JP4018882B2 - 光触媒機能をもつ樹脂成形物及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光触媒機能をもつ樹脂成形物及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光触媒は、紫外線を照射することにより有機物を分解したり、超親水性等の機能を発現する、光触媒機能を有する物質である。抗菌、脱臭、防汚等の効果を奏するので、種々の分野で利用されつつある。光触媒としては、アナターゼ型二酸化チタン等が知られている。このような光触媒の粒子を合成樹脂基材中に配合して成形し、得られる成形物に光触媒機能をもたせることが試みられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような、合成樹脂基材中に光触媒粒子を配合して成形して得られた成形物では、基材内部に位置する光触媒粒子は、光触媒として期待される機能に対して何ら寄与せず、合成樹脂基材の表面に光触媒粒子が現れていないとその機能を発揮することができないという問題があった。
そこで、基材の表面に光触媒粒子を位置させるべく、光触媒をコーティングする方法が採用されているが、この方法による場合、基材の成形工程の他に、コーティング工程が別工程として必要となるため、工程数が増え、製品のコストも高くならざるを得ないという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、煩雑な工程を要することなく低廉なコストで製造することができ、かつ優れた光触媒機能をもつ樹脂成形物及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、熱可塑性又は熱硬化性樹脂からなる成形物の全量に対し、粒径が０．１〜１０ｎｍの光触媒１〜５重量％及びブリードアウト剤１〜２０重量％を添加し、成形してなる、光触媒機能をもつ樹脂成形物である。樹脂成形物は、光触媒粒子の大半が成形物の表面に突出しているか、成形物の表面近傍に集められているものが好ましく、この樹脂成形物は、光触媒粒子の大半が成形物の深奥に埋没しているものと区別される。
また、本発明は、熱可塑性又は熱硬化性樹脂からなる成形物の全量に対し、粒径が０．１〜１０ｎｍの光触媒１〜５重量％及びブリードアウト剤１〜２０重量％の両者を予め均一となるように混合した上、添加し、成形してなる、光触媒機能をもつ樹脂成形物の製造方法である。
前記ブリードアウト剤はその融点が成形物の成形温度範囲内にあるものとするのがよい。
前記ブリードアウト剤としては脂肪酸の金属塩が好ましく用いられる。
前記ブリードアウト剤は、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸鉛、ステアリン酸スズ、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、及びステアリン酸バリウムの中から選ばれた１種又は複数種であるのが好ましい。
成形物はＳＭＣにより得られた成形品であるのが好ましい適用例として挙げられる。
【０００６】
本発明に用いられるブリードアウト剤は、樹脂成形物の成形過程において溶融し、樹脂内を浸透し表面に浮き上がってくる性質をもつものである。このブリードアウト剤の流動性を利用して、添加される光触媒粒子をもブリードアウトさせることによって、成形過程において光触媒粒子を成形物の表面近傍に集めることができる。これにより、比較的少ない光触媒の添加量でも、光触媒の機能を有効に発揮することができ、低廉なコストで優れた光触媒機能をもつ樹脂成形物を製造することができる。ブリードアウト剤は溶出してしまうか、光を当てるだけで光触媒によって分解されてしまうので、成形物には残らない。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明において、成形物のベースとなる合成樹脂は、特に限定されるものではなく、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂いずれを用いてもよい。
熱可塑性樹脂としては、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン・ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ポリスチレン、ポリエステル、アクリル樹脂、ポリカーボネート、フッ素樹脂、ポリアミド、メタクリル樹脂、ポリイミド、等が挙げられる。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、ケイ素樹脂等が挙げられる。
