光触媒を備えた基材とその成形方法
【課題】 従来の光触媒を備えた基材は、光触媒粉末を基材表面に効率良く露出させられなかったり、光触媒粉末の定着性が悪かったりした。
【解決手段】 本件出願の光触媒を備えた基材は、プラスチック製のシート、フィルム等の基材の一面又は両面に、光触媒粉末が食い込んで基材に固定され、光触媒粉末の頭部が基材表面に露出しているものである。前記光触媒を備えた基材は、成形中の溶融状態の基材に光触媒粉末を付着させ、その光触媒粉末を加圧して基材に食い込ませて頭部を基材表面に露出させ、当該基材を冷却して光触媒粉末を基材に定着させて成形する。また、成形済みの基材を加熱して軟化させ、光触媒粉末を付着させてその光触媒粉末を加圧して基材に食い込ませることもできる。この場合、基材への光触媒粉末の付着を吹き付けによって行なったり、基材の冷却を基材成形装置の冷却ロールで行なうことができる。
【解決手段】 本件出願の光触媒を備えた基材は、プラスチック製のシート、フィルム等の基材の一面又は両面に、光触媒粉末が食い込んで基材に固定され、光触媒粉末の頭部が基材表面に露出しているものである。前記光触媒を備えた基材は、成形中の溶融状態の基材に光触媒粉末を付着させ、その光触媒粉末を加圧して基材に食い込ませて頭部を基材表面に露出させ、当該基材を冷却して光触媒粉末を基材に定着させて成形する。また、成形済みの基材を加熱して軟化させ、光触媒粉末を付着させてその光触媒粉末を加圧して基材に食い込ませることもできる。この場合、基材への光触媒粉末の付着を吹き付けによって行なったり、基材の冷却を基材成形装置の冷却ロールで行なうことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デスクマット、建物の内装材としてのシート、自動車の窓等に貼るフィルムのように、各種分野で使用可能なシート、フィルム、板等の基材（以下「基材」という。）に光触媒を固定させた光触媒を備えた基材とその成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光触媒には各種のものがあり、近年、多く使用されているものに酸化チタンがある。なかでも、酸化チタンにアパタイト（リン酸カルシウム）を部分的（マスクメロン状或はコンペイトウ状）に付けた酸化チタンが発売され、プラスチックに直接付けても酸化チタンの光触媒作用でプラスチック自体を酸化・分解せずに利用が可能になった。また、可視光応答型光触媒も発売され、一段と応用範囲も拡大された。酸化チタンの光触媒は、水分のあるところで光を受けることにより、汚れを分解したり、汚れを付きにくくしたり、細菌の発生を防いだり、人体や環境に有害な窒素酸化物やアルデヒド類等の有害ガスを分解したりするといった各種効果がある。酸化チタンは一般に粉末状であるため、光触媒として用いるためには、その粉末をシート、フィルム、板等の基材に固定させる必要がある。光触媒作用は表面作用であるため、光触媒として作用するのは基材の表面に露出している粒子のみであって、露出していない粒子は光触媒として作用しない。そのため、基材に光触媒を固定させる場合は、基材の表面に光触媒が露出（頭出し）していなければならない。
【０００３】
プラスチックシート、フィルム、板等のプラスチック製の基材（以下「基材」とする。）の表面に、酸化チタン（光触媒）を固定させるには、従来は次のような方法で行なわれている。
（１）プラスチックに光触媒を練り込む方法。具体的には、プラスチック原料に粉末状の光触媒を混入させ、そのプラスチック原料を用いて光触媒入りの基材を形成する方法。
（２）塗料に粉末状の光触媒を分散させ、その塗料を基材の表面に吹き付けたり（スプレーコーティング）、基材をその塗料中にドブ漬けしたり（ディップコーティング）して、基材に光触媒を塗装（固定）する方法。
（３）水やアルコール等に粉末状の光触媒を分散させた溶液を基材の表面に吹き付け、その水やアルコールを蒸発させて基材を乾燥させて、光触媒を基材の表面に付着する方法。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記（１）の方法では、混入させた粉末状の光触媒の多くが、形成した基材の内部に入ってしまい（埋まってしまい）、光触媒を基材の表面に露出させることが難しいため、効率の良い光触媒効果が得られない。光触媒を基材の表面に露出させるためには多量の光触媒が必要となり、光触媒の無駄が多く、不経済である。
前記（２）の方法では、光触媒を基材に練り込む前記（１）の方法よりは、少ない光触媒で光触媒効果が得られるが、塗料が光触媒の表面を覆ってしまうため、効率の良い光触媒効果が得られない。
前記（３）の方法では、光触媒粉末が基材の表面に露出するが、基材への光触媒の固定（付着）が弱く、擦れると光触媒が剥離して基材から落ちてしまい、光触媒効果の持続性に乏しい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
プラスチックシートに光触媒機能を持たせるためには、粉末状の光触媒を効率良く基材の表面に露出させること、光触媒を基材に確実に固定させることが求められる。本発明はこのいずれの要求をも満たす光触媒を備えた基材とその成形方法を提供するものである。
【０００６】
本件出願の光触媒を備えた基材は、プラスチック製のシート、フィルム、板等の基材の一面又は両面に、光触媒が食い込んで基材に固定され、光触媒の頭部が基材の表面に露出しているものである。
【０００７】
