(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撥水性を具備させると共に多数の凹凸を形成した基材の表面に、二酸化チタンを含む外層が形成され、前記二酸化チタンは粒子径０．２μｍ以下の粒子状または膜厚０．１〜５μｍの膜状で外層に含まれ、該外層に紫外光を照射することにより二酸化チタンが活性化されるようになされたものであって、前記基材は、撥水性を有する多孔質材からなり、撥水性を有する前記多孔質材は、セラミックの粒状体を固着させたものであることを特徴とする大気浄化材。
【請求項２】
多孔質材の空隙径が０．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の大気浄化材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として大気中の窒素酸化物や硫黄酸化物等の汚染物質を除去することのできる大気浄化材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両等の排気ガス等から排出された大気中の窒素酸化物や硫黄酸化物等の汚染物質を浄化するために、光触媒としての二酸化チタンを基材の表面等に付着させた大気浄化材が提案されている。この大気浄化材は、表面に付着させた二酸化チタンに波長領域が３００〜４００ｎｍの紫外光を照射させることにより、二酸化チタンを活性化させ、その活性化により強い酸化力を発現させて、二酸化チタンに接する大気中の窒素酸化物や硫黄酸化物等を硝酸や硫酸等に酸化させて捕捉除去しようとするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の如き大気浄化材において、基材が親水性材料からなる場合は、汚染物質の除去性能が低下する問題がある。これは表面に付着させた二酸化チタンが多孔質状である場合や微細なピンホールや割れを生じている場合等では、二酸化チタンを浸透した水分が、基材が親水性を有するために基材の表面に滞留され、ついには水膜となって二酸化チタンの表面を覆い、この水膜により汚染物質が二酸化チタンに接触できなくなるためであり、またこの滞留した過剰の水分が二酸化チタンの活性化を化学的に阻害するためだと考えられる。また窒素酸化物や硫黄酸化物等の汚染物質が酸化されて生じた硝酸や硫酸等は、二酸化チタンの表面に堆積されるため、それにより二酸化チタンの活性化が阻害されないように雨水などの水分によって洗い流すのが好ましいが、基材が親水性を有すると、その水分が基材に浸透滞留されて効果的な洗い流しができなくなり、これまた汚染物質の除去性能が低下する。
【０００４】
また形状においても基材の表面が平滑であり、その平滑な表面に二酸化チタンが平滑に付着されていると、汚染物質と二酸化チタンとが触れる接触面積が比較的小さく、単位面積当たりの除去性能は低くなる。
【０００５】
そこで本発明は二酸化チタンを用いた大気浄化材において上記の如き問題を解決し、水分による汚染物質の除去性能の低下を抑制し、また単位面積当たりの除去性能を高めた大気浄化材を提供せんとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成としている。
すなわちこの発明に係る大気浄化材は、撥水性を具備させると共に多数の凹凸を形成した基材の表面に、二酸化チタンを含む外層が形成され、前記二酸化チタンは粒子径０．２μｍ以下の粒子状または膜厚０．１〜５μｍの膜状で外層に含まれ、該外層に紫外光を照射することにより二酸化チタンが活性化されるようになされたものであって、前記基材は、撥水性を有する多孔質材からなり、撥水性を有する前記多孔質材は、セラミックの粒状体を固着させたものであることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明によれば、外層に紫外光を照射することにより活性化された二酸化チタンに、大気中の窒素酸化物や硫黄酸化物等の汚染物質を触れさせることにより、空気中の酸素と水分の存在下、二酸化チタンの活性化による強い酸化力によって、前記汚染物質は硝酸や硫酸等に酸化されて外層上に捕捉され、効果的に大気中から除去させることができる。
【０００８】
また本発明による基材の表面は、撥水性が具備され、水分が表面に付着しても速やかに除去されるため、水分に起因して汚染物質が二酸化チタンに接触できなくなることはなく、また二酸化チタンの活性化が阻害されることもなくなり、除去性能の低下が防止される。さらに窒素酸化物や硫黄酸化物等の汚染物質が酸化されて二酸化チタンの表面に堆積する硝酸や硫酸等を、雨水などの水分によって洗い流しても、基材が撥水性を有するため、それらの水分は基材に浸透滞留されず、効果的な洗い流しができると共に、除去性能の低下が防止される。
【０００９】
