JP2008307877A - 光触媒機能を有する機能性建材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光触媒機能を有する機能性建材の製造方法において、任意に高機能な光触媒の選択が可能で、光触媒と基材との密着性が良く、コストが安く、製造方法が簡便でかつ調湿などに代表される建材に通常求められ基材が本来持つ機能を損なわない手段を提供する。
【解決手段】 基材を、セメントに代表される原材料と水を混合し水和反応により硬化せしめる製造法を取るものに限定し、光触媒粒子を分散させた水溶液を、基材の表面にその硬化前に付着させて、水溶液中の無機成分と基材中の無機成分の硬化反応により光触媒粒子を表面に固着させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光触媒機能を有する機能性建材の製造方法に関する。ここで光触媒機能とは一般に光触媒が有しておりかつ建材に施したとき利用しうる空気浄化、防汚、抗菌などの機能を意味する。

近年、室内居住空間は健康志向の高まりにより、温度だけでなく湿度や空気の質までの制御が求められるようになっている。温度制御については従来、構造的な断熱機能の強化や冷暖房の使用により実現されてきた。また、湿度についてもこれを制御する方法として、エアコンによる装置的制御および建材に付与した自立的調湿機能による制御が提示されて既に久しい。後者の提示文献としては例えば特許文献１を挙げることができる。

近年、空気中の微量な化学物質が人の健康に与える影響がシックハウス症候群として指摘されるようになり、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）や悪臭物質などの空気汚染物質の抑制も大きな関心となっている。これを解決する手段として換気装置や空気清浄器のような装置的制御の他に、光触媒を利用して建材や部材に空気汚染物質の分解機能を付与して空気質を改善しようとする試みも、数多くある。これらの特許文献を以下に例示する。これらの中には調湿機能を兼ね備えているものも含まれる。

特許文献２は、基材表面に釉薬層か印刷層を形成し光触媒粒子を付着させ熱処理で粒子を一部埋没させしめる、また特許文献３は、基材に固化剤を塗布後にその固化前に光触媒粒子を接着する方法および製品を開示しており、さらに特許文献４では光触媒粒子を含む分散液を調湿建材本体にスプレーし、表面の凹部に重点的に付着させる方法および製品が開示されている。以上の文献は光触媒粒子を原姿のままで固着した製品あるいはその固着方法に関する発明の開示と見なせる。これらの方法は光触媒が粒子である限りその種類を選ばないが、文献２または３の方法では基材に調湿機能がある場合には損なわれる可能性があり、また文献３または４の方法では粒子自体の固着力が不十分になりやすいことが予想される。一方、特許文献５はタイルに光触媒機能を付与するにあたり単位面積あたりの活性を高めるため、比表面積の大きな珪藻土の表面を光触媒で被覆した粒子を固定したタイルの発明を開示している。同様に特許文献６も多孔体の粒子への光触媒粒子の担持による内装壁材の提案であるが、多孔体が水蒸気の吸放出、言い換えれば調湿機能も担っている。特許文献５と６においては基材自体の調湿機能についてはとくに言及されていない。特許文献７は調湿性建材基材を、光触媒活性を有する酸化チタンを担持した調湿性無機粉末を含有する水性エマルション塗料で塗装した建材を開示している。この文献のように、光触媒を塗料化したコーティングやそれを施した建材およびそれらの製造方法に関する発明は、これ以外にもいくつか見られる。

特許第２６５２５９３号公報 特許第２６６７３３１号公報 特開平１１−１４１０９１号公報 特開２００２−３４８１８３号公報 特許第３４３１３０１号公報 特開２００２−１３８３７６号公報 特開２００２−２３５３８２号公報

光触媒機能を有する機能性建材の製造方法に望まれる条件として、任意に高機能な光触媒の選択が可能で、光触媒と基材との密着性が良く、コストが安く、製造方法が簡便でかつ調湿などに代表される建材が本来持つ機能を損なわないことが上げられる。この中で任意に高機能とは、使用環境で利用しうる光の波長領域での反応性、所定の物質に対する活性、さらには使用に適した粒子サイズ、形状、硬さ、耐久性などに例示される材料としての特性など、製造した建材とその製造上の観点から求める機能を持つという意味である。

