JP2000144015A

JP2000144015A - 光触媒塗料

Info

Publication number: JP2000144015A
Application number: JP10327848A
Authority: JP
Inventors: Koji Ono; 宏次大野; Mitsumasa Saito; 光正斉藤
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 1998-11-18
Filing date: 1998-11-18
Publication date: 2000-05-26

Abstract

(57)【要約】【課題】光触媒活性に優れ、現場施工性および透明
性に優れ、かつ室温でも硬化させることができる光触媒
塗料を提供することを課題とする。【解決手段】光触媒微粒子が多孔質シリカにより表
面被覆された複合光触媒微粒子と、ポリシロキサン、ポ
リシロキサンの前駆体、オルガノポリシロキサン、オル
ガノポリシロキサンの前駆体からなる群から選ばれる少
なくとも１種とを少なくとも含むように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、分散安定性が高
く、光触媒活性に優れ、透明性のよい光触媒膜を形成し
得る光触媒塗料に関する。

【０００２】

【従来の技術】光半導体は励起波長よりも短い波長の光
を受けると、有機物を酸化分解する光触媒活性を示す。
そこで、光半導体の粉末を塗料バインダー中に分散する
ことにより光触媒塗料を得ることができ、この光触媒塗
料を物品表面に塗布することにより、物品表面にセルフ
クリーニング機能、大気の浄化機能、脱臭機能、抗菌機
能等の諸機能を付与することができる。

【０００３】〔従来技術の問題点〕しかし、前記光触媒
塗料に用いるバインダーは、光半導体の光触媒活性によ
り分解しないものでなければならない。したがって、フ
ツ素樹脂を含むすべての有機バインダーは使用すること
ができず、テトラエトキシシランの加水分解物などのシ
リカ系バインダーが最も一般的に用いられているが、硬
化温度が 120℃以上と高いため現場施工性が悪く、既存
の建築物等の表面に塗布して利用することができないと
いう問題点があった。

【０００４】また、光触媒塗料中における光触媒微粒子
の分散性が十分でなく、窓ガラス等の透明性が要求され
る用途に用いる場合には透明性を損なうことになり、光
触媒の活性を維持したままこれを解決するには、塩酸や
硝酸のような強酸性領域で光触媒微粒子を解膠する以外
に方法がなく、塗工装置の錆びや腐食が避けられない、
また、このような強酸性領域で解膠された光触媒塗料
は、例えばコンクリートに塗布した場合にはコンクリー
トの中性化を促進する為、既存のコンクリート建築物等
には利用することができない等の問題点があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の技術
における前記問題点に鑑みてなされたものであり、前記
問題点を効果的に解決する具体的に設定された課題は、
光触媒活性に優れるとともに現場施工性および透明性に
優れ、かつ室温でも硬化させることができる光触媒塗料
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を効果的に解決
できる具体的に構成させた手段としての、本発明におけ
る請求項１に係る光触媒塗料は、光触媒微粒子が多孔質
シリカにより表面被覆された複合光触媒微粒子と、ポリ
シロキサン等とを少なくとも含むことを特徴とするもの
である。

【０００７】また、請求項２に係る光触媒塗料は、前記
複合光触媒微粒子はアルカリ性領域で分散安定化してい
ることを特徴とする。

【０００８】また、請求項３に係る光触媒塗料は、前記
複合光触媒微粒子が 1〜 15 重量％、前記ポリシロキサ
ン等が 4〜 15 重量％、有機溶剤が 70 〜 95 重量％で
あることを特徴とする。

【０００９】また、請求項４に係る光触媒塗料は、前記
有機溶剤は、高沸点溶剤とアルコール系溶剤とからな
り、前記高沸点溶剤の含有量は 10 重量％以上、前記ア
ルコール系溶剤の含有量は 90 重量％以下であることを
特徴とする。

【００１０】また、請求項５に係る光触媒塗料は、請求
項１記載の光触媒塗料 70 〜 99 重量部に、硬化剤とし
てトリアルコキシボラン 10 〜 30 重量部とハロゲン化
合物1〜 10 重量部とをそれぞれ添加混合したことを特
徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具体
的に説明する。ただし、この実施の形態は、発明の趣旨
をより良く理解させるため具体的に説明するものであ
り、特に指定のない限り、発明内容を限定するものでは
ない。

