(57)【要約】【課題】本発明は、砂の表面に均等に且つ強固に酸化チタンをコーティングすることのできる光触媒合成砂の製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る光触媒合成砂１０の製造方法は、水２１と珪酸リチウム２０を秤量し、混合し、珪酸リチウムの溶解液２２を作製するステップ、砂１１と酸化チタン１２を秤量し、ミキサー３０へ前記砂と前記酸化チタンを投入し、これらの混合物１３を作製するステップ、前記ミキサーで前記混合物を撹拌しながら、前記ミキサーに前記溶解液を添加し、前記珪酸リチウムをバインダーとして砂に酸化チタンをコーティングするステップ、及び、酸化チタンがコーティングされた砂を乾燥させるステップと、を含んでいる。【選択図】図２
2018192435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本発明に係る光触媒合成砂の製造方法は、
水と珪酸リチウムを秤量し、混合し、珪酸リチウムの溶解液を作製するステップ、
砂と酸化チタンを秤量し、ミキサーへ前記砂と前記酸化チタンを投入し、これらの混合物を作製するステップ、
前記ミキサーで前記混合物を撹拌しながら、前記ミキサーに前記溶解液を添加し、前記珪酸リチウムをバインダーとして砂に酸化チタンをコーティングするステップ、及び、
酸化チタンがコーティングされた砂を乾燥させるステップ、
と、を含んでいることを特徴とする光触媒合成砂の製造方法。
【請求項２】
前記乾燥させるステップは、連続式乾燥機を用いて行なわれる、
請求項１に記載の光触媒合成砂の製造方法。
【請求項３】
前記連続式乾燥機は、ロータリードライヤーである、
請求項２に記載の光触媒合成砂の製造方法。
【請求項４】
砂の表面に酸化チタンがコーティングされてなる光触媒合成砂であって、
前記酸化チタンは、前記砂の表面の７０％以上に存在する、
光触媒合成砂。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、砂に酸化チタンをコーティングした光触媒合成砂の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
珪砂に酸化チタンをコーティングした光触媒合成砂が提案されている。光触媒合成砂は、光が当たることで酸化還元反応を起こし、殺菌作用、窒素化合物の分解作用、臭気分解作用、油脂分解作用、アレルギー症原因物質の分解作用等を発揮する。
【０００３】
光触媒合成砂の製造方法として、特許文献１では、酸化チタンを水と混合し、珪酸リチウムを加えて、酸化チタン分散溶液を得た後、砂を当該酸化チタン分散溶液と混合し、砂の表面に酸化チタンのコーティングを施すようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２５５８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記方法により光触媒合成砂を製造した場合、砂の表面に担持される酸化チタンは、製造直後では約６０％程度であるが、後述する比較写真の図４に示すように、酸化チタンは、実際には砂の表面に完全には密着しておらず、大部分が剥離した状態で部分的に付着しているに過ぎない。このため、砂どうしが接触等することで、使用状態において砂表面に残る酸化チタンは、砂表面積の約１０％〜１５％程度になってしまう。すなわち、酸化チタンが剥離してしまうことで、光触媒合成砂の光触媒効果を十分に発揮できない問題があった。
【０００６】
発明者らは、酸化チタンが砂の表面に上手く付着しない理由について鋭意研究した結果、酸化チタンが酸化チタン分散溶液中で塊状、すなわちダマの状態で残っていることが原因であることを特定した。
【０００７】
本発明は、砂の表面に均等に且つ強固に酸化チタンをコーティングすることのできる光触媒合成砂の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る光触媒合成砂の製造方法は、
水と珪酸リチウムを秤量し、混合し、珪酸リチウムの溶解液を作製するステップ、
砂と酸化チタンを秤量し、ミキサーへ前記砂と前記酸化チタンを投入し、これらの混合物を作製するステップ、
前記ミキサーで前記混合物を撹拌しながら、前記ミキサーに前記溶解液を添加し、前記珪酸リチウムをバインダーとして砂に酸化チタンをコーティングするステップ、及び、
酸化チタンがコーティングされた砂を乾燥させるステップ、
と、を含んでいる。
【０００９】
前記乾燥させるステップは、連続式乾燥機を用いて行なうことができる。
【００１０】
前記連続式乾燥機は、ロータリードライヤーとすることが望ましい。
【００１１】
また、本発明の光触媒合成砂は、
砂の表面に酸化チタンがコーティングされてなる光触媒合成砂であって、
前記酸化チタンは、前記砂の表面の７０％以上に存在している。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光触媒合成砂の製造方法によれば、珪酸リチウムを予め混合しておくことで、珪酸リチウムが均等に分散して加水分解した珪酸リチウム溶解液を得ることができる。
