JP2005111323A

JP2005111323A - 塗装構造およびこの塗装構造の作製方法

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Publication number: JP2005111323A
Application number: JP2003346464A
Authority: JP
Inventors: Junichi Sasano; 順一笹野; Masahito Noda; 雅人野田
Original assignee: SASANO DENSEN KK
Current assignee: SASANO DENSEN KK
Priority date: 2003-10-06
Filing date: 2003-10-06
Publication date: 2005-04-28

Abstract

【課題】空中に浮遊する細菌やかび胞子等を効率よく死滅させたり、有機物や有害ガス等を分解することができるとともに、基材の表面状態を外部から視認でき、基材の意匠性を損なうことがない塗装構造およびこの塗膜構造の作製方法を提供することを目的としている。
【解決手段】ペルオキソチタン酸と溶媒との混合溶液を含む塗着性組成物からなる５μｍ以下の厚みのバインダー層を有し、光触媒作用を有する二酸化チタン粒子を、その表面の一部が外部に露出した状態にアパタイトによって被覆したアパタイト被覆光触媒二酸化チタン粒子が、粒子の一部を前記バインダー層に埋没させ、残部を前記被塗装物周囲の雰囲気に曝露される状態で前記バインダー層を介して被塗装物表面に固着されていることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光触媒性能に優れた塗装構造およびこの塗装構造の作製方法に関する。

二酸化チタン、特にアナターゼ型の１００ｎｍ以下の二酸化チタン粒子は、光触媒作用があるといわれている。すなわち、このような光触媒作用を有する二酸化チタン粒子（以下、「光触媒二酸化チタン粒子」と記す）は、紫外線を吸収すると、光触媒二酸化チタン粒子内に電子と正孔とが発生する。
そして、光触媒二酸化チタン粒子内に発生した正孔は、空気中の水分と反応し、水をヒドロキシラジカル（・ＯＨ）と、水素イオン（Ｈ⁺）に分解し、発生したヒドロキシラジカルが、有機物を酸化分解する。

一方、光触媒二酸化チタン粒子内に発生した電子は、空気中の酸素を還元してスーパーオキサイドアニオン（Ｏ₂ ^-）を発生させ、このスーパーオキサイドアニオンが細菌やかびをその細胞膜を破壊することによって死滅させる。
したがって、高い抗菌力や防カビ作用を発揮するとともに、有機物を分解することができる。

そこで、従来から塗布するだけで、上記の光触媒二酸化チタンの光触媒作用を発揮させることができる光触媒塗料が既に提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
すなわち、上記した従来の光触媒塗料は、光触媒二酸化チタン粒子が、バインダーである塗着性組成物に分散混合することによって製造されている。

しかし、従来の光触媒塗料の場合、上記したように塗着性組成物中に光触媒二酸化チタン粒子が分散混合されているとともに、２０μｍ以上の厚肉の塗膜しか得られないため、塗膜の表面に一部の光触媒二酸化チタン粒子しか露出しない。

そこで、塗膜表面に多数の光触媒チタン粒子を露出させて十分な光触媒機能を発揮させようとすれば、光触媒二酸化チタンの塗着性組成物への配合量を増やさなければならないが、配合量を増やすと、塗着性組成物に透明性の高いものを使用したとしても、光触媒二酸化チタン粒子によって白濁したようになり、被塗装物の表面状態が外部から視認できなくなるため、被塗装物の化粧性を損なう恐れがある。また、配合量を増やすと、コストが嵩むとともに、塗膜が脆くなるため、衝撃等を受けるとすぐに剥がれ落ちたりする恐れがある。
さらに、光触媒二酸化チタン粒子は、少なくとも３秒程度接触していないと、かび、細菌、有機物に対して有効に作用しないため、たとえば、壁面や天井面でのかびや汚れの発生を防止できても、空気中を浮遊しているかび胞子、細菌を死滅させたり、有機物ガスを分解させたりすることができない。

本発明の発明者らは、バインダーに光触媒二酸化チタン粒子を予め分散混合させるのではなく、まず、被塗装物表面にバインダーを塗布し、このバインダーが硬化する前に、塗布されたバインダー層の上から光触媒二酸化チタン粒子を含む溶液を塗布するとともに、光触媒二酸化チタン粒子として光触媒二酸化チタン粒子の表面に部分的にアパタイトが被覆された光触媒二酸化チタン粒子（たとえば、特許文献２参照）を用いれば、上記問題が解消できるのではと考えた。
すなわち、上記のようにすれば、バインダーと光触媒二酸化チタン粒子とを予め混合する方法に比べ、アパタイト被覆二酸化チタン粒子がバインダー層の表面付近に多く止まるとともに、光触媒二酸化チタン粒子近傍を浮遊するカビ、細菌、有害有機物ガス等がアパタイトの吸着作用によって、光触媒二酸化チタン粒子近傍に止まるため光触媒二酸化チタンの触媒活性作用を有効に発揮できると考えた。

