JP2009512573A - 防汚性材料及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
薄い親水性層は酸化チタンと相乗的に作用する。何故なら、これらの層のいずれも単独では、発見された技術的効果を生じないからである。
酸化チタンをベースとした被膜は、もっぱら酸化チタンで構成され得る(不可避的な不純物は別として)。酸化チタンは、無定形であってもよく、又は少なくとも部分的に結晶質の構造をとりわけアナターゼ若しくはルチル型にて有していてもよい。発見された技術的効果は、光触媒活性と関連があるようには演繹的に思えず、何故なら無定形酸化チタン被膜(その光触媒活性は極めて低い又はそれどころか非存在である)もまた水の流れ去りの不存在で無機汚れの付着及びこびりつきを防ぐからである。それ故、例えば非常に薄い酸化チタン被膜、たとえば1〜5nmの厚さを有するもののような他のあまり活性でない被膜もまた用いられ得る。しかしながら、有機汚れを効果的に分解するのに十分な光触媒活性を材料に与えるために、アナターゼ型の結晶質酸化チタンの層、特に、5nmより大きい厚さを有するものが好ましい。かくして、好ましい厚さは5〜20nmであり、しかしてより大きい厚さは、おそらく望ましくない呈色を引き起こしたり、より長い付着時間を来たすであろう。薄い親水性層の存在は、その厚さが数ナノメートル特に5nmそしてとりわけ2nmより大きくない限り、材料の光触媒活性を減少せず、そしてそれどころか時にはそれを増加するように思える。本発明に関して特に有利な酸化チタン被膜の例は、たとえば、特許出願EP−A−850 204(参照することにより本願に組み込まれる)に記載されている。
酸化チタンをベースとした被膜はまた、別の化合物とりわけ別の酸化物と混合された酸化チタンを含み得る。チタンと、ケイ素、アルミニウム、マグネシウム又はスズの酸化物から選ばれた1種又はそれ以上の酸化物との混合酸化物は、本発明のあり得る具体的態様を構成することができる。
本発明により用いられ得る新規材料は、少なくとも1つの層を備えた基材で構成された材料であって、その層の表面は材料の外面の少なくとも一部を形成し、しかもその層は酸化チタン及び酸化ケイ素を含む材料である。この材料は、外面における酸化チタン含有率がゼロでないこと及び酸化ケイ素含有率が層の中心においてよりも外面において高いことを特徴とする。
本発明による組成勾配を有する混合層は、WO97/03029に記載された方法により得られ得る。この化学蒸着(CVD)法は、基材(特に、フロートガラス法により得られたリボンの形態にあるガラスの)の走行軸に対して横断方向に延びるノズルであって、異なる組成の前駆体ガスの注入のためのそしてそれらの2種のガス流の間の部分的且つ徐々の混合が付着帯域において引き起こされるような大きさにある2つのスリットを有するノズルを用いる。
本発明の範囲内で用いられる基材は、無機特質のもの、とりわけガラス、セラミック若しくはガラス−セラミックをベースとしたもの、又はそうでなければ有機特質のものであり得る。後者の場合において、例えばポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリビニルブチラール、ポリエチレングリコールテレフタレート、ポリブチレングリコールテレフタレート、及びイオノマー樹脂(例えば、ポリアミンにより中和されたエチレン/(メト)アクリル酸のコポリマー)、シクロオレフィンコポリマー(例えば、エチレン/ノルボルネン又はエチレン/シクロペンタジエンコポリマー)、ポリカーボネート/ポリエステルコポリマー、エチレン/ビニルアセテートコポリマー、等のような様々な硬質又は軟質プラスチックが単独で又はブレンド物として用いられ得る。ジエチレングリコールビス(アリルカーボネート)の重合により得られた基材(PPG Industries Inc.により商標CR39(登録商標)下で販売されている)、あるいは(メタ)アリル若しくは(メタ)アクリルポリマーをベースとした基材(より詳細には、ビスフェノールAから誘導されたモノマー又はプレポリマー、単独で又は他の共重合性モノマーとのブレンド物として使用される)から得られたもの)、ポリ(チオ)ウレタンをベースとした基材又はそうでなければポリスチレン若しくはジアリルフタレート樹脂をベースとした基材もまた用いられ得る。
