JP2014054600A - Method for producing photocatalytic function material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光触媒機能材料の製造方法に関し、さらに詳しくは、基材上に高い光触媒能を有する光触媒層を形成することができる、光触媒機能材料の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a photocatalytic functional material, and more particularly to a method for producing a photocatalytic functional material capable of forming a photocatalytic layer having high photocatalytic activity on a substrate.
光触媒は、光を照射することにより強い酸化力を有するラジカルを発生させ、有機物を酸化して分解できることが知られている。こうした光触媒を種々の基材に担持した光触媒材料が提案されている。例えば特許文献1,2には、不織布を基材とし、その基材上に無機化合物等が設けられ、その無機化合物等の上に光触媒が担時した光触媒材料が提案されている。
It is known that a photocatalyst can generate a radical having a strong oxidizing power when irradiated with light and oxidize and decompose organic substances. Photocatalytic materials in which such a photocatalyst is supported on various base materials have been proposed. For example,
特許文献1には、不織布の繊維表面にシリカ薄膜又は無機系酸化物膜を形成し、その上に光触媒を設ける技術が提案されている。この技術は、不織布の繊維材料の表面に設けられたシリカ薄膜又は無機系酸化物膜を、光触媒反応による分解が起こり難い材料として設けた点に特徴があり、その結果、不織布の剛性、靱性、多孔性といった基材としての好ましい特性を損なうことなく、光触媒反応が原因となる強度劣化や有臭のガス成分の放出を防止することができるとしている。
また、特許文献2には、繊維の表面にその繊維中の金属酸化物成分の含有率が連続的に変化する成分傾斜構造を有した無機/有機成分傾斜性繊維の製造技術について提案されている。そして、その無機/有機成分傾斜性繊維を加工して不織布とし、その不織布の表面に、光触媒活性材料などの機能性無機材料の薄膜を設けた機能性繊維製品が提案されている。その無機/有機成分傾斜性繊維は、光触媒活性材料などの機能性無機材料などの担持が可能であると共に、実用的な強度を有し、軽量で安価であるとされている。
しかしながら、特許文献1で提案された技術は、シリカ薄膜や無機酸化物膜の形成工程が複雑且つ煩雑であり、また、特許文献2で提案された技術も、製造工程が極めて煩雑で、コストが嵩むという難点があった。また、特許文献1,2を含む光触媒機能材料の分野では、光触媒機能を高めることが要請されている。
However, the technique proposed in
本発明の目的は、基材上に高い光触媒能を有する光触媒層を形成することができる、光触媒機能材料の製造方法を提供することにある。 The objective of this invention is providing the manufacturing method of a photocatalyst functional material which can form the photocatalyst layer which has high photocatalytic ability on a base material.
上記課題を解決するための本発明に係る光触媒機能材料の製造方法は、基材を準備する工程と、前記基材の表面の全て又は一部に光触媒材料層を形成する工程と、前記光触媒材料層をプラズマ処理し、光触媒能を有する光触媒層を形成する工程と、前記光触媒層に下記式(1)を満たす条件で可視光を照射する工程とを有することを特徴とする。 The method for producing a photocatalytic functional material according to the present invention for solving the above problems includes a step of preparing a base material, a step of forming a photocatalytic material layer on all or part of the surface of the base material, and the photocatalytic material. The step of plasma-treating the layer to form a photocatalytic layer having photocatalytic activity and the step of irradiating the photocatalytic layer with visible light under a condition satisfying the following formula (1) are characterized.
本発明に係る光触媒機能材料の製造方法は、前記光触媒層形成工程において、前記プラズマ処理で用いる放電ガスを、アルゴンガス、二酸化炭素ガス、一酸化炭素ガス、窒素ガス、アンモニアガス、四フッ化炭素、六フッ化硫黄、又はそれらを含む混合ガスとしてもよい。 In the method for producing a photocatalytic functional material according to the present invention, in the photocatalyst layer forming step, the discharge gas used in the plasma treatment is argon gas, carbon dioxide gas, carbon monoxide gas, nitrogen gas, ammonia gas, carbon tetrafluoride. , Sulfur hexafluoride, or a mixed gas containing them.
本発明に係る光触媒機能材料の製造方法において、前記光触媒材料層が、酸化チタン系光触媒材料層、酸化タングステン系光触媒材料層、酸化亜鉛系光触媒層、酸化鉄系光触媒層、チタン酸ストロンチウム系光触媒層、硫化カドミウム系光触媒層、ガリウム砒素系光触媒層、及びガリウムリン系光触媒材料層から選ばれるいずれかの層であるように構成してもよい。 In the method for producing a photocatalytic functional material according to the present invention, the photocatalyst material layer includes a titanium oxide photocatalyst material layer, a tungsten oxide photocatalyst material layer, a zinc oxide photocatalyst layer, an iron oxide photocatalyst layer, and a strontium titanate photocatalyst layer. Alternatively, the cadmium sulfide photocatalyst layer, the gallium arsenide photocatalyst layer, and the gallium phosphorous photocatalyst material layer may be used.
本発明に係る光触媒機能材料の製造方法において、前記基材を準備する工程と前記光触媒材料層を形成する工程との間に、無機層を前記基材の表面の全部又は一部に形成する工程を有するように構成してもよい。 In the method for producing a photocatalytic functional material according to the present invention, a step of forming an inorganic layer on all or part of the surface of the substrate between the step of preparing the substrate and the step of forming the photocatalyst material layer You may comprise so that it may have.
本発明によれば、高い光触媒機能を発現する光触媒機能材料を製造することができる。より詳しくは、本発明に係る光触媒機能材料の製造方法によれば、基材表面の全て又は一部に形成された光触媒材料層をプラズマ処理し、その後に所定の条件で可視光を照射処理することによって、その光触媒機能を高めることができる。 According to the present invention, a photocatalytic functional material that exhibits a high photocatalytic function can be produced. More specifically, according to the method for producing a photocatalytic functional material according to the present invention, the photocatalyst material layer formed on all or part of the substrate surface is subjected to plasma treatment, and then irradiated with visible light under predetermined conditions. Thus, the photocatalytic function can be enhanced.
以下、本発明に係る光触媒機能材料の製造方法について説明する。本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。 Hereinafter, the method for producing the photocatalytic functional material according to the present invention will be described. The present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist thereof.
[光触媒機能材料の製造方法]
本発明に係る光触媒機能材料11の製造方法は、図1〜図4に示す光触媒機能材料を製造する方法である。すなわち、その製造方法は、図3及び図4に示すように、基材1を準備する工程(準備工程)と、基材1の表面の全て又は一部に光触媒材料層3’を形成する工程(光触媒材料層形成工程)と、光触媒材料層3’をプラズマ処理し、光触媒能を有する光触媒層3を形成する工程(光触媒層形成工程)と、その後に前記光触媒層3に下記式(1)を満たす条件で可視光を照射する工程(可視光照射工程)とを有する。
[Method for producing photocatalytic functional material]
The method for producing the photocatalytic
こうした光触媒機能材料11の製造方法によれば、光触媒材料層3’をプラズマ処理して光触媒層3を形成する光触媒層形成工程の後に、光触媒層3に可視光を上記条件で照射する可視光照射工程を有するので、表面が平面又は曲面の基材(図示しない)のみならず、3次元構造を持つ不織布基材や織布基材のように繊維材料1’等が複雑に入り組んだ基材1(図1(A))や、表面に3次元構造を持つ基材1(図1(B))であっても、隅々にまで処理することができるプラズマ処理によって、光触媒材料層3’から光触媒層3にすることができ、さらにその後の可視光照射工程によって、その光触媒層3の光触媒機能を高めることができる。
According to such a method for producing the photocatalytic
以下、光触媒機能材料の製造方法について順次説明するとともに、各構成要素についても併せて説明する。 Hereinafter, the manufacturing method of the photocatalytic functional material will be described in order, and each component will also be described.
