JPH073036A - 機能性材料及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 機能性粉体の機能が損なわれないように、し
かも容易に脱落しないように機能性粉体が固定されてい
る機能性材料及びその製造方法を提供すること。 【構成】 バインダーとミクロフィブリルセルロースと
からなる混合物によって、多孔質体に機能性粉体が固定
されていること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、脱臭剤や触媒などの機
能性粉体を含む機能性材料及びその製造方法に関する。
詳細には機能性粉体の機能が損なわれないように、しか
も容易に脱落しないように機能性粉体が固定されている
機能性材料及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
脱臭機能、オゾン分解機能、触媒機能、濾過機能などの
特定の機能を有する粉体を、不織布や布地、発泡体など
の多孔質体に付着させた機能性材料が知られている。こ
れらの機能性材料は表面積の大きな多孔質体に機能性粉
体を付着させることで、多孔質体を通過する、あるいは
多孔質体と接触する物質に対して、機能性粉体の機能を
最大限に利用できるようにすることを目的としている。
例えば二酸化マンガンなどのオゾン分解機能を持つ粉体
を不織布などの多孔質体に付着させておけば、不織布を
通過する気体に含まれるオゾンを二酸化マンガンにより
効率よく分解することができる。

【０００３】従来、機能性粉体を多孔質体に付着して機
能性材料を製造する方法としては、バインダーや接着性
繊維を介して機能性粉体を多孔質体に付着する方法が知
られている。バインダーにより機能性粉体を多孔質体に
付着する方法では、バインダー中に粉体を分散し、バイ
ンダーを多孔質体に含浸またはコーティングする方法が
取られている。このため、機能性粉体の表面がバインダ
ーにより覆われて機能が低下する場合があった。

【０００４】一方、接着性繊維を用いた場合には、粉体
と接着繊維とが一点で接触して付着するので、機能性粉
体の大部分が利用できるが、粉体を多量に付着させるこ
とが難しく、また粉体の脱落も起き易いという欠点があ
った。更には、粉体を接着性繊維の表面にしか付着させ
ることができないため、使用する多孔質体自体が繊維を
多量に使用できるものに限定され、このような多孔質体
では温度の高い雰囲気では使用できないという問題もあ
った。

【０００５】本発明は、このような課題に鑑みなされた
ものであり、機能性粉体の機能が損なわれないように、
しかも容易に脱落しないように機能性粉体が固定されて
いる機能性材料及びその製造方法を提供することを目的
とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するため、請求項１記載の発明にあっては、バインダー
とミクロフィブリルセルロース（以下ＭＦＣという）と
からなる混合物によって、多孔質体に機能性粉体が固定
されていることを特徴とする機能性材料をその要旨とし
た。

【０００７】請求項２記載の発明は、バインダーとＭＦ
Ｃとポリテトラフルオロエチレン（以下ＰＴＦＥとい
う）とからなる混合物によって、多孔質体に機能性粉体
が固定されていることを特徴とする機能性材料をその要
旨とした。

【０００８】請求項３記載の発明は、混合液中のＰＴＦ
Ｅがフィブリル化されていることを特徴とする機能性材
料をその要旨とした。

【０００９】請求項４記載の発明は、機能性粉体とバイ
ンダーとＭＦＣとを含む混合液を多孔質体に付与し、乾
燥することを特徴とする機能性材料の製造方法をその要
旨とした。

【００１０】請求項５記載の発明は、機能性粉体とバイ
ンダーとＭＦＣとＰＴＦＥとを含む混合液を多孔質体に
付与し、乾燥することを特徴とする機能性材料の製造方
法をその要旨とした。

