JPH09300515A

JPH09300515A - 光触媒機能を有する建築材料およびその製造法

Info

Publication number: JPH09300515A
Application number: JP8115048A
Authority: JP
Inventors: Kunio Kimura; 邦夫木村; Yasuhiro Fujii; 康浩藤井; Susumu Kobayashi; 晋小林; Atsushi Nishino; 敦西野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-05-09
Filing date: 1996-05-09
Publication date: 1997-11-25

Abstract

(57)【要約】【課題】長期間にわたって発揮する脱臭、防汚および
抗菌機能を備えた建築材料を提供する。【解決手段】光触媒および吸着剤を、有機系もしくは
無機系の結合材とともに基材表面に皮膜として形成する
ことにより、光触媒および吸着剤による脱臭、防汚、抗
菌性の各機能を備えるとともに、吸着剤に一旦吸着した
臭気成分を光触媒反応で酸化浄化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光触媒による脱
臭、防汚、抗菌等の機能を備えた建築材料に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年の住環境の快適化への要望の高まり
から、防臭、防汚、抗菌等を目的とした商品が数多く開
発されている。そのなかで、室温で光が存在するところ
で機能する光触媒の特性を、種々の建築材料用途に利用
する提案がされている。例えば、特開平６−２０９９８
５号公報には、表面に酸化チタンからなる光触媒膜を形
成したタイルについて提案されている。また、特開平６
−２７８２４１号公報には、表面に酸化チタン等の膜を
形成した壁材やガラス等の建築材料について提案されて
いる。これらの光触媒を含む膜の形成には、有機化合物
を出発原料とするゾルーゲル法、溶射により形成する方
法、あるいは繊維質の中に粉末として分散させる方法な
どがとられている。また、現在、吸着剤を混在させるか
もしくはコーティングし、脱臭機能を付与した壁紙が実
用化されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】建築材料のうち、例え
ば壁紙等、光に暴露される面積が大きいものに対して、
このような光触媒による防臭、防汚、抗菌性等を付与す
る要求が高まっている。しかし、光触媒層を形成するた
めに上記のような熱分解性のチタン化合物を用いた溶射
や、熱分解といった手法は、タイルやセラミックス、ガ
ラスなど比較的耐熱性の高い基材には適用可能である
が、壁紙等に用いる紙などの耐熱性の低い基材に対して
は適用できない。また、これらの手法は、大面積を必要
とする用途に対しては、経済性の観点から実用化が困難
である。また、上記のような光触媒を表面に添加した建
築材料は、光が照射されている間はその光触媒機能が期
待できるものの、夜間や光が照射されていない時には、
光触媒機能が作用しないという欠点を有する。一方、吸
着剤を壁紙中に含ませる手法は、一旦吸着量が飽和に達
すると、その効用が消滅するという致命的な欠点を抱え
ている。本発明は、これらの問題点を解決するものであ
り、脱臭、防汚、抗菌等の機能を長期間にわたって発揮
する建築材料を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の建築材料は、基
材表面に形成する皮膜の表面に光触媒、吸着剤および結
合材を含むものであり、特にその光触媒の一部を表面に
露出させるものである。これにより、吸着剤により臭気
成分を吸着除去するとともに、光触媒により抗菌作用を
発揮させることができる。また、吸着剤により吸着され
た臭気成分は、光触媒によって酸化分解することができ
るため、メンテナンスフリーで長期間脱臭作用が発揮さ
れる。

【０００５】光触媒は、半導体より構成され、これにバ
ンドギャップ以上の光を照射すると、きわめて大きな酸
化力を有するヒドロキシラジカル（・ＯＨ）とスーパー
オキサイドイオン（Ｏ^2-）が生成される。生成したスー
パーオキサイドイオンは、室温でも非常に活性が高いた
め、臭気成分や汚れの成分である可燃性の化合物は、こ
のスーパーオキサイドイオンにより完全酸化されて、Ｃ
Ｏ₂やＨ₂Ｏとなって浄化される。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の光触媒機能を有する建築
材料は、基材および基材の表面に形成された皮膜を備
え、かつ皮膜が、その表面に光触媒、吸着剤および結合
材を含む層を備えたものである。吸着剤を含むことによ
り、夜間や部屋を使用していない時にも、吸着剤による
脱臭が行われる。光が照射されている時は、吸着剤と光
触媒の双方により、臭気や汚れの浄化、あるいは抗菌等
の作用が発揮される。また、光触媒を含むことにより、
夜間等に吸着された臭気成分を光触媒作用によって酸化
浄化することができる。したがって、メンテナンスの必
要なく、長期間にわたって脱臭、防汚、あるいは抗菌作
用が有効に働くものである。さらに、本発明を構成する
光触媒、吸着剤および無機系結合材は、遠赤外線の高放
射体でもある。このため、本発明の建築材料は、上述し
た脱臭、防汚および抗菌の各効果の他に、遠赤外線の暖
房効果も期待できる。すなわち、エアコンや石油ストー
ブから対流によって得られた熱を、人体への吸収に優れ
た遠赤外線に変換させ、快適な暖房源となる。

