JP4604875B2 - 可視光型光触媒塗膜を有する内装建材 - Google Patents

Description

本願発明は、住宅等の室内に用いられる内装建材に関するものである。さらに詳しくは、本願発明は、住宅等の室内に放散されるホルムアルデヒド等の有機化合物やアンモニア等の臭気物質の濃度を低減する機能を備えた内装建材に関するものである。

近年、住宅用部材から放散されるホルムアルデヒド等の有機化合物が住宅の室内空気を汚染し、いわゆるシックハウス症候群等を引き起こす一因となることが指摘されている。そのため、室内のホルムアルデヒド等の有機化合物等濃度を低減する能力を有した内装建材が提供されている。

これらの内装建材がホルムアルデヒド等の有機化合物濃度を低減する方法としては、ホルムアルデヒド等の有機化合物を物理的に吸着する物理吸着法、ホルムアルデヒド等の有機化合物と化学的に反応して固着、無害化する化学吸着法、さらにはホルムアルデヒド等の有機化合物を分解する作用を発現する触媒を建材表面に形成する触媒法等がある。これらは、アンモニア等の室内において不快な臭いを発する臭気物質の濃度低減についても同様である。

物理吸着法の代表的な例としては、珪藻土や活性炭等、微細な吸着孔を有する多孔質建材があり、また化学吸着法の代表的な例としては、尿素等に代表されるホルムアルデヒドキャッチャー剤等の、有機化合物と反応してそれらを固着、無害化するような物質を塗布あるいは含浸したような内装建材が知られている（例えば、特許文献１、２）。

さらに、触媒法の代表的な例としては、酸化チタン等の光触媒を含有する塗膜を表面に有する内装建材が知られている（例えば、特許文献３）。

しかしながら、物理吸着法においては吸着量が増加すると吸着平衡に達し、それ以上のホルムアルデヒド等の有機化合物を吸着しなくなる。さらに、温度の上昇や周囲のホルムアルデヒド等の有機化合物濃度の低下により、吸着していたホルムアルデヒド等の有機化合物を気中に再放散するという問題がある。

化学吸着法においては、吸着されたホルムアルデヒド等の有機化合物はキャッチャー剤と化学反応を起こして固着、無害化するので再放散の問題はないが、キャッチャー剤が反応により消費されていくため、やはり飽和吸着容量が存在して、それ以上のホルムアルデヒド等の有機化合物を吸着できない。

触媒法では、ホルムアルデヒド等の有機化合物やアンモニア等の臭気物質を分解することによって触媒が変化することはないため、なんらかの原因で触媒の性能が低下しないかぎり、初期のホルムアルデヒド等の有機化合物やアンモニア等の臭気物質の濃度低減性能を保持することが可能である。しかし、触媒の代表的な例として酸化チタン等の光触媒があるが、この光触媒は紫外線を吸収して触媒機能を発現するため、住宅の室内に適用する場合には触媒機能をほとんど発現しない。住宅やビルの外壁に適用する場合には、太陽光に含まれる紫外線により、光触媒作用による空気浄化性能や防汚性能を利用することが可能であり、そのような建材製品が多数提案されている。しかし、蛍光灯に代表される室内光に含まれる紫外線はごく微弱なため、光触媒機能によってホルムアルデヒド等の有機化合物やアンモニア等の臭気物質の濃度を低減させることは不可能である。

このような課題を解決するため、可視光型光触媒の利用が提案されている。可視光型光触媒を利用することにより、蛍光灯に代表される室内光に含まれる微弱な紫外線および近傍の可視光領域を触媒反応発現のために利用することが可能となる。例えば、特許文献４、５には可視光型光触媒の被膜を有する内装建材が開示されている。
特開２０００−３５６０２２号公報 特開２００２−１８７１０８号公報 特開２０００−０６２１２８号公報 特開２００１−２４６２６５号公報 特開２００３−３２１７８２号公報

しかしながら、可視光型光触媒はホルムアルデヒド等の有機化合物やアンモニア等の臭気物質といった室内空気中の有害物質だけでなく、可視光型光触媒を含有する塗膜や、その下部に直接接する塗膜をも分解するという問題がある。可視光型光触媒を含有する塗膜を無機質塗膜とすることにより、光触媒含有塗膜の分解は抑制できるが、その下部に直接接する塗膜を分解する問題が残る。また無機塗膜は柔軟性や耐クラック性の問題上、塗膜厚みに限界があり、無機塗膜だけで隠蔽性や化粧性などといった内装建材の表面塗膜としての性能を満たすことは極めて困難である。

