JP2007265835A - 防汚照明体 - Google Patents

防汚照明体 Download PDF

Info

Publication number
JP2007265835A
JP2007265835A JP2006090212A JP2006090212A JP2007265835A JP 2007265835 A JP2007265835 A JP 2007265835A JP 2006090212 A JP2006090212 A JP 2006090212A JP 2006090212 A JP2006090212 A JP 2006090212A JP 2007265835 A JP2007265835 A JP 2007265835A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
photocatalyst
light
group
led
resin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006090212A
Other languages
English (en)
Inventor
Shunji Kamiya
俊児 神谷
Kyosuke Komiya
強介 小宮
Kenichi Morita
賢一 森田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asahi Kasei Chemicals Corp
Original Assignee
Asahi Kasei Chemicals Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Kasei Chemicals Corp filed Critical Asahi Kasei Chemicals Corp
Priority to JP2006090212A priority Critical patent/JP2007265835A/ja
Publication of JP2007265835A publication Critical patent/JP2007265835A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Arrangement Of Elements, Cooling, Sealing, Or The Like Of Lighting Devices (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Cleaning In General (AREA)

Abstract

【課題】光触媒の光励起性に優れ、屋内使用にも適した省エネ、省スペースの発光システムによる防汚照明体を提供する。
【解決手段】光透過性材料の直下にLED光源を配置し、該光透過性材料1の上に直接光触媒層6を積層してなる防汚照明体であり、上記LED光源がピーク波長350〜390nmの波長を発するLED(1)3と、可視光を発するLED(2)及び/又は白色光を発するLED(3)4とからなり、LED(1)の発光時間が、LED(2)及び/又はLED(3)の単位発光時間当たり1/100〜99/100の間発光するように制御されている防汚照明体とする。
【選択図】図3

