JP2002003283A - リサイクルタイルの光触媒機能を付与する方法 - Google Patents

リサイクルタイルの光触媒機能を付与する方法

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JP2002003283A JP2000181070A JP2000181070A JP2002003283A JP 2002003283 A JP2002003283 A JP 2002003283A JP 2000181070 A JP2000181070 A JP 2000181070A JP 2000181070 A JP2000181070 A JP 2000181070A JP 2002003283 A JP2002003283 A JP 2002003283A
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純 川口
Kazuhiko Mori
和彦 森
Takeo Kikuchi
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Kazuhiko Arai
一彦 新井
Makoto Imoo
誠 芋生
Hidetaka Takahashi
英孝 高橋
Mitsuo Kamimura
光男 神村
Takeshi Ikeda
健 池田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】リサイクルタイルの表面に良好な親水性と光触
媒活性を有する酸化チタン皮膜を形成する方法。 【解決手段】リサイクル材を主原料として作成した焼成
後の無釉リサイクルタイルに、あるいは軟化点が850
〜950℃の釉薬を塗布し1000〜1200℃で焼成
した施釉リサイクルタイルに、固形分として酸化チタン
のみを含有し、かつ含有する酸化チタンの60〜90重
量%が非晶質酸化チタンで、残部が結晶質酸化チタンで
ある、pHが5〜10の水系酸化チタンゾルを、該タイ
ル表面の酸化チタン付着量が100〜400mg/m2にな
るように塗布し、次いで500〜800℃で焼成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄物を主原料と
して製造したリサイクルタイル製品の表面に酸化チタン
皮膜を形成させる方法に関するもので、リサイクルタイ
ルに酸化チタンの親水性能とその光触媒機能による有機
物分解機能により、防汚性能を付与する事ができる。
【0002】
【従来技術】材料表面に光触媒性を有する酸化チタンな
どの皮膜層を形成すると、太陽光などに含まれる紫外線
が照射されることにより、表面に付着した有機汚染物質
が分解されて表面の親水性が半永久的に維持され防汚機
能を発揮したり、大気中のNOxや悪臭などを分解して
環境浄化機能を発揮させることができる。
【0003】このような酸化チタン光触媒皮膜を形成す
る方法には、酸化チタン粉末スラリーを塗布後焼成する
方法、高真空中にてチタン酸化物のターゲットをスパッ
タリングして成膜するPVD法、有機チタン化合物やチ
タンのハロゲン化物を揮発させ電気炉中にて分解して成
膜するCVD法、酸化チタン微粒子を大気中にて発生さ
せたプラズマ中で溶融し塗布するプラズマ溶射法、さら
に有機チタン化合物を直接塗布焼成する塗布法、および
チタンアルコキシド等を加水分解して作製した酸化チタ
ンコロイドゾルを塗布後焼成するゾルゲル法などがあ
る。
【0004】これらの方法の中では、スプレ−コーティ
ングなどの通常の塗装法が適用できる、有機チタン化合
物を直接塗布する方法およびゾルゲル法が、製造コスト
上有利である。例えば、従来よりタイル表面に虹彩を付
与するラスタータイルの製造法として有機チタン化合物
溶液をスプレ−塗布する方法が用いられている。
【0005】しかし、この有機チタン化合物溶液は溶媒
に有機化合物を用いるために環境問題上好ましくないう
え、非晶質酸化チタンが100%であるため、下地から
拡散してくる重金属イオンやアルカリ金属イオンのため
