(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の基材の表面に陽極酸化皮膜を生成し、更にこの陽極酸化皮膜を光触媒で被覆して形成した環境浄化材であって、前記光触媒を、多孔質のアパタイトで被覆した二酸化チタンの微粉末としたことを特徴とする環境浄化材。
【請求項２】
陽極酸化皮膜の表面並びに細孔の中に光触媒を固着したことを特徴とする請求項１記載の環境浄化材。
【請求項３】
光触媒を固着した細孔を封孔処理したことを特徴とする請求項１又は２記載の環境浄化材。
【請求項４】
アルミニウム又はアルミニウム合金を基材としたことを特徴とする請求項１、２又は３記載の環境浄化材。
【請求項５】
多孔質のアパタイトで被覆した二酸化チタンの微粉末から成る光触媒の分散液に、陽極酸化皮膜を生成した金属製の基材を浸漬し、前記陽極酸化皮膜の表面並びに細孔の中に前記光触媒を吸着させる様にしたことを特徴とする環境浄化材の製造方法。
【請求項６】
多孔質のアパタイトで被覆した二酸化チタンの微粉末から成る光触媒を分散させた電解液中で、金属製の基材を電解処理して、前記基材の表面に陽極酸化皮膜を生成すると共に、この陽極酸化皮膜の表面並びに細孔の中に前記光触媒を吸着させる様にしたことを特徴とする環境浄化材の製造方法。
【請求項７】
光触媒を吸着させた細孔を熱水により封孔処理する様にしたことを特徴とする請求項５又は６記載の環境浄化材の製造方法。
【請求項８】
多孔質のアパタイトで被覆した二酸化チタンの微粉末から成る光触媒を分散させた沸騰水中に、陽極酸化皮膜を生成した金属製の基材を浸漬し、前記陽極酸化皮膜の表面並びに細孔の中に前記光触媒を吸着させると共に、この細孔を封孔処理する様にしたことを特徴とする環境浄化材の製造方法。
【請求項９】
プラスとマイナスを周期的に反転出力するプラスマイナス極性反転電源により電解処理して陽極酸化皮膜を生成する様にしたことを特徴とする請求項５、６、７又は８記載の環境浄化材の製造方法。
【請求項１０】
アルミニウム又はアルミニウム合金を基材とする様にしたことを特徴とする請求項５、６、７、８又は９記載の環境浄化材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気中又は水中に拡散している環境汚染物質を捕獲して分解する環境浄化材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二酸化チタン光触媒は、有害な薬品類を使用せずに光を利用するだけで、分解され難い様々な化学物質を安全且つ容易に分解でき、而も触媒として働くだけで自分は変化しないことから、半永久的に使用でき、又チタンや重金属の溶出がなく安全で無害な物質であるため、悪臭成分、カビ、細菌、環境ホルモン、ダイオキシン等の環境汚染物質の分解処理に有効で、環境に優しい環境浄化用の材料として注目されている。
この二酸化チタン光触媒を利用した環境浄化材としては、アルミニウムやアルミニウム合金製の基材の表面に陽極酸化皮膜（耐食性を有する酸化アルミニウムが主成分の皮膜）を生成し、更にこの陽極酸化皮膜に二酸化チタンの微粉末を固着したものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、光触媒による分解反応は、光触媒に分解対象物質が接触すると同時に光が当たっている状態でなければ起こり得ず、又環境汚染物質は、低濃度で広範囲に拡散していることから、上記の環境浄化材では、環境汚染物質の分解効率が低く処理能力不足のため、分解効率の向上が望まれた。
