JP2006089380A - 抗菌・消臭性酸化チタンコロイド溶液の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 (1)抗菌・消臭性金属成分含有水溶液とチタン塩水溶液とを混合した水溶液にアルカリを添加して含水酸化物を生成し、(2)得られた含水酸化物を洗浄し、(3)洗浄した含水酸化物を水に懸濁し、(4)該懸濁液にシリカコロイド溶液および/または珪酸液を加えて混合し、(5)さらにアルカリを加えて該懸濁液のpHを7〜13の範囲に調整し、(6)次いで、pH調整した懸濁液をオートクレーブで温度110〜250℃の範囲で加熱処理して、抗菌・消臭性酸化チタン微粒子が分散したコロイド溶液を得る。
【選択図】 なし
Description
本発明の第3は、前記抗菌・消臭性酸化チタン微粒子がアナターゼ型酸化チタンであることを特徴とする請求項1または2記載の抗菌・消臭性酸化チタンコロイド溶液の製造方法に関する。
本発明の第4は、前記抗菌・消臭性酸化チタン微粒子が、結晶子径100Å以上であるアナターゼ型酸化チタンであることを特徴とする請求項1、2または3記載の抗菌・消臭性酸化チタンコロイド溶液の製造方法に関する。
工程(1)
本発明における抗菌・消臭性金属成分としては、一般に抗菌作用および/または消臭作用を有する金属成分が使用可能であり、具体的には、銀、銅、亜鉛、カドミウム、水銀、錫、鉛、ビスマス、鉄、コバルト、ニッケル、ロジウム、パラジウム、白金、マンガン、クロム、モリブデン、タングステン、バナジウム、ジルコニウムなどの金属成分が例示される。特に、銀、銅、亜鉛、錫、ビスマス、鉄、コバルト、ニッケル、ロジウム、パラジウム、白金、マンガン、モリブデン、タングステン、バナジウム、ジルコニウムは、抗菌・消臭作用に優れているので好ましい。さらに好ましくは、銀、銅、亜鉛、白金、パラジウムから選択される1種以上の抗菌・消臭性金属成分は、抗菌・消臭作用、変色および人体に対する安全性などの観点から望ましい。
本発明において抗菌・消臭性金属成分含有水溶液としては、前記金属成分の硝酸塩、硫酸塩、塩酸塩など、水や酸性水溶液に溶解可能な化合物の水溶液が使用される。該水溶液の金属成分の濃度は、酸化物として0.1〜50重量%の範囲であることが望ましい。
本発明では、前述の抗菌・消臭性金属成分含有水溶液と前記チタン塩水溶液とを混合した水溶液を調製する。該抗菌・消臭性金属成分含有水溶液と該チタン塩水溶液の混合割合は、抗菌・消臭性金属成分の酸化物(MOX)/TiO2の重量比で0.1/100〜50/100の範囲にあることが好ましい。該MOX/TiO2の重量比が0.1/100より小さい場合には、抗菌・消臭性効果が小さくなることがあり、また、該MOX/TiO2の重量比が50/100より大きい場合には光触媒作用が弱くなることがある。該MOX/TiO2の重量比は、さらに好ましくは1/100〜20/100の範囲にあることが望ましい。
前記混合した水溶液を撹拌しながら、これにアンモニア水や水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリを添加して中和し、抗菌・消臭性金属とチタンの含水酸化物を生成する。アルカリの添加は、前記抗菌・消臭性金属成分含有水溶液と前記チタン塩水溶液とを混合した水溶液のpHが6.5〜7.5の範囲になるように調節するのが望ましい。
工程(1)で得られた含水酸化物は、通常の方法で洗浄して副生塩を除去する。含水酸化物の洗浄は、好ましくは含水酸化物中の副生塩の量が乾量基準で1重量%以下、さらに好ましくは0.1重量%以下にすることが望ましい。含水酸化物中の副生塩の量が1重量%より多い場合にはコロイド溶液が得られないことがある。
次いで、工程(2)で洗浄した含水酸化物を水に懸濁して懸濁液(スラリー)にする。該懸濁液の濃度は、酸化物として1〜20重量%の範囲に調整するのが望ましい。
