この吸溶型酸素濃縮器が将来に向けて一層発展するためには、在宅医療用機器としての次のような事項がさらに改良されなければならないと考える。即ち、使用者である患者が増加していくにつれて、より活動的な患者層に対する要求要件と、重症患者層に対し要求される要件の両方を満たす機器の開発が求められて来ると思われる。また、新しい吸落剤やコンプレッサーの開発、それらに適した吸落システムの採用、さらには呼吸の吸気時のみに開となるデマンドバルプの組み込み等によって、更なる小型・軽量化が進められ、低消費電力、低騒音の製品で、持ち歩けるイメージの製品も想定される。
x 
1）呼生省特定疾患呼吸不企調査研究班平成7年度研究報告2)帝人酸素濃縮器製品カタログ(TO-40S). 3）松原貞和：最新 吸着技術便覧－プロセス・材料・設#1-, 447. 4)特別平9-20503. 5)帝人酸素濃縮器製品カタログ. 6)特公平2-029601. 7)特公平3-000324. 8)帝人酸素遺組器製品カタログ, 9)木田厚瑞:在宅酸素療法マニュアル(1997), 253,医学書院. 10）市川耕司：一塔式小型PSA装置を用いた酸茶濃縮器に関する研究,明治大学大学院1990年度修士論文(1991). 11)特開平5-212116. 12)特開平9-077502. 13) 狩開平3-131504. 14)特開平7-171216. 15)特許平3-143451など.山田章生帝人株式会社在宅医療技術サービスセンター 1973年３月      九州大学大学院化学機械工学研究科修了同年帝人人社医療機器開発業務1990年2月2000年10月より現職趣味：ゴルフ、テニスなど高性能静電フィルタの開発Development of High Performance Electrostatic Fiber Filters興研株式会社KOKEN LTD.木村一志Kazushi Kimura
1. はじめに
一般にエアフィルタは機械捕集フィルタと静電捕集フィルタに大別される。機械捕集フィルタはろ新フィルタまたはメカニカルフィルタとも呼ばれる。機械捕集フィルタは、後述するフィルタ機雑と粒子間に働く機械的な捕集機構に依存している。代表的なフィルタには、原子力関係・半導体・バイオテクノロジーなどの分野において、高度な空気浄化を要求する用途で使用する高性能フィルタ(HEPA)、超高性能フィルタ（ULPA）などがある'。これらの高性能フィルタは、0.1 ～0.3 μ m程度のサプミクロン粒子に対する捕集効率を高めるため、極めて細いガラス繊維を使用している。したがって、ろ紙フィルタの単位面積当たりの圧力損失は極めて高く、実際の使用においては莫大なフィルタ面積を必要とし、フィルタユニットの大型化、コスト増大の原因になっている。一方、1930年代にHansen²は世界で初めて実用的な静電フィルタを発明した。Hansenの研究開発は当初から軍艦目的であったため、その詳細については未だに公開されたものはない。 HansenはWool（羊毛）にRojin（松脂）粉末を機械的に各設処理し、マット状に辛毛機雑を積層してフィルタを作った。その後、Wolton, DaviesらはHansenスイルタの寄電特性を調べ、辛毛はプラスに帯電し、Rojinはマイナスに寄電することを明らかにした。欧米ではHansenフィルタはResin wool filterと呼ばれ、主に軍用マスクに使用されてきた"。日本において、1950年代に労働衛生研究所の奥らは独自な方法で高性能フィルタの研究部を行い、Hansenフィルタと同じ原理機構による防じんマスクのフィルタ（ミクロンフィルタと命名）を開発した。その後、この技術は興研をはじめとするマスクメーカーが引き継いだが、現在では興研ミクロンフィルタが国内の取替え式防じんマスクフィルタ市場の70%を占めるに至っている。静電フィルタは機械捕集フィルタに比べ、単位面積当たりの圧力損失が低く、しかも微粒子に対する捕集効率も高いという優れた特徴を持っている。静電フィルタの粒子捕集力は、機雑装面及びフィルタ機雑空間に存在する静電気力に依存している。したがって、高性能な静電フィルタを開発するカギは、フィルタの帯電量と帯電持続性の向上にある。