環境機能建材及びその製造方法
【課題】調湿機能とともに顕著な防臭、防汚、耐シックハウス症を有する比較的安価かつ堅牢な建材を得る。
【解決手段】環境機能建材は、内装建材２と、それに積層された基材３と、基材に成膜された二酸化チタン薄膜４とを備え、二酸化チタン薄膜の膜厚が１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満である。内装建材が、石膏ボード、ケイカル板、パーティクルボード、木材合板、繊維板、プラスチック板、セラミックパネル、コンクリート、タイル又はガラスブロックである。基材が金属、セラミック、ガラス、無機繊維、グラスウール、布、不織布、紙又はプラスチックである。基材は多孔構造、編目構造、織布構造又は不織布構造を有する。製造方法は、大気開放型化学気相析出法により基材の全表面の９５〜１００％に二酸化チタン薄膜を膜厚１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満で成膜する工程と、二酸化チタン薄膜が表面に成膜された基材を内装建材に積層する工程とを含む。
【解決手段】環境機能建材は、内装建材２と、それに積層された基材３と、基材に成膜された二酸化チタン薄膜４とを備え、二酸化チタン薄膜の膜厚が１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満である。内装建材が、石膏ボード、ケイカル板、パーティクルボード、木材合板、繊維板、プラスチック板、セラミックパネル、コンクリート、タイル又はガラスブロックである。基材が金属、セラミック、ガラス、無機繊維、グラスウール、布、不織布、紙又はプラスチックである。基材は多孔構造、編目構造、織布構造又は不織布構造を有する。製造方法は、大気開放型化学気相析出法により基材の全表面の９５〜１００％に二酸化チタン薄膜を膜厚１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満で成膜する工程と、二酸化チタン薄膜が表面に成膜された基材を内装建材に積層する工程とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、住宅の室内壁面などに施工される建材であって、室内空間の空気環境に対して、湿度の調整や臭いの除去、有害ガス成分の除去など、環境を改善する機能を発揮することができる環境機能建材及びこのような建材を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、住宅の室内壁面に施工される建材として、珪藻土などの調湿材を含有する内装建材が知られている。この内装建材は、室内環境の空気中に過剰の湿気が含まれているときには、空気中の湿気を吸湿保持することで、室内環境の湿度を下げ、室内環境が乾燥してくると、吸湿保持した水分を環境中に放出することで環境の湿度を上げる作用がある。その結果、室内環境は一定の湿度範囲に調整され、居住者にとって快適な湿度環境が維持できる。そして、内装建材に含まれる調湿材として、ホルムアルデヒドやアンモニアなどを吸着する機能のある材料を使用すると、室内に設置された家具や壁紙などから放出されシックハウス症候群の原因になるとされている揮発ガス成分を、内装建材に吸着して、室内環境から除去することができ、その内装建材に、脱臭機能を持たせることもできる。
【０００３】
また、酸化チタンは、表面に付着した有機物などを分解することができ、揮発ガス成分を分解して無害な物質に変える光触媒機能を有することが知られている。従って、内装建材の材料に酸化チタンを配合して環境を改善しうる環境機能建材とする技術も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この環境機能建材では、少なくとも表面が多孔質構造であり調湿機能を有する内装建材と、この内装建材の表面に存在する多孔質構造の細孔に、バインダーを介さずに担持された光触媒機能を有する酸化チタン微粒子とを備える。そしてこれを製造する方法は、内装建材の表面に、酸化チタン微粒子の供給源がＴｉ濃度として０．４〜５．０重量％含有され、実質的にバインダー成分を含まない水溶液を、塗布量１０〜５００ｇ／ｍ2で塗布し乾燥させている。
【０００４】
また、別の環境機能建材として、二酸化チタンの結晶配向膜をある特定方向に配向させたものも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この環境機能建材の表面における二酸化チタンからなる結晶配向膜は、その結晶表面と垂直方向に（００１）、（１００）、（２１１）、（１０１）及び（１１０）からなる結晶面から選択された方向に配向された抗菌性材料により構成される。そして、結晶配向膜の厚さが０．１μｍ以上であることが更に要求され、結晶配向膜を形成する結晶の粒径が０．１〜１０μｍであり、粒径分布が実質的に平均値±１００％であることを特徴としている。この環境機能建材では、二酸化チタンの結晶配向膜を上述したような特定方向に配向させることにより、顕著な抗菌性を有する建材が得られるとしている。
【特許文献１】特開２００４−７６４９４号公報（特許請求の範囲、図１）
【特許文献２】特開平１０−９５９３５号公報（明細書［００１２］、［００１３］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１には、液体コーティング法により、内装建材の表面に光触媒膜を直接成膜する手法が呈示されており、この手法では内装建材の表面を光触媒が覆ってしまうため、光触媒機能は生じるものの、内装建材本来の調湿機能が失われてしまう欠点があった。また、上記特許文献２には、二酸化チタンからなる結晶配向膜の厚さが０．１μｍ以上必要であることが必要とされており、０．１μｍ以上の厚さに成膜する作業に時間が掛かりその単価を押し上げる不具合があった。また、二酸化チタン膜が比較的厚いため、その剥離強度が弱くなり、その二酸化チタンからなる膜が内装建材から剥がれ易くなる等の欠点があった。
本発明の目的は、防臭、防汚、耐シックハウス症を有する比較的安価かつ堅牢な環境機能建材及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、図１に示すように、内装建材２と、その内装建材２に積層された基材３と、その基材３の表面に直接成膜された二酸化チタン薄膜４とを備え、その二酸化チタン薄膜４の膜厚が１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満である環境機能建材である。
請求項９に係る発明は、大気開放型化学気相析出法により基材３の表面に二酸化チタン薄膜４を膜厚１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満で成膜する工程と、その基材３を内装建材２に積層する工程とを含む環境機能建材の製造方法である。
この請求項１に記載された環境機能建材及び請求項９に記載されたその製造方法では、基材３に二酸化チタン薄膜４を成膜し、その二酸化チタン薄膜４の膜厚が１０〜１００ｎｍであるので、著しい光触媒活性を発揮し、かつ十分な剥離強度を保持できる。従って、成膜時間も短縮でき、コストも削減できる。そして、成膜された二酸化チタン薄膜４が基材３から剥離するようなこともなく、比較的堅牢な環境機能建材１を得ることができる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、二酸化チタン薄膜４が基材３の全表面の９５〜１００％に成膜された環境機能建材である。
請求項１０に係る発明は、請求項９に係る発明であって、二酸化チタン薄膜４を基材３の全表面の９５〜１００％に成膜する環境機能建材の製造方法である。
この請求項２に記載された環境機能建材及び請求項１０に記載されたその製造方法では、基材３の全表面の９５〜１００％に二酸化チタン薄膜４を成膜したので、その二酸化チタン薄膜４も光触媒として機能するため、優れた光触媒活性が得られ、防臭、防汚、耐シックハウス症を有する環境機能建材１を得ることができる。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、基材３が通気性を有する環境機能建材である。
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明であって、基材３が多孔構造又は編目構造又は織布構造又は不織布構造を有する環境機能建材である。
請求項１１に係る発明は、請求項９又は１０に係る発明であって、通気性を有する基材３を用いる環境機能建材の製造方法である。
請求項１２に係る発明は、請求項１１に係る発明であって、基材３が多孔構造又は編目構造又は織布構造又は不織布構造を有する環境機能建材の製造方法である。
