(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光触媒を担持させた無機繊維を、少なくとも有機繊維を含む基材繊維と混抄してなることを特徴とする光触媒紙状物。
【請求項２】
請求項１記載の光触媒紙状物であって、前記無機繊維あるいは基材繊維に吸着剤を担持させたことを特徴とする光触媒紙状物。
【請求項３】
無機繊維懸濁液にイオン性凝集剤を内添することで、上記懸濁液に添加した光触媒を無機繊維に担持させた後、該無機繊維と、少なくとも有機繊維を含む基材繊維とを混抄することを特徴とする光触媒紙状物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、光触媒または吸着剤あるいは双方を担持させた無機繊維を基材繊維と混抄した光触媒紙状物とその製造方法に関し、更に詳しくは基材繊維として有機繊維を使用しても光触媒による基材劣化が起こらず、シックハウス症候群誘発物質などの有害物質分解除去効果ならびに抗菌性、抗カビ性、抗ダニ性などの生活環境改善効果を発揮する光触媒紙状物とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大気汚染、水環境汚染、土壌汚染など、種々の環境汚染問題が深刻化している。その中でも、シックハウス症候群などを引き起こす化学物質過敏症誘発物質による生活環境汚染は、我々の日常生活に多大な影響を及ぼしている。そのため、上記原因物質の使用規制を強化するとともに、多種多様な有害物質によって既に汚染されている室内環境を浄化するための対策が必要不可欠である。
【０００３】
その改善策の一つとして、活性炭などの多孔質体を利用した吸着除去があり、カラム状もしくはフィルターなどに担持させて有害物質の除去に使用されている。しかし、この方法では有害物質の吸着に伴い吸着能が徐々に低下し、飽和吸着後は除去効果が消失することから、実用に際しては頻繁に交換する必要がある。
【０００４】
そこで、最近紫外線あるいは可視光線の照射によって、高い酸化還元力を発揮する光触媒が注目されている。特に、酸化チタンは光触媒活性が高く、安全性および安定性も高いため、広く利用されている。また、有害物質の分解除去能や消臭効果に加えて、抗菌性、抗カビ性、抗ダニ性などの生活環境を悪化させる生物的要因に対しても効果的である。しかし、酸化チタンは微粉末であるため、実用に際しては何らかの固定化が必要であるが、光触媒反応は酸化チタン粒子表面で起こるため、その表面を被覆する固定化法では光触媒能が著しく低下する。さらに、担持体が有機物である場合、基材繊維そのものを光触媒反応により分解劣化させるという大きな欠点がある。
【０００５】
そのため、光触媒担持用基材としては、無機系樹脂、金属、セラミックなどが利用されているが、パルプ繊維や合成有機繊維から成る紙および紙状物は、上記欠点により使用が困難である。しかし、紙および紙製品は非常に身近な生活用品であり、軽量で加工性も良く、これに光触媒能を付与することが可能になれば、居住閉鎖空間における複合汚染環境は大いに改善される。
【０００６】
最近、有機繊維を基材として利用するために無機バインダーやハイドロキシアパタイトなどの光触媒に不活性な物質との複合化が検討されているが、光触媒機能表面の被覆や固定化層からの光触媒の脱離などの問題があり、実用化には至っていない。また、これらの手法は紙製造後にコーティングなどの後処理により光触媒を担持させるため、製造コストが高いなどの問題もある。通常、紙および紙状物は、繊維懸濁液の脱水により湿紙を形成し、圧搾、乾燥工程を経て製造されており、この製造工程をそのまま利用して光触媒紙状物を製造する手法も希求されている。
【０００７】
【発明の解決しようとする課題】
以上説明したように、光触媒を身の回りの生活用品として利用するためには、紙および紙製品などの有機繊維に担持させることが有効であり、光触媒機能表面を被覆しない成型法、有機基材繊維の劣化防止、ならびに現行の紙製造工程を利用可能な担持法の開発が希求されている。
