JPH1066830A

JPH1066830A - 空気浄化装置

Info

Publication number: JPH1066830A
Application number: JP8247015A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takeuchi; 浩士竹内; Shiyuuzou Kutsuna; 周三怱那; Akitsugu Ibusuki; 堯嗣指宿; Shingo Sawano; 新吾沢野; Izumi Fukumori; 泉福森
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology; Okitsumo Inc
Current assignee: Okitsumo Inc; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1996-08-28
Filing date: 1996-08-28
Publication date: 1998-03-10

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、大気中の窒素酸化物を除去する高
い能力を有する皮膜を有する大気浄化装置を提供する。【解決手段】一般式：（Ｒ¹）_n−Ｓｉ−（ＯＲ²）
_4-n（式中、Ｒ¹は炭素数１乃至８の有機基であり、Ｒ
²は炭素数１乃至５の有機基であり、ｎは０，１または
２である。）で表されるアルコキシシラン化合物の少な
くとも１種を加水分解して得られるＳｉＯ₂骨格を有す
るアルコキシシラン系バインダーと、該アルコキシシラ
ン系バインダーの固形分換算で１００重量部あたり５０
重量部以上の光触媒活性のある二酸化チタンと、を含む
塗料を基材に塗布して乾燥してなる多孔質皮膜を有する
空気浄化装置。該アルコキシシラン系バインダーが、該
アルコキシシラン化合物の少なくとも１種とコロイド状
シリカ分散液との混合物を加水分解して得られるもので
あってよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は空気浄化装置に関
し、より具体的には光照射によって空気中のＮＯ_x(窒素
酸化物) を除去することができる触媒を含む多孔質皮膜
を有する空気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光照射によって空気中の低濃度ＮＯ_x等
を除去する、二酸化チタンを主成分とする光触媒が知ら
れている。例えば、特許第１６１３３０１号中に開示さ
れるように、二酸化チタンは波長400nm 以下の光照射に
よって活性化され、低濃度の窒素酸化物や二酸化硫黄を
酸化的に除去し、それらを希薄な硝酸および硫酸として
光触媒表面上に保持する。一般に、この触媒は微粒子ま
たは超微粒子状であり、そのままの状態で使用しようと
すると塗布、回収、洗浄等の取扱工程において飛散や流
出が起こることから、そのままの状態での使用は現実的
には困難である。この問題を回避するため使用に際し、
触媒を皮膜等によって基材に結び付けるいわゆる触媒の
固定化を必要とする。この固定化のためにエポキシ樹
脂、アクリル樹脂およびウレタン樹脂等のような合成樹
脂が主として検討されてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これら従来から使用さ
れてきた、エポキシ樹脂、アクリル樹脂およびウレタン
樹脂等のような合成樹脂を用いる固定方法によれば、以
下に列挙する問題が発生する。即ち、(1) 合成樹脂が触
媒粒子表面を覆い、触媒と空気との接触面積を減少させ
るため活性が低下すること、(2) 樹脂の表面に露出して
いる触媒は空気と接触し機能するが、樹脂層の内部に存
在する触媒は空気との接触を絶たれ機能しないこと、お
よび(3) 光触媒の作用によって合成樹脂を劣化させ寿命
を低下されるので、二酸化チタンの表面を他の物質で被
覆して使用する必要があること、である。

【０００４】従って、本発明ではこれらの問題を解決
し、安価で安定なＮＯ_x除去効果を有する多孔質皮膜を
有する空気浄化装置を提供する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明においては、触媒
を固定するマトリックス樹脂が多孔質であり触媒表面を
覆ってしまわないことに加え、処理されるべき周囲の空
気が樹脂層内部まで侵入することができるので、樹脂層
内部に存在する触媒も該空気と接触することができる。
このため、本発明によれば、存在する触媒の活性な表面
を有効に活用することができ、高いＮＯ_x除去性能を発
揮することができる。さらに、アルコキシシランから形
成される無機系のバインダーは二酸化チタンの光触媒作
用に十分耐えることができる。また、本発明に従って形
成された多孔質皮膜は、撥水性、耐汚染性および耐候性
にも優れる。

