JP4888820B2 - 防藻材 - Google Patents
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【０００１】
【発明が属する技術分野】
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【０００２】
【従来技術】
水環境において、藻類の繁殖や付着を抑制するための従来技術としては、以下のものがある。
▲１▼ 有機系防藻薬剤を含有した有機系塗料
▲２▼ 無機系防藻薬剤を含有した有機系塗料
▲３▼ 光触媒を含有した有機系塗料
▲４▼ 光触媒を含有した無機系塗料
▲５▼ 遮光用部材
【０００３】
従来技術▲１▼に関しては特公平9-241544号、特開平11-116410号公報などが開示されている。
従来技術▲１▼では、尿素系化合物、トリアジン系化合物、イソチアゾリン系化合物、ベンズイミダゾール化合物などの有機化合物が防藻薬剤として使用されているため、紫外線による分解、耐水性などの耐候性が悪い。また、上記薬剤の溶出によって防藻効果を発揮する技術であるため、環境や人体に対する安全性の上で好ましくない。
【０００４】
従来技術▲２▼に関しては、特開平11-99392号公報などに開示されている。
従来技術▲２▼では、特開平11-99392号公報に亜鉛イオンの溶出により防藻効果を発揮する技術が開示されているが、水中への重金属イオン溶出は環境や人体への影響上好ましくない。
【０００５】
このように、従来技術▲１▼と▲２▼はともに塗料中に練りこんだ防藻薬剤が溶出することによって防藻効果を発揮する反面、溶出成分の環境や人体に対する安全性などが問題視されている。
また、従来技術▲１▼と▲２▼はともに、溶出を継続することによって防藻薬剤が塗料中からなくなると効果が得られなくなる。その結果、定期的に塗料を塗りかえる必要があり、長期間に渡って安定した防藻効果を得るためには、定期的に塗装を繰り返す必要がある。
【０００６】
従来技術▲３▼に関しては、特公平7-16613や特開平9-291232号公報などが、開示されている。
従来技術▲３▼では、特開平9-291232号公報に、光触媒材料をアクリル系樹脂やウレタン系樹脂、塩化ビニル系樹脂などでバインディングして塗膜を形成することで、光触媒作用による防藻効果が発現すると開示されているが、このような有機系バインダーで光触媒を固定した場合、光触媒の強力な酸化分解力によってバインダー成分が侵される。その結果、光沢の低下、耐久性の低下などが問題点となる。
【０００７】
従来技術▲４▼に関しては特公昭62-1922号、特開平8-310591号公報、などに開示されている。
従来技術▲４▼は溶出成分に頼らず、酸化チタン材料の光触媒作用のみを利用した防藻技術である。この方法によれば、環境や人体に対する安全性の点では問題がない。しかしながら、この場合の防藻効果は栄養価が高い環境では得られず、上水や雨水のような貧栄養価で藻の繁殖が顕著な環境に限られることを確認した。
【０００８】
また、従来技術▲４▼に関係し、光触媒活性を高めることを目的とした従来技術としては、特開平8-99041号公報に多孔性の光触媒性被膜、特開2001‐869号公報に二種以上の半導体光触媒を混合して相乗的に光触媒活性を高めた膜、特開平10-57817号公報に光触媒性膜上の一部に金属化合物膜を積層した膜が開示されているが、これらの光触媒機能のみに着眼した方法では脱臭などの有機汚染物質分解、光触媒的な親水化機能を高めることは可能でも、下水処理水レベルの広範な水質域で有効な防藻効果を得ることは不可能であった。
【０００９】
従来技術▲５▼に関しては特開平9-94563号、特開平9-290247号公報などに開示されている。
従来技術▲５▼は遮光カバーによって光合成で生命活動を行なう藻類の繁殖を抑制することも可能であるが、水と親しみ憩いの場を形成することを目的とした親水施設では適切ではない。
【００１０】
以上の従来技術を鑑み、安全性が高く、長期的に防藻効果が発揮され、より広範な屋外環境で機能する防藻材の開発には従来の光触媒活性を高めるばかりでなく、さらに画期的な発想の転換が必要である。
【００１１】
【発明が解決すべき課題】
本発明は上記従来技術に鑑みてなされたものであり、より広範な水質の屋外環境で藻類の付着・繁殖の抑制といった防藻効果を発揮し、かつ安全性が高く、長期的に防藻効果が発揮可能な防藻材の提供を目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記目的を達成するために、基材表面に酸化チタン材料を含有する第一層が形成されており、さらにその上には酸化スズ材料からなる第二層が形成されている材料であって、前記第二層が微細孔を有し、その微細孔が第二層表面から第一層表面まで連通していることを特徴とする防藻材を提供する。
このような構造をとることによって、仮根細胞を有する付着性藻類が付着しにくくなるとともに、付着した場合にも第一層に設けた酸化チタン光触媒の酸化分解力と第二層に設けた酸化スズ材料の電気化学的作用が相乗的に機能して高度な防藻効果を発揮することになるので、広範な水質の屋外環境で長期的に防藻効果が発揮可能となる。さらに、使用する材料が酸化チタン材料と酸化スズ材料であるので、使用中に溶出することもなく、環境や人体に対する安全性の点でも問題がない。
【００１３】
本発明の好ましい態様においては、前記微細孔径が10μｍ以下、好ましくは、1μｍにする。
そうすることで、防藻材表面で、連通した微細孔を介して第一層の酸化チタン材料に起因した光触媒活性が効果的に働くと共に、微細孔径が藻の大きさよりも小さくなるため、仮根細胞を有する付着性藻類が微細孔中に根付くことを防ぐことができる。
【００１４】
本発明の好ましい態様においては、基材表面に酸化チタン材料を含有する第一層が形成されており、さらにその上には酸化スズ材料からなる第二層が形成されている材料であって、その表面電気抵抗が暗所で相対湿度35%気温25℃の環境下に24時間放置した後に1012Ω/sq以下であるようにする。
このような防藻材表面では、第二層に含まれる酸化スズ材料の電気化学的作用が効果的に、400nm未満の波長帯を有する光の照射時に第一層の光触媒性酸化チタン材料と相乗的な作用を引き起こし、高度な防藻効果を発揮できるのである。
【００１５】
本発明の好ましい態様においては、基材表面に酸化チタン材料を含有する第一層が形成されており、さらにその上には酸化スズ材料からなる第二層が形成されている材料であって、その表面電気抵抗が強度1.5mW/cm2の紫外線下、相対湿度35%気温25℃の環境下に24時間放置した後に1010Ω/sq以下であるようにする。このような防藻材表面では、第二層に含まれる酸化スズ材料の電気化学的作用が効果的に光照射時に第一層の光触媒と相乗的な作用を引き起こし、高度な防藻効果を発揮できるのである。
【００１６】
本発明の好ましい態様においては、前記光触媒活性を、1ｗｔ％硝酸銀水溶液を防藻材表面に塗布し、1.5mＷ/cm2の紫外線を5分間照射することによって銀を酸化チタン材料上に析出させる反応で評価した場合に、銀析出前後の色差△E*が2よりも大きくなるようにする。
第二層の電気化学的作用が機能している場合において、光触媒活性はこれを数値化した場合に△E*が2よりも大きいことによって、４００ｎｍ未満の波長帯を有する光の照射時に第二層の電気化学的作用を有する酸化スズ材料と相乗的な作用を引き起こし、より高度な防藻効果を発揮できるのである。
【００１７】
本発明の好ましい態様においては、前記第二層を形成する材料中75〜100重量％を酸化スズ材料を含有するようにする。
