JP2003190809A - Method for manufacturing composite material formed with photocatalyst film - Google Patents

Method for manufacturing composite material formed with photocatalyst film

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JP2003190809A
JP2003190809A JP2002279410A JP2002279410A JP2003190809A JP 2003190809 A JP2003190809 A JP 2003190809A JP 2002279410 A JP2002279410 A JP 2002279410A JP 2002279410 A JP2002279410 A JP 2002279410A JP 2003190809 A JP2003190809 A JP 2003190809A
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photocatalytic
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Tomoyuki Tawara
知之 田原
Tatsuya Nobusawa
達也 信澤
Shigeru Takano
高野  茂
Hirohiko Murakami
村上  裕彦
Chizuru Koakutsu
千鶴 小圷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a composite material with a formed photocatalyst film comprising a titanium-containing oxynitride which exhibits photocatalytic activity and/or hydrophilicity upon irradiation with visible light. <P>SOLUTION: The surface of a substrate is coated with a film of 0.01-3 μm average thickness containing a titanium-containing oxide or a precursor thereof and a prescribed nitriding treatment is carried out in an atmosphere of a prescribed gas to convert the film to a photocatalyst film comprising a titanium- containing oxynitride which exhibits photocatalytic activity and/or hydrophilicity upon irradiation with visible light. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、可視光照射により
光触媒活性および/または親水性を発現する光触媒被膜
を形成した複合材料の製造方法に関するものであり、か
かる複合材料は、例えば環境浄化または防食機能を要す
る内外装材として使用するのに適する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a composite material having a photocatalytic coating that exhibits photocatalytic activity and / or hydrophilicity upon irradiation with visible light. Suitable for use as an interior / exterior material that requires functions.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、公害対策や、健康、快適、清潔に
対する関心の高まりから、抗菌、消臭、防汚等の機能を
持った環境浄化型製品のニーズがあり、光触媒を利用し
た製品が注目されている。前述の「光触媒」とは、光エ
ネルギーの吸収により、励起電子が酸素を還元して活性
酸素種のスーパーオキサイドアニオン(・O2 -)を生成
するとともに、正孔が水を酸化して活性酸素種の水酸ラ
ジカル(OH・)を生成することにより、光触媒の表面
に接触した有機物などを酸化分解する物質のことであ
る。
2. Description of the Related Art In recent years, there is a need for environment-purifying products having functions such as antibacterial, deodorant, and antifouling due to the growing interest in pollution control, health, comfort, and cleanliness. Attention has been paid. Above the "photocatalyst" refers to the absorption of light energy, the excited electrons are superoxide anion of reactive oxygen species by reducing oxygen (· O 2 -) to generate a, active oxygen holes oxidize water It is a substance that oxidizes and decomposes organic substances and the like that come into contact with the surface of the photocatalyst by generating seed hydroxyl radicals (OH.

【0003】さらに、光触媒が酸化チタンの場合は、水
の接触角で5°以下の超親水性を発現することができ
る。この特性を利用することにより、屋外用途では、都
市型汚染の主成分である油分、無機質塵埃、カーボン等
に対する耐汚染処理、視認性を確保するための防曇処
理、屋内用途では、抗菌、消臭等の衛生処理を行うこと
ができる。
Further, when the photocatalyst is titanium oxide, it can exhibit superhydrophilicity of 5 ° or less at a contact angle of water. By utilizing this property, in outdoor use, anti-fouling treatment for oil, inorganic dust, carbon, etc., which are the main components of urban pollution, anti-fog treatment for ensuring visibility, and in indoor use, antibacterial / erasing Sanitary treatment such as odor can be performed.

【0004】例えば、特許第2756474号公報には、酸化
チタンの光触媒を表面に接合した親水性基材が提案され
ている。さらに、n型半導体の性質を利用することによ
り、金属材を電気防食することもできる。
For example, Japanese Patent No. 2756474 proposes a hydrophilic substrate having a titanium oxide photocatalyst bonded to the surface. Furthermore, by utilizing the property of the n-type semiconductor, the metal material can also be subjected to galvanic protection.

【0005】活性酸素種の生成反応が起こるのは、光触
媒のバンドギャップエネルギーが活性酸素種の生成エネ
ルギー(1.36eV(2.18×10-19J))より大きいだけでは不
十分であり、その伝導帯の下端と価電子帯の上端が、活
性酸素種を生成するO2/O2 -(−0.13eV(-0.21×10-19
J))準位とO2/H2O(1.23eV(1.97×10-19J))準位を
挟むような位置になければならない。この酸化還元準位
は平衡準位であるため、活性酸素種の生成反応を起こさ
せるには、ある程度の過電圧が必要であり、伝導帯の下
端準位をO2/O2 -準位よりも負側に位置させ、価電子
帯の上端準位をO2/H2O準位よりも正側に位置させる
ことが望ましい。
The reaction in which the reactive oxygen species are generated occurs by photocatalysis.
The band gap energy of the medium is
Lugie (1.36eV (2.18 × 10-19J)) just larger than
Sufficiently, the bottom of its conduction band and the top of the valence band are
O that produces volatile oxygen species2/ O2 -(-0.13 eV (-0.21 x 10-19
J)) levels and O2/ H2O (1.23eV (1.97 × 10-19J)) level
It must be in a position to pinch. This redox level
Is an equilibrium level, it causes a reaction to generate reactive oxygen species.
Requires a certain amount of overvoltage, which is below the conduction band.
The edge level is O2/ O2 -The valence electron is located on the negative side of the level.
O of the upper level of the belt2/ H2Position on the positive side of the O level
Is desirable.

【0006】しかし、現在、光触媒物質として実用化さ
れているアナターゼ型の酸化チタンは、価電子帯の上端
準位がO2/H2O準位よりも十分深い正側に位置するた
め、バンドギャップエネルギーが3.2eV(5.13×10-19J)
と大きく、可視光の照射では光触媒活性と親水性の性質
を発現できず、紫外線の照射でのみ上記性質を発現する
ことができる。
However, the anatase-type titanium oxide currently practically used as a photocatalyst substance has a band whose upper end level of the valence band is located sufficiently deeper than the O 2 / H 2 O level on the positive side. Gap energy is 3.2 eV (5.13 × 10 -19 J)
Therefore, the properties of photocatalytic activity and hydrophilicity cannot be exhibited by irradiation with visible light, and the above properties can be exhibited only by irradiation with ultraviolet rays.

【0007】例えば、光源として太陽光や蛍光灯を使用
する場合は、紫外線の分光分布スペクトルはせいぜい3
〜4%であり、近紫外線の強度は日中の太陽光で1〜2
mW/cm2、室内の蛍光灯に至っては1μW/cm2程度にすぎ
ない。よって、光エネルギーの有効利用や、蛍光灯環境
下でも十分な機能を発揮させるため、可視光の照射でも
光触媒活性と親水性の性質を発現できる光触媒材料を開
発することが望まれる。
For example, when sunlight or a fluorescent lamp is used as the light source, the spectral distribution spectrum of ultraviolet rays is at most 3
It is ~ 4%, and the intensity of near-ultraviolet light is 1-2 in daylight.
mW / cm 2 is only about 1 μW / cm 2 for indoor fluorescent lamps. Therefore, it is desired to develop a photocatalytic material capable of exhibiting photocatalytic activity and hydrophilic properties even when irradiated with visible light, in order to effectively utilize light energy and to exert a sufficient function even in a fluorescent lamp environment.

【0008】可視光の照射により光触媒機能を発現する
には、光触媒のバンドギャップエネルギーが可視光を吸
収できる約3eV(4.8×10-19J)以下であることが必要条
件となり、様々な方法が提案されている。
In order to exhibit a photocatalytic function by irradiation with visible light, it is a necessary condition that the bandgap energy of the photocatalyst is about 3 eV (4.8 × 10 −19 J) or less capable of absorbing visible light, and various methods are available. Proposed.

