JP2000246115A

JP2000246115A - 光触媒性機能部材

Info

Publication number: JP2000246115A
Application number: JP11051262A
Authority: JP
Inventors: Hideo Fukui; 英夫福井; Nobuyuki Bansho; 信幸番匠; Nobuyuki Nakada; 信之中田; Toshimasa Yoneya; 年将米屋; Toshiji Sato; 敏次佐藤; Akira Fujishima; 昭藤嶋; Kazuhito Hashimoto; 和仁橋本
Original assignee: YKK Corp
Current assignee: YKK Corp
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2000-09-12
Anticipated expiration: 2019-02-26
Also published as: JP3773087B2

Abstract

(57)【要約】【課題】スプレー法等により不連続状の光触媒膜を容
易に形成でき、意匠性や耐久性に優れ、屋外などの過酷
な使用環境下でも充分適用でき、長期に亘って防汚、抗
菌、防黴、脱臭、空気浄化などの作用を安定して発揮で
きる光触媒性機能部材を提供する。【解決手段】基材１の表面に、島状光触媒膜２を、実
質的に均一に分散するように平均分散間隔Ｌが１ｍｍ以
内となるように不連続膜状に被着する。好適な態様にお
いては、光触媒の表面被覆率は２〜９５％の範囲内に設
定され、平均分散間隔は０．１〜１０００μｍ、個々の
島の直径Ｄは５ｍｍ以下、好ましくは島の平均直径は
０．１〜１０００μｍの範囲内に設定される。光触媒と
しては、光触媒作用を有する半導体又は半導体微粒子を
有利に用いることができる。基材又はその表面部が光触
媒作用により侵され易い有機材料からなる場合、基材と
島状光触媒膜との間に、光触媒作用によって侵されない
中間層を介在させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、防汚、抗菌、防
黴、脱臭、空気浄化などの作用を長期に亘って発揮でき
る光触媒性機能部材に関する。さらに詳しくは、基材表
面に光触媒層が不連続膜状に形成され、意匠性、耐久性
に優れ、特に気温変動、風や振動などにより基材が膨張
・収縮し易い屋外などの過酷な使用環境下でも充分適用
でき、長期に亘ってその機能を発揮できる光触媒性機能
部材、特にその膜構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＴｉＯ₂に代表される光触媒作用を有す
る半導体が、その光触媒作用により抗菌・防黴・防汚・
防臭作用を有することは従来から知られており、最近で
はこれらの作用を利用した様々な材料が研究、開発され
ている。このような光触媒膜を種々の基材上にコーティ
ングする場合、光触媒活性の程度、透光性、干渉発色な
どの観点から、従来、各用途に応じた光触媒膜の最適な
膜厚範囲が教示されている。

【０００３】例えば、国際公開ＷＯ９６／１３３２７号
には、ガラス板等の透光性基体上に成膜する場合、膜厚
０．０２〜０．２μｍ程度のＳｉＯ₂薄膜からなるプレ
コート薄膜上に膜厚０．１〜５μｍ程度の酸化チタン薄
膜を形成することが提案されている。また、特開平９−
１９８９０７号には照明器具表面に形成する光触媒膜に
おいて、酸化チタン膜の膜厚を１００ｎｍ〜２μｍにす
ることが、特開平９−２５１８０３号には照明装置の透
光性カバーに形成する光触媒膜において、酸化チタンを
主成分とする光触媒膜の膜厚を０．０１〜０．５μｍに
すべきことが、さらに特開平９−２３５１４０号にはガ
ラス基板上に成膜する酸化チタン等の膜厚を１０〜２０
０ｎｍにすべきことがそれぞれ教示されている。ただ
し、これらに教示されている膜厚は、いずれも一般的な
連続膜として提案されているにすぎない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記のように、従来提
案されている光触媒膜の最適な膜厚範囲は、いずれも連
続膜であることを前提としている。また、従来の光触媒
膜は、連続的な極薄膜であることに加えて、その膜厚範
囲が非常に狭いため、均一に膜厚制御することは極めて
困難であった。そのため、安定な品質の製品を得るため
には、成膜法もディップ法、スクリーン印刷法、ロール
コート法などの一部の手法に限られ、大型の複雑形状部
材の製品に対して応用するのは極めて困難であった。さ
らに、連続膜の場合、光触媒膜形成段階の加熱硬化工程
やその後の特に屋外での使用段階において、基材の伸縮
や光触媒膜自身の収縮によって光触媒膜に亀裂が発生
し、それが進行することによって外観上の光沢が変化す
るなど、意匠性に問題を生じる場合があった。こういっ
た現象は、光触媒膜の膜厚を数十ｎｍ以下に極めて薄く
することによって防ぐことはできるが、耐摩耗性等の点
で弱くなるといった問題もあった。

