JP2011178596A - Sintered compact, method for producing the same, photocatalyst, glass granule mixture and slurry mixture - Google Patents
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Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
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Abstract
Description
本発明は、ガラスを利用した光触媒機能性の焼結体およびその製造方法、光触媒、ガラス粉粒体混合物、並びに、スラリー状混合物に関する。 The present invention relates to a photocatalytic functional sintered body using glass, a method for producing the same, a photocatalyst, a glass powder mixture, and a slurry mixture.
酸化チタン、酸化タングステン、酸化亜鉛等の金属酸化物は、高い光触媒活性を有することが知られている。これら光触媒活性を有する化合物(以下、単に「光触媒化合物」と記すことがある)は、バンドギャップエネルギー以上のエネルギーの光が照射されると、電子や正孔を生成するため、光触媒化合物を含む成形体の表面近傍において、酸化還元反応が強く促進される。また、光触媒化合物を含む成形体の表面は、水に濡れ易い親水性を呈するため、雨等の水滴で洗浄される、いわゆるセルフクリーニング作用を有することが知られている。 Metal oxides such as titanium oxide, tungsten oxide, and zinc oxide are known to have high photocatalytic activity. These compounds having photocatalytic activity (hereinafter, sometimes simply referred to as “photocatalytic compounds”) generate electrons and holes when irradiated with light having energy higher than the band gap energy, and therefore include a photocatalytic compound. The redox reaction is strongly promoted near the surface of the body. Further, it is known that the surface of the molded body containing the photocatalytic compound has a so-called self-cleaning action in which it is washed with water droplets such as rain because it exhibits hydrophilicity that easily wets water.
光触媒化合物としては、主に酸化チタンが研究されてきたが、酸化チタンはバンドギャップが3〜3.2eVであるため、波長400nm以下の紫外線を照射する必要があり、可視光では十分な光触媒活性が得られないという欠点があった。一方、酸化タングステン(例えばWO3)は、バンドギャップが約2.5eVであり、可視光応答性の光触媒活性を持つことから紫外線が少ない屋内でも利用できる長所がある。 As a photocatalyst compound, titanium oxide has been mainly studied. However, since titanium oxide has a band gap of 3 to 3.2 eV, it is necessary to irradiate ultraviolet rays having a wavelength of 400 nm or less. There was a disadvantage that was not obtained. On the other hand, tungsten oxide (for example, WO 3 ) has a band gap of about 2.5 eV and has a photocatalytic activity that is responsive to visible light.
ところで、光触媒化合物を基材に担持させる手法として、基材の表面に光触媒化合物を含む膜を成膜する技術や、光触媒化合物を基材中に含ませる技術などが検討されている。基材の表面に光触媒化合物を含む膜を成膜する方法としては、塗布によって塗布膜を形成する塗布法のほか、スパッタリング、蒸着、ゾルゲル、CVD(化学気相成長)等の方法が知られている。例えば、特許文献1では、合成樹脂を分散相とする水性エマルジョンに高濃度の無機チタン化合物を含有する光触媒性塗布剤が提案されている。また、特許文献2では、平均粒子径が0.01〜0.05μmの酸化タングステン微粒子をバインダーとともに含有する可視光応答型光触媒塗料が提案されている。さらに、特許文献3では、酸化亜鉛を含む光触媒塗料が提案されている。 By the way, as a technique for supporting a photocatalytic compound on a base material, a technique for forming a film containing the photocatalytic compound on the surface of the base material, a technique for including the photocatalytic compound in the base material, and the like have been studied. As a method for forming a film containing a photocatalytic compound on the surface of a substrate, in addition to a coating method in which a coating film is formed by coating, methods such as sputtering, vapor deposition, sol-gel, CVD (chemical vapor deposition) are known. Yes. For example, Patent Document 1 proposes a photocatalytic coating agent containing a high concentration inorganic titanium compound in an aqueous emulsion having a synthetic resin as a dispersed phase. Patent Document 2 proposes a visible light responsive photocatalytic coating material containing tungsten oxide fine particles having an average particle diameter of 0.01 to 0.05 μm together with a binder. Furthermore, in patent document 3, the photocatalyst coating material containing a zinc oxide is proposed.
一方、光触媒化合物を基材中に含ませる技術として、酸化チタンに関するものであるが、例えば特許文献4では、SiO2、Al2O3、CaO、MgO、B2O3、ZrO2、及びTiO2の各成分を所定量含有する光触媒用ガラスが開示されている。 On the other hand, as a technology for including a photocatalytic compound in a base material, it relates to titanium oxide. For example, in Patent Document 4, SiO 2 , Al 2 O 3 , CaO, MgO, B 2 O 3 , ZrO 2 , and TiO are used. A photocatalyst glass containing a predetermined amount of each of the two components is disclosed.
上記のとおり、多くの従来技術では、基材の表面に光触媒化合物を含む膜を成膜することによって、光触媒化合物を担持させるという考え方を採用している。しかし、このような考え方に立脚する手法に共通の課題として、基材と光触媒化合物を含む膜との密着性および膜自体の耐久性を確保することが難しい点が挙げられる。つまり、これらの手法で製造された光触媒機能性製品は、光触媒化合物を含む膜が基材から剥離したり、膜が劣化して光触媒機能が損なわれたりするおそれがある。例えば特許文献1〜3のように、塗料を用いて塗布膜を形成した場合、塗布膜に残留している樹脂や有機バインダーが、紫外線等によって分解されたり、光触媒化合物の触媒作用で酸化還元されたりする結果、塗布膜が経時的に劣化しやすく、耐久性が十分ではないという問題があった。また、膜中に担持させた光触媒化合物の活性を十分に引き出すためには、光触媒化合物をナノサイズの超微粒子に加工する必要があるが、ナノサイズの超微粒子は作製コストが高くなるとともに、表面エネルギーの増大によって凝集しやすくなり、取り扱いが難しいという問題点があった。 As described above, many conventional techniques employ the concept of supporting a photocatalytic compound by forming a film containing the photocatalytic compound on the surface of a substrate. However, a problem common to techniques based on such a concept is that it is difficult to ensure the adhesion between the substrate and the film containing the photocatalytic compound and the durability of the film itself. That is, in the photocatalytic functional product produced by these methods, the film containing the photocatalytic compound may be peeled off from the base material, or the film may deteriorate and the photocatalytic function may be impaired. For example, as in Patent Documents 1 to 3, when a coating film is formed using a paint, the resin and organic binder remaining in the coating film are decomposed by ultraviolet rays or the like, or are oxidized and reduced by the catalytic action of a photocatalytic compound. As a result, there has been a problem that the coating film is likely to deteriorate with time and the durability is not sufficient. In addition, in order to fully extract the activity of the photocatalytic compound supported in the film, it is necessary to process the photocatalytic compound into nano-sized ultrafine particles. There was a problem that the increase in energy facilitates aggregation and is difficult to handle.
一方、特許文献4で開示される光触媒用ガラスは、ガラス中に酸化チタンを含有させている点で他の従来技術とは考え方を異にしている。しかし、特許文献4の技術では、光触媒化合物である酸化チタンは結晶構造を有しておらず、アモルファスの形でガラス中に存在するため、その光触媒活性が弱く、不充分であった。 On the other hand, the glass for photocatalysts disclosed in Patent Document 4 differs from other prior art in that titanium oxide is contained in the glass. However, in the technique of Patent Document 4, titanium oxide, which is a photocatalytic compound, does not have a crystal structure and exists in the glass in an amorphous form, so that its photocatalytic activity is weak and insufficient.
そこで、本発明者は、ガラスから光触媒活性を有する結晶を析出させることによって、耐久性に優れ、取り扱いも容易な光触媒素材を提供できると着想した。ガラス中に光触媒活性を有する結晶を析出させる場合、目的の結晶を必要十分な量で析出させることが重要である。また、例えば紫外線応答型の酸化チタンと、可視光応答型の酸化タングステンの組み合わせなどのように、ガラス中に機能の異なる2種以上の結晶を同時に析出させることができれば、相互の機能が補完し合うことによって優れた特性の光触媒機能性材料を提供できると考えられる。しかし、光触媒化合物を多量に配合したガラスは、非常に不安定であり、一つのガラス組成から目的とする2種以上の光触媒化合物の結晶を同時に必要十分な量で析出させることは極めて困難であった。 Therefore, the present inventor has conceived that a photocatalytic material having excellent durability and easy handling can be provided by precipitating crystals having photocatalytic activity from glass. In the case where crystals having photocatalytic activity are precipitated in glass, it is important to deposit the target crystals in a necessary and sufficient amount. In addition, if two or more types of crystals having different functions can be simultaneously precipitated in glass, such as a combination of UV-responsive titanium oxide and visible light-responsive tungsten oxide, the mutual functions are complemented. It is considered that a photocatalytic functional material having excellent characteristics can be provided by matching. However, a glass containing a large amount of a photocatalytic compound is very unstable, and it is extremely difficult to precipitate a desired amount of two or more types of photocatalytic compound crystals simultaneously from a single glass composition in a necessary and sufficient amount. It was.
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、ガラスを原料として、2種以上の異なる光触媒化合物を必要十分な量で含有し、優れた光触媒活性を有する光触媒機能性素材を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a photocatalytic functional material having an excellent photocatalytic activity by containing two or more different photocatalytic compounds in a necessary and sufficient amount using glass as a raw material. With the goal.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、組成が異なる2種以上のガラス粉粒体を混合して得られる混合物を加熱することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、以下の(1)〜(29)に存する。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the above problems can be solved by heating a mixture obtained by mixing two or more kinds of glass powder particles having different compositions. The headline and the present invention were completed. That is, this invention exists in the following (1)-(29).
(1)組成が異なる2種以上のガラス粉粒体を混合して混合物を作製する工程と、
前記混合物を加熱し、光触媒活性を有する結晶を含むガラスセラミックスの焼結体を作製する工程と、
を備えた焼結体の製造方法。
(1) A step of preparing a mixture by mixing two or more kinds of glass powders having different compositions;
Heating the mixture and producing a sintered body of glass ceramics containing crystals having photocatalytic activity;
The manufacturing method of the sintered compact provided with.
(2)組成が異なる2種以上のガラス粉粒体を混合して混合物を作製する工程と、
前記混合物を所望形状の成形体に成形する工程と、
前記成形体を加熱し、光触媒活性を有する結晶を含むガラスセラミックスの焼結体を作製する工程と、
を備えた焼結体の製造方法。
(2) a step of preparing a mixture by mixing two or more kinds of glass powders having different compositions;
Forming the mixture into a molded body having a desired shape;
Heating the molded body to produce a sintered body of glass ceramics containing crystals having photocatalytic activity;
The manufacturing method of the sintered compact provided with.
(3)前記光触媒活性を有する結晶は、TiO2結晶、WO3結晶、ZnO結晶、RnNbO3結晶、RnTaO3結晶(ここで、Rnはアルカリ金属を意味する)、及びこれらの固溶体からなる群より選択される2種以上の結晶を含む上記(1)又は(2)に記載の焼結体の製造方法。 (3) The crystal having photocatalytic activity includes a TiO 2 crystal, a WO 3 crystal, a ZnO crystal, an RnNbO 3 crystal, an RnTaO 3 crystal (where Rn means an alkali metal), and a group consisting of these solid solutions. The manufacturing method of the sintered compact as described in said (1) or (2) containing the 2 or more types of crystal | crystallization selected.
(4)前記光触媒を有する結晶が、ナシコン型の結晶を含む、上記(1)〜(3)のいずれかに記載の焼結体の製造方法。 (4) The method for producing a sintered body according to any one of (1) to (3), wherein the crystal having the photocatalyst includes a NASICON crystal.
(5)前記2種以上のガラス粉粒体として、少なくとも、
加熱により光触媒活性を有する第1の結晶を析出し得る第1のガラス粉粒体と、
加熱により前記第1の結晶とは異なる種類の、光触媒活性を有する第2の結晶を析出し得る第2のガラス粉粒体と、
を用いる上記(1)〜(4)のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
(5) As the two or more kinds of glass particles, at least,
A first glass granule capable of precipitating a first crystal having photocatalytic activity by heating;
A second glass powder capable of precipitating a second crystal having photocatalytic activity, which is different from the first crystal by heating, and
The manufacturing method of the sintered compact in any one of said (1)-(4) using A.
(6)前記第1の粉粒体及び第2の粉粒体は、それぞれ、TiO2結晶、WO3結晶、ZnO結晶、RnNbO3結晶、RnTaO3結晶(ここで、Rnはアルカリ金属を意味する)、及びこれらの固溶体からなる群より選択される1種以上の結晶を析出し得るものである上記(5)に記載の焼結体の製造方法。 (6) The first powder and the second powder are respectively TiO 2 crystal, WO 3 crystal, ZnO crystal, RnNbO 3 crystal, and RnTaO 3 crystal (where Rn means an alkali metal) ) And one or more types of crystals selected from the group consisting of these solid solutions can be precipitated. The method for producing a sintered body according to (5) above.
(7)前記ガラス粉粒体の粒径が、5nm〜5mmの範囲内である上記(1)〜(6)のいずれかに記載の焼結体の製造方法。 (7) The method for producing a sintered body according to any one of (1) to (6), wherein a particle diameter of the glass powder particles is in a range of 5 nm to 5 mm.
(8)Ag、Cu、Fe、Ce、Au、Pt、Pd、及びReからなる群より選ばれる1種以上の成分を含有する上記(1)〜(7)のいずれかに記載の焼結体の製造方法。 (8) The sintered body according to any one of (1) to (7), which contains one or more components selected from the group consisting of Ag, Cu, Fe, Ce, Au, Pt, Pd, and Re. Manufacturing method.
(9)上記(1)〜(8)のいずれかに記載の方法により製造される光触媒機能性の焼結体。 (9) A photocatalytic functional sintered body produced by the method according to any one of (1) to (8) above.
(10)紫外領域から可視領域までの波長の光によって触媒活性が発現される上記(9)に記載の焼結体。 (10) The sintered body according to (9), wherein the catalytic activity is expressed by light having a wavelength from the ultraviolet region to the visible region.
(11)JIS R 1703−2:2007に基づくメチレンブルーの分解活性指数が3nmol/L/min以上である上記(9)又は(10)に記載の焼結体。 (11) The sintered body according to (9) or (10) above, wherein the decomposition activity index of methylene blue based on JIS R 1703-2: 2007 is 3 nmol / L / min or more.
(12)上記(1)〜(8)のいずれかに記載の方法により製造される親水性の焼結体。 (12) A hydrophilic sintered body produced by the method according to any one of (1) to (8) above.
(13)紫外領域から可視領域までの波長の光を照射した表面と水滴との接触角が30°以下である上記(12)に記載の焼結体。 (13) The sintered body according to (12), wherein a contact angle between the surface irradiated with light having a wavelength from the ultraviolet region to the visible region and a water droplet is 30 ° or less.
(14)上記(9)〜(13)のいずれかに記載の焼結体を有する光触媒。 (14) A photocatalyst having the sintered body according to any one of (9) to (13).
(15)粉粒状、又はファイバー状の形態を有する上記(14)に記載の光触媒。 (15) The photocatalyst according to the above (14), which has a granular or fiber form.
(16)上記(14)又は(15)に記載の光触媒と、溶媒と、を含有するスラリー状混合物。 (16) A slurry-like mixture containing the photocatalyst according to (14) or (15) above and a solvent.
(17)上記(14)又は(15)に記載の光触媒を含む光触媒部材。 (17) A photocatalytic member comprising the photocatalyst according to (14) or (15).
(18)上記(14)又は(15)に記載の光触媒を含む浄化装置。 (18) A purification device comprising the photocatalyst according to (14) or (15).
(19)上記(14)又は(15)に記載の光触媒を含むフィルタ。 (19) A filter comprising the photocatalyst according to (14) or (15).
(20)基材と、この基材上に設けられたガラスセラミックス層とを有するガラスセラミックス複合体であって、
前記ガラスセラミックス層が、上記(9)〜(13)のいずれかに記載の焼結体を含むことを特徴とするガラスセラミックス複合体。
(20) A glass ceramic composite having a base material and a glass ceramic layer provided on the base material,
The glass-ceramic composite, wherein the glass-ceramic layer includes the sintered body according to any one of (9) to (13).
(21)組成が異なる2種以上のガラス粉粒体を含み、加熱により光触媒活性を有する結晶を析出し得るガラス粉粒体混合物。 (21) A glass powder mixture containing two or more types of glass powder having different compositions and capable of depositing crystals having photocatalytic activity by heating.
(22)前記光触媒活性を有する結晶は、TiO2結晶、WO3結晶、ZnO結晶、RnNbO3結晶、RnTaO3結晶(ここで、Rnはアルカリ金属を意味する)、及びこれらの固溶体からなる群より選択される2種以上の結晶を含む上記(21)に記載のガラス粉粒体混合物。 (22) The crystal having photocatalytic activity includes a TiO 2 crystal, a WO 3 crystal, a ZnO crystal, an RnNbO 3 crystal, an RnTaO 3 crystal (where Rn means an alkali metal), and a group consisting of these solid solutions. The glass powder mixture as described in said (21) containing 2 or more types of crystal | crystallization selected.
(23)前記2種以上のガラス粉粒体として、少なくとも、
加熱により光触媒活性を有する第1の結晶を析出し得る第1のガラス粉粒体と、
加熱により前記第1の結晶とは異なる種類の、光触媒活性を有する第2の結晶を析出し得る第2のガラス粉粒体と、
を含有する上記(21)又は(22)のいずれかに記載のガラス粉粒体混合物。
(23) As the two or more kinds of glass particles, at least,
A first glass granule capable of precipitating a first crystal having photocatalytic activity by heating;
A second glass powder capable of precipitating a second crystal having photocatalytic activity, which is different from the first crystal by heating, and
The glass powder mixture as described in any one of (21) and (22) above.
(24)前記第1のガラス粉粒体及び第2のガラス粉粒体は、それぞれ、TiO2結晶、WO3結晶、ZnO結晶、RnNbO3結晶、RnTaO3結晶(ここで、Rnはアルカリ金属を意味する)、及びこれらの固溶体からなる群より選択される1種以上の結晶を析出し得るものである上記(23)に記載のガラス粉粒体混合物。 (24) The first glass powder and the second glass powder are respectively TiO 2 crystal, WO 3 crystal, ZnO crystal, RnNbO 3 crystal, RnTaO 3 crystal (where Rn is an alkali metal) Mean)), and one or more types of crystals selected from the group consisting of these solid solutions can be precipitated.
(25)前記結晶として、ナシコン型の結晶を含む、上記(21)から(24)のいずれかに記載のガラス粉粒体混合物。 (25) The glass powder mixture according to any one of (21) to (24), wherein the crystal includes a NASICON type crystal.
(26)上記(21)〜(25)のいずれかに記載のガラス粉粒体混合物を含有するスラリー状混合物。 (26) A slurry mixture containing the glass powder mixture according to any one of (21) to (25).
(27)光触媒活性を有する第1の結晶と、前記第1の結晶とは異なる種類の、光触媒活性を有する第2の結晶と、を含有する光触媒機能性の焼結体。 (27) A photocatalytic functional sintered body containing a first crystal having a photocatalytic activity and a second crystal having a photocatalytic activity which is different from the first crystal.
(28)前記第1の結晶と、前記第2の結晶の含有比率が、質量比で1:x(ここで、xは0.01以上0.99の数を意味する)である上記(27)に記載の焼結体。 (28) The content ratio of the first crystal and the second crystal is 1: x in mass ratio (where x represents a number of 0.01 or more and 0.99) (27 ).