特に長期保存による経年変化の少ない帝電樹脂の開発と効率のよい帯電処理技術の開発がそのポイントである。代表的な静電フィルタとして、羊毛に特殊な宿電樹脂を処理したミクロンフィルタの走査電子顕微鏡（SEM）写真を図1に示した。我々の身近にある合成樹脂、ポリエチレン、ポリプロビレン、塩ビ、ナイロンなどは比較的容易に帝電する"。しかし、その帝電した電荷は空気中において短時間で消滅する。一般に空気中の水分、イオンなどの吸着により、帯電電荷は指数関数的に減少することが知られている"。短いもので数秒、長いものでも２、３日で帝電電荷のほとんどは中和状態に戻る。したがって、このように帝電持統性のない材料は静電フィルタには不適であるため、最近ではエレクトレット材料の利用8121、またはメルトプロー紡糸とコロナ帝電処理技術を複合した静電フィルタの開発が盛んである139 。
2.フィルタの粒子捕集機構
模雑層フィルタが粒子を捕集（沈着）する機構は極めて複雑である。近年、非一機補理論（Single fiber theory）が提唱され、単一機細モデルにおける粒子抽集メカニズムはほぼ解明されつつある''。一般に親雑層フィルタは、空気流に対して直角に模維が配列しており、以下の５種類の捕集機構が作用する"。 R（Interception）：さえざり流線に乗って流れてくる粒子は、フィルタ機種との距離が粒子半径以下にあれば捕集される。機能のさえぎりバラメータＲは粒径d。と横維径のみに依存する。 l （Inertial impaction）：慣性衝突粒径1 p mで質量が大きく、通気速度が数10cm/sec以上と速い場合に、流線に沿って流れる粒子は、横縦表面の急激な流れの変化について行けず繊維表面に衝突し捕集される。 D（Diffusion）：拡散小さな粒子（＜0.1 μ m）はプラウン運動によって、流線枕道上で大きく運動しており、横維近傍での拡散効果により沈落する。一般に通気速度が延く、粒径が小さい場合に効果的である。 G (Gravity) ：重力沈降粒子はストークスの法則に従い重力沈降作用でフィルタ機雑上に沈着する。通気録速が遅く、粒径及び質量が大きいほど効果が高い。しかし、1 μ m以下の微粒子にはほとんど効果はない。 Q（Electrostatic force）：静電気力鍛雑と粒子間に飽く静電気力（クーロン力：Coulombic force,  誘起力：Induced forceなど）により、粒子は機種変面に静電気的に吸着・捕巣される****図2に帝ሸ機雑と粒子に動く静ሸ災力による粒子捕集モデルを示した" 。 3.フィルタの基本性能3.1  捕集効率(Collection efficiency)単一被維理論によるフィルタの総合的な加集効率Eは次式(1)、(2)で定義される"。 E = 1 − P (1) P = Cue/Cin = exp|-4 α L η / π (1 - α ) d | (2)ここで、P：透過率、C…：透過粒子演度、C…：試験粒子演度、 α：機能充坑率、L：フィルタ以、γ：用一機維捕來効率、 d t :模雑径、である。またnは、(3)式に示すように、d t 、d t 、 α 、ろ過達度v、静電気力Qなどの関数である。 (3) 7 = f (d,.d,, α,ν,Q)一般に高性能フィルタと呼ばれるHEPA、ULPAフィルタなどは、さえぎり（R）、拡散（D）、慣性（I）などの機械的な粒子捕集力に依存している。一方、静心フィルタの繊維はプラス及びマイナスに帝位しており、プラスあるいはマイナスに帝寇した粒子をクーロン力（Qq: Coulombic force）により静電気的に吸溶・捕集する。また無密電粒子に対しては、密電機雑装面の雑荷およびフィルタ機雑留内の強い電界および勾配などが粒子に作用し、誘起力（Qi: Induced force）により粒子は模維炎面に静電気的に吸落される”。游館フィルタと機械捕集フィルタを明章に区別する理論的な基準はないが、一般にはそのフィルタがどの粒子捕集機機に依存しているかを実験的に陥認する必要がある。機械フィルタは多かれ少なかれすべての粒子捕集機懈が作用しているため、静電気力だけで粒子を100%描巣する模維格フィルタは皆無であると考えられる。火除にフィルタがどの粒子捕集機構に依存しているかよりも、宿宿処理を施したかどうかで単に区別して呼ばれることが多いのが現状である。
