JP2011093763A - Glass ceramic and method for producing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photocatalytic functional material having excellent photocatalytic activity as well as excellent durability. <P>SOLUTION: Provided is glass ceramics containing a crystal phase including crystals of niobium oxide, crystals of niobate and/or solid solutions of those. The glass ceramics may contain, on a basis of mol%, an Nb<SB>2</SB>O<SB>5</SB>component by 5 to 50% with respect to the amount of the whole substances of the composition in terms of oxides, and further may contain an Rn<SB>2</SB>O and/or RO component by 5 to 40% (wherein Rn represents at least one element selected from Li, Na and K, and R represents at least one element selected from Mg, Ca, Sr, Ba and Zn). <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、ニオブ成分を含む結晶相を含有し、光触媒活性を有するガラスセラミックスおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to a glass ceramic containing a crystal phase containing a niobium component and having photocatalytic activity, and a method for producing the same.

光エネルギーを用いて表面化学反応を起こす光触媒は、太陽光を利用したエネルギーの生成や汚染物質の浄化機能等が見出され、近年様々な分野において注目を浴びている。光触媒活性を有する物質(以下、単に「光触媒」と記すことがある)は、バンドギャップエネルギー以上のエネルギーの光が照射されると、電子や正孔を生成するため、光触媒を含む成形体の表面近傍において、酸化還元反応が強く促進される。また、光触媒を含む成形体の表面は、水に濡れ易い親水性を呈するため、雨等の水滴で洗浄される、いわゆるセルフクリーニング作用を有することが知られている。   Photocatalysts that cause a surface chemical reaction using light energy have been attracting attention in various fields in recent years because they have been found to generate energy using sunlight, purify pollutants, and the like. A substance having photocatalytic activity (hereinafter sometimes simply referred to as “photocatalyst”) generates electrons and holes when irradiated with light having energy higher than the band gap energy. In the vicinity, the redox reaction is strongly promoted. Further, it is known that the surface of a molded body containing a photocatalyst has a so-called self-cleaning action in which it is washed with water droplets such as rain because it exhibits hydrophilicity that easily wets water.

光触媒としては、主に酸化チタンが研究されてきたが、酸化チタンはバンドギャップが3〜3.2eVであるため、波長400nm以下の紫外線を照射する必要があり、可視光では十分な光触媒活性が得られないという欠点がある。また、純粋な酸化チタンは白色の粉末で物質吸着能がほとんど無く、光触媒活性も十分とはいえないため、ドープや固溶等、バンド構造を制御して光触媒活性を高めるための研究が広くなされている。また、その一方で、新規な光触媒を見出すための研究が盛んに行われており、その一つとしてニオブ酸化物が注目されている。例えば、ニオブ酸カリウムは光照射による電荷分離を生じ、光エネルギーを化学エネルギーに変換する水の光分解触媒として注目されており、特許文献1には、水分解に用いる光触媒として、粒子径が小さく比表面積が大きいニオブ酸カリウム、好ましくは、酸化ニッケルを助触媒として担持したニオブ酸カリウム光触媒を水熱合成法により製造する方法が開示されている。   As a photocatalyst, titanium oxide has been mainly studied. However, since titanium oxide has a band gap of 3 to 3.2 eV, it is necessary to irradiate ultraviolet rays with a wavelength of 400 nm or less, and visible light has sufficient photocatalytic activity. There is a disadvantage that it cannot be obtained. In addition, pure titanium oxide is a white powder that has almost no substance-adsorbing ability and is not sufficiently photocatalytic. Therefore, extensive research has been conducted to enhance photocatalytic activity by controlling the band structure such as dope and solid solution. ing. On the other hand, research for finding new photocatalysts has been actively conducted, and niobium oxide has attracted attention as one of them. For example, potassium niobate is attracting attention as a photodecomposition catalyst for water that generates charge separation by light irradiation and converts light energy into chemical energy. Patent Document 1 discloses a small particle size as a photocatalyst used for water decomposition. A method of producing a potassium niobate photocatalyst having a large specific surface area, preferably a potassium niobate photocatalyst supported with nickel oxide as a cocatalyst, is disclosed.

一方、酸化ニオブおよびニオブ複合酸化物は、高誘電率材料として知られ、古くからコンデンサの電極、圧電素子、又は光変調素子等として用いられてきた。例えば、特許文献2には、ニオブを含有する錯体を熱分解する等して得られた酸化ニオブを主成分とする2層構造のコンデンサが、特許文献3にはLiNbOの単結晶の薄膜基板に電極を形成した圧電素子が開示されている。また、特許文献4にはニオブ成分を含むガラスを熱処理してニオブ複合塩の結晶を析出させた、光学素子用高誘電材料が開示されている。 On the other hand, niobium oxide and niobium composite oxide are known as high dielectric constant materials and have long been used as capacitor electrodes, piezoelectric elements, light modulation elements, and the like. For example, Patent Document 2 discloses a two-layer capacitor mainly composed of niobium oxide obtained by thermally decomposing a complex containing niobium, and Patent Document 3 discloses a single crystal thin film substrate of LiNbO 3. A piezoelectric element having electrodes formed thereon is disclosed. Patent Document 4 discloses a high-dielectric material for optical elements, in which a glass containing a niobium component is heat-treated to precipitate a niobium composite salt crystal.

特開2003−126695号公報JP 2003-126695 A 特開2000−188243号公報JP 2000-188243 A 特開平03−190292号公報Japanese Patent Laid-Open No. 03-190292 米国特許3114066号公報US Patent 3,140,066

様々な物質が新規な光触媒として見出される中、光触媒に関わる多くの従来技術では、基材の表面に光触媒を含む膜を成膜することによって、光触媒を担持させるという考え方を採用している。しかし、このような考え方に立脚する手法に共通の課題として、基材と光触媒を含む膜との密着性および膜自体の耐久性を確保することが難しい点が挙げられる。つまり、これらの手法で製造された光触媒機能性製品は、光触媒を含む膜が基材から剥離したり、膜が劣化して光触媒機能が損なわれたりするおそれがある。   While various substances have been found as novel photocatalysts, many conventional techniques related to photocatalysts adopt the concept of supporting a photocatalyst by forming a film containing the photocatalyst on the surface of a substrate. However, a problem common to techniques based on such a concept is that it is difficult to ensure the adhesion between the substrate and the film containing the photocatalyst and the durability of the film itself. That is, in the photocatalytic functional product manufactured by these methods, the film containing the photocatalyst may be peeled off from the base material, or the film may deteriorate and the photocatalytic function may be impaired.

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、優れた光触媒活性を有するとともに、耐久性にも優れた光触媒機能性素材を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a photocatalytic functional material having excellent photocatalytic activity and excellent durability.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、ガラス中にニオブ成分を含む結晶相、典型的には酸化ニオブの結晶、ニオブ酸塩の結晶及び/又はそれらの固溶体を含む結晶相を生じさせることにより、ガラスセラミックス自体を光触媒として利用できること、さらに、このガラスセラミックスから優れた光触媒機能を有する素材および製品を提供できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、以下の(1)〜(29)に存する。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that a crystal phase containing a niobium component in a glass, typically a crystal of niobium oxide, a crystal of niobate and / or a solid solution thereof. As a result, the inventors have found that the glass ceramic itself can be used as a photocatalyst by producing a crystal phase containing, and that a material and product having an excellent photocatalytic function can be provided from the glass ceramic, thereby completing the present invention. That is, this invention exists in the following (1)-(29).

(1)ニオブ成分を含む結晶相を含有し、光触媒活性を有するガラスセラミックス。 (1) Glass ceramics containing a crystal phase containing a niobium component and having photocatalytic activity.

(2)酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、Nb成分を5〜50%含有する上記(1)に記載のガラスセラミックス。 (2) the total amount of substance of the oxide composition in terms of, in mol%, the glass ceramics according to Nb 2 O 5 component to the above (1) containing 5-50%.

(3)前記結晶相が、RnNbO結晶、RNb結晶(Rnは、Li、Na、及びKから選ばれる1種以上、並びにRはMg、Ca、Sr、Ba及びZnから選ばれる1種以上を意味する)、及びこれらの固溶体からなる群より選択される1種以上の結晶を含む上記(1)又は(2)に記載のガラスセラミックス。 (3) The crystal phase is RnNbO 3 crystal, RNb 2 O 6 crystal (Rn is one or more selected from Li, Na, and K, and R is selected from Mg, Ca, Sr, Ba, and Zn) Glass ceramics according to (1) or (2) above, comprising one or more crystals selected from the group consisting of these solid solutions.

(4)酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、SiO成分、B成分、及びP成分からなる群より選択される1種以上の成分30〜75%をさらに含有する上記(1)から(3)のいずれかに記載のガラスセラミックス。 (4) One or more components 30 to 75 selected from the group consisting of a SiO 2 component, a B 2 O 3 component, and a P 2 O 5 component in mol% with respect to the total amount of the oxide-converted composition. % Of the glass ceramic according to any one of (1) to (3).

(5)酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、RnO及び/又はRO成分(Rn及びRは前記と同じ意味を有する)5〜40%を含有する上記(4)に記載のガラスセラミックス。 (5) The above (4) containing 5 to 40% of Rn 2 O and / or RO component (Rn and R have the same meaning as described above) in mol% with respect to the total amount of the oxide-converted composition. Glass ceramics described in 1.

(6)酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、Ta成分0〜35%をさらに含有する上記(5)に記載のガラスセラミックス。 (6) the total amount of substance of the oxide composition in terms of molar percent, the glass ceramics according to the above (5), further containing 0 to 35% Ta 2 O 5 component.

(7)酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、TiO成分及び/又はZrO成分0〜20%をさらに含有する上記(6)に記載のガラスセラミックス。 (7) relative to the total material of the oxide composition in terms of molar percent, the glass ceramics according to the above (6) which further contains 0 to 20% TiO 2 component and / or ZrO 2 component.

(8)酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、Al成分0〜30%をさらに含有する上記(7)に記載のガラスセラミックス。 (8) relative to the total material of the oxide composition in terms of, in mol%, the glass ceramics according to the above (7), further containing 0 to 30% Al 2 O 3 component.

(9)酸化物換算組成のモル比で、前記RnO及び/又はRO成分(Rn及びRは前記と同じ意味を有する)の合計量に対する前記Nb及び/又はTa、並びにTiO、ZrO及びAlからなる群より選択される1種以上の成分の合計量の比[(Nb+Ta+TiO+ZrO+Al)/(RnO+RO)]が1より大きい上記(8)に記載のガラスセラミックス。 (9) The Nb 2 O 5 and / or Ta 2 O 5 with respect to the total amount of the Rn 2 O and / or RO components (Rn and R have the same meaning as described above) in a molar ratio of the oxide equivalent composition, And the ratio of the total amount of one or more components selected from the group consisting of TiO 2 , ZrO 2 and Al 2 O 3 [(Nb 2 O 5 + Ta 2 O 5 + TiO 2 + ZrO 2 + Al 2 O 3 ) / (Rn 2 O + RO)] is larger than 1. The glass ceramic according to (8).

(10)酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、
GeO成分 0〜20%、及び/又は
Ga成分 0〜20%、及び/又は
In成分 0〜10%、及び/又は
SnO成分 0〜10%、及び/又は
Bi成分 0〜20%、及び/又は
TeO成分 0〜20%、及び/又は
WO成分 0〜20%、及び/又は
MoO成分 0〜20%、及び/又は
As成分及び/又はSb成分 合計で0〜5%
の各成分をさらに含有する上記(1)から(9)のいずれかに記載のガラスセラミックス。
(10) In mol% with respect to the total amount of substances in oxide equivalent composition,
GeO 2 component 0-20% and / or Ga 2 O 3 component 0-20% and / or In 2 O 3 component 0-10% and / or SnO component 0-10% and / or Bi 2 O 3 components 0-20% and / or TeO 2 components 0-20% and / or WO 3 components 0-20% and / or MoO 3 components 0-20% and / or As 2 O 3 components and / or Or Sb 2 O 3 component Total 0-5%
The glass ceramic according to any one of (1) to (9), further comprising each component of

(11)酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、Ln成分(ここで、LnはSc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、及びLuからなる群より選択される1種以上を意味する)を、合計で0〜10%含有する上記(1)から(10)のいずれかに記載のガラスセラミックス。 (11) Ln 2 O 3 component (where Ln is Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, One of at least one selected from the group consisting of Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu). The glass ceramic described.

(12)酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、M成分(ここで、MはV、Cr、Mn、Fe、Co、Niからなる群より選択される1種以上を意味し、x及びyは、それぞれx:y=2:Mの価数、を満たす最小の自然数である)を、合計で0〜10%含有する上記(1)から(11)のいずれかに記載のガラスセラミックス。 (12) M x O y component (where M is one selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Fe, Co, and Ni, in mol% with respect to the total amount of oxide-converted composition) Any one of (1) to (11) above, wherein x and y are the smallest natural numbers satisfying x: y = 2: M valence, respectively) Glass ceramics according to crab.

(13)F、Cl、Brからなる群より選ばれる少なくとも1種以上の成分を、ガラス全質量に対する外割り質量比で15%以下含有する上記(1)から(12)のいずれかに記載のガラスセラミックス。 (13) The composition according to any one of (1) to (12), wherein at least one component selected from the group consisting of F, Cl, and Br is contained in an outer divided mass ratio of 15% or less with respect to the total mass of the glass. Glass ceramics.

(14)Cu、Ag、Au、Pd、及びPtからなる群より選ばれる少なくとも1種の成分を、ガラス全質量に対する外割り質量比で5%以下含有する上記(1)から(13)のいずれかに記載のガラスセラミックス。 (14) Any one of (1) to (13) above containing at least one component selected from the group consisting of Cu, Ag, Au, Pd, and Pt in an externally divided mass ratio of 5% or less with respect to the total mass of the glass Glass ceramics according to crab.

(15)紫外領域から可視領域までの波長の光を照射した表面と水滴との接触角が30°以下である上記(1)から(14)のいずれかに記載のガラスセラミックス。 (15) The glass ceramic according to any one of (1) to (14), wherein the contact angle between the surface irradiated with light having a wavelength from the ultraviolet region to the visible region and a water droplet is 30 ° or less.

(16)JIS R 1703−2:2007に基づくメチレンブルーの分解活性指数が3.0nmol/L/min以上である上記(1)から(15)いずれかに記載のガラスセラミックス。 (16) The glass ceramic according to any one of (1) to (15), wherein the decomposition activity index of methylene blue based on JIS R 1703-2: 2007 is 3.0 nmol / L / min or more.

(17)球近似したときの平均結晶粒径が200nm以下である上記(1)から(16)のいずれかに記載のガラスセラミックス。 (17) The glass ceramic according to any one of (1) to (16), wherein an average crystal grain size when approximated to a sphere is 200 nm or less.

(18)上記(1)から(17)いずれかに記載のガラスセラミックスを含む光触媒機能性ガラスセラミックス成形体。 (18) A photocatalytic functional glass ceramic molded body comprising the glass ceramic according to any one of (1) to (17).

(19)上記(1)から(17)いずれかに記載のガラスセラミックスを含む親水性ガラスセラミックス成形体。 (19) A hydrophilic glass-ceramic shaped article comprising the glass-ceramic according to any one of (1) to (17).

(20)上記(1)から(17)いずれかに記載のガラスセラミックスからなる光触媒。 (20) A photocatalyst comprising the glass ceramic according to any one of (1) to (17).

(21)上記ファイバー又はビーズの形状を有する(20)の光触媒。 (21) The photocatalyst according to (20) having the fiber or bead shape.

(22)上記(20)または(21)いずれかに記載の光触媒を含む光触媒材料。 (22) A photocatalytic material comprising the photocatalyst according to any one of (20) and (21).

(23)上記(20)または(21)いずれかに記載の光触媒体を含む光触媒部材。 (23) A photocatalyst member comprising the photocatalyst according to any one of (20) and (21).

(24)上記(20)または(21)いずれかに記載の光触媒を含む親水性材料。 (24) A hydrophilic material containing the photocatalyst according to any one of (20) and (21).

(25)上記(20)または(21)いずれかに記載の光触媒を含む親水性部材。 (25) A hydrophilic member containing the photocatalyst according to any one of (20) and (21).

(26)上記(20)または(21)いずれかに記載の光触媒を含有する塗料、浄化装置、又はフィルタ。 (26) A paint, purification device, or filter containing the photocatalyst according to any of (20) or (21).

(27)上記(1)から(17)のいずれかに記載のガラスセラミックスの製造方法であって、
原料を混合してその融液を得る溶融工程と、
前記融液を冷却してガラスを得る冷却工程と、
前記ガラスの温度を結晶化温度領域まで上昇させる再加熱工程と、
前記温度を前記結晶化温度領域内で維持して結晶を生じさせる結晶化工程と、
前記温度を前記結晶化温度領域外まで低下させて結晶分散ガラスを得る再冷却工程と、を有するガラスセラミックスの製造方法。
(27) The glass ceramic manufacturing method according to any one of (1) to (17),
A melting step of mixing raw materials to obtain a melt;
A cooling step of cooling the melt to obtain glass;
A reheating step of raising the temperature of the glass to a crystallization temperature region;
A crystallization step of maintaining the temperature within the crystallization temperature region to produce crystals;
A re-cooling step of obtaining a crystal-dispersed glass by lowering the temperature outside the crystallization temperature region.

(28)前記結晶化温度領域は、450℃以上1200℃以下である上記(27)に記載のガラスセラミックスの製造方法。 (28) The method for producing glass ceramics according to (27), wherein the crystallization temperature region is 450 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower.

(29)前記ガラスセラミックスに対してドライエッチング及び/又はウェットエッチングを行うエッチング工程をさらに有する上記(27)から(28)のいずれかに記載のガラスセラミックスの製造方法。 (29) The glass ceramic manufacturing method according to any one of (27) to (28), further including an etching step of performing dry etching and / or wet etching on the glass ceramic.

本発明のガラスセラミックスは、その内部および表面に光触媒活性を持つニオブ成分を含む結晶相が均質に存在しているため、優れた光触媒活性を有する。また、仮に表面が削られても性能の低下が少なく、極めて耐久性に優れたものである。また、本発明のガラスセラミックスは、大きさや形状などを加工する場合の自由度が高く、光触媒機能が要求される様々な物品に利用できる。このように、本発明のガラスセラミックスは、光触媒として種々の用途に利用できる。   The glass ceramic of the present invention has an excellent photocatalytic activity because a crystal phase containing a niobium component having a photocatalytic activity is uniformly present inside and on the surface thereof. Further, even if the surface is scraped, there is little deterioration in performance, and it is extremely excellent in durability. Moreover, the glass ceramics of the present invention have a high degree of freedom when processing the size and shape, and can be used for various articles that require a photocatalytic function. Thus, the glass ceramics of the present invention can be used for various applications as a photocatalyst.

また、本発明のガラスセラミックスの製造方法によれば、原料の配合組成と熱処理温度の制御によってガラス中にニオブ成分を含む結晶相を生成させることができるため、特殊な設備を用いることなく、優れた光触媒活性を備え、光触媒機能性素材として有用なガラスセラミックスを工業的規模で容易に製造することができる。   Further, according to the method for producing glass ceramics of the present invention, it is possible to generate a crystal phase containing a niobium component in the glass by controlling the composition of the raw materials and the heat treatment temperature, which is excellent without using special equipment. It is possible to easily produce glass ceramics having a photocatalytic activity and useful as a photocatalytic functional material on an industrial scale.

