(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光触媒としての酸化チタンを保持部材に固定する際、下部と上部の二層に分割し、下層の調整を次の手順により行う。
（１）先ずＴｉＯ２とＣａＣＯ３とＨ２Ｏとを混練し、
（２）これにＣａ３（ＰＯ４）２を加えてさらに混練し、
（３）次いでＮａ２ＳｉＯ３と適量のＨ２Ｏを加え適度の粘度に調合する。
（４）上記のように調整された下層用材料を保持部材に塗布する。
（５）塗布後、蒸発乾固させる。
次に、ＴｉＯ２と微量の光触媒活性化促進物質と適量の水とを混練して構成された上層用材料を、上記下層の全面を被覆するように塗布し固着させることを特徴とする酸化チタン光触媒体の製造方法。
【請求項２】
下層の調整手順（２）のＣａ３（ＰＯ４）２に替えて、オルトリン酸（Ｈ３ＰＯ４）とＣａＣＯ３とを使用したことを特徴とする請求項１記載の酸化チタン光触媒体の製造方法。
【請求項３】
下層の調整手順において、ＴｉＯ２とＣａＣＯ３の添加比率が１：０．０２〜０．５であることを特徴とする請求項１又は２記載の酸化チタン光触媒体の製造方法。
【請求項４】
下層の調整手順において、ＣａＣＯ３とＣａ３（ＰＯ４）２の添加比率が１：１〜２であることを特徴とする請求項１記載の酸化チタン光触媒体の製造方法。
【請求項５】
下層の調整手順において、ＴｉＯ２とＮａ２ＳｉＯ３の添加比率が１：０．２〜０．４であることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の酸化チタン光触媒体の製造方法。
【請求項６】
下層形成に使用されるＴｉＯ２の粒径が、０．１〜０．５μｍであることを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載の酸化チタン光触媒体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、酸化チタン光触媒体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
酸化チタンは元来白色顔料として塗装、化粧品等に多量に使用されているもので、光触媒として使用される際は、合成樹脂と有機溶剤をバインダとして混和し、保持部材に固着されるのが一般的方法となっている。そしてこれら粘着性バインダとしては殆どすべてが有機物と呼ばれる物質に属している。
【０００３】
一方、合成化学の分野において反応促進の目的で化学触媒が使用され、この化学触媒では、主としてゼオライト、活性炭、陶土質やセラミック材をベースとして化合物から酸化還元的に変化させ析出させるような手法で担持させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
光触媒と化学触媒の相違点は当然ながら光が関わることによって働くため、光線の照射が有効に作用することが極めて重要となる。しかも酸化チタンは波長が３８０ｍｍ付近の紫外線を利用し、強力な酸化作用を伴うことから、通常の有機物質が化学的に変化ないし分解に至る。また、酸化チタンによる大気中の有機性ガス成分の変化生成物として、酸化アルカリ及び腐蝕溶解性物質の影響を受けるものである。
【０００５】
更に酸化チタン光触媒の場合は、保持部材についてその強度、耐食性、被加工性などの制約を受ける。例えばステンレス鋼、ガラス等が担持体として選ばれる。このように平滑な平面上に酸化チタン粉末を固定することが必要となる。
【０００６】
そしてステンレス鋼の表面にステンレス金属粉を溶射することによって、粗面が形成され、担持の容易化が図られるが、溶射時の熱の影響を受けるため、金属の組織変化により耐食性の高いオーステナイト系の変態が進み、酸化され易く錆の発生を伴う恐れが生ずる。またコスト的にも不利となる。このような事から酸化チタン粉末を安価確実に平滑面に固着させる方法、手段が要求されている。
【０００７】
本発明はかかる実情に鑑み、光触媒として利用される酸化チタン（微粒子粉末）がその保持部材から剥離脱落することなく固定され、且つ、酸化アルカリや、腐蝕溶解性物質の影響も受けることがない酸化チタン光触媒体の製造方法を提供することを目的とした。
【０００８】
【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、本発明の酸化チタン光触媒の製造方法は、光触媒としての酸化チタンを保持部材に固定する際、下部と上部の二層に分割し、下層の調整を次の手順により行う。
