JPH035204B2

JPH035204B2 -

Info

Publication number: JPH035204B2
Application number: JP59035885A
Authority: JP
Inventors: Masaru Noyori; Seiichi Yoshikawa; Seiji Shimamura
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1984-02-29
Filing date: 1984-02-29
Publication date: 1991-01-25
Also published as: JPS60183022A

Description

【発明の詳細な説明】（発明の技術分野）本発明は空気中に浮遊する変異原物質を捕集す
るフイルターに関する。

（従来技術とその問題点）近年、環境衛生や公共衛生の問題、たとえば騒
音や煤煙、排気ガス、タバコ煙の問題がクローズ
アツプされ、これらによる公害問題に民衆は神経
質になつてきている。

特に、タバコ煙に関しては、数多くのリポート
が公表され、それらの中には発癌物質を含むこと
を認定するものがあり注目を集めている。最近で
は禁煙車輛や禁煙席なる特別スペースまで増設す
るようになつてきている。かかる発癌物質につい
ては、食肉や魚類などを焼いた時の煙中にさえも
存在することも発表されている。

かかる発癌物質は変異原性を示す物質の中に存
在することが判明している。変異原性とは遺伝的
性質を変える性質であり、一般的にサルモネラ菌
によるAmes testによつて変異原性が認められる
と、その物質は80％以上の高い確率で癌原性を示
すことが認められている。たとえば、タバコ煙中
に含まれる３、４ベンツピレン、ジメチルニトロ
ソアミン、トリプトフアン焦成物（トリプＰ−
１、トリプＰ−２）などは変異原性を示す物質で
あり、特にジメチルニトロソアミンは強い癌原性
を示すことが認められている。かかる人体有害物
質はタバコの主流煙（吸込む煙）より、むしろ吸
引しないで放置した時の副流煙の中に多く含まれ
ているものである。

いずれにしても、空気中には多量の人体有害物
質が浮遊していることはまちがいのないところで
あり、特にタバコ喫煙者の多い場所ではその存在
量が多いことも事実である。

かかる時代的背景において、居住空間内の空気
中から、かかる有害物質を除去することは重要な
環境対策であり、今後この方面の改善はますます
強く要望されるようになることが予測される。

（発明の目的）本発明はかかる環境改善対策の１つとして、空
気中に存在する変異原物質を捕集する技術を提供
するものである。

本発明は、スルホン酸基を有する架橋強酸性カ
チオン交換繊維でフイルターを構成すると選択的
に変異原物質を捕集する事実を究明したものであ
る。

（発明の構成）１〜60重量％の水を含有するスルホン酸基を有
する架橋強酸性カチオン交換繊維からなるフイル
ターを構成成分とし、かつ該フイルターが下記式
を満足する構造を有することを特徴とする空気中
の変異原物質捕集用フイルター。

0.0017W≦Ｈ≦0.030W ［但し、Ｗ：フイルターの目付（ｇ／m²）、Ｈ：フイルターの厚さ（mm）を示す。］（構成の説明）本発明でいうスルホン酸基を有する架橋強酸性
カチオン交換繊維とは、ポリスチレン、ポリビニ
ルアルコール、ポリアミド、ポリフエノール、ポ
リエチレンなどのイオン交換ポリマに架橋結合、
およびスルホン酸基が導入された繊維を意味す
る。

上記イオン交換ポリマの中でも、ポリ（モノビ
ニル芳香族化合物）、特にポリスチレン系ポリマ
が化学安定性に優れており好ましい。具体的には
ポリスチレン、α−メチルスチレン、ビニルトル
エン、ビニルキシレン、クロロメチルスチレンな
どからなるポリマがあげられる。かかるポリマは
スルホン酸基を導入するに際し、架橋処理する必
要がある。たとえば、ポラホルムアルデヒドと硫
酸の共存下で加熱処理することにより、スルホン
酸基を有する不溶化された架橋ポリマが得られ
る。

ポリマに導入するスルホン酸基の量は、ポリマ
の乾燥重量に対して少なくとも0.1meq／ｇ以上、
好ましくは0.5meq／ｇ以上、さらに好ましくは
1.0〜10meq／ｇの範囲である。かかる交換基量
は処理条件や導入プロセスなどにより制御でき
る。さらにかくして得られるスルホン酸基を有す
る架橋強酸性カチオン交換繊維の中でもイオン交
換用ポリマと補強用ポリマからなる繊維、好まし
くはイオン交換用ポリマを鞘成分の主成分に、補
強用ポリマを芯成分にした多芯型混合および複合
繊維を基材としたイオン交換繊維が、操作上の十
分な機械的強度ならびに形態保持性を有している
ので好ましい。