【0009】例えば、特開平11−197512号公報には、イ
オン注入装置を用い、アナターゼ型酸化チタンに、バナ
ジウムやクロムなどの遷移金属をイオン注入したあと、
大気中で熱処理することにより、可視光活性が発現する
ことが開示されている。しかしながら、上掲公報記載の
方法、装置が高価であり、さらに大面積に適用するのは
難しい。
For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 11-197512, an ion implanter is used to implant anatase-type titanium oxide with a transition metal such as vanadium or chromium.
It is disclosed that visible light activity is exhibited by heat treatment in the atmosphere. However, the method and apparatus described in the above publication are expensive, and it is difficult to apply them to a large area.

【0010】また、三好正大ら、色材、73(12)、580(20
00)には、アナターゼ型酸化チタンに水素プラズマ処理
を施して酸素欠損を形成させ、これによって可視光活性
が発現することが開示されている。しかしながら、酸素
欠損を形成して酸素原子を取り除くと、不安定な結晶構
造となりやすく、光触媒作用を長期間にわたって持続さ
せることは難しい。
Also, Masayoshi Miyoshi et al., Coloring Material, 73 (12), 580 (20
(00) discloses that anatase-type titanium oxide is subjected to hydrogen plasma treatment to form oxygen deficiency, and thereby visible light activity is exhibited. However, if oxygen vacancies are formed and oxygen atoms are removed, an unstable crystal structure is likely to be formed, and it is difficult to maintain the photocatalytic action for a long period of time.

【0011】さらに、R.Asahi et al., Science, 293,2
69(2001)には、アナターゼ型酸化チタンの価電子帯を構
成する酸素2p軌道に窒素2p軌道を混成させることにより
価電子帯の上端を負側にシフトさせた、RFマグネトロン
スパッタ法を用いて作製したチタンオキシナイトライド
(TiO2-xNx)光触媒薄膜が開示されている。上掲文献記
載のTiO2-xNx光触媒薄膜は、可視光の照射で光触媒活性
と親水性の性質を発現できる光触媒材料であるが、この
薄膜は、RFマグネトロンスパッタ法によりTiO2ターゲッ
トをN2+Arガス雰囲気中で堆積させることによって製造
しているため、装置が高価であり、また、薄膜中に含有
させる窒素量の制御が難しく、さらに、多成分元素を任
意の組成に制御することは難しい等の問題があった。
Furthermore, R. Asahi et al., Science, 293 , 2
69 (2001), using the RF magnetron sputtering method, the upper end of the valence band was shifted to the negative side by mixing the nitrogen 2p orbit with the oxygen 2p orbit that constitutes the valence band of anatase-type titanium oxide. The titanium oxynitride (TiO 2-x N x ) photocatalytic thin film prepared is disclosed. The TiO 2 -x N x photocatalytic thin film described in the above reference is a photocatalytic material that can exhibit photocatalytic activity and hydrophilicity by irradiation with visible light, but this thin film has a TiO 2 target of N by the RF magnetron sputtering method. Since it is manufactured by depositing in a 2 + Ar gas atmosphere, the equipment is expensive, it is difficult to control the amount of nitrogen contained in the thin film, and it is difficult to control the multi-component element to any composition. There were problems such as difficulties.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
のような従来技術に鑑みて、可視光照射により光触媒活
性および/または親水性を発現するチタンオキシナイト
ライドからなる光触媒被膜を有利に形成した複合材料の
製造方法を提供することにあり、かかる複合材料は、例
えば環境浄化または防食機能を要する内外装材として使
用するのに適する。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned conventional techniques, an object of the present invention is to provide a photocatalyst film made of titanium oxynitride which exhibits photocatalytic activity and / or hydrophilicity by irradiation with visible light. It is to provide a method for producing a formed composite material, which is suitable for use as an interior / exterior material that requires, for example, environmental purification or anticorrosion functions.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、二酸化チ
タンまたはチタン複合酸化物を含むチタン含有酸化物の
酸素サイトを窒素元素で置換したチタン含有オキシナイ
トライドが、可視光照射で光触媒活性および/または親
水性を発現し、さらに耐摩耗性、耐食性が向上すること
に着目し、チタン含有オキシナイトライドの光触媒薄膜
を有利に製造できる方法を開発するための検討を行った
ところ、基材表面に形成する被膜をチタン含有酸化物ま
たはその前駆体物質とし、かかる被膜の平均膜厚が0.01
〜3μmであれば、その後に比較的簡便な窒化処理を施
すことによって、組成が膜厚方向に均一なチタン含有オ
キシナイトライドの光触媒被膜を形成した複合材料を作
製できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
The inventors of the present invention have found that a titanium-containing oxynitride obtained by substituting an oxygen site of a titanium-containing oxide containing titanium dioxide or a titanium composite oxide with a nitrogen element has a photocatalytic activity under visible light irradiation. In order to develop a method capable of advantageously producing a titanium-containing oxynitride photocatalyst thin film, focusing on the fact that it exhibits hydrophilicity and / or hydrophilicity, and further improves abrasion resistance and corrosion resistance, a substrate was investigated. The film formed on the surface is a titanium-containing oxide or its precursor substance, and the average film thickness of the film is 0.01
It was found that a composite material having a photocatalytic coating of titanium-containing oxynitride having a uniform composition in the film thickness direction can be produced by subjecting it to a relatively simple nitriding treatment if the thickness is up to 3 μm, and completed the present invention. Came to let.

【0014】すなわち、本発明の要旨は以下のとおりで
ある。 (1)基材表面を、平均膜厚が0.01〜3μmのチタン含
有酸化物またはその前駆体物質を含む被膜で被覆した
後、アンモニアガス、アンモニア含有ガスまたは水素と
窒素の混合ガスの雰囲気下で、400〜1200℃の温度での
加熱による窒化処理を施すことにより、前記被膜を、可
視光照射により光触媒活性および/または親水性を発現
するチタン含有オキシナイトライドからなる光触媒被膜
に改質することを特徴とする、光触媒被膜を形成した複
合材料の製造方法(第1発明)。
That is, the gist of the present invention is as follows. (1) After coating the surface of the base material with a film containing a titanium-containing oxide or its precursor substance having an average film thickness of 0.01 to 3 μm, under an atmosphere of ammonia gas, ammonia-containing gas or a mixed gas of hydrogen and nitrogen , A nitriding treatment by heating at a temperature of 400 to 1200 ° C. to modify the coating into a photocatalytic coating composed of titanium-containing oxynitride that exhibits photocatalytic activity and / or hydrophilicity by irradiation with visible light. A method for producing a composite material having a photocatalyst coating formed thereon (first invention).

【0015】(2)基材表面を、平均膜厚が0.01〜3μ
mのチタン含有酸化物またはその前駆体物質を含む被膜
で被覆した後、アンモニアガス、アンモニア含有ガスま
たは水素と窒素の混合ガスの雰囲気下で、遠紫外線また
は真空紫外線を照射することによる窒化処理を施すこと
により、前記被膜を、可視光照射により光触媒活性およ
び/または親水性を発現するチタン含有オキシナイトラ
イドからなる光触媒被膜に改質することを特徴とする、
光触媒被膜を形成した複合材料の製造方法(第2発
明)。
(2) The surface of the substrate has an average film thickness of 0.01 to 3 μm.
nitriding treatment by irradiating with far ultraviolet rays or vacuum ultraviolet rays in an atmosphere of ammonia gas, ammonia containing gas or a mixed gas of hydrogen and nitrogen after coating with a film containing titanium-containing oxide of m or its precursor substance. By applying, the coating is modified into a photocatalytic coating made of titanium-containing oxynitride that exhibits photocatalytic activity and / or hydrophilicity by irradiation with visible light.
A method for producing a composite material having a photocatalytic coating (second invention).