なお、基材1の表面の全て又は一部に光触媒材料層3’や必要に応じて無機層2を形成する。以下では、基材1の表面が平面又は曲面の場合(図示しない)や、基材1の表面に3次元構造を持つ場合(図1(B))には、「基材1の表面」は文字どおりであるが、不織布基材又は織布基材の場合(図1(A)、図2)には、その構造上、「繊維材料1’」を「基材1」と読み替える。すなわち、「基材1の表面」とは、基材の種類により、基材1の表裏両面の場合もあるし、基材1が持つ3次元構造部分の表面の場合もあるし、基材1が不織布基材等である場合は、その不織布基材等を構成する繊維材料1’の表面の場合もある。そして、「全部又は一部」とは、そうした表面の全部又は一部のことである。
The
(準備工程)
準備工程は、図3(A)及び図4(A)に示すように、3次元構造を有する基材1を準備する工程である。表面が平面又は曲面の基材(図示しない)であってもよいし、表面に3次元構造を持つ基材(図1(B))であってもよいし、不織布基材又は織布基材のような繊維材料1’(図1(A)、図2)であってもよい。これらのうち、3次元構造を持つ基材1は、その一部又は全部が3次元構造であるものを含む。例えば、繊維材料1’で構成された不織布基材や織布基材、又は多孔質基材のように、その全部が3次元構造を持つ基材であってもよいし、表面に凹凸形状が設けられた基材のように、その一部である表面が3次元構造を持つ基材であってもよい。なお、少なくとも3次元構造を持つ部分があれば、3次元構造を持たない箇所や領域が一部存在している基材であってもよい。「3次元構造を持つ基材」は、意図的に基材表面に3次元の賦形構造を設けた基材のことであり、意図的に処理していない単純な表面粗さを持つ基材等は、前記した平面基材又は曲面基材に含まれ、3次元構造を持つ基材には含まれない。
(Preparation process)
A preparation process is a process of preparing the
こうした基材1としては、表面が平面又は曲面の基材(図示しない)も好ましく挙げることができるが、(A)不織布基材又は織布基材等のように繊維材料で構成された基材や、(B)表面に3次元構造を持つフィルム状基材等をより好ましく挙げることができる。
As the
(A)繊維材料で構成された基材としては、3次元立体構造の不織布基材や織布基材が好ましい。特に不織布基材は、低コストで入手が容易であり、光触媒層3の比表面積を向上させることができるので、好ましく適用できる。なお、以下では、不織布基材又は織布基材と、その不織布基材又は織布基材を構成する繊維材料1’とを同義(同じ意味合い)で用いることがあり、また、不織布基材と織布基材とをまとめて「不織布基材等」ということがある。
(A) As a base material comprised with a fiber material, the nonwoven fabric base material and woven fabric base material of a three-dimensional solid structure are preferable. In particular, since the nonwoven fabric base material is easily available at low cost and the specific surface area of the
繊維材料1’としては、有機繊維であっても無機繊維であってもよく、例えば、ポリエステル、アクリル樹脂、アクリル系樹脂、アクリル酸エステル系樹脂、ポリアミド樹脂、ビニロン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ビニリデン樹脂、ポリウレタン樹脂、アラミド樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリパラフェニレンオキサゾール(PBO)樹脂、エチレンビニルグリコール樹脂、及びポリ乳酸樹脂等で形成される合成繊維;レーヨン、ポリノジック、キュブラ、及びリヨセル等の再生繊維;アセテート、トリアセテート、及びプロミックス等の半合成繊維;ポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維、パラ系アラミド繊維、ポリパラフェニレンオキサゾール(PBO)繊維、超高分子量ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維、高強度ポリビニルアルコール(PVA)繊維、及び高強度ポリプロピレン(PP)繊維等の高強度、高弾性繊維;ポリイミド(PI)繊維、ポリフェニルサルファイド(PPS)繊維、メタ型アラミド繊維、PAN系炭素繊維、及びポリエーテルエーテルケトン繊維等の高耐熱性、難燃性繊維;ポリ乳酸繊維、ポリカプトラクトン繊維、及びポリブチレンサクシネート繊維等の生分解性繊維;ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)繊維、エチレン−四フッ化エチレン共重合体(ETFE)繊維等のフッ素系繊維;ポリトリメチレンテレフタレート(PTT)繊維;セルロース繊維;ガラス、金属、炭素等の無機繊維;等を挙げることができる。これらの繊維材料1’は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、無機繊維を用いる場合は、そのまま用いてもよいし、上記した無機繊維以外の有機繊維と組み合わせて用いてもよいし、無機繊維の表面を有機質でコーティングして用いてもよいし、ガラス、金属、炭素等の無機繊維中に炭素成分や炭化水素成分等の有機質を混合して用いてもよい。
The
不織布基材の製造方法としては、従来公知の製造方法が適用できる。具体的には、精紡工程で繊維を形成した後、フリース形成工程で繊維の集積層を形成し、その後、繊維間結合工程で繊維同士を結合させて製造できる。精紡工程における精紡方法としては、例えば、エレクトロスピニング法、溶剤湿式冷却ゲル紡糸、エレクトレット法、フラッシュ紡糸等の従来公知の方法を適用でき、フリース形成工程におけるフリース形成法としては、例えば、湿式フリース形成法、乾式フリース形成法、スパンボンド法、エアレイド法等の従来公知の方法を適用でき、繊維間結合工程における繊維同士を結合させる方法としては、例えば、サーマルボンド法、スパンレース法、ニードルパンチ法、ケミカルボンド法等の従来公知の方法を適用できる。また、こうした方法以外にも、一工程で不織布基材を製造する方法として、例えば、積層延伸法、メルトブローン法等を適用できる。また、織布基材は、繊維材料1’を用い、従来公知の織機を用いて製造できる。 A conventionally well-known manufacturing method is applicable as a manufacturing method of a nonwoven fabric base material. Specifically, it can be manufactured by forming fibers in the spinning process, forming a fiber accumulation layer in the fleece forming process, and then bonding the fibers in the interfiber bonding process. As the spinning method in the spinning process, for example, conventionally known methods such as electrospinning method, solvent wet cooling gel spinning, electret method, flash spinning and the like can be applied. As the fleece forming method in the fleece forming process, for example, wet Conventionally known methods such as a fleece forming method, a dry fleece forming method, a spunbond method, and an airlaid method can be applied. Examples of methods for bonding fibers in a fiber bonding process include a thermal bond method, a spunlace method, and a needle. Conventionally known methods such as a punch method and a chemical bond method can be applied. In addition to these methods, for example, a lamination stretching method, a melt blown method, or the like can be applied as a method for producing a nonwoven fabric substrate in one step. In addition, the woven fabric base material can be manufactured using a fiber material 1 'using a conventionally known loom.
不織布基材等(不織布基材又は織布基材。以下同じ。)の空隙率は、光触媒機能材料11の用途によって任意に設計される。例えば、光触媒機能材料11を空気浄化用のフィルターとして用いる場合、不織布基材等の空隙率は、40%以上、90%以下の範囲内であることが好ましい。また、例えば、光触媒機能材料11を水浄化用のフィルターとして用いる場合、不織布基材等の空隙率は、30%以上、70%以下の範囲内であることが好ましい。なお、空隙率は、不織布基材等を構成する繊維材料の総体積と不織布基材等の嵩体積とを測定し、(1−不織布基材等を構成する繊維材料の総体積/不織布基材等の嵩体積)×100、によって計算された値で評価することができる。繊維材料の総体積は、例えば所定量の水中に繊維材料を沈めたときの水面の増量で算出でき、不織布基材等の嵩高さは、例えば不織布基材等の縦×横×高さで算出できる。
The porosity of a nonwoven fabric substrate or the like (nonwoven fabric substrate or woven fabric substrate; the same applies hereinafter) is arbitrarily designed depending on the use of the photocatalytic
不織布基材等を構成する繊維材料の繊維径は、光触媒機能材料11の用途によって任意に設計されるが、例えば0.01μm以上、100μm以下の範囲内であり、より好ましくは0.05μm以上、30μm以下の範囲内である。
The fiber diameter of the fiber material constituting the nonwoven fabric substrate or the like is arbitrarily designed depending on the use of the photocatalytic
(B)表面に3次元構造を持つフィルム状基材としては、表面の3次元構造が凹凸形状等であるものを挙げることができ、例えば、角型、山型、台形型、曲面型、半円型、円筒型等の構造形態を表面に持つフィルム状の基材を含む。その他の形態例としては、プリズムのような三角形、又は、四角形、五角形、六角形又は八角形等の多角形状;半円筒形状(かまぼこ形状)、多面筒形状、半球レンズ形状(蠅の目形状又はモスアイ形状)、多面体レンズ形状、フレネルレンズ形状等の各種レンズ形状;等であってもよい。3次元構造を持つこれらのフィルム状基材は、光学特性を向上させたり、濡れ性を制御したり、接触性やすべり性を改善させたりするために利用されている。 (B) Examples of the film-like substrate having a three-dimensional structure on the surface include those having a three-dimensional structure on the surface that is an uneven shape, such as a square shape, a mountain shape, a trapezoid shape, a curved shape, It includes a film-like substrate having a circular or cylindrical structure on the surface. Examples of other forms include a triangular shape such as a prism, or a polygonal shape such as a quadrangle, pentagon, hexagon, or octagon; a semi-cylindrical shape (kamaboko shape), a polyhedral cylindrical shape, a hemispherical lens shape (an eyelet shape or Moth-eye shape), various lens shapes such as a polyhedral lens shape and a Fresnel lens shape; These film-like substrates having a three-dimensional structure are used for improving optical properties, controlling wettability, and improving contactability and slipperiness.
