JP3024749B2 - 親水性部材 - Google Patents

親水性部材

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JP3024749B2 JP9094533A JP9453397A JP3024749B2 JP 3024749 B2 JP3024749 B2 JP 3024749B2 JP 9094533 A JP9094533 A JP 9094533A JP 9453397 A JP9453397 A JP 9453397A JP 3024749 B2 JP3024749 B2 JP 3024749B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば真鍮、黄
銅、青銅基材のような、Cu原子を含有する基材の表面
を高度の親水性になし、かつ維持する技術に関する。よ
り詳しくは、物品の表面を高度に親水化することによ
り、表面が汚れるのを防止し、又は表面を自己浄化(セ
ルフクリ−ニング)し若しくは容易に清掃する技術に関
する。
【0002】
【従来の技術】本発明者らは、PCT/JP96/00
733号において、基材表面に光半導体含有層を形成す
ると、光半導体の光励起に応じて前記層表面が、水との
接触角に換算して10゜以下という高度の親水性を呈す
ることを見出し、さらにそれによりガラス、レンズ、鏡
等の透明部材の防曇・視界確保性向上、物品表面の水洗
浄性・降雨洗浄性向上等の効果が得られることを見出し
た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、後述す
る実施例1に述べるように、光半導体を含有する表面層
にCuが添加されると、光半導体の光励起による親水化
速度が著しく低下してしまうことが判明した。従って、
水栓金具及びその部品等の青銅、黄銅、真鍮製品等の上
に、直接光半導体を含有する表面層を固定すると光半導
体の光励起による親水化速度が小さく、そのため、物品
表面の水洗浄性・降雨洗浄性向上等の効果が充分に発揮
されにくい。本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、光半導体を含有する表面層を、Cu原子を含有
する基材上に固定した場合においても、光半導体の光励
起による親水化速度の低下を生じず、従って物品表面の
水洗浄性・降雨洗浄性向上等の効果が充分に発揮される
ような親水性部材を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記課題を
解決すべく、基材表面に、Cu原子を含まない光半導体
含有層が形成されており、前記光半導体の光励起に応じ
て前記層表面が高度に親水性を呈することを特徴とする
親水性部材を提供する。その一態様においては、Cu原
子を含有する基材表面に、前記原子種の拡散を防止する
層を介して、光半導体含有層が形成されており、前記光
半導体の光励起に応じて前記層表面が高度に親水性を呈
するようにする。Cu原子の表面層への拡散を防止する
層を設けることにより、光半導体を含有する表面層はC
u原子の影響を受けなくなり、Cu原子を含有する基材
上に固定した場合においても、光半導体の光励起による
親水化作用が充分に発揮され、従って物品表面の水洗浄
性・降雨洗浄性向上等の効果が充分に発揮されるように
なる。
【0005】
【発明の実施の形態】次に本発明の構成要素について説
明する。Cu原子を含有する基材とは、例えば青銅、黄
銅、真鍮等をさす。Cuの拡散を防止する層は、Cuを
含有しない材料から構成するのが好ましい。例えば、下
地の色を意匠上活用したい場合には、シリカ、シリコ−
ン樹脂、アクリル樹脂、水ガラスなどのケイ酸化合物等
の透明な材料が好適に利用できる。また、Cuの拡散を
防止する層に、着色性の材料を用い、この層により意匠
性を持たせてもよい。その場合には、釉薬;Ag、Pt
などのの着色金属;等の材料が好適に利用できる。Cu
の拡散を防止する層の膜厚は、0.02μm以上である
のが好ましい。そうすれば、基材から表面層へのCuの
拡散を有効に防止できる。
【0006】親水性とは、表面に水を滴下したときにな
じみやすい性質をいい、一般的に水濡れ角が90゜未満
の状態をいう。本発明における高度な親水性とは、表面
