(57)【要約】【課題】室内などの空間において、微弱な紫外線強度環境下で、光触媒材を利用して環境浄化を行う。【解決手段】基材表面に長軸方向長さ（ａ）と短軸方向長さ（ｂ）の軸比（ａ／ｂ）が１〜４．５の略直方体形状または略楕円球形状を有するアナターゼ型酸化チタンからなる光触媒粒子を含む光触媒層を形成させることにより、光触媒機能を有する複合部材を構成させており、これにより微弱な強度、例えば、０．０５〜１００μＷ／ｃｍ２、好ましくは１〜５０μＷ／ｃｍ２の紫外光を照射するだけで有効な酸化分解作用を生じさせることができる。その結果、通常の人間が居住する室内空間に照明装置とは別に単純な形状・構造の光触媒層を有する複合部材を適当な場所に配置しておくのみで、環境浄化を行うことが可能となる。【選択図】        図１
2004321872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材表面に光触媒層を形成し、照射された光強度０．０５〜１００μＷ／ｃｍ２の紫外光を吸収して光触媒反応を発揮することを特徴とする複合部材。
【請求項２】
基材表面に長軸方向長さ（ａ）と短軸方向長さ（ｂ）の軸比（ａ／ｂ）が１〜４．５の略直方体形状または略楕円球形状を有する光触媒粒子を含む光触媒層を形成していることを特徴とする請求項１記載の複合部材。
【請求項３】
前記光触媒粒子がアナターゼ型酸化チタンであることを特徴とする請求項１又は２記載の複合部材。
【請求項４】
光触媒層に、前記光触媒粒子に加え、さらにブルッカイト型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、酸化亜鉛、ジルコニア、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、酸化タングステン、酸化マンガン及び酸化ルテニウムのいずれか又はこれらの組み合わせたものを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の複合部材。
【請求項５】
基材が、金属、ガラス、セラミックス、プラスチックス及びゴムのいずれか又はこれらの組み合わせたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の複合部材。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の複合部材の製造方法であって、チタニアゾル溶液、チタニアゲル体又はチタニアゾル・ゲル混合体を、密閉容器内で加熱処理すると同時に加圧処理した後、分散・攪拌して得られるアナターゼ型酸化チタンスラリーを基材の表面に塗布する工程を含むことを特徴とする複合部材の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載の複合部材の製造方法であって、チタニアゾル溶液、チタニアゲル体又はチタニアゾル・ゲル混合体を、密閉容器内で加熱処理すると同時に加圧処理した後、分散・攪拌して得られるアナターゼ型酸化チタンスラリーに、ブルッカイト型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、酸化亜鉛、ジルコニア、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、酸化タングステン、酸化マンガン及び酸化ルテニウムのいずれかの酸化物又はこれらを組み合わせたものを含有させて基材の表面に塗布することを特徴とする複合部材の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれかに記載の複合部材又は請求項６もしくは７記載の方法で製造された複合部材に、光強度０．０５〜１００μＷ／ｃｍ２の紫外光を照射して環境を浄化することを特徴とする環境浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、室内などの空間において、アルデヒド類、ＮＯｘ、ＳＯｘなどの有害物質の分解除去、悪臭防止法で規制されているアンモニアなどを含む悪臭物質の消臭分解、防汚などの光触媒による環境浄化材および環境浄化方法であって、微弱な強度の紫外光照射において効率的に酸化分解反応を行う光触媒複合部材及びその利用に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光触媒は、５００μＷ／ｃｍ２以上の紫外線強度の紫外線照射によりヒドロキシラジカル、スーパーオキサイドアニオンが光触媒の表面上に発現することで、有機物質を酸化分解する機能をもっている。