【0016】(3)基材表面を、平均膜厚が0.01〜3μ
mのチタン含有酸化物またはその前駆体物質を含む被膜
で被覆した後、水素と窒素の混合ガスの雰囲気下で、グ
ロー放電で発生させた窒素イオンによる窒化処理を施す
ことにより、前記被膜を、可視光照射により光触媒活性
および/または親水性を発現するチタン含有オキシナイ
トライドからなる光触媒被膜に改質することを特徴とす
る、光触媒被膜を形成した複合材料の製造方法(第3発
明)。
(3) The average film thickness on the surface of the substrate is 0.01 to 3 μm.
m after coating with a film containing a titanium-containing oxide or its precursor substance, and then subjecting the film to nitriding treatment with nitrogen ions generated by glow discharge in an atmosphere of a mixed gas of hydrogen and nitrogen, A method for producing a composite material having a photocatalyst film formed thereon, which comprises modifying the photocatalyst film made of titanium-containing oxynitride that exhibits photocatalytic activity and / or hydrophilicity by irradiation with visible light (third invention).

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下に本発明をさらに詳細に説明
する。現在、実用化されている光触媒のアナターゼ型酸
化チタンは、可視光の照射では光触媒活性を発現するこ
とができず、紫外線の照射でのみ光触媒活性を発現する
ことができる。これは、酸素の2p軌道で構成される酸
化物の価電子帯の上端準位が、水の酸化準位O2/H2
よりもかなり正側の深い位置にあることにより、バンド
ギャップエネルギーが大きくなることが原因である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in more detail below. The photocatalytic anatase-type titanium oxide currently in practical use cannot express a photocatalytic activity by irradiation with visible light, but can express a photocatalytic activity only by irradiation with ultraviolet rays. This is because the upper level of the valence band of the oxide composed of the 2p orbit of oxygen is O 2 / H 2 O, which is the oxidation level of water.
The reason for this is that the band gap energy is increased due to the deeper position on the positive side.

【0018】そこで、可視光照射により光触媒活性を発
現させる方法として、酸化物の光触媒に窒素元素をドー
プしたオキシナイトライドが注目されている。酸化物の
酸素サイトに窒素元素をドープすると、酸素のO2pより
もエネルギー準位の高いN2pも価電子帯の構成に利用さ
れるようになり、その結果、価電子帯の上端準位が負側
にシフトしてバンドギャップが挟まる結果、可視光が吸
収できるようになるものと考えられている。
Therefore, as a method of exhibiting a photocatalytic activity by irradiation with visible light, oxynitride obtained by doping an oxide photocatalyst with a nitrogen element is drawing attention. When the oxygen site of the oxide is doped with a nitrogen element, N 2p having a higher energy level than O 2p of oxygen is also used for the configuration of the valence band, and as a result, the upper level of the valence band is increased. It is considered that visible light can be absorbed as a result of shifting to the negative side and narrowing the band gap.

【0019】オキシナイトライドの光触媒は、アナター
ゼ型のTiO2-xNxや、チタン、ニオブ、タンタルのペロブ
スカイトまたは層状ペロブスカイト物質、例えば、LaTa
O2N、CaTaO2N、SrTaO2N、BaTaO2N、LaTiO2N、Ca1-xLaxT
iO3-xNx、CaNbO2N、SrNbO2N、BaNbO2Nなどが知られてい
るが、実用的には、コスト、安全性、安定性などの点か
ら、光触媒物質はチタンベースのチタン含有オキシナイ
トライドであることが好ましい。なお、ここでいう「チ
タンベースのチタン含有オキシナイトライド」とは、伝
導帯を形成する遷移金属元素中に占めるチタン元素の割
合が50atom%以上である化合物のことを指す。
The oxynitride photocatalyst is anatase type TiO 2-x N x or titanium, niobium or tantalum perovskite or layered perovskite material such as LaTa.
O 2 N, CaTaO 2 N, SrTaO 2 N, BaTaO 2 N, LaTiO 2 N, Ca 1-x La x T
Although iO 3-x N x , CaNbO 2 N, SrNbO 2 N, BaNbO 2 N, etc. are known, practically, the photocatalytic substance is titanium-based titanium because of its cost, safety, and stability. It is preferably a contained oxynitride. The term “titanium-based titanium-containing oxynitride” used herein refers to a compound in which the proportion of titanium element in the transition metal elements forming the conduction band is 50 atom% or more.

【0020】本発明の方法によって製造した光触媒複合
材料は、チタン含有オキシナイトライドの光触媒を基材
に被覆するため、可視光照射により光触媒活性および/
または親水性を発現し、さらに結晶構造に窒素元素がド
ープされるため、耐摩耗性および耐食性に優れている。
Since the photocatalyst composite material produced by the method of the present invention coats the titanium-containing oxynitride photocatalyst on the substrate, it has a photocatalytic activity and / or
Alternatively, since it exhibits hydrophilicity and the crystal structure is doped with a nitrogen element, it is excellent in wear resistance and corrosion resistance.

【0021】また、チタン含有オキシナイトライド光触
媒被膜が超親水性を発現するには、該光触媒被膜中にア
ナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型などの結晶構造
が含まれることが好ましい。ぺロブスカイト型などの複
合酸化物は、メカニズムは不明だが、水に対する接触角
が通常10〜20°程度にしかならない。さらに親水性を長
期間にわたって持続させるには、シリカまたはシリコン
オキシナイトライドを光触媒被膜の固形分に対して10〜
80質量%混合するのが好ましく、より好ましくは20〜50
質量%混合する。
In order for the titanium-containing oxynitride photocatalytic film to exhibit superhydrophilicity, it is preferable that the photocatalytic film contains a crystal structure of anatase type, rutile type, brookite type or the like. The mechanism of complex oxides such as perovskite type is unknown, but the contact angle with water is usually only 10 to 20 °. Furthermore, in order to maintain the hydrophilicity for a long period of time, silica or silicon oxynitride is added to the solid content of the photocatalytic coating at 10 to 10%.
It is preferable to mix 80% by mass, more preferably 20 to 50
Mass% is mixed.

【0022】この発明の光触媒被膜を形成した複合材料
の製造方法は、まず、基材表面を、平均膜厚が0.01〜3
μmのチタン含有酸化物またはその前駆体物質を含む被
膜で被覆する。前記被膜の平均膜厚を上記範囲に限定し
たのは、0.01μm未満の場合、均一な被膜を形成し難
く、さらに光触媒機能が有効に発現しない。また、3μ
m超えだと、その後に行う窒化処理によって、前記被膜
の膜厚(深さ)方向に窒素を均一に含有させることが困
難になるからである。たとえ、3μm超の被膜を形成さ
せても、表面から3μm程度までの範囲しか、チタン含
有オキシナイトライドに改質できない。
In the method for producing a composite material having a photocatalyst film according to the present invention, first, the surface of the base material has an average film thickness of 0.01 to 3
Coat with a coating containing μm titanium-containing oxide or its precursor material. The reason why the average film thickness of the film is limited to the above range is that if the film thickness is less than 0.01 μm, it is difficult to form a uniform film and the photocatalytic function is not effectively exhibited. Also 3μ
This is because if it exceeds m, it becomes difficult to uniformly contain nitrogen in the film thickness (depth) direction of the coating film by the subsequent nitriding treatment. Even if a film with a thickness of more than 3 μm is formed, it can be modified into titanium-containing oxynitride only within a range of about 3 μm from the surface.

【0023】本発明で使用する基材としては、セラミッ
クス、タイル、コンクリート、ガラス、煉瓦などの無機
材料、アルミニウム、ステンレス鋼、メッキ鋼板、化成
処理鋼板、塗装鋼板などの金属材料、アクリル、ポリカ
ーボネートなどの樹脂、木材などの有機材料が挙げられ
るが、これらに特に限定されない。
The base material used in the present invention includes inorganic materials such as ceramics, tiles, concrete, glass and bricks, metal materials such as aluminum, stainless steel, plated steel sheets, chemical conversion treated steel sheets and coated steel sheets, acrylics and polycarbonates. Examples thereof include organic materials such as resin and wood, but are not particularly limited thereto.

