JP2005169205A

JP2005169205A - 樹脂基材上の光触媒体およびその製造方法

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Publication number: JP2005169205A
Application number: JP2003410408A
Authority: JP
Inventors: Kiyonori Oguma; 清典小熊; Hideo Narita; 秀夫成田
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2003-12-09
Filing date: 2003-12-09
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】樹脂基材の劣化がなく、かつ、基材との密着性の高い光触媒体を容易に得る。
【解決手段】本発明の樹脂基材上の光触媒体は、樹脂基材１上に中間層２と、光触媒層３とを設けたもので、この中間層２は、光触媒層３と同一元素で構成されたものである。
また、この中間層２は、光触媒層３より格子欠陥を多くしてもよく、非晶質としてもよい。光触媒層３は、ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＩｎＴａＯ_４、ＮａＴａＯ_３からなる。
この樹脂基材上の光触媒体の製造方法は、アルゴンと酸素を含む雰囲気中に樹脂基材を設置し、スパッタリングにより中間層および光触媒層を形成するもので、雰囲気の圧力を０．２〜１Ｐａ未満とし中間層を形成し、つぎに雰囲気の圧力を１〜１０Ｐａとして光触媒層を形成するものである。

【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂基材上に形成された光触媒体とその製造方法に関する。

従来の樹脂基材上の光触媒体は、シリコーン樹脂を主成分とする中間層を樹脂基材と光触媒層の間に形成している（例えば、特許文献１参照）。図２はその断面の模式図である。図２において、１は樹脂基材、２０は中間層、３は光触媒層である。中間層２０はシリコーン樹脂を主成分としており、光触媒層３は酸化チタンを主成分としている。シリコーン樹脂は光触媒に対して比較的劣化し難いために、樹脂基材の保護層として用いられている。
このように、従来の樹脂基材上の光触媒体は、光触媒の酸化作用から樹脂基材を保護するために、中間層として光触媒によって劣化し難い樹脂を用いている。
特開２０００−５６０７号公報（第４頁、図１）

ところが、従来の樹脂基材上の光触媒体は、光触媒層と異なる材料を中間層に用いているので、光触媒層を形成する前に、中間層を形成するための工程、装置が必要となり、工数が増加し、生産効率が低いという問題があった。また、中間層がシリコーン樹脂の場合、非常にやわらかいので、光触媒体に他の物質が接触した場合、光触媒層の割れや剥離を引き起こす可能性が高い。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、樹脂基材を光触媒から保護するとともに、基材との密着性が高い樹脂基材上の光触媒体およびその光触媒体を容易に作製することができる方法を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、樹脂基材上に、光触媒層と、中間層とを設けた光触媒体において、前記中間層は、前記光触媒層と同一元素で構成したものである。
請求項２に記載の発明は、前記中間層の格子欠陥を前記光触媒層より多くしたものである。
請求項３に記載の発明は、前記中間層を非晶質としたものである。
請求項４に記載の発明は、前記光触媒層を、ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＩｎＴａＯ_４、ＮａＴａＯ_３などの金属酸化物としたものである。
請求項５に記載の発明は、アルゴンと酸素を含む雰囲気中に樹脂基材を設置し、スパッタリングにより光触媒層を形成する樹脂基材上の光触媒体の製造方法において、前記雰囲気の圧力を０．２〜１Ｐａ未満とし中間層を形成し、つぎに前記雰囲気の圧力を１〜１０Ｐａとして光触媒層を形成するものである。
請求項６に記載の発明は、前記スパッタリングのターゲットを、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｔａ、Ｉｎ、ＩｎＴａ、ＮａＴａ、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＩｎＴａＯ_４、ＮａＴａＯ_３のいずれかとしたものである。

