JP2012107376A - 光触媒タイル - Google Patents

Abstract

【課題】駅のコンコースや空港などのような過酷な摩耗条件に晒される場合であっても、光触媒機能を持続可能な光触媒タイルを提供する。
【解決手段】 磁器質またはせっ器質の無釉タイル焼成素地と、前記焼成素地上に固定された光触媒層とを備えた光触媒磁器質またはせっ器質タイルであって、前記焼成素地における前記光触媒層が固定されている側の表面近傍には光触媒粒子が含浸固定されていることを特徴とする光触媒タイル。
【選択図】なし

Description

本発明は、光触媒タイル、およびその製造方法に関する。

酸化チタンなどの光触媒が、近年建築物の外装材、内装材など多くの用途において利用されている。
外装用途については、基材表面に光触媒を塗装することにより、太陽光のエネルギーを利用してＮＯｘ、ＳＯｘ等の有害物質の分解機能を付与したり、雨水によるセルフクリーニング性を付与したり、防藻機能を付与したりすることが可能となる。
また内装用途についても、基材表面に光触媒を塗装することにより、光エネルギーを利用してＶＯＣ等の有害物質の分解機能を付与したり、たばこの臭いや悪臭の分解機能を付与したり、抗菌・防カビ機能を付与したりすることが可能となる。

タイル表面に光触媒層を形成する技術も知られている。それにより、プール内の防藻、病院内の院内感染防止、浴室床のぬめり防止、外壁の雨水によるセルフクリーニング等がなされている。

特開昭６１−８３１０６号公報 特開平５−２５３５４４号公報 特開平７−１０２６７８号公報 ＷＯ９６／２９３７５号公報 特開平８−２６７４６号公報 特開２００１−２５８７８３号公報 特開２００１−４９８２９号公報 ＷＯ００／６３００号公報

駅のコンコースや空港などのような重歩行の場所（人が非常に多く通る場所）では、その表面を硬質な靴で歩き回ることになるため、高い耐摩耗性が要求される。特に外装用途ではその表面を強風で砂が吹き付けられる中で硬質な靴で歩き回るという過酷な条件での使用も想定される。このような使用にタイルが耐え得るか否かを確認するために、ＰＥＩ試験（砂とセラミックスとを混合した水中下で鉄球をタイルに擦る試験を繰り返し、目視で変化がないことを確認する試験）等が広く行われている。
しかし、従来の光触媒タイルでは、光触媒層は一般に膜厚がサブミクロンオーダーかミクロンオーダーであるため、回転数が多くなると、上記評価では光触媒層が失われてしまうという問題があった。
そこで、本発明では、駅のコンコースや空港などのような過酷な摩耗条件に晒される場合であっても、光触媒機能を持続可能な光触媒タイルを提供する。

すなわち、本発明による光触媒タイルは、磁器質またはせっ器質の無釉タイル焼成素地と、前記焼成素地上に固定された光触媒層とを備えた光触媒タイルであって、前記焼成素地における前記光触媒層が固定されている側の表面近傍には光触媒粒子が含浸固定されていることを特徴とする光触媒タイルである。
また、本発明による光触媒タイルの製造方法は、タイル生成形体表面に光触媒粒子を含浸させた後に、前記表面の吸水率が３％以下になる温度で焼成し、その後に、前記光触媒粒子を含浸させた表面側に光触媒層を形成することを特徴とする光触媒タイルの製造方法である。

光触媒タイル
本発明による光触媒タイルは、磁器質またはせっ器質の無釉タイル焼成素地と、前記焼成素地上に固定された光触媒層とを備えた光触媒タイルであって、前記焼成素地における前記光触媒層が固定されている側の表面近傍には光触媒粒子が含浸固定されていることを特徴とする光触媒タイルである。
このような構成とすることにより、駅のコンコースや空港などのような過酷な摩耗条件に晒される場合であっても、光触媒機能を持続可能となる。

本発明において、タイル焼成素地表面近傍に含浸固定する光触媒粒子としては、光触媒性金属酸化物粒子が好ましく、例えば、ルチル型酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム、酸化タングステン、酸化セリウムが好適に利用可能である。上記のうち２種以上を混合して利用してもよい。また、上記金属酸化物粒子に白金、銅、鉄等の金属や窒素、フッ素等の陰イオン等をドープして抗菌性を付与したり、可視光で励起するようにしたものも含む。
光触媒粒子は１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満の平均粒径を有するのが好ましく、より好ましくは１０ｎｍ以上６０ｎｍ以下である。なお、この平均粒径は、走査型電子顕微鏡により２０万倍の視野に入る任意の１００個の粒子の長さを測定した個数平均値として算出される。

本発明において、タイル焼成素地における前記光触媒層が固定されている側の表面近傍には光触媒粒子が含浸固定され、かつタイル素地表面の吸水率は３％以下であるのが好ましい。ここで、吸水率とは、２４時間常温の水に浸漬して材料に吸水させる方法により測定する、いわゆる自然吸水である。
そうすることで、優れた耐摩耗性が発揮されるとともに、摩耗後の光触媒機能が持続する。

