JP4240516B2

JP4240516B2 - 防汚性部材

Info

Publication number: JP4240516B2
Application number: JP35393298A
Authority: JP
Inventors: 厚北村; 浩一林; 弘孝石橋; 智康一木; 町田　　光義; 正美安藤; 正昭伊藤
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1998-11-26
Filing date: 1998-11-26
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2018-11-26
Also published as: JP2000159619A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流水環境下で使用される部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流水環境で使用される部材は、流水中に含有されるＣａ、Ｓｉ等の影響により汚れを生じやすい。具体的には、流水が表面に付着したまま乾燥されると、流水中に含有されるＣａ成分やＳｉ成分が析出して薄膜状の水垢が付着し、さらに流水の付着と乾燥を繰り返すことにより凸凹状の水垢膜へと成長する。前記凸凹状の水垢膜が形成されると、凹部に付着水が残留されやすくなり、そこに細菌が繁殖し、さらに汚れの付着が加速化されるようになってしまう。
そこで、従来の技術では、部材の表面をフッ素系撥水性材料などでコーティングして、表面に流水が残らない様にした。ところが、テフロンなどのフッ素系撥水材料は、水との接触角は高いものの、静電気を帯びやすいため実際には水を引きつけやすいのみならず空気中の埃を引き付けるため、使用条件によっては却って汚れる場合があった。また、フッ素系撥水性材料は非常に軟らかいため、耐久性が要求される便器や洗面器などの表面処理には不向きであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、流水環境下における汚れが付着しにくい表面を有する部材を提供することである。
【０００４】
本発明では、上記課題を解決すべく、流水環境下にて使用する希土類元素酸化物膜が形成された部材であって、前記希土類元素はセリウムおよびイットリウムの混合物であることを特徴とする防汚性部材を提供する。一般にシリカ、アルミナ薄膜は製造直後の水との接触角はほぼ０度だが、セリアやイットリアなどの希土類元素酸化物膜は、製造直後でも接触角が２０度以上あり、数日間放置すると８０度以上まで上昇し、１００度に達するものもある。しかも、フッ素系撥水材料と違って、静電気を帯びないので、空気中の埃も付きにくい。
【０００５】
さらに、希土類元素酸化物はフッ素系撥水材料に比べてはるかに硬い。特にセリアはガラスの研磨剤に用いられるほどである。そのため、相当手荒くスポンジ等で擦っても、表面に傷が入らないので表面の平滑が維持でき、汚れが付着しにくくなる。
【０００６】
撥水性材料の評価方法として、水との接触角を測定する方法が一般的である。しかし、水滴がいかに材料の表面に残らないかを考えれば、水との転落角を測定する方法も大切である。ここで言う転落角とは、４０マイクロリットルの蒸留水を試料に滴下した後、試料を傾斜させて、水滴が水跡を残さず移動し始める時の傾斜させた角度を言う。なお、水滴が水跡を残したり、９０度以上傾けても移動しない場合は、転落角は測定不能とする。セリア膜もしくはセリアとイットリアの混合系からなる膜（以下これをセリア−イットリア膜と呼ぶ）の転落角が、製造直後は測定不能もしくは数十度だが、２、３週間放置すると３０度以下になる。テフロンは接触角が大体１２０度であるが、転落角は約５０度なので、セリア膜もしくはセリア−イットリア膜の方が、水滴を残しにくい。
【０００７】
