JP2002320917A - Production method for photocatalytic coating film and photocatalytic material - Google Patents

Production method for photocatalytic coating film and photocatalytic material

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JP2002320917A
JP2002320917A JP2001131079A JP2001131079A JP2002320917A JP 2002320917 A JP2002320917 A JP 2002320917A JP 2001131079 A JP2001131079 A JP 2001131079A JP 2001131079 A JP2001131079 A JP 2001131079A JP 2002320917 A JP2002320917 A JP 2002320917A
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JP
Japan
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titanium oxide
coating film
photocatalytic
silicon
weight
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Application number
JP2001131079A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Shibato
雅博 柴戸
Yumiko Katsukawa
由美子 勝川
Mitsuhide Shimobukikoshi
光秀 下吹越
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Toto Ltd
Original Assignee
Toto Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide such a production method to manufacture a photocatalytic coating film on the surface of a base material by a wet method that possesses a good hardness, an abrasion resistance and a favorable photocatalytic activity at the same time, in addition, to provide a photocatalytic member having the sintered coating film. SOLUTION: This invention relates to a method to produce a photocatalytic coating film on the surface of a base material by applying a composition for forming a photocatalytic film comprising a crystalline titanium oxide surface- modified by using one or more kinds of substances belonging to carboxylic acids, a silicon-based binder and a solvent to the base material and sintering at 300-800 deg.C.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光触媒として使用
される酸化チタン含有塗膜を形成できる組成物を用いた
成膜体の製造方法、この成膜体をガラス、金属、セメン
ト、石膏ボード、石材、セラミックス、もしくは樹脂等
の表面に設けた部材に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a film using a composition capable of forming a titanium oxide-containing coating film used as a photocatalyst, and a method for producing the film using glass, metal, cement, gypsum board, The present invention relates to a member provided on a surface of a stone, a ceramic, a resin, or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】光触媒部材は、防曇、降雨によるセルフ
クリーニング、有害物質の分解などの機能を有するた
め、環境に優しい機能性塗膜被覆材料として活発に研究
開発が行われている。このような光触媒性部材の製造で
は、その部材本来の特性を損なわないために基材の上に
光触媒機能塗膜を形成させる手法を取ることが主流とな
っている。
2. Description of the Related Art Photocatalytic members have functions such as antifogging, self-cleaning by rainfall, and decomposition of harmful substances. Therefore, research and development are being actively conducted as environmentally friendly functional coating materials for coatings. In the production of such a photocatalytic member, a method of forming a photocatalytic functional coating film on a base material has been mainly used in order not to impair the inherent characteristics of the member.

【0003】この光触媒機能塗膜を形成させる方法とし
ては、乾式法、湿式法があるが、十分な光触媒活性を維
持しながら、広汎な使用条件に耐えるような優れた硬
度、耐摩耗性を有する光触媒膜を形成させるためには、
各々の方法で問題がある。スパッタ法、CVD法、プラ
ズマ法などで代表される乾式法では、コストが高くな
り、また基材の材質、形状によっては製膜出来ないとい
う問題点がある。
As a method for forming the photocatalytic coating film, there are a dry method and a wet method, but it has excellent hardness and abrasion resistance enough to withstand a wide range of use conditions while maintaining sufficient photocatalytic activity. In order to form a photocatalytic film,
There are problems with each method. A dry method typified by a sputtering method, a CVD method, a plasma method, or the like has a problem that the cost is high and a film cannot be formed depending on the material and shape of the base material.

【0004】一方、コストが低く、多くの基材に適用可
能なゾルゲル法等の湿式法では、各種分散剤を添加した
酸化チタンゾルを利用する方法、酸化チタン前駆体を利
用する方法、酸化チタンゾルと結合剤(以下、バインダ
ー成分)を混合させたものを利用する方法など、これま
で様々な塗膜形成組成物が提案されているが、いずれも
優れた硬度、耐摩耗性と良好な光触媒活性を併せ持った
光触媒性塗膜を形成するとは言いきれない。
On the other hand, in a wet method such as a sol-gel method which is low in cost and can be applied to many substrates, a method using a titanium oxide sol to which various dispersants are added, a method using a titanium oxide precursor, a method using a titanium oxide sol, Various coating film forming compositions have been proposed so far, such as a method using a mixture of a binder (hereinafter, a binder component), and all of them have excellent hardness, abrasion resistance and good photocatalytic activity. It cannot be said that a combined photocatalytic coating film is formed.

【0005】具体的には、各種添加剤を添加した酸化チ
タンゾルを利用する方法である、特開2000−119
019号によれば、酸性酸化チタンゾル、溶液中のTi
4+イオンの膠状水酸化チタン化により酸化チタン粒子
同士が結合し酸化チタンが凝集することを防ぐために添
加される錯化剤、pH調整のために添加されるアルカリ
成分からなるpHが5〜10である酸化チタンゾルがあ
るが、80℃で焼成した塗膜は光触媒活性による脂肪酸
の分解力を有するが、その硬度は弱く鉛筆硬度で2H以
下程度である。
[0005] Specifically, JP-A-2000-119 discloses a method utilizing a titanium oxide sol to which various additives are added.
According to No. 019, acidic titanium oxide sol, Ti in solution
A pH of 5 to 10 consisting of a complexing agent added to prevent titanium oxide particles from binding to each other by aggregation of titanium oxide with 4+ ions and preventing aggregation of titanium oxide, and an alkali component added to adjust pH. There is a titanium oxide sol having the following formula. The coating film baked at 80 ° C. has the ability to decompose fatty acids due to photocatalytic activity, but its hardness is weak and is about 2H or less in pencil hardness.

【0006】また、酸化チタンの有機前駆体を利用する
方法である、特開2000−290533号によれば、
シュウ酸チタニル、pH調整のために添加されるアンモ
ニアからなるpHが3.8〜5であるシュウ酸チタニル
コーティング液があるが、600℃で焼成した塗膜は鉛
筆硬度9H以上の光触媒活性を有する塗膜であるが、そ
の光触媒活性は弱くNOガスの分解率は60%程度であ
る。
According to JP-A-2000-290533, which is a method utilizing an organic precursor of titanium oxide,
There is a titanyl oxalate coating solution having a pH of 3.8 to 5 consisting of titanyl oxalate and ammonia added for pH adjustment, but a coating film baked at 600 ° C. has a photocatalytic activity with a pencil hardness of 9H or more. Although it is a coating film, its photocatalytic activity is weak and the decomposition rate of NO gas is about 60%.

【0007】また、酸化チタンゾルとバインダー成分を
混合させたもの主成分として利用する方法では、特開2
000−273355号によれば、気相法で合成された
微粒子酸化チタンにβージケトン、Ti系又はAl系カ
ップリング剤、Tiアルコキシドバインダーを組み合わ
せた光触媒塗料があるが、125℃で焼成した塗膜は光
触媒活性によるアセトアルデヒドの分解力を有するが、
その鉛筆硬度は弱く3H程度である。また、特開平11
−323190号、特開平11−323257号によれ
ば、微粒子酸化チタンにβージケトン、Ti系又はAl
系カップリング剤、アルコキシシランオリゴマーバイン
ダーを組み合わせた光触媒塗料があるが、150℃で焼
成した塗膜は光触媒活性によるアセトアルデヒドの分解
力を有するが、その鉛筆硬度は弱く3H〜6H程度であ
る。また、特開平11−323191号によれば、微粒
子酸化チタンにβージケトン、Ti系又はAl系カップ
リング剤、フッ素系界面活性剤含有エチルシリケート加
水分解物バインダーを組み合わせた光触媒塗料がある
が、150℃で焼成した塗膜は光触媒活性によるアセト
アルデヒドの分解力を有するが、その鉛筆硬度は弱く3
H〜6H程度である。
Further, in a method in which a mixture of titanium oxide sol and a binder component is used as a main component, Japanese Patent Laid-Open No.
According to 000-273355, there is a photocatalytic paint in which β-diketone, a Ti-based or Al-based coupling agent, and a Ti alkoxide binder are combined with fine particle titanium oxide synthesized by a gas phase method. Has the ability to decompose acetaldehyde by photocatalytic activity,
The pencil hardness is weak, about 3H. Also, Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
According to JP-A-323190 and JP-A-11-323257, β-diketone, Ti-based or Al
There is a photocatalyst paint in which a system coupling agent and an alkoxysilane oligomer binder are combined, but a coating film baked at 150 ° C. has a power of decomposing acetaldehyde due to photocatalytic activity, but its pencil hardness is weak and is about 3H to 6H. According to Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-323191, there is a photocatalytic paint in which β-diketone, a Ti-based or Al-based coupling agent, and a fluorine-based surfactant-containing ethylsilicate hydrolyzate binder are combined with fine-particle titanium oxide. The film baked at ℃ has the power to decompose acetaldehyde by photocatalytic activity, but its pencil hardness is weak and 3
H to about 6H.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明では、湿式法に
て基材表面に優れた硬度、耐摩耗性と良好な光触媒活性
を併せ持った光触媒性塗膜を形成させる製造方法、およ
びそれを成膜し焼成させた塗膜を有する光触媒性部材を
提供する。
According to the present invention, there is provided a method for producing a photocatalytic coating film having excellent hardness, abrasion resistance and good photocatalytic activity on a substrate surface by a wet method, and a method for producing the same. Provided is a photocatalytic member having a coated and fired coating.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明では、上記問題を
解決すべく、(A)カルボン酸類に属する少なくとも1
種以上の物質を用いて予め表面修飾した(B)結晶性酸
化チタンと、(C)シリコン系バインダーと、(D)溶
媒とからなる、光触媒性塗膜形成組成物を、基材の表面
に塗布し、(E)300〜800℃の温度で焼成するこ
とにより基材表面に光触媒性塗膜を形成させる製造方法
を提供する。尚、以下、特別に明記しない限り、(B)
結晶性酸化チタンを酸化チタン、(A)カルボン酸類で
表面修飾した(B)結晶性酸化チタンを表面修飾酸化チ
タンと呼ぶことにする。
According to the present invention, in order to solve the above problems, at least one of (A) carboxylic acids belonging to
A photocatalytic coating film-forming composition comprising (B) crystalline titanium oxide, (C) a silicon-based binder, and (D) a solvent, which has been surface-modified using at least one kind of substance, is coated on the surface of the substrate. The present invention provides a production method for forming a photocatalytic coating film on the surface of a base material by applying and baking at a temperature of 300 to 800 ° C. In the following, unless otherwise specified, (B)
The crystalline titanium oxide is referred to as titanium oxide, and (A) the crystalline titanium oxide whose surface is modified with carboxylic acids is referred to as surface-modified titanium oxide.

【0010】本発明では、上記光触媒性塗膜形成組成物
を基材に成膜し300〜800℃で焼成することによっ
て、鉛筆硬度9H以上の非常に高い表面硬度と良好な光
触媒活性を併せ持った光触媒性塗膜を形成することがで
きる。本発明の組成物を製膜した塗膜が鉛筆硬度9H以
上の表面硬度と良好な光触媒活性の両立が実現した要因
は、常温〜300℃、300〜800℃の焼成領域にお
ける酸化チタンと基材、及び酸化チタン同士を強固に結
合させる働きをするシリコン系バインダーと、酸化チタ
ンの表面修飾に使われる物質カルボン酸の相互作用にあ
ることが考えられる。常温〜300℃の焼成領域におい
ては、カルボン酸の有機構造から内部欠陥、形状損壊な
どの欠陥が少ない塗膜が実現され、そして酸化チタン表
面に吸着したカルボン酸の残留水酸基(−OH)がシリ
コン系バインダーの反応末端に作用することで、酸化チ
タンをバインダーのネットワーク架橋に取り入れ高度に
緻密化、架橋化された塗膜が実現されると考えられる。
また、そのように欠陥が少なく高緻密化、高架橋化が達
成された塗膜を、酸化チタン表面に吸着したカルボン酸
が熱分解してしまうほどの高温300〜800℃でさら
に焼成処理した場合、カルボン酸が熱分解し消滅した酸
化チタン表面、そしてバインダー成分の反応性官能基の
反応性が高くなり、酸化チタンとバインダーの界面で強
固な結合が形成されると考えられる。また、酸化チタン
についても300〜800℃で高温処理することで、酸
化チタンは光触媒活性が高い結晶型を維持したままより
高結晶化が進み、光触媒活性がさらに強くなることが考
えられる。また、酸化チタン表面、塗膜内部において酸
化チタンの表面処理成分でありながら光触媒活性を阻害
するカルボン酸は、300〜800℃の高温処理で熱分
解消滅することで少なくなり、酸化チタン表面と外気と
の接触頻度が多くなるため光触媒活性がさらに向上する
ことが考えられる。そのため、非常に高い表面硬度、耐
摩耗性と優れた光触媒活性を併せ持った光触媒性塗膜を
実現できたと考えられる。
In the present invention, the photocatalytic coating film-forming composition is formed on a substrate and fired at 300 to 800 ° C., thereby having both a very high surface hardness of 9H or more and a good photocatalytic activity. A photocatalytic coating can be formed. The reason that the coating film formed from the composition of the present invention achieves both the surface hardness of pencil hardness of 9H or more and the good photocatalytic activity is due to the fact that titanium oxide and the base material in the sintering region at room temperature to 300 ° C and 300 to 800 ° C. It is considered that there is an interaction between a silicon-based binder that functions to firmly bind titanium oxides to each other and a carboxylic acid substance used for surface modification of titanium oxide. In the firing range from room temperature to 300 ° C., a coating film having few defects such as internal defects and shape damage is realized due to the organic structure of the carboxylic acid, and residual hydroxyl groups (—OH) of the carboxylic acid adsorbed on the titanium oxide surface are converted to silicon. It is considered that by acting on the reaction terminal of the system binder, titanium oxide is incorporated into the network crosslinking of the binder, and a highly densified and crosslinked coating film is realized.
In addition, when the coating film in which such defects are less densified and highly densified and highly crosslinked is further baked at such a high temperature that the carboxylic acid adsorbed on the titanium oxide surface is thermally decomposed, at 300 to 800 ° C. It is considered that the reactivity of the reactive functional groups of the binder component and the surface of the titanium oxide where the carboxylic acid was thermally decomposed and disappeared increases, and a strong bond is formed at the interface between the titanium oxide and the binder. Further, it is conceivable that high-temperature treatment of titanium oxide at 300 to 800 ° C. further promotes higher crystallization of titanium oxide while maintaining a crystal form having high photocatalytic activity, and further enhances photocatalytic activity. In addition, the amount of carboxylic acid that inhibits photocatalytic activity while being a surface treatment component of titanium oxide on the surface of titanium oxide and inside the coating film is reduced by eliminating heat components at a high temperature treatment of 300 to 800 ° C. It is conceivable that the photocatalytic activity is further improved due to the increased frequency of contact with. Therefore, it is considered that a photocatalytic coating film having extremely high surface hardness, abrasion resistance and excellent photocatalytic activity was realized.