これまで公知の文献においては、すべてを満たしている発明は見受けられない。例えば光触媒粒子の原姿のままでの固着は光触媒粒子が任意に高機能のものが選択可能だが、基材の調湿機能の保持と実用的な固着強度、両方満たす方法はこれまで見られなかった。また光触媒を他の粒子に担持させるかまたは塗料化してコーティングする方法では、調湿機能を付与または維持しつつ付着強度を確保するように設計することは可能だが、光触媒の種類の選択肢は乏しい。具体的に言えば光触媒の主流である酸化チタンの結晶構造、純度、結晶子サイズ、比表面積といった活性を支配するとされる物性の選択肢、また可視光にも効率的に反応させるべく酸化チタンをわずかに改良した物質やチタン以外の金属酸化物あるいは硫化物などの物質自体の選択肢が乏しくなる。さらに光触媒を他の粒子に担持させるかまたは塗料化してコーティングする方法は、酸化チタンなどの光触媒になりえる物質を出発原料としてさらに合成反応を繰返すため、光触媒粒子を原姿のまま用いる場合より、コスト面において不利と言える。もう一つ考えられる光触媒機能の基材への付与方法は化学蒸着とスパッタリング蒸着方法だが、高価な装置を必要とし真空の維持や高純度な供給物質やターゲットにも費用を要するため、コストが安いとは言えず、基材に対しても耐熱性や表面の平滑性などを要求する。

本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされ、光触媒機能を有する機能性建材の製造方法に望まれる条件を実現する手段を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、光触媒粒子を分散させた水溶液を、原材料と水を混合し水和反応により硬化せしめる基材の表面に、該基材の硬化前に付着させ、該水溶液中の無機成分と該基材中の無機成分の硬化反応により、該光触媒粒子を該基材の表面に固着させることで前記課題を解決しうることを見いだした。すなわち基材と水溶液の両側からの反応を起こす無機成分が互いに接触する表面に、膜が形成され光触媒粒子が固着される。こうした反応による光触媒機能の基材への付与という概念はこれまでのどの公知の文献にもなかったものである。

水溶液中の無機成分と基材中の無機成分の組み合わせは、水和反応により硬化するか直接反応して硬化する組み合わせのどちらでも良い。基材に水和硬化の性質を求めているのは、基材中の無機成分が表面から供給された無機成分と反応する条件して必要なためである。この文献の中では、水との混合により水を物質内にすべてあるいはその一部を取り込んで硬化することを、水和反応による硬化または水和硬化と呼ぶ。基材はそのすべてが水和硬化する性質を有している材料でなくとも、硬化後の強度を十分保てるほど含有していればよい。この含有率は、反応の種類および製品として求められる強度によるため一義的には規定出来ない。膜形成をする基材からの無機成分は基材中の水和硬化する性質を有している物質に由来しても良いし、さらに基材中に加えた他の物質に由来しても良い。

水和硬化についていくつかの材料を例に取って具体的に説明する。セメントは無機質の膠着材料で、水と混合することにより水和硬化する性質を有する代表的な物質である。けい酸カルシウムを主成分とするポルトランドセメントが最も一般的であるが、アルミン酸カルシウム主体のアルミナセメントも耐火性や早強性が求められる場合に用いられる。これらのセメント中に存在し水との混合で水和硬化する性質の化合物としては化１が例示できる。

前記化合物の硬化メカニズムは、水と接するとまずカルシウムイオンが遊離し溶解度の低い水酸化物として再析出するとともに、一部のカルシウムイオンは残りのけい素やアルミニウムなどの金属酸化物と水を介して結合するためとされている。ここでの遊離とは、水との混合によりイオンとして水に溶解した状態を言い、その後硬化することは問わない。セメントに分類されない焼セッコウ（硫酸カルシウム０．５水和物：ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ）や生石灰（酸化カルシウム：ＣａＯ）も同様に水和硬化する性質がある。焼セッコウは水と混合されると部分的に溶解し、２水セッコウ（硫酸カルシウム２水和物：ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）が再析出することで硬化する。２水セッコウは単独で水と混合しても水和硬化しない。無水セッコウ（硫酸カルシウム無水塩：ＣａＳＯ_４）も含めてこれらはセッコウと総称され、すべて水にわずかに溶けてカルシウムイオンを遊離する。生石灰の硬化は、遊離したカルシウムイオンの水和による水酸化カルシウムの生成により起こる。