が水を滴下したときに非常になじみやすく、水滴を形成
せずにむしろ水膜化してしまう性質をいい、より具体的
には、水濡れ角が10゜以下、好ましくは5゜以下とな
る状態をいう。
【0007】光半導体とは、その結晶の伝導電子帯と価
電子帯との間のエネルギ−ギャップよりも大きなエネル
ギ−(すなわち短い波長)の光(励起光)を照射したと
きに、価電子帯中の電子の励起(光励起)が生じて、伝
導電子と正孔を生成しうる物質をいい、例えば、アナタ
−ゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、酸化錫、酸化
亜鉛、三酸化二ビスマス、三酸化タングステン、酸化第
二鉄、チタン酸ストロンチウム等が好適に利用できる。
光半導体の光励起に用いる光源としては、蛍光灯、白熱
電灯、メタルハライドランプ、水銀ランプのような室内
照明、太陽、それらの光源からの光を低損失のファイバ
−で誘導した光源等が好適に利用できる。光半導体の光
励起により、基材表面が高度に親水化されるためには、
励起光の照度は、0.001mW/cm2 以上あればよ
いが、0.01mW/cm2 以上だと好ましく、0.1
mW/cm2 以上だとより好ましい。
【0008】光半導体含有層には、シリカ、固体超強
酸、シリコ−ンのうちの1種以上が含有されていること
が望ましい。シリカ、固体超強酸が含有されていると、
より低い励起光照度で高度の親水性を呈しやすく、かつ
その状態をかなり長期にわたり維持できる。シリコ−ン
が含有されていても、光半導体の光励起によりシリコ−
ン中のシリコン原子に結合する有機基の少なくとも一部
が水酸基に置換される。そして一旦水酸基に置換される
と、シリカ添加の場合と同様に低い励起光照度で高度の
親水性を呈しやすく、かつその状態をかなり長期にわた
り維持できる。ここで超強酸とは、ハメットの酸度関数
Ho≦−11.93なる固体酸化物を構成要素に含む強
酸をいい、具体的には、硫酸担持Al23 、硫酸担持
TiO2 、硫酸担持ZrO2 、硫酸担持Fe23 、硫
酸担持SiO2 、硫酸担持HfO2 、TiO2 /WO
3 、WO3 /SnO2 、WO3 /ZrO2 、WO3 /F
23 、SiO2 ・Al23 等が好適に利用でき
る。また、シリコ−ンとしては、ポリオルガノシロキサ
ンなら全般的に利用できるが、例えば、メチルトリメト
キシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリプ
ロポキシシラン、メチルトリブトキシシラン、エチルト
リメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチル
トリプロポキシシラン、エチルトリブトキシシラン、フ
ェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラ
ン、フェニルトリプロポキシシラン、フェニルトリブト
キシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエ
トキシシラン、ジメチルジプロポキシシラン、ジメチル
ジブトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチ
ルジエトキシシラン、ジエチルジプロポキシシラン、ジ
エチルジブトキシシラン、フェニルメチルジメトキシシ
ラン、フェニルメチルジエトキシシラン、フェニルメチ
ルジプロポキシシラン、フェニルメチルジブトキシシラ
ン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、及
びそれらの加水分解物、加水分解後部分縮重合した物、
それらの混合物等を前駆体として、必要に応じて加水分
解し、脱水縮重合した物などが好適に利用できる。
【0009】光半導体含有層の膜厚は、0.4μm以下
にするのが好ましい。そうすれば、光の乱反射による白
濁を防止することができ、光半導体含有層は実質的に透
明となる。さらに、光半導体含有層の膜厚を、0.2μ
m以下にすると一層好ましい。そうすれば、光の干渉に
よる層の発色を防止することができる。また、光半導体
含有層は薄ければ薄いほどその透明度は向上する。更
に、膜厚を薄くすれば、層の耐摩耗性が向上する。上記
表面層の表面に、更にシリカ、アルミナ、シリコ−ン、