こうしたフィルム状基材は、樹脂材料又はガラス材料で形成されたフィルム状の基材であり、その表面に凹凸形状等の3次元構造を有している。フィルム状基材の構成材料は特に限定されず、従来公知の各種の樹脂材料やガラス材料を挙げることができる。樹脂材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、これらの共重合体、及びポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート(PCT)等のポリエステル系樹脂を挙げることができる。これらのうちでも、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)、及びこれらの共重合体が好ましく、ポリエチレンナフタレート及びポリエチレンテレフタレートが特に好ましい。また、ノルボルネン系ポリマー、シクロペンテン系ポリマー、シクロブテン系ポリマー等のシクロオレフィン系ポリマーであってもよい。ガラス基材としては、石英ガラス、ソーダガラス、無アルカリガラス等の各種のガラス材料を挙げることができる。 Such a film-like substrate is a film-like substrate formed of a resin material or a glass material, and has a three-dimensional structure such as an uneven shape on the surface thereof. The constituent material of the film-like substrate is not particularly limited, and examples thereof include various conventionally known resin materials and glass materials. Examples of the resin material include polyethylene resins such as polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene naphthalate (PEN), copolymers thereof, and polycyclohexanedimethylene terephthalate (PCT). Can do. Among these, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), and copolymers thereof are preferable, and polyethylene naphthalate and polyethylene terephthalate are particularly preferable. Further, it may be a cycloolefin polymer such as a norbornene polymer, a cyclopentene polymer, or a cyclobutene polymer. Examples of the glass substrate include various glass materials such as quartz glass, soda glass, and alkali-free glass.
3次元構造の構成材料は、ベースとなるフィルム状基材の構成材料と同じであってもよいし、異なる材料であってもよい。例えば、ガラス板の上に上記した樹脂材料で3次元構造を設けたものであってもよい。 The constituent material of the three-dimensional structure may be the same as or different from the constituent material of the base film-like substrate. For example, a three-dimensional structure made of the above-described resin material on a glass plate may be used.
こうしたフィルム状基材は、購入も容易であるし、従来公知の方法で得ることもできる。例えば、3次元構造を持つフィルム状基材を一度に成形したり、3次元構造を持たないフィルム状基材を準備した後にその表面に3次元構造を賦形したりして得ることができる。その厚さや3次元構造の高さや構造形態等も特に限定されず、用途に応じて任意に設計できる。 Such a film-like substrate can be easily purchased or can be obtained by a conventionally known method. For example, it can be obtained by forming a film-like base material having a three-dimensional structure at a time, or preparing a film-like base material having no three-dimensional structure, and shaping the three-dimensional structure on the surface thereof. The thickness, the height of the three-dimensional structure, the structure form, etc. are not particularly limited, and can be arbitrarily designed according to the application.
上記(A)(B)で説明した3次元構造を持つ各種の基材1や、表面が平面又は曲面の基材1は、任意の前処理が施されていてもよい。前処理としては、例えば、洗浄処理、表面改質等を挙げることができる。洗浄処理としては、基材1に洗浄液を噴霧する処理や、基材1を洗浄液中に浸漬する処理を挙げることができる。洗浄液としては、例えば、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ハイドロフルオロエーテル等の親水性エーテル類、水、弱酸性水溶液、弱アルカリ性水溶液、炭素数1〜4のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、酢酸メチルや酢酸エチル等を挙げることができる。表面改質としては、基材1上に形成する無機層2等との密着性を向上させる目的で行われる処理であり、基材1の表面をあらす物理的処理や、基材1の表面に密着性に寄与する官能基を形成させる化学的処理を適宜行うことができる。例えば、プラズマ処理、グラフト重合処理、コーティング処理等を挙げることができる。
The
(無機層形成工程)
無機層形成工程は、必ずしも必要ではなく、任意に設けられる工程である。例えば、図3(B)及び図4(B)に示すように、上記した基材1の表面の全て又は一部に無機層2を形成する工程である。無機層2は、後述する光触媒層3の下地として機能する層であり、光触媒層3の光触媒活性により、基材1が酸化されて劣化するのを防ぐように作用するものであり、保護層と言い換えてもよい。さらに、無機層2は、基材1と光触媒層3とを高い密着性で密着させるように作用するものである。なお、図3(B)及び図4(B)では、無機層2は基材1の表面の全体を均一に覆うように設けられているが、必ずしも無機層2は基材1の表面の全体を覆う必要はなく、上記した酸化劣化を防止する作用と密着性の向上作用とが必要十分である場合にはその程度に応じて、基材1の表面の一部分に設けられていてもよい。
(Inorganic layer forming process)
The inorganic layer forming step is not necessarily required, and is a step provided arbitrarily. For example, as shown in FIG. 3B and FIG. 4B, this is a step of forming the
無機層2の形成材料は、上記した目的が達成できるものであれば特に限定されないが、例えば、炭化ケイ素(SiCx)、酸化炭化ケイ素(SiOxCy)、酸化炭化窒化ケイ素(SiOxCyNz)、酸化ケイ素(SiOx,x=0〜2)、窒化ケイ素(SiNx,x=0〜1.3)、酸化窒化ケイ素(SiOxNy)等のケイ素化合物;酸化亜鉛(ZnOx)、アルミドープ酸化亜鉛(ZnOx:Al)、ボロンドープ酸化亜鉛(ZnOx:B)、酸化炭化亜鉛(ZnOxCy)、酸化窒化亜鉛(ZnOxNy)、窒化亜鉛(ZnNx)、酸化炭化窒化亜鉛(ZnOxCyNz)、IZO等の亜鉛化合物;酸化ジルコニウム(ZrOx)、酸化炭化ジルコニウム(ZrOxCy)、酸化窒化ジルコニウム(ZrOxNy)、窒化ジルコニウム(ZrNx)、酸化炭化窒化ジルコニウム(ZrOxCyNz)等のジルコニウム化合物;ITO、酸化インジウム等のインジウム化合物;酸化錫(SnOx)、酸化炭化錫(SnOxCy)、酸化炭化窒化錫(SnOxCyNz)等の錫化合物;酸化クロム(CrOx)、酸化炭化クロム(CrOxCy)、酸化窒化クロム(CrOxNy)、窒化クロム(CrNx)、酸化炭化窒化クロム(CrOxCyNz)等のクロム化合物;酸化アルミニウム(AlOx,x=0〜1.5)、炭化アルミニウム(AlCx)、酸化炭化アルミニウム(AlOxCy)、酸化窒化アルミニウム(AlOxNy)、酸化炭化窒化アルミニウム(AlOxCyNz)等のアルムニウム化合物;酸化チタン(TiOx,x=0〜2)、炭化チタン(TiCx)、酸化炭化チタン(TiOxCy)、窒化チタン(TiNx)、酸化炭化窒化チタン(TiOxCyNz)等のチタン化合物等を挙げることができる。ここで、x、y、zは、それぞれの化学量論数を表す場合もあるし、化学量論数に満たない数値を表す場合もある。化学量論数に満たない場合は、それぞれが欠損状態(酸素欠損、炭素欠損、窒素欠損等)であることを意味している。例えば、x=0〜2と記載のもの以外でも同様である。
The material for forming the