【００１３】
そして、砂と酸化チタンを予め混合しておくことで、砂と酸化チタンを均等に分散させることができる。砂と酸化チタンを混合することにより、塊状の酸化チタンが砂によって磨り潰され、粒化すると共に均等に混合される。また、砂は表面に微細な凹凸を多数有するため、砂と酸化チタンを予め混合しておくことにより、砂の表面の凹凸に酸化チタンが侵入する。
【００１４】
上記によって均等に混合された砂と酸化チタンの混合物を珪酸リチウムの溶解液を添加することにより、酸化チタンは、塊状（ダマ）になることなく、酸化リチウム溶液のバインダー効果によって、砂の表面に均等に且つ剥離し難く担持させることができる。
【００１５】
得られた光触媒合成砂は、砂の表面の約７０％以上の酸化チタンが均等に担持されており、酸化チタンの表面積が大きい。また、酸化チタンを珪砂に強固に担持することができる。従って、光が当たった際に極めて高効率で酸化還元反応を起こすことができ、極めてすぐれた殺菌作用、窒素化合物の分解作用、臭気分解作用、油脂分解作用、アレルギー症原因物質の分解作用等を発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る光触媒合成砂の断面図である。
【図２】図２は、本発明の光触媒合成砂の製造方法を説明する図である。
【図３】図３は、本発明の光触媒合成砂の顕微鏡拡大写真である。
【図４】図４は、比較例の光触媒合成砂の顕微鏡拡大写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態に係る光触媒合成砂１０の製造方法について、図面を参照しながら説明を行なう。
【００１８】
図１は、本発明の光触媒合成砂１０の断面図である。図に示すように、光触媒合成砂１０は、砂１１の表面を酸化チタン１２でコーティングして構成される。
【００１９】
本発明では、光触媒合成砂１０は、図２及び以下に示す要領で作製できる。
【００２０】
まず、珪酸リチウム２０、水２１、砂１１及び酸化チタン１２を準備する（図２（ａ））。たとえば、砂１１を１００質量部としたときに、珪酸リチウム２０及び酸化チタン１２は夫々１〜５質量部とすることが好適である。
【００２１】
珪酸リチウム２０は、珪酸と酸化リチウムを含むアルカリ性水溶液である。珪酸リチウム２０は、砂１１と酸化チタン１２のバインダーとして作用する。
【００２２】
まず、水２１と珪酸リチウム２０を図２（ｂ）に示すように容器２０で混合、撹拌することで溶解液２２を作製する。これにより、水２１に珪酸リチウム２０を均等に分散させることができる。
【００２３】
また、砂１１と酸化チタン１２を図２（ｃ）に示すようにミキサー３０で混合して混合物１３を作製する。ミキサー３０には、砂１１を投入した後、酸化チタン１２を投入することが望ましい。
【００２４】
砂１１は、たとえば、シリカを主体とする花崗岩を粒子化した珪砂を例示できる。その他、砂は、火山岩を粒子化した天然ゼオライトやシリカとアルミナを主成分とする結晶化合物を粒子化した人工ゼオライトであってもよい。
【００２５】
使用される砂１１は、４号から６号が好適であり、５号（粒径０．２ｍｍ〜１．７ｍｍ）が最も望ましい。
【００２６】
酸化チタン１２は、光触媒活性物質である。酸化チタン１２は、光が当たることで酸化還元反応を起こす。この酸化還元反応によって、殺菌作用、窒素化合物の分解作用、臭気分解作用、油脂分解作用、アレルギー症原因物質の分解作用等を発揮する。
【００２７】
酸化チタン１２は、微粉末であり、粒径１μｍ〜１０μｍのものを使用することが好適である。
【００２８】
砂１１と酸化チタン１２を混合するミキサー３０としてヘンシェルミキサーを例示できる。ミキサー３０で砂１１と酸化チタン１２を予め混合させておくことにより、混合物１３は、砂１１中に酸化チタン１２を撹拌して均等に分散できると共に、たとえ酸化チタン１２に塊状部分があったとしても、砂１１によって磨り潰されて塊状態が解消される。また、砂１１の表面の微細な凹凸に酸化チタン１２が侵入して付着する。
【００２９】
上記により得られた砂１１と酸化チタン１２の混合物１３に図２（ｂ）で得られた溶解液２２を添加する。具体的には、図２（ｄ）に示すように、混合物１３の入ったミキサー３０に溶解液２２を添加する。これにより、砂１１の表面に、珪酸リチウム２０をバインダーとして酸化チタン１２がコーティングされる。本発明では、予め砂１１と酸化チタン１２を混合し、酸化チタン１２が塊状化することを防止しているから、砂１１と酸化チタン１２の混合物１３に溶解液２２を添加しても、砂１１や酸化チタン１２が塊状（ダマ）になることも抑制できる。
【００３０】
続いて、図２（ｅ）に示すように、乾燥機４０でこれらを乾燥させて水分を飛ばすことにより、砂１１の表面に酸化チタン１２が珪酸リチウムをバインダーとして担持した光触媒合成砂１０を得ることができる（図２（ｆ））。乾燥機４０は、定置式乾燥機や連続式乾燥機を採用できる。図２（ｅ）の乾燥機４０は、連続式乾燥機であるロータリードライヤーを用いている。連続式乾燥機では、中間での加熱温度が２００℃以上、出口の温度が１１０℃以上となるように投入量、乾燥時間を調整することが好適である。これにより、酸化チタン１２が担持した光触媒合成砂１０の各粒を２００℃以上に均一に加熱することができる。