本発明の実施例1のガラスセラミックスについてのXRDパターンである。It is an XRD pattern about the glass ceramic of Example 1 of this invention. 本発明の実施例2のガラスセラミックスについてのXRDパターンである。It is an XRD pattern about the glass ceramic of Example 2 of this invention. 本発明の実施例12のガラスセラミックスについてのXRDパターンである。It is an XRD pattern about the glass ceramic of Example 12 of this invention. 本発明の実施例1のガラスセラミックスについて紫外線照射時間に対する水との接触角をプロットしたグラフである。It is the graph which plotted the contact angle with water with respect to ultraviolet irradiation time about the glass-ceramics of Example 1 of this invention. 本発明の実施例2のガラスセラミックスについて紫外線照射時間に対する水との接触角をプロットしたグラフである。It is the graph which plotted the contact angle with water with respect to ultraviolet irradiation time about the glass-ceramics of Example 2 of this invention. 本発明の実施例12のガラスセラミックスについて紫外線照射時間に対する水との接触角をプロットしたグラフである。It is the graph which plotted the contact angle with water with respect to ultraviolet irradiation time about the glass-ceramic of Example 12 of this invention.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
[ガラスセラミックス]
本発明のガラスセラミックスは、ニオブ成分を含む結晶を含有する。ガラスセラミックスは、ガラスを熱処理することによりガラス相中に結晶相を析出させて得られる材料であり、結晶化ガラスとも呼ばれる。本発明のガラスセラミックスは、ニオブ成分を含む結晶相を含有するために強い光触媒活性を有しており、そのまま光触媒として用いることができる。このように、ニオブ成分の結晶相を有するガラスセラミックスを光触媒として使用することは、本発明によってはじめて実現されたものである。本発明のガラスセラミックスは、ガラス相及び結晶相から成る材料のみならず、ガラス相が全て結晶相に変化した材料、すなわち、材料中の結晶量(結晶化度)が100質量%のものも含んでよい。本発明のガラスセラミックスは、結晶化工程の制御により結晶の粒径、析出結晶の種類、結晶化度をコントロールできる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
[Glass ceramics]
The glass ceramic of the present invention contains crystals containing a niobium component. Glass ceramics is a material obtained by precipitating a crystalline phase in a glass phase by heat-treating the glass, and is also called crystallized glass. Since the glass ceramic of the present invention contains a crystal phase containing a niobium component, it has a strong photocatalytic activity and can be used as it is as a photocatalyst. Thus, the use of glass ceramics having a crystal phase of a niobium component as a photocatalyst has been realized for the first time by the present invention. The glass ceramic of the present invention includes not only a material composed of a glass phase and a crystal phase, but also a material in which the glass phase is entirely changed to a crystal phase, that is, a material whose crystal amount (crystallinity) in the material is 100% by mass. It's okay. The glass ceramics of the present invention can control the crystal grain size, the type of precipitated crystals, and the crystallinity by controlling the crystallization process.

次に、本発明のガラスセラミックスの成分及び物性について説明する。なお、本明細書中において、ガラスセラミックスを構成する各成分の含有量は特に断りがない場合は、全て酸化物換算組成のガラスセラミックス全物質量に対するモル%で表示されるものとする。ここで、「酸化物換算組成」とは、本発明のガラス構成成分の原料として使用される酸化物、複合塩、金属弗化物等が溶融時に全て分解され酸化物へ変化すると仮定した場合に、当該生成酸化物の総物質量を100モル%として、ガラス中に含有される各成分を表記した組成である。   Next, components and physical properties of the glass ceramic of the present invention will be described. In addition, in this specification, unless there is particular notice, content of each component which comprises glass ceramics shall be displayed by the mol% with respect to the total amount of glass ceramics of an oxide conversion composition. Here, the “oxide equivalent composition” means that the oxide, composite salt, metal fluoride, etc. used as the raw material of the glass component of the present invention are all decomposed and changed into oxides when melted. It is the composition which described each component contained in glass by making the total substance amount of the said production | generation oxide into 100 mol%.

ニオブ成分を含む結晶、例えば酸化ニオブの結晶、ニオブ酸塩の結晶及び/又はこれらの固溶体は、ガラスセラミックスに光触媒特性をもたらす必須成分である。酸化ニオブは、原料や調製方法により2〜5価の酸化物になり、その結晶は、NbO結晶、Nb結晶、NbO結晶、Nb結晶等が知られているが、5価の酸化数を有するNb結晶が最も安定で好ましい。ニオブ酸塩は、Nbと他の元素の酸化物との複合酸化物と考えられ、その結晶は、例えば、ニオブ酸リチウム(LiNbO)結晶、ニオブ酸ナトリウム(NaNbO)結晶、ニオブ酸カリウム(KNbO)結晶、ニオブ酸カルシウム(CaNb)結晶、ニオブ酸ストロンチウム(SrNb)結晶、ニオブ酸バリウム(BaNb)結晶、ニオブ酸マグネシウム(MgNb)結晶、二ニオブ酸ストロンチウム(SrNb)結晶、及び二ニオブ酸カリウムストロンチウム(KSrNb)結晶等を含むがこれらに限定されない。本発明のガラスセラミックスでは、光触媒活性を持つ限り酸化ニオブの結晶及び/又はニオブ酸塩の結晶の種類は問わないが、特に強い光触媒活性を有するRnNbO(RnはLi、Na、及びKからなる群より選択される1種以上である)結晶を含むことが好ましい。一つの典型的なニオブ酸塩であるニオブ酸カリウム(KNbO)結晶の結晶構造はペロブスカイト構造であり、温度により菱面体晶、斜方晶、正方晶、立方晶となることが知られているが、光触媒活性を有する限り、どの結晶格子のものでもよい。 A crystal containing a niobium component, for example, a crystal of niobium oxide, a crystal of niobate and / or a solid solution thereof is an essential component that provides photocatalytic properties to glass ceramics. Niobium oxide becomes a divalent to pentavalent oxide depending on the raw material and the preparation method, and its crystal is known as NbO crystal, Nb 2 O 3 crystal, NbO 2 crystal, Nb 2 O 5 crystal, etc. Nb 2 O 5 crystals having a valent oxidation number are most stable and preferred. Niobate is considered to be a composite oxide of Nb 2 O 5 and oxides of other elements, and the crystals thereof include, for example, lithium niobate (LiNbO 3 ) crystals, sodium niobate (NaNbO 3 ) crystals, niobium Potassium oxide (KNbO 3 ) crystal, calcium niobate (CaNb 2 O 6 ) crystal, strontium niobate (SrNb 2 O 6 ) crystal, barium niobate (BaNb 2 O 6 ) crystal, magnesium niobate (MgNb 2 O 6 ) Crystal, strontium diniobate (Sr 2 Nb 2 O 7 ) crystal, potassium strontium diniobate (K 2 SrNb 2 O 7 ) crystal and the like, but not limited thereto. In the glass ceramics of the present invention, the type of niobium oxide crystal and / or niobate crystal is not limited as long as it has photocatalytic activity, but RnNbO 3 (Rn is composed of Li, Na, and K) having particularly strong photocatalytic activity. It is preferable to include crystals that are one or more selected from the group. One typical niobate salt, potassium niobate (KNbO 3 ), has a perovskite structure, and is known to be rhombohedral, orthorhombic, tetragonal, and cubic depending on temperature. However, any crystal lattice may be used as long as it has photocatalytic activity.

ニオブ酸塩の結晶は、他の元素との固溶体の状態で存在していてもよい。ここで、前記固溶体としては、例えばRn(TaNb1−q)O、Rnαβ(TaNb1−qγδ(式中、Rn及びRは前記と同じ意味を有し、qは化学量論的にとり得る数を意味し、α+2β+5γ=2δの関係式からなり、γは1より大きい整数を意味する)などを挙げることができる。なお、固溶体は置換型固溶体でも侵入型固溶体でもよい。 The crystals of niobate may exist in the form of a solid solution with other elements. Here, as the solid solution, for example, Rn (Ta q Nb 1-q ) O 3, Rn α R β (Ta q Nb 1-q) γ O δ ( wherein, Rn and R have the same meanings as defined above Q is a stoichiometric number, and is a relational expression of α + 2β + 5γ = 2δ, where γ is an integer greater than 1. The solid solution may be a substitutional solid solution or an interstitial solid solution.

本発明のガラスセラミックスは、酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%でNb成分を5〜50%の範囲内で含有することが好ましい。Nb成分の含有量が5%未満では、十分な光触媒活性が得られない。一方、Nb成分の含有量が50%を超えると、ガラスの安定性が損なわれる。従って、酸化物換算組成の全物質量に対するNb成分の含有量は、好ましくは5%、より好ましくは10%、最も好ましくは15%を下限とし、好ましくは50%、より好ましくは40%、最も好ましくは35%を上限とする。Nb成分は、原料として例えばNb等を用いてガラスセラミックス中に導入することができる。 The glass ceramic of the present invention preferably contains the Nb 2 O 5 component in a range of 5 to 50% by mol% with respect to the total amount of the oxide-converted composition. If the content of the Nb 2 O 5 component is less than 5%, sufficient photocatalytic activity cannot be obtained. On the other hand, if the content of the Nb 2 O 5 component exceeds 50%, the stability of the glass is impaired. Therefore, the content of the Nb 2 O 5 component with respect to the total amount of the oxide-converted composition is preferably 5%, more preferably 10%, most preferably 15%, and preferably 50%, more preferably 40%. %, Most preferably 35%. The Nb 2 O 5 component can be introduced into the glass ceramic using, for example, Nb 2 O 5 as a raw material.

SiO成分は、ガラスの網目構造を構成し、ガラスの安定性と化学的耐久性を高める成分であるとともに、Si4+イオンが析出したニオブ成分を含む結晶相の近傍に存在し、光触媒活性の向上に寄与する成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、SiO成分の含有量が75%を超えると、ガラスの溶融性が悪くなり、ニオブ成分を含む結晶相が析出し難くなる。従って、SiO成分を添加する場合、酸化物換算組成の全物質量に対するSiO成分の含有量は、好ましくは30%、より好ましくは40%、最も好ましくは50%を下限とし、好ましくは75%、より好ましくは70%、最も好ましくは65%を上限とする。SiO成分は、原料として例えばSiO、KSiF、NaSiF等を用いてガラスセラミックス内に導入することができる。 The SiO 2 component is a component that constitutes the glass network structure and improves the stability and chemical durability of the glass, and is present in the vicinity of the crystal phase containing the niobium component on which Si 4+ ions are precipitated, and has photocatalytic activity. It is a component that contributes to improvement, and can be optionally added. However, when the content of the SiO 2 component exceeds 75%, the meltability of the glass is deteriorated, and the crystal phase containing the niobium component is hardly precipitated. Therefore, when the SiO 2 component is added, the content of the SiO 2 component is preferably 30%, more preferably 40%, and most preferably 50%, preferably 75% with respect to the total amount of the oxide-converted composition. %, More preferably 70%, and most preferably 65%. SiO 2 component may be incorporated in the glass ceramic is used as a raw material such as SiO 2, K 2 SiF 6, Na 2 SiF 6 or the like.

成分は、ガラスの網目構造を構成し、ガラスの安定性を高める成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、その含有量が75%を超えると、ガラスの化学耐久性が低下し、ニオブ成分を含む結晶相が析出し難い傾向が強くなる。従って、B成分を添加する場合、酸化物換算組成の全物質量に対するB成分の含有量は、好ましくは30%、より好ましくは35%、最も好ましくは40%を下限とし、好ましくは75%、より好ましくは65%、最も好ましくは55%を上限とする。B成分は、原料として例えばHBO、Na、Na・10HO、BPO等を用いてガラスセラミックス内に導入することができる。 The B 2 O 3 component is a component that constitutes a glass network structure and improves the stability of the glass, and can be optionally added. However, if the content exceeds 75%, the chemical durability of the glass is lowered, and the tendency that the crystal phase containing the niobium component is difficult to precipitate becomes strong. Accordingly, when adding B 2 O 3 component, the content of B 2 O 3 component to all substances of the oxide composition in terms is to preferably 30%, more preferably 35%, and most preferably the lower limit of 40% The upper limit is preferably 75%, more preferably 65%, and most preferably 55%. B 2 O 3 component may be incorporated in the glass ceramics used as the material for example H 3 BO 3, Na 2 B 4 O 7, Na 2 B 4 O 7 · 10H 2 O, the BPO 4 and the like.

成分は、ガラスの網目構造を構成する成分であり、任意に添加できる成分である。本発明のガラスセラミックスを、P成分が網目構造の主成分であるリン酸塩系ガラスにすることにより、より多くのニオブ成分をガラスに取り込ませることができる。また、P成分を配合することによって、より低い熱処理温度でニオブ成分を含む結晶を析出させることが可能である。しかし、Pの含有量が75%を超えるとニオブ成分を含む結晶相が析出し難くなる。従って、P成分を添加する場合、酸化物換算組成の全物質量に対するP成分の含有量は、好ましくは30%、より好ましくは35%を下限とし、好ましくは75%、より好ましくは65%、最も好ましくは55%を上限とする。P成分は、原料として例えばAl(PO、Ca(PO、Ba(PO、NaPO、BPO、HPO等を用いてガラスセラミックス内に導入することができる。 P 2 O 5 component is a component which constitutes the network structure of the glass is a component that can be added optionally. By making the glass ceramic of the present invention a phosphate glass in which the P 2 O 5 component is the main component of the network structure, more niobium components can be incorporated into the glass. Further, by blending the P 2 O 5 component, it is possible to precipitate crystals containing niobium components at a lower heat treatment temperature. However, when the content of P 2 O 5 exceeds 75%, a crystal phase containing a niobium component is difficult to precipitate. Therefore, when adding P 2 O 5 component, the content of P 2 O 5 component to all substances of the oxide composition in terms is to preferably 30%, more preferably the lower limit of 35%, preferably 75%, The upper limit is more preferably 65%, and most preferably 55%. The P 2 O 5 component is introduced into the glass ceramic using, for example, Al (PO 3 ) 3 , Ca (PO 3 ) 2 , Ba (PO 3 ) 2 , NaPO 3 , BPO 4 , H 3 PO 4, etc. as raw materials. can do.

本発明のガラスセラミックスは、SiO成分、B成分、及びP成分から選ばれる少なくとも1種以上の成分を30%以上75%以下の範囲内で含有することが好ましい。特に、SiO成分、B成分、及びP成分の合計量を75%以下にすることで、ガラスの溶融性、安定性及び化学耐久性が向上するとともに、目的の結晶相がより析出しやすくなる。従って、酸化物換算組成の全物質量に対する合計量(SiO+B+P)は、好ましくは75%、より好ましくは70%、最も好ましくは65%を上限とする。なお、これらの成分の合計量が30%未満であると、ガラスが得られにくくなるので、30%以上の添加が好ましく、35%以上がより好ましく、40%以上が最も好ましい。また、SiO成分、B成分、及びP成分の中では、ガラスの安定性や耐久性を向上させやすく、目的の結晶相を析出させやすい等の理由でSiO成分が最も好ましく、少なくともSiO成分を50%以上含有することにより、ガラスセラミックスの前駆体であるガラスを安定に生産でき、かつ耐久性と光触媒特性の高いガラスセラミックスが得られる。 The glass ceramic of the present invention preferably contains at least one component selected from an SiO 2 component, a B 2 O 3 component, and a P 2 O 5 component within a range of 30% to 75%. In particular, by making the total amount of the SiO 2 component, the B 2 O 3 component, and the P 2 O 5 component 75% or less, the meltability, stability, and chemical durability of the glass are improved, and the target crystalline phase Is more likely to precipitate. Therefore, the total amount (SiO 2 + B 2 O 3 + P 2 O 5 ) with respect to the total amount of the oxide-converted composition is preferably 75%, more preferably 70%, and most preferably 65%. If the total amount of these components is less than 30%, it becomes difficult to obtain glass, so addition of 30% or more is preferable, 35% or more is more preferable, and 40% or more is most preferable. Further, among the SiO 2 component, the B 2 O 3 component, and the P 2 O 5 component, the SiO 2 component is used because it is easy to improve the stability and durability of the glass and to easily precipitate the target crystal phase. Most preferably, by containing at least 50% or more of the SiO 2 component, glass which is a glass ceramic precursor can be stably produced, and glass ceramic having high durability and photocatalytic properties can be obtained.

LiO成分は、Nb成分と光触媒活性を有するニオブ酸リチウム結晶を生成するとともに、ガラスの溶融性と安定性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。また、ガラス転移温度を下げてニオブ成分を含む結晶を生成させやすくするとともに、熱処理温度をより低く抑える成分である。しかし、LiO成分の含有量が40%を超えると、かえってガラスの安定性が悪くなり、ニオブ成分を含む結晶相の析出も困難となる。従って、酸化物換算組成の全物質量に対するLiO成分の含有量は、好ましくは40%、より好ましくは30%、最も好ましくは25%を上限とする。LiO成分は、原料として例えばLiCO、LiNO、LiF等を用いてガラスセラミックス内に導入することができる。 The Li 2 O component is a component that generates lithium niobate crystals having photocatalytic activity with the Nb 2 O 5 component and improves the meltability and stability of the glass, and can be optionally added. In addition, it is a component that lowers the glass transition temperature to facilitate generation of crystals containing a niobium component and suppresses the heat treatment temperature to a lower level. However, when the content of the Li 2 O component exceeds 40%, the stability of the glass is deteriorated, and the precipitation of the crystal phase containing the niobium component becomes difficult. Therefore, the upper limit of the content of the Li 2 O component with respect to the total amount of the oxide-converted composition is preferably 40%, more preferably 30%, and most preferably 25%. Li 2 O component may be incorporated in the glass ceramic by using, for example, Li 2 CO 3 as a raw material, LiNO 3, LiF and the like.

NaO成分は、Nb成分と光触媒活性を有するニオブ酸ナトリウム結晶を生成するとともに、ガラスの溶融性と安定性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。また、ガラス転移温度を下げてニオブ成分を含む結晶を生成させやすくするとともに、熱処理温度をより低く抑える成分である。しかし、NaO成分の含有量が40%を超えると、かえってガラスの安定性が悪くなり、ニオブ成分を含む結晶相の析出も困難となる。従って、酸化物換算組成の全物質量に対するNaO成分の含有量は、好ましくは40%、より好ましくは30%、最も好ましくは25%を上限とする。NaO成分は、原料として例えばNaO、NaCO、NaNO、NaF、NaS、NaSiF等を用いてガラスセラミックス内に導入することができる。 The Na 2 O component is a component that generates sodium niobate crystals having photocatalytic activity with the Nb 2 O 5 component and improves the meltability and stability of the glass, and can be optionally added. In addition, it is a component that lowers the glass transition temperature to facilitate generation of crystals containing a niobium component and suppresses the heat treatment temperature to a lower level. However, if the content of the Na 2 O component exceeds 40%, the stability of the glass is deteriorated, and the precipitation of the crystal phase containing the niobium component becomes difficult. Therefore, the upper limit of the content of the Na 2 O component with respect to the total amount of the oxide-converted composition is preferably 40%, more preferably 30%, and most preferably 25%. Na 2 O component may be incorporated in the glass ceramic is used as a raw material for example Na 2 O, Na 2 CO 3 , NaNO 3, NaF, Na 2 S, the Na 2 SiF 6 or the like.

