(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光触媒作用を示す酸化チタンとＭＱレジンを少なくとも用いた混合物の焼結体からなるセラミック皮膜が、耐熱材の表面に焼付けられてなることを特徴とする光触媒皮膜付設体。
【請求項２】
請求項１において、セラミック皮膜が針状結晶フィラーを含有する光触媒皮膜付設体。
【請求項３】
請求項１又は２において、セラミック皮膜とする前の混合物がシリコーンゴムとエチルセルロースを含むものである光触媒皮膜付設体。
【請求項４】
請求項１〜３において、耐熱材が金属、ガラス、又はその他のセラミックからなる光触媒皮膜付設体。
【請求項５】
請求項１〜４において、セラミック皮膜が多孔質体からなる光触媒皮膜付設体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、耐熱材で強固に支持されたセラミック皮膜からなる酸化チタン系の光触媒皮膜付設体に関する。
【０００２】
【発明の背景】
従来、光触媒作用を示す酸化チタンをセラミックの表面に付設してなる光触媒体が知られていた。これは光の作用下に酸化チタンが示す酸化・還元や分解等の触媒作用を利用して、抗菌や除菌、防汚や防臭、浄化などの各種の用途に幅広く使用されている。しかしながらセラミックの表面には酸化チタンを比較的強固に固着できるものの、金属の表面に酸化チタンを強固に固定することが困難な問題点があった。また従来の光触媒体では、比表面積に乏しくて光触媒機能を十分に発揮させ難い問題点もあった。
【０００３】
【発明の技術的課題】
本発明は、光触媒作用を示す酸化チタンを金属等の耐熱材の表面に強固に固定し、かつ多孔質化による光触媒機能の強化も容易に達成しうる光触媒皮膜付設体の開発を課題とする。
【０００４】
【課題の解決手段】
本発明は、光触媒作用を示す酸化チタンとＭＱレジンを少なくとも用いた混合物の焼結体からなるセラミック皮膜が、耐熱材の表面に焼付けられてなることを特徴とする光触媒皮膜付設体を提供するものである。
【０００５】
【発明の効果】
本発明によれば、ＭＱレジンを用いた混合物を耐熱材の表面上で焼結処理して焼付けることより、光触媒作用を示す酸化チタンが均等性よく分散したセラミック皮膜を金属を含む各種耐熱材上に強固に固着でき、そのセラミック皮膜の多孔質化も容易で、前記の均等分散性と共に光触媒作用に優れる比表面積の大きい光触媒皮膜付設体も容易に形成でき、光触媒作用の持続性にも優れている。
【０００６】
【発明の実施形態】
本発明による光触媒皮膜付設体は、光触媒作用を示す酸化チタンとＭＱレジンを少なくとも用いた混合物の焼結体からなるセラミック皮膜が、耐熱材の表面に焼付けられたものからなる。斯かる光触媒皮膜付設体は、例えば当該混合物を耐熱材上に施与して焼結処理することにより形成することができる。すなわち焼結により、当該混合物のＭＱレジンがシリカ等に変成しつつ、光触媒作用を示す酸化チタン含有のセラミック皮膜となり、そのセラミック化の過程で耐熱材の表面に焼付けられて強固に固着する。
【０００７】
光触媒作用を示す酸化チタンとしては、光の作用下に酸化・還元や分解等の光触媒作用を示す適宜なものを１種又は２種以上を用いうる。就中、光触媒作用等の点よりアナターゼ型酸化チタンが好ましく用いうる。用いる当該酸化チタンの粒径は、５０μm以下、就中３０μm以下、特に０．０５〜２０μmが均等分散性などの点より好ましいが、これに限定するものではない。また光触媒皮膜付設体における当該酸化チタンの含有量も、適宜に決定しうるが、一般には触媒作用の点などより、５〜９５重量％、就中１０〜８０重量％、特に１５〜７０重量％とされる。
【０００８】
ＭＱレジンとしては、シリコーン系粘着剤のタッキファイアーなどとして公知の適宜なものを用いうる。就中、バインダ機能やセラミック化等の点より一般式：Ｒ３ＳiＯ−にて表される一官能性のＭ単位と、Ｓi（Ｏ−）４にて表される四官能性のＱ単位との重合体からなるものが好ましい。特にバインダとして当該酸化チタンを膜形態等に保持する場合の保形力に優れるＭＱレジンが好ましい。
【０００９】
