JP2014521508A - 担持され且つ分散されているTiO2粒子を含む添加剤を調製する方法 - Google Patents
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- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
- C04B2111/2038—Resistance against physical degradation
- C04B2111/2069—Self cleaning materials, e.g. using lotus effect
Abstract
Description
本発明は、疑似層状フィロケイ酸塩上に担持され且つ分散されているTiO2粒子を含む添加剤を調製する方法、およびこの添加剤の光触媒添加剤としての使用に関する。したがって、本発明は触媒作用の分野に属し得る。
1972年にFujishimaおよびHondaが光化学電池のTiO2陰極における水分解の現象を紹介して以来(Nature, 1972, 238(37), 37-38)、酸化的光触媒作用は大きなブームとなり、多数の研究者および企業が上記現象の応用を模索し始めた。1980年代および1990年代前半において、光触媒作用効果の応用として主に模索されたのは、廃水浄化、および化学工業において光触媒作用効果を不均一触媒作用(Chem. Rev., 1995, 95, 69-96)に使用することであった。特に過去10年間においては、環境汚染(Pure Appl. Chem., 2000, 72(7), 1265-1270)および臭気(Water Sci Technol., 2000, 44(9),127-133)を低減する材料の開発、自己洗浄特性を有する材料の開発(Lacer, 2000, 5, 157-168)および殺生物特性を有する材料の開発(Water Research, 2008, 42, 4591-4602)等、他の種類の応用に光触媒を使用することからなる、多大な研究努力が行われた。
本発明に記載の方法は、上述の問題を解決し、海泡石およびアタパルジャイト上にTiO2ナノ粒子を高濃度且つ均一に堆積させることを、350℃を超える温度で熱処理を行う工程を用いる必要なく、それゆえ粘土担体の改質およびその特性(特にレオロジー特性)の改変を回避しつつ、可能にする。
1)加水分解反応
−上記担体が実質的に海泡石であり、好ましくは上記海泡石がレオロジー等級の海泡石であり;
−上記担体の海泡石濃度が85重量%を超え;且つ
−上記担体の平均粒径が44μm未満である上記方法に関する。
−上記担体が実質的に海泡石であり、好ましくは上記海泡石がレオロジー等級の海泡石であり;
−上記担体の海泡石濃度が85重量%を超え;
−上記担体の平均粒径が44μm未満であり;且つ
−上記工程(iii)で分散させたTiO2粒子の平均粒径が100nm未満である上記方法に関する。
−上記担体がアタパルジャイトであり、好ましくは上記アタパルジャイトがレオロジー等級のアタパルジャイトであり;
−上記担体のアタパルジャイト濃度が85重量%を超え;且つ
−上記担体の平均粒径が44μm未満である上記方法に関する。
−上記担体がアタパルジャイトであり、好ましくは上記アタパルジャイトがレオロジー等級のアタパルジャイトであり;
−上記担体のアタパルジャイト濃度が85重量%を超え;
−上記担体の平均粒径が44μm未満であり:且つ
−上記工程(iii)で分散させたTiO2粒子の平均粒径が100nm未満である上記方法に関する。
−上記工程(iii)後、
(iv)上記TiO2粒子を付加した担体を分散液から固液分離し、当該TiO2粒子を付加した担体中の残留水を大気圧、低圧、または真空下で乾燥させて除去する工程をさらに含み;且つ
−上記担体が実質的に海泡石であり、好ましくは上記海泡石がレオロジー等級の海泡石である上記方法に関する。
−上記工程(iii)後、
(iv)上記TiO2粒子を付加した担体を分散液から固液分離し、当該TiO2粒子を付加した担体中の残留水を大気圧、低圧、または真空下で乾燥させて除去する工程をさらに含み;且つ
−上記担体が実質的にアタパルジャイトであり、好ましくは上記アタパルジャイトがレオロジー等級のアタパルジャイトである上記方法に関する。
−上記工程(iii)後、