次に、前記懸濁液にシリカコロイド溶液および/または珪酸液を加えて混合する。シリカコロイド溶液を使用する場合には、シリカコロイド粒子の平均粒子径が30nm以下、好ましくは15nm以下であることが望ましい。前記懸濁液に該シリカコロイド溶液および/または珪酸液を加えることにより、耐光性に優れた、高濃度の長期間にわたって安定な抗菌・消臭性酸化チタンコロイド溶液が得られる。また、添加するシリカコロイド溶液および/または珪酸液のシリカ(SiO2)量により、得られる抗菌・消臭性酸化チタンコロイド溶液の酸化チタンコロイド粒子の粒子径を制御することが可能である。該シリカの添加量が増すと該酸化チタンコロイド粒子の粒子径は小さくなり、添加量が少なくなると該酸化チタンコロイド粒子の粒子径は大きくなる。
本発明では、好ましくは前記シリカコロイド溶液および/または珪酸液のシリカ量は、SiO2/(MOX+TiO2)の重量比で0.5/100〜30/100の範囲、さらに好ましくは1/100〜20/100の範囲にあることが望ましい。
工程(4)の混合懸濁液に、さらにアルカリを加えて該懸濁液のpHを7〜13の範囲に調整する。該懸濁液のpHが7〜13の範囲を外れると抗菌・消臭性酸化チタン微粒子が分散したコロイド溶液の生成が起こらないことがある。該懸濁液のpHは好ましくは8〜12の範囲、さらに好ましくは8〜10の範囲である。
次いで、前記pH調整した懸濁液をオートクレーブで温度110〜250℃の範囲で加熱処理する。加熱処理温度が110℃より低い場合には、抗菌・消臭性酸化チタン微粒子が生成しないことがあり、また、該温度が250℃より高い場合には、オートクレーブ処理の設備費が高くなり経済的でない。
また、加熱処理は抗菌・消臭性酸化チタン微粒子が分散したコロイド溶液の生成が起こるまで行い、通常前記温度範囲で1〜24時間、好ましくは10〜20時間行うのが望ましい。
なお、前述の方法で得られる抗菌・消臭性酸化チタンコロイド溶液はアルカリ性であるが、抗菌・消臭性酸化チタンコロイド溶液の用途によってアルカリ性が好ましくない場合には、さらに、該抗菌・消臭性酸化チタンコロイド溶液を限外濾過膜装置などで洗浄してアルカリ分を除去することもできる。
以下に実施例を示し、本発明を更に具体的に説明する。
該含水酸化物を平板フィルターにて濾過し、100kgの純水で掛水洗浄して副生塩を除去した含水酸化物を得た。なお、該含水酸化物中のSO4の量は0.1重量%(乾量基準)であった。
次いで、洗浄した含水酸化物を水で希釈して固形分濃度5重量%の懸濁液20.1kgを調製した。該懸濁液にシリカ濃度16重量%のシリカゾル(触媒化成工業(株)製:Cataloid−SN350)940gを加え、さらに3重量%カセイソーダ水を加えて該懸濁液のpHを10.5に調整し、該pH調整した懸濁液をオートクレーブにて160℃で16時間加熱処理を行って、亜鉛含有酸化チタンコロイド粒子が分散した抗菌・消臭性酸化チタンコロイド溶液(A)を得た。
該抗菌・消臭性酸化チタンコロイド溶液(A)の一部を110℃で16時間乾燥させた試料をX線回折装置 (リガク(株)製:RINT−1400)によりX線回折測定した結果、アナターゼ型酸化チタンのX線回折図を示し、結晶子径の大きさは150Åであった。なお、該抗菌・消臭性酸化チタンコロイド溶液(A)は1ケ月間放置しても安定なコロイド状態を維持していた。
該抗菌・消臭性酸化チタンコロイド溶液(B)は、pHが10.0で、固形分濃度が4.8重量%で、固形分中のZnOの含有量は、9.1重量%であった。
また、該抗菌・消臭性酸化チタンコロイド溶液(A)の亜鉛含有酸化チタンコロイド粒子の平均粒子径(Dp)は、21.0nmで、アナターゼ型酸化チタンのX線回折図を示し、結晶子径の大きさは105Åであった。なお、該抗菌・消臭性酸化チタンコロイド溶液(B)は1ケ月間放置しても安定なコロイド状態を維持していた。
該抗菌・消臭性酸化チタンコロイド溶液(C)は、pHが10.2で、固形分濃度が5.0重量%で、固形分中のCuOの含有量は、9.0重量%であった。
また、該抗菌・消臭性酸化チタンコロイド溶液(C)の銅含有酸化チタンコロイド粒子の平均粒子径(Dp)は、22.0nmで、アナターゼ型酸化チタンのX線回折図を示し、結晶子径の大きさは148Åであった。なお、該抗菌・消臭性酸化チタンコロイド溶液(C)は1ケ月間放置しても安定なコロイド状態を維持していた。
該抗菌・消臭性酸化チタンコロイド溶液(d)を限外濾過膜装置で固形分に対して200倍の純水で洗浄後、濃縮して銀含有酸化チタンコロイド粒子が分散した抗菌・消臭性酸化チタンコロイド溶液(D)を得た。