本件出願の光触媒を備えた基材の成形方法は、成形中の半溶融状態のプラスチックシート、フィルム、板等の基材の一面又は両面に光触媒を付着させ、その光触媒を加圧して基材に食い込ませると共に光触媒の頭部を基材の表面に露出させ、当該基材を強制冷却又は自然冷却させて光触媒を基材に固定する方法である。この方法は成形中に基材に光触媒を固定させる方法であるが、本件出願の光触媒を備えた基材の成形方法は、成形済みの基材の一面又は両面を加熱して軟化させ、軟化した一面又は両面に光触媒を付着させ、その光触媒を加圧して基材に食い込ませ、光触媒の頭部を基材の表面に露出させ、当該基材を強制冷却又は自然冷却させて光触媒を基材に固定することもできる。この場合、基材の一面又は両面への光触媒の付着は、市販されているパウダースプレー装置による吹き付けによって行なうことができる。また、前記した基材の冷却を基材成形装置の冷却ロールで行なうことができる。
【発明の効果】
【０００８】
本件出願の光触媒を備えた基材は次のような効果がある。
（１）基材の一面又は両面に、光触媒粉末が食い込んで基材に固定されているので、基材への光触媒粉末の固定が確実になり、光触媒粉末が基材から剥離しにくくなり、光触媒効果が長持ちする。
（２）光触媒粉末の頭部が基材表面に露出しているので光触媒効果が確実になる。
【０００９】
本件出願の請求項２の光触媒を備えた基材の成形方法は次のような効果がある。
（１）基材成形中の半溶融状態の基材の表面に光触媒を付着させ、成形中に光触媒を加圧して成形するので、基材の成形と同時に光触媒が固定された光触媒を備えた基材が得られる。
（２）光触媒を食い込ませた基材を、成形中に冷却して光触媒を基材に固定するので、基材への光触媒粉末の固定が確実になる。
（３）基材に付着させた光触媒を加圧して基材に食い込ませるので、基材表面への光触媒の露出も確実になり、少量の光触媒であっても確実に光触媒効果が得られ、コスト低減にも資する。
（４）アパタイトで覆った光触媒を使うことで、光触媒を固定しても基材が変色せず、透明度、透光性もほとんど低下しない。
【００１０】
本件出願の請求項３の光触媒を備えた基材の成形方法は次のような効果がある。
（１）成形済みの基材であっても、その表面を加熱して軟化させ、軟化した表面に光触媒を付着させ、それを加圧して基材に食い込ませるので、成形済みの基材を手軽に、光触媒機能を備えたものにすることができる。
（２）光触媒を食い込ませた基材を冷却過程で光触媒を基材に固定するので、基材への光触媒の固定が確実になる。
（３）基材に付着させた光触媒を加圧して冷却過程で基材に食い込ませるので、機材表面への光触媒の露出も確実になり、少量の光触媒であっても確実に光触媒効果が得られ、コストの低減にも資する。
（４）アパタイトで覆った光触媒を使うことで、光触媒粉末を固定しても基材が変色せず、透明度、透光性も低下しない。
【００１１】
本件出願の請求項４の光触媒を備えた基材の成形方法では、基材への光触媒の付着を、吹き付けによって行なうので、市販のパウダースプレー装置で手軽に吹き付けることができる。また、光触媒の吹き付け量の調節が容易になる。むら無く均一に吹き付けることもできる。
【００１２】
本件出願の請求項５の光触媒を備えた基材の成形方法では、基材の冷却を基材成形装置の冷却ロールで行なうので、冷却装置を別途用意する必要が無く、実施化が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（光触媒を備えた基材の実施形態）
本発明の光触媒を備えた基材の実施形態の一例を図１〜図５に基づいて説明する。本発明の光触媒を備えた基材は図１に示すように、粉末状の光触媒２０を基材３に食い込ませて基材３に定着させ、それら光触媒２０の頭部を基材３の表面に露出させたものである。基材３はプラスチック製のシート、フィルム、板等、任意の色、形状、厚さとすることができる。厚さｄは例えば、シートの場合はｍｍ単位、フィルムの場合はμｍ単位、板の場合はｃｍ単位とすることができる。図１の場合は光触媒２０が基材３の片面のみに固定されているが、光触媒２０は基材３の両面に固定することもできる。
【００１４】
光触媒２０にはアナターゼ型酸化チタンをはじめとして、光触媒として適する他の酸化チタン又は酸化チタン以外のものを使用することもできる。使用する光触媒２０の粒径は基材の厚さ、基材となる樹脂の種類等に応じて任意に選択可能である。
【００１５】
実際に成形した本発明の光触媒を備えた基材の一例を図２〜図５に基づいて説明する。図２、図３の金属顕微鏡撮影写真は同じものであり、アナターゼ型酸化チタンを光触媒として使用した基材の一部分の倍率５００倍の写真である。基材には、無色透明、厚さ１．５ｍｍのシートを用いてある。写真の粒子状の部分（凸状の部分）が光触媒であり、下部が基材に食い込んで固定され、頭部（上部）が基材の表面に露出している。図２、図３の金属顕微鏡撮影写真からは、５０ｍｍ四方程度の範囲内に、粒径が０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度の光触媒が１５〜２０個前後写っていることが確認できる。これを実際の寸法に直すと、０．１ｍｍ四方程度の範囲内に、粒径が１μｍ〜１０μｍ程度の光触媒が１５〜２０個前後固定されていることになる。図３の×印１の光触媒のラマンスペクトルを図４に、×印２の光触媒のラマンスペクトルを図５に示す。いずれもアナターゼ型酸化チタンに特有のスペクトルを示している。図４、図５は横軸が波長、縦軸が便宜上の相対的強度を示す。
【００１６】
前記実際に成形した本発明の光触媒を備えた基材は、肉眼では光触媒が固定されていることが殆ど確認できない程の透明性を有する。基材が無色透明のシートである場合に限られず、任意の色、シボ（平面模様、凹凸模様等）、厚さの基材においても、この色やシボに与える影響が少ない。この光触媒を備えた基材は、倍率１０倍のルーペ等で拡大して観察すると、細かい光触媒の粒子がシート全般に均一に分散している様子が観察できるが、ティッシュペーパー等の軟らかい紙を折り畳んでこの光触媒を備えた基材の表面を１００回ほど擦った場合であっても、光触媒の粒子が剥離、脱落する様子は確認できない。
