(57)【要約】【課題】光触媒による基材の劣化を防止でき、光触媒層の密着強度を向上し、且つ紫外線吸収性能、触媒性能を向上できる光触媒層形成用コーティング剤およびそれを用いた脱臭フィルタを提供することを目的とする。【解決手段】変成シリコーン樹脂に三次元針状構造を有する酸化亜鉛粒子１を混合したコーティング剤を基材２に塗布し、乾燥させると、基材表面にシリコーン樹脂膜３が形成され、酸化亜鉛粒子１の針状繊維部分が基材外面に突出した凹凸形状が形成される。さらにその上から光触媒粒子４をバインダー５に分散させたスラリーを塗布し、乾燥させるとコーティング剤表面に光触媒粒子４が担持された光触媒層６が形成される。【選択図】図２
2008110338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコーン変成樹脂に、三次元針状構造を有した粒子状物質を混合したことを特徴とする光触媒層形成用コーティング剤。
【請求項２】
無機系のバインダーに、三次元針状構造を有した粒子状物質を混合したことを特徴とする光触媒層形成用コーティング剤。
【請求項３】
無機系のバインダーが、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＬｉＯ２などのケイ酸塩からなるアルカリシリケート、シリカゾル、アルミナゾルなどの無機コロイド、ケイ素、チタン、アルミなどのアルコキシド類とその加水分解物、リン酸アルミニウム、重クロム酸塩、セメントから選ばれるいずれか１つ以上を含むことを含むことを特徴とする請求項２記載の光触媒層形成用コーティング剤。
【請求項４】
三次元針状構造を有した粒子状物質に、紫外線を吸収する作用を持つ物質を混合したことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の光触媒層形成用コーティング剤。
【請求項５】
三次元針状構造を有した粒子状物質に、光触媒作用を有する物質を混合したことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の光触媒層形成用コーティング剤。
【請求項６】
三次元針状構造を有した粒子状物質に、光を反射する性質を持つ物質を混合したことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の光触媒層形成用コーティング剤。
【請求項７】
三次元針状構造を有した粒子状物質が、脱臭作用を有することを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の光触媒層形成用コーティング剤。
【請求項８】
三次元針状構造を有した粒子状物質が、抗菌作用を有することを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の光触媒層形成用コーティング剤。
【請求項９】
三次元針状構造を有した粒子状物質が、酸化亜鉛であることを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載の光触媒層形成用コーティング剤。
【請求項１０】
三次元針状構造を有した粒子状物質の針状繊維長が、２μｍ〜５０μｍであることを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載の光触媒層形成用コーティング剤。
【請求項１１】
三次元針状構造を有した粒子状物質の配合比が、シリコーン変成樹脂および／または無機系のバインダーの重量に対して、１ｗｔ％〜１０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１乃至１０いずれかに記載の光触媒層形成用コーティング剤。
【請求項１２】
シリコーン変成樹脂および／または無機系のバインダーに、分散剤を混合することを特徴とする請求項１乃至１１いずれかに記載の光触媒層形成用コーティング剤。
【請求項１３】
請求項１乃至１２いずれかに記載の光触媒形成用コーティング剤で下地処理した基材に、光触媒層を上塗りしたことを特徴とする光触媒コート材。
【請求項１４】
光触媒層の光触媒粒子径が、三次元針状構造を有した粒子状物質の針状繊維径よりも小さいことを特徴とする請求項１３記載の光触媒コート材。
【請求項１５】
光触媒層に多孔質材料を混合しことを特徴とする請求項１３または１４記載の光触媒コート材。
【請求項１６】
多孔質材料の粒子径が三次元針状構造を有した粒子状物質の針状繊維径よりも小さいことを特徴とする請求項１５記載の光触媒コート材。
【請求項１７】
光触媒層に三次元針状構造を有した酸化亜鉛を混合したことを特徴とする請求項１３乃至１６いずれかに記載の光触媒コート材。
【請求項１８】
請求項１乃至１７いずれかに記載の光触媒層形成用コーティング剤で下地処理したフィルタ基材に光触媒層を形成した脱臭フィルタ。
【請求項１９】
フィルタ基材が繊維状であることを特徴とした請求項１８記載の脱臭フィルタ。
【請求項２０】
フィルタ基材がガラス繊維織物であることを特徴とする請求項１８または１９記載の脱臭フィルタ。
【請求項２１】
フィルタ基材が発泡ウレタンであることを特徴とする請求項１８記載の脱臭フィルタ。
【請求項２２】
フィルタ基材に、波長６００ｎｍ以下の光を照射することを特徴とする、請求項１８乃至２１いずれかに記載の脱臭フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒による基材の劣化を防止でき、光触媒層の密着強度を向上し、且つ紫外線吸収性能、触媒性能を向上できる光触媒層形成用コーティング剤および脱臭フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
