JP6263082B2 - 暗所用抗微生物剤 - Google Patents
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Description
本発明における遷移金属化合物担持酸化チタンは、結晶性ルチル型酸化チタンに遷移金属化合物が担持されたものである。
<サンプル調製方法>
1.少量(耳かきサイズのスパチュラで半分程度)の遷移金属化合物担持酸化チタンを9mLのガラス製サンプル瓶に入れ、エタノールを7mL入れ、超音波洗浄器にて超音波を5分間かけてエタノール中に分散させエタノール分散液を得る。
2.得られたエタノール分散液を、SEM用試料台の上にガラス製スポイドで1滴落として自然乾燥させた後、30秒間白金蒸着を行う。
<測定方法>
電界放出型走査電子顕微鏡(商品名「FE-SEM JSM-6700F」、日本電子(株)製、加速電圧:15kV、WD:約3mm、倍率:20万倍)を使用して結晶粒子をランダムに観察し、代表的な3カ所を抽出し、抽出されたSEM写真全体の中で、見た目に極端に大きく又は小さくなく、平均的な大きさの粒子を中心に輪郭がはっきりしている粒子30個を抽出してOHPシートに写し、それらの粒子について、画像解析ソフトウェア(商品名「WinROOF Version5.6」、三谷商事(株)製)を用いて各短径(最大長径に直交する幅)を求め、それらの値を平均して平均短径とした。また、同様の方法で平均長径(最大長径)を求め、これらの比(平均長径/平均短径)を平均アスペクト比とした。
測定原理:定容法(ブランク補正型)
検出法:相対圧力(圧力トランスデューサによるサンプルセル内の吸着平衡圧力(P)と飽和蒸気圧(P0)の比)と吸着ガス量(圧力トランスデューサによる圧力検出とサーミスタによるマニホールド温度検出から理想気体での注入ガス量を計算)
吸着ガス:窒素ガス
セルサイズ:スモールペレットセル(セル容量:1.8cm3、ステム外径:9mm)
測定項目:P/P0=0.1、0.2、0.3の吸着側3点
解析項目:BET多点法による比表面積
本発明における遷移金属化合物担持酸化チタンは、例えば、下記の結晶性ルチル型酸化チタン製造工程、結晶性ルチル型酸化チタン精製工程、遷移金属化合物担持工程、遷移金属化合物担持酸化チタン精製工程を経て製造することができる。
結晶性ルチル型酸化チタン製造工程は、チタン化合物から結晶性ルチル型酸化チタンを合成する工程である。結晶性ルチル型酸化チタンの製造方法としては公知乃至慣用の方法を採用することができる。例えば、前記の結晶面(110)及び結晶面(111)を有するルチル型酸化チタンや、結晶面(001)、結晶面(110)及び結晶面(111)を有するルチル型酸化チタンは、チタン化合物を水性媒体(例えば、水又は水と水溶性有機溶媒との混合液)中で水熱処理[例えば100〜220℃、2〜48時間(好ましくは2〜15時間、特に好ましくは5〜15時間)]することにより合成することができる。また、水熱処理の際にハロゲン化物を添加したり、撹拌しながら(例えば、撹拌所要動力Pv値:0.1〜1500W/m3程度)水熱処理を施すことにより、得られる粒子のサイズ及び表面積を調整することができる。
Ti(OR)tX4-t (1)
(式中、Rは炭化水素基を示し、Xはハロゲン原子を示す。tは0〜3の整数を示す)
本発明においては、前記水熱処理により得られたルチル型酸化チタンを、後述する遷移金属化合物担持工程に供する前に、純度を高めるため精製することが好ましい。なかでも、前記水熱処理により得られたルチル型酸化チタンを、好ましくは乾燥固化させることなく湿状態を保持したまま、水洗処理及び/又は塩基による中和処理に付すのが好ましい。水洗処理及び/又は塩基による中和処理により、ルチル型酸化チタン粒子に付着している不純物(特に、イオン性不純物)の量を低減することができ、ルチル型酸化チタン粒子表面に所望量の遷移金属化合物を確実に且つ円滑に担持させることができる。こうして得られる遷移金属化合物担持酸化チタンはより優れた暗所抗微生物活性を示す。
遷移金属化合物担持工程は、上記工程を経て得られた結晶性ルチル型酸化チタンに遷移金属化合物を担持して遷移金属化合物担持酸化チタンを得る工程である。遷移金属化合物の担持は、例えば結晶性ルチル型酸化チタンに遷移金属化合物を含む溶液を添加して含浸させることにより行うことができる。例えば、遷移金属化合物として三価の鉄化合物(Fe3+)を担持した遷移金属化合物担持酸化チタンは、結晶性ルチル型酸化チタンの懸濁液に硝酸鉄(III)、硫酸鉄(III)、塩化鉄(III)等を含む溶液を添加して含浸させることにより得られる。
