JP3995633B2

JP3995633B2 - 光触媒塗料

Info

Publication number: JP3995633B2
Application number: JP2003152679A
Authority: JP
Inventors: 国井玄雄; 和正百合野; 内田武平
Original assignee: 有限会社ケイ・ビー・エル営繕センター; 株式会社素車ビィー・エス
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2023-05-29
Also published as: JP2004352874A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体の表面を保護し、環境の浄化を目的に使用する常温硬化型の光触媒塗料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の常温硬化型の光触媒塗料は、塗布面に付着した有機物を分解することができるが、自ら微生物や有機ガスおよび油煙を吸着する機能はなかった。しかも、接触した有機物を分解するため、光触媒塗料を木やプラスチックに直接塗布することができなかった。また、近年開発されたアパタイト被覆酸化チタンを配合した光触媒塗料には、塗膜が水に長時間接すると、加水分解によって剥がれてしまうという欠点があった。その原因は、アパタイト被覆酸化チタンを配合した光触媒塗料の塗布面に紫外線が当たると光触媒反応が起き、塗膜が親水性になるからである。親水性の塗膜は水と馴染み易く水との接触面積も大きくなるため、加水分解が起き易くなる。そのため、アパタイト被覆酸化チタンを配合した光触媒塗料を含む従来の光触媒塗料を塗布した物体を水中に２４時間以上浸すと、塗膜の加水分解が進み塗膜の硬度が低下する。塗膜の硬度が鉛筆硬度でＢ以下にまで低下すると塗布面を指でこすった程度で容易に剥がれる。したがって実用的見地からは、外壁等水と接する部分にこれらの光触媒塗料を使用することができないのが実状であった。
【０００３】
これら従来の公知発明には、つぎの特許文献が挙げられる。［特許文献１］特開平６−６５０１２、発明の名称「抗菌抗カビ性セラミックスおよびその製造方法」。［特許文献２］特公平７−３７３６３、発明の名称「抗菌抗カビ性セラミックスおよびその製造方法」。［特許文献３］特開２０００−１６３１、
発明の名称「光触媒を含む塗料組成物」。［特許文献４］特開２０００−３１７３１４、発明の名称「光触媒体、光触媒塗料、光触媒タイル、光触媒体の製造方法」。［特許文献５］特開２０００−２３４０７０、発明の名称「超耐水性光触媒塗料」
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術による常温硬化型の光触媒塗料が形成した塗膜が劣化する最大の原因は加水分解であった。本発明は、常温硬化型の光触媒塗料の酸化反応と硬膜形成を阻害することなく、疎水性物質を融合して耐水性を増し、無色半透明な塗膜を形成持続する光触媒塗料を提供することを目的とする。すなわち、酸化チタン又はこれを含むアパタイト被覆酸化チタンを配合した常温硬化型の光触媒塗料に疎水性物質を添加し、塗膜を水と馴染みにくくすることにより加水分解を防ぐ。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、塗布して形成された塗膜が常温で硬化する光触媒塗料であって、酸化チタン、エチルシリケートおよびメチルメトキシシロキサンとコロイダルシリカを含み、耐水性の塗膜を形成する光触媒塗料である。酸化チタンの一部をアパタイトで被覆したアパタイト被覆酸化チタンを使用するとより望ましい効果が得られる。
【０００６】
本発明は、酸化チタン、エチルシリケートおよびメチルメトキシシロキサンとコロイダルシリカのほか、アルコールを含む、常温で硬い塗膜を形成する光触媒塗料である。シランカップリング剤を併せ用いると酸化チタンを塗膜の表面により効果的に配列することができる。ここでいうアルコールは、エタノールおよびイソプロピルアルコールである。
【０００７】
そして、以下に示す組成範囲で好ましい光触媒塗料が得られる。すなわち、いずれも重量％（以下において同じ）で酸化チタン０．４〜１．０、エチルシリケート１．０〜２．０、メチルメトキシシロキサン０．９〜１．５、コロイダルシリカ０．３〜１．０，シランカップリング剤０．０１〜０．１、残余が
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の光触媒塗料は、アパタイト被覆酸化チタン、エチルシリケートおよびメチルメトキシシロキサンとコロイダルシリカを基本構成とする。すなわち、
