(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光触媒粉末と放射性鉱物粉末とを基材中に含み、放射性鉱物粉末から発生する放射線によって光触媒粉末を活性化することによって暗所においても触媒機能を発揮する触媒機能材料であって、基材がガス透過性ゴム材であり、光触媒粉末が酸化チタンであり、放射性鉱物粉末がモナズ石(モナザイト)であり、酸化チタン粉末１００重量部に対してモナズ石粉末２０〜１００重量部を含有することを特徴とする触媒機能材料。
【請求項２】
光触媒粉末の酸化チタン粉末および放射性鉱物粉末のモナズ石粉末がガス透過性ゴム材からなる基材の表面付近に混在されている請求項１に記載する触媒機能材料。
【請求項３】
車輌の内部空間に装着されるゴム材、またはワイパーブレードに使用される請求項１または請求項２に記載する触媒機能材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、触媒機能材料、特に、光触媒の有する抗菌や汚染防止、有害物質の分解等の機能を暗所においても発揮する触媒機能材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光触媒は太陽光、特に紫外線の光エネルギーを吸収して活性化し、無機物や有機物の分解等の化学反応を進める触媒作用を有する物質である。その活性作用を利用して、防カビ、抗菌、水質浄化、セルフクリーニング、脱臭、その他種々の機能を有する材料・製品が開発されている。
例えば、特開平１０−２０４３３５号公報には船舶の外板や海洋構造物、魚網等に水中生物が付着するのを防止するための水中汚染防止塗料組成物が記載されている。また、特開平１０−２１２１７９号公報には目地部に光触媒材料を塗布して耐汚染性および防カビ性を付与した磁器タイルパネルが記載されている。
【０００３】
【発明の解決課題】
しかし、水中では水深が増すにつれて光量が乏しくなるので光触媒機能が次第に低下する。このため、光触媒材料を塗料に含有させ水中構造物や水中で使用する製品に塗布しても、十分な光活性作用を発揮できるのは水深が極めて浅い場合に限られる。また、タイルやセメント等に光触媒材料を塗布あるいは混入した場合も浄化槽や暗渠、トンネル内などのように光が届かない場所や、光量が乏しい場所では光触媒作用は実質的に発揮されない。装置内部に組み込まれる各種の機械部品や配管類なども同様である。
【０００４】
一方、夜間においても抗菌性能を維持する手段として、酸化チタンを焼き付けた上に金属イオンを焼き付ける方法が試みられているが、焼き付けに手間が掛かり、しかも基材の種類が限定される問題がある。
本発明は、従来技術のこのような問題を解決したものであり、暗所においても継続的な触媒作用を発揮する触媒機能材料を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題解決の手段】
本発明は以下の[１]〜[３]の構成からなる触媒機能材料に関する。
〔１〕  光触媒粉末と放射性鉱物粉末とを基材中に含み、放射性鉱物粉末から発生する放射線によって光触媒粉末を活性化することによって暗所においても触媒機能を発揮する触媒機能材料であって、基材がガス透過性ゴム材であり、光触媒粉末が酸化チタンであり、放射性鉱物粉末がモナズ石(モナザイト)であり、酸化チタン粉末１００重量部に対してモナズ石粉末２０〜１００重量部を含有することを特徴とする触媒機能材料。
〔２〕  光触媒粉末の酸化チタン粉末および放射性鉱物粉末のモナズ石粉末がガス透過性ゴム材からなる基材の表面付近に混在されている上記[１]に記載する触媒機能材料。
〔３〕  車輌の内部空間に装着されるゴム材、またはワイパーブレードに使用される上記[１]または上記[２]に記載する触媒機能材料。
【０００６】
【発明の実施態様】
