JP2011104555A - Hydrophilic coating composition, method for preparing hydrophilic coating composition, hydrophilic coated film layer and building material - Google Patents

Hydrophilic coating composition, method for preparing hydrophilic coating composition, hydrophilic coated film layer and building material Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrophilic coating composition in which a hydrophilic coated film layer has hydrophilicity without mostly decomposing an organic system substrate by the formed hydrophilic coated film when the surface of the organic system substrate is coated with one layer. <P>SOLUTION: In the hydrophilic coating composition coated on the surface of the organic system substrate which contains crystalline titanium oxide particles and amorphous titanium oxide particles, vanadium is contained in each of the crystal particles and the amorphous particles. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、光照射により親水能を発揮する機能性粒子とバインダーとを含有する親水性塗料組成物、該親水性塗料組成物の製造方法、さらには該親水性塗料組成物により基材表面に形成した親水性塗膜層、該基材を用いた建築材に関する。また、該親水性塗膜層により基材の親水性、親水化能を高めて該基材に長期的な防汚性能を付与する技術に関する。   The present invention relates to a hydrophilic coating composition containing functional particles that exhibit hydrophilic ability by light irradiation and a binder, a method for producing the hydrophilic coating composition, and further to the substrate surface by the hydrophilic coating composition. The present invention relates to a formed hydrophilic coating layer and a building material using the substrate. Further, the present invention relates to a technique for imparting long-term antifouling performance to the substrate by enhancing the hydrophilicity and hydrophilicity of the substrate by the hydrophilic coating layer.

結晶性の酸化チタン等は、図3に示すように、バンドキャップ以上のエネルギーを有する紫外光が照射されると励起されて電子と正孔を生じ、これらが水分子に作用してOHラジカルが生じ有機物が分解される。そのため、酸化チタン等について様々な角度から防汚や浄化についての研究がなされてきた。防汚に関することとして、ゾル−ゲル法、固相反応や気相反応等により酸化チタンを含む膜を形成し建築材や車などの防汚が行われている。   As shown in FIG. 3, crystalline titanium oxide or the like is excited when irradiated with ultraviolet light having energy higher than the band cap to generate electrons and holes, which act on water molecules to generate OH radicals. The resulting organic matter is decomposed. Therefore, studies on antifouling and purification have been made from various angles regarding titanium oxide and the like. Concerning antifouling, a film containing titanium oxide is formed by a sol-gel method, a solid phase reaction, a gas phase reaction, or the like to prevent fouling of building materials or cars.

結晶性の酸化チタンを含む塗膜の形成に用いられる塗料としては、酸化チタン粉体スラリー、該酸化チタンの塩水溶液やチタンアルコキシドの加水分解で作製したゾル、該チタンが過酸化状態の非晶性の酸化チタン粒子で存在する酸化チタンゾル溶液、結晶性の酸化チタンが粒子として存在する金属ゾル溶液等がある。   Examples of paints used for forming a coating film containing crystalline titanium oxide include titanium oxide powder slurry, a sol prepared by hydrolysis of a salt aqueous solution of titanium oxide and titanium alkoxide, and an amorphous amorphous state of titanium. There are a titanium oxide sol solution in which crystalline titanium oxide particles are present, a metal sol solution in which crystalline titanium oxide is present as particles, and the like.

これらの塗料の作製過程において、結晶性の酸化チタン粒子に他の金属をドーピング(ドープ)等することが行われている。このドープにより、酸化チタンのバンドキャップエネルギーが変位して、可視光の波長域でも酸化チタンが励起されるようになり、親水能や有機物分解能を発揮する。しかし、正孔と電子はドープされた金属に集まりやすいため、正孔と電子が互いに結合して消えて有機物を分解する活性が維持できないという側面もある。   In the process of producing these paints, the crystalline titanium oxide particles are doped with other metals. By this dope, the band cap energy of titanium oxide is displaced, so that titanium oxide is excited even in the wavelength range of visible light, and exhibits hydrophilicity and organic matter resolution. However, since holes and electrons are likely to collect in the doped metal, there is an aspect in which the activity of decomposing organic substances cannot be maintained because the holes and electrons are bonded together and disappear.

酸化チタンは金属酸化物のなかでも光触媒能が高く、その結晶相としてアナターゼ型、ブルールカイト型、ルチル型が知られ、最も低温で生成され安定な結晶相はアナターゼ型である。   Titanium oxide has a high photocatalytic activity among metal oxides, and anatase type, brucite type and rutile type are known as its crystal phase, and the stable crystal phase produced at the lowest temperature is the anatase type.

例えば、非特許文献1には、バナジウムまたはニオブがドープされた酸化チタンの粒子(非晶性の酸化チタン粒子、結晶性の酸化チタンの超微粒子)の製造方法が開示されている。この製造方法は、バナジウム(V)またはニオブ(Nb)を含む四塩化チタンの水溶液にアンモニア水と過酸化水素を添加することで水熱反応を起こし、バナジウムまたはニオブを含むペルオキソチタン酸(HO−(NbO5n−(TiO5m−OH、m>nまたはHO−(VO5)p−(TiO5q−OH)、q>p)の非晶性の分子を形成し、さらにこのペルオキソ状態の複合金属酸の水溶液を100℃で8時間還流することでバナジウムまたはニオブがドープされた直径数ナノメートルである結晶性の酸化チタンの超微粒子を形成する技術内容が開示されている。 For example, Non-Patent Document 1 discloses a method for producing titanium oxide particles doped with vanadium or niobium (amorphous titanium oxide particles, crystalline titanium oxide ultrafine particles). In this production method, a hydrothermal reaction is caused by adding ammonia water and hydrogen peroxide to an aqueous solution of titanium tetrachloride containing vanadium (V) or niobium (Nb), and peroxotitanic acid containing vanadium or niobium (HO- (NbO 5) n - (TiO 5) m -OH, m> n or HO- (VO 5) p - ( TiO 5) q -OH), to form a non-crystalline molecules q> p), further The technical content of forming ultrafine particles of crystalline titanium oxide having a diameter of several nanometers doped with vanadium or niobium by refluxing this aqueous solution of a complex metal acid in the peroxo state at 100 ° C. for 8 hours is disclosed. .

一方、特許文献1には、塗膜を形成して有機系の高分子樹脂に防汚性能を付与するにあたり、酸化チタンを含む塗布剤により塗膜を形成する例が示されており、非晶性の酸化チタン粒子を水溶媒に分散したバインダーを用いて有機系の高分子樹脂の上に第1層を設け、さらにこの第1層の上に光触媒能を有する結晶性酸化チタンを主として含む第2層とを設けた例が示されている。これによって、第2層が照射されて有機物分解能が発揮されても、第2層と有機系の高分子樹脂との間に介在する第1層によって有機系の高分子樹脂が保護されて分解されることがない。   On the other hand, Patent Document 1 shows an example in which a coating film is formed with a coating agent containing titanium oxide in forming a coating film and imparting antifouling performance to an organic polymer resin. A first layer is provided on an organic polymer resin using a binder in which a conductive titanium oxide particle is dispersed in an aqueous solvent, and the first layer mainly contains crystalline titanium oxide having photocatalytic activity. An example in which two layers are provided is shown. Thus, even when the second layer is irradiated and the organic matter resolution is exhibited, the organic polymer resin is protected and decomposed by the first layer interposed between the second layer and the organic polymer resin. There is nothing to do.

しかしながら、前者の非特許文献1のドープは、結晶性の酸化チタン粒子を可視光領域でも励起可能とし、有機物分解能や親水能を高める目的で行われ、この非特許文献1に挙げられている非晶性の酸化チタン粒子については、その結晶性の酸化チタン粒子を製造するための中間産物にすぎない。   However, the former doping of Non-Patent Document 1 is performed for the purpose of making it possible to excite crystalline titanium oxide particles even in the visible light region, and to improve organic matter resolution and hydrophilicity. Crystalline titanium oxide particles are merely an intermediate product for producing the crystalline titanium oxide particles.

一方後者の特許文献1のものでは、有機系の高分子樹脂と第2層との間に第1層が介在し、この第1層に含まれるバインダー中の非晶性の酸化チタン粒子は、時間の経過とともに部分結晶化を起こして有機物分解能を有するようになり、第1層の下地である有機系の高分子樹脂の分解が起こる虞がある。   On the other hand, in the latter Patent Document 1, the first layer is interposed between the organic polymer resin and the second layer, and the amorphous titanium oxide particles in the binder contained in the first layer are: With the passage of time, partial crystallization occurs and the organic substance has a resolution, and there is a possibility that the organic polymer resin that is the base of the first layer may be decomposed.

さらに、この非晶性の酸化チタン粒子を含む第1層は低コストとする等の理由からも薄膜となるため、均一に塗ることが困難であり、その塗膜は透明であるため、均一に塗布できなかった部分を見つけて補修するのは非常に面倒で時間もかかる。   Furthermore, since the first layer containing the amorphous titanium oxide particles is a thin film for reasons such as low cost, it is difficult to apply uniformly, and the coating film is transparent. It is very troublesome and time consuming to find and repair parts that could not be applied.

特許文献1のものは、2つの層を設けるため、1つの層のみを設ける場合に比べてコストや時間がかかり、それぞれの層を設ける工程は別であるため、少なくとも2つの作業用のスペースを確保しなげればならないという問題もある。   Since the thing of patent document 1 provides two layers, compared with the case where only one layer is provided, since cost and time are required and the process of providing each layer is different, at least two working spaces are provided. There is also a problem that it must be secured.

特開平9−262481号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-262481

一ノ瀬 弘道、“酸化チタンコーティング剤の改良と環境浄化への応用”、[online]、3.研究報告P.85−89平成14年度研究報告,佐賀県窯業技術センター、[平成21年9月3日検索]、インターネット<URL:http://www.scrl.gr.jp/research/reports/h14/h14titancoat.pdf>2. Hiromichi Ichinose, “Improvement of Titanium Oxide Coating Agent and Application to Environmental Purification” [online] Research report 85-89 2002 research report, Saga Prefectural Ceramics Technology Center, [Search September 3, 2009], Internet <URL: http://www.scrl.gr.jp/research/reports/h14/h14titancoat. pdf>

本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、有機物分解能を有する結晶性の酸化チタン粒子と、次第にその有機物分解能を増加させていくバインダーの成分の非晶性の酸化チタン粒子とにバナジウムを含有させることにより、それらの有機物分解能(結果的には有機物分解活性)を調節できることを見出して本発明の完成に至った。   As a result of intensive studies, the inventors of the present invention contain vanadium in crystalline titanium oxide particles having organic matter resolution and amorphous titanium oxide particles as a component of a binder that gradually increases the organic matter resolution. As a result, it was found that their organic matter resolution (and consequently organic matter decomposition activity) can be adjusted, and the present invention was completed.

すなわち、本発明に係る親水性塗料組成物は、結晶性の酸化チタン粒子(機能性粒子)と非晶性の酸化チタン粒子(前駆体)とを含有し、有機系基材の表面に塗布される親水性塗料組成物において、前記結晶性の酸化チタン粒子と前記非晶性の酸化チタン粒子のそれぞれにバナジウムが所定の割合で含有されていることを特徴とする。   That is, the hydrophilic coating composition according to the present invention contains crystalline titanium oxide particles (functional particles) and amorphous titanium oxide particles (precursor), and is applied to the surface of an organic base material. In the hydrophilic coating composition, vanadium is contained in each of the crystalline titanium oxide particles and the amorphous titanium oxide particles in a predetermined ratio.

また、バナジウムはドープ等の方法により含有されていてもよく、バナジウムを含有した結晶性の酸化チタン粒子と非晶性の酸化チタン粒子は、チタンとバナジウムのそれぞれの水酸化物を所定の比率で含む水溶液に酸化剤を添加し、この添加によって起こる反応により調製されてもよい。   In addition, vanadium may be contained by a method such as dope, and the crystalline titanium oxide particles and amorphous titanium oxide particles containing vanadium have a specific ratio of titanium and vanadium hydroxides. It may be prepared by adding an oxidizing agent to the aqueous solution containing it and reacting by this addition.

