JP6352526B2 - 光触媒機能性フィルム及びこの製造方法 - Google Patents
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-
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-
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Description
光触媒機能性フィルム及びこの製造方法に関する。
ＩＡＱ（Ｉｎｄｏｏｒ Ａｉｒ Ｑｕａｌｉｔｙ、室内空気質）を快適にすることができる光触媒を室内インテリア内装材の表面にコーティングして使うことができる。光触媒をコーティングするために基材と付着するためのバインダーを必須的に使わなければならない。しかし、バインダーは光触媒と結合する過程で光触媒の表面を覆うようになり、これによって光触媒の表面露出面積を減少させることが発生する。これにより、バインダーを使用する際は、バインダーによって表面反応に従う光触媒の性能が落ちるようになる。
本発明の一具体例では、光触媒の效率を落とさないバインダーを使い、バリアー層を含む光触媒機能性フィルムを提供する。
本発明の他の具体例では、前記光触媒機能性フィルムの製造方法を提供する。
本発明の一具体例において、基材層、バリアー層、及び光触媒層の積層構造で、前記バリアー層は非結晶性ＳｉＯ２膜であり、前記光触媒層は非結晶性ＴｉＯ２膜；及び前記非結晶性ＴｉＯ２膜の表面に形成された可視光活性光触媒剤粒子を含む光触媒機能性フィルムを提供する。
前記非結晶性ＴｉＯ２膜の気孔度は、約５％ないし約５０％であってもよい。
前記非結晶性ＴｉＯ２膜の比表面積が約５m２/gないし約５００m２/gであってもよい。
前記非結晶性ＴｉＯ２膜は、ＴｉＯ２非結晶性ゾルによって形成されてもよい。
前記可視光活性光触媒剤粒子は、空隙を含む可視光活性付与金属を担持した多孔性金属酸化物粒子であってもよい。
前記多孔性金属酸化物粒子は、酸化チタン、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化ニオビオム及びこれらの組み合わせから選ばれた少なくとも一つを含んでもよい。
タングステン、クロム、バナジウム、モリブデナム、銅、鉄、コバルト、マンガン、ニッケル、白金、金、セリウム、カドミウム、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウム及びこれらの組み合わせから選ばれた少なくとも一つの金属を含む可視光活性付与金属、またはこれらの酸化物の形で前記可視光活性付与金属が多孔性金属酸化物粒子に担持されてもよい。
前記可視光活性光触媒剤粒子は、多孔性金属酸化物に対し、可視光活性付与金属と可視光活性付与金属酸化物の和の重量比が約９９．９：０．１ないし約９９：１の重量比で含んでもよい。
前記バリアー層の厚さは、約２０nmないし約５００nmであってもよい。
前記光触媒層の厚さは、約５０nmないし約５００nmであってもよい。
前記基材は、室内インテリア内装材であってもよい。
本発明の他の具体例において、ケイ酸塩前駆体にアルコール溶媒及び酸を加えることで、脱水及び脱アルコール反応によってＳｉＯ２ゾルを得る段階；前記ＳｉＯ２ゾルを基材上に塗布及び乾燥してバリアー層を形成する段階；チタン前駆体にアルコール溶媒及び酸を加えることで、脱水及び脱アルコール反応によってＴｉＯ２非結晶性ゾルを得る段階；及び前記ＴｉＯ２非結晶性ゾルに可視光活性光触媒剤粒子を混合して形成された組成物を前記バリアー層上に塗布及び乾燥して光触媒層を形成する段階；を含む、光触媒機能性フィルムの製造方法を提供する。
前記アルコール溶媒は、イソプロピルアルコール、エタノール、メタノール、ブタノール及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれた少なくとも一つであってもよい。