光触媒は紫外線のエネルギーによって有害物質を分解することで、液体・気体の浄化、殺菌、脱臭などの効果を示すことが知られている。また、光触媒は一般的に粉末状で使用したほうが活性が高いことが知られているが、粉末のままでは取り扱いや回収が困難であるため、実用的には光触媒をなんらかの基材に担持させて固定化することが必要となる。基材としては種々提案されており、ガラスやセラミックなどの無機材料や、プラスチック、ナイロン、発泡ウレタンなど有機物を主原料とするものが挙げられる。しかし、これらの中で有機物を主体とするものは、光触媒を担持したときに、その強い触媒作用によって基材自体が分解され、劣化してしまう恐れがあった。また、基材がガラスやセラミックなどの無機材料であっても、光触媒を固定化するために使用される有機高分子樹脂が、同じく触媒作用によって分解され、劣化し、結果的に耐久性に問題が生じるといった課題があった。これらの課題を解決するために、従来から光触媒層を形成するための中間層として、保護層あるいは接着層などを基材表面に形成する方法が提案されている。中間層として使用される保護剤あるいは接着剤に必要な特性としては、光触媒との接着性が良好であること、光触媒活性が中間層に担持されることにより低下しないこと、担持した光触媒によって基材や接着剤が劣化しないことなどが挙げられ、これらの条件を満たす材料として、例えば特許文献１が提案されている。特許文献１に示されるものにあっては、光触媒層と担体との間にシリコーン変性樹脂などを塗布して中間層を設けたものであり、接着強度と耐久性を向上させることができるというものである。
【特許文献１】特許第３０３８５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１に示される従来例にあっては、中間層表面がシリコーン樹脂特有の滑沢な状態であり、光触媒層との接着強度が十分とは言えなかった。そこで、接着強度を上げるためには光触媒層の接着剤成分をある程度以上含有する必要があった。つまり、光触媒層に含まれる接着剤成分が少ないと、光触媒粒子の担持強度が弱く、光触媒粒子が脱離してしまうという課題があった。しかし、逆に接着剤成分の量が多すぎると光触媒粒子が接着層に埋没してしまい、触媒活性が低くなってしまうという課題があった。また上記従来例にあっては、中間層の表面はほぼ平面であり、単位堆積当りの表面積が小さく、光触媒層が形成されうる面積が限られてしまうために、光触媒性能に課題があった。
【０００４】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、少ない接着剤量でも光触媒粒子の担持強度が強くでき、光触媒粒子の露出部分を増やすことで光触媒活性を向上できる。また、光触媒層が形成されうる接着層の表面積を増やして、光触媒担持量を確保することにより触媒性能を向上できる光触媒層形成用コーティング剤を提供することを目的とする。
【０００５】
また、各種基材に前記コーティング剤を中間層とした光触媒層を形成した脱臭フィルタ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】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明の光触媒層形成用コーティング剤は、請求項１記載のとおり、シリコーン変成樹脂に三次元針状構造を有した粒子状物質を混合したことを特徴とするものである。
【０００７】
また、請求項２記載の光触媒層形成用コーティング剤は、無機系のバインダーに、三次元針状構造を有した粒子状物質を混合したことを特徴とするものである。
【０００８】
また、請求項３記載の光触媒層形成用コーティング剤は、無機系のバインダーが、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＬｉＯ2などのケイ酸塩からなるアルカリシリケート、シリカゾル、アルミナゾルなどの無機コロイド、ケイ素、チタン、アルミなどのアルコキシド類とその加水分解物、リン酸アルミニウム、重クロム酸塩、セメントから選ばれるいずれか１つ以上を含むことを含むことを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項４記載の光触媒層形成用コーティング剤は、三次元針状構造を有した粒子状物質に、紫外線を吸収する作用を持つ物質を混合したことを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項５記載の光触媒層形成用コーティング剤は、三次元針状構造を有した粒子状物質に、光触媒作用を有する物質を混合したことを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項６記載の光触媒層形成用コーティング剤は、三次元針状構造を有した粒子状物質に、光を反射する性質を持つ物質を混合したことを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項７記載の光触媒層形成用コーティング剤は、三次元針状構造を有した粒子状物質が、脱臭作用を有することを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項８記載の光触媒層形成用コーティング剤は、三次元針状構造を有した粒子状物質が、抗菌作用を有することを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項９記載の光触媒層形成用コーティング剤は、三次元針状構造を有した粒子状物質が、酸化亜鉛であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項１０記載の光触媒層形成用コーティング剤は、三次元針状構造を有した粒子状物質の針状繊維長が、２μｍ〜５０μｍであることを特徴とするものである。
