光触媒タイル
【課題】駅のコンコースや空港などのような過酷な摩耗条件に晒される場合であっても、光触媒機能を持続可能な光触媒タイルを提供する。
【解決手段】磁器質またはせっ器質の無釉タイル焼成素地の表面近傍に光触媒粒子が含浸固定されていることを特徴とする光触媒タイル。
【解決手段】磁器質またはせっ器質の無釉タイル焼成素地の表面近傍に光触媒粒子が含浸固定されていることを特徴とする光触媒タイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒タイル、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化チタンなどの光触媒が、近年建築物の外装材、内装材など多くの用途において利用されている。
外装用途については、基材表面に光触媒を塗装することにより、太陽光のエネルギーを利用してＮＯｘ、ＳＯｘ等の有害物質の分解機能を付与したり、雨水によるセルフクリーニング性を付与したり、防藻機能を付与したりすることが可能となる。
また内装用途についても、基材表面に光触媒を塗装することにより、光エネルギーを利用してＶＯＣ等の有害物質の分解機能を付与したり、たばこの臭いや悪臭の分解機能を付与したり、抗菌・防カビ機能を付与したりすることが可能となる。
【０００３】
タイル表面に光触媒層を形成する技術も知られている。それにより、プール内の防藻、病院内の院内感染防止、浴室床のぬめり防止、外壁の雨水によるセルフクリーニング等がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−８３１０６号公報
【特許文献２】特開平５−２５３５４４号公報
【特許文献３】特開平７−１０２６７８号公報
【特許文献４】ＷＯ９６／２９３７５号公報
【特許文献５】特開平８−２６７４６号公報
【特許文献６】特開２００１−２５８７８３号公報
【特許文献７】特開２００１−４９８２９号公報
【特許文献８】ＷＯ００／６３００号公報
【発明の概要】
【０００５】
駅のコンコースや空港などのような重歩行の場所（人が非常に多く通る場所）では、その表面を硬質な靴で歩き回ることになるため、高い耐摩耗性が要求される。特に外装用途ではその表面を強風で砂が吹き付けられる中で硬質な靴で歩き回るという過酷な条件での使用も想定される。このような使用にタイルが耐え得るか否かを確認するために、ＰＥＩ試験（砂とセラミックスとを混合した水中下で鉄球をタイルに擦る試験を繰り返し、目視で変化がないことを確認する試験）等が広く行われている。
しかし、従来の光触媒タイルでは、光触媒層は一般に膜厚がサブミクロンオーダーかミクロンオーダーであるため、回転数が多くなると、上記評価では光触媒層が失われてしまうという問題があった。
そこで、本発明では、駅のコンコースや空港などのような過酷な摩耗条件に晒される場合であっても、光触媒機能を持続可能な光触媒タイルを提供する。
【０００６】
すなわち、本発明による光触媒タイルは、磁器質の無釉タイル焼成素地の表面近傍に光触媒粒子が含浸固定されていることを特徴とする光触媒タイルである。
また、本発明による光触媒タイルの製造方法は、タイル生成形体表面に光触媒粒子を含浸させた後に、前記表面の吸水率が３％以下になる温度で焼成することを特徴とする光触媒タイルの製造方法である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
光触媒タイル
本発明による光触媒タイルは、磁器質の無釉タイル焼成素地の表面近傍には光触媒粒子が含浸固定されていることを特徴とする光触媒タイルである。
このような構成とすることにより、駅のコンコースや空港などのような過酷な摩耗条件に晒される場合であっても、光触媒機能を持続可能となる。
【０００８】
本発明において、タイル焼成体表面近傍に含浸固定する光触媒粒子としては、光触媒性金属酸化物粒子が好ましく、例えば、ルチル型酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム、酸化タングステン、酸化セリウムが好適に利用可能である。上記のうち２種以上を混合して利用してもよい。また、上記金属酸化物粒子に白金、銅、鉄等の金属や窒素、フッ素等の陰イオン等をドープして抗菌性を付与したり、可視光で励起するようにしたものも含む。
