JP3465706B1 - 可視光活性を有するシリカ基光触媒繊維及びその製造方法 - Google Patents

可視光活性を有するシリカ基光触媒繊維及びその製造方法

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Abstract

【要約】 【課題】 可視光線の照射によって優れた光触媒活性を
有する高強度な無機繊維並びにその製造方法を提供す
る。 【解決手段】 主としてシリカ成分を主体とする酸化物
相（第１相）とチタニア相（第２相）との複合酸化物相
からなる繊維であって、さらに第２相がチタン以外の金
属元素を含み、かつ、繊維の表層に向かって第２相の存
在割合が傾斜的に増大していることを特徴とする可視光
活性を有するシリカ基光触媒繊維、及び主として一般式 【化１】 （但し、式中のＲは水素原子、低級アルキル基又はフェ
ニル基を示す。）で表される主鎖骨格を有する数平均分
子量が２００〜１０，０００のポリカルボシランを、有
機金属化合物で修飾した構造を有する変性ポリカルボシ
ラン、或いは変性ポリカルボシランと有機金属化合物と
の混合物を溶融紡糸し、不融化処理後、空気中又は酸素
中で焼成することを特徴とする前記シリカ基光触媒繊維
の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、優れた光触媒機能
を有する高強度な無機繊維並びにその製造方法に関す
る。詳しくは、可視光線の照射によって優れた光触媒活
性を示す無機繊維並びにその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】二酸化チタンに代表される半導体の光触
媒効果を利用し、各種環境汚染物質を分解、浄化する試
みが盛んに行われるようになってきた。これまで同触媒
機能を利用する際、チタニア結晶粒を基板上に固定化さ
せて用いられてきたが、接着方法に多くの問題が生じて
きたことから、近年では、固定化に伴う問題が発生しな
いチタニア繊維への感心が高まってきている。
【０００３】例えば、特開平５−１８４９２３号公報に
は、チタンアルコキシドとバナジウム化合物をアルコー
ルに溶解させ、加水分解させて調製したゾル状物を繊維
形状に成形した後ゲル化し、２００〜７００℃の範囲で
熱処理して、アナターゼ型チタニアと酸化バナジウムの
結晶からなる繊維を合成する方法が開示されている。前
記公報の実施例では、チタニアとバナジア以外に多くの
シリカ成分が含有された繊維が主として記載されてお
り、この繊維を用いた織物としての触媒活性も、シリカ
からなるＥガラスに同繊維を僅か２０％だけ混紡された
ものについてのみ示されているに過ぎない。
【０００４】従来からゾル−ゲル法により合成されるチ
タニア繊維は極めて脆弱であることが知られており、そ
の強度を向上させる研究として、例えば、「窯業協会
誌」第８６巻、第１５４７〜１５５１ページ（１９７７
年）には、シリカ成分を共存させることが述べられてい
る。上記、特開平５−１８４９２３号公報の実施例に記
載されている方法は、正にこの手法を採用しているのに
他ならない。また、特開平１１−５０３６号公報には、
ゾル−ゲル法による光触媒用シリカーチタニア繊維とそ
の製造方法について開示されているが、この場合の繊維
強度も０．１〜１．０GPaと極めて低いものであった。
【０００５】上記以外にも、チタニアの製造方法として
以下のような報告がなされている。例えば、Journal of
Material Science Letters 5 (1986) 402-404には、チ
タンアルコキシドのアルコール溶液中に塩酸を共存さ
せ、加水分解することにより得られるコロイド状物を紡
糸し、加湿雰囲気下での加熱後、空気中で昇温してゲル
状のチタニア繊維（アナターゼ）を合成する方法が記載
されている。また、The American Ceramic Society Bul
letin, May 1998, 61-65には、チタニアの微粒子に水を
加えて得たスラリーをビスコースと混合して調製された
粘性流体を繊維状に成形した後、高温の空気中で加熱焼
成してチタニア繊維を得る方法が報告されている。
【０００６】これらの繊維は、いずれもチタニアの１次