そうすることで、第二層が充分な電気化学的作用を有するようになり、第二層に含まれる酸化スズ材料の電気化学的作用が効果的に光照射時に第一層の光触媒と相乗的な作用を引き起こし、より高度な防藻性を発揮するのである。
【００１８】
本発明の好ましい態様においては、前記第一層を構成する材料中、30〜100重量％を酸化チタン材料を含有するようにする。
そうすることで、第一層が充分な光触媒活性を有するようになり、400nm未満の波長帯を有する光の照射時に第二層の電気化学的作用を有する酸化錫材料と相乗的な作用を引き起こし、より高度な防藻効果を発揮できるのである。
【００１９】
本発明の好ましい態様においては、第一層、第二層の少なくとも一方がバインダー成分を含有し、そのバインダー成分に珪素、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、スズを少なくとも1種以上含有するようにする。
このような防藻材では高度な耐摩耗性と高度な防藻効果を実現できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の具体的な構成について説明する。
【００２１】
本発明における防藻材とは、水に接する屋外環境において利用され、上水処理水から下水処理水にわたる広範な水質域において藻類の繁殖抑制機能と藻類の付着抑制機能からなる防藻機能を発揮しうる材料をいう。
【００２２】
本発明における防藻材の構造を図1に示す。基材表面に結晶性の光触媒である酸化チタン材料を含有する第一層が設けられており、その上面に導電性材料である酸化スズ材料を含有する第二層が設けられている。さらに第二層は表面から第一層まで連通する微細孔を有している。これらの構造をとることによって、防藻材は酸化分解力などの光触媒的な特性とそれ以外の電気化学的特性を効果的、相乗的に発揮して藻の繁殖抑制や付着抑制などの高度な防藻効果を発揮する。ここで、防藻材は光触媒の光励起により親水化される態様であってもよいが、そうでなくてもよい。
【００２３】
防藻材の第二層が微細孔を有し、かつその微細孔が第一層まで連通しているかどうかを確かめる方法としては、光触媒活性の評価方法の一つである硝酸銀呈色法（詳細は後述）を利用できる。酸化チタン材料は紫外線照射下で、銀イオンを還元して金属銀として表面に析出させ、その結果、光触媒材料を含有する被膜は呈色する。一方、本発明で第二層に適用した酸化スズ材料は硝酸銀呈色法で、金属銀を析出しないため、ほとんど呈色しない。本発明にかかる防藻材において、最表面の酸化スズ材料からなる第二層が連通孔を形成している場合は、第一層の酸化チタン材料が機能して金属銀を析出させ被膜は褐色に呈色する。
【００２４】
前記第二層を連通する微細孔が10μm以下であることを確かめる方法は、走査型電子顕微鏡による直接観察あるいは表面粗さ測定と下記する硝酸銀呈色反応を併用して確かめることができる。第二層が連通孔を形成している場合、硝酸銀呈色法によって金属銀が析出する。また連通孔が10μm以上の場合は走査型電子顕微鏡観察によって直接評価が可能である。
【００２５】
第一層、第二層を形成する基材の表面吸水率が５%以上である場合、吸水率の減少を目的として、基材表面に中間層を設け、その上に前記第一層と第二層を形成することが好ましい。基材の吸水率が大きい場合、吸水部に藻類の根が食い込むため、第一層と第二層を形成したことによる防藻効果が得にくくなるためである。
【００２６】
基材の表面吸水率は、次の工程に従って評価できる。
▲１▼ 試験体を空気中105℃以上で３時間以上乾燥する。
▲２▼ デシケーター中で常温まで冷却した後に試験体の乾燥重量（ｍ１）を測定する。
▲３▼ 試験体を常温の水中に浸漬し、24時間放置する。
▲４▼ 水中から取り出した試験体をよく絞った湿布で手早く吹き、吸水時の重量（ｍ２）を測定する。
▲５▼ 吸水率（%）＝100×（ｍ２−ｍ１）/ｍ１によって吸水率を算出する。
【００２７】
導電性材料である酸化スズ材料の防藻効果に関しては、詳細は現時点で不明であるが、光触媒的な特性以外の電気化学的特性が関係しており、藻類の繁殖抑制と基材への付着抑制効果を発揮することが実験結果として判明している。本明細書では、酸化スズ材料の防藻効果発現因子を電気化学的特性と標記している。
【００２８】
防藻材が基材・第一層・第二層の積層材であり、最表面の第二層が導電性材料である酸化スズ材料から構成され、光触媒である酸化チタン材料を含有しないことや、第一層の酸化チタン材料の含有率、第二層の酸化スズ材料の含有率、第一層と第二層に含まれるバインダー組成などは、断面の組成分析や表面を深さ方向に組成分析することによって評価することができる。例えば被膜断面のエネルギー拡散X線（EDX）分析あるいはX線マイクロアナリシス（EPMA）分析、または表面からの深さ方向の組成分析として、オージェ電子分光法（AES）、X線光電子分光法（XPS）、二次イオン質量分析法（SIMS）などの方法を利用することができる。
【００２９】
本発明において紫外線強度はMINOLTA紫外線強度計UM-10（受光部UM-360）で計測した。
【００３０】
本発明に係る酸化スズ材料は導電性材料であって半導性を示す材料であり、特に電子伝導性が顕著で高安定性の酸化物材料である。
【００３１】
本発明において、防藻効果は、藻の繁殖量、防藻材への付着量、防藻材に付着した藻類の清掃性などを評価した。比較対照は前記第一層と第二層を形成していない未加工の基材とし、目視での感覚的な評価を行なった。また定量比較する必要性がある場合は、アセトンに抽出した光合成色素の吸光度測定、あるいはろ紙吸光法（環境システム研究，VOL27，805-810（1999）参照）により、繁殖藻あるいは付着藻のクロロフィル−ａ量を定量してもよい。
【００３２】
本発明に係る防藻効果は防藻材表面で藻の繁殖と付着を抑制することであるため、第二層の酸化スズ材料に関わる表面の電気化学的特性として表面電気抵抗の測定を行なった。
【００３３】
また、前記表面電気抵抗は純度がほぼ同一の場合には、第二層の膜厚が増加すると減少する傾向を示す。従って、表面電気抵抗は、第二層の膜厚を塗布量等によって制御することにより制御できる。
【００３４】
表面電気抵抗の測定方法にあたっては、二端子法、三端子法、四端子法などがあり、いずれの方法を利用することもできる。本明細書で請求項と実施例に示す表面電気抵抗値は二端子法によるものである。測定機器として、東京電子株式会社製STACK TR-3 簡易高抵抗計を用いた。
【００３５】
防藻材の光触媒活性の評価方法として二種類の方法を提示する。
【００３６】
▲１▼ メチレンブルー水溶液の脱色反応
防藻材の表面に透明なシリンダーを固定しメチレンブルー水溶液を注入した後に、波長300nmから400nmにわたって出力するブラックライトにて紫外線照射し、経時的な脱色過程を追跡した。脱色過程は市販の分光計にて行い、紫外可視吸収スペクトルの最大吸光度を経時的に追跡した。光触媒活性は次式に従って紫外線照射10時間における脱色率で数値化する。光触媒的なメチレンブルーの脱色は酸化による分解脱色と還元による分子構造の変化に起因した脱色とあるが、総合的に光触媒活性を把握できる。また必要に応じて、酸素バブリングによって還元による脱色をキャンセルし、酸化分解のみを評価することもできる。本試験では前者の総合的な光触媒活性を指標化した。
脱色率（％）＝100×（A0-A10）/A10
ここで、A0：紫外線照射前のメチレンブルー吸光度、A10：紫外線照射10時間後のメチレンブルー吸光度である。シリンダーの大きさや、メチレンブルー水溶液の濃度と量、紫外線強度は特に制約はないが、本発明で実施した試験条件は実施例に詳細を記す。
【００３７】
▲２▼ 硝酸銀呈色法