（１）先ずＴｉＯ２とＣａＣＯ３とＨ２Ｏとを混練し、
（２）これにＣａ３（ＰＯ４）２を加えてさらに混練し、
（３）次いでＮａ２ＳｉＯ３と適量のＨ２Ｏを加え適度の粘度に調合する。
（４）上記のように調整された下層用材料を保持部材に塗布する。
（５）塗布後、蒸発乾固させる。
次に、ＴｉＯ２と微量の光触媒活性化促進物質と適量の水とを混練して構成された上層用材料を、上記下層の全面を被覆するように塗布し固着させることをその要旨としている。
【０００９】
なお、上記製造方法において、下層の調整手順（２）のＣａ３（ＰＯ４）２に替えて、オルトリン酸（Ｈ３ＰＯ４）とＣａＣＯ３とを使用することができる。
【００１０】
また、下層調整における各材料の添加比率は、ＴｉＯ２：ＣａＣＯ３＝１：０．０２〜０．５、ＣａＣＯ３：Ｃａ３（ＰＯ４）２＝１：１〜２、ＴｉＯ２：Ｎａ２ＳｉＯ３＝１：０．２〜０．４であることが好ましく、また、下層に使用されるＴｉＯ２の粒径は、０．１〜０．５μｍが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
酸化チタンの材料としての形態は、粉体、ゾル状、溶液（有機チタン化合物）とあるが、一定の厚みをもつ層を形成するには粉体によらねばならないし、そのためには適量の水を加えて捏錬調整し、塗布し易い状態とするのが一般的である。
【００１２】
酸化チタン粉体にはその製法によって種別もあるが、結晶構造がアナターゼ型、純度９９．５％以上、粒径１０〜２０ｎｍの微粒子が用いられる。集積度として５０〜２００ｇ／ｍｍ２程度が一般的と考えられる。集積度が大きいと乾燥後亀裂が発生し、崩落の原因となるから、一度に厚く塗布することには問題が残る。
【００１３】
このような観点から、本発明においては、酸化チタンの塗布を下地処理と仕上げ処理に分割し、二段階に行うことを基本としている。第一段階は保持部材に確実に固着し、その表面が粗にしてその上層が付着し易い状態を保っていることを必要とする。即ち上層を構成する際、水分等の影響を受けて崩れることがあってはならない。この目的のために上記した物質の配合と手順によって構築する。
【００１４】
本発明の下層となる部分の成分は、生物体における歯、骨などを形成する機能材料としての人工生体材料として、リン（Ｐ）化合物、例えばカルシウムを含む金属との複合物質が注目されている学術的背景による。
【００１５】
各成分の役割として、ＣａＣＯ３、Ｃａ３（ＰＯ４）２、Ｈ３ＰＯ４は組織の硬化手段で、Ｎａ２ＳｉＯ３はＨ２Ｏの介在下でＣａ及びリン系化合物並びにＴｉＯ２を混合することによって、結晶粒形成とゲル状化による固着性を与える。これは、保持材料との固着と塗布表面の適度の粗粒化を付与する。
【００１６】
上記したように、下地処理の有効的な物質として、チタン（Ｔｉ）、リン（Ｐ）、カルシウム（Ｃａ）、けい素（Ｓｉ）の化合物と水（Ｈ２Ｏ）の適量混合物が固着に有用なものであることを見出したが、これらの物質の処方（調整）手順と各成分の混合比（重量％）も重要な要素であることが判明した。
【００１７】
処方手順と各成分の混合比は、次の通りである。
１）先ず、〔ＴｉＯ２＋ＣａＣＯ３〕の混合（１：０．０２〜０．５）にＨ２Ｏを加えて捏錬し、これにＣａ３（ＰＯ４）２を加え（ＣａＣＯ３：Ｃａ３（ＰＯ４）２＝１：１〜２）、終りにＮａ２ＳｉＯ３を加え、Ｈ２Ｏにより適当な粘度に調合するのがよい（Ｈ２Ｏの量は全体とほぼ等量）。
２）ＴｉＯ２：Ｎａ２ＳｉＯ３の比率は（１：０．２〜０．４）がよい。
３）〔ＣａＣＯ３＋Ｃａ３（ＰＯ４）２〕の代りに〔ＣａＣＯ３＋Ｈ３ＰＯ４〕としても同等の効果がある（ＣａＣＯ３＋Ｈ３ＰＯ４＝Ｃａ３（ＰＯ４）２となる）。
４）Ｎａ２ＳｉＯ３は単独では容易に乾燥しないが、ＴｉＯ２と混合した場合、急速に固化し、水溶性も示さなくなる。特に酸の存在（ｐＨ５〜６）でその傾向が強い。
５）下層部に使用するＴｉＯ２の粒径は、０．１μｍ以上好ましくは０．５μｍ程度のものを使用する。下地処理においては、光触媒としての活性よりも上層部の付着性及び光触媒による化学反応の結果生成する物質や水分等の吸着保持能力の大きいことが重要条件でもある。
【００１８】
このような物質の混合物は、酸化チタンとオルトリン酸（Ｈ３ＰＯ４）の反応によって生ずる一種の層状構造の酸性リン酸塩を生成し、一方、リン酸カルシウム系化合物と作用して硬化が進行する結果、強固な物体を形成するものと思われる。