水滴が水跡を残さず容易に転落するため、流水環境下で水滴が表面に付着しにくくなり、水滴の乾燥に起因するＣａ塩やＳｉ塩の析出による水垢薄膜が形成しにくくなる。そのため、引いてはその水垢薄膜上にさらに凸凹に析出するＣａ塩やＳｉ塩による汚れや、そこに水滴が残留することにより生じる菌の繁殖による汚れが生じにくくなる。
【０００８】
本発明の好ましい態様においては、流水環境下にて使用する釉薬層を介して表面に希土類元素酸化物膜が形成された部材であって、前記希土類元素はセリウムおよびイットリウムの混合物であるようにする。比較的平滑な表面を有する釉薬層を介して希土類元素酸化物膜を形成するようにしたことにより、凹凸を基点に汚れが付着して希土類元素酸化物膜の前段落番号に示した性質が損なわれるのを抑制することができ、その結果、より汚れにくい表面を有するようになる。
【０００９】
本発明の好ましい態様においては、前記防汚性部材の表面粗さＲａが触針式表面粗さ測定装置（ＪＩＳ−Ｂ０６５１）により、０．０７μｍ未満であるようにする。この程度まで表面が平滑だと、凹凸を基点に汚れが付着して前述した希土類元素酸化物膜の性質が損なわれるのをかなり防止することができ、その結果、さらに汚れにくい表面を有するようになる。
【００１０】
本発明の好ましい態様においては、希土類元素酸化物膜がセリア−イットリアの混合した膜であるようにする。セリアにイットリアを添加することによって、セリア膜の屈折率を低下させて、セリア膜特有のラスター状の光沢を抑えることができる。また、セリウムのアルコラートで基材の表面を被覆し、焼成して固化させる方法でセリア膜を形成する場合、焼成の段階で基材からの不純物の影響を受け、セリア膜の接触角の上昇や転落角の低下が阻害される。しかし、イットリアを添加すると、不純物の影響を受けにくくなり、転落角がより早く低下するようになる。
【００１１】
本発明の好ましい態様においては、セリウムおよびイットリウムからなる希土類元素酸化物膜中にはさらに抗菌剤が配合されているようにする。上記希土類元素酸化物膜中に抗菌剤を配合することにより、さらに菌が多少付着した場合においても抗菌可能であり、菌による汚れを抑制できる。
【００１２】
本発明の好ましい態様においては、釉薬層中には、抗菌剤が配合されているようにする。
釉薬層中に抗菌剤を配合することにより、上部にある希土類元素酸化物膜の影響で抗菌剤がすぐには消費されず、抗菌効果を長期にわたり維持可能となる。
【００１３】
本発明の流水環境下にて使用する防汚性部材の一実施態様を図１に示す。図１では、基材１の表面にセリウムおよびイットリウムからなる希土類元素酸化物膜２が形成されている。また図２に流水環境下にて使用する防汚性部材の他の実施態様を示す。図２では、基材１の表面に釉薬層２を介しセリウムおよびイットリウムからなる希土類元素酸化物膜３が形成されている。
【００１４】
図１の部材を製造する１つの方法は、基材表面にセリウムおよびイットリウムからなるアルコラートをフローコート、スピンコート、スプレーコート、ディップコート、ロールコート、バーコート、グラビアコート等の方法により被覆し、１０〜１５００度、より好ましくは２００〜１２００度の温度で焼成して固化させる。図１の部材を製造する他の方法は、基材表面にセリアもしくはイットリアのどちらか一方または両方を電子ビーム蒸着、スパッタ、ＣＶＤ蒸着、イオンビーム蒸着等の方法により被覆し、必要に応じて焼成する。
【００１５】
図２の部材を製造する１つの方法は、基材表面に釉薬をフローコート、スピンコート、スプレーコート、ディップコート、ロールコート、バーコート、グラビアコート等の方法により被覆し３００〜１２００度の温度で焼成することにより釉薬層を形成後、その表面にセリウムおよびイットリウムからなるアルコラートをフローコート、スピンコート、スプレーコート、ディップコート、ロールコート、バーコート、グラビアコート等の方法により被覆し、１０〜１５００度、より好ましくは２００〜１２００度の温度で焼成して固化させる。
【００１６】
