JP2006273660A - 光触媒性無機系建築材料 - Google Patents
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Abstract
【課題】全体がまんべんなく着色されているため装飾性に富み、また、空気中の汚染物質の吸着性能と分解性能を兼ね備えた光触媒性無機系建築材料を低コストで提供すること。
【解決手段】本発明の光触媒性無機系建築材は、多孔質体からなる無機系建築材料基材中に光触媒性能を有する粉末状の無機顔料を分散してなるものであり、空気中の汚染物質について、基材による吸着性能と、光触媒性能を兼ね備えた無機系建築材料となるほか、この粉末状の無機顔料を無機系建築材料基材の表面ないし内部に均一に分散させることができるため、基材が均一に着色されることとなり、全体が均一に着色された無機系建築材料を低コストで得ることができる。
【選択図】なし
Description
ここで、空気中の汚染物質を吸着する方法としては、一般に、吸着剤の使用がある。吸着剤としては細かい孔を多数有する多孔質体が用いられている。この多孔質体としては、例えば、アパタイト、ゼオライト、活性炭、シリカゲル、珪藻土、無水シリカ、ケイ酸カルシウム等が知られている。
ここで、光触媒は光が照射される部分にのみ触媒性能が発揮されることから、多孔質体に光触媒を適用するに際しては、多孔質体の表面部のみに光触媒を存在させればよく、光が届かない内部にまで配合する必要がない。そのため、基材の表面質体と光触媒とを配合した皮膜が基材の表面に形成されている建材や(例えば、特許文献1)、また、表層部を光触媒含有層としたコンクリート構造体が広く提供されている(例えば、特許文献2)。
一方、装飾として塗料で着色した基材に光触媒層を形成する場合にあっては、塗料に有機物が配合されることから、塗料からなる塗料層に直接光触媒を接触させてしまうと塗料層が破壊されてしまうという問題があった。そのため、塗料層の上に無機材からなる層の形成を行なった後光触媒層を形成するような構成を採用していた(例えば、特許文献3)。
また、無機顔料が粉末状であるため、当該無機顔料を無機系建築材料基材の表面ないし内部に均一に分散させることができることで基材が均一に着色されることとなり、塗料層の上に無機材からなる無機層の形成を行なった後、光触媒層を形成する構成を採用する必要もなく、全体が均一に着色された無機系建築材料を低コストで得ることができる。
更には、基材中に対して光触媒性能を有する無機顔料が分散されている構成を採用することにより、表面が磨耗により光触媒が脱落したり、基材を加工した場合にも光触媒が存在しない部分が現れてしまうといった問題もなく、全ての面から光触媒性能を効率よく発現させることができる。
また、多孔質体からなる無機系建築材料基材としては、例えば、セメント、ケイ酸質材、石灰質材、スラグ(溶滓)及び石膏から選ばれる1または2以上の材料を主原料とし、必要により繊維補強材を混合して硬化させた材料(例えば、窯業系材料等)が挙げられる。
この本発明によれば、無機系建築材料基材中に分散される粉末状の無機顔料の含有量が無機系建築材料全体に対して0.1〜10.0質量%であるため、光触媒性能が効率よく発現されるとともに、コスト面も良好となる。
この本発明によれば、無機系建築材料基材中に分散される無機顔料の平均粒径が0.1〜10.0μmであるため、無機顔料を無機系建築材料基材中により均一に分散させることができ、その結果、着色が基材全体に施されるとともに、光触媒性無機系建築材料の光触媒性能が効率よく確実に発揮されることになる。
なお、これらの無機顔料の色調についてはあくまでも例示であり、これらの無機顔料であれば、色調が多少異なっても、同じものとして取り扱うものとする。
ては、このような無機顔料を粉末状で用いることにより、無機系建築材料の表面ないし内
部に均一に分散させることができ、光触媒性能を効率よく発揮することができる。
なお、ここでいう「粉末状」とは、一般的な粉末形状のほか、粒子形状も含むものであ
る。
これに対して、無機顔料の平均粒径が0.1μmより小さいと、取り扱いが困難となり、一方、平均粒径が10.0μmを超えると、基材中における分散性が悪くなり、着色状態が偏るほか、光触媒性能に悪影響を与える場合がある。
多孔質体として得られるものである。かかる窯業系材料の特徴は、多孔質であり比重が軽い割には優れた強度を発現することができ、また、加工性、運搬性にも優れる材料である。
また、石灰質材としては、例えば、生石灰、消石灰、生石灰を水または温水で消化した消石灰乳、炭酸カルシウム等を使用することができる。
例えば、ケイ酸カルシウムを基材とする場合は、まず、所定の無機顔料を、無機系建築材料基材となるセメント、ケイ酸質材、石灰質材、繊維補強材等の混合体に添加して、無機顔料と無機系建築材料基材との混合材料を得る。この混合材料に対して水を加えて、ゲル状の流動性を帯びた混練物を調製する。
