(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート、モルタル、及びセメントペーストからなる群より選択されるセメント系原料からなる無機多孔質体マトリックス中に、光触媒活性を有する物質の粉体を、該粉体表面の少なくとも一部が露出するように固定し、その後、炭酸ガスを用いたマトリックス中性化促進処理、又は、オートクレイブによる水和反応促進処理を行って得られることを特徴とする無機粒状材料。
【請求項２】
コンクリート、モルタル、及びセメントペーストからなる群より選択されるセメント系原料に発泡剤を混入して形成された無機多孔質体マトリックス中に、光触媒活性を有する物質の粉体を、該粉体表面の少なくとも一部が露出するように固定してなることを特徴とする無機粒状材料。
【請求項３】
前記光触媒活性を有する物質が、二酸化チタンであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無機粒状材料。
【請求項４】
前記光触媒活性を有する物質の粉体の平均粒径が０．１〜１０μｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無機粒状材料。
【請求項５】
前記光触媒活性を有する物質の粉体が、無機多孔質体マトリックス中に１〜２００重量％含まれることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無機粒状材料。
【請求項６】
コンクリート、モルタル、及びセメントペーストからなる群より選択されるセメント系原料を含む無機多孔質体マトリックス中に、発泡剤と光触媒活性を有する物質の粉体を均一に分散した後、該マトリックスを硬化し、硬化したマトリックスを、該光触媒活性を有する物質の粉体表面の少なくとも一部が露出するように破砕する、ことを特徴とする無機粒状材料の製造方法。
【請求項７】
コンクリート、モルタル、及びセメントペーストからなる群より選択されるセメント系原料を含む無機多孔質体マトリックス中に、光触媒活性を有する物質の粉体を均一に分散した後、該マトリックスを硬化し、硬化したマトリックスに、炭酸ガスを用いたマトリックス中性化促進処理、又は、オートクレイブによる水和反応促進処理を施した後、該光触媒活性を有する物質の粉体表面の少なくとも一部が露出するように破砕する、ことを特徴とする無機粒状材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光触媒活性を有する材料に関し、詳しくは、低コストで安定な無機バインダーを用いて光触媒活性を有する物質を固定してなる光触媒活性を有する無機粒状材料及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光の照射によって強い酸化能を発現する光触媒活性を有する無機材料が注目されており、この酸化能がもたらす、有害な有機物質の分解、殺菌、防黴、脱臭などの特性を利用した種々の応用が検討されている。この光触媒活性を有する物質（以下、適宜光触媒と称する）の代表的なものは二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）であり、最も広く使用されている。この光触媒活性を有する二酸化チタン粉体を使用する場合、粉体の形態ではハンドリングが良好とは言い難く、これを基材に固定化して使用することが一般的である。
【０００３】
二酸化チタン粉体の固定化には、例えば、以下の方法が採用されている。
（１）ガラス、タイル等の基材上に塗布し、ＴｉＯ2 の焼結膜を形成する。
（２）バインダーマトリックス中に混入して材料表面に塗布する。
【０００４】
焼結膜を形成する場合、強固で耐久性の高い膜が得られるが、焼成に数百度の高温条件を必要とするため、基材がガラス、タイル等の耐熱性材料に限定され、さらに、高温の加熱を要するため、現場施工や現場での補修ができないという問題点があった。
【０００５】
一方、バインダー中に二酸化チタン粉体を混入して塗布する場合は、現場施工が可能で補修も容易である。しかし、光触媒活性は対象物と直接接触する際にその機能を発現しうるものであり、バインダーが光触媒の表面を被覆すると光触媒活性の利用が阻害され、特に、光触媒表面が無機物で覆われると光触媒活性の利用は著しく阻害されることが知られている。また、バインダーマトリックスが高分子樹脂の如き有機物の場合、光触媒活性の強い酸化作用によって有機物自体が損傷を受け、バインダーの耐久性が著しく低下し、従って、光触媒を安定に担持させることができないという問題があった。