Description

本発明は、抗菌、防黴、防汚、脱臭、空気浄化などの作用を長期間に亘って発揮できる光触媒層を有する照明体に関する。
ある種の物質に、その物質の伝導帯と価電子帯との間のエネルギーギャップ(バンドギャップ)よりも大きなエネルギーを持つ光、即ちその物質のバンドギャップに対応する光よりも波長の短い光(励起光)を照射すると、光エネルギーによって価電子帯中の電子の励起(光励起)が起こり、伝導帯に電子が、価電子帯に正孔が生成する。この時、伝導帯に生成した電子の還元力及び/又は価電子帯に生成した正孔の酸化力を利用して、種々の化学反応を行うことができる。
即ち、上記のような物質は、励起光照射下において触媒のように用いることができる。そのため、上記のような物質は光触媒と呼ばれており、その最も代表的な例として酸化チタンが知られている。
この光触媒によって促進される化学反応の例としては、種々の有機物の酸化分解反応を挙げることができる。従って、この光触媒を種々の基材の表面に固定化させれば、基材の表面に付着した種々の有機物を、光エネルギーを利用して酸化分解することができることになる。
また、光触媒の中には、酸化チタンのように、光照射により、その光触媒の表面の親水性が非常に高まるものも多く知られており、このような親水性を発現する光触媒を種々の基材の表面に固定化させれば、光照射による有機物分解作用及び/又は親水化作用によりその基材の表面の親水性を高めることができるようになる。
近年、上記のような光触媒の特性を、環境浄化、種々の基材の表面への汚れの付着防止や曇りの防止を始めとする、種々の分野に応用するための研究が盛んになってきている。
例えば、光触媒を光励起させる光源として、特許文献1には蛍光灯、白熱電球、メタルハライドランプ、水銀ランプ、太陽光中の紫外線が開示されている。
また、光触媒を無機基材の上に光触媒膜や光触媒粒子を支持して用いる場合は問題ないが、一部の有機材料を除き、一般に有機基材の上に光触媒膜や光触媒粒子を支持して用いる場合は、上記光触媒作用により有機基材表面部が分解するため、様々な問題が発生する。具体的には、有機基材表面部が分解すると、その上に存在している光触媒層が足場を失うため、脱落する。またそれにより、光触媒作用を利用した目的の機能(防汚性や、抗菌性、脱臭性など)が失われるだけでなく、表面光沢が低下したり、粉吹き状態になるなど、本来の外観特性や意匠性も失われてしまう。
このような問題に対し、特許文献2や特許文献3には、有機基材と光触媒層との間に、光触媒作用によって分解されにくい難分解性の中間層を介在させる方法が提案されている。
特許第2756474号公報 特開平11−188271号公報 特開2000−6303号公報
しかしながら、特許文献1に開示された光源はいずれも外部光源であり、光触媒を十分に光励起させるには自ずと制限があった。
また、特許文献2及び3に開示された方法では、中間層と光触媒層の界面での長期接着性が不十分であると共に、塗装工程が煩雑で作業性が悪く、生産ロス増加やコスト高になってしまう上、均質な皮膜を得るのが非常に困難であり、有機基材の劣化を完全に防止するのが難しいという問題が有った。また、この方法では光触媒層と難分解物質からなる層との間に明確な膜界面が存在するため、光触媒層の剥離等の問題も発生する。
本発明の課題は、上記問題を解決し、照明体自体の光源により光触媒の光励起性に優れ、屋内使用にも適した省エネ、省スペースの発光システムによる防汚照明体を提供することにある。
更に本発明の課題は、煩雑な工程を必要とせずに、光透過性材料と光触媒を含む光触媒層との間の界面劣化や光触媒層自体の光触媒による劣化を生じることが無く、光照射により長期にわたり、その表面が光触媒活性及び/又は親水性を発現する耐候性に優れた光触媒光触媒層を有する光透過性材料を提供することにある。
即ち、本発明は、光透過性材料の直下にピーク波長350〜390nmの波長を発するLED(1)と、可視光を発するLED(2)及び/又は白色光を発するLED(3)とからなるLED光源が配設された照明体において、光透過性材料上に光触媒層が積層されたことを特徴とする防汚照明体である。
本発明においては、下記の構成を好ましい態様として含む。
上記LED(1)の発光時間が、LED(2)及び/又はLED(3)の単位発光時間当たり1/100〜99/100の間発光するように制御されていること。
上記光触媒層が光触媒(A)及びバインダー成分(B)を含む光触媒組成物(C)からなること。
上記光透過性材料が光透過性樹脂であること。
上記光透過性樹脂がメタクリル樹脂であること。
本発明によれば、光源としてLEDを用いていることから、光触媒層に強い光触媒活性及び/又は親水性(水の接触角が20゜以下、好ましくは10゜以下)を発現させることができる。また、該光源において特定波長のLEDの発光時間を制御することにより、上記光触媒層の光触媒活性及び/又は親水性の発現性を低下させることなく、光透過性材料の劣化を防止することができる。更に、光触媒層における光触媒の濃度を表面と光透過性材料側とで傾斜させることにより、光触媒層に接する光透過性材料の劣化や光触媒層の剥離を防止することができる。よって、本発明によれば、降雨や簡単な水洗浄で長期にわたり美観を保ちながら、有害物質を分解して環境浄化ができる照明体を提供することができる。特に、照明体内部の光源により光触媒が活性化されるため、屋内使用において効果的である。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明において光触媒活性とは、光照射によって酸化、還元反応を起こすことを言う。材料の表面が光触媒活性であるか否かは、該材料表面の光照射時における色素等の有機物の分解性を測定することにより判定することができる。光触媒活性を有する表面は、優れた汚染有機物質の分解活性や耐汚染性を発現する。
また、本発明において親水性とは、好ましくは20℃での水の接触角が60゜以下である場合を言うが、特に水の接触角が20゜以下の親水性を有する表面は、降雨等の水による自己浄化能(セルフクリーニング)による耐汚染性を発現するので好ましい。更に優れた耐汚染性発現の点からは表面の水の接触角は10゜以下であることが好ましく、更に好ましくは5゜以下である。
本発明の照明体は、光透過性材料の直下にLED(Light Emitting Diode;発光ダイオード)光源を有し、表面側に中間層などを介さずに光触媒層を積層してなる。
本発明においては、このLED光源として、ピーク波長350〜390nmの波長を発するLED(1)と、可視光を発するLED(2)及び/又は白色光を発するLED(3)とを組み合わせて用いる。
本発明に用いられる上記LED光源(1)としては、後述する光触媒層の構成成分である光触媒(A)のバンドギャップエネルギーより高いエネルギーの光(励起光)を発するものであれば良い。具体的には、日亜化学工業株式会社製NSHU550A、NSHU590A、NSHU550B、NSHU590B、NCCU001、NCCU033等が挙げられるが、これらに制限されるものではない。
また、LED(2)は三原色のLEDを単色又は混色し、所望の色調としたものを用いることができる。更に、LED(3)としては三原色のLEDを混色するか、青色LEDと蛍光体からなる白色光等を利用できる。これらの例としては、日亜化学工業株式会社製表面実装型発光ダイオード「Power LED Series」、「Top View Series」、「Side View Series」、「Full Color Series」、「C Series」や砲弾型発光ダイオード「Warm White Series」、「F3 Series」、「F5 Series」、「F7.5 Series」、「Ovel Series/Super Ovel Series」、「Flat Series」、「Full Colar、Series」等が挙げられるが、これらに制限されるものではない。
本発明において望ましくは、LED(1)の発光時間が、LED(2)及び/又はLED(3)の単位発光時間当たり1/100〜99/100の間、好ましくは10/100〜90/100の間、更に好ましくは20/100〜80/100の間発光するように制御する。即ち、LED(2)及び/又はLED光源(3)を継続的に発光するのに対して、LED(1)を断続的に発光させる。上記範囲内であれば、LED(1)は光触媒を励起させることができ、光透過性材料の劣化を防ぐことができる。
LED光源と光透過性材料との間隔は特に規定されるものではないが、500mm以下がLED(1)による光触媒の光励起を効果的に発現させる上で好ましい。
本発明において用いられる光透過性材料としては、無機材料、例えばガラス等や、有機材料、例えば種々の熱可塑性樹脂が適用可能であるが、好ましくはメタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン系樹脂、環状オレフィン系樹脂、非晶性ポリエステル樹脂等の光学材料であり、更に好ましくはメタクリル樹脂である。
以下、本発明の光透過性樹脂として適用可能な樹脂について、より詳細に記す。
メタクリル樹脂とは、メタクリル酸メチル或いはメタクリル酸エチルを70重量%以上と、これ等と共重合性を有する単量体とを共重合することにより得ることができる。これ等と共重合性を有する単量体としてはメタクリル酸ブチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸2−エチルヘキシル等のメタクリル酸エステル類、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸フェニル、アクリル酸2−エチルヘキシル等のアクリル酸エステル類、メタクリル酸、アクリル酸等の不飽和酸類等が適用可能である。
また、耐熱性メタクリル樹脂、低吸湿性メタクリル樹脂、耐衝撃性メタクリル樹脂等も適用可能である。耐衝撃性メタクリル樹脂とは、例えばメタクリル樹脂にゴム弾性体をブレンドしたものである。そのゴム弾性体の一例としては、アクリル系重合体芯材料の周りに弾性層及び非弾性層を交互に生成させる多段階逐次重合法により製造される多段重合体が挙げられる。このゴム弾性体をメタクリル樹脂にブレンドすることで、上記の耐衝撃性メタクリル樹脂が得られる。
また、ポリカーボネート樹脂を用いる場合には、ポリカーボネート樹脂としてビスフェノールAに代表される二価フェノール系化合物から誘導される重合体が用いられる。ポリカーボネート樹脂の製造方法は、特に限定されるものではなく、ホスゲン法、エステル交換法或いは固相重合法等の周知の慣用の方法で製造されたものを適用することができる。
環状オレフィン系樹脂とは、ノルボルネンやシクロヘキサジエン等のポリマー鎖中に環状オレフィン骨格を含む重合体若しくはこれ等を含む共重合体であり、非晶性熱可塑性樹脂に属する。その製造方法については特に限定されるものではない。例えば、ノルボルネンを主とした環状オレフィン樹脂の一例としては、エチレン・ノルボルネン共重合体であるTicona株式会社製の「Topas」(商品名)が適用可能であり、シクロペンタジエン開環重合体の一例としては日本ゼオン株式会社製の「Zeonex」(商品名)等が適用可能である。
スチレン系樹脂とは、スチレンを必須成分とするホモポリマー、コポリマー又はこれ等のポリマーと他の樹脂とから得られるポリマーブレンド等である。特にポリスチレン、アクリロニトリルとスチレンの共重合体樹脂であるAS樹脂、メタクリル酸エステルとスチレンの共重合体樹脂であるMS樹脂を用いることが好ましい。
更にスチレン系樹脂相中にゴムが分布した透明強化ポリスチレンも好ましく使用できる。スチレン系樹脂の製造方法は、特に限定されるものではなく、周知慣用の方法で製造されたものを使用することができる。
非晶性ポリエステルとは、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ヘキサエチレングリコール等の脂肪族グリコール、シクロヘキサンジメタノール等の脂環族グリコール、ビスフェノール、1,3−ビス(2−ヒドロキシエトキシ)ベンゼン、1,4−ビス(ヒドロキシエトキシ)ベンゼン等の芳香族ジヒドロキシ化合物、或いはこれ等の2種類以上から選ばれたジヒドロキシ化合物単位と、テレフタル酸、イソフタル酸、2,6−ナフタリンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸、シュウ酸、アジピン酸、セバシン酸、コハク酸、ウンデカジカルボン酸等の脂肪族ジカルボン酸、ヘキサヒドロテレフタル酸等の脂肪族ジカルボン酸、或いはこれ等の2種類以上から選ばれたジカルボン酸単位とから形成されるポリエステルの中で非晶性の樹脂が適用可能である。
非晶性ポリエステルの製造方法は、特に限定されるものではなく、周知慣用の方法で製造することができる、非晶性ポリエステルとして容易入手し得る市販銘柄としては、イーストマン・コダック社の製品である「KODAR PETG」或いは「PCTA」等が適用可能である。
また、上記本発明の光透過性樹脂には、必要に応じて軟質重合体を添加しても良い。例えば、α−オレフィンからなるオレフィン系軟質重合体、イソブチレンからなるイソブチレン系軟質重合体、ブタジエン、イソプレン等の共役ジエンからなるジエン系軟質重合体、ノルボルネン、シクロペンテン等の環状オレフィンからなる環状オレフィン系軟質重合体、有機ポリシロキサン系軟質重合体、α、β−不飽和酸とその誘導体からなる軟質重合体、不飽和アルコール及びアミン又はそのアシル誘導体又はアセタールからなる軟質重合体、エポキシ化合物の重合体、フッ素系ゴム等が適用できる。
本発明では、光透過性材料として、光透過性樹脂に光拡散剤を配合し、面発光体としても使用できる。光散乱剤として適用可能な材料としては、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、アルミナ、二酸化チタン、二酸化ケイ素、ガラスビーズ等の無機微粒子、スチレン架橋ビーズ、MS架橋ビーズ、シロキサン系架橋ビーズ等の有機微粒子等が挙げられる。また、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、MS樹脂、環状オレフィン樹脂等の透明性の高い樹脂材料からなる中空架橋微粒子及びガラスからなる中空微粒子等も光散乱剤として適用可能である。
また、面発光体に分散される光散乱剤の形状は特に限定されるものではなく、例えば、真球状、球状、平面扇形状、キュービック状、平面菱形状、六方晶状、不定形状等の光散乱剤が適用可能である。
上記面発光体は単層、或いは基材層及び皮膜層からなる多層のいずれでも使用できる。多層面発光体の場合、基材層の厚さに対する皮膜層の厚さの比が1/300〜1/7であり、且つ、基材層の光散乱剤濃度に対する皮膜層の光散乱剤濃度の比が100/1〜2000/1である。
