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技術 光触媒機能を有する物質を含有した釉薬およびそれを用いて形成した光触媒機能を有する製品

出願人 山中陶土合資会社
発明者 山中鉞雄山中昭人
出願日 2004年8月30日 (15年5ヶ月経過) 出願番号 2004-250433
公開日 2006年3月9日 (13年11ヶ月経過) 公開番号 2006-062935
状態 未査定
技術分野 空気の消毒,殺菌または脱臭 触媒による排ガス処理 セラミックスの後処理 ガラス組成物(第三版) 触媒 触媒
主要キーワード 質マット マット釉 光触媒製品 陶磁器素地 光触媒微粉末 技術協議会 艶消し状 評価試験法
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この項目の情報は公開日時点(2006年3月9日)のものです。
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課題

基材に塗布して焼成するのみで光触媒機能を有する物質を基材に多量に焼結でき極めて高い光触媒機能を発揮させることができると共に、耐水性または耐候性に優れ、吸着性に優れた物質を別段添加しなくても釉薬層が吸着性に優れたものとなる光触媒機能を有する物質を含有した釉薬、およびそれを用いて形成した光触媒機能を有する製品を提供する。

解決手段

光触媒機能を有する物質を含有し、マット釉に形成されていることを特徴とする光触媒機能を有する物質を含有した釉薬である。

概要

背景

従来より、酸化チタン(TiO2)などの光触媒機能を有する物質を、基材に付着させることにより、防汚性抗菌性脱臭性、または有機化合物分解促進性等を向上させる技術が種々提案されている。

光触媒機能を有する物質は、釉薬中に添加されて焼成されると、その殆どがガラス状に熔融した釉薬層内に埋没してしまう。このため、光触媒機能を有する物質と汚染物質等とが接触することが少なく、十分な光触媒機能を発揮できる製品が作製できないという問題があった。

そして、そのような問題を解決するものとして、予め釉薬層を形成しその上面に光触媒機能を有する物質を吹き付けて付着させる方法が提案されている(特開平5−253544号公報参照)。

しかし、この方法は釉薬層の塗布工程と光触媒微粉末噴霧工程とを要し煩雑な手順を要するため、通常の釉薬のように一回の塗布のみで容易に光触媒機能を有する物質を基材に付着できる釉薬が嘱望されていた。

また、光触媒の効果は、汚染物質と光触媒機能を有する物質とが接触すればするほど顕著なものとなるが、これは光触媒機能を有する物質が露呈する総表面積が大きければ大きいほど、光触媒機能を発揮できることを意味する。この点、釉薬層の上面に光触媒機能を有する物質を吹き付ける方法では、光触媒機能を有する物質が付着できる部位は釉薬層の略平坦な表面のみとなり、十分に光触媒機能を発揮できる製品を作製できなかった。

さらに、光触媒機能を有する物質を吹き付ける方法では、光触媒機能を有する物質が釉薬層の表面に十分に固着していないため、雨水に晒される屋外環境下や洗浄などで光触媒機能を有する物質が落ちてしまい、経時的な実効性に問題があった。

他方、汚染物質と光触媒機能を有する物質とをより接触させるためには、釉薬層が吸着作用を奏することが望ましく、このような観点からAg+イオンなど酸素や水に対し優れた吸着特性を示す物質を釉薬層内に含有させる技術(特開平10−337477号公報参照)が提案されているが、そのような吸着特性に優れた物質を別段添加しなくても釉薬層が吸着性に優れたものとなればより好ましい。

本願発明者は、上記のような現状に鑑み、光触媒機能を有する物質が存在する部位を立体的に構成でき付着部位を各段に増大させ、それにより光触媒機能を有する物質が露呈する総表面積を増大させて光触媒効果を向上させると共に、耐水性または耐候性に優れ、さらに、吸着特性に優れた物質を別段添加しなくても釉薬層が吸着性に優れたものとなる釉薬を想起し本発明を完成するに至った。
特開平5−253544号公報
特開平10−337477号公報