【０００６】
セメント系の無機マトリックス、例えば、セメントペースト、モルタル、コンクリートなどは、光触媒活性を有するＴｉＯ2 粉体のバインダーとして用いうる低コストで安全な無機材料である。しかしながら、セメント水和物が光触媒表面を覆って光活性の利用を阻害するという前記問題のみならず、セメントマトリックス中の水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2 ）が溶出して、空気中の炭酸ガス（ＣＯ2 ）と反応し、不溶性の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3 ）を生成するという問題があり、生成した炭酸カルシウムの層が表面に露出した光触媒粉体の表面をも被覆し、光触媒活性の利用をさらに阻害する現象もみられた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、光触媒活性を阻害することなく、光触媒活性を有する物質を安定に固定化しうる、低コストで耐久性に優れた無機バインダーを用いた光触媒活性を有する無機粒状材料及びその簡単な製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは鋭意検討の結果、低コストで安定な無機バインダーに光触媒活性を有する物質の粒子を固定化してなる無機粒状材料により、前記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成した。即ち、
（１）本発明の無機粒状材料は、コンクリート、モルタル、及びセメントペーストからなる群より選択されるセメント系原料からなる無機多孔質体マトリックス中に、光触媒活性を有する物質の粉体を、該粉体表面の少なくとも一部が露出するように固定し、その後、炭酸ガスを用いたマトリックス中性化促進処理、又は、オートクレイブによる水和反応促進処理を行って得られることを特徴とする。
また、他の態様として、（２）コンクリート、モルタル、及びセメントペーストからなる群より選択されるセメント系原料に発泡剤を混入して形成された無機多孔質体マトリックス中に、光触媒活性を有する物質の粉体を、該粉体表面の少なくとも一部が露出するように固定してなることを特徴とする無機粒状材料が、挙げられる。
【０００９】
（３）本発明の請求項３記載の無機粒状材料は、前記（１）又は（２）に記載の粒状材料であって、前記光触媒活性を有する物質が、二酸化チタンであることを特徴とする。
【００１０】
（４）本発明の請求項４記載の無機粒状材料は、前記（１）又は（２）に記載の粒状材料であって、前記光触媒活性を有する物質の粉体の平均粒径が０．１〜１０μｍであることを特徴とする。
【００１１】
（５）本発明の請求項５記載の無機粒状材料は、前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の粒状材料であって、前記光触媒活性を有する物質の粉体が、無機多孔質体マトリックス中に１〜２００重量％含まれることを特徴とする。
【００１２】
（６）本発明の請求項６記載の無機粒状材料の製造方法は、コンクリート、モルタル、及びセメントペーストからなる群より選択されるセメント系原料を含む無機多孔質体マトリックス中に、発泡剤と光触媒活性を有する物質の粉体を均一に分散した後、該マトリックスを硬化し、硬化したマトリックスを、該光触媒活性を有する物質の粉体表面の少なくとも一部が露出するように破砕する、ことを特徴とし、（７）新たな請求項７に記載の無機粒状材料の製造方法は、コンクリート、モルタル、及びセメントペーストからなる群より選択されるセメント系原料を含む無機多孔質体マトリックス中に、光触媒活性を有する物質の粉体を均一に分散した後、該マトリックスを硬化し、硬化したマトリックスに、炭酸ガスを用いたマトリックス中性化促進処理、又は、オートクレイブによる水和反応促進処理を施した後、該光触媒活性を有する物質の粉体表面の少なくとも一部が露出するように破砕する、ことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の無機粒状材料の一態様を示す概略断面図である。無機粒状材料１０は、無機多孔質体マトリックス１２中に光触媒活性を有する物質の粉体１４が分散、固定化されて構成されており、無機多孔質体マトリックス１２表面に光触媒粉体１４が一部その表面が露出して固定化されている。