光触媒活性を評価する指標として銀イオンの光触媒への光電着反応を利用した活性評価方法も行った。光触媒を含有する被膜において、露出した光触媒を定量するのは困難であるが、本方法では光触媒上に還元によって金属銀が析出するため、被膜の光触媒活性を相対的に評価するのに便利である。白色基材上にコーティングした防藻材表面に1wt%の硝酸銀水溶液を塗布し、強度1.5mW/cm2の紫外線を5分間照射する。光触媒上には金属銀が析出するため、防藻材中の光触媒還元活性に応じて、濃淡の褐色に抵触する。呈色前後の被膜の色差△E*を次式によって算出して、光触媒性被膜間の還元活性を比較できる。また必要に応じて市販のアルカリ性洗剤を呈色表面に吹きかけ、その後にイオン交換蒸留水で洗浄してもよい。こうすることによって、光触媒材料に光電着された金属銀以外の、例えば防藻材表面に存在する微細な汚れや溶出性のアルカリ金属類などに起因した呈色はほとんど除去することができる。
色差△E*＝｛（L* 1L* 0）2+（a* 1a* 0）2+（b* 1b* 0）2｝1/2
ここで、（L*,a*,b*）：JIS Z 8729記載のL*a*b*表色系、（L* 0,a* 0,b* 0）：紫外線照射前のサンプル表面の色値、（L* 1,a* 1,b* 1）：紫外線照射後のサンプル表面の色値である。尚、色値測定はMINOLTA分光側色計CM-3700ｄにて測定した。
本発明で実施した試験条件は実施例に記す。本方法で評価した防藻材表面の△E*が2よりも大きい場合、電気化学的特性との相乗作用で高度な防藻効果を発揮するが、更に好ましくは△E*が8よりも大きくなることが好ましい。
【００３８】
各防藻材の表面特性は下記の基準に従って判定した。
【００３９】
本発明では、第二層に用いる酸化スズ材料としては、酸化アンチモンドープ型酸化スズ、フッ素ドープ型酸化スズ、酸化インジウム添加型酸化スズを単独または複数の混合物として利用できる。また他の酸化スズ類似の電気化学的特性を示す材料として酸化亜鉛、酸化アルミニウム添加型酸化亜鉛、酸化ガリウム添加型酸化亜鉛などを酸化スズ材料と混合、あるいは単独で利用しても良い。これらの材料は市販品を利用できるし、構成する元素を含む種々の前駆体を利用して各材料を形成しても良い。
【００４０】
本発明では、第一層に用いる酸化チタン材料は、高活性かつ高安定性である酸化物半導体からなるものが好ましい。例えば、アナターゼ型酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムなどの種々のチタン酸塩を単独あるいは複数混合して利用できる。酸化チタン材料以外の光触媒材料としては酸化ニオブ、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸鉛、酸化タンタル、タンタル酸カリウム、などを一種以上利用しても良い。これらの材料は市販品を利用できるし、構成する元素を含む種々の前駆体を利用して各材料を形成しても良い。また、第一層に起因した光触媒活性を高めるために、白金族や銅や銀などの金属や酸化ルテニウム、酸化ニッケルなどの酸化物を担持させても良い。
【００４１】
本発明では、基材は特に限定しないが、ガラス、陶磁器、タイル、コンクリート、樹脂、珪酸カルシウム板、金属、窯業系サイディング材などの建材が利用できる。これら以外でも建材として生物系の汚れが付着するあらゆる部位を構成する部材として防藻材を構成し利用できる。また、建材以外では、紫外線照射型水処理装置の部材、水中で使用される環境計測用センサ部材など種々の部分に利用することもできる。
【００４２】
本発明では、上記の種々の基材上に第一層と第二層を形成する手法としては、例えばスプレーコーティング法、ディップコーティング法、フローコーティング法、スピンコーティング法、ロールコーティング法などの湿式コーティング法や物理気相蒸着や化学気相蒸着などの乾式コーティング法など、種々の方法を単独あるいは組み合わせて加工することができる。
【００４３】
本発明では、上記の種々の方法で作製した後に熱処理を行なっても良い。熱処理を基材が耐えうる条件で行なうことによって、防藻材の第一層と第二層の耐久性を向上することができる。
【００４４】
【表１】
【００４５】
＜試験▲１▼：本発明の安全性について＞
表１に記載の材料組成にて作製した液を、ゲル化後、100℃で１日間乾燥した後に、空気中、500℃で１時間焼成し、さらに機械的に粉砕して試験体を作製した。この焼成試験体１ｇを分取し、50gの蒸留水中に懸濁させ、気温25℃の暗所あるいは1.5mW/cm2の紫外線下で、100rpmで撹拌しながら120時間放置した。その後に、5000rpmでの遠心分離、フィルターでの分離を経て、上澄み液を回収した。本上澄み液中に溶出した各元素の溶出をICP発光分析により評価して、本発明の安全性と耐久性について評価した。
【００４６】
比較例１は防藻性を発揮する金属であるCuを含有するSiO2であるが、実施例と同様の試験条件下で重金属であるCuが7割程度溶出した。
【００４７】
本発明に係る実施例１の酸化スズとアナターゼ型酸化チタンの混合試験体からは暗所でも、紫外線照射下でもTiイオンやSnイオンの重金属の溶出は認められず、水中で使用しても安全な技術であることが確認された。
【００４８】
【表２】
【００４９】
【表３】
【００５０】
＜試験▲２▼：溶出性従来技術と本発明の比較＞
表2、3に記載の材料組成、条件で内面にコーティングを施したφ55mm×h50mmの円筒形ホウ珪酸ガラス容器それぞれに、液体培地30mlを注入し、さらにイカダモをクロロフィル−ａ濃度換算で0.5μg/lとなるように添加した。液体培地は（財）地球・人間環境フォーラムの「GEF保存株リスト（微細藻類及び原生動物）」に記載のM-11培地に従い、原液を５倍希釈して下水処理水レベルの水質に対応させた。本液体培地の栄養価はCOD 9.6ppm、全窒素濃度 10.6ppm、全リン濃度 1.1ppmであった。液体培地同様、イカダモも（財）地球・人間環境フォーラムの「GEF保存株リスト（微細藻類及び原生動物）」に記載のNIES94 Scenedesmus acutus Meyenを利用した。藻と液体培地を注入した前記ガラス容器を、気温25℃の室内で、紫外線強度1.5mW/cm2、照度3000lxの光源下に静置して、12時間ごとにON−OFFを繰り返して培養を行なった。培養3週間目までを第一タームとして、その後にリセットして同じ試験を3週間継続して第二タームとした。第一ターム、第二ターム最終日に、それぞれの容器中でのイカダモの繁殖を目視で観察、比較した。
【００５１】
第一タームでは実施例2と比較例3に藻類の繁殖はほとんど認められず、比較例2のみ大量のイカダモが繁殖した。実施例2はアナターゼ型酸化チタンの光触媒作用と酸化スズの電気化学的特性が機能して防藻効果を発揮している。比較例3は防藻性金属であるCuの存在が顕著な防藻効果を発現している。比較例2は未加工容器であるため、藻の繁殖に対して全く対策を施していないため防藻効果を発揮しない。
【００５２】
第二タームでは実施例2のみが依然として顕著な防藻効果を発揮しているのに対して、比較例2と比較例3では藻の繁殖が顕著であった。
【００５３】
実施例2では試験▲１▼で評価したように、ガラス容器に加工した成分の溶出は全く起こらないため、防藻機能はほとんど劣化しない。その結果、繰り返し藻の培養試験を行なっても、防藻効果が発揮される。比較例2は段落番号（００４８）で記述したのと同じ理由で、防藻効果は得られない。比較例3で第一タームで防藻効果が得られたにもかかわらず、第二タームでは効果が得られなかった理由は、試験▲１▼で評価したように、コーティング組成中のCu成分が水中に溶出してしまい、第二タームではコーティング膜中に銅成分がほとんど残存していなかったためである。
【００５４】