光触媒粒子は１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満の平均粒径を有するのが好ましく、より好ましくは１０ｎｍ以上６０ｎｍ以下である。なお、この平均粒径は、走査型電子顕微鏡により２０万倍の視野に入る任意の１００個の粒子の長さを測定した個数平均値として算出される。
【０００９】
本発明において、タイル焼成素地の表面近傍には光触媒粒子が含浸固定され、かつタイル焼成素地表面の吸水率は３％以下であるのが好ましい。そうすることで、優れた耐摩耗性が発揮されるとともに、摩耗後も光触媒機能が持続する。ここで、吸水率とは、24時間常温の水に浸漬して材料に吸水させる方法により測定する、いわゆる自然吸水率をいう。
【００１０】
タイル焼成素地における光触媒粒子が含浸固定されている部分は表面から１ｍｍ以上が好ましい。
そうすることで、摩耗後の光触媒機能が充分に持続する。
【００１１】
タイル焼成素地における光触媒粒子が含浸固定されている部分における光触媒粒子の比率は、タイル焼成体表面近傍下部を水平に切断した面において、焼成素地面積と光触媒粒子面積の和に対する光触媒粒子面積の比率が１面積％以上５０面積％以下であるのが好ましい。
そうすることで、焼成素地が焼結反応により充分強固に結合し、優れた耐摩耗性が発揮されるとともに、摩耗後の光触媒機能が充分に発揮可能となる。
【００１２】
本発明において、タイル焼成素地の表面近傍には光触媒粒子が含浸固定され、かつタイル焼成素地表面の吸水率を０．１％以上にしてもよい。ここで、吸水率とは、24時間常温の水に浸漬して材料に吸水させる方法により測定する、いわゆる自然吸水率をいう。
そうすることで、優れた耐摩耗性が発揮されるとともに、摩耗後の光触媒によるガス分解機能がより良好な状態で持続する。
【００１３】
本発明において、タイル焼成素地表面近傍には光触媒粒子以外に、さらに高い光触媒能を発現するために、バナジウム、鉄、コバルト、ニッケル、パラジウム、亜鉛、ルテニウム、ロジウム、銅、銀、白金および金からなる群より選ばれる少なくとも一種の金属および／またはその金属からなる金属化合物を添加してもよい。
そうすることで、優れた耐摩耗性とあわせて抗菌性が発揮されるとともに、摩耗後の光触媒機能がより良好な状態で持続する。
【００１４】
以上のように、本発明の光触媒タイルは優れた耐摩耗性が発揮されるとともに、摩耗後の光触媒機能が持続するので、駅のコンコースや空港などのような過酷な摩耗条件に晒される場所に適用した床タイルとして好適に使用可能となる。
【００１５】
光触媒タイルの製造方法
本発明による光触媒タイルの製造方法は、タイル生成形体表面に光触媒粒子を含浸させた後に、前記表面の吸水率が３％以下になる温度で焼成することを特徴とする光触媒タイルの製造方法である。
このような製法とすることにより、駅のコンコースや空港などのような過酷な摩耗条件に晒される場合であっても、光触媒機能が持続可能となる。
【００１６】
本発明では、まず、磁器質またはせっ器質のタイル素地原料を成形した無釉の生成形体に、光触媒粒子を含浸させる。
この光触媒粒子の生成形体表面からの含浸の深さは、表面から１ｍｍ以上が好ましい。
そうすることで、摩耗後の光触媒機能が充分に持続する。
【００１７】
光触媒粒子の含浸方法は、湿式法が好適に利用できる。
湿式法を用いる場合は、磁器質またはせっ器質のタイル素地原料を成形した生成形体への光触媒粒子の含浸は、基本的に、磁器質またはせっ器質のタイル素地原料を成形した生成形体に光触媒粒子含有液をスプレー、ディップ、フロー等の方法で適用した後に生成形体表面を乾燥させる工程を備える。ここで、光触媒粒子の生成形体表面からの含浸の深さは、光触媒含有液の粘性、光触媒含有液の適用方法等の含浸速度を支配する因子と、予め素地の乾燥温度を調整したりする方法等の乾燥速度を支配する因子とを適宜選択することで制御できる。
【００１８】
次いで、前記表面の吸水率が３％以下になる温度で焼成し、焼成体を得る。この温度は、タイル素地の組成により異なるが、一般的には１０００℃以上の温度である。従って、光触媒粒子として酸化チタン粒子を用いた場合は、出発原料がアナターゼやブルッカイトであっても、多くの場合、ルチルに相転移することになる。
【実施例】
【００１９】
本発明を以下の例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
