JP2007190533A

JP2007190533A - 光触媒シート及び同光触媒シートを使用したエアーフィルタ

Info

Publication number: JP2007190533A
Application number: JP2006013649A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Nagamori; 吉紀長森
Original assignee: Iris Ohyama Inc
Current assignee: Iris Ohyama Inc
Priority date: 2006-01-23
Filing date: 2006-01-23
Publication date: 2007-08-02

Abstract

【課題】優れた脱臭性能を有するとともに、光触媒の結着性、基材との結着性に優れ、かつ安価に製造することができる光触媒シートを提供することである。
【解決手段】光触媒を含有する光触媒シートは、目付け重量が１０ｇ/ｍ²〜７００ｇ/ｍ²である。また、光触媒の含有量は１ｇ/ｍ²〜５００ｇ/ｍ²である。また、ベントナイト等の無機質バインダを少なくとも１％含有させることができる。光触媒はシリカゲル等の無機質担体に担持されている。光触媒と無機質バインダは、２〜８：１の割合で含有している。基材は有機質不織布である。この光触媒シートは、空気清浄器等のエアーフィルタに利用することができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、脱臭性等に優れた光触媒シートに関するものであり、さらには脱臭装置、空気清浄器、空調装置、廃ガス清浄器等に使用されるエアーフィルタに関するものである。

室内でペットを飼うようになると、室内にペットの排泄物、ペット特有の体臭、ペットフードの臭い等が室内に臭散し、また雑菌、ホコリ、花粉等に混じってペットの毛、フケ等が室内に飛散するようになる。このため、脱臭性、除塵性に優れ、安価で簡易な空気清浄器が望まれている。

従来から、家庭内で使用される空気清浄器は種々知られている。例えば抗菌フィルタ、集塵用静電フィルタ、不織布、活性炭等の脱臭材で構成されたエアーフィルタを使用したもの（特許文献１）などが提案されている。しかしながら、活性炭フィルタは、臭気成分そのものを分解するのではなく、臭気成分を吸着するものであるため、吸着容量に限度があり、経時的に脱臭能力が低下するという問題がある。

また、臭気成分の分解能を有する光触媒を使用したフィルタも知られている（特許文献３）。光触媒は半永久的に活性作用があるが、空気中の窒素化合物、硫化化合物等の無機酸化物が光触媒表面を覆ってしまい、光触媒効果が低下するという問題がある。しかも、光触媒フィルタは高価であるため、頻繁に取り替えることは経済的にも負担である。

また、光触媒を基材に結着させる場合、有機系バインダでは、光触媒が同バインダを分解し、劣化させてしまうため、光触媒が基材に固定化されずに脱落することになる。このため、水ガラス等の無機質バインダを使用した場合、光触媒を基材に固定することはできるが、水ガラスが光触媒表面を覆ってしまうため、光触媒効果が低下するという問題が生じることになる。その他、光触媒の担持方法、光触媒の結着性、基材との結着性、製造方法の複雑さ等の面で問題があり、コスト的にも高くなるという問題がある。

特開２００１−４６４７９号公報特許第３５２１７４８号公報

本発明は、このような現状に鑑みて提案されたものであり、優れた脱臭性能を有するとともに、光触媒の結着性、基材との結着性に優れ、かつ安価に製造することができる光触媒シートを提供することである。
また本発明は、優れた脱臭性能を有するとともに、安価に製造することができるエアーフィルタを提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の光触媒シートは、光触媒を含有し、目付け重量が１０ｇ/ｍ²〜７００ｇ/ｍ²、好ましくは目付け重量が３０ｇ/ｍ²〜６００ｇ/ｍ²であることを特徴とする。

また本発明は、光触媒の含有量が１ｇ/ｍ²〜５００ｇ/ｍ²、好ましくは光触媒の含有量が１０ｇ/ｍ²〜３００ｇ/ｍ²であることを特徴とする。

また本発明は、前記光触媒に無機バインダを含有することを特徴とする。無機質バインダの含有率は少なくとも１％、好ましくは１％〜９０％であることを特徴とする。

さらに本発明の光触媒シートは、光触媒と無機質バインダが１〜２５：１の割合で含有することを特徴とする。

前記光触媒は、無機質担体に担持されており、好ましくは、無機質担体は透光性多孔体であり、その細孔内に光触媒が担持されたことを特徴とする。前記光触媒は二酸化チタンであり、無機質担体はシリカゲルであることを特徴とする。