【００１６】
また、請求項１１記載の光触媒層形成用コーティング剤は、三次元針状構造を有した粒子状物質の配合比が、シリコーン変成樹脂および／または無機系のバインダーの重量に対して、１ｗｔ％〜１０ｗｔ％であることを特徴とするものである。
【００１７】
また、請求項１２記載の光触媒層形成用コーティング剤は、シリコーン変成樹脂および／または無機系のバインダーに、分散剤を混合することを特徴とするものである。
【００１８】
また、請求項１３記載の光触媒コート材は、請求項１乃至１２いずれかに記載の光触媒形成用コーティング剤で下地処理した基材に光触媒層を上塗りしたことを特徴とするものである。
【００１９】
また、請求項１４記載の光触媒コート材は、光触媒層の光触媒粒子径が、三次元針状構造を有した粒子状物質の針状繊維径よりも小さいことを特徴とするものである。
【００２０】
また、請求項１５記載の光触媒コート材は、光触媒層に多孔質材料を混合しことを特徴とするものである。
【００２１】
また、請求項１６記載の光触媒コート材は、多孔質材料の粒子径が、三次元針状構造を有した粒子状物質の針状繊維径よりも小さいことを特徴とするものである。
【００２２】
また、請求項１７記載の光触媒コート材は、光触媒層に三次元針状構造を有した酸化亜鉛を混合したことを特徴とするものである。
【００２３】
また、請求項１８記載の脱臭フィルタは、請求項１乃至１７いずれかに記載の光触媒層形成用コーティング剤で下地処理したフィルタ基材に光触媒層を形成したことを特徴とするものである。
【００２４】
また、請求項１９記載の脱臭フィルタは、フィルタ基材が繊維状であることを特徴としたものである。
【００２５】
また、請求項２０記載の脱臭フィルタは、フィルタ基材がガラス繊維織物であることを特徴とするものである。
【００２６】
また、請求項２１記載の脱臭フィルタは、フィルタ基材が発泡ウレタンであることを特徴とするものである。
【００２７】
また、請求項２２記載の脱臭フィルタは、フィルタ基材に、波長６００ｎｍ以下の光を照射することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、変性シリコーン樹脂および／または無機系のバインダーに三次元針状構造を有した粒子を混合することで、基材表面に緻密な凹凸形状を有した接着層を形成することができる。この接着層は触媒による基材の劣化を防止し、耐久性を向上させることができるだけでなく、基材表面に施された緻密な凹凸形状により、光触媒層との物理的接触面積が増加し、接着強度を高めることができる。すなわち、光触媒層を少ない接着剤で基材に固定することで、光触媒粒子を露出することができ、光触媒活性を向上することができる。さらに三次元針状構造による緻密な凹凸形状は、光触媒層が形成されうる接着層の表面積を増やして、光触媒担持量を確保することにより触媒性能を向上できる。また、各種基材に前記コーティング剤を中間層とした光触媒層を形成した脱臭フィルタを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
上記目的を達成するために、請求項１記載の光触媒層形成用コーティング剤は、シリコーン変成樹脂に三次元針状構造を有した粒子状物質を混合したことを特徴とするものである。シリコーン変成樹脂は、変成用シリコーン中間体が持つ水酸基やアルコキシ基と、樹脂が持つアルコール性水酸基との共重合反応により得ることができる。樹脂の種類によって様々なシリコーン変成樹脂を調製可能で、例えばアルキド−シリコーン樹脂、アクリル−シリコーン樹脂、ポリエステル−シリコーン樹脂、エポキシ−シリコーン樹脂などが挙げられる。変成シリコーン樹脂は機械的強度、接着力、耐候性に優れており、本発明においてはいかなるものを用いてもよいが、特に耐候性と強靭性に優れたアクリル−シリコーン樹脂が好ましい。また、三次元針状構造を有した粒子状物質とは、ミクロンオーダーの針状構造を有した金属化合物や鉱物であり、機能性フィラーとして様々な用途で利用されている。本発明において三次元針状構造とは、粒子自体が異方性を持った構造でも良いし、針状粒子が三次元的に凝集した構造でもよく、コーティングしたときに針状部先端が基材の外側に向いていることが望ましい。このような三次元針状構造を有する粒子状物質をシリコーン変成樹脂に混合することにより、基材表面に緻密な凹凸面を形成することができ、上塗りする光触媒層との物理的接触面積が増加して接着強度を向上できるという作用を有する。すなわち、光触媒層を少ない接着剤で基材に固定することができるため、光触媒粒子の露出度を上げ、触媒活性を向上することができるという作用を有する。さらに三次元針状構造による緻密な凹凸形状は、変成シリコーンのみの滑沢な平面と比べて表面積を大きくでき、光触媒担持量をより多く確保することにより、浄化、殺菌、脱臭などの触媒性能を向上できるという作用を有する。
【００３０】
また、請求項２記載の光触媒層形成用コーティング剤は、無機系のバインダーに、三次元針状構造を有した粒子状物質を混合したことを特徴とするものである。このようにすることで基材表面に緻密な凹凸面を形成することができ、上塗りする光触媒層との物理的接触面積が増加して接着強度を向上できるという作用を有する。すなわち、光触媒層を少ない接着剤で基材に固定することができるため、光触媒粒子の露出度を上げ、触媒活性を向上することができるという作用を有する。