さらに、前記結晶性の酸化チタン粒子の形成には、この粒子の形成に用いるチタンのモル量に対して1〜10モル%となるモル量のバナジウムを用いることとしてもよい。   Furthermore, for the formation of the crystalline titanium oxide particles, a molar amount of vanadium that is 1 to 10 mol% with respect to the molar amount of titanium used to form the particles may be used.

同様に、前記非晶性の酸化チタン粒子の形成には、この粒子の形成に用いるチタンのモル量に対して1〜10モル%となるモル量のバナジウムを用いることとしてもよい。   Similarly, for the formation of the amorphous titanium oxide particles, a molar amount of vanadium that is 1 to 10 mol% with respect to the molar amount of titanium used for the formation of the particles may be used.

本発明に係る上記親水性塗料組成物の調製方法は、チタンとバナジウムのそれぞれの水酸化物を所定の比率で含む水溶液に酸化剤を添加し、この添加により起こる反応によってチタンとバナジウムを同一分子内に含む前記非晶性の酸化チタン粒子を形成する工程と、該非晶性の酸化チタン粒子の溶液を所定温度で所定時間加熱することで前記結晶性の酸化チタン粒子を形成する工程とを備えていること特徴とする。   In the method for preparing the hydrophilic coating composition according to the present invention, an oxidizing agent is added to an aqueous solution containing the respective hydroxides of titanium and vanadium in a predetermined ratio, and titanium and vanadium are converted into the same molecule by a reaction caused by the addition. A step of forming the amorphous titanium oxide particles contained therein, and a step of forming the crystalline titanium oxide particles by heating a solution of the amorphous titanium oxide particles at a predetermined temperature for a predetermined time. It is characterized by being.

本発明に係る塗膜は上記親水性塗料組成物を用いて形成した塗膜(親水性塗膜層)であり、本発明に係る建築材はこの親水性塗膜層を有する。   The coating film according to the present invention is a coating film (hydrophilic coating layer) formed using the above hydrophilic coating composition, and the building material according to the present invention has this hydrophilic coating layer.

なお、「光触媒製品技術協議会会則・諸規定および試験法2005年6月」には、光励起触媒製品について品質と安全性に関する自主規格が定められており、本発明に係る結晶性の酸化チタン粒子や非晶性の酸化チタン粒子は、後述するように、この文献に記載されているメチレンブルーによる活性試験(液相フィルム密着法)でメチレンブルーが完全に退色することはないため、光触媒には分類されない。   The “Photocatalyst Product Technical Council Rules, Regulations and Test Methods June 2005” defines voluntary standards for quality and safety of photoexcited catalyst products. The crystalline titanium oxide particles according to the present invention As described later, the amorphous titanium oxide particles are not classified as photocatalysts because methylene blue does not completely fade in the activity test (liquid phase film adhesion method) described in this document. .

本発明によれば、前記結晶性の酸化チタン粒子に有機物分解能を抑制するバナジウムが所定の割合で含有されているため、前記結晶性の酸化チタン粒子の有機物分解能をバナジウムにより抑制させることができる。   According to the present invention, since the crystalline titanium oxide particles contain vanadium which suppresses organic matter resolution at a predetermined ratio, the organic matter resolution of the crystalline titanium oxide particles can be suppressed by vanadium.

また、前記非晶性の酸化チタン粒子は、所定条件下(例えば溶液温度が40℃である温度条件下や自然暴露条件下でも)で時間経過とともに徐々に結晶化(部分結晶化)していくことから、このような結晶化によりバインダーとしては不必要な有機物分解能を有するようになる。   The amorphous titanium oxide particles gradually crystallize (partially crystallize) over time under a predetermined condition (for example, a temperature condition where the solution temperature is 40 ° C. or a natural exposure condition). For this reason, such crystallization has an unnecessary organic matter resolution as a binder.

しかし、上記同様に前記非晶性の酸化チタン粒子にも所定の割合でバナジウムが含有されているため、この不必要な有機物分解能の発現を抑制することができる。   However, since the non-crystalline titanium oxide particles contain vanadium at a predetermined ratio as described above, this unnecessary expression of organic matter can be suppressed.

上述した理由から、有機系基材の表面に前記親水性塗料組成物を塗布して一層コーティングしても前記有機系基材の分解されにくいものとなる。このため、従来のように有機系基材の表面と酸化チタンの層との間に無機のバインダー層を介在させて酸化チタン層の不必要な分解から有機系基材を保護する必要がない。   For the reasons described above, even if the hydrophilic coating composition is applied to the surface of the organic base material and further coated, the organic base material is hardly decomposed. For this reason, it is not necessary to protect the organic base material from unnecessary decomposition of the titanium oxide layer by interposing an inorganic binder layer between the surface of the organic base material and the titanium oxide layer as in the prior art.

さらに、一層コーティングで済むことから、バインダー層のコーティングにかかる費用(材料費、人件費)の省略、建築材の製造時間の短期化およびバインダー層をコーティングする作業スペースの省略を図ることができる。   Furthermore, since only one layer of coating is required, it is possible to omit the cost (material cost and labor cost) for coating the binder layer, shorten the manufacturing time of the building material, and omit the work space for coating the binder layer.

前記結晶性の酸化チタン粒子形成に用いられるチタンのモル量に対して1〜10モル%となるモル量のバナジウムが用いられてバナジウムが前記結晶性の酸化チタン粒子に含有されているため、前記親水性塗料組成物ひいてはその親水性塗膜層の透明性を損なわず且つ適正な範囲で前記抑制を調節できる。   The vanadium is contained in the crystalline titanium oxide particles because the vanadium is used in a molar amount of 1 to 10 mol% with respect to the molar amount of titanium used for forming the crystalline titanium oxide particles. The suppression can be adjusted within an appropriate range without impairing the transparency of the hydrophilic coating composition and the hydrophilic coating layer.

前記非晶性の酸化チタン粒子形成に用いられるチタンのモル量に対して1〜10モル%となるモル量のバナジウムが用いられてバナジウムが前記非晶性の酸化チタン粒子に含有されているため、前記親水性塗料組成物ひいてはその親水性塗膜層の透明性を損なわず且つ適正な範囲で前記抑制を調節できる。   Since vanadium is used in a molar amount of 1 to 10 mol% with respect to the molar amount of titanium used for forming the amorphous titanium oxide particles, and vanadium is contained in the amorphous titanium oxide particles. The suppression can be adjusted within an appropriate range without impairing the transparency of the hydrophilic coating composition and thus the hydrophilic coating layer.

用いるバナジウムのモル量が10モル%を超えると親水性塗膜層に視認できる程度の色が着くため好ましくない。   If the molar amount of vanadium to be used exceeds 10 mol%, it is not preferable because a color that is visible to the hydrophilic coating layer is obtained.

前記バナジウムが前記結晶性の酸化チタン粒子と前記非晶性の酸化チタンのそれぞれに含有されていることで、それぞれに均一にバナジウムが分散し、これにより電子と正孔の生じた箇所の近くにそれらの再結合センターが散在する状態となり、有機物分解能の抑制の調節をより行いやすいものとなる。   Since the vanadium is contained in each of the crystalline titanium oxide particles and the amorphous titanium oxide, the vanadium is uniformly dispersed in each of them, and thereby, near a place where electrons and holes are generated. These recombination centers are scattered, and it becomes easier to adjust the suppression of organic matter resolution.

また、前記バナジウムの含有量を調節することにより親水性塗膜層を所望の有機物分解能に調節することができるようになる。   In addition, the hydrophilic coating layer can be adjusted to a desired organic matter resolution by adjusting the vanadium content.

本発明に係る上記親水性塗料組成物の調製方法は、チタンとバナジウムのそれぞれの水酸化物を所定の比率で含む水溶液に酸化剤を添加し、この添加により起こる反応によってチタンとバナジウムを同一分子内に含む前記非晶性の酸化チタン粒子を形成する工程と、該非晶性の酸化チタンの溶液を所定温度で所定時間加熱することで前記結晶性の酸化チタン粒子を形成する工程とを備えているため、前記結晶性の酸化チタン粒子と前記非晶性の酸化チタンに水相でバナジウムを含有させる。   In the method for preparing the hydrophilic coating composition according to the present invention, an oxidizing agent is added to an aqueous solution containing the respective hydroxides of titanium and vanadium in a predetermined ratio, and titanium and vanadium are converted into the same molecule by a reaction caused by the addition. A step of forming the amorphous titanium oxide particles contained therein, and a step of forming the crystalline titanium oxide particles by heating a solution of the amorphous titanium oxide at a predetermined temperature for a predetermined time. Therefore, vanadium is included in the crystalline titanium oxide particles and the amorphous titanium oxide in an aqueous phase.

水相でバナジウムを含有させるため、スパッタリング法や燃焼法等の気相法のように酸化チタンの内部に酸素が欠損した部位が形成されることがなく、前記非晶性の酸化チタン粒子を形成する工程が容易なうえバナジウムを均一に含有させることができる。   Since vanadium is contained in the aqueous phase, the amorphous titanium oxide particles are formed without the formation of oxygen-deficient sites inside the titanium oxide unlike the vapor phase methods such as sputtering and combustion. In addition, the vanadium can be uniformly contained.

また、親水性塗膜層を有する建築材とすることで前述した有機物分解能抑制の効果を有する建築材が得られる。   Moreover, the building material which has the effect of organic substance resolution suppression mentioned above is obtained by setting it as the building material which has a hydrophilic coating-film layer.

例えば酸化チタンを含む層を外装の一部として有する有機系の建築材では、酸化チタンによる有機物分解により建築材が侵食されるため、建築材が短寿命化してしまうが、本発明に係る建築材であれば、上記と同量の酸化チタンを含む層の建築材の場合でも、この層(親水性塗膜層)に含まれるバナジウムにより、防汚性能としての親水能及び有機物分解能(セルフクリーニング能力)を多少犠牲とするが、上記のように建築材が短寿命化することがない。   For example, in an organic building material having a layer containing titanium oxide as a part of the exterior, the building material is eroded by organic matter decomposition by titanium oxide, so that the building material is shortened in life, but the building material according to the present invention Then, even in the case of a building material having a layer containing titanium oxide in the same amount as above, the vanadium contained in this layer (hydrophilic coating layer) can provide hydrophilicity and organic matter resolution (self-cleaning ability) as antifouling performance. ) Is somewhat sacrificed, but the building materials will not be shortened as described above.

本発明の実施の形態に係るコーティング剤の調製方法の工程1、2を工程順に示した図である。It is the figure which showed process 1, 2 of the preparation method of the coating agent which concerns on embodiment of this invention in process order. 本発明の実施の形態に係るコーティング剤の調製方法の工程3〜5を工程順に示した図である。It is the figure which showed process 3-5 of the preparation method of the coating agent which concerns on embodiment of this invention in process order. 本発明の実施の形態に係るコーティング剤の調製方法の工程6、7に示した図である。It is the figure shown to process 6 and 7 of the preparation method of the coating agent which concerns on embodiment of this invention. (A)バナジウム(V)を含有させない場合の電子と正孔の動きを示す説明図である。(B)バナジウム(V)を含有させた場合の電子と正孔の動きを示す説明図である。(A) It is explanatory drawing which shows the motion of an electron and a hole when not containing vanadium (V). (B) It is explanatory drawing which shows the motion of an electron and a hole at the time of containing vanadium (V). 各金属酸化物のバンドキャップエネルギー、親水能および有機物分解能を示した図である。It is the figure which showed the band cap energy, hydrophilic ability, and organic substance resolution | decomposability of each metal oxide. 所定期間40℃温水浸漬したアモルファス溶液(バナジウム含有の有・無)を用いて形成した親水性塗膜層の有機物分解能を示した表である。It is the table | surface which showed the organic substance resolution | decomposability of the hydrophilic coating film layer formed using the amorphous solution (with and without vanadium) immersed in 40 degreeC warm water for a predetermined period. 図4の表の折れ線グラフを示す。The line graph of the table | surface of FIG. 4 is shown. 所定期間40℃温水浸漬したアモルファス溶液(バナジウム含有の有・無)を用いて形成した親水性塗膜層の親水能を示した表である。It is the table | surface which showed the hydrophilic ability of the hydrophilic coating film layer formed using the amorphous solution (with and without vanadium) immersed in 40 degreeC warm water for a predetermined period. 図6の表の折れ線グラフを示す。The line graph of the table | surface of FIG. 6 is shown. バナジウムの含有させる場合とさせない場合のそれぞれで、アナターゼ溶液(ANA)/アモルファス溶液(AMO)の固形分比を変えて形成した親水性塗膜層の有機物分解能を示した表である。It is the table | surface which showed the organic substance resolution | decomposability of the hydrophilic coating film formed by changing the solid content ratio of anatase solution (ANA) / amorphous solution (AMO) in each of the case where vanadium is contained and not. 図8の表の折れ線グラフを示す。The line graph of the table | surface of FIG. 8 is shown. バナジウムの含有させる場合とさせない場合のそれぞれで、アナターゼ溶液(ANA)/アモルファス溶液(AMO)の固形分比を変えて形成した親水性塗膜層の親水能を示した表である。It is the table | surface which showed the hydrophilic ability of the hydrophilic coating film layer formed by changing the solid content ratio of anatase solution (ANA) / amorphous solution (AMO) in each of the case where it does not contain vanadium. 図10の折れ線グラフを示す。The line graph of FIG. 10 is shown. アナターゼ粒子とアモルファス粒子の各粒子の形成に用いたバナジウムのモル量(モル%)が親水性塗膜層の色味に与える影響を示した表である。It is the table | surface which showed the influence which the molar amount (mol%) of vanadium used for formation of each particle | grain of anatase particle | grains and an amorphous particle | grain has on the color of a hydrophilic coating film layer.

