JP4465841B2 - 有害ガス処理シートとその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、光触媒によりガス中の窒素酸化物(NOX)や、アンモニア,硫化水素などの悪臭物質等々の有害成分を分解除去するための有害ガス処理シートとその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
大都市域では、自動車台数の増加や、渋滞等の交通事情の悪化などによって、環境基準を達成できない地域が数多く出現するようになっている。このようなことから、周辺地域の負荷を軽減するために、発生源対策以外にも、排出後のNOXを除去する方法に関して、様々な研究がなされている。
【0003】
また家庭やオフィスなどでは、たばこ臭、ペット臭、さらには建材から放出され化学物質過敏症の原因物質とされるホルムアルデヒドの問題があり、さらに焼却炉から発生する排ガス中の有害ガスが問題となっており、これら有害物質の効率的な除去が望まれている。
【0004】
上記窒素酸化物や悪臭物質等の有害成分の除去方法としては、活性炭、ゼオライト等による吸着法が知られている。この吸着法は悪臭物質等が吸着剤の飽和吸着量を超えると除去できなくなり、吸着剤の再生、交換作業が必要となる問題がある。
【0005】
このような作業の煩わしさを解消する方法として、最近、二酸化チタン(TiO2)、ZnO、Fe2O3、CdS、CdSe、SrTiO3等を主成分とする光触媒による分解方法が注目を浴びてきている。特に、二酸化チタン(TiO2)が注目されている。
【0006】
前記二酸化チタンは、約400nm以下の紫外光により励起されて、電子,正孔対を発生する。正孔は、二酸化チタン表面の水酸基(OH基)と反応しOHラジカルを発生し、電子は酸素(O2)と反応し、スーパーオキシドアニオン(O2 -)を発生させる。これらの活性酸素種は非常に強い酸化力を持ち、上記悪臭物質を分解、無害化する。このため二酸化チタン表面には悪臭物質等が蓄積せず、吸着剤の交換のような作業は必要なくなる。
【0007】
二酸化チタンは粉末であり、実用上はこれを光触媒活性を低下させることなく固定化して用いる必要がある。固定化手法としては、無機系塗料やコーティング剤に混合してプラスチックフィルム上に塗布する方法やPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)樹脂と混合・圧延してシート化する方法等が知られている。
【0008】
このPTFE樹脂でシート化する方法は、二酸化チタンの担持量を大きくすることができ、また多孔質の材料であるためシート内部の二酸化チタンも反応に寄与でき、光触媒活性が高い。上記シート化した光触媒あるいはプラスチックフィルム上にコーティング剤で二酸化チタンを担持した光触媒シートは、量産化にも好適であり、部品としての取り扱い性も良好である。従来、このような光触媒シートを、脱臭装置、排ガス処理装置、殺菌装置、酸化分解壁等を含む有害ガス除去装置に適用する場合には、有害ガス除去装置を構成する容器の壁や支持体に光触媒シートを貼りつけて使用している。
【0009】
ところで、光触媒による有害ガスの分解において、分解効率を決定する要因はいくつかあるが、有害ガス成分と光触媒をいかに効率よく接触させるかが、大きな要因の一つである。接触効率を上げるための手段として、従来、波状に成型したセラミックペーパに二酸化チタンを担持した材料を用いるもの(特開平3−94813号公報参照)やほうけい酸ガラスクロスに二酸化チタンを担持した網状の材料を用いるもの(特開平3−106420号公報参照)が知られている。これらのものにおいては、基材となる波板状または網状材料を水、アルコール等に二酸化チタン粒子を分散させたチタニアゾルに含浸して乾燥後、400〜700℃の熱処理をして二酸化チタンを担持させている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上記含浸により二酸化チタンを担持したものは、基材がどのような形状をしていてもチタニアゾルを含浸させさえすれば、二酸化チタンが担持され接触効率のよい材料となり得る。
【0011】
しかしながら、プラスチックフィルム上に二酸化チタンを担持させた材料、またはフッ素樹脂粉末と二酸化チタンを混合後、圧延してシート状に成形した前述のような光触媒シートを、接触効率向上のために波板状基材や網状基材と組み合わせて用いることは困難である。波板上に密着させて貼りつけるのには手間がかかりすぎるし、また、網状基材の場合には、網状基材の空孔部を覆ってしまうことになるからである。
【0012】
