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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines organischen
Farbstoffs bei einem Verfahren zum Beschichten eines Substrats,
um beim Aufbringen einer Beschichtungsflüssigkeit für eine Photokatalysatorschicht
auf einem Substrat nachzuweisen, ob die Schichtbildung erfolgt ist
und ob die so erzeugte transparente Photokatalysatorschicht eine
photokatalytische Fähigkeit
aufweist.
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Allgemeiner
Stand der Technik
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Kürzlich gab
es Versuche, Photokatalysatoren zu verwenden, um toxische Substanzen,
Komponenten mit einem fauligen Geruch, Öle und dgl., die täglich in
der Umwelt erzeugt werden, zu zersetzen, zu reinigen oder zu sterilisieren,
und der Verwendungsbereich von Photokatalysatoren nimmt schnell
zu. Um solche photokatalytischen Funktionen auszunutzen, wird der
Photokatalysator typischerweise so verwendet, daß er z.B. auf eine Oberfläche eines
Substrats, wie Glas, aufgebracht wird.
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Beschichtungsflüssigkeiten
für eine
Photokatalysatorschicht und Beschichtungsverfahren, durch die die äußerlichen
Eigenschaften der Substratoberflächen
schlechter werden, bewirken in vielen Fällen, daß der Wert des Produktes abnimmt,
und werden folglich als ungeeignet angesehen. Aus diesem Grund sind
viele Beschichtungsflüssigkeiten
für eine
Photokatalysatorschicht Beschichtungsflüssigkeiten für eine transparente Photokatalysatorschicht,
die nach der Schichtbildung transparente Photokatalysatorschichten
bildet.
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Andererseits
gibt es auch dünne
Photokatalysatorbeschichtungen, die mittels organischer Polymere gefärbt worden
sind, die den Beschichtungsflüssigkeiten
für eine
Photokatalysatorschicht als Bindemittel zugesetzt worden sind. Da
als Bedingung der Schichtbildung praktisch alle Beschichtungsflüssigkeiten
für eine Photokatalysatorschicht
erwärmt
werden, verschwindet selbst in diesem Fall die unerwünschte Farbe
in den meisten Fällen
bei der Schichtbildung unter Wärme.
Die Dicke einer solchen Photokatalysatorschicht beträgt typischerweise
etwa 0,1 bis 2,0 μm.
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Im
Falle einer transparenten Photokatalysatorschicht läßt sich
sehr schwer nachweisen, ob die Schichtbildung erfolgt ist oder nicht.
Das einzige Verfahren zum genauen Nachweis, ob die Schichtbildung
erfolgt ist oder nicht, besteht in einer Prüfung mit einem Analysegerät für die Mikrostruktur
der Oberfläche,
wie z.B. einem Elektronenmikroskop usw., eine Prüfung der gesamten mit dem Photokatalysator
beschichteten Fläche
ist jedoch unmöglich.
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Ein
bekanntes Verfahren zum Nachweis, ob eine erzeugte transparente
Photokatalysatorschicht eine photokatalytische Fähigkeit aufweist, beinhaltet
das Aufbringen eines organischen Farbstoffs auf die Oberfläche der
Photokatalysatorschicht und eine Bestimmung auf der Basis des Verschwindens
ihrer Farbe. Dieses Verfahren bringt jedoch das Problem mit sich,
daß es
nach der Schichtbildung unmöglich
ist, zu unterscheiden, ob die Schichtbildung unvollständig war
oder ob es einen Fehler bei der photokatalytischen Fähigkeit
gab.
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Besonders
dann, wenn sich das für
die Erzeugung einer Photokatalysatorschicht vorgesehene Material
im Freien befindet, wie etwa ein Bauwerk, eine Außenkonstruktion
oder eine Tiefbaukonstruktion, oder im Falle von Schwermaschinen,
bei denen das Bewegen oder Erwärmen
problematisch ist, muß das
Aufbringen der Photokatalysatorschicht an Ort und Stelle erfolgen,
wobei es aus Gründen
der Organisation der Durchführung
nicht einfach ist, die Schichtbildung oder die photokatalytische
Fähigkeit
nachzuweisen.
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Selbst
bei einem Verfahren, bei dem nach dem Aufbringen des Photokatalysators
ein organischer Farbstoff angewendet wird, um die photokatalytische
Fähigkeit
nachzuweisen, gibt es ein ökonomisches
Problem, das mit der gestiegenen Anzahl von Schritten sowie auch
der Tatsache zusammenhängt,
daß das
gleichmäßige Auftragen
des organischen Farbstoffs auf den Arbeitsplatz bei einem großen Anwendungsbereich
unrealistisch ist.
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Offenbarung
der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Verwendung eines
organischen Farbstoffs bei einem Verfahren zum Beschichten eines
Substrats anzugeben, um nachzuweisen, ob bei einem Verfahren zum Aufbringen
einer Beschichtungsflüssigkeit
für eine
Photokatalysatorschicht auf einem Substrat oder einer zersetzungsbeständigen Bindemittelschicht
eine Schichtbildung erfolgt ist oder nicht und ob die so erzeugte
Photokatalysatorschicht eine photokatalytische Fähigkeit aufweist.