本発明に係るコーティング剤(親水性塗料組成物)は、有機物分解能を有する結晶性の酸化チタン粒子(以下、アナターゼ粒子)と、所定条件下で次第にその有機物分解能を増していくバインダーの成分の非晶性の酸化チタン粒子(以下、アモルファス粒子)とにバナジウムが例えばドープ等の方法によりそれぞれ含有されている。   The coating agent (hydrophilic coating composition) according to the present invention comprises crystalline titanium oxide particles (hereinafter referred to as anatase particles) having organic substance resolution, and non-binding components that gradually increase the organic substance resolution under predetermined conditions. Vanadium is contained in the crystalline titanium oxide particles (hereinafter referred to as amorphous particles) by a method such as doping.

アナターゼ粒子とアモルファス粒子は、アナターゼ溶液とアモルファス溶液にそれぞれ固形分として含まれている。アナターゼ溶液/アモルファス溶液の固形分比は90:10〜10:90、好ましくは75:25〜25:75で前記コーティング剤に含有されている。   The anatase particles and the amorphous particles are contained as solid contents in the anatase solution and the amorphous solution, respectively. The solid content ratio of the anatase solution / amorphous solution is 90:10 to 10:90, preferably 75:25 to 25:75, and is contained in the coating agent.

アナターゼ溶液の固形分比が90を超える場合には、コーティング剤の組成中のアモルファス粒子の割合が少なくなり、形成した親水性塗膜層の有機系基材への付着力が低下し、親水性塗膜層が剥がれやすくなってしまうため好ましくない。   When the solid content ratio of the anatase solution exceeds 90, the proportion of amorphous particles in the composition of the coating agent decreases, the adhesion of the formed hydrophilic coating layer to the organic base material decreases, and hydrophilicity It is not preferable because the coating layer is easily peeled off.

バナジウムは、前記アモルファス粒子形成に用いたチタンのモル量に対して1〜10モル%となるモル量で前記アモルファス粒子に含有させることが望ましい。このバナジウムのモル量が1モル%より少ないと上記有機物分解能を抑制する効果が低く、10モル%より高い場合は後述するように褐色が増すため、親水性塗膜層の透明性が失われてしまう。   Vanadium is desirably contained in the amorphous particles in a molar amount of 1 to 10 mol% with respect to the molar amount of titanium used for forming the amorphous particles. If the molar amount of vanadium is less than 1 mol%, the effect of suppressing the organic matter resolution is low, and if it is higher than 10 mol%, the brown color increases as described later, and the transparency of the hydrophilic coating layer is lost. End up.

バナジウム源としては、塩化バナジウム、水酸化バナジウム、硫化バナジウム、ヨウ化バナジウム等のバナジウム化合物を用いることができる。   As the vanadium source, vanadium compounds such as vanadium chloride, vanadium hydroxide, vanadium sulfide, and vanadium iodide can be used.

同様にバナジウムは、前記アナターゼ粒子形成に用いたチタンのモル量に対して1〜10モル%となるモル量で前記アナターゼ粒子に含有させることが望ましい。このバナジウムのモル量が1モル%より少ないとアナターゼ粒子の有機物分解能を抑制する効果が低く、10モル%より高い場合は親水性塗膜層の褐色が増すため、同様に透明性が失われてしまう。   Similarly, it is desirable to contain vanadium in the anatase particles in a molar amount of 1 to 10 mol% with respect to the molar amount of titanium used for the formation of the anatase particles. When the molar amount of vanadium is less than 1 mol%, the effect of suppressing the organic matter resolution of the anatase particles is low, and when it is higher than 10 mol%, the brown color of the hydrophilic coating layer increases, and the transparency is similarly lost. End up.

前記バナジウムを各粒子に含有させる場合、その方法は基本的に「一ノ瀬 弘道、“酸化チタンコーティング剤の改良と環境浄化への応用”」(非特許文献1)に記載の製造方法に沿っており、この文献によれば、このゾルに含まれるアナターゼ粒子の平均粒子径は、40nmの以下範囲となっていると推定される。なお、具体的な手順は後述の[工程1]〜[工程7]による。   When the vanadium is contained in each particle, the method is basically in accordance with the manufacturing method described in “Hiromichi Ichinose,“ Improvement of Titanium Oxide Coating Agent and Application to Environmental Purification ”(Non-Patent Document 1). According to this document, the average particle diameter of anatase particles contained in this sol is estimated to be in the following range of 40 nm. The specific procedure is based on [Step 1] to [Step 7] described later.

本発明に係る親水性塗膜層に用いることができる有機系基材としては、建築材に用いられ得るもので、有機高分子ポリマーを含有する基材を挙げることができる。例えば、アクリルシリコン系、アクリルウレタン系、ポリオレフィン系、ポリエーテル系、フッ素系等の有機ポリマーを用いることができる。   Examples of the organic base material that can be used for the hydrophilic coating layer according to the present invention include those that can be used for building materials, and include base materials containing organic polymer polymers. For example, organic polymers such as acrylic silicon, acrylic urethane, polyolefin, polyether, and fluorine can be used.

この有機系基材として、コーティング剤を塗布した際に基材表面に縞状の液滴の形成が防止される程度に親水性のものであれば、よりムラ無く塗ることができる理由から好ましいが、一様に塗布できるものであればよい。また無機系基材の場合には、特に制限なくどの材質の基材を用いてもよい。   As this organic base material, if it is hydrophilic to such an extent that formation of striped droplets on the surface of the base material is prevented when a coating agent is applied, it is preferable because it can be applied more uniformly. Any material that can be applied uniformly can be used. In the case of an inorganic base material, any base material may be used without any particular limitation.

コーティング剤に界面活性剤を添加すれば、表面張力が下がるので塗る際に有機系基材表面でコーティング剤がはじかれにくくなり、より一層ムラ無く均一に塗ることが出来る。   If a surfactant is added to the coating agent, the surface tension is lowered, so that the coating agent is less likely to be repelled on the surface of the organic base material during application, and the coating agent can be applied evenly and uniformly.

この界面活性剤としては、水溶性の溶剤であればよく、アニオン,カチオンのイオン性分子,ノニオン系の非イオン性分子など用いることができる。例えば、メタノール、エタノール、プロパノールのモノアルコール類や、エチレングリコール、プロピレングリコール、プロピレングリコールのジアルコール類を使用できる。また、メチルセロソルブ、セロソルブ、ブチルセロソルブのセロソルブ類も使用できる。   The surfactant may be a water-soluble solvent, and anionic, cationic ionic molecules, nonionic nonionic molecules, and the like can be used. For example, monoalcohols such as methanol, ethanol and propanol and dialcohols such as ethylene glycol, propylene glycol and propylene glycol can be used. Also, cellosolves such as methyl cellosolve, cellosolve, and butyl cellosolve can be used.

また、コーティング剤がほぼ無機組成分であることから有機系基材に塗布する場合、形成した親水性塗膜層の基材に対する密着性を高めるためにコーティング剤にカップリング剤を添加してもよい。このカップリング剤としては、例えばシランカップリング剤、チタンカップリング剤、アルミカップリング剤を用いることができる。形成されるほぼ無機の親水性塗膜層がこのカップリング剤により有機系基材表面により強固に結合する。   In addition, since the coating agent is almost an inorganic component, a coating agent may be added to the coating agent in order to enhance the adhesion of the formed hydrophilic coating layer to the substrate when applied to an organic substrate. Good. As this coupling agent, for example, a silane coupling agent, a titanium coupling agent, or an aluminum coupling agent can be used. The formed almost inorganic hydrophilic coating layer is more firmly bonded to the surface of the organic base material by this coupling agent.

さらに、親水性塗膜層のつやを消して見栄えを良くするためにコーティング剤につや消し剤を添加してもよい。つや消し剤としては、カオリン、タルク、アルミナ、ハイドロタルサイト、ベントン、硫酸バリウム、炭酸カルシウムなど体質顔料やクレー類を用いることができる。   Further, a matting agent may be added to the coating agent in order to erase the gloss of the hydrophilic coating layer and improve the appearance. As the matting agent, extender pigments and clays such as kaolin, talc, alumina, hydrotalcite, benton, barium sulfate and calcium carbonate can be used.

本発明に係るコーティング剤を調製する調製方法は、チタンとバナジウムのそれぞれの水酸化物を所定の比率で含む水溶液に過酸化水素水等の酸化剤を添加し、この添加によって起こる反応によって前記チタンと前記バナジウムを同一分子内に含むアモルファス粒子を形成し、さらに該アモルファス粒子からアナターゼ粒子を形成する。   In the preparation method for preparing the coating agent according to the present invention, an oxidizing agent such as hydrogen peroxide is added to an aqueous solution containing titanium hydroxide and vanadium hydroxide at a predetermined ratio, and the titanium is formed by a reaction caused by the addition. And the vanadium in the same molecule are formed, and anatase particles are formed from the amorphous particles.

以下、図1A〜1Cを参照しながら親水性塗料組成物の調製方法と親水性塗膜層の形成について説明する。なお、説明中の具体的な数値は例示であってこれらに限られない。
[工程1]:原料準備
工程2以降で使用する原料として、チタン源、バナジウム源等を用意する。
Hereinafter, the preparation method of the hydrophilic coating composition and the formation of the hydrophilic coating layer will be described with reference to FIGS. In addition, the specific numerical value in description is an illustration and is not restricted to these.
[Step 1]: Preparation of raw materials A titanium source, a vanadium source, etc. are prepared as raw materials to be used in Step 2 and subsequent steps.

まず、最終的に調製するアモルファス溶液またはアナターゼ溶液の容量を決定し、溶液中に含まれるチタンの終濃度(例えば0.5重量%)とチタンのモル量(例えば0.1mol)を決定し、このチタンのモル量を含む塩化チタン水溶液をチタン源として用意する。アモルファス溶液を調製する場合とアナターゼ溶液を調製する場合の双方でチタンのモル量を同量とした方が後のコーティング剤の調製時に簡便となる。   First, the volume of the amorphous solution or anatase solution to be finally prepared is determined, and the final concentration of titanium (for example, 0.5% by weight) and the molar amount of titanium (for example, 0.1 mol) contained in the solution are determined. A titanium chloride aqueous solution containing a molar amount of titanium is prepared as a titanium source. When preparing an amorphous solution and when preparing an anatase solution, it is easier to prepare the coating agent later when the molar amount of titanium is the same.

さらに、上記したチタンのモル量に対して1〜10モル%となるバナジウムのモル量(上の例では0.001〜0.01mol)を含む例えば酸化バナジウム(0.0005〜0.005mol)を用意する。   Further, for example, vanadium oxide (0.0005 to 0.005 mol) containing a molar amount of vanadium (0.001 to 0.01 mol in the above example) that is 1 to 10 mol% with respect to the molar amount of titanium described above is prepared.