次に多成分系の水和反応による硬化について説明する。一般に、二酸化けい素、酸化アルミニウム、酸化チタン（ＩＶ）、酸化亜鉛、十酸化四りん（別名：五酸化りん）など多価酸化物は単一物質では硬化しないが、カルシウムを含めてアルカリ土類金属イオンを遊離する物質（例えばアルカリ土類金属の酸化物）を組み合わせると水を介して水和物を形成し硬化する性質を有する。この文献中ではアルカリ土類金属とはマグネシウム、カルシウム、ストロンチウムおよびバリウムを指す。上記性質を利用しフライアッシュや天然のシリカ質混合材をポルトランドセメントに混合したものが混合セメントである。なお上記、二酸化けい素、酸化アルミニウム、酸化チタン（ＩＶ）、酸化亜鉛、十酸化四りんのうち十酸化四りんのみが水に溶解し、りん酸イオンを生ずることを後のために付記する。また水和ではないが水溶液中でアルカリ士類金属イオンはりん酸イオン、硫酸イオン、炭酸イオンのいずれかと接触すると直接反応して難溶性塩を形成するため薄い水膜中で反応させれば膜形成が可能である。

水和硬化を起こす材料として、特殊なセメントについて最後にいくつか例示する。一つはオキシクロライドセメントである。これは酸化亜鉛と塩化亜鉛水溶液、あるいは酸化マグネシウムと塩化マグネシウム水溶液を練ったものであり、オキソ塩化物水和物を生成して硬化する。後者のセメントは別名マグネシアセメントとも言われる。この種のセメントのペーストは可塑性が大きく、木材なども良く接着する。歯科材料用の用途もある。

用途が限られる特殊なセメントとしてまた、りん酸セメントがある。酸化亜鉛またはアルミノシリケート化合物（鉱物またはガラス）の粉末は、りん酸水溶液と練ると良く硬化する。これは歯科材料として利用されている。酸化アルミニウムとりん酸水溶液の組み合わせでもやや加熱すると硬化する。また二酸化けい素とりん酸水溶液も同様である。これら水和硬化する一連のペーストと硬化体が、りん酸セメントと呼ばれている。

水和硬化する基材表面に、その硬化前に光触媒粒子を分散させた水溶液を付着し、水溶液中の無機成分と基材中の無機成分の硬化反応で膜を形成すれば光触媒を固着することができる。膜を形成させるための具体例として、基材中にポルトランドセメント、アルミナセメント、セッコウ、生石灰、その他水との混合により遊離のアルカリ土類金属イオンを生じる物質のいずれか１種類以上が含まれていれば硬化前に表面から水溶液としてコロイド状の二酸化けい素、同状の酸化アルミニウム、同状の酸化チタン（ＩＶ）、同状の酸化亜鉛、りん酸イオン、硫酸イオン、炭酸イオンのいずれか一種類以上の成分を供給すると硬化反応により無色で多孔質な透湿性の膜を形成できる。以後これらの無機成分を一連の酸化物またはイオンと呼ぶ。二酸化けい素、酸化アルミニウム、酸化チタン（ＩＶ）、酸化亜鉛は水に不溶なので均一に分散させるためおよび反応性を持たせるためにコロイドとなっている必要がある。コロイドとは通常１〜５００ｎｍの大きさの溶液中の粒子を言うが、ここでは水溶液中で粒子のサイズが５００ｎｍ以下のものを指す。

アルカリ土類金属イオンの供給源を逆転し、基材の硬化前に表面に付着する光触媒粒子を分散させた水溶液中にアルカリ土類金属イオンのいずれか一種類以上の成分を含んでいても良い。このとき、基材の水和硬化と一体となって表面の付着した水溶液中のイオンも硬化反応を起こし膜形成されるので、基材中に必ずしも前記一連の酸化物またはイオンを要しない。ただし、基材の水和硬化のために前記一連の酸化物またはイオンのいずれか一種類以上を必須とする場合はこの限りではない。

特殊なセメントとして既に例示した、オキシクロライドセメントの硬化を、膜形成による光触媒粒子の固着に応用することも可能である。すなわち基材中に酸化亜鉛を含みかつ光触媒粒子を分散させた水溶液中に塩化亜鉛を含めば、あるいは基材中に酸化マグネシウムを含みかつ水溶液中に塩化マグネシウムを含めば、これらの水溶液の表面付着により膜形成をさせ光触媒粒子を固着することができる。