請求項１に記載の発明によると、中間層を光触媒層と同一元素で構成したので、作製工程や材料費を低減することができる。
請求項２に記載の発明によると、中間層の格子欠陥を前記光触媒層より多くしたので、光触媒の活性が非常に小さくなり光触媒の酸化作用から樹脂基材を保護することができる。
請求項３に記載の発明によると、中間層を非晶質としたので、光触媒の活性が非常に小さくなり光触媒の酸化作用から樹脂基材を保護することができる。
請求項４に記載の発明によると、光触媒層をＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＩｎＴａＯ_４、ＮａＴａＯ_３などの金属酸化物としたので、光触媒活性を向上させることができる。
請求項５に記載の発明によると、スパッタリング時の雰囲気の圧力を０．２〜１Ｐａ未満とし中間層を形成し、つぎに圧力を１〜１０Ｐａとして光触媒層を形成するので、一つの装置で中間層と光触媒層を容易に形成することができ、製造コストを低減することができる。また、１Ｐａ以下の圧力で中間層を形成するので、格子欠陥が多い中間層を形成でき、光触媒の酸化作用から樹脂基材を保護することができる。
請求項６に記載の発明によると、スパッタリングのターゲットを、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｔａ、Ｉｎ、ＩｎＴａ、ＮａＴａ、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＩｎＴａＯ_４、ＮａＴａＯ_３のいずれかとしたので、高活性な光触媒体を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の樹脂基材上の光触媒体の断面図である。図において、１は樹脂基材、２は中間層、３は光触媒層である。
樹脂基材１はアクリル樹脂およびエポキシ樹脂を用い、中間層２および光触媒層３はともに酸化チタンで形成した。
次に、本発明の樹脂基材上の光触媒体の作製手順について説明する。
第一工程として、真空容器内を１０^−３Ｐａ程度まで予備排気した後に、アルゴンと酸素の混合ガスを導入する。
第二工程では、雰囲気圧力を０.２Ｐａ〜１Ｐａ未満の各種の圧力に調整した。雰囲気圧力が０.２Ｐａより小さい場合は、グロー放電が生じず、スパッタリングを行うことができない。樹脂基材１の温度は、２０℃〜８０℃の各種の温度に調整した。この圧力下でスパッタリングを行い、樹脂基材１上に中間層２として酸化チタン膜を形成した。中間層２の膜厚は２０〜３００ｎｍとした。雰囲気圧力が１Ｐａより小さい場合、ターゲット付近で加速されたイオン、特に酸素イオンが高いエネルギーのまま、形成中の酸化チタン膜に衝突する。この酸素イオンの衝突によって、形成中の酸化チタン膜に欠陥が生じ、光触媒活性が非常に低い酸化チタン膜が形成される。
第三工程では、真空容器の圧力を０．９〜１５Ｐａの各種の圧力にに調整し、光触媒層３として酸化チタン膜を形成した。このとき、樹脂基材１が変形、劣化しない８０℃程度に樹脂基材１を加熱しながら光触媒層３を作製した。光触媒層３の膜厚は６００ｎｍとした。
第二工程および第三工程を組み合せた製造条件を表１に示す。試料番号NO.１〜１６は本実施例、NO.１７〜２２は比較例である。
つぎに、表１の条件で作製した試料を光触媒活性、基材の劣化および基材との密着性について効果を調べた。
先ず、光触媒活性については、メチレンブルー色素を吸着させて、照射強度１ｍＷ／ｃｍ^２（波長３６５ｎｍ）の紫外光を照射し、目視により脱色の程度を調べた。その結果、表１の右欄に示すように光触媒活性を示すことが確認できた。
樹脂基材の劣化については、アクリル基材上に形成した酸化チタン膜に、照射強度２０ｍＷ／ｃｍ^２（波長３６５ｎｍ）の紫外光を１０００時間照射した後、アクリル基材表面の状態を目視で確認した。その結果、表１の右欄に示すように劣化は認められなかった。
密着性については、試験の前後で、アクリル樹脂上に形成した酸化チタン膜にセロハン粘着テープ（ＪＩＳＺ１５２２）を貼り付け、これを剥がしてその剥離性を調べた。その結果、表１の右欄に示すように膜の剥離は全く認められなかった。
このように、中間層形成時の雰囲気の圧力を０．２〜１Ｐａ未満とし、酸化チタン膜形成中の雰囲気圧力を１〜１０Ｐａとすることにより、良好な光触媒膜を作製することができる。中間層２は光触媒層の酸化チタンに比べ格子欠陥が多くなっており、格子欠陥は、光照射によって生成した電子と正孔の再結合中心として働くため、格子欠陥の多い酸化チタン膜は、光触媒活性をほとんど示さない。したがって、中間層２として形成した酸化チタン膜が、樹脂基材１を劣化させる可能性は非常に小さい。なお、中間層２は、薄すぎると樹脂基材１を光触媒層３から保護することができず、樹脂基材１を劣化させてしまうので、少なくとも５０ｎｍ以上が望ましい。
なお、本実施例では、中間層２および光触媒層３はともに酸化チタンで形成したが、この他にＳｎＯ_２、ＺｎＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＩｎＴａＯ_４、ＮａＴａＯ_３の金属酸化物を用いても同様な効果が得られる。また、樹脂基材１にアクリル樹脂、エポキシ樹脂を用いたが、これに限定されるものではなく、ポリカーボネート、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂を用いることができる。

