JPH1147612A - 光触媒体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ポリテトラフルオロエチレン粉末と光触媒微粒
子とを含有するディスパ−ジョンの塗布・焼成で光触媒
層を形成することにより、酸化分解効率に優れた光触媒
体を提供する。 【解決手段】支持体上に光触媒層を設けた光触媒体の製
造方法であり、光触媒微粒子と光触媒微粒子に対し難溶
着性の樹脂粉末、例えばポリテトラフルオロエチレン粉
末とのディスパ−ジョンを支持体上に塗布し、この塗布
層を加熱して樹脂粉末間を焼結する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は抗菌、除菌、防汚、
防臭、浄化等に使用する光触媒体の製造方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】酸化物半導体である酸化チタン等の光触
媒微粒子にバンドギャップ以上のエネルギ−を有する光
を照射すると、励起により電子及び正孔が発生され、表
面に近接した有機物や微生物が酸化により分解され、無
機酸化物においては、最終酸化物にまで酸化されるに至
る。そこで、この光触媒微粒子をバインダ−で担持させ
た光触媒体を所定の場所に配設し、空気中に浮遊する細
菌や臭気性ガスを分解して抗菌、除菌、防汚、防臭、浄
化等を行うことが提案されている。

【０００３】従来、光触媒体の製造方法として、ビニル
エ−テル−フルオロオレフィンコポリマ−やビニルエス
テル−フルオロオレフィンコポリマ−等のフッ素系ポリ
マ−とイソシアネ−ト系硬化剤等の架橋剤と光触媒微粒
子との溶剤溶液を支持体上に塗布し、この塗布層を架橋
反応で硬化させること方法が公知である（特開平７−１
７１４０８号）。この方法により製造された光触媒体に
おいては、難分解性であるフッ素系ポリマ−を光触媒微
粒子のバインダ−としているから、活性化光触媒微粒子
でバインダ−が酸化劣化されるのをよく防止でき、光触
媒微粒子の安定な結着が期待できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光触媒
微粒子の表面の大部分がバインダ−で覆われ、光触媒微
粒子と空気との直接的な接触がそれだけ少なくなるの
で、空気中の細菌等に対する光触媒微粒子の酸化分解効
率の低下が避けられない。

【０００５】ところで、フッ素系ポリマ−の製膜法とし
て、フッ素系ポリマ−のディスパ−ジョンを塗布し、加
熱により塗布膜中の溶媒を蒸発させ、更に加熱焼成によ
りフッ素系ポリマ−粒子間を焼結することが知られてい
る。この膜製法では、焼成に、前記した架橋硬化法に較
べ相当高温（３７０〜３９０℃）の加熱が必要である。
しかしながら、本発明者の検討結果によれば、フッ素系
ポリマ−として特にポリテトラフルオロエチレンを使用
し、このポリテトラフルオロエチレン粉末と光触媒微粒
子とのディスパ−ジョンを塗布し、この塗布層を焼成し
て得た光触媒層は、上記架橋硬化法による光触媒層に較
べ、著しく優れた分解性能を呈することが判明した。

【０００６】この高分解性能の原因を解明するために、
その光触媒層の組織を顕微鏡で観察したところ、光触媒
微粒子と樹脂との間に空気層が存在し、この空気層が繋
がって連続気泡状を成していることが判明した。上記空
気層の形成は、ポリテトラフルオロエチレンポリマ−が
ビニルエ−テル−フルオロオレフィンコポリマ−やビニ
ルエステル−フルオロオレフィンコポリマ−等のフッ素
系ポリマ−に較べて難溶着性であり、しかも、光触媒微
粒子に較べてポリテトラフルオロエチレンポリマ−の熱
収縮率が著しく大きいために、焼成後の冷却時、光触媒
微粒子と樹脂との界面が剥離され、樹脂の冷却収縮に伴
いその剥離箇所の空間が拡大されていく結果であると推
察される。この推察の妥当性は、焼成による光触媒層の
形成において、ポリテトラフルオロエチレンポリマ−に
代えパ−フルオロアルキルビニルエ−テル−テトラフル
オロエチレンコポリマ−を用いると、顕著な分解性能の
低下が観られることからも、裏付けられる。

【０００７】本発明の目的は、上記知見に基づき、ポリ
テトラフルオロエチレン粉末と光触媒微粒子とを含有す
るディスパ−ジョンの塗布・焼成で光触媒層を形成する
ことにより、酸化分解効率に優れた光触媒体を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光触媒体の
製造方法は、支持体上に光触媒層を設けた光触媒体の製
造方法であり、光触媒微粒子と光触媒微粒子に対し難溶
着性の樹脂粉末、例えばポリテトラフルオロエチレン粉
末とのディスパ−ジョンを支持体上に塗布し、この塗布
層を加熱して樹脂粉末間を焼結することを特徴とする構
成である。

