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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen fotokatalytisch beschichteten
Körper, der hinsichtlich Wetterbeständigkeit,
Abbaubarkeit schädlicher Gase und verschiedener Beschichtungseigenschaften überlegen
ist und sich besonders für den Einsatz in Außenmaterialien
für Gebäude und dergleichen eignet. Die vorliegende Erfindung
betrifft des Weiteren eine fotokatalytische Beschichtungsflüssigkeit
für den fotokatalytisch beschichteten Körper.
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Technischer Hintergrund
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Fotokatalysatoren,
wie beispielsweise Titanoxid, sind in jüngster Zeit für
verschiedene Zwecke eingesetzt worden, so beispielsweise als Außenmaterialien
für Gebäude. Der Einsatz des Fotokatalysators
ermöglicht es, Lichtenergie zu nutzen, um verschiedene
Typen von Schadstoffen zu zersetzen und die Oberfläche eines
mit dem fotokatalytisch beschichteten Trägers hydrophil
zu machen, so dass ein auf der Oberfläche befindlicher
Fleck leicht mit Wasser abgespült werden kann. Es sind
die im Folgenden aufgeführten Verfahren zum Herstellen
fotokatalytisch beschichteten Körpern bekannt, die mit
einem derartigen Fotokatalysator beschichtet sind.
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Ein
bekanntes Verfahren besteht darin, eine wässrige Dispersion
einzusetzen, die fotokatalytische Metalloxidteilchen, kolloides
Siliziumoxid (Silika) und eine oberflächenaktive Substanz
umfasst, die der Oberfläche eines Kunstharzes oder dergleichen
hydrophile Eigenschaften verleiht (siehe beispielsweise die
japanische Patentoffenlegungsschrift
Nr. 1999-140432 ). Bei dieser Methode werden die hydrophilen
Eigenschaften verstärkt, indem eine große Menge
oberflächenaktiver Substanz im Bereich zwischen 10 Gew.-%
und 20 Gew.-% zugesetzt wird. Des Weiteren wird die Schichtdicke
auf 0,4 μm oder weniger festgelegt, um zu verhindern, dass
durch diffuse Reflektion von Licht weiße Eintrübung
entsteht.
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Ein
weiteres bekanntes Verfahren besteht darin, auf dem Substrat einen
Beschichtungsfilm auszubilden, der ein fotokatalytisches Titanoxid
und ein bindendes Silikasol umfasst, um einen Fotokatalysatorkörper zu
erzeugen (siehe beispielsweise die
japanische Patentoffenlegungsschrift Nr.
1999-169727 ). Bei dieser Methode beträgt die zugesetzte
Menge des Silikasols bezüglich SiO
2 20
bis zu 200 Gewichtsteile des Titandioxids, und der Gehalt an TiO
2 ist hoch. Der Teilchendurchmesser des Silikasols
beträgt lediglich 0,1 nm bis 10 nm.
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Ein
weiteres bekanntes Verfahren besteht im Einsatz eines fotokatalytischen
Beschichtungsmaterials zum Ausbilden eines fotokatalytischen Beschichtungsfilms,
der 50% oder mehr von Licht mit einer Wellenlänge von 500
nm durchlässt und 80% oder mehr von Licht mit einer Wellenlänge
von 320 nm durchlässt (siehe beispielsweise die
japanische Patentoffenlegungsschrift
Nr. 2004-359902 ). Bei dieser Methode wird ein Organosiloxan-Teilhydrolysat
als ein Bindemittel des fotokatalytischen Beschichtungsmaterials
eingesetzt, wobei das Organosiloxan-Teilhydrolysat vorzugsweise
in einer Menge von 5 Gew.-% bis 40 Gew.-% der gesamten Beschichtungszusammensetzung
enthalten ist.
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Dabei
ist bekannt, dass üblicherweise ein Problem dahingehend
auftritt, dass, wenn ein Substrat für eine fotokatalytische
Schicht aus einem organischen Material besteht, das organische Material
aufgrund der fotokatalytischen Aktivität des Fotokatalysators
abgebaut wird oder altert. Eine bekannte Methode zum Lösen dieses
Problems besteht darin, eine Klebeschicht, die aus silikonmodifiziertem
Harz oder dergleichen besteht, zwischen einer fotokatalytischen
Schicht und einem Substrat bereitzustellen, um das Substrat vor
Alterung durch die Fotokatalyse zu schützen (siehe beispielsweise
WO 97/00134 ).
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfinder sind zu der neuen Erkenntnis gekommen, dass ein fotokatalytisch
beschichteter Körper, der bezüglich Wetterbeständigkeit,
Abbaubarkeit schädlicher Gase und verschiedener Beschichtungseigenschaften
(wie beispielsweise Ultraviolett-Absorptionsvermögen, Transparenz
und Schichtfestigkeit) überlegen ist, erzeugt werden kann
und dabei gleichzeitig Korrosion eines Substrats (insbesondere einer
organischen Substanz) verhindert werden kann, indem eine fotokatalytische
Schicht mit einer speziellen Zusammensetzung geschaffen wird, die
fotokatalytische Teilchen und Teilchen aus anorganischem Oxid in
einem vorgegebenen Gewichtsverhältnis umfasst, und ein
hydrolysierbares Silikon sowie eine oberflächenaktive Substanz
so verringert werden, dass sie nicht oder nur in geringer Menge
vorhanden sind.
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Dementsprechend
besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen fotokatalytisch
beschichteten Körper zu schaffen, der hinsichtlich Wetterbeständigkeit,
Abbaubarkeit schädlicher Gase und verschiedener Beschichtungseigenschaften
(wie beispielsweise Ult raviolett-Absorptionsvermögen, Transparenz und
Schichtfestigkeit) überlegen ist und gleichzeitig Korrosion
eines Substrats (insbesondere einer organischen Substanz) verhindert.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
fotokatalytische Beschichtungsflüssigkeit für
den fotokatalytisch beschichteten Körper zu schaffen.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein fotokatalytisch beschichteter
Körper geschaffen, der ein Substrat und eine auf dem Substrat
vorhandene fotokatalytische Schicht umfasst, wobei die fotokatalytische
Schicht umfasst:
fotokatalytische Teilchen in einer Menge von
1 oder mehr Gewichtsteil/en und weniger als 20 Gewichtsteilen;
Teilchen
aus anorganischem Oxid in einer Menge von 70 oder mehr Gewichtsteilen
und weniger als 99 Gewichtsteilen,
ein hydrolysierbares Silikon
in einer Menge von 0 oder mehr Gewichtsteilen und weniger als 10
Gewichtsteilen; und
wenn eine Gesamtmenge der fotokatalytische
Teilchen, der Teilchen aus anorganischem Oxid und des hydrolysierbaren
Silikons 100 Gewichtsteilen entspricht.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine fotokatalytische
Beschichtungsflüssigkeit geschaffen, die zum Herstellen
des fotokatalytisch beschichteten Körpers gemäß einem
der Ansprüche 1 bis 11 eingesetzt wird und die in einem
Lösungsmittel umfasst:
fotokatalytische Teilchen in
einer Menge von 1 oder mehr Gewichtsteil/en und weniger als 20 Gewichtsteilen;
Teilchen
aus anorganischem Oxid in einer Menge von 70 oder mehr Gewichtsteilen
und weniger als 99 Gewichtsteilen; und
ein hydrolysierbares
Silikon in einer Menge von 0 oder mehr Gewichtsteilen und weniger
als 10 Gewichtsteilen,
wenn die Gesamtmenge der fotokatalytischen
Teilchen, der Teilchen aus anorganischem Oxid und des hydrolysierbaren
Silikons 100 Gewichtsteilen entspricht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen den Werten von Δb,
die eine Änderung der Farbdifferenz vor und nach dem beschleunigten
Test ist, und den TiO2-Anteilen gemessen
in Beispielen 1 bis 7 zeigt, wobei die Werte des TiO2-Gehaltes
(Gewichtsteile) den Anteil des Gewichtes der Titanoxidteilchen an der
Gesamtmenge der Titanoxidteilchen und der Silika- bzw. Siliziumoxid-Teilchen
darstellen.
