量子触媒を用いた防汚・消臭・抗菌・高機能繊維の研究開発 : その1

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第16号2014年

量 子 触 媒 を用 い た 防 汚 ・消 臭 ・抗 菌 ・高 機 能 繊 維 の研 究 開発

一 そ の1*一

Developmentoftheantifouling,deodorant,antibacterialhigh-performance textilefabricbyadheringQuantumCatalyst ‐Part1*‐ 岸 政 七 †,加 藤 勘 次 ‡,松 井 秀 生 ‡ MasahichiKishi†,KanjiKato‡,HideoMatsui‡

AbstractTheQuantumcatalysthasbeendiscussedtoputtextilefabricon

developmentstagewithemphasizingsuchsignificantcapabilityasantifouling,

deodorantandantibacterial.TheQuantumcatalystexpressesphoto-catalyticeffect

of10thousandtimesthatofexistingtitaniumoxidephoto-catalystwithowingto

creatingdonororacceptorlevelinitsbandgap.

ItiswassuccessfullycertifiedinverificationinJTECTofpublicinstitutethatthe

textilefabricadheredwithQuantumcatalystachievesexcellentbacteriostatic

activityvalueof6eveninthelight-shieldingenvironmentfreefromultraviolet

irradiationessentialtothephoto-catalyst.

1.防 汚 ・消 臭 ・抗 菌 高 機 能 繊 維 1.1量 子 触 媒加 工 高機 能 繊 維 製 品 の適 用 と効 果 世 界 最 高 の 光 触 媒 効 果 を発 現 す る安 全 ・安 心 な 量 子 触 媒 を 用 い て 、 高 い 消臭 ・抗 菌機 能 を有 す る 量 子 触 媒 加 工 高機 能 繊 維 製 品 を 開発 す る こ と を 目的 とす る。 量 子 触 媒 加 工 高 機 能 繊 維 製 品 は 、 多 方 面 の需 要 を 喚 起 し、 下 記 の 幾 多 の 効果 を期 待 で き る。 ① 医 療 ・介 護 分 野 にお け る、薬 剤 使 用 に起 因 す る多 剤 耐 性 菌 や 薬 剤 禍 の 発 生 を抑 圧 ・院 内 感 染 を 防 止 、 ② 食 品 関 係 や 健 康 ・衛 生 関 連 分 野 に お け る、 大 腸 菌 とべ ロ毒 素 、細 菌 や ノ ロ ウイ ル ス な どを破 壊 死 滅 させ 感 染 リス ク を排 除 、 ③ 一 般 繊 維 利 用 分 野 にお け る、 汚 れ 低 減 の防 汚 、 陰 干 臭 の 発 生 防 止 、 汗 臭 ・加 齢 臭 な どの分 解 除 去 の 消 臭 、 生 活 の ハ イ クオ リテ ィ化 の 推 進 。 これ らの 著 しい 適 用 効 果 は利 便 性 の 拡 充 に 留 ま らず 、 新 た な 産 業 の創 設 を促 す もの と考 え られ る。 1.2光 触 媒 加 工繊 維 の 問題 点 「防 汚 ・消 臭 ・抗 菌 」 を 同時 に機 能 で き る物 質 と して 、 光 触 媒 の適 用 が 従 来 か ら広 く熱 心 に 実 用 化 研 究 され て い るが 、 以 下 の 問題 か ら普 及 が 阻 まれ てい た 。 問題1:光 触 媒 効 果 を発 現 す る に、 強 力 な紫 外 線 照射 が 必 要 ・繊 維 に 光触 媒 を付 着 せ るバ イ ン ダ が 必 要 とな り、 十 分 に 紫 外線 照射 で き な い。 バ イ ン ダ を必 要 と し な い練 り込 み 繊 維 が 開発 さ れ て い る が 、 医療 用 の 強 アル カ リ洗 濯 時 の繊 維 膨 潤 に よ る繊 維 劣 化 され る。 ・バ イ ンダ層 に お け る吸 収減 衰 され る紫外 線 で 十 分 強 力 な 光触 媒 が 得 られ な い。 †愛 知 工業 大学 総 合 技 術 研 究所(愛 知 県豊 田 市) ‡お ぼ ろ タ オル 株 式 会 社(三 重 県津 市) *本 報 告 〈そ の1>は 、平成25年 度 ∼ 平 成27年 度3年 間継 続 実施 す る研 究 の初 年 度 成 果 の 一部 を纏 め た も の で あ る。

へ㌧ げロリ ..一 一7ギ' \ 亀_一 ノ 高性能触媒と付着技術の開発 紫 外 光 エネ ル e

σ

光触媒 e:放 出 電 子h:放 出 ホ ー ル 図1.1従 来 技 術 と解 決 す べ き課 題 Fig.1.lProblemstobesolvedandthepriortechnologies