【０００５】また従来、基材又はその表面部が有機材料
からなる場合、この上に直に光触媒膜を形成すると光触
媒作用により侵されるため、基材と光触媒膜との間に、
光触媒作用により侵されない中間層（プレコート薄膜）
を介在させることが行われている。しかしながら、前記
したように光触媒膜に亀裂が発生し、それが進行した場
合、それに追従して中間層にも亀裂が生じてしまう。こ
のような亀裂が生じた場合、中間層の膜厚が多少厚く、
例えば標準的な成膜法であるディップコーティング法で
成膜できる１μｍ程度であっても、光触媒作用により発
生した活性物質は有機基材表面部にまで到達し、その分
解を防ぎきれない。このような有機基材表面部の分解が
生じると、その上に存在している中間層、光触媒膜とも
に足場を失うため、脱落する。またそれにより、光触媒
作用を利用した目的の機能（防汚性や、抗菌性、脱臭性
など）が失われるだけでなく、表面光沢が低下したり、
粉吹き状態になるなど、本来の外観特性や意匠性も失わ
れてしまうという問題が発生する。

【０００６】従って、本発明の目的は、前記したような
問題を解決し、スプレー法等により不連続膜状の光触媒
層を容易に形成でき、意匠性や耐久性に優れ、しかも気
温変動、風や振動などにより基材や光触媒層が膨張・収
縮し易い屋外などの過酷な使用環境下でも充分適用で
き、長期に亘って防汚、抗菌、防黴、脱臭、空気浄化な
どの作用を安定して発揮できる光触媒性機能部材を提供
することにある。さらに本発明の目的は、基材又はその
表面部が光触媒作用により分解され易い有機材料からな
る場合において、基材と光触媒層との間に光触媒作用に
より侵されない中間層（プレコート薄膜）を介在させて
も、製造段階やその後の使用段階で中間層に亀裂が発生
することがなく、従って屋外など波長４００ｎｍ程度以
下の光の存在する環境下での長期使用において、光触媒
作用が下地の有機基材表面部にまで及ぶことがなく、い
つまでも光触媒層が有機基材上に安定に保たれるような
光触媒膜構造を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明によれば、少なくとも基材の露出表面に、光
触媒作用を示す物質又は該物質を含む材料を、実質的に
均一に分散するように平均分散間隔が１ｍｍ以内となる
ように不連続膜状に被着してなることを特徴とする光触
媒性機能部材が提供される。好適な態様においては、上
記光触媒作用を示す物質又は該物質を含む材料の表面被
覆率は２〜９５％、好ましくは３〜８０％の範囲内に設
定される。また、上記平均分散間隔は０．１〜１０００
μｍであることが好ましい。

【０００８】さらに好ましい態様は、前記光触媒作用を
示す物質又は該物質を含む材料が基材表面に島状に分散
しており、個々の島の直径が５ｍｍ以下、好ましくは島
の平均直径が０．１〜１０００μｍの範囲内にある態様
である。前記光触媒作用を示す物質としては、光触媒作
用を有する半導体又は半導体微粒子を有利に用いること
ができる。本発明の別の態様は、前記基材と、光触媒作
用を示す物質又は該物質を含む材料との間に、光触媒作
用によって侵されない材料層が介在していることを特徴
としている。この態様は、基材又はその表面部が光触媒
作用により侵され易い有機材料からなる場合に特に有利
である。

【０００９】

【発明の実施の形態】前記のように、本発明に係る光触
媒性機能部材の光触媒膜構造は、光触媒作用を示す物質
又は該物質を含む材料を、基材表面に実質的に均一に分
散するように不連続膜状に被着した構造を有し、例えば
図１に示すように、基材１（もしくは中間層）の表面に
島状光触媒膜２が比較的均一に分散して被着した構造を
有する。このような光触媒膜構造であれば、連続膜のよ
うに厳密な膜厚制御が必要でないため、膜厚制御の難し
いスプレー法等によるコーティングが採用でき、作業性
を大幅に向上させることができる。また、光触媒膜自体
が製膜段階の加熱乾燥工程の際又は経時的に体積収縮し
た場合、連続膜よりも不連続膜の方が収縮歪みによる機
械的な応力集中を受けることがなく、下地との密着性は
強く保たれる。さらに、連続な均一膜の場合、光沢値が
上がる（艶が出る）傾向にあり、光沢を制御することは
困難である。また、光触媒膜の膜厚が適正範囲より薄い
場合、干渉発色が現われ易くなり、逆に厚くなりすぎる
と、膜の白色化、強度低下、密着不良といった問題が発
生する。これに対して、本発明のように不連続膜、特に
島状に分散した構造の場合、島状光触媒膜の平均直径や
分散間隔、被覆率等を調整することにより、光沢（艶）
を制御することが可能であり、またコーティング条件に
バラツキがあっても、干渉発色、白色化などの外観上の
問題、及び強度低下、密着不良といった耐久性の問題は
生じ難い。