尚、以下では、基材層の厚さに対する皮膜層の厚さの比を「皮膜層/基材層の厚さ比」と記し、基材層の光散乱剤濃度に対する皮膜層の光散乱剤濃度の比を「皮膜層/基材層の光散乱剤濃度比」と記す。
尚、本発明において、光散乱剤濃度とは、光透過性樹脂中に含まれる光散乱剤の重量分率をppmで定義した値である。
また、本発明に多層面発光体を用いる場合は、皮膜層/基材層の厚さ比が1/200〜1/15で、且つ、皮膜層/基材層の光散乱剤の濃度比が200/1〜1500/1の範囲であることが好ましく、更に好ましくは、皮膜層/基材層の厚さ比が1/100〜1/25で、且つ、皮膜層/基材層の光散乱剤の濃度比が300/1〜1000/1の範囲である。
以下に、本発明の構成部材である光透過性材料として用いられる面発光体の製造方法について記す。
係る面発光体としては、光透過性樹脂中に光散乱剤を分散させ、その組成物を基材層及び皮膜層として用いることが好ましい。尚、上記したように、本発明においては、光透過性樹脂として熱可塑性の樹脂を用いることが好ましい。
ここで、光透過性樹脂と光散乱剤とを有する光透過性樹脂組成物において、光散乱剤の微粒子が透明熱可塑性樹脂中に均一に分散しているのであれば、光透過性樹脂組成物の製造方法は、特に限定されない。但し、光散乱剤の微粒子を予め有機液体中に均一に分散させ、得られた分散液を用いて光透過性樹脂組成物を製造することが好ましい。
面発光体を構成する光透過性樹脂組成物の製造方法としては、光散乱剤の微粒子を予め有機液体中に分散させることにより、光散乱剤の微粒子を光透過性樹脂中に均一に分散させることが好ましい。また、光散乱剤の微粒子を有機液体中に均一に分散させるのは、超音波発生装置を用いることが好ましい。
尚、ここでいう有機液体には、一般有機液体の他、光透過性樹脂を構成する重合性単量体等も含まれ、光散乱剤の微粒子が溶解、膨潤等を起こし難く、また均一に分散するものであれば特に限定されるものではない。また、光散乱剤の微粒子の分散状態により数種類の有機液体を任意の割合で混合して使用しても良い。
一般有機液体としては、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、キシレン、トルエン等の芳香族類、メタノール、エタノール等のアルコール類を適用することができる。また、重合性単量体としては、例えば光透過性樹脂がメタクリル樹脂の場合、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸2−エチルヘキシル等のメタクリル酸エステル類、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸フェニル、アクリル酸2−エチルヘキシル等のアクリル酸エステル類、メタクリル酸、アクリル酸等の不飽和酸類等が適用できる。
多層面発光体の基材層及び皮膜層となる光透過性樹脂及び光散乱剤の微粒子を含む光透過性樹脂組成物を製造する場合、光散乱剤の微粒子を光透過性樹脂中に均一分散させる方法として、例えば、以下の〔1〕或いは〔2〕の方法を適用することができる。
〔1〕押出機で、基材層及び皮膜層となる光透過性樹脂と光散乱剤の微粒子とを溶融混練する方法
この場合には、光散乱剤の微粒子を有機溶液中に、好ましくは超音波発生装置を用いて分散させ、光散乱剤分散液を作製する。作製した光散乱剤分散液と光透過性樹脂とを混合し、その混合物を押出機で溶融混練する。その際、使用する有機液体は上述の通り、光散乱剤の微粒子が溶解、膨潤等を起こすことなく、且つ均一に分散するものであれば何ら限定されるものではない。また分散状態により数種類の有機液体を任意の割合で混合して使用することができる。
ここで、光散乱剤の微粒子と有機液体との混合比は、光散乱剤の微粒子の分散性を考慮して任意に決定することができるが、有機液体100重量部に対して光散乱剤の微粒子を0.001〜80重量部の範囲で混合することが好ましい。
また、光散乱剤と微粒子と有機液体とからなる光拡散剤分散液と、面発光体の基材となる光透過性樹脂との混合比も混合押し出し工程でのハンドリング性を考慮して任意に決定することができるが、面発光体の基材となる光透過性樹脂100重量部に対して分散液を0.001〜10重量部の範囲で混合することが好ましい。
光散乱剤分散液の光透過性樹脂への混合方法は、特に限定されるものではなく、例えば、ヘンシェルミキサーによる混合、スーパーフローターによる混合、タンブラーによる混合といった周知慣用の混合方法で混合することができる。
また、上記混合物の溶融混練に用いられる押出機についても必ずしも特異なものを用いる必要はなく、通常の単軸又は二軸の押出機等であれば良い。但し、分散に使用した有機液体の揮発成分除去の観点からベントロで好ましくは40kPa以下の減圧脱揮が可能な押出機が好ましい。更に、ダイスとしては、皮膜厚さを制御可能な多層ダイスを用いる。
また、光散乱剤の微粒子の二次凝集防止の観点から二軸押出機を使用することが製造上好ましい。押出機の温度は使用する光透過性樹脂の種類によって任意に設定することができる。例えば、光透過性樹脂がメタクリル樹脂を用いる場合には、180℃〜260℃前後である。
〔2〕キャスト法により重合し、面発光体を得る方法
この場合には、光散乱剤の微粒子を、基材となる光透過樹脂の原料単量体、又はこの単量体と共重合可能な単量体中に、好ましくは超音波発生装置を用いて分散させる方法が適用できる。この場合、光散乱剤の微粒子を原材料モノマーの一部に予め分散させ、その後、部分重合したポリマー溶液等に混合して使用することが好ましい。光散乱剤の微粒子とそれを分散する原料モノマーとの量比は、分散性、仕込み時の粘度、ハンドリング性等から任意に決定できる。
また、キャスト法における重合温度、重合時間、重合開始剤量等の重合条件や面発光体となるキャスト板の形成方法についても特に限定されるものではない。キャスト板の形成方法としては、例えば、ガラスセルキャスト法、連続キャスト法等が適用できる。
尚、粒子の分散に使用される超音波発生装置は、特に限定されるものではなく、市販の超音波洗浄機や超音波スターラー等を使用することができる。例えば、超音波周波数が28kHz〜100kHzの超音波洗浄機が一般的に使用される。超音波発生装置による照射時間は、光散乱剤の微粒子の分散状態により任意に設定できるが、一般的には1分〜60分程度照射することが好ましい。
本方法で得られる多層面発光体は輝度比L10/L210を向上することができ、発光輝度の優れた面発光体を得ることができる。
尚、本発明において、輝度比L10/L210は、光源からの距離が10mmの位置における面発光体の輝度をL10、光源からの距離が210mmの位置における面発光体の輝度をL210とした時の両者の比を表している。1に近い輝度比を有する面発光体は発光体としての均一性に優れており、光触媒を均一に光励起するに好ましい。
本発明における光触媒層は、光触媒(A)及びバインダー成分(B)を含む光触媒組成物(C)からなり、光触媒層中における光触媒(A)の濃度が、光透過性材料側から他方の露出面に向かって高くなることが望ましい。
この際、全光触媒層中の光触媒含有量(濃度)100に対し、露出面と接する表面側近傍の相対濃度が120以上であることが光触媒能力や親水化能力の向上効果を発現し、防汚効果が大きくなるために好ましい。より好ましくは150以上、更に好ましくは200以上である。また、光透過性材料に接する側の相対濃度が50以下であると界面劣化防止効果の点で好ましい。該光透過性材料に接する面近傍の相対濃度はより好ましくは10以下、更に好ましくは0であると良い。
また、本発明における光触媒層中における光触媒(A)の濃度は、該光透過性材料に接する面から他方の露出面に向かって徐々に高くなっても良いし、単に該光透過性材料に接する面での光触媒濃度が低く、他方の露出面における光触媒濃度が高く、その間の変化が不連続であっても良い。
更に、かかる光触媒層中において、保護層の上に光触媒層を塗布した場合に生じる様な明確な膜界面が存在しない方が好ましい。光触媒層中にこのような明確な膜界面が存在しない場合、光触媒(A)は強固に光触媒層中に固定化され、光触媒層の剥離等の問題が発生しなくなる。
本発明において、光触媒層を光触媒活性及び/又は親水性にするのに有用に使用できる光触媒(A)としては、例えばTiO2、ZnO、SrTiO3、CdS、GaP、InP、GaAs、BaTiO3、BaTiO4、BaTi49、K2NbO3、Nb25、Fe23、Ta25、K3Ta3Si23、WO3、SnO2、Bi23、BiVO4、NiO、Cu2O、SiC、MoS2、InPb、RuO2、CeO2、Ta35等、更にはTi、Nb、Ta、Vから選ばれた少なくとも1種の元素を有する層状酸化物(特開昭62−74452号公報、特開平2−172535号公報、特開平7−24329号公報、特開平8−89799号公報、特開平8−89800号公報、特開平8−89804号公報、特開平8−198061号公報、特開平9−248465号公報、特開平10−99694号公報、特開平10−244165号公報等参照)や、窒素ドープ酸化チタン(特開平13−278625号公報、特開平13−278627号公報、特開平13−335321号公報、特開平14−029750号公報、特開平13−207082号公報等参照)や、酸素欠陥型の酸化チタン(特開平13−212457号公報参照)の如き、可視光応答型酸化チタン光触媒も好適に使用することができる。また、TaON、LaTiO2N、CaNbO2N、LaTaON2、CaTaO2N等のオキシナイトライド化合物やSm2Ti227等のオキシサルファイド化合物は可視光による光触媒活性が大きく、好適に使用することができる。
更に、これらの光触媒材料に、Pt、Rh、Ru、Nb、Cu、Sn、Ni、Feなどの金属及び/又はこれらの酸化物を添加或いは固定化したものや、多孔質リン酸カルシウム等で被覆された光触媒材料(特開平10−244166号公報参照)等を使用することもできる。
上記光触媒(A)の結晶粒子径(1次粒子径)は1〜400nmであることが好ましく、より好ましくは1〜50nmの光触媒が好適に選択される。
これらの光触媒材料のうち、酸化チタンは無毒であり、化学的安定性にも優れると共に、光照射により、酸化チタン自体の親水性が非常に高まるため好ましい。該酸化チタンとしては、アナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型のうち、いずれの結晶形を使用してもよい。また、可視光応答性である上記窒素ドープ酸化チタンや酸素欠陥型の酸化チタンも、該酸化チタンとして好適に使用できる。
本発明においては、上記光触媒(A)を、後述する少なくとも1種の変性剤化合物(b)を用いて変性処理した変性光触媒(A1)を用いることが好ましい。
本発明において光触媒(A)の変性とは、後述する少なくとも1種の変性剤化合物(b)を、光触媒(A)粒子の表面に固定化することを意味する。変性剤化合物(b)の光触媒(A)粒子の表面への固定化は、ファン・デル・ワールス力(物理吸着)やクーロン力又は化学結合によるものと考えられる。特に、化学結合を利用した変性は、変性剤化合物(b)と光触媒(A)との相互作用が強く、変性剤化合物(b)が光触媒(A)粒子の表面に強固に固定化されるので好ましい。
本発明においては、光触媒(A)を変性光触媒(A1)とすることにより、光透過性材料である面発光体上に、上記光触媒(A)を含む光触媒層を形成する場合に、該光触媒層中における光触媒(A)の濃度が、面発光体に接する側から他方の露出面に向かって高くなる構造の形成が、特に後述するバインダー成分(B)と組み合わせた場合に容易になるため、非常に好ましい。
本発明においては、変性に用いる光触媒(A)の性状が、変性光触媒(A1)の分散安定性、成膜性、及び種々の機能の発現にとって重要な因子となる。即ち、変性に使用される光触媒(A)としては、一次粒子と二次粒子との混合物の数平均分散粒子径が400nm以下の光触媒が変性後の光触媒の表面特性を有効に利用できるために好ましい。特に数平均分散粒子径が100nm以下の光触媒を使用した場合、生成する変性光触媒(A1)と後述するバインダー成分(B)を含む光触媒組成物(C)から形成された光触媒層では、変性光触媒(A1)を効率的に光触媒層の表面(露出面)に存在させることができるため非常に好ましい。より好ましくは80nm以下3nm以上、更に好ましくは50nm以下3nm以上の光触媒(A)が好適に選択される。
これらの光触媒(A)としては、以下の理由から、光触媒粉体ではなく光触媒ゾルを使用することが好ましい。
一般に微細な粒子からなる粉体は、単結晶粒子(一次粒子)が強力に凝集した二次粒子を形成するため、無駄にする表面特性が多いが、一次粒子にまで分散させるのは非常に困難である。これに対して、光触媒ゾルの場合、光触媒粒子は溶解せずに一次粒子に近い形で存在しているため表面特性を有効に利用でき、それから生成する変性光触媒は分散安定性、成膜性等に優れるばかりか、種々の機能を有効に発現するので好ましく使用することができる。ここで、本発明に用いる光触媒ゾルとは、光触媒(A)粒子が水及び/又は有機溶媒中に0.01〜70質量%、好ましくは0.1〜50質量%で一次粒子及び/又は二次粒子として分散されたものである。
ここで、上記光触媒ゾルに使用される上記有機溶媒としては、例えばエチレングリコール、ブチルセロソルブ、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、エタノール、メタノール等のアルコール類、トルエンやキシレン等の芳香族炭化水素類、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素類、酢酸エチル、酢酸n−ブチル等のエステル類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド等のアミド類、クロロホルム、塩化メチレン、四塩化炭素等のハロゲン化合物類、ジメチルスルホキシド、ニトロベンゼン等、更にはこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
該光触媒ゾルとして酸化チタンのゾルを例にとると、例えば実質的に水を分散媒とし、その中に酸化チタン粒子が解膠された酸化チタンヒドロゾル等を挙げることができる。(ここで、実質的に水を分散媒とするとは、分散媒中に水が80質量%程度以上含有されていることを意味する。)かかるゾルの調整は公知であり、容易に製造できる(特開昭63−17221号公報、特開平7−819号公報、特開平9−165218号公報、特開平11−43327号公報等参照)。例えば、硫酸チタンや四塩化チタンの水溶液を加熱加水分解して生成したメタチタン酸をアンモニア水で中和し、析出した含水酸化チタンを濾別、洗浄、脱水させると酸化チタン粒子の凝集物が得られる。この凝集物を、硝酸、塩酸、又はアンモニア等の作用の下に解膠させ水熱処理等を行うことにより酸化チタンヒドロゾルが得られる。また、酸化チタンヒドロゾルとしては、酸化チタン粒子を酸やアルカリの作用の下で解膠させたものや、酸やアルカリを使用せず、必要に応じてポリアクリル酸ソーダなどの分散安定剤を使用し、強力なせん断力の下で水中に分散させたゾルも用いることができる。更に、pHが中性付近の水溶液中においても分散安定性に優れる、粒子表面がペルオキソ基で修飾されたアナターゼ型酸化チタンゾルも特開平10−67516号公報で提案された方法によって容易に得ることができる。
