JP2004358379A - Photocatalytic sheet - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光触媒シートに関するものである。特に高い触媒特性を有する光触媒シートに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
現在、空気中のNOxやSOx、ホルムアルデヒドなどの有害物質除去や、アセトアルデヒド、アンモニア、硫化水素などの悪臭の吸着、分解、または水中に融解した汚染物質であるテトラクロロエチレンやトリクロロエチレンなどの揮発性有機塩素化合物を分解、除去、そして抗菌、防汚など様々な分野で光触媒材料が注目されている。
【0003】
光触媒は、金属酸化物からなる粉体や薄膜などが知られている。このような金属酸化物としては、TiO2、SrTiO3、ZrO2、ZnO、ZnS、NbO2、Nb2O5、NiO、Ni−K4Nb6O17、WO3、WSe2、SnO2、Fe2O3、SiO、Cu2O、KTaO3,CdS、CdSe、CdTe、GaP,MoSe2,などが挙げられる。
中でも、TiO2(酸化チタン)が有効に活用されている。
【0004】
薄膜型の光触媒の場合、粉末を含む溶液を塗布する方法、金属アルコキシド溶液を塗布、加熱する方法などの湿式法や、蒸着法(特許文献1参照)、スパッタリング法などの気相法を用いて成膜することができる。
湿式法を用いる場合、焼成過程が必要となる。この時、用いる物質等により異なるが、おおよそ数百℃〜千数百℃の高温処理しなければならない。また、通常湿式法では、バインダーを用い、しばしば焼成後にも残存バインダーが着色などの原因となる場合がある。
また、気相法を用いて成膜した場合、上記のような問題はないものの、多孔性において充分ではなく、光触媒として用いる場合、高い触媒反応効率を得ることが困難であった。
【0005】
【特許文献1】
特開平8−266910号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、十分な多孔性を有し、触媒反応効率に優れる光触媒シートを提供することを目的とする。さらには、透明性を有し、低温で製造でき、プラスチックフィルムなどにも適用できる光触媒シートを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、少なくとも基材上に、溝構造を有し、ひび割れ状の形状である金属酸化物層を設けてなることを特徴とする光触媒シートである。
【0008】
請求項2記載の発明は、前記金属酸化物層の溝構造における溝幅が1μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の光触媒シートである。
【0009】
請求項3記載の発明は、前記金属酸化物層の溝により隔てられていない直線連続部分が、5μm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の光触媒シートである。
【0010】
請求項4記載の発明は、前記金属酸化物層の溝部以外の部分が占める割合が、面積比で75%以上90%以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光触媒シートである。
【0011】
請求項5記載の発明は、前記基材と前記金属酸化物層の間に保護層が形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の光触媒シートである。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図3、4に本発明における光触媒の層構成図の一例を示す。
【0013】
本発明では、基材上に金属酸化物層を設けることにより、光触媒とすることができる。
本発明で用いることができる基材1としては、公知の材料を用いることができる。例えばポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、トリアセチルセルロース、ポリイミド等のプラスチックフィルム、あるいはガラス、木板、石板など様々な基材を用いることができる。また、透明であれば、本発明の光触媒シートを他のシートや成形品上に適用する際、他のシートや成形品の装飾性を損なうことがなくなるため好ましい。また、プラスチックフィルムであれば、可撓性を有し、適用範囲も広がるため好ましい。
【0014】
このような基材は、必要に応じて表面がコロナ処理、プラズマ処理、薬品処理、ワックスや樹脂などの塗布処理などによって改質されたものであってもよい。
【0015】
