特開 2024-55078 焼結助剤、凝集体、凝集体の製造方法、機能性水の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024055078

(43)【公開日】2024-04-18

(54)【発明の名称】焼結助剤、凝集体、凝集体の製造方法、機能性水の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C04B 35/63 20060101AFI20240411BHJP

【ＦＩ】

C04B35/63

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022161690

(22)【出願日】2022-10-06

(71)【出願人】

【識別番号】516265388

【氏名又は名称】清 泰

(71)【出願人】

【識別番号】518020624

【氏名又は名称】セラスト株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100124039

【弁理士】

【氏名又は名称】立花 顕治

(74)【代理人】

【識別番号】100176337

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 弘樹

(72)【発明者】

【氏名】木内 正人

(57)【要約】

【課題】機械的強度が高い凝集体、この凝集体に用いられる焼結助剤、凝集体の製造方法、および、凝集体を用いた機能性水の製造方法を提供する。
【解決手段】焼結助剤２０は、機能性水を製造する凝集体１０に用いられる焼結助剤２０であって、ナノバブル水を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

機能性水を製造する凝集体に用いられる焼結助剤であって、
ナノバブル水を含む、
焼結助剤。

【請求項2】

前記ナノバブル水は、空気、酸素、または、窒素の気泡を含む
請求項１に記載の焼結助剤。

【請求項3】

前記気泡の径は、１０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲に含まれる
請求項２に記載の焼結助剤。

【請求項4】

前記ナノバブル水における前記気泡の濃度は、１×１０⁷個／ｍＬ以上である
請求項２または３に記載の焼結助剤。

【請求項5】

銀の微粒子を含む
請求項１～３のいずれか一項に記載の焼結助剤。

【請求項6】

請求項１～３のいずれか一項に記載の焼結助剤を含む、凝集体。

【請求項7】

請求項６に記載の凝集体を製造する凝集体の製造方法であって、
二次粒子と前記焼結助剤とを混練して、三次粒子を製造する工程を含む、
凝集体の製造方法。

【請求項8】

請求項７に記載の凝集体の製造方法であって、
前記三次粒子を１７０℃超１８０℃以下で焼成する工程を含む、
凝集体の製造方法。

【請求項9】

請求項６に記載の凝集体を用いた機能性水の製造方法であって、
前記凝集体を水に含浸する工程を含む
機能性水の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、焼結助剤、これを備える凝集体、この凝集体の製造方法、および、機能性水の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、凝集体の一例としてのセラミック凝集体を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１１－９２２３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記凝集体は、機械的強度を高める点について、なお、改善の余地がある。

【0005】

本発明の目的は、機械的強度が高い凝集体、この凝集体に用いられる焼結助剤、凝集体の製造方法、および、凝集体を用いた機能性水の製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１観点に係る焼結助剤は、機能性水を製造する凝集体に用いられる焼結助剤であって、ナノバブル水を含む。

【0007】

上記焼結助剤は、一次粒子が凝集した二次粒子と混練され、低温焼成されることによって、三次粒子（凝集体）が製造される。上記焼結助剤によれば、ナノバブル水を含むため、界面活性効果によって、一次粒子間に好適に浸透する。一次粒子間に浸透した焼結助剤と、二次粒子間に浸透した焼結助剤とは、結合する。このため、アンカー効果によって、凝集体の機械的強度が高められる。

【0008】

本発明の第２観点に係る焼結助剤は、第１観点に係る焼結助剤であって、前記ナノバブル水は、空気、酸素、または、窒素の気泡を含む。

【0009】

上記焼結助剤によれば、凝集体の機械的強度が高められる。

【0010】

本発明の第３観点に係る焼結助剤は、第２観点に係る焼結助剤であって、前記気泡の径は、１０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲に含まれる。

【0011】

上記焼結助剤によれば、気泡の径が上記範囲に含まれるため、凝集体の機械的強度が高められる。

【0012】

本発明の第４観点に係る焼結助剤は、第２観点または第３観点に係る焼結助剤であって、前記ナノバブル水における前記気泡の濃度は、１×１０⁷個／ｍＬ以上である。

【0013】

上記焼結助剤によれば、気泡の濃度が上記範囲に含まれるため、凝集体の機械的強度が高められる。

【0014】

本発明の第５観点に係る焼結助剤は、第１観点～第４観点のいずれか１つに係る焼結助剤であって、銀の微粒子を含む。

【0015】

上記焼結部材を用いて製造された凝集体を水に浸漬することによって、焼結助剤から銀が溶出する。このため、銀を含む機能性水、換言すれば、抗菌性を有する機能性水を製造できる。