しかしながら、透明性の高いアクリル系の樹脂塗料などの従来から使用されている塗料をバインダーとして用いた場合、塗膜層の厚みが厚いため、光触媒二酸化チタン粒子溶液を上から塗布した際に光触媒二酸化チタン粒子が塗膜層内に大きく入り込んでしまい、表面に少ししか露出しない状態となり、触媒活性作用を十分には発揮できない恐れがある。

特開２００２−２００４５５号公報特開平１０−２４４１６６号公報

本発明は、上記事情に鑑みて、空中に浮遊する細菌やかび胞子等を効率よく死滅させたり、有機物や有害ガス等を分解することができるとともに、基材の表面状態を外部から視認でき、基材の意匠性を損なうことがない塗装構造およびこの塗膜構造の作製方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明にかかる塗装構造は、ペルオキソチタン酸と溶媒との混合溶液を含む塗着性組成物からなる５μｍ以下の厚みのバインダー層を有し、光触媒作用を有する二酸化チタン粒子を、その表面の一部が外部に露出した状態にアパタイトによって被覆したアパタイト被覆光触媒二酸化チタン粒子が、粒子の一部を前記バインダー層に埋没させ、残部を前記被塗装物周囲の雰囲気に曝露される状態で前記バインダー層を介して被塗装物表面に固着されていることを特徴としている。

一方、本発明にかかる塗装方法は、ペルオキソチタン酸と溶媒との混合溶液を含む塗着性組成物を被塗装物表面に塗布したのち、塗着性組成物が未硬化状態の間に塗着性組成物層の上からアパタイト被覆された光触媒二酸化チタン粒子を含む溶液を塗布する工程を備えていること、あるいは、ペルオキソチタン酸と溶媒との混合溶液を含む塗着性組成物中に、アパタイト被覆された光触媒二酸化チタン粒子を分散混合させたのち、この分散混合液を被塗装物表面に塗布する工程を備えていることを特徴としている。

本発明において、光触媒二酸化チタンとは、アナターゼ型結晶構造の二酸化チタン、ルチル型結晶構造の二酸化チタンを意味し、アナターゼ型結晶構造の二酸化チタンが好適に使用される。
また、アパタイトとは、Ｃａ₁₀（ＰＯ₄）₆（ＯＨ）₂であらわされるハイドロキシアパタイトを意味する。

上記アパタイト被覆光触媒二酸化チタン粒子は、特に限定されないが、ヒトの体液と同種・同濃度の無機イオンを含む所定温度の疑似体液の飽和溶液に光触媒二酸化チタン粒子を所定時間撹拌しながら浸漬することによって得られるようになっており、光触媒二酸化チタン粒子表面の全体がアパタイトで被覆されるのではなく、一部が被覆され、残部が外部に露出している。

本発明において、溶媒としては、特に限定されないが、水やエタノール、プロパノール等のアルコールが挙げられ、これらが単体であるいは複合して用いられる。また、塗着性組成物中には、ペルオキソチタン酸と溶媒以外に、必要に応じて界面活性剤や二酸化チタン粒子が配合されていても構わない。このような塗着性組成物として、特に限定されないが、たとえば、株式会社ディック製のアンダーコート剤ＵＴＳゾル等の市販のものや、特許第２８７５９９３号公報に開示されたようなものを用いることができる。

なお、本発明の塗装構造において、バインダー層の厚みは５μｍ以下であればよいが、３μｍ以下とすることが好ましい。また、本発明の塗装構造の作製方法において、塗着性組成物およびアパタイト被覆光触媒二酸化チタン粒子溶液の塗布方法としては、刷毛やローラ等を用いて塗布する方法、スプレー等によって噴霧する方法のいずれでも構わない。

本発明にかかる塗装構造によれば、バインダー層の厚みが５μｍ以下と非常に薄いため、被塗装物表面の状態がバインダー層越しにほぼ完全に視認できる。したがって、たとえば、病院のトイレや浴室などのタイル表面に本発明の塗装構造を施しても、タイル本体の意匠性を損なうことがない。
また、バインダー層の厚みが５μｍ以下と非常に薄いため、アパタイト被覆光触媒二酸化チタン粒子の全体量を少なくしても多数のアパタイト被覆光触媒二酸化チタン粒子がバインダー層の表面から露出した状態になる。したがって、従来の光触媒塗料に比べ少量のアパタイト被覆光触媒二酸化チタン粒子でも良好な光触媒作用を得ることができ、よりタイル本体の意匠性を損なうことがない。