材料として用いられる合成樹脂の形態は、粉体、ペレット、液体が適しているが、特に限定されるものではない。
【０００８】
本発明に用いられる光触媒は、特に限定されるものではい。アナターゼ型二酸化チタンが好適に用いられる他、ルチル型二酸化チタン、ブルックライト型二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化鉛、酸化第二鉄、三酸化二ビスマス、三酸化タングステン、チタン酸ストロンチウム等を用いることができる。これらの複数種を適宜混合して用いてもよい。光触媒粒子の粒径は、特に限定されるものではないが、０．１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲が適している。これより粒径が小さいとブリードアウトする際に樹脂の外に流れ出てしまい、逆にこれより粒径が大きいと樹脂内で粒子の流動が悪く、効率よく表面に集まらない。
【０００９】
光触媒の添加量は、成形物の全量に対し１〜５重量％、好ましくは１．５〜３％である。添加量が少ないと、仮に混合したすべての光触媒粒子が表面に突出しても有機物を分解するのに有効な被表面積には足りずに、期待しているほどの光触媒の効果が得られない。逆に添加量が多すぎると、ブリードアウトする際に粒子同士の衝突や干渉等によって表面に浮き出難くなってしまうので、上記の範囲が好ましい。
【００１０】
ブリードアウト剤としては脂肪酸の金属塩が好ましく用いられる。例えば、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸鉛、ステアリン酸スズ、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、及びステアリン酸バリウムの中から選ばれた１種又は複数種が挙げられる。
【００１１】
ブリードアウト剤の添加量は、成形物の全量に対し１〜２０重量％、より好ましくは３〜１０重量％である。量が少ないと、光触媒粒子を流動させるに十分な量とはならず、逆に多すぎると光触媒粒子の流動速度が速すぎて表面に留まらずに、液状化したブリードアウト剤とともに樹脂の外に流出してしまう。
【００１２】
（製造方法）熱可塑性又は熱硬化性樹脂からなる成形物の全量に対し、上記光触媒及びブリードアウト剤の両者を所定量予め均一となるように混合（混練）した上、添加し、成形することが好ましい。この場合、加熱溶融したあるいは熱硬化前のベースとなる合成樹脂に、上記予め均一となるように混合した光触媒及びブリードアウト剤を添加し、攪拌して均一に分散させ、型に入れる等して成形するのが、さらに好ましい。光触媒及びブリードアウト剤の混合を行う手段は、両者が均一となるようにできるものであればよい。例えば、ハンドミキサーやニーダー等の混練手段で簡単に行うことができる。
【００１３】
本発明は、型内での反応時間が長い熱硬化樹脂の成形（圧縮成形や注型等）に適しているが、これに限られるものではなく、前記のとおり、熱可塑性樹脂を用いた成形にも適用でき、射出成形、押出成形、シート成形等の各種成形手段を用いることができる。ＳＭＣ（シートモールディングコンパウンド）、ＢＭＣ（バルクモールディングコンパウンド）等が適しているが、特に限定されるものではない。
【００１４】
成形物の形態も、その目的や用途に応じて、シート、フィルムの他、棒状体、筒状体、箱状体、ボトル体、各種積層体等の成形物とすることができる。成形物は、建築用資材、農業用資材、その他各種産業用資材等に用いることができる。成形物はＳＭＣにより得られたＦＲＰタンク、ＢＭＣにより得られたウォッシュパン等の成形品としても好適である。
【００１５】
図１は、成形して得られた本発明の成形物（シート）を模式的に示す断面図である。成形過程において、光触媒粒子２は、ブリードアウト剤によって樹脂１の深奥部に埋没せずに、成形物の表面近傍に集められ、分散している。このため、光触媒の活性が高められる。
【００１６】
【実施例】
＜実施例１＞
ブリードアウト剤としてステアリン酸亜鉛０．５重量％、光触媒としてアナターゼ型二酸化チタン（平均粒子径６ｎｍ、大平化学産業社製）６重量％となるように両者を予め均一に混合し、これをウレタン樹脂等の熱可塑性樹脂及び炭酸カルシウム等の充填材からなる混合物に混合し攪拌しておく。これをガラス繊維に含浸させて半硬化状のＳＭＣを得た。該ＳＭＣをプレス金型内に載置し、次いで型締めした後、加熱、加圧して、ＳＭＣ成形シートを得た。
【００１７】
＜比較例１＞
ステアリン酸亜鉛を添加しない点を除き、実施例１と同様の方法により、ＳＭＣ成形シートを得た。
【００１８】