【0016】

本発明の第６観点に係る凝集体は、第１観点～第５観点のいずれか１つに係る焼結助剤を含む。

【0017】

上記凝集体によれば、機械的強度が高い。

【0018】

本発明の第７観点に係る凝集体の製造方法は、第６観点に係る凝集体を製造する凝集体の製造方法であって、二次粒子と前記焼結助剤とを混練して、三次粒子を製造する工程を含む。

【0019】

上記凝集体の製造方法によれば、機械的強度が高い凝集体を製造できる。

【0020】

本発明の第８観点に係る凝集体の製造方法は、第７観点に係る凝集体の製造方法であって、前記三次粒子を１７０℃超１８０℃以下で焼成する工程を含む。

【0021】

本願発明者（ら）が実施した試験によれば、焼結助剤を含む三次粒子を上記温度の範囲で焼成することによって、製造される機能性水の機能性が長期にわたり維持されることが確認された。

【0022】

本発明の第９観点に係る機能性水の製造方法は、第６観点に係る凝集体を用いた機能性水の製造方法であって、前記凝集体を水に含浸する工程を含む。

【0023】

上記機能性水の製造方法によれば、用いられる凝集体の機械的強度が高いため、機能性水を好適に製造できる。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、械的強度が高い凝集体、この凝集体に用いられる焼結助剤、凝集体の製造方法、および、凝集体を用いた機能性水の製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】実施形態の凝集体の構成を模式的に示す図。

【図2】図１のＸ部分の拡大図。

【図3】従来の凝集体の構成を模式的に示す図。

【図4】図１の凝集体の製造方法の一例を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、本発明に係る凝集体の一実施形態について、図面を参照して説明する。

【0027】

＜１．凝集体の構成＞
図１は、凝集体１０の構成を模式的に示す図である。図２は、図１のＸ部分の拡大図である。凝集体１０に含まれる焼結助剤２０は、水に機能性を付与する機能性付与成分を有する。このため、本実施形態の凝集体１０が水に浸漬されることによって、水に機能性付与成分が溶け出すため、機能性水を製造することができる。凝集体１０は、一次粒子１１と、二次粒子１２と、三次粒子１３と、焼結助剤２０と、を含む。

【0028】

一次粒子１１は、酸化物または水酸化物の基本となる粒子であって、単結晶である。一次粒子１１は、ゾルゲル法、または、共沈法等の公知の製造方法により製造される。ただし、公知の製造方法によって一次粒子１１のみを得ることはできず、一次粒子１１が凝集した二次粒子１２が得られる。酸化物または水酸化物は、例えば、ケイ素またはアルミニウムの酸化物もしくは水酸化物、アルミノケイ酸塩の酸化物または水酸化物の単体または複合物である。酸化物または水酸化物は、これらを１つ以上含んでいればよく、その他の元素の酸化物または水酸化物を含んでいてもよい。

【0029】

二次粒子１２は、一次粒子１１を製造する際に自然に一次粒子１１が集合した粒子であって、一次粒子１１が物理的、または、化学的な作用により凝集した粒子である。公知の方法で製造される酸化物もしくは水酸化物の凝集体は、二次粒子１２である。本実施形態の凝集体１０の製造においては、市場に流通する二次粒子１２が用いられる。

【0030】

二次粒子１２は、一次粒子１１を製造する際に自然と凝集したものであるため、その凝集に関与する結合力は、比較的弱い。このため、二次粒子１２は、例えば、８００℃程度の高温で焼成することにより結合を安定化させることが好ましい。

【0031】

三次粒子１３は、焼成した二次粒子１２をさらに凝集させ、所望の大きさに造粒して成型される。三次粒子１３の造粒は、焼成した二次粒子１２と、焼結助剤２０とを混練することによって実施される。造粒した三次粒子１３を安定化させるために、焼成した二次粒子１２、および、焼結助剤２０を混練した混練物を低温焼成することによって、凝集体１０が得られる。

