(57)【要約】【課題】箔状、板状及び針状結晶構造を有するケイ酸カルシウム板の表面を微細孔を埋め尽くすことなく顔料により着色できるとともに、表面に十分な量の酸化チタンを担持させることができる光触媒コーティング剤及び光触媒担持体を提供する。【解決手段】箔状、板状及び針状結晶構造を有するケイ酸カルシウム板２と、ケイ酸カルシウム板２の表面に形成される光触媒コーティング層５とを備える。光触媒コーティング層５は、ケイ酸カルシウム板２の表面に、無機系顔料９と、アナターゼ型酸化チタン８と、シリカ質粒子７と、それらを分散させる分散剤６とを含有する水溶液からなる光触媒コーティング剤を塗布することにより形成される。分散剤６の分散機能により、無機系顔料９が分散された状態でケイ酸カルシウム板の２表面に付着され、かつアナターゼ型酸化チタン８が無機系顔料９に埋め尽くされることなくケイ酸カルシウム板２の表面に担持される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
箔状、板状及び針状結晶構造を有するケイ酸カルシウム板の表面に光触媒機能を有する酸化チタンを担持させ、かつ酸化チタンの光触媒機能を阻害することなくケイ酸カルシウムの表面に着色するための光触媒コーティング剤であって、
無機系顔料と、アナターゼ型酸化チタンと、シリカ質粒子と、それらを分散させる分散剤とを含有する水溶液からなることを特徴とする光触媒コーティング剤。
【請求項２】
前記分散剤は、前記無機系顔料、前記アナターゼ型酸化チタン、及び前記シリカ質粒子よりも前記ケイ酸カルシウム板との親和性が高い性質を有していることを特徴とする請求項１に記載の光触媒コーティング剤。
【請求項３】
箔状、板状及び針状結晶構造を有するケイ酸カルシウム板と、該ケイ酸カルシウム板の表面に形成される光触媒コーティング層とからなる光触媒担持体であって、
前記光触媒コーティング層は、前記ケイ酸カルシウム板の表面に、無機系顔料と、アナターゼ型酸化チタンと、シリカ質粒子と、それらを分散させる分散剤とを含有する水溶液からなる光触媒コーティング剤を塗布することにより形成され、
前記分散剤の分散機能により、前記無機系顔料が分散された状態で前記ケイ酸カルシウム板の表面に付着され、かつ前記アナターゼ型酸化チタンが前記無機系顔料に埋め尽くされることなく前記ケイ酸カルシウム板の表面に担持されていることを特徴とする光触媒担持体。
【請求項４】
前記分散剤は、前記無機系顔料、前記アナターゼ型酸化チタン、及び前記シリカ質粒子よりも前記ケイ酸カルシウム板との親和性が高い性質を有していることを特徴とする請求項３に記載の光触媒担持体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒コーティング剤及び光触媒担持体に関し、特に、アナターゼ型酸化チタンと無機系顔料とを含有させた光触媒コーティング剤、及びその光触媒コーティング剤をケイ酸カルシウム板の表面に塗布させることにより構成した光触媒担持体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の建築構造物の高気密化に伴い、シックハウス症候群の原因とされるアセトアルデヒド、ホルムアルデヒド等の揮発性有害有機物質や異臭の強いアンモニア等の悪臭成分等の発生が深刻な問題となっている。このため、それらの有害有機物質や悪臭成分等を捕捉して無害化するための各種の研究、開発がなされており、その一例として、無機系多孔質基材（ケイ酸カルシウム板等）の表面に酸化チタンを担持させた建築資材としての光触媒担持体が提供されている。
【０００３】
このような構成の光触媒担持体にあっては、表面に担持させた酸化チタンの光触媒機能を利用することにより、光のエネルギーを吸収して空気中の水分をヒドロキシラジカルに変化させ、この強い分解力をもったヒドロキシラジカルの作用によって有害有機物質や悪臭成分等を水と二酸化炭素に分解し、無害化することができるものである。
【０００４】