本発明における保護層2としては、酸化珪素、あるいは酸化アルミニウムを用いることができるが、それ以外にも、鉄、コバルト、ジルコニウム、あるいはその他の金属酸化物や金属酸窒化物、金属窒化物、金属フッ化物などを用いることができる。また、シリコーン樹脂や含フッ素有機化合物などの高分子化合物を用いることができるが、金属酸化物層の光触媒作用に耐えうるものである必要がある。
【0016】
保護層2の形成方法としては、金属アルコキシドや金属塩化物などを加水分解したものをマイクログラビアコーティング、ディップコーティング、スクリーンコーティングなどで塗工するウエット成膜プロセスや、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、プラズマCVD法等のドライ成膜プロセスによることができるが、いかなる成膜方法であっても構わない。このような無機化合物層の膜厚は数nmから500nmの範囲内であることが望ましいが、5nm以下では島状になって連続膜にならない場合があり、300nmを超えると膜自信の内部応力により、膜にクラックが生じる可能性があるため、5nm〜300nmであることがより好ましい。
【0017】
本発明における金属酸化物層3としては、n型あるいはp型半導体の性質を示す金属酸化物を用いることができる。具体的には亜鉛、ニオブ、錫、チタン、バナジウム、インジウム、タングステン、タンタル、ジルコニウム、モリブデン、マンガン、鉄、銅、ニッケル、イリジウム、ロジウム、クロム、ルテニウムの酸化物があげられる。また、SrTiO3、CaTiO3、BaTiO3、MgTiO3、SrNb2O6のようなペロブスカイト、あるいはこれらの複合酸化物または酸化物混合物なども使用することができる。
また、金属酸化物上に白金、パラジウム、クロム、ルテニウムなどの金属、あるいはそれらの酸化物が担持されていてもよい。
さらには、金属酸化物層自体が多孔質であってもよい。
【0018】
本発明の金属酸化物層3は、図1、図2に示したような溝構造を有し、ひび割れ状の形状であることを特徴とする。このようなランダムな溝構造とすることにより、入射した光の散乱特性が向上し好ましいものとなる。
溝幅は特に制限するものではないが、表面積、光透過性、光散乱性の最適化を考慮すると、1μm以下であることが好ましい。
また、膜厚は特に制限するものではないが、光透過性等の最適化を考慮すると、膜厚10μm以下、より好ましくは5μm以下であることが好ましい。
また、比表面積は特に制限するものではないが、触媒反応効率、光散乱性等の最適化を考慮すると、50m2/g以上、さらには100m2/g以上であることが好ましい。
【0019】
本発明の金属酸化物層3は溝構造を有し、ひび割れ状の形状であることを特徴としており、具体的には図2に示すように、半島または島状の金属酸化物層6が溝5により隔てられている。本発明では、金属酸化物層3の溝5により隔てられていない直線連続部分4が、5μm以下であることが好ましい。これより大きくなると、金属酸化物層の溝により隔てられている半島あるいは島状の部分が大きくなり、比表面積が前記した最適範囲からはずれてしまう。
また、金属酸化物層における溝以外の半島あるいは島状の部分などの占める割合が面積比で90%以下、さらには85%以下であり、かつ75%以上であることが好ましい。なお、この時の面積比とは、金属酸化物層を真上から見た場合の面積比である。
【0020】
また、前記溝は、金属酸化物層3の法線に対して斜めに形成されていても構わない。また、溝の深さには特に制限はなく、一定でも良いしそうでなくても良い。
【0021】
金属酸化物層3の形成方法は、公知の成膜技術により形成することができる。例えば、金属酸化物の成膜には、形成したい金属酸化物に対応する金属、金属酸化物、金属亜酸化物などを蒸着源として、電子ビームやプラズマ銃による加熱を用いた蒸着法、あるいは酸素ガスを導入しながら蒸着を行う反応性蒸着法を用いることができる。
【0022】
また、溝構造を有し、ひび割れ状の形状である金属酸化物層とするためには、成膜圧力は用いる蒸着源の種類によって異なるが、1×10−2Pa〜1Paの範囲で行うことが好ましい。成膜の際に、任意のガスを用いたプラズマやイオン銃、ラジカル銃などでアシストを行ってもよい。また目的の金属酸化物によっては、スパッタリング法、イオンプレーティング、CVDなどの真空成膜法を用いてもよい。
【0023】
また、斜め方向に蒸着することが好ましい。具体的に基材を蒸着源に対して斜めに傾けて配置し、成膜することができる。
好ましくは基材の法線と蒸着材料が付着してくる方向の角度が45°以上、さらには60°以上である(図5)。
【0024】