無機層2の形成材料の中でも、絶縁性化合物は光触媒層3の光触媒性能低下を招くことがないので、好ましく用いられる。こうした絶縁性化合物としては、例えば、炭化ケイ素(SiCx)、酸化炭化ケイ素(SiOxCy)、酸化炭化窒化ケイ素(SiOxCyNz)、酸化ケイ素(SiOx,x=0〜2)、窒化ケイ素(SiNx,x=0〜1.3)、酸化窒化ケイ素(SiOxNy)等のケイ素化合物;酸化炭化亜鉛(ZnOxCy)、酸化窒化亜鉛(ZnOxNy)、窒化亜鉛(ZnNx)、酸化炭化窒化亜鉛(ZnOxCyNz)等の亜鉛化合物;酸化ジルコニウム(ZrOx)、酸化炭化ジルコニウム(ZrOxCy)、酸化窒化ジルコニウム(ZrOxNy)、窒化ジルコニウム(ZrNx)、酸化炭化窒化ジルコニウム(ZrOxCyNz)等のジルコニウム化合物;ITO、酸化インジウム等のインジウム化合物;酸化錫(SnOx)、酸化炭化錫(SnOxCy)、酸化炭化窒化錫(SnOxCyNz)等の錫化合物;酸化クロム(CrOx)、酸化炭化クロム(CrOxCy)、酸化窒化クロム(CrOxNy)、窒化クロム(CrNx)、酸化炭化窒化クロム(CrOxCyNz)等のクロム化合物;酸化アルミニウム(AlOx,x=0〜1.5)、炭化アルミニウム(AlCx)、酸化炭化アルミニウム(AlOxCy)、酸化窒化アルミニウム(AlOxNy)、酸化炭化窒化アルミニウム(AlOxCyNz)等のアルムニウム化合物;酸化チタン(TiOx,x=0〜2)、炭化チタン(TiCx)、酸化炭化チタン(TiOxCy)、窒化チタン(TiNx)、酸化炭化窒化チタン(TiOxCyNz)等のチタン化合物等を挙げることができる。
Among the materials for forming the
無機層2の形成材料の中でも、炭化ケイ素(SiCx)、酸化炭化ケイ素(SiOxCy)、酸化炭化窒化ケイ素(SiOxCyNz)、酸化ケイ素(SiOx,x=0〜2)、窒化ケイ素(SiNx,x=0〜1.3)、酸化窒化ケイ素(SiOxNy)等のケイ素化合物は、低コストで入手が容易であり、安全性、安定性、耐久性、及び、基材1と光触媒層3との密着性の観点から好ましく挙げることができる。さらにこの中でも、炭化ケイ素(SiCx)、酸化炭化ケイ素(SiOxCy)、酸化炭化窒化ケイ素(SiOxCyNz)等の炭素元素を含有するケイ素化合物は、基材1と光触媒層3との密着性をより向上できるため、特に好ましい。
Among the materials for forming the
さらにこの中でも、基材1が有機材料である場合や有機質を含む場合においては、無機層2が、炭素を含有する無機化合物、酸素欠損を含有する無機化合物、及び窒素を含有する無機化合物から選ばれる1種又は2種以上の化合物であることが好ましい。(1)無機層2が炭素を含有する無機化合物である場合には、無機層2は基材1を構成する有機質と同種の元素を有するので、その炭素成分同士の相互作用によって無機層2と基材1との密着性を高めることができる。また、無機層2の上には光触媒層3が設けられるが、その光触媒層3も無機層2と同じ無機化合物層であるので、無機層2と光触媒層3との密着性を高めることができる。(2)また、無機層2が酸素欠損を含有する酸化物等の無機化合物である場合は、酸素欠損の存在に基づいて、無機層2と光触媒層3との間に強固な結合を形成でき、密着性を高めることができる。(3)また、無機層2が窒素を含有する無機化合物である場合には、その窒素の存在に基づいて、無機層2と光触媒層3との間の強固な結合を形成でき、密着性を高めることができる。(4)こうした無機層2を基材1の表面に設けることにより、無機層2と基材1との密着性や、無機層2と光触媒層3との密着性を高めることができ、結果として基材1と光触媒層3との密着性を高めることができる。また、無機層2は、湿度と熱の負荷に対する寸法変動(伸び、縮み)の緩和層としても機能し、特に窒素を含有する無機層2は湿度負荷下での耐久性が極めて優れた光触媒機能材料11を製造できる。
Further, among these, when the
炭素を含有する無機化合物としては、上記した各無機化合物のうち、炭化ケイ素、酸化炭化ケイ素、酸化炭化窒化ケイ素等のような炭素を構成成分として含む無機化合物を挙げることができる。炭素を含有する無機化合物は、炭化物や酸化炭化物の構成成分として炭素が含まれている無機化合物、炭化物等の構成成分としては含まれていないが、炭素原子、炭化水素基等として無機化合物中に微量又は任意量含まれる無機化合物であってもよい。なお、微量又は任意量の炭素は、例えばプラズマCVDで無機化合物を成膜する場合のように、炭素や炭素基を含有する成膜原料に含まれているものを挙げることができる。炭素を含有する無機化合物は、基材1が有機質を含む場合にはその基材1と炭素成分が共通し、基材1との密着性をより向上できるため好ましい。また、例えば炭素を含有するケイ素化合物の無機層2は、基材1と光触媒層3との密着性をより向上できるが、その理由としては、炭素を含有するケイ素化合物が有機物と無機物との中間的な性質を有するためであると考えられる。そのため、基材1が有機質を含む場合はその基材1に含まれる有機質と無機物である光触媒層3との中間層として機能し、両者の密着性を高めることができる。
Examples of the inorganic compound containing carbon include inorganic compounds containing carbon as a constituent component, such as silicon carbide, silicon oxide carbide, silicon oxycarbonitride, etc., among the above-described inorganic compounds. Inorganic compounds containing carbon are not included as constituents such as carbides and inorganic compounds containing carbon as a constituent of carbides and oxide carbides, but are included in inorganic compounds as carbon atoms, hydrocarbon groups, etc. It may be an inorganic compound contained in a trace amount or in an arbitrary amount. In addition, the trace amount or arbitrary amount of carbon can mention what is contained in the film-forming raw material containing carbon and a carbon group like the case where an inorganic compound is formed into a film by plasma CVD, for example. The inorganic compound containing carbon is preferable when the
酸素欠損を含有する無機化合物としては、上記した酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化錫、酸化亜鉛等の各種の酸化物のうち、酸化物を構成する酸素が化学量論数に満たない酸化物を意味している。酸素欠損無機化合物又は酸素欠損物ということもできる。酸素が化学量論数に満たない酸素欠損酸化物としては、例えばxが2に満たないSiOx等を挙げることができる。また、酸化窒化物や酸化炭化物のように、酸素を含む他の化合物であっても、酸素欠損状態を構成できるので、酸素欠損を含有する酸化炭化物でも酸化窒化物等でもよい。その酸素欠損は、無機層2と光触媒層3との間に強固な結合を形成でき、密着性を高めることができる。
As an inorganic compound containing oxygen vacancies, among the various oxides such as silicon oxide, aluminum oxide, tin oxide, and zinc oxide described above, an oxide in which the oxygen constituting the oxide is less than the stoichiometric number is meant. doing. It can also be referred to as an oxygen-deficient inorganic compound or oxygen-deficient product. Examples of the oxygen-deficient oxide whose oxygen is less than the stoichiometric number include SiO x whose x is less than 2. Also, other compounds containing oxygen, such as oxynitride and oxycarbide, can form an oxygen deficient state, and therefore may be an oxycarbide or oxynitride containing oxygen deficiency. The oxygen deficiency can form a strong bond between the
窒素を含有する無機化合物としては、上記した各無機化合物のうち、窒化ケイ素、酸化窒化ケイ素、酸化炭化窒化ケイ素等のような窒素を構成成分として含む無機化合物を挙げることができる。窒素を含有する無機化合物は、窒化物や酸化窒化物の構成成分として窒素が含まれている無機化合物、窒化物等の構成成分としては含まれていないが、窒素原子等として無機化合物中に微量又は任意量含まれる無機化合物であってもよい。窒素を含有する無機化合物は、その窒素の存在によって無機層2と光触媒層3との間の強固な結合を形成でき、密着性を高めることができる。特に窒素を含有する無機層2は湿度負荷下での耐久性が極めて優れた光触媒機能材料を製造できる。