前記組成物は、可視光活性光触媒剤粒子１００重量部に対して前記ＴｉＯ２非結晶性ゾルを約２０ないし約１００重量部含んでもよい。
前記光触媒機能性フィルムは、可視光線に応答し、室内の空気清浄、脱臭、抗菌效果を具現することができる。
前記光触媒機能性フィルムの製造方法を用いることで、高效率の光触媒性能が維持され、基材分解の問題を解決する光触媒機能性フィルムを提供することができる。
以下、本発明の具体例を詳しく説明する。ただし、これは例示として提示されるものであって、これによって本発明が制限されることはなく、本発明は、後述する請求項の範疇によって定義されるものに過ぎない。
光触媒機能性フィルム
本発明の一具体例において、基材層、バリアー層、及び光触媒層の積層構造で、前記バリアー層はＳｉＯ２膜であり、前記光触媒層は非結晶性ＴｉＯ２膜；及び前記非結晶性ＴｉＯ２膜の表面に形成された可視光活性光触媒剤粒子を含む光触媒機能性フィルムを提供する。
本発明の一具体例において、基材層、バリアー層、及び光触媒層の積層構造で、前記バリアー層はＳｉＯ２膜であり、前記光触媒層は非結晶性ＴｉＯ２膜；及び前記非結晶性ＴｉＯ２膜の表面に形成された可視光活性光触媒剤粒子を含む光触媒機能性フィルムを提供する。
通常、可視光活性光触媒剤を室内インテリア内装材の表面にコーティングするためには、可視光活性光触媒剤を付着させるためのバインダー物質、例えば、シリカゾルなどを要する。
しかし、バインダー物質を可視光活性光触媒剤と結合する過程でバインダー物質が可視光活性光触媒剤の表面を覆うようになり、前記光触媒剤表面の露出面積を減少させることが発生した。この場合、バインダー物質に表面反応を具現する前記光触媒剤の光触媒性能が落ちる問題点があった。
また、前記光触媒剤を有機物からなる基材に直接コーティングして使う場合、前記光触媒剤の有機物分解反応によって基材が分解されることができ、この場合、基材の安定性が低下し、基材の分解によって有害物質が発生する余地があった。
ここで、光触媒剤の效率を落とさず、付着力を与えるバインダー物質が開発され、前記バインダー物質としてＴｉＯ２非結晶性ゾルを使うことができる。
前記ＴｉＯ２非結晶性ゾルはバインダー物質であって、光触媒層を形成する際、可視光活性光触媒剤粒子の光活性能力の低下を抑制することで、粒子状態の光活性性能を最大限に維持することができる。
また、光触媒剤による基材の分解を防ぐために、基材と光触媒層の間にバリアー層を置き、光触媒剤と基材の接触を遮断した。
前記バリアー層はＳｉＯ２膜であって、ＳｉＯ２ゾルによって形成され、基材との付着力、光触媒層との付着力が優秀であり、強度が高いため、前記光触媒機能性フィルムの安定性を向上させることができる。
図１は本発明の一具体例である光触媒機能性フィルムの断面を図式化して示したもので、図１を参考すれば、前記光触媒機能性フィルム１００は、基材１０、バリアー層２０、光触媒層３０の積層構造を含んでもよい。
前記基材１０は、室内インテリア内装材であってもよい。前記内装材は、ガラス、壁紙、タイルフィルム等を含み、前記光触媒層３０が室内に流入される光により光活性されて有機物分解反応ができるし、それによって空気清浄、脱臭、及び抗菌效果を提供することができる。
前記バリアー層２０はＳｉＯ２膜でもよい。基材１０及び光触媒層３０の間にＳｉＯ２膜であるバリアー層２０を含むところ、基材と光触媒層の接触を防ぐことで光触媒層の光触媒による基材層の腐食現象を防止することができ、基材層の腐食によって発生する有害物質の発生が抑制されて、時間が経っても基材層の安定性が維持される。
例えば、前記ＳｉＯ２膜は多孔性膜で約５％ないし約５０％の気孔度を有してもよく、約５m２/gないし約５００m２/gの比表面積を有してもよい。また、一定水準以上の強度を維持するので、光触媒機能性フィルム層に耐久性を与え、基材と光触媒層の接触を緻密に遮断することができる。