また、本発明では、基材としてプラスチックフィルムを用いた場合には、ロールトゥロール方式で成膜することができる。それにより、高い生産性を得ることができる。
【0025】
以上で得られた金属酸化物層3は、プラズマ処理、コロナ処理、UV処理、薬品処理など、任意の方法で表面処理することができる。また、熱による焼成や圧縮機を用いた加圧処理、レーザアニーリニングなど、任意の手段を用いて後処理することもできる。
【0026】
本発明により得られた光触媒シートは、主に紫外域の光を照射することにより細菌、臭気性物質、有害物質を分解して抗菌、防汚、防臭、浄化などを行うことができる。また、光照射による表面の濡れ特性の変化等の特性を利用することもできる。さらには、水の光分解に利用して水素及び酸素の発生に用いることもできる。
【0027】
本発明の光触媒シートは、様々な用途への応用ができる。例えば、建築物の外壁や内壁、天井、床材、ドア材、窓材などの建装材料や、車などの窓材や、水の浄化などに適用してもかまわない。
【0028】
【実施例】
以下、本発明の光触媒シートを具体的に説明する。
【0029】
<実施例1>
図3の層構成の光触媒シート10を次のように作製した。まず基材1として、0.5mm厚のガラスを使用し、この上に金属酸化物層3として酸化チタンを形成した。酸化チタンは、酸素ガスを導入して酸化チタンを蒸発させる反応性真空蒸着法を用いて膜厚300nmで成膜した。この時の成膜圧力は1×10−1Paであった。さらに大気中、450℃で30分間焼成を行った。得られた多結晶酸化チタンのX線回折を行ったところアナターゼ型の多結晶であった。またBET多点法で測定した比表面積は46m2/gであった。
【0030】
以上で得られた光触媒シート10の光触媒性能評価を行った。光触媒シート10の50mm×50mm片を切り出し、1Lの容積をもったパイレックス(登録商標)製ガラスの容器中に設置した。この容器に100ppmのアセトアルデヒドと空気の混合物を加えた。そこでブラックライトを用いて5mW/cm2で30分間、光触媒シートに照射したところ、容器内部のアセトアルデヒド濃度は10ppm程度であった。
【0031】
<実施例2>
図4の層構成の光触媒シート20を次のように作製した。まず基材1として、100μm厚のPENを使用し、この上に保護層2として酸化アルミニウムを、酸素ガスを導入してアルミニウムを蒸発させる反応性真空蒸着法を用いて膜厚40nmで成膜した。続いて金属酸化物層3として酸化チタンを形成した。酸化チタンは、酸素ガスを導入しながら酸化チタンを蒸発させ、加えて酸素イオンビームを照射するイオンビームアシスト真空蒸着法を用いて膜厚300nmで成膜した。この時の成膜圧力は1×10−1Paであった。得られた多結晶酸化チタンのX線回折を行ったところアナターゼ型の多結晶であった。またBET多点法で測定した比表面積は64m2/gであった。
【0032】
以上で得られた光触媒シート20の光触媒性能評価を行った。光触媒シート20の50mm×50mm片を切り出し、1Lの容積をもったパイレックス(登録商標)製ガラスの容器中に設置した。この容器に100ppmのアセトアルデヒドと空気の混合物を加えた。そこでブラックライトを用いて5mW/cm2で30分間、光触媒シートに照射したところ、容器内部のアセトアルデヒド濃度は10ppm程度であった。
【0033】
【発明の効果】
本発明によれば、充分な多孔性を有し、高い触媒効率を有する光触媒シートとすることができる。また、プラスチックフィルムなどの透明性、可撓性基材上に形成できるため、適用範囲が広いものとなる。
【0034】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における金属酸化物層表面のSEM像の一例を示す画像図である。
【図2】本発明における金属酸化物層表面の一例を示す模式図である。
【図3】本発明における光触媒シートの一例を示す層構成図である。
【図4】本発明における光触媒シートの一例を示す層構成図である。
【図5】本発明における金属酸化物層の成膜方法を示す模式図である。
【符号の説明】
1 基材
2 保護層
3 金属酸化物層
4 金属酸化物層の溝により隔てられていない直線連続部分
5 溝
6 半島状または島状の金属酸化物層
7 入射角
8 蒸着材料
10 光触媒シート[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a photocatalyst sheet. Particularly, the present invention relates to a photocatalyst sheet having high catalytic properties.