【００１０】本発明に係る光触媒性機能部材は、前記し
たように不連続膜状、特に島状に分散した光触媒膜構造
を有するが、平均分散間隔等のパラメーターを適正に調
整することにより、優れた防汚性、防曇性、抗菌性、酸
化分解活性、親水性を発揮する。なお、本明細書中でい
う分散間隔とは、不連続部の間隔、例えば図１に示す島
状光触媒膜２同士の間の距離Ｌを意味し、平均分散間隔
とはそれらの平均値を意味する。また、島の直径とは、
図１に示すような分散した島状光触媒膜２の直径Ｄを意
味する。さらに、光触媒の表面被覆率とは、基材（又は
中間層）の面積に対する（島状）光触媒膜の面積の割合
（百分率）を意味する。但し、図１は本発明による不連
続光触媒膜の構造を概略的に示しており、実際の島状光
触媒膜２は図示のような均一な円形ではない。実際に後
述する実施例のようにスプレーコーティング法で成膜し
た島状光触媒膜２は、図２に示すようなランダムな形状
を有する。いびつな粒子状形状の島状光触媒膜２の場
合、その直径とは最大径を意味する。

【００１１】前記したような効果を発揮する不連続光触
媒膜の表面被覆率は、特に防汚性の観点からみて２〜９
５％、好ましくは３〜８０％が適当である。その理由と
しては、光触媒膜被覆率０〜１０％の範囲において、被
覆率増加とともに光触媒膜をコーティングした表面は急
激に親水化される。親水化されると表面に付着した汚れ
を水膜で洗い流す効果により、防汚性を発揮することが
一般に知られている。すなわち、都市煤塵は親油性成分
を多く含むため、表面を親水性にし、また付着した湿分
凝縮水を水膜化することにより、汚れが付着し難くな
り、また付着しても雨水で洗い流される自己浄化機能を
発揮し、あるいは、洗浄水で容易に清掃することができ
る。通常の防汚塗料の性能を上回る優れた防汚性を発揮
するには、水との接触角を概ね２０°以下にする必要が
あることから、表面被覆率は２％以上必要である。しか
し、水との接触角が概ね１０°以下になると、さらに防
汚性が増すため、好ましくは３％以上の被覆率が望まし
い。

【００１２】不連続光触媒膜の前記した効果、特に防汚
性の観点からすると、島状光触媒膜が比較的均一に分散
し、その平均分散間隔が１ｍｍ以内であることが必要で
ある。ここで平均分散間隔を１ｍｍ以下と限定した理由
は、雨粒の直径は小さいもので１ｍｍ〜数ｍｍ程度であ
るため、島状光触媒膜２の平均分散間隔が１ｍｍ以下で
あれば、付着した全ての水滴３に島状光触媒膜２の親水
性化作用が及び、図３に示すように水滴３が平坦な水膜
状になるため、充分な防汚性、防曇性等を発揮できるか
らである。これに対して、島状光触媒膜の平均分散間隔
が１ｍｍを超えて広がると、充分な親水性化効果を発揮
できない。その理由は、島状光触媒膜２の分散間隔Ｌが
１ｍｍを超えたり、また平均的には１ｍｍであっても、
分散状態にムラがあり、分散間隔が１ｍｍを超える部分
が多く存在すると、図４に示すように、雨水などの水滴
３はその分散間隔が広い部分に付着し、弾いてしまうた
めである。このような理由から、島状光触媒膜の平均分
散間隔は０．１〜１０００μｍの範囲内にあることが好
ましい。

【００１３】さらに、基材表面に島状に分散している個
々の島状光触媒膜２の直径Ｄは、最大５ｍｍ以下である
ことが望ましく、好ましくは平均直径が０．１〜１００
０μｍ、より好ましくは０．１〜１５０μｍである。島
状光触媒膜の直径が５ｍｍ以下であれば、屋外などの過
酷な環境下で使用した場合の気温変動、風や振動などに
よる基材の膨張収縮による歪みに耐えることができる。
連続膜であればあるほど、このような歪みに耐えること
ができず、膜が破壊され、クラックが生じるわけである
が、島の直径を５ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下にす
ることによって、歪みの伝播を抑えることができ、クラ
ック発生など膜の破壊は起きなくなる。下限のサイズに
ついては特に制限は無いが、効率よく光触媒作用を働か
せることを考慮すると１０ｎｍ以上にするのが好まし
い。