概要

基材に塗布して焼成するのみで光触媒機能を有する物質を基材に多量に焼結でき極めて高い光触媒機能を発揮させることができると共に、耐水性または耐候性に優れ、吸着性に優れた物質を別段添加しなくても釉薬層が吸着性に優れたものとなる光触媒機能を有する物質を含有した釉薬、およびそれを用いて形成した光触媒機能を有する製品を提供する。光触媒機能を有する物質を含有し、マット釉に形成されていることを特徴とする光触媒機能を有する物質を含有した釉薬である。

目的

すなわち、本発明の課題は、基材に塗布して焼成するのみで光触媒機能を有する物質を基材表面に大量付着でき極めて高い光触媒機能を発揮させることができると共に、耐水性または耐候性に優れ、吸着特性に優れた物質を別段添加しなくても釉薬層が吸着性に優れたものとなる光触媒機能を有する物質を含有した釉薬、およびそれを用いて形成した光触媒機能を有する製品を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

光触媒機能を有する物質を含有し、マット釉に形成されていることを特徴とする光触媒機能を有する物質を含有した釉薬

請求項2

前記光触媒機能を有する物質は、アナターゼ型酸化チタンであり、前記釉薬は600℃以上700℃未満で焼成可能である請求項1に記載の光触媒機能を有する物質を含有した釉薬。

請求項3

前記光触媒機能を有する物質は、45重量%以上60重量%未満含有されている請求項1または2に記載の光触媒機能を有する物質を含有した釉薬。

請求項4

前記釉薬は、粒子径が5μm以下の組成物を90%以上含有している請求項1ないし3のいずれかに記載の光触媒機能を有する物質を含有した釉薬。

請求項5

前記釉薬は焼成されると、マット状の多孔質釉薬層が形成され、該マット状の多孔質釉薬層の表面および内部には多数の光触媒機能を有する物質が露呈した状態で焼結している請求項1ないし4のいずれかに記載の光触媒機能を有する物質を含有した釉薬。

請求項6

光触媒機能を有する物質を含有し、マット釉に形成された光触媒機能を有する物質を含有した釉薬を、基材施釉し焼成して形成したことを特徴とする光触媒機能を有する製品

技術分野

0001

本発明は、例えば陶器質基材などの表面に光触媒微粒子焼結させて光触媒機能を発揮させる、光触媒機能を有する物質を含有した釉薬、およびそれを用いて形成した光触媒機能を有する製品に関するものである。

背景技術

0002

従来より、酸化チタン(TiO2)などの光触媒機能を有する物質を、基材に付着させることにより、防汚性抗菌性脱臭性、または有機化合物分解促進性等を向上させる技術が種々提案されている。

0003

光触媒機能を有する物質は、釉薬中に添加されて焼成されると、その殆どがガラス状に熔融した釉薬層内に埋没してしまう。このため、光触媒機能を有する物質と汚染物質等とが接触することが少なく、十分な光触媒機能を発揮できる製品が作製できないという問題があった。

0004

そして、そのような問題を解決するものとして、予め釉薬層を形成しその上面に光触媒機能を有する物質を吹き付けて付着させる方法が提案されている(特開平5−253544号公報参照)。

0005

しかし、この方法は釉薬層の塗布工程と光触媒微粉末噴霧工程とを要し煩雑な手順を要するため、通常の釉薬のように一回の塗布のみで容易に光触媒機能を有する物質を基材に付着できる釉薬が嘱望されていた。

0006

また、光触媒の効果は、汚染物質と光触媒機能を有する物質とが接触すればするほど顕著なものとなるが、これは光触媒機能を有する物質が露呈する総表面積が大きければ大きいほど、光触媒機能を発揮できることを意味する。この点、釉薬層の上面に光触媒機能を有する物質を吹き付ける方法では、光触媒機能を有する物質が付着できる部位は釉薬層の略平坦な表面のみとなり、十分に光触媒機能を発揮できる製品を作製できなかった。

0007

さらに、光触媒機能を有する物質を吹き付ける方法では、光触媒機能を有する物質が釉薬層の表面に十分に固着していないため、雨水に晒される屋外環境下や洗浄などで光触媒機能を有する物質が落ちてしまい、経時的な実効性に問題があった。

0008

他方、汚染物質と光触媒機能を有する物質とをより接触させるためには、釉薬層が吸着作用を奏することが望ましく、このような観点からAg+イオンなど酸素や水に対し優れた吸着特性を示す物質を釉薬層内に含有させる技術(特開平10−337477号公報参照)が提案されているが、そのような吸着特性に優れた物質を別段添加しなくても釉薬層が吸着性に優れたものとなればより好ましい。

