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発明の名称 吸水性素材
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−44276
公開日 平成10年(1998)2月17日
出願番号 特願平8−219380
出願日 平成8年(1996)7月31日
代理人
発明者 中山 辰夫 / 大槻 文英
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 繊維径5μm以下の繊維を主体とする吸水層と、粉体と接着剤とを主体とする保型層とを有することを特徴とする、吸水性素材。
【請求項2】 吸水層が繊維径3μm以下の繊維を主体としていることを特徴とする、請求項1記載の吸水性素材。
【請求項3】 吸水層を構成する繊維が親水性かつ耐水性の繊維であることを特徴とする、請求項1又は請求項2記載の吸水性素材。
【請求項4】 親水性かつ耐水性の繊維が無機酸化物を主成分とすることを特徴とする、請求項3記載の吸水性素材。
【請求項5】 接着剤が親水性かつ耐水性であることを特徴とする、請求項1〜請求項4のいずれかに記載の吸水性素材。
【請求項6】 粉体と接着剤との質量比率が95:5〜50:50であることを特徴とする、請求項1〜請求項5のいずれかに記載の吸水性素材。
【請求項7】 見掛密度が0.35〜0.9g/cm3であることを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれかに記載の吸水性素材。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は吸水性に優れた素材に関する。より詳細には、加湿器の加湿材、気化熱を利用して空気を冷やすための水を供給できる空冷材、押し入れや流し台や床下などの除湿材、冷蔵庫やハウス栽培などにおける調湿材、コンクリートなどの養生シート、土中水の排水材・保水材・拡散材、結露防止材、栽培用吸水材、植生の吸水材、芳香剤の芯材、鮮度保持材などとして使用可能な素材に関する。
【0002】
【従来の技術】加湿器用の加湿材として、例えば、実公平6−8420号は無機繊維を主体としたペーパーを積層したものを開示し、そのペーパーを積層するために、無機系の接着剤を使用可能であることを開示し、また、硬化剤として多孔質粉末を添加できることを開示し、更には、材料の密度が0.05〜0.30g/cm3であることを開示している。
【0003】一般的に、加湿器用の加湿材には保型性が必要であるが、上記のような密度範囲において、保型性をもたせるためには、ペーパー全体に接着剤などを含浸する必要がある。しかしながら、ペーパー全体に接着剤などを含浸すると、吸水速度や吸水能などの吸水性が悪くなるため、急速な加湿が困難であったり、給水タンクの大型化を招き、加湿器の小型化を妨げるなどの弊害が生じやすい。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、保型性、吸水性ともに優れた素材を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の吸水性素材は、繊維径5μm以下の繊維を主体とする吸水層と、粉体と接着剤とを主体とする保型層とを有するものであり、吸水層の毛細管現象による、優れた吸水性を示す。また、保型層により保型性にも優れている。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の吸水性素材の吸水層は、主として、吸水する層であり、吸水性素材の表面層を構成する場合には、放湿層としても作用できる。この吸水層には保型層を構成している粉体や接着剤が存在していないため、毛細管現象による吸水性に優れている。そのため、吸水層は毛細管現象による吸水速度や吸水能が優れるように、繊維径5μm以下の繊維を主体としている。好適には繊維径が4μm以下、最も好ましくは3μm以下の繊維を主体として、吸水層を構成する。他方、繊維径が0.01μm以上の繊維を主体としているのが好ましい。