【００１７】
（光触媒を備えた基材の成形方法の実施形態１）
本発明の光触媒を備えた基材の成形方法の実施形態の一例を図６に基づいて詳細に説明する。この実施形態は既存のプラスチック成形装置を用いてフィルム或はシートを作るときに、それらに光触媒を固定して光触媒を備えた基材を成形する方法である。この実施例では、従来のプラスチックフィルム或はシートの成形方法と同様に、ホッパー１８に投入されたペレットは、プラスチック押出し機１に供給され、押出し機１内で加熱、溶融、混練して溶融状態として、押出し機１の先端に備えられたダイス２から溶融状態のプラスチックフィルム（基材）３を押出す。その基材３は図示されていない引き取り装置へ導かれる。この場合、第１冷却ロール４とその上方に設けられた第２冷却ロール５との間に挟まれて引き出され、厚み調節されると共に冷却される。
【００１８】
次に、第２冷却ロール５とその上方に設けられた第３冷却ロール６との間に挟んで引き出され、厚み精度が高められると共に模様付け、艶付け等がされ、冷却もされる。この場合、第１冷却ロール４及び第２冷却ロール５と基材３とは線接触のため基材３は冷却されにくく、基材３は、未だ、溶融状態にある。基材３は第２冷却ロール５の外周面に接触しながら引き出される。この場合、基材３は第２冷却ロール５の外周面と面接触するため、その接触面は冷却され易くなるが、反対側面は未だ半溶融状態にある。第１冷却ロール４と第２冷却ロール５は図中矢印方向に同じ速度で回転させてある。両冷却ロールの回転速度は任意に選択することができる。
【００１９】
本発明では図６に示すように、基材３が第２冷却ロール５に接して引き出されている間に、溶融状態にある外面（第２冷却ロール５に接していない面）７に、スプレー装置９から供給された光触媒はノズル１０から粉状の光触媒２０を噴射して吹付け、付着させる。本実施形態では、吹付ける光触媒２０にはアナターゼ型酸化チタンが用いられている。光触媒２０にはアナターゼ型酸化チタンに限られず、他の酸化チタンとか、他の光触媒を用いることもできる。
【００２０】
前記スプレー装置９の吹付け時のエアー圧力は任意に吹き付けることができ、例えば、０．３〜０．４ＭＰＡとすることができる。ノズル１０と基材３の外面７との距離も任意に選択することができ、例えば、１００ｍｍ前後とすることができる。ノズル１０は図中矢印方向（前後方向）に往復移動できるようにしてある。従って、吹付け時のエアーの圧力は、弱過ぎる場合には、エアー圧力を上げたりノズル１０を基材３の外面７に近づけたりし、強過ぎる場合は、エアー圧力を下げたりノズル１０を基材３の外面７から遠ざけたりして、適圧に調節することができる。また、吹付ける粉状の光触媒２０の量は、基材３の引出し速度に合わせて調節することができる。また、スプレー装置９は、粉状の光触媒２０の飛散を防止するため、ノズル１０の周囲に飛散防止用障壁（バリアーエアー）を備え、空気の流れの影響を受けずに光触媒２０を吹付け可能なものとすることもできる。スプレーには市販されているパウダースプレーを使用することができる。
【００２１】
外面７に光触媒２０が付着した基材３は第２冷却ロール５とその上方に設けられた第３冷却ロール６の間にガイドされ、両冷却ロール５、６間で厚さ調節をされると同時に光触媒２０が基材３に押込まれて基材３に食い込ませて定着させる。この場合、光触媒２０の頭部は基材３に食い込まず、基材３の外面７の外に露出（突出、頭出し）する程度に押し込む。この基材３は第３冷却ロール６によって冷却され、光触媒２０が基材３に固定され、図示されていない引取り装置に引取られる。第３冷却ロール６は図中矢印方向に前記第１、第２冷却ロール４、５より速い速度又はそれらと同じ速度で回転させてある。
【００２２】
押出し機１、第１冷却ロール４、第２冷却ロール５、第３冷却ロール６、スプレー装置９等の各装置の構成、配置、数等は図６に示すものには限られず、任意とすることができる。
【００２３】
光触媒の吹付け及び固定も、前記図６のように基材の片面のみに限られず、両面に行うことも可能である。その場合は、スプレーノズルの位置を変えたり、冷却ロールの数や配置等を、図６に示すものとは変えて成形を行なうことができる。
【００２４】
前記押出し機１は図６に示す型、形式のものに限られず、他の型、方式のものとすることができ、現存するもの又は新たに改良、開発されたもの等を用いることができる。
【００２５】
また、フィルム、シート、板等の基材の成形方法は、図６に示す押出し成形には限られず、例えばカレンダー成形など、任意の方法で成形することができる。
【００２６】
スプレーノズルの設置位置は、基材の温度にむらが無く、基材の外面を安定した半溶融状態にして光触媒を吹付けられる位置であれば、任意の設置位置とすることができる。従って、スプレーノズルは、ダイスと最初の冷却ロールとの間のような、基材の温度が安定せず、空気等の影響を受け易い位置を避けて設置することが望ましい。押出し成形の場合のみならず、カレンダー成形等、他の成形方法による場合も同様である。
【００２７】
板状の光触媒を備えた基材を成形する場合は、例えば、既存の押出し成形方法で板材を押出し成形し、その成形途中で、押し出された板材が溶融状態或は半溶融状態のときに粉状の光触媒を吹き付けて付着させ、それを次工程で加圧して、光触媒を板材に食い込ませ、その後の強制冷却或は自然冷却で冷却して板材を硬化させ、食い込んだ光触媒を板材に固定することができる。
【００２８】
（光触媒を備えた基材の成形方法の実施形態２）
本発明の光触媒を備えた基材の成形方法の実施形態の他の例を図７に基づいて詳細に説明する。この実施形態は成形済みのフィルム、シート、板等の基材に光触媒を吹き付け、その基盤を加熱（予熱）して軟化させ、その後に基材を加圧して光触媒を基材に食い込ませて固定する方法である。