(29)前記第1の結晶及び前記第2の結晶が、それぞれ、TiO2結晶、WO3結晶、ZnO結晶、RnNbO3結晶、RnTaO3結晶(ここで、Rnはアルカリ金属を意味する)及びこれらの固溶体からなる群より選択されるものである上記(27)又は(28)に記載の焼結体。 (29) The first crystal and the second crystal are a TiO 2 crystal, a WO 3 crystal, a ZnO crystal, an RnNbO 3 crystal, and an RnTaO 3 crystal (where Rn means an alkali metal) and these, respectively. The sintered body according to (27) or (28), wherein the sintered body is selected from the group consisting of:
本発明の焼結体の製造方法によれば、組成が異なる2種以上のガラス粉粒体を混合して混合物を作製した後、この混合物を加熱することによって、2種以上の光触媒結晶を豊富に含む焼結体を得ることができる。本発明方法では、ガラス粉粒体の組み合わせを変えることによって、複数種類の光触媒結晶を任意の組み合わせで含有する焼結体を容易に製造できる。従って、単一のガラス相から複数種類の光触媒結晶を析出させる場合にくらべて、光触媒結晶の結晶型の制御や、析出量の制御が格段に容易になり、優れた光触媒機能性素材を提供できる。また、優れた光触媒活性を有する焼結体を工業的規模で容易に製造することができる。 According to the method for producing a sintered body of the present invention, two or more kinds of glass powders having different compositions are mixed to produce a mixture, and then the mixture is heated to enrich two or more kinds of photocatalytic crystals. Can be obtained. In the method of the present invention, a sintered body containing a plurality of types of photocatalytic crystals in any combination can be easily produced by changing the combination of glass powder particles. Therefore, compared to the case where a plurality of types of photocatalytic crystals are precipitated from a single glass phase, the control of the crystal form of the photocatalytic crystals and the control of the amount of precipitation are much easier, and an excellent photocatalytic functional material can be provided. . Moreover, the sintered compact which has the outstanding photocatalytic activity can be manufactured easily on an industrial scale.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
[焼結体]
本発明の焼結体の製造方法によって得られる焼結体は、光触媒活性を有する結晶(以下、「光触媒結晶」と記すことがある)を含有するガラスセラミックスである。ここで、光触媒結晶としては、特に限定する趣旨ではないが、例えば、TiO2結晶、WO3結晶、ZnO結晶、RnNbO3結晶(ここで、Rnはアルカリ金属を意味する)、RnTaO3結晶(ここで、Rnはアルカリ金属を意味する)、TiP2O7結晶、(TiO)2P2O7結晶、LiTi2(PO4)3、NaTi2(PO4)3、KTi2(PO4)3、MgTi4(PO4)6、CaTi4(PO4)6、SrTi4(PO4)6、BaTi4(PO4)6、ZnTi4(PO4)6、Zn2GeO4結晶、ZnSiSO4結晶等、及びこれらの固溶体を挙げることができる。
[Sintered body]
The sintered body obtained by the method for producing a sintered body of the present invention is a glass ceramic containing a crystal having photocatalytic activity (hereinafter sometimes referred to as “photocatalytic crystal”). Here, the photocatalytic crystal is not particularly limited, but for example, TiO 2 crystal, WO 3 crystal, ZnO crystal, RnNbO 3 crystal (here, Rn means an alkali metal), RnTaO 3 crystal (here Rn means an alkali metal), TiP 2 O 7 crystal, (TiO) 2 P 2 O 7 crystal, LiTi 2 (PO 4 ) 3 , NaTi 2 (PO 4 ) 3 , KTi 2 (PO 4 ) 3 MgTi 4 (PO 4 ) 6 , CaTi 4 (PO 4 ) 6 , SrTi 4 (PO 4 ) 6 , BaTi 4 (PO 4 ) 6 , ZnTi 4 (PO 4 ) 6 , Zn 2 GeO 4 crystal, ZnSiSO 4 crystal Etc., and their solid solutions.
本発明の焼結体は、2種以上の異なる種類の光触媒結晶を含有することができる。すなわち、本発明の焼結体は、少なくとも、光触媒活性を有する第1の結晶と、第1の結晶とは異なる種類の、光触媒活性を有する第2の結晶と、を含有することができる。この場合、例えば焼結体の使用目的や、光触媒結晶の特性を考慮して、光触媒結晶の組み合わせと、光触媒結晶の含有(析出)比率を容易に制御できることも本発明の長所である。同様の光触媒特性を持つ2種以上の光触媒結晶を組み合わせることにより、その光触媒特性を増強させた焼結体にすることができるし、異なる光触媒特性を持つ2種以上の光触媒結晶を組み合わせることによって、光触媒特性を相互に補完させて幅広い光触媒特性を持つ焼結体にすることができる。なお、焼結体は、異なる3種、さらに4種以上の光触媒結晶を含有していてもよい。 The sintered body of the present invention can contain two or more different types of photocatalytic crystals. That is, the sintered body of the present invention can contain at least a first crystal having a photocatalytic activity and a second crystal having a photocatalytic activity different from the first crystal. In this case, it is an advantage of the present invention that the combination of the photocatalytic crystals and the content (precipitation) ratio of the photocatalytic crystals can be easily controlled in consideration of, for example, the purpose of use of the sintered body and the characteristics of the photocatalytic crystals. By combining two or more types of photocatalytic crystals having similar photocatalytic properties, a sintered body with enhanced photocatalytic properties can be obtained, or by combining two or more types of photocatalytic crystals having different photocatalytic properties, A sintered body having a wide range of photocatalytic properties can be obtained by mutually complementing the photocatalytic properties. Note that the sintered body may contain three different types, and further four or more types of photocatalytic crystals.
本発明の焼結体は、特にTiO2結晶、WO3結晶、ZnO結晶、RnNbO3結晶、RnTaO3結晶(ここで、Rnはアルカリ金属を意味する)、及びこれらの固溶体からなる群より選択される2種以上の結晶を含むことが好ましい。これらの中でも好ましい組み合わせとしては、例えばTiO2結晶とWO3結晶の組み合わせ、TiO2結晶とRnNbO3結晶の組み合わせを挙げることができる。特に好ましい組み合わせとして、焼結体がTiO2結晶とWO3結晶とを含有することによって、紫外線から可視光線までの幅広い波長の光に対する応答性が得られる。この場合、第1の結晶としてのTiO2結晶と、第2の結晶としてのWO3結晶との含有比率が、質量比で1:x(ここで、xは0.01以上0.99の数を意味する)であることが好ましい。 The sintered body of the present invention is particularly selected from the group consisting of TiO 2 crystal, WO 3 crystal, ZnO crystal, RnNbO 3 crystal, RnTaO 3 crystal (where Rn means alkali metal), and solid solutions thereof. It is preferable to include two or more kinds of crystals. Among these, preferable combinations include, for example, a combination of TiO 2 crystal and WO 3 crystal, and a combination of TiO 2 crystal and RnNbO 3 crystal. As a particularly preferred combination, the sinter includes TiO 2 crystals and WO 3 crystals, whereby responsiveness to light having a wide wavelength range from ultraviolet rays to visible rays can be obtained. In this case, the content ratio of the TiO 2 crystal as the first crystal and the WO 3 crystal as the second crystal is 1: x (where x is a number from 0.01 to 0.99). It is preferable that
また、前記光触媒結晶には、ナシコン型の結晶、特にRnTi2(PO4)3、RTi4(PO4)6(ここで、RnはLi、Na、K、Rb、Csから選ばれる1種以上とし、RはMg、Ca、Sr、Baから選ばれる1種以上とする)の一方または両方を含むことが望ましい。これらの結晶を含有することにより、光触媒特性が向上すると共に、機械的な強度や化学耐久性などが大幅に向上する。 The photocatalytic crystal may be a NASICON type crystal, particularly RnTi 2 (PO 4 ) 3 , RTi 4 (PO 4 ) 6 (where Rn is one or more selected from Li, Na, K, Rb, Cs). And R is preferably one or both of Mg, Ca, Sr and Ba). By containing these crystals, photocatalytic properties are improved, and mechanical strength, chemical durability, and the like are greatly improved.
また、本発明の焼結体は、光触媒結晶をガラス全体積に対する体積比で1%以上98%以下の範囲内で含んでいることが好ましい。光触媒結晶の含有率が1%以上であることにより、焼結体が良好な光触媒特性を有することができる。一方で、上記結晶の含有率が98%以下であることにより、焼結体が良好な機械的な強度を得ることができる。焼結体の結晶化率は、体積比で好ましくは1%、より好ましくは5%、最も好ましくは10%を下限とし、好ましくは98%、より好ましくは95%、最も好ましくは90%を上限とする。前記結晶の大きさは、球近似したときの平均径が、5nm〜3μmであることが好ましい。熱処理条件をコントロールすることにより、析出した結晶相のサイズを制御することが可能であるが、有効な光触媒特性を引き出すため、結晶のサイズを5nm〜3μmの範囲とすることが好ましく、10nm〜1μmの範囲とすることがより好ましく、10nm〜300nmの範囲とすることが最も好ましい。結晶粒径及びその平均値はXRDの回折ピークの半値幅より、シェラーの式より見積もることができる。回折ピークが弱かったり、重なったりする場合は、走査型電子顕微鏡(SEM)または透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて測定した結晶粒子面積から、これを円と仮定してその直径を求めて測定できる。顕微鏡を用いて平均値を算出する際には、無作為に100個以上の結晶直径を測定することが好ましい。 Moreover, it is preferable that the sintered compact of this invention contains the photocatalyst crystal in the range of 1% or more and 98% or less by the volume ratio with respect to the glass total volume. When the content of the photocatalytic crystal is 1% or more, the sintered body can have good photocatalytic properties. On the other hand, when the content rate of the crystal is 98% or less, the sintered body can obtain good mechanical strength. The crystallization rate of the sintered body is preferably 1%, more preferably 5%, and most preferably 10% as a lower limit, preferably 98%, more preferably 95%, and most preferably 90% in volume ratio. And The size of the crystal is preferably 5 nm to 3 μm in average diameter when approximated to a sphere. By controlling the heat treatment conditions, it is possible to control the size of the precipitated crystal phase, but in order to extract effective photocatalytic properties, the crystal size is preferably in the range of 5 nm to 3 μm, and 10 nm to 1 μm. Is more preferable, and the range of 10 nm to 300 nm is most preferable. The crystal grain size and the average value can be estimated from Scherrer's formula from the half width of the XRD diffraction peak. If the diffraction peaks are weak or overlap, measure the diameter of the crystal particle area measured using a scanning electron microscope (SEM) or transmission electron microscope (TEM), assuming that this is a circle. it can. When calculating an average value using a microscope, it is preferable to measure 100 or more crystal diameters at random.
本発明の焼結体は、紫外領域から可視領域までの波長の光によって光触媒活性が発現されることが好ましい。ここで、本発明でいう紫外領域の波長の光は、波長が可視光線より短く軟X線よりも長い不可視光線の電磁波のことであり、その波長はおよそ10〜400nmの範囲にある。また、本発明でいう可視領域の波長の光は、電磁波のうち、ヒトの目で見える波長の電磁波のことであり、その波長はおよそ400nm〜700nmの範囲にある。これら紫外領域から可視領域までのいずれかの波長の光、またはそれらが複合した波長の光が焼結体の表面に照射されたときに触媒活性が発現されることにより、焼結体の表面に付着した汚れ物質や細菌等が酸化又は還元反応により分解されるため、焼結体を防汚用途や抗菌用途等に用いることができる。 The sintered body of the present invention preferably exhibits photocatalytic activity by light having a wavelength from the ultraviolet region to the visible region. Here, the light having a wavelength in the ultraviolet region referred to in the present invention is an invisible electromagnetic wave having a wavelength shorter than that of visible light and longer than that of soft X-ray, and the wavelength is in the range of approximately 10 to 400 nm. In addition, the light having a wavelength in the visible region referred to in the present invention is an electromagnetic wave having a wavelength that can be seen by human eyes among electromagnetic waves, and the wavelength is in a range of about 400 nm to 700 nm. When the surface of the sintered body is exposed to light of any wavelength from the ultraviolet region to the visible region, or light of a wavelength in which they are combined, the surface of the sintered body is expressed. Since the adhered dirt substances and bacteria are decomposed by oxidation or reduction reaction, the sintered body can be used for antifouling use or antibacterial use.
さらに、本発明の焼結体は、JIS R 1703−2:2007に基づくメチレンブルーの分解活性指数が3.0nmol/L/min以上であることが好ましい。光触媒には紫外線があたると強力な酸化力を生じ、触れた有機物を二酸化炭素や水に分解する性能がある。これを酸化分解性能と呼び、以下のようなセルフクリーニング性能試験により性能評価することができる。試験片に、有機色素(メチレンブルー)を溶かした水を接触させ、分光光度計で初期の吸光度(光が吸収される度合い)を測る。一定時間紫外線を照射し、吸光度の測定を行う操作を繰り返す。光触媒により色素が分解されるため、溶液は徐々に濃度が下がり透明となり、吸光度は下がる。この濃度の経時変化から色素の分解速度が算出でき、それが試験片のセルフクリーニング性能(酸化分解性能)の指標となる。 Furthermore, the sintered body of the present invention preferably has a methylene blue decomposition activity index of 3.0 nmol / L / min or more based on JIS R 1703-2: 2007. Photocatalysts have the ability to generate strong oxidizing power when exposed to ultraviolet light, and to decompose the organic matter they touch into carbon dioxide and water. This is called oxidative decomposition performance and can be evaluated by the following self-cleaning performance test. The test piece is brought into contact with water in which an organic dye (methylene blue) is dissolved, and the initial absorbance (degree of light absorption) is measured with a spectrophotometer. Repeat the operation of measuring the absorbance by irradiating with ultraviolet rays for a certain period of time. Since the dye is decomposed by the photocatalyst, the concentration of the solution gradually decreases and becomes transparent, and the absorbance decreases. The degradation rate of the dye can be calculated from the change in concentration over time, and this is an index of the self-cleaning performance (oxidative degradation performance) of the test piece.
また、本発明の焼結体は、紫外領域から可視領域までの波長の光を照射した表面と水滴との接触角が30°以下であることが好ましい。これにより、焼結体の表面が親水性を呈し、セルフクリーニング作用を有するため、焼結体の表面を水で容易に洗浄することができ、汚れによる光触媒特性の低下を抑制することができる。光を照射した焼結体表面と水滴との接触角は、30°以下が好ましく、25°以下がより好ましく、20°以下が最も好ましい。 The sintered body of the present invention preferably has a contact angle of 30 ° or less between the surface irradiated with light having a wavelength from the ultraviolet region to the visible region and a water droplet. Thereby, since the surface of the sintered body exhibits hydrophilicity and has a self-cleaning action, the surface of the sintered body can be easily washed with water, and the deterioration of the photocatalytic characteristics due to dirt can be suppressed. The contact angle between the surface of the sintered body irradiated with light and the water droplet is preferably 30 ° or less, more preferably 25 ° or less, and most preferably 20 ° or less.
焼結体の形態は、特に限定されるものではなく、粉粒状やスラリー状、任意の形状に成形された成形物、任意の基材上に焼結体層が形成された複合体等の形態とすることができる。なお、焼結体をスラリー状にする場合、後述する原料のガラス粉粒体のスラリー状混合物と同様の方法で、同様の溶媒やバインダーなどを用いてスラリー状に調製することができる。 The form of the sintered body is not particularly limited, and is in the form of a powder, a slurry, a molded product formed into an arbitrary shape, a composite having a sintered body layer formed on an arbitrary base material, or the like. It can be. In addition, when making a sintered compact into a slurry form, it can prepare in a slurry form using the same solvent, a binder, etc. by the method similar to the slurry-like mixture of the glass granule of the raw material mentioned later.
次に、焼結体の製造方法について、第1の方法及び第2の方法を例示して説明するが、これらの方法に限定されるものではない。 Next, although the 1st method and the 2nd method are illustrated and demonstrated about the manufacturing method of a sintered compact, it is not limited to these methods.
[第1の方法]
第1の方法は、組成が異なる2種以上のガラス粉粒体を混合して混合物を作製する工程(混合工程)と、前記混合物を加熱し、光触媒活性結晶を含むガラスセラミックスの焼結体を作製する工程(加熱工程)と、を備えている。
[First method]
The first method includes a step of mixing two or more kinds of glass powders having different compositions to prepare a mixture (mixing step), and heating the mixture to form a sintered glass ceramic containing a photocatalytically active crystal. And a manufacturing process (heating process).
<ガラス粉粒体>
第1の方法において、原料として用いる「組成が異なる2種以上のガラス粉粒体」としては、少なくとも、加熱により光触媒活性を有する第1の結晶を析出し得る第1のガラス粉粒体と、加熱により前記第1の結晶とは異なる種類の、光触媒活性を有する第2の結晶を析出し得る第2のガラス粉粒体と、を用いることができる。第1のガラス粉粒体及び第2のガラス粉粒体は、それぞれ、1種以上の光触媒結晶を析出し得るものであればよい。ガラス粉粒体が析出する光触媒結晶の種類は、任意である。また、2種以上のガラス粉粒体により析出される2種以上の光触媒結晶の組み合わせも特に制限はなく、任意の組み合わせにすることができる。なお、組成が異なり、異なる光触媒結晶を析出する3種、さらに4種以上のガラス粉粒体を用いてもよい。
<Glass granules>
In the first method, as "two or more kinds of glass powder having different compositions" used as a raw material, at least a first glass powder capable of precipitating a first crystal having photocatalytic activity by heating, It is possible to use a second glass powder that can precipitate a second crystal having photocatalytic activity, which is different from the first crystal by heating. Each of the first glass powder and the second glass powder may be any one that can precipitate one or more kinds of photocatalytic crystals. The kind of the photocatalytic crystal on which the glass particles are deposited is arbitrary. Further, the combination of two or more kinds of photocatalytic crystals precipitated by two or more kinds of glass powder particles is not particularly limited, and any combination can be used. In addition, you may use 3 types and 4 types or more of glass powder bodies from which a composition differs and deposits a different photocatalyst crystal | crystallization.
また、焼結体の原料として用いるガラス粉粒体中には、Ag、Cu、Fe、Ce、Au、Pt、Pd及びReからなる群より選ばれる1種以上の成分を含有することが好ましい。なお、ガラス粉粒体のガラス組成については、後述する。 Moreover, it is preferable to contain 1 or more types of components chosen from the group which consists of Ag, Cu, Fe, Ce, Au, Pt, Pd, and Re in the glass granular material used as a raw material of a sintered compact. In addition, the glass composition of a glass granular material is mentioned later.
第1の方法に使用するガラス粉粒体の粒径は、混合により均一化しやすいこと、及び、加熱焼成の際にそれぞれのガラス粉粒体に由来するガラス相が完全に混和・一体化する過程で別々のガラスマトリックスの中から所望の光触媒活性を有する結晶を含む結晶相が形成されるようにするため、例えば5nm以上5mm以下の範囲内であることが好ましく、50nm以上500μm以下の範囲内であることがより好ましく、100nm以上100μm以下の範囲内であることが望ましい。なお、混合される各ガラス粉粒体の平均粒径は、同程度であってもよいし、異なる粒径であってもよいが、均一に混合しやすくする観点から、同程度であることが好ましい。 The particle size of the glass particles used in the first method is easily homogenized by mixing, and the process in which the glass phases derived from the respective glass particles are completely mixed and integrated during heating and firing. In order to form a crystal phase containing crystals having a desired photocatalytic activity from different glass matrices, it is preferably in the range of 5 nm to 5 mm, for example, in the range of 50 nm to 500 μm. More preferably, it is preferably in the range of 100 nm to 100 μm. The average particle diameter of each glass powder to be mixed may be the same or different, but may be the same from the viewpoint of facilitating uniform mixing. preferable.
<混合工程>
ガラス粉粒体を混合する混合工程は、特に限定する趣旨ではないが、例えば、ミキサーを用いて2種以上のガラス粉粒体を均質な状態になるまで混合すればよい。
<Mixing process>
The mixing step of mixing the glass particles is not particularly limited, but for example, two or more kinds of glass particles may be mixed using a mixer until they are in a homogeneous state.
<加熱工程>
加熱工程では、ガラス粉粒体を加熱して焼成を行うことで、光触媒結晶を含む結晶相を有する焼結体を作製する。ここで、加熱工程の具体的な手順は特に限定されないが、ガラス粉粒体の混合物(以下、「混合物」と記すことがある)を設定温度へと徐々に昇温させる工程、混合物を設定温度に一定時間保持する工程、混合物を室温へと徐々に冷却する工程を含むことができる。このような熱処理によって、ナノからミクロン単位までの所望のサイズを有する光触媒結晶を焼結体の内部に均一に分散させて形成できる。
<Heating process>
In the heating step, the glass powder is heated and fired to produce a sintered body having a crystal phase including a photocatalytic crystal. Here, the specific procedure of the heating step is not particularly limited, but the step of gradually raising the temperature of the mixture of glass particles (hereinafter sometimes referred to as “mixture”) to the set temperature, the set temperature of the mixture And a step of gradually cooling the mixture to room temperature. By such heat treatment, a photocatalytic crystal having a desired size of nano to micron units can be uniformly dispersed in the sintered body.