粒子の凝集過程を経て繊維化されることから、繊維内部
に大きな欠陥が残存しており、光触媒機能は認められた
としても極めて脆弱で、実用化には多くの問題点解決が
必要とされている。また、強度向上を目的としてシリカ
成分を共存させた系では、チタニアとシリカが混在した
状態で存在していることから、チタニア単独に比べて十
分な光触媒活性が得られるものではなく、これも実用化
を阻む大きな問題点となっている。また、光触媒繊維を
フィルターとして使用する場合、高速の気体流に長時間
曝されることから、繊維強度が高い方が望ましいことは
当然で、特に航空機エンジンや自動車エンジンから排出
されるガスへの適用も考えればこれまでの常識を超えた
高強度の光触媒機能或いは熱触媒機能を有する繊維の開
発が強く望まれている。
【０００７】一方、チタニアが光触媒機能を発現するた
めには、４００ｎｍ以下の紫外光の照射が不可欠となる
が、地表で得られる太陽光のスペクトル分布は、紫外線
領域（４００ｎｍ以下）が約５％、可視光領域（４００
〜７５０ｎｍ）が約４３％、赤外線領域（７５０ｎｍ以
上）が約５２％であるため、太陽光を効率的に利用する
ためには、可視光領域で光触媒機能を発現する光触媒が
望まれる。その方法として、例えば、特開平９−１９２
４９６号には、酸化チタンにＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｃｕ等の金属元素をドーピングする方法が開
示されている。この方法は、酸化チタン又はその前駆
体、例えば水酸化物、塩化物、硝酸塩等に前記ドーパン
ト又はその前駆体を添加して、乾燥、焼成して光触媒を
製造するものであるが、酸化チタン中にドーパントの金
属を均質かつ高分散に導入することが困難なため、十分
な可視光活性が得られないという問題があった。また、
特開平９−２６２４８２号には、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｆｅ
等の金属イオンを高エネルギーに加速して酸化チタンに
照射し、導入する方法が開示されている。この方法によ
れば、酸化チタンに金属イオンを均質かつ高分散に導入
することは可能であるが、大掛かりな製造装置が必要な
ため、製造コストがかかり、大量生産には不向きである
という問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記問題点
を解決し、可視光線の照射によって優れた光触媒活性を
有する高強度な無機繊維並びにその製造方法を提供する
ことを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、有機ケイ
素重合体からなる前駆体繊維を熱処理した後、高温の空
気中で焼成することにより緻密で高強度なシリカ繊維が
得られることを見出した。その後、同有機ケイ素重合体
中に、低分子量の有機金属化合物或いは低分子量有機ケ
イ素重合体との反応物が共存している場合、紡糸後の熱
処理過程において、上記有機金属化合物成分を含む低分
子量物が繊維表面に選択的に移行（ブリードアウト）
し、熱処理後の空気中焼成により、同低分子量物に由来
する酸化物層（目的とする触媒機能を有する酸化物層）
が繊維表面に効果的に生成していることを見出した。ま
た、この方法により得られた繊維は、極めて緻密で高強
度を有していることをも見出した。これは、有機ケイ素
重合体を出発原料としてシリカを生成させる過程では、
ケイ素−炭素結合がケイ素−酸素結合に変換される酸化
過程が含まれており、この過程では約１．３７倍の体積
増が見込まれる。この変化が６００℃以上の比較的低温
で達成されることから、焼成により緻密なシリカ基複合
繊維が効果的に得られ、上述のような高強度化が達成出
来たと考えられる。
【００１０】さらに、有機金属化合物として、チタンと
チタン以外の金属元素の化合物を用いた場合には、生成
する酸化物層は、チタニア相にチタン以外の金属が均質
かつ高分散に導入されたものとなり、その結果、得られ
る光触媒繊維は、優れた可視光活性を発揮することを見
出した。
【００１１】すなわち、本発明は、主としてシリカ成分
を主体とする酸化物相（第１相）とチタニア相（第２
相）との複合酸化物相からなる繊維であって、さらに第
２相がチタン以外の金属元素を含み、かつ、繊維の表層