前記光触媒層３０は、非結晶性ＴｉＯ２膜；及び前記非結晶性ＴｉＯ２膜の表面に形成された可視光活性光触媒剤粒子を含んでもよい。前記可視光活性光触媒剤粒子を前記バリアー層２０に付着させるためにはバインダー物質が必要であるところ、ＴｉＯ２非結晶性ゾルをバインダー物質として使って形成されたＴｉＯ２膜は、バリアー層と同じ物質として付着力が向上すると同時に、前記光触媒剤粒子の光效率を低下させないこともできる。
前記非結晶性ＴｉＯ２膜の気孔度は、約５％ないし約５０％であってもよい。前記非結晶性ＴｉＯ２膜は多孔性膜で前記範囲の気孔度を有することができ、このとき、前記可視光活性光触媒剤粒子の可視光に対する触媒活性效率がより改善されることができる。
一方、前記非結晶性ＴｉＯ２膜が気孔度を有することなく、スパッタリング方法などによって緻密に形成される場合、ホルムアルデヒドなどの反応物の吸着が效率的に行われないため、優れた光触媒活性を期待しにくい。
前記非結晶性ＴｉＯ２膜の比表面積が約５m２/gないし約５００m２/gであってもよい。前記非結晶性ＴｉＯ２膜が前記範囲の比表面積を有することで、前記可視光活性光触媒剤粒子の可視光に対する触媒活性の效率がより優秀である。
前記非結晶性ＴｉＯ２膜は、ＴｉＯ２非結晶性ゾルによって形成されてもよい。前記ＴｉＯ２非結晶性ゾルは、付着力が優秀で、前記ＴｉＯ２非結晶性ゾルをバインダーとして利用して形成された光触媒層３０の透明性を確保するために有利である。
前記ＴｉＯ２非結晶性ゾルは、後述される製造方法と同様、非結晶性として使用される。前記ＴｉＯ２非結晶性ゾルを結晶化しない状態で使うので、ＴｉＯ２粒子の大きさが結晶化された場合に比べて小さいため、透明に具現することが可能である。結晶化されたＴｉＯ２ゾルは、既に一定した結合を保つ状態で、表面積が小さくて官能基含量が低くなることに対し、前記ＴｉＯ２非結晶性ゾルは、これに比べて表面積が大きくなり、官能基含量が高くなって付着力が優秀である。
また、前記ＴｉＯ２非結晶性ゾルは、水ではなくアルコール系溶媒を使って脱水及び脱アルコール反応させるゾル−ゲル法を利用して製造されてもよい。具体的な製造方法は後述する。
前記光触媒層３０は、前記非結晶性ＴｉＯ２膜の表面に形成された可視光活性光触媒剤粒子を含むところ、前記可視光活性光触媒剤粒子は、空隙を含む可視光活性付与金属を担持した多孔性金属酸化物粒子であってもよい。
前記多孔性金属酸化物粒子は、酸化チタン、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化ニオビオム及びこれらの組み合わせから選ばれた少なくとも一つを含んでもよく、光触媒として使われてもよい金属酸化物として公知された物質が制限されずに使われてもよい。前記多孔性金属酸化物粒子は、主に紫外線に対して光活性を有する。
前記可視光活性付与金属は、前記金属酸化物に可視光線に対する光活性を与えられる金属が制限されずに使われてもよく、具体的に、前記可視光活性付与金属は、例えば、転移金属、貴金属などであってもよい。
例えば、前記可視光活性付与金属は、タングステン、クロム、バナジウム、モリブデナム、銅、鉄、コバルト、マンガン、ニッケル、白金、金、セリウム、カドミウム、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウム及びこれらの組み合わせから選ばれた少なくとも一つの金属を含んでもよい。
また、前記可視光活性付与金属は、前述した金属の酸化物の形で前記可視光活性付与金属が多孔性金属酸化物粒子に担持されてもよい。
前記可視光活性光触媒剤粒子は、前記多孔性金属酸化物粒子内の空隙で、前記可視光活性付与金属粒子がドーピングされ、前記非結晶性ＴｉＯ２膜の表面に形成されてもよく、このように形成された前記光触媒層３０は可視光線に対する光活性を有することができる。