また、中和用のアンモニア水とバナジウム溶液調製用のアンモニア水を用意する。バナジウム溶液調製用のアンモニア水中のアンモニアのモル量は、最終的に中和に用いられるアンモニアのモル量以下で、pH調整時のスタートのpHを設定するためのものとして、任意のモル量を加えることができる。   Also, ammonia water for neutralization and ammonia water for vanadium solution preparation are prepared. The molar amount of ammonia in the ammonia water for preparing the vanadium solution is not more than the molar amount of ammonia finally used for neutralization, and an arbitrary molar amount is added to set the starting pH at the time of pH adjustment. be able to.

そして、図1Aに示すように、バナジウムを含む化合物(上の例では酸化バナジウム)をバナジウム溶液調製用のアンモニア水に溶解し、蒸留水にて適宜希釈(上の例では酸化バナジウム濃度を0.9重量%と)してバナジウム溶液を得る。   As shown in FIG. 1A, a compound containing vanadium (in the above example, vanadium oxide) is dissolved in ammonia water for preparing a vanadium solution, and appropriately diluted with distilled water (in the above example, the vanadium oxide concentration is set to 0.1%). 9% by weight) to obtain a vanadium solution.

また、非常に酸性であるので塩化チタン水溶液とこれに含まれる塩化チタン重量の2倍程度の蒸留水とを混合しておいてもよい。
[工程2]:沈殿
工程2では、工程1で調製した各溶液を混合し、沈殿物(ゲル)を形成する。
Moreover, since it is very acidic, you may mix the titanium chloride aqueous solution and distilled water about twice the weight of the titanium chloride contained in this.
[Step 2]: Precipitation In step 2, the solutions prepared in step 1 are mixed to form a precipitate (gel).

まず、バナジウム溶液と中和用のアンモニア水を混合し、この溶液全量を塩化チタン水溶液に徐々に加えていく。その後、さらにアンモニア水にてpHを調整していくが、高粘度のアモルファス粒子を調製する場合にはpH3〜5、アナターゼ粒子を調製する場合にはpH7とするのが好ましい。   First, a vanadium solution and neutralizing ammonia water are mixed, and the total amount of this solution is gradually added to the titanium chloride aqueous solution. Thereafter, the pH is further adjusted with aqueous ammonia, but it is preferably adjusted to pH 3-5 when preparing highly viscous amorphous particles, and pH 7 when preparing anatase particles.

これにより、水酸化チタンと水酸化バナジウムが混ざった沈殿物(ゲル)を得る(図1の工程2参照)。   Thereby, a precipitate (gel) in which titanium hydroxide and vanadium hydroxide are mixed is obtained (see step 2 in FIG. 1).

ここで上記バナジウム溶液とアンモニア水の混合の際に、混合する酸化バナジウム溶液の量の調節することで含有させるバナジウムの量を調節することができる。
[工程3]:不要イオン除去(洗浄)
次に、工程3では、図1Bに示すように、工程2の沈殿物(ゲル)に蒸留水を加えて水洗し、上澄みを除去する。この水洗は、上澄み液の導電率が塩化物イオン、アンモニウムイオンが所定濃度以下となる10μs/cmまで繰り返す。これは、アンモニウムイオンがある濃度以上に残留した状態(非特許文献1では0.014mol/l以上としている)では後の工程5を行うときに結晶化が進みにくい等の理由による。水洗した後に沈殿物(ゲル)の重量に、最終の溶液濃度(実施例では0.5%)にするために必要な量の水を加える(不図示)。
[工程4]:ゲルの溶解(アモルファス溶液の調製)
次に、工程4では工程3で洗浄した沈殿物(ゲル)に過酸化水素等の酸化剤を添加して溶解し、アモルファス溶液を得る。
Here, when mixing the vanadium solution and ammonia water, the amount of vanadium to be contained can be adjusted by adjusting the amount of the vanadium oxide solution to be mixed.
[Process 3]: Removal of unnecessary ions (cleaning)
Next, in step 3, as shown in FIG. 1B, distilled water is added to the precipitate (gel) of step 2 and washed with water, and the supernatant is removed. This washing with water is repeated until the conductivity of the supernatant liquid becomes 10 μs / cm at which chloride ions and ammonium ions are not more than a predetermined concentration. This is because, in a state where ammonium ions remain at a certain concentration or more (0.014 mol / l or more in Non-Patent Document 1), crystallization is difficult to proceed when the subsequent step 5 is performed. After washing with water, the amount of water required to reach the final solution concentration (0.5% in the example) is added to the weight of the precipitate (gel) (not shown).
[Step 4]: Gel dissolution (Preparation of amorphous solution)
Next, in step 4, an oxidant such as hydrogen peroxide is added to the precipitate (gel) washed in step 3 and dissolved to obtain an amorphous solution.

まず、工程3の上澄水を捨てた沈殿物(ゲル)に水を加えたものに、チタンのモル量に対して10倍のモル量となる過酸化水素等の酸化剤を添加する。   First, an oxidant such as hydrogen peroxide is added to a precipitate (gel) obtained by discarding the supernatant water from Step 3 and added to water in a molar amount 10 times the molar amount of titanium.

これにより、アモルファス溶液(上の例では0.1molのチタンと0.001〜0.01molのバナジウムを含むアモルファス溶液)を得る。   Thus, an amorphous solution (in the above example, an amorphous solution containing 0.1 mol of titanium and 0.001 to 0.01 mol of vanadium) is obtained.

ここで、アモルファス溶液を調製する際に、バインダーに用いるアモルファス溶液を調製する場合と、アナターゼ粒子を形成するためのアモルファス溶液を調製する場合とで調製の条件を異ならせることが好ましい。   Here, when preparing the amorphous solution, it is preferable that the preparation conditions are different between the case where the amorphous solution used for the binder is prepared and the case where the amorphous solution for forming the anatase particles is prepared.

具体的には、バインダー用にアモルファス溶液を調製する場合では、工程3の沈殿物(ゲル)と蒸留水の混合物の温度を常温〜例えば40℃付近に調節し、この温度を恒温槽などで維持しながら過酸化水素水等の酸化剤を添加する。その後、沈殿物(ゲル)が溶けて橙〜黄色を呈した透明溶液となるまで攪拌し、恒温槽から取り出して常温で放置することで、バインダーに好適なゼリー状で高粘度のアモルファス溶液が得られる。   Specifically, in the case of preparing an amorphous solution for the binder, the temperature of the mixture of the precipitate (gel) and distilled water in step 3 is adjusted from room temperature to, for example, around 40 ° C., and this temperature is maintained in a thermostatic bath or the like. While adding an oxidizing agent such as hydrogen peroxide. After that, the precipitate (gel) is melted and stirred until it becomes an orange to yellow transparent solution, taken out of the thermostatic bath and left at room temperature to obtain a jelly-like high-viscosity amorphous solution suitable for a binder. It is done.

一方、アナターゼ粒子用のアモルファス溶液を調製する場合では、工程3の沈殿物(ゲル)と蒸留水の混合物の温度を例えば5℃付近の低温に調節し、この温度を恒温槽などで維持しながら過酸化水素水等の酸化剤を添加する。その後、沈殿物(ゲル)が溶けて橙〜黄色を呈した透明溶液となるまで攪拌し、恒温槽から取り出して常温で放置することで、水同様に低粘度でアナターゼ粒子の形成に好適なアモルファス溶液が得られる。
[工程5]:結晶化
次に、工程4で調製したアナターゼ粒子用のアモルファス溶液をさらに例えば100℃付近の温度に維持して1時間(h)〜70時間(h)還流することでアモルファス粒子を結晶化させてバナジウムを含有させたアナターゼ粒子(上の例では粒子中のチタン量に対してバナジウムが1〜10モル%で含有されていると推定されるアナターゼ粒子)を含むアナターゼ溶液を得る。
On the other hand, in the case of preparing an amorphous solution for anatase particles, the temperature of the mixture of the precipitate (gel) and distilled water in step 3 is adjusted to a low temperature, for example, around 5 ° C., and this temperature is maintained in a constant temperature bath or the like. Add an oxidizing agent such as hydrogen peroxide. After that, the precipitate (gel) is melted and stirred until it becomes a transparent solution exhibiting orange to yellow, taken out from the thermostatic bath and left at room temperature, so that it is low viscosity like water and suitable for the formation of anatase particles A solution is obtained.
[Step 5]: Crystallization Next, the amorphous solution for anatase particles prepared in Step 4 is further maintained at a temperature of, for example, about 100 ° C. and refluxed for 1 hour (h) to 70 hours (h). Is obtained by crystallizing anatase particles containing vanadium (in the above example, anatase particles estimated to contain 1 to 10 mol% of vanadium with respect to the amount of titanium in the particles). .

また、バナジウムが含有されたアナターゼ粒子を得る別の方法としては、バナジウム溶液を用いずに工程1〜4を経てバナジウムを含まないアモルファス溶液を調製し、工程5の段階で、上記したバナジウム化合物の溶解液を加えて還流を継続することでバナジウムを含有させる方法もあるが、バナジウムを均一に含有させる観点からは、工程2の段階からバナジウム溶液を用いる方が好ましい。
[工程6]:コーティング剤の調製
次に、図1Cに示すように、アナターゼ溶液、アモルファス溶液、水、(任意に添加剤)からコーティング剤を調製する。
As another method for obtaining anatase particles containing vanadium, an amorphous solution containing no vanadium is prepared through steps 1 to 4 without using a vanadium solution. Although there is a method of adding vanadium by adding a solution and continuing refluxing, it is preferable to use a vanadium solution from the step 2 from the viewpoint of uniformly containing vanadium.
[Step 6]: Preparation of Coating Agent Next, as shown in FIG. 1C, a coating agent is prepared from an anatase solution, an amorphous solution, water (optionally).

形成されたアナターゼ粒子やアモルファス粒子の長さ、各粒子自体のモル量は分からないので、基本的に上記したようにアナターゼ溶液とアモルファス溶液の両者の固形分比を考慮してコーティング剤の調製を行う。   Since the length of the formed anatase particles and amorphous particles and the molar amount of each particle itself are not known, basically, as described above, the coating agent should be prepared in consideration of the solid content ratio of both the anatase solution and the amorphous solution. Do.

この場合、アナターゼ粒子は結晶化して有機物分解能を有しているのでアナターゼ粒子を含む場合は、含まない場合にくらべて有機物分解能が高まる。コーティング剤に対する各粒子の合計重量%は一般的な組成とすることができ任意に変更できる。残りの組成分は、上述したように水分または上記添加剤である。
[工程7]:コーティング
本発明に係る親水性塗膜層は、前記コーティング剤を用いて形成された塗膜であり、その厚さ20μm未満が好ましい。20μm以上の厚塗りすると透明性を欠き、またクラックが入ったときに目立つため好ましくない。
In this case, since the anatase particles are crystallized to have organic matter resolution, when the anatase particles are included, the organic matter resolution is increased as compared with the case where the anatase particles are not included. The total weight percent of each particle relative to the coating agent can be of a general composition and can be arbitrarily changed. The remaining composition is water or the additive as described above.
[Step 7]: Coating The hydrophilic coating film layer according to the present invention is a coating film formed using the coating agent, and preferably has a thickness of less than 20 μm. A thick coating of 20 μm or more is not preferable because it lacks transparency and becomes conspicuous when cracks occur.

また、可能な限り薄塗りできる。薄塗りできる範囲は親水性塗膜層が形成される有機系基材又は無機系基材の親水性に依存し、有機系基材又は無機系基材の材質によっても変化するため、上述したように親水性が高くコーティングしやすい有機系基材又は無機系基材が好まれる。   Moreover, it can be applied as thin as possible. The range that can be thinly coated depends on the hydrophilicity of the organic base material or inorganic base material on which the hydrophilic coating layer is formed, and varies depending on the material of the organic base material or inorganic base material. Organic base materials or inorganic base materials that are highly hydrophilic and easy to coat are preferred.

