DE69630394T2

DE69630394T2 - Photokatalitisches verfahren zum hydrophil-machen einer oberfläche und verbundmaterial mit photokatalytisches hydrophil oberfläche

Info

Publication number: DE69630394T2
Application number: DE69630394T
Authority: DE
Inventors: Makoto Hayakawa; Eiichi Kojima; Keiichiro Kita-kyushu-shi NORIMOTO; Mitsuyoshi Kita-kyushu-shi MACHIDA; Atsushi Kita-kyushu-shi KITAMURA; Toshiya Kita-kyushu-shi WATANABE; Makoto Kita-kyushu-shi CHIKUNI; Akira Kawasaki-shi FUJISHIMA; Kazuhito Yokohama-shi HASHIMOTO
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1995-12-22
Filing date: 1996-12-18
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2016-12-19
Also published as: MY134705A; JPH10140046A; KR100429933B1; KR19990076677A; DE69630394D1; DK0869156T3; PT869156E; CA2241059C; CA2241059A1; ATE252140T1; JP2917525B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur starken Hydrophilierung der Oberfläche, von Gegenständen (d. h., die Oberfläche von Gegenständen hydrophil gestalten) durch die Wirkung eines Photokatalysators und auch ein Verbundmaterial mit einer hydrophilierbaren Oberfläche, die aus einem Photokatalysator ausgebildet ist. Sie kann zur Entnebelung, Bewuchsverhinderung und Selbstreinigung von Gegenständen und für andere Anwendungen verwendet werden.
JP-A-63-100042 offenbart ein Verfahren zur Ausbildung eines dünnen Titanoxidfilms, der eine Spurenmenge an Edelmetallen auf der Oberfläche eines Glasproduktes enthält, um zu verhindern, dass die Oberfläche des Glasprodukts verdreckt wird. Es offenbart auch, dass Verunreinigen, die auf der Oberfläche des Glaspartikels festkleben, durch die Wirkung ultravioletter Strahlen schnell zersetzt werden, so dass der Glasgegenstand widerstandsfähig gegen Verdrecken ist.
JP-A-61-083106 offenbart ein Verfahren zur Verhinderung des Verschmutzens einer Oberfläche eines festen Materials, das mit Wasser in Kontakt zu bringen ist, wobei besagtes Verfahren die Schritte der Beschichtung der Oberfläche des festen Materials mit einer Schicht eines halbleitenden Metalloxids und die anschließende Bestrahlung der Schicht mit sichtbarem Licht und/oder ultraviolettem Licht umfasst.
WO 95/11751 offenbart eine photokatalytische Bindemittelzusammensetzung, die verwendet werden kann, um photoaktive Oberflächen zur Entfernung von Verunreinigungen herzustellen.
Der vorliegende Erfinder hat bereits zuvor ein Verfahren zur starken Hydrophilierung der Oberfläche von Gegenständen durch die Wirkung eines Photokatalysators (internationale Veröffentlichung Nr. WO 96/29375) vorgeschlagen. Gemäß diesem Verfahren wird eine Beschichtung eines halbleitenden Photokatalysators, wie die Anataseform von Titanoxid auf der Oberfläche eines Gegenstands zur Verfügung gestellt. Die Photoanregung dieser photokatalytischen Beschichtung durch Aussetzen an Licht mit einer ausreichenden Intensität für einen ausreichenden Zeitraum ermöglicht es der Oberfläche der photokatalytischen Beschichtung in einem solchen Ausmaß hydrophiliert zu werden, dass sie einen Kontaktwinkel mit Wasser von ungefähr 0° bewirkt.
Wie in WO 96/29375 offenbart, ist die oben genannte stark hydrophilierbare photokatalytische Beschichtung auf verschiedene Gegenstände zur Entnebelung, Bewuchsverhinderung, Selbstreinigung und andere diverse Zwecke anwendbar. Wenn zum Beispiel die photokatalytische Schicht auf einem transparenten Gegenstand zur Verfügung gestellt wird, wie einer Windschutzscheibe für ein Fahrzeug, einer Fensterscheibe für ein Gebäude oder einem Brillenglas oder einem Spiegel, dann wird die Oberfläche der Beschichtung nach Photoanregung des Photokatalysators stark hydrophiliert, was die Vernebelung des Gegenstands durch Feuchtigkeitskondensat oder Dampf oder die Trübung durch Wassertröpfchen, die auf der Oberfläche davon haften, verhindert. Zudem, wenn ein Gebäude oder ein Gegenstand, der der Natur ausgesetzt ist, mit der photokatalytischen Beschichtung ausgestattet wird, werden ölabstoßender oder hydrophober Staub und Verunreinigungen, die auf der hydrophilierten Oberfläche festkleben, durch Regentropfen jedes Mal weggewaschen, wenn sie dem Regen ausgesetzt werden, was es der Oberfläche ermöglicht, sich selbst zu reinigen.
Es werden verschiedene Lichtquellen zur Photoanregung des Photokatalysators verwendet, die in der Lage sind, Licht zu emittieren, das eine höhere Energie als die Bandenabstandsenergie eines Photokatalysators, eines Halbleiters, aufweist. Im Falle eines Photokatalysators, bei dem die Fotoanregungswellenlänge in dem ultravioletten Bereich liegt, wie Titanoxid, ist ultraviolettes Licht zur Photoanregung eines solchen Photokatalysators notwendig. In einem solchen Fall, wenn der Gegenstand in einem Zustand ist, wie er bei dem Aussetzen an Sonnenlicht vorliegt, kann der Photokatalysator vorteilhaft durch ultraviolettes Licht, das im Sonnenlicht enthalten ist, angeregt werden.
Solange die Photoanregung anhält, behält die Oberfläche der photokatalytischen Beschichtung permanent ihre hydrophile Eigenschaft. Die Unterbrechung der Photoanregung resultiert in einer sich allmählich verringernden Hydrophilie der Oberfläche der photokatalytischen Beschichtung. Es wird davon ausgegangen, dass dies auf die Tatsache zurückzuführen ist, dass die Oberfläche der photokatalytischen Beschichtung allmählich mit einem hydrophoben Material kontaminiert wird. Sobald der Photokatalysator wieder photoangeregt wird, kommt die Hydrophilie zurück.
Im Falle einer Photoanregung in einer diskontinuierlichen Weise, wie die Photoanregung des Photokatalysators durch Sonnenlicht, wird die Hydrophilie der Oberfläche der photokatalytischen Beschichtung durch Unterbrechung der Photoanregung verringert, während die Wiederaufnahme der Photoanregung in einer Erholung der Hydrophilie resultiert. Somit wiederholen sich die Verringerung und Erholung der Hydrophilie abwechselnd.
Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das oben genannte konventionelle Verfahren zu verbessern, es einer Oberfläche zu ermöglichen, leichter hydrophiliert zu werden, und es zu ermöglichen, dass eine Oberfläche nach Aussetzen an schwächeres Licht stark hydrophiliert wird, d. h. bei geringerer Bestrahlungsintensität; und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches sogar wenn die Photoanregung unterbrochen ist, oder wenn ein Gegenstand in die Dunkelheit gestellt wird, einen hohen Grad an Hydrophilie, der einer Oberfläche vermittelt wird, für einen so lang wie möglichen Zeitraum ermöglicht; und es, wenn die Photoanregung nach der Unterbrechung der Photoanregung wieder aufgenommen wird, ermöglicht, dass die Hydrophilie einer Oberfläche nach Aussetzen an Licht für einen kurzen Zeitraum oder nach Aussetzen an schwaches Licht wieder hergestellt wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verbundmaterial zur Verwendung in der Durchführung der oben genannten Verfahren zur Verfügung zu stellen.
Somit stellt die vorliegende Erfidung

– ein Verbundmaterial mit einer hydrophilierbaren Oberfläche gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zur Verfügung, umfassend:
– ein Substrat,
– eine Schicht mit einer Feststoff/Gas-Zwischenfläche, die auf der Oberfläche des Substrats zur Verfügung gestellt wird, wobei besagte Schicht einen Photokatalysator enthält und eine feste Säure, die Al₂O₃·SiO₂ oder eine Oxidverbindung von Metallen ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus TiO₂/WO₃, WO₃/ZrO₂ und WO₃/SnO₂, und
– eine Schicht von Wassermolekülen, die physikalisch auf der Oberfläche von besagter Schicht adsorbiert sind, die den Photokatalysator als Reaktion auf die Photoanregung des Photokatalysators enthält; und ein Verbundmaterial mit einer Oberfläche, die adaptiert ist, um ölabweisend in Wasser gemacht zu werden, gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung, umfassend:
– ein Substrat, und
– eine Schicht mit einer Feststoff/Gas-Zwischenfläche, die auf der Oberfläche des Substrats zur Verfügung gestellt wird, wobei besagte Schicht einen Photokatalysator enthält und eine feste Säure, die Al₂O₃·SiO₂ oder eine Oxidverbindung von Metallen ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus TiO₂/WO₃, WO₃/ZrO₂ und WO₃/SnO₂, und
– wobei besagte Schicht adaptiert ist, in Reaktion auf eine Photoanregung von besagtem Photokatalysator die Wasserstoffbindungskomponente (ã_s ^h) in der Oberflächenenergie an besagter Zwischenfläche zu erhöhen.

Die vorliegende Erfindung stellt des Weiteren ein Verfahren zur Hydrophilierung der Oberfläche eines Substrats zur Verfügung, umfassend die Schritte:

– des zur Verfügungstellens eines Substrats, das mit einer Schicht beschichtet ist, die eine Feststoff/Gas-Zwischenfläche aufweist, wobei besagte Schicht einen Photokatalysator enthält und eine feste Säure, die Al₂O₃·SiO₂ oder eine Oxidverbindung von Metallen ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus TiO₂/WO₃, WO₃/ZrO₂ und WO₃/SnO₂, und
– der Photoanregung des Photokatalysators, um es Wassermolekülen zu ermöglichen, physikalisch auf die Oberfläche von besagter Schicht unter der photokatalytischen Wirkung von besagtem Photokatalysator zu adsorbieren; ein Verfahren zur Verstärkung der Ölabstoßung der Oberfläche eines Substrats in Wasser, umfassend die Schritte:
– des zur Verfügungstellens eines Substrats, das mit einer Schicht beschichtet ist, die eine Feststoff/Gas-Zwischenfläche aufweist, wobei besagte Schicht einen Photokatalysator enthält und eine feste Säure, die Al₂O₃·SiO₂ oder eine Oxidverhindung von Metallen ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus TiO₂/WO₃, WO₃/ZrO₂ und WO₃/SnO₂, und
– der Photoanregung des Photokatalysators zur Erhöhung einer Wasserstofibindungskomponente (ã_s ^h) in der Oberflächenenergie in der Feststoff/Gas-Zwischenschicht von besagter Schicht unter der photokatalytischen Wirkung von besagtem Photokatalysator; und ein Verfahren zur Reinigung eines Substrats, umfassend die Schritte:
– des zur Verfügungstellens eines Substrats, das mit einer Schicht beschichtet ist, die eine Feststoff/Gas-Zwischenfläche aufweist, wobei besagte Schicht einen Photokatalysator enthält und eine feste Säure, die Al₂O₃·SiO₂ oder eine Oxidverbindung von Metallen ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus TiO₂/WO₃, WO₃/ZrO₂ und WO₃/SnO₂, und
– der Photoanregung des Photokatalysators zur Verstärkung einer Wasserstofibindungskomponente (ã_s ^h) in der Oberflächenenergie in der Feststoff/Gas-Zwischenfläche von besagter Schicht unter der photokatalytischen Wirkung von besagtem Photokatalysator, und
– des Eintauchens des Substrats in Wasser oder des Benetzens des Substrats mit Wasser, um einen Ölfleck freizusetzen, der an der Oberfläche des Substrats klebt.

Das Verbundmaterial gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung kann zum Beispiel für Fensterscheiben für Gebäude, Fensterscheiben und Windschutzscheiben für Fahrzeuge, Schiffe, Spiegel, Linsen, Scheiben von Taucherbrillen und Helmen und Deckgläser für Messinstrumente verwendet werden.
Das Verbundmaterial gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung kann zum Beispiel für Maschinen und Teile, Geschirr und Küchenutensilien verwendet werden.
Es ist bekannt, dass die Oberflächenenergie ã_s an der Zwischenfläche eines Feststoffes und eines Gases aus drei Komponenten besteht, einer molekularen Dispersionskraft ã_s ^d, einer Dipohnomentkomponente ã_s ^P und einer Wasserstofibindungskomponente ã_s ^h.
Der vorliegende Erfinder hat herausgefunden, dass die Hydrophilierung der Oberfläche einer photokatalytischen Beschichtung nach Photoanregung eines Photokatalysators eine wesentliche Erhöhung in nur der Wasserstofibindungskomponente ã_s ^h unter den drei Komponenten in der Oberflächenenergie ã_s bewirkt.