前記可視光活性光触媒剤粒子は、可視光線に対して光活性を有する可視光活性付与金属粒子を含むので、紫外線だけでなく可視光線に対しても活性を有することができ、可視光線の全領域にわたって光を吸収することができる。例えば、前記粒子は３８０nmないし７８０nm波長範囲の可視光線に対して光活性を有してもよい。
前記可視光活性光触媒剤粒子は、光を吸収して得たエネルギーから生成された電子と正孔がスーパーオキシド陰イオンまたはヒドロキシラジカルなどを生成することで空気清浄、脱臭、抗菌作用を行える。例えば、前記粒子から生成されたスーパーオキシド陰イオンまたはヒドロキシラジカルは、ホルムアルデヒドのような有害環境物質を分解することができる。一方、前記粒子は、可視光線に対して高い吸収率を有し、室内光源でも優れた效率を示すことができるので、別の紫外線供給装置を要しないこともある。
前記可視光活性光触媒剤粒子は、前記多孔性金属酸化物に対し、前記可視光活性付与金属と可視光活性付与金属酸化物の和の重量比約９９．９：０．１ないし約９９：１の重量比で含んでもよい。
前記バリアー層の厚さは約２０nmないし約５００nmであってもよい。前記バリアー層は、前記基材と光触媒層の接触を防ぐための層であって、前記範囲の厚さを保つことで光触媒による基材層の分解を防止することができる。また、前記バリアー層の厚さが約２０nm未満である場合、非結晶性ＴｉＯ２膜の形成が十分に行われないので、基材との分離が充分に提供されないことがあり、約５００nmを脱する場合は費用の側面で経済的ではない。
前記光触媒層の厚さは、約５０nmないし約５００nmであってもよい。前記光触媒層は非結晶性ＴｉＯ２膜及び可視光活性光触媒剤粒子を含み、前記非結晶性ＴｉＯ２膜はＴｉＯ２非結晶性ゾルをバインダー物質として形成されるところ、前記粒子の光触媒效率が低下されずに、バリアー層との接着力が増加して安定した光触媒機能性フィルムを提供することができる。
このとき、前記光触媒層の厚さが前記範囲を維持することで、光触媒效果を容易に具現することができ、前記光触媒層の厚さが約５０nm未満である場合、光触媒層を完全に形成することができなくて十分な光触媒效果を提供することができないし、約５００nmを超過する場合、光触媒反応に参加しない部分が存在することがあって、費用及び效率の側面で不利である。
光触媒機能性フィルムの製造方法
本発明の他の具体例において、ケイ酸塩前駆体にアルコール溶媒及び酸を加えることで脱水及び脱アルコール反応によってＳｉＯ２ゾルを得る段階；前記ＳｉＯ２ゾルを基材上に塗布及び乾燥してバリアー層を形成する段階；チタン前駆体にアルコール溶媒及び酸を加えることで脱水及び脱アルコール反応によってＴｉＯ２非結晶性ゾルを得る段階；及び前記ＴｉＯ２非結晶性ゾルに可視光活性光触媒剤粒子を混合して形成された組成物を前記バリアー層上に塗布及び乾燥して光触媒層を形成する段階；を含む、光触媒機能性フィルムの製造方法を提供する。
本発明の他の具体例において、ケイ酸塩前駆体にアルコール溶媒及び酸を加えることで脱水及び脱アルコール反応によってＳｉＯ２ゾルを得る段階；前記ＳｉＯ２ゾルを基材上に塗布及び乾燥してバリアー層を形成する段階；チタン前駆体にアルコール溶媒及び酸を加えることで脱水及び脱アルコール反応によってＴｉＯ２非結晶性ゾルを得る段階；及び前記ＴｉＯ２非結晶性ゾルに可視光活性光触媒剤粒子を混合して形成された組成物を前記バリアー層上に塗布及び乾燥して光触媒層を形成する段階；を含む、光触媒機能性フィルムの製造方法を提供する。
前記光触媒機能性フィルムの製造方法は、ケイ酸塩前駆体にアルコール溶媒及び酸を加えて脱水及び脱アルコール反応によってＳｉＯ２ゾルを得る段階を含んでもよい。
前記ＳｉＯ２非結晶性ゾルは、ゾル−ゲル法を利用して得ることができるし、具体的に、ケイ酸塩前駆体にアルコール溶液を加え、酸を触媒として使って加水分解反応によって脱水及び脱アルコールさせてＳｉＯ２非結晶性ゾルを得ることができる。