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問題2:繊 維 付 着 状 態 で 十 分 大 きな 光 触 媒 効 果 が 必 要 。 紫 外 光 は繊 維 に付 着 させ るバ イ ン ダ層 で 反 射 ・ 吸 収 減 衰 す る ・光 触 媒 ・酸 化 チ タ ンTiO2の 光触 媒 効 果 は能 力 不 足 は るか に優 れ た 光 触 媒 な ど新 しい 触 媒 が 必 須 ・酸 化 タ ン グス テ ンWO3は16倍 と優 れ た光 触 媒 効 果 を具 備 して い るが 、高 価 で 繊 維 加 工 へ の適 用 は難 し く、か つ タ ン グス テ ン資源 の枯 渇 の 恐れ 大 【図1.1】。 1.3光 触 媒加 工 繊 維 の 解 決 す べ き課 題 課 題 ① 医療 繊 維 製 品 の 苛性 ソー ダ 洗濯 に 耐 力 が あ る 素 材(綿)か ら触 媒 が 脱 落 しない バ イ ン ダ と繊 維 加 工 技 術 の新 規 開発 課 題 ② 酸 化 タ ング ス テ ンの16倍 以 上 の光 触 媒 効 果 を 有 し、資 源 枯 渇 の心 配 が 無 い 繊 維 加 工 に適 用 可 能 な経 済 的 な夢 の触 媒 が必 要 。 1.4量 子 触 媒加 工 繊 維 適 用 領 域 の 開拓 世 界 最 高 の光 触 媒 効 果 を 有 す る量 子 触 媒 を適 用 、 【付 着+強 力 な光 触 媒 効 果 】繊 維 加 工 技 術 を 開発 して 、課 題 ① ② を 解 決 、 安 全 ・安 心 な 防 汚 ・消 臭 ・抗 菌 繊 維 製 品 の 適 用領 域 を 開 拓 す る 【図2.1】。 ※この図は、酸化チタン微粒子の表面に第2物 質を担持した量子触媒と、量子触媒加工 繊維製品の適用例を示す概念図であり、製品化に際しては更なる触媒量産化技術、繊 維加工技術・繊維加工装置、ならびに加工繊維製品適用領域開拓の研究を行う 図2.1量 子触 媒加 工 繊維 製 品 の適用 領域 Fig.2.lDevelopmentareaoftextilefabricadhered Quantumcatalyst ポ イ ン ト① ・タ ン グ ス テ ン を 使 用 し な い ・酸 化 チ タ ン に 第2物 質 を 担 持 し た 世 界 最 高 の160倍 す な わ ち 酸 化 タ ン グ ス テ ン の10倍 の 光 触 媒 効 果 を 発 現 す る 量 子 触 媒 を適 用 ポ イ ン ト② ・繊 維 加 工 に 適 す る 量 子 触 媒 用 バ イ ン ダ の 開 発 ・高 い 光 触 媒 効 果 を 実 現 す る 量 子 触 媒 付 着 技 術 の 開 発 ・量 子 触 媒 加 工 に 適 す る繊 維 加 工 装 置 の 設 計 ・開 発 特 徴 ・量 子 触 媒 の 適 用 で 資 源 枯 渇 問 題 を 解 消 。 安 心 ・安 全 か つ 経 済 性 に 富 む 世 界 最 高 の 性 能 を 実 現 ・繊 維 付 着 バ イ ン ダ ・繊 維 加 工 技 術 ・加 工 装 置 の 開 発 ・医 療 ・介 護 ・食 品 加 工 ・一 般 衣 料 製 品 な ど 多 用 途 展 開 2.高 機 能 繊 維 の 研 究 開 発 の 背 景 及 び 研 究 開 発 動 向 2.1医 療 ・介 護 現 場 にお け る課 題 多 剤 耐 性 緑 膿 菌MDRPや メ チ シ リ ン耐性 黄 色 ブ ドウ球 菌MRSAな どの 耐性 菌 は抗 生物 質や 薬 剤 の使 用 で発 生 す る。多 剤 耐 性 菌5類 合 計 発 生 数 は 、この10年 間3万 件 前 後 の漸 増 か 横 ばい 傾 向 に あ った 。 しか し、平 成11年 す べ て の菌 に有 効 と され て い た 万能 抗 生 物 質 【バ ン コマ イ シ ン 】 に対 す る 【耐 性 腸 球 菌 】 が発 生 、 未 知 の 菌 や 新 種 の 耐 性 菌 が 、 医 療 ・介 護 現 場 を 院 内感 染 の 温 床 に化 しつ つ あ る 【図2.2】 。 か か る危機 的 状 態 を打 開 す るた め、新 種 の 多剤 耐性 菌や 一 般 的 な イ ン フ ル エ ンザ ウイ ル ス、 結 核 菌 、 あ るい は SARSや 予 期 せ ぬ 新 種 菌 ・ウイ ル ス を 死滅 す る新 しい 技 術 が 切 望 され て い る。 2.2医 療 ・介 護 現 場 にお け る対 策 と高 機 能 繊 維 開発 光 触 媒 は 、紫 外 線 照 射 で 自由電 子 とホー ル を放 出 し、 近 傍 空 間 にOHラ ジカ ル を発 生 、OHラ ジ カル は 菌 ・ウ イ ル ス な どの 細 胞 膜 を破 壊 死 滅 、 さ らに 菌 死 滅 後 に残 る ベ ロ毒 素 な どの 有 害 物 質 も分 解 除 去 し、人や動物へ 害を 及 ぼ さず 、 これ らの機 能 は長 期 間劣 化 しない 【図2.3】 。

粥 瓢 兜,・

響 ノ

奪 嚢

有害物黄か〔旧ラシカルと接舷 物貫を椙成するオ、素か張割的に分雌 瞥t二うyr'甲,': 出典 ㈱ ピ ー ス ワ ー ク ・エ コ ラ ラポ ー トHP 図2.3光 触 媒 の 防 汚 ・消 臭 ・抗 菌 メ カ ニ ズ ム Fig.2.3Antifouling,deodorization,antibacterial mechanismofphoto-catalyst