(iv)上記TiO2粒子を付加した担体を分散液から固液分離し、当該TiO2粒子を付加した担体中の残留水を大気圧、低圧、または真空下で乾燥させて除去する工程をさらに含み;
−上記担体が実質的に海泡石であり、好ましくは上記海泡石がレオロジー等級の海泡石であり:
−上記担体の海泡石濃度が85重量%を超え;且つ
−上記担体の平均粒径が44μm未満である上記方法に関する。
−上記工程(iii)後、(iv)上記TiO2粒子を付加した担体を分散液から固液分離し、当該TiO2粒子を付加した担体中の残留水を大気圧、低圧、または真空下で乾燥させて除去する工程をさらに含み;
−上記担体が実質的にアタパルジャイトであり、好ましくは上記アタパルジャイトがレオロジー等級のアタパルジャイトであり;
−上記担体のアタパルジャイト濃度が85重量%を超え;且つ
−上記担体の平均粒径が44μm未満である上記方法に関する。
−上記工程(iii)後、
(iv)上記TiO2粒子を付加した担体を分散液から固液分離し、当該TiO2粒子を付加した担体中の残留水を大気圧、低圧、または真空下で乾燥させて除去する工程をさらに含み;
−上記担体が実質的に海泡石であり、好ましくは上記海泡石がレオロジー等級の海泡石であり;且つ
−上記添加剤を構成する上記TiO2粒子がアナターゼ相である上記方法に関する。
−上記工程(iii)後、
(iv)上記TiO2粒子を付加した担体を分散液から固液分離し、当該TiO2粒子を付加した担体中の残留水を大気圧、低圧、または真空下で乾燥させて除去する工程をさらに含み;
−上記担体が実質的にアタパルジャイトであり、好ましくは上記アタパルジャイトがレオロジー等級のアタパルジャイトであり;且つ
−上記添加剤を構成する上記TiO2粒子がアナターゼ相である上記方法に関する。
−上記工程(iii)後、
(iv)上記TiO2粒子を付加した担体を分散液から固液分離し、当該TiO2粒子を付加した担体中の残留水を大気圧、低圧、または真空下で乾燥させて除去する工程をさらに含み;
−上記担体が実質的に海泡石であり、好ましくは上記海泡石がレオロジー等級の海泡石であり;
−上記添加剤を構成する上記TiO2粒子がアナターゼ相であり;且つ
−水中における上記担体の分散濃度が2重量%〜15重量%となるよう調節されている上記方法に関する。
−上記工程(iii)後、
(iv)上記TiO2粒子を付加した担体を分散液から固液分離し、当該TiO2粒子を付加した担体中の残留水を大気圧、低圧、または真空下で乾燥させて除去する工程をさらに含み;
−上記担体が実質的にアタパルジャイトであり、好ましくは上記アタパルジャイトがレオロジー等級のアタパルジャイトであり;
−上記添加剤を構成する上記TiO2粒子がアナターゼ相であり;且つ
−水中における上記担体の分散濃度が2重量%〜15重量%となるよう調節されている上記方法に関する。
−上記工程(iii)後、
(iv)上記TiO2粒子を付加した担体を分散液から固液分離し、当該TiO2粒子を付加した担体中の残留水を大気圧、低圧、または真空下で乾燥させて除去する工程をさらに含み;
−上記担体が実質的に海泡石であり、好ましくは上記海泡石がレオロジー等級の海泡石であり;
−上記添加剤を構成する上記TiO2粒子がアナターゼ相であり;
−水中における上記担体の分散濃度が2重量%〜15重量%となるよう調節されており;且つ
−水中における上記担体の高剪断での分散が、周速度が10m/sより高速の機械撹拌機を用いて行われる上記方法に関する。
−上記工程(iii)後、
(iv)上記TiO2粒子を付加した担体を分散液から固液分離し、当該TiO2粒子を付加した担体中の残留水を大気圧、低圧、または真空下で乾燥させて除去する工程をさらに含み;
−上記担体が実質的にアタパルジャイトであり、好ましくは上記アタパルジャイトがレオロジー等級のアタパルジャイトであり;
−上記添加剤を構成する上記TiO2粒子がアナターゼ相であり;
−水中における上記担体の分散濃度が2重量%〜15重量%となるよう調節されており;且つ
−水中における上記担体の高剪断での分散が、周速度が10m/sより高速の機械撹拌機を用いて行われる上記方法に関する。
−上記工程(iii)後、
(iv)上記TiO2粒子を付加した担体を分散液から固液分離し、当該TiO2粒子を付加した担体中の残留水を大気圧、低圧、または真空下で乾燥させて除去する工程をさらに含み;