【００１１】請求項６記載の発明は、混合液中のＰＴＦ
Ｅをフィブリル化することを特徴とする機能性材料の製
造方法をその要旨とした。

【００１２】以下に、本発明の機能性材料及びその製造
方法を詳細に説明する。まず、請求項１記載の機能性材
料について説明する。この機能性材料は、バインダーと
ＭＦＣとからなる混合物によって、多孔質体に機能性粉
体を固定したものである。機能性粉体としては、吸着、
脱臭、分解などの機能を有する粉体が使用され、例え
ば、オゾン分解シートに用いられる「二酸化マンガ
ン」、「二酸化チタン」、「二酸化ケイ素」、「二酸化
ジルコニウム」などの金属酸化物やその複合酸化物アン
モニア臭を脱臭する脱臭シートに用いられる「活性
炭」、「ゼオライト」、「セラジット」、「セピオライ
ト」、タバコ臭、イオウ酸化物、窒素酸化物を除去する
除去シートに用いられる「活性炭」、チオール、硫化水
素を除去する除去シートに用いられる「ゼオライト」、
野菜などから発生するエチレンガスを除去する鮮度保持
シートに用いられる「セピオライト」、「ゼオライ
ト」、酒の濾過シートに用いられる「チタン酸カリウ
ム」、醤油中の液体吸着濾過シートに用いられる「セピ
オライト」、あるいはイオン交換樹脂や微生物吸着能を
有する樹脂の樹脂粉体などを挙げることができる。

【００１３】多孔質体としては従来より多孔質材料とし
て知られたどんなものでも使用することができ、多孔質
体の素材、密度、大きさ、形状、孔の数、孔の大きさな
どは、上記機能性材料の用途に応じて適宜選択して使用
することができる。例えば一般に多孔質材料として知ら
れたものとして、不織布、織物、編物、多孔性のプラス
チックフィルム、発泡体などがある。その他、特殊な用
途に用いるため製造された多孔質体として、粒度調整さ
れたガラスビーズ等の粒体を点接着して所定形状に成形
したもの、その炭化物、或いは植物や動物の組織をその
まま利用し、これを炭素化したものなどもある。とく
に、不織布は表面積が大きく、かつ被処理液体の通過の
際の抵抗が低いため、不織布の構成繊維表面に付着した
機能性粉体の機能を効率よく利用できるので良い。この
多孔質体に前記機能性粉体がバインダーとＭＦＣとから
なる混合物によって固定されているのである。

【００１４】バインダーは、機能性粉体間、機能性粉体
とＭＦＣとの間、機能性粉体と多孔質体との間、ＭＦＣ
と多孔質体との間に被膜を形成してこれらを接着し固定
するものであり、その好ましい例としては、アクリル酸
エステル系樹脂、ＮＢＲ、ＳＢＲ、塩化ビニル系樹脂、
エチレン−酢酸ビニル系共重合体、エチレン−塩化ビニ
ル−酢酸ビニル系共重合体などの合成樹脂バインダー、
アルミナゾル、シリカゾル、スメクタイト、セピオライ
ト、ケイ酸アルミニウムなどの無機系バインダーなどを
挙げることができる。

【００１５】ＭＦＣとは、平均織度０．１μｍ以下の微
小繊維状セルロースをいう。ＭＦＣとしては、例えばパ
ルプを原料とし、その木質セルロースのフィブリルを叩
解し、ミクロフィブリル間の水素結合を物理的に破壊し
て、ミクロフィブリルに近い状態としたものや微生物に
よって創製されるバイオフィブリルセルロースなどがあ
る。このＭＦＣはミクロフィブリル表面に水酸基などの
官能基を有しており、この官能基の水素結合による強力
な接着力で機能性粉体を固定している。また、ＭＦＣの
ミクロフィブリルの絡合力による機能性粉体の固定も行
われている。更に、バインダーが被膜を形成して接着す
る時に、ＭＦＣのミクロフィブリルが３次元的なネット
状構造を作り、その中に機能性粉体を取り込み、高い空
隙を作り出すので、機能性粉体表面がバインダー被膜に
よって被覆されることがない。

【００１６】このように、本発明の機能性材料は、バイ
ンダーの接着力と、ＭＦＣのミクロフィブリルの結合
力、絡合力とによって、機能性粉体が多孔質体に確実に
固定されている。また、その一方でＭＦＣのミクロフィ
ブリルが機能性粉体を取り込んで３次元的なネット状構
造を作り出すので、機能性粉体表面がバインダーの被膜
によって覆われしまうことがなく、機能性粉体の機能が
損なわれていない。