【００１２】この実施の形態における光触媒塗料は、光
触媒微粒子が多孔質シリカにより表面被覆された複合光
触媒微粒子と、ポリシロキサン等とを少なくとも含むも
のであり、望ましくは複合光触媒微粒子がアルカリ性領
域で分散安定化しているものである。

【００１３】そして、前記光触媒塗料は、前記複合光触
媒微粒子が 1〜 15 重量％、前記ポリシロキサン等が 4
〜 15 重量％、有機溶剤が 70 〜 95 重量％であること
が好ましい。

【００１４】複合光触媒微粒子が 15 重量％を越える
と、相対的にポリシロキサン等の配合割合が低下して、
得られる光触媒膜の膜強度が低下し、また、複合光触媒
微粒子が 1重量％を下回ると、得られる光触媒膜中の光
触媒の分率が低下して光触媒活性が不十分となるおそれ
がある。

【００１５】一方、有機溶剤が 95 重量％を越えると、
十分な膜厚、例えば 0.2μｍ以上の膜厚が得られにくく
なり、また有機溶剤が 70 重量％を下回ると電荷反発に
よる分散効果が不十分なため透明性に優れた光触媒膜が
得られにくくなり、さらに光触媒塗料の粘度が高くなっ
て塗工効率上も好ましくない。

【００１６】また、前記有機溶剤は、高沸点溶剤とアル
コール系溶剤とからなり、前記高沸点溶剤の含有量は 1
0 重量％以上、前記アルコール系溶剤の含有量は 90 重
量％以下であることが好ましい。高沸点溶剤が 10 重量
％未満の有機溶剤を用いると、膜の白化や膜割れが起こ
りやすく、また１回の塗工で十分な膜厚に塗工すること
ができない。一方、高沸点溶剤を 10 重量％以上配合す
ると、既存の建築物等にも容易に透明で高活性な光触媒
コーティングを行うことができる光触媒塗料が得られ
る。

【００１７】このような光触媒塗料は、例えば、以下の
ようにして製造することができる。即ち、ポリシロキサ
ン等のアルコール溶液に光触媒微粒子を加え、微量のア
ルカリ性物質を加えてｐＨ4.7 以上とした後、ボールミ
ル、サンドミル等を用いて高い解砕力を与えることによ
り、光触媒微粒子表面の吸着水によって前記ポリシロキ
サン等の一部または全部が加水分解され、多孔質シリカ
層が前記光触媒微粒子表面に生成した複合光触媒微粒子
が分散した分散液が得られ、この分散液に必要に応じて
ポリシロキサン等や有機溶剤等を添加して光触媒塗料が
得られる。

【００１８】そして、この複合光触媒微粒子は、アルカ
リ性条件下において、シリカの表面電荷反発により分散
安定化されている。この複合光触媒微粒子は、その表面
が多孔質物質により被覆されているため、各種気体を吸
着し易く、大気汚染物質の１種であるＳＯｘ、ＮＯｘ、
悪臭物質の分解等に優れている。

【００１９】前記複合光触媒微粒子の芯物質、即ち光触
媒微粒子は、光触媒機能を有する微粒子であれば特に制
限されるものではないが、例えば、酸化亜鉛微粒子、酸
化チタン微粒子のうちの少なくとも１種か、または酸化
亜鉛微粒子、酸化チタン微粒子のうちの少なくとも１種
と電子導電性微粒子との混合物を用いる。

【００２０】酸化亜鉛微粒子及び酸化チタン微粒子は、
粒径が 100ｎｍ以下であることが好ましい。粒径が小さ
いほど、透明性を得やすくまた触媒活性も高いものが得
られる。

【００２１】電子導電性微粒子は、紫外線を吸収した際
に生成する電子とホールとの再結合を抑制して光触媒活
性が向上するので、前記酸化亜鉛や酸化チタンに混合す
るのが好適である。電子導電性微粒子の好適例として
は、白金、ルテニウム、アンチモンドープ酸化錫、錫ド
ープ酸化インジウム等を例示することができる。