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医療 ス タ ッフや 患者 の着 衣 、病 院 ・介 護 現場 の カ ー テ ン 、 入 院 衣 や 寝 装 品具 な ど全 て の 繊 維 製 品 の 防汚 ・抗 菌 ・消 臭化 が 喫 緊 の課 題 に な っ て い る。 長 期 間 、何 度 も 医療 用 洗 濯 の強 力 な苛 性 ソー ダで 洗 濯 す る過 酷 な 使 用 条 件 で 、 十 分 な 光 触 媒 効 果 を も保 つ に は 、 過 酷 な 洗 濯 に耐 え う る繊 維 が 必 要 で あ り、 さ らに 繊 維 表 面 に触 媒 を 固 着 す るバ イ ンダ が 必須 とな る。 紫 外 線 はバ イ ン ダ層 で反 射 ・吸 収 され 、十 分 な強 度 な紫 外 線 が 触 媒 に届 かず 、 強 力 な 紫 外 線 照 射 を 要 す る従 来 の 光 触 媒 で は菌 な どを破 壊 死 滅 す る に足 る光 触 媒 効 果 を獲 得 で き な い 問題 が あ っ た。 バ イ ン ダ層 で 反 射 減 衰 した 弱 い 紫 外 線 照 射 で も 大 き な 光 触 媒 効 果 を発 現 す る触 媒 が 必 用 とな る 【ref.解決 す べ き 課題 ① 】 。 これ らの 要請 に応 え るた め 、NEDOと 東 大 は、 酸 化 タ ング ス テ ンWO3に 着 目 して 、光 触 媒 効 果 が 酸 化 チ タ ン の 16倍 の 世 界 最 高 水 準 の 新 光 触 媒 の 開 発 に成 功 して い る。 繊 維 評 価 技術 協議 会JTECTは 、SEK繊 維 製 品認 証 基 準 を さだ め 、認 証 基 準 を満 た す 製 品 に、薬 剤 ・抗 菌 加 工3 種(青 、榿 、 赤)、 光触 媒 ・加 工1種(紫)の 計4種 の 認 証 マ ー ク を 付 与 、抗 菌 機 能 を規 格 化 して い る 【図2.4】 。 抗 菌 試 験 の菌 種 は表2.1に 定 め られ て い る。薬 剤 ・抗 菌 加 工 【青 】は 、黄 色 ぶ ど う球 菌 を18時 間培 養 した 静 菌 活 性 値 が2.2以 上 の抗 菌性 を認 証 す る。薬 剤 ・制 菌加 工 【榿 】 の認 証 には 、 肺 炎 か ん 菌 の 抗 菌 試 験 が追 加 。 薬 剤 ・制 菌 加 工 【赤 】 は 、 さ らに 、 メチ シ リン耐 性 黄 色 ブ ドウ球 菌 MRSAの 抗 菌 試 験 が追 加 され る。 各 制 菌 活 性 値2.2以 上 の 場 合 に認 証 され る 【表2.2】 。 薬 剤 ・抗 菌 加 工 の菌 培 養18時 間 の静 菌活 性 値2.2が 認 証 基 準 で あ る こ とに比 し、 光 触 媒 ・抗 菌 加 工 【紫 】 は、 菌培 養8時 間 の 静 菌 活性 値2.0が 基 準 とな って い る。 光 触 媒 ・抗 菌試 験 の 菌培 養 時 間 が8時 間 と短 い こ と、 静 菌 活性 値 が2.0と 低 く設 定 され て い る こ とは、 既 存 の光 触 媒 は 、 薬 剤 に比 して抗 菌 能 力 が 低 い こ とを示 す もの で あ り、一層 強 力 な 光触 媒 効果 の 改 善 が 光触 媒 に 求 め られ る。 光 触 媒 の消 臭性 に は 、 さ らな る改 善 が 求 め られ る。 消 臭 に 関 し代 表 的 な6種 の 臭 気 に対 す る臭 気 成 分 をJTECT は 表2.3の10種 に分 類 し,こ れ らの個 々 の臭 気 成 分 に 関 す る認 証 基 準 を 規 定 して い る 【表2.4】 。 例 えば 、一 般 繊 維 製 品 で しば しば取 り上 げ られ る汗 臭 は 、 ア ンモ ニ ア80%以 上 、 酢 酸70%以 上 、 イ ソ吉 草 酸 95%以 上 の2時 間で 除 去 で き る こ とを機 器評 価 で 検 証 し

