JP2006007156A - 機能性コーティング膜およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、アセトアルデヒドなどの悪臭物質を吸着および分解する性能に優れた機能性コーティング膜およびその製造方法を提供せんとするものである。
【解決手段】
本発明の機能性コーティング膜は、酸化チタン光触媒を吸着・担持してなる粒子径１〜３０μｍの活性炭が、バインダーを介して繊維布帛に固着されていることを特徴とするものである。かかる機能性コーティング膜の製造方法は、１５〜１００ｎｍの粒子径を有する酸化チタン光触媒を水に１０〜３０重量部の範囲で分散してなるゾル中に、粒子径１〜３０μｍの活性炭を混合して、活性炭に対し、固形分で酸化チタン光触媒を４〜２０重量％吸着・担持させた後、次いでバインダーを添加・混合してコーティング液を調整し、このコーティング液を、固形分付着量として、５〜７０ｇ／ｍ² の範囲内となるように塗布することを特徴とするものである。
【選択図】なし

Description

本発明は、アセトアルデヒド等の気体に対して優れた消臭性能を持つ機能性コーティング膜に関するものである。この発明によって加工されたコーティング膜は、雰囲気中の悪臭物質に対する消臭効果を発揮するだけでなく、水に溶けた有機化合物に対しても除去効果を有する。

従来、悪臭成分を低減する方法としては、活性炭、アルミナ、ゼオライト等の多孔質吸着剤による物理吸着、化学薬品を用いた中和法、あるいはオゾンによる酸化分解法、活性汚泥による分解法が知られている。しかしながら、多孔質吸着剤による物理吸着法や化学薬品による中和法では、それらの寿命が比較的短く、吸着量が飽和に達すると部材を交換する必要がある。また、オゾンの場合には、有毒でコストがかかるという欠点がある。活性汚泥の場合には、処理能力が低く、かつ汚泥臭の発散がさけられない。

一方で、二酸化チタンの光触媒反応は１９７２年、本田・藤島効果として発表されて以来、光照射下での二酸化チタンによる水の分解、また有機物水溶液の分解などの研究が行われ、現在ではタイル上やガラス上に二酸化チタンの微粒子を薄膜上にコーティングすることで環境汚染物質や細菌などの分解が実用化されつつある。しかし、光触媒単体では、太陽光中に光触媒を励起させる波長の光が数％しか含まれておらず、それらを分解するために数時間〜数ヶ月の時間を要するなどの問題があった。

これらの課題を解決する方法として、酸化チタンなどの光触媒を各種母材に担持させ、有機化合物を吸着させた後、その光触媒反応を利用して悪臭物質を分解する方法が種々提案されている。上記方法として、ポリエチレングリコールまたは、ポリエチレンオキサイドを添加したチタニアゾルを多孔体の表面にコーティングした多孔質光触媒（特許文献１参照）、粒状活性炭に酸化チタンからなる光触媒を担持した粒状活性炭（特許文献２参照）があげられる。しかしながら、これらの公報は、光触媒の調製法が煩雑で、時間がかかるため生産性の高い方法とは言えない。また、酸化チタンからなる光触媒を繊維上に担持させた有害物質除去材（特許文献３参照）、酸化チタンを活性炭繊維に固着させた機能性活性炭素繊維構造体（特許文献４参照）があげられる。しかし、これらの問題点として、光触媒を表面にシリカなどの無機物でコーティングしたことによる、光触媒能の低下や、活性炭の量に対し、光触媒の付着量が少ないことによる、吸着物分解能の低下などが考えられる。すなわち、生産性に優れ、効率的に有害物質を吸着・分解できる技術はいまだ確立されていないのが現状である。
特許第２７７５３９９号公報 特開平９−７５４３４号公報 特開平９−２８７７６号公報 特開平１４−１２９４６８号公報

本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、アセトアルデヒドなどの悪臭物質を吸着および分解する性能に優れた機能性コーティング膜およびその製造方法を提供せんとするものである。