【0032】

混練物の焼成する際の温度は、高い方が、二次粒子１２同士の結合強度が高くなるため、得られる凝集体１０の機械的強度が高くなる。一方、本実施形態の凝集体１０は、機能性水を製造するために用いられるため、焼結助剤２０は、ミネラル成分および貴金属ナノ粒子等の機能性付与成分を含む。混練物の焼成する際の温度が高い程、凝集体１０を水に浸漬したときに、焼結助剤２０に含まれる機能性付与成分が水に早く溶出するため、機能性水の機能を長く維持することができない。このため、本実施形態では、混練物を例えば、１７０℃超１８０℃以下の比較的低温で焼成することによって凝集体１０を製造する。

【0033】

焼結助剤２０は、スラリー状で製造される。スラリーを形成するための水にナノバブル水が用いられる。焼結助剤２０は、ナノバブル水を含むため、界面活性効果によって一次粒子１１間に浸透する。このため、一次粒子１１間に浸透した焼結助剤２０と、二次粒子１２間に浸透した焼結助剤２０とが結合する。このため、アンカー効果によって三次粒子１３の機械的強度が高められる。本実施形態の焼結助剤２０は、以下の（Ａ）～（Ｄ）を含む。

【0034】

（Ａ）有機ケイ素（アルコキシシラン）：１０～１９重量％
（Ｂ）アルミノケイ酸塩、リン酸塩、ケイ酸塩、ポリ塩化アルミニウムのうち少なくとも１種以上を含む無機化合物に銀の微粒子を担持したもの：１５～２５重量％
ただし、銀の微粒子の重量は１～５重量％であり、担持方法は、任意である。
（Ｃ）親水性有機溶媒：１０～３０重量％
（Ｄ）ナノバブル水：残部

【0035】

上述のとおり、焼結助剤２０の主成分は常温常圧で液体である有機ケイ素である。焼結助剤２０は、常温常圧で液体である有機ケイ素を１種以上含んでいれば、そのほかの有機物を含んでいてもよい。焼結助剤２０は、機能性付与成分として、銀の微粒子以外に金微粒子、白金微粒子、銅微粒子等の貴金属微粒子、または、亜鉛、カルシム、カリウム等のミネラル成分を含んでもよい。親水性有機溶媒は、任意に選択可能である。親水性有機溶媒は、アルコール類が好ましい。

【0036】

本実施形態の凝集体１０は、比較的低温で焼成されるため、機能性付与成分の徐放性が高い。このため、例えば、１年程度の長期にわたり毎日1リットルの機能性水を製造することができる。例えば、焼結助剤２０が機能性付与成分として銀の微粒子を含む場合、凝集体１０を水に８時間浸漬することによって１リットルの機能性水を製造し、機能性水に含まれる銀の濃度が０．０４ｐｐｍ以上である場合に、機能性水の機能性が維持されていると判定できる。

【0037】

ナノバブル水の特性については、界面活性効果によって一次粒子１１間に浸透することができる範囲で任意に選択可能である。本実施形態のナノバブル水は、基材としての水、および、ナノサイズの気泡を含む。気泡に内包される気体については、任意に選択可能である。気泡に内包される気体は、例えば、窒素、酸素、または、空気を好適に用いることができる。反応を促進させる観点から、気泡に内包される気体は、酸素であることが好ましい。特に、気泡に含まれる気体の組成が酸素９９％以上であることがさらに好ましい。気泡のサイズ（径）は、任意に選択可能である。気泡のサイズは、１０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲に含まれることが好ましい。ナノバブル水における気泡の濃度は、任意に選択可能である。ナノバブル水における気泡の濃度は、１×１０⁷個／ｍＬ以上であることが好ましい。

【0038】

＜２．従来の凝集体の構成＞
図３は、ナノバブル水を含まない従来の焼結助剤２０Ｘを用いて製造された凝集体１０Ｘの一部を示す模式図である。焼結助剤２０Ｘは、ナノバブル水を含まないため、一次粒子１１間に浸透せずに二次粒子１２の表面に留まっている。

【0039】

＜３．凝集体の製造方法＞
図４は、本実施形態の凝集体１０の製造方法の一例を示すフローチャートである。凝集体１０の製造方法は、例えば、第１工程、第２工程、および、第３工程を含む。第１工程～第３工程は、例えば、凝集体１０の製造装置によって実施される。