Der vorliegende Erfinder hat zudem herausgefunden, dass die Hydrophilierung der photokatalytischen Beschichtung auf die physikalische Adsorption von Wasser auf der Oberfläche einer photokatalytischen Beschichtung durch photokatalytische Wirkung zurückzuführen ist.
Diese Erfindung wurde basierend auf einer solchen Entdeckung gemacht und gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine photokatalytische Beschichtung, die einen Photokatalysator enthält, auf einem Substrat zur Verfügung gestellt. Nach Photoanregung des Photokatalysators durch Bestrahlung der photokatalytischen Beschichtung mit Licht, bewirkt die photokatalytische Wirkung eine Erhöhung in der Wasserstoffbindungskomponente ã_s ^h in der Oberflächenenergie ã_s in der Feststoff/Gas-Zwischenfläche der photokatalytischen Beschichtung, was die physikalische Adsorption von Wassermolekülen durch eine Wasserstoffbindung beschleunigt, was in der Ausbildung einer hochdichten physikalisch adsorbierten Wasserschicht auf der Oberfläche der photokatalytischen Beschichtung resultiert.
Somit erleichtert die Ausbildung einer physikalisch adsorbierten Wasserschicht auf der Oberfläche der photokatalytischen Beschichtung einen hohen Grad an Hydrophilierung. Bedingt durch das Vorhandensein der physikalisch adsorbierten Wasserschicht wird die Hydrophilie der Oberfläche der photokatalytischen Beschichtung sogar für einen langen Zeitraum beibehalten nachdem die Photoanregung unterbrochen wurde, was die allmähliche Verringerung der Hydrophilie minimiert. Wenn der Photokatalysator wieder photoangeregt wird, kann die Hydrophilie der Oberfläche leicht durch Aussetzen der Oberfläche an Licht für einen kurzen Zeitraum oder durch Belichtung der Oberfläche mit schwachem Licht wieder hergestellt werden.
Gemäß der Entdeckung des vorliegenden Erfinders steht die Hydrophilie der Oberfläche der photokatalytischen Beschichtung mit der Wasserstoffbindungskomponente ã_s ^h in der Oberflächenenergie in Verbindung. Daher wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das feste Material, das eine Wasserstoffbindungskomponente ã_s ^h in der Oberflächenenergie in der Feststoff/Gas-Zwischenfläche erhöht, auf der photokatalytischen Beschichtung getragen.
Da dieses die inhärent in der Oberflächenenergie der photokatalytischen Beschichtung (d. h., während der Nichtanregung des Photokatalysators) vorhandene Wasserstofibindungskomponente ã_s ^h verstärkt, wird die Wasserstoffbindungskomponente in der Oberflächenenergie während der Photoanregung des Photokatalysators entsprechend weiter angeregt. Dieses wiederum ermöglicht, dass die Ausbildung der physikalisch adsorbierten Wasserschicht durch die photokatalytische Wirkung weiter gefördert wird. Zusätzlich wird eine Verringerung der physikalisch adsorbierten Wasserschicht durch Unterbrechung der Photoanregung verzögert.
Materialien, die eine Wasserstofibindungskomponente ã_s ^h in der Oberflächenenergie der photokatalytischen Beschichtung erhöhen, umfassen feste Säuren, die als Proton-Donor (Brønsted-Säure) oder als ein Elektron-Akzeptor (Lewis-Säure) dienen und feste Basen, die als ein Elektron-Donor (Lewis-base) oder als ein Proton-Akzeptor (Brønsted-Base) dienen. Diese festen Säuren oder festen Basen haben per se eine hohe Wasserstoffbindungskomponente ã_s ^h und verstärken daher, wenn sie in die Oberfläche einer photokatalytischen Beschichtung eingebracht werden, die Wasserstofibindungskomponente ã_s ^h in der Oberfläche der photokatalytischen Beschichtung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden feste Säuren aus Al₂O₃·SiO₂ und Oxidverbindungen von Metallen, ausgewählt aus TiO₂/WO₃, WO₃/ZrO₂ und WO₃/SnO₂ ausgewählt.
Der vorliegende Erfinder hat des Weiteren herausgefunden, dass sich der Kontaktwinkel der festen Oberfläche mit einem Öl in Wasser mit der Erhöhung der Wasserstoffbindungskomponente ã_s ^h in der Oberflächenenergie in der Oberfläche der photokatalytischen Beschichtung vergrößert.
Daher wird gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Verbesserung der Ölabstoßung der Oberfläche eines Substrats in Wasser zur Verfügung gestellt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine photokatalytische Beschichtung, die den Photokatalysator und besagte feste Säure oder Oxidmetalolverbindung enthält, auf einem Substrat zur Verfügung gestellt. Nach der Photoanregung des Photokatalysators durch Bestrahlung der photokatalytischen Beschichtung mit Licht wird die Wasserstoffbindungskomponente ã_s ^h in der Oberflächenenergie ã_s in der Feststoff/Gas-Zwischenfläche der photokatalytischen Beschichtung durch die photokatalytische Wirkung versteckt, was die Ölabstoßung der Oberfläche des Substrats in Wasser verbessert.
Dieses Verfahren zur Verbesserung der Ölabstoßung einer Oberfläche in Wasser kann zur Reinigung eines Substrats verwendet werden, das mit einem Öl verschmutzt ist. Insbesondere, wenn eine photokatalytische Beschichtung mit einem daran festklebenden Öl in Wasser eingetaucht wird oder mit Wasser benetzt wird, dann wird der Ölfleck leicht freigesetzt und von der Oberfläche der photokatalytischen Beschichtung ohne Verwendung eines jeglichen Detergens entfernt.
Die vorgenannten und anderen Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich in offensichtlicher Weise im Lichte der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A bis 1C sind Graphiken, die eine Änderung im Kontaktwinkel der Oberfläche einer photokatalytischen Beschichtung mit Wasser nach Bestrahlung der Oberfläche der photokatalytischen Beschichtung mit ultravioletten Strahlen mit verschiedenen Wellenlängen als Funktion der Lichtbestrahlungszeit zeigen;
2A und 2B, 3A und 3B, 4A und 4B, 5A und 5B und 6A und 6B sind jeweils ein Infrarotabsorptionsspektrum der Oberfläche einer photokatalytischen Beschichtung;
7 ist eine mikroskopisch vergrößerte, schematische Querschnittsansicht einer Feststoff/Gas-Zwischenfläche einer photokatalytischen Beschichtung, die die physikalische Adsorption von Wassermolekülen auf der Oberfläche der photokatalytischen Beschichtung durch photokatalytische Wirkung illustriert;
8 ist eine mikroskopisch vergrößerte, schematische Querschnittsansicht einer Feststoff/Gas-Zwischenfläche einer photokatalytischen Beschichtung, die Schwefelsäure enthält;
9 ist eine Graphik, die eine Änderung im Kontaktwinkel einer photokatalytischen Beschichtung mit Wasser in einem bestimmten Ausführungsbeispiel zeigt, die Schwefelsäure trägt oder keine Schwefelsäure trägt, als Funktion der Standzeit in der Dunkelheit, wenn sie in einem dunklen Ort stehen gelassen wird;
10 ist eine Graphik, die eine Änderung im Kontaktwinkel einer photokatalytischen Beschichtung mit Wasser nach Photowiederanregung als Funktion der Lichtbestrahlungszeit zeigt;
11 ist ein Diagramm, ähnlich dem von 8, das die physikalische Adsorption von Wassermolekülen an einer OH-Brückenguppe zeigt, die auf der Oberfläche von Titanoxid, das eine Schwefelsäure trägt, vorhanden ist, illustriert; und
12 ist ein Diagramm, ähnlich dem von 8, das die Bindung von Wassermolekülen an ein Titanatom an die Oberfläche eines Schwefelsäure tragenden Titanoxids illustriert.
BESTE ART UND WEISE ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die hydrophile photokatalytische Beschichtung kann entsprechend ihrem Zweck auf verschiedenen Gegenständen zur Verfügung gestellt werden.
Wenn eine Entnebelung zur Beseitigung optischer Probleme, die durch Anhaften von feuchtem Kondensat oder Wassertröpfchen bewirkt werden, vorgesehen ist, kann eine hydrophile photokatalytische Beschichtung auf den folgenden Artikeln zur Verfügung gestellt werden: Fensterscheiben für Gebäude; Fensterscheiben und Windschutzscheiben für Fahrzeuge und Schiffe, wie Automobile, Schienenfahrzeuge, Flugzeuge, Wasserfahrzeuge und U-Boote; Spiegel, wie Rückspiegel für Fahrzeuge, Baderaum- oder Waschraumspiegel, dentale Mundspiegel und reflektierende Spiegel, wie solche, die an Straßen verwendet werden; Linsen, wie Augenlinsen, optische Linsen, photographische Linsen, endoskopische Linsen und Beleuchtungslinsen; Scheiben von Taucherbrillen oder Masken (einschließlich Tauchermasken) zu Sport- und Schutzzwecken; Visiere von Helmen und Deckgläser für Messinstrumente.
Des Weiteren ermöglicht das zur Verfügung stellen einer hydrophilen photokatalytischen Beschichtung auf der Oberfläche eines Gebäudes, einer Konstruktion, einer Maschine oder einem Gegenstand, der der Natur ausgesetzt wird, dass die Oberfläche davon sich selbst reinigt. Des Weiteren kann das zur Verfügung stellen einer photokatalytischen Beschichtung auf einem Gegenstand, bei dem man Angst hat, dass er mit Staub oder Abgasen in Kontakt kommt, das Anheften hydrophoben Staubs auf der Oberfläche des Gegenstands verhindern.
Wenn die Verwendung der Ölabstoßung einer photokatalytischen Beschichtung in Wasser zur einfachen Entfernung eines Ölfleckens vorgesehen ist, dann kann die photokatalytische Beschichtung auf Maschinen oder Teilen, Geschirr und Küchenutensilien sowie anderen Gegenständen zur Verfügung gestellt werden, von denen wahrscheinlich ist, dass die mit einem Öl verschmutzt werden.
Photokatalysator
Titanoxid (TiO₂) wird als Photokatalysator für eine photokatalytische Beschichtung am meisten bevorzugt. Titanoxid ist harmlos, chemisch stabil und billig. Des Weiteren ist der Bandenenergieabstand von Titanoxid so hoch, dass Titanoxid ultraviolettes Licht zur Photoanregung benötigt und sichtbares Licht im Verlauf der Photoanregung nicht adsorbiert, was keine Farbentwicklung bewirkt, die aus einer komplementären Farbkomponente abgeleitet ist. Die photokatalytische Beschichtung unter Verwendung von Titanoxid als Photokatalysator ist insbesondere als Beschichtung für transparente Gegenstände, wie Glas, Linsen und Spiegel geeignet. Obwohl die Rutilform von Titanoxid auch verwendbar ist, ist die Anastaseform von Titanoxid bevorzugt. Die Anastaseform von Titanoxid ist dahingehend vorteilhaft, dass ein Sol, worin sehr feine dispergierte Teile enthalten sind, leicht käuflich verfügbar ist, welches leicht einen sehr dünnen Film ausbilden kann. Wenn eine stark hydrophilierbare photokatalytische Beschichtung erwünscht ist, ist die Verwendung eines Salpetersäure-Peptisierungstyp Titanoxidsol bevorzugt.
Andere hierin verwendbare Photokatalysatoren umfassen Metalloxide wie ZnO, SnO₂, SrTiO₃, WO₃, Bi₂O₃ und Fe₂O₃. Es wird davon ausgegangen, dass die Oberfläche dieser Metalloxid-Photokatalysatoren leicht hydrophilierbar ist, weil, wie bei Titanoxid, jeder dieser Metalloxid-Photokatalysatoren ein Metallelement und Sauerstoff auf seiner Oberfläche aufweist.
Ausbildung einer photokatalytischen Beschichtung
Eine photokatalytische Beschichtung kann auf einem Substrat durch verschiedene Verfahren, die in WO 96/29375 offenbart sind, zur Verfügung gestellt werden, wobei diese Offenbarung hierin durch Referenzieren aufgenommen wird. Kurz gesagt, ein bevorzugtes Verfahren für die Ausbildung einer photokatalytischen Beschichtung, die einen exzellenten Abriebwiderstand besitzt und in einem solchen Ausmaß stark hydrophilierbar ist, dass sie einen Kontaktwinkel mit Wasser von 0° herstellt, auf einem Substrat, das aus einem hitzewiderstandsfähigen Material hergestellt ist, wie einem Metall, einer Keramik oder Glas, ist es, zuerst die Oberfläche des Substrats mit amorphem Titanoxid durch Hydrolyse und Dehydrierungspolykondensation einer Organotitanverbindung, z. B., Tetraethoxytitanoxid, zu beschichten, gefolgt durch Erhitzen bei einer Temperatur von 400 bis 600°C, um das amorphe Titanoxid in kristallines Titanoxid (Anatase) zu transformieren.
