JP4829321B2 - 光触媒体 - Google Patents
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Description
本発明は、光触媒体に関する。
近年、二酸化チタンに代表される光触媒材料が注目を集めている。「光触媒材料」とは、半導体的な物性を有し、その伝導電子帯と荷電子帯とのバンドギャップエネルギーより大きなエネルギーを有する光が照射されると励起状態となり、電子・正孔対を生成する物質のことである。
二酸化チタンの場合、３８７ｎｍ以下の波長の光が照射されると光励起され、その内部に電子・正孔対が生成される。すると、その電子・正孔対により光触媒材料の表面及びその近傍に、水酸基ラジカルや、スーパーオキサイドイオンなどの活性酸素種が発生し、これらの活性酸素種の持つ酸化力が分解活性や親水化を引き起こす。そして、これらの作用を利用して自己洗浄作用や、脱臭作用、抗菌作用などを得ることができるので、光触媒材料を設けた各種の部材、製品群が提案されている。
ここで、代表的な光触媒材料である二酸化チタンの場合には主な励起光が紫外線であるため、紫外線の少ない室内では充分な性能が得られないという問題がある。そのため、いわゆる可視光応答型の光触媒材料が検討されており、代表的なものとしては酸化タングステンや硫化カドミウムなどがある。
このような、光触媒材料を各種の部材、製品群などに使用する際には、基体表面に光触媒材料を設ける必要がある。その場合、光触媒材料を含有した液などを予め製造し、基体表面に付着させるようにすれば便利である。
そのため、光触媒材料を含有した液やクリームが提案されている（特許文献１、２を参照）。この様な光触媒材料を含有した液やクリームなどを製造する際には、製造上の都合に合わせて水素イオン指数の調整が行われることがある。
そのため、光触媒材料を含有した液やクリームが提案されている（特許文献１、２を参照）。この様な光触媒材料を含有した液やクリームなどを製造する際には、製造上の都合に合わせて水素イオン指数の調整が行われることがある。
しかしながら、水素イオン指数の調整は製造過程に限られ、製造された液やクリーム自体の水素イオン指数が、光触媒分散体を基体の表面に付着させることで形成された光触媒の触媒活性度に及ぼす影響についての考慮がされていなかった。
また、製造された液やクリームなどに含まれる添加剤の濃度が、光触媒分散体を基体の表面に付着させることで形成された光触媒の触媒活性度に及ぼす影響についての考慮もされていなかった。
また、添加剤の主成分が、光触媒分散体を基体の表面に付着させることで形成された光触媒の触媒活性度に及ぼす影響についての考慮もされていなかった。
そのため、光触媒分散体を基体の表面に付着させることで形成された光触媒の触媒活性度を低下させてしまうおそれがあった。
また、製造された液やクリームなどに含まれる添加剤の濃度が、光触媒分散体を基体の表面に付着させることで形成された光触媒の触媒活性度に及ぼす影響についての考慮もされていなかった。
また、添加剤の主成分が、光触媒分散体を基体の表面に付着させることで形成された光触媒の触媒活性度に及ぼす影響についての考慮もされていなかった。
そのため、光触媒分散体を基体の表面に付着させることで形成された光触媒の触媒活性度を低下させてしまうおそれがあった。
本発明は、光触媒の触媒活性度の低下を抑制することができる光触媒体を提供する。
本発明の一態様によれば、基体と、光触媒分散体を前記基体の表面に付着させ、乾燥させることにより形成された光触媒と、を備え、前記光触媒分散体は、酸化タングステンと、溶媒と、イオン添加剤と、を含み、前記イオン添加剤は、前記溶媒中においてテトラメチルアンモニウムイオンよりも小さなイオン半径の陽イオンであるアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、アンモニウムイオンからなる群より選ばれた少なくとも１種を生成し、前記イオン添加剤を含むことで、前記光触媒分散体の水素イオン指数がｐＨ７．５以下とされ、前記光触媒分散体における前記酸化タングステンの含有量は、２０ｗｔ％以下であり、前記光触媒分散体における前記イオン添加剤の含有量は、酸化タングステンを２０ｗｔ％以下含む溶媒２０ｇｗに対して１．５×１０ −３ ｍｏｌ以下であり、前記溶媒は、室温において蒸発し、前記光触媒は、酸化タングステンを含み、タングステンと水酸基との結合を有し、フーリエ変換型赤外分光測定において、３５００ｃｍ −１ 〜３８００ｃｍ −１ の範囲に吸収ピークを有すること、を特徴とする光触媒体が提供される。
本発明によれば、光触媒の触媒活性度の低下を抑制することができる光触媒体が提供される。
以下、本発明の実施の形態について例示をする。
なお、本実施の形態において、光触媒分散体は、溶媒としての流動性物質に光触媒材料を分散させたものとしているが、その流動性物質としては、液状の物質のみならずいわゆるゲル状の物質をも含むものとする。
なお、本実施の形態において、光触媒分散体は、溶媒としての流動性物質に光触媒材料を分散させたものとしているが、その流動性物質としては、液状の物質のみならずいわゆるゲル状の物質をも含むものとする。