なお前記したＭＱレジンの一般式における、Ｒは例えば、メチル基やエチル基やプロピル基の如き脂肪族炭化水素基やフェニル基の如き芳香族炭化水素基、ビニル基の如きオレフィン基等の有機基、又はビドロキシル基の如き加水分解可能な基などの適宜な構造単位を有するものであってよい。
【００１０】
ＭＱレジンと当該酸化チタンの使用割合は、ＭＱレジン１００重量部あたり、１〜５００重量部、就中２０〜２００重量部、特に４０〜１００重量部の当該酸化チタンの使用量が光触媒作用と耐熱材への固着力などの点より好ましい。
【００１１】
光触媒皮膜付設体を形成するための混合物の調製に際しては、必要に応じて例えば当該酸化チタンの保形力の向上や、塗工膜とした際の柔軟性の向上などを目的に、バインダ機能等を示す適宜なポリマー等を配合することができる。ちなみに保形力や柔軟性の向上にはシリコーンゴムが好ましく用いうる。シリコーンゴムは、バインダとして機能すると共に、焼結でＭＱレジンと同様にセラミック皮膜成分を形成する。
【００１２】
シリコーンゴムとしては特に限定はなく、適宜なものを用いうる。ちなみにその例としては、ジメチルシロキサンやジフェニルシロキサン、メチルフェニルシロキサンなどがあげられ、フェノール変性物やメラミン変性物、エポキシ変性物やポリエステル変性物、アクリル変性物やウレタン変性物等の各種変性シリコーンゴムなども用いうる。
【００１３】
シリコーンゴムの分子量については、特に限定はないが塗工膜等とした場合の柔軟性の付与性などの点より、１万〜２００万、就中２万〜１５０万、特に５万〜１００万が好ましい。シリコーンゴムの使用割合は、適宜に決定しうるが、一般には焼結強度の点などよりＭＱレジン１００重量部あたり１０００重量部以下、就中３〜５００重量部、特に５〜２００重量部とされる。
【００１４】
また塗工膜等とした場合の柔軟性や強度の向上などの点よりは、ポリマー等の各種の有機化合物の配合も有効である。ちなみにその有機化合物の例としては、炭化水素系ポリマーやビニル系ないしスチレン系ポリマー、アセタール系ポリマーやブチラール系ポリマー、アクリル系ポリマーやポリエステル系ポリマー、ウレタン系ポリマーやセルロース系ポリマー、繊維素系ポリマーや各種のロウないしワックスなどがあげられる。就中、強度向上等の点よりエチルセルロースの如きセルロース系ポリマーが好ましく用いうる。
【００１５】
有機化合物の使用量は、ＭＱレジン１００重量部あたり、１０００重量部以下、就中５〜５００重量部、特に１０〜２００重量部が強度向上等の点より一般的であるが、これに限定されない。なお斯かる有機化合物は、焼結過程で分解して消失する。
【００１６】
光触媒皮膜付設体を形成するための混合物の調製に際しては、必要に応じて当該酸化チタン以外の適宜な無機物を配合することもできる。就中、得られるセラミック皮膜を多孔質化して比表面積を大きくし、光触媒機能の向上を図る点より針状結晶フィラーが好ましく用いられる。
【００１７】
針状結晶フィラーとしては、例えばチタン酸カリウムの如きチタン酸アルカリファイバーや、ホウ酸アルミニウムの如く、焼結温度に耐える適宜な無機物からなるものの１種又は２種以上を用いうる。無機物、特に針状結晶フィラーの配合量は、多孔質化等の点よりＭＱレジンを１００重量部あたり、１〜５００重量部、就中２０〜００重量部、特に４０〜１００重量部が好ましい。
【００１８】
光触媒皮膜付設体を形成するための混合物の調製は、例えばＭＱレジン及び当該酸化チタン、並びに必要に応じてのシリコーンゴムやエチルセルロース等の有機化合物、無機物のそれぞれ１種又は２種以上を、必要に応じ有機溶剤等を用いてボールミル等で混合する方法などにより行うことができる。
【００１９】
前記の有機溶剤としては適宜なものを用いうる。一般にはトルエンやキシレン、ブチルカルビトールや酢酸エチル、ブチルセロソルブアセテートやメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどが用いられる。混合液は、限定するものではないが展開性等の点より固形分濃度が５〜８５重量％となるように調製することが好ましい。その調製に際しては、必要に応じて分散剤や可塑剤や助燃剤などの適宜な添加剤を配合することができる。