この請求項３及び請求項４に記載された環境機能建材並びに請求項１１及び請求項１２に記載されたその製造方法では、通気性を有する基材３を用いるので、その基材３が積層された内装建材２が調湿機能を有する場合にはその調湿機能が害されることもない。よって、調湿機能とともに防臭、防汚、耐シックハウス症を有する環境機能建材１を得ることができる。
【０００９】
請求項５に係る発明は、請求項1ないし４いずれか１項に係る発明であって、二酸化チタン薄膜４が大気開放型化学気相析出法により基材３の表面に成膜された環境機能建材である。
この請求項５に記載された環境機能建材では、成膜時間も短縮でき、コストも削減できるので、更に安価な環境機能建材を得ることができる。
請求項６に係る発明は、請求項1ないし５いずれか１項に係る発明であって、二酸化チタン薄膜４が二酸化チタンに３〜７重量％の炭素を含有した炭素ドープ二酸化チタンからなる環境機能建材である。
この請求項６に記載された環境機能建材では、二酸化チタン薄膜４として炭素ドープ二酸化チタンからなるものを使用するので、炭素ドープにより光触媒活性に寄与する光吸収帯が紫外領域から可視光領域へと拡がって、紫外光下のみならず、可視光下における光触媒活性も十分に発揮させることができる。
【００１０】
請求項７に係る発明は、請求項1ないし６いずれか１項に係る発明であって、内装建材２が、石膏ボード、ケイカル板、パーティクルボード、木材合板、繊維板、プラスチック板、セラミックパネル、コンクリート、タイル又はガラスブロックである環境機能建材である。
請求項１３に係る発明は、請求項９ないし１２いずれか１項に係る発明であって、内装建材２として、石膏ボード、ケイカル板、パーティクルボード、木材合板、繊維板、プラスチック板、セラミックパネル、コンクリート、タイル又はガラスブロックを用いる環境機能建材の製造方法である。
この請求項７に記載された環境機能建材及び請求項１２に記載された環境機能建材の製造方法では、内装建材２が優れた調湿機能を有するので、その優れた調湿機能とともに顕著な防臭、防汚、耐シックハウス症を有する環境機能建材１を得ることができる。
【００１１】
請求項８に係る発明は、請求項１ないし７いずれか１項に係る発明であって、基材３が金属、セラミック、ガラス、無機繊維、グラスウール、布、不織布、紙又はプラスチックである環境機能建材である。
請求項１４に係る発明は、請求項９ないし１３いずれか１項に係る発明であって、基材３として、金属、セラミック、ガラス、無機繊維、グラスウール、布、不織布、紙又はプラスチックを用いる環境機能建材の製造方法である。
この請求項８に記載された環境機能建材及び請求項１４に記載された環境機能建材の製造方法では、二酸化チタン薄膜４を成膜する基材３に十分な強度を保持でき、比較的堅牢な環境機能建材１を得ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の環境機能建材では、調湿機能を有する内装建材と、内装建材と、その内装建材に積層された基材と、その基材の表面に直接成膜された二酸化チタン薄膜とを備え、その二酸化チタン薄膜の膜厚が１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満であるので、著しい光触媒活性を発揮し、かつ十分な剥離強度を保持できる。従って、成膜時間も短縮でき、コストも削減できる。そして、成膜された二酸化チタン薄膜が基材から剥離するようなこともなく、比較的堅牢な環境機能建材を得ることができる。
【００１３】
この場合、二酸化チタン薄膜が基材の全表面の９５〜１００％に成膜されれば、その二酸化チタン薄膜が光触媒として機能するため、防臭、防汚、耐シックハウス症を有する環境機能建材を得ることができ、基材が編目構造又は織布構造又は不織布構造等であって通気性を有するものであれば、調湿機能を有する環境機能建材を得ることができる。
また、内装建材が、石膏ボード、ケイカル板、パーティクルボード、木材合板、繊維板、プラスチック板、セラミックパネル、コンクリート、タイル又はガラスブロックであれば、内装建材が優れた調湿機能を有するので、その優れた調湿機能を得ることができ、基材が金属、セラミック、ガラス、無機繊維、グラスウール、布、不織布、紙又はプラスチックであれば、二酸化チタン薄膜を成膜する基材に十分な強度を保持でき、比較的堅牢な環境機能建材を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本発明の環境機能建材１は、内装建材２と、この内装建材２に積層された基材３とを備える。この実施の形態における内装建材２は調湿機能を有するものであって、その内装建材２に積層された基材３は通気性を有するものである。内装建材２は、通常の建築施工に利用されている調湿機能を有する建材と同様の材料および構造が採用できる。この内装建材２の具体例としては、珪藻土などの調湿材を含有するタイル、石膏ボード、コンクリート、ガラスブロック、ケイカル板、パーティクルボード、木材合板、繊維板又はセラミックパネルなどが挙げられる。内装建材２は、材料そのものが多孔質構造で調湿機能を有する材料からなるものであってもよいし、材料自体は調湿機能を有さないが、そこに調湿機能に優れた調湿材を配合することで多孔質構造になり調湿機能を発揮するものであってもよい。
【００１５】
一方、基材３としては、特に制限はなく、二酸化チタン薄膜４の吹き付け時の加熱に耐えられる材料はいずれも使用可能である。この基材３としては、金属、セラミック、ガラス、無機繊維、グラスウール、布、不織布、紙又はプラスチック等が例示される。そして、この基材３は通気性を有することが好ましく、例えば多孔構造体又は繊維集合体からなる基材３が例示される。基材３が多孔構造体である場合には、その多孔構造体はセラミック、ガラス、金属又はプラスチックからなるものが好ましい。セラミックとしては発泡アルミナが例示され、ガラスとしては半融ガラス等が例示される。また、金属としては多孔構造のアルミ箔が例示され、プラスチックとしては、発泡ポリウレタンが例示される。
【００１６】
一方、基材３が繊維集合体である場合、その繊維集合体はセラミックウール、グラスウール、有機繊維、不織布、紙であることが好ましい。そして、繊維集合体を構成する繊維は金属繊維よりも他繊維（セラミックウール、グラスウール、有機繊維、不織布、紙）の方が錆びにくく耐腐食性に優れ、耐久性が良いので好ましい。また、繊維状のものであれば金属よりガラス又は有機系の方が比較的安価であるので好ましい。そして基材３が繊維集合体である場合の形状は、編目構造又は織布構造又は不織布構造であることが比較的高い通気性を有するために好ましい。
【００１７】
そして、基材３が通気性を有する場合には、その通気性を確保するために基材３の気孔率は５０％〜９８％であることが好ましい。気孔率が５０％〜９８％であると、基材３が多くの連続気孔３ａを有し、その連続気孔３ａの内表面に成膜された二酸化チタン薄膜４による十分な光触媒活性が得られるためである。このうち特に好ましい気孔率は７０％〜９５％である。気孔率５０％未満では比表面積が小さくなるため、十分な光触媒活性が得られない。気孔率９８％を越えると機械的強度が弱くなり、建材としての骨格を強度的に維持できない。
【００１８】
この基材３には二酸化チタン薄膜４が成膜される。この二酸化チタン薄膜４は、大気開放型化学気相析出法によって成膜されることが好ましい。大気開放型化学気相析出法とは、大気開放下にて原料ガスを成膜対象基材３表面に吹付けて、化学気相析出（Chemical Vapor Deposition）法により対象基材３表面上に金属酸化物等の薄膜を成膜する方法である。この大気開放型化学気相析出法では、その成膜速度が非常に速く、薄膜の作成が可能であり、更に大面積や複雑形状表面への成膜が容易である。そして、装置自体が比較的安価で、保守管理も簡単である等の様々な特徴を有する。このため、二酸化チタン薄膜４を大気開放型化学気相析出法によって成膜することにより、基材３の断面が直径１μｍ以下の気孔３ａ内部まで全面に均一に成膜可能である。また、粒子形態制御ができ、かつ従来の液体コーティング法では均一成膜が難しかった膜厚１０〜５００ｎｍの極薄膜まで均一成膜が可能になる。
【００１９】
