JP2007003353A - 光触媒性能評価方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 可視光型光触媒の性能を簡便かつ高精度で評価することのできる方法を提供する。
【解決手段】 可視光照射下で可視光型光触媒活性を有する基材の光触媒性能を評価する方法であって、耐光性を有する有機色素を溶媒液に溶解した試験溶液を基材表面の一部に塗布する工程；基材表面の試験溶液塗布部に可視光を照射する工程；試験溶液塗布部の色変化を測定する工程を含み、色変化の程度を指標として基材の光触媒性能を評価する。
【選択図】図１
【解決手段】 可視光照射下で可視光型光触媒活性を有する基材の光触媒性能を評価する方法であって、耐光性を有する有機色素を溶媒液に溶解した試験溶液を基材表面の一部に塗布する工程；基材表面の試験溶液塗布部に可視光を照射する工程；試験溶液塗布部の色変化を測定する工程を含み、色変化の程度を指標として基材の光触媒性能を評価する。
【選択図】図１
Description
本願発明は、光触媒性能評価方法に関するものである。さらに詳しくは、本願発明は、可視光照射下で可視光型光触媒活性を有する基材の光触媒性能を短時間で高精度に評価する方法に関するものである。
近年、建材等から放散されるホルムアルデヒドや揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等の汚染物質による居住空間の空気質汚染が大きな社会問題になってきている。居住空間におけるこのような空気質汚染を浄化するための一つの手段として、室内の微弱な可視光に応答する可視光型光触媒が注目されている。すなわち、居住空間を構成する建材等に可視光型光触媒機能を持たせることによって、室内照明の照射による光触媒により汚染物質を分解除去しようとする試みが検討されており、そのような可視光型光触媒物質として窒素ドープ型酸化チタンが提案されている（特許文献１、２）。
ただし、可視光型光触媒物質を加工して、例えば建材等に適用可能な基材を作製した場合には、基材全体としての組成や形状、物理特性等によって触媒性能が変化する。このため、例えば基材に照射する可視光の種類に応じた基材の光触媒性能を事前に評価することが必要となる。
光触媒性能の評価方法としては、メチレンブルー水溶液を用いる方法が提案されている（例えば特許文献３）。また、紫外線照射に反応する物質を用いて、紫外光型光触媒の性能を評価する方法（特許文献４）も知られている。
特開２００３−３４０２８９号公報
特開２００４−２８３７９０号公報
特開２００３−５０２５０号公報
特許第３４４９０４６号
特許文献３に記載されているような評価方法では、メチレンブルーが可視光に対して耐光性がなく、光触媒が存在しなくても可視光照射によって色が消失してしまうため、可視光型光触媒の性能を正しく評価することができないという問題点を有している。
また特許文献４に記載されている方法は、太陽光等の紫外線に反応して触媒機能を発揮する紫外光型光触媒物質の性能を評価することはできるが、太陽光の照射がないか、または極めて少ない室内空間での使用を前提とする可視光型光触媒の性能を評価するには全く不向きである。
本願発明は、以上のとおりの従来技術における限界を解消し、居住空間での環境浄化を目的として使用される可視光型光触媒の性能を簡便に、しかも高精度で評価することのできる方法を提供することを課題としている。
本願発明の光触媒性能評価方法は、第１には、可視光照射下で可視光型光触媒活性を有する基材の光触媒性能を評価する方法であって、
(a) 耐光性を有する有機色素を溶媒液に溶解した試験溶液を基材表面の一部に塗布する工程；
(b) 基材表面の試験溶液塗布部に可視光を照射する工程；
(c) 試験溶液塗布部の色変化を測定する工程、
を含み、色変化の程度を指標として基材の光触媒性能を評価することを特徴としている。
(a) 耐光性を有する有機色素を溶媒液に溶解した試験溶液を基材表面の一部に塗布する工程；
(b) 基材表面の試験溶液塗布部に可視光を照射する工程；
(c) 試験溶液塗布部の色変化を測定する工程、
を含み、色変化の程度を指標として基材の光触媒性能を評価することを特徴としている。
