JP2006272036A - 可視光励起型光触媒活性が付与された白色塗装金属板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ルチル型酸化チタン粉末，可視光励起型光触媒の複合分散により、黄色味を抑えた白色塗膜をもち、可視光照射下で光触媒活性を呈する塗装金属板を提供する。
【解決手段】 スチレン換算分子量：３００以上のシリカ系バインダに可視光励起型光触媒，粒径：０.２μｍ以下のルチル型酸化チタン粉末が分散したトップ塗膜が設けられている。ルチル型酸化チタン粉末は、単独配合量：１０〜５０質量％，可視光励起型光触媒との合計配合量：２０〜８０質量％でトップ塗膜に分散しており、可視光励起型光触媒の光吸収に起因する黄変を光の散乱反射で相殺し、塗膜の白色度を高くする。
【選択図】 なし
【解決手段】 スチレン換算分子量：３００以上のシリカ系バインダに可視光励起型光触媒，粒径：０.２μｍ以下のルチル型酸化チタン粉末が分散したトップ塗膜が設けられている。ルチル型酸化チタン粉末は、単独配合量：１０〜５０質量％，可視光励起型光触媒との合計配合量：２０〜８０質量％でトップ塗膜に分散しており、可視光励起型光触媒の光吸収に起因する黄変を光の散乱反射で相殺し、塗膜の白色度を高くする。
【選択図】 なし
Description
本発明は、可視光照射で光触媒活性を示し、しかも白色表面を呈する塗装金属板及びその製造方法に関する。
ＴｉＯ2を初めとする光触媒は、紫外光照射で活性化し、有機物，ＮＯx，ＳＯx等を分解する作用を呈する。光触媒作用を活用し、アナターゼ型のＴｉＯ2粒子を配合した塗膜を基材表面に設けることにより、塗装金属板に光触媒活性を付与することが検討されている。
紫外光照射に代え可視光照射でも光触媒活性を発現させるため、金属イオンをイオン注入した酸化チタン(特許文献１)，炭化水素化合物及び水素の存在下でのプラズマ処理により酸素欠陥をコントロールした酸化チタン(特許文献２)，酸化チタン前駆体をアンモニアガス存在下で熱処理することにより製造された窒素ドープ酸化チタン(特許文献３)等が提案されている。
特開平9-262482号公報
特開平11-333301号公報
特開2001-278625号公報
紫外光照射に代え可視光照射でも光触媒活性を発現させるため、金属イオンをイオン注入した酸化チタン(特許文献１)，炭化水素化合物及び水素の存在下でのプラズマ処理により酸素欠陥をコントロールした酸化チタン(特許文献２)，酸化チタン前駆体をアンモニアガス存在下で熱処理することにより製造された窒素ドープ酸化チタン(特許文献３)等が提案されている。
酸化チタン等の光触媒を用いた物質の分解処理では、通常、紫外光照射で光触媒を励起している。そのため、光触媒機能を付与した内装材や内壁材では、紫外光照射光源を新たに設置することが必要とされ、設置場所の確保に工夫を要することは勿論、コストアップの原因にもなる。
他方、可視光励起型光触媒を使用すると特別な紫外光照射光源を必要とせず蛍光灯の光でも有機物の分解反応が生じる。しかし、可視光励起は可視光の吸収を意味し、粉末自体が黄色味を帯びてくる。微粒化した光触媒をバインダに高分散させ、且つ膜厚を１μｍ以下にすると透明塗膜になるが、薄膜化は有機物の分解能にとって好ましくない。すなわち、有機物分解能を高める上で厚膜ほど好ましく、膜厚：３μｍ以上で光触媒塗膜を形成しており、厚膜化に伴い黄色味の強い塗膜になりがちである。