本発明の触媒機能材料は、光触媒粉末と放射性鉱物粉末とを基材中に含むものである。光触媒粉末と共に放射性鉱物粉末を含有することにより、この放射性鉱物粉末が発生する放射線によって光触媒粉末を活性化し、光触媒粉末が有する光触媒機能を明所はもとより暗所においても発揮させるようにしたものである。
【０００７】
(Ｉ)光触媒粉末
本発明の光触媒粉末は一般に光触媒材料として用いられているものである。光触媒材料は構成元素の電子が光エネルギーを吸収してエネルギーバンドを越え、価電子帯から伝導帯に励起されて電子と正孔のペアとを生成し、この材料表面に接触する物質の酸化還元を促進して、触媒作用を発揮する。このような光触媒材料の例としては、酸化チタン(TiO2)、酸化錫(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化バナジウム(V2O5)、酸化セリウム(CeO2)、酸化タングステン(WO3)、酸化コバルト(CoO)、酸化ルテニウム(RuO2)、α型酸化第２鉄(Fe2O3)などの金属酸化物、チタン酸ストロンチウム(Sr2TiO4)、チタン酸バリウム(Ba2TiO4)、層状のニオブ酸カリウムなどの金属酸化物が知られている。この光触媒粉末は使用環境や目的等に応じて選択すればよい。なお、酸化チタンは安価で光触媒機能に優れているので本発明においても好適である。酸化チタンはルチル型、アナターゼ型のいずれも用いることができる。また、この光触媒材料となる上記金属酸化物は天然物、合成物のいずれでもよいが、ハロゲン化物の酸化分解やアルコキシドの熱分解などの合成法によって製造すれば、粒度調整等が容易である。
【０００８】
光触媒粉末として用いる酸化チタンは０.０１〜１０μmの粉末が一般に市販されており、本発明の触媒機能材料はこれを用いることができる。なお、表面積が大きいほど触媒活性が大きくなるため光触媒粉末の粒径は１μｍ以下が好ましいが、粉末の粒径が小さすぎると基材への練り混み抵抗が過大になり、取扱性が低下するので、好ましくは０.１〜１μm程度の粒径が適当である。
【０００９】
光触媒粉末の含有量は、基材の種類にもよるが、通常は基材１００重量部に対して１０〜２００重量部が適当である。好ましくは、動的な用途には１０〜１００重量部、静的な用途には５０〜２００重量部が適当である。この範囲では光触媒粉末の含有量が多いほど触媒効果が良いが、２００重量部を超えると効果が大差なく、むしろ相対的に基材の含有量が少なくなるので、成形体にしたときの組成物全体の強度や塗膜にした際の成膜性が低下し、また高価な光触媒の使用量が増すと経済性も低くなる。
【００１０】
(II)放射性鉱物粉末
本発明において用いる放射性鉱物粉末とは放射線を発生する鉱物質の粉末である。放射線としては使用時の安全性を考慮するとα線が好ましい。α線は到達距離が相対的に短くβ線などよりも安全性が高い。このような放射性鉱物粉末として、モナズ石[モナザイト:(Ce,La,Th)PO4]を好適に用いることができる。モナザイトはセリウム(Ce)、ランタン(La)、イットリウム(Ｙ)、トリウム(Th)等のリン酸塩を含有する鉱物であり、例えば、含有されるトリウムの崩壊過程においてラドンの同位体に転化し、さらにα崩壊により複数のトリウム同位体となる。このような放射線元素の崩壊によって生じるα線(ヘリウム核)は基材中において到達距離が１０-3〜１０-2cm程度であり、空気中でも数cm程度なので基材中に含有させた状態で十分に安全性が保たれる。一方、基材中においては、光触媒粉末の周囲に放射性鉱物粉末が混在するので、光触媒粉末はこの放射性鉱物粉末から発生される放射線のエネルギーを受けて活性化される。
【００１１】
