JP2007204882A

JP2007204882A - 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: JP2007204882A
Application number: JP2006025704A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Nagamori; 吉紀長森
Original assignee: Iris Ohyama Inc
Current assignee: Iris Ohyama Inc
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2007-08-16

Abstract

【課題】光触媒体を繊維基材に強固に固着することができ、かつ紫外線吸収を抑制して光触媒体の活性低下を防止することができ、しかも、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、優れた脱臭性能を有するとともに、清浄効果が優れ、かつ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。
【解決手段】光触媒体が膨潤性粘土鉱物バインダによって繊維基材に固着されている光触媒シートである。粘土鉱物バインダは、スメクタイトが好ましく、特に２八面体スメクタイトであることが好ましい。前記繊維基材はポリエステル系又はポリエステル系繊維不織布等の有機質繊維である。光触媒体は、光触媒が透光性多孔体の無機質担体に担持されている。光触媒は、二酸化チタンであることが好ましく、無機質担体は、シリカゲルであることが好ましい。この光触媒シートは空気清浄器等のエアーフィルタに最適である。

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２）。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、光触媒を基材に固着する場合、有機系バインダでは光触媒により分解劣化するため、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、水ガラス等の無機系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、その固着力は充分ではなく、また、光触媒表面を覆ってしまうと光触媒体効果が低下するという問題が生じることになる。さらに、従来の有機系バインダ、無機系バインダ、これらの混合バインダは、原料コスト、製造コスト等が高いため、エアーフィルタ等に使用するためには、さらなる低コスト化が求められている。

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、光触媒体を含むシートであって、該光触媒体を基材に強固に固着するとともに、光触媒体の有効活性面積（露出面積）を広く維持することにより、優れた脱臭効果と清浄効果が得られ、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、清浄効果が優れ、かつ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において、請求項１の発明にあっては、光触媒体を粘土鉱物バインダによって基材に固着することを特徴とする。また請求項２の発明にあっては、請求項１に記載の前記粘土鉱物バインダが、スメクタイトを含むことを特徴とする。さらに請求項３の発明にあっては、請求項２に記載の前記スメクタイトが、２八面体スメクタイトを含むことを特徴とする。

また請求項４の発明にあっては、請求項１〜３のいずれかに記載の前記粘土鉱物バインダが、２八面体スメクタイトを０．５％〜９５％含有していることを特徴とする。さらに請求項５の発明にあっては、請求項１〜３のいずれかに記載の前記粘土鉱物バインダが、２八面体スメクタイトを１０％〜６０％含有していることを特徴とする。

また請求項６の発明にあっては、請求項１〜５のいずれかに記載の前記基材が繊維布帛であることを特徴とする。また請求項７の発明にあっては、請求項１〜５のいずれかに記載の前記基材が不織布であることを特徴とする。また請求項８の発明にあっては、請求項７に記載の前記不織布は有機質繊維であることを特徴とする。さらに請求項９に記載の発明にあっては、請求項８に記載の前記有機質不織布は、ポリオレフィン系又はポリエステル系繊維の不織布であることを特徴とする。

また請求項１０の発明にあっては、請求項１〜９のいずれかに記載の前記光触媒体は、光触媒が無機質担体に担持されていることを特徴とする。また請求項１１の発明にあっては、請求項１０の発明の前記無機質担体は、透光性多孔体であり、前記光触媒が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。また請求項１２の発明にあっては、請求項１〜１１のいずれかに記載の前記光触媒体を構成する光触媒が二酸化チタンであることを特徴とする。さらに請求項１３の発明にあっては、請求項１１又は１２に記載の前記無機質担体が、シリカゲルであることを特徴とする。

また本発明のエアーフィルタにおいて、請求項１４の発明にあっては、請求項１〜１３にいずれかに記載の光触媒シートにより構成されていることを特徴とする。さらに、請求項１５の発明にあっては、請求項１４の発明のエアーフィルタは、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によれば、光触媒体を基材に強固に固着することができるとともに、光触媒体の有効活性面積（露出面積）を広く維持し、バインダの紫外線吸収を抑制して光触媒体の活性低下を防止することにより、優れた脱臭効果と清浄効果が得られる。また、原料コスト、製造コストが安価であり、低コスト化を図ることができる。
また本発明のエアーフィルタは、優れた脱臭効果と清浄効果を有するとともに、安価に製造することができる等の効果を得ることができる。

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することができる。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又はポリエステル系繊維の不織布が好ましい。

不織布としては、スパンボンド／メルトブロー複合不織布、スパンボンド不織布、サーマルボンド不織布、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、光触媒体が粘土鉱物バインダによって基材に固着されている。粘土鉱物は、水や有機溶媒を含んだときに膨張し、適度な粘着性、流動性、分散性を示し、乾燥時に光触媒体と基材とを強固に固着することができる。粘土鉱物は主として珪酸塩鉱物であり、スメクタイト、カリオン、パイロフィライト、バーミュキュライト、雲母などである。なかでもスメクタイトは、光触媒体と基材の固着性、塗布性等に優れ、紫外線吸収性が小さく、光触媒体の光反応性を阻害しないという性質を有している。