に触媒活性が低下する。一方、ゾルゲル法で用いられる
酸化チタンゾルは有機溶媒をもちいることなく水系化す
ることができるが、同様に非晶質酸化チタンが主成分で
あるうえ酸化チタンの等電点が5〜6であるために、安
定なゾル液とするためには酸化チタンコロイドをプラス
に帯電させておくことが必要で、水溶液がpH1〜2の
強酸性であることが一般的である。
【0006】従って、強酸性の酸化チタンゾル液を適用
する場合には、対象となる素材が限定されてしまうこと
と、焼成時に揮発する酸性成分が焼成炉等の設備を損傷
してしまうといった問題点を有する。
【0007】特に、本発明が対象としている廃棄物を主
原料としたリサイクルタイルにおいては、Feに代表さ
れる重金属不純物が最も多い場合で7%も含まれるため
に、耐酸性に問題があり、強酸性の酸化チタンゾルを塗
布焼成することにより色調の変化や色ムラとなる等の問
題点を有する。さらに、これらの化学反応により溶出し
た重金属不純物は酸化チタン皮膜中に拡散し、酸化チタ
ン本来の光触媒性を阻害してしまう場合が多い。
【0008】一方、NaやKなどのアルカリ金属も前記
Feに代表される重金属不純物と同様に酸化チタン皮膜
中に拡散すると光触媒性を阻害する。本発明が対象とす
る廃棄物等を主原料としたリサイクルタイルは、通常の
タイルに比べて焼成温度が100℃程度低いため、デザ
イン上施釉を必要とするタイル製品では、通常よりアル
カリ金属分を多く含む低融点タイプの釉薬を用いる必要
がある。従って、通常の釉薬に比べると、より多くのア
ルカリ金属分が酸化チタン皮膜中に拡散するのである。
【0009】ゾルゲル法で用いられる酸化チタンコロイ
ドゾルには成膜後の皮膜強度を確保するために、酸化チ
タン粒子のバインダーとしてシリカなどを添加する場合
が多い。このような酸化チタン以外の物質を含有するこ
とにより酸化チタンの絶対量が低下した皮膜では、拡散
するアルカリ金属により実用的な光触媒活性が得られな
いのである。すなわち、重金属不純物を多く含有し、通
常のタイルより低焼成温度のリサイクルタイルに、酸化
チタン光触媒材料を適用して良好な光触媒機能を付与す
る方法は未だ見出されていないのが現状である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明はリサイクルタ
イル表面に優れた防汚性を付与するために、以上の従来
技術における問題点を解決するためのものであり、リサ
イクルタイル表面に良好な親水性と光触媒活性を有する
酸化チタン皮膜を形成する方法の提供を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意研究を
行った結果、中性タイプの水系酸化チタンゾルを用いる
ことでリサイクルタイル中に含まれる重金属不純物の溶
出を抑えること、さらに酸化チタンゾル液中の酸化チタ
ンコロイド粒子の大部分を非晶質とすることによりバイ
ンダー効果を付与し、100%酸化チタン皮膜を形成す
ることでアルカリ金属の影響を緩和することにより、前
記課題を解決できることを新たに見出した。
【0012】すなわち、本発明に係わる光触媒機能を有
するリサイクルタイルの製造方法とは、ガラス屑、陶器
屑または焼却廃棄物の残留灰分を溶融結晶化させたもの
等のリサイクル材を主原料とするリサイクルタイル表面
に光触媒機能を付与する方法において、焼成後の無釉リ
サイクルタイルに、固形分として酸化チタンのみを含有
し、かつ含有する酸化チタンの60〜90重量%が非晶
質酸化チタンであり、残部が実質的に結晶質酸化チタン
である、pHが5〜10の水系酸化チタンゾルを、該タ
イル表面の酸化チタン付着量が100〜400mg/m2
範囲となるように塗布し、次いで500〜800℃の温
度範囲で焼成することを特徴とするものである。
【0013】さらに、前記リサイクルタイルが施釉され
るタイプである場合には、タイルを成形・乾燥後、軟化
点が850〜950℃の温度範囲である釉薬を塗布した
後に1000〜1200℃の温度範囲で焼成して得られ
たタイル表面に前記と同様の酸化チタンゾルを同様の方
