WO2022224954A1 - 酸化チタン粒子・金属粒子組成物及びその製造方法 - Google Patents

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metal
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particle
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学 古舘
友博 井上
幹哉 樋上
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信越化学工業株式会社
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    • C01G23/053Producing by wet processes, e.g. hydrolysing titanium salts

Definitions

  • the present invention relates to a titanium oxide particle/metal particle composition and a method for producing the same, and more particularly, regardless of the presence or absence of light irradiation, it is possible to easily prepare a photocatalyst thin film exhibiting antibacterial properties and high transparency.
  • the present invention relates to a titanium oxide particle/metal particle composition (a dispersion, a photocatalyst thin film formed using the dispersion, a member having a photocatalyst thin film on its surface) and a method for producing the same.
  • Photocatalyst materials are widely effective in cleaning substrate surfaces, such as antibacterial, antifungal, antiviral, deodorant, and antifouling properties, through photocatalytic reactions that occur when exposed to light such as sunlight or artificial lighting. It is attracting attention because it is
  • a photocatalytic reaction is a reaction caused by excited electrons and holes generated when a photocatalyst represented by titanium oxide absorbs light. Excited electrons and holes generated on the surface of titanium oxide by a photocatalytic reaction cause oxidation-reduction reactions with oxygen and water adsorbed on the surface of titanium oxide to generate active species. Since microorganisms, viruses, odors, and stains composed of organic matter are decomposed by these active species, it is believed that the effect of cleaning the substrate surface as described above can be obtained.
  • photocatalysts can be said to be strong in that they can be effective against a wide variety of microorganisms, viruses, odors, and stains because they can be used with any organic matter, and that there is almost no deterioration over time.
  • Visible-light-responsive photocatalyst titanium oxide obtained by mixing titanium oxide fine particles in which tin and a transition metal that enhances visible light activity in Patent Document 7 are prepared and titanium oxide fine particles in which an iron group element is dissolved, respectively.
  • a photocatalyst film formed using a fine particle dispersion is used, high decomposition activity can be obtained under the condition of only light in the visible region.
  • photocatalyst materials that complement the functions of photocatalysts by combining photocatalysts with antibacterial agents other than photocatalysts are being investigated. Since the photocatalyst decomposes organic matter, it is appropriate to use an inorganic antibacterial agent. For example, silver or copper is added as an antibacterial/antifungal component to acquire antibacterial and antifungal properties in the dark (JP 2000-051708: Patent Document 8, JP 2008-260684: Patent Document 9).
  • photocatalysts are used by dispersing photocatalyst particles in a solvent, mixing film-forming components into a paint, and applying it to a substrate.
  • metal components such as zinc often causes practical problems. That is, as a method for supporting a metal such as silver, copper, zinc, or a compound thereof, when the metal raw material is reacted with the photocatalyst particle powder to support it, a great deal of labor is required to disperse it in a solvent afterwards.
  • the dispersion stability of the photocatalyst particles is inhibited and causes aggregation. It was often difficult to obtain the transparency required in practice when forming.
  • an object of the present invention is to provide a composition of titanium oxide particles and metal particles that has higher photocatalytic activity than conventional ones and also exhibits high antibacterial properties regardless of the presence or absence of light irradiation, and a method for producing the same.
  • the present inventors have made detailed studies on metal elements to modify titanium oxide particles and their combinations, combinations of titanium oxide particles and various materials and their quantitative ratios, etc.
  • the iron component and silicon A titanium oxide particle/metal particle composition containing two types of particles, namely, titanium oxide particles whose surface is modified with an ingredient and metal particles containing an antibacterial metal separately prepared, has a dramatically higher photocatalytic activity than conventional ones.
  • the present inventors have found that a highly transparent photocatalyst thin film can be easily produced, exhibiting high antibacterial properties regardless of the presence or absence of light irradiation, and have completed the present invention.
  • the present invention provides the following titanium oxide particle/metal particle composition and method for producing the same.
  • titanium oxide particles in which the iron component and the silicon component are not dissolved and the surface is modified ii) A titanium oxide particle/metal particle composition containing two types of particles, ie, a metal particle containing an antibacterial metal.
  • a protective agent is adsorbed on the surface of the metal particles containing the antibacterial metal of ii).
  • the titanium oxide particles according to [1] or [2], wherein the antibacterial metal contained in the metal particles containing an antibacterial metal of ii) is at least one metal selected from silver, copper and zinc. • Metal particle compositions.
  • the mass ratio (TiO 2 /Fe 2 O 3 ) of i) the iron component (in terms of oxide) modified on the surface of the titanium oxide particles to titanium oxide is 10 to 100,000, and the silicon component (oxide
  • composition according to any one of [1] to [8], wherein the titanium oxide particle/metal particle composition is a dispersion of titanium oxide particles/metal particles.
  • the composition according to any one of [1] to [8], wherein the titanium oxide particle/metal particle composition is a thin film of titanium oxide particles/metal particles.
  • a step of producing a peroxotitanic acid solution from a raw material titanium compound, a basic substance, hydrogen peroxide and an aqueous dispersion medium (2) The peroxotitanic acid solution produced in the step (1) above is subjected to pressure control. , heating at 80 to 250 ° C. to obtain a titanium oxide particle dispersion (3) Step of producing a solution or dispersion of an iron component and a silicon component from an iron compound, a silicon compound and an aqueous dispersion medium (4) The above ( Titanium oxide particles whose surface is modified with an iron component and a silicon component by mixing the titanium oxide particle dispersion produced in the step 2) and the solution or dispersion of the iron component and the silicon component produced in the step (3).
  • Step of obtaining a dispersion Step of producing a solution containing a raw material antibacterial metal compound and a solution containing a reducing agent for reducing the metal compound and a protective agent for coating and protecting the metal particles (6) )
  • a solution containing the raw material antibacterial metal compound produced in the step (5) above is mixed with a solution containing a reducing agent for reducing the metal compound and a protective agent for coating and protecting the metal particles to disperse the metal particles.
  • a step of washing the metal particle dispersion liquid produced in the above step (6) with an aqueous dispersion medium by a membrane filtration method (8) The oxidation obtained in the steps (4) and (7)
  • the titanium oxide particle/metal particle composition of the present invention has a photocatalytic activity higher than that of conventional ones, exhibits high antibacterial properties regardless of the presence or absence of light irradiation, and can easily produce a highly transparent photocatalytic thin film. . Therefore, the titanium oxide particle/metal particle composition of the present invention is useful for members used in actual environments where rapid cleaning of the substrate surface is required.
  • the titanium oxide particle/metal particle composition of the present invention is i) titanium oxide particles in which the iron component and the silicon component are not dissolved and the surface is modified; ii) metal particles containing an antimicrobial metal; contains two types of particles.
  • One aspect of the titanium oxide particle/metal particle composition of the present invention is that the composition is a dispersion of titanium oxide particles/metal particles.
  • the composition is a thin film (photocatalytic thin film) of titanium oxide particles/metal particles.
  • the titanium oxide particle/metal particle composition of the present invention is a dispersion of titanium oxide particles/metal particles
  • the titanium oxide particle/metal particle dispersion of the present invention is in the aqueous dispersion medium, i) titanium oxide particles in which the iron component and the silicon component are not dissolved and the surface is modified; ii) metal particles containing an antimicrobial metal; obtained by mixing two types of particle dispersions, a titanium oxide particle dispersion and a metal particle dispersion, which are separately constituted, as described later. is.
  • the content ratio of i) the titanium oxide particles and ii) the antibacterial metal component (M) contained in the metal particles in the titanium oxide particle/metal particle dispersion of the present invention is TiO 2 /M in mass ratio. It is 1 to 100,000, preferably 10 to 10,000, more preferably 100 to 1,000. When the mass ratio is less than 1, the photocatalytic performance is not sufficiently exhibited, and when it exceeds 100,000, the antibacterial performance is not sufficiently exhibited, which is not preferred.
  • the dispersed particle diameter of the mixture of titanium oxide particles and metal particles in the titanium oxide particle/metal particle dispersion is the volume-based 50% cumulative distribution diameter ( D 50 ) is preferably 3 to 50 nm, more preferably 3 to 40 nm, still more preferably 3 to 30 nm. If the D50 is less than 3 nm, the photocatalytic activity may be insufficient, and if it exceeds 50 nm, the dispersion and the photocatalytic thin film formed from the dispersion may become opaque.
  • the volume-based 90% cumulative distribution diameter (D 90 ) is preferably 5 to 100 nm, more preferably 5 to 80 nm.
  • D90 is less than 5 nm, the photocatalytic activity may be insufficient, and if it exceeds 100 nm, the dispersion and the photocatalytic thin film formed from the dispersion may become opaque.
  • Devices for measuring the dispersed particle size of a mixture of titanium oxide particles and metal particles include, for example, ELSZ-2000ZS (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.), Nanotrac UPA-EX150 (manufactured by Nikkiso Co., Ltd.), and LA-910. (manufactured by HORIBA, Ltd.) and the like can be used.
  • a mixed solvent of water and a hydrophilic organic solvent that can be mixed with water at an arbitrary ratio may also be used.
  • water for example, purified water such as filtered water, deionized water, distilled water, and pure water is preferable.
  • hydrophilic organic solvents include alcohols such as methanol, ethanol, and isopropanol; glycols such as ethylene glycol; and glycol ethers such as ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, and propylene glycol-n-propyl ether. kind is preferred.
  • the proportion of the hydrophilic organic solvent in the mixed solvent is preferably more than 0% by mass and 50% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, and still more preferably 10% by mass or less. is.
  • Titanium oxide particles in which the iron component and the silicon component are not solid-dissolved and the surface is modified It contains titanium particles, an iron component and a silicon component. Although the iron component and silicon component are modified on the surface of the titanium oxide particles, part of the iron component and silicon component may be left free in the dispersion.
  • modification refers to attaching various components to a solid surface by reacting and adsorbing them, and is carried out for the purpose of changing properties of the solid surface, imparting new functions, and the like.
  • the titanium oxide particle component i) is preferably blended as a titanium oxide particle dispersion with the titanium oxide particle/metal particle dispersion of the present invention.
  • Titanium oxide particles themselves that is, titanium oxide particles in an unmodified state are not particularly limited, and titanium oxide used as a photocatalyst can be used. Titanium oxide particles; Any titanium particles may be used, and among them, titanium oxide particles; titanium oxide particles in which a metal component is solid-dissolved are preferably used.
  • the metal component to be dissolved in titanium oxide is not particularly limited, but examples thereof include a tin component and a transition metal component that enhances visible light activity.
  • titanium oxide particles of the present invention are preferably mainly anatase or rutile.
  • the term "mainly” as used herein means that the titanium oxide particles of the crystal phase are contained in an amount of 50% by mass or more, preferably 70% by mass or more, and more preferably 90% by mass, out of the total titanium oxide particles. or more, and may be 100% by mass.
  • a solid solution is a phase in which an atom at a lattice point of one crystal phase is substituted with another atom or another atom enters the lattice gap, that is, a crystal phase It has a mixed phase in which the substance is dissolved, and the crystalline phase is a homogeneous phase.
  • a substitutional solid solution is one in which solvent atoms at lattice points are replaced with solute atoms
  • an interstitial solid solution is one in which solute atoms are placed in the interstitial spaces.
  • the titanium oxide particles may form a solid solution with tin atoms and/or transition metal atoms that enhance visible light activity.
  • Solid solutions may be either substitutional or interstitial.
  • the substitutional solid solution of titanium oxide is formed by substituting the titanium sites of the titanium oxide crystal with various metal atoms, and the interstitial solid solution of titanium oxide is formed by inserting various metal atoms into the lattice gaps of the titanium oxide crystal. It is formed.
  • various metal atoms are dissolved in titanium oxide, when the crystal phase is measured by X-ray diffraction etc., only the peak of the crystal phase of titanium oxide is observed, and the peak of the compound derived from the various metal atoms added is not observed. .
  • the method of dissolving dissimilar metals in metal oxide crystals is not particularly limited, but gas phase methods (CVD method, PVD method, etc.), liquid phase methods (hydrothermal methods, sol-gel methods, etc.), solid A phase method (such as a high-temperature firing method) can be used.
  • gas phase methods CVD method, PVD method, etc.
  • liquid phase methods hydroothermal methods, sol-gel methods, etc.
  • solid A phase method such as a high-temperature firing method
  • the tin component When the tin component is dissolved in the titanium oxide particles, the tin component may be derived from a tin compound. Chlorides (SnCl 2 , SnCl 4 ), nitrates (Sn(NO 3 ) 2 ), sulfates (SnSO 4 ), halogen (Br, I) compounds other than chlorides, oxoacid salts (Na 2 SnO 3 , K 2 SnO 3 ), complex compounds, etc., and one or more of these may be used in combination.
  • Chlorides SnCl 2 , SnCl 4
  • nitrates Sn(NO 3 ) 2
  • SnSO 4 sulfates
  • halogen (Br, I) compounds other than chlorides oxoacid salts (Na 2 SnO 3 , K 2 SnO 3 ), complex compounds, etc., and one or more of these may be used in combination.
  • oxides SnO , SnO2
  • chlorides SnCl2, SnCl4
  • sulfates SnSO4
  • oxoacid salts Na2SnO3 , K2SnO3
  • the amount of the tin component dissolved in the titanium oxide particles is preferably 1 to 1,000, more preferably 5 to 500, and still more preferably 5 to 100 in molar ratio (TiO 2 /Sn) to titanium oxide particles. . This is because when the molar ratio is less than 1, the content of titanium oxide decreases and the photocatalytic effect is not sufficiently exhibited. This is because it may be sufficient.
  • Transition metals that enhance visible light activity and are dissolved in titanium oxide particles include vanadium, chromium, manganese, niobium, molybdenum, rhodium, tungsten, and cerium among Groups 3 to 11 of the periodic table. Among them, molybdenum, tungsten and vanadium are preferred. Therefore, iron, which is a transition metal, is not included in transition metals that enhance visible light activity.
  • silicon modifies the surface of titanium oxide particles, but does not form a solid solution with the titanium oxide particles. That is, i) the titanium oxide particles contained in the titanium oxide particle/metal particle composition of the present invention do not contain an iron component and a silicon component as a solid solution.
  • the transition metal component solid-dissolved in the titanium oxide particles may be derived from the transition metal compound, and includes metals, oxides, hydroxides, chlorides, nitrates, sulfates, halogens other than chlorides ( Br, I) compounds, oxoacid salts, various complex compounds, and the like, and one or more of these may be used.
  • the amount of the transition metal component solid - dissolved in the titanium oxide particles can be appropriately selected according to the type of the transition metal component. Furthermore, it is more preferably 1 to 10,000.
  • the titanium oxide particles may be used singly or in combination of two or more. When two or more kinds having different photoresponses are combined, the effect of increasing the photocatalytic activity may be obtained.
  • the iron component and silicon component modified on the surface of the titanium oxide particles enhance the photocatalytic activity of the photocatalytic thin film.
  • the iron component is for enhancing the photocatalytic activity of the photocatalytic thin film , but it may be derived from an iron compound. 4 ), hydroxides (Fe(OH) 2 , Fe(OH) 3 ), oxyhydroxides (FeO(OH)), chlorides ( FeCl2 , FeCl3), nitrates (Fe(NO) 3 ) , Sulfates (FeSO 4 , Fe 2 (SO 4 ) 3 ), halogen (Br, I) compounds other than chlorides, complex compounds, etc., may be used alone or in combination of two or more thereof. .
  • the content of the iron component (as oxide) is preferably 10 to 100,000, more preferably 20 to 10,000, and still more preferably 50 to 100,000 in mass ratio (TiO 2 /Fe 2 O 3 ) to titanium oxide. 1,000. This is because when the mass ratio is less than 10, the quality of the photocatalyst thin film obtained by aggregating and precipitating the titanium oxide particles may deteriorate and the photocatalytic effect may not be sufficiently exhibited, and when it exceeds 100,000, the effect of increasing the activity. is insufficient.
  • Silicon compounds include, for example, elemental silicon (Si), oxides (SiO, SiO 2 ), alkoxides (Si(OCH 3 ) 4 , Si(OC 2 H 5 ) 4 , Si(OCH (CH 3 ) 2 ) 4 ), silicates (sodium salts, potassium salts), and active silicic acid obtained by removing at least part of ions such as sodium and potassium from the silicates, and one of these Or you may use it in combination of 2 or more types. Among them, it is preferable to use silicate (sodium silicate) and activated silicic acid, particularly activated silicic acid.
  • the content of the silicon component is preferably 1 to 10,000, more preferably 2 to 5,000, still more preferably 5 to 1,000 in mass ratio (TiO 2 /SiO 2 ) to titanium oxide. 000. This is because if the mass ratio is less than 1, the content of titanium oxide may decrease and the photocatalytic effect may not be sufficiently exhibited, and if it exceeds 10,000, the effect of suppressing aggregation and precipitation of titanium oxide will be insufficient. It is because there is something.
  • the surface of the titanium oxide particles may be modified with a titanium component as a component that further enhances the photocatalytic activity.
  • the titanium component is for further enhancing the photocatalytic activity of the photocatalytic thin film, but it may be derived from a titanium compound.
  • oxyhydroxides TiO(OH) 2
  • chlorides TiCl4 , TiCl3 , TiCl2
  • nitrates Ti(NO) 4
  • sulfates Ti( SO4 ) 2 , TiOSO4
  • Halogen (Br, I) compounds other than chlorides, complex compounds, etc. may be mentioned, and these may be used singly or in combination of two or more.
  • the content of the titanium component is preferably from 10 to 100,000, more preferably from 20 to 10,000 in mass ratio with titanium oxide (TiO 2 (titanium oxide particles)/TiO 2 (modifying component)). 000, more preferably 50 to 1,000. This is because when the mass ratio is less than 10, the quality of the photocatalyst thin film obtained by aggregation and precipitation of titanium oxide may deteriorate and the photocatalytic effect may not be sufficiently exhibited. This is because it may be insufficient.
  • a mixed solvent of water and a hydrophilic organic solvent that can be mixed with water at an arbitrary ratio may also be used.
  • water for example, purified water such as filtered water, deionized water, distilled water, and pure water is preferable.
  • hydrophilic organic solvents include alcohols such as methanol, ethanol, and isopropanol; glycols such as ethylene glycol; and glycol ethers such as ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, and propylene glycol-n-propyl ether. kind is preferred.
  • the proportion of the hydrophilic organic solvent in the mixed solvent is preferably more than 0% by mass and 50% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, and still more preferably 10% by mass or less. is.
  • the titanium oxide particles in the titanium oxide particle dispersion having the surface modified with an iron component and a silicon component have a volume-based 50% cumulative distribution diameter (hereinafter referred to as D 50 ) is preferably 3 to 50 nm, more preferably 3 to 40 nm, and still more preferably 3 to 30 nm. If D50 is less than 3 nm, the photocatalytic activity may be insufficient, and if it exceeds 50 nm, the dispersion and the photocatalytic thin film obtained from the dispersion may become opaque.
  • D 50 volume-based 50% cumulative distribution diameter
  • the volume-based 90% cumulative distribution diameter (hereinafter sometimes referred to as D 90 ) is preferably 5 to 100 nm, more preferably 5 to 80 nm. If D90 is less than 5 nm, the photocatalytic activity may be insufficient, and if it exceeds 100 nm, the dispersion and the photocatalytic thin film obtained from the dispersion may become opaque.
  • the titanium oxide particles have D 50 and D 90 within the above-described ranges, because they have high photocatalytic activity and a highly transparent dispersion and a photocatalytic thin film obtained from the dispersion can be obtained.
  • Devices for measuring D 50 and D 90 of the titanium oxide particles in the titanium oxide particle dispersion include, for example, ELSZ-2000ZS (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) and Nanotrac UPA-EX150 (manufactured by Nikkiso Co., Ltd.). (manufactured by HORIBA, Ltd.), LA-910 (manufactured by HORIBA, Ltd.) and the like can be used.
  • the concentration of titanium oxide particles in the titanium oxide particle dispersion is preferably 0.01 to 20% by mass, particularly preferably 0.5 to 10% by mass, from the viewpoint of facilitating the production of a photocatalyst thin film having a required thickness. .
  • the metal particle component ii) contained in the dispersion of titanium oxide particles and metal particles of the present invention consists of a metal component containing at least one metal component that enhances antibacterial properties. It is.
  • the metal component that enhances antibacterial properties refers to a metal component that is harmful to microorganisms such as fungi and molds but is relatively harmless to the human body. Silver, copper, zinc, platinum, palladium, nickel, aluminum, titanium, cobalt, zirconium, molybdenum and tungsten, which are confirmed to reduce the number of viable bacteria such as Staphylococcus aureus and Escherichia coli when performing standard tests on antibacterial processed products. etc. At least one metal selected from silver, copper and zinc is particularly preferable as the metal component that enhances antibacterial properties.
  • the metal particle component ii) is preferably added as a metal particle dispersion to the titanium oxide particle/metal particle dispersion of the present invention.
  • These antibacterial-enhancing metal components can be used by themselves or by adding their solutions to titanium oxide particles. In that case, the effect of increasing the photocatalytic activity is reduced. In order to prevent this, it is preferable to add separately prepared metal particles to the titanium oxide particles, and more preferably to adsorb a protective agent on the surfaces of the metal particles.
  • the metal particles are metal particles containing at least one of these metals, and may be alloy particles containing two or more metals.
  • alloy particles include silver-copper, silver-palladium, silver-platinum, silver-tin, gold-copper, silver-nickel, silver-antimony, silver-copper-tin, gold-copper-tin, silver-nickel-tin, silver-antimony-tin, platinum-manganese, silver-titanium, copper-tin , cobalt-copper, zinc-magnesium, silver-zinc, copper-zinc, silver-copper-zinc and other combinations of metal components.
  • the metal component other than the metal component that enhances antibacterial properties in the metal particles is not particularly limited, but examples include gold, antimony, tin, sodium, magnesium, silicon, potassium, calcium, scandium, vanadium, chromium, manganese, iron, and gallium.
  • the content of the metal component that enhances the antibacterial property in the metal particles is 1 to 100% by mass, preferably 10 to 100% by mass, more preferably 50 to 100% by mass, based on the total mass of the metal particles. %. This is because if the metal component that enhances the antibacterial properties is less than 1% by mass, the antibacterial performance may not be sufficiently exhibited.
