JP7645675B2 - 緩水溶性ガラス、緩水溶性ガラス製品、組成物及び水質改善方法 - Google Patents
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Description
さらに、CuイオンやZnイオンは、ガラスに抗菌性や抗ウィルス性を付与するのに有効であることも知られており、CuOやZnOを含むガラス製品も提案されている(特許文献5及び6)。
また、特許文献3及び4に記載の抗菌剤は、初期(使用直後)の抗菌効果や、時間が経過した場合の抗菌効果(以下、「抗菌効果の持続性」という)が十分とはいえない。特に、当該抗菌剤は、CuイオンやZnイオンを長期間にわたって溶出することができない。
さらに、特許文献5及び6に記載のガラス製品は、ガラス全体が溶解するわけではないため、効果の持続性が十分であるとはいえない。また、当該ガラス製品は、溶解し難いため、例えば、屋外の水たまりなどに散布して使用するのに適しておらず、使用用途も限定される。
また、本発明は、上記の特徴を有する緩水溶性ガラス製品を製造可能な組成物を提供することを目的とする。
また、本発明によれば、上記の特徴を有する緩水溶性ガラス製品を製造可能な組成物を提供することができる。
(1)通常試験
通常試験においてガラスが完全に溶解しない。
通常試験は、1cm×1cm×0.5cmのガラスを20℃の蒸留水100mLに12時間浸漬することによって行う。
(2)加速試験
加速試験におけるガラスの質量減少率が2%以上である。
質量減少率は、次の式によって算出される。
(加速試験前のガラスの質量-加速試験後のガラスの質量)/加速試験前のガラスの質量×100
また、加速試験は、次のようにして行う。まず、ガラスを粉砕した後、篩を用いて粒子径1.4~2.0mmのガラス粒子に紛級し、その質量(加速試験前のガラスの質量)を測定する。次に、紛級したガラス粒子を90℃の蒸留水100mLに5時間浸漬した後、目開き0.5mmの篩を用いて篩分けする。篩分けは、劣化してガラスではなくなったものを潰して除去する。次に、篩に残ったガラス粒子を乾燥させ、その質量(加速試験後のガラスの質量)を測定する。
なお、CuイオンやZnイオンによる効果の持続期間は、緩水溶性ガラスの形状(特に、表面積)、水量、水温などに依存するが、例えば、緩水溶性ガラスが視認できる状態であれば、その効果を持続させることができる。効果の持続期間は、緩水溶性ガラスの用途などに応じて適宜設定すればよいが、例えば、1日~10年程度を持続できるように調整することができる。
SiO2の含有量が40.0モル%未満であると、ガラスの強度が不足してしまう。一方、SiO2の含有量が75.0モル%を超えると、網目構造が強固になりすぎてしまう。その結果、ガラスの溶解速度が低下してしまうため、水中にCuイオンやZnイオンが十分に溶出せず、CuイオンやZnイオンによる効果が十分に得られない。したがって、SiO2の含有量は、ガラスの強度及び溶解速度のバランスを安定して確保する観点から、40.0~75.0モル%、好ましくは42.0~72.0モル%、より好ましくは43.0~70.0モル%に制御される。
K2Oの含有量が5.0モル%未満であると、ガラスの溶解速度が低下してしまうため、水中にCuイオンやZnイオンが十分に溶出せず、CuイオンやZnイオンによる効果が十分に得られない。一方、K2Oの含有量が38.0モル%を超えると、ガラスの溶解速度が速くなりすぎてしまうため、CuイオンやZnイオンを長期間にわたって溶出することができなくなる。したがって、K2Oの含有量は、ガラスの適切な溶解速度を確保する観点から、5.0~38.0モル%、好ましくは7.0~37.0モル%、より好ましくは9.0~36.0モル%に制御される。
CuO及びZnOの合計含有量が0.1モル%未満であると、水中にCuイオン及びZnイオンの溶出量が不足し、CuイオンやZnイオンによる効果が十分に得られない。一方、CuO及びZnOの合計含有量が33.0モル%を超えると、ガラス化せずに結晶化し易くなってしまう結果、水に溶解し難くなったり、Cuイオン及びZnイオンの溶出量を適切な範囲に制御し難くなったりする。したがって、CuO及びZnOの合計含有量は、Cuイオン及びZnイオンの溶出量とガラスの溶解性とのバランスを確保する観点から、0.1~33.0モル%、好ましくは0.5~32.0モル%、より好ましくは0.8~31.0モル%に制御される。
R’Oの含有量が28.0モル%を超えると、ガラスが水に溶解し難くなる。したがって、R’Oの含有量は、ガラスの溶解性を確保する観点から、28.0モル%以下、好ましくは25.0モル%以下、より好ましくは20.0モル%以下に制御される。
なお、R’Oはガラスに含有されていなくてもよいため、その含有量の下限は特に限定されない。R’Oによる上記の効果を得る観点からは、R’Oの下限値は一般的に0.1モル%である。
R2Oの含有量が35.0モル%を超えると、ガラスが水に溶解し易くなる。したがって、R2Oの含有量は、ガラスの緩溶解性を確保する観点から、35.0モル%以下、好ましくは33.0モル%以下、より好ましくは31.0モル%以下に制御される。
なお、R2Oはガラスに含有されていなくてもよいため、その含有量の下限は特に限定されない。R2Oによる上記の効果を得る観点からは、R2Oの下限値は一般的に0.1モル%である。