【0040】

ステップＳ１１の第１工程では、製造装置は、二次粒子１２を例えば、８００℃程度の高温で焼成する。なお、焼成済みの二次粒子１２を用いる場合は、第１工程を省略することもできる。

【0041】

ステップＳ１２の第２工程は、第１工程の後に実施される。第２工程では、製造装置は、焼成された二次粒子１２と、焼結助剤２０と、を混練し、二次粒子を造粒する。第２工程が完了することによって、二次粒子１２と、焼結助剤２０と、が混練された混練物が完成する。

【0042】

ステップＳ１３の第３工程は、第２工程の後に実施される。第３工程では、製造装置は、混練物を例えば、１７０℃超１８０℃以下の比較的低温で焼成する。第３工程が完了することによって、凝集体１０が完成する。

【0043】

＜４．凝集体の特徴＞
焼結助剤２０は、一次粒子１１が凝集した二次粒子１２と混練され、低温焼成されることによって、三次粒子１３（凝集体１０）が製造される。焼結助剤２０によれば、ナノバブル水を含むため、界面活性効果によって、一次粒子１１間に好適に浸透する。一次粒子１１間に浸透した焼結助剤２０と、二次粒子１２間に浸透した焼結助剤２０とは、結合する。このため、アンカー効果によって、凝集体１０の機械的強度が高められる。

【0044】

＜５．試験＞
本願発明者（ら）は、実施例１、および、比較例１、２の凝集体を製造し、凝集体の機械的強度、ならびに、機能性付与成分の徐放性を確認する試験を実施した。なお、以下では、説明の便宜上、実施例１、および、比較例１、２の凝集体を構成する要素のうち、実施形態と同じ要素には、実施形態と同様の符号を付して説明する。

【0045】

＜５－１．実施例１＞
実施例１の凝集体１０は、実施形態の凝集体１０である。実施例１の凝集体１０の諸元は以下のとおりである。

【0046】

・二次粒子１２は、ジークライト株式会社製ゼオライト品番Ｚ－０５である。二次粒子１２の重量は、１ｋｇである。
・焼結助剤２０は、メチルトリメトキシシラン、テトラエトキシシラン、コロイド状金、ノルマルブタノール、イソプロピルアルコール、銀の微粒子、および、ナノバブル水を含む。

【0047】

第２工程において、二次粒子１２と、焼結助剤２０とを混練し、二次粒子１２を５ｍｍφの大きさに造粒した混練物を製造した。第３工程において、混練物を１８０℃で４時間焼成し、実施例１の凝集体１０を製造した。次に、製造された実施例１の凝集体１０を１リットルの水に８時間浸漬し、機能性水を製造した。水に浸漬する実施例１の凝集体１０の重量は、１０ｇである。

【0048】

実施例１の凝集体１０を用いて製造された機能性水に含まれる銀の濃度を測定した。機能性水に含まれる銀の濃度は、０．１０ｐｐｍ以上であり、機能性水が十分な抗菌性を有していることが確認された。さらに、同試験を３６５回（３６５日）繰り返し、３６５回目の機能性水に含まれる銀の濃度を測定した。３６５回目の機能性水に含まれる銀の濃度は、０．１０ｐｐｍであり、機能性水が十分な抗菌性を有していることが確認された。このため、実施例１の凝集体１０は、１年程度の長期にわたり機能性水を製造できることが確認された。

【0049】

次に、実施例１の凝集体１０の硬度をマイクロビッカース試験機によって測定した。実施例１の凝集体１０のビッカース硬さ（ＨＶ）は、３４０であった。実施例１の凝集体１０は、機械的強度が十分に高いことが確認された。

【0050】

＜５－２．比較例１＞
比較例１の凝集体１０の諸元は以下のとおりである。

【0051】

・二次粒子１２は、ジークライト株式会社製ゼオライト品番Ｚ－０５である。二次粒子１２の重量は、１ｋｇである。
・焼結助剤２０は、メチルトリメトキシシラン、テトラエトキシシラン、コロイド状金、ノルマルブタノール、イソプロピルアルコール、銀の微粒子、および、イオン交換水を含む。すなわち、比較例１の凝集体１０の焼結助剤２０は、ナノバブル水を含まない。