【００２０】
＜塗装体試料の作製＞
以下のようにして、実施例および比較例を作製した。
実施例１：
磁器質のタイル素地原料を乾式プレス法により成形した無釉の複数の生成形体を１００℃で乾燥させ、表面が６０℃のときに、平均粒径７０ｎｍのアナターゼ型酸化チタンと銀化合物とを含む液をスプレー塗布させた後に再び１００℃乾燥させた。こうして得た生成形体の１つの断面におけるＴｉおよびＡｇの分析により生成形体表面からの光触媒粒子およびＡｇの浸透深さは約３ｍｍと推定された。
次いで、この生成形体を１２５０〜１３００℃の温度で焼成して焼成体を作製した。
尚、この焼成体の吸水率は０．２％であった。
【００２１】
比較例１：無釉タイル焼成体の表面に、フローコート法により、平均粒径５０ｎｍのアナターゼ型酸化チタンとアルカリシリケートとの混合液を塗布した後に乾燥・硬化させて、膜厚０．５μｍの光触媒層を形成した。
【００２２】
＜評価＞
得られた試料について、砂とセラミックスとを混合した水中下で鉄球をタイルに擦る試験を６０００回繰り返した。
摩耗後の試料について１０Ｗ／ｍ２のＢＬＢによる光触媒酸化還元活性を調べた。光触媒酸化還元活性は、試料表面に硝酸銀を塗布し１０分経過後の色差Ｅを求め、光触媒を塗布しない試料に硝酸銀を塗布し１０分経過後の色差Ｅ０との差ΔＥで評価した。
その結果、上記実施例１ではΔＥが２．６となり光触媒酸化還元活性が確認できたが、比較例１ではΔＥが０で光触媒光触媒酸化還元活性は得られなかった。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒タイル、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化チタンなどの光触媒が、近年建築物の外装材、内装材など多くの用途において利用されている。
外装用途については、基材表面に光触媒を塗装することにより、太陽光のエネルギーを利用してＮＯｘ、ＳＯｘ等の有害物質の分解機能を付与したり、雨水によるセルフクリーニング性を付与したり、防藻機能を付与したりすることが可能となる。
また内装用途についても、基材表面に光触媒を塗装することにより、光エネルギーを利用してＶＯＣ等の有害物質の分解機能を付与したり、たばこの臭いや悪臭の分解機能を付与したり、抗菌・防カビ機能を付与したりすることが可能となる。
【０００３】
タイル表面に光触媒層を形成する技術も知られている。それにより、プール内の防藻、病院内の院内感染防止、浴室床のぬめり防止、外壁の雨水によるセルフクリーニング等がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−８３１０６号公報
【特許文献２】特開平５−２５３５４４号公報
【特許文献３】特開平７−１０２６７８号公報
【特許文献４】ＷＯ９６／２９３７５号公報
【特許文献５】特開平８−２６７４６号公報
【特許文献６】特開２００１−２５８７８３号公報
【特許文献７】特開２００１−４９８２９号公報
【特許文献８】ＷＯ００／６３００号公報
【発明の概要】
【０００５】
駅のコンコースや空港などのような重歩行の場所（人が非常に多く通る場所）では、その表面を硬質な靴で歩き回ることになるため、高い耐摩耗性が要求される。特に外装用途ではその表面を強風で砂が吹き付けられる中で硬質な靴で歩き回るという過酷な条件での使用も想定される。このような使用にタイルが耐え得るか否かを確認するために、ＰＥＩ試験（砂とセラミックスとを混合した水中下で鉄球をタイルに擦る試験を繰り返し、目視で変化がないことを確認する試験）等が広く行われている。
しかし、従来の光触媒タイルでは、光触媒層は一般に膜厚がサブミクロンオーダーかミクロンオーダーであるため、回転数が多くなると、上記評価では光触媒層が失われてしまうという問題があった。
そこで、本発明では、駅のコンコースや空港などのような過酷な摩耗条件に晒される場合であっても、光触媒機能を持続可能な光触媒タイルを提供する。
【０００６】
すなわち、本発明による光触媒タイルは、磁器質の無釉タイル焼成素地の表面近傍に光触媒粒子が含浸固定されていることを特徴とする光触媒タイルである。