【0024】基材の形状としては、例えば、ブロツク、
板(シート)、フィルム、構造材等が挙げられるが、こ
れらに特に限定されない。加えて、基材の大きさや厚さ
も特に限定されない。
The shape of the substrate is, for example, block,
Examples thereof include plates (sheets), films, structural materials, etc., but are not particularly limited thereto. In addition, the size and thickness of the base material are not particularly limited.

【0025】また、チタン含有オキシナイトライド光触
媒被膜の酸化分解作用から基材を保護することが必要な
場合は、これらの間にバリア層を設けることが好まし
い。バリア層としては、基材の酸化保護の他に、熱線反
射、電波反射、導電性などの機能性を付与することもで
き、例えば、シリコーン系樹脂、シリカ、アルミナ、ジ
ルコニア、ITO、窒化チタン、炭化珪素などが挙げら
れるが、これらに特に限定されない。
When it is necessary to protect the substrate from the oxidative decomposition action of the titanium-containing oxynitride photocatalytic film, it is preferable to provide a barrier layer between them. As the barrier layer, in addition to oxidation protection of the base material, heat ray reflection, radio wave reflection, it is also possible to impart functionality such as conductivity, for example, silicone resin, silica, alumina, zirconia, ITO, titanium nitride, Examples thereof include, but are not limited to, silicon carbide.

【0026】チタン含有酸化物またはその前駆体物質を
含む被膜の基材への被覆方法としては、化学気相蒸着
法、反応性蒸着法、反応性スパッタ法などの気相法や、
ゾルゲル法などの液相法等が挙げられるが、これらに特
に限定されない。
As a method for coating a film containing a titanium-containing oxide or its precursor substance on a substrate, a vapor phase method such as a chemical vapor deposition method, a reactive vapor deposition method or a reactive sputtering method, or
A liquid phase method such as a sol-gel method may be mentioned, but the method is not particularly limited thereto.

【0027】気相法、例えば蒸着法による上記被膜の形
成方法の一例を挙げておくと、基材を設置したチャンバ
ー内を1×10−3Paまで減圧した後、酸素分圧を1〜9
×10 −2Paに調整し、蒸発源のTiOに電子ビームを照射
することにより、100〜400℃に加熱した基材上にアナタ
ーゼ型酸化チタン被膜を形成すればよい。このとき、酸
化が十分でない場合は、さらに大気中で400〜600℃で10
〜60分間の熱処理を施してもよい。
Form of the above coating by a vapor phase method, for example, a vapor deposition method.
To give an example of the composition method, a chamber in which a base material is installed
ー 1 × 10−3After depressurizing to Pa, oxygen partial pressure is 1 to 9
× 10 -2Adjust to Pa and irradiate the evaporation source TiO with an electron beam
The substrate on the substrate heated to 100 to 400 ° C.
A case-type titanium oxide film may be formed. At this time, acid
If the temperature is not sufficient, 10-
Heat treatment may be applied for up to 60 minutes.

【0028】液相法、例えばゾルゲル法による上記被膜
の形成方法の一例を挙げる。アルコール溶媒中でチタン
アルコキシド1molに対しアセチルアセトン、ジエチレ
ングリコール、アセト酢酸エチルなどのキレート剤を1
〜2mol混合し、続いて酸触媒として蓚酸、酢酸などの
カルボン酸、硼酸、塩酸、硝酸、硫酸、燐酸などの無機
酸を0.01〜0.1mol添加した後、1〜4molの水を徐々に
添加して得られる部分加水分解溶液をコーティング溶液
としたり、他元素を配合する場合は、該部分加水分解溶
液に他元素のアルコキシドに上記キレート剤を混合した
アルコール溶液、またはオキシ塩化塩、オキシ硝酸塩、
オキシリン酸塩、オキシ酢酸塩、硝酸塩、アンモニウム
塩、塩化物などの無機塩や、酢酸塩、蓚酸塩などの有機
酸塩のアルコール溶液を所定比で混合して調整したコー
ティング溶液を、基材に塗布することにより上記被膜を
形成すればよい。
An example of a method for forming the above-mentioned coating by a liquid phase method, for example, a sol-gel method will be given. Acetylacetone, diethylene glycol, ethyl acetoacetate and other chelating agents are added to 1 mol of titanium alkoxide in an alcohol solvent.
˜2 mol, followed by adding 0.01 to 0.1 mol of carboxylic acid such as oxalic acid and acetic acid, inorganic acid such as boric acid, hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid and phosphoric acid as an acid catalyst, and then gradually adding 1 to 4 mol of water. The resulting partial hydrolysis solution as a coating solution or when blending other elements, an alcohol solution obtained by mixing the above chelating agent with an alkoxide of another element in the partial hydrolysis solution, or oxychloride, oxynitrate,
A coating solution prepared by mixing an alcoholic solution of an inorganic salt such as oxyphosphate, oxyacetate, nitrate, ammonium salt, or chloride, or an organic acid salt such as acetate or oxalate at a predetermined ratio is used as a base material. The coating may be formed by coating.

【0029】他の方法としては、アナターゼやブルッカ
イトなどの水性の結晶性酸化チタンゾル、ペルオキソチ
タン酸やオルソチタン酸などのアモルファス酸化チタン
水溶液、またはこれらの混合水溶液に、上記の無機塩ま
たは有機塩の水溶液を所定比で混合してコーティング溶
液とする。このとき、上記の無機塩または有機塩の水溶
液の添加によりコーティング溶液がゲル化する場合は、
上記酸化チタン水溶液に予め乳酸、リンゴ酸、クエン酸
などの有機酸を添加してチタン錯体を形成させておくと
防止することができる。また、前記酸化チタン水溶液を
合成するときに、出発原料の中に予め前記の無機塩また
は有機塩を配合してもよい。該コーティング溶液は、同
様にして基材に塗布することにより上記被膜を形成すれ
ばよい。基材への被膜の形成方法は、該ゾル溶液を酸化
物換算で固形分が0.1〜10質量%、好ましくは0.5〜5質
量%に調整し、通常スプレー、ディップ、刷毛などによ
り基材に塗布して乾燥膜を形成させる。
As another method, an aqueous crystalline titanium oxide sol such as anatase or brookite, an amorphous titanium oxide aqueous solution such as peroxotitanic acid or orthotitanic acid, or a mixed solution thereof is added to the above-mentioned inorganic salt or organic salt. The aqueous solutions are mixed at a predetermined ratio to obtain a coating solution. At this time, when the coating solution gels by the addition of the above-mentioned inorganic salt or organic salt solution,
This can be prevented by previously adding an organic acid such as lactic acid, malic acid or citric acid to the titanium oxide aqueous solution to form a titanium complex. Moreover, when synthesizing the titanium oxide aqueous solution, the above-mentioned inorganic salt or organic salt may be mixed in advance in the starting material. The coating solution may be applied to a base material in the same manner to form the coating film. The method for forming a coating film on a substrate is to adjust the solid content of the sol solution to 0.1 to 10% by mass, preferably 0.5 to 5% by mass in terms of oxide, and apply to the substrate by spraying, dipping, brushing or the like. To form a dry film.

【0030】本発明では、チタン含有酸化物またはその
前駆体物質を含む被膜を形成した後、光触媒被膜の作製
が比較的容易である後処理法である窒化処理法をいくつ
か提案する。なお、これら提案した窒化処理法は、基材
の特性に応じて使い分けることができる。
The present invention proposes several nitriding treatment methods which are post-treatment methods in which a photocatalytic coating is relatively easy to prepare after forming a coating containing a titanium-containing oxide or its precursor substance. Note that these proposed nitriding methods can be selectively used according to the characteristics of the base material.