3.2   圧力損失（Pressure drop）
フィルタの圧力損失△Pは、Darcyの抗力理論により、(4)式で定義される"'。 AP = 4 a LF/ π d i (1 − a ) (4)但し、F：機雑技さ当たりの流体抗力、である。機雑紹フィルタの圧力拟失は、フィルタ以Lに比例し、機雑径d,の2条に反比例する。所フィルタは、指本的な繊細径を大幅に変更することなく捕巣効率を高めることができるため、圧力損失が低く効率の高いエアフィルタの開発が可能である。
3.3   粒子保持容量（Dust holding capacity）
機組略フィルタでは、粒子が堆積すると徐々に圧力損失が上昇し、フィルタ炎面に粒子が目詰まり層（ケーキ層）を形成する。これにより揃象効率は増加傾向を示すが、空気は流れにくくなる。バッグフィルタなどではこのケーキ感²¹を利用して徴粒子に対する捕集効率を高め、再生と使用を繰り返している。しかし、高性能フィルタは殺密な機維層であるため目詰まりした粒子を逆洗浄などでは除去できない。したがって、目詰まりしたフィルタを新しいフィルタに交換するという使い捨てが-般的である。粒子保持容量は、フィルタの寿命を決定する实用上級も重要な性能困子である。前述の(2)式から、横縦船フィルタの性能は対数透過式に従うことを利用し、フィルタの繊維密度に勾配を持たせることで粒子保持容量を改善する方法も提案されている"'。
3.4フィルタの総合性能を見分ける方法
フィルタの初開性能は、対象とする特定粒子に対する捕集効率Eと圧力拟失△Pで判断される。したがって、フィルタ単位面積当りの徴粒子に対するEが高く、しかも△Pが低いフィルタがより高性能なフィルタである。特定の粒子に対する透過率PとユPとの関係から、多種類のフィルタを比較する場合は火式(5)によりフィルタの性能品質を指数化する方法などが提案されている。 (5) K  = — 100 log P/ ∆ Pここで、K：フィルタ性能指数、P：単位面積当たりの透過率、 △P：若準派達における圧力損失、である。一般に敵粒子に対する透過率の小さいフィルタほど高性能であると思いかちであるが、圧力損失が高くなるためフィル夕性能品質は低下する。市販のHEPA、ULPAフィルタなどに使われているグラスファイバフィルタのKは、静流フィルタに比べ意外に小さい。静電フィルタのKは、同じ捕集効率のHEPAフィルタと比べると、10倍以上（当社比）にも達する。この理由は、HEPA・ULPAなどの高性能エアフィルタでは、対象粒子に匹敵する細いガラス模組(0.3～1.0,, m)が使用されているためである。フィルタの圧力損失は、横縦径の２乗に反比例するため、フィルタの模雑径を1/2にすると圧力損失は４倍にもなる。
4.新ミクロンフィルタの開発
我々は半毛を使ったミクロンフィルタの技術をベースに、帝電樹脂及び帝電処理技術の研究開発を行ってきた。最近では、従来のミクロンフィルタよりも、さらに高性能な新ミクロンフィルタの開発に成功しており、すでに米国及びヨーロッパ特許を取得している。本報では統前の関係で新ミクロンフィルタに使用する常電樹脂および帯電処理技術などの詳細については触れないが、静電フィルタに対して最も厳しい試験を課している米国NIOSH規格39に準じたフィルタ性能試験を行ったので、その試験方法と結果の例を示し、新ミクロンフィルタの性能を簡単に解説する。
4.1一般的な静電フィルタの特徴
許電フィルタは許電気力で粒子を捕集するため、機械捕集フィルタのように細い栽籍を使用する必要はないため、単位面積当たりの圧力損失が低い、また微粒子に対しても比較的高い捕集効率を達成することが可能になる。ミクロンフィルタは機雑径15～20 π mの羊毛を使用しているため、単位面積当たりの通気抵抗は低く、粒子の保持容量が大きいのが特徴である。横淮層フィルタでは固体粒子の複粒によりアフィルタ表面に目詰まり層を形成する。静電フィルタは粒子堆積の初期に僅かながら捕集効率が低下する傾向があるが、堆積の進行により目詰まり効果で捕集効率は再び増加する傾向がある。これを我々はボトム現象等と呼んでおり、静電捕集と機械捕集効果を適度にバランスした静電フィルタがもつ特徴であると考えている。機雑密度の低い静電フィルタでは、オイルミストを捕集すると効率が概端に低下するフィルタもあることが報告されている。静電フィルタのオイルミストの捕集機機は、静電気的効果にかなり依存するため、帯電量が小さく機維密度の低いフィルタは、オイルミストが推積すると帝電量は急激に低下を来たす場合がある。またオイルミストが目詰まり層を形成しないことにも原因が考えられる。オイルミストを多量に捕集するとフィルタ機維の表面にオイルの皮膜が形成され、横雑装面の電荷を中和し、さらに横雑空間の電界をも進敵するためであると考えられている"。