【0011】本発明の好ましい態様については、前記
(B)の材料は、結晶性酸化チタン粒子であり、その平
均粒径が1〜100nmであるようにする。酸化チタン
の平均粒径は、塗膜の光触媒活性と機械的強度のバラン
スを考慮して決める。酸化チタンは微粉状であり、その
粒径は光触媒活性が強いこと及び塗膜形成時に高充填さ
れ硬度、耐摩耗性が向上することから、平均粒径1〜1
00nm程度の微細なものが好ましい。この程度の大き
さになると、可視光に散乱効果が小さくなり透明性も高
くなる。また、セラミックス、ガラスなど特に硬度、耐
摩耗性が要求される部材に対しては、光触媒活性とのバ
ランスを考えて粒径30nm以下にすることが好まし
い。さらに高硬度、高耐摩耗性を実現したいときは、1
0nm以下にすることが好ましい。
In a preferred embodiment of the present invention, the material (B) is crystalline titanium oxide particles, and the average particle size is 1 to 100 nm. The average particle size of the titanium oxide is determined in consideration of the balance between the photocatalytic activity of the coating film and the mechanical strength. Titanium oxide is in the form of fine powder, and its particle diameter is high because of its high photocatalytic activity and its high filling and improved hardness and abrasion resistance during coating film formation.
A fine thing of about 00 nm is preferable. With such a size, the scattering effect on visible light is reduced and the transparency is increased. In addition, for members such as ceramics and glass that require particularly high hardness and abrasion resistance, the particle size is preferably 30 nm or less in consideration of the balance with photocatalytic activity. To achieve higher hardness and higher wear resistance,
It is preferable to set it to 0 nm or less.

【0012】本発明の好ましい態様については、前記
(B)結晶性酸化チタンの表面を修飾する前記(A)カ
ルボン酸1重量部に対して、前記(B)結晶性酸化チタ
ンが1〜1000重量部であるようにする。酸化チタン
とカルボン酸の割合は、本発明の組成物における分散、
粘性などの液の特性、塗膜の硬度、耐摩耗性などの機械
的強度とのバランスを考慮して決める。その割合は、カ
ルボン酸1重量部に対して、酸化チタンが二酸化チタン
換算で1〜1000重量部であることが好ましい。カル
ボン酸の量が少なすぎると、表面修飾酸化チタンとシリ
コン系バインダーの混合液を塗膜にした場合、硬度、耐
摩耗性の向上効果は小さくなりやすい。また、多すぎる
と表面修飾酸化チタン単独液、表面修飾酸化チタンとシ
リコン系バインダーの製造、調整、混合液に増粘効果が
起こりやすくなり、塗膜にした場合、塗膜面の外観不
良、硬度、耐摩耗性の低下などの課題が生じやすくな
る。
[0012] In a preferred embodiment of the present invention, the crystalline titanium oxide (B) is used in an amount of 1 to 1000 parts by weight per 1 part by weight of the carboxylic acid (A) for modifying the surface of the crystalline titanium oxide. Part. The proportion of titanium oxide and carboxylic acid is the dispersion in the composition of the present invention,
It is determined in consideration of the balance between the properties of the liquid such as viscosity, the hardness of the coating film, and the mechanical strength such as abrasion resistance. The ratio is preferably 1 to 1000 parts by weight of titanium oxide in terms of titanium dioxide with respect to 1 part by weight of carboxylic acid. If the amount of the carboxylic acid is too small, the effect of improving hardness and abrasion resistance tends to be small when a mixed solution of the surface-modified titanium oxide and the silicon-based binder is used as a coating film. If the amount is too large, the surface-modified titanium oxide alone, the production and preparation of the surface-modified titanium oxide and the silicon-based binder, a thickening effect is likely to occur in the mixed solution, and when a coating is formed, the appearance of the coating surface is poor and the hardness is low. In addition, problems such as a decrease in wear resistance are likely to occur.

【0013】本発明の好ましい態様については、二酸化
チタン換算が100重量部となる前記(B)結晶性酸化
チタンの重量部に対して、前記(C)シリコン系バイン
ダーを二酸化ケイ素換算で10〜400重量部含有する
ようにする。酸化チタンとシリコン系バインダーの重量
割合は、塗膜の表面構造、内部構造に影響を与えること
から光触媒活性と塗膜硬度、耐摩耗性などの機械的強度
のバランスを考慮して決める。その割合は、二酸化チタ
ン換算が100重量部となる酸化チタンの重量部に対し
て、シリコン系バインダーを二酸化ケイ素換算で10〜
400重量部含有することが好ましい。シリコン系バイ
ンダーの割合が二酸化ケイ素換算で400重量部を超え
ると、シリコン系バインダーが酸化チタンを覆うため光
触媒機能が小さくなり、シリコン系バインダーの割合が
二酸化ケイ素換算で10重量部以下であると基材、およ
び酸化チタンとの接着強度が弱くなり、いずれにおいて
も実用性が乏しい。
In a preferred embodiment of the present invention, the silicon-based binder (C) is added in an amount of 10 to 400 in terms of silicon dioxide with respect to 100 parts by weight of the crystalline titanium oxide in terms of titanium dioxide. It should be contained by weight. Since the weight ratio of titanium oxide and the silicon-based binder affects the surface structure and internal structure of the coating film, it is determined in consideration of the balance between photocatalytic activity and mechanical strength such as coating film hardness and abrasion resistance. The ratio is 10 to 10 parts by weight of a silicon-based binder in terms of silicon dioxide with respect to 100 parts by weight of titanium oxide in terms of titanium dioxide.
It is preferred to contain 400 parts by weight. When the proportion of the silicon-based binder exceeds 400 parts by weight in terms of silicon dioxide, the photocatalytic function is reduced because the silicon-based binder covers titanium oxide. When the proportion of the silicon-based binder is 10 parts by weight or less in terms of silicon dioxide, The adhesive strength with the material and titanium oxide is weakened, and both are poor in practicality.

【0014】本発明の好ましい態様については、前記
(B)結晶性酸化チタンの二酸化チタン換算、および前
記(C)シリコン系バインダーの二酸化ケイ素換算の合
計固形分濃度が20重量%以下であるようにする。合計
固形分濃度とは、全体組成分中に含まれる酸化チタンを
二酸化チタンに、シリコン系バインダーを二酸化ケイ素
に換算した値の合計であるが、それは液の安定性、成膜
方法、成膜体の特性などのバランスを考慮して決める。
その合計固形分濃度は、酸化チタンの二酸化チタン換
算、およびシリコン系バインダーの二酸化ケイ素換算の
合計固形分濃度を20重量%以下にすることが好まし
い。合計固形分濃度が20重量%以下の場合、各種仕様
(膜厚、成膜方法など)に合うように設定して良いが、
20重量%を超えると組成物中の固形物の分散性が悪く
なり、組成物の安定性が著しく低下しゲル化が生じ易く
なる。また、高濃度になると成膜性、組成物の成膜体と
基材との密着性が著しく低下するようになるので好まし
くない。
[0014] In a preferred aspect of the present invention, the total solid content concentration of (B) the crystalline titanium oxide in terms of titanium dioxide and (C) the silicon-based binder in terms of silicon dioxide is 20% by weight or less. I do. The total solid content concentration is the sum of values obtained by converting titanium oxide contained in the entire composition into titanium dioxide and converting a silicon-based binder into silicon dioxide. It is determined in consideration of the balance of the characteristics and the like.
As for the total solid content concentration, it is preferable to make the total solid content concentration in terms of titanium dioxide of titanium oxide and silicon dioxide of the silicon-based binder not more than 20% by weight. When the total solid concentration is 20% by weight or less, it may be set to meet various specifications (film thickness, film forming method, etc.)
If the content is more than 20% by weight, the dispersibility of the solid in the composition becomes poor, the stability of the composition is remarkably reduced, and gelation is liable to occur. On the other hand, a high concentration is not preferred because the film-forming properties and the adhesion between the film-formed body of the composition and the substrate are significantly reduced.

【0015】本発明の好ましい態様については、前記特
徴を有する組成物の(F)pHが2〜5であるようにす
る。本発明の組成物のpHは、塗膜形成要素であるシリ
コン系バインダー、表面修飾酸化チタンの製造、および
これら混合物の調合の際に液の安定性を考慮して決め
る。pHが2以下の強酸性側、またはpHが5以上の中
性側であると、シリコン系バインダーは不安定になる。
In a preferred embodiment of the present invention, the composition having the above-mentioned characteristics has (F) a pH of 2 to 5. The pH of the composition of the present invention is determined in consideration of the stability of the liquid at the time of producing the silicon-based binder and the surface-modified titanium oxide which are the film-forming elements, and preparing the mixture thereof. If the pH is 2 or less, or the pH is 5 or more, the silicon-based binder becomes unstable.

【0016】本発明では、上記光触媒性塗膜形成組成物
を基材の表面に塗布し、300〜800℃で加熱硬化さ
せる方法で光触媒性塗膜を設けた光触媒性部材を提供す
る。本発明によれば、本発明の組成物を基材に成膜し3
00〜800℃で加熱硬化させることで塗膜を基材上に
形成させた光触媒性部材を提供することができる。本発
明の組成物を塗布する基材としては、300〜800℃
の加熱処理条件において変色、退色、変形、物性変化な
どの不具合が発生しにくいものであれば何でも良い。ガ
ラス、金属、セメント、壁紙、石膏ボード、石材、セラ
ミックス、もしくは樹脂等の様々な形状を有する部材、
複合成形体が考えられる。これら基材に塗布する際に
は、組成物、基材に合わせて、必要に応じて前処理を行
ってもよい。
According to the present invention, there is provided a photocatalytic member provided with a photocatalytic coating by a method in which the above-mentioned photocatalytic coating forming composition is applied to the surface of a substrate and cured by heating at 300 to 800 ° C. According to the present invention, the composition of the present invention is formed on a substrate by 3
A photocatalytic member having a coating film formed on a substrate by heating and curing at 00 to 800 ° C. can be provided. As a substrate on which the composition of the present invention is applied, 300 to 800 ° C.
Any heat treatment condition may be used as long as problems such as discoloration, fading, deformation, and change in physical properties do not easily occur. Members having various shapes such as glass, metal, cement, wallpaper, gypsum board, stone, ceramics, or resin,
Composite moldings are conceivable. When applying to these substrates, pretreatment may be performed as necessary according to the composition and the substrate.

【0017】本発明の好ましい態様については、加熱処
理し硬化させた塗膜が鉛筆硬度9H以上の表面硬度を有
する光触媒性塗膜を設けた光触媒性部材であるようにす
る。本発明によれば、本発明の組成物を基材に成膜し加
熱処理した塗膜は鉛筆硬度9H以上の表面硬度を有する
ため、表面硬度を必要とされる部材に適用できる。本発
明の組成物を塗布する基材としては、ガラス、金属、セ
メント、壁紙、石膏ボード、石材、セラミックス、もし
くは樹脂等の様々な形状を有する部材、複合成形体が考
えられる。これら基材に塗布する際には、組成物、基材
に合わせて、必要に応じて前処理を行ってもよい。
In a preferred embodiment of the present invention, the heat-treated and cured coating is a photocatalytic member provided with a photocatalytic coating having a surface hardness of 9H or more. According to the present invention, a coating film obtained by forming a film of the composition of the present invention on a substrate and heat-treated has a surface hardness of 9H or more in pencil hardness, and thus can be applied to members requiring surface hardness. Examples of the substrate to which the composition of the present invention is applied include members having various shapes such as glass, metal, cement, wallpaper, gypsum board, stone, ceramics, and resin, and composite molded articles. When applying to these substrates, pretreatment may be performed as necessary according to the composition and the substrate.

【0018】本発明の好ましい態様については、光触媒
性塗膜を形成させる基材がセラミック、ガラスである光
触媒性部材であるようにする。本発明によれば、本発明
の組成物を基材に成膜し加熱処理すると、鉛筆硬度9H
以上の表面硬度を有する光触媒性塗膜を有する部材とな
るため、光触媒活性および表面硬度を必要とされる部
材、用途に適用できる。これら基材に塗布する際には、
組成物、基材に合わせて、必要に応じて前処理を行って
もよい。
In a preferred embodiment of the present invention, the substrate on which the photocatalytic coating film is formed is a photocatalytic member made of ceramic or glass. According to the present invention, when the composition of the present invention is formed into a film on a substrate and heat-treated, the composition has a pencil hardness of 9H.
Since the member has a photocatalytic coating film having the above surface hardness, it can be applied to members and applications that require photocatalytic activity and surface hardness. When applying to these substrates,
Pretreatment may be performed as necessary according to the composition and the base material.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下に、本発明について順次説明
する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in order.