タイル焼成素地における光触媒粒子が含浸固定されている部分は表面から１ｍｍ以上が好ましい。
そうすることで、摩耗後の光触媒機能が充分に持続する。

タイル焼成素地における光触媒粒子が含浸固定されている部分における光触媒粒子の比率は、タイル焼成体表面近傍下部を水平に切断した面において、焼成素地面積と光触媒粒子面積の和に対する光触媒粒子面積の比率が１面積％以上５０面積％以下であるのが好ましい。
そうすることで、磁器質素地またはせっ器質素地が焼結反応により充分強固に結合し優れた耐摩耗性が発揮されるとともに、摩耗後の光触媒機能が充分に発揮可能となる。

本発明において、タイル焼成素地における前記光触媒層が固定されている側の表面近傍には光触媒粒子が含浸固定され、かつタイル焼成素地表面の吸水率を０．３％以上にしてもよい。ここで、吸水率とは、２４時間常温の水に浸漬して材料に吸水させる方法により測定する、いわゆる自然吸水である。
そうすることで、優れた耐摩耗性が発揮されるとともに、摩耗後の光触媒によるガス分解機能がより良好な状態で持続する。

本発明において、タイル焼成素地表面近傍には光触媒粒子以外に、さらに高い光触媒能を発現するために、バナジウム、鉄、コバルト、ニッケル、パラジウム、亜鉛、ルテニウム、ロジウム、銅、銀、白金および金からなる群より選ばれる少なくとも一種の金属および／またはその金属からなる金属化合物を添加してもよい。
そうすることで、優れた耐摩耗性が発揮されるとともに、摩耗後の光触媒機能がより良好な状態で持続する。

本発明において、光触媒層を構成する光触媒粒子としては、光触媒性金属酸化物粒子が好ましく、例えば、アナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、ブルッカイト型酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム、酸化タングステン、酸化セリウムが好適に利用可能である。上記のうち２種以上を混合して利用してもよい。また、上記金属酸化物粒子に白金、銅、鉄等の金属や窒素、フッ素等の陰イオン等をドープして抗菌性能を高めたり可視光で励起するようにしたものも含む。
光触媒粒子は１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満の平均粒径を有するのが好ましく、より好ましくは１０ｎｍ以上６０ｎｍ以下である。なお、この平均粒径は、走査型電子顕微鏡により２０万倍の視野に入る任意の１００個の粒子の長さを測定した個数平均値として算出される。

また、光触媒層には、光触媒粒子以外に、光触媒層の摩耗性を高めるために、結着剤を添加してもよい。結着剤としては、無定形シリカ、無定形チタニア、アルカリシリケート等のアモルファス酸化物、シリコーン等の硬質な結着剤が好適に利用可能である。

本発明において、光触媒層には、さらに高い光触媒能を発現するために、バナジウム、鉄、コバルト、ニッケル、パラジウム、亜鉛、ルテニウム、ロジウム、銅、銀、白金および金からなる群より選ばれる少なくとも一種の金属および／またはその金属からなる金属化合物を添加してもよい。
特に、光触媒層に対して、結着剤を２０重量〜９９重量％と多量に添加する場合には添加したほうがよい。そうすることにより、優れた耐摩耗性が発揮されるとともに、摩耗後の光触媒機能が持続する。

本発明において、光触媒層には、さらに高いガス分解機能を発現するために、無機酸化物粒子を添加してもよい。無機酸化物粒子としては、例えば、シリカ、アルミナ、ジルコニア、セリア、イットリア、酸化錫、酸化鉄、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化コバルト、ハフニア、チタン酸バリウム、ケイ酸カルシウム、ホウ酸アルミニウム、チタン酸カリウム、ゼオライト、アパタイト、リン酸カルシウム等が好適に利用できる。
上記無機酸化物粒子は、５ｎｍを超え２０ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下の平均粒径を有するのが、光触媒と有害ガスの接触確率を高めつつ摩耗磨耗に対して強固な膜にする上で好ましい。なお、この平均粒径は、走査型電子顕微鏡により２０万倍の視野に入る任意の１００個の粒子の長さを測定した個数平均値として算出される。粒子の形状としては真球が最も良いが、略円形や楕円形でも良く、その場合の粒子の長さは（（長径＋短径）／２）として略算出される。

光触媒層の膜厚は、好ましくは０．１μｍ以上１０μｍ以下、より好ましくは０．２μｍ以上５μｍ以下である。
そうすることにより、良好な光触媒機能の持続性を発揮するとともに、光触媒層の透明性が確保される。

以上のように、本発明の光触媒タイルは優れた耐摩耗性が発揮されるとともに、摩耗後の光触媒機能が持続するので、駅のコンコースや空港などのような過酷な摩耗条件に晒される場合であっても、光触媒機能を持続可能な光触媒磁器質またはせっ器質の床タイルとして好適に使用可能となる。

