光触媒WEB～光触媒普及委員会～

光触媒参考映像～NHKより～（約７MB）

光触媒は光があたると働き始める触媒です。言い換えれば前述の反応に必要なエネルギーを光自体のエネルギーによってまかなうことができる触媒です。
現在は｢酸化チタン（TiO2）｣が主流となってます。
壁紙に行う、クロスコーティングなどにも応用されています。

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光触媒の空気浄化

光触媒とは

触媒とは、化学反応の際に自分自身は変化せず、他の物質の仲立ちとなって反応の速度を速めたり逆に遅くしたりする物質のことをいいます。
化学反応では物質（反応物）が原子の組替えを行って元の物質とは異なる物質（生成物）になっていきます。
この時に反応が進むために活性化エネルギーと呼ばれるエネルギーが必要です。
光触媒は光があたると働き始める触媒です。言い換えれば前述の反応に必要なエネルギーを光自体のエネルギーによってまかなうことができる触媒です。
現在は｢酸化チタン（TiO2）｣が主流となってます。

光触媒のメカニズム

1. 光触媒（酸化チタン）に一定以上のエネルギー（バンドギャップエネルギー）を持つ光をあてると、その表面から電子が飛び出します。
この電子が抜けた孔を”正孔”といい、正（＋）の電荷を持っています。

2. その正孔が水の水酸化イオン（OH-）や酸素（O2)などと反応し”OHラジカル”や”スーパーオキサイドアニオン”（O2-)などの活性酸素を生成します。

3. これらの活性酸素は非常に反応性が高く、特に”OHラジカル”は非常に大きなエネルギーを持っています。
有機化合物は炭素や水素・窒素などからできています。
それを構成する分子中の結合エネルギーより、”OHラジカル”のエネルギーがはるかに大きいため結合を簡単に切断することができます。

4. 以上の作用（光触媒作用）を利用することにより、有機化合物を分解し、炭酸ガスや水などの無毒な物質に変えることができます。更に、酸化チタンに光と水が供給されると、”OHラジカル”は発生し続け、光触媒反応が長期に持続します。

シックハウスガスの分解能力。

最近の住宅は密閉性が大変良くなり、冷暖房効率の良い省エネルギー型となっています。
その反面、昔の和風住宅の自然喚起で、１時間に部屋の空気が３～４回換気されていましたが最近の住宅では、１時間に０．５回（２時間でやっと１回）というように部屋の空気が入れ替わりにくくなっています。
その為、室内の空気が建材や内装材から、さまざまな化学物質の放出によって汚染されています。
それによって、シックハウス症候群や化学物質過敏症が大きな問題となっています。
光触媒は、有機化学物質を分解し、無害化しますので室内環境を浄化することができます。

住宅建材などが由来の主な室内・環境汚染物質
発生源	汚染物質
合板類（押し入れ、天井、壁、家具、床など）	接着剤（ホルムアルデヒド）、防虫剤（フェニトロチオン、ホキシム等）、防腐剤（CCA（クロム・銅・ヒ素化合物混合剤）
壁紙・塗料	可塑剤（フタル酸エステル、DOP、DBPなど）、溶剤（トルエン、酢酸エチルなど）、難燃剤（TCEP）、接着剤（未反応ホルムアルデヒド）など
畳・床	畳用防虫剤（フェニトロチオン、フェンチオン、ダイアジノン、ナフタリン）、塩ビ樹脂床材（フタル酸エステル、DOP、DBPなど）、集積材用接着剤（ホルムアルデヒド）
じゅうたん	防虫剤（ダイアジノン、フェニトロチオン、ディートなど）
床下・土台	シロアリ駆除防虫剤（クロルピリオス、ホキシム、バスタ、トリクロルフォンピリダフォンチオン、S-421など）、防腐剤（クレオソート、CCA）、有機溶剤
耐火・断熱材	アスペスト、ガラス繊維、フロン

雑菌やカビの繁殖を防止する『抗菌性』。

光触媒によって生じる“OHラジカル”の酸化力は非常に強力（塩素の２倍）で、金の細胞内の補酸素や呼吸系に作用する酵素などを破壊し、菌やカビの繁殖を止めることができます。
更に、菌やカビのエサとなる有機物の分解や、菌やカビの出す毒素も分解できます。