これらの成形品の表面に、有機物として０．１ｍｏｌ／リットル濃度のメチレンブルーを滴下し、上方から１ｍＷ／ｃｍ2 ・ｓｅｃ、３６５ｎｍの紫外線を照射した。メチレンブルーの分解活性について、真空理工製ＰＣＣ−１にて３６５ｎｍの吸光度の減少を測定し、量子効率を求め、分解速度を算出した。
【００１９】
実施例１及び比較例１の分解活性の各結果を図１に示す。図１において、縦軸は分解活性（％／ｍｉｎ-1）、紫外線照射時間（分）を示す。ステアリン酸亜鉛を添加しない比較例１でもわずかに分解活性は有し、成形品の表面にいくらか二酸化チタンが表れていたが、実施例１のものの方が、分解活性がはるかに高く、より多くの光触媒粒子のアナターゼ型二酸化チタンが表面近傍に多く分散して露出しているのが認められた。
【００２０】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記説明したものに限定されず、本発明の要旨の範囲で適宜変更、付加等して実施し得るものである。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、成形過程において光触媒粒子を成形物の表面近傍に集めることができる。そのため、比較的少ない光触媒の添加量で、光触媒の機能を有効に発揮することができ、煩雑な工程を要することなく低廉なコストで優れた光触媒機能をもつ樹脂成形物が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成形物を模式的に示す断面図である。
【図２】実施例及び比較例の光触媒活性の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 合成樹脂
２ 光触媒粒子
【発明の属する技術分野】
本発明は、光触媒機能をもつ樹脂成形物及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光触媒は、紫外線を照射することにより有機物を分解したり、超親水性等の機能を発現する、光触媒機能を有する物質である。抗菌、脱臭、防汚等の効果を奏するので、種々の分野で利用されつつある。光触媒としては、アナターゼ型二酸化チタン等が知られている。このような光触媒の粒子を合成樹脂基材中に配合して成形し、得られる成形物に光触媒機能をもたせることが試みられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような、合成樹脂基材中に光触媒粒子を配合して成形して得られた成形物では、基材内部に位置する光触媒粒子は、光触媒として期待される機能に対して何ら寄与せず、合成樹脂基材の表面に光触媒粒子が現れていないとその機能を発揮することができないという問題があった。
そこで、基材の表面に光触媒粒子を位置させるべく、光触媒をコーティングする方法が採用されているが、この方法による場合、基材の成形工程の他に、コーティング工程が別工程として必要となるため、工程数が増え、製品のコストも高くならざるを得ないという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、煩雑な工程を要することなく低廉なコストで製造することができ、かつ優れた光触媒機能をもつ樹脂成形物及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、熱可塑性又は熱硬化性樹脂からなる成形物の全量に対し、粒径が０．１〜１０ｎｍの光触媒１〜５重量％及びブリードアウト剤１〜２０重量％を添加し、成形してなる、光触媒機能をもつ樹脂成形物である。樹脂成形物は、光触媒粒子の大半が成形物の表面に突出しているか、成形物の表面近傍に集められているものが好ましく、この樹脂成形物は、光触媒粒子の大半が成形物の深奥に埋没しているものと区別される。
また、本発明は、熱可塑性又は熱硬化性樹脂からなる成形物の全量に対し、粒径が０．１〜１０ｎｍの光触媒１〜５重量％及びブリードアウト剤１〜２０重量％の両者を予め均一となるように混合した上、添加し、成形してなる、光触媒機能をもつ樹脂成形物の製造方法である。
前記ブリードアウト剤はその融点が成形物の成形温度範囲内にあるものとするのがよい。
前記ブリードアウト剤としては脂肪酸の金属塩が好ましく用いられる。
前記ブリードアウト剤は、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸鉛、ステアリン酸スズ、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、及びステアリン酸バリウムの中から選ばれた１種又は複数種であるのが好ましい。
成形物はＳＭＣにより得られた成形品であるのが好ましい適用例として挙げられる。
【０００６】