光触媒タイルの製造方法
本発明による光触媒タイルの製造方法は、タイル生成形体表面に光触媒粒子を含浸させた後に、前記表面の吸水率が３％以下になる温度で焼成し、その後に前記光触媒粒子を含浸させた表面側に光触媒層を形成することを特徴とする光触媒タイルの製造方法である。
このような製法とすることにより、駅のコンコースや空港などのような過酷な摩耗条件に晒される場合であっても、光触媒機能を持続可能となる。

本発明では、まず、磁器質またはせっ器質のタイル素地原料を成形した無釉の生成形体に、光触媒粒子を含浸させる。
この光触媒粒子の生成形体表面からの含浸の深さは、表面から１ｍｍ以上が好ましい。
そうすることで、摩耗後の光触媒機能が充分に持続する。

光触媒粒子の含浸方法は、湿式法が利用できる。
湿式法を用いる場合は、磁器質またはせっ器質のタイル素地原料を成形した生成形体への光触媒粒子の含浸は、光触媒粒子含有液をスプレー、ディップ、フロー等の方法で適用した後に生成形体表面を乾燥させる工程を備える。ここで、光触媒粒子の生成形体表面からの含浸の深さは、光触媒含有液の粘性、光触媒含有液の適用方法等の含浸速度を支配する因子と、予め素地の乾燥温度を調整する方法等の乾燥速度を支配する因子とを適宜選択することで制御できる。

次いで、前記表面の吸水率が３％以下になる温度で焼成し、焼成体を得る。この温度は、タイル素地の組成により異なるが、一般的には１０００℃以上の温度である。従って、光触媒粒子として酸化チタン粒子を用いた場合は、出発原料がアナターゼやブルッカイトであっても、多くの場合、ルチルに相転移することになる。

次いで、上記焼成体の光触媒粒子を含浸させた表面側に光触媒層を形成する。ここにおける光触媒形成方法は、乾式法または湿式法が利用できる。
湿式法を用いる場合は、スプレーコート、ディップコート、フローコート、印刷、ロールコート等の方法で光触媒粒子を含有するコーティング液を上記焼成体の光触媒粒子を含浸させた表面側に適用した後に、光触媒コーティング液を乾燥・硬化させる。

本発明を以下の例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。

＜塗装体試料の作製＞
以下のようにして、実施例および比較例を作製した。
実施例１：
磁器質のタイル素地原料を乾式プレス法により成形した無釉の複数の生成形体を１００℃で乾燥させる。その後、素地表面温度が５０℃〜７０℃になるように調整して、平均粒径７０ｎｍのアナターゼ型酸化チタンと銀化合物とを含む液をスプレー塗布させた後に再び１００℃で乾燥させた。こうして得た生成形体の１つの断面におけるＴｉおよびＡｇの分析により生成形体表面からの光触媒粒子およびＡｇの浸透深さは約３ｍｍと推定された。
次いで、この生成形体を１２５０〜１３５０℃の温度で焼成して焼成体を作製した。
尚、この焼成体の吸水率は０．２％であった。
この焼成体の表面に、フローコート法により、平均粒径５０ｎｍのアナターゼ型酸化チタンとアルカリシリケートとの混合液を塗布した後に乾燥・硬化させて、膜厚０．５μｍの光触媒層を形成した。

比較例１：無釉タイル焼成体の表面に、フローコート法により、平均粒径５０ｎｍのアナターゼ型酸化チタンとアルカリシリケートとの混合液を塗布した後に乾燥・硬化させて、膜厚０．５μｍの光触媒層を形成した。

＜評価＞
得られた試料について、砂とセラミックスとを混合した水中下で鉄球をタイルに擦る試験を５０００回繰り返した。
摩耗後の試料について１０Ｗ／ｍ^２のＢＬＢによる光触媒酸化還元活性を調べた。光触媒酸化還元活性は、試料表面に硝酸銀を塗布し１０分経過後の色差Ｅを求め、光触媒を塗布しない試料に硝酸銀を塗布し１０分経過後の色差Ｅ０との差ΔＥで評価した。
その結果、上記実施例１ではΔＥが１．５となり光触媒酸化還元活性が確認できたが、比較例１ではΔＥが０で光触媒光触媒酸化還元活性は得られなかった。

Claims (3)

1. 磁器質またはせっ器質の無釉タイル焼成素地と、
   前記焼成素地上に固定された光触媒層とを備えた光触媒タイルであって、
   前記焼成素地における前記光触媒層が固定されている側の表面近傍には光触媒粒子が含浸固定されていることを特徴とする光触媒タイル。
2. 前記焼成素地表面の吸水率は３％以下であることを特徴とする請求項１に記載の光触媒タイル。
3. タイル生成形体表面に光触媒粒子を含浸させた後に、前記表面の吸水率が３％以下になる温度で焼成し、その後に、前記光触媒粒子を含浸させた表面側に光触媒層を形成することを特徴とする光触媒タイルの製造方法。