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2 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der linearen Transmission
bei 550 nm (%) und der Schichtdicke (μm), gemessen in Beispielen
12 bis 19, zeigt, wobei die Verhältnisse 1/99, 5/95, 10/90
das Gewichtsverhältnis von Titan-Teilchen zu Siliziumoxid-Teilchen
darstellen.
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3 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Abschirmrate (%) von
ultraviolettem Licht (300 nm) und der Schichtdicke (μm),
gemessen in Beispielen 12 bis 19, zeigt, wobei die Verhältnisse
1/99, 5/95, 10/90 das Gewichtsverhältnis von Titan-Teilchen
zu Siliziumoxid-Teilchen darstellen.
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Ausführliche Beschreibung der
Erfindung
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Fotokatalytisch beschichteter Körper
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Der
fotokatalytisch beschichtete Körper gemäß der
vorliegenden Erfindung umfasst ein Substrat und eine fotokatalytische
Schicht, die auf dem Substrat vorhanden ist. Die fotokatalytische
Schicht enthält 1 oder mehr Gewichtsteil/e und weniger
als 20 Gewichtsteile fotokatalytischer Teilchen, 70 oder mehr Gewichtsteile und
weniger als 99 Gewichtsteile von Teilchen aus anorganischem Oxid,
0 oder mehr Gewichtsteile und weniger als 10 Gewichtsteile eines
hydrolysierbaren Silikons als eine optionale Komponente und 0 oder
mehr und weniger als 10 Gewichtsteile einer oberflächenaktiven
Substanz als eine optionale Komponente. Die Gesamtmenge der fotokatalytische
Teilchen, der Teilchen aus anorganischem Oxid und des hydrolysierbaren
Silikons beträgt 100 Gewichtsteile, und die Gewichtsteile
der oberflächenaktiven Substanz werden in Bezug auf die
Gesamtmenge von 100 Gewichtsteilen bestimmt.
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Die
fotokatalytische Schicht gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst im Wesentlichen 1 oder mehr Gewichtsteil/e und
weniger als 20 Gewichtsteile fotokatalytischer Teilchen und 70 oder
mehr Gewichtsteile und weniger als 99 Gewichtsteile von Teilchen
aus anorgani schem Oxid. Diese Zusammensetzung ermöglicht,
es einen fotokatalytisch beschichteten Körper zu schaffen,
der hinsichtlich der Wetterbeständigkeit, der Abbaubarkeit
schädlicher Gase und verschiedener Beschichtungseigenschaften
(wie beispielsweise Ultraviolett-Absorptionsvermögen, Transparenz
und Schichtfestigkeit) überlegen ist und gleichzeitig Korrosion
eines Substrats (insbesondere eines organischen Substrats) verhindert.
Der Grund dafür, dass diese Effekte zusammen erzielt werden,
ist nicht vollständig klar, es kann jedoch davon ausgegangen
werden, dass es sich es sich wie im Folgenden dargelegt verhält.
Die folgende Erläuterung ist lediglich eine Hypothese und
die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgende Hypothese beschränkt.
Zunächst ist, da die fotokatalytische Schicht im Wesentlichen
zwei Arten von Teilchen umfasst, d. h. die fotokatalytische Teilchen
und die Teilchen aus anorganischem Oxid, viel Raum zwischen den
Teilchen vorhanden. Es wird davon ausgegangen, dass, wenn eine große
Menge eines hydrolysierbaren Silikons eingesetzt wird, das verbreitet
als ein Bindemittel für eine fotokatalytische Schicht verwendet
wird, das hydrolysierbare Silikon Diffusion des Gases verhindern
würde, da der Raum zwischen den Teilchen dicht gefüllt
ist. Jedoch ist die fotokatalytische Schicht der vorliegenden Erfindung
frei von einem hydrolysierbaren Silikon, oder in der alternativen
Ausführung ist das hydrolysierbare Silikon in einer Menge
von weniger als 10 Gewichtsteilen in Bezug auf die Gesamtmenge von
100 Gewichtsteilen der fotokatalytischen Teilchen, der Teilchen
aus anorganischem Oxid und des hydrolysierbaren Silikons vorhanden.
Es wird davon ausgegangen, dass aus diesem Grund der Raum zwischen
den Teilchen ausreichend gewährleistet werden kann. Der
so gewährleistete Raum führt zur Bildung einer
Struktur, in der schädliche Gase, wie beispielsweise NOx
und Sox, leicht in die fotokatalytische Schicht diffundiert werden.
Es wird davon ausgegangen, dass dadurch die schädlichen
Gase effektiv mit den fotokatalytischen Teilchen in Kontakt kommen
und durch die fotokatalytische Aktivität zersetzt werden.
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Gleichzeitig
wird davon ausgegangen, dass, da der Anteil der fotokatalytischen
Teilchen deutlich geringer ist als der der Teilchen aus anorganischem
Oxid, direkter Kontakt der fotokatalytischen Teilchen mit dem Substrat
auf ein Minimum verringert werden kann, um so Korrosion des Substrats
(insbesondere des organischen Substrats) zu unterdrücken.
Es wird des Weiteren davon ausgegangen, dass verhindert werden kann, dass
das Substrat durch ultraviolettes Licht geschädigt wird,
der Fotokatalysator selbst ultraviolettes Licht absorbiert und die
Menge an ultraviolettem Licht reduziert, die zu dem Substrat gelangt.
Dadurch kann die fotokatalytische Schicht der vorliegenden Erfindung
auf einem Substrat, bei dem zumindest die Oberfläche aus einem
organischen Material besteht, durch direktes Aufbringen ohne eine
Zwischensicht zum Schützen des Substrats ausgebildet werden.
Daher ist es, da es nicht erforderlich ist, die Zwischenschicht
auszubilden, möglich, Zeit und Kosten zu sparen, die zum
Herstellen fotokatalytisch beschichteter Körper erforderlich
sind. Des Weiteren ist es möglich, dass die fotokatalytische
Schicht der vorliegenden Erfindung keine oberflächenaktive Substanz
umfasst, jedoch wird, selbst wenn die fotokatalytische Schicht die
oberflächenaktive Substanz umfasst, die Menge an oberflächenaktiver
Substanz in Bezug auf die Gesamtmenge von 100 Gewichtsteilen der fotokatalytischen
Teilchen, der Teilchen aus anorganischem Oxid und des hydrolysierbaren
Silikons auf weniger als 10 Gewichtsteile festgelegt. Es wird davon
ausgegangen, dass durch diese Festlegung Verringerung der Schichtdicke
und der Abbaubarkeit schädlicher Gase verhindert wird,
die dadurch verursacht werden, dass eine große Menge der
oberflächenaktiven Substanz enthalten ist. Es wird angenommen,
dass, da die oben aufgeführten verschiedenen Erscheinungen
zusammen auftreten, ein fotokatalytisch beschichteter Körper
entsteht, der hinsichtlich der Wetterbeständigkeit, der
Abbaubarkeit schädlicher Gase und verschiedener Beschichtungseigenschaften
(wie beispielsweise Ultraviolett-Absorptionsfähigkeit,
Transparenz und Schichtfestigkeit) überlegen ist und gleichzeitig
Korrosion eines Substrats (insbesondere eines organischen Substrats) verhindert.
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Substrat
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Das
in der vorliegenden Erfindung einsetzbare Substrat kann aus verschiedenen
Materialien bestehen, auf denen die fotokatalytische Schicht ausgebildet
werden kann, und zwar unabhängig davon, ob es sich um ein
organisches oder ein anorganisches Material handelt, und es gibt
keine Einschränkungen hinsichtlich der Form des Substrats.