に向かって第２相の存在割合が傾斜的に増大しているこ
とを特徴とするシリカ基光触媒繊維に関するものであ
る。
【００１２】本発明において、シリカ成分を主体とする
酸化物相（第１相）とは、非晶質であっても結晶質であ
っても良く、またシリカと固溶体或いは共融点化合物を
形成し得る金属元素或いは金属酸化物を含有していても
良い。シリカと固溶体を形成し得る金属元素（Ａ）ある
いはその酸化物がシリカと特定組成の化合物を形成し得
る金属元素（Ｂ）としては特に限定されるものではない
が、例えば（Ａ）としてチタン、また（Ｂ）としてアル
ミニウム、ジルコニウム、イットリウム、リチウム、ナ
トリウム、バリウム、カルシウム、ホウ素、亜鉛、ニッ
ケル、マンガン、マグネシウム、鉄等があげられる。
【００１３】この第１相は、本発明で得られる繊維の内
部相を形成しており、力学的特性を負担する重要な役割
を演じている。繊維全体に対する第１相の存在割合は９
８〜４０重量％であることが好ましく、目的とする第２
相の機能を十分に発現させ、なお且つ高い力学的特性を
も発現させるためには、第１相の存在割合を９５〜５０
重量％の範囲内に制御することが好ましい。
【００１４】一方、第２相を構成するチタニア相は、本
発明では目的とする光触媒機能を発現させる上で重要な
役割を演じるものであり、この繊維の表層部を構成する
第２相の存在割合は、２〜６０重量％が好ましく、その
機能を十分に発現させ、また高強度をも同時に発現させ
るには５〜５０重量％の範囲内に制御することが好まし
い。また、可視光活性を発現させるためには、第２相に
チタン以外の金属元素を含有させることが不可欠であ
る。このような金属元素としては、Ｆｅ、Ｗ、Ｂｉ、
Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ａｇ、Ｐ
ｄ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｃｅ及びＲｈから選ばれる少な
くとも一種が挙げられる。目的とする可視光活性を十分
に発現させるためには、第２相におけるチタン以外の金
属元素の割合が、第２相全体に対して、酸化物換算で５
〜４０重量％であることが好ましい。
【００１５】この第２相の存在割合、すなわち第２相の
構成成分の微細結晶粒子の存在割合は、繊維の表面に向
って傾斜的に増大しており、その組成の傾斜が明らかに
認められる領域の厚さは５〜５００ｎｍの範囲に制御す
ることが好ましいが、その傾斜領域は、繊維直径の約１
／３に及んでも良い。尚、本発明において、第１相及び
第２相の「存在割合」とは、第１相を構成する金属酸化
物と第２相を構成する金属酸化物全体、即ち繊維全体に
対する第１相の金属酸化物及び第２相の金属酸化物の重
量％を意味している。
【００１６】次に、本発明で得られる傾斜構造からなる
シリカ基光触媒繊維の製造方法について説明する。本発
明においては、主として一般式
【化２】 （但し、式中のＲは水素原子、低級アルキル基又はフェ
ニル基を示す。）で表される主鎖骨格を有する数平均分
子量が２００〜１０，０００のポリカルボシランを有機
チタン化合物及びチタン以外の金属元素を含む有機金属
化合物で修飾した構造を有する変性ポリカルボシラン、
或いは前記変性ポリカルボシランと有機チタン化合物及
びチタン以外の金属元素を含む有機金属化合物との混合
物を溶融紡糸し、不融化処理後、空気中又は酸素中で焼
成することにより、シリカ基光触媒繊維を製造すること
ができる。
【００１７】本発明の方法の第１工程は、シリカ基光触
媒繊維を製造するための出発原料として使用する数平均
分子量が１，０００〜５０，０００の変性ポリカルボシ
ランを製造する工程である。上記変性ポリカルボシラン
の基本的な製造方法は、特開昭５６−７４１２６号に極
めて類似しているが、本発明では、その中に記載されて
いる官能基の結合状態を注意深く制御する必要がある。
これについて以下に概説する。
【００１８】出発原料である変性ポリカルボシランは、
主として一般式 （但し、式中のＲは水素原子、低級アルキル基又はフェ
ニル基を示す。）で表される主査骨格を有する数平均分
子量が２００〜１０，０００のポリカルボシランと、一
般式、Ｍ(ＯＲ’)n或いはＭＲ”m（Ｍはチタン又はチタ