Ein anderes bevorzugtes Verfahren zur Ausbildung einer photokatalytischen Beschichtung, die einen exzellenten Abriebwiderstand aufweist und in einem solchen Maße hoch hydrophilierbar ist, dass sie einen Kontaktwinkel mit Wasser von 0° ausbildet, ist es, Silicium- oder Zinnoxid in photokatalytisches Titanoxid einzubringen.
Ein noch weiteres bevorzugtes Verfahren für die Ausbildung einer photokatalytischen Beschichtung, die in einem solchen Ausmaß superhydrophilierbar ist, dass sie einen Kontaktwinkel mit Wasser mit 0° ausmacht, auf einem Substrat, das aus einem nicht-hitzeresistenten Material hergestellt ist, wie einem Plastik oder einem Substrat, das mit einer organischen Farbe beschichtet ist, ist es, eine Zusammensetzung für eine Farbe zu verwenden, umfassend ein beschichtungsbildendes Element eines nicht-gehärteten oder teilweise gehärteten Silicons (Organopolysiloxan) oder eine Vorstufe eines Silicons und Photokatalysatorpartikel, die in dem Element dispergiert sind, zu verwenden.
Wie in WO 96/29375 offenbart wird, wenn die oben genannte Zusammensetzung für eine Farbe auf die Oberfläche eines Substrats geschichtet wird, um eine Beschichtung auszubilden, welche dann dem Härten des beschichtungsbildenden Elements ausgesetzt wird, um eine Siliconbeschichtung auszubilden, gefolgt von Photoanregung des Photokatalysators, dann wird eine organische Gruppe, die an ein Siliciumatom des Siliconmoleküls gebunden ist, durch eine Hydroxylgruppe durch die photokatalytische Wirkung des Photokatalysators substituiert, was die Oberfläche der photokatalytischen Beschichtung superhydrophil macht.
Enthalten eines Oberflächenenergieverstärkers
Die oben genannte Oxidverbindung von Metallen oder Al₂O₃·SiO₂ wird von einer festen Säure getragen. TiO₂/WO₃, zeigt den höchsten Säuregrad, wenn es auf eine Temperatur von 600 bis 800°C erhitzt wird und hat zu diesem Zeitpunkt eine Hammett-Säurefunktion Ho von –13 bis –14; WO₃/SnO₂ zeigt, wenn es auf eine Temperatur von 900 bis 1100°C erhitzt wird, den höchsten Säuregrad, und zeigt zu diesem Zeitpunkt eine Hammett-Säurefunktion Ho gleich –13 bis –14; WO₃/ZrO₂ zeigt, wenn es auf eine Temperatur von 700 bis 900 °C erhitzt, den höchsten Säuregrad und hat zu diesem Zeitpunkt eine Hammett-Säurefunktion Ho von –13 bis – 15; und Al₂O₃·SiO₂ zeigt, wenn es auf eine Temperatur von 400 bis 600°C erhitzt wird, den höchsten Säuregrad und hat zu diesem Zeitpunkt eine Hammett-Säurefunktion Ho von –12 bis –13.
Daher sind TiO₂/WO₃. WO₃/ZrO₂ und WO₃/SnO₂ vom Gesichtspunkt der Stärke des Säuregrades bevorzugt.
Auf der anderen Seite ist, wenn die Ausbildung einer photokatalytischen Beschichtung auf einem Glassubstrat vorgesehen ist, Al₂O₃·SiO₂ bevorzugt, welches, wenn es auf eine Temperatur von 400 bis 600°C erhitzt wird, das Glassubstrat nicht wesentlich erweicht, den höchsten Säuregrad aufzeigt..
Wenn eine Oxidverbindung von Metallen als die feste Säure enthalten ist, ist es möglich, Oxidpartikel oder eine metallische Säure, die mindestens einen Teil der metallischen Elemente, die die Oxidverbindung der Metalle ausmacht, enthält, zu verwenden. In diesem Fall würde eine photokatalytische Titanoxidbeschichtung zuvor auf einem Substrat zur Verfügung gestellt, die Oxidpartikel oder metallische Säure wird auf die photokatalytische Beschichtung geschichtet und das Erhitzen wird bei einer solchen Temperatur durchgeführt, dass die Oxidverbindung der Metalle einen hohen Säuregrad aufzeigt.
Lichtquelle zur Anregung des Photokatalysators
Die Photoanregung eines Photokatalysators in der photokatalytischen Beschichtung setzt die Bestrahlung des Photokatalysators mit Licht bei einer Wellenlänge mit höherer Energie als die Bandenabstandsenergie dieses Photokatalysators, welcher ein Halbleiter ist, voraus. Ultraviolettes Licht ist für die Anregung einiger Photokatalysatoren notwendig. Zum Beispiel ist die Photoanregung mit ultraviolettem Licht bei einer Wellenlänge von nicht mehr als 387 nm für die Anataseform von Titanoxid, bei einer Wellenlänge von nicht mehr als 413 nm für die Rutilform von Titanoxid, bei einer Wellenlänge von nicht mehr als 344 nm für Zinnoxid und bei einer Wellenlänge von nicht mehr als 387 nm für Zinkoxid möglich.
In dem Falle eines Photokatalysators, bei dem die Anregungswellenlänge im ultravioletten Bereich liegt, wie Titanoxid, umfassen Quellen, die für ultraviolettes Licht verwendet werden können, eine ultraviolette Lampe, eine Quecksilberlampe und eine Metallhalogenlampe. Zudem kann schwaches ultraviolettes Licht, das in Licht enthalten ist, das aus Raumlampen emittiert wird, wie Fluoreszenzlampen und Glühlampen, auch den Photokatalysator anregen.
Im Falle von Gegenständen, die sich in einem solchen Zustand befinden wie er bei dem Aussetzen an Sonnenlicht entsteht, wie Fensterscheiben für Gebäude, Rückspiegel und Artikel, die der Natur ausgesetzt werden, kann der Photokatalysator vorteilhaft durch die in Anspruchnahme des ultravioletten Lichts, das in Sonnenlicht enthalten ist, photoangeregt werden.
Hydrophilierung der Oberfläche
Die Photoanregung eines Photokatalysators durch Bestrahlung der photokatalytischen Beschichtung mit Licht ermöglicht, dass die Oberfläche der photokatalytischen Beschichtung stark hydrophiliert wird. Die Unterbrechung der Photoanregung resultiert in der allmählichen Verringerung der Hydrophilie der photokatalytischen Beschichtung und die Hydrophilie wird nach Wiederanregung zurückerhalten. Zum Beispiel, in dem Fall einer Anregung des Photokatalysators in der photokatalytischen Beschichtung, die auf der Oberfläche eines Gegenstandes zur Verfügung gestellt wird, durch das Sonnenlicht wird die Oberfläche der photokatalytischen Beschichtung stark während des Aussetzens an das Sonnenlicht zur Tageszeit hydrophiliert, die Hydrophilie verringert sich, bleibt aber zu einem bestimmten ausreichenden Grad auch Nachts erhalten und regeneriert sich, wenn die Sonne wieder aufgeht. Somit behält die Oberfläche des Gegenstandes einen hohen Grad an Hydrophilie.
Daher resultiert, wenn die photokatalytische Beschichtung auf Gegenständen zur Verfügung gestellt wird, wie Fensterscheiben für Gebäude, Fensterscheiben und Windschutzscheiben für Fahrzeuge und Schiffe, Fenster, Linsen, Scheiben für Taucherbrillen und Helme oder Deckgläser für Messinstrumente, die Kondensation von Feuchtigkeit oder Dampf in der Luft nicht in der Ausbildung von lichtstreuendem Nebel auf der Oberfläche dieser Gegenstände, weil das kondensierte Wasser sich in einem gleichmäßigem Film ohne Ausbildung diskreter Wassertröpfchen verbreitet.
In gleicher Weise resultiert das Aussetzen von Fensterscheiben, Rückspiegeln für Fahrzeuge, Windschutzscheiben für Fahrzeuge, Augengläsern und Helmvisieren gegenüber Regen oder einem Wasserspritzer nicht in der Ausbildung einzelner Wassertröpfchen, welche die Sicht behindern, weil die Wassertröpfchen, die auf der Oberfläche dieser Gegenstände festkleben, sich schnell in einem gleichmäßigen Wasserfilm ausbreiten.
Dieses ermöglicht es, einen hohen Grad an Visibilität und Sicht zu gewährleisten, welcher wiederum die Verkehrssicherheit für Fahrzeuge sicherstellt und die Effizienz verschiedener Arbeiten und Aktivitäten verbessert.
Wenn die photokatalytische Beschichtung auf Maschinen und Gegenständen zur Verfügung gestellt wird, die der Natur ausgesetzt sind, wird der Photokatalysator während der Exposition an Sonnenlicht während der Tageszeit photoangeregt, was die Oberfläche der photokatalytischen Beschichtung hydrophil macht. Diese Maschinen und Gegenstände werden manchmal dem Regen ausgesetzt. Weil die hydrophilierte Oberfläche eingehenden Kontakt mit Wasser anstatt mit hydrophobem Staub oder Verunreinigungen eingeht, wird in diesem Fall der hydrophobe Staub und Verunreinigungen, die hier auf der Oberfläche der Maschine und Gegenstände abgelagert sind, von dieser Oberfläche nach Kontakt der Oberfläche mit Wasser abgetrennt. Daher werden jedes Mal, wenn die hydrophilierte Oberfläche dem Regen ausgesetzt wird, der Staub und Verunreinigungen, die auf der Oberfläche abgelagert sind, durch Regentropfen abgewaschen, was es der Oberfläche ermöglicht, sich selbst zu reinigen. Des Weiteren ist es weniger wahrscheinlich, dass sich lipophiler Staub an die Oberfläche der hydrophilen photokatalytischen Beschichtung haftet.
Das zur Verfügung stellen einer photokatalytischen Beschichtung auf Maschinen und Teilen, Geschirr und Küchenutensilien oder anderen Gegenständen, von denen es wahrscheinlich ist, dass sie mit einem Öl verschmutzt werden, resultiert in einer verbesserten Ölabstoßung der Oberfläche dieser Artikel in Wasser bedingt durch die photokatalytische Wirkung. Wenn diese Gegenstände mit der photokatalytischen Beschichtung, die mit einem Öl oder Fett verschmutzt sind, in Wasser eingetaucht oder benetzt oder mit Wasser gespült werden, stößt daher die Oberfläche der photokatalytischen Beschichtung das Öl und das Fett ab, was es ermöglicht, das Öl und das Fett freizusetzen und einfach von der Oberfläche der Gegenstände zu entfernen. Somit können Gegenstände, die mit einem Öl oder Fett verschmutzt sind, ohne die Verwendung eines Detergenz gereinigt werden.
Beispiele
Die vorliegende Endung wird von verschiedenen Gesichtspunkten her mit Bezug auf die folgenden Beispiele beschrieben werden.
Referenzbeispiel 1
Hydrophilierung durch photokatalytische Wirkung
Tetraethoxysilan Si(OC₂H₅)₄ (hergestellt durch Wako Pur Chemical Industries, Ltd., Osaka) (6 Gewichtsanteile), 6 Gewichtsanteile reines Wasser und 2 Gewichtsanteile 36% Salzsäure als ein Modifizierer einer Tetraethoxysilanhydrolyse-Geschwindigkeit, wurden zu 86 Gewichtsanteilen Ethanol als Lösungsmittel hinzugefügt und vermischt, um eine Silicium-beschichtende Lösung auszubilden. Da das Vermischen exotherm war, wurde die vermischte Lösung für ungefähr eine Stunde stehen gelassen, wodurch die Lösung gekühlt wurde. Die Lösung wurde auf der Oberfläche einer 10 cm quadratischen Natronkalkglasplatte flussbeschichtet und die Beschichtung wurde bei einer Temperatur von 80°C getrocknet. Die Trocknung bewirkte zuerst die Hydrolyse von Tetraethoxysilan, um Silanol Si(OH)₄ zu ergeben, welches dann eine Dehydrierungspolykondensation durchlief, um eine dünne Schicht amorphes Silicium auf der Oberfläche der Glasplatte zu ergeben.
Dann wurden 0,1 Gewichtsanteile 36% Salzsäure als Modifizierer der Hydrolysegeschwindigkeit zu einer Mischung von einem Gewichtsanteil Tetraethoxytitan Ti(OC₂H₅)₄ (hergestellt durch Merck) mit 9 Gewichtsteilen Ethanol hinzugefügt, um eine Titanoxidbeschichtungslösung herzustellen, welche dann auf die oben genannte Glasplatte in trockener Luft flussbeschichtet wurde. Die Abdeckung der Lösung betrug 45 μg/cm² in Bezug auf das Titan. Bedingung durch die hohe Hydrolyserate von Tetraethoxysilan wurde ein Teil des Tetraethoxytitans im Stadium der Beschichtung hydrolysiert, was die Ausbildung von Titanhydroxid Ti(OH)₄ startet.