Zu bevorzugten Beispielen von Materialien für das Substrat
gehören Metalle, keramische Materialien, Glasmaterialien,
Kunststoffe, Kautschuke, Steinmaterialien, Zementmaterialien, Betonmaterialien,
Fasern, Gewebe, Holzmaterialien, Papiermaterialien, Kombinationen
davon, Schichtanordnungen derselben und solche, die wenigstens eine Überzugsschicht
darauf aufweisen. Zu bevorzugten Beispielen für Substrate
bezüglich des Einsatzes gehören Baumaterialien,
Bau-Außenmaterialien, Fensterrahmen, Fensterscheiben, strukturelle
Elemente, äußere Komponenten und Beschichtungen
von Fahrzeugen, äußere Komponenten von Maschinen,
Vorrichtungen und Gütern, staubsichere Abdeckungen und
Beschichtungen, Verkehrszeichen, verschiedene Typen von Anzeigeeinrichtungen,
Werbesäulen, Lärmschutzmauern an Straßen,
Lärmschutzmauern an Bahnstrecken, Brücken, äußere
Komponenten und Beschichtungen von Leitplanken; innere Wände
und Beschichtungen von Tun neln, Isolatoren, Solarzellenabdeckungen,
Wärmekollektorabdeckungen für thermische Solaranlagen
(solar water heaters), Kunststoff-Gewächshäuser,
Fahrzeugleuchtenabdeckungen, Außen-Beleuchtungsvorrichtungen,
Fundamente und verschiedene Außenmaterialien, wie beispielsweise Überzüge,
Folien und Dichtungen, die an den Oberflächen der oben
aufgeführten Gegenstände angebracht werden.
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Gemäß einem
bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Substrat
wenigstens die Oberfläche aufweisen, die aus einem organischen
Material besteht, oder ein Substrat, das vollständig aus
einem organischen Material besteht, oder ein Substrat enthalten,
das aus einem anorganischen Material besteht, dessen Oberfläche
mit einem organischen Material beschichtet ist (z. B. eine Zierplatte).
Durch die fotokatalytische Schicht der vorliegenden Erfindung kommt
es nicht ohne Weiteres zu Korrosion eines organischen Materials,
das empfindlich für die fotokatalytische Aktivität
ist, so dass ein fotokatalytisch beschichteter Körper unter
Verwendung lediglich der fotokatalytische Schicht ohne eine Zwischenschicht
hergestellt werden kann. Dadurch ist es, da es nicht notwendig ist,
die Zwischenschicht auszubilden, möglich, Zeit und Kosten
zu sparen, die zum Herstellen fotokatalytisch beschichteter Körper
erforderlich sind.
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Fotokristallschicht und Fotokristall-Beschichtungsflüssigkeit
zum Ausbilden derselben
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Die
fotokatalytische Schicht gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst 1 oder mehr Gewichtsteile und weniger als 20 Gewichtsteile
fotokatalytischer Teilchen, 70 oder mehr Gewichtsteile und weniger
als 99 Gewichtsteile von Teilchen aus anorganischem Oxid, 0 oder
mehr Gewichtsteile und weniger als 10 Gewichtsteile eines hydrolysierbaren
Silikons und 0 oder mehr Gewichtsteile und weniger 10 Gewichtsteile
einer oberflächenaktiven Substanz. Die Gesamtmenge der
fotokatalytischen Teilchen, der Teilchen aus anorganischem Oxid
und des hydrolysierbaren Silikons beträgt 100 Gewichtsteile.
Die fotokatalytische Schicht kann ausgebildet werden, indem das
Substrat mit einer fotokatalytische Beschichtungsflüssigkeit
beschichtet wird, die ein Lösungsmittel und einen gelösten
Stoff umfasst, der die oben beschriebenen Bestandteile in dem oben
beschriebenen Gewichtsverhältnis umfasst, die in dem Lösungsmittel
dispergiert sind.
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Gemäß einem
bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung beträgt die
Schichtdicke der fotokatalytischen Schicht vorzugsweise 0,5 μm
bis 3,0 μm, noch besser 1,0 μm bis 2,0 μm.
Innerhalb dieses Schichtdickenbereiches wird ultraviolettes Licht,
das bis zu der Grenzflä che zwischen der fotokatalytischen
Schicht und dem Substrat gelangt, ausreichend abgeschwächt,
wodurch sich eine Verbesserung der Wetterbeständigkeit
ergibt. Des Weiteren ist es möglich, die Menge an fotokatalytischen
Teilchen zu vergrößern, die in der Schichtdickenrichtung
angeordnet sind, obwohl der Anteil der fotokatalytischen Teilchen
niedriger ist als der der Teilchen aus anorganischem Oxid, wodurch
sich eine Verbesserung der Abbaubarkeit schädlicher Gase ergibt.
Des Weiteren können überlegene Eigenschaften hinsichtlich
des Ultraviolett-Absorptionsvermögens, der Transparenz
und der Schichtdicke erzielt werden.
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Hinsichtlich
der fotokatalytischen Teilchen, die in der vorliegenden Erfindung
eingesetzt werden können, bestehen keine spezielle Beschränkungen,
solange sie fotokatalytische Aktivität aufweisen, und es
können Teilchen verschiedener Typen von Fotokatalysatoren
eingesetzt werden. Zu Beispielen der fotokatalytischen Teilchen
gehören Metalloxidteilchen, wie beispielsweise Teilchen
aus Titanoxid (TiO2), ZnO, SnO2, SrTiO3, WO3, Bi2O3 und Fe2O3, vorzugsweise
Titanoxid-Teilchen und noch besser Teilchen aus Anatas-Titanoxid.
Das Titanoxid ist unschädlich, chemisch stabil und kostengünstig
verfügbar. Aufgrund seiner hohen Übergangsenergie
(band gap energy) benötigt das Titanoxid ultraviolettes
Licht für Fotoanregung und absorbiert kein sichtbares Licht
bei der Fotoanregung. Dadurch kommt es nicht zur Verfärbung
durch Komplementärfarbkomponenten. Das Titanoxid ist in
verschiedenen Formen, wie beispielsweise Pulver, Sol, und als Lösung
verfügbar. Jede beliebige Form von Titanoxid kann eingesetzt
werden, solange sie fotokatalytische Aktivität aufweist.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden
Erfindung haben die fotokatalytischen Teilchen vorzugsweise eine
durchschnittliche Teilchengröße von 10 nm bis
100 nm, noch besser von 10 nm bis 60 nm. Die durchschnittliche Teilchengröße
wird als ein numerischer Durchschnittswert berechnet, der ermittelt
wird, indem die Längen von 100 Teilchen gemessen werden,
die willkürlich aus den Teilchen ausgewählt werden,
die sich innerhalb eines Sichtfeldes befinden, das mit einem Rasterelektronenmikroskop
200.000-fach vergrößert wird. Die am besten geeignete
Form des Teilchens ist eine vollkommene Kugel, es kann jedoch auch
ein annähernd rundes oder elliptisches Teilchen eingesetzt
werden, wobei in diesem Fall die Länge des Teilchens ungefähr
mit ((langer Durchmesser + kurzer Durchmesser)/2) berechnet wird.
Innerhalb dieses Bereiches sind die Wetterbeständigkeit,
die Abbaubarkeit schädlicher Gase und die gewünschten
Beschichtungseigenschaften (wie beispielsweise Ultraviolett-Absorptionsvermögen,
Transparenz und Schichtfestigkeit) effektiv vorhanden. Wenn ein
handelsüblicher Fotokatalysator in Sol-Form eingesetzt
und so verarbeitet wird, dass der Teilchendurchmesser 30 nm oder
weniger, vorzugs weise 20 nm oder weniger beträgt, ist es
auch möglich, eine fotokatalytische Schicht mit besonders
hoher Transparenz zu erzeugen.