DICI:S!1}it) DIC匹55〔 赤) UICIR9(vtl

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抗菌防臭加工 制 菌 加 工(一 般 用 途) 制菌加 工(特定用途) 光触媒抗菌加 工 図2.4繊 維 評 価 技 術 協 議 会 抗 菌 加 工 認 証SEKマ ー ク Fig.2.4AntibacterialcertificationSEKmarksofthe JapanTextileEvaluationTechnologyCouncil,JTECT 表2.1繊 維 製 品 の抗 菌 試 験 対 象 菌 種 菌種 機能 加工名 黄色 ぶ どう球 菌 肺炎 か ん菌 大腸菌 緑膿 菌 MRSA モ ラ クセ ラ菌 NBRC 12732 NBRC 13277 NBRC 3301 NBRC 3080 IID 1677 ATC 19976 薬 剤 ・抗 菌 加 工: 青 ・ 一 一 一 一 一 薬 剤 ・制 菌 加 工 (一般 用 途)榿 ・ ・ 0 0 一 O 薬 剤 ・制 菌 加 工 (特殊 用 途)赤 ・ ・ O O ・ O 光 触媒 ・抗 菌加 工 紫 0 0 ● 印:薬 剤 加 工 ・必 須 菌(JTECT認 証 に 試 験 デ ー タ の 提 出 を 必 要 とす る 菌 種) ○ 印:薬 剤 加 工 ・オ プ シ ョ ン菌 ◎ 印:光 触 媒 加 工 ・必 須 菌 表2.2薬 剤加 工 ・抗 菌 性試 験 評 価 基 準 機能加 工名 評価基準 試験成 立条件 薬 剤 ・抗 菌 加 工: 青 S(静 菌 活 性 値)=(Mb-Ma) 一(Mc-Mo)?2 .2 F(増 殖 地) =Mb-Ma ≧1.0(生 菌 数) 薬 剤 ・制 菌 加 工 (一般 用 途)櫨 L(殺 菌 活 性 値)=Ma・Mc≧0 薬 剤 ・制 菌 加 工 (特殊 用 途)赤 L(殺 菌 活 性 値)=Ma-Mc>0 Ma:標 準布 の試験菌接種後 の3検 体の生菌数の常用対数の平均 Mb:標 準布 の18時 間培養後の3検 体 の生菌数 の常用対数 の平均 Mo:抗 菌防臭加工布の試験菌接種後 の3検 体の生菌数の常用対数の平均 Mc:抗 菌防臭加工布の18時 間培養後の3検 体の生菌数の常用対数の平均 表2.3臭 気 カ テ ゴ リ と試 験対 象 臭気 成 分 汗臭 加齢臭 排せ つ臭タ バ コ 臭生 ごみ臭 ア ン モ ニ ア 臭 ア ンモ ニ ア 0 0 0 0 0 0 酢酸 0 0 0 0 イ ソ吉草酸 0 0 イ ネ ナ ー ル 0 メチ ル メル プ タ ン 0 0 硫化水素 0 0 0 イ ン ドー ル 0 ア セ トア ル デ ヒ ド 0 ピ リジ ン 0 トリメ チ ル ア ミ ン 0 表2.4消 臭 試 験 の評 価 基 準 臭気成分 臭気成分減少率 官能併用 機器単独 使用機器 イソ吉草酸 85%以 上 95%以 上 ガ ス ク ロマ ト イ ネナ ー ル 75%以 上 90%以 上 ガ ス ク ロマ ト イ ン ドー ル 70%以 上 一 ア ンモ ニ ア 70%以 上 80%以 上 検 出 管 酢 酸* 一 70%以 検 出 管 メ チル メル カ プ タ ン 70%以 上 一 硫化水素 70%以 上 一 ア セ トア ル デ ヒ ド 70%以 上 70%以 上*㌔ 検 出 管 勲 ピ リジ ン 70%以 上 一 トリ メチ ル ア ミ ン 70%以 上 一 央酢 酸評 価 基 準、 平 成25年4月1日 改 定 減 少 率=(Sb・Sm)/Sb,Sb:空 試 験 の平 均 値, Sm:測 定 の 平 均 値 、2時 間 **光 触 媒 のみ、 紫 外 光 照 射24時 間後 の値 て 、 汗 臭 に対 す る消 臭 能 力 を認 証 す る。 光 触 媒 の消 臭 性 能 試 験 は、ア ンモ ニ ア とア セ トアル デ ヒ ドにつ い て の み 実 施 、 紫 外 光 を24時 間 と長 時 間照 射 して 評 価 す る。薬剤 消 臭 の2時 間 の評 価 に比 べ 、24時 間 の 消 臭 評価 は 大 幅 に緩 い 基 準(反 応 速 度 比 で1112)と な