  • a protective agent for metal particles it adsorbs to the surface of metal particles and stabilizes them, and it prevents the metal particles deposited by reduction from aggregating and enlarging.
  • Any organic compound capable of functioning as a surfactant or a dispersant can be used without particular limitation as long as it can prevent the reduction in the effect of increasing the photocatalytic activity of the silicon component.
  • those exhibiting reducing properties can also serve as a reducing agent, which will be described later.
  • Protective agents for metal particles include, for example, surfactants such as anionic surfactants, cationic surfactants, and nonionic surfactants; polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyethyleneimine, polyethylene oxide; , polysulfonic acid, polyacrylic acid, water-soluble polymer compounds such as methylcellulose; aliphatic amine compounds such as ethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, propanolamine; butylamine, dibutylamine, hexylamine, cyclohexylamine, heptylamine, 3 - primary amine compounds such as butoxypropylamine, octylamine, nonylamine, decylamine, dodecylamine, hexadecylamine, oleylamine, octadecylamine; diamine compounds such as N,N-dimethylethylenediamine, NN-diethylethylenediamine; s
  • the content of the protective agent is preferably from 0.01 to 100, more preferably from 0.05 to 20, in mass ratio with respect to the metal particles (metal particles/protective agent adsorbed on the surface of the metal particles). If the mass ratio is less than 0.01, the content of the metal particles may decrease and the antibacterial effect may not be sufficiently exhibited. This is because the conversion and photocatalytic activity may decrease.
  • the content of the protective agent can be measured by the method described below.
  • An aqueous solvent is usually used as the aqueous dispersion medium for the metal particle dispersion, and it is preferable to use water, a water-soluble organic solvent that is miscible with water, or a mixed solvent of water and a water-soluble organic solvent.
  • Water is preferably deionized water, distilled water, pure water, or the like.
  • water-soluble organic solvents include alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, 2-propanol, n-butanol, 2-butanol, tert-butanol, ethylene glycol, diethylene glycol and polyethylene glycol, ethylene glycol monomethyl Glycol ethers such as ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol-n-propyl ether, acetone, ketones such as methyl ethyl ketone, 2-pyrrolidone , water-soluble nitrogen-containing compounds such as N-methylpyrrolidone, and ethyl acetate, and these may be used alone or in combination of two or more.
  • alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, 2-propanol, n
  • the volume-based 50% cumulative distribution diameter (D 50 ) measured by a dynamic light scattering method using laser light is preferably 200 nm or less, It is more preferably 100 nm or less, still more preferably 70 nm or less.
  • the lower limit of the average particle size is not particularly limited, and theoretically the smallest particle size that can have antibacterial properties can be used, but in practice it is preferably 1 nm or more.
  • the average particle size exceeds 200 nm, the dispersion and the photocatalyst thin film obtained from the dispersion may become opaque, which is not preferable.
  • the volume-based 90% cumulative distribution diameter (D 90 ) is preferably 1,000 nm, more preferably 500 nm or less, and even more preferably 200 nm or less.
  • the lower limit of D90 is not particularly limited, it is preferably 1 nm or more in practice.
  • the dispersion and the photocatalyst thin film obtained from the dispersion may become opaque, which is not preferable.
  • Examples of devices for measuring the average particle size include ELSZ-2000ZS (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.), Nanotrac UPA-EX150 (manufactured by Nikkiso Co., Ltd.), and LA-910 (manufactured by Horiba Ltd.). etc. can be used.
  • the concentration of the metal particles in the metal particle dispersion is not particularly limited, but generally the lower the concentration, the better the dispersion stability. It is preferably 0.01 to 1% by mass. If it is less than 0.0001% by mass, the productivity will be significantly lowered, which is not preferable.
  • a binder may be added to the titanium oxide particle/metal particle dispersion for the purpose of facilitating the application of the dispersion to the surfaces of various members described later and the adhesion of the particles.
  • binders include metal compound binders containing silicon, aluminum, titanium, zirconium, etc., and organic resin binders containing fluorine resins, acrylic resins, urethane resins, and the like.
  • the mass ratio of the binder to the titanium oxide particles/metal particles [(titanium oxide particles + metal particles)/binder] is 99 to 0.01, more preferably 9 to 0.1, and still more preferably 2.5 to 0.5. It is preferable to add and use it in the range of 4. This is because if the mass ratio exceeds 99, the adhesion of the titanium oxide particles to the surfaces of various members may be insufficient, and if it is less than 0.01, the photocatalytic activity may be insufficient.
  • the mass ratio of the silicon compound binder is 99 to 0.01, more preferably 9 to 0.01. It is preferable to add it in the range of 0.1, more preferably 2.5 to 0.4.
  • the silicon compound binder is a colloidal dispersion, solution, or emulsion of a silicon compound containing a solid or liquid silicon compound in an aqueous dispersion medium, specifically colloidal silica.
  • silicate solution such as silicate; silane, siloxane hydrolyzate emulsion; silicone resin emulsion; silicone resin such as silicone-acrylic resin copolymer, silicone-urethane resin copolymer, etc. and an emulsion of a copolymer with a resin.
  • the titanium oxide particle/metal particle dispersion of the present invention is finally composed of i) titanium oxide particles in which the iron component and the silicon component are not dissolved in a solid solution and the surface of which is modified, and ii) in the aqueous dispersion medium. It is obtained in a state in which two types of particles, ie, the metal particles containing the antibacterial metal, are dispersed, and the method for producing the same includes, for example, a method having the following steps (1) to (8). .
  • a step of producing a peroxotitanic acid solution from a raw material titanium compound, a basic substance, hydrogen peroxide and an aqueous dispersion medium (2) The peroxotitanic acid solution produced in the step (1) above is subjected to pressure control. , heating at 80 to 250 ° C. to obtain a titanium oxide particle dispersion (3) Step of producing a solution or dispersion of an iron component and a silicon component from an iron compound, a silicon compound and an aqueous dispersion medium (4) The above ( The titanium oxide particle dispersion prepared in step 2) and the solution or dispersion of the iron component and silicon component prepared in step (3) are mixed to obtain titanium oxide whose surface is modified with an iron component and a silicon component.
  • Step of obtaining a particle dispersion Step of producing a solution containing a raw material antibacterial metal compound and a solution containing a reducing agent for reducing the metal compound and a protective agent for coating and protecting the metal particles ( 6) Metal particles are obtained by mixing a solution containing the raw material antibacterial metal compound produced in the step (5) above with a solution containing a reducing agent for reducing the metal compound and a protective agent for coating and protecting the metal particles.
  • Step of producing a dispersion (7) Step of washing the metal particle dispersion produced in step (6) above with an aqueous dispersion medium by a membrane filtration method (8) Obtained in steps (4) and (7)
  • a step of mixing a titanium oxide particle dispersion and a metal particle dispersion Step of producing a solution containing a raw material antibacterial metal compound and a solution containing a reducing agent for reducing the metal compound and a protective agent for coating and protecting the metal particles.
  • Steps (1) to (4) are for producing a titanium oxide particle dispersion having surfaces modified with an iron component and a silicon component.
  • Steps (5) to (7) are for producing a metal particle dispersion liquid, and among physical methods and chemical methods, it is particularly easy to adjust the synthesis conditions, and the composition, particle size, particle size distribution, etc. It uses the liquid-phase reduction method, which is one of the chemical methods that has a wide controllable range and is superior in terms of productivity. , are deposited as metal particles. At this time, by coexisting a protective agent for the metal particles in the reaction system, the dispersibility of the metal particles in the solvent can be improved, the particle size can be controlled, and when mixed with the titanium oxide particles, the decrease in photocatalytic activity can be suppressed.
  • step (8) the titanium oxide particle dispersion obtained in step (4) and the surface of which is modified with an iron component and a silicon component are combined with the metal particle dispersion containing the antibacterial metal obtained in step (7). are mixed to finally produce a titanium oxide particle/metal particle dispersion.
  • the details of each step are described below.
  • a method for producing a titanium oxide particle dispersion having a surface modified with an iron component and a silicon component includes producing a titanium oxide particle dispersion and a solution or dispersion of an iron component and a silicon component, respectively, and producing a titanium oxide particle dispersion and a titanium oxide particle dispersion. It is prepared by mixing a solution or dispersion of an iron component and a silicon component.
  • Specific examples of the method for producing a titanium oxide particle dispersion having surfaces modified with an iron component and a silicon component include a production method comprising the following steps (1) to (4).
  • a step of producing a peroxotitanic acid solution from a raw material titanium compound, a basic substance, hydrogen peroxide and an aqueous dispersion medium (2) The peroxotitanic acid solution produced in the step (1) above is subjected to pressure control. , heating at 80 to 250° C.
  • Step of producing a solution or dispersion of an iron component and a silicon component from an iron compound, a silicon compound and an aqueous dispersion medium (4) The above ( Titanium oxide particles whose surface is modified with an iron component and a silicon component by mixing the titanium oxide particle dispersion produced in the step 2) and the solution or dispersion of the iron component and the silicon component produced in the step (3). Step of obtaining a dispersion
  • the tin component is formed in the same manner as in the above step (1) except that the tin compound and/or the transition metal compound is added to the raw material titanium compound. And/or a titanium oxide particle dispersion containing a titanium component and a silicon component in which a transition metal component is solid-dissolved can be obtained.
  • the titanium oxide particle dispersion contains a titanium component in order to further enhance the photocatalytic activity of the photocatalytic thin film
  • the iron component and the silicon component are added in the same manner as in the above step (3) except that the titanium compound is further added.
  • a titanium oxide particle dispersion having a surface modified with a titanium component can be obtained.
  • Steps (1) and (2) are steps of obtaining a titanium oxide particle dispersion
  • step (3) is a step of obtaining a solution or dispersion of an iron component and a silicon component
  • step (4) is a step of obtaining an iron component.
  • a peroxotitanic acid solution is produced by reacting a raw material titanium compound, a basic substance and hydrogen peroxide in an aqueous dispersion medium. More specifically, a basic substance is added to a raw material titanium compound in an aqueous dispersion medium to obtain titanium hydroxide, impurity ions other than the contained metal ions are removed, and hydrogen peroxide is added to obtain a peroxotitanic acid solution. get
  • the tin compound and/or the transition metal compound are added in step (1).
  • any of the following methods i) to iii) may be used.
  • a method of producing peroxotitanic acid containing a tin component and a transition metal component by adding hydrogen iii) A basic substance is added to the raw material titanium compound in the aqueous dispersion medium to form titanium hydroxide, impurity ions other than the contained metal ions are removed, hydrogen peroxide is added to form peroxotitanic acid, and then the tin compound. and/or a method of adding a transition metal compound to obtain peroxotitanic acid containing a tin component and a transition metal component
  • the "raw material titanium compound and basic substance in the aqueous dispersion medium" are replaced by "the aqueous dispersion medium in which the raw material titanium compound is dispersed” and the “aqueous dispersion medium in which the basic substance is dispersed.” ”, and each compound of the tin compound and the transition metal compound is dissolved in either or both of the two liquids according to the solubility of each compound in the two liquids. After that, both may be mixed.
  • the raw material titanium compound examples include inorganic acid salts such as titanium chlorides, nitrates, and sulfates; organic acid salts such as formic acid, citric acid, oxalic acid, lactic acid, and glycolic acid; titanium hydroxide or the like precipitated by hydrolyzing with a hydrolyzate, and these may be used singly or in combination of two or more.
  • titanium chlorides TiCl 3 , TiCl 4
  • TiCl 3 , TiCl 4 are preferably used.
  • the concentration of the starting titanium compound aqueous solution formed from the starting titanium compound and the aqueous dispersion medium is preferably 60% by mass or less, particularly 30% by mass or less. Although the lower limit of the concentration is appropriately selected, it is usually preferably 1% by mass or more.
  • the basic substance is used to smoothly convert the raw material titanium compound into titanium hydroxide, and examples thereof include hydroxides of alkali metals or alkaline earth metals such as sodium hydroxide and potassium hydroxide, ammonia, alkanolamines, alkyl Amine compounds such as amines may be mentioned, and among them, it is particularly preferable to use ammonia.
  • the basic substance may be used together with the above aqueous dispersion medium in the form of an aqueous solution having an appropriate concentration.
  • Hydrogen peroxide is for converting the raw material titanium compound or titanium hydroxide into peroxotitanium, that is, a titanium oxide compound containing a Ti—O—O—Ti bond, and is usually used in the form of hydrogen peroxide solution. be done.
  • the amount of hydrogen peroxide to be added is preferably 1.5 to 20 times the molar amount of Ti or the total amount of Ti, transition metal and Sn.
  • the reaction temperature is preferably 5 to 80° C.
  • the reaction time is preferably 30 minutes to 24 hours. preferable.
  • the peroxotitanic acid solution thus obtained may contain an alkaline substance or an acidic substance for pH adjustment and the like.
  • alkaline substances here include ammonia, sodium hydroxide, calcium hydroxide, and alkylamines
  • acidic substances include sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, carbonic acid, phosphoric acid, hydrogen peroxide, and the like.
  • organic acids such as formic acid, citric acid, oxalic acid, lactic acid and glycolic acid.
  • the obtained peroxotitanic acid solution preferably has a pH of 1 to 9, particularly 4 to 7, from the viewpoint of safety in handling.
  • step (2) the peroxotitanic acid solution obtained in step (1) above is subjected to a hydrothermal reaction at a temperature of 80 to 250° C., preferably 100 to 250° C., for 0.01 to 24 hours under pressure control.
  • a suitable reaction temperature is 80 to 250° C. from the viewpoint of reaction efficiency and reaction controllability, and as a result, peroxotitanic acid is converted into titanium oxide particles.
  • under pressure control means that when the reaction temperature exceeds the boiling point of the dispersion medium, the reaction temperature is maintained by appropriately pressurizing so as to maintain the reaction temperature. It includes the case of controlling at atmospheric pressure when the temperature is below the boiling point.
  • the pressure used here is usually about 0.12 to 4.5 MPa, preferably about 0.15 to 4.5 MPa, more preferably about 0.20 to 4.5 MPa.
  • the reaction time is preferably 1 minute to 24 hours.
  • a titanium oxide particle dispersion is obtained by this step (2).
  • the pH of the titanium oxide particle dispersion obtained in step (2) is preferably 7-14, more preferably 9-14.
  • the titanium oxide particle dispersion liquid obtained in this step (2) may contain an alkaline substance or an acidic substance for pH adjustment or the like so as to have the aforementioned pH. is the same as the peroxotitanic acid solution obtained in step (1) above.
  • the particle diameters (D 50 and D 90 ) of the titanium oxide particles obtained here are preferably within the ranges already described, and the particle diameter can be controlled by adjusting the reaction conditions.
  • the particle size can be reduced by shortening the reaction time and the heating time.
  • Step (3) separately from steps (1) and (2) above, a solution or dispersion of an iron component and a silicon component is prepared by dissolving or dispersing the starting iron compound and the starting silicon compound in an aqueous dispersion medium. manufacture.
  • the raw material iron compound examples include the iron compounds described above, such as iron metal simple substance (Fe), oxides (Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 ), hydroxides (Fe(OH) 2 , Fe(OH) 3 ), oxyhydroxides (FeO(OH)), chlorides ( FeCl2 , FeCl3), nitrates (Fe(NO) 3 ), sulfates ( FeSO4 , Fe2 ( SO4 ) 3 ) , chlorides and halogen (Br, I) compounds, complex compounds, etc. of these may be used alone or in combination of two or more thereof.
  • iron metal simple substance Fe
  • oxides Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4
  • hydroxides Fe(OH) 2 , Fe(OH) 3
  • oxyhydroxides FeO(OH)
  • chlorides FeCl2 , FeCl3
  • nitrates Fe(NO) 3
  • sulfates FeSO4 , Fe2 ( SO4 ) 3
  • oxides Fe2O3 , Fe3O4 ), oxyhydroxides (FeO(OH)), chlorides ( FeCl2 , FeCl3), nitrates (Fe(NO) 3 ) , sulfates ( FeSO 4 , Fe 2 (SO 4 ) 3 ) are preferably used.
  • silicon compound starting material examples include the silicon compounds described above, for example, silicon elemental metal (Si), oxides (SiO, SiO 2 ), alkoxides (Si(OCH 3 ) 4 , Si(OC 2 H 5 ) 4 , Si( OCH(CH 3 ) 2 ) 4 ), silicates (sodium salts, potassium salts), active silicic acid obtained by removing ions such as sodium and potassium from these silicates, and the like, and one or two of these A combination of the above may be used. Among them, silicate (sodium silicate) and active silicic acid are preferably used.
  • Active silicic acid is obtained, for example, by adding a cation exchange resin to an aqueous sodium silicate solution in which sodium silicate is dissolved in pure water to remove at least part of the sodium ions. It is preferable to add a cation exchange resin so that the pH becomes 2-10, preferably 2-7.
  • the iron component- and silicon component-containing solution or dispersion thus obtained may also contain an alkaline substance or an acidic substance for pH adjustment or the like. can be handled.
  • the pH of the iron component- and silicon component-containing solution or dispersion is preferably 1-7, more preferably 1-5.
  • the raw material iron compound concentration in the solution or dispersion of the iron component and silicon component produced in step (3) is preferably 0.001 to 10% by mass, more preferably 0.01 to 5% by mass, and the raw material silicon compound concentration is 0.001 to 10% by mass is preferred, and 0.01 to 5% by mass is more preferred.
  • iron component and silicon component solution or dispersion may further dissolve or disperse a titanium component.
  • the raw material titanium compound includes the above-described titanium compounds, such as titanium simple substance (Ti), hydroxide (Ti(OH) 4 ), and oxyhydroxide (TiO(OH) 2 ). , chlorides (TiCl 4 , TiCl 3 , TiCl 2 ), nitrates (Ti(NO) 4 ), sulfates (Ti(SO 4 ) 2 , TiOSO 4 ), halogen (Br, I) compounds other than chlorides, complexes compounds, peroxotitanium compounds (titanium oxide compounds containing Ti--O--O--Ti bonds) and the like, and these may be used alone or in combination of two or more.
  • titanium compounds such as titanium simple substance (Ti), hydroxide (Ti(OH) 4 ), and oxyhydroxide (TiO(OH) 2 ).
  • chlorides TiCl 4 , TiCl 3 , TiCl 2
  • nitrates Ti(NO) 4
  • Step (4) the titanium oxide particle dispersion obtained in step (2) and the solution or dispersion of the iron component and silicon component obtained in step (3) are mixed.
  • the mixing method is not particularly limited, and may be a method of stirring with a stirrer or a method of dispersing with an ultrasonic disperser.
  • the temperature during mixing is 20 to 100° C., preferably 20 to 80° C., more preferably 20 to 40° C., and the time is preferably 1 minute to 3 hours.
  • the mixing ratio if the mass ratio of TiO 2 and Fe and Si in terms of oxides (Fe 2 O 3 and SiO 2 ) in the titanium oxide particle dispersion becomes the mass ratio as described above, good.
  • the titanium oxide particle dispersion liquid obtained in the above steps (1) to (4) may contain an alkaline substance or an acidic substance for pH adjustment or the like, and the above pH adjusters may be used. can be used. Further, ion exchange treatment or filtration washing treatment may be performed to adjust the ion component concentration, or solvent replacement treatment may be performed to change the solvent component.
  • the pH of the titanium oxide particle dispersion is preferably 7-14, more preferably 8-12.
  • the mass of the titanium oxide particles contained in the titanium oxide particle dispersion can be calculated from the mass and concentration of the titanium oxide particle dispersion.
  • a method for producing a metal particle dispersion containing an antibacterial metal comprises mixing a solution containing an antibacterial metal compound with a solution containing a reducing agent and a protective agent to obtain a metal particle dispersion by membrane filtration to remove particles other than metal particles. It is prepared by removing and purifying the components of
  • Specific examples of the method for producing a metal particle dispersion containing an antibacterial metal include a production method having the following steps (5) to (7).
  • a step of producing a solution containing a raw material antibacterial metal compound and a solution containing a reducing agent for reducing the metal compound and a protective agent for coating and protecting the metal particles Above (5) A step of mixing the solution containing the raw material antibacterial metal compound produced in the step of (1) with a solution containing a reducing agent for reducing the metal compound and a protective agent for coating and protecting the metal particles to produce a metal particle dispersion (7) A step of washing the metal particle dispersion prepared in the above step (6) with an aqueous dispersion medium by a membrane filtration method.
  • alloy particles composed of a plurality of metals are formed in the same manner as in the above step (5) except that the metal compound is further added to the solution containing the raw material antibacterial metal compound. A dispersion can be obtained.
  • Step (5) a solution in which the starting antibacterial metal compound is dissolved in an aqueous dispersion medium and a solution in which a reducing agent for reducing the starting antibacterial metal compound is dissolved in the aqueous dispersion medium are produced.
  • the method for producing these solutions may be a method in which the raw material antibacterial metal compound and the reducing agent for reducing the raw material antibacterial metal compound are separately added to the aqueous dispersion medium and stirred to dissolve.
  • the stirring method is not particularly limited as long as it can be uniformly dissolved in the aqueous dispersion medium, and a generally available stirrer can be used.
  • antibacterial metal compounds can be used as raw material antibacterial metal compounds.
  • examples include organic acid salts such as glycolic acid, complex salts such as ammine complexes, cyano complexes, halogeno complexes, and hydroxy complexes, and one or more of these may be used in combination.
  • organic acid salts such as glycolic acid
  • complex salts such as ammine complexes, cyano complexes, halogeno complexes, and hydroxy complexes
  • inorganic acid salts such as chlorides, nitrates and sulfates.
  • the reducing agent is not particularly limited, but any of various reducing agents capable of reducing the ions of the metals constituting the starting antibacterial metal compound can be used.
  • hydrazines such as hydrazine, hydrazine monohydrate, phenylhydrazine, and hydrazinium sulfate
  • amines such as dimethylaminoethanol, triethylamine, octylamine, dimethylaminoborane, and benzotriazole
  • citric acid ascorbic acid, tartaric acid, malic acid.
  • malonic acid organic acids such as formic acid; sodium borohydride, lithium borohydride, lithium triethylborohydride, lithium aluminum hydride, diisobutylaluminum hydride, tributyltin hydride, lithium tri(sec-butyl)borohydride , tri(sec-butyl)potassium borohydride, zinc borohydride, hydrides such as sodium acetoxyborohydride; pyrrolidones such as polyvinylpyrrolidone, 1-vinylpyrrolidone, N-vinylpyrrolidone, methylpyrrolidone; glucose, galactose , mannose, fructose, sucrose, maltose, raffinose, stachyose, and other reducing sugars; sugar alcohols, such as sorbitol; and these may be used alone or in combination of two or more.