ところで、図５に示すように、無機系多孔質基材１２（ケイ酸カルシウム板等）の表面に無機系顔料１９により着色しようとする場合、光触媒としての酸化チタン１８を含有する光触媒コーティング剤に無機系顔料１９を添加し、その無機系顔料１９を添加した光触媒コーティング剤を無機系多孔質基材１２の表面に塗布しているが、無機系顔料１９の粒子の方が酸化チタン１８の粒子よりも大きいために、無機系顔料１９に酸化チタン１８が埋もれてしまい、有害有機物質や悪臭成分等を分解して無害化するのに十分な光触媒機能が得られない。このため、光触媒コーティング剤に大量の酸化チタン１８を添加しなければならず、コストが高くついてしまう。
【０００５】
また、光触媒コーティング剤に無機系顔料１９を添加した場合、光触媒コーティング剤中における無機系顔料１９の分散性が悪いために、無機系多孔質基材１２の表面を無機系顔料１９によって綺麗に着色することができず、着色斑が生じてしまうこともあった。
【０００６】
一方、着色可能で、かつ光触媒反応を効果的に発揮させる光触媒コーティング剤（商品名；ハイドロテクト（登録商標）、ＴＯＴＯ株式会社）が提供されている。しかし、この光触媒コーティング剤は、外壁タイル等の表面に一様な膜を形成するのには有効であるが、ケイ酸カルシウム板等の無機系多孔質基材の表面に適用した場合には、表面の微細孔を埋め尽くさないように塗布することが困難であるため、適用可能な範囲が制限されてしまい、箔状、板状及び針状結晶構造を有するケイ酸カルシウム板には使用することができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、箔状、板状及び針状結晶構造を有するケイ酸カルシウム板等の無機系多孔質基材の表面を微細孔を埋め尽くことなく顔料により綺麗に着色できるとともに、表面に十分な量の酸化チタンを担持させることができ、必要最低限の量の酸化チタンで空気中の有害有機物質や悪臭成分等を良好に分解して無害化することができる、光触媒コーティング剤及び光触媒担持体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記のような課題を解決するために、本発明は、以下のような手段を採用している。
すなわち、請求項１に係る発明は、箔状、板状及び針状結晶構造を有するケイ酸カルシウム板の表面に光触媒機能を有する酸化チタンを担持させ、かつ酸化チタンの光触媒機能を阻害することなくケイ酸カルシウムの表面に着色するための光触媒コーティング剤であって、無機系顔料と、アナターゼ型酸化チタンと、シリカ質粒子と、それらを分散させる分散剤とを含有する水溶液からなることを特徴とする。
【０００９】
本発明による光触媒コーティング剤によれば、分散剤の分散機能により、水溶液中に無機系顔料とアナターゼ型酸化チタンとシリカ質粒子とが分散された状態で含有されることになるので、ケイ酸カルシウム板の表面に光触媒コーティング剤を塗布したときに、それらの粒子同士が結合して一次粒子から二次粒子、三次粒子……と大きくなるようなことはなく、大きくなった粒子によってケイ酸カルシウム板の箔状、板状及び針状結晶の微細孔が塞がれるようなことはない。従って、ケイ酸カルシウム板の表面を無機系顔料によって斑が生じることなく着色することができるとともに、無機系顔料に埋め尽くされることなくケイ酸カルシウム板の表面に十分な量のアナターゼ型酸化チタンを担持させることができる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光触媒コーティング剤であって、前記分散剤は、前記無機系顔料、前記アナターゼ型酸化チタン、及び前記シリカ質粒子よりも前記ケイ酸カルシウム板との親和性が高い性質を有していることを特徴とする。
【００１１】