0009

本願発明者は、上記のような現状に鑑み、光触媒機能を有する物質が存在する部位を立体的に構成でき付着部位を各段に増大させ、それにより光触媒機能を有する物質が露呈する総表面積を増大させて光触媒効果を向上させると共に、耐水性または耐候性に優れ、さらに、吸着特性に優れた物質を別段添加しなくても釉薬層が吸着性に優れたものとなる釉薬を想起し本発明を完成するに至った。
特開平5−253544号公報
特開平10−337477号公報

発明が解決しようとする課題

0010

すなわち、本発明の課題は、基材に塗布して焼成するのみで光触媒機能を有する物質を基材表面に大量付着でき極めて高い光触媒機能を発揮させることができると共に、耐水性または耐候性に優れ、吸着特性に優れた物質を別段添加しなくても釉薬層が吸着性に優れたものとなる光触媒機能を有する物質を含有した釉薬、およびそれを用いて形成した光触媒機能を有する製品を提供することにある。

課題を解決するための手段

0011

本発明は、光触媒機能を有する物質を含有し、マット釉に形成されたことを主要な特徴とするものである。

発明の効果

0012

請求項1に記載の発明によれば、基材に塗布して焼成するのみで光触媒機能を有する物質を基材表面に有効的に付着でき極めて高い光触媒機能を発揮できると共に、耐水性または耐候性にも優れ、吸着特性に優れた物質を別段添加しなくても釉薬層が吸着性に優れたものとなる。
請求項2に記載の発明によれば、光触媒機能を有する物質としてアナターゼ型酸化チタンを使用することにより、より光触媒機能の高い釉薬を作製できると共に、600℃以上700℃未満で焼成可能であることにより、アナターゼ型酸化チタンが光触媒機能を喪失するルチル型酸化チタン変容することもなく、光触媒効果が高い釉薬層を形成できる。
請求項3に記載の発明によれば、光触媒機能を有する物質を多量に含有するため、より光触媒効果が高い釉薬層を形成できる。
請求項4に記載の発明によれば、釉薬を構成する組成物粒子径極小とすることにより、光触媒機能を有する物質の総表面積が増大すると共に、それらが付着する部位の総表面積も増大し、より光触媒効果が高い釉薬層を形成できる。
請求項5に記載の発明によれば、釉薬層がガラス状に熔融することなく、多孔性を有し組成物が絡まり合い縺れ合った状態となり、そのようなマット状の多孔質釉薬層の表面および内部には大量の光触媒機能を有する物質が露呈した状態で焼結しているため、汚染物質等との接触が多く、さらに吸着性にも優れており、より光触媒効果が高い釉薬層を形成できる。
請求項6に記載の発明によれば、光触媒機能を有する物質の総表面積が極めて大きく光触媒効果が高くなると共に、汚染物質の吸着特性に優れた光触媒機能を有する製品となる。

発明を実施するための最良の形態

0013

本発明の光触媒機能を有する物質を含有した釉薬は、光触媒機能を有する物質を含有し、マット釉に形成したことにより、基材に塗布して焼成するのみで光触媒効果が高い釉薬層を形成可能としたものである。以下、具体的に詳述する。

0014

図1は本発明の光触媒機能を有する物質を含有した釉薬を用いて作製した光触媒機能を有する製品の表面を撮影した電子顕微鏡写真であり、図2は本発明の光触媒機能を有する物質を含有した釉薬を用いて作製した光触媒機能を有する製品の表面に存在する酸化チタンをX線マイクロアナライザーにより白点で表示した画像であり、図3は本発明の光触媒機能を有する物質を含有した釉薬を用いて作製した光触媒機能を有する製品の断面を撮影した電子顕微鏡写真であり、図4は本発明の光触媒機能を有する物質を含有した釉薬を用いて作製した光触媒機能を有する製品の断面に存在する酸化チタンをX線マイクロアナライザーにより白点で表示した画像である。なお、図4中、帯状に白点が多く分布している部位が釉薬層である。