  • the aqueous dispersion medium for dissolving the reducing agent the a
  • a protective agent may be added to a solution in which a reducing agent is dissolved in an aqueous dispersion medium.
  • the protective agent it is preferable that the above-mentioned one is contained in the above-mentioned mass ratio with respect to the metal particles.
  • aqueous dispersion medium aqueous solvent
  • the above-mentioned ones are preferably used.
  • a basic substance or an acidic substance may be added to the above solvent.
  • basic substances include alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide, alkali metal carbonates such as sodium carbonate and potassium carbonate, alkali metal hydrogen carbonates such as sodium hydrogen carbonate and potassium hydrogen carbonate, tert- Examples thereof include alkali metal alkoxides such as butoxypotassium, sodium methoxide and sodium ethoxide, alkali metal salts of aliphatic hydrocarbons such as butyllithium, and amines such as triethylamine, diethylaminoethanol and diethylamine.
  • acidic substances include inorganic acids such as aqua regia, hydrochloric acid, nitric acid and sulfuric acid, and organic acids such as formic acid, acetic acid, chloroacetic acid, dichloroacetic acid, oxalic acid, trifluoroacetic acid and trichloroacetic acid.
  • inorganic acids such as aqua regia, hydrochloric acid, nitric acid and sulfuric acid
  • organic acids such as formic acid, acetic acid, chloroacetic acid, dichloroacetic acid, oxalic acid, trifluoroacetic acid and trichloroacetic acid.
  • concentrations of these two solutions are not particularly limited, but in general, the lower the concentration, the smaller the primary particle size of the individual metal particles formed. It is preferable to set a suitable concentration range.
  • the pH of these two solutions is not particularly limited, and it is preferable to adjust the pH to a suitable one depending on the molar ratio of the metal in the target metal particles and the primary particle size.
  • Step (6) the solution prepared in step (5) in which the starting antibacterial metal compound is dissolved in the aqueous dispersion medium and the reducing agent for reducing the starting antibacterial metal compound are dissolved in the aqueous dispersion medium.
  • the metal particle dispersion liquid is produced by mixing the obtained solution.
  • the method for mixing these two solutions is not particularly limited as long as it is a method capable of uniformly mixing these two solutions.
  • a method of dropping a reducing agent solution while stirring a metal compound solution placed in a reaction vessel and stirring and mixing a method of dropping a metal compound solution while stirring a reducing agent solution placed in a reaction vessel, and stirring and mixing;
  • a method in which the compound solution and the reducing agent solution are continuously and quantitatively supplied and mixed in a reaction vessel, a flow reactor, or the like can be used.
  • the temperature during mixing is not particularly limited, and it is preferable to adjust the temperature to a suitable temperature according to the target primary particle size, reaction time, etc.
  • Step (7) the metal particle dispersion prepared in step (6) is washed with an aqueous dispersion medium by membrane filtration.
  • aqueous dispersion medium it is preferable to use water, a water-soluble organic solvent that can be mixed with water, or a mixed solvent of water and a water-soluble organic solvent.
  • Water is preferably deionized water, distilled water, pure water, or the like.
  • water-soluble organic solvents include alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, n-propanol, 2-propanol, n-butanol, 2-butanol, tert-butanol, ethylene glycol and diethylene glycol, and ethylene glycol monomethyl ether.
  • ethylene glycol monoethyl ether ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, glycol ethers such as propylene glycol-n-propyl ether, acetone, ketones such as methyl ethyl ketone, 2-pyrrolidone, Examples thereof include water-soluble nitrogen-containing compounds such as N-methylpyrrolidone and ethyl acetate, and the water-soluble organic solvent may be used alone or in combination of two or more thereof.
  • the membrane filtration method removes unnecessary non-volatile components other than the metal particles from the metal particle dispersion, such as components other than metals in the raw material metal compound, reducing agents, and surplus protective agents that are not adsorbed on the surfaces of the metal particles. Wash and separate. Components other than the metal particles and the protective agent adsorbed on their surfaces are preferably separated from the metal particle dispersion in this step.
  • the mass ratio of the metal particles having the protective agent adsorbed on their surfaces to the other non-volatile matter is 1 or more. is preferably 10 or more, and still more preferably 100 or more. This is because if the ratio is less than 1, the content ratio of the metal particles may decrease and the antibacterial effect may not be sufficiently exhibited.
  • the metal component (metal particles) concentration C (mass%) in the metal particle dispersion liquid was obtained by appropriately diluting the metal particle dispersion liquid with pure water and using an inductively coupled plasma emission spectrometer (trade name “Agilent 5110 ICP-OES”, Agilent Technologies, Inc.) can be used for measurement.
  • the non-volatile matter of mass M a (g) is dispersed in pure water and washed, and then the metal particles having the protective agent adsorbed on the surface are sedimented by centrifugal separation, and the metal particles having the protective agent adsorbed on the surface.
  • the operation of removing the supernatant containing the non-volatile matter M 3 (g) other than the above was repeated 5 times, and the obtained sediment (protective agent adsorbed on the surface and metal particles) was further heated at 105 ° C. for 3 hours and cooled. After that, its mass M 2 (g) is measured.
  • Mass M 2 (g) of metal particles with protective agent adsorbed on their surfaces mass M 1 (g) of sampled metal particle dispersion - solvent S (g) - non-volatile content M 3 (g) other than metal particles with protective agent adsorbed on the surface
  • the membrane used in the membrane filtration method is not particularly limited as long as it can separate the metal particles to which the protective agent is adsorbed on the surface and the other non-volatile matter from the metal particle dispersion liquid.
  • Examples include an outer filtration membrane and a nanofiltration membrane, and among these, a membrane having an appropriate pore size can be used.
  • Any method such as centrifugal filtration, pressure filtration, or cross-flow filtration can be used as the filtration method.
  • the shape of the filtration membrane an appropriate shape such as a hollow fiber type, spiral type, tubular type, or flat membrane type can be used.
  • the material of the filtration membrane is not particularly limited as long as it is durable against the metal particle dispersion, and may be polyethylene, tetrafluoroethylene, polypropylene, cellulose acetate, polyacrylonitrile, polyimide, polysulfone, polyethersulfone, or the like. and inorganic films such as silica, alumina, zirconia and titania.
  • filtration membranes include Microza (manufactured by Asahi Kasei Chemicals Co., Ltd.), Amicon Ultra (manufactured by Merck Millipore Co., Ltd.), Ultra Filter (Advantech Toyo Co., Ltd.), MEMBRALOX (Nippon Pole ( Ltd.), Sepilt (NGK Insulators, Ltd.), and the like.
  • step (8) the titanium oxide particle dispersion obtained in the step (4) and having the surface modified with the iron component and the silicon component and the antibacterial metal-containing metal particle dispersion obtained in the step (7) are combined. to obtain a titanium oxide particle/metal particle dispersion.
  • the mixing method is not particularly limited as long as the two dispersions are uniformly mixed.
  • they can be mixed by stirring using a generally available stirrer.
  • the mixing ratio of the titanium oxide particle dispersion and the metal particle dispersion is 1 to 100,000, preferably 1 to 100,000 in mass ratio (titanium oxide particles/metal particles) in each dispersion of the titanium oxide particles and the metal particles. 10 to 10,000, more preferably 100 to 1,000. When it is less than 1, the photocatalytic performance is not sufficiently exhibited, and when it exceeds 100,000, the antibacterial performance is not sufficiently exhibited, which is not preferable.
  • volume-based 50% cumulative distribution diameter ( D50 ) measured by a dynamic light scattering method using a laser beam relating to the dispersed particle size of a mixture of titanium oxide particles and metal particles in a titanium oxide particle/metal particle dispersion (hereinafter sometimes referred to as "average particle size") is as described above.
  • the apparatus for measuring the average particle size is also as described above.
  • the total concentration of the titanium oxide particles, metal particles, and other non-volatile matter in the titanium oxide particle/metal particle dispersion prepared in this manner is determined in terms of the ease with which a photocatalyst thin film having the required thickness can be produced. 0.01 to 20 mass % is preferable, and 0.5 to 10 mass % is particularly preferable.
  • concentration adjustment when the concentration is higher than the desired concentration, the concentration can be lowered by adding an aqueous solvent to dilute, and when the concentration is lower than the desired concentration, the aqueous solvent is volatilized or filtered. concentration can be increased.
  • titanium oxide whose concentration is adjusted as described above so that the desired concentration is obtained after mixing the above-described binder solution (aqueous binder solution). It is preferable to add to the particle/metal particle dispersion.
  • the silicon component contained in the titanium oxide particle dispersion suppresses the aggregation and precipitation of the titanium oxide particles and the iron component, and suppresses the decrease in photocatalytic activity. It is added.
  • the binder enhances the film-forming property of the titanium oxide particle/metal particle dispersion liquid, and is added after preparation of the titanium oxide particle/metal particle dispersion liquid and before coating. It is.
  • the titanium oxide particle/metal particle composition of the present invention is a thin film of titanium oxide particles/metal particles
  • the titanium oxide particle/metal particle dispersion liquid which is one aspect of the present invention, can be used to form a photocatalyst thin film on the surface of various members.
  • the various members are not particularly limited, but examples of materials for the members include organic materials and inorganic materials. These can have various shapes according to their respective purposes and uses.
  • organic materials examples include vinyl chloride resin (PVC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polycarbonate (PC), acrylic resin, polyacetal, fluororesin, silicone resin, and ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA).
  • PVC vinyl chloride resin
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • PC polycarbonate
  • acrylic resin acrylic resin
  • polyacetal polyacetal
  • fluororesin silicone resin
  • silicone resin ethylene-vinyl acetate copolymer
  • EVA ethylene-vinyl acetate copolymer
  • acrylonitrile-butadiene rubber NBR
  • polyethylene terephthalate PET
  • polyethylene naphthalate PEN
  • polyvinyl butyral PVB
  • ethylene-vinyl alcohol copolymer EVOH
  • polyimide resin polyphenylene sulfide (PPS)
  • PPS polyether Synthetic resin materials
  • imide PEI
  • PEEI polyetheretherimide
  • PEEK polyetheretherketone
  • melamine resin phenolic resin
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene
  • Inorganic materials include, for example, non-metallic inorganic materials and metallic inorganic materials.
  • nonmetallic inorganic materials include glass, ceramics, and stone materials. These may be commercialized in various forms such as tiles, glass, mirrors, walls, design materials, and the like.
  • metal inorganic materials include cast iron, steel materials, iron, iron alloys, aluminum, aluminum alloys, nickel, nickel alloys, and zinc die-cast. These may be plated with the metal inorganic material, coated with the organic material, or plated on the surface of the organic material or the non-metallic inorganic material.
  • the dispersion of titanium oxide particles and metal particles of the present invention is particularly useful for producing photocatalyst thin films by applying it to various members made of inorganic substances such as glass and metals, and organic substances such as resins. It is particularly useful for producing transparent photocatalyst thin films on various members.
  • a titanium oxide particle/metal particle dispersion is applied to the surface of the member by a known coating method such as spray coating or dip coating, followed by far infrared drying, It may be dried by a known drying method such as IH drying or hot air drying, and the thickness of the photocatalyst thin film may be selected variously.
  • a known coating method such as spray coating or dip coating, followed by far infrared drying
  • IH drying or hot air drying a known drying method such as IH drying or hot air drying
  • the thickness of the photocatalyst thin film may be selected variously.
  • the thin film of titanium oxide particles and metal particles described above is formed.
  • the dispersion liquid contains the binder in the amount described above, a thin film containing the titanium oxide particles, the metal particles and the binder is formed.
  • the photocatalytic thin film formed in this way is transparent, and provides good photocatalytic action particularly in the light of the ultraviolet region (wavelength: 10 to 400 nm). Due to the antibacterial action of the particles and the photocatalytic action of titanium oxide, the surface of the member can be cleaned, deodorized, and antibacterial.
  • D50 and D90 50% and 90% cumulative distribution diameters ( D50 and D90 ) of titanium oxide particles and/or metal particles in dispersion liquid
  • the D 50 and D 90 of the titanium oxide particles and metal particles in the dispersion were measured by a dynamic light scattering method using a laser beam using a particle size distribution analyzer (ELSZ-2000ZS (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.)).
  • ELSZ-2000ZS manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.
  • Acetaldehyde gas decomposition performance test of photocatalyst thin film The activity of the photocatalyst thin film prepared by coating and drying the dispersion liquid was evaluated by the decomposition reaction of acetaldehyde gas. The evaluation was performed by the batch-type gas decomposition performance evaluation method. Each titanium oxide particle dispersion liquid prepared in Examples or Comparative Examples was applied to one side of an A4 size (210 mm x 297 mm) PET film and coated with a #7 wire bar so that the dry weight of the titanium oxide particles and metal particles was about 20 mg. A sample for evaluation was prepared by spreading it with a coater and dried for 1 hour in an oven set at 80° C.
  • the photocatalytic activity of titanium oxide particles and metal particles was evaluated by the decomposition reaction of acetaldehyde gas.
  • the evaluation was performed by the batch-type gas decomposition performance evaluation method. Specifically, after placing the evaluation sample in a stainless steel cell with a volume of 5 L and equipped with a quartz glass window, the cell was filled with an initial concentration of acetaldehyde gas adjusted to a humidity of 50%, and the light source was placed on top of the cell. was irradiated with light. When the acetaldehyde gas is decomposed by the photocatalytic action of titanium oxide, the acetaldehyde gas concentration in the cell decreases.
  • the intensity of photocatalytic activity can be confirmed by measuring the concentration change.
  • the acetaldehyde gas concentration was measured using a photoacoustic multi-gas monitor (trade name “INNOVA1412”, manufactured by LumaSense) to measure the time from the start of light irradiation until the acetaldehyde gas concentration became 1 ppm or less to evaluate the photocatalytic activity. The shorter the time, the higher the photocatalytic activity, and the longer the time, the lower the photocatalytic activity.
  • a UV fluorescent lamp product model number “FL10 BLB”, Toshiba Lighting & Technology Co., Ltd.
  • ultraviolet light 352 nm
  • the initial concentration of acetaldehyde in the cell was set to 5 ppm, and the time required to reduce the acetaldehyde gas concentration from the initial 5 ppm to 1 ppm was compared and evaluated according to the following criteria. The test was conducted up to 20 hours.
  • Antibacterial test of photocatalyst thin film (dark place, under UV irradiation) The antibacterial performance of the photocatalyst thin film was measured by applying the photocatalyst thin film to a 50 mm square glass substrate to a thickness of 100 nm. Antibacterial effect” was tested by a method based on the test method for hybrid photocatalyst-processed flat products, and evaluated according to the following criteria.
  • the crystalline phase of titanium oxide particles is determined by powder X-ray diffraction (product It was identified by measurement under the name "desktop type X-ray diffractometer D2 PHASER” (Bruker AXS Co., Ltd.).
  • Table 1 summarizes the molar ratio of titanium oxide particles prepared in each preparation example, hydrothermal treatment conditions, dispersed particle diameters (D 50 , D 90 ), and pH of titanium oxide particle dispersions after hydrothermal treatment.
  • the dispersed particle size was measured by a dynamic light scattering method (ELSZ-2000ZS (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.)) using a laser beam.
  • the aqueous solution of iron sulfate and active silicic acid prepared as described above was added to the titanium oxide particle dispersion (1A) so that TiO 2 /Fe 2 O 3 was 200 and TiO 2 /SiO 2 was 100 at 25° C. for 1 hour. After mixing with a stirrer, the solid content concentration was adjusted to 1% by mass with pure water to obtain a titanium oxide particle dispersion liquid (2A) whose surfaces were modified with an iron component and a silicon component.
  • Preparation Example 2-2 ⁇ Preparation of Titanium Oxide Particle Dispersion with Surface Modified Iron Component, Titanium Component and Silicon Component>
  • a strongly acidic cation exchange resin (Amberlite HPR1024H, manufactured by Organo Co., Ltd.) was added to an aqueous sodium silicate solution obtained by dissolving 1.71 g of JIS No. 3 sodium silicate (29.1% in terms of SiO 2 ) in 100 g of pure water. After stirring, the ion exchange resin was separated by filtration to obtain an aqueous active silicic acid solution.
  • the aqueous solution of iron sulfate, titanium chloride and active silicic acid prepared as described above was added to 200 of TiO 2 /Fe 2 O 3 , 200 of TiO 2 /TiO 2 (modifying component), 200 of TiO
  • the solid content concentration is adjusted to 1% by mass with pure water, and the iron component, titanium component and silicon component are modified on the surface.
  • a titanium oxide particle dispersion (2B) was obtained.
  • Preparation Example 2-3 ⁇ Preparation of Titanium Oxide Particle Dispersion with Surface Modified Iron Component and Silicon Component>
  • a strongly acidic cation exchange resin (Amberlite HPR1024H, manufactured by Organo Co., Ltd.) was added to an aqueous sodium silicate solution obtained by dissolving 0.17 g of JIS No. 3 sodium silicate (29.1% by mass in terms of SiO 2 ) in 100 g of pure water. After stirring, the ion exchange resin was separated by filtration to obtain an aqueous active silicic acid solution.
  • the aqueous solution of iron sulfate and active silicic acid prepared as described above was added to the titanium oxide particle dispersion (1C) at 25° C. for 1 hour so that the TiO 2 /Fe 2 O 3 ratio would be 400 and the TiO 2 /SiO 2 ratio would be 200.
  • the solid content concentration was adjusted to 1% by mass with pure water to obtain a titanium oxide particle dispersion liquid (2C) whose surfaces were modified with an iron component and a silicon component.
  • Preparation Example 2-4 ⁇ Preparation of Titanium Oxide Particle Dispersion with Silicon Component Modified on Surface> An aqueous activated silicic acid solution having a pH of 4.8 was obtained in the same manner as in Preparation Example 2-1, except that ferric sulfate (III) was not added.
  • the solid content concentration was adjusted with pure water.
  • a titanium oxide particle dispersion liquid (2D) in which the surface was modified with a silicon component was obtained by adjusting the concentration to 1% by mass.
  • the aqueous solution of iron sulfate prepared as described above was mixed with the titanium oxide particle dispersion (1A) at 25°C for 1 hour with a stirrer so that the TiO 2 /Fe 2 O 3 ratio was 200, and then the solid content concentration was adjusted to A titanium oxide particle dispersion liquid (2E) having the surface modified with an iron component was obtained by adjusting the concentration to 1% by mass with pure water. During the addition of the iron sulfate aqueous solution, the dispersion became cloudy, and some precipitation was confirmed.
  • a solution containing a reducing agent was obtained by mixing 10% by mass of polyvinylpyrrolidone as a reducing agent/protective agent.
  • a solution obtained by mixing 0.2 L of a solution containing a reducing agent/protective agent at 25° C. with 2 L of a solution containing a raw material metal compound heated to 90° C. in a reactor was added to an ultrafine molecular weight cutoff of 10,000.
  • a silver particle dispersion liquid (3A) was obtained by performing concentration and pure water washing with a filtration membrane (Microza, Asahi Kasei Co., Ltd.). The obtained metal particle dispersions are summarized in Table 3 below.
  • a solution containing a reducing agent was obtained by mixing 10% by mass of polyvinylpyrrolidone as a reducing agent/protective agent.
  • a liquid obtained by mixing 0.2 L of a solution containing a reducing agent at 25° C. with 2 L of a solution containing a raw material metal compound heated to 150° C. in a reactor was applied to an ultrafiltration membrane with a molecular weight cutoff of 10,000 ( Concentration and pure water washing were performed by Microza (Asahi Kasei Co., Ltd.) to obtain a silver-copper particle dispersion (3B).
  • Preparation Example 3-3 ⁇ Preparation of silver-zinc particle dispersion> Ethylene glycol is used as a solvent instead of the solution containing the starting metal compound of Preparation Example 3-2, and silver nitrate and Zn have a concentration of 1.25 mmol/L so that the Ag concentration is 3.75 mmol/L.
  • a silver-zinc particle dispersion (3C) was obtained in the same manner as in Preparation Example 3-2, except that a solution containing a starting metal compound in which zinc nitrate hexahydrate was dissolved was used.
  • Preparation Example 3-4 ⁇ Preparation of silver particle dispersion> A silver particle dispersion (3D) was obtained in the same manner as in Preparation Example 3-1, except that the amount of washing with pure water by the ultrafiltration membrane was reduced.
  • Preparation Example 3-5 ⁇ Preparation of silver particle dispersion> A silver particle dispersion (3E) was obtained in the same manner as in Preparation Example 3-1, except that the polyvinylpyrrolidone added as a reducing agent/protective agent was not added.
  • Example 2 The surface-protected metal particle dispersion (3B) was added to the surface-modified titanium oxide particle dispersion (2B) so that the mass ratio of the particles contained in each dispersion (surface-modified titanium oxide particles/surface-protected metal particles) was 400. By mixing, a titanium oxide particle/metal particle dispersion (E-2) of the present invention was obtained.
  • Example 3 The surface-protected metal particle dispersion (3C) was added to the surface-modified titanium oxide particle dispersion (2C) so that the mass ratio of the particles contained in each dispersion (surface-modified titanium oxide particles/surface-protected metal particles) was 200. By mixing, a titanium oxide particle/metal particle dispersion (E-3) of the present invention was obtained.
  • Example 4 The surface-protected metal particle dispersion (3D) was added to the surface-modified titanium oxide particle dispersion (2A) so that the mass ratio of the particles contained in each dispersion (surface-modified titanium oxide particles/surface-protected metal particles) was 100. By mixing, a titanium oxide particle/metal particle dispersion (E-4) of the present invention was obtained.
  • Example 5 The metal particle dispersion (3E) was mixed with the surface-modified titanium oxide particle dispersion (2A) so that the mass ratio of the particles contained in each dispersion (surface-modified titanium oxide particles/metal particles) was 1,000. Thus, a titanium oxide particle/metal particle dispersion (E-5) of the present invention was obtained.
  • Example 6 A silicon compound-based (silica-based) binder (colloidal silica, trade name: Snowtex 20, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) is added to titanium oxide particle/metal particle dispersion (E-1), and titanium oxide particles/metal particles/ A binder (mass ratio) was added so as to be 1.5 and mixed with a stirrer at 25° C. for 10 minutes to obtain a binder-containing titanium oxide particle dispersion (E-6).
  • Table 5 summarizes dispersions of titanium oxide particles and metal particles to which a binder was added.
  • a titanium oxide particle dispersion (C-1) for comparative evaluation was obtained from the surface-modified titanium oxide particle dispersion (2A).
  • a metal particle dispersion (C-2) for comparative evaluation was obtained from the surface protective silver particle dispersion (3A).
  • Example 7 A titanium oxide particle/metal particle dispersion (C-7) containing a binder was obtained in the same manner as in Example 6 except that the titanium oxide particle/metal particle dispersion (C-3) was used.