また、チタン前具体にアルコール溶媒及び酸を加えて脱水及び脱アルコール反応によってＴｉＯ２非結晶性ゾルを得る段階を含んでもよい。
前記 ＴｉＯ２非結晶性ゾルは、ゾル−ゲル法を利用して得ることができるし、具体的
にチタン前具体にアルコール溶液を加え、酸を触媒として使って加水分解反応によって脱水及び脱アルコールさせてＴｉＯ２非結晶性ゾルを得ることができる。
にチタン前具体にアルコール溶液を加え、酸を触媒として使って加水分解反応によって脱水及び脱アルコールさせてＴｉＯ２非結晶性ゾルを得ることができる。
前記ゾル−ゲル法では、別途の水を使わないが、酸に混合された溶液の形で添加されて加水分解されることができるし、一方、酸によってアルコキシド前駆体のアルコール基がＯＨ基に置換される加水分解反応が起きることもある。
前記ケイ酸塩前駆体は、エチルシリケートなどゾル−ゲル法に利用することができる公知の化合物が使われてもよく、具体的には、オルトケイ酸テトラエチル、オルトケイ酸テトラメチル、オルトケイ酸テトラブチルなどを使うことができる。
前記チタン前駆体は、チタンアルコキシドなどのゾル−ゲル法に利用することができる公知の化合物が使われてもよく、具体的には、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラエトキシド、チタンテトラブトキシドなどを使うことができる。
前記アルコール溶媒は、イソプロピルアルコール、エタノール、メタノール、ブタノール及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれた少なくとも一つであってもよい。
前記酸は、ケイ酸塩前駆体またはチタン前駆体とアルコールが脱水及び脱アルコール反応をさせるための触媒として使われ、窒酸、塩酸などの強酸を使うことができる。
前記で得られたＳｉＯ２ゾルは、ナノ大きさのＳｉＯ２粒子がコロイド状に分散された溶液である。
前記で得られたＴｉＯ２非結晶性ゾルは、非結晶性ＴｉＯ２粒子がコロイド状で分散された溶液である。
前記で得られたＳｉＯ２非結晶性ゾルを基材上に塗布及び乾燥してバリアー層を形成することができる。
また、前記で得られたＴｉＯ２非結晶性ゾルに可視光活性光触媒剤粒子を混合して、形成された組成物を前記バリアー層上に塗布及び乾燥して光触媒層を形成することができる。
前記で得られたＴｉＯ２非結晶性ゾルに、別に用意された可視光活性光触媒剤粒子を混合して光触媒層を形成するための組成物を製造することができる。
前記可視光活性光触媒剤粒子は、例えば、先ず多孔性金属酸化物粒子を準備した後、可視光活性付与金属の前駆体溶液に浸漬し、可視光活性付与金属がイオン状態で多孔性金属酸化物粒子の内部に浸透されるようにした後、可視光活性付与金属のイオンを可視光活性付与金属に還元させて多孔性金属酸化物粒子の内部に担持されるようにして製造することができる。
前記可視光活性光触媒剤粒子に関する詳細な説明は前述のとおりである。
一具体例において、前記可視光活性光触媒剤粒子は、Ｐｔ金属が担持された ＷＯ３の多孔性粒子であってもよい。
前記組成物は、可視光活性光触媒剤粒子１００重量部に対して前記ＴｉＯ２非結晶性ゾルを約２０ないし約１００重量部含んでもよい。前記含量比でＴｉＯ２非結晶性ゾルを使
うことで、ＴｉＯ２非結晶性ゾルの小さいＴｉＯ２粒子により、大きい表面積による適切な表面結合を得ることができる。一方、ＴｉＯ２非結晶性ゾルの含量が高すぎると、可視光活性光触媒剤粒子の表面を覆って反応性が低くなることがある。
うことで、ＴｉＯ２非結晶性ゾルの小さいＴｉＯ２粒子により、大きい表面積による適切な表面結合を得ることができる。一方、ＴｉＯ２非結晶性ゾルの含量が高すぎると、可視光活性光触媒剤粒子の表面を覆って反応性が低くなることがある。