加熱工程では、混合物をそのまま加熱してもよいし、任意の基材上に混合物を配置して加熱してもよい。基材を用いる場合、基材の材質は特に限定されないが、光触媒結晶と複合化させ易い点で、例えば、ガラス、セラミックス等の無機材料や金属等を用いることが好ましい。混合物を基材上に配置するには、例えば、混合物を含有するスラリーを、所定の厚み・寸法で基材上に配置することが好ましい。これにより、光触媒特性を有する焼結体を容易に基材上に形成することができる。ここで、形成される焼結体の層の厚さは、焼結体層が剥がれないように十分な耐久性を持たせる観点から、その厚みは、例えば500μm以下であることが好ましく、200μm以下であることがより好ましく、100μm以下であることが最も好ましい。スラリーを基材上に配置する方法としては、例えばドクターブレード法やカレンダ法、スピンコートやディップコーティング等の塗布法、インクジェット、バブルジェット(登録商標)、オフセット等の印刷法、ダイコーター法、スプレー法、射出成型法、押し出し成形法、圧延法、プレス成形法、ロール成型法等が挙げられる。 In the heating step, the mixture may be heated as it is, or the mixture may be placed on an arbitrary substrate and heated. In the case of using a base material, the material of the base material is not particularly limited, but it is preferable to use, for example, an inorganic material such as glass or ceramics, a metal, or the like because it can be easily combined with a photocatalytic crystal. In order to arrange the mixture on the substrate, for example, the slurry containing the mixture is preferably arranged on the substrate with a predetermined thickness and size. Thereby, the sintered compact which has a photocatalytic characteristic can be easily formed on a base material. Here, the thickness of the layer of the sintered body to be formed is preferably 500 μm or less, for example, from the viewpoint of giving sufficient durability so that the sintered body layer does not peel off, and 200 μm or less. It is more preferable that the thickness is 100 μm or less. Examples of the method for arranging the slurry on the substrate include a doctor blade method, a calendar method, a coating method such as spin coating and dip coating, a printing method such as inkjet, bubble jet (registered trademark), offset, a die coater method, and a spray. Method, injection molding method, extrusion molding method, rolling method, press molding method, roll molding method and the like.
なお、混合物を基材上に配置する方法としては、上述のスラリーを用いる方法に限られず、混合物を基材に直接載せてもよい。また、有機又は無機バインダー成分と混合して、あるいはバインダー層を基材との間に介在させて配置することもできる。この場合、光触媒作用に対する耐久性の面で、無機バインダーが好ましい。 In addition, as a method of arrange | positioning a mixture on a base material, it is not restricted to the method of using the above-mentioned slurry, You may place a mixture directly on a base material. Moreover, it can also be arrange | positioned by mixing with an organic or inorganic binder component, or interposing a binder layer between base materials. In this case, an inorganic binder is preferable in terms of durability against photocatalysis.
加熱工程における熱処理の条件は、混合物を構成するガラス体の組成、混合された添加物の種類及び量等に応じ、適宜設定することができるが、熱処理と同時にガラスの結晶化処理を行うことができる温度を選択する。熱処理温度が低すぎると所望の結晶相を有する焼結体が得られないため、少なくともガラス体のガラス転移温度(Tg)より高い温度での焼成が必要となる。具体的に、熱処理温度の下限は、ガラス体のガラス転移温度(Tg)であり、好ましくはTg+50℃であり、より好ましくはTg+100℃であり、最も好ましくはTg+150℃である。他方、熱処理温度が高くなりすぎると光触媒結晶を含む結晶相が減少し光触媒特性が消失する傾向があるので、熱処理温度の上限は、好ましくはガラス体のTg+600℃であり、より好ましくはTg+500℃であり、最も好ましくはTg+450℃である。 The conditions for the heat treatment in the heating step can be appropriately set according to the composition of the glass body constituting the mixture, the type and amount of the mixed additive, etc., but the glass crystallization treatment can be performed simultaneously with the heat treatment. Select a temperature that can be used. If the heat treatment temperature is too low, a sintered body having a desired crystal phase cannot be obtained. Therefore, firing at a temperature at least higher than the glass transition temperature (Tg) of the glass body is required. Specifically, the lower limit of the heat treatment temperature is the glass transition temperature (Tg) of the glass body, preferably Tg + 50 ° C., more preferably Tg + 100 ° C., and most preferably Tg + 150 ° C. On the other hand, if the heat treatment temperature becomes too high, the crystal phase containing photocatalytic crystals tends to decrease and the photocatalytic properties tend to disappear, so the upper limit of the heat treatment temperature is preferably Tg + 600 ° C. of the glass body, more preferably Tg + 500 ° C. Yes, most preferably Tg + 450 ° C.
また、熱処理時間は、ガラスの組成や熱処理温度などに応じて設定する必要がある。昇温速度を遅くすれば、熱処理温度まで加熱するだけでいい場合もあるが、目安としては高い温度の場合は短く、低い温度の場合は、長く設定することが好ましい。具体的には、結晶をある程度まで成長させ、かつ十分な量の結晶を析出させ得る点で、好ましくは1分、より好ましくは3分、最も好ましくは5分を熱処理時間の下限とする。一方、熱処理時間が24時間を越えると、目的の結晶が大きくなりすぎたり、他の結晶が生成したりして十分な光触媒特性が得られなくなるおそれがある。従って、熱処理時間の上限は、好ましくは24時間、より好ましくは19時間、最も好ましくは18時間とする。なお、ここで言う熱処理時間とは、加熱工程のうち熱処理温度が一定(例えば、上記設定温度)以上に保持されている期間の長さを意味する。 Moreover, it is necessary to set heat processing time according to a glass composition, heat processing temperature, etc. FIG. If the rate of temperature increase is slow, it may be only necessary to heat to the heat treatment temperature. However, as a guideline, it is preferable that the temperature is short when the temperature is high and long when the temperature is low. Specifically, the lower limit of the heat treatment time is preferably 1 minute, more preferably 3 minutes, and most preferably 5 minutes in that crystals can be grown to a certain extent and a sufficient amount of crystals can be precipitated. On the other hand, if the heat treatment time exceeds 24 hours, the target crystals may become too large or other crystals may be formed, and sufficient photocatalytic properties may not be obtained. Therefore, the upper limit of the heat treatment time is preferably 24 hours, more preferably 19 hours, and most preferably 18 hours. Note that the heat treatment time referred to here means the length of a period during which the heat treatment temperature is maintained at a certain level (for example, the set temperature) in the heating process.
加熱工程は、例えばガス炉、マイクロ波炉、電気炉等の中で、空気交換しつつ行うことが好ましい。ただし、この条件に限らず、例えば不活性ガス雰囲気、還元ガス雰囲気、酸化ガス雰囲気等にて行ってもよい。 The heating step is preferably performed while exchanging air in a gas furnace, a microwave furnace, an electric furnace, or the like. However, the present invention is not limited to this condition. For example, it may be performed in an inert gas atmosphere, a reducing gas atmosphere, an oxidizing gas atmosphere, or the like.
[第2の方法]
第2の方法は、組成が異なる2種以上のガラス粉粒体を混合して混合物を作製する工程(混合工程)と、前記混合物を所望形状の成形体に成形する工程(成形工程)と、前記成形体を加熱し、光触媒活性を有する結晶を含むガラスセラミックスの焼結体を作製する工程(加熱工程)と、を備えている。なお、第2の方法で原料として使用する2種以上のガラス粉粒体、及び混合工程の内容は、上記第1の方法と同様であるため、説明を省略する。
[Second method]
The second method includes a step of preparing a mixture by mixing two or more kinds of glass powders having different compositions (mixing step), a step of forming the mixture into a molded body having a desired shape (molding step), Heating the molded body to produce a sintered body of glass ceramics containing crystals having photocatalytic activity (heating process). In addition, since the content of the 2 or more types of glass granule used as a raw material with a 2nd method and the mixing process is the same as the said 1st method, description is abbreviate | omitted.
<成形工程>
成形工程は、混合物を所定の形状に成形する工程であり、例えば、混合物をスラリーの状態にした後、所定の形状に成形したり、混合物を型に入れて加圧したり(プレス成形)、混合物を耐火物の上に堆積させて成形する等の方法によることが可能である。この場合、混合物に有機又は無機バインダー成分を加えることによって、成形を容易にすることができる。
<Molding process>
The molding step is a step of molding the mixture into a predetermined shape. For example, after the mixture is made into a slurry state, the mixture is molded into a predetermined shape, or the mixture is put into a mold and pressed (press molding). It is possible to use a method such as depositing on a refractory and forming. In this case, molding can be facilitated by adding an organic or inorganic binder component to the mixture.
<加熱工程>
第2の方法における加熱工程は、第1の方法と同様の熱処理条件及び熱処理時間で実施できる。
<Heating process>
The heating step in the second method can be carried out under the same heat treatment conditions and heat treatment time as in the first method.
[光触媒]
以上のようにして製造される焼結体は、そのまま、あるいは任意の形状に加工して光触媒として用いることができる。ここで「光触媒」は、例えば、バルクの状態、粉末状などその形状は問わない。また、光触媒は、紫外線等の光によって有機物を分解する作用と、水に対する接触角を小さくして親水性を付与する作用と、のいずれか片方又は両方の活性を有するものであればよい。この光触媒は、例えば光触媒材料、光触媒部材(例えば水の浄化材、空気浄化材など)、親水性材料、親水性部材(例えばパネル、タイルなど)等として様々な機械、装置、器具類等の用途に利用できる。特に、タイル、窓枠、建材等の用途に用いることが好ましい。これにより、これらの部材の表面に光触媒機能が奏され、表面に付着した菌類が殺菌されるため、これらの用途に用いたときに表面を衛生的に保つことができる。また、前記部材の表面は親水性を持つため、これらの用途に用いたときに表面に付着した汚れを雨滴等で容易に洗い流すことができる。
[photocatalyst]
The sintered body produced as described above can be used as a photocatalyst as it is or after being processed into an arbitrary shape. Here, the “photocatalyst” may have any shape such as a bulk state or a powder form. Moreover, the photocatalyst should just have activity of any one or both of the effect | action which decomposes | disassembles organic substance with light, such as an ultraviolet-ray, and the effect | action which makes the contact angle with respect to water small and provides hydrophilicity. This photocatalyst is used as a photocatalyst material, a photocatalyst member (for example, a water purification material, an air purification material, etc.), a hydrophilic material, a hydrophilic member (for example, a panel, a tile, etc.), etc. Available to: In particular, it is preferably used for applications such as tiles, window frames, and building materials. Thereby, since the photocatalytic function is exhibited on the surfaces of these members and the fungi attached to the surfaces are sterilized, the surfaces can be kept hygienic when used in these applications. Further, since the surface of the member has hydrophilicity, dirt attached to the surface when used in these applications can be easily washed away with raindrops or the like.
また、本発明の焼結体は、用途に応じて、種々の形態に加工することができる。特に、例えばガラスファイバー(ガラスファイバー)の形態を採用することにより、光触媒結晶の露出面積が増えるため、焼結体の光触媒活性をより高めることができる。 Moreover, the sintered compact of this invention can be processed into various forms according to a use. In particular, for example, by adopting the form of glass fiber (glass fiber), the exposed area of the photocatalytic crystal is increased, so that the photocatalytic activity of the sintered body can be further increased.
次に、光触媒の代表的な適用例として、ガラスファイバー及びガラスセラミックス複合体を挙げて説明する。 Next, a glass fiber and a glass ceramic composite will be described as a typical application example of the photocatalyst.
[ガラスファイバー]
本発明のガラスファイバーは、ガラスファイバーの一般的な性質を有する。すなわち、通常の繊維に比べ引っ張り強度・比強度が大きい、弾性率・比弾性率が大きい、寸法安定性が良い、耐熱性が大きい、不燃性である、耐化学性が良いなどの物性上のメリットを有し、これらを活かした様々な用途に利用できる。また、繊維の内部及び表面に光触媒結晶を有するので、前述したメリットに加え光触媒特性を有し、さらに幅広い分野に応用できる繊維構造体を提供できる。ここで繊維構造体とは、繊維が、織物、編制物、積層物、又はそれらの複合体として形成された三次元の構造体をいい、例えば不織布を挙げられる。
[Glass fiber]
The glass fiber of the present invention has the general properties of glass fiber. In other words, it has higher tensile strength and specific strength than conventional fibers, large elastic modulus and specific modulus, good dimensional stability, high heat resistance, nonflammability, good chemical resistance, etc. It has merits and can be used for various purposes. Moreover, since it has a photocatalytic crystal inside and on the surface of the fiber, it is possible to provide a fiber structure having photocatalytic properties in addition to the above-described merits and applicable to a wider range of fields. Here, the fiber structure refers to a three-dimensional structure in which fibers are formed as a woven fabric, a knitted fabric, a laminate, or a composite thereof, and examples thereof include a nonwoven fabric.
ガラスファイバーの、耐熱性、不燃性を活かした用途としてカーテン、シート、壁貼クロス、防虫網、衣服類、又は断熱材等があるが、本発明のガラスファイバーを用いると、さらに前記用途における物品に光触媒作用による、消臭機能、汚れ分解機能などを与え、掃除やメンテナンスの手間を大幅に減らすことができる。 Examples of applications that utilize the heat resistance and non-combustibility of glass fiber include curtains, sheets, wall-clothing cloths, insect screens, clothes, or heat insulating materials. Can be given a deodorizing function and a soil decomposing function by photocatalytic action, and the labor of cleaning and maintenance can be greatly reduced.
また、ガラスファイバーはその耐化学性から濾過材として用いられることが多いが、本発明のガラスファイバーは、単に濾過するだけでなく、光触媒反応によって被処理物中の悪臭物質、汚れ、菌などを分解するので、より積極的な浄化機能を有する浄化装置及びフィルタを提供できる。さらには、光触媒層の剥離・離脱による特性の劣化がほとんど生じないので、これらの製品の長寿命化に貢献する。 Glass fiber is often used as a filter material because of its chemical resistance. However, the glass fiber of the present invention is not only filtered, but also contains malodorous substances, dirt, bacteria, etc. in the object to be treated by photocatalytic reaction. Since it decomposes | disassembles, the purification apparatus and filter which have a more positive purification function can be provided. Furthermore, since the deterioration of the characteristics due to the separation / detachment of the photocatalyst layer hardly occurs, it contributes to extending the life of these products.
次に、本発明のガラスファイバーの製造方法について説明する。本発明のガラスファイバーの製造方法は、組成が異なる2種以上のガラス粉粒体を混合して混合物を作製する工程(混合工程)と、前記混合物をファイバー状の成形体に成形する工程(成形工程)と、前記ファイバー状の成形体を加熱し、光触媒活性を有する結晶を含むガラスファイバーの焼結体を作製する工程(加熱工程)と、を含むことができる。なお、上記第1および第2の方法として説明した一般的な製造方法も矛盾しない範囲でこの具体例に適用できるため、それらを適宜援用して重複する記載を省略する。 Next, the manufacturing method of the glass fiber of this invention is demonstrated. The method for producing glass fiber of the present invention comprises a step of mixing two or more kinds of glass powders having different compositions to produce a mixture (mixing step), and a step of forming the mixture into a fiber-like molded body (molding). And a step of heating the fiber-shaped molded body to produce a sintered body of glass fiber containing crystals having photocatalytic activity (heating step). In addition, since the general manufacturing method demonstrated as said 1st and 2nd method can also be applied to this specific example in the range which does not contradict, they are used suitably and the overlapping description is abbreviate | omitted.
<混合工程>
上記第1及び第2の方法と同様に実施できる。
<Mixing process>
It can be implemented in the same manner as the first and second methods.
<成形工程>
次に、混合工程で得られた混合物を樹脂に練りこみ、繊維形状に成形する。繊維体の成形方法は特に限定されず、公知の手法を用いて成形することができるが、例えば、巻き取り機に連続的に巻き取れるタイプの繊維(長繊維)に成形する場合は、公知のDM法(ダイレクトメルト法)又はMM法(マーブルメルト法)で紡糸すれば良く、繊維長数十cm程度の短繊維に成形する場合は、遠心法を用いたり、もしくは前記長繊維をカットしても良い。繊維径は、用途によって適宜選択すれば良い。ただ、細いほど可撓性が高く、風合いの良い織物になるが、紡糸の生産効率が悪くなりコスト高になり、逆に太すぎると紡糸生産性は良くなるが、加工性や取り扱い性が悪くなる。織物などの繊維製品にする場合、繊維径を3〜24μmの範囲にすることが好ましく、浄化装置、フィルタなどの用途に適した積層構造体などにする場合は繊維径を9μm以上にすることが好ましい。その後、用途に応じて綿状にしたり、ロービング、クロスなどの繊維構造体を作ることができる。
<Molding process>
Next, the mixture obtained in the mixing step is kneaded into a resin and formed into a fiber shape. The forming method of the fiber body is not particularly limited, and can be formed using a known technique. For example, when forming into a fiber (long fiber) of a type that can be continuously wound on a winding machine, Spinning may be performed by DM method (direct melt method) or MM method (marble melt method). When forming into short fibers having a fiber length of about several tens of centimeters, a centrifugal method may be used or the long fibers may be cut. Also good. What is necessary is just to select a fiber diameter suitably with a use. However, the thinner the fabric, the higher the flexibility and texture. However, the spinning production efficiency and cost increase, and conversely, if it is too thick, the spinning productivity is improved, but the workability and handleability are poor. Become. When making a textile product such as a woven fabric, the fiber diameter is preferably in the range of 3 to 24 μm, and when making a laminated structure suitable for uses such as a purification device and a filter, the fiber diameter should be 9 μm or more. preferable. Then, depending on the application, it can be made into a cotton shape, or a fiber structure such as roving or cloth can be made.
<加熱工程>
次に、上記プロセスによって得られた繊維又は繊維構造体を加熱し、ガラス粉粒体を混和・一体化させるとともに樹脂成分を揮発させ、さらに繊維の中及び表面に所望の光触媒結晶を析出させる。加熱工程は、上記第1の方法及び第2の方法と同様の条件で実施できる。所望の結晶が得られたら結晶化温度領域外まで冷却し、異なる2種以上の光触媒結晶が分散した焼結体として、ガラスファイバー又は繊維構造体を得ることができる。
<Heating process>
Next, the fiber or fiber structure obtained by the above process is heated to mix and integrate the glass powder and volatilize the resin component, and to deposit desired photocatalytic crystals in and on the fiber. The heating step can be performed under the same conditions as in the first method and the second method. When a desired crystal is obtained, it is cooled to outside the crystallization temperature region, and a glass fiber or fiber structure can be obtained as a sintered body in which two or more different photocatalytic crystals are dispersed.
加熱工程を行って結晶が生じた後のガラスファイバーは、そのままの状態でも高い光触媒特性を奏することが可能であるが、このガラスファイバーに対してエッチング工程を行うことにより、結晶相の周りのガラス相が取り除かれ、表面に露出する結晶相の比表面積が大きくなるため、ガラスファイバーの光触媒特性をより高めることが可能である。また、エッチング工程に用いる溶液やエッチング時間をコントロールすることにより、光触媒結晶相のみが残る多孔質体繊維を得ることが可能である。 The glass fiber after the crystal is formed by performing the heating process can exhibit high photocatalytic properties as it is, but the glass around the crystal phase can be obtained by performing an etching process on this glass fiber. Since the phase is removed and the specific surface area of the crystal phase exposed on the surface is increased, the photocatalytic properties of the glass fiber can be further enhanced. Further, by controlling the solution used in the etching process and the etching time, it is possible to obtain a porous fiber in which only the photocatalytic crystal phase remains.
エッチングの方法としては、例えば、ドライエッチング、溶液への浸漬によるウェットエッチング、およびこれらの組み合わせなどの方法が挙げられる。浸漬に使用される酸性もしくはアルカリ性の溶液は、ガラスセラミックスの表面を腐食できれば特に限定されず、例えばフッ素又は塩素を含む酸(フッ化水素酸、塩酸)であってよい。なお、このエッチング工程は、フッ化水素ガス、塩化水素ガス、フッ化水素酸、塩酸等を、ガラスセラミックスの表面に吹き付けることで行ってよい。 Examples of the etching method include dry etching, wet etching by immersion in a solution, and combinations thereof. The acidic or alkaline solution used for the immersion is not particularly limited as long as the surface of the glass ceramic can be corroded, and may be, for example, an acid containing fluorine or chlorine (hydrofluoric acid, hydrochloric acid). This etching step may be performed by spraying hydrogen fluoride gas, hydrogen chloride gas, hydrofluoric acid, hydrochloric acid, or the like on the surface of the glass ceramic.
[ガラスセラミックス複合体]
本発明において、ガラスセラミックス複合体(以下「複合体」と記すことがある)とは、ガラスを熱処理して結晶を生成させることで得られるガラスセラミックス層と基材とを備えたものであり、このうちガラスセラミックス層は、具体的には非晶質固体及び結晶からなる焼結体の層である。ガラスセラミックス層は、異なる2種以上の光触媒結晶を含有しており、その結晶相はガラスセラミックスの内部及び表面に均一に分散している。
[Glass ceramic composite]
In the present invention, a glass-ceramic composite (hereinafter sometimes referred to as “composite”) includes a glass-ceramic layer and a substrate obtained by heat-treating glass to produce crystals, Among these, the glass ceramic layer is specifically a sintered body layer made of an amorphous solid and a crystal. The glass ceramic layer contains two or more different photocatalytic crystals, and the crystal phase is uniformly dispersed inside and on the surface of the glass ceramic.