ここで、二酸化チタン薄膜４は、二酸化チタンに３〜７重量％の炭素を含有した炭素ドープ二酸化チタンからなることが好ましい。この二酸化チタン薄膜４を３〜７重量％の炭素を含有した炭素ドープ二酸化チタンとすれば、紫外光下のみならず、可視光下における光触媒活性も十分に発揮されるためである。従って、炭素ドープ二酸化チタンからなる二酸化チタン薄膜４を有する環境機能建材１は、内装建材等の室内用途に適応可能になる。炭素ドープ二酸化チタンの炭素ドープ量を３〜７重量％に規定したのは、３重量％未満では炭素ドープ量不足で、二酸化チタンの紫外可視吸収スペクトルにおける可視光吸収帯の広がりが不十分となって、満足する可視光下での光触媒活性が得られないためであり、７重量％を越えると炭素ドープ量が過剰で、可視光下での光触媒活性は得られるものの、過剰な炭素ドープによる二酸化チタンの結晶性の低下が著しく、光触媒活性における全体の量子効率等が却って低減してしまう問題が生じるためである。
【００２０】
そして、二酸化チタン薄膜４は、基材３の全表面の９５〜１００％に成膜されることが要件とされる。通気性を有する基材３では、その表層だけでなく気孔３ａの内面を含む全表面の９５〜１００％、好ましくは９８〜１００％に二酸化チタン薄膜４が成膜される。これは、気孔３ａの内面における二酸化チタン薄膜４も光触媒として機能するため、優れた光触媒活性を得て、除臭、除菌、防汚、耐シックハウス症に対して効果を生じさせるためである。二酸化チタン薄膜４が基材３の全表面の９５％未満であると光触媒反応に有効な二酸化チタン薄膜４の量が少なくなり光触媒活性が不十分となるため不適切である。また、基材３の表面にバインダーを使用することなく二酸化チタン薄膜４を成膜することによりその触媒活性を向上させることができる。バインダーを使用すると二酸化チタン薄膜４がバインダーに被覆され光触媒活性が低下するからである。また、表面から裏面に連通する複数の気孔３ａを有する基材３に二酸化チタン薄膜４を成膜することにより比表面積を大きくすることができる。
【００２１】
そして、基材３に成膜された二酸化チタン薄膜４の膜厚は１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満であることが更に要件とされる。二酸化チタン薄膜４の膜厚を上記範囲内に規定したのは、二酸化チタン薄膜４の膜厚が１０ｎｍ未満では十分な光触媒活性が得られない。二酸化チタン薄膜４の膜厚が１００ｎｍを越えると十分な光触媒活性が得られるが、膜の剥離強度が弱くなるからである。また、不必要に厚塗りすることは生産効率及びコスト的にも不利である。光触媒は表面反応であるため、一定膜厚以上があれば表面反応は維持されるため、膜厚にどこまでも比例して光触媒活性が向上するものではない。だから一定膜厚が保持されれば十分だからである。二酸化チタン薄膜４の更に好ましい膜厚は４０〜７０ｎｍである。
【００２２】
次に本発明の環境機能建材の製造方法について説明する。
本発明の環境機能建材１は、表面から裏面に連通する複数の気孔３ａを有する基材３を準備し、この基材３の全表面の９５〜１００％に二酸化チタン薄膜４を成膜し、かつこの基材３を内装建材２に積層することにより得られる。二酸化チタン薄膜４の成膜方法は特に限定されず、例えば図３に示すような大気開放型化学気相析出法による大気開放型化学気相析出装置を用いることができる。大気開放型化学気相析出法とは、大気開放下にて原料ガスを成膜対象基材３表面に吹付けて、化学気相析出（Chemical Vapor Deposition）法により対象基材３表面上に金属酸化物等の薄膜を成膜する方法である。
【００２３】
図３に示すように、大気開放型化学気相析出装置１０は、内部にチタン含有原料を載せる試料ボード１１ａが設置可能な原料気化器１１と、原料気化ガスを基材３に向かって噴出する噴出ノズル１３と、一方が気化器１１の側部に接続され他方が噴出ノズル１３頂部に接続された配管１４と、気化器１１で気化した原料気化ガスを配管１４を介して噴出ノズル１３へと運ぶキャリアガスの流量調節器１６と、基材３を保持し、かつ水平方向に可動可能な加熱台１７とをそれぞれ備える。加熱台１７の内部にはヒータ１７ａが設けられ、加熱台１７に保持した基材３を加熱する。また、基材３の内表面へ原料気化ガスを供給し易くするため、加熱台１７と基材３との間にはスペーサ１７ｂ等を配置してもよい。
【００２４】
大気開放型化学気相析出法で用いるチタン含有原料としては、原料を気化させ大気に放出した際に、大気中の酸素或いは水分等と反応して二酸化チタン薄膜４を形成するものであれば特に限定されない。具体的には、チタンテトライソプロポキシド（Ｔｉ(i-Ｃ3Ｈ7Ｏ)4；以下、ＴＴＩＰという。）、チタンＤＰＭ（dipivaloylmethane）錯体、チタンＤＭＨＤ（２，６−ジメチル−３，５−ヘプタンジオン）錯体等が挙げられる。このうちＴＴＩＰは、炭素ドープ二酸化チタンからなる二酸化チタン薄膜４を得る場合において、その炭素ドープ量を制御し易い。炭素ドープ二酸化チタンの炭素ドープ量を制御するために、ＴＴＩＰやチタンＤＰＭ錯体のチタン含有原料が７０重量％以上の割合で含むように有機溶媒に溶解して溶液原料を調製し、この溶液原料を用いて成膜しても良い。溶液原料に使用する有機溶媒としてはイソプロピルアルコール、ヘキサン、シクロヘキサンが挙げられる。
【００２５】
基材３としては前述した通りであり、キャリアガスとしては、加熱下で使用するチタン含有原料と反応しない媒体であれば特に限定されない。具体的には、Ｎ2ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガス、乾燥空気等が挙げられる。なお、図３において符号１８はキャリアガス供給源、符号１９は原料気化器１１、噴出ノズル１３、加熱台１７等を覆う防護チャンバ、符号２１は開閉可能なチャンバ扉、符号２２はチャンバ扉２１の開閉を担うインターロックスイッチをそれぞれ示す。
【００２６】
この装置１０では、先ず、チャンバ１９内の加熱台１７上にスペーサ１７ｂを介して基材３を配置する。続いて所定量に量り取ったチタン含有原料を載せた試料ボード１１ａを原料気化器１１内に設置する。次いで、原料気化器１１内部、配管１４、噴出ノズル１３及び加熱台１７をそれぞれ所望の温度に加熱し、原料気化器１１内部のチタン含有原料を気化させる。次に、流量調節器１６により流量を調節しながらキャリアガス供給源１８からキャリアガスを原料気化器１１に導入する。原料気化ガスは原料気化器１１から配管１４を介して噴出ノズル１３に搬送される。原料気化ガスは、噴出ノズル１３底部に設けられた開口部から基材３表面に向かって噴出され、基材３表面近傍の大気中に含まれる水分と反応して二酸化チタン薄膜４が基材３の内表面も含めた全面に成膜される。
【００２７】
ここで、炭素ドープ二酸化チタンからなる二酸化チタン薄膜４を得る場合には、原料気化ガスの濃度を２×１０-6〜１．６×１０-5ｍｏｌ／Ｌ、供給量を１〜８Ｌ／ｍｉｎとすることで炭素ドープ二酸化チタンの炭素ドープ量を所望のドープ量に制御することができる。また、加熱台１７の温度を制御することで基材３の表面温度を３５０〜７００℃とすることによっても炭素ドープ二酸化チタンの炭素ドープ量を所望のドープ量に制御することができる。基材２の表面温度が３５０℃未満では加熱が不十分となって７重量％を越える炭素が含有された炭素ドープ二酸化チタンが形成され、過剰な炭素ドープによって二酸化チタンの結晶性が著しく低下し、実用に耐えられる光触媒活性が得られなくなる。また基材２の表面温度が７００℃を越えるとアナターゼ型二酸化チタンの含有量が低下する。そして、加熱台１７を所定の速度で水平方向に駆動させることにより、噴出ノズル１３から噴出された原料気化ガスが基材３の表面に均一に吹き付けられ、二酸化チタン薄膜４が均一に成膜される。
【００２８】
二酸化チタン薄膜４の成膜時間等は基材３によって異なるが、例えば、基材３の形状が３０ｍｍ×３０ｍｍ×１．５ｍｍ程度であれば、３μｍ／ｈｒ程度の成膜速度で２分間以内成膜することにより、本発明の多孔質光触媒に好適な二酸化チタン薄膜４が得られる。表面に二酸化チタン薄膜４が成膜された基材３は、その後内装建材２に積層され本発明の環境機能建材１が得られる。ここで、基材３の内装建材２への積層は、プレス加工や接着ライニング等により行われる。なお、基材３の内装建材２への積層は先に行っても良い。即ち、基材３を先に内装建材２に積層し、この内装建材２に積層された基材３の表面に後から二酸化チタン薄膜４を成膜するようにしても良い。
【００２９】
このようにして得られた本発明の環境機能建材１では、基材３に二酸化チタン薄膜４を成膜したので、その二酸化チタン薄膜４も光触媒として機能するため、優れた光触媒活性が得られる。一方、この基材３は通気性を有するので、基材３が積層された内装建材２における調湿機能が害されることもない。よって、調湿機能とともに顕著な防臭、防汚、耐シックハウス症を有する環境機能建材１が得られる。また、大気開放型化学気相析出法により基材３に二酸化チタン薄膜４を成膜することにより、環境機能建材１を比較的安価に得ることが可能になる。また、二酸化チタン薄膜４の膜厚を１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満とするので、成膜された二酸化チタン薄膜４が基材３から剥離するようなこともなく、比較的堅牢な環境機能建材１を得ることができる。