放射性鉱物粉末の粒径は基材中で良好に分散する程度であればよい。光触媒粉末と均一に混合するには光触媒粉末と同程度の粒径ないし０.１〜１０倍程度の粒径であれば良い。また、放射性鉱物粉末の含有量は併用される光触媒粉末を活性化させるに十分な量であればよい。使用環境および基材中での混合状態などにもよるが、一般的には、光触媒粉末１００重量部に対し１〜５０重量部、好ましくは５〜４０重量部が適当である。放射性鉱物粉末の含有量が少なすぎると光触媒粉末を活性化する効果が十分に得られない。一方、放射性鉱物粉末の含有量が多すぎても上記範囲を超えた光触媒効果に著しい改善はなく、むしろ経済性が低下する。
【００１２】
(III)基材
光触媒粉末および放射性粉末を担持する基材はガス透過性ゴム材である。なお、基材として、ゴム、樹脂、セメントおよび塗液を用いる態様に応用することができる。触媒作用は被処理対象が光触媒粉末および放射性粉末を含有する基材と接触する表面付近で主に進行するので、光触媒粉末および放射性鉱物粉末は基材の表面付近に混在するのが好ましいが、上記基材の通常の使用態様および製品形状においては、成形体等の内部に含有される光触媒粉末でも、隣接する光触媒粉末の相互作用や基材のガス透過性等により基材表面での触媒効果を得ることができる。
【００１３】
ゴム基材としては各種のゴムが使用可能である。例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、エチレン−プロピレンゴム(EPM)、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム等が挙げられる。これらのゴムは単独でも良く、また混合物でもよい。なお、基材内部に含まれる光触媒粉末の作用を有効に利用するにはガス透過性に優れたものが良く、例えば、シリコーンゴムやＥＰＭ、ＥＰＤＭなどが好ましい。ガス透過性の良いものはα線(放射線)の透過性や拡散性も良いので、モナズ石に含まれるトリウム等の崩壊過程において生じるα線はガス透過性のよい基材では基材表面に到達しやすく、基材表面付近の光触媒粉末を活性化して触媒作用を高めることができる。
【００１４】
樹脂基材としては、各種の樹脂が使用可能である。このような樹脂の例としては、スチレン樹脂、ウレタン樹脂、ビニル樹脂その他のオレフィン系樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。
セメントは、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、アルミナセメント、フライアッシュセメント、高炉セメント、シリカセメント、白色セメント、各種混合セメント、焼石膏など、任意の種類・組成のものが使用できる。このような本発明のセメント質基材の触媒機能材料はコンクリートブロックなどの主材料として用いることができる。また、本発明の光触媒粉末と放射性鉱物粉末を含有するセメント材料をブロック等の表面に塗布し硬化させて使用しても良く、部材相互の繋ぎ材や目地材、充填材などに用いても良い。
【００１５】
また、本発明の触媒機能材料は塗液の状態を含む。塗膜の構成は通常の塗料組成物と同様であり、各種の塗膜材料を用いることができる。例えば、不飽和ポリエステル系、アクリル系、エポキシ系の無溶剤型塗料、アクリルウレタン系、アルキド樹脂系、アミノアルキド系、ウレタン系、エポキシ系の溶剤型塗料等も使用できる。また、加水分解性基を有するシリル基含有ビニル系共重合体、オルガノシランの加水分解物およびオルガノシランの加水分解物の部分縮合物からなる群より選ばれた少なくとも１種の加水分解性ケイ素化合物を結合剤とするものでもよい。有機溶剤は一般に用いられるものでよく、例えば、トルエン、キシレン等の炭化水素系溶剤、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶剤、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、イソホロン等のケトン系溶剤、メタノール、エタノール、ブタノール等のアルコール系溶剤等が代表的なものとして挙げられる。
