(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体中に基材を埋入した状態で加圧して圧粉体を作製し、前記圧粉体を前記基材の軟化点以上で熱処理して、粉体を基材上に固定化させることを特徴とする粉体の固定化方法。
【請求項２】
請求項１に記載の粉体の固定化方法において、10 kgf／cm2〜２tf／cm2の圧力で加圧することを特徴とする粉体の固定化方法。
【請求項３】
請求項２に記載の粉体の固定化方法において、前記基材がガラス又は高分子物質であることを特徴とする粉体の固定化方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の粉体の固定化方法において、前記粉体が前記熱処理温度以上で仮焼されていることを特徴とする粉体の固定化方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の粉体の固定化方法において、前記粉体が酸化物粉体、窒化物粉体、炭化物粉体、リン酸カルシウム系粉体のいずれか又はこれらを２種以上混合してなることを特徴とする粉体の固定化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は基材に粉体を固定化する方法及び粉体固定化物に関し、特に、大掛かりな装置を使用せず、容易に粉体を固定化させる方法及びその方法により得られる粉体固定化物に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
基材に種々の機能を付与させるため、その表面を改質した材料が従来から注目を集めている。例えば、光触媒として知られる酸化チタンは、紫外線のエネルギーを使って空気中の酸素や水から活性酸素を生成し、その強い酸化力によって表面に付着した種々の有機物を分解して殺菌したり、臭いの成分を分解する作用を有する。従って、基材表面に酸化チタン粉末を固定化させることにより抗菌性や脱臭機能、汚れ防止機能を付与させることができる。またハイドロキシアパタイト、シリカ、ゼオライト等は種々の吸着特性を有するので、基材表面にこれらを固定化させることで吸着材としての機能を付与させることができる。これらの他にも基材表面に種々の物質を固定化させることで基材表面に新たな機能を付与させることができる。
【０００３】
種々の機能を有する粉体を基材表面に固定化させるには、接着剤や粘着物質等を利用して基材表面に付着させる方法や強い衝撃力を加えて基材に粉体を埋入させる方法（物理的固定化方法）等が用いられてきた。しかし前者では接着力が弱く、耐熱性が問題となることもあり、固定化された粉体の脱離も起こることが予想され、後者では強い衝撃力を与えるための装置が大掛かりなものとなったり、粉体や基材の種類が制限されるといった欠点がある。
【０００４】
また溶射により粉体を基材に吹き付けて固定させる方法もあるが、吹き付け力が大きいため粉体が基材にもぐり込んでしまい、表面に裸出する粉体の割合が小さくなってしまう。さらに基材の変形等も生じるため好ましくない。
【０００５】
さらに上記のような例とは別に特願平11-361100 号は、基材を粉体中に埋入させ、加圧下で熱処理を行って基材上に粉体を固定化させる方法を開示している。しかしこの方法では熱処理時に加圧を継続することが難しく、安定性（再現性）に欠けてしまう恐れがある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、大掛かりな装置を必要とせず、基材上に粉体を容易かつ安定して（再現性良く）固定化させる方法及びその方法により得られる粉体固定化物を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、所定の温度で仮焼を施した粉体中に基材を埋入した状態で加圧して圧粉体を作製し、その基材の軟化点以上で熱処理すると、粉体が基材上に安定して固定化されることを発見し、本発明に想到した。