【００１４】光触媒作用を有する半導体としては、電子
−正孔移動度が比較的大きく、光触媒作用を有する半導
体であればいずれも使用可能であり、例えばＴｉＯ₂、
ＳｒＴｉＯ₃、ＺｎＯ、ＣｄＳ、ＳｎＯ₂等が挙げられる
が、これらの中でも特にＴｉＯ₂が好ましい。また、こ
のような光触媒作用を有する半導体と共に銀、銅、亜鉛
等の抗菌性金属又は抗菌性金属化合物を共存させれば、
例えば島状光触媒膜中に分散させたり、島状光触媒膜の
表面に付着させたりすれば、夜間であっても抗菌・防黴
性が維持されるようになる。

【００１５】光触媒作用を有する半導体、抗菌性金属又
は抗菌性金属化合物の形態としては、個々の微粒子の形
態、光触媒作用を有する半導体微粒子（以下、光触媒微
粒子という。）の表面に抗菌性金属又は抗菌性金属化合
物が部分的に（又は一部の粒子は全体的でも構わない）
付着している形態、光触媒微粒子の表面にシリカ等の無
機質バインダー微粒子が部分的に付着している形態、光
触媒微粒子の表面に無機質バインダー微粒子と抗菌性金
属又は抗菌性金属化合物が部分的に付着している形態、
抗菌性金属又は抗菌性金属化合物が付着している無機質
バインダー微粒子が光触媒微粒子の表面に付着している
形態など、種々の形態を採用できる。

【００１６】光触媒作用を有する半導体のコーティング
方法としては、厳密な膜厚制御が不要なため、スパッタ
法、溶射法、スプレー法など種々の方法を用いることが
できるが、適当な塗料中に光触媒微粒子又はその前駆
体、あるいはさらに必要に応じて抗菌性金属又は抗菌性
金属化合物の微粒子を分散させ、これを基材にスプレー
塗布・乾燥することによってコーティングし、加熱硬化
する方法が好ましい。基材やその表面の被膜が高温に耐
えられる場合には、上記の種々のコーティング方法で不
連続光触媒膜の形成が可能であるが、耐熱性が劣る樹脂
材料からなる場合は、高温に加熱することが難しくな
る。その場合には、適当な塗料中に光触媒微粒子を分散
させ、これを基材にスプレー塗布・乾燥することによっ
てコーティングする方法を採用すればよい。また、光触
媒微粒子を分散させた塗料の基剤（無機系バインダー）
が後述するような中間層の塗料の被膜形成成分と同一の
場合、中間層と不連続光触媒膜の密着性がより一層向上
するという効果が得られる。

【００１７】塗料中に光触媒微粒子を分散させ、これを
スプレー塗布するコーティング方法の場合、混合される
光触媒微粒子の割合は、塗料基剤に対し１〜１００重量
％（ここで１００重量％は、光触媒微粒子の重量と塗料
基剤の重量が等しいことに相当する。）の範囲にあるこ
とが好ましい。光触媒微粒子の割合が１重量％より少な
くなると、光触媒作用を発揮する光触媒微粒子の量が不
足し、ひいては充分な光触媒作用が得られなくなる。

【００１８】使用する光触媒微粒子の粒径は、５ｎｍ〜
１μｍ、好ましくは１０ｎｍ〜３００ｎｍが適当であ
る。粒径が５ｎｍよりも小さくなると、量子サイズ効果
によりバンドギャップが大きくなり、高圧水銀灯等の短
波長光を発生する照明下でないと光触媒作用が得られな
いといった問題がある。また、粒径があまりに小さ過ぎ
ると、取り扱いが困難であったり、塗料中への分散性が
悪くなるという問題も生じてくる。取り扱い性の点から
は１０ｎｍ以上の粒径が好ましい。一方、粒径が１μｍ
を超えると、材料表面に比較的大きな光触媒微粒子が存
在することになるため、表面の滑らかさが乏しくなり、
また材料表面に露出した粒子が脱落し易くもなる。材料
表面の平滑さ等を考慮すると３００ｎｍ以下の粒径が好
ましい。

【００１９】不連続光触媒膜上に抗菌性金属又は抗菌性
金属化合物を析出させる方法は、硝酸銀や塩化銅などの
銀や銅などの抗菌性金属を含む適当な化合物の溶液を調
製し、一つの方法としては、（中間層及び）不連続光触
媒膜をコーティングした基材を該溶液中に浸し、紫外線
ランプやブラックライトなどで紫外線を照射すると、不
連続光触媒膜の光触媒作用で生じた電子の作用により抗
菌性金属イオン又は抗菌性金属化合物イオンが還元さ
れ、不連続光触媒膜表面に抗菌性金属又は抗菌性金属化
合物が析出する。この場合、抗菌性金属又は抗菌性金属
化合物の析出量は、溶液中の抗菌性金属イオンの量、す
なわち調製した溶液の濃度や溶液中に添加するアルコー
ルやＥＤＴＡ等の還元剤の濃度や紫外線照射時間によっ
て制御できる。

