特許 7035001 重金属吸着シート

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-04

(45)【発行日】2022-03-14

(54)【発明の名称】重金属吸着シート

(51)【国際特許分類】

   B01J 20/02 20060101AFI20220307BHJP

   B01J 20/04 20060101ALI20220307BHJP

   B01J 20/30 20060101ALI20220307BHJP

   B01J 20/28 20060101ALI20220307BHJP

   B09C 1/08 20060101ALI20220307BHJP

   B32B 5/02 20060101ALI20220307BHJP

【ＦＩ】

B01J20/02 A

B01J20/04 A

B01J20/30

B01J20/28 Z

B09C1/08 ZAB

B32B5/02 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019224836

(22)【出願日】2019-12-12

(65)【公開番号】P2020097029

(43)【公開日】2020-06-25

【審査請求日】2020-10-08

(31)【優先権主張番号】P 2018234824

(32)【優先日】2018-12-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003193

【氏名又は名称】凸版印刷株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000129758

【氏名又は名称】株式会社ケー・エフ・シー

(73)【特許権者】

【識別番号】304047956

【氏名又は名称】株式会社イーエス総合研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000112509

【氏名又は名称】フェリック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100139686

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 史朗

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100147267

【弁理士】

【氏名又は名称】大槻 真紀子

(72)【発明者】

【氏名】大渕 智道

(72)【発明者】

【氏名】塚本 祐司

(72)【発明者】

【氏名】奥野 稔

(72)【発明者】

【氏名】木川 えり子

(72)【発明者】

【氏名】落合 健一

【審査官】瀧 恭子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－０３２０３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１６０９０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１６６６２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１６３８７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２２１９７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１９２４４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－１９１７５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－３１４４１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｊ ２０／００－２０／２８、２０／３０－２０／３４

Ｂ０９Ｂ １／００－５／００

Ｂ０９Ｃ １／００－１／１０

Ｂ３２Ｂ １／００－４３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

不織布で形成された主層と、
前記主層内に配置された、鉄系、カルシウム系またはマグネシウム系のいずれかである重金属吸着粒子と、
前記主層内に配置され、前記重金属吸着粒子を前記主層内に保持する保持樹脂と、
前記主層の一方の面を被覆する透水層と、
を備え、
前記重金属吸着粒子を１平方メートルあたり２．６キログラム以上含有し、
前記重金属吸着粒子の分布ばらつきが±１５％以下であり、
前記保持樹脂の使用量が、前記重金属吸着粒子と前記保持樹脂の合計質量の５％以上２０％以下である、
重金属吸着シート。

【請求項2】

厚さが５ｍｍ以下である、
請求項１に記載の重金属吸着シート。

【請求項3】

前記重金属吸着粒子の粒径分布が５０μｍ～１５０μｍである、
請求項１に記載の重金属吸着シート。

【請求項4】

前記主層および前記透水層が樹脂で形成され、
前記保持樹脂の融点が前記主層を形成する樹脂および前記透水層を形成する樹脂よりも低い、
請求項１に記載の重金属吸着シート。

【請求項5】

網目状またはメッシュ状に形成され、前記主層および前記透水層よりも大きい引張強度を有する補強層をさらに備える、
請求項１に記載の重金属吸着シート。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、重金属吸着シート、および重金属吸着シートの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

道路、トンネル、河川、ダムなどの建設現場から出る建設発生土（掘削土）は、土壌汚染対策法に定められた特定有害物質のうちフッ素、ホウ素、ヒ素、セレン、鉛、六価クロム、水銀、カドミウムなどの自然由来重金属を含むことが少なくない。
このため、掘削土を対策する際には、掘削土に含まれる自然由来重金属の溶出を抑制するため、重金属の種類に応じた吸着材を用いて周辺環境への拡散を防止する。吸着材としては、例えば、鉄系、カルシウム系、マグネシウム系のものなどが提案されている。

【0003】

吸着材を使った従来の方法では、敷土母材（透水性の土）に吸着材を混合造成した吸着層上に自然由来重金属を含有する掘削土を堆積させ、掘削土から自然由来重金属を含む浸出水が出た際に、吸着層内で自然由来重金属を吸着している。従来法では、敷土母材の調達及び混合機械の用意等で工種・工程作業時間が多い点が問題である。
従来法の問題を解決するために、特許文献１には、透水性のある袋体に吸着材を装てんした重金属吸着マットが記載されている。重金属吸着マットを敷き、その上に掘削土を堆積することで、掘削土から重金属を含む水が染み出した際に、重金属が吸着マット内の吸着材に吸着される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１６－１４０８６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

