JP2004011228A - 大気浄化防音壁及びその用途 - Google Patents

Abstract

【課題】有毒ガスを吸着する新しい素材を用いた耐侯性大気浄化防音壁及びそれを用いた自動車道路用防音壁を提供する
【解決手段】ＲＢセラミックス又はＣＲＢセラミックスからなる成型体の表面に光触媒を担持させてなる大気浄化防音壁及びそれを用いた自動車道路用防音壁。
【採用する図面】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有毒ガスを吸着する新しい素材を用いた耐侯性大気浄化防音壁及びそれを用いた自動車道路用防音壁を提供することを目的としている。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、防音壁に用いられてきた防音材は、グラスウールやロックウール、アルミニウム等の金属繊維またはこれらをセラミック等で焼結したもの、金属発砲材、無機発泡材などが用いたれてきた。また、これらの材料は、防音作用があり、騒音を発する所に設置されることにより、それなりの騒音公害を低減できるものである。　また、特開２０００−２２０１１７号公報に記載されているように、車両等の走行に伴う公害としては、特に自動車特にディーゼル自動車から排出される排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）による環境汚染の問題が指摘されている。これは、太陽紫外線、炭化水素と関係してオキシダントを生成し、いわゆる光化学スモッグを引き起こすものである。しかしながら上記の如く、従来の防音壁は騒音公害の低減のみを目的としたものであり、ＮＯｘによる環境汚染については何ら効果がないものであったので、上記問題を解決し、騒音の低減を図ると共にＮＯｘの低減も図ることのできる二酸化チタン等の光触媒を担持させたＮＯｘの低減を図ることのできる大気浄化防音パネルが提案されている。
しかし、ここでは単に光触媒を、防音材を囲む防音パネルの表面にセメント質塗料を塗布することにより担持させているので、構造が複雑なばかりか、ＮＯｘ等の有毒ガスを十分に捕捉できない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、セラミックス又はＣＲＢセラミックスが成型可能な炭素材料であり、二酸化チタン等の光触媒が作用したときに発生する強力なラジカルにも耐える材料であること、及び炭素材料としての吸着特性にも優れていること、多孔質であり音を吸収する上、水を通しやすいことなどの知見が得られ、防音効果に加えて、構造が簡単でＮＯｘ等の有毒ガスを十分に捕捉し、かつ、光分解できる大気浄化防音壁開発すべく、鋭意研究した結果、ＮＯｘ等の有毒ガスを十分に捕捉し、効果的にＮＯｘ等を光分解して除去する大気浄化防音壁、それを用いた自動車道路用の大気浄化防音壁を開発するに至った。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明はセラミックス又はＣＲＢセラミックスからなる成型体の表面に光触媒を担持させてなる大気浄化防音壁とすることにより、問題を解決した。
本発明は、上記した従来の吸音材のもついくつかの欠点を克服し、軽量、耐候性で耐腐食性があり、吸湿性吸水性であり、二酸化チタン等の光触媒が作用したときに発生する強力なラジカルにも耐える材料であり、しかも作製しやすい点に於いて、従来にはない大気浄化防音壁及びそれを用いた自動車道路用大気浄化防音壁を提供することができた。
本発明の大気浄化防音壁及びそれを用いた自動車道路用大気浄化防音壁は、ＲＢセラミックス及びＣＲＢセラミックスと呼ばれる材料を利用する。ＲＢセラミックス及びＣＲＢセラミックスとは、次のような製法で作られる材料である。
日本において９０万トン／年、世界中で３３００万トン／年も排出されている米ぬかを利用して、炭素材料を得ようとすることは、本発明の第一発明者である堀切川　一男の研究により知られている。（機能材料　１９９７年　５月号　Ｖｏｌ．１７　Ｎｏ．５　ｐ２４〜２８参照）
この文献には、米ぬかから得られる脱脂ぬかと、熱硬化性樹脂を混合して混錬し、加圧成形した成型体を乾燥させた後、乾燥成型体を不活性ガス雰囲気中で焼成した炭素材料（ＲＢセラミックという）及びその製造方法が示されている。
熱硬化性樹脂は、熱硬化しさえすればどのようなものでもよく、代表的にはフェノール系樹脂、ジアリールフタレート系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、トリアジン系樹脂が挙げられ、特にフェノール系樹脂が好適に用いられる。
また、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、ポリアミド等の熱可塑性樹脂を併用することもできる。
脱脂ぬかと熱硬化性樹脂の混合割合は、重量比で５０〜９０：５０〜１０であるが、好適には７０〜８０：３０〜２０が用いられる。
このＲＢセラミックスの製造方法によれば、加圧成形した成型体の寸法と、不活性ガス雰囲気中で焼成した出来あがりの成型体との寸法の収縮比率が２５％も違ってくるので実質上、精密な成型体を作成することが困難であったが、これを改良したセラミックス（ＣＲＢセラミック）が開発された。
【０００５】
ＣＲＢセラミックス材料の製造法を簡単に説明する。