前記光触媒機能性フィルムの製造方法を使うことで、高效率の光触媒性能が維持され、基材の分解問題を解決する光触媒機能性フィルムを製造することができる。
以下では、本発明の具体的な実施例を提示する。ただし、下記で記載された実施例は、本発明を具体的に例示したり説明したりするためのものに過ぎず、これによって本発明が制限されてはならない。
<実施例及び比較例>
実施例１
エチルアルコールを溶媒としてオルトケイ酸テトラエチル１０wt％の溶液を作る。これを３０分間撹拌した後、少量の水と塩酸を添加して加水分解した。以後、１時間撹拌することにより、脱水、脱アルコールさせてＳｉＯ２ゾルを作った。
実施例１
エチルアルコールを溶媒としてオルトケイ酸テトラエチル１０wt％の溶液を作る。これを３０分間撹拌した後、少量の水と塩酸を添加して加水分解した。以後、１時間撹拌することにより、脱水、脱アルコールさせてＳｉＯ２ゾルを作った。
前記膜をＰＥＴフィルムの上に１００nmの厚さで塗布し、常温で乾燥してバリアー層を形成した。
一方、イソプロピルアルコールを溶媒としてチタンテトライソプロポキシド １０wt％の溶液を作る。これを３０分間撹拌した後、濃い窒酸を少量添加して加水分解させた。以後、３０分間撹拌することにより、脱水、脱アルコールさせて非結晶性ＴｉＯ２ゾルを作った。
別にＰｔ担持されたＷＯ３光触媒剤粒子を用意した。
前記非結晶性ＴｉＯ２ゾル５０重量部及びＰｔ担持されたＷＯ３光触媒剤１００重量部を混合して組成物を製造し、前記組成物をｂａｒコーターを利用して前記バリアー層に１００nmの厚さで塗布し、常温で乾燥して光触媒層を形成することで光触媒機能性フィルムを製造した。
比較例１
基材上にバリアー層を形成したことを除いて、前記実施例１と同様の方法で光触媒機能性フィルムを製造した。
基材上にバリアー層を形成したことを除いて、前記実施例１と同様の方法で光触媒機能性フィルムを製造した。
比較例２
エチルアルコールを溶媒としてオルトケイ酸テトラエチル１０wt％の溶液を作る。これを３０分間撹拌した後、少量の水と塩酸を添加して加水分解させた。以後、１時間撹拌することにより、脱水、脱アルコールさせてＳｉＯ２ゾルを作った。
エチルアルコールを溶媒としてオルトケイ酸テトラエチル１０wt％の溶液を作る。これを３０分間撹拌した後、少量の水と塩酸を添加して加水分解させた。以後、１時間撹拌することにより、脱水、脱アルコールさせてＳｉＯ２ゾルを作った。
前記ＳｉＯ２ゾルをＰＥＴフィルムの上に１００nmの厚さで塗布し、常温で乾燥してバリアー層を形成した。
一方、蒸溜水を溶媒としてチタンテトライソプロポキシド１０wt％の水溶液を作った後、これを撹拌して均一な沈殿物を生成した。この後、十分な量の窒酸を酸触媒として添加し、縮合重合で透明なゾルを得た。これを８０℃で８時間以上撹拌して、不透明な結晶性ＴｉＯ２ゾルを製造した。
別にＰｔ担持されたＷＯ３光触媒剤粒子を用意した。
前記結晶性ＴｉＯ２ゾル５０重量部及びＰｔ担持されたＷＯ３光触媒剤１００重量部を混合して組成物を製造し、前記組成物をｂａｒコーターを利用して前記バリアー層に１００nm厚さで塗布し、常温で乾燥して光触媒層を形成して、光触媒機能性フィルムを製造した。
比較例３
イソプロピルアルコールを溶媒としてチタンテトライソプロポキシド１０wt％の溶液を作る。これを３０分間撹拌した後、濃い窒酸を少量添加して加水分解させた。以後、３０分間撹拌することにより、脱水、脱アルコールさせて非結晶性ＴｉＯ２ゾルを作った。
イソプロピルアルコールを溶媒としてチタンテトライソプロポキシド１０wt％の溶液を作る。これを３０分間撹拌した後、濃い窒酸を少量添加して加水分解させた。以後、３０分間撹拌することにより、脱水、脱アルコールさせて非結晶性ＴｉＯ２ゾルを作った。
前記非結晶性ＴｉＯ２ゾルをＰＥＴフィルムの上に１００nmの厚さで塗布し、常温で乾燥してバリアー層を形成したことを除いて、前記実施例１と同様の方法で光触媒機能性フィルムを製造した。