【００２９】
図７に示す実施形態では、既に紙筒１１に巻付けられている成形済みのプラスチックシート、フィルム、板等の基材３（基材原反）を巻き出し装置で送り出す。このとき基材３はテンション用ロール１２でテンションがかけられてロール１３上に送り出される。ロール１３はテンション用ロール１２よりも径の小さなロールが数本、間隔をあけて配置されている。前記紙筒１１、テンション用ロール１２、ロール１３には任意のものを用いることができる。
【００３０】
ロール１３上に搬送された基材３の表面（上面）７に、ロール１３の上方に配置されたスプレー装置９によって粉状の光触媒２０を吹付けて付着させる。この場合、基材３の表面７全体に万遍無く吹付ける。スプレー装置９は前記光触媒を備えた基材の成形方法の実施形態１と同様のスプレー装置を用いることができ、また、吹付ける光触媒２０も前記実施形態１と同様の光触媒粉末を用いることができる。ノズル１０と基材３の表面７との距離を１００ｍｍ前後とし、ノズル１０は図中矢印方向（上下方向）に往復移動できるようにして、高さ調節可能としてある。
【００３１】
表面７に光触媒粉末２０が付着した基材３はロール１３上を送られ、ロール１３の上方に備えられた加熱器１４によって加熱（加圧前の予熱）されて軟化される。加熱器には基材３の表側面７に予熱を与えることが可能なもの、例えば、赤外線ヒーターとか他の加熱手段を使用することができ、既存のヒーター、高周波加熱機（高周波誘電加熱）とか、新たに改良、開発された他の加熱手段を用いることができる。
【００３２】
表面７に予熱を与えられた基材３は、その表面７が熱ロール１５に密着して送り出される。熱ロール１５は基材３を加熱してその表面７を軟化状態にする。また、熱ロール１５はローラー１３よりも下方に設けられて基材３にテンションを与え、基材３の表面７がより強く熱ロール１５に密着されて加熱されるようにしてある。
【００３３】
熱ロール１５によって表面７が軟化状態（半溶融状態）となった基材３は熱ロール１５と圧着ロール１６との間に挟まれて、軟化状態の表面７に付着された光触媒２０の底側は基材３に食い込むが頭部は基材３の表面７に露出（頭出し）するように加圧する。圧着ロール１６にはゴム製ロールを使用するのが適するが、基材を加圧可能であれば樹脂ロールとか金属ロール、或は金属の外周に樹脂を被覆した複合ロールとか、他の材質製のものを用いることもできる。
【００３４】
光触媒２０が食い込んだ基材３は２本の冷却ロール１７に挟まれて表面７と裏面の双方が冷却されて硬化し、食い込んだ光触媒２０が基材３に固定（定着）されて、本発明の光触媒を備えた基材が成形される。完成した光触媒を備えた基材は、引取り装置（図示しない）によって引取られる。
【００３５】
ドラム１１、テンション用ロール１２、ローラーコンベア１３、スプレー装置９、赤外線ヒーター１４、熱ロール１５、圧着ロール１６、冷却ロール１７等の各装置の構成、配置、数等は、図７に示すものには限られず、任意とすることができる。
【００３６】
光触媒粉末の吹付け及び固定も、前記図７のように基材の片面のみに限られず、両面に行うことも可能である。その場合は、スプレー装置や熱ロールや圧着ロール等の数や配置等を、図７に示す数や配置から変化させて成形を行う。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の光触媒を備えた基材とその成形方法は、光触媒には限られず、他の触媒を混入させた基材の成形にも応用することができる。また、プラスチック製の基材に限らず、タイルや金属等、他の基材に光触媒粉末を固定する場合、例えば塗装工程で未硬化の塗料に触媒パウダーを吹付ける場合等にも応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の光触媒を備えた基材の実施形態の一例を示す断面説明図。
【図２】実際に成形した本発明の光触媒を備えた基材の一部を撮影した金属顕微鏡撮影写真（５００倍）。
【図３】実際に成形した本発明の光触媒を備えた基材の一部を撮影した金属顕微鏡撮影写真（５００倍）。
【図４】図３に示す基材中の光触媒粉末（図中×印１）について得られるラマンスペクトル。
【図５】図３に示す基材中の光触媒粉末（図中×印２）について得られるラマンスペクトル。
【図６】本発明の光触媒を備えた基材の成形方法の実施形態の一例を示す説明図。
【図７】本発明の光触媒を備えた基材の成形方法の実施形態の他の一例を示す説明図。
【符号の説明】
【００３９】
１ 押出し機
２ ダイス
３ 基材
４ 第１冷却ロール
５ 第２冷却ロール
６ 第３冷却ロール
９ スプレー装置
１０ ノズル
１４ 加熱器
１５ 熱ロール
１６ 圧着ロール
１７ 冷却ロール
２０ 光触媒
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デスクマット、建物の内装材としてのシート、自動車の窓等に貼るフィルムのように、各種分野で使用可能なシート、フィルム、板等の基材（以下「基材」という。）に光触媒を固定させた光触媒を備えた基材とその成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光触媒には各種のものがあり、近年、多く使用されているものに酸化チタンがある。なかでも、酸化チタンにアパタイト（リン酸カルシウム）を部分的（マスクメロン状或はコンペイトウ状）に付けた酸化チタンが発売され、プラスチックに直接付けても酸化チタンの光触媒作用でプラスチック自体を酸化・分解せずに利用が可能になった。また、可視光応答型光触媒も発売され、一段と応用範囲も拡大された。酸化チタンの光触媒は、水分のあるところで光を受けることにより、汚れを分解したり、汚れを付きにくくしたり、細菌の発生を防いだり、人体や環境に有害な窒素酸化物やアルデヒド類等の有害ガスを分解したりするといった各種効果がある。酸化チタンは一般に粉末状であるため、光触媒として用いるためには、その粉末をシート、フィルム、板等の基材に固定させる必要がある。光触媒作用は表面作用であるため、光触媒として作用するのは基材の表面に露出している粒子のみであって、露出していない粒子は光触媒として作用しない。そのため、基材に光触媒を固定させる場合は、基材の表面に光触媒が露出（頭出し）していなければならない。