少なくとも1つの下層が、好ましくは、基材と酸化チタンをベースとした被膜との間に挿入される。この下層は、それ自体有利には、基材及び/又は酸化チタンをベースとした被膜と接触している。
本発明による材料は、特に屋外にある暴露しかし雨から保護されている暴露中において、それ故昼間の太陽照射と夜間の照射の不存在の交互により特徴づけられるサイクルに付される場合に、無機汚れの付着(塵埃蓄積)を防ぎそしてそれ故水の流れ去りの不存在で汚されないという利点を有する。被覆されていないか又はTiO2のみをベースとしている光触媒作用性被膜を備えた基材に対して利点が現されるのは、数回の交互のサイクル中においてであり、とりわけ数ヶ月の暴露(2もしくは4ヶ月又はそれ以上)後である。かかる状況は、特に透明板ガラスがはめられた壁の前に又は上にコーニス、張出し又は日除けを有する建物(それ故、壁は雨水の流れ去りを受けない)の場合において頻発する。それ故、雨から保護された屋外域における又は非常にまれにしか降水を受けない地域における本材料の使用は特に有利である。
Saint-Gobain Glassにより名称SGG Bioclean(登録商標)下で販売されている透明板ガラスパネルであって、アナターゼ型にて結晶化され且つ化学蒸着(CVD)法によって得られた15nmの厚さを有する酸化チタン被膜により覆われたところの、アルカリ金属の移行に対する遮断体として働くSiOCの薄膜を一方の表面上に備えたソーダ石灰ケイ酸塩ガラス基材で構成された透明板ガラスパネルが、比較例C1として供された。この透明板ガラスパネルは、酸化チタンの光触媒作用性及び超親水性の性質に因り、太陽放射線及び雨水の流れ去りの存在下でセルフクリーニングタイプであり、有機汚れを分解すること及び水、とりわけ雨の流れ去り下で無機汚れを除去することを可能にした。
ソーダ石灰ケイ酸塩ガラス基材上に、SiH4、エチレン及び任意に酸化性化合物から出発して、出願EP0 518 755に記載された方法に従って、化学蒸着法により、SiOCで作られたアルカリ金属遮断下層を50nmの厚さでもって堆積させた。この下層は、自然に構造化されて、基部における幅が約100nmで高さが約30nmである隆起部(バンプ)をその表面に有していた。
− Ti/(Ti+Si)比が0.92に等しく、それ故ケイ素で弱く富化されていた層は、層の中心において酸化ケイ素の非常に低い含有率(最高で、数重量パーセント)を有し、そしてこの含有率は材料の外面に近づくにつれて大きく且つ連続的に増加して約25〜30重量%に達した。
− Ti/(Ti+Si)比が0.67に等しかった層は、層の中心において約5〜10重量%の酸化ケイ素含有率を有し、そしてこの含有率は材料の外面に近づくにつれて大きく且つ連続的に増加して約70〜75重量%に達した。それ故、層の最外表面は、主としてシリカを含有していた。それ故、酸化チタンの重量含有率は、中心(90〜95%)から表面(25〜30%)へ、層の厚さにおいて連続的に減少していた。
Claims (28)
- 材料の外面の少なくとも一部を形成し且つ酸化チタンで構成されていない親水性薄膜が設けられた酸化チタンをベースとした被膜を備えた基材を含む材料の、水の流れ去りの不存在で該外面上における無機汚れの付着を防ぐ材料としての使用。
- 親水性薄膜が、10nmより小さい、好ましくは1〜2nmの厚さを有する、請求項1に記載の使用。
- 親水性薄膜が、周囲湿気の存在で及び酸化チタンの下地としての存在に因り、液体の水より密度の高くない水和層を生じることが可能である、請求項1又は2に記載の使用。
- 親水性薄膜が、ケイ素及び酸素をベースとしている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の使用。
- 親水性薄膜が、例えばアルミニウム(Al)又はジルコニウム(Zr)のような原子が任意にドーピングされたシリカ(SiO2)からなる、請求項4に記載の使用。
- 酸化チタンをベースとした被膜が、無定形である酸化チタン又は少なくとも部分的に結晶質の構造をとりわけアナターゼ若しくはルチル型にて有する酸化チタンからもっぱら構成されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の使用。
- 酸化チタンをベースとした被膜が、少なくとも部分的に結晶質であり且つバインダー中に分散されている識別可能な酸化チタン粒子を含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の使用。