固体超強酸等の親水化可能な耐摩耗性又は耐食性の保護
層や他の機能膜を設けてもよい。
【0010】上記光半導体含有層には、Agを添加する
ことができる。前記金属を添加した層は、暗所において
も表面に付着した細菌を死滅させることができる。更
に、この層は、黴、藻、苔のような微生物の成長を抑制
する。従って、微生物起因による汚れ付着が抑制され
る。
【0011】上記光半導体含有層には、Pt、Pd、R
u、Rh、Os、Irのような白金族金属を添加するこ
とができる。前記金属を添加した層は、光半導体の光触
媒作用による酸化反応活性を増強させることができ、屋
内空気の脱臭浄化作用、屋外空気中に含有される汚染物
質の分解浄化作用等が向上する。
【0012】
【実施例】
実施例1.(Cuの光親水化に及ぼす影響) エタノ−ルの溶媒86重量部に、テトラエトキシシラン
(和光純薬)6重量部と純水6重量部とテトラエトキシ
シランの加水分解抑制剤として36%塩酸2重量部を加
えて混合し、シリカコ−ティング溶液を調製した。この
溶液をフロ−コ−ティング法により10cm四角のソ−
ダライムガラス板の表面に塗布し、80℃の温度で乾燥
させた。乾燥に伴い、テトラエトキシシランは加水分解
を受けてまずシラノ−ルになり、続いてシラノ−ルの脱
水縮重合により無定型シリカの薄膜がガラス板の表面に
形成された。次に、テトラエトキシチタン(Merc
k)1重量部とエタノ−ル9重量部との混合物に加水分
解抑制剤として36%塩酸0.1重量部添加して酸化チ
タンコ−ティング溶液を調製し、この溶液を上記無定型
シリカの薄膜に乾燥空気中でフロ−コ−ティング法によ
り塗布した。塗布量は酸化チタンに換算して45μg/
cm2 とした。テトラエトキシチタンの加水分解速度は
極めて早いので、塗布の段階でテトラエトキシチタンの
一部は加水分解され、水酸化チタンが生成し始めた。次
に、このガラス板を1〜10分間約150℃の温度に保
持することにより、テトラエトキシチタンの加水分解を
完了させると共に、生成した水酸化チタンを脱水縮重合
に付し、無定型酸化チタンがコ−ティングされたガラス
板を得た。この試料を500℃の温度で焼成して、無定
型酸化チタンをアナタ−ゼ型酸化チタンに結晶化させ
て、複数の#1試料を得た。#1試料表面に、銅金属濃
度50μmol/gの酢酸銅一水和塩水溶液を0.3g
塗布後、BLB蛍光灯を0.4mW/cm2 で10分照
射して基材上に鉄を固定して#2試料を得た。次に、#
1、#2試料表面にオレイン酸を塗布し、中性洗剤(マ
マレモン)でこすり、水道水及び蒸留水で濯いだ後、乾
燥器により50℃で30分乾燥させることにより、表面
を故意に汚染させた。その後、表面の#1、#2試料表
面の水との接触角を接触角測定器(協和界面科学、CA
−X150)により、マイクロシリンジから試料表面に
水滴を滴下した後30秒後に測定した。結果を図1の照
射時間0の縦軸に示す。図よりわかるように、#1、#
2試料の表面はいずれも水との接触角で50゜程度の値
を示した。次に、#1、#2試料表面に、BLB蛍光灯
を0.5mW/cm2 で照射して試料表面の水との接触
角の時間的変化を調べた。その結果、#1試料が約3時
間で水との接触角が3゜未満まで高度に親水化されたの
に対し、銅が添加された#2試料では25゜程度までし
か水との接触角が低下せず、親水化速度が低下する様子
が観察された。以上のことから光半導体を含有する表面
層にCuが添加されると、光半導体の光励起による親水
化速度が低下してしまうことが判明した。
【0013】実施例2.(黄銅基材、水濡れ、水洗浄
性) エタノ−ルの溶媒86重量部に、テトラエトキシシラン
(和光純薬)6重量部と純水6重量部とテトラエトキシ
シランの加水分解抑制剤として36%塩酸2重量部を加
えて混合し、シリカコ−ティング溶液を調製した。この
溶液をフロ−コ−ティング法により10cm四角の黄銅
板の表面に塗布し、80℃の温度で乾燥させた。乾燥に
伴い、テトラエトキシシランは加水分解を受けてまずシ
ラノ−ルになり、続いてシラノ−ルの脱水縮重合により
無定型シリカの薄膜が黄銅板の表面に形成された。次
に、テトラエトキシチタン(Merck)1重量部とエ
タノ−ル9重量部との混合物に加水分解抑制剤として3
6%塩酸0.1重量部添加して酸化チタンコ−ティング