【０００８】
上記の従来の課題を解決するため本発明は、光触媒を単独あるいは吸着剤と混合して無機繊維に予め担持させた後、従来の製紙用添加剤と同様に完成紙料に供することで、基材である有機繊維を劣化させることなく、光触媒による有害物質分解除去効果や抗菌性、抗カビ性、抗ダニ性などの生活環境改善効果を発揮することを特徴とする光触媒紙状物およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の光触媒紙状物は、セラミック繊維などの無機繊維にポリジアリルジメチルアンモニウムクロリドなどのカチオン性凝集剤を加え、次いで光触媒を添加し、さらにアニオン性ポリアクリルアミドなどのアニオン性凝集剤を加えることで光触媒を無機繊維に担持させた後、木材パルプなどの基材繊維を加え、湿式により製造することを特徴とする。
【００１０】
これにより、光触媒と基材繊維との接触を最小限にすることで基材繊維の劣化を抑制し、且つ光触媒による有害物質分解除去効果や生活環境改善効果を発揮することが可能になる。
【００１１】
また、本発明の光触媒紙状物は、無機繊維あるいは基材繊維に吸着剤を担持させることで、有害物質分解除去効果が向上することを特徴とする。
【００１２】
これにより、吸着剤による有害物質捕捉効果ならびに有害物質濃縮効果により、光触媒による有害物質分解除去効果の向上が可能となる。
【００１３】
また、本発明の光触媒紙状物は、無機繊維懸濁液にイオン性凝集剤を１種または２種以上内添することで、上記懸濁液に添加した光触媒または吸着剤あるいは双方を無機繊維に担持させ、その後基材繊維と混抄することを特徴とする。
【００１４】
これにより、現行の紙製造工程をそのまま利用して、光触媒紙状物を製造することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の光触媒紙状物に係わる構成要素、次いでその製造方法について詳細に説明する。
【００１６】
本発明に用いる光触媒として、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化セリウム、金属酸化物光触媒、無機光触媒または有機光触媒およびこれらの複合物等が挙げられるが、安定性、安全性および光触媒活性等に優れた酸化チタンが有利に用いられる。
【００１７】
本発明に用いる吸着剤として、ゼオライト、シリカ、アルミナ、セピオライト、ハロサイト、活性炭、活性白土、金属酸化物、多孔質無機物または多孔質有機物およびこれらの複合物等が挙げられるが、特にゼオライトは種々の有害物質に合わせて吸着効率が最大になるようにその細孔の大きさを調節できるため、吸着剤として有利に用いられる。
【００１８】
本発明に用いる無機繊維として、セラミック繊維、ガラス繊維、鉱滓繊維または石綿等が挙げられるが、安定性、安全性、強度等に優れたセラミック繊維が有利に用いられる。
【００１９】
本発明に用いる基材繊維として、木材パルプ、リンターパルプ、合成パルプ、合成有機繊維等の繊維状物質が挙げられるが、安価で用途の広い天然パルプが有利に用いられる。
【００２０】
光触媒紙状物の製造には、和紙などの手抄き装置、円網抄紙機、長網抄紙機、ツインワイヤー抄紙機等を用いることができる。従来の光触媒紙製造におけるコーティング処理等の特別な後処理を施すことなく、脱水後の湿紙を加熱乾燥するだけで、光触媒紙状物を得ることができる。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の光触媒紙状物を、代表的なシックハウス原因物質であるホルムアルデヒドの分解除去効果ならびに代表的な紙力強度特性である引張強度を実施例として具体的に説明する。但し、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。なお、以下の実施例中の「部」及び「％」は重量基準の割合を示す。
【００２２】
［実施例１］
