JP2009039704A - 吸着剤熱固着メッシュ生地成形方法とその製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸着剤の吸着効率を低下させずに、かつ軽量、薄地、目詰まりの少ない吸着剤含有シート状成形品を製造する装置を提供する。
【解決手段】接着剤や熱で液状となる熱融着樹脂を使わない方法で、吸着剤を溶融紡糸繊維からなるメッシュ生地に直接、熱圧着法により固着するとともに、メッシュ生地の熱変形を防止する広幅連続成形法とその製造装置からなり、吸着剤を固着後メッシュ生地を冷却し、生地に固着されなかった吸着剤を回収し再利用する。
【選択図】なし

Description

本発明は、吸着剤を含有する環境浄化材の製造方法とその製造装置である。環境浄化材には、活性炭に代表される吸着剤が一般に知られているが、実用化するには、吸着剤を処理装置内に装填か基材に固定しなければならない。その方法として液相用、気相用ともに吸着剤を吸着塔に入れる方式か吸着剤を何らかの基材に固定させるか基材内に包括させる方式である。その中の吸着剤に液体や気体を通過させて浄化する。

本発明に関連した従来の技術は、活性炭やその他の吸着剤粒子を糸集合体かシート状の繊維基材に接着させる方法による。糸集合体や不織布に代表されるシート状の繊維基材には、熱融着繊維を含む綿状の繊維集合体が用いられ、吸着剤を繊維基材に固着させる技術では、樹脂系接着剤か熱で完全に液状となる熱融着樹脂あるいは熱融着繊維がいずれも用いられる。

樹脂系接着剤や熱融着樹脂あるいはエルダーと呼ばれる熱融着繊維すなわち熱で液状になるホットメルトバインダーのいずれもが基材を構成する繊維間を接着させるだけでなく吸着剤の表面を覆ったり吸着剤の内部にも浸透するので、液体や気体を通過させる空隙の減少と有効な吸着表面積を減少する。その結果、極端な吸着性能の低下が発生し、実用上で極めて大きな欠点となっている。さらに、従来の技術では、吸着剤と基材を構成する繊維集合体が混合された形状で接着するため充填密度が高くなり、そのため吸着剤に接する液体や気体の通過が阻害されることと汚濁物質や埃で閉塞する現象が発生する問題を抱えている。このような、吸着剤の吸着効果の低下防止と閉塞低減化が解決課題である。

上記の課題を解決するために本発明は、編織された空隙率の大きなメッシュ生地を繊維基材とし、吸着剤の固着には、樹脂系接着剤や熱融着樹脂を使わずにメッシュ生地そのものの一部を溶融して使用する。吸着剤とメッシュ生地をお互いに固着させる具体的な方法は、活性炭の場合にはメッシュ生地に使用する繊維素材の溶融温度よりも高温にした吸着剤とメッシュ生地に使用した繊維素材の溶融温度よりもやや低温にしたメッシュ生地に対して熱伝導性を利用し、お互いに熱圧着で固着させて製造する成形法である。

吸着剤は、メッシュ生地に熱圧着できるものなら種類を選ばない。例えば、環境浄化処理用の活性炭では、既知のように空気清浄ではガス吸着性能を持つ気相処理用を用い、用排水処理では液相処理用を用いる。使用目的によっては、その他のナノポーラスな無機系吸着剤あるいは溶液処理用のイオン交換樹脂などを単独もしくは複数が適用できる。

この成形品は、活性炭繊維でメッシュ状に編織したものよりも、各種の優れた吸着剤を固着させることで、高性能化が期待できる。さらに、通常の不織布間に吸着剤を入れたものや、活性炭不織布を使ったものに比べれば空気や溶液の通過量が格段に優れた特徴を期待できる。例えば、この成形品（粒状活性炭（石炭系、粒度０．５〜２．４ｍｍ）とポリプロピレンモノフィラメント糸５００ｄｔｅｘの経緯織密度 １００本／１０ｃｍ）ではＪＩＳ Ｌ １０９６で規定されるフラジール型通気度試験で従来品のポリエステル製不織布の通気度を１とすれば同面積で、本成形品の通気度は３．５倍以上大きくなるので、使用中の目詰まりが格段に解消される。