【０００３】
プラスチックシート、フィルム、板等のプラスチック製の基材（以下「基材」とする。）の表面に、酸化チタン（光触媒）を固定させるには、従来は次のような方法で行なわれている。
（１）プラスチックに光触媒を練り込む方法。具体的には、プラスチック原料に粉末状の光触媒を混入させ、そのプラスチック原料を用いて光触媒入りの基材を形成する方法。
（２）塗料に粉末状の光触媒を分散させ、その塗料を基材の表面に吹き付けたり（スプレーコーティング）、基材をその塗料中にドブ漬けしたり（ディップコーティング）して、基材に光触媒を塗装（固定）する方法。
（３）水やアルコール等に粉末状の光触媒を分散させた溶液を基材の表面に吹き付け、その水やアルコールを蒸発させて基材を乾燥させて、光触媒を基材の表面に付着する方法。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記（１）の方法では、混入させた粉末状の光触媒の多くが、形成した基材の内部に入ってしまい（埋まってしまい）、光触媒を基材の表面に露出させることが難しいため、効率の良い光触媒効果が得られない。光触媒を基材の表面に露出させるためには多量の光触媒が必要となり、光触媒の無駄が多く、不経済である。
前記（２）の方法では、光触媒を基材に練り込む前記（１）の方法よりは、少ない光触媒で光触媒効果が得られるが、塗料が光触媒の表面を覆ってしまうため、効率の良い光触媒効果が得られない。
前記（３）の方法では、光触媒粉末が基材の表面に露出するが、基材への光触媒の固定（付着）が弱く、擦れると光触媒が剥離して基材から落ちてしまい、光触媒効果の持続性に乏しい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
プラスチックシートに光触媒機能を持たせるためには、粉末状の光触媒を効率良く基材の表面に露出させること、光触媒を基材に確実に固定させることが求められる。本発明はこのいずれの要求をも満たす光触媒を備えた基材とその成形方法を提供するものである。
【０００６】
本件出願の光触媒を備えた基材は、プラスチック製のシート、フィルム、板等の基材の一面又は両面に、光触媒が食い込んで基材に固定され、光触媒の頭部が基材の表面に露出しているものである。
【０００７】
本件出願の光触媒を備えた基材の成形方法は、成形中の半溶融状態のプラスチックシート、フィルム、板等の基材の一面又は両面に光触媒を付着させ、その光触媒を加圧して基材に食い込ませると共に光触媒の頭部を基材の表面に露出させ、当該基材を強制冷却又は自然冷却させて光触媒を基材に固定する方法である。この方法は成形中に基材に光触媒を固定させる方法であるが、本件出願の光触媒を備えた基材の成形方法は、成形済みの基材の一面又は両面を加熱して軟化させ、軟化した一面又は両面に光触媒を付着させ、その光触媒を加圧して基材に食い込ませ、光触媒の頭部を基材の表面に露出させ、当該基材を強制冷却又は自然冷却させて光触媒を基材に固定することもできる。この場合、基材の一面又は両面への光触媒の付着は、市販されているパウダースプレー装置による吹き付けによって行なうことができる。また、前記した基材の冷却を基材成形装置の冷却ロールで行なうことができる。
【発明の効果】
【０００８】
本件出願の光触媒を備えた基材は次のような効果がある。
（１）基材の一面又は両面に、光触媒粉末が食い込んで基材に固定されているので、基材への光触媒粉末の固定が確実になり、光触媒粉末が基材から剥離しにくくなり、光触媒効果が長持ちする。
（２）光触媒粉末の頭部が基材表面に露出しているので光触媒効果が確実になる。
【０００９】
本件出願の請求項２の光触媒を備えた基材の成形方法は次のような効果がある。
（１）基材成形中の半溶融状態の基材の表面に光触媒を付着させ、成形中に光触媒を加圧して成形するので、基材の成形と同時に光触媒が固定された光触媒を備えた基材が得られる。
（２）光触媒を食い込ませた基材を、成形中に冷却して光触媒を基材に固定するので、基材への光触媒粉末の固定が確実になる。
（３）基材に付着させた光触媒を加圧して基材に食い込ませるので、基材表面への光触媒の露出も確実になり、少量の光触媒であっても確実に光触媒効果が得られ、コスト低減にも資する。
（４）アパタイトで覆った光触媒を使うことで、光触媒を固定しても基材が変色せず、透明度、透光性もほとんど低下しない。
【００１０】
本件出願の請求項３の光触媒を備えた基材の成形方法は次のような効果がある。
（１）成形済みの基材であっても、その表面を加熱して軟化させ、軟化した表面に光触媒を付着させ、それを加圧して基材に食い込ませるので、成形済みの基材を手軽に、光触媒機能を備えたものにすることができる。
（２）光触媒を食い込ませた基材を冷却過程で光触媒を基材に固定するので、基材への光触媒の固定が確実になる。
（３）基材に付着させた光触媒を加圧して冷却過程で基材に食い込ませるので、機材表面への光触媒の露出も確実になり、少量の光触媒であっても確実に光触媒効果が得られ、コストの低減にも資する。
（４）アパタイトで覆った光触媒を使うことで、光触媒粉末を固定しても基材が変色せず、透明度、透光性も低下しない。
【００１１】
本件出願の請求項４の光触媒を備えた基材の成形方法では、基材への光触媒の付着を、吹き付けによって行なうので、市販のパウダースプレー装置で手軽に吹き付けることができる。また、光触媒の吹き付け量の調節が容易になる。むら無く均一に吹き付けることもできる。