吸着材の粒径が小さくなると、吸着材の体積あたりの表面積が大きくなり、重金属の吸着性能が向上する。しかし、特許文献１に記載の重金属吸着マットは、袋体に吸着材を装てんしているだけであるため、吸着材の粒径を小さくすると、製造時や輸送時、さらには施工時において、吸着材が袋体の隙間から脱落し、吸着効果が低減する。

【0006】

また、特許文献１の重金属吸着マットを斜面等に施工する場合、マット自体はアンカー等により斜面に固定できるが、吸着材は重力により袋体の中で移動し、吸着材の分布に偏りが生じる可能性がある。その結果、重金属吸着マットを透過する浸出水の一部において重金属が十分吸着されないまま周囲に流れ出てしまう可能性がある。

【0007】

上記事情を踏まえ、本発明は、吸着材が脱落しにくく、かつ吸着材の分布の均一性が好適に保持される重金属吸着シートを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の第一の態様は、不織布で形成された主層と、主層内に配置された鉄系、カルシウム系またはマグネシウム系のいずれかの重金属吸着粒子と、主層内に配置され、重金属吸着粒子を主層内に保持する保持樹脂と、主層の一方の面を被覆する透水層とを備える重金属吸着シートである。
この重金属吸着シートは、重金属吸着粒子を１平方メートルあたり２．６キログラム以上含有する。重金属吸着粒子の分布ばらつきは±１５％以下である。保持樹脂の使用量は、重金属吸着粒子と保持樹脂の合計質量の５％以上２０％以下である。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、吸着材が脱落しにくく、かつ吸着材の分布の均一性が好適に保持される重金属吸着シートを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の第一実施形態に係る重金属吸着シートの模式断面図である。

【図2】同重金属吸着シートの主層断面の光学顕微鏡写真である。

【図3】同重金属吸着シートの製造方法の一例を示す図である。

【図4】同重金属吸着シートの製造例における坪量の分布を示すグラフである。

【図5】本発明の第二実施形態に係る重金属吸着シートの模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の第一実施形態について、図１から図３を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る重金属吸着シート１の模式断面図である。重金属吸着シート１は、主層１０と、主層１０の一方の面に接合された透水層２０とを備えている。

【0013】

主層１０は樹脂製の不織布からなり、透水性を有する。主層１０の材料となる樹脂としては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等を例示できる。主層１０が、例えば目付（坪量）５０～２００ｇ／ｍ^２かつ厚さが２～４ｍｍ程度の嵩高い不織布であると、後述する重金属吸着粒子の含有量を増加させることができ、好ましい。不織布の形成方法は特に制限されないが、サーマルボンド等の、短繊維を交絡させるタイプの不織布が好ましい。これらの不織布は、レジンボンド等の不織布に比べて内部空間が大きく確保でき、重金属吸着粒子の含有量を増大させやすいため、好ましい。

【0014】

図２は、主層１０の断面の光学顕微鏡写真である。主層１０の内部には、多数の重金属吸着粒子１１が配置されている。
重金属吸着粒子１１の材質は、吸着させようとする重金属の種類等に応じて適宜選択できるが、鉄系やカルシウム系、マグネシウム系の材料等が、幅広い重金属に対応でき、好適である。

【0015】

重金属吸着粒子１１の粒子径は適宜設定できる。粒子径が小さくなるほど単位質量あたりの表面積が大きくなり、重金属の吸着性能が向上するが、小さすぎると、主層１０内への保持がしにくくなる。これらの観点からは、重金属吸着粒子１１の粒径分布（この数値範囲内に８０％の粒子が含まれる）は、２０μｍ～２００μｍが好ましく、５０μｍ～１５０μｍがより好ましい。

【0016】

主層１０内に配置された重金属吸着粒子は、保持樹脂１２により、主層１０を構成する樹脂繊維に保持されている。図２にも、保持樹脂１２が見えている。
保持樹脂１２は、主層１０の材質よりも低い融点を持つことが好ましく、例えば６０～１００℃程度とできる。例えば、主層１０がＰＰ製の不織布である場合、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）やＰＥ等を主成分とするホットメルト材を、保持樹脂１２として好適に使用できる。