【００３１】
得られた光触媒合成砂１０は、湿気を帯びないようにビニール袋等に封入することが望ましい。
【００３２】
上記製造方法により得られた本発明の光触媒合成砂１０（発明例）を金属顕微鏡（株式会社ニコン  ユニバーサルズーム顕微鏡ＡＺ１００）により表面観察したところ、図３に示すように、砂１１の表面の９０％以上が酸化チタン１２に覆われていた。なお、図３の写真において、白っぽく見える部分が酸化チタン１２であり、黒っぽく見える部分が砂１１の表面である。図３をより詳細に観察すると、発明例の光触媒合成砂１１は、酸化チタン１２が砂１１の約９０％以上の部分を覆っており、砂１１の微細な凹凸に侵入すると共に、砂１１に対して浮き上がることなく好適に密着していた。また、砂１１に付着することなく残留した酸化チタン１２は少なく、材料歩留り率が高いことがわかった。さらに、発明例の光触媒合成砂１０どうしをミキサーに投入して光触媒合成砂１０どうしを擦り合わせるコーティング剥離試験を実施したところ、酸化チタン１２の剥離はほとんど認められなかった。
【００３３】
一方、比較のため、予め酸化チタン５２を水と混合し、珪酸リチウムを加えた分散溶液に砂５１を混合し、当該酸化チタン分散溶液と混合して乾燥した光触媒合成砂５０を作製した。得られた光触媒合成砂５０について、発明例と同じ金属顕微鏡で表面観察した写真を図４に示す。図４を参照すると、比較例の光触媒合成砂５０は、砂５１である黒い部分が多く、白っぽい酸化チタン５２は、発明例（図３）に比べて少なく、約６０％以下であった。また、付着している酸化チタン１２は砂５１に密着せず、浮いている部分が多々観察された。さらに、砂５１に付着せず、塊状或いは粒状となって残留した酸化チタン５２も多く観察された。すなわち、材料歩留り率が低いことがわかる。この比較例の光触媒合成砂５０どうしをミキサーに投入して光触媒合成砂５０どうしを擦り合わせるコーティング剥離試験を実施したところ、酸化チタン５２は大部分が剥離し、砂５１に剥離せず残った酸化チタン５２は約１０％〜１５％程度であった。この理由は、予め酸化チタン５２と水、珪酸リチウムを混合して溶液を作製したため、酸化チタン５２が塊状（ダマ）になって溶液中に存在し、砂５１と混合しても上手く砂５１の表面に密着しなかったことによると考えられる。
【００３４】
すなわち、本発明の光触媒合成砂１０の製造方法によれば、砂１１と酸化チタン１２を予め混合したこと、また、予め混合された珪酸リチウムの溶解液２２を添加したことにより、珪砂の表面の７０％以上に均等に且つ剥離し難く酸化チタン１２を担持させることができたことがわかる。
【００３５】
従って、本発明の光触媒合成砂１０は、砂１１の表面に好適に酸化チタン１２が存在していることで、光が当たったときに、酸化還元反応による極めてすぐれた殺菌作用、窒素化合物の分解作用、臭気分解作用、油脂分解作用、アレルギー症原因物質の分解作用等を発揮できる。
【００３６】
得られた光触媒合成砂１０は、グランドやコート、砂場などの表層に使用することができる。
【００３７】
上記説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或いは範囲を限縮するように解すべきではない。また、本発明の各部構成は、上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  光触媒合成砂
１１  砂
１２  酸化チタン
１３  混合物
２０  珪酸リチウム
２１  水
２２  溶解液
【図１】
2018192435.tif 000003
【図２】
2018192435.tif 000004
【図３】
2018192435.tif 000005
【図４】
2018192435.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成29年7月6日(2017.7.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本発明に係る光触媒合成砂の製造方法は、
水と珪酸リチウムを秤量し、混合し、珪酸リチウムの溶解液を作製するステップ、
砂と酸化チタンを秤量し、ミキサーへ前記砂と前記酸化チタンを投入し、これらの混合物を作製するステップ、
前記ミキサーで前記混合物を撹拌しながら、前記ミキサーに前記溶解液を添加し、前記珪酸リチウムをバインダーとして砂に酸化チタンをコーティングするステップ、及び、
酸化チタンがコーティングされた砂を乾燥させるステップ、
と、を含んでいることを特徴とする光触媒合成砂の製造方法。
【請求項２】
前記乾燥させるステップは、連続式乾燥機を用いて行なわれる、
請求項１に記載の光触媒合成砂の製造方法。
【請求項３】
前記連続式乾燥機は、ロータリードライヤーである、
請求項２に記載の光触媒合成砂の製造方法。