JP2009226364A - 光触媒機能性樹脂基材とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】日常生活で多く使用されている熱硬化性合成樹脂製品に光触媒機能を持たせることができる光触媒機能性樹脂基材、及び光触媒機能を熱硬化性合成樹脂材に容易に、確実に付与できる光触媒機能性樹脂基材の製造方法を提供する。
【解決手段】熱硬化性合成樹脂のメラミン樹脂により成形した皿本体２の内側面２Ａに、メラミン樹脂粉体と粉状又は粒状の酸化チタン光触媒の混合物を略均一に添加し、混合物を加熱状態で加圧することにより光触媒機能膜３を皿本体２に成形し、光触媒機能膜３を１５％硫酸の処理液により表面処理して最後に純水により洗浄する。
【選択図】図６

Description

本発明は、玩具、調理具、食器、樹脂製サッシ等の建材、その他種々の物品の素材に用いる熱硬化性合成樹脂基材に抗菌、汚染防止、防臭、防カビ等の機能を付与した光触媒機能性樹脂基材とその製造方法に関する。

人々は日常生活の中で多種多様な微生物に接しているが、人によって微生物に対する耐性に強弱がある。また、安全で快適であるべき生活が、有害物質によるアレルギー性疾患、カビ等によって脅かされている。そこで、近年紫外線により抗菌、防臭、防カビ等の作用を発揮する光触媒を利用することにより、人々に安心感を与え、安全で快適な生活を営めるようにした食器、調理具、玩具、トイレ用具、カーテン、ブラインド等の生活用品、産業資材が提供されている。

合成樹脂材に光触媒の機能を付加する技術としては、合成樹脂材に光触媒を練り込む方法があるが、光触媒の使用量が嵩むためにコストが掛る、光触媒の相当量が樹脂材内に埋没するために活性が低い、合成樹脂材が分解されて劣化するという欠点がある。そこで、有機物でできたシートの片面に酸化チタンの粉末を加熱加圧坦持した光触媒シート（特許文献１）、或いはプラスチック製のシート、フィルム、板等の基材の一面又は両面に、光触媒が食い込んで基材に固定され、それら光触媒の頭部が基材の表面に露出している構成の光触媒を備えた基材（特許文献２）が知られている。
第２９３９５２４号特許公報 特開２００６−９６９２４号公報

しかし、特許文献１に示す光触媒シートは、有機物でできたシートを加熱しながら加圧して光触媒を担持させたものであり、シートは熱可塑性合成樹脂材に限定され、熱硬化性合成樹脂材には光触媒機能を持たせることはできないという問題がある。また、特許文献２に示す光触媒を備えた基材も、基材を加熱して軟化させた状態にして光触媒を付着させたものであり、基材は熱可塑性合成樹脂材に限定されるものである。

本発明は上述した従来技術の未解決の問題点に鑑みなされたもので、日常生活で多く使用されている熱硬化性合成樹脂製品に光触媒機能を持たせることができる光触媒機能性樹脂基材、及び光触媒機能を熱硬化性合成樹脂材に容易に、確実に付与できる光触媒機能性樹脂基材の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するための請求項１に係る発明を構成する手段は、熱硬化性合成樹脂により成形した基材本体の外面に、前記熱硬化性合成樹脂又はこれと異種の熱硬化性合成樹脂の粉体と粉状又は粒状の光触媒の混合物からなる光触媒機能膜を加熱状態で加圧成形し、該光触媒機能膜を酸又はアルカリ性の処理液により表面処理を施したものからなる。

そして、前記熱硬化性合成樹脂は、メラミン樹脂であるとよい。

また、前記熱硬化性合成樹脂の粉体は、純度が９９％以上のものを用いるとよい。

また、請求項４に係る発明を構成する手段は、熱硬化性合成樹脂により成形した基材本体の外面に、前記熱硬化性合成樹脂又はこれと異種の熱硬化性合成樹脂の粉体と粉状又は粒状の光触媒の混合物を略均一に添加し、該混合物を加熱状態で加圧することにより光触媒機能膜を成形し、該光触媒機能膜を酸性又はアルカリ性の処理液により表面処理することからなる。