O成分は、Nb成分と光触媒活性を有するニオブ酸カリウム結晶を生成するとともに、ガラスの溶融性と安定性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。また、ガラス転移温度を下げてニオブ成分を含む結晶を生成させやすくするとともに、熱処理温度をより低く抑える成分である。しかし、KO成分の含有量が40%を超えると、かえってガラスの安定性が悪くなり、ニオブ成分を含む結晶相の析出も困難となる。従って、酸化物換算組成の全物質量に対するKO成分の含有量は、好ましくは40%、より好ましくは30%、最も好ましくは25%を上限とする。KO成分は、原料として例えばKCO、KNO、KF、KHF、KSiF等を用いてガラスセラミックス内に導入することができる。 The K 2 O component is a component that generates potassium niobate crystals having photocatalytic activity with the Nb 2 O 5 component and improves the meltability and stability of the glass, and can be optionally added. In addition, it is a component that lowers the glass transition temperature to facilitate generation of crystals containing a niobium component and suppresses the heat treatment temperature to a lower level. However, if the content of the K 2 O component exceeds 40%, the stability of the glass is deteriorated, and the precipitation of the crystal phase containing the niobium component becomes difficult. Therefore, the upper limit of the content of the K 2 O component with respect to the total amount of the oxide-converted composition is preferably 40%, more preferably 30%, and most preferably 25%. K 2 O component may be incorporated in the glass ceramic by using the raw material as for example K 2 CO 3, KNO 3, KF, KHF 2, K 2 SiF 6 and the like.

本発明のガラスセラミックスは、RnO(式中、RnはLi、Na、およびKからなる群より選択される1種以上)成分から選ばれる少なくとも1種以上の成分を40%以下含有することが好ましい。特に、RnO成分の合計量を40%以下にすることで、ガラスの安定性が向上し、ニオブ成分を含む結晶相が析出し易くなるため、ガラスセラミックスの触媒活性を確保することができる。従って、酸化物換算組成の全物質量に対する、RnO成分の合計量は、好ましくは40%、より好ましくは30%、最も好ましくは25%を上限とする。 The glass ceramic of the present invention contains 40% or less of at least one component selected from Rn 2 O (wherein Rn is one or more selected from the group consisting of Li, Na, and K). Is preferred. In particular, when the total amount of the Rn 2 O component is 40% or less, the stability of the glass is improved and the crystal phase containing the niobium component is likely to precipitate, so that the catalytic activity of the glass ceramic can be ensured. . Therefore, the total amount of the Rn 2 O component is preferably 40%, more preferably 30%, and most preferably 25% with respect to the total amount of substances in oxide equivalent composition.

MgO成分は、Nb成分と光触媒活性を有するニオブ酸マグネシウム結晶を生成するとともに、ガラスの溶融性と安定性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。また、ガラス転移温度を下げてニオブ成分を含む結晶を生成させやすくするとともに、熱処理温度をより低く抑える成分である。しかし、MgO成分の含有量が40%を超えると、かえってガラスの安定性が悪くなり、ニオブ成分を含む結晶相の析出も困難となる。従って、酸化物換算組成の全物質量に対するMgO成分の含有量は、好ましくは40%、より好ましくは30%、最も好ましくは20%を上限とする。MgO成分は、原料として例えばMgCO、MgF等を用いてガラスセラミックス内に導入することができる。 The MgO component is a component that generates magnesium niobate crystals having photocatalytic activity with the Nb 2 O 5 component and improves the meltability and stability of the glass, and can be optionally added. In addition, it is a component that lowers the glass transition temperature to facilitate generation of crystals containing a niobium component and suppresses the heat treatment temperature to a lower level. However, if the content of the MgO component exceeds 40%, the stability of the glass is deteriorated, and the precipitation of the crystal phase containing the niobium component becomes difficult. Therefore, the upper limit of the content of the MgO component with respect to the total amount of the oxide-converted composition is preferably 40%, more preferably 30%, and most preferably 20%. The MgO component can be introduced into the glass ceramic using, for example, MgCO 3 or MgF 2 as a raw material.

CaO成分は、Nb成分と光触媒活性を有するニオブ酸カルシウム結晶を生成するとともに、ガラスの溶融性と安定性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。また、ガラス転移温度を下げてニオブ成分を含む結晶を生成させやすくするとともに、熱処理温度をより低く抑える成分である。しかし、CaO成分の含有量が40%を超えると、かえってガラスの安定性が悪くなり、ニオブ成分を含む結晶相の析出も困難となる。従って、酸化物換算組成の全物質量に対するCaO成分の含有量は、好ましくは40%、より好ましくは30%、最も好ましくは25%を上限とする。CaO成分は、原料として例えばCaCO、CaF等を用いてガラスセラミックス内に導入することができる。 The CaO component is a component that generates calcium niobate crystals having photocatalytic activity with the Nb 2 O 5 component and improves the meltability and stability of the glass, and can be optionally added. In addition, it is a component that lowers the glass transition temperature to facilitate generation of crystals containing a niobium component and suppresses the heat treatment temperature to a lower level. However, when the content of the CaO component exceeds 40%, the stability of the glass is deteriorated, and the precipitation of the crystal phase containing the niobium component becomes difficult. Accordingly, the content of the CaO component with respect to the total amount of the oxide-converted composition is preferably 40%, more preferably 30%, and most preferably 25%. The CaO component can be introduced into the glass ceramic using, for example, CaCO 3 , CaF 2 or the like as a raw material.

SrO成分は、Nb成分と光触媒活性を有するニオブ酸ストロンチウム結晶を生成するとともに、ガラスの溶融性と安定性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。また、ガラス転移温度を下げてニオブ成分を含む結晶を生成させやすくするとともに、熱処理温度をより低く抑える成分である。しかし、SrO成分の含有量が40%を超えると、かえってガラスの安定性が悪くなり、ニオブ成分を含む結晶相の析出も困難となる。従って、酸化物換算組成の全物質量に対するSrO成分の含有量は、好ましくは40%、より好ましくは30%、最も好ましくは25%を上限とする。SrO成分は、原料として例えばSr(NO、SrF等を用いてガラスセラミックス内に導入することができる。 The SrO component is a component that generates strontium niobate crystals having photocatalytic activity with the Nb 2 O 5 component and improves the meltability and stability of the glass, and can be optionally added. In addition, it is a component that lowers the glass transition temperature to facilitate generation of crystals containing a niobium component and suppresses the heat treatment temperature to a lower level. However, when the content of the SrO component exceeds 40%, the stability of the glass is deteriorated, and the precipitation of the crystal phase containing the niobium component becomes difficult. Therefore, the upper limit of the SrO component content is preferably 40%, more preferably 30%, and most preferably 25% with respect to the total amount of substances in oxide equivalent composition. The SrO component can be introduced into the glass ceramic using, for example, Sr (NO 3 ) 2 , SrF 2 or the like as a raw material.

BaO成分は、Nb成分と光触媒活性を有するニオブ酸バリウム結晶を生成するとともに、ガラスの溶融性と安定性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。また、ガラス転移温度を下げてニオブ成分を含む結晶を生成させやすくするとともに、熱処理温度をより低く抑える成分である。しかし、BaO成分の含有量が40%を超えると、かえってガラスの安定性が悪くなりニオブ成分を含む結晶相の析出も困難となる。従って、酸化物換算組成の全物質量に対するBaO成分の含有量は、好ましくは40%、より好ましくは30%、最も好ましくは25%を上限とする。BaO成分は、原料として例えばBaCO、Ba(NO、BaF等を用いてガラスセラミックス内に導入することができる。 The BaO component is a component that generates a barium niobate crystal having photocatalytic activity with the Nb 2 O 5 component and improves the meltability and stability of the glass, and can be optionally added. In addition, it is a component that lowers the glass transition temperature to facilitate generation of crystals containing a niobium component and suppresses the heat treatment temperature to a lower level. However, if the content of the BaO component exceeds 40%, the stability of the glass is deteriorated, and the precipitation of the crystal phase containing the niobium component becomes difficult. Therefore, the upper limit of the content of the BaO component with respect to the total amount of oxide-converted composition is preferably 40%, more preferably 30%, and most preferably 25%. The BaO component can be introduced into the glass ceramic using, for example, BaCO 3 , Ba (NO 3 ) 2 , BaF 2 or the like as a raw material.

ZnO成分は、Nb成分と光触媒活性を有するニオブ酸亜鉛結晶を生成するとともに、ガラスの溶融性と安定性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。また、ガラス転移温度を下げてニオブ成分を含む結晶を生成させやすくするとともに、熱処理温度をより低く抑える成分である。しかし、ZnO成分の含有量が40%を超えると、かえってガラスの安定性が悪くなり、ニオブ成分を含む結晶相の析出も困難となる。従って、酸化物換算組成の全物質量に対するZnO成分の含有量は、好ましくは40%、より好ましくは30%、最も好ましくは25%を上限とする。ZnO成分は、原料として例えばZnO、ZnF等を用いて結晶化ガラスに導入することができる。 The ZnO component is a component that generates a zinc niobate crystal having photocatalytic activity with the Nb 2 O 5 component and improves the meltability and stability of the glass, and can be optionally added. In addition, it is a component that lowers the glass transition temperature to facilitate generation of crystals containing a niobium component and suppresses the heat treatment temperature to a lower level. However, when the content of the ZnO component exceeds 40%, the stability of the glass is deteriorated, and the precipitation of the crystal phase containing the niobium component becomes difficult. Therefore, the upper limit of the ZnO component content is preferably 40%, more preferably 30%, and most preferably 25% with respect to the total amount of substances in oxide equivalent composition. The ZnO component can be introduced into the crystallized glass using, for example, ZnO, ZnF 2 or the like as a raw material.

本発明のガラスセラミックスは、RO(式中、RはMg、Ca、Sr、Ba及びZnからなる群より選択される1種以上)成分から選ばれる少なくとも1種以上の成分を40%以下含有することが好ましい。特に、RO成分の合計量を40%以下にすることで、ガラスの安定性が向上し、ニオブ成分を含む結晶相が析出し易くなるため、ガラスセラミックスの触媒活性を確保することができる。従って、酸化物換算組成の全物質量に対する、RO成分の合計量は、好ましくは40%、より好ましくは30%、最も好ましくは25%を上限とする。   The glass ceramic of the present invention contains 40% or less of at least one component selected from RO (wherein R is one or more selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba and Zn). It is preferable. In particular, when the total amount of the RO component is 40% or less, the stability of the glass is improved, and the crystal phase containing the niobium component is easily precipitated, so that the catalytic activity of the glass ceramic can be ensured. Therefore, the total amount of the RO component is preferably 40%, more preferably 30%, and most preferably 25% with respect to the total amount of the oxide-converted composition.

また、本発明のガラスセラミックスは、RO(式中、RはMg、Ca、Sr、Ba及びZnからなる群より選択される1種以上)成分及びRnO(式中、RnはLi、Na、およびKからなる群より選択される1種以上)成分から選ばれる少なくとも1種以上の成分を40%以下含有することが好ましい。特に、RO成分及びRnO成分の合計量を40%以下にすることで、ガラスの安定性が向上し、ガラス転移温度(Tg)が下がり、目的の結晶相を有するガラスセラミックスがより容易に得られる。一方で、RO成分及びRnO成分の合計量が40%より多いと、ガラスの安定性が悪くなり、ニオブ成分を含む結晶相の析出も困難となる。従って、酸化物換算組成の全物質量に対する合計量(RO+RnO)は、好ましくは40%、より好ましくは30%、最も好ましくは25%を上限とする。また、上記RO成分及びRnO成分の中では、高い光触媒特性を得るために特にNaO成分を用いることが最も好ましい。従って、ガラスセラミックス中に、少なくともNaO成分を0.5%以上含有することにより、より高い光触媒特性が得られる。 Further, the glass ceramic of the present invention comprises an RO (wherein R is one or more selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba and Zn) and Rn 2 O (where Rn is Li, Na And at least one component selected from the group consisting of one or more selected from the group consisting of K and 40% or less. In particular, when the total amount of the RO component and the Rn 2 O component is 40% or less, the stability of the glass is improved, the glass transition temperature (Tg) is lowered, and the glass ceramic having the target crystal phase is more easily obtained. can get. On the other hand, when the total amount of the RO component and the Rn 2 O component is more than 40%, the stability of the glass is deteriorated and it is difficult to precipitate a crystal phase containing the niobium component. Accordingly, the total amount (RO + Rn 2 O) with respect to the total amount of the oxide-converted composition is preferably 40%, more preferably 30%, and most preferably 25%. Further, among the RO component and the Rn 2 O component, it is most preferable to use a Na 2 O component particularly in order to obtain high photocatalytic properties. Therefore, higher photocatalytic properties can be obtained by containing at least 0.5% Na 2 O component in the glass ceramic.

ここで、本発明のガラスセラミックスは、RO(式中、RはMg、Ca、Sr、Ba及びZnからなる群より選択される1種以上)成分及びRnO(式中、RnはLi、Na及びKからなる群より選択される1種以上)成分から選ばれる成分のうち2種類以上を含有することにより、ガラスの安定性と化学耐久性が大幅に向上し、熱処理後のガラスセラミックスの機械強度がより高くなり、ニオブ成分を含む結晶相がガラスからより析出し易くなる。従って、本発明のガラスセラミックスは、RO成分及びRnO成分から選ばれる成分のうち2種類以上を含有することが好ましい。 Here, the glass ceramic of the present invention has an RO (wherein R is one or more selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba and Zn) component and Rn 2 O (wherein Rn is Li, By containing two or more components selected from the group consisting of Na and K (one or more selected from the group consisting of Na and K), the stability and chemical durability of the glass are greatly improved. The mechanical strength becomes higher, and the crystal phase containing the niobium component is more likely to precipitate from the glass. Thus, glass-ceramics of the present invention preferably contain two or more of the components selected from the RO component and Rn 2 O components.

Ta成分は、ガラスの安定性を高める成分であり、且つニオブ成分を含む結晶相に固溶し、又はその近傍に存在することで、光触媒特性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、Ta成分の含有量が35%を超えると、ガラスの安定性が著しく悪くなる。従って、酸化物換算組成の全物質量に対するTa成分の含有量は、好ましくは35%、より好ましくは30%、最も好ましくは25%を上限とする。Ta成分は、原料として例えばTa等を用いてガラスセラミックスに導入することができる。 The Ta 2 O 5 component is a component that improves the stability of the glass and is a component that improves the photocatalytic properties by being dissolved in the crystal phase containing the niobium component or in the vicinity thereof, and is optionally added. It is a possible ingredient. However, when the content of the Ta 2 O 5 component exceeds 35%, the stability of the glass is remarkably deteriorated. Therefore, the content of the Ta 2 O 5 component with respect to the total amount of the oxide-converted composition is preferably 35%, more preferably 30%, and most preferably 25%. The Ta 2 O 5 component can be introduced into glass ceramics using, for example, Ta 2 O 5 as a raw material.

TiO成分は、ガラスの溶融性、安定性及び化学耐久性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。また、TiO成分は、ニオブ成分を含む結晶相の核形成剤の役割を果たす効果もあるので、ニオブ成分を含む結晶相の析出に寄与する。しかし、TiO成分の含有量が20%を超えると、ガラス化が難しくなるし、目的以外の結晶相の析出も顕著となる。従って、TiO成分を添加する場合、酸化物換算組成の全物質量に対するTiO成分の含有量は、好ましくは20%、より好ましくは15%、最も好ましくは10%を上限とする。TiO成分は、原料として例えばTiO等を用いてガラスセラミックス内に導入することができる。 TiO 2 component is glass meltability, a component for improving the stability and chemical durability, which is a component that can be added optionally. The TiO 2 component also has the effect of acting as a nucleating agent for the crystal phase containing the niobium component, and thus contributes to the precipitation of the crystal phase containing the niobium component. However, when the content of the TiO 2 component exceeds 20%, vitrification becomes difficult, and precipitation of a crystal phase other than the target becomes remarkable. Therefore, when the TiO 2 component is added, the content of the TiO 2 component is preferably 20%, more preferably 15%, and most preferably 10% with respect to the total amount of the oxide-converted composition. TiO 2 component may be incorporated in the glass ceramics used as the starting material for example TiO 2 or the like.

ZrO成分は、ガラスセラミックスの化学的耐久性を高め、ニオブ成分を含む結晶の析出を促進し、且つZr4+イオンがニオブ成分を含む結晶相に固溶して光触媒特性の向上に寄与する成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、ZrO成分の含有量が20%を超えると、ガラス化し難くなる。従って、酸化物換算組成の全物質量に対するZrO成分の含有量は、好ましくは20%、より好ましくは15%、最も好ましくは10%を上限とする。ZrO成分は、原料として例えばZrO、ZrF等を用いてガラスセラミックスに導入することができる。 ZrO 2 component is a component that enhances the chemical durability of glass ceramics, promotes precipitation of crystals containing niobium component, and contributes to improvement of photocatalytic properties by solid solution of Zr 4+ ions in the crystal phase containing niobium component It is a component that can be optionally added. However, when the content of the ZrO 2 component exceeds 20%, vitrification becomes difficult. Therefore, the upper limit of the content of the ZrO 2 component with respect to the total amount of the oxide-converted composition is preferably 20%, more preferably 15%, and most preferably 10%. The ZrO 2 component can be introduced into glass ceramics using, for example, ZrO 2 , ZrF 4 or the like as a raw material.

本発明のガラスセラミックスは、TiO成分及び/又はZrO成分を20%以下含有することが好ましい。特に、これらの成分の合計量を20%以下にすることで、ガラスセラミックスの安定性が確保されるため、良好なガラスセラミックスを形成することができる。従って、酸化物換算組成の全物質量に対する合計量(TiO+ZrO)は、好ましくは20%、より好ましくは15%、最も好ましくは10%を上限とする。なお、TiO成分及びZrO成分は、いずれも含有しなくとも高い光触媒特性を有するガラスセラミックスを得ることは可能であるが、これらの成分の合計量を0.1%以上にすることで、ガラスセラミックスの光触媒特性をさらに向上させることができる。従って、酸化物換算組成の全物質量に対する合計量(TiO+ZrO)は、好ましくは0.1%、より好ましくは0.5%、さらに好ましくは1%、最も好ましくは2%を下限とする。 The glass ceramic of the present invention preferably contains 20% or less of a TiO 2 component and / or a ZrO 2 component. In particular, when the total amount of these components is 20% or less, the stability of the glass ceramic is ensured, so that a good glass ceramic can be formed. Therefore, the total amount (TiO 2 + ZrO 2 ) with respect to the total amount of the oxide-converted composition is preferably 20%, more preferably 15%, and most preferably 10%. In addition, although it is possible to obtain glass ceramics having high photocatalytic properties even if neither TiO 2 component nor ZrO 2 component is contained, by making the total amount of these components 0.1% or more, The photocatalytic properties of the glass ceramic can be further improved. Accordingly, the total amount (TiO 2 + ZrO 2 ) with respect to the total amount of the oxide-converted composition is preferably 0.1%, more preferably 0.5%, still more preferably 1%, and most preferably 2%. To do.