前記無機質バインダは、粘土質鉱物であり、好ましくは珪酸塩鉱物であり、さらに好ましくはベントナイトであることを特徴とする。

また本発明の光触媒シートは、前記光触媒シートの基材が繊維布であることを特徴とする。前記繊維布は、好ましくは不織布であり、さらに好ましくはポリエステル系繊維に代表される有機質不織布であることを特徴とする。

また本発明のエアーフィルタは、上述した触媒シートにより構成されていることを特徴とし、さらに、同エアーフィルタは、室内空気清浄器に装着されるエアーフィルタであることを特徴とする。

本発明の光触媒シートは、所定目付け重量とし、又は光触媒、無機質バインダを所定範囲内の比率とすることにより、優れた脱臭性能を有するとともに、光触媒の結着性、基材との結着性に優れ、かつ安価に製造することができる。
また、同光触媒シートにより構成されたエアーフィルタは、優れた脱臭性能を有するとともに、安価に製造することができる、という効果が得られる。

次に、本発明の光触媒シートの実施形態について説明する。この光触媒シートは室内用空気清浄器の脱臭フィルタとして使用されるものであるが、除塵フィルタ、微粒子除去フィルタ等として使用してもかまわない。

光触媒シートの基材となる繊維布帛は、不織布、織物、編物等のいずれの形態でもよい。繊維素材はポリエステル、ポリオレフィン、ナイロン、アクリルなどの合成繊維、綿、麻などのセルロース繊維、レーヨンなどの再生セルロース繊維、トリアセテートなどの酢酸セルロース繊維、羊毛、絹などのタンパク繊維などが使用できる。また、ガラス繊維、アルミナ繊維、炭素繊維、金属繊維などの無機質繊維も使用できる。ここでは、有機質不織布、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリオレフィン系繊維の不織布が好ましい。

不織布としては、スパンポンド／メルトブロー複合不織布、スパンポンド不織布、サーマルポンド不織布、メルトブロー不織布などのいずれでもよい。

本発明の光触媒シートは、前記基材に光触媒物質を含有させており、その目付け重量は１０ｇ/ｍ²〜７００ｇ/ｍ²が好ましい。１０ｇ/ｍ²以下では、光触媒量が少ないため望ましい光触媒作用による清浄効果（脱臭効果等）が得られず、また、繊維の分散ムラや強度面で不安定である。しかし、７００ｇ/ｍ²以上にしても浄化効果はほとんど変わらないためコスト的に無駄であり、また空気抵抗が増大して空気浄化能力が低下することになる。好ましい目付け重量は３０ｇ/ｍ²〜６００ｇ/ｍ²であり、さらに好ましい目付け重量は１００ｇ/ｍ²〜２５０ｇ/ｍ²である。目付け重量の最適範囲は使用する基材により前記範囲内で選定される。なお、目付け重量とは、光触媒シート１ｍ²あたりの光触媒と不織布の総重量、又は後述する無機質バインダを含む場合は、光触媒と無機質バインダと不織布の総重量である。

本発明における光触媒シートの光触媒の含有量は１ｇ/ｍ²〜５００ｇ/ｍ²である。光触媒が１ｇ/ｍ²以下では、所定時間内で清浄効果（脱臭効果）が得られないため、実用的ではなく、また、５００ｇ/ｍ²以上含有させても所定時間内での清浄効果は変わらないため、コスト的に無駄となる。好ましい光触媒含有量は１０ｇ/ｍ²〜３００ｇ/ｍ²である。

本発明における光触媒シートでは、光触媒同士の結着、及び光触媒と基材との結着のために無機バインダが含有される。無機質バインダの含有量は少なくとも１％である。１％以下では光触媒の結着力及び基材との結着力が不足し、光触媒の脱落等の可能性がある。上限値は光触媒含有量との関係で定まり、上限値を９９％とすることも理論的には可能である。しかし、無機質バインダの含有量が多過ぎると相対的に光触媒含有量が少なくなり、また、光触媒の表面が無機質バインダで覆われて表面露出面積が小さくなるため、清浄能力が低下する。好ましい無機質バインダの含有率は１％〜９０％である。

