JP2003089587A

JP2003089587A - 調湿セラミックス材料

Info

Publication number: JP2003089587A
Application number: JP2001280133A
Authority: JP
Inventors: Toru Nonami; 野浪　　亨; Hisashi Nakane; 久志中根
Original assignee: JANIS Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: JANIS Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2001-09-14
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2003-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】有害ガス成分を吸着し、光触媒による有害ガス
成分分解作用を有した調湿セラミックス材料を提供す
る。【解決手段】成形原料として、珪藻土：２０（重量部、
以下同様）セピオライト：２０粘土：２５骨材３
５をミキサーで混合した後、プレス成形型を用いてプレ
ス成形して得た調湿セラミックス材料の表面に、ケイ素
１５部、ナトリウム３０部、リチウム０．６部、アルミ
ニウム１．５部となるようなコーティング剤に、アパタ
イト被覆二酸化チタンを５％になるように混合して得た
光触媒コーティング剤を、スプレーガンにより単位面積
（１ｍ²）当たり４０ｇの割合でコーティングし、１０
０℃で乾燥、熱処理を行った。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、調湿機能を有する
セラミックス材料に関するもので、空気中の有害ガス成
分の分解機能を付与するなど新規な機能を有する調湿セ
ラミックス材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、建築物の高気密、高断熱化が進め
られ、耐火性、気密性を重視した新建材が多用されるよ
うになった。しかし、このような新建材を用いた建築物
では、室内の湿度が高くなりがちなため、結露しやすく
なり、それが原因でカビやダニの発生等の問題が生じて
いる。このため、空調設備を設けて湿度を調節する必要
が生じているが、それでも空気の流通が不十分な場所で
は、結露の防止は困難であった。

【０００３】このようなことから、建材自体に、周囲の
湿度が高いときは湿気を吸収し、湿度が低いときには湿
気を放出して、周囲の湿度を調節する、いわゆる調湿機
能を持たせることにより、空調設備や動力などを必要と
せずに室内の湿度調整を行うことができる建築材料など
に用いられる調湿セラミックス材料の開発が行われてい
る。

【０００４】このような調湿機能を有するセラミックス
材料としては、吸放湿性を持つゼオライトや珪藻土など
をセメント、石膏などの凝結硬化剤で所定の形状に成形
固化した建材、あるいはゼオライトや珪藻土などを粘土
などと混合し成形後、焼成して得られる建材が用いられ
ている。具体的には、珪藻土系調湿セラミックス材料と
しては特開平４−３５４５１４号公報において、また、
ゼオライト系調湿セラミックス材料としては特開平３−
１０９２４４号公報において提案されている。

【０００５】このような調湿セラミックス材料では、吸
放湿性の一作用として、周囲の悪臭成分を吸着するとい
う脱臭性能が認められるが、飽和状態まで吸着された悪
臭成分は、室温などが変化すると逆に周囲に悪臭を放出
するようになるという不具合があった。また、多孔質材
料である調湿セラミックス材料からなる建材は、手指で
触るだけで汚れが付き易く、また、一旦付いた汚れを除
去しにくいという欠点もあった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するためになされたものであり、調湿性能を低
下させることなく、吸着したアセトアルデヒド等の有害
成分を分解して無害化する機能および抗菌機能を付与し
た調湿セラミックス材料を提供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の問題は、調湿セラ
ミックス材料本体の表面に光触媒を含むコーティング層
を設けたことを特徴とする本発明の調湿セラミックス材
料によって、解決することができる。そして、前記コー
ティング層が、二酸化チタンまたはアパタイト被覆二酸
化チタンからなる光触媒を０．１〜５０重量％含み、か
つコーティング層単位表面積当たり０．１〜４００ｇ／
ｍ²含むように設定するのが、光触媒作用の点から好ま
しい。

【０００８】このように本発明の調湿セラミックス材料
は、調湿セラミックス材料本体が光触媒性を有するアパ
タイト被覆二酸化チタンまたは二酸化チタンを含むコー
ティング層によって被覆されているので、調湿機能に加
えて、周囲の空気中のアセトアルデヒドなど有害成分を
吸着するとともに、紫外線の照射下でそれら有害成分を
分解し無害化することができるという顕著な作用を有す
る。