従来技術として種々の防藻剤の開発が行なわれ、強力な防藻剤の開発とその徐放性による効果の長寿命化が図られているが、溶出成分が防藻効果の機能因子である限り、いずれ効果を得られなくなるし、溶出成分による環境への負荷も少なからず生じるのである。本発明では、溶出成分に頼らない防藻材を提供できる。
【００５５】
【表４】
【００５６】
【表５】
【００５７】
【表６】
【００５８】
＜試験▲３▼：光触媒性従来技術と本発明の比較＞
表4から表6に記載した材料組成、条件で内面にコーティングを施したφ55mm×h50mmの円筒形ホウ珪酸ガラス容器それぞれに、液体培地30mlを注入し、さらにサヤミドロをクロロフィル−ａ濃度換算で0.5μｇ/ｌとなるように添加した。液体培地は（財）地球・人間環境フォーラムの「GEF保存株リスト（微細藻類及び原生動物）」に記載のＣ培地組成に従い、原液のまま用いた。本培地は藻が繁殖しやすいように考案された培地であるため栄養価は非常に高く、COD 615ppm、全窒素濃度 89.6ppm、全リン濃度 7.6ppmであった。液体培地同様、サヤミドロも（財）地球・人間環境フォーラムの「GEF保存株リスト（微細藻類及び原生動物）」に記載のNIES203 Oedogonium obesumを利用した。藻と液体培地を注入した前記ガラス容器を、気温25℃の室内で、紫外線強度1.5mW/cm2、照度3000lxの光源下に静置して、12時間ごとにON−OFFを繰り返して１ヶ月間培養した後に、繁殖状態と容器内面への付着状態の観察、比較を行なった。また各試験体の光触媒活性、容器底面の表面電気抵抗を評価した。
【００５９】
▲１▼ メチレンブルー脱色反応による光触媒活性の評価
段落番号（００３６）に記載の方法に従った。各容器に1ppmメチレンブルー水溶液30mlを注入し、強度350μW/cm2の紫外線下で10時間静置後に、メチレンブルーの脱色度を評価した。
【００６０】
▲２▼ 表面の電気化学的特性評価：表面電気抵抗測定
段落番号（００３４）に記載の方法に従った。作製した試験体を気温25℃、相対湿度35%の暗所、あるいは強度1.5mW/cm2の紫外線下に24時間静置した後に二端子法による表面電気抵抗の測定を行なった。
【００６１】
【表７】
【００６２】
各種評価結果を表7に示す。
実施例3および実施例4の防藻効果は高く、比較例4から比較例8は防藻効果が不充分であった。
【００６３】
光触媒活性は未加工の比較例8と酸化スズを加工した比較例5が低く、実施例3と実施例4、比較例4、比較例6、比較例7は酸化チタンからなる層を加工しているため、光触媒活性は十分に高く防藻効果発現への寄与が大きい。
【００６４】
表面の電気的化学的特性の代用物性として測定した表面電気抵抗は、酸化スズが最表層に存在する構成で加工した実施例3と実施例4、酸化スズのみを加工した比較例5で低く、防藻効果への電気化学的特性の寄与は大きい。比較例4、比較例6から比較例8は酸化スズが最表層に存在しないため、電気化学的特性の防藻効果への寄与は小さい。
【００６５】
これらの結果から、栄養価が高い環境で防藻効果を発揮するためには、酸化チタンの光触媒活性だけでも酸化スズの電気化学的特性だけでも不充分で、これら両物性が共に相乗的に機能する必要があることを確認した。
【００６６】
【表８】
【００６７】
＜試験▲４▼：本発明の下水処理水中での効果＞
タイル面上に表8に記載の条件で加工したものを試験体とした。試験体の表面特性として、光触媒活性・表面電気抵抗の表面特性値を測定し、防藻効果は、実際に下水処理水が流れる水深10cmの屋外水路中に1ヶ月間曝露したときの表面へ付着した藻類量の大小と、曝露1ヵ月後に表面に付着した藻類をデッキブラシ清掃したときに感じる抵抗の大小による清掃性とで評価した。なお下水処理水の水質はCOD 10.2ppm、全窒素濃度 12.3ppm、全リン濃度 1.8ppmであった。
【００６８】
▲１▼ 硝酸銀呈色法による光触媒活性の評価
段落番号（００３７）に記載の方法に従った。なお、焼成直後に測定したため、アルカリ洗剤による洗浄は実施しなかった。
【００６９】
▲２▼ メチレンブルー脱色反応による光触媒活性の評価
段落番号（００３６）に記載の方法に従った。作製した各タイル表面に、φ60mm×h30mmのポリエチレン製シリンダーを化学反応形接着剤にて固定し、シリンダー内に1ppmのメチレンブルー水溶液30mlを注入した後に、紫外線強度350μW/cm2のブラックライト下に静置して10時間後のメチレンブルー脱色率を評価した。
【００７０】
▲３▼ 表面の電気化学的特性評価： 表面電気抵抗測定
段落番号（００３４）に記載の方法に従った。作製した各タイルを気温25℃、相対湿度35%の暗所、あるいは強度1.5mW/cm2の紫外線下に24時間静置した後に二端子法による表面電気抵抗の測定を行なった。
【００７１】
【表９】
【００７２】
各種評価結果を表9に示す。
【００７３】
硝酸銀呈色△E値を比較すると、第一層アナターゼ型酸化チタン層を形成し、第二層に酸化スズ層を形成した実施例5〜実施例7は高度の呈色を示しているのに対し、酸化スズ単独の層を形成した比較例9では呈色は低レベルで目視ではほとんど呈色が確認できなかった。この結果は、本発明に係る実施例5から実施例7の防藻材において、酸化スズ材料からなる第二層が微細孔を有し、かつその微細孔の少なくとも一部が酸化チタン材料からなる第一層に連通していることを示している。
【００７４】
光触媒活性は、比較例10の未加工タイルと比較例9の酸化スズ単独の膜を形成したタイルを除いて、いずれの試験体も高いレベルで発現した。
【００７５】
一方、表面電気抵抗は酸化スズからなる層が最表層に存在しない比較例8と10を除いて、他のサンプルは、高レベルの特性（低抵抗）を示した。
【００７６】
各試験体の下水処理水中での防藻性を比較すると、実施例5から実施例7の酸化チタン第一層の上に酸化スズ第二層を設けた試験体はいずれも高度の防藻性を発揮した。
【００７７】
本曝露試験結果からも、酸化チタンを第一層に設け、酸化スズを第二層に形成した材料が、光触媒活性とその他の電気化学的特性の両方を発揮し、高度な防藻効果を発揮することがわかった。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によれば、安全性に優れ、上水処理水や雨水などの貧栄養環境ばかりでなく、下水処理水レベルの富栄養環境でも長期に亘り藻類の繁殖抑制効果や付着抑制効果が得られ、さらには藻類が付着した場合でも清掃性に優れた防藻材を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の一例である。
【発明が属する技術分野】
本発明は、防藻材に関する。
【０００２】
【従来技術】
水環境において、藻類の繁殖や付着を抑制するための従来技術としては、以下のものがある。
▲１▼ 有機系防藻薬剤を含有した有機系塗料
▲２▼ 無機系防藻薬剤を含有した有機系塗料
▲３▼ 光触媒を含有した有機系塗料
▲４▼ 光触媒を含有した無機系塗料
▲５▼ 遮光用部材
【０００３】
従来技術▲１▼に関しては特公平9-241544号、特開平11-116410号公報などが開示されている。
従来技術▲１▼では、尿素系化合物、トリアジン系化合物、イソチアゾリン系化合物、ベンズイミダゾール化合物などの有機化合物が防藻薬剤として使用されているため、紫外線による分解、耐水性などの耐候性が悪い。また、上記薬剤の溶出によって防藻効果を発揮する技術であるため、環境や人体に対する安全性の上で好ましくない。
【０００４】
従来技術▲２▼に関しては、特開平11-99392号公報などに開示されている。
従来技術▲２▼では、特開平11-99392号公報に亜鉛イオンの溶出により防藻効果を発揮する技術が開示されているが、水中への重金属イオン溶出は環境や人体への影響上好ましくない。