また、前記熱硬化性樹脂は、メラミン樹脂であるとよい。

更に、前記熱硬化性合成樹脂の粉体は、純度が９９％以上のものを用いるとよい。

本発明は上述の如く構成したから、下記の諸効果を奏する。
（１）請求項１に係る発明によれば、熱硬化性合成樹脂からなる基材本体の外面に、熱硬化性合成樹脂の粉体をバインダーとして光触媒を担持させた光触媒機能膜を融着することにより一体に形成した光触媒機能性樹脂基材に構成したから、光触媒機能膜は高い光触媒機能を発揮できると共に、強度性、耐久性に優れている。
（２）光触媒機能膜は、酸又はアルカリ性の処理液で表面処理を施すことにより、光触媒機能膜に無数の光触媒が露出した状態になっているから、その活性を効果的に発揮することができる。
（３）熱硬化性合成樹脂はメラミン樹脂を用いることで、各種の樹脂製品の成形が容易であり、かつ光触媒機能膜を確実に形成することができる。
（４）光触媒を基材本体に固定するバインダーとして、基材本体と同じ熱硬化性合成樹脂の粉体で９９％以上の高純度のものを用いたから、光触媒機能膜は基材本体に融着して一体化することで強固な膜に形成することができる。
（５）請求項４に係る発明の製法は、熱硬化性合成樹脂製の基材本体の外面に、熱硬化性合成樹脂の粉体と粉状又は粒状の光触媒の混合物を略均一に添加して加熱状態で加圧することにより光触媒機能膜を成形し、酸性又はアルカリ性の処理液で表面処理する工程からなる。この製造方法によれば、基材全体に光触媒を混合するよりも格段に使用量を少なくできるので光触媒のコストを低減できるし、成形工程は何ら装置的変更を要せずに光触媒を添加するのみで良いため、容易に製造することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳述する。先ず、本実施の形態で用いる樹脂成形用金型５１について説明すると、図１に示す樹脂用成形金型５１は、成形品の外側面を形成する凹面部５２Ａを有する雌型体５２と、該凹部５２Ａに嵌入し、成形品の内側面を形成する凸面部５３Ａを有する雄型体５３とから構成してあり、雌型体５２及び雄型体５３は電熱ヒータ等の熱源によって所望の温度に加熱可能になっている。

次に、上述した樹脂成形用金型５１を用いて光触媒機能性樹脂基材、例えば光触媒機能を有する合成樹脂製皿１を製造する工程を説明する。初めに雌型体５２の凹面部５２Ａに熱硬化性樹脂の粉体、例えばメラミン樹脂粉体Ａを適量注ぎ入れ、上から雄型体５３を嵌入して樹脂成形用金型５１全体を約１６０〜１８０℃に加熱しながらメラミン樹脂粉体Ａを加圧することにより、皿本体２を成形する（図２参照）。

皿本体２を成形したら雄金型体５３を外し、成形した皿本体２の内側面２Ａにバインダーとなる９９％以上の高純度のメラミン樹脂粉体と酸化チタン光触媒粉末を体積比５０：５０で攪拌機により混合した混合物Ｂを適宜の量、即ち皿本体２の内側面２Ａを約１００ミクロンの厚さの被膜で全面的に覆うことのできる程度の量を、散布、付着、付加、降り掛け等の適宜の方法で添加する（図３参照）。

ここで、バインダーには皿本体２と同じメラミン樹脂粉体を用い、かつ純度９９％以上のものを用いたから、加熱状態で加圧すると高純度メラミン樹脂粉体が酸化チタン光触媒粉末を担持した状態で皿本体２の表面に融着して一体化することで、光触媒機能膜３を皿本体２に強固に形成することができる。また、光触媒に用いる酸化チタン粉末には、球形のマスクメロン型のものを用いることで、滑らかな膜表面を形成できるし、成形性と光触媒活性に優れているので好適である。そして、高純度メラミン樹脂粉体と酸化チタン光触媒粉末の混合物Ｂは、手混合によるよりも、攪拌機により混合することで両材料を均一に混合することができ、光触媒活性を効果的に発揮させることができる。