上述した酸化チタンヒドロゾルはチタニアゾルとして市販されている(例えば、石原産業株式会社製「STS−02」、田中転写株式会社製「TO−240」等)。
上記酸化チタンヒドロゾル中の酸化チタンは好ましくは50質量%以下、好ましくは30質量%以下である。更に好ましくは30質量%以下0.1質量%以上である。
このようなヒドロゾルの粘度(20℃)は比較的低い。本発明においては、ヒドロゾルの粘度は、0.5mPa・s〜2000mPa・s程度の範囲にあるのが好ましい。より好ましくは1mPa・s〜1000mPa・s、更に好ましくは1mPa・s〜500mPa・sである。
また、例えば酸化セリウムゾル(特開平8−59235号公報参照)やTi、Nb、Ta、Vよりなる群から選ばれた少なくとも1種の元素を有する層状酸化物のゾル(特開平9−25123号公報、特開平9−67124号公報、特開平9−227122号公報、特開平9−227123号公報、特開平10−259023号公報等参照)等、様々な光触媒ゾルの製造方法についても酸化チタンゾルと同様に知られている。
また、実質的に有機溶媒を分散媒とし、その中に光触媒粒子が分散された光触媒オルガノゾルは、例えば上記光触媒ヒドロゾルをポリエチレングリコール類の如き相間移動活性を有する化合物(異なる第1の相と第2相との界面に第3の相を形成し、第1の相、第2の相、第3の相を相互に溶解及び/又は可溶化する化合物)で処理し有機溶媒で希釈したり(特開平10−167727号公報)、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等の陰イオン界面活性剤で水に不溶性の有機溶剤中に分散移行させてゾルを調整する方法(特開昭58−29863号公報)やブチルセロソルブ等の水より高沸点のアルコール類を上記光触媒ヒドロゾルに添加した後、水を(減圧)蒸留等によって除去する方法等により得ることができる。また、実質的に有機溶媒を分散媒とし、その中に酸化チタン粒子が分散された酸化チタンオルガノゾルは市販されている(例えば、テイカ株式会社製「TKS−251」)。ここで、実質的に有機溶媒を分散媒とするとは、分散媒中に有機溶媒が80質量%程度以上含有されていることを意味する。
本発明において、変性光触媒(A1)を得るのに用いられる少なくとも1種の変性剤化合物(b)は、下記式(1)で表されるトリオルガノシラン単位、式(2)で表されるモノオキシジオルガノシラン単位、式(3)で表されるジオキシオルガノシラン単位、及びフッ化メチレン(−CF2−)単位よりなる群から選ばれる少なくとも1種の構造単位を有する化合物類よりなる群から選ばれる。
3Si− (1)
−(R2SiO)− (2)
Figure 2007265835
〔上記式(1)〜(3)中、Rは各々独立に直鎖状又は分岐状の炭素数1〜30個のアルキル基、炭素数5〜20のシクロアルキル基、直鎖状又は分岐状の炭素数1〜30個のフルオロアルキル基、直鎖状又は分岐状の炭素数2〜30個のアルケニル基、フェニル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、又は水酸基を表す。〕
上述した構造単位を有する変性剤化合物(b)で光触媒粒子表面が変性処理された変性光触媒(A1)は、その粒子表面の表面エネルギーが非常に小さくなる。
本発明において、光触媒(A)の変性剤化合物(b)による変性処理は、水及び/又は有機溶媒の存在下或いは非存在下において、前述した光触媒(A)と、同じく前述した変性剤化合物(b)を好ましくは質量比(A)/(b)=1/99〜99.9/0.1、より好ましくは(A)/(b)=10/90〜99/1の割合で混合し、好ましくは0〜200℃、より好ましくは10〜80℃にて加熱したり、(減圧)蒸留等により該混合物の溶媒組成を変化させる等の操作をすることにより得ることができる。
ここで、上記変性処理に使用できる有機溶媒としては、例えばトルエンやキシレン等の芳香族炭化水素類、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素類、酢酸エチル、酢酸n−ブチル等のエステル類、エチレングリコール、ブチルセロソルブ、イソプロパノール、n−ブタノール、エタノール、メタノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド等のアミド類、クロロホルム、塩化メチレン、四塩化炭素等のハロゲン化合物類、ジメチルスルホキシド、ニトロベンゼン等やこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
本発明に用いられる変性光触媒(A1)を得るのに使用される上記変性剤化合物(b)としては、例えばSi−H基、加水分解性シリル基(アルコキシシリル基、ヒドロキシシリル基、ハロゲン化シリル基、アセトキシシリル基、アミノキシシリル基等)、エポキシ基、アセトアセチル基、チオール基、酸無水物基等の光触媒(A)粒子と反応性を有するケイ素化合物やフルオロアルキル化合物、フルオロオレフィン重合体等を挙げることができる。
また、上記変性剤化合物(b)の他の例としては、例えばポリオキシアルキレン基等の光触媒(A)粒子とファン・デル・ワールス力、クーロン力等により相互作用する構造を有するケイ素化合物等やフルオロアルキル化合物、フルオロオレフィン重合体等を挙げることができる。
本発明において、上記変性剤化合物(b)として、下記式(4)で表されるSi−H基含有ケイ素化合物(b1)を用いると、非常に効率よく光触媒粒子表面を変性することができるため好ましい。
xySiO(4-x-y)/2 (4)
〔上記式中、Rは各々独立に直鎖状又は分岐状の炭素数1〜30個のアルキル基、炭素数5〜20のシクロアルキル基、直鎖状又は分岐状の炭素数1〜30個のフルオロアルキル基、直鎖状又は分岐状の炭素数2〜30個のアルケニル基、フェニル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、又は水酸基を表す。x及びyは、0<x<4、0<y<4であり、そして(x+y)≦4である。〕
上記式(4)で表されるSi−H基含有ケイ素化合物(b1)による光触媒(A)の変性処理は、水及び/又は有機溶媒の存在下或いは非存在下において、光触媒(A)と該Si−H基含有ケイ素化合物(b1)を好ましくは質量比(A)/(b1)=1/99〜99.9/0.1、より好ましくは(A)/(b1)=10/90〜99/1の割合で好ましくは0〜200℃にて混合することにより実施できる。この変性の操作により混合液からは水素ガスが発生すると共に、光触媒(A)として光触媒ゾルを用いた場合、その平均分散粒子径の増加が観察される。また、例えば光触媒(A)として酸化チタンを用いた場合、上記変性操作により、Ti−OH基の減少がIRスペクトルにおける3630〜3640cm-1の吸収の減少として観測される。
これらのことより、変性剤化合物(b)として上記式(4)で表されるSi−H基含有ケイ素化合物(b1)を選択した場合は、本発明の変性光触媒(A1)は、Si−H基含有ケイ素化合物(b1)と光触媒(A)との単なる混合物ではなく、両者の間には化学反応に伴う何らかの相互作用を生じていることが予測できるため非常に好ましい。実際、この様にして得られた変性光触媒(A1)は、有機溶媒に対する分散安定性や化学的安定性、耐久性等において非常に優れたものとなっている。
また、上記式(4)で表されるSi−H基含有ケイ素化合物(b1)による光触媒(A)の変性処理は、Si−H基に対する脱水素縮合触媒を使用して好ましくは0〜150℃で実施することもできる。
この場合、予め光還元法等の方法で脱水素縮合触媒を光触媒(A)に固定し、上記Si−H基含有ケイ素化合物(b1)で変性処理しても良いし、脱水素縮合触媒の存在下に上記Si−H基含有化合物ケイ素(b1)で光触媒(A)を変性処理しても良い。
ここでSi−H基に対する脱水素縮合触媒とは、Si−H基と光触媒表面に存在する水酸基(酸化チタンの場合はTi−OH基)やチオール基、アミノ基、カルボキシル基等の活性水素基、更には水等との脱水素縮合反応を加速する物質を意味し、該脱水素縮合触媒を使用することにより温和な条件で光触媒(A)表面を変性することが可能となる。
該脱水素縮合触媒としては、例えば白金族触媒、即ちルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金の単体及びその化合物や、銀、鉄、銅、コバルト、ニッケル、錫等の単体及びその化合物が挙げられる。これらの中で白金族触媒が好ましく、白金の単体及びその化合物が特に好ましい。
ここで、上記白金化合物としては、例えば塩化白金(II)、テトラクロロ白金酸(II)、塩化白金(IV)、ヘキサクロロ白金酸(IV)、ヘキサクロロ白金(IV)アンモニウム、ヘキサクロロ白金(IV)カリウム、水酸化白金(II)、二酸化白金(IV)、ジクロロ−ジシクロペンタジエニル−白金(II)、白金−ビニルシロキサン錯体、白金−ホスフィン錯体、白金−オレフィン錯体等を使用することができる。
上記式(4)で表されるSi−H基含有ケイ素化合物において、Si−H基は光触媒(A)を穏和な条件で選択性良く変性するために好ましい官能基である。これに対し、加水分解性基は、同様に光触媒(A)の変性に利用することもできるが、副反応を抑制し、得られる変性光触媒(A1)の安定性を向上するためには、その含有量は少ない方が好ましい。
本発明に好適に使用できる上記式(4)で表されるSi−H基含有ケイ素化合物(b1)としては、例えば下記式(5)で表されるモノSi−H基含有化合物、式(6)で表される両末端Si−H基含有化合物、式(7)で表されるHシリコーンよりなる群から選ばれる少なくとも1種の、加水分解性シリル基を有さないS−H基含有化合物を挙げることができる。
Figure 2007265835
〔式中、R3は各々独立に直鎖状又は分岐状の炭素数が1〜30個のアルキル基、直鎖状又は分岐状の炭素数2〜30個のアルケニル基、炭素数5〜20のシクロアルキル基、直鎖状又は分岐状の炭素数1〜30個のフルオロアルキル基、フェニル基、又は下記式(8)で表されるシロキシ基を表す。
−O−(R4 2SiO)m−SiR4 3 (8)
(式中、R4はそれぞれ独立に直鎖状又は分岐状の炭素数が1〜30個のアルキル基、炭素数5〜20のシクロアルキル基、直鎖状又は分岐状の炭素数が1〜30個のフルオロアルキル基、直鎖状又は分岐状の炭素数2〜30個のアルケニル基、又はフェニル基を表す。また、mは整数であり、0≦m≦1000である。)〕
H−(R3 2SiO)n−SiR3 2−H (6)
〔式中、R3は式(5)で定義した通りである。nは整数であり、0≦n≦1000である。〕
(R3HSiO)a(R3 2SiO)b(R3 3SiO1/2c (7)
〔式中、R3は式(5)で定義した通りである。aは1以上の整数であり、bは0以上の整数であり、(a+b)≦10000であり、そしてcは0又は2である。但し、(a+b)が2以上の整数であり且つc=0の場合、式(7)の該Hシリコーンは環状シリコーンであり、c=2の場合、式(7)の該Hシリコーンは鎖状シリコーンである。〕
本発明において、上記式(5)で表されるモノSi−H基含有化合物の具体例としては、例えばビス(トリメチルシロキシ)メチルシラン、ビス(トリメチルシロキシ)エチルシラン、ビス(トリメチルシロキシ)n−プロピルシラン、ビス(トリメチルシロキシ)i−プロピルシラン、ビス(トリメチルシロキシ)n−ブチルシラン、ビス(トリメチルシロキシ)n−ヘキシルシラン、ビス(トリメチルシロキシ)シクロヘキシルシラン、ビス(トリメチルシロキシ)フェニルシラン、ビス(トリエチルシロキシ)メチルシラン、ビス(トリエチルシロキシ)エチルシラン、トリス(トリメチルシロキシ)シラン、トリス(トリエチルシロキシ)シラン、ペンタメチルジシロキサン、1,1,1,3,3,5,5−ヘプタメチルトリシロキサン、1,1,1,3,3,5,5,6,6−ノナメチルテトラシロキサン、トリメチルシラン、エチルジメチルシラン、メチルジエチルシラン、トリエチルシラン、フェニルジメチルシラン、ジフェニルメチルシラン、シクロヘキシルジメチルシラン、t−ブチルジメチルシラン、ジ−t−ブチルメチルシラン、n−オクタデシルジメチルシラン、トリ−n−プロピルシラン、トリ−i−プロピルシラン、トリ−i−ブチルシラン、トリ−n−ヘキシルシラン、トリフェニルシラン、アリルジメチルシラン、1−アリル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、クロロメチルジメチルシラン、7−オクテニルジメチルシラン等を挙げることができる。
これらのモノSi−H基含有化合物の中で、光触媒(A)の変性処理時におけるSi−H基の反応性(脱水素縮合反応)の良さや表面エネルギーの低さから、ビス(トリメチルシロキシ)メチルシラン、トリス(トリメチルシロキシ)シラン、ペンタメチルジシロキサン等の分子中にシロキシ基を有し、フェニル基を有さない下式(9)で表されるものが好ましい。
Figure 2007265835
〔式中、R5はそれぞれ独立に直鎖状又は分岐状の炭素数が1〜30個のアルキル基、直鎖状又は分岐状の炭素数が1〜30個のアルケニル基、炭素数5〜20のシクロアルキル基、直鎖状又は分岐状の炭素数が1〜30個のフルオロアルキル基、もしくは下記式(8b)で表されるシロキシ基から選ばれた1種以上からなる基であり、且つR5の中の少なくとも1つは式(8b)で表されるシロキシ基である。
−O−(R4' 2SiO)m−SiR4' 3 (8b)
(式中、R4'はそれぞれ独立に直鎖状又は分岐状の炭素数が1〜30個のアルキル基、炭素数5〜20のシクロアルキル基、又は直鎖状又は分岐状の炭素数が1〜30個のフルオロアルキル基を表す。また、mは整数であり、0≦m≦1000である。)〕