ガラスセラミックス複合体の製造方法は、好ましい態様では、組成が異なる2種以上のガラス粉粒体を混合して混合物を作製する工程(混合工程)と、前記混合物を基材上に配置して加熱し、光触媒活性を有する結晶を含むガラスセラミックス層を基材上に形成する工程(加熱工程)と、を含むことができる。なお、上記第1および第2の方法として説明した一般的な製造方法も矛盾しない範囲でこの具体例に適用できるため、それらを適宜援用して重複する記載を省略する。 In a preferred embodiment, the method for producing a glass-ceramic composite includes a step of mixing two or more types of glass powders having different compositions to produce a mixture (mixing step), and heating the mixture by placing the mixture on a substrate. And a step (heating step) of forming a glass ceramic layer containing a crystal having photocatalytic activity on a substrate. In addition, since the general manufacturing method demonstrated as said 1st and 2nd method can also be applied to this specific example in the range which does not contradict, they are used suitably and the overlapping description is abbreviate | omitted.
<混合工程>
上記第1及び第2の方法と同様に実施できる。
<Mixing process>
It can be implemented in the same manner as the first and second methods.
<加熱工程>
加熱工程では、混合物を基材上に配置した後に加熱して焼成を行うことで、複合体を作製する。これにより、2種以上の光触媒結晶を含む結晶相を有するガラスセラミックス層が基材上に形成される。ここで、加熱工程の具体的な手順は特に限定されないが、混合物を基材上に配置する工程と、基材上に配置された混合物を設定温度へと徐々に昇温させる工程、混合物を設定温度に一定時間保持する工程、混合物を室温へと徐々に冷却する工程を含んでよい。
<Heating process>
In the heating step, the composite is prepared by placing the mixture on the substrate and then heating and firing. Thereby, a glass ceramic layer having a crystal phase containing two or more kinds of photocatalytic crystals is formed on the substrate. Here, the specific procedure of the heating step is not particularly limited, but the step of placing the mixture on the base material, the step of gradually raising the temperature of the mixture placed on the base material to the set temperature, and setting the mixture The step of maintaining the temperature for a certain period of time and the step of gradually cooling the mixture to room temperature may be included.
(基材上への配置)
まず、混合物を基材上に配置する。これにより、より幅広い基材に対して、光触媒特性及び親水性を付与することができる。ここで用いられる基材の材質は特に限定されないが、光触媒結晶と複合化させ易い点で、例えば、ガラス、セラミックス等の無機材料や金属等を用いることが好ましい。
(Arrangement on the substrate)
First, the mixture is placed on a substrate. Thereby, a photocatalytic characteristic and hydrophilicity can be provided with respect to a wider base material. Although the material of the base material used here is not particularly limited, it is preferable to use, for example, an inorganic material such as glass or ceramic, a metal, or the like because it can be easily combined with the photocatalytic crystal.
混合物を基材上に配置するには、粉砕ガラスを含有するスラリーを、所定の厚み・寸法で基材上に配置することが好ましい。これにより、ガラスセラミックス層を容易に基材上に形成することができる。ここで、形成されるガラスセラミックス層の厚さは、複合体の用途に応じて適宜設定できる。ガラスセラミックス層の厚みを広範囲に設定できることも、本発明方法の特長の一つである。ガラスセラミックス層が剥がれないように十分な耐久性を持たせる観点から、その厚みは、例えば500μm以下であることが好ましく、200μm以下であることがより好ましく、100μm以下であることが最も好ましい。スラリーを基材上に配置する方法としては、例えばドクターブレード法やカレンダ法、スピンコートやディップコーティング等の塗布法、インクジェット、バブルジェット(登録商標)、オフセット等の印刷法、ダイコーター法、スプレー法、射出成型法、押し出し成形法、圧延法、プレス成形法、ロール成型法等が挙げられる。 In order to arrange the mixture on the substrate, it is preferable to dispose the slurry containing crushed glass on the substrate with a predetermined thickness and size. Thereby, a glass ceramic layer can be easily formed on a base material. Here, the thickness of the glass ceramic layer to be formed can be appropriately set according to the application of the composite. It is one of the features of the method of the present invention that the thickness of the glass ceramic layer can be set in a wide range. From the viewpoint of giving sufficient durability so that the glass ceramic layer does not peel off, the thickness is preferably, for example, 500 μm or less, more preferably 200 μm or less, and most preferably 100 μm or less. Examples of the method for arranging the slurry on the substrate include a doctor blade method, a calendar method, a coating method such as spin coating and dip coating, a printing method such as inkjet, bubble jet (registered trademark), offset, a die coater method, and a spray. Method, injection molding method, extrusion molding method, rolling method, press molding method, roll molding method and the like.
なお、混合物を基材上に配置する方法としては、上述のスラリーを用いる方法に限られず、混合物を基材に直接載せてもよい。 In addition, as a method of arrange | positioning a mixture on a base material, it is not restricted to the method of using the above-mentioned slurry, You may place a mixture directly on a base material.
(熱処理条件)
加熱工程における熱処理の条件は、混合物を構成するガラス体の組成、混合された添加物の種類及び量等に応じ、適宜設定することができるが、熱処理と同時にガラスの結晶化処理を行う必要がある。熱処理温度が低すぎると所望の結晶相を有する焼結体が得られないため、少なくともガラス体のガラス転移温度(Tg)より高い温度での加熱が必要となる。具体的に、熱処理温度の下限は、ガラス体のガラス転移温度(Tg)であり、好ましくはTg+50℃であり、より好ましくはTg+100℃であり、最も好ましくはTg+150℃である。他方、熱処理温度が高くなりすぎると光触媒結晶を含む結晶相が減少し光触媒特性が消失する傾向があるので、加熱温度の上限は、好ましくはガラス体のTg+600℃であり、より好ましくはTg+500℃であり、最も好ましくはTg+450℃である。
(Heat treatment conditions)
The conditions for the heat treatment in the heating step can be appropriately set according to the composition of the glass body constituting the mixture, the kind and amount of the mixed additive, etc., but it is necessary to perform the crystallization treatment of the glass simultaneously with the heat treatment. is there. If the heat treatment temperature is too low, a sintered body having a desired crystal phase cannot be obtained. Therefore, heating at a temperature at least higher than the glass transition temperature (Tg) of the glass body is required. Specifically, the lower limit of the heat treatment temperature is the glass transition temperature (Tg) of the glass body, preferably Tg + 50 ° C., more preferably Tg + 100 ° C., and most preferably Tg + 150 ° C. On the other hand, if the heat treatment temperature becomes too high, the crystal phase containing photocatalytic crystals tends to decrease and the photocatalytic properties tend to disappear, so the upper limit of the heating temperature is preferably Tg + 600 ° C. of the glass body, more preferably Tg + 500 ° C. Yes, most preferably Tg + 450 ° C.
また、熱処理時間は、混合物の組成や熱処理温度などに応じて設定する必要がある。昇温速度を遅くすれば、熱処理温度まで加熱するだけでいい場合もあるが、目安としては高い温度の場合は短く、低い温度の場合は、長く設定することが好ましい。具体的には、結晶をある程度まで成長させ、かつ十分な量の結晶を析出させ得る点で、好ましくは3分、より好ましくは5分、最も好ましくは10分を下限とする。一方、熱処理時間が24時間を越えると、目的の結晶が大きくなりすぎたり、他の結晶が生成したりして十分な光触媒特性が得られなくなるおそれがある。従って、熱処理時間の上限は、好ましくは24時間、より好ましくは19時間、最も好ましくは18時間とする。なお、ここで言う熱処理時間とは、加熱工程のうち焼成温度が一定(例えば、上記設定温度)以上に保持されている期間の長さを指す。 The heat treatment time needs to be set according to the composition of the mixture, the heat treatment temperature, and the like. If the rate of temperature increase is slow, it may be only necessary to heat to the heat treatment temperature. However, as a guideline, it is preferable that the temperature is short when the temperature is high and long when the temperature is low. Specifically, the lower limit is preferably 3 minutes, more preferably 5 minutes, and most preferably 10 minutes from the viewpoint that crystals can be grown to a certain extent and a sufficient amount of crystals can be precipitated. On the other hand, if the heat treatment time exceeds 24 hours, the target crystals may become too large or other crystals may be formed, and sufficient photocatalytic properties may not be obtained. Therefore, the upper limit of the heat treatment time is preferably 24 hours, more preferably 19 hours, and most preferably 18 hours. In addition, the heat processing time said here refers to the length of the period when a calcination temperature is hold | maintained more than fixed (for example, the said setting temperature) among heating processes.
[ガラス粉粒体混合物]
次に、本発明の焼結体の原料として用いられるガラス粉粒体混合物について、説明する。
本発明のガラス粉粒体混合物は、組成が異なる2種以上のガラス粉粒体の混合物であり、加熱により光触媒結晶(好ましくは2種以上の光触媒結晶)を析出し得るものである。この光触媒結晶は、ガラス粉粒体を構成する非晶質のガラスの内部及び表面に均一に分散して存在し、又は生成する。ガラス粉粒体は、例えば、スラリー状等の形態をとることができ、さらに本発明の焼結体やガラスセラミックス複合体の製造に使用できる。このようなガラス粉粒体は、原料組成物から得られたガラス体を粉砕することにより得られる。ガラス粉粒体は光触媒特性を有しておらず、ガラス粉粒体を加熱することにより、光触媒結晶を析出させることができる。
[Glass powder mixture]
Next, the glass powder mixture used as a raw material of the sintered body of the present invention will be described.
The glass powder mixture of the present invention is a mixture of two or more kinds of glass powders having different compositions, and can precipitate photocatalytic crystals (preferably two or more kinds of photocatalytic crystals) by heating. This photocatalytic crystal exists or is uniformly dispersed inside and on the surface of the amorphous glass constituting the glass powder. The glass powder particles can take, for example, a form such as a slurry, and can be used for the production of the sintered body or glass ceramic composite of the present invention. Such a glass powder is obtained by pulverizing a glass body obtained from the raw material composition. Glass powder particles do not have photocatalytic properties, and photocatalytic crystals can be deposited by heating the glass powder particles.
<ガラス粉粒体の製造方法>
次に、ガラス粉粒体混合物を構成する各ガラス粉粒体の製造方法について説明する。ガラス粉粒体は、原料組成物を溶融し、固化させてガラス化するガラス化工程、及び、得られたガラス体を粉砕する粉砕工程を含むことができる。なお、ガラス粉粒体の製造方法は、以下に説明する工程以外の任意の工程を含むことができる。
<Method for producing glass powder>
Next, the manufacturing method of each glass powder body which comprises a glass powder body mixture is demonstrated. The glass powder can include a vitrification step in which the raw material composition is melted and solidified to vitrify, and a pulverization step in which the obtained glass body is pulverized. In addition, the manufacturing method of a glass granular material can include arbitrary processes other than the process demonstrated below.
(ガラス化工程)
ガラス化工程では、所定の原料組成物を溶融し、固化させてガラス化することで、ガラス体を作製する。溶融は、所定の組成を有する原料を混合し、その融液を得る工程である。より具体的には、ガラス体の各成分が所定の含有量の範囲内になるように原料を調合し、均一に混合してから1250〜2000℃の温度範囲で1〜24時間溶融して攪拌均質化して融液を作製する。なお、原料の溶融の条件は上記温度範囲に限定されず、原料組成物の組成及び配合量等に応じて、適宜設定することができる。次に、溶融によって得られた融液を冷却してガラス化することで、ガラス体を作製する。具体的には、融液を流出して適宜冷却することで、ガラス化されたガラス体を形成する。ここで、ガラス化の条件は特に限定されるものではなく、原料の組成及び量等に応じて適宜設定されてよい。また、本工程で得られるガラス体の形状は特に限定されず、板状、粒状等であってよいが、ガラス体を迅速且つ大量に作製できる点では、板状であることが好ましい。
(Vitrification process)
In the vitrification step, a predetermined raw material composition is melted, solidified, and vitrified to produce a glass body. Melting is a process of mixing raw materials having a predetermined composition to obtain a melt. More specifically, the raw materials are prepared so that each component of the glass body is within a predetermined content range, mixed uniformly, and then melted in a temperature range of 1250 to 2000 ° C. for 1 to 24 hours and stirred. Homogenize to make a melt. The conditions for melting the raw material are not limited to the above temperature range, and can be appropriately set according to the composition and blending amount of the raw material composition. Next, the melt obtained by melting is cooled and vitrified to produce a glass body. Specifically, a vitrified glass body is formed by flowing out the melt and appropriately cooling it. Here, the conditions for vitrification are not particularly limited, and may be appropriately set according to the composition and amount of the raw material. Moreover, the shape of the glass body obtained at this process is not specifically limited, Although it may be plate shape, a granular form, etc., it is preferable that it is plate shape at the point which can produce a glass body rapidly and in large quantities.
(粉砕工程)
粉砕工程では、ガラス体を粉砕して粉砕ガラスを作製する。粉砕ガラスの粒子径や形状は、必要とされる精度に応じて適宜設定することができる。例えば、後の工程で任意の基材上に粉砕ガラスを堆積させた後、焼結を行う場合、粉砕ガラスの平均粒子径は数mmの単位でもよい。一方、焼結体を所望の形状に成形したりする場合は、粉砕ガラスの平均粒子径が大きすぎると成形が困難になるので、平均粒子径は出来るだけ小さい方が好ましい。そこで、粉砕ガラスの平均粒子径の上限は、好ましくは5mm、より好ましくは500μm、最も好ましくは100μmである。なお、粉砕ガラスの平均粒子径は、例えばレーザー回折散乱法によって測定した時のD50(累積50%径)の値を使用できる。具体的には日機装株式会社の粒度分布測定装置MICROTRAC(MT3300EXII)よって測定した値を用いることができる。
(Crushing process)
In the pulverization step, the glass body is pulverized to produce pulverized glass. The particle diameter and shape of the crushed glass can be appropriately set according to the required accuracy. For example, when sintering is performed after depositing crushed glass on an arbitrary substrate in a later step, the average particle size of the crushed glass may be in units of several mm. On the other hand, when the sintered body is formed into a desired shape, if the average particle size of the pulverized glass is too large, it becomes difficult to form, and therefore the average particle size is preferably as small as possible. Therefore, the upper limit of the average particle diameter of the crushed glass is preferably 5 mm, more preferably 500 μm, and most preferably 100 μm. In addition, the value of D50 (cumulative 50% diameter) when measured by the laser diffraction scattering method can be used for the average particle diameter of pulverized glass, for example. Specifically, a value measured by a particle size distribution measuring apparatus MICROTRAC (MT3300EXII) manufactured by Nikkiso Co., Ltd. can be used.
なお、ガラス体の粉砕方法は、特に限定されないが、例えばボールミル、ジェットミル等を用いて行うことができる。また、目的とする粒径になるまで、粉砕機の種類を変えながら粉砕工程を行うことも可能である。 The method for pulverizing the glass body is not particularly limited, and can be performed using, for example, a ball mill, a jet mill or the like. It is also possible to carry out the pulverization step while changing the type of pulverizer until the desired particle size is obtained.
以上のようにして得られるガラス粉粒体を2種以上組み合わせて均質に混合することによって、ガラス粉粒体混合物が得られる。 A glass powder mixture can be obtained by combining two or more kinds of glass powder particles obtained as described above and mixing them uniformly.
[スラリー状混合物]
上記ガラス粉粒体混合物を、任意の溶媒等と混合することによってスラリー状混合物を調製できる。これにより、例えば基材上への塗布等が容易になる。具体的には、ガラス粉粒体混合物に、好ましくは無機もしくは有機バインダー及び/又は溶媒を添加することによりスラリーを調製できる。
[Slurry mixture]
A slurry-like mixture can be prepared by mixing the glass powder mixture with an arbitrary solvent or the like. Thereby, application | coating etc. on a base material become easy, for example. Specifically, the slurry can be prepared by adding an inorganic or organic binder and / or solvent to the glass powder mixture.
無機バインダーとしては、特に限定されるものではないが、紫外線や可視光線を透過する性質のものが好ましく、例えば、珪酸塩系バインダー、リン酸塩系バインダー、無機コロイド系バインダー、アルミナ、シリカ、ジルコニア等の微粒子等を挙げることができる。 Although it does not specifically limit as an inorganic binder, The thing of the property which permeate | transmits an ultraviolet-ray or visible light is preferable, for example, a silicate type binder, a phosphate type binder, an inorganic colloid type binder, an alumina, a silica, a zirconia And the like.
有機バインダーとしては、例えば、プレス成形やラバープレス、押出成形、射出成形用の成形助剤として汎用されている市販のバインダーが使用できる。具体的には、例えば、アクリル樹脂、エチルセルロース、ポリビニルブチラール、メタクリル樹脂、ウレタン樹脂、ブチルメタアクリレート、ビニル系の共重合物等が挙げられる。 As the organic binder, for example, a commercially available binder widely used as a molding aid for press molding, rubber press, extrusion molding, or injection molding can be used. Specific examples include acrylic resin, ethyl cellulose, polyvinyl butyral, methacrylic resin, urethane resin, butyl methacrylate, vinyl copolymer and the like.
溶媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、イソプロピルアルコール(IPA)、酢酸、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、アセトン、ポリビニルアルコール(PVA)等の公知の溶媒が使用できるが、環境負荷を軽減できる点でアルコール又は水が好ましい。 As the solvent, for example, known solvents such as water, methanol, ethanol, propanol, butanol, isopropyl alcohol (IPA), acetic acid, dimethylformamide, acetonitrile, acetone, polyvinyl alcohol (PVA) can be used, but the environmental load is reduced. Alcohol or water is preferable because it can be used.
また、スラリーの均質化を図るために、適量の分散剤を併用してもよい。分散剤としては、特に限定されないが、例えば、トルエン、キシレン、ベンゼン、ヘキサン、シクロヘキサン等の炭化水素類、セロソルブ、カルビトール、テトラヒドロフラン(THF)、ジオキソラン等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸−n−ブチル、酢酸アミル等のエステル類等が挙げられ、これらは単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。 In order to homogenize the slurry, an appropriate amount of a dispersant may be used in combination. The dispersant is not particularly limited, and examples thereof include hydrocarbons such as toluene, xylene, benzene, hexane, and cyclohexane, ethers such as cellosolve, carbitol, tetrahydrofuran (THF), dioxolane, acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone. And ketones such as cyclohexanone, and esters such as methyl acetate, ethyl acetate, n-butyl acetate and amyl acetate can be used, and these can be used alone or in combination of two or more.
本発明のスラリー状混合物には、その用途に応じて、上記成分以外に例えば硬化速度、比重を調節するための添加剤成分等を配合することができる。 In addition to the above components, for example, an additive component for adjusting the curing rate and specific gravity can be blended with the slurry-like mixture of the present invention.
本発明のスラリー状混合物におけるガラス粉粒体の含有量は、その用途に応じて適宜設定できる。従って、スラリー状混合物におけるガラス粉粒体の含有量は、特に限定されるものではないが、一例を挙げれば、十分な光触媒特性を発揮させる観点から、好ましくは2質量%、より好ましくは3質量%、最も好ましくは5質量%を下限とし、スラリーとしての流動性と機能性を確保する観点から、好ましくは80質量%、より好ましくは70質量%、最も好ましくは65質量%を上限とすることができる。 Content of the glass granular material in the slurry-like mixture of this invention can be suitably set according to the use. Therefore, the content of the glass particles in the slurry mixture is not particularly limited, but for example, from the viewpoint of exhibiting sufficient photocatalytic properties, it is preferably 2% by mass, more preferably 3% by mass. %, Most preferably 5% by mass, and from the viewpoint of ensuring fluidity and functionality as a slurry, preferably 80% by mass, more preferably 70% by mass, and most preferably 65% by mass. Can do.
本発明のスラリー状混合物は、ガラス粉粒体混合物を溶媒に分散させることによって製造できる。本発明のスラリー状混合物の製造方法は、さらに、ガラス粉粒体の凝集体を除去する工程を有することができる。ガラス粉粒体は、その粒径が小さくなるに従い、表面エネルギーが大きくなって凝集しやすくなる傾向がある。ガラス粉粒体が凝集していると、スラリー状混合物中での均一な分散ができず、所望の光触媒活性が得られないことがある。そのため、ガラス粉粒体の凝集体を除去する工程を設けることが好ましい。凝集体の除去は、例えば、スラリー状混合物を濾過することにより実施できる。スラリー状混合物の濾過は、例えば所定の目開きのメッシュなどの濾過材を用いて行うことができる。 The slurry mixture of the present invention can be produced by dispersing the glass powder mixture in a solvent. The manufacturing method of the slurry-like mixture of this invention can have further the process of removing the aggregate of a glass granular material. As the particle size of the glass particles decreases, the surface energy tends to increase and the particles tend to aggregate. If the glass particles are agglomerated, uniform dispersion in the slurry-like mixture may not be achieved, and the desired photocatalytic activity may not be obtained. Therefore, it is preferable to provide the process of removing the aggregate of glass powder particles. The removal of the aggregate can be performed by, for example, filtering the slurry mixture. Filtration of the slurry-like mixture can be performed, for example, using a filtering material such as a mesh with a predetermined opening.