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Als
Funktionen eines Photokatalysators werden z.B. die Photozersetzungswirkung
auf Oberflächen von
feinen Photokatalysatorpartikeln eines Halbleitermetalls usw. ausgenutzt;
wenn Photokatalysatoren mit solchen Funktionen praktisch verwendet
werden, maß auf
der Oberfläche
eines Substrats, wie z.B. Produkten und Bauteilen, Außenkonstruktionen
oder Tiefbaukonstruktionen unterschiedlicher Art, eine Schicht erzeugt werden,
und da es ferner erwünscht
ist, bei dieser Schicht äußerliche
Qualitäten
der Substratoberfläche
beizubehalten, mußten
die Photokatalysatorschicht und die darunter liegende Schicht aus
einem zersetzungsbeständigen
Bindemittel aus farblosen transparenten Schichten bestehen und der
Abbau des Substrats oder seiner Oberflächen vermieden werden.
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Folglich
sind viele der verschiedenen handelsüblichen Beschichtungsflüssigkeiten
für eine
Photokatalysatorschicht usw. Beschichtungsflüssigkeiten für eine transparente
Photokatalysatorschicht, die bei der Schichtbildung farblos und
transparent sind; trotz der Bedeutung in bezug auf die Organisation
von Qualität/Durchführung des
Nachweises der Schichtbildung für
extrem dünne
Photokatalysatorschichten mit 1 μm oder
weniger, bei denen der visuelle Nachweis schwierig ist, hat dessen
Bedeutung noch keine angemessene Anerkennung gefunden.
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Im
Verlauf einer extensiven Erforschung und Entwicklung bezüglich eines
brauchbaren Photokatalysators haben die Erfinder die Bedeutung der
vorstehend genannten Probleme erkannt, gewissenhafte Untersuchungen
zu deren Lösung
durchgeführt
und Beschichtungsflüssigkeiten
für eine
transparente Photokatalysatorschicht aus herkömmlichen Beschichtungsflüssigkeiten
für eine
transparente Photokatalysatorschicht verwendet, in die organische
Farbstoffe eingeführt
wurden.
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Im
Ergebnis haben sie erkannt, daß bei
einem Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtungsflüssigkeit
für eine
transparente Photokatalysatorschicht auf einem Substrat der Nachweis,
ob die Schichtbildung erfolgt ist und ob die so erzeugte transparente
Photokatalysatorschicht eine photokatalytische Fähigkeit aufweist, ohne weiteres
möglich
ist. Außerdem
haben sie die Wirkungen der organischen Farbstoffe auf transparente
Photokatalysatorschichten bestätigt,
womit sie zur vorliegenden Erfindung gelangten.
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Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines organischen
Farbstoffs bei einem Verfahren zum Beschichten eines Substrats gemäß Anspruch
1 oder 4, das eine einen organischen Farbstoff enthaltende Beschichtungsflüssigkeit
für eine
Photokatalysatorschicht verwendet, das einen Schritt aufweist, bei
dem eine einen organischen Farbstoff enthaltende Beschichtungsflüssigkeit
für eine
Photokatalysatorschicht aufgebracht wird, wobei es, wenn die Beschichtungsflüssigkeit
für eine
Photokatalysatorschicht auf einem Substrat aufgebracht worden ist,
möglich
ist nachzuweisen, ob die Schichtbildung erfolgt ist und ob die so
erzeugte transparente Photokatalysatorschicht eine photokatalytische
Fähigkeit
aufweist;
die Verwendung eines organischen Farbstoffs bei einem
Verfahren zum Beschichten eines Substrats unter Verwendung der vorstehend
genannten, einen organischen Farbstoff enthaltenden Beschichtungsflüssigkeit für eine Photokatalysatorschicht,
wobei die Beschichtungsflüssigkeit
für eine
Photokatalysatorschicht eine Beschichtungsflüssigkeit für eine transparente Photokatalysatorschicht
ist, die nach der Schichtbildung eine transparente Photokatalysatorschicht
bildet;
die Verwendung eines organischen Farbstoffs bei einem
Verfahren zum Beschichten eines Substrats nach Anspruch 2 oder 5
unter Verwendung der vorstehend genannten, einen organischen Farbstoff
enthaltenden Beschichtungsflüssigkeit
für eine
Photokatalysatorschicht, wobei die Beschichtungsflüssigkeit
für eine
Photokatalysatorschicht auf eine darunterliegende aufgetragene Schicht
eines zersetzungsbeständigen
Bindemittels aufgebracht wird;
die Verwendung eines organischen
Farbstoffs bei einem Verfahren zum Beschichten eines Substrats unter Verwendung
der vorstehend genannten, einen organischen Farbstoff enthaltenden
Beschichtungsflüssigkeit für eine Photokatalysatorschicht,
wobei der organische Farbstoff ein organischer Farbstoff ist, dessen
Molekül ein
metallisches Element aufweist;
die Verwendung eines organischen
Farbstoffs bei einem Verfahren zum Beschichten eines Substrats unter Verwendung
der vorstehend genannten, einen organischen Farbstoff enthaltenden
Beschichtungsflüssigkeit für eine Photokatalysatorschicht,
wobei der organische Farbstoff ein organischer Farbstoff oder mehrere
organische Farbstoffe ist, die aus Azo-, Phthalocyanin- und einen
Metallkomplex enthaltenden kondensierten polycyclischen Farbstoffen
und Pigmenten ausgewählt
ist; und
die Verwendung eines organischen Farbstoffs bei einem
Verfahren zum Beschichten eines Substrats unter Verwendung der vorstehend