【００１６】
各種基材には慣用されている各種の添加剤や顔料等を添加することができる。添加剤の例としては架橋剤、分散剤、増粘剤、充填剤、レベリング剤、発泡防止剤、紫外線吸収剤、反応調整触媒等が挙げられる。顔料としては各種の無機顔料や有機顔料を用いることができ、また防腐剤、防黴剤、防藻剤等の防染剤を添加してもよい。なお、以上の基材の他に、場合に応じて紙や不織布等の繊維材料、ガラスやセラミック等も基材として用いることができる。
【００１７】
(IV)製造方法
本発明の触媒機能材料は、基材中に光触媒粉末と放射性鉱物粉末とを混練して得られるが、その混練方法や製造方法は限定されない。例えば、チタンテトライソプロポキシドのような光触媒化合物の前駆体を放射線源と共に塗液成分に混合し、光触媒成分を加水分解により塗液中に生成させて本発明の触媒機能材料を製造する等の方法も利用することができる。
【００１８】
(V)用途
本発明の触媒機能材料は、従来のような明所での使用の他に、特に暗所あるいは光量の乏しい場所での使用に適している。このような用途の例としては、例えば、車両等の内部空間に装着されるゴム材、排気管のライニング等、各種装置内部のゴム製品、洗濯機その他の水槽内コーティング、下水、暗渠、水道用配管のライニングやコーティング、汚水浄化槽のライニング、トンネル内設備や壁面等の暗所における使用、船底塗料、海中構造物や水質改善用ブロック材料またはコーティング材料あるいは漁網の塗装、プールの表面コーティング等の水中における使用例が挙げられる。
【００１９】
また車両のワイパーブレード等はウインドガラスのように他の部分よりは明るい場所に装着されているが、その使用は降雨時などの比較的光量の乏しい時であり、また夜間での使用も多い。しかもウインドガラス等には外部の油性汚れが付着しやすく、その除去性能に優れることが求められる。ゴム材料を基材とする本発明の触媒機能材料を利用すれば、このような使用環境下においても光触媒粉末の高い触媒効果が維持されるので、優れた拭き取り効果が得られる。
【００２０】
なお、本発明の触媒機能材料は従来の光触媒機能材料と同様の用途にも用いることができる。例えば、便器や浴槽のコーティング材、防カビ用コーキング材、サテライトアンテナの表面コート、街灯のカバー等の屋外施設用部材、家屋の外壁、パネル、ブロック、タイル、シート、目地材等の建材やコーティング、空気清浄機その他の各種フィルター等に適用することができる。
【００２１】
【実施例】
本発明を実施例によって具体的に示す。なお、以下の例は本発明を限定するものではない。
【００２２】
実施例１(油脂汚れ試験)
基材としてシリコーンゴムを用い、光触媒粉末としてルチル型酸化チタン(平均粒度0.1〜0.5μm)、放射性粉末としてモナズ石粉末(平均粒度1〜5μm)を各々用い、これらを以下の重量配合比で混合し、加硫硬化させて３種のゴム材(試料No.a,b,c)を製造した。このゴム材を用いてワイパーブレードを制作し、ワイパー試験機に取り付け、以下の試験条件下でガラス面に付着した油脂の拭き取り効果を調べた。この結果を表１に示した。なお、ワイパー試験機は車両のワイパー装置と同様の装置であり、ウインドガラス面にワイパーを摺動自在に装着したものである。
〔配合比〕(A)シリコーンゴム１００部＋酸化チタン３０部
(B)シリコーンゴム１００部＋モナズ石１０部
(C)シリコーンゴム１００部＋酸化チタン３０部＋モナズ石１０部〔試験方法〕ウインドガラス中央に赤色クレヨン(ロウ+油脂+顔料)を１０cm角の矩形状の範囲に塗り付けて人工的な油脂汚れを形成した。これに毎分1500mlの水を散水しながら標準回転でワイパーを１２０分間連続作動させた。これを晴天時の日中(気温22℃,湿度60％)と夜間(気温18℃,湿度40％)との２通りの条件下で行った。
【００２３】