4.2  静電気による粒子の吸着・捕集
静電フィルタがフィルタ機種表面に粒子を吸着保持している状態を走査電子顕微鏡（SEM）写真により観察した。ミクロンフィルタは溶接現場で発生する溶接ヒュームの吸入を防止する防じんマスクに広く使用されているため、一例として溶接ヒュームが堆積したミクロンフィルタの最絶表面のSEM写真を図3に示した。また図4にはアスベストの代替機雑として使用され始めた人造鉱物繊維から発生する繊維状粉じん20を捕集したミクロンフィルタのSEM写真を示した。図3では、機雑表面に、浴接ヒュームの微粒子（粒子径0.05〜0.5 μ m)が勉蛛の果状に堆積している様子が観察できる。ミクロンフィルタの帝電樹脂付近に粒子が多量に吸着保持されている。この写真から、ミクロンフィルタの帝電樹脂が強い静電気力を発揮していることが分かる。
4.3フィルタの規格および試験の概要
新ミクロンフィルタは主に防じんマスク用フィルタとして開発された。防じんマスクは小型軽量で、かつ微粒子に対しても捕集効率が高く、同時に圧力損失が低いことが要求される”。防じんマスクの性能は、世界的に統一された規格がないが、現在まで各国において独自の規格による国家検定が行われている。ヨーロッパでは、1990年頃から規格の統一が図られ、防じんマスクについてもヨーロッパ規格（EN）が制定されていた。しかし、1995年に米国ではNIOSH規格を改定して、ヨーロッパ規格と全く整合しない独自な防じんマスクの規格を定めた。日本においても古くから防じんマスクの固家検定が実施されてきたが、昨年政来規格を考慮した大幅な規格の見直しがあった99 。改定された国家検定規格は米国NIOSH規格と同等の試験粒子が採用されている。NIOSH規格の試験粒子はフィルタを最も透過しやすい粒子を採用しており、試験粒子の粒子径は約0.1 π m前後の微小なNaCI粒子とDOP粒子が使用されている。マスクの試験は人間の最大呼吸ビークの流速に相当する85L/min通気条件で行われる。またマスク当たり200mgの粒子負荷試験が課せられており、その通定時間中の最大透過率を求めることになっている。NIOSH規格はフィルタの種類をN、R、Pの３種類、また捕集効率を3等級95%、99%、99.97%に分け、計9種類のフィルタに分類している。Nシリーズは個数中央径0.075±0.02 p mのNaCl粒子が使用され、RとPシリーズは個数中央径0.185±0.02 μ mのDOP粒子を使用する。なおＰランクのフィルタでは、必要に応じて200mg以上の粒子負荷を行い、その最大透過率を求める必要がある。
4.4新ミクロンフィルタの試験結果
4.4.1試料
新ミクロンフィルタには"マイティーミクロン"と"ユニーミクロン”の2種類あり、両者ともオイルミストに使用可能であるが、後者はオイルミストに対してさらに耐久性を高めたフィルタである。試料のフィルタ面積は原子力分野で広く使用されている高性能タイプのマスク（興積7095型）に相当する。
4.4.2 試験装置
フィルタの性能試験は、米国NIOSH規格42 CFR Part84に適合したフィルタテスタ（TSI社製TSI-8130）を使用した。各粒子の試験条件を表1に示した。また試験装置の概略を図5に示した。

4.4.3透過率
TSI-8130フィルタテスタを用いて、表1のNIOSH規格に準じたDOP粒子およびNaCI粒子を用いて、透過率を測定した。 NIOSH規格の試験粒子は最もフィルタを透過しやすい粒子径範囲が使用されている。また粒径分布はSMPS（TSI社製）で求めた値を指準としているのも特徴である。粒子の透過率Pは、フィルタ通過前後の粒子濃度から(6)式により求めた。 P (%) = C 2 /C 1 × 100 (6)ここで、C ; :フィルタ通過前の粒子濃度(mg/m 3 ) , C 2 :フィルタ通過後の粒子濃度（mg/m 3 ）、である。
