JP3147710B2 - 防汚性部材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水のある環境下で使用
される部材（水により洗浄可能な基材を含む）すなわ
ち、浴槽、洗面器、流し台、便器、外装用建材等および
その一部として、好適に使用できる防汚性部材に関す
る。

【０００２】

【従来技術】従来より、水のある環境下で使用される部
材には、ステンレス等の金属材料、ＦＲＰやＡＢＳ等の
プラスチック材料、ホーロー、タイル、衛生陶器等の無
機材料などが使用されている。また、水のある環境下で
使用される場合の汚れ成分は、油脂、タンパク質等の疎
水性成分からなるので、基材表面が疎水性だと、汚れ成
分が表面に強固に付着しやすく、水をはじきやすいため
に、水では汚れを落としにくい。

【０００３】ステンレス等の金属材料、ＦＲＰやＡＢＳ
等のプラスチック材料の多くは、疎水性物質からなる。
そこで、近年、汚れ成分が強固に付着するのを防止すべ
く、撥水性樹脂の使用が提案されている。撥水性樹脂の
場合は表面エネルギーが小さいので全ての成分が付着し
にくい。すなわち汚れ成分も水もはじくので、防汚性が
向上するのである。

【０００４】しかし、フッ素樹脂等の撥水性樹脂は、一
般に、柔らかく傷がつきやすい。そして一度傷が付く
と、そこを起点として汚れが付きやすく、しかもその部
分をさらに数日放置すると、菌の繁殖等により汚れが強
固に付着してしまう傾向がみられた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】それに対し、水のある
環境下で使用される場合、基材表面が親水性だと、水に
なじみやすく、汚れになじみにくいため、疎水性の汚れ
成分が表面に付着しにくい。またたとえ付着しても水に
より汚れを落としやすい。

【０００６】しかしながら、一般に広く知られている親
水性高分子であるポリアミド、ポリフッ化ビニリデン等
は柔らかく、膜形成したときに膜強度が弱いという欠点
があった。

【０００７】また、ホーロー、施釉タイル等の無機ガラ
ス質材料は、一般に親水性を有し、膜強度も強い。そし
て製造時には、水に対する接触角で５〜２０°程度と良
好な親水性を示す。しかし、この場合、汚れ成分にプロ
ピオン酸等の極性成分があると、表面に極性成分が徐々
に吸着し、時間の経過とともに表面が疎水化されてしま
う（「ガラス表面設計」、近代編集社（１９８３））の
で、次第に汚れが付きやすくなってしまう。

【０００８】本発明では、以上の事情に鑑み、充分な膜
強度を有し、かつ長期にわたり安定的に汚れを付着しに
くく、菌の繁殖も有効に防止しうる防汚性部材を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【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、タイル基材表面に、光触媒機能を有する酸化
チタンからなる層が高温で焼成することにより形成され
ており、かつ前記光触媒機能を有する無機質の親水性物
質は、０．６μｍ以上の厚さで存在するようにする。

【００１０】

【作用】水のある環境下で使用される部材において、基
材表面に無機質の親水性物質と光触媒機能を有する親水
性物質からなる層が形成されている、あるいは基材表面
に、光触媒機能を有する無機質の親水性物質からなる層
が形成されているようにすることにより、充分な膜強度
を有し、かつ長期にわたり安定的に汚れを付着しにく
く、菌の繁殖も有効に防止できるようになる。また光を
照射することにより表面に極性成分が吸着してもそれら
を光触媒機能により分解するとともに、表面の親水性が
回復する。

【００１１】基材表面が親水性物質で形成されているこ
とにより、疎水性の汚れ成分が表面に付着しにくい。加
えて、基材表面に光触媒機能を有する物質が存在するこ
とにより、汚れ成分にプロピオン酸等の極性成分がある
場合でも、かかる吸着成分が時間の経過とともに、光触
媒により分解されるので、表面の疎水化を有効に防止で
きる。また、光触媒により生成される活性酸素の働きに
より、菌の繁殖も有効に防止できる。

【００１２】基材表面が無機質の材料で形成されている
ことにより、充分な膜強度を有する親水性物質からなる
層を実現できる。光触媒機能を有する物質は、前記層中
にわたり０．３μｍを超える厚さで存在するようにする
と、吸着成分の分解が充分になされるようになる。

【００１３】

【実施例】本発明の具体的な実施例について以下に図に
基づいて説明する。図１は本発明の実施態様を示す図で
あり、基材表面に、無機質の親水性物質と光触媒機能を
有する親水性物質からなる層が形成されている。図２は
本発明の他の実施態様を示す図であり、基材表面に、光
触媒機能を有する無機質の親水性物質からなる層が形成
されている。