【００１９】
一方、珪酸塩は、リン酸及びカルシウムイオンの作用を受けて、一部珪酸ゲル化して粗粒化し、表面のザラ感を現出しようとする現象を呈するものと推察できる。且つ、水に不溶でもある。かくして、触媒物質の担体として最適な物質を構成することができる。
【００２０】
【発明の効果】
触媒保持部材に対するその固定を二段階に行うことによって、下地処理となる下層部分は、バインダの役割となる混合物質ではあるが、仕上処理となる上層部分に覆われる結果、光触媒としての表面には何らかの影響を及ぼすことがない。しかも、バインダの役割となる物質には有機物を使用していないから、紫外線劣化にも無関係といえる。また、酸化チタンによる大気中の有機性ガス成分の変化生成物として、酸化アルカリ及び腐蝕溶解性物質の影響を受けることもない。
【００２１】
さらに、酸化チタンにはグレードがあり、高品位（高機能で高コスト）のものは表層にのみ使用することによって、全体のコストを低く出来るというメリットもある。実際には上層に使用する微粒酸化チタンほど、固着性が低いという結果が得られた。一方、下層部分は、光触媒としての機能の寄与は少ないが、分解生成物の保持蓄積に役立つ。また、下層も酸化チタンが主体であるため、上層のみでは薄く機能が弱るという欠点を補うことができる。さらに、上層が万一剥れた場合でも、下層によっていくらかは光触媒機能を維持し得る利点もある。
【００２２】
【実施例】
次に本発明光触媒体の製造方法の一実施例を説明する。
【００２３】
第一段階における下層部（下地処理）形成において使用される化学物とその配合量は、以下の通りである。
（１）ＴｉＯ２（粉体）              １００ｇ
ＣａＣＯ３                    ２〜５ｇ
Ｈ２Ｏ                      約１２０ｇ
（２）Ｃａ３（ＰＯ４）２          １０〜２０ｇ    または
〔Ｈ３ＰＯ４    １５〜２５ｇ〕＋〔ＣａＣＯ３    ７〜１５ｇ〕
（３）Ｎａ２ＳｉＯ３（５０％）    ２０〜３０ｇ
【００２４】
先ず（１）の混合物を捏錬し、これに（２）を加えてさらに捏錬し、次いで（３）とＨ２Ｏの若干量を加え、適度の粘度となるように調合する。もしＨ２Ｏが多すぎたらＴｉＯ２を加える。このようにして調整されたものを例えばステンレス鋼板に塗布し、約１０〜２４時間蒸発乾燥し、乾燥状態となっているのを待って、次の段階に移る。
【００２５】
なお、Ｎａ２ＳｉＯ３は単体では高粘度で容易に乾燥しないが、本発明のように混合物となると固く乾燥し、水洗によっても容易に剥離せず、しかも表層は粗で固い感触のものとなる。
【００２６】
第二段階の上層部形成では、上記で得られた下層の上に次の要領で仕上処理を行う。
（１）ＴｉＯ２                      １００ｇ
Ｈ２Ｏ                １００〜１５０ｇ（適量）
【００２７】
この上層形成に際しては、微量の光触媒活性化促進物を添加し、混合捏錬し塗布する。この際の添加混合物質は酸化チタンと混合して被覆し、その触媒機能低下の原因になることから、光触媒活性化促進物質以外のものは一切使用しないことが重要である。なお、下層部と上層部の厚み比率は、１：１〜２が好ましい。
【００２８】
上記実施例に示す通り、下地処理は担持の基礎であって酸化チタンを主剤として、これにオリトリン酸、カルシウム塩（主として炭酸塩、水酸化物、酸化物）及び珪酸塩（一般的にはナトリウム塩）を混合し、ほぼ等量の水を加えて捏錬し適度の粘度に調整したものを使用する。塗布に際しては、被塗布部材の表面は油脂等異物付着のないことが当然の条件となる。
【００２９】
次に、下層部分の固着度、即ち下層部を表１に示す成分と処方手順に従って調整し、塗布後乾涸した状態で、その剥脱の程度を評価する基準を定め、数種の実施例サンプル及び比較例サンプルについて試験した。
【００３０】
評価基準として塗布面を一定の力で擦過する。試験方法は、受圧（接触）面積４ｃｍ２、加圧力２Ｎでスポンジ状物質を塗布面に押し付け、摺動させることによって剥脱量（重量％）で表わした。なお、被塗布材は、板厚０．８ｍｍ、大きさ２００×１００ｍｍの平滑アルミ板を使用した。表１に各サンプルに対する値を示す（摩擦係数推定０．３〜０．５）。この表１に示されるように、サンプルＮｏ．５及びＮｏ．７が最も好結果を得た（剥脱量  小）。
【表１】
0004429452.tif 000002