やはり特殊なセメントとして例示した、りん酸セメントの硬化を、光触媒粒子の固着に応用することもできる。すなわち基材中に酸化亜鉛、アルミノシリケート化合物、酸化アルミニウム、二酸化けい素のいずれか一種類以上の物質を含むとき、りん酸を含む光触媒粒子を分散した水溶液を表面に付着すれば膜形成により、光触媒を表面に固着することができる。

本発明は光触媒機能を有する機能性建材の製造方法に関するものであり、基材を原材料と水を混合し水和反応により硬化せしめる製造法を取るものに限定し、光触媒粒子を分散させた水溶液を、基材の表面にその硬化前に付着させて、水溶液中の無機成分と基材中の無機成分の硬化反応により光触媒粒子を表面に固着させることを特徴とする。本方法によれば、製造にあたりコストが安く簡便であるとともに、光触媒粒子の広い選択肢、形成される膜の性質により光触媒粒子の十分な固着力と基材が有している調湿機能を損ないにくいという効果を持つ。なお実施例１に示す方法によれば、基材へ光触媒粒子も含めて透明な状態で強固に固着させ、かつ空気浄化機能を付与しながら基材の卓越した調湿機能を全く損なうことがない。

ここでは、本発明を実施するのに最も適していると思われる方法について説明する。ただし、本発明の実施形態についてはこれに限定されるものではない。

本発明を実施するに当たり基材として例えばポルトランドセメント、アルミナセメント、焼セッコウ、生石灰を水和反応により硬化する材料として選ぶことができる。これらは水との混合により水和硬化するとともに、カルシウムイオンを遊離する性質を持つ。ただちには硬化せず数分〜数日の時間を要するから、その間に任意の形状への成形と光触媒の固着操作をすることができる。また２水セッコウは単独では硬化しないが、カルシウムイオンを遊離するのでコロイド状の二酸化けい素（別名：コロイダルシリカ）と混合すると水和硬化するので組み合わせて硬化する材料に用いることができる。基材中にカルシウムイオンを遊離する物質を含む場合、コロイダルシリカを混合することにより強度が高まることは、発明者らが既に行った特許申請「調湿内装材の製造法」（特願２００６−１０９１７７）中に記述されている。

硬化した後の基材が製品として必要な強度を有するなら、他の硬化に寄与しない材料を混入させても良い。例えば調湿機能を付与するために珪藻土、アンモニアなどの臭気物質の吸着機能を付与するためにゼオライト、軽量化するためにパーライトや木質材料あるいは有機樹脂を混入することも可能である。三酸化二鉄（ヘマタイト）など色素材料を少量加えることも良い。

機能性を付与するため硬化に寄与しない材料を加えたとき、硬化する材料単一の場合よりも一般に強度の低下が起こる。このときは、必要に応じて強度を向上させる材料を加える。例えば水と親和性の良い有機系あるいは無機系接着剤を加えたり、ガラス繊維や有機繊維を混入して補強したりすることが可能である。また基材中にカルシウムイオンを遊離する物質を用いた場合の、コロイダルシリカを混合する方法に関しては既に述べた。

次に光触媒粒子の固着操作について述べる。基材の材料としてポルトランドセメント、アルミナセメント、焼セッコウ、２水セッコウ、生石灰のいずれかを含んでいるなら、光触媒粒子を分散させた水溶液中に前記一連の酸化物またはイオンを混入しておけば、水溶液の表面付着により膜が形成され光触媒が固着する。このとき水溶液中の一連の酸化物あるいはイオンは、沈殿せず付着操作に支障がない範囲で濃度が高いほど膜が緻密になる。光触媒粒子として酸化チタンを選び、かつそれが水溶液中でコロイド状となるのであればそれ自身が基材中の無機成分と水和硬化を起こす場合もある。このとき一連の酸化物あるいはイオンをさらに混入することは不要である。