第２には、前記第１発明の光触媒性能評価方法において、基材が内装材表面に一体化されたものであることを特徴としている。
第３には、前記第１発明の光触媒性能評価方法において、有機色素がメチルレッドであることを特徴としている。
第４には、前記第１または第３発明の光触媒性能評価方法において、有機色素を溶解する溶媒がアルコールであることを特徴としている。
第５には、前記第４発明の光触媒性能評価方法において、アルコールがイソプロピルアルコールであることを特徴としている。
第６には、前記第１、第３、第４または第５発明の光触媒性能評価方法において、溶媒に対する有機色素の濃度が0.01％から5％であることを特徴としている。
第７には、前記第１または第２発明の光触媒性能評価方法において、照射する可視光が内装材を施工する室内の照明であることを特徴としている。
第８には、前記第７発明の光触媒性能評価方法において、照明が市販蛍光灯であることを特徴としている。
第９には、前記第１、第７または第８発明の光触媒性能評価方法において、照明の照度が150lxから10,000lxであることを特徴としている。
第１０には、前記第１、第３、第４、第５または第６発明の光触媒性能評価方法において、有機色素を溶媒液に溶解した直後の溶液を基材表面の一部に塗布することを特徴としている。
第１１には、前記第１、第７または第８発明の光触媒性能評価方法において、自然光を遮断した状態で可視光を照射することを特徴としている。
本願発明の光触媒性能評価方法においては、第１には、「耐光性を有する有機色素」が可視光型光触媒によって分解され、その色が消失する程度を指標として可視光型光触媒の性能を評価する。有機色素は耐光性を有しているため、光触媒が存在しない状態では可視光を照射しても退色することはなく、可視光型光触媒の性能を短時間で簡便かつ高精度に評価することができる。また、この方法によって、紫外線照射の極めて少ない室内空間等で使用される可視光型光触媒の性能が評価可能となる。
第２には、内装材表面に一体化された基材に対してその光触媒性能を評価する。この内装材は実際に室内空間に施工されるものであり、施工現場でその光触媒性能を評価することによって、最も高性能の光触媒性能を発現させることのできる室内照明の選択、複数の内装材候補の中から、特定の室内照明に対して最も高性能の光触媒性能を発現する基材を一体化した内装材を選択することが可能となる。
第３には、可視光型光触媒の性能評価のために好ましい有機色素としてのメチルレッドが提供され、これによって光触媒性能の評価精度の向上と評価手続の簡便化が図られる。
第４および第５には、可視光型光触媒の性能評価のために好ましい溶媒としてのアルコール、さらにその好ましい態様としてのイソプロピルアルコールがそれぞれ提供され、これによって光触媒性能の評価精度の向上と評価手続の簡便化が図られる。
第６には、可視光型光触媒の性能評価のために好ましい有機色素濃度が提供され、これによって光触媒性能の評価精度の向上と評価手続の簡便化が図られる。
第７および第８には、特に機材を一体化した内装材における可視光型光触媒の性能評価のために好ましい可視光照射の態様が提供され、これによって光触媒性能の評価精度の向上と評価手続の簡便化が図られる。
第９には、可視光型光触媒の性能評価のために好ましい可視光の照度が提供され、これによって光触媒性能の評価精度の向上と評価手続の簡便化が図られる。
第１０には、可視光型光触媒の性能評価のために好ましい溶液の調製とその塗布工程が提供され、これによって光触媒性能の評価精度の向上と評価手続の簡便化が図られる。
第１１には、可視光型光触媒の性能評価のために好ましい可視光照射工程が提供され、これによって光触媒性能の評価精度の向上と評価手続の簡便化が図られる。
可視光型光触媒活性を有する「基材」は、例えば、適当な透明性または非透明性基板上に、可視光型光触媒からなる薄膜、微粒子上光触媒からなる層、光触媒を含む塗装層等を有するものを挙げることができる。
「可視光型光触媒」としては、例えば、酸化チタンの酸化サイトの一部を窒素原子で置換、あるいは酸化チタン結晶の格子間、結晶粒界に窒素原子またはNOxを配してはる、Ti、O、Nの原子で構成される窒素ドープ型チタンや、これらに助触媒をとして白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウムなどの白金族金属や、NiOx、RuOx、PhOxなどを担持させたものなどを挙げることができる。