【0020】前記(A)カルボン酸類としては、マレイ
ン酸、マロン酸、フマル酸、しゅう酸、コハク酸などの
1分子の構造中にカルボニル基を2個以上有するカルボ
ン酸、またはリンゴ酸、グリコール酸、乳酸、酒石酸、
クエン酸、グルコン酸などのヒドロキシカルボン酸から
選択される化学物質であることが好ましい。前記化学物
資には、1分子構造中に水酸基が2個以上存在する。水
酸基が2個以上存在しなければ、酸化チタン表面に修飾
したカルボン酸の残留水酸基が少なくシリコン系バイン
ダーとの作用が小さくなるため、塗膜の高度な緻密化、
架橋化が達成されにくくなると考えられる。また、水酸
基が多すぎれば、表面修飾酸化チタン単独液、表面修飾
酸化チタンとシリコン系バインダーの製造、調整、混合
液に凝集、増粘などの課題が生じると考えられる。
The carboxylic acids (A) include maleic acid, malonic acid, fumaric acid, oxalic acid, succinic acid, and other carboxylic acids having two or more carbonyl groups in one molecule, or malic acid, glycolic acid, and the like. , Lactic acid, tartaric acid,
Preferably, the chemical substance is selected from hydroxycarboxylic acids such as citric acid and gluconic acid. The chemical substance has two or more hydroxyl groups in one molecular structure. If two or more hydroxyl groups do not exist, the residual hydroxyl groups of the carboxylic acid modified on the surface of the titanium oxide are reduced and the action with the silicon-based binder is reduced, so that the coating film is highly densified,
It is considered that cross-linking is hardly achieved. Further, if the number of hydroxyl groups is too large, it is considered that problems such as production and adjustment of the surface-modified titanium oxide alone, the surface-modified titanium oxide and the silicon-based binder, and aggregation and thickening of the mixture are caused.

【0021】前記組成物の(B)結晶性酸化チタンにつ
いては、特定値(約3.2eV)以上のエネルギーを持
つ光を照射することで、励起された電子と電子が飛び出
して生じた正孔により、それぞれ有機物の酸化分解作
用、水分子の吸着による親水作用を示す光触媒作用を有
する結晶性酸化チタンである。結晶性二酸化チタン粒子
については、アナターゼ型、ブルッカイト型、ルチル型
があるが、特に好ましくはアナターゼ型、ブルッカイト
型である。また、それらが混合されたものであってもか
まわない。なお、他の酸化チタンとして、高温加熱で結
晶化が急速に進み光触媒作用を有するようになるアモル
ファス酸化チタン、またはヒドロキシチタネート、有機
チタネートなどの酸化チタン前駆体があるが、加熱処理
時に基材内部から成膜表面に移動する元素成分(基材が
ソーダライムガラスの場合、Na元素。ステンレス鋼板
の場合、Fe元素など。)と反応し結晶性二酸化チタン
になりにくく塗膜の光触媒活性が低下しやすくなると考
えられる。
The crystalline titanium oxide (B) of the above composition is irradiated with light having an energy of a specific value (about 3.2 eV) or more, so that excited electrons and holes generated by the ejection of electrons are generated. Is a crystalline titanium oxide having a photocatalytic action showing an oxidative decomposition action of organic substances and a hydrophilic action by adsorption of water molecules. The crystalline titanium dioxide particles include anatase type, brookite type and rutile type, and particularly preferably anatase type and brookite type. Further, they may be mixed. Other titanium oxides include amorphous titanium oxide, which crystallizes rapidly when heated at high temperature, and has a photocatalytic action, or a titanium oxide precursor such as hydroxy titanate or organic titanate. Reacts with the elemental components (Na element when the base material is soda lime glass; Fe element when the stainless steel sheet is used) to form crystalline titanium dioxide, and reduces the photocatalytic activity of the coating film. It will be easier.

【0022】表面修飾酸化チタンの製造では、結晶性或
いはアモルファスの酸化チタン粒子を分散媒に分散させ
たゾルを利用するか、分散溶媒中にチタンアルコキシ
ド、硫酸チタニル、四塩化チタンなどの酸化チタンの前
駆体を混入させ中和、加水分解、脱酸処理、脱アルカリ
処理などの処理を行うことでゾルを形成するという方法
が好適に用いられる。例えば、出発原料として硫酸チタ
ニルを用いる場合、まず常温よりも高温で加水分解して
濾過洗浄したゾルを溶媒に再分散させる、あるいは加水
分解時に発生する陰イオンをイオン交換樹脂により処理
するなどして、カルボン酸、必要に応じて無機酸などの
酸を加えるという方法、また結晶性を向上させるために
さらに水熱処理を行うという方法が好適に用いられる。
また、出発原料として四塩化チタンを用いる場合、常温
よりも高温で加水分解した後、または加水分解しながら
発生した塩素イオンを電気透析、イオン交換樹脂、電気
分解などの脱塩素処理により処理し塩素イオン濃度、p
Hを制御しカルボン酸、必要に応じて無機酸などの酸を
加えるという方法、カルボン酸を用いて前記加水分解、
脱塩素処理により塩素イオン濃度、pHを制御するとい
う方法などが好適に用いられる。また、酸化チタンゾル
にカルボン酸を添加するという方法も好適に用いられ
る。
In the production of the surface-modified titanium oxide, a sol in which crystalline or amorphous titanium oxide particles are dispersed in a dispersion medium is used, or a titanium oxide such as titanium alkoxide, titanyl sulfate or titanium tetrachloride is dispersed in a dispersion solvent. A method of forming a sol by mixing a precursor and performing a treatment such as neutralization, hydrolysis, deacidification treatment, or dealkalization treatment is suitably used. For example, when using titanyl sulfate as a starting material, the sol that has been hydrolyzed and filtered and washed at a temperature higher than room temperature is redispersed in a solvent, or an anion generated during hydrolysis is treated with an ion exchange resin. A method of adding an acid such as a carboxylic acid and, if necessary, an inorganic acid, and a method of further performing a hydrothermal treatment to improve the crystallinity are preferably used.
When titanium tetrachloride is used as a starting material, chlorine ions generated after hydrolysis at a temperature higher than room temperature or during hydrolysis are subjected to a dechlorination treatment such as electrodialysis, an ion exchange resin, and electrolysis to obtain chlorine. Ion concentration, p
A method of controlling H and adding a carboxylic acid, if necessary, an acid such as an inorganic acid, the hydrolysis using a carboxylic acid,
A method of controlling the chloride ion concentration and pH by dechlorination is suitably used. Further, a method of adding a carboxylic acid to the titanium oxide sol is also suitably used.

【0023】前記組成物の(C)シリコン系バインダー
は、塗膜硬化において酸化チタンと基材、かつ酸化チタ
ン同士を強固に結合させ、かつ酸化チタンの光触媒活性
を半永久的に発揮させる働きをする。また、表面修飾酸
化チタンと安定に調合できるpH値を有するバインダー
である。本発明のバインダーは、酸化チタンと基材を、
かつ酸化チタン同士を強固に結合させ、かつ酸化チタン
の光触媒活性を半永久的に発揮させる役割を持ち、表面
修飾酸化チタンゾルと安定に調合できるpH値に調合さ
れた未硬化シロキサンポリマーであることが好ましい。
その未硬化シロキサンポリマーは、 一般式 R1(n1)SiX(4−n1)…(1) (式中、n1は0または1の整数。R1は炭素数1〜18
の一価の有機基であり、その中における一つの炭素原子
はケイ素原子と結合している。Xは塩素、臭素、又は炭
素数1〜4のアルコキシ基である。以下同様) で表される加水分解性3官能シリコン化合物と加水分解
性4官能シリコン化合物の混合物、または加水分解性4
官能シリコン化合物を酸性下で加水分解・縮重合させた
ものが好ましい。より好ましくは加水分解性4官能シリ
コン化合物の加水分解・縮重合させた未硬化シロキサン
ポリマーである。 また、好ましくは一般式 Si(n2)O(n2−1)OR2(2n2+2)… (2) (式中、n2は2から6の整数。R2は炭素数1〜4のア
ルコキシ基である。以下同様) で表される加水分解性4官能シリコン化合物の縮重合物
を酸性下で加水分解・縮重合させた未硬化シロキサンポ
リマーである。 また、一般式 M(n3)O・(n4)SiO2 …(3) (式中、Mはアルカリ金属類に属する元素。n3はMの
価数によって決まる数値。n4は1〜8の数値。以下同
様)で表される、MがFr、Cs、Rb、K、Na、L
iなど少なくとも1種類以上のアルカリ金属類に属する
元素を含むシリコン化合物、ケイ酸アルカリ金属塩溶液
(以下、アルカリシリケートと呼ぶ)を、中和したり、
電気透析、イオン交換樹脂、電気分解などで脱アルカリ
処理したりするなど好適に用いられる方法を施して得ら
れる酸性の未硬化シロキサンポリマーであってもかまわ
ない。また、前記未硬化シロキサンポリマーにシリカ微
粒子を加えたもの、また一般式(1)、または一般式
(2)、または一般式(3)で表されるシリコン化合物
とシリカ微粒子を反応させたものを用いてもかまわな
い。
The (C) silicon-based binder of the composition functions to firmly bond the titanium oxide to the base material and the titanium oxide during the curing of the coating film, and to semipermanently exhibit the photocatalytic activity of the titanium oxide. . Further, it is a binder having a pH value that can be stably mixed with the surface-modified titanium oxide. The binder of the present invention, titanium oxide and a substrate,
In addition, it is preferably an uncured siloxane polymer that has a role of firmly bonding titanium oxides to each other and has a role of semipermanently exhibiting the photocatalytic activity of the titanium oxide, and is formulated to have a pH value that can be stably formulated with the surface-modified titanium oxide sol. .
The uncured siloxane polymer has a general formula R1 (n1) SiX (4-n1) (1) wherein n1 is an integer of 0 or 1. R1 has 1 to 18 carbon atoms.
Is a monovalent organic group in which one carbon atom is bonded to a silicon atom. X is chlorine, bromine, or an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms. A mixture of a hydrolyzable trifunctional silicon compound and a hydrolyzable tetrafunctional silicon compound represented by
It is preferable that the functional silicon compound is hydrolyzed and polycondensed under acidic conditions. More preferably, it is an uncured siloxane polymer obtained by hydrolyzing and polycondensing a hydrolyzable tetrafunctional silicon compound. Also preferably, a general formula Si (n2) O (n2-1) OR2 (2n2 + 2) (2) (where n2 is an integer of 2 to 6. R2 is an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms. An uncured siloxane polymer obtained by subjecting a polycondensation product of a hydrolyzable tetrafunctional silicon compound represented by the following formula to hydrolysis and polycondensation under acidic conditions. Further, the general formula: M (n3) O. (n4) SiO2 (3) (wherein, M is an element belonging to alkali metals. N3 is a numerical value determined by the valence of M. n4 is a numerical value of 1 to 8. M is Fr, Cs, Rb, K, Na, L
neutralizing a silicon compound containing an element belonging to at least one or more alkali metals such as i, an alkali metal silicate solution (hereinafter, referred to as an alkali silicate),
It may be an acidic uncured siloxane polymer obtained by performing a suitably used method such as alkali elimination by electrodialysis, ion exchange resin, or electrolysis. Further, a product obtained by adding silica fine particles to the uncured siloxane polymer, or a product obtained by reacting a silicon compound represented by the general formula (1), the general formula (2), or the general formula (3) with silica fine particles is used. It may be used.

【0024】一般式(1)で表されるシリコン化合物で
は、加水分解性3官能シリコン化合物としては、メチル
トリクロルシラン、メチルトリブロムシラン、メチルト
リメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチル
トリイソプロポキシラン、メチルトリt−ブトキシシラ
ン、エチルトリクロルシラン、エチルトリブロムシラ
ン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシ
ラン、エチルトリイソプロポキシラン、ビニルトリクロ
ルシシラン、ビニルトリブロムシラン、ビニルトリメト
キシシラン、ビニルトリエトキシシラン、トリクロルヒ
ドロシラン、トリブロムヒドロシラン、トリメトキシヒ
ドロシラン、トリエトキシヒドロシランを挙げることが
できる。加水分解性4官能シリコン化合物には、テトラ
クロルシラン、テトラブロムシラン、テトラメトキシシ
ラン、テトラエトキシシラン、テトラブトキシシラン、
ジメトキシジエトキシシランがある。好ましくは、入手
し易く乾燥時に高硬度体を得やすいテトラメトキシシラ
ン、テトラエトキシシランである。また、一般式(2)
で表されるシリコン化合物としては、入手し易く乾燥時
に高硬度体を得やすいテトラメトキシシランの平均3量
体縮重合物であるメチルシリケート51、テトラエトキ
シシランの平均5量体縮重合物であるエチルシリケート
40が好ましい。また、一般式(3)で表されるシリコ
ン化合物としては、1号ケイ酸ナトリウム水溶液、2号
ケイ酸ナトリウム水溶液、3号ケイ酸ナトリウム水溶
液、4号ケイ酸ナトリウム水溶液、1Kケイ酸カリウム
水溶液、Bケイ酸カリウム水溶液、各種ケイ酸リチウム
水溶液などがある。また、それ以外のアルカリシリケー
トとして、アルカリ金属を極力少なくし、有機アミン類
(ホルムアルデヒド、エチルアミン、エタノールアミン
などの短鎖アミン)で安定化させたアンモニウムシリケ
ートなども挙げられる。
In the silicon compound represented by the general formula (1), examples of the hydrolyzable trifunctional silicon compound include methyltrichlorosilane, methyltribromosilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, and methyltriisopropoxysilane. , Methyltri-t-butoxysilane, ethyltrichlorosilane, ethyltribromosilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, ethyltriisopropoxysilane, vinyltrichlorosilane, vinyltribromosilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane Examples thereof include silane, trichlorohydrosilane, tribromohydrosilane, trimethoxyhydrosilane, and triethoxyhydrosilane. Examples of the hydrolyzable tetrafunctional silicon compound include tetrachlorosilane, tetrabromosilane, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrabutoxysilane,
There is dimethoxydiethoxysilane. Preferred are tetramethoxysilane and tetraethoxysilane, which are easily available and easy to obtain a high hardness when dried. In addition, the general formula (2)
Examples of the silicon compound represented by are methyl silicate 51, which is an average trimer condensation product of tetramethoxysilane, and an average pentamer condensation product of tetraethoxysilane, which are easily available and easily obtain a high hardness body when dried. Ethyl silicate 40 is preferred. Examples of the silicon compound represented by the general formula (3) include an aqueous solution of sodium silicate No. 1, an aqueous solution of sodium silicate No. 3, an aqueous solution of sodium silicate No. 4, an aqueous solution of sodium silicate No. 1, an aqueous solution of potassium silicate 1K, B potassium silicate aqueous solution, various lithium silicate aqueous solutions and the like. Other examples of the alkali silicate include ammonium silicate in which an alkali metal is reduced as much as possible and stabilized with organic amines (short-chain amines such as formaldehyde, ethylamine, and ethanolamine).