[0002]
[Prior art]
Currently, NO x and SO x in the air, removing harmful substances or as formaldehyde, acetaldehyde, ammonia, volatile organic such as tetrachlorethylene and trichlorethylene a contaminant melted adsorption, decomposition, or water malodor, such as hydrogen sulfide Photocatalytic materials have attracted attention in various fields such as decomposing and removing chlorine compounds, and antibacterial and antifouling.
[0003]
As the photocatalyst, a powder or a thin film made of a metal oxide is known. Examples of
Among them, TiO 2 (titanium oxide) is effectively used.
[0004]
In the case of a thin-film photocatalyst, a wet method such as a method of applying a solution containing a powder, a method of applying and heating a metal alkoxide solution, or a vapor phase method such as a vapor deposition method (see Patent Document 1) and a sputtering method are used. A film can be formed.
When using a wet method, a firing step is required. At this time, it is necessary to perform high-temperature treatment at about several hundred degrees Celsius to 1,000 and several hundred degrees Celsius although it varies depending on the substance used. Further, in the usual wet method, a binder is used, and the residual binder often causes coloring or the like even after firing.
Further, when the film is formed by a gas phase method, although the above-mentioned problem does not occur, the porosity is not sufficient, and when it is used as a photocatalyst, it is difficult to obtain a high catalytic reaction efficiency.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-8-266910 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a photocatalyst sheet having sufficient porosity and having excellent catalytic reaction efficiency. Still another object is to provide a photocatalyst sheet which has transparency, can be manufactured at a low temperature, and can be applied to a plastic film and the like.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
[0008]
The invention according to
[0009]
A third aspect of the present invention is the photocatalyst sheet according to the first or second aspect, wherein a straight continuous portion of the metal oxide layer that is not separated by the groove is 5 μm or less.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, the ratio occupied by the portion other than the groove of the metal oxide layer is 75% or more and 90% or less in area ratio. It is a photocatalyst sheet.
[0011]
The invention according to claim 5 is the photocatalyst sheet according to any one of
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
3 and 4 show an example of a layer configuration diagram of the photocatalyst in the present invention.
[0013]
In the present invention, a photocatalyst can be obtained by providing a metal oxide layer on a substrate.
As the
[0014]
Such a substrate may be one whose surface has been modified by corona treatment, plasma treatment, chemical treatment, coating treatment with wax or resin, or the like, if necessary.
[0015]
As the
[0016]
As a method for forming the
[0017]
As the
Further, a metal such as platinum, palladium, chromium, ruthenium, or an oxide thereof may be supported on the metal oxide.
Further, the metal oxide layer itself may be porous.
[0018]
The
The groove width is not particularly limited, but is preferably 1 μm or less in consideration of optimization of the surface area, light transmittance and light scattering.
The thickness is not particularly limited, but is preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less in consideration of optimization of light transmittance and the like.
Although the specific surface area is not particularly limited, it is preferably 50 m 2 / g or more, and more preferably 100 m 2 / g or more in consideration of optimization of catalytic reaction efficiency, light scattering property and the like.