本発明のフイルターを構成する該架橋強酸性カ
チオン交換繊維は、変異原物質を化学的に吸着す
るものであり、このため１〜60重量％の水分を含
有させることが重要である。

該架橋強酸性カチオン交換繊維は、水分の存在
下で交換基が解離・活性化することにより、はじ
めて空気中の変異原物質を化学的に吸着すること
が可能となるものである。従つて、水分率は高い
方が好ましいが、60重量％を越えると通気抵抗が
大きくなり実用的でないし、一方１重量％未満で
は変異原物質を化学的に吸着できなくなり、捕集
性が極端に低下する。このため、より好ましくは
５〜30重量％の水分を付与するのがよい。この水
分率は次式により求める。

水分率（％）＝［（湿潤繊維重量−乾燥繊維
重量）／湿潤繊維重量］×100 かかるスルホン酸基を有する架橋強酸性カチオ
ン交換繊維は空気中に浮遊する変異原物質を化学
的に吸着する特徴を有するものであり、カルボン
酸基を有する弱酸性イオン交換繊維に比べてその
吸着量は大きい。その吸着量は該繊維に接触する
頻度によつて変化するものであり、該繊維はフイ
ルターに多く存在する方が好ましく、少なくとも
30重量％、さらに好ましくは50重量％以上であ
る。

本発明のフイルターを構成する繊維成分とし
て、該カチオン交換繊維の外に非イオン性の通常
の繊維を補強材料あるいは物理的吸着材料として
含有していてもさしつかえない。該非イオン性の
通常の繊維とは、綿、レーヨン、パルプ、麻、羊
毛のような天然繊維または再生繊維、アセテー
ト、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフイン
のような合成、半合成繊維、ガラスのような無機
繊維および活性炭素繊維などのうち少なくとも一
種の繊維をいう。

本発明のフイルターは変異原物質に対する吸着
能も吸着寿命も耐久性に富み、特に長期間の使用
においてきわめて高い効能を有する点に特徴を有
する。かかる性能はフイルター内に含有されるカ
チオン交換基量とフイルター機造により大きく左
右される。

本発明のフイルターは少なくとも１ケ月、好ま
しくは半年以上もの長期間にわたつて連続してそ
の機能を発揮することが要求される。

かかる要求を達成するには、フイルター中のカ
チオン交換基の量は、平均して少なくとも
1.0meq／ｇ、好ましくは1.5meq／ｇ以上、特に
2.0meq／ｇ以上が好ましい。

更に、本発明のフイルターは、下記式を満亦足
するフイルター構造を有していなければならな
い。

すなわち、0.0017W≦Ｈ≦0.030W、好ましく
は、0.002W≦Ｈ≦0.01W、特に好ましくは、
0.003W≦Ｈ≦0.006W ［但し、Ｗ：フイルターの目付（ｇ／m²）、Ｈ：フイルターの厚さ（mm）を示す。］という関係を満足するフイルター構造が上記カチ
オン交換基量との相乗効果を発揮する上で選択さ
れる。すなわち、カチオン交換基量を満足しても
上記フイルター構造を有さない場合は変異原物質
との接触回数が不足し、ひいては該物質がリーク
したり、圧力損失が増大するので好ましくない。

かかるフイルターにおいて、特にＷ（目付）が
少なくとも50ｇ／m²、好ましくは100ｇ／m²以上
であるフイルターが変異原物質捕集用として好適
である。目付が小さすぎても該物質のリークは大
きくなり好ましくない。

かかるカチオン交換基量とフイルター構造とを
満足する本発明のフイルターは、優れた変異原物
質捕集効率の下に圧力損失によるトラブルもな
く、長期間の実用に耐え、極めて有効に変異原物
質を捕集する特徴を発揮する。

かかる条件を満足するフイルターは該架橋強酸
性カチオン交換繊維のみからフイルターを構成し
てもよいが、さらに他の繊維を混合したものであ
つてもよい。フイルターは紙状物でも不織布や織
編物など、あるいはこれらを混合した形態など、
いかなる形態のものであつてもよい。かかる形態
の中でも、非イオン性の通常の繊維からなるフイ
ルター層と架橋強酸性カチオン交換繊維からなる
フイルター層とを結合したフルターが作用の分担
化、つまり、非イオン性繊維フイルター層で物理
的吸着成分をできるだけ除去しておいて、架橋強
酸性カチオン交換繊維フイルター層により変異原
物質を吸着せしめる構造のものが捕集効率ならび
に耐久寿命の点から好ましい。