図２の部材を製造する他の方法は、基材表面に釉薬をフローコート、スピンコート、スプレーコート、ディップコート、ロールコート、バーコート、グラビアコート等の方法により被覆し３００〜１２００度の温度で焼成することにより釉薬層を形成後、その表面にセリアもしくはイットリアのどちらか一方又は両方を電子ビーム蒸着、スパッタ、ＣＶＤ蒸着、イオンビーム蒸着等の方法により被覆し、必要に応じて焼成する。
【００１７】
図２の部材を製造する他の方法は、基材表面に釉薬をフローコート、スピンコート、スプレーコート、ディップコート、ロールコート、バーコート、グラビアコート等の方法により被覆後その表面にセリウムおよびイットリウムからなるアルコラートをフローコート、スピンコート、スプレーコート、ディップコート、ロールコート、バーコート、グラビアコート等の方法により被覆し、３００〜１５００度、より好ましくは５００〜１２００度の温度で焼成して固化させる。
【００１８】
図２の部材を製造する他の方法は、基材表面に釉薬をフローコート、スピンコート、スプレーコート、ディップコート、ロールコート、バーコート、グラビアコート等の方法により被覆後その表面にセリアもしくはイットリアのどちらか一方又は両方を電子ビーム蒸着、スパッタ、ＣＶＤ蒸着、イオンビーム蒸着等の方法により被覆し、３００〜１５００度、より好ましくは５００〜１２００度の温度で焼成して固化させる。
【００１９】
ここで、流水環境下にて使用する部材は、以下に限定されるものではないが、例えば、便器、便器のサナ、洗面台の洗面器、キッチンシンク、シャワーノズル、食器、便器配管、水道配管、水栓金具、局部洗浄ノズル、洗濯水槽、食器洗浄機、屋根、建物外壁、舗装等の通常流水環境で使用する部材や、通常の洗浄等で流水を利用する食器、浴槽、浴室壁、浴室床、浴室備品、自動車、鉄道車両、航空機、タイル等が挙げられる。
【００２０】
セリウムおよびイットリウムからなる希土類元素酸化物膜及び／又は釉薬層には抗菌剤を添加してもよい。ここで、抗菌剤としては、銀、銅又は亜鉛原子を含む物質や、第４級アミン等の有機抗菌剤や、酸化チタン、酸化亜鉛等の光触媒が好適に利用できる。
【００２１】
防汚性部材の表面粗さＲａは、触針式表面粗さ測定装置（ＪＩＳ−Ｂ０６５１）により、０．０７μｍ未満、好ましくは０．０５μｍ未満、より好ましくは０．０３μｍ未満であるようにするとよい。防汚性部材の表面粗さＲａを上記表面粗さにするには、例えば、下地の基材又は釉薬層のＲａが０．０７μｍ未満、好ましくは０．０５μｍ未満、より好ましくは０．０３μｍ未満であるものを準備し、その上にセリア−イットリア膜を形成する。例えば、釉薬層のＲａが０．０７μｍ未満であるものを準備する１つの方法は、釉薬原料にガラス状の釉薬やＤ５０粒径で１．５μｍ未満の微粒釉薬を使用し、それを基材表面にフローコート、スピンコート、スプレーコート、ディップコート、ロールコート、バーコート、グラビアコート等の方法により被覆し焼成する。
【００２２】
（実施例１）
寸法４８×９８×５（ｍｍ）のテフロンの板を比較試料１とした。東陶機器（株）のタイルＡＢ０２ＦＴ０１に高純度化学研究所（株）のセリア膜用ディップコート剤Ｃｅ−０３を酢酸ブチルで２倍に希釈した溶液を、フローコートで塗布した後、これを５００℃で３０分間焼成して、表面にセリア膜を形成させた試料１を得た。また、Ｃｅ−０３と高純度化学研究所（株）のイットリア膜用ディップコート剤Ｙ−０３を重量比１対１の割合で混合した後、酢酸ブチルで２倍に希釈した溶液を製作した。この溶液を試料１と同じタイルに試料１と同じ方法で塗布および焼成し、表面にセリア−イットリア膜を形成させた試料２を得た。
【００２３】
（表１ )
【００２４】
比較試料１の接触角は１１７．８度であったが、転落角は５２度と高かった。試料１は製造直後の接触角は７７．８度、転落角は７４度であったが、１１日間室内に放置すると、接触角と転落角はそれぞれ８９．１度と３３．３度になった。
【００２５】
試料２の製造直後の接触角は６６．４度、転落角は７９．７度であったが、１１日間室内に放置すると、接触角と転落角はそれぞれ１００．４度と１５．３度と無添加のセリア膜より転落角が半分以下になった。