一般的に、金属酸化物の粒子は、アルカリ水溶液中ではその表面が水酸基（−ＯＨ）に置き換わり、ゼータ電位の絶対値が大きくなって分散性が向上する。そのため、光触媒材料をアルカリ水溶液などに分散させたものを光触媒分散体とすれば、光触媒材料同士の凝集を抑制することができ、また、分散の均一性を改善することができる。
しかしながら、本発明者らの得た知見によると、光触媒分散体のアルカリ濃度を余り高くすると（即ち、水素イオン指数を余り高くすると）、光触媒分散体を基体の表面に付着させることで形成された光触媒の触媒活性度が低下してしまうことが判明した。そして、光触媒分散体の水素イオン指数を調整するために添加された添加剤によっては、光触媒の触媒活性度の低下が著しくなることも判明した。
そのため、溶媒としての流動性物質に光触媒材料を分散させて光触媒分散体とする場合には、形成される光触媒の触媒活性度の低下を抑制する観点から、光触媒分散体の水素イオン指数の上限値を決めるようにすることができる。この場合、光触媒分散体の水素イオン指数を調整するために添加する添加剤の主成分をも考慮することが好ましい。
ここで、光触媒材料のうちで、アルカリ水溶液に溶けやすいものとしては酸化タングステンを例示することができる。そのため、以下、本実施の形態においては、一例に、光触媒材料として酸化タングステンを用い、それを溶媒としての流動性物質に分散させる場合を説明する。
一般に、酸化タングステンと呼ばれているものは三酸化タングステン（ＷＯ３）であり、空気中では極めて安定した金属酸化物である。また、酸化タングステンはバンドギャップが２．５ｅＶであり４８０ｎｍまでの可視光を利用することができるので、室内用途に使用する光触媒材料として有用である。また、酸化タングステンは工業材料として比較的入手しやすく、有害性の少ない比較的安価な材料でもある。
図１は、アセトアルデヒドガスの分解特性を例示するためのグラフ図である。
図２は、光触媒分散体の水素イオン指数がｐＨ６の場合におけるアセトアルデヒドガスの分解特性を例示するためのグラフ図である。
なお、図１、図２は、光触媒分散体を基体表面に付着、乾燥させることで光触媒を形成し、これに可視光を照射することでアセトアルデヒドガスを分解させた場合の特性を例示するためのグラフ図である。
この場合、溶媒としての流動性物質を水、光触媒材料を酸化タングステン（ＷＯ３）としている。また、水２０ｇｗに対して酸化タングステン（ＷＯ３）の添加量を１０ｗｔ％としている。そして、イオン添加剤として、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）を用いるものとしている。
また、図１の縦軸はアセトアルデヒドガス分解率（％）を表し、横軸は光触媒分散体（溶媒）の水素イオン指数を表している。図２の縦軸はアセトアルデヒドガス分解率（％）を表し、横軸はイオン添加剤の種類を表している。
図２は、光触媒分散体の水素イオン指数がｐＨ６の場合におけるアセトアルデヒドガスの分解特性を例示するためのグラフ図である。
なお、図１、図２は、光触媒分散体を基体表面に付着、乾燥させることで光触媒を形成し、これに可視光を照射することでアセトアルデヒドガスを分解させた場合の特性を例示するためのグラフ図である。
この場合、溶媒としての流動性物質を水、光触媒材料を酸化タングステン（ＷＯ３）としている。また、水２０ｇｗに対して酸化タングステン（ＷＯ３）の添加量を１０ｗｔ％としている。そして、イオン添加剤として、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）を用いるものとしている。
また、図１の縦軸はアセトアルデヒドガス分解率（％）を表し、横軸は光触媒分散体（溶媒）の水素イオン指数を表している。図２の縦軸はアセトアルデヒドガス分解率（％）を表し、横軸はイオン添加剤の種類を表している。
本発明者らの得た知見によれば、光触媒における光触媒材料の金属元素（本実施の形態においてはタングステン（Ｗ））と水酸基（−ＯＨ）とを結合させれば、触媒活性度を高めることができる。そのため、光触媒分散体の水素イオン指数をアルカリ性側に調整するイオン添加剤を添加することは有用である。しかしながら、イオン半径の大きなイオンが生成される有機アルカリ（例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）など）を主成分とするイオン添加剤を用いれば、光触媒材料の金属元素と水酸基（−ＯＨ）との結合数が減少してしまうことが判明した。
図３は、イオン添加剤の主成分が金属元素と水酸基（−ＯＨ）との結合に及ぼす影響を例示するためのグラフ図である。
なお、図３は、光触媒分散体を基体表面に付着、乾燥させることで光触媒を形成し、形成された光触媒におけるタングステン（Ｗ）と水酸基（−ＯＨ）との結合をフーリエ変換型赤外分光(ＦＴ−ＩＲ)測定により求めたものである。この場合、光触媒分散体の水素イオン指数をｐＨ６とした。また、イオン添加剤を水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）とした。