−上記担体が実質的に海泡石であり、好ましくは上記海泡石がレオロジー等級の海泡石であり;
−上記添加剤を構成する上記TiO2粒子がアナターゼ相であり;
−水中における上記担体の分散濃度が2重量%〜15重量%となるよう調節されており;
−水中における上記担体の高剪断での分散が、周速度が10m/sより高速の機械撹拌機を用いて行われ;
−上記担体が、上記海泡石の構造から5%〜25%のマグネシウムカチオンを浸出させる酸の添加によって活性化され;
−上記酸が、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、およびこれらの混合物から選択され;
−上記酸を添加した後に得られるpHが3以下であり;
−上記酸による処理が10℃〜100℃の温度で行われ;且つ
−上記酸による処理が10分間〜30分間行われる上記方法に関する。
−上記工程(iii)後、
(iv)上記TiO2粒子を付加した担体を分散液から固液分離し、当該TiO2粒子を付加した担体中の残留水を大気圧、低圧、または真空下で乾燥させて除去する工程をさらに含み;
−上記担体が実質的にアタパルジャイトであり、好ましくは上記アタパルジャイトがレオロジー等級のアタパルジャイトであり;
−上記添加剤を構成する上記TiO2粒子がアナターゼ相であり;
−水中における上記担体の分散濃度が2重量%〜15重量%となるよう調節されており;
−水中における上記担体の高剪断での分散が、周速度が10m/sより高速の機械撹拌機を用いて行われる;
−上記担体が、上記アタパルジャイトの構造から5%〜33%のマグネシウム/アルミニウムカチオンを浸出させる酸の添加によって活性化され;
−上記酸が、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、およびこれらの混合物から選択され;
−上記酸を添加した後に得られるpHが3以下であり;
−上記酸による処理が10℃〜100℃の温度で行われ;且つ
−上記酸による処理が10分間〜30分間行われる上記方法に関する。
−上記工程(iii)後、
(iv)上記TiO2粒子を付加した担体を分散液から固液分離し、当該TiO2粒子を付加した担体中の残留水を大気圧、低圧、または真空下で乾燥させて除去する工程をさらに含み;
−上記担体が実質的に海泡石であり、好ましくは上記海泡石がレオロジー等級の海泡石であり;
−上記添加剤を構成する上記TiO2粒子がアナターゼ相であり;
−水中における上記担体の分散濃度が2重量%〜15重量%となるよう調節されており;
−水中における上記担体の高剪断での分散が、周速度が10m/sより高速の機械撹拌機を用いて行われ;
−上記担体が、上記アタパルジャイトの構造から5%〜25%のマグネシウム/アルミニウムカチオンを浸出させる酸の添加によって活性化され;
−上記酸が、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、およびこれらの混合物から選択され;
−上記酸を添加した後に得られるpHが3以下であり;
−上記酸による処理が10℃〜100℃の温度で行われ;
−上記酸による処理が10分間〜30分間行われ;
−上記TiO2粒子が、酸で活性化させた上記担体の分散液に対して、乾燥粉末の形態において添加されるか、または水における分散液として添加され;
−上記TiO2粒子が水における分散液として添加される場合、当該水における分散液のTiO2粒子濃度が4重量%〜10重量%であり;
−酸で活性化させた上記担体の分散液に対する上記工程(iii)で添加したTiO2粒子の量が、上記添加剤のTiO2の重量濃度が15重量%〜50重量%となるよう調節され;
−酸で活性化させた上記担体の分散液および上記TiO2粒子が、高剪断条件で5分間〜20分間撹拌されて分散され;且つ
−高剪断での分散が、10m/s以上の周速度に到達可能な機械撹拌機を用いて行われる上記方法に関する。
−上記工程(iii)後、
(iv)上記TiO2粒子を付加した担体を分散液から固液分離し、当該TiO2粒子を付加した担体中の残留水を大気圧、低圧、または真空下で乾燥させて除去する工程をさらに含み;
−上記担体が実質的にアタパルジャイトであり、好ましくは上記アタパルジャイトがレオロジー等級のアタパルジャイトであり;
−上記添加剤を構成する上記TiO2粒子がアナターゼ相であり;
−水中における上記担体の分散濃度が2重量%〜15重量%となるよう調節されており;