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Abstract

従来よりも高い光触媒活性を持ち、更に光照射の有無に関わらず高い抗菌性を示す、酸化チタン粒子・金属粒子組成物及びその製造方法の提供。 i)鉄成分及びケイ素成分は固溶されておらず、表面に修飾されている酸化チタン粒子と、 ii)抗菌性金属を含有する金属粒子 との2種類の粒子を含有する、酸化チタン粒子・金属粒子組成物。

Description

酸化チタン粒子・金属粒子組成物及びその製造方法
 本発明は、酸化チタン粒子・金属粒子組成物及びその製造方法に関し、更に詳細には、光照射の有無に関わらず、抗菌性を示す、透明性の高い光触媒薄膜を簡便に作製することができる酸化チタン粒子・金属粒子組成物(分散液、分散液を用いて形成される光触媒薄膜、光触媒薄膜を表面に有する部材)及びその製造方法に関する。
 近年、消費者が衛生的な生活環境を求める傾向が強くなっており、抗菌・抗カビ・抗ウイルス・防臭・防汚などの清潔さを保つ加工が施された生活用品への関心が高まっている。
 光触媒材料は、太陽光や人工照明などの光が照射された際に起こる光触媒反応によって、抗菌・抗カビ・抗ウイルス・防臭・防汚など、基材表面の清浄化に対して広く効果が得られることから注目を集めている。
 光触媒反応とは、酸化チタンを代表とする光触媒が光を吸収することによって生じた励起電子及び正孔が起こす反応のことをいう。光触媒反応により酸化チタン表面に生成した励起電子及び正孔は、酸化チタン表面に吸着している酸素や水と酸化還元反応を起こして活性種を生じる。有機物からなる微生物、ウイルス、臭いや汚れはこの活性種によって分解されるため、上述のような基材表面の清浄化の効果を得ることができると考えられている。
 基本的に有機物であれば相手を選ばないために広く様々な種類の微生物、ウイルス、臭いや汚れに対して効果が得られること、経時劣化がほとんどないことなどが光触媒の強みと言える。
 最近、上述のような光触媒作用の適用は、紫外線(波長10~400nm)が利用できる屋外での使用のみならず、蛍光灯のように可視領域の光(波長400~800nm)が大部分を占める光源で照らされた室内空間でも利用できるようにする検討が行われ、例えば、可視光応答型光触媒として、酸化タングステン光触媒体(特開2009-148700号公報:特許文献1)が開発されている。
 酸化チタンを利用した光触媒の可視光活性向上方法としては、酸化チタン微粒子や金属をドープした酸化チタン微粒子の表面に、鉄や銅を担持させる方法(例えば、特開2012-210632号公報:特許文献2、特開2010-104913号公報:特許文献3、特開2011-240247号公報:特許文献4、特開平7-303835号公報:特許文献5)、スズと可視光活性を高める遷移金属を固溶(ドープ)した酸化チタン微粒子と銅を固溶した酸化チタン微粒子とをそれぞれ準備した後混合して用いる方法(国際公開第2014/045861号:特許文献6)、スズと可視光応答性を高める遷移金属を固溶した酸化チタン微粒子と鉄族元素を固溶した酸化チタン微粒子とをそれぞれ準備した後混合して用いる方法(国際公開第2016/152487号:特許文献7)などが知られている。
 特許文献7のスズと可視光活性を高める遷移金属を固溶した酸化チタン微粒子と鉄族元素を固溶した酸化チタン微粒子とをそれぞれ準備した後、混合して得られる可視光応答型光触媒酸化チタン微粒子分散液を用いて製膜した光触媒膜を用いると、可視領域の光のみの条件下で高い分解活性が得られるものである。更に、スズと可視光活性を高める遷移金属を固溶した酸化チタン微粒子の表面に鉄成分を吸着(=担持)させた酸化チタン微粒子分散液を用いて製膜した光触媒膜を用いた場合にも可視光領域の光のみの条件下でアセトアルデヒドガスの分解が可能なことも示されているが、鉄成分によって酸化チタン微粒子が凝集・沈殿して得られる光触媒膜の品質が損なわれるために添加可能な鉄成分の量が制限され、得られる光触媒活性は低かった。
 上述のように、光触媒活性を高める検討は盛んに行われているものの、実環境においては有害物質が可能な限り速やかに分解・除去されることが重要であるため、更なる光触媒活性の向上が求められている。
 また、光触媒反応は、紫外領域の光(波長10~400nm)や可視領域の光(波長400~800nm)の照射により引き起こされるものであるため、自然光や人工照明の当たらない暗所では原理的にその効果は得られない。
 一方で、細菌や真菌(カビ)は、光がなくても増殖するため、抗菌製品のように要望される期間、性能の持続性を要求される製品には、光が当たらない暗所でも抗菌性を発現する材料が求められている。
 上記のような課題に対応するため、光触媒と光触媒以外の抗菌剤との併用により、光触媒の機能を補完した光触媒材料の検討が行われている。光触媒は、有機物を分解することから、無機系の抗菌材を使用することが適当である。例えば、抗菌・抗カビ成分として銀や銅を添加して、暗所での抗菌性や抗カビ性を獲得させる(特開2000-051708号:特許文献8、特開2008-260684号:特許文献9)ことを開示している。
 一般的に、光触媒は、光触媒粒子を溶媒に分散させ、造膜成分を混合して塗料化して基材に塗布して使用されるが、上記のように、抗菌性能向上のために銀、銅、亜鉛などの金属成分を添加すると、実用上の問題点が発生することが多かった。即ち、銀、銅、亜鉛などの金属やその化合物を担持する方法として、光触媒粒子粉末に金属原料を反応させて担持させる場合は、これを後から溶媒中に分散させるのに多大な労力を必要とするために好ましくなく、光触媒粒子を予め分散させた分散液に金属原料を添加する場合は、光触媒粒子の分散安定性が阻害されて凝集を引き起こす原因となり、様々な基材にこの光触媒薄膜を形成するときに実用上必要とされる透明性を得るのが難しいことが多かった。
 また、光触媒活性を向上させる成分を光触媒表面に付着(吸着、修飾、担持)させたタイプの光触媒の場合、これらの金属成分を単純に添加すると光触媒活性向上成分を付着させた効果が弱まり、期待した光触媒機能が得られないという問題もあり、実用に足る抗菌性と、様々な基材に応用するために必要とされる透明性を併せ持った光触媒薄膜はこれまで存在しなかった。
特開2009-148700号公報 特開2012-210632号公報 特開2010-104913号公報 特開2011-240247号公報 特開平7-303835号公報 国際公開第2014/045861号 国際公開第2016/152487号 特開2000-051708号公報 特開2008-260684号公報
 従って、本発明は、従来よりも高い光触媒活性を持ち、更に光照射の有無に関わらず高い抗菌性を示す、酸化チタン粒子・金属粒子組成物及びその製造方法を提供することを目的とする。
 本発明者らは、上記目的を達成するため、酸化チタン粒子に修飾する金属元素やその組み合わせ、酸化チタン粒子と種々の材料の組合せやその量比などを詳細に検討した結果、鉄成分及びケイ素成分が表面に修飾された酸化チタン粒子と、別途調製した抗菌性金属を含有する金属粒子との2種類の粒子を含有する酸化チタン粒子・金属粒子組成物が、従来よりも光触媒活性が飛躍的に向上しており、更に光照射の有無に関わらず高い抗菌性を示し、透明性の高い光触媒薄膜を簡便に作製できることを見出し、本発明をなすに至った。
 従って、本発明は、下記に示す酸化チタン粒子・金属粒子組成物及びその製造方法を提供するものである。
〔1〕
 i)鉄成分及びケイ素成分は固溶されておらず、表面に修飾されている酸化チタン粒子と、
 ii)抗菌性金属を含有する金属粒子と
の2種類の粒子を含有する、酸化チタン粒子・金属粒子組成物。
〔2〕
 ii)の抗菌性金属を含有する金属粒子表面に保護剤が吸着している、〔1〕に記載の酸化チタン粒子・金属粒子組成物。
〔3〕
 ii)の抗菌性金属を含有する金属粒子に含有される抗菌性金属が、銀、銅及び亜鉛から選ばれる、少なくとも1種類の金属である、〔1〕又は〔2〕に記載の酸化チタン粒子・金属粒子組成物。
〔4〕
 ii)の抗菌性金属を含有する金属粒子に含有される抗菌性金属が、少なくとも銀を含有する、〔3〕に記載の酸化チタン粒子・金属粒子組成物。
〔5〕
 i)の酸化チタン粒子の表面に修飾されている鉄成分(酸化物換算)の酸化チタンとの質量比(TiO2/Fe23)が10~100,000であり、ケイ素成分(酸化物換算)の酸化チタンとの質量比(TiO2/SiO2)が1~10,000である、〔1〕~〔4〕に記載の酸化チタン粒子・金属粒子組成物。
〔6〕
 ii)抗菌性金属を含有する金属粒子に含有される抗菌性金属成分(M)と、i)鉄成分及びケイ素成分が表面に修飾されている酸化チタン粒子に含有される酸化チタンとの質量比(TiO2/M)が0.0001~10である、〔1〕~〔5〕に記載の酸化チタン粒子・金属粒子組成物。
〔7〕
 更に、バインダーを含有する〔1〕~〔6〕に記載の酸化チタン粒子・金属粒子組成物。
〔8〕
 バインダーがケイ素化合物系バインダーである〔7〕に記載の酸化チタン粒子・金属粒子組成物。
〔9〕
 酸化チタン粒子・金属粒子組成物が、酸化チタン粒子・金属粒子の分散液である、〔1〕~〔8〕のいずれか1つに記載の組成物。
〔10〕
 酸化チタン粒子・金属粒子組成物が、酸化チタン粒子・金属粒子の薄膜である、〔1〕~〔8〕のいずれか1つに記載の組成物。
〔11〕
 〔10〕に記載の組成物を表面に有する部材。
〔12〕
 下記工程(1)~(8)を有する〔9〕に記載の組成物の製造方法。
 (1)原料チタン化合物、塩基性物質、過酸化水素及び水性分散媒から、ペルオキソチタン酸溶液を製造する工程
 (2)上記(1)の工程で製造したペルオキソチタン酸溶液を、圧力制御の下、80~250℃で加熱し、酸化チタン粒子分散液を得る工程
 (3)鉄化合物、ケイ素化合物及び水性分散媒から、鉄成分及びケイ素成分の溶液または分散液を製造する工程
 (4)上記(2)の工程で製造した酸化チタン粒子分散液と、(3)の工程で製造した鉄成分及びケイ素成分の溶液または分散液を混合して鉄成分及びケイ素成分が表面に修飾された酸化チタン粒子分散液を得る工程
 (5)原料抗菌性金属化合物を含む溶液と、該金属化合物を還元するための還元剤及び金属粒子を被覆し保護する保護剤を含む溶液と、をそれぞれ製造する工程
 (6)上記(5)の工程で製造した原料抗菌性金属化合物を含む溶液と該金属化合物を還元するための還元剤及び金属粒子を被覆し保護する保護剤を含む溶液とを混合して金属粒子分散液を製造する工程
 (7)上記(6)の工程で製造した金属粒子分散液を膜ろ過法により水性分散媒で洗浄する工程
 (8)(4)と(7)の工程で得られた酸化チタン粒子分散液と金属粒子分散液とを混合する工程
 本発明の酸化チタン粒子・金属粒子組成物は従来よりも高い光触媒活性を有し、更に光照射の有無に関わらず高い抗菌性を示し、透明性の高い光触媒薄膜を簡便に作製することができる。したがって、本発明の酸化チタン粒子・金属粒子組成物は、基材表面の速やかな清浄化が求められる実環境下で利用する部材に有用である。
 以下、本発明について詳細に説明する。
<酸化チタン粒子・金属粒子組成物>
 本発明の酸化チタン粒子・金属粒子組成物は、
i)鉄成分及びケイ素成分は固溶されておらず、表面に修飾されている酸化チタン粒子と、
ii)抗菌性金属を含有する金属粒子と、
の2種類の粒子を含有するものである。
 本発明の酸化チタン粒子・金属粒子組成物の一態様は、該組成物が酸化チタン粒子・金属粒子の分散液である。また、本発明の酸化チタン粒子・金属粒子組成物の別の一態様は、該組成物が酸化チタン粒子・金属粒子の薄膜(光触媒薄膜)である。
 まず、本発明の酸化チタン粒子・金属粒子組成物が酸化チタン粒子・金属粒子の分散液である態様について説明する。
 本発明の酸化チタン粒子・金属粒子分散液は、
 水性分散媒中に、
i)鉄成分及びケイ素成分は固溶されておらず、表面に修飾されている酸化チタン粒子と、
ii)抗菌性金属を含有する金属粒子と、
の2種類の粒子が分散されているものであり、後述する通り、別々に構成された、酸化チタン粒子分散液と金属粒子分散液との2種類の粒子分散液を混合することによって得られるものである。
 本発明の酸化チタン粒子・金属粒子分散液中の、i)酸化チタン粒子と、ii)金属粒子に含有される抗菌性金属成分(M)との含有割合は、質量比でTiO2/Mが1~100,000であり、好ましくは10~10,000であり、更に好ましくは100~1,000である。該質量比が1未満の場合は、光触媒性能が十分に発揮されないため好ましくなく、100,000超過の場合は抗菌性能が十分に発揮されないために好ましくない。
 ここで、酸化チタン粒子・金属粒子分散液中の酸化チタン粒子及び金属粒子の混合物の分散粒子径は、レーザー光を用いた動的光散乱法により測定される体積基準の50%累積分布径(D50)が、3~50nmであることが好ましく、より好ましくは3~40nm、更に好ましくは3~30nmである。D50が、3nm未満の場合、光触媒活性が不十分になることがあり、50nm超過の場合、分散液及び該分散液から形成される光触媒薄膜が不透明となることがあるためである。
 また、体積基準の90%累積分布径(D90)は、5~100nmであることが好ましく、より好ましくは5~80nmである。D90が、5nm未満の場合、光触媒活性が不十分になることがあり、100nm超過の場合、分散液及び該分散液から形成される光触媒薄膜が不透明となることがあるためである。
 なお、酸化チタン粒子及び金属粒子の混合物の分散粒子径を測定する装置は、例えば、ELSZ-2000ZS(大塚電子(株)製)、ナノトラックUPA-EX150(日機装(株)製)、LA-910(堀場製作所(株)製)等を使用することができる。
・水性分散媒
 水性分散媒としては、水を用いることが好ましいが、水と任意の割合で混合される親水性有機溶媒と水との混合溶媒を用いてもよい。水としては、例えば、ろ過水、脱イオン水、蒸留水、純水等の精製水が好ましい。また、親水性有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類、エチレングリコール等のグリコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコール-n-プロピルエーテル等のグリコールエーテル類が好ましい。混合溶媒を用いる場合には、混合溶媒中の親水性有機溶媒の割合が0質量%より多く、50質量%以下であることが好ましく、より好ましくは20質量%以下、更に好ましくは10質量%以下である。
・i)鉄成分及びケイ素成分は固溶されておらず、表面に修飾されている酸化チタン粒子
 本発明の酸化チタン粒子・金属粒子の分散液に含まれる、酸化チタン粒子成分i)は、酸化チタン粒子と、鉄成分及びケイ素成分とを含有するものである。鉄成分及びケイ素成分は酸化チタン粒子表面に修飾されているものであるが、一部の鉄成分及びケイ素成分は分散液中に遊離していてもよい。
 ここで、修飾とは固体表面に種々の成分を反応・吸着させて付着させることを言い、固体表面の性質を変えること、新たな機能を付与すること、などを目的として行われるものである。
 酸化チタン粒子成分i)は、本発明の酸化チタン粒子・金属粒子分散液に、酸化チタン粒子分散液として配合されることが好ましい。
 酸化チタン粒子自体、すなわち、未修飾状態の酸化チタン粒子は特に限定されず、光触媒として使用される酸化チタンを用いることができ、酸化チタン粒子;窒素、炭素、硫黄及び金属成分を固溶した酸化チタン粒子のいずれでもよく、中でも、酸化チタン粒子;金属成分を固溶した酸化チタン粒子を用いることが好ましい。
 酸化チタンに固溶させる金属成分は特に限定されないが、スズ成分及び可視光活性を高める遷移金属成分などが挙げられる。
 酸化チタン粒子の結晶相としては、通常、ルチル型、アナターゼ型、ブルッカイト型の3つが知られているが、本発明の酸化チタン粒子は、主としてアナターゼ型又はルチル型であることが好ましい。なお、ここでいう「主として」とは、酸化チタン粒子全体のうち、当該結晶相の酸化チタン粒子を50質量%以上含有することを意味し、好ましくは70質量%以上、更に好ましくは90質量%以上であり、100質量%であってもよい。
 ここで、本明細書において、固溶体とは、ある一つの結晶相の格子点にある原子が別の原子と置換するか、格子間隙に別の原子が入り込んだ相、即ち、ある結晶相に他の物質が溶け込んだとみなされる混合相を有するものをいい、結晶相としては均一相であるものをいう。格子点にある溶媒原子が溶質原子と置換したものを置換型固溶体、格子間隙に溶質原子が入ったものを侵入型固溶体というが、本明細書では、このいずれをも指すものとする。
 酸化チタン粒子は、スズ原子及び/又は可視光活性を高める遷移金属原子と固溶体を形成していてもよい。固溶体としては、置換型であっても侵入型であってもよい。酸化チタンの置換型固溶体は、酸化チタン結晶のチタンサイトが各種金属原子に置換されて形成されるものであり、酸化チタンの侵入型固溶体は、酸化チタン結晶の格子間隙に各種金属原子が入って形成されるものである。酸化チタンに各種金属原子が固溶されると、X線回折などにより結晶相を測定した際、酸化チタンの結晶相のピークのみが観測され、添加した各種金属原子由来の化合物のピークは観測されない。
 金属酸化物結晶に異種金属を固溶する方法は特に限定されるものではないが、気相法(CVD法、PVD法など)、液相法(水熱法、ゾル・ゲル法など)、固相法(高温焼成法など)などを挙げることができる。
 酸化チタン粒子にスズ成分を固溶させる場合、スズ成分はスズ化合物から誘導されるものであればよく、例えば、スズの金属単体(Sn)、酸化物(SnO、SnO2)、水酸化物、塩化物(SnCl2、SnCl4)、硝酸塩(Sn(NO32)、硫酸塩(SnSO4)、塩化物以外のハロゲン(Br、I)化物、オキソ酸塩(Na2SnO3、K2SnO3)、錯化合物等が挙げられ、これらの1種又は2種類以上を組み合わせて使用したものでもよい。その中でも酸化物(SnO、SnO2)、塩化物(SnCl2、SnCl4)、硫酸塩(SnSO4)、オキソ酸塩(Na2SnO3、K2SnO3)を使用することが好ましい。酸化チタン粒子にスズ成分を固溶させると、酸化チタン粒子径及び結晶相をコントロールすることができる。
 酸化チタン粒子に固溶されるスズ成分の量は、酸化チタンとのモル比(TiO2/Sn)で1~1,000が好ましく、より好ましくは5~500、更に好ましくは5~100である。これは、モル比が1未満の場合、酸化チタンの含有割合が低下し光触媒効果が十分発揮されないためであり、1,000超過の場合、酸化チタン粒子径及び結晶相に対するスズ添加の効果が不十分となることがあるためである。
 酸化チタン粒子に固溶する可視光活性を高める遷移金属は、周期表第3族~第11族のうち、例えば、バナジウム、クロム、マンガン、ニオブ、モリブデン、ロジウム、タングステン、セリウムをいうが、その中でもモリブデン、タングステン及びバナジウムが好ましい。従って、遷移金属である鉄は可視光活性を高める遷移金属には含まれない。一方、ケイ素は酸化チタン粒子表面を修飾するが酸化チタン粒子に固溶しない。すなわち、本発明の酸化チタン粒子・金属粒子組成物に含まれるi)酸化チタン粒子は、鉄成分及びケイ素成分を固溶していないものである。
 酸化チタン粒子に固溶される遷移金属成分は、当該遷移金属化合物から誘導されるものであればよく、金属、酸化物、水酸化物、塩化物、硝酸塩、硫酸塩、塩化物以外のハロゲン(Br、I)化物、オキソ酸塩、各種錯化合物等が挙げられ、これらの1種又は2種以上が用いられる。
 酸化チタン粒子に固溶される遷移金属成分の量は、遷移金属成分の種類に応じて適宜選定し得るが、チタンとのモル比(TiO2/遷移金属)で1以上であることが好ましく、さらには1~10,000であることがより好ましい。
 酸化チタン粒子は、1種で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。異なる光応答性を持つ2種以上を組み合わせた場合、光触媒活性が高まる効果が得られることがある。
 酸化チタン粒子表面に修飾されている鉄成分及びケイ素成分は、光触媒薄膜の光触媒活性を高めるものである。
 鉄成分は、光触媒薄膜の光触媒活性を高めるためものであるが、鉄化合物から誘導されるものであればよく、例えば、鉄の金属単体(Fe)、酸化物(Fe23、Fe34)、水酸化物(Fe(OH)2、Fe(OH)3)、オキシ水酸化物(FeO(OH))、塩化物(FeCl2、FeCl3)、硝酸塩(Fe(NO)3)、硫酸塩(FeSO4、Fe2(SO43)、塩化物以外のハロゲン(Br、I)化物、錯化合物等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を組み合わせて使用してもよい。