Die Glasplatte wurde für 1 bis 10 Minuten bei ungefähr 150°C gehalten, um die Hydrolyse von Tetraethoxytitan zu vervollständigen und zur gleichen Zeit die Dehydrierungspolykondensation des resultierenden Titanhydroxid durchzuführen, um dadurch amorphes Titanoxid zu ergeben. Somit wurde als Probe eine Glasplatte mit einer Basisbeschichtung von amorphem Silicium mit einer Oberschicht aus amorphem Titanoxid darauf hergestellt.
Die Probe wurde auf 500°C erhitzt, um das amorphe Titanoxid in die Anataseform von Titanoxid zu transformieren, um die Probe #1 herzustellen.
Die Probe #1 wurde für mehrere Tage in einer Dunkelkammer stehen gelassen und die Oberfläche der Probe #1 wurde dann mit ultraviolettem Licht unter Verwendung einer 20 W Schwarzlichtblau, (BLB) Fluoreszenzlampe (FL20BLB, hergestellt durch Sankyo Denki) bei einer Bestrahlungsintensität von 0,5 mW/cm² (in Bezug auf die Bestrahlungsintensität des ultravioletten Lichts mit höherer Energie als die Bandenabstandsenergie der Anataseform von Titanoxid, d. h., ultraviolettes Licht bei Wellenlängen kürzer als 387 nm) für ungefähr eine Stunde, wodurch eine Probe #2 hergestellt wurde.
Zum Vergleich wurde eine Glasplatte, die nicht mit Silicium und Titanoxid beschichtet war, in einer Dunkelkammer für mehrere Tage stehen gelassen und dann als Probe #3 verwendet.
Der Kontaktwinkel der Probe #2 und der Probe #3 mit Wasser wurde mit einem Kontaktwinkelgoniometer (Model CA-X150, hergestellt durch Kyowa Interface Science Co., Ltd., Asaka-shi, Saitama-ken) gemessen. Die Nachweisgrenze auf der Seite mit dem kleinen Winkel des Kontaktwinkelgoniometers betrug 1°. Der Kontaktwinkel wurde 30 Sekunden nach dem Fallen lassen eines Wassertröpfchens durch eine Mikrospritze auf die Oberfläche der Probe gemessen. Dieses Messverfahren wurde auch in den folgenden Beispielen verwendet. Das Auslesen des Kontaktwinkels der Oberfläche von Probe #2 des Goniometers mit Wasser betrug 0°, was anzeigt, dass die Oberfläche dieser Probe superhydrophil war. Im Gegensatz dazu betrug der Kontaktwinkel der Probe #3 mit Wasser 30 bis 40°.
Dieses zeigt, dass die Oberfläche der Titanoxidbeschichtung stark durch die photokatalytische Wirkung von Titanoxid hydrophiliert war.
In ähnlicher Weise wurde die Oberfläche einer Natronkalk-glasplatte mit einem dünnen Film von amorphem Titanoxid beschichtet und die beschichtete Glasplatte wurde auf 500°C erhitzt, um das amorphe Titan in die Anataseform von Titanoxid zu transformieren, wodurch eine Probe #4 hergestellt wurde. Die Probe #4 wurde in einen Trockner (Temperatur 24°C, Feuchtigkeit 45–50°C) platziert und mit ultraviolettem Licht bei einer Bestrahlungsintensität von 0,5 mW/cm² bestrahlt bis der Kontaktwinkel dieser Probe mit Wasser 3° betrug.
Die Probe #4 wurde dann an in einer Dunkelkammer stehen gelassen und von diesem Ort zu verschiedenen Zeitintervallen entfernt. In diesem Fall, wurde der Kontaktwinkel mit Wasser jedes Mal, wenn die Probe aus der Dunkelkammer wurde, gemessen. Eine Änderung im Kontaktwinkel mit fortschreitender Zeit wird in der folgenden Tabelle 1 tabellarisch dargestellt.
Tabelle 1
Wie in Tabelle 1 gezeigt wird, bewirkt die Unterbrechung der Photoanregung des Photokatalysators die allmähliche Verringerung der Hydrophilie der Probe mit der Zeit. Dieses ist wahrscheinlich so, weil die Oberfläche des photokatalytischen Materials mit einem hydrophoben Material kontaminiert wird.
Referenzbeispiel 2
Einfluss der Anregungswellenlänge
Ein Titanoxid- (Anataseform) sol (STS-11, hergestellt durch Ishihara Sangyo Kaisha Ltd., Osaka) wurde auf die Oberfläche einer 15 cm quadratischen glasierten Fliese (AB02E01, hergestellt durch TOTO, LTD.) spraybeschichtet und die Beschichtung wurde für 10 Minuten auf 800°C erhitzt, um eine Probe #1 herzustellen. Diese Probe und eine vergleichende glasierte Fliese, die nicht mit Titanoxid beschichtet war, wurden an einen dunklen Ort für zehn Tage gestellt und die Probe und die vergleichende Probe wurde mit monochromatischem ultravioletten Licht unter Verwendung einer Hg-Xe-Lampe unter Bedingungen, die in der folgenden Tabelle 2 spezifiziert sind, bestrahlt und es wurde eine Änderung im Kontaktwinkel mit Wasser als Funktion der Bestrahlungszeit bestimmt.
Tabelle 2
Die Ergebnisse werden als Grafiken in 1A bis 1C dargestellt. In diesen Grafiken stellen die durch offene Kreise dargestellten Werte den Kontaktwinkel der Probe #1 mit Wasser dar und die als geschlossene Kreise dargestellten Werte stellen den Kontaktwinkel der glasierten Fliese dar, die nicht mit Titanoxid beschichtet ist.
Wie aus der in 1C gezeigten Grafik gesehen werden kann, resultiert die Bestrahlung der Probe mit ultraviolettem Licht mit einer geringeren Energie als die bei einer Wellenlänge bei 387 nm, was mit der Bandenabstandsenergie der Anataseform von Titanoxid (d. h., ultraviolettes Licht mit einer längeren Wellenlänge als 387 nm) korrespondiert, in keiner Hydrophilierung.
Auf der anderen Seite ist, wie in den Grafiken von 1A und 1B gezeigt wird, im Falle der Bestrahlung der Probe mit ultraviolettem Licht mit höherer Energie als der Bandenabstandsenergie der Anataseform von Titanoxid, die Oberfläche der Probe als Reaktion auf die Bestrahlung mit ultraviolettem Licht hydrophiliert.
Aus diesen Ergebnissen wurde bestätigt, dass die Hydrophilierung der Oberfläche nicht ohne die Photoanregung des Halbleiterphotokatalysators vorkommt und der photokatalytischen Wirkung zuzuschreiben ist.
Der Grund, warum der Kontaktwinkel der Probe in diesem Beispiel mit Wasser 0° nicht erreichte, wird darin gesehen, dass im Gegensatz zu der Probe von Beispiel 1 die Probe in diesem Beispiel keine Siliciumschicht aufweist, die zwischen dem Glassubstrat und der Titanoxidschicht liegt, was ein alkalisches Netzwerk-Modifizierungsion, wie ein Natriumion bewirkt, dass von der Glasur in die Titanoxidbeschichtung während des Erhitzens bei 800°C difundiert, was die photokatalytische Aktivität der Anatase inhibiert.
Referenzbeispiel 3
Physikalische Adsorption von Wasser durch photokatalytische Wirkung
Ein Titanoxid (Anatasefonn)-pulver (P-25, hergestellt durch Nippon Aerosil Co., Ltd.) wurde gepresst, um drei Scheibenproben herzustellen. Diese Scheiben wurden den folgenden Tests 1 bis 3 ausgesetzt und die Oberfläche von jedem der Proben wurde durch Fourier-Transfonnationsinfrarotspektroskopie (FT-IR) unter Verwendung eines Fourier-Transformationsinfrarotspektrometers (FTS-40A) analysiert. In jedem Test wurde eine ultraviolette Lampe (UVL-21) bei einer Wellenlänge von 366 nm zur ultravioletten Bestrahlung verwendet.
In der Analyse des infraroten Absorptionsspektrums stellen die Absorptionsbanden die folgende Informationen zur Verfügung.
Scharfe Absorptionsbande bei Wellenlänge 3690 cm^–1: Dehnen der OH-Bindung in chemisch adsorbiertem Wasser
Breite Absorptionsbande bei Wellenlänge 3300 cm^–1: Dehnen der OH-Bindung in physikalisch adsorbiertem Wasser
Scharfe Absorptionsbande bei Wellenlänge 1640 cm^–1: Krümmen der HOH-Bindung in physikalisch adsorbiertem Wasser
Absorptionsbanden bei Wellenlängen 1700 cm^–1, 1547 cm^–1, 1475 cm^–1, 1440 cm^–1 und 1365 cm^–1: ein Carboxylatkomplex der durch die Adsorption einer Verunreinigung auf die Oberfläche der Probe hergestellt wird.
Test 1
Am Anfang wurde die Titanoxidscheibe direkt nach dem Pressen durch infrarote Spektroskopie analysiert. Ein Absorptionsspektrum für die Scheibe direkt nach dem Pressen wird als eine Kurve #1 in den 2A und 2B gezeigt.
Die Titanoxidscheibe wurde für 17 Stunden in einer trockenen Box mit Silicagel als Trocknungmittel gelagert, und durch Infrarotspektroskopie analysiert, um ein Infrarotabsorptionsspektrum zu erhalten. Das Absorptionsspektrum, das so erhalten wurde, wird als Kurve #2 in 2A und 2B gezeigt. Der Vergleich des Spektrums #1 mit dem Spektrum #2 zeigt, dass für das Spektrum #2 eine dramatische Verringerung in der Absorption bei der Wellenlänge 3690 cm^–1 zu beobachten ist, was eine Verringerung in chemisch adsorbierten Wasser anzeigt. Des Weiteren wird für Spektrum #2 eine dramatische Verringerung in der Absorption auch bei d_en Wellenlängen 3300 cm^–1 und 1640 cm^–1 beobachtet, was anzeigt, dass das physikalisch adsorbierte Wasser auch verringert wurde. Somit ist es offensichtlich, dass die Lagerung in trockener Luft für 17 Stunden in einer Verringerung von sowohl chemisch adsorbiertem Wasser wie auch physikalisch adsorbiertem Wasser resultierte. Wenn die oben dargestellte Prozedur wiederholt wird, außer der Verwendung der Anataseform von Titanoxid als dünner Film anstatt der gepressten Scheibe, wird eine Erhöhung im Kontaktwinkel der Proben mit Wasser beobachtet.
Auf der anderen Seite wird eine Erhöhung in der Absorption bei den Wellenlängen 1300 bis 1700 cm^–1 beobachtet, die auf einen Carboxylatkomplex zurückzuführen ist, was annehmen lässt, dass die oben genannte Substanz auf die Oberfläche adsorbiert wurde und die Oberfläche der Probe während der Lagerung der Probe kontaminierte.
Dann wurde die Titanoxidscheibe in eine trockene Box gestellt und mit ultraviolettem Licht bei einer Bestrahlungsintensität von ungefähr 0,5 mW/cm² für ungefähr eine Stunde bestrahlt, gefolgt durch infrarotspektroskopische Analyse, um ein Infrarotabsorptionsspektrum zur Verfügung zu stellen. Das Absorptionsspektrum, das so erhalten wurde, wird als Kurve #3 in 2A und 2B gezeigt.
Wie aus dem Spektrum #3 zu sehen ist, kehrte die Absorption bei Wellenlänge 3690 cm^–1 auf im Wesentlichen den gleichen Grad der Absorption zurück, wie er im ursprünglichen Stadium beobachtet wurde. Des Weiteren kehrte auch die Absorption bei den Wellenlängen 3300 cm^–1 und 1640 cm^–1 auf den gleichen Wert der Absorption zurück, wie er im Anfangsstadium beobachtet wurde. Diese Ergebnisse zeigen, dass die ultraviolette Bestrahlung sowohl die Menge des chemisch adsorbierten Wassers und die Menge des physikalisch adsorbierten Wassers auf solche Mengen zurückbringt, die im ursprünglichen Stadium beobachtet wurden.
Wie aus den Ergebnissen des Referenzbeispiels 1 erwartet werden kann, ist zu bedenken, dass, wenn das oben genannte Verfahren außer für die Verwendung eines dünnen Filmes anstatt der gepressten Scheibe wiederholt wird, dass die Oberfläche des dünnen Films hydrophiliert wird, um den Kontaktwinkel des dünnen Films mit Wasser zu verringern.