【0007】なお、主体とは、50mass%以上であることをいうが、60mass%以上が繊維径5μm以下の繊維であるのが好ましく、70mass%以上が繊維径5μm以下の繊維であるのがより好ましい。また、異形断面形状を有する繊維の場合には、この異形断面の面積と同じ面積を有する円の直径を繊維径とする。
【0008】また、繊維長は特に限定するものではないが、湿式法により不織布を形成する場合には、0.1〜25mm程度の繊維を使用し、乾式法により不織布を形成する場合には、25〜110mm程度の繊維を使用する。
【0009】この吸水層を構成する繊維はどのような繊維であっても良いが、親水性かつ耐水性の繊維であると、より吸水速度や均一拡散性の点で優れているため、好適に使用できる。この親水性かつ耐水性とは、公定水分率が6%以下であることをいう。
【0010】この親水性かつ耐水性の繊維としては、例えば、シリカアルミナ繊維、ガラス繊維、シリカ繊維、アルミナ繊維、ロックウールなどの無機酸化物を主成分とする繊維、メタ型、パラ型の芳香族ポリアミド繊維、ポリアミド繊維、ポリアミドイミド繊維、芳香族ポリエーテルアミド繊維、ポリベンツイミダゾール繊維、アクリル繊維、ポリウレタン繊維、ポリクラール繊維、ビニロン繊維などの有機系繊維を1種類以上使用できる。
【0011】また、親水性かつ耐水性の繊維としては、公定水分率が1%未満の疎水性繊維、例えば、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維やポリエチレン繊維などのポリオレフィン繊維、ポリ塩化ビニル繊維、ビニリデン繊維、ベンゾエート繊維などを、アクリル酸やメタクリル酸などビニルモノマーのグラフト重合処理、スルホン化処理、フッ素ガス処理、界面活性剤処理、放電処理、親水性樹脂の付着処理などにより親水性を付与した繊維であっても良い。
【0012】これら繊維の中でも、無機酸化物を主成分とする繊維は親水性かつ耐水性に優れ、しかも不燃性であるため好適に使用でき、これらの中でも、シリカ成分を含む繊維は親水性が高く、繊維径が5μm以下の繊維を得やすいので、特に好適に使用できる。
【0013】なお、上記のような親水性かつ耐水性の繊維以外に、フィブリル化したパルプを混合すると、均一かつ強度的に優れる吸水層を形成できるので、好適に混合できる。なお、このフィブリル化したパルプを混合する場合には、吸水速度を損なわないように、吸水層の1〜5mass%混合するのが好ましい。
【0014】この吸水層は毛細管現象による吸水速度や吸水能に優れるように、見掛密度0.05〜0.3g/cm3であるのが好ましく、0.1〜0.25g/cm3であるのがより好ましい。また、吸水層の面密度は特に限定するものではないが、50〜200g/m2程度であるのが好ましい。
【0015】このような吸水層は優れた吸水性を有するものであるが、保型性に劣るため、粉体と接着剤とを主体とする保型層を形成している。この粉体は保型性を吸水性素材に付与するが、粉体によって保水性も生じると考えられるので、粒径100μm以下の粉体を使用するのが好ましく、70μm以下の粉体を使用するのがより好ましく、50μm以下の粉体を使用するのが最も好ましい。なお、粉体や接着剤の吸水層への浸透によって、吸水層における吸水性の低下を防ぐために、0.01μm以上の粉体を使用するのが好ましい。
【0016】この粉体としては、粘土鉱物、無機粉体、或は有機粉体などを使用できる。この粘土鉱物としては、例えば、セピオライトやアタパルジャイトなどの複素状構造を有するホルマイト系鉱物、ベントナイト、ソジウムモンモリロナイト、ヘクトライト、スメクタイトなどのモンモリロナイト系鉱物、或は膨潤性フッ素雲母、カオリナイト、陶石、蛙目粘土、木節粘土、パイロフィライト、セリサイトなどの焼物用の可塑剤や増粘剤として使用されているものなどがある。