【００１４】
本発明において、光触媒活性を有する物質としては、公知の、例えば、特公平２−９８５０号の記載の如き物質が挙げられ、特に、二酸化チタン、酸化鉄、酸化タングステン、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム等が広く知られている。これらのうち、光触媒活性効果、安全性及びコストの観点から二酸化チタンが好ましい。また、これら光触媒活性を有する物質の光触媒活性を向上させるために、これらと共存して、光触媒反応において還元反応サイトになりうる金属、例えば、白金、金、パラジウム、銀、銅、ニッケル、コバルトからなる群から選択される金属を併用することもできる。これらのうち、効果の点からは白金、金、パラジウム、銀が好ましく、加工の容易さ、コストの観点からパラジウムが特に好ましい。
【００１５】
光触媒活性を有する物質の粉体の粒径は、特に制限はないが、効果とコストとのバランスから０．１〜１０μｍであることが好ましく、１〜５μｍであることが特に好ましい。
【００１６】
また、本発明における無機多孔質体マトリックスとしては、コンクリート、モルタル、セメントペースト等のセメント系マトリックス、石膏、ケイ酸カルシウム等の組織内に微細な空孔を多数有するマトリックスが挙げられ、コスト及び安定性の観点からセメント系マトリックスが好ましい。
【００１７】
光触媒粉体の混入量は、マトリックスの１〜２００重量％であることが好ましく、１０〜３０重量％であることがさらに好ましい。１重量％未満であると得られる無機粒状材料の光触媒活性効果が不充分であり、２００重量％を超えると無機粒状材料のマトリックス強度が低下し、いずれも好ましくない。
【００１８】
セメント系マトリックスを使用する場合、前記した炭酸カルシウムによる光触媒反応阻害を抑制するために、以下の方法を単独または組み合わせで使用することが好ましい。
【００１９】
（ａ）炭酸ガスを用いた中性化の促進：高濃度の炭酸ガス雰囲気中にセメント硬化体を置き、セメントマトリックス中の水酸化カルシウムが光触媒の粒子表面に溶出する前に中性化させる。炭酸ガス濃度が高いほど、雰囲気温度が高いほど中性化速度は大きくなるので、セメント硬化体の大きさに応じて適当な条件を設定する。（ｂ）オートクレイブによる水和反応促進：高温、高圧の飽和蒸気中にセメント硬化体を置き、セメントと水の反応（水和）を促進し、未水和のセメント分〔水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2 ）が主成分〕を少なくする。
【００２０】
さらに、光触媒活性を向上させるために、マトリックス中にアルミ粉等の起泡剤、ガラス繊維等を添加することができる。これらの物質をマトリックス中に添加することによりマトリックス中により大きな面積の空孔が形成され、図１に示した如き無機粒状材料のそれよりも表面積（反応面積、受光面積）が増加しており、光触媒活性効率がより向上する。
【００２１】
図２は、無機多孔質マトリックス内に空孔が形成されている無機粒状材料を示す概略断面図である。この態様においては無機粒状材料１６を構成するマトリックス１８は発泡剤を混入して形成されており、光触媒活性を有する物質の粉体１４がマトリックス１８表面に露出して固定化されている。発泡剤を混入して形成されたマトリックス１８中には大きな気泡（空孔）２０が形成されているため、マトリックス１８の表面積が増加し、表面に露出して固定化された光触媒粉体１４も多くなり、受光面積も増加することから、光触媒活性効率が向上することがわかる。
【００２２】
さらに、塩化鉄、鉄粉等を原料のセメント粉体または練混水に添加し、二酸化チタン等の光触媒活性を有する物質粉体に鉄イオン等を吸着させることも、光触媒活性効率の向上の観点から有効である。
【００２３】
次に、前記無機粒状材料の製造方法について説明する。
本発明の無機粒状材料の製造方法は、（ａ）無機多孔質体マトリックス中に、光触媒活性を有する物質の粉体を均一に分散した後、（ｂ）該マトリックスを硬化し、（ｃ）硬化したマトリックスを該光触媒活性を有する物質の粉体表面の少なくとも一部が露出するように破砕する、ことを特徴とするものである。