【００２０】
光触媒皮膜付設体の形成は、上記したようにＭＱレジンと当該酸化チタンを少なくとも含有する混合物を耐熱材上に施与して焼結処理することにより形成することができるが、その施与については適宜な方式を採ることができる。ちなみにその例としては、液状の混合物としたものを塗工方式や浸漬方式等の適宜な方式で耐熱材上に施与する方式があげられる。
【００２１】
また混合物をシート形態に保形したものや、それを補強基材で補強した形態のものなどとして、それを必要に応じ粘着層等の接着層を介し耐熱材上に施与して焼結処理する方式なども採ることができる。なおその場合には、焼結による上記したセラミック皮膜化の過程で接着層等の有機物は分解して消失する。
【００２２】
前記した補強形態は、例えば補強基材上にシート形態とした混合物を付設する方式、補強基材に混合物を含浸させる方式などの適宜な方式で形成したものであってよい。その補強基材は、例えばポリエステルやポリイミド、フッ素樹脂やポリアミドなどからなるポリマーの如く焼結時に消失するもので形成されていてもよいし、またガラスないしセラミックや金属の如く焼結しても消失しないもので形成されていてもよい。従って補強基材としては、樹脂の塗布層やフィルム、繊維や布、不織布、金属箔やネットなどの有孔物又は無孔物等の適宜なものを用いうる。
【００２３】
上記において液状混合物の塗工方式等による展開では、ドクターブレード法やグラビアロールコータ法等の層厚制御性に優れる方式が好ましい。消泡剤を併用するなどして展開層中に気泡が残らないよう十分に脱泡処理することが好ましい。形成する混合物層の厚さは、適宜に決定されるが、一般には１μm〜５mm、就中５μm〜１mm、特に１０〜２００μmとされる。
【００２４】
焼結処理にてセラミック被膜を焼付る対象の熱材としては、例えば鉄や鋼、ニッケルやアルミニウム等で代表させる各種の金属、ガラスないしセラミックなどからなる適宜なものを用いることができる。ただし銅の如く焼結過程で表面が酸化劣化して、均質な焼結皮膜が得られ難い金属系の耐熱材は好ましくない。また耐熱材は、顆粒状や棒状、シート状や板状、容器状等の各種の形態を有するものであってよく、その形態について特に限定はない。
【００２５】
混合物層は、焼結時に発生する分解ガスのスムーズな揮散などを目的に、必要に応じてポーラスな形態とすることもできる。ちなみに有機系接着層を介し仮着して焼結した場合に、形成されるセラミック皮膜が分解ガスで膨らむときがあり、ポーラスなシート形態等の混合物層とすることで、それを予防することができる。またポーラス化は、比表面積の増大にも有効である。
【００２６】
ポーラスな混合物層の形成は、例えばシート形態等とした混合物層に、パンチング方式等で微細な孔を多数形成する方法、補強基材に織布や不織布、あるいは微細な孔を多数形成した金属箔やネット等を用いる方法などの適宜な方法にて行うことができる。
【００２７】
シート形態や補強形態等とした混合物層には、必要に応じて焼結前に耐熱材に仮着することを目的に、接着層を設けることができる。接着層の形成には適宜な接着剤を用いうる。就中、簡便な接着作業性などの点より粘着層が好ましい。その粘着層の形成には、例えばゴム系やアクリル系、シリコーン系やビニルアルキルエーテル系、ポリビニルアルコール系やポリビニルピロリドン系、ポリアクリルアミド系やセルロース系などの適宜な粘着剤を用いることができ、特に限定はない。
【００２８】
また素焼き前の陶器の如くウエットな耐熱材、あるいは表面に結露を生じやすい耐熱材などへの仮着を目的に、水溶性の粘着層を設けることもできる。その接着層の形成にも、例えばメトキシエチルアクリレート系ポリマーやビニルアルコール系ポリマー、ビニルピロリドン系ポリマー、アクリルアミド系ポリマー、アクリル酸共重合体やビニルメチルエーテル系ポリマー、セルロース系ポリマーの如き水溶性高分子や親水性高分子を用いてなる粘着剤などの適宜な粘着性物質を用いうる。
【００２９】