（発明の効果）本発明のフイルターは空気中に浮遊する変異原
物質を高い効率の基に捕集し、かつその寿命が著
しく長いという特徴を有する。本発明は、たとえ
ば、調理場、喫煙居住空間、たとえば車内、船
内、機内などの乗物空間、会議室、事務所など会
社空間、喫茶店、映画館、演芸ホール、ホテルや
ステーシヨンのロビーなどの人が集まる空間、さ
らには家庭や病院など、とくに子供や病人などの
弱者共存空間などに極めて有効に適用される。

以下本発明を実施例をあげて説明する。

実施例１ポリスチレン（旭ダウ社製：スタイロン＃683）
46部と、ポリプロピレン（三井東圧化学社製：ノ
ーブレンJH−Ｇ）４部からなるブレンド体を海
成分とし、ポリプロピレン（同上）50部を島成分
として、紡糸温度270℃で海島型複合繊維用口金
（島の個数16個）により溶融紡糸し、糸速800ｍ／
minで巻き取りながら油剤を付与した。得られた
350d、42fil.のマルチフイラメントを繊維長1.0mm
に切断した。

得られたカツトフアイバー１ｇに対して、濃硫
酸22.5ml、パラホルムアルデヒド30mgを加えて、
80℃で４時間反応した後、得られた繊維を蒸留水
で洗浄し、自然乾燥した。

得られた繊維の交換容量は、3.0meq／ｇ−Na
である、Ｈ形のスルホン酸基を有する架橋強酸性
カチオン交換繊維であつた。

この繊維の一部を、さらにミキサー（日立製作
所製：ミキサーVA−835）を用いて、該イオン
交換繊維1.0ｇ（乾燥重量換算）に対して水400ml
を加えて３分間混合した。得られた繊維はフイブ
リル化したものであつた。

この繊維を水中に分散させて、これを目付150
ｇ／m²のポリプロピレン不織布を濾布として抄紙
した。得られたシート状物を60℃の熱風乾燥機で
乾燥して、ポリプロピレン繊維を補強成分とする
目付が300m²／ｇで厚さ1.5mmのフイルターを得
た。

このフイルターに水分を付与して、水分率が15
重量％である湿潤フイルターを得た。このフイル
ターは表面部が架橋強酸性カチオン交換繊維が多
量に分布した層を有し、裏面がポリプロピレン繊
維不織布である２層構造を有するものであつた。

このフイルターを用いて、下記の方法によりタ
バコ副流煙テストを行なつた。

テスト条件 (1) タバコ銘柄：マイルドセブン (2) 燃焼速度：15min／タバコ１本 (3) 通気線速度：６cm／秒 (4) 雰囲気温度：20℃ (5) フイルター中の架橋強酸性カチオン交換繊維
量：２ｇ（絶乾状態の重量）テストはタバコ10本を燃焼させ、その副流煙を
アスピレータで調節しながら吸引して弾煙筒に通
して行なつた。その筒の中に該フイルターを架橋
強酸性カチオン交換繊維が２ｇ（絶乾状態の重
量）になるように秤量して設置し、変異原物質を
吸着させた。

比較例１として市販のフエルト状活性炭素繊維
２ｇを用いて同一テストを行なつた。

その結果、本発明のフイルターは225mgの吸着
量であつたのに対し、比較例１のものは150mgし
か吸着しなかつた。なお変異原物質捕集性能の評
価について、Ames testを行なつたところ、第１
図ならびに第２図のように両者の間で格段の差異
を示した。すなわち、第１図はTA98株でのテス
トであり、第２図はTA100株でのテスト結果を
示す。図から明らかなように、本発明のフイルタ
ーは読み枠移動型変異原（第１図ａ）および塩基
変換型変異原（第２図ｃ）のいずれにも極めて有
効であることを示したのに対し、比較例１のもの
はいずれの場合（第１図ｂ、第２図ｄ）も極めて
低い結果しか示さなかつた。