他方、可視光励起型光触媒を使用すると特別な紫外光照射光源を必要とせず蛍光灯の光でも有機物の分解反応が生じる。しかし、可視光励起は可視光の吸収を意味し、粉末自体が黄色味を帯びてくる。微粒化した光触媒をバインダに高分散させ、且つ膜厚を１μｍ以下にすると透明塗膜になるが、薄膜化は有機物の分解能にとって好ましくない。すなわち、有機物分解能を高める上で厚膜ほど好ましく、膜厚：３μｍ以上で光触媒塗膜を形成しており、厚膜化に伴い黄色味の強い塗膜になりがちである。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、ルチル型酸化チタン粉末を可視光励起型光触媒と共に分散させることにより、可視光励起を可能とし、紫外光の微弱な蛍光灯や紫外光のほとんど無いナトリウムランプが設置されている場所でも、汚染物質，臭気，ＮＯx，ＳＯx等を効率良く分解でき、黄色味を抑えた白色面を呈する塗装金属板を提供することを目的とする。
本発明の塗装金属板は、可視光励起型光触媒及びルチル型酸化チタン粉末を分散させた可視光励起型光触媒塗膜(トップ塗膜)が金属基板の表面に直接又は間接的に形成されていることを特徴とする。金属基板には、普通鋼板，めっき鋼板，ステンレス鋼板，アルミニウム板，アルミニウム合金板等が使用される。
可視光励起型光触媒粒子としては、窒素ドープされた酸化チタン，カーボンドープされた酸化チタン，酸素欠損型酸化チタンから選ばれた一種又は二種以上の酸化チタン粒子が使用される。可視光励起型光触媒は粒径：０.２μｍ以下のルチル型酸化チタン粉末と共にシリカ系塗膜に分散される。ルチル型酸化チタン粉末の単独配合量：１０〜５０質量％，ルチル型酸化チタン粉末と可視光励起型光触媒との合計配合量：２０〜８０質量％で、可視光励起型光触媒，ルチル型酸化チタン粉末がシリカ系塗膜に分散される。
可視光励起型光触媒塗膜(トップ塗膜)は、金属基板の表面に直接又はプライマ塗膜を介し設けられる。
可視光励起型光触媒粒子としては、窒素ドープされた酸化チタン，カーボンドープされた酸化チタン，酸素欠損型酸化チタンから選ばれた一種又は二種以上の酸化チタン粒子が使用される。可視光励起型光触媒は粒径：０.２μｍ以下のルチル型酸化チタン粉末と共にシリカ系塗膜に分散される。ルチル型酸化チタン粉末の単独配合量：１０〜５０質量％，ルチル型酸化チタン粉末と可視光励起型光触媒との合計配合量：２０〜８０質量％で、可視光励起型光触媒，ルチル型酸化チタン粉末がシリカ系塗膜に分散される。
可視光励起型光触媒塗膜(トップ塗膜)は、金属基板の表面に直接又はプライマ塗膜を介し設けられる。
塗装原板は、必要に応じ脱脂，酸洗，クロメート処理，クロムフリー処理等の塗装前処理が施される。顔料を含むプライマ塗料を塗布し、焼付け乾燥することによりプライマ塗膜が形成される。プライマ塗料としては、光触媒反応で分解しない無機顔料や防錆顔料を含むシリカ系塗料が好ましい。シリカ系塗料で成膜されたプライマ塗膜は、可視光励起型光触媒やルチル型酸化チタン粉末を分散させたトップ塗膜との密着性が良好であり、隠蔽性を考慮し膜厚：０.５〜１０μｍで形成することが好ましい。
プライマ塗膜を形成した後、或いは前処理された金属基板の表面に直接、可視光励起型光触媒塗膜(トップ塗膜)が設けられる。トップ塗膜は、可視光励起型光触媒，ルチル型酸化チタン粉末を含むシリカ系塗料をロールコート，スプレー，刷毛塗り等で塗布し、熱処理を施すことにより形成される。トップ塗膜の膜厚は、必要な光触媒活性を得る上で０.５〜１０μｍの範囲に設定することが好ましい。
プライマ塗膜を形成した後、或いは前処理された金属基板の表面に直接、可視光励起型光触媒塗膜(トップ塗膜)が設けられる。トップ塗膜は、可視光励起型光触媒，ルチル型酸化チタン粉末を含むシリカ系塗料をロールコート，スプレー，刷毛塗り等で塗布し、熱処理を施すことにより形成される。トップ塗膜の膜厚は、必要な光触媒活性を得る上で０.５〜１０μｍの範囲に設定することが好ましい。
