JP2006118233A

JP2006118233A - 光触媒の道路施工方法

Info

Publication number: JP2006118233A
Application number: JP2004307712A
Authority: JP
Inventors: Meiji Ito; 明治伊東; Hiroshi Takezaki; 博武▲崎▼; 成仁 ▲高▼本; Naruhito Takamoto
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2004-10-22
Filing date: 2004-10-22
Publication date: 2006-05-11

Abstract

【課題】酸化チタンとセメントとの混合物を含む水性懸濁液を透水性舗装道路表面に付着させて光触媒層を形成する道路施工方法において、前記水性懸濁液を道路表面に付着させた後、その付着表面を酸アルカリ中和またはイオン中和により硬化させることを特徴とする光触媒の道路施工方法。
【解決手段】舗装道路、特に透水性道路の透水性を阻害することなく、道路表面に強度の高い光触媒層を形成すると共に、施工途中にも付着させる光触媒組成を任意に変化させることができ、また光触媒の施工環境と使用条件が同じ道路面で均一でない場合にも、各々に適合する光触媒層を形成可能にする道路施工方法を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光触媒の道路施工方法に係り、特に道路に酸化チタンとセメントを含む水性懸濁液を付着させて施工する道路施工方法に関する。

酸化チタンからなる光触媒を道路表面に被覆する道路施工技術は、光触媒作用により道路の汚染防止や大気の浄化に有効な方法として注目されている。すなわち、太陽光の作用によって光触媒が活性化して表面が親水性になって汚れが付着し難くなり、また表面の酸化活性が強くなって大気中の窒素酸化物や臭気を酸化し、大気を浄化するからである。最近では親水性による水皮膜形成で日射による道路の温度上昇を抑制する効果も着目されている。

ところが酸化チタンからなる光触媒を道路表面に被覆することは容易ではない。光触媒活性を有する酸化チタンは一般の塗料用の酸化チタンと異なり、強い固体酸であり、太陽光の作用で酸化活性も強くなる。従って一般の塗料で結合材として使用される高分子有機化合物は光触媒と接触すると侵蝕され、強度が低下して崩壊する。

従って道路に光触媒を付着させるには、結合剤（メディウム）として高分子有機化合物を使用することは少なく、チタニアまたはシリカ、セメントといった無機化合物を使用することが多い。しかし、無機化合物による付着は、高分子有機化合物に比べて初期強度が弱く、剥離、磨耗し易い。無機化合物を高温で処理して焼結処理すれば強度が得られるが、既存の道路表面に光触媒を付着させる場合には、焼成が困難であるので、焼結処理による強化は無理である。

このように光触媒は光触媒活性物質を付着させるのが容易でないので、有機ないし無機化合物の結合材、つまり光触媒不活性物質を大量に必要とし、不活性成分の増加により、光触媒活性が低下するのみならず、なお、十分な強度を得ることは困難であった（特許文献１）。

また道路に施行する光触媒層の強化方法として、骨材を混合した熱硬化性樹脂で下地層を形成したり（特許文献２）、ポリマーセメントモルタル層を下地層とする方法（特許文献３）、酸化チタン等の混合物を噴射方向を変えて２方向から吹き付けて触媒層を形成する方法（特許文献４）等が知られているが、これら従来の方法は光触媒の使用環境の違いを全く配慮しておらず、予め定めた組成でもって一律に施工しており、例えばその道路で想定される最も厳しい使用環境を規準に、余裕をみて必要な強度を推定し、その強度を達成するための酸化チタンと結合材の組成を定め、その組成になるように回分式の調整槽の中で光触媒液を混合し、調製していた。このような光触媒液を透水性道路に施工した場合、液の粘度が低ければ表面に付着せずに透過して流れ、粘度が高ければ道路の孔を塞いで透水性をなくしてしまうので、液粘度の許容範囲が狭く、施工が難しいという問題があった。

また道路では、タイヤが接触する轍部分は特に消耗が大きくなり、また風雪や日射による温度変化が大きい個所は他の個所に比べて損傷が大きくなる。ところが従来は同じ道路面である限り、標準個所または最も厳しい個所を基準に光触媒液の組成を定めた後は均一に施工していた。また従来は施工途中で不均一に光触媒組成を変えて施工するという概念も手段も無かった。
特開平9-227203号公報特開2003-96707号公報特開2003-213610号公報特開2001-20208号公報

本発明の課題は、上記従来技術の欠点を解消し、舗装道路、特に透水性道路の透水性を阻害することなく、道路表面に強度の高い光触媒層を形成すると共に、施工途中にも付着させる光触媒組成を任意に変化させることができ、また光触媒の施工環境と使用条件が同じ道路面で均一でない場合にも、各々に適合する光触媒層を形成可能にする道路施工方法を提供することにある。