以上の方法で得られる本発明のガラス粉粒体混合物及びこれを含有するスラリー状混合物は、光触媒機能性素材として、例えば塗料、成形/固化が可能な混練物などに配合して使用することができる。 The glass powder mixture of the present invention obtained by the above method and the slurry-like mixture containing the mixture may be used as a photocatalytic functional material, for example, in a paint, a kneaded material that can be molded / solidified. it can.
[原料ガラスの組成]
次に、本発明の焼結体、ガラス粉粒体混合物、スラリー状混合物等の原料となるガラスの組成について説明する。ここでは、光触媒結晶の代表例として、TiO2結晶、WO3結晶、ZnO結晶、RnNbO3結晶(ここで、Rnはアルカリ金属を意味する)又はRnTaO3結晶(ここで、Rnはアルカリ金属を意味する)をそれぞれ析出するガラスの組成を挙げて説明するが、これらはあくまで例示であり、これらに限定されるものではない。なお、本明細書中において、ガラスを構成する各成分の含有量は特に断りがない場合は、全て酸化物換算組成の全物質量に対するモル%で表示されるものとする。ここで、「酸化物換算組成」とは、本発明のガラス構成成分の原料として使用される酸化物、複合塩、金属弗化物等が溶融時に全て分解され酸化物へ変化すると仮定した場合に、当該生成酸化物の総物質量を100モル%として、ガラス中に含有される各成分を表記した組成である。また、本明細書における金属元素成分又は非金属元素成分の含有量は、ガラスを構成するカチオン成分全てが電荷の釣り合うだけの酸素と結合した酸化物でできていると仮定し、それら酸化物でできたガラス全体の質量を100%として、金属元素成分又は非金属元素成分の質量を質量%で表したもの(酸化物基準の質量に対する外割り質量%)である。
[Composition of raw glass]
Next, the composition of glass used as a raw material for the sintered body, glass powder mixture, slurry mixture, etc. of the present invention will be described. Here, as representative examples of photocatalytic crystals, TiO 2 crystals, WO 3 crystals, ZnO crystals, RnNbO 3 crystals (where Rn means an alkali metal) or RnTaO 3 crystals (where Rn means an alkali metal) However, these are merely examples and are not intended to limit the present invention. In addition, in this specification, unless there is particular notice, content of each component which comprises glass shall be displayed by mol% with respect to the total amount of substances of an oxide conversion composition. Here, the “oxide equivalent composition” means that the oxide, composite salt, metal fluoride, etc. used as the raw material of the glass component of the present invention are all decomposed and changed into oxides when melted. It is the composition which described each component contained in glass by making the total substance amount of the said production | generation oxide into 100 mol%. In addition, the content of the metal element component or non-metal element component in this specification is based on the assumption that all of the cation components constituting the glass are made of oxides that are combined with oxygen that can balance the charge. The mass of the entire glass is 100%, and the mass of the metal element component or the non-metal element component is expressed in mass% (extra divided mass% with respect to the oxide-based mass).
[TiO2結晶を生成するガラス組成例]
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で
TiO2成分を15%以上99%以下の配合比率で含有し、さらに任意成分として、
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で
P2O5成分を0%以上65%以下、及び/又は
B2O3成分を0〜65%、及び/又は
SiO2成分を0〜65%、及び/又は
GeO2成分を0〜65%(但し、酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、P2O5成分、B2O3成分、SiO2成分、およびGeO2成分のうち少なくとも1種以上の成分を1〜65%含有する);
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で
Li2O成分を0〜40%、及び/又は
Na2O成分を0〜40%、及び/又は
K2O成分を0〜40%、及び/又は
Rb2O成分を0〜10%、及び/又は
Cs2O成分を0〜10%;
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で
MgO成分を0〜40%、及び/又は
CaO成分を0〜40%、及び/又は
SrO成分を0〜40%、及び/又は
BaO成分を0〜40%、及び/又は
ZnO成分を0〜50%;
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で
B2O3成分を0〜40%、及び/又は
Al2O3成分を0〜30%、及び/又は
Ga2O3成分を0〜30%、及び/又は
In2O3成分を0〜10%;
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で
ZrO2成分を0〜20%、及び/又は
SnO成分を0〜10%;
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で
Nb2O5成分を0〜50%、及び/又は
Ta2O5成分を0〜50%、及び/又は
WO3成分を0〜50%、及び/又は
MoO3成分を0〜50%;
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で
Bi2O3成分を0〜20%、及び/又は
TeO2成分を0〜20%、及び/又は
LnaOb成分(式中、LnはLa、Gd、Y、Ce、Nd、Dy、Yb及びLuからなる群より選択される1種以上、Ceを除く各成分についてはa=2且つb=3、Ceについてはa=1且つb=2とする)を合計で0〜30%、及び/又は
MxOy成分(式中、MはV、Cr、Mn、Fe、Co、Niからなる群より選択される1種以上とし、x及びyはそれぞれx:y=2:(Mの価数)を満たす最小の自然数とする)を合計で0〜10%、及び/又は
As2O3成分及び/又はSb2O3成分を合計で0〜5%;
F成分、Cl成分、Br成分、S成分、N成分、及びC成分からなる群より選ばれる少なくとも1種以上の非金属元素成分を、酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量比で10%以下;
Ag、Cu、Fe、Ce、Au、Pt、Pd及びReからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素成分を、酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量比で10%以下;
の配合比率で含有するガラス。
[Example of glass composition for producing TiO 2 crystals]
The TiO 2 component is contained in a molar ratio of 15% or more and 99% or less with respect to the total amount of the oxide conversion composition, and as an optional component,
The total amount of substance of the oxide composition in terms of, P 2 O 5 component less than 65% 0% by mol%, and / or B 2 O 3 component 0-65%, and / or the SiO 2 component 0 ˜65% and / or GeO 2 component is 0 to 65% (however, in terms of mol% with respect to the total substance amount of the oxide conversion composition, P 2 O 5 component, B 2 O 3 component, SiO 2 component, And 1 to 65% of at least one of GeO 2 components);
The total amount of substance of the oxide composition in terms of 0 to 40% of Li 2 O component in mol%, and / or Na 2 O component 0-40%, and / or K 2 O ingredient 0-40% And / or 0-10% of the Rb 2 O component and / or 0-10% of the Cs 2 O component;
0 to 40% of MgO component and / or 0 to 40% of CaO component and / or 0 to 40% of SrO component and / or BaO component in mol% with respect to the total amount of the oxide conversion composition 0 to 40%, and / or ZnO component 0 to 50%;
The total amount of substance of the oxide composition in terms of 0 to 40% of B 2 O 3 component in mole%, and / or Al 2 O 3 component 0-30%, and / or Ga 2 O 3 component 0 30%, and / or In 2 O 3 component 0-10%;
ZrO 2 component is 0 to 20% and / or SnO component is 0 to 10% in mol% with respect to the total amount of the oxide-converted composition;
Nb 2 O 5 component is 0 to 50% and / or Ta 2 O 5 component is 0 to 50% and / or WO 3 component is 0 to 50% by mol% based on the total amount of the oxide-converted composition. % And / or MoO 3 component 0-50%;
Bi 2 O 3 component is 0 to 20% and / or TeO 2 component is 0 to 20% and / or LnaOb component (wherein Ln is La 1 or more selected from the group consisting of Gd, Y, Ce, Nd, Dy, Yb and Lu, a = 2 and b = 3 for each component excluding Ce, a = 1 and b = 2 for Ce And a M x O y component (wherein M is one or more selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni), and x and y is the minimum natural number satisfying x: y = 2: (valence of M), respectively, and 0 to 10% in total, and / or As 2 O 3 component and / or Sb 2 O 3 component in total 0-5%;
At least one nonmetallic element component selected from the group consisting of an F component, a Cl component, a Br component, an S component, an N component, and a C component is 10% or less by mass ratio with respect to the total glass mass of the oxide-converted composition. ;
At least one metal element component selected from the group consisting of Ag, Cu, Fe, Ce, Au, Pt, Pd and Re in a mass ratio of 10% or less with respect to the total glass mass of the oxide equivalent composition;
Glass containing at a blending ratio of
[WO3結晶を生成するガラス組成例]
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、
WO3成分を10〜99%の配合比率で含有し、さらに任意成分として、
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で
P2O5成分を0%以上65%以下、及び/又は
B2O3成分を0〜65%、及び/又は
SiO2成分を0〜65%、及び/又は
GeO2成分を0〜65%(但し、酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、P2O5成分、B2O3成分、SiO2成分、およびGeO2成分のうち少なくとも1種以上の成分を1〜65%含有する);
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で
TiO2成分を0〜60%;
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で
Li2O成分を0〜40%、及び/又は
Na2O成分を0〜40%、及び/又は
K2O成分を0〜40%、及び/又は
Rb2O成分を0〜10%、及び/又は
Cs2O成分を0〜10%;
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で
MgO成分を0〜40%、及び/又は
CaO成分を0〜40%、及び/又は
SrO成分を0〜40%、及び/又は
BaO成分を0〜40%;
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で
Al2O3成分を0〜30%、及び/又は
Ga2O3成分を0〜30%、及び/又は
In2O3成分を0〜10%;
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で
ZrO2成分を0〜20%、及び/又は
SnO成分、SnO2成分、及びSnO3成分を合計で0〜10%;
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で
Nb2O5成分を0〜50%、及び/又は
Ta2O5成分を0〜50%、及び/又は
MoO3成分を0〜50%;
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で
ZnO成分を0〜50%、及び/又は
Bi2O3成分を0〜20%、及び/又は
TeO2成分を0〜20%、及び/又は
Ln2O3成分(式中、LnはSc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、及びLuからなる群より選択される1種以上とする)を合計で0〜30%、及び/又は
MxOy成分(式中、MはV、Cr、Mn、Fe、Co、Niからなる群より選択される1種以上とし、x及びyは、それぞれx:y=2:Mの価数、を満たす最小の自然数とする)を合計で0〜10%、及び/又は
As2O3成分及び/又はSb2O3成分を合計で0〜5%;
F、Cl、Br、S、N、及びCからなる群より選ばれる少なくとも1種以上の非金属元素成分を、ガラス全質量に対する外割り質量比で15%以下;
Ag、Cu、Fe、Ce、Au、Pt、Pd及びReからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素成分を、ガラス全質量に対する外割り質量比で10%以下;
の配合比率で含有するガラス。
[Example of glass composition for producing WO 3 crystal]
In mol% with respect to the total amount of substances of oxide equivalent composition,
WO 3 component is contained in a blending ratio of 10 to 99%, and as an optional component,
The total amount of substance of the oxide composition in terms of, P 2 O 5 component less than 65% 0% by mol%, and / or B 2 O 3 component 0-65%, and / or the SiO 2 component 0 ˜65% and / or GeO 2 component is 0 to 65% (however, in terms of mol% with respect to the total substance amount of the oxide conversion composition, P 2 O 5 component, B 2 O 3 component, SiO 2 component, And 1 to 65% of at least one of GeO 2 components);
0 to 60% of TiO 2 component in mol% with respect to the total amount of substances of oxide conversion composition;
The total amount of substance of the oxide composition in terms of 0 to 40% of Li 2 O component in mol%, and / or Na 2 O component 0-40%, and / or K 2 O ingredient 0-40% And / or 0-10% of the Rb 2 O component and / or 0-10% of the Cs 2 O component;
0 to 40% of MgO component and / or 0 to 40% of CaO component and / or 0 to 40% of SrO component and / or BaO component in mol% with respect to the total amount of the oxide conversion composition From 0 to 40%;
Al 2 O 3 component is 0 to 30% and / or Ga 2 O 3 component is 0 to 30% and / or In 2 O 3 component is 0% by mol% with respect to the total amount of the oxide-converted composition. -10%;
0 to 20% of ZrO 2 component in mol% and / or SnO component, SnO 2 component, and SnO 3 component in a total of 0 to 10% in terms of mol% with respect to the total amount of the oxide conversion composition;
Nb 2 O 5 component is 0 to 50% and / or Ta 2 O 5 component is 0 to 50% and / or MoO 3 component is 0 to 50% by mol% based on the total amount of the oxide conversion composition. %;
0 to 50% of ZnO component and / or 0 to 20% of Bi 2 O 3 component and / or 0 to 20% of TeO 2 component in mol% with respect to the total amount of the oxide-converted composition, and / or / Or Ln 2 O 3 component (wherein Ln is a group consisting of Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu) 1 to 30% selected in total) and / or M x O y component (wherein M is selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni) 1 or more, and x and y are the minimum natural number satisfying x: y = 2: M valence, respectively)) in total 0 to 10%, and / or As 2 O 3 component and / or Sb 2 O 3 components in total 0 to 5%;
At least one nonmetallic element component selected from the group consisting of F, Cl, Br, S, N, and C in an externally divided mass ratio of 15% or less with respect to the total mass of the glass;
At least one metal element component selected from the group consisting of Ag, Cu, Fe, Ce, Au, Pt, Pd, and Re in an externally divided mass ratio of 10% or less with respect to the total glass mass;
Glass containing at a blending ratio of
[ZnO結晶を生成するガラス組成例]
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、
ZnO成分を15〜70%の配合比率で含有し、さらに任意成分として、
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、SiO2成分、GeO2成分、B2O3成分、及びP2O5成分からなる群より選択される1種以上の成分を30〜70%;
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で
Li2O成分を0〜30%、及び/又は
Na2O成分を0〜30%、及び/又は
K2O成分を0〜30%、及び/又は
Rb2O成分を0〜20%、及び/又は
Cs2O成分を0〜20%;
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で
MgO成分を0〜30%、及び/又は
CaO成分を0〜30%、及び/又は
SrO成分を0〜30%、及び/又は
BaO成分を0〜30%;
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で
Al2O3成分を0〜35%、及び/又は
Ga2O3成分を0〜35%、及び/又は
In2O3成分を0〜10%;
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で
ZrO2成分を0〜20%、及び/又は
TiO2成分を0〜40%、及び/又は
SnO成分、SnO2成分、及びSnO3成分 合計で0〜10%;
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で
Nb2O5成分を0〜20%、及び/又は
Ta2O5成分を0〜20%、及び/又は
WO3成分を0〜40%、及び/又は
MoO3成分を0〜10%;
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で
Bi2O3成分を0〜20%、及び/又は
TeO2成分を0〜20%、及び/又は
Ln2O3成分(式中、LnはSc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、及びLuからなる群より選択される1種以上とする)を、合計で0〜20%、及び/又は
MxOy成分(式中、MはV、Cr、Mn、Fe、Co、Niからなる群より選択される1種以上とし、x及びyは、それぞれx:y=2:Mの価数、を満たす最小の自然数とする)を、合計で0〜5%、及び/又は
As2O3成分及び/又はSb2O3成分 合計で0〜5%;
F、Cl、Br、S、N、及びCからなる群より選ばれる少なくとも1種以上の非金属元素成分を、ガラス全質量に対する外割り質量比で20%以下;
Ag、Cu、Fe、Ce、Au、Pt、Pd及びReからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素成分を、ガラス全質量に対する外割り質量比で10%以下;
の配合比率で含有するガラス。
[Example of glass composition for producing ZnO crystal]
With respect to the total amount of substances with oxide equivalent composition,
It contains a ZnO component at a blending ratio of 15 to 70%, and as an optional component,
30 or more of at least one component selected from the group consisting of SiO 2 component, GeO 2 component, B 2 O 3 component, and P 2 O 5 component in mol% with respect to the total amount of the oxide-converted composition. ~ 70%;
The total amount of substance of the oxide composition in terms of, 0-30% of Li 2 O component in mol%, and / or Na 2 O component 0-30%, and / or K 2 O ingredient 0-30% And / or Rb 2 O component 0-20% and / or Cs 2 O component 0-20%;
The MgO component is 0-30% and / or the CaO component is 0-30%, and / or the SrO component is 0-30%, and / or the BaO component in mol%, based on the total amount of the oxide-converted composition. 0-30%;
The total amount of substance of the oxide composition in terms of, 0-35% of Al 2 O 3 component in mole%, and / or Ga 2 O 3 component 0 to 35%, and / or In 2 O 3 component 0 -10%;
ZrO 2 component is 0 to 20% and / or TiO 2 component is 0 to 40% and / or SnO component, SnO 2 component, and SnO 3 component in mol% with respect to the total substance amount of oxide conversion composition 0-10% in total;
The Nb 2 O 5 component is 0 to 20% and / or the Ta 2 O 5 component is 0 to 20% and / or the WO 3 component is 0 to 40% by mol% based on the total amount of the oxide-converted composition. % And / or MoO 3 component 0-10%;
The Bi 2 O 3 component is 0 to 20% and / or the TeO 2 component is 0 to 20% and / or the Ln 2 O 3 component (in the formula, Ln is at least one selected from the group consisting of Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu) , 0 to 20% in total, and / or M x O y component (wherein M is one or more selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, and x and y are 0 to 5% in total, and / or As 2 O 3 component and / or Sb 2 O 3 component in total 0 to 5 %;
At least one nonmetallic element component selected from the group consisting of F, Cl, Br, S, N, and C is 20% or less in an externally divided mass ratio with respect to the total mass of the glass;
At least one metal element component selected from the group consisting of Ag, Cu, Fe, Ce, Au, Pt, Pd, and Re in an externally divided mass ratio of 10% or less with respect to the total glass mass;
Glass containing at a blending ratio of
[RnNbO3結晶(ここで、Rnはアルカリ金属を意味する)を生成するガラス組成例]
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、
Nb2O5成分を5〜50%の配合比率で含有し、さらに任意成分として、
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、SiO2成分、B2O3成分、及びP2O5成分からなる群より選択される1種以上の成分を30〜75%;
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、Rn2O及び/又はRO成分(ここで、Rnはアルカリ金属を意味し、Rはアルカリ土類金属を意味する)を5〜40%;
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、Ta2O5成分を0〜35%;
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、TiO2成分及び/又はZrO2成分を0〜20%;
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、Al2O3成分を0〜30%
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、
GeO2成分を0〜20%、及び/又は
Ga2O3成分を0〜20%、及び/又は
In2O3成分を0〜10%、及び/又は
SnO成分を0〜10%、及び/又は
Bi2O3成分を0〜20%、及び/又は
TeO2成分を0〜20%、及び/又は
WO3成分を0〜20%、及び/又は
MoO3成分を0〜20%、及び/又は
As2O3成分及び/又はSb2O3成分を合計で0〜5%;
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、Ln2O3成分(ここで、LnはSc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、及びLuからなる群より選択される1種以上を意味する)を、合計で0〜10%;
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、MxOy成分(ここで、MはV、Cr、Mn、Fe、Co、及びNiからなる群より選択される1種以上を意味し、x及びyは、それぞれx:y=2:Mの価数、を満たす最小の自然数である)を、合計で0〜10%;
F、Cl、及びBrからなる群より選ばれる少なくとも1種以上の非金属元素成分を、ガラス全質量に対する外割り質量比で15%以下;
Ag、Cu、Fe、Ce、Au、Pt、Pd及びReからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素成分を、ガラス全質量に対する外割り質量比で5%以下;
の配合比率で含有するガラス。
なお、酸化物換算組成のモル比で、前記Rn2O及び/又はRO成分(Rn及びRは前記と同じ意味を有する)の合計量に対する前記Nb2O5及び/又はTa2O5、並びにTiO2、ZrO2及びAl2O3からなる群より選択される1種以上の成分の合計量の比[(Nb2O5+Ta2O5+TiO2+ZrO2+Al2O3)/(Rn2O+RO)]が1より大きいことが好ましい。
[Example of glass composition for producing RnNbO 3 crystal (where Rn represents an alkali metal)]
In mol% with respect to the total amount of substances of oxide equivalent composition,
Nb 2 O 5 component is contained at a blending ratio of 5 to 50%, and as an optional component,
30% to 75% of one or more components selected from the group consisting of SiO 2 component, B 2 O 3 component, and P 2 O 5 component in mol% with respect to the total amount of the oxide-converted composition;
5-40 Rn 2 O and / or RO component (where Rn means an alkali metal and R means an alkaline earth metal) in mol% with respect to the total amount of the oxide conversion composition. %;
0 to 35% of Ta 2 O 5 component in mol% with respect to the total amount of the oxide-converted composition;
0 to 20% of TiO 2 component and / or ZrO 2 component in mol% with respect to the total amount of the oxide conversion composition;
0 to 30% of Al 2 O 3 component in mol% with respect to the total amount of substances in oxide equivalent composition
With respect to the total amount of substances with oxide equivalent composition,
0 to 20% GeO 2 component and / or 0 to 20% Ga 2 O 3 component and / or 0 to 10% In 2 O 3 component and / or 0 to 10% SnO component and / or Or 0-20% Bi 2 O 3 component, and / or 0-20% TeO 2 component, and / or 0-20% WO 3 component, and / or 0-20% MoO 3 component, and / or Or 0 to 5% in total of As 2 O 3 component and / or Sb 2 O 3 component;
Ln 2 O 3 component (wherein Ln is Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, in mol% with respect to the total amount of oxide-converted composition) , Ho, Er, Tm, Yb, and Lu means one or more selected from the group consisting of Lu), 0 to 10% in total;
M x O y component (wherein M is one or more selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Fe, Co, and Ni) in mol% with respect to the total amount of the oxide-converted composition. X and y are the smallest natural numbers satisfying x: y = 2: M valence, respectively), and 0 to 10% in total;
At least one nonmetallic element component selected from the group consisting of F, Cl, and Br is 15% or less in an externally divided mass ratio with respect to the total mass of the glass;
At least one metal element component selected from the group consisting of Ag, Cu, Fe, Ce, Au, Pt, Pd and Re in an outer mass ratio of 5% or less with respect to the total mass of the glass;
Glass containing at a blending ratio of
In addition, the molar ratio of the oxide conversion composition, the Nb 2 O 5 and / or Ta 2 O 5 with respect to the total amount of the Rn 2 O and / or RO components (Rn and R have the same meaning as described above), and Ratio of total amount of one or more components selected from the group consisting of TiO 2 , ZrO 2 and Al 2 O 3 [(Nb 2 O 5 + Ta 2 O 5 + TiO 2 + ZrO 2 + Al 2 O 3 ) / (Rn 2 O + RO)] is preferably greater than 1.