【0025】本発明の(C)シリコン系バインダーは、
一般式(1)で表される加水分解性4官能シリコン化合
物、または一般式(2)で表される加水分解性4官能シ
リコン化合物の縮重合物を酸性下で加水分解・縮重合さ
せた未硬化シロキサンポリマーであることがより好まし
い。
The (C) silicon-based binder of the present invention comprises:
The hydrolyzable tetrafunctional silicon compound represented by the general formula (1) or the polycondensate of the hydrolyzable tetrafunctional silicon compound represented by the general formula (2) is not hydrolyzed and polycondensed under acidic conditions. More preferably, it is a cured siloxane polymer.

【0026】加水分解性シリコン化合物の加水分解で
は、触媒として酸、アルカリのいずれもが利用できる
が、加水分解したバインダー成分、表面処理酸化チタン
ゾル、およびこれら混合物の安定性を考えると、水と接
触すると(F)pHが2〜5である酸性を示すものであ
ることが望ましい。特に酸性のハロゲン化水素、カルボ
ン酸、スルホン酸、酸性あるいは弱酸性の無機塩、イオ
ン交換樹脂などの固体酸などが好ましい。好適な例とし
ては、フッ化水素、塩酸、硝酸、硫酸;酢酸、マレイン
酸に代表される有機酸;メチルスルホン酸、表面にスル
ホン酸基、又はカルボン酸基を有するカチオン交換樹脂
などが挙げられる。加水分解触媒の量は、ケイ素原子上
の加水分解性基1モルに対して0.001〜5モルの範
囲内であることが好ましい。なお、pHが2以下の強酸
性側、またはpHが5以上の中性側であると、加水分解
したバインダー成分は不安定になりゲル化しやすくな
る。
In the hydrolysis of the hydrolyzable silicon compound, either an acid or an alkali can be used as a catalyst. However, considering the stability of the hydrolyzed binder component, the surface-treated titanium oxide sol, and the mixture thereof, contact with water occurs. Then, (F) it is desirable to show acidity with a pH of 2 to 5. Particularly preferred are acidic hydrogen halides, carboxylic acids, sulfonic acids, acidic or weakly acidic inorganic salts, and solid acids such as ion exchange resins. Preferable examples include hydrogen fluoride, hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid; organic acids represented by acetic acid and maleic acid; methylsulfonic acid; and cation exchange resins having a sulfonic acid group or a carboxylic acid group on the surface. . The amount of the hydrolysis catalyst is preferably in the range of 0.001 to 5 mol per 1 mol of the hydrolyzable group on the silicon atom. If the pH is 2 or less, or the pH is 5 or more, the hydrolyzed binder component becomes unstable and gels easily.

【0027】加水分解に使用する水の量は、塗膜の硬化
性、得られた塗膜の機械的強度、外観、表面処理酸化チ
タンゾルとの混合など液の安定性等から考慮すると、ケ
イ素原子上の加水分解性基1モルに対して0.001〜
500モル、好ましくは0.05〜100モルの範囲内
であることが好ましい。加水分解反応には、アルコー
ル、ケトン、エステル等の極性溶剤、或いはトルエン、
ヘキサン等の非極性溶剤を溶媒として用いるのが好まし
い。これら溶剤は、本発明の(D)溶媒に用いてもかま
わない。なお、ハロゲノシランを原料として使用する場
合、加水分解後、十分水洗してハロゲン成分を除去する
必要がある。
The amount of water used for the hydrolysis is determined by considering the curability of the coating film, the mechanical strength and appearance of the obtained coating film, and the stability of the solution such as mixing with a surface-treated titanium oxide sol. 0.001 to 1 mol of the above hydrolyzable group
It is preferably in the range of 500 moles, preferably 0.05 to 100 moles. For the hydrolysis reaction, polar solvents such as alcohols, ketones and esters, or toluene,
It is preferable to use a non-polar solvent such as hexane as the solvent. These solvents may be used for the solvent (D) of the present invention. When halogenosilane is used as a raw material, it is necessary to sufficiently wash with water after hydrolysis to remove halogen components.

【0028】このようにして加水分解性シリコン化合物
モノマーを部分的に加水分解・縮重合させることにより
形成された未硬化のシロキサンポリマーからなるシロキ
サン化合物の分子量は、塗膜物性に影響を与える。分子
量が小さすぎる場合、乾燥硬化の際に欠陥、形状損壊が
生じやすくなり、塗膜硬度、耐摩耗性が低下することが
考えられる。分子量が大きい方が透明性、光沢、平滑性
の良好な被膜を形成することができる。シロキサン化合
物はポリスチレンを標準物質としたGPC(ゲル濾過クロ
マトグラフィー)測定により求めた数平均分子量が80
〜20000であるものが好ましい。
The molecular weight of the siloxane compound composed of the uncured siloxane polymer formed by partially hydrolyzing and polycondensing the hydrolyzable silicon compound monomer in this way affects the properties of the coating film. If the molecular weight is too small, defects and shape damage are likely to occur during drying and curing, and it is considered that the coating film hardness and abrasion resistance are reduced. A film having a higher molecular weight can form a film having good transparency, gloss and smoothness. The siloxane compound has a number average molecular weight of 80 determined by GPC (gel filtration chromatography) using polystyrene as a standard substance.
Those having a molecular weight of up to 20,000 are preferred.

【0029】表面修飾酸化チタンとシリコン系バインダ
ーとの混合は、適宜に出来るが、一例を示すと酸性下に
ある所定量の表面修飾酸化チタン水性分散液を10〜5
0℃の液温に保持し、これに秤量したシリコン系バイン
ダーを一定時間かけて滴下添加する。滴下終了後、1〜
5時間撹拌下に反応させて組成物液を調製する。シリコ
ン系バインダーは、事前に前記加水分解性シリコン化合
物をpH調整下で加水分解・縮重合させた未硬化シロキ
サンポリマーであることが好ましく、これを表面修飾酸
化チタンゾルに撹拌下に混合して本発明の組成物を得る
ことができる。また、加水分解性シリコン化合物と加水
分解触媒を表面修飾酸化チタンゾルに同時に加えるとい
う方法、また表面修飾酸化チタン分散液中に存在する酸
分を利用して加水分解を進めるという方法が好適に用い
られる。また、アルカリシリケートを利用する場合、前
記した方法で事前にpH調整したもので調合するという
方法が好適に用いられる。
The surface-modified titanium oxide and the silicon-based binder can be appropriately mixed. For example, a predetermined amount of an acidic aqueous dispersion of the surface-modified titanium oxide under acidic conditions is 10 to 5 times.
While maintaining the liquid temperature at 0 ° C., the weighed silicon-based binder is added dropwise thereto over a certain period of time. After dropping,
The reaction is carried out with stirring for 5 hours to prepare a composition liquid. The silicon-based binder is preferably an uncured siloxane polymer obtained by previously subjecting the hydrolyzable silicon compound to hydrolysis and polycondensation under pH adjustment, and then mixing this with a surface-modified titanium oxide sol with stirring. Can be obtained. Further, a method in which a hydrolyzable silicon compound and a hydrolysis catalyst are simultaneously added to a surface-modified titanium oxide sol, and a method in which hydrolysis is promoted by utilizing an acid component present in a surface-modified titanium oxide dispersion are suitably used. . In the case of using an alkali silicate, a method in which the pH is adjusted in advance by the above-described method and the mixture is prepared is preferably used.

【0030】前記組成物の(D)溶媒は、塗膜形成要素
である表面修飾酸化チタン、シリコン系バインダーを均
質に分散させることが可能な物質である。例えば、水あ
るい低級アルコールであるメタノール、エタノール、イ
ソプロピルアルコール、n−プロパノール、n−ブタノ
ール、イソブタノール、あるいはケトン類であるメチル
エチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン(M
IBK)がある。好ましくは、水あるいは前記低級アル
コール類である。また、組成物を希釈する希釈剤には、
水、及び有機溶剤を使用することができる。有機溶剤と
してはアルコール類、ケトン類、エステル類、エーテル
類が適する。
The solvent (D) of the composition is a substance capable of uniformly dispersing the surface-modified titanium oxide and the silicon-based binder, which are film-forming elements. For example, water or lower alcohols such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, n-propanol, n-butanol and isobutanol, or ketones such as methyl ethyl ketone (MEK) and methyl isobutyl ketone (M
IBK). Preferably, it is water or the lower alcohols. Also, the diluent for diluting the composition,
Water and organic solvents can be used. Alcohols, ketones, esters and ethers are suitable as organic solvents.

【0031】前記組成物の(F)pHは2〜5領域であ
ることが好ましい。そのpH領域であることが、塗膜形
成要素各成分を製造、調合した際の安定性の向上に有利
に働く。pHが2以下の強酸性側、またはpHが5以上
の中性側であると、シリコン系バインダーは不安定にな
りゲル化しやすくなる。
The pH of the composition (F) is preferably in the range of 2 to 5. The pH range is advantageous for improving the stability when the components of the film-forming element are produced and prepared. If the pH is 2 or less, or the pH is 5 or more, the silicone-based binder becomes unstable and gels easily.

【0032】本発明では、(A)カルボン酸類に属する
少なくとも1種以上の物質を用いて予め表面修飾した
(B)結晶性酸化チタンと(C)シリコン系バインダー
の塗膜構成組成物を300〜800℃で加熱処理し硬化
させることで、優れた硬度、耐摩耗性と良好な光触媒活
性を有する光触媒性塗膜を実現できた。本発明の光触媒
性塗膜形成方法によって得た光触媒性塗膜が優れた硬
度、耐摩耗性と高い光触媒活性を有するようになるメカ
ニズムは必ずしも詳らかでない。しかし、高い硬度、高
い耐摩耗性を実現している作用としては、乾燥・高温焼
成時に従来の無機強酸分散酸化チタンゾルとバインダー
を混合した湿式法において弱点であった酸化チタンとバ
インダーの結合界面の弱さを強化する作用、それに加え
て光触媒性塗膜形成組成物の乾燥時に内部欠陥、形状損
壊を少なくさせる作用が、カルボン酸の化学構造から期
待できるためであると考えられる。また、酸化チタン単
独、またはバインダー成分との混合、製造においても、
酸化チタンの凝集・沈殿を低減させる、分散剤としての
効果もあると思われる。そして、高い光触媒活性を実現
している作用としては、高温処理による酸化チタン、カ
ルボン酸の熱変化作用が考えられる。酸化チタンについ
ては、光触媒活性が高い結晶型を有する結晶性酸化チタ
ンは高温処理によってその型を維持したまま高結晶化す
る作用があると考えられる。また、カルボン酸について
は、酸化チタンの表面処理成分でありながら、光触媒活
性を阻害するカルボン酸が高温処理によって減少、消滅
する作用があると考えられる。
In the present invention, a coating composition comprising (B) crystalline titanium oxide and (C) a silicon-based binder, the surface of which has been previously modified with at least one or more substances belonging to (A) carboxylic acids, is prepared in the range of 300 to 300. By heat-treating and hardening at 800 ° C., a photocatalytic coating film having excellent hardness, abrasion resistance and good photocatalytic activity was realized. The mechanism by which the photocatalytic coating film obtained by the method for forming a photocatalytic coating film of the present invention has excellent hardness, abrasion resistance and high photocatalytic activity is not necessarily clear. However, the effect of realizing high hardness and high abrasion resistance is the weak point in the wet method in which the conventional inorganic strong acid-dispersed titanium oxide sol and the binder were mixed during drying and high-temperature sintering. It is considered that the effect of strengthening the weakness and, in addition, the effect of reducing internal defects and shape damage during drying of the photocatalytic coating film forming composition can be expected from the chemical structure of the carboxylic acid. In addition, titanium oxide alone, or mixed with a binder component, in the production,
It is also thought that there is an effect as a dispersant that reduces aggregation and precipitation of titanium oxide. The effect of realizing high photocatalytic activity is considered to be a thermal change effect of titanium oxide and carboxylic acid by high-temperature treatment. Regarding titanium oxide, it is considered that crystalline titanium oxide having a crystal form having high photocatalytic activity has an effect of high crystallization while maintaining the form by high-temperature treatment. In addition, it is considered that carboxylic acid, which is a surface treatment component of titanium oxide, has an effect of reducing and eliminating carboxylic acid which inhibits photocatalytic activity by high-temperature treatment.

【0033】前記、酸化チタンとバインダーの結合界面
の弱さを強化する作用としては、常温〜300℃の焼成
領域においては塗膜の乾燥硬化時に酸化チタン粒子の表
面を被覆したカルボン酸の残留水酸基(−OH)がシリ
コン系バインダーの反応性官能基に作用することで、酸
化チタンをカルボン酸を介してバインダーのネットワー
ク架橋の一部として積極的に取り入れる作用が考えられ
る。そのために、低温乾燥で処理した塗膜であっても高
度な緻密化、架橋化が達成されたと考えられる。
The effect of strengthening the weakness of the bonding interface between the titanium oxide and the binder is as follows. In the baking range from room temperature to 300 ° C., the residual hydroxyl groups of the carboxylic acid coated on the surface of the titanium oxide particles when the coating film is dried and hardened. (-OH) acts on the reactive functional group of the silicon-based binder, so that titanium oxide can be positively incorporated as a part of the network crosslinking of the binder via the carboxylic acid. Therefore, it is considered that a high degree of densification and cross-linking were achieved even in a coating film processed by low-temperature drying.

【0034】また、常温〜300℃の焼成領域において
は、同時に前記、内部欠陥、形状損壊を少なくさせるよ
うな作用が働くと考えられる。その作用としては、有機
構造を持つカルボン酸が存在することで組成物に可撓性
が付与され、乾燥硬化時に無理なく、かつ欠陥が少なく
塗膜を形成させるような一種の成形助剤としての作用が
考えられる。そのため、より欠陥が少なく高度に緻密化
された塗膜が実現したと考えられる。
It is also considered that in the firing range from room temperature to 300 ° C., the above-mentioned action simultaneously reduces internal defects and shape damage. As the action, the presence of the carboxylic acid having an organic structure imparts flexibility to the composition, and is reasonably effective during drying and curing, and has a small number of defects as a type of molding aid that forms a coating film. Action is possible. Therefore, it is considered that a highly densified coating film having fewer defects was realized.