【０００９】

【発明の実施の形態】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。図１は本発明ににより製
造される光触媒体を示している。図１において、１は支
持体である。２は支持体１上に設けた光触媒層であり、
焼結されたポリテトラフルオロエチレン粉末の焼成層内
に光触媒微粒子が分散され、樹脂と光触媒微粒子との間
に微小空気層が形成され、焼結されたポリテトラフルオ
ロエチレン粉末間の間隙が上記空気層に繋がって連続気
泡組織となっている。上記ポリテトラフルオロエチレン
樹脂と光触媒微粒子との間の空気層の厚みは、数ナノメ
−タ〜数ミクロンの微細間隙であり、水等の液体の通過
は生じないが、連続気泡のために空気は充分に出入りし
得る。

【００１０】本発明により光触媒体を製造するには、ポ
リテトラフルオロエチレン粉末と光触媒微粒子とを含有
したディスパ−ジョンを支持体に塗布し、加熱により塗
布層中の溶媒を蒸発除去し、更に加熱焼成によりポリテ
トラフルオロエチレン粒子間を焼結し、ついで冷却し、
この冷却時、ポリテトラフルオロエチレン樹脂の光触媒
微粒子よりも大なる熱収縮及びポリテトラフルオロエチ
レン樹脂の光触媒微粒子に対する非融着性のために、光
触媒微粒子とポリテトラフルオロエチレン樹脂との間に
空気層が生成される。また、焼成時でのポリテトラフル
オロエチレン粉末の溶融粘度は１０⁸ポアズ以上であ
り、流動せずに粒形状が保持され、かつ焼成が無加圧で
行われるから、焼結されたポリテトラフルオロエチレン
粉末間に間隙が残存される。従って、光触媒層は連続気
泡組織となる。

【００１１】上記光触媒微粒子には、優れた光触媒活性
を呈するアナタ−ゼ型酸化チタン微粒子を使用すること
が好ましい。また、光触媒微粒子の活性を高めるため
に、アルカリ金属イオンを担持させることができる。上
記ポリテトラフルオロエチレン粉末の粒径は、０．２〜
０．３μｍ、光触媒微粒子の粒径は、０．００７〜０．
５μｍであり、連続気泡組織の光触媒層の気孔率は通常
５〜３０％である。上記ディスパ−ジョンの光触媒微粒
子配合量が多すぎると、ポリテトラフルオロエチレンに
よる光触媒微粒子間の結着強度が不充分となるので、ポ
リテトラフルオロエチレン粉末／光触媒微粒子の混合比
は、３／７〜８／２とすることが好ましい。上記光触媒
微粒子に対し難溶着性の樹脂粉末としては、超高分子ポ
リエチレン等も使用可能である。

【００１２】上記支持体には、焼成時の加熱によっても
変形等を生じない耐熱性を有するものが使用され、例え
ば、アルミニウム、ステンレス等の金属箔やポリイミ
ド、ポリテトラフルオロエチレン等の耐熱性プラスチッ
クフィルムや耐熱性プラスチックを含浸したガラス繊維
やポリアミド繊維の織物やガラス繊維、セラミックス繊
維、金属繊維、炭素繊維の単独または混合物のフエルト
状物やガラス繊維、セラミックス繊維、金属繊維、炭素
繊維の単独または混合物の網状物等を使用できる。上記
支持体へのディスパ−ジョンの塗布には、ロ−ルコ−タ
で塗布する方法、支持体をディスパ−ジョン中に浸漬し
て引き上げる方法、ディスパ−ジョンをスプレ−する方
法、ディスパ−ジョンを刷毛塗する方法、ディスパ−ジ
ョンを流延する方法等を使用できる。上記ディスパ−ジ
ョンの濃度は、塗布方法に応じて設定されるが、通常４
０％〜６０％とされる。

【００１３】本発明により製造された光触媒体において
は、ディスパ−ジョンの光触媒微粒子と樹脂バインダ−
との間に空気層が存在し、この空気層が光触媒層の連続
気泡組織のために外気と通じているから、空気が光触媒
微粒子の外表面にほぼ全面で接触して通過し、空気中の
細菌や有害ガスを活性化光触媒微粒子で効率よく酸化分
解できる。また、光触媒微粒子を担持している樹脂、例
えばポリテトラフルオロエチレンが難分解性であるか
ら、樹脂バインダ−を崩壊無く長期安定に保持でき、か
つ、光触媒微粒子を樹脂層の気泡内に抱き込ませてある
から、光触媒微粒子を長期にわたり安定に担持できる。
従って、空気中の細菌や有害ガスを長期にわたり効率よ
く酸化分解できる。

【００１４】本発明により製造された光触媒体の使用中
での活性化（励起）は、紫外線の照射の外、プラズマ照
射によっても行うことができる。本発明により製造され
た光触媒体は除菌、防汚、防臭、浄化等に使用でき、具
体的には、空気浄化装置や冷蔵庫内に配設し、室の内装
材から発生する溶剤ガスの分解除去や果物や農作物の熟
成を速めるエチレンの分解除去等に使用できる。