本発明の光触媒塗料は、エタノールとイソプロピルアルコールからなる混合アルコールにエチルシリケートとメチルメトキシシロキサンを配合し，その液にコロイダルシリカを分散した後アパタイト被覆酸化チタンとシランカップリング剤を添加して構成される。
【０００９】
本発明の光触媒塗料を塗布し乾燥させて形成される塗膜は常温で硬化し、表面に付着した水滴との間に大きな接触角を発現することにより、優れた耐水性を有する。
【００１０】
さらに、アパタイト被覆酸化チタンとエチルシリケートおよびメチルメトキシシロキサンとコロイダルシリカの配合比率を調整することにより、光触媒塗料の塗膜の硬度、硬化速度，光触媒反応の強弱、塗膜と水滴との接触角を広範に制御することができる。シランカップリング剤はアルコールとアパタイト被覆酸化チタンおよびメチルメトキシシロキサンとコロイダルシリカを馴染ませる機能をもつ。コロイダルシリカはアパタイト被覆酸化チタンの分散性の向上と
沈降防止および硬化促進に有用である。
【００１１】
以下の配合によって、本発明の光触媒塗料を得ることができる。
アパタイト被覆酸化タチン０．４〜１．０（重量％）
エチルシリケート１．０〜２．０
メチルメトキシシロキサン０．９〜１．５
コロイダルシリカ０．３〜１．０
シランカップリング剤０．０１〜０．１
イソプロピルアルコール２．４〜５．０
エタノール残余
【００１２】
本発明の光触媒塗料を用いると、塗布してから常温乾燥を２４時間以上経過した塗膜は鉛筆硬度６Ｈを呈し、さらには１２０時間の水中浸漬によっても、塗膜の鉛筆硬度は３Ｈを保ち剥れない。
【００１３】
【実施例】
以下に、実施例をもって本発明をさらに説明する。
【００１４】
【実施例１】
アパタイト被覆酸化タチン０．５（重量％）、エチルシリケート１．２、メチルメトキシシロキサン０．９のほか、コロイダルシリカ０．６、シランカップリング剤０．０１、イソプロピルアルコール１．８、およびエタノール（残余）の配合とした光触媒塗料を調製した。
【００１５】
前記調製による光触媒塗料をガラス板表面に塗布し、常温で２４時間乾燥させて試料とした。塗膜は常温乾燥で硬化しており、ＪＩＳＫ５４０４規格にもとづく硬度測定により鉛筆硬度６Ｈを呈した。この試料に水を滴下し、試料表面と水滴の接触角を測定した。接触角は協和接触角計ＣＡ−Ａ型（協和界面科学（株）製）を用いて測定し、３点測定平均値による測定方法を採用した。その結果接触角は５８度であった。つぎに太陽光を５時間照射した後の試料に水を滴下し、同様にガラス板表面と水滴の接触角を測定した結果は３５度であった。
この結果から、本実施例による光触媒塗料を塗布した時点での試料表面は疎水性であるが、太陽光を５時間照射した結果、親水性に変化したことが判る。
【００１６】
１０００倍の走査型電子顕微鏡観察によれば、本実施例による光触媒塗料の塗布面には、酸化チタンを被覆しているアパタイトが、約１０マイクロ平方メートルあたり１〜４個露出しているのが確認された。アパタイトが露出している部分に、接触した有機物（微生物、油煙、有機ガス）が吸着されるものと推測される。
【００１７】
本実施例の光触媒塗料の塗布面に付着した水は水玉になる。光の照射により起きた反応で塗布面の吸着水を安定させている疎水分子が分解され、塗布面に付着した水玉を支持する要因がなくなり不安定になる。そのためわずかな傾斜や振動で、水玉は滑落するので塗布面に水滴や汚物が付着しにくくなると推測される。
【００１８】
【実施例２】
アパタイト被覆酸化タチン０．９（重量％）、エチルシリケート２．０、メチルメトキシシロキサン１．５のほか、コロイダルシリカ１．０、シランカップリング剤０．１、イソプロピルアルコール３．０、およびエタノール（残余）を配合とする光触媒塗料を調製した。
【００１９】
本実施例による光触媒塗料をガラス板に塗布し、前記実施例１と同様に、常温で２４時間乾燥により硬化させて試料とした．塗膜の硬度は６Ｈを呈した。この試料に水を滴下し塗膜と水との接触角の測定を行った結果、ガラス板表面と水滴との接触角は６０度であった。太陽光を５時間照射後には水滴の接触角は３６度となり、実施例１と同様の結果であった。
【００２０】
つぎに本発明の光触媒塗料の機能について述べる。前記実施例１による光触媒塗料を、７６ｍｍ×２６ｍｍのガラス（プレパラート）に塗布した試料を用意した。試料とコントロールのガラスには予め紫外線（波長３６０ｎｍ、紫外線強度１００マイクロワット）を３時間照射しておき、シャーレ内の培地に接種しそれぞれの試料に黄色ブドウ球菌の菌液（５．２×１０^５）を接種した。試料に紫外線を照射しながら培養し１時間後に洗出法により殺菌効果を試験した。それぞれ洗い出した液を培地に転写し、培養後に菌数を測定した。その結果、コントロールを洗い出した液を接種した培地には試験菌（４．５×１０^２）が繁殖したが、本発明の光触媒塗料を塗布した試料を洗い出した液を接種した培地には、試験菌が全く繁殖しなかった。これらの結果から、試料の表面に付着している菌液中の試験菌を光触媒反応による酸化力で殺滅したことが証明された。