<実験例１>−光触媒機能性フィルムの触媒特性
実施例１及び比較例１-２の光触媒層に対してホルムアルデヒド除去性能を評価した。実施例１及び比較例１-２で製作された光触媒層を２０Ｌの小型チャンバー（ＡＤＴＥＣ社製品）内に設けた後、０．０８ppmのホルムアルデヒド濃度を有する清浄空気を１６７cc/minの流量で持続的に流し、換気回数が０.５回/hrになるようにした。光源としては１０Ｗの白色蛍光灯を用い、照度が１０００luxになるように設定した。ホルムアルデヒドの除去率は、チャンバーに入る前の濃度と、チャンバーを通った後の濃度を測定して計算した後、下記表１に記載した。濃度はＤＮＰＨ（２，４-dinitrophenylhydrazine）カートリッジを利用して１０Ｌに対する量を濃縮し、高性能液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ、Ａｇｉｌｅｎｔ社製品）で分析した。
実施例１及び比較例１-２の光触媒層に対してホルムアルデヒド除去性能を評価した。実施例１及び比較例１-２で製作された光触媒層を２０Ｌの小型チャンバー（ＡＤＴＥＣ社製品）内に設けた後、０．０８ppmのホルムアルデヒド濃度を有する清浄空気を１６７cc/minの流量で持続的に流し、換気回数が０.５回/hrになるようにした。光源としては１０Ｗの白色蛍光灯を用い、照度が１０００luxになるように設定した。ホルムアルデヒドの除去率は、チャンバーに入る前の濃度と、チャンバーを通った後の濃度を測定して計算した後、下記表１に記載した。濃度はＤＮＰＨ（２，４-dinitrophenylhydrazine）カートリッジを利用して１０Ｌに対する量を濃縮し、高性能液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ、Ａｇｉｌｅｎｔ社製品）で分析した。
また、実施例１及び比較例１-２が含むＰＥＴフィルムの損傷可否を肉眼で判断し、下記表１に記載した。
表１から分かるように、前記可視光活性光触媒剤粒子は、実施例１で光触媒層に形成した後も粒子状態と類似の光效率を示しているが、比較例１、２では光触媒層形成後の光效
率が粒子状態である時より顕著に低下されることを確認した。
率が粒子状態である時より顕著に低下されることを確認した。
具体的に、前記比較例１の場合、基材層との接触によって副反応でチャンバー内のホルムアルデヒドをとり除くことができないことを確認した。
一方、非結晶性ＴｉＯ２ゾルによって基材層と光触媒層の間にバリアー層を別に含む実施例１、比較例２のＰＥＴフィルムは損傷されなかったが、バリアー層を含まない比較例１のＰＥＴフィルムは損傷されたことを確認した。
したがって、実施例１は非結晶性ＴｉＯ２ゾルをバインダー物質として使って形成された光触媒層を含むので、光效率が優秀であると同時に、バリアー層によって基材層と副反応を抑制できることが分かった。
<実験例２>−光触媒機能性フィルムの物理的特性
ＡＳＴＭ Ｄ３３６３によって鉛筆硬度試験機(電動式鉛筆硬度機、Ｍｏｄｅｌ １９１、ユーユー計器商社)で前記実施例１及び比較例２、３の鉛筆硬度を測定した。
ＡＳＴＭ Ｄ３３６３によって鉛筆硬度試験機(電動式鉛筆硬度機、Ｍｏｄｅｌ １９１、ユーユー計器商社)で前記実施例１及び比較例２、３の鉛筆硬度を測定した。
前記表２を参考すれば、実施例１の場合が、比較例２、３の場合に比べて鉛筆硬度が優秀であることが分かった。
具体的に、実施例１及び比較例２はいずれもバリアー層としてＳｉＯ２膜を含むことはあるが、非結晶性ＴｉＯ２ゾルによって形成された光触媒層を有する実施例１が結晶性ＴｉＯ２ゾルによって形成された光触媒層を有する比較例２に比べて鉛筆硬度が優秀であった。