米ぬかから得られる脱脂ぬかと、熱硬化性樹脂を混合して混錬し、不活性ガス中７００℃〜１１００℃で一次焼成した後、粉砕して炭化粉末とし、該炭化粉末と熱硬化性樹脂を混合して混錬し、圧力２０Ｍｐａ〜３０Ｍｐａで加圧成形した後、成型体を不活性ガス雰囲気中で再び１００℃〜１１００℃で熱処理する。
一次焼成用の熱硬化性樹脂は、比較的分子量の小さい液体状のものが望ましい。
一次焼成には通常ロータリーキルンが用いられ、焼成時間は約４０〜１２０分である。一次焼成して得られた炭化粉末と熱硬化性樹脂の混合割合は、重量比で５０〜９０：５０〜１０であるが、好適には７０〜８０：３０〜２０が用いられる。
この炭化粉末と熱硬化性樹脂の混錬物の加圧成形時の圧力は、２０〜３０Ｍｐａであり、好適には２１〜２５Ｍｐａが用いられる。金型の温度は約１５０℃が好ましい。
熱処理には通常充分にコントロールされた電気炉が用いられ、熱処理時間は約６０〜３６０分である。
好適熱処理温度は６００℃〜１０００℃であり、この熱処理温度までの昇温速度は、５００℃までは比較的穏やかに上げることが要求される。具体的な数値で云うと、０．５〜２℃／分であり、好ましくは約１℃／分である。
また、このように熱処理して焼き上げた後、温度を下げるのには、５００℃までは比較的穏やかに下げることが要求される。５００℃以下になると自然放冷する。
具体的な数値で云うと、０．５〜４℃／分であり、好ましくは約１℃／分である。
また、一次焼成時及び熱処理時に用いられる不活性ガスは、ヘリウム、アルゴン、ネオン、窒素ガスどれでもよいが、好適には窒素ガスである。
なお、本発明で用いるＲＢセラミックス又はＣＲＢセラミックスは、成形後に１００℃以上の温度で、脱水しておくことが望ましい。
【０００６】
ＲＢセラミックとの最大の相違は、ＲＢセラミックスが成形時の寸法に対する仕上がり時の寸法の収縮比率が２５％もあるのに対して、ＣＲＢセラミックは、３％以下と非常に小さい点で優れている。
本発明において、大気浄化防音壁及びそれを用いた自動車道路用大気浄化防音壁屋外の材料として、ＲＢセラミックス又は新規セラミックスのＣＲＢセラミックスを用いる。これらの材料は自然に優しいセラミックス材料で次のような優れた特徴を持っている。ＲＢセラミックス及びＣＲＢセラミックスの一般的な性質は次の通りである。
・硬度が非常に高い。
・膨張係数が非常に小さい。
・電気伝導性を有する。
・比重が小さく軽い。
・耐磨耗性に優れる。
・多孔質であり、吸音性、ガス吸着性、吸水性がある。
・成形や型製作が容易である。
・各種樹脂配合により色々な特徴を有するセラミックスを形成しうる。
・化学的に安定した材料であり、光触媒が作用したときに発生する強力なラジカルにも耐える。
・原料が米ぬかで地球環境への悪影響が少なく、省資源に繋がる。
それ故、このセラミックス材料は、吸音性、ガス吸着性、吸水性であり、耐候性で軽量であり、耐磨耗性に優れ、損傷しにくく、大気浄化防音壁及びそれを用いた自動車道路用大気浄化防音壁屋外への応用に特に適した条件を備えている。
本発明においては、とくに、ＣＲＢセラミックスの二次の熱処理温度が６００℃以上のものは、多孔性であり、ガス吸収特性、吸水性が良く、比重が小さいので軽くて丈夫であり、大気浄化防音壁として優れている。
【０００７】
本発明で用いる光触媒とは、代表例は二酸化チタン粒子であり、約３００ｎｍ〜３３０ｎｍの紫外領域の光に反応し、水を化学分解する作用をもつ。有機物やＮＯｘ等を水を化学分解する際に生じる強力なラジカルで分解することができる。
本発明の基本的な原理は、ＲＢセラミックス又はＣＲＢセラミックスからなる成型体が、多孔質炭化物であるゆえにＮＯｘ等を多く吸収できること、多孔質であるゆえに優れた吸音特性を持つこと、多孔質であるゆえに水を保持存在させることができること、太陽光等紫外線を含む光が照射されている面に光触媒粒子を担持させることができること、等が重要なポイントであり、これらを同時に行えるから大気浄化防音壁として有効に働くものである。通常は、紫外線を含む光源としては、通常太陽光が望ましいが、蛍光灯や水銀灯などの人工的な光も利用できる。
【０００８】
【本発明の実施の形態】
本発明のＲＢセラミックを用いる態様においては、成形時の寸法に対する仕上がり時の寸法の収縮比率が２５％もあるが、予めＲＢセラミックスで作成したものを、削って寸法を調節することも出来るので、本発明においてＲＢセラミックスを用いる態様を排除するものではない。仕上がり寸法を除いては、ＲＢセラミックスもＣＲＢセラミックスとほぼ同じ性質を有する物であり、この点においても本発明はＲＢセラミックスの実施態様を排除するものではない。
しかし、一度の成型で寸法精度の高いものが得られるので、本発明では主としてＣＲＢセラミックスを使うことが望ましい。
さらに、成型の際に鉄筋など従来の補強材を適宜組み合わせるとともに、該大気浄化防音壁における水の補給装置の形態を工夫することにより、多様な特性と多様な実施形態をもつ大気浄化防音壁が作れる。
【０００９】
本発明で用いる光触媒としては、アナターゼ型、ルチル型、アモルファス型等の酸化チタンが例示され、光触媒活性の高さからアナターゼ型酸化チタンが好ましい。用いる光触媒の粒径は光触媒活性を損なわない粒径であれば何でも良いが、好ましくは、０．００５μｍ〜１μｍ程度である。