【0052】

第２工程において、二次粒子１２と、焼結助剤２０とを混練し、二次粒子１２を５ｍｍφの大きさに造粒した混練物を製造した。第３工程において、混練物を１８０℃で４時間焼成し、比較例１の凝集体１０を製造した。次に、製造された比較例１の凝集体１０を１リットルの水に８時間浸漬し、機能性水を製造した。水に浸漬する比較例１の凝集体１０の重量は、１０ｇである。

【0053】

比較例１の凝集体１０を用いて製造された機能性水に含まれる銀の濃度を測定した。機能性水に含まれる銀の濃度は、０．１１ｐｐｍ以上であり、機能性水が十分な抗菌性を有していることが確認された。さらに、同試験を３６５回（３６５日）繰り返し、３６５回目の機能性水に含まれる銀の濃度を測定した。３６５回目の機能性水に含まれる銀の濃度は、０．０２ｐｐｍであり、機能性水の抗菌性が不足していることが確認された。

【0054】

次に、比較例１の凝集体１０の硬度をマイクロビッカース試験機によって測定した。比較例１の凝集体１０のビッカース硬さ（ＨＶ）は、３００であった。

【0055】

以上の結果より、比較例１の凝集体１０は、実施例１の凝集体１０よりも機械的強度が低く、かつ、長期間にわたり機能性水を製造できないことが確認された。比較例１の凝集体１０は、焼結助剤２０にナノバブル水が含まれないため、二次粒子１２の結合力が弱く、焼結助剤２０からの銀の微粒子の溶出が早く終了したためであると考えられる。

【0056】

＜５－３．比較例２＞
比較例２の凝集体１０の諸元は以下のとおりである。

【0057】

・二次粒子１２は、ジークライト株式会社製ゼオライト品番Ｚ－０５である。二次粒子１２の重量は、１ｋｇである。
・焼結助剤２０は、メチルトリメトキシシラン、テトラエトキシシラン、コロイド状金、ノルマルブタノール、イソプロピルアルコール、銀の微粒子、および、ナノバブル水を含む。

【0058】

第２工程において、二次粒子１２と、焼結助剤２０とを混練し、二次粒子１２を５ｍｍφの大きさに造粒した混練物を製造した。第３工程において、混練物を１９０℃で４時間焼成し、比較例２の凝集体１０を製造した。次に、製造された比較例２の凝集体１０を１リットルの水に８時間浸漬し、機能性水を製造した。水に浸漬する比較例２の凝集体１０の重量は、１０ｇである。

【0059】

比較例２の凝集体１０を用いて製造された機能性水に含まれる銀の濃度を測定した。機能性水に含まれる銀の濃度は、０．１０ｐｐｍ以上であり、機能性水が十分な抗菌性を有していることが確認された。さらに、同試験を３６５回（３６５日）繰り返し、３６５回目の機能性水に含まれる銀の濃度を測定した。３６５回目の機能性水に含まれる銀の濃度は、０．０２ｐｐｍであり、機能性水の抗菌性が不足していることが確認された。

【0060】

次に、比較例２の凝集体１０の硬度をマイクロビッカース試験機によって測定した。比較例２の凝集体１０のビッカース硬さ（ＨＶ）は、３６０であった。

【0061】

以上の結果より、比較例２の凝集体１０は、第３工程における焼成温度が高いため、実施例１の凝集体１０よりも機械的強度が高い一方、長期間にわたり機能性水を製造できないことが確認された。二次粒子１２が強く焼結されたため、焼結助剤２０からの銀の微粒子の溶出が早く終了したためであると考えられる。

【0062】

上記実施形態は本発明に関する焼結助剤、凝集体、凝集体の製造方法、および、機能性水の製造方法が取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に関する焼結助剤、凝集体、凝集体の製造方法、および、機能性水の製造方法は、実施形態に例示された形態とは異なる形態を取り得る。その一例は、実施形態の構成の一部を置換、変更、もしくは、省略した形態、または、実施形態に新たな構成を付加した形態である。

【符号の説明】

【0063】

１０：凝集体
１１：一次粒子
１２：二次粒子
１３：三次粒子
２０：焼結助剤

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】