本発明の第２実施例は、中間層を作製するときの樹脂基材の温度を５０℃以下にして光触媒体を形成したものである。樹脂基材、光触媒層および中間層の材質は、第１実施例と同じであり、光触媒体の断面も図１と同じである。
次に、第２実施例の樹脂基材上の光触媒体の作製手順について説明する。
第１実施例と異なる第二工程について述べる。
第二工程では、樹脂基材１の温度を２０℃および４０℃に保ちながらスパッタリングを行い、樹脂基材上に中間層２として酸化チタン膜を形成する。他の条件は、第１実施例と同じである。
製造条件を表２に示す。試料番号NO.２３〜２６は本実施例、NO.２７〜３０は比較例である。
表２の条件で作製した試料の効果について第１実施例と同じ評価項目で調べた。ただし、樹脂基材の劣化を調べるための紫外光の時間照射は、２倍の２０００時間照射とした。その結果、光触媒活性については、目視により脱色が確認でき、光触媒活性を示すことが確認できた。樹脂基材の劣化については、２０００時間照射においても劣化は認められなかった。密着性については、膜の剥離は全く見られなかった。
樹脂基材１の温度が５０℃以下の場合、樹脂基材１上に形成される酸化チタン膜は結晶化することができず大部分が非晶質となり、さらに光触媒活性が低い酸化チタン膜が形成される。

スパッタ法で作製することによって、樹脂基材上に不純物の非常に少ない光触媒層を形成できるので、シリコンウェハ搬送用の密閉容器ＦＯＵＰ（ＦｒｏｎｔＯｐｅｎｉｎｇＵｎｉｆｉｅｄＰｏｄ）にも適用できる。

本発明の実施例を示す樹脂基材上の光触媒体の断面図従来の樹脂基材上の光触媒体の断面図

符号の説明

１樹脂基材
２中間層（チタン酸化物）
２０中間層（シリコーン樹脂を主成分）
３光触媒層

Claims

樹脂基材上に、光触媒層と、中間層とを設けた光触媒体において、
前記中間層は、前記光触媒層と同一元素で構成されることを特徴とする樹脂基材上の光触媒体。
前記中間層は、前記光触媒層より格子欠陥が多いことを特徴とする請求項１記載の樹脂基材上の光触媒体。
前記中間層は、非晶質であることを特徴とする請求項１または２記載の樹脂基材上の光触媒体。
前記光触媒層は、ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＩｎＴａＯ_４、ＮａＴａＯ_３のいずれかの金属酸化物で構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の樹脂基材上の光触媒体。
アルゴンと酸素を含む雰囲気中に樹脂基材を設置し、スパッタリングにより光触媒層を形成する樹脂基材上の光触媒体の製造方法において、
前記雰囲気の圧力を０．２〜１Ｐａ未満とし中間層を形成し、つぎに前記雰囲気の圧力を１〜１０Ｐａとして光触媒層を形成することを特徴とする樹脂基材上の光触媒体の製造方法。
前記スパッタリングのターゲットは、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｔａ、Ｉｎ、ＩｎＴａ、ＮａＴａ、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＩｎＴａＯ_４、ＮａＴａＯ_３のいずれかであることを特徴とする請求項５記載の樹脂基材上の光触媒体の製造方法。