【００２０】また、別の方法としては、前記溶液を（中
間層及び）不連続光触媒膜をコーティングした基材上に
スプレー等の適当な方法で塗布した後、紫外線を照射す
る方法がある。この方法では、溶液中の抗菌性金属イオ
ンの量、すなわち調製した溶液の濃度や溶液中に添加す
るアルコールやＥＤＴＡ等の還元剤の濃度や塗布量ある
いは紫外線照射時間によって抗菌性金属又は抗菌性金属
化合物の析出量が制御できる。なお、上記のいずれの方
法においても、抗菌性金属又は抗菌性金属化合物で不連
続光触媒膜表面全体を被覆してしまうと、光触媒作用が
発現できなくなるため、表面全体を被覆しない程度の析
出量に制御する必要がある。

【００２１】本発明に従って不連続光触媒膜を適用でき
る基材としては、アルミニウム、鉄等の各種金属もしく
は陽極酸化処理等の表面処理を施した各種金属、コンク
リート、タイル、陶磁器等の各種セラミックス、各種有
機材料、ガラス、石材などが用いられ、特定のものに限
定されない。有機基材又は任意の基材表面に形成される
有機被膜の材質としては、ＡＢＳ樹脂、スチレンアクリ
ロニトリル共重合体（ＳＡＮ）、酢酸繊維素、酪酢酸繊
維素、クレゾール樹脂、硝酸繊維素、カゼイン、エポキ
シ樹脂、メラミン樹脂、ポリアミド、ポリカーボネー
ト、三フッ化エチレン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、
ポリエチレン、フェノール樹脂、アクリル樹脂、アセタ
ール樹脂、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリウレタ
ン、酢酸ビニル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン
樹脂、ケイ素樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹
脂、フッ素樹脂などにより構成される樹脂材料や塗装膜
が挙げられる。また、セルロース等から構成される木材
や紙、さらにはゴム材料などを用いることもできる。ま
た、基材の形態も、形材、パネル、シート、フィルム、
各種形状の成形物などの製品、部品もしくは部材であっ
てよく、特定のものに限定されない。

【００２２】前記したように、有機基材を用いた場合、
又は基材表面に有機被膜が形成されている場合、不連続
光触媒膜の光触媒作用により侵され易いが、有機基材
（有機被膜）の表面と不連続光触媒膜との間に、光触媒
作用により侵されない材料からなる膜厚３．２μｍ以上
の中間層を介在させることにより、長期間の使用によっ
ても概ね有機基材の表面部が分解されることはなく、中
間層及びその上の不連続光触媒膜を安定に保持でき、防
汚、防曇、抗菌、防黴、脱臭、空気浄化などの作用を長
期間に亘って安定的に発揮させることが可能となる。た
だし、屋外での使用の場合、使用場所や使用形態によ
り、日射量、降雨量、気温、湿度などの環境条件が最悪
に重なり合う場合もあり、・ＯＨラジカルの移動距離も
変動する可能性があるため、有機基材（有機被膜）の表
面と不連続光触媒膜下端の間の距離は、より好ましくは
約３．５μｍ以上とすることが望ましい。一方、この距
離の上限は特に限定されるものではなく、例えば数十μ
ｍ程度、あるいは適用対象物によってはそれ以上でもよ
いが、生産性や経済性、さらには適用対象物がシート状
物の場合にはその可撓性、などを考慮すると、約１０μ
ｍ以下が適当である。

【００２３】光触媒作用により空気中の水分が酸化され
て発生した・ＯＨラジカルや、空気中の酸素が還元され
て発生したＯ₂ ^-などの活性物質は、それらの移動可能距
離範囲内にある有機物を分解する作用がある。その臨界
的移動距離は、屋外使用環境下では、概ね３．２μｍ以
下であることを本発明者らは既に確認している。ただ
し、ここでいう移動距離は必ずしも中間層の膜厚を意味
しない。例えば、中間層の表面は凹凸状であってもよ
く、その場合には中間層の最低膜厚が３．２μｍ以上あ
ればよい。また、中間層は光触媒作用により侵されない
材料から形成する必要はあるが、有機基材の表面部が侵
されるか否かはそれと光触媒層との間の距離に依存する
ものであるため、この距離を一定に保持できる構造の中
間層であればよい。従って、中間層に多数の亀裂やピン
ホールがあってもよく、また多孔質構造のものでもよ
い。