Danach wurde die Probe für 24 Stunden in einer durchlüfteten Dunkelkammer aufbewahrt und wurde dann durch Infrarotspektroskopie analysiert, um ein Infrarotabsorptionsspektrum zur Verfügung zu stellen. Um eine starke Komplikation des Diagramms zu vermeiden, wurde das so erhaltene Absorptionsspektrum als Kurve #4 in den 3A und 3B, separat von 2A und 2B, gezeigt. Zur Vereinfachung des Vergleichs wird das Spektrum #2 in der Grafik der 3A und 3B reproduziert. Wie aus dem Spektrum #4 zu sehen ist, wird nur eine leichte Verringerung in der Absorption bei Wellenlängen 3690 cm^–1 und 1640 cm^–1 beobachtet. Dieses zeigt, dass die Lagerung der Probe nach ultravioletter Bestrahlung in einer Dunkelkammer in der Gegenwart von Feuchtigkeit in der Luft in einer leichten Verringerung des chemisch adsorbierten Wassers und des physikalisch adsorbierten Wassers resultiert. Allerdings wird eine Erhöhung der Absorption bei Wellenlängen 1300 cm^–1 und 1700 cm^–1 beobachtet, was weiteres Anheften des Carboxylatkomplexes auf der Scheibe anzeigt. Wenn das oben dargestellte Verfahren außer der Verwendung eines dünnen Films anstatt einer gepressten Scheibe wiederholt wird, wird eine Erhöhung im Kontaktwinkel des dünnen Films mit Wasser beobachtet.
Schließlich wird die Titanoxidscheibe wiederum mit ultraviolettem Licht in der Dunkelkammer mit Luftaustausch bei einer Bestrahlungsintensität von 0,5 mW/cm² für ungefähr eine Stunde bestrahlt und dann durch Infrarotspektroskopie analysiert. Das Absorptionsspektrum, das so erhalten wird, wird als Kurve #5 in den 3A und 3B gezeigt. Wie aus der Grafik zu sehen ist, wurde keine Änderung in der Absorption bei Wellenlänge 3690 cm^–1 beobachtet, wohingegen die Absorption bei Wellenlänge 3300 cm^–1 deutlich erhöht war, zusammen mit der Erhöhung der Absorption bei Wellenlänge 1640 cm^–1. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Wiederbestrahlung der Probe mit ultraviolettem Licht in einer Erhöhung in der Menge des physikalisch adsorbierten Wassers resultierte, wobei die Menge des chemisch adsorbierten Wassers unverändert blieb. Die Menge des Carboxylatkomplexes (Verunreinigung) blieb gleichbleibend, was anzeigt, dass der Carboxylatkomplex nicht durch ultraviolette Bestrahlung entfernt wurde. Wenn das oben genannte Verfahren außer der Verwendung eines dünnen Films anstatt der gepressten Scheibe wiederholt wird, wird eine Verringerung im Kontaktwinkel des dünnen Films mit Wasser beobachtet.
Test 2
Am Anfang wurde die Titanoxidscheibe direkt nach dem Pressen durch Infrarotspektroskopie analysiert, um ein Infrarotabsorptionsspektrum zur Verfügung zu stellen (ein Spektrum #1 in einer Grafik, die in 4A und 4B gezeigt wird). Danach wurde die Scheibe mit ultraviolettem Licht für eine Stunde bei einer Bestrahlungsintensität von ungefähr 0,5 mW/cm² bestrahlt und dann durch Infrarotspektroskopie analysiert, um ein Infrarotabsorptionsspektrum zur Verfügung zu stellen (ein Spektrum #2 in den 4A und 4B). Die Scheibe wurde weiterhin mit ultraviolettem Licht bei der gleichen Bestrahlungsintensität für eine weitere Stunde (2 Stunden insgesamt), weiterhin eine zusätzliche Stunde (3 Stunden insgesamt) und weitere 2 Stunden (5 Stunden insgesamt) bestrahlt und dann durch Infrarotspektroskopie analysiert, um Infrarotabsorptionsspektren zur Verfügung zu stellen (Spektren #3, #4 und #5 in den 5A und 5B).
Der Vergleich des Spektrums #1 mit dem Spektrum #2 zeigt, dass die erste ultraviolette Bestrahlung eine Erhöhung sowohl in der Menge des chemisch adsorbierten Wassers und der Menge physikalisch adsorbierten Wassers bewirkte. Während der ultravioletten Bestrahlung wurde die Menge eines Carboxylatkomplexes, der an der Probe anhaftet, leicht erhöht. Wenn das oben genannte Verfahren, außer, dass ein dünner Film anstatt einer gepressten Scheibe verwendet wird, wiederholt wird, wird der Kontaktwinkel des dünnen Films mit Wasser nach ultravioletter Bestrahlung verringert.
Die ultraviolette Bestrahlung für eine weitere Stunde (2 Stunden insgesamt) resultierte in einer leichten Verringerung in der Menge des chemisch adsorbierten Wassers, wobei die Menge des physikalisch adsorbierten Wassers unverändert blieb (vgl. das Spektrum #2 mit dem Spektrum #3). Die Menge des Carboxylatkomplexes war leicht erhöht. Es wird angenommen, dass die nicht-vorhandene Änderung in der Menge physikalisch adsorbierten Wassers auf die Sättigung der Menge physikalisch adsorbierten Wassers zurückzuführen ist. Es wird angenommen, dass, wenn das oben genannte Verfahren wiederholt wird, außer, dass ein dünner Film anstatt einer gepressten Scheibe verwendet wird, der Kontaktwinkel des dünnen Films mit Wasser unverändert bleibt.
Die ultraviolette Bestrahlung für eine weitere zusätzliche Stunde (3 Stunden insgesamt) und für weitere zusätzliche 2 Stunden (5 Stunden insgesamt) resultierte in einer weiteren Verringerung in der Menge des chemisch adsorbierten Wassers, wobei die Menge des physikalisch adsorbierten Wassers unverändert blieb (siehe Spektren #4 und #5). Die Menge des Carboxylats, das an der Probe anhaftete, wurde erhöht. Es wird angenommen, dass, wenn das oben genannte Verfahren wiederholt wird, außer, dass anstatt der Verwendung einer gepressten Scheibe ein dünner Film verwendet wird, der Kontaktwinkel des dünnen Films mit Wasser unverändert bleibt.
Test 3
Dieser Test ist ähnlich zu dem Test 1. Ein Hauptunterschied zwischen dem Test 1 und dem Test 3 war es, die Bestrahlungsintensität von ultraviolettem Licht zu verringern.
Am Anfang wurde die Titanoxidscheibe direkt nach dem Pressen durch Infrarotspektroskopie analysiert, um ein Infrarotabsorptionsspektrum (ein Spektrum #1 in den 6A und 6B) zur Verfügung zu stellen. Danach wurde sie für 34 Stunden in einer Dunkelkammer gelagert, die belüftet war, und dann durch Infrarotspektroskopie analysiert, um ein Infrarotabsorptionsspektrum zur Verfügung zu stellen (ein Spektrum #2 in 6A und 6B). Die Titanoxidscheibe wurde dann in der gleichen Dunkelkammer mit ultraviolettem Licht bei einer Bestrahlungsintensität von 0,024 mW/cm² für ungefähr 2 Stunden bestrahlt, gefolgt durch infrarotspektroskopische Analyse, um ein Infrarotabsorptionsspektrum (ein Spektrum #3 in den 6A und 6B) zur Verfügung zu stellen.
Wie aus der Grafik zu sehen ist, resultiert das Stehen der Scheibe in der Dunkelkammer in der Gegenwart von Feuchtigkeit in der Luft in einer Erniedrigung sowohl der Menge des chemische adsorbierten Wassers wie auch der Menge des physikalisch adsorbierten Wassers. Eine Erhöhung in der Menge des Carboxylatkomplexes, der an der Scheibe anhaftet, wurde beobachtet. Es wird angenommen, dass, wenn das oben genannte Verfahren wiederholt wird, außer, dass anstatt der Verwendung der gepressten Scheibe ein dünner Film verwendet wird, der Kontaktwinkel des dünnen Films mit Wasser erhöht wird.
Die Menge des chemisch adsorbierten Wassers erhöhte sich leicht als Reaktion auf ultraviolette Bestrahlung und die ultraviolette Bestrahlung brachte die Menge des physikalisch adsorbierten Wassers auf die gleiche Menge der Adsorption, wie sie im ursprünglichen Stadium beobachtet wurde. Während der ultravioletten Bestrahlung ist die Menge des Carboxylatkomplexes, der an der Scheibe anhaftet, leicht erhöht. Es wird angenommen, dass, wenn das oben genannte Verfahren wiederholt wird, außer, dass anstatt der gepressten Scheibe ein dünner Film verwendet wird, der Kontaktwinkel des dünnen Films mit Wasser erhöht ist.
Beurteilung
Die Testergebnisse werden in der folgenden Tabelle 3 zusammengefasst.
Wie vollständig aus Tabelle 3 zu verstehen ist, erhöht sich die Menge des physikalisch adsorbierten Wassers als klare Reaktion auf die ultraviolette Bestrahlung.
In diesem Zusammenhang wird angenommen, dass, wie im oberen Teil von 7 gezeigt wird, in der Kristallfläche eines Titanoxidkristalls in einer Titanoxidbeschichtung 10, eine terminale OH-Gruppe 12 an ein Titanatom gebunden wird, eine Brücken-OH-Gruppe 14 wird an zwei benachbarte Titanatome gebunden und diese OH-Gruppen konstituieren eine Schicht chemisch adsorbierten Wassers. Wie in dem unteren Teil von 7 gezeigt wird, resultiert die ultraviolette Bestrahlung in der Gegenwart von Feuchtigkeit in der Luft in der physikalischen Adsorption von Wassermolekülen auf dem Wasserstoffatom in der terminalen OH-Gruppe und der Brücken-OH-Gruppe durch eine Wasserstoffbindung, um eine Schicht 18 von physikalisch adsorbiertem Wasser auszubilden.
Wie oben beschrieben erhöht sich die Menge des physikalisch adsorbierten Wassers als klare Reaktion auf die ultraviolette Bestrahlung und daher zeigt dieses Beispiel, dass die Ausbildung der physikalisch adsorbierten Wasserschicht 16 durch die photokatalytische Wirkung von Titanoxid induziert ist. Es ist zu verstehen, dass die Gegenwart der physikalisch adsorbierten Wasserschicht 16 in einer verbesserten Hydrophilie der Oberfläche von Titanoxid resultiert.
Auf der anderen Seite scheint es, dass die Menge des Carboxylatkomplexes, der auf der Oberfläche der Probe haftet, sich mit der Verlängerung der Zeit des Luftkontaktes erhöht. Es wird angenommen, dass die Photoanregung des Photokatalysators in einer erhöhten Hydrophilie der Oberfläche der Probe, trotz der erhöhten Menge des Carboxylatkomplexes, der an der Probe haftet, resultieren würde.
Referenzbeispiel 4
Oberflächenenergie und Hydrophilie
Tetraethoxysilan (hergestellt durch Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) (6 Gewichtsanteile), 6 Gewichtsanteile reines Wasser und 2 Gewichtsanteile 36%ige Salzsäure als ein die Tetraethoxysilanhydrolyse-Geschwindigkeitsmodifizierer wurden zu 86 Gewichtsanteilen Ethanol als Lösungsmittel hinzugefügt und vermischt, um eine Siliciumtbeschichtungslösung herzustellen. Die vermischte Lösung wurde für ungefähr eine Stunde stehen gelassen und dann auf die Oberfläche eines Natronkalkglases flussbeschichtet, um 2 Glasplatten herzustellen, die mit einer amorphen Siliciumbasisbeschichtung beschichtet waren.
Dann wurden 0,1 Gewichtsanteile 36%ige Salzsäure als Hydrolysegeschwindigkeitsmodifizierer zu einer Mischung von 1 Gewichtsanteil Tetraethoxytitan (hergestellt durch Merck) mit 9 Gewichtsanteilen Ethanol vermischt, um eine Titanoxidbeschichtungslösung herzustellen, welche dann auf die Oberfläche der oben genannten Glasplatten in trockener Luft flussbeschichtet wurden. Die Bedeckung der Lösung betrug 45 μg/cm² bezüglich des Titanoxids.
Danach wurden die Glasplatten für 1 bis 10 Minuten bei 150°C in trockener Luft gehalten, um zwei Glasplatten herzustellen, die mit einer Oberbeschichtung aus amorphem Titanoxid beschichtet waren.
Des Weiteren wurden diese Glasplatten jeweils auf 440°C und 550°C erhitzt, um das amorphe Titanoxid in die Anataseform von Titanoxid zu überführen, wodurch eine Probe #1 und eine Probe #2 hergestellt wurden.
Der Kontaktwinkel der Oberfläche dieser Proben mit Wasser wurde gemessen. Des Weiteren wurden Formamid, β-Thiodiglycol, Ethylenglycol, α-Bromnaphthalin, Hexachlorbutadien und Methyleniodid als Flüssigkeiten mit bekannten Komponenten der Oberflächenenergie ausgewählt und der Kontaktwinkel der Oberfläche der Proben mit diesen Flüssigkeiten gemessen.