Al成分は、ガラスの安定性及びガラスセラミックスの化学的耐久性を高め、ガラスからのニオブ成分を含む結晶相の析出を促進し、且つAl3+イオンがニオブ成分を含む結晶相に固溶して光触媒特性の向上に寄与する成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、その含有量が30%を超えると、溶解温度が著しく上昇し、ガラス化し難くなる。従って、Al成分を添加する場合、酸化物換算組成の全物質量に対するAl成分の含有量は、好ましくは0.1%、より好ましくは0.5%、最も好ましくは1%を下限とし、好ましくは30%、より好ましくは20%、最も好ましくは10%を上限とする。Al成分は、原料として例えばAl、Al(OH)、AlF等を用いてガラスセラミックスに導入することができる。 The Al 2 O 3 component enhances the stability of the glass and the chemical durability of the glass ceramic, promotes the precipitation of the crystal phase containing the niobium component from the glass, and Al 3+ ions solidify into the crystal phase containing the niobium component. It is a component that dissolves and contributes to the improvement of photocatalytic properties, and can be optionally added. However, when the content exceeds 30%, the melting temperature is remarkably increased and vitrification becomes difficult. Therefore, when the Al 2 O 3 component is added, the content of the Al 2 O 3 component is preferably 0.1%, more preferably 0.5%, most preferably 1 with respect to the total amount of the oxide-converted composition. % Is the lower limit, preferably 30%, more preferably 20%, and most preferably 10%. The Al 2 O 3 component can be introduced into the glass ceramic using, for example, Al 2 O 3 , Al (OH) 3 , AlF 3 or the like as a raw material.

本発明のガラスセラミックスは、酸化物換算組成のモル比で、前記RnO及び/又はRO成分(Rn及びRは前記と同じ意味を有する)の合計量に対する前記Nb及び/又はTa、並びにTiO、ZrO及びAlからなる群より選択される1種以上の成分の合計量の比[(Nb+Ta+TiO+ZrO+Al)/(RnO+RO)]が1より大きいことが好ましい(Rn及びRは前記と同じ意味を有する)。これらの成分の合計量の比を1より大きくすることで、ニオブ成分を含む結晶相がより析出し易くなるため、ガラスセラミックスの光触媒特性のさらなる向上に寄与することができる。また、光触媒特性をさらに優れたものにするために、上記合計量の比[(Nb+Ta+TiO+ZrO+Al)/(RnO+RO)](Rn及びRは前記と同じ意味を有する)は3以下が好ましく、1.1〜2の範囲内がより好ましく、1.1〜1.7の範囲内がさらに好ましく、1.1〜1.5の範囲内が最も好ましい。なお、TiO成分、ZrO成分、及びAl成分は、いずれも含有しなくとも高い光触媒特性を有するガラスセラミックスを得ることは可能であるが、これらの成分の合計量を0.1%以上にすることで、ニオブ成分を含む結晶相の析出がさらに促進されるため、ガラスセラミックスの光触媒特性のさらなる向上に寄与することができる。従って、酸化物換算組成の全物質量に対する合計量(TiO+ZrO+Al)は、好ましくは0.1%、より好ましくは0.5%、最も好ましくは1%を下限とする。 The glass ceramic of the present invention has a molar ratio of the oxide equivalent composition, and the Nb 2 O 5 and / or Ta with respect to the total amount of the Rn 2 O and / or RO components (Rn and R have the same meaning as described above). Ratio of the total amount of one or more components selected from the group consisting of 2 O 5 and TiO 2 , ZrO 2 and Al 2 O 3 [(Nb 2 O 5 + Ta 2 O 5 + TiO 2 + ZrO 2 + Al 2 O 3 ) / (Rn 2 O + RO)] is preferably greater than 1 (Rn and R have the same meaning as above). By making the ratio of the total amount of these components larger than 1, the crystal phase containing the niobium component is more likely to precipitate, which can contribute to further improvement of the photocatalytic properties of the glass ceramic. In order to further improve the photocatalytic properties, the ratio of the above total amount [(Nb 2 O 5 + Ta 2 O 5 + TiO 2 + ZrO 2 + Al 2 O 3 ) / (Rn 2 O + RO)] (Rn and R are (Having the same meaning as above) is preferably 3 or less, more preferably in the range of 1.1 to 2, more preferably in the range of 1.1 to 1.7, and in the range of 1.1 to 1.5. Most preferred. In addition, although it is possible to obtain glass ceramics having high photocatalytic properties even when none of the TiO 2 component, the ZrO 2 component, and the Al 2 O 3 component is contained, the total amount of these components is 0.1. By setting the ratio to at least%, precipitation of the crystal phase containing the niobium component is further promoted, which can contribute to further improvement of the photocatalytic properties of the glass ceramic. Therefore, the total amount (TiO 2 + ZrO 2 + Al 2 O 3 ) with respect to the total amount of the oxide-converted composition is preferably 0.1%, more preferably 0.5%, and most preferably 1%.

GeO成分は、上記のSiOと相似な働きを有する成分であり、本発明のガラスセラミックス中に任意に添加できる成分である。特に、GeO成分の含有量を20%以下にすることで、高価なGeO成分の使用が抑えられるため、ガラスセラミックスの材料コストを低減することができる。従って、酸化物換算組成の全物質量に対するGeO成分の含有量は、好ましくは20%、より好ましくは15%、最も好ましくは10%を上限とする。GeO成分は、原料として例えばGeO等を用いてガラスセラミックス内に導入することができる。 The GeO 2 component is a component having a function similar to that of the above-mentioned SiO 2 and can be arbitrarily added to the glass ceramic of the present invention. In particular, by setting the content of the GeO 2 component to 20% or less, the use of expensive GeO 2 component can be suppressed, so that the material cost of the glass ceramic can be reduced. Therefore, the upper limit of the content of the GeO 2 component with respect to the total amount of oxide-converted composition is preferably 20%, more preferably 15%, and most preferably 10%. The GeO 2 component can be introduced into the glass ceramic using, for example, GeO 2 as a raw material.

Ga成分は、ガラスの安定性を高め、ガラスからのニオブ成分を含む結晶相の析出を促進し、且つGa3+イオンがニオブ成分を含む結晶相に固溶して光触媒特性の向上に寄与する成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、その含有量が20%を超えると、溶解温度が著しく上昇し、ガラス化し難くなる。従って、酸化物換算組成の全物質量に対するGa成分の含有量は、好ましくは20%、より好ましくは15%、最も好ましくは10%を上限とする。Ga成分は、原料として例えばGa、GaF等を用いてガラスセラミックスに導入することができる。 The Ga 2 O 3 component improves the stability of the glass, promotes the precipitation of the crystal phase containing the niobium component from the glass, and improves the photocatalytic properties by dissolving Ga 3+ ions in the crystal phase containing the niobium component. It is a component that contributes and can be optionally added. However, when the content exceeds 20%, the melting temperature is remarkably increased and vitrification becomes difficult. Therefore, the upper limit of the content of the Ga 2 O 3 component with respect to the total amount of the oxide-converted composition is preferably 20%, more preferably 15%, and most preferably 10%. Ga 2 O 3 component can be introduced into the glass ceramic is used as a raw material for instance Ga 2 O 3, GaF 3, and the like.

In成分は、上記のAl及びGaと相似な効果がある成分であり、任意に添加できる成分である。In成分は高価なため、酸化物換算組成の全物質量に対するその含有量の上限は10%以下にすることが好ましく、8%以下にすることがより好ましく、5%以下にすることが最も好ましい。In成分は、原料として例えばIn、InF等を用いてガラスセラミックスに導入することができる。 The In 2 O 3 component is a component having an effect similar to that of the above Al 2 O 3 and Ga 2 O 3 and can be optionally added. Since the In 2 O 3 component is expensive, the upper limit of its content with respect to the total amount of the oxide-converted composition is preferably 10% or less, more preferably 8% or less, and 5% or less. Is most preferred. The In 2 O 3 component can be introduced into glass ceramics using, for example, In 2 O 3 , InF 3 or the like as a raw material.

SnO成分は、ニオブ成分を含む結晶の析出を促進し、且つニオブ成分を含む結晶相に固溶して光触媒特性の向上に効果がある成分であり、また、光触媒活性を高める作用のある後述のAgやAuやPtイオンと一緒に添加する場合は還元剤の役割を果たし、間接的に光触媒の活性の向上に寄与する成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、これらの成分の含有量が10%を超えると、ガラスの安定性が悪くなり、光触媒特性も低下し易くなる。従って、酸化物換算組成の全物質量に対するSnO成分の含有量は、合計で、好ましくは10%、より好ましくは8%、最も好ましくは5%を上限とする。また、これらの成分を添加する場合は、好ましくは0.01%、より好ましくは0.02%、最も好ましくは0.03%を下限とする。SnO成分は、原料として例えばSnO、SnO、SnO等を用いてガラスセラミックスに導入することができる。 The SnO component is a component that promotes the precipitation of crystals containing the niobium component and is effective in improving the photocatalytic properties by being dissolved in the crystal phase containing the niobium component, and has the effect of enhancing the photocatalytic activity, which will be described later. When added together with Ag, Au, or Pt ions, it serves as a reducing agent and is a component that indirectly contributes to improving the activity of the photocatalyst and can be added arbitrarily. However, if the content of these components exceeds 10%, the stability of the glass is deteriorated, and the photocatalytic properties are liable to deteriorate. Accordingly, the total content of the SnO component with respect to the total amount of the oxide-converted composition is preferably 10%, more preferably 8%, and most preferably 5%. When these components are added, the lower limit is preferably 0.01%, more preferably 0.02%, and most preferably 0.03%. SnO components can be introduced into the glass ceramic is used as a raw material for example SnO, a SnO 2, SnO 3 and the like.

Bi成分は、ガラスの溶融性と安定性を高め、光触媒特性の向上に寄与する成分であり、任意に添加できる成分である。また、ガラス転移温度を下げてニオブ成分を含む結晶を生成させやすくするとともに、熱処理温度をより低く抑える成分である。しかし、Bi成分の含有量が20%を超えると、ガラスの安定性が悪くなり、ニオブ成分を含む結晶の析出が難しくなる。従って、酸化物換算組成の全物質量に対するBi成分の含有量は、好ましくは20%、より好ましくは15%、最も好ましくは10%を上限とする。Bi成分は、原料として例えばBi等を用いてガラスセラミックスに導入することができる。 The Bi 2 O 3 component is a component that increases the meltability and stability of the glass and contributes to the improvement of the photocatalytic properties, and can be optionally added. In addition, it is a component that lowers the glass transition temperature to facilitate generation of crystals containing a niobium component and suppresses the heat treatment temperature to a lower level. However, if the content of the Bi 2 O 3 component exceeds 20%, the stability of the glass is deteriorated and it is difficult to precipitate crystals containing the niobium component. Accordingly, the content of the Bi 2 O 3 component with respect to the total amount of the oxide-converted composition is preferably 20%, more preferably 15%, and most preferably 10%. The Bi 2 O 3 component can be introduced into the glass ceramic using, for example, Bi 2 O 3 as a raw material.

TeO成分は、ガラスの溶融性と安定性を高め、光触媒特性の向上に寄与する成分であり、任意に添加できる成分である。また、ガラス転移温度を下げてニオブ成分を含む結晶を生成させやすくするとともに、熱処理温度をより低く抑える成分である。しかし、TeO成分の含有量が20%を超えると、ガラスの安定性が悪くなり、ニオブ成分を含む結晶の析出が難しくなる。従って、酸化物換算組成の全物質量に対するTeO成分の含有量は、好ましくは20%、より好ましくは15%、最も好ましくは10%を上限とする。TeO成分は、原料として例えばTeO等を用いてガラスセラミックスに導入することができる。 The TeO 2 component is a component that increases the meltability and stability of the glass and contributes to the improvement of the photocatalytic properties, and can be optionally added. In addition, it is a component that lowers the glass transition temperature to facilitate generation of crystals containing a niobium component and suppresses the heat treatment temperature to a lower level. However, when the content of the TeO 2 component exceeds 20%, the stability of the glass is deteriorated and it is difficult to precipitate crystals containing the niobium component. Therefore, the content of the TeO 2 component with respect to the total amount of substances of the oxide conversion composition is preferably 20%, more preferably 15%, and most preferably 10%. The TeO 2 component can be introduced into the glass ceramic using, for example, TeO 2 as a raw material.

WO成分は、ガラスの溶融性と安定性を高める成分であり、且つニオブ成分を含む結晶相に固溶し、又はその近傍に存在することで、光触媒特性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、WO成分の含有量が20%を超えると、ガラスの安定性が著しく悪くなる。従って、酸化物換算組成の全物質量に対するWO成分の含有量は、好ましくは20%、より好ましくは15%、最も好ましくは10%を上限とする。WO成分は、原料として例えばWO等を用いてガラスセラミックス内に導入することができる。 The WO 3 component is a component that improves the meltability and stability of the glass, and is a component that improves the photocatalytic properties by being dissolved in the crystal phase containing the niobium component or in the vicinity thereof. It is a component that can be added. However, if the content of the WO 3 component exceeds 20%, the stability of the glass is remarkably deteriorated. Therefore, the upper limit of the content of the WO 3 component with respect to the total amount of the oxide conversion composition is preferably 20%, more preferably 15%, and most preferably 10%. The WO 3 component can be introduced into the glass ceramic using, for example, WO 3 as a raw material.

MoO成分は、ガラスの溶融性と安定性を高める成分であり、且つニオブ成分を含む結晶相に固溶し、又はその近傍に存在することで、光触媒特性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、MoO成分の含有量が20%を超えると、ガラスの安定性が著しく悪くなる。従って、酸化物換算組成の全物質量に対するMoO成分の含有量は、好ましくは20%、より好ましくは15%、最も好ましくは10%を上限とする。MoO成分は、原料として例えばMoO等を用いてガラスセラミックス内に導入することができる。 The MoO 3 component is a component that improves the meltability and stability of the glass, and is a component that improves the photocatalytic properties by being dissolved in the crystal phase containing the niobium component or in the vicinity thereof. It is a component that can be added. However, when the content of the MoO 3 component exceeds 20%, the stability of the glass is remarkably deteriorated. Therefore, the upper limit of the content of the MoO 3 component with respect to the total amount of the oxide-converted composition is preferably 20%, more preferably 15%, and most preferably 10%. The MoO 3 component can be introduced into the glass ceramic using, for example, MoO 3 as a raw material.

As成分及び/又はSb成分は、ガラスを清澄させ、脱泡させる成分であり、また、光触媒活性を高める作用のある後述のAgやAuやPtイオンと一緒に添加する場合は、還元剤の役割を果たすので、間接的に光触媒活性の向上に寄与する成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、これらの成分の含有量が合計で5%を超えると、ガラスの安定性が悪くなり、光触媒特性も低下し易くなる。従って、酸化物換算組成の全物質量に対するAs成分及び/又はSb成分の含有量の合計は、好ましくは5%、より好ましくは3%、最も好ましくは1%を上限とする。また、これらの成分を添加する場合は、好ましくは0.001%、より好ましくは0.002%、最も好ましくは0.005%を下限とする。As成分及びSb成分は、原料として例えばAs、As、Sb、Sb、NaSb・5HO等を用いてガラスセラミックスに導入することができる。 As 2 O 3 component and / or Sb 2 O 3 component is a component for clarifying and defoaming glass, and when added together with Ag, Au, and Pt ions, which will be described later, and has the effect of enhancing photocatalytic activity. Since it plays the role of a reducing agent, it is a component that indirectly contributes to the improvement of the photocatalytic activity and can be optionally added. However, when the content of these components exceeds 5% in total, the stability of the glass is deteriorated, and the photocatalytic properties are liable to deteriorate. Accordingly, the total content of the As 2 O 3 component and / or Sb 2 O 3 component with respect to the total amount of the oxide-converted composition is preferably 5%, more preferably 3%, and most preferably 1%. To do. When these components are added, the lower limit is preferably 0.001%, more preferably 0.002%, and most preferably 0.005%. As 2 O 3 component and Sb 2 O 3 component are, for example, As 2 O 3 , As 2 O 5 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 5 , Na 2 H 2 Sb 2 O 7 .5H 2 O and the like as raw materials. And can be introduced into glass ceramics.

なお、ガラスを清澄させ、脱泡させる成分は、上記のAs成分及びSb成分に限定されるものではなく、例えばCeO成分やTeO成分等のような、ガラス製造の分野における公知の清澄剤や脱泡剤、或いはそれらの組み合わせを用いることができる。 The components for clarifying and defoaming the glass are not limited to the above As 2 O 3 component and Sb 2 O 3 component. For example, such as CeO 2 component, TeO 2 component, etc. Well-known fining agents and defoaming agents in the field, or a combination thereof can be used.

Ln成分(式中、LnはSc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、及びLuからなる群より選択される1種以上とする)は、ガラスセラミックスの化学的耐久性を高める成分であり、且つニオブ成分を含む結晶相に固溶し、又はその近傍に存在することで、光触媒特性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、Ln成分の含有量の合計が10%を超えると、ガラスの安定性が著しく悪くなる。従って、酸化物換算組成の全物質量に対する、Ln成分の合計量は、好ましくは10%、より好ましくは8%、最も好ましくは5%を上限とする。Ln成分は、原料として例えばLa、La(NO・XHO(Xは任意の整数)、Gd、GdF、Y、YF、CeO、CeF、Nd、Dy、Yb、Lu等を用いてガラスセラミックスに導入することができる。 Ln 2 O 3 component (wherein Ln is selected from the group consisting of Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu) Is a component that enhances the chemical durability of the glass ceramics, and is a component that improves the photocatalytic properties by being dissolved in the crystal phase containing the niobium component or in the vicinity thereof It is a component that can be optionally added. However, if the total content of the Ln 2 O 3 components exceeds 10%, the stability of the glass is significantly deteriorated. Therefore, the total amount of the Ln 2 O 3 component with respect to the total amount of the oxide-converted composition is preferably 10%, more preferably 8%, and most preferably 5%. The Ln 2 O 3 component includes, for example, La 2 O 3 , La (NO 3 ) 3 .XH 2 O (X is an arbitrary integer), Gd 2 O 3 , GdF 3 , Y 2 O 3 , YF 3 , CeO as raw materials. 2 , CeF 3 , Nd 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Lu 2 O 3 and the like can be used for introduction into the glass ceramic.

成分(式中、MはV、Cr、Mn、Fe、Co、及びNiからなる群より選択される1種以上とし、x及びyはそれぞれx:y=2:Mの価数、を満たす最小の自然数とする)は、ニオブ成分を含む結晶相に固溶するか、又はその近傍に存在することで、光触媒特性の向上に寄与する成分であり、本発明のガラスセラミックス中の任意成分である。特に、M成分の合計量を10%以下にすることで、ガラスセラミックスの安定性を高め、ガラスセラミックスの外観の色を容易に調節することができる。従って、酸化物換算組成の全物質量に対する、M成分の合計量は、好ましくは10%、より好ましくは8%、最も好ましくは5%を上限とする。また、これらの成分を添加する場合は、好ましくは0.0001%、より好ましくは0.002%、最も好ましくは0.005%を下限とする。 M x O y component (wherein M is at least one selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Fe, Co, and Ni, and x and y are valences of x: y = 2: M, respectively) Is the component that contributes to the improvement of the photocatalytic properties by being dissolved in the crystal phase containing the niobium component or in the vicinity thereof, and in the glass ceramic of the present invention. It is an optional component. In particular, when the total amount of the M x O y components is 10% or less, the stability of the glass ceramics can be improved and the appearance color of the glass ceramics can be easily adjusted. Accordingly, the total amount of the M x O y components with respect to the total amount of substances in the oxide conversion composition is preferably 10%, more preferably 8%, and most preferably 5%. When these components are added, the lower limit is preferably 0.0001%, more preferably 0.002%, and most preferably 0.005%.

