JP2005281557A - 塗料及びそれを用いた触媒成形体 - Google Patents

Abstract

【課題】生活空間で発生する油汚れ、皮脂汚れ、たばこのやに等の汚れ防止を目的とする汚れ防止用塗料およびその成形体を提供すること。
【解決手段】シリカ水和物で表面を被覆した光触媒活性を有する無機物質粒子を含む塗料とする。シリカ水和物が汚れを引き込むため光触媒活性を有する無機物質粒子が効率的に汚れを分解でき、さらに帯電防止効果を得ることができるため、常に清潔な状態を保つことができる触媒塗装面３を提供することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、生活空間で発生する油汚れ、皮脂汚れ、たばこのやに等の汚れ防止を目的とする汚れ防止用塗料およびその成形体に関するものである。

可視紫外領域に吸収波長をもつ無機物質は、水と酸素の存在下、紫外線による光励起によって光触媒反応を行うことが知られている。この反応を利用して、悪臭物質の除去、大気中の汚染物質の除去、殺菌、汚れ防止など様々な分野で応用展開がはかられている。

例えば、特許文献１には鏡面上に形成した光触媒を用いた照明器具の汚れ防止方法が提案されている。照明器具の反射鏡に光触媒層を形成することにより、室内の浮遊有機物が汚れとして付着することを抑制でき、さらに光触媒に貴金属を担持することにより汚れの除去作用をより活発にできることが記されている。

また、特許文献２には、光触媒を利用して、家庭の台所あるいは業務用換気装置の油汚れを自動的に自己分解浄化させ、常に清潔な状態を保つ方法が提案されている。
特開昭６３−５３０１号公報 特許第３３９９６８２号公報

しかしながら、生活空間では一時的に多量の汚れが発生することがあり、上記の方法では必ずしも満足する効果が得られるとは限らず、より迅速に汚れを分解できる汚れの防止方法が求められていた。

そこで本発明は、生活空間で発生する油汚れ、皮脂汚れ、たばこのやに等の汚れ付着防止と付着した汚れの分解を行うことができる汚れ防止用塗料およびその成形体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の汚れ防止用塗料は、請求項１記載の通り、シリカ水和物で表面を被覆した光触媒活性を有する無機物質粒子を含むことを特徴としたものである。

また、請求項２記載の汚れ防止用塗料は、光触媒活性を有する無機物質粒子が酸化チタンであることを特徴としたものである。

また、請求項３記載の汚れ防止用塗料は、光触媒活性を有する無機物質粒子に対するシリカ水和物の濃度が重量比で０．０１〜１５％であることを特徴としたものである。

また、請求項４記載の汚れ防止用塗料は、バインダーとしてＮａ↓２Ｏ、Ｋ↓２Ｏ、ＬｉＯ↓２などのケイ酸塩からなるアルカリシリケート、シリカゾル、アルミナゾルなどの無機コロイド、ケイ素、チタン、アルミなどのアルコキシド類とその加水分解物、リン酸アルミニウム、重クロム酸塩、セメント、シリコーン樹脂、フッ素樹脂のいずれか１つ以上を含むことを特徴としたものである。

また、請求項５記載の触媒成形体は、上記汚れ防止用塗料を塗布したことを特徴としたものである。

また、請求項６記載の触媒成形体は、通風路を有する本体と、前記通風路内に設けられた流体輸送手段からなる換気装置であり、波長６００ｎｍ以下の光が照射される面に前記塗料を塗布したことを特徴としたものである。

また、請求項７記載の触媒成形体は、波長６００ｎｍ以下の光を発する光源を具備し、光が照射される面に前記塗料を塗布したことを特徴としたものである。

また、請求項８記載の触媒成形体は、塗料の塗布面が、アルミニウム、鉄、ニッケル及び銅から成る群より選ばれる少なくとも１種を主成分とする金属材料、ガラス、セラミックス、またはこれらの組み合わせから選択される基材であることを特徴としたものである。