【００２４】光触媒作用により侵されない中間層として
は、シリカ、アルミナ、酸化インジウム、酸化ジルコニ
ウム、ＳｉＯ₂＋ＭＯ_x（ＭＯ_xはＰ₂Ｏ₅、Ｂ₂Ｏ₃、Ｚｒ
Ｏ₂、Ｔａ₂Ｏ₅等の少なくとも１種の金属酸化物）ある
いは窒化物、酸窒化物、硫化物、炭化物、カーボン等の
セラミックス、金属などの各種無機材料の薄膜を好適に
用いることができる。また、光触媒作用により侵されな
い、もしくは非常に侵され難いシリコーン樹脂、ポリテ
トラフルオロエチレンなどの有機材料の薄膜も用いるこ
とができる。なお、これらの材料は光触媒微粒子の分散
塗料の基剤（バインダー）としても使用できる。

【００２５】上記のような基材表面に中間層を形成する
方法としては、従来公知の種々の方法が適用でき、特定
の方法に限定されない。例えば、中間層をセラミックス
から形成する場合には、有機溶剤中にセラミックス微粒
子又はそれらの前駆体（金属アルコキシド、金属ハロゲ
ン化物等）を分散させた塗料を、その粘度に応じてスプ
レーコーティング法、ロールコーティング法、ディップ
コーティング法、スピンコーティング法、フローコーテ
ィング法など適宜の方法で基材表面にコーティングし、
加熱して溶剤を蒸散させると共に硬化させる方法が、生
産性やコストの点から有利である。一方、中間層を金属
から形成する場合には、金属箔のラミネート法やメッキ
法などを採用でき、シリコーン樹脂、ポリテトラフルオ
ロエチレンなどの有機材料の場合には種々の塗装方法を
採用できる。

【００２６】基材又は中間層の上にコーティングされる
不連続光触媒膜の膜厚は、１０ｎｍ〜１０μｍが適当で
ある。膜厚が厚いと光触媒活性を長期間に亘って高く維
持できるなどの利点があるが、１０μｍを超える膜厚に
なると、不連続光触媒膜が基材から剥離し易くなり、ま
た生産性やコストの面からも好ましくない。特に、不連
続光触媒膜をコーティングした後、組立時や施工時に剥
離が起き易くなる。なお、この程度の膜厚であれば、不
連続光触媒膜に白化等の問題を生ずることなく充分に高
い透明性を保持できる。特に屋外で使用する場合は、耐
摩耗性も考慮し、平均膜厚を０．５μｍ以上とすること
が好ましい。

【００２７】

【実施例】以下、実施例及び比較例を示して本発明の効
果について具体的に説明するが、本発明が下記実施例に
限定されるものでないことはもとよりである。

【００２８】実施例１〜１４及び比較例１〜４膜厚３０μｍのフッ素樹脂塗膜を形成したアルミ板の表
面に、シリコン系コーティング剤（日本曹達（株）製、
ビストレーターＬＮＳＣ−２００Ａ）をスプレー法で
コーティングし、９０℃で３０分加熱して硬化させ、膜
厚５μｍのシリコン系の中間層（連続膜）を形成した。
この上に、光触媒酸化チタンコーティング剤（日本曹達
（株）製、ビストレーターＬＮＳＣ−２００Ｃ）をス
プレー法により、種々のスプレー条件でコーティング
し、１２０℃で３０分加熱して硬化させ、表１及び表２
に示す種々の形態の光触媒膜を形成した。得られた試料
の防汚性及び膜の外観変化、耐久性を以下の方法で調べ
た。

【００２９】防汚性試験：光触媒コーティングによる汚
れ防止効果は、図５及び図６に示す屋外汚れ加速試験装
置を用い、屋外暴露６ヵ月間の試料の汚れ方の程度で評
価した。図５及び図６を参照すると、この装置は、図示
の寸法の枠体１０の上に前方に傾斜した屋根１１を備
え、該屋根１１の前縁の真下に多数の試料板１５（サイ
ズ１４０×２００ｍｍ）が垂直に配設され、ボルト１４
により枠体１０の前壁１３に固定されている。上記屋根
１１は、多数の溝１２が並行に列設されたプレートから
なり、集まった雨水が試料板１５の表面を筋状に流下す
るようになっている。評価法は、色彩色差計（ミノルタ
カメラ（株）製ＣＲ−３００）を用い、暴露開始時と６
ヵ月後の試料板表面の明度の差（△Ｌ値）で評価した。
判定基準は以下のとおりである。 ◎ ：全く汚れ無し（△Ｌ ≦ 1） ○ ：殆ど汚れ無し（１ < △Ｌ ≦ ３） △ ：少し汚れ有り（３ < △Ｌ ≦ ８） × ：激しく汚れている（８ < △Ｌ）