【００２２】電子導電性微粒子の添加量は、複合光触媒
微粒子 100重量部に対し、最大 140重量部、より好まし
くは最大 120重量部である。電子伝導性微粒子の添加量
が 140重量部を越えると、複合光触媒微粒子のみの場合
と比較して、かえって光触媒活性を損なう。

【００２３】前記ポリシロキサン等としては、例えば、
メチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラ
ン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メ
チルトリクロロシラン、テトライソプロポキシシラン、
ジメチルジクロロシラン、γ―メタクリロキシプロピル
トリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、及
びそれらの前駆体、若しくはそれらの重合体等があり、
特に限定されない。

【００２４】また、アルカリ性物質としては、特に限定
されるものではないが、例えば、ＮＨ₃やＣ₂Ｈ₅ＮＨ
₂、（Ｃ₂Ｈ₅）₂ＮＨ、（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｎ等のアミン
類は前記ポリシロキサン等の加水分解触媒になると共
に、光触媒微粒子表面に多孔質シリカが生成された後に
は分散剤として作用するので好適である。

【００２５】アルカリ性物質の濃度は 0.1〜 10,000 ｐ
ｐｍが好ましい。アルカリ性物質の添加量が少なすぎる
と加水分解が進行せず、一方、アルカリ性物質が多すぎ
ると加水分解が急激に進行して、液が固化する虞があ
る。

【００２６】また、本実施の形態における他の光触媒塗
料は、前記光触媒塗料 70 〜 99 重量部に対して、硬化
剤としてトリアルコキシボラン 10 〜 30 重量部とハロ
ゲン化合物 1〜 10 重量部とをそれぞれ添加混合したも
のである。トリアルコキシボランとしてはトリエトキシ
ボラン等を、ハロゲン化合物としてはフッ化水素アンモ
ニウム等を例示することができる。

【００２７】この硬化剤が上記割合で添加された光触媒
塗料は、硬化させる際に特段加熱する必要はなく、室温
でも十分かつ速やかに硬化する。したがって、コーティ
ング対象物の種類を問わず、例えば既存のコンクリート
建築物、鉄系構築物の他、窓ガラス等に対しても、施工
性良くコーティングすることができる。

【００２８】このように本実施の形態における光触媒塗
料は、強酸を含まず、アルカリ性領域で分散されている
ことから、腐食や錆の発生に対して特別な処置を講じる
必要がなく、コーティングの際には、通常のコーティン
グ装置を用いることができる。また、コーティング法も
何ら限定されない。

【００２９】以下、実施例につき詳細に説明する。

【実施例１】〔複合光触媒微粒子分散液の調整〕テトラ
エトキシシランのエタノール溶液に平均一次粒子径 7ｎ
ｍのアナターゼ型ＴｉＯ₂微粒子と微量のＮＨ₃水溶液
とを加えた混合液（ＮＨ₃濃度 200ｐｐｍ）と、直径 1
ｍｍのガラスビーズとを重量比 1：1 で混合し、ボール
ミルで一昼夜混合・分散して、多孔質シリカにより表面
被覆され、アルカリ性領域で分散された複合光触媒微粒
子分散液ａを得た。この複合光触媒微粒子分散液ａは、
最終的なＴｉＯ₂及びテトラエトキシシランの加水分解
によって得られるＳｉＯ₂をそれぞれ 15 重量％、1 重
量％含有するものであった。

【００３０】〔光触媒塗料の調整〕次いで、テトラエト
キシシラン：水：２−プロパノール＝５：１：４（重量
比）の混合溶液に前記複合光触媒微粒子分散液ａを混合
し、さらに酢酸 2−エチルヘキシルをその含有量が 10
重量％となるように加え、総固形分 15 重量％（完全硬
化後）、ＴｉＯ₂／ＳｉＯ₂＝ 50 ／ 50 （重量比）で
ある光触媒塗料を得た。さらに、この光触媒塗料 80 重
量部に硬化剤としてトリエトキシボランとフッ化水素ア
ンモニウムとをそれぞれ 14 重量部、 6重量部添加し
て、総固形分１２重量％の光触媒塗料を得た。