[RnTaO3(ここで、Rnはアルカリ金属を意味する)を生成するガラス組成例]
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、
Ta2O5成分を5〜50%の配合比率で含有し、さらに任意成分として、
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、SiO2成分、B2O3成分、及びP2O5成分からなる群より選択される1種以上の成分を30〜75%;
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、Rn2O及び/又はRO成分(Rn及びRは前記と同じ意味を有する)を5〜40%;
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、Nb2O5成分を0〜35%;
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、TiO2成分及び/又はZrO2成分を0〜20%;
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、Al2O3成分を0〜30%;
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、
GeO2成分を0〜20%、及び/又は
Ga2O3成分を0〜20%、及び/又は
In2O3成分を0〜10%、及び/又は
SnO成分を0〜10%、及び/又は
Bi2O3成分を0〜20%、及び/又は
TeO2成分を0〜20%、及び/又は
WO3成分を0〜20%、及び/又は
MoO3成分を0〜20%、及び/又は
As2O3成分及び/又はSb2O3成分を合計で0〜5%;
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、Ln2O3成分(ここで、LnはSc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、及びLuからなる群より選択される1種以上を意味する)を、合計で0〜10%;
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル%で、MxOy成分(ここで、MはV、Cr、Mn、Fe、Co、Niからなる群より選択される1種以上を意味し、x及びyは、それぞれx:y=2:Mの価数、を満たす最小の自然数である)を、合計で0〜10%;
F、Cl、Brからなる群より選ばれる少なくとも1種以上の非金属元素成分を、ガラス全質量に対する外割り質量比で15%以下;
Ag、Cu、Fe、Ce、Au、Pt、Pd及びReからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素成分を、ガラス全質量に対する外割り質量比で5%以下;
の配合比率で含有するガラス。
なお、酸化物換算組成のモル比で、前記Rn2O及び/又はRO成分(Rn及びRは前記と同じ意味を有する)の合計量に対する前記Ta2O5及び/又はNb2O5、並びにTiO2、ZrO2及びAl2O3からなる群より選択される1種以上の成分の合計量の比[(Ta2O5+Nb2O5+TiO2+ZrO2+Al2O3)/(Rn2O+RO)]が1より大きいことが好ましい。
[Example of glass composition for producing RnTaO 3 (where Rn represents an alkali metal)]
In mol% with respect to the total amount of substances of oxide equivalent composition,
It contains Ta 2 O 5 component at a blending ratio of 5 to 50%, and as an optional component,
30% to 75% of one or more components selected from the group consisting of SiO 2 component, B 2 O 3 component, and P 2 O 5 component in mol% with respect to the total amount of the oxide-converted composition;
5-40% of Rn 2 O and / or RO component (Rn and R have the same meaning as described above) in mol% with respect to the total amount of the oxide-converted composition;
0 to 35% of Nb 2 O 5 component in mol% with respect to the total amount of substances in oxide equivalent composition;
0 to 20% of TiO 2 component and / or ZrO 2 component in mol% with respect to the total amount of the oxide conversion composition;
0 to 30% of Al 2 O 3 component in mol% with respect to the total amount of substances in oxide equivalent composition;
In mol% with respect to the total amount of substances of oxide equivalent composition,
0 to 20% GeO 2 component and / or 0 to 20% Ga 2 O 3 component and / or 0 to 10% In 2 O 3 component and / or 0 to 10% SnO component and / or Or 0-20% Bi 2 O 3 component, and / or 0-20% TeO 2 component, and / or 0-20% WO 3 component, and / or 0-20% MoO 3 component, and / or Or 0 to 5% in total of As 2 O 3 component and / or Sb 2 O 3 component;
Ln 2 O 3 component (wherein Ln is Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, in mol% with respect to the total amount of oxide-converted composition) , Ho, Er, Tm, Yb, and Lu means one or more selected from the group consisting of Lu), 0 to 10% in total;
M x O y component (where M is one or more selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Fe, Co, and Ni, in mol% with respect to the total amount of oxide-converted composition) X and y are the smallest natural numbers satisfying x: y = 2: M valence, respectively), and 0 to 10% in total;
At least one non-metallic element component selected from the group consisting of F, Cl, and Br is 15% or less in an externally divided mass ratio with respect to the total mass of the glass;
At least one metal element component selected from the group consisting of Ag, Cu, Fe, Ce, Au, Pt, Pd and Re in an outer mass ratio of 5% or less with respect to the total mass of the glass;
Glass containing at a blending ratio of
In addition, in the molar ratio of the oxide conversion composition, the Ta 2 O 5 and / or Nb 2 O 5 with respect to the total amount of the Rn 2 O and / or RO components (Rn and R have the same meaning as described above), and Ratio of total amount of one or more components selected from the group consisting of TiO 2 , ZrO 2 and Al 2 O 3 [(Ta 2 O 5 + Nb 2 O 5 + TiO 2 + ZrO 2 + Al 2 O 3 ) / (Rn 2 O + RO)] is preferably greater than 1.
上記配合組成に挙げた各成分の内容は概ね以下のとおりである。
TiO2成分は、TiO2の結晶、又はリンとの化合物の結晶をガラスから析出させ、特に紫外線領域で強い光触媒活性を示す成分である。特に、WO3結晶、ZnO結晶と組み合わせてTiO2結晶を含有させた場合は、ガラスセラミックスに紫外線から可視光までの幅広い範囲の波長に対する応答性を持つ光触媒活性を付与できる。酸化チタンの結晶型としては、アナターゼ(Anatase)型、ルチル(Rutile)型及びブルッカイト(Brookite)型が知られているが、アナターゼ型およびブルッカイト型が好ましく、特に高い光触媒特性をもつアナターゼ型の酸化チタンを含有することが有利である。また、TiO2成分は、P2O5成分と組み合わせて含有させることによって、より低い熱処理温度でTiO2結晶を析出させることが可能になり、光触媒活性の高いアナターゼ型TiO2結晶から光触媒活性の低いルチル型への相転位を低減することができる。また、TiO2成分は他の光触媒結晶の核形成剤の役割を果たす効果もあるので、他の光触媒結晶の析出に寄与する。しかし、TiO2成分の含有量が多すぎると、ガラス化が非常に難しくなる。TiO2成分は、原料として例えばTiO2等を用いてガラス内に導入することができる。
The contents of each component listed in the above composition are as follows.
The TiO 2 component is a component that precipitates a crystal of TiO 2 or a crystal of a compound with phosphorus from glass and exhibits strong photocatalytic activity particularly in the ultraviolet region. In particular, when a TiO 2 crystal is contained in combination with a WO 3 crystal or a ZnO crystal, photocatalytic activity having responsiveness to a wide range of wavelengths from ultraviolet to visible light can be imparted to the glass ceramic. As crystal forms of titanium oxide, anatase type, rutile type and brookite type are known, but anatase type and brookite type are preferable, and anatase type oxidation having particularly high photocatalytic properties. It is advantageous to contain titanium. Further, when the TiO 2 component is contained in combination with the P 2 O 5 component, it becomes possible to precipitate the TiO 2 crystal at a lower heat treatment temperature, and the photocatalytic activity is increased from the anatase TiO 2 crystal having a high photocatalytic activity. The phase transition to a low rutile type can be reduced. Moreover, since the TiO 2 component also has an effect of acting as a nucleating agent for other photocatalytic crystals, it contributes to the precipitation of other photocatalytic crystals. However, when the content of TiO 2 component is too large, vitrification becomes very difficult. TiO 2 component can be introduced into the glass by using as the starting material for example TiO 2 or the like.
WO3成分は、WO3の結晶としてガラス中に析出し、結晶化ガラスに光触媒特性をもたらす成分である。WO3は、波長480nmまでの可視光を吸収して光触媒活性を奏するため、結晶化ガラスに可視光応答性の光触媒特性を付与する。WO3は、立方晶系、正方晶系、斜方晶系、単斜晶系および三斜晶系の結晶構造を持つことが知られているが、光触媒活性を有する限り、どの結晶構造のものでもよい。また、ガラスの溶融性と安定性を高める成分であり、且つ他の光触媒結晶に固溶し、又はその近傍に存在することで、光触媒特性を向上させる成分である。しかし、WO3成分の含有量が多すぎると、ガラスの安定性が著しく悪くなる。WO3成分は、原料として例えばWO3等を用いてガラス内に導入することができる。 The WO 3 component is a component that precipitates in the glass as WO 3 crystals and brings photocatalytic properties to the crystallized glass. Since WO 3 absorbs visible light up to a wavelength of 480 nm and exhibits photocatalytic activity, it imparts visible light-responsive photocatalytic properties to crystallized glass. WO 3 is known to have cubic, tetragonal, orthorhombic, monoclinic and triclinic crystal structures, but as long as it has photocatalytic activity, But you can. Moreover, it is a component which improves the meltability and stability of glass, and is a component which improves a photocatalytic characteristic by being dissolved in other photocatalyst crystals, or existing in the vicinity. However, if the content of the WO 3 component is too large, the stability of the glass is remarkably deteriorated. The WO 3 component can be introduced into the glass using, for example, WO 3 as a raw material.
ZnO成分は、ZnOの結晶としてガラス中に析出し、ガラスセラミックスに光触媒特性をもたらす成分である。また、ガラスの溶融性と安定性を向上させる成分である。また、ガラス転移温度を下げて光触媒結晶を生成させやすくするとともに、熱処理温度をより低く抑える成分である。また、熱処理温度を抑えることで、TiO2成分を含有する場合に光触媒活性の高いアナターゼ型TiO2結晶から光触媒活性の低いルチル型への相転位を低減する効果も期待できる。しかし、ZnO成分の含有量が多すぎると、ガラスの安定性が著しく悪くなる。ZnO成分は、原料として例えばZnO等を用いてガラス中に導入することができる。 The ZnO component is a component that precipitates in the glass as ZnO crystals and brings photocatalytic properties to the glass ceramic. Moreover, it is a component which improves the meltability and stability of glass. In addition, it is a component that lowers the glass transition temperature to make it easier to produce photocatalytic crystals and lowers the heat treatment temperature. In addition, by suppressing the heat treatment temperature, an effect of reducing phase transition from anatase-type TiO 2 crystal having a high photocatalytic activity to a rutile type having a low photocatalytic activity when a TiO 2 component is contained can be expected. However, when the content of the ZnO component is too large, the stability of the glass is remarkably deteriorated. The ZnO component can be introduced into the glass using, for example, ZnO as a raw material.
Nb2O5成分は、ニオブ酸塩の結晶としてガラス中に析出し、ガラスセラミックスに光触媒特性をもたらす成分である。また、ガラスの溶融性と安定性を高める成分であり、且つ他の光触媒結晶に固溶し、又はその近傍に存在することで、光触媒特性を向上させる成分である。しかし、Nb2O5成分の含有量が多すぎると、ガラスの安定性が著しく悪くなる。ニオブ酸塩RnNbO3(ここで、Rnはアルカリ金属を意味する)は、Nb2O5と他の元素の酸化物との複合酸化物と考えられ、その結晶としては、例えば、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)結晶、ニオブ酸ナトリウム(NaNbO3)結晶、ニオブ酸カリウム(KNbO3)結晶などを挙げることができる。Nb2O5成分は、原料として例えばNb2O5等を用いてガラスに導入することができる。 The Nb 2 O 5 component is a component that precipitates in the glass as a niobate crystal and brings photocatalytic properties to the glass ceramic. Moreover, it is a component which improves the meltability and stability of glass, and is a component which improves a photocatalytic characteristic by being dissolved in other photocatalyst crystals, or existing in the vicinity. However, when the content of Nb 2 O 5 component is too large, stability of the glass is significantly deteriorated. Niobate RnNbO 3 (where Rn means an alkali metal) is considered to be a composite oxide of Nb 2 O 5 and an oxide of another element. As its crystal, for example, lithium niobate ( Examples include LiNbO 3 ) crystals, sodium niobate (NaNbO 3 ) crystals, and potassium niobate (KNbO 3 ) crystals. The Nb 2 O 5 component can be introduced into the glass using, for example, Nb 2 O 5 as a raw material.
Ta2O5成分は、タンタル酸塩の結晶としてガラス中に析出し、ガラスセラミックスに光触媒特性をもたらす成分である。また、ガラスの安定性を高める成分であり、且つ他の光触媒結晶に固溶し、又はその近傍に存在することで、光触媒特性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、Ta2O5成分の含有量が多すぎると、ガラスの安定性が著しく悪くなる。タンタル酸塩RnTaO3(ここで、Rnはアルカリ金属を意味する)は、Ta2O5と他の元素の酸化物との複合酸化物と考えられ、その結晶は、例えば、タンタル酸リチウム(LiTaO3)結晶、タンタル酸ナトリウム(NaTaO3)結晶、タンタル酸カリウム(KTaO3)結晶などを挙げることができる。Ta2O5成分は、原料として例えばTa2O5等を用いてガラスに導入することができる。 The Ta 2 O 5 component is a component that precipitates in the glass as a tantalate crystal and brings photocatalytic properties to the glass ceramic. Moreover, it is a component which improves the stability of glass, and is a component which improves the photocatalytic characteristic by being dissolved in other photocatalyst crystals or existing in the vicinity thereof, and can be optionally added. However, when the content of the Ta 2 O 5 component is too large, the stability of the glass is remarkably deteriorated. The tantalate RnTaO 3 (where Rn means an alkali metal) is considered to be a composite oxide of Ta 2 O 5 and an oxide of another element, and its crystal is, for example, lithium tantalate (LiTaO 3 ) Crystals, sodium tantalate (NaTaO 3 ) crystals, potassium tantalate (KTaO 3 ) crystals, and the like. The Ta 2 O 5 component can be introduced into the glass using, for example, Ta 2 O 5 as a raw material.
P2O5成分は、ガラスの網目構造を構成する成分であり、任意に添加できる成分である。ガラスセを、P2O5成分が網目構造の主成分であるリン酸塩系ガラスにすることにより、より多くのTiO2成分、WO3成分又はZnO成分をガラスに取り込ませることができる。また、P2O5成分を配合することによって、より低い熱処理温度で光触媒結晶を析出させることが可能であるとともに、TiO2成分を含有する場合に光触媒活性の高いアナターゼ型TiO2結晶から光触媒活性の低いルチル型への相転位を低減する効果も期待できる。しかし、P2O5の含有量が多すぎると光触媒結晶が析出し難くなる。P2O5成分は、原料として例えばAl(PO3)3、Ca(PO3)2、Ba(PO3)2、NaPO3、BPO4、H3PO4等を用いてガラス内に導入することができる。 P 2 O 5 component is a component which constitutes the network structure of the glass is a component that can be added optionally. By making the glass cell into phosphate-based glass in which the P 2 O 5 component is the main component of the network structure, more TiO 2 component, WO 3 component or ZnO component can be incorporated into the glass. Further, by blending the P 2 O 5 component, it is possible to precipitate photocatalytic crystals at a lower heat treatment temperature, and in the case of containing a TiO 2 component, photocatalytic activity from anatase-type TiO 2 crystals having high photocatalytic activity. The effect of reducing the phase transition to a low rutile type can also be expected. However, the photocatalyst crystals hardly precipitate the content of P 2 O 5 is too large. The P 2 O 5 component is introduced into the glass using, for example, Al (PO 3 ) 3 , Ca (PO 3 ) 2 , Ba (PO 3 ) 2 , NaPO 3 , BPO 4 , H 3 PO 4, etc. as raw materials. be able to.
B2O3成分は、ガラスの網目構造を構成し、ガラスの安定性を高める成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、その含有量が多すぎると、光触媒結晶が析出し難い傾向が強くなる。B2O3成分は、原料として例えばH3BO3、Na2B4O7、Na2B4O7・10H2O、BPO4等を用いてガラス内に導入することができる。 The B 2 O 3 component is a component that constitutes a glass network structure and improves the stability of the glass, and can be optionally added. However, when there is too much the content, the tendency for a photocatalyst crystal to precipitate hard will become strong. B 2 O 3 component may be, for example, as a raw material H 3 BO 3, Na 2 B 4 O 7, Na 2 B 4 O 7 · 10H 2 O, with BPO 4 or the like is introduced into the glass.
SiO2成分は、ガラスの網目構造を構成し、ガラスの安定性と化学的耐久性を高める成分であるとともに、Si4+イオンが析出した光触媒結晶の近傍に存在し、光触媒活性の向上に寄与する成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、SiO2成分の含有量が多すぎると、ガラスの溶融性が悪くなり、光触媒結晶が析出し難くなる。SiO2成分は、原料として例えばSiO2、K2SiF6、Na2SiF6等を用いてガラス内に導入することができる。 The SiO 2 component is a component that constitutes a glass network structure and improves the stability and chemical durability of the glass, and is present in the vicinity of the photocatalytic crystal on which Si 4+ ions are deposited, contributing to the improvement of the photocatalytic activity. It is a component and can be optionally added. However, when the content of SiO 2 component is too large, the melting property of the glass is deteriorated, the photocatalyst crystals hardly precipitate. SiO 2 component may be incorporated in the glass by using a raw material such as SiO 2, K 2 SiF 6, Na 2 SiF 6 or the like.
GeO2成分は、上記のSiO2と相似な働きを有する成分であり、ガラス中に任意に添加できる成分である。GeO2成分は、原料として例えばGeO2等を用いてガラス内に導入することができる。 The GeO 2 component is a component having a function similar to that of the above-described SiO 2 and can be arbitrarily added to the glass. The GeO 2 component can be introduced into the glass using, for example, GeO 2 as a raw material.
Li2O成分は、ガラスの溶融性と安定性を向上させ、熱処理後のガラスセラミックスにひび割れを生じ難くする成分であり、任意に添加できる成分である。また、ガラス転移温度を下げて光触媒結晶を生成させやすくするとともに、熱処理温度をより低く抑える成分である。また、熱処理温度を抑えることで、TiO2成分を含有する場合に光触媒活性の高いアナターゼ型TiO2結晶から光触媒活性の低いルチル型への相転位を低減する効果も期待できる。しかし、Li2O成分の含有量が多すぎると、かえってガラスの安定性が悪くなり、光触媒結晶の析出も困難となる。Li2O成分は、原料として例えばLi2CO3、LiNO3、LiF等を用いてガラス内に導入することができる。 Li 2 O component improves the meltability and stability of glass is a component that hardly generated cracks in the glass ceramics after heat treatment, is a component that can be added optionally. In addition, it is a component that lowers the glass transition temperature to make it easier to produce photocatalytic crystals and lowers the heat treatment temperature. In addition, by suppressing the heat treatment temperature, an effect of reducing phase transition from anatase-type TiO 2 crystal having a high photocatalytic activity to a rutile type having a low photocatalytic activity when a TiO 2 component is contained can be expected. However, when the content of Li 2 O component is too much, rather the stability of the glass is deteriorated, it becomes difficult precipitation of the photocatalyst crystals. Li 2 O component may be incorporated in the glass by using, for example, Li 2 CO 3 as a raw material, LiNO 3, LiF and the like.