本発明に用いられるブリードアウト剤は、樹脂成形物の成形過程において溶融し、樹脂内を浸透し表面に浮き上がってくる性質をもつものである。このブリードアウト剤の流動性を利用して、添加される光触媒粒子をもブリードアウトさせることによって、成形過程において光触媒粒子を成形物の表面近傍に集めることができる。これにより、比較的少ない光触媒の添加量でも、光触媒の機能を有効に発揮することができ、低廉なコストで優れた光触媒機能をもつ樹脂成形物を製造することができる。ブリードアウト剤は溶出してしまうか、光を当てるだけで光触媒によって分解されてしまうので、成形物には残らない。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明において、成形物のベースとなる合成樹脂は、特に限定されるものではなく、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂いずれを用いてもよい。
熱可塑性樹脂としては、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン・ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ポリスチレン、ポリエステル、アクリル樹脂、ポリカーボネート、フッ素樹脂、ポリアミド、メタクリル樹脂、ポリイミド、等が挙げられる。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、ケイ素樹脂等が挙げられる。
材料として用いられる合成樹脂の形態は、粉体、ペレット、液体が適しているが、特に限定されるものではない。
【０００８】
本発明に用いられる光触媒は、特に限定されるものではい。アナターゼ型二酸化チタンが好適に用いられる他、ルチル型二酸化チタン、ブルックライト型二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化鉛、酸化第二鉄、三酸化二ビスマス、三酸化タングステン、チタン酸ストロンチウム等を用いることができる。これらの複数種を適宜混合して用いてもよい。光触媒粒子の粒径は、特に限定されるものではないが、０．１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲が適している。これより粒径が小さいとブリードアウトする際に樹脂の外に流れ出てしまい、逆にこれより粒径が大きいと樹脂内で粒子の流動が悪く、効率よく表面に集まらない。
【０００９】
光触媒の添加量は、成形物の全量に対し１〜５重量％、好ましくは１．５〜３％である。添加量が少ないと、仮に混合したすべての光触媒粒子が表面に突出しても有機物を分解するのに有効な被表面積には足りずに、期待しているほどの光触媒の効果が得られない。逆に添加量が多すぎると、ブリードアウトする際に粒子同士の衝突や干渉等によって表面に浮き出難くなってしまうので、上記の範囲が好ましい。
【００１０】
ブリードアウト剤としては脂肪酸の金属塩が好ましく用いられる。例えば、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸鉛、ステアリン酸スズ、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、及びステアリン酸バリウムの中から選ばれた１種又は複数種が挙げられる。
【００１１】
ブリードアウト剤の添加量は、成形物の全量に対し１〜２０重量％、より好ましくは３〜１０重量％である。量が少ないと、光触媒粒子を流動させるに十分な量とはならず、逆に多すぎると光触媒粒子の流動速度が速すぎて表面に留まらずに、液状化したブリードアウト剤とともに樹脂の外に流出してしまう。
【００１２】
（製造方法）熱可塑性又は熱硬化性樹脂からなる成形物の全量に対し、上記光触媒及びブリードアウト剤の両者を所定量予め均一となるように混合（混練）した上、添加し、成形することが好ましい。この場合、加熱溶融したあるいは熱硬化前のベースとなる合成樹脂に、上記予め均一となるように混合した光触媒及びブリードアウト剤を添加し、攪拌して均一に分散させ、型に入れる等して成形するのが、さらに好ましい。光触媒及びブリードアウト剤の混合を行う手段は、両者が均一となるようにできるものであればよい。例えば、ハンドミキサーやニーダー等の混練手段で簡単に行うことができる。
【００１３】
本発明は、型内での反応時間が長い熱硬化樹脂の成形（圧縮成形や注型等）に適しているが、これに限られるものではなく、前記のとおり、熱可塑性樹脂を用いた成形にも適用でき、射出成形、押出成形、シート成形等の各種成形手段を用いることができる。ＳＭＣ（シートモールディングコンパウンド）、ＢＭＣ（バルクモールディングコンパウンド）等が適しているが、特に限定されるものではない。