本発明による光触媒コーティング剤によれば、光触媒コーティング剤をケイ酸カルシウム板の表面に塗布したときに、ケイ酸カルシウム板との親和性が最も高い分散剤がケイ酸カルシウム板の箔状、板状及び針状結晶の微細孔内に先に配向され、この分散剤によってシリカ質粒子が微細孔から表面側に押し出されるように配向され、シリカ質粒子によってアナターゼ型酸化チタンが更に表面側に押し出されるように配向されることになる。従って、ケイ酸カルシウム板の表面に十分な量のアナターゼ型酸化チタンを配向することができ、必要最低限の量のアナターゼ型酸化チタンによって光触媒機能を十分に発揮させることができる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、箔状、板状及び針状結晶構造を有するケイ酸カルシウム板と、該ケイ酸カルシウム板の表面に形成される光触媒コーティング層とからなる光触媒担持体であって、前記光触媒コーティング層は、前記ケイ酸カルシウム板の表面に、無機系顔料と、アナターゼ型酸化チタンと、シリカ質粒子と、それらを分散させる分散剤とを含有する水溶液からなる光触媒コーティング剤を塗布することにより形成され、前記分散剤の分散機能により、前記無機系顔料が分散された状態で前記ケイ酸カルシウム板の表面に付着され、かつ前記アナターゼ型酸化チタンが前記無機系顔料に埋め尽くされることなく前記ケイ酸カルシウム板の表面に担持されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明による光触媒担持体によれば、光触媒コーティング剤水溶液中の分散剤の分散機能により、水溶液中に無機系顔料とアナターゼ型酸化チタンとシリカ質粒子とが分散された状態で含有されることになるので、ケイ酸カルシウム板の表面に光触媒コーティング剤を塗布して光触媒コーティング層を形成するときに、それらの粒子同士が結合して一次粒子から二次粒子、三次粒子……と大きくなるようなことはなく、大きくなった粒子によってケイ酸カルシウム板の箔状、板状及び針状結晶の微細孔が塞がれるようなことはない。従って、ケイ酸カルシウム板の表面を無機系顔料によって斑が生じることなく着色することができるとともに、無機系顔料に埋め尽くされることなくケイ酸カルシウム板の表面に十分な量のアナターゼ型酸化チタンを担持させることができる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の光触媒担持体であって、前記分散剤は、前記無機系顔料、前記アナターゼ型酸化チタン、及び前記シリカ質粒子よりも前記ケイ酸カルシウム板との親和性が高い性質を有していることを特徴とする。
【００１５】
本発明による光触媒担持体によれば、ケイ酸カルシウム板の表面に光触媒コーティング剤を塗布したときに、ケイ酸カルシウム板との親和性が最も高い分散剤がケイ酸カルシウム板の箔状、板状及び針状結晶の微細孔内に先に配向され、この分散剤によってシリカ質粒子が微細孔から表面側に押し出されるように配向され、シリカ質粒子によってアナターゼ型酸化チタンが更に表面側に押し出されるように配向され、顔料が良好に分散された状態でケイ酸カルシウム板の表面側に付着されることになる。
【発明の効果】
【００１６】
以上、説明したように、本発明の光触媒コーティング剤及び光触媒担持体によれば、光触媒コーティング剤の水溶液中に分散剤の分散機能によって無機系顔料とアナターゼ型酸化チタンとシリカ質粒子とが分散された状態で含有されることになるので、ケイ酸カルシウム板の表面に光触媒コーティング剤を塗布したときに、それらの粒子が互いに結合して一次粒子から二次粒子、三次粒子……と大きくなるようなことはなく、大きくなった粒子によってケイ酸カルシウム板の箔状、板状及び針状結晶の微細孔が埋め尽くされるようなことはない。従って、ケイ酸カルシウム板としての機能（調湿機能や吸着機能等）を維持した状態で、ケイ酸カルシウム板の表面を無機系顔料によって斑が生じることなく着色できる。また、ケイ酸カルシウム板の表面に十分な量のアナターゼ型酸化チタンを担持させることができるので、光触媒機能を十分に発揮させることができ、空気中の有害有機物質や悪臭成分等を良好に分解して無害化することができる。
【００１７】
さらに、光触媒コーティング剤をケイ酸カルシウム板の表面に塗布したときに、ケイ酸カルシウム板との親和性が最も高い分散剤がケイ酸カルシウム板の箔状、板状及び針状結晶の微細孔内に先に配向され、この分散剤によってシリカ質粒子が微細孔から表面側に押し出されるように配向され、シリカ質粒子によってアナターゼ型酸化チタンが更に表面側に押し出されるように配向されるので、必要最低限の量のアナターゼ型酸化チタンで良好な光触媒機能を得ることができ、コストを安く抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図４には、本発明による光触媒コーティング剤及び光触媒担持体の一実施の形態が示されていて、図１は光触媒担持体をモデルした説明図、図２は図１のＡ部の拡大図、図３は分散剤とシリカ質粒子とアナターゼ型酸化チタンとの関係を示した説明図、図４はケイ酸カルシウム板の表面の一部を示した顕微鏡写真図である。