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Der
Gehalt der fotokatalytischen Teilchen in der fotokatalytischen Schicht
oder der Beschichtungsflüssigkeit der vorliegenden Erfindung
beträgt 1 oder mehr Gewichtsteil/e und weniger als 20 Gewichtsteile,
vorzugsweise 5 bis 10 Gewichtsteile in Bezug auf die Gesamtmenge
von 100 Gewichtsteilen der fotokatalytischen Teilchen, der Teilchen
aus anorganischem Oxid und des hydrolysierbaren Silikons. Da der
Anteil der fotokatalytischen Teilchen, wie beschrieben, niedrig
ist, wird direkter Kontakt der fotokatalytischen Teilchen mit dem Substrat
soweit wie möglich verringert, wodurch Korrosion des Substrats
(insbesondere des organischen Materials) unterdrückt wird.
Es wird davon ausgegangen, dass dadurch auch die Wetterbeständigkeit
verbessert wird. Dennoch sind effektiv auch die Funktionen der Abbaubarkeit
schädlicher Gase und des Ultraviolett-Absorptionsvermögens,
die durch die fotokatalytische Aktivität bewirkt werden,
effektiv vorhanden.
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Gemäß einem
bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann Titanoxid der
fotokatalytischen Schicht oder der fotokatalytischen Beschichtungsflüssigkeit
zusammen mit wenigstens einem Metall zugesetzt werden, das aus der
Gruppe ausgewählt wird, die aus Vanadium, Eisen, Kobalt,
Nickel, Palladium, Zink, Ruthenium, Rhodium, Blei, Kupfer, Silber,
Platin und Gold und/oder einer metallischen Verbindung dieser Metalle besteht,
um die fotokatalytischen Eigenschaften zu verbessern. Dieses Zusetzen
kann entsprechend einem Verfahren durchgeführt werden,
bei dem entweder eine Lösung, die einen Fotokatalysator
und das oben aufgeführte Metall oder die metallische Verbindung
enthält, unverändert zugesetzt wird, oder die
Fotokatalyse-Redoxreaktion angewendet wird, so dass das Metall oder
die metallische Verbindung von dem Fotokatalysator getragen werden
kann.
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Bezüglich
der in der vorliegenden Erfindung eingesetzten Teilchen aus anorganischem
Oxid gibt es keine spezielle Beschränkung, solange sie
mit den fotokatalytischen Teilchen kombiniert werden können,
um eine Schicht zu bilden, und jeder beliebige Typ von Teilchen
aus anorganischem Oxid kann eingesetzt werden. Zu Beispielen derartiger
Teilchen aus anorganischem Oxid gehören Teilchen aus einem
einzelnen Oxid, wie beispielsweise Siliziumoxid, Aluminiumoxid,
Zirkonoxid, Ceroxid, Yttriumoxid, Boroxid, Magnesiumoxid, Kalziumoxid,
Ferrit, amorphes Titanoxid und Hafniumoxid, sowie Teilchen eines
zusammengesetzten Oxids, wie beispielsweise Barium-Titanoxid und
Kalzium-Siliziumoxid, vorzugsweise Siliziumoxidteilchen. Diese Teilchen aus
anorganischem Oxid liegen vorzugsweise in Form von wässrigem
Kolloid mit Wasser als einem Dispersionsmedium oder in einer orga nischen
Sol-Form einer kolloiden Dispersion in einem hydrophilen Lösungsmittel,
wie beispielsweise Ethylalkohol, Propylalkohol oder Ethylenglykol
vor, und besonders bevorzugt wird kolloides Siliziumoxid. Gemäß einem
bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung beträgt die
durchschnittliche Teilchengröße der Teilchen aus
anorganischem Oxid vorzugsweise 10 nm oder mehr und weniger als
40 nm, noch besser 10 nm bis 30 nm. Die durchschnittliche Teilchengröße
wird als ein numerischer Durchschnittswert berechnet, der ermittelt
wird, indem die Längen von 100 Teilchen gemessen werden,
die willkürlich aus den Teilchen ausgewählt werden,
die sich innerhalb eines Sichtfeldes befinden, das mit einem Rasterelektronenmikroskop
200.000-fach vergrößert wird. Die am besten geeignete
Form des Teilchens ist eine vollkommene Kugel, jedoch kann ein annähernd
rundes oder elliptisches Teilchen eingesetzt werden, wobei in diesem Fall
die Länge des Teilchens ungefähr mit ((langer
Durchmesser + kurzer Durchmesser)/2) berechnet wird. Innerhalb dieser
Bereiche sind die Wetterbeständigkeit, die Abbaubarkeit
schädlicher Gase und die gewünschten Beschichtungseigenschaften
(wie beispielsweise Ultraviolett-Absorptionsvermögen, Transparenz
und Schichtfestigkeit) effektiv vorhanden. Es ist insbesondere auch
möglich, eine transparente fotokatalytische Schicht mit
besonders gutem Haftvermögen herzustellen.
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Der
Gehalt der Teilchen aus anorganischem Oxid in der fotokatalytischen
Schicht oder der Beschichtungsflüssigkeit der vorliegenden
Erfindung beträgt 70 oder mehr Gewichtsteile und weniger
als 99 Gewichtsteile, vorzugsweise 80 bis 95 Gewichtsteile, noch
besser 85 bis 95 Gewichtsteile und am besten 90 bis 95 Gewichtsteile
in Bezug auf die 100 Gewichtsteile der fotokatalytischen Teilchen,
der Teilchen aus anorganischem Oxid und des hydrolysierbaren Silikons.
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Die
fotokatalytische Schicht der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise
im Wesentlichen frei von dem hydrolysierbaren Silikon, noch besser
vollständig frei von dem hydrolysierbaren Silikon. Hydrolysierbares Silikon
ist ein allgemeiner Name für Organosiloxan mit einer Alkoxy-Gruppe
und/oder einem Teilhydrolyse-Kondensat des Organosiloxans. Das hydrolysierbare
Silikon kann jedoch als optionale Komponente in einer Menge zugesetzt
werden, durch die die Abbaubarkeit schädlicher Gase der
vorliegenden Erfindung gewährleistet werden kann. Dementsprechend
beträgt der Gehalt an dem hydrolysierbaren Silikon auf
Basis von Siliziumoxid 0 oder mehr Gewichtsteile und weniger als
10 Gewichtsteile, vorzugsweise 5 oder weniger Gewichtsteile, am
besten 0 Gewichtsteile, in Bezug auf die 100 Gewichtsteile der fotokatalytischen
Teilchen, der Teilchen aus anorganischem Oxid und des hydrolysierbaren
Silikons. Eine tetrafunktionale Silikonverbindung wird häufig
als hydrolysierbares Silikon eingesetzt und ist im Handel beispielsweise
als Ethylsilikat 40 (Oligomer, R ist eine Ethylgruppe), Ethylsilikat
48 (Oligomer, R ist eine Ethylgruppe), Methylsilikat 551 (Oligomer,
R ist eine Methylgruppe), erhältlich, die sämtlich
von Colcoat Co. Ltd. hergestellt werden.