セラミック繊維の０．１２％水懸濁液１０部に、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリドの０．０１２％水溶液１部を添加して６００ｒｐｍで撹拌し、３分後に酸化チタン（石原産業社製、ＳＴ−０１）の０．１５％水懸濁液１０部を加え、その３分後にアニオン性凝集剤（栗田工業社製、ＨＨ−３５１）の０．０１２％水溶液１部を加え、更に３分後にカナディアン・スタンダード・フリーネス４５０ｍｌに叩解した木材パルプの０．１５％水懸濁液８０部を加え、５分後にＪＩＳ  Ｐ  ８２０９に準拠してシートを調製した。これを、手抄き紙用プレスを用いて３．５ｋＰａ、５分間圧締し、１０５℃、１０分間送風加熱乾燥して、得られた坪量６０ｇ／ｍ２の光触媒紙状物を実施例１とした。
【００２３】
［実施例２］
実施例１において、酸化チタンの０．１５％水懸濁液を７部にし、ゼオライト（Ｙ型、東ソー社製、ＨＳＺ−３２０ＮＡＡ）の０．１５％水懸濁液を３部添加する以外は、すべて実施例１と全く同一の処理を行い、実施例２とした。
【００２４】
［実施例３］
実施例１において、酸化チタンの０．１５％水懸濁液を５部にし、ゼオライトの０．１５％水懸濁液を５部添加する以外は、すべて実施例１と全く同一の処理を行い、実施例３とした。
【００２５】
［実施例４］
実施例１において、酸化チタンの０．１５％水懸濁液を３部にし、ゼオライトの０．１５％水懸濁液を７部添加する以外は、すべて実施例１と全く同一の処理を行い、実施例４とした。
【００２７】
［比較例１］
実施例１において、セラミック繊維の０．１２％水懸濁液を０部にする以外は、すべて実施例１と全く同一の処理を行い、比較例１とした。
【００２８】
［比較例２］
実施例２において、セラミック繊維の０．１２％水懸濁液を０部にする以外は、すべて実施例２と全く同一の処理を行い、比較例２とした。
【００２９】
［比較例３］
実施例３において、セラミック繊維の０．１２％水懸濁液を０部にする以外は、すべて実施例３と全く同一の処理を行い、比較例３とした。
【００３０】
［比較例４］
実施例４において、セラミック繊維の０．１２％水懸濁液を０部にする以外は、すべて実施例４と全く同一の処理を行い、比較例４とした。
【００３１】
［比較例５］
実施例１において、酸化チタンの０．１５％水懸濁液を０部にし、ゼオライトの０．１５％水懸濁液を１０部添加し、セラミック繊維の０．１２％水懸濁液を０部にする以外は、すべて実施例１と全く同一の処理を行い、比較例５とした。
【００３２】
［比較例６］
実施例１において、セラミック繊維の０．１２％水懸濁液を０部にし、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリドの０．０１２％水溶液を０部にし、酸化チタンの０．１５％水懸濁液を３０部にし、アニオン性凝集剤の０．０１２％水溶液を０部にする以外は、すべて実施例１と全く同一の処理を行い、比較例６とした。
【００３３】
［比較例７］
実施例１において、セラミック繊維の０．１２％水懸濁液を０部にし、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリドの０．０１２％水溶液を０部にし、酸化チタンの０．１５％水懸濁液を０部にし、アニオン性凝集剤の０．０１２％水溶液を０部にする以外は、すべて実施例１と全く同一の処理を行い、比較例７とした。
【００３４】
以上、実施例で得られた光触媒紙状物と比較例の紙状物を、ホルムアルデヒド吸着分解試験と紙力強度試験に供した。
【００３５】
［ホルムアルデヒド吸着分解試験］
石英製のカバーを有する体積２００ｃｃのステンレス反応容器に、２５ｍｍ×２５ｍｍの大きさの実施例および比較例の紙状物を設置した後、反応容器に２５ｐｐｍになるようにホルムアルデヒドをマイクロシリンジで注入した。紫外線照射下（波長３６５ｎｍ、０．３ｍＷ／ｃｍ２）において、所定時間毎に反応容器内のホルムアルデヒド濃度を測定した。ホルムアルデヒドの定量には、ガスクロマトグラフを使用した。
【００３６】
［紙力強度試験］