【０００６】以上より、本発明は、一般式：（Ｒ¹）_n
−Ｓｉ−（ＯＲ²）_4-n（式中、Ｒ¹は炭素数１乃至８
の有機基であり、Ｒ²は炭素数１乃至５の有機基であ
り、ｎは０，１または２である。）で表されるアルコキ
シシラン化合物の少なくとも１種を加水分解して得られ
るＳｉＯ₂骨格を有するアルコキシシラン系バインダー
と、該アルコキシシラン系バインダーの固形分換算で１
００重量部あたり５０重量部以上の光触媒活性のある二
酸化チタンと、を含む塗料を基材に塗布して乾燥してな
る多孔質皮膜を有する空気浄化装置である。

【０００７】また、本発明は上記の空気浄化装置におい
て、該アルコキシシラン系バインダーが、該アルコキシ
シラン化合物の少なくとも１種とコロイド状シリカ分散
液との混合物を加水分解して得られるものであってよ
い。

【０００８】好ましい具体例の説明本発明は様々な適用方法が考えられるが、多孔質皮膜を
形成する方法としてはアルコキシシラン系バインダーと
光触媒活性のある二酸化チタンと必要な添加剤とを混合
して塗料とし、それを基材に塗布する方法が容易で効果
的である。また、こうすることで既に構築された建造物
等についてもその表面に皮膜を形成することができ、応
用性および利用価値が飛躍的に高まる。

【０００９】Ａ．各成分についてアルコキシシラン化合物一般式：（Ｒ¹）_n−Ｓｉ−（ＯＲ²）_4-n（式中、Ｒ
¹は炭素数１乃至８の有機基であり、Ｒ²は炭素数１乃
至５の有機基であり、ｎは０，１または２である。）で
表されるアルコキシシラン化合物を使用することができ
る。またアルコキシシラン化合物は数種類の混合物であ
ってよく、例えば、メチルトリメトキシシラン５０重量
部とジメチルジエトキシシラン５０重量部との混合物等
も好適に使用される。なお、バインダーの分子量を調節
するために、上記一般式中ｎ＝３のものを少量含んでも
よい。

【００１０】二酸化チタン光触媒活性のある種々な形態の二酸化チタンを使用する
ことができるが、特にアナタース型で比表面積の大きな
ものが適している。触媒作用を害するような不純物を含
まないものでなければならない。例えば、日本アエロジ
ル株式会社製のＰ−２５、石原産業株式会社製ＳＴ−０
１および石原産業株式会社製ＳＴ−３１等を使用するこ
とができる。

【００１１】コロイド状シリカ分散液コロイド状シリカを分散媒体中に分散させたもので、例
えば、コロイド状シリカのイソプロピルアルコール分散
液（固形分３０％）、コロイド状シリカのエチレングリ
コールモノイソプロピルエーテル分散液（固形分２０
％）等が用いられる。

【００１２】添加剤窒素酸化物の除去能力を高めるために活性炭等の吸着剤
を配合することができる。 (1) 活性炭素好ましくは、粒状活性炭を使用する。添加量は、触媒
（二酸化チタン、活性炭素、および酸化第二鉄）量に対
し、後述の酸化第二鉄との合計で２４〜２７重量％とす
ることが好ましい。 (2) 酸化第二鉄触媒作用を害するような不純物を含まない酸化第二鉄を
使用する。添加量は、触媒（二酸化チタン、活性炭素、
および酸化第二鉄）量に対し、活性炭素との合計で２４
〜２７重量％とすることが好ましい。

【００１３】Ｂ．塗料化についてアルコキシシラン系バインダーと二酸化チタンと必要な
添加剤とを配合し、さらに揮発成分となるシンナーを加
えて塗料にする。この配合において、触媒（二酸化チタ
ン、活性炭素、および酸化第二鉄）の配合割合が増加す
ると、形成される多孔質皮膜中の触媒の割合が増加し、
多孔質皮膜の窒素酸化物除去能力が上昇する。しかしな
がら、二酸化チタンの配合量が多すぎると密着性（皮膜
付着力）が低下する。従って、窒素酸化物除去能力と密
着性（皮膜付着力）との両立を図るためには、アルコキ
シシラン系バインダーの固形分換算１００重量部に対
し、二酸化チタンは５０乃至２００重量部配合すること
が好ましい。