なお、上述した実施の形態では、通気性を有する基材３を用いて説明したが、図２に示すように、基材３は通気性を有しないものであってもよい。
【実施例】
【００３０】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
大気開放型ＣＶＤ装置の気化器にチタンテトライソプロピレート１２ｇを充填し、気化温度８０℃にて加熱し原料揮発ガス体とした。この原料揮発ガス体を窒素キャリアガスにて４Ｌ／ｍｉｎの流速にて噴霧ノズルに供給した。一方、厚さ０．１ｍｍ、一辺３０ｍｍの正方形で、かつ通気性を持たせるため、直径０．５ｍｍの細孔を多数空けたアルミ箔を基材３としてホットプレート上に設置し４００℃にて加熱した。ホットプレートを左右に６ｃｍの振幅で４０ｍｍ／ｍｉｎの速度にて往復運動させた。この状態でホットプレートの上部に設置したノズルからチタンテトライソプロピレート原料揮発ガスを１．５ｍｉｎ噴霧し、表面に膜厚７０ｎｍの二酸化チタン薄膜４を成膜した通気性を保持したアルミ箔からなる基材３を得た。このアルミ箔からなる基材３を、厚さ６ｍｍ、一辺３０ｍｍの正方形の内装建材２である石膏ボード片に機械的にラミネート加工し、アルミ箔を石膏ボードに積層させた環境機能建材１を得た。この図１に示す環境機能建材１を実施例１とした。
なお、この基材３の表面に成膜された二酸化チタン薄膜４の剥離強度を、ＪＩＳの鉛筆硬度試験法に則り測定した結果、鉛筆硬度５Ｈと十分な剥離強度を保持していた。
【００３１】
＜実施例２＞
図２に示すように、基材３として、通気性を確保するための細孔を形成していない、厚さ０．１ｍｍ、一辺３０ｍｍの正方形のアルミ箔を用い、実施例１と同一の条件及び手順により、表面に膜厚７０ｎｍの二酸化チタン薄膜４を成膜した通気性を有さないアルミ箔からなる基材３を得た。このアルミ箔からなる基材３を、実施例１と同一の内装建材２である石膏ボード片に機械的にラミネート加工し、アルミ箔を石膏ボードに積層させた環境機能建材１を得た。この図２に示す環境機能建材１を実施例２とした。
なお、この基材３の表面に成膜された二酸化チタン薄膜４の剥離強度を、ＪＩＳの鉛筆硬度試験法に則り測定した結果、鉛筆硬度５Ｈと十分な剥離強度を保持していた。
【００３２】
＜実施例３＞
チタン含有原料としてチタンテトライソプロピレート（ＴＴＩＰ）の代わりに、そのＴＴＩＰが８５重量％、イソプロピルアルコールが１５重量％の割合となるように、ＴＴＩＰをイソプロピルアルコールに溶解した溶液原料を用いた。これ以外は実施例１と同様にして二酸化チタン薄膜４を成膜した通気性を保持したアルミ箔からなる基材３を得た。得られた基材３をＸ線光電子分光分析装置（X-ray Photoelectron Spectroscopy；ＸＰＳ）により組成分析した結果、二酸化チタン薄膜４における炭素含有率は６．５重量％であることが判明した。この基材３を、実施例１と同一の内装建材２である石膏ボード片に機械的にラミネート加工し、アルミ箔を石膏ボードに積層させた環境機能建材１を得た。この環境機能建材１を実施例３とした。
なお、この基材３の表面に成膜された二酸化チタン薄膜４の剥離強度を、ＪＩＳの鉛筆硬度試験法に則り測定した結果、鉛筆硬度５Ｈと十分な剥離強度を保持していた。
【００３３】
＜比較例１＞
比較例として二酸化チタン薄膜４をコーティングしない厚さ６ｍｍ、一辺３０ｍｍの正方形の石膏ボード片からなる内装建材を準備した。この内装建材を比較例１とした。
【００３４】
＜比較試験１＞
実施例１〜実施例３及び比較例１の建材をそれぞれ用い、光触媒性能評価試験法IIａ（２００１年度版）ガスバックＡ法（光触媒製品技術協議会）に準拠した方法により、アセトアルデヒドの分解活性を指標として、光触媒活性を測定した。先ず、コック付きテドラーバックに実施例１〜実施例３及び比較例１の建材をそれぞれ別に封入した。次いで、それらのテドラーバック内にアセトアルデヒド濃度２０ｐｐｍに調整した空気を１Ｌ充填した。次に、充填後のテドラーバックを３０分間静置した。テドラーバックに空気を充填した直後、３０分間静置後におけるテドラーバック中のアセトアルデヒド濃度をガス検知管（ガステック製；９２Ｍ）にてそれぞれ測定した。続いて紫外線ランプを用いて３０分間静置後のテドラーバックに波長３５０ｎｍ程度のＵＶ光を照射した。そして、ＵＶ光照射３０分後、１時間後におけるテドラーバック中のアセトアルデヒド濃度をガス検知管によりそれぞれ測定した。
実施例１〜実施例３及び比較例1のそれぞれの建材を用いた試験におけるテドラーバック中のアセトアルデヒド残存率とＵＶ光照射時間との関係を図４に示す。
＜比較試験２＞
実施例１及び比較例１の建材をそれぞれ用い、ＪＩＳＡ１４７０−２「調湿建材の吸放湿試験方法」によりその調湿機能を測定した。同条件の温度周期変化で測定した結果、実施例１及び比較例１ともほぼ同様の相対湿度周期変化、絶対湿度周期変化を示した。
【００３５】
＜評価＞
図４から明らかなように、実施例１〜実施例３の環境機能建材では、紫外光照射時間１時間以内でアセトアルデヒド残存率がゼロとなる優れた光触媒活性を示した。これに対して比較例１の建材ではアセトアルデヒドを全く分解しなかった。これは実施例１〜実施例３では、基材３の表面に成膜された二酸化チタン薄膜４がアセトアルデヒドを分解したことに起因するものと考えられる。
一方、比較試験２の結果から、実施例１及び比較例１の双方の建材における調湿機能はほとんど同一の機能を有することが判る。実施例１では内装建材に基材が積層されるけれども、その積層された基材が通気性を有することにより内装建材の調湿機能を害していないことによるものと考えられる。よって、本発明の環境機能建材は、調湿機能とともに顕著な防臭、防汚、耐シックハウス症を有することが判る。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明実施形態の環境機能建材の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の別の環境機能建材の構造を示す断面図である。
【図３】大気開放型化学気相析出装置の構成図である。
【図４】実施例１及び比較例１の建材を用いたアセトアルデヒド残存率とＵＶ照射時間との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１ 環境機能建材
２ 内装建材
３ 基材
４ 二酸化チタン薄膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、住宅の室内壁面などに施工される建材であって、室内空間の空気環境に対して、湿度の調整や臭いの除去、有害ガス成分の除去など、環境を改善する機能を発揮することができる環境機能建材及びこのような建材を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、住宅の室内壁面に施工される建材として、珪藻土などの調湿材を含有する内装建材が知られている。この内装建材は、室内環境の空気中に過剰の湿気が含まれているときには、空気中の湿気を吸湿保持することで、室内環境の湿度を下げ、室内環境が乾燥してくると、吸湿保持した水分を環境中に放出することで環境の湿度を上げる作用がある。その結果、室内環境は一定の湿度範囲に調整され、居住者にとって快適な湿度環境が維持できる。そして、内装建材に含まれる調湿材として、ホルムアルデヒドやアンモニアなどを吸着する機能のある材料を使用すると、室内に設置された家具や壁紙などから放出されシックハウス症候群の原因になるとされている揮発ガス成分を、内装建材に吸着して、室内環境から除去することができ、その内装建材に、脱臭機能を持たせることもできる。
【０００３】
また、酸化チタンは、表面に付着した有機物などを分解することができ、揮発ガス成分を分解して無害な物質に変える光触媒機能を有することが知られている。従って、内装建材の材料に酸化チタンを配合して環境を改善しうる環境機能建材とする技術も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この環境機能建材では、少なくとも表面が多孔質構造であり調湿機能を有する内装建材と、この内装建材の表面に存在する多孔質構造の細孔に、バインダーを介さずに担持された光触媒機能を有する酸化チタン微粒子とを備える。そしてこれを製造する方法は、内装建材の表面に、酸化チタン微粒子の供給源がＴｉ濃度として０．４〜５．０重量％含有され、実質的にバインダー成分を含まない水溶液を、塗布量１０〜５００ｇ／ｍ2で塗布し乾燥させている。