【００３０】劣化促進試験：試料の劣化促進は、デュー
パネルウエザーメーター（スガ試験機（株）製、ＤＰＷ
Ｌ−５Ｒ）を用い、紫外線蛍光ランプの照射（６０℃、
４時間、放射照度３０Ｗ／ｍ2 ｎｍ）及び結露（５０
℃、４時間）を１，０００時間繰り返すことにより行っ
た。試験終了後の試料を電子顕微鏡や光学顕微鏡により
観察することによって、膜の劣化（主にクラック発生や
割れ）を観察した。また、目視観察により試験前後の膜
の外観変化を調査した。

【００３１】冷熱サイクル試験：試料の温度変化により
基材を伸縮させ、光触媒膜にダメージを与える試験評価
は、沸騰水浸漬５時間と、−４０℃雰囲気下での放置５
時間を５０サイクル繰り返すことにより行った。試験終
了後の試料を電子顕微鏡や光学顕微鏡により観察するこ
とによって、膜の劣化（主にクラック発生や割れ）を観
察した。

【００３２】前記各試験で得られた結果を表１及び表２
に示す。

【表１】

【００３３】

【表２】上記表１及び表２に示されるように、本発明に従って島
状に不連続光触媒膜を形成した各実施例の試料は、汚れ
防止効果に優れ、また促進耐候試験でも全く異常が認め
られなかった。一方、冷熱サイクル試験では、光触媒被
覆率が高い実施例１３及び１４ではわずかに亀裂が発生
したが、他の実施例では全く異常はなかった。このこと
から、光触媒の表面被覆率は９０％未満が望ましいこと
がわかる。比較例４の試料のように、表面被覆率１００
％の連続光触媒膜の場合、汚れ防止効果には優れている
ものの、促進耐候試験で干渉縞が発生し、また冷熱サイ
クル試験で亀裂が発生し、進行した。同じような結果は
表面被覆率９８％でも得られる。一方、比較例１のよう
に、光触媒膜を形成しなかった試料では、当然のことな
がら汚れ防止効果は得られなかった。表には示されてな
いが、表面被覆率が１％の場合、促進耐候試験及び冷熱
サイクル試験では異常はなかったが、防汚性試験では少
し汚れがあった（３<△Ｌ≦８）。これらの結果及び実
施例１及び２の結果から、汚れ防止効果の点からは、光
触媒の表面被覆率は３％以上が望ましいことがわかる。
さらに、比較例２及び３の結果から、島状光触媒膜の平
均分散間隔が１ｍｍを超えて広がりすぎると、汚れ防止
効果が得られないことがわかる。さらに、実施例１、２
と比較例２との対比から、表面被覆率が低いときには島
状光触媒膜の直径を小さくすることにより、汚れ防止効
果が改善されることがわかる。

【００３４】また、屋外暴露４ヵ月後の光触媒被覆率と
雨筋汚れ度（ΔＬ値）との関係を図７に示す。なお、試
験方法は前記防汚性試験と同様である。さらに、屋外暴
露４ヵ月後の光触媒被覆率と水接触角との関係を調査し
た。その結果を図８に示す。図７及び図８に示されるよ
うに、光触媒被覆率が数％で雨筋汚れ度及び水接触角が
急激に小さくなり（親水性が急激に増大）、防汚性と親
水化には密接な関係があることがわかる。また、前記の
ようにして種々の光触媒被覆率で光触媒膜を形成した各
試料にサラダ油を均一に塗布し、０．８ｍＷ／ｃｍ²の
紫外線照射１７０時間後のサラダ油の分解量を調査し
た。得られた光触媒被覆率と酸化分解活性の関係を図９
に示す。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る光触媒性機
能部材は、前記したような不連続膜状、特に島状に分散
した光触媒膜構造を有するが、平均分散間隔等のパラメ
ーターを適正に調整することにより、優れた防汚性、防
曇性、抗菌性、酸化分解活性、親水性を発揮する。この
ような不連続光触媒膜構造であれば、連続膜のように厳
密な膜厚制御が必要でないため、膜厚制御の難しいスプ
レー法等によるコーティングが採用でき、作業性を大幅
に向上させることができる。また、不連続光触媒膜自体
が製膜段階の加熱乾燥工程の際又は経時的に体積収縮し
た場合でも、連続膜のように収縮歪みによる機械的な応
力集中を受けることがなく、下地との密着性は強く保た
れる。さらに、本発明のように不連続膜、特に島状に分
散した構造の場合、島状光触媒膜の平均直径や分散間
隔、被覆率等を調整することにより、光沢（艶）を制御
することが可能であり、またコーティング条件にバラツ
キがあっても、干渉発色、白色化などの外観上の問題、
及び強度低下、密着不良といった耐久性の問題は生じ難
く、意匠性、耐久性の点でも優れている。