 鉄成分(酸化物換算)の含有量は、酸化チタンとの質量比(TiO2/Fe23)で10~100,000が好ましく、より好ましくは20~10,000、更に好ましくは50~1,000である。これは、質量比が10未満の場合、酸化チタン粒子が凝集・沈殿して得られる光触媒薄膜の品質が低下し光触媒効果が十分発揮されないことがあり、100,000超過の場合、活性を高める効果が不十分となることがあるためである。
 ケイ素成分は、鉄成分添加時の酸化チタン及び鉄成分の凝集・沈殿を抑制することで光触媒薄膜の品質低下を防いで光触媒効果の低下を抑制するものであるが、ケイ素化合物から誘導されるものであればよく、ケイ素化合物としては、例えば、ケイ素の金属単体(Si)、酸化物(SiO、SiO2)、アルコキシド(Si(OCH34、Si(OC254、Si(OCH(CH324)、ケイ酸塩(ナトリウム塩、カリウム塩)及びこのケイ酸塩からナトリウムやカリウム等のイオンの少なくとも一部を除去した活性ケイ酸等が挙げられ、これらの1種又は2種類以上を組み合わせて使用してもよい。その中でも、ケイ酸塩(ケイ酸ナトリウム)や活性ケイ酸、特に活性ケイ酸を使用することが好ましい。
 ケイ素成分(酸化物換算)の含有量は、酸化チタンとの質量比(TiO2/SiO2)で1~10,000が好ましく、より好ましくは2~5,000、更に好ましくは5~1,000である。これは、質量比が1未満の場合、酸化チタンの含有割合が低下し光触媒効果が十分発揮されないことがあり、10,000超過の場合、酸化チタンの凝集・沈殿の抑制効果が不十分となることがあるためである。
 鉄成分及びケイ素成分に加えて、更に光触媒活性を高める成分として、酸化チタン粒子表面にチタン成分が表面に修飾されていてもよい。チタン成分は、光触媒薄膜の光触媒活性を更に高めるためのものであるが、チタン化合物から誘導されるものであればよく、例えば、チタンの金属単体(Ti)、水酸化物(Ti(OH)4)、オキシ水酸化物(TiO(OH)2)、塩化物(TiCl4、TiCl3、TiCl2)、硝酸塩(Ti(NO)4)、硫酸塩(Ti(SO42、TiOSO4)、塩化物以外のハロゲン(Br、I)化物、錯化合物等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を組み合わせて使用してもよい。
 チタン成分(酸化物換算)の含有量は、酸化チタンとの質量比(TiO2(酸化チタン粒子)/TiO2(修飾成分))で10~100,000が好ましく、より好ましくは20~10,000、更に好ましくは50~1,000である。これは、質量比が10未満の場合、酸化チタンが凝集・沈殿して得られる光触媒薄膜の品質が低下し光触媒効果が十分発揮されないことがあり、100,000超過の場合、活性を高める効果が不十分となることがあるためである。
 酸化チタン粒子分散液の水性分散媒には、水を用いることが好ましいが、水と任意の割合で混合される親水性有機溶媒と水との混合溶媒を用いてもよい。水としては、例えば、ろ過水、脱イオン水、蒸留水、純水等の精製水が好ましい。また、親水性有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類、エチレングリコール等のグリコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコール-n-プロピルエーテル等のグリコールエーテル類が好ましい。混合溶媒を用いる場合には、混合溶媒中の親水性有機溶媒の割合が0質量%より多く、50質量%以下であることが好ましく、より好ましくは20質量%以下、更に好ましくは10質量%以下である。
 鉄成分及びケイ素成分が表面に修飾された酸化チタン粒子分散液中の酸化チタン粒子は、レーザー光を用いた動的光散乱法により測定される体積基準の50%累積分布径(以下、D50と表記することがある)が、3~50nmであることが好ましく、より好ましくは3~40nm、更に好ましくは3~30nmである。D50が、3nm未満の場合、光触媒活性が不十分になることがあり、50nm超過の場合、分散液及び該分散液から得られる光触媒薄膜が不透明となることがあるためである。
 また、体積基準の90%累積分布径(以下、D90と表記することがある)は、それぞれ5~100nmであることが好ましく、より好ましくは5~80nmである。D90が、5nm未満の場合、光触媒活性が不十分になることがあり、100nm超過の場合、分散液及び該分散液から得られる光触媒薄膜が不透明となることがあるためである。
 酸化チタン粒子はD50及びD90が上述した範囲にある粒子であることが、高い光触媒活性を有し、かつ透明性の高い分散液及び該分散液から得られる光触媒薄膜が得られるため、好ましい。
 なお、上記酸化チタン粒子分散液中の酸化チタン粒子のD50及びD90を測定する装置としては、例えば、ELSZ-2000ZS(大塚電子(株)製)、ナノトラックUPA-EX150(日機装(株)製)、LA-910(堀場製作所(株)製)等を使用することができる。
 酸化チタン粒子分散液中の酸化チタン粒子の濃度は、所要の厚さの光触媒薄膜の作製し易さの点で、0.01~20質量%が好ましく、特に0.5~10質量%が好ましい。
・ii)抗菌性金属を含有する金属粒子
 本発明の酸化チタン粒子・金属粒子の分散液に含まれる、金属粒子成分ii)は、抗菌性を高める金属成分を少なくとも1種含んだ金属成分からなるものである。
 抗菌性を高める金属成分とは、菌やカビなどの微生物には有害であるが、人体には比較的害の少ない金属成分のことを指し、例えばフィルムに金属成分粒子をコーティングし、JIS Z 2801 抗菌加工製品の規格試験を行った場合、黄色ブドウ球菌や大腸菌の生菌数の減少が確認される、銀、銅、亜鉛、白金、パラジウム、ニッケル、アルミニウム、チタン、コバルト、ジルコニウム、モリブデン及びタングステンなどが挙げられる。抗菌性を高める金属成分としては、特に、銀、銅及び亜鉛から選ばれる少なくとも1種の金属であることが好ましい。
 金属粒子成分ii)は、本発明の酸化チタン粒子・金属粒子分散液に、金属粒子分散液として配合されることが好ましい。
 これらの抗菌性を高める金属成分はそれ自体、又はその溶液を酸化チタン粒子に添加して使用することもできるが、表面修飾して活性を高めた酸化チタン粒子に金属成分自体又はその溶液を添加した場合には、その光触媒活性を高める効果を低下させてしまう。これを防ぐために、別途調製した金属粒子を酸化チタン粒子に添加することが好ましく、その金属粒子表面には保護剤を吸着させることがより好ましい。
 金属粒子は、これらのうち少なくとも1種の金属を含む金属粒子であり、2種以上の金属を含む合金粒子であってもよい。
 合金粒子としては、例えば、銀銅、銀パラジウム、銀白金、銀錫、金銅、銀ニッケル、銀アンチモン、銀銅錫、金銅錫、銀ニッケル錫、銀アンチモン錫、白金マンガン、銀チタン、銅錫、コバルト銅、亜鉛マグネシウム、銀亜鉛、銅亜鉛、銀銅亜鉛などの金属成分の組み合わせを含む合金粒子を挙げることができる。
 金属粒子中の抗菌性を高める金属成分以外の金属成分は、特に限定されないが、例えば、金、アンチモン、錫、ナトリウム、マグネシウム、ケイ素、カリウム、カルシウム、スカンジウム、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、ガリウム、ゲルマニウム、ヒ素、セレン、イットリウム、ニオブ、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、インジウム、テルル、セシウム、バリウム、ハフニウム、タンタル、レニウム、オスミウム、イリジウム、水銀、タリウム、鉛、ビスマス、ポロニウム、ラジウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、アクチニウム及びトリウムのうち、少なくとも1種類から選ぶことができる。
 金属粒子中の抗菌性を高める金属成分の含有量は、抗菌性金属が、金属粒子の全質量に対して、1~100質量%、好ましくは10~100質量%、より好ましくは50~100質量%とすることができる。これは、抗菌性を高める金属成分が1質量%未満の場合、抗菌性能が十分発揮されないことがあるためである。
 金属粒子の保護剤としては、金属粒子表面に吸着して安定化させるものであって、還元析出した金属粒子が凝集・肥大化することや、抗菌性金属が酸化チタン粒子に修飾された鉄成分及びケイ素成分の光触媒活性を高める効果を低下させることを防止できるものであれば特に限定されず、界面活性剤や分散剤としての能力を有する有機化合物を使用することができる。更に、還元性を示すものは後述の還元剤を兼ねることもできる。金属粒子の保護剤としては、例えば、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤などの界面活性剤;ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレンイミン、ポリエチレンオキシド、ポリスルホン酸、ポリアクリル酸、メチルセルロースなどの水溶性高分子化合物;エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、プロパノールアミンなどの脂肪族アミン化合物;ブチルアミン、ジブチルアミン、ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、へプチルアミン、3-ブトキシプロピルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オレイルアミン、オクタデシルアミンなどの第一級アミン化合物;N,N-ジメチルエチレンジアミン、N-N-ジエチルエチレンジアミンなどのジアミン化合物;メルカプトスルホン酸、トルエンスルホン酸などのスルホン酸化合物;メルカプト酢酸、クエン酸、ステアリン酸、オレイン酸などのカルボン酸化合物;臭化ヘキサトリメチルアンモニウム、臭化テトラブチルアンモニウム、臭化ドデシルトリメチルアンモニウム、臭化テトラデシルトリメチルアンモニウムなどの臭化物;ドデカンチオールなどの脂肪族チオール化合物;フラボノイド、フェノール酸などのポリフェノール類、などのうち、少なくとも1種類から選ぶことができる。
 保護剤の含有量は、金属粒子との質量比(金属粒子/金属粒子の表面に吸着している保護剤)で0.01~100が好ましく、より好ましくは0.05~20である。これは質量比が0.01未満の場合、金属粒子の含有割合が低下し抗菌効果が十分発揮されないことがあり、100超過の場合、金属粒子の保護効果が不足し、金属粒子の凝集・肥大化や光触媒活性が低下することがあるためである。保護剤の含有量は後述の方法で測定できる。
 金属粒子分散液の水性分散媒には、通常、水性溶媒が使用され、水、水と混合可能な水溶性有機溶媒、水と水溶性有機溶媒の混合溶媒を用いることが好ましい。水としては、例えば、脱イオン水、蒸留水、純水等が好ましい。また、水溶性有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、n-プロパノール、2-プロパノール、n-ブタノール、2-ブタノール、tert-ブタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコールなどのアルコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコール-n-プロピルエーテルなどのグリコールエーテル類、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類、2-ピロリドン、N-メチルピロリドンなどの水溶性の含窒素化合物、酢酸エチルなどが挙げられ、これらの1種又は2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
 金属粒子分散液中の金属粒子の平均粒子径は、レーザー光を用いた動的光散乱法により測定される体積基準の50%累積分布径(D50)が、200nm以下であることが好ましく、より好ましくは100nm以下、更に好ましくは70nm以下である。平均粒子径の下限値については、特に限定されず、理論上、抗菌性を有し得る最小の粒子径のものまで使用可能ではあるが、実用上は1nm以上であることが好ましい。また、平均粒子径が200nm超過の場合、分散液及び該分散液から得られる光触媒薄膜が不透明となることがあるため好ましくない。
 また、体積基準の90%累積分布径(D90)は、1,000nmであることが好ましく、より好ましくは500nm以下、更に好ましくは200nm以下である。D90の下限値については、特に限定されないが、実用上は1nm以上であることが好ましい。また、D90が1,000nm超過の場合、分散液及び該分散液から得られる光触媒薄膜が不透明となることがあるため好ましくない。
 なお、平均粒子径を測定する装置としては、例えば、ELSZ-2000ZS(大塚電子(株)製)、ナノトラックUPA-EX150(日機装(株)製)、LA-910(堀場製作所(株)製)等を使用することができる。
 金属粒子分散液中の金属粒子の濃度は特に限定されないが、一般に濃度が薄いほど分散安定性がよいので、0.0001~10質量%が好ましく、より好ましくは0.001~5質量%、更に好ましくは0.01~1質量%である。0.0001質量%未満の場合、生産性が著しく低くなるため好ましくない。
・バインダー
 更に、酸化チタン粒子・金属粒子分散液には、後述する各種部材表面に該分散液を塗布し易くすると共に該粒子を接着し易いようにする目的でバインダーを添加してもよい。バインダーとしては、例えば、ケイ素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム等を含む金属化合物系バインダーやフッ素系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂等を含む有機樹脂系バインダー等が挙げられる。
 バインダーと酸化チタン粒子・金属粒子の質量比[(酸化チタン粒子+金属粒子)/バインダー]としては、99~0.01、より好ましくは9~0.1、更に好ましくは2.5~0.4の範囲で添加して使用することが好ましい。これは、上記質量比が99超過の場合、各種部材表面への酸化チタン粒子の接着が不十分となり、0.01未満の場合、光触媒活性が不十分となることがあるためである。
 中でも、光触媒活性及び透明性の高い優れた光触媒薄膜を得るためには、特にケイ素化合物系バインダーを質量比(酸化チタン+金属粒子/ケイ素化合物系バインダー)99~0.01、より好ましくは9~0.1、更に好ましくは2.5~0.4の範囲で添加して使用することが好ましい。ここで、ケイ素化合物系バインダーとは、固体状又は液体状のケイ素化合物を水性分散媒中に含んでなるケイ素化合物の、コロイド分散液、溶液、又はエマルジョンであって、具体的には、コロイダルシリカ(好ましい粒径1~150nm);シリケート等のケイ酸塩類溶液;シラン、シロキサン加水分解物エマルジョン;シリコーン樹脂エマルジョン;シリコーン-アクリル樹脂共重合体、シリコーン-ウレタン樹脂共重合体等のシリコーン樹脂と他の樹脂との共重合体のエマルジョン等を挙げることができる。
<酸化チタン粒子・金属粒子分散液の製造方法>
 本発明の酸化チタン粒子・金属粒子分散液は、最終的に、水性分散媒中に、i)鉄成分及びケイ素成分は固溶されておらず、表面に修飾されている酸化チタン粒子とii)抗菌性金属を含有する金属粒子との2種類の粒子が分散された状態で得られるものであり、その製造方法としては、例えば、以下の工程(1)~(8)を有する方法が挙げられる。
 (1)原料チタン化合物、塩基性物質、過酸化水素及び水性分散媒から、ペルオキソチタン酸溶液を製造する工程
 (2)上記(1)の工程で製造したペルオキソチタン酸溶液を、圧力制御の下、80~250℃で加熱し、酸化チタン粒子分散液を得る工程
 (3)鉄化合物、ケイ素化合物及び水性分散媒から、鉄成分及びケイ素成分の溶液または分散液を製造する工程
 (4)上記(2)の工程で製造した酸化チタン粒子分散液と、(3)の工程で製造した鉄成分及びケイ素成分の溶液または分散液を混合して、鉄成分及びケイ素成分が表面に修飾された酸化チタン粒子分散液を得る工程
 (5)原料抗菌性金属化合物を含む溶液と、該金属化合物を還元するための還元剤及び金属粒子を被覆し保護する保護剤を含む溶液と、をそれぞれ製造する工程
 (6)上記(5)の工程で製造した原料抗菌性金属化合物を含む溶液と該金属化合物を還元するための還元剤及び金属粒子を被覆し保護する保護剤を含む溶液とを混合して金属粒子分散液を製造する工程
 (7)上記(6)の工程で製造した金属粒子分散液を膜ろ過法により水性分散媒で洗浄する工程
 (8)(4)と(7)の工程で得られた酸化チタン粒子分散液と金属粒子分散液とを混合する工程
 工程(1)~(4)は、鉄成分及びケイ素成分が表面に修飾されている酸化チタン粒子分散液を製造するものである。
 工程(5)~(7)は、金属粒子分散液を製造するものであり、物理的方法や化学的方法がある中、特に、合成条件調整が容易で、組成、粒径・粒度分布などの制御可能範囲が広く、生産性の点において優位性がある化学的方法の一つである液相還元法を利用するもので、原料となる金属イオンを含んだ溶液に還元剤を混合することで、金属粒子として析出させるものである。このとき、反応系内に金属粒子の保護剤を共存させることで、金属粒子の溶媒への分散性の向上や粒子径の制御、酸化チタン粒子と混合した際の光触媒活性の低下の抑制などがより容易にできるようになる。
 工程(8)は、工程(4)で得られた鉄成分とケイ素成分が表面に修飾された酸化チタン粒子分散液と工程(7)で得られた抗菌性金属を含有する金属粒子分散液とを混合して、最終的に酸化チタン粒子・金属粒子分散液を製造するものである。
 以下、各工程についての詳細を述べる。
<鉄成分及びケイ素成分が表面に修飾されている酸化チタン粒子分散液の製造方法>
 鉄成分及びケイ素成分が表面に修飾されている酸化チタン粒子分散液の製造方法は、酸化チタン粒子分散液と鉄成分及びケイ素成分の溶液または分散液とをそれぞれ製造し、酸化チタン粒子分散液と鉄成分及びケイ素成分の溶液または分散液とを混合することにより調製される。
 鉄成分及びケイ素成分が表面に修飾されている酸化チタン粒子分散液の製造方法としては、具体的には下記工程(1)~(4)を有する製造方法を挙げることができる。
(1)原料チタン化合物、塩基性物質、過酸化水素及び水性分散媒から、ペルオキソチタン酸溶液を製造する工程
(2)上記(1)の工程で製造したペルオキソチタン酸溶液を、圧力制御の下、80~250℃で加熱し、酸化チタン粒子分散液を得る工程
(3)鉄化合物、ケイ素化合物及び水性分散媒から、鉄成分及びケイ素成分の溶液または分散液を製造する工程
(4)上記(2)の工程で製造した酸化チタン粒子分散液と、(3)の工程で製造した鉄成分及びケイ素成分の溶液または分散液を混合して鉄成分及びケイ素成分が表面に修飾された酸化チタン粒子分散液を得る工程
 なお、酸化チタン粒子にスズ成分及び/または遷移金属成分を固溶する場合、上述の工程(1)において原料チタン化合物に、スズ化合物及び/または遷移金属化合物を添加する以外は同様にしてスズ成分及び/または遷移金属成分を固溶した、チタン成分及びケイ素成分を含有する、酸化チタン粒子分散液を得ることができる。
 また、光触媒薄膜の光触媒活性を更に高めるために、酸化チタン粒子分散液がチタン成分を含有する場合、上述の工程(3)において更にチタン化合物を添加する以外は同様にして、鉄成分、ケイ素成分及びチタン成分が表面に修飾されている酸化チタン粒子分散液を得ることができる。
 工程(1)~(2)が酸化チタン粒子分散液を得る工程であり、工程(3)が鉄成分及びケイ素成分の溶液または分散液を得る工程であり、そして、工程(4)は鉄成分及びケイ素成分が表面に修飾された酸化チタン粒子を含有する分散液を得る工程である。
・工程(1):
 工程(1)では、原料チタン化合物、塩基性物質及び過酸化水素を水性分散媒中で反応させることにより、ペルオキソチタン酸溶液を製造する。
 より具体的には、水性分散媒中の原料チタン化合物に塩基性物質を添加して水酸化チタンとし、含有する金属イオン以外の不純物イオンを除去し、過酸化水素を添加してペルオキソチタン酸溶液を得る。
 スズ成分及び/または遷移金属成分を固溶させる場合は、工程(1)においてスズ化合物及び/または遷移金属化合物を添加する。
 このときの反応方法としては、下記i)~iii)の方法のいずれでもよい。