一方、前記基材を用いずに、例えば、PTFE樹脂と二酸化チタン粒子を用いた前記光触媒シートにおいて、光触媒シート自体の機械的強度を向上させ、量産性、部品としての取り扱い性を向上するためには、光触媒シートの厚さを適度に選定した上で、PTFEの溶融温度(320〜330℃)において焼成することが望ましいが、この場合には、二酸化チタン粒子を溶けたPTFE樹脂が被覆することとなるので、二酸化チタン粒子と有害ガスとの接触表面積が低下し、光触媒シートの酸化・分解性能の低下を招くこととなる。
【0013】
特開平10−44346号公報には、酸化チタン粒子を含有するフッソ樹脂(PTFE)層の片面に酸化チタンを含有しないフッソ樹脂(PTFE)層を形成することにより、機械的強度と接着力の向上を図った防汚フィルムが記載されているが、この場合にも、前記PTFE樹脂被覆による有害ガスとの接触表面積低下の問題は解消できない。
【0014】
この発明の課題は、上記のような点に鑑みてなされたもので、光触媒粒子と有害ガスとの接触面積が大きく、かつ機械的強度の向上ならびに量産性の向上を図った有害ガス処理シートとその製造方法を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、この発明においては、被処理ガス中の窒素酸化物や悪臭物質などの有害物質を分解除去するための有害ガス処理シートであって、結着材としてのフッソ樹脂(A)中に光触媒機能を有する金属化合物粒子を含む第1の層と、結着材としてのフッソ樹脂(A)中にセラミック粒子を含む第2の層とを積層してなり、さらに、前記第2の層は、前記フッソ樹脂(A)より溶融点が低い第2のフッソ樹脂(B)を含み、前記第1の層および第2の層におけるフッソ樹脂(A)は溶融せずに焼成された状態にあるものとし、前記第2の層におけるフッソ樹脂(B)は溶融した後に焼成された状態にあるものとする(請求項1の発明)。
【0016】
上記構成によれば、第1の層において、例えば後述する製造方法によって、溶融しないフッソ樹脂(A)を光触媒粒子に繊維状に結合した状態とすることが可能となって、光触媒粒子と有害ガスとの大きな接触面積を確保し、第2の層において、溶融した第2のフッソ樹脂(B)が、セラミック粒子とフッソ樹脂(A)とを結着して、機械的強度を向上し、その結果この積層シートは、全体として接触面積が大きくかつ機械的強度が高いシートとなる。
【0017】
前記請求項1の発明の実施態様としては、下記請求項2ないし7の発明が好ましい。即ち、前記請求項1記載の有害ガス処理シートにおいて、前記金属化合物は、TiO2、ZnO、Fe2O3、CdS、CdSeおよびSrTiO3の内の少なくとも一つとする(請求項2の発明)。
【0018】
また、請求項1記載の有害ガス処理シートにおいて、前記セラミックは、酸化珪素、酸化亜鉛、炭化チタン、炭化珪素、および炭化タングステンの内の少なくとも一つとする(請求項3の発明)。中でも、請求項6の発明のように、前記金属化合物は、TiO2とし、前記セラミックは、炭化珪素とするのが好適である。
【0019】
さらに、請求項1記載の有害ガス処理シートにおいて、前記フッソ樹脂(A)は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)とし、前記第2のフッソ樹脂(B)は、テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)とし(請求項4の発明)、前記第1の層と第2の層の厚さは、それぞれ少なくとも50μmとする(請求項5の発明)。50μm以下の場合、ロール成形において、ピンホールが発生する可能性がある。
【0020】
また、前記請求項4記載の有害ガス処理シートにおいて、前記第1の層におけるPTFEの成分割合は、5%〜70%とし、前記第2の層におけるPTFEおよびFEPの成分割合は、それぞれ、少なくとも5%および10%とする(請求項7の発明)。PTFEの成分割合が5%以下の場合、シート化成形が困難となる。また、第1の層におけるPTFEの成分割合が70%を超えると、光触媒粒子の活性が低下する問題がある。第2の層におけるPTFEおよびFEPの成分割合の上限は、明確には存在しないが、あまり多くても材料が無駄であり、上限の目安としては、PTFEは20%、FEPは50%である。
【0021】
次に、有害ガス処理シートの製造方法としては、請求項8の発明が好ましい。即ち、請求項1記載の有害ガス処理シートの製造方法において、下記の工程を含むこととする。
1)フッソ樹脂(A)と金属化合物粒子の液状分散液を混練し、この凝集沈殿物を混練した後、予備圧延して、前記第1の層をシート状に形成する工程。
2)フッソ樹脂(A)および第2のフッソ樹脂(B)ならびに金属化合物粒子の液状分散液を混練し、この凝集沈殿物を混練した後、予備圧延して、前記第2の層をシート状に形成する工程。
3)前記シート状の第1の層と第2の層とを重ね合わせて圧延し、2層構造のシートを作成した後、第2のフッソ樹脂(B)は溶融し、かつフッソ樹脂(A)は溶融しない温度範囲の温度で焼成を行なう工程。
【0022】