又、二酸化チタンの光触媒機能は極めて高く、有機系の環境汚染物質を分解するだけでなく、陽極酸化皮膜やこれに被覆された基材をも徐々に侵食してしまうことから、経年によって基材の強度が低下するため、耐久性の点で問題が有った。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題に鑑み、金属製の基材の表面に陽極酸化皮膜を生成し、更にこの陽極酸化皮膜を光触媒で被覆して形成した環境浄化材であって、前記光触媒を、多孔質のアパタイトで被覆した二酸化チタンの微粉末とすることによって、空気中又は水中に拡散している環境汚染物質を、吸着性を有する多孔質のアパタイトで捕獲すると共に、二酸化チタンに接触させて分解し、又陽極酸化皮膜にアパタイトを介して二酸化チタンを固着することによって、二酸化チタンと陽極酸化皮膜が直接接触しない様にして、上記課題を解決する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の環境浄化材の構成を示す模式図、図２は環境浄化材を構成する光触媒の模式図である。
本発明の環境浄化材１は、金属製の基材２の表面に陽極酸化皮膜３を生成し、更にこの陽極酸化皮膜３を光触媒４で被覆して形成したものである。
この光触媒４は、アパタイト５の前駆体である０ＣＰ（リン酸カルシウムの１種：Ca8H2(PO4)65H2O ）を過飽和状態になる様に溶解させた３７℃の擬似体液中に、粒径１ｎｍ〜１μｍの二酸化チタン６の粉末を浸漬し、この粉末が沈殿しないように擬似体液をゆっくりと攪拌しながら、上記温度を保持することによって、二酸化チタン６の表面に０ＣＰの結晶を析出させると共に、この０ＣＰの結晶をアパタイト５の結晶に転化させて形成したものであり、アパタイト５の結晶が板形状で二酸化チタン６の表面から半径方向に成長していることから、二酸化チタン６の表面が多孔質のアパタイト５で覆われ、その気孔の底に二酸化チタン６が露出した状態となっている。
アパタイト５は、セラミックスの１種であり、化学的に安定なため、二酸化チタン６の光触媒活性でも分解されない。
又、二酸化チタン６の結晶形は、光触媒としての機能が高いことからアナターゼが望ましい。
基材２の材質としては、アルミニウム、アルミニウム合金等が挙げられるが、これらに限定されず、基材２を電極とし、適切な電解質水溶液を電気分解すること（電解処理）によって、基材２の表面に耐食性を有する酸化物を主成分とした皮膜を生成可能な金属であれば良い。
【０００６】
この環境浄化材１は、二酸化チタン６が吸着性を有する多孔質のアパタイト５で覆われているため、空気中又は水中に浮遊或いは溶解している環境汚染物質を、アパタイト５で吸着して捕獲すると共に、二酸化チタン６に接触させた状態で担持する。
又、アパタイト５が多孔質であり、その気孔の底に二酸化チタン６が露出しているため、蛍光灯、白熱灯、水銀灯等の人工光や太陽光が照射されれば、二酸化チタン６の露出部分が受光して光触媒活性を示し、アパタイト５に担持されている環境汚染物質を分解する。
アパタイト５に捕獲されずに、二酸化チタン６に直接接触した環境汚染物質も、受光時であれば、二酸化チタン６の光触媒機能で同様に分解される。
【０００７】
又、陽極酸化皮膜３の表層部には、無数の細孔（微細な凹孔）７が存在するが、この細孔７の径を光触媒４の粒径より大径にすると共に、細孔７の深さを光触媒４が留まり得る程度以上の深さにして、光触媒４を陽極酸化皮膜３の表面だけでなく、細孔７の中にも固着した環境浄化材１は、陽極酸化皮膜３の全体が光触媒４で完全に被覆されているため、耐候性、耐食性に優れ、又光触媒４が占める面積が広くなることから、光触媒４による環境汚染物質の分解能が高くなる。