本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、本発明の機能性コーティング膜は、酸化チタン光触媒を吸着・担持してなる粒子径１〜３０μｍの活性炭が、バインダーを介して繊維布帛に固着されていることを特徴とするものである。

かかる機能性コーティング膜の製造方法は、１５〜１００ｎｍの粒子径を有する酸化チタン光触媒を水に１０〜３０重量部の範囲で分散してなるゾル中に、粒子径１〜３０μｍの活性炭を混合して、活性炭に対し、固形分で酸化チタン光触媒を４〜２０重量％吸着・担持させた後、次いでバインダーを添加・混合してコーティング液を調整し、このコーティング液を、固形分付着量として、５〜７０ｇ／ｍ² の範囲内となるように塗布することを特徴とするものである。

本発明によれば、アセトアルデヒドなどの悪臭物質を吸着および分解する性能に優れた機能性コーティング膜を容易に提供することができる。

本発明は、前記課題、つまりアセトアルデヒドなどの悪臭物質の吸着および分解する性能に優れた、機能性コーティング膜について鋭意検討し、高度に分散された光触媒のゾル中に活性炭を混合し、それをバインダーにより膜状に加工してみたところ、かかる課題を一挙に解決することができることを究明したものである。

本発明で用いられる酸化チタン光触媒としては、入手のし易さや酸化分解能の上からＳｒＴｉＯ₃、Ｋ₄ＮｂＯ１７を例示できるが、特に二酸化チタンが好ましく用いられる。かかる光触媒酸化チタンは、波長４００ｎｍ以下、好ましくは３００〜４００ｎｍの紫外線を含む光を照射することにより、酸化力を発生し、その粒子径が小さくなるほど表面積が増し、酸化力が強くなる性質を有するものである。かかる励起光源としては、紫外線ランプだけでなく、蛍光灯や太陽光も使用することができる。

かかる酸化チタン光触媒の粒子径は、１５〜１００ｎｍであるものが活性炭との吸着性がよくて好ましく用いられる。かかる粒子径が、１５ｎｍより小さくなると、活性炭に有害物質がもっとも良く吸着する細孔径と重なるため、酸化チタン光触媒の活性炭への吸着能が大幅に低下し、結果としてコーティング膜の悪臭物質吸着能が低下することになる。また、粒子径が、１００ｎｍよりも大きくなると、活性炭の細孔径の分布と比較して大きくなりすぎるため、やはり酸化チタン光触媒の活性炭への吸着能が大幅に低下し、コーティング膜の悪臭物質吸着能が低下することとなる。これらの観点から、さらに好ましくは、光触媒の粒子径が２０〜７０ｎｍであるものがよい。

かかる酸化チタン光触媒は、その製造方法に特に限定されることなく、本発明の光触媒として使用することができるが、それらの中でも、たとえば、硫酸法、塩素法等で製造されたものが好ましく用いられ、特に、酸化チタン光触媒の水分散体としては、硫酸法より製造されるものが、粒子径の細かいゾルを提供してくれるので、活性炭との吸着性がよく、好ましく用いられる。かかる酸化チタン光触媒にはその結晶構造の違いから、アナターゼ型とルチル型結晶型が存在する。その内ルチル型が安定構造であり、６００℃以上に加熱すると、アナターゼ型の結晶はすべてルチル型に転移し、冷却後もその結晶型は維持される。しかしアナターゼ型の結晶型を有する光触媒は、ルチル型の結晶型を有する光触媒よりも、バンドギャップが大きく光触媒活性がより高いことから好ましく用いられる。

かかる酸化チタン光触媒を活性炭に吸着ささせる際の形態としては、粉体、水分散体、酸、アルカリ溶液分散体等様々な形態のものが採用可能であるが、水分散体が、活性炭との混合性およびコーティング膜の性能の上から好ましく用いられる。