なお、図３は、光触媒分散体を基体表面に付着、乾燥させることで光触媒を形成し、形成された光触媒におけるタングステン（Ｗ）と水酸基（−ＯＨ）との結合をフーリエ変換型赤外分光(ＦＴ−ＩＲ)測定により求めたものである。この場合、光触媒分散体の水素イオン指数をｐＨ６とした。また、イオン添加剤を水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）とした。
図３に示すように、イオン添加剤として水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）を用いた場合には、タングステン（Ｗ）と水酸基（−ＯＨ）との結合（Ｗ−ＯＨ）を明確に確認することができる。しかしながら、イオン添加剤として水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）を用いた場合には、タングステン（Ｗ）と水酸基（−ＯＨ）との結合（Ｗ−ＯＨ）を明確には確認することができない。
そのため、イオン半径の大きなイオンが生成される有機アルカリなどをイオン添加剤として用いると、形成される光触媒の触媒活性度の低下が生ずるおそれがある。
そのため、イオン半径の大きなイオンが生成される有機アルカリなどをイオン添加剤として用いると、形成される光触媒の触媒活性度の低下が生ずるおそれがある。
例えば、図１、図２に示すように、イオン添加剤として有機アルカリである水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）を用いれば、光触媒分散体を中性（ｐＨ７）とした場合であってもアセトアルデヒドガス分解率の低下が著しくなる。これは、形成された光触媒の触媒活性度の低下が著しくなったことを意味する。そのため、アセトアルデヒドガス分解率を５０％以上に保つためには、光触媒分散体の水素イオン指数をｐＨ６以下にしなければならないことになる。その結果、光触媒分散体を中性とすることが難しく、光触媒分散体を付着させる基体の材料などに制限が生じるおそれがある。
一方、イオン半径の小さなイオンが生成される無機アルカリの場合には、金属元素と水酸基（−ＯＨ）との結合に及ぼす影響を抑制することができる。そのため、無機アルカリを主成分とするイオン添加剤を用いるようにすることが好ましい。そのようなものとしては、例えば、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、アンモニウムイオンなどを生成可能なものを例示することができる。例えば、前述した水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）などを主成分とするイオン添加剤を例示することができる。ただし、これらに限定されるわけではなく、流動性物質中（溶媒中）において少なくともテトラメチルアンモニウムイオン（ＴＭＡ＋）よりも小さなイオン半径の陽イオンが生成されるものであればよい。
図１に示すように、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）などの無機アルカリを主成分とするイオン添加剤を用いるものとすれば、光触媒分散体を中性（ｐＨ７）としても高いアセトアルデヒドガス分解率を得ることができる。そのため、光触媒分散体を付着させる基体の材料などに対する制限を少なくすることができるので、汎用性を格段に向上させることができる。
なお、図１に示すように、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）などの無機アルカリを用いる場合であっても、水素イオン指数を余り高くすると形成される光触媒の触媒活性度がかえって低下してしまう。
そのため、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）などの無機アルカリを主成分とするイオン添加剤を用いる場合であっても、光触媒分散体（溶媒）の水素イオン指数をｐＨ７．５以下とすることが好ましい。すなわち、イオン添加剤を含むことで、光触媒分散体（溶媒）の水素イオン指数がｐＨ７．５以下とされていることが好ましい。そのようにすれば、アセトアルデヒドガス分解率を５０％程度以上とすることができる。
そのため、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）などの無機アルカリを主成分とするイオン添加剤を用いる場合であっても、光触媒分散体（溶媒）の水素イオン指数をｐＨ７．５以下とすることが好ましい。すなわち、イオン添加剤を含むことで、光触媒分散体（溶媒）の水素イオン指数がｐＨ７．５以下とされていることが好ましい。そのようにすれば、アセトアルデヒドガス分解率を５０％程度以上とすることができる。