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Die
oberflächenaktive Substanz, die in der vorliegenden Erfindung
eingesetzt werden kann, kann der fotokatalytischen Schicht in einer
Menge von 0 oder mehr Gewichtsteile und weniger als 10 Gewichtsteilen
als eine optionale Komponente, vorzugsweise 0 bis 8 Gewichtsteilen,
besser 0 bis 6 Gewichtsteilen, zugesetzt werden. Einer der Effekte
der oberflächenaktiven Substanz besteht darin, dass sie
Nivellierung auf dem Substrat ermöglicht. Daher kann die
Menge an oberflächenaktiver Substanz in geeigneter Weise
innerhalb des vorgegebenen Bereiches in Abhängigkeit von
der Kombination aus der Beschichtungsflüssigkeit und dem
Substrat bestimmt werden. In diesem Fall kann die Untergrenze des
Gehalts an der oberflächenaktiven Substanz 0,1 Gewichtsteile
betragen. Die oberflächenaktive Substanz ist eine Komponente,
die die Beschichtungseigenschaften der fotokatalytische Beschichtungsflüssigkeit
verbessert. In der fotokatalytischen Schicht, die nach dem Beschichten
entsteht, tritt jedoch die oberflächenaktive Substanz als
unvermeidbare Verunreinigung auf, die nicht zu den Vorteile beiträgt,
die durch den fotokatalytisch beschichteten Körper der
vorliegenden Erfindung geschaffen werden. Dementsprechend kann die
oberflächenaktive Substanz innerhalb des oben erwähnten
Bereiches an Gehalten in Abhängigkeit von den für
die fotokatalytische Beschichtungsflüssigkeit erforderlichen
Beschichtungseigenschaften eingesetzt werden. Wenn Beschichtungseigenschaften
keine Rolle spielen, ist es möglich, dass im Wesentlichen
keine oder keine oberflächenaktive Substanz enthalten ist.
Eine einzusetzende oberflächenaktive Substanz kann in geeigneter
Weise unter dem Aspekt der Dispersionsstabilität von fotokatalytischen
Teilchen oder Teilchen aus anorganischem Oxid oder Beschichtungseigenschaften
ausgewählt werden, wenn die Beschichtung auf eine Zwischenschicht
aufgetragen wird. Zu bevorzugten Beispielen der oberflächenaktiven
Substanz gehören nichtionische oberflächenaktive
Substanzen, noch besser nichtionische oberflächenaktive
Substanzen von Ether-Typ, nichtionische oberflächenaktive
Substanzen vom Ester-Typ, nichtionische oberflächenaktive
Substanzen vom Polyalkylen-Glykol-Typ, fluorierte nichtionische oberflächenaktive
Substanzen und nichtionische oberflächenaktive Substanzen
auf Siliziumbasis.
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Die
fotokatalytische Beschichtungsflüssigkeit der vorliegenden
Erfindung kann erzeugt werden, indem die fotokatalytischen Teilchen,
die Teilchen aus anorganischem Oxid und wahlweise das hydrolysierbare
Silikon sowie die oberflächenaktive Substanz in dem oben
aufgeführten Anteil in einem Lösungsmittel dispergiert werden.
Es kann jeder beliebige Typ Lösungsmittel eingesetzt werden,
in dem die oben beschriebenen Bestandteile entsprechend dispergiert
werden können, und es kann sich um Wasser oder um ein organisches Lösungsmittel
handeln. Bezüglich der Feststoffkonzentration der fotokatalytische
Beschichtungsflüssigkeit der vorliegenden Erfindung bestehen
keine speziellen Beschränkungen, jedoch betragen sie zum
einfachen Beschichten vorzugsweise 1 Gew.-% bis 10 Gew.-%. Analyse
der Bestandteile in der fotokatalytischen Zusammensetzung kann ausgeführt
werden, indem Ultrafiltration eingesetzt wird, um die Beschichtungsflüssigkeit
in Teilchenbestandteile und ein Filtrat zu trennen, die jeweils
mit Infrarot-Spektroskopanalyse, Gelpermeations-Chromatografie,
spektrochemische Röntgenfluoreszenz-Analyse oder dergleichen
zur Spektralanalyse analysiert werden.
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Herstellungsprozess
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Der
fotokatalytisch beschichtete Körper der vorliegenden Erfindung
kann einfach hergestellt werden, indem die fotokatalytische Beschichtungsflüssigkeit
der vorliegenden Erfindung auf das Substrat aufgetragen wird. Das
Auftragen der fotokatalytischen Schicht kann mit herkömmlichen
Verfahren ausgeführt werden, zu denen Auftragen mit Bürsten,
Walzen, Spritzen, Walzenauftragmaschinen, Flow-Coat-Maschinen, Tauchbeschichtung,
Siebdrucken, elektrolytische Abscheidung, Dampfphasenabscheidung
und dergleichen gehören. Die Beschichtungsflüssigkeit
kann nach dem Auftragen auf das Substrat bei Raumtemperatur getrocknet
werden, oder, wenn erforderlich, durch Erhitzen getrocknet werden.
Da die fotokatalytische Schicht des fotokatalytisch beschichteten
Körpers der vorliegenden Erfindung weniger dazu neigt,
organische Materialien zu korrodieren, die für fotokatalytische
Aktivität anfällig sind, ist es möglich,
eine fotokatalytische Schicht allein ohne eine Zwischenschicht einzusetzen,
um einen fotokatalytisch beschichteten Körper herzustellen,
der die überlegenen Funktionen aufweist. Es ist daher möglich,
Zeit und Kosten zu sparen, die beim Herstellen von fotokatalytisch
beschichteten Körpern aufgrund der Notwendigkeit der Ausbildung
der Zwischenschicht erforderlich sind.
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Beispiele
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Die
vorliegende Erfindung wird ausführlich unter Bezugnahme
auf die folgenden Beispiele beschrieben, jedoch ist die vorliegende
Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt.
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Im
Folgenden werden die Rohstoffe beschrieben, die zum Herstellen einer
fotokatalytischen Beschichtungsflüssigkeit in den folgenden
Beispielen eingesetzt werden.
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Fotokatalytische Teilchen
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- – Wässrige Dispersion von
Titanoxid (durchschnittlicher Teilchendurchmesser: 30 nm bis 60
nm, elementar)
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Teilchen aus anorganischem Oxid
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- – Kolloides Siliziumoxid in Form wässriger
Dispersion (hergestellt von Nissan Chemical Industrials Ltd., Handelsname:
SNOWTEX 50, Teilchendurchmesser: 20 nm bis 30 nm, Feststoffgehalt:
48%) (in den Beispielen 1 bis 19 sowie den Beispielen 24 bis 27
eingesetzt)
- – Kolloides Siliziumoxid in Form wässriger
Dispersion (hergestellt von Nissan Chemical Industrials Ltd., Handelsname:
SNOWTEX 40, Teilchendurchmesser: 10 nm bis 20 nm, Feststoffgehalt:
40%) (in Beispiel 20 eingesetzt)
- – Kolloides Siliziumoxid in Form wässriger
Dispersion (hergestellt von Nissan Chemical Industrials Ltd., Handelsname:
SNOWTEX 50, Teilchendurchmesser: 20 nm bis 30 nm, Feststoffgehalt
48%) (in Beispiel 21 eingesetzt)
- – Kolloides Siliziumoxid in Form wässriger
Dispersion (hergestellt von Nissan Chemical Industrials Ltd., Handelsname:
SNOWTEX S, Teilchendurchmesser: 8 nm bis 11 nm, Feststoffgehalt:
30%) (in Beispiel 22 eingesetzt)
- – Kolloides Silziumoxid in Form wässriger
Dispersion (hergestellt von Nissan Chemical Industrials Ltd., Handelsname:
SNOWTEX XS, Teilchendurchmesser 4 nm bis 6 nm, Feststoffgehalt:
20%) (in Beispiel 23 eingesetzt)
-
Hydrolysierbares Silikon
-
- – Polykondensat von Tetramethoxysilan
(hergestellt von Tama Chemicals Co., Ltd., Handelsname: M silicate
51)
-
Oberflächenaktive Substanz
-
- – Oberflächenaktive Substanz
in Form von polyether-modifiziertem Silikon (hergestellt von Shin-Etsu
Chemical Co., Ltd., Handelsname: silikonmodifiziertes Polyether
(KF-643))
-
Beispiele 1–7: Bewertung der
Wetterbeständigkeit
-
Ein
fotokatalytisch beschichteter Körper, der eine fotokatalytische
Schicht aufweist, wurde wie folgt hergestellt. Ein farbiger, organisch
beschichteter Körper wurde als ein Substrat gefertigt.