法で塗布し焼成する。
【0014】本発明が対象とするリサイクルタイルの主
原料である廃棄物には、ガラス屑、陶器屑および焼却廃
棄物の残留灰分を溶融結晶化させたものを用いることが
できる。これらの廃棄物に、さらに必要に応じて木節粘
土、蛙目粘土などの粘土鉱物を粉砕した可塑性原料と長
石、陶石などの岩石鉱物を粉砕した非可塑性原料を混合
粉砕して乾式成形や湿式成形により板状に成形し100
0〜1200℃で焼成することにより基体となるリサイ
クルタイルを得ることができる。
【0015】前記のリサイクルタイルには、タイル成形
・乾燥後必要に応じて釉薬を塗布し焼成することができ
る。ただし、通常のタイルに比べて本発明が対象とする
リサイクルタイルは焼成温度が低いので、適用する釉薬
の軟化点も850〜950℃と通常のものより低いタイ
プのものを選択し、釉薬塗布後の焼成温度も1000〜
1200℃の温度範囲とする必要がある。この時軟化点
が850℃未満の釉薬であると、後工程で形成される酸
化チタン皮膜に対して悪影響を及ぼすアルカリ金属成分
がより多く含まれることとなるので好ましくなく、さら
に酸化チタンが釉薬中に取り込まれ一部が消失してしま
う場合もあり好ましくない。一方、釉薬塗布後に120
0℃を超える温度で焼成されると、タイルの形状精度が
損なわれるので好ましくない。
【0016】次に、前記のリサイクルタイル表面に酸化
チタン皮膜を形成する。このとき用いる酸化チタンゾル
はpHが5〜10の水系溶媒中に酸化チタンコロイドを
安定分散させたものを用いる。また、このとき不可避的
に含有される不純物を除いて固形分としては実質的に酸
化チタンのみとし、酸化チタンの60〜90重量%が非
晶質酸化チタンでなければならない。さらに、非晶質酸
化チタン以外の酸化チタンは結晶質酸化チタンであるこ
とが必要で、アナターゼ型結晶質酸化チタンであること
がより好ましい。
【0017】ここで、酸化チタンゾルのpHが5未満で
あるとゾルが不安定化し、酸化チタンコロイドが凝集粗
大化して正常な皮膜が得られなくなる。逆にpHが10
を超えると釉薬等に含まれるアルカリ金属成分が焼成時
に酸化チタン皮膜中にさらに拡散しやすくなり光触媒活
性を低下させるので好ましくない。
【0018】また、固形分として酸化チタン以外のもの
が含まれると、皮膜中の酸化チタン含有量が低下し、前
記と同様にアルカリ金属成分の影響により実用的な光触
媒活性が得られなくなるので好ましくない。
【0019】さらに、使用する酸化チタン中の非晶質酸
化チタンの割合が60重量%未満であると、酸化チタン
皮膜の強度が得られなくなる。すなわち、非晶質酸化チ
タンは、酸化チタンゾルを塗布後焼成する際に結晶化し
て、残りの結晶質酸化チタン粒子のバインダーとして作
用するのである。一方、90重量%を超えると残りの結
晶性酸化チタンの割合が低下して光触媒活性が低下する
ので好ましくない。
【0020】酸化チタンゾルを塗布した後には500〜
800℃の温度範囲で焼成する。ここで、500℃未満
では前記非晶質酸化チタンが十分結晶化せず、十分な皮
膜強度が得られない。さらに、非晶質酸化チタンは光触
媒活性が低いため、十分な結晶化が行われないと目的と
する光触媒機能が低下する。一方、500〜800℃の
焼成温度範囲で結晶化させることにより非晶質酸化チタ
ンは光触媒活性のより良好なアナターゼ結晶が形成され
る。ここで、800℃を超える温度で焼成すると非晶質
酸化チタンおよび結晶質酸化チタン共に低活性のルチル
型の結晶に変態するので好ましくない。
【0021】また、前記リサイクルタイル表面に形成す
る酸化チタン皮膜の付着量は100〜400mg/m2の範
囲となるように塗布することが必要である。ここで、1
00mg/m2未満の付着量であると、酸化チタンの絶対量
が不足して十分な光触媒活性が得られない。一方、40
0mg/m2を超えた付着量の場合は経済的に不利であるだ
けでなく、酸化チタン皮膜が厚くなりすぎて焼成時に発
生する皮膜の内部応力によりクラック等が発生し良好な
皮膜が得られないことがあるため好ましくない。
