(57)【要約】【課題】周囲の空気を調湿し浄化する機能を半永久的に有する低コストな多孔材を提供する。【解決手段】多孔材であって、無機物質を主成分として光触媒物質を担持し固相状態にて通気性を有する被覆材を、多孔材の表面に被覆してなることを特徴とする。このような多孔材の表面は、例えば空気中の水分子の吸着脱離や、空気中の臭気物質又は有害物質の吸着が可能となる。また、被覆材によって被覆された表面の上に光触媒物質が露出し得るために、例えば、多孔材の表面の上に吸着した臭気物質又は有害物質が、光触媒物質の触媒作用によって分解し脱離し得る。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔材であって、無機物質を主成分として光触媒物質を担持し固相状態にて通気性を有する被覆材を、当該多孔材の表面に被覆してなることを特徴とする多孔材。
【請求項２】
前記被覆材は、水ガラス、無機系樹脂、無機系樹脂重合体分散液、又は水溶性無機高分子を原料としてなることを特徴とする請求項１に記載の多孔材。
【請求項３】
前記光触媒物質は酸化チタン（ＴｉＯ２）を含んでなることを特徴とする請求項１又は２に記載の多孔材。
【請求項４】
珪藻土、漆喰、木炭、竹炭等からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の多孔材。
【請求項５】
無機物質を主成分として光触媒物質を担持し固相状態にて通気性を有する被覆材であって、珪藻土、漆喰、木炭、竹炭等の多孔材の表面を被覆してなることを特徴とする多孔材用被覆材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、調湿、消臭、有害物質の分解等の機能や防汚性、抗菌性等を有し、内装材に使用される、光触媒が表面に担持された多孔材、及びこのような多孔材の表面に光触媒を担持する被覆材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光触媒においては、紫外乃至可視領域の波長を有する光により励起され形成された電子・正孔対（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｈｏｌｅ  ｐａｉｒ）が、空気中の水分子や酸素分子と反応して、ラジカルや負イオン等を生成するとされている。これらのラジカルや負イオンは、光触媒の周囲の例えば有害物質とさらに反応して、これらの物質の化学結合を再構成したり、分解したりして、有害物質を無害化するとされている。
【０００３】
このような光触媒の代表的な例として、ＴｉＯ２なる組成を有する酸化チタンが挙げられる。酸化チタンは、およそ３ｅＶのバンドギャップを有するとされている。このバンドギャップ幅のエネルギーに相当するおよそ４００ｎｍ以下の波長を有する紫外光を酸化チタンに照射すれば、バンドギャップを挟む価電子帯及び伝導電子帯に電子・正孔対が形成されるとされている。この電子・正孔対における電子と正孔との結合エネルギーが酸化チタンのバンドギャップの幅に相当すると近似すれば、この結合エネルギーの値はおよそ３ｅＶと推定できる。もし、この結合エネルギーの全てが、酸化チタンの周辺の例えば有機物質を解離させるために消費されると仮定すれば、当該有機物質はおよそ３×１０４Ｋにも及ぶ高温下にて分解されることと同等と見なされる。ここで、３×１０４Ｋは、前記の結合エネルギーに相当するボルツマン温度の概算値である。このように、エネルギー収支を考慮する限り、酸化チタンにおける電子・正孔対は、有機物質の主たる結合、即ちＣ−Ｃ、Ｃ−Ｈ、Ｃ−Ｎ、Ｃ−Ｏ、Ｏ−Ｈ、Ｎ−Ｈ等を解離に導き得るとされている。
【０００４】
このように、酸化チタンは、紫外光の照射によって酸化チタン自身が分解されることなく、周囲の有機物質等の分解を促進するという触媒の機能を有する。また最近、酸化チタンに白金の超微粒子を添加して所定の処理を施せば、酸化チタンのバンドギャップにおいて３ｅＶよりも狭幅な部分が生じ、可視光励起によって前述のような光触媒機能が発現することが確認されている。酸化チタンの有するこのような光触媒機能は、防汚、抗菌、有害物質の分解等の効果を奏する。例えば、脱臭を目的として、このような光触媒機能を有する酸化チタンを表面に担持した壁紙やクロス等の内装材が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