公開された特許では、活性炭不織布及び活性炭シート（特公開２０００−２０２２３５）、活性炭繊維を使った製造品（特公開平７−２５１００４、特公開平８−１６４３７８、特公開２０００−２０２２３５）あるいは熱融着樹脂を使ったもので（特公開２００４−１９０１４４、ＷＯ２００２／０８１０５５、特公開２００３−１３３９０、特公開平１１−１８９２４５、ＷＯ９６／３７２８８））
活性炭やその他の吸着材粒子を糸集合体あるいはシートや繊維基材に接着させた製造品はあるが、いずれも熱融着樹脂をバインダーとして用いる。しかしながら、本発明品は、接着剤や熱融着樹脂などのバインダーが吸着剤内部に浸み込むことで発生する極端な吸着性能の低下について、使用上で極めて大きな問題となるこの種の欠点を防止するとともに熱伝導率の悪いプラスチック材でかつ薄地で空隙率の大きなメッシュ生地に対して寸法安定性や空隙率を保ちながら、短時間に吸着剤をいかにして他の材料に固定するかの技術的課題を解決したものである。

本発明は、メッシュ生地に使用する繊維の溶融温度よりも５０℃前後高めの温度で予め吸着剤自体を恒温化させ、逆にメッシュ生地を溶融温度よりも１０℃〜３０℃以下で予め恒温化させた後に、吸着剤とメッシュ生地を接触させることで熱を高温側から低温側に伝導させて短時間にメッシュ生地表面に吸着剤を熱融解固着させるとともに連続的に成形品にする。

具体的な製造段階では、吸着剤をポリエチレン繊維では１５０〜１６０℃、ポリプロピレン繊維では２００〜２１０℃、ポリエステル繊維やナイロン繊維では３００℃に予め溶融温度よりも高めに恒温化し、メッシュ生地の温度は、ポリエチレン繊維では１００℃、ポリプロピレン繊維では１４０℃、ポリエステル繊維やナイロン繊維では２３０℃に恒温化するのが望ましい。

その他に、金属繊維や活性炭繊維をメッシュ生地用に使用した時には、イオン交換樹脂などの樹脂系吸着剤が固着対象となるが、この場合にはメッシュ生地を吸着剤よりも高温に恒温化し、吸着剤はその性能を保持する温度以下の低温に恒温化して熱伝導により熱圧着成形することが可能である。

通常、この製造法では、吸着剤及びメッシュ生地の温度管理が最も重要となる。吸着剤の温度が極端に高くなると、メッシュ生地を溶融させるとともに吸着剤をメッシュ生地に固着出来なくなる。逆に吸着剤の温度が極端に低くなると吸着剤がメッシュ生地と接触する時、熱の移動からメッシュ生地の表面温度がその素材の溶融温度よりも低下して吸着剤を熱固着ができない現象が発生する。さらに、メッシュ生地に対しても、その生地素材の溶融温度よりも高温では熱溶解してメッシュ形状が保たれない現象と逆に溶融温度以下でも過収縮など熱変形が発生するので、これらの問題点を適正に解決する製造装置の工夫が必要である。イオン交換樹脂が対象となるが、メッシュ生地が耐熱性素材や溶融温度が無い素材の場合には熱圧着時に吸着剤の表面の一部を溶かしてメッシュ生地に固着させる。熱伝導を利用する方法では、いずれも同じである。

さらに、この製造法は、活性炭の再生賦活段階や活性炭製造工程の最終段階で高温になっている活性炭を使用して、同様な成形品を製造することも可能であり、省エネルギー化が図れる。

本発明により製造される成形品の形状を図１に示す。本発明で吸着剤熱固着メッシュ生地成形品を連続的に製造するときの装置とそれを構成する機械要素を図２の断面図と図３の正面図に示す。図２に示す符号の１２は、成形品の基布として装置へ供給されるメッシュ生地である。メッシュ生地はシリンダー（２２）で送り出される。なお、シリンダー（２２）表面は、ガラス繊維などの耐熱性素材のクッション材（３２）を使って覆っている。クッション材（３２）は、吸着剤（４２）が破壊されないためとメッシュ生地（１２）に吸着剤（４２）が圧着される時に吸着剤（４２）がメッシュ生地（１２）の溶融温度以下に低下しない工夫をするために利用している。クッション材（３２）の表面温度は、温度調節付き送風ファン（１４２）を設置することで、メッシュ生地（１２）が熱で溶融しないようにする。吸着剤（４２）は、予め加熱乾燥機（７２）内で温度調節によって所定の温度に恒温化されたものを金属製ベルトコンベアー（５２）で、メッシュ生地（１２）の接触点まで送られる。円筒シリンダー（２２）真下の位置で吸着剤（４２）とメッシュ生地（１２）が熱圧着される。このときに、円筒シリンダー（２２）で送られるメッシュ生地（１２）と金属ベルトコンベアー（５２）で送られる吸着剤（４２）の送り速度は同一が望ましい。吸着剤を固着させたメッシュ生地で表面に熱固着されなかった吸着剤は、刷毛（１３２）で取り除く。取り除いた吸着剤（４２）は、金属製ベルトコンベアー（５２）の上に残った吸着剤と一緒にして、逆方向に動いている金属製ベルトコンベアー（６２）で再び加熱乾燥機（７２）の中に設置されたホッパー（９２）に集める。ホッパー（９２）内に集めた吸着剤（４２）は、加熱乾燥機内のチェーンコンベアー（１１２）に取り付けてあるスコップ（１０２）ですくい上げられ、再度、金属製ベルトコンベアー（５２）に落とされる段階で所定の温度まで恒温にする。次に加熱乾燥機（７２）内の厚み調整用ブレード（１２２）で所定の厚みとして再度、メッシュ生地（１２）の熱圧着位置まで供給される。