【００２１】
前記実施例１および実施例２による光触媒塗料を、ビジネスホテルのタバコの臭いが激しい個室の天井（９．７ｍ^２）と壁面（３２ｍ^２）に塗布し消臭効果の実証試験を行った。室内には日光が入らないため紫外線強度は１マイクロワット（波長３６０ｎｍ）である。塗布後、室内（気積２７ｍ^３）を翌日まで１７時間閉め切って、ホルムアルデヒド濃度をＦＦ−８５型マルチガス（ファインダー理研計器（株）製）を用いて測定した。その結果、ホルムアルデヒドの濃度は、光触媒塗料を塗布する前には０．２ｐｐｍであったが、翌日には０．０２ｐｐｍと１０分の１に減少し、タバコの臭いが全くなくなった。７０日経過後もホルムアルデヒドの濃度は増加せず、タバコの臭いもない。本発明の光触媒塗料の塗布面に１マイクロワットの紫外線が照射されると、接触した化学物質を分解し環境を浄化する機能が発現し持続することを証明した。
【００２２】
前記実施例１による光触媒塗料を二枚の透明ガラス（２０ｃｍ×２０ｃｍ）の片面に塗布して試料を作成し窒素酸化物を分解する効力を試験した。透明なガラスで作製した密閉容器（２０ｃｍ×２０ｃｍ×２０ｃｍ）の中に試料を立てかけて設置し、毎分１．４リットルの外気を容器内に吸引して測定センサーに接触させながら排出し窒素酸化物の濃度を測定した。（容器内の試料には試験開始３時間前から日光を照射しておき、測定中も日光（紫外線強度９００マイクロワット、天候曇）を当てておいた．）測定前の窒素酸化物の濃度は０．１５ｐｐｍであったが、１５分後に０．０２ｐｐｍに減少した。（容器内の紫外線強度４００〜５００マイクロワット）ガラス容器内面積（２４００ｃｍ^２）の三分の一（８００ｃｍ^２）に相当する面積に光触媒塗料を塗布し日光を当てると短時間で容器内（気積８リットル）の窒素酸化物の濃度を七分の一以下に減少させ環境を浄化することを実証した。
大気中窒素酸化物測定装置（ＧＬＮ−２５４、東亜ディケーケー社製）
【００２３】
【実施例３】
酸化チタン０．５（重量％）、エチルシリケート１．２、メチルメトキシロキサン０．９，コロイダルシリカ０．６、シランカップリング剤０．０１、イソプロピルアルコール１．８エタノール（残余）の配合とした光触媒塗料を調整した。
【００２４】
前記実施例３による光触媒塗料を二枚の透明ガラス（２０ｃｍ×２０ｃｍ）に塗布した試料を使用して前記実施例１とおなじ容器と測定装置を使い同様の方法で窒素酸化物を分解する効力を試験した。その結果、当初０．２０ｐｐｍの濃度が８８分後に０．０２ｐｐｍと十分の一に減少し環境を浄化する効力を実証した。（紫外線強度９００マイクロワット）
【００２５】
なお、アパタイト被覆酸化チタンを０．４％未満とした組成の場合には十分な光触媒効果が得られない。１．０％を超えるアパタイト被覆酸化チタン、あるいは２．０％を超えるエチルシリケートを含む組成とすると、塗膜の硬度が低下しキズが付きやすく容易に剥がれる。またメチルメトキシシロキサンは光触媒塗料の塗膜の硬度、光触媒反応の強弱、塗膜と水滴との接触角の保持に寄与するが、配合量が０．９％未満、または１．５％を超えると、これらの特性を十分に得ることが困難である。コロイダルシリカを０．３％未満とした時には塗料中の酸化チタンが沈降分離し，１．０％以上とすると塗布後固形分が表面に凝集し均一で硬質な塗膜が形成されなくなるため剥れ易くなる．
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光触媒塗料は、常温で硬化し、耐水性のある無色半透明な硬膜を形成するため、剥がれにくく、風や雨による劣化と損傷を防ぐ。本発明の光触媒塗料は、塗膜の透明度を保つことにより表面に照射された光を光触媒反応に効率よく利用できるため、酸化還元反応による有機物を分解する効果が持続し、汚物と微生物の付着を防止して、塗布面と環境を清浄に保つ。

Claims

エチルシリケートを１．０〜２．０重量％、メチルメトキシシロキサンを０．９〜１．５重量％、コロイダルシリカを０．３〜１．０重量％，アパタイト被覆酸化チタンを０．４〜１．０重量％、シランカップリング剤を０．０１〜０．１重量％、イソプロピルアルコールを２．４〜５．０重量％からなりエタノールが残余である常温で硬化し鉛筆硬度６Ｈの塗膜を形成する光触媒塗料。