ここで、押出成形を用いる場合には、混練物中の各原料の比重差による不均一である影響を受けることが少なく、無機顔料も容易に均一混合した状態で成形することができる。また、成形体の形状としても、平板はもとより、回り縁、見切り縁、窓枠等の各種建築部材に適用することができ、意匠性に富む所定の形状の建築部材の成形が可能である。
ここで、抄造成形等を行う場合は、その成形時において、凝集剤を添加して行うことが好ましい。本発明で使用される光触媒性能を有する無機顔料は濾水と一緒に濾過されて、成形体に全量が残らないという問題があるが、成形時に凝集剤を添加して凝集作用を起こさせることにより、基材に対する無機顔料の均一分散を行うことができるほか、抄造成形における無機顔料の流出を防止することができ、成形性の向上を図ることができるので好ましい。
凝集剤の添加量は、無機系建築材料基材の固形分100重量部に対して、固形分0.1〜5重量部とすることが好ましく、0.5〜3重量部とすることが特に好ましい。凝集剤の添加量が0.1〜5重量部の範囲内であれば凝集が好適に行われる一方、凝集剤の添加量が固形分0.1重量部より少ないと凝集がうまく行われない場合があり、また、5重量部を超えると必要以上の凝集が起こってしまう場合があるほか、コスト高にもつながるため好ましくない。
また、合成されるケイ酸カルシウムは空隙の大きいことから、吸着性、調湿性、軽量、断熱性を発現することができるため、吸着性能をより向上させる場合でも、吸着剤の多量配合を必要としないという点においても好ましい。
なお、養生方法は、エネルギーコストや装置設備の維持等のコストの観点から、成形体の使用される環境に合わせて適宜選択すればよい。
また、基材中に対して光触媒性を有する無機顔料が分散されている構成を採用することにより、表面が磨耗により光触媒が脱落したり、基材を加工した場合にも光触媒が存在しない部分が現れるといった問題もなく、全ての面から光触媒性能を効率よく発現させることができる。
また、本発明の光触媒性無機系建築材料には、本発明の目的及び効果を妨げない範囲において、光触媒性能を有しない従来公知の無機顔料、例えば、酸化クロム(緑色顔料)、含水酸化鉄(黄色顔料)、カーボン(黒色顔料)等を添加してもよい。
また、メチルセルロース等の増粘剤を添加してもよい。
その他、本発明の実施における具体的な構造及び形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
下記に示した原料を表1に示した配合比で用いて、下記の製造方法により、建築材料基材中に光触媒性能を有する粉末状の無機顔料(着色無機顔料)を含有した、本発明の光触媒性無機系建築材料である板材(実施例1、2)、及び対照として無機顔料を含有しない板材(参考例1)を製造した。
セメント :普通ポルトランドセメント
珪砂(ケイ石粉末):SiO2含有量 97.8質量%
(ブレーン比表面積 5000cm2/g)
繊維補強材 :針葉樹晒しクラフトパルプ(NKBP)とポリプロピレン繊維と
からなる繊維(配合比1:1)
メチルセルロース :水溶性メチルセルロース(増粘剤として)
パーライト :真珠岩JIS S0.15−0.6
無機顔料1 :酸化チタン(TiO2 アナターゼ型)
(粉末状。平均粒径 0.18μm)
無機顔料2 :酸化鉄(Fe2O3)(粉末状。平均粒径 0.5μm)
表1に示す配合に従って、各使用原料及び水とを混合して混合材料とした後、市販のモルタルミキサーを用いて、攪拌回転数を50rpmとして10分間混練して、混練物を得た。
そして、得られた混練物を、市販の押出成形機により押出成形して、サイズとして長さ450mm×幅300mm×厚さ12mmの板材を得た。
前記した実施例1、2及び参考例1で得られた板材について、建築材料としての性能を確認するため、下記の評価条件に従い、「かさ比重」「曲げ強度」「吸水率」及び「吸水長さ変化率」を測定して比較・評価した。また、「外観」及び「切断加工性」も確認して、比較・評価した。結果を表2に示す。
JIS A5430に準拠して測定した(n=3)。
JIS A1408に準拠して測定した(n=3)。
JIS A5430に準拠して測定した(n=3)。
JIS A5430に準拠して測定した(n=3)。
得られた板材の外観状態を目視にて観察・確認した。そして、外観に異常がない場合を「○」、普通の場合「△」、外観に反りが発生している場合を「×」として判定した。
得られた板材をチップソー(外径 355mm)で切断し、切断面の直線性を目視にて観察・確認した。そして、切断面が良好な場合を「○」、普通の場合「△」、切断面に引き曲がりがあった場合には「×」と判定した。
光触媒性能の測定:
実施例1で得られた板材の光触媒性能を評価した。具体的には、光触媒製品フォーラム
(http://www.photocatalyst.gr.jp/)に開示される「光触媒製品における湿式分解性能試験方法」に準拠して下記の方法により確認した。
本法は、実施例1の板材をサイズ50mm×50mmに切断して試験サンプルとし、この試験サンプルの試験面上にセルを固定し、前処理を以下のように行った。