本発明において、上記式(6)で表される両末端Si−H基含有化合物の具体例としては、例えば1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、1,1,3,3,5,5−ヘキサメチルトリシロキサン、1,1,3,3,5,5,7,7−オクタメチルテトラシロキサン等の数平均分子量50000以下のH末端ポリジメチルシロキサン類や、1,1,3,3−テトラエチルジシロキサン、1,1,3,3,5,5−ヘキサエチルトリシロキサン、1,1,3,3,5,5,7,7−オクタエチルテトラシロキサン等の数平均分子量50000以下のH末端ポリジエチルシロキサン類や、1,1,3,3−テトラフェニルジシロキサン、1,1,3,3,5,5−ヘキサフェニルトリシロキサン、1,1,3,3,5,5,7,7−オクタフェニルテトラシロキサン等の数平均分子量50000以下のH末端ポリジフェニルシロキサン類や、1,3−ジフェニル−1,3−ジメチル−ジシロキサン、1,3,5−トリメチル−1,3,5−トリフェニル−トリシロキサン、1,3,5,7−テトラメチル−1,3,5,7−テトラフェニル−テトラシロキサン等の数平均分子量50000以下のH末端ポリフェニルメチルシロキサン類や、ジメチルシラン、エチルメチルシラン、ジエチルシラン、フェニルメチルシラン、ジフェニルシラン、シクロヘキシルメチルシラン、t−ブチルメチルシラン、ジ−t−ブチルシラン、n−オクタデシルメチルシラン、アリルメチルシラン等を例示することができる。
これらの中で、光触媒(A)の変性処理時におけるSi−H基の反応性(脱水素縮合反応)の良さや表面エネルギーの低さから、数平均分子量が好ましくは10000以下、より好ましくは2000以下、更に好ましくは1000以下のH末端ポリジアルキルシロキサン(式(10))が両末端Si−H基含有化合物として好適に使用できる。
H−(R6 2SiO)d−SiR6 2−H (10)
〔式中、R6はそれぞれ独立に直鎖状又は分岐状の炭素数が1〜30個のアルキル基、直鎖状又は分岐状の炭素数が1〜30個のフルオロアルキル基を表す。dは整数であり、0≦d≦1000である。〕
本発明に用いる上記式(7)で表されるHシリコーンとしては、光触媒(A)の変性処理時における分散安定性(光触媒粒子の凝集の防止)の点より、数平均分子量が好ましくは5000以下、より好ましくは2000以下、更に好ましくは1000以下のHシリコーンが好適に使用できる。
また、本発明に用いられる変性光触媒(A1)の好ましい形態は、変性光触媒(A1)の一次粒子と二次粒子との混合物の数平均分散粒子径が400nm以下、更に好ましくは1nm以上100nm以下、特に好ましくは5nm以上80nm以下である。ゾルの状態であることが好ましい。
また、特に数平均分散粒子径が100nm以下の変性光触媒ゾルを光触媒組成物(C)に用いると、変性光触媒(A1)粒子の濃度が面発光体と接する界面近傍では小さく、光触媒層の表面近傍では大きく分布するような表面方向に異方分布した光触媒層を形成するのに有利となり、光触媒作用による面発光体との界面劣化が無く、光触媒活性が大きい光触媒層を形成するため非常に好ましい。この様な変性光触媒ゾルは、上記変性剤化合物(b)で変性処理をする光触媒(A)として前述した光触媒ゾルを用いることにより得ることができる。
尚、従来、二酸化チタンなどで単に粒径として表示されている数値は、多くの場合一次粒子径(結晶子径)であり、凝集による二次粒子径を考慮した数値ではない。
本発明に係る光触媒層を形成する光触媒組成物(C)は、光触媒(A)(好ましくは変性光触媒(A1))とバインダー成分(B)を含むことを特徴とし、その質量比(A1)/(B)は0.1/99.9〜90/10であることが好ましく、(A1)/(B)が1/99〜50/50で含むことがより好ましい。
本発明に用いられる変性光触媒(A1)は、表面エネルギーの非常に小さい構造(前記式(1)〜(3))を有する変性剤化合物(b)で変性処理されているため、光触媒層を形成する際、空気と接する側の表面に移動しやすい性質を持っている。
ここで、本発明のバインダー成分(B)として、光触媒(A)、特に該変性光触媒(A1)より表面エネルギーが高いバインダー樹脂(B’)を用いることにより、変性光触媒(A1)の上記性質を助長するため、本発明に係る光触媒組成物(C)は、光触媒(A)、特に変性光触媒(A1)の分布について大きな自己傾斜性を有することが可能となる。ここで自己傾斜性とは、光触媒組成物(C)から光触媒層を形成する際、その形成過程において光触媒(A)、特に変性光触媒(A1)が、光触媒層が接する界面の性状(特に親水/疎水性)に対応して、光触媒(A)、特に変性光触媒(A1)の濃度勾配を有する構造を自律的に形成することを意味する。
本発明に用いられるバインダー成分(B)としては、光触媒(A)(好ましくは変性光触媒(A1))より、表面エネルギーが2mN/m以上、好ましくは5mN/m以上大きい樹脂を選択すると、上記自己傾斜性が大きくなり非常に好ましい。
ここで、上記表面エネルギーや表面エネルギーの相対差は、例えばPolymer Handbook(米国,A Wiley−interscience publication出版)等を参照したり、以下の方法で測定したりすることにより求めることができる。
即ち、上記光触媒組成物(C)を構成する光触媒(A)、特に変性光触媒(A1)及びバインダー成分(B)から各々それらの層を有する基材を調整し、脱イオン水を滴下して20℃における接触角(θ)を測定し、下記のSellとNeumannの実験式により、各々の表面エネルギーを求めることができる。
Figure 2007265835
[式中、γsは脱イオン水の接触角を測定した光触媒層の表面エネルギー(mN/m)を表し、γlは水の表面エネルギー{72.8mN/m(20℃)}を表わす。]
本発明に用いられる光触媒組成物(C)において、バインダー成分(B)に使用できる化合物としては、上記条件を満たす表面エネルギーを有すればよく、特に制限されないが、各種単量体、合成樹脂及び天然樹脂等が挙げられ、また被膜の形成後に、乾燥、加熱、吸湿、光照射等により硬化するものも挙げることができる。また、その形態については、無溶媒の状態(ペレット、粉体、液体等)であっても溶媒に溶解或いは分散した形態であっても良く、特に制限はない。
上記合成樹脂としては、熱可塑性樹脂と硬化性樹脂(熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、湿気硬化性樹脂等)の使用が可能であり、例えばシリコーン樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、フッ素樹脂、アルキド樹脂、アミノアルキド樹脂、ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン−ブタジエン樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリケトン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリフェニレンスルホン樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、尿素樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン−アクリル樹脂等を挙げることができる。
また、上記天然高分子としては、ニトロセルロース等のセルロース系樹脂、天然ゴム等のイソプレン系樹脂、カゼイン等のタンパク質系樹脂やでんぷん等を挙げることができる。
本発明において、光触媒組成物(C)に使用するバインダー成分(B)としては、下記式(11)で表されるフェニル基含有シリコーン(BP)が、本発明の変性光触媒(A1)より表面エネルギーが高く、その骨格を成すシロキサン結合(−O−Si−)は光触媒作用による酸化分解が起こらないため、最も好適に使用できる。
1 p2 qrSiO(4-p-q-r)/2 (11)
〔式中、各R1はフェニル基を表し、R2は各々独立に直鎖状又は分岐状の炭素数1〜30のアルキル基、炭素数5〜20のシクロアルキル基、又は直鎖状又は分岐状の炭素数2〜30個のアルケニル基を表す。Xは、各々独立に水素原子、水酸基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のアシロキシ基、アミノキシ基、炭素数1〜20のオキシム基、ハロゲン原子を表す。そしてp、q及びrは、0<p<4、0≦q<4、0≦r<4、及び0<(p+q+r)<4であり、そして0.05≦p/(p+q)≦1である。〕
上記式(11)で示されるフェニル基含有シリコーン(BP)としては、例えば一般式(12)、(13)、(14)及び(15)で表されるシロキサン結合の少なくとも1種の構造を含むシリコーンを挙げることができる。
Figure 2007265835
−(R7 2SiO)− (13)
Figure 2007265835
〔式(12)〜(14)中、R7はそれぞれ独立に、フェニル基、直鎖状又は分岐状の炭素数1〜30のアルキル基、炭素数5〜20のシクロアルキル基を表す。〕
Figure 2007265835
上述した構造を含むシリコーンは、例えば一般式R7SiX3〔式中、R7は、フェニル基、直鎖状又は分岐状の炭素数1〜30のアルキル基、炭素数5〜20のシクロアルキル基を表す。各Xは、各々独立に水素原子、水酸基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のアシロキシ基、アミノキシ基、炭素数1〜20のオキシム基、ハロゲン原子からなる群より選ばれる一つの反応性基を表す。以下同様。〕で表される3官能シラン誘導体及び/又は一般式R7 2SiX2で表される2官能シラン誘導体及び/又は一般式SiX4で表される4官能シラン誘導体を部分的に加水分解・縮重合させ、必要により一般式R7 3SiXで表される1官能シラン誘導体及び/又はアルコール類によって末端停止させることにより調製できる。この様にして得られるシラン誘導体モノマーの部分縮合物のポリスチレン換算重量平均分子量は、好ましくは100〜100,000、より好ましくは400〜50,000である。
これらの中で、上記式(11)で示されるフェニル基含有シリコーンとして、上記式(12)で表されるラダー構造を10モル%以上、好ましくは40モル%以上含むものを選択すると、本発明に係る光触媒組成物(C)から形成される光触媒層は、硬度、耐熱性、耐候性、耐汚染性、耐薬品性等の点で非常に優れたものとなるため好ましい。特に、上記ラダー構造としてフェニルラダー構造(式(12)におけるR7が全てフェニル基のもの)を有するものは上述した光触媒含有光触媒層の物性が非常に向上するため好ましい。この様なラダー構造は、例えば赤外線吸収スペクトルにおける1040cm-1と1160cm-1付近の2本のシロキサン結合に由来する吸収の存在により同定する事ができる(J.F.Brown.Jr.,etal.,:J.Am.Chem.Soc.,82,6194(1960)参照。)。
本発明に用いる上記式(11)で表されるフェニル基含有シリコーン(BP)は、Ph−Si結合(Ph:フェニル基)を有することが好ましい。
即ち、本発明に係る光触媒組成物(C)において、表面エネルギーの非常に小さい構造(式(1)〜(3))を有する変性剤化合物(b)で変性処理されている変性光触媒(A1)のバインダーとして、該変性光触媒(A1)より表面エネルギーが高いフェニル基含有シリコーン(BP)を含むバインダー成分(B)を用いることにより、光触媒組成物(C)は変性光触媒(A1)の分布について高い自己傾斜性を有することが可能となる。
この様な表面エネルギーの高いフェニル基含有シリコーン(BP)による自己傾斜性の発現効果は、フェニル基(R1)を、フェニル基(R1)とR2〔R2は直鎖状又は分岐状の炭素数1〜30のアルキル基、炭素数5〜20のシクロアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基を表す。〕の合計{以下(R1+R2)と表す。}に対し5モル%以上有する上記式(11)で示されるフェニル基含有シリコーン(BP)を用いることによってより顕著に発揮することができるので、このようなフェニル基含有シリコーン(BP)を用いることは好ましい。
また、上述した自己傾斜性の発現効果は、フェニル基(R1)の(R1+R2)に対する割合が増えるに従い増大する。よって、本発明の光触媒組成物に使用するバインダー成分(B)のフェニル基含有シリコーンとしてより好ましいものは、(R1+R2)に対するフェニル基(R1)の割合が10モル%以上、更に好ましくは20モル%以上、更に好ましくは50モル%以上のものである。
また、該フェニル基含有シリコーン(BP)は有機樹脂等の有機基材に対する密着性が良好であり、その骨格を成すシロキサン結合(−O−Si−)は光触媒作用による酸化分解がおこらないため、本発明の光触媒組成物(C)を面発光体にコーティングして得られる光触媒含有光触媒層は、非常に耐候性に優れたものになる。
本発明の光触媒組成物(C)において、バインダー成分(B)に使用するフェニル基含有シリコーン(BP)として、上述した効果を発揮するより好ましいものは、下記式(16)で表されるアルキル基を含有しないフェニル基含有シリコーン(BP1)である。
1 stSiO(4-s-t)/2 (16)
〔式中、R1はフェニル基を表し、Xは各々独立に水素原子、水酸基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のアシロキシ基、アミノキシ基、炭素数1〜20のオキシム基、ハロゲン原子を表し、s及びtは、0<s<4、0≦t<4、そして0<(s+t)<4である。〕
また、バインダー成分(B)が、下記式(17)で表されるアルキル基含有シリコーン(BA)を更に含有すると、本発明に係る光触媒組成物(C)から形成される光触媒層は、成膜性、硬度、耐熱性、耐汚染性、耐薬品性等の点で優れたものとなるため好ましい。
2 uvSiO(4-u-v)/2 (17)
〔式中、R2は各々独立に直鎖状又は分岐状の炭素数1〜30のアルキル基、炭素数5〜20のシクロアルキル基、又は直鎖状又は分岐状の炭素数2〜30個のアルケニル基を表す。Xは、各々独立に水素原子、水酸基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のアシロキシ基、アミノキシ基、炭素数1〜20のオキシム基、ハロゲン原子を表す。u及びvは、0<u<4、0≦v<4、そして0<(u+v)<4である。〕
更に、上記フェニル基含有シリコーン(BP1)と混合する上記アルキル基含有シリコーン(BA)として、式(18)で表されるモノオキシジオルガノシラン単位(D)と式(19)で表されるジオキシオルガノシラン単位(T)を、モル比が好ましくは(D)/(T)=100/0〜5/95、より好ましくは90/10〜10/90の割合で有する構造のものを用いると、アルキル基含有シリコーン(BA)の応力緩和作用が増加し、本発明に係る光触媒組成物(C)から生成する光触媒層の耐クラック性が向上する結果、耐候性が非常に優れたものとなる。
−(R2 2SiO)− (18)
Figure 2007265835
〔式(18)、(19)中、R2は各々独立に直鎖状又は分岐状の炭素数1〜30のアルキル基、炭素数5〜20のシクロアルキル基、又は直鎖状又は分岐状の炭素数2〜30個のアルケニル基を表す。〕