【００１７】次に、請求項２記載の機能性材料について
説明する。この機能性材料は、バインダーとＭＦＣとＰ
ＴＦＥとからなる混合物によって、多孔質体に機能性粉
体を固定したものである。尚、多孔質体、機能性粉体、
バインダー、ＭＦＣについては前述したので、ここでの
説明は割愛する。ＰＴＦＥは低摩擦特性を有しているの
で、このＰＴＦＥを含む混合物は亀裂が発生し難くなっ
ている。

【００１８】尚、この機能性材料において、ＰＴＦＥは
フィブリル化されていてもいなくてもいずれでもよい
が、ＰＴＦＥがフィブリル化されている場合には、バイ
ンダーの接着力、ＭＦＣの結合力、絡合力に、ＰＴＦＥ
のミクロフィブリルによる機能性粉体への絡合力も加わ
って、より強力な機能性粉体の固定がなされるようにな
る。また、ＰＴＦＥのミクロフィブリルによってバイン
ダーと機能性粉体との間には空隙が保持されるので、Ｍ
ＦＣとともに機能性粉体の機能発現に起因する有効表面
が確保されるようになる。

【００１９】次に、請求項４記載の機能性材料の製造方
法について説明する。本発明の機能性材料の製造方法は
機能性粉体とバインダーとＭＦＣとを含む混合液を多孔
質体に付与し、乾燥することを特徴としている。尚、多
孔質体、機能性粉体、バインダー、ＭＦＣについては前
述したので、ここでの説明は割愛する。まず、機能性材
料の用途に応じて機能性粉体の種類、平均粒径等を選択
する。機能性粉体の平均粒径は特に限定されるものでは
ないが、余りに大きいと機能性粉体が多孔質体に均一に
分散した状態に固定できなくなると共に、機能性粉体の
単位重量当りの接触面積が小さくなり、多孔質体内部を
通過したり、接触したりする物質に対して機能性粉体の
機能が充分に発揮されなくなる。この機能性粉体にＭＦ
Ｃを加えて攪拌し混合した後、水を加えてエマルジョン
の形態としたバインダーを加え、更に攪拌し混合して混
合液とした。

【００２０】この混合液におけるバインダー量（固形分
量）としては機能性粉体の容量１００に対して１〜５０
容量部、好ましくは５〜３０容量部である。この範囲よ
りもバインダー量が少ない場合には、機能性粉体の充分
な接着ができず、製造時或は使用時に脱落を生じる恐れ
がある。一方、この範囲よりもバインダー量が多い場合
には、バインダーにより粉体表面が覆われてしまい、機
能性粉体の機能が充分に発現しなくなる。また混合液の
流動性がなくなり、多孔質体へのスムーズな付与ができ
なくなる恐れが生じることになり、しかも混合液中の機
能性粉体量が少なくなる。また、ＭＦＣ量は機能性粉体
の容量１００に対して１〜３０容量部、好ましくは５〜
１０容量部である。この範囲よりもＭＦＣ量が少ない場
合には、ＭＦＣによる機能性粉体の結合、絡合、空隙の
保持といった効果が期待できなくなり、多い場合には混
合液の流動性がなくなり、取り扱い性が悪くなる。

【００２１】また混合液における水の量としては、機能
性粉体の種類によっても異なるが、機能性粉体の重量に
対して０．５〜１０倍の重量分に相当する量が望まし
い。これより水の量が少ないと、得られる混合液の粘度
が高くなって、多孔質体への付与が難しくなり、これよ
り水の量が多いと、実質的に多孔質体に固定させる機能
性粉体の量が少なくなり所望の効果が得られなくなる。
機能性粉体を多孔質体の構成材料の表面に固定させたい
場合には、水の量を０．５〜１０倍量、特に１〜５倍量
とするのがよく、多孔質体の構成材料間の空隙にも固定
させたいときには、水の量を０．５〜５倍量、特に０．
５〜３倍量として混合液の流動性を低くするとよい。