本発明のガラスセラミックスには、F成分、Cl成分、及びBr成分からなる群より選ばれる少なくとも1種以上の非金属元素成分が含まれていてもよい。これらの成分は、ニオブ成分を含む結晶相に固溶し、又はその近傍に存在することで、光触媒特性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、これらの成分の含有量が合計で15%を超えると、ガラスの安定性が著しく悪くなり、光触媒特性も低下し易くなる。従って、良好な特性を確保するために、酸化物換算組成のガラスセラミックス全質量に対する非金属元素成分の含有量の外割り質量比の合計は、好ましくは15%、より好ましくは10%、最も好ましくは5%を上限とする。これらの非金属元素成分は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のフッ化物、塩化物、臭化物、硫化物、窒化物、炭化物等の形でガラスセラミックス中に導入するのが好ましい。なお、本明細書における非金属元素成分の含有量は、ガラスセラミックスを構成するカチオン成分全てが電荷の釣り合うだけの酸素と結合した酸化物でできていると仮定し、それら酸化物でできたガラス全体の質量を100%として、非金属元素成分の質量を質量%で表したもの(酸化物基準の質量に対する外割り質量%)である。非金属元素成分の原料は特に限定されないが、例えば、F成分の原料としてZrF、AlF、NaF、CaF等、Cl成分の原料としてNaCl、AgCl等、Br成分の原料としてNaBr等を用いることで、ガラスセラミックス内に導入することができる。なお、これらの原料は、2種以上を組み合わせて添加してもよいし、単独で添加してもよい。 The glass ceramic of the present invention may contain at least one nonmetallic element component selected from the group consisting of an F component, a Cl component, and a Br component. These components are components that improve the photocatalytic properties by being dissolved in the crystal phase containing the niobium component or existing in the vicinity thereof, and can be optionally added. However, when the content of these components exceeds 15% in total, the stability of the glass is remarkably deteriorated, and the photocatalytic properties are easily lowered. Accordingly, in order to ensure good characteristics, the total of the externally divided mass ratio of the content of the nonmetallic element component to the total mass of the glass ceramic of the oxide conversion composition is preferably 15%, more preferably 10%, most preferably The upper limit is 5%. These non-metallic element components are preferably introduced into the glass ceramic in the form of alkali metal or alkaline earth metal fluoride, chloride, bromide, sulfide, nitride, carbide or the like. Note that the content of the non-metallic element component in this specification is assumed to be made of an oxide in which all of the cation components constituting the glass ceramic are combined with oxygen that balances the charge, and the glass made of these oxides. The total mass is 100%, and the mass of the nonmetallic element component is expressed in mass% (extra divided mass% with respect to the oxide-based mass). The raw material of the nonmetallic element component is not particularly limited. For example, ZrF 4 , AlF 3 , NaF, CaF 2 , etc. are used as the F component raw material, NaCl, AgCl, etc. are used as the Cl component raw material, and NaBr is used as the Br component raw material. Thus, it can be introduced into the glass ceramic. These raw materials may be added in combination of two or more, or may be added alone.

本発明のガラスセラミックスには、Cu成分、Ag成分、Au成分、Pd成分およびPt成分から選ばれる少なくとも1種の金属元素成分が含まれていてもよい。これらの金属元素成分は、ニオブ成分を含む結晶相の近傍に存在することで、光触媒活性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、これらの金属元素成分の含有量の合計が5%を超えるとガラスの安定性が著しく悪くなり、光触媒特性がかえって低下し易くなる。従って、酸化物換算組成のガラスセラミックス全質量に対する上記金属元素成分の含有量の外割り質量比合計は、好ましくは5%、より好ましくは3%、最も好ましくは1%を上限とする。これらの金属元素成分は、原料として例えばCuO、CuO、AgO、AuCl、PtCl、PtCl、HPtCl、PdCl等を用いてガラスセラミックスに導入することができる。なお、本明細書における金属元素成分の含有量は、ガラスセラミックスを構成するカチオン成分全てが電荷の釣り合うだけの酸素と結合した酸化物でできていると仮定し、それら酸化物でできたガラス全体の質量を100%として、金属元素成分の質量を質量%で表したもの(酸化物基準の質量に対する外割り質量%)である。また、これらの成分を添加する場合は、好ましくは0.0001%、より好ましくは0.002%、最も好ましくは0.005%を下限とする。 The glass ceramic of the present invention may contain at least one metal element component selected from a Cu component, an Ag component, an Au component, a Pd component, and a Pt component. These metal element components are components that improve the photocatalytic activity by being present in the vicinity of the crystal phase containing the niobium component, and can be optionally added. However, if the total content of these metal element components exceeds 5%, the stability of the glass is remarkably deteriorated, and the photocatalytic properties tend to be lowered. Therefore, the total of the externally divided mass ratio of the content of the metal element component with respect to the total mass of the glass ceramic of the oxide conversion composition is preferably 5%, more preferably 3%, and most preferably 1%. These metal element components can be introduced into glass ceramics using, for example, CuO, Cu 2 O, Ag 2 O, AuCl 3 , PtCl 2 , PtCl 4 , H 2 PtCl 6 , PdCl 2 or the like as raw materials. In addition, the content of the metal element component in this specification is assumed to be made of an oxide in which all the cation components constituting the glass ceramic are combined with oxygen sufficient to balance the charge, and the entire glass made of these oxides. The mass of the metal element component is expressed in terms of mass% (externally divided mass% with respect to the oxide-based mass). When these components are added, the lower limit is preferably 0.0001%, more preferably 0.002%, and most preferably 0.005%.

本発明のガラスセラミックスには、上記成分以外の成分をガラスセラミックスの特性を損なわない範囲で必要に応じ、添加することができる。但し、PbO等の鉛化合物、Th、Cd、Tl、Os、Se、Hgの各成分は、近年有害な化学物資として使用を控える傾向にあり、ガラスセラミックスの製造工程のみならず、加工工程、及び製品化後の処分に至るまで環境対策上の措置が必要とされる。従って、環境上の影響を重視する場合には、不可避な混入を除き、これらを実質的に含有しないことが好ましい。これにより、ガラスセラミックスに環境を汚染する物質が実質的に含まれなくなる。そのため、特別な環境対策上の措置を講じなくとも、このガラスセラミックスを製造し、加工し、及び廃棄することができる。   Components other than the above components can be added to the glass ceramic of the present invention as necessary within a range not impairing the properties of the glass ceramic. However, lead compounds such as PbO, and components of Th, Cd, Tl, Os, Se, and Hg tend to refrain from being used as harmful chemical substances in recent years. Environmental measures are required until disposal after commercialization. Therefore, when importance is placed on the environmental impact, it is preferable not to substantially contain them except for inevitable mixing. As a result, the glass ceramics are substantially free of substances that pollute the environment. Therefore, the glass ceramics can be manufactured, processed, and discarded without taking any special environmental measures.

本発明のガラスセラミックスは、その組成が酸化物換算組成の全物質量に対するモル%で表されているため直接的に質量%の記載に表せるものではないが、本発明において要求される諸特性を満たす組成物中に存在する各成分の質量%表示による組成は、酸化物換算組成で概ね以下の値をとる。
Nb成分 8〜80質量%
並びに
SiO成分 15〜50質量%及び/又は
成分 15〜50質量%及び/又は
成分 10〜50質量%及び/又は
LiO成分 0〜20質量%及び/又は
NaO成分 0〜25質量%及び/又は
O成分 0〜25質量%及び/又は
MgO成分 0〜25質量%及び/又は
CaO成分 0〜30質量%及び/又は
SrO成分 0〜30質量%及び/又は
BaO成分 0〜30質量%及び/又は
Ta成分 0〜70質量%及び/又は
TiO成分 0〜20質量%及び/又は
ZrO成分 0〜15質量%及び/又は
Al成分 0〜20質量%及び/又は
GeO成分 0〜10質量%及び/又は
Ga成分 0〜15質量%及び/又は
In成分 0〜10質量%及び/又は
SnO成分 0〜10質量%及び/又は
Bi成分 0〜30質量%及び/又は
TeO成分 0〜30質量%及び/又は
WO成分 0〜30質量%及び/又は
MoO成分 0〜10質量%及び/又は
As成分及びSb成分 合計で0〜5質量%
Ln成分 合計で 0〜15質量%及び/又は
成分 合計で 0〜10質量%及び/又は
さらに、
前記酸化物換算組成のガラスセラミックス全質量100%に対して、
F成分、Cl成分、Br成分、S成分、N成分、及びC成分からなる群より選ばれる少なくとも1種以上の非金属元素成分 0〜10質量%及び/又は
Cu成分、Ag成分、Au成分、Pd成分、及びPt成分からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素成分 0〜5質量%
The glass ceramics of the present invention cannot be expressed directly in the description of mass% because the composition is expressed in mol% with respect to the total amount of the oxide-converted composition, but the characteristics required in the present invention are not included. The composition expressed by mass% of each component present in the composition to be filled generally takes the following values in terms of oxide conversion.
Nb 2 O 5 component 8 to 80% by mass
And SiO 2 component 15 to 50% by mass and / or B 2 O 3 component 15 to 50% by mass and / or P 2 O 5 component 10 to 50% by mass and / or Li 2 O component 0 to 20% by mass and / or Na 2 O component 0-25% by mass and / or K 2 O component 0-25% by mass and / or MgO component 0-25% by mass and / or CaO component 0-30% by mass and / or SrO component 0-30% by mass % And / or BaO component 0 to 30% by mass and / or Ta 2 O 5 component 0 to 70% by mass and / or TiO 2 component 0 to 20% by mass and / or ZrO 2 component 0 to 15% by mass and / or Al 2 O 3 component 0-20% by weight and / or GeO 2 component 0 to 10% by weight and / or Ga 2 O 3 component 0 to 15 wt% and / or In 2 O 3 component 0 to 10% by weight and / or S O components 0 to 10% by weight and / or Bi 2 O 3 component 0-30% by weight and / or TeO 2 component 0-30% by weight and / or WO 3 ingredient 0-30% by weight and / or MoO 3 ingredients 0 10% by mass and / or As 2 O 3 component and Sb 2 O 3 component 0 to 5% by mass in total
Ln 2 O 3 component in total 0-15 mass% and / or M x O y component in total 0-10 mass% and / or
With respect to 100% of the total mass of the glass ceramic of the oxide conversion composition,
At least one non-metallic element component selected from the group consisting of F component, Cl component, Br component, S component, N component, and C component, and / or Cu component, Ag component, Au component, 0 to 5% by mass of at least one metal element component selected from the group consisting of a Pd component and a Pt component

また、本発明のガラスセラミックスは、Nb、RnNbO、RNb、RNb及びこれらの固溶体のうち1種以上からなる結晶相をガラス全体積に対する体積比で1%以上95%以下の範囲内で含んでいることが好ましい(式中、RnはLi、Na、Kから選ばれる1種以上とし、RはMg、Ca、Sr、Ba及びZnから選ばれる1種以上とする)。これらの結晶相の含有率が1%以上であることにより、ガラスセラミックスが良好な光触媒特性を有することができる。一方で、上記結晶相の含有率が95%以下であることにより、ガラスセラミックスが良好な機械的な強度を得ることができる。 Further, the glass ceramic of the present invention has a crystal phase composed of one or more of Nb 2 O 5 , RnNbO 3 , RNb 2 O 6 , R 2 Nb 2 O 7 and a solid solution thereof in a volume ratio of 1 to the total volume of the glass. It is preferable to contain within a range of not less than 95% and not more than 95% (wherein Rn is at least one selected from Li, Na, K, and R is one selected from Mg, Ca, Sr, Ba and Zn) And above). When the content of these crystal phases is 1% or more, the glass ceramic can have good photocatalytic properties. On the other hand, when the content of the crystal phase is 95% or less, the glass ceramic can obtain good mechanical strength.

また、本発明のガラスセラミックスの結晶化率は、体積比で好ましくは1%、より好ましくは3%、最も好ましくは5%を下限とし、好ましくは98%、より好ましくは95%、最も好ましくは90%を上限とする。前記結晶の大きさは、球近似したときの平均粒径が、200nm以下であることが好ましい。熱処理条件をコントロールすることにより、析出した結晶相のサイズを制御することが可能であるが、ガラスセラミックスの透明性と有効な光触媒特性を同時に付与させるためには、結晶のサイズを200nm以下とすることが好ましく、150nm〜5nmの範囲とすることがより好ましく、100nm〜10nmの範囲とすることが最も好ましい。しかし、ガラスセラミックスの透明性を考慮しない場合は、結晶のサイズが200nmより大きくなっても構わない。また、ガラスセラミックス中のガラス相と結晶相との屈折率が近似している場合には、結晶のサイズに関わらず透明性が得られるので、結晶のサイズに制約はなく、200nmより大きくなっても構わない。結晶粒径及びその平均値はXRDの回折ピークの半値幅より、シェラーの式より見積もることができる。回折ピークが弱かったり、重なったりする場合は、走査型電子顕微鏡(SEM)または透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて測定した結晶粒子面積から、これを円と仮定してその直径を求めて測定できる。顕微鏡を用いて平均値を算出する際には、無作為に100個以上の結晶直径を測定することが好ましい。   Further, the crystallization rate of the glass ceramic of the present invention is preferably 1%, more preferably 3%, most preferably 5% in the volume ratio, preferably 98%, more preferably 95%, most preferably. The upper limit is 90%. As for the size of the crystal, it is preferable that the average particle size when approximated to a sphere is 200 nm or less. It is possible to control the size of the precipitated crystal phase by controlling the heat treatment conditions. However, in order to simultaneously impart transparency and effective photocatalytic properties of the glass ceramic, the crystal size is set to 200 nm or less. It is preferable that the range be 150 nm to 5 nm, and it is most preferable that the range be 100 nm to 10 nm. However, when the transparency of the glass ceramic is not taken into consideration, the crystal size may be larger than 200 nm. In addition, when the refractive index of the glass phase and the crystal phase in the glass ceramic is approximate, transparency is obtained regardless of the size of the crystal, so there is no restriction on the size of the crystal, and it becomes larger than 200 nm. It doesn't matter. The crystal grain size and the average value can be estimated from Scherrer's formula from the half width of the XRD diffraction peak. If the diffraction peaks are weak or overlap, measure the diameter of the crystal particle area measured using a scanning electron microscope (SEM) or transmission electron microscope (TEM), assuming that this is a circle. it can. When calculating an average value using a microscope, it is preferable to measure 100 or more crystal diameters at random.

本発明のガラスセラミックスは、紫外領域から可視領域までの波長の光によって触媒活性が発現されることが好ましい。ここで、本発明でいう紫外領域の波長の光は、波長が可視光線より短く軟X線よりも長い不可視光線の電磁波のことであり、その波長はおよそ10〜400nmの範囲にある。また、本発明でいう可視領域の波長の光は、電磁波のうち、ヒトの目で見える波長の電磁波のことであり、その波長はおよそ400nm〜700nmの範囲にある。これら紫外領域から可視領域までのいずれかの波長の光、またはそれらが複合した波長の光がガラスセラミックスの表面に照射されたときに触媒活性が発現されることにより、ガラスセラミックスの表面に付着した汚れ物質や細菌等が酸化又は還元反応により分解されるため、ガラスセラミックスを防汚用途や抗菌用途等に用いることができる。   The glass ceramic of the present invention preferably exhibits catalytic activity by light having a wavelength from the ultraviolet region to the visible region. Here, the light having a wavelength in the ultraviolet region referred to in the present invention is an invisible electromagnetic wave having a wavelength shorter than that of visible light and longer than that of soft X-ray, and the wavelength is in the range of approximately 10 to 400 nm. In addition, the light having a wavelength in the visible region referred to in the present invention is an electromagnetic wave having a wavelength that can be seen by human eyes among electromagnetic waves, and the wavelength is in a range of about 400 nm to 700 nm. When the surface of the glass ceramic is irradiated with light of any wavelength from the ultraviolet region to the visible region, or light of a composite wavelength of these, the catalytic activity is exhibited, and the light adheres to the surface of the glass ceramic. Since dirt substances, bacteria, etc. are decomposed by oxidation or reduction reaction, glass ceramics can be used for antifouling and antibacterial applications.

また、本発明のガラスセラミックスは、紫外領域から可視領域までの波長の光を照射した表面と水滴との接触角が30°以下であることが好ましい。これにより、ガラスセラミックスの表面が親水性を呈し、セルフクリーニング作用を有するため、ガラスセラミックスの表面を水で容易に洗浄することができ、汚れによる光触媒特性の低下を抑制することができる。光を照射したガラスセラミックス表面と水滴との接触角は、30°以下が好ましく、25°以下がより好ましく、20°以下が最も好ましい。   The glass ceramic of the present invention preferably has a contact angle of 30 ° or less between the surface irradiated with light having a wavelength from the ultraviolet region to the visible region and a water droplet. Thereby, since the surface of the glass ceramic exhibits hydrophilicity and has a self-cleaning action, the surface of the glass ceramic can be easily washed with water, and the deterioration of the photocatalytic properties due to dirt can be suppressed. The contact angle between the glass ceramic surface irradiated with light and the water droplet is preferably 30 ° or less, more preferably 25 ° or less, and most preferably 20 ° or less.

さらに本発明のガラスセラミックスは、JIS R 1703−2:2007に基づくメチレンブルーの分解活性指数が3.0nmol/L/min以上であることが好ましい。光触媒には紫外線があたると強力な酸化力を生じ、触れた有機物を二酸化炭素や水に分解する性能がある。これを酸化分解性能と呼び、以下のようなセルフクリーニング性能試験により性能評価することができる。試験片に、有機色素(メチレンブルー)を溶かした水を接触させ、分光光度計で初期の吸光度(光が吸収される度合い)を測る。一定時間紫外線を照射し、吸光度の測定を行う操作を繰り返す。光触媒により色素が分解されるため、溶液は徐々に濃度が下がり透明となり、吸光度は下がる。この濃度の経時変化から色素の分解速度が算出でき、それが試験片のセルフクリーニング性能(酸化分解性能)の指標となる。   Further, the glass ceramic of the present invention preferably has a methylene blue decomposition activity index of 3.0 nmol / L / min or more based on JIS R 1703-2: 2007. Photocatalysts have the ability to generate strong oxidizing power when exposed to ultraviolet light, and to decompose the organic matter they touch into carbon dioxide and water. This is called oxidative decomposition performance and can be evaluated by the following self-cleaning performance test. The test piece is brought into contact with water in which an organic dye (methylene blue) is dissolved, and the initial absorbance (degree of light absorption) is measured with a spectrophotometer. Repeat the operation of measuring the absorbance by irradiating with ultraviolet rays for a certain period of time. Since the dye is decomposed by the photocatalyst, the concentration of the solution gradually decreases and becomes transparent, and the absorbance decreases. The degradation rate of the dye can be calculated from the change in concentration over time, and this is an index of the self-cleaning performance (oxidative degradation performance) of the test piece.

