(57)【要約】【課題】光触媒の汎用性を向上させ、半永久的に使用可能にする。【解決手段】多孔質材料に光触媒を複合化させることで、光触媒機能が効率よく働き、少ない量で大きな効果を得ることができ、従来の光触媒より安価で使用でき、汎用性を高くすることが可能になる。また炭酸カルシウムを成分に含む多孔質材料に光触媒を複合化させるときに、熱処理をすることで、光触媒が酸化、分解した物質が光触媒機能を付与した製品の表面に蓄積することなく、半永久的に使用可能になる。また、熱処理をすると、多孔質材料と光触媒とがより強固に接合され、分離しにくくなる。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質材料に光触媒を複合化させたことを特徴とする機能性材料。
【請求項２】
多孔質材料が貝殻及び／又は珊瑚であることを特徴とする請求項１に記載の機能性材料。
【請求項３】
請求項２に記載の貝殻がホタテ貝殻であることを特徴とする請求項１に記載の機能性材料。
【請求項４】
光触媒を複合化させる手段が熱処理であることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の機能性材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多孔質材料に光触媒を複合化させた機能性材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、新材料として光触媒が脚光を浴び、様々な用途に使用されている。その一例として、装飾シートに光触媒を付着させ防カビ効果や消臭効果を付与しているものもある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２１７３８３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
通常、光触媒は、製品にその機能を付与する場合、ある程度の量が必要になる。更に、光触媒は、高価であるので、製品にその機能を付与する際は、かなりのコストアップにつながり、汎用性に乏しい。
【０００５】
また、光触媒により酸化、分解された物質が、光触媒機能を付与した製品の表面に蓄積し、光触媒機能が低下する場合があり問題となっている。例えば、光触媒により、窒素化合物は硝酸、炭酸ガス、水等に、硫黄化合物は硫酸、亜硫酸、炭酸ガス、水等に酸化、分解されるが、その硝酸、硫酸、亜硫酸等が光触媒機能を付与した製品の表面に蓄積し、光触媒機能が低下する場合もある。
この際、その光触媒機能を付与した製品が屋外にあれば、雨水などで硝酸、硫酸、亜硫酸等が洗い流され、光触媒機能が回復することもあるが、雨が振らない場合、また屋内の場合は硝酸、硫酸、亜硫酸などが、光触媒機能を付与した製品の表面に蓄積したままで光触媒機能が回復せず、光触媒機能を付与した製品の長期間の使用は難しい。
【０００６】
本発明は、光触媒の汎用性を向上させ、半永久的に使用可能にすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記のような現状に鑑み、本発明者等は鋭意検討を重ねた結果、多孔質材料に光触媒を複合化させることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
本発明の機能性材料は、上記した従来の光触媒単体に比べて、多孔質材料に光触媒を複合化させることで、多孔質材料が光触媒の酸化、分解対象物を効率よく吸着し、光触媒周辺の濃度が高くなる。
また、多孔質材料は、光触媒が酸化、分解した様々な物質を吸着するため、光触媒が酸化、分解してできた物質が光触媒の周辺に付着せず、酸化、分解機能を妨害することなく光触媒機能が効率よく働き、少ない量でより大きな効果を得ることができる。
よって、従来の光触媒よりコストがかからず、汎用性を向上させることができる。