Die Oberfläche der Proben wurde dann mit ultraviolettem Licht unter Verwendung einer Schwarzlicht-blauen Fluoreszenzlampe (FL20BLB) bei einer Bestrahlungsintensität von 0,5 mW/cm² für ungefähr eine Stunde bestrahlt. Danach wurde wiederum der Kontaktwinkel der Oberfläche der Proben mit Wasser, Formamid, β-Thiodiglycol, Ethylenglycol, α-Bromnaphthalin, Hexachlorbutadien und Methyleniodid gemessen.
Die Ergebnisse der Kontaktwinkelmessung vor und nach der ultravioletten Bestrahlung sind in der folgenden Tabelle 4 tabellarisch aufgelistet. Es ist besonders betonenswert, dass die Probe #1 hochhydrophiliert war, um einen Kontaktwinkel mit Wasser von 0° zu ergeben.
Basierend auf den so gemessenen Kontaktwinkeln wurde die freie Oerflächenenergie der Titanoxidbeschichtung durch das folgende Verfahren bestimmt.
Es ist bekannt, dass die folgende Young's-Gleichung (1) für den Kontaktwinkel è etabliert ist, dass, wenn ein Flüssigkeitströpfchen auf die Oberfläche eines Feststoffes gelegt wird, das Tröpfchen sich mit der festen Oberfläche wie folgt verhält: ãL·cos è = ãS – ãSL (1)worin ã_S die freie Gibbs-Energie in der Zwischenfläche des Feststoffes und des Gases darstellt, ã_L stellt die freie Gibbs-Energie in der Zwischenfläche der Flüssigkeit und des Gases dar, und ã_SL stellt die freie Gibbs-Energie in der Zwischenfläche des Feststoffes und der Flüssigkeit dar.
Die freie Gibbs-Energie, die nach Kontakt zwischen der Flüssigkeit und dem Feststoff freigesetzt wird, wird die "Arbeit der Adhäsion" (W_SL) genannt und wird durch die folgende Dupre's-Gleichung (2) wiedergegeben: WSL = ãS + ãL – ãSL (2)
Des Weiteren ergibt sich gemäß der erweitereten Fowkes'-Gleichung, die durch Hata und Kitazaki (Journal of The Adhesion Society of Japan, 8, 131, 1972) etabliert wurde, ã_SL durch die folgende Gleichung: ãSL = ãS + ãL – 2Ã(ãS dãL d) – 2Ã(ãS PãL P) – 2Ã(ãS hãL h) (3)worin das hochgestellte d die molekulare Dispersionskraft der Oberflächenenergie darstellt, das hochgestellte p die Dipolmomentkomponente der Oberflächenenergie darstellt und das hochgestellte h die Wasserstoffbindungskomponente der Oberflächenenergie darstellt.
Aus den Gleichungen (1) und (2) ergibt sich, WSL = (1 + cos è)·ãL (4)
Aus den Gleichungen (3) und (4) ergibt sich, ÃãS d·ÃãL d + Ã(aS p·ÃãL p + ÃãS h·ÃãL h = (1 + cos è)·ãL /2 (5)
In einer Flüssigkeit L können, wenn die molekulare Dispersionskraft ã_L ^d, die Dipolmomentkomponente ã_L ^P und die Wasserstoffbindungskomponente ã_L ^h in der Oberflächenenergie bekannt sind und wenn der Kontaktwinkel è bekannt ist, drei Parameter ã_S ^d, ã_S ^P und ã_S ^h für einen bestimmten Feststoff S aus der Gleichung (5) durch das Verfahren der geringsten Quadrate bestimmt werden.
Für die Oberflächenenergie von Wasser, Formamid, β-Thiodiglycol, Ethylenglycol, α-Bromnaphthalin, Hexachlorbutadien und Methyleniodid sind die drei Komponenten ã_L ^d, ã_L ^P und ã_L ^h bekannt und werden in der folgenden Tabelle 5 wiedergegeben (Yuhi Harada "WAKARIYASUI COATING GIJUTSU", RIKO SHUPPAN, Seite 93).
Tabelle 5
Die gemessenen Werte des Kontaktwinkels è, die in Tabelle 4 wiedergegeben sind, und die bekannten drei Komponenten ã_L ^d, ã_L ^P und ã_L ^h der Oberflächenenergie von verschiedenen Flüssigkeiten, die in Tabelle 5 wiedergegeben sind, wurden in die Gleichung (5) eingesetzt und jede der Komponenten ã_S ^d, ã_S ^P und ã_S ^h der Oberflächenenergie in der Titanoxidbeschichtung wurden durch das Verfahren der geringsten Quadrate berechnet. Die Ergebnisse werden in Tabelle 6 zusammengefasst.
Tabelle 6
Wie aus Tabelle 6 zu erkennen ist, wurde herausgefunden, dass für beide, die Probe #1 und die Probe #2, die ultraviolette Bestrahlung in einer deutlich erhöhten Wasserstoffbindungskomponente ã_S ^h in der Oberflächenenergie resultiert. Auf der anderen Seite wurde keine klare Änderung in der molekularen Dispersionskraftkomponente ã_S ^d und der Dipolmomentkomponente ã_S ^P in der Oberflächenenergie beobachtet.
Aus den oben genannten Ergebnissen wird angenommen, dass die katalytische Wirkung, die durch die Photoanregung des Photokatalysators bewirkt wird, die Wasserstoffbindungskomponente ã_S ^h in der Oberflächenenergie der photokatalytischen Beschichtung verstärkt, was die physikalische Adsorption der Wassermoleküle beschleunigt, welche in einer erhöhten Menge des physikalisch adsorbierten Wassers resultiert, um die Oberfläche der Beschichtung stark zu hydrophilieren.
Referenzbeispiel 5
Ölabstoßung in Wasser
Dieses Beispiel zeigt, dass die Ölabstoßung der Oberfläche einer photokatalytischen Beschichtung in Wasser sich mit der Erhöhung der Wasserstoffbindungskomponente ã_S ^h in der Oberflächenenergie erhöht. Die Ölabstoßung in Wasser der Oberfläche der Probe #1 und der Probe #2, wie im Referenzbeispiel 4 hergestellt, wurde vor und nach der ultravioletten Bestrahlung beobachtet. Zu diesem Zweck wurde gemäß einem konventionellen Verfahren Methyleniodid als eine Flüssigkeit ausgewählt, die für ein Öl repräsentativ ist. Vor und nach der ultravioletten Bestrahlung wurde Methyleniodid auf die Oberfläche der Probe #1 und der Probe #2 aufgetropft und die Proben wurden dann, während die Oberfläche horizontal gehalten wurde, in Wasser, das in einem Wassertank enthalten war, eingetaucht.
Als Ergebnis verblieb in der Probe #1 und der Probe #2 vor der ultravioletten Bestrahlung Methyleniodid in einer Linsenform in der Zwischenfläche der photokatalytischen Beschichtung und Wasser haften. Dieses Stadium wurde von der Seite photographiert und der Kontaktwinkel der Oberfläche der photokatalytischen Beschichtung mit Methyleniodid in Wasser gemessen und basierend auf dem Photo als 80° für Probe #1 und 70 ° für Probe #2 festgestellt.
Wenn die Probe #1 und die Probe #2 nach der ultravioletten Bestrahlung in Wasser eingetaucht wurden, stieß die Oberfläche der photokatalytischen Beschichtung Methyleniodid gut ab, welches dann sphärisch wurde, sich bald von der Oberfläche der Probe trennte und auf der Oberfläche des Wassers schwamm, was es unmöglich machte, den Kontaktwinkel zu messen.
Daher wurde der Kontaktwinkel der Probe mit Methyleniodid in Wasser durch die folgende Berechnung bestimmt.
Im Allgemeinen ist für den Kontaktwinkel è, wenn ein Öltröpfchen auf die Oberfläche eines Feststoffes gelegt wird, gefolgt durch das Eintauchen des Feststoffes in Wasser, das Öltröpfchen mit der festen Oberfläche (d. h., der Kontaktwinkel der festen Oberfläche mit dem Öl in Wasser) die folgende Gleichung, basierend auf der Young's-Gleichung, anwendbar: ãL W·cos è= ãSW – ãSL (6)worin ã_SW die freie Gibbs-Energie in der Zwischenfläche des Feststoffes und des Wassers ist, ã_LW stellt die freie Gibbs-Energie in der Zwischenfläche des Öls und des Wassers dar, und ã_SL stellt die freie Gibbs-Energie in der Zwischenfläche des Feststoffes und des Öls dar.
Entsprechend cos è = (ãSW – ãSL)/ãLW (7)
Des Weiteren ergeben sich gemäß der erweiterten Fowkes-Gleichung, die durch Mr. Hata und Mr. Kitazaki etabliert wurden, ã_SW, ã_SL und ã_LW jeweils aus den folgenden Gleichungen: ãSW = ãS + ãW – 2Ã(ãS dãW d) – 2Ã(ãS PãW P) – 2Ã(ãS hãW h) (8) ãSL = ãS + ãL – 2Ã(ãS dãL d) – 2Ã(ãS PãL P) – 2Ã(ãS hãL h) (9) ãLW = ãS + ãW – 2Ã(ãL dãW d) – 2Ã(ãL PãW P) – 2Ã(ãL hãW h) (10)worin ã_W die freie Gibbs-Energie in der Zwischenfläche des Wassers und des Gases darstellt.
Daher könnten ã_SW, ã_SL und ã_LW, wenn die Art des Öls bestimmt ist, aus den Gleichungen (8), (9) und (10) bestimmt werden. Diese Werte können für ã_SW, ã_SL und ã_LW in die Gleichung (7) eingesetzt werden, um den Kontaktwinkel è der festen Oberfläche mit dem Öl in Wasser zu berechnen.
Für die Probe # 1 und die Probe #2, die in Beispiel 4 hergestellt wurden, wurden Daten vor und nach der ultravioletten Bestrahlung, die in der oben genannten Tabelle 5 beschrieben werden, und die bekannten Werte der Komponenten in der Oberflächenenergie von Wasser und Methyleniodid, die in der Tabelle 4 wiedergegeben sind, in die Gleichungen (8) bis (10) eingesetzt, um die freien Energien ã_SW, ã_LW und ã_SL zu bestimmen, und den Kontaktwinkel è der Oberfläche der photokatalytischen Beschichtung mit Methyleniodid in Wasser wird durch die Gleichung (7) berechnet. Die Ergebnisse werden in der folgenden Tabelle 7 zusammengefasst.
Tabelle 7
Wie aus Tabelle 7 offensichtlich ist, hatten sowohl die Probe #1 und die Probe #2 nach der ultravioletten Bestrahlung einen deutlich erhöhten Kontaktwinkel è mit Methyleniodid. Diese Tatsache stimmt gut mit der Tatsache überein, dass in dem oben genannten Experiment die Oberfläche der photokatalytischen Beschichtung Methyleniodid in Wasser gut abgestoßen hat. Des Weiteren bedeutet dies, dass das Eintauchen einer photokatalytischen Beschichtung mit einem Ölfleck in Wasser oder das Benässen einer solchen photokatalytischen Beschichtung mit Wasser es ermöglicht, den Ölfleck leicht von der Beschichtung zu entfernen.
Dieses Phänomen wird im Folgenden diskutiert. Wie aus der oben genannte Tabelle zu erkennen ist, macht die Wasserstofibindungskomponente unter den Komponenten der Oberflächenenergie die größte Differenz zwischen dem Wasser und dem Öl aus. Genauer, in dem Öl, das durch Methyleniodid dargestellt wird, ist die Wasserstoffbindungskomponente ã_L ^h in der Oberflächenenergie im Allgemeinen klein und nahe an Null, während in Wasser, die Wasserstoffbindungskomponente ã_W ^h in der Oberflächenenergie 42,4 groß ist. Daher resultiert in der Gleichung (8) ein sich erhöhendes ã_S ^h in einer deutlichen Erhöhung in √γ h / Sγ h / W und eine Erniedrigung ã_S ^W.
Auf der anderen Seite resultiert in der Gleichung (9) ein sich erhöhendes ã_S ^h in einer Erhöhung in ã_S in einem Größenbereich, der zu der Erhöhung in ã_S ^h korrespondiert. Da jedoch ã_L ^h nahe Null ist, sich √γ h / Sγ h / L nicht ändert, resultiert dies in einem erhöhten ã_SL.
Daher wird angenommen, dass, wie aus der Gleichung (7) ersichtlich ist, sich der Kontaktwinkel è der festen Oberfläche mit dem Öl in Wasser mit dem Erhöhen der Wasserstoffbindungskomponente ã_S ^h in der Oberflächenenergie der photokatalytischen Beschichtung erhöht, was die Oberfläche der photokatalytischen Beschichtung ölabstoßend in Wasser macht.