−水中における上記担体の高剪断での分散が、周速度が10m/sより高速の機械撹拌機を用いて行われ;
−上記担体が、上記アタパルジャイトの構造から5%〜33%のマグネシウム/アルミニウムカチオンを浸出させる酸の添加によって活性化され;
−上記酸が、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、およびこれらの混合物から選択され;
−上記酸を添加した後に得られるpHが3以下であり;
−上記酸による処理が10℃〜100℃の温度で行われ;
−上記酸による処理が10分間〜30分間行われ;
−上記TiO2粒子が、酸で活性化させた上記担体の分散液に対して、乾燥粉末の形態において添加されるか、または水における分散液として添加され;
−上記TiO2粒子が水における分散液として添加される場合、当該水における分散液のTiO2粒子濃度は4重量%〜10重量%であり;
−酸で活性化させた上記担体の分散液に対する上記工程(iii)で添加したTiO2粒子の量が、上記添加剤のTiO2の重量濃度が15重量%〜50重量%となるよう調節され;
−酸で活性化させた上記担体の分散液および上記TiO2粒子が、高剪断条件で5分間〜20分間撹拌されて分散され;且つ
−高剪断での分散が、10m/s以上の周速度に到達可能な機械撹拌機を用いて行われる上記方法に関する。
−上記工程(iii)後、
(iv)上記TiO2粒子を付加した担体を分散液から固液分離し、当該TiO2粒子を付加した担体中の残留水を大気圧、低圧、または真空下で乾燥させて除去する工程をさらに含み;
−上記担体が実質的に海泡石であり、好ましくは上記海泡石がレオロジー等級の海泡石であり;
−上記添加剤を構成する上記TiO2粒子がアナターゼ相であり;
−水中における上記担体の分散濃度が2重量%〜15重量%となるよう調節されており;
−水中における上記担体の高剪断での分散が、周速度が10m/sより高速の機械撹拌機を用いて行われ;
−上記担体が、上記アタパルジャイトの構造から5%〜25%のマグネシウム/アルミニウムカチオンを浸出させる酸の添加によって活性化され;
−上記酸が、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、およびこれらの混合物から選択され;
−上記酸を添加した後に得られるpHが3以下であり;
−上記酸による処理が10℃〜100℃の温度で行われ;
−上記酸による処理が10分間〜30分間行われ;
−上記TiO2粒子が、酸で活性化させた上記担体の分散液に対して、乾燥粉末の形態において添加されるか、または水における分散液として添加され;
−上記TiO2粒子が水における分散液として添加される場合、当該水における分散液のTiO2粒子濃度が4重量%〜10重量%であり;
−酸で活性化させた上記担体の分散液に対する上記工程(iii)で添加したTiO2粒子の量が、上記添加剤のTiO2の重量濃度が15重量%〜50重量%となるよう調節され;
−酸で活性化させた上記担体の分散液および上記TiO2粒子が、高剪断条件で5分間〜20分間撹拌されて分散され;
−高剪断での分散が、10m/s以上の周速度に到達可能な機械撹拌機を用いて行われ;
−上記担体の平均粒径が44μm未満であり;且つ
−上記工程(iii)で分散させた上記TiO2粒子の平均粒径が100nm未満である上記方法に関する。
−上記工程(iii)後、
(iv)上記TiO2粒子を付加した担体を分散液から固液分離し、当該TiO2粒子を付加した担体中の残留水を大気圧、低圧、または真空下で乾燥させて除去する工程をさらに含み;
−上記担体が実質的にアタパルジャイトであり、好ましくは上記アタパルジャイトがレオロジー等級のアタパルジャイトであり;
−上記添加剤を構成する上記TiO2粒子がアナターゼ相であり;
−水中における上記担体の分散濃度が2重量%〜15重量%となるよう調節されており;
−水中における上記担体の高剪断での分散が、周速度が10m/sより高速の機械撹拌機を用いて行われ;
−上記担体が、上記アタパルジャイトの構造から5%〜33%のマグネシウム/アルミニウムカチオンを浸出させる酸の添加によって活性化され;
−上記酸が、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、およびこれらの混合物から選択され;
−上記酸を添加した後に得られるpHが3以下であり;