【０００９】
また、炭酸カルシウムが含まれている多孔質材料に光触媒を複合化させるときに、熱処理をすると、炭酸カルシウムが酸化カルシウムと二酸化炭素に分解される。光触媒が酸化、分解してできた硝酸、硫酸、亜硫酸等の物質と上記酸化カルシウムが反応して硝酸カルシウム、硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウム等に中和し、光触媒機能を付与した製品の表面に蓄積することがなく、半永久的に使用可能となる。
また、熱処理をすると、多孔質材料と光触媒とがより強固に接合され、分離しにくくなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
【００１１】
本発明の機能性材料は、多孔質材料に光触媒を複合化させることで、光触媒単体と比較して、上述したように汎用性が向上し、半永久的に使用可能な機能性材料を得ることができる。
【００１２】
本発明に記載の多孔質材料としては、貝殻、珊瑚、珪藻土、陶器、ゼオライト、シリカゲル、活性炭、ビール炭などの様々な多孔質材料が使用できるが、好ましくは、主成分が炭酸カルシウムであるという点などから、貝殻または珊瑚がよい。貝殻としては特に限定されず、ホタテ貝、カキ貝、タイラキ貝、ムラサキ貝、アワビ貝、サザエ貝などの様々な貝殻を用いることができる。より好ましくは、粉砕しても多孔質構造が崩れにくい点からホタテ貝殻がよい。また、珊瑚としても特に限定されず、宝飾等に加工できる八放珊瑚、珊瑚礁を作る六放珊瑚などがあり、珊瑚の状態としては、珊瑚礁、珊瑚石灰、珊瑚消石灰、珊瑚生骨格、珊瑚化石、珊瑚砂などが使用できる。
【００１３】
本発明に記載の光触媒としては、例えば、二酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化スズ、硫化カドミウムなど公知の光触媒を少なくとも一種選択して用いることができる。
【００１４】
多孔質材料に光触媒を複合化させる際は、まず多孔質材料の材質に応じて必要があれば、多孔質材料を乾燥させる。
次に、多孔質材料の材質に応じて必要があれば、多孔質材料の不純物を取り除くため、１２０℃程度の温度で１０〜１２０分程度焼く。この際の装置としては、オーブン、加熱炉などがあるが、特に限定されず使いやすいものを使用する。
【００１５】
次に、多孔質材料を粉砕する。粉砕の粒径は特に限定されないが、好ましくは、後に様々な製品に使用することを考慮し１μｍ〜５ｍｍの範囲がよい。この際、多孔質材料を粉砕する装置としては、クラッシャー、ミキサーバルバー、ロータリー粉砕機など公知の粉砕機が使用できる。
【００１６】
次に、多孔質材料に光触媒を複合化させる。手段としては、特に限定はされないが、炭酸カルシウムを成分に持つ多孔質材料の場合、光触媒が窒素化合物、硫黄化合物等を酸化、分解してできた硝酸、硫酸、亜硫酸等を中和するため、熱処理して酸化カルシウムと二酸化炭素に分解するのが好ましく、熱処理をする複合化方法、例えば、焼成複合化、焼結複合化、溶融複合化などの方法が好ましい。また、熱処理をすると、多孔質材料と光触媒とがより強固に接合され、分離しにくくなる。
例えば、貝殻に光触媒を複合化する際は熱処理の温度を９００℃前後にすることで貝殻と光触媒が強固に接合され、分離しにくくなる。
また、その他の複合化方法としては、光触媒を溶媒に分散させたもの等に多孔質材料を浸して、複合化させる方法などがある。
また、多孔質材料に光触媒を複合化させるための装置としては、自動焼成炉、自動溶融炉などの様々な装置などが使用できる。
例えば、焼成複合化をする場合は、自動焼成炉等を用いて焼成複合化を行う。
【００１７】
上述した多孔質材料に光触媒を複合化させる装置、時間、温度等は、それぞれ多孔質材料、光触媒に合うように適宜選択する。
【００１８】