【０００５】
このように、従来技術▲１▼と▲２▼はともに塗料中に練りこんだ防藻薬剤が溶出することによって防藻効果を発揮する反面、溶出成分の環境や人体に対する安全性などが問題視されている。
また、従来技術▲１▼と▲２▼はともに、溶出を継続することによって防藻薬剤が塗料中からなくなると効果が得られなくなる。その結果、定期的に塗料を塗りかえる必要があり、長期間に渡って安定した防藻効果を得るためには、定期的に塗装を繰り返す必要がある。
【０００６】
従来技術▲３▼に関しては、特公平7-16613や特開平9-291232号公報などが、開示されている。
従来技術▲３▼では、特開平9-291232号公報に、光触媒材料をアクリル系樹脂やウレタン系樹脂、塩化ビニル系樹脂などでバインディングして塗膜を形成することで、光触媒作用による防藻効果が発現すると開示されているが、このような有機系バインダーで光触媒を固定した場合、光触媒の強力な酸化分解力によってバインダー成分が侵される。その結果、光沢の低下、耐久性の低下などが問題点となる。
【０００７】
従来技術▲４▼に関しては特公昭62-1922号、特開平8-310591号公報、などに開示されている。
従来技術▲４▼は溶出成分に頼らず、酸化チタン材料の光触媒作用のみを利用した防藻技術である。この方法によれば、環境や人体に対する安全性の点では問題がない。しかしながら、この場合の防藻効果は栄養価が高い環境では得られず、上水や雨水のような貧栄養価で藻の繁殖が顕著な環境に限られることを確認した。
【０００８】
また、従来技術▲４▼に関係し、光触媒活性を高めることを目的とした従来技術としては、特開平8-99041号公報に多孔性の光触媒性被膜、特開2001‐869号公報に二種以上の半導体光触媒を混合して相乗的に光触媒活性を高めた膜、特開平10-57817号公報に光触媒性膜上の一部に金属化合物膜を積層した膜が開示されているが、これらの光触媒機能のみに着眼した方法では脱臭などの有機汚染物質分解、光触媒的な親水化機能を高めることは可能でも、下水処理水レベルの広範な水質域で有効な防藻効果を得ることは不可能であった。
【０００９】
従来技術▲５▼に関しては特開平9-94563号、特開平9-290247号公報などに開示されている。
従来技術▲５▼は遮光カバーによって光合成で生命活動を行なう藻類の繁殖を抑制することも可能であるが、水と親しみ憩いの場を形成することを目的とした親水施設では適切ではない。
【００１０】
以上の従来技術を鑑み、安全性が高く、長期的に防藻効果が発揮され、より広範な屋外環境で機能する防藻材の開発には従来の光触媒活性を高めるばかりでなく、さらに画期的な発想の転換が必要である。
【００１１】
【発明が解決すべき課題】
本発明は上記従来技術に鑑みてなされたものであり、より広範な水質の屋外環境で藻類の付着・繁殖の抑制といった防藻効果を発揮し、かつ安全性が高く、長期的に防藻効果が発揮可能な防藻材の提供を目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記目的を達成するために、基材表面に酸化チタン材料を含有する第一層が形成されており、さらにその上には酸化スズ材料からなる第二層が形成されている材料であって、前記第二層が微細孔を有し、その微細孔が第二層表面から第一層表面まで連通していることを特徴とする防藻材を提供する。
このような構造をとることによって、仮根細胞を有する付着性藻類が付着しにくくなるとともに、付着した場合にも第一層に設けた酸化チタン光触媒の酸化分解力と第二層に設けた酸化スズ材料の電気化学的作用が相乗的に機能して高度な防藻効果を発揮することになるので、広範な水質の屋外環境で長期的に防藻効果が発揮可能となる。さらに、使用する材料が酸化チタン材料と酸化スズ材料であるので、使用中に溶出することもなく、環境や人体に対する安全性の点でも問題がない。
【００１３】
本発明の好ましい態様においては、前記微細孔径が10μｍ以下、好ましくは、1μｍにする。
そうすることで、防藻材表面で、連通した微細孔を介して第一層の酸化チタン材料に起因した光触媒活性が効果的に働くと共に、微細孔径が藻の大きさよりも小さくなるため、仮根細胞を有する付着性藻類が微細孔中に根付くことを防ぐことができる。
【００１４】
本発明の好ましい態様においては、基材表面に酸化チタン材料を含有する第一層が形成されており、さらにその上には酸化スズ材料からなる第二層が形成されている材料であって、その表面電気抵抗が暗所で相対湿度35%気温25℃の環境下に24時間放置した後に1012Ω/sq以下であるようにする。
このような防藻材表面では、第二層に含まれる酸化スズ材料の電気化学的作用が効果的に、400nm未満の波長帯を有する光の照射時に第一層の光触媒性酸化チタン材料と相乗的な作用を引き起こし、高度な防藻効果を発揮できるのである。
【００１５】
本発明の好ましい態様においては、基材表面に酸化チタン材料を含有する第一層が形成されており、さらにその上には酸化スズ材料からなる第二層が形成されている材料であって、その表面電気抵抗が強度1.5mW/cm2の紫外線下、相対湿度35%気温25℃の環境下に24時間放置した後に1010Ω/sq以下であるようにする。このような防藻材表面では、第二層に含まれる酸化スズ材料の電気化学的作用が効果的に光照射時に第一層の光触媒と相乗的な作用を引き起こし、高度な防藻効果を発揮できるのである。
【００１６】
本発明の好ましい態様においては、前記光触媒活性を、1ｗｔ％硝酸銀水溶液を防藻材表面に塗布し、1.5mＷ/cm2の紫外線を5分間照射することによって銀を酸化チタン材料上に析出させる反応で評価した場合に、銀析出前後の色差△E*が2よりも大きくなるようにする。
第二層の電気化学的作用が機能している場合において、光触媒活性はこれを数値化した場合に△E*が2よりも大きいことによって、４００ｎｍ未満の波長帯を有する光の照射時に第二層の電気化学的作用を有する酸化スズ材料と相乗的な作用を引き起こし、より高度な防藻効果を発揮できるのである。
【００１７】
本発明の好ましい態様においては、前記第二層を形成する材料中75〜100重量％を酸化スズ材料を含有するようにする。
そうすることで、第二層が充分な電気化学的作用を有するようになり、第二層に含まれる酸化スズ材料の電気化学的作用が効果的に光照射時に第一層の光触媒と相乗的な作用を引き起こし、より高度な防藻性を発揮するのである。
【００１８】
本発明の好ましい態様においては、前記第一層を構成する材料中、30〜100重量％を酸化チタン材料を含有するようにする。
そうすることで、第一層が充分な光触媒活性を有するようになり、400nm未満の波長帯を有する光の照射時に第二層の電気化学的作用を有する酸化錫材料と相乗的な作用を引き起こし、より高度な防藻効果を発揮できるのである。
【００１９】
本発明の好ましい態様においては、第一層、第二層の少なくとも一方がバインダー成分を含有し、そのバインダー成分に珪素、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、スズを少なくとも1種以上含有するようにする。
このような防藻材では高度な耐摩耗性と高度な防藻効果を実現できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の具体的な構成について説明する。
【００２１】
本発明における防藻材とは、水に接する屋外環境において利用され、上水処理水から下水処理水にわたる広範な水質域において藻類の繁殖抑制機能と藻類の付着抑制機能からなる防藻機能を発揮しうる材料をいう。
【００２２】