【００１４】コロイド状シリカ分散液とアルコキシシラ
ンとの配合割合としては、アルコキシシラン１００重量
部に対してコロイド状シリカ分散液を固形分換算で５乃
至２００重量部、好ましくは１０乃至７０重量部配合す
る。コロイド状シリカ分散液の配合増加に伴って、多孔
質皮膜形成時の体積収縮が減少し、形成される多孔質皮
膜にクラック（亀裂）が生じにくくなる。逆に、コロイ
ド状シリカ分散液の配合が７０重量部を超えると基材へ
の密着性（皮膜付着力）が低下する。

【００１５】Ｃ．皮膜化について調製した塗料を基材に塗布し乾燥させて多孔質皮膜とす
る。基材は金属、ガラス、樹脂、コンクリートおよび木
材等いかなるものであってもよい。現実には、例えば高
速道路遮音壁、ガードレール、建物の外壁等ほとんどの
物体に塗布し皮膜を形成することができる。基材の下地
処理は特に必要としないが、ブラスト処理やプライマー
塗布を行ってもよい。塗布はハケ、ローラー等の既知の
塗装方法を使用することができる。さらに、乾燥は常温
乾燥及び焼付乾燥のいずれの方法によってもよく、また
両者を併用することもできる。特に焼付乾燥において
は、３７０°Ｃ×１５分という比較的高温の条件におい
ても窒素酸化物除去能力の低下は発生しない。

【００１６】

【発明の効果】塗布された塗膜中に残留する未反応アル
コキシシラン化合物が乾燥工程においてアルコールや水
を放出して重縮合する。これにより本発明によって形成
される皮膜は多孔質となり、多孔質皮膜中に存在する触
媒粒子が空気と接触することができるので、多孔質皮膜
中に存在する触媒を有効に活用することによって、多孔
質皮膜が高い窒素酸化物除去能力を発揮することができ
る。さらに、その皮膜は二酸化チタンの光触媒作用によ
っても劣化等されない。

【００１７】即ち、本発明は、低濃度窒素酸化物の除去
に有効な光触媒活性のある二酸化チタンを、多孔質でガ
ス拡散性が高く撥水性、耐汚染性、耐候性、耐久性にも
優れるアルコキシシラン系バインダーを用いて固定する
ことによって、窒素酸化物除去に有効に働く空気浄化装
置を提供する。該装置を使用することで、低濃度の窒素
酸化物等の大気汚染物質を除去することにより、それら
の物質による直接の健康影響を低減するとともに、光化
学スモッグ、酸性雨等の二次的汚染を防止することが可
能である。

【００１８】

【実施例】本発明をこれから実施例によって例示して詳
述するが、本発明はこれに限定されるものではない。

【００１９】以下の製造例、実施例において、「部」お
よび「％」は特記しない限り重量基準による。

【００２０】実験１〜５二酸化チタンの窒素酸化物除去効果を確認するため、シ
リコーン樹脂 (メチルフェニルポリシロキサン：信越化
学工業株式会社製KR-311）をバインダーとし、アナター
ス型二酸化チタン（日本アエロジル株式会社製 P-25
）、活性炭素（粒状活性炭）、および酸化第二鉄の混
合物を表１に示すように調製した。なお、表１の混合比
は、乾燥された際の皮膜中の組成比を表している（以下
の表中においても同様である。）。この混合物にシンナ
ーを加えて塗料とし、１０ｃｍ平方のガラス板に膜厚を
変化させて塗布し、焼付乾燥した。この平板状の試料を
図１に示す空気浄化機能性材料試験装置を用いて評価し
た。

【００２１】図１の空気浄化機能性材料試験装置は、皮
膜がその表面に形成された１０ｃｍ平方のガラス板また
はステンレス鋼板等を試料として空気浄化機能を評価す
るものである。図１を参照して、まず、試料２枚を強化
ガラス製の浅い円筒状容器10、12に入れた。窒素酸化物
ガス源14と空気源16からのそれぞれの流量をバルブ18、
20によって調節し、低濃度の窒素酸化物 (1.0ppm) を含
む、湿度０％の模擬汚染空気を連続的に供給した。円筒
状容器10、12の上方から光源24によって、波長が300nm
〜400nm の近紫外光を試料面において約0.5mW/cm²の強
度で照射した。この状態で、容器出口における窒素酸化
物濃度を測定器22によって測定した。