本発明の機能性材料は、床材、建築または土木防水、壁装材などの建築材料、自動車、鉄道車両などの内装材、日用品、雑貨など光触媒機能を付与したい幅広い製品に使用でき、少ない量で大きな効果を得ることができ、従来の光触媒よりコストがかからないので汎用性に富んでおり、また、屋内外問わず半永久的に使用可能である。
【００１９】
【実験例】
下記に実験例を挙げて、本発明についてさらに説明するが、本発明はここに挙げる実験例によって何ら制限を受けるものではない。
下記実験例で光触媒としては、光触媒機能を付与したい製品に塗布して乾燥することで脱水し、アナタ−ゼ型の二酸化チタン皮膜が基材表面に形成されることが知られている三井鉱山株式会社製の光触媒を溶媒に分散させた商品（商品名：ミラクルチタン、Ｍ液、固形分０．８５％）を使用した。また、多孔質材料としては、ホタテ貝殻を使用した。
評価方法としては、この機能性材料の光触媒機能をメチレンブル−の脱色速度から評価した。具体的には、濃度１０ｐｐｍのメチレンブル−水溶液２０ｍｌを円筒瓶に入れ、その中に評価対象材料を投入する。これを室温下、スターラーで攪拌しながら、ブラックライト（中心波長３６５ｎｍ）を照射し、照射開始から９時間経過した後に、メチレンブル−溶液の上澄み液の吸光度を吸光光度計（島津製作所Ｓｐｅｃｔｏｒｎｉｃ　２０Ａ）で測定した。なお、ここでは、ブラックライトを照射する直前の上澄み液についても吸光度を測定した。
【００２０】
実験例１
ホタテ貝殻の表面に付着する汚れを洗浄するために水洗いを行い、これを室温で十分に乾燥させた後に乳鉢と乳棒を用いて粉砕し、ホタテ貝殻の微粉末（粒径約５μｍ）を得た。このホタテ貝殻微粉末に二酸化チタンを複合化させた。具体的には、上記二酸化チタンのコート剤０．１８ｇ（固形分０．８５％よって二酸化チタンの量０．００１５ｇ　）をガラス板上に置かれたホタテ貝殻微粉末１ｇに吸収させ、室温下で２４時間放置し脱水させ、ホタテ貝殻に二酸化チタンを複合化させ、機能性材料を得た。
機能性材料０．２ｇ（複合化された二酸化チタンの量は０．０００３３ｇに相当）を上記評価方法にて評価した。
【００２１】
実験例２
実験例２においても、実験例１と同じホタテ貝の微粉末を用いた。ただし、ここでは、該ホタテ貝殻微粉末を実験例１と同じ光触媒を溶媒に分散させた商品に入れ９００℃で１．５時間焼成し、ホタテ貝殻に二酸化チタンを複合化させ、機能性材料を得た。
光触媒機能の性能評価は実験例１と同じである。
【００２２】
実験例３
実験例３は、実験例１で作製した機能性材料の光触媒機能を確認する為３通りの実験を行った。
▲１▼　ホタテ貝殻微粉末に二酸化チタンを複合化させ、メチレンブル−水溶液に投入するまでは実験例１と同じである。ここでは、メチレンブル−水溶液の入った円筒瓶をアルミフォイルで包んで光を遮断し、遮断から９時間経過した後に、実験例１と同様に上澄み液の吸光度を測定した。なお、光を遮断する前の上澄み液の吸光度は実験例１と同じである。
▲２▼　実験例１でホタテ貝殻に複合化させた二酸化チタン単体の光触媒機能の性能評価をした。ここでは、実験例１で用いた二酸化チタンのコ−ト剤を室温下で２４時間放置し、乾燥した結果として得られた二酸化チタンを用いた。二酸化チタンの量は実験例１でホタテ貝殻に複合化したものと同量の０．０００３３ｇである。光触媒機能の性能評価は実験例１と同じである。
▲３▼　実験例３▲２▼と同様の乾燥方法で得られた乾燥物０．００１１０２ｇを用いた。これは、実験例１および実験例３の▲２▼の二酸化チタンの３倍量である。光触媒機能の性能評価方法は実験例１と同じである。
【００２３】
実験例４
実験例４は、実験例２で作製した機能性材料の光触媒機能を確認する為３通りの実験を行った。
▲４▼　実験例４▲４▼は、ホタテ貝殻微粉末に二酸化チタンを複合化させ、メチレンブル−水溶液に投入するまでは実験例２と同じである。ここでも、メチレンブル−水溶液の入った円筒瓶をアルミフォイルで包んで光を遮断し、遮断から９時間経過した後に、実験例１と同様に上澄み液の吸光度を測定した。なお、光を遮断する前の上澄み液の吸光度は実験例２と同じである。
