JP2005531477A - 光触媒コーティングを有するセラミック成形物体およびそれを製造するための方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ここでその方法には以下の工程を含む:
(a)光触媒的に活性な酸化物セラミック粉末、無機安定化剤、および液相を混合して、懸濁液を得る工程、
(b)工程(a)において得られた懸濁液を酸化物セラミック支持材料に塗布して層を形成させる工程、および
(c)工程(b)において得られた層を硬化させて、光触媒的に活性な多孔質の酸化物セラミックコーティングを製造する工程。
この方法では、光触媒活性を求める操作は、GIT・レーバー・ファッハツアイトシュリフト(GIT Labor−Fachzeitschrift)12/99、1318〜1320ページに記載されている方法をベースにして実施するが、ここでは、メタノールを酸化させてホルムアルデヒドにしている。
光触媒活性を測定するためのこの方法には、溶液中のメチレンブルーの分解速度を求めることが含まれる。
ξ[%]=分解速度(mol/時間)/光子束[mol光子エネルギー/時間]
本発明による屋根タイルおよび比較のためのタイルの材料サンプルを取り、規定量の10mMステアリン酸メチル/n−ヘキサン溶液をそれに加えて、1mW/cm2のUV−Aブラックライトを用いて17時間照射した。
Claims (61)
- 水を噴霧や散水したときにセルフクリーニング性を示す表面を有する酸化物セラミック支持材料のセラミック成形物体であって、より詳しくは、屋根タイル、タイル、クリンカーレンガ、またはファサード壁面であり、前記成形物体が、多孔質酸化物セラミックコーティングを有し、前記コーティングが、光触媒的に活性であり、そしてその比表面積が約25m2/g〜約200m2/gの間、好ましくは約40m2/g〜約150m2/gの間の範囲であることを特徴とする、セラミック成形物体。
- 前記酸化物セラミック支持材料が毛細管構造を有し、前記多孔質な酸化物セラミックコーティングが、表面上、細孔の開口部の内部、および前記セラミック成形物体の内部の表面に近い毛細管構造の自由面に塗布されていることを特徴とする、請求項1に記載のセラミック成形物体。
- 前記細孔の開口部が、粒子間性および/または粒子内性のものであることを特徴とする、請求項1に記載のセラミック成形物体。
- 前記セラミック成形物体の自由通気断面が、前記多孔質な酸化物セラミックコーティングを塗布することによって、コーティングしていないセラミック成形物体の自由通気断面を基準にして、10%未満、好ましくは5%未満減少していることを特徴とする、請求項1から3の1項に記載のセラミック成形物体。
- 前記多孔質な酸化物セラミックコーティングが、前記セラミック成形物体において、前記セラミック成形物体の表面から垂直な方向に測定して、深さ1mmまで、好ましくは深さ2mmまで塗布されていることを特徴とする、請求項1から4までの1項に記載のセラミック成形物体。
- 前記コーティングが、約40m2/g〜約100m2/gの間の範囲の比表面積を有することを特徴とする、先行する請求項の1項に記載のセラミック成形物体。
- 前記コーティングの層の平均の厚みが、約50nm〜約50μmの間、好ましくは約100nm〜約1μmの間の範囲であることを特徴とする、先行する請求項の1項に記載のセラミック成形物体。
- 前記酸化物セラミック支持材料と前記光触媒的に活性で多孔質な酸化物セラミックコーティングとの間に配されるのが、凸部を有する少なくとも1つの層であるか、前記酸化物セラミック支持材料が凸部を有するか、および/または前記光触媒的に活性で多孔質な酸化物セラミックコーティングが凸部を有する層の形態であることを特徴とする、先行する請求項の1項に記載のセラミック成形物体。
- 前記凸部が、前記酸化物セラミック支持材料に固定された粒子状物質により形成されることを特徴とする、請求項8に記載のセラミック成形物体。
- 前記粒子状物質が、好ましくは砕石、耐火粘土、粘土、鉱物質、セラミック粉末たとえばSiC、ガラス、ガラスシャモット、およびそれらの混合物からなる群より選択される耐熱性の粉砕物質であることを特徴とする、請求項9に記載のセラミック成形物体。
- 前記粒子および/または前記凸部の大きさが、1500nmまで、好ましくは約5nm〜約700nmの間、さらに好ましくは約5nmから約25〜50nmまでの間の範囲であることを特徴とする、請求項9または請求項10に記載のセラミック成形物体。
- 前記光触媒的に活性で多孔質な酸化物セラミックコーティングが、TiO2、Al2O3、SiO2、Ce2O3、およびそれらの混合物からなる群より選択される光触媒的に活性な酸化物セラミック材料を含むことを特徴とする、先行する請求項の1項に記載のセラミック成形物体。