【００２２】これによって得られた結果を表１に示す。
表１は触媒（二酸化チタン、活性炭素、および酸化第二
鉄）量と皮膜厚との窒素酸化物除去能力に対する影響も
示している。なお、窒素酸化物除去率は、各膜厚の試料
を使用した際の、模擬汚染空気（窒素酸化物1.0ppm、湿
度0%、流量0.5l/ 分) を３時間連続で流通し試料と接触
させたときの除去率を示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】この結果から、皮膜中における触媒含有率
の上昇と共に窒素酸化物除去率も上昇することが明らか
になった。これは、主として触媒の皮膜表面への露出が
増加するためと考えられる。

【００２５】実験６〜８焼付乾燥条件が窒素酸化物除去率に与える影響を評価す
るため、焼付乾燥条件を表２に示すように変化させた際
の窒素酸化物除去率を測定した。評価方法は、実験１〜
５と同様に行った。その結果を表２に示す。

【００２６】

【表２】

【００２７】表２が示すように、焼付乾燥条件によって
窒素酸化物除去率は全く影響されないことが明らかにな
った。

【００２８】実施例１および２、比較例１〜４バインダー成分を多孔質化し、皮膜内部に存在する触媒
が空気と接触することができるようにして、窒素酸化物
除去能力を上昇させることを目的とした。このため、バ
インダーとしてアルコキシシラン系およびフッ素樹脂系
を用いた。評価方法はバインダーを変更したこと以外は
本質的には実験１〜５と同様に行った。なお、高い窒素
酸化物除去能力が予期され、それぞれの差異を明確化す
るための一層厳しい条件として、窒素酸化物除去率は、
模擬汚染空気（窒素酸化物1.0ppm、湿度0%、流量1.5l/
分) を24時間連続で流通し試料と接触させたときの除去
率とした。

【００２９】用いたアルコキシシラン系バインダーは、
メチルトリメトキシシラン５０重量部と、ジメチルジエ
トキシシラン５０重量部と、コロイド状シリカのイソプ
ロピルアルコール分散液（固形分３０％）１５０重量部
との混合物を加水分解して調製された。また、フッソ樹
脂系バインダーは、四フッ化エチレン樹脂を用いた。

【００３０】アナタース型二酸化チタンＡは石原産業株
式会社製ＳＴ−０１を、またアナタース型二酸化チタン
Ｂは石原産業株式会社製ＳＴ−３１を用いた。活性炭素
は粒状活性炭を使用した。

【００３１】下地処理は、実施例１および２については
グリッドブラスト処理を、また比較例１〜４については
フッ素系プライマーによく用いられるポリアミドイミド
系による下塗りを実施した。

【００３２】これらの結果を表３に示す。また、窒素酸
化物除去率以外に、樹脂の多孔質性および形成された多
孔質皮膜の強度についても評価した。これら２項目につ
いての結果は、◎：優、○：良、△：やや良、×：劣の
各記号によって表した。

【００３３】

【表３】＊固形分換算

【００３４】シリコーン樹脂バインダー（実験８）の場
合に比べ、アルコキシシラン系（実施例１、２）または
フッ素樹脂系（比較例１〜４）を用いた場合はいずれも
樹脂の多孔質性、皮膜強度およびＮＯ_x除去率のいずれ
も改善されることが明らかになった。また、膜厚は１０
μｍのような薄いもので十分な効果を有していた。皮膜
強度とＮＯ_x除去率を考慮すると、アルコキシシラン系
バインダーが最も優れていた。

【００３５】実施例３〜７、比較例５アルコキシシラン系バインダーを調製する際のアルコキ
シシランとコロイド状シリカ分散液の最適な混合比率を
決するべく、その混合比率を変化させて形成される多孔
質皮膜の特性（皮膜強度）を評価した。用いたアルコキ
シシラン系バインダーは、メチルトリメトキシシラン５
０重量部と、ジメチルジエトキシシラン５０重量部と、
表４に示す量のコロイド状シリカのエチレングリコール
モノイソプロピルエーテル分散液（固形分２０％）との
混合物を加水分解して調製された。下地処理は、グリッ
ドブラスト処理を行った。また、用いたアナタース型二
酸化チタンは日本アエロジル株式会社製Ｐ−２５であっ
た。結果を表４に示す。