ここで、前述したように、金属酸化物の粒子は、アルカリ水溶液中ではその表面が水酸基（−ＯＨ）に置き換わり、ゼータ電位の絶対値が大きくなって分散性が向上する。そのため、分散性の観点からは、光触媒分散体（溶媒）の水素イオン指数を高くすることが好ましい。しかしながら、光触媒分散体（溶媒）の水素イオン指数を余り高くすると前述したように光触媒の触媒活性度が低下してしまうおそれがある。一方、前述したように光触媒分散体（溶媒）の水素イオン指数を低くしても光触媒の触媒活性度が低下することはない。そのため、形成される光触媒の触媒活性度の低下を抑制する観点から水素イオン指数の上限値を決め、分散性の観点から水素イオン指数の下限値を決めるようにすることもできる。そのようにすれば、形成される光触媒の触媒活性度を高くするとともに、光触媒材料同士の凝集を抑制することができ、また、分散の均一性を改善することもできる。
本発明者らの得た知見によれば、例えば、酸化タングステンの添加量が２．５ｗｔ％の場合において、光触媒分散体（溶媒）の水素イオン指数をｐＨ２．１未満とすれば分散性が悪くなることが判明した。この場合、酸化タングステンの粒子同士が凝集していることも確認された。そのため、光触媒分散体（溶媒）の水素イオン指数はｐＨ２．１以上とすることが好ましい。
また、光触媒分散体（溶媒）の水素イオン指数を維持するために緩衝剤を添加することもできる。緩衝剤としては、弱酸と、その塩を添加した水溶液を例示することができる。例えば、クエン酸緩衝剤としてクエン酸とクエン酸ナトリウムを添加した水溶液、酢酸緩衝剤として酢酸と酢酸ナトリウムを添加した水溶液、リン酸緩衝剤としてリン酸とリン酸ナトリウムを添加した水溶液などを例示することができる。ただし、緩衝剤を添加する場合には、添加後の光触媒分散体（溶媒）の水素イオン指数が前述した範囲にあることが好ましい。
以上は、光触媒分散体（溶媒）の水素イオン指数が、光触媒分散体を基体の表面に付着させることで形成された光触媒の触媒活性度に及ぼす影響である。
次に、光触媒分散体に含まれるイオン添加剤の成分濃度が、光触媒分散体を基体の表面に付着させることで形成された光触媒の触媒活性度に及ぼす影響について例示をする。
次に、光触媒分散体に含まれるイオン添加剤の成分濃度が、光触媒分散体を基体の表面に付着させることで形成された光触媒の触媒活性度に及ぼす影響について例示をする。
図４は、アセトアルデヒドガスの分解特性を例示するためのグラフ図である。
図５は、イオン添加剤を１ｍｏｌ添加した場合のアセトアルデヒドガスの分解特性を例示するためのグラフ図である。
なお、図４、図５は、光触媒分散体を基体表面に付着、乾燥させることで光触媒を形成し、これに可視光を照射することでアセトアルデヒドガスを分解させた場合の特性を例示するためのグラフ図である。
この場合、溶媒としての流動性物質を水、光触媒材料を酸化タングステン（ＷＯ３）としている。また、酸化タングステン（ＷＯ３）の添加量を１０ｗｔ％としている。なお、添加ｍｏｌ量は、酸化タングステン（ＷＯ３）が１０ｗｔ％分散した水溶液２０ｇｗに対する量である。すなわち、略２０ｍｌの水溶液中の添加ｍｏｌ量である。
そして、イオン添加剤として、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）を用いるものとしている。
また、図４の縦軸はアセトアルデヒドガス分解率（％）を表し、横軸はイオン添加剤の添加量を表している。図５の縦軸はアセトアルデヒドガス分解率（％）を表し、横軸はイオン添加剤の種類を表している。
図５は、イオン添加剤を１ｍｏｌ添加した場合のアセトアルデヒドガスの分解特性を例示するためのグラフ図である。
なお、図４、図５は、光触媒分散体を基体表面に付着、乾燥させることで光触媒を形成し、これに可視光を照射することでアセトアルデヒドガスを分解させた場合の特性を例示するためのグラフ図である。
この場合、溶媒としての流動性物質を水、光触媒材料を酸化タングステン（ＷＯ３）としている。また、酸化タングステン（ＷＯ３）の添加量を１０ｗｔ％としている。なお、添加ｍｏｌ量は、酸化タングステン（ＷＯ３）が１０ｗｔ％分散した水溶液２０ｇｗに対する量である。すなわち、略２０ｍｌの水溶液中の添加ｍｏｌ量である。
そして、イオン添加剤として、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）を用いるものとしている。
また、図４の縦軸はアセトアルデヒドガス分解率（％）を表し、横軸はイオン添加剤の添加量を表している。図５の縦軸はアセトアルデヒドガス分解率（％）を表し、横軸はイオン添加剤の種類を表している。
図４、図５に示すように、イオン添加剤として有機アルカリである水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）を用いれば、僅かな添加量の違いであってもアセトアルデヒドガス分解率の低下が著しくなる。すなわち、光触媒分散体に含まれるイオン添加剤の成分濃度の変動がアセトアルデヒドガス分解率に大きな影響を及ぼす。そのため、形成される光触媒の触媒活性度が不安定になるおそれがある。
一方、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）などの無機アルカリの場合には、添加量の変動、すなわち、光触媒分散体（溶媒）に含まれるイオン添加剤の成分濃度の変動がアセトアルデヒドガス分解率に及ぼす影響を軽減させることができる。そのため、形成される光触媒の触媒活性度を安定させることができる。特に、イオン添加剤として水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）を用いた場合には、添加量の変動（成分濃度の変動）がアセトアルデヒドガス分解率に及ぼす影響を格段に小さくすることができる。