上記製造方法により、前述のように、全体として接触面積が大きくかつ機械的強度が高い有害ガス処理シートが形成可能であり、また、量産性も良好である。
【0023】
また、前記請求項8の発明の実施態様として、諸材料の分散性向上の観点から下記請求項9ないし10の発明が好ましい。即ち、請求項8記載の製造方法において、前記液状分散液の液体は、純水中に界面活性剤を添加したものとする(請求項9の発明)。また、請求項8記載の製造方法において、前記凝集沈殿物を形成する前に、メタノール,エタノール,2−プロパノール,エチレングリコール,グリセリン等の有機溶媒を液状分散液に混合する(請求項10の発明)。
【0024】
さらに、好適なフッソ樹脂材料の組み合わせと焼成温度の選定の観点から、下記請求項11の発明が好ましい。即ち、前記請求項8記載の製造方法において、前記フッソ樹脂(A)は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)とし、前記第2のフッソ樹脂(B)は、テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)とし、前記焼成温度は、290℃〜305℃の範囲内の温度とする。
【0025】
【発明の実施の形態】
図面により、この発明の実施の形態について以下にのべる。
【0026】
図1は、この発明に関わる有害ガス処理シートの構成の概念的模式図を示し、図2は、上記有害ガス処理シートの製造方法の一例を示す。また、図1および図2は、光触媒機能を有する金属化合物はTiO2とし、第2の層に用いるセラミックは炭化珪素とし、フッソ樹脂(A)はPTFEとし、第2のフッソ樹脂(B)はFEPとした場合の例を示す。
【0027】
図1において、有害ガス処理シートは、結着材としてのPTFE3とTiO2粒子1を含む第1の層5と、結着材としてのPTFE3と炭化珪素(SiC)粒子2と第2のフッソ樹脂としてのFEP4を含む第2の層6とからなる。第1の層5または第2の層6において、PTFE3は、PTFE粒子(図1の黒丸)と繊維状のものとからなり、TiO2粒子1または炭化珪素(SiC)粒子2と絡み合って結合している。また、FEP4は、第2の層6内で溶融して、炭化珪素(SiC)粒子2およびPTFE3と絡み合って結合し、第2の層6の機械的強度を高め、第2の層6が、第1の層5の支持基材の役割を果たす。
【0028】
FEP4の溶融温度は、290〜305℃であり、PTFE3の溶融温度は、320〜330℃であるので、シートの焼成温度を、略300℃とすることにより、PTFE3は溶融せずに、FEP4のみを溶融させることができる。これにより、第1の層5におけるTiO2粒子1の表面は、溶融した樹脂で覆われることなく、有効に有害ガスと接触し、酸化反応に寄与する。また、第2の層6においては、溶融したFEP4が、他の材料と満遍なく結着して、機械的強度の向上に寄与する。
【0029】
次に、図2により、有害ガス処理シートの製造手順を以下に述べる。
【0030】
まず、二酸化チタン(TiO2)の分散液(純水中に界面活性剤を添加した液)に、PTFEの液状分散液を加えて混合し、さらにメタノールを混合して、凝集沈殿物を作成する。この凝集沈殿物を混練して、PTFEの繊維状の結合を発生させ、これをロール圧延機により予備圧延して厚さ数mmのシートを作成する。
【0031】
次に、炭化珪素(SiC)の分散液に、PTFEおよびFEPの液状分散液を加えて混合し、さらにメタノールを混合して、凝集沈殿物を作成する。この凝集沈殿物を混練して、PTFEの繊維状の結合を発生させ、これをロール圧延機により予備圧延して厚さ数mmのシートを作成する。
【0032】
上記二つの予備圧延シートを、重ね合わせて、再びロール圧延機により、ロール隙間をシートが所定の厚さとなるように設定して圧延し、二層構造のシートを作成する。このシートを純水で洗浄し、乾燥後、300℃で焼成する。
【0033】
上記工程により、PTFE樹脂被覆による有害ガスとの接触表面積低下の問題を解消し、機械的強度の高い有害ガス処理シートが作成できる。
【0034】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、被処理ガス中の窒素酸化物や悪臭物質などの有害物質を分解除去するための有害ガス処理シートであって、結着材としてのフッソ樹脂(A)中に光触媒機能を有する金属化合物粒子を含む第1の層と、結着材としてのフッソ樹脂(A)中にセラミック粒子を含む第2の層とを積層してなり、さらに、前記第2の層は、前記フッソ樹脂(A)より溶融点が低い第2のフッソ樹脂(B)を含み、前記第1の層および第2の層におけるフッソ樹脂(A)は溶融せずに焼成された状態にあるものとし、前記第2の層におけるフッソ樹脂(B)は溶融した後に焼成された状態にあるものとし、
また、有害ガス処理シートの製造方法としては、
1)フッソ樹脂(A)と金属化合物粒子の液状分散液を混練し、この凝集沈殿物を混練した後、予備圧延して、第1の層をシート状に形成する工程。