【0035】そして、そのように欠陥が少なく高緻密
化、高架橋化が達成された塗膜をさらに高温300〜8
00℃で焼成処理した場合、酸化チタン表面に吸着した
カルボン酸が熱分解し消滅し、酸化チタン表面、そして
バインダー成分の反応性官能基の反応性が高くなり、酸
化チタンとバインダーの界面で強固な結合が形成される
と考えられる。そのため、より欠陥が少なく高度に緻密
化、架橋化された塗膜が実現したと考えられる。
Then, the coating film having a high density and high cross-linking with few defects is further heated to a high temperature of 300 to 8
When calcined at 00 ° C., the carboxylic acid adsorbed on the titanium oxide surface is thermally decomposed and disappears, the reactivity of the titanium oxide surface and the reactive functional group of the binder component is increased, and the titanium oxide and the binder are strongly bonded at the interface. It is believed that a perfect bond is formed. Therefore, it is considered that a highly densified and crosslinked coating film having fewer defects was realized.

【0036】また、前記分散剤としての作用は、酸化チ
タンの凝集・沈殿などが原因で生じる、塗膜形成時の成
膜ムラ、それに起因する機械的強度不良、外観不良など
を低減させる作用が考えられる。
The function as the dispersant is to reduce unevenness in film formation at the time of forming a film, poor mechanical strength and poor appearance due to aggregation and precipitation of titanium oxide. Conceivable.

【0037】また、前記高温処理による光触媒活性の向
上作用としては、酸化チタン、カルボン酸の熱変化作用
が考えられる。酸化チタンについては、は300〜80
0℃で高温処理することで結晶性酸化チタンには光触媒
活性が高い結晶型を維持したまま高結晶化が進む作用が
あることが考えられる。また、酸化チタンの表面処理成
分でありながら、光触媒活性を阻害するカルボン酸は、
酸化チタン表面、塗膜内部に存在するが、高温処理によ
って残存量が減少、または消滅する作用があることが考
えられる。
Further, as the effect of improving the photocatalytic activity by the high-temperature treatment, a heat change effect of titanium oxide and carboxylic acid can be considered. 300-80 for titanium oxide
It is conceivable that the high temperature treatment at 0 ° C. causes crystalline titanium oxide to have a function of promoting high crystallization while maintaining a crystal form having high photocatalytic activity. In addition, a carboxylic acid that inhibits photocatalytic activity while being a surface treatment component of titanium oxide,
Although present on the surface of titanium oxide and inside the coating film, it is considered that the high-temperature treatment has the effect of reducing or eliminating the remaining amount.

【0038】以上のような効果により、非常に高い表面
硬度、耐摩耗性だけでなく、良好な光触媒活性も備えた
塗膜を実現できたと考えられる。これらの挙げた効果が
期待できない、表面修飾を施していない酸化チタンとシ
リコン系バインダーから成る光触媒性塗膜では、優れた
硬度、耐摩耗性と良好な光触媒活性の両立は実現できな
い。
It is considered that a coating film having not only extremely high surface hardness and abrasion resistance but also excellent photocatalytic activity can be realized by the above effects. A photocatalytic coating composed of titanium oxide and a silicon-based binder without surface modification, for which these effects cannot be expected, cannot achieve both excellent hardness, abrasion resistance and good photocatalytic activity.

【0039】本発明では、これまで説明してきた各種特
徴を有するものであることがより好ましい。また、所望
により各種添加剤を適宜加えても良い。具体的には、硬
化触媒、各種界面活性剤、増粘剤、分散剤、発砲剤、シ
ラン或いはチタンカップリング剤、染料などである。
In the present invention, it is more preferable that the present invention has the various features described above. Further, various additives may be appropriately added as desired. Specific examples include curing catalysts, various surfactants, thickeners, dispersants, foaming agents, silane or titanium coupling agents, and dyes.

【0040】本発明では、塗布方法は塗布すべき基材の
形状と寸法に適した方法が適宜使用される。例えば、ハ
ケ塗り、スプレー法、バーコーター法、アプリケーター
法、スピンコーティング法、ディッピング法、カーテン
ウォール法などがある。一般的に基材への付着量が多い
成膜法ほど、組成物の合計固形分濃度は低く設定する方
が好ましいが、成膜体の仕様によって適宜変更しても良
い。
In the present invention, a method suitable for the shape and size of the substrate to be coated is appropriately used as the coating method. For example, there are a brush coating, a spray method, a bar coater method, an applicator method, a spin coating method, a dipping method, a curtain wall method and the like. In general, it is preferable to set the total solid content of the composition to be lower as the film deposition method has a larger amount of adhesion to the substrate, but it may be appropriately changed depending on the specification of the film.

【0041】本発明では、組成物を基材に塗布し硬化さ
せて極めて高い表面硬度、耐摩耗性だけでなく、良好な
光触媒活性も備えた塗膜を実現するために必要な加熱処
理条件は、(E)300℃〜800℃である。好ましく
は350〜700℃、より好ましくは400〜600℃
である。低温領域で達成された高度な緻密化、高架橋化
を達成された塗膜を高温300℃以上で加熱処理する
と、酸化チタン表面に吸着したカルボン酸が熱分解し消
滅し、酸化チタン表面、そしてバインダー成分の反応性
官能基の反応性が高くなり、酸化チタンとバインダーの
界面で強固な結合が形成されると考えられる。また、酸
化チタン表面、塗膜内部においては、酸化チタンの表面
処理成分でありながら、光触媒活性を阻害するカルボン
酸の残存量が熱分解、消滅することで少なくなり、酸化
チタン表面と外気との接触頻度が多くなるため、光触媒
活性がさらに向上することが考えられる。また、酸化チ
タンについても、300℃以上で高温処理することで、
酸化チタンは光触媒活性が高い結晶型を維持したままよ
り高結晶化が進み、光触媒活性がさらに強くなることが
考えられる。これらの効果は高い焼成温度であるほど顕
著になる。しかし、800℃以上の焼成では、酸化チタ
ンの結晶構造が光触媒活性が高いアナターゼ型から低い
ルチル型に変移して光触媒活性が低下する要因になる。
In the present invention, the heat treatment conditions necessary to apply and cure the composition to a substrate to realize a coating film having not only extremely high surface hardness and abrasion resistance but also good photocatalytic activity are as follows. , (E) 300 ° C to 800 ° C. Preferably 350-700 ° C, more preferably 400-600 ° C
It is. When a coating film that has achieved high densification and high cross-linking achieved in a low temperature region is heated at a high temperature of 300 ° C or more, the carboxylic acid adsorbed on the titanium oxide surface is thermally decomposed and disappears, and the titanium oxide surface and a binder are removed. It is considered that the reactivity of the reactive functional group of the component increases, and a strong bond is formed at the interface between the titanium oxide and the binder. In addition, on the surface of the titanium oxide, inside the coating film, the residual amount of the carboxylic acid that inhibits the photocatalytic activity is reduced by thermal decomposition and disappearance while being a surface treatment component of the titanium oxide. Since the contact frequency increases, the photocatalytic activity may be further improved. Also, titanium oxide is treated at a high temperature of 300 ° C. or more,
It is conceivable that titanium oxide is more highly crystallized while maintaining a crystal form having high photocatalytic activity, and the photocatalytic activity is further enhanced. These effects become more pronounced at higher firing temperatures. However, in the case of calcination at 800 ° C. or higher, the crystal structure of titanium oxide changes from an anatase type having a high photocatalytic activity to a rutile type having a low photocatalytic activity, which causes a reduction in photocatalytic activity.

【0042】本発明の成膜では、塗膜硬度、耐摩耗性、
光触媒活性、外観をバランス良く発現させるためには、
前述した二酸化チタンおよび二酸化珪素の酸化物換算値
の重量比だけではなく、塗膜厚さも重要な因子となる。
本発明の組成物では、膜厚は10〜1000nmが好ま
しい。透明性も重視する仕様では、10〜300nmが
好ましい膜厚である。
In the film formation of the present invention, the film hardness, abrasion resistance,
In order to express photocatalytic activity and appearance in a well-balanced manner,
An important factor is not only the weight ratio of the oxide values of titanium dioxide and silicon dioxide but also the thickness of the coating film.
In the composition of the present invention, the film thickness is preferably from 10 to 1000 nm. In a specification in which transparency is also important, 10 to 300 nm is a preferable film thickness.

【0043】本発明では、同じ高温焼成条件で形成され
た従来の酸やアルカリで邂逅した酸化チタンとシリコン
系バインダーのコート剤よりも優れた、鉛筆硬度9H以
上の表面硬度、耐摩耗性を有する光触媒性塗膜を形成す
ることができる。また、従来の酸化チタン前駆体のコー
ト剤よりも、優れた光触媒活性を有する鉛筆硬度9H以
上の高硬度光触媒性塗膜を形成することができる。そし
て、より軽い焼成処理条件で塗膜の硬化を促進させた
り、または塗膜の硬化時間を短縮することが可能となる
ため、加熱処理の懸念項目、例えば基材自体特性が損な
われる、コストなどの不具合を低減できる。また、加熱
処理が充分にできない建造物等の部材にも、優れた硬
度、耐摩耗性と良好な光触媒活性を有する光触媒性塗膜
を形成することが可能となる。そのため、これまで表面
硬度不足、耐摩耗性不足が原因で適用できなかった部材
にも用途が広がる。
The present invention has a surface hardness of 9H or more in pencil hardness and abrasion resistance, which is superior to a coating agent of titanium oxide and a silicon-based binder which has been encountered with a conventional acid or alkali formed under the same high-temperature firing conditions. A photocatalytic coating can be formed. In addition, it is possible to form a high hardness photocatalytic coating film having a pencil hardness of 9H or more, which has better photocatalytic activity than a conventional titanium oxide precursor coating agent. And, since the curing of the coating film can be accelerated under lighter baking conditions or the curing time of the coating film can be shortened, items of concern for the heat treatment, for example, the properties of the base material itself are impaired, costs, etc. Can be reduced. In addition, it becomes possible to form a photocatalytic coating film having excellent hardness, abrasion resistance and good photocatalytic activity even on a member such as a building where heat treatment cannot be sufficiently performed. Therefore, the use is expanded to members which could not be applied because of insufficient surface hardness and insufficient wear resistance.

【0044】上記方法で部材表面に薄膜を形成すると、
部材表面は光半導体である酸化チタンの光励起に応じ
て、分解性を呈するようになる。ここで、光半導体の光
励起により、基材表面が高度に親水化されるためには、
励起光の照度は0.001mW/cm2以上あればよい
が、0.01mW/cm2以上だと好ましく、0.1m
W/cm2以上だとより好ましい。光源としては、太陽
光、室内照明、蛍光灯、水銀灯、白熱電灯、キセノンラ
ンプ、高圧ナトリウムランプ、メタルハライドランプ、
BLBランプ、殺菌灯等が好適に利用できる。但し膜厚
100nm以下の薄膜にした場合には、薄膜においても
吸収性のよい250〜350nm程度(好ましくは30
0〜350nm程度)の短波長光が多く含まれるのが好
ましい。
When a thin film is formed on the member surface by the above method,
The surface of the member becomes decomposable in response to photoexcitation of titanium oxide, which is an optical semiconductor. Here, in order for the substrate surface to be highly hydrophilized by optical excitation of the optical semiconductor,
The illuminance of the excitation light may be 0.001 mW / cm2 or more, preferably 0.01 mW / cm2 or more, and 0.1 mW / cm2 or more.
More preferably, it is W / cm2 or more. Light sources include sunlight, indoor lighting, fluorescent lamps, mercury lamps, incandescent lamps, xenon lamps, high-pressure sodium lamps, metal halide lamps,
BLB lamps, germicidal lamps and the like can be suitably used. However, in the case of a thin film having a thickness of 100 nm or less, even the thin film has a good absorbency of about 250 to 350 nm (preferably 30 nm).
It is preferable that a large amount of short-wavelength light (about 0 to 350 nm) is contained.

【0045】本発明の組成物を塗布する基材としては、
300〜800℃の加熱処理条件において変色、退色、
変形、物性変化などの不具合が発生しにくいものであれ
ば何でも良い。例えば、ガラス、金属、セメント、壁
紙、石膏ボード、石材、セラミックス、もしくは樹脂等
の様々な形状を有する部材、複合成形体が考えられる。
特に、高温処理に耐えられるガラス、セラミックスであ
ることが好ましい。これら基材に塗布する際には、組成
物はもちろん基材に合わせた前処理を行うことが必要と
なる。
As the substrate on which the composition of the present invention is applied,
Discoloration and fading under heat treatment conditions of 300 to 800 ° C.
Any material may be used as long as defects such as deformation and change in physical properties hardly occur. For example, members having various shapes, such as glass, metal, cement, wallpaper, gypsum board, stone, ceramics, and resin, and composite molded articles are conceivable.
In particular, glass and ceramics that can withstand high-temperature processing are preferable. When applying to these substrates, it is necessary to perform a pretreatment suitable for the substrate as well as the composition.