【０００８】
すなわち、本発明の粉体の固定化方法は、粉体中に基材を埋入した状態で加圧して圧粉体を作製し、前記圧粉体を前記基材の軟化点以上で熱処理して、粉体を基材上に固定化させることを特徴とする。
【０００９】
10 kgf／cm2〜２tf／cm2の圧力で加圧するのが好ましい。基材はガラス又は高分子物質からなるのが好ましい。また粉体は熱処理温度以上で仮焼されているのが好ましく、かかる粉体は酸化物粉体、窒化物粉体、炭化物粉体、リン酸カルシウム系粉体のいずれか又はこれらを２種以上混合してなるのが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の粉体の固定化方法は、粉体を基材表面上に安定して固定化させるものである。以下、本発明の粉体の固定化方法及びその方法により得られる粉体固定化物について図１及び図２を参照して詳細に説明する。
【００１２】
[1] 粉体及び基材
(1) 粉体
本発明に使用する粉体３には、アルミナやチタニア等の酸化物粉体、窒化ケイ素や窒化チタン等の窒化物粉体、炭化ケイ素や炭化タングステン等の炭化物粉体又はハイドロキシアパタイトといったリン酸カルシウム系粉体のいずれか又はこれらを２種以上組合せたものを使用することができる。
【００１３】
上記粉体３は基材２を埋入させて圧粉体１を形成させる前に、固定化させる際の熱処理温度以上に仮焼する。仮焼しない状態の粉体３を使用して圧粉体１を作製し熱処理を施すと、圧粉体１の収縮が起こり、基材表面に微細な突起が生じてひび割れ等が生じてしまうからである。具体的には、基材２や固定化させる粉体３等種々の条件にもよるが、熱処理温度以上で熱処理温度＋300 ℃以下の範囲内で仮焼するのが好ましい。
【００１４】
また使用する粉体３の粒径は特に限定されるものではないが、取り扱いやすさ等を考慮すると５nm〜100 μｍのものを使用するのが好ましい。かかる粉体３の粒径を制御したり、その種類を適宜選択することで多層形成が可能であり、例えば、粒径が小さいほど、粉体固定層を薄く形成できる。
【００１５】
(2) 基材
本発明の粉体の固定化方法は、基材２の軟化点以上で熱処理することで粉体３を基材２の表面に固定化させるものである。つまり、加熱の際の軟化により基材２が膨張し、圧粉体１中の粉体３が基材２の表面にくい込んでいくことで固定化されるものである。従って、軟化点を有するような材料であればいかなるものでも使用できる。具体的にはガラスやポリエチレン、ポリカーボネートといった高分子物質等からなる基材を使用することができる。
【００１６】
また基材２の形状も特に限定されない。本発明の方法では、図１に示すように基材２が圧粉体１中に埋入されているので、圧粉体１中の残留応力により粉体３が基材２の全体を均一に押圧し、粉体３の一部が基材２の表面にくい込むようにして進入し固定化される。従っていかなる形状のものでもその表面に粉体３を固定化させることができる。また基材２の一部だけに粉体３を固定化させる場合は、固定させない部分をマスキングすればよい。これにより基材２の表面の一部を固定化粉体で選択的に機能化させることができる。
【００１７】
[2] 粉体の固定化方法
アルミナ製等の容器に仮焼した粉体３を充填し、基材２をその上に置く。さらにその上に上記粉体３を充填する。このとき、基材２は充填された粉体３の中央に位置するように設置するのが好ましい。
【００１８】
次いでハンドプレス、一軸加圧又は静水圧プレス等を使用して、10kgf ／cm2 〜２tf／cm2 の圧力を加えて軽くプレスして、図１に示すような圧粉体１を作製する。なお加圧力は２tf／cm2 より大きくても基材２が変形しなければ特に制限されるものではない。図１に示すように圧粉体１は、基材２が固定化される粉体３の中央付近に埋入した状態となっている。
【００１９】