本発明においては、前記遷移金属化合物担持工程で得られた粗遷移金属化合物担持酸化チタンを水洗処理に付して精製するのが好ましい。この水洗処理により、遷移金属化合物担持酸化チタン粒子に付着している不純物(特に、イオン性不純物)の量を低減することができ、暗所における抗微生物活性の高い遷移金属化合物担持酸化チタンを得ることができる。前記イオン性不純物としては、例えば、原料のチタン化合物に由来するチタンイオン、ハロゲン化物イオン(例えば、塩化物イオン、臭化物イオン等)、遷移金属イオンなどを挙げることができる。上記水洗処理は、例えば、精製水、蒸留水、イオン交換水、純水等を用いて行うことができる。
本発明の暗所用抗微生物剤は、少なくとも前記遷移金属化合物担持酸化チタンを含んでいる。本発明の暗所用抗微生物剤は、前記遷移金属化合物担持酸化チタンのほか、分散媒、バインダー成分、他の添加剤(塗布助剤、分散剤等)、他の抗微生物剤等を含んでいてもよい。
(粗酸化チタン懸濁液の調製)
室温(25℃)にて、四塩化チタン水溶液(Ti濃度:16.5重量%±0.5重量%、塩素イオン濃度:31重量%±2重量%、東邦チタニウム社製)をTi濃度が5.6重量%になるように純水で希釈した。希釈後の四塩化チタン水溶液5650gを容量10Lのタンタルライニングのオートクレーブに入れ密閉した。熱媒を用い、2時間かけて上記オートクレーブ内温度を140℃まで昇温した。その後、撹拌所要動力(Pv値)220W/m3で攪拌しつつ、温度:140℃、圧力:その温度における蒸気圧の条件下で10時間保持した後、熱媒を冷却することにより、オートクレーブを40℃以下まで冷却した。オートクレーブ内温度が40℃以下になったことを確認して、粗酸化チタン懸濁液5650gを取り出した。
得られた粗酸化チタン懸濁液を純水で3倍に希釈、攪拌速度300rpmにて攪拌混合して、中空糸型限外濾過膜(商品名「FS03−FC−FUS03C1」、材質:PES、公称分画分子量:3万、ダイセン・メンブレン・システムズ(株)製)を用い、室温(25℃)、濾過圧力0.02MPaにて、透過液量と同量の純水を加えながらクロスフロー方式による濾過処理を行った。濾過処理を経て得られた濃縮液は再度仕込みタンクに循環し、透過液のpHが4.0になるまで繰り返し濾過処理に付した。尚、pHはpH試験紙を使用して測定した。この間、1時間に1回の割合で0.1MPaの圧力、2kg/minの流速で1分間逆洗浄を実施した。この逆洗浄により膜通過した洗浄水は仕込みタンクに循環した。その後、純水の仕込を停止し、酸化チタン濃度を濃縮させて酸化チタン懸濁液を得た。この酸化チタン懸濁液を常圧下、105℃で1時間乾燥したところ、結晶面(110)及び結晶面(111)を有するロッド状ルチル型酸化チタンと、結晶面(110)、結晶面(111)及び結晶面(001)を有するロッド状ルチル型酸化チタンの混合物である酸化チタン533gを得た(図3参照)。
上記方法で得られた酸化チタン懸濁液に、塩化鉄(III)水溶液(35重量%)7.5gを添加し、室温(25℃)にて30分攪拌した。その後、メタノール95g(酸化チタン懸濁液の1.7重量%)を添加し、100Wの高圧水銀ランプを用いて紫外線(UV)を12時間照射して(UV照射量:5mW/cm2)、粗鉄化合物担持酸化チタン懸濁液を得た。
仕込みタンク内において、100Wの高圧水銀ランプを用いて紫外線(UV)(UV照射量:5mW/cm2)を照射しながら、上記の粗鉄化合物担持酸化チタン懸濁液を純水で2倍に希釈後、中空糸型限外濾過膜(商品名「FS03−FC−FUS03C1」、材質:PES、公称分画分子量:3万、ダイセン・メンブレン・システムズ(株)製)を用い、室温(25℃)、濾過圧力0.02MPaにて、透過液量と同量の純水を加えながらクロスフロー方式による濾過処理を行った。濾過処理を経て得られた濃縮液は再度仕込みタンクに循環し、透過液の電気伝導度が200μS/cmになるまで繰り返し濾過処理に付した。この間、1時間に1回の割合で0.1MPaの圧力、2kg/minの流速で1分間逆洗浄を実施した。この逆洗浄により膜通過した洗浄水は仕込みタンクに循環した。その後、純水の仕込みを停止し、鉄化合物担持酸化チタンを濃縮させて鉄化合物担持酸化チタン懸濁液(平均粒子径:880nm、鉄化合物担持酸化チタン濃度:10重量%、上澄み液の電気伝導度:200μS/cm、上澄み液のpH:4.9)を得た。仕込みタンク内における紫外線(UV)照射時間は累計24時間であった。
(抗菌性活性、抗ウイルス性活性試験に使用する試験片の作製方法)