genannten, einen organischen Farbstoff enthaltenden Beschichtungsflüssigkeit für eine Photokatalysatorschicht,
wobei der organische Farbstoff zusammen mit einem oder mehreren
Zusätzen
verwendet wird, die aus Dispersionsmitteln, die Feuchtigkeit regelnden
Mitteln und Verdickungsmitteln ausgewählt sind.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines organischen
Farbstoffs bei einem Verfahren zum Beschichten eines Substrats gemäß Anspruch
3 oder 6 unter Verwendung einer einen organischen Farbstoff enthaltenden
Beschichtungsflüssigkeit
für ein
zersetzungsbeständiges
Bindemittel, das die folgenden Schritte aufweist:
Aufbringen
einer Beschichtungsflüssigkeit
für ein
zersetzungsbeständiges
Bindemittel, die einen organischen Farbstoff enthält, auf
ein Substrat. als Unterschicht; und
Aufbringen einer Beschichtungsflüssigkeit
für eine
Photokatalysatorschicht auf dieser, wobei es, wenn die Beschichtungsflüssigkeit
für ein
zersetzungsbeständiges
Bindemittel auf einem Substrat aufgebracht worden ist, möglich ist
nachzuweisen, ob die Schichtbildung der Bindemittelschicht erfolgt
ist und ob die Photokatalysatorschicht, die von einer Beschichtungsflüssigkeit
für eine
Photokatalysatorschicht darauf erzeugt worden ist, eine photokatalytische
Fähigkeit
hat;
die Verwendung eines organischen Farbstoffs bei einem
Verfahren zum Beschichten eines Substrats unter Verwendung der vorstehend
genannten, einen organischen Farbstoff enthaltenden Beschichtungsflüssigkeit für ein zersetzungsbeständiges Bindemittel,
wobei die Beschichtungsflüssigkeit
für eine
Photokatalysatorschicht eine Beschichtungsflüssigkeit für eine transparente Photokatalysatorschicht
ist, so daß nach
der Schichtbildung eine transparente Photokatalysatorschicht erzeugt
wird;
die Verwendung eines organischen Farbstoffs bei einem
Verfahren zum Beschichten eines Substrats unter Verwendung der vorstehend
genannten, einen organischen Farbstoff enthaltenden Beschichtungsflüssigkeit für ein zersetzungsbeständiges Bindemittel,
wobei der organische Farbstoff aus einem oder mehreren organischen
Farbstoffen ist, die aus Azo-, Phthalocyanin- und einen Metallkomplex
enthaltenden kondensierten polycyclischen Farbstoffen und Pigmenten
ausgewählt
ist; und
die Verwendung eines organischen Farbstoffs bei einem
Verfahren zum Beschichten eines Substrats unter Verwendung der vorstehend
genannten, einen organischen Farbstoff enthaltenden Beschichtungsflüssigkeit für ein zersetzungsbeständiges Bindemittel,
wobei der organische Farbstoff zusammen mit einem oder mehreren
Zusätzen
verwendet wird, die aus Dispersionsmitteln, die Feuchtigkeit regelnden
Mitteln und Verdickungsmitteln ausgewählt sind.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer einen
organischen Farbstoff enthaltenden Beschichtungsflüssigkeit
für eine
Photokatalysatorschicht, die einen organischen Farbstoff enthält, wobei es
beim Aufbringen der Beschichtungsflüssigkeit für eine Photokatalysatorschicht
auf ein Substrat möglich
ist nachzuweisen, ob die Schichtbildung erfolgt ist, und nachzuweisen,
ob die so erzeugte transparente Photokatalysatorschicht eine photokatalytische
Fähigkeit
aufweist;
die vorstehend genannte, einen organischen Farbstoff
enthaltende Beschichtungsflüssigkeit
für eine
Photokatalysatorschicht, wobei die Beschichtungsflüssigkeit
für eine
Photokatalysatorschicht eine Beschichtungsflüssigkeit für eine transparente Photokatalysatorschicht
ist, die nach der Schichtbildung eine transparente Photokatalysatorschicht
bildet;
die vorstehend genannte, einen organischen Farbstoff
enthaltende Beschichtungsflüssigkeit
für eine
Photokatalysatorschicht, wobei die Beschichtungsflüssigkeit
für eine
transparente Photokatalysatorschicht eine Beschichtungsflüssigkeit
für eine
transparente Photokatalysatorschicht ist, die ein Sol eines amorphen
Titanperoxids und ein Sol des Titanoxids Anatas aufweist;
die
vorstehend genannte, einen organischen Farbstoff enthaltende Beschichtungsflüssigkeit
für eine
Photokatalysatorschicht, wobei der organische Farbstoff ein organischer
Farbstoff ist, dessen Molekül
ein metallisches Element aufweist;
die vorstehend genannte,
einen organischen Farbstoff enthaltende Beschichtungsflüssigkeit
für eine
Photokatalysatorschicht, wobei der organische Farbstoff ein organischer
Farbstoff oder mehrere organische Farbstoffe ist, die aus Azo-,
Phthalocyanin- und
einen Metallkomplex enthaltenden kondensierten polycyclischen Farbstoffen
und Pigmenten ausgewählt
sind; und
die vorstehend genannte, einen organischen Farbstoff
enthaltende Beschichtungsflüssigkeit
für eine
Photokatalysatorschicht, wobei der organische Farbstoff zusammen
mit einem oder mehreren Zusätzen
verwendet wird, die aus Dispersionsmitteln, die Feuchtigkeit regelnden
Mitteln und Verdickungsmitteln ausgewählt sind.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer Beschichtungsflüssigkeit
für eine
Photokatalysatorschicht, die eine organische Verbindung enthält, deren
Molekül
ein metallisches Element aufweist, wobei die Beschichtungsflüssigkeit
für eine
Photokatalysatorschicht aufgrund des metallischen Elements der organischen
Verbindung, die sich durch Photoexzitation des Photokatalysators