一方、珪藻土、漆喰、炭粉等からなる多孔材によって内装材を形成すると、当該内装材は、多孔性、即ち呼吸性を有するが故に、室内の調湿、消臭、有害物質の吸着等の機能を有し、その空気環境を改善することが知られている。室内を浮遊する有害物質としては、シックハウス症候群の原因であるとされているホルムアルデヒドや揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等が挙げられる。内装材を形成する多孔材が有する前記の機能を微視的な視点から理解しようとすれば、水分子、臭気物質、有害物質等が、多孔材の有する多孔性表面を形成する微細孔内の表面に物理吸着又は化学吸着されると考えることが妥当とされている。ここで、もし、この多孔性表面が大量の物質を吸着したことによってその吸着能力が飽和する場合、前記の調湿、消臭、有害物質の吸着等の機能が低下してしまう恐れがある。そこで、この多孔性表面を酸化チタンにて被覆すれば、微細孔内の表面に吸着された臭気物質や有害物質等は、当該物質に隣接して存在する酸化チタンによって分解され得るために、前記の吸着能力の飽和が解消され、長期にわたり使用可能な内装材を提供することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−３１１７９９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば、光触媒機能が高いとされている、固体結晶の酸化チタン膜を内装材の表面に形成しようとすれば、当該表面の微細孔がこの膜に塞がれる恐れがある。これにより、内装材における室内の調湿、消臭、有害物質の吸着等の機能がむしろ低下する恐れがある。そこで、多孔性表面において酸化チタンを担持すべく、酸化チタンを珪藻土、漆喰、炭粉等とともに練り込むことが試みられてきた。しかしながら、このような方法では、必要以上に大量の酸化チタンが内装材に混入される恐れがある。酸化チタンは、少なくとも多孔性表面の微細孔内の表面に担持されていれば、周囲の空気等に対してその触媒機能を果たすのには十分である。しかし、練り込む方法によれば、このような表面担持を実現するために、内装材がその内部にまで酸化チタンを含有することとなる。このような方法は高コストであり、実用的ではない。
【０００８】
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、周囲の空気を調湿し浄化する機能を半永久的に有する、低コストな多孔材を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、多孔材であって、無機物質を主成分として光触媒物質を担持し固相状態にて通気性を有する被覆材を、当該多孔材の表面に被覆してなることを特徴とする。このような多孔材の表面は、多孔性故に例えば分子に対する高吸着性を有する。ここで、前記表面を被覆する前記被覆材が通気性を有するが故に、当該被覆材によって被覆された表面において、当該表面と接する例えば空気中の水分子の吸着脱離や、空気中の臭気物質又は有害物質の吸着が可能となる。また、前記被覆材は、前記光触媒物質を担持しているが故に、当該被覆材によって被覆された表面の上に当該光触媒物質が露出し得る。よって、例えば、前記多孔材の表面の上に吸着した臭気物質又は有害物質が、前記光触媒物質の触媒作用によって分解し脱離し得る。この脱離後の表面には、当該表面と接する空気中の臭気物質又は有害物質等が再度吸着し得る。従って、前記多孔材の周囲の空気が調湿され、また長期間にわたって浄化され得る。また、前記多孔材は、前記光触媒物質によって防汚性及び抗菌性も有する。さらに、前記多孔材の前記触媒作用は、当該多孔材の表面に露出された前記光触媒物質によって十分になされるために、従来のような光触媒物質が練り込まれた多孔材に比べて、本発明による多孔材は、低コストとなる。
【００１０】
また、前記被覆材は、水ガラス、無機系樹脂、無機系樹脂重合体分散液、又は水溶性無機高分子を原料としてなることが好ましい。このような被覆材は固相状態にて高い通気性を有する。従って、前記多孔材は、前記被覆材に被覆されたとしても、当該多孔材の周囲の空気における調湿、消臭、有害物質の吸着等の機能を効果的に果たし得る。
【００１１】