【０００９】さらに、本発明の調湿セラミックス材料を
建材として応用するには、その５時間サイクルの吸放湿
性能が５０ｇ／ｍ²以上であるように設定するのが好ま
しい。ここで５時間サイクルの吸放湿性能の意味につい
て述べる。一般住宅に用いられる建材では、炊事、入
浴、暖房などによる湿度発生、あるいは１日２４時間単
位の温度変動に基づく湿度変動など短時間の変動に対応
できることが望ましい。このために、調湿セラミックス
材料からなる建材では、その吸湿と放湿の速度が重要な
尺度になる。そして、調湿セラミックス材料の吸湿と放
湿の速度の尺度になる下記定義の５時間サイクルの吸放
湿性能を５０ｇ／ｍ²以上（２４時間サイクルの吸放湿
性能としては１４０ｇ／ｍ²以上）とすることにより前
記湿度変動に対応可能になる。

【００１０】この５時間サイクルの吸放湿性能は次によ
り求められる。板状試験体を相対湿度５０％に保持した
恒温恒湿槽中で２４時間保持させた後、恒温恒湿槽の相
対湿度を９０％にし、２４時間保持させる。恒温恒湿槽
の相対湿度を５０％にし、２４時間保持させる。これを
１サイクルとする湿度暴露テストを繰り返す。そして、
第２サイクルの過程において相対湿度９０％、５時間経
過後の重量増ｘ（ｇ／ｍ²：単位面積当たり吸湿量に相
当する）を５時間吸湿量とし、また、続いて行われる相
対湿度５０％、５時間経過後の重量減ｙ（ｇ／ｍ ²：単
位面積当たり放湿量に相当する）を５時間放湿量とす
る。そして、５時間サイクルの吸放湿性能＝（５時間吸
湿量ｘ＋５時間放湿量ｙ）／２より算出する。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の調湿セラミックス
材料に係る実施形態について説明する。（調湿セラミックス材料本体）本発明における調湿セラ
ミックス材料本体は、例えば、珪藻土、ALC（軽量コン
クリート）、ゼオライト、セピオライト、ハロイサイ
ト、酸性白土、活性白土などの調湿性原料や、鹿沼土、
大沢土、膠質土、水土、味噌土と呼ばれる各地の火山軽
石質材料に、木節粘土、蛙目粘土などの粘土質材料およ
びシリカ、アルミナ、リチウム、ナトリウムの少なくと
も一種を含む結合バインダーを、調湿性原料１００重量
部、火山軽石質材料０〜４０重量部、粘土質材料５〜４
０重量部、結合バインダー５〜３０重量部の配合割合に
なるよう混合し、押し出し成形またはプレス成形して所
定形状に成形し、得られた成形体を乾燥、熱処理するこ
とにより製造される。なお、成形体にコーティングした
後乾燥、熱処理する、または、成形体を乾燥、熱処理し
た後コーティングすることも適宜選択される。

【００１２】（光触媒）本発明の調湿セラミックス材料
本体の表面に設けられるコーティング層には、光触媒と
して好ましくは二酸化チタンまたはアパタイト被覆二酸
化チタンが含まれる。このアパタイト被覆二酸化チタン
は、二酸化チタン粒子をアパタイトで被覆したものであ
り、基材となる二酸化チタンは、平均粒径５０ｎｍ以下
であることが好ましい。この粒径は、Ｘ線回折法によ
り、Ｄ＝Ｋλ／βｃｏｓθ（Ｄ：粒径、λ：Ｘ線波長、
２θ：散乱角、β：半価幅、Ｋ＝０．９（シェラーの
式））から計算で求められる。

【００１３】この平均粒径が、５０ｎｍを超えると、光
触媒としての活性が低下するので、ＮＯｘ低減効果が減
少する。また、二酸化チタンの結晶構造としては、光触
媒活性の高いアナターゼ型が望ましい。しかし、ルチル
型やブルッカイト、アモルファスの酸化チタンも使用可
能である。

【００１４】このようなアパタイト被覆二酸化チタン
は、次の方法により作成することができる。二酸化チタ
ンからなる表面を持つ基材を擬似体液に浸積することに
より、この基材の表面にアパタイト層が析出する。二酸
化チタン膜表面の大部分は露出していながら部分的にア
パタイト層が覆っている構造となる。このアパタイトの
形状は、擬似体液の組成や浸漬条件によって、形状や大
きさ、密度、厚さを変えることができる。擬似体液は、
NaCl、NaHCO₃、 KCl、 K₂HPO₄・3H₂O、MgCl₂・6H₂O、Ca
Cl₂ とNa₂SO₄あるいはNaF などを、水に溶かすことで調
製される。またHCl や(CH₂OH)₃CNH₂等によりｐＨを７〜
８、特に７．４に調整することが好ましい。