zersetzt, eine bessere photokatalytische Wirksamkeit und physikalische
Festigkeit der Photokatalysatorschicht aufweist;
die vorstehend
genannte Beschichtungsflüssigkeit
für eine
Photokatalysatorschicht, wobei die organische Verbindung, deren
Molekül
ein metallisches Element aufweist, ein organischer Farbstoff ist,
dessen Molekül
ein metallisches Element aufweist;
eine einen organischen Farbstoff
enthaltende Beschichtungsflüssigkeit
für ein
zersetzungsbeständiges
Bindemittel, die einen organischen Farbstoff enthält, wobei
es, wenn die Beschichtungsflüssigkeit
für ein
zersetzungsbeständiges
Bindemittel auf ein Substrat aufgebracht worden ist, möglich ist
nachzuweisen, ob die Schichtbildung der Bindemittelschicht erfolgt
ist und ob die Photokatalysatorschicht, die von einer Beschichtungsflüssigkeit
für eine
Photokatalysatorschicht darauf ausgebildet worden ist, eine photokatalytische
Fähigkeit
aufweist;
die vorstehend genannte, einen organischen Farbstoff
enthaltende Beschichtungsflüssigkeit
für ein
zersetzungsbeständiges
Bindemittel, wobei die Beschichtungsflüssigkeit für ein zersetzungsbeständiges Bindemittel eine
Beschichtungsflüssigkeit
ist, die nach der Schichtbildung eine transparente Schicht des zersetzungsbeständigen Bindemittels
bilden kann;
die vorstehend genannte, einen organischen Farbstoff
enthaltende Beschichtungsflüssigkeit
für ein
zersetzungsbeständiges
Bindemittel, wobei die Beschichtungsflüssigkeit für ein zersetzungsbeständiges Bindemittel ein
Sol eines amorphen Titanperoxids ist;
die vorstehend genannte,
einen organischen Farbstoff enthaltende Beschichtungsflüssigkeit
für ein
zersetzungsbeständiges
Bindemittel, wobei der organische Farbstoff ein organischer Farbstoff
oder mehrere organische Farbstoffe ist, die aus Azo-, Phthalocyanin-
und einen Metallkomplex enthaltenden kondensierten polycyclischen
Farbstoffen und Pigmenten ausgewählt
sind; und
die vorstehend genannte, einen organischen Farbstoff
enthaltende Beschichtungsflüssigkeit
für ein
zersetzungsbeständiges
Bindemittel, wobei der organische Farbstoff zusammen mit einem oder
mehreren Zusätzen verwendet
wird, die aus Dispersionsmitteln, die Feuchtigkeit regelnden Mitteln
und Verdickungsmitteln ausgewählt
sind.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines organischen
Farbstoffs bei einem Verfahren zum Beschichten von Substraten, Zubehör und Bauwerken
mit dem vorstehend genannten Beschichtungsverfahren.
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Beispiele
der Materialien für
Substrate in dieser Erfindung sind Keramiken, Glas und andere anorganische
Materialien, Kunststoffe, Gummi, Holz, Papier und andere organische
Materialien, Aluminium, Stahl und andere Metallmaterialien. Die
Größe und Form
des Substrats sind bei der vorliegenden Erfindung nicht begrenzt
und können tafelförmig, eine
Schicht, eine Honigwabe, eine Faser, eine Filterschicht, Kügelchen
oder eine geschäumte
Konfiguration oder irgendeine integrierte Form davon sein.
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Was
die Anwendungsform der Substrate bei der vorliegenden Erfindung
betrifft, ist irgendeine Form, die die Verwendung eines Photokatalysators
ermöglicht,
wie etwa verschiedene Produkte, Teile usw., möglich, wobei Beispiele Ziegel
bzw. Platten bzw. Fliesen, Fensterscheiben, Blöcke bzw. Wohnblöcke, Badeinheiten, Beleuchtungen
und anderes Zubehör,
sowie auch Außenwände, Dächer, Säulen bzw.
Stützen,
Fenster, Verkehrssignale und andere Konstruktionen sowie auch Karosserien
und Innenwände
von Kraftfahrzeugen, Elektrozüge,
Flugzeuge, Kräne
und eine andere Schwertransportausrüstung sind.
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Bei
Acrylnitrilharzen, Vinylchloridharz, Polycarbonatharzen, Methylmethacrylatharzen
(Acrylharzen), Polyesterharzen, Polyurethanharze und anderen derartigen
Substraten aus einem organischen Polymermaterial und Beschichtungsoberflächen, die
diese organischen Polymermaterialien aufweisen, wobei das Substrat und
dessen Oberflächenmaterial
einer Zersetzungswirkung durch die photokatalytische Fähigkeit
unterzogen werden, ist es bevorzugt, zwischen dem Substrat und der
beschichteten Fläche
und der Photokatalysatorschicht eine Unterschicht aus einer Schicht
eines zersefzungsbeständigen
Bindemittels vorzusehen.
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Als
Beschichtungsflüssigkeit
für eine
Photokatalysatorschicht können
gemäß der vorliegenden
Erfindung irgendwelche herkömmlich
bekannten Beschichtungsflüssigkeiten
für eine
Photokatalysatorschicht verwendet werden; in der bevorzugten Praxis
ist es jedoch eine Beschichtungsflüssigkeit für eine transparente Photokatalysatorschicht,
die nach der Schichtbildung eine transparente Photokatalysatorschicht
bilden kann. Ein Beispiel einer solcher Beschichtungsflüssigkeit
für eine
transparente Photokatalysatorschicht ist eine Suspension, die z.B.
Photokatalysatorpartikel eines Halbleitermetalls und ein Bindemittel
enthält;
davon ist eine Beschichtungsflüssigkeit
für eine
transparente Photokatalysatorschicht bevorzugt, die bei Normaltemperatur bis
120 °C eine
Schicht bilden kann.