プレス後、圧粉体１を取出し大気炉で熱処理を施す。熱処理温度は基材２の軟化点以上で、粉体３の仮焼温度以下とするのが好ましい。ここで熱処理時間は５〜10分とするのが好ましい。５分より短いと粉体３の固定化が十分でなく、10分より長いと基材２が変形してしまうため好ましくない。本発明では熱処理時間が短いので基材２の変形を防止できるだけでなく、全体的な製造時間を短縮させることができる。また熱処理中に加圧する必要がないので作業が簡便で、再現性に優れている。
【００２０】
熱処理後、放冷して基材２を取り出し超音波洗浄機や刷毛等で表面に過度に付着した粒子３' を取り除くと、粒子３' が基材２の表面に固定化された粉体固定化物が得られる（図２）。
【００２１】
[3] 粉体固定化物
本発明の粉体の固定化方法により得られる粉体固定化物の例を図２に示す。本発明の方法で得られる粉体固定化物は、熱処理により膨張した基材２の表面に粒子３' が食いこむようにして進入し、その後の放冷により、基材２が元の状態に戻る際に表面に進入した粒子３' が強く固定化される。
【００２２】
従って、本発明の粉体固定化物は図２(a) に示すように粒子３' の一部が基材表面から内部へ進入し固定化されている。そして図２(b) に示すように固定化された粒子３' が基材表面に分散し、裸出した状態となっている。なお、図２に示す粒子３' の大きさは、理解を容易にするため誇張してある。
【００２３】
【実施例】
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２４】
実施例１
アルミナ製容器（寸法：内径３cm、深さ10cm、以下の実施例及び比較例についても同じ）の中に750 ℃で１時間仮焼したハイドロキシアパタイト粉体（粒径４〜５μｍ）30ｇを充填し、次いで１cm角のガラス立方体（軟化点450 ℃の低融点ガラス）を設置した。さらにその上に上記ハイドロキシアパタイト粉体を30ｇ充填しガラス立方体が中心になるように周囲を上記ハイドロキシアパタイト粉体で覆った。その後ハンドプレス機を用いてプレス（200kgf／cm2 ）し、圧粉体を作製した。圧粉体を大気炉に入れて550 ℃で10分間の熱処理を施した。
【００２５】
熱処理後、圧粉体を大気炉から取り出し、自然放冷してから、超音波洗浄機を使用して表面上に過度に付着していた粒子を取り除いた。得られた固定化ガラス立方体は、表面のみにハイドロキシアパタイト粒子が固定化されており、それらが裸出した状態であった。
【００２６】
実施例２
アルミナ製容器の中に600 ℃で１時間仮焼した酸化チタン粉体（ST-01 アナターゼ型、平均粒径７nm、石原テクノ株式会社製）20ｇを充填し、次いで１cm角のガラス立方体（軟化点450 ℃の低融点ガラス）を設置した。さらにその上に上記酸化チタン粉体を20ｇ充填しガラス立方体が中心になるように周囲を上記酸化チタン粉体で覆った。その後ハンドプレス機を用いてプレス（100kgf／cm2 ）し、圧粉体を作製した。圧粉体を大気炉に入れて550 ℃で10分間の熱処理を施した。
【００２７】
熱処理後、圧粉体を大気炉から取り出し、自然放冷してから、超音波洗浄機を使用して表面上に過度に付着していた粒子を取り除いた。得られた固定化ガラス立方体は、表面のみに酸化チタン粒子が固定化されており、それらが裸出した状態であった。
【００２８】
実施例３
アルミナ製容器の中に750 ℃で１時間仮焼したハイドロキシアパタイト粉体（平均粒径40μｍ）30ｇを充填し、次いでφ８mmのガラス球体（軟化点450 ℃の低融点ガラス）を設置した。さらにその上に上記ハイドロキシアパタイト粉体を30ｇ充填しガラス球体が中心になるように周囲を上記ハイドロキシアパタイト粉体で覆った。その後ハンドプレス機を用いてプレス（300kgf／cm2 ）し、圧粉体を作製した。圧粉体を大気炉に入れて550 ℃で10分間の熱処理を施した。
【００２９】