比較例２実施例１で用いたカチオン交換繊維（ミキサー
処理を行なう前のもの）を同量の長さ50mmのポリ
プロピレン繊維からなるウエブと混合し、フエル
ト状のフイルターを作つた（目付量300ｇ／m²、
厚さ11mm）。得られたフイルターをカチオン交換
繊維が２ｇ（絶乾重量）になるよう秤量し、実施
例１と同様にして通煙テストを行なつた。煙吸着
量は、103mgと極めて少なく変異原物質捕集性能
評価でも比較例１のフエルト状活性炭素繊維と同
程度の捕集性であり、本発明のものに比べて悪か
つた。

比較例３ナイロンステープル（直径：25μｍ）のトウが
入つた反応槽に、アクリル酸1.5部、メタクリル
酸4.5部、過硫酸アンモン0.1部、市販の還元剤
（商品名“スーパーライトＣ”）0.4部と水93.5部
からなる水溶液を入れ浴比１：10になるように浸
漬させ、80℃で60分間反応させたものを水洗し、
炭酸ナトリウムを加えて60℃で30分間置換反応を
行なつた後水洗することによつてカルボン酸基を
有するカチオン交換繊維を得た（交換容量
4.5meq／ｇ、含水度1.5）。

上記カルボン酸基を有するカチオン交換繊維を
酸で活性化後、水洗、乾燥を行なつた。次いで50
mmに切断し、公知の方法によりフエルトを作つた
（目付量300ｇ／m²、厚さ３mm）。得られたフエル
トを２ｇ秤量して水分率15重量％になるように水
を付与後、実施例１と同様に通煙テストを行なつ
た。煙吸着量は120mgと少なく、変異原物質捕集
性能評価でも、比較例１よりやや良い程度であ
り、本発明のものより悪かつた。これは、カルボ
ン酸のごとき弱酸性の基を有するカチオン交換繊
維の反応性が本発明のものより低いためである。

比較例４粒径0.5〜５mmの破砕状スルホン化炭（北炭化
学工業(株)製、スルホン酸基量1.3meq／ｇ、弱酸
性基量2.5meq／ｇ）を16メツシユの篩にかけ、
通過したスルホン化炭を目付75ｇ／m²のポリプロ
ピレン不織布上に均一にまぶした（１m²当り150
ｇの量）後、ポリプロピレン不織布（目付75ｇ／
m²）でサンドイツチ状にはさみ込んで３層構造の
フイルターを作つた。得られたフイルターをスル
ホン化炭が２ｇになるように秤量し、実施例１と
同様にして通煙テストを行なつた煙吸着量は82mg
と極めて少なく、変異原物質捕集性能評価でも比
較例１と同程度の捕集性であり、本発明のものに
比べて悪かつた。

スルホン化炭は、反応性の低い弱酸性基を含
み、スルホン酸基の容量が小さく、しかも粒状で
あるため表面積も小さいために捕集性能が劣るも
のと思われる。また、スルホン化炭は粒状である
ことから形態付与がむずかしく、均一なシートの
作製に時間を要した。

［吸着物質の測定］エチルアルコール50mlと30％アンモニア水10ml
との混合液に、テストを終了したフイルターを浸
漬し２時間振とうして濾過した。濾液を蒸発乾固
して、乾固物の重量を測定した。

吸着物量は上記処理２回で得られる濾液を集め
て蒸発乾固した合計量で評価した。

［変異原物質の測定］：Ames test 上記吸着物質をジメチルスルホキシド10mlに溶
解し、Salmonella typhimurirm TA98株と
TA100株について、それぞれPCB誘導による
S9mix、preincubation法で評価した。

【図面の簡単な説明】

第１図は、TA98株を用いた場合のプレート当
りの検体の添加量に対する変異菌の生成を示す
His⁺復帰変異数の増加を示すグラフであり、第
２図はTA100株を用いた場合のグラフである。図中、ａ，ｃ：本発明のフイルターのデータ
ー、ｂ、ｄ：活性炭素繊維フイルターのデータ
ー。

Claims

【特許請求の範囲】１１〜60重量％の水を含有するスルホン酸基を
有する架橋強酸性カチオン交換繊維からなるフイ
ルターを構成成分とし、かつ該フイルターが下記
式を満足する構造を有することを特徴とする空気
中の変異原物質捕集用フイルター。 0.0017W≦Ｈ≦0.030W ［但し、Ｗ：フイルターの目付（ｇ／m²）、Ｈ：フイルターの厚さ（mm）を示す。］