ン以外の金属元素、Ｒ’は炭素原子数１〜２０個を有す
るアルキル基またはフェニル基、Ｒ”はアセチルアセト
ナート、ｍとｎは１より大きい整数）を基本構造とする
有機チタン化合物及びチタン以外の金属元素を含む有機
金属化合物（以下、両者をまとめて有機金属化合物とい
う）とから誘導されるものである。
【００１９】ここで、本発明の傾斜組成を有する繊維を
製造するには、上記有機金属化合物の一部のみがポリカ
ルボシランと結合を形成する緩慢な反応条件を選択する
必要がある。その為には２８０℃以下、好ましくは２５
０℃以下の温度で不活性ガス中で反応させる必要があ
る。この反応条件では、上記有機金属化合物はポリカル
ボシランと反応したとしても、１官能性重合体として結
合（即ちペンダント状に結合）しており、大幅な分子量
の増大は起こらない。この有機金属化合物が一部結合し
た変性ポリカルボシランは、ポリカルボシランと有機金
属化合物の相溶性を向上させる上で重要な役割を演じ
る。
【００２０】尚、２官能以上の多くの官能基が結合した
場合は、ポリカルボシランの橋掛け構造が形成されると
共に顕著な分子量の増大が認められる。この場合は、反
応中に急激な発熱と溶融粘度の上昇が起こる。一方、上
記１官能しか反応せず未反応の有機金属化合物が残存し
ている場合は、逆に溶融粘度の低下が観察される。
【００２１】本発明では、未反応の有機金属化合物を意
図的に残存させる条件を選択することが望ましい。本発
明では、主として上記変性ポリカルボシランと未反応状
態の有機金属化合物或いは２〜３量体程度の有機金属化
合物が共存したものを出発原料として用いるが、変性ポ
リカルボシランのみでも、極めて低分子量の変性ポリカ
ルボシラン成分が含まれる場合は、同様に本発明の出発
原料として使用できる。
【００２２】本発明の方法の第２工程においては、前記
第１工程で得られた変性ポリカルボシラン、或いは変性
ポリカルボシランと低分子量の有機金属化合物の混合物
を溶融させて紡糸原液を造り、場合によってはこれをろ
過してミクロゲル、不純物等の紡糸に際して有害となる
物質を除去し、これを通常用いられる合成繊維紡糸用装
置により紡糸する。紡糸する際の紡糸原液の温度は原料
の変性ポリカルボシランの軟化温度によって異なるが、
５０〜２００℃の温度範囲が有利である。上記紡糸装置
において、必要に応じてノズル下部に加湿加熱筒を設け
ても良い。尚、繊維径は、ノズルからの吐出量と紡糸機
下部に設置された高速巻き取り装置の巻き取り速度を変
えることにより調整される。また、メルトブロー法ある
いはスパンボンド法により、ノズルから吐出した繊維を
巻き取らずに直接フェルト形状に成型してもよい。
【００２３】本発明の方法第２工程は、前記溶融紡糸の
他に、前記第１工程で得られた変性ポリカルボシラン、
或いは変性ポリカルボシランと低分子量の有機金属化合
物の混合物を、例えばベンゼン、トルエン、キシレンあ
るいはその他該変性ポリカルボシランと低分子量有機金
属化合物を溶融することのできる溶媒に溶解させ、紡糸
原液を造り、場合によってはこれをろ過してマクロゲ
ル、不純物等紡糸に際して有害な物質を除去した後、前
記紡糸原液を通常用いられる合成繊維紡糸装置により乾
式紡糸法により紡糸し、巻き取り速度を制御して目的と
する繊維を得ることができる。
【００２４】これらの紡糸工程において、必用ならば、
紡糸装置に紡糸筒を取り付け、その筒内の雰囲気を前記
溶媒のうち少なくとも１つの気体との混合雰囲気とする
か、或いは空気、不活性ガス、熱空気、熱不活性ガス、
スチーム、アンモニアガス、炭化水素ガス、有機ケイ素
化合物ガスの雰囲気とすることにより、紡糸筒中の繊維
の固化を制御することができる。
【００２５】次に本発明の方法の第３工程においては、
前記紡糸繊維を酸化雰囲気中で、張力または無張力の作
用の下で予備加熱を行い、前記紡糸繊維の不融化を行
う。この工程は、後工程の焼成の際に繊維が溶融せず、
且つ隣接繊維と接着しないことを目的として行うもので
ある。処理温度並びに処理時間は、組成により異なり、
特に規定しないが、一般に５０〜４００℃の範囲内で、
数時間〜３０時間の処理上条件が選択される。また、上
記酸化雰囲気中には、水分、窒素酸化物、オゾン等、紡
糸繊維の酸化力を高めるものが含まれていても良く、酸