また、以上のとおりの可視光型光触媒を有する基材は、「内装材」の表面に一体化させたものであってもよい。内装材は、例えば、壁紙、建材、天井材、床材などに用いられる紙、線維、木材、セラミックス、金属等からなる建築物の内装材である。
本願発明の光触媒性能評価方法においては、以上のとおりの基材、または基材を一体化させた内装材に対して、以下の(a)から(c)の工程を実施することによって、基材の可視光型光触媒性能を評価する。
工程(a)：耐光性を有する有機色素を溶媒液に溶解した試験溶液を基材表面の一部に塗布する。
工程(b)：基材表面の試験溶液塗布部に可視光を照射する。
工程(c)：試験溶液塗布部の色変化を測定する。
工程(a)：耐光性を有する有機色素を溶媒液に溶解した試験溶液を基材表面の一部に塗布する。
工程(b)：基材表面の試験溶液塗布部に可視光を照射する。
工程(c)：試験溶液塗布部の色変化を測定する。
なお、工程(a)の前処理として、溶液を塗布する基材表面の一部に光を照射して有機物を分解、除去しておくことも好ましい。例えば、波長300nmから380nm、光量1.0mW/cm2の紫外光を１〜48時間程度照射する。
工程(a)において使用する「耐光性を有する有機色素」としては、シアニン系のメロシアニン、フタロシアニンや、アゾ系のアゾベンジン、フェニルナルトール、メチルイエロー、メチルオレンジ、メチルレッド等が使用される。短時間で評価するためには、安価で扱いやすいメチルイエロー、メチルオレンジ、メチルレッドが好ましく、濃色であるメチルレッドがさらに好ましい。
これらの有機色素を溶解する「溶媒液」としては、有機色素を溶解することができ、有機色素に変色を及ぼすことがなく、また被塗装面に変性等を及ぼさないもの（例えばアルコール）を使用する。またアルコールは被塗装面への影響が少なく、有機色素を含む試験溶液をスポイトによって基材表面に滴下すると一定面積に試験溶液が広がるため、試験溶液を均一に塗布することができるため、好ましい。
アルコールは、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等を使用できるが、基材への広がりを考慮すると、イソプロピルアルコールが好ましい。特に、内装材に一体化した基材に対して、その施工現場で本願発明方法を実施するには、イソプロピルアルコールを溶媒とする試験溶液の使用が好ましい。イソプロピルアルコールは撥水性素材からなる基材にも均一に塗布することができ、内装材素材を傷つけることもなく、しかも常温で乾燥しやすいからである。
試験溶液における有機色素の濃度は、0.01％から5.0％とする。0.01％未満では基材に塗布したときの光触媒機能による色変化の程度が小さく光触媒性能の優劣判定が困難となる。また5.0％を超えると光触媒性能の判定に時間を要する。
また、溶媒（例えばアルコール）に有機色素溶液を溶解した試験溶液は、放置すると経時的に退色する場合があるので、そのような場合には溶媒と有機色素は別々の容器で分離し、使用時に両者を混合溶解するようにする。
基材表面への試験溶液の塗布はいかなる方法で行ってもよく、例えば、スプレー等で直接に吹き付けてもよく、ロール等で塗布してもよい。前記のとおりのスポイトによる滴下や、あるいはフローコートする方法も好ましい。
工程(b)において照射する可視光は、例えば、蛍光灯、白熱灯、ＬＥＤランプ、太陽光等を光源とするものを使用できるが、特に室内空間に施工する基材や内装材を対象する場合には、蛍光灯、白熱灯、ＬＥＤランプ等の室内照明用の光源を使用することが好まく、安価で短時間で性能評価を行うためには、市販蛍光灯の使用が好ましい。可視光の照度は、150lx未満では測定に時間がかかり、10,000lxを超えると実際の生活環境（すなわち、可視光型光触媒の使用環境）とは極端に異なるとともに、測定対象面の温度上昇が激しく、基材によっては光熱によって変色等が発生する危険性もある。従って、照度は150lxから10,000lxの範囲であればよく、500lxから3,000lxの範囲がより好ましい。