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っ て い る が 、消 臭 あ るい は抗 菌 の い つ れ か 単 一 機 能 のみ 具 備 す る薬 剤 と異 な り、光 触 媒 は 抗 菌&消 臭 の両 機 能 を 同時 に具 備 す る こ とが大 き く異 な る特 徴 を有 す る。 光 触 媒加 工繊 維 製 品 が 強 く求 め られ る理 由 と して 、光 触 媒 の消 臭&抗 菌 の 多機 能 を 単一 の触 媒 で発 現 で き る こ とが挙 げ られ る。 薬 剤 加 工 と同等 以 上 の消 臭 ・抗 菌 機 能 を発 揮 す る光 触 媒 が強 く求 め られ 、量 子 触 媒 の 出現 を 促 して い る。 光 触 媒 は 、粒 径 が小 さ く比表 面積 が 大 な る程 、強 い 光 触 媒 効 果 を発 現 す る。 最 大 の光 触 媒 効 果 を発 現 す る酸 化 チ タ ン と して7nm(pの 石 原 産 業 製 のST-01が 知 られ て い る。こ の7nm(p酸 化 チ タ ンST-01を 規 準 と し、光 触 媒 効 果 を1と す る。 酸 化 チ タ ンの 粒 径 を さ らに微 細 化 して 、 よ り強 力 な光 触 媒 効 果 を うる こ とは 、量 産 微 細 化 の製 造 条 件 か ら略 上 限 に達 してお り、最 早 、 微 細 化 に よ る光 触 媒 効 果 の改 善 は難 しい。 この た め 、NEDOと 東 大 は新 しい 素 材 の酸 化 タ ン グ ステ ン に着 目 し光 触 媒 効 果16倍 の 世 界 最 高 級 の 新 しい 触 媒 の 開発 に成 功 した。 酸 化 タ ン グス テ ン の光 触 媒 効 果 は十 分 強 力 で あ る が 、高 価 で 繊 維 へ の適 用 が 難 し い 。 ま た、 タ ン グ ステ ン の地 殻 存 在 率 が 低 く、 資 源 枯 渇 問題 を潜 在 的 に も っ てい る。さ らに 、世 界 産 出量 の83.7% が 中華 人 民 共 和 国 に偏 在 し、記 憶 に新 しい レア ア ー ス の 轍 を踏 ま ない た め に も 、酸 化 タ ン グス テ ン使 用 を回 避 で き る量 子 触 媒 の適 用 が喫 緊 の課 題 とな る 【ref.解決 す べ き課 題 ② 】。 3.高 機 能 繊 維 開発 の基 盤 技 術 3.1基 盤 技 術1:繊 維 加 工 用 量 子 触 媒 剤 本 開発 で は 、量 子 触 媒 を繊 維 に強 固 に付 着 す る繊 維 加 工 用 量 子 触 媒 剤 を 開発 す る。 量 子 触 媒 に、 バ イ ン ダ、 増 粘 剤 、 架 橋 剤 を調 合 した量 子 触 媒 剤 を調 合 す る。 調 合 した量 子 触 媒 剤 を付 着 加 工 した繊 維 の光 触 媒 効 果 を 、 図3.1に 赤 と黒 曲線 で示 す 。 比較 の た め 量 子触 媒 に 変 え 、 光触 媒 を 用 い て 同 一 の 条件 で調 合 した 光 触 媒 剤 を 付 着加 工 した繊 維 の 光 触 媒 効 果 を 、 紫 と赤 紫 曲線 で 示 す。 図 中、 実 曲線 は洗濯 実施 前 、破 曲線 は洗濯10回 実 施後 の光触 媒 効果 を示 す。 バ イ ンダ1使 用 の量 子触 媒剤1を 黒 、 光 触 媒剤1を 紫 で 、 バ イ ンダ2使 用 の 量子 触 媒 剤 2を 赤 、 光 触 媒剤2を 赤 紫 で 示 す 。 横 軸 は 、 触 媒 剤 の 特徴 的4種 の調 合 例 を示す。 ここに 、触 媒 の付 着 量 は 、0.1mg!cm2。 薬 剤 抗 菌 と同 等 の抗 菌機 能 に 必 要 な 光 触 媒 効 果 の 臨 界値0.5を 青1 点 鎖線 で 、 光触 媒抗 菌 の 臨 界値0.022を 紫1点 鎖 線 で 表 示 す る。 量子触 媒剤1は 、洗 濯実施 前 の黒 実 曲線 の光触 媒効 果 140倍 、 同赤 破 曲線 の1.85倍 の光触 媒効 果 を実現 し、薬 剤 抗 菌臨 界値0.5を 全調 合 例 で超 えてい る。一方 、光触 媒 剤1は 光触 媒抗 菌 臨界値0.022を 上 回 るもの の、薬 剤 抗菌 臨界値0.5に は届 か ない。 洗 濯 耐 力 に優 れ る量 子 触 媒2は リユ ー ス ー般 衣 料 ・ 医療 介護 用 途 向 け製 品 開発 に 、 洗濯 実施 前 に 大 き な 光 触 媒 効 果 を 実 現 す る量 子 触 媒剤1は 使 い捨 て用 途 向 け 繊 維 製 品 の 開発 に適 す る。 3.2基 盤 技 術2:繊 維 加 工 技 術 本 研 究 にお い て 、 開 発 す る量 子 触 媒 剤 を繊 維 組 織 へ 含 浸 、 付 着 量 を 削減 し、 高 い 洗濯 耐 力 を 実 現 す る繊 維 加 工 技術 を検 討 す る。 (a)量 子 触 媒 の 繊 維 付 着 技 術 従 来 付 着加 工 技 術 で は、 触 媒 が 処 理 浴 内で 分 散 し、 付 着 率 が 悪 く、 固 着 力 も弱 い。 バ イ ンダ を 増加 して 固 着 力 を 増 大 す る と、繊 維 製 品 の 基 本 品 質 が 低 下 、 光 触 媒 効果 も低 下 す る 【図3.2.a】 。 開 発 す る付 着加 工 技 術 は、 繊 維 と量 子 触 媒 剤 と吸 着 力 を 高 め る条件 を設 定 して 、 少 量 の バ イ ンダ で 強 固 に 固 着 し、繊 維 の 基本 品 質 の 劣 化 を 招 く こ と無 く、 高 い 洗濯 耐 力 を 実 現 す る 【図3.2.b】 。 図3.1の 赤 曲線 で 示 した 量 子 触 媒 剤1と 、試 作 した 量 子触 媒加 工 ・高機 能繊 維 の 抗 菌 特性 を(財日本繊 維 製 品 品 質 技 術 セ ン ター 中部 事 業 所 で試 験 した。 そ の結 果 を 、 表3.1に 示 す。

漂搾 二諾

く一 一 繊 維 一一 一咽レ (a)従 来 の 付 着 技 術 (b)新 規 付 着 技 術 図3.2繊 維 付 着 技 術 の 比 較 Fig.3.2Comparisonofthetextilefabric adheringtechnique