酸化チタンを初めとする光触媒を紫外光照射すると、有機物，ＮＯx，ＳＯx等を分解する反応が生起する。この分解反応は、紫外光照射で酸化チタンの価電子帯の電子がエネルギーを吸収して伝導体に励起され、価電子帯に正孔が生じ、正孔の非常に強い酸化力によって有機物，ＮＯx，ＳＯx等が酸化分解されるものと考えられている。
一方、可視光励起型光触媒は、Ｎ，Ｃ等のドープや酸素欠陥の導入でバンドギャップが小さくなっており、紫外光のみならず４５０ｍｍ程度までの可視光を吸収して有機物，ＮＯx，ＳＯx等を分解できる。しかし、４５０ｍｍ程度までの可視光（青色）を吸収する結果、可視光励起型光触媒が添加されている塗膜が黄色味を帯びる。
一方、可視光励起型光触媒は、Ｎ，Ｃ等のドープや酸素欠陥の導入でバンドギャップが小さくなっており、紫外光のみならず４５０ｍｍ程度までの可視光を吸収して有機物，ＮＯx，ＳＯx等を分解できる。しかし、４５０ｍｍ程度までの可視光（青色）を吸収する結果、可視光励起型光触媒が添加されている塗膜が黄色味を帯びる。
通常の塗膜では青色顔料（補色）の添加により黄色味を抑えられるが、濃色の顔料を添加すると明度が落ちて暗い外観となってしまう、そこで、白顔料添加で黄色味を抑えることを検討した結果、粒径：０.２μｍ以下のルチル型酸化チタン粉末を添加すると、明度が高いまま黄色味を抑えられることを見出した。
黄色味の抑制は、塗膜に分散しているルチル型酸化チタン粉末の粒径が光の波長以下であり、散乱する光の波長と分散粒子の粒径との関係によるものと考えられる。すなわち、ルチル型酸化チタンの粒径と青，緑，赤色の光の散乱率の関係をみると、短波長の青色光を最もよく散乱する粒径は小さく(０.１５μｍ付近)、長波長の赤色光の散乱最大となる粒径は大きい(０.２５μｍ付近)。その結果、微粒状ルチル型酸化チタンからの反射散乱光が青味を帯び、青色を吸収して黄色味を呈する可視光励起型光触媒と相殺しあい、明度が高く白色を呈するものと考えられる。
黄色味の抑制は、塗膜に分散しているルチル型酸化チタン粉末の粒径が光の波長以下であり、散乱する光の波長と分散粒子の粒径との関係によるものと考えられる。すなわち、ルチル型酸化チタンの粒径と青，緑，赤色の光の散乱率の関係をみると、短波長の青色光を最もよく散乱する粒径は小さく(０.１５μｍ付近)、長波長の赤色光の散乱最大となる粒径は大きい(０.２５μｍ付近)。その結果、微粒状ルチル型酸化チタンからの反射散乱光が青味を帯び、青色を吸収して黄色味を呈する可視光励起型光触媒と相殺しあい、明度が高く白色を呈するものと考えられる。
〔金属基板〕
普通鋼板，亜鉛めっき鋼板やアルミニウムめっき鋼板等の各種めっき鋼板，ステンレス鋼板，アルミニウム板，アルミニウム合金板等が金属基板(塗装原板)に使用される。必要に応じ、アルカリ脱脂，クロメート処理，クロムフリー処理，リン酸塩処理等の前処理が施される。めっき鋼板を使用する場合、溶接部からの発錆を防止するため、溶接箇所にジンク塗料、アルミ塗料を予め施しておくことが好ましい。
普通鋼板，亜鉛めっき鋼板やアルミニウムめっき鋼板等の各種めっき鋼板，ステンレス鋼板，アルミニウム板，アルミニウム合金板等が金属基板(塗装原板)に使用される。必要に応じ、アルカリ脱脂，クロメート処理，クロムフリー処理，リン酸塩処理等の前処理が施される。めっき鋼板を使用する場合、溶接部からの発錆を防止するため、溶接箇所にジンク塗料、アルミ塗料を予め施しておくことが好ましい。
〔プライマ塗膜〕
防錆顔料，体質顔料，白色顔料の一種又は二種以上をシリカ系バインダに配合した塗料を塗装原板に塗布し熱処理すると、塗装原板及びトップ塗膜に対する密着性，耐食性に優れたプライマ塗膜が形成される。シリカ系バインダとしてスチレン換算分子量：３００以上のものを使用すると、塗膜の応力が低下し耐剥離性が向上する。塗装原板が耐食性に優れ、トップ塗膜の密着性が良好な場合、プライマ塗膜を省略できる。