また、前記光触媒物質は酸化チタン（ＴｉＯ２）を含んでなることが好ましい。酸化チタンを含むこのような光触媒物質は、紫外乃至可視領域の波長を有する光の照射下にて、当該光触媒物質と接する例えば空気中の臭気物質又は有害物質の分解を効果的に促進し得る。また、前記酸化チタンは防汚性及び抗菌性を有する。
【００１２】
また、前記多孔材は、珪藻土、漆喰、木炭、竹炭等からなることが好ましい。珪藻土、漆喰、木炭、竹炭等は、表面に多孔性を有するために、周囲の空気における調湿、消臭、有害物質の吸着等の機能を効果的に果たし得る。
【００１３】
また、本発明は、無機物質を主成分として光触媒物質を担持し固相状態にて通気性を有する被覆材であって、珪藻土、漆喰、木炭、竹炭等の多孔材の表面を被覆してなることを特徴とする。このような被覆材によって被覆された前記多孔材は、周囲の空気に対して調湿機能及び従来の場合よりも高い浄化機能、並びに防汚性及び抗菌性を有し、低コストである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
＝＝＝木炭ボードの構成＝＝＝
本実施の形態における酸化チタン（ＴｉＯ２）担持木炭ボード（多孔材）の構成について説明する。本実施の形態における、内装材としての木炭ボードは、粒径が概ね揃った木炭粉と適宜なバインダとが分散した溶液を金型にて成型して得られる。木炭粉としては、飽和吸湿率がおよそ１３乃至１４％であり、吸水率がおよそ２００乃至２５０％であり、含水率がおよそ３０乃至４０％にて断熱材として機能するものを使用する。この成型方法は、金型に前記の分散溶液を流し込む工程と、脱水してプレスする工程と、脱型後に乾燥させる工程とを備えてなる。このようにして形成された木炭ボードの表面層は、マイクロメートル（μｍ）のオーダーの径を有する、曲がりくねったトンネルのような微細孔からなる。このような表面層は、非常に大きな実効表面積を有するために、この表面上にて周囲の空気中の水分子を吸着脱離させたり、空気中の臭気物質や有害物質等を吸着したりすることによって、高い調湿及び浄化機能を有する。
【００１５】
本実施の形態においては、この木炭ボードの表面に、水ガラスを介して酸化チタンの超微粒子を担持させた。ここで、本実施の形態における水ガラスとは、Ｎａ２Ｏ・ｎＳｉＯ２（ｎは２乃至４）なる組成を有する、アルカリ金属酸化物と二酸化ケイ素とが混成した物質の水溶液である。この水溶液に対して、アナタース型の結晶構造を有し、およそ２００ｎｍのオーダーの平均粒径を有する酸化チタンの超微粒子を、およそ１乃至１０％の濃度で分散して、これを懸濁液とする（被覆材）。この懸濁液を木炭ボードの表面に塗布して焼結し、酸化チタンを担持した水ガラスの固体薄膜（光触媒物質を担持した固相状態の被覆材）を形成する。アナタース型の結晶構造を有する酸化チタンの超微粒子は、常温にて高い光触媒機能を有することが知られている。
【００１６】
酸化チタンの超微粒子は、アナタース型の結晶構造を有するもの以外に、ブルッカイト型又はルチル型の結晶構造を有するものであってもよい。また、アナタース型、ブルッカイト型、ルチル型のいずれか二つ以上の結晶構造からなる混晶物、又は当該異なる結晶構造を有する二種類以上の超微粒子どうしの混合物であってもよい。さらに、酸化チタンの超微粒子は、アモルファス（無定形）状態を呈するものでもあってもよいし、当該アモルファス状態の酸化チタンの超微粒子と、前述の混晶物又は混合物の酸化チタンの超微粒子とからなるさらなる混合物であってもよい。ここで、酸化チタンは、前記のナノメートル（ｎｍ）オーダーの平均粒径を有する超微粒子以外に、マイクロメートル（μｍ）オーダーの平均粒径を有する微粒子からなる粉体又は粒体であってもよい。
【００１７】
ここで、酸化チタンの超微粒子に例えば白金の超微粒子を高密度付着したものを光触媒物質としてもよい。このような光触媒物質においては、これを紫外光よりもエネルギーの低い可視光に露光するだけで、触媒機能が発現することが知られている。この場合、本実施の形態における木炭ボードの空気浄化機能、防汚性、抗菌性等が、より低い入力エネルギーで発揮されることとなる。
【００１８】