0015

マット釉とは、釉が熔けた状態から冷えて固まる間に表面がちじれて亀裂が生成されたり、一部の成分が結晶化したりして、微細凹凸結晶や気泡が生じるように調合された釉薬(艶消し釉)で、結晶粒によって光が散乱して光沢がなく艶消し状の釉薬層を形成するものである。

0016

このマット釉としては種々のものがあり、例えば、亜鉛マット釉、カオリン質マット釉、タルクマット釉、塩基質マット釉、珪酸質マット釉などが挙げられる。

0017

本発明の釉薬は、光触媒機能を有する物質を混入してマット釉に形成したものであり、これにより、通常の釉薬と同様に基材に塗布して焼成するのみで光触媒機能を有する物質を基材表面に露呈した状態で大量焼結でき極めて高い光触媒機能を発揮できる。より具体的には、図1ないし図4に示すように、基材に形成された釉薬層は多孔質的な性状を有し、かつ微細な凹凸が表面または内部に形成され、光触媒機能を有する物質が露呈した状態でかつ溶融した他の組成物に保持された状態で焼結しているため、光触媒機能を有する物質の総表面積が極めて大きい。また、マット釉が吸着性に優れている上に、大量に露呈している光触媒機能を有する物質自体も吸着性に優れているため、別段、吸着性に優れた物質を混入しなくても汚染物質を吸着しやすく、光触媒機能に優れた釉薬層を形成できる。

0018

光触媒機能を有する物質としては、現在確認されている中で最も顕著な光触媒機能を有していること、および高い吸着特性を有することから酸化チタンが好適に使用できるが、これに限定されるものではなく、他の光触媒機能を有する物質を使用してもよい。なお、光触媒機能を有する物質は一種類のみではなく、複数種を組み合わせて使用してもよい。

0019

また、酸化チタンとしては、アナターゼ型酸化チタン、ブルカッイト型酸化チタン、ルチル型酸化チタンなどどあるが、最も光触媒機能を発揮するアナターゼ型酸化チタンが好適である。さらに、本発明の光触媒機能を有する物質を含有した釉薬は、600℃以上700℃未満で低温焼成可能であることが好ましい。これは、600℃未満であると、十分な焼成が行われず釉薬層が基材表面から剥離しやすくなるからであり、他方、700℃以上であると、アナターゼ型酸化チタンが光触媒機能を喪失するルチル型酸化チタンに変容し始めるため、光触媒効果が高い釉薬層の形成を阻害するおそれがあるからである。

0020

光触媒機能を有する物質は、釉薬中に、45重量%以上60重量%未満含有されていることが好ましい。このように、光触媒機能を有する物質を多量に含有することにより光触媒機能が高い釉薬層を形成できる。なお、光触媒機能を有する物質が45重量%未満であると、その分、ガラス化する組成物が増大し、光触媒機能を有する物質の露呈が阻害されるため45重量%以上であることが好ましく、他方、60重量%以上となると、光触媒機能を有する物質が他の組成物と共に一体となって釉薬層を構成せず、粉体として残存するおそれがあることから60重量%未満が好ましい。

0021

さらに、光触媒機能を有する物質を含有した釉薬は、粒子径が5μm以下の組成物を90%以上含有していることが好ましく、このように、釉薬を構成する組成物の粒子径を極小とすることにより、光触媒機能を有する物質の総表面積が増大すると共に、それらが付着する部位の総表面積も増大し、より光触媒効果が高い釉薬層が形成される。なお、釉薬を構成する組成物(光触媒機能を有する物質を含む)は調合された後、粉砕機にて粉砕されて粒子径が調製されている。

0022

つぎに、本発明の光触媒機能を有する製品について説明する。
本発明の光触媒機能を有する製品は、光触媒機能を有する物質を含有してマット釉薬に形成した光触媒機能を有する物質を含有した釉薬を、基材に施釉し焼成して形成したものである。