また、実施例１及び比較例３はいずれも非結晶性ＴｉＯ２ゾルによって形成された光触媒層を含むことはあるが、ＳｉＯ２膜をバリアー層として含む実施例１が、ＴｉＯ２膜をバリアー層として含む比較例３に比べて鉛筆硬度が優秀であることを確認した。
１００：光触媒機能性フィルム
１０：基材
２０：バリアー層
３０：光触媒層
１０：基材
２０：バリアー層
３０：光触媒層
Claims (14)
- 基材層、バリアー層、及び光触媒層の積層構造であって、
前記バリアー層は非結晶性ＳｉＯ２膜で、
前記光触媒層は可視光活性光触媒剤粒子を含む非結晶性ＴｉＯ ２ 膜である、光触媒機能性フィルム。 - 前記非結晶性ＴｉＯ２膜の気孔度は５％ないし５０％であることを特徴とする、請求項１に記載の光触媒機能性フィルム。
- 前記非結晶性ＴｉＯ２膜の比表面積が５m２/gないし５００m２/gであることを特徴とする、請求項１に記載の光触媒機能性フィルム。
- 前記非結晶性ＴｉＯ２膜はＴｉＯ２非結晶性ゾルの乾燥物であることを特徴とする、請求項１に記載の光触媒機能性フィルム。
- 前記可視光活性光触媒剤粒子は、空隙を含む可視光活性付与金属を担持した多孔性金属酸化物粒子であることを特徴とする、請求項１に記載の光触媒機能性フィルム。
- 前記多孔性金属酸化物粒子は、酸化チタン、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化ニオビオム及びこれらの組み合わせから選ばれた少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項５に記載の光触媒機能性フィルム。
- タングステン、クロム、バナジウム、モリブデナム、銅、鉄、コバルト、マンガン、ニッケル、白金、金、セリウム、カドミウム、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウム及びこれらの組み合わせから選ばれた少なくとも一つの金属を含む可視光活性付与金属、またはこれらの酸化物の形で前記可視光活性付与金属が多孔性金属酸化物粒子に担持されたことを特徴とする、請求項５に記載の光触媒機能性フィルム。
- 前記可視光活性光触媒剤粒子は、多孔性金属酸化物に対し、可視光活性付与金属と可視光活性付与金属酸化物の和の重量比９９．９：０．１ないし９９：１の重量比で含むことを特徴とする、請求項１に記載の光触媒機能性フィルム。
- 前記バリアー層の厚さは２０nmないし５００nmであることを特徴とする、請求項１に記載の光触媒機能性フィルム。
- 前記光触媒層の厚さは５０nmないし５００nmであることを特徴とする、請求項１に記載の光触媒機能性フィルム。
- 前記基材は室内インテリア内装材であることを特徴とする、請求項１に記載の光触媒機能性フィルム。
- ケイ酸塩前駆体にアルコール溶媒及び酸を加えて脱水及び脱アルコール反応によってＳｉＯ２ゾルを得る段階；
前記ＳｉＯ２ゾルを基材上に塗布及び乾燥してバリアー層を形成する段階；
チタン塩前駆体にアルコール溶媒及び酸を加えて脱水及び脱アルコール反応によってＴｉＯ２非結晶性ゾルを得る段階；及び
前記ＴｉＯ２非結晶性ゾルに可視光活性光触媒剤粒子を混合して形成された組成物を前記バリアー層上に塗布及び乾燥して光触媒層を形成する段階；を含む、光触媒機能性フィ
ルムの製造方法。 - 前記アルコール溶媒は、イソプロピルアルコール、エタノール、メタノール、ブタノール及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれた少なくとも一つであることを特徴とする、請求項１２に記載の光触媒機能性フィルムの製造方法。
- 前記組成物は、可視光活性光触媒剤粒子１００重量部に対して前記ＴｉＯ２非結晶性ゾルを２０ないし１００重量部含むことを特徴とする、請求項１２に記載の光触媒機能性フィルムの製造方法。
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