【０００４】
また、別の環境機能建材として、二酸化チタンの結晶配向膜をある特定方向に配向させたものも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この環境機能建材の表面における二酸化チタンからなる結晶配向膜は、その結晶表面と垂直方向に（００１）、（１００）、（２１１）、（１０１）及び（１１０）からなる結晶面から選択された方向に配向された抗菌性材料により構成される。そして、結晶配向膜の厚さが０．１μｍ以上であることが更に要求され、結晶配向膜を形成する結晶の粒径が０．１〜１０μｍであり、粒径分布が実質的に平均値±１００％であることを特徴としている。この環境機能建材では、二酸化チタンの結晶配向膜を上述したような特定方向に配向させることにより、顕著な抗菌性を有する建材が得られるとしている。
【特許文献１】特開２００４−７６４９４号公報（特許請求の範囲、図１）
【特許文献２】特開平１０−９５９３５号公報（明細書［００１２］、［００１３］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１には、液体コーティング法により、内装建材の表面に光触媒膜を直接成膜する手法が呈示されており、この手法では内装建材の表面を光触媒が覆ってしまうため、光触媒機能は生じるものの、内装建材本来の調湿機能が失われてしまう欠点があった。また、上記特許文献２には、二酸化チタンからなる結晶配向膜の厚さが０．１μｍ以上必要であることが必要とされており、０．１μｍ以上の厚さに成膜する作業に時間が掛かりその単価を押し上げる不具合があった。また、二酸化チタン膜が比較的厚いため、その剥離強度が弱くなり、その二酸化チタンからなる膜が内装建材から剥がれ易くなる等の欠点があった。
本発明の目的は、防臭、防汚、耐シックハウス症を有する比較的安価かつ堅牢な環境機能建材及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、図１に示すように、内装建材２と、その内装建材２に積層された基材３と、その基材３の表面に直接成膜された二酸化チタン薄膜４とを備え、その二酸化チタン薄膜４の膜厚が１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満である環境機能建材である。
請求項９に係る発明は、大気開放型化学気相析出法により基材３の表面に二酸化チタン薄膜４を膜厚１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満で成膜する工程と、その基材３を内装建材２に積層する工程とを含む環境機能建材の製造方法である。
この請求項１に記載された環境機能建材及び請求項９に記載されたその製造方法では、基材３に二酸化チタン薄膜４を成膜し、その二酸化チタン薄膜４の膜厚が１０〜１００ｎｍであるので、著しい光触媒活性を発揮し、かつ十分な剥離強度を保持できる。従って、成膜時間も短縮でき、コストも削減できる。そして、成膜された二酸化チタン薄膜４が基材３から剥離するようなこともなく、比較的堅牢な環境機能建材１を得ることができる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、二酸化チタン薄膜４が基材３の全表面の９５〜１００％に成膜された環境機能建材である。
請求項１０に係る発明は、請求項９に係る発明であって、二酸化チタン薄膜４を基材３の全表面の９５〜１００％に成膜する環境機能建材の製造方法である。
この請求項２に記載された環境機能建材及び請求項１０に記載されたその製造方法では、基材３の全表面の９５〜１００％に二酸化チタン薄膜４を成膜したので、その二酸化チタン薄膜４も光触媒として機能するため、優れた光触媒活性が得られ、防臭、防汚、耐シックハウス症を有する環境機能建材１を得ることができる。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、基材３が通気性を有する環境機能建材である。
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明であって、基材３が多孔構造又は編目構造又は織布構造又は不織布構造を有する環境機能建材である。
請求項１１に係る発明は、請求項９又は１０に係る発明であって、通気性を有する基材３を用いる環境機能建材の製造方法である。
請求項１２に係る発明は、請求項１１に係る発明であって、基材３が多孔構造又は編目構造又は織布構造又は不織布構造を有する環境機能建材の製造方法である。
この請求項３及び請求項４に記載された環境機能建材並びに請求項１１及び請求項１２に記載されたその製造方法では、通気性を有する基材３を用いるので、その基材３が積層された内装建材２が調湿機能を有する場合にはその調湿機能が害されることもない。よって、調湿機能とともに防臭、防汚、耐シックハウス症を有する環境機能建材１を得ることができる。
【０００９】
請求項５に係る発明は、請求項1ないし４いずれか１項に係る発明であって、二酸化チタン薄膜４が大気開放型化学気相析出法により基材３の表面に成膜された環境機能建材である。
この請求項５に記載された環境機能建材では、成膜時間も短縮でき、コストも削減できるので、更に安価な環境機能建材を得ることができる。
請求項６に係る発明は、請求項1ないし５いずれか１項に係る発明であって、二酸化チタン薄膜４が二酸化チタンに３〜７重量％の炭素を含有した炭素ドープ二酸化チタンからなる環境機能建材である。
この請求項６に記載された環境機能建材では、二酸化チタン薄膜４として炭素ドープ二酸化チタンからなるものを使用するので、炭素ドープにより光触媒活性に寄与する光吸収帯が紫外領域から可視光領域へと拡がって、紫外光下のみならず、可視光下における光触媒活性も十分に発揮させることができる。
【００１０】
請求項７に係る発明は、請求項1ないし６いずれか１項に係る発明であって、内装建材２が、石膏ボード、ケイカル板、パーティクルボード、木材合板、繊維板、プラスチック板、セラミックパネル、コンクリート、タイル又はガラスブロックである環境機能建材である。
請求項１３に係る発明は、請求項９ないし１２いずれか１項に係る発明であって、内装建材２として、石膏ボード、ケイカル板、パーティクルボード、木材合板、繊維板、プラスチック板、セラミックパネル、コンクリート、タイル又はガラスブロックを用いる環境機能建材の製造方法である。
この請求項７に記載された環境機能建材及び請求項１２に記載された環境機能建材の製造方法では、内装建材２が優れた調湿機能を有するので、その優れた調湿機能とともに顕著な防臭、防汚、耐シックハウス症を有する環境機能建材１を得ることができる。
【００１１】
請求項８に係る発明は、請求項１ないし７いずれか１項に係る発明であって、基材３が金属、セラミック、ガラス、無機繊維、グラスウール、布、不織布、紙又はプラスチックである環境機能建材である。
請求項１４に係る発明は、請求項９ないし１３いずれか１項に係る発明であって、基材３として、金属、セラミック、ガラス、無機繊維、グラスウール、布、不織布、紙又はプラスチックを用いる環境機能建材の製造方法である。
この請求項８に記載された環境機能建材及び請求項１４に記載された環境機能建材の製造方法では、二酸化チタン薄膜４を成膜する基材３に十分な強度を保持でき、比較的堅牢な環境機能建材１を得ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の環境機能建材では、調湿機能を有する内装建材と、内装建材と、その内装建材に積層された基材と、その基材の表面に直接成膜された二酸化チタン薄膜とを備え、その二酸化チタン薄膜の膜厚が１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満であるので、著しい光触媒活性を発揮し、かつ十分な剥離強度を保持できる。従って、成膜時間も短縮でき、コストも削減できる。そして、成膜された二酸化チタン薄膜が基材から剥離するようなこともなく、比較的堅牢な環境機能建材を得ることができる。
【００１３】
この場合、二酸化チタン薄膜が基材の全表面の９５〜１００％に成膜されれば、その二酸化チタン薄膜が光触媒として機能するため、防臭、防汚、耐シックハウス症を有する環境機能建材を得ることができ、基材が編目構造又は織布構造又は不織布構造等であって通気性を有するものであれば、調湿機能を有する環境機能建材を得ることができる。