【0031】窒化処理法としては、シアン酸塩の塩浴中
に浸漬処理する塩浴浸漬法、ガス窒化法、イオン窒化法
などが挙げられるが、環境等を考慮すれば、ガス窒化法
およびイオン窒化法を用いるのが好ましい。
Examples of the nitriding treatment method include a salt bath dipping method of dipping in a salt bath of cyanate, a gas nitriding method, an ion nitriding method, and the like. Considering the environment and the like, the gas nitriding method and the ion nitriding method are used. It is preferable to use the nitriding method.

【0032】本発明で使用するガス窒化法としては、酸
化物の酸素を引き抜き、窒素を導入しやすいという理由
から、アンモニアガス、アンモニア含有ガス、水素と窒
素の混合ガスなどの窒素含有ガスの雰囲気下において、
400〜1200℃で加熱することにより、または遠紫外線も
しくは真空紫外線の照射により窒化する方法を用いる。
As the gas nitriding method used in the present invention, an atmosphere of a nitrogen-containing gas such as ammonia gas, an ammonia-containing gas or a mixed gas of hydrogen and nitrogen is used because it is easy to extract oxygen from an oxide and introduce nitrogen. Below,
A method of nitriding is used by heating at 400 to 1200 ° C or by irradiation with far ultraviolet rays or vacuum ultraviolet rays.

【0033】アンモニア含有ガスは、アンモニアガス
に、アルゴン、窒素などの非酸化性ガスまたは水素、炭
化水素などの還元性ガスを混合したガスであり、非酸化
性ガスまたは還元性ガスの混合割合は、体積比で5〜90
体積%、好ましくは10〜80体積%とする。水素と窒素の
混合ガス中に占める水素ガスの混合比は、体積比で1〜8
0体積%、好ましくは5〜50体積%である。
The ammonia-containing gas is a gas in which a non-oxidizing gas such as argon or nitrogen or a reducing gas such as hydrogen or hydrocarbon is mixed with ammonia gas, and the mixing ratio of the non-oxidizing gas or the reducing gas is , Volume ratio 5 to 90
Volume%, preferably 10 to 80% by volume. The mixing ratio of hydrogen gas in the mixed gas of hydrogen and nitrogen is 1 to 8 by volume.
It is 0% by volume, preferably 5 to 50% by volume.

【0034】耐熱性の高い基材を用いる場合は、上述し
たいずれかのガス雰囲気下において、400〜1200℃で1〜
120分の加熱処理、好ましくは500〜700℃で5〜60分間
加熱処理する。このとき、温度が高すぎたり時間が長す
ぎると、窒化が進行し過ぎてしまい、結晶構造の変化や
金属的導電性への転移などにより、光触媒活性が低下す
る場合がある。
When a base material having a high heat resistance is used, it is 1 to 400 ° C. to 1200 ° C. in one of the above-mentioned gas atmospheres.
Heat treatment for 120 minutes, preferably at 500 to 700 ° C. for 5 to 60 minutes. At this time, if the temperature is too high or the time is too long, nitriding may proceed excessively, and the photocatalytic activity may decrease due to a change in crystal structure, transition to metallic conductivity, or the like.

【0035】耐熱性の低い基材を用いる場合には、上記
ガス雰囲気下において、基材の耐熱温度以下で紫外線、
好ましくは波長が315nm以下の遠紫外線または真空紫外
線を照射することによって上記被膜を窒化することが好
ましい。
When a base material having a low heat resistance is used, ultraviolet rays at a temperature not higher than the heat resistant temperature of the base material in the above gas atmosphere,
It is preferable to nitrid the film by irradiating far ultraviolet rays or vacuum ultraviolet rays having a wavelength of 315 nm or less.

【0036】紫外線の光源としては、波長が315nm以下
の紫外線を放射するものであればよく、例えば、強度が
大きく放射効率の良い殺菌ランプ、低圧水銀ランプ、エ
キシマランプなどが挙げられるが、これらに特に限定さ
れない。放射する紫外線の波長は、殺菌ランプで254n
m、低圧水銀ランプで185nm、エキシマランプでは放電ガ
スによって異なるが、放電ガスがXeCl、KrCl、Xe2、K
r2、Ar2のとき、それぞれ308nm、222nm、172nm、146n
m、126nmである。
The ultraviolet light source may be any one that emits ultraviolet light having a wavelength of 315 nm or less, and examples thereof include a sterilizing lamp having a high intensity and good radiation efficiency, a low pressure mercury lamp, an excimer lamp, and the like. There is no particular limitation. The wavelength of ultraviolet rays emitted is 254n with a germicidal lamp.
m, 185 nm for low-pressure mercury lamp, discharge gas for excimer lamp depends on discharge gas, but discharge gas is XeCl, KrCl, Xe 2 , K
When r 2 and Ar 2 , 308 nm, 222 nm, 172 nm, 146 n
m, 126 nm.

【0037】また、紫外線の光源として低圧水銀灯を使
用する場合の照射条件の一例を示すと、紫外線強度(25
4nmセンサーで測定)1〜50mW/cm2で1〜60分、好まし
くは5〜20mW/cm2で5〜30分照射することが好まし
い。なお、紫外線照射によるガス窒化法においても、照
射量や照射時間が長すぎると窒化が過度に進行する場合
があり、この場合にも前述と同様に光触媒活性が低下す
るので、照射条件を適正に設定する必要がある。
An example of irradiation conditions when a low pressure mercury lamp is used as a light source for ultraviolet rays is as follows:
Irradiation with 1 to 50 mW / cm 2 for 1 to 60 minutes, preferably 5 to 20 mW / cm 2 for 5 to 30 minutes is preferable. Even in the gas nitriding method by ultraviolet irradiation, nitriding may proceed excessively if the irradiation amount or irradiation time is too long, and in this case as well, since the photocatalytic activity is reduced as described above, the irradiation conditions should be set appropriately. Must be set.

【0038】また、本発明で使用するイオン窒化法とし
ては、窒化処理時間が短く、窒化層厚の制御が容易で、
必要な個所のみへの部分窒化が可能であるなどの利点か
ら、水素と窒素の混合ガス雰囲気下において、グロー放
電により発生させた窒素イオンで400℃以下の低温で窒
化する方法を用いる。この場合、水素と窒素の混合ガス
雰囲気中に占める水素ガスの混合比は、体積比で10〜90
体積%とすることが好ましく、より好ましくは20〜70体
積%とし、また、水素と窒素の混合ガスの圧力は0.05〜
50Paとすることが好ましく、より好ましくは0.1〜20Pa
とする。
Further, as the ion nitriding method used in the present invention, the nitriding treatment time is short, the nitriding layer thickness is easily controlled,
Because of the advantage that partial nitriding can be performed only at the required locations, a method of nitriding with nitrogen ions generated by glow discharge at a low temperature of 400 ° C. or lower in a mixed gas atmosphere of hydrogen and nitrogen is used. In this case, the mixing ratio of hydrogen gas in the mixed gas atmosphere of hydrogen and nitrogen is 10 to 90 by volume.
Volume% is preferable, more preferably 20 to 70% by volume, and the pressure of the mixed gas of hydrogen and nitrogen is 0.05 to
It is preferably 50 Pa, more preferably 0.1 to 20 Pa
And

【0039】なお、前記方法により窒化した場合、酸素
欠損が生じる場合もあるが、触媒活性および親水性に対
しては特に影響を及ぼさない。
When nitriding is carried out by the above method, oxygen deficiency may occur, but it does not particularly affect the catalytic activity and hydrophilicity.