【００３１】
また、請求項３記載の光触媒層形成用コーティング剤は、無機系のバインダーが、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＬｉＯ2などのケイ酸塩からなるアルカリシリケート、シリカゾル、アルミナゾルなどの無機コロイド、ケイ素、チタン、アルミなどのアルコキシド類とその加水分解物、リン酸アルミニウム、重クロム酸塩、セメントから選ばれるいずれか１つ以上を含むことを含むことを特徴とするものである。これらの無機バインダーを使うことによって、基材表面に緻密な凹凸面を形成することができ、上塗りする光触媒層との物理的接触面積が増加して接着強度を向上できるという作用を有する。すなわち、光触媒層を少ない接着剤で基材に固定することができるため、光触媒粒子の露出度を上げ、触媒活性を向上することができるという作用を有する。
【００３２】
また、請求項４記載の光触媒層形成用コーティング剤は、三次元針状構造を有した粒子状物質に、紫外線を吸収する作用を持つ物質を混合したことを特徴とするものである。紫外線を吸収する物質としては種々挙げられるが、光触媒層で吸収されずに透過する波長の紫外線を選択的に吸収する物質であることが望ましい。こうすることで紫外線による担体材料の劣化を低減できるという作用を有する。
【００３３】
また、請求項５記載の光触媒層形成用コーティング剤は、三次元針状構造を有した粒子状物質に、光触媒作用を有する物質を混合したことを特徴とするものである。光触媒作用を有する物質としては金属酸化物などの半導体が挙げられる。こうすることで光触媒作用により、有害物質を分解、除去する効果を付与できるという作用を有する。
【００３４】
また、請求項６記載の光触媒層形成用コーティング剤は、三次元針状構造を有した粒子状物質に、光を反射する性質を持つ物質を混合したことを特徴とするものである。こうすることで反射した光によって、光触媒の触媒効率を向上することができるという作用を有する。
【００３５】
また、請求項７記載の光触媒層形成用コーティング剤は、三次元針状構造を有した粒子状物質が、脱臭作用を有することを特徴とするものである。こうすることで光触媒による脱臭効果に加えて高い脱臭性能を持たせることができるという作用を有する。
【００３６】
また、請求項８記載の光触媒層形成用コーティング剤は、三次元針状構造を有した粒子状物質が、抗菌作用を有することを特徴とするものである。こうすることで光触媒による抗菌効果に加えて高い抗菌性能を持たせることができるという作用を有する。また、光があたらない暗所でも、抗菌作用を発揮させることができる。
【００３７】
また、請求項９記載の光触媒層形成用コーティング剤は、三次元針状構造を有した粒子状物質が、酸化亜鉛であることを特徴とするものである。酸化亜鉛（II）（化学式：ＺｎＯ）は亜鉛華と呼ばれ、六方晶系の白色粉末で、顔料や外用医薬、ゴムの充填剤、最近では電子セラミックとして各種センサーなど広く利用されている。製造法としては亜鉛鉱石から直接酸化亜鉛を得る直接法（アメリカ法）と、いったん金属亜鉛をつくり、これを酸化して酸化亜鉛とする間接法（フランス法）などの製法があり、日本での製造はおもに後者の間接法によっている。製造方法によってその結晶構造も異なり、間接法では無定形の酸化亜鉛が多く得られるのに対し、直接法では針状結晶が得られることが多い。また、特殊雰囲気中で酸化熱処理を行うとテトラポット形状の三次元針状構造を有した酸化亜鉛粒子を調製できることが知られている。この特殊な構造を有した酸化亜鉛を変成シリコーン樹脂に混合することで、コーティングしたときに針状部先端が基材の外側に向くように固定化され、基材表面に緻密な凹凸面を形成することができ、上塗りする光触媒層との物理的接触面積が増加して接着強度を向上できるという作用を有する。すなわち、光触媒層を少ない接着剤で基材に固定することができるため、光触媒粒子の露出度を上げ、触媒活性を向上することができるという作用を有する。さらに三次元針状構造による緻密な凹凸形状は、変成シリコーンのみの滑沢な平面と比べて表面積が大きく、光触媒担持量をより多く確保することにより浄化、殺菌、脱臭などの触媒性能を向上できるという作用を有する。また、酸化亜鉛はＵＶＡ領域（３２０〜３８０ｎｍ）と呼ばれる近紫外部に吸収端を有することが知られており、最近ではその遮蔽性能を生かしたサンスクリーン剤としての応用が期待されている。一方、光触媒層に使用される光触媒としては酸化チタンが一般的であるが、酸化チタンの吸収波長領域はＵＶＡ領域よりも更に低波長側のＵＶＢ領域（２８０〜３２０ｎｍ）であり、ＵＶＡ領域の光に対する遮蔽能力は弱い。つまり、三次元針状構造を有した酸化亜鉛を混合することで、光触媒層で吸収されずに透過する波長の紫外線を酸化亜鉛が吸収することで、紫外線による担体材料の劣化を防止することができるという作用を有する。また、酸化亜鉛がＵＶＡ領域の光を吸収することによる光触媒作用も期待できる。また、酸化亜鉛は光を反射する性質から顔料として古くから利用されており、光触媒層に含まれる光触媒の光利用率を向上させることができるという作用を有する。
【００３８】
また、請求項１０記載の光触媒層形成用コーティング剤は、三次元針状構造を有した粒子状物質の針状繊維長が、２μｍ〜５０μｍであることを特徴とするものである。針状繊維長が２μｍ以下だと酸化亜鉛粒子の大部分がシリコーン樹脂に埋没してしまい、凹凸形状を形成できず、光触媒層の接着強度の向上が期待できない。また、酸化亜鉛が持つ紫外線遮蔽能力や光触媒能力、光反射能力も発揮できない。一方、５０μｍを超えると粒子が十分に固定化できずに脱離してしまう可能性が高い。針状繊維長が２μｍ〜５０μｍの範囲であれば基材表面に緻密な凹凸形状を形成することができ、光触媒層の接着強度を向上できる。また、酸化亜鉛が持つ紫外線遮蔽能力や光触媒能力、光反射能力を発現することができる。