また、請求項９記載の触媒成形体は、通風路に設置される通気性を有するフィルターに前記塗料を塗布したことを特徴としたものである。

また、請求項１０記載の触媒成形体は、触媒塗布面の表面抵抗値が１０↑５〜１０↑８Ωであることを特徴としたものである。

本発明によれば、生活空間で発生する油汚れ、皮脂汚れ、たばこのやに等の汚れ防止効果をもつ汚れ防止用塗料およびその成形体を提供できる。

本発明の汚れ防止用塗料は、シリカ水和物で表面を被覆した光触媒活性を有する無機物質粒子を含むことを特徴とする。シリカ水和物は、光触媒活性を有する無機物質粒子よりも油や皮脂汚れなどの油脂成分とのなじみが良いため、これらの汚れを引き込み、光触媒活性を有する無機物質粒子の活性サイト近傍へ供給する作用があるようである。活性サイトでは汚れ分解が効率的に行われるため、優れた汚れ防止効果をもつ塗料を得ることができる。

また、シリカ水和物で表面を被覆した光触媒活性を有する無機物質粒子を含むことにより、空気中の水分を触媒上に保持することができるため、塗装面の帯電量を低く抑えることができる帯電防止塗料とすることができる。帯電防止作用をもつことにより、ほこりや油滴などが静電気的な力によって塗膜に付着することを抑制することができ、汚れが付着しにくいという効果を得ることができる。

上記光触媒活性を有する無機物質粒子に対するシリカ水和物の濃度は、重量比で０．０１〜１５％の範囲が好ましく、より好ましくは５〜１２％、さらに好ましくは９〜１１％である。濃度が低すぎるとシリカ水和物の被覆効果が十分発揮されず、高すぎると無機物質粒子の光触媒作用が低下してしまう。このことは、シリカ水和物物による油や皮脂汚れなどの油脂成分の引き込み作用は、単にその量のみでなく、光触媒の活性サイト近傍に働くことが重要であることを示唆している。

シリカ水和物の被覆は、光触媒活性をもつ無機物質粒子を分散させたスラリーへ水溶性ケイ素化合物を添加し、酸または塩基によって目的とする水和物が析出するｐＨへ調節し、析出させる方法で行うことができる。

水溶性ケイ素化合物としては、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウム、四塩化ケイ素が挙げられる。メタケイ酸ナトリウム、オルトケイ酸ナトリウム、二ケイ酸ナトリウム、四ケイ酸ナトリウム、それらの混合物などのケイ酸ナトリウムが入手し易く、取扱いが便利である。酸または塩基としては、硫酸、塩酸、硝酸、水酸化ナトリウム、アンモニア水などが挙げられる。酸または塩基で中和後のスラリーのｐＨは目的とする水和物が析出する範囲であればよく、一般にｐＨ２〜９．５の範囲が好適であり、さらに好ましくはｐＨ３〜５である。

光触媒活性を有する無機物質粒子としては、酸化スズ、酸化亜鉛、三酸化タングステン、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化鉄、酸化ビスマスなどの金属酸化物、硫化亜鉛、硫化カドミウム、硫化モリブデンなどの金属硫化物、チタンナイトライドなどの窒化物が挙げられ、安全性、経済性などの面から、酸化チタンが好ましい。

酸化チタンとしては、二酸化チタンのほか、含水酸化チタン、水和酸化チタン、メタチタン酸、オルトチタン酸、水酸化チタン、酸素欠損型酸化チタンなどが挙げられる。光触媒活性を有していれば結晶形については特に制限はなく、無定形、アナータス形、ルチル形、ブルカイト形のいずれでもよい。ルチル型とアナターゼ型酸化チタンの組み合せなど、結晶形の違う成分を複合してもなんら問題はない。