悪臭を分解・除去する『脱臭性』。

脱臭は光触媒の応用分野の中でも最も利用目的の多いものです。それは脱臭では微量の物質を分解すればよいためです。
メカニズムは前述のように、臭いの元となる物質を分解する能力があるからです。
人間の鼻の感度で“臭い”物質を、“臭くない”境界までもってくるのに処理しなければならない分子の数はごく少数で済むからです。

臭い物質とその関値
臭い物質		臭気	関値
アンモニア	NH3	強刺激臭	1.5
アセトアルデヒド	CH3CHO	刺激臭	1.5×10^3
硫化水素	H2S	腐卵臭	4.1×10^4
メチルメルカブタン	CH4S	ニンニク臭	7.0×10^5
トリメチルアミン	(CH3)3N	腐敗魚臭	2.7×10^5
スカトール	C9H9N	糞尿臭	5.6×10^6

セルフクリーニング性能の『防汚性』と『防曇性』。

光触媒の表面塗装により、有機物の汚れを分解することによって、汚れにくくします。
特に、少しずつ付着していく油汚れや、タバコのヤニなどには高い効果があります。
また、建物の外壁や車などの汚れのはげしいところに光触媒をコーティングした場合は、汚れの全てを分解しきれなくても“酸化チタン”であれば“超親水性”があるので、放水や雨で洗い流され易くなります。
これは、有機物が他の砂やホコリなどの無機質（これは分解不可）の接着剤がわりになって付着しているので、その有機物が分解されれば、接着力が無くなり、洗い流れ易くなるということです。
雨でもOKなので、「セルフクリーニング」の性能が出ます。
また、大気汚染物質である、窒素酸化物や硫黄化酸化物を硝酸イオンや硫酸イオンに酸化することができます。（雨などで洗い流されても無害です。）
従って、環境改善にも一役たつことにもなります。
更に、鏡やガラスに塗布しても、“超親水性”があるので、極小の小玉も発生しませんので、曇りにくくなります。汚れると、疎水性の物質が付着し、接触角が増加して曇り始めます。
但し、そこに光が照射されれば付着した疎水性物質を分解しますので元の“超親水性”が復活して再度曇りにくくなります。

光触媒５つの機能

1 防汚

浴室や厨房などの、汚れやすく清掃に手間のかかる場所の表面をコーティングすることにより摩擦係数を減少させ、汚れを付きにくく、また汚れを落としやすくします。

2 抗菌

病院の手術室や食品加工工場、給食センターやレストランの厨房などの抗菌処理や、ホルムアルデヒドが原因とされるシックハウス症候群対策に大きな効果があります。

3 脱臭

老人施設やホテルの客室、トイレ、喫煙所、ペットショップなどの嫌な臭いを酸化チタンの活性酸素が分解・除去。消臭に効果があります。

4 浄水

水中に融解した汚染物質であるテトラクロロエチレンやトリクロロエチレンなどの揮発性有機塩素化合物を分解、除去します。

5 空気浄化

空気中のNOXやSOX、ホルムアルデヒドが原因とされるシックハウス症候群対策に大きな効果があります。

光触媒コーティングの特徴

光触媒の開発コンセプト

殺菌剤・抗菌剤として、今まで様々な製品が使用されてきました。しかしながら、あるものは有機リン系、あるものは有機塩素系化学物質であるために溶け出して環境への二次汚染の原因となったり、変質しやすく、また基材を変質させ、あるいは効力が薄い、効力が持続しないなど、さまざまな問題を提起しています。
そこで、効力が長期間にわたって持続し、効果が高く、安心して多種多様な用途に応用でき、化学洗剤使用の軽減や省エネルギーへ貢献できる無機抗菌剤の普及促進を目的に光触媒は開発されました。

光触媒の（銀系酸化チタン抗菌コート材）とは

光触媒は、酸化チタンの光触媒作用と銀の抗菌作用を利用した安全でかつ容易な環境浄化コーティング材です。有害な薬品などを一切使用せず、太陽や蛍光灯などの光を利用するだけで、分解されにくい化学物質や細菌などの有害物質を分解することができ、また、銀の働きにより光が当たらない場所でも、細菌やウイルスの活動を阻止することができます。

