JP5083295B2 - 光触媒担持体、及び光触媒担持体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光触媒担持体に関し、特に、空気清浄、脱臭、防汚、除菌、抗菌等に有効な光触媒担持体、及び光触媒担持体の製造方法に関するものである。

近年、室内等の空気の清浄、脱臭等を目的として使用される空気清浄器、脱臭器等として、有害有機物質、悪臭成分等を捕捉するフィルタに光触媒機能を有する酸化チタンを担持させたものが提供されている。

このような空気清浄器、脱臭器等は、酸化チタンの光触媒機能を利用することにより、光のエネルギーを吸収して空気中の水分をヒドロキシラジカルに変化させ、この強い分解力をもったヒドロキシラジカルの働きによって有害有機物質、悪臭成分等を水と二酸化炭素に分解し無害化するものである（例えば、特許文献１参照）。

しかし、酸化チタンで室内等の有害有機物質、悪臭成分等を分解するには、分解しようとする有害有機物質、悪臭成分等を活性化した酸化チタンの表面に効率良く接触させなければならないため、室内等の体積に対して広大な処理面積が必要となり、装置が非常に大型化してしまう。また、有害有機物質、悪臭成分等は比較的速い速度で室内等を流動しているため、それらを酸化チタンの表面に効率良く接触させることができず、酸化チタンによる光触媒機能を充分に発揮させることができず、期待したほどの効果が得られない。さらに、光のあたらない箇所では、酸化チタンを光触媒として機能させることができないため、使用可能な範囲が制限されてしまう。

一方、上記のような問題に対処するため、複数の微細孔を有する炭、ケイ酸カルシウム板等の無機物素材や活性炭素繊維等を吸着体として使用し、この吸着体に酸化チタン等の光触媒を担持させることにより、吸着体の微細孔に捕捉した有害有機物質、悪臭成分等を徐々に分解し、無害化するように構成したものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかし、このような構成の吸着体にあっては、光透過性を有していないため、吸着体の内部に吸着した有害有機物質、悪臭成分等を分解することができない。また、一旦吸着した有害有機物質、悪臭成分等は容易に外部に放散されないため、吸着体が飽和状態になった場合に、吸着体自体を取り替えなければならず、メンテナンスに非常に手間がかかる。

特開２００２−３６３８５８号公報 特開２００２−１１５１７６号公報

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、室内等の有害有機物質、悪臭成分等を効率良く捕捉して、分解し無害化することができるとともに、表面に捕捉した有害有機物質等だけでなく、内部に捕捉した有害有機物質等をも確実に分解して無害化することができ、さらに、メンテナンスフリーの状態で室内等の有害有機物質等を長期に渡って分解して無害化することができる光触媒担持体、及び光触媒担持体の製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、上記のような課題を解決するために、以下のような手段を採用している。
すなわち、多孔質化法によって多孔質化されて複数の微細孔が設けられる有機繊維と、該有機繊維の表面に前記微細孔を埋め尽くすことがない厚みで担持される光触媒とを備えた光触媒担持体であって、前記有機繊維は、光透過性を有することを特徴とする。
また、有機繊維を複数束ねてなる有機繊維群と、該有機繊維群の周囲を被覆するとともに、多孔質化法によって多孔質化されて複数の微細孔が設けられる透明の被覆材と、該被覆材の表面に前記微細孔を埋め尽くすことがない厚みで担持される光触媒とを備えた光触媒担持体であって、前記有機繊維は、光透過性を有することを特徴とする。
また、前記光触媒は酸化チタンであることとしてもよい。
また、前記有機繊維には、前記光触媒によって当該有機繊維が分解されることを防止するための保護層が設けられていることとしてもよい。
また、前記有機繊維は、ポリアミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリエステル繊維、フェノール繊維、アクリル繊維、又は、ポリビニルアルコール繊維であることとしてもよい。
また、光透過性を有する有機繊維を多孔質化法によって多孔質化して、当該有機繊維の表面に複数の微細孔を設け、前記有機繊維の表面に光触媒を塗布、噴霧又はどぶ付けの方法によって所定の厚みでコーティングし、その後、固化させて定着させることにより、前記微細孔を埋め尽くすことがない厚みで当該光触媒を当該有機繊維の表面に担持させることを特徴とする光触媒担持体の製造方法。