また、内装建材が、石膏ボード、ケイカル板、パーティクルボード、木材合板、繊維板、プラスチック板、セラミックパネル、コンクリート、タイル又はガラスブロックであれば、内装建材が優れた調湿機能を有するので、その優れた調湿機能を得ることができ、基材が金属、セラミック、ガラス、無機繊維、グラスウール、布、不織布、紙又はプラスチックであれば、二酸化チタン薄膜を成膜する基材に十分な強度を保持でき、比較的堅牢な環境機能建材を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本発明の環境機能建材１は、内装建材２と、この内装建材２に積層された基材３とを備える。この実施の形態における内装建材２は調湿機能を有するものであって、その内装建材２に積層された基材３は通気性を有するものである。内装建材２は、通常の建築施工に利用されている調湿機能を有する建材と同様の材料および構造が採用できる。この内装建材２の具体例としては、珪藻土などの調湿材を含有するタイル、石膏ボード、コンクリート、ガラスブロック、ケイカル板、パーティクルボード、木材合板、繊維板又はセラミックパネルなどが挙げられる。内装建材２は、材料そのものが多孔質構造で調湿機能を有する材料からなるものであってもよいし、材料自体は調湿機能を有さないが、そこに調湿機能に優れた調湿材を配合することで多孔質構造になり調湿機能を発揮するものであってもよい。
【００１５】
一方、基材３としては、特に制限はなく、二酸化チタン薄膜４の吹き付け時の加熱に耐えられる材料はいずれも使用可能である。この基材３としては、金属、セラミック、ガラス、無機繊維、グラスウール、布、不織布、紙又はプラスチック等が例示される。そして、この基材３は通気性を有することが好ましく、例えば多孔構造体又は繊維集合体からなる基材３が例示される。基材３が多孔構造体である場合には、その多孔構造体はセラミック、ガラス、金属又はプラスチックからなるものが好ましい。セラミックとしては発泡アルミナが例示され、ガラスとしては半融ガラス等が例示される。また、金属としては多孔構造のアルミ箔が例示され、プラスチックとしては、発泡ポリウレタンが例示される。
【００１６】
一方、基材３が繊維集合体である場合、その繊維集合体はセラミックウール、グラスウール、有機繊維、不織布、紙であることが好ましい。そして、繊維集合体を構成する繊維は金属繊維よりも他繊維（セラミックウール、グラスウール、有機繊維、不織布、紙）の方が錆びにくく耐腐食性に優れ、耐久性が良いので好ましい。また、繊維状のものであれば金属よりガラス又は有機系の方が比較的安価であるので好ましい。そして基材３が繊維集合体である場合の形状は、編目構造又は織布構造又は不織布構造であることが比較的高い通気性を有するために好ましい。
【００１７】
そして、基材３が通気性を有する場合には、その通気性を確保するために基材３の気孔率は５０％〜９８％であることが好ましい。気孔率が５０％〜９８％であると、基材３が多くの連続気孔３ａを有し、その連続気孔３ａの内表面に成膜された二酸化チタン薄膜４による十分な光触媒活性が得られるためである。このうち特に好ましい気孔率は７０％〜９５％である。気孔率５０％未満では比表面積が小さくなるため、十分な光触媒活性が得られない。気孔率９８％を越えると機械的強度が弱くなり、建材としての骨格を強度的に維持できない。
【００１８】
この基材３には二酸化チタン薄膜４が成膜される。この二酸化チタン薄膜４は、大気開放型化学気相析出法によって成膜されることが好ましい。大気開放型化学気相析出法とは、大気開放下にて原料ガスを成膜対象基材３表面に吹付けて、化学気相析出（Chemical Vapor Deposition）法により対象基材３表面上に金属酸化物等の薄膜を成膜する方法である。この大気開放型化学気相析出法では、その成膜速度が非常に速く、薄膜の作成が可能であり、更に大面積や複雑形状表面への成膜が容易である。そして、装置自体が比較的安価で、保守管理も簡単である等の様々な特徴を有する。このため、二酸化チタン薄膜４を大気開放型化学気相析出法によって成膜することにより、基材３の断面が直径１μｍ以下の気孔３ａ内部まで全面に均一に成膜可能である。また、粒子形態制御ができ、かつ従来の液体コーティング法では均一成膜が難しかった膜厚１０〜５００ｎｍの極薄膜まで均一成膜が可能になる。
【００１９】
ここで、二酸化チタン薄膜４は、二酸化チタンに３〜７重量％の炭素を含有した炭素ドープ二酸化チタンからなることが好ましい。この二酸化チタン薄膜４を３〜７重量％の炭素を含有した炭素ドープ二酸化チタンとすれば、紫外光下のみならず、可視光下における光触媒活性も十分に発揮されるためである。従って、炭素ドープ二酸化チタンからなる二酸化チタン薄膜４を有する環境機能建材１は、内装建材等の室内用途に適応可能になる。炭素ドープ二酸化チタンの炭素ドープ量を３〜７重量％に規定したのは、３重量％未満では炭素ドープ量不足で、二酸化チタンの紫外可視吸収スペクトルにおける可視光吸収帯の広がりが不十分となって、満足する可視光下での光触媒活性が得られないためであり、７重量％を越えると炭素ドープ量が過剰で、可視光下での光触媒活性は得られるものの、過剰な炭素ドープによる二酸化チタンの結晶性の低下が著しく、光触媒活性における全体の量子効率等が却って低減してしまう問題が生じるためである。
【００２０】
そして、二酸化チタン薄膜４は、基材３の全表面の９５〜１００％に成膜されることが要件とされる。通気性を有する基材３では、その表層だけでなく気孔３ａの内面を含む全表面の９５〜１００％、好ましくは９８〜１００％に二酸化チタン薄膜４が成膜される。これは、気孔３ａの内面における二酸化チタン薄膜４も光触媒として機能するため、優れた光触媒活性を得て、除臭、除菌、防汚、耐シックハウス症に対して効果を生じさせるためである。二酸化チタン薄膜４が基材３の全表面の９５％未満であると光触媒反応に有効な二酸化チタン薄膜４の量が少なくなり光触媒活性が不十分となるため不適切である。また、基材３の表面にバインダーを使用することなく二酸化チタン薄膜４を成膜することによりその触媒活性を向上させることができる。バインダーを使用すると二酸化チタン薄膜４がバインダーに被覆され光触媒活性が低下するからである。また、表面から裏面に連通する複数の気孔３ａを有する基材３に二酸化チタン薄膜４を成膜することにより比表面積を大きくすることができる。
【００２１】
そして、基材３に成膜された二酸化チタン薄膜４の膜厚は１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満であることが更に要件とされる。二酸化チタン薄膜４の膜厚を上記範囲内に規定したのは、二酸化チタン薄膜４の膜厚が１０ｎｍ未満では十分な光触媒活性が得られない。二酸化チタン薄膜４の膜厚が１００ｎｍを越えると十分な光触媒活性が得られるが、膜の剥離強度が弱くなるからである。また、不必要に厚塗りすることは生産効率及びコスト的にも不利である。光触媒は表面反応であるため、一定膜厚以上があれば表面反応は維持されるため、膜厚にどこまでも比例して光触媒活性が向上するものではない。だから一定膜厚が保持されれば十分だからである。二酸化チタン薄膜４の更に好ましい膜厚は４０〜７０ｎｍである。
【００２２】
次に本発明の環境機能建材の製造方法について説明する。
本発明の環境機能建材１は、表面から裏面に連通する複数の気孔３ａを有する基材３を準備し、この基材３の全表面の９５〜１００％に二酸化チタン薄膜４を成膜し、かつこの基材３を内装建材２に積層することにより得られる。二酸化チタン薄膜４の成膜方法は特に限定されず、例えば図３に示すような大気開放型化学気相析出法による大気開放型化学気相析出装置を用いることができる。大気開放型化学気相析出法とは、大気開放下にて原料ガスを成膜対象基材３表面に吹付けて、化学気相析出（Chemical Vapor Deposition）法により対象基材３表面上に金属酸化物等の薄膜を成膜する方法である。
【００２３】
図３に示すように、大気開放型化学気相析出装置１０は、内部にチタン含有原料を載せる試料ボード１１ａが設置可能な原料気化器１１と、原料気化ガスを基材３に向かって噴出する噴出ノズル１３と、一方が気化器１１の側部に接続され他方が噴出ノズル１３頂部に接続された配管１４と、気化器１１で気化した原料気化ガスを配管１４を介して噴出ノズル１３へと運ぶキャリアガスの流量調節器１６と、基材３を保持し、かつ水平方向に可動可能な加熱台１７とをそれぞれ備える。加熱台１７の内部にはヒータ１７ａが設けられ、加熱台１７に保持した基材３を加熱する。また、基材３の内表面へ原料気化ガスを供給し易くするため、加熱台１７と基材３との間にはスペーサ１７ｂ等を配置してもよい。
【００２４】