吸着液として、メチレンブルー溶液20ppmを30ml試験サンプルに対して注入し、吸着させた。このメチレンブルー溶液液の吸光度が、別途準備したメチレンブルー試験液5ppmの吸光度より高い場合は、前処理を完了とした。一方、吸光度がメチレンブルー試験液より低い場合は、新たなメチレンブルー吸着液20ppmを使用し、再度12時間吸着させて吸光スペクトルを測定し、これをメチレンブルー試験液5ppmの吸光度より高くなるまで続けた。なお、吸光度は分光光度計にて測定を行い、測定波長は664nmに固定した。
このようにしてメチレンブルー試験液の吸光スペクトルを測定し、これを初期吸光スペクトルとした。
(1)の前処理が完了したら、試験サンプルにメチレンブルー試験液5ppmを30ml注入し、1時間後の吸光度を測定する。そして、測定に使用した液をすみやかに試験セルに戻し、再び吸着させる。このような手順で、1時間毎、合計3時間の吸光度を測定するようにした。吸光度は濃度に比例することから、あらかじめ作成した検量線から、メチレンブルー試験液の濃度を算出した。
また、(2)の測定終了後、メチレンブルー試験液を取り出し、新しいメチレンブルー試験液5ppmを30ml注入し、1.0±0.05mW/cm2の紫外線を1時間照射し、吸光度を測定した。そして、測定に使用した液をすみやかに試験セルに戻し、再び照射させる。このような手順で1時間毎、合計3時間の吸光度を測定するようにし、(2)の紫外線(UV)未照射と同様に、濃度を算出した。前記した(2)及び(3)における、経過時間とメチレンブルー試験液濃度との関係を図1に示す。
また、図1からは、紫外線未照射の試験サンプルにおける濃度低下も大きいことがわかる。このことから、実施例1により得られた板材(光触媒性無機系建築材料)は、空気中の臭気等を一旦吸着し、その後、臭気等を吸着した状態で光触媒による分解が可能であることが確認できた。
光触媒性能の評価(アセトアルデヒドの分解性能の確認):
下記の手順で、実施例1で得られた板材のアセトアルデヒド除去性能を確認した。
実施例1で得られた板材をサイズ10cm×10cmに切断して試験サンプルとした。濃度既知のアセトアルデヒドガスを0.6L充填した容量1.0Lのプラスチック製の循環容器に試験サンプルを入れた後、紫外線強度を1.5mW/m2として照射し、15分毎に60分間検知管にてアセトアルデヒド濃度を測定し、吸着分解性能を確認した。結果を図2に示す。
また、本試験においてはアセトアルデヒド(CH3CHO)が二酸化炭素(CO2)に分解させると考えられるので、試験開始60分経過後のCO2濃度についても検知管にて測定した。結果を表3に示す。
また、表3の結果から分かるように、試験開始時の容器内のCO2濃度(400ppm)に対して、試験開始60分経過後の二酸化炭素の濃度は680ppmであり、二酸化炭素を発生していることから、同時に紫外線照射によりアセトアルデヒドを二酸化炭素に分解していることがわかる。
このように、実施例1の板材(光触媒性無機系建築材料)がアセトアルデヒドの分解性能を備えていることが確認できた。
Claims (3)
- 多孔質体からなる無機系建築材料基材中に光触媒性能を有する粉末状の無機顔料を分散してなることを特徴とする光触媒性無機系建築材料。
- 請求項1に記載の光触媒性無機系建築材料において、
前記無機顔料の含有量が無機系建築材料全体に対して0.1〜10.0質量%であることを特徴とする光触媒性無機系建築材料。 - 請求項1または請求項2に記載の光触媒性無機系建築材料において、
当該無機顔料の平均粒径が0.1〜10.0μmであることを特徴とする光触媒性無機系建築材料。
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JP2009034584A (ja) * | 2007-07-31 | 2009-02-19 | Univ Of Tokyo | 光触媒材料 |
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JP2012005914A (ja) * | 2010-06-22 | 2012-01-12 | Fujita Corp | 大気浄化用の光触媒塗布材とこの光触媒塗布材を用いた大気浄化舗装工法および大気浄化壁面作製工法 |
Citations (1)
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JP2003112960A (ja) * | 2001-09-28 | 2003-04-18 | Okudagumi:Kk | ゼオライトモルタル及びその製造方法 |
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2005
- 2005-03-29 JP JP2005095714A patent/JP2006273660A/ja active Pending
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