【００３６】

【表４】

【００３７】アルコキシシランとコロイド状シリカ分散
液の混合比率は、アルコキシシラン１００重量部に対
し、コロイド状シリカ分散液は固形分換算で５〜２００
重量部、好ましくは１０〜７０重量部が適当であること
が明らかになった。

【００３８】実施例８および９、比較例６および７アルコキシシラン系バインダーと二酸化チタンとの好ま
しい混合割合を決定するために、この混合割合を変化さ
せた際に形成される多孔質皮膜の特性（皮膜強度、窒素
酸化物除去性能）を評価した。コロイド状シリカ分散液
はコロイド状シリカのエチレングリコールモノイソプロ
ピルエーテル分散液（固形分２０％）を使用した。ま
た、用いたアナタース型二酸化チタンは石原産業株式会
社製ＳＴ−０１を用いた。結果を表５に示す。

【００３９】

【表５】

【００４０】アルコキシシラン系バインダーと二酸化チ
タンの混合割合としては、アルコキシシラン系バインダ
ー固形分換算１００重量部当たり二酸化チタンを５０〜
２００重量部とするのが好ましいことが明らかになっ
た。二酸化チタンが２００重量部を超えると密着性（塗
膜付着力）が悪化する。

【図面の簡単な説明】

【図１】空気浄化材料試験装置を示す概略図である。

【符号の説明】

１０、１２：円筒状容器１４：窒素酸化物ガス源１６：空気源１８，２０：バルブ２２：窒素酸化物濃度測定器２４：近紫外光源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者怱那周三茨城県つくば市小野川16番３工業技術院資源環境技術総合研究所内 (72)発明者指宿堯嗣茨城県つくば市小野川16番３工業技術院資源環境技術総合研究所内 (72)発明者沢野新吾三重県名張市蔵持町芝出1109番地の７オキツモ株式会社内 (72)発明者福森泉三重県名張市蔵持町芝出1109番地の７オキツモ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一般式：（Ｒ¹）_n−Ｓｉ−（ＯＲ²）
_4-n（式中、Ｒ¹は炭素数１乃至８の有機基であり、Ｒ
²は炭素数１乃至５の有機基であり、ｎは０，１または
２である。）で表されるアルコキシシラン化合物の少な
くとも１種を加水分解して得られるＳｉＯ₂骨格を有す
るアルコキシシラン系バインダーと、該アルコキシシラ
ン系バインダーの固形分換算で１００重量部あたり５０
重量部以上の光触媒活性のある二酸化チタンと、を含む
塗料を基材に塗布して乾燥してなる多孔質皮膜を有する
空気浄化装置。
【請求項２】該アルコキシシラン系バインダーが、該ア
ルコキシシラン化合物の少なくとも１種とコロイド状シ
リカ分散液との混合物を加水分解して得られるものであ
る、請求項１に記載の空気浄化装置。
【請求項３】該コロイド状シリカ分散液が、該アルコキ
シシラン化合物の１００重量部あたり、固形分換算で５
乃至２００重量部含まれるものである、請求項２に記載
の空気浄化装置。
【請求項４】該コロイド状シリカ分散液が、該アルコキ
シシラン化合物の１００重量部あたり、固形分換算で１
０乃至７０重量部含まれるものである、請求項３に記載
の空気浄化装置。
【請求項５】該二酸化チタンがアナタース型である、請
求項１乃至４のいずれかに記載の空気浄化装置。
【請求項６】該二酸化チタンが、該アルコキシシラン系
バインダーの固形分換算で１００重量部あたり２００重
量部以下である、請求項１乃至５のいずれかに記載の空
気浄化装置。
【請求項７】該空気浄化が空気中に含まれる窒素酸化物
を低減することによるものである、請求項１乃至６のい
ずれかに記載の空気浄化装置。
【請求項８】該空気浄化が、該空気浄化装置への光の照
射によって進行または促進されるものである、請求項１
乃至７のいずれかに記載の空気浄化装置。