大気開放型化学気相析出法で用いるチタン含有原料としては、原料を気化させ大気に放出した際に、大気中の酸素或いは水分等と反応して二酸化チタン薄膜４を形成するものであれば特に限定されない。具体的には、チタンテトライソプロポキシド（Ｔｉ(i-Ｃ3Ｈ7Ｏ)4；以下、ＴＴＩＰという。）、チタンＤＰＭ（dipivaloylmethane）錯体、チタンＤＭＨＤ（２，６−ジメチル−３，５−ヘプタンジオン）錯体等が挙げられる。このうちＴＴＩＰは、炭素ドープ二酸化チタンからなる二酸化チタン薄膜４を得る場合において、その炭素ドープ量を制御し易い。炭素ドープ二酸化チタンの炭素ドープ量を制御するために、ＴＴＩＰやチタンＤＰＭ錯体のチタン含有原料が７０重量％以上の割合で含むように有機溶媒に溶解して溶液原料を調製し、この溶液原料を用いて成膜しても良い。溶液原料に使用する有機溶媒としてはイソプロピルアルコール、ヘキサン、シクロヘキサンが挙げられる。
【００２５】
基材３としては前述した通りであり、キャリアガスとしては、加熱下で使用するチタン含有原料と反応しない媒体であれば特に限定されない。具体的には、Ｎ2ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガス、乾燥空気等が挙げられる。なお、図３において符号１８はキャリアガス供給源、符号１９は原料気化器１１、噴出ノズル１３、加熱台１７等を覆う防護チャンバ、符号２１は開閉可能なチャンバ扉、符号２２はチャンバ扉２１の開閉を担うインターロックスイッチをそれぞれ示す。
【００２６】
この装置１０では、先ず、チャンバ１９内の加熱台１７上にスペーサ１７ｂを介して基材３を配置する。続いて所定量に量り取ったチタン含有原料を載せた試料ボード１１ａを原料気化器１１内に設置する。次いで、原料気化器１１内部、配管１４、噴出ノズル１３及び加熱台１７をそれぞれ所望の温度に加熱し、原料気化器１１内部のチタン含有原料を気化させる。次に、流量調節器１６により流量を調節しながらキャリアガス供給源１８からキャリアガスを原料気化器１１に導入する。原料気化ガスは原料気化器１１から配管１４を介して噴出ノズル１３に搬送される。原料気化ガスは、噴出ノズル１３底部に設けられた開口部から基材３表面に向かって噴出され、基材３表面近傍の大気中に含まれる水分と反応して二酸化チタン薄膜４が基材３の内表面も含めた全面に成膜される。
【００２７】
ここで、炭素ドープ二酸化チタンからなる二酸化チタン薄膜４を得る場合には、原料気化ガスの濃度を２×１０-6〜１．６×１０-5ｍｏｌ／Ｌ、供給量を１〜８Ｌ／ｍｉｎとすることで炭素ドープ二酸化チタンの炭素ドープ量を所望のドープ量に制御することができる。また、加熱台１７の温度を制御することで基材３の表面温度を３５０〜７００℃とすることによっても炭素ドープ二酸化チタンの炭素ドープ量を所望のドープ量に制御することができる。基材２の表面温度が３５０℃未満では加熱が不十分となって７重量％を越える炭素が含有された炭素ドープ二酸化チタンが形成され、過剰な炭素ドープによって二酸化チタンの結晶性が著しく低下し、実用に耐えられる光触媒活性が得られなくなる。また基材２の表面温度が７００℃を越えるとアナターゼ型二酸化チタンの含有量が低下する。そして、加熱台１７を所定の速度で水平方向に駆動させることにより、噴出ノズル１３から噴出された原料気化ガスが基材３の表面に均一に吹き付けられ、二酸化チタン薄膜４が均一に成膜される。
【００２８】
二酸化チタン薄膜４の成膜時間等は基材３によって異なるが、例えば、基材３の形状が３０ｍｍ×３０ｍｍ×１．５ｍｍ程度であれば、３μｍ／ｈｒ程度の成膜速度で２分間以内成膜することにより、本発明の多孔質光触媒に好適な二酸化チタン薄膜４が得られる。表面に二酸化チタン薄膜４が成膜された基材３は、その後内装建材２に積層され本発明の環境機能建材１が得られる。ここで、基材３の内装建材２への積層は、プレス加工や接着ライニング等により行われる。なお、基材３の内装建材２への積層は先に行っても良い。即ち、基材３を先に内装建材２に積層し、この内装建材２に積層された基材３の表面に後から二酸化チタン薄膜４を成膜するようにしても良い。
【００２９】
このようにして得られた本発明の環境機能建材１では、基材３に二酸化チタン薄膜４を成膜したので、その二酸化チタン薄膜４も光触媒として機能するため、優れた光触媒活性が得られる。一方、この基材３は通気性を有するので、基材３が積層された内装建材２における調湿機能が害されることもない。よって、調湿機能とともに顕著な防臭、防汚、耐シックハウス症を有する環境機能建材１が得られる。また、大気開放型化学気相析出法により基材３に二酸化チタン薄膜４を成膜することにより、環境機能建材１を比較的安価に得ることが可能になる。また、二酸化チタン薄膜４の膜厚を１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満とするので、成膜された二酸化チタン薄膜４が基材３から剥離するようなこともなく、比較的堅牢な環境機能建材１を得ることができる。
なお、上述した実施の形態では、通気性を有する基材３を用いて説明したが、図２に示すように、基材３は通気性を有しないものであってもよい。
【実施例】
【００３０】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
大気開放型ＣＶＤ装置の気化器にチタンテトライソプロピレート１２ｇを充填し、気化温度８０℃にて加熱し原料揮発ガス体とした。この原料揮発ガス体を窒素キャリアガスにて４Ｌ／ｍｉｎの流速にて噴霧ノズルに供給した。一方、厚さ０．１ｍｍ、一辺３０ｍｍの正方形で、かつ通気性を持たせるため、直径０．５ｍｍの細孔を多数空けたアルミ箔を基材３としてホットプレート上に設置し４００℃にて加熱した。ホットプレートを左右に６ｃｍの振幅で４０ｍｍ／ｍｉｎの速度にて往復運動させた。この状態でホットプレートの上部に設置したノズルからチタンテトライソプロピレート原料揮発ガスを１．５ｍｉｎ噴霧し、表面に膜厚７０ｎｍの二酸化チタン薄膜４を成膜した通気性を保持したアルミ箔からなる基材３を得た。このアルミ箔からなる基材３を、厚さ６ｍｍ、一辺３０ｍｍの正方形の内装建材２である石膏ボード片に機械的にラミネート加工し、アルミ箔を石膏ボードに積層させた環境機能建材１を得た。この図１に示す環境機能建材１を実施例１とした。
なお、この基材３の表面に成膜された二酸化チタン薄膜４の剥離強度を、ＪＩＳの鉛筆硬度試験法に則り測定した結果、鉛筆硬度５Ｈと十分な剥離強度を保持していた。
【００３１】
＜実施例２＞
図２に示すように、基材３として、通気性を確保するための細孔を形成していない、厚さ０．１ｍｍ、一辺３０ｍｍの正方形のアルミ箔を用い、実施例１と同一の条件及び手順により、表面に膜厚７０ｎｍの二酸化チタン薄膜４を成膜した通気性を有さないアルミ箔からなる基材３を得た。このアルミ箔からなる基材３を、実施例１と同一の内装建材２である石膏ボード片に機械的にラミネート加工し、アルミ箔を石膏ボードに積層させた環境機能建材１を得た。この図２に示す環境機能建材１を実施例２とした。
なお、この基材３の表面に成膜された二酸化チタン薄膜４の剥離強度を、ＪＩＳの鉛筆硬度試験法に則り測定した結果、鉛筆硬度５Ｈと十分な剥離強度を保持していた。
【００３２】
＜実施例３＞
チタン含有原料としてチタンテトライソプロピレート（ＴＴＩＰ）の代わりに、そのＴＴＩＰが８５重量％、イソプロピルアルコールが１５重量％の割合となるように、ＴＴＩＰをイソプロピルアルコールに溶解した溶液原料を用いた。これ以外は実施例１と同様にして二酸化チタン薄膜４を成膜した通気性を保持したアルミ箔からなる基材３を得た。得られた基材３をＸ線光電子分光分析装置（X-ray Photoelectron Spectroscopy；ＸＰＳ）により組成分析した結果、二酸化チタン薄膜４における炭素含有率は６．５重量％であることが判明した。この基材３を、実施例１と同一の内装建材２である石膏ボード片に機械的にラミネート加工し、アルミ箔を石膏ボードに積層させた環境機能建材１を得た。この環境機能建材１を実施例３とした。
なお、この基材３の表面に成膜された二酸化チタン薄膜４の剥離強度を、ＪＩＳの鉛筆硬度試験法に則り測定した結果、鉛筆硬度５Ｈと十分な剥離強度を保持していた。
【００３３】
＜比較例１＞
比較例として二酸化チタン薄膜４をコーティングしない厚さ６ｍｍ、一辺３０ｍｍの正方形の石膏ボード片からなる内装建材を準備した。この内装建材を比較例１とした。
【００３４】
＜比較試験１＞
実施例１〜実施例３及び比較例１の建材をそれぞれ用い、光触媒性能評価試験法IIａ（２００１年度版）ガスバックＡ法（光触媒製品技術協議会）に準拠した方法により、アセトアルデヒドの分解活性を指標として、光触媒活性を測定した。先ず、コック付きテドラーバックに実施例１〜実施例３及び比較例１の建材をそれぞれ別に封入した。次いで、それらのテドラーバック内にアセトアルデヒド濃度２０ｐｐｍに調整した空気を１Ｌ充填した。次に、充填後のテドラーバックを３０分間静置した。テドラーバックに空気を充填した直後、３０分間静置後におけるテドラーバック中のアセトアルデヒド濃度をガス検知管（ガステック製；９２Ｍ）にてそれぞれ測定した。続いて紫外線ランプを用いて３０分間静置後のテドラーバックに波長３５０ｎｍ程度のＵＶ光を照射した。そして、ＵＶ光照射３０分後、１時間後におけるテドラーバック中のアセトアルデヒド濃度をガス検知管によりそれぞれ測定した。