Der farbige, organisch beschichtete Körper wurde erzeugt,
indem eine Floatglas-Platte mit einem Mehrzweck-Acryl-Silikon beschichtet
wurde, dem Rußpulver zugesetzt war, und anschließend
ausreichend getrocknet und ausgehärtet wurde. Des Weiteren
wurde eine fotokatalytische Beschichtungsflüssigkeit gefertigt,
indem eine wässrige Dispersion von Titandioxid als ein
Fotokatalysator, ein kolloides Siliziumoxid in Form wässriger
Dispersion als ein anorganisches Oxid, Wasser als ein Lösungsmittel
und eine oberflächenaktive Substanz in Form von polyether-modifiziertem
Silikon in den in Tabelle 1 gezeigten Anteilen gemischt wurden.
Es ist zu bemerken, dass die fotokatalytische Beschichtungsflüssigkeit
das hydrolysierbare Silikon nicht enthält. Die Gesamt-Feststoffkonzentration
des Fotokatalysators und des anorganischen Oxids in der fotokatalytischen
Beschichtungsflüssigkeit betrug 5,5 Gew.-%.
-
Die
so erzeugte fotokatalytische Beschichtungsflüssigkeit wurde
mittels Spritzbeschichten auf den farbigen, organisch beschichteten
Körper aufgetragen, der zuvor auf 50°C erhitzt
worden war. Die fotokatalytische Beschichtungsflüssigkeit
wurde dann 5 Minuten lang bei 120°C getrocknet. Auf diese
Weise wurde eine fotokatalytische Schicht ausgebildet, um einen
fotokatalytisch beschichteten Körper zu erzeugen. Beim
Messen der Schichtdicke der fotokatalytischen Schicht mit einem
Rasterelektronenmikroskop betrug die Schichtdicke in jedem der Beispiele
1 bis 7 ungefähr 0,5 μm.
-
Der
so erzeugte fotokatalytisch beschichtete Körper in der
Größe von 50 mm × 100 mm wurde einem im
Folgenden beschriebenen Bewitterungstest unterzogen. Der fotokatalytisch beschichtete
Körper wurde in eine Sonnen-Bewitterungsanlage (sunshine
weather meter) (hergestellt von SUGA TEST INSTRUMENTS CO., LTD.,
S-300C) gemäß JIS B7753 eingelegt.
Nach Ablauf von 300 Stunden wurde ein Teststück entnommen,
um einen Farbunterschied zwischen dem Zustand vor und nach dem beschleunigten
Test mit dem von Nippon Denshoku Instruments Co., Ltd. hergestellten
Color Meter ZE2000 zu messen. Die Werte Δb der Messung
wurden verglichen, um den Grad der Farbänderung zu bewerten.
-
Die
Ergebnisse sind in Tabelle 1 und
1 dargestellt,
wobei „G” bedeutet, dass die Farbe geringfügige
Veränderung aufwies und „NG” bedeutet,
dass die Werte Δb positiv waren (Gelb-Verfärbung).
Es hat sich, wie in Tabelle 1 und
1 gezeigt,
herausgestellt, dass der fotokatalytisch beschichtete Körper
ausreichende Wetterbeständigkeit aufweist, um den Gehalt
an Fotokatalysator in der fotokatalytischen Schicht auf weniger als
20 Gewichtsteile, vorzugsweise 15 Gewichtsteile oder weniger, festzulegen,
selbst wenn die fotokatalytische Schicht auf dem organischen Substrat
ausgebildet wird. Tabelle 1
| Beispiel
1 | Titanoxid-Teilchen (Gewichtsteile) | Siliziumoxid-Teilchen
(Gewichtsteile) | oberflächenaktive Substanz
(Gewichtsteile) | Δb |
| 1 | 1 | 99 | 6 | G |
| 2 | 5 | 95 | 6 | G |
| 3 | 10 | 90 | 6 | G |
| 4 | 15 | 85 | 6 | G |
| 5 | 18 | 82 | 6 | G |
| 6* | 20 | 80 | 6 | NG |
| 7* | 30 | 70 | 6 | NG |
-
Beispiele 8–11: Bewertung der
Abbaubarkeit schädlicher Gase
-
Ein
fotokatalytisch beschichteter Körper, der eine fotokatalytische
Schicht aufweist, wurde wie folgt hergestellt. Ein farbiger, organisch
beschichteter Körper wurde als ein Substrat gefertigt.
Der farbige, organisch beschichtete Körper wurde erzeugt,
indem eine Floatglas-Platte mit einem Mehrzweck-Acryl-Silikon beschichtet
wurde, dem Rußpulver zugesetzt war, und anschließend
ausreichend getrocknet und ausgehärtet wurde. Des Weiteren
wurde eine fotokatalytische Beschichtungsflüssigkeit gefertigt,
indem eine wässrige Titanoxid-Dispersion als ein Fotokatalysator,
ein kolloides Siliziumoxid in Form einer wässrigen Dispersion
als ein anorganisches Oxid, Wasser als ein Lösungsmittel,
eine oberflächenaktive Substanz in Form von polyether-modifiziertem
Silikon und ein Polykondensat von Tetramethoxysilan als ein hydrolysierbares
Silikon in den in 2 gezeigten Anteilen gemischt
wurden. Es ist zu bemerken, dass die fotokatalytische Beschichtungsflüssigkeiten
in den Beispielen 8 und 10 das hydrolysierbare Silikon nicht enthalten.
Die Gesamt-Feststoffkonzentration des Fotokatalysators und des anorganischen
Oxids in der fotokatalytische Beschichtungsflüssigkeit
betrug 5,5 Gew.-%.
-
Die
so erzeugte fotokatalytische Beschichtungsflüssigkeit wurde
mittels Spritzbeschichten auf den farbigen, organisch beschichteten
Körper aufgetragen, der zuvor auf 50°C erhitzt
worden war. Die fotokatalytische Beschichtungsflüssigkeit
wurde dann 5 Minuten lang bei 120°C getrocknet. Auf diese
Weise wurde eine fotokatalytische Schicht ausgebildet, um einen
fotokatalytisch beschichteten Körper zu erzeugen. Beim
Messen der Schichtdicke (μm) der fotokatalytischen Schicht
mit einem Rasterelektronenmikroskop betrug die Schichtdicke bei
jedem der Beispiele 8 bis 11 ungefähr 1 μm.
-
Ein
Gasabbautest wurde, wie im Folgenden beschrieben, an dem so erzeugten
fotokatalytisch beschichteten Körper in einer Größe
von 50 mm × 100 mm durchgeführt. Als eine Vorbehandlung
wurde der fotokatalytisch beschichtete Körper 12 Stunden
lang oder länger mit BLB-Licht bei 1 mW/cm2 bestrahlt.
Die Probe des beschichteten Körpers wurde in eine Reaktionseinrichtung
gemäß JIS R1701 eingelegt. Auf
50% relative Feuchtigkeit und 25°C regulierte Luft wurde
mit NO-Gas in einer Menge von ungefähr 1.000 ppb gemischt und
20 Minuten lang in die lichtabgeschirmte Reaktionseinrichtung eingeleitet.
Während das Gas eingeleitet wurde, wurde das BLB-Licht
20 Minuten lang bei 3 mW/cm2 angewendet.
Die Reaktionseinrichtung wurde dann in einem Zustand, in dem das
Gas eingeleitet wurde, wieder gegenüber Licht abgeschirmt.