【００１２】
本件出願の請求項５の光触媒を備えた基材の成形方法では、基材の冷却を基材成形装置の冷却ロールで行なうので、冷却装置を別途用意する必要が無く、実施化が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（光触媒を備えた基材の実施形態）
本発明の光触媒を備えた基材の実施形態の一例を図１〜図５に基づいて説明する。本発明の光触媒を備えた基材は図１に示すように、粉末状の光触媒２０を基材３に食い込ませて基材３に定着させ、それら光触媒２０の頭部を基材３の表面に露出させたものである。基材３はプラスチック製のシート、フィルム、板等、任意の色、形状、厚さとすることができる。厚さｄは例えば、シートの場合はｍｍ単位、フィルムの場合はμｍ単位、板の場合はｃｍ単位とすることができる。図１の場合は光触媒２０が基材３の片面のみに固定されているが、光触媒２０は基材３の両面に固定することもできる。
【００１４】
光触媒２０にはアナターゼ型酸化チタンをはじめとして、光触媒として適する他の酸化チタン又は酸化チタン以外のものを使用することもできる。使用する光触媒２０の粒径は基材の厚さ、基材となる樹脂の種類等に応じて任意に選択可能である。
【００１５】
実際に成形した本発明の光触媒を備えた基材の一例を図２〜図５に基づいて説明する。図２、図３の金属顕微鏡撮影写真は同じものであり、アナターゼ型酸化チタンを光触媒として使用した基材の一部分の倍率５００倍の写真である。基材には、無色透明、厚さ１．５ｍｍのシートを用いてある。写真の粒子状の部分（凸状の部分）が光触媒であり、下部が基材に食い込んで固定され、頭部（上部）が基材の表面に露出している。図２、図３の金属顕微鏡撮影写真からは、５０ｍｍ四方程度の範囲内に、粒径が０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度の光触媒が１５〜２０個前後写っていることが確認できる。これを実際の寸法に直すと、０．１ｍｍ四方程度の範囲内に、粒径が１μｍ〜１０μｍ程度の光触媒が１５〜２０個前後固定されていることになる。図３の×印１の光触媒のラマンスペクトルを図４に、×印２の光触媒のラマンスペクトルを図５に示す。いずれもアナターゼ型酸化チタンに特有のスペクトルを示している。図４、図５は横軸が波長、縦軸が便宜上の相対的強度を示す。
【００１６】
前記実際に成形した本発明の光触媒を備えた基材は、肉眼では光触媒が固定されていることが殆ど確認できない程の透明性を有する。基材が無色透明のシートである場合に限られず、任意の色、シボ（平面模様、凹凸模様等）、厚さの基材においても、この色やシボに与える影響が少ない。この光触媒を備えた基材は、倍率１０倍のルーペ等で拡大して観察すると、細かい光触媒の粒子がシート全般に均一に分散している様子が観察できるが、ティッシュペーパー等の軟らかい紙を折り畳んでこの光触媒を備えた基材の表面を１００回ほど擦った場合であっても、光触媒の粒子が剥離、脱落する様子は確認できない。
【００１７】
（光触媒を備えた基材の成形方法の実施形態１）
本発明の光触媒を備えた基材の成形方法の実施形態の一例を図６に基づいて詳細に説明する。この実施形態は既存のプラスチック成形装置を用いてフィルム或はシートを作るときに、それらに光触媒を固定して光触媒を備えた基材を成形する方法である。この実施例では、従来のプラスチックフィルム或はシートの成形方法と同様に、ホッパー１８に投入されたペレットは、プラスチック押出し機１に供給され、押出し機１内で加熱、溶融、混練して溶融状態として、押出し機１の先端に備えられたダイス２から溶融状態のプラスチックフィルム（基材）３を押出す。その基材３は図示されていない引き取り装置へ導かれる。この場合、第１冷却ロール４とその上方に設けられた第２冷却ロール５との間に挟まれて引き出され、厚み調節されると共に冷却される。
【００１８】
次に、第２冷却ロール５とその上方に設けられた第３冷却ロール６との間に挟んで引き出され、厚み精度が高められると共に模様付け、艶付け等がされ、冷却もされる。この場合、第１冷却ロール４及び第２冷却ロール５と基材３とは線接触のため基材３は冷却されにくく、基材３は、未だ、溶融状態にある。基材３は第２冷却ロール５の外周面に接触しながら引き出される。この場合、基材３は第２冷却ロール５の外周面と面接触するため、その接触面は冷却され易くなるが、反対側面は未だ半溶融状態にある。第１冷却ロール４と第２冷却ロール５は図中矢印方向に同じ速度で回転させてある。両冷却ロールの回転速度は任意に選択することができる。
【００１９】
本発明では図６に示すように、基材３が第２冷却ロール５に接して引き出されている間に、溶融状態にある外面（第２冷却ロール５に接していない面）７に、スプレー装置９から供給された光触媒はノズル１０から粉状の光触媒２０を噴射して吹付け、付着させる。本実施形態では、吹付ける光触媒２０にはアナターゼ型酸化チタンが用いられている。光触媒２０にはアナターゼ型酸化チタンに限られず、他の酸化チタンとか、他の光触媒を用いることもできる。
【００２０】
前記スプレー装置９の吹付け時のエアー圧力は任意に吹き付けることができ、例えば、０．３〜０．４ＭＰＡとすることができる。ノズル１０と基材３の外面７との距離も任意に選択することができ、例えば、１００ｍｍ前後とすることができる。ノズル１０は図中矢印方向（前後方向）に往復移動できるようにしてある。従って、吹付け時のエアーの圧力は、弱過ぎる場合には、エアー圧力を上げたりノズル１０を基材３の外面７に近づけたりし、強過ぎる場合は、エアー圧力を下げたりノズル１０を基材３の外面７から遠ざけたりして、適圧に調節することができる。また、吹付ける粉状の光触媒２０の量は、基材３の引出し速度に合わせて調節することができる。また、スプレー装置９は、粉状の光触媒２０の飛散を防止するため、ノズル１０の周囲に飛散防止用障壁（バリアーエアー）を備え、空気の流れの影響を受けずに光触媒２０を吹付け可能なものとすることもできる。スプレーには市販されているパウダースプレーを使用することができる。