本願発明は、以上のとおりの従来技術における問題点を解決し、可視光型光触媒によってホルムアルデヒド等の有機化合物やアンモニア等の臭気物質といった室内空気中の有害物質を分解除去するともに、表面塗膜としての光触媒含有塗膜が基材の他の塗膜に触媒作用を及ぼすことなく、また隠蔽性や化粧性といった性能を十分に保持した内装建材を提供することを課題としている。

本願発明の内装建材は、第１には、吸着材料を含有し、調湿性能を有する基材上に塗布された有機塗膜層と、最表面に塗布された可視光型光触媒含有無機系塗膜層との間に、シリカ結合を主とした無機系レジンからなり通気性を有する無機保護層が介在するとともに、前記無機保護層は、平均粒径100nm以下の無機質フィラーを30〜95重量％含有していることを特徴としている。

本願発明の内装建材においては、第２には、有機塗膜層が少なくとも尿素またはヒドラジン誘導体を含有することを特徴としている。

本願発明の内装建材においては、第３には、吸着材料が、シリカゲルまたは珪藻土であることを特徴としている。

また前記第３発明の内装建材においては、第４には、無機保護層の透湿係数が0.0001[ng/(m²・s・Pa)]以下であることを特徴としている。

本願発明の内装建材によれば、第１には、最表面に可視光型光触媒含有無機系塗膜を形成することにより、蛍光灯に代表される室内光に含まれる微弱な紫外線および近傍の可視光領域を触媒反応発現のために利用することが可能となり、室内においても十分なホルムアルデヒド等の有機化合物やアンモニア等の臭気物質の濃度低減が達成される。また、光触媒が触媒作用を発現すると、光触媒を含有する塗膜そのものを分解する場合があるが、光触媒を含有する塗膜をシリカ結合を主とする無機系塗膜とすることにより、塗膜の分解を防ぐことができる。さらに、光触媒が触媒作用を発現すると、その下部に直接接する塗膜を分解する場合があるが、可視光型光触媒含有無機系塗膜の下層にシリカ結合を主とした無機系レジンからなる無機保護層を設けることにより、可視光型光触媒含有無機系塗膜の下部に直接接する塗膜の分解を防ぐことができる。さらに、前記無機保護層が、平均粒径100nm以下の無機質フィラーを30〜95重量％含有し、通気性を有していることによって、水分やその他の化合物が有機塗膜層あるいは基材まで速やかに移動することができ、有機塗膜層あるいは基材が有する調湿性能あるいは有機化合物の吸着性能などを十分に発現させることができる。そして、基材が調湿性能を有することにより、室内の湿度を適正な範囲に保つ作用を有する。特に、ホルムアルデヒドは水によく溶解するため、基材の調湿作用により水とともに基材に吸着しやすい。基材に吸着したホルムアルデヒドは基材上の有機塗膜層から最表面の可視光型光触媒含有無機系塗膜まで徐々に拡散していき、有機塗膜層に含有される尿素あるいはヒドラジン誘導体と反応・固着化して無害化されるか、あるいは最表面の可視光型光触媒含有無機系塗膜において光触媒作用により無害な物質に分解される。

本願発明の内装建材によれば、第２には、無機保護層が通気性を有し、有機塗膜層が少なくとも尿素あるいはヒドラジン誘導体を含有しているため、無機保護層を通過したホルムアルデヒド等の有機化合物が尿素やヒドラジン誘導体に吸着され、より効率的に室内のホルムアルデヒド等の濃度を低減することができる。

本願発明の内装建材によれば、第３には、吸着材料が、シリカゲルまたは珪藻土であるため、効果的に基材の調湿作用が発揮される。

本願発明の内装建材によれば、第４には、通気性を有する無機保護層の好ましい透湿係数の範囲が提供される。これによって、水分やその他の化合物が有機塗膜層あるいは基材まで速やかに移動することができ、有機塗膜層あるいは基材が有する調湿性能あるいは有機化合物の吸着性能などを十分に発現させることができる。