次に、本発明で用いられる活性炭の形状は、粉末状のものが好ましく用いられ、その粒径は１〜３０μｍの範囲内であることが重要である。１μｍより小さくなると、かかる粒子径にするための粉砕化にコストがかかってコストパフォーマンスが悪くなる。また、粒径が３０μｍより大きくなると、光触媒分散体との混合性が悪くなり、コーティング膜の悪臭物質吸着分解能が低下する。好ましくは、５〜１５μｍであるのものが酸化チタン光触媒の吸着能およびコーティング膜の悪臭物質吸着分解能に特に優れるのでよい。

かかる活性炭の細孔容積には特に限定されないが、十分な吸着性能を持たせるためには、０．３ｍｌ／ｇ以上であることが好ましい。かかる細孔の細孔半径は０．５〜１００ｎｍであるものが悪臭物質の吸着能に優れているので好ましく用いられる。

かかる活性炭は、酸化チタン光触媒は５〜１００ｎｍで高度に分散されてなるゾルの中に添加・混合されるが、それによって酸化チタン光触媒は、活性炭の持つ細孔の一部に入り込んで固着される。この固着された酸化チタン光触媒は、その後活性炭が吸着する有害物質を効率よく酸化分解するのである。

本発明で用いられる活性炭の原料としては、従来より活性炭原料として用いられているものであれば特に限定されない。原料としては、植物系の木材、のこくず、ヤシ殻、パルプ廃液、化石燃料より製造される石炭ピッチ、合成高分子、フェノール樹脂、プラスチック廃棄物、廃タイヤ等を用いることができる。これらの原料を炭化後、賦活し活性炭として用いるが、特に活性炭の製造方法は限定されない。

本発明の酸化チタン光触媒と活性炭およびバインダーからなるコーティング膜は、固形分換算で、光触媒を３．５〜６．５重量％、活性炭を３０〜４０重量％、バインダを５３．５〜６６．５重量％の範囲の組成を有する場合において、悪臭物質吸着性および有機化合物分解能に優れ、また、コーティング組成物においても、膜形成しやすい粘度に調製できるという利点を発揮するものである。

本発明に用いられるコーティング膜は、繊維布帛に固着して使用するのが、膜用途としての生産性が高く好ましい。かかるコーティング膜の付着量は、固形分に換算して、５〜７０ｇ／ｍ² の範囲にあることが、悪臭物質吸着・分解能、つまり消臭効果の面から好ましい。さらに好ましくは２０〜５０ｇ／ｍ²の範囲にあることが好ましい。かかるコーティング膜の付着量が５ｇ／ｍ² 未満であると悪臭に対する消臭効果が著しく低下する傾向になり、７０ｇ／ｍ² を超えるとコストパフォーマンスが悪くなる。

本発明で用いられるバインダーはシリコーン樹脂を用いることが紫外線によるバインダーの劣化を低減できることから好ましく用いられる。かかるシリコーン樹脂については、ジメチル系シリコーン樹脂、メチルビニル系シリコーン樹脂、メチルフェニル系シリコーン樹脂、フロロ系シリコーン樹脂が用いられる。

かかるシリコーン樹脂の中でも、分散剤を用いない無溶剤タイプのものが好ましく使用され、さらにコーティング液としての粘度が５〜２０Ｐａ・ｓ（５，０００〜２０，０００ｃＰ）の範囲内に調整することができるものが好ましく用いられる。かかる粘度についてはＪＩＳ Ｚ８８０３に基づきＢ型粘度系で測定したときの粘度をいう。５Ｐａ・ｓ（５，０００ｃＰ）未満であると粘度が低すぎてナイフコーティングに適さない。また、逆に２０Ｐａ・ｓ（２０，０００ｃＰ）より大きいと、低塗布量のコーティングができにくくなる。