【００２１】
外面７に光触媒２０が付着した基材３は第２冷却ロール５とその上方に設けられた第３冷却ロール６の間にガイドされ、両冷却ロール５、６間で厚さ調節をされると同時に光触媒２０が基材３に押込まれて基材３に食い込ませて定着させる。この場合、光触媒２０の頭部は基材３に食い込まず、基材３の外面７の外に露出（突出、頭出し）する程度に押し込む。この基材３は第３冷却ロール６によって冷却され、光触媒２０が基材３に固定され、図示されていない引取り装置に引取られる。第３冷却ロール６は図中矢印方向に前記第１、第２冷却ロール４、５より速い速度又はそれらと同じ速度で回転させてある。
【００２２】
押出し機１、第１冷却ロール４、第２冷却ロール５、第３冷却ロール６、スプレー装置９等の各装置の構成、配置、数等は図６に示すものには限られず、任意とすることができる。
【００２３】
光触媒の吹付け及び固定も、前記図６のように基材の片面のみに限られず、両面に行うことも可能である。その場合は、スプレーノズルの位置を変えたり、冷却ロールの数や配置等を、図６に示すものとは変えて成形を行なうことができる。
【００２４】
前記押出し機１は図６に示す型、形式のものに限られず、他の型、方式のものとすることができ、現存するもの又は新たに改良、開発されたもの等を用いることができる。
【００２５】
また、フィルム、シート、板等の基材の成形方法は、図６に示す押出し成形には限られず、例えばカレンダー成形など、任意の方法で成形することができる。
【００２６】
スプレーノズルの設置位置は、基材の温度にむらが無く、基材の外面を安定した半溶融状態にして光触媒を吹付けられる位置であれば、任意の設置位置とすることができる。従って、スプレーノズルは、ダイスと最初の冷却ロールとの間のような、基材の温度が安定せず、空気等の影響を受け易い位置を避けて設置することが望ましい。押出し成形の場合のみならず、カレンダー成形等、他の成形方法による場合も同様である。
【００２７】
板状の光触媒を備えた基材を成形する場合は、例えば、既存の押出し成形方法で板材を押出し成形し、その成形途中で、押し出された板材が溶融状態或は半溶融状態のときに粉状の光触媒を吹き付けて付着させ、それを次工程で加圧して、光触媒を板材に食い込ませ、その後の強制冷却或は自然冷却で冷却して板材を硬化させ、食い込んだ光触媒を板材に固定することができる。
【００２８】
（光触媒を備えた基材の成形方法の実施形態２）
本発明の光触媒を備えた基材の成形方法の実施形態の他の例を図７に基づいて詳細に説明する。この実施形態は成形済みのフィルム、シート、板等の基材に光触媒を吹き付け、その基盤を加熱（予熱）して軟化させ、その後に基材を加圧して光触媒を基材に食い込ませて固定する方法である。
【００２９】
図７に示す実施形態では、既に紙筒１１に巻付けられている成形済みのプラスチックシート、フィルム、板等の基材３（基材原反）を巻き出し装置で送り出す。このとき基材３はテンション用ロール１２でテンションがかけられてロール１３上に送り出される。ロール１３はテンション用ロール１２よりも径の小さなロールが数本、間隔をあけて配置されている。前記紙筒１１、テンション用ロール１２、ロール１３には任意のものを用いることができる。
【００３０】
ロール１３上に搬送された基材３の表面（上面）７に、ロール１３の上方に配置されたスプレー装置９によって粉状の光触媒２０を吹付けて付着させる。この場合、基材３の表面７全体に万遍無く吹付ける。スプレー装置９は前記光触媒を備えた基材の成形方法の実施形態１と同様のスプレー装置を用いることができ、また、吹付ける光触媒２０も前記実施形態１と同様の光触媒粉末を用いることができる。ノズル１０と基材３の表面７との距離を１００ｍｍ前後とし、ノズル１０は図中矢印方向（上下方向）に往復移動できるようにして、高さ調節可能としてある。
【００３１】
表面７に光触媒粉末２０が付着した基材３はロール１３上を送られ、ロール１３の上方に備えられた加熱器１４によって加熱（加圧前の予熱）されて軟化される。加熱器には基材３の表側面７に予熱を与えることが可能なもの、例えば、赤外線ヒーターとか他の加熱手段を使用することができ、既存のヒーター、高周波加熱機（高周波誘電加熱）とか、新たに改良、開発された他の加熱手段を用いることができる。
【００３２】
表面７に予熱を与えられた基材３は、その表面７が熱ロール１５に密着して送り出される。熱ロール１５は基材３を加熱してその表面７を軟化状態にする。また、熱ロール１５はローラー１３よりも下方に設けられて基材３にテンションを与え、基材３の表面７がより強く熱ロール１５に密着されて加熱されるようにしてある。
【００３３】
熱ロール１５によって表面７が軟化状態（半溶融状態）となった基材３は熱ロール１５と圧着ロール１６との間に挟まれて、軟化状態の表面７に付着された光触媒２０の底側は基材３に食い込むが頭部は基材３の表面７に露出（頭出し）するように加圧する。圧着ロール１６にはゴム製ロールを使用するのが適するが、基材を加圧可能であれば樹脂ロールとか金属ロール、或は金属の外周に樹脂を被覆した複合ロールとか、他の材質製のものを用いることもできる。
【００３４】
光触媒２０が食い込んだ基材３は２本の冷却ロール１７に挟まれて表面７と裏面の双方が冷却されて硬化し、食い込んだ光触媒２０が基材３に固定（定着）されて、本発明の光触媒を備えた基材が成形される。完成した光触媒を備えた基材は、引取り装置（図示しない）によって引取られる。