【００２２】上記割合で機能性粉体、バインダー、ＭＦ
Ｃを加えて混合液とした後、これを多孔質体に付与する
のである。混合液の付与には、含浸、コーティング、ス
プレーなどの手法を採ることができる。これらの付与手
段により混合液は多孔質体全体に均一に分散した状態で
付与され、この後、これを自然乾燥、または強制乾燥す
ることによって、水分が蒸発し、多孔質体の表面及び内
部に機能性粉体がバインダーとＭＦＣとからなる混合物
によって固定されるのである。

【００２３】次に、請求項５記載の機能性材料の製造方
法について説明する。本発明の機能性材料の製造方法
は、前記請求項４記載の製造方法で用いた混合液の成分
に更にＰＴＦＥを加えてこれを多孔質体に付与し乾燥す
ることを特徴としている。ＰＴＦＥは低摩擦特性を有し
ており、このＰＴＦＥを混合液中に含ませることで、混
合液は機能性粉体とバインダーとＭＦＣとを含む混合液
の場合よりも流動性が高くなる。このため、流動性との
関係から混合液への配合量が制限されるＭＦＣ量を増加
させることができ、ＭＦＣによる機能性粉体の固定、空
隙の確保といった効果を高めることができる。また、混
合液の成分にＰＴＦＥを加えることで流動性が高くな
り、混合液を多孔質体により一層付与しやすくなり、し
かもこれを乾燥したときに、多孔質体に固定した混合物
に亀裂が発生し難くできる。

【００２４】このＰＴＦＥは、粉体の形態で混合液へ加
えてもよいが、混合液への均一な分散を容易にするため
ディスパージョンの形態で加えるほうがよく、水を加え
た機能性粉体にＰＴＦＥディスパージョンを加え、更に
ＭＦＣを加えて攪拌混合した後、バインダーエマルジョ
ンを加え、更に攪拌混合してペースト状の混合液とす
る。尚、混合液の調合は上記の如く粉体→ＰＴＦＥディ
スパージョン→ＭＦＣ→バインダーエマルジョンの順で
もよいが、粉体→バインダーエマルジョン→ＰＴＦＥデ
ィスパージョン→ＭＦＣの順で調合することもできる。
この調合順の違いは混合液の凝集状態、特に凝集の大き
さを左右し、機能性粉体の固定状態や機能性粉体により
処理される被処理物質との接触状態に影響を与えること
になる。

【００２５】この混合液におけるＰＴＦＥ量としては機
能性粉体の容量１００に対して０．１〜７０容量部、好
ましくは０．５〜２０容量部である。この範囲よりもＰ
ＴＦＥ量が多い場合には増量した分だけの実効が得られ
ず不経済となり、この範囲よりも少ない場合にはＰＴＦ
Ｅを加えたことによる機能性粉体の絡合、機能性粉体と
の間の空隙の保持といった効果が期待できなくなる。

【００２６】尚、混合液中のＰＴＦＥをフィブリル化し
た場合、ＰＴＦＥのミクロフィブリルは機能性粉体を絡
合しこれを保持して、より強力な機能性粉体の固定がな
されるようになる。加えてＰＴＦＥのミクロフィブリル
によってバインダーと機能性粉体との間には空隙が保持
され、ＭＦＣとともに機能性粉体の機能発現に起因する
有効表面が確保されるようになる。ＰＴＦＥのフィブリ
ル化は、攪拌混合した後に混練工程を設けることによ
り、あるいは各成分を混合する過程で行うことができ、
フィブリル化のための装置としては、従来より知られた
混合攪拌機、ニーダー、ボールミル、バンバリーミキサ
ー、ロールミキサー、スクリューミキサー等を用いるこ
とができる。また、ＰＴＦＥをフィブリル化する場合に
は、混合液中にメタノール、エタノール、イソプロピル
アルコール、エチレングリコール、グリセリン、エチル
セロソルブなどを加えてフィブリル化を促進することも
できる。