−上記酸による処理が10℃〜100℃の温度で行われ;
−上記酸による処理が10分間〜30分間行われ;
−上記TiO2粒子が、酸で活性化させた上記担体の分散液に対して、乾燥粉末の形態において添加されるか、または水における分散液として添加され;
−上記TiO2粒子が水における分散液として添加される場合、当該水における分散液のTiO2粒子濃度が4重量%〜10重量%であり;
−酸で活性化させた上記担体の分散液に対する上記工程(iii)で添加したTiO2粒子の量が、上記添加剤のTiO2の重量濃度が15重量%〜50重量%となるよう調節され;
−酸で活性化させた上記担体の分散液および上記TiO2粒子が、高剪断条件で5分間〜20分間撹拌されて分散され;
−高剪断での分散が、10m/s以上の周速度に到達可能な機械撹拌機を用いて行われ;
−上記担体の平均粒径が44μm未満であり;且つ
−上記工程(iii)で分散させた上記TiO2粒子の平均粒径が100nm未満である上記方法に関する。
本発明の目的は、TiO2粒子の有する高い表面活性の結果生ずる、当該TiO2粒子の主にナノメートル規模の凝集に関連する最新技術における問題を、光触媒活性を向上できる、簡便且つ産業レベルで容易に拡張可能なプロセスによって解決することを中心としている。
図1. ナノメーターサイズの酸化チタン粒子が、当該粒子の高い表面エネルギーによって凝集した様子の透過型電子顕微鏡像である。
(実施例1:海泡石でのTiO2ナノ粒子の分散)
本実施例では、平均サイズが21nmの、アナターゼ相の市販の酸化チタンナノ粒子を用いた。図1に、大きな凝集体の存在を示す、本実施例で用いられた市販のTiO2ナノ粒子の透過型電子顕微鏡像を示す。
特許EP0170299号に開示された方法によって得られる、商品名PANGELのレオロジー等級の海泡石を6%含有する水性分散液を、1,000rpmで回転する機械式ブレード撹拌機を10分間使用して調製する。その後、硫酸50%を添加することで酸性化させてpHを3とする。このように分散液を調整した後、さらに10分間撹拌して海泡石の表面を活性化させる。実施例1に示したように予め調製した市販のTiO2ナノ粒子を6%含有する水性分散液を分散液に添加して、TiO2/海泡石の最終的な割合を50/50とする。得られた懸濁液を、直径1.6〜2.4mmのジルコンボールを備えたGrindomix型ボールミルで勢いよく10分間混合することで、海泡石のクラスターを完全に除細動して、海泡石の露出した表面の酸中心に固定したTiO2ナノ粒子を全体的に分散させるのに十分な剪断力を得る。次に、生成物を濾過し、105℃で乾燥させて、最終的な湿度を10%とした。
本実施例では、実施例2に従って得られた、50%TiO2ナノ粒子を付加した海泡石生成物(海泡石/TiO2:50/50)のモルタル中での分散を、担持されていないTiO2ナノ粒子の分散と比較する。
実際のファサードで模擬実験をして、通常の大気条件で自己洗浄効果を視覚的に評価する定性的な方法が開発された。この方法は、規格ASTM G7−97に基づくものである。
1−強いピンクの着色。
2−中程度のピンク色調。
3−軽いピンク色調。
4−ほんのわずかなピンク着色が観察される。
5−着色は全く観察されない。
・全ての場合において、海泡石系の光触媒添加物は、光触媒添加物を含んでいない試料と比較して、自己洗浄が速い。
・光触媒添加物の割合が大きいほど、自己洗浄が速い。
・TiO2を33%含んでいる海泡石から構成される添加物では、TiO2を50%含んでいる海泡石よりも、自己洗浄が速い。
・特許WO2005035124号に従って海泡石上で直接的合成されるTiO2ナノ粒子を33%含んでいる海泡石から構成される生成物は、同じTiO2ナノ粒子含有量で且つ本発明に記載された方法に従って得られる光触媒添加物Gを用いて得られる生成物と比較して、自己洗浄活性が顕著に大きい。これらの結果によって、上記特許で提案される添加物の作用機序が確認される。海泡石中で合成されたTiO2ナノ粒子を含有する試料は、レオロジー特性を有しておらず、有機汚染物質の分解反応を増強する作用をする粘土構造に吸収された水分も含んでいないからである。これは、TiO2ナノ粒子が、特許出願WO2005035124号に開示されているように高温(700℃)で粘土を熱的処理して得られるからである。その上、表面でTiO2が合成された海泡石は、増白剤を添加しても、モルタルを顕著に黄色化する。