かかる課題を解決するため本願で特許請求される発明は以下のとおりである。
（１）酸化チタンとセメントとの混合物を含む水性懸濁液を透水性舗装道路表面に付着させて光触媒層を形成する道路施工方法において、前記水性懸濁液を道路表面に付着させた後、その付着表面を酸アルカリ中和またはイオン中和により硬化させることを特徴とする光触媒の道路施工方法。
（２）酸化チタン濃度を変化させた２種以上の水性懸濁液を用い、同一道路表面に酸化チタン濃度の異なる２以上の付着表面を形成することを特徴とする（１）記載の方法。
（３）前記表層に付着させた水性懸濁液のｐＨが４〜６の範囲になるような中和剤を添加することを特徴とする請求項１または２記載の方法。
（４）前記付着表面に炭酸ガスを吹き付けることを特徴とする（１）ないし（３）のいずれかに記載の方法。
（５）前記水性懸濁液として、セメントと酸化チタンを含む混合物にさらに有機減水剤を添加して、前記付着表面に該有機減水剤のイオンを中和させる逆のイオンを有する有機化合物溶液を散布して硬化させることを特徴とする（１）または（２）に記載の方法。
（６）前記有機減水剤がスルホン酸塩またはカルボン酸塩であり、前記逆のイオンを有する有機化合物溶液がカチオン系高分子凝集剤である（５）記載の方法。

本発明に用いる酸化チタンとセメントとの混合物は、光触媒作用を有する酸化チタン粉末とセメントの混合物の他に、必要に応じてセメントの骨材（砂、ガラス粉、ケイ砂など）、充填剤、顔料、樹脂系ラテックス、減水剤等を混合したものでもよい。

上記混合物を含む水性懸濁液の濃度は道路表面に付着可能な濃度であればよいが、付着方法としては、ローラなどで塗布する方法、噴霧機などで噴霧する方法等があげられる。また予め酸化チタンを除いたセメント等の水性懸濁液を付着させた後、酸化チタンとセメントを含む水性懸濁液を付着させる方法も、付着性を高めるために有効である。

酸化チタン粉末とセメントの水性懸濁液は、酸ないしアルカリが強いと各々、水素イオン、水酸化イオンが粒子表面に付着して粒子を反発させて浮遊し、粘度を下げるが、酸またはアルカリの中和剤を添加して中和すれば、粒子が付着して硬化する。本発明のように酸化チタンの多い懸濁液では、従来の実施例が示すようにｐＨ４からｐＨ６で最も硬化することがわかった。硬化方法として高圧炭酸ガス（ボンベガス）を吹き付ければ、炭酸ガスは速やかに懸濁液に吸収されて付着表面は中性から弱酸性になる。酸、アルカリの中和方法としては、炭酸ガスを吹き付ける方法が簡単で実用的であるが、他の酸性またはアルカリ物質、例えば蓚酸粉末、アンモニアガスを噴霧または吹き付けてもよい。

また他の硬化方法としては、セメントと酸化チタンを含む混合物にさらに有機減水剤を添加して用い、これらの水性懸濁液の付着後、前記有機減水剤のイオンを中和させる逆のイオンを有する有機物溶液を添加して硬化させてもよい。有機減水剤としてはスルホンサン塩、カルボン酸塩が使用される。有機減水剤を添加すると、有機減水剤のアニオンイオンが道路表面の付着粒子表面に付着して互いの粒子を反発させ、浮遊させて粘度を低下させる。そこにイオン中和剤としてカチオンイオンを有する有機化合物、具体的にはカチオン系高分子凝集剤を前記付着表面に散布すれば、イオンが中和して粒子が付着して硬化する。上記カチオン系高分子凝集剤としては、ジメチルアミノエチルメタアリレートなどのエステル系化合物、アミド系化合物およびアミン系化合物があげられる。

本発明方法を実施するには、新しい施工装置が必要であるが、かかる施工装置は、酸化チタンとセメント、減水剤、硬化剤の組成の異なる液を各々、任意の所定流量で連続して別々の容器から供給し、構造物表面に噴射して付着させ、光触媒層を形成することができればどのような装置でもよい。このような装置は、一般に組成の異なる液を収容する容器、および各液をそれぞれ独立して噴霧する複数の噴霧ノズルを有する。

なお、本発明において、酸アルカリ調整や硬化促進剤添加を追加して行う場合には、図示してないがタンクとバルブを増設し、別系統の供給ラインから各原料の流量を調整し、噴射ノズル27へ供給すればよい。