また、光触媒活性を有する無機物質粒子の表面にＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ等の金属を被覆して用いることも何ら限定するものではない。また、表面にＣｒやＶなどの不純物金属を含有させて光の吸収波長を拡大させた光触媒を用いることもなんら限定するものではない。

また、本発明の塗料は、バインダーとしてＮａ↓２Ｏ、Ｋ↓２Ｏ、ＬｉＯ↓２などのケイ酸塩からなるアルカリシリケート、シリカゾル、アルミナゾルなどの無機コロイド、ケイ素、チタン、アルミなどのアルコキシド類とその加水分解物、リン酸アルミニウム、重クロム酸塩、セメント、シリコーン樹脂、フッ素樹脂のいずれか１つ以上を含むことを特徴としたものである。このときに、光触媒作用によって変色や塗膜強度低下などがおこらない範囲であれば、有機樹脂や界面活性剤が混合されていても何ら問題はない。

また、本発明の触媒成形体は、前記塗料を塗布して乾燥させたものである。塗布方法は塗料を噴霧、はけ塗り、成形体のディッピングなど塗装で使われるあらゆる手段が利用できる。塗装条件に応じて室温乾燥や焼付け乾燥が利用できるが、１８０℃以上の温度ではシリカ水和物のシリカゲルへの転移およびシリカガラスへの結晶化が起こるので、これ以下の温度で加熱するか、できるだけ短時間の高温処理とすることが望ましい。

塗料の塗布面は、アルミニウム、鉄、ニッケル及び銅から成る群より選ばれる少なくとも１種を主成分とする金属材料、ガラス、セラミックス、またはこれらの組み合わせから選択される基材を使用することができる。光触媒作用によって変色や塗膜強度低下などがおこらない範囲であれば、有機樹脂、紙、繊維などの有機物質が混合されている基材を用いても何ら問題はない。

また、本発明の触媒成形体は、触媒塗布面の表面抵抗値を１０↑５〜１０↑８Ωとしたものである。シリカ水和物で表面を被覆した光触媒活性を有する無機物質粒子を含むことにより、空気中の水分を触媒上に保持することができるため、塗装面の帯電量を低く抑えることができる。これによって、ほこりや油滴などが静電気的な力によって塗膜に付着することを抑制することができ、汚れが付着しにくいという効果を得ることができる。

触媒成形体としては、照明器具、換気扇、レンジフード、キッチン周り品、トイレ周り品、浴室周り品、収納具、建材、寝具、カーテン、じゅうたん、家電製品、調理器具、食器、自動車、自転車、住宅、携帯電話、衣類、浄化設備、水槽又は動物用品などが挙げられる。

また、本発明の流体輸送手段は、通風路内に油ミストを含む汚染された空気を吸い込み、排出できるものであれば特に限定されるものではなく、シロッコ、ターボ、クロスフローなどの送風ファンや減圧ポンプ、放電によるイオン風などが利用できる。

光触媒活性を有する無機物質のバンドギャップより大きなエネルギーを有する光を照射することができれば、光源としては特に制限されるものではなく、ブラックライト、紫外線蛍光灯、捕虫用蛍光灯、蛍光灯、近紫外線ランプ、水銀灯、キセノンランプ等の照明器具や、太陽光を反射する鏡体や導光性のファイバーなどを利用して屋外の光を導入する方法が利用できる。特定波長の光を取り出す目的でカットフィルターを光源に取り付けて使用してもよい。

また、本発明のフィルターは、網状、板状、粒状、スポンジ状、ハニカム状、スリット状など任意の形状に加工して使用することができ、汚れを含む空気や水が流通できる形状であればなんら限定するものではない。光触媒作用によって変色や塗膜強度低下などがおこらない範囲であれば、有機樹脂や紙や繊維などの有機物質が混合されていても何ら問題はない。