【0040】[0040]

【実施例】次に、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。
EXAMPLES Next, the present invention will be specifically described by way of examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0041】(実施例1)アナターゼ型酸化チタンゾル
とぺルオキソチタン酸を質量比で7:3に混合したコー
ティング溶液を、チタン釉が被覆された白色ホーロー材
(基材)にスプレー塗布し、乾燥後200℃で10分間仮焼
成し、平均膜厚0.2μmの被膜を形成した複合材料を作
製した。次いで、前記被膜を形成した複合材料を、100m
l/分のアンモニアガスの気流中にて600℃で10分間の窒
化処理を施すことによって、前記被膜をチタンオキシナ
イトライドからなる光触媒被膜に改質した。このとき、
光触媒被膜はアナターゼ型であり、その平均膜厚は0.2
μmであった。光触媒被膜の特性を下記する方法で測定
し、評価した。それらの評価結果を表1に示す。
Example 1 A coating solution prepared by mixing anatase-type titanium oxide sol and peroxotitanic acid in a mass ratio of 7: 3 was spray-coated on a white enamel material (base material) coated with titanium glaze, and after drying. Pre-baking was performed at 200 ° C. for 10 minutes to prepare a composite material having a film having an average film thickness of 0.2 μm. Then, the composite material formed with the film is
The film was modified into a photocatalyst film made of titanium oxynitride by performing a nitriding treatment at 600 ° C. for 10 minutes in a stream of ammonia gas at 1 / min. At this time,
The photocatalytic film is anatase type, and its average film thickness is 0.2.
was μm. The characteristics of the photocatalytic coating were measured and evaluated by the methods described below. The evaluation results are shown in Table 1.

【0042】(実施例2)窒化処理する雰囲気ガスとし
て、アンモニアガスの代わりに、アンモニアと窒素の混
合ガス(体積比NH3:N2=7:3)を用いた以外は、実
施例1と同じ方法にて、平均膜厚0.2μmの被膜を形成し
た複合材料を作製し、前記被膜をチタンオキシナイトラ
イドからなる光触媒被膜に改質した。このとき、光触媒
被膜はアナターゼであり、その平均膜厚は0.2μmであ
った。光触媒被膜の特性の評価結果を表1に示す。
Example 2 As Example 1 except that a mixed gas of ammonia and nitrogen (volume ratio NH 3 : N 2 = 7: 3) was used as the atmosphere gas for nitriding instead of ammonia gas. By the same method, a composite material having a film having an average film thickness of 0.2 μm formed was prepared, and the film was modified into a photocatalytic film made of titanium oxynitride. At this time, the photocatalytic coating was anatase, and its average film thickness was 0.2 μm. Table 1 shows the evaluation results of the characteristics of the photocatalytic coating.

【0043】(実施例3)窒化処理する雰囲気ガスとし
て、アンモニアガスの代わりに、水素と窒素の混合ガス
(体積比N2:H2=10:1)を用いたこと以外は、実施
例1と同じ方法にて、平均膜厚0.2μmの被膜を形成した
複合材料を作製し、前記被膜をチタンオキシナイトライ
ドからなる光触媒被膜に改質した。このとき、光触媒被
膜はアナターゼ型であり、その平均膜厚は0.2μmであ
った。光触媒被膜の特性の評価結果を表1に示す。
Example 3 Example 1 was repeated except that a mixed gas of hydrogen and nitrogen (volume ratio N 2 : H 2 = 10: 1) was used instead of ammonia gas as the atmosphere gas for nitriding. By the same method as described above, a composite material having a film having an average film thickness of 0.2 μm was prepared, and the film was modified into a photocatalytic film made of titanium oxynitride. At this time, the photocatalytic coating was of anatase type, and its average film thickness was 0.2 μm. Table 1 shows the evaluation results of the characteristics of the photocatalytic coating.

【0044】(実施例4)窒化処理法として、水素と窒
素の混合ガス(体積比N2:H2=2:1、ガス圧3Pa)雰
囲気下でグロー放電させて窒化させるイオン窒化法を用
いたこと以外は、実施例1と同じ方法にて、平均膜厚0.2
μmの被膜を形成した複合材料を作製し、前記被膜をチ
タンオキシナイトライドからなる光触媒被膜に改質し
た。このとき、光触媒被膜はアナターゼ型であり、その
膜厚は0.2μmであった。光触媒被膜の特性の評価結果
を表1に示す。
(Example 4) As the nitriding treatment method, an ion nitriding method of nitriding by glow discharge in a mixed gas atmosphere of hydrogen and nitrogen (volume ratio N 2 : H 2 = 2: 1, gas pressure 3 Pa) is used. Other than the above, the average film thickness was 0.2 by the same method as in Example 1.
A composite material having a film with a thickness of μm was prepared, and the film was modified into a photocatalytic film made of titanium oxynitride. At this time, the photocatalytic coating was of anatase type, and its thickness was 0.2 μm. Table 1 shows the evaluation results of the characteristics of the photocatalytic coating.

【0045】(実施例5)アナターゼ型酸化チタンゾル
とぺルオキソチタン酸を質量比で7:3に混合したコー
ティング溶液に、シリコーン系界面活性剤を0.2質量%
添加した溶液を、クリアのシリコーン樹脂で被覆した白
色アクリル板(基材)上にスプレー塗布し、80℃で60分
間乾燥し、平均膜厚0.15μmの被膜を形成した複合材料
を作製した。次いで、前記被膜を形成した複合材料を、
100ml/分のアンモニアガスの気流中で低圧水銀灯によ
り紫外線(波長254nmの紫外線強度が10mW/cm2、波長18
5nmの紫外線強度が4mW/cm2)を常温で10分間照射する
窒化処理を施すことによって、前記被膜を、チタンオキ
シナイトライドからなる光触媒被膜に改質した。このと
き、光触媒被膜はアナターゼ型であり、その平均膜厚は
0.15μmであった。光触媒被膜の特性を下記する方法で
測定し、評価した。それらの評価結果を表1に示す。
(Example 5) 0.2 mass% of a silicone-based surfactant was added to a coating solution prepared by mixing anatase type titanium oxide sol and peroxotitanic acid in a mass ratio of 7: 3.
The added solution was spray-coated on a white acrylic plate (base material) coated with a clear silicone resin and dried at 80 ° C. for 60 minutes to prepare a composite material having a film having an average film thickness of 0.15 μm. Then, the composite material formed with the coating,
Ultraviolet rays (ultraviolet intensity at wavelength 254 nm is 10 mW / cm 2 , wavelength 18
The film was modified into a photocatalyst film made of titanium oxynitride by performing a nitriding treatment by irradiating a 5 nm UV intensity of 4 mW / cm 2 ) at room temperature for 10 minutes. At this time, the photocatalytic film is anatase type, and the average film thickness is
It was 0.15 μm. The characteristics of the photocatalytic coating were measured and evaluated by the methods described below. The evaluation results are shown in Table 1.