本発明においては、二酸化チタン等をスパッタ蒸発させて沈着させるスパッタ蒸着法、真空蒸着法等の適宜方法によって形成してもよいが、バインターに二酸化チタン等を分散させて塗料組成物とし、それをディッピングやスプレー、フローコーター等により塗布するのが好ましい。
本発明で用いる光触媒の量は、バインダーに対して０．５〜３０質量％が好ましく、１質量％〜１０質量％がさらに好ましい。０．５質量％未満であると、光触媒の機能が充分に発現しない場合がある。また、３０質量％を越えると、有機バインダーの場合劣化が促進される。
本発明において、有機バインダーとしては、有機シリコーン系樹脂、フッ素樹脂が有効である。オルガノポリシロキサン又はテトラエトキシシラン等のアルコキシシランの加水分解物とチタニアゾルとの混合物とからなる塗料組成物を塗布し、５０度〜２００度で加熱することにより形成することができる。また、フッ素樹脂としては、ＴＦＥ樹脂（テトラフルオロエチレン樹脂）、ＦＥＰ樹脂（テトラフルオロエチレン・六フッ化プロピレン共重合樹脂）、ＰＶＤＦ樹脂（ビニリデンフルオライド樹脂）、ＰＶＦ樹脂（ビニルフルオライド樹脂）などが挙げられる。
また、本発明においては、無機バインダーとして、水ガラス、メチルシリケート、などを用いることもできる。光触媒の分散液あるいは粉体に、無機バインダーを加え、予備乾燥を行った後、高温で処理する。
【００１０】
さらに、本発明の大気浄化防音壁は、自然の雨にまかせて放置しても良いが、定期的に水を散水して、光触媒により分解された有機物やＮＯｘ等の残留物を洗い流すことが望ましい。このため、大気浄化防音壁のブロックを作り、ブロックごとに散水ノズルと電動ポンプを設けることが望ましい。
とくに、交通量の激しい高速道路や市街地の道路に設ける自動車道路用防音壁には、散水ノズルと電動ポンプを設けることが望ましい。
【００１１】
本発明の実施の形態をまとめると、以下のとおりである。
（１）ＲＢセラミックス又はＣＲＢセラミックスからなる成型体の表面に光触媒を担持させてなる大気浄化防音壁。
（２）成型体が、板体、円弧状の板体又は円筒体であり、紫外線を含む光にさらされる面に光触媒を担持させる上記１に記載された大気浄化防音壁。
（３）　光触媒がバインダーと共に塗布されて担持された上記２に記載された大気浄化防音壁。
（４）バインダーが焼結された上記３に記載された大気浄化防音壁。
（５）　成型体が、その中に鉄筋又は無機質繊維強化材を有する強化構造である上記１ないし上記４のいずれか一つに記載された大気浄化防音壁。
（６）　上記１ないし上記５のいずれか一つに記載された大気浄化防音壁を用いて作られた自動車道路用防音壁。
（７）　防音壁に定期的に散水を施す散水装置を併設した上記１〜６のいずれかひとつに記載した大気浄化防音壁。
【００１２】
次に、本発明の実施例を説明する。
実施例１
図１に大気浄化防音壁の例を示す。
ＣＲＢセラミックス大気浄化防音壁は次のようにして作製される。
（ＣＲＢセラミックスの作成）
米ぬかから得られる脱脂ぬか７５Ｋｇと液体状のフェノール樹脂（レゾール）２５Ｋｇを、５０℃〜６０℃に加熱しながら、混合して混錬した。可塑性を有する均質な混合物が得られた。
混合物を、ロータリーキルンを使って窒素雰囲気中で９００℃で１００分一次焼成理した。得られた炭化焼成物を、６０メッシュの篩にかけて、粒径が５０〜２５０μｍである炭化粉末を得た。
得られた炭化粉末７５Ｋｇと固体状のフェノール樹脂（レゾール）２５Ｋｇを１００℃〜１５０℃に加熱しながら、混合して混錬した。可塑性を有する均質な混合物が得られた。
【００１３】
（壁に用いる板の成型）
次いで、可塑物を圧力２２Ｍｐａで板体（５０ｃｍ＊５０ｃｍ＊２ｃｍ）を加圧成形した。金型の温度は１５０℃であった。
金型から成型体を取り出し、窒素雰囲気中で５００℃までは１℃／分の昇温速度で温度を上げ、５００℃で６０分間保持し、７００℃で約１２０分熱処理した。
次いで５００℃までは２〜３℃／分の冷却速度で、温度を下げ、５００℃以下になると自然放冷した。
【００１４】
（大気浄化防音壁の作成）
アナターゼ型酸化チタンゾル（日産化学、ＴＡ−１５、固形分１５ｗｔ％）５６重量部と、シリカゾル（日本合成ゴム、グラスカＡ液、固形分２０ｗｔ％）３３重量部を混合後、メチルトリメトキシシラン（日本合成ゴム、グラスカＢ液）１１重量部とエタノールを添加し、さらに２時間攪拌し、メチルトリメトキシシランを部分的に加水分解反応と脱水縮重合反応させた組成物を作成し、得られた構造体の一面に塗布し、厚さ５００μｍの光触媒含有層を形成した。
【００１５】
（大気浄化防音壁の性能）
＜防音壁としての性能＞
上記実施例で得られた大気浄化防音壁は、垂直入射吸音率は、４００Ｈｚで２２％であり、１０００Ｈｚで５８％であった。
＜光触媒としての性能＞
室温で湿度７０％において、一酸化窒素を１０ｐｐｍの雰囲気中に上記実施例で得られた大気浄化防音壁１枚を密封された空間に保管し、２時間放置した後、大気浄化防音壁から５０ｃｍ離れて、１００Ｗブラックライトで光触媒含有層を持つ面に対して紫外線照射を行った。
紫外線照射に先立ち、密封空間で２時間放置後、雰囲気中の一酸化窒素の濃度は、９ｐｐｍに低下していた。本発明で用いているＣＲＢセラミックが、炭素質であるため、吸着したものと思われる。
再び、室温で湿度７０％において、一酸化窒素を１０ｐｐｍの雰囲気として、ブラックライトを照射した。ブラックライト照射時間と雰囲気中の一酸化窒素の濃度は、表１のとおりである。
【００１６】
【表１】