また、該抗菌・消臭性酸化チタンコロイド溶液(D)の銀含有酸化チタンコロイド粒子の平均粒子径(Dp)は、18.5nmで、アナターゼ型酸化チタンのX線回折図を示し、結晶子径の大きさは152Åであった。なお、該抗菌・消臭性酸化チタンコロイド溶液(D)は1ケ月間放置しても安定なコロイド状態を維持していた。
該含水酸化物を平板フィルターにて濾過し、40kgの純水で掛水洗浄して副生塩を除去した含水酸化物を得た。なお、該含水酸化物中のSO4の量は0.2重量%(乾量基準)であった。
次いで、洗浄した含水酸化物を水で希釈して固形分濃度1重量%の懸濁液100kgを調製した。
該懸濁液の40kgに、濃度35重量%の過酸化水素2.8kgを添加し、90℃で2時間加熱して固形分濃度1重量%の酸化チタンコロイド溶液を得た。
前記酸化チタンコロイド溶液4.0kgをビーカーに採取し、これを攪拌しながら50℃に加温した。この時の酸化チタンコロイド溶液のpHは7.9であった。該チタンコロイド溶液に前記硝酸銅水溶液をペリスターポンプにて10g/minの速度で添加した。硝酸銅水溶液の添加でコロイド溶液のpHが低下し始めたところで、陰イオン交換樹脂(三菱化学製)を最初のpH7.9を維持するように少量ずつ添加し、全硝酸銅水溶液の添加が終了するまで、この操作を継続した。
陰イオン交換樹脂の全使用量は310gであり、また、コロイド溶液の最終pHは8.1であった。
また、該抗菌・消臭性酸化チタンコロイド溶液(E)の銅含有酸化チタンコロイド粒子の平均粒子径(Dp)は12.0nmで、無定形のX線回折図を示した。なお、該抗菌・消臭性酸化チタンコロイド溶液(E)は1ケ月間放置しても安定なコロイド状態を維持していた。
また、該抗菌・消臭性酸化チタンコロイド溶液(F)の亜鉛含有酸化チタンコロイド粒子の平均粒子径(Dp)は15.0nmで、無定形のX線回折図を示した。なお、該抗菌・消臭性酸化チタンコロイド溶液(F)は1ケ月間放置しても安定なコロイド状態を維持していた。
実施例1〜4および比較例1〜2で得られた抗菌・消臭性酸化チタンコロイド溶液(A)〜(D)および(E)、(F)の一部を110℃で3時間乾燥して、それぞれの抗菌・消臭性酸化チタン粉末試料(AP)〜(DP)および(EP)、(FP)を調製した。
これらの抗菌・消臭性酸化チタン粉末試料について、次の抗菌性の評価試験を行った。即ち、試験菌には、大腸菌(Escherichia coli NBRC 3972)と、黄色ぶどう球菌(Staphylococcus aureuse NBRC 12732)とを用い、50mlのリン酸緩衝液に試験菌を懸濁させ、前記粉末試料(AP)〜(DP)および(EP)、(FP)を0.1g添加して、室温で1時間、330rpmで攪拌した後、生菌数を測定した。空試験の1時間後の生菌数(A)と、抗菌剤添加試験の1時間後の生菌数(B)とを測定し、増減値差(Log.A−Log.B)により評価を行った。評価結果を表1に示す。
粉末試料 増 減 値 差
大腸菌 黄色ぶどう球菌
AP 3.3 4.0
BP 2.9 3.0
CP >5 4.5
DP >5 >5
EP 0.5 0.6
FP 0.9 0.8
表1から、ベースがアナターゼ型結晶の酸化チタン粉末試料は、無定形酸化チタン粉末試料より高い抗菌性を示し、中でも、アナターゼ型結晶子径の大きいものがさらに高い抗菌性を示すことが分かる。
実施例5および比較例3で調製したポリエステル繊維の試料(AF)〜(DF)および(EF)、(FF)について抗菌性の評価試験を行った。評価試験は“繊維製品の定量的抗菌性試験方法 JIS L 1902”に従って行った。
・試験菌 :肺炎桿菌(Klebsiella pneumoniae NBRC13277)
黄色ぶどう球菌(Staphylococcus aureuse NBRC12732)
・栄養 :1/20濃度のニュートリエントブロス*1)
(*1)150mg/Lの肉エキス+250mg/Lのペプトン
・測定方法:バイアル瓶に試料0.4g入れて、菌懸濁液(界面活性剤Tween80を0.05%添加)0.2mlを滴下し、37℃で18時間培養後、洗い出し、生菌数を測定した。評価結果を表2に示す。