溶液を調製し、この溶液を上記無定型シリカの薄膜に乾
燥空気中でフロ−コ−ティング法により塗布した。塗布
量は酸化チタンに換算して45μg/cm2 とした。テ
トラエトキシチタンの加水分解速度は極めて早いので、
塗布の段階でテトラエトキシチタンの一部は加水分解さ
れ、水酸化チタンが生成し始めた。次に、この黄銅板を
1〜10分間約150℃の温度に保持することにより、
テトラエトキシチタンの加水分解を完了させると共に、
生成した水酸化チタンを脱水縮重合に付し、無定型酸化
チタンがコ−ティングされたガラス板を得た。この試料
を500℃の温度で焼成して、無定型酸化チタンをアナ
タ−ゼ型酸化チタンに結晶化させて、#5試料を得た。
#5試料と、比較のため黄銅板について、以下の2つの
評価を行った。 (1)紫外線照射時の表面親水性回復性能の評価 試料表面にオレイン酸を塗布し、中性洗剤(ママレモ
ン)でこすり、水道水及び蒸留水で濯いだ後、乾燥器に
より50℃で30分乾燥させることにより、表面を故意
に汚染させ、その後、BLB蛍光灯を0.5mW/cm
2 で5時間照射して試料表面の水との接触角の変化を調
べた。その結果、黄銅板では、汚染後及びBLB蛍光灯
照射後の水との接触角は共に70゜と変化が認められな
かったのに対し、#5試料では、汚染後50゜であった
水との接触角は、BLB蛍光灯照射後にはほぼ0゜まで
高度に親水化された。 (2)オレイン酸の水浸漬洗浄効果 (1)の試験で使用した試料表面に、オレイン酸を塗布
し、試料表面を水平姿勢に保持しながら、試料を水槽に
満たした水の中に浸漬した。その結果、ステンレス板で
は、オレイン酸は試料の表面に付着したままであり、水
中で軽く指でこすっても油が試料上で延びるだけであっ
たのに対し、#5試料では、オレイン酸は丸まって油滴
状になり、水中で軽く指でこする程度で、試料表面から
釈放されて浮上した。
【0014】
【発明の効果】本発明では、Cu原子を含有する基材表
面に、光半導体含有層が形成された、光半導体の光励起
に応じて前記層表面が高度に親水性を呈する部材におい
て、Cu原子の表面層への拡散を防止する層を設けるこ
とにより、光半導体を含有する表面層はCu原子の影響
を受けなくなり、Cu原子を含有する基材上に固定した
場合においても、光半導体の光励起による親水化作用が
充分に発揮され、従って物品表面の水洗浄性・降雨洗浄
性向上等の効果が充分に発揮されるようになる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C23C 28/00 C23C 28/00 B G02B 1/10 G02B 1/10 Z

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Cu原子を含有する基材表面に、前記原
    子種の拡散を防止する層を介して、光半導体含有層が形
    成されており、前記光半導体の光励起に応じて前記層表
    面が高度に親水性を呈することを特徴とする親水性部
    材。
  2. 【請求項2】 Cu原子を含有する基材表面に、前記原
    子種の拡散を防止する層を介して、光半導体含有層が形
    成されており、前記光半導体の光励起に応じて前記層表
    面が高度に親水性を呈し、以て水洗浄及び/又は降雨洗
    浄のみで表面が清浄化される部材。
  3. 【請求項3】 前記光半導体含有層には、さらにシリ
    カ、固体超強酸、シリコ−ンのうちの少なくとも1種が
    含有されていることを特徴とする請求項1または2に記
    載の部材。
  4. 【請求項4】 前記光半導体含有層の上には、さらにシ
    リカ、アルミナ、固体超強酸、シリコ−ン等の親水化可
    能な層が設けられていることを特徴とする請求項1から
    3のいずれか一項に記載の部材。
  5. 【請求項5】 前記基材は青銅、黄銅、真鍮のいずれか
    であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項
    に記載の部材。
  6. 【請求項6】 前記部材は水栓金具であることを特徴と
    する請求項1から5のいずれか一項に記載の部材。
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