以下、本発明を実施例にて詳細に説明するが、本発明は、以下の記載に何ら限定して解釈されるものではない。

（実施例１）
酸化チタン（ＡＭＴ−１００、テイカ社製）を水に分散し（ＴｉＯ↓２ 換算で１０ｇ／ｌ）５００ｍｌを４０℃に昇温し、ＳｉＯ↓２ として２０ｇ／ｌのケイ酸ナトリウム水溶液２５０ｍｌ（ＳｉＯ↓２ ／ＴｉＯ↓２ 重量比＝１）を一定速度で１０分を要して添加した。添加後、水酸化ナトリウムでｐＨ４に調節し、４０℃を維持しながら３０分攪拌した。その後スラリーを濾過、水洗し、得られたケーキを１１０℃で１２時間乾燥し、サンプルミルを用いて粉砕した。

同様の手順をケイ酸ナトリウム水溶液の添加量を変えて行い、ＳｉＯ↓２／ＴｉＯ↓２ 重量比＝１、２、５、１０、１５ のシリカ水和物被覆酸化チタンを得た。

（実施例２）油分解性能の評価
実施例１で作成した試料と無処理の酸化チタンＡＭＴ―１００の油分解性能を以下の測定方法で評価した。

（１）試験する粉末を水に分散して５％水溶液を作成し、超音波で５分間分散させる。

（２）１２ｃｍ×１１ｃｍの脱脂処理した金属板に上記酸化チタン分散液２ｇを塗布す る。

（３）１００℃で２時間乾燥させた後、一晩室内に保管する。

（４）金属板の重量を測定した後、サラダ油を入れたスプレーを噴霧して各試験板に均 一な量のサラダ油を塗布する。

（５）油のついた試験片をブラックライトの下におき、２ｍＷ／ｃｍ↑２の光量で紫外 線を照射し、８時間後の重量変化を計測する。

初期塗布量を１００としたときの重量減少率と表面処理量（ＳｉＯ↓２ ／ＴｉＯ↓２重量比 ）の関係を図１に示す。

無処理である表面処理量０％に比べて、実施例１で作成したシリカ水和物で被覆した酸化チタンのほうが油残存率が低く、油の分解能力が優れていることが分かる。

（比較例）
酸化チタン（ＡＭＴ−１００、テイカ社製）に表面処理剤として、シリカゲル微粉末（和光純薬製）、硝酸鉄（和光純薬製）、硝酸銅（和光純薬製）をそれぞれ加えた以外は実施例１と同じ方法で調製したサンプルについて、実施例４の方法で油分解性能を評価した（各金属 ／ＴｉＯ↓２ 重量比 はともに２）。

結果を表１に示す。シリカゲル微粉末の混合物およびＣｕ、Ｆｅの水酸化物では被覆処理による油分解性能の向上はみられず、かえって性能を低下させることもあることがわかった。

（実施例３）
実施例１で作成したＳｉＯ↓２ ／ＴｉＯ↓２ 重量比＝２のシリカ水和物被覆酸化チタン粉末９ｇ、ケイ酸エチル９ｇ、０．５モル／リットル濃度の塩酸を含む水３ｇ、イソプロピルアルコール６ｇを、 ３ｍｍφのガラスビーズ ９０ｇとともに１２０ミリリットルのマヨネーズ瓶に仕込み、レッドデビル社製のペイントコンディショナーで１０分間分散、混合して汚れ防止用塗料を作成した。

１２ｃｍ×１１ｃｍの脱脂処理した金属板に、上記塗料を塗布し１５０℃で焼成して光触媒塗料を塗った金属板を作成した。

実施例２と同様の手法で、光触媒塗料あり／なしの金属板についてサラダ油の分解性能を評価した。２４時間後の油残存率は光触媒塗料ありの場合２２％であったが、なしの場合には９６％となり、光触媒塗料によってサラダ油が分解されていることが確認された。