▲５▼　実験例４▲５▼は、実験例３▲２▼と同様の乾燥方法で得られた乾燥物０．０００３３ｇと実験例１で使用した乾燥および粉砕を施したホタテ貝殻の微粉末０．２ｇの混合物である。光触媒機能の性能評価は実験例１と同じである。
▲６▼　実験例４▲６▼は、実験例１で使用した十分に乾燥ならびに粉砕したホタテ貝殻の微粉末０．２ｇを用いた。
【００２４】
実験結果を表１に示す。
実験例２の吸光度の測定結果より、ホタテ貝殻微粉末に二酸化チタンを複合化する際、９００℃で焼成して複合化することで焼成しないものに比べて吸光度が小さく、光触媒機能が大きくなることがわかる。
実験例３▲１▼の吸光度の測定結果より、光を遮断した場合は吸光度の減少がわずかであり、これより、実験例１がブラックライトを照射したことによる光触媒機能によるものであることがわかる。
実験例３▲２▼の吸光度結果では、照射開始から９時間後、メチレンブルー溶液は脱色が見られたが、実験例１のホタテ貝殻微粉末に二酸化チタンを複合化させた機能性材料と比較すると、吸光度の減少はわずかであった。これより、ホタテ貝殻に二酸化チタンを複合化させると光触媒機能が大きくなることがわかる。
実験例３▲３▼の吸光度結果より、照射開始から９時間後、メチレンブルーの吸光度は実験例１でホタテ貝殻に二酸化チタンを複合化させた機能性材料とほぼ同等であった。これより、実験例１で作製した機能性材料は、３倍量の二酸化チタン単体と同じ光触媒機能を示すことがわかる。
実験例４▲４▼の吸光度の測定結果より、９００℃で焼成し、ホタテ貝殻微粉末に二酸化チタンを複合化した機能性材料よりも、光を遮断した場合は吸光度の減少がわずかであり、これより、実験例２がブラックライトを照射したことによる光触媒機能によるものであることがわかる。
実験例４▲５▼の吸光度結果では、照射開始から９時間後、メチレンブルー溶液の脱色がわずかに確認できたが、実験例１の二酸化チタンを複合化させたホタテ貝殻と比較すると、吸光度の減少はわずかであった。これより、ホタテ貝殻に二酸化チタンを複合化させた場合は複合化させない混合物の場合よりも光触媒機能が大きくなることがわかる。
実験例４▲６▼の吸光度結果では、照射開始９時間後、メチレンブルー水溶液の脱色はほとんどなかった。これより、ホタテ貝殻の微粉末には光触媒機能がないことがわかる。
以上の結果から、ホタテ貝殻に二酸化チタンを複合化させることで従来の二酸化チタンより光触媒機能が大きくなることが分かった。
【００２５】
【表１】
2004136214.tif 000002
【００２６】
【発明の効果】
上述の説明から明らかなように、多孔質材料に光触媒を複合化させることで、多孔質材料が光触媒の酸化、分解対象物を効率よく吸着し、濃度が高くなる。
また、多孔質材料は、光触媒が酸化、分解した様々な物質を吸着するため、光触媒が酸化、分解してできた物質が光触媒の周辺に付着せず、酸化、分解機能を妨害することなく光触媒機能が効率よく働き、少ない量でより大きな効果を得ることができる。
よって、従来の光触媒よりコストがかからず、汎用性を向上させることができる。
また、炭酸カルシウムが含まれている多孔質材料に光触媒を複合化させるときに、熱処理をすると、炭酸カルシウムが酸化カルシウムと二酸化炭素に分解される。光触媒が酸化、分解してできた硝酸、硫酸、亜硫酸等の物質と上記酸化カルシウムが反応して硝酸カルシウム、硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウム等に中和し、光触媒機能を付与した製品の表面に蓄積することがなく、半永久的に使用可能となる。
また、熱処理をすると、多孔質材料と光触媒とがより強固に接合され、分離しにくくなる。