光触媒粒子は、既存のものを任意に選ぶことができる。例えば、紫外線反応型として主にアナターゼ型結晶に調整された酸化チタンが、粉体形状で複数の製品が市販されている。可視光にも反応させる目的で酸化チタンの酸素を欠損させたり、酸素を窒素や硫黄で置換したり、あるいは酸化チタンと白金の錯体を複合するなどの調整をした粉体も市販品があり、また酸化チタンをベースとしていない他の金属酸化物や硫化物などの様々な光触媒物質も知られており、いずれを用いても良い。このとき水溶液中に分散させた状態で光触媒粒子径が５ミクロン以下であることが望ましい。これは表面に形成される膜がかなり薄いため、粒子径が大きいと脱落し易く、視覚的にも粒子が認められて製品の意匠性を損なうことがあるためである。

水溶液は、光触媒粒子を十分分散させた状態で基材の表面に付着させる。適当な分散剤を少量用いても良いが、通常は光触媒を１０質量％以下に混合した水溶液を十分攪拌して、直ちに硬化前の基材にスプレーすれば十分である。もし付着操作に支障をきたすほど粘度が高ければ、適当な粘度となるように光触媒の濃度を下げる。付着方法はスプレーが再現性の点から最適だが、可能であれば、光触媒粒子を分散させた水溶液をかくはんしながら、その中に硬化前の基材をディップするのでも良い。刷毛塗りでも可能だが、付着量の再現性はやや乏しい。ディップと刷毛塗りの場合は、酸化チタン濃度をスプレーより高められる利点がある。押出し成形であれば、押出し後に上記方法で付着する以外にも水溶液中に落とす方法も考えられる。型による基材成形過程がある場合には型にあらかじめ同様な方法で付着しておいて基材側へ転写しても良い。この場合、光触媒粒子が脱型作用をもたらすことが期待できる。これらの操作に際して建材に十分な空気浄化機能を付与するためには、１平方センチメートルあたり０．０１ｍｇ以上の光触媒粒子の固着密度にするのが望ましい。この密度を上げるため、基材の硬化終了前であれば水溶液の付着操作は複数回繰返すことができる。ただし厚くなりすぎると光触媒の固着力の低下が起こり、視覚的にも光触媒が目立つようになるため、固着密度を１平方センチメートルあたり５０ｍｇ以下、望ましくは５ｍｇ以下とするのが良い。

ここまでの実施の形態では、基材中に生ずる遊離のカルシウムイオンと表面から供給された無機成分の硬化反応による膜の形成を利用して光触媒を固着させる方法を述べた。基材中に遊離するイオンが他のアルカリ土類金属イオン、すなわちマグネシウムイオン、ストロンチウムイオン、バリウムイオンのいずれかであっても同様な膜形成が可能となる。例えばマグネシウムイオンを遊離し水和硬化する基材の材料として、酸化マグネシウムと塩化マグネシウムの混合物であるマグネシアセメントを選ぶことができる。

膜を形成するためには、反応に関与するアルカリ土類金属イオンを水溶液として表面から供給することもできる。このとき供給されたアルカリ土類金属イオンは基材の水和硬化と一体となり水和硬化するので、前記一連の酸化物またはイオンは必須ではない。ただし、基材の硬化が２水セッコウとコロイダルシリカの水和反応であるなど、基材の硬化自体に必要となる場合はこの限りではない。アルカリ土類金属イオンを含む水溶液はこれらの水溶性塩を溶かせば良い。例えばそれぞれの塩化物塩や酢酸塩が選べる。ただしバリウム化合物の使用は毒性の点からは好ましくない。

膜を形成するための基材中と光触媒粒子を分散した水溶液中の無機成分の組み合わせとしては、既に述べたオキシクロライドセメントかりん酸セメント中の無機成分の組み合わせを選んでも良い。この際、基材中に必要な無機成分が含まれていれば、基材の硬化メカニズムは別の系による水和硬化反応でもかまわない。

基材の硬化は、光触媒粒子を分散させた水溶液を付着後、常温あるいは１００℃以下での乾燥で行うことが可能である。さらに水和水が保持された範囲で温度を上げて乾燥することにより、基材と膜の強度が向上することがあるが、急激な乾燥により基材の形状変化が起こる場合があるので注意を要する。

この文献で機能性建材と呼んでいる製造体は、次のような製品へも拡張した概念を含んでいる。すなわち板状であればパーティションボードとして、他の形状（球状、異形あるいは空洞を有する形状）のものは室内の空気浄化および基材が本来有する調湿やガス吸着といった目的に絞った機能材料として利用することができる。