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Wenn
die Schichtbildung das Erwärmen
bis zu einer hohen Temperatur, z.B. auf 300 °C bis 500 °C, erfordert, müssen organische
Farbstoffe verwendet werden, die sich bei solchen Temperaturen nicht
zersetzen oder verfärben,
so daß der
Bereich der verwendbaren organischen Farbstoffe begrenzt ist.
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Beispiele
des Photokatalysator-Halbleiters in der vorstehend genannten Beschichtungsflüssigkeit
für eine
Photokatalysatorschicht sind TiO2, ZnO,
SrTiO3, CdS, CdO, CaP, InP, In2O3, CaAs, BaTiO3,
K2NbO3, Fe2O3, Ta2O5, WO3, SnO2, Bi2O3,
NiO, Cu2O, SiC, SiO2,
MoS2, MoS3, InPb,
RuO2, CeO2 und andere
Substanzen mit Photokatalysatorwirkung; davon ist Titandioxid TiO2 bevorzugt; Materialien mit einer photokatalytischen
Fähigkeit
werden in Form eines Sols, eines feinen Pulvers oder eines feinen
Partikels mit einem Partikeldurchmesser von etwa 0,001 bis 20 μm verwendet.
Beispiele dieser Materialien mit photokatalytischer Fähigkeit
sind die handelsüblichen
ST-01 (von Ishihara Techno KK hergestellt), ST-31 (von Ishihara
Techno KK hergestellt) und ein Sol des Titanoxids Anatas TAK70 (von
TAO Inc. hergestellt) und dgl.
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Ein
bestimmtes Beispiel einer bevorzugten Beschichtungsflüssigkeit
für eine
transparente Photokatalysatorschicht ist ein flüssiges Gemisch eines Sols eines
amorphen Titanperoxids und eines Sols des Titanoxids Anatas. Das
Sol des amorphen Titanperoxids kann z.B. wie folgt hergestellt werden.
Zu einer wäßrigen Lösung eines
Titansalzes, wie Titantetrachlorid TiCl4,
wird Ammoniakwasser oder ein Alkalimetallhydroxid, wie Natriumhydroxid,
gegeben, und bei pH = 6 bis 7 wird eine Reaktion hervorgerufen.
Das entstehende schwach bläulich-weiße amorphe
Titanhydroxid Ti(OH)4 (auch als Orthotitansäure H4TiO4 bezeichnet)
wird gewaschen/abgetrennt, danach mit einer wäßrigen Wasserstoffperoxidlösung behandelt,
so daß eine
wäßrige Lösung von
amorphem Titanperoxid erhalten wird.
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Diese
wäßrige Lösung des
amorphen Titanperoxids ist bei Normaltemperatur amorph und noch
nicht zum Titanoxid Anatas kristallisiert und enthält ultrafeine
Partikel, so daß es
eine sehr gute Adhäsion,
sehr gute Schichtbildungseigenschaften und die Fähigkeit, eine gleichmäßige ebene
dünne Schicht
zu erzeugen, sowie auch die Fähigkeit
erhält,
daß sich
die trockene Überzugsschicht
nicht in Wasser löst.
Das Sol des Titanoxids Anatas kann hergestellt werden, indem das
vorstehend genannte Sol des amorphen Titanperoxids einige Stunden
bei 100 °C
oder mehr erhitzt wird.
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Die
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendete Beschichtungsflüssigkeit für ein zersetzungsbeständiges Bindemittel
kann irgendeine sein, die das Substrat vor der Zersetzungswirkung
des Photokatalysators schützen
und das Substrat mit der Photokatalysatorschicht verbinden kann;
neben dem bereits erwähnten Sol
eines amorphen Titanperoxids sind weitere Bespiele Beschichtungsflüssigkeiten,
die Wasserglas kolloidales Siliciumdioxid, Polyorganosiloxan und
andere Siliciumverbindungen, Zink phosphat, Aluminiumphosphat und
andere Phosphate, Biphosphate, Zement und andere anorganische Bindemittel
sowie auch Fluorpolymere, Siliconpolymere und andere organische
Bindemittel enthalten, wie es in der JP(A) 7-171408 offenbart ist. Von
diesen Beschichtungsflüssigkeiten
für ein
zersetzungsbeständiges
Bindemittel sind jene bevorzugt, die wie das vorstehend genannte
Sol eines amorphen Titanperoxids nach dem Auftragen transparent
sind.
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Die
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendeten organischen Farbstoffe können irgendwelche sein, die
sich durch den Photokatalysator zersetzen und ihre Farbe verlieren
können.
Beispiele sind organische Pigmente und natürliche oder synthetische Farbstoffe.
Davon sind wasserlösliche
und sehr stabile Pigmente und Farbstoffe bevorzugt, z.B. Azofarbstoffe,
insbesondere ein Metallsalz von fixierenden Azofarbstoffen, Metallkomplex-Azofarbstoffe,
basische Azofarbstoffe, Phthalocyaninpigmente und einen Metallkomplex enthaltende
kondensierte polycyclische Farbstoffe oder Pigmente, wie Derivate
eines auf Porphyrin basierenden natürlichen Farbstoffs. Diese werden
allein durch die oxidative Zersetzungswirkung der Photokatalysatoren
zersetzt und sind nicht nur für
den Nachweis der photokatalytischen Fähigkeit geeignet, sondern verbessern
auch die photokatalytische Fähigkeit.