防錆顔料，体質顔料，白色顔料の一種又は二種以上をシリカ系バインダに配合した塗料を塗装原板に塗布し熱処理すると、塗装原板及びトップ塗膜に対する密着性，耐食性に優れたプライマ塗膜が形成される。シリカ系バインダとしてスチレン換算分子量：３００以上のものを使用すると、塗膜の応力が低下し耐剥離性が向上する。塗装原板が耐食性に優れ、トップ塗膜の密着性が良好な場合、プライマ塗膜を省略できる。
〔トップ塗膜〕
塗装原板に直接、或いはプライマ塗膜の上に、可視光励起型光触媒，微粒状ルチル型酸化チタン粉末をスチレン換算分子量：３００以上のシリカ系バインダに分散させたトップ塗料を塗布し熱処理することにより、可視光励起でも高い光触媒活性を示し、白色を呈するトップ塗膜が形成される。
トップ塗料は、シリカ系バインダに可視光励起型光触媒，粒径：０.２μｍ以下のルチル型酸化チタンが分散したトナーを配合することにより調製される。シリカ系バインダには、固形分として単独配合量：１０〜５０質量％，可視光励起型光触媒との合計配合量：２０〜８０質量％でルチル型酸化チタン粉末が配合される。ルチル型酸化チタンの配合量が１０質量％未満では白色度が不足し、８０質量％を超える合計配合量ではトップ塗膜の密着性が低下する。可視光励起型光触媒の配合量は、１０〜５０質量％の範囲で選定される。
塗装原板に直接、或いはプライマ塗膜の上に、可視光励起型光触媒，微粒状ルチル型酸化チタン粉末をスチレン換算分子量：３００以上のシリカ系バインダに分散させたトップ塗料を塗布し熱処理することにより、可視光励起でも高い光触媒活性を示し、白色を呈するトップ塗膜が形成される。
トップ塗料は、シリカ系バインダに可視光励起型光触媒，粒径：０.２μｍ以下のルチル型酸化チタンが分散したトナーを配合することにより調製される。シリカ系バインダには、固形分として単独配合量：１０〜５０質量％，可視光励起型光触媒との合計配合量：２０〜８０質量％でルチル型酸化チタン粉末が配合される。ルチル型酸化チタンの配合量が１０質量％未満では白色度が不足し、８０質量％を超える合計配合量ではトップ塗膜の密着性が低下する。可視光励起型光触媒の配合量は、１０〜５０質量％の範囲で選定される。
可視光励起型光触媒には、窒素ドープされた酸化チタン，カーボンドープされた酸化チタン，酸素欠損型酸化チタン等の一種又は二種以上が使用される。なかでも、化学的に安定であり、安価で活性度の高い微粒子が得られることから、窒素ドープされた酸化チタンが好ましい。白色を得るために添加するルチル型酸化チタンは、表面処理されていないもの、アルミナ，シリカ，ジルコニア等で表面処理されているもの何れも使用できるが、分散トナー中及びシリカ系バインダと混合した際の分散性が良好である粒子ほど好ましい。
塗布されたトップ塗料は、焼付け温度：１５０〜４００℃で焼成される。十分な縮重合反応を行わせる上で１５０℃以上の加熱温度が必要であるが、４００℃を超える高温加熱では塗膜剥離に至るクラックが入り易い。形成されたトップ塗膜は、配合されている可視光励起型光触媒及びルチル型酸化チタンの複合作用により十分な白色度の外観を呈し、可視光照射下で'も光触媒反応が進行し、有機物，ＮＯx，ＳＯx等が分解される。しかも、塗膜表面が親水性であるため、雨水等で汚れ，油等を洗い流すセルフクリーニング作用も発現する。
〔塗装鋼板の製造〕
製造例１(本発明例)
板厚：０.５ｍｍの亜鉛めっき鋼板をアルカリ脱脂，リン酸亜鉛処理した後、水洗，乾燥した。次いで、スチレン換算分子量：３００以上のシリカ系バインダに防錆顔料，体質顔料を分散させたプライマ塗料を塗布し、１４０℃×２０分の加熱焼付けでプライマ塗膜を形成した。更に、粒径：０.２μｍのルチル型酸化チタン粉末，粒径：２０ｎｍの窒素ドープ酸化チタン(可視光励起型光触媒)をスチレン換算分子量：３００以上のシリカ系バインダに分散させたトップ塗料を塗布し、２００℃×２０分の加熱焼付けでトップ塗膜を形成した。