- 前記成形物体の前記酸化物セラミック支持材料が、TiO2、Al2O3、SiO2、Ce2O3、およびそれらの混合物からなる群より選択される光触媒的に活性な酸化物セラミック材料を含むことを特徴とする、先行する請求項の1項に記載のセラミック成形物体。
- 前記光触媒的に活性な酸化物セラミック材料が、約5nm〜約100nmの間、好ましくは約10nm〜約50nmの間の範囲の平均粒径を有することを特徴とする、請求項12または請求項13に記載のセラミック成形物体。
- 前記光触媒的に活性で多孔質な酸化物セラミックコーティング中および/または前記酸化物セラミック支持材料中に含まれる前記TiO2に、アナターゼ構造が、TiO2の全量を基準にして、少なくとも一部、好ましくは少なくとも40重量%の割合で存在することを特徴とする、請求項12から14までの1項に記載のセラミック成形物体。
- 前記光触媒的に活性で多孔質な酸化物セラミックコーティング中および/または前記酸化物セラミック支持材料中に含まれる前記TiO2に、アナターゼ構造が、TiO2の全量を基準にして、少なくとも70重量%の割合で存在することを特徴とする、請求項15に記載のセラミック成形物体。
- 前記TiO2が、約70〜100重量%の間のアナターゼと、約30〜0重量%の間のルチルとの混合物として存在することを特徴とする、請求項14から16までの1項に記載のセラミック成形物体。
- 前記TiO2が、アナターゼ構造が約100重量%の割合で存在することを特徴とする、請求項14から16までの1項に記載のセラミック成形物体。
- 疎水性のポストコーティングをしていない前記多孔質な酸化物セラミックコーティング上の10μLの水滴の、1mW/cm2のUV−Aブラックライトを用いた照射を15時間した後での接触角が、6度〜7度未満、好ましくは5度未満、さらに好ましくは4度未満であることを特徴とする、請求項1から18までの1項に記載のセラミック成形物体。
- 疎水性のポストコーティングをしていない前記多孔質な酸化物セラミックコーティング上の10μLの水滴の、1mW/cm2のUV−Aブラックライトを用いた照射を15時間行い、そして30日間暗所に保存した後での接触角が、20度未満、好ましくは18度未満、さらに好ましくは14度未満であることを特徴とする、請求項1から19までの1項に記載のセラミック成形物体。
- 疎水性のポストコーティングをしていない前記多孔質な酸化物セラミックコーティング上の10μLの水滴の、1mW/cm2のUV−Aブラックライトを用いた照射を15時間行い、そして30日間暗所に保存し、そして好ましくは1mW/cm2のUV−Aブラックライトを用いた再度の照射を3時間行った後での接触角が、8度未満、好ましくは7度未満であることを特徴とする、請求項1から20までの1項に記載のセラミック成形物体。
- 前記コーティングが超疎水性表面を有することを特徴とする、先行する請求項の1項に記載のセラミック成形物体。
- 前記超疎水性表面を、官能基を有する直鎖または分岐鎖の芳香族および/または脂肪族炭化水素残基を有する1種または複数の化合物を使用することにより具備し、前記官能基が、アミン、チオール、カルボキシル基、アルコール、ジスルフィド、アルデヒド、スルホネート、エステル、エーテルまたはそれらの混合物から選択されることを特徴とする、請求項22に記載の粗面セラミック成形物体。
- 前記超疎水性表面が、シリコーンオイル、アミンオイル、シリコーン樹脂たとえばアルキルポリシロキサン、アルコキシシロキサン、アルカリ金属シリコネート、アルカリ土類シリコネート、シラン−シロキサン混合物、アミノ酸、およびそれらの混合物からなる群より選択される化合物を使用することにより形成されることを特徴とする、請求項23に記載のセラミック成形物体。
- 前記コーティングの前記超疎水性表面が、オルモセレン、ポリシロキサン、アルキルシラン、および/またはフルオロシランを、好ましくはSiO2と組み合わせて使用することにより形成されることを特徴とする、請求項22に記載のセラミック成形物体。
- 前記超疎水性表面が、アルカリ金属シリコネートの水溶液を使用することにより塗布され、アルカリ金属が、リチウム、ナトリウム、カリウムおよびそれらの混合物からなる群より選択されることを特徴とする、請求項22に記載のセラミック成形物体。
- 前記超疎水性表面が、水に対して少なくとも140度の接触角またはエッジ角を有することを特徴とする、請求項22から26までの1項に記載のセラミック成形物体。