さらに、ここまで述べた方法によるいずれの製造体も、表面の平滑性が十分であれば、光触媒が通常有する防汚と抗菌機能も期待できる。防汚機能を有する場合、外装材としての応用も可能である。

基材に対し、光触媒粒子を単純に硬化前に混入することは可能だが、光の入射しない内部まで光触媒が充填され不要なコストの増大を招くことおよび基材がもつ強度や調湿といった本来の機能を損ないやすく、前記発明が解決しようとする課題で示した光触媒機能を有する機能性建材の製造方法に望まれる条件には合致しない。また基材の上に、基材と同じ材料に光触媒粒子を混入した、あるいは基材への密着性と透湿性を持つ別の材料に光触媒粒子を混入した第二の層を形成する方法も工程が複雑であり、やはり本発明の目的にはそぐわない。

セッコウボード粉砕物（２水セッコウ）３０部にコロイダルシリカの１２％水溶液６０部を添加し良く混合した後さらに、０．５ｍｍ以下に粉砕した稚内珪藻頁岩１００部を加えて再び良く混合した。成形に用いる樹脂製型の内側（約１８×６×１．２ｃｍの凹み状）にあらかじめ、コロイダルシリカの３０％水溶液１００ｍＬあたり４０ｇの市販の酸化チタン光触媒を良く分散した水溶液を刷毛でまんべんなく塗布しておいた。この型にスラリー状になった上記混合物を流し込み、上部に薄いポリエチレンシートをかぶせさらに平板を載せ、上から人力でプレスしすぐに脱型を行った後、約３０℃の乾燥室で数日乾燥した。同時に、型に光触媒分散液を塗布しない以外は、全く同様な方法で試験体を作製した。順に上記それぞれを光触媒試験体とブランク試験体と呼ぶ。

酸化チタン光触媒が、どの程度の密度で固着しているか蛍光Ｘ線分析法で確認した。測定装置は株式会社リガク製の蛍光Ｘ線分析装置ＲＩＸ−３０００を用いた。光触媒試験体を適当な大きさに切り取り、同装置によってファンダメンタルパラメーター法よる薄膜分析を行った。この方法は基材の組成が既知のとき付着膜の概ねの組成と付着量を測定できる。基材の組成値はブランク試験体を測定した結果を用いた。得られた試験体表面の光触媒の固着密度は、約０．５ｍｇ／ｃｍ^２であった。

作製された試験体の色は、セッコウボード粉砕物がほぼ白色でコロイダルシリカの水溶液はほとんど無色透明、珪藻頁岩がやや黄褐色を帯びているためやや黄褐色となる。ブランク試験体も光触媒試験体もほとんど見分けが付かず、光触媒試験体表面の光触媒の存在は視覚的に認められず、その表面の膜が光触媒粒子も含めて透明に形成されていることを示していた。

前記試験体の強度をＪＩＳ Ａ ５２０９に規定の方法で試験した。その結果どちらの試験体も３点曲げ強さは１８Ｎ／ｃｍであり、同規格の陶器質内装タイルの基準（１２Ｎ／ｃｍ）を満たしていた。また、調湿機能（２５℃における相対湿度５０％−９０％での２４時間毎の吸放湿量変化）はどちらも約６００ｇ／ｍ^２で、非常に卓越した能力を有し、光触媒試験体でも全く損なわれていなかった。

次にこれら試験体の空気浄化機能試験の方法と結果を示す。試験は側面に開閉可能な口付きのガラス製デシケーター内で行った。上部の蓋の換わりに、ガラス平板を密着させ光が通過しやすい状態とした。このときの内容積は１３．８Ｌだった。この中に空気のかくはん用に磁石入りのフッ素樹脂製回転子と試験体を保持するための金網を設置した。試験を通じてデシケーター下部外側にマグネックスターラーを設置し、常に内部空気をかくはんした。まず、デシケーター内に試験体１枚とトルエン２０ｕＬを入れ直ちに密閉し、遮光箱に入れ光が当たらない状態で数日間かくはんしトルエンの吸着を飽和させた。その後、遮光箱内にあらかじめ設置したピーク波長３５２ｎｍの紫外線蛍光灯を用いて、あらかじめ試験体上面で１０００μ Ｗ／ｃｍ^２の紫外線強度となるよう調整しておいた距離から紫外線を当て、デシケーターの側面の口を通じて、初期から適当な時間間隔で内部のトルエン濃度を測定した。この測定は、市販の検知限度が０．５ｐｐｍであるガス検知管で行った。