製造例２(本発明例)
ステンレス鋼板を塗装原板に用い、酸素欠陥型酸化チタンを可視光励起型光触媒粉末として使用した以外は、製造例１と同じ条件下でトップ塗膜を形成した。
製造例１(本発明例)
板厚：０.５ｍｍの亜鉛めっき鋼板をアルカリ脱脂，リン酸亜鉛処理した後、水洗，乾燥した。次いで、スチレン換算分子量：３００以上のシリカ系バインダに防錆顔料，体質顔料を分散させたプライマ塗料を塗布し、１４０℃×２０分の加熱焼付けでプライマ塗膜を形成した。更に、粒径：０.２μｍのルチル型酸化チタン粉末，粒径：２０ｎｍの窒素ドープ酸化チタン(可視光励起型光触媒)をスチレン換算分子量：３００以上のシリカ系バインダに分散させたトップ塗料を塗布し、２００℃×２０分の加熱焼付けでトップ塗膜を形成した。
製造例２(本発明例)
ステンレス鋼板を塗装原板に用い、酸素欠陥型酸化チタンを可視光励起型光触媒粉末として使用した以外は、製造例１と同じ条件下でトップ塗膜を形成した。
製造例３(比較例)
ルチル型酸化チタンを含まないトップ塗料を使用する以外、製造例１と同じ条件下でトップ塗膜を形成した。
製造例４(比較例)
可視光励起型光触媒粉末を舎まないトップ塗料を使用する以外、製造例１と同じ条件下でトップ塗膜を形成した。
製造例５(比較例)
ルチル型酸化チタンに代えて無機の青色顔料を含むトップ塗料を使用する以外、製造例１と同じ条件下でトップ塗膜を形成した。
ルチル型酸化チタンを含まないトップ塗料を使用する以外、製造例１と同じ条件下でトップ塗膜を形成した。
製造例４(比較例)
可視光励起型光触媒粉末を舎まないトップ塗料を使用する以外、製造例１と同じ条件下でトップ塗膜を形成した。
製造例５(比較例)
ルチル型酸化チタンに代えて無機の青色顔料を含むトップ塗料を使用する以外、製造例１と同じ条件下でトップ塗膜を形成した。
〔塗装鋼板の性能評価〕
得られた各塗装金属板から試験片を切り出し、色彩測定、トルエン分解試験に供した。
(１)色彩測定
JIS Z8722に準拠した物体色の測定に使用される分光測色計(CM-37001：ミノルタ株式会社製、光源C)を用い、Ｌ値及びｂ値を測定した。Ｌ値が高いほど明度が高く、ｂ値が大きいほど黄色味の強い塗膜である。
得られた各塗装金属板から試験片を切り出し、色彩測定、トルエン分解試験に供した。
(１)色彩測定
JIS Z8722に準拠した物体色の測定に使用される分光測色計(CM-37001：ミノルタ株式会社製、光源C)を用い、Ｌ値及びｂ値を測定した。Ｌ値が高いほど明度が高く、ｂ値が大きいほど黄色味の強い塗膜である。
(２)トルエン分解試験
５０ｍｍ×３００ｍｍの試験片をガラス製容器に入れ、ガラス製容器を蛍光灯(照度：２０００ルクス)で照射しながら、濃度：１ｐｐｍのトルエンガスを含む高純度空気(湿度：５０％)を流量：０.５リットル／分で連続的にガラス製容器に送り込んだ。ガラス製容器のガス出側で、ガスクロマトグラフィ(GC-FID)を用いてトルエン濃度を測定した。トルエンの初期濃度Ａ1及び分解後濃度Ａ2の測定値から、次式に従ってトルエン除去率を算出した。
トルエン除去率(％)＝[(Ａ1−Ａ2)／Ａ1]×１００
５０ｍｍ×３００ｍｍの試験片をガラス製容器に入れ、ガラス製容器を蛍光灯(照度：２０００ルクス)で照射しながら、濃度：１ｐｐｍのトルエンガスを含む高純度空気(湿度：５０％)を流量：０.５リットル／分で連続的にガラス製容器に送り込んだ。ガラス製容器のガス出側で、ガスクロマトグラフィ(GC-FID)を用いてトルエン濃度を測定した。トルエンの初期濃度Ａ1及び分解後濃度Ａ2の測定値から、次式に従ってトルエン除去率を算出した。