一方、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）などの無機アルカリの場合には、添加量の変動、すなわち、光触媒分散体（溶媒）に含まれるイオン添加剤の成分濃度の変動がアセトアルデヒドガス分解率に及ぼす影響を軽減させることができる。そのため、形成される光触媒の触媒活性度を安定させることができる。特に、イオン添加剤として水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）を用いた場合には、添加量の変動（成分濃度の変動）がアセトアルデヒドガス分解率に及ぼす影響を格段に小さくすることができる。
なお、図４に示すように、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）などの無機アルカリを用いる場合であっても、添加量を余り多くすると形成される光触媒の触媒活性度が低下してしまう。
そのため、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）などの無機アルカリを主成分とするイオン添加剤を用いる場合であっても、イオン添加剤の含有量が１．５×１０−３ｍｏｌ以下となるようにすることが好ましい。そのようにすれば、アセトアルデヒドガス分解率を５０％程度以上とすることができる。ただし、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）を主成分とするイオン添加剤を用いる場合には、添加量を２×１０−３ｍｏｌ程度としても高いアセトアルデヒドガス分解率を維持することができる。
そのため、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）などの無機アルカリを主成分とするイオン添加剤を用いる場合であっても、イオン添加剤の含有量が１．５×１０−３ｍｏｌ以下となるようにすることが好ましい。そのようにすれば、アセトアルデヒドガス分解率を５０％程度以上とすることができる。ただし、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）を主成分とするイオン添加剤を用いる場合には、添加量を２×１０−３ｍｏｌ程度としても高いアセトアルデヒドガス分解率を維持することができる。
次に、光触媒分散体に関して本発明者らが得た他の知見について例示をする。
本発明者らの得た知見によれば、光触媒分散体（溶媒）に含まれる光触媒材料の量が２０ｗｔ％を超えるものとすれば、光触媒材料の分散性が悪化するおそれがある。そのため、光触媒材料の含有量が２０ｗｔ％以下となるようにすることが好ましい。
また、光触媒材料の分散性を向上させるために分散剤を添加することもできる。この場合、分散剤として有機物を用いるものとすれば、光触媒の作用で分解、劣化するおそれがあるため無機物とすることが好ましい。なお、分散剤を添加する場合には、添加後の光触媒分散体（溶媒）の水素イオン指数が前述した範囲にあることが好ましい。
本発明者らの得た知見によれば、光触媒分散体（溶媒）に含まれる光触媒材料の量が２０ｗｔ％を超えるものとすれば、光触媒材料の分散性が悪化するおそれがある。そのため、光触媒材料の含有量が２０ｗｔ％以下となるようにすることが好ましい。
また、光触媒材料の分散性を向上させるために分散剤を添加することもできる。この場合、分散剤として有機物を用いるものとすれば、光触媒の作用で分解、劣化するおそれがあるため無機物とすることが好ましい。なお、分散剤を添加する場合には、添加後の光触媒分散体（溶媒）の水素イオン指数が前述した範囲にあることが好ましい。
また、光触媒分散体を基体の表面などに付着させる場合には、乾燥後に形成される光触媒の硬度がある程度高くなるようにすることが好ましい。ここで、酸化タングステンの表面に水酸基（−ＯＨ）が多く存在すれば、乾燥時に酸素基（−Ｏ−）を介して酸化タングステン粒子同士を強固に結合させることができる。しかしながら、水酸基（−ＯＨ）を多くするために水素イオン指数を高くしすぎると、前述したように触媒活性度が低下するおそれがある。
この場合、表面に水酸基（−ＯＨ）を多く有する結合剤をいわゆるバインダーなどとしてさらに添加するようにすれば、溶媒として用いる流動性物質の乾燥時に、その結合剤を介して酸化タングステン粒子同士を結合させることができる。そのため、表面に水酸基（−ＯＨ）を多く有する結合剤を添加するようにすれば、形成される光触媒の硬度を高めることができる。この様な結合剤としては、光触媒の作用で分解、劣化しないものが好ましい。そのようなものとしては、無機物の粒子を溶液中に分散させたものなどを例示することができる。例えば、コロイダルシリカやコロイダルアルミナなどを例示することができる。