本装置には、シリンダー（２２あるいは２３）と二対ローラー（１６２）の両縁の円周上には、図３に示すように所定の長さに調節できる金属製のピン（１７３）がはめ込まれ、張力を与えた状態でメッシュ生地を連続的に固定するので熱による過収縮を防止することができる。なお、冷却用ファン（１５２）は、吸着剤固着メッシュ生地成形品を冷却することで、より高い寸法安定性を与えているが、メッシュ生地をシリンダー（２２）に送るときの温度設定が寸法安定性と吸着剤固着には最も重要なファクターとなる。

本発明品は、環境浄化用として用排水処理あるいは空気清浄処理に使用することを主目的としている。浄水器などの用水処理に本発明品を使用して汚濁物質を除去する場合には、スパイラル状に本品を巻き上げ円筒状として、その両端上下は閉塞させる。処理する用水は中心部から外周方向に向かって側面方向に流す方法が最もよい。吸着剤は液相用活性炭をメッシュ生地に適用させる。工業廃水に本製造品を使用する場合には、廃液中の有用微生物を吸着剤に担持生育させることができる。重ねて用いるカスケード使用が最も効率が良い。吸着材は液相用活性炭をメッシュ生地に適用させる。

エアコン用空気清浄フィルターに本製造品を使用する場合には、二枚のシートで組み合わせるのが良く、内側に吸着剤層を重ね併せ両外側にはメッシュ生地層とする使い方が最もよい。本製造品は両面のうち、片側に吸着剤が担持されており、反対側は、メッシュ生地であるため、電気掃除機や刷毛で埃などを容易に吸引除去できるか払い落すことができる。

室内の内装材用として本製造品を使用することが可能である。吸着剤としては、ホルムアルデヒド、トルエンなどのＶＯＣ吸着効果のあるものを選定してメッシュ生地に熱固着させる。

なお、吸着剤を熱固着させたメッシュ生地の表面を保護し、あるいはメッシュ生地に対してより一層の寸法安定性を付加するために、樹脂で形状を補強もしくは表面の一部をコーティングする場合には、その樹脂は多孔質形状のもの、あるいはガス並びに溶液中の溶解物質を透過できるものを選定して使用しなければならない。

発明の効果

従来のホットメルトタイプの熱融着樹脂と吸着剤を接着させる方法から、本発明に関するメッシュ生地の適用及び熱圧着固着法に変えることで処理対象物質の通過時に発生する閉塞現象の低減化と吸着剤本来の性能を十分に引き出せるとともに、薄地で広い面積の連続成形品が製造可能となり、使用用途の拡大が期待される。

実施例１
粒状活性炭／ポリプロピレンメッシュ生地成形品：ポリプロピレンモノフィラメント糸（５００ｄｔｅｘ）を用いたメッシュ生地（経緯の織密度 １００本／１０ｃｍ、製経幅９１ｃｍ）に、吸着剤として液相用の粒状活性炭（市販品：石炭系、粒度０．５〜２．４ｍｍ（８〜３２メッシュ））を適用し、図１の形状で、図２及び図３に示した装置を使って製造した。熱シリンダーから送り出されるメッシュ生地は１４０℃、ベルトコンベアーから送り出される吸着剤の温度は２１０℃とし、メッシュ生地及びベルトコンベアーの送り速度は３ｍ／分の条件である。本発明法を適用することで、メッシュ生地に使用したポリプロピレンの表面の一部が熱溶融して活性炭を固着するとともに活性炭の大部分を露出させることができ、かつ大きな空隙率を持っていることを実体顕微鏡の５０倍〜２００倍拡大で確認した。