さらに、二酸化チタン粒子の表面の一部がアパタイトによって被覆されているので、空中に浮遊する細菌、かび胞子、有害ガス等がアパタイトによって吸着され、アパタイト被覆光触媒二酸化チタン粒子近傍に止まる。そして、二酸化チタンの露出部の光触媒作用によって、細菌、かびの菌糸、有害ガス、有機物等が、二酸化チタンの光触媒作用によって死滅あるいは分解される。すなわち、塗装面だけでなく室内全体の細菌、かびの菌糸、有害ガスを効率よく死滅あるいは分解することができ、病院などの院内感染予防などに大きな力を発揮する。

以下に、本発明を、その実施の形態をあらわす図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１は、本発明にかかる塗装構造の１つの実施の形態をあらわしている。

図１に示すように、この塗装構造１は、被塗装物であるタイル２の表面にペルオキソチタン酸と溶媒との混合溶液を含む塗着性組成物からなる厚み５μｍ以下のバインダー層３が形成され、アパタイト被覆光触媒二酸化チタン粒子４がその一部をバインダー層３に埋没させ、残部を周囲の雰囲気に曝露される状態でバインダー層３を介してタイル２の表面に固着されている。なお、図１中、４１はアパタイト、４２は光触媒二酸化チタン粒子である。
そして、この塗装構造１は、図２（ａ）に示すように、バインダー層３となるペルオキソチタン酸と溶媒との混合溶液を含む塗着性組成物５をタイル２の表面にスプレー６によって塗布し、図２（ｂ）に示すように、塗着性組成物５が未硬化状態の時に、アパタイト被覆二酸化チタン粒子水溶液７を塗着性組成物層の表面にスプレー６によって塗布したのち、塗着性組成物５およびアパタイト被覆二酸化チタン粒子溶液７を乾燥させることによって得られる。

本発明は、上記の実施の形態に限定されない。たとえば、上記の実施の形態では、被塗装物がタイルであったが、石膏ボードや他の建材、あるいは、便器や浴槽等の衛生機器でも構わない。
また、上記の実施の形態では、塗着性組成物層の表面にアパタイト被覆二酸化チタン粒子水溶液を塗布するようにしているが、アパタイト被覆二酸化チタン粒子水溶液と塗着性組成物の混合溶液を先の塗着性組成物層が未硬化状態で塗布するようにしても構わない。

以下に、本発明の具体的な実施例を詳しく説明する。

（試験例１）
本発明の塗着性組成物としての以下の配合の株式会社デジック製のアンダーコート剤ＵＴＳゾルを、スプレーガン（ガン口径：０．６ｍｍ、吹き付け圧力：０．２５ＭＰａ）を用いて塗装距離３０ｃｍでピンク色のタイル（株式会社ＩＮＡＸ製色番：ＳＰ−１００／８８）の表面に１クロススプレー塗布して、アンダーコート剤ＵＴＳゾル層を形成したのち、アンダーコート剤ＵＴＳゾルが乾燥硬化する前に、１重量％アパタイト被覆二酸化チタン粒子水溶液（株式会社ノナミサイエンス製３０重量％アパタイト被覆二酸化チタン粒子ゾルを水で希釈したもの）を、スプレーガン（ガン口径：０．６ｍｍ、吹き付け圧力：０．２５ＭＰａ）を用いて塗装距離３０ｃｍでアンダーコート剤ＵＴＳゾル層表面に１クロススプレー塗布し、アンダーコート剤ＵＴＳゾルおよびアパタイト被覆二酸化チタン粒子水溶液を乾燥し、本発明の塗装構造を得た。

なお、上記１クロスとは、タイルの横方向に１回塗布したのち、縦方向に１回塗布することを意味する。
〔アンダーコート剤ＵＴＳゾル〕
成分の含有量：１．７２重量％
主成分：ペルオキソチタン酸、水、エタノール、イソプロパノール
比重：１．０１

（試験例２）
１重量％アパタイト被覆二酸化チタン粒子水溶液に代えて、４重量％アパタイト被覆二酸化チタン粒子水溶液を用いた以外は、上記試験例１と同様にして本発明の塗装構造を得た。