Die entfernte Menge an NOx wurde anhand der NO-Konzentrationen und
der NO2-Konzentrationen vor und nach der
Bestrahlung mit dem BLB-Licht gemäß der folgenden
Gleichung berechnet. Entfernte Menge an NOx =
[NO (nach BLB-Bestrahlung) – NO (bei BLB-Bestrahlung)] – [NO2 (bei BLB-Bestrahlung) – NO2 (nach BLB-Bestrahlung)]
-
Die
Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt, wobei „G” bedeutet,
dass die entfernte Menge an NOx 400 ppb oder mehr beträgt
und „NG” bedeutet, dass die entfernte Menge an
NOx 10 ppb oder weniger beträgt. Es hat sich, wie in Tabelle
2 gezeigt, herausgestellt, dass die fotokatalytische Schicht, die
die fotokatalytischen Teilchen und das anorganische Oxid umfasst,
und im Wesentlichen frei von dem hydrolysierbaren Silikon ist, NOx
zufriedenstellend abbaute. Weiterhin hat sich herausgestellt, dass
bei der fotokatalytischen Schicht, die 10 Gewichtsteile des hydrolysierbaren
Silikons enthält, die Abbaubarkeit von NOx verlorenging. Tabelle 2
| Beispiel | Titanoxid-Teilchen
(Gewichtsteile) | Siliziumoxid-Teilchen (Gewichtsteile) | hydrolysierbares
Silikon (Gewichtsteile) | oberflächenaktive
Substand (Gewichtsteile) | entfernte
Menge an NOx |
| 8 | 10 | 90 | 0 | 6 | G
(461 ppb) |
| 9* | 10 | 80 | 10 | 6 | NG
(2 ppb) |
| 10 | 15 | 85 | 0 | 6 | G
(532 ppb) |
| 11 | 15 | 80 | 5 | 6 | G
(441 ppb) |
-
Beispiele 12–19: Messung der
linearen Transmission und der UV-Abschirmrate
-
Ein
fotokatalytisch beschichteter Körper, der eine fotokatalytische
Schicht aufweist, wurde wie folgt hergestellt. Eine Floatglas-Platte
mit einem Transmissionsgrad von 94% bei der Wellenlänge
von 550 nm wurde als ein Substrat gefertigt. Des Weiteren wurde
eine fotokatalytische Beschichtungsflüssigkeit gefertigt,
indem eine wässrige Dispersion von Titanoxid als ein Fotokatalysator,
ein kolloides Siliziumoxid in Form wässriger Dispersion
als ein anorganisches Oxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser
von 20 nm bis 30 nm, Wasser als ein Lösungsmittel und eine
oberflächenaktive Substanz in Form von polyether-modifiziertem
Silikon in den in Tabelle 3 gezeigten Anteilen gemischt wurden.
Es ist zu bemerken, dass die fotokatalytische Beschichtungsflüssigkeit
das hydrolysierbare Silikon nicht enthält. Die Gesamt-Feststoffkonzentration des
Fotokatalysators und des anorganischen Oxids in der fotokatalytische
Beschichtungsflüssigkeit betrug 5,5 Gew.-%.
-
Die
so erzeugte fotokatalytische Beschichtungsflüssigkeit wurde
mittels Spritzbeschichten auf den farbig, organisch beschichteten
Körper aufgetragen, der zuvor auf 50°C erhitzt
worden war. Die fotokatalytische Beschichtungsflüssigkeit
wurde dann 5 Minuten lang bei 120°C getrocknet. Auf diese
Weise wurde eine fotokatalytische Schicht ausgebildet, um einen
fotokatalytisch beschichteten Körper zu erzeugen. Beim
Messen der Schichtdicke (μm) der fotokatalytischen Schicht
mit einem Rasterelektronenmikroskop wurden Werte erzielt, wie sie
in 3 dargestellt sind.
-
Messungen
der linearen Transmission bei 550 nm sowie der Abschirmrate gegenüber
ultraviolettem Licht (300 nm) wurden, wie im Folgenden beschrieben,
an einem fotokatalytisch beschichteten Körper in der Größe
von 50 mm × 100 mm unter Verwendung eines UV/VUS/NIR-Spektrofotometers
(hergestellt von Shimadzu Corporation, UV-3150) durchgeführt.
-
Die
Ergebnisse sind in Tabelle 3 und 2 und 3 dargestellt.
Bewertung der linearen Transmission und der Ultraviolett-Abschirmrate
wurden gemäß den folgenden Kriterien durchgeführt.
-
Lineare Transmission
-
- A: lineare Transmission bei 550 nm beträgt 97%
oder mehr
- B: lineare Transmission bei 550 nm beträgt 95% oder
mehr und weniger als 97%
- C: lineare Transmission bei 550 nm beträgt weniger
als 95%
-
UV-Abschirmrate
-
- A: Abschirmrate gegenüber UV-Licht (300 nm) beträgt
80% oder mehr
- B: Abschirmrate gegenüber UV-Licht (300 nm) beträgt
30% oder mehr und weniger als 80%
- C: Abschirmrate gegenüber UV-Licht (300 nm) beträgt
weniger als 30%
-
Wie
in Tabelle 3,
2 und
3 gezeigt
ist, hat sich herausgestellt, dass es möglich ist, das
ultraviolette Licht, das Alterung der organischen Substanz verursacht,
ausreichend abzuschirmen, und Transparenz zu gewährleisten,
indem die Schichtdicke auf 3 μm oder weniger eingestellt
wird, wenn der Gehalt an dem Fotokatalysator in der fotokatalytischen
Schicht von 5 bis 15 Gewichtsteilen reicht. Tabelle 3
| Bei spiel | Titanoxid-Teilchen (Gewichtsteile) | Siliziumoxid-Teilchen (Gewichtsteile) | oberflächenaktive
Substanz (Gewichtsteile) | Schichtdicke
(μm) | Lineare Transmission
(550 nm) | UV-Abschirmrate (300
nm) |
| 12 | 5 | 95 | 6 | 0,5 | A | B |
| 13 | 5 | 95 | 6 | 1,5 | A | B |
| 14 | 10 | 90 | 6 | 0,5 | A | B |
| 15 | 10 | 90 | 6 | 1,5 | A | A |
| 16 | 5 | 95 | 6 | 3 | B | A |
| 17 | 10 | 90 | 6 | 3 | B | A |
| 18 | 1 | 99 | 6 | 0,5 | A | C |
| 19 | 1 | 99 | 6 | 1,5 | A | C |
-
Beispiele 20–23: Messung von
Trübung
-
Ein
fotokatalytisch beschichteter Körper, der eine fotokatalytische
Schicht aufweist, wurde wie folgt hergestellt. Eine Floatglas-Platte
mit einem Transmissionsgrad von 94% bei der Wellenlänge
von 550 nm wurde als ein Substrat gefertigt. Des Weiteren wurde
eine fotokatalytische Beschichtungsflüssigkeit gefertigt,
indem eine wässrige Dispersion von Titandioxid als ein
Fotokatalysator, kolloides Siliziumoxid in Form wässriger Dispersion
als anorganisches Oxid mit in 4 gezeigten
durchschnittlichen Teilchendurchmessern, Wasser als ein Lösungsmittel
und eine oberflächenaktive Substanz in Form von polyether-modifiziertem
Silikon in den in Tabelle. 4 gezeigten Anteilen gemischt wurden.
Es ist zu bemerken, dass die fotokatalytische Beschichtungsflüssigkeit
das hydrolysierbare Silikon nicht enthält. Die Gesamt-Feststoffkonzentration
des Fotokatalysators und des anorganischen Oxids in der fotokatalytische
Beschichtungsflüssigkeit betrug 5,5 Gew.-%.