Examples of the inorganic compound containing nitrogen include inorganic compounds containing nitrogen as a constituent component, such as silicon nitride, silicon oxynitride, and silicon oxycarbonitride, among the above-described inorganic compounds. Inorganic compounds containing nitrogen are not included as constituents such as nitrides and nitrides as a constituent of nitrides and oxynitrides, but are not included in inorganic compounds as nitrogen atoms. Or the inorganic compound contained in arbitrary amounts may be sufficient. The inorganic compound containing nitrogen can form a strong bond between the
無機層2は、3次元構造を持つ基材1の表面の全て又は一部に蒸着により形成される。無機層2を蒸着で形成することにより、気相中で無機層2を形成できるので、例えば水溶媒等の液相中で無機層2を形成する場合に比べて、容易に無機層2を形成することができる。また、気相中で無機層2を形成することにより、無機層2を基材1の全て又は一部に、好ましくは全てに均一に形成することができる。
The
本発明では、例えば基材1が微細な網目構造を有する繊維材料で構成された不織布基材等である場合は、奥の方の繊維材料にまで無機層2を均一に形成できるとともに、微細な網目を閉塞させることなく繊維材料の表面に無機層2を形成できるので、微細な網目を有し、良好な耐久性を持つ光触媒機能材料を効率的に製造することができる。また、例えば基材1が表面に3次元構造の凹凸形状を持つフィルム状基材である場合も、その凹凸表面に無機層2を均一に形成できるので、良好な耐久性を持つ光触媒機能材料を効率的に製造することができる。
In the present invention, for example, when the
蒸着方法としては、上記した無機層2を、基材1上に形成できれば、特に限定されない。例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的気相成長法又はプラズマ化学気相成長法(プラズマCVD法)、原子層堆積法(ALD法)等の化学気相成長法を好ましく挙げることができる。こうした各種の形成方法での成膜条件は、得ようとする無機層2の物性及び厚さ等を考慮し、従来公知の成膜条件を適宜調整して行えばよい。
The vapor deposition method is not particularly limited as long as the
より具体的には、(1)無機酸化物、無機窒化物、無機酸化窒化物、又は金属等の原料を基材1上に加熱蒸着させる真空蒸着法、(2)原料に酸素ガスを導入して酸化させ、基材1に蒸着させる反応性蒸着法、(3)ターゲット原料にアルゴンガス、酸素ガスを導入してスパッタリングすることにより、基材1に堆積させる反応性スパッタリング法、(4)原料をホロカソードプラズマガンで発生させたプラズマビームで加熱させ、基材1に堆積させるイオンプレーティング法、(5)有機珪素化合物等を原料とし、酸化珪素膜を基材1に堆積させるプラズマ化学気相成長法、(6)成膜チャンバー内で原料ガスの導入と排気を繰り返して、原料ガスの吸着により1原子層ずつ成膜を進める原子層堆積法等を利用することができる。また、上記した真空蒸着法、反応性蒸着法、スパッタリング法等には、成膜反応を促進し、無機層2の密着性、緻密性を向上するためにプラズマアシストを用いてもよい。
More specifically, (1) a vacuum vapor deposition method in which a raw material such as inorganic oxide, inorganic nitride, inorganic oxynitride, or metal is heated and deposited on the
上記した蒸着方法の中でも、有機物と無機物との中間的な性質を有する無機層2を任意に形成でき、成膜速度が速い点で、プラズマ化学気相成長法を好ましく挙げることができる。
Among the above-described vapor deposition methods, the plasma chemical vapor deposition method can be preferably cited from the viewpoint that the
無機層2の厚さは、特に限定されないが、上記した各蒸着手段で形成されるので、例えば5nm以上、300nm以下の範囲内の薄膜状に形成でき、より好ましくは5nm以上、100nm以下の範囲内、更に好ましくは5nm以上、50nm以下の範囲内である。本発明では、こうした薄い無機層2を蒸着手段によって基材1の全面に好ましく設けることができる。特に繊維材料で構成される不織布基材等の場合には、基材1の奥の方にも薄い無機層2を均一に形成できるので好ましい。無機層2の厚さが5nm未満では、基材1の全面を均一に被覆することができないことがある。一方、無機層の厚さが厚くなって例えば300nmを超える場合は、膜応力が強くなり、無機層にクラックが入りやすくなり、結果として無機層が剥離しやすくなるという難点がある。そのため、無機層2の上限の厚さは、基材1の材料特性も考慮して任意に設定される。
Although the thickness of the
無機膜2を形成した後においては、次工程である光触媒層形成工程での光触媒層3のコーティング適性や、光触媒層3の密着性を高めるため、無機層2の形成後に後処理をしてもよい。後処理としては、コロナ処理、プラズマ処理、オゾン照射、光照射、電子線照射等、従来公知の方法を適用できる。プラズマ処理としては、減圧プラズマ処理、大気圧プラズマ処理等を挙げることができる。また、光照射としては、可視光、紫外光等の任意の波長の光を照射できる光源を用いることができる。また、これらの処理は、化学的に表面物性を変化させたり官能基を導入させたりすることで濡れ性を向上させたり、物理的に表面形状に変化を与え、表面積を増加させることで密着性を高めることが可能となる。こうした各種の後処理は、組みあわて用いてもよい。また、無機層2を減圧下で形成することから、そのまま大気開放することなく、連続して後処理してもよい。
After the
(光触媒材料層形成工程)
光触媒材料層形成工程は、図3(C)及び図4(C)に示すように、光触媒材料層3’を基材1の表面の全部又は一部に形成する工程である。また、基材1上に無機層2が設けられている場合には、その無機層2上に光触媒材料層3’を形成する工程である。なお、この光触媒材料層3’は、後述するプラズマ処理によって良好な光触媒能を有する光触媒層3に変化する層である。なお、プラズマ処理を施さない場合も光触媒能を奏することもあるが、その場合の光触媒能は十分ではないことから、本発明では、光触媒材料層3’を形成した後に、後述のプラズマ処理を施すことにより光触媒層3を形成している。
(Photocatalyst material layer formation process)
The photocatalyst material layer forming step is a step of forming the
光触媒材料層3’には、プラズマ処理によって光触媒となる光触媒材料で形成された層である。そうした光触媒材料は、光触媒活性を有するものであれば特に限定されないが、例えば、酸化チタン(TiO2)系、酸化タングステン(WO3)系、酸化亜鉛(ZnO)系、酸化鉄(Fe2O3)系、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)系、硫化カドミウム(CdS)系、ガリウム砒素(GaAs)系、ガリウムリン(GaP)系の材料等を挙げることができる。これらの光触媒材料は、さらに活性効率や可視光応答性を付与するために、白金(Pt)、鉛(Pd)、銅(Cu)等の金属、及び酸化銅(CuO)等の金属酸化物が担持されていてもよい。なお、酸化チタン(TiO2)、酸化タングステン(WO3)及び酸化亜鉛(ZnO)は、可視光応答型の光触媒としての活性を示す。
The
光触媒材料層3’の形成方法は、気相中で光触媒材料層3’を形成する方法と、液相中で光触媒材料層3’を形成する方法とを挙げることができる。気相中で光触媒材料層3’を形成する方法としては、例えば、スパッタリング法、プラズマCVD法、熱CVD法、蒸着法等を挙げることができる。液相中で光触媒材料層3’を形成する方法としては、基材1上又は無機層2上に、光触媒材料層形成用塗布液を塗布する方法を挙げることができる。こうした塗布方法としては、例えば、基材1に光触媒材料層形成用塗布液を塗工する方法や、基材1を光触媒材料層形成用塗布液中に浸漬する方法を挙げることができる。上記した塗工方法としては、従来公知の塗工方法を適用することができ、例えば、例えば、ロールコート法、グラビアロールコート法、キスロールコート法、リバースロールコート法、ミヤバーコート法、グラビアコート法、スピンコート法、ダイコート法、スプレーコート法、ミスト塗布法、エアロゾルデポジション法等を挙げることができる。
Examples of the method for forming the
光触媒材料層形成用塗布液は、液体媒体中に光触媒粒子を分散させたものである。液状媒体としては、例えば、水、メチルアルコール及びエチルアルコール等のアルコール類、ベンゼン、トルエン及びキシレン等の芳香族類、酢酸エチル等のエステル類、アセトン等のケトン類等が挙げられ、これらを単独で用いてもよいし、2種以上を混合させて用いてもよい。中でも、環境調和の観点から、水を用いることがより好ましい。 The coating liquid for forming the photocatalyst material layer is obtained by dispersing photocatalyst particles in a liquid medium. Examples of the liquid medium include water, alcohols such as methyl alcohol and ethyl alcohol, aromatics such as benzene, toluene and xylene, esters such as ethyl acetate, ketones such as acetone, and the like. It may be used in a mixture of two or more. Among these, water is more preferable from the viewpoint of environmental harmony.