したがって、従来、通常の人間の居住する室内では、光触媒による酸化分解作用に十分な強度の紫外光を確保するのが困難であり、実用には結びつかなかった。もちろん、室内の照明（例えば、蛍光灯）を非常に強力なものとすれば、必要な酸化分解反応を得ることは可能であるが、通常の人間の居住する室内空間において、かかる強い紫外線強度を照射するのは、人間に対する健康への悪影響等から現実的ではない。また、光触媒を室内などの空間において使用する場合、屋外の紫外線強度と同等レベルの５００μＷ／ｃｍ２以上の紫外線強度を長期間にわたって確保することは、設備上の配慮等が必要である。
【０００３】
このため、保護ガラス内面等に光触媒を塗布した蛍光灯等のような照明装置の提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。しかし、かかる方法では、照明装置ごとに光触媒を塗布しなければならず、照明装置が高価になるばかりか、部品である保護ガラスの交換・保守が高価、複雑となる。また、蛍光灯を別なデザインのものと交換する場合には、高価な光触媒塗布の保護ガラスも廃棄等せざるを得ず、全体としても非常にコスト高となる。
【０００４】
また、光触媒担持体として、０．０２〜１重量％のフッ素をドープした光触媒層を無機繊維表面上に被覆したものが提案されているが、これは、無機繊維へ被覆することで耐久性向上、及び、フッ素をドープすることで無機繊維へ被覆する過程で発生するアルカリの拡散防止効果を狙ったものである。紫外線強度については、２５０Ｗ高圧水銀灯を使用しており、主波長が２５４ｎｍの紫外線を使用している（特許文献２参照）。
【０００５】
また、反射板と光触媒層の間に乱反射板を設けた光触媒脱臭体が提案されている。本技術は、光触媒層内で吸収利用されなかった紫外線を再度利用することを提案した技術である（例えば、特許文献３参照）。本技術は、ファンを具備した空気清浄機へ適用するフィルターに応用できるものであるが、数μＷ／ｃｍ２の紫外線を利用するというものではない。
【０００６】
また、光触媒層の表面にシリカなどの親水機能をもつ導電性基材を積層した光触媒部材において、導電性部に電気を通電することで、可視光領域の光を利用する技術が提案されているが（例えば、特許文献４参照）、光触媒表面へ電気を通電することは、居住区域などでは設備上難しい。その他にも、近年では、可視光を利用した光触媒材の開発・提案がなされている（例えば、特許文献５参照）。このように、室内に豊富に存在する可視光線を利用する光触媒材の開発・提案がなされているが、可視部を吸収するため、光触媒材への黄色などの色つきといった問題がある。
【０００７】
また、光触媒部へ金属を添加することで、光励起により発生するラジカル数の増大やラジカルの失活を抑制することができるが、価格、使用後の廃棄、リサイクルなどに問題がある。
【０００８】
【特許文献１】
特許第３０３６２４７号公報
【特許文献２】
特開２００２−２８４９４号公報
【特許文献３】
特開平１１−２８５６４３号公報
【特許文献４】
特開２００２−８５９７８号公報
【特許文献５】
国際公開第０１／０１０５５２号パンフレット
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる従来技術の問題点を解決することを目的としてなされたものである。すなわち、本発明の目的とするところは、室内の通常の人間が居住するような微弱強度の紫外光照射環境下で人間の健康に悪影響を与えず、また蛍光灯のような照明装置に特別な加工等を行わずに安価かつ簡単に環境浄化部材を提供することにある。また、本発明の目的とするところは、室内などの空間において、微弱な紫外線を効率よく吸収し、酸化分解反応を発現する光触媒（一例として、直方体形状の粒子であるアナターゼ型酸化チタン）を基材に塗布し、例えば、数μＷ／ｃｍ２の紫外線を供給することにより、空間内の有害物質や悪臭物質等の除去、防汚などが効率的に行える環境浄化方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の複合部材は、照射された光強度０．０５〜１００μＷ／ｃｍ２の紫外光を吸収して光触媒反応を発揮することができる光触媒層を基材表面に形成している。なお、光触媒反応のためには、照射される紫外光の光強度は、１〜５０μＷ／ｃｍ２であることが好ましい。また、本発明は、基材表面に長軸方向長さ（ａ）と短軸方向長さ（ｂ）の軸比（ａ／ｂ）が１〜４．５の略直方体形状または略楕円球形状を有する光触媒粒子を含む光触媒層を形成している。