【００１９】
すなわち、本実施の形態に示す光触媒コーティング剤は、図１及び図２に示すように、無機系多孔質基材であるケイ酸カルシウム板２の表面に酸化チタン８を担持させ、かつ酸化チタン８の機能を阻害することなく、ケイ酸カルシウム板２の表面を着色するのに有効なものであって、無機系顔料９と酸化チタン８とシリカ質粒子７と分散剤６とを含有する水溶液状をなしている。
【００２０】
無機系顔料９は、ケイ酸カルシウム板２の表面に着色し、ケイ酸カルシウム板２の意匠性を高める目的で光触媒コーティング剤に所定量添加されている。無機系顔料９としては、例えば、赤色酸化クロム、黄色酸化鉄、水酸化鉄、水酸化マグネシウム、水酸化イットリウム、水酸化マンガン等の酸化物及び水酸化物が挙げられる。但し、これらに限定されることなく、ケイ酸カルシウム板２の表面に着色し、意匠性を高めることができるものであればよい。
【００２１】
酸化チタン８は、光触媒機能を有するものであって、本実施の形態においては酸化チタン８にアナターゼ型酸化チタン８を使用している。ケイ酸カルシウム板２の表面にアナターゼ型酸化チタン８を担持させることにより、アナターゼ型酸化チタン８が光のエネルギーを吸収して空気中の水分を酸化反応でヒドロキシラジカルに変化させ、この強い分解力をもったヒドロキシラジカルの働きによって空気中の有害有機物質や悪臭成分等が水と二酸化炭素に分解され、無害化される。
【００２２】
シリカ質粒子７及び分散剤６は、シリカ質粒子７に分散剤６を添加して構成したバインダー水溶液であって、アナターゼ型酸化チタン８を分散させる目的、及びアナターゼ型酸化チタン８のケイ酸カルシウム板２との付着性を高める目的で配合される。シリカ質バインダーは、アナターゼ型酸化チタン８をケイ酸カルシウム板２の最表面へ押し出す機能も有している。
【００２３】
シリカ質粒子７は、非常に小さい微粒子（５ｎｍ〜１００ｎｍ）であって、光触媒コーティング剤を箔状、板状及び針状結晶３構造を有するケイ酸カルシウム板２の表面に塗布したときに、ケイ酸カルシウム板２の微細孔４（１ｎｍ〜１０００ｎｍ）内に入り込み、この微細孔４内に入り込んだシリカ質粒子７により、アナターゼ型酸化チタン８がケイ酸カルシウム板２の最表面に押し出される。
【００２４】
分散剤６は、無機系顔料９とシリカ質粒子７とアナターゼ型酸化チタン８とを分散させ、水溶液中でそれらが相互に結合して、一次粒子から二次粒子、三次粒子……と大きくなるのを防止している。分散剤６は、シリカ質粒子７、無機系顔料９、及びアナターゼ型酸化チタン８よりもケイ酸カルシウム板２との親和性が高い性質を有している。
【００２５】
分散剤６としては、例えばイオン性界面活性剤、高分子系の分散剤等が挙げられる。分散剤６としてイオン性界面活性剤を使用した場合には、分散剤６がシリカ質粒子７の表面に吸着することにより、その立体障害によってシリカ質粒子７同士の反発を導き、シリカ質粒子７が良好に分散する。そして、シリカ質粒子７の分散によりシリカ質粒子７に吸着したアナターゼ型酸化チタン８が良好に分散する。
【００２６】
イオン性界面活性剤としては、陰イオン性界面活性剤と陽イオン界面活性剤と非イオン活性剤とがあり、陰イオン性界面活性剤としては、カルボン酸系（ラウリル硫酸エステル、バルミチン酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム）、スルホン酸塩系（エチルヘキシルアルキルベンゼンスルホン酸塩、２−プロピルヘプチル、２−ブチルオクチル）、硫酸エステル塩（アルキル硫酸エステル塩、ドデシル硫酸エステル塩）、燐酸系が挙げられ、陽イオン界面活性剤としては、ドデシルアミン酢酸塩、第４級アンモニウム塩が挙げられ、非イオン活性剤としては、脂肪酸エステル型が挙げられる。
【００２７】