【0022】前記リサイクルタイルには主原料に廃棄物
が用いられることから、不可避的に重金属不純物が含有
される。これらの重金属不純物は原子番号24以上の金
属元素として7重量%以下であることが好ましい。これ
らの重金属元素は酸化チタンゾル塗布後の焼成工程で形
成される酸化チタン皮膜中に微量に拡散し酸化チタン皮
膜の光触媒活性を阻害する要因となりうるからである。
【0023】
【作用】種々の廃棄物を主原料としたリサイクルタイル
は、重金属不純物を含有する点および比較的焼成温度
(融点)が低い点において、通常のタイルと異なる。こ
のようなタイル表面に光触媒機能を付与するために酸化
チタンをコーティングしようとすると、酸化チタン皮膜
中への重金属不純物や釉薬に多く含まれるアルカリ金属
の拡散により、十分な光触媒活性が得られなくなる場合
が多い。本発明の方法を用いることによりこれらの問題
点を解決することが可能となり、目的とする優れた防汚
性を有するリサイクルタイルを得ることができる。
【0024】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と共にあげて
より具体的に説明するが、本発明はこれら実施例により
限定されるものではない。
【0025】(実施例1)下水道廃水処理汚泥の焼却灰
を1400℃で溶融・結晶化させた廃棄物(50重量
部)、可塑性原料としての粘土(35重量部)および非
可塑性原料としての陶石(15重量部)を混合粉砕し、
乾式成形により板状に成形し、通常の釉薬にフリット分
を増量して低融点化(軟化点890℃)した釉薬を施し
た後、1160℃で焼成したリサイクルタイルを用意し
た。
【0026】固形分として酸化チタンのみを含有し、そ
の酸化チタンに占める非晶質酸化チタンの割合が70重
量%で残りがアナターゼ型の結晶質酸化チタンである中
性水系酸化チタンゾルとして、日本パーカライジング製
パルチタン5603を用意し(pHを測定すると7.5
であった)、前記のタイル表面に、酸化チタン付着量と
して200mg/m2となるようにスプレーガンで塗布した
後、600℃にて20分間焼成した。
【0027】(比較例1)固形分として酸化チタンのみ
を含有し、その酸化チタンのすべてがアナターゼ型結晶
質酸化チタンである酸性水系酸化チタンゾルとして、石
原産業製STS−01を用意し(pHを測定すると1.
5であった)、前記タイル表面に付着量として200mg
/m2となるようにスプレーガンで塗布した後、600℃
にて20分間焼成した。
【0028】(比較例2)比較例1で使用した酸性水系
酸化チタンゾル(石原産業製STS−01)とシリカゾ
ルを固形分としての酸化チタン/シリカ比率が30/7
0となるように混合したゾル液を用意し、前記タイル表
面に付着量として200mg/m2となるようにスプレーガ
ンで塗布した後、600℃にて20分間焼成した。
【0029】実施例1および比較例1、2の方法で作製
したタイルについて、タイル素地の外観、光触媒活性お
よび表面硬度(酸化チタン被膜の強度)を比較評価し表
1に示す。
【0030】表1において、光触媒活性は下記の方法に
より脂肪酸分解能として評価した。すなわち、2%ステ
アリン酸−エタノール溶液をタイル表面に塗布・乾燥し
た後、精密天秤で重量を測定しておき(約500mg/m2
塗布)、0.1mW/cm2の紫外線を24時間照射した後、
再度重量を測定したときの重量減から光触媒によるステ
アリン酸分解速度を算出した。
【0031】表1において、表面硬度は鉛筆引っ掻き試
験法(JIS K 5400)により評価した。
【0032】本発明の方法(実施例1)によると、タイ
ル表面に外観異常を生ずることなく、良好な触媒活性と
皮膜強度を得ることができる。これに対して、本発明以
外の方法(比較例1、2)により作製されたタイルで
は、外観異常と光触媒活性の低下が見られた。また、比
較例1のようにバインダーとしてのシリカを適用しない
場合には皮膜強度も低下した。
【0033】
【表1】
【0034】
【発明の効果】資源の乏しい我が国においては、今後ま