かかるコーティング方法としては、かかるコーティング液での低塗布量化および生産性などの点から、ナイフコーティング法が好ましく用いられる。ナイフコーティング法には、ナイフオーバーロール法、ナイフオーバーベルト法、フローティングナイフ法があるが、低塗布量化の面からフローティングナイフ法が好ましく用いられる。

また、コーティングに用いるコーティングナイフについては、低塗布量化では、鋭角刃のコーティングナイフを用いることで達成することができ、かかるコーティングナイフの形状については、円弧ナイフやせき板ナイフなどが用いられるが、樹脂の低塗布量化の面から、せき板ナイフが好ましく採用される。

本発明に用いられる繊維布帛としては、特に制限はなく、織物、編物、不織布などが好ましく用いられるが、特に合成繊維布帛が好ましく用いられる。かかる、合成繊維布帛についても、特に制限されるものではなく、長繊維および短繊維布帛が用いられる。その種類としても特に制限されるものではなく、ポリエチレンテレフタレート系繊維、ポリアミド系繊維、アクリル系繊維、ポリオレフィン系繊維などを使用することができるが、コスト面からポリエチレンテレフタレート系繊維を用いた布帛を好ましく使用することができる。かかる繊維には、原糸、原綿の製造工程や加工工程で生産性あるいは特性改善のために通常使用されている各種添加剤を含んでもよい。たとえば熱安定剤、酸化防止剤、光安定剤、平滑剤、耐電防止剤、可塑剤、増粘剤、顔料、難燃剤などを含有せしめることができる。また、その繊維形状も通常の円形繊維のみでなく、異型断面繊維やケン縮繊維などの繊維も使用することができる。

次に、本発明のコーティング膜の製造方法について述べる。

まず、１５〜１００ｎｍの粒子径を有する酸化チタン光触媒を水に１０〜３０重量部の範囲で分散してなるゾル中に、粒子径１〜３０μｍの活性炭を混合して、活性炭に対し固形分で、酸化チタン光触媒を４〜２０重量％吸着・担持させた後、次いでバインダーを添加・混合してコーティング液を調整し、このコーティング液を、固形分付着量として、５〜７０ｇ／ｍ² の範囲となるように塗布することにより製造する。

ここで、酸化チタン光触媒は、最終的に、つまり、活性炭を混合する前の段階で、粒子径が１５〜１００ｎｍの範囲のゾル状の水分散液の形にあるものであればよい。使用する酸化チタン光触媒は硫酸法より得られたものがゾルとして優れた粒径および分散性の物であり、好ましく使用される。

かかる酸化チタン光触媒水分散体に、粒子径が１〜３０μｍの活性炭を添加し、スラリー状にした後、バインダー樹脂を添加し、よく撹拌することで、コーティング液が得られる。この時のコーティング液の粘度は、５〜２０Ｐａ・ｓ（５，０００〜２０，０００ｃＰ）の範囲内にあることが、コーティング性と生産性に優れており、効率よくコーティング膜を製造することができる。この時、活性炭に対する酸化チタン光触媒の吸着・担持量は、固形分として４〜２０重量％となるようにする。このコーティング液をナイフコーターにて、繊維布帛に、固形分付着量で、５〜７０ｇ／ｍ² の範囲にコーティングすることにより、悪臭物質吸着・分解能、つまり消臭性を持つ機能性コーティング膜を得ることができる。

次に実施例により、本発明をさらに詳しく説明する。なお、実施例中における各種評価は、下記の方法に従って行なった。

＜消臭性＞
サンプル２．０ｇを入れた５００ｍｌのポリエチレン製容器に初期濃度が４０ｐｐｍとなるようにアセトアルデヒドをを入れて密閉し、２０Ｗの紫外線ランプを照射した。３０分放置後、ガス検知管で残留アセトアルデヒド濃度を測定した。