【０００７】また、光触媒がアナターゼ型ＴｉＯ₂であ
ることが好ましい。建築材料に光触媒機能を付与する光
触媒としては、従来より知られているＴｉＯ₂、Ｚｒ
Ｏ₂、ＳｒＴｉＯ₃、Ｔａ₂Ｏ₅などを用いることが可能で
ある。とりわけ、ＴｉＯ₂は、活性が高く、また入手が
容易であるので好ましい。ＴｉＯ₂の中でも、アナター
ゼ型で、なおかつ粒径の小さいものは、優れた光触媒能
を有する。また、ＴｉＯ₂は、光触媒としての他、白色
顔料として用いることができる点でも好ましい。従来よ
り、ＴｉＯ₂は、壁紙等の白色顔料として使用されてい
るが、皮膜の内層に添加されるため、空気との接触は断
たれており、光触媒能は発揮されない。本発明では、こ
れら光触媒を外表面に露出させ、その光触媒能を発揮さ
せるものである。

【０００８】さらに、吸着剤が、ペンタシル型、モルデ
ナイト、およびＹ型からなる群より選択される少なくと
も一種のゼオライトであることが好ましい。臭気の吸着
機能に優れ、吸着剤として一般に用いられるゼオライト
には、結晶構造の違いから種々の型が天然に存在し、も
しくは人工的にも合成されている。これらの中で、本発
明に用いるゼオライトとしては、吸着機能の点で特に優
れるペンタシル型、モルデナイト、あるいはＹ型が望ま
しい。中でもペンタシル型ゼオライトのうち、水素イオ
ン交換したＺＳＭ−５型ゼオライト（Ｈ−ＺＳＭ−５）
およびナトリウムイオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライ
ト（Ｎａ−ＺＳＭ−５）は、アルデヒドやジメチルジス
ルフィドなどの通常の吸着剤では吸着除去が困難な臭気
成分に対しても優れた吸着機能を示すことから好まし
い。

【０００９】また、結合材が、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、お
よびアルミン酸カルシウムから選択される少なくとも一
種の無機化合物を含むことが好ましい。本発明では、光
触媒と吸着剤を基材表面に接着させる結合材として、有
機系結合材、無機系結合材の双方とも用いることが可能
である。結合材として無機系結合材を用いると、一般的
に熱処理することによって優れた強度が得られる。しか
しながら、紙や樹脂を基本組成とする壁紙に対しては、
１００℃以上に加熱することが困難なため、使用可能な
結合材は限定される。そのため、本発明で用いる無機系
の結合材としては、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、無水アルミン
酸カルシウム等が挙げられる。これらは、室温で結合さ
せることが可能なものであり、また結合力に優れるとと
もに、結合後の状態が多孔質であるため、光触媒機能を
十分に発揮させることができる。

【００１０】一方、有機系の結合材もまた、壁紙の表面
に強固に密着させることができるため、優れた結着性を
示す。有機系結合材としては、本質的に種々のものが使
用可能であるが、現在広く壁紙の表面コート処理層に用
いられているポリ塩化ビニールは、強度、耐久性あるい
は経済性でも優れており、本発明でも光触媒と吸着剤の
結合材として用いることができる。しかし、有機系結合
材は、光触媒や吸着剤の表面の一部をコーティングして
しまい、これらの特性を十分に発揮させることが困難と
なる場合も生じる。したがって、結合材として有機系を
選択するか無機系を選択するかは、目的に応じて行う。

【００１１】配合する光触媒、吸着剤および結合材のう
ち、結合材の比率が小さいと、結合力が弱く、耐摩耗性
が劣るが、一方で触媒機能や脱臭機能は向上する。逆に
この比率が大きい場合は、結合力にはすぐれるものの、
触媒機能や脱臭機能は劣ってくる。したがって、光触媒
および吸着剤の配合比の和を、これら光触媒、吸着剤お
よび結合材の和に対して３０〜６０重量％とすることに
より、優れた触媒機能および脱臭機能を有するととも
に、機械的強度も優れた建築材料を得ることができる。
光触媒と吸着剤の比率は、除去を目的とする臭気などに
より決定されるが、光触媒は光が照射されてはじめて有
効に作用するため、できるだけ表面に露出させた方が効
率がよくなるのに対して、吸着剤は、必ずしも表面に露
出させなくとも吸着機能を発揮できるため、通常は光触
媒／吸着剤を重量比で１以上にすることが望ましい。