実施例２
実施例１の本発明品を工業廃水の最終排出口に設置して処理効果を調べるためのモデル試験をした。実施例として糸染工場から染色工業廃液の一部を取り出して適用した。本成形品を耐食性のある金属枠（この例ではＳＵＳ３０４を適用した。大きさは、３０×６０ｃｍで金属枠（１ｃｍ幅）に固定した）に組み込んだシート状のものを排水溝内部に、連続して５枚をセット出来るようにした。処理前の染色廃液をこの５枚のシートを通過させて処理液とした。流量は、３０ｃｍ×３０ｃｍの最終排出口で１リツトル／分に調整した。初期では、染色工業廃水のＣＯＤ値として２３０ｐｐｍが１枚の吸着剤含有シートを通過後にはＣＯＤが１４０ｐｐｍ（約６０％）に低下し、２枚目の吸着剤含有シートを通過後にはＣＯＤが７０ｐｐｍ（約７０％除去）に低下し、３枚目の吸着剤含有シートを通過後にはＣＯＤが４６ｐｐｍ（約８０％除去）に低下し、最終５枚目の吸着剤含有シートを通過後にはＣＯＤが２２ｐｐｍ（約９０％除去）に低下する処理効果が得られた。染色廃液の脱色率は、目視で５枚シートを通過した後には、無色で透明色を呈していた。

実施例３
エアコン用空気清浄フィルター：既設のエアコン用空気清浄フィルター（シャープ製形式ＡＺ−Ｃ５５Ｆ）の枠から既存のフィルターを取り除き、その寸法形状に合わせ切り取った本発明品（吸着剤：気相用ヤシ殻粒状活性炭４．７５〜２．３６ｍｍ（４〜８メッシュ））を取り付けて使用したところ、１ヶ月の使用でも表面の埃の付着状態が従来のフィルター使用の場合よりも少ないことを目視で観察でき、市販の家庭用電気掃除機で表面の埃を容易に吸引除去できた。この方法は、他メーカー製にも適用することが可能である。例えばナショナル製エアコン用空気清浄フィルターＣＺ−ＣＷＤ８でも同様に使用できる。なお、この活性炭フィルターは、上記〔００１６〕で示したように、二枚のシートを内側に活性炭層を両外側にはメッシュ生地層とするのが最良である。

本発明に係る成形品を例示する平面図。 本発明に係る製造装置の断面図。 本発明に係る製造装置の正面図。

符号の説明

１２、１３ メッシュ生地。 ２２、２３ 円筒シリンダー。 ３２ クッション材。 ４２ 接着剤。 ５２ 金属製ベルトコンベアー。 ６２、６３ 金属製ベルトコンベアー。 ７２、７３ 加熱乾燥機。 ８２ 加熱乾燥機開閉蓋。 ９２ ホッパー。 １０２ スコップ。 １１２ チェーンコンベアー。 １２２ 幅及び厚み調整用ブレード。 １３２、１３３ 未固着吸着剤除去用刷毛。 １４２ 温度調節付き送風ファン。 １５２ 冷却用ファン。 １６２ ピン付き二対ローラー。 １７３ メッシュ生地固定用金属ピン。

Claims (2)

1. 吸着剤を編織したメッシュ生地に熱圧着により固着させる成形方法
2. 請求項１の成形品を次の第１工程、第２工程、第３工程、第４工程、第５工程を経て製造することを特徴とする機械装置
   第１工程：メッシュ状の編織生地を回転する円筒シリンダー両端で固定しながら供給するとき熱変形を防止するとともに所定の温度にすることを特徴とする工程
   第２工程：吸着剤を所定の温度にした後に規定の厚さ及び幅で層積してベルトコンベアーにより連続的に送り出す工程
   第３工程：回転する円筒シリンダー上で所定の温度にしたメッシュ生地と所定の温度で積層してベルトコンベアーで搬送した吸着剤を接触させ溶融と圧着により吸着剤とメッシュ生地が固着する工程
   第４工程：吸着剤を固着したメッシュ生地が所定の温度まで冷却した後、固着されなかった吸着剤をメッシュ生地から除去する工程
   第５工程：メッシュ生地から除去された無固着の吸着剤をベルトコンベアーにより回収して恒温装置に搬送し第２工程で再利用できる工程

Images