図１ａ及び図１ｂにおいて、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって撮影された、酸化チタンを担持した水ガラスの固体薄膜により被覆された木炭ボード表面の写真の一例を示す。ＳＥＭの倍率は８５０倍（図１ａ）及び２７００倍（図１ｂ）である。図１ｂによれば、木炭からなる数μｍのオーダーの長さを有する多数の微細孔が、完全に塞がれることなく、木炭ボードの表面に露出していることがわかる。この露出した微細孔は、木炭ボードの表面と接する空気中に含まれる様々な分子が透過するには十分な大きさを有する（通気性）。また、図１ａによれば、水ガラスの固体薄膜も通気性を有することがわかる。さらに、図１ａ及び図１ｂにおいて、粒状の酸化チタンが木炭ボードの表面上に大量に露出していることもわかる。従って、本実施の形態における木炭ボードは多孔性の表面構造を有し、当該表面構造の上にはさらに酸化チタンの超微粒子が担持されていると言える。
【００１９】
前述のような、酸化チタンの超微粒子のボード表面への担持を、木炭ボードの成型工程において、酸化チタンの超微粒子の練り混ぜによって実現しようとすれば、大量の酸化チタンの超微粒子が必要となり、高コストである。これに比べて、本実施の形態における、酸化チタンの担持のし方によれば、低コストで済む。
【００２０】
酸化チタンの超微粒子を担持する固体薄膜の原料としては、前述の水ガラス以外に、例えばアクリルシリコン樹脂やポリシロキサン樹脂といった無機系樹脂であってもよい。また、例えばシランエマルジョン、アクリルシリコン樹脂エマルジョン、シリコン樹脂エマルジョンといった無機系樹脂重合体の分散液であってもよいし、水溶性の無機高分子であってもよい。これらの被覆材に分散させる酸化チタンの超微粒子の濃度は、およそ１乃至５０％が好ましい。これらを原料とし、酸化チタンを担持した固体薄膜の表面の構造は、図１ａ及び図１ｂに示される表面の構造に類似していることがわかっている。
【００２１】
＝＝＝木炭ボードの機能＝＝＝
本実施の形態における木炭ボードの表面と接する空気中に、例えば、室内の内装に使用される接着剤に由来するトルエン等の有害な化学物質が含有されている場合、後述する機構によって当該木炭ボードの表面にてトルエンが分解される。即ち、本実施の形態における木炭ボードを室内の内装材に使用すれば、室内の空気が浄化される。
【００２２】
例えば、常温常圧の空気中を浮遊するトルエン分子が、木炭ボードの表面をなす多数の微細孔の内側表面上に到達する頻度は、近似的には、空気の温度、気圧、及びトルエン分子の質量のみに依存して一義的に決まっていることがわかっている。よって、空気中のトルエンは、前記頻度に従って、木炭ボードの表面に吸着するとされている。従って、もし、微視的な凹凸構造が顕著でない表面の場合には、当該表面は空気中の極めて微量のトルエンを吸着した後すぐに飽和してしまうと考えられる。これに対して、本実施の形態においては、木炭ボードの表面の実効面積が、凹凸が顕著でない表面の場合に比べて極めて大きいが故に、表面上に吸着可能なトルエンの量も当該実効面積に比例して大量となる。従って、室内にて生活する人間において所謂シックハウス症状が発症する程度の濃度で空気中に含有されるトルエンに対しては、本実施の形態における適宜の大きさを有する木炭ボードが、当該発症を十分防止する程度まで吸着させることが可能である。
【００２３】
さらに、木炭ボード表面が紫外光に対して露光されていれば、当該表面上に担持されている酸化チタンの超微粒子は触媒として活性化される。これにより、酸化チタンの表面にて、空気中に含まれる例えば水分子が分解されて形成されたヒドロキシルラジカルは、前記の吸着されたトルエン分子と反応する。この反応によってトルエン分子は分解されて、人間に対しては無害な分子素片（フラグメント）となり、木炭ボード表面の微細孔の内側表面から脱離する。このフラグメントが脱離した後の微細孔内の表面は、空気中に含有されるトルエンをさらに吸着させて、これを分解する能力を有する（半永久性）。
【００２４】
酸化チタンの超微粒子を担持し、アクリルシリコン樹脂又はポリシロキサン樹脂等の無機系樹脂を原料とする固体薄膜によって表面が被覆されている木炭ボードについて、そのトルエン分解能力を測定した。適宜な容積を有する密閉空間内で、紫外光に対して露光しつつ、このような木炭ボードと共存させたトルエン気体の残留濃度の経時変化を表わしたグラフを図２に示す。参照実験として、酸化チタン担持の固体薄膜を形成していない木炭ボードについても、前記と同様の測定を行ない、この結果も図２に示されている。図２のグラフから明らかなように、初期におよそ１２０ｐｐｍの濃度で残存していたトルエンは、およそ１０時間後にはその濃度が半減し、およそ２００時間後には、検出限界以下の濃度となっている。また、本実施の形態における木炭ボードに対する残存トルエン濃度の最初の１００時間での減少率は、酸化チタンを担持していない木炭ボードに対する残存トルエン濃度の減少率に比べて、およそ１０％大きいことがわかる。このことから、木炭ボードの表面に担持された酸化チタンは、当該表面に吸着したトルエンの分解を促進させることによって、木炭ボードのトルエン吸着能力を増大させていることが明らかとなった。