【００３９】
また、請求項１１記載の光触媒層形成用コーティング剤は、三次元針状構造を有した粒子状物質の配合比が、シリコーン変成樹脂および／または無機系のバインダーの重量に対して、１ｗｔ％〜１０ｗｔ％であることを特徴とするものである。酸化亜鉛の配合比が１ｗｔ％以下だと、十分な凹凸形状を形成できず、光触媒層との接着強度を確保できない。一方、１０ｗｔ％を超えると、酸化亜鉛粒子が多層にわたって折り重なり、担体材料との十分な固定ができず、粒子が脱離してしまう可能性が高くなる。酸化亜鉛の配合比がシリコーン変成樹脂の重量に対して、１ｗｔ％〜１０ｗｔ％であれば、酸化亜鉛粒子が担体材料表面全体に敷き詰められ、緻密な凹凸形状を形成することができる。
【００４０】
また、請求項１２記載の光触媒層形成用コーティング剤は、シリコーン変成樹脂および／または無機系のバインダーに、分散剤を混合することを特徴とするものである。分散剤としては界面活性剤が一般的に用いられ、イオン性から分類するとアニオン性、非イオン性、カチオン性、両性など様々な界面活性剤があり、粒子との親和性を考慮して選ぶことが大切である。こうすることで三次元針状構造を有する粒子状物質をシリコーン変成樹脂に高分散させることができ、担体材料表面全体に緻密な凹凸形状を形成することができる。
【００４１】
また、請求項１３記載の光触媒コート材は、請求項１乃至１２いずれかに記載の光触媒形成用コーティング剤で下地処理した基材に光触媒層を上塗りしたことを特徴とするものである。三次元針状構造を有する粒子状物質をシリコーン変成樹脂に混合することにより、基材表面に緻密な凹凸面を形成することができ、上塗りする光触媒層との物理的接触面積が増加して接着強度を向上できるという作用を有する。すなわち、光触媒層を少ない接着剤で基材に固定することができるため、光触媒粒子の露出度を上げ、触媒活性を向上することができるという作用を有する。さらに三次元針状構造による緻密な凹凸形状により、表面積を大きくでき、光触媒担持量をより多く確保することにより、浄化、殺菌、脱臭などの触媒性能の高いコート材を得ることができる。
【００４２】
また、請求項１４記載の光触媒コート材は、光触媒層の光触媒粒子径が、三次元針状構造を有した粒子状物質の針状繊維径よりも小さいことを特徴とするものである。こうすることで粒子状物質の針状繊維の表面や針状繊維どうしが絡み合った部分にできる隙間部分は、光触媒粒子が担持され得るのに有効な表面となり、光触媒担持量をより多く確保することにより触媒性能を向上できる。
【００４３】
また、請求項１５記載の光触媒コート材は、光触媒層に多孔質材料を混合しことを特徴とするものである。光触媒粒子はそれ自体は吸着性能が低く、例えばガス状の有機物質を速やかに分解するためにはかなりの量の光触媒を用いて接触面積を増やす必要がある。多孔質材料を混合することで、一旦ガスを吸着し、吸着したガスを近接した光触媒で分解することができるため、処理能力を高めることができるという作用を有する。
【００４４】
また、請求項１６記載の光触媒コート材は、多孔質材料の粒子径が、三次元針状構造を有した粒子状物質の針状繊維径よりも小さいことを特徴とするものである。こうすることで酸化亜鉛の針状繊維の表面や針状繊維どうしが絡み合った部分にできる隙間部分は、多孔質材料が担持され得るのに有効な表面となり、多孔質材料の担持量をより多く確保することにより脱臭性能を向上できる。
【００４５】
また、請求項１７記載の光触媒コート材は、光触媒層に三次元針状構造を有した酸化亜鉛を混合したことを特徴とするものである。三次元針状構造を有する酸化亜鉛はテトラポット状という特徴的な構造をしており、酸化亜鉛粒子同士が絡み易いという特徴を有する。この酸化亜鉛粒子を光触媒層にも混合することで、下地処理した担体材料表面から突出した針状繊維と、光触媒層に含まれる針状繊維が相互に絡み合い、さらに接着性を高めることができる。
【００４６】
また、請求項１８記載の脱臭フィルタは、請求項１乃至１７いずれかに記載の光触媒層形成用コーティング剤で下地処理したフィルタ基材に光触媒層を形成したことを特徴とするものである。本発明に用いるフィルタ基材としては金属、プラスチック形成品、プラスチックフィルム、無機窯業系材料、木材、紙、ガラスなど様々なものを挙げることができるが、フィルタの圧力損失や接触面積を考慮すると、コルゲートした抄紙基材や、プラスチックダンボールを積層したもの、発泡ウレタンなどの三次元多孔体がより好ましい。これらフィルタ基材に本発明による光触媒層形成用コーティング剤で下地処理を施し、さらに光触媒層を形成することで、耐久性に優れ、脱臭能力の高い脱臭フィルタを提供することができる。
【００４７】
また、請求項１９記載の脱臭フィルタは、フィルタ基材が繊維状であることを特徴としたものである。こうすることで繊維が絡み合ってできた隙間にコーティング剤及び光触媒粒子を担持することができ、担持量を多くすることができる。また、三次元針状構造を有した粒子状物質は繊維にからまりやすいため、隣接する繊維間を強固に接着することができるとともに、より多くの光触媒粒子を担持することができる。
【００４８】