【００１４】ここで基材の材質は、セラミック、陶磁器
材料、金属、ガラス、プラスチック、化粧合板、ケイ酸
カルシウム、モルタルあるいはそれらの複合物等基本的
に何でもよい。基材の形状もどのようなものでもよく、
例えば、タイル、壁材、床材等の板状物や、球状物、円
柱状物、円筒状物、棒状物、角柱状物、中空の角柱状物
などの単純形状のものでも、衛生陶器、洗面台、浴槽、
流し台等およびその付属品などの複雑形状のものでもよ
い。

【００１５】ここで親水性物質とは、汚れが付着しにく
い程度に親水性を示す物質であり、水に対する接触角が
３０°未満の物質をいう。以下に具体的に説明する。図
３は種々の樹脂を用い、水に対する接触角と汚れの付き
易さとの関係を調べた図である。ここで水に対する接触
角は接触角測定器により、汚れの付き易さについては、
図４に示すように試料を人工浴槽水（人の排出する垢と
ラードと石鹸を混合したぬるま湯）に３時間浸漬し、浸
漬前後の水位面付近の比光沢度を求め、評価の指標とし
た。ここで比光沢度とは、浸漬前の初期の光沢度を１と
したときの、浸漬後の光沢度のことである。図３より水
に対する接触角が７０°付近で比光沢度は最も低下し、
汚れが付着しやすくなった。そして水に対する接触角が
小さくなると比光沢度は接触角を大きくする場合より向
上し、３０°未満になるとほとんど変化しなくなった。
以上のことから水に対する接触角が３０°未満であれ
ば、汚れが付着しにくい程度に親水性を示すということ
がいえる。

【００１６】無機質の親水性物質は、基本的に無機酸化
物であれば結晶質アルミナ、部分安定化ジルコニア、酸
化チタン、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム、三酸化
タングステン、酸化第二鉄、三酸化二ビスマス、酸化ス
ズ等の結晶質材料でも、釉薬、シリコーン等のガラス質
でもよい。また無機非酸化物でも窒化ケイ素、シラザン
等のように親水性を示す材料であれば使用できる。ただ
し、図１に示す実施例の場合において、紫外線を吸収す
る性質を有する無機酸化物または無機非酸化物を使用す
る場合には光触媒機能を有する物質を補助させるため
に、電子捕捉効果を有する金属を添加することが望まし
い。これらの無機質の親水性物質は、複数併用しても構
わない。

【００１７】光触媒機能を有する物質とは、一定波長以
下の光の照射により電子と正孔を生成し、その結果とし
て活性酸素を生じ得る物質をいう。このような物質のう
ち親水性を有する物質としては、酸化チタン、酸化亜
鉛、チタン酸ストロンチウム、三酸化タングステン、酸
化第二鉄、三酸化二ビスマス、酸化スズ等が挙げられ
る。これらの光触媒機能を有する物質は、複数併用して
も構わない。

【００１８】光触媒機能を有する物質には、光触媒機能
をより高めるために電子捕捉効果を有する金属を添加す
ることが望ましい。電子捕捉効果を有する金属とは、Ｐ
ｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ
等のイオン化傾向の小さく、自身が還元されやすい金属
をいう。これらの金属は、複数併用しても構わない。

【００１９】基材表面に、バインダー層を介して、無機
質の親水性物質と光触媒機能を有する親水性物質からな
る層、あるいは光触媒機能を有する無機質の親水性物質
からなる層を形成してもよい。バインダー層を介するこ
とにより、より充分な膜強度を有する防汚性部材とな
る。ここで、バインダーには、釉薬、シリコーン等の無
機質のバインダー、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、熱可
塑性樹脂等の有機質のバインダーの双方が利用できる。

【００２０】図１、２に示す防汚性部材の製法について
略記する。まず、図１に示すように、基材表面に、無機
質の親水性物質と光触媒機能を有する親水性物質からな
る層が形成されている防汚性部材の製法について、基材
が無釉タイル、無機質の親水性物質が釉薬、光触媒機能
を有する親水性物質がアナターゼ型酸化チタンであり、
それに電子捕捉効果を有する物質として銅が添加されて
いる場合を例にとり説明する。