光触媒材料層形成用塗布液には、光触媒粒子の分散性を向上させるために、最終的に得られる光触媒層3の特性を阻害しない範囲内で、分散安定剤を配合してもよい。分散安定剤としては、例えば、イオン性界面活性剤、湿潤剤、増粘剤、酸、及び塩基等を挙げることができる。これらの分散安定剤は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。界面活性剤としては、分散性の観点から、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、リン酸エステル塩、アルキルアミン塩及び4級アンモニウム塩等のイオン性界面活性剤であることがより好ましい。
In order to improve the dispersibility of the photocatalyst particles, a dispersion stabilizer may be blended in the photocatalyst material layer forming coating solution as long as the properties of the finally obtained
また、光触媒材料層形成用塗布液には、最終的に得られる光触媒層3の特性を阻害しない範囲内で、バインダー(結着剤)が含まれていてもよい。その場合、バインダーとしては、一般的なバインダー樹脂として用いられる有機系のバインダー材料であってもよいし、無機系のバインダー材料であってもよいし、有機系のバインダー材料と無機系のバインダー材料との混合材料であってもよい。光触媒層3の特性安定性の面からは、無機系のバインダー材料を用いることが好ましい。そうした無機系のバインダー材料としては、酸化アルミニウム(AlOx)、酸化ケイ素(SiOx)、酸化ジルコニウム(ZrOx)、酸化亜鉛(ZnOx)、酸化チタン(TiOx)等から選ばれる1種又は2種以上を含むことが好ましい。
Further, the coating liquid for forming the photocatalyst material layer may contain a binder (binder) as long as the properties of the finally obtained
光触媒材料層形成用塗布液に含まれる光触媒材料の濃度は特に限定されないが、例えば、5質量%以上、40質量%以下の範囲内である。また、光触媒層形成用塗布液に含まれる分散安定剤の量としては、特に限定されないが、例えば10質量%以上、50質量%以下の範囲内である。 Although the density | concentration of the photocatalyst material contained in the coating liquid for photocatalyst material layer formation is not specifically limited, For example, it exists in the range of 5 mass% or more and 40 mass% or less. The amount of the dispersion stabilizer contained in the photocatalyst layer forming coating solution is not particularly limited, but is, for example, in the range of 10% by mass to 50% by mass.
光触媒粒子の粒子径としては、特に限定されないが、例えば5nm以上、500nm以下の範囲内である。光触媒粒子の平均粒子径をこの範囲にすることで、光触媒粒子の安定的な生産性を維持しつつ、光触媒粒子の比表面積を大きくすることができるので、光触媒活性の効率性及び経済性の点で有利になる。また、光線透過率やヘイズ等、透明性が必要とされる用途で用いる場合には、平均粒子径をより細かい5nm以上、100nm以下の範囲内とすることが好ましい。また、光触媒粒子の粒子形状は、特に限定されないが、例えば、球状、回転楕円体状、多角形状、又は鱗片状等が挙げられる。また粒子は表面積を大きくする目的で多孔質体であったり、凹凸形状を有していたりしてもよい。また、光触媒粒子は、光触媒の多孔質体粒子であってもよいし、多孔質体に光触媒を担持させたものであってもよい。なお、この平均粒子径は、例えば、透過型電子顕微鏡による測長や散乱式粒子計分布測定装置によって測定された値で評価することができる。 Although it does not specifically limit as a particle diameter of photocatalyst particle, For example, it exists in the range of 5 nm or more and 500 nm or less. By making the average particle diameter of the photocatalyst particles within this range, the specific surface area of the photocatalyst particles can be increased while maintaining the stable productivity of the photocatalyst particles. Will be advantageous. In addition, when used in applications where transparency is required, such as light transmittance and haze, the average particle size is preferably in the range of 5 nm or more and 100 nm or less. The particle shape of the photocatalyst particles is not particularly limited, and examples thereof include a spherical shape, a spheroid shape, a polygonal shape, and a scale shape. Further, the particles may be a porous body or have an uneven shape for the purpose of increasing the surface area. The photocatalyst particles may be porous particles of a photocatalyst, or a photocatalyst supported on a porous body. In addition, this average particle diameter can be evaluated by, for example, a value measured by a length measurement using a transmission electron microscope or a scattering particle meter distribution measuring device.
光触媒材料層3’の厚さは特に限定されないが、光触媒材料層3’の形成を気相中で行う場合は、例えば50nm以上、300nm以下の範囲内である。また、光触媒材料層3’の形成を液相中で行う場合は、例えば200nm以上、3μm以下の範囲内である。
The thickness of the
(光触媒層形成工程)
光触媒層形成工程は、図3(D)及び図4(D)に示すように、上記した光触媒材料層3’をプラズマ処理し、光触媒能を有する光触媒層3を形成する工程である。
(Photocatalyst layer forming step)
As shown in FIGS. 3D and 4D, the photocatalyst layer forming step is a step of forming the
プラズマ処理は、光触媒材料層3’に含まれる有機物や不純物等のような、光触媒能を低下させる物質又は光触媒能を向上させるのを妨げる物質を除去することができ、さらに光触媒能を低下させるダメージを光触媒材料層3’や基材1に与えないことから、光触媒能を付与することができる。このプラズマ処理は、「活性化処理」又は「初期化処理」ということもできる。また、このプラズマ処理により、基材1が不織布基材等や3次元構造を持つ基材である場合にその隅々にまでプラズマ処理を施すことができ、その結果、プラズマ処理によって光触媒材料層3’から光触媒層3にすることができる。
The plasma treatment can remove substances that reduce the photocatalytic ability or substances that impede the improvement of the photocatalytic ability, such as organic substances and impurities contained in the
本願でいう光触媒能を有する光触媒層3とは、後述する実施例のアセトアルデヒド消臭性能評価で示すように、光触媒機能材料に白色蛍光灯6000ルクスの照度で6時間光照射を行い、ガスバック法によりアセトアルデヒド濃度を測定したときに、光を照射していない場合と比べて、後述するアセトアルデヒド除去率が10%以上の低下が確認されたときに「光触媒能を有する光触媒層」であるといえる。
The
光触媒層3の厚さは光触媒材料層3’の厚さと差異はなく、例えば光触媒材料層3’を気相中で成膜した場合は、50nm以上、300nm以下の範囲内であり、例えば液相中で成膜した場合は、200nm以上、3μm以下の範囲内である。
The thickness of the
プラズマ処理は、光触媒材料層3’を活性化させて光触媒能を持つ光触媒層3にする処理であり、基材1に光触媒材料層3’が設けられた後に施されてなるものである。プラズマ処理による活性化は、通常の光照射による活性化と比較して、極めて短時間で実施できるという利点がある。例えば、光触媒材料の標準的な評価規格として、JIS R 1701の1から3に規定されているとおり、適切な評価を行うための試料片の前処理として、『紫外線蛍光ランプを用い、試料片表面での放射照度が15W/m2以上となる条件下で、16時間以上照射』することが適切であると規定されており、少なくとも数時間オーダーでの活性化が必要とされている。一方、本発明では、活性化処理(初期化処理)として、プラズマ処理での活性化により、10分程度の処理で実施可能であり、極めて短時間での処理が可能となるという利点がある。
The plasma treatment is a treatment for activating the
プラズマ処理で用いる放電ガスとしては、アルゴンガス、二酸化炭素ガス、一酸化炭素ガス、窒素ガス、アンモニアガス、四フッ化炭素、六フッ化硫黄、又はそれらを含む混合ガスを好ましく用いることができる。 As the discharge gas used in the plasma treatment, argon gas, carbon dioxide gas, carbon monoxide gas, nitrogen gas, ammonia gas, carbon tetrafluoride, sulfur hexafluoride, or a mixed gas containing them can be preferably used.
特にアルゴンガスを用いた場合には、Arイオンが比較的重く、イオン打ち込み効果が高いために、光触媒能を低下させる物質又は光触媒能を向上させるのを妨げる物質を基材1の3次元構造内まで効果的に除去することができ、良好な活性化処理を行うことができると考えられる。なお、アルゴンガスを用いた場合には前記の効果が優位であるため、アルゴンガスが主体(50%以上)であれば、他のガスが含まれていてもよい。他のガスとしては、例えば酸素ガスや、酸素原子を含む二酸化炭素又は一酸化炭素、窒素ガス、アンモニアガス、四フッ化炭素、六フッ化硫黄等を挙げることができる。
In particular, when argon gas is used, since the Ar ions are relatively heavy and the ion implantation effect is high, a substance that lowers the photocatalytic ability or a substance that prevents the improvement of the photocatalytic ability is included in the three-dimensional structure of the
また、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、窒素ガス、アンモニアガス、四フッ化炭素、六フッ化硫黄のように反応性ガスに炭素、窒素、フッ素が含まれる場合は、有機物や不純物等、光触媒能を低下させる物質又は光触媒能を向上させるのを妨げる物質を効果的に除去することができ、かつ光触媒材料へのダメージも少ないため、好ましい。 In addition, if the reactive gas contains carbon, nitrogen, or fluorine, such as carbon monoxide gas, carbon dioxide gas, nitrogen gas, ammonia gas, carbon tetrafluoride, or sulfur hexafluoride, the photocatalyst can be used for organic matter, impurities, etc. It is preferable because a substance that lowers the performance or a substance that prevents the improvement of the photocatalytic ability can be effectively removed and damage to the photocatalytic material is small.