実施例１〜実施例３及び比較例1のそれぞれの建材を用いた試験におけるテドラーバック中のアセトアルデヒド残存率とＵＶ光照射時間との関係を図４に示す。
＜比較試験２＞
実施例１及び比較例１の建材をそれぞれ用い、ＪＩＳＡ１４７０−２「調湿建材の吸放湿試験方法」によりその調湿機能を測定した。同条件の温度周期変化で測定した結果、実施例１及び比較例１ともほぼ同様の相対湿度周期変化、絶対湿度周期変化を示した。
【００３５】
＜評価＞
図４から明らかなように、実施例１〜実施例３の環境機能建材では、紫外光照射時間１時間以内でアセトアルデヒド残存率がゼロとなる優れた光触媒活性を示した。これに対して比較例１の建材ではアセトアルデヒドを全く分解しなかった。これは実施例１〜実施例３では、基材３の表面に成膜された二酸化チタン薄膜４がアセトアルデヒドを分解したことに起因するものと考えられる。
一方、比較試験２の結果から、実施例１及び比較例１の双方の建材における調湿機能はほとんど同一の機能を有することが判る。実施例１では内装建材に基材が積層されるけれども、その積層された基材が通気性を有することにより内装建材の調湿機能を害していないことによるものと考えられる。よって、本発明の環境機能建材は、調湿機能とともに顕著な防臭、防汚、耐シックハウス症を有することが判る。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明実施形態の環境機能建材の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の別の環境機能建材の構造を示す断面図である。
【図３】大気開放型化学気相析出装置の構成図である。
【図４】実施例１及び比較例１の建材を用いたアセトアルデヒド残存率とＵＶ照射時間との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１ 環境機能建材
２ 内装建材
３ 基材
４ 二酸化チタン薄膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内装建材(2)と、前記内装建材(2)に積層された基材(3)と、前記基材(3)の表面に直接成膜された二酸化チタン薄膜(4)とを備え、前記二酸化チタン薄膜(4)の膜厚が１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満である環境機能建材。
【請求項２】
二酸化チタン薄膜(4)が基材(3)の全表面の９５〜１００％に成膜された請求項1記載の環境機能建材。
【請求項３】
基材(3)が通気性を有する請求項1又は２記載の環境機能建材。
【請求項４】
基材(3)が多孔構造又は編目構造又は織布構造又は不織布構造を有する請求項３記載の環境機能建材。
【請求項５】
二酸化チタン薄膜(4)が大気開放型化学気相析出法により基材(3)の表面に成膜された請求項1ないし４いずれか１項に記載の環境機能建材。
【請求項６】
二酸化チタン薄膜(4)が二酸化チタンに３〜７重量％の炭素を含有した炭素ドープ二酸化チタンからなる請求項1ないし５いずれか１項に記載の環境機能建材。
【請求項７】
内装建材(2)が、石膏ボード、ケイカル板、パーティクルボード、木材合板、繊維板、プラスチック板、セラミックパネル、コンクリート、タイル又はガラスブロックである請求項１ないし６いずれか１項に記載の環境機能建材。
【請求項８】
基材(3)が金属、セラミック、ガラス、無機繊維、グラスウール、布、不織布、紙又はプラスチックである請求項１ないし７いずれか１項に記載の環境機能建材。
【請求項９】
大気開放型化学気相析出法により基材(3)の表面に二酸化チタン薄膜(4)を膜厚１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満で成膜する工程と、
前記基材(3)を内装建材(2)に積層する工程と
を含む環境機能建材の製造方法。
【請求項１０】
二酸化チタン薄膜(4)を基材(3)の全表面の９５〜１００％に成膜する請求項９記載の環境機能建材の製造方法。
【請求項１１】
通気性を有する基材(3)を用いる請求項９又は１０記載の環境機能建材の製造方法。
【請求項１２】
基材(3)が多孔構造又は編目構造又は織布構造又は不織布構造を有する請求項１１記載の環境機能建材の製造方法。
【請求項１３】
内装建材(2)として、石膏ボード、ケイカル板、パーティクルボード、木材合板、繊維板、プラスチック板、セラミックパネル、コンクリート、タイル又はガラスブロックを用いる請求項９ないし１２いずれか１項に記載の環境機能建材の製造方法。
【請求項１４】
基材(3)として、金属、セラミック、ガラス、無機繊維、グラスウール、布、不織布、紙又はプラスチックを用いる請求項９ないし１３いずれか１項に記載の環境機能建材の製造方法。
【請求項１】
内装建材(2)と、前記内装建材(2)に積層された基材(3)と、前記基材(3)の表面に直接成膜された二酸化チタン薄膜(4)とを備え、前記二酸化チタン薄膜(4)の膜厚が１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満である環境機能建材。
【請求項２】
二酸化チタン薄膜(4)が基材(3)の全表面の９５〜１００％に成膜された請求項1記載の環境機能建材。
【請求項３】
基材(3)が通気性を有する請求項1又は２記載の環境機能建材。
【請求項４】
基材(3)が多孔構造又は編目構造又は織布構造又は不織布構造を有する請求項３記載の環境機能建材。
【請求項５】
二酸化チタン薄膜(4)が大気開放型化学気相析出法により基材(3)の表面に成膜された請求項1ないし４いずれか１項に記載の環境機能建材。
【請求項６】
二酸化チタン薄膜(4)が二酸化チタンに３〜７重量％の炭素を含有した炭素ドープ二酸化チタンからなる請求項1ないし５いずれか１項に記載の環境機能建材。
【請求項７】
内装建材(2)が、石膏ボード、ケイカル板、パーティクルボード、木材合板、繊維板、プラスチック板、セラミックパネル、コンクリート、タイル又はガラスブロックである請求項１ないし６いずれか１項に記載の環境機能建材。
【請求項８】
基材(3)が金属、セラミック、ガラス、無機繊維、グラスウール、布、不織布、紙又はプラスチックである請求項１ないし７いずれか１項に記載の環境機能建材。
【請求項９】
大気開放型化学気相析出法により基材(3)の表面に二酸化チタン薄膜(4)を膜厚１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満で成膜する工程と、
前記基材(3)を内装建材(2)に積層する工程と
を含む環境機能建材の製造方法。
【請求項１０】
二酸化チタン薄膜(4)を基材(3)の全表面の９５〜１００％に成膜する請求項９記載の環境機能建材の製造方法。
【請求項１１】
通気性を有する基材(3)を用いる請求項９又は１０記載の環境機能建材の製造方法。
【請求項１２】
基材(3)が多孔構造又は編目構造又は織布構造又は不織布構造を有する請求項１１記載の環境機能建材の製造方法。
【請求項１３】
内装建材(2)として、石膏ボード、ケイカル板、パーティクルボード、木材合板、繊維板、プラスチック板、セラミックパネル、コンクリート、タイル又はガラスブロックを用いる請求項９ないし１２いずれか１項に記載の環境機能建材の製造方法。
【請求項１４】
基材(3)として、金属、セラミック、ガラス、無機繊維、グラスウール、布、不織布、紙又はプラスチックを用いる請求項９ないし１３いずれか１項に記載の環境機能建材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−３０７６２３（Ｐ２００６−３０７６２３Ａ）
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２６９３３４（Ｐ２００５−２６９３３４）
【出願日】平成１７年９月１６日（２００５．９．１６）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月１６日（２００５．９．１６）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
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