素分圧を意図的に変えても良い。
【００２６】ところで、原料中に含まれる低分子量物の
割合によっては、紡糸繊維の軟化温度が５０℃を下回る
場合もあり、その場合は、あらかじめ上記処理温度より
も低い温度で、繊維表面の酸化を促進する処理を施す場
合もある。尚、同第３工程並びに第２工程の際に、原料
中に含まれている低分子量化合物の繊維表面へのブリー
ドアウトが進行し、目的とする傾斜組成の下地が形成さ
れるものと考えている。
【００２７】次に本発明の方法の第４工程においては、
前記不融化した繊維を、張力または無張力下で、５００
〜１８００℃の温度範囲で酸化雰囲気中において焼成
し、目的とする、シリカ成分を主体とする酸化物相（第
１相）とチタニア相（第２相）との複合酸化物相からな
り、さらに第２相がチタン以外の金属元素を含み、か
つ、表層に向かって第２相の存在割合が傾斜的に増大す
るシリカ基光触媒繊維を得る。この工程において、不融
化繊維中に含まれる有機物成分は基本的には酸化される
が、選択する条件によっては、炭素や炭化物として繊維
中に残存する場合もある。このような状態でも、目的と
する機能に支障を来さない場合はそのまま使用される
が、支障を来す場合は、更なる酸化処理が施される。そ
の際、目的とする傾斜組成並びに結晶構造に問題が生じ
ない温度、処理時間が選択されなければならない。
【００２８】本発明により、目的とする傾斜組成からな
る酸化物繊維の生成過程を、図１に模式的に示す。
【００２９】
【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。 参考例１ ５リットルの三口フラスコに無水トルエン２．５リット
ルと金属ナトリウム４００ｇとを入れ窒素ガス気流下で
トルエンの沸点まで加熱し、ジメチルジクロロシラン１
リットルを１時間かけて滴下した。滴下終了後、１０時
間加熱還流し沈殿物を生成させた。この沈殿をろ過し、
まずメタノールで洗浄した後、水で洗浄して、白色粉末
のポリジメチルシラン４２０ｇを得た。ポリジメチルシ
ラン２５０ｇを水冷還流器を備えた三口フラスコ中に仕
込み、窒素気流下、４２０℃で３０時間加熱反応させて
数平均分子量が１２００のポリカルボシランを得た。
【００３０】実施例１ 参考例１の方法により合成されたポリカルボシラン５０
ｇにトルエン１００ｇとテトラブトキシチタン５０ｇ、
さらに鉄（III）アセチルアセトナート５ｇを加え、１
００℃で１時間予備加熱させた後、１５０℃までゆっく
り昇温してトルエンを留去させてそのまま５時間反応さ
せ、更に２５０℃まで昇温して５時間反応して変性ポリ
カルボシランを合成した。この変性ポリカルボシランに
意図的に低分子量の有機金属化合物を共存させる目的で
５ｇのテトラブトキシチタンを加えて、変性ポリカルボ
シランと低分子量有機金属化合物の混合物を得た。
【００３１】この変性ポリカルボシランと低分子量有機
金属化合物の混合物をトルエンに溶解させたのちガラス
製の紡糸装置に仕込み、内部を十分に窒素置換してから
昇温してトルエンを留去させて、１８０℃で溶融紡糸を
行った。紡糸繊維を、空気中、段階的に１５０℃まで加
熱し不融化させた後、１２００℃の空気中で１時間焼成
を行い、シリカ基光触媒繊維を得た。
【００３２】得られた繊維（平均直径：１３μｍ）つい
て、蛍光Ｘ線分析により各元素の含有割合を分析したと
ころ、酸化物換算で、シリカが８０重量％、チタニアが
１７重量％、酸化鉄が３重量％であった。また、ＥＰＭ
Ａによる構成原子の分布状態を調べたところ、最外周部
から１μｍの領域でＴｉ／Ｓｉ（モル比）＝０．８７、
最外周から３〜４μｍの領域でＴｉ／Ｓｉ（モル比）＝
０．１５、中心部でＴｉ／Ｓｉ（モル比）＝０．０４
と、表面に向ってチタンが増大する傾斜組成になってい
ることを確認した。同様に、最外周部から１μｍの領域
でＦｅ／Ｓｉ（モル比）＝０．０８、最外周から３〜４
μｍの領域でＦｅ／Ｓｉ（モル比）＝０．０２、中心部
でＦｅ／Ｓｉ（モル比）＝０．０１と、表面に向って鉄
が増大する傾斜組成になっていることを確認した。同繊
維の引張り強度は１．７ＧＰａで、従来知られているゾ
ルゲル法により得られたアナターゼ型チタニア／シリカ
繊維に比べて極めて高強度を示すものであった。また、