【００２７】

【実施例】

実施例１ 二酸化マンガン（ＤＥＮＭＡＮ ＲＢ−Ｓ 三井金属工
業株式会社製）に水を加えた後、ＰＴＦＥ（Ｄ−１ デ
ィスパ−ジョン（固形分濃度６０ｗｔ％） ダイキン工
業株式会社製）を二酸化マンガン１００容量部に対して
２０容量部（固形分量）と、ＭＦＣ｛「セリッシュ Ｋ
Ｙ−１００Ｓ ダイセル化学工業株式会社製」を２％ゲ
ル水溶液に調整したもの、及び「セリッシュ ＫＹ−１
００Ｌダイセル化学工業株式会社製」を５％ゲル水溶液
に調整したもの｝を１０容量部（固形分量）加え、ラボ
スターラーで５分間攪拌混合した後、バインダーエマル
ジョン（スミカフレックス８５０ 住友化学株式会社製
（酢酸ビニル−エチレン−塩化ビニル系））を２０容量
部（固形分量）加えてラボスターラーで５分間攪拌混合
しペースト（水／二酸化マンガン≒１）を作製した。

【００２８】ポリエチレン成分とポリプロピレン成分と
からなるサイド−バイ−サイド型複合繊維を抄造した繊
維ウェブを１５０℃のカレンダーに通して、熱接着した
目付１５ｇ／ｍ² の不織布に前記ペーストをコーティン
グし、これをドライヤーを用い、１３０℃の温度で１０
分間乾燥しオゾン分解シートを得た。

【００２９】実施例２ ＰＴＦＥを加えず、ＭＦＣを二酸化マンガン１００容量
部に対して１０容量部（固形分量）、バインダーエマル
ジョンを２０容量部（固形分量）加えてペーストを作製
したこと以外は実施例１と同じ方法でオゾン分解シート
を得た。

【００３０】比較例１ 二酸化マンガン１００容量部に対してＰＴＦＥを２０容
量部（固形分量）、バインダーエマルジョンを２０容量
部（固形分量）加えてペーストを作製した以外は、実施
例１と同じ方法でオゾン分解シートを得た。

【００３１】比較例２ 二酸化マンガン１００容量部に対してバインダーエマル
ジョンを２０容量部（固形分量）加えてペーストを作製
した以外は、実施例１と同じ方法でオゾン分解シートを
得た。

【００３２】上記実施例１、実施例２、比較例１、及び
比較例２について初期オゾン分解率と３０分後のオゾン
分解率を調べ、これを図１に示した。尚、オゾン分解率
の測定は以下の方法により行った。

【００３３】（オゾン分解率の測定方法）オゾン分解シ
ートを１０ｍｍ×７５ｍｍい裁断した試験片をメッシュ
（日石コンウェドネットＮｏ．３３３０）と共にガラス
棒に巻き、ガラス管に入れて測定セルを形成する。オゾ
ン濃度自動制御装置（荏原実業株式会社製）を用いて、
オゾン濃度１０ｐｐｍのオゾンを発生させ、これを流量
２リットル／分で測定セルに通し、通過後のオゾン濃度
を測定してオゾン分解率を求めた。ただし、測定は温度
２５℃で行った。

【００３４】比較例２のシートは、３０分後のオゾン分
解性能が半分以下になりオゾン分解に寄与する粉体表面
が減少していることが解る。しかし実施例２のグラフに
示すように、ＭＦＣを１０容量部添加するだけで６０％
近い性能が維持され、実施例１のグラフのようにＰＴＦ
Ｅを添加することで比較例２と比べると高い性能が維持
されていることが解る。これはバインダーが被膜を作っ
て接着する時にＭＦＣが３次元的なネット状構造を作
り、その中に粉体を取り込み高い空隙を作り出して、粉
体表面がバインダーで被覆されてしまわないようになっ
ているからと考えられる。また、比較例１のシートは、
オゾン分解性能は維持されておらず比較例２のシートと
あまり変わらなかった。これは比較例１のシート中のＰ
ＴＦＥがほとんどフィブリル化されておらず、粉体の周
りに空隙を保持するという効果が充分に発揮されていな
いからと思われる。