[ガラスセラミックスの製造方法]
次に、本発明のガラスセラミックスの製造方法について、説明する。ただし、本発明のガラスセラミックスの製造方法は、以下に示す方法に限定されるものではない。本実施の形態のガラスセラミックスの製造方法は、原料を混合してその融液を得る溶融工程と、前記融液を冷却してガラスを得る冷却工程と、前記ガラスの温度を結晶化温度領域まで上昇させる再加熱工程と、前記温度を前記結晶化温度領域内で維持して結晶を生じさせる結晶化工程と、前記温度を前記結晶化温度領域外まで低下させてガラスセラミックスを得る再冷却工程と、を有することができる。
[Glass ceramic production method]
Next, the manufacturing method of the glass ceramic of this invention is demonstrated. However, the manufacturing method of the glass ceramic of this invention is not limited to the method shown below. The glass ceramic manufacturing method of the present embodiment includes a melting step of mixing raw materials to obtain a melt, a cooling step of cooling the melt to obtain glass, and the temperature of the glass to a crystallization temperature range. A reheating step for raising the temperature, a crystallization step for maintaining the temperature within the crystallization temperature region to produce crystals, and a recooling step for reducing the temperature outside the crystallization temperature region to obtain glass ceramics. , Can have.

(溶融工程)
溶融工程は、上述の組成を有する原料を混合し、その融液を得る工程である。より具体的には、ガラスセラミックスの各成分が所定の含有量の範囲内になるように原料を調合し、均一に混合して、作製した混合物を白金坩堝、石英坩堝又はアルミナ坩堝に投入して電気炉で1200〜1600℃の温度範囲で1〜24時間溶融して攪拌均質化して融液を作製する。なお、原料の溶融の条件は上記温度範囲に限定されず、原料組成物の組成及び配合量等に応じて、適宜設定することができる。
(Melting process)
The melting step is a step of obtaining a melt by mixing raw materials having the above-described composition. More specifically, the raw materials are prepared so that each component of the glass ceramic is within a predetermined content range, mixed uniformly, and the prepared mixture is put into a platinum crucible, quartz crucible or alumina crucible. Melt for 1 to 24 hours in a temperature range of 1200 to 1600 ° C. in an electric furnace, and homogenize with stirring to prepare a melt. The conditions for melting the raw material are not limited to the above temperature range, and can be appropriately set according to the composition and blending amount of the raw material composition.

(冷却工程)
冷却工程は、溶融工程で得られた融液を冷却してガラス化することで、ガラスを作製する工程である。具体的には、融液を流出して適宜冷却することで、ガラス化されたガラス体を形成する。ここで、ガラス化の条件は特に限定されるものではなく、原料の組成及び量等に応じて適宜設定されてよい。また、本工程で得られるガラス体の形状は特に限定されず、板状、粒状等であってよいが、ガラス体を迅速且つ大量に作製できる点では、板状であることが好ましい。
(Cooling process)
The cooling step is a step of producing glass by cooling and vitrifying the melt obtained in the melting step. Specifically, a vitrified glass body is formed by flowing out the melt and appropriately cooling it. Here, the conditions for vitrification are not particularly limited, and may be appropriately set according to the composition and amount of the raw material. Moreover, the shape of the glass body obtained at this process is not specifically limited, Although it may be plate shape, a granular form, etc., it is preferable that it is plate shape at the point which can produce a glass body rapidly and in large quantities.

(再加熱工程)
再加熱工程は、冷却工程で得られたガラスの温度を結晶化温度領域まで上昇させる工程である。この工程では、昇温速度及び温度が結晶相の形成や結晶サイズに大きな影響を及ぼすので、これらを精密に制御することが重要である。
(Reheating process)
The reheating step is a step of raising the temperature of the glass obtained in the cooling step to the crystallization temperature region. In this step, since the temperature rising rate and temperature have a great influence on the formation of crystal phase and the crystal size, it is important to control them precisely.

(結晶化工程)
結晶化工程は、結晶化温度領域で所定の時間保持することによりNb、RnNbO、RNb等の結晶を生成させる工程である。この結晶化工程で結晶化温度領域に所定時間保持することにより、ナノからミクロン単位までの所望のサイズを有するNb、RnNbO、RNb等の結晶をガラス体の内部に均一に分散させて形成できる。結晶化温度領域は、例えばガラス転移温度を超える温度領域である。ガラス転移温度はガラス組成ごとに異なるため、ガラス転移温度に応じて結晶化温度を設定することが好ましい。また、結晶化温度領域は、ガラス転移温度より10℃以上高い温度領域とすることが好ましく、15℃以上高くすることがより好ましく、20℃以上高くすることが最も好ましい。好ましい結晶化温度領域の下限は450℃であり、より好ましくは500℃であり、最も好ましくは550℃である。他方、結晶化温度が高くなり過ぎると、目的以外の未知相が析出する傾向が強くなり、光触媒特性が消失し易くなるので、結晶化温度領域の上限は1200℃が好ましく、1100℃がより好ましく、1000℃が最も好ましい。この工程では、昇温速度及び温度が結晶のサイズに大きな影響を及ぼすので、組成や熱処理温度に応じて適切に制御することが重要である。また、結晶化のための熱処理時間は、ガラスの組成や熱処理温度などに応じて結晶をある程度まで成長させ、かつ十分な量の結晶を析出させ得る条件で設定する必要がある。熱処理時間は、結晶化温度によって様々な範囲で設定できる。昇温速度を遅くすれば、熱処理温度まで加熱するだけでいい場合もあるが、目安としては高い温度の場合は短く、低い温度の場合は、長く設定することが好ましい。結晶化過程は、1段階の熱処理過程を経ても良く、2段階以上の熱処理過程を経ても良い。
(Crystallization process)
The crystallization step is a step of generating crystals such as Nb 2 O 5 , RnNbO 3 , and RNb 2 O 6 by holding them for a predetermined time in the crystallization temperature region. By maintaining the crystallization temperature in the crystallization temperature region for a predetermined time in this crystallization step, crystals of Nb 2 O 5 , RnNbO 3 , RNb 2 O 6, etc. having a desired size from nano to micron units are uniformly formed inside the glass body It can be dispersed in The crystallization temperature region is, for example, a temperature region exceeding the glass transition temperature. Since the glass transition temperature varies depending on the glass composition, it is preferable to set the crystallization temperature according to the glass transition temperature. The crystallization temperature region is preferably a temperature region that is 10 ° C. or more higher than the glass transition temperature, more preferably 15 ° C. or more, and most preferably 20 ° C. or more. The lower limit of the preferred crystallization temperature region is 450 ° C, more preferably 500 ° C, and most preferably 550 ° C. On the other hand, if the crystallization temperature is too high, an unknown phase other than the target tends to be precipitated and the photocatalytic properties are easily lost. Therefore, the upper limit of the crystallization temperature region is preferably 1200 ° C, more preferably 1100 ° C. 1000 ° C. is most preferable. In this step, the rate of temperature increase and the temperature greatly affect the size of the crystal, so it is important to appropriately control according to the composition and the heat treatment temperature. The heat treatment time for crystallization needs to be set under conditions that allow crystals to grow to a certain extent and precipitate a sufficient amount of crystals according to the glass composition, heat treatment temperature, and the like. The heat treatment time can be set in various ranges depending on the crystallization temperature. If the rate of temperature increase is slow, it may be only necessary to heat to the heat treatment temperature. However, as a guideline, it is preferable that the temperature is short when the temperature is high and long when the temperature is low. The crystallization process may go through a one-stage heat treatment process, or may go through two or more heat treatment processes.

(再冷却工程)
再冷却工程は、結晶化が完了した後、温度を結晶化温度領域外まで低下させてNb、RnNbO、RNb等の結晶相を有するガラスセラミックスを得る工程である。
(Recooling process)
The recooling step is a step of obtaining glass ceramics having a crystal phase such as Nb 2 O 5 , RnNbO 3 , and RNb 2 O 6 by lowering the temperature outside the crystallization temperature region after crystallization is completed.

なお、上記のガラス化及び再加熱による結晶化過程を経由せず、冷却速度を制御しながら溶液を冷却し、冷却の過程で結晶化温度領域を所定の時間通過させることで、液体から直接にニオブ成分を含む結晶相を析出させることにより、目的のガラスセラミックスを作製することも可能である。   In addition, the solution is cooled while controlling the cooling rate without passing through the crystallization process by vitrification and reheating, and the crystallization temperature region is passed through the crystallization temperature region for a predetermined time in the cooling process, so that it is directly from the liquid. By precipitating a crystal phase containing a niobium component, it is possible to produce a target glass ceramic.

(エッチング工程)
結晶が生じた後のガラスセラミックスは、そのままの状態、または研磨などの機械的な加工を施した状態で高い光触媒特性を奏することが可能であるが、このガラスセラミックスに対してエッチングを行うことにより、結晶相の周りのガラス相が取り除かれ、表面に露出する結晶相の比表面積が大きくなるため、ガラスセラミックスの光触媒特性をより高めることが可能である。また、エッチング工程に用いる溶液やエッチング時間をコントロールすることにより、酸化ニオブの結晶、ニオブ酸塩の結晶及び/又はこれらの固溶体を含む結晶相が残る多孔質体を得ることが可能である。ここで、エッチングの方法としては、例えば、ドライエッチング、溶液への浸漬によるウェットエッチング、およびこれらの組み合わせなどの方法が挙げられる。浸漬に使用される酸性もしくはアルカリ性の溶液は、ガラスセラミックスの表面を腐食できれば特に限定されず、例えばフッ素又は塩素を含む酸(フッ化水素酸、塩酸)であってよい。なお、このエッチング工程は、フッ化水素ガス、塩化水素ガス、フッ化水素酸、塩酸等を、ガラスセラミックスの表面に吹き付けることで行ってよい。
(Etching process)
Glass ceramics after the formation of crystals can exhibit high photocatalytic properties as they are or after being subjected to mechanical processing such as polishing, but by etching the glass ceramics, Since the glass phase around the crystal phase is removed and the specific surface area of the crystal phase exposed on the surface is increased, the photocatalytic properties of the glass ceramic can be further enhanced. Further, by controlling the solution used in the etching step and the etching time, it is possible to obtain a porous body in which a crystal phase containing niobium oxide crystals, niobate crystals and / or solid solutions thereof remains. Here, examples of the etching method include dry etching, wet etching by immersion in a solution, and a combination thereof. The acidic or alkaline solution used for the immersion is not particularly limited as long as the surface of the glass ceramic can be corroded, and may be, for example, an acid containing fluorine or chlorine (hydrofluoric acid, hydrochloric acid). This etching step may be performed by spraying hydrogen fluoride gas, hydrogen chloride gas, hydrofluoric acid, hydrochloric acid, or the like on the surface of the glass ceramic.

上記製造方法では、必要に応じて成形工程を設けてガラスもしくはガラスセラミックスを任意の形状に加工することができる。   In the said manufacturing method, a shaping | molding process can be provided as needed and a glass or glass ceramics can be processed into arbitrary shapes.

[光触媒]
以上のようにして製造されるガラスセラミックスは、そのまま、あるいは任意の形状に加工して光触媒として用いることができる。ここで「光触媒」は、例えば、バルクの状態、粉末状などその形状は問わない。この光触媒は、例えば光触媒材料、光触媒部材(例えば水の浄化材、空気浄化材など)、親水性材料、親水性部材(例えば窓、ミラー、パネル、タイルなど)等として利用できる。
[photocatalyst]
The glass ceramic produced as described above can be used as a photocatalyst as it is or after being processed into an arbitrary shape. Here, the “photocatalyst” may have any shape such as a bulk state or a powder form. This photocatalyst can be used, for example, as a photocatalyst material, a photocatalyst member (for example, a water purification material, an air purification material, etc.), a hydrophilic material, a hydrophilic member (for example, a window, a mirror, a panel, a tile, or the like).

[ガラスセラミックス成形体]
本発明のガラスセラミックスを光触媒に適用する場合の好ましい形態について具体例を挙げ説明する。本発明のガラスセラミックスは、任意の形状に成形することにより、光触媒機能性のガラスセラミックス成形体及び/又は親水性のガラスセラミックス成形体として様々な機械、装置、器具類等の用途に利用できる。特に、タイル、窓枠、建材等の用途に用いることが好ましい。これにより、ガラスセラミックス成形体の表面に光触媒機能が奏され、ガラスセラミックス成形体の表面に付着した菌類が殺菌されるため、これらの用途に用いたときに表面を衛生的に保つことができる。また、ガラスセラミックス成形体の表面は親水性を持つため、これらの用途に用いたときにガラスセラミックス成形体の表面に付着した汚れを雨滴等で容易に洗い流すことができる。
[Glass ceramic compact]
A preferred example in the case of applying the glass ceramics of the present invention to a photocatalyst will be described. The glass ceramic of the present invention can be used for various machines, devices, instruments and the like as a photocatalytic functional glass ceramic molded body and / or a hydrophilic glass ceramic molded body by molding into an arbitrary shape. In particular, it is preferably used for applications such as tiles, window frames, and building materials. Thereby, since the photocatalytic function is exhibited on the surface of the glass ceramic molded body and the fungi attached to the surface of the glass ceramic molded body are sterilized, the surface can be kept hygienic when used in these applications. In addition, since the surface of the glass ceramic molded body has hydrophilicity, dirt attached to the surface of the glass ceramic molded body when used in these applications can be easily washed away with raindrops or the like.

また、本発明のガラスセラミックス成形体は、用途に応じて、種々の形態に加工することができる。特に、例えばガラスビーズやガラス繊維(ガラスファイバー)の形態を採用することにより、ニオブ成分を含む結晶相の露出面積が増えるため、ガラスセラミックス成形体の光触媒活性をより高めることができる。以下、ガラスセラミックスの代表的な加工形態として、ガラスビーズおよびガラス繊維を例に挙げて説明する。   Moreover, the glass-ceramic molded object of this invention can be processed into a various form according to a use. In particular, for example, by adopting the form of glass beads or glass fibers (glass fibers), the exposed area of the crystal phase containing the niobium component increases, so that the photocatalytic activity of the glass ceramic molded body can be further increased. Hereinafter, glass beads and glass fibers will be described as examples of typical processing forms of glass ceramics.

[ガラスビーズ]
本発明におけるガラスビーズは、装飾用、手芸用のビーズではなく、工業用のビーズに関する。工業用のビーズは、耐久性などの利点から、主にガラスを用いて作られており、一般にガラス製の微小球(直径数μmから数mm)をガラスビーズと呼んでいる。代表的な用途として例えば道路の標識板、路面表示ラインに使われる塗料、反射クロス、濾過材、ブラスト研磨材などがある。道路標識塗料、反射クロス等にガラスビーズを混入、分散させると、夜間、車のライト等から出た光がビーズを介して元のところへ反射(再帰反射)し、視認性が高くなる。ガラスビーズのこのような機能は、ジョギング用ウエアー、工事用チョッキ、バイクドライバー用ベスト等にも使用されている。塗料に本発明のガラスセラミックスビーズを混入すると、光触媒機能により、標識板やラインに付着した汚れが分解されるので、常に清潔な状態を維持でき、メンテナンスの手間を大幅に減少できる。さらに、本発明のガラスセラミックスビーズは、組成、析出結晶のサイズ、及び結晶相の量を調整することで、再帰反射機能と光触媒機能を同時に持たせることも可能である。なお、より再帰反射性の高いガラスセラミックスビーズを得るためには、該ビーズを構成するガラスマトリックス相及び/または結晶相の屈折率が1.8〜2.1の範囲内であることが好ましく、特に1.9前後がより好ましい。
[Glass beads]
The glass beads in the present invention relate to industrial beads, not decorative or handcraft beads. Industrial beads are mainly made of glass due to advantages such as durability, and generally glass microspheres (diameters from several μm to several mm) are called glass beads. Typical applications include road sign boards, paints used on road surface display lines, reflective cloths, filter media, and blasting abrasives. When glass beads are mixed and dispersed in road sign paints, reflective cloths, etc., light emitted from car lights etc. at night is reflected (retroreflected) through the beads to improve visibility. These functions of glass beads are also used in jogging wear, construction waistcoats, motorcycle driver vests, and the like. When the glass ceramic beads of the present invention are mixed in the paint, the photocatalytic function decomposes the dirt adhering to the sign plate and the line, so that a clean state can be always maintained and maintenance work can be greatly reduced. Furthermore, the glass ceramic beads of the present invention can have a retroreflective function and a photocatalytic function at the same time by adjusting the composition, the size of precipitated crystals, and the amount of crystal phase. In order to obtain glass ceramic beads having higher retroreflectivity, the refractive index of the glass matrix phase and / or crystal phase constituting the beads is preferably in the range of 1.8 to 2.1, In particular, around 1.9 is more preferable.

その他の用途として、工業用のガラスビーズは、濾過材として利用されている。ガラスビーズは砂や石等と異なり、すべて球形であるため充填率が高く間隙率も計算できるので、単独または、他の濾過材と組み合わせて、広く使用されている。本発明のガラスセラミックスビーズは、このようなガラスビーズ本来の機能に加え、光触媒機能を合わせ持つものである。特に、膜やコーティング層などを有さず、単体で光触媒特性を呈するので、剥離による触媒活性劣化がなく、交換やメンテナンスの手間が省け、例えばフィルタ及び浄化装置に好適に用いられる。また、光触媒機能を利用したフィルタ部材及び浄化部材は装置内で光源となる部材に隣接した構成である場合が多いが、ガラスセラミックスのビーズは、装置内の容器などに簡単に納められるので好適に利用できる。   As other applications, industrial glass beads are used as filter media. Glass beads, unlike sand and stone, are all spherical and have a high filling rate and can calculate porosity, so they are widely used alone or in combination with other filter media. The glass ceramic beads of the present invention have a photocatalytic function in addition to the original functions of such glass beads. In particular, it does not have a film or a coating layer, and exhibits photocatalytic properties as a single substance, so that there is no deterioration of catalytic activity due to peeling, and labor and time for replacement and maintenance can be saved. In addition, the filter member and the purification member using the photocatalytic function are often adjacent to the light source member in the apparatus. However, the glass ceramic beads are preferably accommodated in a container in the apparatus. Available.

さらに、ガラスビーズは、化学的安定性に優れ、球状であることから、被加工物をあまり傷めないので、ブラスト研磨用材に利用される。ブラストとは、粒材を噴射して被加工面に衝突させることによって、掃除、美装、ピーニングなどを行うことをいう。本発明のガラスセラミックスビーズは当該メリットに加え、光触媒機能を併せ持つので、ブラストと同時に光触媒反応を応用した同時加工が可能である。   Furthermore, since glass beads are excellent in chemical stability and are spherical, they do not damage the workpiece so much and are used for blasting materials. Blasting refers to performing cleaning, beautification, peening, and the like by jetting granular material and causing it to collide with the surface to be processed. Since the glass ceramic beads of the present invention have a photocatalytic function in addition to the merits, simultaneous processing using a photocatalytic reaction at the same time as blasting is possible.

本発明のガラスビーズの粒径は、その用途に応じて適宜決めることができる。例えば、塗料に配合する場合は、100〜2500μm、好ましくは100〜2000μmの粒径とすることができる。反射クロスに使用する場合は、20〜100μm、好ましくは20〜50μmの粒径とすることができる。濾過材に使用する場合は、30〜8000μm、好ましくは50〜5000μmの粒径とすることができる。   The particle size of the glass beads of the present invention can be appropriately determined according to the application. For example, when blended in a paint, the particle size can be 100-2500 μm, preferably 100-2000 μm. When used for a reflective cloth, the particle diameter can be 20-100 μm, preferably 20-50 μm. When used as a filter medium, the particle size can be 30 to 8000 μm, preferably 50 to 5000 μm.