熱処理後、圧粉体を大気炉から取り出し、自然放冷してから、超音波洗浄機を使用して表面上に過度に付着していた粒子を取り除いた。得られた固定化ガラス球体は、表面のみにハイドロキシアパタイト粒子が固定化されており、それらが裸出した状態であった。
【００３０】
実施例４
アルミナ製容器の中に750 ℃で１時間仮焼したハイドロキシアパタイト粉体（平均粒径80μｍ）30ｇを充填し、次いで厚さ１mmで12mm×20mmのガラス基板（軟化点450 ℃の低融点ガラス）を設置した。さらにその上に上記ハイドロキシアパタイト粉体を30ｇ充填しガラス基板が中心になるように周囲を上記ハイドロキシアパタイト粉体で覆った。その後ハンドプレス機を用いてプレス（300kgf／cm2 ）し、圧粉体を作製した。圧粉体を大気炉に入れて550 ℃で10分間の熱処理を施した。
【００３１】
熱処理後、圧粉体を大気炉から取り出し、自然放冷してから、超音波洗浄機を使用して表面上に過度に付着していた粒子を取り除いた。得られた固定化ガラス基板は、表面のみにハイドロキシアパタイト粒子が固定化されており、それらが裸出した状態であった。
【００３２】
実施例５
アルミナ製容器の中に800 ℃で１時間仮焼したα−アルミナ粉体（粒径２〜３μｍ）30ｇを充填し、次いで厚さ１mmで12mm×20mmのガラス基板（軟化点708 ℃の硼珪酸ガラス）を設置した。さらにその上に上記α−アルミナ粉体を30ｇ充填しガラス基板が中心になるように周囲を上記α−アルミナ粉体で覆った。その後ハンドプレス機を用いてプレス（200kgf／cm2 ）し、圧粉体を作製した。圧粉体を大気炉に入れて750 ℃で10分間の熱処理を施した。
【００３３】
熱処理後、圧粉体を大気炉から取り出し、自然放冷してから、超音波洗浄機を使用して表面上に過度に付着していた粒子を取り除いた。得られた固定化ガラス基板は、表面のみにα−アルミナ粒子が固定化されており、それらが裸出した状態であった。
比較例
アルミナ製容器の中にハイドロキシアパタイト粉体（粒径４〜５μｍ）を30ｇ充填し、次いでガラス基板（10mm×20mm、厚さ１mm、軟化点450 ℃の低融点ガラス）を設置した。さらにその上に上記ハイドロキシアパタイト粉体を30ｇ充填しガラス基板が中心なるように周囲を上記ハイドロキシアパタイト粉体で覆った。
【００３４】
その後、プレス圧を加えずに無加圧状態のまま大気炉に入れて550 ℃、10分間の熱処理を施した。
【００３５】
熱処理後、圧粉体を大気炉から取り出し、自然放冷してから、超音波洗浄機を使用して基板表面上に過度に付着していた粒子を取り除いた。得られたガラス基板上には何も固定されておらず、熱処理前と変わらない状態であった。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の粉体の固定化方法によれば、耐熱性を十分に確保でき、粉体の脱離も起こらず、大掛かりな装置を必要としない。また軟化性を有する基材であればいかなるものでも適用可能であり、処理温度に対して安定な粉体であれば固定化させる粉体もほとんど制約を受けない。特に固定化が困難とされる微小な粉体に対しても圧粉体化することで安定な固定化物が得られる。さらに熱処理時に圧力を加える必要がないので処理が簡単であり安定性も高く、基材の変形もなく処理の前後でそのままの形状を維持させることができる。また通常の板状のものから立方体、球体等の様々な形状の基材に対しても粉体を固定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の方法で得られる圧粉体の断面の一例を示す図である。
【図２】  本発明の方法で得られる粉体固定化物の一例を示す図であり、(a) は粉体固定化物の部分断面を示し、(b) は粉体固定化物の表面を示す。
【符号の説明】
１・・・圧粉体
２・・・基材
３・・・粉体
３' ・・粒子
【図１】
0004397003.tif 000002
【図２】
0004397003.tif 000003