以上説明したように、本発明によれば、有機繊維の表面及び各微細孔内に吸着した有害有機物質、悪臭成分等を、有機繊維に光を通して有機繊維表面の光触媒（酸化チタン）を光触媒として機能させることにより、水と二酸化炭素とに分解して無害化することができる。従って、有機繊維表面の各微細孔内に吸着した有害有機物質等がその部分に蓄積されて飽和状態となり、有害有機物質等の分解能力が低下するようなことはなく、メンテナンスフリーの状態で初期の分解能力を長期的に発揮することができる。

さらに、有機繊維に光を通して有機繊維表面の光触媒（酸化チタン）を光触媒として機能させれば良いので、光があたらない箇所においても有害物質等を吸着して分解することができ、適用範囲を大幅に広げることができる。

さらに、有機繊維群の周囲を被覆材で被覆したものの場合には、被覆材の表面及び各微細孔内に吸着した有害有機物質、悪臭成分等を、各有機繊維に光を通して被覆材表面の光触媒（酸化チタン）を光触媒として機能させることにより、水と二酸化炭素に分解して無害化することができることになる。従って、被覆材の微細孔内に吸着した有害有機物質等がその部分に蓄積されて飽和状態となり、有害有機物質等の分解能力が低下するようなことはなく、メンテナンスフリーの状態で初期の分解能力を長期的に発揮することができる。

さらに、有機繊維に光を通して被覆材表面の光触媒（酸化チタン）を光触媒として機能させれば良いので、光があたらない箇所においても有害物質等を吸着して分解することができ、適用範囲を大幅に広げることができる。

さらに、有機繊維自体に加工を施す必要がないので、既存の光透過性を有する有機繊維をそのまま利用することができ、適用範囲をさらに広げることができる。

本発明による光触媒担持体の第１の実施の形態を示した概略図である。 本発明による光触媒担持体の第２の実施の形態を示した概略図である。 図２の側面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。

なお、本明細書には、次のような発明も含まれている。

第１発明は、光透過性を有するとともに、表面に複数の微細孔が設けられる繊維と、該繊維の表面に前記微細孔を埋め尽くすことがない厚みで担持される光触媒とからなることを特徴とする。第１発明による光触媒担持体によれば、有害有機物質、悪臭成分等は繊維の表面及び微細孔内に吸着される。そして、繊維の表面及び微細孔内に吸着された有害有機物質、悪臭成分等は、繊維に光を通して繊維の表面の光触媒を光触媒として機能させることにより、水と二酸化炭素に分解されて無害化されることになる。
第２発明は、光透過性を有する繊維を複数束ねてなる繊維群と、該繊維群の周囲を被覆するとともに、表面に複数の微細孔が設けられる透明の被覆材と、該被覆材の表面に前記微細孔を埋め尽くすことがない厚みで担持される光触媒とからなることを特徴とする。第２発明による光触媒担持体によれば、有害有機物質、悪臭成分等は被覆材の表面及び微細孔内に吸着される。そして、被覆材の表面及び微細孔内に吸着された有害有機物質、悪臭成分等は、繊維群の各繊維に光を通して被覆材の表面の光触媒を光触媒として機能させることにより、水と二酸化炭素に分解されて無害化されることになる。
第３発明は、第１又は２に記載の光触媒担持体であって、前記光触媒は酸化チタンであることを特徴とする。第３発明による光触媒担持体によれば、繊維又は被覆材の表面及び微細孔内に吸着した有害有機物質、悪臭成分等は、繊維又は繊維群の各繊維に光を通して繊維の表面又は被覆材の表面の酸化チタンを光触媒として機能させることにより、水と二酸化炭素に分解されて無害化されることになる。
第４発明は、第１から３の何れかに記載の光触媒担持体であって、前記繊維は、無機繊維又は有機繊維であることを特徴とする。第４発明による光触媒担持体によれば、繊維又は被覆材の表面及び微細孔内に吸着した有害有機物質、悪臭成分等は、繊維（無機繊維又は有機繊維）又は繊維群の各繊維（無機繊維又は有機繊維）に光を通して繊維（無機繊維又は有機繊維）の表面又は被覆材の表面の酸化チタンを光触媒として機能させることにより、水と二酸化炭素に分解されて無害化されることになる。
図１には、本発明による光触媒担持体の第１の実施の形態の概略図が示されていて、この光触媒担持体１は、室内等の有害有機物質、悪臭成分、汚れ、細菌等を分解して無害化するのに有効なものであって、繊維２と、繊維２の表面に担持される光触媒４とを備えている。