また、本発明による光触媒タイルの製造方法は、タイル生成形体表面に光触媒粒子を含浸させた後に、前記表面の吸水率が３％以下になる温度で焼成することを特徴とする光触媒タイルの製造方法である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
光触媒タイル
本発明による光触媒タイルは、磁器質の無釉タイル焼成素地の表面近傍には光触媒粒子が含浸固定されていることを特徴とする光触媒タイルである。
このような構成とすることにより、駅のコンコースや空港などのような過酷な摩耗条件に晒される場合であっても、光触媒機能を持続可能となる。
【０００８】
本発明において、タイル焼成体表面近傍に含浸固定する光触媒粒子としては、光触媒性金属酸化物粒子が好ましく、例えば、ルチル型酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム、酸化タングステン、酸化セリウムが好適に利用可能である。上記のうち２種以上を混合して利用してもよい。また、上記金属酸化物粒子に白金、銅、鉄等の金属や窒素、フッ素等の陰イオン等をドープして抗菌性を付与したり、可視光で励起するようにしたものも含む。
光触媒粒子は１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満の平均粒径を有するのが好ましく、より好ましくは１０ｎｍ以上６０ｎｍ以下である。なお、この平均粒径は、走査型電子顕微鏡により２０万倍の視野に入る任意の１００個の粒子の長さを測定した個数平均値として算出される。
【０００９】
本発明において、タイル焼成素地の表面近傍には光触媒粒子が含浸固定され、かつタイル焼成素地表面の吸水率は３％以下であるのが好ましい。そうすることで、優れた耐摩耗性が発揮されるとともに、摩耗後も光触媒機能が持続する。ここで、吸水率とは、24時間常温の水に浸漬して材料に吸水させる方法により測定する、いわゆる自然吸水率をいう。
【００１０】
タイル焼成素地における光触媒粒子が含浸固定されている部分は表面から１ｍｍ以上が好ましい。
そうすることで、摩耗後の光触媒機能が充分に持続する。
【００１１】
タイル焼成素地における光触媒粒子が含浸固定されている部分における光触媒粒子の比率は、タイル焼成体表面近傍下部を水平に切断した面において、焼成素地面積と光触媒粒子面積の和に対する光触媒粒子面積の比率が１面積％以上５０面積％以下であるのが好ましい。
そうすることで、焼成素地が焼結反応により充分強固に結合し、優れた耐摩耗性が発揮されるとともに、摩耗後の光触媒機能が充分に発揮可能となる。
【００１２】
本発明において、タイル焼成素地の表面近傍には光触媒粒子が含浸固定され、かつタイル焼成素地表面の吸水率を０．１％以上にしてもよい。ここで、吸水率とは、24時間常温の水に浸漬して材料に吸水させる方法により測定する、いわゆる自然吸水率をいう。
そうすることで、優れた耐摩耗性が発揮されるとともに、摩耗後の光触媒によるガス分解機能がより良好な状態で持続する。
【００１３】
本発明において、タイル焼成素地表面近傍には光触媒粒子以外に、さらに高い光触媒能を発現するために、バナジウム、鉄、コバルト、ニッケル、パラジウム、亜鉛、ルテニウム、ロジウム、銅、銀、白金および金からなる群より選ばれる少なくとも一種の金属および／またはその金属からなる金属化合物を添加してもよい。
そうすることで、優れた耐摩耗性とあわせて抗菌性が発揮されるとともに、摩耗後の光触媒機能がより良好な状態で持続する。
【００１４】
以上のように、本発明の光触媒タイルは優れた耐摩耗性が発揮されるとともに、摩耗後の光触媒機能が持続するので、駅のコンコースや空港などのような過酷な摩耗条件に晒される場所に適用した床タイルとして好適に使用可能となる。
【００１５】
光触媒タイルの製造方法
本発明による光触媒タイルの製造方法は、タイル生成形体表面に光触媒粒子を含浸させた後に、前記表面の吸水率が３％以下になる温度で焼成することを特徴とする光触媒タイルの製造方法である。
このような製法とすることにより、駅のコンコースや空港などのような過酷な摩耗条件に晒される場合であっても、光触媒機能が持続可能となる。
【００１６】
本発明では、まず、磁器質またはせっ器質のタイル素地原料を成形した無釉の生成形体に、光触媒粒子を含浸させる。
この光触媒粒子の生成形体表面からの含浸の深さは、表面から１ｍｍ以上が好ましい。
そうすることで、摩耗後の光触媒機能が充分に持続する。
【００１７】