また、結合剤に含まれる酸化シリコンやアルミナなどの無機物の粒子径が光触媒材料の粒子径より大きいと、形成される光触媒の硬度が低下する。そのため、結合剤の粒子径が、光触媒材料の粒子径と同等か、それよりも小さいことが好ましい。すなわち、結合剤として用いられるバインダーの粒子径の大きさは、光触媒材料（例えば、酸化タングステン（ＷＯ３）など）の粒子径と同等以下であることが好ましい。
また、無機物の粒子径を小さくするほど形成される光触媒の透明性を高めることができる。そして、透明性を高めることができれば、光触媒の表面に設けられた光触媒材料だけでなく、光触媒の内部に設けられた光触媒材料にも光を照射することができるので、触媒効率を高めることができる。
また、無機物の粒子径を小さくするほど形成される光触媒の透明性を高めることができる。そして、透明性を高めることができれば、光触媒の表面に設けられた光触媒材料だけでなく、光触媒の内部に設けられた光触媒材料にも光を照射することができるので、触媒効率を高めることができる。
また、光触媒分散体（溶媒）に含まれる結合剤の重量は、光触媒材料の重量の１０分の１以上であることが好ましい。
また、結合剤の量や、結合剤に含まれる無機物などの粒子径の大きさを変えることで、光触媒分散体の粘度を調整することができる。そのため、後述するように、光触媒体の態様などに合わせて、光触媒分散体の粘度を適宜決定することもできる。
なお、結合剤を添加する場合には、添加後の光触媒分散体（溶媒）の水素イオン指数が前述した範囲にあることが好ましい。
また、結合剤の量や、結合剤に含まれる無機物などの粒子径の大きさを変えることで、光触媒分散体の粘度を調整することができる。そのため、後述するように、光触媒体の態様などに合わせて、光触媒分散体の粘度を適宜決定することもできる。
なお、結合剤を添加する場合には、添加後の光触媒分散体（溶媒）の水素イオン指数が前述した範囲にあることが好ましい。
また、溶媒としての流動性物質を室温において蒸発するもの（例えば、水など）とすることもできる。そのようにすれば、後述するように光触媒分散体を用いて基体の表面に光触媒を形成させる際の作業性を向上させることができる。
次に、本実施の形態に係る光触媒分散体の製造方法について例示をする。
光触媒分散体を製造する場合には、溶媒としての流動性物質の水素イオン指数が、光触媒の触媒活性度の低下を抑制することができる範囲となるように調整する。この際、流動性物質の水素イオン指数が、流動性物質中（溶媒中）の光触媒材料の凝集を抑制することができる範囲となるように調整することが好ましい。
また、水素イオン指数を調整する際に用いるイオン添加剤は、少なくともテトラメチルアンモニウムイオン（ＴＭＡ＋）よりも小さなイオン半径の陽イオンを生成するものを主成分として含むものとすることが好ましい。この場合、例えば、無機アルカリを主成分とするイオン添加剤を例示することができる。また、無機アルカリとしては、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、アンモニウムイオンなどを生成可能なものとすることができる。例えば、前述した水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）などを主成分とするイオン添加剤とすることができる。
光触媒分散体を製造する場合には、溶媒としての流動性物質の水素イオン指数が、光触媒の触媒活性度の低下を抑制することができる範囲となるように調整する。この際、流動性物質の水素イオン指数が、流動性物質中（溶媒中）の光触媒材料の凝集を抑制することができる範囲となるように調整することが好ましい。
また、水素イオン指数を調整する際に用いるイオン添加剤は、少なくともテトラメチルアンモニウムイオン（ＴＭＡ＋）よりも小さなイオン半径の陽イオンを生成するものを主成分として含むものとすることが好ましい。この場合、例えば、無機アルカリを主成分とするイオン添加剤を例示することができる。また、無機アルカリとしては、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、アンモニウムイオンなどを生成可能なものとすることができる。例えば、前述した水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）などを主成分とするイオン添加剤とすることができる。
また、イオン添加剤を用いる場合には、イオン添加剤の成分濃度が、形成される光触媒の触媒活性度の低下を抑制することができる範囲となるようにすることが好ましい。
また、水素イオン指数の調整がされた流動性物質（溶媒）の水素イオン指数を維持するために緩衝剤を添加することもできる。また、光触媒材料の分散性を向上させるために分散剤を添加することもできる。また、表面に水酸基（−ＯＨ）を多く有する結合剤を添加することもできる。また、結合剤の量や、結合剤に含まれる無機物などの粒子径の大きさを変えることで、光触媒分散体の粘度を調整することができる。
緩衝剤、分散剤、結合剤などを添加する場合には、添加後の流動性物質（溶媒）の水素イオン指数が前述した範囲にあることが好ましい。