得られた繊維ついて吸収スペクトルを測定した結果を図
２に示す。この繊維０．２ｇを直径６０ｍｍのシャーレ
―に入れ、この中に１ミリリットル当たり１００万個の
大腸菌を含む水２０ミリリットルを入れた。このシャー
レーの上から波長４２０ｎｍ以下をカットするフィルタ
ーを付けたキセノンランプを２４時間照射した。照射
後、シャーレーから菌液を採取し、寒天培地で培養し、
残存大腸菌数を調べた結果、残存大腸菌数は０であり、
可視光照射下での光触媒活性が認められた。
【００３３】実施例２ 参考例１の方法により合成されたポリカルボシラン５０
ｇにトルエン１００ｇとテトラブトキシチタン５０ｇ、
さらにタングステンエトキシド３ｇを加え、１００℃で
１時間予備加熱させた後、１５０℃までゆっくり昇温し
てトルエンを留去させてそのまま５時間反応させ、更に
２５０℃まで昇温して５時間反応して変性ポリカルボシ
ランを合成した。この変性ポリカルボシランに意図的に
低分子量の有機金属化合物を共存させる目的で５ｇのテ
トラブトキシチタンを加えて、変性ポリカルボシランと
低分子量有機金属化合物の混合物を得た。
【００３４】この変性ポリカルボシランと低分子量有機
金属化合物の混合物をトルエンに溶解させたのちガラス
製の紡糸装置に仕込み、内部を十分に窒素置換してから
昇温してトルエンを留去させて、１８０℃で溶融紡糸を
行った。紡糸繊維を、空気中、段階的に１５０℃まで加
熱し不融化させた後、１２００℃の空気中で１時間焼成
を行い、シリカ基光触媒繊維を得た。
【００３５】得られた繊維（平均直径：１３μｍ）つい
て、蛍光Ｘ線分析により各元素の含有割合を分析したと
ころ、酸化物換算で、シリカが８０重量％、チタニアが
１５重量％、酸化タングステンが５重量％であった。ま
た、ＥＰＭＡによる構成原子の分布状態を調べたとこ
ろ、最外周部から１μｍの領域でＴｉ／Ｓｉ（モル比）
＝０．８５、最外周から３〜４μｍの領域でＴｉ／Ｓｉ
（モル比）＝０．１３、中心部でＴｉ／Ｓｉ（モル比）
＝０．０４と、表面に向ってチタンが増大する傾斜組成
になっていることを確認した。同様に、最外周部から１
μｍの領域でＷ／Ｓｉ（モル比）＝０．０７、最外周か
ら３〜４μｍの領域でＷ／Ｓｉ（モル比）＝０．０２、
中心部でＷ／Ｓｉ（モル比）＝０．０１と、表面に向っ
てタングステンが増大する傾斜組成になっていることを
確認した。同繊維の引張り強度は１．６ＧＰａで、従来
しられているゾルゲル法により得られたアナターゼ型チ
タニア／シリカ繊維に比べて極めて高強度を示すもので
あった。この繊維０．２ｇを直径６０ｍｍのシャーレ―
に入れ、この中に１ミリリットル当たり１００万個の大
腸菌を含む水２０ミリリットルを入れた。このシャーレ
ーの上から波長４２０ｎｍ以下をカットするフィルター
を付けたキセノンランプを２４時間照射した。照射後、
シャーレーから菌液を採取し、寒天培地で培養し、残存
大腸菌数を調べた結果、残存大腸菌数は０であり、可視
光照射下での光触媒活性が認められた。
【００３６】比較例１ 参考例１の方法により合成されたポリカルボシラン５０
ｇにトルエン１００ｇとテトラブトキシチタン５０ｇを
加え、１００℃で１時間予備加熱させた後、１５０℃ま
でゆっくり昇温してトルエンを留去させてそのまま５時
間反応させ、更に２５０℃まで昇温して５時間反応して
変性ポリカルボシランを合成した。この変性ポリカルボ
シランに意図的に低分子量の有機金属化合物を共存させ
る目的で５ｇのテトラブトキシチタンを加えて、変性ポ
リカルボシランと低分子量有機金属化合物の混合物を得
た。
【００３７】この変性ポリカルボシランと低分子量有機
金属化合物の混合物をトルエンに溶解させたのちガラス
製の紡糸装置に仕込み、内部を十分に窒素置換してから
昇温してトルエンを留去させて、１８０℃で溶融紡糸を
行った。紡糸繊維を、空気中、段階的に１５０℃まで加
熱し不融化させた後、１２００℃の空気中で１時間焼成
を行いチタニア／シリカ繊維を得た。
【００３８】得られた繊維（平均直径：１３μｍ）つい
て、蛍光Ｘ線分析により各元素の含有割合を分析したと
ころ、酸化物換算で、シリカが８３重量％、チタニアが
１７重量％であった。また、ＥＰＭＡによる構成原子の
分布状態を調べたところ、最外周部から１μｍの領域で
Ｔｉ／Ｓｉ（モル比）＝０．８５、最外周から３〜４μ