【0017】

保持樹脂１２の使用量は、重金属吸着粒子１１と保持樹脂１２の合計質量の５％以上２０％以下とする。保持樹脂１２が少なすぎると、重金属吸着粒子１１を主層内に十分に保持できない結果、重金属吸着粒子１１の脱落が多くなる。保持樹脂１２が多すぎると、重金属吸着粒子１１の表面を過度に覆ってしまい、重金属吸着性能が低下する。
保持樹脂１２は、溶融前に粒状であると、重金属吸着粒子と十分に混合できる。保持樹脂１２の粒径分布は、例えば１００～３００μｍとでき、重金属吸着粒子１１の粒径分布と近い値が好ましい。

【0018】

透水層２０は、透水性を有する限りその材質や構造に制限はない。例えば、紙製のシートや、ＰＰ、ＰＥなどの熱可塑性樹脂あるいはそれらの複合材などからなる織布、レーヨンやＰＰなどからなる不織布等を透水層２０として使用できる。不織布を透水層２０とする場合、目付は例えば３０～１００ｇ／ｍ^２程度とできる。
透水層２０は、主層１０よりも目の細かいものであることが好ましい。この場合、透水層２０を下側にして重金属吸着シート１を施工することにより、重金属吸着粒子１１の脱落を好適に防止することができる。
透水層２０には重金属吸着粒子１１が保持されないため、界面活性剤コーティングや親水剤の練りこみ等の親水性処理を透水層２０に施して、透水層２０の透水性を高めてもよい。

【0019】

上記の構成を有する本実施形態の重金属吸着シート１は、様々な方法により製造できる。以下では、一例として、重金属吸着シート１を簡便かつ効率よく製造できる、本実施形態の重金属吸着シートの製造方法について説明する。

【0020】

まず、主層１０となる樹脂製の不織布を用意し、巻き出しロールにセットする。さらに、不織布を繰り出してヒートコンベアに通し、巻取りロールに取り付ける。つづいて、透水層２０となる透水性シートを別の巻き出しロールにセットし、ヒートコンベアに通して巻取りロールに取り付ける。

【0021】

次に、図３に示すように、巻き出しロール１０１から繰り出した不織布１０Ａを巻取りロール１０２で巻き取りながら、重金属吸着粒子１１と、溶融して保持樹脂１２となるホットメルト材との混合物１５を、散布機１０３から不織布１０Ａに均一に散布する（ステップＡ）。

【0022】

次に、混合物１５が散布された不織布１０Ａに透水層となる透水性シート２０Ａを重ねて（ステップＢ）ヒートコンベア１０４に移動し、ヒートコンベア１０４で熱および圧力を加える。ヒートコンベア１０４の温度は、ホットメルト材の融点以上かつ不織布１０Ａの融点以下とする。

【0023】

ヒートコンベア１０４によって加えられる熱および圧力により、ホットメルト材が溶融する。溶融したホットメルト材により、重金属吸着粒子１１が不織布１０Ａの繊維や繊維間に支持される。さらに、透水性シート２０Ａと不織布１０Ａとが熱および圧力によりホットメルト材を介して一体に接合され、それぞれ透水層２０および主層１０となる（ステップＣ）。

【0024】

主層１０および透水層２０がヒートコンベア１０４を通過すると、ホットメルト材が固化して保持樹脂１２となり、本実施形態の重金属吸着シート１が完成する。完成した重金属吸着シートは、順次巻取りロール１０２に巻き取られる。

【0025】

本実施形態の重金属吸着シート１によれば、重金属吸着粒子１１が保持樹脂１２によって主層１０内にしっかり保持されているため、輸送時や施工時に重金属吸着粒子１１が脱落したり、主層１０内で移動して分布に偏りが生じたりすることが抑制されている。その結果、重金属吸着粒子１１が均一な分布で安定して主層１０内にとどまり、安定した重金属吸着効果を発揮する。

【0026】

また、主層２０が不織布で形成されているため、内部に十分な空間を有する。その結果、適切なサイズの重金属吸着粒子１１を選択することにより、あまり厚くせずとも比較的多量の重金属吸着粒子１１を含有させることができる。例えば、重金属吸着粒子１１が鉄系である場合、１平方メートルあたり２キログラム以上の含有量とすることも容易であり、１平方メートルあたり４キログラム以上含有させることも可能である。
現在実用化されている重金属吸着マットの厚さは数センチメートル程度あるため、ロール状に巻いても巻き径がすぐ大きくなり、大量に巻くことはできない。そのため、大面積に敷き詰めるための準備や運搬は煩雑であった。本実施形態の重金属吸着シートは、上記の構造を備えるため、多量の重金属吸着粒子１１を含有しつつも、厚さは５ｍｍ以下であり、２ｍｍ程度とすることも可能である。したがって、数十メートルのロールとすることも容易であり、大面積の施工も簡便に行える。