最表面塗膜である可視光型光触媒含有無機系塗膜に用いられる可視光型光触媒は、可視光領域の照射光で光触媒作用を発現するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、酸素欠陥型酸化チタン、色素増感型酸化チタン、金属担持型酸化チタン等を用いることができる。

無機系塗膜を構成する無機系レジンについては、光触媒作用により分解をされないシリカ結合を主とした無機系レジンであれば特に限定されるものではない。

基材に塗布された有機塗膜層と、最表層としての可視光型光触媒含有無機系塗膜層との間には無機保護層が介在する。この無機保護層は、有機塗膜層と可視光型光触媒含有無機系塗膜層とにそれぞれ当接した状態であることが好ましい。また、例えば可視光型光触媒含有無機系塗膜層と無機保護層との間にさらに別の層を介在させる場合には、その介在層は光触媒で分解されても構わない材質によって構成することが好ましい。

無機保護層を構成する無機系レジンについては、光触媒作用により分解をされないシリカ結合を主とした無機系レジンであれば特に限定されるものではない。

無機保護層は、通気性を有し、さらにはその透湿係数が0.001[ng/(m²・s・Pa)]以下であることを好ましい態様の一つとしている。無機保護層に通気性および透湿性能を与える方法として、３０〜９５重量％の無機系フィラーを含有させることが特に望ましい。無機系フィラーとしては、下部の有機塗膜の化粧性などを発現するために無機保護層が透明性を有することが望ましいため、平均粒径が１００ｎｍ以下の微粒子であることが特に望ましい。無機系フィラーとしては、可視光照射下では光触媒作用を発現しないものであれば特に限定されるものではなく、例えば、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム等を用いることができる。無機系フィラーの配合量が３０重量％に満たないと、透湿性能を確保することが難しい。また、９５重量％を超えると、塗膜の強度や密着性が低下し、内装建材として求められる性能を満たさない。

無機保護層と基材の間には、内装建材としての意匠性を満足するような化粧性能等を有する有機塗膜層を有する。有機塗膜層には、少なくとも尿素あるいはヒドラジン誘導体を含有することが特に望ましい。尿素あるいはヒドラジン誘導体を含有することにより、尿素あるいはヒドラジン誘導体のアルデヒド類化学吸着作用によって、より効率的に室内のホルムアルデヒド等のアルデヒド類濃度を低減することが可能となる。さらに、可視光型光触媒と尿素あるいはヒドラジン誘導体を異なる塗膜に含有し、その間に無機保護層を設けることにより、可視光型光触媒による尿素あるいはヒドラジン誘導体の分解を防ぐことができるため、高いホルムアルデヒド等のアルデヒド類濃度低減作用を保持することが可能である。ヒドラジン誘導体としては、カルボン酸とヒドラジンの誘導体である酸ヒドラジドが安定性等の点から特に望ましい。分子中に１個の酸ヒドラジド基を有するモノヒドラジド類では、たとえば、ホルムヒドラジド、アセトヒドラジド、プロピオン酸ヒドラジド、安息香酸ヒドラジド等が挙げられる。分子中に２個の酸ヒドラジド基を有するジヒドラジド類では、たとえば、シュウ酸ジヒドラジド、マロン酸ジヒドラジド、コハク酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、フマル酸ジヒドラジド、マレイン酸ジヒドラジド、テレフタル酸ジヒドラジド等が挙げられる。分子中に３個以上の酸ヒドラジド基を有するポリヒドラジドでは、たとえば、ポリアクリル酸ヒドラジド等があげられる。

基材は、調湿性能を有する。内装建材に使用できる基材としては、たとえば無垢の木材、集成材、合板、パーティクルボード、木質繊維板、壁紙、セメントスレート板、繊維補強セメント板、ケイ酸カルシウム板、ロックウール板等を用いることができる。調湿性能を基材に与える方法としては、たとえばシリカゲルや珪藻土等の吸着材料を配合するなどといった方法を用いることができる。

以下、実施例を示して本願発明をさらに詳細かつ具体的に説明するが、本願発明は以下の例によって限定されるものではない。

さらしクラフトパルプ１部を９０部の水にて解繊した後、６部の普通ポルトランドセメントと２部の珪石粉と１部の珪藻土粉砕品を混合し、１０重量％の水性スラリーとした。この水性スラリーを手抄き抄造機にて抄造してグリーンシートを作成し、さらにこのグリーンシートをフィルタープレスにて余剰水を脱水しながら圧力１００ｋｇ／ｃｍ²、保持時間１０秒の条件でプレス成形して未硬化板を形成した。さらにこれを６０℃−４８時間の条件で湿熱養生した後、１７０℃−６時間の条件でオートクレーブ養生を行い、珪藻土含有繊維補強セメント板基材を得た。