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表3.1量 子 触 媒 付 着 繊 維 の抗 菌 性 評 価 試 験 結 果* 抗菌試 験条件 評価結果 試験方法 菌液吸収法 静 菌 活 性 値: 6.0以 上 生菌数の測定法 混釈平板培養法 細菌の種類 NBRC12732(黄 色 ブ ドウ球 菌) 洗 濯 方 法 、 JISLO217103号 準 拠 吊干 し 洗濯 回数 30回(規 格 の3倍) 吸水性試 験 JISL1907沈 降 法 1秒 *試 験 実施 機 関:助 日本 繊維 製 品 品 質技 術 セ ン タ ー 中 部 事 業所 洗濯30回 後 、紫 外 光 照 射 無 しで 、静 菌 活 性 値 が6以 上 で あ る こ とは 、対 数 表 示 の規 格 値2.2を3.8上 回 り、 菌 を死 滅 させ る能 力 が6,300倍 と、強 力 な抗 菌 機 能 を発 揮 す る。 光 触 媒 や 量 子 触 媒 な どの 触 媒 は 、菌 や ウイ ル ス の細 胞 膜 を破 壊 し、 さ らに毒 素 を分 解 して 抗 菌 機 能 を発 現 す る こ とが 、薬 剤 とは大 き く異 な る点 で あ る。 量 子 触 媒 の抗 菌 能 力 は 、試 験 した 黄 色 ブ ドウ球 菌 に限 定 され る も ので は無 く、医 療 特 殊 用 途 検 定 菌 に対 して も、さ らに 大腸 菌 、 ノ ロ ウイ ル ス 、未 知 の細 菌 や ウイ ル ス に対 して も抗 菌 機 能 を発 現 す る こ とを 、今 後 検 証 して行 く。 さ らに 、 静 菌活 性 値6の 抗 菌 試 験 が 、 薬 剤 加 工 繊 維 試 験 法 に準 拠 した暗 視 光 の ほ ぼ遮 光 環 境 で実 施 され た こ とは特 筆 す べ き事 実 で あ る。 す なわ ち、 紫 外 光 照 射 が 無 い環 境 で抗 菌 試 験 が実 施 され て い た こ とに な る。 量 子触 媒 が 、 紫 外 光 が 無 い 環 境 で も強 力 な 抗 菌機 能 を 発 現 した こ とは 、画 期 的 事 実 を示 す も の で あ り、量 子 触 媒 加 工 繊 維 が 、多 様 な適 用 領 域 と適 用 可 能 性 を有 す る こ とを示 唆 してい る。 (b)繊 維 加 工装 置 量 子触 媒 を 固 着 し高 い 洗濯 耐 力 を 有 す る繊 維 加 工 す る 図3.3の1DipIMangle方 式 繊 維 加 工 装 置 を検 討 す る。 超 臨 界浴 液 槽Dippingタ ン ク 内 に発 生 させ る超 臨 界場 で 、 十 分 に 量 子触 媒剤 を 分 散 した 付 着加 工溶 液 に繊 維 生 地 を 浸 し、繊 維 組 織 に ナ ノ粒 子 を含 浸 ・付 着 す る こ とが 特徴 で あ る。 3.3量 子 触 媒 加 工 高 機 能 繊 維 の 開 発 3.4.1高 機 能 繊 維 研 究 項 目構 成 医 療 ・介 護 現 場 で 使 用 され る 医 療 ・介 護 用 繊 維 製 品 へ の 抗 生 物 質 や 薬 剤 使 用 に 変 え 、 量 子 触 媒 を 用 い た 高 い 消 臭 ・抗 菌 機 能 の 安 全 安 心 な 医 療 ・介 護 用 繊 維 製 品 を 経 済 的 に 開 発 す る も の で あ る 。 図3.4で 示 す よ う に 、 ① 光 触 媒 効 果160倍 の 量 子 触 媒 を 合 成 、 ② 用 途 別 に バ イ ン ダ 等 を 加 え 量 子 触 媒 剤 を 調 合 、 ③ 繊 維 加 工 技 術 と加 工 装 置 を 開 発 し 、 洗 濯 耐 力 が 高 い 、 抗 菌 性 に 優 れ る 繊 維 を 加 工 す る 。 こ れ に よ り リユ ー ス を 想 定 す る 「介 護 ・入 院 衣 料 、 タ オ ル ・一 般 衣 料 、 食 品 加 工 衣 料 」 か ら 、 使 い 捨 て を 想 定 す る 「医 療 用 ・医 療 特 殊 用 途 繊 維 」 製 品 に 至 る 幅 広 い 用 途 に 対 応 す る 製 品 が 開 発 で き る 。 繊 維 加 工 用 量 子 触 媒 剤 の 調 合 、 リユ ー ス繊 維 加 工 ・使 い 捨 て 繊 維 加 工 に よ り行 う研 究 項 目の組 織 構 成 を、図3.4 に示 す 。 3.4.2繊 維 高 度 化 の技 術 的課 題 MDRP、MRSA等 の 多 剤 耐 性 菌 は じめ 新 種 菌 ・ウイ ル ス対 策 に、光触 媒効 果16倍 の 世 界最 高水 準 の 酸化 タ ン グ ステ ン光 触 媒 を抗 菌 ・消 臭 へ 適 用 が 切 望 され て い る。 しか し、酸 化 タ ン グ ス テ ン は 高価 で あ り、か つ原 料 タ ン グ ステ ン産 出 国 の偏 在 と資 源 枯 渇 問題 を解 決 す る必 要 な ど解 決 す べ き喫 緊 な課 題 を検 討 す る。 a.繊維 加 工 用 量 子 触 媒 の合 成 酸 化 タ ン グス テ ン を用 い る事 無 く、酸 化 チ タ ンを原 料 と して 、酸 化 チ タ ン の10倍 、す な わ ち160倍 の光 触 媒 効 果 を発 現 す る量 子 触 媒 を合 成 、繊 維 加 工 に適 用 す る。 繊 維 製 品 へ の 適 用 には 、量子 触 媒 の経 済性 と大 量 に 使 用 す る需 要 規 模 に応 え る量 産 技 術 を 開発 す る必 要 が あ る。 ま た 、繊 維 の帯 電 特 性 に適 応 す る正 負 イ オ ン特 性 を示 す 量 子 触 媒 が必 要 で あ る。 これ らの一 連 の量 子 触 媒 合 成 は 、別 途 実 施 す る。 b.繊維 加 工 用 量 子 触 媒 剤 の 開発 b1.繊 維 加 工用 量 子 触 媒 適 合 バ イ ン ダ の 開発 量子 触 媒 の電 気 特 性 に適 合 す る ア ニ オ ン な らび に カ チ オ ン 系バ イ ン ダ2系 統 の 開発 b2.用 途 別 繊 維 加 工用 量 子 触 媒 剤 の 開発 高 洗濯 耐 力 の リユ ー ス繊 維 加 工 用and!or高 静 菌 活 性 の使 い捨 て繊 維 加 工用 ・量子 触 媒 剤 の 開発 繊 維 使 用 形 態 と使 用 目的 に応 じた 増粘 剤 、架 橋 剤 の種 類 ・組 成 を調 整 した最 適 調 合 の 量子 触 媒 剤 を 開発 す る。 c.繊維 加 工 技 術 と繊 維 加 工 装 置 の 開発 c1.量 子 触 媒 の繊 維 加 工 技術 の 開発 適 切 量 の繊 維 用 量子 触 媒 を繊 維 内部 へ含 浸付 着 さ せ る繊 維 加 工技 術 の 開発 c2.量 子 触 媒 用 繊 維 加 工 装 置 の 開発 図3.3繊 維 加 工 装 置 の 概 要 Fig.3.30verviewoftextilefabricprocessingequipment