【００３１】〔光触媒膜付き基板の製造および光触媒活
性度の評価〕垂直に立てたガラス基板に前記硬化剤を含
む光触媒塗料をフローコート後、室温で一昼夜放置し
て、膜厚 0.24 μｍの透明光触媒膜付きガラス基板Ａを
得た。この透明光触媒膜の膜強度を鉛筆硬度で評価した
ところ５Ｈであり、十分な膜強度を有するものであっ
た。次いで、この透明光触媒膜付きガラス基板Ａの色素
分解活性を次の方法により測定し、光触媒活性度を評価
した。その測定結果を図１に示した。

【００３２】〔色素分解活性の評価方法〕透明光触媒膜
付きガラス基板Ａ上にマゼンタ色素を一定量（吸収極大
波長 520ｎｍでの吸光度が約 0.4となる量）塗布し、ブ
ラックライトを用いて紫外線を照射し、マゼンタ色素の
分解を吸光度の経時変化により測定した。（なお、光触
媒が存在していない状態では、マゼンタ色素は紫外線に
よってはほとんど分解されない。）

【００３３】

【実施例２】〔光触媒塗料の調整〕酢酸２−エチルへキ
シルをジアセトンアルコールに変えた以外は実施例１に
準じて、光触媒塗料を得た。〔光触媒膜付き基板の製造および光触媒活性度の評価〕
この光触媒塗料を用いて実施例１に準じて膜厚 0.22 μ
ｍの透明光触媒膜付きガラス基板Ｂを得た。この透明光
触媒膜の膜強度を鉛筆硬度で評価したところ４Ｈであ
り、十分な膜強度を有するものであった。次いで、実施
例１に準じて、この透明光触媒膜付きガラス基板Ｂの色
素分解活性を評価した。その測定結果を図１に示した。

【００３４】

【実施例３】〔複合光触媒微粒子分散液の調整〕テトラ
エトキシシランをテトラメトキシシランに変えた以外は
実施例１に準じて、光触媒微粒子分散液ｃを調整した。〔光触媒塗料の調整〕この光触媒微粒子分散液ｃを用
い、テトラエトキシシランをテトラメトキシシランに変
えたこと以外は実施例１に準じて光触媒塗料を得た。〔光触媒膜付き基板の製造および光触媒活性度の評価〕
この光触媒塗料を用いて実施例１に準じて膜厚 0.22 μ
ｍの透明光触媒膜付きガラス基板Ｃを得た。この透明光
触媒膜の膜強度を鉛筆硬度で評価したところ５Ｈであ
り、十分な膜強度を有するものであった。次いで、実施
例１に準じて、この透明光触媒膜付きガラス基板Ｃの色
素分解活性を評価した。その測定結果を図１に示した。

【００３５】

【比較例１】ＮＨ₃水溶液を塩酸溶液に変えた他は実施
例１に準じて光触媒微粒子分散液ｄを調整し、引き続
き、この光触媒微粒子分散液ｄを用いて実施例１に準じ
て光触媒塗料を得た。この光触媒塗料をコンクリートや
鉄系材料に塗布することを試みたところ、酸性が強すぎ
るためこれらを腐食劣化させ、使用に適さないものとな
った。

【００３６】

【比較例２】テトラエトキシシランのエタノール溶液を
エタノールに変えた他は実施例１に準じて光触媒微粒子
分散液ｅを作成し、引き続き、この光触媒微粒子分散液
ｅを用いて実施例１に準じて光触媒塗料を得た。この光
触媒塗料を用いて実施例１に準じて光触媒膜付きガラス
基板を作製したところ、光触媒微粒子が十分に分散して
おらず、得られた光触媒膜は不透明であった。

【００３７】

【比較例３】複合光触媒分散液ａと、アルミニウムトリ
アセチルアセトナート触媒で加水分解して得たテトラエ
トキシシランバインダーを用いて、光触媒塗料を得た。
この光触媒塗料を用いて実施例１に準じて光触媒膜付き
ガラス基板を作製したところ、膜強度が極めて弱く、軽
く擦るだけで光触媒膜が剥離した。