【００３５】

【発明の効果】上記構成を備えたことにより、請求項１
記載の機能性材料にあっては、バインダーの接着力と、
ＭＦＣのミクロフィブリルの結合力、絡合力とによっ
て、機能性粉体が多孔質体に固定されて機能性粉体の脱
落が確実に防止され、しかもＭＦＣのミクロフィブリル
が３次元的なネット状構造を作り出し、その中に粉体を
取り込み高い空隙を保持するので、機能性粉体表面がバ
インダーの被膜によって覆われしまうことがなく、機能
性粉体の機能が損なわれない。

【００３６】請求項２記載の機能性材料にあっては、混
合物中にＰＴＦＥが含まれており、混合物における亀裂
の発生が防止されている。

【００３７】請求項３記載の機能性材料にあっては、混
合物中のＰＴＦＥがフィブリル化されているので、バイ
ンダーの接着力、ＭＦＣの結合力、絡合力に、ＰＴＦＥ
のミクロフィブリルによる機能性粉体への絡合力も加わ
って、より強力な機能性粉体の固定が実現でき、しかも
ＰＴＦＥのミクロフィブリルによってバインダーと機能
性粉体との間には空隙が保持されるので、ＭＦＣととも
に機能性粉体の機能発現に起因する有効表面が確保され
る。

【００３８】請求項４記載の機能性材料の製造方法にあ
っては、機能性粉体の脱落が確実に防止され、かつ機能
性粉体の機能発現に起因する有効表面が確保された機能
性材料を得ることができる。

【００３９】請求項５記載の機能性材料の製造方法にあ
っては、混合液の成分にＰＴＦＥを加えてこれを多孔質
体に付与し乾燥するようにしたので、混合液は機能性粉
体とバインダーとＭＦＣとを含む混合液の場合よりも流
動性が高くなり、流動性との関係から混合液への配合量
が制限されるＭＦＣ量を増加させることができ、ＭＦＣ
による機能性粉体の固定、空隙の確保といった効果を更
に高めた機能性材料を得ることができる。また、混合液
の成分にＰＴＦＥを加えることで流動性が高くなり、混
合液を多孔質体により一層付与しやすくなり、しかもこ
れを乾燥したときに、多孔質体に固定された混合物に亀
裂が発生し難くできる。

【００４０】請求項６記載の機能性材料の製造方法にあ
っては、ＰＴＦＥをフィブリル化するので、ＰＴＦＥの
ミクロフィブリルが機能性粉体を絡合しこれを保持し
て、より強力な機能性粉体の固定がなされると共に、Ｐ
ＴＦＥのミクロフィブリルによってバインダーと機能性
粉体との間には空隙が保持され、ＭＦＣとともに機能性
粉体の機能発現に起因する有効表面が確保された機能性
材料を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１、実施例２、比較例１、及び比較例２
について初期オゾン分解率と３０分後のオゾン分解率と
を示したグラフ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バインダーとミクロフィブリルセルロー
   スとからなる混合物によって、多孔質体に機能性粉体が
   固定されていることを特徴とする機能性材料。
2. 【請求項２】 バインダーとミクロフィブリルセルロー
   スとポリテトラフルオロエチレンとからなる混合物によ
   って、多孔質体に機能性粉体が固定されていることを特
   徴とする機能性材料。
3. 【請求項３】 混合物中のポリテトラフルオロエチレン
   がフィブリル化されている事を特徴とする請求項２記載
   の機能性材料。
4. 【請求項４】 機能性粉体とバインダーとミクロフィブ
   リルセルロースとを含む混合液を多孔質体に付与し、乾
   燥することを特徴とする機能性材料の製造方法。
5. 【請求項５】 機能性粉体とバインダーとミクロフィブ
   リルセルロースとポリテトラフルオロエチレンとを含む
   混合液を多孔質体に付与し、乾燥することを特徴とする
   機能性材料の製造方法。
6. 【請求項６】 混合液中のポリテトラフルオロエチレン
   をフィブリル化することを特徴とする請求項５記載の機
   能性材料の製造方法。