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Als
bei der vorliegenden Erfindung verwendete organische Farbstoffe,
einschließlich
der vorstehend genannten Azo-, Phthalocyanin- und einen Metallkomplex
enthaltenden kondensierten polycyclischen Farbstoffe und Pigmente,
sind organische Farbstoffe bevorzugt, deren Molekül ein metallisches
Element, wie Chrom, Kupfer, Calcium, Cobalt, Eisen, Aluminium, Strontium,
enthält.
Zu Metallatome enthaltenden Phthalocyaninpigmenten, bei denen zwei
zentrale Wasserstoffatome des Phthalocyanins durch ein Metall substituiert sind,
gehören
z.B. jene mit einer stark ionisch bindenden Komponente (Na, K, Ca,
Be, Ca, Ba, Cd, Mg usw.) und jene mit einer stark kovalent bindenden
Komponente (Cu, Ni, Zn, Cr, Co, Al, Pt, Fe, V usw.).
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Wenn
das Molekül
des organischen Farbstoffs ein metallisches Element enthält, wird
der organische Farbstoff durch die photokatalytische Fähigkeit
zersetzt, und folglich bleibt das Metallelement als Oxid oder Ion zurück, so daß es effizient
als Elektronen einfangendes Metall wirkt, um die photokatalytische
Reaktion zu fördern
und zu unterstützen,
so daß gleichzeitig
die photokatalytische Fähigkeit
verbessert und die physikalische Festigkeit der Photokatalysatorschicht
erhöht
wird.
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Wenn
bei der vorliegenden Erfindung ein organischer Farbstoff verwendet
wird, können
zusammen damit ein oder mehrere Zusätze verwendet werden, die aus
Dispersionsmitteln, die Feuchtigkeit regelnden Mitteln und Verdickungsmitteln
ausgewählt
sind. In der bevorzugten Praxis enthalten solche Zusätze Metallverbindungen,
wie Calciumcarbonat; jene, die verschiedene Elektronen einfangende
Metalle enthalten, sind für die
Verwendung ebenfalls von Vorteil.
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Wie
vorstehend erwähnt,
erfolgt das Einführen
der organischen Farbstoffe in die Beschichtungsflüssigkeit
für eine
Photokatalysatorschicht oder die Beschichtungsflüssigkeit für ein zersetzungsbeständiges Bindemittel
vorzugsweise durch gleichmäßiges Dispergieren
des organischen Farbstoffs unter Verwendung eines geeigneten Dispersionsmittels.
Wenn handelsübliche
Pigmente usw. verwendet werden, kann ein empfohlenes Verfahren für deren
Verwendung z.B. wie folgt sein. Im allgemeinen gehören zu Dispersionsmitteln
(Lösungsmitteln)
für organische
Farbstoffe Ethylalkohol, Propylalkohol und andere Alkohole, Ethylacetat
und andere Ester, Methylethylketon und andere Ketone, Toluol, Xylol
und andere aromatische Lösungsmittel
und nichtionische oberflächenaktive
Mittel.
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Beim
Mischen von organischem Farbstoff und Beschichtungsflüssigkeit
für eine
Photokatalysatorschicht können
deren Anteile geeignet ausgewählt
werden, so daß eine
Verfärbung
bis zu dem Ausmaß erhalten
wird, daß nachgewiesen
werden kann, ob die Schichtbildung erfolgt ist, und eine Entfärbung bis
zu dem Ausmaß erhalten
wird, daß die
photokatalytische Fähigkeit
seitens der erzeugten transparenten Photokatalysatorschicht schnell
nachgewiesen werden kann.
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Die
erfindungsgemäße, einen
organischen Farbstoff enthaltende Beschichtungsflüssigkeit
für eine Photokatalysatorschicht,
die durch Mischen von organischem Farbstoff und Beschichtungsflüssigkeit
für eine Photokatalysatorschicht
hergestellt worden ist, kann so wie hergestellt im gefärbten Zustand
unter Bedingungen ohne Photoexzitation aufbewahrt werden.
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Beim
Mischen von organischem Farbstoff und Beschichtungsflüssigkeit
für ein
zersetzungsbeständiges
Bindemittel können
deren Anteile geeignet ausgewählt
werden, so daß eine
Färbung
bis zu dem Ausmaß erhalten
wird, daß nachgewiesen
werden kann, ob die Schichtbildung der Schicht aus dem zersetzungsbeständigen Bindemittel
erfolgt ist, und eine Entfärbung
bis zu dem Ausmaß erhalten
wird, daß die
photokata lytische Fähigkeit
seitens der erzeugten transparenten Photokatalysatorschicht schnell
nachgewiesen werden kann.
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Die
erfindungsgemäße, einen
organischen Farbstoff enthaltende Beschichtungsflüssigkeit
für ein
zersetzungsbeständiges
Bindemittel, die durch Mischen von organischem Farbstoff und Beschichtungsflüssigkeit für ein zersetzungsbeständiges Bindemittel
hergestellt worden ist, kann so wie hergestellt in einem gefärbten Zustand
aufbewahrt werden.
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Beim
Aufbringen der erfindungsgemäßen, einen
organischen Farbstoff enthaltenden Beschichtungsflüssigkeit
für eine
Photokatalysatorschicht, die den organischen Farbstoff enthält, oder
beim Aufbringen der erfindungsgemäßen einen organischen Farbstoff
enthaltenden Beschichtungsflüssigkeit
für ein
zersetzungsbeständiges
Bindemittel, die den organischen Farbstoff enthält, auf einem Substrat kann
durch visuellen Nachweis der Verfärbung durch den organischen
Farbstoff festgestellt werden, ob die Schichtbildung erfolgt ist. Durch
visuellen Nachweis des Entfärbens
der Photokatalysatorschicht oder Schicht des zersetzungsbeständigen Bindemittels
kann auch festgestellt werden, ob die erzeugte transparente Photokatalysatorschicht
eine photokatalytische Fähigkeit
aufweist.