次に、本発明のガラスセラミックスビーズの製造方法について説明する。本発明のガラスセラミックスビーズの製造方法は、原料を混合してその融液を得る溶融工程と、融液または融液から得られるガラスを用いてビーズ体に成形する成形工程と、ビーズ体の温度を、ガラス転移温度を超える結晶化温度領域に上昇させ、その温度で所定の時間保持し、所望の結晶を析出させる結晶化工程を含むことができる。なお、上記ガラスセラミックスの一般的な製造方法も矛盾しない範囲でこの具体例に適用できるため、それらを適宜援用して重複する記載を省略する。   Next, the manufacturing method of the glass ceramic bead of this invention is demonstrated. The method for producing glass ceramic beads of the present invention includes a melting step of mixing raw materials to obtain a melt thereof, a molding step of forming a bead body using the melt or glass obtained from the melt, and the temperature of the bead body. Can be included in a crystallization temperature region exceeding the glass transition temperature, and kept at that temperature for a predetermined time to precipitate a desired crystal. In addition, since the general manufacturing method of the said glass ceramics can be applied to this specific example in the range which does not contradict, they are used suitably and the overlapping description is abbreviate | omitted.

(溶融工程)
上記一般的製法と同様に実施できる。
(Melting process)
It can carry out similarly to the said general manufacturing method.

(成形工程)
その後、溶融工程で得られた融液から微粒状のビーズ体へ成形する。ビーズ体の成形方法には様々なものがあり、適宜選択すれば良いが、一般的に、ガラス融液又はガラス→粉砕→粒度調整→球状化のプロセスを辿って作ることができる。粉砕工程においては、冷却固化したガラスを粉砕したり、融液状のガラスを水に流し入れ水砕したり、さらにボールミルにて粉砕するなどして粒状ガラスを得る。その後篩等を使って粒度を調整し、再加熱して表面張力にて球状に成形したり、黒鉛などの粉末材料と一緒にドラムに入れ、回転させながら物理力で球状に成形する、などの方法がある。または、粉砕工程を経ることなく溶融ガラスから直接球状化させる方法を取ることもできる。例えば溶融ガラスを空気中に噴射して表面張力にて球状化する、流出ノズルから出る溶融ガラスを回転する刃物のような部材で細かく切り飛ばして球状化する、流体の中に滴下して落下中に球状化させる、などの方法がある。通常、成形後のビーズは再度粒度を調整した後に製品化される。成形温度におけるガラスの粘性や失透し易さなどを考慮し、これらの方法から最適なものを選べば良い。
(Molding process)
Then, it shape | molds from the melt obtained at the melting process to a fine bead body. There are various methods for forming the bead body, which may be selected as appropriate. In general, the bead body can be formed by following the process of glass melt or glass → pulverization → particle size adjustment → spheronization. In the pulverization step, the cooled and solidified glass is pulverized, or the molten glass is poured into water and pulverized, or further pulverized by a ball mill to obtain granular glass. Then, adjust the particle size using a sieve, etc., reheat to form a spherical shape with surface tension, put it into a drum together with a powder material such as graphite, and shape it into a spherical shape with physical force while rotating, etc. There is a way. Or it can also take the method of making it spheroidize directly from a molten glass, without passing through a grinding | pulverization process. For example, molten glass is jetted into the air to spheroidize by surface tension, molten glass that exits from the outflow nozzle is cut into pieces with a member such as a rotating blade, and spheroidized. There is a method of making it spherical. Usually, the molded beads are commercialized after the particle size is adjusted again. In view of the viscosity of the glass at the molding temperature and the easiness of devitrification, the most suitable method may be selected from these methods.

(結晶化工程)
上記プロセスによって得られたビーズ体を、再加熱し、所望の結晶を析出させる結晶化工程を行う。結晶化工程では、ガラス組成ごとにガラス転移温度に応じて結晶化温度を設定する必要があるが、具体的にガラス転移温度より10℃以上の高い温度領域で熱処理することが好ましい。例えばガラス転移温度が500℃以上である場合、好ましい熱処理温度の下限は510℃で、より好ましくは520℃で、最も好ましくは530℃である。他方、熱処理温度が高くなり過ぎると、Nb、RnNbO、RNb(Rnは、Li、Na、及びKから選ばれる1種以上、並びにRはMg、Ca、Sr、Ba及びZnから選ばれる1種以上を意味する)の結晶相が減少する傾向が強くなり、光触媒特性が消失し易くなる。従って、熱処理温度の上限は1200℃が好ましく、1100℃がより好ましく、1050℃が最も好ましい。1200℃より高いとNb、RnNbO、RNb等の結晶の析出が少なくなる。結晶化の温度及び時間は、結晶相の形成や結晶サイズに大きな影響を及ぼすので、これらを精密に制御することが非常に重要である。所望の結晶が得られたら結晶化温度領域外まで冷却し結晶が分散したガラスセラミックスビーズを得る。
(Crystallization process)
The bead body obtained by the above process is reheated to perform a crystallization step for depositing desired crystals. In the crystallization step, it is necessary to set the crystallization temperature in accordance with the glass transition temperature for each glass composition. Specifically, it is preferable to perform heat treatment in a temperature range higher than the glass transition temperature by 10 ° C. or more. For example, when the glass transition temperature is 500 ° C. or higher, the lower limit of the preferable heat treatment temperature is 510 ° C., more preferably 520 ° C., and most preferably 530 ° C. On the other hand, if the heat treatment temperature becomes too high, Nb 2 O 5 , RnNbO 3 , RNb 2 O 6 (Rn is at least one selected from Li, Na, and K, and R is Mg, Ca, Sr, Ba and The tendency to decrease the crystal phase (meaning one or more selected from Zn) becomes strong, and the photocatalytic properties tend to disappear. Therefore, the upper limit of the heat treatment temperature is preferably 1200 ° C, more preferably 1100 ° C, and most preferably 1050 ° C. When the temperature is higher than 1200 ° C., precipitation of crystals such as Nb 2 O 5 , RnNbO 3 , and RNb 2 O 6 decreases. Since the temperature and time of crystallization have a great influence on the formation of crystal phase and the crystal size, it is very important to control them precisely. When a desired crystal is obtained, it is cooled outside the crystallization temperature region to obtain glass ceramic beads in which the crystal is dispersed.

なお、前述したような、ビーズ体成形後に結晶化する手法の他に、融液から直接球状化・冷却する過程で結晶相が析出されるようにしても良い。   In addition to the method of crystallization after forming the bead body as described above, the crystal phase may be precipitated in the process of spheroidizing and cooling directly from the melt.

結晶化工程を行って結晶が生じた後のガラスセラミックスビーズは、そのままの状態でも高い光触媒特性を奏することが可能であるが、このガラスセラミックスビーズに対してエッチング工程を行うことにより、結晶相の周りのガラス相が取り除かれ、表面に露出する結晶相の比表面積が大きくなるため、ガラスセラミックスビーズの光触媒特性をより高めることが可能である。また、エッチング工程に用いる溶液やエッチング時間をコントロールすることにより、光触媒結晶相のみが残る多孔質体ビーズを得ることが可能である。エッチング工程は、上記と同様に実施できる。   The glass ceramic beads after the formation of crystals by performing the crystallization process can exhibit high photocatalytic properties as they are, but by performing an etching process on the glass ceramic beads, Since the surrounding glass phase is removed and the specific surface area of the crystal phase exposed on the surface increases, the photocatalytic properties of the glass ceramic beads can be further enhanced. In addition, by controlling the solution used in the etching process and the etching time, it is possible to obtain porous beads in which only the photocatalytic crystal phase remains. The etching process can be performed in the same manner as described above.

[ガラスセラミックス繊維]
本発明のガラスセラミックス繊維は、ガラス繊維の一般的な性質を有する。すなわち、通常の繊維に比べ引っ張り強度・比強度が大きい、弾性率・比弾性率が大きい、寸法安定性が良い、耐熱性が大きい、不燃性である、耐化学性が良いなどの物性上のメリットを有し、これらを活かした様々な用途に利用できる。また、繊維の内部及び表面に光触媒結晶を有するので、前述したメリットに加え光触媒特性を有し、さらに幅広い分野に応用できる繊維構造体を提供できる。ここで繊維構造体とは、繊維が、織物、編制物、積層物、又はそれらの複合体として形成された三次元の構造体をいい、例えば不織布を挙げられる。
[Glass ceramic fiber]
The glass ceramic fiber of the present invention has the general properties of glass fiber. In other words, it has higher tensile strength and specific strength than conventional fibers, large elastic modulus and specific modulus, good dimensional stability, high heat resistance, nonflammability, good chemical resistance, etc. It has merits and can be used for various purposes. Moreover, since it has a photocatalytic crystal inside and on the surface of the fiber, it is possible to provide a fiber structure having photocatalytic properties in addition to the above-described merits and applicable to a wider range of fields. Here, the fiber structure refers to a three-dimensional structure in which fibers are formed as a woven fabric, a knitted fabric, a laminate, or a composite thereof, and examples thereof include a nonwoven fabric.

ガラス繊維の、耐熱性、不燃性を活かした用途としてカーテン、シート、壁貼クロス、防虫網、衣服類、又は断熱材等があるが、本発明のガラスセラミックス繊維を用いると、さらに前記用途における物品に光触媒作用による、消臭機能、汚れ分解機能などを与え、掃除やメンテナンスの手間を大幅に減らすことができる。   There are curtains, sheets, wall-clothing cloths, insect screens, clothes, or heat insulating materials, etc. as applications that make use of heat resistance and nonflammability of glass fibers. The article can be given a deodorizing function, a dirt decomposing function, etc. by photocatalytic action, and the labor of cleaning and maintenance can be greatly reduced.

また、ガラス繊維はその耐化学性から濾過材として用いられることが多いが、本発明のガラスセラミックス繊維は、単に濾過するだけでなく、光触媒反応によって被処理物中の悪臭物質、汚れ、菌などを分解するので、より積極的な浄化機能を有する浄化装置及びフィルタを提供できる。さらには、光触媒層の剥離・離脱による特性の劣化がほとんど生じないので、これらの製品の長寿命化に貢献する。   In addition, glass fiber is often used as a filtering material because of its chemical resistance, but the glass ceramic fiber of the present invention is not only filtered, but also a malodorous substance, dirt, bacteria, etc. in the object to be treated by a photocatalytic reaction. Therefore, it is possible to provide a purification device and a filter having a more active purification function. Furthermore, since the deterioration of the characteristics due to the separation / detachment of the photocatalyst layer hardly occurs, it contributes to extending the life of these products.

次に、本発明のガラスセラミックス繊維の製造方法について説明する。本発明のガラスセラミックス繊維の製造方法は、原料を混合してその融液を得る溶融工程と、融液または融液から得られるガラスを用いて繊維状に成形する紡糸工程と、該繊維の温度を、ガラス転移温度を超える温度領域に上昇させ、その温度で所定の時間保持し、所望の結晶を析出させる結晶化工程を含むことができる。なお、上記ガラスセラミックスの一般的な製造方法も矛盾しない範囲でこの具体例に適用できるため、それらを適宜援用して重複する記載を省略する。   Next, the manufacturing method of the glass ceramic fiber of this invention is demonstrated. The method for producing glass ceramic fibers of the present invention includes a melting step of mixing raw materials to obtain a melt thereof, a spinning step of forming into a fiber form using the melt or glass obtained from the melt, and the temperature of the fibers. May be included in a temperature range exceeding the glass transition temperature, and held at that temperature for a predetermined time to precipitate a desired crystal. In addition, since the general manufacturing method of the said glass ceramics can be applied to this specific example in the range which does not contradict, they are used suitably and the overlapping description is abbreviate | omitted.

(溶融工程)
上記一般的製法と同様に実施できる。
(Melting process)
It can carry out similarly to the said general manufacturing method.

(紡糸工程)
次に、溶融工程で得られた融液からガラス繊維へ成形する。繊維体の成形方法は特に限定されず、公知の手法を用いて成形すれば良い。巻き取り機に連続的に巻き取れるタイプの繊維(長繊維)に成形する場合は、公知のDM法(ダイレクトメルト法)またはMM法(マーブルメルト法)で紡糸すれば良く、繊維長数十cm程度の短繊維に成形する場合は、遠心法を用いたり、もしくは前記長繊維をカットしても良い。繊維径は、用途によって適宜選択すれば良い。ただ、細いほど可撓性が高く、風合いの良い織物になるが、紡糸の生産効率が悪くなりコスト高になり、逆に太すぎると紡糸生産性は良くなるが、加工性や取り扱い性が悪くなる。織物などの繊維製品にする場合、繊維径を3〜24μmの範囲にすることが好ましく、浄化装置、フィルタなどの用途に適した積層構造体などにする場合は繊維径を9μm以上にすることが好ましい。その後、用途に応じて綿状にしたり、ロービング、クロスなどの繊維構造体を作ることができる。
(Spinning process)
Next, it shape | molds from the melt obtained at the melting process to glass fiber. The method for forming the fiber body is not particularly limited, and may be formed using a known method. When forming into a fiber (long fiber) of a type that can be continuously wound on a winder, it may be spun by a known DM method (direct melt method) or MM method (marble melt method), and the fiber length is several tens of centimeters. When forming into short fibers having a degree, a centrifugal method may be used, or the long fibers may be cut. What is necessary is just to select a fiber diameter suitably with a use. However, the thinner the fabric, the higher the flexibility and texture. However, the spinning production efficiency and cost increase, and conversely, if it is too thick, the spinning productivity is improved, but the workability and handleability are poor. Become. When making a textile product such as a woven fabric, the fiber diameter is preferably in the range of 3 to 24 μm, and when making a laminated structure suitable for uses such as a purification device and a filter, the fiber diameter should be 9 μm or more. preferable. Then, depending on the application, it can be made into a cotton shape, or a fiber structure such as roving or cloth can be made.

(結晶化工程)
次に、上記プロセスによって得られた繊維又は繊維構造体を再加熱し、繊維の中及び表面に所望の結晶を析出させる結晶化工程を行う。この結晶化工程は、ガラスビーズの結晶化工程と同様に実施できる。所望の結晶が得られたら結晶化温度領域外まで冷却し光触媒結晶が分散したガラスセラミックス繊維又は繊維構造体を得ることができる。
(Crystallization process)
Next, the fiber or the fiber structure obtained by the above process is reheated to perform a crystallization step for depositing desired crystals in and on the fiber. This crystallization step can be performed in the same manner as the crystallization step of glass beads. When a desired crystal is obtained, the glass ceramic fiber or the fiber structure in which the photocatalytic crystal is dispersed can be obtained by cooling to outside the crystallization temperature region.

なお、前述したような、繊維体成形後に結晶化する手法の他に、紡糸工程におけるガラス繊維の温度を制御し、結晶化工程が同時に行われるようにしても良い。   In addition to the method of crystallizing after forming the fiber body as described above, the temperature of the glass fiber in the spinning process may be controlled so that the crystallization process is performed simultaneously.

結晶化工程を行って結晶が生じた後のガラスセラミックス繊維は、そのままの状態でも高い光触媒特性を奏することが可能であるが、このガラスセラミックス繊維に対してエッチング工程を行うことにより、結晶相の周りのガラス相が取り除かれ、表面に露出する結晶相の比表面積が大きくなるため、ガラスセラミックス繊維の光触媒特性をより高めることが可能である。また、エッチング工程に用いる溶液やエッチング時間をコントロールすることにより、光触媒結晶相のみが残る多孔質体繊維を得ることが可能である。エッチング工程は、上記と同様に実施できる。   The glass ceramic fiber after the crystallization process has produced crystals can exhibit high photocatalytic properties even if it remains as it is. However, by performing an etching process on this glass ceramic fiber, Since the surrounding glass phase is removed and the specific surface area of the crystal phase exposed on the surface is increased, the photocatalytic properties of the glass ceramic fiber can be further enhanced. Further, by controlling the solution used in the etching process and the etching time, it is possible to obtain a porous fiber in which only the photocatalytic crystal phase remains. The etching process can be performed in the same manner as described above.

以上のように、本発明のガラスセラミックスは、その内部および表面に光触媒活性を持つ酸化ニオブの結晶、ニオブ酸塩の結晶および/またはそれらの固溶体の結晶相が均質に析出しているため、優れた光触媒活性と可視光応答性を有するとともに、耐久性にも優れている。従って、基材の表面にのみ光触媒層が設けられている従来技術の光触媒機能性部材のように、光触媒層が剥離して光触媒活性が失われる、ということがない。また、仮に表面が削られても内部に存在する酸化ニオブの結晶、ニオブ酸塩の結晶および/またはそれらの固溶体の結晶相が露出して光触媒活性が維持される。また、本発明のガラスセラミックスは、溶融ガラスの形態から製造できるので、大きさや形状などを加工する場合の自由度が高く、光触媒機能が要求される様々な物品に加工できる。   As described above, the glass ceramic of the present invention is excellent because the crystal phase of niobium oxide crystal, niobate salt and / or solid solution thereof having photocatalytic activity is uniformly precipitated inside and on the surface. In addition to having photocatalytic activity and visible light responsiveness, it also has excellent durability. Therefore, unlike the conventional photocatalytic functional member in which the photocatalyst layer is provided only on the surface of the substrate, the photocatalyst layer is not peeled off and the photocatalytic activity is not lost. Even if the surface is scraped, the niobium oxide crystals, niobate crystals and / or crystal phases of the solid solutions thereof are exposed and the photocatalytic activity is maintained. Further, since the glass ceramic of the present invention can be produced from a molten glass, it has a high degree of freedom in processing the size and shape and can be processed into various articles that require a photocatalytic function.

また、本発明のガラスセラミックスの製造方法によれば、原料の配合組成と熱処理温度の制御によって酸化ニオブの結晶、ニオブ酸塩の結晶および/またはそれらの固溶体の結晶相を生成させることができるため、光触媒技術における大きな課題であった結晶粒子の微細化に要する手間が不要になり、優れた光触媒活性と可視光応答性を有するガラスセラミックスを工業的規模で容易に製造することができる。   Further, according to the method for producing glass ceramics of the present invention, crystals of niobium oxide, crystals of niobate and / or crystal phases of their solid solutions can be generated by controlling the composition of raw materials and the heat treatment temperature. Thus, the labor required for the refinement of crystal particles, which has been a major problem in the photocatalytic technology, is unnecessary, and glass ceramics having excellent photocatalytic activity and visible light response can be easily produced on an industrial scale.

次に、実施例によって本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は、以下の実施例に制約されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention in more detail, this invention is not restrict | limited to a following example.

実施例1〜23:
表1から4に、本発明の実施例1〜23のガラスセラミックスの組成、結晶化温度、およびこれらのガラスセラミックスに析出した主結晶相の種類を示した。実施例1〜23のガラスセラミックスは、いずれも各成分の原料として各々相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、弗化物、塩化物、メタ燐酸化合物等の通常のガラスに使用される高純度の原料を選定して用いた。これらの原料を、表1から4に示した各実施例の組成の割合になるように秤量して均一に混合した後、白金坩堝に投入し、ガラス組成の溶融難易度に応じて電気炉で1250℃〜1580℃の温度範囲で1〜24時間溶解し、攪拌均質化して泡切れ等を行った。その後、1450℃以下に温度を下げて攪拌均質化してから金型に鋳込み、徐冷してガラスを作製した。得られたガラスについて、表1から4の各実施例に記載された結晶化温度に加熱し、記載された時間にわたり保持して結晶化を行った。その後、結晶化温度から冷却して目的の結晶相を有するガラスセラミックスを得た。
Examples 1 to 23:
Tables 1 to 4 show the compositions of the glass ceramics of Examples 1 to 23 of the present invention, the crystallization temperatures, and the types of main crystal phases precipitated on these glass ceramics. The glass ceramics of Examples 1 to 23 are used for ordinary glasses such as oxides, hydroxides, carbonates, nitrates, fluorides, chlorides, and metaphosphate compounds corresponding to the raw materials of the respective components. A high purity raw material was selected and used. These raw materials were weighed so as to have the composition ratios of the respective examples shown in Tables 1 to 4 and mixed uniformly, and then put into a platinum crucible, which was then heated in an electric furnace according to the melting difficulty of the glass composition. It melt | dissolved for 1 to 24 hours in the temperature range of 1250 degreeC-1580 degreeC, and stirred and homogenized, and performed foaming etc. Thereafter, the temperature was lowered to 1450 ° C. or lower, and the mixture was homogenized with stirring, cast into a mold, and slowly cooled to produce glass. The obtained glass was heated to the crystallization temperature described in each example of Tables 1 to 4 and held for the described time for crystallization. Then, it cooled from the crystallization temperature and obtained the glass ceramic which has the target crystal phase.