本発明における光触媒では、光触媒：無機質バインダが１〜２５：１の割合で含有されていることが好ましい。光触媒の清浄効果と、無機質バインダによる光触媒との結着性及び基材との結着性（所定風量条件下での結着性）のバランスを考慮すれば、無機質バインダに対して光触媒は１〜２５倍（重量）の含有量が必要である。好ましくは、光触媒：無機質バインダが３〜５：１の割合である。

光触媒シートは、前記基材に、光触媒と無機質バインダの混合液を塗布又は含浸させることにより得られる。光触媒としては、ＴｉＯ₂、ＺｎＯ、ＳｒＴｉＯ₃、ＣｄＳ、ＣａＰ、ＩｎＰ、ＣａＡｓ、ＢａＴｉＯ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＮｉＯ、Ｃｕ₂Ｏ、ＳｉＯ₂、ＲｕＯ₂、ＣｅＯ₂など、及びこれらにＰｔ、Ｒｈ、ＲｕＯ₂、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｆｅ等の金属類を添加したものが使用できる。なかでも二酸化チタンは酸化電位が高く光触媒作用に優れているため好ましい。二酸化チタンは、アナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型、アモルファス型のいずれでもよいが、ここではアナターゼ型が使用される。

光触媒は、光触媒単独で使用してもよいが、好ましくは無機質担持体に担持させた状態で使用する。光触媒を担持する方法には、ガラス、多孔性セラミック、金属酸化物などに担持する方法が知られているが、透光性多孔体であるシリカゲルに担持させた光触媒シリカゲルが好ましい。光触媒シリカゲルは、多数の細孔を有するシリカゲルと光触媒含有溶液を混合した後、乾燥、焼成して得られるものであり、細孔内に光触媒が侵入した状態となっている。製法によっては、シリカゲルの表層に高濃度の光触媒含有層を形成した、微粒子状（平均粒度１．７ｍｍ〜４．０ｍｍ）の光触媒シリカゲルとすることもできるが、ここでは、表面に光触媒含有層が存在しないものが好ましい。

このような光触媒シリカゲルは、表面に光触媒が存在しないことから、有機質基材に対してほとんど影響を及ぼさない。またシリカゲルは紫外線を透過するため、シリカゲル内部の光触媒も反応に関与し、光触媒作用による清浄効果に優れている。この光触媒シリカゲルは、微粉末（例えば、平均粒度３μｍ〜１０μｍ、比表面積３００²/ｇ）となっている。

無機質バインダとしては、粘土質鉱物である珪酸塩鉱物が使用できる。詳しくは、ベントナイト、ゼオライト、ジークライトなどの珪酸アルミニウム系、アタパルジャイント、セピオライトなどの珪酸マグネシウム系等が使用できるが、安価に入手できるベントナイトが好ましい。ベントナイトは水を含むと粘着性を示し、光触媒との結着性が良好である。また臭気成分の吸着性も有している。

光触媒と無機質バインダは水を溶媒として混合する。このとき増粘剤を少量添加してもよい。増粘剤としては、アルギン酸ソーダ、ローカスビーンガム、グアーガム、デンプンなどの多糖類系増粘剤、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース系増粘剤を使用することができるが、カルボキシメチルセルロースが適度の増粘性が得られるため好ましい。

これら光触媒と無機質バインダと、必要により添加する増粘剤の混合液を、ローラ方式、散布方式、その他の既知の方法により基材の表面に塗布することにより、又は前記混合液中に基材を浸漬させることにより、本発明の光触媒シートが得られる。

本発明の光触媒シートを、室内の空気清浄器のエアーフィルタとして使用する場合、光触媒活性を高めるために、例えば波長が４００ｎｍ以下の紫外線を積極的に照射することができる。紫外線照射は連続的又は断続的に行うことができる。エアーフィルタに粉塵等が付着して清浄能力が低下したときは、紫外線照射量を高めて光触媒の活性力をさらに増大させ、付着物を分解処理して自浄再生することもできる。

粉末状のシリカゲル担持光触媒（二酸化チタン）とベントナイトを表１に示す割合で水に混合した。その混合液をポリエチレンテレフタレートの不織布基材の表面にローラで塗布し、乾燥させて光触媒シートを得た。光触媒シートの目付け重量と脱臭所要時間（臭気成分であるアセトアルデヒド１０ｐｐｍが１ｐｐｍに低下するまでに要した時間）の関係を表１に示す。また、光触媒塗布量と前記脱臭所要時間の関係を図１に示す。実験条件は以下の通りである。
測定空間：１．０ｍ³（アクリル製ボックス）
臭気発生源：アセトアルデヒド１０ｐｐｍ
測定方法：ガス検知管
測定条件：風量；２．７ｍ³/ｍｉｎ
光触媒シート；サイズ２５０×２００ｍｍ/枚２枚使用
組成比率；光触媒：ベントナイト＝４：１
紫外線ランプ；波長３１０〜４００ｎｍ，
紫外線強度７５００μＷ/ｃｍ² ２本使用