図１は本発明による光触媒施工装置の一例を示す説明図である。この装置は、
光触媒懸濁液の攪拌タンク25と、該タンク25からバルブ30を介して供給する光触媒懸濁液の噴射ノズル27と、該噴射ノズル27にバルブ30を介して圧縮空気を供給する空気圧縮機24と、硬化促進剤のタンク26と、該硬化促進剤のタンク26からバルブ30を介して供給する硬化促進剤の噴射ノズル28とから主として構成される。なお、図中、21は作業者、22は透水性舗装道路、23は台車を示す。上記装置において、光触媒懸濁液、および硬化促進剤の各原料は各々、独立した系から連続した流れで噴射ノズル27に供給され、道路面に噴射される。すなわち、光触媒懸濁液の攪拌タンク25内で調整され、保管された光触媒懸濁液は、バルブ30で流量調整されて噴射ノズル27に至り、路面に噴射される。一方、硬化促進剤タンク26内の硬化促進剤も同じようにしてバルブ30で流量調整された後、噴射ノズル28から路面上に噴射される。噴射はいずれも空気圧縮機24から供給される圧縮空気で行なわれる。

図２は、本発明になる光触媒施工装置で施工された透水性道路表面3に被覆された光触媒層の断面の一例を示す模式図である。光触媒層1の内、道路構造物2側で酸化チタン粒子3が少なく、触媒外表面5側で多く、断面の深さ方向で、酸化チタン粒子3の濃度が連続的に変化していることが分かる。

水性懸濁液中の酸化チタン濃度が高いと、付着性が低下して形状を保つの難しくなるが、本発明のように触媒懸濁液を付着直後に付着表面を硬化させると、その形状を良好に保持することができる。従って本発明によれば、酸化チタン濃度の高い光触媒層を容易に形成することができ、酸化チタン濃度の施工許容範囲を広げることができる。また道路面の２以上の個所、例えば摩耗が予測される個所には酸化チタン濃度の高い光触媒層を形成するなど、同一道路でもその使用環境に応じて最適な光触媒層を形成することができる。

図３は、図２に示した光触媒層が磨耗した状態を示すが、凸部が磨耗して比較的酸化チタン濃度の薄い内部の層が露出していることが分かる。しかし、内部の層になるほど、酸化チタン濃度が減じて強度が向上するので、全部が磨耗することはなく、また、露出した部分にも酸化チタンが含有されているので、光触媒機能、つまり脱硝性能の低下は少なくなる。

本発明によれば、光触媒懸濁液を付着後、中和作用により表面の光触媒層を硬化させるので、道路表面の使用環境に応じて光触媒層を形成することができ、光触媒の施工許容範囲が拡大する。また、表面の酸化チタン濃度を高めても層形状を崩すことなく、光触媒層が形成されるので、透水性舗装道路の透水性を損なうことなく、光触媒性能、つまり脱硝性能を高めることができる。また本発明によれば、光触媒の実際の不均一な使用環境に細かく適合させた光触媒の施工が可能になる。

以下、本発明の実施例について説明する。
[実施例１]
主にアスファルトの透水性舗装を模擬した道路試験片に、本発明になる光触媒の各種施工を実施し、脱硝性能と剥離強度、透水性能を測定して比較した。この試験片は、平均粒径3.5mmの砕石とアスファルトを原料とし、これを加熱混合後、100 mm角の型に入れ圧縮し、空隙率30％のタイル形状としたものである。

この試料片に付着させる水性懸濁液は、酸化チタン、セメント、骨材および水からなるが、これらの内、酸化チタンは、硫酸チタニアを原料として温度550℃で焼成したもの、セメントはポルトランドセメントとアルミナセメントの混合物、骨材は珪砂を使用し、セメント100対して、酸化チタン60、珪砂200、水80（重量基準）の割合で混合し、酸化チタン水性懸濁液を調製した。またセメント160に対して、酸化チタン0、珪砂200、水80（重量基準）の割合で混合してセメント水性懸濁液を調整した。このセメント水性懸濁液を圧縮空気を用いて試料片の表面に吹き付け、固形物基準で5ｇ／試料片ほど付着させた。次いで前者の酸化チタン水性懸濁液を同様にして固形物基準で5ｇ／試料片ほど付着させた。酸化チタン水性懸濁液付着直後に炭酸ガスボンベより100％濃度の炭酸ガスを吹き付けて試料片表面を中和し、表面を酸化させた。得られた試料片の光触媒組成は、試料片の外表面側でセメント100に対し酸化チタン60の割合で、炭酸塩の生成と共に硬化した組成になっており、その反対面側では、セメント100に対して酸化チタン０の割合で硬化した組成になっており、それらの中間層はこれらが混ざった中間の組成になっていた。内部から反対面にかけての層は、外表面に比べて炭酸塩にに転している割合が減少していた。