繊維２は、光透過性を有するとともに、表面に複数の微細孔３が設けられ、かつ、表面に光触媒４を担持可能なものであって、例えば、無機繊維又は有機繊維等の他、既存の光ファイバーが挙げられる。光透過性は、繊維群、又は撚り合わされた繊維が備えていればよく、撚り合わされる繊維の一部に光透過性を有しない繊維が混在していてもよい。

無機繊維は、光触媒４によって繊維自体が分解されない特性を有している。従って、容易に光触媒４を担持できる点で本発明の繊維２として有効である。この無機繊維の表面に数ｎｍ〜数μｍの微細孔３を複数設けることにより、無機繊維に有機物質等を吸着する吸着機能を付与することができる。無機繊維に微細孔３を設ける方法としては、周知の多孔質化法が挙げられる。

無機繊維としては、炭素繊維、活性炭素繊維、シリコン繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、炭化珪素繊維（ＳｉＣ）、炭化珪素／炭素繊維（ＳｉＣ／Ｃ）、ガラス繊維、チラノ繊維（Ｓｉ−Ｔｉ−Ｃ−Ｏ系）、セラミック繊維（セラミックファイバー、アルミナ、シリカ質繊維ともいう）等が挙げられる。これらの無機繊維のうち、活性炭素繊維は有機物質等を吸着する機能を有しているので、多孔質化する必要はなくそのまま使用することができる。

有機繊維は、光触媒４によって繊維自体が分解される可能性がある。従って、光触媒４を担持する場合、分解を防止する保護層を設ける必要がある。この有機繊維の表面に無機繊維と同様に数ｎｍ〜数μｍの微細孔３を複数設けることにより、有機繊維に有機物質等を吸着する吸着機能を付与することができる。有機繊維に微細孔３を設ける方法としては、無機繊維と同様に周知の多孔質化法が挙げられる。

有機繊維としては、ポリアミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリエステル繊維、フェノール繊維、アクリル繊維、ポリビニルアルコール繊維等が挙げられる。

これらの無機繊維、有機繊維としては、消臭繊維を用いることもできる。消臭繊維としては、例えば、繊維に酸化チタン、無機微粒子（消臭剤）を練り込んだポリエステル繊維（シャインアップ（登録商標：株式会社クラレ））、繊維に消臭効果の高い金属化合物を結合させたアクリル繊維（シリウス（登録商標：三菱レーヨン株式会社）−Ｖ）、キトサンを練り込んだアクリル繊維（パークリン（登録商標：三菱レーヨン株式会社））等が挙げられる。

光ファイバーのうち、無機系である石英ファイバー、多成分ガラスファイバー等は、上述した各種の繊維と同様に多孔質化することにより、有機物質等を吸着する機能を付与することができる。

光触媒４としては、酸化チタン（二酸化チタン、ＴｉＯ_２）が有効である。酸化チタンは、前述したように、光のエネルギーを吸収して空気中の水分を酸化反応でヒドロキシラジカルに変化させ、強い分解力をもったヒドロキシラジカルの働きにより、有害有機物質、悪臭成分等が水と二酸化炭素に分解され、無害化される。光触媒は酸化チタンに限らず、同様の機能を有するものであれば良い。