光触媒粒子の含浸方法は、湿式法が好適に利用できる。
湿式法を用いる場合は、磁器質またはせっ器質のタイル素地原料を成形した生成形体への光触媒粒子の含浸は、基本的に、磁器質またはせっ器質のタイル素地原料を成形した生成形体に光触媒粒子含有液をスプレー、ディップ、フロー等の方法で適用した後に生成形体表面を乾燥させる工程を備える。ここで、光触媒粒子の生成形体表面からの含浸の深さは、光触媒含有液の粘性、光触媒含有液の適用方法等の含浸速度を支配する因子と、予め素地の乾燥温度を調整したりする方法等の乾燥速度を支配する因子とを適宜選択することで制御できる。
【００１８】
次いで、前記表面の吸水率が３％以下になる温度で焼成し、焼成体を得る。この温度は、タイル素地の組成により異なるが、一般的には１０００℃以上の温度である。従って、光触媒粒子として酸化チタン粒子を用いた場合は、出発原料がアナターゼやブルッカイトであっても、多くの場合、ルチルに相転移することになる。
【実施例】
【００１９】
本発明を以下の例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
【００２０】
＜塗装体試料の作製＞
以下のようにして、実施例および比較例を作製した。
実施例１：
磁器質のタイル素地原料を乾式プレス法により成形した無釉の複数の生成形体を１００℃で乾燥させ、表面が６０℃のときに、平均粒径７０ｎｍのアナターゼ型酸化チタンと銀化合物とを含む液をスプレー塗布させた後に再び１００℃乾燥させた。こうして得た生成形体の１つの断面におけるＴｉおよびＡｇの分析により生成形体表面からの光触媒粒子およびＡｇの浸透深さは約３ｍｍと推定された。
次いで、この生成形体を１２５０〜１３００℃の温度で焼成して焼成体を作製した。
尚、この焼成体の吸水率は０．２％であった。
【００２１】
比較例１：無釉タイル焼成体の表面に、フローコート法により、平均粒径５０ｎｍのアナターゼ型酸化チタンとアルカリシリケートとの混合液を塗布した後に乾燥・硬化させて、膜厚０．５μｍの光触媒層を形成した。
【００２２】
＜評価＞
得られた試料について、砂とセラミックスとを混合した水中下で鉄球をタイルに擦る試験を６０００回繰り返した。
摩耗後の試料について１０Ｗ／ｍ２のＢＬＢによる光触媒酸化還元活性を調べた。光触媒酸化還元活性は、試料表面に硝酸銀を塗布し１０分経過後の色差Ｅを求め、光触媒を塗布しない試料に硝酸銀を塗布し１０分経過後の色差Ｅ０との差ΔＥで評価した。
その結果、上記実施例１ではΔＥが２．６となり光触媒酸化還元活性が確認できたが、比較例１ではΔＥが０で光触媒光触媒酸化還元活性は得られなかった。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁器質又はせっ器質の無釉タイル焼成素地の表面近傍に光触媒粒子が含浸固定されていることを特徴とする光触媒タイル。
【請求項２】
前記焼成素地表面の吸水率は３％以下であることを特徴とする請求項１に記載の光触媒タイル。
【請求項３】
タイル生成形体表面に光触媒粒子を含浸させた後に、前記表面の吸水率が３％以下になる温度で焼成することを特徴とする光触媒タイルの製造方法。
【請求項１】
磁器質又はせっ器質の無釉タイル焼成素地の表面近傍に光触媒粒子が含浸固定されていることを特徴とする光触媒タイル。
【請求項２】
前記焼成素地表面の吸水率は３％以下であることを特徴とする請求項１に記載の光触媒タイル。
【請求項３】
タイル生成形体表面に光触媒粒子を含浸させた後に、前記表面の吸水率が３％以下になる温度で焼成することを特徴とする光触媒タイルの製造方法。
【公開番号】特開２０１２−１０７３７５（Ｐ２０１２−１０７３７５Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６５５３０（Ｐ２００９−６５５３０）
【出願日】平成２１年３月１８日（２００９．３．１８）
【出願人】（００００１００８７）ＴＯＴＯ株式会社 (3,889)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１８日（２００９．３．１８）
【出願人】（００００１００８７）ＴＯＴＯ株式会社 (3,889)
【Ｆターム（参考）】
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