Al2O3の含有量が30.0モル%を超えると、ガラスが水に溶解し難くなる。したがって、Al2O3の含有量は、ガラスの溶解性を確保する観点から、好ましくは30.0モル%以下、より好ましくは28.0モル%以下、更に好ましくは25.0モル%以下である。なお、Al2O3の含有量の下限値は、特に限定されないが、Al2O3による上記の効果を得る観点から、一般的に0.1モル%である。
B2O3及びP2O5は、環境負荷が大きい成分である。そのため、これらの成分を含まない組成のガラスとすることにより、屋外の水たまりなどにガラスを散布して使用することもでき、様々な用途で用いることが可能となる。
ただし、B2O3及びP2O5は、SiO2と同様にガラスの網目構造を形成する成分であり、環境に影響を与えない範囲であれば必要に応じてガラスに含まれてもよい。環境に影響を与えない範囲の量としては、B2O3及びP2O5それぞれ0.5モル%未満である。
なお、比重は、アルキメデス法を用いた市販の比重計により測定することができる。
例えば、緩水溶性ガラスそれ自体を害虫、苔類、藻類などの成長抑制剤又は忌避剤などとして用いる場合には、緩水溶性ガラスを適切な剤形とすればよい。なお、緩水溶性ガラスを成長抑制剤又は忌避剤などとして植物育成剤などの既存の薬剤に配合して用いる場合には、緩水溶性ガラスを粉末状にして既存の薬剤に配合すればよい。さらに、緩水溶性ガラスを成形材料やコーティング材料などの原料として用いる場合には、緩水溶性ガラスを粉末状にして成形材料やコーティング材料に配合すればよい。
なお、Cuイオン及び/又はZnイオンの濃度の上限値は、特に限定されず、環境基準などに応じて適宜設定すればよい。
また、本発明の実施形態に係る緩水溶性ガラス製品の別の例としては、上記の緩水溶性ガラスを含む樹脂成形品である。樹脂成形品において、緩水溶性ガラスは樹脂中に分散して存在していることが好ましい。
成形材料として用いられる組成物は、緩水溶性ガラス以外に、成形材料に用いられる公知の成分(例えば、樹脂成分、無機成分など)を含むことができる。
比重計(アルファーミラージュ株式会社製MD-200S)を用いて比重を測定した。
溶解試験として、上記した通常試験及び加速試験を行った。
(1)通常試験
通常試験は、1cm×1cm×0.5cmのガラスを20℃の蒸留水100mLに12時間浸漬した。この通常試験の評価において、ガラスが完全に溶解しなかったものを〇、ガラスが完全に溶解したものを×と表す。ガラスが完全に溶解したか否かは、目視観察によって行った。
(2)加速試験
板状サンプルを粉砕した後、篩を用いて粒子径1.4~2.0mmのガラス粒子に紛級し、その質量(加速試験前のガラスの質量)を測定した。次に、紛級したガラス粒子を90℃の蒸留水100mLに5時間浸漬した後、目開き0.5mmの篩を用いて篩分けした。篩に残ったガラス粒子は、蒸留水を用いて十分に洗浄した。次に、篩に残ったガラス粒子を乾燥させ、その質量(加速試験後のガラスの質量)を測定した。そして、上記した式によってガラスの質量減少率を求めた。この加速試験の評価において、ガラスの質量減少率が2%以上のものを〇、ガラスの質量減少率が2%未満であったものを×と表す。
上記の各評価結果を表1に示す。
これに対して、試験No.1、16及び17(比較例)のサンプルは、溶解(通常)試験の結果から水溶性ガラスである。したがって、これらのサンプルは、ガラスが水に直ぐに溶解してしまい、Cuイオン及び/又はZnイオンを徐々に溶出することができない。
また、試験No.11、12、18及び22(比較例)のサンプルは、溶解(加速)試験の結果から難水溶性ガラスである。したがって、これらのサンプルは、ガラスが水に溶解し難く、Cuイオン及び/又はZnイオンを徐々に溶出することができない。
なお、試験No.9、10、13及び14(比較例)のサンプルは、ガラス化せずに結晶化したため、水に溶解しないと考えられる。したがって、これらのサンプルは、Cuイオン及び/又はZnイオンを徐々に溶出することができない。
Claims (8)
- 害虫、苔類、藻類の成長抑制剤若しくは忌避剤、抗菌剤、又は抗ウィルス剤に用いられる緩水溶性ガラスであって、
40.0~75.0モル%のSiO2と、5.0~38.0モル%のK2Oと、0.1~33.0モル%の、CuO及びZnOから選択される少なくとも一種と、28.0モル%以下のR’O(R’はアルカリ土類金属である)とを含み、B2O3を含まない緩水溶性ガラス。 - 35.0モル%以下のR2O(Rは、K以外のアルカリ金属である)、30.0モル%以下のAl2O3から選択される少なくとも一種を更に含む、請求項1に記載の緩水溶性ガラス。
- P2O5を含まない、請求項1又は2に記載の緩水溶性ガラス。
- 比重が2.4以上である、請求項1~3のいずれか一項に記載の緩水溶性ガラス。
- 請求項1~4のいずれか一項に記載の緩水溶性ガラスを備える緩水溶性ガラス製品。
- 請求項1~4のいずれか一項に記載の緩水溶性ガラスを含む組成物。
- 成形材料又はコーティング材料である、請求項6に記載の組成物。
- 請求項1~4のいずれか一項に記載の緩水溶性ガラス又は請求項5に記載の緩水溶性ガラス製品を水に浸漬し、Cuイオン及びZnイオンから選択される少なくとも一種のイオンを前記水に溶出させる水質改善方法。
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