光触媒４は、繊維２の表面に所定の厚みで担持される。光触媒４を担持させるには、繊維２の表面に光触媒コーティング材を塗布、噴霧、どぶ付け等の方法により所定の厚みでコーティングし、その後に、焼き付け、常温乾燥等の方法によって固化させて定着させる。

光触媒４は、繊維２の有害有機物質等に対する吸着性能が損なわれないようにするため、各微細孔３を埋め尽くすことがない厚みで繊維２の表面に担持させることが必要である。このような厚みで光触媒４を繊維２の表面に担持させることにより、繊維２の表面及び各微細孔３内に有害有機物質、悪臭成分等を吸着することができる。

そして、上記のように構成したこの実施の形態による光触媒担持体１を空気清浄器、脱臭器等のフィルタ等に使用し、空気清浄器、脱臭器等を室内等の所定の位置に設置すると、室内等を漂う有害有機物質、悪臭成分、細菌等が光触媒担持体１の繊維２の表面に接触し、繊維２の表面及び各微細孔３内に吸着される。

そして、繊維２に適宜の方法により光を通すことにより、繊維２の表面の光触媒４が光触媒としての機能を発揮し、繊維２の表面及び各微細孔３内に吸着されている有害有機物質、悪臭成分等が水と二酸化炭素に分解されて無害化され、室内等の空気が浄化され、環境が改善される。

上記のように構成したこの実施の形態による光触媒担持体１にあっては、繊維２の表面だけでなく、繊維２の表面の各微細孔３内にも有害有機物質、悪臭成分等を吸着することができるので、室内等を漂う有害有機物質、悪臭成分等を効率良く捕捉して分解することができる。

また、繊維２に光を通すことによって繊維２の表面の光触媒４を光触媒として機能させることができるので、光のあたらない箇所であっても有害有機物質、悪臭成分等を分解して無害化することができ、適用可能な範囲を広げることができる。

さらに、各微細孔３内に吸着されている有害有機物質、悪臭成分等も確実に分解して無害化することができるので、繊維２が飽和状態になって分解能力が低下するようなことはなく、メンテナンスフリーの状態で長期的に有害有機物質等を分解して無害化することができる。

図２及び図３には、本発明による光触媒担持体の第２の実施の形態が示されていて、この光触媒担持体１１は、光透過性を有する複数の繊維１３を束ねて繊維群１２を構成するとともに、この繊維群１２の周囲を表面に複数に微細孔１５を設けた透明の被覆材１４で被覆し、この被覆材１４の表面に所定の厚みで光触媒１６を担持させたものであって、その他の構成は前記第１の実施の形態に示すものと同様である。

すなわち、この実施の形態においては、繊維群１２の各繊維１３は光透過性を有するものであれば良く、第１の実施の形態に示すもののように、各繊維１３の表面に複数の微細孔を設ける必要はない。従って、各繊維１３に前述した無機繊維又は有機繊維を使用することができるのは勿論のこと、既存の各種の光ファイバー（石英ファイバー（四塩化珪素、四塩化ゲルマニウム等）、多成分ファイバー、プラスチックファイバー（ポリメチルメタアクリレート、フッ化ビニリデン、ポリスチレン等））も使用することができる。

被覆材１４は、各種の合成樹脂からなる透明なチューブ等によって構成される。被覆材１４の表面には、前記第１の実施の形態の微細孔３と同様の微細孔１５が複数設けられる。被覆材１４に微細孔１５を設けるには、周知の各種の多孔質化法を使用することができる。

被覆材１４の表面に担持される光触媒１６は、有害有機物質等に対する吸着性能が損なわれないようにするため、微細孔１５を埋め尽くすことがない厚みで被覆材１４の表面に担持させることが必要である。このような厚みで光触媒１６を被覆材１４の表面に担持させることにより、被覆材１４の表面及び各微細孔１５内に有害有機物質、悪臭成分等を吸着することができる。