また、光照射時間は、1時間から5時間程度であればよく、経時的に測定し、評価することが好ましい。
なお、厳密に可視光での光触媒性能を評価するためには、光源から微弱に発生している紫外線（例えば波長400nm以下の紫外線）を紫外線カットフィルター等で除去してもよい。さらには、内装材に一体化した基材の光触媒性能を施工現場で評価する場合には、窓等に暗幕等を設けて、窓付近から入射する太陽光を遮断するようにすることも好ましい。
工程(c)における色変化の測定は、分光学的手法や目視によって行うことができるが、測定感度のより分光学的手法が好ましい。分光学的手法としては、吸光度法、反射率法、Lab表色系法等を用いることができる。また、内装材に一体化した基材の光触媒性能を施工現場で評価する際には、簡易な色差計によるLab表色系法、または目視によいる測定が好ましい。
以下、実施例を示して本願発明をさらに詳細かつ具体的に説明するが、本願発明は以下の例によって限定されるものではない。
ST-01（石原産業株式会社）をアンモニア雰囲気中600℃で焼成して調製した可視光型光触媒粉末を分散させたゾルをガラス基材にスプレー塗装し、200℃で30秒焼き付けて、基材（TiO2コートあり）を調製した。また、比較として可視光型光触媒を塗布していないガラス基材（TiO2コートなし）を使用した。
メタノールに濃度1.0％でメチルレッドを溶解した試験溶液をガラス基材表面にスポイトで塗布し、試験溶液塗布部に照度1,000lxの蛍光灯の光を最大4.5時間まで照射した。
次いで、光照射部の色変化を色差計Lab表色系法で測定した。初期ΔEは試験溶液を塗布する前後のΔEから算出した。分化率は、可視光照射下において時間ごとに色差を測定し、以下の色で算出した。
分解率(%)＝100×（１−測定ΔE／初期ΔE）
結果は図1に示したとおりである。光触媒を持たないガラス基材（TiO2コートなし）では光照射によるメチルレッドの色差（分解率）は経時的にほとんど変化がないが、可視光型光触媒を有するガラス基材（TiO2コートあり）の場合には、蛍光灯の光照射時間に依存して分解率が上昇した。この結果から、本願発明方法によって、可視光型光触媒の性能が簡便かつ高精度に評価できることが確認された。
結果は図1に示したとおりである。光触媒を持たないガラス基材（TiO2コートなし）では光照射によるメチルレッドの色差（分解率）は経時的にほとんど変化がないが、可視光型光触媒を有するガラス基材（TiO2コートあり）の場合には、蛍光灯の光照射時間に依存して分解率が上昇した。この結果から、本願発明方法によって、可視光型光触媒の性能が簡便かつ高精度に評価できることが確認された。
メタノールに濃度0.05％でメチルレッドを溶解した試験溶液を用いた以外は、実施例１と同様にして、可視光型光触媒の性能を評価した。
結果は図2に示したとおりである。光触媒を持たないガラス基材（TiO2コートなし）では光照射によるメチルレッドの色差（分解率）は経時的にほとんど変化がないが、可視光型光触媒を有するガラス基材（TiO2コートあり）の場合には、蛍光灯の光照射時間に依存して分解率が上昇した。この結果から、本願発明方法によって、可視光型光触媒の性能が簡便かつ高精度に評価できることが確認された。
＜比較例１＞
＜比較例１＞
メタノールに濃度1.0％でメチレンブルーを溶解した試験溶液を用いた以外は、実施例１と同様にして、可視光型光触媒の性能を評価した。
結果は図３に示したとおりである。可視光型光触媒を有するガラス基材（TiO2コートあり）の場合には、光触媒を持たないガラス基材（TiO2コートなし）に比べて色素の分化率は若干高いものの、経時的な変化は明瞭でなく、可視光型光触媒の性能評価のための色素としてメチレンブルーが好ましくないことが確認された。
＜比較例２＞
＜比較例２＞
メタノールに濃度1.0％でローダミンＢを溶解した試験溶液を用いた以外は、実施例１と同様にして、可視光型光触媒の性能を評価した。
結果は図４に示したとおりである。可視光型光触媒を有するガラス基材（TiO2コートあり）の場合には、光触媒を持たないガラス基材（TiO2コートなし）に比べて色素の分化率は若干高いものの、経時的な変化は明瞭でなく、可視光型光触媒の性能評価のための色素としてローダミンＢが好ましくないことが確認された。