・同じTiO2含有量で、市販の担持されていないTiO2ナノ粒子を有する生成物Jでは、本発明で開示されている方法を経て海泡石に固定され担持されたTiO2を有する生成物GおよびHを用いて得られる生成物と比較して、自己洗浄活性が顕著に低い。これは、担持されていないTiO2ナノ粒子の場合の方が、モルタル中での分散がはるかに不均質であるという事実に起因する。
・マイクロメーターサイズのTiO2を添加することによって、試料中で観察される漂白効果が得られる。しかしながら、海泡石に担持されたナノメーターサイズのTiO2の場合は、増白剤として用いられるマイクロメーターサイズのTiO2を添加しても、自己洗浄効果が著しく改善されることはない。実際、試料が海泡石を含んでいない場合は、マイクロメーターサイズのTiO2の効果は自己洗浄活性についてのみ観察される。
・セメントに海泡石系の光触媒添加物を添加することに起因して、光触媒特性に干渉しない配合で高流動化剤を用いることが必要である。
光触媒材料の自己洗浄活性を、以下に詳細を示す試験によって定量化した。この試験は、有機着色剤溶液(具体的にはメチレンブルー)の最初の調製に基づいている。調べる表面にメチレンブルーを塗布する。次に、調製した試料に紫外光を照射(500W紫外光電球)し、上記表面が最初に得た青色の表面を喪失し最初の外観を回復する様子を調べる。写真を種々の時点で撮影し、これらの写真から、発生する光触媒現象に関連する表面の自己洗浄能を算出する。試験する材料を種々の時点で撮影した画像を分析するソフトウェアによって定量化を行い、これにより紫外光に露出した後の漂白の割合を算出する。上記ソフトウェアは、メチレンブルーによって染色されることなく基準モルタルが同じ色合いに到達した場合、100%漂白と定量化し、メチレンブルーによって直近で染色された基準標本を0%と定量化する。
・材料1「添加物を含んでいない従来のモルタル」では、240分間の照射の後、8%漂白される。
・材料2「海泡石系の自己洗浄性添加物を含んでいるモルタル」では、240分間後、21%漂白される。
本実施例で用いた方法は基本的に、既知の量のNOxを含んでいる空気流を、光触媒添加物を含んでいるモルタル標本を収容している気密性チャンバ内を通過させることから構成される。上記方法では、紫外線を照射する場合としない場合とにおけるNOxの濃度の発展を分析して、チャンバ中に導入された標本の光触媒効力を測定する。
・本発明に従って得られた、海泡石系の光触媒添加物を用いて調製したモルタルと市販のモルタル(TX Aria)との両方が、白色モルタルよりも、NOx汚染軽減能がはるかに大きい。
・モルタルに1.5%の割合で海泡石/TiO2:50/50が添加された試料は、より大きい割合のTiO2を含有するTX Ariaセメントを用いて調製した試料と同様の活性を有する。
・白色モルタルでは、酸化したNOxの割合が除去されたNOxよりもはるかに大きい。海泡石系の添加物およびTX Ariaに含まれる他の2つの試料では、除去されたNOxの量が酸化したNOxよりもはるかに大きい。
・NOx除去の光触媒活性は、試験を実施する湿度が増加するに従って減少する。
TiO2が担持された海泡石生成物の光触媒活性に対する疑似層状フィロケイ酸塩の酸活性化の効果を測定するために、実施例2に記載された生成物と同様に生成物を調製したが、海泡石の酸活性化段階は省略した。
この分析に用いた方法は、調製したモルタルに対して紫外線を照射して(5mW/cm2)、濃度既知のトルエンを含んでいる空気流にモルタルを晒す工程から基本的に構成される。異なる時間(0時間、2.5時間、5時間、および21時間)で空気流の試料を採取し、トルエン濃度をクロマトグラフィで分析して、トルエンの連続的な除去を測定した。トルエン濃度を測定するために用いた機器は、質量検出器を備えたガスクロマトグラフ(GC−MS)である。
・光触媒添加物を含有する試料は全て、添加物を含んでいないモルタルと比較してトルエン汚染軽減能がはるかに大きい。
・海泡石に担持されたTiO2系の添加物を含有するモルタルの試料は、同じTiO2含有量でモルタル母材中に直接的に分散するナノメーターサイズのTiO2を含んでいる市販のモルタルと比較して、活性が高い。