Ｓ−ＷＯＭ（サンシャインウエザオメーター）を用いて、耐候性のテストを行ったが照射時間５０００時間を超えても、ＮＯｘ濃度除去率に大きな変化は見られなかった。
【００１７】
（実施例２〜１０）
ＣＲＢセラミックの製造条件を変えたほかは、実施例１と同様にして、大気浄化防音壁を作成した。製造条件を表２に示す。
【表２】

【００１８】
さらに、実施例２〜１０で得られた大気浄化防音壁の性能テストの結果表３に示す。
【表３】

【００１９】
【発明の効果】
本発明の大気浄化防音壁は、多孔質の炭素材料であるため、ＮＯｘを初めとする有毒ガスを吸収しやすい上、表面に担持した光触媒層により紫外線の存在下で有毒ガスを分解しすることができる。さらに、ＲＢセラミックス又はＣＲＢセラミックスは、二酸化チタン等の光触媒が作用したときに発生する強力なラジカルにも耐えることがわかり、長時間にわたって安定した性能を示す。

Claims (7)

1. ＲＢセラミックス又はＣＲＢセラミックスからなる成型体の表面に光触媒を担持させてなる大気浄化防音壁。
2. 成型体が、板体、円弧状の板体又は円筒体であり、紫外線を含む光にさらされる面に光触媒を担持させる請求項１記載の大気浄化防音壁。
3. 光触媒がバインダーと共に塗布されて担持された請求項２に記載された大気浄化防音壁。
4. バインダーが焼結された請求項３に記載された大気浄化防音壁。
5. 成型体が、その中に鉄筋又は無機質繊維強化材を有する強化構造である請求項１ないし請求項４のいずれか一つに記載された大気浄化防音壁。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一つに記載された大気浄化防音壁を用いて作られた自動車道路用防音壁。
7. 防音壁に定期的に散水を施す散水装置を併設した請求項１〜６のいずれかひとつに記載した大気浄化防音壁。