【００３８】

【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１に係る
光触媒塗料は、光触媒微粒子が多孔質シリカにより表面
被覆された複合光触媒微粒子と、ポリシロキサン、ポリ
シロキサンの前駆体、オルガノポリシロキサン、オルガ
ノポリシロキサンの前駆体からなる群から選ばれる少な
くとも１種とを少なくとも含むから、各種気体を吸着し
やすく、大気汚染物質、悪臭物質等の分解等に優れ、透
明性に優れた膜強度の高い光触媒膜を形成させることが
できる。

【００３９】また、請求項２に係る光触媒塗料は、前記
複合光触媒微粒子はアルカリ性領域で分散安定化され、
液性が酸性を示さないから、金属を腐食させることな
く、通常のコーティング装置を用いて、鉄系材料やコン
クリートにもコーティングすることができる。

【００４０】また、請求項３に係る光触媒塗料は、複合
光触媒微粒子が 1〜 15 重量％、前記ポリシロキサン等
が 4〜 15 重量％、有機溶剤が 70 〜 95 重量％である
から、十分な膜強度、光触媒活性、膜厚、透明性を備え
た光触媒膜を形成することができる。

【００４１】また、請求項４に係る光触媒塗料は、前記
有機溶剤はシクロヘキサノン、ジアセトンアルコール、
酢酸オクチル、酢酸２−エチルヘキシルからなる群から
選ばれる少なくとも１種の高沸点溶剤とアルコール系溶
剤とからなり、前記高沸点溶剤の含有量は 10 重量％以
上、前記アルコール系溶剤の含有量は 90 重量％以下で
あるから、膜の白化や膜割れが起こらず、また１回の塗
工で十分な膜厚にすることができる光触媒塗料となる。

【００４２】さらにまた、請求項５に係る光触媒塗料
は、請求項１記載の光触媒塗料 70 〜99 重量部に、硬
化剤としてトリアルコキシボラン 10 〜 30 重量部とハ
ロゲン化合物 1〜 10 重量部とをそれぞれ添加混合した
ものであるから、硬化させる際に加熱する必要もなく、
室温でも効果的に硬化させることができ、現場施行性を
飛躍的に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１〜３における光触媒膜の光触
媒活性（色素量の経時変化）を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4G069 AA03 BA02A BA48A BC50B BD05A CA12 CA13 4J038 DL031 HA216 HA446 JC37 KA03 KA04 KA06 KA15 KA20 MA07 MA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光触媒微粒子が多孔質シリカにより表面被
覆された複合光触媒微粒子と、ポリシロキサン、ポリシ
ロキサンの前駆体、オルガノポリシロキサン、オルガノ
ポリシロキサンの前駆体からなる群から選ばれる少なく
とも１種（以下、ポリシロキサン等という）とを少なく
とも含むことを特徴とする光触媒塗料。
【請求項２】前記複合光触媒微粒子はアルカリ性領域で
分散安定化していることを特徴とする請求項１記載の光
触媒塗料。
【請求項３】前記複合光触媒微粒子が 1〜 15 重量％、
前記ポリシロキサン等が 4〜 15 重量％、有機溶剤が 7
0 〜 95 重量％であることを特徴とする請求項１記載の
光触媒塗料。
【請求項４】前記有機溶剤は、シクロヘキサノン、ジア
セトンアルコール、酢酸オクチル、酢酸２−エチルへキ
シルからなる群から選ばれる少なくとも１種（以下、高
沸点溶剤という）とアルコール系溶剤とからなり、前記
高沸点溶剤の含有量は 10 重量％以上、前記アルコール
系溶剤の含有量は 90 重量％以下であることを特徴とす
る請求項３記載の光触媒塗料。
【請求項５】請求項１記載の光触媒塗料 70 〜 99 重量
部に、硬化剤としてトリアルコキシボラン 10 〜 30 重
量部とハロゲン化合物 1〜 10 重量部とをそれぞれ添加
混合したことを特徴とする光触媒塗料。