〔日中の試験結果〕試料No.Aのゴム材は油脂汚れの大部分がガラス面から払拭されたが、ブレードに少量の油脂が付着した。また、試料No.Bのゴム材は油脂汚れの５０％程度がガラス面に残留し、ブレードに付着した油脂の量も多かった。一方、試料No.Cのゴム材は油脂汚れの大部分がガラス面から拭き取られており、ワイパーの折り返し位置での汚れやブレードへの油脂の付着も微量であった。
〔夜間の試験結果〕試料No.Aのゴム材は油脂汚れの２０％程度が払拭されずにガラス面に残留し、ブレード全長に油脂が付着した。また、試料No.Bのゴム材は油脂汚れの７０％程度がガラス面に残留し、ブレードに多量の油脂が付着し、ワイパー折り返し位置の油脂量も多かった。一方、試料No.Cのゴム材は油脂汚れの大部分がガラス面から拭き取られており、ワイパーの折り返し位置やブレードへの油脂の付着も微量であった。
〔評価〕試料No.A(酸化チタン単独混合)のゴム材は日が射す日中の試験条件では比較的良好な拭き取り効果が得られるが、夜間の試験ではブレードに付着する油脂量がやや多い。一方、試料No.C(酸化チタンとモナズ石の併用)のゴム材は夜間でも日中に近い払拭効果が得られる。なお、試料No.Bゴム材は酸化チタン粉末とモナズ石を含まないシリコーンゴム単独のラバーと同等の払拭効果であり、モナズ石を単独に混合しても払拭を高める効果が殆ど無い。このことから、酸化チタン粉末とモナズ石粉末を併用したものは、モナズ石粉末によって酸化チタンの触媒効果が向上し、これにより夜間においても優れた触媒効果が得られることがわかる。
【００２４】
実施例２(ワックス汚れ試験)
実施例１と同様の３種のゴム材(試料No.a,b,c)について、クレヨン(油脂)に代えて自動車用固形ワックスを用い、ワイパーの作動時間を４０分とし、日中試験の気温１８℃、湿度３０％、夜間試験の気温１２℃、湿度４０％とした他は実施例１と同様の条件で、ワックス汚れの払拭試験を行った。なお、ワックスは研磨剤、香料、色素、溶剤を含有したものを使用した。
〔日中の試験結果〕試料No.Aのゴム材はワックスの８０％程度がガラス面から払拭されたが、ブレードとワイパーの折り返し位置に少量のワックスが付着し、ガラス面に油膜スジがみられた。試料No.Bのゴム材はワックスの２０％程度がガラス面から払拭されたが大部分は残留し、ブレードとワイパーの折り返し位置にも多量のワックスが付着しており、油膜スジも濃い。３時間ワイパーを作動させても同じ状態であった。一方、試料No.Cのゴム材はワックスの大部分がガラス面から拭き取られており、ワイパーの折り返し位置やブレードへのワックスの付着も微量であり、油膜スジも薄く、この油膜スジはワイパーをさらに９０分作動させると消滅した。
〔夜間の試験結果〕試料No.Aのゴム材はワックスの７０％程度がガラス面から払拭されたが、ブレードとワイパーの折り返し位置に少量のワックスが付着し、ガラス面に油膜スジがみられた。試料No.Bのゴム材および試料No.Cのゴム材を使用したものは日中試験とほぼ同様の結果であった。
〔評価〕試料No.Aの酸化チタン粉末を単独に含むゴム材は夜間での拭き取り効果が日中よりもやや劣るが、試料No.Cの酸化チタン粉末と共にモナズ石粉末を含むゴム材を使用したものは夜間でも日中試験とほぼ同様の拭き取り効果を達成しており、酸化チタン粉末とモナズ石粉末を併用する効果が認められる。
【００２５】
実施例３(防汚試験)
実施例１と同様の３種のゴム材(試料No.a,b,c)について、家庭の流し台での試験を行った。試験方法は、一般家庭の流し台の排水口の内側(光が遮断された暗所)に上記３種のゴム材を一定間隔に放射状に取り付け、４人家族一日３食の炊事から生じる生ゴミや排水が通過する状態で２月間使用し、水気を除去したゴム材の状態を観察した。なお、食器の洗浄には中性洗剤を使用し、ゴム材への影響を避けるため漂白剤の使用は禁止した。