【0017】無機粉体としては、例えば、シリカ、アルミナ、シリカアルミナ、ムライト、ガラス、マグネシア、カルシア、ジルコニア、チタニア、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸カルシウムなどの金属酸化物、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムなどの金属水酸化物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムなどの金属炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウムなどの金属硫酸塩、或は雲母、滑石、ドロマイト、マグネサイト、長石、ケイソウ土、ケイ石、石英、ジルコン、ロー石、シラス、シャモット、コージェライト、ゼオライト、シリカゲルなどの天然鉱物、これら天然鉱物の精製品、これら天然鉱物と同様の組成を有する合成品などがある。
【0018】有機粉体としては、例えば、ポリアミド、ポリエステル、ビニロン、パルプ、フェノール、エポキシなどがある。
【0019】本発明においては、上記のような粉体を1種類以上使用できる。これらの中でも、無機酸化物を主成分とするものは親水性かつ耐水性で、しかも不燃性であるため好適に使用でき、無機酸化物の中でも粘土鉱物、ゼオライト、シリカゲル、ケイソウ土をより好適に使用でき、これらの中でもホルマイト系鉱物、ゼオライト、シリカゲル、ケイソウ土は親水性であり、しかも比表面積が大きく、吸水性に優れているため、最も好適に使用できる。
【0020】他方、粉体を固定して保型層を形成する接着剤としては、特に限定するものではないが、保水しやすく、吸水時の保型性を損なわないように、親水性かつ耐水性であるのが好ましい。この親水性かつ耐水性とは、温度20℃、湿度65%における水分率が6%以下であることをいう。
【0021】この接着剤としては、例えば、シリカゾル、アルミナゾル、ジルコニアゾル、ケイ酸塩、リン酸塩、或いはアルミナセメント、マグネシアセメント、ジルコニアセメント等のセメント類などの無機系接着剤、ポリビニルアルコール、アクリル系などの有機系接着剤などを使用できる。これらの中でも、無機系接着剤は親水性かつ耐水性に優れ、しかも不燃性であるため好適に使用できる。
【0022】この保型層を構成する粉体と接着剤との質量比率は、保型性に優れ、しかも吸水層に保型層を構成する粉体及び/又は接着剤が侵入して吸水層の吸水性を損なわないように、95:5〜50:50であるのが好ましく、90:10〜70:30であるのがより好ましい。
【0023】本発明の吸水素材の吸水層及び/又は保型層には、例えば、界面活性剤、抗菌剤、防黴剤、溌水剤、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、磁性体、難燃剤、香料などの機能性薬剤を1種類以上混合することにより各種機能を付加し、より各種用途に適合した素材を形成できる。例えば、加湿器の加湿材として使用する場合には、抗菌剤及び/又は防黴剤を混合するのが好ましい。
【0024】本発明の吸水性素材は上記のような吸水層と保型層とを1層以上ずつ有するものであるが、吸水層と保型層のみからなる場合、吸水層が少なくとも片表面層を構成するようにすると、この吸水層が放湿層としても作用できるため、放湿性を必要とする用途に使用する場合に好適な配置である。
【0025】なお、吸水層と保型層とは完全に分離している必要はなく、吸水層を構成する繊維と保型層を構成する粉体及び接着剤とが混合した中間層を形成していると、より優れた曲げ強度、つまり、より優れた保型性を有するので、好適な実施態様である。
【0026】また、用途によっては、吸水層と保型層以外の層、例えば、保水層、放湿層、或は接着層などを形成しても良い。例えば、加湿器の加湿材として使用する場合には、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系繊維(公定水分率:0)からなる不織布を、少なくとも片表面に配置して、放湿層兼他の素材との接着層としても良い。また、栽培用吸水材として使用する場合には、レーヨン繊維(公定水分率:11)などのセルロース系繊維からなる不織布を、少なくとも片表面に配置して、放湿性を抑えた放湿層としても良い。
【0027】このような構成からなる本発明の吸水性素材は、40mm/10s(秒)以上という優れた吸水速度、0.7g/cm3以上という優れた吸水能、及び50kg/cm2以上という優れた曲げ強度、つまり保型性を有するものである。