【００１２】本発明の光触媒機能を有する建築材料の製
造法は、無水珪酸コロイド、無水アルミン酸コロイドお
よび無水アルミン酸カルシウムからなる群より選択され
る少なくとも一種の無機化合物と、光触媒と、吸着剤を
含んだスラリーを基材上に塗布し、乾燥させる工程を含
むものである。一例を挙げると、Ｈ_xＳｉ_yＯ_z（ｘ、ｙ
およびｚはいずれも整数）で表される無水珪酸コロイド
のコロイド状懸濁液を出発原料とする。この液に光触媒
や吸着剤を混合して得られたスラリーを基材に塗布し、
水分を除去することによって、無水珪酸コロイドは、乾
燥過程で重合し、ＳｉＯ₂となって結合材として働く。
このようにして、目的とする脱臭、防汚、抗菌等の機能
を有した建築材料が得られる。無水珪酸コロイドに代え
て無水アルミン酸コロイドを用いた場合も同様である。
出発原料を無水アルミン酸カルシウム（Ａｌ₂Ｏ₃・Ｃａ
Ｏで通常セメントと呼ばれている）とした場合は、これ
に水を添加して室温で水和（Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＯ・ｎＨ₂
Ｏ、ｎは整数）させることによって結合させる。本発明
では、無水アルミン酸カルシウムとして、ポルトランド
セメント、あるいはアルミナセメントなどが使用可能で
ある。市販されているポルトランドセメントは、鉄など
の不純物により着色しているため、白色であるアルミナ
セメントの方が適用範囲が広く、好ましい。上述した無
水珪酸コロイド、無水アルミン酸コロイドおよび無水ア
ルミン酸カルシウムは、単独もしくはこれらを混合して
結合材として用いることが可能である。必要により、粘
度などを調整するために、水、増粘剤などを添加するこ
とは任意である。また、必要に応じて有機系結合材を添
加し、耐摩耗性を向上させることもできる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の光触媒機能を有する建築材料
の実施例として、壁紙に用いた場合について、詳細に説
明する。

【００１４】《実施例１》光触媒としてＴｉＯ₂粉末を
１００ｇ、吸着剤としてＮａ−ＺＳＭ−５を５０ｇ、お
よび結合材としてポリ塩化ビニール／アクリル混合樹脂
（固形分：１８％、溶媒：メチルエチルケトン）を８５
０ｇ混合したものをボールミルで３時間、撹拌して、ス
ラリーを調製した。あらかじめ発泡剤を含むポリ塩化ビ
ニールを印刷塗布された基材原紙１の表面に、さらに上
記のスラリーを、グラビア印刷機を用いて目付量が乾燥
状態で５ｇ／ｍ²になるように印刷した。ついで、これ
を８０℃で乾燥後、エンボス加工機で部分的に昇温さ
せ、エンボス加工を行い、図１に示す光触媒機能を備え
た壁紙を得た。

【００１５】この壁紙は、基材となる原紙１の表面に、
立体感を付与させるための発泡層２がエンボス加工によ
り形成されている。さらに発泡層２の表面には、壁紙表
面のつやを消去し、高級感を持たせる表面コート層３が
形成されている。従来の壁紙では、表面コート層３に艶
消しのため、酸化ケイ素や炭酸カルシウム、水酸化アル
ミニウムなどが用いられているが、本実施例の壁紙は、
この表面コート層３に、これらの充填剤に代えて光触
媒、吸着剤を含むものである。なお、表面コート層３の
表面にさらに、種々の模様を施した化粧層を設けること
もできる。このようにして得られた壁紙を長さ３０ｃ
ｍ、幅３０ｃｍに切断し、これを試験片として以下の検
討に用いた。

【００１６】得られた試験片の臭気の浄化能を、ガスク
ロマトグラフを用いて以下のようにして測定した。試験
片を、容量２００リットルのアクリル樹脂製のボックス
内に配されたステンレス鋼製のバット内に配置した後、
バットの上に、外部から開けることが出来るようにひも
を付けたふたをして密封する。臭気成分として用いるア
セトアルデヒドを、初期濃度が１０ｐｐｍとなるように
ボックス中に注入し、その後、ひもを引っ張ってふたを
開け、同時に３０ｃｍの高さより１０Ｗのブラックライ
ト蛍光灯を用いて波長３５０ｎｍの光を試験片に照射し
た。ボックス内部の空気をファンで攪拌しながら、シリ
ンジでガスを採取してそのガス中の臭気成分濃度を測定
した。また、同様に光触媒および吸着剤を含まない壁紙
について同様に臭気成分濃度の測定を行った。これらの
結果を図２に示す。これより、本実施例の壁紙は、臭気
成分に対して優れた浄化能を示すことがわかる。