皿本体２の内側面２Ａに混合物Ｂを散布等の適宜の方法で略均一に添加したら、再び雄型体３を嵌入して加熱しながら加圧する（図４参照）。これによって、高純度メラミン樹脂をバインダーとして酸化チタン光触媒粉末からなる約１００ミクロンの光触媒機能膜３を形成する。このようにして光触媒機能膜３を成形した光触媒機能性皿１は樹脂成形用金型５１から脱型した後、図５に示すように、光触媒機能膜３の表面処理を行う。この表面処理に用いる処理液Ｃには一例として１５％硫酸を用い、処理槽Ｄの中で処理液Ｃを緩やかに攪拌しながら光触媒機能性皿１を約２４時間浸漬することにより表面処理を行う。或いは、１０％水酸化ナトリウム溶液中に光触媒機能性皿１を約２４時間浸漬して行ってもよいが、酸を用いた方が光触媒の活性は高い。

このように、光触媒機能性皿１を酸又はアルカリ性の処理液に約２４時間曝すことにより、高純度メラミン樹脂を僅かに溶解させて酸化チタン光触媒を膜表面に露出させて光触媒活性をより確実に、効果的に発揮させることができる。

最後に、光触媒機能性皿１はバリを取り、純水による洗浄を行って製造が完了する。

本実施の製法によれば、熱硬化性合成樹脂のメラミン樹脂で成形した皿本体２の内側面２Ａに、高純度のメラミン樹脂粉体をバインダーとして酸化チタン光触媒を担持させた光触媒機能性膜３を融着するようにしたから(図６参照)、光触媒機能膜３は皿本体２に対して強固に固着して光触媒活性を長期間発揮することができる。

ここで、ＪＩＳ Ｒ１７０２（ファインセラミックス‐光照射下での光触媒抗菌加工製品の抗菌性能試験方法・抗菌効果）では、無加工処理試料に所定の紫外線を照射して一定時間後に存在する菌数をＮ、光触媒加工処理をした試料の菌数をＮｐとすると、比率の対数ｌｏｇ［Ｎ／Ｎｐ］を抗菌活性値と呼ぶ。
図７に、この評価方法に基づき、表面処理条件を異にする大腸菌（ＮＢＲＣ３９７２）に対する抗菌活性値のグラフを示す。硫酸水溶液の濃度を１５％とし、処理時間を２４時間とする条件でも、硫酸水溶液が５分の１と希薄で、処理時間が１０分の１の条件でも、表面処理を行わない無処理に比べて抗菌活性値は２以上大きく抗菌効果が得られており、濃度と時間の許容範囲が非常に広いことが確認できた。また、１０％水酸化ナトリウム溶液の２４時間処理においても、無処理に比べて抗菌活性値が１以上であることが確認できた。

上述したＪＩＳ Ｒ１７０２の評価方法に基き、大腸菌（ＮＢＲＣ３９７２）に対する１５％硫酸により２４時間の表面処理した光触媒機能性皿１の抗菌効果を確認したところ、光触媒無加工試料の抗菌活性値が０以下であったのに対し、図８に示すように３種の紫外線照度０.２５、０.１、０.０１ｍｗ／ｃｍ^２にて抗菌活性値は３以上と大きく、高い抗菌効果が認められた。