【0028】なお、吸水速度は、大きさ300×50mmの吸水性素材を使用し、JISL 1907(繊維製品の吸水性試験方法)のバイレック法に準ずる方法により10秒間測定した値をいう。また、吸水能は前記吸水速度試験を10分間行なうことによって吸水性素材が吸水した水分量を、単位体積あたりの吸水量に換算した値をいう。また、曲げ強度はJIS K−7203に規定された方法により得られる値をいう。
【0029】本発明の吸水性素材の見掛密度は0.35〜0.9g/cm3のものである。見掛密度が0.35g/cm3未満では吸水性素材全体に粉体及び接着剤を含浸しなければ十分な保型性が得られず、この場合には吸水性が悪くなってしまい、0.9g/cm3を越えると、保水量が少なくなってしまうためで、より好ましくは0.4〜0.75g/cm3である。
【0030】本発明の吸水性素材は1枚で使用する必要はなく、吸水性素材1枚以上と、同じ素材及び/又は異なる素材とを適宜組み合わせて使用できる。例えば、加湿器用の加湿材として使用する場合、平板状の吸水性素材の間に、同じ素材及び/又は異なる素材からなる波状又はジグザグ状の素材を配置した、加湿ユニットを形成して使用しても良い。この場合、気化面積が広く、加湿能力が向上するので好適である。
【0031】なお、本発明の吸水素材の形状は、シート状、ボード状、パイプ状、波形状、或はジグザグ形状など、どのような形状でも良く、用途によって適宜変化する。本発明の吸水素材(特に、吸水層を構成する繊維と保型層を構成する粉体及び接着剤とが混合した中間層を形成したもの)は、パイプ状、波形状、或はジグザグ形状などの形状に、容易に成型できるという特長もある。
【0032】また、本発明の吸水性素材はどのような使い方をしても良い。例えば、加湿器の加湿材として使用する場合、吸水性素材の下側から水を供給しても良いし、上側から水を供給しても良い。本発明の吸水性素材の場合、吸水速度や吸水能などの吸水性に優れているため、吸水性素材の下側から水を供給しても、優れた加湿能を有するものである。
【0033】以下、本発明の吸水性素材の好適な製造方法について、簡単に説明する。
【0034】まず、吸水層となる繊維シートを形成する。この繊維シートの形成方法としては、乾式法又は湿式法により繊維ウエブを形成した後に、繊維同士を結合して不織布を形成したり、織成により織物を形成したり、或は編成により編物を形成する方法がある。これらの中でも湿式法により不織布を形成すると、均一な地合いのものを形成できるので、好適な方法である。
【0035】なお、バインダーにより繊維同士を結合して不織布を形成する場合には、吸水性に優れるように、親水性のバインダーを使用するのが好ましく、例えば、ポリビニルアルコール、アクリル系バインダーなどを使用する。なお、バインダー量が多くなると、吸水性を阻害する要因となるので、バインダー量は不織布全体の1〜10mass%であるのが好ましい。また、疎水性のバインダーを使用する場合には、不織布全体の2mass%以下として、吸水性を阻害しないようにするのが好ましい。
【0036】他方、前述のような接着剤と粉体、必要であれば水などを加えてバインダーを作成しておき、このバインダーをロールコーター、ナイフコーター、或いはカーテンコーターのようなコーターを用いて、前記の繊維シート上に塗布して保型層を形成する。
【0037】吸水層と保型層のみからなる場合、吸水層が吸水性素材の表面層を構成していると、吸水層が放湿層としても作用できる。そのため、吸水性素材を放湿性を必要とする用途に使用する場合には、塗布したバインダー上に、同じ又は異なる繊維シートを積層するのが好ましい。
【0038】なお、厚手(ボード状)の吸水性素材を必要とする場合には、更に前記と同じ又は異なるバインダーを塗布し、更に前記と同じ又は異なる繊維シートを積層することを繰り返し、そして、所望厚さになった時点で乾燥すれば良い。なお、必要であれば、加圧して厚さ調整を行なっても良い。
【0039】また、バインダーの粘度を100〜10,000cpsとすると、バインダーが繊維シート内に浸透しやすいが、繊維シート全体には浸透しないので、吸水層を構成する繊維と保型層を構成する粉体及び接着剤とが混合した中間層を形成できる。この中間層の形成はバインダーの粘度だけではなく、粉体の粒径及び吸水層を構成する繊維の繊維径を適宜組み合わせることによって調整可能である。