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量 子 触 媒 をナ ノ分 散 し繊 維 内部 に含 浸 付 着 加 工 す る繊 維 加 工 装 置 の 開 発 研 究 開発 の 課題 、 目標 値 、設 定 根 拠 を 、表3.2に 纏 め る。 表3.2研 究 開発 の 目標 一 覧 項 目 目 標 値 設 定 根 拠 量子触媒加工繊維製 品の価格 既 存 製 品 の120% 以 下 繊維加工用量子触 媒量産技術の開発 量子触媒加工繊維光 触媒効果の改善 光 触 媒 加 工 繊 維 の 100倍 以 上 繊維加 工に適 する 量子触媒剤 の開発 量子触媒加工繊維の 洗濯耐力の改善 JIS規 格 の3倍: 30回 以 上 繊維加 工技術 の開 発 量子触媒加工繊維の 静菌活性値の改良 4.2以 上:残 存 菌 が 規 格 の11100以 下 繊維加 工装置の開 発 4.量 子 触 媒 加 工 繊 維 の 利 点 と適 用 領 域 紫 外 光 の届 か な い環 境 にお い て も 、強 力 な光 触 媒 効 果 を発 現 す る量 子 触 媒 は 、高 度 な抗 菌 ・抗 ウイル ス ・防 汚 ・ 防徽 ・消 臭機 能 が 求 め られ る医療 は じめ様 々 な 抗 菌 ・消 臭繊 維 製 品 の 開発 に 大 き な威 力 を発 揮 し、 広 い領 域 へ の 適 用 を 可 能 に す る。 ■医療 ・介 護 ・福 祉 ビジ ネ ス の 事 業者 に 対 して く院 内感 染 防止 〉 当該 技 術 で 開 発 す る量 子 触 媒 加 工 繊 維 製 品 は、 医療 ・ 介護 ・福 祉 機 関 な ど集 団 生 活 の 場 に お け る院 内感 染 リ ス クを 大 幅 に 軽 減 す る。 〈薬 剤 耐 性 菌 発 生 リス ク の 削減 〉 細 菌 ・ウイ ル ス の 細 胞 膜 を破 壊 死 滅 させ る強 い 抗 菌機 能 を 有 して い る量 子 触 媒 を 付 着 させ た 量 子 触 媒 加 工 繊 維 製 品 は 、 薬剤 と同 等 以 上 の 静 菌 活 性 値 能 力 を 有 し、 既 存 の 薬剤 で は 対応 に 困難 して い る耐 性 菌 を 駆 除 し、 さ らに新 た な薬 剤 耐 性 菌 を発 生 させ な い利 点 が あ る。 〈医療 経 費 の 削 減 〉 寝 具 、 寝 具 カ バ ー 、 入 院 服 、 患 者 用 衣 類 な ど洗 濯 耐 力 に優 れ る量 子 触 媒 加 工繊 維 製 品 は 、毎 洗 濯 時 の薬 剤 処 理 を施 す こ とな く、 除 菌 ・消 臭 で き、 患 者 の快 適 性 を 増 し、 か つ 医療 機 関運 営 の経 済 性 を高 め る。 ■社 会 的 要 請 に対 して く環 境 保 全〉 当該 技 術 で 開発 す る量 子 触 媒 加 工繊 維 は 、 近傍 の微 細 な物 質 を分 解 除去 す る触 媒 で あ り、そ の機 能 は光 触 媒 の160倍 を超 え る。 ビル 壁 面 な ど大 規模 に 使 用 して PM2.5な ど大気 汚 染 物 質 を 除去 す る。 さ らに 、 量子 触 媒 は紫 外 光 が到 達 しな い水 中 で も赤 外 光 で光 触 媒 効 果 を発 現 で き 、上 水 浄 化 は じめ河 川 ・湖 沼 に沈 め アオ コ 等 の 除去 浄 化 、 さ らに は工 場 排 水 の浄 化 な ど、広 範 囲 な用 途 ・場 面 にお け る環 境 浄 化 に有 効 に機 能 す る。 〈省 エ ネ 寄 与〉 量 子 触 媒 は光 触 媒 効 果 を発 現 す る に紫 外 光 照 射 が必 ず しも必 要 と しな い。 こ の た め 、光 触 媒 で は必 要 で あ っ た紫 外 光 照 射 の た め に点 灯 してい た ブ ラ ック ライ ト等 の消 費 電 力 を削 減 で き る。 光 触 媒 の消 臭 ・抗 菌 ・防汚 機 能 を160倍 強 め た 量 子 触 媒 を付 着 した繊 維 は 、清 潔 に保 つ た め に必 要 な洗 濯 回数 の削 減 、農 業 にお け る消 毒 回数 の削 減 、 さ らに 、 抗 菌 機 能 由来 の強 い腐 敗 遅 延 効 果 で鮮 食 料 品 の輸 送 ・ 保 管 時 の保 冷 エ ネ ル ギ を削 減 す る な ど幅 広 く薄 い が 、 エ ネ ル ギ総 消 費 量 削 減 の省 エ ネ 効 果 は大 きい 。 〈市 民 生活 改 善 〉 量 子 触 媒 加 工繊 維 は 医療 に有 効 に機 能 す る もの で あ る が 、 一 般 用 途 で も大 き な効 果 を もた らす 。 量 子 触 媒 近 66 > 食品加工衣料 ※この図は、量子触媒と付着繊維製品の技術的検証を行うための概 念図であり、本研究実施期間中に量子触媒と加工繊維製 品の適用領域 開拓も並行して実施する 図3.4量 子 触 媒 加 工 繊 維 製 品 の 開 発 概 念 図 Fig.3.4DevelopingconceptualdiagramofthetextilesadheredQuantumcatalyst