なお本実施の形態では皿本体２を成形する熱硬化性合成樹脂にメラミン樹脂を用いたが、他の熱硬化性合成樹脂を用いてもよいことは勿論である。

また、本実施の形態で、光触媒に酸化チタン粉末を用いたのは現時点で広く使用されて入手し易く、有害性がなく、物質的に安定性が良いこと等による。しかし、酸化チタン以外の光触媒、例えば酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化タングステン、酸化ニオブ等の金属酸化物、又はチタン酸ストロンチウムに例示される金属複酸化物、更にはリン化ガリウムに例示される非酸化物系の金属化合物等から選択した適宜の光触媒を用いることができるものである。

近年、酸化チタン及び前記酸化物中の酸素を窒素や硫黄で一部置き換える或いは酸素そのものを欠損させる、同じく酸化チタン及び前記酸化物に他の化合物を少し加えるか或いは表面を貴金属で修飾することにより高機能化を図った光触媒も現れており、本発明においてこれらを用いても良いことは勿論である。

なお、本実施の形態では光触媒機能膜３の成形に高純度メラミン樹脂をバインダーとして用いることで透明感を持たせることができるが、本発明においては、バインダーとしては必ずしも高純度のものに限定するものではない。また、光触媒機能膜３に着色するための顔料を混合物Ｂに混ぜてもよい。

更に、本実施の形態では、光触媒機能膜３のバインダーに皿本体２の成形に用いたメラミン樹脂と同じメラミン樹脂を使用したが、基材本体の熱硬化性合成樹脂と異なる種類の熱硬化性合成樹脂をバインダーに用いてもよい。

なお、本実施の形態では、メラミン樹脂製皿を例に挙げて説明したが、本発明によれば容器、調理具、建材用樹脂製サッシ等、種々の熱硬化性合成樹脂製品に光触媒機能を付与することができるものである。

図１乃至図５は本発明の実施の形態に係る工程を示し、図１は樹脂成形用金型に原料のメラミン樹脂を配置する工程の説明図である。 樹脂成形用金型でメラミン樹脂を加圧成形する工程の説明図である。 成形した樹脂皿上に混合物を散布する工程の説明図である。 樹脂皿に光触媒機能膜を成形する工程の説明図である。 光触媒機能膜を形成した樹脂皿の表面処理を行う工程説明図である。 皿本体の外面に光触媒機能膜を形成した状態を示す樹脂製皿の部分拡大断面図である。 表面処理条件を異にする光触媒の抗菌活性値の比較図である。 紫外線照度を異にする光触媒の抗菌活性値の比較図である。

符号の説明

１ 合成樹脂皿
２ 皿本体
２Ａ 内側面
３ 光触媒機能膜
Ａ メラミン樹脂粉体
Ｂ 混合物
Ｃ 処理液

Claims (6)

1. 熱硬化性合成樹脂により成形した基材本体の外面に、前記熱硬化性合成樹又はこれと異種の熱硬化性合成樹脂の粉体と粉状又は粒状の光触媒の混合物からなる光触媒機能膜を加熱状態で加圧成形し、該光触媒機能膜を酸又はアルカリ性の処理液により表面処理を施したものである光触媒機能性樹脂基材。
2. 前記熱硬化性合成樹脂は、メラミン樹脂であることを特徴とする請求項１記載の光触媒機能性樹脂基材。
3. 前記熱硬化性合成樹脂の粉体は、純度が９９％以上のものであることを特徴とする請求項１記載の光触媒機能性樹脂基材。
4. 熱硬化性合成樹脂により成形した基材本体の外面に、前記熱硬化性合成樹脂又はこれと異種の熱硬化性合成樹脂の粉体と粉状又は粒状の光触媒の混合物を略均一に添加し、該混合物を加熱状態で加圧することにより光触媒機能膜を成形し、該光触媒機能膜を酸性又はアルカリ性の処理液により表面処理する光触媒機能性樹脂基材の製造方法。
5. 前記熱硬化性樹脂は、メラミン樹脂である請求項４記載の光触媒機能性樹脂基材の製造方法。
6. 前記熱硬化性合成樹脂の粉体は、純度が９９％以上のものであることを特徴とする請求項４記載の光触媒機能性樹脂基材の製造方法。

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