【００１５】

【実施例】

〔実施例〕支持体には、厚み８０μｍのポリテトラフル
オロエチレン含浸ガラスクロスシ−トを使用した（厚み
５０μｍガラスクロスのポリテトラフルオロエチレン−
水ディスパ−ジョンへの浸漬、１００℃×６０秒の加熱
による水の蒸発除去、３７０℃×９０秒の加熱による焼
成の一連の処理を二回繰り返して得た）。溶融粘度１０
¹²のポリテトラフルオロエチレン粉末（粒子径ほぼ０．
２５μｍ）とアナタ−ゼ型酸化チタン微粒子（粒子径
０．０２μｍ）を重量比６：４で含有する固形分濃度４
０％の水ディスパ−ジョンを調製した。このディスパ−
ジョンをロ−ルコ−タで上記支持体の片面に塗布し、１
００℃×６０秒の加熱で水を蒸発・除去し、更に３７０
℃×９０秒の加熱で焼成し、厚み３μｍの光触媒層を形
成した。この光触媒層の気孔率は７％であった。

【００１６】この光触媒体を５ｃｍ×５ｃｍ片に切断
し、大腸菌濃度１０⁵個／ミリリットルの菌液０．５ミ
リリットルを光触媒層上に滴下し、ブラックライト（紫
外線強度０．１ｍＷ／ｃｍ²）を照射し、寒天培養して
コロニ−数を測定する殺菌試験を行ったところ、１時間
照射で１０個以下に減少した。光照射なしの場合、３時
間経過後でも、菌数は殆ど減少せず、ほぼ１０⁵個のま
まであった。また、市販の１５Ｗのブラックライトをセ
ットした内容積４リットルの密閉容器中に、光触媒体の
５ｃｍ×５ｃｍ片を光触媒層をブラックライトに向けて
配置し、悪臭物質としてトリメチルアミン１００ｐｐｍ
を注入した後、ブラックライトを点灯して１ｍＷ／ｃｍ
²の紫外線を照射し、所定時間の照射後、ガスクロマト
グラフを用いて容器内のアセトアルデヒド濃度を測定す
るアセトアルデヒド分解試験を行ったところ、６０分紫
外線照射でアセトアルデヒド濃度が３０ｐｐｍに減少し
た。

【００１７】〔比較例〕実施例に対し、光触媒層形成用
の水ディスパ−ジョン中のポリテトラフルオロエチレン
を、溶融粘度が１０⁴ポアズのパ−フルオロアルキルビ
ニルエ−テル−テトラフルオロエチレン共重合体に置換
した以外、実施例と同じとした。光触媒層の気孔率は１
％であった。実施例と同様にして殺菌試験を行い、光照
射１時間後の菌数を測定したところ、約１０⁴個であっ
た。また、実施例と同様にしてアセトアルデヒド分解試
験を行い、６０分紫外線照射後でのアセトアルデヒド濃
度を測定したところ、ほぼ９０ｐｐｍであった。

【００１８】このように、比較例が実施例に較べ、殺菌
性及びアセトアルデヒド分解性等に劣るのは、パ−フル
オロアルキルビニルエ−テル−テトラフルオロエチレン
共重合体が光触媒微粒子によく加熱融着し、光触媒微粒
子の表面の大部分がパ−フルオロアルキルビニルエ−テ
ル−テトラフルオロエチレン共重合体で覆われること、
パ−フルオロアルキルビニルエ−テル−テトラフルオロ
エチレン共重合体の溶融粘度が低く焼成時に粉末形態を
保持し難く、焼結粉末間に間隙が残存し難いこと等によ
ると推定される。

【００１９】

【発明の効果】本発明により製造された光触媒体におい
ては、光触媒微粒子とバインダ−樹脂との間に微細空気
層が存在し、その空気層と樹脂層の連続気泡との繋りに
より外部の空気が光触媒微粒子のほぼ全面に接触して流
通するから、その空気中細菌等に対する活性光触媒微粒
子の酸化分解効率を向上できる。また、光触媒微粒子が
樹脂バインダ−内に抱えられ、かつ樹脂自体が難分解性
であるから、光触媒微粒子を安定に担持できる。従っ
て、本発明によれば、長期間優れた効率で除菌、防汚、
防臭、浄化を行い得る光触媒体をディスパ−ジョンの塗
布、乾燥及び焼成の一連の工程で容易に製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により製造された光触媒体を示す図面で
ある。

【符号の説明】

１ 支持体 ２ 光触媒層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】支持体上に光触媒層を設けた光触媒体の製
   造方法であり、光触媒微粒子と該光触媒微粒子に対し難
   溶着性の樹脂粉末とのディスパ−ジョンを支持体上に塗
   布し、この塗布層を加熱して樹脂粉末間を焼結すること
   を特徴とする光触媒体の製造方法。
2. 【請求項２】樹脂粒子焼結時の溶融粘度が１０⁸ポアズ
   以上である請求項１記載の光触媒体の製造方法。
3. 【請求項３】塗布層の加熱を無加圧下で行う請求項１ま
   たは２記載の光触媒体の製造方法。
4. 【請求項４】樹脂粉末がポリテトラフルオロエチレン粉
   末である請求項１〜３何れか記載の光触媒体の製造方
   法。