JP2023032630A - 光触媒塗装膜の製造方法及び光触媒塗装膜 - Google Patents
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Abstract
【課題】光触媒層に水蒸気を当てることにより、短時間で光触媒層の硬化を促進する。【解決手段】基材１０の表面に金属アルコキシドを含む光触媒塗布材を塗布する第１の工程と、光触媒塗布材に対して水蒸気を噴射することによる金属アルコキシドへの加水分解によって光触媒塗布材を硬化させた光触媒層１２を形成する第２の工程と、を備える光触媒塗装膜の製造方法とする。【選択図】図１
Description
本発明は、光触媒塗装膜の製造方法及び光触媒塗装膜に関する。
表面形状が良好な塗装層を効率的に形成する塗工方法及び塗装方法が開示されている。例えば、塗布された膜に対して過熱蒸気を噴霧ノズルにより直接噴霧して膜を乾燥・固化させる技術が開示されている（特許文献１）。具体的には、塗工液付き基材に対して１３０℃以上で且つ５００℃以下の過熱蒸気をノズルから噴霧し、その噴霧量又は蒸気温度を段階的に増減させる技術が開示されている。
また、塗膜表面を乾燥させる方法であって、第一の工程で熱風により塗膜を固化し、第二の工程で過熱蒸気により塗膜を固化させ、第三の工程で乾燥により塗膜を固化させる技術が開示されている（特許文献２）。
ところで、従来技術は、乾燥炉内において一般的な塗装膜の表面と内部の均質性を向上させることを目的としており、飽和水蒸気温度以上の高温に加熱した過熱蒸気を用いている。しかしながら、１３０℃以上で且つ５００℃以下の過熱蒸気を用いるため、耐熱温度が１３０℃未満の低い樹脂材を基材にした場合に基材が劣化してしまうおそれがあった。
また、一般的な光触媒層の固化工程では、塗布された塗料をベーキング炉で加熱して硬化させる処理が行われる。しかしながら、基材や塗料の耐熱性を考慮して加熱温度を低下させることが望まれている。さらに、ベーキング炉などの付帯設備を必要とせず、家やビル等の現場で光触媒層を硬化させることができる技術が必要とされている。
本発明の１つの態様は、基材の表面に金属アルコキシドを含む光触媒塗布材を塗布する第１の工程と、前記光触媒塗布材に対して水蒸気を噴射することによる前記金属アルコキシドへの加水分解によって前記光触媒塗布材を硬化させた光触媒層を形成する第２の工程と、を備えることを特徴とする光触媒塗装膜の製造方法である。
ここで、前記第２の工程は、前記水蒸気を４０℃以上１２０℃以下の温度範囲で噴射することが好適である。
また、前記第２の工程は、前記水蒸気の温度及び供給量を制御することが好適である。
また、前記光触媒層に加えて、保護層を形成する工程を備えることが好適である。また、前記光触媒層に加えて、前記基材と前記光触媒層との密着性を高めるための密着層を形成する工程を備えることが好適である。
本発明の別の態様は、金属アルコキシドを含む光触媒塗布材を塗布し、前記光触媒塗布材に対して水蒸気を噴射することによって形成された光触媒層を含むことを特徴とする光触媒塗装膜である。
ここで、膜硬さは、鉛筆硬度試験においてＨＢ以上であることが好適である。
また、前記光触媒層は、４００ｎｍ以上の可視光に応答することが好適である。
本発明によれば、光触媒層に水蒸気を当てることにより、短時間で光触媒層の硬化を促進することができる。
［基本構成］
本発明の実施の形態における光触媒塗装膜１００は、図１の断面模式図に示すように、基材１０及び光触媒層１２を含んで構成される。図１において基材１０及び光触媒層１２の各部の寸法は実際の寸法とは異なる場合がある。なお、基材１０と光触媒層１２との間に保護層や密着層を設けてもよい。