[0019]
The
Further, the proportion of the metal oxide layer occupied by peninsulas or islands other than the grooves is 90% or less, more preferably 85% or less, and preferably 75% or more in terms of area ratio. The area ratio at this time is an area ratio when the metal oxide layer is viewed from directly above.
[0020]
Further, the groove may be formed obliquely with respect to a normal line of the
[0021]
The
[0022]
In addition, in order to form a metal oxide layer having a groove structure and a crack shape, the film formation pressure varies depending on the type of an evaporation source to be used, but the pressure is preferably in a range of 1 × 10 −2 Pa to 1 Pa. Is preferred. At the time of film formation, assist may be performed by plasma using an arbitrary gas, an ion gun, a radical gun, or the like. Depending on the target metal oxide, a vacuum deposition method such as sputtering, ion plating, or CVD may be used.
[0023]
Further, it is preferable to perform evaporation in an oblique direction. Specifically, the base material can be disposed obliquely with respect to the evaporation source to form a film.
Preferably, the angle between the normal of the base material and the direction in which the deposition material adheres is 45 ° or more, and more preferably 60 ° or more (FIG. 5).
[0024]
Further, in the present invention, when a plastic film is used as the base material, the film can be formed by a roll-to-roll method. Thereby, high productivity can be obtained.
[0025]
The
[0026]
The photocatalyst sheet obtained by the present invention can decompose bacteria, odorous substances, and harmful substances by mainly irradiating ultraviolet light to perform antibacterial, antifouling, deodorant, and purification. In addition, characteristics such as a change in surface wettability due to light irradiation can also be used. Furthermore, it can also be used for generating hydrogen and oxygen by utilizing photolysis of water.
[0027]
The photocatalyst sheet of the present invention can be applied to various uses. For example, the present invention may be applied to building materials such as an outer wall and an inner wall, a ceiling, a floor material, a door material, and a window material of a building, a window material of a car, and water purification.
[0028]
【Example】
Hereinafter, the photocatalyst sheet of the present invention will be specifically described.
[0029]
<Example 1>
The
[0030]
The photocatalytic performance of the
[0031]
<Example 2>
The photocatalyst sheet 20 having the layer configuration shown in FIG. 4 was produced as follows. First, PEN having a thickness of 100 μm was used as the
[0032]
The photocatalytic performance of the photocatalyst sheet 20 obtained as described above was evaluated. A 50 mm × 50 mm piece of the photocatalyst sheet 20 was cut out and placed in a Pyrex (registered trademark) glass container having a volume of 1 L. 100 ppm of a mixture of acetaldehyde and air was added to the container. When the photocatalyst sheet was irradiated with black light at 5 mW / cm 2 for 30 minutes, the acetaldehyde concentration inside the container was about 10 ppm.
[0033]
【The invention's effect】
According to the present invention, a photocatalyst sheet having sufficient porosity and having high catalytic efficiency can be obtained. Further, since it can be formed on a transparent or flexible substrate such as a plastic film, the applicable range is wide.
[0034]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an image diagram showing an example of an SEM image of a metal oxide layer surface according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing an example of a metal oxide layer surface according to the present invention.
FIG. 3 is a layer configuration diagram illustrating an example of a photocatalyst sheet according to the present invention.
FIG. 4 is a layer configuration diagram showing an example of a photocatalyst sheet in the present invention.
FIG. 5 is a schematic view illustrating a method for forming a metal oxide layer according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003160617A JP2004358379A (en) | 2003-06-05 | 2003-06-05 | Photocatalytic sheet |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003160617A JP2004358379A (en) | 2003-06-05 | 2003-06-05 | Photocatalytic sheet |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004358379A true JP2004358379A (en) | 2004-12-24 |
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ID=34053348
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003160617A Pending JP2004358379A (en) | 2003-06-05 | 2003-06-05 | Photocatalytic sheet |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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-
2003
- 2003-06-05 JP JP2003160617A patent/JP2004358379A/en active Pending
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