【００２６】
（実施例２）東陶機器（株）のタイルＡＢ０２Ｅ１１に高純度化学研究所（株）のシリカ膜用ディップコート剤Ｓｉ−０３を酢酸ブチルで２倍に希釈した溶液を、フローコートで塗布した後、これを５００℃で３０分間焼成して、比較試料２を得た。比較試料２と同じタイルを高純度化学研究所（株）のアルミナ膜用ディップコート剤Ａｌ−０３を酢酸ブチルで２倍に希釈した溶液を、フローコートで塗布した後、これを５００℃で３０分間焼成して、比較試料３を得た。比較試料２と同じタイル４枚を、Ｃｅ−０３を酢酸ブチルで２倍に希釈した溶液にフローコートで塗布した後、これらを１枚づつ３００、３５０、４００、５００℃で３０分間焼成して、試料３〜６を得た。比較試料２と同じタイル３枚を、Ｃｅ−０３を酢酸ブチルで２倍に希釈した溶液にフローコートで塗布した後、これらを１枚づつ３５０、４００、５００℃で３０分間焼成して、試料７〜９を得た。比較試料２と同じタイル２枚を、Ｙ−０３を酢酸ブチルで２倍に希釈した溶液にフローコートで塗布した後、これらを１枚づつ４００、５００℃で３０分間焼成して、表面にイットリア膜を形成させた試料１０〜１１を得た。
【００２７】
これらの薄膜の焼結性と防汚性を評価した。焼結性は目視によって次の様に評価した。
○：完全に薄膜が形成されている
△：一部に焼成していないところがある
【００２８】
次に防汚性の評価であるが、試料を１日あたり約５０〜１００人が使用する便所に設置されている洗面器のボール面内に、薄膜面を上にして流水にふれるようにした試料を１４日間設置して、目視によって水垢がついたかどうかで判断した。評価基準は次の通りである。
○：薄膜表面に水垢がわずかに付いているが、光沢は失われてはいない
△ ：薄膜表面に水垢が付いているが、光沢は少し残っている
×：薄膜表面が水垢に覆われて白くなり、光沢を失っている。
【００２９】
その結果を表１に示す。シリカやアルミナの親水性の金属薄膜は、金属石鹸などの汚れが表面に付着したため、表面が白くなって光沢が失われた。しかし、セリア、イットリア、セリア−イットリア膜は水滴が表面に残らないため、汚れの付着が少なかった。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、流水環境下における汚れが付着しにくい表面を有する部材を提供することが可能となる。
【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。
【符号の説明】
１…基材
２…釉薬層
３…希土類元素酸化物膜
【表１】

Claims

流水環境下にて使用する希土類元素酸化物膜が形成された部材であって、前記希土類元素は、セリウムおよびイットリウムの混合物であることを特徴とする防汚性部材。
流水環境下にて使用する釉薬層を介して表面に希土類元素酸化物膜が形成された部材であって、前記希土類元素は、セリウムおよびイットリウムの混合物であることを特徴とする防汚性部材。
前記防汚性部材の表面粗さＲａが触針式表面粗さ測定装置（ＪＩＳ−Ｂ０６５１）により、０．０７μｍ未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載の防汚性部材。
前記防汚性部材表面における水との転落角が５０度未満であることを特徴とする請求項１乃至３に記載の防汚性部材。
前記希土類元素酸化物膜中には、さらに抗菌剤が配合されていることを特徴とする請求項１乃至４に記載の防汚性部材。
前記釉薬層中には、抗菌剤が配合されていることを特徴とする請求項２乃至５に記載の防汚性部材。
前記部材は、洗面台の洗面器であることを特徴とする請求項１乃至６に記載の防汚性部材。
前記部材は、便器又は便器のサナであることを特徴とする請求項１乃至６に記載の防汚性部材。
前記部材は、食器であることを特徴とする請求項１乃至６に記載の防汚性部材。
前記部材は、タイルであることを特徴とする請求項１乃至６に記載の防汚性部材。