本発明の実施の形態における光触媒塗装膜１００は、図１の断面模式図に示すように、基材１０及び光触媒層１２を含んで構成される。図１において基材１０及び光触媒層１２の各部の寸法は実際の寸法とは異なる場合がある。なお、基材１０と光触媒層１２との間に保護層や密着層を設けてもよい。
基材１０は、表面に光触媒層１２が形成される部材である。基材１０は、特に限定されるものではないが、金属、ガラス、セラミックス、樹脂等とすることができる。基材１０は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ガラス、アクリロニトリル・エチレン・スチレン共重合体（ＡＥＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、オレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）等とすることができる。
光触媒層１２は、酸化チタンを含む酸化チタン系光触媒体を含む膜である。光触媒層１２は、窒素ドープ酸化チタン又は銅、鉄又は銀を担持した窒素ドープ酸化チタンとすることができる。光触媒層１２は、可視光領域の光に対して応答性を有することが好適である。特に、光触媒層１２は、少なくとも４００ｎｍ以上の可視光領域の光に対して応答性を有することが好適である。
光触媒層１２は、基材１０又は基材１０の表面に形成された下地膜に対して、可視光に応答する光触媒微粒子を分散させた光触媒コーティング液（光触媒塗布材）をディッピング又はスプレー塗布し、その後、高温蒸気を噴射して高温蒸気処理することによって形成される。
光触媒コーティング液は、アルコキシド反応の加水分解と脱水反応によって、水蒸気からＯＨ基を得て、温度上昇に伴って水（Ｈ２Ｏ）の蒸発により光触媒層１２を硬化させる物質を含むことが好適である。光触媒コーティング液は、金属アルコキシドを含むことが好適であり、例えばシリコンアルコキシド又はチタンアルコキシドを含むことが好適である。
可視光に応答する光触媒微粒子は、特に限定されるものではなく、光照射によって所望の反応を促進させる光触媒の微粒子とすることができる。光触媒微粒子は、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）系光触媒粒子、酸化スズ（ＳｎＯ２）系光触媒粒子、酸化亜鉛（ＺｎＯ）系光触媒粒子、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）系光触媒粒子、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）系光触媒粒子等とすることができる。特に、光触媒微粒子は、窒素ドープされた酸化チタン又は銅、鉄又は銀を担持した窒素ドープ酸化チタンとすることが好適である。
基材１０の表面に光触媒コーティング液を塗布した後、図２に示すように、高温蒸気３４を噴射して硬化処理が行われる。ノズル２０に対してタンク２２から加圧ポンプ２４によって加圧された水を供給する。水の供給量は、供給管２６に設けられた流量調整手段２８によって調整される。また、供給管２６に設けられた加熱手段３０を用いて水を加熱することによって高温蒸気３４として基材１０の表面に塗布された光触媒コーティング膜へ噴射される。高温蒸気３４の吐出圧力、供給量及び温度は、制御装置３２によってそれぞれ加圧ポンプ２４、流量調整手段２８及び加熱手段３０を制御することによって調整することができる。これによってアルコキシド反応の加水分解と脱水反応が生じ、光触媒コーティング膜は、高温蒸気３４からＯＨ基を得て、温度上昇に伴って水（Ｈ２Ｏ）の蒸発により光触媒層１２として硬化される。