0023

基材としては、陶磁器素地が好適であるが、これに限定されるものではなく、例えばガラス質素地や金属などを基材としたものも本発明の範疇包含される。

0024

陶磁器素地は様々な形態に成形することにより、その目的に応じた各種製品(例えば置物タイル煉瓦植木鉢壁材)が作製できる。具体的には、本発明の光触媒機能を有する製品は、陶磁器素地であれば、成形工程、乾燥工程、釉薬塗布工程、焼成工程を経て作製される。そして、本発明の光触媒機能を有する製品は、焼成されてマット状の多孔質釉薬層が基材表面に形成されており、このマット状の多孔質釉薬層の表面および内部には多量の光触媒機能を有する物質が露呈した状態で焼結している。そのため、光触媒機能を有する物質が釉薬層から落ちることがなく、耐水性または耐候性等に優れ経時変化も少ない。

0025

(具体的実施例)
本発明の光触媒機能を有する物質を含有した釉薬を、以下の表1に示した成分組成に調合した後、粉砕機にて粉砕して調製した。この実施例の釉薬における光触媒機能を有する物質はアナターゼ型酸化チタンであり、このアナターゼ型酸化チタンが釉薬全体の約57重量%含有され、粒子径が5μm以下の組成物を90%以上含有したものとなっている。

0026

0027

(光触媒評価試験
光触媒評価試験として、光触媒製品技術協議会運営するSITPマーク表示認証システムに基づく光触媒性能評価試験法ガスバッグB法)を行った。

0028

試験試料の作製)
約100mm×100mm×6mmの寸法に素焼きした陶器製板状片の一表面に、上記表1の組成を有した光触媒機能を有する物質を含有した釉薬(アナターゼ型酸化チタンを約57重量%含有し、粒子径が5μm以下の組成物を90重量%以上含有したマット釉)を塗布し、700℃で焼成して光触媒機能を有する釉薬層を備えた試料を4枚作製した。これらを水洗いし110℃で2時間乾燥させ、冷却した後、紫外線照射(1.0mW/cm2)を8時間行って前処理をし試験試料とした。

0029

試験方法
ミニコック付き5lの容量を有したフッ素樹脂製テドラーバッグ内に、試験試料とアセトアルデヒドガスを入れ暗所にて6時間静置させて当初ガス濃度を測定した。
その後、暗所にて20時間静置したものを暗条件試験区とし、他方、紫外線照射(1.0mW/cm2)を20時間行ったものを明条件試験区として、アセトアルデヒドの濃度を検知管にて測定した。なお、暗条件試験区および明条件試験区についてそれぞれ2試験つづ行い、各試験区ごとにガス濃度の平均値を算出した。

0030

(その他の試験条件
試験試料までの紫外線照射距離は10cm、紫外線照射装置日立製20w型ブラックライトFL20S−BL−Bを2本使用、紫外線強度計トップコン製UVR−2を使用、試験温度は25度、検知管はガステック製92Mを使用した。

0031

(試験結果)
当初ガス濃度は4試験平均値で99ppm、暗条件試験区のガス濃度の2試験平均値は98ppm、明条件試験区のガス濃度の2試験平均値は13ppmであった。

0032

これらの数値を以下の式(1)に算入してアセトアルデヒドの除去率(%)を算出した。
除去率(%)=(暗条件試験区のガス濃度−明条件試験区のガス濃度)/暗条件試験区のガス濃度×100…(1)
=(98−13)/98×100≒86.73%

0033

この数値86.73%は、明条件試験区における試験試料(本発明の光触媒機能を有する製品)がアセトアルデヒドを86.73%除去したことを意味するものであり、光触媒製品技術協議会の性能基準によれば、除去率70%以上を示す製品は光触媒製品と認証していることから、本発明の光触媒機能を有する製品は光触媒製品として極めて高い水準の製品であることが確認された。

図面の簡単な説明

0034

本発明の光触媒機能を有する物質を含有した釉薬を用いて作製した光触媒機能を有する製品の表面を撮影した電子顕微鏡写真である。
本発明の光触媒機能を有する物質を含有した釉薬を用いて作製した光触媒機能を有する製品の表面に存在する酸化チタンをX線マイクロアナライザーにより白点で表示した画像である。
本発明の光触媒機能を有する物質を含有した釉薬を用いて作製した光触媒機能を有する製品の断面を撮影した電子顕微鏡写真である。
本発明の光触媒機能を有する物質を含有した釉薬を用いて作製した光触媒機能を有する製品の断面に存在する酸化チタンをX線マイクロアナライザーにより白点で表示した画像である。

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