更に、沸騰水や高温水蒸気等の熱水により陽極酸化皮膜３の封孔処理を行い、陽極酸化皮膜３の表面並びに細孔７の壁面を軟化変質させ、光触媒４との間の隙間に馴染ませた後、再び硬化させることによって、即ち陽極酸化皮膜３の表面並びに細孔７の壁面を熱水により部分的に溶解させると共に、この溶解物を水和物化して光触媒４との間に再析出させることによって、陽極酸化皮膜３と光触媒４の密着性を高めて、光触媒４の剥離強度を高める様にしたものが、耐久性の点でより望ましい。
【０００８】
次に本発明の環境浄化材の製造方法について説明する。
先ず、電解質水溶液の浴（電解浴）中に、脱脂等の前処理を施した金属製の基材２を浸漬すると共に、これを陽極側に設定し、直流電源により電気分解して、基材２の表面に陽極酸化皮膜３を生成する。
陽極酸化皮膜３生成時の諸条件は、選択した基材２の種類に応じて適切に設定しなければならず、アルミニウム又はアルミニウム合金の場合は、硫酸水溶液、シュウ酸水溶液、クロム酸水溶液又はリン酸水溶液の電解浴を用いる。
電解浴の温度、陽極（基材２）側の電流密度及び電解処理時間は、陽極酸化皮膜３の表層部における細孔７の径及び深さに影響するため、硫酸水溶液を用いる場合には、温度１５〜４０℃、電流密度０．５〜５Ａ／ｄｍ2 、電解処理時間２０〜４０分間の範囲が良く、この条件下で陽極酸化皮膜３を生成することによって、細孔７の径が光触媒４の粒径より大きくなると共に、細孔７の深さは光触媒４が留まり得る程度以上の深さになるため、細孔７の中に光触媒４を吸着させることが可能となる。
次に、多孔質のアパタイト５で被覆した二酸化チタン６の微粉末から成る光触媒４を分散させた液中に、この分散液を攪拌しながら陽極酸化皮膜３を生成した基材２を浸漬し、アパタイト５が有する吸着作用を利用して、陽極酸化皮膜３の表面並びに細孔７の中に光触媒４を吸着させる。
最後に、光触媒４を吸着させた基材２を沸騰水中に浸漬することで封孔処理して、細孔７の中に吸着させた光触媒４を、細孔７の開口部から外方に臨ませた状態で、細孔７の中に固定する
【０００９】
又、光触媒４の分散液を別途設けずに、光触媒４を分散させた電解液中に基材２を浸漬し、この電解液を攪拌しながら電解処理を行うことによって、基材２の表面に陽極酸化皮膜３を生成すると共に、陽極酸化皮膜３の表面並びに細孔７の中に光触媒４を吸着させ、その後沸騰水に浸漬して光触媒４の封孔処理を行う様にしたり、或いは光触媒４を分散させた沸騰水に、予め陽極酸化皮膜３を生成しておいた基材２を浸漬することによって、陽極酸化皮膜３の表面並びに細孔７の中に光触媒４を吸着させると共に、光触媒４が吸着した細孔７の封孔処理を行う様にしても良い。
【００１０】
又、陽極酸化皮膜３の生成時に、プラスとマイナスを周期的に反転出力するプラスマイナス極性反転電源で電解処理すれば、基材２が陽極になる時に陽極酸化皮膜３が生成され、陰極時に陽極酸化皮膜３の細孔７の中に吸着性を有する化合物（電解浴が硫酸水溶液の場合は硫化物）が析出するため、この化合物とアパタイト５が互いに引き合って、細孔７の奥深くまで光触媒４が入り込んで吸着される。
【００１１】
プラスマイナス極性反転電源としては、１サイクル中のプラスの出力時間とマイナスの出力時間の比率を任意に変更できると共に、このサイクルを１秒間に十数回〜数十回繰り返し出力する高速電流反転電源、直流と交流を切換えて出力する交直切換電源、直流と交流を併用して出力する交直併用電源、直流と交流を重ね合わせて出力する交直重畳電源等が挙げられ、基材２側がプラス極になる時間をマイナス極になる時間より長くなる様に設定することで、陽極酸化皮膜３を生成する。
【００１２】
【発明の効果】