また、請求項２０記載の脱臭フィルタは、フィルタ基材がガラス繊維織物であることを特徴とするものである。ガラス繊維を織り込んだガラス繊維織物は強度、耐光性に優れ、また三次元的にガラス繊維が編みこまれているため表面積が大きく繊維と繊維の細かい隙間にもコーティング剤及び光触媒粒を担持できることから担持量を多くすることができるという作用を有する。また、素材がガラスであるためにＵＶ透過性に優れており、光触媒による基材の劣化がないという作用を有する。また、ガラスを繊維状にすることにより、柔軟性をもたせることができるので、織物としてフィルタに加工しやすく、形状に自由度をもたせることができるという作用を有する。
【００４９】
また、請求項２１記載の脱臭フィルタは、フィルタ基材が発泡ウレタンであることを特徴とするものである。こうすることで、圧力損失を抑えることができ、脱臭能力の高い脱臭フィルタを提供することができる。
【００５０】
また、請求項２２記載の脱臭フィルタは、フィルタ基材に、波長６００ｎｍ以下の光を照射することを特徴とするものである。光を照射することにより、光触媒を活性化し、脱臭・抗菌・防カビなどの作用をもたせることができる。
【００５１】
（実施の形態１）
本発明の光触媒層形成用コーティング剤を、ガラス繊維、ポリエステル繊維あるいは発泡ウレタンなどの基材に塗布した状態を図１に示す。図１に示すように、変成シリコーン樹脂に三次元針状構造を有する酸化亜鉛粒子１を混合したコーティング剤を基材２に塗布し、乾燥させると、基材２表面にシリコーン樹脂膜３が形成され、酸化亜鉛粒子１の針状繊維部分が基材外面に突出した凹凸形状が形成される。基材表面にコーティング剤を塗布する手段としてはディップコート、スプレー、電着、蒸着などが挙げられるが、基材表面に酸化亜鉛粒子による凹凸形状が形成できる手段であればいかなる手段でもよい。なお、１回の塗布で担持量が十分でなければ、複数回塗布工程を繰り返してもよい。また、乾燥する条件としては、乾燥機で５０〜１５０℃程度の温度で３０〜６０分程度加熱することにより基材に塗膜を形成できる。シリコーン変成樹脂としては、耐候性と強靭性に優れたアクリル−シリコーン樹脂が好ましいが、十分な耐候性と強度を備えていればいかなるものを用いてもなんら効果に差異はない。酸化亜鉛粒子１は、ひとつの粒子に対して繊維の数は４本であり、粒子の中心部から正四面体の各頂点方向へ伸びており、テトラポットの様な形状をしている。そのため、どのような方向で基材に塗布されても、繊維が基材の外側に突出されるために、基材表面は緻密な凹凸形状を形成できる。また、酸化亜鉛粒子１の繊維長は２〜５０μｍで、平均としては約１０μｍ程度である。これはシリコーン樹脂膜３の膜厚と比べると十分大きく、酸化亜鉛粒子１はシリコーン樹脂膜３に埋もれることなく緻密な凹凸形状を形成することができる。このように、基材表面に形成された緻密な凹凸形状により、上塗りする光触媒層との物理的接触面積が増加して接着強度を向上できる。すなわち、光触媒層を少ない接着剤で基材に固定することができるため、光触媒粒子の露出度を上げ、触媒効率を向上することができるという作用を有する。さらに三次元針状構造による緻密な凹凸形状により表面積が大きくなるため、光触媒層をより多く担持できる。また、酸化亜鉛粒子１はＵＶＡ領域（３２０〜３８０ｎｍ）の紫外線を吸収することで、光触媒層で吸収されずに透過した波長の紫外線による基材の劣化を防止することができる。また、酸化亜鉛粒子１が光を反射し、光触媒層に含まれる光触媒の光利用率を向上させることができる。
【００５２】
（実施の形態２）
本発明の光触媒コート材を図２に示す。図２に示すように、変成シリコーン樹脂に三次元針状構造を有する酸化亜鉛粒子１を混合したコーティング剤を基材２に塗布し、乾燥させると、基材表面にシリコーン樹脂膜３が形成され、酸化亜鉛粒子１の針状繊維部分が基材外面に突出した凹凸形状が形成される。なお、変性シリコーン樹脂の変わりに、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＬｉＯ２などのケイ酸塩からなるアルカリシリケート、シリカゾル、アルミナゾルなどの無機コロイド、ケイ素、チタン、アルミなどのアルコキシド類とその加水分解物、リン酸アルミニウム、重クロム酸塩、セメントコロイダルシリカ、リチウムシリケート、アルコキシシランなどの無機バインダーを用いてもよい。
【００５３】
さらにその上から光触媒粒子４をバインダー５に分散させたスラリーを塗布し、乾燥させるとコーティング剤表面に光触媒粒子４が担持された光触媒層６が形成される。光触媒粒子４を担持するためのバインダー５はシリコーン樹脂膜３との接着強度に優れ、光触媒粒子４を接着できるものであればいかなるものを用いてもよく、例えば、コロイダルシリカ、リチウムシリケート、アルコキシシランなどが挙げられる。光触媒粒子４は酸化チタンが好ましいが、紫外線により触媒活性を発現し、有害物質を分解できるものであればいかなる材料を用いてもよい。光触媒粒子４は酸化亜鉛粒子１よりも十分に小さいことが好ましく、具体的には数ｎｍ〜１００ｎｍ程度であることが好ましい。微細な光触媒粒子４は、酸化亜鉛粒子１の表面に分散して担持されるだけでなく、酸化亜鉛粒子１の繊維同士が絡み合ってできた隙間に入り込み担持される。このように、基材表面に形成された緻密な凹凸形状により、上塗りする光触媒層６との物理的接触面積が増加して接着強度を向上できる。すなわち、光触媒層６を少ない接着剤で基材２に固定することができるため、光触媒粒子４の露出度を上げ、触媒効率を向上することができるという作用を有する。さらに三次元針状構造による緻密な凹凸形状により表面積が大きくなるため、光触媒層６をより多く担持できる。また、酸化亜鉛粒子１はＵＶＡ領域（３２０〜３８０ｎｍ）の紫外線を吸収することで、光触媒層６で吸収されずに透過した波長の紫外線による基材２の劣化を防止することができる。また、酸化亜鉛粒子１が光を反射し、光触媒層６に含まれる光触媒粒子４の光利用率を向上させることができる。