4.4.4 粒子負荷試験
試料マスクに試験粒子を85L/minで通気し、試料当たり試験粒子を深積供給量200±5mgまで負荷した。粒子供給量は火式(7)から計算で求めた。また試料の粒子供給量と透過率の関係をTSI-8130内蔵の濃度計からの信号をパソコンでリアルタイムに処理し、連続的にグラフを作成した。 M = C1 · · V (7)ここで、M：粒子供給量(mg)、V：積算通気量(m )、である。Vは通気流量Fy (m²/min)と通気時間T (min)を用いて、次式で求められる。 V = Fv • T (8)
4.4.5 圧力損失測定
試料に試験空気を85L/min通気し、TSI-8130で圧力損失を測定した。また粒子負荷による圧力損失の変化は、TSI-8130の圧力信号をパソコンで連続的に記録処理し、試料フィルタに対する粒子供給量と圧力損失の変化をグラフ化した。
4.4.6 NIOSH規格に準じた各粒子の負荷試験
新ミクロンフィルタ（典研7095型マスク相当“ユニー”ワィルタ）のNIOSH規格に準じたNaCl粒子とDOP粒子に対する貨荷試験の結果を図6と図7に示した。グラフの横軸は粒子供結晶（mg）、擬軸左側は粒子の透過率（%）、擬軸右側は圧力損失（mmHzO）を示している。図6から、個数中央径0.072 μ mの極めて微小なNaCl固体粒子の透過率が、マスク当たり200mgの粒子負荷において、 0.01%以下であることがわかる。また図7より、個数中央径0.185 μ mのDOP粒子に対する200mg負荷量時の透過率は0.03%以下であった。新ミクロンフィルタは、ほとんど電荷を持たないサブミクロンオーダーのNaCl粒子に対して高い捕集効率を示した。またDOP粒子は、フィルタ繊維及び帯電樹脂などに浸透し、フィルタの静電効果を阻害しやすいオイルミストであると考えられるが、DOP粒子負荷試験においてフィルタ性能の低下はほとんど見られず、200mg供給時まで極めて低い透過率を維持していた。新ミクロンフィルタのDOP粒子に対する性能は、まさにULPAフィルタに匹敵する性能を有していることが確認された。しかも、比較的小さなフィルタ面積で高い捕集効率を達成できることから、圧力損失の低い高性能なフィルタといえる。本試験に使用した試作サンブルを装着した防じんマスク（興研7095型）の外観を図8に示した。 NIOSH向けの開発品
5.まとめ
新ミクロンフィルタは、サプミクロンの徴粒子に対してもHEPA、ULPAに匹敵する高性能な静電フィルタである。しかも単位面積当たりの圧力損失が低いため、少ない面積でも十分な性能を発揮することから、まさに防じんマスクに要求される軽量・小型・低コスト化に対応できるフィルタ機能を有している。またミクロンフィルタ以外の一般的な静電フィルタで問題視されがちなオイルミストに対する効率低下の問題についても、新ミクロンフィルタはNIOSH規格及び日本の新検定に準じた過酷なDOP粒子負荷試験に適合しており、オイルミストに対して高性能な静電フィルタであることが実証された。新ミクロンフィルタはResin wool filterに分割されるが、世界に類のない高性能な静電フィルタとして、今後マスク分野以外への応用も十分に期待される。
文 敵
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第１９回関西界面科学セミナー
—界面科学が拓くナノテク新世紀—