粘着層等の接着層の形成は、ドクターブレード法やグラビアロールコータ法等の適宜な塗工方法で接着剤をシート形態等とした混合物層に塗工する方式や、それに準じてセパレータ上に設けた接着層を混合物層に移着する方式などの適宜な方式で行うことができる。接着層は、混合物層を焼結する際の分解ガスのスムーズな揮散などを目的に、点在状態に設けることもできる。点状等の接着層は、例えばロータリースクリーン法などの塗工方法で形成することができる。
【００３０】
接着層の厚さは、耐熱材の種類や使用目的等に応じて決定しうる。一般には１〜５００μm、就中５〜２００μmとされる。なお粘着層に対しては、それを耐熱材に仮着するまでの間、セパレータ等で被覆して、汚染等を防止することが好ましい。
【００３１】
混合物層は、それを必要に応じ接着層等を介し耐熱材の曲面部等にも良好に仮着することができる。その仮着には、ロボットなどによる自動接着方法なども採ることができる。また混合物層は、シート形態や打抜き形態などの適宜な形態物として用いることができる。
【００３２】
耐熱材に施与した混合物層の焼結処理は、耐熱材の耐熱性などに応じて適宜な加熱条件で行うことができる。一般には１０００℃以下、就中２００〜８００℃、特に３００〜６００℃の加熱温度とされる。加熱処理により有機系の補強基材や接着層等が消失しつつ、混合物層を形成するＭＱレジン及び必要に応じてのシリコーンゴムが焼結されてセラミック化し、当該酸化チタンを分散含有するセラミック皮膜として耐熱材に焼付いて光触媒皮膜付設体が形成される。
【００３３】
本発明による光触媒皮膜付設体は、例えば陶磁器やガラス製品、セラミック製品や金属製品、琺瑯製品、あるいは容器や建築資材、電気・電子機器などの、当該酸化チタンに基づく光触媒作用が求められる種々の用途の製品の形成に好ましく用いることができる。従って耐熱材は、平板形態や容器等の曲面形態などの任意な形態を有するものであってよい。
【００３４】
【実施例】
実施例１
ＭＱレジン１３０部（重量部、以下同じ）及び分子量３０万のシリコーンゴム３０部（いずれも信越化学工業社製）、針状結晶からなるチタン酸カリウム（大塚化学社製）５０部、光活性酸化チタン（堺化学社製）３０部、エチルセルロース（Hercules社製）６０部をトルエンにて均質に混合し、その分散液を厚さ７５μmのポリエステルフィルム上にドクターブレード法にて塗工し乾燥させて厚さ６０μmのシート形態の混合物層を得た。
【００３５】
一方、分子量１００万のポリブチルアクリレート１００部を含むトルエン溶液をシリコーン系剥離剤で処理した厚さ７０μmのグラシン紙からなるセパレータ上にドクターブレード法にて塗工し、乾燥させて厚さ２０μmの粘着層を形成し、それを前記の混合物層面に接着してポリエステルフィルムとセパレータを剥離した後、その粘着層を介しアルミニウム合金板に接着し、５００℃で３０分間加熱して焼結させ、多孔質のセラミック皮膜が焼付いた光触媒皮膜付設体を得た。
【００３６】
実施例２
チタン酸カリウムに代えて、針状結晶からなるホウ酸アルミニウムを用いたほかは実施例１に準じて、多孔質のセラミック皮膜が焼付いた光触媒皮膜付設体を得た。
【００３７】
実施例３
ＭＱレジン、シリコーンゴム、チタン酸カリウム、光活性酸化チタン及びエチルセルロースをトルエンにて均質に混合してなる、実施例１に準じた分散液をアルミニウム合金板の所定部分に塗布して乾燥後、５００℃で３０分間加熱して焼結させ、多孔質のセラミック皮膜が焼付いた光触媒皮膜付設体を得た。
【００３８】
比較例１
光活性酸化チタンに代えて、ルチル型の酸化チタンを用いたほかは実施例１に準じて、光触媒皮膜付設体を得た。
【００３９】
比較例２
ＭＱレジン無配合の混合物を用いたほかは実施例１に準じて光触媒皮膜付設体の形成を試みた。しかし付着した光活性酸化チタンが手で擦る程度で脱落し、目的物を得られなかった。
【００４０】
評価試験
実施例、比較例で得た光触媒皮膜付設体を、太陽光が注ぐ喫煙ルームに設置して３ヵ月間放置し、放置前後の汚染状態を観察した。その結果を次表に示した。
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