【００２４】
無機多孔質体マトリックスに二酸化チタン粉体等の光触媒粉体をマトリックス量に対して好ましくは１〜２００重量％混合する。無機多孔質体マトリックス中に、光触媒粉体を均一に分散する方法としては、例えば、セメントに混合して使用する場合には、マトリックスの粉体原料であるセメント配合物に光触媒粉体を配合して、ミキシングミル等で十分に混合し、水を加えて混練りする方法、セメント配合物に水を添加してなる硬化前のマトリックスに光触媒粉体を配合してよく混合する方法などが挙げられる。分散時に混練・成型に必要な流動性を得るために、セメント配合剤として公知の減水剤、流動化剤などの化学混和剤を必要に応じて使用することができる。
【００２５】
二酸化チタン粉体などの光触媒粉体を均一に混合したマトリックスを適当な型枠内で硬化し、その後、適当な大きさ、好ましくは平均径２０ｃｍ以下、に破砕し、無機粒状材料を得ることができる。この無機粒状材料は破砕面において二酸化チタン粉体等の光触媒粉体がセメントマトリックスで覆われず、マトリックス表面に露出している。
【００２６】
無機粒状材料の大きさは、その使用目的により任意に選択することができ、破砕条件を調製することにより、所望の大きさの無機粒状材料を調製することができる。光触媒粉体を混入したマトリックス硬化体の破砕は、ジョークラッシャー、インペラブレーカー等の公知の機械的方法によって行うことができる。
【００２７】
かくして得られた無機粒状材料は、そのままで骨材などの光触媒活性を有する建築材料、水処理材等として用いることができる。本発明の無機粒状材料は、マトリックス全体に光触媒活性を有する物質の粉体が均一に分散しているため、通常の条件で破砕すれば破砕面に粉体が露出し、さらに、該粉体が露出している無機粒状材料のマトリックス表面が摩耗、損傷を受けても、光触媒活性は低下しないという利点を有する。
【００２８】
さらに、多孔質マトリックスは組織内に微細な空孔が多数存在し、吸着機能を有していることから、光触媒活性を有する物質粉体の近傍に被処理物質を吸着することにより、光触媒活性の利用の高効率化が可能となる。
【００２９】
さらに、本発明の無機粒状材料は、適切な樹脂系又は無機系バインダーに配合するか、バインダーを下地に塗布した後に吹き付けることによって、光触媒活性を有する塗材として用いることができる。
【００３０】
図３は、本発明の無機粒状材料を塗材として下地に適用した状態を示す概略断面図である。下地２２上にバインダー層２４をバインダー材料を塗布することによって設け、そこに無機粒状材料１０を吹き付けて固定する。塗材として用いた場合、光触媒粉体がマトリックスに担持されており、粉体を直接塗材バインダーに配合する場合に比べて、バインダーへの影響が少なく、バインダーの劣化に起因する変色、退色が起こりにくく塗材の耐久性が向上するという利点を有する。
【００３１】
本発明は、光触媒技術が適用されるすべての分野において利用可能であるが、例えば、防黴、防汚、殺菌、脱臭等の機能を有する建築材料、建築用内外装塗料、水中の有害物質の分解除去機能を有する水処理材等が挙げられる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の無機粒状材料は、前記構成としたため、光触媒活性を阻害することなく、光触媒活性を有する物質を安定に固定化することができ、低コストで耐久性に優れた光触媒活性材料を得ることができ、また、本発明の製造方法によれば、光触媒活性を有する無機粒状材料を簡単に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の無機粒状材料の一態様を示す概略断面図である。
【図２】無機多孔質マトリックス内に空孔が形成されている無機粒状材料を示す概略断面図である。
【図３】無機粒状材料を塗材として下地に適用した状態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０    無機粒状材料
１２    無機多孔質体マトリックス
１４    光触媒活性を有する物質の粉体
１６    無機粒状材料
１８    無機多孔質体マトリックス
【図１】
0003652742.tif 000002
【図２】
0003652742.tif 000003
【図３】
0003652742.tif 000004