JP2011208113A - 親水性被膜形成用光触媒塗工液およびそれを用いた親水性光触媒被膜 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光触媒粒子、水溶性カゴ型シルセスキオキサン 光触媒粒子に対して0.01〜100質量%、及び、水溶性ジルコニウム化合物 光触媒粒子に対して0.01〜100質量%、を含有する、親水性被膜形成用光触媒塗工液;上記塗工液の硬化物からなり、光触媒性を有し、水に対する接触角が20度以下であり、暗所に1ヶ月放置した後に水に対する接触角が20度以下を保持していることを特徴とする親水性光触媒被膜。
【選択図】なし
Description
即ち、本発明は第一に、
光触媒粒子、
水溶性カゴ型シルセスキオキサン 光触媒粒子に対して0.01〜100質量%、及び
水溶性ジルコニウム化合物 光触媒粒子に対して0.01〜100質量%
を含有する、親水性被膜形成用光触媒塗工液を提供する。
本発明は第二に、上記の塗工液の硬化物からなり、光触媒性を有し、水に対する接触角が20度以下であり、暗所に1ヶ月放置した後に水に対する接触角が20度以下を保持していることを特徴とする親水性光触媒被膜を提供する。
カゴ型シルセスキオキサンとは、3官能性シロキサン単位(いわゆるT単位)のみからなり、その構造中のケイ素原子が多面体の頂点を形成しているようなシルセスキオキサンをいう。本発明の塗工液には、水溶性である限りいかなるカゴ型シルセスキオキサンも用いることができる。水溶性カゴ型シルセスキオキサンは、単体で水のみならずアルコールにも可溶性であることが好ましい。水溶性カゴ型シルセスキオキサンは1種単独で用いても2種以上を併用してもよい。水溶性カゴ型シルセスキオキサンとしては、例えば、下記構造式(1):
水溶性ジルコニウム化合物には、酸化ジルコニウム系化合物およびその前駆体が包含される。水溶性ジルコニウム化合物は1種単独で用いても2種以上を併用してもよい。水溶性ジルコニウム化合物としては、例えば、酸化ジルコニウム、水酸化ジルコニウム、酸塩化ジルコニウム(オキシ塩化ジルコニウム)、硫酸ジルコニウム、硝酸ジルコニウム、塩酸ジルコニウム、酢酸ジルコニウム、ギ酸ジルコニウム、炭酸ジルコニウム、塩基性炭酸ジルコニウム、炭酸ジルコニウムアンモニウム、炭酸ジルコニウムカリウム、オクチル酸ジルコニウム、ジルコニウムテトラノルマルプロポキシド、ジルコニウムテトラアセチルアセトネート、ジルコニウムトリブトキシモノアセチルアセトネート、ジルコニウムモノブトキシアセチルアセトネートビス(エチルアセトアセテート)、ジルコニウムテトラアセチルアセトネート、ジルコニウムトリブトキシモノステアレート等、これらの加水分解物または部分加水分解物が挙げられる。水溶性ジルコニウム化合物としては、市販品を使用しうる。
本発明の塗工液を得るための溶媒としては、水が好適であるが、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール、または水とアルコールとの混合物を使用してもよい。該アルコールは1種単独で使用しても2種以上を併用してもよい。
光触媒粒子としては、従来知られているいずれのものも使用することができる。光触媒粒子は1種単独で使用しても2種以上を併用してもよい。光触媒粒子としては、例えば、現在上市されている酸化チタン系光触媒粒子、酸化タングステン系光触媒粒子、酸化亜鉛系光触媒粒子、酸化ニオブ系光触媒粒子等の、n型半導体である金属酸化物の結晶微粒子が挙げられる。より具体的には、例えば、アナターゼ型の二酸化チタン(TiO2)、ルチル型の二酸化チタン、三酸化タングステン(WO3)、酸化亜鉛(ZnO)、Gaドープ酸化亜鉛(GZO)、酸化ニオブ(Nb2O5)等が挙げられる。
本発明の光触媒塗工液においては、上記の光触媒粒子が分散され、かつ水溶性カゴ型シルセスキオキサンおよび水溶性ジルコニウム化合物が溶解している。該光触媒塗工液は、例えば、あらかじめ溶媒に光触媒粒子を分散させた光触媒分散液を調製し、水溶性カゴ型シルセスキオキサンを溶解した溶液および水溶性ジルコニウム化合物を溶解した溶液と混合し攪拌することで調製される。このようにして調製された塗工液においては、カゴ型シルセスキオキサン-ジルコニア複合体が形成されていることが推定される。
本発明の親水性光触媒被膜形成用塗工液が塗布される基体は、親水性光触媒被膜を形成することができる限り、特に制限されない。基体の材料としては、例えば有機材料、無機材料が挙げられ、無機材料には、例えば、非金属無機材料、金属無機材料が包含される。これらはそれぞれの目的、用途に応じた様々な形状を有することができる。
本発明の親水性光触媒被膜は、上記の塗工液の硬化物からなり、水接触角が20度以下であり、かつ、厚さが200nmであるとき、全光線透過率が85%以上、ヘイズ率が3.5%以下である親水性光触媒被膜である。本発明の親水性光触媒被膜の形成方法としては、例えば、
本発明の塗工液を基体の表面に塗布して塗膜を形成させ、
得られた塗膜を50〜200℃の温度で乾燥硬化させる
ことを含む方法が挙げられる。
表1に示す組成で光触媒分散液およびバインダ混合液を配合して、総固形分濃度1.50質量%の水系分散液を調製し、塗工液として用いた。なお、実施例1〜3ならびに比較例1及び2のいずれにおいても、溶媒として水を用いた。また、得られた塗工液内の光触媒微粒子の粒子径分布を日機装社製のマイクロトラックUPA-EXにて測定して、該光触媒微粒子の平均粒子径を算出した。その結果、実施例1〜3ならびに比較例1及び2のいずれについても平均粒子径は50nmであった。