ここで、高温蒸気３４は、湿度が９０％以上１００％以下となるように噴射することが好適である。高温蒸気３４の温度は、４０℃以上１２０℃以下とすることが好適である。また、高温蒸気３４の吐出圧力は０．１ＭＰａ以上１ＭＰａ以下とすることが好適である。高温蒸気３４による処理時間は、光触媒層１２の硬化が十分に進行する程度であればよいが、例えば５秒以上５分以下とすることが好適である。
［実施例及び比較例］
以下、光触媒塗装膜１００の実施例及び比較例について説明する。
以下、光触媒塗装膜１００の実施例及び比較例について説明する。
（実施例１及び比較例１～３）
アルミ板を基材１０として、シリコンアルコキシドを含むブタノール溶液のシリカ系アンダーコート液に基材１０をディッピングすることにより保護層を成膜した。その後、保護層を室温で乾燥させた。さらに、保護層の上に、ブタノールを含むアルコール系溶媒に可視光に応答する光触媒微粒子とシリコンアルコキシド及びチタンアルコキシドを分散させた光触媒コーティング液をディッピングした。光触媒微粒子は銅を担持した窒素ドープ酸化チタンを用い、光触媒コーティング液の固形分濃度は５ｗｔ％とした。
（実施例１）光触媒コーティング液にディッピングした後、７０℃の高温蒸気を吐出圧力０．３２ＭＰａで１ｍｉｎ噴射して高温蒸気処理をして基材１０の表面に光触媒層１２を形成した。
（比較例１）光触媒コーティング液にディッピングした後、２００℃の加熱炉で３０ｍｉｎ処理して基材１０の表面に光触媒層を形成した。
（比較例２）光触媒コーティング液にディッピングした後、ドライヤーで１２０℃の熱風を１ｍｉｎ当てて基材１０の表面に光触媒層を形成した。
（比較例３）光触媒コーティング液にディッピングした後、室温で１時間放置して基材１０の表面に光触媒層を形成した。
アルミ板を基材１０として、シリコンアルコキシドを含むブタノール溶液のシリカ系アンダーコート液に基材１０をディッピングすることにより保護層を成膜した。その後、保護層を室温で乾燥させた。さらに、保護層の上に、ブタノールを含むアルコール系溶媒に可視光に応答する光触媒微粒子とシリコンアルコキシド及びチタンアルコキシドを分散させた光触媒コーティング液をディッピングした。光触媒微粒子は銅を担持した窒素ドープ酸化チタンを用い、光触媒コーティング液の固形分濃度は５ｗｔ％とした。
（実施例１）光触媒コーティング液にディッピングした後、７０℃の高温蒸気を吐出圧力０．３２ＭＰａで１ｍｉｎ噴射して高温蒸気処理をして基材１０の表面に光触媒層１２を形成した。
（比較例１）光触媒コーティング液にディッピングした後、２００℃の加熱炉で３０ｍｉｎ処理して基材１０の表面に光触媒層を形成した。
（比較例２）光触媒コーティング液にディッピングした後、ドライヤーで１２０℃の熱風を１ｍｉｎ当てて基材１０の表面に光触媒層を形成した。
（比較例３）光触媒コーティング液にディッピングした後、室温で１時間放置して基材１０の表面に光触媒層を形成した。
（実施例２及び比較例４）
ＡＥＳ樹脂板を基材１０として、基材１０の表面にミッチャクロンマルチＴＸＦ（染めＱテクノロジィ製）をノズル径０．１ｍｍのスプレーガンを用いて０．２ＭＰａの吐出圧力で噴霧し、１００℃の加熱炉で３０ｍｉｎ処理して密着層を形成させた。その後、同じスプレーガンでシリコンアルコキシドを含むブタノール溶液のシリカ系アンダーコート液を基材１０にスプレー噴霧することにより保護層を成膜した。その後、保護層を室温で乾燥させた。そして、保護層の上に、ブタノールを含むアルコール系溶媒に可視光に応答する光触媒微粒子とシリコンアルコキシド及びチタンアルコキシドを分散させた光触媒コーティング液をスプレー噴霧した。光触媒微粒子は銅を担持した窒素ドープ酸化チタンを用い、光触媒コーティング液の固形分濃度は５ｗｔ％とした。