- 親水性薄膜が、酸化チタンをベースとした被膜の一体化部分であり且つその最外表面を構成する、請求項7に記載の使用。
- 酸化チタンをベースとした被膜及び親水性薄膜が、酸化チタン及び酸化ケイ素を含む層を形成し、そして外面における酸化チタン含有率がゼロでなく、且つ酸化ケイ素含有率が該層の中心においてよりも該外面において高い、請求項1〜4のいずれか一項に記載の使用。
- 酸化チタンをベースとした被膜のすぐ下に、アルカリ金属遮断下層が位置している、請求項1〜9のいずれか一項に記載の使用。
- 材料の外面の少なくとも一部を形成し且つ酸化チタンで構成されていない親水性薄膜が設けられた酸化チタンをベースとした被膜を備えた基材を含む材料の、雨から保護されている区域において又は非常にまれにしか降水を受けない地域において屋外暴露にて置かれる場合に汚されない性質を有する材料としての使用。
- 材料の外面の少なくとも一部を形成し且つ酸化チタンで構成されていない親水性薄膜が設けられた酸化チタンをベースとした被膜を備えた基材で構成された材料であって、該親水性薄膜が、周囲湿気の存在で及び酸化チタンの下地としての存在に因り、液体の水より密度の高くない水和層を生じることが可能である、材料。
- 材料の外面の少なくとも一部を形成し且つ酸化チタンで構成されていない親水性薄膜が設けられた酸化チタンをベースとした被膜を備えた基材で構成された材料であって、該酸化チタンが主として無定形である、材料。
- 少なくとも1つの層を備えた基材で構成された材料であって、該層の表面は該材料の外面の少なくとも一部を形成し、該層は酸化チタン及び酸化ケイ素を含む材料において、該外面における酸化チタン含有率がゼロでなく、且つ酸化ケイ素含有率が該層の中心においてよりも該外面において高い、材料。
- 酸化ケイ素含有率が、層の中心から、とりわけ基材に最も近い部分から、外面まで、層の厚さとともに連続的に増加する、請求項14に記載の材料。
- 層の厚さが、3〜30nm、好ましくは5〜20nmである、請求項14又は15に記載の材料。
- 基材に最も近い層の部分における酸化ケイ素含有率がゼロでない、請求項14〜16のいずれか一項に記載の材料。
- 酸化チタン及び酸化ケイ素を含む層のすぐ下に、アルカリ金属遮断下層が位置している、請求項14〜17のいずれか一項に記載の材料。
- アルカリ金属遮断下層が、好ましくは基材上に直接的にCVDにより付着されたSiOC層である、請求項18に記載の材料。
- SiOC下層が、その表面上に、一定間隔の隆起部、好ましくは基部において約60〜120nmの幅及び約20〜50nmの高さを有する隆起部を有する、請求項19に記載の材料。
- 酸化チタン及び酸化ケイ素を含む少なくとも1つの層を備えた基材を含む材料を得る方法であって、軸に沿って走行する該基材上に化学蒸着(CVD)により該層を付着させ、その際、該基材の走行軸に対して横断方向に延び且つ単一スリットを有するノズルを用いて該付着を行い、かつ一緒に反応しないところの酸化チタン及び酸化ケイ素の気体状前駆体を該単一スリットを経て同時に注入し、且つ少なくとも1種の酸化チタン前駆体は、少なくとも1種の酸化ケイ素前駆体の分解温度よりも固有的に又は外因的に十分に低い分解温度を有していて、酸化ケイ素含有率が層の厚さにおいて連続的に増加する層を形成する、方法。
- 単一の酸化チタン前駆体及び単一の酸化ケイ素前駆体を注入する、請求項21に記載の方法。
- 酸化チタン前駆体と酸化ケイ素前駆体のそれぞれの分解温度の差が少なくとも50℃である、請求項22に記載の方法。
- 酸化ケイ素前駆体及び酸化チタン前駆体が、それぞれ、テトラエトキシシラン(TEOS)及びテトライソプロピルチタネート(TiPT)である、請求項23に記載の方法。
- 導入されるTi及びSi原子(気相中に存在する)のモル量から算出されるTi/(Ti+Si)モル比が、0.85〜0.96、好ましくは0.90〜0.93である、請求項21〜24のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項21〜25のいずれか一項に記載の方法により得られることが可能な材料。
- 基材がガラスで作られている、請求項12〜20のいずれか一項又は請求項26に記載の材料。
- 少なくとも1種の請求項27に記載の材料が組み込まれている透明板ガラスパネル又は表示スクリーン。
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