i)水性分散媒中の原料チタン化合物及び塩基性物質に対して、スズ化合物及び/または遷移金属化合物を添加して溶解させてから、スズ成分及び遷移金属成分含有水酸化チタンとし、含有する金属イオン以外の不純物イオンを除去し、過酸化水素を添加してスズ成分及び遷移金属成分含有ペルオキソチタン酸とする方法

ii)水性分散媒中の原料チタン化合物に塩基性物質を添加して水酸化チタンとし、含有する金属イオン以外の不純物イオンを除去した後にスズ化合物及び/または遷移金属化合物を添加し、次いで過酸化水素を添加することでスズ成分及び遷移金属成分含有ペルオキソチタン酸とする方法

iii)水性分散媒中の原料チタン化合物に塩基性物質を添加して水酸化チタンとし、含有する金属イオン以外の不純物イオンを除去し、過酸化水素を添加してペルオキソチタン酸とした後にスズ化合物及び/または遷移金属化合物を添加して、スズ成分及び遷移金属成分含有ペルオキソチタン酸とする方法
 なお、i)の方法の前段において、「水性分散媒中の原料チタン化合物及び塩基性物質」を、「原料チタン化合物を分散させた水性分散媒」と「塩基性物質を分散させた水性分散媒」のように2液の水性分散媒に分けて、スズ化合物及び遷移金属化合物のそれぞれの化合物の当該2液への溶解性に従って、それぞれの化合物を当該2液のいずれか一方又は両方へ溶解させた後に、両者を混合してもよい。
 ここで、原料チタン化合物としては、例えば、チタンの塩化物、硝酸塩、硫酸塩等の無機酸塩、蟻酸、クエン酸、蓚酸、乳酸、グリコール酸等の有機酸塩、これらの水溶液にアルカリを添加して加水分解することにより析出させた水酸化チタン等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を組み合わせて使用してもよい。その中でも、チタンの塩化物(TiCl3、TiCl4)を使用することが好ましい。
 スズ化合物、遷移金属化合物、及び水性分散媒としては、それぞれ前述のものが、前述の配合となるように使用される。なお、原料チタン化合物と水性分散媒とから形成される原料チタン化合物水溶液の濃度は、60質量%以下、特に30質量%以下であることが好ましい。濃度の下限は適宜選定されるが、通常1質量%以上であることが好ましい。
 塩基性物質は、原料チタン化合物をスムーズに水酸化チタンにするためのもので、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物、アンモニア、アルカノールアミン、アルキルアミン等のアミン化合物が挙げられ、その中でも特にアンモニアを使用することが好ましく、原料チタン化合物水溶液のpHを7以上、特にpH7~10になるような量で添加して使用される。なお、塩基性物質は、上記水性分散媒と共に適当な濃度の水溶液にして使用してもよい。
 過酸化水素は、上記原料チタン化合物又は水酸化チタンをペルオキソチタン、つまりTi-O-O-Ti結合を含む酸化チタン化合物に変換させるためのものであり、通常、過酸化水素水の形態で使用される。過酸化水素の添加量は、Tiの物質量、又はTi、遷移金属及びSnの合計物質量の1.5~20倍モルとすることが好ましい。また、過酸化水素を添加して原料チタン化合物又は水酸化チタンをペルオキソチタン酸にする反応において、反応温度は5~80℃とすることが好ましく、反応時間は30分~24時間とすることが好ましい。
 こうして得られるペルオキソチタン酸溶液は、pH調整等のため、アルカリ性物質又は酸性物質を含んでいてもよい。ここでいう、アルカリ性物質としては、例えば、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、アルキルアミン等が挙げられ、酸性物質としては、例えば、硫酸、硝酸、塩酸、炭酸、リン酸、過酸化水素等の無機酸及び蟻酸、クエン酸、蓚酸、乳酸、グリコール酸等の有機酸が挙げられる。この場合、得られたペルオキソチタン酸溶液のpHは、1~9、特に4~7であることが取り扱いの安全性の点で好ましい。
・工程(2):
 工程(2)では、上記工程(1)で得られたペルオキソチタン酸溶液を、圧力制御の下、80~250℃、好ましくは100~250℃の温度において0.01~24時間水熱反応に供する。反応温度は、反応効率と反応の制御性の観点から80~250℃が適切であり、その結果、ペルオキソチタン酸は、酸化チタン粒子に変換されていく。なお、ここで圧力制御の下とは、反応温度が分散媒の沸点を超える場合には、反応温度が維持できるように、適宜加圧を行い、反応温度を維持することをいい、分散媒の沸点以下の温度とする場合に大気圧で制御する場合を含む。ここで用いる圧力は、通常0.12~4.5MPa程度、好ましくは0.15~4.5MPa程度、より好ましくは0.20~4.5MPa程度である。反応時間は、1分~24時間であることが好ましい。この工程(2)により、酸化チタン粒子分散液が得られる。
 この工程(2)で得られる酸化チタン粒子分散液のpHは、7~14であることが好ましく、9~14であることがより好ましい。この工程(2)で得られる酸化チタン粒子分散液は前述のpHとなるように、pH調整等のため、アルカリ性物質又は酸性物質を含んでいてもよく、アルカリ性物質、酸性物質及びpH調整の方法は、前述の工程(1)で得られるペルオキソチタン酸溶液と同様である。
 ここで得られる酸化チタン粒子の粒子径(D50及びD90)は、既に述べた通りの範囲のものが好ましく、反応条件を調整することで粒子径を制御することが可能であり、例えば、反応時間や昇温時間を短くすることによって粒子径を小さくすることができる。
・工程(3):
 工程(3)では、上記工程(1)~(2)とは別に、原料鉄化合物及び原料ケイ素化合物を水性分散媒中に溶解または分散させることにより、鉄成分及びケイ素成分の溶液または分散液を製造する。
 原料鉄化合物としては、上述した鉄化合物、例えば、鉄の金属単体(Fe)、酸化物(Fe23、Fe34)、水酸化物(Fe(OH)2、Fe(OH)3)、オキシ水酸化物(FeO(OH))、塩化物(FeCl2、FeCl3)、硝酸塩(Fe(NO)3)、硫酸塩(FeSO4、Fe2(SO43)、塩化物以外のハロゲン(Br、I)化物、錯化合物等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を組み合わせて使用してもよい。その中でも、酸化物(Fe23、Fe34)、オキシ水酸化物(FeO(OH))、塩化物(FeCl2、FeCl3)、硝酸塩(Fe(NO)3)、硫酸塩(FeSO4、Fe2(SO43)を使用することが好ましい。
 原料ケイ素化合物としては、上述したケイ素化合物、例えば、ケイ素の金属単体(Si)、酸化物(SiO、SiO2)、アルコキシド(Si(OCH34、Si(OC254、Si(OCH(CH324)、ケイ酸塩(ナトリウム塩、カリウム塩)及びこのケイ酸塩からナトリウムやカリウム等のイオンを除去した活性ケイ酸等が挙げられ、これらの1種又は2種類以上を組み合わせて使用してもよい。その中でも、ケイ酸塩(ケイ酸ナトリウム)や活性ケイ酸を使用することが好ましい。活性ケイ酸は、例えばケイ酸ナトリウムを純水に溶解したケイ酸ナトリウム水溶液に陽イオン交換樹脂を添加してナトリウムイオンの少なくとも一部を除去することで得られ、得られた活性ケイ酸溶液のpHが2~10、好ましくは2~7となるように陽イオン交換樹脂を添加することが好ましい。
 こうして得られる鉄成分及びケイ素成分含有溶液または分散液も、pH調整等のため、アルカリ性物質又は酸性物質を含んでいてもよく、ここでいう、アルカリ性物質及び酸性物質、そしてpH調整も前述と同様に取り扱うことができる。
 鉄成分及びケイ素成分含有溶液または分散液のpHは1~7であることが好ましく、1~5であることがより好ましい。
 工程(3)で製造する鉄成分及びケイ素成分の溶液または分散液中の原料鉄化合物濃度は0.001~10質量%が好ましく、0.01~5質量%がより好ましく、原料ケイ素化合物濃度は0.001~10質量%が好ましく、0.01~5質量%がより好ましい。
 また、この鉄成分及びケイ素成分の溶液または分散液は、更にチタン成分を溶解または分散していてもよい。
 チタン成分を含有させる場合の原料チタン化合物としては、上述したチタン化合物、例えば、チタンの金属単体(Ti)、水酸化物(Ti(OH)4)、オキシ水酸化物(TiO(OH)2)、塩化物(TiCl4、TiCl3、TiCl2)、硝酸塩(Ti(NO)4)、硫酸塩(Ti(SO42、TiOSO4)、塩化物以外のハロゲン(Br、I)化物、錯化合物、ペルオキソチタン化合物(Ti-O-O-Ti結合を含む酸化チタン化合物)等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を組み合わせて使用してもよい。その中でも、水酸化物(Ti(OH)4)、オキシ水酸化物(TiO(OH)2)、塩化物(TiCl4、TiCl3、TiCl2)、硝酸塩(Ti(NO)4)、硫酸塩(Ti(SO42、TiOSO4)、ペルオキソチタン化合物(Ti-O-O-Ti結合を含む酸化チタン化合物)を使用することが好ましい。
・工程(4):
 工程(4)では、工程(2)で得られた酸化チタン粒子分散液と工程(3)で得られた鉄成分及びケイ素成分の溶液または分散液とを混合する。混合方法は特に限定されず、攪拌機で撹拌する方法でも、超音波分散機で分散させる方法でもよい。混合時の温度は20~100℃、好ましくは20~80℃、より好ましくは20~40℃であり、時間は1分~3時間であることが好ましい。混合比については、酸化チタン粒子分散液中のTiO2とFe及びSiの酸化物換算(Fe23及びSiO2)の質量比が、既に述べた通りの質量比になるように混合すればよい。
 上記の工程(1)~(4)で得られた酸化チタン粒子分散液は、pH調整等のため、アルカリ性物質又は酸性物質を含んでいてもよく、pH調整剤としては上述のようなものを使用することができる。また、イオン成分濃度の調整のためにイオン交換処理やろ過洗浄処理を行ったり、溶媒成分変更のために溶媒置換処理を行ったりしてもよい。
 酸化チタン粒子分散液のpHは7~14であることが好ましく、8~12であることがより好ましい。
 酸化チタン粒子分散液に含まれる酸化チタン粒子の質量は、酸化チタン粒子分散液の質量と濃度から算出できる。なお、酸化チタン粒子分散液の濃度の測定方法は、酸化チタン粒子分散液の一部をサンプリングし、105℃で1時間加熱して溶媒を揮発させた後の不揮発分(酸化チタン粒子)の質量とサンプリングした酸化チタン粒子分散液の質量から、次式に従い算出することができる。
 酸化チタン粒子分散液の濃度(%)=〔不揮発分質量(g)/酸化チタン粒子分散液質量(g)〕×100
<抗菌性金属を含有する金属粒子分散液の製造方法>
 抗菌性金属を含有する金属粒子分散液の製造方法は、抗菌性金属化合物を含む溶液と還元剤及び保護剤を含む溶液を混合して得た金属粒子分散液を、膜ろ過法により金属粒子以外の成分を除去・精製することにより調製される。
 抗菌性金属を含有する金属粒子分散液の製造方法としては、具体的には下記工程(5)~(7)を有する製造方法を挙げることができる。
 (5)原料抗菌性金属化合物を含む溶液と、該金属化合物を還元するための還元剤及び金属粒子を被覆し保護する保護剤を含む溶液と、をそれぞれ製造する工程
 (6)上記(5)の工程で製造した原料抗菌性金属化合物を含む溶液と該金属化合物を還元するための還元剤及び金属粒子を被覆し保護する保護剤を含む溶液とを混合して金属粒子分散液を製造する工程
 (7)上記(6)の工程で製造した金属粒子分散液を膜ろ過法により水性分散媒で洗浄する工程
 なお、金属粒子を複数の金属からなる合金粒子とする場合、上述の工程(5)において原料抗菌性金属化合物を含む溶液に更に金属化合物を添加する以外は同様にして複数の金属からなる合金粒子分散液を得ることができる。
・工程(5):
 工程(5)では、原料抗菌性金属化合物を水性分散媒中に溶解させた溶液と該原料抗菌性金属化合物を還元するための還元剤を水性分散媒中に溶解させた溶液とを製造する。
 これらの溶液の製造方法は、水性分散媒に、原料抗菌性金属化合物及び該原料抗菌性金属化合物を還元するための還元剤を、それぞれ別々に添加し、撹拌して溶解する方法でよい。撹拌方法については、水性分散媒に均一に溶解させることができる方法であれば特に限定されず、一般的に入手可能な攪拌機を使用することができる。
 原料抗菌性金属化合物としては、種々の抗菌性金属化合物を使用することができるが、例えば、抗菌性金属の塩化物、硝酸塩、硫酸塩などの無機酸塩、蟻酸、クエン酸、蓚酸、乳酸、グリコール酸などの有機酸塩、アンミン錯体、シアノ錯体、ハロゲノ錯体、ヒドロキシ錯体などの錯塩が挙げられ、これらの1種又は2種類以上を組み合わせて使用してもよい。その中でも、塩化物、硝酸塩、硫酸塩などの無機酸塩を使用することが好ましい。
 還元剤としては、特に限定されないが、原料抗菌性金属化合物を構成する金属のイオンを還元することができる種々の還元剤がいずれも使用可能である。例えば、ヒドラジン、ヒドラジン一水和物、フェニルヒドラジン、硫酸ヒドラジニウムなどのヒドラジン類;ジメチルアミノエタノール、トリエチルアミン、オクチルアミン、ジメチルアミノボラン、ベンゾトリアゾールなどのアミン類;クエン酸、アスコルビン酸、酒石酸、リンゴ酸、マロン酸、蟻酸などの有機酸類;水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素リチウム、水素化トリエチルホウ素リチウム、水素化アルミニウムリチウム、水素化ジイソブチルアルミニウム、水素化トリブチルスズ、水素化トリ(sec-ブチル)ホウ素リチウム、水素化トリ(sec-ブチル)ホウ素カリウム、水素化ホウ素亜鉛、アセトキシ水素化ホウ素ナトリウムなどのヒドリド類;ポリビニルピロリドン、1-ビニルピロリドン、N-ビニルピロリドン、メチルピロリドンなどのピロリドン類;グルコース、ガラクトース、マンノース、フルクトース、スクロース、マルトース、ラフィノース、スタキオースなどの還元性糖類;ソルビトールなどの糖アルコール類などが挙げられ、これらの1種又は2種類以上を組み合わせて使用してもよい。還元剤を溶解する水性分散媒としては、上記金属化合物に使用する水性分散媒と同様のものを使用することができる。
 還元剤を水性分散媒中に溶解させた溶液には保護剤を添加してもよい。保護剤としては上述のものが、金属粒子に対して上述の質量比で含まれていることが好ましい。
 水性分散媒(水性溶媒)としては、上述のものが用いられることが好ましい。
 上記溶媒には塩基性物質又は酸性物質を添加してもよい。塩基性物質としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどのアルカリ金属炭酸塩、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウムなどのアルカリ金属炭酸水素塩、tert-ブトキシカリウム、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、などのアルカリ金属アルコキシド、ブチルリチウムなどの脂肪族炭化水素のアルカリ金属塩、トリエチルアミン、ジエチルアミノエタノール、ジエチルアミンなどのアミン類などが挙げられる。酸性物質としては、王水、塩酸、硝酸、硫酸などの無機酸や、蟻酸、酢酸、クロロ酢酸、ジクロロ酢酸、蓚酸、トリフルオロ酢酸、トリクロロ酢酸などの有機酸が挙げられる。
 これら2つの溶液の濃度は、特に限定されないが、一般に、濃度が低いほど形成される個々の金属粒子の一次粒子径を小さくできる傾向があることから、目的とする一次粒子径の範囲に応じて好適な濃度の範囲を設定することが好ましい。
 これら2つの溶液のpHは特に限定されず、目的とする金属粒子中の金属のモル比や一次粒子径などに応じて好適なpHに調整するのが好ましい。
・工程(6):
 工程(6)では、工程(5)で調製した、原料抗菌性金属化合物を水性分散媒中に溶解させた溶液と該原料抗菌性金属化合物を還元するための還元剤を水性分散媒中に溶解させた溶液とを混合し、金属粒子分散液を製造する。
 これらの2つの溶液を混合する方法としては、これらの2つの溶液を均一に混合できる方法であれば特に限定されないが、例えば、反応容器に金属化合物溶液と還元剤溶液を入れて撹拌混合する方法、反応容器に入れた金属化合物溶液を撹拌しながら還元剤溶液を滴下して撹拌混合する方法、反応容器に入れた還元剤溶液を撹拌しながら金属化合物溶液を滴下して撹拌混合する方法、金属化合物溶液と還元剤溶液を連続的に定量供給し、反応容器やフローリアクターなどで混合する方法などが挙げられる。
 混合時の温度は特に限定されず、目的とする一次粒子径や反応時間などに応じて好適な温度に調整するのが好ましい。
・工程(7):
 工程(7)では、工程(6)で製造した金属粒子分散液を膜ろ過法により水性分散媒で洗浄する。
 水性分散媒としては、水、水と混合可能な水溶性有機溶媒、水と水溶性有機溶媒の混合溶媒を用いることが好ましい。水としては、例えば、脱イオン水、蒸留水、純水等が好ましい。また、水溶性有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n-プロパノール、2-プロパノール、n-ブタノール、2-ブタノール、tert-ブタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコールなどのアルコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコール-n-プロピルエーテルなどのグリコールエーテル類、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類、2-ピロリドン、N-メチルピロリドンなどの水溶性の含窒素化合物、酢酸エチルなどが挙げられ、水溶性有機溶媒は、これらの1種又は2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
 膜ろ過法により、金属粒子分散液から、金属粒子以外の不要な不揮発分、例えば、原料金属化合物中の金属以外の成分、還元剤、金属粒子の表面に吸着していない余剰の保護剤などを洗浄・分離する。金属粒子とその表面に吸着している保護剤以外の成分はこの工程で金属粒子分散液から分離されることが好ましい。
 金属粒子分散液中の、表面に保護剤が吸着している金属粒子と、それ以外の不揮発分の質量比(表面に保護剤が吸着している金属粒子/それ以外の不揮発分)が1以上となるまで洗浄することが好ましく、より好ましくは10以上、更に好ましくは100以上である。1未満の場合、金属粒子の含有割合が低下し抗菌効果が十分発揮されないことがあるためである。
・金属粒子分散液中の金属成分濃度の定量(ICP-OES)
 金属粒子分散液中の金属成分(金属粒子)濃度 C(質量%)は、金属粒子分散液を純水で適宜希釈し、誘導結合プラズマ発光分光分析装置(商品名“Agilent 5110 ICP-OES”、アジレント・テクノロジー(株))に導入して測定することができる。
・金属粒子分散液中の表面に保護剤が吸着している金属粒子の定量
 表面に保護剤が吸着している金属粒子の質量M2(g)は、下記のようにして算出することができる。
 まず、金属粒子分散液をサンプリングし、質量M1(g)を計測する。次に、質量M1(g)の金属粒子分散液を、105℃で3時間加熱して溶媒を揮発させた後の不揮発分の質量Ma(g)を計測する。このとき揮発した溶媒の質量S(g)は質量S(g)=M1(g)-Ma(g)である。更に、質量Ma(g)の不揮発分を、純水に分散させて洗浄したのちに、遠心分離で表面に保護剤が吸着した金属粒子を沈降させて、表面に保護剤が吸着した金属粒子以外の不揮発分M3(g)を含む上澄みを除去する操作を5回繰り返し、得られた沈降物(表面に保護剤が吸着しや金属粒子)を更に105℃で3時間加熱し、冷却した後その質量M2(g)を計測する。