【0046】本発明が適用可能な基材としては、防曇、
防滴効果を期待する場合には透明な部材であり、その材
質はガラス、プラスチック等が好適に利用できる。適用
可能な基材を用途でいえば、車両用後方確認ミラ−、浴
室用鏡、洗面所用鏡、歯科用鏡、道路鏡のような鏡;眼
鏡レンズ、光学レンズ、照明用レンズ、半導体用レン
ズ、複写機用レンズ、車両用後方確認カメラレンズのよ
うなレンズ;プリズム;建物や監視塔の窓ガラス;自動
車、鉄道車両、航空機、船舶、潜水艇、雪上車、ロ−プ
ウエイのゴンドラ、遊園地のゴンドラ、宇宙船のような
乗物の窓ガラス;自動車、オ−トバイ、鉄道車両、航空
機、船舶、潜水艇、雪上車、スノ−モ−ビル、ロ−プウ
エイのゴンドラ、遊園地のゴンドラ、宇宙船のような乗
物の風防ガラス;防護用ゴ−グル、スポ−ツ用ゴ−グ
ル、防護用マスクのシ−ルド、スポ−ツ用マスクのシ−
ルド、ヘルメットのシ−ルド、冷凍食品陳列ケ−スのガ
ラス、中華饅頭等の保温食品の陳列ケ−スのガラス;計
測機器のカバ−、車両用後方確認カメラレンズのカバ
−、レ−ザ−歯科治療器等の集束レンズ、車間距離セン
サ−等のレ−ザ−光検知用センサ−のカバ−、赤外線セ
ンサ−のカバ−;カメラ用フィルタ−、及び上記物品表
面に貼着させるためのフィルム、シ−ト、シ−ル、ワッ
ペン等が挙げられる。
The substrate to which the present invention can be applied includes antifogging,
When a drip-proof effect is expected, it is a transparent member, and glass, plastic, or the like can be suitably used for the material. Speaking of applicable base materials, mirrors such as rearview mirrors for vehicles, mirrors for bathrooms, mirrors for toilets, dental mirrors, road mirrors; spectacle lenses, optical lenses, illumination lenses, semiconductor lenses Lenses such as copier lenses, rear view camera lenses for vehicles; prisms; windows of buildings and towers; automobiles, railway vehicles, aircraft, ships, submersibles, snowmobiles, lowway gondola, amusement parks Gondolas, vehicle windows such as spaceships; cars, motorbikes, railcars, aircraft, ships, submersibles, snowmobiles, snowmobiles, lowway gondola, amusement park gondola, space Windshields for vehicles such as ships; protective goggles, sports goggles, protective mask shields, sports mask seals
Helmet shield, glass of frozen food display case, glass of warm food display case such as Chinese steamed bun; cover of measuring instrument, cover of camera lens for rear view confirmation for vehicle, laser Converging lenses for dental treatment devices, laser covers such as inter-vehicle distance sensors, covers for light detection sensors, covers for infrared sensors, filters for cameras, and for attaching to the surface of the article. Films, sheets, seals, patches and the like can be mentioned.

【0047】本発明が適用可能な基材としては、表面清
浄化効果を期待する場合にはその材質は、例えば、金
属、セラミック、ガラス、プラスチック、木、石、セメ
ント、コンクリ−ト、繊維、布帛、それらの組合せ、そ
れらの積層体が好適に利用できる。適用可能な基材を用
途でいえば、建材、建物外装、建物内装、窓枠、窓ガラ
ス、構造部材、乗物の外装及び塗装、機械装置や物品の
外装、防塵カバ−及び塗装、交通標識、各種表示装置、
広告塔、道路用遮音壁、鉄道用遮音壁、橋梁、ガ−ドレ
−ルの外装及び塗装、トンネル内装及び塗装、碍子、太
陽電池カバ−、太陽熱温水器集熱カバ−、ビニ−ルハウ
ス、車両用照明灯のカバ−、住宅設備、便器、浴槽、洗
面台、照明器具、照明カバ−、台所用品、食器、食器洗
浄器、食器乾燥器、流し、調理レンジ、キッチンフ−
ド、換気扇、及び上記物品表面に貼着させるためのフィ
ルム、シ−ト、シ−ル、ワッペン等が挙げられる。
When a surface cleaning effect is expected as a substrate to which the present invention can be applied, the material may be, for example, metal, ceramic, glass, plastic, wood, stone, cement, concrete, fiber, Fabrics, combinations thereof, and laminates thereof can be suitably used. Speaking of applicable base materials, building materials, building exteriors, building interiors, window frames, windowpanes, structural members, vehicle exteriors and coatings, machinery and articles exteriors, dustproof covers and coatings, traffic signs, Various display devices,
Advertising towers, noise barriers for roads, noise barriers for railways, bridges, exterior and coating of garages, tunnel interiors and coatings, insulators, solar battery covers, solar water heater collector covers, vinyl houses, vehicle lighting Light covers, housing equipment, toilets, bathtubs, washbasins, lighting fixtures, lighting covers, kitchen utensils, dishes, dishwashers, dish dryers, sinks, cooking ranges, kitchen hoods
And a film, a sheet, a seal, an emblem, and the like for sticking to the surface of the article.

【0048】本発明が適用可能な基材としては、乾燥促
進効果を期待する場合には、その材質は、例えば、金
属、セラミック、ガラス、プラスチック、木、石、セメ
ント、コンクリ−ト、繊維、布帛、それらの組合せ、そ
れらの積層体が好適に利用できる。適用可能な基材を用
途でいえば、自動車車体、窓、舗道及び上記物品表面に
貼着させるためのフィルム、シ−ト、シ−ル、ワッペン
等が挙げられる。
When a substrate to which the present invention is applicable is expected to have a drying promoting effect, the material may be, for example, metal, ceramic, glass, plastic, wood, stone, cement, concrete, fiber, Fabrics, combinations thereof, and laminates thereof can be suitably used. When the applicable substrate is used, it includes films, sheets, seals, patches, and the like to be adhered to automobile bodies, windows, pavements, and the surface of the above-mentioned articles.

【0049】本発明が適用可能な基材としては、脱臭、
殺菌効果を期待する場合には、その材質は、例えば、金
属、セラミック、ガラス、プラスチック、木、石、セメ
ント、コンクリ−ト、繊維、布帛、それらの組合せ、そ
れらの積層体が好適に利用できる。適用可能な基材を用
途でいえば、タイル、壁紙、床材などの内装建材、外装
建材、日用雑貨全般、老人ホームや病院等で使用する器
具や衣服、およびその表面に接着するフィルム、シ−
ト、シ−ル、ワッペン等が挙げられる。
The substrate to which the present invention can be applied includes deodorization,
When a sterilizing effect is expected, for example, metal, ceramic, glass, plastic, wood, stone, cement, concrete, fiber, cloth, a combination thereof, or a laminate thereof can be suitably used. . Speaking of applicable base materials, tiles, wallpaper, flooring and other interior building materials, exterior building materials, household goods in general, appliances and clothing used in nursing homes and hospitals, and films that adhere to the surface, See
And seals and patches.

【0050】[0050]

【実施例】以下に実施例によって本発明をより具体的に
説明する。尚、本発明の実施の形態はこれらに限定され
るものではない。
The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. The embodiments of the present invention are not limited to these.

【0051】[実施例1]エタノール29.75g、エ
チルシリケート40(エチルシリケート5量体、コルコ
ート(株)社製)3.75g、2重量%硝酸水溶液5.8
0gを蓋付き容器に入れ、30℃の湯浴中で攪拌しなが
ら5時間加水分解を行ない、シリコン系バインダーを得
た。
Example 1 29.75 g of ethanol, 3.75 g of ethyl silicate 40 (ethyl silicate pentamer, manufactured by Colcoat Co., Ltd.) 5.8 of a 2% by weight nitric acid aqueous solution
0 g was placed in a container with a lid and hydrolyzed for 5 hours while stirring in a 30 ° C. water bath to obtain a silicon-based binder.

【0052】リンゴ酸を1〜1.5重量%、酸化チタン
単独固形分濃度を6重量%含有する平均粒径6nmの酸
化チタンゾルM−6(多木化学(株)社製)17.5
g、上記シリコン系バインダー11.25g、希釈溶媒
として蒸留水21.25gを加えて攪拌し、チクソ性が
ある光触媒性酸化チタン塗膜形成組成物を得た。この組
成物は、酸化チタンを二酸化チタン、シリコン系バイン
ダーを二酸化ケイ素の重量にそれぞれ換算した重量比が
71:29であり、全組成物中の合計固形分濃度が3重
量%、pHは2.54であった。
Titanium oxide sol M-6 containing 1-1.5% by weight of malic acid and 6% by weight of a solid content of titanium oxide alone and having an average particle diameter of 6 nm (manufactured by Taki Chemical Co., Ltd.) 17.5
g, 11.25 g of the above-mentioned silicon-based binder, and 21.25 g of distilled water as a diluting solvent were added and stirred to obtain a thixotropic photocatalytic titanium oxide coating film forming composition. This composition had a weight ratio of 71:29, in which titanium oxide was converted to titanium dioxide and silicon-based binder was converted to silicon dioxide, the total solid concentration in the entire composition was 3% by weight, and the pH was 2. 54.

【0053】この組成物を、回転条件500rpm×2
0秒、1000rpm×20秒で速やかにガラス基板上
にスピンコートし、300℃で1時間保持して硬化させ
てサンプルを得た。このサンプル基材上に形成された光
触媒性塗膜の膜厚は、SEM電子顕微鏡((株)島津製
作所製)観察で70〜80nmであった。このサンプル
を実施例1とした。
This composition was subjected to a rotation condition of 500 rpm × 2.
The sample was quickly spin-coated on a glass substrate at 1000 rpm × 20 seconds for 0 second, and held at 300 ° C. for 1 hour to cure to obtain a sample. The thickness of the photocatalytic coating film formed on the sample substrate was 70 to 80 nm as observed by an SEM electron microscope (manufactured by Shimadzu Corporation). This sample was designated as Example 1.

【0054】[実施例2]焼成温度を500℃に変更す
る以外は、実施例1を同じ方法で製膜したサンプルを実
施例2とした。この膜厚は70〜80nmであった。
Example 2 A sample formed by the same method as in Example 1 except that the firing temperature was changed to 500 ° C. was used as Example 2. This film thickness was 70 to 80 nm.

【0055】[比較例1]酸化チタン前駆体のコート剤
の代表として有機チタン化合物をコート剤とした、TK
C305(テイカ(株)社製)を用いた。製膜では、界面
活性剤A1225(テイカ(株)社製)を添加したTKC
305を用いて、なるべく同じ程度の膜厚となるように
固形分濃度を調整して実施例2と同様な成膜方法、焼成
条件を用いて塗膜を形成させた。なお、得られた塗膜の
膜厚は80〜100nmであり、このサンプルを比較例
1とした。
[Comparative Example 1] As a representative of a coating agent for a titanium oxide precursor, TK using an organic titanium compound as a coating agent was used.
C305 (manufactured by Teica Corporation) was used. In the film formation, TKC containing surfactant A1225 (manufactured by Teica Co., Ltd.) was added.
Using 305, the solid content concentration was adjusted so as to have the same thickness as much as possible, and a coating film was formed using the same film forming method and firing conditions as in Example 2. In addition, the film thickness of the obtained coating film was 80 to 100 nm, and this sample was used as Comparative Example 1.

【0056】[比較例2]無機強酸解膠酸化チタンゾル
にエチルシリケート縮合物の酸性加水分解物を混合した
コート剤の中で表面硬度が高いものの代表として、ST
−K03(石原産業(株)社製)を用いた。製膜では、
希釈溶媒をエタノールとした以外は、なるべく同じ程度
の膜厚となるように固形分濃度を調整して実施例2と同
様な成膜方法、焼成条件を用いて塗膜を形成させた。な
お、得られた塗膜の膜厚は100〜130nmであり、
このサンプルを比較例2とした。
[Comparative Example 2] Among coating agents obtained by mixing an acidic hydrolyzate of an ethyl silicate condensate with an inorganic strong acid peptized titanium oxide sol, ST is a typical example of a coating agent having a high surface hardness.
-K03 (manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.) was used. In film formation,
Except that ethanol was used as the diluting solvent, the solid content concentration was adjusted so as to have the same thickness as much as possible, and a coating film was formed using the same film forming method and firing conditions as in Example 2. In addition, the film thickness of the obtained coating film is 100 to 130 nm,
This sample was designated as Comparative Example 2.

【0057】まず、実施例1,2、比較例1,2で得ら
れた塗膜の初期外観、表面硬度、耐摩耗性に関する特性
を調べた。
First, properties of the coating films obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 with respect to the initial appearance, surface hardness and wear resistance were examined.

【0058】(初期外観)初期外観の評価では、目視観
測、及びヘイズ率の測定を行った。目視観測では、無色
透明である場合「問題なし」、また変色、膜切れなどの
不具合がある外観を、「悪い」と2段階に分けて評価し
た。また、ヘイズ率の測定には、ヘイズメーターhaze-G
uard PLUS (BYK-Gardner社製)を用いた。
(Initial Appearance) In the evaluation of the initial appearance, visual observation and measurement of the haze ratio were performed. In the visual observation, the appearance of colorless and transparent was “no problem”, and the appearance of defects such as discoloration and film breakage was evaluated in two stages as “bad”. Also, the haze meter haze-G
uard PLUS (manufactured by BYK-Gardner) was used.

【0059】実施例1,2の外観は、焼成温度の影響も
少なくヘイズ率値が0.2であり目視外観でも特に問題
が無く透明性が高い外観であった。また、比較例と比較
してもほとんど変わらない外観であった。
The appearances of Examples 1 and 2 were less affected by the firing temperature, the haze value was 0.2, and there was no particular problem in visual appearance, and the appearance was high in transparency. The appearance was almost the same even when compared with the comparative example.

【0060】(表面硬度)表面硬度の評価では、JIS
K5400による鉛筆硬度の測定を行った。なお、測定
には、鉛筆引掻塗膜硬さ試験機型式P((株)東洋精機製
作所製)を用いた。
(Surface Hardness) In the evaluation of surface hardness, JIS
The pencil hardness was measured using K5400. Note that a pencil scratch coating film hardness tester model P (manufactured by Toyo Seiki Seisaku-sho, Ltd.) was used for the measurement.

【0061】鉛筆硬度の評価では、比較例1で9H、比
較例2で6Hであるのに対して、比較例と同じ加熱処理
条件の実施例2は9H以上という明らかに優れた鉛筆硬
度を有することを確認した。また、比較例よりも200
℃も低い300℃の加熱処理条件で焼成した実施例1に
おいても、鉛筆硬度が9H以上であることを確認した。
本発明の塗膜が、明らかに優れた鉛筆硬度を有すること
を確認した。
In the evaluation of the pencil hardness, Comparative Example 1 was 9H and Comparative Example 2 was 6H, whereas Example 2 under the same heat treatment conditions as the Comparative Example had a clearly superior pencil hardness of 9H or more. It was confirmed. Also, 200 times more than the comparative example.
It was also confirmed that the pencil hardness was 9H or more also in Example 1, which was fired under the heat treatment condition of 300 ° C., which is lower than 300 ° C.
It was confirmed that the coating film of the present invention had clearly excellent pencil hardness.