・海泡石系の添加物を含んでいるモルタルの試料は、トルエン汚染軽減能がTX Ariaセメントを用いて作られたモルタルと同様であるが、活性/TiO2の割合は、海泡石系の添加物の場合の方がより高く、海泡石に担持されたTiO2の方がより大きい効力を示す。
・担持されたTiO2を33%有する海泡石生成物は、(同じTiO2含有量で)担持されたTiO2を50%有する海泡石生成物と比較して、活性がわずかに低い。
・酸活性化処理によって得られた、表面に酸中心およびシラノール基をより多く生じさせるために処理した海泡石系の生成物は、酸によって活性化していない海泡石系の生成物と比較して、活性が著しく大きい。
光化学触媒作用は表面の現象であるので、コーティングを介してモルタルまたは他の材料の表面に海泡石に担持されたTiO2ナノ粒子を取り込む可能性もある。
・TiO2が担持された海泡石系の光触媒添加物を含有するゾル−ゲル溶液によって被覆されたモルタルの全てにおいて、光触媒添加物を含んでいないゾル−ゲルによって被覆されたモルタルと比較して、自己洗浄性が高い。
・ゾル−ゲル溶液における、TiO2を有する海泡石の量が多いほど、ゾル−ゲルコーティングで被覆されたモルタル中の有機着色剤の分解が早く発生する。
上述したように、本発明の光触媒添加物は、汚染軽減特性および自己洗浄特性を有するだけでなく、コンクリートの粘性を調製する特質を有する。
Claims (53)
- 担体上に担持され且つ分散されているTiO2粒子を含む添加剤を調製する方法であって、
(i)担体を水中に分散させる工程、
(ii)上記工程(i)の担体の酸活性化を行う工程、および
(iii)高剪断混合を行いながら上記工程(ii)の担体上にTiO2粒子を付加する工程を含む方法。 - 上記工程(iii)後、
(iv)上記TiO2粒子を付加した担体を分散液から固液分離し、当該TiO2粒子を付加した担体中の残留水を大気圧、低圧、または真空下で乾燥させて除去する工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 上記TiO2粒子を付加した担体を濾過によって固液分離する、好ましくは、加圧濾過器、加圧ベルト濾過器、真空ベルト濾過器、回転真空濾過器、およびNucha濾過器から選択される濾過装置を用いた濾過によって固液分離する、請求項2に記載の方法。
- 上記担体は疑似層状フィロケイ酸塩である、請求項1〜3の何れか1項に記載の方法。
- 上記担体は実質的に海泡石である、請求項4に記載の方法。
- 上記海泡石はレオロジー等級の海泡石である、請求項5に記載の方法。
- 上記担体は実質的にアタパルジャイトである、請求項4に記載の方法。
- 上記アタパルジャイトはレオロジー等級のアタパルジャイトである、請求項7に記載の方法。
- 上記添加剤を構成する上記TiO2粒子は、アナターゼ相、ルチル相、ブルッカイト相、またはこれらの混合物である、請求項1〜8の何れか1項に記載の方法。
- 上記添加剤を構成する上記TiO2粒子は、アナターゼ相である、請求項9に記載の方法。
- 水中における上記担体の分散濃度は、2重量%〜30重量%となるよう調節されている、請求項1〜10の何れか1項に記載の方法。
- 水中における上記担体の分散濃度は、2重量%〜15重量%となるよう調節されている、請求項11に記載の方法。
- 水中における上記担体の分散は、高剪断で行われる、請求項1〜12の何れか1項に記載の方法。
- 水中における上記担体の高剪断での分散は、周速度が10m/sより高速の機械撹拌機を用いて行われる、請求項13に記載の方法。
- 上記担体は、上記海泡石の構造から5%〜25%のマグネシウムカチオンを浸出させる酸の添加によって活性化される、請求項5または6に記載の方法。
- 上記担体は、上記アタパルジャイトの構造から5%〜33%のマグネシウム/アルミニウムカチオンを浸出させる酸の添加によって活性化される、請求項7または8に記載の方法。
- 上記酸は、有機酸または無機酸、好ましくはpKaが4未満の無機酸である、請求項15または16に記載の方法。
- 上記酸は、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、およびこれらの混合物から選択される、請求項17に記載の方法。
- 上記酸を添加した後に得られるpHは5未満である、請求項15〜18の何れか1項に記載の方法。
- 上記酸を添加した後に得られるpHは3以下である、請求項19に記載の方法。