また、水素イオン指数の調整がされた流動性物質（溶媒）の水素イオン指数を維持するために緩衝剤を添加することもできる。また、光触媒材料の分散性を向上させるために分散剤を添加することもできる。また、表面に水酸基（−ＯＨ）を多く有する結合剤を添加することもできる。また、結合剤の量や、結合剤に含まれる無機物などの粒子径の大きさを変えることで、光触媒分散体の粘度を調整することができる。
緩衝剤、分散剤、結合剤などを添加する場合には、添加後の流動性物質（溶媒）の水素イオン指数が前述した範囲にあることが好ましい。
なお、形成される光触媒の触媒活性度の低下を抑制することができる水素イオン指数の範囲、流動性物質中（溶媒中）の光触媒材料の凝集を抑制することができる水素イオン指数の範囲、形成される光触媒の触媒活性度の低下を抑制することができるイオン添加剤の成分濃度の範囲などに関しては、前述したものと同様のためそれらの説明は省略する。
また、溶媒としての流動性物質は、室温において蒸発するものとすることが好ましい。例えば、流動性物質を水とすることができる。
また、溶媒としての流動性物質は、室温において蒸発するものとすることが好ましい。例えば、流動性物質を水とすることができる。
この様にして、水素イオン指数などの調整がされた流動性物質（溶媒）に光触媒材料を混合することで光触媒分散体が製造される。
なお、流動性物質（溶媒）の水素イオン指数などを調整した後に光触媒材料を混合する場合を例示したが、水素イオン指数などを調整する前の流動性物質（溶媒）に光触媒材料を混合し、光触媒材料が混合された流動性物質（溶媒）の水素イオン指数などを調整してもよい。すなわち、流動性物質（溶媒）の水素イオン指数が、形成される光触媒の触媒活性度の低下を抑制する範囲となるように調整する工程と、光触媒材料を流動性物質（溶媒）に混合させる工程と、を有していればよい。
なお、流動性物質（溶媒）の水素イオン指数などを調整した後に光触媒材料を混合する場合を例示したが、水素イオン指数などを調整する前の流動性物質（溶媒）に光触媒材料を混合し、光触媒材料が混合された流動性物質（溶媒）の水素イオン指数などを調整してもよい。すなわち、流動性物質（溶媒）の水素イオン指数が、形成される光触媒の触媒活性度の低下を抑制する範囲となるように調整する工程と、光触媒材料を流動性物質（溶媒）に混合させる工程と、を有していればよい。
次に、本実施の形態に係る光触媒体、光触媒体の製造方法について例示をする。
図６は、本実施の形態にかかる光触媒体の断面構造を例示するための模式図である。
図６に示すように、光触媒体１は、基体１００の表面に膜状に形成された光触媒１０を有している。基体１００の材料としては、特に限定されることがなく、例えば、ガラスやセラミクスなどの無機材料、ステンレスなどの金属材料、あるいは高分子材料などの有機材料など、各種の材料を用いることができる。また、その形状やサイズも適宜決定することができる。なお、基体１００として高分子材料などの有機材料を用いる場合には、光触媒の作用により基体１００が分解、劣化するおそれがある。そのため、有機材料からなる基体１００を用いる場合には、光触媒１０と基体１００との間に図示しない中間層を設けるようにすることが好ましい。中間層としては、例えば、シリコーン樹脂層、アクリル変性シリコーン樹脂層、有機−無機複合傾斜層などを例示することができる。
図６は、本実施の形態にかかる光触媒体の断面構造を例示するための模式図である。
図６に示すように、光触媒体１は、基体１００の表面に膜状に形成された光触媒１０を有している。基体１００の材料としては、特に限定されることがなく、例えば、ガラスやセラミクスなどの無機材料、ステンレスなどの金属材料、あるいは高分子材料などの有機材料など、各種の材料を用いることができる。また、その形状やサイズも適宜決定することができる。なお、基体１００として高分子材料などの有機材料を用いる場合には、光触媒の作用により基体１００が分解、劣化するおそれがある。そのため、有機材料からなる基体１００を用いる場合には、光触媒１０と基体１００との間に図示しない中間層を設けるようにすることが好ましい。中間層としては、例えば、シリコーン樹脂層、アクリル変性シリコーン樹脂層、有機−無機複合傾斜層などを例示することができる。
光触媒１０は、前述した光触媒分散体を基体１００の表面に付着させ、これを乾燥させることで形成することができる。そして、前述した光触媒分散体を用いることで、光触媒１０は、金属酸化物を含み、金属元素と水酸基との結合を有するものとすることができる。また、光触媒１０は、酸化タングステン（ＷＯ３）を含む場合に、タングステン（Ｗ）と水酸基（−ＯＨ）との結合を有するものとすることができる。すなわち、光触媒１０は、酸化タングステンを含む場合に、フーリエ変換型赤外分光(ＦＴ−ＩＲ)測定において、３５００ｃｍ−１〜３８００ｃｍ−１の範囲に吸収ピークを有するものとすることができる。