鉄化合物担持酸化チタン懸濁液(鉄化合物担持酸化チタン濃度:10重量%)を固形分が25mg/25cm2となるように、ガラス板(50mm×50mm×1mm)にスプレーガンを用いて塗布し、自然乾燥したものを試験片として、抗菌性、抗ウイルス性試験に供した。
上記試験片を用いて、大腸菌の生菌数を測定することにより評価した。抗菌剤層には、予め紫外線強度が1mW/cm2となるように(トプコン社製紫外線強度計「UVR−2」に同社製受光部「UD−36」を取り付けて測定)、ブラックライトを用いて紫外線を17時間照射し、これを抗菌性活性測定用試料とした。
次に、この抗菌性活性測定用試料を用いて、日本工業規格JIS R 1752:2013「ファインセラミックス−可視光応答形光触媒抗菌加工製品の抗菌性試験方法・抗菌効果」に基づく方法で暗所のみで試験を行った。すなわち、抗菌剤層に大腸菌(Escherichia coli NBRC3972)の菌液(生菌数:2.0×105個)を接種し、被覆フィルムを載せて密着させ、これを室温(25±5℃)、暗所で4時間保存し、試料検体1個当たりの生菌数を測定した。
未塗工のガラス板についても同様の操作を行い、生菌数を測定した。なお、抗菌性測定用試験片を3つ用いて同時に行い、これら3つの生菌数の平均値で評価を行った。抗菌活性値は以下の式で求めた。抗菌活性値が2以上であれば、一般的に抗菌活性を発現しているといえる。
抗菌活性値=log(N0/N)
N0:未塗工のガラス板で評価を4時間行った後の生菌数の平均値
N:抗菌剤塗工ガラス板で評価を4時間行った後の生菌数の平均値
暗所保管4時間後の生菌数が少ないものほど、大腸菌の抗菌性が高いと言える。
上記試験片を用いて、バクテリオファージ感染価を測定することにより評価した。抗ウイルス剤層には、予め紫外線強度が1mW/cm2となるように(トプコン社製紫外線強度計「UVR−2」に同社製受光部「UD−36」を取り付けて測定)、ブラックライトを用いて紫外線を24時間照射し、これを抗ウイルス性活性測定用試料とした。
次に、この抗ウイルス性活性測定用試料を用いて、日本工業規格JIS R 1756:2013「ファインセラミックス−可視光応答形光触媒材料の抗ウイルス性試験方法−バクテリオファージQβ」に基づく方法で暗所のみで試験を行った。すなわち、抗ウイルス剤層にバクテリオファージQβ(Escherichia coli phage Qβ NBRC20012)の試験液(バクテリオファージ感染価:1.0×106pfu)を接種し、被覆フィルムを載せて密着させ、これを室温(25±5℃)、暗所で2時間保存後、活性ファージを大腸菌に感染させることにより、試料検体1個当たりのバクテリオファージ感染価を測定した。
未塗工のガラス板についても同様の操作を行い、バクテリオファージ感染価を測定した。なお、抗ウイルス性測定用試験片を3つ用いて同時に行い、これら3つのバクテリオファージ感染価の平均値で評価を行った。抗ウイルス活性値は以下の式で求めた。抗ウイルス活性値が2以上であれば、一般的に抗ウイルス活性を発現しているといえる。
抗ウイルス活性値=log(N0/N)
N0:未塗工のガラス板で評価を2時間行った後のバクテリオファージ感染価の平均値
N:抗ウイルス剤塗工ガラス板で評価を2時間行った後のバクテリオファージ感染価の平均値
暗所保管2時間後のバクテリオファージ感染価が少ないものほど、抗ウイルス性、すなわち光触媒活性が高いと言える。
Claims (4)
- 結晶性ルチル型酸化チタンに鉄化合物が担持された鉄化合物担持酸化チタンと、過酸化チタン、ハロゲン化シラン化合物又はこの縮合物、アルコキシシラン化合物又はこの縮合物、及びフッ素系樹脂から選択される少なくとも1種のバインダー成分とを、鉄化合物担持酸化チタン:バインダー成分(重量比)=1:6〜30:1の割合で含む暗所用抗微生物剤。
- 前記鉄化合物担持酸化チタンが、平均短径50nm以下、平均アスペクト比(長径/短径)1.5以上の鉄化合物担持酸化チタンである請求項1記載の暗所用抗微生物剤。
- 前記結晶性ルチル型酸化チタンが、結晶面(110)及び結晶面(111)を有するルチル型酸化チタン、及び/又は、結晶面(110)、結晶面(111)及び結晶面(001)を有するルチル型酸化チタンである請求項1又は2記載の暗所用抗微生物剤。
- 前記鉄化合物担持酸化チタンの比表面積が10m2/g以上である請求項1〜3の何れか1項に記載の暗所用抗微生物剤。
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