- 上記酸による処理は350℃未満の温度で行われる、請求項15〜20の何れか1項に記載の方法。
- 上記酸による処理は10℃〜100℃の温度で行われる、請求項21に記載の方法。
- 上記酸による処理は5分間〜5時間行われる、請求項15〜22の何れか1項に記載の方法。
- 上記酸による処理は10分間〜30分間行われる、請求項23に記載の方法。
- 上記TiO2粒子は、酸で活性化させた上記担体の分散液に対して、乾燥粉末の形態において添加されるか、または水における分散液として添加される、請求項15〜24の何れか1項に記載の方法。
- 上記TiO2粒子が水における分散液として添加される場合、当該水における分散液のTiO2粒子濃度は2重量%〜30重量%である、請求項25に記載の方法。
- 上記TiO2粒子が水における分散液として添加される場合、当該水における分散液のTiO2粒子濃度は4重量%〜10重量%である、請求項26に記載の方法。
- 酸で活性化させた上記担体の分散液に対する上記工程(iii)で添加したTiO2粒子の量は、上記添加剤のTiO2の重量濃度が5重量%〜75重量%となるよう調節される、請求項1〜27の何れか1項に記載の方法。
- 酸で活性化させた上記担体の分散液に対する上記工程(iii)で添加したTiO2粒子の量は、上記添加剤のTiO2の重量濃度が15重量%〜50重量%となるよう調節される、請求項28に記載の方法。
- 酸で活性化させた上記担体の分散液および上記TiO2粒子は、高剪断条件で2分間〜60分間撹拌されて分散される、請求項28または29に記載の方法。
- 酸で活性化させた上記担体の分散液および上記TiO2粒子は、高剪断条件で5分間〜20分間撹拌されて分散される、請求項30に記載の方法。
- 高剪断での分散は、10m/s以上の周速度に到達可能な機械撹拌機を用いて行われる、請求項28〜31の何れか1項に記載の方法。
- 上記担体は、海泡石および/またはアタパルジャイトの濃度が50重量%を超える、請求項1〜32の何れか1項に記載の方法。
- 上記担体は、海泡石および/またはアタパルジャイトの濃度が85重量%を超える、請求項33に記載の方法。
- 上記担体は、平均粒径が150μm未満である、請求項1〜34の何れか1項に記載の方法。
- 上記担体は、平均粒径が44μm未満である、請求項35に記載の方法。
- 上記工程(iii)で分散させたTiO2粒子は、平均粒径が1μm未満である、請求項1〜36の何れか1項に記載の方法。
- 上記工程(iii)で分散させたTiO2粒子は、平均粒径が100nm未満である、請求項37に記載の方法。
- 請求項1〜38の何れか1項に記載の方法によって取得可能な、担体上に担持され且つ分散されているTiO2粒子を含む添加剤。
- 請求項39に記載の添加剤を含む組成物。
- セメントである、請求項40に記載の組成物。
- 上記添加剤を0.1重量%〜15重量%、好ましくは1.0重量%〜6重量%含む、請求項41に記載の組成物。
- モルタルまたはコンクリートである、請求項40に記載の組成物。
- 結合剤の重量に加えて上記添加剤を0.1重量%〜15重量%、好ましくは1.0重量%〜6重量%含む、請求項43に記載の組成物。
- 石灰モルタルまたは混合モルタルである、請求項40に記載の組成物。
- 結合剤の重量に加えて上記添加剤を0.1重量%〜15重量%、好ましくは1.0重量%〜6重量%含む、請求項45に記載の組成物。
- 石膏である、請求項40に記載の組成物。
- 結合剤の重量に加えて上記添加剤を0.1重量%〜15重量%、好ましくは1.0重量%〜6重量%含む、請求項47に記載の組成物。
- 好ましくは屋外での用途に使用される、塗料、コーティング層、乳剤層、または保護層である、請求項40に記載の組成物。
- 上記添加剤を0.1重量%〜10重量%、好ましくは0.5重量%〜4重量%含む、請求項49に記載の組成物。
- ゾル−ゲルコーティングである、請求項40に記載の組成物。
- 上記添加剤を0.1重量%〜15重量%、好ましくは1.0重量%〜6重量%含む、請求項51に記載の組成物。
- 空気および紫外線の存在下において、材料に対して自己洗浄特性、殺生物特性、脱臭特性、および/または汚染削減特性を付与するための請求項39に記載の添加剤の使用。
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