スメクタイトは、八面体陽イオンの違いから、２八面体型スメクタイトと３八面型スメクタイトがあり、２八面型スメクタイトは八面体陽イオンの大部分を３価の陽イオン（Ａｌ又はＦｅ^3＋）が占め、３八面型スメクタイトは、２価の陽イオン（Ｍｇ）が占めている。２八面型スメクタイトには、モンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイトなどがあり、３八面型スメクタイトにはサポナイト、ヘクライト、スチブンサイトなどがある。

本発明では、いずれの型のスメクタイトを使用してもよいが、３八面型スメクタイトは、天然物の産出量が少なく合成物がほとんどであるため、高価である。これに対し、２八面型スメクタイトは、ベントナイト（モンモリロナイトが主成分）に代表されるように、天然物が豊富に産出されるため安価に入手でき、光触媒体と基材との固着性、紫外線吸収性（光触媒体の光反応性）等、性能的にもスチブンサイトを除く３八面型スメクタイトと遜色が無い。スチブンサイトは固着性が２八面型スメクタイトより劣っている。したがって２八面型スメクタイトの使用が好ましい。

本発明の粘土鉱物バインダは、不可避的な不純物を除き、前述した粘土鉱物で構成されているが、シリカ系バインダ等の他の無機系バインダを添加してもよい。使用鉱物によっては、微量の増粘剤を添加することもあるが、増粘剤は経時的に光触媒体により分解されるため、増粘剤自体が、製品化後の光触媒体と基材の固着性に影響を与えるものではない。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。

光触媒体を構成する光触媒としては、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体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。

光触媒体は、２種類以上の光触媒を使用してもよく、また光触媒単独で使用してもよいが、好ましくは光触媒を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が優れている。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。

これら光触媒体、粘土鉱物バインダ、必要により増粘剤を、水を溶媒として混合し、こ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における光触媒体の含有量は１ｇ/ｍ²〜５００ｇ/ｍ²である。光触媒体が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。好ましい光触媒体含有量は１０ｇ/ｍ²〜３００ｇ/ｍ²である。

前記光触媒体は粘土鉱物バインダに混入して基材に塗着されるが、このとき粘土鉱物バインダの２八面型スメクタイトの含有量を０．５％〜９５％、残部を光触媒体及び他の不可避的添加物とするのが好ましい。２八面型スメクタイトが０．５％以下では光触媒体と基材との固着力、光触媒体同士の結着力が不足し、光触媒体の脱落等の可能性がある。しかし９５％以上になると、光触媒体の表面が粘土鉱物バインダで覆われて表面露出面積が小さくなるため、光触媒体の活性が低下する。好ましい２八面型スメクタイトの含有率は１０％〜６０％である。

本発明の光触媒シートにおける光触媒体：粘土鉱物バインダは１〜２５：１の割合で含有されていることが好ましい。光触媒体の清浄効果と、無機質バインダによる光触媒体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体は１〜２５倍（重量）の含有量が必要である。好ましくは、光触媒体：無機質バインダが３〜５：１の割合である。

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、光触媒体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体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体（二酸化チタン使用）とスメクタイト（バインダ）を、４：１の割合で水に混合し、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。スメクタイトには２八面体型スメクタイト（ベントナイト）と、３八面体型スメクタイト（合成サポナイト、合成ヘクトライト）を使用し、それぞれの脱臭所要時間（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）を調べた。比較例として前記基材に光触媒体を含まないシートを使用した。結果を図１に示す。また、そのときの光触媒体の不織布基材からの脱落状況についても目視で観察した。各光触媒シートの性能比較を表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
紫外線ランプ；波長３１０〜４００ｎｍ，

図１及び表１に示すように、２八面体型及び３八面体型のサポナイト、ヘクトライトは不織布基材から光触媒体の脱落が認められず、強固な固着性が確かめられた。また、アルデヒド分解性能（脱臭性能）も短時間でその効果が認められ、両者の脱臭効果に顕著な差は認められなかった。ただし、３八面体型でもスチブンサイトは２八面体型よりも固着性が劣っていた。一方、同表に示すように、２八面体型スメクタイトは３八面体型スメクタイトに比べて格段に安価であり、２八面体型スメクタイトを使用すれば大幅な低コスト化が実現できる。

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。

本発明の各種スメクタイトバインダを使用した場合の脱臭性能を示すグラフである。

Claims

光触媒体を含むシートであって、光触媒体を粘土鉱物バインダによって基材に固着したことを特徴とする光触媒シート。
前記粘土鉱物バインダは、スメクタイトを含むことを特徴とする請求項１に記載の光触媒シート。
前記スメクタイトは、２八面体スメクタイトを含むことを特徴とする請求項２に記載の光触媒シート。
前記粘土鉱物バインダは、２八面体スメクタイトを０．５％〜９５％含有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光触媒シート。
前記粘土鉱物バインダは、２八面体スメクタイトを１０％〜６０％含有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光触媒シート。
前記基材は繊維布帛であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光触媒シート。
前記基材は不織布であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光触媒シート。
前記不織布は有機質繊維であることを特徴とする請求項７に記載の光触媒シート。
前記有機質不織布は、ポリオレフィン系又はポリエステル系繊維の不織布であることを特徴とする請求項８に記載の光触媒シート。
前記光触媒体は、光触媒が無機質担体に担持されていることを特徴とする請求項１〜９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１０に記載の光触媒シート。
前記光触媒体を構成する光触媒は二酸化チタンであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか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請求項１１又は１２に記載の光触媒シート。
請求項１〜１３のいずれかに記載の光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１４に記載のエアーフィルタ。