光触媒の主成分とその作用原理

1　光触媒の主成分である酸化チタンは、近年さまざまな分野で脚光を浴びている光触媒作用を持つ物質の一つで、太陽や蛍光灯などの光が当たると、水や酸素と反応してOHラジカルなどの活性酸素をつくります。この活性酸素は非常に大きなエネルギーを持ち、接触した有機化合物に化学反応を起こさせることにより、細菌やウイルスの活動を阻止し、有機物質を分解します。

2　光触媒酸化チタンの超微粒子には、銀を固着させています。銀の抗菌性は古くから知られ、銀製のつぼに入っている水は腐らないと伝えられるなど、生活の知恵としても銀食器・容器、歯科材料に広く利用されています。この銀が細菌内の酵素やDNAを反応させ、太陽や蛍光灯の光が当たらない場所でも細菌等の繁殖機能を疎外します。

3　光触媒に使用されている酸化チタンは、これも近年脚光を浴びていますナノテクノロジー技術製品であり、約5nm（ナノメートル）の大きさの超微粒子コロイド状物質です。1nmとは、非常に短い長さを表す単位で、10億分の1メートル（100万分の1ミリメートル）です。平に見える鏡でも、電子顕微鏡で見ると表面は凸凹しています。光触媒は非常に細かいため、このくぼみを埋め、表面をより平にすることにより摩擦係数を減少させ、汚れをつきにくく、また汚れを落としやすくします。

光触媒の安全性

光触媒は、製品名「銀系酸化チタン水溶液」という銀を含む酸化チタン製品と「界面活性剤」、「エタノール」及び「蒸留水」で構成されています。
「酸化チタン」は白色着色用食品添加物として、認可され化粧品にも広く使用されている安全無害な物質です。
「銀」は食品添加物としても使用されるほか、食器をはじめとした調理器具、フルートなどの楽器、また歯科医療で銀歯として使われているように安全です。
「界面活性剤」は一般的な洗剤等にも使用され、安全性が十分に確認されているものを使用しており、また、その使用量もごく少量です。
「エタノール」はエチルアルコールとも呼ばれ、お酒の主成分であり、また、醤油などの防腐剤としても使用されているものです。

光触媒の塗膜の耐久性

酸化チタンは、常温常圧の通常の使用条件では酸、アルカリ、水、溶剤に溶けず、フッ化水素、塩素、硫化水素など反応性の強いガスとも反応しない、極めて安定した物質ですから、溶けて流れることはありません。
銀は、強酸には溶けますが、歯科材料として使用されていることからも明らかなように、通常の使用条件では安定している物質ですから、やはり溶けて流れることはありません。
酸化チタンの耐熱温度は1300度、銀の融点は約962度で、少々の高温でも大丈夫です。
光触媒に使用されている銀系酸化チタン水溶液は、基材表面の繊細な凸凹に入り込みしっかりと固着し、乾燥後は、鉛筆の5H程度の硬さになりますので、通常の清掃作業、風雨では剥がれ落ちません。

光触媒の施工の容易性

光触媒の施工は、コンプレッサーとスプレーガンを用いて霧状に噴霧するだけです。人に対して安全であるためコーティング施工者の特別な防護策が不要なだけでなく、どんなものに付着しても悪影響を及ぼさないので煩わしい養生作業等も不要です。

光触媒の優秀性と発展性

酸化チタンは「光触媒」として近年マスコミなどで頻繁に取上げられるようになり、環境浄化技術の切り札として注目を集め、環境の世紀である21世紀の技術として期待されています。
これまでも数多くの酸化チタンの実用化・製品化が試みられてきたものの、これまでの製品は酸化チタンが有機物を分解することから、コーティングを施す基材が繊維やゴムなどの有機物には施工できず養生まで必要なものや、清掃によって剥がれるような耐久性が小さいもの、ガラスや鏡などには付着しないもの、そして価格が高いことなど課題が多数残されていました。

しかし、この光触媒は、相手を選ばず養生も不要で施工が簡単、耐久性に優れていて、しかも価格が安いという、他の酸化チタン製品と比較すると大きな優秀性を有しています。これまでいろんな場所で施工して実績もありますが、いずれの場所においてもいい結果が出されています。

このように光触媒のような光触媒製品は、子供からお年寄りまで安心して使用することができ、光があればどこでも使用可能です。そのため日本だけではなく世界中での普及が見込まれると共に、さまざまな環境に応じた光触媒の新しい用途開発も期待されるため、これから大きな市場に成長すると予想されます。