（実施例２）光触媒コーティング液をスプレー噴霧した後、７０℃の高温蒸気を吐出圧力０．３２ＭＰａで１ｍｉｎ噴射して高温蒸気処理をして基材１０の表面に光触媒層１２を形成した。
（比較例４）光触媒コーティング液をスプレー噴霧した後、１００℃の加熱炉で３０ｍｉｎ処理して基材１０の表面に光触媒層を形成した。
ＡＥＳ樹脂板を基材１０として、基材１０の表面にミッチャクロンマルチＴＸＦ（染めＱテクノロジィ製）をノズル径０．１ｍｍのスプレーガンを用いて０．２ＭＰａの吐出圧力で噴霧し、１００℃の加熱炉で３０ｍｉｎ処理して密着層を形成させた。その後、同じスプレーガンでシリコンアルコキシドを含むブタノール溶液のシリカ系アンダーコート液を基材１０にスプレー噴霧することにより保護層を成膜した。その後、保護層を室温で乾燥させた。そして、保護層の上に、ブタノールを含むアルコール系溶媒に可視光に応答する光触媒微粒子とシリコンアルコキシド及びチタンアルコキシドを分散させた光触媒コーティング液をスプレー噴霧した。光触媒微粒子は銅を担持した窒素ドープ酸化チタンを用い、光触媒コーティング液の固形分濃度は５ｗｔ％とした。
（実施例２）光触媒コーティング液をスプレー噴霧した後、７０℃の高温蒸気を吐出圧力０．３２ＭＰａで１ｍｉｎ噴射して高温蒸気処理をして基材１０の表面に光触媒層１２を形成した。
（比較例４）光触媒コーティング液をスプレー噴霧した後、１００℃の加熱炉で３０ｍｉｎ処理して基材１０の表面に光触媒層を形成した。
［評価方法］
以下、実施例１～２及び比較例１～４に対する評価方法について説明する。
以下、実施例１～２及び比較例１～４に対する評価方法について説明する。
（硬さ試験）
光触媒層１２の硬さは、鉛筆硬度試験［ＪＩＳ Ｋ ５６００－５－４：１９９９（塗料一般試験方法-第５部：塗膜の機械的性質-第４節：引っかき硬度（鉛筆法））］に準じて評価した。鉛筆硬度試験では、柔らかい側から６Ｂ，５Ｂ，４Ｂ，３Ｂ，２Ｂ，Ｂ，ＨＢ，Ｆ，Ｈ，２Ｈ，３Ｈ，４Ｈ，５Ｈ，６Ｈ，７Ｈ，８Ｈ，９Ｈの硬い側まで順に光触媒層１２の硬度を評価した。
光触媒層１２の硬さは、鉛筆硬度試験［ＪＩＳ Ｋ ５６００－５－４：１９９９（塗料一般試験方法-第５部：塗膜の機械的性質-第４節：引っかき硬度（鉛筆法））］に準じて評価した。鉛筆硬度試験では、柔らかい側から６Ｂ，５Ｂ，４Ｂ，３Ｂ，２Ｂ，Ｂ，ＨＢ，Ｆ，Ｈ，２Ｈ，３Ｈ，４Ｈ，５Ｈ，６Ｈ，７Ｈ，８Ｈ，９Ｈの硬い側まで順に光触媒層１２の硬度を評価した。
（耐摩耗試験）
光触媒層１２の耐摩耗試験は、布（カナキン３号）を巻いた２００ｇの金属製円柱を横向きに置き、塗装面に沿って５ｃｍの距離を９０回乾式摺動し、表面の摩耗状態を判断した。摩耗状態の程度は、表１の通りに、耐摩耗性が高いほどレベルが大きくなるように判定した。
光触媒層１２の耐摩耗試験は、布（カナキン３号）を巻いた２００ｇの金属製円柱を横向きに置き、塗装面に沿って５ｃｍの距離を９０回乾式摺動し、表面の摩耗状態を判断した。摩耗状態の程度は、表１の通りに、耐摩耗性が高いほどレベルが大きくなるように判定した。
［評価結果］
図３は、実施例１及び比較例１～３について鉛筆硬度試験及び耐摩耗試験を行った結果を示す。図３には、実施例１及び比較例１～３について耐摩耗試験において９０回の乾式摺動を行った後のサンプルの表面写真を併せて示した。
図３は、実施例１及び比較例１～３について鉛筆硬度試験及び耐摩耗試験を行った結果を示す。図３には、実施例１及び比較例１～３について耐摩耗試験において９０回の乾式摺動を行った後のサンプルの表面写真を併せて示した。