【００５４】
（実施の形態３）
光触媒コート材の別の実施の形態を図３に示す。図３に示すように、変成シリコーン樹脂に三次元針状構造を有する酸化亜鉛粒子１を混合したコーティング剤を基材２に塗布し、乾燥させると、基材２表面にシリコーン樹脂膜３が形成され、酸化亜鉛粒子１の針状繊維部分が基材外面に突出した凹凸形状が形成される。さらにその上から光触媒粒子４と多孔質材料７とをバインダー５に分散させたスラリーを塗布し、乾燥させると光触媒粒子４と多孔質材料７が相互に接した状態で光触媒層が６形成される。光触媒粒子４を担持するためのバインダー５は、シリコーン樹脂膜３との接着強度に優れ、光触媒粒子４を接着できるものであればいかなるものを用いてもよく、例えば、コロイダルシリカ、リチウムシリケート、アルコキシシランなどが挙げられる。光触媒粒子４は酸化チタンが好ましいが、紫外線により触媒活性を発現し、有害物質を分解できるものであればいかなる材料を用いてもよい。また、光触媒粒子４は酸化亜鉛粒子１よりも十分に小さいことが好ましく、具体的には数ｎｍ〜１００ｎｍ程度であることが好ましい。微細な光触媒粒子４は、酸化亜鉛粒子１の表面に分散して担持されるだけでなく、酸化亜鉛粒子１の繊維同士が絡み合ってできた隙間に入り込み担持される。また、多孔質材料７は酸化亜鉛粒子１よりも小さく、光触媒粒子４より大きいことが望ましく、１μｍ〜２０μｍ程度であるとよい。より好ましくは１〜１０μｍ程度である。こうすることで多孔質材料７は、その表面に光触媒粒子４を担持することができるため、多孔質材料７が吸着した有害物質を速やかに光触媒粒子４で分解することができる。また、多孔質材料７が酸化亜鉛粒子１表面に分散して担持されるだけでなく、酸化亜鉛粒子１の繊維同士が絡み合ってできた隙間に入り込み担持されるため、基材２との接着強度を十分に確保することができる。多孔質材料としては活性炭、活性炭素繊維、ゼオライト、シリカ、繊維状シリカ、セピオライト、珪藻土などが挙げられる。このように、基材表面に形成された緻密な凹凸形状により、上塗りする光触媒層６との物理的接触面積が増加して接着強度を向上できる。すなわち、光触媒層６を少ない接着剤で基材２に固定することができるため、光触媒粒子４の露出度を上げ、触媒効率を向上することができるという作用を有する。さらに三次元針状構造による緻密な凹凸形状により表面積が大きくなるため、光触媒層６をより多く担持できる。また、酸化亜鉛粒子１はＵＶＡ領域（３２０〜３８０ｎｍ）の紫外線を吸収することで、光触媒層６で吸収されずに透過した波長の紫外線による基材２の劣化を防止することができる。また、酸化亜鉛粒子１が光を反射し、光触媒層６に含まれる光触媒粒子４の光利用率を向上させることができる。
【００５５】
（実施の形態４）
本発明による脱臭フィルタの概略図と、脱臭フィルタ拡大部の断面図を図４に示す。図４に示すように脱臭フィルタ８は、三次元的に通風孔を多数設けたフィルタ基材９に光触媒層形成用コーティング剤を塗布し、その上から光触媒層６を形成している。フィルタ基材９は例えば金属、金属繊維織物、プラスチック形成品、プラスチックフィルム、無機窯業系材料、木材、紙、ガラス、ガラス繊維織物など様々なものを挙げることができるが、フィルタの圧力損失やガス接触面積を考慮すると、コルゲートした抄紙基材や、プラスチックダンボールを積層したもの、発泡ウレタンなどの三次元多孔体がより好ましい。このフィルタ基材９に、変成シリコーン樹脂に三次元針状構造を有する酸化亜鉛粒子１を混合したコーティング剤を塗布し、乾燥させると、フィルタ基材９表面にシリコーン樹脂膜３が形成され、酸化亜鉛粒子１の針状繊維部分が基材外面に突出した凹凸形状が形成される。さらにその上から光触媒粒子４と多孔質材料７とをバインダー５に分散させたスラリーを塗布し、乾燥させると光触媒粒子４と多孔質材料７が相互に接した状態で光触媒層６が形成される。光触媒粒子４を担持するためのバインダーは、シリコーン樹脂膜３との接着強度に優れ、光触媒粒子４を接着できるものであればいかなるものを用いてもよく、例えば、コロイダルシリカ、リチウムシリケート、アルコキシシランなどが挙げられる。光触媒粒子４は酸化チタンが好ましいが、紫外線により触媒活性を発現し、有害物質を分解できるものであればいかなる材料を用いてもよい。また、光触媒粒子４は酸化亜鉛粒子１よりも十分に小さいことが好ましく、具体的には数ｎｍ〜１００ｎｍ程度であることが好ましい。微細な光触媒粒子４は、酸化亜鉛粒子１の表面に分散して担持されるだけでなく、酸化亜鉛粒子１の繊維同士が絡み合ってできた隙間に入り込み担持される。また、多孔質材料７は酸化亜鉛粒子１よりも小さく、光触媒粒子４より大きいことが望ましく、１μｍ〜２０μｍ程度であるとよい。より好ましくは１〜１０μｍ程度である。こうすることで多孔質材料７は、その表面に光触媒粒子４を担持することができるため、多孔質材料７が吸着した有害物質を速やかに光触媒粒子４で分解することができる。また、多孔質材料７が酸化亜鉛粒子１の表面に分散して担持されるだけでなく、酸化亜鉛粒子１の繊維同士が絡み合ってできた隙間に入り込み担持されるため、フィルタ基材９との接着強度を十分に確保することができる。多孔質材料としては活性炭、活性炭素繊維、ゼオライト、シリカ、繊維状シリカ、セピオライト、珪藻土などが挙げられる。このように、フィルタ基材９に形成された緻密な凹凸形状により、上塗りする光触媒層６との物理的接触面積が増加して接着強度を向上できる。すなわち、光触媒層６を少ない接着剤でフィルタ基材９に固定することができるため、光触媒粒子４の露出度を上げ、触媒効率を向上することができるという作用を有する。さらに三次元針状構造による緻密な凹凸形状により表面積が大きくなるため、光触媒層６をより多く担持できる。また、酸化亜鉛粒子１はＵＶＡ領域（３２０〜３８０ｎｍ）の紫外線を吸収することで、光触媒層６で吸収されずに透過した波長の紫外線によるフィルタ基材９の劣化を防止することができる。また、酸化亜鉛粒子１が光を反射し、光触媒層６に含まれる光触媒粒子４の光利用率を向上させることができる。以上の効果から脱臭能力の高い脱臭フィルタを提供できる。