〔試験結果〕試料No.Aのゴム材表面には粉状の白い汚れが鱗状ないしリング状に付着しており、この汚れは無臭であり水洗いによって除去できた。試料No.Bのゴム材表面には薄い灰色のぬめり気と悪臭のある汚れがエッジ部分に付着していた。この汚れは水洗により除去された。試料No.Cのゴム材は汚れが付着しておらず、また悪臭もしなかった。
【００２６】
実施例４
実施例１と同様の３種のゴム材(試料No.a,b,c)について、メッキに対する触媒効果を試験した。試験方法は、鋼製線材(JIS S25C,30mm×4mmφ)にクロームメッキ(厚さ10μm)を施したものを、実施例１と同様の３種のゴム材(試料No.a,b,c)の試験片(10×30×2mm)１枚づつと共にサンプル槽(20ml)に入れ、水道水20mlを満たし空気を抜いて気密に保ち、日光の当たる明所と日光を遮断した暗所におのおの７日間気密に保持した。
〔試験結果〕試料No.Aのゴム材を入れたものはメッキが部分的に剥離し、剥離面は黒ずみ、サンプル槽の口に剥離したメッキ膜が浮遊していた。試料No.Bのゴム材を入れたものはメッキの剥離を生じなかった。一方、試料No.Cのゴム材を入れたものはメッキの剥離面が試料No.Aのゴム材よりも大きかった。これは明所でも暗所でも同様であった。
【００２７】
実施例５
実施例１と同様の３種のゴム材(試料No.a,b,c)について、金属粉に対する触媒効果を試験した。試験方法は、ガラス管(20ml)に塩化第二鉄２０mlと銅１ｇを入れ１０分間放置した液体を２００mlの水道水と混合して試験溶液とした。この試験溶液に実施例１と同様の３種のゴム材(試料No.a,b,c)の試験片(10×50×2mm)を１枚づつその半分が水溶液に浸るように入れ、日光の当たる明所と日光を遮断した暗所におのおの５日間放置した。
〔試験結果〕試料No.Bのゴム材を用いたものは水溶液に変化がみられない。試料No.Aのゴム材を用いたものは、水溶液が上下に分離して底部に褐色の異物が沈殿した。また、水溶液の界面と試験片およびガラス管が接触する部分には褐色のラインが付着し、水洗しても除去できなかった。試験No.Cのゴム材を用いたものは、水溶液が上下に分離して底部に褐色の異物が沈殿したが、水溶液の界面と試験片およびガラス管が接触する部分には付着した褐色のラインは水洗により容易に除去できた。これは明所でも暗所でも同様であった。
【００２８】
参考例(塗料組成物)
塗料用樹脂、ルチル型酸化チタン(平均粒度0.1〜0.5μm)、モナズ石粉末(平均粒度1〜5μm)を各々用い、これらを以下の重量配合比で混合して３種の塗料組成物(Ａ,Ｂ,Ｃ)を製造した。
〔配合比〕
(Ａ)塗料用樹脂１００ｇ＋酸化チタン１００ｇ
(Ｂ)塗料用樹脂１００ｇ＋モナズ石３０ｇ
(Ｃ)塗料用樹脂１００ｇ＋酸化チタン１００ｇ＋モナズ石３０ｇ
〔試験方法〕
上記塗料組成物(Ａ,Ｂ,Ｃ)を、一般家庭の流し台の排水口に嵌着されるゴム材(キクワリゴム)の裏側(光が遮断された暗所)に塗布し、実施例３と同様の条件でゴム材の汚れを調べた。
〔試験結果〕
塗料Ａを塗布したゴム材には粉状の白い汚れが鱗状ないしリング状に付着していたが、この汚れは無臭であり水洗いによって除去できた。塗料Ｂを塗布したゴム材には薄い灰色のぬめり気と悪臭のある汚れがエッジ部分に付着していた。この汚れは水洗により除去された。塗料Ｃを塗布したゴム材には汚れが付着しておらず、また悪臭もしなかった。
【００２９】
【発明の効果】
本発明においては、放射線(α線)によって光触媒を活性化することにより、その触媒機能を明所および暗所のいずれにおいても発揮させることができる。このため、通常の使用条件では光量が過少なため光触媒機能を発揮させることができない或いは困難な場所、例えば各種機械部品や建物の内部、水中の構造物や水中においても、触媒材料を使用することができる。また、本発明の触媒機能材料は放射性鉱物粉末の使用量は少なく、かつ基材に含まれているので安全であり、使用者や使用環境に影響を及ぼすことがない。