本発明において、長期の耐候性向上には、バインダー成分(B)が相分離構造を形成することが好ましく、特にミクロ相分離した構造を形成することが好ましい。
例えば、バインダー成分(B)として、上述した光触媒(A)、特に該変性光触媒(A1)より表面エネルギーが高いバインダー樹脂(B’)と上記式(6)で表されるアルキル基含有シリコーン(BA)とを、好ましくは質量比(B’)/(BA)=5/95〜95/5、より好ましくは(B’)/(BA)=30/70〜90/10で混合したものを用いると、本発明に係る光触媒組成物(C)から形成される光触媒層は、表面エネルギーが高いバインダー樹脂(B’)とアルキル基含有シリコーン(BA)が相分離したバインダー中に光触媒(A)が分散した構造となり、長期の耐候性に優れたものとなるため好ましい。
ここで、表面エネルギーが高いバインダー成分(B’)とアルキル基含有シリコーン(BA)の相分離は、連続層でない相が好ましくは1nm3〜1μm3、より好ましくは10nm3〜0.1μm3、更に好ましくは10nm3〜0.001μm3の大きさのドメインを形成してミクロ相分離した場合に、より効果を奏する。
また、光触媒(A)が、表面エネルギーの高いバインダー樹脂(B’)と相分離状態にあるアルキル基含有シリコーン(BA)相中に存在した状態は、光触媒層の表面により多く光触媒(A)が存在することができるため好ましい。
本発明におけるアルキル基含有シリコーン(BA)と相分離する表面エネルギーの高いバインダー樹脂(B’)としては、上述したフェニル基含有シリコーン(BP)が、その骨格を成すシロキサン結合(−O−Si−)は光触媒作用による酸化分解が起こらないため好ましく、アルキル基を含有しないフェニル基含有シリコーン(BP1)が特に好ましい。
この際、上記フェニル基含有シリコーン(BP1)及び上記アルキル基含有シリコーン(BA)の各々の、GPCで測定したポリスチレン換算重量平均分子量が、好ましくは100〜10,000、より好ましくは500〜6,000、更に好ましくは700〜4,000であるものを使用すると、上述したバインダー成分(B)はミクロ相分離構造を容易に形成するため好ましい。
本発明において、光触媒組成物(C)に使用する前述したバインダー成分(B)は、溶剤に溶けたタイプ、溶媒に分散したタイプ、溶媒と混合されていないタイプ(液体、固体)のいずれであっても良い。
係る光触媒組成物(C)において上記式(11)で示されるフェニル基含有シリコーン(BP)は、反応性を有する基(式(11)中のX)を有しても、有さなくても良いが、反応性を有する基(式(11)中のX)を有する(即ち、式(4)において0<r)と、係る光触媒組成物(C)から得られる光触媒層は、硬度や耐熱性、耐薬品性、耐久性等に優れたものとなるため好ましい。また、同様の理由から、式(16)において0<t、式(17)において0<vが好ましい。
本発明に係る光触媒組成物(C)において上記式(11)で示されるフェニル基含有シリコーン(BP)が反応性を有する基(式(11)中のX)として、水酸基及び/又は加水分解性基を有する場合、従来公知の加水分解触媒や硬化触媒を、フェニル基含有シリコーン(BP)に対し、好ましくは0.01〜20質量%、より好ましくは0.1〜5質量%の割合で添加することができる。
該加水分解触媒としては、酸性のハロゲン化水素、カルボン酸、スルホン酸、酸性或いは弱酸性の無機塩、イオン交換樹脂などの固体酸などが好ましい。また、加水分解触媒の量は、ケイ素原子上の加水分解性基1モルに対して好ましくは0.001〜5モルの範囲内であることが好ましい。
また上記硬化触媒としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ナトリウムメチラート、酢酸ナトリウム、テトラメチルアンモニウムクロライド、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドの如き塩基性化合物類;トリブチルアミン、ジアザビシクロウンデセン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、エタノールアミン類、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−(2−アミノエチル)−アミノプロピルトリメトキシシランの如きアミン化合物;テトライソプロピルチタネート、テトラブチルチタネートのようなチタン化合物;アルミニウムトリイソプロポキシド、アルミニウムアセチルアセトナート、過塩素酸アルミニウム、塩化アルミニウムのようなアルミニウム化合物;錫アセチルアセトナート、ジブチル錫オクチレート、ジブチル錫ジラウレートのような錫化合物;コバルトオクチレート、コバルトアセチルアセトナート、鉄アセチルアセトナートの如き含金属化合物類;リン酸、硝酸、フタル酸、p−トルエンスルホン酸、トリクロル酢酸の如き酸性化合物類などが挙げられる。
本発明の光触媒組成物(C)において上記式(11)で示されるフェニル基含有シリコーン(BP)がSi−H基を有する場合、多官能アルケニル化合物の如き架橋剤を、Si−H基に対しアルケニル基が好ましくは0.01〜2当量、より好ましくは0.1〜1当量となるように添加することが好ましい。該多官能アルケニル合物としては、アルケニル基を有しSi−H基と反応して硬化を促進するものであれば何でもよいが、ビニル基、アリル基、ヘキセニル基などの炭素数2〜30の1価不飽和炭化水素基を有するアルケニル基含有シリコーンが一般に用いられている。
また、Si−H基と該多官能アルケニル化合物の反応を促進する目的で、触媒をフェニル基含有シリコーン(BP)と多官能アルケニル化合物の総量に対し、好ましくは1〜10000ppm、より好ましくは1〜1000ppmの割合で添加しても良い。該触媒としては白金族触媒、即ちルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金の化合物が適しているが、特に白金化合物とパラジウム化合物が好適である。白金化合物としては、例えば塩化白金(II)、テトラクロロ白金酸(II)、塩化白金(IV)、ヘキサクロロ白金酸(IV)、ヘキサクロロ白金(IV)アンモニウム、ヘキサクロロ白金(IV)カリウム、水酸化白金(II)、二酸化白金(IV)、ジクロロ−ジシクロペンタジエニル−白金(II)、白金−ビニルシロキサン錯体、白金−ホスフィン錯体、白金−オレフィン錯体や白金の単体、アルミナやシリカや活性炭に固体白金を担持させたものが挙げられる。パラジウム化合物としては、例えば塩化パラジウム(II)、塩化テトラアンミンパラジウム(II)酸アンモニウム、酸化パラジウム(II)等が挙げられる。該白金族触媒はSi−H基含有シリコーンと多官能アルケニル化合物の合計量に対し白金族金属の量で好ましくは5〜1000ppmの範囲内で使用されるが、これは反応性、経済性及び所望の硬化速度等に応じて増減させることができる。また、所望により白金族触媒の活性を抑制し、ポットライフを延長させる目的で、各種の有機窒素化合物、有機リン化合物、アセチレン系化合物などの活性抑制剤を添加してもよい。
また、本発明に用いられる光触媒組成物(C)には、それから形成される光触媒層の硬度や耐擦傷性、親水性を向上させる目的でシリカ、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化アンチモン、希土類酸化物等の金属酸化物微粒子を粉末或いはゾルの状態で添加しても良い。但し、これら金属酸化物微粒子は、本発明におけるバインダー成分(B)の様なバインダーとしての能力はなく、光触媒(A)と同様に光触媒層の柔軟性(耐屈曲性、耐衝撃性)を低下させる。よって、該金属酸化物の添加量は、光触媒組成物(C)から形成される光触媒層中において光触媒(A)と金属酸化物の総重量が50質量%以下とすることが好ましい。
本発明に係る光触媒組成物(C)は、無溶媒の状態(液体、固体)であっても溶媒に溶解或いは分散した状態であっても良く、特に制限はないが、コーティング剤として用いる場合は、溶媒に対し溶解或いは分散した状態が好ましい。この際、該光触媒組成物(C)中の光触媒(A)とバインダー成分(B)の総量は、好ましくは0.01〜95質量%、より好ましくは0.1〜70質量%である。
本発明において、光触媒組成物(C)に用いる溶媒としては、例えば水やエチレングリコール、ブチルセロソルブ、イソプロパノール、n−ブタノール、エタノール、メタノール等のアルコール類、トルエンやキシレン等の芳香族炭化水素類、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素類、酢酸エチル、酢酸n−ブチル等のエステル類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド等のアミド類、クロロホルム、塩化メチレン、四塩化炭素等のハロゲン化合物類、ジメチルスルホキシド、ニトロベンゼン等が挙げられる。これらの溶媒は、単独で又は組み合わせて用いられる。
また、本発明に係る光触媒組成物(C)には、必要により通常、塗料に添加配合される成分、例えば顔料、充填剤、分散剤、光安定剤、湿潤剤、増粘剤、レオロジーコントロール剤、消泡剤、可塑剤、成膜助剤、防錆剤、染料、防腐剤等をそれぞれの目的に応じて選択、組み合わせて配合することができる。
本発明に係る光触媒組成物(C)において、自己傾斜性が非常に高い場合(即ち、光触媒層中の光触媒(A)含有量(濃度)100に対し、面発光体でない側である、露出面と接する表面近傍の相対濃度が好ましくは150以上、より好ましくは200以上である場合)、該光触媒組成物(C)において光触媒(A)とバインダー成分(B)の質量比が好ましくは(A)/(B)=0.1/99.9〜40/60、より好ましくは(A)/(B)=0.1/99.9〜30/70という光触媒(A)の含有量が非常に少ない範囲においてさえ、形成される光触媒層は、光照射による十分な親水化能力(超親水化能力:20℃における水の接触角が10゜以下)や優れた光触媒活性を有する。また、この様に光触媒(A)の含有量が少ない光触媒層はバインダー成分(B)本来の物性を発現するため、強度や柔軟性(耐屈曲性、耐衝撃性)等に優れたものとなる。
本発明における光触媒層は、該光触媒層中における光触媒(A)の濃度が光透過性材料の側から表面に向かって高くなることが望ましい。但し、本発明の照明体は、本発明の効果を妨げない範囲で、光触媒層以外の部分に光触媒(A)及び/又はバインダー成分(B)を含むことができる。
本発明における光触媒層を有する光透過性材料は、該光触媒層を皮膜状とし、基材である光透過性材料上に光触媒(A)及びバインダー成分(B)を含む当該皮膜を備えた形態とすることができる。この様な形態とすることにより、基材と光触媒層で機能を分担した構造が可能となり好ましい。
また、光触媒層以外の部分例えば基材部に光触媒(A)及び/又はバインダー成分(B)を含むものは、成形を一度にすることが可能であり、また光触媒層の欠陥部を補うことができ好ましい。このような形態は、例えば薄膜状の部材とする場合に好ましい。
本発明における光触媒層を有する光透過性材料は、基材である光透過性材料上に本発明の光触媒組成物(C)から皮膜を形成する場合に限定されない。光透過性材料となる基材と光触媒組成物(C)を同時に成形、例えば、一体成形、積層成形してもよい。また、光触媒組成物(C)と基材としての光透過性材料を個別に成形後、接着、融着等により光触媒層を有する光透過性材料としてもよい。
本発明における光触媒層を有する光透過性材料は、該光触媒層を皮膜状とする場合は、例えば上記光触媒組成物(C)を光透過性材料に塗布し、乾燥した後、所望により好ましくは20℃〜500℃、より好ましくは40℃〜250℃の熱処理や紫外線照射等を行い、皮膜を形成することにより得ることができる。上記塗布方法としては、例えばスプレー吹き付け法、フローコーティング法、ロールコート法、刷毛塗り法、ディップコーティング法、スピンコーティング法、キャスティング法、スポンジ塗り法等が挙げられる。
この際、光触媒組成物(C)から形成される皮膜の膜厚は、好ましくは0.1〜200μm、より好ましくは0.5〜20μm、更に好ましくは1.5〜10μmである。
尚、本明細書では、皮膜という表現を使用しているが、必ずしも連続膜である必要はなく、不連続膜、島状分散膜等の態様であっても構わない。
また、本発明の光触媒層を有する光透過性材料の表面には、Ag、Cu、Znのような金属を添加することができる。前記金属を添加した光触媒層は、表面に付着した細菌や黴を暗所でも死滅させることができる。
本発明における光触媒層を有する光透過性材料は、光触媒層に含まれる光触媒(A)のバンドギャップエネルギーよりも高いエネルギーの光(励起光)を照射することにより光触媒活性及び/又は親水性を示し、優れた防汚性能を発現する。
この際、光触媒(A)が、上述した式(1)で表されるトリオルガノシラン単位、式(2)で表されるモノオキシジオルガノシラン単位、式(3)で表されるジオキシオルガノシラン単位よりなる群から選ばれる少なくとも1種の構造単位を有する化合物類よりなる群から選ばれる少なくとも1種の変性剤化合物(b)で変性処理された変性光触媒(A1)である場合、励起光照射により光触媒(A)粒子の近傍に存在する該変性剤化合物(b)のケイ素原子に結合した有機基(R)の少なくとも一部は、光触媒(A)の分解作用により水酸基に置換される。その結果、光触媒層表面の親水性が高まると共に、生成した水酸基同士が脱水縮合反応してシロキサン結合が生成した場合には、該光触媒層の硬度が非常に高くなる。この様な状態は、本発明の様態において好ましい。
また、バインダー成分(B)として上述したシリコーンを用いた時も同様に、励起光照射により光触媒(A)粒子の近傍に存在するシリコーンのケイ素原子に結合した有機基の少なくとも一部は、光触媒(A)の分解作用により水酸基に置換され、光触媒層表面の親水性が高まると共に、生成した水酸基同士の脱水縮合反応が進行しシロキサン結合が生成した場合には、該光触媒層の硬度が非常に高くなる。この様な状態は、本発明の様態において好ましい。
本発明の照明体に意匠性を付与して用いる場合、意匠性の付与方法は特に制限されるものではなく光透過性材料の表面に写真やイラスト、文字等を転写したり、貼付したり、印刷したりして意匠性が付与される。また、彫刻によりイラスト、文字等を表示しても良い。更に、光透過性材料そのものを着色して使用しても良い。
本発明の活用例として、棚、ショーケース、パーテーション、サイン等のディスプレイ装置、非常口やトイレ等の表示灯、意匠性を有した照明器具、パネル、パーテーション、ウォール等の建材、看板等に広く適用可能である。また、信号機や車載内外装照明、例えばインスツルメントパネル、室内灯、足元灯、ヘッドランプ、フォグランプ、リアコンビネーションランプ(テール、ストップ、ターン)ハイマウント・ストップランプ、ドアサイドターンランプ等に適用可能である。