- 前記超疎水性表面が、水に対して少なくとも150度、好ましくは少なくとも160度、さらに好ましくは少なくとも170度の接触角またはエッジ角を有することを特徴とする、請求項22から27までの1項に記載のセラミック成形物体。
- 前記アルカリ金属シリコネートの水溶液が、1:100〜1:600(重量/重量)の間の希釈比、好ましくは1:250〜1:350(重量/重量)の間の希釈比を有することを特徴とする、請求項26に記載のセラミック成形物体。
- 前記コーティングの前記超疎水性表面が凸部を有することを特徴とする、請求項22から29までの1項に記載のセラミック成形物体。
- 前記超疎水性表面の前記凸部が、粒子状物質を使用して形成されていることを特徴とする、請求項30に記載のセラミック成形物体。
- 前記超疎水性表面が、粒子、たとえばSiO2と、疎水化剤、たとえばフルオロシランとの混合物を使用することにより塗布されることを特徴とする、請求項22に記載のセラミック成形物体。
- 前記多孔質な酸化物セラミックコーティングの場合において、光触媒的に誘導されるメチレンブルーの分解から計算される光子効率が、少なくとも0.015%、好ましくは少なくとも0.02%、さらに好ましくは少なくとも0.03%、なおさらに好ましくは少なくとも0.04%であることを特徴とする、請求項1から32までの1項に記載のセラミック成形物体。
- 粗面セラミック成形物体、好ましくは毛細管構造を有し、そして水を噴霧や散水したときにセルフクリーニング性を示す表面を有する、酸化物セラミック支持材料を製造するための方法であって、前記成形物体が、約25m2/g〜約200m2/gの間、好ましくは約40m2/g〜約150m2/gの間の範囲の比表面積を有する、光触媒的に活性で多孔質な酸化物セラミックコーティングを有し、前記多孔質酸化物セラミックコーティングが、表面上、細孔の開口部内、および前記粗面セラミック成形物体の内部の表面の近くの毛細管構造の自由面に配されており、
前記方法には以下の:
(a)光触媒的に活性な酸化物セラミック粉末、無機安定化剤、および液相を混合して、懸濁液を得る工程、
(b)工程(a)において得られた前記懸濁液を前記酸化物セラミック支持材料に塗布して層を形成させる工程、および
(c)工程(b)において得られた前記層を硬化させて、光触媒的に活性な多孔質の酸化物セラミックコーティングを製造する工程、を含む方法。 - 凸部を有する少なくとも1つの層を、先行する工程において前記酸化物セラミック支持材料に塗布し、そして、工程(a)において製造された前記懸濁液を、凸部を有する層を備えた前記酸化物セラミック支持材料に塗布し、次いで工程(c)において硬化させることを特徴とする、請求項34に記載の方法。
- 追加として粒子状物質を工程(a)において添加することを特徴とする、請求項34または請求項35に記載の方法。
- 前記酸化物セラミック支持材料の上に粒子状物質を固定することにより前記凸部が形成されることを特徴とする、請求項35または請求項36に記載の方法。
- 前記粒子状物質が、好ましくは砕石、耐火粘土、粘土、鉱物質、セラミック粉末たとえばSiC、ガラス、ガラスシャモット、およびそれらの混合物からなる群より選択される耐熱性の粉砕物質であることを特徴とする、請求項36または請求項37に記載の方法。
- 前記粒子状物質の平均粒径が、約1500nmまで、好ましくは約5nm〜700nmの間、さらに好ましくは約5nmから約25〜50nmまでの間の範囲にあることを特徴とする、請求項36から38までの1項に記載の方法。
- 工程(a)において使用する前記無機安定化剤が、前記懸濁液中の光触媒的に活性な酸化物セラミック粉末粒子を安定化させ、それにより、前記光触媒的に活性な酸化物セラミック粉末粒子が沈降したりおよび/または集塊を起こしたりするようなことがないことを特徴とする、請求項34から39までの1項に記載の方法。
- SiO2、SnO2、γ−Al2O3、ZrO2またはそれらの混合物を前記無機安定化剤として使用することを特徴とする、請求項40に記載の方法。
- 工程(a)において、接着剤、好ましくはポリシロキサンを前記懸濁液に添加することを特徴とする、請求項34から41までの1項に記載の方法。
- 工程(a)において、水または水性もしくは含水媒体を液相として使用することを特徴とする、請求項34から42までの1項に記載の方法。
- 前記触媒活性を有するコーティングと前記酸化物セラミック支持材料との間の接着性を、工程(c)において製造された前記光触媒的に活性で多孔質な酸化物セラミックコーティングに、レーザー光またはNIR光またはUV光を照射する方法により改良することを特徴とする、請求項34から43までの1項に記載の方法。