【0027】

重金属吸着シート１において、主層１０内に配置された重金属吸着粒子１１および保持樹脂１２は、主層１０と一体となっているため、重金属吸着シート１の物性向上にも寄与している。その結果、重金属吸着シート１は、引張強度等に優れる。したがって、厚さが５ｍｍ以下であっても、施工時に容易に裂けたり破れたりすることがない。

【0028】

さらに、主層１０および透水層２０がいずれも透水性を有するため、単位面積当たりの重金属吸着粒子１１の量をさらに増やしたい場合は、重金属吸着シート１を複数枚重ねて使用することもできる。したがって、単位面積当たりの重金属吸着粒子１１の量を容易に調節することができる。
重金属吸着シート１全体としての透水性は、ＪＩＳ Ａ １２１８：２００９に準拠した測定において１０^－５ｍ／秒程度が好ましい。

【0029】

加えて、主層１０が樹脂で形成されているため、複数の重金属吸着シート１の端部を重ねて加熱すると、熱融着により端部同士を接合することができる。したがって、複数の重金属吸着シートを並べて配置し、重なった部分をアンカー等で固定する方法に比べて、掘削土からの浸出水が、重金属吸着シート内を通らずに重ねられた複数の重金属吸着シートの隙間を通り、重金属が十分に吸着されない事態の発生を防止できる。

【0030】

本実施形態の重金属吸着シートの製造方法によれば、ステップＡにおいて散布された重金属吸着粒子とホットメルト材との混合物が、ステップＣにおいて、そのまま主層１０に支持される。したがって、ステップＡにおいて混合物を均一に不織布１０Ａに散布しさえすれば、重金属吸着粒子が均一に担持された重金属吸着シート１を容易に製造することができる。

【0031】

また、ステップＢにおいて透水性シート２０Ａを不織布１０Ａに重ねてからステップＣを行うため、重金属吸着粒子１１の主層１０に支持させることと、不織布１０Ａと透水性シート２０Ａとを接合することとを、同時に行うことができる。その結果、重金属吸着シート１を効率よく製造することができる。

【0032】

本実施形態の重金属吸着シート１について、製造例を示す。
（製造例）
不織布１０Ａとして、ＰＰ繊維およびポリエチレン繊維からなるサーマルボンド不織布（目付７０ｇ／ｍ^２、厚さ１．５ｍｍ、幅１５００ｍｍ）を用いた。
重金属吸着粒子１１として、粒径分布５０～１００μｍの鉄粉を用いた。
保持樹脂１２となるホットメルト材として、ＥＶＡを主成分とする平均粒径３００μｍのホットメルト材を用いた。
透水性シート２０Ａとして、レーヨン製の不織布（目付４０ｇ／ｍ^２）を用いた。

【0033】

不織布１０Ａおよび透水性シート２０Ａを装置にセットし、不織布１０Ａを搬送速度２．５ｍ／分で繰り出した。純鉄粒子とホットメルト材とを質量比１０：２で混合した混合物を、繰り出される不織布１０Ａに散布機から均一に散布した。散布量は、３．５ｋｇ／ｍ^２とした。

【0034】

混合物を散布した不織布１０Ａに透水性シート２０Ａを重ね、接触式ヒートコンベアに通して熱および圧力を加えた。熱圧条件は、ヒートコンベアの隙間０．３ｍｍ、ヒーター温度１６０℃、圧力５Ｎ／ｍ^２、接触時間６０秒とした。ヒートコンベアを通過し、一体化したシートを巻取りロールに巻き取り、重金属吸着シートを得た。

【0035】

得られた重金属吸着シートの物性を示す。
厚さ ２ｍｍ
密度（比重） １．８～２．２ｇ／ｃｍ^３
坪量 ３．２～４．２ｋｇ／ｍ^２
重金属吸着粒子含有量 ２．６～３．４ｋｇ／ｍ^２
引張強度（ＪＩＳ Ｌ １９０８に準拠して測定） ７０Ｎ／ｃｍ
伸び率（ＪＩＳ Ｌ １９０８に準拠して測定）２５％
透水性（ＪＩＳ Ａ １２１８：２００９に準拠して測定） １０^－５ｍ／秒