ナノテクノロジーが注目されている。コロイド化学や栄前化学が関わる領域にはナノテクノロジーに関わりを持つものがあり、よく研究されている。悲敵研究と応用研究のつながりが十分とはいえない歯があるので、ナノテクノロジーに関する悲醜研究と応川研究を講演形式で紹介してもらい、慰奨会や泊まり込んでの講師を隅んだ慰談会で悲嘆研究の大切さとそれをどのように応用につないでいくかということについて話し介って頂く。主催：日本化学会コロイドおよび外面化学部会関西支部、コロイド懇話会$8貨：日本吸着学会他m時：2001年7月26日（木）12時50分－27日（金）12時10分�R場：バナヒルズ大阪(〒565-0802　大阪府吹田市背架丘南10番1号　北話06-6877-0111)プログラム:第1日目（7月26日） 12:50-17:10 1.金ナノコロイドの装面修飾と自己組織化姫路工寒大学理学部木村啓作氏小林敵勝仄2.金風ナノ粒子を利用したコーティング材料日本ペイント株式会社3.微粒子分散を支配するナノ距離松本陸朗氏京都大学化学研究所4.コンビナトリアルケミストリと固体触媒大阪工業技術研究所小林哲彦氏18:00夕食、竪親会、宿泊第２日目（7月27日）  9:00-12:10 5.キャバシタ用新規炭茶材料と雰面化学岡山大学工学部取出祐作氏6.界面科学へのアプローチ田中孝治氏大阪工業技術研究所－花子顕微鏡を駆使した金触媒の解析－ 7.ディスプレイ技術の現状と将来動向松下電器産業株式会社水野岐男氏昼食後解散も費：主催・協賛団体会員28,000円、大学・官公庁会員18,000円、学生会員12,000円、非会員35,000円気(宿泊、食事、慰親会費、講演要旨代を含む)申込締切: 7月23日（月） 定日（50名）になり次第締切申込方法: 「第19回関西界面科学セミナー」と懐起し、 1．氏名、2．所属、3．連絡先（郵便番号・所在地・電話番号・Fax番号)、4.会員種別を明記し、下記宛案件かFaxか従子メールでお申し込み下さい。後日請求罪および会場案内を送付致します。申込 先：〒700-0082  岡山市津立中3-1-1  岡山大学工学部物質応用化学科 田里伊佐雄Tel&Fax: (086)251-8069 E-mail: tari@uranus.achem.okayama-u.ac.jp
先端科学技術講習会2001
ー ITとエネルギーのキーマテリアル：炭素材料一
21世紀を飾るキーワードにはIT、バイオ、現役、エネルギー、ナノテクノロジーなど幾つかのものがあります。その中で、21世紀の初年度のテーマとしてITとエネルギーを取り上げました。20世紀の終盤から始まった「IT革命」は、産業界はもとより社会全粒を変革させております。この変冻においては、各種ソフトウェア開発のほかに、IT機器及び周辺分野に関する各種の茶材開発の识献も見治ごすことはできません。また、エネルギーについては、毘界的に需要靠は年々増えていますが、交源の有限性、環境保全の立場からその有効利用が社会的に留まれています。今回の練習会においては、「IT」、「エネルギー」と炭茶材料と関係の深い分野の方々を講師にお招きして、21世紀における炭茶材料の可能性と課題について、ご専門の立場からご講演をいただく予定にしております。皆様方におかれましては、格ってのご参加をお願い申し上げます。風催日：2001年7月30日（月）10:00-16:40主催：炭茶材科学会婚賛：日本吸裕学会  他問合わせ先：〒113-0033　東京都文京区本線4-1-4　コスモス本線ビル　Tel: 03-3815-8514　Fax: 03-3815-8529評細はホームページ(http://www.digital-contents.com/ca/tanso.html)をご覧ください。専
所：化学会館（東京・お茶の水）
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費：英茶材料学会正会員21,000円　英茶材料学会鉄助会員27,000円　学生10,000円　協賛学協会会員31,000円非会員37,000円（消費税およびテキスト代含む）
コロイドおよび界面化学はミクロとマクロの世界が父錯する領域である。コロイド系はマクロな世界で特徴的な特性を発現し、それらが広く応用されている。一方、ナノレベルからコロイド系の構造と特性が理解されるようになり、新たな学術の創出が期待できる段階にある。本コロイドおよび界面化学計論会では、新研究手法と新鮮析法をコロイドおよび界面化学へ意欲的に導入し、コロイドおよび界面化学の一層の発展を促す災機としたい。コロイド及び界面化学の持つ扱合的学術性を考慮した総合セッションとシンポジウムセッションを設け、新たな発展を目指す計論会としたい。