- 工程(a)において使用される前記光触媒的に活性な酸化物セラミック粉末が、TiO2、Al2O3、SiO2、Ce2O3、およびそれらの混合物からなる群より選択される材料を含むことを特徴とする、請求項34から44までの1項に記載の方法。
- 前記成形物体の前記酸化物セラミック支持材料に含まれるのが、TiO2、Al2O3、SiO2、Ce2O3、およびそれらの混合物からなる群より選択される光触媒的に活性な酸化物セラミック材料であることを特徴とする、請求項34から45までの1項に記載の方法。
- 工程(a)において使用される前記光触媒的に活性な酸化物セラミック粉末が、約5nm〜約100nmの間、好ましくは約10nm〜約50nmの間の範囲の粒子を含むことを特徴とする、請求項34から46までの1項に記載の方法。
- 前記光触媒的に活性な酸化物セラミック粉末中および/または前記酸化物セラミック支持材料中に含まれる前記TiO2に、アナターゼ構造が、TiO2の全量を基準にして、少なくとも一部、好ましくは少なくとも40重量%の割合で存在することを特徴とする、請求項45から47までの1項に記載の方法。
- 前記光触媒的に活性な酸化物セラミック粉末中および/または前記酸化物セラミック支持材料中に含まれる前記TiO2に、アナターゼ構造が、TiO2の全量を基準にして、少なくとも70%〜100重量%の間の割合で存在することを特徴とする、請求項45から48までの1項に記載の方法。
- 前記光触媒的に活性な酸化物セラミック粉末中および/または前記酸化物セラミック支持材料中に含まれる前記TiO2が、約70〜100重量%の間のアナターゼと、約30〜0重量%の間のルチルとの混合物として存在することを特徴とする、請求項45から49までの1項に記載の方法。
- 前記光触媒的に活性な酸化物セラミック粉末中および/または前記酸化物セラミック支持材料中に含まれる前記TiO2に、アナターゼ構造が、TiO2の全量を基準にして、約100重量%の割合で存在することを特徴とする、請求項45から50までの1項に記載の方法。
- 工程(b)において形成された前記層を、工程(c)において、300℃までの温度で乾燥させるか、および/または300℃を超え約1100℃までの温度でか焼させることにより、硬化させることを特徴とする、請求項34から51までの1項に記載の方法。
- 工程(c)におけるか焼操作の前に、前記液相を蒸発させることにより、工程(b)において形成された前記層を少なくとも部分的に予備乾燥させることを特徴とする、請求項52に記載の方法。
- 工程(c)において硬化させた前記コーティングを疎水化または超疎水化させて、疎水性表面を形成させることを特徴とする、請求項34から53までの1項に記載の方法。
- 工程(a)において追加として疎水化剤を添加し、工程(b)で製造された前記コーティングを工程(c)において300℃までの温度で乾燥させることにより硬化させることを特徴とする、請求項34から54までの1項に記載の方法。
- 無機−有機ハイブリッド分子、好ましくはポリシロキサン溶液またはアルカリ金属もしくはアルカリ土類シリコネート溶液を疎水化のために使用することを特徴とする、請求項54に記載の方法。
- 前記超疎水性表面を、官能基を有する直鎖または分岐鎖の芳香族および/または脂肪族炭化水素残基を有する1種または複数の化合物を使用することにより具備し、前記官能基が、アミン、チオール、カルボキシル基、アルコール、ジスルフィド、アルデヒド、スルホネート、エステル、エーテルまたはそれらの混合物から選択されることを特徴とする、請求項54に記載の方法。
- 前記超疎水性表面が、シリコーンオイル、アミンオイル、シリコーン樹脂たとえばアルキルポリシロキサン、アルコキシシロキサン、アルカリ金属シリコネート、アルカリ土類シリコネート、シラン−シロキサン混合物、アミノ酸、およびそれらの混合物からなる群より選択される化合物を使用することにより形成されることを特徴とする、請求項57に記載の方法。
- 前記コーティングの前記超疎水性表面が、オルモセレン、ポリシロキサン、アルキルシラン、および/またはフルオロシランを、好ましくはSiO2との混合物で使用することにより形成されることを特徴とする、請求項54に記載の方法。
- 前記疎水化操作において、粒子状物質を添加して凸部を有する超疎水性表面を形成させることを特徴とする、請求項54から59までの1項に記載の方法。
- 前記粗面セラミック成形物体が、屋根タイル、タイル、クリンカーレンガまたはファサード壁面であることを特徴とする、請求項34から60までの1項に記載の方法。
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