【００１５】こうして得られたアパタイト被覆二酸化チ
タンは、表面がアパタイト膜によって被覆され、さらに
アパタイトは蛋白質やアミノ酸、細菌、ウイルスなどを
吸着するので、表面のアパタイト膜が水中や空気中の細
菌等を吸着することができる特徴がある。

【００１６】そして、上記アパタイト膜が表面に細孔を
有し、この細孔の底に光触媒として活性な酸化チタンが
露出した状態となっているため、蛍光灯、白熱灯、ブラ
ックライト、ＵＶランプ、水銀灯、キセノンランプ、ハ
ロゲンランプ、メタルハライドランプなどからの人工光
や太陽光などはこの露出部分に照射される。そして、光
の照射によって酸化チタンに生成した電子と正孔との酸
化還元作用により、アパタイト膜が吸着した蛋白質やア
ミノ酸、細菌、ウイルス、ＮＯｘなどを迅速に、かつ連
続的に分解除去するなどの抗菌作用が認められる。な
お、アパタイトを有しない二酸化チタンの場合でも、ア
パタイト成分特有の吸着性能を持たないだけで、光触媒
としての作用は全く同様である。

【００１７】そして、本発明のコーティング層には、そ
れら光触媒を０．５〜２０重量％含むのがよく、さらに
２〜５重量％とするのが好ましい。なお、この場合、コ
ーティング層単位表面積当たりの光触媒の所要量とし
て、１０〜１００ｇ／ｍ²含むようにコーティング層の
厚さを設定するのが好ましい。光触媒の量が上記範囲下
限よりも少ないと抗菌作用や有害ガス成分の分解作用が
得られないか、十分には得られないからであり、また上
限を超えても光触媒作用の増加が少なくなるか、増加し
なくなるからである。

【００１８】なお、光触媒は下記コーティング剤と混合
して用いられて、コーティング層中に存在することが好
ましいが、光触媒自体を団粒化して二次粒子とし、また
は、担体粒子に担持させて粒状化し、これらの粒子をコ
ーティング層の表面に半ば埋め込む如くしてコーティン
グ層の表面部分に存在させるようにしてもよい。

【００１９】（コーティング剤）本発明の調湿セラミッ
クス材料は、前記した調湿セラミックス材料本体の表面
にコーティング剤からなるコーティング層を設けた状態
で、調湿セラミックス材料本体の調湿性能を失わずに維
持していることが重要であり、好ましくは、コーティン
グ後の調湿セラミックス材料は、調湿セラミックス材料
本体の８０％以上の調湿性能を有することが望まれる。

【００２０】このコーティング層を構成するバインダ成
分として、ケイ素、ナトリウム、リチウム、アルミニウ
ム、マグネシウムから選択された１種または２種以上の
化合物、特に水溶性化合物が用いられる。例えば、水溶
性ケイ素化合物として、珪酸ソーダ、コロイダルシリ
カ、水ガラスが採用でき、その混合量は、５％〜４０
％、より好ましくは１０％〜２０％（ケイ素、ナトリウ
ムの元素単体換算、重量％で示す。以下同様）である。
そのほかのバインダ成分としては、リチウム塩、マグネ
シウム塩、不定形アルミナ、コロイド状アルミナ水和物
などが強度保持、耐水性向上の目的で同様に用いられ
る。また、ホウ素化合物、例えば硼砂、硼酸を０．１〜
５０００ｐｐｍ混合することにより、他の金属化合物の
酸化、発熱などの抑制効果が得られる。なお、コーティ
ング層の形成には、スプレー法、幕掛け、ローラ塗布、
プリント手法などが適宜に採用でき、特に方法は問わな
い。