（実施例４）
図２に示すように、換気装置本体１の内部には送風ファン２が設けられている。本体の表面には本発明の塗料が塗布された触媒塗装面３が形成されている。換気装置の内部には浮遊している汚れ原因物質を捕集するためのフィルター４と、それに対向する位置に紫外線を照射するランプ５が設けられている。換気装置が設置されている室内天井部には、室内のランプ６が設置されている。

上記構成により、汚れの原因となる調理時の油ミストを含む汚染された室内空気は、換気装置本体１の内部に設けられた送風ファン２により吸い込まれ、フィルター４を通過した後、室外に排出される。油ミストが換気装置本体１の通風路を通過する際、フィルタ４表面および汚染された空気が接触する面には油ミストが付着する。フィルタ４表面および換気装置本体の汚染された空気が接触する面は触媒塗装が施されており、油ミストは触媒塗装面に付着することになる。ランプ５で紫外線の照射を行うと触媒塗装面の光触媒が励起されてラジカルが発生し、油ミストを低分子に分解、気化浄化し、フィルタ４の表面および汚染された空気が接触する面が油汚れを起こすことなく、常に清潔な状態が維持されることとなる。

また、送風ファン２が停止した状態では、汚染された室内空気は換気装置外面に接触し汚染することになるが、換気装置外面にも触媒塗装が施されているため、室内のランプ６からの光照射によって同様に汚れの分解が行われ、常に清潔な状態が維持されることとなる。

生活空間で発生する油汚れ、皮脂汚れ、たばこのやに等の汚れ付着防止と付着した汚れの分解を行うことができる汚れ防止用塗料およびその成形体を提供することができる。

実施例２の光触媒表面処理量と油分解性能の関係を示すグラフ 実施例４の換気装置の概略断面図

符号の説明

１ 換気装置本体
２ 送風ファン
３ 触媒塗装面
４ フィルター
５ ランプ
６ 室内のランプ

Claims (10)

1. シリカ水和物で表面を被覆した光触媒活性を有する無機物質粒子を含むことを特徴とする塗料。
2. 光触媒活性を有する無機物質粒子が酸化チタンであることを特徴とする１記載の塗料。
3. 光触媒活性を有する無機物質粒子に対するシリカ水和物の濃度が重量比で０．０１〜１５％であることを特徴とする請求項１または２記載の塗料。
4. バインダーとして、Ｎａ↓２Ｏ、Ｋ↓２Ｏ、ＬｉＯ↓２などのケイ酸塩からなるアルカリシリケート、シリカゾル、アルミナゾルなどの無機コロイド、ケイ素、チタン、アルミなどのアルコキシド類とその加水分解物、リン酸アルミニウム、重クロム酸塩、セメント、シリコーン樹脂、フッ素樹脂のいずれか１つ以上を含むことを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の塗料。
5. 請求項１乃至４いずれか記載の塗料を塗布したことを特徴とする触媒成形体。
6. 通風路を有する本体と、前記通風路内に設けられた流体輸送手段からなる換気装置であり、波長６００ｎｍ以下の光が照射される面に請求項１乃至４いずれか記載の塗料を塗布したことを特徴とする触媒成形体。
7. 波長６００ｎｍ以下の光を発する光源を具備し、光が照射される面に請求項１乃至４いずれか記載の塗料を塗布したことを特徴とする請求項５または６記載の触媒成形体。
8. 塗料の塗布面が、アルミニウム、鉄、ニッケル及び銅から成る群より選ばれる少なくとも１種を主成分とする金属材料、ガラス、セラミックス、またはこれらの組み合わせから選択される基材であることを特徴とする請求項５乃至７いずれか記載の触媒成形体。
9. 通風路に設置される通気性を有するフィルターに請求項１乃至４いずれか記載の塗料を塗布したことを特徴とする請求項５乃至８いずれか記載の触媒成形体。
10. 触媒塗布面の表面抵抗値が１０↑５〜１０↑８Ωであることを特徴とする請求項５乃至９いずれか記載の触媒成形体。

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