さらに本発明による基材の表面は、多数の凹凸が形成され、その凹凸な表面に二酸化チタンを含む外層が形成されているので、汚染物質と二酸化チタンとが触れる接触面積が比較的大きくなり、単位面積当たりの除去性能は高くなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、具体的に説明する。
図１〜３はそれぞれ本発明の実施の一形態を示す断面図であり、いずれも、撥水性を具備させると共に多数の凹凸を形成した基材１の表面に、二酸化チタンを含む外層２がほぼ前記凹凸に沿って形成され、該外層２に紫外光を照射することにより二酸化チタンが活性化されるようになされているものである。
【００１１】
なお表面に撥水性を具備させると共に多数の凹凸を形成した基材１として、参考例として示した図１の形態では、基材１自体が撥水性を有する材料から形成され、その基材表面に多数の凹凸１１が形成され、図２の形態では、多数の凹凸１１が形成された撥水性または親水性を有する下地材１２の表面にシリコーン等のコーテイング剤を塗布したり、フッ素系塗料などを塗布する等して撥水処理層１３が形成されているが、本発明においては、図３の形態の如く、基材１として、撥水性を有する多孔質材からなるものが用いられ、撥水性を有する前記多孔質材は、セラミックの粒状体を固着させたものである。
【００１２】
前記図３の形態の如く、撥水性を有する多孔質材を基材１として用いると、撥水性と凹凸１１とが同時に得られるので、製作が容易となり、またその多孔構造のために、大気中の窒素酸化物や硫黄酸化物等の汚染物質が吸着されやすくなると共に、その吸着された汚染物質は除去が可能な状態まで、すなわち二酸化チタンにより硝酸や硫酸等に酸化されるまで脱着されることが防止されるので好ましい。
【００１３】
なお撥水性を有する多孔質材は、その多孔質材の空隙径が０．５ｍｍ以上であれば、毛細管現象による水分の吸着が少なくなってさらに水分が除去されやすくなるので好ましい。
【００１４】
前記基材１の表面に形成される外層２に含まれる二酸化チタンはルチル型でもよいが、活性の高さからアナターゼ型のものが好ましく、この二酸化チタンに波長領域が３００〜４００ｎｍの紫外光を照射することによって活性化され、その活性化により強い酸化力が発現されて、二酸化チタンの表面に接する大気中の窒素酸化物や硫黄酸化物等の汚染物質が空気中の酸素と水分の存在によって硝酸や硫酸等に酸化されて捕捉除去される。この二酸化チタンに効率よく窒素酸化物や硫黄酸化物等を除去させるためには、二酸化チタンを含む外層２を基材の凹凸１１に沿って形成するのみならず、二酸化チタンにおいてもできるだけ大気に触れるように、接触面積をできるだけ大きくすることが好ましく、従って本発明においては、粒子径０．２μｍ以下、好適には０．００５〜０．００７μｍ程度の超微粒子状や膜厚０．１〜５μｍ、好適には０．１〜０．８μｍ程度の薄膜状で外層２に含ませる。
【００１５】
外層２は、前記の如き二酸化チタンのみから形成されていてもよく、二酸化チタンに加えて他の材料が含まれていてもよく、またふっ素系合成樹脂等のバインダー中に分散されていてもよい。他の材料を含む場合は、二酸化チタンと共に吸着剤が含まれているのが好ましい。このようになされていると吸着剤に汚染物質が吸着されると共に、その吸着された汚染物質は除去が可能な状態まで、すなわち二酸化チタンにより硝酸や硫酸等に酸化されるまで脱着されることが防止される。吸着剤としては、活性炭、ゼオライト等が一般に使用される。
【００１６】
二酸化チタンを含む外層２を基材１の表面に形成するには、二酸化チタンまたは二酸化チタンと吸着剤等の他の材料とからなる混合物、または二酸化チタン等をフッ素系合成樹脂等のバインダー中に分散させた混合物等を適宜方法で付着させればよく、この方法としては、二酸化チタンや二酸化チタンの混合物等の粉末を溶融させて吹き付ける溶射法、化学反応を介して析出させるＣＶＤ（化学的製膜法）、スプレーにて吹き付けるスプレー法、スパッタ蒸発させて沈着させるスパッタ蒸着法、真空蒸着、塗装等が適用されるが、特に限定されるものではない。なお外層２は、多孔質状に形成されていれば、汚染物質と触れる接触面積がさらに増大し、且つ汚染物質が吸着されやすくなると共に、その吸着された汚染物質は除去が可能な状態まで、すなわち二酸化チタンにより硝酸や硫酸等に酸化されるまで脱着されることが防止されるので好ましい。
【００１７】
また外層２に紫外光を照射させることにより、二酸化チタンが活性化されるようになされているためには、二酸化チタンが紫外光を受け得る状態、例えば露出された状態で外層２に含まれ、その二酸化チタンに紫外光が照射されて活性化されるようになされていればよい。すなわちこの二酸化チタンを活性化させる光の波長領域は３００〜４００ｎｍの紫外光であるが、この紫外光は太陽光に多く含まれ、また水銀灯やブラックライト等の光にも含まれているため、外層２を太陽光にさらした場合、二酸化チタンがその太陽光を受け得るように、または水銀灯やブラックライト等の紫外光を多く含む人工光源にて照射した場合、二酸化チタンがその光を受け得るように、外層２に含まれていればよい。