僧：社団法人日本化学会コロイドおよび界面化学部会#I賞：日本吸落学会他独期：2001年９月16日(日) - 18日(火)会場：明星大学日野キャンパス(東京都日野市程久保2-1-1)会京王線・多摩動物公開駅下車多摩都市モノレール・中央大学明最大学駅下車またはプログラム：総合講演1.キューリー夫人の英験ノート野上 福三（東京大学名辞教授、明星大学物理学科・元教授） 2. Academic Lecture（交渉中）受賞講演（Lectureship Award） 1. Prof. Marie-Paule Pileni (Universite P. et M. Curie, France) "Structure and Reactivity in Colloidal Systems" 2. Prof. John Frederick Scamehorn (Univ. Oklahoma, USA) "Future Perspectives in Surfactant Science and Technology"特別講演シンポジウムセッション、イブニングセッション（企画中）一般研究発表口頭発炎、ポスター発炎参加登録予約締め切り： 8月23日（木）ホームページ：http://www.epfc.meisei-u.ac.jp/cs/colloid.htm殷新の情報は密にホームページに掲載されています。ホームページを見ても不明な点は下記までご連絡下さい。間合わせ先：郊54回コロイドおよび界面化学計論会  火行委員会日高久夫(明屋大学地球環境保全センター) Tel: 042-591-6635    Fax: 042-599-7785    E-mail: hidaka@epfc.meisei-u.ac.jp
ご自宅住所(必ずしも記入の必要はありません) lF電話／Fax E-mail :その他・連絡事項連先絡勤務先・自宅(何れかに○を)変更の場合は、必ず会員番号と氏名をご明記の上、該当する項目のみをご記入ください。
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Adsorption News Vol. 15 No. 2  (2001)通巻No. 57 2001年6月22日発行
対象局〒852-8521長崎市文教町1-14  長崎大学工学部応用化学科内Tel & Fax: (095) 848-9652 E-mail: jsad@ml. nagasaki-u. ac. jp現年鈴木哲夫(京都大学) Tel: (075) 753-5574 Fax: (075) 753-3346 E-mail: suzuki@cheme. kyoto-u. ac. jpホームページhttp://athena4.cheme.kyoto-u.ac.jp/jsad Eli良〒606-8225京都市左京区百万温交差点上山東側昭和雲印刷所Tel: (075) 721-4541   Fax: (075) 711-0331 General Secretary THE JAPAN SOCIETY ON ADSORPTION（JSAd） Department of Applied Chemistry Faculty of Engineering, Nagasaki University, I-14 Bunkyo-machi, Nagasaki 852-8521, JAPAN Tel & Fax: +81-95-848-9652 E-maill: jsad@ml. nagasaki-u. ac. jp Editorial Chairman Professor Hajime TAMON Department of Chemical Engineering, Kyoto University, Kyoto 606-8501, JAPAN Tel: +81-75-753-5564  Fax: +81-75-753-3346  E-maill: tamon@cheme.kyoto-u.ac.jp Editor   Tetsuo SUZUKI, Kyoto University Tel: +81-75-753-5574 Fax: +81-75-753-3346 E-maill: suzuki@cheme. kyoto-u. ac. jp WWW of JSAd' http://athena4.cheme.kyoto-u.ac.jp/jsad