Referenzbeispiel 6
Ölabstoßung in Wasser – Ölsäure
Eine mit einer Basisschicht von amorphem Silicium beschichteten Glasplatte und einer Oberschicht aus amorphem Titanoxid wurde in der gleichen Weise wie in Referenzbeispiel 4 hergestellt. Die Glasplatte wurde auf 475°C erhitzt, um das amorphe Titanoxid in die Anataseform von Titanoxid zu überführen.
Anschließend wurde die Oberfläche der Probe mit ultraviolettem Licht unter Verwendung einer Schwarzlichtblauen Fluoreszenzlampe (FL20BLB) bei einer Bestrahlungsintensität von 0,5 mW/cm² für ungefähr eine Stunde bestrahlt.
Ölsäure wurde auf diese Probe getropft und auf eine Natronkalkglasplatte ohne photokatalytische Beschichtung und der Kontaktwinkel der Oberfläche dieser Proben mit Ölsäure wurde an der Umgebungsluft gemessen. Als ein Ergebnis betrug der Kontaktwinkel in Luft mit Ölsäure für beide Proben 35°.
Danach wurde jede Probe in Wasser getaucht und dann wurde der Kontaktwinkel der Proben mit Ölsäure in Wasser bestimmt. Als ein Ergebnis betrug der Kontaktwinkel 85° für die Glasplatte mit einer photokatalytischen Beschichtung und 38,5° für die Glasplatte ohne photokatalytische Beschichtung. Somit wurde bestätigt, dass die photoangeregte photokatalytische Beschichtung eine Ölabstoßung in Wasser aufzeigt.
Referenzbeispiel 7
Ölabstoßung einer Photokatalysator-enthaltenden Siliconbeschichtung in Wasser
Eine 10 cm quadratische Aluminiumplatte wurde als Substrat zur Verfügung gestellt. Das Substrat wurde zuvor mit einer Siliconharzbeschichtung beschichtet, um die Oberfläche desselben zu glätten.
Anschließend wurde Trimethoxymethylsilan (Flüssigkeit B von "Glasca", einer Farbzusammensetzung, die durch Japan Synthetic Rubber Co., Ltd. hergestellt wird), eine Vorstufe eines Silicons, zu Salpetersäure vom Peptisierungstyp Titanoxid-(Anataseform)sol (verfügbar unter der Bezeichnung TA-15 von Nissan Chemical Industries Ltd., durchschnittlicher Partikeldurchmesser von 0,01 μm) hinzugefügt. In diesem Fall wurde das Titanoxidsol in einer solchen Menge hinzugefügt, dass der Anteil von Titanoxid zum Gesamtgewicht, basierend auf einer festen Basis Titanoxid und Silicon 50 Gew.-% betrug. Die Mischung wurde mit Propanol verdünnt und ein Härtungsmittel wurde hinzugefügt, um eine Titanoxid-enthaltende Siliconfarbe herzustellen.
Die Titanoxid-enthaltende Siliconfarbe wurde auf die Aluminiumplatte beschichtet und die Beschichtung wurde bei 150°C gehärtet, um eine Oberschicht mit Partikeln von Titanoxid in einer Anataseform auszubilden, die in einer Siliconbeschichtung dispergiert sind.
Diese Probe wurde mit ultraviolettem Licht unter Verwendung einer Schwarzlicht-blauen Fluoreszenzlampe (FL20BLB) bei einer Strahlungsintensität von 0,5 mW/cm² für ungefähr einen Tag beleuchtet. Die Wasserabsorption der Probe betrug weniger als 1%.
Ein Salatöl wurde auf diese Probe und eine Aluminiumplatte ohne Titanoxid-enthaltende Siliconbeschichtung getropft und der Kontaktwinkel der Oberfläche dieser Proben mit dem Salatöl wurde an Luft gemessen. Der Kontaktwinkel der Proben mit dem Salatöl in Luft betrug 22° für die Probe mit einer Titanoxid-enthaltenden Siliconbeschichtung und 39° für die Probe ohne jegliche Titanoxid-enthaltende Siliconbeschichtung.
Danach wurde jede Probe in Wasser eingetaucht und der Kontaktwinkel wurde von jeder Probe mit dem Salatöl in Wasser gemessen. Der Kontaktwinkel der Proben mit dem Salatöl in Wasser betrug 105° für die Glasplatte mit einer Titanoxid-enthaltenden Siliconbeschichtung und 35° für die Glasplatte ohne Titanoxid-enthaltende Siliconbeschichtung.
Wenn die mit Titanoxid-enthaltendem Silicon beschichtete Probe durch Dagegenschnipsen mit einem Finger zum Vibrieren gebracht wurde, trennte sich das Salatöl, das auf der Oberfläche der Probe klebte, von der Probe und floss in das Wasser. Auf der anderen Seite verblieb für die Probe ohne Titanoxid-enthaltende Siliconbeschichtung das Salatöl in dem anhaftenden Stadium und breitete sich über die Oberfläche der Probe aus.
Aus den oben genannten Ergebnissen wird angenommen, dass die Photoanregung eines Photokatalysators durch Bestrahlung einer Siliconbeschichtung, die einen Photokatalysator enthält, bewirkt, dass die Oberfläche der Beschichtung durch die photokatalytische Wirkung hydrophiliert wird, um die Wasserstofibindungskomponente in der Oberflächenenergie zu erhöhen, was die Ölabstoßung der Beschichtung in Wasser erhöht.
Beispiel 1
Photokatalytische Beschichtung, die TiO₂/WO₃ enthält
Ammonium-Peptisierungstyp Anatasesol (STS-11, hergestellt durch Ishihara Sangyo Kaisha Ltd.) (1 g) wurde mit 2 g 25% wässrigem Ammoniak, das darin gelöste Wolframsäure enthalt vermischt, und 2 g destilliertes Wasser wurde zu der Mischung hinzugefügt, um eine Beschichtungsflüssigkeit herzustellen. Das molare Verhältnis der Titanoxidpartikeln zur Wolframsäure in der Beschichtungsflüssigkeit betrug 10 : 1.
Die Beschichtungsflüssigkeit wurde auf eine glasierte Fliese (AB02E11, hergestellt durch TOTO, LTD.) mit einer Größe von 5 × 10 cm beschichtet und die Beschichtung wurde für 30 Minuten bei 700°C erhitzt, um eine Probe #1 mit einer Beschichtung der Anataseform von Titanoxid herzustellen, die TiO₂/WO₃ enthält. Es wurde keinerlei Farbentwicklung, die aus der Oberflächenbeschichtung abgeleitet ist, beobachtet.
Zu Vergleichszwecken wurde das Titanoxidsol (STS-11) auf den gleichen Typ der glasierten Fliese (AB02E11), wie oben verwendet, beschichtet und die Beschichtung wurde für 30 Minuten auf 700°C erhitzt, um eine Probe #2 herzustellen, nur mit einer Beschichtung aus Titanoxid.
Direkt nach dem Erhitzen wurde der Kontaktwinkel von jeder Probe mit Wasser gemessen. Als ein Ergebnis betrug der Kontaktwinkel 9° für die Probe #2 während dieser für die Probe #2 nur 1° betrug. Dieses deutet an, dass direkt nach dem Erhitzen, eine Titanbeschichtung, die TiO₂/WO₃ enthält, eine hohe Hydrophilie aufweisen kann.
Jede Probe wurde dann einen Tag in einer Dunkelkammer stehen gelassen, um eine Änderung im Kontaktwinkel der Oberfläche der Proben mit Wasser festzustellen. Als ein Ergebnis wurde der Kontaktwinkel der Probe #2 mit Wasser auf 40° erhöht, während die Probe #2 den Kontaktwinkel beibehielt, d. h., sie hatte einen Kontaktwinkel von weniger als 5°. Nach dem Stehenlassen von Probe #1 in einer Dunkelkammer für weitere vier Tage, behielt die Probe #1 den Kontaktwinkel bei einem geringen Grad von ungefähr 5°.
Danach wurde die Oberfläche der Probe #1 mit ultraviolettem Licht unter Verwendung einer Schwarzlichtblauen Fluoreszenzlampe (FL20BLB) bei einer Bestrahlungsintensität von 0,5 mW/cm² für ungefähr 2 Stunden bestrahlt. Als Ergebnis wurde die Oberfläche der Probe #1 auf einen Kontaktwinkel mit Wasser von 0° superhydrophiliert.
Ölsäure wurde auf die Oberfläche von Probe #1 und Probe #2 beschichtet und diese Proben wurden dann mit einem neutralen Detergens eingerieben, mit Leitungswasser und destilliertem Wasser gespült und in einem Trockner für 30 Minuten bei 50°C getrocknet, um die Oberfläche der Proben vorsätzlich zu kontaminieren. Als Ergebnis wurde der Kontaktwinkel der Proben mit Wasser auf 30 bis 40° erhöht.
Die Oberfläche der Probe #1 wurde dann mit ultraviolettem Wasser unter Verwendung einer Schwarzlichtblauen Fluoreszenzlampe bei einer Bestrahlungsintensität von 0,3 mW/cm² für ungefähr 2 Stunden bestrahlt.
Dieses resultiere in einer Superhydrophilierung der Probe zu einem Kontaktwinkel der Probe mit Wasser von 0 °. Auf der anderen Seite wurde die Oberfläche der Probe #2 mit ultraviolettem Licht bei einer Bestrahlungsintensität von 0,3 mW/cm² für ungefähr einen Tag bestrahlt. Nach der ultravioletten Bestrahlung betrug der Kontaktwinkel der Probe #2 mit Wasser 9°.
Beispiel 2
Erhitzungstemperatur der TiO₂/WO₃ enthaltenden Beschichtung
Zwei Fliesen mit einer Beschichtung der Anataseform von Titanoxid, die TiO₂/WO₃ enthält, wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass die Erhitzungstemperatur variiert wurde. Die Erhitzungstemperatur der Probe #1 betrug 600°C und die Erhitzungstemperatur der Probe #2 betrug 750°C.
Direkt nach dem Erhitzen betrug der Kontaktwinkel von beiden Proben mit Wasser 1°. Diese Proben wurden dann in einer Dunkelkammer für einen Tag stehen gelassen und der Kontaktwinkel der Oberfläche von jeder Probe mit Wasser wurde wiederum gemessen. Als Ergebnis behielten die Proben den Kontaktwinkel bei einem geringen Grad von weniger als 5° bei.
Danach wurden die Proben vorsätzlich mit Ölsäure und einem neutralen Detergens in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 kontaminiert. Als Ergebnis erhöhte sich der Kontaktwinkel mit Wasser auf 50° für die Probe #1 und auf 60° für die Probe #2.
Die Proben wurden dann mit ultraviolettem Licht bei einer Bestrahlungsintensität von 0,3 mW/cm² für ungefähr 2 Stunden bestrahlt. Dieses resultierte in der Superhydrophilierung von beiden Proben auf einen Kontaktwinkel von Wasser von 0°.
Beispiel 3
Verhältnis von TiO, zu WO, in einer TiO₂/WO₃ enthaltenden Beschichtung
Es wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 vier Beschichtungen unter Variation der Wolframsäure hergestellt und dann auf Fliesen beschichtet, gefolgt durch Erhitzen, um die vier Fliesen #1 bis #4 mit einer Beschichtung der Anataseform von Titanoxid herzustellen, die TiO₂/WO₃ enthält. Das molare Verhältnis der Titanoxidpartikel zu der Wolframsäure in der verwendeten Beschichtungsflüssigkeit betrug 20 : 1 für die Probe #1, 100 : 1 für die Probe #2, 200 : 1 für die Probe #3 und 1000 : 1 für die Probe #4. Für alle diese Proben wurde das Erhitzen bei 700°C durchgeführt.
Direkt nach der Herstellung wurden die Proben vorsätzlich mit Ölsäure und einem neutralen Detergens in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 kontaminiert. Sie wurden dann mit ultraviolettem Licht bei einer Bestrahlungsintensität von 0,3 mW/cm² für ungefähr einen Tag bestrahlt. Als Ergebnis nach der ultravioletten Bestrahlung hatten alle Proben einen Kontaktwinkel mit Wasser von 1°.
Danach wurden die Proben in einer Dunkelkammer für einen Tag stehen gelassen und der Kontaktwinkel der Oberfläche der Proben mit Wasser gemessen. Als Ergebnis behielten die Proben den geringen Kontaktwinkel mit Wasser bei, d. h. sie hatten einen Kontaktwinkel mit Wasser von weniger als 10° für die Proben # 1 und #2, 8° für die Probe #3 und 9° für die Probe #4.
Dieses Beispiel zeigt, dass, wenn TiO₂/WO₃, ein Verbundmaterial aus Metalloxiden, auf eine photokatalytische Beschichtung aufgetragen wird, die Hydrophilie nach der Unterbrechung der Photoanregung des Photokatalysators erhalten bleibt.