（試験例３）
試験例１で用いたアンダーコート剤ＵＴＳゾルと試験例１で用いた３０重量％アパタイト被覆二酸化チタン粒子ゾルとをアパタイト被覆二酸化チタン粒子の濃度が１重量％となるように混合した混合組成物を、スプレーガン（ガン口径：０．６ｍｍ、吹き付け圧力：０．２５ＭＰａ）を用いて塗装距離３０ｃｍで試験例１に用いたタイル表面に半クロス（横）スプレー塗布したのち、混合組成物を乾燥させた。
つぎに、乾燥した混合組成物の表面に上記混合組成物をさらに半クロス（縦）スプレー塗布して、本発明の塗装構造を得た。

（試験例４）
アパタイト被覆二酸化チタン粒子の濃度を１重量％から４重量％に代えた以外は、試験例３と同様にして本発明の塗装構造を得た。

（試験例５）
アンダーコート剤ＵＴＳゾルに代えて、バインダー層を市販の塗料（大日本塗料株式会社製ノボクリーン）を用いて形成した以外は、試験例１と同様にして比較の塗装構造を得た。

（試験例６）
アンダーコート剤ＵＴＳゾルに代えて、バインダー層を市販の塗料（大日本塗料株式会社製ノボクリーン）を用いて形成した以外は、試験例２と同様にして比較の塗装構造を得た。

上記試験例１〜６の塗装構造表面にそれぞれメチレンブルーを塗布し、晴天時の屋外に9時間放置し、メチレンブルーの褪色の有無によって各塗装構造の光触媒作用を調べ、その結果を表１に示した。なお、表１中、○は、ほぼ無色になるまで褪色した状態、△は概ね褪色がみられるが少し色が残っている状態、をそれぞれあらわしている。

上記表１から本発明の塗装構造によれば、アパタイト被覆光触媒二酸化チタン粒子の量を少なくしても、優れた光触媒作用を発揮できることがよく分かる。特に、試験例１のようにすればよりアパタイト被覆光触媒二酸化チタン粒子の量を少なくしても、優れた光触媒作用を発揮できることがよく分かる。

（試験例７）
アパタイト被覆されていない光触媒二酸化チタン粒子（株式会社デジック製ＰＡＵ）を用いた以外は、試験例１と同様にして比較のための塗装構造を得た。
上記試験例１および試験例７で得られた塗装構造のタイルを１０ｐｐｍのトルエンが充填された透明の気密容器にそれぞれ投入し、まず、遮光状態で６０分放置し、その後光を６０分照射したときの容器内のトルエン濃度の変化を調べ、その結果を図３に示した。
図３に示すように、本発明の塗装構造によれば、アパタイトが気密容器内に浮遊するトルエンガスを吸着保持するので、光触媒二酸化チタン粒子単独の場合に比べ、トルエンガスの分解が効率よくなり、短時間で清浄化できることがわかる。

本発明にかかる塗装構造の１つの実施の形態をあらわす断面図である。本発明にかかる塗装構造の製造方法の１つの実施の形態を工程順に説明する説明図である。実施例２のトルエン濃度の変化をあらわすグラフである。

符号の説明

１塗装構造
２タイル（被塗装物）
３バインダー層
４アパタイト被覆光触媒二酸化チタン粒子
４１アパタイト
４２光触媒二酸化チタン粒子
５塗着性組成物
６スプレー
７アパタイト被覆光触媒二酸化チタン粒子水溶液

Claims

ペルオキソチタン酸と溶媒との混合溶液を含む塗着性組成物からなる５μｍ以下の厚みのバインダー層を有し、光触媒作用を有する二酸化チタン粒子を、その表面の一部が外部に露出した状態にアパタイトによって被覆したアパタイト被覆光触媒二酸化チタン粒子が、粒子の一部を前記バインダー層に埋没させ、残部を前記被塗装物周囲の雰囲気に曝露される状態で前記バインダー層を介して被塗装物表面に固着されていることを特徴とする塗装構造。
ペルオキソチタン酸と溶媒との混合溶液を含む塗着性組成物を被塗装物表面に塗布したのち、塗着性組成物が未硬化状態の間に塗着性組成物層の上からアパタイト被覆光触媒二酸化チタン粒子を含む溶液を塗布する工程を備えている請求項１に記載の塗装構造の作製方法。
ペルオキソチタン酸と溶媒との混合溶液を含む塗着性組成物中に、アパタイト被覆光触媒二酸化チタン粒子を分散混合させたのち、この分散混合液を被塗装物表面に塗布する工程を備えている請求項１に記載の塗装構造の作製方法。