そして、上記のように構成したこの実施の形態による光触媒担持体１１を室内等の所定の位置に設置すると、室内等を漂う有害有機物質、悪臭成分、細菌等が光触媒担持体１１の被覆材１４の表面に接触して、被覆材１４の表面及び各微細孔１５内に吸着される。

そして、繊維群１２の各繊維１３に適宜の方法により光を通すことにより、被覆材１４の表面の光触媒１６が光触媒としての機能を発揮し、被覆材１４の表面及び各微細孔１５内に吸着されている有害有機物質、悪臭成分等が水と二酸化炭素に分解されて無害化され、室内等の空気が浄化され、環境が改善される。

上記のように構成したこの実施の形態による光触媒担持体１１にあっては、被覆材１４の表面だけでなく、被覆材１４の表面の各微細孔１５内にも有害有機物質、悪臭成分等を吸着することができるので、室内等を漂う有害有機物質、悪臭成分等を効率良く捕捉して分解することができる。

また、繊維群１２の各繊維１３に光を通すことによって被覆材１４の表面の光触媒１６を光触媒として機能させることができるので、光のあたらない箇所であっても有害有機物質、悪臭成分等を分解して無害化することができ、適用可能な範囲を広げることができる。

さらに、各微細孔１５内に吸着されている有害有機物質、悪臭成分等も確実に分解して無害化することができるので、被覆材１４が飽和状態になって分解能力が低下するようなことはなく、メンテナンスフリーの状態で長期的に有害有機物質等を分解して無害化することができる。

さらに、既存の光ファイバーケーブルを改良することによって、本発明による光触媒担持体１１として機能させることができるので、経済的に有利なものを提供することができる。

上記のように構成した本発明による光触媒担持体１、１１は、家庭内、オフィス内、畜産場等に適用することにより、それらの空気の浄化、脱臭、細菌の除去等を行なうことができ、環境を改善することができる。

具体的には、トイレ、床下、収納庫、倉庫、納戸、天井、空気清浄器、空気清浄器のフィルタ、喫煙室、ダクト、家畜場、エアコン、車（エアコン、座席、トランク、エンジンルーム）、ごみ箱、犬小屋、靴（ブーツ、長靴、革靴）、洋服、下着、介護用品（おむつ、おむつカバー、パジャマ、ビルとビルの間の日陰、厨房、ロッカー、押入等に使用することが可能である。

１、１１ 光触媒担持体
２、１３ 繊維
３、１５ 微細孔
４、１６ 光触媒
１２ 繊維群
１４ 被覆材

Claims (5)

1. 多孔質化法によって多孔質化されて複数の微細孔が設けられる有機繊維と、該有機繊維の表面に前記微細孔を埋め尽くすことがない厚みで担持される光触媒とを備えた光触媒担持体であって、
   前記有機繊維は、光透過性を有することを特徴とする光触媒担持体。
2. 有機繊維を複数束ねてなる有機繊維群と、該有機繊維群の周囲を被覆するとともに、多孔質化法によって多孔質化されて複数の微細孔が設けられる透明の被覆材と、該被覆材の表面に前記微細孔を埋め尽くすことがない厚みで担持される光触媒とを備えた光触媒担持体であって、
   前記有機繊維は、光透過性を有することを特徴とする光触媒担持体。
3. 前記有機繊維には、前記光触媒によって当該有機繊維が分解されることを防止するための保護層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光触媒担持体。
4. 前記有機繊維は、ポリアミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリエステル繊維、フェノール繊維、アクリル繊維、又は、ポリビニルアルコール繊維であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の光触媒担持体。
5. 光透過性を有する有機繊維を多孔質化法によって多孔質化して、当該有機繊維の表面に複数の微細孔を設け、
   前記有機繊維の表面に光触媒を塗布、噴霧又はどぶ付けの方法によって所定の厚みでコーティングし、その後、固化させて定着させることにより、前記微細孔を埋め尽くすことがない厚みで当該光触媒を当該有機繊維の表面に担持させることを特徴とする光触媒担持体の製造方法。

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