【0062】(耐摩耗性)耐摩耗性の評価では、テーバ
ー摩耗試験前後のサンプル外観の目視観測、ヘイズ率の
測定を行った。具体的には、摩耗装置ロータリーアブレ
ージョンテスタ5130ABRAZER((株)東洋精機製作所
製)を用いて、摩耗輪CS-17、荷重250g、100回
転の条件で摩耗試験を行ない、試験前後のサンプル外観
を目視観測、ヘイズ率の変化を上記ヘイズメーターで測
定した。目視観測では、キズの付き具合で「キズが少な
い」、「キズが多い」と2段階に分けて評価した。ま
た、ヘイズ率では、試験前後のヘイズ率の差をヘイズ変
化ΔHとして表し、耐摩耗性の示標とした。
(Abrasion Resistance) In the evaluation of the abrasion resistance, the appearance of the sample before and after the Taber abrasion test was visually observed, and the haze ratio was measured. Specifically, using a wear device rotary abrasion tester 5130 ABRAZER (manufactured by Toyo Seiki Seisaku-Sho, Ltd.), a wear test was performed under the conditions of a wear wheel CS-17, a load of 250 g, and 100 revolutions, and the sample appearance before and after the test was visually observed. The observation and the change in haze ratio were measured by the haze meter. In the visual observation, evaluation was made in two stages of "small scratches" and "many scratches" according to the degree of scratches. In the haze ratio, a difference between the haze ratio before and after the test was represented as a haze change ΔH, which was used as an indicator of abrasion resistance.

【0063】テーパー摩耗の評価では、ΔH値が比較例
1で+1.6、比較例2で+2.5であるのに対して、
同じ焼成条件である実施例2は+0.5、焼成温度が低
い条件である実施例1であっても+1.1という明らか
に優れた耐摩耗性を有することを確認した。また、目視
観察においても、実施例1、2のキズの付き具合は比較
例1、2よりも少なかった。また、実施例の結果から、
焼成温度が高くなるほどΔH値が低くなり耐摩耗性が向
上することを確認した。本発明の塗膜が、明らかに優れ
た耐摩耗性を有することを確認した。
In the evaluation of the taper wear, the ΔH value was +1.6 in Comparative Example 1 and +2.5 in Comparative Example 2, whereas
It was confirmed that Example 2 under the same sintering conditions had +0.5 and that Example 1 under the low sintering temperature had an excellent abrasion resistance of +1.1. Also, in the visual observation, the degree of scratching of Examples 1 and 2 was smaller than Comparative Examples 1 and 2. Also, from the results of the examples,
It was confirmed that the higher the firing temperature, the lower the ΔH value and the higher the abrasion resistance. It was confirmed that the coating film of the present invention had clearly excellent wear resistance.

【0064】以上から、本発明の組成物から得られた塗
膜が、優れた表面硬度、耐摩耗性を有することが分かっ
たので、次に親水性、光触媒活性に関する特性を調べ
た。なお、この評価では鉛筆硬度が9Hという優れた表
面硬度を有する塗膜であったサンプル比較例1と比較し
た。
From the above, it was found that the coating film obtained from the composition of the present invention had excellent surface hardness and abrasion resistance. Next, properties relating to hydrophilicity and photocatalytic activity were examined. In this evaluation, a comparison was made with Sample Comparative Example 1 which was a coating film having an excellent surface hardness of 9H with a pencil hardness of 9H.

【0065】(親水性)親水性の評価では、ブラックラ
イトブルーランプ(以下、BLBと呼ぶ)を照射し水接
触角の測定を行った。この評価では、紫外線強度を屋外
と同程度の強度、0.5mW/cm2とした。そして、照
射0時間、照射24時間後の水との接触角値を測定し
た。なお、装置については、自動接触角計CA−Z(協
和界面科学社製)を用いた。
(Hydrophilicity) In the evaluation of hydrophilicity, a black light blue lamp (hereinafter referred to as BLB) was irradiated to measure a water contact angle. In this evaluation, the ultraviolet light intensity was set to about the same level as outdoors, that is, 0.5 mW / cm 2. Then, the contact angle values with water 0 hours after irradiation and 24 hours after irradiation were measured. In addition, about the apparatus, the automatic contact angle meter CA-Z (made by Kyowa Interface Science Co., Ltd.) was used.

【0066】親水性評価では、BLB照射0時間におけ
る実施例1の水接触角は43°、実施例2は2°であっ
たが、BLB照射24時間後には実施例1で13°、実
施例2で1°まで下がった。BLB照射によって親水性
を示すことから、光触媒活性による親水性能を有する塗
膜であることを確認した。また、低い焼成温度の実施例
1が高い焼成温度の実施例2よりも疎水性を示す(水接
触角が大きい)ことから、焼成温度が高くなるほど親水
性阻害成分でもある表面処理成分カルボン酸が減少、ま
た消滅することによって親水性能が向上することが予測
できた。また、焼成条件が同じである比較例1と実施例
2では、BLB照射24時間後の水接触角はそれぞれ3
°、1°まで低下することから親水性能は同程度である
ことを確認した。
In the evaluation of hydrophilicity, the water contact angle in Example 1 at 0 hour of BLB irradiation was 43 °, and that of Example 2 was 2 °. In 2 it fell to 1 °. Since the hydrophilicity was exhibited by BLB irradiation, it was confirmed that the coating film had hydrophilicity due to photocatalytic activity. Further, since Example 1 having a lower firing temperature is more hydrophobic than Example 2 having a higher firing temperature (having a larger water contact angle), the higher the firing temperature, the more the surface treatment component carboxylic acid, which is also a hydrophilicity inhibiting component, becomes more hydrophilic. It was predicted that the hydrophilic performance would be improved by decreasing and disappearing. Further, in Comparative Example 1 and Example 2 under the same firing conditions, the water contact angle after 24 hours of BLB irradiation was 3
° and 1 °, it was confirmed that the hydrophilic performance was the same.

【0067】(光触媒活性)光触媒活性の評価では、硝
酸銀呈色試験を行なった。1mW/cm2の紫外線を24時
間照射しあらかじめ親水化させたサンプルの表面に2重
量%の硝酸銀水溶液を刷毛で塗布し、1.2mW/cm2の
紫外線を10分間照射した後、サンプル表面の色差ΔE
*を測定した。
(Photocatalytic Activity) In evaluating the photocatalytic activity, a silver nitrate color test was performed. A 2% by weight aqueous solution of silver nitrate was applied to the surface of the sample previously irradiated with 1 mW / cm2 ultraviolet light for 24 hours, and then irradiated with 1.2 mW / cm2 ultraviolet light for 10 minutes.
* Was measured.

【0068】光触媒活性の評価では、実施例1のΔE*
は8.3、実施例2は8.4になった。BLB照射によ
って硝酸銀呈色反応を示すことから、光触媒活性を有す
る塗膜であることを確認した。また、比較例1のΔE*
が4.2であることから、実施例の光触媒活性が約2倍
以上優れていることを確認した。本発明の塗膜が、明ら
かに優れた光触媒活性を有することを確認した。なお、
光触媒活性への焼成温度の影響については、実施例で示
した焼成温度ではほとんど影響がなかった。
In the evaluation of the photocatalytic activity, ΔE * of Example 1 was used.
Was 8.3 and Example 2 was 8.4. Since a silver nitrate color reaction was shown by BLB irradiation, it was confirmed that the coating film had photocatalytic activity. Also, ΔE * of Comparative Example 1
Of 4.2, it was confirmed that the photocatalytic activity of the examples was about twice or more superior. It was confirmed that the coating film of the present invention had clearly excellent photocatalytic activity. In addition,
The effect of the firing temperature on the photocatalytic activity was hardly affected by the firing temperature shown in the examples.

【0069】このように評価した結果を表1に示す。表
1から、本発明が極めて優れた硬度、耐摩耗性と良好な
光触媒活性を有する光触媒性塗膜であることが分かる。
Table 1 shows the results of the evaluation. Table 1 shows that the present invention is a photocatalytic coating film having extremely excellent hardness, abrasion resistance and good photocatalytic activity.

【0070】[0070]

【表1】 [Table 1]

【0071】[酸化チタンゾルの分析]従来の光触媒性
形成組成物では得られないほどの優れた塗膜硬度、耐摩
耗性を実現した原因を調べるため、リンゴ酸を1〜1.
5重量%含み、酸化チタン単独固形分濃度が6重量%で
ある酸化チタンゾルM−6(多木化学(株)社製)の分
析を行った。
[Analysis of Titanium Oxide Sol] In order to investigate the cause of realizing excellent coating film hardness and abrasion resistance which cannot be obtained with the conventional photocatalytic composition, malic acid was used in an amount of 1 to 1: 1.
Titanium oxide sol M-6 (manufactured by Taki Chemical Co., Ltd.) containing 5% by weight and having a solid content of titanium oxide alone of 6% by weight was analyzed.

【0072】[酸化チタン表面に吸着したリンゴ酸の絶
対量の分析]リンゴ酸が酸化チタン表面に吸着している
ことを確認するために分析を行った。今回使用した酸化
チタンゾルの液中には全体で1〜1.5重量%のリンゴ
酸が含まれ、その状態は酸化チタン粒子表面に吸着し固
定されている状態のリンゴ酸(以下、吸着リンゴ酸とす
る)、吸着せず溶媒中に溶解し自由に移動している状態
のリンゴ酸(以下、遊離リンゴ酸とする)の2種類で存
在することが予想された。そのため、遊離リンゴ酸の定
量化にはそのままのゾルを、吸着リンゴ酸の定量化には
アルカリ処理したゾルを、それぞれ限外濾過し採取した
ろ液をキャピラリー電気泳動法で分析した。
[Analysis of Absolute Amount of Malic Acid Adsorbed on Titanium Oxide Surface] An analysis was performed to confirm that malic acid was adsorbed on the titanium oxide surface. The liquid of the titanium oxide sol used this time contains malic acid of 1 to 1.5% by weight in total, and the state is malic acid which is adsorbed and fixed on the surface of titanium oxide particles (hereinafter, adsorbed malic acid). ), And malic acid dissolved in a solvent without being adsorbed and freely moving (hereinafter referred to as free malic acid). Therefore, the sol as it was for quantification of free malic acid and the sol which had been alkali-treated for quantification of adsorbed malic acid were respectively subjected to ultrafiltration and the filtrates collected were analyzed by capillary electrophoresis.

【0073】遊離リンゴ酸を定量評価するため、酸化チ
タンゾルを超純水で100倍に希釈し、酸化チタンがろ
液に混入せず、吸着リンゴ酸が酸化チタン表面から外れ
ない程度の条件で分画分子量50,000の限外濾過フ
ィルターUFV2 BQK40(日本ミリポア(株)
製)を用いて限外濾過し、酸化チタン粒子が存在せず、
遊離リンゴ酸のみが含まれるろ液を得た。
To quantitatively evaluate the free malic acid, the titanium oxide sol was diluted 100 times with ultrapure water, and separated under such conditions that the titanium oxide was not mixed into the filtrate and the adsorbed malic acid did not come off the titanium oxide surface. Ultrafiltration filter UFV2 BQK40 with molecular weight cutoff of 50,000 (Nippon Millipore Co., Ltd.)
Ultrafiltration), no titanium oxide particles are present,
A filtrate containing only free malic acid was obtained.

【0074】吸着リンゴ酸を定量評価するため、酸化チ
タンゾルを0.1N水酸化ナトリウム水溶液で10倍に
希釈したサンプルを密閉ガラス瓶中で60℃×4日加熱
後、さらに超純水で10倍に希釈し、遊離リンゴ酸のろ
液を得たときと同様な濾過条件で限外濾過し、酸化チタ
ン粒子表面から外れた吸着リンゴ酸と遊離リンゴ酸の両
方が含まれるろ液を得た。
To quantitatively evaluate the amount of adsorbed malic acid, a sample obtained by diluting a titanium oxide sol 10-fold with a 0.1N aqueous sodium hydroxide solution was heated in a sealed glass bottle at 60 ° C. for 4 days, and further 10-fold with ultrapure water. It was diluted and subjected to ultrafiltration under the same filtration conditions as when a filtrate of free malic acid was obtained to obtain a filtrate containing both adsorbed malic acid and free malic acid off the surface of the titanium oxide particles.

【0075】得られたろ液をキャピラリー電気泳動法に
より分析した。具体的には、内径50μm×長さ104
cmのキャピラリーと有機酸分析用バッファ(pH5.
6、Agilent Technologies(株)社製)を用い、泳動
電圧25kV(Negative)、検出波長(Signal 350n
m、reference 200nm)で測定した。その結果、ゾルに
は吸着リンゴ酸が0.7重量%、遊離リンゴ酸が0.3
重量%であることが分り、酸化チタン粒子表面にはリン
ゴ酸が吸着していることを確認した。
The obtained filtrate was analyzed by capillary electrophoresis. Specifically, inner diameter 50 μm × length 104
cm capillary and organic acid analysis buffer (pH 5.
6, Agilent Technologies Co., Ltd.), migration voltage 25 kV (Negative), detection wavelength (Signal 350n)
m, reference 200 nm). As a result, the sol contained 0.7% by weight of adsorbed malic acid and 0.3% of free malic acid.
As a result, it was confirmed that malic acid was adsorbed on the surface of the titanium oxide particles.