コーティング剤の有機系基材又は無機系基材への塗布方法としては、スプレーコート、ディッピング、スピンコート、刷毛塗り、ベル塗装などの工法で行うことができる。
(塗膜の乾燥)
塗布後の親水性塗膜層の乾燥については、有機系基材の場合には基材を変質させない温度範囲等、塗膜や有機系基材に悪影響を及ぼさない乾燥方法であれば、どの乾燥方法で乾燥させてもよい。
As a method for applying the coating agent to the organic base material or the inorganic base material, it can be performed by a method such as spray coating, dipping, spin coating, brush coating, bell coating or the like.
(Drying the coating)
Regarding drying of the hydrophilic coating layer after coating, any drying method that does not adversely affect the coating film or the organic base material, such as a temperature range in which the base material is not altered in the case of an organic base material, can be used. You may dry by a method.

以下に本発明の実施例及び比較例を示し、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例等によって限定されるものではない。なお、図4〜図7においてバナジウム混入量(mol%)は、アモルファス粒子形成に用いたチタンのモル量に対して、用いたバナジウムのモル量(mol%)を示す。
[実施例1]
実施例1では、チタン(Ti)を約0.1mol、バナジウムを約0.001mol(チタンモル量の約1モル%)を用いてアモルファス粒子を形成した。形成したアモルファス溶液のみをコーティング剤として用いた。その後、該コーティング剤により親水性塗膜層を形成し、この有機物分解能と親水能を評価した。
EXAMPLES Examples and comparative examples of the present invention will be shown below, and the present invention will be described in more detail. However, the present invention is not limited to these examples and the like. 4 to 7, the vanadium mixing amount (mol%) indicates the molar amount (mol%) of vanadium used with respect to the molar amount of titanium used for forming the amorphous particles.
[Example 1]
In Example 1, amorphous particles were formed using about 0.1 mol of titanium (Ti) and about 0.001 mol of vanadium (about 1 mol% of the molar amount of titanium). Only the formed amorphous solution was used as a coating agent. Thereafter, a hydrophilic coating layer was formed with the coating agent, and the organic matter resolution and hydrophilic ability were evaluated.

以下に、その具体的な手順(工程1〜7、コーティング、有機物分解能および親水能の測定)を説明する。
[工程1]:原料準備
以下のものを用意した。
A液:塩化チタン水溶液(チタン源)
(和光純薬社製、TiTl4水溶液、チタン(Ti)を16.5±0.5重量%含有)
B液:アンモニア水(アンモニア源)
(和光純薬社製、NH4OH水溶液、アンモニア(NH3)を25〜27.9±0.5重量%含有)
C液:バナジウム溶液(バナジウム源)
(酸化バナジウム95重量以上%含有)
D液:過酸化水素水(過酸化水素源)
(和光純薬社製、過酸化水素水溶液、30.0〜35.5重量%)
E液:バナジウム溶液(酸化バナジウム約0.9重量%)
なお、E液については、バナジウム溶液(和光純薬社製、V2O5として95重量%以上含有)3.6g(バナジウムとして約0.02mol)とB液のアンモニア水(和光純薬 NH4OH水溶液、NH3として25〜27.9重量%含有)18.0g(アンモニウムイオンとして約0.02mol)と蒸留水378.4gとを混合して酸化バナジウムを約0.9重量%含有するものとして調製した。
[工程2]:沈殿物(ゲル)の形成
3L容のビーカーで塩化チタン溶液(A液)30g(チタンとして約0.1mol)と蒸留水60gを混合させた。これとは別に、アンモニア水(B液)を2.5重量%となるように蒸留水(約140g)で希釈した。希釈したアンモニア水(約0.074mol)をバナジウム溶液(E液)約10.54g(約0.001mol)と混合した。この溶液全量を3L容のビーカーの溶液と混合した。
The specific procedure (steps 1 to 7, coating, organic matter resolution and measurement of hydrophilic ability) will be described below.
[Step 1]: Preparation of raw materials The following were prepared.
Liquid A: Titanium chloride aqueous solution (titanium source)
(Wako Pure Chemical Industries, TiTl 4 aqueous solution, titanium (Ti) 16.5 ± 0.5 wt%)
B liquid: Ammonia water (ammonia source)
(Wako Pure Chemical Industries, NH 4 OH aqueous solution, ammonia (NH 3 ) containing 25-27.9 ± 0.5 wt%)
C liquid: Vanadium solution (Vanadium source)
(Vanadium oxide containing 95% or more by weight)
Liquid D: Hydrogen peroxide solution (hydrogen peroxide source)
(Wako Pure Chemical Industries, hydrogen peroxide solution, 30.0-35.5 wt%)
Liquid E: Vanadium solution (vanadium oxide about 0.9% by weight)
For solution E, vanadium solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, containing 95 wt% or more as V 2 O 5 ) 3.6 g (about 0.02 mol as vanadium) and solution B ammonia water (Wako Pure Chemicals NH 4 OH) solution was prepared as a mixture of about 0.02 mol) and distilled water 378.4g as 25 to 27.9 wt% content) 18.0 g (ammonium ion as NH 3 containing vanadium oxide about 0.9 wt%.
[Step 2]: Formation of Precipitate (Gel) 30 g of titanium chloride solution (solution A) (about 0.1 mol as titanium) and 60 g of distilled water were mixed in a 3 L beaker. Separately from this, aqueous ammonia (liquid B) was diluted with distilled water (about 140 g) to 2.5 wt%. Diluted aqueous ammonia (about 0.074 mol) was mixed with about 10.54 g (about 0.001 mol) of vanadium solution (solution E). The total amount of this solution was mixed with a 3 L beaker solution.

更にアンモニア水(B液)を20gずつ3L容のビーカーに加える毎にpHメーター(HANNAHI98129COMBO1)でpHを測定した。pHを4に調整しアモルファス粒子用の沈殿(ゲル)を形成した。さらに、上記と同様な手順を経た後、pH7としてアナターゼ粒子用として同様に沈殿物(ゲル)を形成した。
[工程3]:不要イオン除去(洗浄)
工程2の終了時の沈殿物を含む溶液(各400g程度)にそれぞれ蒸留水を加えて3Lとし、このときの上澄みの導電率をpHメーター(HANNAHI98129COMBO1または堀場製作所B−173)で測定し、上澄みを除去した。これらの動作を各溶液の上澄み液の導電率が10μS/cm以下となるまで繰り返した。
[工程4]:アモルファス溶液の調製
工程3の各溶液の上澄みを捨てて沈殿物(ゲル)の重量を測定し、過酸化水素水(D液)約118g(約1mol)を用意した。さらに、チタン重量濃度が0.5%になるよう、沈殿物(ゲル)の重量と過酸化水素の重量を考慮して沈殿物(ゲル)に蒸留水を加えた。
Further, pH was measured with a pH meter (HANNAHI 98129COMBO1) every time 20 g of ammonia water (liquid B) was added to a 3 L beaker. The pH was adjusted to 4 to form a precipitate (gel) for amorphous particles. Furthermore, after passing through the same procedure as described above, a precipitate (gel) was similarly formed at pH 7 for anatase particles.
[Step 3]: Removal of unnecessary ions (cleaning)
Distilled water is added to each of the solutions containing precipitates at the end of step 2 (about 400 g each) to make 3 L, and the conductivity of the supernatant at this time is measured with a pH meter (HANNAHI 98129COMBO1 or Horiba B-173). Was removed. These operations were repeated until the conductivity of the supernatant of each solution became 10 μS / cm or less.
[Step 4]: Preparation of Amorphous Solution The supernatant of each solution in Step 3 was discarded, the weight of the precipitate (gel) was measured, and about 118 g (about 1 mol) of hydrogen peroxide solution (D solution) was prepared. Further, distilled water was added to the precipitate (gel) in consideration of the weight of the precipitate (gel) and the weight of hydrogen peroxide so that the titanium weight concentration was 0.5%.

アモルファス粒子(バインダー)用のアモルファス溶液の作成については、この溶液を恒温槽にて約40℃で湯煎を行い、液温が略40℃となった時点で上記溶液に過酸化水素水(D液)約118g(約1mol)を溶液に添加し、チタン濃度が約0.5重量%の溶液約1Lとした。   For preparation of an amorphous solution for amorphous particles (binder), this solution was subjected to hot water bathing at about 40 ° C. in a thermostatic bath, and when the liquid temperature reached about 40 ° C., hydrogen peroxide solution (D solution ) About 118 g (about 1 mol) was added to the solution to make about 1 L of a solution having a titanium concentration of about 0.5% by weight.

その後、橙〜黄色の透明溶液となるまで攪拌し、恒温槽から取り出して常温で放置し、ゼリー状で高粘度のアモルファス溶液を得た。
[工程5]:結晶化
アモルファス粒子が40℃温水浸漬にて結晶化することを調べるため、工程5については省略し、結晶化を行わなかった。
[工程6]:コーティング剤の調製
この実施例1では、上述したようにアモルファス粒子が40℃温水浸漬にて結晶化することを調べることから、アモルファス溶液のみをコーティング剤として用い、その他の添加剤等を含めなかった。
[工程7]:コーティング
市販のスライドグラス(松浪硝子工業(株)S−1111(縦76mm×横26mm×厚さ0.8〜1.0mm))に上記コーティング剤2mlを塗り拡げた後に、スピンコーティング法(500r.p.m 5秒、1,500r.p.m 10秒)によりコーティングした。このスライドグラスを常温で乾燥させた。コーティングと乾燥を合計2回繰り返して、親水性塗膜層を形成した。
(有機物分解能評価)
このスライドグラスの親水性塗膜層に3時間紫外線(1.0mW/cm2)を照射して試験片を作成し「光触媒製品技術会則・諸規定および試験法(2005年6月)」に記載の光触媒性能評価試験法I(液相フィルム密着法、2001年度版)により、親水性塗膜層の有機物分解能を評価した(図4、図5の実施例1参照)。
Then, it stirred until it became an orange-yellow transparent solution, took out from the thermostat, and left at normal temperature, and obtained the jelly-like high viscosity amorphous solution.
[Step 5]: Crystallization In order to examine whether the amorphous particles crystallize by warm water immersion at 40 ° C., Step 5 was omitted, and crystallization was not performed.
[Step 6]: Preparation of coating agent In Example 1, as described above, it is examined that amorphous particles are crystallized by immersion in hot water at 40 ° C. Therefore, only an amorphous solution is used as a coating agent, and other additives are used. Etc. were not included.
[Step 7]: Coating After spreading 2 ml of the coating agent on a commercially available slide glass (Matsunami Glass Industry Co., Ltd. S-1111 (length 76 mm × width 26 mm × thickness 0.8-1.0 mm)), spin coating method ( 500 rpm, 5 seconds, 1,500 rpm 10 seconds). The slide glass was dried at room temperature. Coating and drying were repeated twice in total to form a hydrophilic coating layer.
(Organic substance resolution evaluation)
A test piece was prepared by irradiating the hydrophilic coating layer of this slide glass with ultraviolet rays (1.0 mW / cm 2 ) for 3 hours, as described in “Photocatalyst Product Technical Regulations, Rules and Test Methods (June 2005)”. The organic matter resolution of the hydrophilic coating layer was evaluated by Photocatalyst Performance Evaluation Test Method I (liquid phase film adhesion method, 2001 version) (see Example 1 in FIGS. 4 and 5).

なお、図4に示す表の値は、調製直後のメチレンブルーの基質溶液をブランク(分解率0%)とした場合のメチレンブルーの分解率[%]を表す。
(親水能評価)
上記コーティングをしたスライドグラス5枚を用意し、これらを湿度65%、温度23℃の恒温恒湿室内(暗所)に8時間以上放置した。その後、この恒温恒湿室から放置したスライドグラスを取り出した。各スライドグラスの親水性塗膜層に1μlの蒸留水をマイクロピペッター等で滴下して、親水性塗膜層と水との接触角度を測定した。各測定値の平均を取って親水性塗膜層の親水能を評価した。
The values in the table shown in FIG. 4 represent the methylene blue decomposition rate [%] when the methylene blue substrate solution immediately after preparation is blank (decomposition rate 0%).
(Hydrophilicity evaluation)
Five slide glasses with the above coating were prepared, and these were left in a constant temperature and humidity room (dark place) with a humidity of 65% and a temperature of 23 ° C. for 8 hours or more. Thereafter, the slide glass left out of the constant temperature and humidity chamber was taken out. 1 μl of distilled water was dropped onto the hydrophilic coating layer of each slide glass with a micropipette or the like, and the contact angle between the hydrophilic coating layer and water was measured. The average of each measured value was taken and the hydrophilic ability of the hydrophilic coating layer was evaluated.