【００２１】この場合、アナターゼ型酸化チタンゾル懸
濁液と銅イオンを含む溶液を混合する混合液を調製する
工程、調整した混合液に、フリット状の低融点釉薬を添
加し、混合することによる塗布液を調製する工程、塗布
液を無釉タイル基材表面に塗布する工程、焼成する工程
を順次行うことによる。

【００２２】次に図２に示す基材表面に、光触媒機能を
有する無機質の親水性物質からなる層が形成されている
防汚性部材の製法について、基材が施釉タイル、光触媒
機能を有する親水性物質がアナターゼ型酸化チタンであ
り、それに電子捕捉効果を有する物質として銅が添加さ
れている場合を例にとり説明する。

【００２３】この場合は、アナターゼ型酸化チタンゾル
懸濁液と銅イオンを含む溶液を混合する塗布液を調製す
る工程、塗布液を施釉タイル基材表面に塗布する工程、
焼成する工程を順次行う方法がある。他の方法として
は、アナターゼ型酸化チタンゾル懸濁液を施釉タイル基
材表面に塗布する工程、焼成する工程、銅イオンを含む
溶液を塗布する工程、紫外線を含む光を照射する工程を
順次行う方法がある。

【００２４】ここでアナターゼ型酸化チタンゾルは懸濁
液中に充分に分散されているのが望ましい。そのために
はアナターゼ型酸化チタンの等電点はｐＨ６．５なの
で、酸性またはアルカリ性で分散させる。この際、分散
性を向上させるために表面活性剤や分散剤（解膠剤）若
しくは表面処理剤を添加してもよい。アナターゼ型酸化
チタンゾルを分散させるための溶媒は、水やエタノール
が毒性がなく好ましい。

【００２５】銅イオンを含む溶液には、酢酸第二銅、硫
酸第二銅等の可溶性の銅化合物の溶液が好適に利用でき
る。銅以外の電子捕捉効果を有する金属の場合にも、硝
酸銀、硫酸銀、乳酸銀、酢酸銀等の可溶性の溶液が、混
合処理が簡便であることから好ましい。また銅イオンを
含む溶液に使用する溶媒としては、水、エタノール、プ
ロパノール等使用できるが、なるべくアナターゼ型酸化
チタンゾル懸濁液と同じ種類を用いるのが好ましい。

【００２６】アナターゼ型酸化チタンゾル懸濁液に銅イ
オンを含む溶液を混合する工程では銅イオンを含む溶液
のｐＨは、アナターゼ型酸化チタンゾル懸濁液のｐＨと
ほぼ等しく調整しておくほうがよい。アナターゼ型酸化
チタンゾル懸濁液のｐＨの変化が小さく、懸濁液中のア
ナターゼ型酸化チタンゾルの分散性を著しく損なうこと
がないからである。

【００２７】アナターゼ型酸化チタンゾル懸濁液に銅イ
オンを含む溶液を混合した後、この溶液に紫外線を含む
光を照射してもよい。このようにすると、アナターゼ型
酸化チタン粒子に銅を光還元固定させることができるの
で、光触媒機能を向上させることができる。

【００２８】紫外線を含む光とは、銅イオン等の電子捕
捉効果を有する金属イオンを還元させるのに充分なエネ
ルギーを有する光のことである。塗布液を基材に塗布す
る方法は、基本的にどのような方法でもよい。例えば、
スプレー・コーティング法、ロール・コーティング法、
ディップ・コーティング法が使用できる。

【００２９】以下に具体的な評価実験に基づき、上記実
施例の効果について説明する。 （評価実験１）平均粒径０．０１μｍのアンモニア解膠
型アナターゼ型酸化チタンゾル懸濁液を、１５ｃｍ角の
施釉タイル基材表面にスプレー・コーティング法により
塗布し、８８０℃で焼成して、親水性のアナターゼ型酸
化チタン層を形成した。その後、５重量％酢酸銅水溶液
を塗布し、ＢＬＢランプにより紫外線を含む光を照射し
て、厚さ０．９μｍのアナターゼ型酸化チタン層有する
試料を得た。この試料について水に対する接触角、光照
射による水に対する接触角の回復性、汚れの付着しやす
さ、抗菌性、耐摩耗性について評価した。

【００３０】汚れの付着しやすさは、図４に示すよう
に、試料を人工浴槽水（人の排出するアカとラードと石
鹸を混合したぬるま湯）に３時間浸漬し、浸漬前後の水
位面付近の比光沢度を求め、評価の指標とした（比光沢
度が小さいことは、汚れ易いことを示している）。