Na2O成分は、ガラスの溶融性と安定性を向上させ、熱処理後のガラスセラミックスにひび割れを生じ難くする成分であり、任意に添加できる成分である。また、ガラス転移温度を下げて光触媒結晶を生成させやすくするとともに、熱処理温度をより低く抑える成分である。また、熱処理温度を抑えることで、TiO2成分を含有する場合に光触媒活性の高いアナターゼ型TiO2結晶から光触媒活性の低いルチル型への相転位を低減する効果も期待できる。しかし、Na2O成分の含有量が多すぎると、かえってガラスの安定性が悪くなり、光触媒結晶の析出も困難となる。Na2O成分は、原料として例えばNa2O、Na2CO3、NaNO3、NaF、Na2S、Na2SiF6等を用いてガラス内に導入することができる。 Na 2 O component improves the meltability and stability of glass is a component that hardly generated cracks in the glass ceramics after heat treatment, is a component that can be added optionally. In addition, it is a component that lowers the glass transition temperature to make it easier to produce photocatalytic crystals and lowers the heat treatment temperature. In addition, by suppressing the heat treatment temperature, an effect of reducing phase transition from anatase-type TiO 2 crystal having a high photocatalytic activity to a rutile type having a low photocatalytic activity when a TiO 2 component is contained can be expected. However, when the content of the Na 2 O component is too large, the stability of the glass is worsened and the photocatalytic crystals are difficult to precipitate. Na 2 O component may be incorporated in the glass by using a raw material as for example Na 2 O, Na 2 CO 3 , NaNO 3, NaF, Na 2 S, the Na 2 SiF 6 or the like.
K2O成分は、ガラスの溶融性と安定性を向上させ、熱処理後のガラスセラミックスにひび割れを生じ難くする成分であり、任意に添加できる成分である。また、ガラス転移温度を下げて光触媒結晶を生成させやすくするとともに、熱処理温度をより低く抑える成分である。また、熱処理温度を抑えることで、TiO2成分を含有する場合に光触媒活性の高いアナターゼ型TiO2結晶から光触媒活性の低いルチル型への相転位を低減する効果も期待できる。しかし、K2O成分の含有量が多すぎると、かえってガラスの安定性が悪くなり、光触媒結晶の析出も困難となる。K2O成分は、原料として例えばK2CO3、KNO3、KF、KHF2、K2SiF6等を用いてガラス内に導入することができる。 K 2 O component improves the meltability and stability of glass is a component that hardly generated cracks in the glass ceramics after heat treatment, is a component that can be added optionally. In addition, it is a component that lowers the glass transition temperature to make it easier to produce photocatalytic crystals and lowers the heat treatment temperature. In addition, by suppressing the heat treatment temperature, an effect of reducing phase transition from anatase-type TiO 2 crystal having a high photocatalytic activity to a rutile type having a low photocatalytic activity when a TiO 2 component is contained can be expected. However, when the content of K 2 O component is too much, rather the stability of the glass is deteriorated, it becomes difficult precipitation of the photocatalyst crystals. K 2 O component may be material as for example K 2 CO 3, KNO 3, KF, with KHF 2, K 2 SiF 6 such that incorporated in the glass.
Rb2O成分は、ガラスの溶融性と安定性を向上させ、熱処理後のガラスセラミックスにひび割れを生じ難くする成分であり、任意に添加できる成分である。また、ガラス転移温度を下げて光触媒結晶を生成させやすくするとともに、熱処理温度をより低く抑える成分である。また、熱処理温度を抑えることで、TiO2成分を含有する場合に光触媒活性の高いアナターゼ型TiO2結晶から光触媒活性の低いルチル型への相転位を低減する効果も期待できる。しかし、Rb2O成分の含有量が多すぎると、かえってガラスの安定性が悪くなり、光触媒結晶の析出も困難となる。Rb2O成分は、原料として例えばRb2CO3、RbNO3等を用いてガラス内に導入することができる。 The Rb 2 O component is a component that improves the meltability and stability of the glass and makes it difficult to cause cracks in the glass ceramic after the heat treatment, and can be optionally added. In addition, it is a component that lowers the glass transition temperature to make it easier to produce photocatalytic crystals and lowers the heat treatment temperature. In addition, by suppressing the heat treatment temperature, an effect of reducing phase transition from anatase-type TiO 2 crystal having a high photocatalytic activity to a rutile type having a low photocatalytic activity when a TiO 2 component is contained can be expected. However, when the content of the Rb 2 O component is too large, the stability of the glass is deteriorated, and the precipitation of the photocatalytic crystal becomes difficult. The Rb 2 O component can be introduced into the glass using, for example, Rb 2 CO 3 , RbNO 3 or the like as a raw material.
Cs2O成分は、ガラスの溶融性と安定性を向上させ、熱処理後のガラスセラミックスにひび割れを生じ難くさせる成分であり、任意に添加できる成分である。また、ガラス転移温度を下げて光触媒結晶を生成させやすくするとともに、熱処理温度をより低く抑える成分である。また、熱処理温度を抑えることで、TiO2成分を含有する場合に光触媒活性の高いアナターゼ型TiO2結晶から光触媒活性の低いルチル型への相転位を低減する効果も期待できる。しかし、Cs2O成分の含有量が多すぎると、かえってガラスの安定性が悪くなり、光触媒結晶の析出も困難となる。Cs2O成分は、原料として例えばCs2CO3、CsNO3等を用いてガラス内に導入することができる。 Cs 2 O component improves the meltability and stability of glass is a component which hardly caused cracks in the glass ceramics after heat treatment, is a component that can be added optionally. In addition, it is a component that lowers the glass transition temperature to make it easier to produce photocatalytic crystals and lowers the heat treatment temperature. In addition, by suppressing the heat treatment temperature, an effect of reducing phase transition from anatase-type TiO 2 crystal having a high photocatalytic activity to a rutile type having a low photocatalytic activity when a TiO 2 component is contained can be expected. However, when the content of Cs 2 O component is too much, rather the stability of the glass is deteriorated, it becomes difficult precipitation of the photocatalyst crystals. Cs 2 O component may be incorporated in the glass by using as the starting material for example Cs 2 CO 3, CsNO 3, and the like.
MgO成分は、ガラスの溶融性と安定性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。また、ガラス転移温度を下げて光触媒結晶を生成させやすくするとともに、熱処理温度をより低く抑える成分である。また、熱処理温度を抑えることで、TiO2成分を含有する場合に光触媒活性の高いアナターゼ型TiO2結晶から光触媒活性の低いルチル型への相転位を低減する効果も期待できる。しかし、MgO成分の含有量が多すぎると、かえってガラスの安定性が悪くなり、光触媒結晶の析出も困難となる。MgO成分は、原料として例えばMgCO3、MgF2等を用いてガラス内に導入することができる。 The MgO component is a component that improves the meltability and stability of the glass and can be arbitrarily added. In addition, it is a component that lowers the glass transition temperature to make it easier to produce photocatalytic crystals and lowers the heat treatment temperature. In addition, by suppressing the heat treatment temperature, an effect of reducing phase transition from anatase-type TiO 2 crystal having a high photocatalytic activity to a rutile type having a low photocatalytic activity when a TiO 2 component is contained can be expected. However, when the content of the MgO component is too large, the stability of the glass is worsened, and the photocatalytic crystals are difficult to precipitate. The MgO component can be introduced into the glass using, for example, MgCO 3 or MgF 2 as a raw material.
CaO成分は、ガラスの溶融性と安定性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。また、ガラス転移温度を下げて光触媒結晶を生成させやすくするとともに、熱処理温度をより低く抑える成分である。また、熱処理温度を抑えることで、TiO2成分を含有する場合に光触媒活性の高いアナターゼ型TiO2結晶から光触媒活性の低いルチル型への相転位を低減する効果も期待できる。しかし、CaO成分の含有量が多すぎると、かえってガラスの安定性が悪くなり、光触媒結晶の析出も困難となる。CaO成分は、原料として例えばCaCO3、CaF2等を用いてガラス内に導入することができる。 A CaO component is a component which improves the meltability and stability of glass, and is a component which can be added arbitrarily. In addition, it is a component that lowers the glass transition temperature to make it easier to produce photocatalytic crystals and lowers the heat treatment temperature. In addition, by suppressing the heat treatment temperature, an effect of reducing phase transition from anatase-type TiO 2 crystal having a high photocatalytic activity to a rutile type having a low photocatalytic activity when a TiO 2 component is contained can be expected. However, when the content of the CaO component is too large, the stability of the glass is deteriorated, and the photocatalytic crystals are difficult to precipitate. The CaO component can be introduced into the glass using, for example, CaCO 3 or CaF 2 as a raw material.
SrO成分は、ガラスの溶融性と安定性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。また、ガラス転移温度を下げて光触媒結晶を生成させやすくするとともに、熱処理温度をより低く抑える成分である。また、熱処理温度を抑えることで、TiO2成分を含有する場合に光触媒活性の高いアナターゼ型TiO2結晶から光触媒活性の低いルチル型への相転位を低減する効果も期待できる。しかし、SrO成分の含有量が多すぎると、かえってガラスの安定性が悪くなり、光触媒結晶の析出も困難となる。SrO成分は、原料として例えばSr(NO3)2、SrF2等を用いてガラス内に導入することができる。 A SrO component is a component which improves the meltability and stability of glass, and is a component which can be added arbitrarily. In addition, it is a component that lowers the glass transition temperature to make it easier to produce photocatalytic crystals and lowers the heat treatment temperature. In addition, by suppressing the heat treatment temperature, an effect of reducing phase transition from anatase-type TiO 2 crystal having a high photocatalytic activity to a rutile type having a low photocatalytic activity when a TiO 2 component is contained can be expected. However, when the content of the SrO component is too large, the stability of the glass is worsened and the photocatalytic crystals are difficult to precipitate. The SrO component can be introduced into the glass using, for example, Sr (NO 3 ) 2 , SrF 2 or the like as a raw material.
BaO成分は、ガラスの溶融性と安定性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。また、ガラス転移温度を下げて光触媒結晶を生成させやすくするとともに、熱処理温度をより低く抑える成分である。また、熱処理温度を抑えることで、TiO2成分を含有する場合に光触媒活性の高いアナターゼ型TiO2結晶から光触媒活性の低いルチル型への相転位を低減する効果も期待できる。しかし、BaO成分の含有量が多すぎると、かえってガラスの安定性が悪くなり光触媒結晶の析出も困難となる。BaO成分は、原料として例えばBaCO3、Ba(NO3)2、BaF2等を用いてガラス内に導入することができる。 A BaO component is a component which improves the meltability and stability of glass, and is a component which can be added arbitrarily. In addition, it is a component that lowers the glass transition temperature to make it easier to produce photocatalytic crystals and lowers the heat treatment temperature. In addition, by suppressing the heat treatment temperature, an effect of reducing phase transition from anatase-type TiO 2 crystal having a high photocatalytic activity to a rutile type having a low photocatalytic activity when a TiO 2 component is contained can be expected. However, if the content of the BaO component is too large, the stability of the glass is rather deteriorated and it is difficult to deposit photocatalytic crystals. The BaO component can be introduced into the glass using, for example, BaCO 3 , Ba (NO 3 ) 2 , BaF 2 or the like as a raw material.
ここで、RO(式中、RはMg、Ca、SrおよびBaからなる群より選択される1種以上)成分及びRn2O(式中、RnはLi、Na、K、Rb、Csからなる群より選択される1種以上)成分から選ばれる成分のうち2種類以上を含有することにより、ガラスの安定性が大幅に向上し、熱処理後のガラスセラミックスの機械強度がより高くなり、光触媒結晶がガラスからより析出し易くなる。従って、ガラスセラミックスは、RO成分及びRn2O成分から選ばれる成分のうち2種類以上を含有することが好ましい。 Here, RO (wherein R is one or more selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr and Ba) and Rn 2 O (wherein Rn consists of Li, Na, K, Rb and Cs) By containing two or more of components selected from the group (one or more selected from the group), the stability of the glass is greatly improved, the mechanical strength of the glass ceramic after the heat treatment is further increased, and the photocatalytic crystal Is more likely to precipitate from the glass. Therefore, the glass ceramic preferably contains two or more of the components selected from the RO component and Rn 2 O components.
Al2O3成分は、ガラスの安定性及びガラスセラミックスの化学的耐久性を高め、ガラスからの光触媒結晶の析出を促進し、且つAl3+イオンが光触媒結晶に固溶して光触媒特性の向上に寄与する成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、その含有量が多すぎると、溶解温度が著しく上昇し、ガラス化し難くなる。Al2O3成分は、原料として例えばAl2O3、Al(OH)3、AlF3等を用いてガラスに導入することができる。 Al 2 O 3 component enhances the stability of glass and the chemical durability of glass ceramics, promotes the precipitation of photocatalytic crystals from glass, and improves the photocatalytic properties by dissolving Al 3+ ions in the photocatalytic crystals. It is a component that contributes and can be optionally added. However, when there is too much the content, melt | dissolution temperature will raise remarkably and it will become difficult to vitrify. The Al 2 O 3 component can be introduced into the glass using, for example, Al 2 O 3 , Al (OH) 3 , AlF 3 or the like as a raw material.
Ga2O3成分は、ガラスの安定性を高め、ガラスからの光触媒結晶の析出を促進し、且つGa3+イオンが光触媒結晶に固溶して光触媒特性の向上に寄与する成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、その含有量が多すぎると、溶解温度が著しく上昇し、ガラス化し難くなる。Ga2O3成分は、原料として例えばGa2O3、GaF3等を用いてガラスに導入することができる。 The Ga 2 O 3 component is a component that enhances the stability of the glass, promotes the precipitation of the photocatalytic crystal from the glass, and contributes to the improvement of the photocatalytic properties by Ga 3+ ions being dissolved in the photocatalytic crystal. It is a component that can be added. However, when there is too much the content, melt | dissolution temperature will raise remarkably and it will become difficult to vitrify. Ga 2 O 3 component can be introduced into the glass by using as the starting material for example Ga 2 O 3, GaF 3, and the like.
In2O3成分は、上記のAl2O3及びGa2O3と相似な効果がある成分であり、任意に添加できる成分である。In2O3成分は、原料として例えばIn2O3、InF3等を用いてガラスに導入することができる。 The In 2 O 3 component is a component having an effect similar to that of the above Al 2 O 3 and Ga 2 O 3 and can be optionally added. The In 2 O 3 component can be introduced into the glass using, for example, In 2 O 3 or InF 3 as a raw material.
ZrO2成分は、ガラスセラミックスの化学的耐久性を高め、光触媒結晶の析出を促進し、且つZr4+イオンが光触媒結晶に固溶して光触媒特性の向上に寄与する成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、ZrO2成分の含有量が多すぎると、ガラス化し難くなる。ZrO2成分は、原料として例えばZrO2、ZrF4等を用いてガラスに導入することができる。 The ZrO 2 component is a component that enhances the chemical durability of the glass ceramic, promotes the precipitation of the photocatalytic crystal, and contributes to the improvement of the photocatalytic properties by the solid solution of Zr 4+ ions in the photocatalytic crystal, and can be arbitrarily added. It is an ingredient. However, when the content of the ZrO 2 component is too large, it becomes difficult to vitrify. The ZrO 2 component can be introduced into the glass using, for example, ZrO 2 , ZrF 4 or the like as a raw material.
SnO成分、SnO2成分、SnO3成分は、光触媒結晶の析出を促進し、Ti4+、W6+、Zn2+等の還元を抑制して光触媒結晶を得易くし、且つ光触媒結晶に固溶して光触媒特性の向上に効果がある成分であり、また、光触媒活性を高める作用のある後述のAgやAuやPtイオンと一緒に添加する場合は還元剤の役割を果たし、間接的に光触媒の活性の向上に寄与する成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、SnO成分、SnO2成分、SnO3成分の含有量が多すぎると、ガラスの安定性が悪くなり、光触媒特性も低下し易くなる。SnO成分、SnO2成分、SnO3成分は、原料として例えばSnO、SnO2、SnO3等を用いてガラスに導入することができる。 SnO component, SnO 2 component, SnO 3 component promotes precipitation of photocatalytic crystals, suppresses reduction of Ti 4+ , W 6+ , Zn 2+, etc., makes it easy to obtain photocatalytic crystals, and dissolves in photocatalytic crystals. It is a component that is effective in improving photocatalytic properties, and when it is added together with Ag, Au, or Pt ions, which will be described later, which acts to enhance the photocatalytic activity, it acts as a reducing agent, and indirectly increases the photocatalytic activity. It is a component that contributes to improvement, and can be optionally added. However, SnO component, SnO 2 component, the content of SnO 3 components too large, stability of the glass is deteriorated, the photocatalytic properties tend to decrease. The SnO component, SnO 2 component, and SnO 3 component can be introduced into the glass using, for example, SnO, SnO 2 , SnO 3 or the like as a raw material.
MoO3成分は、ガラスの溶融性と安定性を高める成分であり、且つ光触媒結晶に固溶し、又はその近傍に存在することで、光触媒特性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、MoO3成分の含有量が多すぎると、ガラスの安定性が著しく悪くなる。MoO3成分は、原料として例えばMoO3等を用いてガラス内に導入することができる。 The MoO 3 component is a component that improves the meltability and stability of the glass, and is a component that improves the photocatalytic properties by being dissolved in the photocatalytic crystal or in the vicinity thereof, and can be optionally added. is there. However, if the content of the MoO 3 component is too large, the stability of the glass is remarkably deteriorated. The MoO 3 component can be introduced into the glass using, for example, MoO 3 as a raw material.
Bi2O3成分は、ガラスの溶融性と安定性を高める成分であり、任意に添加できる成分である。また、ガラス転移温度を下げて光触媒結晶を生成させやすくするとともに、熱処理温度をより低く抑える成分である。また、熱処理温度を抑えることで、TiO2成分を含有する場合に光触媒活性の高いアナターゼ型TiO2結晶から光触媒活性の低いルチル型への相転位を低減する効果も期待できる。しかし、Bi2O3成分の含有量が多すぎると、ガラスの安定性が悪くなり、光触媒結晶の析出が難しくなる。Bi2O3成分は、原料として例えばBi2O3等を用いてガラスに導入することができる。 Bi 2 O 3 component is a component for enhancing the meltability and stability of glass and is a component that can be added optionally. In addition, it is a component that lowers the glass transition temperature to make it easier to produce photocatalytic crystals and lowers the heat treatment temperature. In addition, by suppressing the heat treatment temperature, an effect of reducing phase transition from anatase-type TiO 2 crystal having a high photocatalytic activity to a rutile type having a low photocatalytic activity when a TiO 2 component is contained can be expected. However, when the content of Bi 2 O 3 component is too large, stability of the glass is deteriorated, precipitation of the photocatalyst crystals is difficult. The Bi 2 O 3 component can be introduced into glass using, for example, Bi 2 O 3 as a raw material.
TeO2成分は、ガラスの溶融性と安定性を高める成分であり、任意に添加できる成分である。また、ガラス転移温度を下げて光触媒結晶を生成させやすくするとともに、熱処理温度をより低く抑える成分である。また、熱処理温度を抑えることで、TiO2成分を含有する場合に光触媒活性の高いアナターゼ型TiO2結晶から光触媒活性の低いルチル型への相転位を低減する効果も期待できる。しかし、TeO2成分の含有量が多すぎると、ガラスの安定性が悪くなり、光触媒結晶の析出が難しくなる。TeO2成分は、原料として例えばTeO2等を用いてガラスに導入することができる。 TeO 2 component is a component which enhances the meltability and stability of glass and is a component that can be added optionally. In addition, it is a component that lowers the glass transition temperature to make it easier to produce photocatalytic crystals and lowers the heat treatment temperature. In addition, by suppressing the heat treatment temperature, an effect of reducing phase transition from anatase-type TiO 2 crystal having a high photocatalytic activity to a rutile type having a low photocatalytic activity when a TiO 2 component is contained can be expected. However, when the content of TeO 2 component is too large, stability of the glass is deteriorated, precipitation of the photocatalyst crystals is difficult. The TeO 2 component can be introduced into the glass using, for example, TeO 2 as a raw material.