本発明における防藻材の構造を図1に示す。基材表面に結晶性の光触媒である酸化チタン材料を含有する第一層が設けられており、その上面に導電性材料である酸化スズ材料を含有する第二層が設けられている。さらに第二層は表面から第一層まで連通する微細孔を有している。これらの構造をとることによって、防藻材は酸化分解力などの光触媒的な特性とそれ以外の電気化学的特性を効果的、相乗的に発揮して藻の繁殖抑制や付着抑制などの高度な防藻効果を発揮する。ここで、防藻材は光触媒の光励起により親水化される態様であってもよいが、そうでなくてもよい。
【００２３】
防藻材の第二層が微細孔を有し、かつその微細孔が第一層まで連通しているかどうかを確かめる方法としては、光触媒活性の評価方法の一つである硝酸銀呈色法（詳細は後述）を利用できる。酸化チタン材料は紫外線照射下で、銀イオンを還元して金属銀として表面に析出させ、その結果、光触媒材料を含有する被膜は呈色する。一方、本発明で第二層に適用した酸化スズ材料は硝酸銀呈色法で、金属銀を析出しないため、ほとんど呈色しない。本発明にかかる防藻材において、最表面の酸化スズ材料からなる第二層が連通孔を形成している場合は、第一層の酸化チタン材料が機能して金属銀を析出させ被膜は褐色に呈色する。
【００２４】
前記第二層を連通する微細孔が10μm以下であることを確かめる方法は、走査型電子顕微鏡による直接観察あるいは表面粗さ測定と下記する硝酸銀呈色反応を併用して確かめることができる。第二層が連通孔を形成している場合、硝酸銀呈色法によって金属銀が析出する。また連通孔が10μm以上の場合は走査型電子顕微鏡観察によって直接評価が可能である。
【００２５】
第一層、第二層を形成する基材の表面吸水率が５%以上である場合、吸水率の減少を目的として、基材表面に中間層を設け、その上に前記第一層と第二層を形成することが好ましい。基材の吸水率が大きい場合、吸水部に藻類の根が食い込むため、第一層と第二層を形成したことによる防藻効果が得にくくなるためである。
【００２６】
基材の表面吸水率は、次の工程に従って評価できる。
▲１▼ 試験体を空気中105℃以上で３時間以上乾燥する。
▲２▼ デシケーター中で常温まで冷却した後に試験体の乾燥重量（ｍ１）を測定する。
▲３▼ 試験体を常温の水中に浸漬し、24時間放置する。
▲４▼ 水中から取り出した試験体をよく絞った湿布で手早く吹き、吸水時の重量（ｍ２）を測定する。
▲５▼ 吸水率（%）＝100×（ｍ２−ｍ１）/ｍ１によって吸水率を算出する。
【００２７】
導電性材料である酸化スズ材料の防藻効果に関しては、詳細は現時点で不明であるが、光触媒的な特性以外の電気化学的特性が関係しており、藻類の繁殖抑制と基材への付着抑制効果を発揮することが実験結果として判明している。本明細書では、酸化スズ材料の防藻効果発現因子を電気化学的特性と標記している。
【００２８】
防藻材が基材・第一層・第二層の積層材であり、最表面の第二層が導電性材料である酸化スズ材料から構成され、光触媒である酸化チタン材料を含有しないことや、第一層の酸化チタン材料の含有率、第二層の酸化スズ材料の含有率、第一層と第二層に含まれるバインダー組成などは、断面の組成分析や表面を深さ方向に組成分析することによって評価することができる。例えば被膜断面のエネルギー拡散X線（EDX）分析あるいはX線マイクロアナリシス（EPMA）分析、または表面からの深さ方向の組成分析として、オージェ電子分光法（AES）、X線光電子分光法（XPS）、二次イオン質量分析法（SIMS）などの方法を利用することができる。
【００２９】
本発明において紫外線強度はMINOLTA紫外線強度計UM-10（受光部UM-360）で計測した。
【００３０】
本発明に係る酸化スズ材料は導電性材料であって半導性を示す材料であり、特に電子伝導性が顕著で高安定性の酸化物材料である。
【００３１】
本発明において、防藻効果は、藻の繁殖量、防藻材への付着量、防藻材に付着した藻類の清掃性などを評価した。比較対照は前記第一層と第二層を形成していない未加工の基材とし、目視での感覚的な評価を行なった。また定量比較する必要性がある場合は、アセトンに抽出した光合成色素の吸光度測定、あるいはろ紙吸光法（環境システム研究，VOL27，805-810（1999）参照）により、繁殖藻あるいは付着藻のクロロフィル−ａ量を定量してもよい。
【００３２】
本発明に係る防藻効果は防藻材表面で藻の繁殖と付着を抑制することであるため、第二層の酸化スズ材料に関わる表面の電気化学的特性として表面電気抵抗の測定を行なった。
【００３３】
また、前記表面電気抵抗は純度がほぼ同一の場合には、第二層の膜厚が増加すると減少する傾向を示す。従って、表面電気抵抗は、第二層の膜厚を塗布量等によって制御することにより制御できる。
【００３４】
表面電気抵抗の測定方法にあたっては、二端子法、三端子法、四端子法などがあり、いずれの方法を利用することもできる。本明細書で請求項と実施例に示す表面電気抵抗値は二端子法によるものである。測定機器として、東京電子株式会社製STACK TR-3 簡易高抵抗計を用いた。
【００３５】
防藻材の光触媒活性の評価方法として二種類の方法を提示する。
【００３６】
▲１▼ メチレンブルー水溶液の脱色反応
防藻材の表面に透明なシリンダーを固定しメチレンブルー水溶液を注入した後に、波長300nmから400nmにわたって出力するブラックライトにて紫外線照射し、経時的な脱色過程を追跡した。脱色過程は市販の分光計にて行い、紫外可視吸収スペクトルの最大吸光度を経時的に追跡した。光触媒活性は次式に従って紫外線照射10時間における脱色率で数値化する。光触媒的なメチレンブルーの脱色は酸化による分解脱色と還元による分子構造の変化に起因した脱色とあるが、総合的に光触媒活性を把握できる。また必要に応じて、酸素バブリングによって還元による脱色をキャンセルし、酸化分解のみを評価することもできる。本試験では前者の総合的な光触媒活性を指標化した。
脱色率（％）＝100×（A0-A10）/A10
ここで、A0：紫外線照射前のメチレンブルー吸光度、A10：紫外線照射10時間後のメチレンブルー吸光度である。シリンダーの大きさや、メチレンブルー水溶液の濃度と量、紫外線強度は特に制約はないが、本発明で実施した試験条件は実施例に詳細を記す。
【００３７】
▲２▼ 硝酸銀呈色法
光触媒活性を評価する指標として銀イオンの光触媒への光電着反応を利用した活性評価方法も行った。光触媒を含有する被膜において、露出した光触媒を定量するのは困難であるが、本方法では光触媒上に還元によって金属銀が析出するため、被膜の光触媒活性を相対的に評価するのに便利である。白色基材上にコーティングした防藻材表面に1wt%の硝酸銀水溶液を塗布し、強度1.5mW/cm2の紫外線を5分間照射する。光触媒上には金属銀が析出するため、防藻材中の光触媒還元活性に応じて、濃淡の褐色に抵触する。呈色前後の被膜の色差△E*を次式によって算出して、光触媒性被膜間の還元活性を比較できる。また必要に応じて市販のアルカリ性洗剤を呈色表面に吹きかけ、その後にイオン交換蒸留水で洗浄してもよい。こうすることによって、光触媒材料に光電着された金属銀以外の、例えば防藻材表面に存在する微細な汚れや溶出性のアルカリ金属類などに起因した呈色はほとんど除去することができる。
色差△E*＝｛（L* 1L* 0）2+（a* 1a* 0）2+（b* 1b* 0）2｝1/2
ここで、（L*,a*,b*）：JIS Z 8729記載のL*a*b*表色系、（L* 0,a* 0,b* 0）：紫外線照射前のサンプル表面の色値、（L* 1,a* 1,b* 1）：紫外線照射後のサンプル表面の色値である。尚、色値測定はMINOLTA分光側色計CM-3700ｄにて測定した。
本発明で実施した試験条件は実施例に記す。本方法で評価した防藻材表面の△E*が2よりも大きい場合、電気化学的特性との相乗作用で高度な防藻効果を発揮するが、更に好ましくは△E*が8よりも大きくなることが好ましい。