実施例１に示すように、光触媒シートの光触媒重量１１ｇ/ｍ²、目付け重量８３．７５ｇ/ｍ²のときでも、１７３ｍｉｎで臭気成分が目標濃度まで低下するため、実用的効果が認められる。光触媒重量５００ｇ/ｍ²、目付け重量６９５ｇ/ｍ²でも、脱臭所要時間は９０ｍｉｎで安定していることがわかる。

ベントナイトと光触媒の含有比率を表２に示す割合とし、実施例１と同じ方法で光触媒シートを作成し、脱臭所要時間（実施例と同じ）との関係を調べた。その結果を表２に示す。また、ベントナイト含有率と脱臭所要時間の関係を図２に示す。実験条件は実施例１と同じである。

表２に示すように、ベントナイトと光触媒の含有比率がいずれの場合でも、目標時間内に脱臭効果が得られた。しかし、図２に示すようにベントナイト含有量が２０％を越えると脱臭所要時間が延びる傾向にある。両者の比率が１までは短時間で脱臭できるが、ベントナイト含有量が９０％を超えると脱臭時間が長くなり、実用性に欠ける。

本発明の光触媒シートは、上述したエアーフィルタとしての使用のほか、包装材料、衣料、衛生材料、インテリア材料等としても使用できる。また、室内外や車内等に設置される脱臭装置、廃ガス清浄装置、空調装置などのエアーフィルタとしても使用できる。

本発明の光触媒塗布量と脱臭所要時間の関係を示すグラフである。本発明のベントナイト含有率と脱臭所要時間の関係を示すグラフである。

Claims

光触媒を含有し、目付け重量が１０ｇ/ｍ²〜７００ｇ/ｍ²であることを特徴とする触媒シート。
目付け重量が３０ｇ/ｍ²〜６００ｇ/ｍ²であることを特徴とする請求項１に記載の光触媒シート。
光触媒の含有量が１ｇ/ｍ²〜５００ｇ/ｍ²の光触媒シートであることを特徴とする光触媒シート。
光触媒の含有量が１０ｇ/ｍ²〜３００ｇ/ｍ²であることを特徴とする請求項３に記載の光触媒シート。
無機質バインダを含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光触媒シート。
無機質バインダの含有率が少なくとも１％であることを特徴とする請求項５に記載の光触媒シート。
無機質バインダの含有率が１％〜９０％であることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の光触媒シート。
光触媒と無機質バインダが、１〜２５：１の割合で含有することを特徴とする光触媒シート。
前記光触媒は、無機質担体に担持されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光触媒シート。
前記無機質担体は、透光性多孔体であり、前記光触媒は、前記透光性多孔体の細孔内に担持されていることを特徴とする請求項９に記載の光触媒シート。
前記光触媒は、二酸化チタンであることを特徴とする請求項１〜１０に記載の光触媒シート。
前記無機質担体は、シリカゲルであることを特徴とする９〜１１に記載の光触媒シート。
前記無機質バインダは、粘土質鉱物であることを特徴とする請求項５〜１２に記載の光触媒シート。
前記無機質バインダは、珪酸塩鉱物であることを特徴とする請求項請求項５〜１２に記載の光触媒シート。
前記無機質バインダは、ベントナイトであることを特徴とする請求項請求項５〜１２に記載の光触媒シート。
前記光触媒シートの基材は繊維布帛であることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の光触媒シート。
前記繊維布帛は不織布であることを特徴とする請求項１６に記載の光触媒シート。
前記不織布は有機質不織布であることを特徴とする請求項１７に記載の光触媒シート。
前記有機質不織布は、ポリオレフィン系繊維であることを特徴とする請求項１８に記載の光触媒シート。
請求項１〜１９のいずれかに記載の触媒シートにより構成されていることを特徴とするエアーフィルタ。
前記エアーフィルタは、室内空気清浄器に装着されるエアーフィルタであることを特徴とする請求項２０に記載のエアーフィルタ。