Ln2O3成分(式中、LnはSc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、及びLuからなる群より選択される1種以上とする)は、ガラスセラミックスの化学的耐久性を高める成分であり、且つ光触媒結晶に固溶し、又はその近傍に存在することで、光触媒特性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。Ln2O3成分の内、特にCe2O3成分がTi4+、W6+、Zn2+等の還元を防ぎ、光触媒結晶の析出を促進するため、光触媒特性の向上に顕著に寄与する効果がある。しかし、Ln2O3成分の含有量の合計が多すぎると、ガラスの安定性が著しく悪くなる。Ln2O3成分は、原料として例えばLa2O3、La(NO3)3・XH2O(Xは任意の整数)、Gd2O3、GdF3、Y2O3、YF3、CeO2、CeF3、Nd2O3、Dy2O3、Yb2O3、Lu2O3等を用いてガラスに導入することができる。 Ln 2 O 3 component (wherein Ln is selected from the group consisting of Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu) Is a component that improves the chemical durability of the glass ceramic, and is a component that improves the photocatalytic properties by being dissolved in the photocatalytic crystal or in the vicinity thereof, and is optional. It is a component that can be added. Among Ln 2 O 3 components, especially Ce 2 O 3 component prevents the reduction of Ti 4+ , W 6+ , Zn 2+, etc., and promotes the precipitation of photocatalytic crystals, so it has the effect of contributing significantly to the improvement of photocatalytic properties. . However, if the total content of the Ln 2 O 3 components is too large, the stability of the glass is significantly deteriorated. The Ln 2 O 3 component includes, for example, La 2 O 3 , La (NO 3 ) 3 .XH 2 O (X is an arbitrary integer), Gd 2 O 3 , GdF 3 , Y 2 O 3 , YF 3 , CeO as raw materials. 2 , CeF 3 , Nd 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Lu 2 O 3 and the like can be used for introduction into the glass.
MxOy成分(式中、MはV、Cr、Mn、Fe、Co、Niからなる群より選択される1種以上とし、x及びyはそれぞれx:y=2:Mの価数、を満たす最小の自然数とする)は、光触媒結晶に固溶するか、又はその近傍に存在することで、光触媒特性の向上に寄与し、且つ一部の波長の可視光を吸収してガラスセラミックスに外観色を付与する成分であり、任意成分である。 M x O y component (wherein M is one or more selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, and x and y are valences of x: y = 2: M, Is the minimum natural number that satisfies the above condition), or is present in the vicinity of the photocatalytic crystal or contributes to the improvement of the photocatalytic properties and absorbs visible light of some wavelengths into the glass ceramic. It is a component that imparts an appearance color, and is an optional component.
As2O3成分及び/又はSb2O3成分は、ガラスを清澄させ、脱泡させる成分であり、また、光触媒活性を高める作用のある後述のAgやAuやPtイオンと一緒に添加する場合は、還元剤の役割を果たすので、間接的に光触媒活性の向上に寄与する成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、これらの成分の含有量の合計が多すぎると、ガラスの安定性が悪くなり、光触媒特性も低下し易くなる。As2O3成分及びSb2O3成分は、原料として例えばAs2O3、As2O5、Sb2O3、Sb2O5、Na2H2Sb2O7・5H2O等を用いてガラスに導入することができる。 As 2 O 3 component and / or Sb 2 O 3 component is a component for clarifying and defoaming glass, and when added together with Ag, Au, and Pt ions, which will be described later, and has the effect of enhancing photocatalytic activity. Since it plays the role of a reducing agent, it is a component that indirectly contributes to the improvement of the photocatalytic activity and can be optionally added. However, if the total content of these components is too large, the stability of the glass is deteriorated, and the photocatalytic properties are liable to deteriorate. As 2 O 3 component and Sb 2 O 3 component are, for example, As 2 O 3 , As 2 O 5 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 5 , Na 2 H 2 Sb 2 O 7 .5H 2 O and the like as raw materials. And can be introduced into the glass.
なお、ガラスを清澄させ、脱泡させる成分は、上記のAs2O3成分及びSb2O3成分に限定されるものではなく、例えばCeO2成分やTeO2成分等のような、ガラス製造の分野における公知の清澄剤や脱泡剤、或いはそれらの組み合わせを用いることができる。 The components for clarifying and defoaming the glass are not limited to the above As 2 O 3 component and Sb 2 O 3 component. For example, such as CeO 2 component, TeO 2 component, etc. Well-known fining agents and defoaming agents in the field, or a combination thereof can be used.
本発明において、ガラス中には、F成分、Cl成分、Br成分、S成分、N成分、及びC成分からなる群より選ばれる少なくとも1種以上の非金属元素成分が含まれていてもよい。これらの成分は、光触媒結晶に固溶し、又はその近傍に存在することで、光触媒特性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、これらの成分の合計の含有量が多すぎると、ガラスの安定性が著しく悪くなり、光触媒特性も低下し易くなる。これらの非金属元素成分は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のフッ化物、塩化物、臭化物、硫化物、窒化物、炭化物等の形でガラス中に導入するのが好ましい。非金属元素成分の原料は特に限定されないが、例えば、F成分の原料としてZrF4、AlF3、NaF、CaF2等、Cl成分の原料としてNaCl、AgCl等、Br成分の原料としてNaBr等、S成分の原料としてNaS,Fe2S3,CaS2等、N成分の原料としてAlN3、SiN4等、C成分の原料としてTiC、SiC又はZrC等を用いることで、ガラス内に導入することができる。なお、これらの原料は、2種以上を組み合わせて添加してもよいし、単独で添加してもよい。 In the present invention, the glass may contain at least one nonmetallic element component selected from the group consisting of an F component, a Cl component, a Br component, an S component, an N component, and a C component. These components are components that improve the photocatalytic properties by being dissolved in the photocatalyst crystal or in the vicinity thereof, and can be optionally added. However, if the total content of these components is too large, the stability of the glass is remarkably deteriorated and the photocatalytic properties are liable to deteriorate. These non-metallic element components are preferably introduced into the glass in the form of alkali metal or alkaline earth metal fluoride, chloride, bromide, sulfide, nitride, carbide or the like. The raw material of the non-metallic element component is not particularly limited. For example, ZrF 4 , AlF 3 , NaF, CaF 2 and the like are used as the raw material for the F component, NaCl and AgCl are used as the raw material for the Cl component, NaBr is used as the raw material for the Br component, S It can be introduced into glass by using NaS, Fe 2 S 3 , CaS 2 or the like as component raw materials, AlN 3 or SiN 4 or the like as N component raw materials, TiC, SiC or ZrC or the like as C component raw materials. it can. These raw materials may be added in combination of two or more, or may be added alone.
本発明において、ガラス中には、Ag、Cu、Fe、Ce、Au、Pt、Pd及びReから選ばれる少なくとも1種の金属元素成分が含まれていてもよい。これらの金属元素成分は、光触媒結晶の近傍に存在することで、光触媒活性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、これらの金属元素成分の合計の含有量が多すぎるとガラスの安定性が著しく悪くなり、光触媒特性がかえって低下し易くなる。 In the present invention, the glass may contain at least one metal element component selected from Ag, Cu, Fe, Ce, Au, Pt, Pd and Re. These metal element components are components that improve photocatalytic activity by being present in the vicinity of the photocatalytic crystal, and can be optionally added. However, if the total content of these metal element components is too large, the stability of the glass is remarkably deteriorated, and the photocatalytic properties tend to be lowered.
本発明において、ガラス中には、上記成分以外の成分をガラスセラミックスの特性を損なわない範囲で必要に応じ、添加することができる。但し、PbO等の鉛化合物、Th、Cd、Tl、Os、Se、Hgの各成分は、近年有害な化学物資として使用を控える傾向にあり、ガラスの製造工程のみならず、加工工程、及び製品化後の処分に至るまで環境対策上の措置が必要とされる。従って、環境上の影響を重視する場合には、不可避な混入を除き、これらを実質的に含有しないことが好ましい。これにより、ガラスセラミックスに環境を汚染する物質が実質的に含まれなくなる。そのため、特別な環境対策上の措置を講じなくとも、このガラスセラミックスを製造し、加工し、及び廃棄することができる。 In the present invention, components other than the above components can be added to the glass as needed within a range that does not impair the properties of the glass ceramic. However, lead compounds such as PbO, and components of Th, Cd, Tl, Os, Se, and Hg tend to refrain from being used as harmful chemical substances in recent years. Not only glass manufacturing processes but also processing processes and products Environmental measures are required until disposal after conversion. Therefore, when importance is placed on the environmental impact, it is preferable not to substantially contain them except for inevitable mixing. As a result, the glass ceramics are substantially free of substances that pollute the environment. Therefore, the glass ceramics can be manufactured, processed, and discarded without taking any special environmental measures.
次に、実施例によって本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は、以下の実施例に制約されるものではない。 EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention in more detail, this invention is not restrict | limited to a following example.
実施例1〜23:
表1に示すA〜Jの組成を有するガラス粉粒体を準備した。A〜Jのガラス粉粒体の原料としては、いずれも、例えば酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、弗化物、塩化物、メタ燐酸化合物等の通常のガラスに使用される高純度の原料を選定して用いた。これらの原料を、表1に示した組成の割合になるように秤量して均一に混合した後、白金坩堝に投入し、ガラス組成の溶融難易度に応じて電気炉で1200℃〜1600℃の温度範囲で1〜24時間溶解し、攪拌均質化してからガラス融液を流水中に投下することで、粒状又はフレーク状のガラス体を得た。このガラス体をジェットミルで粉砕することで、粒子サイズ(平均粒径)が約10μmのガラス粉粒体A〜Jを得た。次に、A〜Jのガラス粉粒体を、表2に示す混合比で均一に混合し、ペレットに成形した後、表2に示す焼成条件で焼成した。すなわち、ペレットを表2の各実施例に記載された温度まで加熱し、その温度を記載された時間にわたり保持して焼成と同時に結晶化を行った。その後、冷却して目的の結晶を有するガラスセラミックスの焼結体を得た。各実施例の焼結体中に析出した主な結晶の種類を表2に併せて示した。
Examples 1 to 23:
Glass powder particles having the compositions A to J shown in Table 1 were prepared. As a raw material for the glass powders A to J, any of the high-purity materials used for ordinary glasses such as oxides, hydroxides, carbonates, nitrates, fluorides, chlorides, metaphosphate compounds, etc. The raw materials were selected and used. These raw materials are weighed so as to have the composition ratio shown in Table 1 and uniformly mixed, and then put into a platinum crucible. The temperature is 1200 ° C. to 1600 ° C. in an electric furnace depending on the melting difficulty of the glass composition. After melting in the temperature range for 1 to 24 hours, stirring and homogenizing, the glass melt was dropped into running water to obtain a granular or flaky glass body. By pulverizing this glass body with a jet mill, glass particles A to J having a particle size (average particle diameter) of about 10 μm were obtained. Next, the glass powder granules of A to J were uniformly mixed at the mixing ratio shown in Table 2, formed into pellets, and then fired under the firing conditions shown in Table 2. That is, the pellet was heated to the temperature described in each Example of Table 2, and the temperature was maintained for the time described, and crystallization was performed simultaneously with firing. Then, it cooled and obtained the sintered body of the glass ceramics which has the target crystal | crystallization. Table 2 shows the main types of crystals precipitated in the sintered bodies of the examples.
ここで、実施例1〜23のガラスセラミックスの析出結晶の種類は、X線回折装置(フィリップス社製、商品名:X’Pert−MPD)で同定した。 Here, the types of precipitated crystals of the glass ceramics of Examples 1 to 23 were identified by an X-ray diffractometer (manufactured by Philips, trade name: X'Pert-MPD).
表2に表されるように、実施例1〜23の焼結体は、それぞれ、TiO2結晶、WO3結晶、ZnO結晶、RnNbO3結晶、RnTaO3結晶(ここで、Rnはアルカリ金属を意味する)、及びこれらの固溶体からなる群より選択される2種以上の結晶を含有していることが確認された。 As shown in Table 2, the sintered bodies of Examples 1 to 23 are respectively TiO 2 crystal, WO 3 crystal, ZnO crystal, RnNbO 3 crystal, and RnTaO 3 crystal (where Rn means an alkali metal) And two or more kinds of crystals selected from the group consisting of these solid solutions were confirmed.
次に、析出した結晶の構造を調べるために、実施例2の焼結体について、X線回折分析(XRD)を行った。その結果を図1に示した。実施例2のXRDパターンでは、入射角2θ=25.3°付近をはじめ「○」で表されるアナターゼ型のTiO2結晶のピークと、入射角2θ=24.2°付近をはじめ「□」で表されるNaTi2(PO4)3結晶のピークと、入射角2θ=23.5°付近をはじめ「△」で表されるWO3の単斜晶または三斜晶のピークが確認できた。従って、実施例2の焼結体は、高い光触媒活性を有するTiO2結晶、NaTi2(PO4)3結晶及びWO3結晶を含有しており、これらの光触媒特性が組み合わされることによって、優れた光触媒活性を奏することが推察された。 Next, in order to investigate the structure of the precipitated crystals, the sintered body of Example 2 was subjected to X-ray diffraction analysis (XRD). The results are shown in FIG. In the XRD pattern of Example 2, the peak of the anatase type TiO 2 crystal represented by “◯” including the incident angle 2θ = 25.3 ° and “□” including the incident angle 2θ = 24.2 °. The peak of the NaTi 2 (PO 4 ) 3 crystal represented by the above and the peak of the WO 3 monoclinic or triclinic crystal represented by “Δ” including the incident angle of 2θ = 23.5 ° were confirmed. . Therefore, the sintered body of Example 2 contains TiO 2 crystal, NaTi 2 (PO 4 ) 3 crystal and WO 3 crystal having high photocatalytic activity, and is excellent by combining these photocatalytic properties. It was inferred that it exhibited photocatalytic activity.
また、実施例1、2、9、10、11で得られた焼結体について、46質量%のフッ酸で1分間エッチングした後のサンプル(粒径1〜3mmの顆粒状)0.5gをメチレンブルー(MB)溶液に浸漬し、照度1mW/cm2の紫外線を3〜10時間照射した場合のMB濃度と照射しなかった場合のMB濃度について、目視により下記の5段階の判定基準で評価した。MBの分解能力の評価結果は、表3に示した。 In addition, about the sintered bodies obtained in Examples 1, 2, 9, 10, and 11, 0.5 g of a sample (granular shape having a particle diameter of 1 to 3 mm) after etching with 46% by mass of hydrofluoric acid for 1 minute was added. The MB concentration when immersed in a methylene blue (MB) solution and irradiated with ultraviolet rays having an illuminance of 1 mW / cm 2 for 3 to 10 hours and the MB concentration when not irradiated were evaluated visually by the following five criteria. . The evaluation results of the MB decomposition ability are shown in Table 3.
(判定基準)
5:僅かに薄い,ほぼ変化がない
4:やや薄い
3:薄い
2:かなり薄い
1:透明に近い,ほぼ透明
(Criteria)
5: Slightly thin, almost unchanged 4: Slightly thin 3: Thin 2: Pretty thin 1: Nearly transparent, almost transparent
表3に示したように、実施例1、2、9、10、11の焼結体は優れたMB分解活性を有することが確認できた。 As shown in Table 3, it was confirmed that the sintered bodies of Examples 1, 2, 9, 10, and 11 had excellent MB decomposition activity.
また、実施例1のサンプルについて、紫外線照射の有無によるMB溶液の状態変化を示す写真を図2に示した。この図2に示されるように、紫外線照射した場合は、MB溶液の青色が消え透明になったが、紫外線を照射しない場合は青い色に変化がなかった。 Moreover, the photograph which shows the state change of MB solution by the presence or absence of ultraviolet irradiation about the sample of Example 1 was shown in FIG. As shown in FIG. 2, when the ultraviolet ray was irradiated, the blue color of the MB solution disappeared and became transparent, but when the ultraviolet ray was not irradiated, the blue color did not change.
以上の実験結果が示すように、TiO2結晶、WO3結晶等の複数の光触媒結晶を組み合わせて含有する実施例1〜23のガラスセラミックスの焼結体は、優れた光触媒活性を有しており、かつ光触媒結晶が均一にガラスに分散しているため、剥離による光触媒機能の損失がなく、耐久性に優れた光触媒機能性素材として利用できることが確認された。 As the above experimental results show, the sintered body of the glass ceramics of Examples 1 to 23 containing a combination of a plurality of photocatalytic crystals such as TiO 2 crystal and WO 3 crystal has excellent photocatalytic activity. In addition, since the photocatalytic crystals are uniformly dispersed in the glass, it was confirmed that there is no loss of the photocatalytic function due to peeling and that it can be used as a photocatalytic functional material excellent in durability.
以上のように、本発明の焼結体の製造方法によれば、組成が異なる2種以上のガラス粉粒体を混合して混合物を作製した後、この混合物を加熱することによって、2種以上の光触媒結晶を豊富に含む焼結体を得ることができる。本発明方法では、ガラス粉粒体の組み合わせを変えることによって、例えばTiO2結晶、WO3結晶、ZnO結晶、RnNbO3結晶、RnTaO3結晶(ここで、Rnはアルカリ金属を意味する)等の複数種類の光触媒結晶を任意の組み合わせで含有する焼結体を容易に製造できる。従って、単一のガラス相から複数種類の光触媒結晶を析出させる場合にくらべて、光触媒結晶の結晶型の制御や、析出量の制御が格段に容易になり、優れた光触媒機能性素材を提供できる。また、優れた光触媒活性を有する焼結体を工業的規模で容易に製造することができる。 As described above, according to the method for producing a sintered body of the present invention, two or more kinds of glass powders having different compositions are mixed to produce a mixture, and then the mixture is heated to produce two or more kinds. Thus, a sintered body containing abundant photocatalytic crystals can be obtained. In the method of the present invention, by changing the combination of glass powder particles, for example, a plurality of TiO 2 crystals, WO 3 crystals, ZnO crystals, RnNbO 3 crystals, RnTaO 3 crystals (where Rn means an alkali metal), etc. A sintered body containing various kinds of photocatalytic crystals in any combination can be easily produced. Therefore, compared to the case where a plurality of types of photocatalytic crystals are precipitated from a single glass phase, the control of the crystal form of the photocatalytic crystals and the control of the amount of precipitation are much easier, and an excellent photocatalytic functional material can be provided. . Moreover, the sintered compact which has the outstanding photocatalytic activity can be manufactured easily on an industrial scale.
以上、本発明の実施の形態を例示の目的で詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に制約されることはない。当業者は本発明の思想及び範囲を逸脱することなく多くの改変を成し得、それらも本発明の範囲内に含まれる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail for the purpose of illustration, this invention is not restrict | limited to the said embodiment. Those skilled in the art can make many modifications without departing from the spirit and scope of the present invention, and these are also included within the scope of the present invention.
Claims (29)
前記混合物を加熱し、光触媒活性を有する結晶を含むガラスセラミックスの焼結体を作製する工程と、
を備えた焼結体の製造方法。 Mixing two or more kinds of glass powders having different compositions to produce a mixture;
Heating the mixture and producing a sintered body of glass ceramics containing crystals having photocatalytic activity;
The manufacturing method of the sintered compact provided with.
前記混合物を所望形状の成形体に成形する工程と、
前記成形体を加熱し、光触媒活性を有する結晶を含むガラスセラミックスの焼結体を作製する工程と、
を備えた焼結体の製造方法。 Mixing two or more kinds of glass powders having different compositions to produce a mixture;
Forming the mixture into a molded body having a desired shape;
Heating the molded body to produce a sintered body of glass ceramics containing crystals having photocatalytic activity;
The manufacturing method of the sintered compact provided with.
加熱により光触媒活性を有する第1の結晶を析出し得る第1のガラス粉粒体と、
加熱により前記第1の結晶とは異なる種類の、光触媒活性を有する第2の結晶を析出し得る第2のガラス粉粒体と、
を用いる請求項1から4のいずれかに記載の焼結体の製造方法。 As the two or more kinds of glass particles, at least,
A first glass granule capable of precipitating a first crystal having photocatalytic activity by heating;
A second glass powder capable of precipitating a second crystal having photocatalytic activity, which is different from the first crystal by heating, and
The manufacturing method of the sintered compact in any one of Claim 1 to 4 which uses this.
前記ガラスセラミックス層が、請求項9から13のいずれかに記載の焼結体を含むことを特徴とするガラスセラミックス複合体。 A glass ceramic composite having a base material and a glass ceramic layer provided on the base material,
The glass-ceramic composite, wherein the glass-ceramic layer includes the sintered body according to any one of claims 9 to 13.
加熱することにより光触媒活性を有する第1の結晶を析出し得る第1のガラス粉粒体と、
加熱することにより前記第1の結晶とは異なる種類の、光触媒活性を有する第2の結晶を析出し得る第2のガラス粉粒体と、
を含有する請求項21又は22に記載のガラス粉粒体混合物。 As the two or more kinds of glass particles, at least,
A first glass powder capable of precipitating a first crystal having photocatalytic activity by heating;
A second glass powder body capable of precipitating a second crystal having photocatalytic activity, which is different from the first crystal by heating,
The glass powder mixture according to claim 21 or 22, comprising:
The first crystal and the second crystal are respectively a TiO 2 crystal, a WO 3 crystal, a ZnO crystal, an RnNbO 3 crystal, and an RnTaO 3 crystal (where Rn means an alkali metal) and a solid solution thereof. The sintered body according to claim 27 or 28, wherein the sintered body is selected from the group consisting of:
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