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隣物 質 の微 細 物 質 を 分解 す る能 力 は 、VOC・ 花 粉 ・ PM2.5等 を効 果 的 に分 解 除 去 し、 ジ ュー タ ン ・カ ー テ ン ・壁 紙 へ適 用 す る こ とで シ ック ハ ウス 対策 や 喘 息 予 防 に 有 効 に機 能 す る。 さ らに 、 汗 臭 、加 齢 臭 の 分解 除 去 は 、 高機 能 イ ンナ ー あ るい は ア ウタ ー裏 地 へ の適 用 で 、 市 民 生活 の ハ イ ク オ リテ ィ化 を 強 くサ ポ ー トす る。 謝 辞 量 子触 媒 に 関 す る研 究 遂行 中2003年 ∼2013年 に 渡 り、 継 続 して 愛 知 工 業 大 学 プ ロ ジ ェ ク ト共 同研 究 を 実 施 して い た だ き多 大 な ご援 助 頂 い た 本 学 総 合 技 術 研 究 所 ・故 大 根 義 男 所 長 、 架 谷 昌信 前 所 長 、 澤 木 信 彦 所 長 か ら終 始 ご 指 導 頂 い た こ とに謝 意 を 表 しま す 。 さ らに 、 本 学 プ ロ ジ ェ ク ト共 同研 究 を 実施 す る に 当た りご共 同研 究 体 制 を構 築 頂 き、 ご支 援 頂 い た企 業 な らび に公 的機 関 関係 各 位 に 謝 意 を表 します 。 特 に 、東 亜 合 成 ㈱ 、 タ イ レ ッ クス エ 業 ㈱ 、 ソニ ッ クテ ク ノ ロ ジー ㈱ 、 日本 パ ー ミル ㈱ 、高 槻 電 器 ㈱ 、 大 有 コ ン ク リー トエ 業 ㈱ 、 井 上 製 作 所 ㈱ な らび に 東 レACE㈱ の 関係 諸 氏 に御 礼 申 し上 げま す 。 文 献 (1)加 藤 勘 次 、 経 済 産 業 省 中 小 企 業 庁 ・新 連 携 事 業4-19-068「 特 殊 撚 糸 を 用 い た ふ っ く ら と 柔 ら か く 毛 羽 落 ち の 少 な い タ オ ル 地 製 品 の 製 造 ・販 売 事 業 」、法 認 定(コ ア 企 業),平 成19年12月20日 (2)松 井 秀 生 、 イ ン ク ジ ェ ッ ト捺 染 方 法 及 び 捺 染 布 皐 、 特 許 公 開2002-88665,平 成14年3月27日 (3)例 えば 、神 奈 川 技術 アカ デ ミー光 触 媒 オ ー プ ン ラボ(責 任者: 藤 島昭)、 光 触 媒 技術 盾報No.80,平 成25年2月20日 (4)大 根 義 男 、 岸 政 七 、 非 晶 質 の 複 合 酸 化 物 微 粒 子 と そ の 製 造 方 法 及 び 製 造 装 置 、 特 願2003-334685,26Sep.2003,特 許 登 録 4515736,21May2010 (5)大 根 義 男 、 岸 政 七 、 光 触 媒 物 資 お よ び そ の 製 造 方 法,特 願 2006-310651,16Nov.2006 (6)岸 政 七 、 量 子 触 媒 タ イ レ ッ ク ス と そ の 特 性 、 愛 知 工 業 大 学 総 合 技 術 研 究 所 研 究 報 告,No.11,pp.113-126,Sep.2009 (7)西 正 昭 、 岸 政 七 、 遮 光 環 境 に お け る 自 己 浄 化 機 能 を 有 す る 構 造 物 の 開 発 、 愛 工 大 総 研 ・研 究 報 告 、No.12、pp.125-128、 Sep.2010 (8)津 田 博 洋 、 岸 政 七 、 環 境 触 媒 「タ イ レ ッ ク ス 」 の 溶 液 化 と 環 境 浄 化 製 品 へ の 適 用 研 究 、 愛 工 大 総 研 ・研 究 報 告 、No.12、 pp.111-117、2010年9月 (9)伊 名 田 剛 司 、 松 村 直 巳 、 奥 田 孝 雄 、 岸 政 七 、 第3世 代 太 陽 電 池 の 改 良 に 関 す る 研 究 開 発 、 愛 工 大 総 研 ・研 究 報 告 、No.12、 pp.119-124、Sep.2010 (10)岸 政 七 、 量 子 触 媒 の 特 性 と そ の 実 用 化 、 神 奈 川 科 学 技 術 ア カ デ ミー 光 触 媒 オ ー プ ン ラ ボ(責 任 者:藤 島 昭)光 触 媒 技 術 情 報No.80,PP.667-674、Feb.2013 (11)岸 政 七 、 量 子 触 媒 の 特 性 と そ の 実 用 化 、 愛 工 大 総 研 ・研 究 報 告Vol.14,PP.105-112,平 成24年9月 (12)岸 政 七 、 量 子 触 媒 物 資 お よ び そ の 製 造 方 法,特 許 出 願 特 願 2011-177434,出 願15Aug,2011、 特 許 公 開 公 開 2013-039522,公 開 平 成25年2月28日 (13)長 嶋 順 一 、 市 来 克 己 、 岸 政 七 、 強 凝 集 微 粒 子 の 分 散 技 術 と 量 子 触 媒 合 成 装 置 の 開 発 、愛 工 大 総 研 ・研 究 報 告 、No,12、pp,101 -109、Sep.2010 (14)岸 政 七,長 嶋 順 一 、 市 来 克 己 、 強 凝 集 微 粒 子 ゾ ル の 分 散 技 術 と量 子 触 媒 合 成 装 置 の 開 発 に 関 す る 研 究 、 愛 工 大 総 研 ・研 究 報 告 、No.13、pp.63-69、Sep.2011 (15)岸 政 七 、 量 子 触 媒 の 特 性 と そ の 実 用 化 、 愛 知 工 業 大 学 総 合 技 術 研 究 所 研 究 報 告 、 第14号 、Vol,14,PP,105-112、Sep.2012

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