【００５６】
以下、本発明を実施例にて詳細に説明するが、本発明は、以下の記載に何ら限定して解釈されるものではない。
【実施例１】
【００５７】
光触媒としての酸化チタンを８ｗｔ％、多孔質材料としてのハイシリカゼオライトを２０ｗｔ％、粒子状物質として三次元針状構造を有した酸化亜鉛を１ｗｔ％、無機系のバインダーとしてのコロイダルシリカ（シリカ分としての固形分率は２０ｗｔ％）を５９ｗｔ％、希釈剤としての水を１２ｗｔ％になるように材料を計量して混合し、ボールミルで１２時間混合攪拌を行い、下塗り用の光触媒層形成用コーティング剤を作成した。フィルタ基材としてのガラス繊維織物を、コーティング剤に浸漬し、エアブローして余剰液を排除した後、１００℃で３０分乾燥させることにより下地処理を行った。
【００５８】
光触媒としての酸化チタンを１５ｗｔ％、多孔質材料としてのハイシリカゼオライトを６ｗｔ％、無機系のバインダーとしてのコロイダルシリカ（シリカ分としての固形分率は２０ｗｔ％）を４５ｗｔ％、希釈剤としての水を３４ｗｔ％になるように材料を計量して混合し、ボールミルで１２時間混合攪拌を行い、上塗り用の光触媒コーティング剤を作成した。下塗り用の液を塗布して乾燥させた上記フィルタ基材を、上塗り用の光触媒コーティング剤に浸漬し、エアブローして余剰液を排除した後、１００℃で３０分乾燥させ、脱臭フィルタを作成した。ガラス繊維織物は密度の異なるものを２種類用いた。
【００５９】
比較品として、下地処理用の液に三次元針状構造を有した酸化亜鉛を添加せず、コロイダルシリカを６０ｗｔ％に変更した以外は同様の手順で、比較用脱臭フィルタを作成した。作成した脱臭フィルタの性状を表１に示す。
【００６０】
【表１】
2008110338.tif 000003
【実施例２】
【００６１】
実施例１で作成した脱臭フィルタを２５ｃｍ2の大きさに成形し、ポリエステル製の密閉容器に入れた。容器の外部から脱臭フィルタに対して１ｍＷ／ｃｍ2の紫外線強度でブラックライトを照射した。容器内に、２００ｐｐｍに調製した硫化水素ガスを２７００ｍｌ導入し、密閉容器内のガス濃度を検知管で測定した。ガス濃度の変化を、図５に示す。
【００６２】
光触媒および多孔質材料の作用によって硫化水素は経時的に減少していったが、酸化亜鉛あり／なしで脱臭速度に差が見られた。三次元針状構造を有した酸化亜鉛を下塗り剤として用いた脱臭フィルタでは、６０分後の臭気残存率は０％であったが、酸化亜鉛を加えていない比較品の脱臭フィルタでは１０〜２０ｐｐｍの臭気の残留が認められた。ここから、下塗り剤として酸化亜鉛を用いることによって、脱臭性能を向上させることができることがわかる。
【実施例３】
【００６３】
実施例１で作成した脱臭フィルタを、２５ｃｍ2の大きさに成形し、滅菌済みシャーレに入れた。生理食塩水で黄色ブドウ球菌（Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ  ａｕｒｅｕｓ，ＮＢＲＣ１２７３２）を約１０5ｃｆｕ／ｍｌに調製した。菌液を０．１ｍｌ採取し、標準寒天培地で培養して菌数を測定し、初期の菌数とした。作成した菌液０．８ｍｌを、ピペッタを用いて脱臭フィルタ全体にまんべんなく滴下した。シャーレにフタをし、フタごしに上部から脱臭フィルタに対して０．５ｍＷ／ｃｍ2の紫外線強度でブラックライトを照射した（明条件）。対象区として、アルミホイルで射光したフィルタも準備した（暗条件）。３時間後に７．２ｍｌの生理食塩水を加えて、１５分間フィルタを振とうしてフィルタから菌を洗い出した。洗い出した菌液を０．１ｍｌ採取し、標準寒天培地で培養して菌数を測定した。
【００６４】
結果を図６に示す。  フィルタなしの場合、明条件では紫外線の影響で若干の菌数減少がみられた。ＺｎＯありの低密度フィルタの場合、暗条件では約３時間で一桁の菌数減少がみらた。光がなくてもＺｎＯの抗菌効果が発揮されたものと考えられる。明条件では菌数は測定限界以下の値まで低下し、光触媒の抗菌作用によって菌が死滅したことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実施の形態１の光触媒形成用コーティング剤を基材に塗布した状態の概略断面図
【図２】実施の形態２の光触媒コート材の概略断面図
【図３】実施の形態３の光触媒コート材の概略断面図
【図４】実施の形態４の脱臭フィルタの概略図と一部拡大図
【図５】実施例２のガス濃度と時間の関係を示すグラフ
【図６】実施例３の菌数を時間の関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００６６】
１    酸化亜鉛粒子
２    基材
３    シリコーン樹脂膜
４    光触媒粒子
５    バインダー
６    光触媒層
７    多孔質材料
８    脱臭フィルタ
９    フィルタ基材
【図１】
2008110338.tif 000004
【図２】
2008110338.tif 000005
【図３】
2008110338.tif 000006
【図４】
2008110338.tif 000007
【図５】
2008110338.tif 000008
【図６】
2008110338.tif 000009