表2から、ベースがアナターゼ型結晶の酸化チタンコロイド粒子を担持した繊維試料は、無定形酸化チタンコロイド粒子を担持した繊維試料より高い抗菌性を示すことが分かる。
繊維試料 増 減 値 差
肺炎桿菌 黄色ぶどう球菌
AF 4.5 4.5
BF 3.0 2.9
CF 5.0 >5
DF >5 >5
EF −0.2 0.0
FF −0.3 0.3
抗菌性の評価試験1で使用した抗菌・消臭性酸化チタン粉末試料(AP)〜(EP)および(EP)、(FP)を用いて光による消臭試験を行った。
それぞれ1Lパックに抗菌・消臭性酸化チタン粉末試料2gとアセトアルデヒド濃度400ppmの溶液1Lを入れたものを、ブラックライト(20W×2本)にて25℃で3時間照射した後、検知管でアセトアルデヒドとCO2の濃度を測定した。測定結果を表3に示す。
表3から、ベースがアナターゼ型結晶の酸化チタン粉末試料は、無定形酸化チタン粉末試料より高い光触媒効果を示し、中でも、アナターゼ型結晶子径の大きいものがさらに高い光触媒効果を示すことが分かる。
粉末試料 CO 2 (ppm)
AP 600
BP 300
CP 650
DP 400
EP 100
FP 50
抗菌性の評価試験1で使用した抗菌・消臭性酸化チタン粉末試料(AP)〜(EP)および(EP)、(FP)を用いて消臭性評価試験を行った。
それぞれ、5Lテトラバックに抗菌・消臭性酸化チタン粉末試料1gと、初期濃度100ppmのアンモニア試験臭3Lおよび初期濃度4ppmの硫化水素試験臭3Lを封入して2時間放置した後、検知管にて試験臭濃度を測定した。測定結果を表4に示す。
表4から、ベースがアナターゼ型結晶の酸化チタン粉末試料は、無定形酸化チタン粉末試料より高い消臭効果を示し、中でも、アナターゼ型結晶子径の大きいものがさらに高い消臭効果を示すことが分かる。
粉末試料 消 臭 率(%)
アンモニア 硫化水素
AP 100 100
BP 98 95
CP 100 100
DP 95 85
EP 70 50
FP 60 40
実施例5および比較例3で調製したポリエステル繊維の試料(AF)〜(DF)および(EF)(FF)について消臭性評価試験を行った。
それぞれ、5Lテトラバックにポリエステル繊維の試料試験布10×10cmと、初期濃度100ppmのアンモニア試験臭3Lおよび初期濃度4ppmの硫化水素試験臭3Lを封入して2時間放置した後、検知管にて試験臭濃度を測定した。結果を表5に示す。
繊維に加工しても表4の場合と同様に、ベースがアナターゼ型結晶の酸化チタンコロイド粒子を担持した繊維試料は、無定形酸化チタンコロイド粒子を担持した繊維試料より高い消臭効果を示した。
繊維試料 消 臭 率(%)
アンモニア 硫化水素
AF 100 100
BF 85 80
CF 100 100
DF 80 70
EF 60 30
FF 40 20
Claims (4)
- (1)抗菌・消臭性金属成分含有水溶液とチタン塩水溶液とを混合した水溶液にアルカリを添加して含水酸化物を生成し、
(2)得られた含水酸化物を洗浄し、
(3)洗浄した含水酸化物を水に懸濁し、
(4)該懸濁液にシリカコロイド溶液および/または珪酸液を加えて混合し、
(5)さらにアルカリを加えて該懸濁液のpHを7〜13の範囲に調整し、
(6)次いで、pH調整した懸濁液をオートクレーブで温度110〜250℃の範囲で加熱処理して、抗菌・消臭性酸化チタン微粒子が分散したコロイド溶液を得る
ことを特徴とする抗菌・消臭性酸化チタンコロイド溶液の製造方法。
- 前記抗菌・消臭性金属成分が、銀、銅、亜鉛、錫、ビスマス、鉄、コバルト、ニッケル、ロジウム、パラジウム、白金、マンガン、モリブデン、タングステン、バナジウム、ジルコニウムから選ばれた1種以上であることを特徴とする請求項1記載の抗菌・消臭性酸化チタンコロイド溶液の製造方法。
- 前記抗菌・消臭性酸化チタン微粒子がアナターゼ型酸化チタンであることを特徴とする請求項1または2記載の抗菌・消臭性酸化チタンコロイド溶液の製造方法。
- 前記抗菌・消臭性酸化チタン微粒子が、結晶子径100Å以上であるアナターゼ型酸化チタンであることを特徴とする請求項1、2または3記載の抗菌・消臭性酸化チタンコロイド溶液の製造方法。
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