紙力強度試験はＪＩＳ  Ｐ  ８１１３に準拠して、乾燥引張強度を測定し、初期引張強度と紫外線照射（波長３６５ｎｍ、２．１ｍＷ／ｃｍ２）を２４０時間行った後の引張強度を測定した。その結果を（表）に示す。
【００３７】
【表】
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（表）によれば、実施例１〜４と比較例１〜５のように、ホルムアルデヒド分解除去効率は無機繊維の有無に依らず同様の傾向を示すが、酸化チタンを凝集剤により担持させた実施例１と比較例１では、凝集剤を使わずに物理的濾過効果で酸化チタンを強制的に歩留まらせた比較例６と比べて、酸化チタン量が同じであってもホルムアルデヒドの初期分解量がやや少なく、無機粉体の凝集によって見かけの比表面積が減少し、光触媒性能の若干の低下が見られる。しかし、実施例２〜４と比較例２〜５のように、吸着剤であるゼオライトと複合化することで、ホルムアルデヒドの吸着除去が起こり、初期除去効率が向上する。しかし、酸化チタン含有量が減少し、ゼオライト含有量が増加するに従って、実施例３〜４と比較例３〜５のように、紫外線照射６０分後にもホルムアルデヒドが検出され、光触媒効果が不十分なため最終的なホルムアルデヒドの分解除去能は低下する。なお、パルプ繊維のみから調製された比較例７の紙状物は、ホルムアルデヒドの分解除去効果はない。
【００３８】
紙力強度については、酸化チタンおよびゼオライトを無機繊維に担持させた実施例１〜４は、パルプ繊維のみから調製された比較例７の紙とほぼ同程度の紙力強度を発現するが、凝集剤を用いて直接パルプ繊維に担持させた比較例１〜５ならびに凝集剤を使わずに物理的濾過効果で酸化チタンを強制的に歩留まらせた比較例６では、紙力強度が著しく低下する。比較例１〜６では、パルプ繊維に直接担持された無機成分がパルプ繊維間の結合を阻害しているのに対して、実施例１〜４では、無機繊維に担持させることでパルプ繊維間の結合の大部分が保持されている。また、紫外線照射２４０時間後の紙力強度についても、比較例１〜４では、酸化チタン量の増加に伴って紙力強度の低下が顕著になり、比較例６は著しい紙力強度の低下が見られるが、実施例１〜４では、初期紙力強度が維持されている。実施例１〜４では、パルプ繊維と接触している酸化チタン量が少ないため、紫外線照射による基材劣化がほとんどなく、比較例１〜４ならびに比較例６では、酸化チタンが直接パルプ繊維に接触していることから、光触媒作用による基材劣化が激しく起こる。特に、凝集剤を使用しない比較例６では、劣化作用が著しく大きく、実用に耐えない。なお、酸化チタンを含まない比較例５ならびに比較例７では、紫外線照射の紙力強度への影響はなかった。
【００３９】
以上説明したように、本発明の光触媒紙状物においては、酸化チタンとゼオライトの総重量を基準とした場合、シート中の酸化チタンとゼオライトの重量比が７：３となる実施例２が最も効果的である。なお、酸化チタン量を基準とした場合は、ゼオライト量の増加に伴って初期吸着量が増加し、除去効率が向上する。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１に記載された光触媒紙状物は、光触媒を担持させた無機繊維を基材繊維と混抄した光触媒紙状物であるため、光触媒と基材繊維との接触を最小限にすることで基材劣化を抑制し、且つ光触媒による有害物質分解除去効果や生活環境改善効果を発揮することができる。
【００４１】
請求項２に記載された光触媒紙状物は、吸着剤を併用することで有害物質捕捉効果ならびに有害物質濃縮効果が付与され、光触媒による有害物質分解除去効果を向上させることができる。
【００４２】
請求項３に記載された光触媒紙状物の製造方法は、無機繊維懸濁液にイオン性凝集剤を１種または２種以上内添することで、上記懸濁液に添加した光触媒または吸着剤あるいは双方を無機繊維に担持させ、その後基材繊維と混抄することで、光触媒と基材繊維との接触を最小限にすることで基材劣化を抑制し、且つ光触媒による有害物質分解除去効果や生活環境改善効果を発揮することができる光触媒紙状物を製造することができる。