【００３８】
各防藻材の表面特性は下記の基準に従って判定した。
本発明では、第二層に用いる酸化スズ材料としては、酸化アンチモンドープ型酸化スズ、フッ素ドープ型酸化スズ、酸化インジウム添加型酸化スズを単独または複数の混合物として利用できる。また他の酸化スズ類似の電気化学的特性を示す材料として酸化亜鉛、酸化アルミニウム添加型酸化亜鉛、酸化ガリウム添加型酸化亜鉛などを酸化スズ材料と混合、あるいは単独で利用しても良い。これらの材料は市販品を利用できるし、構成する元素を含む種々の前駆体を利用して各材料を形成しても良い。
【００４０】
本発明では、第一層に用いる酸化チタン材料は、高活性かつ高安定性である酸化物半導体からなるものが好ましい。例えば、アナターゼ型酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムなどの種々のチタン酸塩を単独あるいは複数混合して利用できる。酸化チタン材料以外の光触媒材料としては酸化ニオブ、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸鉛、酸化タンタル、タンタル酸カリウム、などを一種以上利用しても良い。これらの材料は市販品を利用できるし、構成する元素を含む種々の前駆体を利用して各材料を形成しても良い。また、第一層に起因した光触媒活性を高めるために、白金族や銅や銀などの金属や酸化ルテニウム、酸化ニッケルなどの酸化物を担持させても良い。
【００４１】
本発明では、基材は特に限定しないが、ガラス、陶磁器、タイル、コンクリート、樹脂、珪酸カルシウム板、金属、窯業系サイディング材などの建材が利用できる。これら以外でも建材として生物系の汚れが付着するあらゆる部位を構成する部材として防藻材を構成し利用できる。また、建材以外では、紫外線照射型水処理装置の部材、水中で使用される環境計測用センサ部材など種々の部分に利用することもできる。
【００４２】
本発明では、上記の種々の基材上に第一層と第二層を形成する手法としては、例えばスプレーコーティング法、ディップコーティング法、フローコーティング法、スピンコーティング法、ロールコーティング法などの湿式コーティング法や物理気相蒸着や化学気相蒸着などの乾式コーティング法など、種々の方法を単独あるいは組み合わせて加工することができる。
【００４３】
本発明では、上記の種々の方法で作製した後に熱処理を行なっても良い。熱処理を基材が耐えうる条件で行なうことによって、防藻材の第一層と第二層の耐久性を向上することができる。
【００４４】
【表１】
＜試験▲１▼：本発明の安全性について＞
表１に記載の材料組成にて作製した液を、ゲル化後、100℃で１日間乾燥した後に、空気中、500℃で１時間焼成し、さらに機械的に粉砕して試験体を作製した。この焼成試験体１ｇを分取し、50gの蒸留水中に懸濁させ、気温25℃の暗所あるいは1.5mW/cm2の紫外線下で、100rpmで撹拌しながら120時間放置した。その後に、5000rpmでの遠心分離、フィルターでの分離を経て、上澄み液を回収した。本上澄み液中に溶出した各元素の溶出をICP発光分析により評価して、本発明の安全性と耐久性について評価した。
【００４６】
比較例１は防藻性を発揮する金属であるCuを含有するSiO2であるが、実施例と同様の試験条件下で重金属であるCuが7割程度溶出した。
【００４７】
本発明に係る実施例１の酸化スズとアナターゼ型酸化チタンの混合試験体からは暗所でも、紫外線照射下でもTiイオンやSnイオンの重金属の溶出は認められず、水中で使用しても安全な技術であることが確認された。
【００４８】
【表２】
【表３】
＜試験▲２▼：溶出性従来技術と本発明の比較＞
表2、3に記載の材料組成、条件で内面にコーティングを施したφ55mm×h50mmの円筒形ホウ珪酸ガラス容器それぞれに、液体培地30mlを注入し、さらにイカダモをクロロフィル−ａ濃度換算で0.5μg/lとなるように添加した。液体培地は（財）地球・人間環境フォーラムの「GEF保存株リスト（微細藻類及び原生動物）」に記載のM-11培地に従い、原液を５倍希釈して下水処理水レベルの水質に対応させた。本液体培地の栄養価はCOD 9.6ppm、全窒素濃度 10.6ppm、全リン濃度 1.1ppmであった。液体培地同様、イカダモも（財）地球・人間環境フォーラムの「GEF保存株リスト（微細藻類及び原生動物）」に記載のNIES94 Scenedesmus acutus Meyenを利用した。藻と液体培地を注入した前記ガラス容器を、気温25℃の室内で、紫外線強度1.5mW/cm2、照度3000lxの光源下に静置して、12時間ごとにON−OFFを繰り返して培養を行なった。培養3週間目までを第一タームとして、その後にリセットして同じ試験を3週間継続して第二タームとした。第一ターム、第二ターム最終日に、それぞれの容器中でのイカダモの繁殖を目視で観察、比較した。
【００５１】
第一タームでは実施例2と比較例3に藻類の繁殖はほとんど認められず、比較例2のみ大量のイカダモが繁殖した。実施例2はアナターゼ型酸化チタンの光触媒作用と酸化スズの電気化学的特性が機能して防藻効果を発揮している。比較例3は防藻性金属であるCuの存在が顕著な防藻効果を発現している。比較例2は未加工容器であるため、藻の繁殖に対して全く対策を施していないため防藻効果を発揮しない。
【００５２】
第二タームでは実施例2のみが依然として顕著な防藻効果を発揮しているのに対して、比較例2と比較例3では藻の繁殖が顕著であった。
【００５３】
実施例2では試験▲１▼で評価したように、ガラス容器に加工した成分の溶出は全く起こらないため、防藻機能はほとんど劣化しない。その結果、繰り返し藻の培養試験を行なっても、防藻効果が発揮される。比較例2は段落番号（００４８）で記述したのと同じ理由で、防藻効果は得られない。比較例3で第一タームで防藻効果が得られたにもかかわらず、第二タームでは効果が得られなかった理由は、試験▲１▼で評価したように、コーティング組成中のCu成分が水中に溶出してしまい、第二タームではコーティング膜中に銅成分がほとんど残存していなかったためである。
【００５４】
従来技術として種々の防藻剤の開発が行なわれ、強力な防藻剤の開発とその徐放性による効果の長寿命化が図られているが、溶出成分が防藻効果の機能因子である限り、いずれ効果を得られなくなるし、溶出成分による環境への負荷も少なからず生じるのである。本発明では、溶出成分に頼らない防藻材を提供できる。
【００５５】
【表４】
【表５】
【表６】
＜試験▲３▼：光触媒性従来技術と本発明の比較＞
表4から表6に記載した材料組成、条件で内面にコーティングを施したφ55mm×h50mmの円筒形ホウ珪酸ガラス容器それぞれに、液体培地30mlを注入し、さらにサヤミドロをクロロフィル−ａ濃度換算で0.5μｇ/ｌとなるように添加した。液体培地は（財）地球・人間環境フォーラムの「GEF保存株リスト（微細藻類及び原生動物）」に記載のＣ培地組成に従い、原液のまま用いた。本培地は藻が繁殖しやすいように考案された培地であるため栄養価は非常に高く、COD 615ppm、全窒素濃度 89.6ppm、全リン濃度 7.6ppmであった。液体培地同様、サヤミドロも（財）地球・人間環境フォーラムの「GEF保存株リスト（微細藻類及び原生動物）」に記載のNIES203 Oedogonium obesumを利用した。藻と液体培地を注入した前記ガラス容器を、気温25℃の室内で、紫外線強度1.5mW/cm2、照度3000lxの光源下に静置して、12時間ごとにON−OFFを繰り返して１ヶ月間培養した後に、繁殖状態と容器内面への付着状態の観察、比較を行なった。また各試験体の光触媒活性、容器底面の表面電気抵抗を評価した。
【００５９】