【００３５】
ドラム１１、テンション用ロール１２、ローラーコンベア１３、スプレー装置９、赤外線ヒーター１４、熱ロール１５、圧着ロール１６、冷却ロール１７等の各装置の構成、配置、数等は、図７に示すものには限られず、任意とすることができる。
【００３６】
光触媒粉末の吹付け及び固定も、前記図７のように基材の片面のみに限られず、両面に行うことも可能である。その場合は、スプレー装置や熱ロールや圧着ロール等の数や配置等を、図７に示す数や配置から変化させて成形を行う。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の光触媒を備えた基材とその成形方法は、光触媒には限られず、他の触媒を混入させた基材の成形にも応用することができる。また、プラスチック製の基材に限らず、タイルや金属等、他の基材に光触媒粉末を固定する場合、例えば塗装工程で未硬化の塗料に触媒パウダーを吹付ける場合等にも応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の光触媒を備えた基材の実施形態の一例を示す断面説明図。
【図２】実際に成形した本発明の光触媒を備えた基材の一部を撮影した金属顕微鏡撮影写真（５００倍）。
【図３】実際に成形した本発明の光触媒を備えた基材の一部を撮影した金属顕微鏡撮影写真（５００倍）。
【図４】図３に示す基材中の光触媒粉末（図中×印１）について得られるラマンスペクトル。
【図５】図３に示す基材中の光触媒粉末（図中×印２）について得られるラマンスペクトル。
【図６】本発明の光触媒を備えた基材の成形方法の実施形態の一例を示す説明図。
【図７】本発明の光触媒を備えた基材の成形方法の実施形態の他の一例を示す説明図。
【符号の説明】
【００３９】
１ 押出し機
２ ダイス
３ 基材
４ 第１冷却ロール
５ 第２冷却ロール
６ 第３冷却ロール
９ スプレー装置
１０ ノズル
１４ 加熱器
１５ 熱ロール
１６ 圧着ロール
１７ 冷却ロール
２０ 光触媒
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック製のシート、フィルム、板等の基材の一面又は両面に、光触媒が食い込んで基材に固定され、それら光触媒の頭部が基材の表面に露出していることを特徴とする光触媒を備えた基材。
【請求項２】
成形中の半溶融状態のプラスチック製のシート、フィルム、板等の基材の一面又は両面に粉状の光触媒を付着させ、その光触媒を加圧して基材に食い込ませると共に光触媒の頭部を基材の表面に露出させ、当該基材を強制冷却又は自然冷却して光触媒を基材に固定することを特徴とする光触媒を備えた基材の成形方法。
【請求項３】
成形済みのプラスチックシート、フィルム、板等の基材の一面又は両面を加熱して軟化させ、軟化した一面又は両面に光触媒を付着させ、その光触媒を加圧して基材に食い込ませると共に光触媒の頭部を基材の表面に露出させ、当該基材を強制冷却又は自然冷却して光触媒を基材に固定することを特徴とする光触媒を備えた基材の成形方法。
【請求項４】
請求項２又は請求項３記載の光触媒を備えた基材の成形方法において、基材の一面又は両面への光触媒の付着を吹き付けによって行なうことを特徴とする光触媒を備えた基材の成形方法。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の光触媒を備えた基材の成形方法において、基材の冷却を基材成形装置の冷却ロールで行なうことを特徴とする光触媒を備えた基材の成形方法。
【請求項１】
プラスチック製のシート、フィルム、板等の基材の一面又は両面に、光触媒が食い込んで基材に固定され、それら光触媒の頭部が基材の表面に露出していることを特徴とする光触媒を備えた基材。
【請求項２】
成形中の半溶融状態のプラスチック製のシート、フィルム、板等の基材の一面又は両面に粉状の光触媒を付着させ、その光触媒を加圧して基材に食い込ませると共に光触媒の頭部を基材の表面に露出させ、当該基材を強制冷却又は自然冷却して光触媒を基材に固定することを特徴とする光触媒を備えた基材の成形方法。
【請求項３】
成形済みのプラスチックシート、フィルム、板等の基材の一面又は両面を加熱して軟化させ、軟化した一面又は両面に光触媒を付着させ、その光触媒を加圧して基材に食い込ませると共に光触媒の頭部を基材の表面に露出させ、当該基材を強制冷却又は自然冷却して光触媒を基材に固定することを特徴とする光触媒を備えた基材の成形方法。
【請求項４】
請求項２又は請求項３記載の光触媒を備えた基材の成形方法において、基材の一面又は両面への光触媒の付着を吹き付けによって行なうことを特徴とする光触媒を備えた基材の成形方法。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の光触媒を備えた基材の成形方法において、基材の冷却を基材成形装置の冷却ロールで行なうことを特徴とする光触媒を備えた基材の成形方法。
【図１】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−９６９２４（Ｐ２００６−９６９２４Ａ）
【公開日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２８６５３３（Ｐ２００４−２８６５３３）
【出願日】平成１６年９月３０日（２００４．９．３０）
【出願人】（５９９０５１６４９）有限会社丸隆製販 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月３０日（２００４．９．３０）
【出願人】（５９９０５１６４９）有限会社丸隆製販 (1)
【Ｆターム（参考）】
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