【００２１】

【実施例】以下に実施例および比較例を挙げて本発明を
具体的に説明する。（実施例１）成形原料として、珪藻土：２０（重量部、
以下同様）セピオライト：２０粘土：２５骨材３
５をミキサーで混合した後、プレス成形型を用いてプレ
ス成形して調湿セラミックス材料の試験成形体を製作し
た。これに、ケイ素１５部、ナトリウム３０部、リチウ
ム０．６部、アルミニウム１．５部となるようケイ酸ソ
ーダ、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナ、水酸化
リチウムなどを混合、調整した混合したコーティング剤
に、アパタイト被覆二酸化チタンを５％になるように混
合して得た光触媒コーティング剤を、スプレーガンによ
り単位面積（１ｍ²）当たり４０ｇの割合でコーティン
グし、１００℃で乾燥、熱処理を行い、実施例１とし
た。得られた試験体の５時間サイクルの吸放湿性能は２
１０ｇ／ｍ²であった。

【００２２】（実施例２、３）アパタイト被覆二酸化チ
タンを１０％（実施例２）、アパタイト被覆二酸化チタ
ンの代わりに二酸化チタン５重量部（実施例３）を添加
した以外は実施例１同様にして試験体を製作した。この
実施例２、３の試験体の場合も実施例１と同様の調湿性
能を有していた。

【００２３】この試験体について、脱臭作用を次の試験
１、２、３により測定した。（試験１）φ６４ｍｍ厚さ７ｍｍの大きさの試料をそれ
ぞれ匂い袋に入れて空気ベースのアセトアルデヒド（約
55ppm、3L）およびアンモニア（50ppm、3L）を封入し、
蛍光灯下で、３０分後の袋内のガス濃度をガス検知管で
測定した。表１、２にその結果を示す。なお、実施例１
において光触媒を全く添加しなかった場合を比較例１と
して併記した（以下同様）。

【００２４】

【表１】（アセトアルデヒド）

【００２５】

【表２】（アンモニア）

【００２６】（試験２）φ６４ｍｍ厚さ７ｍｍの大きさ
の試料をそれぞれ匂い袋に入れて空気ベースのアセトア
ルデヒド（約220ppm、3L）およびアンモニア（40ppm、3
L）を封入し、試料面が約１ｍＷ／ｃｍ²の紫外線量とな
るようにブラックライトで照射して、１０分後の袋内の
ガス濃度をガス検知管で測定した。その結果を表３、４
に示す。

【００２７】

【表３】（アセトアルデヒド）

【００２８】

【表４】（アンモニア）

【００２９】（試験３）φ６４ｍｍ厚さ７ｍｍの大きさ
の試料をそれぞれ匂い袋に入れて空気ベースのアセトア
ルデヒド（約220ppm、3L）を封入し、飽和した後、試料
面が約１ｍＷ／ｃｍ²の紫外線量となるようにブラック
ライトで照射して、３０分後の袋内のガス濃度をガス検
知管で測定した。結果を表５に示す。

【００３０】

【表５】（アセトアルデヒド）

【００３１】表１〜５に示すように、本発明の実施例は
優れた脱臭効果を示した。特に、光触媒としてアパタイ
ト被覆二酸化チタンを用いたケースでは、最も脱臭効果
が高いことが明らかになった。さらに、この場合には、
かびやバクテリアを防除できるという抗菌効果も得られ
るという利点がある。また、本発明では、表５に示すよ
うに、有害ガス成分が飽和した後も、光触媒により無害
化の分解作用が働くため、吸着能力が阻害されたり、ま
た有害ガス成分を再放出することが防止される。

【００３２】

【発明の効果】本発明の調湿セラミックス材料は、以上
説明したように構成されているので、固有の調湿性能を
保持したまま、空気中のアセトアルデヒドなどの有害ガ
ス成分を分解して無害化することができる。また、光触
媒による抗菌作用も得られ、人体の健康に貢献するなど
商品価値の高い建築材料にも応用できるという優れた効
果がある。よって本発明は、従来の問題点を解消した調
湿セラミックス材料として、工業的価値はきわめて大な
るものがある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中根久志茨城県北茨城市中郷町粟野字ナメシ田1250 番地ジャニス工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】調湿セラミックス材料本体の表面に光触
媒を含むコーティング層を設けたことを特徴とする調湿
セラミックス材料。
【請求項２】前記コーティング層が、二酸化チタンま
たはアパタイト被覆二酸化チタンからなる光触媒を０．
１〜５０重量％含み、かつコーティング層単位表面積当
たり０．１〜４００ｇ／ｍ²含むものである請求項１に
記載の調湿セラミックス材料。
【請求項３】前記調湿セラミックス材料の５時間サイ
クルの吸放湿性能が５０ｇ／ｍ²以上である請求項１ま
たは２に記載の調湿セラミックス材料。