【００１１】
また、本発明は、前記光触媒粒子がアナターゼ型酸化チタンであることが望ましく、光触媒粒子に加え、さらにブルッカイト型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、酸化亜鉛、ジルコニア、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、酸化タングステン、酸化マンガン及び酸化ルテニウムのいずれか又はこれらの組み合わせたものを含むことが好ましい。
また、光触媒が塗布される基材が、金属、ガラス、セラミックス、プラスチックス及びゴムのいずれか又はこれらの組み合わせたものであることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の複合部材は、チタニアゾル溶液、チタニアゲル体又はチタニアゾル・ゲル混合体を、密閉容器内で加熱処理すると同時に加圧処理した後、分散・攪拌して得られるアナターゼ型酸化チタンスラリーを基材の表面に塗布する工程を含む製造方法により製造されることが好ましい。これにより、表面に光触媒層を有し、前記微弱な強度の紫外光照射により酸化分解反応が得られる複合部材を容易に製造することができる。
【００１３】
また、本発明の複合部材は、チタニアゾル溶液、チタニアゲル体又はチタニアゾル・ゲル混合体を、密閉容器内で加熱処理すると同時に加圧処理した後、分散・攪拌して得られるアナターゼ型酸化チタンスラリーに、ブルッカイト型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、酸化亜鉛、ジルコニア、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、酸化タングステン、酸化マンガン及び酸化ルテニウムのいずれかの酸化物又はこれらを組み合わせたものを含有させて基材の表面に塗布することにより製造することが望ましい。
【００１４】
本発明の複合部材は、０．０５〜１００μＷ／ｃｍ２の強度の紫外光を照射することにより環境を浄化することに利用可能である。また、本発明の複合部材に、０．０５〜１００μＷ／ｃｍ２の強度の紫外光を照射することにより、空気中のＮＯｘ等の有害物質を分解したり、防汚等に利用することもできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態等について説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更等して実施することが可能なものである。本発明では、基材表面に長軸方向長さ（ａ）と短軸方向長さ（ｂ）の軸比（ａ／ｂ）が１〜４．５の略直方体形状または略楕円球形状を有するアナターゼ型酸化チタンからなる光触媒粒子を含む光触媒層を形成させることにより、光触媒機能を有する複合部材を構成させており、これにより微弱な強度、例えば、０．０５〜１００μＷ／ｃｍ２、好ましくは１〜５０μＷ／ｃｍ２の紫外光を照射するだけで有効な酸化分解作用を生じさせることができる。その結果、通常の人間が居住する室内空間に照明装置とは別に単純な形状・構造の光触媒層を有する複合部材を適当な場所に配置しておくのみで、環境浄化を行うことが可能となる。
【００１６】
屋外の紫外線強度と同等レベルの５００μＷ／ｃｍ２以上の紫外線を供給することは、設備上困難であり、人体への配慮も必要となってくる。したがって、光触媒の酸化分解反応が効率よく行われる範囲で、微弱な紫外線強度とすることが好ましい。すなわち、紫外線強度が上記の下限値未満では、下記に示すような光触媒を用いても、酸化分解反応が効率的に行われず、所望の光触媒機能が発現しない。一方、紫外線強度が上記の上限値を超えると、設備上の問題がでてくる。
【００１７】
上記のように、基材表面には、長軸方向長さ（ａ）と短軸方向長さ（ｂ）の軸比（ａ／ｂ）が１〜４．５の略直方体形状または略楕円球形状を有するアナターゼ型酸化チタンからなる光触媒粒子を含む光触媒層を形成させる。軸比が上限値を超えると、酸化チタンの強度が低下し結晶割れなどがおこる問題が発生し、活性低下を招くことがある。
【００１８】
基材に塗布する光触媒液としては、一例として、チタニアゾル溶液、チタニアゲル体又はチタニアゾル・ゲル混合体を、密閉容器内で加熱処理すると同時に加圧処理した後、分散・攪拌して得られるアナターゼ型酸化チタンスラリーを用いることが好ましい。