すます材料リサイクルの要求が高まってくる。ただし、
本発明が対象とするリサイクルタイルにおける不純物、
低融点の問題などのように、リサイクル材にはそれぞれ
に特有な欠点も有する。本発明により、リサイクルタイ
ルに実用上十分な光触媒活性を有する酸化チタン皮膜を
形成することができた。従って、リサイクルタイル普及
の阻害要因を一つ取り除くことができる。そして、酸化
チタン光触媒機能により、美麗な外観の維持、NOx・
SOx・悪臭分解に代表される大気環境浄化機能を提供
することができる。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C04B 41/89 B09B 3/00 303K 303L (71)出願人 000109211 ダントー株式会社 兵庫県三原郡南淡町伊賀野1290番地 (72)発明者 川口 純 東京都中央区日本橋1−15−1 日本パー カライジング株式会社内 (72)発明者 森 和彦 東京都中央区日本橋1−15−1 日本パー カライジング株式会社内 (72)発明者 菊地 健雄 東京都港区元赤坂1丁目2番7号 鹿島建 設株式会社内 (72)発明者 新井 一彦 東京都調布市飛田給2丁目19番1号 鹿島 建設株式会社技術研究所内 (72)発明者 芋生 誠 東京都調布市飛田給2丁目19番1号 鹿島 建設株式会社技術研究所内 (72)発明者 高橋 英孝 東京都北区西ケ原1−42−1 オリオン商 事株式会社内 (72)発明者 神村 光男 兵庫県三原郡南淡町伊賀野1290 ダントー 株式会社内 (72)発明者 池田 健 兵庫県三原郡南淡町伊賀野1290 ダントー 株式会社内 Fターム(参考) 4D004 AA18 AA19 AA36 BA02 BA10 CA04 CA14 CA29 CA30 CC11 DA01 DA02 DA06 DA10 4G069 AA03 AA08 AA14 BA00 BA04A BA04B BA48A CA01 CA11 EA07 EC22Y EC26 ED02 FA03 FB15 FB23 FB24 FB30 FC07 FC08 FC09

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガラス屑、陶器屑または焼却廃棄物の残
    留灰分を溶融結晶化させたもの等のリサイクル材を主原
    料とするリサイクルタイル表面に光触媒機能を付与する
    方法において、焼成後の無釉リサイクルタイルに、固形
    分として酸化チタンのみを含有し、かつ含有する酸化チ
    タンの60〜90重量%が非晶質酸化チタンであり、残
    部が実質的に結晶質酸化チタンである、pHが5〜10
    の水系酸化チタンゾルを、該タイル表面の酸化チタン付
    着量が100〜400mg/m2の範囲となるように塗布
    し、次いで500〜800℃の温度範囲で焼成すること
    を特徴とする、無釉リサイクルタイルに光触媒機能を付
    与する方法。
  2. 【請求項2】 ガラス屑、陶器屑または焼却廃棄物の残
    留灰分を溶融結晶化させたもの等のリサイクル材を主原
    料とするリサイクルタイル表面に光触媒機能を付与する
    方法において、成形・乾燥した生地に、軟化点が850
    〜950℃の温度範囲である釉薬を塗布し、1000〜
    1200℃の温度範囲で焼成して得られた施釉リサイク
    ルタイル表面に、固形分として酸化チタンのみを含有
    し、かつ含有する酸化チタンの60〜90重量%が非晶
    質酸化チタンであり、残部が実質的に結晶質酸化チタン
    である、pHが5〜10の水系酸化チタンゾルを、該タ
    イル表面の酸化チタン付着量が100〜400mg/m2
    範囲となるように塗布し、次いで500〜800℃の温
    度範囲で焼成することを特徴とする、施釉リサイクルタ
    イルに光触媒機能を付与する方法。
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