一方、酸素ガスのみを用いた場合には十分な効果が得られなかった。その理由は現時点では明らかではないが、光触媒材料へのダメージが大きく高い光触媒性能が得られない。また、光触媒材料が密着している基材1との密着部へのまわりこみによるエッチング(等方性エッチング)が起こり、その結果として、光触媒材料の基材1への密着性が低下して、耐久性に劣る。
On the other hand, when only oxygen gas was used, a sufficient effect was not obtained. The reason is not clear at the present time, but the photocatalyst material is greatly damaged and high photocatalytic performance cannot be obtained. In addition, etching (isotropic etching) due to wraparound to the contact portion with the
プラズマ処理方法としては、イオン打ち込み効果が得られる電力印加方式が用いられる。そうした電力印加方式としては、プラズマ処理時のイオン衝撃(打ち込み効果)を利用する電力印加方式Aと、少なくとも2つの電極を不織布基材に対して同じ側に設置し、その電極間に電力を投入してプラズマ放電を形成する電力印加方式Aとを好ましく挙げることができる。前者の方式Aは、基材1が持つ3次元構造の細部にまで効率よく、均一にプラズマ処理を施すことができ、活性化処理の効果が高くなる。また、後者の方式Bは、プラズマ処理条件によって起こる可能性のある異常放電を防ぐことができ、プラズマ放電が安定するので、例えば基材1が不織布基材等や3次元構造を持つ基材である場合にその細部にまで効率よく均一にプラズマ処理を施すことができる。その理由は、基材1は3次元構造を持つため、基材1の両側に電極を設置して処理する場合は、処理圧力等の条件によっては、電極間をある程度さえぎるものがない状態となり、インピーダンス(電圧と電流とのバランス)が一定とならず、異常放電を引き起こし、安定して処理できなくなるためである。こうした各種の電力印加方式により、効率的なプラズマ処理を行って、光触媒材料層3’から光触媒層3に変化させることができる。なお、電極の配置構造は、平板型電極、筒形のホロカソード型電極、ホロアノード型電極、又はそれらの組み合わせのいずれを用いることもできる。また、後者の方式Bにおいて、光触媒機能材料11の近傍にプラズマ密度の高い領域を形成するため、マグネトロン機構を設置してもよい。マグネトロン機構は、形成したプラズマ放電による処理を効果的に行うため、基材1の近傍にプラズマを集中させることができる。
As the plasma processing method, a power application method capable of obtaining an ion implantation effect is used. Such power application methods include power application method A that uses ion bombardment (implantation effect) during plasma processing, and at least two electrodes on the same side of the nonwoven fabric substrate, and power is supplied between the electrodes. The power application method A that forms plasma discharge can be preferably mentioned. In the former method A, it is possible to efficiently and evenly perform plasma processing up to the details of the three-dimensional structure of the
こうした各種の電力印加方式により、効率的なプラズマ処理を行って、光触媒材料層3’から光触媒層3に変化させることができる。電極の配置構造は、平板型電極、筒形のホロカソード型電極、ホロアノード型電極、又はそれらの組み合わせのいずれを用いることもできる。電極構造としては、種々の形態のものを用いることができ、特に限定されない。
By such various power application methods, efficient plasma treatment can be performed to change the
(可視光照射工程)
可視光照射工程は、図3(D)及び図4(D)に上記光触媒層形成工程と併せて示すように、プラズマ処理して光触媒層3を形成した後、その光触媒層3に上記した式(1)を満たす条件で可視光を照射する工程である。
(Visible light irradiation process)
In the visible light irradiation step, as shown in FIGS. 3D and 4D together with the photocatalyst layer forming step, the
可視光の照射処理は、プラズマ処理により活性化された光触媒層3を有する光触媒機能材料の消臭性能をより一層高めるための処理である。ブラックライト照射、プラズマ照射、可視光照射をそれぞれ単独で適用した場合では、こうした効果は確認できず、プラズマ照射と可視光照射を組み合わせることではじめて効果が発現する。こうした効果を発現するための可視光の照射処理条件としては、[可視光の照度(lx)]と[照射時間(hr)]との積が1×105以上の関係式を満たすことが好ましい。こうした範囲内になるように、照度と照射時間を設定することにより、光触媒層3の光触媒機能を高めることができる。なお、光触媒機能材料による消臭性能は、後述の実施例に示すような、ガスバッグ法によりアセトアルデヒド分解性(アセトアルデヒド消臭性能)で評価できる。
The visible light irradiation treatment is a treatment for further enhancing the deodorizing performance of the photocatalytic functional material having the
可視光の照射は、白色灯等の各種の可視光光源を利用できる。なお、可視光の照射条件は、上記関係式を満たせばよいが、照度は1000lx以上、10000lx以下の範囲内であることがより好ましい。こうした好ましい照度で、上記関係式の範囲内になるように照射時間を設定することが望ましい。 For visible light irradiation, various visible light sources such as a white light can be used. Note that the irradiation condition of visible light may satisfy the above relational expression, but the illuminance is more preferably in the range of 1000 lx to 10000 lx. It is desirable to set the irradiation time so that the preferable illuminance falls within the range of the above relational expression.
[光触媒性基材]
上記した各工程により、光触媒機能材料11を形成することができる。特に、光触媒性基材11として好ましく適用できる。製造された光触媒性基材11は、図1及び図2に示すように、基材1と、その基材1の表面の全て又は一部に形成され、光触媒能が付与された光触媒層3とを有している。そして、その光触媒層3は、光触媒能を阻害する有機質を含んでいないか、又は、その光触媒機能を大きく阻害しない程度に含まれていてもよい。また、無機層2が基材1と光触媒材料層3’との間に設けられていてもよいし、必要に応じて、親水性表面又は疎水性表面を備えている。
[Photocatalytic substrate]
The photocatalytic
光触媒性基材11は、プラズマ処理により光触媒能が付与された光触媒層3が、光触媒能を阻害する有機質を含んでいないか、又は、その光触媒機能を大きく阻害しない程度に含まれているので、効果的な光触媒能を有する光触媒性基材11として好ましい。特にプラズマ処理がされているので、有機物や不純物等のような、光触媒能を低下させる物質又は光触媒能を向上させるのを妨げる物質を除去することができ、さらに光触媒能を低下させるダメージを光触媒層3や基材1に与えないことから、良好な光触媒能を奏するものとなる。
The
この光触媒性基材11を構成する基材1、無機層2、光触媒層3等の各構成要素は、既述した「光触媒機能材料の製造方法」の説明欄で詳しく説明したとおりであるので、ここでは同じ符号を用いてその説明を省略する。
Since the constituent elements such as the
特に、無機層2が、炭素を含有する無機化合物、酸素欠損を含有する無機化合物、及び窒素を含有する無機化合物から選ばれる1種又は2種以上の化合物を含む層であることが好ましい。こうした無機層2を基材1の表面に設けることにより、「光触媒機能材料の製造方法」の説明欄で詳しく説明したとおり、無機層2と基材1との密着性や、無機層2と光触媒層3との密着性を高めることができ、結果として基材1と光触媒層3との密着性を高めることができる。
In particular, the
また、光触媒層の構成材料により、又はプラズマ処理条件やプラズマ放電ガス種により、親水性表面又は疎水性表面を有したものとなる。こうした親水性表面又は疎水性表面を持つ光触媒性基材11は、各種の用途に好ましく適用できる。
Moreover, it has a hydrophilic surface or a hydrophobic surface by the constituent material of a photocatalyst layer, or by plasma processing conditions or plasma discharge gas seed | species. Such a
こうした光触媒性基材11は、各種の用途に利用でき、例えば光触媒機能を有するフィルター(光触媒フィルター)等に好ましく適用できる。光触媒フィルターの用途としては、例えば、空気中の悪臭物質であるホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アンモニア、酢酸等を分解するための消臭用フィルター、空気中からアレルゲンであるダニや花粉を除去するための消臭用フィルター、ウィルスや菌を除去したり殺傷したりするためのフィルター等に用いることができる。また、空気清浄機用等のエアーフィルター、イオン交換膜等の液体フィルター、ガス分離膜、吸音材、外装材、内装材等の構成基材1等としても用いることができる。
Such a
[物品]
物品は、上記の方法で製造された光触媒性基材11を備えている。この物品は、良好な耐久性を持つ光触媒性基材11を備えるので、各種の物品に適用できる。物品の種類としては、フィルターとしての機能を利用した物品、例えば空気清浄機、エアコン、換気扇、脱臭フィルター、浮遊菌除去装置(空気中の細菌汚染除去装置)、細菌フィルター、ガスフィルター、排ガスフィルター、等の物品の構成部材として利用できる。また、液体フィルターとしての機能を利用した物品、例えばイオン交換膜、脱塩機、ろ過機、透析膜、浄水機、逆浸透膜、ガス分離膜、吸音材、床材、カーペット、家具等の表面材、自動車、電車、航空機等の内装材、壁材、窓材(窓貼フィルム)等の物品の構成部材として利用できる。
[Goods]
The article includes a
本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例の記載に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the description of the following examples unless it exceeds the gist.