▲１▼ メチレンブルー脱色反応による光触媒活性の評価
段落番号（００３６）に記載の方法に従った。各容器に1ppmメチレンブルー水溶液30mlを注入し、強度350μW/cm2の紫外線下で10時間静置後に、メチレンブルーの脱色度を評価した。
【００６０】
▲２▼ 表面の電気化学的特性評価：表面電気抵抗測定
段落番号（００３４）に記載の方法に従った。作製した試験体を気温25℃、相対湿度35%の暗所、あるいは強度1.5mW/cm2の紫外線下に24時間静置した後に二端子法による表面電気抵抗の測定を行なった。
【００６１】
【表７】
各種評価結果を表7に示す。
実施例3および実施例4の防藻効果は高く、比較例4から比較例8は防藻効果が不充分であった。
【００６３】
光触媒活性は未加工の比較例8と酸化スズを加工した比較例5が低く、実施例3と実施例4、比較例4、比較例6、比較例7は酸化チタンからなる層を加工しているため、光触媒活性は十分に高く防藻効果発現への寄与が大きい。
【００６４】
表面の電気的化学的特性の代用物性として測定した表面電気抵抗は、酸化スズが最表層に存在する構成で加工した実施例3と実施例4、酸化スズのみを加工した比較例5で低く、防藻効果への電気化学的特性の寄与は大きい。比較例4、比較例6から比較例8は酸化スズが最表層に存在しないため、電気化学的特性の防藻効果への寄与は小さい。
【００６５】
これらの結果から、栄養価が高い環境で防藻効果を発揮するためには、酸化チタンの光触媒活性だけでも酸化スズの電気化学的特性だけでも不充分で、これら両物性が共に相乗的に機能する必要があることを確認した。
【００６６】
【表８】
＜試験▲４▼：本発明の下水処理水中での効果＞
タイル面上に表8に記載の条件で加工したものを試験体とした。試験体の表面特性として、光触媒活性・表面電気抵抗の表面特性値を測定し、防藻効果は、実際に下水処理水が流れる水深10cmの屋外水路中に1ヶ月間曝露したときの表面へ付着した藻類量の大小と、曝露1ヵ月後に表面に付着した藻類をデッキブラシ清掃したときに感じる抵抗の大小による清掃性とで評価した。なお下水処理水の水質はCOD 10.2ppm、全窒素濃度 12.3ppm、全リン濃度 1.8ppmであった。
【００６８】
▲１▼ 硝酸銀呈色法による光触媒活性の評価
段落番号（００３７）に記載の方法に従った。なお、焼成直後に測定したため、アルカリ洗剤による洗浄は実施しなかった。
【００６９】
▲２▼ メチレンブルー脱色反応による光触媒活性の評価
段落番号（００３６）に記載の方法に従った。作製した各タイル表面に、φ60mm×h30mmのポリエチレン製シリンダーを化学反応形接着剤にて固定し、シリンダー内に1ppmのメチレンブルー水溶液30mlを注入した後に、紫外線強度350μW/cm2のブラックライト下に静置して10時間後のメチレンブルー脱色率を評価した。
【００７０】
▲３▼ 表面の電気化学的特性評価： 表面電気抵抗測定
段落番号（００３４）に記載の方法に従った。作製した各タイルを気温25℃、相対湿度35%の暗所、あるいは強度1.5mW/cm2の紫外線下に24時間静置した後に二端子法による表面電気抵抗の測定を行なった。
【００７１】
【表９】
各種評価結果を表9に示す。
【００７３】
硝酸銀呈色△E値を比較すると、第一層アナターゼ型酸化チタン層を形成し、第二層に酸化スズ層を形成した実施例5〜実施例7は高度の呈色を示しているのに対し、酸化スズ単独の層を形成した比較例9では呈色は低レベルで目視ではほとんど呈色が確認できなかった。この結果は、本発明に係る実施例5から実施例7の防藻材において、酸化スズ材料からなる第二層が微細孔を有し、かつその微細孔の少なくとも一部が酸化チタン材料からなる第一層に連通していることを示している。
【００７４】
光触媒活性は、比較例10の未加工タイルと比較例9の酸化スズ単独の膜を形成したタイルを除いて、いずれの試験体も高いレベルで発現した。
【００７５】
一方、表面電気抵抗は酸化スズからなる層が最表層に存在しない比較例8と10を除いて、他のサンプルは、高レベルの特性（低抵抗）を示した。
【００７６】
各試験体の下水処理水中での防藻性を比較すると、実施例5から実施例7の酸化チタン第一層の上に酸化スズ第二層を設けた試験体はいずれも高度の防藻性を発揮した。
【００７７】
本曝露試験結果からも、酸化チタンを第一層に設け、酸化スズを第二層に形成した材料が、光触媒活性とその他の電気化学的特性の両方を発揮し、高度な防藻効果を発揮することがわかった。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によれば、安全性に優れ、上水処理水や雨水などの貧栄養環境ばかりでなく、下水処理水レベルの富栄養環境でも長期に亘り藻類の繁殖抑制効果や付着抑制効果が得られ、さらには藻類が付着した場合でも清掃性に優れた防藻材を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の一例である。
Claims (9)
- 基材表面に酸化チタン材料を含有する第一層が形成されており、さらにその上には酸化スズ材料からなる第二層が形成されている材料であって、前記第二層が微細孔を有し、その微細孔が第二層表面から第一層表面まで連通していることを特徴とする防藻材。
- 前記微細孔径が10μｍ以下であるような請求項1に記載の防藻材。
- 基材表面に酸化チタン材料を含有する第一層が形成されており、さらにその上には酸化スズ材料からなる第二層が形成されている材料であって、その表面電気抵抗が暗所で相対湿度35%気温25℃の環境下に24時間放置した後に10 12 Ω/sq以下であることを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載の防藻材。
- 基材表面に酸化チタン材料を含有する第一層が形成されており、さらにその上には酸化スズ材料からなる第二層が形成されている材料であって、その表面電気抵抗が強度1.5mW/cm 2 の紫外線下、相対湿度35%気温25℃の環境下に24時間放置した後に10 10 Ω/sq以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の防藻材。
- 基材表面に酸化チタン材料を含有する第一層が形成されており、さらにその上には酸化スズ材料からなる第二層が形成されている材料であって、その表面が第一層に含まれる酸化チタン材料に起因した光触媒活性を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の防藻材。
- 前記光触媒活性を、1ｗｔ％硝酸銀水溶液を防藻材表面に塗布し、1.5mＷ/cm 2 の紫外線を5分間照射することによって銀を酸化チタン材料上に析出させる反応で評価した場合に、銀析出前後の色差△E * が2よりも大きくなることを特徴とする請求項５に記載の防藻材。
- 前記第二層を構成する材料中、酸化スズ材料を75〜100重量%含有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の防藻材。
- 前記第一層を構成する材料中、酸化チタン材料を30〜100重量％含有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の防藻材。
- 前記第一層、第二層にバインダーを含有し、その成分に珪素、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、スズのうち、少なくとも1種以上を含有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の防藻材。
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