【0076】[酸化チタン表面に吸着したリンゴ酸の結
合形態分析]酸化チタンゾル表面に吸着したリンゴ酸の
結合形態を分析するために、DL-リンゴ酸、表面処理酸
化チタンゾル、表面処理酸化チタンゾルにDL-リンゴ酸
を添加した3種類をSpectrum 2000 FTIR(PERKIN EL
MER社製)を用いて、高速フーリエ変換型赤外吸収スペ
クトル分析した。その結果、表面処理酸化チタンゾルに
おいて、DL-リンゴ酸の構造内に存在する炭素と酸素の
二重結合C=Oに由来する1720cm-1の吸収ピークに
ずれが生じる現象が観測された。文献S.Doeuff et a
l.、「Hydrolysis of titanium alkoxides:modifica
tion of themolecular percursor by acetic aci
d 」(p206〜216、89、1987、Journal
of Non-Crystalline Solids)によれば酢酸とチタン
アルコキシドの結合形態の一つに酢酸の構造内に存在す
るC=Oに由来する1720cm-1の吸収ピークにずれを
生じさせるモノデンテート(Monodentate)型が存在す
ることを示唆しているが、この分析結果からリンゴ酸と
酸化チタンゾル表面の結合形態はモノデンテート(Mono
dentate)型と類似した形態をしていると考えられる。
[Analysis of Bonding Morphology of Malic Acid Adsorbed on Titanium Oxide Surface] In order to analyze the bonding morphology of malic acid adsorbed on the surface of titanium oxide sol, DL-malic acid, surface-treated titanium oxide sol, and surface-treated titanium oxide sol were added to DL-malic acid. -Spectrum 2000 FTIR (PERKIN EL)
(MER Co., Ltd.), and fast Fourier transform infrared absorption spectrum analysis was performed. As a result, in the surface-treated titanium oxide sol, a phenomenon was observed in which the absorption peak at 1720 cm -1 due to the double bond C = O of carbon and oxygen existing in the structure of DL-malic acid was shifted. Reference S. Doeuff et a
l., `` Hydrolysis of titanium alkoxides: modifica
tion of themolecular percursor by acetic aci
d "(p. 206-216, 89, 1987, Journal
According to Non-Crystalline Solids), one of the bonding forms of acetic acid and titanium alkoxide is a monodentate (Monodentate) type, which shifts the absorption peak at 1720 cm-1 derived from C = O existing in the structure of acetic acid. Although the results suggest that malic acid and the titanium oxide sol surface have a monodentate (Mono
dentate) type.

【0077】[酸化チタン表面に付着したリンゴ酸の熱
重量・示差熱(以下、TG/DTAと呼ぶ)同時分析]
酸化チタンゾル表面に付着したリンゴ酸の加熱処理時の
TG/DTA特性を把握するために、TG/DTA同時
測定装置TG/DTA320(セイコー電子工業(株)
社製)を用いた。その結果、280℃近傍において約1
重量%の重量減少と発熱現象を伴ったTG/DTA現象
を確認した。この現象は、有機チタン化合物チタンアセ
チルアセトネートを加熱処理し酸化チタンを得る際に観
測される現象と類似していることから、リンゴ酸表面処
理酸化チタンゾルのTG/DTA分析結果は300℃近
傍で酸化チタン表面に吸着したリンゴ酸が熱分解し燃焼
消滅するような現象を示唆していると考えられる。一
方、表面修飾していない無機強酸解膠型二酸化チタンゾ
ルSTS−01(石原産業(株)社製)を加熱処理した
際には、350℃近傍で吸熱反応が観測されたが、リン
ゴ酸が付着した場合の発熱反応とは異なる。また、山根
正之編・著「ゾルゲル法の技術的課題とその対策」(p
9〜10、1990、(株)アイシーピー発行)に記載
のテトラエトキシシラン加水分解物の温度変化状態を水
酸基のIR吸収変化で分析した結果によれば、330℃
近傍で水素結合した水酸基が消滅する現象が発生するこ
とを指摘している。このことから、STS−01の吸熱
反応は、例えば二酸化チタン表面と水素結合した水など
の燃焼性がない物質が消滅したときの吸熱反応と考えら
れる。
[Thermogravimetric / differential heat (hereinafter referred to as TG / DTA) simultaneous analysis of malic acid adhering to the surface of titanium oxide]
In order to grasp the TG / DTA characteristics of the malic acid adhering to the titanium oxide sol surface during the heat treatment, a TG / DTA simultaneous measuring device TG / DTA320 (Seiko Electronics Co., Ltd.)
Was used. As a result, about 1
A TG / DTA phenomenon accompanied by a weight loss of weight% and an exothermic phenomenon was confirmed. Since this phenomenon is similar to the phenomenon observed when heat treating organic titanium compound titanium acetylacetonate to obtain titanium oxide, the result of TG / DTA analysis of malic acid surface-treated titanium oxide sol at around 300 ° C. This suggests that malic acid adsorbed on the surface of titanium oxide is thermally decomposed and burned out. On the other hand, when the surface-modified inorganic strong acid peptized titanium dioxide sol STS-01 (manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.) was heated, an endothermic reaction was observed at around 350 ° C., but malic acid was adhered. And exothermic reaction. Also, edited by Masayuki Yamane, “Technical issues of the sol-gel method and their countermeasures”
9-10, 1990, published by ICP Co., Ltd.), the temperature change state of the tetraethoxysilane hydrolyzate was analyzed by the change in IR absorption of the hydroxyl group.
He points out that a phenomenon occurs in which the hydroxyl group bonded by hydrogen disappears in the vicinity. From this, it is considered that the endothermic reaction of STS-01 is an endothermic reaction when a non-flammable substance such as water hydrogen-bonded to the surface of titanium dioxide has disappeared.

【0078】[酸化チタンゾルの結晶性に関する高温X
線回折分析(以下、高温XRD分析と呼ぶ)]該酸化チ
タンゾルの結晶状態を調べるために、X線回折分析装置
MXP−18((株)マック・サイエンス社製)を用い
て100℃昇温毎に高温XRD分析を行った。その結
果、常温では結晶性が低いものの、加熱温度350℃近
傍〜450℃から急激に結晶化が進み、さらに高温では
さらに高い結晶性を示すことを確認した。また、その結
晶構造は750℃近傍まではアナターゼ型、750℃〜
850℃まではルチル型になることを確認した。500
℃までの結晶化現象は、前述したTG/DTA現象と連
動しているように考えられる。
[High Temperature X Regarding Crystallinity of Titanium Oxide Sol]
X-ray diffraction analysis (hereinafter referred to as high-temperature XRD analysis)] In order to examine the crystal state of the titanium oxide sol, an X-ray diffraction analyzer MXP-18 (manufactured by Mac Science Co., Ltd.) was used to increase the temperature every 100 ° C. Was subjected to high temperature XRD analysis. As a result, it was confirmed that although the crystallinity was low at room temperature, the crystallization rapidly progressed from a heating temperature of about 350 ° C. to 450 ° C., and that the crystallinity was higher at a higher temperature. The crystal structure is anatase type up to around 750 ° C.,
It was confirmed that the film became a rutile type up to 850 ° C. 500
It is considered that the crystallization phenomenon up to ° C. is linked to the TG / DTA phenomenon described above.

【0079】[0079]

【本発明の効果】本発明によれば、湿式法にて基材表面
に優れた硬度、耐摩耗性と良好な光触媒活性を併せ持っ
た光触媒性塗膜を形成させる製造方法を提供することが
可能となった。また、それを成膜し焼成させた塗膜を有
する光触媒性部材を提供することも可能となった。
According to the present invention, it is possible to provide a production method for forming a photocatalytic coating film having excellent hardness, abrasion resistance and good photocatalytic activity on a substrate surface by a wet method. It became. In addition, it has become possible to provide a photocatalytic member having a coating film obtained by forming the film and firing it.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B05D 3/02 B05D 3/02 Z C04B 41/87 C04B 41/87 A C09D 5/00 C09D 5/00 Z 183/02 183/02 183/04 183/04 (72)発明者 勝川 由美子 福岡県北九州市小倉北区中島2丁目1番1 号 東陶機器株式会社内 (72)発明者 下吹越 光秀 福岡県北九州市小倉北区中島2丁目1番1 号 東陶機器株式会社内 Fターム(参考) 4D075 BB28Z BB93Z CA02 CA13 CA34 CA37 CA39 CA45 CB06 DA04 DA06 DB01 DB12 DB13 DB14 DB18 DB20 DB21 DB31 DB63 DC01 DC05 DC08 DC11 DC15 DC18 DC24 DC30 DC38 EB02 EB43 EB47 EB51 EB56 EC02 EC07 EC53 EC54 4G069 AA03 AA08 BA02A BA02B BA02C BA04A BA04B BA13A BA14A BA14B BA17 BA21C BA22C BA29A BA48A BE08C BE32C CA01 CA11 CD10 EA09 EA11 EB15Y ED02 ED03 ED10 FA03 FB15 FB23 FB24 FB30 FC02 FC04 FC07 FC08 FC09 4J038 DL021 DL031 DL111 HA216 KA06 NA00 NA01 NA11 NA27 PA19 PB01 PB02 PB05 PB06 PB07 PB08 PB11 PC03 PC04 PC08 PC10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) B05D 3/02 B05D 3/02 Z C04B 41/87 C04B 41/87 A C09D 5/00 C09D 5/00 Z 183/02 183/02 183/04 183/04 (72) Inventor Yumiko Katsukawa 2-1-1 Nakajima, Kokurakita-ku, Kitakyushu-shi, Fukuoka Prefecture Totoki Equipment Co., Ltd. (72) Mitsuhide Shimobukie Kitakyushu, Fukuoka Prefecture 2-1-1 Nakajima, Kokurakita-ku, Tokyo F-term (reference) 4D075 BB28Z BB93Z CA02 CA13 CA34 CA37 CA39 CA45 CB06 DA04 DA06 DB01 DB12 DB13 DB14 DB18 DB20 DB21 DB31 DB63 DC01 DC05 DC08 DC11 DC15 DC18 DC24 DC30 DC38 EB02 EB43 EB47 EB51 EB56 EC02 EC07 EC53 EC54 4G069 AA03 AA08 BA02A BA02B BA02C BA04A BA04B BA13A BA14A BA14B BA17 BA21C BA22C BA29A BA48A BE08C BE32C CA01 CA11 CD10 EA09 EA11 E B15Y ED02 ED03 ED10 FA03 FB15 FB23 FB24 FB30 FC02 FC04 FC07 FC08 FC09 4J038 DL021 DL031 DL111 HA216 KA06 NA00 NA01 NA11 NA27 PA19 PB01 PB02 PB05 PB06 PB07 PB08 PB11 PC03 PC04 PC08 PC10

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】(A)カルボン酸類に属する少なくとも1
種以上の物質を用いて予め表面修飾した(B)結晶性酸
化チタンと、(C)シリコン系バインダーと、(D)溶
媒とからなる、光触媒性塗膜形成組成物を、基材の表面
に塗布し、(E)300〜800℃の温度で焼成するこ
とにより基材表面に光触媒性塗膜を形成させる製造方
法。
(1) at least one of the carboxylic acids (A)
A photocatalytic film-forming composition comprising (B) crystalline titanium oxide, (C) a silicon-based binder, and (D) a solvent, which has been surface-modified with at least one kind of substance, is coated on the surface of the substrate. (E) A production method in which a photocatalytic coating film is formed on a substrate surface by firing at a temperature of 300 to 800 ° C.
【請求項2】 前記(B)の材料は、結晶性酸化チタン
粒子であり、その平均粒径が1〜100nmであること
を特徴とする請求項1に記載の光触媒性塗膜の製造方
法。
2. The method for producing a photocatalytic coating film according to claim 1, wherein the material (B) is crystalline titanium oxide particles, and has an average particle size of 1 to 100 nm.
【請求項3】 前記(B)結晶性酸化チタンの表面を修
飾する前記(A)カルボン酸1重量部に対して、前記
(B)結晶性酸化チタンが1〜1000重量部であるこ
とを特徴とする請求項1〜2に記載の光触媒性塗膜の製
造方法。
3. The crystalline titanium oxide (B) is used in an amount of 1 to 1000 parts by weight based on 1 part by weight of the carboxylic acid for modifying the surface of the crystalline titanium oxide. The method for producing a photocatalytic coating film according to claim 1.
【請求項4】 二酸化チタン換算が100重量部となる
前記(B)結晶性酸化チタンの重量部に対して、前記
(C)シリコン系バインダーを二酸化ケイ素換算で10
〜400重量部含有することを特徴とする、請求項1〜
3に記載の光触媒性塗膜の製造方法。
4. The silicon-based binder (C) is added in an amount of 10 parts by weight in terms of silicon dioxide with respect to 100 parts by weight of the titanium dioxide (B) in terms of titanium dioxide.
The composition according to claim 1, wherein the content is from 400 to 400 parts by weight.
4. The method for producing a photocatalytic coating film according to 3.
【請求項5】 前記(B)結晶性酸化チタンの二酸化チ
タン換算、および前記(C)シリコン系バインダーの二
酸化ケイ素換算の合計固形分濃度が20重量%以下であ
ることを特徴とする、請求項1〜4に記載の光触媒性塗
膜の製造方法。
5. The method according to claim 1, wherein the total solid content concentration of the crystalline titanium oxide (B) in terms of titanium dioxide and the silicon binder (C) in terms of silicon dioxide is 20% by weight or less. The method for producing a photocatalytic coating film according to any one of claims 1 to 4.
【請求項6】 前記塗膜形成組成物の(F)pHが2〜
5であることを特徴とする請求項1〜5に記載の光触媒
性塗膜の製造方法。
6. The (F) pH of the coating film forming composition is from 2 to 6.
The method for producing a photocatalytic coating film according to any one of claims 1 to 5, wherein
【請求項7】 請求項1〜6のいずれかに記載の光触媒
性塗膜の製造方法により、光触媒性塗膜を設けた光触媒
性部材。
7. A photocatalytic member provided with a photocatalytic coating by the method for producing a photocatalytic coating according to any one of claims 1 to 6.
【請求項8】 前記乾燥硬化させて得た塗膜が鉛筆硬度
9H以上の表面硬度を有する請求項7に記載の光触媒性
部材。
8. The photocatalytic member according to claim 7, wherein the coating film obtained by drying and curing has a surface hardness of 9H or more in pencil hardness.
【請求項9】 基材がセラミック、ガラスである請求項
7〜8に記載の光触媒性部材。
9. The photocatalytic member according to claim 7, wherein the substrate is ceramic or glass.
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