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Wenn
es erforderlich ist, das Entfärben
innerhalb kurzer Zeit nachzuweisen, kann ein Kolorimeter verwendet
werden, um die Änderung
des Ausmaßes
des Entfärbens
vor und nach dem Bestrahlen, d.h. den Farbunterschied (ΔE*ab), zu
messen. Der Farbunterschied (ΔE*ab)
wird erhalten, indem zuerst der Helligkeitsunterschied (ΔL*), der
Unterschied des Farbtons im Rot-Grün-System (Δa*) und der Unterschied des
Farbtons im Braun-Blau-System (Δb*)
vor und nach dem Bestrahlen berechnet werden und danach die Quadratwurzel der
Summe der Quadrate von (ΔL*),
(Δa*) und
(Δb*) berechnet
wird.
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Ein
hoher Wert für
(ΔE*ab)
weist z.B. auf ein stärkeres
Verblassen des Photokatalysators vor und nach dem Bestrahlen hin.
Eine Einstellung der Entfärbungszeit
in bezug auf einen bestimmten Gegenstand, wie etwa die Notwendigkeit,
das Entfärben
innerhalb kurzer Zeit nachzuweisen, kann erreicht werden, wenn solche organische
Farbstoffe ausgewählt
werden, die von Photokatalysatoren schnell zersetzt werden, oder
die Menge des eingeführten
organischen Farbstoffs verändert
wird.
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Beste Art
und Weise der Durchführung
dieser Erfindung
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Die
Erfindung wird anhand von Beispielen ausführlicher beschrieben. Der technische
Umfang der Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele begrenzt.
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Beispiel 1
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Herstellung einer einen
organischen Farbstoff enthaltenden Beschichtungsflüssigkeit
für eine
Photokatalysatorschicht
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Ein
Gemisch gleicher Mengen einer 0,85 %igen (auf die trockenen Feststoffe
bezogen) Lösung
von amorphem Titanperoxid TK100 (von TAO Inc. hergestellt) und 0,85
%igem (auf die trockenen Feststoffe bezogen) Sol des Titanoxids
Anatas TA 100 (von TAO Inc, hergestellt) wurde als Beschichtungsflüssigkeit
für eine transparente
Photokatalysatorschicht verwendet. Als organische Farbstoffe wurden
die in Tabelle 1 mit den Nummern (1) bis (8) angegebenen acht organischen
Farbstoffe (von Sumika Color hergestellt) mit 20facher Verdünnung verwendet.
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Es
wurden 95 Gew.-Teile der vorstehend genannten Beschichtungsflüssigkeit
für eine
transparente Photokatalysatorschicht und 5 Gew.-Teile jedes 20fach
verdünnten
organischen Farbstoffs vermischt, so daß der organische Farbstoff
gleichmäßig war,
so daß organische
Farbstoffe enthaltende Beschichtungsflüssigkeiten für eine transparente
Photokatalysatorschicht hergestellt wurden. Zum Vergleich wurde
eine Beschichtungsflüssigkeit
für eine
transparente Photokatalysatorschicht hergestellt, die aus dem vorstehend
genannten Sol des Titanoxids Anatas ohne zugegebenen organischen
Farbstoff bestand. Von den vorstehend genannten organischen Farbstoffen
Nr. (1) bis (8) sind Nr. (1), (2), (6) bis (8) organische Phthalocyaninfarbstoffe,
Nr. (3) und (5) organische Azofarbstoffe, und Nr. (4) ein organischer
Nitrosoazofarbstoff.
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Schichtbildung durch eine
einen organischen Farbstoff enthaltende Beschichtungsflüssigkeit
für eine
Photokatalysatorschicht
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Diese
einen organischen Farbstoff enthaltende Beschichtungsflüssigkeit
für eine
Photokatalysatorschicht wurde bis zu einer gleichmäßigen Dicke
auf handelsübliche
Fliesen aufgebracht (Beschichtungsgewicht 0,8 g/100 cm2),
wobei die Sprühpistole
FS-G05-1 mit einer runden Sprühdüse mit einem
Durchmesser von 0,5 mm verwendet wurde, die von Meiji Kikai hergestellt
wird. Nach dem Trocknen bei Normaltemperatur wurde mit einer IR-Heizvorrichtung
auf 100 °C
erwärmt,
so daß eine
Schichtbildung erfolgte. Die Oberfläche der Fliese, auf der die
Schicht erzeugt worden war, war mit dem entsprechenden organischen
Farbstoff gefärbt,
so daß der
schnelle visuelle Nachweis der Schichtbildung auf der gesamten Fliesenfläche möglich war.
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Test der photokatalytischen
Fähigkeit
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Für die Tests
der photokatalytischen Fähigkeit
wurde ein einstündiges
Bestrahlen mit Schwarzlicht, das eine einzige Wellenlänge von
360 bis 380 nm emittiert, in einem Abstand von 10 cm vorgenommen.
Danach wurde das entsprechende Ausmaß des Entfärbens mit einem Kamera-Kolorimeter
von Minolta auf den Farbunterschied (ΔE*ab) überprüft. Ein größerer Farbunterschied (ΔE*ab) weist
auf ein größeres Ausmaß des Verblassens
auf der Fliesenoberfläche
vor und nach dem Bestrahlen hin. Die Ergebnisse sind in Tabelle
1 aufgeführt.