・光触媒分散液
光触媒材料として、市販のMPT-623(商品名、白金担持二酸化チタン結晶微粒子/アナターゼ型、一次粒径約20nm、石原産業製)を純水に分散して得た固形分濃度1.50質量%の水系分散液を使用した。
・POSS
水溶性カゴ型シルセスキオキサンとして、MS0860(商品名、T3 8構造を有するオクタアニオン型のカゴ型シルセスキオキサンのテトラメチルアンモニウム塩、即ち、R=-O-N+(CH3)4である上記構造式(1)で表されるT3 8構造を有するカゴ型シルセスキオキサン、Hybrid Plastics製)を使用した。以下、これをPOSS(Polyhedral Oligomeric Silsesquioxaneの略)と表記する。
・AC-7
水溶性ジルコニウム化合物の水溶液としてジルコゾールAC-7(商品名、炭酸ジルコニウムアンモニウム水溶液、固形分濃度13質量%、第一稀元素科学工業製)を使用した。
・スノーテックスS
固体シリカゾル系バインダーとして、スノーテックスS(商品名、粒径8〜11nmのコロイダルシリカ、日産化学製)を使用した。
上記実施例および比較例において調製した塗工液を用いて、下記の手法によりサンプルフィルムを作製し、被膜の性能を評価した。
・サンプルフィルムの作製
基体として、コロナ放電処理を施したPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム(厚さ50μm、A4サイズ(210mm×297mm))を用いた。前記PETフィルムの片面に前記塗工液を塗布し、90℃で15分間(光学特性の測定用に用いたサンプルフィルムについては1時間)加熱乾燥させて、該PETフィルムおよびその片面に形成された厚さ約200nmの被膜からなるサンプルフィルムを作製した。
・表面張力(静的または動的)
静的表面張力を評価するために、被膜の水接触角を接触角計CA-A(製品名、協和界面科学製)を用いて室温にて測定した。水接触角の測定は、暗所に1ヶ月放置したサンプルフィルムについても行った。
一方、動的表面張力を評価するために、被膜の濡れ張力を次のとおりに測定した。即ち、室温において、ぬれ張力試験用混合液No.22.6〜No73.0(和光純薬工業(株)製)を綿棒でサンプルフィルム中の被膜表面に塗布して液膜を形成させた後、その液膜が10秒間弾かれずに保持されるかどうかを確認した。液膜が保持された濡れ張力試験用混合液に対応する濡れ張力の値のうち最大のものを被膜の濡れ張力(mN/m)とした。結果を表1に示す。
・1kg荷重擦過試験
サンプルフィルム中の被膜上にキムワイプを載せ、そのキムワイプに1kgの荷重を掛けて、被膜を10往復擦った後、被膜表面の傷の有無を目視で確認した。結果を表1に示す。
・鉛筆硬度
被膜の鉛筆硬度は、JIS K 5600-5-4に準拠して、引っかき硬度(鉛筆法)試験器(コーテック(株)製)を用いて測定した。結果を表1に示す。
・外観(色相)
被膜の外観(色相)を目視で確認した。結果を表1に示す。
・厚さ
被膜の厚さは、薄膜測定装置F-20(製品名、FILMETRICS社製)及び走査型電子顕微鏡S-3400NX(製品名、日立ハイテクノロジーズ製)を用いて測定した。即ち、まず、上記の電子顕微鏡にて被膜の厚さが全体で均一であることを確認し、大まかな厚さを決定してから、上記薄膜測定装置にて正確な厚さを決定した。結果を表1に示す。
・光学特性
被膜の全光線透過率およびヘイズ率は、デジタルヘイズメーターNDH-20D(日本電色工業製)を用いて測定した。サンプルフィルム中の厚さ200nmの被膜を測定に用いた。結果を表1に示す。
・光触媒活性の評価方法
メチレンブルーの1.0mmol/L水溶液をサンプルフィルム中の光触媒被膜上に塗布し、60℃で乾燥させることで該被膜表面に充分量のメチレンブルーを吸着させた。その後、このようにしてメチレンブルーを吸着させたサンプルフィルムに紫外線(波長:190〜400nm、1mW/cm2)または可視光(波長400〜600nm、1mW/cm2)を照射し、光触媒評価チェッカーPCC-2(商品名、ULVAC理工社製)を用い、メチレンブルー吸着面における青色色素の吸光度(波長664nm)の減少を測定した。結果を表1に示す。
Claims (5)
- 光触媒粒子、
水溶性カゴ型シルセスキオキサン 光触媒粒子に対して0.01〜100質量%、及び
水溶性ジルコニウム化合物 光触媒粒子に対して0.01〜100質量%
を含有する、親水性被膜形成用光触媒塗工液。 - 水接触角が20度以下であり、かつ、厚さが200nmであるとき、全光線透過率が85%以上、ヘイズ率が3.5%以下である親水性光触媒被膜を与える請求項1に係る塗工液。
- 上記光触媒粒子が、n型半導体である金属酸化物の結晶微粒子であることを特徴とする請求項1または2に係る塗工液。
- 水溶性カゴ型シルセスキオキサンがT3 8構造を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に係る塗工液。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の塗工液の硬化物からなり、光触媒性を有し、水に対する接触角が20度以下であり、暗所に1ヶ月放置した後に水に対する接触角が20度以下を保持していることを特徴とする親水性光触媒被膜。
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