[実施例1]
基材1として表層がポリエチレン樹脂の繊維材料1’で形成された不織布基材(ユニチカ株式会社製、商品名:マリックス 70200WTO)を準備した。この基材1上に、プラズマ化学気相成長法(プラズマCVD法)により、厚さ100nmの酸化炭化ケイ素(SiOxCy)の無機層2を形成した。この無機層2上に、酸化チタン系光触媒材料(石原産業株式会社製、商品名:MPT−623)を水及びアルコール溶媒に分散させてスラリーとした後、酸化アルミニウムバインダーと界面活性剤とを添加して作製した塗布液を塗布し、乾燥させて光触媒材料層3’を繊維材料1’の周りに形成した。具体的には乾燥後の光触媒材料が1.0g/m2量になるようにバーコートで塗布し、100℃で5分間保持して硬化を行い、光触媒材料層3’を形成した。
[Example 1]
A non-woven fabric substrate (manufactured by Unitika Ltd., trade name: Marix 70200 WTO) having a surface layer formed of a polyethylene
その後、この光触媒材料層3’を活性化させるため、平行平板型プラズマCVD装置でプラズマ処理を実施した。プラズマ放電に用いた電源の周波数は13.56MHzのRF放電を用いた。プラズマCVD装置のチャンバーに接続されたガス供給管からアルゴンガスを100sccm導入し、チャンバー内の圧力を10Paとし、300WのRF電力を投入し、プラズマ放電処理を10分間行った。
Thereafter, in order to activate the
次いで、光触媒材料層3’をさらに活性化させるために、白色灯(東芝ライテック株式会社製、商品名:ラピッドスタートFLR20S W/M)を用い、可視光の照射処理を、照度5000lxで40時間行った。照射照度lxと時間hの積は、200000である。こうして実施例1の光触媒機能材料11を作製した。
Subsequently, in order to further activate the
[実施例2]
実施例1において、可視光の照射処理を照度10000lxで10時間行った。それ以外は実施例1と同様にして、実施例2の光触媒機能材料11を作製した。
[Example 2]
In Example 1, the visible light irradiation treatment was performed at an illuminance of 10000 lx for 10 hours. Other than that was carried out similarly to Example 1, and produced the photocatalyst
[実施例3]
実施例1において、可視光の照射処理を照度1000lxで100時間行った。それ以外は実施例1と同様にして、実施例3の光触媒機能材料11を作製した。
[Example 3]
In Example 1, visible light irradiation treatment was performed for 100 hours at an illuminance of 1000 lx. Other than that was carried out similarly to Example 1, and produced the photocatalyst
[実施例4]
実施例1において、プラズマ処理で用いるガスをアルゴンガスに代えて二酸化炭素100sccmとし、さらに可視光の照射処理を照度5000lxで40時間行った。それ以外は実施例1と同様にして、実施例4の光触媒機能材料11を作製した。
[Example 4]
In Example 1, the gas used in the plasma treatment was changed to argon gas at 100 sccm, and the visible light irradiation treatment was performed at an illuminance of 5000 lx for 40 hours. Other than that was carried out similarly to Example 1, and produced the photocatalyst
[実施例5]
実施例1において、プラズマ処理で用いるガスをアルゴンガスに代えて窒素100sccmとし、さらに可視光の照射処理を照度5000lxで40時間行った。それ以外は実施例1と同様にして、実施例5の光触媒機能材料11を作製した。
[Example 5]
In Example 1, the gas used in the plasma treatment was changed to 100 sccm of nitrogen instead of the argon gas, and the irradiation treatment with visible light was performed at an illuminance of 5000 lx for 40 hours. Other than that was carried out similarly to Example 1, and produced the photocatalyst
[比較例1]
実施例1において、可視光の照射処理を照度5000lxで10時間行った。それ以外は実施例1と同様にして、比較例1の光触媒機能材料を作製した。
[Comparative Example 1]
In Example 1, visible light irradiation treatment was performed at an illuminance of 5000 lx for 10 hours. Other than that was carried out similarly to Example 1, and produced the photocatalyst functional material of the comparative example 1.
[比較例2]
実施例1において、可視光の照射処理を行わなかった。それ以外は実施例1と同様にして、比較例2の光触媒機能材料を作製した。
[Comparative Example 2]
In Example 1, no visible light irradiation treatment was performed. Other than that was carried out similarly to Example 1, and produced the photocatalyst functional material of the comparative example 2. FIG.
[比較例3]
実施例1において、プラズマ処理を350nm付近にピーク強度を有するブラックライト15W/m2処理に変え、さらに可視光の照射処理を照度5000lxで40時間行った。それ以外は実施例1と同様にして、比較例3の光触媒機能材料を作製した。
[Comparative Example 3]
In Example 1, the plasma treatment was changed to a black light 15 W / m 2 treatment having a peak intensity near 350 nm, and a visible light irradiation treatment was performed at an illuminance of 5000 lx for 40 hours. Other than that was carried out similarly to Example 1, and produced the photocatalyst functional material of the comparative example 3. FIG.
[消臭性能評価]
実施例1〜5及び比較例1〜3で得られた各光触媒機能材料を、ガスバッグ法によりアセトアルデヒド分解性(アセトアルデヒド消臭性能)を評価した。ガスバッグ法は、試験片(100mm×100mm)を、内容量3L(リットル)のアナリティックバリアバッグ内に挿入し、そのバック内に、99.5%アセトアルデヒド液と合成空気[窒素:酸素(容積比)が4:1で、50%RH]とを用いてアセトアルデヒド濃度70ppmに調整したガスを1L送り込んだ。その後、暗所で10分放置した。その後、可視光(FLR20S)を用いて照度5000lxで照射して、10分後と3時間後のアセトアルデヒド濃度を測定した。初期濃度を70ppmとして、暗所10分後、及び可視光照射3時間後のアセトアルデヒド除去率(%)を次式により算出した。「アセトアルデヒド除去率(%)=[{(初期濃度)−(10分後又は3時間後の濃度)}/(初期濃度)]×100」。その結果、アセトアルデヒド除去率が90%以上のものをランク「A」とし、除去率が90%未満で50%以上のものをランク「B」とし、除去率が50%未満のものをランク「C」とした。その結果を表1に示す。
[Deodorization performance evaluation]
The photocatalytic functional materials obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 were evaluated for acetaldehyde decomposability (acetaldehyde deodorizing performance) by a gas bag method. In the gas bag method, a test piece (100 mm × 100 mm) is inserted into a 3 L (liter) analytic barrier bag, and 99.5% acetaldehyde solution and synthetic air [nitrogen: oxygen (volume) are placed in the bag. 1) of a gas adjusted to an acetaldehyde concentration of 70 ppm with a ratio of 4: 1 and 50% RH]. Then, it was left for 10 minutes in the dark. Thereafter, irradiation was performed with an illuminance of 5000 lx using visible light (FLR20S), and the acetaldehyde concentration after 10 minutes and 3 hours was measured. The initial concentration was 70 ppm, and the acetaldehyde removal rate (%) after 10 minutes in the dark and after 3 hours of visible light irradiation was calculated according to the following formula. “Acetaldehyde removal rate (%) = [{(initial concentration) − (concentration after 10 minutes or 3 hours)}} / (initial concentration)] × 100”. As a result, those with an acetaldehyde removal rate of 90% or more are ranked “A”, those with a removal rate of less than 90% and 50% or more are ranked “B”, and those with a removal rate of less than 50% are ranked “C”. " The results are shown in Table 1.
以上の結果から、可視光照度(lx)と照射時間(hr)との積が100000以上を満たす処理条件により、初期段階でのアセトアルデヒド濃度の減少が見られ、高い消臭性能を示すことが判明した。 From the above results, it was found that a reduction in the acetaldehyde concentration at the initial stage was observed and high deodorization performance was exhibited under the treatment conditions in which the product of visible light illuminance (lx) and irradiation time (hr) satisfied 100,000 or more. .
1 基材
1’ 繊維材料
2 無機層
3 光触媒層
3’ 光触媒材料層
10 光触媒機能繊維
11 光触媒機能材料(光触媒性基材)
DESCRIPTION OF
Claims (4)
4. The method according to claim 1, further comprising a step of forming an inorganic layer on all or part of the surface of the base material between the step of preparing the base material and the step of forming the photocatalytic material layer. A method for producing the photocatalytic functional material according to Item.
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