なお、接触角度の測定には協和界面科学(株)DM300を用いた。この結果を暗所(未照射)の親水性塗膜層の接触角度とした(図6参照)。   In addition, Kyowa Interface Science Co., Ltd. DM300 was used for the measurement of a contact angle. This result was defined as the contact angle of the hydrophilic coating layer in the dark (unirradiated) (see FIG. 6).

一方、同様にコーティングした別のスライドグラス(同上)5枚を用意し、この親水性塗膜層に暗所で3時間紫外線(1.0mW/cm2)を照射した。その後、照射後の親水性塗膜層に1μlの蒸留水をマイクロピペッター等で滴下して、親水性塗膜層と水との接触角度を測定した。接触角度の測定については各スライドグラスの測定値の平均を取って親水性塗膜層の親水能として評価した。この測定には上記同様に協和界面科学(株)DM300を用いた。この結果を照射後の親水性塗膜層の接触角度とした(図6の実施例1参照)。
[実施例2、実施例3]
実施例1の工程4でアモルファス溶液を調製する際に、溶液の温度が略40℃となった時点からそれぞれ27日間(実施例2)、60日間(実施例3)、この溶液を40℃で温度維持したこと以外は、実施例1と同様に、コーティング、有機物分解能および親水能の評価を行った(図4〜7参照)。
[実施例4]
実施例1の工程2で混合されるバナジウム溶液(E液)の量を調節して約31.6g(バナジウムを約0.003mol含む)とした以外は、実施例1と同様としてコーティング、有機物分解能および親水能の評価を行った(図4〜7参照)。
[実施例5、6]
実施例4の工程4でアモルファス溶液を調製する際に、溶液の温度が略40℃となった時点からそれぞれ27日間(実施例5)、60日間(実施例6)、この溶液を40℃で温度維持したこと以外は、実施例4と同様にコーティング、有機物分解能および親水能の評価を行った(図4〜7参照)。
[実施例7]
実施例1の工程2で混合されるバナジウム溶液(E液)の量を調節して約52.7g(バナジウムを約0.005mol含む)とした以外は、実施例1と同様に、コーティング、有機物分解能および親水能の評価を行った(図4〜7参照)。
[実施例8、9]
実施例7の工程4でアモルファス溶液を調製する際に、溶液の温度が略40℃となった時点からそれぞれ27日間(実施例8)、60日間(実施例9)、この溶液を40℃で温度維持したこと以外は、実施例7と同様にコーティング、有機物分解能および親水能の評価を行った。
[実施例10]
実施例1の工程2で混合されるバナジウム溶液(E液)の量を調節して約73.8g(バナジウムを約0.007mol含む)とした以外は、実施例1と同様としてコーティング、有機物分解能および親水能の評価を行った。
[実施例11、12]
実施例10の工程4でアモルファス溶液を調製する際に、溶液の温度が略40℃となった時点からそれぞれ27日間(実施例11)、60日間(実施例12)、この溶液を40℃で温度維持したこと以外は、実施例10と同様にコーティング、有機物分解能および親水能の評価を行った。
[実施例13]
実施例1の工程2で混合されるバナジウム溶液(E液)の量を調節して約105.5g(バナジウムを約0.01mol含む)とした以外は、実施例1と同様としてコーティング、有機物分解能および親水能の評価を行った。
[実施例14、15]
実施例13の工程4でアモルファス溶液を調製する際に、溶液の温度が略40℃となった時点からそれぞれ27日間(実施例14)、60日間(実施例15)、この溶液を40℃で温度維持したこと以外は、実施例13と同様にコーティング、有機物分解能および親水能の評価を行った。
[比較例1]
実施例1の工程2でバナジウム溶液(E液)を加えないこと以外は、実施例1と同様としてコーティング、有機物分解能および親水能の評価を行った。
[比較例2、3]
比較例1の工程4でアモルファス溶液を調製する際に、溶液の温度が略40℃となった時点からそれぞれ27日間(比較例2)、60日間(比較例3)、この溶液を40℃で温度維持したこと以外は、比較例1と同様にコーティング、有機物分解能および親水能の評価を行った(図4〜7参照)。
(親水性塗膜層の親水能と有機物分解能)
図4、図5を参照して、バナジウムを含有させず(0mol%)、40℃温水浸漬時間が27日、60日のものでは、溶液中のアモルファス粒子が部分結晶化を起こし、有機物分解能を有するようになった(比較例2、3)。これに対して40℃温水浸漬時間が0日の場合では、アモルファス粒子がほとんど結晶化していないため、有機物分解能は低かった(比較例1)。
On the other hand, another slide glass (same as above) coated in the same manner was prepared, and this hydrophilic coating layer was irradiated with ultraviolet rays (1.0 mW / cm 2 ) in the dark for 3 hours. Thereafter, 1 μl of distilled water was dropped onto the hydrophilic coating layer after irradiation with a micropipette or the like, and the contact angle between the hydrophilic coating layer and water was measured. For the measurement of the contact angle, the average of the measured values of each slide glass was taken and evaluated as the hydrophilic ability of the hydrophilic coating layer. For this measurement, Kyowa Interface Science Co., Ltd. DM300 was used as described above. This result was defined as the contact angle of the hydrophilic coating layer after irradiation (see Example 1 in FIG. 6).
[Example 2, Example 3]
When preparing the amorphous solution in Step 4 of Example 1, the solution was heated at 40 ° C. for 27 days (Example 2) and 60 days (Example 3), respectively, from the time when the temperature of the solution became approximately 40 ° C. Except that the temperature was maintained, the coating, organic matter resolution, and hydrophilic ability were evaluated in the same manner as in Example 1 (see FIGS. 4 to 7).
[Example 4]
As in Example 1, except that the amount of the vanadium solution (solution E) mixed in Step 2 of Example 1 was adjusted to about 31.6 g (containing about 0.003 mol of vanadium), coating, organic matter resolution and The hydrophilic ability was evaluated (see FIGS. 4 to 7).
[Examples 5 and 6]
When preparing the amorphous solution in Step 4 of Example 4, the solution was heated at 40 ° C. for 27 days (Example 5) and 60 days (Example 6), respectively, from the time when the temperature of the solution became approximately 40 ° C. Except for maintaining the temperature, the coating, organic matter resolution and hydrophilic ability were evaluated in the same manner as in Example 4 (see FIGS. 4 to 7).
[Example 7]
Coating and organic matter resolution as in Example 1, except that the amount of the vanadium solution (E solution) mixed in Step 2 of Example 1 was adjusted to about 52.7 g (containing about 0.005 mol of vanadium). And hydrophilic ability was evaluated (refer FIGS. 4-7).
[Examples 8 and 9]
When preparing the amorphous solution in Step 4 of Example 7, the solution was heated at 40 ° C. for 27 days (Example 8) and 60 days (Example 9), respectively, from the time when the temperature of the solution became approximately 40 ° C. The coating, organic matter resolution, and hydrophilicity were evaluated in the same manner as in Example 7 except that the temperature was maintained.
[Example 10]
As in Example 1, except that the amount of the vanadium solution (solution E) mixed in Step 2 of Example 1 was adjusted to about 73.8 g (containing about 0.007 mol of vanadium), coating, organic matter resolution and The hydrophilic ability was evaluated.
[Examples 11 and 12]
When preparing the amorphous solution in Step 4 of Example 10, the solution was heated at 40 ° C. for 27 days (Example 11) and 60 days (Example 12), respectively, from the time when the temperature of the solution became approximately 40 ° C. Except that the temperature was maintained, the coating, organic matter resolution and hydrophilic ability were evaluated in the same manner as in Example 10.
[Example 13]
As in Example 1, except that the amount of the vanadium solution (liquid E) mixed in Step 2 of Example 1 was adjusted to about 105.5 g (containing about 0.01 mol of vanadium), coating, organic matter resolution and The hydrophilic ability was evaluated.
[Examples 14 and 15]
When preparing the amorphous solution in Step 4 of Example 13, the solution was heated at 40 ° C. for 27 days (Example 14) and 60 days (Example 15), respectively, from the time when the temperature of the solution became approximately 40 ° C. Except that the temperature was maintained, the coating, organic matter resolution, and hydrophilic ability were evaluated in the same manner as in Example 13.
[Comparative Example 1]
The coating, organic matter resolution and hydrophilic ability were evaluated in the same manner as in Example 1 except that the vanadium solution (E solution) was not added in Step 2 of Example 1.
[Comparative Examples 2 and 3]
When preparing the amorphous solution in Step 4 of Comparative Example 1, the solution was heated at 40 ° C. for 27 days (Comparative Example 2) and 60 days (Comparative Example 3), respectively, from the time when the temperature of the solution became approximately 40 ° C. Except that the temperature was maintained, the coating, organic matter resolution and hydrophilic ability were evaluated in the same manner as in Comparative Example 1 (see FIGS. 4 to 7).
(Hydrophilicity of hydrophilic coating layer and organic matter resolution)
4 and 5, when vanadium is not contained (0 mol%) and the immersion time at 40 ° C. in warm water is 27 days and 60 days, the amorphous particles in the solution cause partial crystallization, and the organic matter resolution is reduced. (Comparative Examples 2 and 3). On the other hand, when the 40 ° C. warm water immersion time was 0 days, the amorphous particles were hardly crystallized, so the organic matter resolution was low (Comparative Example 1).

一方、アモルファス粒子形成に用いたチタンのモル量に対して1モル%のバナジウムを含有させ、40℃温水浸漬時間が27日、60日のものでは、アモルファス粒子が同様に結晶化するが、含有されたバナジウムにより有機物分解能が抑制された(実施例2、3)。また、40℃温水浸漬時間が0日の場合ではアモルファス粒子がほとんど結晶化していないため、比較例1と同様に有機物分解能は低かった(実施例1)。   On the other hand, 1 mol% of vanadium is included with respect to the molar amount of titanium used for forming the amorphous particles, and when the 40 ° C. hot water immersion time is 27 days and 60 days, the amorphous particles are similarly crystallized. Organic matter resolution was suppressed by the applied vanadium (Examples 2 and 3). In addition, when the 40 ° C. warm water immersion time was 0 days, the amorphous particles were hardly crystallized, and thus the organic matter resolution was low as in Comparative Example 1 (Example 1).

同様に、3,5,7,10モル%となるモル量のバナジウムを含有させた場合(実施例4〜15)では、1モル%となるモル量を含有させた場合(実施例1〜3)と同レベルに有機物分解能が抑制された。   Similarly, when the molar amount of vanadium to be 3, 5, 7, 10 mol% is contained (Examples 4 to 15), the molar amount to be 1 mol% is contained (Examples 1 to 3). ) Organic matter resolution was suppressed to the same level.

バナジウムを含有させる量を1モル%より増加させても有機物分解能を抑制する効果があまり変わらず一様であること、また、バナジウムを含有させる量が増加すると製造コストが上がるうえに後述するように親水性塗膜層に色味がつくため、これらの観点から、バナジウムを含有させる量は1モル%付近が最も好ましい。   Even if the amount of vanadium contained is increased from 1 mol%, the effect of suppressing the organic matter resolution is not changed so much and is uniform, and when the amount of vanadium contained is increased, the production cost increases and as described later. Since the hydrophilic coating layer is colored, the amount of vanadium contained is most preferably around 1 mol% from these viewpoints.

また、上述したように1モル%のみでも、親水性塗膜層の有機物分解能が十分抑制された(実施例1〜3)ことから、1モル%より少ない例えば0.1モル%のような1オーダー低いモル量でバナジウムを含有させる場合でも、親水性塗膜層の有機物分解能を抑制する効果は1モル%の場合より低くなるが、ある程度抑制され得る(不図示)。   In addition, as described above, even with only 1 mol%, the organic matter resolution of the hydrophilic coating layer was sufficiently suppressed (Examples 1 to 3), and therefore, less than 1 mol%, for example, 1 such as 0.1 mol%. Even when vanadium is contained in an orderly low molar amount, the effect of suppressing the organic matter resolution of the hydrophilic coating layer is lower than in the case of 1 mol%, but it can be suppressed to some extent (not shown).