表面に保護剤が吸着している金属粒子の質量M2(g)
=サンプリングした金属粒子分散液の質量M1(g)-溶媒S(g)-表面に保護剤が吸着した金属粒子以外の不揮発分M3(g)
・金属粒子の表面に吸着している保護剤の定量
 金属粒子表面に吸着している保護剤の質量M4(g)は、上述のように求めた金属成分濃度C(質量%)、サンプリングした金属粒子分散液の質量M1(g)、表面に保護剤が吸着している金属粒子の質量M2(g)から算出することができる。

金属粒子表面に吸着している保護剤の質量M4(g)
=表面に保護剤が吸着した金属粒子の質量M2(g)-〔サンプリングした金属粒子分散液の質量M1(g)×金属成分濃度C(質量%)÷100〕
・金属粒子分散液中の表面に保護剤が吸着した金属粒子以外の不揮発分の定量
 表面に保護剤が吸着した金属粒子以外の不揮発分の質量M3(g)は、上述のように求めたサンプリングした金属粒子分散液の質量M1(g)、溶媒の質量S(g)、表面に保護剤が吸着している金属粒子の質量M2(g)から算出することができる。

表面に保護剤が吸着した金属粒子以外の不揮発分の質量M3(g)
=サンプリングした金属粒子分散液の質量M1(g)-溶媒の質量S(g)-表面に保護剤が吸着している金属粒子の質量M2(g)
 膜ろ過法に使用される膜としては、金属粒子分散液から表面に保護剤が吸着した金属粒子とそれ以外の不揮発分を分離できるものであれば特に限定されないが、例えば、精密ろ過膜や限外ろ過膜、ナノろ過膜が挙げられ、これらのうち、適切な細孔径を有する膜を用いて実施することができる。
 ろ過方式としては、遠心ろ過、加圧ろ過、クロスフローろ過などのいずれの方式も採用できる。
 ろ過膜の形状としては、中空糸型、スパイラル型、チューブラー型、平膜型など、適宜の形態のものが使用できる。
 ろ過膜の材質としては、金属粒子分散液に対して耐久性があるものであれば特に限定されず、ポリエチレン、4フッ化エチレン、ポリプロピレン、酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンなどの有機膜、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニアなどの無機膜などから適宜選択して使用できる。
 上記のようなろ過膜として、具体的には、マイクローザ(旭化成ケミカルズ(株)製)、アミコンウルトラ(メルクミリポア(株)製)、ウルトラフィルター(アドバンテック東洋(株))、MEMBRALOX(日本ポール(株))、セフィルト(日本ガイシ(株))などを挙げることができる。
・工程(8)
 工程(8)では、工程(4)で得られた鉄成分とケイ素成分が表面に修飾された酸化チタン粒子分散液と工程(7)で得られた抗菌性金属を含有する金属粒子分散液とを混合し、酸化チタン粒子・金属粒子分散液を得る。
 混合方法については、2種の分散液が均一に混合される方法であれば特に限定されず、例えば、一般的に入手可能な撹拌機を使用した撹拌により混合することができる。
 酸化チタン粒子分散液と金属粒子分散液との混合割合は、酸化チタン粒子と金属粒子の各分散液中の粒子の質量比(酸化チタン粒子/金属粒子)で、1~100,000、好ましくは10~10,000、更に好ましくは100~1,000である。1未満の場合は光触媒性能が十分に発揮されないために好ましくなく、100,000超過の場合は抗菌性能が十分に発揮されないために好ましくない。
 酸化チタン粒子・金属粒子分散液中の酸化チタン粒子及び金属粒子の混合物の分散粒子径に係るレーザー光を用いた動的光散乱法により測定される体積基準の50%累積分布径(D50)(以下、「平均粒子径」ということがある。)は、上述の通りである。
 また、平均粒子径を測定する装置も、上述の通りである。
 こうして調製された酸化チタン粒子・金属粒子分散液中の酸化チタン粒子と金属粒子及びそれ以外の不揮発分の合計の濃度は、上述した通り、所要の厚さの光触媒薄膜の作製し易さの点で、0.01~20質量%が好ましく、特に0.5~10質量%が好ましい。濃度調整については、濃度が所望の濃度より高い場合には、水性溶媒を添加して希釈することで濃度を下げることができ、所望の濃度より低い場合には、水性溶媒を揮発もしくは濾別することで濃度を上げることができる。
 ここで、酸化チタン粒子・金属粒子分散液の濃度の測定方法は、酸化チタン粒子・金属粒子分散液の一部をサンプリングし、105℃で3時間加熱して溶媒を揮発させた後の不揮発分(酸化チタン粒子、表面に保護剤が吸着した粒子及び不揮発性の不純物)の質量とサンプリングした酸化チタン粒子・金属粒子分散液の質量から、次式に従い算出することができる。
 酸化チタン粒子・金属粒子分散液の濃度(%)=〔不揮発分質量(g)/酸化チタン粒子・金属粒子分散液質量(g)〕×100
 また、上述した膜形成性を高めるバインダーを添加する場合には、上述したバインダーの溶液(水性バインダー溶液)を、混合した後に所望の濃度となるよう、上述のように濃度調整を行った酸化チタン粒子・金属粒子分散液に対して添加することが好ましい。
 なお、酸化チタン粒子分散液に含まれるケイ素成分は酸化チタン粒子及び鉄成分の凝集・沈殿を抑制し、光触媒活性の低下を抑制するものであり、酸化チタン粒子と鉄成分を混合するときに同時に添加されるものである。一方、バインダーは、酸化チタン粒子・金属粒子分散液の膜形成性を高めるものであり、酸化チタン粒子・金属粒子分散液を調製後、塗工する前に添加されるものであり、両者は異なるものである。
 次に、本発明の酸化チタン粒子・金属粒子組成物が酸化チタン粒子・金属粒子の薄膜である態様について説明する。
 本発明の一態様である酸化チタン粒子・金属粒子分散液は、各種部材の表面に光触媒薄膜を形成させるために使用することができる。ここで、各種部材は、特に制限されないが、部材の材料としては、例えば、有機材料、無機材料が挙げられる。これらは、それぞれの目的、用途に応じた様々な形状を有することができる。
 有機材料としては、例えば、塩化ビニル樹脂(PVC)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリカーボネート(PC)、アクリル樹脂、ポリアセタール、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、エチレン-酢酸ビニル共重合体(EVA)、アクリロニトリル-ブタジエンゴム(NBR)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリビニルブチラール(PVB)、エチレン-ビニルアルコール共重合体(EVOH)、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエーテルエーテルイミド(PEEI)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、メラミン樹脂、フェノール樹脂、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン(ABS)樹脂等の合成樹脂材料、天然ゴム等の天然材料、又は上記合成樹脂材料と天然材料との半合成材料が挙げられる。これらは、フィルム、シート、繊維材料、繊維製品、その他の成型品、積層体等の所要の形状、構成に製品化されていてもよい。
 無機材料としては、例えば、非金属無機材料、金属無機材料が包含される。非金属無機材料としては、例えば、ガラス、セラミック、石材等が挙げられる。これらは、タイル、硝子、ミラー、壁、意匠材等の様々な形に製品化されていてもよい。金属無機材料としては、例えば、鋳鉄、鋼材、鉄、鉄合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、亜鉛ダイキャスト等が挙げられる。これらは、上記金属無機材料のメッキが施されていてもよいし、上記有機材料が塗布されていてもよいし、上記有機材料又は非金属無機材料の表面に施すメッキであってもよい。
 本発明の酸化チタン粒子・金属粒子分散液は、特に、ガラス、金属等の無機物質、及び樹脂等の有機物質からなる種々の部材に施与して光触媒薄膜を作製するのに有用であり、特に種々の部材上に透明な光触媒薄膜を作製するのに有用である。
 各種部材表面への光触媒薄膜の形成方法としては、酸化チタン粒子・金属粒子分散液を、例えば、上記部材表面に、スプレーコート、ディップコート等の公知の塗布方法により塗布した後、遠赤外線乾燥、IH乾燥、熱風乾燥等の公知の乾燥方法により乾燥させればよく、光触媒薄膜の厚さも種々選定され得るが、通常、10nm~10μmの範囲が好ましい。
 これにより、上述した酸化チタン粒子・金属粒子の薄膜が形成される。この場合、上記分散液に上述した量でバインダーが含まれている場合は、酸化チタン粒子と金属粒子とバインダーとを含む薄膜が形成される。
 このようにして形成される光触媒薄膜は、透明であり、特に紫外領域の光(波長10~400nm)において良好な光触媒作用が得られるものであり、該光触媒薄膜が形成された各種部材は、金属粒子の抗菌作用と酸化チタンの光触媒作用により、該部材表面の清浄化、脱臭、抗菌等の効果を発揮することができるものである。
 以下に、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。本発明における各種の測定は次のようにして行った。
(1)分散液中の酸化チタン粒子及び/または金属粒子の50%及び90%累積分布径(D50及びD90
 分散液中の酸化チタン粒子・金属粒子のD50及びD90は、粒度分布測定装置(ELSZ-2000ZS(大塚電子(株)製))を使用して、レーザー光を用いた動的光散乱法により測定される体積基準の50%及び90%累積分布径として算出した。
(2)光触媒薄膜のアセトアルデヒドガス分解性能試験
 分散液を塗布、乾燥することで作製した光触媒薄膜の活性を、アセトアルデヒドガスの分解反応により評価した。評価はバッチ式ガス分解性能評価法により行った。
 実施例又は比較例で調製した各酸化チタン粒子分散液を、A4サイズ(210mm×297mm)のPETフィルムの一面に酸化チタン粒子・金属粒子の乾燥質量が約20mgになるように#7のワイヤーバーコーターによって塗り広げて評価用サンプルを作製し、80℃に設定したオーブンで1時間乾燥させて、アセトアルデヒドガス分解性能評価用サンプルを得た。
 この評価用サンプルを用いて、酸化チタン粒子・金属粒子の光触媒活性を、アセトアルデヒドガスの分解反応により評価した。評価はバッチ式ガス分解性能評価法により行った。
 具体的には、容積5Lの石英ガラス窓付きステンレス製セル内に評価用サンプルを設置したのち、該セルを湿度50%に調湿した初期濃度のアセトアルデヒドガスで満たし、該セル上部に設置した光源で光を照射した。酸化チタンの光触媒作用によりアセトアルデヒドガスが分解すると、該セル中のアセトアルデヒドガス濃度が低下する。そこで、その濃度変化を測定することで光触媒活性の強さを確認できる。アセトアルデヒドガス濃度は光音響マルチガスモニタ(商品名“INNOVA1412”、LumaSense社製)を用いて、光照射開始からアセトアルデヒドガス濃度が1ppm以下になるまでの時間を測定して光触媒活性を評価した。時間が短いほど光触媒活性が高く、時間が長いほど光触媒活性が低いことを示す。
 紫外線照射下での光触媒活性評価において、光源にはUV蛍光ランプ(商品型番“FL10 BLB”、東芝ライテック(株))を使用し、放射照度が0.2mW/cm2の条件で紫外線(352nm)を照射した。このとき、セル内のアセトアルデヒド初期濃度は5ppmとし、アセトアルデヒドガス濃度を初期の5ppmから1ppmまで低減させるのに要した時間を比較し、次の基準で評価した。試験は20時間まで実施した。
 ・非常に良好(◎と表示)・・・4時間以内に低減
 ・良好(○と表示)・・・8時間以内に低減
 ・やや不良(△と表示)・・・12時間以内に低減
 ・不良(×と表示)・・・12時間以内に低減できない
(3)光触媒薄膜の抗菌性試験(暗所、紫外線照射下)
 光触媒薄膜の抗菌性能は、光触媒薄膜を50mm角のガラス基材に厚み100nmになるように塗布したサンプルについて、日本工業規格JIS R 1702:2020「ファインセラミックス-光触媒抗菌加工製品の抗菌性試験方法・抗菌効果」のハイブリッド光触媒加工平板状製品の試験方法に準拠した方法で試験し、次の基準で評価した。
 ・非常に良好(◎と表示)・・・全ての抗菌活性値が4.0以上の場合
 ・良好(○と表示)・・・全ての抗菌活性値が2.0以上の場合
 ・不良(×と表示)・・・抗菌活性値2.0未満がある場合
(4)酸化チタン粒子の結晶相の同定
 酸化チタン粒子の結晶相は、得られた酸化チタン粒子の分散液を105℃、3時間乾燥させて回収した酸化チタン粒子粉末の粉末X線回折(商品名“卓上型X線回折装置D2 PHASER”、ブルカー・エイエックスエス(株))を測定することで同定した。
(5)酸化チタン粒子分散液の調製
[調製例1-1]
<酸化チタン粒子分散液の調製>
 36質量%の塩化チタン(IV)水溶液を純水で10倍に希釈した後、10質量%のアンモニア水を徐々に添加して中和、加水分解することにより、水酸化チタンの沈殿物を得た。このときのpHは8.5であった。得られた沈殿物を、純水の添加とデカンテーションを繰り返して脱イオン処理した。この脱イオン処理後の、水酸化チタン沈殿物にH22/Ti(モル比)が8となるように35質量%過酸化水素水を添加し、その後60℃で2時間撹拌して十分に反応させ、橙色透明のペルオキソチタン酸溶液(1a)を得た。
 容積500mLのオートクレーブに、ペルオキソチタン酸溶液(1a)400mLを仕込み、これを130℃の条件下、90分間水熱処理し、その後、純水を添加して濃度調整を行うことにより、酸化チタン粒子の分散液(1A)(酸化チタン濃度1.2質量%)を得た。酸化チタン粒子の粉末X線回折測定を行ったところ、観測されるピークはアナターゼ型酸化チタンのもののみであった。
[調製例1-2]
<スズが固溶された酸化チタン粒子分散液の調製>
 36質量%の塩化チタン(IV)水溶液に、得られる酸化チタン粒子分散液においてTiO2/Sn(モル比)が10となるよう塩化スズ(IV)を添加・溶解し、これを純水で10倍に希釈した後、10質量%のアンモニア水を徐々に添加して中和、加水分解することにより、スズを含有する水酸化チタンの沈殿物を得た。このときのpHは8であった。得られた沈殿物を、純水の添加とデカンテーションを繰り返して脱イオン処理した。この脱イオン処理後の、スズを含有する水酸化チタンの沈殿物に、H22/(Ti+Sn)(モル比)が10となるように35質量%過酸化水素水を添加し、その後60℃で2時間撹拌して十分に反応させ、橙色透明のスズ含有ペルオキソチタン酸溶液(1b)を得た。
 容積500mLのオートクレーブに、スズ含有ペルオキソチタン酸溶液(1b)400mLを仕込み、これを150℃の条件下、90分間水熱処理し、その後、純水を添加して濃度調整を行うことにより、スズが固溶された酸化チタン粒子の分散液(1B)(酸化チタン濃度1.2質量%)を得た。酸化チタン粒子の粉末X線回折測定を行ったところ、観測されるピークはルチル型酸化チタンのもののみであり、スズが酸化チタンに固溶されていることが分かった。
[調製例1-3]
<スズが固溶された酸化チタン粒子分散液の調製>
 塩化チタン(IV)水溶液に加える塩化スズ(IV)を、得られる酸化チタン粒子分散液においてTiO2/Sn(モル比)が100となるようにしたこと以外は調製例1-2と同様にして、スズが固溶された酸化チタン粒子の分散液(1C)(酸化チタン濃度1.2質量%)を得た。酸化チタン粒子の粉末X線回折測定を行ったところ、観察されるピークはアナターゼ型酸化チタン及びルチル型酸化チタンのもののみであり、スズが酸化チタンに固溶されていることが分かった。