水性アクリルエマルジョン塗料を珪藻土含有繊維補強セメント板基材にスプレーで１００ｇ／ｍ²塗布し、１５０℃−３分の条件で乾燥させ、化粧済み珪藻土含有繊維補強セメント板基材を得た。

テトラエトキシシラン（商品名：エチルシリケート２８、コルコート株式会社製）３４部にメタノール６０部を加え、さらに水３部および０．０１Ｎの塩酸３部を混合し、ディスパーを用いてよく混合し、６０℃恒温槽中にて２時間加熱することにより、無機系塗膜のレジンとなる有機ケイ素アルコキシドの加水分解物および部分加水分解物を得た。ここに酸化ケイ素ゾル（商品名：スノーテックスＯＬ、日産化学工業株式会社製、平均粒径２０〜３０ｎｍ、固形分量２０重量％）１００部を添加し４０℃で１時間重合反応させた後に、全固形分が５％になるようメタノールで希釈することによって、無機保護層用の無機系フィラー含有塗料を得た。

硝酸クロム（III）９水和物（Ｃｒ（ＮＯ₃）3・９Ｈ₂Ｏ）０．４部を９４．６部の水にて溶解した後、紫外光型の光触媒であるアナターゼ型酸化チタン（商品名：ＳＴ−０１、石原産業株式会社製）５部を加えてよく攪拌し、常温にて２４時間放置した。エバポレーターを用いて１００℃−２４時間の条件で水を蒸発させた後、固形分を５００℃−２４時間の条件で焼成することによって、酸化チタン表面にクロムを担持した金属担持型可視光型光触媒を得た。

テトラエトキシシラン（商品名；エチルシリケート２８、コルコート株式会社製）３４部にメタノール６０部を加え、さらに水３部および０．０１Ｎの塩酸３部を混合し、ディスパーを用いてよく混合し、６０℃恒温槽中にて２時間加熱することにより、無機系塗膜のレジンとなる有機ケイ素アルコキシドの加水分解物および部分加水分解物を得た。ここに金属担持型可視光型光触媒２０部を添加した後に全固形分が５％になるようメタノールで希釈することによって、可視光型光触媒含有無機系塗料を得た。

無機系フィラー含有塗料を化粧済み珪藻土含有繊維補強セメント板基材に１０ｇ／ｍ²塗布し、１５０℃−１分の条件で乾燥させた後、可視光型光触媒含有無機系塗料をスプレーで２０ｇ／ｍ²塗布し、１５０℃−１分の条件で乾燥させることにより、評価用サンプルを得た。

水性アクリルエマルジョン塗料９５部に対して５部の尿素を加えて溶解させ、ホルムアルデヒドキャッチャー剤を含んだ塗料としたこと以外は実施例１と同様にして評価用サンプルを得た。
＜比較例１＞

可視光型光触媒含有無機系塗料を化粧済み珪藻土含有繊維補強セメント板基材に塗布しなかったこと以外は実施例１と同様にして評価用サンプルを得た。
＜比較例２＞

最表面の無機系塗膜に含有される光触媒を紫外光型の光触媒であるアナターゼ型酸化チタン（商品名：ＳＴ−０１、石原産業株式会社製）としたこと以外は実施例１と同様にして評価用サンプルを得た。
＜比較例３＞