【００１７】《実施例２》ＴｉＯ₂粉末を１００ｇ、Ｎ
ａ−ＺＳＭ−５を５０ｇ、および結合材としてコロイダ
ルシリカ溶液（固形分：３０ｗｔ％）を５００ｇ混合し
たものを、ボールミルで３時間撹拌して、スラリーを調
製した。実施例１と同様に、あらかじめ発泡剤を含むポ
リ塩化ビニールを印刷塗布された基材原紙の表面に、グ
ラビア印刷機を用いて上記のスラリーを目付量が乾燥状
態で３ｇ／ｍ²になるように印刷した。その後、この原
紙を８０℃で乾燥し、部分的に昇温させてエンボス加工
を行って壁紙を得た。この壁紙を長さ３０ｃｍ、幅３０
ｃｍに切断したものを試験片とした。この試験片につい
て実施例１と同様の評価を行った結果、アセトアルデヒ
ド濃度は、初期濃度に対してそれぞれ１時間経過後には
５３％、２時間経過後には４８％、３時間経過後には４
５％にまで低下しており、優れた浄化能を有することが
わかる。

【００１８】同様の壁紙を用いて、以下のようにして抗
菌効果について試験を行った。まず、培養液に指標菌を
懸濁させて試験菌液を調製し、同時に生菌数測定を行っ
た。培養液には１００倍に希釈した普通ブイヨン培地を
用い、また指標菌には、枯草菌（B.subtilis)、大腸菌
（E.coli)および黄色ブドウ状球菌(S.aureus)の３種を
それぞれ用いた。壁紙を幅５ｃｍ、長さ５ｃｍに切断し
た試験片を無菌シャーレに入れ、その上に上記試験菌液
を撒きかけ、遮光下、蛍光灯下および実施例１と同様の
ブラックライト下の３種類の培養条件下でそれぞれ静置
培養した。１２時間培養後、撒きかけた試験液を回収
し、その生菌数を測定した。

【００１９】一般に、特定培養条件下の検体の抗菌効果
は、培養前生菌数（初発菌数）と、培養後生菌数の差と
なって現れる。すなわち、培養後生菌数が初発菌数に比
べて増加している場合、検体には細菌の増殖阻止能（鎮
菌効果）がないと判断される。また、培養後生菌数が初
発菌数とほぼ等しければ、検体は増殖阻止能を有すると
判断される。さらに培養後生菌数が初発菌数に比べて明
らかに減少している場合、検体は抗菌効果（殺菌効果）
を有すると判断される。本実験の結果を表１に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】これより、本実施例の壁紙は、蛍光灯程度
の紫外線強度であっても明かな抗菌効果を有し、これよ
り太陽光等のより強力な紫外線源の下では極めて強い抗
菌効果を有することがわかる。

【００２２】《実施例３》実施例２と同様のスラリーに
おいて、コロイダルシリカの代わりに水ガラス（固形
分：３３％）を用い、さらに水１００ｇを混合したスラ
リーと、同様にコロイダルシリカに代えてアルミナセメ
ント１５０ｇおよび水１００ｇを混合したスラリーをそ
れぞれ調製した。これらのスラリーを用いて、それぞれ
実施例１と同様の試験片を作製し、臭気の浄化能の評価
を行った。その結果、水ガラスを用いた場合のアセトア
ルデヒドの濃度は、初期濃度に対してそれぞれ１時間経
過後で６０％、２時間経過後で５６％、３時間経過後で
５３％まで低下し、優れた浄化能を有することが確認さ
れた。また、アルミナセメントを用いた場合は、それぞ
れ１時間経過後で５５％、２時間経過後で５０％、３時
間経過後で４８％まで低下し、同様に優れた浄化能を有
することが確認された。