床材に、予め、プロテクト層であるフレッセラＮ（松下電工株式会社）を塗布し、プライマー層の上にトップコート層である可視光型光触媒粉末（実施例１と同様の粉末）を分散させたゾルをスプレー塗装し、200℃で30秒焼き付けて、被験試料である床材（TiO2コートあり）を調製した。また、可視光型光触媒をトップコート層として塗布していない床材（TiO2コートなし）を比較として用いた。
イソプロピルアルコールに濃度1.0％でメチルレッドを溶解した試験溶液を床材表面にスポイトで塗布し、試験溶液塗布部に照度500lxの蛍光灯の光を最大4.5時間まで照射し、実施例１と同様にして光照射部の色変化を色差計Lab表色系法で測定し、分化率を算出した。
結果は図５に示したとおりである。光触媒を持たない床材（TiO2コートなし）では光照射によるメチルレッドの色差（分解率）は経時的にほとんど変化がないが、可視光型光触媒を有する床材（TiO2コートあり）の場合には、蛍光灯の光照射時間に依存して分化率が上昇した。この結果から、本願発明方法によって、可視光型光触媒の性能が簡便かつ高精度に評価できることが確認された。
蛍光灯による照度150lxの光を照射した以外は、実施例３と同様にして、可視光型光触媒の性能を評価した。
結果は図６に示したとおりである。光触媒を持たないガラス基材（TiO2コートなし）では光照射によるメチルレッドの色差（分解率）は経時的にほとんど変化がないが、可視光型光触媒を有するガラス基材（TiO2コートあり）の場合には、蛍光灯の光照射時間に依存して分化率が上昇した。この結果から、本願発明方法によって、可視光型光触媒の性能が簡便かつ高精度に評価できることが確認された。
＜比較例３＞
＜比較例３＞
イソプロピルアルコールに濃度1.0％でメチレンブルーを溶解した試験溶液を用いた以外は、実施例３と同様にして、可視光型光触媒の性能を評価した。
その結果、前記比較例１の結果（図３）と同様に、可視光型光触媒を有するガラス基材（TiO2コートあり）の場合には、光触媒を持たないガラス基材（TiO2コートなし）に比べて色素の分化率は若干高いものの、経時的な変化は明瞭でなく、可視光型光触媒の性能評価のための色素としてメチレンブルーが好ましくないことが確認された。
＜比較例４＞
＜比較例４＞
イソプロピルアルコールに濃度1.0％でローダミンＢを溶解した試験溶液を用いた以外は、実施例３と同様にして、可視光型光触媒の性能を評価した。
その結果、前記比較例２の結果（図４）と同様に、可視光型光触媒を有するガラス基材（TiO2コートあり）の場合には、光触媒を持たないガラス基材（TiO2コートなし）に比べて色素の分化率は若干高いものの、経時的な変化は明瞭でなく、可視光型光触媒の性能評価のための色素としてローダミンＢが好ましくないことが確認された。
Claims (11)
- 可視光照射下で可視光型光触媒活性を有する基材の光触媒性能を評価する方法であって、
(a) 耐光性を有する有機色素を溶媒液に溶解した試験溶液を基材表面の一部に塗布する工程；
(b) 基材表面の試験溶液塗布部に可視光を照射する工程；
(c) 試験溶液塗布部の色変化を測定する工程、
を含み、色変化の程度を指標として基材の光触媒性能を評価することを特徴とする光触媒性能評価方法。 - 基材が内装材表面に一体化されたものである請求項１の方法。
- 有機色素がメチルレッドである請求項１の方法。
- 有機色素を溶解する溶媒がアルコールである請求項１または３の方法。
- アルコールがイソプロピルアルコールである請求項４の方法。
- 溶媒に対する有機色素の濃度が0.01％から5％である請求項１、３、４または５の方法。
- 照射する可視光が内装材を施工する室内の照明である請求項１または２の方法。
- 照明が市販蛍光灯である請求項７の方法。
- 照明の照度が150lxから10,000lxである請求項１、７または８の方法。
- 有機色素を溶媒液に溶解した直後の溶液を基材表面の一部に塗布する請求項１、２、３、４、５または６のいずれかのの方法。
- 自然光を遮断した状態で可視光を照射する請求項１、７または８の方法。
Priority Applications (1)
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