以下の実施例、参考例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。
以下の実施例、参考例及び比較例中において、各種の物性は下記の方法で測定した。
〈光透過性材料〉
(1)光線透過率
測定機器として東京電飾株式会社(TOKYO DENSHOKU CO.,LTD)製の「COLOR AND DEFFERENCE METER MODEL TC−1500MC」を用い、光源には標準光を使用し、視野角10°で220mm長試験片(8mm幅×30mm高さ×220mm長さ)を透過する光束の三刺激値XYZを測定した。そのY値を光線透過率として採用した。
(2)光散乱剤の平均粒径
散乱剤の微粒子を有機溶液中に超音波により分散させ、得られた分散液をマイクロトラック法を用いて測定し、50%累積粒径を平均粒径として採用した。
(3)輝度比L10/L210
図1に示すように試験片10の1端面の中央部に入光部巾5mmの冷陰極管(8mmφ:ハリソン電気製)(光源2)を配設し、直流電圧安定装置より12Vの電圧をかけ20分間点灯後に輝度計輝度測定装置として株式会社トプコン製BM−7を用いて、視野角1°、輝度計と試験片との離間距離50cmで試験片の上部表面の輝度を測定し、光源からの距離10mmの位置の輝度をL10、光源からの距離210mmの位置の輝度をL210とし、その比を輝度比L10/L210として採用した。
〈光触媒〉
(1)粒径分布及び数平均粒子径
試料中の光触媒含有量が1〜20重量%となるよう適宜溶媒を加えて希釈し、湿式粒度分析計(日機装製マイクロトラックUPA−9230)を用いて測定した。
(2)重量平均分子量
ポリスチレン標品を用いて作成した検量線を用い、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって求めた。GPCの条件は以下の通りである。
・装置:東ソー製HLC−8020 LC−3A型クロマトグラフ
・カラム:TSKgel G1000HXL、TSKgel G2000HXL及びTSKgel G4000HXL(いずれも東ソー製)を直列に接続して用いた。
・データ処理装置:島津製作所製CR−4A型データ処理装置
・移動相:テトラヒドロフラン(フェニル基含有シリコーンの分析に使用)
クロロホルム(フェニル基を含有しないシリコーンの分析に使用)
・流速:1.0ml/min.
・サンプル調製法:移動相に使用する溶媒で希釈(濃度は0.5〜2重量%の範囲で適宜調節した)して分析に供した。
(3)赤外線吸収スペクトル
日本分光製FT/IR−5300型赤外分光計を用いて測定した。
(4)29Si核磁気共鳴の測定
日本電子製JNM−LA400を用いて測定した。
(5)皮膜表面に対する水の接触角
皮膜の表面に脱イオン水の滴を乗せ、20℃で1分間放置した後、協和界面科学製CA−X150型接触角計を用いて測定した。
皮膜に対する水の接触角が小さいほど、皮膜表面は親水性が高い。
(6)皮膜の光触媒活性
皮膜表面にメチレンブルーの5重量%エタノール溶液を塗布した後、LED光源を30日間点灯し、その後、光触媒の作用によるメチレンブルーの分解の程度(皮膜表面の退色の程度に基づき、目視で評価)に基づき、光触媒の活性を以下の4段階で評価した。
◎:メチレンブルーが完全に分解。
○:メチレンブルーの青色が部分的にわずかに残る。
△:メチレンブルーの青色が残る。
×:メチレンブルーの分解はほとんど観測されず、青色がほとんど残る。
[参考例1]
単層シート−1の製造
デルペットLP−1(メタクリル樹脂:旭化成ケミカルズ株式会社製)をスクリュウ径120mmφ、L/D(押し出し長さ/押し出し直径)=32の押出機を用いて、厚さ4mm、幅1000mmの単層シートを押出し成形し、単層シート−1を得た。その単層シートから長さ220mm、巾30mm、厚さ4mmのサイズの試験片を切り出して、切断面を研磨した後、光線透過率を測定したところ、220mm光路長における光線透過率は87%であった。また、光源からの距離10mmの位置の輝度(L10)は3.1cd/m2、光源からの距離210mmの位置の輝度(L210)は0.13cd/m2であり、輝度比L10/L210は24であった。
[参考例2]
積層シート−1の製造
デルペットLP−1(メタクリル樹脂:旭化成ケミカルズ株式会社製)に光散乱剤として平均粒径0.5μmのアルミナを2.5ppmブレンドし、基材層用樹脂を用意した。更に、デルペットLP−1に前記のアルミナを1000ppmブレンドし、皮膜層用樹脂を用意した。基材層用樹脂をスクリュウ径120mmφ、L/D(押し出し長さ/押し出し直径)=32の押出機にフィードし、更に皮膜層用樹脂をスクリュウ径40mmφ、L/D=32の押出機にフィードし、これら押出機を用いて、厚さ4mm、幅1000mmの積層シートを押出し成形し、積層シート−1を得た。皮膜の厚さは200μmであった。
その積層シートから長さ220mm、巾30mm、厚さ4mmのサイズの試験片を切り出して、切断面を研磨した後、光線透過率を測定したところ、220mm光路長における光線透過率は42%であった。また、光源からの距離10mmの位置の輝度(L10)は75cd/m2、光源からの距離210mmの位置の輝度(L210)は42cd/m2であり、輝度比L10/L210は1.8であった。
[参考例3]
積層シート−2の製造
基材層の光散乱剤の量を5ppmとした以外は前記参考例2と同様にして積層シートを押出し成形し、積層シート−2を得た。光線透過率は25%で、L10は98cd/m2、L210は43cd/m2であり、輝度比L10/L210は2.3であった。
[参考例4]
積層シート−3の製造
皮膜層の厚さ100μm、皮膜層中の光散乱剤となるアルミナ濃度2000ppmとした以外は前記参考例2と同様にして積層シートを押出し成形し、積層シート−3を得た。光線透過率は41%で、L10は78cd/m2、L210は46cd/m2であり、輝度比L10/L210は1.7であった。
[参考例5]
積層シート−4の製造
皮膜層中の光散乱剤を平均粒径7.5μmの炭酸カルシウムとし、皮膜層の光散乱剤の量を3500ppmとした以外は前記参考例2と同様にして積層シートを押出し成形し、積層シート−4を得た。光線透過率は40%で、L10は65cd/m2、L210は36cd/m2であり、輝度比L10/L210は1.8であった。
[参考例6]
単層シート−2の製造
参考例2で用いた光散乱剤の量を2ppm用いる以外参考例1と同様にして単層シートを押出し成形し、単層シート−2を得た。光線透過率は45%で、L10は20cd/m2、L210は1.1cd/m2であり、輝度比L10/L210は18であった。
[参考例7]
単層シート−3の製造
光散乱剤の量を12ppmとした以外は前記参考例1と同様にして、単層シートを押出し成形し、単層シート−3を得た。光線透過率は13%で、L10は39cd/m2、L210は17cd/m2であり、輝度比L10/L210は2.3であった。
[参考例8]
フェニル基含有シリコーン(BP1−1)の合成
還流冷却器、温度計及び撹拌装置を有する反応器にいれたジオキサン78gにフェニルトリクロロシラン26.0gを添加した後、室温にて約10分間撹拌した。これに水3.2gとジオキサン12.9gからなる混合液を、反応液を10〜15℃に保ちながら約30分かけて滴下した後、更に10〜15℃で約30分撹拌し、続いて反応液を60℃に昇温させ3時間撹拌した。得られた反応液を25〜30℃に降温させ、392gのトルエンを約30分かけて滴下した後、再度反応液を60℃に昇温させ2時間撹拌した。
得られた反応液を10〜15℃に降温させ、メタノール19.2gを約30分かけて添加した。その後更に25〜30℃にて約2時間撹拌を続行し、続いて反応液を60℃に昇温させ2時間撹拌した。得られた反応液から60℃で減圧下に溶媒を溜去することにより重量平均分子量3600のラダー骨格を有するフェニル基含有シリコーン(BP1−1)を得た。得られたフェニル基含有シリコーン(BP1−1)には、IRスペクトルにおけるラダー骨格の伸縮振動に由来する吸収(1130cm-1及び1037cm-1)が観測された。
また、29Si核磁気共鳴の測定結果より求めた上記フェニル基含有シリコーン(BP1−1)の式は、(Ph)1(OCH30.58SiO1.21であった。尚、ここでPhはフェニル基を表す。
[参考例9]
アルキル基含有シリコーン(BA−1)の合成
還流冷却器、温度計及び撹拌装置を有する反応器に入れたメタノール300gにメチルトリメトキシシラン136g(1モル)、及びジメチルジメトキシシラン120g(1モル)を添加した後、室温にて約10分間撹拌した。これに氷冷下で、0.05Nの塩酸水溶液12.6g(0.7モル)とメタノール63gからなる混合液を、約40分かけて滴下し、加水分解を行った。滴下終了後、更に10℃以下で約20分、室温で6時間それぞれ撹拌した。
その後、得られた反応液から60℃で減圧下に溶媒を溜去することにより重量平均分子量3600のアルキル基含有シリコーン(BA−1)を得た。得られたアルキル基含有シリコーン(BA−1)の構造を29Si核磁気共鳴によって測定したところ、T構造とD構造を示すシグナルが確認され、その比率はT構造:D構造=1:1であった。
また、29Si核磁気共鳴の測定結果より求めた上記アルキル基含有シリコーン(BA−1)の平均組成式は、(CH31.5(OCH30.27SiO1.12であった。
[参考例10]
シリコーン組成物(B−1)の調整
参考例8で合成したフェニル基含有シリコーン(BP1−1)6gと参考例9で合成したアルキル基含有シリコーン(BA−1)3gを混合したものに、トルエン14.7g、イソプロパノール29.8g、ブチルセロソルブ15.1gを添加し、室温で撹拌する事によりバインダー成分(B−1)の溶液を得た。
また、各々の組成物の平均組成式より、上記バインダー成分(B−1)の平均組成式は、(Ph)0.67(CH30.5(OCH30.47SiO1.18と計算できる。尚、ここでPhはフェニル基を表す。
[参考例11]
還流冷却器、温度計及び撹拌装置を有する反応器にいれたTKS−251{酸化チタンオルガノゾルの商品名(テイカ製)、分散媒:トルエンとイソプロパノールの混合溶媒、TiO2濃度20重量%、平均結晶子径6nm(カタログ値)}40gにビス(トリメチルシロキシ)メチルシランの20重量%トルエン溶液40gを50℃にて約5分かけて添加し、更に50℃で12時間撹拌を続けることにより、非常に分散性の良好な変性光触媒オルガノゾル(A−1)を得た。この時、ビス(トリメチルシロキシ)メチルシランの反応に伴い生成した水素ガス量は23℃において718mlであった。また、得られた変性酸化チタンオルガノゾルをKBr板上にコーティングしIRスペクトルを測定したところ、Ti−OH基の吸収(3630〜3640cm-1)の消失が観測された。
得られた変性光触媒オルガノゾル(A−1)の粒径分布は単一分散(数平均粒子径は25nm)であり、更に変性処理前のTKS−251の単一分散(数平均粒子径は12nm)の粒径分布が完全に消失した。
続いて、参考例10で調整したシリコーン成分(B−1)の溶液68gに上記変性光触媒オルガノゾル(A−1)20gを室温で撹拌下において添加し、更に硬化触媒(ジラウリル酸ジブチル錫)0.5gを攪拌下に添加して光触媒組成物(C−1)を得た。
[実施例1〜7]
参考例1〜7で成形した光透過性材料シートに参考例11で調整した光触媒組成物(C−1)を表面上に膜厚が約3μmとなるようにスプレー塗布した後、室温で2日間乾燥し、続いて50℃にて3日間加熱することにより平滑な光触媒含有皮膜を有する光透過性材料シート(D−1〜7)を得た。
D1〜7を暗室内に設置された図2、図3に示すように照明装置に組み込んだ。図2は平面図、図3は図2の断面模式図であり、図中、1は光透過性材料、3はLED(1)、4はLED(3)、5はハウジング、6は光触媒層である。照明装置のLED光源のLED(1)として日亜化学工業株式会社製NSHU590B(ピーク波長365nm)、LED(3)として日亜化学工業株式会社製NSPW500BS(白色)を交互に配設して使用した。
LED(1)の発光時間はLED(3)の単位発光時間当たり、50/100となるように発光時間を制御し(一時間当りLED(3)は常時発光、LED(1)は30分間発光し、残り30分間は発光させない)、30日間点灯した後、光触媒活性、水の接触角の評価を行った。結果を表1に示す。
Figure 2007265835
[実施例8]
実施例1のD−1を用い、LED(1)とLED(3)を常時発光させる以外、実施例1と同様にして30日間点灯し、実施例1と同様の評価を行った。光触媒活性は◎、水の接触角0°と防汚性は優れたものであったが、実用に供し得る範囲で面発光体自体に若干の濁りが発しました。
[比較例1]
実施例1のD−1を用い、LED(1)を発光させず、LED(3)のみを発光させる以外、実施例1と同様にして30日間点灯し、実施例1と同様の評価を行った。光触媒活性は×、水の接触角105°であり、防汚性に劣り、実用に供し得るものではなかった。
[実施例9]
実施例1のLED(3)の代わりにLED(2)として日亜化学工業株式会社製NSPR510AS(赤色)を用いる以外、実施例1と同様にして30日間点灯し、実施例1と同様の評価を行った。光触媒活性は◎、水の接触角0°であり、実用に供し得るものであった。
[実施例10〜11]
実施例1で用いた照明装置のLED光源と同種のLED(1)、LED(3)を用い、図4に示すように、LED(1)とLED(3)の設置数をLED(1)1個に対しLED(3)3個の割合となるようにする以外、実施例1のD−1を用い、実施例1と同様にして30日間点灯し、実施例1と同様の評価を行った。光触媒活性は○、水の接触角5°であり、実用に供し得るものであった。また、実施例2のD−2を用い、同様の評価を行った結果、光触媒活性は◎、水の接触角0°であり、実用に供し得るものであった。
[実施例12]
図5に断面模式図で示すように、実施例1において、光触媒層6がコートされていない面にアクリルフィルムに印刷が施された装飾フィルム7を貼りつける以外、実施例1と同様にして30日間点灯し、実施例1と同様の評価を行った結果、光触媒活性は◎、水の接触角0°であり、また装飾フィルムの視認性も充分であり、実用に供し得るものであった。
本発明に係る光透過性材料の輝度を測定する方法を説明する模式図である。 実施例1〜7の照明体の平面模式図である。 図2の断面模式図である。 実施例10〜11照明体の平面模式図である。 実施例12の照明体の断面模式図である。
符号の説明
1 光透過性材料
2 光源(冷陰極管)
3 LED(1)
4 LED(3)
5 照明体ハウジング
6 光触媒層
7 装飾フィルム
10 試験片