Anhand des Farbunterschiedes (ΔE*ab)
in Tabelle 1 wird deutlich, daß organische
Farbstoffe mit Fe, Cu, Ca oder Sr als enthaltene Metallspezies am
stärksten
verblaßten,
womit diese Metallspezies enthaltende organische Farbstoffe bevorzugt
sind.
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Es
wurde auch eine durchgängige
direkte Bestrahlung mit direktem Sonnenlicht unter klarem Himmel vorgenommen,
und es wurden die Tage gezählt,
bis das Entfärben
auftrat. Die Ergebnisse für
die Tage bis zum Entfärben
sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Anhand von Tabelle 1 wird deutlich, daß Schichten mit photokatalytischer
Fähigkeit
innerhalb von 1 bis 4 Tagen entfärbt
waren.
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Test der Härte der
Photokatalysatorschicht
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Tests
der Härte
der Photokatalysatorschicht erfolgten, indem die Photokatalysatorschicht
auf jeder Fliese mit Spitzen von Bleistiften mit unterschiedlicher
Härte gerieben
wurden. Die Härte,
die durch diesen Test erhalten wird, wird als Härte des Bleistifts angegeben,
der keine Beschädigung
hinterläßt: "≥ 9H" bedeutet z.B., daß das Reiben mit der Spitze
eines Bleistifts mit 9H keine Beschädigung hinterließ. Die Ergebnisse
sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Anhand von Tabelle 1 wird deutlich, daß Photokatalysatorschichten,
die organische Farbstoffe, einschließlich der Nr. (5), enthielten,
deren Molekül
kein Metallatom aufweist, die jedoch einen Calciumcarbonat enthaltenden
Zusatz aufwiesen, eine bessere physikalische Festigkeit hatten.
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Beispiel 2
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Herstellung einer einen
organischen Farbstoff enthaltenden Beschichtungsflüssigkeit
für ein
zersetzungsbeständiges
Bindemittel usw.
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95
Gew.-Teile einer Lösung
von amorphen Titanperoxid mit 0,85 Gew.-% (auf die Feststoffe bezogen) (von
TAO Inc. hergestellt) und 5 Gew.-Teile von zwei organischen Farbstoffen
von Sumika Color, die in Tabelle 2 mit der Nr. (5) und (6) angegeben
sind, wobei jeder organische Farbstoff 20fach verdünnt wurde,
wurden gemischt, so daß der
organische Farbstoff gleichmäßig war,
so daß Beschichtungsflüssigkeiten
für zersetzungsbeständige Bindemittel
hergestellt wurden. Schichten eines einen organischen Farbstoff
enthaltenden zersetzungsbeständigen
Bindemittels wurden nach einem dem Beispiel 1 identischen Verfahren
auf Substraten erzeugt, außer
daß die
Beschichtungsmenge 0,4 g/100 cm2 betrug.
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Dann
wurden die Bindemittelschichten mit einer Beschichtungsflüssigkeit
für einen
transparenten Photokatalysator aus 0,85 Gew.-% (auf die Feststoffe
bezogen) Sol des Titanoxids Anatas (von TAO Inc. hergestellt) überzogen
(Beschichtungsgewicht 0,8 g/100 cm2), bei
Normaltemperatur getrocknet und mit einer IR-Heizvorrichtung auf
bis zu 100 °C
erhitzt, um die Schichtbildung vorzunehmen.
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Zum
Vergleich wurde eine mit einem Sol des Titanoxids Anatas verwendet,
das auf eine Überzugsschicht
aus einer Lösung
von amorphem Titanoxid aufgebracht worden war, die keinen organischen
Farbstoff enthielt, und der Test der photokatalytischen Fähigkeit
und der Härtetest
der Photokatalysatorschicht erfolgten in der gleichen Weise wie
in Beispiel 1, außer
daß die
Bestrahlungszeit 45 Minuten betrug. Die Ergebnisse sind in Tabelle
2 aufgeführt.
Anhand der Ergebnisse von Tabelle 2 wird deutlich, daß die Färbung der
darunterliegenden, einen organischen Farbstoff enthaltenden Schichten
des zersetzungsbeständigen
Bindemittels unter der photokatalytischen Wirkung der Photokatalysatorschicht
verschwand und daß die
Werte des Farbunterschieds (ΔE*ab)
zu diesem Zeitpunkt schnelle Einschätzungen der photokatalytischen
Fähigkeit
ermöglichten.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es nunmehr durch die Verwendung einer Beschichtungsflüssigkeit
für eine
transparente Photokatalysatorschicht in Form einer einen organischen
Farbstoff enthaltenden Beschichtungsflüssigkeit für eine transparente Photokatalysatorschicht
bei einem Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtungsflüssigkeit
für eine
transparente Photokatalysatorschicht, das bei Außenkonstruktionen usw. vorgenommen
wird, möglich,
schnell visuell nachzuweisen, ob die Schichtbildung erfolgt ist,
und auch schnell nachzuweisen, ob die so erzeugte transparente Photokatalysatorschicht
eine photokatalytische Fähigkeit
aufweist.
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Durch
das Einführen
eines organischen Farbstoffs in eine Beschichtungsflüssigkeit
für ein
zersetzungsbeständiges
Bindemittel ist es nunmehr möglich,
visuell schnell nachzuweisen, ob eine Schicht eines zersetzungsbeständigen Bindemittels
gleichmäßig aufgebracht
worden ist, und auch schnell nachzuweisen, ob eine darauf ausgebildete
transparente Photokatalysatorschicht eine photokatalytische Fähigkeit
aufweist. Durch die Verwendung von Metallatome enthaltenden organischen
Farbstoffen können
die photokatalytische Wirksamkeit und die physikalische Festigkeit
der Photokatalysatorschicht verbessert werden.