【００２５】
本実施の形態における木炭ボードの表面の調湿機能及び防汚性について、図３を参照しつつ説明する。図３ａにおいて、木炭ボード１０の表層２０の断面が模式的に示されている。水分３０を吸着した微細孔４０を有する木炭ボード１０の表層２０が、水ガラス５５を介して、酸化チタン超微粒子５０を担持している。この水分３０は、表層２０と接する空気６０の湿度及び温度に応じて、図３ａ中矢印で示されるように、微細孔４０中に吸着されたり放出されたりする（調湿機能）。ここで、図３ｂに示されるように、表層２０上に汚れ物質７０が付着し、これが表層２０上を全体的に被覆すると、表層２０上に図３ａの水分３０が吸着する余地が減少し、木炭ボード１０による調湿機能が低減される。そこで、図３ｃに示されるように、木炭ボード１０を、電球や蛍光灯による人工光や、太陽からの自然光に露光する。これにより、酸化チタン超微粒子５０に紫外光や可視光が照射されるため、酸化チタン超微粒子５０にて触媒機能が発現し、当該超微粒子と隣接する汚れ物質７０が分解され、表層２０には少量のフラグメント８０が残存するのみとなる（図３ｄ）。これにより、微細孔４０には、図３ａの水分３０が吸着される余地が生じ、その調湿機能が回復し、木炭ボード１０の表層２０の汚染が解消される（防汚性）。
【００２６】
さらに、本実施の形態の木炭ボードは、酸化チタンの光触媒機能により、抗菌性を有する。従って、このようなボードは、これに接する人間にとって安全である。
【００２７】
＝＝＝その他の実施の形態＝＝＝
前述の実施の形態においては、多孔材を木炭ボードとしたが、木炭を竹炭に代えてもよい。また、珪藻土を乾燥、焼成、又は融剤焼成して得られる珪藻土ボードを多孔材としてもよい。本実施の形態において使用する珪藻土は、例えば、およそ９０％以上の成分が二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなり、かさ比重値がおよそ０．２４と軽量であり、気孔率がおよそ９０％以上であってその多孔性が木炭の多孔性よりも高く、融点はおよそ１２５０℃であって焼結成型に適している。さらに、本実施の形態における珪藻土は、酸に対して不活性であり、カビ菌が定着しにくく、調湿機能を有して結露がし難く、消臭機能を有し、断熱及び防音効果が高いという特徴を備えている。従って、このような珪藻土からなる珪藻土ボードの表面に、例えば酸化チタンの超微粒子を担持し、水ガラスを原料とする固体薄膜を形成すれば、当該ボードにて内装された室内は、人間にとって快適なものとなる。
【００２８】
また、前記の多孔材は、漆喰を乾燥又は焼成してなってもよい。本実施の形態における漆喰とは、消石灰にふのりや角叉などの粘着性物質と麻糸などの繊維を加え，水でよく練り合わせたものであり、これに砂や粘土を加えてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、周囲の空気を調湿し浄化する機能を半永久的に有し、防汚性及び抗菌性を有する、低コストな多孔材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の木炭ボードの表面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。ＳＥＭの倍率は、８５０倍（ａ）と、２７００倍（ｂ）とである。
【図２】本実施の形態における、表面処理をした木炭ボード、及び当該表面処理をしていない木炭ボードのそれぞれと共存させたトルエンの残存濃度の経持変化を示すグラフである。
【図３】本実施の形態の木炭ボードの表層の断面を模式的に表わした図である。
【符号の説明】
１０  木炭ボード
２０  表層
３０  水分
４０  微細孔
５０  酸化チタン超微粒子
５５  水ガラス
６０  空気
７０  汚れ物質
８０  フラグメント
【図１】
2004230258.tif 000003
【図２】
2004230258.tif 000004
【図３】
2004230258.tif 000005