分散剤６としてケイ酸カルシウム板２と非常に相性の良い（接着性の良好な）高分子系の分散剤（例えば、ポリアクリル酸系等）を使用した場合には、シラノール基をケイ酸カルシウム板２の針状結晶３の微細孔４に配向し、吸着させる。一方、シリカ質粒子７と立体障害を起こす官能基により、シリカ質粒子７を分散させる。シリカ質粒子７が分散すると、シリカ質粒子７に吸着したアナターゼ型酸化チタン８が分散する。なお、分子鎖には、シリカ質粒子７と立体障害を起こしやすいものが多数付与していた方がよい。
高分子系界面活性剤としては、シリコーン系、ポリアクリル酸系が挙げられる。
【００２８】
上記のような構成の光触媒コーティング剤を用いて構成される本発明による光触媒担持体１は、図１に示すように、無機系多孔質基材である箔状、板状及び針状結晶３構造を有するケイ酸カルシウム板２と、ケイ酸カルシウム板２の表面に光触媒コーティング剤を塗布することにより形成される光触媒コーティング層５とを備えている。ここで、ケイ酸カルシウム板２の針状結晶構造の例として、図４の顕微鏡写真では箔状結晶間に微細孔４が形成されているのが示されている。
【００２９】
光触媒コーティング層５を形成する光触媒コーティング剤は、分散剤６の分散機能によって水溶液中に無機系顔料９とアナターゼ型酸化チタン８とシリカ質粒子７とが分散された状態で含有されているので、それらの粒子同士が互いに結合して、一次粒子から二次粒子、三次粒子……と大きくなるようなことはなく、それらの粒子は分散された状態でケイ酸カルシウム板２の表面に付着されることになる。
【００３０】
従って、大きくなった粒子によってケイ酸カルシウム板２の箔状、板状及び針状結晶３の微細孔４が埋め尽くされるようなことはなく、多孔質基材である針状結晶３構造を有するケイ酸カルシウム板２の機能（調湿機能、吸着機能等）を維持し続けることができる。
【００３１】
また、分散剤６によって無機系顔料９が良好に分散されることになるので、ケイ酸カルシウム板２の箔状、板状及び針状結晶３の微細孔４を塞ぐことなく、ケイ酸カルシウム板２の表面を無機系顔料９によって斑が生じることなく綺麗に着色することができ、ケイ酸カルシウム板２の意匠性を高めることができる。
【００３２】
さらに、ケイ酸カルシウム板２の表面に光触媒コーティング剤を塗布したときに、ケイ酸カルシウム板２との親和性が最も高い分散剤６が針状結晶３の微細孔４内に先に配向されて吸着され、この分散剤６は多数の水酸基を表面側（外側）に向けた状態で微細孔４内に配向されるので、分散剤６の表面側に向けた水酸基によってシリカ質粒子７が表面側に押し出されるように配向されることになる。
【００３３】
従って、シリカ質粒子７と結合しているアナターゼ型酸化チタン８がシリカ質粒子７によって最表面側に押し出されることになるので、ケイ酸カルシウム板２の表面側に十分な量のアナターゼ酸化チタン８を配向することができ、必要最低限の量のアナターゼ型酸化チタン８で光触媒機能を十分に発揮させることができ、空気中の有害有機物質、悪臭成分等を良好に分解して無害化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による光触媒担持体の一実施の形態を示した説明図であって、光触媒担持体をモデル化した説明図である。
【図２】図１のＡ部の拡大図である。
【図３】分散剤とシリカ質粒子とアナターゼ型酸化チタンとの関係を示した説明図である。
【図４】ケイ酸カルシウム板の表面の一部を示した顕微鏡写真図である。
【図５】従来の光触媒担持体の一例を示した説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  光触媒担持体
２  ケイ酸カルシウム板
３  ケイ酸カルシウム結晶
４  微細孔
５  光触媒コーティング層
６  分散剤
７  シリカ質粒子
８、１８  酸化チタン（アナターゼ型酸化チタン）
９、１９  無機系顔料
１２  無機系多孔質材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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