上記の光触媒付着試料片の脱硝率（初期および48時間摩耗後）および透水速度を測定した結果を表１に示す。表１における脱硝性能（脱硝率）の測定は、光触媒に関するJIS法に準じて行った。つまり脱硝性能測定装置は、模擬ガスの連続調整器、試料に紫外線を照射する反応器、および一酸化窒素濃度連続測定器から構成される。この装置を用い、試料片を一酸化窒素濃度1.0ppmで相対湿度50％の空気と紫外線照射下で接触させ、反応器入口と出口の一酸化窒素濃度を測定した。脱硝率（単位％）は、紫外線照射による一酸化窒素濃度変化と未照射時の濃度変化の百分率とした。磨耗後の脱硝率の測定は、対となった径150 mmのゴムローラの片方に試料片を固定し、面圧１0kg／cm2、回転速度30 rpmでゴムローラを回転させ、48時間処理後の試料片を用いて行った。透水性能は試料片上に0.01kg/cm2の圧力で水を透過させ、水の透過速度を測定した。
[実施例２]
実施例１において、水性懸濁液調製の際の水15部を有機減水剤（リグニンスルホン酸を主成分とする）0.3部に代え、また硬化剤として炭酸ガスを吹き付ける代わりに有機硬化促進剤としてエステル系高分子凝集剤（ジメチルアミノエチルメタアクリレートを主成分とする）を散布する以外は実施例１と同じに光触媒付着試料片を得た。結果を表１に示す。
[比較例１]
炭酸ガス処理がない以外は実施例１と同じにして調製した
[比較例２]
試料片を水性懸濁液に浸漬し、試料片全体の光触媒組成をセメント100に対し酸化チタン60と均一濃度で施工する以外は比較例１と同じにして調製した。

表１において、硬化剤としてアルカリ中和剤を用いた実施例１、硬化剤としてイオン中和剤を用いた実施例２を硬化剤を用いない比較例１と比較すれば、透水速度の低下が少ないことが分かる。従って本発明により光触媒付着直後に表面を硬化させると、透水速度の低下が少なく、透水性道路を閉塞させないことが明らかである。また、酸化チタンの光触媒層が摩耗によって剥離しにくく、脱硝率が高く保持されることが分かる。これに対して硬化剤を用いていない比較例２では、透水速度が最も遅く、しかも磨耗により光触媒層が剥離し易く、脱硝性能の低下も早いことが分かる。
[実施例３]
光触媒懸濁液の固化に及ぼす酸アルカリの影響を試験した。酸化チタンとセメントの混合物スラリのｐＨを変化させてスラリ性状の変化を観察した。ｐＨ調製は水分濃度を変えないためにアンモニアガスならびに蓚酸粉末を用いた。

酸とかアルカリが強くなると粒子表面にＨ⁺ないしＯＨ^-の電荷がつき反発により分散され液状であるがｐＨが４から６の間では可塑性を有し、形状を保つ傾向を示す。

本発明による光触媒の施工装置のラインに硬化促進剤やｐＨ調整機能を追加すれば、光触媒層形成過程での層性状を任意に調整可能であり、層の形状保持や層内での成分混合が任意に選択することができる。

本発明による光触媒施工装置の一例を示す説明図。本発明になる光触媒施工装置で施工された透水性道路表面に被覆された光触媒層の断面の一例を示す模式図。図２に示した光触媒層が磨耗した状態を示す図。

符号の説明

１…光触媒層、２…透水性舗装道路表面、３…酸化チタン粒子、４…セメント、５…光触媒外表面、６…光触媒の道路接触面、１１…磨耗面、１…作業者、２２…透水性舗装道路、２３…台車、２４…空気圧縮機、２５…光触媒懸濁液の攪拌タンク、２６…硬化促進剤タンク、２７…光触媒噴射ノズル、２８…硬化促進剤噴射ノズル、３０…バルブ。

Claims

酸化チタンとセメントとの混合物を含む水性懸濁液を透水性舗装道路表面に付着させて光触媒層を形成する道路施工方法において、前記水性懸濁液を道路表面に付着させた後、その付着表面を酸アルカリ中和またはイオン中和により硬化させることを特徴とする光触媒の道路施工方法。
酸化チタン濃度を変化させた２種以上の水性懸濁液を用い、同一道路表面に酸化チタン濃度の異なる２以上の付着表面を形成することを特徴とする請求項１記載の方法。
前記表層に付着させた水性懸濁液のｐＨが４〜６の範囲になるような中和剤を添加することを特徴とする請求項１または２記載の方法。
前記付着表面に炭酸ガスを吹き付けることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
前記水性懸濁液として、セメントと酸化チタンを含む混合物にさらに有機減水剤を添加して、前記付着表面に該有機減水剤のイオンを中和させる逆のイオンを有する有機化合物溶液を散布して硬化させることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
前記有機減水剤がスルホン酸塩またはカルボン酸塩であり、前記逆のイオンを有する有機化合物溶液がカチオン系高分子凝集剤である請求項５記載の方法。