トルエン除去率(％)＝[(Ａ1−Ａ2)／Ａ1]×１００
表１の調査結果から明らかなように、何れの可視光励起型光触媒粉末を用いた場合でも、粒径：０.２μｍ以下のルチル型酸化チタンを添加しないトップ塗膜では、光触媒活性が高くても黄色味を帯びていた。青色顔料を添加した比較例３では、黄色味が抑えられているものの明度低下が大きく、暗い外観になっていた。
これに対して、粒径：０.２μｍ以下のルチル型酸化チタン粉末を分散させた本発明例１，２では、明度が高くｂ値が低下しており、光触媒反応による有機物分解能も優れていた。
これに対して、粒径：０.２μｍ以下のルチル型酸化チタン粉末を分散させた本発明例１，２では、明度が高くｂ値が低下しており、光触媒反応による有機物分解能も優れていた。
以上に説明したように、本発明の白色塗装金属板は、可視光励起型光触媒粉末，ルチル型酸化チタン粉末をシリカ系バインダに分散させたトップ塗膜を備えており、可視光域での光触媒活性を有したまま黄色味を抑えた白色の外観になっている。可視光下の光触媒活性が塗膜に付与されているので、室内灯やトンネル内のナトリウムランプ等を光源とする光照射によっても励起されて光触媒反応が生じ、しかも十分な白色を呈する。長期間にわたって美麗な表面に維持され、有機物，汚れ，ＳＯx，ＮＯx等が効率的に分解されるので、内装材，表装材，トンネル内装板等、広範な分野で使用される。
Claims (5)
- スチレン換算分子量：３００以上のシリカ系バインダに可視光励起型光触媒粒子及びルチル型酸化チタン粉末を分散させたトップ塗膜が基材表面に設けられていることを特徴とする白色塗装金属板。
- 可視光励起型光触媒が、窒素ドープされた酸化チタン，カーボンドープされた酸化チタン、酸素欠損型酸化チタンから選ばれた一種又は二種以上である請求項１記載の白色塗装金属板。
- 粒径：０.２μｍ以下のルチル型酸化チタン粉末が単独配合量：１０〜５０質量％，合計配合量：２０〜８０質量％でトップ塗膜に分散している請求項１記載の白色塗装金属板。
- 普通鋼板，めっき鋼板，ステンレス鋼板，アルミニウム板又はアルミニウム合金板を基材とする請求項１〜３何れかに記載の白色塗装金属板。
- 無機顔料を含むシリカ系バインダを塗布・焼成しプライマ塗膜を金属板の表面に形成した後、スチレン換算分子量：３００以上の分子集合体を含むシリカ系バインダに可視光励起型光触媒及びルチル型酸化チタン粉末を含むトナーを配合したトップ塗料を塗布し、１５０〜４００℃で焼き付けることを特徴とする可視光励起型光触媒活性が付与された白色塗装金属板の製造方法。
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| JP2005090665A JP2006272036A (ja) | 2005-03-28 | 2005-03-28 | 可視光励起型光触媒活性が付与された白色塗装金属板及びその製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2017162808A (ja) * | 2016-03-08 | 2017-09-14 | 日鉄住金鋼板株式会社 | 光活用空間システム |
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2005
- 2005-03-28 JP JP2005090665A patent/JP2006272036A/ja not_active Withdrawn
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