鉛筆硬度試験では、実施例１は５Ｈ、比較例１は６Ｈ、比較例２及び比較例３は５Ｈであった。すなわち、実施例１及び比較例１～３において顕著な硬度の差はみられなかった。
図４は、耐摩耗試験において耐摩耗耐性を評価した結果を示す。耐摩耗試験では、実施例１はレベル５、比較例１はレベル５、比較例２はレベル２、比較例３はレベル１を示した。
図５は、実施例２及び比較例４について鉛筆硬度試験及び耐摩耗試験を行った結果を示す。図５には、実施例２及び比較例４について耐摩耗試験において９０回の乾式摺動を行った後のサンプルの表面写真を併せて示した。
鉛筆硬度試験では、実施例２はＨＢ及び比較例４はＦであった。すなわち、実施例２及び比較例４において顕著な硬度の差はみられなかった。
図６は、耐摩耗試験において耐摩耗耐性を評価した結果を示す。耐摩耗試験では、実施例２はレベル４、比較例４はレベル４を示した。
以上のように、実施例１及び２の光触媒層１２では、高温蒸気処理を施すことによって短時間で光触媒層１２を硬化させることができた。また、比較例１～４のように通常の乾式又はベーキング炉の加熱処理による硬化に対して、実施例１及び２では２／３以下の温度（１００℃以下）の処理で光触媒層１２を硬化させることができた。したがって、耐熱性が低い基材１０の表面に光触媒層１２を形成することができた。すなわち、基材１０に対応した硬さを有し、平滑かつ密着性の高い光触媒層１２を提供することができた。
また、本実施の形態における高温蒸気処理は、ベーキング炉や加熱炉を必要としないため、家やビル等の現場で光触媒層１２を硬化させることができる。
１０ 基材、１２ 光触媒層、２０ ノズル、２２ タンク、２４ 加圧ポンプ、２６ 供給管、２８ 流量調整手段、３０ 加熱手段、３２ 制御装置、３４ 高温蒸気、１００ 光触媒塗装膜。
Claims (8)
- 基材の表面に金属アルコキシドを含む光触媒塗布材を塗布する第１の工程と、
前記光触媒塗布材に対して水蒸気を噴射することによる前記金属アルコキシドへの加水分解によって前記光触媒塗布材を硬化させた光触媒層を形成する第２の工程と、
を備えることを特徴とする光触媒塗装膜の製造方法。 - 請求項１に記載の光触媒塗装膜の製造方法であって、
前記第２の工程は、前記水蒸気を４０℃以上１２０℃以下の温度範囲で噴射することを特徴とする光触媒塗装膜の製造方法。 - 請求項１又は２に記載の光触媒塗装膜の製造方法であって、
前記第２の工程は、前記水蒸気の温度及び供給量を制御することを特徴とする光触媒塗装膜の製造方法。 - 請求項１～３のいずれか１項に記載の光触媒塗装膜の製造方法であって、
前記光触媒層に加えて、保護層を形成する工程を備えることを特徴とする光触媒塗装膜の製造方法。 - 請求項１～４のいずれか１項に記載の光触媒塗装膜の製造方法であって、
前記光触媒層に加えて、前記基材と前記光触媒層との密着性を高めるための密着層を形成する工程を備えることを特徴とする光触媒塗装膜の製造方法。 - 金属アルコキシドを含む光触媒塗布材を塗布し、前記光触媒塗布材に対して水蒸気を噴射することによって形成された光触媒層を含むことを特徴とする光触媒塗装膜。
- 請求項６に記載の光触媒塗装膜であって、
膜硬さは、鉛筆硬度試験においてＨＢ以上であることを特徴とする光触媒塗装膜。 - 請求項６又は７に記載の光触媒塗装膜であって、
前記光触媒層は、４００ｎｍ以上の可視光に応答することを特徴とする光触媒塗装膜。
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