付着方法は特に限定されるわけではなく、例えば、ディップコート法、スピンコート法、スプレーコート法、バーコート法、ナイフコート法、ロールコート法、ブレードコート法、ダイコート法、グラビアコート法などを例示することができる。また、前述したように、光触媒分散体の粘度を適宜選択することで付着作業の作業性を向上させることができる。例えば、風などの外乱の影響を受けやすい場所や垂直な面などに対しては粘度の高い光触媒分散体とすることが好ましい。そのようにすれば、液だれなどを抑制することができるので作業性を向上させることができる。一方、粘度の低い光触媒分散体を用いるものとすれば、光触媒１０の厚みの均一性を向上させることができる。
また、付着させた光触媒分散体の乾燥方法に関しても特に限定されるわけではなく、例えば、自然乾燥（室温乾燥）、加熱による乾燥などとすることができる。乾燥温度に関しては、溶媒としての流動性物質を適宜選択したり、添加剤を添加することで調整することができる。この場合、溶媒としての流動性物質が室温において蒸発するもの（例えば、水など）であれば、作業性を向上させることができる。
光触媒体１の用途に関しては特に限定されるわけではなく、各種の部材、製品などに広く用いることができる。
例えば、室内外の建材などの表面に光触媒分散体を付着、乾燥させることによりその表面に光触媒１０を形成させるようなものを例示することができる。室内外の建材などの表面に光触媒１０を形成させることができれば、太陽光や室内光を利用することで、大気中の有害物質や臭気物質を分解除去したり、防汚、除菌、防黴などの優れた機能を発揮させることができる。
例えば、室内外の建材などの表面に光触媒分散体を付着、乾燥させることによりその表面に光触媒１０を形成させるようなものを例示することができる。室内外の建材などの表面に光触媒１０を形成させることができれば、太陽光や室内光を利用することで、大気中の有害物質や臭気物質を分解除去したり、防汚、除菌、防黴などの優れた機能を発揮させることができる。
この場合、光触媒材料として酸化タングステンを用いるものとすれば、紫外線の少ない室内などにおいても、光触媒材料の作用を発揮させることができる。そのため、室内などであってもアセトアルデヒドやホルムアルデヒドなどの有害物質を室内光を利用して分解除去することができるので、シックハウス症候群への対応としても有益である。
光触媒体１の適用例としては、例えば、壁紙、カーテン、カーペット、天井材、床材、窓ガラス、鏡、タイル、衛生用品、家具、照明器具、空調機器や脱臭器のフィルター部品、家電製品、包装材料、情報記録媒体などを例示することができる。
また、建築物の外面を構成する部材に適用させることもできる。例えば、建築物の壁面を構成する建材（例えば、石膏ボード、セメント硬化板、コンクリート板、木質繊維板など）にも適用させることができる。
また、自動車、電車、航空機、船舶などの輸送機器の内外壁面や内外装品、食品などの包装容器などにも適用させることができる。
また、建築物の外面を構成する部材に適用させることもできる。例えば、建築物の壁面を構成する建材（例えば、石膏ボード、セメント硬化板、コンクリート板、木質繊維板など）にも適用させることができる。
また、自動車、電車、航空機、船舶などの輸送機器の内外壁面や内外装品、食品などの包装容器などにも適用させることができる。
以上、本発明の実施の形態について例示をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
１ 光触媒体、１０ 光触媒、１００ 基体
Claims (4)
- 基体と、
光触媒分散体を前記基体の表面に付着させ、乾燥させることにより形成された光触媒と、
を備え、
前記光触媒分散体は、酸化タングステンと、溶媒と、イオン添加剤と、を含み、
前記イオン添加剤は、前記溶媒中においてテトラメチルアンモニウムイオンよりも小さなイオン半径の陽イオンであるアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、アンモニウムイオンからなる群より選ばれた少なくとも１種を生成し、
前記イオン添加剤を含むことで、前記光触媒分散体の水素イオン指数がｐＨ７．５以下とされ、
前記光触媒分散体における前記酸化タングステンの含有量は、２０ｗｔ％以下であり、
前記光触媒分散体における前記イオン添加剤の含有量は、酸化タングステンを２０ｗｔ％以下含む溶媒２０ｇｗに対して１．５×１０−３ｍｏｌ以下であり、
前記溶媒は、室温において蒸発し、
前記光触媒は、酸化タングステンを含み、タングステンと水酸基との結合を有し、フーリエ変換型赤外分光測定において、３５００ｃｍ−１〜３８００ｃｍ−１の範囲に吸収ピークを有すること、を特徴とする光触媒体。 - 前記イオン添加剤は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、水酸化アンモニウムからなる群より選ばれた少なくとも１種を含むこと、を特徴とする請求項１記載の光触媒体。
- 前記光触媒分散体は、酸化シリコン粒子およびアルミナ粒子の少なくともいずれかを含む結合剤をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の光触媒体。
- 前記結合剤に含まれる粒子の粒子径は前記酸化タングステン粒子の粒子径以下であることを特徴とする請求項３記載の光触媒体。
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