ここで、実施例1〜23のガラスセラミックスの析出結晶相の種類は、X線回折装置(フィリップス社製、商品名:X’Pert−MPD)で同定した。   Here, the kind of the precipitated crystal phase of the glass ceramics of Examples 1 to 23 was identified by an X-ray diffractometer (manufactured by Philips, trade name: X′Pert-MPD).

Figure 2011093763
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Figure 2011093763
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表1から4に表されるように、実施例1〜23のガラスセラミックスの析出結晶相には、いずれも光触媒活性の高いNaNbO結晶、LiNbO結晶、Na(Nb、Ta)O結晶、Li(Nb、Ta)O結晶、(Na,K)NbO結晶、(Na,Li)NbO結晶を主結晶相として含有していた。また、XRDの回折ピークの半値幅より、シェラー(Scherrer)の式;D=0.9λ/(βcosθ)に基づいてNaNbO結晶のサイズを見積った。ここで、Dは、結晶の大きさ、λはX線の波長、θはブラッグ角(回折角2θの半分)である。その結果は表5に抜粋して示すとおりであり、NaNbO結晶等のサイズが200nm以下であることが確認された。 As shown in Tables 1 to 4, the precipitated crystal phases of the glass ceramics of Examples 1 to 23 all have high photocatalytic activity NaNbO 3 crystal, LiNbO 3 crystal, Na (Nb, Ta) O 3 crystal, Li (Nb, Ta) O 3 crystal, (Na, K) NbO 3 crystal, and (Na, Li) NbO 3 crystal were contained as the main crystal phase. The size of the NaNbO 3 crystal was estimated from the half width of the XRD diffraction peak based on the Scherrer equation; D = 0.9λ / (βcosθ). Here, D is the crystal size, λ is the X-ray wavelength, and θ is the Bragg angle (half the diffraction angle 2θ). The results are as shown in Table 5, and it was confirmed that the size of NaNbO 3 crystal or the like was 200 nm or less.

Figure 2011093763
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次に、NaNbO結晶の構造を調べるために、実施例1、2及び12について、それぞれ結晶化条件(温度、時間)を変えて結晶化を行い、X線回折分析(XRD)を行った。結晶化条件及びXRDの結果を図1(実施例1)、図2(実施例2)及び図3(実施例12)に示した。結晶化のための熱処理を行うことにより、図1〜3のXRDパターンにおいて、入射角2θ=22.7°付近に、及び入射角2θ=46.3°付近に「○」で表されるピークが生じており、NaNbO立方晶またはNa(Nb,Ta)O立方晶の存在が確認できた。従って、実施例1、2及び12のガラスセラミックスは、光触媒活性を有するものと考えられた。 Next, in order to investigate the structure of the NaNbO 3 crystal, each of Examples 1, 2, and 12 was crystallized under different crystallization conditions (temperature, time), and X-ray diffraction analysis (XRD) was performed. The crystallization conditions and XRD results are shown in FIG. 1 (Example 1), FIG. 2 (Example 2) and FIG. 3 (Example 12). By performing heat treatment for crystallization, in the XRD patterns of FIGS. 1 to 3, peaks represented by “◯” near the incident angle 2θ = 22.7 ° and near the incident angle 2θ = 46.3 °. The presence of NaNbO 3 cubic crystals or Na (Nb, Ta) O 3 cubic crystals was confirmed. Therefore, the glass ceramics of Examples 1, 2, and 12 were considered to have photocatalytic activity.

また、図1〜3の結果から、結晶化条件を変化させることによって、NaNbOまたはNa(Nb,Ta)Oの結晶構造を制御できることも明らかになった。また、結晶化温度を高くする程、さらに同じ結晶化温度なら熱処理時間を長くする程、結晶の析出量が増加することが明らかになった。 Moreover, it became clear from the results of FIGS. 1 to 3 that the crystal structure of NaNbO 3 or Na (Nb, Ta) O 3 can be controlled by changing the crystallization conditions. It was also found that the higher the crystallization temperature, and the longer the heat treatment time at the same crystallization temperature, the more crystal precipitation.

また、実施例1〜23の一部のガラスセラミックスの親水性についてθ/2法によりサンプル表面と水滴との接触角を測定することにより評価した。すなわち、サンプルをフッ酸で2分間エッチングした後、紫外線照射前および照射後のガラスセラミックスの表面にそれぞれ水を滴下し、ガラスセラミックスの表面から水滴の頂点までの高さhと、水滴の試験片に接している面の半径rと、を協和界面科学社製の接触角計(DM501)を用いて測定し、θ=2tan−1(h/r)の関係式より、水との接触角θを求めた。なお、紫外線照射は、水銀ランプを用い、照度10mW/cm、照射時間10〜60分で行った。代表的に、結晶化条件を変えて製造した実施例1、2及び12のガラスセラミックスについて、表面をフッ酸(HF)でエッチングした後親水性を評価した結果を図4〜6に示した。図4及び図5に示すように、実施例1、2では、概ね10分間の紫外線の照射によって水との接触角が10°以下となることが確認された。図6に示すように、実施例12では、最大でも60分間の紫外線の照射によって水との接触角が20°以下となることが確認された。これにより、本発明の実施例のガラスセラミックスは、高い親水性を有することが明らかになった。また、結晶化温度を高くする程、さらに同じ結晶化温度なら熱処理時間を長くする程、親水性が増加することが明らかになった。 Further, the hydrophilicity of some glass ceramics of Examples 1 to 23 was evaluated by measuring the contact angle between the sample surface and water droplets by the θ / 2 method. That is, after the sample was etched with hydrofluoric acid for 2 minutes, water was dropped on the surface of the glass ceramic before and after the ultraviolet irradiation, the height h from the surface of the glass ceramic to the top of the water droplet, and a test piece of water droplet Is measured with a contact angle meter (DM501) manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd., and the contact angle θ with water is calculated from the relational expression θ = 2 tan −1 (h / r). Asked. The ultraviolet irradiation was performed using a mercury lamp with an illuminance of 10 mW / cm 2 and an irradiation time of 10 to 60 minutes. The results of evaluating the hydrophilicity of the glass ceramics of Examples 1, 2, and 12 manufactured by changing the crystallization conditions typically after etching the surface with hydrofluoric acid (HF) are shown in FIGS. As shown in FIGS. 4 and 5, in Examples 1 and 2, it was confirmed that the contact angle with water was 10 ° or less by irradiation with ultraviolet rays for approximately 10 minutes. As shown in FIG. 6, in Example 12, it was confirmed that the contact angle with water was 20 ° or less by irradiation with ultraviolet rays for 60 minutes at the maximum. Thereby, it became clear that the glass ceramic of the Example of this invention has high hydrophilicity. It was also found that the hydrophilicity increases as the crystallization temperature is increased and the heat treatment time is increased at the same crystallization temperature.

また、実施例1の組成を用いて、それぞれ直径が500μmのビーズと50μmのガラス繊維を作製した。その結果、熱処理後は、いずれもサイズ100nm以下のNaNbO結晶相の析出が確認された。 Moreover, using the composition of Example 1, beads having a diameter of 500 μm and glass fibers having a diameter of 50 μm were prepared. As a result, precipitation of NaNbO 3 crystal phase having a size of 100 nm or less was confirmed after the heat treatment.

以上の実験結果が示すように、NaNbO結晶を含む結晶相を含有する実施例1〜23のガラスセラミックスは、光触媒活性を有していた。しかも、NaNbO結晶が均一にガラスに分散しているため、剥離による光触媒機能の損失がなく、耐久性に優れた光触媒機能性素材として利用できることが確認された。 As the above experimental results showed, the glass ceramics of Examples 1 to 23 containing a crystal phase containing NaNbO 3 crystals had photocatalytic activity. Moreover, since the NaNbO 3 crystals are uniformly dispersed in the glass, it was confirmed that there is no loss of the photocatalytic function due to peeling and that it can be used as a photocatalytic functional material excellent in durability.

以上、本発明の実施の形態を例示の目的で詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に制約されることはない。当業者は本発明の思想及び範囲を逸脱することなく多くの改変を成し得、それらも本発明の範囲内に含まれる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail for the purpose of illustration, this invention is not restrict | limited to the said embodiment. Those skilled in the art can make many modifications without departing from the spirit and scope of the present invention, and these are also included within the scope of the present invention.

Claims (29)

ニオブ成分を含む結晶相を含有し、光触媒活性を有するガラスセラミックス。   Glass ceramics containing a crystal phase containing a niobium component and having photocatalytic activity. 酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、Nb成分を5〜50%含有する請求項1に記載のガラスセラミックス。 2. The glass ceramic according to claim 1, comprising 5 to 50% of Nb 2 O 5 component in mol% with respect to the total amount of the oxide-converted composition. 前記結晶相が、RnNbO結晶、RNb結晶(Rnは、Li、Na、及びKから選ばれる1種以上、並びにRはMg、Ca、Sr、Ba及びZnから選ばれる1種以上を意味する)、及びこれらの固溶体からなる群より選択される1種以上の結晶を含む請求項1又は2に記載のガラスセラミックス。 The crystal phase is RnNbO 3 crystal, RNb 2 O 6 crystal (Rn is one or more selected from Li, Na, and K, and R is one or more selected from Mg, Ca, Sr, Ba, and Zn. The glass ceramics according to claim 1 or 2, comprising at least one crystal selected from the group consisting of these solid solutions. 酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、SiO成分、B成分、及びP成分からなる群より選択される1種以上の成分30〜75%をさらに含有する請求項1から3のいずれかに記載のガラスセラミックス。 30% to 75% of one or more components selected from the group consisting of SiO 2 component, B 2 O 3 component, and P 2 O 5 component in mol% with respect to the total substance amount of oxide conversion composition The glass ceramic according to claim 1, which is contained. 酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、RnO及び/又はRO成分(Rn及びRは前記と同じ意味を有する)5〜40%を含有する請求項4に記載のガラスセラミックス。 5. The glass according to claim 4, containing 5 to 40% of Rn 2 O and / or RO components (Rn and R have the same meaning as above) in mol% with respect to the total amount of the oxide-converted composition. Ceramics. 酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、Ta成分0〜35%をさらに含有する請求項5に記載のガラスセラミックス。 The glass ceramic according to claim 5, further comprising 0 to 35% of Ta 2 O 5 component in mol% with respect to the total amount of the oxide-converted composition. 酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、TiO成分及び/又はZrO成分0〜20%をさらに含有する請求項6に記載のガラスセラミックス。 The glass ceramic according to claim 6, further comprising, in mol%, a TiO 2 component and / or a ZrO 2 component 0 to 20% with respect to the total amount of the oxide-converted composition. 酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、Al成分0〜30%をさらに含有する請求項7に記載のガラスセラミックス。 The glass ceramic according to claim 7, further comprising, in mol%, 0 to 30% of an Al 2 O 3 component with respect to the total amount of the oxide-converted composition. 酸化物換算組成のモル比で、前記RnO及び/又はRO成分(Rn及びRは前記と同じ意味を有する)の合計量に対する前記Nb及び/又はTa、並びにTiO、ZrO及びAlからなる群より選択される1種以上の成分の合計量の比[(Nb+Ta+TiO+ZrO+Al)/(RnO+RO)]が1より大きい請求項8に記載のガラスセラミックス。 The Nb 2 O 5 and / or Ta 2 O 5 , and TiO 2 with respect to the total amount of the Rn 2 O and / or RO components (Rn and R have the same meaning as described above) in a molar ratio of oxide equivalent composition , Ratio of the total amount of one or more components selected from the group consisting of ZrO 2 and Al 2 O 3 [(Nb 2 O 5 + Ta 2 O 5 + TiO 2 + ZrO 2 + Al 2 O 3 ) / (Rn 2 O + RO) ] Is larger than 1. The glass ceramic according to claim 8. 酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、
GeO成分 0〜20%、及び/又は
Ga成分 0〜20%、及び/又は
In成分 0〜10%、及び/又は
SnO成分 0〜10%、及び/又は
Bi成分 0〜20%、及び/又は
TeO成分 0〜20%、及び/又は
WO成分 0〜20%、及び/又は
MoO成分 0〜20%、及び/又は
As成分及び/又はSb成分 合計で0〜5%
の各成分をさらに含有する請求項1から9のいずれかに記載のガラスセラミックス。
In mol% with respect to the total amount of substances of oxide equivalent composition,
GeO 2 component 0-20% and / or Ga 2 O 3 component 0-20% and / or In 2 O 3 component 0-10% and / or SnO component 0-10% and / or Bi 2 O 3 components 0-20% and / or TeO 2 components 0-20% and / or WO 3 components 0-20% and / or MoO 3 components 0-20% and / or As 2 O 3 components and / or Or Sb 2 O 3 component Total 0-5%
The glass ceramic according to any one of claims 1 to 9, further comprising:
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、Ln成分(ここで、LnはSc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、及びLuからなる群より選択される1種以上を意味する)を、合計で0〜10%含有する請求項1から10のいずれかに記載のガラスセラミックス。 Ln 2 O 3 component (wherein Ln is Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, in mol% with respect to the total amount of oxide-converted composition) The glass ceramic according to any one of claims 1 to 10, comprising 0 to 10% in total of at least one selected from the group consisting of Ho, Er, Tm, Yb, and Lu. 酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、M成分(ここで、MはV、Cr、Mn、Fe、Co、及びNiからなる群より選択される1種以上を意味し、x及びyは、それぞれx:y=2:Mの価数、を満たす最小の自然数である)を、合計で0〜10%含有する請求項1から11のいずれかに記載のガラスセラミックス。 M x O y component (wherein M is one or more selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Fe, Co, and Ni) in mol% with respect to the total amount of the oxide-converted composition. The glass according to any one of claims 1 to 11, wherein x and y are the minimum natural numbers satisfying x: y = 2: M valence, respectively, in a total of 0 to 10%. Ceramics. F、Cl、及びBrからなる群より選ばれる少なくとも1種以上の成分を、ガラス全質量に対する外割り質量比で15%以下含有する請求項1から12のいずれかに記載のガラスセラミックス。   The glass ceramic according to any one of claims 1 to 12, wherein the glass ceramic contains at least one component selected from the group consisting of F, Cl, and Br in an externally divided mass ratio of 15% or less with respect to the total mass of the glass. Cu、Ag、Au、Pd、及びPtからなる群より選ばれる少なくとも1種の成分を、ガラス全質量に対する外割り質量比で5%以下含有する請求項1から13のいずれかに記載のガラスセラミックス。   14. The glass ceramic according to claim 1, comprising at least one component selected from the group consisting of Cu, Ag, Au, Pd, and Pt in an externally divided mass ratio of 5% or less with respect to the total mass of the glass. . 紫外領域から可視領域までの波長の光を照射した表面と水滴との接触角が30°以下である請求項1から14のいずれかに記載のガラスセラミックス。   The glass ceramic according to any one of claims 1 to 14, wherein a contact angle between a surface irradiated with light having a wavelength from an ultraviolet region to a visible region and a water droplet is 30 ° or less. JIS R 1703−2:2007に基づくメチレンブルーの分解活性指数が3.0nmol/L/min以上である請求項1から15いずれかに記載のガラスセラミックス。   The glass ceramic according to any one of claims 1 to 15, wherein a decomposition activity index of methylene blue based on JIS R 1703-2: 2007 is 3.0 nmol / L / min or more. 球近似したときの平均結晶粒径が200nm以下である請求項1から16のいずれかに記載のガラスセラミックス。   The glass ceramic according to any one of claims 1 to 16, wherein an average crystal grain size when approximated to a sphere is 200 nm or less. 請求項1から17いずれかに記載のガラスセラミックスを含む光触媒機能性ガラスセラミックス成形体。   A photocatalytic functional glass-ceramic shaped article comprising the glass-ceramic according to any one of claims 1 to 17. 請求項1から17いずれかに記載のガラスセラミックスを含む親水性ガラスセラミックス成形体。   The hydrophilic glass-ceramics molded object containing the glass ceramic in any one of Claim 1 to 17. 請求項1から17いずれかに記載のガラスセラミックスからなる光触媒。   A photocatalyst comprising the glass ceramic according to claim 1. ファイバー又はビーズの形状を有する請求項20記載の光触媒。   The photocatalyst according to claim 20, which has a shape of a fiber or a bead. 請求項20または21いずれかに記載の光触媒を含む光触媒材料。   The photocatalyst material containing the photocatalyst in any one of Claim 20 or 21. 請求項20または21いずれかに記載の光触媒体を含む光触媒部材。   The photocatalyst member containing the photocatalyst body in any one of Claim 20 or 21. 請求項20または21いずれかに記載の光触媒を含む親水性材料。   A hydrophilic material comprising the photocatalyst according to claim 20. 請求項20または21いずれかに記載の光触媒を含む親水性部材。   The hydrophilic member containing the photocatalyst in any one of Claim 20 or 21. 請求項20または21いずれかに記載の光触媒を含有する塗料、浄化装置、又はフィルタ。   A paint, a purification device, or a filter containing the photocatalyst according to claim 20 or 21. 請求項1から17のいずれかに記載のガラスセラミックスの製造方法であって、
原料を混合してその融液を得る溶融工程と、
前記融液を冷却してガラスを得る冷却工程と、
前記ガラスの温度を結晶化温度領域まで上昇させる再加熱工程と、
前記温度を前記結晶化温度領域内で維持して結晶を生じさせる結晶化工程と、
前記温度を前記結晶化温度領域外まで低下させて結晶分散ガラスを得る再冷却工程と、を有するガラスセラミックスの製造方法。
It is a manufacturing method of the glass ceramics in any one of Claim 1 to 17,
A melting step of mixing raw materials to obtain a melt;
A cooling step of cooling the melt to obtain glass;
A reheating step of raising the temperature of the glass to a crystallization temperature region;
A crystallization step of maintaining the temperature within the crystallization temperature region to produce crystals;
A re-cooling step of obtaining a crystal-dispersed glass by lowering the temperature outside the crystallization temperature region.
前記結晶化温度領域は、450℃以上1200℃以下である請求項27に記載のガラスセラミックスの製造方法。   The method for producing glass ceramics according to claim 27, wherein the crystallization temperature region is 450 ° C or higher and 1200 ° C or lower. 前記ガラスセラミックスに対してドライエッチング及び/又はウェットエッチングを行うエッチング工程をさらに有する請求項27又は28のいずれかに記載のガラスセラミックスの製造方法。   The method for producing glass ceramics according to claim 27, further comprising an etching step of performing dry etching and / or wet etching on the glass ceramics.
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