 表1に、各調製例で調製した酸化チタン粒子のモル比、水熱処理条件、分散粒子径(D50、D90)、水熱処理後の酸化チタン粒子分散液のpHをまとめて示す。分散粒子径はレーザー光を用いた動的光散乱法(ELSZ-2000ZS(大塚電子(株)製)により測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
(6)表面修飾された酸化チタン粒子分散液の調製
[調製例2-1]
<表面に鉄成分及びケイ素成分が修飾された酸化チタン粒子分散液の調製>
 純水100gにJIS3号珪酸ソーダ(SiO2換算29.1質量%)を0.34g溶解して得た珪酸ソーダ水溶液に強酸性陽イオン交換樹脂(アンバーライトHPR1024H、オルガノ(株)製)を添加して撹拌したあと、イオン交換樹脂をろ別することで活性珪酸水溶液を得た。この活性珪酸水溶液に41%硫酸第二鉄(III)水溶液を0.31g添加することで、pH2.4の硫酸鉄及び活性珪酸の水溶液を得た。
 酸化チタン粒子分散液(1A)に上述のように調製した硫酸鉄及び活性珪酸の水溶液をTiO2/Fe23が200、TiO2/SiO2が100となるように25℃で1時間、撹拌機で混合したあと、固形分濃度を純水で1質量%に調整して鉄成分及びケイ素成分が表面に修飾された酸化チタン粒子分散液(2A)を得た。
[調製例2-2]
<表面に鉄成分、チタン成分及びケイ素成分が修飾された酸化チタン粒子分散液の調製>
 純水100gにJIS3号珪酸ソーダ(SiO2換算29.1%)を1.71g溶解して得た珪酸ソーダ水溶液に強酸性陽イオン交換樹脂(アンバーライトHPR1024H、オルガノ(株)製)を添加して撹拌したあと、イオン交換樹脂をろ別することで活性珪酸水溶液を得た。この活性珪酸水溶液に41%硫酸第二鉄(III)水溶液を0.31g、36%塩化チタン(IV)水溶液を0.33g添加することで、pH1.6の硫酸鉄、塩化チタン及び活性珪酸の水溶液を得た。
 酸化チタン粒子分散液(1B)に、上述のように調製した硫酸鉄、塩化チタン及び活性珪酸の水溶液をTiO2/Fe23が200、TiO2/TiO2(修飾成分)が200、TiO2/SiO2が20となるように25℃で1時間、撹拌機で混合したあと、固形分濃度を純水で1質量%に調整して鉄成分、チタン成分及びケイ素成分が表面に修飾された酸化チタン粒子分散液(2B)を得た。
[調製例2-3]
<表面に鉄成分及びケイ素成分が修飾された酸化チタン粒子分散液の調製>
 純水100gにJIS3号珪酸ソーダ(SiO2換算29.1質量%)を0.17g溶解して得た珪酸ソーダ水溶液に強酸性陽イオン交換樹脂(アンバーライトHPR1024H、オルガノ(株)製)を添加して撹拌したあと、イオン交換樹脂をろ別することで活性珪酸水溶液を得た。この活性珪酸水溶液に41%硫酸第二鉄(III)水溶液を0.15g添加することで、pH2.6の硫酸鉄及び活性珪酸の水溶液を得た。
 酸化チタン粒子分散液(1C)に上述のように調製した硫酸鉄及び活性珪酸の水溶液をTiO2/Fe23が400、TiO2/SiO2が200となるように25℃で1時間、撹拌機で混合したあと、固形分濃度を純水で1質量%に調整して鉄成分及びケイ素成分が表面に修飾された酸化チタン粒子分散液(2C)を得た。
[調製例2-4]
<表面にケイ素成分が修飾された酸化チタン粒子分散液の調製>
 硫酸第二鉄(III)を添加しなかったこと以外は調製例2-1と同様にして、pH4.8の活性珪酸水溶液を得た。
 酸化チタン粒子分散液(1A)に上述のように調製した活性珪酸水溶液をTiO2/SiO2が100となるように25℃で1時間、撹拌機で混合したあと、固形分濃度を純水で1質量%に調整してケイ素成分が表面に修飾された酸化チタン粒子分散液(2D)を得た。
[調製例2-5]
<表面に鉄成分が修飾された酸化チタン粒子分散液の調製>
 純水100gに41%硫酸第二鉄(III)水溶液を0.31g添加し撹拌することで、pH2.4の硫酸鉄の水溶液を得た。
 酸化チタン粒子分散液(1A)に上述のように調製した硫酸鉄の水溶液をTiO2/Fe23が200となるように25℃で1時間、撹拌機で混合したあと、固形分濃度を純水で1質量%に調整して鉄成分が表面に修飾された酸化チタン粒子分散液(2E)を得た。硫酸鉄の水溶液の添加中に分散液は白濁し、一部沈殿が確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
(7)金属粒子分散液の調製
[調製例3-1]
<銀粒子分散液の調製>
 エチレングリコールを溶媒とし、Agとしての濃度が2.50mmol/Lとなるように硝酸銀を溶解して原料金属化合物を含む溶液を得た。
 溶媒として、エチレングリコールを55質量%及び純水を8質量%、塩基性物質として水酸化カリウムを2質量%、還元剤としてヒドラジン一水和物を20質量%、ジメチルアミノエタノールを5質量%、還元剤/保護剤としてポリビニルピロリドンを10質量%混合することで、還元剤を含む溶液を得た。
 反応器内で90℃に加熱した原料金属化合物を含む溶液2Lに、25℃の還元剤/保護剤を含む溶液0.2Lを混合して得た液を、分画分子量10,000の限外ろ過膜(マイクローザ、旭化成(株))によって濃縮及び純水洗浄を行うことで銀粒子分散液(3A)を得た。以下、得られた金属粒子分散液について表3にまとめる。
[調製例3-2]
<銀銅粒子分散液の調製>
 エチレングリコールを溶媒とし、Agとしての濃度が2.50mmol/Lとなるように硝酸銀、Cuとしての濃度が2.50mmol/Lとなるように硝酸銅二水和物を溶解して原料金属化合物を含む溶液を得た。
 溶媒として、エチレングリコールを55質量%及び純水を8質量%、塩基性物質として水酸化カリウムを2質量%、還元剤としてヒドラジン一水和物を20質量%、ジメチルアミノエタノールを5質量%、還元剤/保護剤としてポリビニルピロリドンを10質量%混合することで、還元剤を含む溶液を得た。
 反応器内で150℃に加熱した原料金属化合物を含む溶液2Lに、25℃の還元剤を含む溶液0.2Lを混合して得た液を、分画分子量10,000の限外ろ過膜(マイクローザ、旭化成(株))によって濃縮及び純水洗浄を行うことで銀銅粒子分散液(3B)を得た。
[調製例3-3]
<銀亜鉛粒子分散液の調製>
 調製例3-2の原料金属化合物を含む溶液の代わりに、エチレングリコールを溶媒とし、Agとしての濃度が3.75mmol/Lとなるように硝酸銀、Znとしての濃度が1.25mmol/Lとなるように硝酸亜鉛六水和物を溶解した原料金属化合物を含む溶液を使用したこと以外は調製例3-2と同様にして、銀亜鉛粒子分散液(3C)を得た。
[調製例3-4]
<銀粒子分散液の調製>
 限外ろ過膜による純水洗浄量を減らしたこと以外は調製例3-1と同様にして、銀粒子分散液(3D)を得た。
[調製例3-5]
<銀粒子分散液の調製>
 還元剤/保護剤として添加しているポリビニルピロリドンを添加しなかったこと以外は調製例3-1と同様にして、銀粒子分散液(3E)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
(8)酸化チタン粒子・金属粒子の分散液の調製
[実施例1]
 表面修飾酸化チタン粒子分散液(2A)に表面保護金属粒子分散液(3A)を各分散液中に含まれる粒子の質量比(表面修飾酸化チタン粒子/表面保護金属粒子)が100となるように混合し、本発明の酸化チタン粒子・金属粒子分散液(E-1)を得た。以下、得られた酸化チタン粒子・金属粒子の分散液について表4にまとめる。
[実施例2]
 表面修飾酸化チタン粒子分散液(2B)に表面保護金属粒子分散液(3B)を各分散液中に含まれる粒子の質量比(表面修飾酸化チタン粒子/表面保護金属粒子)が400となるように混合し、本発明の酸化チタン粒子・金属粒子分散液(E-2)を得た。
[実施例3]
 表面修飾酸化チタン粒子分散液(2C)に表面保護金属粒子分散液(3C)を各分散液中に含まれる粒子の質量比(表面修飾酸化チタン粒子/表面保護金属粒子)が200となるように混合し、本発明の酸化チタン粒子・金属粒子分散液(E-3)を得た。
[実施例4]
 表面修飾酸化チタン粒子分散液(2A)に表面保護金属粒子分散液(3D)を各分散液中に含まれる粒子の質量比(表面修飾酸化チタン粒子/表面保護金属粒子)が100となるように混合し、本発明の酸化チタン粒子・金属粒子分散液(E-4)を得た。
[実施例5]
 表面修飾酸化チタン粒子分散液(2A)に金属粒子分散液(3E)を各分散液中に含まれる粒子の質量比(表面修飾酸化チタン粒子/金属粒子)が1,000となるように混合し、本発明の酸化チタン粒子・金属粒子分散液(E-5)を得た。
[実施例6]
 酸化チタン粒子・金属粒子分散液(E-1)にケイ素化合物系(シリカ系)のバインダー(コロイダルシリカ、商品名:スノーテックス20、日産化学工業(株)製)を酸化チタン粒子・金属粒子/バインダー(質量比)が1.5となるように添加し、25℃で10分間、撹拌機で混合することで、バインダーを含有する酸化チタン粒子分散液(E-6)を得た。バインダーが添加された酸化チタン粒子・金属粒子の分散液について表5にまとめる。
[比較例1]
 表面修飾酸化チタン粒子分散液(2A)から、比較評価用の酸化チタン粒子分散液(C-1)を得た。
[比較例2]
 表面保護銀粒子分散液(3A)から、比較評価用の金属粒子分散液(C-2)を得た。
[比較例3]
 酸化チタン粒子分散液(1A)に表面保護金属粒子分散液(3A)を各分散液中に含まれる粒子の質量比(酸化チタン粒子/表面保護金属粒子)が100となるように混合し、比較評価用の酸化チタン粒子・金属粒子分散液(C-3)を得た。
[比較例4]
 表面修飾酸化チタン粒子分散液(2D)に表面保護金属粒子分散液(3A)を各分散液中に含まれる粒子の質量比(表面修飾酸化チタン粒子/表面保護金属粒子)が100となるように混合し、比較評価用の酸化チタン粒子・金属粒子分散液(C-4)を得た。
[比較例5]
 表面修飾酸化チタン粒子分散液(2E)に表面保護金属粒子分散液(3A)を各分散液中に含まれる粒子の質量比(表面修飾酸化チタン粒子/表面保護金属粒子)が100となるように混合し、比較評価用の酸化チタン粒子・金属粒子分散液(C-5)を得た。得られた液は白濁し、一部が沈殿していた。
[比較例6]
 表面修飾酸化チタン粒子分散液(2A)に1質量%の硝酸銀水溶液を表面修飾酸化チタン粒子との質量比(表面修飾酸化チタン粒子/銀)が100となるように混合し、比較評価用の酸化チタン粒子・金属粒子分散液(C-6)を得た。得られた液は白濁し、一部が沈殿していた。
[比較例7]
 酸化チタン粒子・金属粒子分散液(C-3)を用いたこと以外は実施例6と同様にして、バインダーを含有する酸化チタン粒子・金属粒子分散液(C-7)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 実施例、比較例についてそれぞれ上述のように抗菌性能試験及びアセトアルデヒドガス分解性能試験を行った結果、沈殿物の有無(なし(良好):○と表示、あり(不良):×と表示)について表6にまとめて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 実施例1と比較例1から、酸化チタン粒子のみでは暗所での抗菌性が得られないことが分かった。
 実施例1と比較例2から、金属粒子のみでは光触媒活性が得られないことが分かった。
 実施例1、6と比較例3、4、7から、酸化チタン表面が鉄成分(Fe)及びケイ素成分(Si)で修飾されていないと光触媒活性が低いことが分かった。
 実施例1と比較例5から、酸化チタン表面を鉄成分(Fe)単独で修飾した場合、成分が凝集して沈殿することが分かった。
 実施例1と比較例6から、表面修飾酸化チタン粒子分散液に直接銀成分を添加した場合、つまり、表面修飾酸化チタン表面に更に銀成分を修飾した場合、光触媒活性が低下するとともに成分が凝集して沈殿することが分かった。

Claims (12)

  1.  i)鉄成分及びケイ素成分は固溶されておらず、表面に修飾されている酸化チタン粒子と、
     ii)抗菌性金属を含有する金属粒子と
    の2種類の粒子を含有する、酸化チタン粒子・金属粒子組成物。
  2.  ii)の抗菌性金属を含有する金属粒子表面に保護剤が吸着している、請求項1に記載の酸化チタン粒子・金属粒子組成物。
  3.  ii)の抗菌性金属を含有する金属粒子に含有される抗菌性金属が、銀、銅及び亜鉛から選ばれる、少なくとも1種類の金属である、請求項1又は2に記載の酸化チタン粒子・金属粒子組成物。
  4.  ii)の抗菌性金属を含有する金属粒子に含有される抗菌性金属が、少なくとも銀を含有する、請求項3に記載の酸化チタン粒子・金属粒子組成物。
  5.  i)の酸化チタン粒子の表面に修飾されている鉄成分(酸化物換算)の酸化チタンとの質量比(TiO2/Fe23)が10~100,000であり、ケイ素成分(酸化物換算)の酸化チタンとの質量比(TiO2/SiO2)が1~10,000である、請求項1~4のいずれか1項に記載の酸化チタン粒子・金属粒子組成物。
  6.  ii)抗菌性金属を含有する金属粒子に含有される抗菌性金属成分(M)と、i)鉄成分及びケイ素成分が表面に修飾されている酸化チタン粒子に含有される酸化チタンとの質量比(TiO2/M)が1~100,000である、請求項1~5のいずれか1項に記載の酸化チタン粒子・金属粒子組成物。
  7.  更に、バインダーを含有する請求項1~6のいずれか1項に記載の酸化チタン粒子・金属粒子組成物。
  8.  バインダーがケイ素化合物系バインダーである請求項7に記載の酸化チタン粒子・金属粒子組成物。
  9.  酸化チタン粒子・金属粒子組成物が、酸化チタン粒子・金属粒子の分散液である、請求項1~8のいずれか1項に記載の組成物。
  10.  酸化チタン粒子・金属粒子組成物が、酸化チタン粒子・金属粒子の薄膜である、請求項1~8のいずれか1項に記載の組成物。
  11.  請求項10に記載の組成物を表面に有する部材。
  12.  下記工程(1)~(8)を有する請求項9に記載の組成物の製造方法。
     (1)原料チタン化合物、塩基性物質、過酸化水素及び水性分散媒から、ペルオキソチタン酸溶液を製造する工程
     (2)上記(1)の工程で製造したペルオキソチタン酸溶液を、圧力制御の下、80~250℃で加熱し、酸化チタン粒子分散液を得る工程
     (3)鉄化合物、ケイ素化合物及び水性分散媒から、鉄成分及びケイ素成分の溶液または分散液を製造する工程
     (4)上記(2)の工程で製造した酸化チタン粒子分散液と、(3)の工程で製造した鉄成分及びケイ素成分の溶液または分散液を混合して鉄成分及びケイ素成分が表面に修飾された酸化チタン粒子分散液を得る工程
     (5)原料抗菌性金属化合物を含む溶液と、該金属化合物を還元するための還元剤及び金属粒子を被覆し保護する保護剤を含む溶液と、をそれぞれ製造する工程
     (6)上記(5)の工程で製造した原料抗菌性金属化合物を含む溶液と該金属化合物を還元するための還元剤及び金属粒子を被覆し保護する保護剤を含む溶液とを混合して金属粒子分散液を製造する工程
     (7)上記(6)の工程で製造した金属粒子分散液を膜ろ過法により水性分散媒で洗浄する工程
     (8)(4)と(7)の工程で得られた酸化チタン粒子分散液と金属粒子分散液とを混合する工程
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