【００２３】上記実施例１、２および３で作製した壁紙
を用い、防汚性の評価を行った。汚染材料として、あら
かじめ採取したたばこの「やに」を用い、これら試験片
に塗布した。これらの試験片を実施例１と同様の評価装
置に入れ、実施例１と同様のブラックライトを５時間照
射した後の浄化能（防汚性）の程度を、目視により評価
した。その結果、シリカゾル（実施例２）〜アルミナセ
メント（実施例３）＞水ガラス（実施例３）＞ポリ塩化
ビニール（実施例１）の順で浄化能が優れていた。この
うち、シリカゾルおよびアルミナセメントをそれぞれ結
合材として用いた壁紙は、やにをほぼ完全に浄化してお
り、優れた浄化能を有することが確認された。これは、
シリカあるいはアルミナ自体が浄化能を有するため、添
加した光触媒の作用に加えてその効果が発揮されたこと
によると考えられる。これらについで、結合材に水ガラ
スを用いたものが浄化能に優れ、ポリ塩化ビニールを用
いたものは、浄化能は認められるものの、かすかに汚れ
が残存してした。これは、有機系結合材は、密着性に優
れるため、光触媒の表面を被覆してしまい、光触媒機能
を十分に発揮できないものと考えられる。

【００２４】《実施例４》実施例２と同様のスラリーに
おいて、コロイダルシリカの代わりにコロイダルアルミ
ナ（固形分：３０％）を用い、さらに水１００ｇを混合
してスラリーを調製した。このスラリーを用いて、実施
例１と同様の評価を行った結果、アセトアルデヒドの濃
度は、１時間経過後で５５％、２時間経過後で４９％、
３時間経過後で４７％まで低下し、優れた臭気浄化能を
有することが確認された。

【００２５】同様の試料を用いて、以下に示す評価を行
った。評価試験装置は実施例１と同様とした。初期濃度
測定後、ふたを開け、ブラックライトを照射しない遮光
下で吸着のみによるアセトアルデヒドの濃度変化を測定
した。その結果、アセトアルデヒド濃度は１時間経過後
で６２％、２時間経過後で５６％、３時間経過後で５４
％まで低下した。これより、優れた吸着機能を有するこ
とが確認された。

【００２６】その後、ボックス内を大気中に解放し、ブ
ラックライトを３時間照射した。次いで、この試験片に
ついてブラックライトを照射して同様の評価を行ったと
ころ、アセトアルデヒドの濃度は、１時間経過後で５６
％、２時間経過後で４９％、３時間経過後で４６％にま
で低下しており、実施例５の試験片とほぼ同等の結果が
得られた。したがって、光照射によって吸着剤により吸
着されたアセトアルデヒドは酸化分解され、吸着剤の吸
着機能は元の状態に戻っていることがわかる。これよ
り、実用に際しては、より紫外線強度の強い条件下で用
いられるため、光触媒により吸着剤の吸着機能は十分に
再生されることがわかる。

【００２７】上記実施例では、壁紙について説明した
が、光の照射される条件下で用いられるあらゆる建築材
料に対して同様な効果が得られる。

【００２８】

【発明の効果】本発明によると、長期間にわたって浄化
能を発揮し、かつ防汚、抗菌等の機能を備えた建築材料
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の建築材料の模式的な縦断面
図である。

【図２】同建築材料の光の照射時間に対する臭気成分の
浄化能を示す特性図である。

【符号の説明】

１原紙２発泡層３表面コート処理層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西野敦大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基材および前記基材の表面に形成された
皮膜を備え、かつ前記皮膜が、その表面に光触媒、吸着
剤および結合材を含む層を備えた光触媒機能を有する建
築材料。
【請求項２】前記光触媒がアナターゼ型ＴｉＯ₂であ
る請求項１記載の光触媒機能を有する建築材料。
【請求項３】前記吸着剤が、ペンタシル型、モルデナ
イト、およびＹ型からなる群より選択される少なくとも
一種のゼオライトである請求項１記載の光触媒機能を有
する建築材料。
【請求項４】前記ペンタシル型ゼオライトが、Ｈ−Ｚ
ＳＭ−５またはＮａ−ＺＳＭ−５のいずれかである請求
項３記載の光触媒機能を有する建築材料。
【請求項５】前記結合材が、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、お
よびアルミン酸カルシウムから選択される少なくとも一
種の無機化合物を含む請求項１記載の光触媒機能を有す
る建築材料。
【請求項６】前記光触媒がアナターゼ型ＴｉＯ₂であ
り、かつ前記吸着剤がＮａ−ＺＳＭ−５ゼオライトであ
る請求項１記載の光触媒機能を有する建築材料。
【請求項７】無水珪酸コロイド、無水アルミン酸コロ
イドおよび無水アルミン酸カルシウムからなる群より選
択される少なくとも一種の無機化合物と、光触媒と、吸
着剤を含んだスラリーを基材上に塗布し、乾燥させる工
程を含む光触媒機能を有する建築材料の製造法。