【００３６】このような優れた特性を有する本発明の光
触媒性機能部材は、防汚、防曇、抗菌、防黴、脱臭、空
気浄化等を目的として、アルミ外装パネル、アルミサッ
シ、窓ガラス（天窓、ＦＩＸ窓、ショーケース）、アル
ミサイディング、外付けブラインド、ドア、門扉、門、
車庫、フェンス、ポスト、外灯、ベンチ、ベランダ、サ
ンルーム、屋根材、便器、浴槽、洗面台、台所用品、流
し、換気扇、キッチンフード、照明器具など、太陽光や
蛍光灯などの光が当たる部分であれば、屋内外を問わず
全ゆる部品や製品に有利に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光触媒性機能部材の島状光触媒膜の概
略構成を示す説明図である。

【図２】島状光触媒膜の電子顕微鏡写真の模写図であ
る。

【図３】島状光触媒膜の分散間隔と親水性の関係を説明
するための概略側面図である。

【図４】島状光触媒膜の分散間隔と親水性の関係を説明
するための別の概略側面図である。

【図５】防汚性試験に用いた屋外汚れ加速試験装置の正
面図である。

【図６】図５に示す屋外汚れ加速試験装置の側面図であ
る。

【図７】光触媒被覆率と雨筋汚れ度の関係を示すグラフ
である。

【図８】光触媒被覆率と水接触角の関係を示すグラフで
ある。

【図９】光触媒被覆率とサラダ油分解量の関係を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１基材（又は中間層）２島状光触媒膜３水滴１０枠体１１屋根１５試料板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福井英夫富山県黒部市三日市4016 (72)発明者番匠信幸富山県黒部市天神新115 (72)発明者中田信之富山県黒部市堀切1300 (72)発明者米屋年将富山県黒部市生地神区335−８ (72)発明者佐藤敏次富山県魚津市天神野新552−２ (72)発明者藤嶋昭神奈川県川崎市中原区中丸子710番地５ (72)発明者橋本和仁神奈川県横浜市栄区飯島町2073番地２ニューシティ本郷台Ｄ棟213号Ｆターム(参考） 4C080 AA07 BB02 BB05 BB08 CC01 HH05 JJ03 JJ09 KK08 LL10 MM02 QQ03 4F100 AA09C AA15C AA17B AA17C AA19C AA20C AA21B AA25B AA28B AA33B AA33C AB10 AD00C AD03C AD04C AD07C AK17 AR00B AS00B AT00A AT00C BA03 BA07 BA10A BA10B BA13 DC11B DC14B DE01B GB07 GB08 GB09 GB48 GB90 JC00 JK01 JK06 JK20 JL00 JL06 JL08B YY00B 4G069 AA02 AA11 BA04A BA04B BA48A CA01 CA07 CA10 CA17 DA06 EA01Y EB20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも基材の露出表面に、光触媒作
用を示す物質又は該物質を含む材料を、実質的に均一に
分散するように平均分散間隔が１ｍｍ以内となるように
不連続膜状に被着してなることを特徴とする光触媒性機
能部材。
【請求項２】前記光触媒作用を示す物質又は該物質を
含む材料の表面被覆率が２〜９５％であることを特徴と
する請求項１に記載の光触媒性機能部材。
【請求項３】前記光触媒作用を示す物質又は該物質を
含む材料の表面被覆率が３〜８０％であることを特徴と
する請求項１に記載の光触媒性機能部材。
【請求項４】前記平均分散間隔が０．１〜１０００μ
ｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一
項に記載の光触媒性機能部材。
【請求項５】前記光触媒作用を示す物質又は該物質を
含む材料が基材表面に島状に分散しており、個々の島の
直径が５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至
４のいずれか一項に記載の光触媒性機能部材。
【請求項６】前記島の平均直径が０．１〜１０００μ
ｍであることを特徴とする請求項５に記載の光触媒性機
能部材。
【請求項７】前記光触媒作用を示す物質が、光触媒作
用を有する半導体又は半導体微粒子からなることを特徴
とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光触媒性
機能部材。
【請求項８】前記基材と、光触媒作用を示す物質又は
該物質を含む材料との間に、光触媒作用によって侵され
ない材料層が介在していることを特徴とする請求項１乃
至７のいずれか一項に記載の光触媒性機能部材。