要するに本発明は、金属製の基材２の表面に陽極酸化皮膜３を生成し、更にこの陽極酸化皮膜３を光触媒４で被覆して形成した環境浄化材１であって、前記光触媒４を、多孔質のアパタイト５で被覆した二酸化チタン６の微粉末としたので、光を受けていない時でも、低濃度で広範囲に拡散している悪臭成分、カビ、細菌、環境ホルモン、ダイオキシン等の環境汚染物質をアパタイト５で吸着して捕獲出来、その後人工光や太陽光を受光すれば、アパタイト５に担持されている環境汚染物質を、二酸化チタン６の光触媒機能で分解出来きるため、昼夜を問わず常時浄化作用を発揮して効率良く環境汚染物質を分解処理することが出来る。
従って、この環境浄化材１を、サッシ、パネル材等の建築用部材に利用すれば、環境汚染物質を生活空間から効率良く除去出来るため、ＭＲＳＡ等の病原菌による院内感染、ホルムアルデヒド等の揮発性化学物質によるシックハウス症候群、臭気成分、環境ホルモン、ダイオキシン等による環境破壊を防止して、快適な生活空間を提供することが出来る。
【００１３】
又、陽極酸化皮膜３にアパタイト５を介して二酸化チタン６を固着することによって、二酸化チタン６が陽極酸化皮膜３に直接接触しないため、二酸化チタン６の光触媒機能で陽極酸化皮膜３及び基材２が侵食されず、而もアパタイト５及び二酸化チタン６の耐食性は共に極めて優れていることから、基材２を陽極酸化皮膜３だけでなく、更にこの上から光触媒４で被覆するによって、基材２を様々な侵食性物質から保護出来るため、環境浄化材１の耐久性を飛躍的に向上させることが出来る。
【００１４】
又、プラスとマイナスを周期的に反転出力するプラスマイナス極性反転電源により電解処理して陽極酸化皮膜３を生成する様にしたので、細孔７の中に析出した硫化物等の化合物と、光触媒４の表面のアパタイト５が共に吸着性を有することから、両者が互いに引き合って細孔７の奥深くまで光触媒４が入り込むため、細孔７の中に光触媒４を確実に固着させることが出来る。
【００１５】
又、陽極酸化皮膜３の表面並びに細孔７の中に光触媒４を固着したので、陽極酸化皮膜３全体を完全に光触媒４で被覆することによって、耐久性、耐候性、及び耐食性を更に向上させることが出来るため、外壁材や屋根材等の屋外用部材にも利用出来、この環境浄化材１を用いれば、表面に付着したカビ、排気ガス、藻類等の有機物の汚れは分解除去され、又アパタイト５が超親水性を有することから、砂塵等の無機物の汚れは雨水等で容易に洗い流されるため、軽量且つ堅牢で、セルフクリーニング性を有する建築物を構築することが出来る。
【００１６】
又、光触媒４を固着した細孔７を封孔処理したので、陽極酸化皮膜３と光触媒４の密着性を高めることによって、光触媒４の剥離強度を向上させることが出来るため、耐久性を更に向上させて、過酷な条件下での使用を可能とし、環境浄化材１の用途を更に拡張することが出来る。
【００１７】
又、アルミニウム又はアルミニウム合金を基材２としたので、これらの耐食性は元来低いが、光触媒４で被覆するによって、耐食性を高めると共に、環境浄化作用を付与することが出来、而もアルミニウムやアルミニウム合金は他の金属製の部材より軽量であるため、例えば航空機や高速鉄道車両等の重量が制限される移動手段の内装部品にこの環境浄化材１を用いれば、移動手段を軽量化することで、燃料の消費量を削減し、大気汚染の主原因である燃焼排ガスの排出量を削減して、環境破壊の防止、地球温暖化の防止に貢献出来ると共に、移動手段の内装を抗菌仕様にして、清潔且つ快適なキャビンを提供することが出来る等その実用的効果甚だ大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】光触媒を固着した細孔を封孔処理した環境浄化材の模式図である。
【図２】光触媒の模式図である。
【符号の説明】
１  環境浄化材
２  基材
３  陽極酸化皮膜
４  光触媒
５  アパタイト
６  二酸化チタン
７  細孔
【図１】
0003756759.tif 000002
【図２】
0003756759.tif 000003