無機保護層用の無機系フィラー含有塗料を化粧済み珪藻土含有繊維補強セメント板基材に塗布しなかったこと以外は実施例１と同様にして評価用サンプルを得た。
＜比較例４＞

無機保護層用の塗料に酸化ケイ素ゾルを配合しなかったこと以外は実施例１と同様にして評価用サンプルを得た。
＜比較例５＞

基材に珪藻土粉砕品を配合しなかったこと以外は実施例１と同様にして評価用サンプルを得た。
＜比較例６＞

無機保護層用の塗料に酸化ケイ素ゾルを配合しなかったこと以外は比較例５と同様にして評価用サンプルを得た。
＜比較例７＞

無機保護層を塗布しなかったこと以外は比較例５と同様にして評価用サンプルを得た。
＜試験例＞

（１）ホルムアルデヒド濃度低減性能
ホルムアルデヒド濃度低減性能については、JIS A 1901「建築材料の揮発性有機化合物（VOC）、ホルムアルデヒド及び他のカルボニル化合物放散測定法法−小形チャンバー法」に準拠した容積２０リットルの小形チャンバーに評価用サンプルを設置して測定を行った。ただし、サンプル表面に光が照射されるようにチャンバーには強化ガラスによる透明部を設け、サンプル表面にて照度1000lx、紫外線強度１．０μＷ／ｃｍ²となるよう蛍光灯を用いて光を連続照射した。紫外線強度は、ＴＯＰＣＯＮ社製紫外線強度計ＵＶＲ−２に同社製受光部ＵＤ−３６を装着した状態で測定した値である。チャンバーには一定濃度のホルムアルデヒドを含む空気供給した状態で、温度２８℃、相対湿度５０％、換気回数０．５回／ｈ、試料負荷率１．１ｍ²／ｍ³の条件において２４時間連続運転した後、チャンバー給気および排気の空気を捕集してホルムアルデヒド濃度の測定を行った。

ホルムアルデヒド濃度の測定方法については、JIS A 1901に準拠した。

チャンバー給気のホルムアルデヒド濃度をＣin、排気のホルムアルデヒド濃度をＣoutとすると、サンプルのホルムアルデヒド濃度低減性能である換算換気量Ｑeは：
Ｑe＝ｎ／Ｌ・（Ｃout−Ｃin）／Ｃout
で表される。ただし、ｎは換気回数、Ｌは試料負荷率である。
（２）調湿性能
調湿性能については、JIS A 1470-1「調湿建材の吸放湿性試験方法−第１部：湿度応答法−湿度変動による吸放湿試験方法」に準拠し、中湿域における試験により測定を行った。得られた吸湿量および放湿量の結果によって評価を行った。
（３）耐光性能
耐光性能については、JIS K 5600-7-5「塗料一般試験方法−第７部：塗膜の長期耐久性−第５節：耐光性」に準拠し、キセノンランプにて500hr照射を行い、初期との変色を色差計にて測定した。
（４）透湿性能
透湿性能については、JIS A 1324「建築材料の透湿性測定法法」に示される透湿試験箱法に準拠して測定を行い、透湿係数を結果から算出した。比較例５〜７は、無機保護層の透湿係数を測定するために、吸湿性を有する珪藻土を基材から取り除いた評価用サンプルである。比較例５の透湿係数値から比較例７の透湿係数値を差し引くことにより、酸化ケイ素ゾルを配合した無機保護層の透湿係数を算出することができる。同様に、比較例６の透湿係数値から比較例７の透湿係数値を差し引くことにより、酸化ケイ素ゾルを配合しない無機保護層の透湿係数を算出することができる。
（５）結果
これらの性能評価結果について、表１に示した。実施例１および２はいずれも比較例に比べて、大きなホルムアルデヒド濃度低減性能、調湿性能および耐光性能を示した。

透湿性能については、比較例５〜７における透湿係数算出値から、無機保護層の透湿係数を算出することができる。結果から、酸化ケイ素ゾルを配合した無機保護層の透湿係数は0.00002[ng/(m²・s・Pa)]であり、0.0001[ng/(m²・s・Pa)]以下であるため調湿性能に大きな影響を与えなかったが、酸化ケイ素ゾルを配合しなかった無機保護層の透湿係数は0.00031[ng/(m²・s・Pa)]であり調湿性能を大きく低下させる結果となった。

Claims (4)

1. 吸着材料を含有し、調湿性能を有する基材上に塗布された有機塗膜層と、最表面に塗布された可視光型光触媒含有無機系塗膜層との間に、シリカ結合を主とした無機系レジンからなり通気性を有する無機保護層が介在するとともに、前記無機保護層は、平均粒径100nm以下の無機質フィラーを30〜95重量％含有していることを特徴とする内装建材。
2. 有機塗膜層が少なくとも尿素またはヒドラジン誘導体を含有する請求項１の内装建材。
3. 吸着材料が、シリカゲルまたは珪藻土である請求項１の内装建材。
4. 無機保護層の透湿係数が0.0001[ng/(m²・s・Pa)]以下である請求項１から３のいずれかの内装建材。