【００１８】
【実施例】
次に本発明による大気浄化材の実施例について説明する。
【００１９】
（実施例）
基材として、セラミックの粒状体（磁器の粉砕物）を空隙径が０．５ｍｍ以上となるように固着させて撥水性を有する多孔質板材を作成し、この多孔質板材の表面に二酸化チタンを含む外層を形成し、本発明の実施例である大気浄化材を得た。
【００２０】
（比較例１）
次に、基材として空隙径が０．５ｍｍ以上となるように発泡させた撥水処理を施さないセメント板材を作成し、このセメント板材の表面に、二酸化チタンを含む外層を形成し、比較例１としての大気浄化材を得た。
【００２１】
（比較例２）
さらに、基材として表面が平滑で且つ撥水処理を施さないセメント板材を作成し、このセメント板材の表面に、二酸化チタンを含む外層を形成し、比較例２としての大気浄化材を得た。
【００２２】
次に上記実施例および比較例について、窒素酸化物の除去能力を次の方法で測定し、その結果を表１に示した。
【００２３】
（測定方法）
▲１▼  まず、それぞれの大気浄化材を１００×５０×１５ｍｍに切り出し、これを試供サンプルとする。
▲２▼  次に試供サンプルに８０ｃｃの蒸留水をかけて吸水させる。
▲３▼  次にこれを１２０℃１時間乾燥させ、このときの吸水量を測定する。
▲４▼  これを図４に示すような窒素酸化物除去能力測定器のガラスセルにそれぞれ１枚つづ入れ、このガラスセルに１．５Ｌ／分の流量で１ｐｐｍの一酸化窒素を導入すると共に、紫外線照射ライトにより、０．３８ｍＷ／ｃｍ2 の紫外光を照射する。
▲５▼  ガラスセルから排出される窒素酸化物（主に一酸化窒素と二酸化窒素）の濃度を窒素酸化物濃度計で測定し、次式により窒素酸化物除去量を求め、窒素酸化物除去率を算出する。
窒素酸化物除去量＝（導入した一酸化窒素量）−（排出された窒素酸化物量）
窒素酸化物除去率＝（窒素酸化物除去量）／（導入した一酸化窒素量）×１００（％）
▲６▼  ▲２▼および▲３▼の処理をしない、すなわち吸水させない場合についても窒素酸化物除去率を測定する。
【００２４】
【表１】
0003702413.tif 000002
【００２５】
表１より、比較例１は撥水処理が施されておらず吸水量が多いため、吸水させた場合での窒素酸化物除去率が極端に低下し、比較例２は表面が平滑であるために、吸水させた場合および吸水させない場合のいずれにおいても窒素酸化物除去率が低い。これら比較例１〜２に対して実施例では、表面が凹凸であるため吸水させない場合においては高い窒素酸化物除去率を示し、また撥水性を有しているため、吸水させた場合においても高い窒素酸化物除去率を維持していることが確認された。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、外層に紫外光を照射することにより活性化された二酸化チタンに、大気中の窒素酸化物や硫黄酸化物等の汚染物質を触れさせることにより、空気中の酸素と水分の存在下、二酸化チタンの活性化による強い酸化力によって、前記汚染物質は硝酸や硫酸等に酸化されて外層上に捕捉され、効果的に大気中から除去させることができる。
【００２７】
また本発明による基材の表面は、撥水性が具備され、水分が表面に付着しても速やかに除去されるため、水分に起因して汚染物質が二酸化チタンに接触できなくなることはなく、また二酸化チタンの活性化が阻害されることもなくなり、除去性能の低下が抑制される。さらに窒素酸化物や硫黄酸化物等の汚染物質が酸化されて二酸化チタンの表面に堆積する硝酸や硫酸等を、雨水などの水分によって洗い流しても、基材が撥水性を有するため、それらの水分は基材に浸透滞留されず、効果的な洗い流しができると共に、除去性能の低下が抑制される。
【００２８】
さらに本発明による基材の表面は、多数の凹凸が形成され、その凹凸な表面に二酸化チタンを含む外層が形成されているので、汚染物質と二酸化チタンとが触れる接触面積が比較的大きくなり、単位面積当たりの除去性能は高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  参考例の一形態を示す断面図である。
【図２】  参考例の他の形態を示す断面図である。
【図３】  本発明の実施の一形態を示す断面図である。
【図４】窒素酸化物除去能力測定器の概要を示す説明図である。
【符号の説明】
１    基材
１１  凹凸
１２  下地材
１３  撥水処理層
２    外層
【図１】
0003702413.tif 000003
【図２】
0003702413.tif 000004
【図３】
0003702413.tif 000005
【図４】
0003702413.tif 000006