-
Die
so erzeugte fotokatalytische Beschichtungsflüssigkeit wurde
mittels Schleuderbeschichten bei einer Drehzahl von 1.000 U/min
10 Sekunden lang aufgetragen und dann 5 Minuten lang bei 120°C
getrocknet, um eine fotokatalytische Schicht auszubilden. Die Trübung
wurde an einem fotokatalytisch beschichteten Körper in
der Größe von 50 mm × 100 mm unter Verwendung
eines Trübungsmessers (hergestellt von Gardner Corporation,
haze-gard plus) gemessen.
-
Die
Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt. Es hat sich, wie in Tabelle
4 gezeigt, herausgestellt, dass der Trübungswert auf weniger
als 1% reduziert werden kann, so dass Transparenz gewährleistet
ist, indem der Teilchendurchmesser der Metalloxidteilchen in der
fotokatalytischen Schicht auf 10 nm bis 30 nm eingestellt wird. Tabelle 4
| Bei spiel | Titanoxid-Teilchen
(Gewichtsteile) | Siliziumoxid-Teilchen (Gewichtsteile) | Durchmesser der
Siliziumoxidteilchen | oberflächenaktive
Substanz (Gewichtsteile) | Trübung
(%) |
| 20 | 10 | 90 | 10–20 | 6 | 0,68 |
| 21 | 10 | 90 | 20–30 | 6 | 0,48 |
| 22 | 10 | 90 | 8–11 | 6 | 1,11 |
| 23 | 10 | 90 | 4–6 | 6 | 1,22 |
-
Beispiele 24–27: Bewertung von
Einfluss durch Hinzufügen von oberflächenaktiver
Substanz
-
Ein
fotokatalytisch beschichteter Körper, der eine fotokatalytische
Schicht aufweist, wurde wie folgt hergestellt. Ein farbiger, organisch
beschichteter Körper wurde als ein Substrat gefertigt.
Der farbige, organisch beschichtete Körper wurde erzeugt,
indem eine Floatglas-Platte mit einem Mehrzweck-Acrylsilikon beschichtet wurde,
dem ein Rußpulver zugesetzt war, und anschließend
ausreichend getrocknet und ausgehärtet wurde. Des Weiteren
wurde eine fotokatalytische Beschichtungsflüssigkeit erzeugt,
indem ein wässrige Dispersion von Titanoxid als ein Fotokatalysator,
kolloides Silziumoxid in Form wässriger Dispersion als
ein anorganisches Oxid, Wasser als ein Lösungsmittel und
eine oberflächenaktive Substanz in Form von polyether-modifiziertem Silikon
in den in 5 gezeigten Anteilen gemischt
wurden. Es ist zu bemerken, dass die fotokatalytische Beschichtungsflüssigkeit
das hydrolysierbare Silikon nicht umfasst. Die Gesamt-Feststoffkonzentration
des Fotokatalysators und des anorganischen Oxids in der fotokatalytische
Beschichtungsflüssigkeit betrug 5,5 Gew.-%.
-
Die
so erzeugte fotokatalytische Beschichtungsflüssigkeit wurde
mittels Spritzbeschichten auf den farbigen, organisch beschichteten
Körper aufgetragen, der zuvor auf 50°C bis 60°C
erhitzt worden war. Die fotokatalytische Beschichtungsflüssigkeit
wurde 5 Minuten lang bei 120°C getrocknet. Auf diese Weise
wurde eine fotokatalytische Schicht ausgebildet, um einen fotokatalytisch
beschichteten Körper zu erzeugen. Beim Messen der Schichtdicke
(μm) mit einem Rasterelektronenmikroskop betrug die Schichtdicke
bei jedem der Beispiele 24 bis 27 ungefähr 1 μm.
-
Ein
Gasabbautest wurde, wie im Folgenden beschrieben, an dem so erzeugten
Fotokatalysatorkörper in einer Größe
von 50 mm × 100 mm durchgeführt. Als eine Vorbehandlung
wurde der fotokatalytisch beschichtete Körper 12 Stunden
lang oder länger mit BLB-Licht bei 1 mW/cm2 bestrahlt.
Die Probe des beschichteten Körpers wurde in eine Reaktionseinrichtung
gemäß JIS R1701 eingelegt. Auf
50% relative Feuchtigkeit und 25°C regulierte Luft wurde
mit NO-Gas in einer Menge von ungefähr 1.000 ppb gemischt
und 20 Minuten lang in die lichtabgeschirmten Reaktionseinrichtung
eingeleitet. Während das Gas eingeleitet wurde, wurde das BLB-Licht
20 Minuten lang mit 3 mW/cm2 angewendet.
Die Reaktionseinrichtung wurde dann in einem Zustand, in dem das
Gas eingeleitet wurde, wieder gegenüber Licht abgeschirmt.
Die entfernte Menge an NOx wurde anhand der NO-Konzentra tionen und
der NO2-Konzentrationen vor und nach der
Bestrahlung mit dem BLB-Licht gemäß der folgenden
Gleichung berechnet: Entfernte Menge an NOx =
[NO (nach BLB-Bestrahlung) – NO (bei BLB-Bestrahlung)] – [NO2 (bei BLB-Bestrahlung) – NO2 (nach BLB-Bestrahlung)]
-
Die
Ergebnisse sind in
5 dargestellt,
wobei der Wirkungsgrad der Entfernung von NOx relativ zu dem Wirkungsgrad
100 der Entfernung in Beispiel 25 dargestellt sind. Es hat sich,
wie in Tabelle 5 gezeigt, herausgestellt, dass Erhöhung
der Menge der oberflächenaktiven Substanz zu einer Verringerung
des Wirkungsgrades der Entfernung führt. Tabelle 5
| Bei spiel | Titanoxid-Teilchen (Gewichtsteile) | Siliziumoxid-Teilchen
(Gewichtsteile) | oberflächenaktive Substanz
(Gewichtsteile) | Wirkungsgrad
der Entfernung von NOx (Bsp. 25 entspricht 100) |
| 24 | 10 | 90 | 0 | 98 |
| 25 | 10 | 90 | 6 | 100 |
| 26* | 10 | 90 | 10 | 85 |
| 27* | 10 | 90 | 33,3 | 79 |
-
Zusammenfassung
-
Fotokatalytisch beschichteter Körper
und fotokatalytische Beschichtungsflüssigkeit dafür
-
Offenbart
werden ein fotokatalytisch beschichteter Körper, der bezüglich
Wetterbeständigkeit, Abbaubarkeit von schädlichen
Gasen und verschiedener Beschichtungseigenschaften (wie beispielsweise
Ultraviolett-Absorptionsvermögen, Transparenz und Schichtfestigkeit) überlegen
ist und gleichzeitig Korrosion eines Substrats (insbesondere eines
organischen Substrats) verhindert, sowie eine fotokatalytische Beschichtungsflüssigkeit
dafür. Der fotokatalytisch beschichtete Körper
umfasst ein Substrat und eine auf dem Substrat vorhandene fotokatalytische
Schicht. Die fotokatalytische Schicht umfasst fotokatalytische Teilchen
in einer Menge von 1 oder mehr Gewichtsteil/en und weniger 20 Gewichtsteilen,
Teilchen aus anorganischem Oxid in einer Menge von 70 oder mehr
Gewichtsteilen und weniger als 99 Gewichtsteilen, sowie ein hydrolysierbares
Silikon in einer Menge von 0 oder mehr Gewichtsteilen und weniger
als 10 Gewichtsteilen, wenn eine Gesamtmenge der fotokatalytischen
Teilchen, der Teilchen aus anorganischem Oxid und des hydrolysierbaren
Silikons 100 Gewichtsteilen entspricht.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 1999-140432 [0003]
- - JP 1999-169727 [0004]
- - JP 2004-359902 [0005]
- - WO 97/00134 [0006]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - JIS B7753 [0034]
- - JIS R1701 [0038]
- - JIS R1701 [0050]