この操作を繰り返し行うことで、消臭性能の持続性を確認した。

実施例１
二酸化チタン光触媒のゾル水分散体（石原産業（株）製ＳＴＳ−０１）を５０重量％（５０重量％中固形分１０重量％）中に、粒子径が１０〜２０μｍの粉末活性炭（クラレケミカル（株）製）、２５重量％を入れ、十分撹拌分散させた後、シリコーン樹脂（信越化学（株）製ＳＥ６７５１）２５重量％を加え十分に撹拌し、１０Ｐａ・ｓ（１０，０００ｃＰ）のコーティング液を調製した。

こうして得られたコーティング液をポリエチレンテレフタレート長繊維織物に、固形分換算で、３０ｇ／ｍ² になるようにコーティングし、１７０℃で５分間加熱乾燥して、本発明の機能性コーティング膜を得た。

実施例２
実施例１に対し、付着量による、布帛の悪臭物質吸着・分解能を確認するために、布帛に塗布するコーティング膜の固形分換算での付着量を６０ｇ／ｍ² になるようにコーティングし、その他は、実施例１と同様にして、機能性コーティング膜を得た。

その結果、アセトアルデヒドに対し、良好な消臭性を確認することができた。

比較例１
実施例１に対し、活性炭による吸着性を確認するため、光触媒に活性炭を加えずに布帛を作成し、アセトアルデヒドに対する消臭性を確認した。その結果、実施例１と比べ消臭性が大幅に劣っていることが確認された。

比較例２
実施例１に対し、活性炭粉末のみにより布帛の加工を行い、光触媒による分解性を確認した。その結果、初期のアセトアルデヒドに対する消臭性を確認するものの継続的な効果は確認できず、実施例１と比べ消臭性に劣る結果となった。

比較例３
実施例１で使用したポリエチレンテレフタレート長繊維織物を未加工布として、評価の際の比較対照とした。

以上の実施例と比較例を纏めたのが次の表１である。

上記表１から、実施例１および２は、光触媒粉末または活性炭のいずれかのみを混合しただけの比較例１、２と比べ、消臭性およびその持続性に優れていることがわかる。

Claims (10)

1. 酸化チタン光触媒を吸着・担持してなる粒子径１〜３０μｍの範囲内の活性炭が、バインダーを介して繊維布帛に固着されていることを特徴とする機能性コーティング膜。
2. 酸化チタン光触媒が、アナターゼ型結晶であることを特徴とする請求項１に記載の機能性コーティング膜。
3. 酸化チタン光触媒が、１５〜１００ｎｍの粒子径を有するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の機能性コーティング膜。
4. 酸化チタン光触媒が、活性炭に対し、固形分で４〜２０重量％の範囲内で吸着・担持されているもの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機能性コーティング膜。
5. 活性炭が、吸着細孔を有し、かつ、その細孔半径が０．５〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の機能性コーティング膜。
6. 酸化チタン光触媒を吸着・担持してなる活性炭が、繊維布帛表面に、固形分付着量として、５〜７０ｇ／ｍ² の範囲で固着されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の機能性コーティング膜。
7. バインダーが、シリコーン樹脂であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の機能性コーティング膜。
8. コーティング膜が、酸化チタン光触媒３．５〜６．５重量％、活性炭３０〜４０重量％およびバインダー５３．５〜６６．５重量％の各範囲内からなる組成を有するものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに機能性コーティング膜。
9. 機能性コーティング膜が、水中の悪臭物質を除去する用途に用いられるものである請求項１〜８のいずれかに記載の機能性コーティング膜。
10. １５〜１００ｎｍの粒子径を有する酸化チタン光触媒を水に１０〜３０重量部の範囲で分散してなるゾル中に、粒子径１〜３０μｍの活性炭を混合して、活性炭に対し固形分で、酸化チタン光触媒を４〜２０重量％吸着・担持させた後、次いでバインダーを添加・混合してコーティング液を調整し、このコーティング液を、固形分付着量として、５〜７０ｇ／ｍ²の範囲内となるように塗布することを特徴とする機能性コーティング膜の製造方法。