光触媒液の塗布方法としては、適宜選択することが可能であるが、例えば、スプレーコーティング、フローコーティング、スピンコーティング、ディップコーティング、ロールコーティング、グラビアコーティング、刷毛塗り、スポンジ塗りなどの方法を用いることが可能である。
【００１９】
また、本発明では、例えば、チタニアゾル溶液、チタニアゲル体又はチタニアゾル・ゲル混合体を、密閉容器内で加熱処理すると同時に加圧処理した後、分散・攪拌して得られるアナターゼ型酸化チタンスラリーに、ブルッカイト型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、酸化亜鉛、ジルコニア、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、酸化タングステン、酸化マンガン及び酸化ルテニウムのいずれかの酸化物又はこれらを組み合わせたものを含有させて基材の表面に塗布することにより、基材の表面に光触媒層を形成させた複合部材を製造することができる。これにより、容易に、長軸方向長さ（ａ）と短軸方向長さ（ｂ）の軸比（ａ／ｂ）が１〜４．５の略直方体形状または略楕円球形状を有するアナターゼ型酸化チタンからなる光触媒粒子を含む光触媒層を基材表面に形成させることができ、微弱な強度の紫外光で容易に酸化分解反応を生じさせることができる光触媒性能を有する複合部材を実現することができる。
【００２０】
なお、光触媒が塗布される基材としては、室内であれば壁面や窓ガラス等が挙げられるが、材質では、ガラス、金属、セラミックス、プラスチックス及びゴムのいずれか又はこれらの組み合わせたものが挙げられる。また、基材として、有機系もしくは無機系の塗料を部材表面に塗布したものを使用することもできる。光触媒を塗布する基材が有機物の場合、耐久性などを考慮すれば、基材表面を無機材料又は無機材を豊富に含む有機材などで被覆したものとして、光触媒を塗布してもよい。
【００２１】
また、紫外光の波長は、３００〜４２０ｎｍ、望ましくは３４０〜３８５ｎｍ、さらに望ましくは３５０〜３８０ｎｍとすることが好ましい。下限値未満の波長の紫外線では、殺菌灯など特別な光源が必要であること、さらに、長期間曝露する場合に人体への影響やオゾンの発生があるなどの問題がある。一方、上限値より大きい波長の光であれば、光触媒の励起がほとんど行われず、十分な酸化分解機能が発現しない。
【００２２】
紫外線を供給する手段としては、一例として挙げた蛍光灯の他に、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）、人工太陽光などを用いることができ、また、光ファイバーケーブルにより太陽光などを導入するようにしてもよい。蛍光灯には、紫外線強度を調節するためのカバーなどを取り付け、紫外線強度を制御することもできる。また、太陽電池、風力発電などの自然エネルギーを用いて発生させた電気エネルギーを利用して微弱な紫外線を供給するようにしてもよい。
【００２３】
一例として、直方体形状の粒子であるアナターゼ型酸化チタンを含有する光触媒を室内（壁、ガラス等）に塗布することで、この室内を蛍光灯などにより０．０５〜１００μＷ／ｃｍ２、望ましくは１〜５０μＷ／ｃｍ２の微弱な紫外光環境下にするだけで、室内空間の浄化（アルデヒド類、ＮＯｘ、ＳＯｘ等の有害物質の除去、アンモニア等を含む悪臭物質の除去、防汚など）を行うことができる。例えば、代表的な有害物質の一つであるアセトアルデヒドの分解除去については、下記の実施例に示すように、非常に優れた効果が得られている。
【００２４】
【実施例】
つぎに、本発明の実施例等について説明する。以下の説明においては、一例として、粒子が直方体形状のアナターゼ型酸化チタンを塗布したガラスを用い、蛍光灯による微弱な紫外線を照射し、アセトアルデヒドの分解についてのシステムを中心に記述しているが、他の光触媒を含有する場合、微弱な紫外線光源、紫外線を供給する形態などを用いたシステムを採用することも勿論可能である。
【００２５】
実施例１