【００３１】光照射による水に対する接触角の回復性
は、暗所で極性成分（カルボン酸等）に１週間さらした
試料を５日間ＢＬＢランプに照射した後の水に対する接
触角の回復性により評価した。

【００３２】抗菌性は、大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉ
ａ Ｃｏｌｉ Ｗ３１１０株）を用いて評価した。予め
７０％エタノールで殺菌した試料の最表面に、菌液０．
１５ｍｌ（１００００〜５００００ＣＦＵ）を滴下した
ガラス板（１００×１００）を密着させ、白色灯（３５
００ルクス）を３０分間照射後、菌液を滅菌ガーゼで拭
いて生理食塩水１０ｍｌに回収し、菌の生存率を求め、
評価の指標とした。評価指標を下記に示す。 ＋＋＋：大腸菌の生存率１０％未満 ＋＋ ：大腸菌の生存率１０％以上３０％未満 ＋ ：大腸菌の生存率３０％以上７０％未満 − ：大腸菌の生存率７０％以上

【００３３】耐摩耗性試験は、プラスチック消しゴムを
用いた摺動摩耗を行い、外観の変化を比較し、評価し
た。評価基準を下記に示す。 ◎：４０回往復に対して変化なし ○：１０回以上４０回未満の摺動で傷が入り、親水性膜
が剥離 △：５回以上１０回未満の摺動で傷が入り、親水性膜が
剥離 ×：５回未満の摺動で傷が入り、親水性膜が剥離

【００３４】その結果、水に対する接触角は９°と充分
な親水性を示し、汚れの付着しやすさにおいては、光沢
度の変化は０．９５とほとんど生じなかった。また、光
照射による水に対する接触角の回復性は、暗所に放置し
た状態では３０°まで上昇したのに対し、７°まで回復
した。比較のため板ガラスについて同様の試験を試みた
が、暗所に放置した状態では４０°だったのが、光照射
しても５０°と親水性の状態には全く回復しなかった。
その他、抗菌性については実施試料において＋＋＋、耐
摩耗性は◎とそれぞれ良好な結果を示した。

【００３５】（評価実験２）平均粒径０．０１μｍのア
ンモニア解膠型アナターゼ型酸化チタンゾル懸濁液を、
１５ｃｍ角の施釉タイル基材表面にスプレー・コーティ
ング法により塗布し、８８０℃で焼成して、親水性のア
ナターゼ型酸化チタン層を形成した。その後、５重量％
酢酸銅水溶液を塗布し、ＢＬＢランプにより紫外線を含
む光を照射して、種々の厚みのアナターゼ型酸化チタン
層を有する試料を得た。この試料について、菌と疎水性
の汚れ成分及び極性のある汚れ成分の全てにさらされる
と考えられる社員寮の公衆浴場の床面に設置し、１００
日程度暴露した。なお、本試験では公衆浴場の床面は清
掃員により適宜清掃されている。

【００３６】結果は図５に示すように、アナターゼ型酸
化チタン層の厚みが０．３μｍでは施釉タイルと比較し
て大きな効果が得られないが、０．６μｍ、０．９μｍ
では光沢度は１００日経過しても初期の値に対してほと
んど変化なく、優れた防汚性を示すことが判明した。

【００３７】

【発明の効果】水のある環境下で使用される部材におい
て、基材表面に無機質の親水性物質と光触媒機能を有す
る親水性物質からなる層が形成されている、あるいは基
材表面に、光触媒機能を有する無機質の親水性物質から
なる層が形成されているようにすることにより、充分な
膜強度を有し、かつ長期にわたり安定的に汚れを付着し
にくく、菌の繁殖も有効に防止しうるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様を示す図。

【図２】本発明の他の実施態様を示す図。

【図３】水に対する接触角と汚れの付き易さとの関係を
示す図。

【図４】防汚性の評価装置を示す図。

【図５】公衆浴場暴露試験における比光沢度を示す図。

【符号の説明】

１ 基材 ２ 光触媒機能を有する無機質の親水性物質 ３ 無機質の親水性物質 ４ 垢 ５ 人工浴槽水 ６ 試料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡部 俊也 福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番 １号 東陶機器株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−83106（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−197638（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−59562（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−253544（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−278241（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−315614（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−51646（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B32B 1/00 - 35/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タイル基材表面に、光触媒機能を有する
   酸化チタンからなる層が高温で焼成することにより形成
   されており、かつ前記光触媒機能を有する無機質の親水
   性物質は、０．６μｍ以上の厚さで存在することを特徴
   とする防汚性タイル。