【0046】(実施例6)アクリルフィルムの表面上
に、反応性蒸着法により成膜した0.01μmの窒化チタン
層(バリア層)と、該窒化チタン層の上層に反応性マグ
ネトロンスパッタ法によリ成膜した平均膜厚0.2μmのア
ナターゼ型酸化チタン層とで構成される被膜を形成し
た。スパッタ条件は、ターゲットに金属チタンを用い、
雰囲気ガスをArとO2混合ガス(体積比A r:O2=4:
6)とし、ガス全圧を3Paとした。次いで、上記被膜を
形成したフィルムを、100ml/分のアンモニアガスの気
流中で低圧水銀灯により紫外線(波長254nmの紫外線強
度が10mW/cm2、波長185nmの紫外線強度が4mW/cm2
を常温で10分間照射する窒化処理を施すことによって、
上記被膜を、チタンオキシナイトライドからなる光触媒
被膜に改質した。そして、この光触媒被膜を形成したフ
イルムを、その裏面がポリカーボネート板(基材)に向
かい合うように、ポリカーボネート板上に重ねた後、熱
融着することにより、チタンオキシナイトライドからな
る光触媒被膜を形成した複合材料を作製した。このと
き、光触媒被膜はアナターゼ型であり、その平均膜厚は
0.1μmであった。光触媒被膜の特性を下記する方法で
測定し、評価した。それらの評価結果を表1に示す。
Example 6 A 0.01 μm titanium nitride layer (barrier layer) formed by a reactive vapor deposition method on the surface of an acrylic film, and an upper layer of the titanium nitride layer by a reactive magnetron sputtering method. A film composed of the formed anatase type titanium oxide layer having an average film thickness of 0.2 μm was formed. The sputtering condition is to use metallic titanium for the target,
The atmosphere gas is a mixed gas of Ar and O 2 (volume ratio Ar: O 2 = 4:
6) and the total gas pressure was 3 Pa. Then, the film on which the above coating is formed is subjected to ultraviolet light (ultraviolet light intensity at a wavelength of 254 nm is 10 mW / cm 2 and ultraviolet intensity at a wavelength of 185 nm is 4 mW / cm 2 ) by a low pressure mercury lamp in a stream of 100 ml / min of ammonia gas.
By nitriding treatment by irradiating for 10 minutes at room temperature,
The above coating was modified into a photocatalytic coating made of titanium oxynitride. Then, the film having the photocatalyst film formed thereon is stacked on the polycarbonate plate so that the back surface faces the polycarbonate plate (base material) and then heat-sealed to form a photocatalyst film made of titanium oxynitride. A composite material was prepared. At this time, the photocatalytic film is anatase type, and the average film thickness is
It was 0.1 μm. The characteristics of the photocatalytic coating were measured and evaluated by the methods described below. The evaluation results are shown in Table 1.

【0047】(実施例7)チタン含有酸化物として、酸
化チタンの代わりに、チタン酸ストロンチウムのコーテ
ィング溶液を用いた以外は、実施例1と同じ方法にて、
平均膜厚0.2μmの被膜を形成した複合材料を作製し、
前記被膜をチタン−ストロンチウムオキシナイトライド
からなる光触媒被膜に改質した。このとき、光触媒被膜
はペロブスカイト型であり、その平均膜厚は0.2μmで
あった。光触媒被膜の特性の評価結果を表1に示す。
(Example 7) The same method as in Example 1 was repeated except that a coating solution of strontium titanate was used as the titanium-containing oxide instead of titanium oxide.
A composite material with a film having an average film thickness of 0.2 μm was prepared,
The coating was modified into a photocatalytic coating consisting of titanium-strontium oxynitride. At this time, the photocatalytic coating was a perovskite type, and its average film thickness was 0.2 μm. Table 1 shows the evaluation results of the characteristics of the photocatalytic coating.

【0048】(比較例1)アナターゼ型酸化チタンゾル
とぺルオキソチタン酸を質量比で7:3に混合したコーテ
ィング溶液を、チタン釉が被覆された白色ホーロー材
(基材)にスプレー塗布し、乾燥後500℃で10分間焼成
し、光触媒被膜を形成した複合材料を作製した。このと
き、光触媒被膜はアナターゼ型であり、その平均膜厚は
0.2μmであった。光触媒被膜の特性を下記する方法で
測定し、評価した。それらの評価結果を表1に示す。
Comparative Example 1 A coating solution prepared by mixing anatase-type titanium oxide sol and peroxotitanic acid in a mass ratio of 7: 3 was spray-coated on a white enamel material (base material) coated with titanium glaze and dried. By firing at 500 ° C. for 10 minutes, a composite material having a photocatalytic coating formed thereon was produced. At this time, the photocatalytic film is anatase type, and the average film thickness is
It was 0.2 μm. The characteristics of the photocatalytic coating were measured and evaluated by the methods described below. The evaluation results are shown in Table 1.

【0049】(比較例2)チタンオキシナイトライドか
らなる平均膜厚を0.008μmとしたこと以外は実施例1
と同じ方法にて、光触媒被膜を形成した複合材料を作製
した。光触媒被膜の特性の評価結果を表1に示す。
Comparative Example 2 Example 1 except that the average film thickness of titanium oxynitride was 0.008 μm.
A composite material having a photocatalytic film formed thereon was prepared by the same method as described above. Table 1 shows the evaluation results of the characteristics of the photocatalytic coating.

【0050】(比較例3)チタン含有酸化物として、酸
化チタンの代わりに、チタン酸ストロンチウムのコーテ
ィング溶液を用いた以外は、比較例1と同じ方法にて、
光触媒被膜を形成した複合材料を作製した。このとき、
光触媒被膜はペロブスカイト型であり、その平均膜厚は
0.2μmであった。光触媒被膜の特性の評価結果を表1
に示す。
Comparative Example 3 The same method as in Comparative Example 1 was repeated except that a coating solution of strontium titanate was used in place of titanium oxide as the titanium-containing oxide.
A composite material having a photocatalyst coating was prepared. At this time,
The photocatalytic film is a perovskite type, and its average film thickness is
It was 0.2 μm. Table 1 shows the evaluation results of the characteristics of the photocatalytic coating.
Shown in.

【0051】(試験方法) [抗菌試験]抗菌製品技術協議会の抗菌製品の抗菌力評
価試験法に記載された光照射フィルム密着法に準じて抗
菌力を評価した。5cm×5cmサイズの供試材上に、菌濃
度1.5×106個/mlの菌液を0.1ml接種したあと、ポリエ
チレンフィルムを被せて密着させ、これを透明シャーレ
内にセットして、温度25℃、相対湿度90%以上の条件下
で蓋をし、白色蛍光灯で1000ルクスの可視光を4時間ま
たは8時間照射し、あるいは、暗所にて4時間または8時
間放置した。その後、生理食塩水で供試材から生残菌を
洗い出し、NA培地にて35℃、24時間培養し、生菌数を測
定した。抗菌力は生菌数が供試材1枚当たリ10個未満を
合格とした。菌は黄色葡萄球菌IF0 12732を使用し、白
色蛍光灯は、紫外線カットフィルム((株)キング製作
所社製で商品名「ObicC」)を装着して紫外線強度を0.
1μW/cm2以下(紫外線強度は365nm紫外線センサーで測
定)とした。
(Test Method) [Antibacterial Test] The antibacterial activity was evaluated according to the light irradiation film adhesion method described in the antibacterial activity evaluation test method for antibacterial products of the Antibacterial Product Technology Council. After inoculating 0.1 ml of a bacterial solution with a bacterial concentration of 1.5 × 10 6 cells / ml onto a 5 cm × 5 cm size test material, cover it with a polyethylene film to bring it into close contact, set it in a transparent petri dish, and set the temperature to 25 The lid was covered under the condition of ℃ and relative humidity of 90% or more, and 1000 lux of visible light was irradiated with a white fluorescent lamp for 4 hours or 8 hours, or left in the dark for 4 hours or 8 hours. After that, surviving bacteria were washed out from the test material with physiological saline and cultured in NA medium at 35 ° C. for 24 hours, and the viable cell count was measured. For the antibacterial activity, the number of viable bacteria was less than 10 when the number of viable bacteria was 1 per test material. Staphylococcus aureus IF0 12732 is used as the bacterium, and the white fluorescent lamp is equipped with an ultraviolet cut film (trade name “ObicC” manufactured by King Seisakusho Co., Ltd.) to set the ultraviolet intensity to 0.
It was set to 1 μW / cm 2 or less (ultraviolet intensity was measured by a 365 nm ultraviolet sensor).