【００１４】
成形物の形態も、その目的や用途に応じて、シート、フィルムの他、棒状体、筒状体、箱状体、ボトル体、各種積層体等の成形物とすることができる。成形物は、建築用資材、農業用資材、その他各種産業用資材等に用いることができる。成形物はＳＭＣにより得られたＦＲＰタンク、ＢＭＣにより得られたウォッシュパン等の成形品としても好適である。
【００１５】
図１は、成形して得られた本発明の成形物（シート）を模式的に示す断面図である。成形過程において、光触媒粒子２は、ブリードアウト剤によって樹脂１の深奥部に埋没せずに、成形物の表面近傍に集められ、分散している。このため、光触媒の活性が高められる。
【００１６】
【実施例】
＜実施例１＞
ブリードアウト剤としてステアリン酸亜鉛０．５重量％、光触媒としてアナターゼ型二酸化チタン（平均粒子径６ｎｍ、大平化学産業社製）６重量％となるように両者を予め均一に混合し、これをウレタン樹脂等の熱可塑性樹脂及び炭酸カルシウム等の充填材からなる混合物に混合し攪拌しておく。これをガラス繊維に含浸させて半硬化状のＳＭＣを得た。該ＳＭＣをプレス金型内に載置し、次いで型締めした後、加熱、加圧して、ＳＭＣ成形シートを得た。
【００１７】
＜比較例１＞
ステアリン酸亜鉛を添加しない点を除き、実施例１と同様の方法により、ＳＭＣ成形シートを得た。
【００１８】
これらの成形品の表面に、有機物として０．１ｍｏｌ／リットル濃度のメチレンブルーを滴下し、上方から１ｍＷ／ｃｍ2 ・ｓｅｃ、３６５ｎｍの紫外線を照射した。メチレンブルーの分解活性について、真空理工製ＰＣＣ−１にて３６５ｎｍの吸光度の減少を測定し、量子効率を求め、分解速度を算出した。
【００１９】
実施例１及び比較例１の分解活性の各結果を図１に示す。図１において、縦軸は分解活性（％／ｍｉｎ-1）、紫外線照射時間（分）を示す。ステアリン酸亜鉛を添加しない比較例１でもわずかに分解活性は有し、成形品の表面にいくらか二酸化チタンが表れていたが、実施例１のものの方が、分解活性がはるかに高く、より多くの光触媒粒子のアナターゼ型二酸化チタンが表面近傍に多く分散して露出しているのが認められた。
【００２０】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記説明したものに限定されず、本発明の要旨の範囲で適宜変更、付加等して実施し得るものである。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、成形過程において光触媒粒子を成形物の表面近傍に集めることができる。そのため、比較的少ない光触媒の添加量で、光触媒の機能を有効に発揮することができ、煩雑な工程を要することなく低廉なコストで優れた光触媒機能をもつ樹脂成形物が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成形物を模式的に示す断面図である。
【図２】実施例及び比較例の光触媒活性の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 合成樹脂
２ 光触媒粒子
Claims (6)
- 熱可塑性又は熱硬化性樹脂からなる成形物の全量に対し、粒径が０．１〜１０ｎｍの光触媒１〜５重量％及びブリードアウト剤１〜２０重量％を添加し、成形してなる、光触媒機能をもつ樹脂成形物。
- 前記ブリードアウト剤はその融点が成形物の成形温度範囲内にある、請求項１に記載の光触媒機能をもつ樹脂成形物。
- 前記ブリードアウト剤は脂肪酸の金属塩である、請求項１または２に記載の光触媒機能をもつ樹脂成形物。
- 前記ブリードアウト剤は、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸鉛、ステアリン酸スズ、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、及びステアリン酸バリウムの中から選ばれた１種又は複数種である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光触媒機能をもつ樹脂成形物。
- 成形物はＳＭＣにより得られた成形品である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光触媒機能をもつ樹脂成形物。
- 熱可塑性又は熱硬化性樹脂からなる成形物の全量に対し、粒径が０．１〜１０ｎｍの光触媒１〜５重量％及びブリードアウト剤１〜２０重量％の両者を予め均一となるように混合した上、添加し、成形してなる、光触媒機能をもつ樹脂成形物の製造方法。
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