ガラス（１００ｍｍ×１００ｍｍ）に、上述した軸比が２．９の直方体形状の粒子であるアナターゼ型酸化チタンの分散液を４０ｃｍ／分の速度でディッピング塗布し、１１０  ℃で３０分間処理した。ガラスへの塗布量は１２．９ｍｇであった。５リットルのフッ素樹脂製の透明な密閉袋に光触媒を塗布したガラスを入れ、アセトアルデヒドガスを１００ｐｐｍの濃度に調整したガスを３リットル注入し、１５分間保持した。アセトアルデヒドの希釈ガスは炭酸ガスを含まない合成空気を使用した。その後、白色蛍光灯を紫外線強度１．６μＷ／ｃｍ２、１０μＷ／ｃｍ２、２９．５μＷ／ｃｍ２となるよう調節したのち、それぞれの紫外線強度で試験を行った。紫外線強度はＵＶＲ−２（トプコン社製）にて計測した。透明な密閉袋内でアセトアルデヒドの酸化分解により生成する炭酸ガスをＧＣ−ＦＩＤ（水素炎イオン化検出器）にて定量した。図１に各紫外線強度での試験結果を示す。各紫外線強度において、アセトアルデヒドの酸化分解により生成する炭酸ガスが計測された。
【００２６】
なお、上記の光触媒分散液は、以下のように、チタニアゾル液を密閉加熱処理して調製した。詳細に説明すると、チタンイソプロポキシド１４．９６ｇをイソプロパノール５０ｍｌに溶解させ、２Ｎ塩酸２．５ｍｌ、水３ｍｌ、イソプロパノール９４．５ｍｌを混合したものをチタンイソプロポキシド溶解液に毎分１０ｍｌで５０ｍｌ滴下した。チタンイソプロポキシド、水、塩酸のモル比は１：３：０．０５であった。得られた透明チタニアゾル５０ｇを１００ｍｌの容器に入れ、密閉下にて１５０℃下で６時間保持した。
【００２７】
比較例１
実施例１において、４２０ｎｍ以下の紫外線をカットするフィルム（Ｆｕｊｉ  Ｆｉｌｍ  ＳＣ−４２）を蛍光灯に被せることで、紫外線強度を０μＷ／ｃｍ２とし、アセトアルデヒドを供して同様な試験を実施した。図２に試験結果を示す。比較のため、図２には、実施例１の２９．５μＷ／ｃｍ２の場合の結果も併せて示す。この時の照度値は５０００Ｌｕｘであった。紫外線強度が０μＷ／ｃｍ２では、アセトアルデヒドの酸化分解により生成する炭酸ガスは全く計測されなかった。
【００２８】
実施例２
実施例１に記述した調製手法において、直方体形状の粒子であるアナターゼ型酸化チタンの分散液を、軸比の異なる直方体形状のアナターゼ型酸化チタンとして製造し、その光触媒のアセトアルデヒドの分解特性を試験した。試験結果を図３に示す。試験は、紫外線強度２９．５μＷ／ｃｍ２、照射時間６時間で実施した。なお、アセトアルデヒド分解性能は、実施例１と同じく、アセトアルデヒドの酸化分解により生成する炭酸ガスの計測を行い、炭酸ガスの生成率を基に評価した。軸比が４．５を超えるとアセトアルデヒドの分解特性は低下した。
【００２９】
以上説明した実施例、比較例におけるガス濃度の測定条件は下記に示すとおりである。
2004321872.tif 000003
【００３０】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので、つぎのような効果を奏する。
（１）  室内などの空間において、微弱な紫外線を効率よく吸収し、酸化分解反応を発現する光触媒（一例として、略直方体形状の粒子であるアナターゼ型酸化チタンを含む光触媒）を基材に塗布し、０．０５〜１００μＷ／ｃｍ２、望ましくは１〜５０μＷ／ｃｍ２の紫外線強度の紫外光を供給することにより、空間内部の浄化（アルデヒド類、ＮＯｘ、ＳＯｘ等の有害物質の除去、アンモニア等を含む悪臭物質の除去、防汚など）を行うことができる。
（２）  基材表面に長軸方向長さ（ａ）と短軸方向長さ（ｂ）の軸比（ａ／ｂ）が１〜４．５の略直方体形状または略楕円球形状を有するアナターゼ型酸化チタンからなる光触媒粒子を含む光触媒層を形成させることにより、微弱な強度、例えば、０．０５〜１００μＷ／ｃｍ２、好ましくは１〜５０μＷ／ｃｍ２の紫外光を照射するだけで有効な酸化分解作用を生じさせることができ、その結果、通常の人間が居住する室内空間に光触媒層を有する複合部材を配置しておくのみで、環境浄化を行うことが可能となる。
（３）  紫外線強度が小さいため、安全、かつ安価に空間内の環境浄化を提供するシステムとすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１において、光触媒を塗布したガラスに微弱な紫外線強度で紫外線を照射したときのアセトアルデヒドの分解特性を示すグラフである。
【図２】本発明の実施例１に対する比較例１において、光触媒を塗布したガラスに４２０ｎｍ以下の紫外線が０のときのアセトアルデヒドの分解特性を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例２において、粒子が直方体形状のアナターゼ型酸化チタンの直方体の軸比とアセトアルデヒドの分解特性との関係を示すグラフである。
【図１】
2004321872.tif 000004
【図２】
2004321872.tif 000005
【図３】
2004321872.tif 000006