ｍの領域でＴｉ／Ｓｉ（モル比）＝０．１３、中心部で
Ｔｉ／Ｓｉ（モル比）＝０．０４と、表面に向ってチタ
ンが増大する傾斜組成になっていることを確認した。同
繊維の引張り強度は１．８ＧＰａで、従来しられている
ゾルゲル法により得られたアナターゼ型チタニア／シリ
カ繊維に比べて極めて高強度を示すものであった。ま
た、得られた繊維ついて吸収スペクトルを測定した結果
を図２に示す。この繊維０．２ｇを直径６０ｍｍのシャ
ーレ―に入れ、この中に１ミリリットル当たり１００万
個の大腸菌を含む水２０ミリリットルを入れた。このシ
ャーレーの上から波長４２０ｎｍ以下をカットするフィ
ルターを付けたキセノンランプを２４時間照射した。照
射後、シャーレーから菌液を採取し、寒天培地で培養
し、残存大腸菌数を調べた結果、大腸菌数は１億個に増
殖しており、可視光照射下での光触媒活性は認められな
かった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明における目的とする傾斜組成か
らなる酸化物繊維の生成過程を模式的に示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施例１及び比較例１で得ら
れた繊維ついての吸収スペクトルを測定した結果を示す
図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−269725（ＪＰ，Ａ) 特開2002−371436（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−299456（ＪＰ，Ａ) 特開2000−192336（ＪＰ，Ａ) 特開2000−176246（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−947（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) D01F 9/08 - 9/10 C03C 13/02 B01J 21/00 - 38/74

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】主としてシリカ成分を主体とする酸化物相
    （第１相）とチタニア相（第２相）との複合酸化物相か
    らなる繊維であって、さらに第２相がチタン以外の金属
    元素を含み、かつ、繊維の表層に向かって第２相の存在
    割合が傾斜的に増大していることを特徴とする可視光活
    性を有するシリカ基光触媒繊維。
  2. 【請求項２】繊維全体に対する第１相の存在割合が９８
    〜４０重量％、第２相の存在割合が２〜６０重量％であ
    る請求項１に記載のシリカ基光触媒繊維。
  3. 【請求項３】第２相におけるチタン以外の金属元素の割
    合が、第２相全体に対して、酸化物換算で５〜４０重量
    ％である請求項２に記載のシリカ基光触媒繊維。
  4. 【請求項４】第２相のチタン以外の金属元素が、Ｆｅ、
    Ｗ、Ｂｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、
    Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｃｅ及びＲｈから選ば
    れる少なくとも一種である請求項１に記載のシリカ基光
    触媒繊維。
  5. 【請求項５】主として一般式 【化１】 （但し、式中のＲは水素原子、低級アルキル基又はフェ
    ニル基を示す。）で表される主鎖骨格を有する数平均分
    子量が２００〜１０，０００のポリカルボシランを有機
    チタン化合物及びチタン以外の金属元素を含む有機金属
    化合物で修飾した構造を有する変性ポリカルボシラン、
    或いは前記変性ポリカルボシランと有機チタン化合物及
    びチタン以外の金属元素を含む有機金属化合物との混合
    物を溶融紡糸し、不融化処理後、空気中又は酸素中で焼
    成することを特徴とする請求項１に記載のシリカ基光触
    媒繊維の製造方法。
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