2)フッソ樹脂(A)および第2のフッソ樹脂(B)ならびに金属化合物粒子の液状分散液を混練し、この凝集沈殿物を混練した後、予備圧延して、第2の層をシート状に形成する工程。
3)前記シート状の第1の層と第2の層とを重ね合わせて圧延し、2層構造のシートを作成した後、第2のフッソ樹脂(B)は溶融し、かつフッソ樹脂(A)は溶融しない温度範囲の温度で焼成を行なう工程。
を含むこととしたので、前述のように、全体として接触面積が大きくかつ機械的強度が高い有害ガス処理シートが形成可能となり、また、量産性の高い有害ガス処理シートとその製造方法が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明に関わる有害ガス処理シートの構成の概念的模式図
【図2】 この発明の有害ガス処理シートの製造方法の一例を示す図
【符号の説明】
1:二酸化チタン粒子、2:炭化珪素粒子、3:PTFE、4:FEP、5:第1の層、6:第2の層。
Claims (11)
- 被処理ガス中の窒素酸化物や悪臭物質などの有害物質を分解除去するための有害ガス処理シートであって、結着材としてのフッソ樹脂(A)中に光触媒機能を有する金属化合物粒子を含む第1の層と、結着材としてのフッソ樹脂(A)中にセラミック粒子を含む第2の層とを積層してなり、さらに、前記第2の層は、前記フッソ樹脂(A)より溶融点が低い第2のフッソ樹脂(B)を含み、前記第1の層および第2の層におけるフッソ樹脂(A)は溶融せずに焼成された状態にあるものとし、前記第2の層におけるフッソ樹脂(B)は溶融した後に焼成された状態にあるものとすることを特徴とする有害ガス処理シート。
- 請求項1記載の有害ガス処理シートにおいて、前記金属化合物は、TiO2、ZnO、Fe2O3、CdS、CdSeおよびSrTiO3の内の少なくとも一つとすることを特徴とする有害ガス処理シート。
- 請求項1記載の有害ガス処理シートにおいて、前記セラミックは、酸化珪素、酸化亜鉛、炭化チタン、炭化珪素、および炭化タングステンの内の少なくとも一つとすることを特徴とする有害ガス処理シート。
- 請求項1記載の有害ガス処理シートにおいて、前記フッソ樹脂(A)は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)とし、前記第2のフッソ樹脂(B)は、テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)とすることを特徴とする有害ガス処理シート。
- 請求項1記載の有害ガス処理シートにおいて、前記第1の層と第2の層の厚さは、それぞれ少なくとも50μmとすることを特徴とする有害ガス処理シート。
- 請求項2または3記載の有害ガス処理シートにおいて、前記金属化合物は、TiO2とし、前記セラミックは、炭化珪素とすることを特徴とする有害ガス処理シート。
- 請求項4記載の有害ガス処理シートにおいて、前記第1の層におけるPTFEの成分割合は、5%〜70%とし、前記第2の層におけるPTFEおよびFEPの成分割合は、それぞれ、少なくとも5%および10%とすることを特徴とする有害ガス処理シート。
- 請求項1記載の有害ガス処理シートの製造方法において、下記の工程を含むことを特徴とする有害ガス処理シートの製造方法。
1)フッソ樹脂(A)と金属化合物粒子の液状分散液を混練し、この凝集沈殿物を混練した後、予備圧延して、前記第1の層をシート状に形成する工程。
2)フッソ樹脂(A)および第2のフッソ樹脂(B)ならびに金属化合物粒子の液状分散液を混練し、この凝集沈殿物を混練した後、予備圧延して、前記第2の層をシート状に形成する工程。
3)前記シート状の第1の層と第2の層とを重ね合わせて圧延し、2層構造のシートを作成した後、第2のフッソ樹脂(B)は溶融し、かつフッソ樹脂(A)は溶融しない温度範囲の温度で焼成を行なう工程。 - 請求項8記載の製造方法において、前記液状分散液の液体は、純水中に界面活性剤を添加したものとすることを特徴とする有害ガス処理シートの製造方法。
- 請求項8記載の製造方法において、前記凝集沈殿物を形成する前に、メタノール,エタノール,2−プロパノール,エチレングリコール,グリセリン等の有機溶媒を液状分散液に混合することを特徴とする有害ガス処理シートの製造方法。
- 請求項8記載の製造方法において、前記フッソ樹脂(A)は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)とし、前記第2のフッソ樹脂(B)は、テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)とし、前記焼成温度は、290℃〜305℃の範囲内の温度とすることを特徴とする有害ガス処理シートの製造方法。
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