【0052】[接触角]供試材に、マイクロシリンジを
使用してイオン交換水を20μリットル滴下し、供試材上
の水滴を画像処理式接触角計(協和界面科学(株)製、
CA−X)を用いて、水の接触角を3点法にて測定した。
なお、接触角の測定は、可視光照射前の初期状態、前記
白色蛍光灯を用いて1000ルクスの可視光を8時間照射し
た後の状態、および暗所にて24時間放置した後の状態で
同様に行った。
[Contact angle] 20 μL of ion-exchanged water was dropped onto the test material using a microsyringe, and the water droplets on the test material were measured with an image processing type contact angle meter (Kyowa Interface Science Co., Ltd.,
CA-X) was used to measure the contact angle of water by the three-point method.
The contact angle is measured in the initial state before irradiation with visible light, after irradiation with visible light of 1000 lux for 8 hours using the white fluorescent lamp, and after being left for 24 hours in a dark place. I went the same way.

【0053】[0053]

【表1】 [Table 1]

【0054】表1に示す結果から、実施例はいずれも、
8時間の可視光の照射によって、抗菌力に優れているこ
とが分かる。また、実施例1〜7は、8時間の可視光の
照射によって、光触媒活性および親水性の双方を高レベ
ルで発現しているのがわかる。一方、比較例では、可視
光を照射しても抗菌力、親水性が発現しない。
From the results shown in Table 1, all the Examples
It can be seen that the antibacterial activity is excellent by irradiation with visible light for 8 hours. Further, it can be seen that Examples 1 to 7 express both photocatalytic activity and hydrophilicity at a high level by irradiation with visible light for 8 hours. On the other hand, in the comparative example, antibacterial activity and hydrophilicity are not exhibited even when irradiated with visible light.

【0055】[0055]

【発明の効果】本発明によれば、紫外線照射では勿論の
こと、可視光照射によっても、光触媒活性および/また
は親水性を発現するチタン含有オキシナイトライドから
なる光触媒被膜を有利に形成した複合材料の製造方法の
提供が可能になった。また、本発明の製造方法を用いれ
ば、光触媒被膜を、高価な装置を用いなくても形成する
ことができる。さらに、本発明の製造方法によって得ら
れた複合部材は、例えば環境浄化または防食機能を要す
る内装材、側壁材などの景覿材、外壁材などに使用する
ことができる。尚、前記複合材料を構成するチタン含有
オキシナイトライドからなる光触媒被膜は、酸化チタン
等の酸化物からなる光触媒被膜に比べて、耐摩耗性およ
び耐食性についても優れており、被膜密着性も良好であ
る。
According to the present invention, a composite material in which a photocatalytic film made of titanium-containing oxynitride which exhibits photocatalytic activity and / or hydrophilicity is advantageously formed not only by ultraviolet irradiation but also by visible light irradiation is advantageously formed. It has become possible to provide a manufacturing method of. Further, by using the manufacturing method of the present invention, the photocatalytic film can be formed without using an expensive device. Furthermore, the composite member obtained by the manufacturing method of the present invention can be used as, for example, an interior material that requires an environmental purification or anticorrosion function, a scenic material such as a sidewall material, an outer wall material, and the like. Incidentally, the photocatalytic coating composed of titanium-containing oxynitride constituting the composite material is superior in wear resistance and corrosion resistance as compared with the photocatalytic coating composed of oxides such as titanium oxide, and the coating adhesion is also good. is there.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 信澤 達也 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 高野 茂 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 村上 裕彦 茨城県つくば市東光台5−9−7 株式会 社アルバック筑波超材料研究所内 (72)発明者 小圷 千鶴 茨城県つくば市東光台5−9−7 株式会 社アルバック筑波超材料研究所内 Fターム(参考) 4G047 CA01 CB04 CB08 CC03 CD02 4G069 AA03 AA08 BA04A BA04B BA48A BB06B BB11A BB11B BC12B CA10 EA08 FB02 FB24    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Tatsuya Nobuzawa             1 Kawasaki-cho, Chuo-ku, Chiba-shi, Chiba Made in Kawasaki             Technical Research Institute of Iron Co., Ltd. (72) Inventor Shigeru Takano             1 Kawasaki-cho, Chuo-ku, Chiba-shi, Chiba Made in Kawasaki             Technical Research Institute of Iron Co., Ltd. (72) Inventor Hirohiko Murakami             Tokodai 5-9-7 Stock Association, Tsukuba City, Ibaraki Prefecture             ULVAC Tsukuba Institute for Supermaterials (72) Inventor Chizuru Ogane             Tokodai 5-9-7 Stock Association, Tsukuba City, Ibaraki Prefecture             ULVAC Tsukuba Institute for Supermaterials F-term (reference) 4G047 CA01 CB04 CB08 CC03 CD02                 4G069 AA03 AA08 BA04A BA04B                       BA48A BB06B BB11A BB11B                       BC12B CA10 EA08 FB02                       FB24

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基材表面を、平均膜厚が0.01〜3μmの
チタン含有酸化物またはその前駆体物質を含む被膜で被
覆した後、アンモニアガス、アンモニア含有ガスまたは
水素と窒素の混合ガスの雰囲気下で、400〜1200℃の温
度での加熱による窒化処理を施すことにより、前記被膜
を、可視光照射により光触媒活性および/または親水性
を発現するチタン含有オキシナイトライドからなる光触
媒被膜に改質することを特徴とする、光触媒被膜を形成
した複合材料の製造方法。
1. An atmosphere of ammonia gas, ammonia-containing gas or a mixed gas of hydrogen and nitrogen after coating a surface of a substrate with a film containing a titanium-containing oxide or its precursor substance having an average film thickness of 0.01 to 3 μm. The film is subjected to a nitriding treatment under heating at a temperature of 400 to 1200 ° C. to be modified into a photocatalytic film made of titanium-containing oxynitride that exhibits photocatalytic activity and / or hydrophilicity by irradiation with visible light. A method for producing a composite material having a photocatalytic coating formed thereon.
【請求項2】 基材表面を、平均膜厚が0.01〜3μmの
チタン含有酸化物またはその前駆体物質を含む被膜で被
覆した後、アンモニアガス、アンモニア含有ガスまたは
水素と窒素の混合ガスの雰囲気下で、遠紫外線または真
空紫外線を照射することによる窒化処理を施すことによ
り、前記被膜を、可視光照射により光触媒活性および/
または親水性を発現するチタン含有オキシナイトライド
からなる光触媒被膜に改質することを特徴とする、光触
媒被膜を形成した複合材料の製造方法。
2. An atmosphere of an ammonia gas, an ammonia-containing gas or a mixed gas of hydrogen and nitrogen after coating a surface of a substrate with a film containing a titanium-containing oxide or its precursor substance having an average film thickness of 0.01 to 3 μm. The film is subjected to nitriding treatment by irradiation with deep ultraviolet rays or vacuum ultraviolet rays under the following conditions, whereby the coating film is exposed to visible light to have photocatalytic activity and / or
Alternatively, a method for producing a composite material having a photocatalyst film formed thereon is characterized by modifying the photocatalyst film made of titanium-containing oxynitride exhibiting hydrophilicity.
【請求項3】 基材表面を、平均膜厚が0.01〜3μmの
チタン含有酸化物またはその前駆体物質を含む被膜で被
覆した後、水素と窒素の混合ガスの雰囲気下で、グロー
放電で発生させた窒素イオンによる窒化処理を施すこと
により、前記被膜を、可視光照射により光触媒活性およ
び/または親水性を発現するチタン含有オキシナイトラ
イドからなる光触媒被膜に改質することを特徴とする、
光触媒被膜を形成した複合材料の製造方法。
3. The surface of a substrate is coated with a film containing a titanium-containing oxide or its precursor substance having an average film thickness of 0.01 to 3 μm, and then generated by glow discharge in an atmosphere of a mixed gas of hydrogen and nitrogen. By subjecting the coating to nitriding treatment with nitrogen ions, the coating is modified into a photocatalytic coating made of titanium-containing oxynitride that exhibits photocatalytic activity and / or hydrophilicity by irradiation with visible light.
A method for producing a composite material having a photocatalytic coating formed thereon.
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