【0040】このバインダー1回の塗布量としては、保型性を付与するために、乾燥重量で100g/m2以上であるのが好ましく、200g/m2以上塗布するのがより好ましい。他方、塗布量が多すぎると、吸水性素材の大型化を招くと共に、重く、取り扱い性が悪くなるため、1,000g/m2以下であるのが好ましい。
【0041】以下に本発明の実施例を記載するが、以下の実施例に限定されるものではない。なお、放湿量は吸水性素材を水中に10分間浸漬した後、冷蔵庫の野菜室(温度4〜7℃)に8時間放置した後の、質量の減少分をいう。
【0042】
【実施例】
(実施例)湿式抄造法によって、ガラス繊維(繊維径1〜3μm、繊維長1〜5mm、97.5mass%)を、ポリビニルアルコール接着剤(1mass%)、フィブリル化したパルプ(1mass%)、アクリル系接着剤(0.5mass%)で接着した、面密度80g/m2、厚さ0.5mm、見掛密度0.16g/cm3の不織布を3枚形成した。
【0043】次に、下記に示す配合により作成した粘度1,000cpsのバインダーを、1枚の不織布上に、ロールコーターにより、乾燥重量で430g/m2塗布し、塗布面に2枚目の不織布を積層した。次いで、この2枚目の不織布上に同じバインダーを塗布した後、3枚目の不織布を積層した後、0.98N/cmの線圧力をかけて密着させた後、50℃で乾燥し、面密度1,100g/m2、厚さ1.6mm、見掛密度0.69g/cm3の吸水性素材を形成した。なお、吸水性素材には、吸水層を構成する繊維と保型層を構成する粉体と接着剤とが混合した中間層が形成されていた。この吸水性素材の物性は表1に示す通りであった。
(配合)
セピオライト(平均粒径;0.3μm×20μm): 7mass% ムライト(平均粒径;40μm以下) :14mass% 水酸化アルミニウム(平均粒径;10μm) :33mass% シリカゾル(濃度;30%) :33mass% 水 :13mass%【0044】(比較例1)湿式抄造法によって、ガラス繊維(繊維径10μm、繊維長1〜5mm、95mass%)を、ポリビニルアルコール接着剤(5mass%)で接着した、面密度80g/m2、厚さ0.5mm、見掛密度0.16g/cm3の不織布を3枚形成した後、実施例と全く同様にして、面密度1,100g/m2、厚さ1.3mm、見掛密度0.85g/cm3の吸水性素材を形成した。なお、吸水性素材には、吸水層を構成する繊維と保型層を構成する粉体と接着剤とが混合した中間層の厚さが、実施例の吸水性素材の中間層よりも厚く、吸水層の厚さは実施例の吸水性素材の吸水層よりも薄く形成されていた。この吸水性素材の物性は表1に示す通りであった。
【0045】(比較例2)湿式抄造法によって、ガラス繊維(繊維径1〜3μm、繊維長1〜5mm、90mass%)を、メチルメタクリレート接着剤(10mass%)で接着した、面密度140g/m2、厚さ0.7mm、見掛密度0.2g/cm3の不織布を形成し、この不織布を吸水性素材とした。この吸水性素材は繊維と接着剤とが混在し、一体化したものであった。この吸水性素材の物性は表1に示す通りであった。
【0046】(比較例3)湿式抄造法によって、ポリエステル繊維(繊維径1〜3μm、繊維長1〜5mm、90mass%)を、フェノール接着剤(10mass%)で接着した、面密度700g/m2、厚さ2mm、見掛密度0.35g/cm3の不織布を形成し、この不織布を吸水性素材とした。この吸水性素材は繊維と接着剤とが混在し、一体化したものであった。この吸水性素材の物性は表1に示す通りであった。
【0047】
【表1】

【0048】
【発明の効果】本発明の吸水性素材は、繊維径5μm以下の繊維を主体とする吸水層と、粉体と接着剤とを主体とする保型層とを有するものであり、吸水層の毛細管現象による、優れた吸水性を示す。また、保型層があるため保型性にも優れている。




 

 


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