【0036】

得られた重金属吸着シートは、直径３インチの紙管を芯として５０ｍ以上巻き取ることができた。
上記坪量は、巻き出した重金属吸着シート２０ｍ分において無作為に設定した１５６箇所の１０ｃｍ四方の領域の値がとった範囲を示している。坪量は、中央値３．７ｋｇ／ｍ^２に対し±１５％以内に収まっており、重金属吸着粒子の分布ばらつきが±１０％以下に抑えられていた。図４に、測定箇所の坪量の分布を示す。
得られた重金属吸着シート２枚の端部を重ね、熱超音波接合機で３００～４００℃に加熱すると、端部同士を熱融着により接合できた。接合された端部の引張強度は５０～７０Ｎ／ｃｍであった。

【0037】

本発明の第二実施形態について、図５を参照して説明する。以降の説明において、既に説明したものと共通する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

【0038】

図５は、本実施形態に係る重金属吸着シート１０１の模式断面図である。重金属吸着シート１０１は、主層１０と透水層２０との間に補強層１１０を備えている。
補強層１１０は、素線を編んだり交差状態で接合したりした網目状、またはシートに多数の穴が形成されたメッシュ状のシート状材料であり、透水性を有する。補強層１１０の引張強度は、主層１０および透水層２０のいずれよりも大きい。
補強層１１０の材質に特に制限はなく、樹脂や金属等を例示できる。

【0039】

上記の構成を有する重金属吸着シート１０１は、例えば上述した製造方法において、補強層１１０となるシート状材料をさらに別の巻き出しロールにセットし、混合物１５が散布された不織布１０Ａに重ねていくことにより製造できる。

【0040】

本実施形態に係る重金属吸着シート１０１は、第一実施形態と同様に、安定した重金属吸着効果を発揮する。
さらに、補強層１１０を備えるため、引張強度が向上されている。その結果、敷設する地盤が石等により強い凹凸を有する場合や、踏みつけ等により大きい力が作用した場合であっても、破れ等を生じにくい。

【0041】

本実施形態において、補強層を設ける場所は、主層と透水層との間に限られない。したがって、主層の下方に設けられてもよいし、透水層の上方に設けられてもよい。
また、補強層が複数設けられてもよい。

【0042】

本実施形態に係る実施例を示す。
上述の製造例に、以下に示すシート状材料１から６を、補強層として主層１０と透水層２０との間に配置し、一体に接合した。
シート状材料１：ポリプロピレン製網目状シート（素線径２ｍｍ）（ダイオ化成社製 １２－２１５ＰＰＮＷ－Ｋ）
シート状材料２：ＰＥＴ製網目状シート（素線径６ｍｍ）（ユニチカ社製 ＥＭ５０５）
シート状材料３：ＰＥＴ製網目状シート（素線径６ｍｍ）（ダイオ化成社製 ５－２２５ＰＴＮＷ－Ｌ）
シート状材料４：ビニロン製網目状シート（素線径６ｍｍ）（ユニチカ社製 Ｖ２０１０）
シート状材料５：ビニロン製網目状シート（素線径１ｍｍ）（ユニチカ社製 ５００－５）
シート状材料６：ＰＥＴ製網目状シート（素線径２ｍｍ）（ダイオ化成社製 ２０－２１５ＰＴＢＫ）

【0043】

製造された各重金属吸着シートに対し、ＪＩＳ Ｌ １９０８に準拠してＭＤ（長さ方向（製造時における繰り出し方向））およびＴＤ（幅方向（ＭＤに直交する方向））の２方向の引張強度を測定した。
結果を表１に示す。引張強度は、試験片３つの算術平均値である。

【0044】

【表1】

【0045】

表１に示すように、いずれのシート状材料を補強層に用いた場合でも、補強層を備えない構成に比べて、引張強度を１．５倍以上に向上することができた。

【0046】

以上、本発明の各実施形態および製造例について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせなども含まれる。

【0047】

例えば、透水性シートは、主層の両面に設けられてもよい。このようにすると、重金属吸着シートの向きに関わらず重金属吸着粒子の脱落を抑制できるため、重金属吸着シートの取り扱いや施工がより簡便になる。

【0048】

本発明の重金属吸着シートに吸着させる重金属は、自然由来のものに限られない。本発明の重金属吸着シートは、人工物である重金属含有部材の廃棄場所や一次保管場所に敷いたり、汚染水のフィルター等として使用したりすることも可能である。

【符号の説明】

【0049】

１、１０１ 重金属吸着シート
１０ 主層
１０Ａ 不織布
１１ 重金属吸着粒子
１２ 保持樹脂
１５ 混合物
２０ 透水層
２０Ａ 透水性シート
１１０ 補強層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】