さらに温度条件について言及すると、アモルファス粒子が40℃の温度条件下で結晶化していくのであるから、それ以上の温度では結晶化の速度がさらに、40℃より高い浸漬温度では相対的にさらに高い抑制効果が得られる。   Further, regarding the temperature condition, since the amorphous particles crystallize under a temperature condition of 40 ° C., the crystallization rate is further increased at a temperature higher than that, and relatively higher at an immersion temperature higher than 40 ° C. An effect is obtained.

逆にこれより低い浸漬温度例えば20℃で結晶化の速度は遅くなるが、結晶化自体は起こるため、アモルファス溶液の調製からコーティング剤を調製して塗布するまでの期間(アモルファス溶液の保存日数が長い場合)や、塗布後から長期間経過した場合などでは、アモルファス粒子の結晶化が潜在的に進み有機系基材が徐々に分解されていくため、バナジウムを含有させることが有効となる。   On the other hand, although the crystallization rate becomes slower at a lower immersion temperature, for example, 20 ° C., crystallization itself occurs, so the period from the preparation of the amorphous solution to the preparation and application of the coating agent (the storage time of the amorphous solution is In the case of a long time) or when a long period of time has passed after coating, the crystallization of the amorphous particles is potentially advanced and the organic base material is gradually decomposed. Therefore, it is effective to contain vanadium.

親水性塗膜層の親水能については、図6の右の照射後の欄に示すように、バナジウムを1,3,5,7,10モル%で含有させた場合(実施例1〜15)では、ほぼ一様の親水能であった。このため、上述したようにコスト面等を考慮すると1モル%付近でバナジウムを含有させることが特に好ましいこととなる。   About the hydrophilic ability of a hydrophilic coating film layer, as shown in the column after the irradiation of the right of FIG. 6, when vanadium is contained by 1,3,5,7,10 mol% (Examples 1-15) Then, it was almost uniform hydrophilic ability. For this reason, it is particularly preferable to contain vanadium in the vicinity of 1 mol% in consideration of the cost and the like as described above.

なお、図6の左の暗所(未照射)の欄に示すように、未照射のもの(比較例1〜3,実施例1〜15)では、40℃温水浸漬時間(0,27,60日)の各区分の中で一様の接触角度となった。これは、40℃温水浸漬時間が同じであれば、含有させたバナジウムの量にかかわらず照射前の接触角度の初期値は略同じであることを示す。   In addition, as shown to the dark place (non-irradiation) column of the left of FIG. 6, in the non-irradiation thing (Comparative Examples 1-3, Examples 1-15), 40 degreeC warm water immersion time (0,27,60 The contact angle was uniform within each day. This indicates that if the 40 ° C. warm water immersion time is the same, the initial value of the contact angle before irradiation is substantially the same regardless of the amount of vanadium contained.

また、親水性塗膜層を形成した後に目視で確認したところ、上記各実施例と比較例の双方で親水性塗膜層の剥れは見られなかった。温水浸漬がなされた後でも基材表面上に形成した親水性塗膜層が剥れることがなく、温水浸漬してアモルファス粒子がアナターゼ粒子に変化しても、アモルファス粒子が所定比以上残存していれば問題はない。   Moreover, when visually confirmed after forming a hydrophilic coating film layer, peeling of the hydrophilic coating film layer was not seen in both said each Example and a comparative example. Even after being immersed in warm water, the hydrophilic coating layer formed on the surface of the substrate is not peeled off. Even if the amorphous particles are changed into anatase particles after immersion in warm water, the amorphous particles remain above a predetermined ratio. If there is no problem.

アモルファス粒子はバインダー成分として基材に密着するため、従来品のようにバナジウムが含有されていないアモルファス粒子が一部結晶化してアナターゼ粒子となるとその有機物分解能により基材が劣化するが、本発明に係るものでは各粒子にバナジウムが含有されているので、その有機物分解能が抑制されて基材が劣化しにくい。このことから、温水浸漬してアモルファス粒子が部分結晶化しても有機物分解が抑制されるため上記した劣化の問題が生じるリスクが低くなる。   Since amorphous particles adhere to the base material as a binder component, when the amorphous particles not containing vanadium partially crystallize into anatase particles as in the conventional product, the base material deteriorates due to its organic matter resolution. In such a case, since vanadium is contained in each particle, the organic matter resolution is suppressed and the base material is hardly deteriorated. Therefore, even if the amorphous particles are partially crystallized by immersion in warm water, the organic matter decomposition is suppressed, so that the risk of the above-described deterioration problem is reduced.

付随的な効果として、アモルファス粒子はアナターゼ粒子にも密着するため、バナジウムをアナターゼ粒子表面に担持させた場合と同様にアモルファス粒子中のバナジウムによってもアナターゼ粒子の活性が抑制される。   As an incidental effect, since the amorphous particles are also in close contact with the anatase particles, the activity of the anatase particles is suppressed by vanadium in the amorphous particles as in the case where vanadium is supported on the surface of the anatase particles.

次に、実施例16〜19では、固形分比(アナターゼ溶液:アモルファス溶液(ANA/AMO))を変化させてアナターゼ粒子を含むコーティング剤にて親水性塗膜層を形成して、その有機物分解能と親水能を評価した。   Next, in Examples 16 to 19, the solid content ratio (anatase solution: amorphous solution (ANA / AMO)) was changed to form a hydrophilic coating layer with a coating agent containing anatase particles, and the organic matter resolution The hydrophilic ability was evaluated.

また、以下の各実施例で含有させたバナジウムの量は、アナターゼ粒子とアモルファス粒子の各チタンの量に対してそれぞれ約5mol%とした。比較例についてはバナジウムを含めなかった。そのため、図8〜12において示すバナジウム混入量(V混入量、チタンのモル量に対し、含有させたバナジウムのモル量(mol%))は各粒子別に表記せず、まとめて一つの表記とした。
[実施例16]
実施例16では、アナターゼ溶液:アモルファス溶液の固形分比を約0:100とし、アモルファス粒子形成に用いたバナジウムのモル量を同チタンのモル量に対して5モル%となるモル量(この実施例では約0.005mol)として、コーティング剤を作成した。
In addition, the amount of vanadium contained in each of the following examples was about 5 mol% with respect to the amount of each titanium of the anatase particles and the amorphous particles. For the comparative example, vanadium was not included. Therefore, the vanadium mixing amount shown in FIGS. 8 to 12 (V mixing amount, molar amount of vanadium contained (mol%) with respect to the molar amount of titanium) is not described for each particle, but is collectively expressed as one notation. .
[Example 16]
In Example 16, the solid content ratio of the anatase solution: amorphous solution was about 0: 100, and the molar amount of vanadium used for forming the amorphous particles was 5 mol% with respect to the molar amount of the titanium (this implementation) In the example, the coating agent was prepared as about 0.005 mol).

具体的には、このモル量は実施例7と略同じであるので、工程1〜3を省略し、実施例7の工程3の終了時点の沈殿物(ゲル)を用いて実施例1の工程4を行ってアモルファス溶液の調製を行い、工程5は省略してアナターゼ溶液の調製は行わなかった。その後、工程6にて上記の固形分比でコーティング剤の調製を行った。   Specifically, since this molar amount is substantially the same as in Example 7, steps 1 to 3 are omitted, and the step (Example 1) is performed using the precipitate (gel) at the end of Step 3 in Example 7. Step 4 was performed to prepare an amorphous solution, Step 5 was omitted, and an anatase solution was not prepared. Thereafter, in Step 6, a coating agent was prepared at the above solid content ratio.

このコーティング剤を用いて、実施例1と同様にコーティング、有機物分解能および親水能の評価を行った。   Using this coating agent, the coating, organic matter resolution and hydrophilicity were evaluated in the same manner as in Example 1.

[実施例17]
実施例17では、アナターゼ溶液:アモルファス溶液の固形分比を約25:75とし、アナターゼ粒子とアモルファス粒子のバナジウムのモル量をそれぞれ同チタンのモル量に対して5モル%となるモル量(この実施例では約0.005mol)とした。このモル量は実施例7とほぼ同じであるため、上記同様に工程1〜3を省略し、実施例7の工程3の終了時点の沈殿物(ゲル)を用いて工程4から各工程を行った。
[Example 17]
In Example 17, the solid content ratio of the anatase solution: amorphous solution was about 25:75, and the molar amount of vanadium of the anatase particles and the amorphous particles was 5 mol% with respect to the molar amount of the titanium (this amount) In the examples, it was about 0.005 mol). Since this molar amount is almost the same as in Example 7, Steps 1 to 3 are omitted in the same manner as described above, and each step is performed from Step 4 using the precipitate (gel) at the end of Step 3 in Example 7. It was.

[工程4]:アモルファス溶液の調製
アモルファス粒子用のアモルファス溶液の調製については、実施例1と同様とした。
アナターゼ粒子形成用のアモルファス溶液の調製については、実施例7の工程3の溶液の上澄みを捨てて沈殿物(ゲル)の重量を測定し、過酸化水素水(D液)約118g(約1mol)を用意した。さらに、チタン重量濃度が0.5%になるよう、沈殿物(ゲル)の重量と過酸化水素の重量を考慮して沈殿物(ゲル)に蒸留水を加えた。
[Step 4]: Preparation of Amorphous Solution The preparation of the amorphous solution for the amorphous particles was the same as in Example 1.
For the preparation of the anatase particles forming anatase particles, the supernatant of the solution in Step 3 of Example 7 was discarded, the weight of the precipitate (gel) was measured, and about 118 g (about 1 mol) of hydrogen peroxide (D solution). Prepared. Further, distilled water was added to the precipitate (gel) in consideration of the weight of the precipitate (gel) and the weight of hydrogen peroxide so that the titanium weight concentration was 0.5%.

この溶液を恒温室にて5℃の環境下におき、溶液の温度が略5℃となった時点で過酸化水素水(D液)約118g(約1mol)を前記溶液に添加し、チタン濃度が0.5重量%の溶液約1Lとした。その後、橙〜黄色の透明溶液となるまで攪拌し、恒温室から取り出して5℃又は常温で放置し、アナターゼ粒子形成に好適な水状で低粘度のアモルファス溶液を得た。
[工程5]:結晶化
マントルヒータに1L容のフラスコをセットし、このフラスコに工程4からのアモルファス溶液を入れ、常に溶液が沸騰する熱量をかけてアモルファス溶液を1時間以上還流した。これにより、アモルファス溶液中のアモルファス粒子を結晶化させてアナターゼ粒子を形成した。なお、この還流はジムロート冷却器で行った。
[工程6]:コーティング剤の調製
工程5のアナターゼ溶液と工程4のアモルファス溶液の固形分比が約25:75となるように混合した。
This solution was placed in a constant temperature room at 5 ° C., and when the temperature of the solution reached about 5 ° C., about 118 g (about 1 mol) of hydrogen peroxide solution (D solution) was added to the solution to obtain a titanium concentration. Was about 1 L of 0.5 wt% solution. Then, it stirred until it became an orange-yellow transparent solution, took out from the thermostatic chamber, and left at 5 degreeC or normal temperature, and obtained the water-like low-viscosity amorphous solution suitable for anatase particle formation.
[Step 5]: Crystallization A 1-L flask was set in a mantle heater, and the amorphous solution from Step 4 was placed in this flask, and the amorphous solution was refluxed for 1 hour or more by constantly applying the amount of heat that the solution boiled. As a result, the amorphous particles in the amorphous solution were crystallized to form anatase particles. This reflux was performed with a Dimroth cooler.
[Step 6]: Preparation of coating agent The anatase solution in Step 5 and the amorphous solution in Step 4 were mixed so that the solid content ratio was about 25:75.

このコーティング剤を用いて、実施例1と同様にコーティング、有機物分解能および親水能の評価を行った。   Using this coating agent, the coating, organic matter resolution and hydrophilicity were evaluated in the same manner as in Example 1.