Claims (5)

  1. 光透過性材料の直下にピーク波長350〜390nmの波長を発するLED(1)と、可視光を発するLED(2)及び/又は白色光を発するLED(3)とからなるLED光源が配設された照明体において、光透過性材料上に光触媒層が積層されたことを特徴とする防汚照明体。
  2. 上記LED(1)の発光時間が、LED(2)及び/又はLED(3)の単位発光時間当たり1/100〜99/100の間発光するように制御されている請求項1に記載の防汚照明体。
  3. 上記光触媒層が光触媒(A)及びバインダー成分(B)を含む光触媒組成物(C)からなる請求項1又は2に記載の防汚照明体。
  4. 上記光透過性材料が光透過性樹脂である請求項1〜3のいずれかに記載の防汚照明体。
  5. 上記光透過性樹脂がメタクリル樹脂である請求項4記載の防汚照明体。
JP2006090212A 2006-03-29 2006-03-29 防汚照明体 Pending JP2007265835A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006090212A JP2007265835A (ja) 2006-03-29 2006-03-29 防汚照明体

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006090212A JP2007265835A (ja) 2006-03-29 2006-03-29 防汚照明体

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007265835A true JP2007265835A (ja) 2007-10-11

Family

ID=38638622

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006090212A Pending JP2007265835A (ja) 2006-03-29 2006-03-29 防汚照明体

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007265835A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010202733A (ja) * 2009-03-02 2010-09-16 Idemitsu Technofine Co Ltd 看板用コート剤
JP2012059424A (ja) * 2010-09-07 2012-03-22 Opeth:Kk Led照明装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11223812A (ja) * 1998-02-09 1999-08-17 Canon Inc 照明装置およびそれを用いた表示装置
JP2006012511A (ja) * 2004-06-24 2006-01-12 Toshiba Lighting & Technology Corp 照明装置及び貯蔵庫

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11223812A (ja) * 1998-02-09 1999-08-17 Canon Inc 照明装置およびそれを用いた表示装置
JP2006012511A (ja) * 2004-06-24 2006-01-12 Toshiba Lighting & Technology Corp 照明装置及び貯蔵庫

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010202733A (ja) * 2009-03-02 2010-09-16 Idemitsu Technofine Co Ltd 看板用コート剤
JP2012059424A (ja) * 2010-09-07 2012-03-22 Opeth:Kk Led照明装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4282597B2 (ja) 光触媒組成物
JP2009279566A (ja) 光触媒含有組成物
JP2006297209A (ja) 光触媒体
JP2007273309A (ja) Led光源及びそれを用いた表示体
JP2007265835A (ja) 防汚照明体
JP4817596B2 (ja) 光触媒組成物、それから形成される光触媒体
JP4169557B2 (ja) 光触媒体
JP4884646B2 (ja) 接着層形成用組成物および光触媒担持構造体
JP4397161B2 (ja) 光触媒組成物、それから形成される光触媒体
JP2007264360A (ja) 防汚表示体
JP2002273234A (ja) 光触媒体の製造方法
JP4169558B2 (ja) 光触媒坦持構造体
JP4203288B2 (ja) 光触媒フィルム、および該光触媒フィルムが貼付された部材
JP2005066481A (ja) 貼付用光触媒
JP4102625B2 (ja) 光触媒表層部を有する樹脂板
JP4672292B2 (ja) 光触媒組成物
JP4342919B2 (ja) 光触媒組成物、それから形成される光触媒体及び機能性複合体
JP4428994B2 (ja) 光触媒組成物
JP4052909B2 (ja) 防汚性能を有する路面標示
JP4148835B2 (ja) 機能性木材
JP2004106303A (ja) 防汚性能を有する化粧シート
JP3922991B2 (ja) 低汚染性ブラインド
JP2005058941A (ja) 防汚性プラズマディスプレイパネル
JP2001150622A (ja) 積層フィルム
JP4371789B2 (ja) 多層構造体

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20080627

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090319

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100811

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100914

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20110125