図１は前記空気浄化機能試験の測定結果である。光触媒試験体では、紫外線照射時間とともにトルエン濃度は低下し、約５０時間後に検知されなくなった。一方、ブランク試験体では１００時間まで照射してもトルエン濃度は初期とほとんど変化しなかった。

実施例１のブランク試験体と全く同じ方法で成型した後、脱型してすぐにその上面から、コロイダルシリカの３０％水溶液１００ｍＬあたり実施例１と同じ酸化チタン光触媒３ｇを良く分散した水溶液を、スプレーにより適量噴出し付着させた。その後、実施例１と同じ方法で乾燥し試験体を得た。視覚的に酸化チタンの存在は認められなかったが、蛍光Ｘ線分析法により表面には約０．１ｍｇ／ｃｍ^２の密度で光触媒が固着していた。実施例１と同様な方法で空気浄化機能試験を行ったところ、約２００時間でトルエンが検知されなくなった。

基材の原材料として、ポルトランドセメント２５部に対し細骨材の山砂７５部および適量の水を加えて良く混合した材料を用いた以外は、実施例１の光触媒試験体と同様な方法で試験体を作製した。試験体の表面には酸化チタン光触媒の存在が視覚的には認められた。しかし表面を指で擦っても光触媒の大半は固着していた。

樹脂製の型内にあらかじめ塗る水溶液を、純水１００ｍＬあたりカルシウムイオンを生じる物質として酢酸カルシウム１０ｇを溶解しさらに酸化チタン光触媒２０ｇを良く分散した水溶液に置き換えた以外は、実施例１の光触媒試験体と同じ方法で試験体を得た。表面の光触媒は視覚的にやや認められたが、指で擦ってもほとんど剥離せず十分な強さで固着していた。

比較例１

樹脂製の型内にあらかじめ塗る水溶液を、純水１００ｍＬあたり酸化チタン光触媒４０ｇを良く分散した水溶液に置き換えた以外は、実施例１の光触媒試験体と同じ方法で試験体を得た。試験体表面の光触媒は視覚的にはっきりと認められ、指で擦ると大半は脱落した。

この比較例１の結果は、本発明では光触媒粒子が基材へ単に食い込んで固着しているのではなく、形成された膜により固着されていることを証明している。

実施例１による建材の空気浄化機能試験の測定結果を示すグラフ

Claims (5)

1. 光触媒粒子を分散させた水溶液を、原材料と水を混合し水和反応により硬化せしめる基材の表面に、該基材の硬化前に付着させ、該水溶液中の無機成分と該基材中の無機成分の硬化反応により、該光触媒粒子を該基材の表面に固着させることを特徴とする機能性建材の製造方法。
2. 前記基材がポルトランドセメント、アルミナセメント、セッコウ、生石灰、水との混合により遊離のアルカリ土類金属イオンを生ずる物質から選ばれた１種もしくは２種以上の物質を含みかつ前記光触媒粒子を分散させた水溶液がコロイド状の二酸化けい素、同状の酸化アルミニウム、同状の酸化チタン（ＩＶ）、同状の酸化亜鉛、りん酸イオン、硫酸イオン、炭酸イオンから選ばれた１種もしくは２種以上の成分を含むことを特徴とする請求項１に記載の機能性建材の製造方法。
3. 前記光触媒粒子を分散させた水溶液がアルカリ土類金属イオンから選ばれた１種もしくは２種以上の成分を含むことを特徴とする請求項１に記載の機能性建材の製造方法。
4. 前記基材が酸化亜鉛を含みかつ前記光触媒粒子を分散させた水溶液が塩化亜鉛を含むか、もしくは前記基材が酸化マグネシウムを含みかつ前記光触媒粒子を分散させた水溶液が塩化マグネシウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の機能性建材の製造方法。
5. 前記基材が酸化亜鉛、アルミノシリケート化合物、酸化アルミニウム、二酸化けい素から選ばれた１種もしくは２種以上の物質を含みかつ前記光触媒粒子を分散させた水溶液がりん酸を含むことを特徴とする請求項１に記載の機能性建材の製造方法。

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