[実施例18〜20]
実施例17の工程6でアナターゼ溶液とアモルファス溶液を固形分比で約50:50(実施例18)、約75:25(実施例19)、約100:0(実施例20)となるように混合し、それ以外は、実施例1と同様にしてコーティング、有機物分解能および親水能の評価を行った。
[比較例4]
比較例4では、アナターゼ溶液:アモルファス溶液の固形分比を約0:100とし、アモルファス粒子形成にバナジウムを用いず、コーティング剤の調製を行った。
[Examples 18 to 20]
In Step 6 of Example 17, the anatase solution and the amorphous solution have a solid content ratio of about 50:50 (Example 18), about 75:25 (Example 19), and about 100: 0 (Example 20). Otherwise, the coating, organic matter resolution and hydrophilicity were evaluated in the same manner as in Example 1.
[Comparative Example 4]
In Comparative Example 4, the solid content ratio of the anatase solution: amorphous solution was about 0: 100, and the coating agent was prepared without using vanadium for forming the amorphous particles.

バナジウムを含んでいない比較例1の工程3の終了時点の沈殿物(ゲル)を用いて、実施例17の工程4を行ってバナジウムを含んでいないアモルファス粒子を形成した。   Using the precipitate (gel) at the end of Step 3 of Comparative Example 1 that does not contain vanadium, Step 4 of Example 17 was performed to form amorphous particles that did not contain vanadium.

工程5は省略してアナターゼ溶液の調製は行わなかった。その後、工程6にて上記の固形分比でコーティング剤の調製を行った。   Step 5 was omitted and no anatase solution was prepared. Thereafter, in Step 6, a coating agent was prepared at the above solid content ratio.

このコーティング剤を用いて、実施例1と同様にコーティング、有機物分解能および親水能の評価を行った。
[比較例5〜8]
比較例5〜8では、バナジウムを含んでいない比較例1の工程3の終了時点の沈殿物(ゲル)を用いて、実施例17の工程4,5を行ってバナジウムを含んでいないアナターゼ粒子を形成した。
Using this coating agent, the coating, organic matter resolution and hydrophilicity were evaluated in the same manner as in Example 1.
[Comparative Examples 5 to 8]
In Comparative Examples 5 to 8, Steps 4 and 5 of Example 17 were performed using the precipitate (gel) at the end of Step 3 of Comparative Example 1 that did not contain vanadium, and anatase particles that did not contain vanadium. Formed.

その後、工程6で、アナターゼ溶液とアモルファス溶液の固形分比を、25:75(比較例5)、50:50(比較例6)、75:25(比較例7)、100:0(比較例8)となるように混合し、それ以外は実施例1と同様にしてコーティング、有機物分解能および親水能の評価を行った。
(アナターゼ溶液とアモルファス溶液の混合と固形分比変更による有機物分解能への影響)
図8、図9を参照し、バナジウムを5モル%で含有させた場合(実施例16〜20)では、バナジウムを含有させない場合(比較例4〜8)に比べて親水性塗膜層の有機物分解能が低下した。
Thereafter, in step 6, the solid content ratio of the anatase solution and the amorphous solution was changed to 25:75 (Comparative Example 5), 50:50 (Comparative Example 6), 75:25 (Comparative Example 7), 100: 0 (Comparative Example). 8) Other than that, the coating, the organic matter resolution, and the hydrophilic ability were evaluated in the same manner as in Example 1.
(Influence on organic matter resolution by mixing anatase solution and amorphous solution and changing solid content ratio)
With reference to FIGS. 8 and 9, when vanadium is contained at 5 mol% (Examples 16 to 20), the organic matter of the hydrophilic coating layer is compared with the case where vanadium is not contained (Comparative Examples 4 to 8). The resolution has decreased.

さらに、固形分比(アナターゼ溶液/アモルファス溶液)が25/75〜100/0の場合では、含有させたバナジウム量が0モル%、5モル%の各区分でアナターゼ溶液の固形分比に拘わらず略一様の有機物分解能となった(実施例17〜20、比較例5〜8)。   Furthermore, in the case where the solid content ratio (anatase solution / amorphous solution) is 25/75 to 100/0, the amount of vanadium contained is 0 mol% and 5 mol% regardless of the solid content ratio of the anatase solution. It became substantially uniform organic substance resolution (Examples 17-20, Comparative Examples 5-8).

すなわち、バナジウムを5モル%で含有させ、アナターゼ粒子を含む固形分比の場合では、メチレンブルーの分解率がいずれも40%以下となり、固形分比に拘わらず有機物分解能が抑制されることが示された(実施例17〜20)。   That is, in the case of a solid content ratio containing vanadium at 5 mol% and containing anatase particles, the decomposition rate of methylene blue is 40% or less, indicating that organic matter resolution is suppressed regardless of the solid content ratio. (Examples 17 to 20).

この裏返しとして、バナジウムを含有させていない0モル%の場合では、アナターゼ粒子を含むいずれの固形分比の場合もメチレンブルーが80%以上分解された(比較例5〜8)。   On the other hand, in the case of 0 mol% not containing vanadium, 80% or more of methylene blue was decomposed at any solid content ratio including anatase particles (Comparative Examples 5 to 8).

バナジウムを5モル%で含有させた場合(実施例16〜20)では60%以上のメチレンブルーが残存しメチレンブルーの着色が視認され、その一方で、バナジウムを含有させない0モル%の場合(比較例4〜8)では10%以下のメチレンブルーが残存するのみでメチレンブルーの着色は視認されなかったことから、実施例16〜20のものは光触媒ではなく、比較例4〜8のものは光触媒となる。
[実施例21〜24]
実施例21〜24では、含有させるバナジウムのモル量をそれぞれ、1モル%(実施例21),3モル%(実施例22),7モル%(実施例23),10モル%(実施例24)とし、それ以外は、アナターゼ溶液とアモルファス溶液を固形分比50/50で混合する等、実施例18と同様にしてコーティング剤を調製した。
When vanadium was contained at 5 mol% (Examples 16 to 20), 60% or more of methylene blue remained and coloring of methylene blue was visually recognized. On the other hand, in the case of 0 mol% not containing vanadium (Comparative Example 4) In ˜8), only 10% or less of methylene blue remained, and coloring of methylene blue was not visually recognized. Therefore, Examples 16 to 20 were not photocatalysts, and Comparative Examples 4 to 8 were photocatalysts.
[Examples 21 to 24]
In Examples 21 to 24, the molar amount of vanadium contained was 1 mol% (Example 21), 3 mol% (Example 22), 7 mol% (Example 23), and 10 mol% (Example 24), respectively. The coating agent was prepared in the same manner as in Example 18 except that the anatase solution and the amorphous solution were mixed at a solid content ratio of 50/50.

なお、バナジウムを0モル%、5モル%含有させたものについては、それぞれ比較例6、実施例18のコーティング剤を使用した。   In addition, about what contained vanadium 0 mol% and 5 mol%, the coating agent of the comparative example 6 and Example 18 was used, respectively.

これらのコーティング剤をそれぞれ白い有機塗料が塗られた□150mm角のセメント系外壁試験片にスプレーで50g/mで塗り、厚さ約3μmの親水性塗膜層を形成した。 These coating agents were each sprayed at 50 g / m 2 on a □ 150 mm square cement-type outer wall test piece coated with a white organic paint to form a hydrophilic coating layer having a thickness of about 3 μm.

これらの親水性塗膜層について色差計で測色した。その結果を図12に示す。   These hydrophilic coating layers were measured with a color difference meter. The result is shown in FIG.

図12に示すように、コーティング剤中の酸化チタンの重量%、膜厚を一定とした場合、バナジウムを含有させた量が10モル%(実施例24)を超えると色味の指標であるΔEが色味が視認できるような値となることから、10モル%以下のバナジウムを含有させることが好ましい。   As shown in FIG. 12, when the weight percent of titanium oxide in the coating agent and the film thickness are constant, if the amount of vanadium contained exceeds 10 mol% (Example 24), ΔE, which is a color index. However, it is preferable to contain 10 mol% or less of vanadium.

以上、実施の形態、実施例及び比較例に基づいて本発明の説明をしてきたが、本発明は上記の構成に限らず、例えば、実施例とは異なる他の方法で含有させてもよく、具体的にはバナジウムをアナターゼ粒子やアモルファス粒子の表面に担持させたり、各粒子の内部に包接させることで含有させてもよい。   As described above, the present invention has been described based on the embodiments, examples, and comparative examples, but the present invention is not limited to the above-described configuration, and for example, it may be contained by another method different from the examples. Specifically, vanadium may be contained on the surface of anatase particles or amorphous particles, or included by inclusion in each particle.

Claims (8)

光照射により親水能を発揮する機能性粒子と、前記機能性粒子の前躯体を有するバインダーとを含有する親水性塗料組成物において、
前記機能性粒子は、有機物分解能を抑制するバナジウムが所定の割合で含有された結晶性の酸化チタン粒子であり、
前記バインダー中の前躯体は、バナジウムが所定の割合で含有された非晶性の酸化チタン粒子であることを特徴とする親水性塗料組成物。
In the hydrophilic coating composition containing functional particles that exhibit hydrophilic ability by light irradiation and a binder having a precursor of the functional particles,
The functional particles are crystalline titanium oxide particles containing vanadium that suppresses organic matter resolution in a predetermined ratio,
The hydrophilic coating composition, wherein the precursor in the binder is amorphous titanium oxide particles containing vanadium in a predetermined ratio.
前記機能性粒子及び前記バインダー中の前躯体の少なくとも一方のバナジウムはドープにより含有されていることを特徴とする請求項1に記載の親水性塗料組成物。   The hydrophilic coating composition according to claim 1, wherein vanadium of at least one of the functional particles and the precursor in the binder is contained by doping. チタンとバナジウムのそれぞれの水酸化物を所定の比率で含む水溶液に酸化剤を添加し、この添加によって起こる反応により前記非晶性の酸化チタンが調製されることを特徴とする請求項1に記載の親水性塗料組成物。   The amorphous titanium oxide is prepared by adding an oxidizing agent to an aqueous solution containing a predetermined ratio of titanium and vanadium hydroxides, and reacting by the addition. Hydrophilic coating composition. 前記結晶性の酸化チタン粒子は、該酸化チタン粒子の形成に用いるチタンのモル量に対して1%〜10%となるモル量のバナジウムを用いて形成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の親水性塗料組成物。   The crystalline titanium oxide particles are formed using vanadium having a molar amount of 1% to 10% with respect to a molar amount of titanium used for forming the titanium oxide particles. 4. The hydrophilic coating composition according to any one of 3 above. 前記非晶性の酸化チタン粒子は、該酸化チタン粒子の形成に用いるチタンのモル量に対して1%〜10%となるモル量のバナジウムを用いて形成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の親水性塗料組成物。   The amorphous titanium oxide particles are formed by using a molar amount of vanadium that is 1% to 10% with respect to a molar amount of titanium used to form the titanium oxide particles. The hydrophilic coating composition of any one of -3. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の親水性塗料組成物の調製方法であって、
チタンとバナジウムのそれぞれの水酸化物を所定の比率で含む水溶液に酸化剤を添加し、
この添加により起こる反応によってチタンとバナジウムを同一分子内に含む前記非晶性の酸化チタン粒子を形成する工程と、
該非晶性の酸化チタンの溶液を所定温度で所定時間加熱することで前記結晶性の酸化チタン粒子を形成する工程とを備えていること特徴とする親水性塗料組成物の調製方法。
It is a preparation method of the hydrophilic coating composition of any one of Claims 1-5,
Add an oxidizing agent to an aqueous solution containing a predetermined ratio of titanium and vanadium hydroxide,
A step of forming the amorphous titanium oxide particles containing titanium and vanadium in the same molecule by a reaction caused by the addition;
And a step of forming the crystalline titanium oxide particles by heating the amorphous titanium oxide solution at a predetermined temperature for a predetermined time.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の親水性塗料組成物を用いて形成したことを特徴とする親水性塗膜層。   A hydrophilic coating layer formed using the hydrophilic coating composition according to any one of claims 1 to 5. 請求項7の親水性塗膜層を有することを特徴とする建築材。   A building material comprising the hydrophilic coating film layer according to claim 7.
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