Beispiel 4
Ausbildung einer photokatalytischen Beschichtung durch Bedampfung
Ein amorpher Titanoxidfilm wurde auf der Oberfläche einer 10 cm quadratischen Natronkalkglasplatte durch Elektronenstrahlablagerung ausgebildet und die Titanoxidschicht wurde bei 500°C erhitzt, um die amorphe Form von Titanoxid zu kristallisieren, wodurch die Anataseform von Titanoxid hergestellt wurde. Die Dicke des Titanoxid-(Anataseform)films betrug 100 nm.
In 25% wässrigem Ammoniak aufgelöste Wolframsäure wurde auf den Titanoxid-(Anataseform)film bei einer Bedeckung von 0,6 μm/cm² in Bezug auf das Gewicht der Wolframsäure beschichtet und die Beschichtung wurde auf 500°C erhitzt, um eine Probe herzustellen.
Direkt nach dem Erhitzen betrug der Kontaktwinkel der Oberfläche der Probe mit Wasser 2°.
Die Probe wurde dann in einer Dunkelkammer für einen Tag stehen gelassen, gefolgt durch Messung des Kontaktwinkels der Oberfläche der Probe mit Wasser, um eine Änderung im Kontaktwinkel der Probe mit dem Verlauf der Zeit zu bestimmen. Als Ergebnis behielt die Probe den Kontaktwinkel bei niedrigem Grad bei, was bedeutet, sie hatte einen Kontaktwinkel mit Wasser von 9° hatte.
Danach wurde die Oberfläche der Probe mit ultraviolettem Licht bei einer Bestrahlungsintensität von 0,3 mW/cm² für einen Tag bestrahlt. Nach der ultravioletten Bestrahlung wurde der Kontaktwinkel der Probe mit Wasser gemessen und als 0° festgestellt, was anzeigt, dass die Oberfläche der Probe stark hydrophiliert war.
Beispiel 5
Ausbildung einer photokatalytischen Beschichtung unter Verwendung von Alkoxid
Tetraethoxysilan als eine Vorstufe von Silicon und Ethanolamin als ein Hydrolyseinhibitor wurden zu Ethanol hinzugefügt, um eine Siliconbeschichtungslösung mit einer Tetraethoxysilankonzentration von 3,5 Gew.-% herzustellen. Eine 10 cm quadratische Natronkalkplatte wurde in diese Lösung eingetaucht und dann bei einer Geschwindigkeit von 24 cm pro Minute herausgezogen, um die Oberfläche der Glasplatte mit der oben genannten Lösung zu tauchbeschichten, gefolgt von Trocknen. Dieses bewirkte zuerst, dass Tetraethoxysilan hydrolysiert wurde, um Silanol zu ergeben, welches anschließend eine Dehydrierungspolykondensation unterläuft, um einen dünnen Film von amorphem Silicium auf der Oberfläche der Glasplatte zu ergeben.
Unabhängig davon wurde Tetraethoxytitan als eine Vorstufe von Titanoxid und Ethanolamin als Hydrolyseinhibitor zu Ethanol hinzugefügt, um eine Titanoxidbeschichtungslösung mit einer Tetraethoxytitankonzentration von 3,5 Gew.-% herzustellen. Die Glasplatte mit dem Film von amorphem Silicium, das zuvor darauf beschichtet worden war, wurde in die Titanbeschichtungslösung eingetaucht und dann bei einer Geschwindigkeit von 24 cm pro Minute zur Tauchbeschichtung der Oberfläche der beschichteten Glasplatte mit der Titanbeschichtungslösung hinzugefügt, gefolgt von Trocknen. Dieses bewirkte zuerst, dass Tetraethoxytitan hydrolysiert wird, um Titanhydroxid zu ergeben, welches dann eine Dehydrierungspolykondensation durchläuft, um einen amorphen Titanoxidfilm (Dicke: ungefähr 50 nm) auf der Oberfläche der beschichteten Glasplatte zu ergeben.
Die Glasplatte wurde dann in eine wässrige Lösung von Wolframsäure gegeben, die in einer Konzentration von 25 Gew.-% in einer 25%igen wässrigen Ammoniaklösung gelöst war, und bei einer Geschwindigkeit von 24 cm pro Minute herausgezogen, um die Oberfläche der Glasplatte mit der Lösung zu tauchbeschichten, gefolgt durch Erhitzen auf 500°C, um eine Probe #1 herzustellen. Das Erhitzen resultierte in der Kristallisierung des amorphen Titans, um die Anataseform von Titanoxid zu ergeben. Es wird angenommen, dass ein Doppeloxid von TiO₂/WO₃ zumindest an der Zwischenfläche des Titanoxidfilms und des Wolframfilms hergestellt wird.
Zum Vergleich wurde eine Glasplatte, die nicht mit der wässrigen Wolframsäurelösung beschichtet war, auf 500°C erhitzt, um eine Probe #2 herzustellen. Das Erhitzen resultierte in der Kristallisierung des amorphen Titanoxids, um die Anataseform des Titanoxids herzustellen.
Direkt nach dem Erhitzen wurde die Oberfläche der Probe #1 und die Probe #2 mit Ölsäure beschichtet, mit einem neutralen Detergens eingerieben, mit Leitungswasser und destilliertem Wasser gespült und in einem Trockner für 30 Minuten bei 50°C getrocknet, um vorsätzlich die Oberfläche der Proben zu kontaminieren. Danach wurde die Oberfläche der Proben mit ultraviolettem Licht bei einer Bestrahlungsintensität von 0,3 mW/cm² für einen Tag bestrahlt und der Kontaktwinkel der Oberfläche der Proben mit Wasser wurde gemessen. Als Ergebnis betrug für beide Proben der Kontaktwinkel der Oberfläche mit Wasser 1°.
Anschließend wurden die Proben in einer Dunkelkammer für 6 Stunden stehen gelassen und der Kontaktwinkel der Oberfläche der Proben mit Wasser wurde wiederum gemessen, um eine Änderung im Kontaktwinkel der Proben mit Wasser zu bestimmen. Als Ergebnis erhöhte sich der Kontaktwinkel der Probe #2 mit Wasser auf 22 °, während die Probe #1 den geringen Kontaktwinkel beibehielt, d. h., sie hatte einen Kontaktwinkel von 7°.
Beispiel 6
Schwefelsäure und TiO₂/WO₃ enthaltende photokatalytische Beschichtung
In der gleichen Weise wie in Beispiel 5 wurde eine Natronkalkglasplatte zuerst mit einem dünnen Film amorphem Siliciums beschichtet und dann mit einem dünnen Film von amorphem Titanoxid.
Die beschichtete Glasplatte wurde dann in eine 1%ige wässrige Ammoniaklösung, enthaltend 0,25 Gew.-% Wolframsäure und 0,33 Gew.-% Ammoniumsulfat, die darin gelöst waren, eingetaucht und bei einer Geschwindigkeit von 24 cm pro Minute herausgezogen, um die Oberfläche der Glasplatte mit der Lösung zu tauchbeschichten, gefolgt durch Erhitzen auf 500°C, um eine Probe herzustellen. Das Erhitzen resultierte in der Kristallisierung des amorphen Titanoxids, um eine photokatalytische Beschichtung von Anatase auf der Oberfläche der Platte auszubilden. Es ist zu bedenken, dass zusätzlich zu der Ausbildung der photokatalytischen Beschichtung von Anatase ein Doppeloxid von TiO₂/WO₃ auch auf der Oberfläche der photokatalytischen Beschichtung hergestellt wird und zudem die Sulfonsäuregruppe an das Titanatom auf der Oberfläche von Titanoxid gebunden wird.
Direkt nach dem Erhitzen wurde die Oberfläche der Probe vorsätzlich mit Ölsäure und einem neutralen Detergens in der gleichen Weise wie in Beispiel 5 kontaminiert. Dieses bewirkte, dass der Kontaktwinkel der Probe mit Wasser sich auf 35° erhöhte.
Danach wurde die Oberfläche der Probe mit ultraviolettem Licht bei einer Bestrahlungsintensität von 0,3 mW/cm² für einen Tag bestrahlt und der Kontaktwinkel der Probe mit Wasser wiederum gemessen und als 0° festgestellt.
Die Probe wurde dann in einer Dunkelkammer für einen Tag stehen gelassen und der Kontaktwinkel der Oberfläche der Probe mit Wasser wurde wiederum gemessen, um eine Änderung in dem Kontaktwinkel festzustellen. Als ein Ergebnis behielt die Oberfläche der Probe den Kontaktwinkel bei einem geringen Grad bei, d. h., sie hatte einen Kontaktwinkel mit Wasser von 9°.

Claims

Ein Verbundmaterial mit einer hydrophilierbaren Oberfläche, umfassend: – ein Substrat, – eine Schicht mit einer Feststoff/Gas-Zwischenfläche, die auf der Oberfläche des Substrats zur Verfügung gestellt wird, wobei besagte Schicht einen Photokatalysator enthält und eine feste Säure, die Al₂O₃·SiO₂ oder eine Oxidverbindung von Metallen ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus TiO₂/WO₃, WO₃/ZrO₂ und WO₃/SnO₂, und – eine Schicht von Wassermolekülen, die physikalisch auf der Oberfläche von besagter Schicht absorbiert sind, die den Photokatalysator als Reaktion auf die Photoanregung des Photokatalysators enthält.
Ein Verbundmaterial mit einer Oberfläche, die adaptiert ist, um ölabweisend in Wasser gemacht zu werden, umfassend: – ein Substrat, und – eine Schicht mit einer Feststoff/Gas-Zwischenfläche, die auf der Oberfläche des Substrats zur Verfügung gestellt wird, wobei besagte Schicht einen Photokatalysator enthält und eine feste Säure, die Al₂O₃·SiO₂ oder eine Oxidverbindung von Metallen ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus TiO₂/WO₃, WO₃/ZrO₂ und WO₃/SnO₂, und – wobei besagte Schicht adaptiert ist, in Reaktion auf eine Photoanregung von besagtem Photokatalysator die Wasserstoffbindungskomponente (γ_s ^h) in der Oberflächenenergie an besagter Zwischenfläche zu erhöhen.
Ein Verfahren zur Hydrophilierung der Oberfläche eines Substrats, umfassend die Schritte: – des zur Verfügungstellens eines Substrats, das mit einer Schicht beschichtet ist, die eine Feststoff/Gas-Zwischenfläche aufweist, wobei besagte Schicht einen Photokatalysator enthält und eine feste Säure, die Al₂O₃·SiO₂ oder eine Oxidverbindung von Metallen ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus TiO₂/WO₃, WO₃/ZrO₂ und WO₃/SnO₂, und – der Photoanregung des Photokatalysators, um es Wassermolekülen zu ermöglichen, physikalisch auf die Oberfläche von besagter Schicht unter der photokatalytischen Wirkung von besagtem Photokatalysator zu adsorbieren.
Ein Verfahren zur Verstärkung der Ölabstoßung der Oberfläche eines Substrats in Wasser, umfassend die Schritte: – des zur Verfügungstellens eines Substrats, das mit einer Schicht beschichtet ist, die eine Feststoff/Gas-Zwischenfläche aufweist, wobei besagte Schicht einen Photokatalysator enthält und eine feste Säure, die Al₂O₃·SiO₂ oder eine Oxidverbindung von Metallen ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus TiO₂/WO₃, WO₃/ZrO₂ und WO₃/SnO₂, und – der Photoanregung des Photokatalysators zur Erhöhung einer Wasserstoffbindungskomponente (γ_s ^h) in der Oberflächenenergie in der Feststoff/Gas-Zwischenschicht von besagter Schicht unter der photokatalytischen Wirkung von besagtem Photokatalysator.
Ein Verfahren zur Reinigung eines Substrats, umfassend die Schritte: – des zur Verfügungstellens eines Substrats, das mit einer Schicht beschichtet ist, die eine Feststoff/Gas-Zwischenfläche aufweist, wobei besagte Schicht einen Photokatalysator enthält und eine feste Säure, die Al₂O₃·SiO₂ oder eine Oxidverbindung von Metallen ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus TiO₂/WO₃, WO₃/ZrO₂ und WO₃/SnO₂, und – der Photoanregung des Photokatalysators zur Verstärkung einer Wasserstoffbindungskomponente (γ_s ^h) in der Oberflächenenergie in der Feststoff/Gas-Zwischenfläche von besagter Schicht unter der photokatalytischen Wirkung von besagtem Photokatalysator, und – des Eintauchens des Substrats in Wasser oder des Benetzens des Substrats mit Wasser, um einen Ölfleck freizusetzen, der an der Oberfläche des Substrats klebt.
Verwendung des Verbundmaterials von Anspruch 1 für Fensterscheiben für Gebäude, Fensterscheiben und Windschutzscheiben für Fahrzeuge, Schiffe, Spiegel, Linsen, Scheiben von Taucherbrillen und Helmen und Deckgläser für Messinstrumente.
Verwendung des Verbundmaterials von Anspruch 2 für Maschinen und Teile, Geschirr und Küchenutensilien.